JP6961548B2

JP6961548B2 - 建設機械

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Publication number: JP6961548B2
Application number: JP2018135797A
Authority: JP
Inventors: 聡彦渡邉; 誠司石田; 健竹内
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2018-07-19
Filing date: 2018-07-19
Publication date: 2021-11-05
Anticipated expiration: 2038-07-19
Also published as: KR102446741B1; CN112514195A; EP3813220A1; US20220274487A1; JP2020014337A; WO2020017348A1; KR20210019508A; US11964569B2; EP3813220A4; CN112514195B

Description

本発明は、例えば油圧ショベルのような建設機械に関する。

蓄電装置を動力源とするハイブリッドショベルやバッテリショベルが知られている。このように蓄電装置を備えたショベルは、蓄電装置の交換、廃棄のようなメンテナンス時に、作業者を感電させないように、蓄電装置の電荷を安全電圧まで放電する必要がある。

そのため、例えば蓄電装置にキャパシタユニットを採用した場合に、メンテナンス時の放電を速やかに行うために、キャパシタ電圧の値によって放電制御を切り替える構成が知られている（特許文献１）。

また、蓄電装置の放電後にキーオフし、直ちにキーオンしたときには、予期せぬ充電が生じる可能性がある。そこで、このような予期せぬ充電を、エンジン回転数を監視することで防ぐ構成が知られている（特許文献２）。

国際公開第２００８／１１１６４９号特開２０１３−１６９０６０号公報

ところで、蓄電装置に例えばリチウムイオンバッテリを用いる場合には、廃棄のために安全電圧まで放電した後に再充電してしまうと、リチウムイオンバッテリの内部短絡等が発生する可能性がある。このため、再充電を確実に防止することが必要となる。

これに対し、特許文献２には、キャパシタユニットを放電完了させた後に、所定のエンジン回転数以下の状態が所定時間維持したことを条件として、キャリパユニットの再充電を許可することが開示されている。このため、特許文献２に開示された従来技術をリチウムイオンバッテリに適用した場合には、安全電圧まで放電した後に、再充電を防止することができないという問題がある。

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、廃棄のために蓄電装置を安全電圧まで放電させた場合に、蓄電装置の再充電を防ぐことができる建設機械を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明は、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、前記電動機を制御するインバータと、前記インバータに接続され電力の充電および放電を行う蓄電装置と、車体コントローラからの充放電指令に基づいて前記蓄電装置の充電および放電を制御する充放電制御部と、前記蓄電装置の情報を記憶する情報記憶部とを有するバッテリコントローラと、を備えた建設機械において、前記バッテリコントローラは、通常動作の場合は、通常動作モードとなって、前記充放電制御部によって前記蓄電装置の充電および放電を許可し、前記車体コントローラから前記蓄電装置を完全に放電させるための放電指令を受信した場合は、放電モードとなって、前記充放電制御部によって安全電圧まで前記蓄電装置を放電し、放電情報を前記情報記憶部に記憶し、前記情報記憶部から前記放電情報を読み出した場合は、放電禁止モードとなって、前記充放電制御部によって前記蓄電装置の充電および放電を禁止することを特徴としている。

本発明によれば、蓄電装置の廃棄のために安全電圧まで蓄電装置を放電させた場合に、放電情報を情報記憶部に記憶する。これにより、車体稼働時に放電情報を確認することができる。このため、情報記憶部に放電情報が記録された蓄電装置は、充放電を禁止することができ、蓄電装置の再充電を防止することができる。

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。第１の実施の形態による油圧ショベルの駆動システムを示すブロック図である。動作モードの判定処理を示す流れ図である。放電モード処理を示す流れ図である。起動処理を示す流れ図である。起動信号、電圧、放電情報、動作モードの時間変化を示すタイムチャートである。第２の実施の形態による油圧ショベルの駆動システムを示すブロック図である。起動信号、電圧、放電情報、開閉器の状態、動作モード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、第１の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を備えている。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。なお、作業装置５は、バケット５Ｃを備えたものに限らず、例えばグラップル等を備えたものでもよい。

