WO2014057724A1 - ショベル及びショベルの制御方法 - Google Patents

ショベル及びショベルの制御方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2014057724A1
WO2014057724A1 PCT/JP2013/070086 JP2013070086W WO2014057724A1 WO 2014057724 A1 WO2014057724 A1 WO 2014057724A1 JP 2013070086 W JP2013070086 W JP 2013070086W WO 2014057724 A1 WO2014057724 A1 WO 2014057724A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
equalization
circuit
circuit protection
switch
voltage
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/070086
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
竹尾　実高
誠 柳澤
Original Assignee
住友建機株式会社
住友重機械工業株式会社
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 住友建機株式会社, 住友重機械工業株式会社 filed Critical 住友建機株式会社
Priority to EP13845151.3A priority Critical patent/EP2908401B1/en
Priority to KR1020157009337A priority patent/KR102073677B1/ko
Priority to CN201380053238.4A priority patent/CN104718681B/zh
Priority to JP2014540771A priority patent/JP6290092B2/ja
Publication of WO2014057724A1 publication Critical patent/WO2014057724A1/ja
Priority to US14/678,100 priority patent/US9982416B2/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • 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
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/04—Cutting off the power supply under fault conditions
    • 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]
    • B60L58/13—Maintaining the SoC within a determined range
    • 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]
    • B60L58/14—Preventing excessive discharging
    • 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
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/22—Balancing the charge of battery modules
    • 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
    • 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
    • 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
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/267—Diagnosing or detecting failure of vehicles
    • E02F9/268—Diagnosing or detecting failure of vehicles with failure correction follow-up actions
    • 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
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0018—Circuits for equalisation of charge between batteries using separate charge circuits
    • 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
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/342—The other DC source being a battery actively interacting with the first one, i.e. battery to battery charging
    • 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
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/10—DC to DC converters
    • B60L2210/12—Buck converters
    • 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
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/10—DC to DC converters
    • B60L2210/14—Boost converters
    • 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
    • B60L2240/547—Voltage
    • 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
    • B60L2240/80—Time limits
    • 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
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S903/00—Hybrid electric vehicles, HEVS
    • Y10S903/902—Prime movers comprising electrical and internal combustion motors
    • Y10S903/903—Prime movers comprising electrical and internal combustion motors having energy storing means, e.g. battery, capacitor

Definitions

  • the present invention relates to a shovel having a power storage device configured by a plurality of power storage cells that charge electricity generated by a generator, and an equalization circuit connected to each of the plurality of power storage cells, and a method for controlling the shovel.
  • an equalization circuit as described in Patent Document 1 performs equalization for cells whose interelectrode voltage is equal to or higher than a predetermined value at a certain point in time. That is, cells having an interelectrode voltage equal to or higher than a predetermined value are forcibly discharged, and the interelectrode voltages of a plurality of cells are equalized so that the interelectrode voltage becomes a predetermined value.
  • An excavator includes a capacitor composed of a plurality of storage cells that charge electricity generated by a generator, and a balance switch and a circuit protection switch connected to each of the plurality of storage cells. And an equalization control unit for outputting a balance control signal for switching off / on of the balance switch, and a circuit protection signal for shutting off the circuit protection switch.
  • the excavator control method includes a power storage device including a plurality of power storage cells that charge electricity generated by a power generator, and a balance switch connected to each of the plurality of power storage cells.
  • an equalization circuit including a circuit protection switch, a step of outputting a balance control signal for switching between cutoff and conduction of the balance switch, and a circuit for cutting off the circuit protection switch Outputting a protection signal.
  • the above-described means provides an excavator and a shovel control method for preventing a cell corresponding to the equalization circuit from being overdischarged even when an abnormality occurs in the equalization circuit.
  • FIG. 1 is a side view of an excavator according to an embodiment.
  • the shovel shown in FIG. 1 is a hybrid excavator
  • the present invention is not limited to the hybrid excavator, and can be applied to any type of excavator as long as it has a capacitor as a power source for driving an electric load. be able to.
  • an upper swing body 3 is mounted on a lower traveling body 1 of a hybrid excavator via a swing mechanism 2.
  • the upper swing body 3 is provided with a boom 4, an arm 5 and a bucket 6, and a boom cylinder 7, an arm cylinder 8 and a bucket cylinder 9 for hydraulically driving them.
  • the upper swing body 3 is equipped with a cabin 10 and a power source.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the drive system of the hybrid excavator.
  • the mechanical power system is indicated by a double line
  • the high-pressure hydraulic line is indicated by a solid line
  • the pilot line is indicated by a broken line
  • the electric drive / control system is indicated by a one-dot chain line.
  • the engine 11 as the mechanical drive unit and the motor generator 12 as the assist drive unit are both connected to the input shaft of the transmission 13.
  • a main pump 14 and a pilot pump 15 are connected to the output shaft of the transmission 13.
  • a control valve 17 is connected to the main pump 14 via a high pressure hydraulic line 16.
  • the control valve 17 is a hydraulic control device that controls the hydraulic system. Connected to the control valve 17 are hydraulic motors 1A (for right) and 1B (for left), a boom cylinder 7, an arm cylinder 8, and a bucket cylinder 9 for the lower traveling body 1 via a high-pressure hydraulic line.
  • the motor generator 12 is connected to a power storage device 120 including a power storage capacitor or battery via an inverter 18.
  • the power storage device 120 includes a capacitor 19 such as a lithium ion capacitor (Lithium-Ion-Capacitor (LIC)) or an electric double-layer capacitor (Electric Double-Layer Capacitor (EDLC)) as a capacitor.
  • a turning electric motor 21 is connected to the power storage device 120 via an inverter 20.
  • the capacitor 19 is shown as an example of the capacitor.
  • a rechargeable secondary battery such as a lithium ion battery (Lithium Ion Battery (LIB)), or any other device capable of transmitting and receiving power.
  • a power source of the form may be used as a capacitor.
  • a resolver 22, a mechanical brake 23, and a turning speed reducer 24 are connected to the rotating shaft 21A of the turning electric motor 21.
  • An operation device 26 is connected to the pilot pump 15 through a pilot line 25.
  • the control device 17 and a pressure sensor 29 as a lever operation detection unit are connected to the operation device 26 via hydraulic lines 27 and 28, respectively.
  • the pressure sensor 29 is connected to a controller 30 that performs electric system drive control.
  • the inverter 18 is provided between the motor generator 12 and the power storage device 120 as described above, and controls the operation of the motor generator 12 based on a command from the controller 30. Thus, when the inverter 18 controls the power running of the motor generator 12, the necessary power is supplied from the power storage device 120 to the motor generator 12. In addition, when the regeneration of the motor generator 12 is being operated and controlled, the electric power generated by the motor generator 12 is stored in the capacitor 19 of the power storage device 120.
