KR20210019508A - 건설 기계 - Google Patents

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도시히코 와타나베
세이지 이시다
겐 다케우치
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히다치 겡키 가부시키 가이샤
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Abstract

배터리 컨트롤러(22)는, 통상 동작인 경우에는, 통상 동작 모드가 되어, 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전을 허가한다. 배터리 컨트롤러(22)는, 차체 컨트롤러(17)로부터 배터리 모듈(21)을 완전히 방전시키기 위한 방전 지령을 수신한 경우에는, 방전 모드가 되어, 안전 전압까지 배터리 모듈(21)을 방전하고, 방전 정보를 기억한다. 배터리 컨트롤러(22)는, 방전 정보를 독출한 경우에는, 방전 금지 모드가 되어, 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전을 금지한다.

Description

건설 기계
본 발명은, 예를 들면 유압 셔블과 같은 건설 기계에 관한 것이다.
축전 장치를 동력원으로 하는 하이브리드 셔블이나 배터리 셔블이 알려져 있다. 이와 같이 축전 장치를 구비한 셔블은, 축전 장치의 교환, 폐기와 같은 메인터넌스 시에, 작업자를 감전시키지 않도록, 축전 장치의 전하를 안전 전압까지 방전시킬 필요가 있다.
이 때문에, 예를 들면 축전 장치에 커패시터 유닛을 채용한 경우에, 메인터넌스 시의 방전을 조속히 행하기 위해, 커패시터 전압의 값에 따라 방전 제어를 전환하는 구성이 알려져 있다(특허 문헌 1).
또한, 축전 장치의 방전 후에 키 오프하고, 즉시 키 온하였을 때에는, 예기치 않은 충전이 발생할 가능성이 있다. 따라서, 이와 같은 예기치 않은 충전을, 엔진 회전수를 감시함으로써 막는 구성이 알려져 있다(특허 문헌 2).
국제공개 제2008/111649호 일본공개특허 특개2013-169060호 공보
그런데, 축전 장치에 예를 들면 리튬 이온 배터리를 이용하는 경우에는, 폐기를 위해 안전 전압까지 방전한 후에 재충전해버리면, 리튬 이온 배터리의 내부 단락 등이 발생할 가능성이 있다. 이 때문에, 재충전을 확실하게 방지하는 것이 필요해진다.
이에 비하여, 특허 문헌 2에는, 커패시터 유닛을 방전 완료시킨 후에, 소정의 엔진 회전수 이하의 상태가 소정 시간 유지된 것을 조건으로 하여, 캘리퍼 유닛의 재충전을 허가하는 것이 개시되어 있다. 이 때문에, 특허 문헌 2에 개시된 종래 기술을 리튬 이온 배터리에 적용한 경우에는, 안전 전압까지 방전한 후에, 재충전을 방지할 수 없다고 하는 문제가 있다.
본 발명은, 상기 서술한 종래 기술의 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 폐기를 위해 축전 장치를 안전 전압까지 방전시킨 경우에, 축전 장치의 재충전을 막을 수 있는 건설 기계를 제공하는 것이다.
상기 서술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 전동기에 의해 구동되는 유압 펌프와, 상기 유압 펌프가 송출하는 작동유에 의해 구동되는 작업 장치와, 상기 전동기를 제어하는 인버터와, 상기 인버터에 접속되어 전력의 충전 및 방전을 행하는 축전 장치와, 차체 컨트롤러로부터의 충방전 지령에 의거하여 상기 축전 장치의 충전 및 방전을 제어하고, 상기 축전 장치의 정보를 기억하는 배터리 컨트롤러를 구비한 건설 기계에 있어서, 상기 배터리 컨트롤러는, 통상 동작인 경우에는, 통상 동작 모드가 되어, 상기 축전 장치의 충전 및 방전을 허가하고, 상기 차체 컨트롤러로부터 상기 축전 장치를 완전히 방전시키기 위한 방전 지령을 수신한 경우에는, 방전 모드가 되어, 안전 전압까지 상기 축전 장치를 방전하고, 방전 정보를 기억하며, 상기 방전 정보를 독출한 경우에는, 방전 금지 모드가 되어, 상기 축전 장치의 충전 및 방전을 금지하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 의하면, 축전 장치의 폐기를 위해 안전 전압까지 축전 장치를 방전시킨 경우에, 방전 정보를 배터리 컨트롤러에 기억한다. 이에 따라, 차체 가동 시에 방전 정보를 확인할 수 있다. 이 때문에, 배터리 컨트롤러에 방전 정보가 기록된 축전 장치는, 충방전을 금지할 수 있어, 축전 장치의 재충전을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 의한 하이브리드식의 유압 셔블을 나타내는 정면도이다.
도 2는 제 1 실시 형태에 의한 유압 셔블의 구동 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3은 동작 모드의 판정 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 4는 방전 모드 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 5는 기동 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 6은 기동 신호, 전압, 방전 정보, 동작 모드의 시간 변화를 나타내는 타임 차트이다.
도 7은 제 2 실시 형태에 의한 유압 셔블의 구동 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 8은 기동 신호, 전압, 방전 정보, 개폐기의 상태, 동작 모드의 시간 변화를 나타내는 타임 차트이다.
