KR101888044B1

KR101888044B1 - 쇼벨 및 쇼벨의 제어방법

Info

Publication number: KR101888044B1
Application number: KR1020147022424A
Authority: KR
Inventors: 지츠타카 다케오
Original assignee: 스미토모 겐키 가부시키가이샤
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2018-08-13
Also published as: EP2816705B1; US20140346775A1; US9548615B2; CN104115366B; JP5944980B2; KR20140126709A; CN104115366A; EP2816705A1; JPWO2013121916A1; WO2013121916A1; EP2816705A4

Abstract

쇼벨은 하부 주행체 상에서 선회동작을 행하는 상부 선회체를 가진다. 붐의 일단이 상부 선회체에 회동 가능하게 장착된다. 붐의 타단에 암의 일단이 회동 가능하게 장착된다. 작업요소가 암의 타단에 회동 가능하게 장착된다. 엔진과 발전기와 축전기가, 상부 선회체에 탑재된다. 축전기는, 발전기에서 발전된 전력이 축적되는 복수의 축전셀을 포함한다. 방전저항과 개폐회로를 구비한 균등화 회로가, 각 축전셀에 대하여 마련된다. 각 축전셀의 정전용량에 편차가 있는 경우에, 균등화 회로를 기능시킨다.

Description

쇼벨 및 쇼벨의 제어방법{Excavator and method for controlling excavator}

본 발명은, 구동전원으로서 축전기가 마련된 쇼벨에 관한 것이다.

쇼벨에 마련되는 축전기로서 커패시터가 이용되는 경우가 많다. 쇼벨 등에 이용되는 커패시터에는, 대용량 또한 고전압이 요구되기 때문에, 다수의 커패시터 셀(이하, 간단히 셀이라고 칭함)이 접속되어 하나의 커패시터가 형성된다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

선행기술문헌

(특허문헌)

특허문헌 1: 일본 특허공개공보 2010-71905호

다수의 셀이 접속된 커패시터에 있어서, 셀이 열화되면 셀의 정전용량에 편차가 발생한다. 셀의 정전용량에 편차가 발생하고 있는 채로 커패시터의 충방전을 반복하고 있으면, 열화의 정도가 큰 셀에 대한 부하가 더욱 증대한다. 이로 인하여, 셀의 정전용량의 편차는 더욱 커지고, 열화의 정도가 큰 셀의 정전용량은 더욱 감소한다. 따라서, 복수의 셀의 정전용량의 총합인 커패시터 전체의 정전용량(즉, 축전량)이 감소하여, 내부저항이 증대한다고 하는 문제가 발생한다.

따라서, 어느 시점에 있어서 충전율(SOC)이 소정치 이상의 셀에 대하여 균등화 기능을 작용시켜, 복수의 셀의 충전율을 균등화하는 것이 행해지고 있다. 균등화 기능이란, 소정치 이상의 충전율을 가지는 셀을, 충전율이 소정치가 될 때까지 강제적으로 방전시키는 기능이다. 균등화 기능을 갖게 하기 위하여, 커패시터 자체에 균등화 기능을 실현하기 위한 균등화 회로가 마련된다.

이상과 같은 셀의 충전율의 균등화를 행하면, 충전율이 높은 셀은 강제적으로 방전되어 버려, 애써 축적한 전력이 쓸데없게 되어 버린다.

본 발명은 상술의 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 필요한 경우에만 셀전압의 균등화 기능을 작용시키는 쇼벨을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시형태에 의하면, 하부 주행체와, 상기 하부 주행체 상에서 선회동작을 행하는 상부 선회체와, 상기 상부 선회체에 일단이 회동(回動) 가능하게 장착된 붐과, 상기 붐의 타단에 일단이 회동 가능하게 장착된 암과, 상기 암의 타단에 회동 가능하게 장착된 작업요소와, 상기 상부 선회체에 탑재되어, 구동력을 발생시키는 엔진과, 상기 상부 선회체에 탑재되어, 상기 엔진으로부터 전달된 구동력으로 발전동작을 행하는 발전기와, 상기 상부 선회체에 탑재되어, 상기 발전기에서 발전된 전력이 축적되는 복수의 축전셀을 가지는 축전기와, 각 축전셀에 대하여 마련되어, 방전저항과 개폐회로를 구비한 균등화 회로를 가지는 쇼벨로서, 상기 각 축전셀의 출력에 편차가 있는 경우에, 상기 균등화 회로를 기능시키는 쇼벨이 제공된다.

본 발명의 다른 실시형태에 의하면, 하부 주행체와, 상기 하부 주행체 상에서 선회동작을 행하는 상부 선회체와, 상기 상부 선회체에 일단이 회동 가능하게 장착된 붐과, 상기 붐의 타단에 일단이 회동 가능하게 장착된 암과, 상기 암의 타단에 회동 가능하게 장착된 작업요소와, 상기 상부 선회체에 탑재되어, 구동력을 발생시키는 엔진과, 상기 상부 선회체에 탑재되어, 상기 엔진으로부터 전달된 구동력으로 발전동작을 행하는 발전기와, 상기 상부 선회체에 탑재되어, 상기 발전기에서 발전된 전력이 축적되는 복수의 축전셀을 가지는 축전기와, 각 축전셀에 대하여 마련되어, 방전저항과 개폐회로를 구비한 균등화 회로를 가지는 쇼벨의 제어방법으로서, 상기 각 축전셀의 출력의 편차를 판정하고, 편차가 있는 경우에 상기 균등화 회로를 기능시키는 쇼벨의 제어방법이 제공된다.

상술의 발명에 의하면, 각 축전셀의 정전용량을 개별적으로 측정할 수 있다. 이로 인하여, 측정한 정전용량에 근거하여, 필요한 경우에만 그 셀에 균등화 기능을 작용시킬 수 있다. 따라서, 균등화 기능에 의하여 강제적으로 방전되는 전력을 억제할 수 있어, 쓸데없는 전력 소비를 저감할 수 있다.

도 1은 하이브리드형 쇼벨의 측면도이다.
도 2는 일 실시형태에 의한 하이브리드형 쇼벨의 구동계의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 축전장치의 회로도이다.
도 4는 커패시터의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 5는 정전용량의 산출을 행하는 부분의 기능 블록도이다.
도 6은 정전용량 산출 및 전압 균등화 처리의 플로우차트의 일부이다.
도 7은 정전용량 산출 및 전압 균등화 처리의 플로우차트의 일부이다.
도 8은 정전용량 산출 및 전압 균등화 처리의 플로우차트의 일부이다.
도 9는 셀의 정전용량과 셀의 온도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 셀전압과 방전시간과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 선회기구를 선회유압모터로 구동하는 구성의 쇼벨의 구동계의 구성을 나타내는 블록도이다.

다음으로, 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은, 일 실시형태에 의한 쇼벨의 측면도이다. 도 1에 나타내는 쇼벨은 하이브리드형 쇼벨이지만, 본 발명은 하이브리드형 쇼벨에 한정되지 않고, 전기부하의 구동용 전원으로서 축전기를 구비하고 있는 것이면, 어떠한 형의 쇼벨에도 적용할 수 있다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 하이브리드형 쇼벨의 하부 주행체(1)에는, 선회기구(2)를 통하여 상부 선회체(3)가 탑재되어 있다. 상부 선회체(3)에는, 붐(4), 암(5), 및 버킷(6)과 이들을 유압구동하기 위한 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9)가 마련된다. 또, 상부 선회체(3)에는, 캐빈(10) 및 동력원이 탑재된다.

