JP6993911B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、例えば油圧ショベル等のような建設機械に関する。

車体の駆動源として電動モータを備えた建設機械が知られている。このような建設機械では、電動モータにバッテリユニットから電力を供給している。バッテリユニットは、電力の大容量化を図るために、多数のセルを直列に接続している。バッテリユニットは、電動モータを駆動するときに、充電または放電を行う。このとき、バッテリユニットの性能劣化を防止するために、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。

ここで、バッテリユニット内のセルは、例えば内部抵抗の影響によって少しずつ自然放電している。その放電量は、セル毎にばらつきが生じる。また、時間経過が長くなるに従って、セル毎の放電量のばらつきは大きくなる。セル間の充電率に大きなばらつきがある状態でバッテリユニットの充電または放電を行うと、充電率のばらつきが大きいセルのみが適正範囲外の状態になることがある。即ち、複数のセルのうち最大セル電圧となったものだけが、上限電圧に到達することがある。同様に、複数のセルのうち最小セル電圧となったものだけが、下限電圧に到達することがある。この結果、バッテリユニットの充電および放電が制限されて、バッテリユニットの性能に悪影響を及ぼす虞れがある。

セル間の充電率のばらつきを抑制するために、セル間の充電率を均等化するバランシング制御が知られている（特許文献１）。特許文献１には、複数のセルのセル情報に基づいて、セル間の充電率を均等化するように、充電率の高いセルのみを選択して放電させる構成が開示されている。このような放電は、キースイッチがオンとなり、車体が起動した後からセル間の充電率の均等化が完了するまで実施される。

また、キースイッチがオフとなり、車体が停止した後でも、バランシング制御の要否を判定することができる構成も知られている（特許文献２，３）。特許文献２には、予め設定した周期時間毎に電源部へ信号を出してバランシング制御の制御部を立ち上げて、バランシング制御を定期的に実施する構成が開示されている。特許文献３には、バランシング制御の制御部は起動しておいて、バランシング制御の判定部については予め設定した周期時間毎に起動する構成が開示されている。

特開２００９－８９４８４号公報 特許第５９８０９４３号公報 特許第５８３１３７６号公報

ところで、車体が稼働している間は、バッテリユニットは常にその状態が管理されている。これに加え、建設機械は、バッテリユニットとは別個の電源バッテリを備えている。この電源バッテリは、バランシング制御を実施するためのコントローラに電力を供給している。車体が稼働している間は、電源バッテリも、その状態が管理されている。このため、バランシング制御を実施していても、バッテリユニットおよび電源バッテリは、正常な状態が維持される。しかし、キースイッチがオフとなった後は、従来のバランシング制御では、電源バッテリの残容量低下や、バランシング制御によるバッテリユニットの充電率低下といったことについては考慮されていない。そのため、電源バッテリやバッテリユニットの適正範囲を超えてバランシング制御が実施され、次回の車体起動において影響が出る虞れがある。

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、車体の起動に影響が出ないように、セル間の充電率を均等化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、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、互いに直列接続された複数のセルにより構成され、前記電動機に電力を供給する第１バッテリと、前記複数のセルのそれぞれのセル電圧を検出するセル電圧検出器と、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、前記バランシング制御部にバランシング指令を与えるバッテリ制御部と、を有し、第２バッテリに接続されるバッテリコントローラと、前記電動機を駆動させる駆動位置と前記電動機を停止させる停止位置とを有するキースイッチと、を備えた建設機械において、前記バッテリ制御部は、前記キースイッチが駆動位置から停止位置に切り替わったときにバランシング制御が完了するまでに必要な残り時間を演算する第１時間演算部と、前記第２バッテリの電圧状態に基づいてバランシング制御が可能な時間を演算する第２時間演算部と、前記第１バッテリの充電率に基づいてバランシング制御が可能な時間を演算する第３時間演算部と、を備え、前記第１時間演算部が算出した時間と、前記第２時間演算部が算出した時間と、前記第３時間演算部が算出した時間とのうち、最小時間だけ前記バランシング制御部にバランシング制御を実行させ、前記キースイッチが駆動位置から停止位置に切り替わった後に、前記第２バッテリの電圧が予め決められた所定電圧値以上となり、かつ前記第１バッテリの充電率が予め決められた所定充電率値以上となる時間範囲で、前記バランシング制御部にバランシング制御を実行させることを特徴としている。

