JP6741878B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、複数のセルによって構成される蓄電装置を備えた建設機械に関する。

一般に、建設機械に搭載された蓄電装置は、互いに直列接続された複数のセルを有している。このような蓄電装置では、セル特性のばらつきにより、各セルのセル電圧に差が生じる。このとき、各セルは、上限電圧と下限電圧の範囲内で使用する必要がある。このため、複数のセルのうち最大セル電圧となったものが、上限電圧に到達する範囲までしか使用できない。同様に、複数のセルのうち最小セル電圧となったものが、下限電圧に到達する範囲までしか使用できない。このように、セル電圧にばらつきが生じた場合、蓄電装置の性能が制限される。

そこで、特許文献１には、セル毎に放電回路を設け、電圧の高いセルを放電させることが開示されている。これにより、最大セル電圧と最小セル電圧の差を小さくするバランシング制御が行われている。また、特許文献２には、最大セル電圧と最小セル電圧の差が基準値を超えると、セルの異常を検知することが開示されている。

特開２０１１−２０５８０３号公報 特開２０１０−３５３３７号公報

ところで、バランシング制御は、建設機械を稼働しているときに実行される。このため、建設機械に搭載された蓄電装置は、例えば長距離輸送を行うときに、長期間にわたってバランシング制御を行わない可能性がある。一方、セル毎の特性ばらつきに基づいて、セル毎の放電特性に差異が生じる。この結果、セルが正常であっても、時間経過に伴い最大セル電圧と最小セル電圧の差が増加し、予め決められた一定の異常検知レベルに達してしまうことがある。

本発明は、上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、セルの異常を正確に検知し、長期間バランシング制御を行わない場合でも、異常の誤検知を抑制することができる建設機械を提供することにある。

上述した課題を解決するため、本発明は、互いに直列接続された複数のセルにより構成される蓄電装置と、前記蓄電装置の電力により駆動される電動機と、前記電動機により駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプが送出する作動油により駆動される作業装置と、前記複数のセルのそれぞれのセル電圧を検出する電圧検出器と、前記セル電圧を制御するコントローラと、を備えた建設機械において、前記コントローラは、前記複数のセルのセル電圧のばらつきを低減するバランシング制御を行うバランシング制御部と、前記複数のセルのそれぞれのセル電圧のうち最大セル電圧を演算する最大セル電圧演算部と、前記複数のセルのそれぞれのセル電圧のうち最小セル電圧を演算する最小セル電圧演算部と、前記最大セル電圧と前記最小セル電圧との差電圧が前記バランシング制御を実施した履歴に基づいて求められる基準差電圧の範囲内か否かに応じて、前記蓄電装置の異常を検知する異常検知部と、を備え、前記異常検知部は、前記最大セル電圧と前記最小セル電圧との差電圧を演算する減算部と、前記バランシング制御を実施した履歴として前記建設機械が停止した休車時間を計測する休車時間計測部と、前記休車時間に基づいて前記基準差電圧を演算する基準差電圧演算部と、前記差電圧と前記基準差電圧とを比較する比較部とを備えていることを特徴としている。

本発明によれば、セルの異常を正確に検知することができ、長期間にわたってバランシング制御を行わない場合でも、異常の誤検知を抑制することができる。

本発明の実施の形態によるハイブリッド式の油圧ショベルを示す正面図である。 図１中のハイブリッド式の油圧ショベルの駆動システムを示すブロック図である。 図２中の蓄電装置の構成を示すブロック図である。 休車時間とセル電圧との関係の一例を示す特性線図である。 休車時間と基準差電圧との関係の一例を示す特性線図である。 全てのセルが正常な場合について、キースイッチ、差電圧、バランシング制御、リレー、保護信号の時間変化を示すタイムチャートである。 一部のセルが異常な場合について、キースイッチ、差電圧、バランシング制御、リレー、保護信号の時間変化を示すタイムチャートである。 変形例による電動式の油圧ショベルの駆動システムを示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態による建設機械としてハイブリッド式の油圧ショベルを例に挙げて、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１および図２は、実施の形態によるハイブリッド式の油圧ショベル１を示している。図１に示すように、油圧ショベル１は、自走可能なクローラ式の下部走行体２と、下部走行体２上に旋回装置３を介して旋回可能に搭載された上部旋回体４と、上部旋回体４の前側に設けられ掘削作業等を行う多関節構造の作業装置５とを備えている。下部走行体２および上部旋回体４は、油圧ショベル１の車体を構成している。下部走行体２は、走行動作を行うための油圧モータ２Ａ，２Ｂを備えている。油圧モータ２Ａは、下部走行体２の左側に設けられている。油圧モータ２Ｂは、下部走行体２の右側に設けられている。旋回装置３は、旋回動作を行うための油圧モータ３Ａを備えている。なお、下部走行体２としてクローラ式を例示したが、ホイール式でもよい。

作業装置５は、フロントアクチュエータ機構である。作業装置５は、例えばブーム５Ａ、アーム５Ｂ、バケット５Ｃと、これらを駆動するブームシリンダ５Ｄ、アームシリンダ５Ｅ、バケットシリンダ５Ｆとによって構成されている。作業装置５は、上部旋回体４の旋回フレーム６に取付けられている。作業装置５は、油圧ポンプ８が送出する作動油により駆動される。