도 9는 변형예에 의한 전동식의 유압 셔블의 구동 시스템을 나타내는 블록도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 의한 건설 기계로서 하이브리드식의 유압 셔블을 예로 들어, 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2는, 제 1 실시 형태에 의한 하이브리드식의 유압 셔블(1)을 나타내고 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 유압 셔블(1)은, 자주 가능한 크롤러식의 하부 주행체(2)와, 하부 주행체(2) 상에 선회 장치(3)를 개재하여 선회 가능하게 탑재된 상부 선회체(4)와, 상부 선회체(4)의 전측에 마련되어 굴삭 작업 등을 행하는 다관절 구조의 작업 장치(5)를 구비하고 있다. 하부 주행체(2) 및 상부 선회체(4)는, 유압 셔블(1)의 차체를 구성하고 있다. 하부 주행체(2)는, 주행 동작을 행하기 위한 유압 모터(2A)를 구비하고 있다. 선회 장치(3)는, 선회 동작을 행하기 위한 유압 모터(3A)를 구비하고 있다. 또한, 하부 주행체(2)로서 크롤러식을 예시했지만, 휠식이어도 된다.
작업 장치(5)는, 프론트 액추에이터 기구이다. 작업 장치(5)는, 예를 들면 붐(5A), 암(5B), 버킷(5C)과, 이들을 구동하는 붐 실린더(5D), 암 실린더(5E), 버킷 실린더(5F)에 의해 구성되어 있다. 작업 장치(5)는, 상부 선회체(4)의 선회 프레임(6)에 장착되어 있다. 작업 장치(5)는, 유압 펌프(8)가 송출하는 작동유에 의해 구동된다. 또한, 작업 장치(5)는, 버킷(5C)을 구비한 것에 한정되지 않고, 예를 들면 그래플 등을 구비한 것이어도 된다.
상부 선회체(4)는, 예를 들면 디젤 엔진과 같은 내연 기관인 엔진(7)과, 엔진(7)에 의해 구동되는 유압 펌프(8)(메인 펌프)를 구비하고 있다. 또한, 엔진(7)에는, 어시스트 발전 모터(10)가 기계적으로 접속되어 있다. 이 때문에, 유압 펌프(8)는, 어시스트 발전 모터(10)에 의해서도 구동된다. 유압 펌프(8)는, 작동유를 송출한다. 이 작동유에 의해, 하부 주행체(2)와, 상부 선회체(4)와, 작업 장치(5)가 각각 독립하여 동작한다.
구체적으로는, 하부 주행체(2)는, 주행용의 유압 모터(2A)에 유압 펌프(8)로부터 작동유가 공급됨으로써, 한 쌍의 크롤러(2B)(도 1은 편측만 도시(圖示))를 구동한다. 상부 선회체(4)는, 선회용의 유압 모터(3A)에 유압 펌프(8)로부터 작동유가 공급됨으로써, 선회 장치(3)를 구동한다. 또한, 실린더(5D~5F)는, 유압 펌프(8)로부터 공급되는 작동유에 의해, 신장 또는 축소된다. 이에 따라, 작업 장치(5)는, 부앙(俯仰)의 동작을 행하고, 예를 들면 굴삭, 정지(整地)의 작업을 행한다. 또한, 상부 선회체(4)는, 캡(9)을 구비하고 있다. 오퍼레이터는, 캡(9)에 탑승하여, 유압 셔블(1)을 조작한다.
이어서, 유압 셔블(1)의 전동계의 구동 시스템에 대하여, 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2에 있어서, 어시스트 발전 모터(10)는, 엔진(7)에 기계적으로 결합되어 있다. 어시스트 발전 모터(10) 및 엔진(7)은, 유압 발생기인 유압 펌프(8)를 구동한다. 이 때문에, 어시스트 발전 모터(10)는, 유압 펌프(8)를 구동하는 전동기를 구성하고 있다. 유압 펌프(8)로부터 송출되는 작동유는, 오퍼레이터에 의한 조작에 의거하여, 컨트롤 밸브(11)에 의해 분배된다. 이에 따라, 붐 실린더(5D), 암 실린더(5E), 버킷 실린더(5F), 주행용의 유압 모터(2A), 및 선회용의 유압 모터(3A)는, 유압 펌프(8)로부터 공급되는 작동유에 의해 구동된다.
어시스트 발전 모터(10)는, 엔진(7)을 동력원에 발전기로서 활용하여 배터리 모듈(21)로의 전력 공급을 행하는 발전과, 배터리 모듈(21)로부터의 전력을 동력원에 모터로서 활용 엔진(7) 및 유압 펌프(8)의 구동을 어시스트하는 역행(力行)의 2가지의 역할을 한다. 따라서, 어시스트 발전 모터(10)가 모터로서 구동될 때에는, 어시스트 발전 모터(10)는, 배터리 모듈(21)의 전력에 의해 구동된다.
어시스트 발전 모터(10)는, 전력 변환기가 되는 제 1 인버터(12)를 개재하여, 정극측과 부극측에서 한 쌍의 직류 모선(母線)(13A, 13B)(DC 케이블)에 접속되어 있다. 제 1 인버터(12)는, 예를 들면 트랜지스터, 절연 게이트 바이폴러 트랜지스터(IGBT)와 같은 스위칭 소자를 복수 이용하여 구성되어 있다. 제 1 인버터(12)는, 어시스트 발전 모터(10)를 제어한다.
어시스트 발전 모터(10)의 발전 시에는, 제 1 인버터(12)는, 어시스트 발전 모터(10)로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 배터리 모듈(21)에 공급한다. 어시스트 발전 모터(10)의 역행 시에는, 제 1 인버터(12)는, 직류 모선(13A, 13B)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 어시스트 발전 모터(10)에 공급한다.