本発明によれば、車体の起動に影響が出ないように、セル間の充電率を均等化することができる。

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中のバッテリユニットの構成を示すブロック図である。 バッテリ制御部によるバランシング制御処理を示す流れ図である。 図４に続く流れ図である。 鉛バッテリの電圧と蓄電池の充電率とが十分に高い場合について、バランシング所要時間、第１のバランシング制限時間、第２のバランシング制限時間等の時間変化を示すタイムチャートである。 鉛バッテリの電圧が低い場合について、バランシング所要時間、第１のバランシング制限時間、第２のバランシング制限時間等の時間変化を示すタイムチャートである。 蓄電池の充電率が低い場合について、バランシング所要時間、第１のバランシング制限時間、第２のバランシング制限時間等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リチウムイオンバッテリユニット２０（以下、バッテリユニット２０という）への電力供給を行う発電と、バッテリユニット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、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、バッテリユニット２０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。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ユニット２０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またはバッテリユニット２０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、バッテリユニット２０やアシスト発電モータ１０からの電力を受けて回転駆動する力行と、旋回制動時の余分なトルクで発電してバッテリユニット２０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、複数のスイッチング素子を用いて構成されている。

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。

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。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を介してバッテリユニット２０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、およびバッテリユニット２０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を介してバッテリユニット２０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ユニット２０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３を参照して説明する。ここでは、バッテリユニット２０が複数のセル２２Ａ～２２Ｎを備えた場合を例に挙げて説明する。但し、セルの個数は、２個でもよく、３個以上の任意の個数でもよい。

図３にバッテリユニット２０の構成を示す。バッテリユニット２０は、蓄電池２１、セルバランシング回路２３Ａ～２３Ｎ、セル電圧検出器２４Ａ～２４Ｎ、総電圧検出器２５、電流検出器２６、バッテリコントローラ２７を備えている。

蓄電池２１は、電動機であるアシスト発電モータ１０に電力を供給する第１バッテリを構成している。蓄電池２１は、旋回電動モータ１４にも電力を供給する。蓄電池２１は、互いに直列接続された複数のセル２２Ａ～２２Ｎにより構成されている。蓄電池２１は、例えばリチウムイオン二次電池であり、複数のセル２２Ａ～２２Ｎによって構成された組電池である。複数のセル２２Ａ～２２Ｎは、電荷を保持する。蓄電池２１の正極側の端子２１Ａは、リレー（図示せず）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（図示せず）を介して、負極側の直流母線１３Ｂに接続されている。

セル２２Ａには、セルバランシング回路２３Ａが並列接続されている。セルバランシング回路２３Ａは、バランシング制御部２８の信号に応じて、セル２２Ａの充電率を調整する。セルバランシング回路２３Ａは、互いに直列接続されたスイッチおよび放電抵抗（いずれも図示せず）を備えている。セルバランシング回路２３Ａのスイッチは、通常はＯＦＦ（開成）となっている。セルバランシング回路２３Ａは、バランシング制御部２８の指令に基づいて、スイッチＳＷをＯＮ（閉成）させる。これにより、セルバランシング回路２３Ａは、放電抵抗に電流を流し、セル２２Ａを放電させる。また、セル２２Ａには、セル電圧検出器２４Ａが接続されている。セル電圧検出器２４Ａ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～２２Ｎについても、セル２２Ａと同様に、セルバランシング回路２３Ｂ～２３Ｎおよびセル電圧検出器２４Ｂ～２４Ｎが接続されている。セル電圧検出器２４Ａ～２４Ｎは、複数のセル２２Ａ～２２Ｎのそれぞれのセル電圧ＶcA～ＶcNを検出する。

総電圧検出器２５は、蓄電池２１の両端に接続されている。総電圧検出器２５は、直列接続されたセル２２Ａ～２２Ｎの総電圧値Ｖtを検出する。このとき、総電圧値Ｖtは、全てのセル電圧ＶcA～ＶcNの加算値になっている。総電圧検出器２５は、検出した総電圧値Ｖtをバッテリコントローラ２７の充電率演算部３０に出力する。

電流検出器２６は、セル２２Ａ～２２Ｎに流れる電流値Ｉを検出する。電流検出器２６は、検出した電流値Ｉをバッテリコントローラ２７の充電率演算部３０に出力する。

バッテリコントローラ２７は、セル電圧ＶcA～ＶcNを制御する。バッテリコントローラ２７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。バッテリコントローラ２７は、バランシング制御部２８、バッテリ制御部２９、充電率演算部３０を備えている。バッテリコントローラ２７の記憶部（図示せず）には、図４および図５に示すバランシング制御処理のプログラムが格納されている。

バランシング制御部２８は、セル電圧検出器２４Ａ～２４Ｎで検出した各セル電圧ＶcA～ＶcN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セルバランシング回路２３Ａ～２３Ｎを制御する。具体的には、バランシング制御部２８からバランシング指令が出力されている間は、バランシング制御部２８は、セル電圧ＶcA～ＶcNのうち最大セル電圧と、セル電圧ＶcA～ＶcNのうち最小セル電圧との差電圧が、予め決められたしきい値電圧よりも増加すると、バランシング制御を実行する。これにより、差電圧は、しきい値電圧よりも小さい値に抑制される。

