KR20230129977A - 건설 기계 - Google Patents

건설 기계 Download PDF

Info

Publication number
KR20230129977A
KR20230129977A KR1020237020165A KR20237020165A KR20230129977A KR 20230129977 A KR20230129977 A KR 20230129977A KR 1020237020165 A KR1020237020165 A KR 1020237020165A KR 20237020165 A KR20237020165 A KR 20237020165A KR 20230129977 A KR20230129977 A KR 20230129977A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
power
mode
charge
electric motor
Prior art date
Application number
KR1020237020165A
Other languages
English (en)
Inventor
쇼토 모리시타
켄스케 카네다
Original Assignee
얀마 홀딩스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 얀마 홀딩스 주식회사 filed Critical 얀마 홀딩스 주식회사
Publication of KR20230129977A publication Critical patent/KR20230129977A/ko

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/30—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom
    • E02F3/32—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom working downwardly and towards the machine, e.g. with backhoes
    • E02F3/325—Backhoes of the miniature type
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2058—Electric or electro-mechanical or mechanical control devices of vehicle sub-units
    • E02F9/2091—Control of energy storage means for electrical energy, e.g. battery or capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/53—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells in combination with an external power supply, e.g. from overhead contact lines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/62—Monitoring or controlling charging stations in response to charging parameters, e.g. current, voltage or electrical charge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/15—Preventing overcharging
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2058—Electric or electro-mechanical or mechanical control devices of vehicle sub-units
    • E02F9/2062—Control of propulsion units
    • E02F9/207—Control of propulsion units of the type electric propulsion units, e.g. electric motors or generators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/443—Methods for charging or discharging in response to temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0068—Battery or charger load switching, e.g. concurrent charging and load supply
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/0071—Regulation of charging or discharging current or voltage with a programmable schedule
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/40—Working vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/545—Temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/40—Special vehicles
    • B60Y2200/41—Construction vehicles, e.g. graders, excavators
    • B60Y2200/412—Excavators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

예시적인 건설 기계는 외부 전원과 접속되어 제 1 전력을 출력하는 급전 장치와, 상기 제 1 전력을 충전 가능하게 설치되는 배터리와, 상기 제 1 전력과 상기 배터리가 방전되는 제 2 전력 중 적어도 일방에 의해 구동하는 전동기를 구비한다. 상기 건설 기계는 상기 제 1 전력을 상기 전동기의 구동에 사용하면서 상기 배터리의 충전에 사용 가능한 구동 충전 가능 모드와, 상기 제 1 전력을 상기 배터리의 충전에만 사용 가능한 충전 전용 모드를 포함하는 복수의 모드 중 어느 하나로 자기계의 제어를 행하는 제어 장치를 더 구비한다. 상기 제어 장치는 상기 구동 충전 가능 모드인 경우에, 상기 충전 전용 모드인 경우와 비교해서, 상기 배터리의 충전량의 상한값을 낮게 설정한다.