  • the power storage device 120 is disposed between the inverter 18 and the inverter 20. Thereby, when at least one of the motor generator 12 and the turning electric motor 21 is performing a power running operation, the power storage device 120 supplies electric power necessary for the power running operation. In addition, when at least one of them is performing a regenerative operation, the power storage device 120 accumulates regenerative power generated by the regenerative operation as electric energy.
  • the inverter 20 is provided between the turning electric motor 21 and the power storage device 120 as described above, and performs operation control on the turning electric motor 21 based on a command from the controller 30.
  • the inverter controls the power running of the turning electric motor 21, necessary electric power is supplied from the power storage device 120 to the turning electric motor 21.
  • the turning electric motor 21 is performing a regenerative operation, the electric power generated by the turning electric motor 21 is stored in the capacitor 19 of the power storage device 120.
  • the charge / discharge control of the capacitor 19 of the power storage device 120 is performed in the charged state of the capacitor 19, the operating state of the motor generator 12 (powering operation or regenerative operation), and the operating state of the turning motor 21 (powering operation or regenerative operation). Based on the controller 30.
  • the controller 30 is a control device that performs drive control of the shovel, and includes a drive control device 32, an electric turning control device 40, and a main control unit 60.
  • the controller 30 includes a processing unit including a CPU (Central Processing Unit) and an internal memory.
  • the drive control device 32, the electric turning control device 40, and the main control unit 60 are devices that are realized when the CPU of the controller 30 executes a drive control program stored in an internal memory.
  • the controller 30 also includes an arithmetic processing unit (not shown) that converts a signal input from the pressure sensor 29 into a speed command. Thereby, the operation amount of the lever 26A is converted into a speed command (rad / s) for rotating the turning electric motor 21. This speed command is input to the drive control device 32, the electric turning control device 40, and the main control unit 60.
  • the drive control device 32 is a control device for performing operation control of the motor generator 12 (switching between power running operation or regenerative operation) and charge / discharge control of the capacitor 19.
  • the drive control device 32 switches between the power running operation and the regenerative operation of the motor generator 12 according to the load state of the engine 11 and the charge state of the capacitor 19.
  • the drive control device 32 performs charge / discharge control of the capacitor 19 via the inverter 18 by switching between the power running operation and the regenerative operation of the motor generator 12.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of the power storage device 120.
  • Power storage device 120 includes a capacitor 19 as a power storage, a buck-boost converter 100, and a DC bus 110.
  • the DC bus 110 controls transmission and reception of electric power among the capacitor 19, the motor generator 12, and the turning electric motor 21.
  • the capacitor 19 is provided with a capacitor voltage detector 112 for detecting a capacitor voltage value and a capacitor current detector 113 for detecting a capacitor current value.
  • the capacitor voltage value and the capacitor current value detected by the capacitor voltage detection unit 112 and the capacitor current detection unit 113 are supplied to the controller 30.
  • the step-up / step-down converter 100 performs control to switch between the step-up operation and the step-down operation so that the DC bus voltage value falls within a certain range according to the operating state of the motor generator 12 and the turning electric motor 21.
  • the DC bus 110 is disposed between the inverters 18 and 20 and the step-up / down converter 100, and transfers power between the capacitor 19, the motor generator 12, and the turning electric motor 21.
  • Switching control between the step-up / step-down operation of the buck-boost converter 100 is performed by the DC bus voltage value detected by the DC bus voltage detection unit 111, the capacitor voltage value detected by the capacitor voltage detection unit 112, and the capacitor current detection unit 113. This is performed based on the detected capacitor current value.
  • the electric power generated by the motor generator 12 as an assist motor is supplied to the DC bus 110 of the power storage device 120 via the inverter 18 and supplied to the capacitor 19 via the step-up / down converter 100.
  • the regenerative power generated by the regenerative operation of the turning electric motor 21 is supplied to the DC bus 110 of the power storage system 120 via the inverter 20 and supplied to the capacitor 19 via the step-up / down converter 100.
  • the buck-boost converter 100 includes a reactor 101, a boosting IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 102A, a step-down IGBT 102B, a power connection terminal 104 for connecting the capacitor 19, an output terminal 106 for connecting the inverter 105, and a pair And a smoothing capacitor 107 inserted in parallel with the output terminal 106.
  • the output terminal 106 of the buck-boost converter 100 and the inverters 18 and 20 are connected by a DC bus 110.
  • reactor 101 One end of the reactor 101 is connected to an intermediate point between the step-up IGBT 102A and the step-down IGBT 102B, and the other end is connected to the power connection terminal 104.
  • Reactor 101 is provided in order to supply induced electromotive force generated when boosting IGBT 102 ⁇ / b> A is turned on / off to DC bus 110.
  • the step-up IGBT 102A and the step-down IGBT 102B are semiconductor elements (switching elements) that are composed of bipolar transistors in which MOSFETs (Metal Oxide Semiconductors Field Effect Transistors) are incorporated in a gate portion and can perform high-power high-speed switching.
  • the step-up IGBT 102A and the step-down IGBT 102B are driven by the controller 30 by applying a PWM voltage to the gate terminal.
  • Diodes 102a and 102b, which are rectifier elements, are connected in parallel to the step-up IGBT 102A and the step-down IGBT 102B.
  • Capacitor 19 may be a chargeable / dischargeable capacitor so that power can be exchanged with DC bus 110 via buck-boost converter 100.
  • the power connection terminal 104 may be a terminal to which the capacitor 19 can be connected, and the output terminal 106 may be a terminal to which the inverters 18 and 20 can be connected.
  • a capacitor voltage detection unit 112 that detects a capacitor voltage is connected between the pair of power supply connection terminals 104.
  • a DC bus voltage detector 111 that detects a DC bus voltage is connected between the pair of output terminals 106.
  • the capacitor voltage detector 112 detects the voltage value Vcap of the capacitor 19.
  • the DC bus voltage detection unit 111 detects the voltage value Vdc of the DC bus 110.
  • the smoothing capacitor 107 is a power storage element for smoothing the DC bus voltage, and is inserted between the positive terminal and the negative terminal of the output terminal 106. The smoothing capacitor 107 maintains the voltage of the DC bus 110 at a predetermined voltage.
  • the capacitor current detection unit 113 is a detection unit that detects a value of a current flowing between the capacitor 19 and the buck-boost converter 100 on the positive electrode terminal (P terminal) side of the capacitor 19 and includes a resistor for current detection. For example, the capacitor current detection unit 113 detects the current value I1 flowing through the positive terminal of the capacitor 19.