선회 전동 모터(14)는, 어시스트 발전 모터(10) 또는 배터리 모듈(21)로부터의 전력에 의해 구동된다. 선회 전동 모터(14)는, 예를 들면 3상 유도 전동기에 의해 구성되며, 유압 모터(3A)와 함께 상부 선회체(4)에 마련되어 있다. 선회 전동 모터(14)는, 유압 모터(3A)와 협동하여 선회 장치(3)를 구동한다.
선회 전동 모터(14)는, 제 2 인버터(15)를 개재하여 직류 모선(13A, 13B)에 접속되어 있다. 선회 전동 모터(14)는, 배터리 모듈(21)이나 어시스트 발전 모터(10)로부터의 전력을 받아 구동하는 역행과, 선회 제동 시의 여분의 토크로 발전하여 배터리 모듈(21)을 축전하는 회생의 2가지의 역할을 한다. 제 2 인버터(15)는, 제 1 인버터(12)와 마찬가지로, 스위칭 소자를 복수 이용하여 구성되어 있다. 제 2 인버터(15)는, 선회 전동 모터(14)를 제어한다.
키 스위치(16)는, 어시스트 발전 모터(10)를 구동시키는 구동 위치(ON)와 어시스트 발전 모터(10)를 정지시키는 정지 위치(OFF)를 가지고 있다. 키 스위치(16)는, ON이 되었을 때에, 차체의 기동 신호를 차체 컨트롤러(17)와 배터리 유닛(20)에 통지한다. 키 스위치(16)는, OFF가 되었을 때에, 기동 신호의 출력을 정지한다.
차체 컨트롤러(17)는, 제 1 인버터(12)와 제 2 인버터(15)에 토크 지령을 출력한다. 통상 동작인 경우에는, 배터리 모듈(21)을 충전 또는 방전시키기 위해, 차체 컨트롤러(17)는, 배터리 유닛(20)의 배터리 컨트롤러(22)(충방전 제어부(23))에 충방전 지령을 출력한다. 한편, 예를 들면 배터리 유닛(20)을 폐기하는 경우에는, 배터리 모듈(21)을 완전히 방전시키기 위해, 차체 컨트롤러(17)는, 배터리 유닛(20)의 배터리 컨트롤러(22)(충방전 제어부(23))에 방전 지령을 출력한다.
차체 컨트롤러(17)는, 배터리 유닛(20)의 상태를 모니터(18)에 표시시킨다. 어시스트 발전 모터(10)는, 제 1 인버터(12)를 개재하여 배터리 모듈(21)에 접속되어 있다. 어시스트 발전 모터(10)는, 차체 컨트롤러(17)가 출력하는 토크 지령에 따라, 유압 펌프(8)의 어시스트, 및 배터리 모듈(21)로의 충전을 행한다. 선회 전동 모터(14)는, 제 2 인버터(15)를 개재하여 배터리 모듈(21)에 접속되어 있다. 선회 전동 모터(14)는, 차체 컨트롤러(17)가 출력하는 토크 지령에 따라, 상부 선회체(4)의 선회 동작 시에 유압 모터(3A)의 어시스트, 및 회생 제동에 의한 배터리 모듈(21)로의 충전을 행한다.
이어서, 배터리 유닛(20)의 구체적인 구성에 대하여, 도 2를 참조하여 설명한다. 배터리 유닛(20)은, 배터리 모듈(21)과, 배터리 컨트롤러(22)를 구비하고 있다.
배터리 모듈(21)은, 제 1 인버터(12)에 접속되며, 전력의 충전 및 방전을 행하는 축전 장치를 구성하고 있다. 배터리 모듈(21)은, 리튬 이온 이차 전지로 이루어지는 셀(도시 생략)을 복수 구비하고 있다. 배터리 모듈(21)은, 복수의 셀이 서로 직렬 접속된 조(組)전지에 의해 구성되어 있다. 배터리 모듈(21)의 정극측의 단자는, 정극측의 직류 모선(13A)에 접속되어 있다. 배터리 모듈(21)의 부극측의 단자는, 부극측의 직류 모선(13B)에 접속되어 있다. 배터리 모듈(21)은, 어시스트 발전 모터(10)로부터 공급되는 전하에 의해 충전된다. 배터리 모듈(21)은, 어시스트 발전 모터(10) 및 선회 전동 모터(14)에 전하를 공급하여 방전한다. 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전에 관한 허가와 금지는, 충방전 제어부(23)에 의해 제어되고 있다.
배터리 모듈(21)의 양단에는, 전압 검출기(21A)가 접속되어 있다. 전압 검출기(21A)는, 배터리 모듈(21)의 양단의 전압(V)(배터리 전압)을 검출한다. 전압 검출기(21A)는, 전압(V)을 충방전 제어부(23)에 출력한다.
배터리 컨트롤러(22)는, 차체 컨트롤러(17)로부터의 충방전 지령에 의거하여 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전을 제어하고, 배터리 모듈(21)의 방전 정보를 기억한다. 배터리 컨트롤러(22)는, 차체 컨트롤러(17)로부터의 충방전 지령에 의거하여 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전을 제어하는 충방전 제어부(23)와, 배터리 모듈(21)의 방전 정보를 기억하는 정보 기억부(24)를 가지고 있다.