Description

건설 기계
본 발명은 건설 기계에 관한 것이다.
종래, 리튬 이온 전지 등으로 구성되는 배터리는 전지의 열화를 방지하는 관점에서, 충전율이 지나치게 높지 않은 상태, 또한 지나치게 낮지 않은 상태로 보관하는 것이 바람직하다고 되어 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조). 이것에 관련하여, 특허문헌 1에는 배터리를 내장하는 건설 기계에 있어서, 상기 건설 기계를 사용하지 않는 경우에 있어서의 배터리의 최적의 보관 방법이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2014-14239호 공보
그런데, 배터리를 내장하는 전동식 유압 셔블은 상용 전원 등의 외부 전원에 케이블로 연결한 상태에서 사용되는 경우가 있다. 즉, 외부 전원과 배터리 전원을 병용해서 작업을 행할 수 있는 건설 기계가 존재한다. 이와 같은 건설 기계에서는 작업 중에 외부 전원을 이용해서 배터리를 충전하는 것도 가능하여, 작업 중인 배터리의 충전 제어가 불충분하게 되어 배터리의 열화가 가속되는 것이 우려된다. 특허문헌 1에 개시되는 방법은 건설 기계로 작업을 행하지 않는 경우의 수법이며, 그대로 적용하는 것은 불가능하다.
본 발명은 외부 전원에 의해 충전 가능한 배터리를 구비하는 건설 기계에 있어서, 배터리의 열화를 억제할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 예시적인 건설 기계는 외부 전원과 접속되어 제 1 전력을 출력하는 급전 장치와, 상기 제 1 전력을 충전 가능하게 설치되는 배터리와, 상기 제 1 전력과 상기 배터리가 방전되는 제 2 전력 중 적어도 일방에 의해 구동하는 전동기를 구비한다. 상기 건설 기계는 상기 전동기의 구동에 상기 제 2 전력만을 사용 가능한 배터리 구동 모드와, 상기 제 1 전력을 상기 전동기의 구동에 사용하면서 상기 배터리의 충전에 사용 가능한 구동 충전 가능 모드를 포함하는 복수의 모드 중 어느 하나로 자기계의 제어를 행하는 제어 장치를 더 구비한다. 상기 제어 장치는 상기 구동 충전 가능 모드인 경우에, 상기 배터리 구동 모드인 경우와 비교해서, 상기 배터리의 충전량의 상한값을 낮게 설정한다.
또한, 본 발명의 예시적인 건설 기계는 외부 전원과 접속되어 제 1 전력을 출력하는 급전 장치와, 상기 제 1 전력을 충전 가능하게 설치되는 배터리와, 상기 제 1 전력과 상기 배터리가 방전되는 제 2 전력 중 적어도 일방에 의해 구동하는 전동기를 구비한다. 상기 건설 기계는 상기 제 1 전력을 상기 전동기의 구동에 사용하면서 상기 배터리의 충전에 사용 가능한 구동 충전 가능 모드와, 상기 제 1 전력을 상기 배터리의 충전에만 사용 가능한 충전 전용 모드를 포함하는 복수의 모드 중 어느 하나로 자기계의 제어를 행하는 제어 장치를 더 구비한다. 상기 제어 장치는 상기 구동 충전 가능 모드인 경우에, 상기 충전 전용 모드인 경우와 비교해서, 상기 배터리의 충전량의 상한값을 낮게 설정한다.
예시적인 본 발명에 의하면, 외부 전원에 의해 충전 가능한 배터리를 구비하는 건설 기계에 있어서, 배터리의 열화를 억제할 수 있다.
도 1은 건설 기계의 개략의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 2는 건설 기계가 구비하는 유압 시스템의 개략의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 건설 기계가 구비하는 전원 시스템의 개략의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4a는 제 1 모드로 설정된 상태를 나타내는 모식도이다.
도 4b는 제 2 모드로 설정된 상태를 나타내는 모식도이다.
도 4c는 제 3 모드로 설정된 상태를 나타내는 모식도이다.
도 5a는 제 2 모드에 있어서 제 1 상태가 선택된 경우를 나타내는 모식도이다.
도 5b는 제 2 모드에 있어서 제 2 상태가 선택된 경우를 나타내는 모식도이다.
도 5c는 제 2 모드에 있어서 제 3 상태가 선택된 경우를 나타내는 모식도이다.
도 5d는 제 2 모드에 있어서 제 4 상태가 선택된 경우를 나타내는 모식도이다.
도 6은 전원 시스템의 제어에 관련된 구성의 개략을 나타내는 블록도이다.
도 7은 건설 기계가 구비하는 배터리의, 1일의 SOC의 추이예를 나타내는 그래프이다.
도 8은 변형예의 건설 기계에 대해서 설명하기 위한 블록도이다.
도 9는 변형예의 건설 기계의 상세예를 나타내는 블록도이다.
도 10은 충전 맵의 일례를 나타내는 개략도이다.
본 발명의 실시형태에 대해서, 도면에 의거해서 설명하면 이하와 같다.
<1. 건설 기계의 개략 구성>
도 1은 본 실시형태의 건설 기계(1)의 개략의 구성을 나타내는 측면도이다. 건설 기계(1)는 상세하게는, 전동식의 건설 기계이다. 건설 기계(1)는 보다 상세하게는, 전동식 유압 셔블이다. 또한, 본 발명이 적용되는 건설 기계는 유압 셔블에 한정되지 않고, 휠로더 등의 다른 건설 기계여도 좋다. 건설 기계(1)는 하부 주행체(2)와, 작업기(3)와, 상부 선회체(4)를 구비한다.
여기서, 도 1에 있어서, 방향을 이하와 같이 정의한다. 우선, 하부 주행체(2)가 직진하는 방향을 전후 방향으로 하고, 그 중 일방측을 「전」으로 하며, 타방측을 「후」로 한다. 도 1에서는 일례로서 블레이드(23)에 대하여 주행 모터(22)측을 「전」으로서 나타낸다. 또한, 전후 방향에 수직인 횡방향을 좌우 방향으로 한다. 이 때, 조종석(41a)에 앉은 오퍼레이터(조종자, 운전수)로부터 보아 좌측을 「좌」로 하고, 우측을 「우」로 한다. 또한, 전후 방향 및 좌우 방향에 수직인 중력 방향을 상하 방향으로 하고, 중력 방향의 상류측을 「상」으로 하며, 하류측을 「하」로 한다.
하부 주행체(2)는 좌우 한쌍의 크롤러(21)와, 좌우 한쌍의 주행 모터(22)를 구비한다. 각 주행 모터(22)는 유압 모터이다. 좌우의 주행 모터(22)가 좌우의 크롤러(21)를 각각 구동함으로써, 건설 기계(1)를 전후진시킬 수 있다. 하부 주행체(2)에는 정지 작업을 행하기 위한 블레이드(23)와, 블레이드 실린더(23a)가 설치된다. 블레이드 실린더(23a)는 블레이드(23)를 상하 방향으로 회동시키는 유압 실린더이다.
작업기(3)는 붐(31), 암(32), 및 버킷(33)을 구비한다. 붐(31), 암(32), 및 버킷(33)을 독립적으로 구동함으로써, 토사 등의 굴삭 작업을 행할 수 있다.
붐(31)은 붐 실린더(31a)에 의해 회동된다. 붐 실린더(31a)는 기단부가 상부 선회체(4)의 전방부에 지지되어, 신축 가능하게 가동한다. 암(32)은 암 실린더(32a)에 의해 회동된다. 암 실린더(32a)는 기단부가 붐(31)의 선단부에 지지되어, 신축 가능하게 가동한다. 버킷(33)은 버킷 실린더(33a)에 의해 회동된다. 버킷 실린더(33a)는 기단부가 암(32)의 선단부에 지지되어, 신축 가능하게 가동한다. 붐 실린더(31a), 암 실린더(32a), 및 버킷 실린더(33a)는 유압 실린더에 의해 구성된다.
상부 선회체(4)는 하부 주행체(2)에 대하여 선회 베어링(미도시)을 통해서 선회 가능하게 구성된다. 상부 선회체(4)에는 조종부(41), 선회대(42), 선회 모터(43), 기관실(44) 등이 배치된다. 상부 선회체(4)는 유압 모터인 선회 모터(43)의 구동에 의해, 선회 베어링을 통해서 선회한다. 기관실(44)의 내부에는, 예를 들면 전동기(5) 및 유압 펌프(61)(모두 도 2 참조) 등이 배치된다. 즉, 건설 기계(1)는 전동기(5)를 구비한다.
도 2는 본 실시형태의 건설 기계(1)가 구비하는 유압 시스템(6)의 개략의 구성을 나타내는 블록도이다. 유압 펌프(61)는 전동기(5)의 출력축과 기계적으로 결합되어 있고, 전동기(5)의 구동에 의해 구동된다. 컨트롤 밸브(62)는 유압 펌프(61)로부터 공급되는 작업유(압유)의 유량 및 방향을 제어하여, 액추에이터군(63)을 구성하는 각종 유압 액추에이터로 작업유를 적당히 공급한다. 본 실시형태에서는 액추에이터군(63)에 포함되는 각종 유압 액추에이터에는 유압 모터(예를 들면 좌우의 주행 모터(22), 선회 모터(43)), 및 유압 실린더(예를 들면 블레이드 실린더(23a), 붐 실린더(31a), 암 실린더(32a), 버킷 실린더(33a))가 포함된다.