  • the capacitor current detection unit 116 is detection means for detecting the value of the current flowing between the capacitor 19 and the buck-boost converter 100 on the negative electrode terminal (N terminal) side of the capacitor, and includes a current detection resistor. . For example, the capacitor current detection unit 116 detects the current value I2 flowing through the negative terminal of the capacitor 19.
  • the buck-boost converter 100 when boosting the DC bus 110, a PWM voltage is applied to the gate terminal of the boosting IGBT 102A. Then, the induced electromotive force generated in the reactor 101 when the step-up IGBT 102A is turned on / off is supplied to the DC bus 110 via the diode 102b connected in parallel to the step-down IGBT 102B. Thereby, the DC bus 110 is boosted.
  • relays 130-1 and 130-2 are connected to the power supply line 114 that connects the positive terminal of the capacitor 19 to the power supply connection terminal 104 of the buck-boost converter 100 as a breaker that can cut off the power supply line 114.
  • Relay 130-1 is arranged between connection point 115 of capacitor voltage detection unit 112 to power supply line 114 and the positive terminal of capacitor 19. The relay 130-1 is operated by a signal from the controller 30, and the capacitor 19 can be disconnected from the buck-boost converter 100 by cutting off the power supply line 114 from the capacitor 19.
  • a relay 130-2 is provided as a circuit breaker capable of interrupting the power line 117 in the power line 117 that connects the negative terminal of the capacitor 19 to the power connection terminal 104 of the buck-boost converter 100.
  • the relay 130-2 is arranged between the connection point 118 of the capacitor voltage detection unit 112 to the power supply line 117 and the negative terminal of the capacitor 19.
  • the relay 130-2 is activated by a signal from the controller 30, and the capacitor 19 can be disconnected from the step-up / down converter 100 by cutting off the power supply line 117 from the capacitor 19.
  • the relay 130-1 and the relay 130-2 may be used as a single relay, and the power supply line 114 on the positive terminal side and the power supply line 117 on the negative terminal side may be simultaneously cut off to disconnect the capacitor 19.
  • a drive unit that generates a PWM signal for driving the boosting IGBT 102A and the step-down IGBT 102B exists between the controller 30 and the step-up IGBT 102A and the step-down IGBT 102B, but is omitted in FIG.
  • Such a driving unit can be realized by either an electronic circuit or an arithmetic processing unit.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the capacitor 19.
  • the capacitor 19 as a storage device actually has n capacitor cells (hereinafter referred to as storage cells or simply cells) 19-1 to 19-n as a plurality of storage units ( n is an integer of 2 or more) and the power storage management unit 140.
  • the electric drive system is indicated by a solid line
  • the control system is indicated by a broken line.
  • the power storage management unit 140 is a device that manages the power storage of the capacitor 19, and mainly includes an equalization circuit unit 141, an equalization control unit 142, and a voltage conversion unit 143.
  • the power storage management unit 140 has a capacitance measuring function for measuring the capacitance of each cell, an equalizing function for equalizing the capacitance of each cell, and a circuit protection function for preventing overdischarge of each cell.
  • a capacitance measuring function for measuring the capacitance of each cell
  • an equalizing function for equalizing the capacitance of each cell
  • a circuit protection function for preventing overdischarge of each cell.
  • all of the n cells 19-1 to 19-n are connected in series, and one power storage management unit 140 is provided for all the cells.
  • cells connected in series may be one group, a plurality of groups may be connected in series or in parallel, and one power storage management unit may be provided for each group.
  • an upper power storage management unit that controls a plurality of power storage management units may be provided.
  • all the cells 19-1 to 19-n may be collectively referred to as a cell 19-n, and the nth cell may be referred to as a cell 19-n.
  • the equalization circuit unit 141 is an electric circuit that realizes a capacitance measurement function, an equalization function, and a circuit protection function.
  • the equalization circuit unit 141 is directly controlled by the equalization control unit 142 to execute the capacitance measurement function and the equalization function, and is indirectly controlled via the voltage conversion unit 143.
  • Perform circuit protection functions. Indirect control via the voltage conversion unit 143 is effective for enhancing the independence of the circuit protection function. For example, even if a problem occurs in a part of the equalization control unit 142 and the equalization function malfunctions, it is effective for reliably operating the circuit protection function.
  • each of the equalization circuit units 141-n is connected to both ends of the corresponding one cell 19-n.
  • two electrodes of a specific cell 19-m are connected to an equalization circuit unit 141-m.
  • the equalizing circuit unit 141-m includes a balance switch 146-m, a circuit protection switch 147-m, and a discharge resistor 148-m.
  • the equalizing circuit unit 141-m includes a balancing switch 146-m, a circuit protection switch 147-m, and a discharge resistor 148-m in series between the two electrodes of the cell 19-m. Connect in parallel to 19-m.
  • the balance switch 146-m, the circuit protection switch 147-m, and the discharge resistor 148-m may be connected in any order as long as they are connected in series.
  • the equalizing circuit unit 141-m includes a voltage measuring unit 149-m that measures the inter-electrode voltage of the cell 19-m.
  • the balance switch 146-n is a switch that controls the discharge of the cell 19-n for equalization.
  • the balance switch 146-n discharges the cell 19-n when it is in the ON (conducting) state and when it is in the OFF (cut-off) state. The discharge of the cell 19-n is stopped.
  • the balance switch 146-n is configured by an FET (field effect transistor), and is switched between an ON (conduction) state and an OFF (cut-off) state according to a balance control signal from the equalization control unit 142. .
  • the circuit protection switch 147-n is a switch (shutoff unit) for preventing overdischarge of the cell 19-n, and enables discharge of the cell 19-n when it is in the ON (conduction) state. ), The discharge of the cell 19-n is prohibited.
  • the circuit protection switch 147-n is composed of an FET (field effect transistor), and is turned on (conductive) by the voltage conversion unit 143 according to the voltage applied to the gate of the circuit protection switch 147-n. ) State and OFF (shut off) state are switched.
  • the equalization control unit 142 is a device that controls the capacitance measurement function, the equalization function, and the circuit protection function.
  • the equalization control unit 142 controls the equalization circuit unit 141 and the voltage conversion unit 143. Specifically, the equalization control unit 142 outputs a voltage detection command to the equalization circuit unit 141-n, and acquires a voltage detection value from the equalization circuit unit 141-n.
  • the equalization control unit 142 outputs a balance control signal to the balance switch 146-n, and switches the balance switch 146-n between the ON (conductive) state and the OFF (cut-off) state.
  • the equalization control unit 142 outputs an operation signal or a circuit protection signal to the voltage conversion unit 143, and controls the voltage that the voltage conversion unit 143 applies to the gate of the circuit protection switch 147-n.