도 2는, 하이브리드형 쇼벨의 구동계의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 2에 있어서, 기계적 동력계를 이중선, 고압유압라인을 실선, 파일럿라인을 파선, 전기구동·제어계를 일점 쇄선으로 각각 나타낸다.

기계식 구동부로서의 엔진(11)과, 어시스트 구동부로서의 전동발전기(12)는, 모두 변속기(13)의 입력축에 접속되어 있다. 변속기(13)의 출력축에는, 메인펌프(14) 및 파일럿펌프(15)가 접속되어 있다. 메인펌프(14)에는, 고압유압라인(16)을 통하여 컨트롤밸브(17)가 접속되어 있다.

컨트롤밸브(17)는, 유압계의 제어를 행하는 제어장치이다. 컨트롤밸브(17)에는, 하부 주행체(1)용의 유압모터(1A(우측용) 및 1B(좌측용)), 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9)가 고압유압라인을 통하여 접속된다.

전동발전기(12)에는, 인버터(18)를 통하여, 축전용의 커패시터 또는 배터리를 포함하는 축전장치(120)가 접속되어 있다. 본 실시형태에서는 축전장치(120)는 축전기로서 커패시터(19)를 포함하는 것으로 한다. 축전장치(120)에는, 인버터(20)를 통하여 선회용 전동기(21)가 접속되어 있다. 축전기로서 커패시터(19)를 이용하는 대신에, 리튬이온전지 등의 충전 가능한 이차전지, 또는, 전력의 수수(授受)가 가능한 그 외의 형태의 전원을 이용하여도 된다.

선회용 전동기(21)의 회전축(21A)에는, 리졸버(22), 메커니컬브레이크(23), 및 선회변속기(24)가 접속된다. 또, 파일럿펌프(15)에는, 파일럿라인(25)을 통하여 조작장치(26)가 접속된다.

조작장치(26)에는, 유압라인(27 및 28)을 통하여, 컨트롤밸브(17) 및 레버조작 검출부로서의 압력센서(29)가 각각 접속된다. 압력센서(29)에는, 전기계의 구동제어를 행하는 컨트롤러(30)가 접속되어 있다.

인버터(18)는, 상술한 바와 같이 전동발전기(12)와 축전장치(120)와의 사이에 마련되고, 컨트롤러(30)로부터의 지령에 근거하여, 전동발전기(12)의 운전제어를 행한다. 이로써, 인버터(18)가 전동발전기(12)의 역행운전을 제어하고 있을 때에는, 전동발전기(12)가 필요로 하는 전력은, 축전장치(120)로부터 전동발전기(12)에 공급된다. 한편, 전동발전기(12)의 회생운전을 제어하고 있을 때에는, 전동발전기(12)에 의하여 발전된 전력은 축전장치(120)의 커패시터(19)에 축전된다.

축전장치(120)는, 인버터(18)와 인버터(20)와의 사이에 배치되어 있다. 이로써, 전동발전기(12)와 선회용 전동기(21) 중 적어도 어느 일방이 역행운전을 행하고 있을 때에는, 축전장치(120)는, 역행운전에 필요한 전력을 공급한다. 또, 전동발전기(12)와 선회용 전동기(21) 중 적어도 어느 일방이 회생운전을 행하고 있을 때에는, 축전장치(120)는 회생운전에 의하여 발생된 회생전력을 전기에너지로서 축적한다.

인버터(20)는, 상술한 바와 같이 선회용 전동기(21)와 축전장치(120)와의 사이에 마련되고, 컨트롤러(30)로부터의 지령에 근거하여, 선회용 전동기(21)의 운전을 제어한다. 이로써, 인버터(20)가 선회용 전동기(21)의 역행운전을 제어하고 있을 때에는, 선회용 전동기(21)가 필요로 하는 전력은 축전장치(120)로부터 선회용 전동기(21)에 공급된다. 한편, 선회용 전동기(21)가 회생운전을 하고 있을 때에는, 선회용 전동기(21)에 의하여 발전된 전력은 축전장치(120)의 커패시터(19)에 축전된다.

다만, 축전장치(120)의 커패시터(19)의 충방전제어는, 커패시터(19)의 충전상태, 전동발전기(12)의 운전상태(역행운전 또는 회생운전), 선회용 전동기(21)의 운전상태(역행운전 또는 회생운전)에 근거하여, 컨트롤러(30)에 의하여 행해진다.

컨트롤러(30)는, 쇼벨의 구동제어를 행하는 제어장치이며, 구동제어장치(32), 전동선회제어장치(40), 주제어부(60), 및, 정전용량 산출부(154)를 포함한다. 컨트롤러(30)는, CPU(Central Processing Unit) 및 내부메모리를 포함하는 연산처리장치로 구성된다. 구동제어장치(32), 전동선회제어장치(40) 및 주제어부(60)는, 컨트롤러(30)의 CPU가 내부메모리에 격납되는 구동제어용의 프로그램을 실행함으로써 실현된다.

속도지령 변환부(31)는, 압력센서(29)로부터 입력되는 신호를 속도지령으로 변환하는 연산처리부이다. 이로써, 레버(26A)의 조작량은, 선회용 전동기(21)를 회전구동시키기 위한 속도지령(rad/s)으로 변환된다. 속도지령은, 구동제어장치(32), 전동선회제어장치(40) 및 주제어부(60)에 입력된다.

구동제어장치(32)는, 전동발전기(12)의 운전제어(역행운전 또는 회생운전의 전환), 및, 커패시터(19)의 충방전제어를 행한다. 구동제어장치(32)는, 엔진(11)의 부하상태와 커패시터(19)의 충전상태에 따라, 전동발전기(12)의 역행운전과 회생운전을 전환한다. 구동제어장치(32)는, 전동발전기(12)의 역행운전과 회생운전을 전환함으로써, 인버터(18)를 통하여 커패시터(19)의 충방전제어를 행한다.

도 3은, 축전장치(120)의 회로도이다. 축전장치(120)는, 축전기로서의 커패시터(19)와, 승강압컨버터와 DC버스(110)를 포함한다. DC버스(110)는, 커패시터(19), 전동발전기(12), 및 선회용 전동기(21)의 사이에서의 전력의 수수를 제어한다. 커패시터(19)에는, 커패시터 전압치를 검출하기 위한 커패시터 전압검출부(112)와, 커패시터 전류치를 검출하기 위한 커패시터 전류검출부(113)가 마련되어 있다. 커패시터 전압검출부(112)와 커패시터 전류검출부(113)에 의하여 검출되는 커패시터 전압치와 커패시터 전류치는, 컨트롤러(30)에 공급된다.

승강압컨버터(100)는, 전동발전기(12), 및 선회용 전동기(21)의 운전상태에 따라, DC버스 전압치를 일정한 범위 내에 들어가도록 승압동작과 강압동작을 전환하는 제어를 행한다. DC버스(110)는, 인버터(18 및 20)와 승강압컨버터(100)와의 사이에 배치되어 있으며, 커패시터(19), 전동발전기(12), 및 선회용 전동기(21)의 사이에서의 전력의 수수를 행한다.