배터리 컨트롤러(22)는, 통상 동작 모드, 방전 모드, 충방전 금지 모드의 3개의 동작 모드를 구비하고 있다. 배터리 컨트롤러(22)는, 통상 동작인 경우에는, 통상 동작 모드가 된다. 통상 동작 모드에서는, 배터리 컨트롤러(22)는, 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전을 허가한다. 구체적으로는, 통상 동작 모드에서는, 배터리 컨트롤러(22)는, 충방전 제어부(23)에 의해 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전을 허가한다.
배터리 컨트롤러(22)는, 차체 컨트롤러(17)로부터 방전 지령을 수신한 경우에는, 방전 모드가 된다. 방전 모드에서는, 배터리 컨트롤러(22)는, 안전 전압까지 배터리 모듈(21)을 방전하고, 방전 정보를 기억한다. 구체적으로는, 방전 모드에서는, 배터리 컨트롤러(22)는, 충방전 제어부(23)에 의해 안전 전압까지 배터리 모듈(21)을 방전하고, 방전 정보를 정보 기억부(24)에 기억한다.
배터리 컨트롤러(22)는, 기억된 방전 정보를 독출한 경우에는, 충방전 금지 모드가 된다. 충방전 금지 모드에서는, 배터리 컨트롤러(22)는, 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전을 금지한다. 구체적으로는, 충방전 금지 모드에서는, 배터리 컨트롤러(22)는, 충방전 제어부(23)에 의해 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전을 금지한다.
충방전 제어부(23)는, 예를 들면 마이크로컴퓨터에 의해 구성되어 있다. 충방전 제어부(23)의 입력부는, 키 스위치(16), 차체 컨트롤러(17), 배터리 모듈(21), 전압 검출기(21A), 정보 기억부(24)에 접속되어 있다. 충방전 제어부(23)의 출력부는, 인버터(12, 15), 차체 컨트롤러(17), 배터리 모듈(21), 정보 기억부(24)에 접속되어 있다.
충방전 제어부(23)는, 도 3에 나타내는 동작 모드의 판정 처리의 프로그램을 실행한다. 즉, 차체 컨트롤러(17)로부터의 방전 지령을 수신하지 않는 경우에는, 충방전 제어부(23)는, 통상 동작 모드 처리를 실행한다. 이 경우, 충방전 제어부(23)는, 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전을 허가한다. 충방전 제어부(23)는, 차체 컨트롤러(17)로부터의 충방전 지령에 의거하여, 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전을 제어한다.
차체 컨트롤러(17)로부터의 방전 지령을 수신한 경우에는, 충방전 제어부(23)는, 방전 모드 처리를 실행한다. 이 경우, 충방전 제어부(23)는, 도 4에 나타내는 방전 모드 처리의 프로그램을 실행한다. 이 때, 충방전 제어부(23)는, 배터리 모듈(21)의 전하를, 방전시킨다.
구체적으로는, 충방전 제어부(23)는, 배터리 모듈(21)의 전하를, 예를 들면 제 1 인버터(12)를 개재하여 어시스트 발전 모터(10)에 방전시킨다. 또한, 충방전 제어부(23)는, 배터리 모듈(21)의 전하를, 예를 들면 제 2 인버터(15)를 개재하여 선회 전동 모터(14)에 방전시켜도 된다. 충방전 제어부(23)는, 배터리 모듈(21)의 전압(V)과, 안전 전압이 되는 규정값(V1)을 비교한다. 충방전 제어부(23)는, 전압(V)이 규정값(V1)보다 큰 경우에, 방전을 계속한다. 충방전 제어부(23)는, 전압(V)이 규정값(V1) 이하인 경우에, 방전을 정지한다. 이 때, 충방전 제어부(23)는, 방전 정보를 정보 기억부(24)에 기억시킨다. 이에 더해, 충방전 제어부(23)는, 방전 정보를 차체 컨트롤러(17)로 통지한다.
또한, 충방전 제어부(23)는, 유압 셔블(1)의 기동 시에는, 도 5에 나타내는 기동 처리의 프로그램을 실행한다. 즉, 충방전 제어부(23)는, 키 스위치(16)로부터의 기동 신호를 수신한다. 이 때, 충방전 제어부(23)는, 정보 기억부(24)로부터 방전 정보를 읽어 들인다. 정보 기억부(24)에 방전 정보가 기억되어 있던 경우에는, 충방전 제어부(23)는, 충방전 금지 모드 처리를 실행한다. 즉, 충방전 제어부(23)는, 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전을 금지한다. 이에 더해, 충방전 제어부(23)는, 방전 정보를 차체 컨트롤러(17)에 통지한다. 이에 따라, 차체 컨트롤러(17)는, 방전 정보를 모니터(18)에 표시시킨다.
한편, 정보 기억부(24)에 방전 정보가 기억되어 있지 않은 경우에는, 충방전 제어부(23)는, 통상 모드 처리를 실행한다. 즉, 충방전 제어부(23)는, 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전을 허가한다. 충방전 제어부(23)는, 차체 컨트롤러(17)로부터의 충방전 지령에 의거하여, 통상과 같이 배터리 모듈(21)을 충전 또는 방전시킨다.
정보 기억부(24)는, 예를 들면 불휘발성 메모리에 의해 구성되어 있다. 정보 기억부(24)는, 충방전 제어부(23)에 접속되어 있다. 방전 정보는, 초기 상태의 정보 기억부(24)로부터 삭제되어 있다. 충방전 제어부(23)가 방전 처리를 완료하면, 충방전 제어부(23)는, 정보 기억부(24)에 방전 정보를 출력한다. 이에 따라, 정보 기억부(24)는, 방전 처리가 완료하였을 때에, 방전 정보를 기억한다.