도 1로 되돌아가서, 조종부(41)에는 조종석(41a)이 배치된다. 조종석(41a) 주위에는 각종 레버(41b)가 배치된다. 오퍼레이터가 조종석(41a)에 착좌해서 레버(41b)를 조작함으로써, 유압 시스템(6)을 동작시켜, 하부 주행체(2)의 주행, 블레이드(23)에 의한 정지 작업, 작업기(3)에 의한 굴삭 작업, 상부 선회체(4)의 선회 등을 행할 수 있다.
상부 선회체(4)에는 미도시의 급전구가 형성된다. 상기 급전구와 외부 전원인 상용 전원(100)은 급전 케이블(101)을 통해서 접속된다. 이것에 의해, 상용 전원(100)으로부터 공급되는 전력에 의해, 전동기(5)를 구동할 수 있다. 또한, 상용 전원(100)으로부터 공급되는 전력을 상부 선회체(4)에 착탈 가능하게 부착되는 배터리(72)로 공급함으로써, 배터리(72)를 충전하는 것도 가능하다.
또한, 하부 주행체(2), 작업기(3) 및 상부 선회체(4)는 전동 주행 모터, 전동 실린더, 전동 선회 모터 등을 포함하여 구성되어도 좋다. 이 경우, 하부 주행체(2), 작업기(3) 및 상부 선회체(4)를, 유압 기기를 이용하지 않고, 모두 전력에 의해 구동할 수 있다. 즉, 하부 주행체(2), 작업기(3) 및 상부 선회체(4)를 총칭해서 기체(BA)라고 했을 때, 기체(BA)는 전력에 의해서만 구동되어도 좋고(올 전동), 전력과 유압 기기를 병용해서 구동되어도 좋다. 따라서, 본 실시형태의 건설 기계(1)는 적어도 전력에 의해 구동되는 기체(BA)를 포함하는 구성이라고 할 수 있다.
<2. 전원 시스템>
도 3은 본 실시형태의 건설 기계(1)가 구비하는 전원 시스템(7)의 개략의 구성을 나타내는 블록도이다. 전원 시스템(7)은 급전 장치(71)와, 배터리(72)와, 인버터(73)를 구비한다. 즉, 건설 기계(1)는 급전 장치(71)와 배터리(72)를 구비한다. 건설 기계(1)는 인버터(73)를 더 구비한다.
급전 장치(71)는 외부 전원과 접속되어 제 1 전력을 출력한다. 본 실시형태에 있어서, 외부 전극은 상용 전원(100)(도 1 참조)이다. 급전 장치(71)는 예를 들면 기관실(44) 내에 배치된다. 급전 장치(71)는 상용 전원(100)으로부터 급전 케이블(101)을 통해서 공급되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다. 급전 장치(71)는 전압 변환 후의 전력(제 1 전력)을 배터리(72) 및 인버터(73)로 공급 가능하게 설치된다.
배터리(72)는 급전 장치(71)로부터 출력되는 제 1 전력을 충전 가능하게 설치된다. 또한, 배터리(72)는 방전 전력(제 2 전력)을 인버터(73)로 공급 가능하게 설치된다. 배터리(72)는 예를 들면 리튬 이온 전지로 구성된다. 배터리(72)는 예를 들면 기관실(44) 내에 배치된다.
인버터(73)는 급전 장치(71) 및 배터리(72)로부터 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다. 인버터(73)에 의해 변환된 교류 전력은 전동기(5)로 공급된다. 인버터(73)는 예를 들면, 기관실(44) 내에 배치된다. 또한, 전동기(5)는 인버터(73)로부터 공급되는 교류 전력에 의해 구동해서 유압 펌프(61)를 동작시킨다. 전동기(5)는 급전 장치(71)로부터 출력되는 전력(제 1 전력)과, 배터리(72)가 방전되는 전력(제 2 전력) 중 적어도 일방에 의해 구동한다.
전원 시스템(7)은 제 1 모드와, 제 2 모드와, 제 3 모드를 포함하는 3개의 모드로 설정 가능하게 설치된다. 도 4a는 제 1 모드로 설정된 상태를 나타내는 모식도이다. 도 4b는 제 2 모드로 설정된 상태를 나타내는 모식도이다. 도 4c는 제 3 모드로 설정된 상태를 나타내는 모식도이다. 또한, 제 1 모드는 본 발명의 배터리 구동 모드에 해당한다. 제 2 모드는 본 발명의 구동 충전 가능 모드에 해당한다. 제 3 모드는 본 발명의 충전 전용 모드에 해당한다.
도 4a에 나타내는 바와 같이, 제 1 모드에 있어서는 상용 전원(100)과 급전 장치(71)가 전기적으로 비접속이다. 이 때문에, 제 1 모드에 있어서는 급전 장치(71)로부터 인버터(73)로 전력을 공급하는 것은 불가능하다. 한편, 제 1 모드에 있어서는 배터리(72)와 인버터(73)는 전기적으로 접속되어 있어, 배터리(72)의 방전 전력을 인버터(73)로 공급 가능하다. 즉, 제 1 모드는 전동기(5)의 구동에 배터리(72)가 방전되는 전력(제 2 전력)만을 사용 가능한 모드이다. 제 1 모드는 외부로부터의 전력이 공급되지 않는 상태에서, 전동기(5)를 작동시키고자 하는 경우에 사용되는 모드이다.
도 4b에 나타내는 바와 같이, 제 2 모드에 있어서는 급전 장치(71)가 상용 전원(100)과 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 배터리(72)와 인버터(73)가 전기적으로 접속되어 있다. 제 2 모드는 외부로부터의 전력을 공급 가능한 상태에서, 전동기(5)를 작동시키고자 하는 경우에 사용되는 모드이다. 상세하게는, 제 2 모드에는 도 5a, 도 5b, 도 5c, 및 도 5d에 나타내는 4개의 상태가 포함된다.
또한, 도 5a는 제 2 모드에 있어서 제 1 상태가 된 경우를 나타내는 모식도이다. 도 5b는 제 2 모드에 있어서 제 2 상태가 된 경우를 나타내는 모식도이다. 도 5c는 제 2 모드에 있어서 제 3 상태가 된 경우를 나타내는 모식도이다. 도 5d는 제 2 모드에 있어서 제 4 상태가 된 경우를 나타내는 모식도이다.
도 5a에 나타내는 바와 같이, 제 1 상태에서는 급전 장치(71) 및 배터리(72)로부터 인버터(73)로 전력이 공급된다. 제 1 상태는 급전 장치(71) 및 배터리(72) 중 일방으로부터 출력되는 전력만으로는 전동기(5)의 구동에 필요한 전력을 얻을 수 없는 경우에 선택되는 상태이다. 예를 들면, 제 1 상태에 있어서는 전동기(5)의 구동에 필요한 전력의 대부분이 급전 장치(71)로부터 출력되는 전력으로 조달되어, 부족한 전력이 배터리(72)로부터 출력되는 전력(방전 전력)으로 보충된다.
도 5b에 나타내는 바와 같이, 제 2 상태에서는 급전 장치(71)로부터 배터리(72) 및 인버터(73)로 전력이 공급된다. 제 2 상태는 급전 장치(71)로부터 출력되는 전력이 전동기(5)의 구동에 필요한 전력보다 큰 경우에 선택되는 상태이다. 배터리(72)는 급전 장치(71)로부터 출력되는 전력의 일부를 축전한다. 즉, 배터리(72)는 급전 장치(71)로부터 공급되는 전력에 의해 충전된다.
도 5c에 나타내는 바와 같이, 제 3 상태에서는 급전 장치(71)로부터만 인버터(73)로 전력이 공급된다. 제 3 상태는 예를 들면, 급전 장치(71)로부터 출력되는 전력이 전동기(5)의 구동에 필요한 전력과 동일한 경우에 선택되는 상태이다. 또한, 제 3 상태는 릴레이를 이용해서 배터리(72)와, 급전 장치(71) 및 인버터(73)가 전기적으로 비접속으로 된 상태여도 좋다.
도 5d에 나타내는 바와 같이, 제 4 상태는, 급전 장치(71)는 급전 가능한 상태이지만 강제적으로 인버터(73)와 비접속으로 된 상태이다. 급전 장치(71)와 인버터(73)의 전기적인 접속과 비접속의 스위칭에는, 예를 들면 릴레이(미도시)가 이용된다. 제 4 상태는 예를 들면, 배터리(72)의 전력을 적극적으로 이용하고자 하는 경우에 선택된다.