승강압컨버터(100)의 승압동작과 강압동작의 전환제어는, DC버스 전압검출부(111)에 의하여 검출되는 DC버스 전압치, 커패시터 전압검출부(112)에 의하여 검출되는 커패시터 전압치, 및 커패시터 전류검출부(113)에 의하여 검출되는 커패시터 전류치에 근거하여 행해진다.

이상과 같은 구성에 있어서, 어시스트모터인 전동발전기(12)가 발전한 전력은, 인버터(18)를 통하여 축전장치(120)의 DC버스(110)에 공급되고, 그리고 승강압컨버터(100)를 통하여 커패시터(19)에 공급된다. 선회용 전동기(21)가 회생운전하여 생성한 회생전력은, 인버터(20)를 통하여 축전장치(120)의 DC버스(110)에 공급되고, 그리고 승강압컨버터(100)를 통하여 커패시터(19)에 공급된다.

승강압컨버터(100)는, 리액터(101), 승압용 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)(102A), 강압용 IGBT(102B), 커패시터(19)를 접속하기 위한 전원접속단자(104), 인버터(18, 20)를 접속하기 위한 출력단자(106), 및, 한 쌍의 출력단자(106)에 병렬로 삽입되는 평활용의 콘덴서(107)를 구비한다. 승강압컨버터(100)의 출력단자(106)와 인버터(18, 20)와의 사이는, DC버스(110)에 의하여 접속된다.

리액터(101)의 일단은 승압용 IGBT(102A) 및 강압용 IGBT(102B)의 중간점에 접속되고, 타단은 전원접속단자(104)에 접속된다. 리액터(101)는, 승압용 IGBT(102A)의 온/오프에 따라 발생하는 유도 기전력을 DC버스(110)에 공급하기 위하여 마련되어 있다.

승압용 IGBT(102A) 및 강압용 IGBT(102B)는, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)를 게이트부에 장착한 바이폴러트랜지스터로 구성되어, 대전력의 고속 스위칭이 가능한 반도체소자(스위칭소자)이다. 승압용 IGBT(102A) 및 강압용 IGBT(102B)는, 컨트롤러(30)에 의하여, 게이트단자에 PWM전압이 인가됨으로써 구동된다. 승압용 IGBT(102A) 및 강압용 IGBT(102B)에는, 정류소자인 다이오드(102a 및 102b)가 병렬접속된다.

커패시터(19)는, 승강압컨버터(100)를 통하여 DC버스(110)와의 사이에서 전력의 수수를 행할 수 있도록, 충방전 가능한 축전기이면 된다. 다만, 도 3에는, 축전기로서 커패시터(19)를 나타내지만, 커패시터(19) 대신에, 리튬이온전지 등의 충방전 가능한 이차전지, 리튬이온커패시터, 또는, 전력의 수수가 가능한 그 외의 형태의 전원을 이용하여도 된다.

전원접속단자(104) 및 출력단자(106)는, 커패시터(19) 및 인버터(18, 20)가 접속 가능한 단자이다. 한 쌍의 전원접속단자(104)의 사이에는, 커패시터 전압을 검출하는 커패시터 전압검출부(112)가 접속된다. 한 쌍의 출력단자(106)의 사이에는, DC버스 전압을 검출하는 DC버스 전압검출부(111)가 접속된다.

커패시터 전압검출부(112)는, 커패시터(19)의 전압치(Vcap)를 검출한다. DC버스 전압검출부(111)는, DC버스(110)의 전압치(Vdc)를 검출한다. 평활용의 콘덴서(107)는, DC버스 전압을 평활화하기 위한 축전소자이며, 출력단자(106)의 양극단자와 음극단자와의 사이에 삽입된다. 평활용의 콘덴서(107)에 의하여, DC버스(110)의 전압은 미리 정해진 전압으로 유지되고 있다.

커패시터 전류검출부(113)는, 커패시터(19)의 양극단자(P단자)측에 있어서 커패시터(19)에 흐르는 전류의 값을 검출하는 검출기이며, 전류검출용의 저항기를 포함한다. 즉, 커패시터 전류검출부(113)는, 커패시터(19)의 양극단자에 흐르는 전류치(I1)를 검출한다. 한편, 커패시터 전류검출부(113)는, 커패시터의 음극단자(N단자)측에 있어서 커패시터(19)에 흐르는 전류의 값을 검출하는 검출기이며, 전류검출용의 저항기를 포함한다. 즉, 커패시터 전류검출부(113)는, 커패시터(19)의 음극단자에 흐르는 전류치(I2)를 검출한다.

승강압컨버터(100)에 있어서, DC버스(110)를 승압할 때에는, 승압용 IGBT(102A)의 게이트단자에 PWM전압이 인가되어, 강압용 IGBT(102B)에 병렬로 접속된 다이오드(102b)를 통하여, 승압용 IGBT(102A)의 온/오프에 따라 리액터(101)에 발생하는 유도 기전력이 DC버스(110)에 공급된다. 이로써, DC버스(110)가 승압된다.

DC버스(110)를 강압할 때에는, 강압용 IGBT(102B)의 게이트단자에 PWM전압이 인가된다. 이로써, 강압용 IGBT(102B), 인버터(18, 20)를 통하여 공급되는 회생전력이 DC버스(110)로부터 커패시터(19)에 공급된다. 따라서, DC버스(110)에 축적된 전력이 커패시터(19)에 충전되어, DC버스(110)가 강압된다.

본 실시형태에서는, 커패시터(19)의 양극단자를 승강압컨버터(100)의 전원접속단자(104)에 접속하는 전원라인(114)에, 릴레이(130-1)가 마련된다. 릴레이(130-1)는, 전원라인(114)을 차단할 수 있는 차단기이다. 릴레이(130-1)는, 전원라인(114)으로의 커패시터 전압검출부(112)의 접속점(115)과 커패시터(19)의 양극단자의 사이에 배치되어 있다. 릴레이(130-1)는, 컨트롤러(30)로부터의 신호에 의하여 작동되고, 커패시터(19)로부터의 전원라인(114)을 차단할 수 있다. 이로써, 커패시터(19)를 승강압컨버터(100)로부터 분리할 수 있다.

또, 커패시터(19)의 음극단자를 승강압컨버터(100)의 전원접속단자(104)에 접속하는 전원라인(117)에, 릴레이(130-2)가 마련된다. 릴레이(130-2)는, 전원라인(117)을 차단할 수 있는 차단기이다. 릴레이(130-2)는, 전원라인(117)으로의 커패시터 전압검출부(112)의 접속점(118)과 커패시터(19)의 음극단자의 사이에 배치되어 있다. 릴레이(130-2)는 컨트롤러(30)로부터의 신호에 의하여 작동되고, 커패시터(19)로부터의 전원라인(117)을 차단할 수 있다. 이로써, 커패시터(19)를 승강압컨버터(100)로부터 분리할 수 있다. 다만, 릴레이(130-1)와 릴레이(130-2)를 하나의 릴레이로 함으로써, 양극단자측의 전원라인(114)과 음극단자측의 전원라인(117)의 양방을 동시에 차단하여 커패시터(19)를 분리하는 것으로 하여도 된다.