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、アシスト発電モータ１０が機械的に接続されている。このため、油圧ポンプ８は、アシスト発電モータ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２Ｂ（図１は片側のみ図示）を駆動する。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、旋回装置３を駆動する。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、例えば掘削、整地の作業を行う。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の電動系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、アシスト発電モータ１０は、エンジン７に機械的に結合されている。アシスト発電モータ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。このため、アシスト発電モータ１０は、油圧ポンプ８を駆動する電動機を構成している。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、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。

アシスト発電モータ１０は、エンジン７を動力源に発電機として働きバッテリモジュール２１への電力供給を行う発電と、バッテリモジュール２１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、アシスト発電モータ１０がモータとして駆動するときは、アシスト発電モータ１０は、バッテリモジュール２１の電力により駆動される。

アシスト発電モータ１０は、電力変換器となる第１のインバータ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。第１のインバータ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。第１のインバータ１２は、アシスト発電モータ１０を制御する。

アシスト発電モータ１０の発電時には、第１のインバータ１２は、アシスト発電モータ１０からの交流電力を直流電力に変換してバッテリモジュール２１に供給する。アシスト発電モータ１０の力行時には、第１のインバータ１２は、直流母線１３Ａ，１３Ｂの直流電力を交流電力に変換してアシスト発電モータ１０に供給する。

旋回電動モータ１４は、アシスト発電モータ１０またはバッテリモジュール２１からの電力によって駆動される。旋回電動モータ１４は、例えば三相誘導電動機によって構成され、油圧モータ３Ａと共に上部旋回体４に設けられている。旋回電動モータ１４は、油圧モータ３Ａと協働して旋回装置３を駆動する。

旋回電動モータ１４は、第２のインバータ１５を介して直流母線１３Ａ，１３Ｂに接続されている。旋回電動モータ１４は、バッテリモジュール２１やアシスト発電モータ１０からの電力を受けて駆動する力行と、旋回制動時の余分なトルクで発電してバッテリモジュール２１を蓄電する回生との２通りの役割を果たす。第２のインバータ１５は、第１のインバータ１２と同様に、スイッチング素子を複数用いて構成されている。第２のインバータ１５は、旋回電動モータ１４を制御する。

キースイッチ１６は、アシスト発電モータ１０を駆動させる駆動位置（ＯＮ）とアシスト発電モータ１０を停止させる停止位置（ＯＦＦ）とを有している。キースイッチ１６は、ＯＮとなったときに、車体の起動信号を車体コントローラ１７とバッテリユニット２０に通知する。キースイッチ１６は、ＯＦＦとなったときに、起動信号の出力を停止する。

車体コントローラ１７は、第１のインバータ１２と第２のインバータ１５とにトルク指令を出力する。通常動作の場合は、バッテリモジュール２１を充電または放電させるために、車体コントローラ１７は、バッテリユニット２０のバッテリコントローラ２２（充放電制御部２３）に充放電指令を出力する。一方、例えばバッテリユニット２０を廃棄する場合には、バッテリモジュール２１を完全に放電させるために、車体コントローラ１７は、バッテリユニット２０のバッテリコントローラ２２（充放電制御部２３）に放電指令を出力する。

車体コントローラ１７は、バッテリユニット２０の状態をモニタ１８に表示させる。アシスト発電モータ１０は、第１のインバータ１２を介してバッテリモジュール２１に接続されている。アシスト発電モータ１０は、車体コントローラ１７の出力するトルク指令に従って、油圧ポンプ８のアシスト、およびバッテリモジュール２１への充電を行う。旋回電動モータ１４は、第２のインバータ１５を介してバッテリモジュール２１に接続されている。旋回電動モータ１４は、車体コントローラ１７の出力するトルク指令に従って、上部旋回体４の旋回動作時に油圧モータ３Ａのアシスト、および回生制動によるバッテリモジュール２１への充電を行う。

次に、バッテリユニット２０の具体的な構成について、図２を参照して説明する。バッテリユニット２０は、バッテリモジュール２１と、バッテリコントローラ２２とを備えている。

バッテリモジュール２１は、第１のインバータ１２に接続され、電力の充電および放電を行う蓄電装置を構成している。バッテリモジュール２１は、リチウムイオン二次電池からなるセル（図示せず）を複数備えている。バッテリモジュール２１は、複数のセルが互いに直列接続された組電池によって構成されている。バッテリモジュール２１の正極側の端子は、正極側の直流母線１３Ａに接続されている。バッテリモジュール２１の負極側の端子は、負極側の直流母線１３Ｂに接続されている。バッテリモジュール２１は、アシスト発電モータ１０から供給される電荷によって充電される。バッテリモジュール２１は、アシスト発電モータ１０および旋回電動モータ１４に電荷を供給して放電する。バッテリモジュール２１の充電および放電に関する許可と禁止は、充放電制御部２３によって制御されている。