  • the equalization control unit 142 operates with a voltage derived from the capacitor 19.
  • the equalization control unit 142 may operate with a voltage derived from an external battery such as a 24V battery.
  • the voltage converter 143 is a device that controls the circuit protection function.
  • the voltage converter 143 controls the voltage applied to the gate of the circuit protection switch 147-n. Specifically, when the voltage conversion unit 143 receives the operation signal from the equalization control unit 142, the voltage conversion unit 143 changes the power supply voltage of the power supply 150 to a voltage that turns on the circuit protection switch 147-n (hereinafter, “ ON voltage ”).
  • ON voltage a voltage that turns on the circuit protection switch 147-n
  • the circuit protection switch 147-n in which the ON voltage is applied to the gate is turned on (conductive).
  • the voltage conversion unit 143 when the voltage conversion unit 143 receives the circuit protection signal from the equalization control unit 142, the voltage conversion unit 143 changes the power supply voltage of the power supply 150 to a voltage for turning off the circuit protection switch 147-n (hereinafter referred to as “OFF voltage”). ”).
  • the circuit protection switch 147-n to which the OFF voltage is applied to the gate is in the OFF (cut-off) state.
  • the power supply voltage of the power supply 150 may be a voltage derived from the capacitor 19 or a voltage derived from an external battery such as a 24V battery.
  • the voltage conversion unit 143 converts the power supply voltage of the power supply 150 into an ON voltage and applies it to the gate of the circuit protection switch 147-n, regardless of whether an operation signal is received or not. Also good.
  • the power storage management unit 140 configured as described above can individually measure the capacitance of each cell 19-n by the capacitance measurement function.
  • the equalization control unit 142 calculates a capacitance based on the voltage of each cell 19-n measured by the voltage measurement unit 149-n (see FIG. Not shown.)
  • the voltage measuring unit 149-n detects the interelectrode voltage of each cell 19-n (hereinafter, the interelectrode voltage is referred to as cell voltage Vn), and the detected voltage of each cell 19-n is detected.
  • the cell voltage Vn is sent to the capacitance calculation unit.
  • the capacitance calculation unit calculates the capacitance Cn of each cell 19-n based on the value of the cell voltage Vn of each cell 19-n sent from the voltage measurement unit 149-n.
  • the capacitance Cn is calculated as follows.
  • the cell voltage Vn0 of the cell 19-n targeted for capacitance calculation at the time when the calculation of the capacitance Cn is started is detected.
  • a balance control signal is sent to the gate of the balance FET 146-n as a balance switch and the balance FET 146-n is closed (ON (conductive) state), whereby the cell 19-n is short-circuited and discharged.
  • the discharge resistor 148-n is provided in the short circuit, the discharge current of the cell 19-n is a minute current. Therefore, the cell voltage Vn of the cell 19-n due to the discharge gradually decreases rather than suddenly.
  • the cell voltage Vn1 at that time is detected.
  • the capacitance Cn of the cell 19-n can be calculated by the following equation (1).
  • the capacitance decreases and the internal resistance increases. If the capacitance and internal resistance vary between cells, the cell voltage tends to vary. Therefore, although the same current is applied, the voltage between the cells is increased or decreased. As a result, the deteriorated cell is further deteriorated. For this reason, it is desirable to positively equalize the voltage of each cell in accordance with variation in cell deterioration.
  • the power storage management unit 140 determines the degree of deterioration of each cell 19-n based on the calculated current capacitance Cn of each cell 19-n by the equalization function. Then, the power storage management unit 140 performs the equalization of the cell voltage by causing the function of the equalization circuit to act only on the necessary cells in accordance with the degree of deterioration and causing the discharge.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the flow of circuit protection processing.
  • FIG. 6 is a diagram showing the transition of the cell voltage when the circuit protection process is executed. The transition of the cell voltage related to the balance FET 146-1 in the abnormal state is shown by a solid line, and the balance voltage in the normal state The cell voltage transitions of the FET 146-2 and the balancing FET 146-3 are indicated by a one-dot chain line and a two-dot chain line, respectively.
  • the circuit protection process is executed in a state where there is no input / output of current to the capacitor 19, that is, in a state where no charge / discharge current flows through each cell 19-n of the capacitor 19.
  • the circuit protection process may be executed during operation of the excavator as long as no current is input to or output from the capacitor 19.
  • the power storage management unit 140 detects a charge / discharge stop state where there is no current flowing between the capacitor 19 and the buck-boost converter 100, or actively creates a charge / discharge stop state. Then, the presence / absence of an abnormality in the equalizing circuit unit 141-n is determined.
  • the power storage management unit 140 blocks between the two electrodes of the corresponding cell 19-n, and Prevent overdischarge.
  • step S1 of FIG. 5 a balance control signal is sent to the gates of the balancing FETs 146-n of all the cells 19-n to turn off the balancing FET 146-n (see time t0 in FIG. 6). ).
  • step S2 the cell voltages of all the cells 19-n are checked (see time t1 in FIG. 6). Subsequently, in step S3, it is determined whether or not the cell voltage check is the first check in the current circuit protection process. If the cell voltage check is a second or later check, the process proceeds to step S5. This is to prevent the cell voltage recorded at the start of the circuit protection process from being overwritten.
  • step S3 If it is determined in step S3 that the cell voltage detection is the first check in the current circuit protection process, the process proceeds to step S4. In step S4, the cell voltages of all the cells 19-n are recorded as the cell voltage Vna-n.
  • step S5 it is determined whether or not an elapsed time ⁇ Td from when the balancing FET 146-n is turned off (cut off) is equal to or longer than a predetermined time Td1. If it is determined that the elapsed time ⁇ Td is less than the predetermined time Td1, the process returns to step S2, assuming that the failure such as a short circuit or ON fixing of the balancing FET 146-n is not detected, and the process returns to step S2 and subsequent steps. The above process is executed again.
  • step S6 the cell voltages of all the cells 19-n are recorded as the cell voltage Vnb-n (see time t2 in FIG. 6). Specifically, the cell voltages of all the cells 19-n checked in the latest step S2 are recorded as the cell voltage Vnb-n.
  • step S7 the equalization control unit 142 as the equalization circuit abnormality determination unit determines whether the equalization circuit unit 141-n is abnormal. Specifically, whether or not the difference Vdif-n between the cell voltage Vna-n at the start of the circuit protection process and the cell voltage Vnb-n when the predetermined time Td1 has elapsed after the circuit protection process has started is equal to or greater than the predetermined voltage Va. Is determined. If it is determined that the difference Vdif-n between the cell voltage Vna-n and the cell voltage Vnb-n is not greater than or equal to the predetermined voltage Va, that is, less than the predetermined voltage Va, the balancing FET 146-n is short-circuited or fixed ON, etc.