다만, 실제로는, 컨트롤러(30)와 승압용 IGBT(102A) 및 강압용 IGBT(102B)와의 사이에는, 승압용 IGBT(102A) 및 강압용 IGBT(102B)를 구동하는 PWM 신호를 생성하는 구동부가 존재하지만, 도 3에서는 생략한다. 이러한 구동부는, 전자회로 또는 연산처리장치 중 어느 것으로도 실현할 수 있다.

도 4는, 커패시터(19)의 구성을 나타내는 회로도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 축전기로서의 커패시터(19)는, 실제로는, 복수의 축전부로서의 n개의 커패시터 셀(이하, 축전셀, 혹은 간단히 셀이라고 칭함)(19-1~19-n)(n은 2 이상의 정수)과 커패시터 제어회로(140)를 포함한다. 커패시터 제어회로(140)는, 각 커패시터(19n)의 정전용량을 측정하는 정전용량 측정기능과 각 커패시터의 정전용량을 균일화하는 균등화 기능을 가진다. 본 실시형태에서는, 설명의 편의상 n개의 셀(19-1~19-n) 전부는 직렬로 접속되어 있지만, 직렬로 접속된 셀을 하나의 그룹으로 하여, 복수의 그룹이 병렬로 접속되어 있어도 된다. 이하, 모든 셀(19-1~19-n)을 통틀어 셀(19-n)이라고 칭하는 경우도 있으며, 각 셀을 편의상 셀(19-n)이라고 칭하는 경우도 있다.

각 셀(19-n)의 양단은, 커패시터 제어회로(140) 내의 전압검출부(152)에 접속되어 있다. 구체적으로는, 예를 들면 셀(19-1)의 전극의 일방은 배선(144-1)에 의하여 전압검출부(152)에 접속되고, 타방의 전극은 배선(144-2)에 의하여 전압검출부(152)에 접속된다. 마찬가지로, 셀(19-n)의 전극의 일방은 배선(144-n)에 의하여 전압검출부(152)에 접속되고, 타방의 전극은 배선(144-(n+1))에 의하여 전압검출부(152)에 접속된다. 전압검출부(152)는 인터페이스(142)를 통하여 컨트롤러(30)의 정전용량 산출부(154)에 접속된다.

배선(144-1)과 배선(144-2)과의 사이에는, 밸런스용 FET(전계 효과 트랜지스터)(146-1)와 방전저항(148-1)이 직렬로(셀(19-1)에 대해서는 병렬로) 접속된다. 밸런스용 FET(146-1)의 게이트는 전압검출부(152)에 접속된다. 마찬가지로, 배선(144-n)과 배선(144-(n+1))과의 사이에는, 밸런스용 FET(전계 효과 트랜지스터)(146-n)와 방전저항(148-n)이 직렬로(셀(19-n)에 대해서는 병렬로) 접속된다. 밸런스용 FET(146-n)의 게이트는 전압검출부(152)에 접속된다.

이상과 같은 구성에 있어서, 정전용량 산출부(154)는, 각 셀(19-n)의 정전용량을 개별적으로 측정할 수 있다. 도 5는 정전용량 산출에 관한 기능을 설명하기 위한 블록도이다.

정전용량의 산출은, 각 셀(19-n)의 단자간 전압을 측정하는 전압검출부(152)와, 전압검출부(152)에서 검출한 전압에 근거하여 정전용량을 산출하는 정전용량 산출부(154)에 의하여 행해진다. 이와 같이, 정전용량은 검출한 전압을 이용한 연산치이며, 각 축전셀의 출력이다.

전압검출부(152)는, 전압검출지령이 주어지면, 각 셀(19-n)의 전극간 전압을 검출하고(이하, 전극간 전압을 셀전압(Vn)이라고 칭함), 검출한 각 셀(19-n)의 셀전압(Vn)을 인터페이스(142)를 통하여 정전용량 산출부(154)에 보낸다. 예를 들면, 셀(19-1)의 셀전압(V1)은, 배선(144-1)과 배선(144-2)의 사이의 전압차로서 검출할 수 있다. 셀(19-n)의 셀전압(Vn)은, 배선(144-n)과 배선(144-(n+1)) 사이의 전압차로서 검출할 수 있다.

정전용량 산출부(154)는, 인터페이스(142)를 통하여 전압검출부(152)로부터 보내져 오는 각 셀(19-n)의 셀전압(Vn)의 값에 근거하여, 각 셀의 정전용량(Cn)을 산출한다. 정전용량(Cn)의 산출은 이하와 같이 하여 행해진다.

먼저, 정전용량 산출부(154)는, 정전용량(Cn)의 산출을 개시한 시점에 있어서의, 정전용량(Cn)을 산출하는 셀(19-n)의 셀전압(Vn0)을 검출한다. 그리고, 정전용량 산출부(154)는, 밸런스용 FET(146-n)의 게이트에 신호를 보내 밸런스용 FET(146-n)를 폐쇄함(ON상태로 함)으로써, 셀(19-n)을 단락하여 방전시킨다. 단락로에는 방전저항(148-n)이 마련되어 있으므로, 셀(19-n)의 방전전류는 미소전류이다. 따라서, 방전에 의한 셀(19-n)의 셀전압(Vn)은 급격하지 않도록, 서서히 강하한다. 소정 시간(T)만큼 방전시켰다면, 그 시점에서의 셀전압(Vn1)을 검출한다. 셀(19-n)의 정전용량(Cn)은 이하의 식 (1)에 의하여 산출할 수 있다. 즉, 정전용량을 열화 판정의 지표로서 이용할 수 있다.

Cn=-T/(R1+R2)×ln^-1{(R1+R2)/R2×Vn1/Vn0}

여기에서, R1은 셀(19-n)의 내부저항이며, R2는 방전저항(148-n)의 내부저항이다. 단, R1<<R2이기 때문에, R1을 무시하면, 이하의 식 (1)이 도출된다.

Cn=-T/R2×ln^-1(Vn1/Vn0)···(1)

산출한 셀(19-n)의 정전용량(Cn)을, 미리 구해져 있는 셀(19-n)의 초기 정전용량(Cn0)(셀(19-n)이 사용되기 전의 정전용량)과 비교함으로써, 현재의 셀(19-n)이 어느 정도 열화되어 있는지를 판정할 수 있다.

셀의 열화가 진행되면, 정전용량이 작아짐과 함께 내부저항이 커진다. 정전용량이나 내부저항이 각 셀간에서 편차가 발생하면, 셀전압도 편차가 발생하기 쉬워진다. 따라서, 동일한 전류를 통전시키고 있음에도 불구하고, 각 셀간에 있어서 전압의 높고 낮음이 발생해 버린다. 그 결과, 열화되어 있는 셀이 보다 더욱 열화되게 된다. 이로 인하여, 셀의 열화의 편차에 따라 적극적으로 각 셀의 전압을 균등하게 하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 실시형태에서는, 산출한 각 셀(19-n)의 현재의 정전용량(Cn)에 근거하여 그 셀(19-n)의 열화도를 판정하고, 열화도에 따라 필요한 셀에만 균등화 회로의 기능을 작용시켜 방전시킴으로써, 셀전압의 균등화를 행한다.