バッテリモジュール２１の両端には、電圧検出器２１Ａが接続されている。電圧検出器２１Ａは、バッテリモジュール２１の両端の電圧Ｖ（バッテリ電圧）を検出する。電圧検出器２１Ａは、電圧Ｖを充放電制御部２３に出力する。

バッテリコントローラ２２は、車体コントローラ１７からの充放電指令に基づいてバッテリモジュール２１の充電および放電を制御する充放電制御部２３と、バッテリモジュール２１の放電情報を記憶する情報記憶部２４と、を有している。

バッテリコントローラ２２は、通常動作モード、放電モード、充放電禁止モードの３つの動作モードを備えている。バッテリコントローラ２２は、通常動作の場合は、通常動作モードになる。通常動作モードでは、バッテリコントローラ２２は、充放電制御部２３によってバッテリモジュール２１の充電および放電を許可する。

バッテリコントローラ２２は、車体コントローラ１７から放電指令を受信した場合は、放電モードになる。放電モードでは、バッテリコントローラ２２は、充放電制御部２３によって安全電圧までバッテリモジュール２１を放電し、放電情報を情報記憶部２４に記憶する。

バッテリコントローラ２２は、情報記憶部２４から放電情報を読み出した場合は、充放電禁止モードになる。充放電禁止モードでは、バッテリコントローラ２２は、充放電制御部２３によってバッテリモジュール２１の充電および放電を禁止する。

充放電制御部２３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。充放電制御部２３の入力部は、キースイッチ１６、車体コントローラ１７、バッテリモジュール２１、電圧検出器２１Ａ、情報記憶部２４に接続されている。充放電制御部２３の出力部は、インバータ１２，１５、車体コントローラ１７、バッテリモジュール２１、情報記憶部２４に接続されている。

充放電制御部２３は、図３に示す動作モードの判定処理のプログラムを実行する。即ち、車体コントローラ１７からの放電指令を受信しない場合は、充放電制御部２３は、通常動作モード処理を実行する。この場合、充放電制御部２３は、バッテリモジュール２１の充電および放電を許可する。充放電制御部２３は、車体コントローラ１７からの充放電指令に基づいて、バッテリモジュール２１の充電および放電を制御する。

車体コントローラ１７からの放電指令を受信した場合は、充放電制御部２３は、放電モード処理を実行する。この場合、充放電制御部２３は、図４に示す放電モード処理のプログラムを実行する。このとき、充放電制御部２３は、バッテリモジュール２１の電荷を、放電させる。

具体的には、充放電制御部２３は、バッテリモジュール２１の電荷を、例えば第１のインバータ１２を介してアシスト発電モータ１０に放電させる。なお、充放電制御部２３は、バッテリモジュール２１の電荷を、例えば第２のインバータ１５を介して旋回電動モータ１４に放電させてもよい。充放電制御部２３は、バッテリモジュール２１の電圧Ｖと、安全電圧となる規定値Ｖ1とを比較する。充放電制御部２３は、電圧Ｖが規定値Ｖ１よりも大きい場合に、放電を継続する。充放電制御部２３は、電圧Ｖが規定値Ｖ１以下の場合に、放電を停止する。このとき、充放電制御部２３は、放電情報を情報記憶部２４に記憶させる。これに加え、充放電制御部２３は、放電情報を車体コントローラ１７へ通知する。

また、充放電制御部２３は、油圧ショベル１の起動時には、図５に示す起動処理のプログラムを実行する。即ち、充放電制御部２３は、キースイッチ１６からの起動信号を受信する。このとき、充放電制御部２３は、情報記憶部２４から放電情報を読み込む。情報記憶部２４に放電情報が記憶されていた場合は、充放電制御部２３は、充放電禁止モード処理を実行する。即ち、充放電制御部２３は、バッテリモジュール２１の充電および放電を禁止する。これに加え、充放電制御部２３は、放電情報を車体コントローラ１７に通知する。これにより、車体コントローラ１７は、放電情報をモニタ１８に表示させる。