  • the current circuit protection processing is terminated.
  • the transition of the cell voltage related to the balance FET 146-2 and the balance FET 146-3 in the normal state shown by the one-dot chain line and the two-dot chain line in FIG. 6 corresponds to this case.
  • the difference Vdif-2 between the cell voltage Vna-2 and the cell voltage Vnb-2 related to the balancing FET 146-2 and the difference Vdif ⁇ between the cell voltage Vna-3 and the cell voltage Vnb-3 related to the balancing FET 146-3. 3 is smaller than the predetermined voltage Va and is almost zero.
  • step S8 when it is determined that the difference Vdif-n between the cell voltage Vna-n and the cell voltage Vnb-n is greater than or equal to the predetermined voltage Va, a failure such as a short circuit or ON fixing of the balancing FET 146-n has occurred, that is, If the equalization circuit unit 141-n is abnormal, the process proceeds to step S8. This is because it can be determined that the cell 19-n has been discharged because the cell voltage has dropped despite the balance FET 146-n being in the OFF (cut-off) state. The transition of the cell voltage related to the balancing FET 146-1 in the abnormal state, which is indicated by the solid line in FIG. 6, corresponds to this case. Note that the difference Vdif-1 between the cell voltage Vna-1 and the cell voltage Vnb-1 related to the balancing FET 146-1 is larger than the predetermined voltage Va.
  • step S8 a circuit protection signal is output to the voltage converter 143.
  • the voltage converter 143 applies an OFF voltage to the gate of the circuit protection switch 147-n corresponding to the balancing FET 146-n that has caused a failure such as a short circuit or ON fixation.
  • the circuit protection switch 147-n corresponding to the balancing FET 146-n that has caused a failure such as a short circuit or ON fixing is in an OFF (shut off) state, and the balancing switch that has caused the failure such as a short circuit or ON fixing. Discharging the cell 19-n corresponding to the FET 146-n is prohibited (see time t3 in FIG. 6).
  • the transition of the cell voltage related to the balancing FET 146-1 in the abnormal state corresponds to this case.
  • the cell voltage related to the balancing FET 146-1 stops decreasing as a result of the discharge of the cell 19-1 being prohibited at time t3.
  • the power storage management unit 140 sets the circuit protection switch 147-n corresponding to the balancing FET 146-n that has caused a failure such as a short circuit or ON fixing to the OFF (cut-off) state, and the corresponding cell 19- n overdischarge can be prevented.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of the capacitor 19 and corresponds to FIG. Therefore, the same reference numerals are assigned to common components, and the description thereof is omitted.
  • the power storage management unit 140A is different from the power storage management unit 140 of FIG. 4 in that the voltage conversion unit is omitted. Specifically, the equalization control unit 142 of the power storage management unit 140A does not indirectly switch the circuit protection switch 147-n between the ON (conduction) state and the OFF (cutoff) state via the voltage conversion unit. Instead, the state of the circuit protection switch 147-n is switched directly.
  • the equalization control unit 142 determines that a failure such as a short circuit or ON fixing of the balance switch 146-n has occurred as determined in the circuit protection process described above, the failure is generated.
  • a circuit protection signal is output to the circuit protection switch 147-n corresponding to the balance switch 146-n.
  • the equalization control unit 142 sends a circuit protection signal to the gate of the circuit protection FET 147-n serving as a circuit protection switch to turn off the circuit protection FET 147-n.