이상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 제 2 모드는 급전 장치(71)로부터 출력되는 전력(제 1 전력)을 전동기(5)의 구동에 사용하면서 배터리(72)의 충전에 사용 가능한 모드이다. 또한, 제 2 모드에 있어서는 전동기(5)의 구동에 급전 장치(71)로부터 출력되는 전력(제 1 전력)과, 배터리(72)로부터 방전되는 전력(제 2 전력) 중 적어도 일방을 사용 가능하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 전동기(5)의 구동에 필요한 전력을 적절하게 공급하면서, 배터리(72)의 충전과 방전을 적절하게 제어해서 배터리(72)의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 4c에 나타내는 바와 같이, 제 3 모드에 있어서는 급전 장치(71) 및 배터리(72)가 인버터(73)와 전기적으로 접속되어 있지 않다. 급전 장치(71) 및 배터리(72)와, 인버터(73)의 전기적인 접속과 비접속의 스위칭에는, 예를 들면 릴레이(미도시)가 이용된다. 제 3 모드로는, 급전 장치(71)와 배터리(72)는 전기적으로 접속되어 있다. 제 3 모드는 급전 장치(71)로부터 출력되는 전력(제 1 전력)을 배터리(72)의 충전에만 사용 가능한 모드이다. 제 3 모드는 전동기(5)를 구동할 필요가 없는 경우에 사용되는 모드이다. 예를 들면, 전동기(5)를 구동할 필요가 없는 경우는 하부 주행체(2)를 이용한 이동, 블레이드(23)를 이용한 정지 작업, 및 작업기(3)를 이용한 굴삭 작업을 행할 필요가 없는 상태이다. 예를 들면, 제 3 모드는 건설 기계(1)의 다음 사용에 대비하여, 배터리(72)를 충전해 둘 때에 사용되는 모드이다.
<3. 충전 제어>
도 6은 전원 시스템(7)의 제어에 관련된 구성의 개략을 나타내는 블록도이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 건설 기계(1)는 제어 장치(8)를 구비한다. 제어 장치(8)는 ECU(Electronic Control Unit)라고 불리는 전자 제어 유닛으로 구성된다. ECU는 전자 회로를 이용해서 제어를 행하는 장치이며, 예를 들면 마이크로 컨트롤러(마이크로 컴퓨터)를 포함하여 구성된다. 마이크로 컨트롤러는 예를 들면, CPU(Central Processing Unit)와, 프로그램 등을 격납하는 메모리와, 주변 기기와 통신을 행하기 위한 입출력부를 포함하여 구성된다.
제어 장치(8)는 급전 장치(71)에 내장되는 급전 장치 ECU(711), 및 배터리(72)에 내장되는 배터리 ECU(721)와 연계해서 전원 시스템(7) 전체를 제어한다. 또한, 제어 장치(8)는 제 1 모드와, 제 2 모드와, 제 3 모드 중 어느 하나로 자기계(1)의 제어를 행한다. 제어 장치(8)는 모드 판정부(81)와 지령 생성부(82)를 구비한다. 모드 판정부(81) 및 지령 생성부(82)는 CPU 등의 컴퓨터가 메모리에 기억되는 프로그램에 따라서 연산 처리를 실행함으로써 실현되는 제어 장치(8)의 기능이다.
또한, 모드 판정부(81) 및 지령 생성부(82)는 개념적인 구성 요소이다. 1개의 구성 요소가 실행하는 기능을 복수의 구성 요소에 분산시키거나, 복수의 구성 요소가 갖는 기능을 1개의 구성 요소에 통합시키거나 해도 좋다.
모드 판정부(81)는 전원 시스템(7)의 현재의 모드가 어느 모드인지를 판정한다. 상세하게는, 모드 판정부(81)는 현재의 모드가 제 1 모드, 제 2 모드, 및 제 3 모드 중 어느 모드인지를 판정한다. 모드 판정부(81)는 예를 들면, 급전 장치 ECU(711)로부터 얻어지는 정보와, 충전 개시 스위치(9)로부터 얻어지는 정보에 의거해서, 현재의 모드가 어느 모드인지를 판정한다. 또한, 충전 개시 스위치(9)는 배터리(72)의 충전을 행하고자 할 때에 유저가 조작하는 스위치이다. 충전 개시 스위치(9)는 예를 들면, 조종부(41) 등에 설치된다. 충전 개시 스위치(9)는 예를 들면 조작 버튼, 조작 레버, 조작 다이얼, 터치패널 등이어도 좋다.
예를 들면, 모드 판정부(81)는 급전 장치 ECU(711)로부터의 통전 신호와, 충전 개시 스위치(9)로부터의 충전 ON 신호에 의거해서 모드의 판정을 행한다. 통전 신호는 급전 장치(71)가 급전 케이블(101)을 통해서 상용 전원(100)과 전기적으로 접속된 경우에 생성되는 신호이다. 충전 ON 신호는 충전 개시 스위치(9)를 이용해서 유저가 충전을 요구한 경우에 생성되는 신호이다. 충전 ON 신호는 급전 장치 ECU(711)를 통해서 제어 장치(8)에 입력되어도 좋다.
상세하게는, 모드 판정부(81)는 통신 신호와 충전 ON 신호 모두 수신하고 있지 않은 경우에는 제 1 모드라고 판정한다. 모드 판정부(81)는 통신 신호를 수신하고, 또한 충전 ON 신호를 수신하고 있지 않은 경우에는 제 2 모드라고 판정한다. 모드 판정부(81)는 통전 신호를 수신하고, 또한 충전 ON 신호를 수신한 경우에는 제 3 모드라고 판정한다.
또한, 충전 ON 신호를 수신했음에도 불구하고, 통전 신호를 수신하고 있지 않은 경우에는 충전을 위한 준비가 불충분하기 때문에, 제어 장치(8)는 적절한 제어를 행할 수 없다. 이와 같은 경우에는 에러를 통지하는 구성으로 해도 좋다. 또한, 본 실시형태의 모드의 판정 수법은 일례에 불과하며, 예를 들면 모드 판정에 배터리 ECU(721)로부터 얻어지는 정보가 이용되어도 좋다.
지령 생성부(82)는 모드 판정부(81)에 의한 모드의 판정에 따라서 급전 장치(71)의 제어를 행한다. 상세하게는, 지령 생성부(82)는 모드의 판정 결과에 추가해서, 배터리 ECU(721)로부터 입력되는 배터리(72)의 정보에 의거해서 급전 장치(71)의 제어를 행한다. 배터리(72)의 정보에는 배터리(72)의 전압과 충전율(SOC; State Of Charge) 중 적어도 일방이 포함된다. 또한, SOC는 이하의 식(1)으로 주어진다.
SOC(%)=잔용량(Ah)÷만충전 용량(Ah)×100···(1)
본 실시형태에서는 제어 장치(8)는 제 2 모드인 경우에, 제 3 모드인 경우와 비교해서, 배터리(72)의 충전량의 상한값을 낮게 설정한다. 이와 같은 구성으로 하면, 건설 기계(1)가 동작을 행하고 있는 경우에 있어서, 배터리(72)의 충전량이 필요 이상으로 높아지는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 배터리(72)의 열화를 억제하여, 배터리(72)의 수명을 연장시킬 수 있다. 또한, 본 구성에 의하면, 전동기(5)의 동작시에 있어서 배터리(72)의 충전 용량을 만충전 용량보다 낮게 억제할 수 있기 때문에, 전동기(5)의 정지에 의해 발생하는 회생 전력을 배터리(72)가 받아 들일 수 있어, 배터리(72)의 파손을 방지할 수 있다.
상세하게는, 지령 생성부(82)는 충전량이 설정된 상한값을 초과하지 않도록, 급전 장치 ECU(711)에 전압 지령을 행한다. 급전 장치(71)는 급전 장치 ECU(711)가 지령 생성부(82)로부터 받은 전압 지령에 따라서 제어된다. 배터리(72)의 충전량의 상한값이 제 2 모드가 제 3 모드보다 낮기 때문에, 배터리(72)를 미리 설정된 상한값까지 충전하기 위한 목표 전압은 제 2 모드가 제 3 모드보다 낮아진다. 또한, 충전량을 SOC로 표기하는 것을 상정한 경우, 충전량의 상한값은 예를 들면, 제 3 모드에 있어서 100%로 설정되고, 제 2 모드에 있어서 80%로 설정되는 구성으로 해도 좋다. 단, 이들 수치는 적당히 변경되어도 좋다.
또한, 건설 기계(1)의 작업 중에 있어서도, 배터리(72)의 충전량(SOC)이 지나치게 낮아지는 것은 바람직하지 않다. 이 때문에, 제어 장치(8)는 제 2 모드에 있어서 배터리(72)의 충전량이 미리 설정된 하한값보다 작은 것을 검출한 경우에, 배터리(72)의 충전이 개시되도록 급전 장치(71)의 제어를 행하는 것이 바람직하다. 충전량을 SOC로 표기하는 것을 상정한 경우, 제 2 모드에 있어서의 충전량의 하한값은 50% 등이어도 좋다. 제 2 모드에 있어서의 충전량의 하한값은 상술한 제 2 모드에 있어서의 충전량의 상한값과 같아도 좋다.