다음으로, 각 셀의 출력인 정전용량을 산출하는 정전용량 산출처리와, 열화가 진행된 셀의 셀전압을 낮추는 전압 균등화 처리에 대하여, 도 6 내지 도 8에 나타내는 플로우차트를 참조하면서 설명한다.

먼저, 커패시터(19)에 관한 동작이나 처리를 관리하는 구성에 대하여 설명한다. 각 셀(19-n)의 셀전압은, 커패시터(19)에 마련된 셀모니터링유닛(CMU: 커패시터 제어회로(140))에 의하여 관리된다. CMU는, 각 셀(19-n)에 대하여 마련되어 있으며, 커패시터(19)를 관리하는 배터리매니지먼트유닛(BMU)에 의하여 관리된다. BMU는 쇼벨의 컨트롤러(30)에 마련된다. 또, BMU는 정전용량 산출부(154)를 구비하고 있다.

BMU 및 CMU는, 쇼벨을 운전하고 있지 않을 때에도, 커패시터(19)로부터의 전력 공급을 받아 상시 작동 가능하지만, 커패시터(19)의 전력 소비를 억제하기 위하여, 쇼벨을 운전하고 있지 않을 때에는 슬립상태가 되도록 설정되어 있다.

정전용량 산출처리는, 커패시터로의 전류의 입출력이 없는 상태에서, 예를 들면, 키 오프에 의하여 쇼벨이 운전되고 있지 않을 때에 개시된다. 즉, 커패시터(19)의 각 셀(19-n)에 충방전전류가 흐르지 않는 상태에서 정전용량 산출처리가 행해진다.

여기에서, 편차 판단을 행하기 위한 조건이 적절한지를 판단하는 조건 판정 처리가 행해진다. 먼저, 스텝 S1에 있어서, 모든 셀(19-n)의 온도가 계측개시판정 온도(td1)보다 높은지 여부가 판정된다(스텝 S1).

모든 셀(19-n)의 온도가 td1보다 높지 않은, 즉, 하나의 셀이라도 계측개시판정 온도(td1) 이하의 것이 있으면, 정전용량 산출처리를 행할 수 있는 조건으로는 되어 있지 않는 것으로 하여, 처리는 스텝 S17(도 7 참조)로 진행된다. 스텝 S17에서는, BMU의 메모리에 “계측 불가”라는 정보를 격납한다.

한편, 스텝 S1에 있어서 모든 셀(19-n)의 온도가 계측개시판정 온도(td1)보다 높다고 판정되면, 처리는 스텝 S2로 진행된다. 스텝 S2에서는, 셀(19-n)의 온도 중, 최대 온도와 최소 온도와의 차가, 온도편차판정 온도범위(tr2)보다 작은지 여부가 판정된다.

최대 온도와 최소 온도와의 차가 tr2보다 작지 않은, 즉, 최대 온도와 최소 온도와의 차가 온도편차판정 온도범위(tr2) 이상이면, 정전용량 산출처리를 행할 수 있는 조건으로는 되어 있지 않은 것으로 하여, 처리는 스텝 S17(도 7 참조)로 진행된다.

한편, 스텝 S2에 있어서 최대 온도와 최소 온도와의 차가 tr2보다 작다고 판정되면, 처리는 스텝 S3으로 진행된다.

스텝 S1에 있어서 모든 셀(19-n)의 온도가 계측개시판정 온도(td1)보다 높은지 여부를 판정하는 것은, 도 9에 나타내는 바와 같은 셀의 정전용량과 계측 온도와의 관계에 의한 것이다. 즉, 셀의 정전용량은 셀의 온도가 낮아질수록 작아지고, 셀의 온도가 소정의 온도보다 낮은 영역에서는, 온도 변화에 대한 정전용량의 변화가 너무 크기 때문에, 온도의 변화에 의한 정전용량의 편차가 커져 버린다. 따라서, 본 실시형태에서는, 셀의 온도가 그다지 낮지 않은 상태에서 셀전압의 측정을 개시하는 것으로 하고, 그 온도를 계측개시판정 온도(td1)로 하고 있다.

또, 커패시터(19) 중에 배열된 복수의 셀의 사이에서도 온도에 편차가 있어, 셀의 온도의 차가 커지면, 정전용량의 산출 오차(ΔF)가 커져 버린다. 도 9에 있어서, 커패시터(19) 중의 예를 들면 하나의 셀(19-1)의 온도가 t1이며, 다른 셀(19-2)의 온도가 t2이었다고 하면, 셀(19-1)의 정전용량은 변화되어 버리므로, 본 실시형태에서는, 스텝 S2에 있어서 셀의 최대 온도와 최소 온도의 온도차가 소정의 온도차 범위(tr2)보다 작다고 판정된 경우에만 셀전압 측정을 개시하여 정전용량의 산출을 행하도록 하고 있다. 즉, 모든 셀(19-n)의 온도가 소정의 온도차 범위(tr2) 이내에 들어가 있는 경우에만, 셀전압의 측정을 개시하고 있다.

스텝 S3에서는, 모든 셀(19-n)의 셀전압이 검출된다. 계속해서, 스텝 S4에 있어서 모든 셀(19-n)의 셀전압이 계측개시판정 셀전압(Vd1)보다 높은지 여부가 판정된다. 모든 셀(19-n)의 셀전압이 계측개시판정 셀전압(Vd1)보다 높지 않은, 즉 하나의 셀이라도 계측개시판정 셀전압(Vd1) 이하의 것이 있으면, 정전용량 산출처리를 행할 수 있는 조건으로는 되어 있지 않는 것으로 하여, 처리는 스텝 S17(도 7 참조)로 진행된다.

한편, 스텝 S4에 있어서 모든 셀(19-n)의 셀전압이 계측개시판정 셀전압(Vd1)보다 높다고 판정되면, 처리는 스텝 S5로 진행된다. 스텝 S5에서는, 계측을 개시하는 셀전압(Vds) 및 계측을 종료하는 셀전압(Vde)을 결정한다. 계측을 개시하는 셀전압(Vds)은, 전체 셀의 셀전압의 최소치(Vdmin)로서 결정한다. 계측을 종료하는 셀전압(Vde)은, 전체 셀의 셀전압의 최소치(Vdmin)로부터, 계측개시 전압과 계측종료 전압과의 차(Vd2)를 감산한 값으로 하여 결정한다(Vde=Vdmin-Vd2).

계속해서, 스텝 S6에 있어서, 전체 셀(19-n)의 밸런스용 FET(146-n)의 게이트에 신호를 보내 밸런스용 FET(146-n)를 폐쇄함(ON으로 함)으로써, 셀전압의 계측(검출)을 개시한다.