バランシング制御部２８は、バッテリ制御部２９からのバランシング指令を受けてセル電圧検出器２４Ａ～２４Ｎのセル電圧ＶcA～ＶcNに基づいて、バランシング所要時間Ｔb0を算出する。バランシング制御部２８は、セルバランシング回路２３Ａ～２３Ｎを制御し、バランシング所要時間Ｔb0に応じてバランシング制御を実施する。

バッテリ制御部２９は、バランシング制御部２８にバランシング指令を出力して、バランシング制御部２８によるバランシング制御の開始と停止を制御する。バッテリ制御部２９の入力側には、バランシング制御部２８、キースイッチ１６、充電率演算部３０、鉛バッテリ監視部３４が接続されている。バッテリ制御部２９の出力側には、バランシング制御部２８、第２リレー３３、車体コントローラ１７が接続されている。バッテリ制御部２９は、図４および図５に示すバランシング制御処理のプログラムを実行する。バッテリ制御部２９は、キースイッチ１６がＯＦＦからＯＮに切り替わると、バランシング指令を出力する。これにより、バッテリ制御部２９は、バランシング制御を開始させる。バッテリ制御部２９は、キースイッチ１６がＯＮからＯＦＦに切り替わっても、バランシング指令の出力を継続して、バランシング制御を継続させる。その後、バッテリ制御部２９は、バランシング制御部２８によって算出されたバランシング所要時間Ｔb0と、充電率演算部３０によって算出された蓄電池２１の充電率と、鉛バッテリ監視部３４によって検出された鉛バッテリ３１の電圧状態とに基づいて、バランシング制御を停止させる。

バッテリ制御部２９は、キースイッチ１６がＯＮ（駆動位置）からＯＦＦ（停止位置）に切り替わった後に、鉛バッテリ３１の電圧が予め決められた所定電圧値Ｖ1以上となり、かつ蓄電池２１の充電率が予め決められた所定充電率値ＳＯＣ1以上となる時間範囲で、バランシング制御部２８にバランシング制御を実行させる。

バッテリ制御部２９は、キースイッチ１６がＯＮからＯＦＦに切り替わったときにバランシング制御が完了するまでに必要な残り時間（第１のバランシング残時間Ｔb3）を演算する第１時間演算部２９Ａと、鉛バッテリ３１の電圧状態に基づいてバランシング制御が可能な時間（第１のバランシング可能時間Ｔb4）を演算する第２時間演算部２９Ｂと、蓄電池２１の充電率に基づいてバランシング制御が可能な時間（第２のバランシング可能時間Ｔb6）を演算する第３時間演算部２９Ｃと、を備えている。バッテリ制御部２９は、第１時間演算部２９Ａが算出した時間と、第２時間演算部２９Ｂが算出した時間と、第３時間演算部２９Ｃが算出した時間とのうち、最小時間（第２のバランシング制限時間Ｔb7）だけバランシング制御部２８にバランシング制御を実行させる。

バッテリ制御部２９は、キースイッチ１６がＯＮからＯＦＦに切り替わった後の経過時間（継続時間Ｔb8）を最小時間（第２のバランシング制限時間Ｔb7）から減算し、第２のバランシング残時間Ｔb9を算出する。バッテリ制御部２９は、第２のバランシング残時間Ｔb9を車体コントローラ１７に出力する。車体コントローラ１７は、第２のバランシング残時間Ｔb9をモニタ１８に出力する。これにより、バッテリ制御部２９は、バランシング制御の残り時間である第２のバランシング残時間Ｔb9をモニタ１８に表示させる。

図３に示すように、充電率演算部３０の入力側は、総電圧検出器２５および電流検出器２６に接続されている。充電率演算部３０の出力側は、バッテリ制御部２９に接続されている。充電率演算部３０は、総電圧検出器２５が検出した総電圧値Ｖtと電流検出器２６が検出した電流値Ｉとに基づいて、蓄電池２１の充電率を算出する。充電率演算部３０は、蓄電池２１の充電率をバッテリ制御部２９に出力する。

鉛バッテリ３１は、バッテリコントローラ２７に駆動用の電力を供給する第２バッテリを構成している。鉛バッテリ３１は、蓄電池２１よりも低い電圧を供給する。鉛バッテリ３１は、互いに並列接続された第１リレー３２および第２リレー３３を介して、バッテリコントローラ２７に接続されている。

第１リレー３２は、キースイッチ１６からの信号に基づいて、ＯＮ（接続状態）とＯＦＦ（遮断状態）が切り替わる。第１リレー３２は、キースイッチ１６がＯＮ（駆動位置）となったときにＯＮとなる。第１リレー３２は、キースイッチ１６がＯＦＦ（停止位置）となったときにＯＦＦとなる。