上部旋回体４は、例えばディーゼルエンジンのような内燃機関であるエンジン７と、エンジン７によって駆動される油圧ポンプ８（メインポンプ）とを備えている。また、エンジン７には、電動機１０が機械的に接続されている。このため、油圧ポンプ８は、電動機１０によっても駆動される。油圧ポンプ８は、作動油を送出する。この作動油によって、下部走行体２と、上部旋回体４と、作業装置５とがそれぞれ独立して動作する。

具体的には、下部走行体２は、走行用の油圧モータ２Ａ，２Ｂに油圧ポンプ８から作動油が供給されることによって、一対のクローラ２Ｃ（図１は片側のみ図示）を走行駆動する。上部旋回体４は、旋回用の油圧モータ３Ａに油圧ポンプ８から作動油が供給されることによって、旋回駆動する。また、シリンダ５Ｄ〜５Ｆは、油圧ポンプ８から供給される作動油によって、伸長または縮小する。これにより、作業装置５は、俯仰の動作を行い、掘削、整地等の作業を行う。また、上部旋回体４は、キャブ９を備えている。オペレータは、キャブ９に搭乗して、油圧ショベル１を操作する。

次に、油圧ショベル１の駆動システムについて、図２を参照して説明する。

図２において、電動機１０は、エンジン７に機械的に結合されている。電動機１０およびエンジン７は、油圧発生機である油圧ポンプ８を駆動する。油圧ポンプ８から送出される作動油は、オペレータによる操作に基づいて、コントロールバルブ１１で分配される。これにより、ブームシリンダ５Ｄ、アームシリンダ５Ｅ、バケットシリンダ５Ｆ、走行用の油圧モータ２Ａ，２Ｂ、および旋回用の油圧モータ３Ａは、油圧ポンプ８から供給される作動油によって駆動する。電動機１０は、エンジン７を動力源に発電機として働き蓄電装置２０への電力供給を行う発電と、蓄電装置２０からの電力を動力源にモータとして働きエンジン７および油圧ポンプ８の駆動をアシストする力行との２通りの役割を果たす。従って、電動機１０がモータとして駆動するときは、電動機１０は、蓄電装置２０の電力により駆動される。

電動機１０は、電力変換器となるインバータ１２を介して、正極側と負極側とで一対の直流母線１３Ａ，１３Ｂ（ＤＣケーブル）に接続されている。インバータ１２は、例えばトランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）のようなスイッチング素子を複数用いて構成されている。インバータ１２は、コントロールユニット（図示せず）によって、各スイッチング素子のオン／オフが制御される。

電動機１０の発電時には、インバータ１２は、電動機１０からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置２０に供給する。電動機１０の力行時には、インバータ１２は、直流母線１３Ａ，１３Ｂの直流電力を交流電力に変換して電動機１０に供給する。

蓄電装置２０は、一対の直流ケーブルからなる直流母線１３Ａ，１３Ｂを介してインバータ１２に電力を供給する。インバータ１２は、蓄電装置２０から供給された電力により、電動機１０を駆動する。また、電動機１０が発電動作したときには、電動機１０からの電力がインバータ１２を介して、蓄電装置２０に供給される。これにより、蓄電装置２０は、充電される。また、蓄電装置２０は、内部で異常を検知した場合、保護信号Ｆａｉｌを発報して、インバータ１２の動作を停止させる。これにより、システムの保護が実行されている。

次に、蓄電装置２０について、図３を参照して説明する。ここでは、説明を簡略化するために、蓄電装置２０が３個のセル２２Ａ〜２２Ｃを備えた場合を例に挙げて説明する。但し、セルの個数は、３個に限るものではなく、２個でもよく、４個以上でもよい。

図３に蓄電装置２０の構成を示す。蓄電装置２０は、互いに直列接続された複数のセル２２Ａ〜２２Ｃにより構成されている。具体的には、蓄電装置２０は、例えばリチウムイオン二次電池からなる蓄電池２１を備えている。蓄電池２１は、３個のセル２２Ａ〜２２Ｃが直列接続された組電池である。蓄電池２１の正極側の端子２１Ａは、リレー２３Ａを介して、正極側の直流母線１３Ａに接続されている。蓄電池２１の負極側の端子２１Ｂは、リレー２３Ｂを介して、負極側の直流母線１３Ｂに接続されている。このとき、リレー２３Ａ，２３Ｂは、蓄電装置２０から電動機１０への電力供給を遮断する遮断装置を構成している。

セル２２Ａには、放電回路２４Ａが並列接続されている。放電回路２４Ａは、互いに直列接続されたスイッチＳＷと、放電抵抗Ｒとを備えている。放電回路２４ＡのスイッチＳＷは、通常はＯＦＦ（開路）となっている。放電回路２４Ａは、バランシング制御部２７の指令に基づいて、スイッチＳＷをＯＮ（閉路）させる。これにより、放電回路２４Ａは、放電抵抗Ｒに電流を流し、セル２２Ａを放電させる。また、セル２２Ａには、電圧検出器２５Ａが接続されている。電圧検出器２５Ａは、セル２２Ａの両端に作用するセル電圧ＶcAを測定する。