다음으로, 스텝 S7에 있어서, 밸런스용 FET(146-n)를 ON으로 한 후부터의 경과시간(ΔTd)이, 셀전압의 계측을 개시할 때까지의 시간(Td1) 이하인지 여부가 판정된다. 밸런스용 FET(146-n)를 ON으로 한 후부터의 경과시간(ΔTd)이, 셀전압의 계측을 개시할 때까지의 시간(Td1) 이하가 아닌, 즉 밸런스용 FET(146-n)를 ON으로 한 후부터의 경과시간(ΔTd)이, 셀전압의 계측을 개시할 때까지의 시간(Td1)보다 길면, 정전용량 산출처리를 행할 수 있는 조건으로는 되어 있지 않는 것으로 하여, 처리는 스텝 S18(도 7 참조)로 진행된다. 스텝 S18에서는, 전체 셀(19-n)의 밸런스용 FET(146-n)를 OFF로 한다. 계속해서 스텝 S19에 있어서, BMU의 메모리에 “계측 불가”라는 정보를 격납한다.

한편, 스텝 S7에 있어서 밸런스용 FET(146-n)를 ON으로 한 후부터의 경과시간(ΔTd)이, 셀전압의 계측을 개시할 때까지의 시간(Td1) 이하라고 판정되면, Td1 이하라고 판정된 셀부터 순서대로, 스텝 S8로 진행된다. 스텝 S8에서는, 각 셀(19-n)의 셀전압(Vn)이 스텝 S5에 있어서 결정한 계측개시 셀전압(Vds)보다 낮은지 여부가, 각 셀(19-n)마다 판정된다. 스텝 S8에 있어서 셀(19-n)의 셀전압(Vn)이 계측개시 셀전압(Vds)보다 낮은지 아닌지(Vn<Vds)라는 판정 조건을 조건 D1로 한다.

스텝 S8에 있어서 셀(19-n)의 셀전압(Vn)이 계측개시 셀전압(Vds)보다 낮지 않은, 즉, 셀(19-n)의 셀전압(Vn)이 계측개시 셀전압(Vds) 이상이라고 판정되면, 처리는 스텝 S7로 되돌아가, 스텝 S8에 있어서 다음의 셀(19-n)의 셀전압을 체크한다.

한편, 스텝 S8에 있어서 셀(19-n)의 셀전압(Vn)이 계측개시 셀전압(Vds)보다 낮다고 판정되면, Vds보다 낮다고 판정된 셀부터 순서대로, 스텝 S9로 진행된다. 스텝 S9에서는, 스텝 S8의 조건 D1이 성립된 셀에 대하여, 경과시간의 계측을 개시한다. 이와 같이, 스텝 S7부터 스텝 S9까지의 판정은, 각 셀에 있어서 실행된다. 이로 인하여, 스텝 S7의 판정에서, 하나의 셀이 Td1보다 길다고 판정되면, 나머지 다른 셀이 스텝 S9까지 도달한 경우이더라도, 스텝 S19로 진행되어, “계측 불가”라는 정보가, BMU의 메모리에 격납된다.

이와 같이, 전체 셀(19-n)의 밸런스용 FET(146-n)를 폐쇄한(ON으로 한) 시점으로부터 계측개시까지의 시간을 규정함으로써, 셀전압의 편차가 커 계측개시되지 않는 경우이더라도, CMU에 의한 셀전압의 소비를 제한할 수 있다.

계속해서, 스텝 S10에 있어서, 경과시간(ΔTd)이 계측을 종료할 때까지의 시간(Td2) 이하인지 여부가 판정된다. 경과시간(ΔTd)은, 전체 셀(19-n)의 밸런스용 FET의 ON을 지시한 후 셀전압의 계측을 종료할 때까지의 시간이며, 미리 설정된 시간이다.

경과시간(ΔTd)이 셀전압의 계측을 종료할 때까지의 시간(Td2) 이하가 아닌, 즉 경과시간(ΔTd)이 셀전압 계측종료 시간(Td2)보다 길다고 판정되면, 처리는 스텝 S18로 진행된다. 스텝 S18에서는, 모든 셀(19-n)에 대한 밸런스용 FET(146-n)를 OFF로 한다. 계속해서, 스텝 S19에 있어서, 계측 불가를 나타내는 정보를 BMU의 메모리에 격납한다.

한편, 스텝 S10에 있어서 경과시간(ΔTd)이 셀전압 계측종료 시간(Td2) 이하라고 판정되면, Td2 이하라고 판정된 셀부터 순서대로, 스텝 S11로 진행된다. 스텝 S11에서는, 각 셀(19-n)의 셀전압(Vn)이, 스텝 S5에서 결정한 계측종료 셀전압(Vde) 이하인지 여부가 판정된다. 이 판정 조건(Vn≤Vde?)을 (조건 D2)로 한다. 각 셀(19-n)의 셀전압(Vn)이 계측종료 셀전압(Vde) 이하가 아닌, 즉, 각 셀(19-n)의 셀전압(Vn)이 계측종료 셀전압(Vde)보다 높은 경우는, 처리는 스텝 S10으로 되돌아가, 다시 경과시간(ΔTd)이 셀전압 계측종료 시간(Td2) 이하인지 여부가 판정된다.

한편, 스텝 S11에 있어서, 각 셀(19-n)의 셀전압(Vn)이, 스텝 S5에서 결정한 계측종료 셀전압(Vde) 이하라고 판정되면, Vde 이하라고 판정된 셀부터 순서대로, 스텝 S12(도 7 참조)로 진행된다.

이상의 처리에서는, 모든 셀(19-n)의 셀전압(Vn)이 소정의 전압(Vds) 이상일 때에 셀전압의 측정을 개시한다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 복수의 셀을 일정한 방전저항을 통하여 방전시켰을 경우, 셀전압의 감소율은 대략 동일하므로, 셀전압이 낮은 셀 쪽이, 셀전압이 높은 셀보다, 빨리 작은 전압이 된다. 셀전압이 너무 저하되면, 셀의 열화가 촉진되므로, 셀전압의 계측을 행하여도 모든 셀의 셀전압이 소정의 전압 이상으로 유지되고 있을 필요가 있다. 스텝 S5에서는 이 소정의 전압을, 계측을 종료하는 셀전압(Vde)으로서 결정하고 있다. 즉, 셀전압이 가장 낮은 셀을 경과시간(ΔTd)만큼 방전시켰을 때에, 계측종료 시의 셀전압(Vde)이 하한 전압을 밑돌지 않도록 계측개시 셀전압(Vds)을 결정한다.

다음으로, 편차 판단 처리가 행해진다. 스텝 S12에서는, (조건 D2)가 성립된 셀(19-n)에 대한 셀전압(Vn)의 계측을 종료한다. 다음으로, 스텝 S13에 있어서, 셀마다의 계측시간(tn)에 근거하여 그 셀(19-n)의 정전용량(Cn)을 산출하고, 산출한 정전용량(Cn)의 값을 BMU의 메모리에 격납한다. 정전용량의 계산은 상술의 식 (1)에 의하여 계산할 수 있다. 혹은, 이하의 식 (2)로도 산출할 수 있다.

Cn=-tn/{R×ln(Vde/Vds)}+Ic×tn/(Vds-Vde)···(2)

여기에서, R은 셀(19-n)의 방전저항(Ω)이며, Ic는 CMU의 소비전류(A)이다.

스텝 S13의 처리가 종료되면, 처리는 스텝 S14로 진행된다. 다만, 스텝 S17 및 스텝 S19의 처리를 종료한 후에도, 스텝 S14로 진행된다.