또한, 제어 장치(8)는 제 2 모드인 경우에, 제 1 모드인 경우와 비교해서, 배터리(72)의 충전량의 상한값을 낮게 설정한다. 이 때문에, 건설 기계(1)를 동작시키는 경우에, 먼저 제 1 모드로의 구동에 의해 배터리(72)의 충전량을 적당히 저하시키면서, 그 후, 제 2 모드로 스위칭해서 배터리(72)의 충전을 행함으로써, 배터리(72)의 충전량을 지나치게 높지 않고 또한 지나치게 낮지 않은 적당한 충전량으로 유지할 수 있다. 이것에 의해, 배터리(72)의 열화를 억제하여, 배터리(72)의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 7은 본 실시형태의 건설 기계(1)가 구비하는 배터리(72)의, 1일의 SOC의 추이예를 나타내는 그래프이다. 도 7에 있어서, 횡축은 시간, 종축은 배터리(72)의 SOC이다. 도 7에서는 시각 A에 있어서 건설 기계(1)의 사용이 개시되고, 사용 개시시에는 건설 기계(1)는 상용 전원(100)을 확보할 수 없는 장소에 존재한다. 예를 들면, 건설 기계(1)는 트랙의 적재함 등에 존재한다. 건설 기계(1)는 트랙의 적재함로부터 상용 전원(100)을 확보할 수 있는 시공 현장까지 자주할 필요가 있다.
사용 개시 당초, 건설 기계(1)의 제어 장치(8)는 통전 신호가 얻어지지 않기 때문에 제 1 모드라고 판정한다. 이 때문에, 제어 장치(8)는 제 1 모드로 건설 기계(1)를 제어한다. 즉, 건설 기계(1)는 배터리(72)로부터 방전되는 전력만을 사용해서 전동기(5)를 구동시킨다. 건설 기계(1)는 전동기(5)의 구동에 의해 주행 모터(22)를 동작시켜, 주행을 행한다. 건설 기계(1)가 제 1 모드로 제어되고 있는 동안, 배터리(72)의 전력이 계속 사용되기 때문에, 도 7에 나타내는 바와 같이, 배터리(72)의 SOC가 계속 줄어든다.
건설 기계(1)가 자주에 의해 시공 현장에 도착하면, 급전 케이블(101)을 이용해서 급전 장치(71)와 상용 전원(100)이 전기적으로 접속된다. 이것에 의해 제어 장치(8)가 통전 신호를 검출해서 제 2 모드라고 판정한다. 이 때문에, 제어 장치(8)는 제 2 모드로 건설 기계(1)를 제어한다. 즉, 건설 기계(1)는 급전 장치(71)와 배터리(72) 중 적어도 일방의 전력을 이용해서 전동기(5)를 구동시킨다. 전동기(5)의 구동에 의해, 건설 기계(1)는 작업기(3)를 이용한 굴삭 작업, 블레이드(23)를 이용한 정지 작업, 혹은 하부 주행체(2)에 의한 주행 등을 행한다. 또한, 급전 장치(71)의 출력에 여유가 있는 경우에는 급전 장치(71)로부터 출력되는 전력을 이용해서 배터리(72)의 충전이 행해진다.
도 7에 나타내는 예에서는 시각 B가 건설 기계(1)로 상용 전원(100)으로부터 전력의 공급이 개시된 시점에 해당하고, 이 시점에서 제어 장치(8)는 제 2 모드로 건설 기계(1)의 제어를 개시한다. 제 2 모드라고 판정된 시점에서 배터리(72)의 SOC가 미리 설정된 하한값을 하회하고 있기 때문에 배터리(72)의 충전이 개시된다. 즉, 배터리(72)의 SOC가 증가를 개시한다. 또한, 도 7의 예에서는 제 2 모드라고 판정되고 있는 동안, 전동기(5)의 구동에 요구되는 전력에 대하여 급전 장치(71)의 출력에 여유가 있는 상태를 상정하고 있다.
도 7에 나타내는 예에서는 제 2 모드에 있어서는 배터리(72)의 SOC에 상한값(UL1)(예를 들면 80% 등)이 설정되어 있다. 이 때문에, 배터리(72)는 상한값(UL1)을 초과해서 충전되지 않는다. 상술한 바와 같이 도 7에 나타내는 예에서는 급전 장치(71)의 출력에 여유가 있기 때문에, 제 2 모드가 되고 나서 작업이 완료될 때까지 배터리(72)의 전력이 사용되지 않고, 배터리(72)의 SOC는 상한값(UL1)으로 유지되어 있다. 단, 전동기(5)의 구동에 요구되는 전력에 따라서, 제 2 모드로의 작업시에 있어서 배터리(72)의 전력이 이용되어도 좋다.
시공 현장에서의 1일의 작업이 완료되면(시각 C), 익일의 작업에 대비하여, 유저가 충전 개시 스위치(9)를 ON으로 한다. 이것에 의해, 제어 장치(8)는 통전 신호와 충전 ON 신호의 양방을 검출하고, 제 3 모드라고 판정한다. 제어 장치(8)는 제 3 모드로 건설 기계(1)의 제어를 개시한다. 즉, 급전 장치(71)로부터의 출력에 의해, 배터리(72)의 충전만이 행해진다.
도 7에 나타내는 예에서는 제 3 모드에 있어서의 배터리(72)의 SOC의 상한값(UL2)(예를 들면 100%)은 제 2 모드인 경우의 상한값(UL1)보다 높게 설정되어 있다. 이 때문에, 제 2 모드로부터 제 3 모드로 스위칭되면, 배터리(72)의 충전이 개시되어, 상한값(UL2)까지 충전이 행해진다. 상한값까지 충전이 행해져 제 3 모드에 의한 충전 동작이 완료되면(시각 D), 배터리(72)가 보관된다. 충전 동작의 완료는 예를 들면, 건설 기계(1)의 전원이 오프된 시점이다. 또한, 본 예에서는 제 1 모드에 있어서의 배터리(72)의 SOC의 상한값은 제 3 모드에 있어서의 배터리(72)의 SOC의 상한값(UL2)과 같다.
도 7에 나타내는 예에서는 건설 기계(1)의 사용시에 있어서, 배터리(72)의 SOC는 배터리(72)의 보관시에 있어서의 SOC(상한값(UL2))보다 작고, 필요 이상으로 높아지지 않는다. 이 때문에, 배터리(72)의 열화를 억제할 수 있다. 또한, 배터리(72)의 보관 방법에 대해서, 도 7에 나타내는 예와 상이한 방법으로 되어도 좋다. 예를 들면, 작업 종료 후에 있어서는 충전에 적합한 SOC가 되도록 충방전 제어를 행하여, 작업 개시 직전에 SOC가 상한값(UL2)이 되는 보관 방법이 채용되어도 좋다. 이것에 의해, 건설 기계(1)의 사용시와, 건설 기계(1)를 사용하지 않는 배터리(72)의 보관시의 양방에서 배터리(72)의 열화를 억제할 수 있어, 배터리(72)의 수명을 보다 연장시킬 수 있다.
또한, 예를 들면 건설 기계(1)를 시공 현장에 놓아두는 경우에는 건설 기계(1)의 사용 개시시에 있어서, 제 2 모드라고 판정된다. 이 경우, 제 2 모드임에도 불구하고, 배터리(72)의 충전량이 제 2 모드의 배터리(72)의 충전량의 상한값(UL1)을 초과한 상태가 되는 경우가 있다. 제 2 모드의 개시시에 배터리(72)의 충전량이 제 2 모드의 배터리(72)의 충전량의 상한값(UL1)을 초과하고 있는 경우에는, 예를 들면 배터리(72)의 전력만으로 전동기(5)를 구동시키는 등, 배터리(72)의 전력을 적극적으로 사용해서, 배터리(72)의 충전량을 상한값(UL1)보다 작게 하는 것이 바람직하다.
<4. 충전 제어의 변형예>
도 8은 변형예의 건설 기계(1)에 대해서 설명하기 위한 블록도이다. 변형예의 건설 기계(1)에 있어서는 상술한 실시형태의 정보(예를 들면 통전 신호, 충전 ON 신호, 배터리(72)의 SOC 등)에 추가해서, 제어 장치(8)의 외부에 설치되는 특정 정보 취득부(10)에서 취득된 특정 정보가 제어 장치(8)에 입력된다.
그리고, 제어 장치(8)는 제 2 모드이며, 급전 장치(71)로부터 출력되는 전력(제 1 전력)으로 전동기(5)를 구동하면서 배터리(72)를 충전하는 경우에, 외부로부터 입력되는 특정 정보에 따라서 배터리(72)의 충전량의 증가율의 목표량을 변동시킨다. 이와 같은 구성에 의하면, 예를 들면 전동기(5)의 구동 상황이나 배터리(72)가 놓이는 환경 등에 따라서 배터리(72)를 충전하는 속도를 바꿀 수 있다. 이 결과, 전동기(5)의 동작시에 있어서 배터리(72)에 대한 부담을 저감해서 배터리(72)의 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 충전량의 증가율의 목표량의 변동은 오퍼레이터 등의 유저에 의해, 배터리(72)에 대한 충전시의 부하를 억제하는 모드인 배터리 세이프 모드가 선택되어 있는 경우에 한해서 행해지는 구성이어도 좋다. 배터리 세이프 모드는 예를 들면 조작 버튼, 조작 레버, 조작 다이얼, 터치패널 등의 조작부를 조작함으로써 선택되는 구성이어도 좋다.