一方、情報記憶部２４に放電情報が記憶されていない場合は、充放電制御部２３は、通常モード処理を実行する。即ち、充放電制御部２３は、バッテリモジュール２１の充電および放電を許可する。充放電制御部２３は、車体コントローラ１７からの充放電指令に基づいて、通常通りバッテリモジュール２１を充電または放電させる。

情報記憶部２４は、例えば不揮発性メモリによって構成されている。情報記憶部２４は、充放電制御部２３に接続されている。放電情報は、初期状態の情報記憶部２４から削除されている。充放電制御部２３が放電処理を完了すると、充放電制御部２３は、情報記憶部２４に放電情報を出力する。これにより、情報記憶部２４は、放電処理が完了したときに、放電情報を記憶する。

次に、動作モードの判定処理について、図３を参照して説明する。動作モードの判定処理は、予め決められた制御周期で繰り返し実行される。

ステップＳ１では、充放電制御部２３は、車体コントローラ１７からの放電指令を受信したか否かを判定する。充放電制御部２３が放電指令を受信していない場合には、ステップＳ１で「ＮＯ」と判定し、ステップＳ２に移行する。ステップＳ２では、バッテリコントローラ２２は、通常動作モードになり、バッテリモジュール２１の充電および放電を許可する。これにより、充放電制御部２３は、車体コントローラ１７からの充放電指令に基づいてバッテリモジュール２１の充電および放電を制御する。

一方、充放電制御部２３が放電指令を受信した場合には、ステップＳ１で「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ３に移行する。ステップＳ３では、バッテリコントローラ２２は、通常動作モードから放電モードに切り替わる。このとき、バッテリコントローラ２２は、図４に示す放電モード処理を実行する。

次に、バッテリコントローラ２２による放電モード処理について、図４を参照して説明する。

まず、ステップＳ１１では、充放電制御部２３は、第１のインバータ１２を制御して、バッテリモジュール２１の電荷をアシスト発電モータ１０に放電させる。このとき、バッテリモジュール２１の電荷を旋回電動モータ１４に放電させてもよい。

続くステップＳ１２では、充放電制御部２３は、バッテリモジュール２１の電圧Ｖと、安全電圧となる規定値Ｖ1とを比較する。このとき、規定値Ｖ1は、例えば作業者を感電させることがない電圧であり、予め実験的に決められている。電圧Ｖが規定値Ｖ1よりも大きい場合（Ｖ＞Ｖ1）には、ステップＳ１２で「ＮＯ」と判定し、ステップＳ１１に戻って、バッテリモジュール２１の放電を継続する。一方、電圧Ｖが規定値Ｖ1以下の場合（Ｖ≦Ｖ1）には、電圧Ｖが安全電圧まで低下したから、ステップＳ１２で「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ１３に移行する。ステップＳ１３では、バッテリコントローラ２２は、放電情報を情報記憶部２４に記憶させる。これに加え、充放電制御部２３は、放電情報を車体コントローラ１７に通知する。

次に、バッテリコントローラ２２による起動処理について、図５を参照して説明する。起動処理は、予め決められた制御周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ２１では、充放電制御部２３は、キースイッチ１６から車体の起動信号を受信したか否かを判定する。充放電制御部２３が起動信号を受信していない場合には、ステップＳ２１で「ＮＯ」と判定し、そのままリターンする。

一方、充放電制御部２３が起動信号を受信した場合には、ステップＳ２１で「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ２２に移行する。ステップＳ２２では、充放電制御部２３は、情報記憶部２４から放電情報を読み込む。このとき、充放電制御部２３は、読み込んだ放電情報を、車体コントローラ１７に通知する。

続くステップＳ２３では、情報記憶部２４に放電情報が記憶されていたか否かを判定する。情報記憶部２４に放電情報が記憶されていた場合は、ステップＳ２３で「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ２４に移行する。ステップＳ２４では、バッテリコントローラ２２は、充放電禁止モードになり、充放電制御部２３によってバッテリモジュール２１の充電および放電を禁止する。これにより、バッテリモジュール２１の再充電が防止される。このとき、車体コントローラ１７は、放電情報をモニタ１８に表示させる。オペレータは、モニタ１８を目視確認することによって、バッテリモジュール２１の再充電が不可であることを把握することができる。