  • the equalizing circuit unit 141-n when the equalizing circuit unit 141-n is in an operating state, an ON voltage is applied to the gate of the circuit protection FET 147-n, and the circuit protection FET 147-n is in an ON (conductive) state.
  • the circuit protection FET 147-n may be operated by the same power source as the balance FET 146-n as a balance switch, or may be operated by a power source different from the balance FET 146-n.
  • the circuit protection FET 147-n may operate with a voltage derived from the capacitor 19, or may operate with a voltage derived from an external battery such as a 24V battery.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Abstract

　本発明の実施例に係るショベルは、発電機が発電した電気を充電するセル（１９－ｎ）で構成されるキャパシタ（１９）と、セル（１９－ｎ）のそれぞれに接続される、バランス用スイッチ（１４６－ｎ）及び回路保護用スイッチ（１４７－ｎ）を含む均等化回路（１４１－ｎ）と、バランス用スイッチ（１４６－ｎ）の遮断・導通を切り換えるバランス制御信号、及び、回路保護用スイッチ（１４７－ｎ）を遮断する回路保護信号を出力する均等化制御部（１４２）とを有する。

Description

ショベル及びショベルの制御方法
　本発明は、発電機が発電した電気を充電する複数の蓄電セルで構成される蓄電器と、複数の蓄電セルのそれぞれに接続される均等化回路とを有するショベル、及び、ショベルの制御方法に関する。
　従来、直列接続された複数個の電気二重層コンデンサ（セル）と、セル毎に設けられたバランス回路（均等化回路）とを有するキャパシタが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１０－２１３４１７号公報
　多数のセルを有するキャパシタにおいて、セルが劣化するとセル毎の静電容量にバラツキが生じる。セル毎の静電容量にバラツキが生じているままキャパシタの充放電を繰り返していると、劣化の度合いが大きいセルに対する負荷がさらに増大する。そのため、バラツキはさらに大きくなり、劣化の度合いが大きいセルの静電容量はさらに減少する。その結果、複数のセルの静電容量の総和であるキャパシタ全体の静電容量（すなわち、蓄電量）が減少し、内部抵抗が増大するといった問題が発生する。
　これに対し、特許文献１に記載されるような均等化回路は、ある時点において電極間電圧が所定値以上のセルに対して均等化を行う。すなわち、所定値以上の電極間電圧を有するセルを強制的に放電させ、その電極間電圧が所定値となるようにして複数のセルの電極間電圧を均等化する。
　しかしながら、均等化回路が短絡した場合、その均等化回路に対応するセルが過放電状態となり、キャパシタに悪影響を及ぼすおそれがある。
　そのため、均等化回路に異常が生じた場合にもその均等化回路に対応するセルが過放電状態となるのを防止することが望まれる。
　本発明の実施例に係るショベルは、発電機が発電した電気を充電する複数の蓄電セルで構成される蓄電器と、前記複数の蓄電セルのそれぞれに接続される、バランス用スイッチ及び回路保護用スイッチを含む均等化回路と、前記バランス用スイッチの遮断・導通を切り換えるバランス制御信号、及び、前記回路保護用スイッチを遮断する回路保護信号を出力する均等化制御部と、を有する。
　また、本発明の実施例に係るショベルの制御方法は、発電機が発電した電気を充電する複数の蓄電セルで構成される蓄電器と、前記複数の蓄電セルのそれぞれに接続される、バランス用スイッチ及び回路保護用スイッチを含む均等化回路と、を有するショベルの制御方法であって、前記バランス用スイッチの遮断・導通を切り換えるバランス制御信号を出力するステップと、前記回路保護用スイッチを遮断する回路保護信号を出力するステップと、を有する。
　上述の手段により、均等化回路に異常が生じた場合にもその均等化回路に対応するセルが過放電状態となるのを防止するショベル及びショベルの制御方法が提供される。
ハイブリッド型ショベルの側面図である。 一実施形態によるハイブリッド型ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。 蓄電装置の回路図である。 キャパシタの構成を示す概略図である。 回路保護処理の流れを示すフローチャートである。 セル電圧の推移を示す図である。 キャパシタの構成を示す概略図である。
　図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。
　図１は、一実施形態によるショベルの側面図である。図１に示すショベルはハイブリッド型ショベルであるが、本発明はハイブリッド型ショベルに限られず、電気負荷の駆動用電源として蓄電器を備えているものであれば、どのような型のショベルにも適用することができる。
　図１に示すように、ハイブリッド型ショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３には、ブーム４、アーム５、及びバケット６と、これらを油圧駆動するためのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９が設けられる。また、上部旋回体３には、キャビン１０及び動力源が搭載される。
　図２は、ハイブリッド型ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図２では、機械的動力系を二重線、高圧油圧ラインを実線、パイロットラインを破線、電気駆動・制御系を一点鎖線でそれぞれ示す。
　機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、ともに変速機１３の入力軸に接続されている。また、変速機１３の出力軸には、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。
　コントロールバルブ１７は、油圧系の制御を行う油圧制御装置である。コントロールバルブ１７には、下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９が高圧油圧ラインを介して接続される。
　電動発電機１２には、インバータ１８を介して、蓄電用のキャパシタ又はバッテリを含む蓄電装置１２０が接続されている。本実施形態では蓄電装置１２０は蓄電器としてリチウムイオンキャパシタ（Lithium Ion Capacitor（LIC））、電気二重層キャパシタ（Electric Double Layer Capacitor（EDLC））等のキャパシタ１９を含む。蓄電装置１２０には、インバータ２０を介して旋回用電動機２１が接続されている。また、上述では蓄電器としてキャパシタ１９を例として示したが、キャパシタ１９の代わりに、リチウムイオン電池（Lithium Ion Battery（LIB））等の充電可能な二次電池、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源を蓄電器として用いてもよい。
　旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回減速機２４が接続される。また、パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続される。
　操作装置２６には、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及びレバー操作検出部としての圧力センサ２９がそれぞれ接続される。この圧力センサ２９には、電気系の駆動制御を行うコントローラ３０が接続されている。
　インバータ１８は、上述の如く電動発電機１２と蓄電装置１２０との間に設けられ、コントローラ３０からの指令に基づき、電動発電機１２の運転制御を行う。これにより、インバータ１８が電動発電機１２の力行を運転制御している際には、必要な電力を蓄電装置１２０から電動発電機１２に供給する。また、電動発電機１２の回生を運転制御している際には、電動発電機１２により発電された電力を蓄電装置１２０のキャパシタ１９に蓄電する。
　蓄電装置１２０は、インバータ１８とインバータ２０との間に配設されている。これにより、電動発電機１２と旋回用電動機２１の少なくともどちらか一方が力行運転を行っている際には、蓄電装置１２０は、力行運転に必要な電力を供給する。また、少なくともどちらか一方が回生運転を行っている際には、蓄電装置１２０は回生運転によって発生した回生電力を電気エネルギとして蓄積する。