제어 장치(8)는 설정된 배터리(72)의 충전량의 증가율의 목표량과, 전동기(5)가 소비하는 전력에 따라서 급전 장치(71)로부터 공급되는 전류를 제어한다. 이것에 의하면, 전동기(5)로 적절하게 전력을 공급해서 건설 기계(1)를 이용한 작업의 조작성의 저하를 억제하면서, 배터리(72)의 충전 속도를 적정하게 제어해서 배터리(72)에 걸리는 부하를 억제할 수 있다. 또한, 전동기(5)가 소비되는 전력은 제어 장치(8)에 입력되는 각종 정보(예를 들면 조종석(41a)의 레버(41b)의 조작 정보, 전동기(5)의 실회전수 등)에 의해 구해진다.
특정 정보에는 배터리(72)의 온도가 포함되어도 좋다. 이것에 의하면, 배터리(72)가 놓이는 온도 환경에 따라서 배터리(72)를 충전하는 속도를 적절하게 제어하고, 배터리(72)에 대한 부담을 저감해서 배터리(72)의 수명을 연장시킬 수 있다. 도 9는 변형예의 건설 기계(1)의 상세예를 나타내는 블록도이다. 도 9에 나타내는 상세예에 있어서는 상술한 특정 정보 취득부(10)가 배터리 온도 측정부(10A)이다. 배터리 온도 측정부(10A)는 배터리(72)에 내장되어도 좋다. 이 경우, 배터리 온도 측정부(10A)에서 측정된 배터리(72)의 온도는 배터리 ECU(721)에 의해 제어 장치(8)로 송신되는 구성이어도 좋다.
배터리(72)의 온도가 낮아지면, 배터리(72)의 저항값이 낮아진다. 이 때문에, 배터리(72)의 온도가 낮아졌을 때에 통상 이용되는 전류값으로 충전을 행하면, 목표의 충전 전압에 도달하는 속도가 빨라져, 배터리(72)의 발열량이 지나치게 커지는 경우가 있다. 이와 같은 발열량이 큰 상태에서의 충전은 배터리(72)에 부담이 되어, 배터리(72)의 수명을 짧게 하는 경우가 있다. 이 때문에, 배터리(72)의 온도에 따라서 배터리(72)의 충전량의 증가율의 목표량을 결정하는 것이 바람직하다.
제어 장치(8)(지령 생성부(82))는 제 2 모드이며, 급전 장치(71)로부터 출력되는 전력으로 전동기(5)를 구동하면서 배터리(72)를 충전하는 경우에, 배터리 온도 측정부(10A)로부터 입력되는 배터리(72)의 온도에 따라서 배터리(72)의 충전량의 증가율의 목표량을 설정한다. 목표량의 설정은 예를 들면, 제어 장치(8)가 구비하는 메모리(83)에 미리 기억되는 충전 맵(831)이 이용된다.
도 10은 충전 맵의 일례를 나타내는 개략도이다. 도 10에 있어서, 횡축은 온도이며, 종축은 허용 충전량이다. 허용 충전량은 배터리(72)가 받아 들일 수 있는 충전량이며, 배터리(72)의 SOC가 낮을수록 높아진다. 또한, 도 10은 소정 출력을 상정한 경우의 도면이다.
도 10의 맵에 있어서, 최대 충전 전류로 나타내어지는 영역은 최대 충전 전류로 충전을 행해도 좋은 경우를 나타내는 영역이다. 최소 충전 전류로 나타내어지는 영역은 최소 충전 전류로 충전을 행해도 좋은 경우를 나타내는 영역이다. 절반 충전 전류로 나타내어지는 영역은 최대 충전 전류와 최소 충전 전류의 평균값으로 충전을 행해도 좋은 경우를 나타내는 영역이다. 충전 불가 영역은 충전이 금지되는 영역이다. 최대 충전 전류, 최소 충전 전류, 절반 충전 전류는 미리 실험 등에 의해 결정된 전류값이며, 배터리(72)의 충전량의 증가율의 목표량에 상당한다. 또한, 충전 불가의 영역인 경우, 충전량의 증가율의 목표량은 설정할 수 없다.
제어 장치(8)(지령 생성부(82))는 배터리 ECU(721)로부터 입력되는 SOC와, 배터리 온도 측정부(10A)로부터 입력되는 온도로부터, 충전 맵(831)을 참조해서 충전량의 증가율의 목표량을 결정한다. 도 10에 나타내는 충전 맵(831)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 배터리(72)의 온도가 낮고, 허용 충전량이 높을수록, 목표량은 작게 설정된다. 제어 장치(8)는 설정한 목표량과 전동기(5)가 소비하는 전력에 따라서 급전 장치(71)를 제어한다. 급전 장치(71)는 제어 장치(8)에 따라서 결정된 전류를 전동기(5) 및 배터리(72)로 급전한다.
또한, 특정 정보에는 건설 기계(1)의 작업기(3)의 선단에 부착하는 어태치먼트 정보가 포함되어도 좋다. 상술한 실시형태에서는 어태치먼트가 버킷(33)인 구성으로 되어 있다. 단, 작업기(3)의 선단에 부착되는 어태치먼트는 교환 가능해도 좋다. 예를 들면, 교환 가능한 어태치먼트에는 버킷 외에 파쇄 작업에 이용되는 브레이커(예를 들면 유압식 브레이커) 등이 포함되어도 좋다. 이와 같은 구성인 경우, 특정 정보에 어태치먼트 정보가 포함되어도 좋다.
특정 정보에 어태치먼트 정보가 포함되는 경우, 어태치먼트 정보를 취득하는 특정 정보 취득부(10)는 예를 들면, 오퍼레이터 등의 유저가 어태치먼트 정보를 입력하는 입력 장치여도 좋다. 또한, 어태치먼트 정보를 취득하는 특정 정보 취득부(10)는 특정 어태치먼트가 부착된 것을 검출하는 어태치먼트 검출부여도 좋다.
제어 장치(8)는 특정 어태치먼트의 이용을 검출하면, 배터리(72)의 충전량의 증가율을 특정 어태치먼트에 대응해서 미리 설정된 목표량으로 한다. 그리고, 제어 장치(8)는 상기 목표량과, 제어 장치(8)에 입력되는 전동기(5)의 소비 전력에 관련된 정보에 따라서 급전 장치(71)를 제어한다. 급전 장치(71)는 제어 장치(8)에 따라서 결정된 전류를 전동기(5) 및 배터리(72)로 급전한다.
특정 어태치먼트는 예를 들면 브레이커이다. 브레이커를 사용한 작업은 부하 변동이 적은 경우가 많다. 이 때문에, 어태치먼트로서 브레이커가 이용되는 경우에, 배터리(72)의 충전량의 증가율의 목표량을 작게 설정함으로써, 배터리(72)에 대한 부하를 안정적으로 낮게 하면서 충전을 행할 수 있어, 배터리(72)의 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 건설 기계(1)가 행하는 작업이 부하 변동이 적은 작업인지의 여부는 예를 들면, 전동기(5)의 실회전수에 의해 추측하는 것이 가능하다. 이 때문에, 특정 정보에는 전동기(5)의 실회전수가 포함되어도 좋다. 이것에 의해, 예를 들면 부하 변동이 적은 브레이커를 이용한 작업이나 펴고르기 작업 등이 행해지는 경우에, 배터리(72)에 대한 부하를 억제하여 적절하게 충전을 행할 수 있다. 전동기(5)의 실회전수는 예를 들면 전동기(5)가 구비하는 위치 센서로부터의 정보를 수취하는 인버터 ECU(미도시)로부터, 제어 장치(8)에 입력되는 구성이어도 좋다.
<5. 유의 사항 등>
본 명세서 중에 개시되는 다양한 기술적 특징은 그 기술적 창작의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경을 추가하는 것이 가능하다. 또한, 본 명세서 중에 나타내어지는 복수의 실시형태 및 변형예는 가능한 범위에서 조합해서 실시되어도 좋다.
이상에서는 제어 장치(8)는 제 1 모드(배터리 구동 모드)와, 제 2 모드(구동 충전 가능 모드)와, 제 3 모드(충전 전용 모드) 중 어느 하나로 자기계(1)의 제어를 행하는 구성으로 했다. 단, 제어 장치는 제 1 모드와 제 2 모드를 포함하는 복수의 모드 중 어느 하나로 자기계(1)의 제어를 행하는 구성이어도 좋다. 예를 들면, 제어 장치는 제 1 모드와 제 2 모드 중 어느 하나로 자기계(1)의 제어를 행하는 구성이어도 좋다. 즉, 급전 장치(71)의 전력을 배터리(72)의 충전에만 사용 가능한 제 3 모드는 반드시 구비되지 않아도 좋다.
또한, 제어 장치는 제 2 모드와 제 3 모드를 포함하는 복수의 모드 중 어느 하나로 자기계(1)의 제어를 행하는 구성이어도 좋다. 예를 들면, 제어 장치는 제 2 모드와 제 3 모드 중 어느 하나로 자기계(1)의 제어를 행하는 구성이어도 좋다. 즉, 전동기(5)의 구동에 배터리(72)의 전력만을 사용 가능한 제 1 모드는 반드시 구비되지 않아도 좋다. 이와 같은 구성에서는 예를 들면 원칙으로서 급전 장치(71)로부터의 전력으로 전동기(5)가 구동된다. 그리고, 작업 부하가 높아 급전 장치(71)로부터의 전력만으로는 전동기(5)를 구동하는 전력이 부족한 경우에, 부족한 전력을 보충하기 위해서 배터리(72)의 전력을 이용할 수 있다.
1: 건설 기계
5: 전동기
8: 제어 장치
71: 급전 장치
72: 배터리
100: 상용 전원(외부 전원)