第２リレー３３は、バッテリ制御部２９からの信号（バランシング指令）によりＯＮ（接続状態）とＯＦＦ（遮断状態）が切り替わる。第２リレー３３は、バッテリ制御部２９がバランシング指令を出力するときに、ＯＮとなる。第２リレー３３は、バッテリ制御部２９がバランシング指令の出力を停止したときに、ＯＦＦとなる。このとき、第２リレー３３は、バランシング指令の出力が開始されてから最小時間（第２のバランシング制限時間Ｔb7）が経過すると、ＯＮからＯＦＦに切り替わる。

鉛バッテリ監視部３４の入力側は、鉛バッテリ３１の両端に接続されている。鉛バッテリ監視部３４の出力側は、バッテリ制御部２９に接続されている。鉛バッテリ監視部３４は、鉛バッテリ３１の電圧を検出する。鉛バッテリ監視部３４は、検出した鉛バッテリ３１の電圧値を、バッテリ制御部２９に出力する。

車体コントローラ１７の入力側は、バッテリ制御部２９に接続されている。車体コントローラ１７の出力側は、モニタ１８に接続されている。車体コントローラ１７には、バッテリ制御部２９からバランシング制御の時間情報が入力される。具体的には、車体コントローラ１７には、キースイッチ１６がＯＦＦに切り替わった後のバランシング制御の残り時間として、第２のバランシング残時間Ｔb9が入力される。車体コントローラ１７は、第２のバランシング残時間Ｔb9をモニタ１８に出力する。これにより、モニタ１８は、第２のバランシング残時間Ｔb9を表示する。

次に、バッテリ制御部２９によるバランシング制御処理について、図４および図５を用いて説明する。

キースイッチ１６をＯＮすると、第１リレー３２がＯＮし、バッテリコントローラ２７が起動する。バッテリコントローラ２７が起動すると、バッテリ制御部２９は、図４および図５に示すバランシング制御処理を実行する。

まず、ステップＳ１では、第２リレー３３をＯＮする。続くステップＳ２では、バランシング指令をＯＮにして、バランシング制御部２８へ出力する。これにより、バランシング制御部２８は、バランシング所要時間Ｔb0を算出し、バランシング制御を開始する。この時点では、バランシング所要時間Ｔb0は、バランシング制御によって各セル２２Ａ～２２Ｎの充電率のばらつきが許容範囲内まで低減されるのに必要な時間の最大値Ｔb1である。続くステップＳ３では、バッテリ制御部２９は、バランシング制御部２８からバランシング所要時間Ｔb0の最大値Ｔb1を取得する。

ステップＳ４では、キースイッチ１６をＯＮした後のバランシング継続時間Ｔb2を計測する。続くステップＳ５では、キースイッチ１６の信号を判断して、キースイッチ１６がＯＮの間はステップＳ４に戻る。

キースイッチ１６がＯＮからＯＦＦに切り替わると、第１リレー３２がＯＮからＯＦＦに切り替わる。このとき、ステップＳ５からステップＳ６に移行する。ステップＳ６では、バランシング所要時間Ｔb0の最大値Ｔb1からバランシング継続時間Ｔb2を差し引いて、第１のバランシング残時間Ｔb3（Ｔb3＝Ｔb1－Ｔb2）を算出する。続くステップＳ７では、バッテリ制御部２９は、第１のバランシング残時間Ｔb3を判断する。第１のバランシング残時間Ｔb3が０以下の場合（Ｔb3≦０）は、ステップＳ７で「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ１６に移行する。

一方、第１のバランシング残時間Ｔb3が０より大きい場合（Ｔb3＞０）は、ステップＳ７で「ＮＯ」と判定し、ステップＳ８に移行する。ステップＳ８では、鉛バッテリ監視部３４から鉛バッテリ３１の電圧状態を取得し、鉛バッテリ３１の電圧状態に基づいて第１のバランシング可能時間Ｔb4を算出する。このとき、第１のバランシング可能時間Ｔb4は、キースイッチ１６がＯＦＦの状態でバランシング制御を継続しても鉛バッテリ３１の電圧が所定電圧値Ｖ1以上に保つことができる時間である。なお、所定電圧値Ｖ1は、例えば次回キースイッチ１６をＯＮに切り替えたときに、鉛バッテリ３１を用いてエンジン７の起動が可能な電圧である。即ち、所定電圧値Ｖ1は、例えば鉛バッテリ３１を用いてエンジン７のスタータモータ（図示せず）の駆動が可能な電圧である。