이어서, 동작 모드의 판정 처리에 대하여, 도 3을 참조하여 설명한다. 동작 모드의 판정 처리는, 미리 결정된 제어 주기로 반복하여 실행된다.
단계 S1에서는, 충방전 제어부(23)는, 차체 컨트롤러(17)로부터의 방전 지령을 수신하였는지 여부를 판정한다. 충방전 제어부(23)가 방전 지령을 수신하고 있지 않은 경우에는, 단계 S1에서 「NO」라고 판정하고, 단계 S2로 이행한다. 단계 S2에서는, 배터리 컨트롤러(22)는, 통상 동작 모드가 되어, 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전을 허가한다. 이에 따라, 충방전 제어부(23)는, 차체 컨트롤러(17)로부터의 충방전 지령에 의거하여 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전을 제어한다.
한편, 충방전 제어부(23)가 방전 지령을 수신한 경우에는, 단계 S1에서 「YES」라고 판정하고, 단계 S3으로 이행한다. 단계 S3에서는, 배터리 컨트롤러(22)는, 통상 동작 모드로부터 방전 모드로 전환된다. 이 때, 배터리 컨트롤러(22)는, 도 4에 나타내는 방전 모드 처리를 실행한다.
이어서, 배터리 컨트롤러(22)에 의한 방전 모드 처리에 대하여, 도 4를 참조하여 설명한다.
우선, 단계 S11에서는, 충방전 제어부(23)는, 제 1 인버터(12)를 제어하여, 배터리 모듈(21)의 전하를 어시스트 발전 모터(10)에 방전시킨다. 이 때, 배터리 모듈(21)의 전하를 선회 전동 모터(14)에 방전시켜도 된다.
계속되는 단계 S12에서는, 충방전 제어부(23)는, 배터리 모듈(21)의 전압(V)과, 안전 전압이 되는 규정값(V1)을 비교한다. 이 때, 규정값(V1)은, 예를 들면 작업자를 감전시키는지 않는 전압이며, 미리 실험적으로 정해져 있다. 전압(V)이 규정값(V1)보다 큰 경우(V>V1)에는, 단계 S12에서 「NO」라고 판정하고, 단계 S11로 되돌아가, 배터리 모듈(21)의 방전을 계속한다. 한편, 전압(V)이 규정값(V1) 이하인 경우(V≤V1)에는, 전압(V)이 안전 전압까지 저하되었기 때문에, 단계 S12에서 「YES」라고 판정하고, 단계 S13으로 이행한다. 단계 S13에서는, 배터리 컨트롤러(22)는, 방전 정보를 정보 기억부(24)에 기억시킨다. 이에 더해, 충방전 제어부(23)는, 방전 정보를 차체 컨트롤러(17)에 통지한다.
이어서, 배터리 컨트롤러(22)에 의한 기동 처리에 대하여, 도 5를 참조하여 설명한다. 기동 처리는, 미리 결정된 제어 주기로 반복하여 실행된다.
우선, 단계 S21에서는, 충방전 제어부(23)는, 키 스위치(16)로부터 차체의 기동 신호를 수신하였는지 여부를 판정한다. 충방전 제어부(23)가 기동 신호를 수신하고 있지 않은 경우에는, 단계 S21에서 「NO」라고 판정하고, 그대로 리턴한다.
한편, 충방전 제어부(23)가 기동 신호를 수신한 경우에는, 단계 S21에서 「YES」라고 판정하고, 단계 S22로 이행한다. 단계 S22에서는, 충방전 제어부(23)는, 정보 기억부(24)로부터 방전 정보를 읽어 들인다. 이 때, 충방전 제어부(23)는, 읽어 들인 방전 정보를, 차체 컨트롤러(17)에 통지한다.
계속되는 단계 S23에서는, 정보 기억부(24)에 방전 정보가 기억되어 있었는지 여부를 판정한다. 정보 기억부(24)에 방전 정보가 기억되어 있던 경우에는, 단계 S23에서 「YES」라고 판정하고, 단계 S24로 이행한다. 단계 S24에서는, 배터리 컨트롤러(22)는, 충방전 금지 모드가 되어, 충방전 제어부(23)에 의해 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전을 금지한다. 이에 따라, 배터리 모듈(21)의 재충전이 방지된다. 이 때, 차체 컨트롤러(17)는, 방전 정보를 모니터(18)에 표시시킨다. 오퍼레이터는, 모니터(18)를 눈으로 확인함으로써, 배터리 모듈(21)의 재충전이 불가능한 것을 파악할 수 있다.
한편, 정보 기억부(24)에 방전 정보가 기억되어 있지 않은 경우에는, 단계 S23에서 「NO」라고 판정하고, 단계 S25로 이행한다. 단계 S25에서는, 배터리 컨트롤러(22)는, 통상 동작 모드가 되어, 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전을 허가한다. 이에 따라, 충방전 제어부(23)는, 차체 컨트롤러(17)로부터의 충방전 지령에 의거하여 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전을 제어한다.
본 실시 형태에 있어서의 충방전 처리 및 기동 처리의 구체적인 내용에 대하여, 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6은, 차체의 기동 신호, 배터리 모듈(21)의 전압(V), 방전 정보, 동작 모드의 시간 변화를 나타내고 있다.