Claims (7)

  1. 외부 전원과 접속되어 제 1 전력을 출력하는 급전 장치와,
    상기 제 1 전력을 충전 가능하게 설치되는 배터리와,
    상기 제 1 전력과 상기 배터리가 방전되는 제 2 전력 중 적어도 일방에 의해 구동하는 전동기를 구비하는 건설 기계로서,
    상기 전동기의 구동에 상기 제 2 전력만을 사용 가능한 배터리 구동 모드와, 상기 제 1 전력을 상기 전동기의 구동에 사용하면서 상기 배터리의 충전에 사용 가능한 구동 충전 가능 모드를 포함하는 복수의 모드 중 어느 하나로 자기계의 제어를 행하는 제어 장치를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는 상기 구동 충전 가능 모드인 경우에, 상기 배터리 구동 모드인 경우와 비교해서, 상기 배터리의 충전량의 상한값을 낮게 설정하는 건설 기계.
  2. 외부 전원과 접속되어 제 1 전력을 출력하는 급전 장치와,
    상기 제 1 전력을 충전 가능하게 설치되는 배터리와,
    상기 제 1 전력과 상기 배터리가 방전되는 제 2 전력 중 적어도 일방에 의해 구동하는 전동기를 구비하는 건설 기계로서,
    상기 제 1 전력을 상기 전동기의 구동에 사용하면서 상기 배터리의 충전에 사용 가능한 구동 충전 가능 모드와, 상기 제 1 전력을 상기 배터리의 충전에만 사용 가능한 충전 전용 모드를 포함하는 복수의 모드 중 어느 하나로 자기계의 제어를 행하는 제어 장치를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는 상기 구동 충전 가능 모드인 경우에, 상기 충전 전용 모드인 경우와 비교해서, 상기 배터리의 충전량의 상한값을 낮게 설정하는 건설 기계.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 모드에, 상기 전동기의 구동에 상기 제 2 전력만을 사용 가능한 배터리 구동 모드가 더 포함되는 건설 기계.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 구동 충전 가능 모드이며, 상기 제 1 전력으로 상기 전동기를 구동하면서 상기 배터리를 충전하는 경우에, 외부로부터 입력되는 특정 정보에 따라서 상기 배터리의 충전량의 증가율의 목표량을 변동시키는 건설 기계.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 특정 정보에는 상기 배터리의 온도가 포함되는 건설 기계.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 설정된 상기 목표량과 상기 전동기가 소비하는 전력에 따라서 상기 급전 장치로부터 공급되는 전류를 제어하는 건설 기계.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 충전 가능 모드에 있어서는 상기 전동기의 구동에 상기 제 1 전력과 상기 제 2 전력 중 적어도 일방을 사용 가능한 건설 기계.
KR1020237020165A 2021-01-14 2021-12-09 건설 기계 KR20230129977A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2021-004339 2021-01-14
JP2021004339A JP7389064B2 (ja) 2021-01-14 2021-01-14 建設機械
PCT/JP2021/045292 WO2022153735A1 (ja) 2021-01-14 2021-12-09 建設機械