一方、情報記憶部２４に放電情報が記憶されていない場合は、ステップＳ２３で「ＮＯ」と判定し、ステップＳ２５に移行する。ステップＳ２５では、バッテリコントローラ２２は、通常動作モードになり、バッテリモジュール２１の充電および放電を許可する。これにより、充放電制御部２３は、車体コントローラ１７からの充放電指令に基づいてバッテリモジュール２１の充電および放電を制御する。

本実施形態における充放電処理および起動処理の具体的な内容について、図６を参照して説明する。図６は、車体の起動信号、バッテリモジュール２１の電圧Ｖ、放電情報、動作モードの時間変化を示している。

バッテリコントローラ２２は、通常動作の場合は、通常動作モードになる。即ち、放電指令を受信することがなく、かつ、情報記憶部２４に放電情報が記憶されていない場合には、バッテリコントローラ２２は、通常動作モードになる。

充放電制御部２３は、通常動作モードで稼働している時刻ｔ11に、車体コントローラ１７からの放電指令を受信する。この時点で、バッテリコントローラ２２の動作モードは、通常動作モードから放電モードに切り替わる。これにより、充放電制御部２３は、バッテリモジュール２１の放電を開始する。バッテリモジュール２１の電圧Ｖは、充放電制御部２３による放電処理によって徐々に低下していく。時刻ｔ12では、バッテリモジュール２１の電圧Ｖが規定値Ｖ１以下になる。このとき、充放電制御部２３は、放電情報を情報記憶部２４に記憶して、放電処理を完了する。その後、キースイッチ１６が操作されて、車体の起動信号がＯＮからＯＦＦに切り替わる。これにより、バッテリコントローラ２２は、起動信号のＯＦＦを判別した時刻ｔ13で、放電モードを終了する。

放電モードの終了後である時刻ｔ14で、キースイッチ１６をＯＦＦからＯＮに操作すると、再度車体が起動する。このとき、充放電制御部２３は、キースイッチ１６から起動信号を受信する。充放電制御部２３は、起動信号を受信すると、情報記憶部２４から放電情報を読み出す。このとき、情報記憶部２４に放電情報が記憶されているから、バッテリコントローラ２２は、充放電禁止モードになって、充放電制御部２３によってバッテリモジュール２１の充電および放電を禁止する。この結果、バッテリモジュール２１に対する再充電が防止される。

かくして、第１の実施の形態によれば、バッテリコントローラ２２は、通常動作の場合は、通常動作モードとなって、充放電制御部２３によってバッテリモジュール２１の充電および放電を許可する。このとき、充放電制御部２３は、車体コントローラ１７からの充放電指令に基づいてバッテリモジュール２１の充電および放電を制御する。これにより、例えばアシスト発電モータ１０に力行動作や発電動作を実行させることができる。

また、バッテリコントローラ２２は、車体コントローラ１７からバッテリモジュール２１を完全に放電させるための放電指令を受信した場合は、放電モードとなって、充放電制御部２３によって安全電圧までバッテリモジュール２１を放電し、放電情報を情報記憶部２４に記憶させる。これにより、バッテリモジュール２１は、その電圧Ｖが低下して、廃棄可能な状態になる。これに加え、情報記憶部２４に放電情報が記憶されるから、放電情報を読み出すことによって、バッテリモジュール２１の放電状態を容易に確認することができる。

バッテリコントローラ２２は、情報記憶部２４から放電情報を読み出した場合は、放電禁止モードとなって、充放電制御部２３によってバッテリモジュール２１の充電および放電を禁止する。このように、バッテリコントローラ２２は、車体稼働時に放電情報の有無を確認することができる。このため、情報記憶部２４に放電情報が記録されたバッテリモジュール２１は、その再充電を防止することができる。

また、バッテリモジュール２１およびバッテリコントローラ２２は、交換可能なバッテリユニット２０を構成している。このため、バッテリモジュール２１を廃棄するために、車体からバッテリユニット２０を取り外した場合には、取り外されたバッテリユニット２０にバッテリコントローラ２２が付属されている。このとき、バッテリコントローラ２２の情報記憶部２４には、放電情報が記憶されている。このため、廃棄すべきバッテリモジュール２１を備えたバッテリユニット２０を誤って車体に取り付けた場合でも、車体を起動するときに、放電情報に基づいて、バッテリモジュール２１の再充電を防止することができる。