스텝 S14에 있어서, 모든 셀(19-n)의 셀전압계측이 종료되었을 때의 셀(19-n)의 온도에 있어서의, 최대 온도, 최소 온도, 및 그들의 평균 온도를 산출하고, BMU의 메모리에 격납한다. 그리고, 스텝 S15에 있어서 전체 셀(19-n)의 CMU를 슬립상태로 하고, 스텝 S16에 있어서 BMU를 슬립상태로 하여, CMU 및 BMU의 작동을 정지하여 CMU 및 BMU의 전력소비를 억제한다. 따라서, 스텝 S16이 종료되면, 쇼벨의 운전이 개시될 때까지, BMU 및 CMU에 의한 처리는 일단 정지한다.

이상과 같이, 상술의 처리에 의하면, 복수의 셀(19-n)의 정전용량을 셀마다 개별적으로 산출할 수 있다. 이로 인하여, 산출한 정전용량에 근거하여 셀의 열화도를 알 수 있으며, 열화의 편차에 따라 적극적으로 셀전압의 밸런스를 작용시킬 수 있다. 여기에서, 셀마다 산출한 정전용량의 최대치와 최소치와의 차가, 미리 정해진 임계값보다 큰 경우에, 복수의 셀(19-n)의 셀의 정전용량에 편차가 있다고 판단된다. 편차가 있다고 판단되면, 밸런스 개시의 지시가 컨트롤러(30)로부터 출력된다. 여기에서, 편차의 유무의 판단은, 정전용량의 최대치와 최소치와의 차가 아니라, 평균치 등을 이용하여도 된다.

도 6 및 도 7에 나타내는 처리가 종료되어 BMU 및 CMU가 슬립상태가 된 후, 키 온에 의하여 쇼벨의 운전을 재개시키는 타이밍으로, 도 8에 나타내는 균등화 처리(밸런스 처리)가 행해진다.

먼저, 스텝 S20에 있어서, 키 온에 대응하여 BMU는 쇼벨의 주제어부(60)로부터 작업요구 신호(ON)를 수신하고, 작업요구 신호(ON)를 CMU에 대하여 송출한다. 그리고, 스텝 S21에 있어서, BMU 및 CMU는 슬립상태로부터 작동상태로 이행하고, 셀전압의 계측을 개시한다.

다음으로, 스텝 S22에 있어서, 밸런스 개시 지시 신호가 ON인지 여부가 판정된다. 밸런스 개시 지시 신호(ON)는, 균등화 기능을 작용시켜 각 셀(19-n)을 소정의 전압이 될 때까지 방전시키는 처리를 행하기 위한 신호이다.

스텝 S22에 있어서 밸런스 개시 지시 신호가 ON이라고 판정되면, 처리는 스텝 S23으로 진행된다. 스텝 S23에서는, 각 셀(19-n)의 셀전압(Vn)이, 강제적으로 밸런스용 FET(148-n)를 ON으로 하는 전압(Vg1) 이상인지 여부가 판정된다. 이 판정 조건을 조건 G로 한다. 셀전압(Vn)이 강제적으로 밸런스용 FET(148-n)를 ON으로 하는 전압(Vg1) 이상인 경우, 처리는 스텝 S24로 진행된다. 스텝 S24에서는 조건 G가 성립된 셀(19-n)에 대하여 마련된 밸런스용 FET(148-n)를 ON으로 하고, 당해 셀(19-n)을 강제적으로 방전시켜 셀전압을 저하시킨다.

한편, 스텝 S23에 있어서 조건 G가 불성립이라고 판정된 경우, 처리는 스텝 S25로 진행된다. 스텝 S25에서는, 조건 G가 불성립이라고 판정된 셀(19-n)에 대하여 마련된 밸런스용 FET(148-n)를 OFF로 하고, 당해 셀(19-n)의 방전이 행해지지 않도록 한다. 즉, 셀전압(Vn)이 전압(Vg1) 미만인 경우, 당해 셀(19-n)의 밸런스용 FET(148-n)는 OFF가 된다.

스텝 S23~S25의 처리에 의하여, 셀전압이 소정의 셀전압(Vg1) 이상인 셀에 대하여 균등화 기능이 작용하고, 당해 셀은 강제적으로 방전되어, 전극간 전압(충전율)이 낮아진다. 이로써, 당해 셀의 열화의 편차에 의하여 발생한 셀전압의 편차가 균등화된다. 다만, 셀전압이 셀전압(Vg1) 미만인 셀에는 균등화 기능은 작용하지 않아, 강제적인 방전은 행해지지 않는다.

또, 스텝 S22에 있어서 밸런스 개시 지시 신호가 ON이 아니라고 판정되면, 처리는 스텝 S26으로 진행된다. 스텝 S26에서는, 각 셀(19-n)의 셀전압(Vn)이, 강제적으로 밸런스용 FET(148-n)를 ON으로 하는 전압(Vf1) 이상인지 여부가 판정된다. 이 판정 조건을 조건 F로 한다. 여기에서, 전압(Vf1)은 스텝 S23에 있어서 이용되는 전압(Vg1)보다 높은 값으로 설정된다. 한편, 전압(Vg1)은, 사용 시의 전압 범위 내이며, 전압(Vf1)보다 작은 전압으로 설정된다.

스텝 S26에 있어서 조건 F가 성립되었다고 판정되면, 처리는 스텝 S27로 진행된다. 스텝 S27에서는, 조건 F가 성립된 셀(19-n)에 대하여 마련된 밸런스용 FET(148-n)를 ON으로 하여, 당해 셀(19-n)을 방전시킨다. 한편, 스텝 S26에 있어서 조건 F가 성립되지 않는다고 판정되면, 조건 F가 성립되지 않는 셀(19-n)에 대하여 마련된 밸런스용 FET(148-n)를 OFF로 하여, 당해 셀(19-n)의 방전이 행해지지 않도록 한다.

스텝 S26~S28의 처리에 의하여, 셀전압(Vn)이 미리 설정한 전압(Vf1) 이상인 셀은 강제적으로 방전되어, 소정의 셀전압까지 낮아진다.

스텝 S24, S25, S27, S28의 처리가 종료되면, 처리는 스텝 S22로 되돌아간다. 또, 키 오프되면 밸런스 처리는 중단된다. 또한, 본원 발명을 이용하면, 각 셀의 정전용량을 계측할 수 있으므로, 셀마다의 교환시기를 추정할 수 있다. 또한, 축전기에 이상이 발생한 경우이더라도, 이상이 있는 셀을 개별적으로 특정할 수 있으므로, 교환 시의 메인트넌스 비용을 저감할 수 있다.

셀전압에 관한 정보는, 쇼벨의 운전이 정지되어 있을 때(키 OFF)의 최신 전압 정보이며, 셀전압의 최대치, 셀전압의 최소치, 셀전압의 평균치 등을 포함한다. 또, 정전용량에 관한 정보는, 정전용량의 값, 셀 온도의 최대치, 셀 온도의 최소치, 셀 온도의 평균치 등을 포함한다.