배터리 컨트롤러(22)는, 통상 동작인 경우에는, 통상 동작 모드가 된다. 즉, 방전 지령을 수신하지 않고, 또한, 정보 기억부(24)에 방전 정보가 기억되어 있지 않은 경우에는, 배터리 컨트롤러(22)는, 통상 동작 모드가 된다.
충방전 제어부(23)는, 통상 동작 모드에서 가동하고 있는 시각 t11에, 차체 컨트롤러(17)로부터의 방전 지령을 수신한다. 이 시점에서, 배터리 컨트롤러(22)의 동작 모드는, 통상 동작 모드로부터 방전 모드로 전환된다. 이에 따라, 충방전 제어부(23)는, 배터리 모듈(21)의 방전을 개시한다. 배터리 모듈(21)의 전압(V)은, 충방전 제어부(23)에 의한 방전 처리에 의해 서서히 저하되어 간다. 시각 t12에서는, 배터리 모듈(21)의 전압(V)이 규정값(V1) 이하가 된다. 이 때, 충방전 제어부(23)는, 방전 정보를 정보 기억부(24)에 기억하고, 방전 처리를 완료한다. 그 후, 키 스위치(16)가 조작되어, 차체의 기동 신호가 ON으로부터 OFF로 전환된다. 이에 따라, 배터리 컨트롤러(22)는, 기동 신호의 OFF를 판별한 시각 t13에서, 방전 모드를 종료한다.
방전 모드의 종료 후인 시각 t14에서, 키 스위치(16)를 OFF로부터 ON으로 조작하면, 다시 차체가 기동한다. 이 때, 충방전 제어부(23)는, 키 스위치(16)로부터 기동 신호를 수신한다. 충방전 제어부(23)는, 기동 신호를 수신하면, 정보 기억부(24)로부터 방전 정보를 독출한다. 이 때, 정보 기억부(24)에 방전 정보가 기억되어 있기 때문에, 배터리 컨트롤러(22)는, 충방전 금지 모드가 되어, 충방전 제어부(23)에 의해 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전을 금지한다. 이 결과, 배터리 모듈(21)에 대한 재충전이 방지된다.
이렇게 하여, 제 1 실시 형태에 의하면, 배터리 컨트롤러(22)는, 통상 동작인 경우에는, 통상 동작 모드가 되어, 충방전 제어부(23)에 의해 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전을 허가한다. 이 때, 충방전 제어부(23)는, 차체 컨트롤러(17)로부터의 충방전 지령에 의거하여 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전을 제어한다. 이에 따라, 예를 들면 어시스트 발전 모터(10)에 역행 동작이나 발전 동작을 실행시킬 수 있다.
또한, 배터리 컨트롤러(22)는, 차체 컨트롤러(17)로부터 배터리 모듈(21)을 완전히 방전시키기 위한 방전 지령을 수신한 경우에는, 방전 모드가 되어, 충방전 제어부(23)에 의해 안전 전압까지 배터리 모듈(21)을 방전하고, 방전 정보를 정보 기억부(24)에 기억시킨다. 이에 따라, 배터리 모듈(21)은, 그 전압(V)이 저하되어, 폐기 가능한 상태가 된다. 이에 더해, 정보 기억부(24)에 방전 정보가 기억되기 때문에, 방전 정보를 독출함으로써, 배터리 모듈(21)의 방전 상태를 용이하게 확인할 수 있다.
배터리 컨트롤러(22)는, 정보 기억부(24)로부터 방전 정보를 독출한 경우에는, 방전 금지 모드가 되어, 충방전 제어부(23)에 의해 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전을 금지한다. 이와 같이, 배터리 컨트롤러(22)는, 차체 가동 시에 방전 정보의 유무를 확인할 수 있다. 이 때문에, 정보 기억부(24)에 방전 정보가 기록된 배터리 모듈(21)은, 그 재충전을 방지할 수 있다.
또한, 배터리 모듈(21) 및 배터리 컨트롤러(22)는, 교환 가능한 배터리 유닛(20)을 구성하고 있다. 이 때문에, 배터리 모듈(21)을 폐기하기 위해, 차체로부터 배터리 유닛(20)을 떼어 낸 경우에는, 떼어 내어진 배터리 유닛(20)에 배터리 컨트롤러(22)가 부속되어 있다. 이 때, 배터리 컨트롤러(22)의 정보 기억부(24)에는, 방전 정보가 기억되어 있다. 이 때문에, 폐기해야 할 배터리 모듈(21)을 구비한 배터리 유닛(20)을 잘못하여 차체에 장착한 경우라도, 차체를 기동할 때에, 방전 정보에 의거하여, 배터리 모듈(21)의 재충전을 방지할 수 있다.
또한, 유압 셔블(1)은, 방전 정보를 표시하기 위한 모니터(18)를 구비하고 있다. 이 때문에, 오퍼레이터는, 모니터(18)를 눈으로 확인함으로써, 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전이 금지되고 있는 것을 용이하게 파악할 수 있다.
이어서, 도 7 및 도 8을 이용하여, 본 발명의 제 2 실시 형태에 대하여 설명한다. 제 2 실시 형태의 특징은, 배터리 컨트롤러는, 방전 금지 모드에서는, 개폐기를 이용하여 인버터와 배터리 모듈과의 사이를 차단하는 것에 있다. 또한, 제 2 실시 형태에 있어서, 제 1 실시 형태와 동일한 구성 요소는 동일한 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.