また、油圧ショベル１は、放電情報を表示するためのモニタ１８を備えている。このため、オペレータは、モニタ１８を目視確認することによって、バッテリモジュール２１の充電および放電が禁止されていることを容易に把握することができる。

次に、図７および図８を用いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態の特徴は、バッテリコントローラは、放電禁止モードでは、開閉器を用いてインバータとバッテリモジュールとの間を遮断することにある。なお、第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同一の構成要素は同一の符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施の形態による油圧ショベル３１は、バッテリユニット３２を備えている。バッテリユニット３２は、第１の実施の形態によるバッテリユニット２０と同様に、バッテリモジュール２１と、バッテリコントローラ３４とを備えている。これに加えて、バッテリユニット３２は、第１のインバータ１２とバッテリモジュール２１との間を電気的に接続または遮断する開閉器３３を備えている。

開閉器３３は、バッテリモジュール２１と直流母線１３Ａ，１３Ｂとの間に設けられている。開閉器３３は、例えばリレーによって構成されている。開閉器３３は、常時は遮断状態になっている。開閉器３３は、充放電制御部３５から励磁電流が供給されることによって、接続状態になる。即ち、開閉器３３は、バッテリコントローラ３４の充放電制御部３５によって、接続状態と遮断状態が制御される。バッテリコントローラ３４が通常動作モードまたは放電モードのときには、開閉器３３は、接続状態になる。一方、バッテリコントローラ３４が充放電禁止モードのときには、開閉器３３は、遮断状態になる。なお、開閉器３３は、リレーに限らず、充放電制御部３５によって制御可能な各種のスイッチによって構成してもよい。

バッテリコントローラ３４は、第１の実施の形態によるバッテリコントローラ２２と同様に、充放電制御部３５と、情報記憶部２４とを有している。充放電制御部３５は、第１の実施の形態による充放電制御部２３と同様に構成されている。但し、充放電制御部３５は、開閉器３３の接続状態と遮断状態を制御する。この点で、充放電制御部３５は、第１の実施の形態による充放電制御部２３とは異なっている。

バッテリコントローラ３４（充放電制御部３５）は、第１の実施の形態によるバッテリコントローラ２２と同様に、図３に示す動作モードの判定処理、図４に示す放電処理、図５に示す起動処理を実行する。

但し、バッテリコントローラ３４は、図５中のステップＳ２４で、充放電禁止モードになった場合、充放電制御部３５によって開閉器３３を接続状態から遮断状態に切り替える。これにより、バッテリモジュール２１の充電および放電が禁止され、バッテリモジュール２１の再充電が防止される。このとき、車体コントローラ１７は、放電情報をモニタ１８に表示させる。

一方、バッテリコントローラ３４は、図５中のステップＳ２５で、通常動作モードになった場合、充放電制御部３５によって開閉器３３を接続状態に保持する。これにより、バッテリモジュール２１の充電および放電が許可され、充放電制御部３５は、車体コントローラ１７からの充放電指令に基づいてバッテリモジュール２１の充電および放電を制御する。

本実施形態における充放電処理および起動処理の具体的な内容について、図８で説明する。図８は、車体の起動信号、バッテリモジュール２１の電圧Ｖ、放電情報、開閉器３３の状態、動作モードの時間変化を示している。

バッテリコントローラ３４は、通常動作の場合は、通常動作モードになる。このとき、バッテリコントローラ３４は、充放電制御部３５によって開閉器３３を接続状態にする。

充放電制御部３５は、通常動作モードで稼働している時刻ｔ21に、車体コントローラ１７からの放電指令を受信する。これにより、充放電制御部３５は、バッテリモジュール２１の放電を開始する。この時点で、バッテリコントローラ３４の動作モードは、通常動作モードから放電モードに切り替わる。バッテリモジュール２１の電圧Ｖは、充放電制御部３５による放電処理によって徐々に低下していく。時刻ｔ22では、バッテリモジュール２１の電圧Ｖが規定値Ｖ１以下になる。このとき、充放電制御部３５は、放電情報を情報記憶部２４に記憶して、放電処理を完了する。その後、キースイッチ１６が操作されて、車体の起動信号がＯＮからＯＦＦに切り替わる。これにより、バッテリコントローラ３４は、起動信号のＯＦＦを判別した時刻ｔ23で、放電モードを終了すると共に、開閉器３３を接続状態から遮断状態に切り替える。