セル２２Ｂ，２２Ｃについても、セル２２Ａと同様に、放電回路２４Ｂ，２４Ｃおよび電圧検出器２５Ｂ，２５Ｃが接続されている。放電回路２４Ｂ，２４Ｃは、スイッチＳＷと放電抵抗Ｒとをそれぞれ備えている。

コントローラ２６（バッテリコントローラ）は、セル電圧ＶcA〜ＶcCを制御する。コントローラ２６は、例えばマイクロコンピュータによって構成されている。コントローラ２６は、バランシング制御部２７、最大セル電圧演算部２８、最小セル電圧演算部２９および異常検知部３４を備えている。

バランシング制御部２７は、電圧検出器２５Ａ〜２５Ｃで検出した各セル電圧ＶcA〜ＶcCに基づき、セル電圧の高いセルを放電し、セル電圧が均等化するように放電回路２４Ａ〜２４Ｃを制御する。具体的には、油圧ショベル１を起動させるキースイッチ１４がＯＮの状態では、バランシング制御部２７は、セル電圧ＶcA〜ＶcCのうち最大セル電圧Ｖmaxと、セル電圧ＶcA〜ＶcCのうち最小セル電圧Ｖminとの差電圧ΔＶが、予め決められたしきい値電圧Ｖtよりも増加すると、バランシング制御を実行する。これにより、差電圧ΔＶは、しきい値電圧Ｖtよりも小さい値に抑制されている。一方、キースイッチ１４がＯＦＦの状態では、バランシング制御部２７は、バランシング制御を停止する。

最大セル電圧演算部２８の入力側は、電圧検出器２５Ａ〜２５Ｃに接続されている。最大セル電圧演算部２８は、電圧検出器２５Ａ〜２５Ｃで検出した各セル電圧ＶcA〜ＶcCのうちセル電圧の最大値である最大セル電圧Ｖmaxを演算する。最大セル電圧演算部２８は、最大セル電圧Ｖmaxを出力する。

最小セル電圧演算部２９の入力側は、電圧検出器２５Ａ〜２５Ｃに接続されている。最小セル電圧演算部２９は、電圧検出器２５Ａ〜２５Ｃで検出した各セル電圧ＶcA〜ＶcCのうちセル電圧の最小値である最小セル電圧Ｖminを演算する。最小セル電圧演算部２９は、最小セル電圧Ｖminを出力する。

減算部３０の入力側は、最大セル電圧演算部２８と最小セル電圧演算部２９とに接続されている。減算部３０は、最大セル電圧Ｖmaxから最小セル電圧Ｖminを減算し、差電圧ΔＶを演算する。減算部３０は、差電圧ΔＶを出力する。

休車時間計測部３１は、油圧ショベル１が起動されておらず、バランシング制御部２７が動作していない休車時間Ｔrestを検出する。休車時間計測部３１は、休車時間Ｔrestを出力する。休車時間Ｔrestの検出では、例えば油圧ショベル１の位置を検出する衛星測位システムの時間情報を利用する。具体的には、衛星測位システムの時間情報を油圧ショベル１の停止時に記憶する。そして、停止時の時間情報を起動時の時間情報と比較することにより、休車時間Ｔrestを算出する。休車時間Ｔrestは、バランシング制御を実施しない期間に相当し、バランシング制御を実施した履歴情報である。なお、休車時間計測部３１は、キースイッチ１４がＯＦＦになっている時間をコントローラ２６内のタイマで計測し、この時間を休車時間Ｔrestとして検出してもよい。

基準差電圧演算部３２の入力側は、休車時間計測部３１に接続されている。基準差電圧演算部３２は、休車時間Ｔrestに基づいて、基準差電圧ΔＶstd1を演算する。図５に、休車時間Ｔrestと基準差電圧ΔＶstd1の関係を示す。基準差電圧ΔＶstd1は、休車時間Ｔrestの増加に従って、増加する。基準差電圧ΔＶstd1は、休車時間Ｔrestに対する正常なセル電圧の時間変化に基づいて、決定されている。

基準差電圧ΔＶstd1の決定方法について、具体的に説明する。まず、図４に、休車時間Ｔrestに対するセル電圧ＶcA，ＶcBの時間変化の一例として、セル電圧Ｖp，Ｖqを示す。セル電圧Ｖpは、電圧の降下量が最も小さい正常なセルのセル電圧と仮定する。セル電圧Ｖqは、電圧の降下量が最も大きい正常なセルのセル電圧と仮定する。このようなセル電圧Ｖp，Ｖqは、例えばサンプルのセルを用いて実験的に求められる。

図５に示すように、基準差電圧ΔＶstd1は、セル電圧Ｖpとセル電圧Ｖqとの差電圧ΔＶpqに、所定のマージンＶmを加算することによって、決定されている。マージンＶmは、例えばセル電圧の測定誤差やセル電圧の特性ばらつき等を考慮し、実験的に求められる。

基準差電圧ΔＶstd1は、休車時間Ｔrestが増加するに従って、大きくなる。従って、休車時間Ｔrestが小さい時間Ｔ1のときの基準差電圧ΔＶt1（ΔＶt1＝ΔＶstd2（Ｔ1））と、休車時間Ｔrestが大きい時間Ｔ2（Ｔ2＞Ｔ1）のときの基準差電圧ΔＶt2（ΔＶt1＝ΔＶstd2（Ｔ2））とを比較すると、基準差電圧ΔＶt2の方が大きい値になっている。