제 2 실시 형태에 의한 유압 셔블(31)은, 배터리 유닛(32)을 구비하고 있다. 배터리 유닛(32)은, 제 1 실시 형태에 의한 배터리 유닛(20)과 마찬가지로, 배터리 모듈(21)과, 배터리 컨트롤러(34)를 구비하고 있다. 이에 더해, 배터리 유닛(32)은, 제 1 인버터(12)와 배터리 모듈(21)과의 사이를 전기적으로 접속 또는 차단하는 개폐기(33)를 구비하고 있다.
개폐기(33)는, 배터리 모듈(21)과 직류 모선(13A, 13B)과의 사이에 마련되어 있다. 개폐기(33)는, 예를 들면 릴레이에 의해 구성되어 있다. 개폐기(33)는, 상시에는 차단 상태로 되어 있다. 개폐기(33)는, 충방전 제어부(35)로부터 여자 전류가 공급됨으로써, 접속 상태가 된다. 즉, 개폐기(33)는, 배터리 컨트롤러(34)의 충방전 제어부(35)에 의해, 접속 상태와 차단 상태가 제어된다. 배터리 컨트롤러(34)가 통상 동작 모드 또는 방전 모드일 때에는, 개폐기(33)는, 접속 상태가 된다. 한편, 배터리 컨트롤러(34)가 충방전 금지 모드일 때에는, 개폐기(33)는, 차단 상태가 된다. 또한, 개폐기(33)는, 릴레이에 한정되지 않고, 충방전 제어부(35)에 의해 제어 가능한 각종의 스위치에 의해 구성되어도 된다.
배터리 컨트롤러(34)는, 제 1 실시 형태에 의한 배터리 컨트롤러(22)와 마찬가지로, 충방전 제어부(35)와, 정보 기억부(24)를 가지고 있다. 충방전 제어부(35)는, 제 1 실시 형태에 의한 충방전 제어부(23)와 마찬가지로 구성되어 있다. 단, 충방전 제어부(35)는, 개폐기(33)의 접속 상태와 차단 상태를 제어한다. 이 점에서, 충방전 제어부(35)는, 제 1 실시 형태에 의한 충방전 제어부(23)와는 상이하다.
배터리 컨트롤러(34)(충방전 제어부(35))는, 제 1 실시 형태에 의한 배터리 컨트롤러(22)와 마찬가지로, 도 3에 나타내는 동작 모드의 판정 처리, 도 4에 나타내는 방전 처리, 도 5에 나타내는 기동 처리를 실행한다.
단, 배터리 컨트롤러(34)는, 도 5 중의 단계 S24에서, 충방전 금지 모드가 된 경우, 충방전 제어부(35)에 의해 개폐기(33)를 접속 상태로부터 차단 상태로 전환한다. 이에 따라, 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전이 금지되어, 배터리 모듈(21)의 재충전이 방지된다. 이 때, 차체 컨트롤러(17)는, 방전 정보를 모니터(18)에 표시시킨다.
한편, 배터리 컨트롤러(34)는, 도 5 중의 단계 S25에서, 통상 동작 모드가 된 경우, 충방전 제어부(35)에 의해 개폐기(33)를 접속 상태로 보지한다. 이에 따라, 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전이 허가되고, 충방전 제어부(35)는, 차체 컨트롤러(17)로부터의 충방전 지령에 의거하여 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전을 제어한다.
본 실시 형태에 있어서의 충방전 처리 및 기동 처리의 구체적인 내용에 대하여, 도 8에서 설명한다. 도 8은, 차체의 기동 신호, 배터리 모듈(21)의 전압(V), 방전 정보, 개폐기(33)의 상태, 동작 모드의 시간 변화를 나타내고 있다.
배터리 컨트롤러(34)는, 통상 동작인 경우에는, 통상 동작 모드가 된다. 이 때, 배터리 컨트롤러(34)는, 충방전 제어부(35)에 의해 개폐기(33)를 접속 상태로 한다.
충방전 제어부(35)는, 통상 동작 모드로 가동하고 있는 시각 t21에, 차체 컨트롤러(17)로부터의 방전 지령을 수신한다. 이에 따라, 충방전 제어부(35)는, 배터리 모듈(21)의 방전을 개시한다. 이 시점에서, 배터리 컨트롤러(34)의 동작 모드는, 통상 동작 모드로부터 방전 모드로 전환된다. 배터리 모듈(21)의 전압(V)은, 충방전 제어부(35)에 의한 방전 처리에 의해 서서히 저하되어 간다. 시각 t22에서는, 배터리 모듈(21)의 전압(V)이 규정값(V1) 이하가 된다. 이 때, 충방전 제어부(35)는, 방전 정보를 정보 기억부(24)에 기억하고, 방전 처리를 완료한다. 그 후, 키 스위치(16)가 조작되어, 차체의 기동 신호가 ON으로부터 OFF로 전환된다. 이에 따라, 배터리 컨트롤러(34)는, 기동 신호의 OFF를 판별한 시각 t23에서, 방전 모드를 종료함과 함께, 개폐기(33)를 접속 상태로부터 차단 상태로 전환한다.
방전 모드의 종료 후인 시각 t24에서, 키 스위치(16)를 OFF로부터 ON으로 조작하면, 다시 차체가 기동한다. 이 때, 충방전 제어부(35)는, 키 스위치(16)로부터 기동 신호를 수신한다. 충방전 제어부(35)는, 기동 신호를 수신하면, 정보 기억부(24)로부터 방전 정보를 독출한다. 이 때, 정보 기억부(24)에 방전 정보가 기억되어 있기 때문에, 배터리 컨트롤러(34)는, 충방전 금지 모드가 되어, 개폐기(33)의 차단 상태를 보지(保持)한다. 이에 따라, 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전이 금지된다. 이 결과, 배터리 모듈(21)에 대한 재충전이 방지된다.