放電モードの終了後である時刻ｔ24で、キースイッチ１６をＯＦＦからＯＮに操作すると、再度車体が起動する。このとき、充放電制御部３５は、キースイッチ１６から起動信号を受信する。充放電制御部３５は、起動信号を受信すると、情報記憶部２４から放電情報を読み出す。このとき、情報記憶部２４に放電情報が記憶されているから、バッテリコントローラ３４は、充放電禁止モードになって、開閉器３３の遮断状態を保持する。これにより、バッテリモジュール２１の充電および放電が禁止される。この結果、バッテリモジュール２１に対する再充電が防止される。

かくして、このように構成された第２の実施の形態においても、前述した第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。また、バッテリユニット３２は、第１のインバータ１２とバッテリモジュール２１との間を電気的に接続または遮断する開閉器３３を備え、バッテリコントローラ３４は、放電禁止モードでは、開閉器３３を用いて第１のインバータ１２とバッテリモジュール２１との間を遮断する。これにより、バッテリモジュール２１を完全に放電した場合には、開閉器３３によって、バッテリモジュール２１の充電および放電を禁止することができる。

なお、前記第１の実施の形態では、エンジン７、アシスト発電モータ１０およびバッテリユニット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９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、バッテリユニット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バッテリユニット２０に供給し、バッテリユニット２０のバッテリモジュール２１を充電する。この構成は、第２の実施の形態にも適用することができる。

前記各実施の形態では、蓄電装置としてリチウムイオン二次電池からなるバッテリモジュール２１を例に挙げて説明した。本発明はこれに限らず、蓄電装置は、他の材料からなる二次電池でもよく、キャパシタでもよい。

前記各実施の形態では、アシスト発電モータ１０および旋回電動モータ１４はバッテリユニット２０に接続されるものとした。本発明はこれに限らず、旋回電動モータ１４を省いて、アシスト発電モータ１０のみがバッテリユニット２０に接続されてもよい。この構成は、第２の実施の形態にも適用することができる。

前記各実施の形態では、建設機械として油圧ショベル１，３１を例に挙げて説明した。本発明はこれに限らず、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。

前記各実施の形態は例示であり、異なる実施の形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。

１，３１，４１油圧ショベル（建設機械）
５作業装置
８油圧ポンプ
１０アシスト発電モータ（電動機）
１２第１のインバータ（インバータ）
１４旋回電動モータ
１６キースイッチ
１７車体コントローラ
１８モニタ
２０，３２バッテリユニット
２１バッテリモジュール（蓄電装置）
２２，３４バッテリコントローラ
２３，３５充放電制御部
２４情報記憶部
３３開閉器

Claims

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、
前記電動機を制御するインバータと、
前記インバータに接続され電力の充電および放電を行う蓄電装置と、
車体コントローラからの充放電指令に基づいて前記蓄電装置の充電および放電を制御する充放電制御部と、前記蓄電装置の情報を記憶する情報記憶部とを有するバッテリコントローラと、を備えた建設機械において、
前記バッテリコントローラは、
通常動作の場合は、通常動作モードとなって、前記充放電制御部によって前記蓄電装置の充電および放電を許可し、
前記車体コントローラから前記蓄電装置を完全に放電させるための放電指令を受信した場合は、放電モードとなって、前記充放電制御部によって安全電圧まで前記蓄電装置を放電し、放電情報を前記情報記憶部に記憶し、
前記情報記憶部から前記放電情報を読み出した場合は、放電禁止モードとなって、前記充放電制御部によって前記蓄電装置の充電および放電を禁止することを特徴とする建設機械。
請求項１に記載された建設機械において、
前記蓄電装置および前記バッテリコントローラは、交換可能なバッテリユニットを構成したことを特徴とする建設機械。
請求項１に記載された建設機械において、
前記インバータと前記蓄電装置との間を電気的に接続または遮断する開閉器を備え、
前記バッテリコントローラは、前記放電禁止モードでは、前記開閉器を用いて前記インバータと前記蓄電装置との間を遮断することを特徴とする建設機械。
請求項１に記載された建設機械において、
前記放電情報を表示するためのモニタを備えたことを特徴とする建設機械。