　インバータ２０は、上述の如く旋回用電動機２１と蓄電装置１２０との間に設けられ、コントローラ３０からの指令に基づき、旋回用電動機２１に対して運転制御を行う。これにより、インバータが旋回用電動機２１の力行を運転制御している際には、必要な電力を蓄電装置１２０から旋回用電動機２１に供給する。また、旋回用電動機２１が回生運転をしている際には、旋回用電動機２１により発電された電力を蓄電装置１２０のキャパシタ１９に蓄電する。
　なお、蓄電装置１２０のキャパシタ１９の充放電制御は、キャパシタ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（力行運転又は回生運転）、旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づき、コントローラ３０によって行われる。
　コントローラ３０は、ショベルの駆動制御を行う制御装置であり、駆動制御装置３２、電動旋回制御装置４０、及び主制御部６０を含む。コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及び内部メモリを含む演算処理装置で構成される。駆動制御装置３２、電動旋回制御装置４０及び主制御部６０は、コントローラ３０のＣＰＵが内部メモリに格納される駆動制御用のプログラムを実行することにより、実現される装置である。
　また、コントローラ３０は、圧力センサ２９から入力される信号を速度指令に変換する演算処理部（図示せず。）を備える。これにより、レバー２６Ａの操作量は、旋回用電動機２１を回転駆動させるための速度指令（rad/s）に変換される。この速度指令は、駆動制御装置３２、電動旋回制御装置４０及び主制御部６０に入力される。
　駆動制御装置３２は、電動発電機１２の運転制御（力行運転又は回生運転の切り替え）、及び、キャパシタ１９の充放電制御を行うための制御装置である。駆動制御装置３２は、エンジン１１の負荷の状態とキャパシタ１９の充電状態に応じて、電動発電機１２の力行運転と回生運転を切り替える。駆動制御装置３２は、電動発電機１２の力行運転と回生運転を切り替えることにより、インバータ１８を介してキャパシタ１９の充放電制御を行う。
　図３は、蓄電装置１２０の回路図である。蓄電装置１２０は、蓄電器としてのキャパシタ１９と、昇降圧コンバータ１００とＤＣバス１１０とを含む。ＤＣバス１１０は、キャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を制御する。キャパシタ１９には、キャパシタ電圧値を検出するためのキャパシタ電圧検出部１１２と、キャパシタ電流値を検出するためのキャパシタ電流検出部１１３が設けられている。キャパシタ電圧検出部１１２とキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電圧値とキャパシタ電流値は、コントローラ３０に供給される。
　昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２及び旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値が一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える制御を行う。ＤＣバス１１０は、インバータ１８及び２０と昇降圧コンバータ１００との間に配設されており、キャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を行う。
　昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、キャパシタ電圧検出部１１２によって検出されるキャパシタ電圧値、及びキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電流値に基づいて行われる。
　以上のような構成において、アシストモータである電動発電機１２が発電した電力は、インバータ１８を介して蓄電装置１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。旋回用電動機２１が回生運転して生成した回生電力は、インバータ２０を介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。
　昇降圧コンバータ１００は、リアクトル１０１、昇圧用ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１０２Ａ、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂ、キャパシタ１９を接続するための電源接続端子１０４、インバータ１０５を接続するための出力端子１０６、及び、一対の出力端子１０６に並列に挿入される平滑用のコンデンサ１０７を備える。昇降圧コンバータ１００の出力端子１０６とインバータ１８、２０との間は、ＤＣバス１１０によって接続される。
　リアクトル１０１の一端は昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂの中間点に接続され、他端は電源接続端子１０４に接続される。リアクトル１０１は、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴って生じる誘導起電力をＤＣバス１１０に供給するために設けられている。
　昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）をゲート部に組み込んだバイポーラトランジスタで構成され、大電力の高速スイッチングが可能な半導体素子（スイッチング素子）である。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、コントローラ３０により、ゲート端子にＰＷＭ電圧が印加されることによって駆動される。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂには、整流素子であるダイオード１０２ａ及び１０２ｂが並列接続される。
　キャパシタ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してＤＣバス１１０との間で電力の授受が行えるように、充放電可能な蓄電器であればよい。
　電源接続端子１０４は、キャパシタ１９が接続可能な端子であればよく、出力端子１０６は、インバータ１８、２０が接続可能な端子であればよい。一対の電源接続端子１０４の間には、キャパシタ電圧を検出するキャパシタ電圧検出部１１２が接続される。一対の出力端子１０６の間には、ＤＣバス電圧を検出するＤＣバス電圧検出部１１１が接続される。
　キャパシタ電圧検出部１１２は、キャパシタ１９の電圧値Ｖｃａｐを検出する。ＤＣバス電圧検出部１１１は、ＤＣバス１１０の電圧値Ｖｄｃを検出する。平滑用のコンデンサ１０７は、ＤＣバス電圧を平滑化するための蓄電素子であり、出力端子１０６の正極端子と負極端子との間に挿入される。この平滑用のコンデンサ１０７によって、ＤＣバス１１０の電圧は予め定められた電圧に維持されている。
　キャパシタ電流検出部１１３は、キャパシタ１９の正極端子（Ｐ端子）側においてキャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００との間に流れる電流の値を検出する検出手段であり、電流検出用の抵抗器を含む。例えば、キャパシタ電流検出部１１３は、キャパシタ１９の正極端子に流れる電流値Ｉ１を検出する。一方、キャパシタ電流検出部１１６は、キャパシタの負極端子（Ｎ端子）側においてキャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００との間に流れる電流の値を検出する検出手段であり、電流検出用の抵抗器を含む。例えば、キャパシタ電流検出部１１６は、キャパシタ１９の負極端子に流れる電流値Ｉ２を検出する。
　昇降圧コンバータ１００において、ＤＣバス１１０を昇圧する際には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのゲート端子にＰＷＭ電圧が印加される。そして、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂに並列に接続されたダイオード１０２ｂを介して、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴ってリアクトル１０１に発生する誘導起電力がＤＣバス１１０に供給される。これにより、ＤＣバス１１０が昇圧される。
　ＤＣバス１１０を降圧する際には、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂのゲート端子にＰＷＭ電圧が印加される。そして、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂ、インバータ１８、２０を介して供給される回生電力がＤＣバス１１０からキャパシタ１９に供給される。これにより、ＤＣバス１１０に蓄積された電力がキャパシタ１９に充電され、ＤＣバス１１０が降圧される。