基準差電圧演算部３２は、例えばコントローラ２６のメモリ（図示せず）に格納された、図５に示す基準差電圧ΔＶt2と休車時間Ｔrestとの関係を示すマップを有する。基準差電圧演算部３２は、このマップを用いて、休車時間Ｔrestから基準差電圧ΔＶstd1を求める。なお、基準差電圧演算部３２は、マップに限らず、図５の特性線に応じた近似式を用いて、休車時間Ｔrestから基準差電圧ΔＶstd1を求めてもよい。

異常判定用の比較部３３には、差電圧ΔＶと基準差電圧ΔＶstd1とが入力される。比較部３３は、差電圧ΔＶと基準差電圧ΔＶstd1を比較する。比較部３３は、差電圧ΔＶが基準差電圧ΔＶstd1よりも大きい場合に、保護信号Ｆａｉｌを発報する（保護信号ＦａｉｌをＯＮにする）。一方、比較部３３は、差電圧ΔＶが基準差電圧ΔＶstd1よりも小さい場合には、保護信号Ｆａｉｌを発報しない（保護信号ＦａｉｌをＯＦＦにする）。比較部３３は、保護信号Ｆａｉｌをインバータ１２に出力する。

異常検知部３４は、最大セル電圧Ｖmaxと最小セル電圧Ｖminとの差電圧ΔＶがバランシング制御を実施した履歴に基づいて求められる基準差電圧ΔＶstd1の範囲内か否かに応じて、蓄電装置２０の異常を検知する。異常検知部３４は、減算部３０、休車時間計測部３１、基準差電圧演算部３２、比較部３３を備えている。

リレーオン制御部３５は、スイッチ３６を介してリレー２３Ａ，２３ＢのＯＮ（閉路）とＯＦＦ（開路）を制御する。リレーオン制御部３５は、油圧ショベル１が起動したときに、リレー２３Ａ，２３ＢをＯＮにし、停止したときにＯＦＦする。

遮断判定用の比較部３７には、差電圧ΔＶと許容差電圧ΔＶstd2とが入力される。比較部３７は、差電圧ΔＶと許容差電圧ΔＶstd2を比較する。比較部３７は、差電圧ΔＶが許容差電圧ΔＶstd2よりも大きい場合に、スイッチ３６を操作し、リレー２３Ａ，２３ＢをＯＦＦにする。これにより、蓄電装置２０からの電力供給が遮断される。一方、比較部３７は、差電圧ΔＶが許容差電圧ΔＶstd2よりも小さい場合に、スイッチ３６を操作し、リレー２３Ａ，２３ＢをＯＮにする。これにより、蓄電装置２０からの電力供給が許可される。また、比較部３７は、差電圧ΔＶと許容差電圧ΔＶstd2との比較結果をバランシング制御部２７に出力する。これにより、バランシング制御部２７は、差電圧ΔＶが許容差電圧ΔＶstd2よりも大きい場合に、バランシング制御を実行する。

次に、図４ないし図７を用いて、本実施の形態による蓄電装置２０のバランシング制御の動作を説明する。

図４は、休車時間Ｔrestに対する３つのセル電圧ＶcA，ＶcB，ＶcCの時間変化の一例として、セル電圧Ｖp，Ｖq，Ｖrを示している。図４中のセル電圧Ｖpは、蓄電装置２０の中で最も内部放電電流が小さく、電圧の降下量が最も小さい正常なセルのセル電圧である。セル電圧Ｖqは、蓄電装置２０の中で最も内部放電電流が大きく、電圧の降下量が最も大きい正常なセルのセル電圧である。一方、セル電圧Ｖrは、正常なセルのセル電圧で、セル電圧Ｖp以下でセル電圧Ｖq以上の範囲内の値となったものである。このようにセル２２Ａ〜２２Ｃが全て正常な場合には、セル電圧Ｖp〜Ｖrは、セル電圧Ｖpよりも低く、セル電圧Ｖqよりも高い範囲の値となる。

一方、セル電圧Ｖsは、セルの内部で異常が発生し、内部放電電流が過大となったセルのセル電圧の一例である。例えばセル２２Ａ〜２２Ｃのいずれかが異常な場合には、異常なセルのセル電圧Ｖsは、セル電圧Ｖpとセル電圧Ｖqとの間の範囲外であって、セル電圧Ｖqよりも低い値となる。

はじめに、蓄電装置２０のセル２２Ａ〜２２Ｃのうちセル２２Ａ，２２Ｂは正常で、セル２２Ｃに異常が発生した場合について、説明する。具体的には、セル２２Ａ〜２２Ｃからセル電圧Ｖp，Ｖq，Ｖsがそれぞれ検出された場合について、説明する（図４参照）。

この場合、最大セル電圧演算部２８の出力する最大セル電圧Ｖmaxは、セル２２Ａのセル電圧Ｖpである。一方、最小セル電圧演算部２９の出力する最小セル電圧Ｖminは、セル２２Ｃのセル電圧Ｖsである。