다만, 상술의 실시형태에서는 선회기구(2)가 전동식이었지만, 선회기구(2)가 전동이 아니라 유압구동인 경우가 있다. 도 11은 도 2에 나타내는 하이브리드형 쇼벨의 선회기구를 유압구동식으로 한 경우의 구동계의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 11에 나타내는 쇼벨에서는, 선회용 전동기(21) 대신에, 선회유압모터(2A)가 컨트롤밸브(17)에 접속되고, 선회기구(2)는 선회유압모터(2A)에 의하여 구동된다. 이러한 구성의 쇼벨이더라도, 상술의 실시형태와 같이 하여, 축전기에 있어서 전압이 소정치 이상인 셀에 대하여, 개폐회로의 ON·OFF에 의하여 균등화 회로를 기능시킴으로써, 각 축전셀의 정전용량을 개별적으로 측정할 수 있다. 그리고, 측정한 정전용량에 근거하여, 필요한 경우에만 그 셀에 균등화 기능을 작용시킬 수 있다. 따라서, 균등화 기능에 의하여 강제적으로 방전되는 전력을 억제할 수 있어, 쓸데없는 전력 소비를 저감할 수 있다.

본 발명은 구체적으로 개시된 상술의 쇼벨을 일례로 하는 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 범위를 일탈하는 일 없이, 다양한 변형예 및 개량예가 이루어질 것이다.

본 출원은, 2012년 2월 17일에 출원된 우선권 주장 일본 특허출원 제2012-033259호에 근거하는 것이며, 그 전체 내용은 본 출원에 원용된다.

산업상 이용가능성

본 발명은, 구동전원으로서 축전기가 마련된 쇼벨에 적용 가능하다.

1 하부 주행체
1A, 1B 유압모터
2 선회기구
3 상부 선회체
4 붐
5 암
6 버킷
7 붐실린더
8 암실린더
9 버킷실린더
10 캐빈
11 엔진
12 전동발전기
13 변속기
14 메인펌프
15 파일럿펌프
16 고압유압라인
17 컨트롤밸브
18, 20 인버터
19 커패시터
19-n 셀
21 선회용 전동기
22 리졸버
23 메커니컬브레이크
24 선회 변속기
25 파일럿라인
26 조작장치
26A, 26B 레버
26C 페달
26D 버튼스위치
27 유압라인
28 유압라인
29 압력센서
30 컨트롤러
31 속도지령 변환부
32 구동제어장치
40 전동선회제어장치
60 주제어부
101 리액터
102A 승압용 IGBT
102B 강압용 IGBT
104 전원접속단자
106 출력단자
107 평활용 콘덴서
110 DC버스
111 DC버스 전압검출부
120 축전장치
140 커패시터 제어회로
142 인터페이스
144-1~144-(n+1) 배선
146-1~146-n 밸런스용 FET
148-1~148-n 방전저항
152 전압검출부
154 정전용량 산출부

Claims

구동력을 발생시키는 엔진과,
상기 엔진으로부터 전달된 구동력으로 발전동작을 행하는 발전기와,
상기 발전기에서 발전된 전력이 축적되는 복수의 축전셀을 가지고, 쇼벨의 전기부하에 전력을 공급하는 축전기와,
각 축전셀의 전압을 계측하는 전압검출부와,
상기 각 축전셀에 대하여 병렬로 마련되어, 각각이 방전저항과 개폐회로를 구비한 균등화 회로와,
제어장치를 구비하고,
상기 제어장치는,
대응하는 상기 개폐회로를 ON, OFF시켜, 대응하는 상기 방전저항에 의하여 상기 각 축전셀이 균등화되도록, 상기 복수의 균등화 회로를 제어하는 제1 제어와,
상기 축전기로부터 상기 전기부하에 전력이 공급되지 않는 상태에서, 각각의 상기 개폐회로를 ON, OFF시켜, 대응하는 각각의 축전셀을 대응하는 각각의 방전저항에 방전시키며, 그 때의 각 축전셀 전압의 변화에 근거하여, 모든 축전셀의 정전용량을 산출하는 제2 제어를 개별로 실행 가능하게 구성된 쇼벨.
구동력을 발생시키는 엔진과,
상기 엔진으로부터 전달된 구동력으로 발전동작을 행하는 발전기와,
상기 발전기에서 발전된 전력이 축적되는 복수의 축전셀을 가지고, 쇼벨의 전기부하에 전력을 공급하는 축전기와,
각 축전셀에 대하여 마련되어, 상기 각 축전셀을 균등화하기 위하여 방전저항과 개폐회로를 구비한 균등화 회로와,
상기 복수의 축전셀의 온도를 검출하는 복수의 온도센서와,
제어장치를 구비하고,
상기 제어장치는, 상기 복수의 온도센서의 각각의 온도가 소정 온도보다 높은지 판정하고, 판정결과에 근거하여 상기 각 축전셀의 정전용량을 산출하고, 또한, 상기 각 축전셀의 출력에 있어서의 편차에 근거하여 상기 균등화 회로를 기능시키는지 여부를 판정하는 쇼벨.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 축전셀의 모든 온도가 소정 온도보다 높은지 여부를 판정하고, 판정결과에 근거하여 상기 각 축전셀의 정전용량을 산출하는 처리를 이행하는 쇼벨.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 복수의 축전셀의 모든 온도가 소정 온도보다 높은 경우에, 상기 복수의 축전셀의 최대 온도와 최소 온도와의 온도차를 산출하고, 산출한 온도차에 근거하여 상기 각 축전셀의 정전용량을 산출하는 처리를 이행하는 쇼벨.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 제어장치는, 전극간 전압을 계측하는 시간을 계측하는 계시부를 구비함과 함께, 상기 각 축전셀을 상기 방전저항을 통하여 방전시켰을 때에 소정의 전압강하가 얻어졌을 때의 시간에 근거하여, 상기 각 축전셀의 정전용량을 산출하는 쇼벨.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
산출된 상기 각 축전셀의 정전용량에 근거하여 상기 각 축전셀의 열화도를 판정하는 쇼벨.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
산출된 상기 각 축전셀의 정전용량에 근거하여 균등화 기능을 작용시키는 쇼벨.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 균등화 회로는, 전압이 소정치 이상인 축전셀에 대하여 기능되는 쇼벨.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 각 축전셀의 전압과 상기 각 축전셀의 열화도의 양쪽에 근거하여, 상기 균등화 회로를 기능시키는지 여부를 판정하는 쇼벨.
구동력을 발생시키는 엔진과,
상기 엔진으로부터 전달된 구동력으로 발전동작을 행하는 발전기와,
상기 발전기에서 발전된 전력이 축적되는 복수의 축전셀을 가지고, 쇼벨의 전기부하에 전력을 공급하는 축전기와,
각 축전셀에 대하여 마련되어, 각각이 방전저항과 개폐회로를 구비한 복수의 균등화 회로와,
상기 복수의 축전셀의 온도를 검출하는 복수의 온도센서를 가지는 쇼벨의 제어방법으로서,
상기 복수의 온도센서의 각각의 온도가 소정 온도보다 높은지 판정하고, 판정결과에 근거하여 상기 각 축전셀의 정전용량을 산출하고, 또한,
상기 각 축전셀의 출력의 편차를 판정하고, 편차가 있는 경우에 상기 균등화 회로를 기능시키는 쇼벨의 제어방법.
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