続くステップＳ９では、第１のバランシング可能時間Ｔb4と第１のバランシング残時間Ｔb3とを比較し、短い方を第１のバランシング制限時間Ｔb5とする。このため、第１のバランシング可能時間Ｔb4が第１のバランシング残時間Ｔb3よりも短い（Ｔb4＜Ｔb3）ときには、第１のバランシング可能時間Ｔb4が第１のバランシング制限時間Ｔb5となる（Ｔb5＝Ｔb4）。第１のバランシング残時間Ｔb3が第１のバランシング可能時間Ｔb4よりも短い（Ｔb3＜Ｔb4）ときには、第１のバランシング残時間Ｔb3が第１のバランシング制限時間Ｔb5となる（Ｔb5＝Ｔb3）。

ステップＳ１０では、充電率演算部３０から蓄電池２１の充電率を取得し、蓄電池２１の充電率に基づいて第２のバランシング可能時間Ｔb6を算出する。このとき、第２のバランシング可能時間Ｔb6は、キースイッチ１６がＯＦＦの状態でバランシング制御を継続しても蓄電池２１の充電率が所定充電率値ＳＯＣ１以上を保つことができる時間である。なお、充電率が所定充電率値ＳＯＣ１は、例えば充電率の適正使用範囲（例えば７０％～３０％）の下限値（例えば３０％程度）である。

続くステップＳ１１では、第２のバランシング可能時間Ｔb6と第１のバランシング制限時間Ｔb5とを比較し、短い方を第２のバランシング制限時間Ｔb7とする。このため、第２のバランシング可能時間Ｔb6が第１のバランシング制限時間Ｔb5よりも短い（Ｔb6＜Ｔb5）ときには、第２のバランシング可能時間Ｔb6が第２のバランシング制限時間Ｔb7となる（Ｔb7＝Ｔb6）。第１のバランシング制限時間Ｔb5が第２のバランシング可能時間Ｔb6よりも短い（Ｔb5＜Ｔb6）ときには、第１のバランシング制限時間Ｔb5が第２のバランシング制限時間Ｔb7となる（Ｔb7＝Ｔb5）。

ステップＳ１２では、キースイッチ１６をＯＮからＯＦＦに切り替えた後のバランシング継続時間Ｔb8を計測する。このとき、バランシング継続時間Ｔb8は、キースイッチ１６をＯＮからＯＦＦに切り替えた後に、バランシング制御を継続した時間である。続くステップＳ１３では、第２のバランシング制限時間Ｔb7からバランシング継続時間Ｔb8を差し引いて、第２のバランシング残時間Ｔb9（Ｔb9＝Ｔb7－Ｔb8）を算出する。ステップＳ１４では、バッテリ制御部２９は、第２のバランシング残時間Ｔb9を、車体コントローラ１７へ出力する。これにより、車体コントローラ１７は、第２のバランシング残時間Ｔb9をモニタ１８に表示させる。

ステップＳ１５では、バッテリ制御部２９は、第２のバランシング残時間Ｔb9を判断する。第２のバランシング残時間Ｔb9が０より大きい場合（Ｔb9＞０）は、ステップＳ１５で「ＮＯ」と判定し、ステップＳ１２へ戻る。一方、第２のバランシング残時間Ｔb9が０以下の場合（Ｔb9≦０）は、ステップＳ１５で「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ１６に移行する。

ステップＳ１６では、ステップＳ２から出力しているバランシング指令をＯＦＦにする。ステップＳ１７では、第２リレー３３をＯＦＦし、バッテリコントローラ２７を停止させる。

次に、図６ないし図８を用いて、本実施の形態によるバランシング制御の具体的な動作を説明する。図６ないし図８は、キースイッチ１６、第１リレー３２、第２リレー３３、バランシング指令、鉛バッテリ３１の電圧、蓄電池２１の充電率、バランシング所要時間、第１のバランシング制限時間、第２のバランシング制限時間の時間変化を示している。

まず、図６を参照して、鉛バッテリ３１の電圧と蓄電池２１の充電率とが十分に高い状態で、キースイッチがＯＦＦに切り替わった場合について、バランシング制御の動作の一例を説明する。

時刻ｔ11では、キースイッチ１６がＯＦＦからＯＮに切り替わり、第１リレー３２がＯＮになる。これにより、鉛バッテリ３１からバッテリコントローラ２７に電力が供給され、バッテリコントローラ２７が起動する。

時刻ｔ12では、バッテリ制御部２９は、第２リレー３３へ信号を出力して、第２リレー３３をＯＮにする。これに加えて、バッテリ制御部２９は、バランシング制御部２８にＯＮ状態のバランシング指令を出力する。このとき、バランシング制御部２８は、バランシング所要時間Ｔb0を算出してバッテリ制御部２９に最大値Ｔb1となったバランシング所要時間Ｔb0を送信する。この後、セル２２Ａ～２２Ｎのバランシング制御が実施され、キースイッチ１６がＯＮに保持される間のバランシング継続時間Ｔb2を計測する。