時刻Ｔ1において、システムが起動した場合、セル電圧Ｖpとセル電圧Ｖsの差である差電圧ΔＶ（ΔＶ＝Ｖp−Ｖs）が、基準差電圧演算部３２で演算された時刻Ｔ1での基準差電圧ΔＶt1を超えている（図５参照）。このため、比較部３３は、保護信号Ｆａｉｌを発報する（保護信号ＦａｉｌをＯＮにする）。

また、時刻Ｔ2において、システムが起動した場合でも、セル電圧Ｖpとセル電圧Ｖsの差である差電圧ΔＶに基づき、比較部３３の演算は行われる。このとき、差電圧ΔＶは、図５に示す時刻Ｔ2での基準差電圧ΔＶt2を超えている。このため、比較部３３は保護信号Ｆａｉｌを発報する。このように、時刻Ｔ1，Ｔ2のいずれでシステムが起動したときでも、差電圧ΔＶが基準差電圧ΔＶt1，ΔＶt2を超える。このため、システムの起動時刻に拘わらず、比較部３３は保護信号Ｆａｉｌを発報し、システムが正常に保護される。

なお、正常なセル電圧は、セル電圧Ｖpよりも低くセル電圧Ｖqよりも高い範囲内の電圧であればよい。従って、例えば全ての正常なセルのセル電圧がセル電圧Ｖq付近まで低下する場合には、最大セル電圧Ｖmaxは、セル電圧Ｖqであってもよい。

図７に、セル２２Ｃが異常な場合について、キースイッチ１４、差電圧ΔＶ、バランシング制御、リレー２３Ａ，２３Ｂ、保護信号Ｆａｉｌのタイムチャートを示す。図７に示すように、キースイッチ１４がＯＮからＯＦＦに切り替わると、油圧ショベル１は停止する（時刻t0）。このとき、休車時間計測部３１は、停止時の時間情報を記憶する。また、リレー２３Ａ，２３Ｂは、ＯＮからＯＦＦに切り替わる。

その後、キースイッチ１４がＯＦＦからＯＮに切り替わると、油圧ショベル１が起動する（時刻t1）。このとき、休車時間計測部３１は、起動時の時間情報を取得する。休車時間計測部３１は、起動時の時間情報と停止時の時間情報との時間差によって、キースイッチ１４がＯＦＦになっていた間の休車時間Ｔrestを計測する。このとき、基準差電圧演算部３２は、休車時間Ｔrestに基づいて基準差電圧ΔＶstd1を算出する。また、減算部３０は、最大セル電圧Ｖmaxとなるセル電圧Ｖpと、最小セル電圧Ｖminとなるセル電圧Ｖsとの差電圧ΔＶを算出する。

これにより、比較部３３は、差電圧ΔＶと基準差電圧ΔＶstd1とを比較する。キースイッチ１４がＯＦＦからＯＮに切り替わった時刻ｔ1で、差電圧ΔＶは、基準差電圧ΔＶstd1を超えて大きくなっている。このため、リレー２３Ａ，２３ＢはＯＦＦの状態に保持される。一方、保護信号Ｆａｉｌは、ＯＦＦからＯＮに切り替わる。これにより、保護信号Ｆａｉｌがインバータ１２に発報され、インバータ１２は停止状態に保持される。これにより、システムの保護が実行される。

次に、蓄電装置２０のセル２２Ａ〜２２Ｃが全て正常な場合を説明する。具体的には、セル２２Ａ〜２２Ｃからセル電圧Ｖp，Ｖq，Ｖrがそれぞれ検出された場合について、説明する（図４参照）。このとき、セル２２Ｃのセル電圧Ｖrは、正常なセルのセル電圧で、セル電圧Ｖp以下でセル電圧Ｖq以上の範囲となっている。

例えば、時刻Ｔ1において、システムが起動した場合、セル電圧Ｖpとセル電圧Ｖqの差である差電圧ΔＶ（ΔＶ＝Ｖp−Ｖq）に基づき、比較部３３の演算は行われる。このとき、差電圧ΔＶは、時刻Ｔ1での基準差電圧ΔＶt1（ΔＶt1＝ΔＶstd2（Ｔ1））を超えていない（図５参照）。このため、比較部３３は、保護信号Ｆａｉｌを発報しない（保護信号ＦａｉｌをＯＦＦにする）。

時刻Ｔ2において、システムが起動した場合、セル電圧Ｖpとセル電圧Ｖqの差である差電圧ΔＶに基づき、比較部３３の演算は行われる。このとき、差電圧ΔＶは、図５に示す時刻Ｔ2での基準差電圧ΔＶt2（ΔＶt2＝ΔＶstd2（Ｔ2））を超えていない。このため、比較部３３は、保護信号Ｆａｉｌを発報しない。このように、時刻Ｔ1，Ｔ2のいずれでシステムが起動したときでも、差電圧ΔＶは、基準差電圧ΔＶt1，ΔＶt2を超えない。このため、システムの起動時刻に拘わらず、比較部３３は保護信号Ｆａｉｌを発報しない。

このように、バランシング制御を実施した履歴情報である休車時間Ｔrestに基づいて基準差電圧ΔＶstd1を演算することによって、休車時間Ｔrestの短い時刻Ｔ1においてセルの異常を検知することが可能である。これに加え、休車時間Ｔrestが長い時刻Ｔ2においても、正常なセルを誤判定することがなく、保護信号Ｆａｉｌの誤報を抑制することができる。