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230129977A true KR20230129977A (ko) 2023-09-11

Family

ID=82448329

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237020165A KR20230129977A (ko) 2021-01-14 2021-12-09 건설 기계

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240051405A1 (ko)
EP (1) EP4279661A1 (ko)
JP (1) JP7389064B2 (ko)
KR (1) KR20230129977A (ko)
CN (1) CN116806281A (ko)
WO (1) WO2022153735A1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014014239A (ja) 2012-07-04 2014-01-23 Hitachi Constr Mach Co Ltd 充電装置、充電方法、および作業機械

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3859982B2 (ja) 2001-04-27 2006-12-20 株式会社神戸製鋼所 ハイブリッド建設機械の電力制御装置
JP2006154010A (ja) 2004-11-26 2006-06-15 Ricoh Co Ltd 定着装置及び画像形成装置
JP4202379B2 (ja) 2006-10-11 2008-12-24 トヨタ自動車株式会社 ハイブリッド車両、ハイブリッド車両の制御方法、その制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム、およびそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体
JP4961321B2 (ja) 2007-10-18 2012-06-27 鹿島道路株式会社 バッテリ駆動建設機械を用いた施工方法
CN103493328B (zh) 2011-01-28 2016-08-24 住友重机械工业株式会社 挖土机
JP5779973B2 (ja) 2011-05-16 2015-09-16 コベルコ建機株式会社 ハイブリッド作業機械
JP2014159716A (ja) 2013-02-20 2014-09-04 Hitachi Constr Mach Co Ltd 作業機械の駆動制御装置
JP7053360B2 (ja) 2018-04-24 2022-04-12 ヤンマーパワーテクノロジー株式会社 電動式作業機械
CN110932276A (zh) 2019-12-19 2020-03-27 三一重机有限公司 移动式控制装置及电动挖掘机系统

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014014239A (ja) 2012-07-04 2014-01-23 Hitachi Constr Mach Co Ltd 充電装置、充電方法、および作業機械

Also Published As

Publication number Publication date
US20240051405A1 (en) 2024-02-15
WO2022153735A1 (ja) 2022-07-21
EP4279661A1 (en) 2023-11-22
JP2022109029A (ja) 2022-07-27
CN116806281A (zh) 2023-09-26
JP7389064B2 (ja) 2023-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100466766B1 (ko) 하이브리드 건설 기계 및 그 제어 장치
JP5970898B2 (ja) 動力伝達装置及びこれを備えたハイブリッド建設機械
EP3786371B1 (en) Electric work machine
US9077272B2 (en) Slewing-type working machine
JP6300943B2 (ja) ハイブリッド式建設機械
KR102372681B1 (ko) 전동식 건설 기계
JP2007247230A (ja) ハイブリッド建設機械
EP3128086B1 (en) Shovel
US10364547B2 (en) Hybrid work machine
JP7096177B2 (ja) 電気駆動式作業機械
JP2007228715A (ja) 電源システムおよびこの電源システムが搭載された建設機械
CN112004974A (zh) 电动式作业机械
CN112020586A (zh) 电动式作业机械
US10364549B2 (en) Hybrid construction machine
US20220282456A1 (en) Work machine
CN113227505B (zh) 作业车辆
CN106605028B (zh) 混合动力式工程机械
KR20230129977A (ko) 건설 기계
JP7451828B2 (ja) 電動式油圧作業機械
WO2022181271A1 (ja) 電動式作業機械
JP2020029790A (ja) ハイブリッド建設機械
JP2024054999A (ja) 作業機械の制御方法、作業機械用制御プログラム、作業機械用制御システム及び作業機械
KR20230009429A (ko) 건설기계용 하이브리드 발전전력 측정시스템