時刻ｔ13では、キースイッチ１６がＯＮからＯＦＦに切り替わったことにより、第１リレー３２がＯＦＦになる。一方、第２リレー３３がＯＮであるため、バッテリコントローラ２７は起動を継続する。このとき、バッテリ制御部２９は、バランシング所要時間Ｔb0の最大値Ｔb1からバランシング継続時間Ｔb2を減算して第１のバランシング残時間Ｔb3を算出する。バッテリ制御部２９は、第１のバランシング残時間Ｔb3が０以下か否かを判定する。時刻ｔ13では、第１のバランシング残時間Ｔb3は０よりも大きい。

また、バッテリ制御部２９は、鉛バッテリ３１の電圧状態から第１のバランシング可能時間Ｔb4を算出する。このとき、鉛バッテリ３１の電圧が所定電圧値Ｖ1に比べて十分に高いため、第１のバランシング可能時間Ｔb4は長くなる。時刻ｔ13で、第１のバランシング可能時間Ｔb4と第１のバランシング残時間Ｔb3とを比較すると、第１のバランシング残時間Ｔb3の方が短い。このため、第１のバランシング制限時間Ｔb5は、第１のバランシング残時間Ｔb3になる。

同様に、バッテリ制御部２９は、蓄電池２１の充電率から第２のバランシング可能時間Ｔb6を算出する。このとき、蓄電池２１の充電率が所定充電率値ＳＯＣ1に比べて十分に高いため、第２のバランシング可能時間Ｔb6は長くなる。時刻ｔ13で、第２のバランシング可能時間Ｔb6と第１のバランシング制限時間Ｔb5とを比較すると、第１のバランシング制限時間Ｔb5の方が短い。このため、第２のバランシング制限時間Ｔb7は、第１のバランシング制限時間Ｔb5になる。これにより、第２のバランシング制限時間Ｔb7は、第１のバランシング残時間Ｔb3と同じ値になる。

この後、バッテリ制御部２９は、第２のバランシング制限時間Ｔb7からキースイッチ１６がＯＦＦになった後のバランシング継続時間Ｔb8を減算して第２のバランシング残時間Ｔb9を算出する。バッテリ制御部２９は、第２のバランシング残時間Ｔb9が０になるまでの間、セル２２Ａ～２２Ｎのバランシング制御を実施する。

時刻ｔ14では、第２のバランシング残時間Ｔb9が０になる。このとき、バッテリ制御部２９は、バランシング指令をＯＦＦにする。これに加えて、バッテリ制御部２９は、第２リレー３３をＯＦＦにする。これにより、バッテリコントローラ２７は停止する。

以上により、バランシング所要時間Ｔb0が０になる前にキースイッチ１６がＯＦＦになった場合でも、セル２２Ａ～２２Ｎのバランシング制御が完了するまで実施される。これにより、蓄電池２１のセル２２Ａ～２２Ｎ間の充電率を均等化することが可能となる。

次に、図７を参照して、鉛バッテリ３１の電圧が低い状態で、キースイッチがＯＦＦに切り替わった場合について、バランシング制御の動作の一例を説明する。

図７中の時刻ｔ21～ｔ23における基本的な動作は、図６に示す時刻ｔ11～ｔ13における動作と同様である。但し、鉛バッテリ３１の電圧が低い状態であるため、鉛バッテリ３１の電圧に基づく第１のバランシング可能時間Ｔb4は短くなっている。このため、時刻ｔ23で第１のバランシング残時間Ｔb3と第１のバランシング可能時間Ｔb4とを比較すると、第１のバランシング可能時間Ｔb4の方が短い。従って、第１のバランシング制限時間Ｔb5は、第１のバランシング残時間Ｔb3ではなく第１のバランシング可能時間Ｔb4になる。

また、バッテリ制御部２９は、蓄電池２１の充電率に基づいて第２のバランシング可能時間Ｔb6を算出する。このとき、蓄電池２１の充電率は十分に高い状態となっているから、第２のバランシング可能時間Ｔb6は、第１のバランシング可能時間Ｔb4よりも長い。従って、第２のバランシング可能時間Ｔb6と第１のバランシング制限時間Ｔb5とを比較すると、第１のバランシング制限時間Ｔb5の方が短い。このため、第２のバランシング制限時間Ｔb7は、第１のバランシング制限時間Ｔb5となる。これにより、第２のバランシング制限時間Ｔb7は、第１のバランシング可能時間Ｔb4と同じ値になる。

その結果、時刻ｔ24では、第２のバランシング残時間Ｔb9が０になると共に、第１のバランシング可能時間Ｔb4は０になる。即ち、キースイッチ１６がＯＦＦの状態でバランシング制御を継続しても鉛バッテリ３１の電圧が所定電圧値Ｖ１以上に保つことができる、上限の時間分だけバランシング制御が実行される。