また、休車時間Ｔrestが長く差電圧ΔＶが大きい場合は、セル電圧が上昇する充電時には最大電圧のセルにより制限がかかり、セル電圧が低下する放電時には最小電圧のセルにより制限がかかる。この場合には、十分なシステム性能を確保できない。

このため、差電圧ΔＶが許容差電圧Ｖstd2を超えている場合、リレー２３Ａ，２３Ｂを開放（ＯＦＦ）し、蓄電装置２０からの電力供給を停止した状態で、バランシング制御のみを実行する。バランシング制御によって、差電圧ΔＶが低下し、差電圧ΔＶが許容差電圧ΔＶstd2以下になる（時刻ｔ2）。これにより、十分なシステム性能を確保できる状態になるから、リレー２３Ａ，２３Ｂを閉路（ＯＮ）する。この結果、正常なシステムを起動することができる。

図６に、セル２２Ａ〜２２Ｃが全て正常な場合について、キースイッチ１４、差電圧ΔＶ、バランシング制御、リレー２３Ａ，２３Ｂ、保護信号Ｆａｉｌのタイムチャートを示す。図６に示すように、キースイッチ１４がＯＮからＯＦＦに切り替わると、油圧ショベル１は停止する（時刻t0）。このとき、休車時間計測部３１は、停止時の時間情報を記憶する。また、リレー２３Ａ，２３Ｂは、ＯＮからＯＦＦに切り替わる。

その後、キースイッチ１４がＯＦＦからＯＮに切り替わると、油圧ショベル１が起動する（時刻t1）。このとき、休車時間計測部３１は、起動時の時間情報を取得する。休車時間計測部３１は、起動時の時間情報と停止時の時間情報との時間差によって、キースイッチ１４がＯＦＦになっていた間の休車時間Ｔrestを計測する。このとき、基準差電圧演算部３２は、休車時間Ｔrestに基づいて基準差電圧ΔＶstd1を算出する。また、減算部３０は、最大セル電圧Ｖmaxとなるセル電圧ＶcAと、最小セル電圧Ｖminとなるセル電圧ＶcBとの差電圧ΔＶを算出する。

これにより、比較部３３は、差電圧ΔＶと基準差電圧ΔＶstd1とを比較する。キースイッチ１４がＯＦＦからＯＮに切り替わった時刻ｔ1で、差電圧ΔＶは、許容差電圧ΔＶstd2をよりも大きくなっている。このため、リレー２３Ａ，２３ＢはＯＦＦの状態に保持される。一方、時刻ｔ1で、差電圧ΔＶは、基準差電圧ΔＶstd1よりも小さくなっている。このため、保護信号Ｆａｉｌは、ＯＦＦの状態に保持される。これに対し、バランシング制御部２７は、バランシング制御を実行する。これにより、差電圧ΔＶは、減少して、許容差電圧ΔＶstd2よりも小さくなる（時刻ｔ2）。この時刻ｔ2で、リレー２３Ａ，２３ＢはＯＦＦからＯＮに切り替わる。これにより、正常なシステムを起動することができる。

かくして、実施の形態によれば、コントローラ２６は、複数のセル２２Ａ〜２２Ｃのセル電圧ＶcA〜ＶcCのばらつきを低減するバランシング制御を行うバランシング制御部２７と、複数のセル２２Ａ〜２２Ｃのそれぞれのセル電圧ＶcA〜ＶcCのうち最大セル電圧Ｖmaxを演算する最大セル電圧演算部２８と、複数のセル２２Ａ〜２２Ｃのそれぞれのセル電圧ＶcA〜ＶcCのうち最小セル電圧Ｖminを演算する最小セル電圧演算部２９と、最大セル電圧Ｖmaxと最小セル電圧Ｖminとの差電圧ΔＶがバランシング制御を実施した履歴に基づいて求められる基準差電圧ΔＶstd1の範囲内か否かに応じて、蓄電装置２０の異常を検知する異常検知部３４と、を備えている。

このため、例えば長期間の休車によって、最大セル電圧Ｖmaxと最小セル電圧Ｖminとの差電圧ΔＶが増加するときでも、休車時間Ｔrestに伴う差電圧ΔＶの増加を考慮して、蓄電装置２０の異常を検知することができる。この結果、セルの異常を正確に検知することができ、長期間にわたってバランシング制御を行わない場合でも、異常の誤検知を抑制することができる。

また、油圧ショベル１は、蓄電装置２０から電動機１０への電力供給を遮断するリレー２３Ａ，２３Ｂ（遮断装置）を備え、コントローラ２６は、最大セル電圧Ｖmaxと最小セル電圧Ｖminとの差電圧ΔＶが許容差電圧ΔＶstd2の範囲外となったときに、リレー２３Ａ，２３Ｂによって蓄電装置２０から電動機１０への電力供給を遮断する。

このため、最大セル電圧Ｖmaxと最小セル電圧Ｖminとの差電圧ΔＶが許容差電圧ΔＶstd2よりも増加して、十分なシステム性能を確保できないときには、蓄電装置２０から電動機１０への電力供給を遮断することができる。