이렇게 하여, 이와 같이 구성된 제 2 실시 형태에 있어서도, 상기 서술한 제 1 실시 형태와 대략 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다. 또한, 배터리 유닛(32)은, 제 1 인버터(12)와 배터리 모듈(21)과의 사이를 전기적으로 접속 또는 차단하는 개폐기(33)를 구비하고, 배터리 컨트롤러(34)는, 방전 금지 모드에서는, 개폐기(33)를 이용하여 제 1 인버터(12)와 배터리 모듈(21)과의 사이를 차단한다. 이에 따라, 배터리 모듈(21)을 완전히 방전한 경우에는, 개폐기(33)에 의해, 배터리 모듈(21)의 충전 및 방전을 금지할 수 있다.
또한, 상기 제 1 실시 형태에서는, 엔진(7), 어시스트 발전 모터(10) 및 배터리 유닛(20)을 구비한 하이브리드식의 유압 셔블(1)을 예로 들어 설명했다. 본 발명은 이에 한정되지 않고, 도 9에 나타내는 변형예와 같이, 전동식의 유압 셔블(41)에 적용해도 된다. 이 경우, 유압 셔블(41)은, 엔진이 생략됨과 함께, 배터리 유닛(20)을 외부로부터 충전하기 위한 충전기(42)를 구비하고 있다. 충전기(42)는, 직류 모선(13A, 13B)에 접속되어 있다. 충전기(42)는, 예를 들면 상용 전원과 같은 외부 전원에 접속하기 위한 외부 전원 접속 단자(43)를 가지고 있다. 충전기(42)는, 외부 전원 접속 단자(43)로부터 공급되는 전력을 배터리 유닛(20)에 공급하여, 배터리 유닛(20)의 배터리 모듈(21)을 충전한다. 이 구성은, 제 2 실시 형태에도 적용할 수 있다.
상기 각 실시 형태에서는, 축전 장치로서 리튬 이온 이차 전지로 이루어지는 배터리 모듈(21)을 예로 들어 설명했다. 본 발명은 이에 한정되지 않고, 축전 장치는, 다른 재료로 이루어지는 이차 전지여도 되고, 커패시터여도 된다.
상기 각 실시 형태에서는, 어시스트 발전 모터(10) 및 선회 전동 모터(14)는 배터리 유닛(20)에 접속되는 것으로 한다. 본 발명은 이에 한정되지 않고, 선회 전동 모터(14)를 생략하고, 어시스트 발전 모터(10)만이 배터리 유닛(20)에 접속되어도 된다. 이 구성은, 제 2 실시 형태에도 적용할 수 있다.
상기 각 실시 형태에서는, 건설 기계로서 유압 셔블(1, 31)을 예로 들어 설명했다. 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들면 휠 로더와 같은 각종의 건설 기계에 적용 가능하다.
상기 각 실시 형태는 예시이며, 상이한 실시 형태에서 나타낸 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것은 말할 필요도 없다.
1, 31, 41 유압 셔블(건설 기계)
5 작업 장치
8 유압 펌프
10 어시스트 발전 모터(전동기)
12 제 1 인버터(인버터)
14 선회 전동 모터
16 키 스위치
17 차체 컨트롤러
18 모니터
20, 32 배터리 유닛
21 배터리 모듈(축전 장치)
22, 34 배터리 컨트롤러
23, 35 충방전 제어부
24 정보 기억부
33 개폐기

Claims (4)

  1. 전동기에 의해 구동되는 유압 펌프와,
    상기 유압 펌프가 송출하는 작동유에 의해 구동되는 작업 장치와,
    상기 전동기를 제어하는 인버터와,
    상기 인버터에 접속되어 전력의 충전 및 방전을 행하는 축전 장치와,
    차체 컨트롤러로부터의 충방전 지령에 의거하여 상기 축전 장치의 충전 및 방전을 제어하고, 상기 축전 장치의 정보를 기억하는 배터리 컨트롤러를 구비한 건설 기계에 있어서,
    상기 배터리 컨트롤러는,
    통상 동작인 경우에는, 통상 동작 모드가 되어, 상기 축전 장치의 충전 및 방전을 허가하고,
    상기 차체 컨트롤러로부터 상기 축전 장치를 완전히 방전시키기 위한 방전 지령을 수신한 경우에는, 방전 모드가 되어, 안전 전압까지 상기 축전 장치를 방전하고, 방전 정보를 기억하며,
    상기 방전 정보를 독출한 경우에는, 방전 금지 모드가 되어, 상기 축전 장치의 충전 및 방전을 금지하는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 축전 장치 및 상기 배터리 컨트롤러는, 교환 가능한 배터리 유닛을 구성한 것을 특징으로 하는 건설 기계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 인버터와 상기 축전 장치와의 사이를 전기적으로 접속 또는 차단하는 개폐기를 구비하고,
    상기 배터리 컨트롤러는, 상기 방전 금지 모드에서는, 상기 개폐기를 이용하여 상기 인버터와 상기 축전 장치와의 사이를 차단하는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 방전 정보를 표시하기 위한 모니터를 구비한 것을 특징으로 하는 건설 기계.
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