以上のより、鉛バッテリ３１の電圧低下が次回の車体起動時に影響が出ない範囲で、キースイッチ１６がＯＦＦになった後でも、バランシング制御を実施することが可能になる。

次に、図８を参照して、蓄電池２１の充電率が低い状態で、キースイッチがＯＦＦに切り替わった場合について、バランシング制御の動作の一例を説明する。

図８中の時刻ｔ31～ｔ33における基本的な動作は、図６に示す時刻ｔ11～ｔ13における動作と同様である。但し、蓄電池２１の充電率が低い状態であるため、蓄電池２１の充電率に基づく第２のバランシング可能時間Ｔb6は短くなっている。このため、時刻ｔ33で第１のバランシング制限時間Ｔb5と第２のバランシング可能時間Ｔb6とを比較すると、第２のバランシング可能時間Ｔb6の方が短い。従って、第２のバランシング制限時間Ｔb7は、第２のバランシング可能時間Ｔb6になる。

その結果、時刻ｔ34では、第２のバランシング残時間Ｔb9が０になると共に、第２のバランシング可能時間Ｔb6は０になる。即ち、キースイッチ１６がＯＦＦの状態でバランシング制御を継続しても、蓄電池２１の充電率は所定充電率値ＳＯＣ１以上に保つことができる、上限の時間分だけバランシング制御が実行される。

以上により、蓄電池２１の充電率の低下が次回の車体起動時に影響が出ない範囲で、キースイッチ１６がＯＦＦになった後でも、バランシング制御を実施することが可能になる。

かくして、実施の形態によれば、バッテリ制御部２９は、キースイッチ１６がＯＮ（駆動位置）からＯＦＦ（停止位置）に切り替わった後に、鉛バッテリ３１の電圧が予め決められた所定電圧値Ｖ1以上となり、かつ蓄電池２１の充電率が予め決められた所定充電率値ＳＯＣ1以上となる時間範囲で、バランシング制御部２８にバランシング制御を実行させる。

このとき、バッテリ制御部２９は、キースイッチ１６がＯＮからＯＦＦに切り替わったときにバランシング制御が完了するまでに必要な残り時間（第１のバランシング残時間Ｔb3）を演算する第１時間演算部２９Ａと、鉛バッテリ３１の電圧状態に基づいてバランシング制御が可能な時間（第１のバランシング可能時間Ｔb4）を演算する第２時間演算部２９Ｂと、蓄電池２１の充電率に基づいてバランシング制御が可能な時間（第２のバランシング可能時間Ｔb6）を演算する第３時間演算部２９Ｃと、を備えている。そして、バッテリ制御部２９は、第１時間演算部２９Ａが算出した第１のバランシング残時間Ｔb3と、第２時間演算部２９Ｂが算出した第１のバランシング可能時間Ｔb4と、第３時間演算部２９Ｃが算出した第２のバランシング可能時間Ｔb6とのうち、最小時間（第２のバランシング制限時間Ｔb7）だけバランシング制御部２８にバランシング制御を実行させる。

このため、蓄電池２１のセル２２Ａ～２２Ｎの電圧にばらつきが残存した状態でキースイッチ１６がＯＦＦに切り替わっても、バランシング制御を継続することができる。このとき、キースイッチ１６がＯＦＦの状態でバランシング制御を実行しても、鉛バッテリ３１の電圧は、次回の車体の起動に必要な所定電圧値Ｖ1以上に保持される。これに加えて、キースイッチ１６がＯＦＦの状態でバランシング制御を実行しても、蓄電池２１の充電率は、次回の車体の起動に必要な所定充電率値ＳＯＣ1以上に保持される。この結果、車体の起動に影響が出ないように、蓄電池２１および鉛バッテリ３１の状態を考慮して、セル２２Ａ～２２Ｎ間の充電率を均等化することができる。

また、バッテリ制御部２９は、キースイッチ１６がＯＮ（駆動位置）からＯＦＦ（停止位置）に切り替わった後の経過時間（バランシング継続時間Ｔb8）を、バランシング制御が実行される最小時間（第２のバランシング制限時間Ｔb7）から減算し、バランシング制御の残り時間（第２のバランシング残時間Ｔb9）をモニタ１８に表示させる。このため、オペレータは、モニタ１８を目視することによって、キースイッチ１６がＯＦＦになった後にバランシング制御が実行されるときの残り時間を把握することができる。