また、バランシング制御部２７は、蓄電装置２０から電動機１０に電力が供給されているときに加えて、リレー２３Ａ，２３Ｂによって蓄電装置２０から電動機１０への電力供給が遮断されているときにも、バランシング制御を実行する。

このため、例えば最大セル電圧Ｖmaxと最小セル電圧Ｖminとの差電圧ΔＶが許容差電圧ΔＶstd2よりも増加して、十分なシステム性能を確保できないときには、蓄電装置２０から電動機１０への電力供給を遮断した状態で、バランシング制御を実行することができる。この結果、最大セル電圧Ｖmaxと最小セル電圧Ｖminとの差電圧ΔＶを減少させて、十分なシステム性能を確保することができる。

また、異常検知部３４は、最大セル電圧Ｖmaxと最小セル電圧Ｖminとの差電圧ΔＶを演算する減算部３０と、バランシング制御を実施した履歴として油圧ショベル１が停止した休車時間Ｔrestを計測する休車時間計測部３１と、休車時間Ｔrestに基づいて基準差電圧ΔＶstd1を演算する基準差電圧演算部３２と、差電圧ΔＶと基準差電圧ΔＶstd1とを比較する比較部３３とを備えている。

このとき、減算部３０は、最大セル電圧Ｖmaxから最小セル電圧Ｖminを減算して差電圧ΔＶを算出する。一方、基準差電圧演算部３２は、休車時間計測部３１によって計測された休車時間Ｔrestに基づいて、基準差電圧ΔＶstd1を演算する。これにより、比較部３３は、差電圧ΔＶと基準差電圧ΔＶstd1とを比較し、差電圧ΔＶが基準差電圧ΔＶstd1の範囲内か否かを判定する。この結果、コントローラ２６は、差電圧ΔＶが基準差電圧ΔＶstd1の範囲内のときに、蓄電装置２０が正常であると判定することができる。一方、コントローラ２６は、差電圧ΔＶが基準差電圧ΔＶstd1の範囲外のときに、蓄電装置２０が異常であると判定することができる。

また、基準差電圧演算部３２は、電圧の降下量が最も小さい正常なセルのセル電圧と、電圧の降下量が最も大きい正常なセルのセル電圧との差電圧（例えば差電圧ΔＶpq）が、バランシング制御の完了後からの経過時間に応じて増加することに基づいて、基準差電圧ΔＶstd1を演算する。

このため、電圧の降下量が過大となった異常なセル（例えばセル２１Ｃ）が存在するときには、バランシング制御の完了後から短い時間が経過した時点で、最大セル電圧Ｖmaxと最小セル電圧Ｖminとの差電圧ΔＶが基準差電圧ΔＶstd1よりも大きくなる。この結果、異常検知部３４は、差電圧ΔＶを一定の基準値と比較するときに比べて、バランシング制御の完了後からの経過時間が短いときでも、蓄電装置２０の異常を検知することができる。

なお、前記実施の形態では、蓄電装置２０は、セル２２Ａ〜２２Ｃを直列接続した単一の直列回路を備えた場合を例に挙げて説明した。本発明はこれに限らず、例えば、蓄電装置は、複数のセルが直列接続された直列回路を複数備え、これらの直列回路が並列接続された構成でもよい。

また、異常判定用の比較部３３と遮断判定用の比較部３７の状態を操作者に対して表示してもよい。この場合、オペレータは、セルの異常が発生しているか、単に休車時間Ｔrestが長くてバランシング制御が必要な状態であるかを確認することが可能である。これにより、オペレータは、適切な処置をするために必要な情報を取得することができる。

前記実施の形態では、基準差電圧演算部３２は、休車時間Ｔrestのみに基づいて基準差電圧ΔＶstd1を演算する場合を例に挙げて説明した。本発明はこれに限らず、基準差電圧演算部３２は、休車時間Ｔrestに加えてシステム停止時（休車の開始時）の差電圧ΔＶ0を考慮して、基準差電圧ΔＶstd1を演算してもよい。

具体的には、システム停止時の差電圧ΔＶ0が大きい場合は、基準差電圧ΔＶstd1が大きくなるように補正を行ってもよい。即ち、休車を開始したシステム停止時に、初期の差電圧ΔＶ0が生じている場合も考えられる。この場合は、図５に示すように、差電圧ΔＶが０（ΔＶ＝０）の状態から休車を開始したときに比べて、時間差Δｔが経過して差電圧ΔＶが初期の差電圧ΔＶ0まで増加したときと同じ状態である。このため、初期の差電圧ΔＶ0に応じた時間差Δtを算出し、休車時間Ｔrestに時間差Δｔを加算することによって、基準差電圧ΔＶstd1を求めることができる。これにより、さらに精度よく保護信号Ｆａｉｌの誤報を抑制することができる。

また、最大セル電圧Ｖmaxと最小セル電圧Ｖminとの差電圧ΔＶは、差電圧ΔＶが０（ΔＶ＝０）となる初期電圧Ｖ0に応じて変化する。即ち、初期電圧Ｖ0が高いときに、差電圧ΔＶの時間変化は大きくなる傾向がある。初期電圧Ｖ0が低いときに、差電圧ΔＶの時間変化は小さくなる傾向がある。