また、鉛バッテリ３１は、互いに並列接続された第１リレー３２および第２リレー３３を介して、バッテリコントローラ２７に接続されている。このとき、第１リレー３２は、キースイッチ１６がＯＮ（駆動位置）となったときにＯＮ（接続状態）となり、キースイッチ１６がＯＦＦ（停止位置）となったときにＯＦＦ（遮断状態）となる。また、第２リレー３３は、バッテリ制御部２９がバランシング指令を出力するときにＯＮ（接続状態）になり、バランシング指令の出力が開始されてからバランシング制御が実行される最小時間（第２のバランシング制限時間Ｔb7）が経過したときにＯＦＦ（遮断状態）になる。このため、キースイッチ１６がＯＦＦになった後でも、バッテリ制御部２９がバランシング指令を出力している間は、第２リレー３３を通じて鉛バッテリ３１からの電力がバッテリコントローラ２７に供給される。これにより、バッテリ制御部２９は、キースイッチ１６がＯＦＦになった後でも、バランシング制御部２８にバランシング制御を継続させることができる。

なお、前記実施の形態では、バッテリユニット２０は、セル２２Ａ～２２Ｎ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。

前記実施の形態では、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の蓄電池２１を充電する。

このとき、バッテリコントローラ２７のバッテリ制御部２９は、鉛バッテリ３１の電圧に基づいて第１のバランシング可能時間Ｔb4を算出する。第１のバランシング可能時間Ｔb4は、キースイッチ１６がＯＦＦの状態でバランシング制御を継続しても鉛バッテリ３１の電圧が所定電圧値Ｖ1以上に保つことができる時間である。この場合、所定電圧値Ｖ1は、例えば次回キースイッチ１６をＯＮに切り替えたときに、鉛バッテリ３１を用いてバッテリコントローラ２７の起動が可能な電圧である。

前記実施の形態では、第１バッテリとしてリチウムイオン二次電池からなる蓄電池２１を例に挙げて説明した。本発明はこれに限らず、第１バッテリは、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。また、前記実施の形態では、第２バッテリとして鉛バッテリを例に挙げて説明した。本発明はこれに限らず、第２バッテリは、リチウムイオン二次電池でもよく、他の材料からなる二次電池でもよい。

前記実施の形態では、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。

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、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 アシスト発電モータ（電動機）
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 バッテリユニット
２１ 蓄電池（第１バッテリ）
２２Ａ～２２Ｎ セル
２４Ａ～２４Ｎ セル電圧検出器
２５ 総電圧検出器
２６ 電流検出器
２７ バッテリコントローラ
２８ バランシング制御部
２９ バッテリ制御部
３０ 充電率演算部
３１ 鉛バッテリ（第２バッテリ）
３２ 第１リレー
３３ 第２リレー
３４ 鉛バッテリ監視部

Claims (3)

1. 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、
   互いに直列接続された複数のセルにより構成され、前記電動機に電力を供給する第１バッテリと、
   前記複数のセルのそれぞれのセル電圧を検出するセル電圧検出器と、
   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、前記バランシング制御部にバランシング指令を与えるバッテリ制御部と、を有し、第２バッテリに接続されるバッテリコントローラと、
   前記電動機を駆動させる駆動位置と前記電動機を停止させる停止位置とを有するキースイッチと、を備えた建設機械において、
   前記バッテリ制御部は、
   前記キースイッチが駆動位置から停止位置に切り替わったときにバランシング制御が完了するまでに必要な残り時間を演算する第１時間演算部と、
   前記第２バッテリの電圧状態に基づいてバランシング制御が可能な時間を演算する第２時間演算部と、
   前記第１バッテリの充電率に基づいてバランシング制御が可能な時間を演算する第３時間演算部と、を備え、
   前記第１時間演算部が算出した時間と、前記第２時間演算部が算出した時間と、前記第３時間演算部が算出した時間とのうち、最小時間だけ前記バランシング制御部にバランシング制御を実行させ、
   前記キースイッチが駆動位置から停止位置に切り替わった後に、前記第２バッテリの電圧が予め決められた所定電圧値以上となり、かつ前記第１バッテリの充電率が予め決められた所定充電率値以上となる時間範囲で、前記バランシング制御部にバランシング制御を実行させることを特徴とする建設機械。
2. 前記バッテリ制御部は、前記キースイッチが駆動位置から停止位置に切り替わった後の経過時間を前記最小時間から減算し、バランシング制御の残り時間をモニタに表示させることを特徴とする請求項１に記載の建設機械。
3. 前記第２バッテリは、互いに並列接続された第１リレーおよび第２リレーを介して、前記バッテリコントローラに接続され、
   前記第１リレーは、前記キースイッチが駆動位置となったときに接続状態となり、前記キースイッチが停止位置となったときに遮断状態となり、
   前記第２リレーは、前記バッテリ制御部がバランシング指令を出力するときに接続状態になり、前記バランシング指令の出力が開始されてから前記最小時間が経過したときに遮断状態にな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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