このため、初期電圧Ｖ0に基づいて、基準差電圧ΔＶstd1を変化させてもよい。具体的には、例えばバランシング制御を最後に終了したとき、または休車を開始したときに、このときのセル電圧を初期電圧Ｖ0として予め検出する。そして、図５中に破線で示すように、初期電圧Ｖ0が高いときには、基準差電圧ΔＶstd1の時間変化を大きくする。初期電圧Ｖ0が低いときには、基準差電圧ΔＶstd1の時間変化を小さくする。

前記実施の形態では、油圧ショベル１の駆動中はバランシング制御が継続的に実行される。このため、最大セル電圧Ｖmaxと最小セル電圧Ｖminとの差電圧ΔＶは、油圧ショベル１の駆動中は小さい値（例えば０付近の値）となる。この点を考慮して、実施の形態による基準差電圧演算部３２は、バランシング制御を実施した履歴として、油圧ショベル１の休車時間Ｔrestに基づいて、基準差電圧ΔＶstd1を求めるものとした。本発明はこれに限らず、例えば基準差電圧演算部３２は、バランシング制御を実施した履歴として、休車時間Ｔrestに代えて、バランシング制御を最後に終了した時点からの経過時間Ｔ0（図６および図７参照）に基づいて、基準差電圧ΔＶstd1を求めてもよい。

前記実施の形態では、エンジン７、電動機１０および蓄電装置２０を備えたハイブリッド式の油圧ショベル１を例に挙げて説明した。本発明はこれに限らず、図８に示す変形例のように、電動式の油圧ショベル４１に適用してもよい。この場合、油圧ショベル４１は、エンジンが省かれると共に、蓄電装置２０を外部から充電するための充電器４２を備えている。充電器４２は、直流母線１３Ａ，１３Ｂに接続されている。充電器４２は、例えば商用電源のような外部電源に接続するための外部電源接続端子４３を有している。充電器４２は、外部電源接続端子４３から供給される電力を蓄電装置２０に供給し、蓄電装置２０を充電する。

前記実施の形態では、建設機械として油圧ショベル１を例に挙げて説明した。本発明はこれに限らず、複数のセルにより構成される蓄電装置を備えた建設機械であればよく、例えばホイールローダのような各種の建設機械に適用可能である。

１，４１ 油圧ショベル（建設機械）
５ 作業装置
８ 油圧ポンプ
１０ 電動機
２０ 蓄電装置
２２Ａ〜２２Ｃ セル
２３Ａ，２３Ｂ リレー（遮断装置）
２４Ａ〜２４Ｃ 放電回路
２５Ａ〜２５Ｃ 電圧検出器
２６ コントローラ
２７ バランシング制御部
２８ 最大セル電圧演算部
２９ 最小セル電圧演算部
３０ 減算部
３１ 休車時間計測部
３２ 基準差電圧演算部
３３，３７ 比較部
３４ 異常検知部
３５ リレーオン制御部
３６ スイッチ

Claims (4)

1. 互いに直列接続された複数のセルにより構成される蓄電装置と、
   前記蓄電装置の電力により駆動される電動機と、
   前記電動機により駆動される油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプが送出する作動油により駆動される作業装置と、
   前記複数のセルのそれぞれのセル電圧を検出する電圧検出器と、
   前記セル電圧を制御するコントローラと、を備えた建設機械において、
   前記コントローラは、
   前記複数のセルのセル電圧のばらつきを低減するバランシング制御を行うバランシング制御部と、
   前記複数のセルのそれぞれのセル電圧のうち最大セル電圧を演算する最大セル電圧演算部と、
   前記複数のセルのそれぞれのセル電圧のうち最小セル電圧を演算する最小セル電圧演算部と、
   前記最大セル電圧と前記最小セル電圧との差電圧が前記バランシング制御を実施した履歴に基づいて求められる基準差電圧の範囲内か否かに応じて、前記蓄電装置の異常を検知する異常検知部と、を備え、
   前記異常検知部は、前記最大セル電圧と前記最小セル電圧との差電圧を演算する減算部と、前記バランシング制御を実施した履歴として前記建設機械が停止した休車時間を計測する休車時間計測部と、前記休車時間に基づいて前記基準差電圧を演算する基準差電圧演算部と、前記差電圧と前記基準差電圧とを比較する比較部とを備えていることを特徴とする建設機械。
2. 前記蓄電装置から前記電動機への電力供給を遮断する遮断装置を備え、
   前記コントローラは、前記最大セル電圧と前記最小セル電圧との差電圧が許容差電圧の範囲外となったときに、前記遮断装置によって前記蓄電装置から前記電動機への電力供給を遮断することを特徴とする請求項１に記載の建設機械。
3. 前記バランシング制御部は、前記蓄電装置から前記電動機に電力が供給されているときに加えて、前記遮断装置によって前記蓄電装置から前記電動機への電力供給が遮断されているときにも、前記バランシング制御を実行することを特徴とする請求項２に記載の建設機械。
4. 前記基準差電圧演算部は、電圧の降下量が最も小さい正常なセルのセル電圧と、電圧の降下量が最も大きい正常なセルのセル電圧との差電圧が、前記バランシング制御の完了後からの経過時間に応じて増加することに基づいて、前記基準差電圧を演算することを特徴とする請求項１に記載の建設機械。

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