　本実施形態では、キャパシタ１９の正極端子を昇降圧コンバータ１００の電源接続端子１０４に接続する電源ライン１１４に、当該電源ライン１１４を遮断することのできる遮断器としてリレー１３０－１、１３０－２が設けられる。リレー１３０－１は、電源ライン１１４へのキャパシタ電圧検出部１１２の接続点１１５とキャパシタ１９の正極端子との間に配置されている。リレー１３０－１はコントローラ３０からの信号により作動し、キャパシタ１９からの電源ライン１１４を遮断することで、キャパシタ１９を昇降圧コンバータ１００から切り離すことができる。
　また、キャパシタ１９の負極端子を昇降圧コンバータ１００の電源接続端子１０４に接続する電源ライン１１７に、当該電源ライン１１７を遮断することのできる遮断器としてリレー１３０－２が設けられる。リレー１３０－２は、電源ライン１１７へのキャパシタ電圧検出部１１２の接続点１１８とキャパシタ１９の負極端子との間に配置されている。リレー１３０－２はコントローラ３０からの信号により作動し、キャパシタ１９からの電源ライン１１７を遮断することで、キャパシタ１９を昇降圧コンバータ１００から切り離すことができる。なお、リレー１３０－１とリレー１３０－２を一つのリレーとして正極端子側の電源ライン１１４と負極端子側の電源ライン１１７の両方を同時に遮断してキャパシタ１９を切り離すこととしてもよい。
　なお、実際には、コントローラ３０と昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂとの間には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂを駆動するＰＷＭ信号を生成する駆動部が存在するが、図３では省略する。このような駆動部は、電子回路又は演算処理装置のいずれでも実現することができる。
　図４は、キャパシタ１９の構成を示す概略図である。図４に示すように、蓄電器としてのキャパシタ１９は、実際には、複数の蓄電部としてのｎ個のキャパシタセル（以下、蓄電セル、あるいは単にセルと称する。）１９－１～１９－ｎ（ｎは２以上の整数）と蓄電管理部１４０とを含む。なお、図４では、電気駆動系を実線、制御系を破線でそれぞれ示す。
　蓄電管理部１４０は、キャパシタ１９の蓄電を管理する装置であり、主に、均等化回路部１４１、均等化制御部１４２、及び電圧変換部１４３を含む。
　また、蓄電管理部１４０は、各セルの静電容量を測定する静電容量測定機能と各セルの静電容量を均一化する均等化機能と各セルの過放電を防止する回路保護機能とを有する。また、本実施形態では、説明の便宜上ｎ個のセル１９－１～１９－ｎの全ては直列に接続され、全てのセルに対して一つの蓄電管理部１４０が設けられている。しかしながら、直列に接続されたセルを一つのグループとし、複数のグループが直列又は並列に接続され、グループ毎に一つの蓄電管理部が設けられてもよい。また、複数の蓄電管理部を制御する上位の蓄電管理部が設けられてもよい。
　なお、以下では、便宜上、全てのセル１９－１～１９－ｎをまとめてセル１９－ｎと称することもあり、ｎ番目のセルをセル１９－ｎと称することもある。均等化回路部１４１、並びに、均等化回路部１４１の構成要素である後述のバランス用スイッチ１４６、回路保護用スイッチ１４７、放電抵抗１４８、及び電圧測定部１４９等についても同様である。
　均等化回路部１４１は、静電容量測定機能、均等化機能、及び回路保護機能を実現する電気回路である。本実施例では、均等化回路部１４１は、均等化制御部１４２によって直接的に制御されて静電容量測定機能及び均等化機能を実行し、電圧変換部１４３を介して間接的に制御されて回路保護機能を実行する。電圧変換部１４３を介した間接的な制御は、回路保護機能の独立性を高めるのに有効である。例えば、均等化制御部１４２の一部に問題が生じ、均等化機能が誤動作した場合であっても、回路保護機能を確実に動作させるのに有効である。
　具体的には、均等化回路部１４１－ｎのそれぞれは、対応する１つのセル１９－ｎの両端に接続されている。例えば、図４に示すように、特定のセル１９－ｍ（ｍは１以上ｎ以下の整数）の２つの電極は均等化回路部１４１－ｍに接続されている。また、均等化回路部１４１－ｍは、バランス用スイッチ１４６－ｍ、回路保護用スイッチ１４７－ｍ、及び放電抵抗１４８－ｍを有する。また、均等化回路部１４１－ｍは、セル１９－ｍの２つの電極の間でバランス用スイッチ１４６－ｍ、回路保護用スイッチ１４７－ｍ、及び放電抵抗１４８－ｍを直列に、且つ、セル１９－ｍに対して並列に接続する。なお、バランス用スイッチ１４６－ｍ、回路保護用スイッチ１４７－ｍ、及び放電抵抗１４８－ｍは、直列接続であればどのような順番で接続されてもよい。また、均等化回路部１４１－ｍは、セル１９－ｍの電極間電圧を測定する電圧測定部１４９－ｍを含む。
　バランス用スイッチ１４６－ｎは、均等化のためのセル１９－ｎの放電を制御するスイッチであり、ＯＮ（導通）状態のときにセル１９－ｎを放電させ、ＯＦＦ（遮断）状態のときにセル１９－ｎの放電を停止させる。本実施例では、バランス用スイッチ１４６－ｎは、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）で構成され、均等化制御部１４２からのバランス制御信号に応じてＯＮ（導通）状態とＯＦＦ（遮断）状態とが切り替わる。
　回路保護用スイッチ１４７－ｎは、セル１９－ｎの過放電を防止するためのスイッチ（遮断部）であり、ＯＮ（導通）状態のときにセル１９－ｎの放電を可能にし、ＯＦＦ（遮断）状態のときにセル１９－ｎの放電を禁止する。本実施例では、回路保護用スイッチ１４７－ｎは、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）で構成され、電圧変換部１４３が回路保護用スイッチ１４７－ｎのゲートに対して印加する電圧に応じてＯＮ（導通）状態とＯＦＦ（遮断）状態とが切り替わる。
　均等化制御部１４２は、静電容量測定機能、均等化機能、及び回路保護機能を制御する装置である。本実施例では、均等化制御部１４２は、均等化回路部１４１及び電圧変換部１４３を制御する。具体的には、均等化制御部１４２は、均等化回路部１４１－ｎに対して電圧検出指令を出力し、均等化回路部１４１－ｎから電圧検出値を取得する。また、均等化制御部１４２は、バランス用スイッチ１４６－ｎに対してバランス制御信号を出力し、バランス用スイッチ１４６－ｎのＯＮ（導通）状態とＯＦＦ（遮断）状態とを切り替える。また、均等化制御部１４２は、電圧変換部１４３に対して作動信号又は回路保護信号を出力し、電圧変換部１４３が回路保護用スイッチ１４７－ｎのゲートに対して印加する電圧を制御する。なお、本実施例では、均等化制御部１４２は、キャパシタ１９に由来する電圧で動作する。但し、均等化制御部１４２は、２４Ｖバッテリ等の外部バッテリに由来する電圧で動作してもよい。
　電圧変換部１４３は、回路保護機能を制御する装置である。本実施例では、電圧変換部１４３は、回路保護用スイッチ１４７－ｎのゲートに対して印加する電圧を制御する。具体的には、電圧変換部１４３は、均等化制御部１４２から作動信号を受けると、電源１５０の電源電圧を、回路保護用スイッチ１４７－ｎをＯＮ（導通）状態にする電圧（以下、「ＯＮ電圧」とする。）に変換する。ゲートにＯＮ電圧が印加された回路保護用スイッチ１４７－ｎは、ＯＮ（導通）状態となる。一方、電圧変換部１４３は、均等化制御部１４２から回路保護信号を受けると、電源１５０の電源電圧を、回路保護用スイッチ１４７－ｎをＯＦＦ（遮断）状態にする電圧（以下、「ＯＦＦ電圧」とする。）に変換する。ゲートにＯＦＦ電圧が印加された回路保護用スイッチ１４７－ｎは、ＯＦＦ（遮断）状態となる。なお、電源１５０の電源電圧は、キャパシタ１９に由来する電圧であってもよく、２４Ｖバッテリ等の外部バッテリに由来する電圧であってもよい。また、電圧変換部１４３は、作動状態であれば、作動信号の受信の有無とは無関係に、電源１５０の電源電圧をＯＮ電圧に変換して回路保護用スイッチ１４７－ｎのゲートに印加してもよい。
　以上のような構成の蓄電管理部１４０は、静電容量測定機能により、各セル１９－ｎの静電容量を個別に測定することができる。
　静電容量測定機能を実現するために、均等化制御部１４２は、電圧測定部１４９－ｎが測定した各セル１９－ｎの電圧に基づいて静電容量を算出する静電容量算出部（図示せず。）を有する。
　電圧測定部１４９－ｎは、電圧検出指令が与えられると、各セル１９－ｎの電極間電圧を検出し（以下、電極間電圧をセル電圧Ｖｎと称する）、検出した各セル１９－ｎのセル電圧Ｖｎを静電容量算出部に送る。
　静電容量算出部は、電圧測定部１４９－ｎから送られてくる各セル１９－ｎのセル電圧Ｖｎの値に基づいて、各セル１９－ｎの静電容量Ｃｎを算出する。静電容量Ｃｎの算出は以下のようにして行なう。
　まず、静電容量Ｃｎの算出を始めた時点における、静電容量算出対象のセル１９－ｎのセル電圧Ｖｎ０を検出する。そして、バランス用スイッチとしてのバランス用ＦＥＴ１４６－ｎのゲートにバランス制御信号を送ってバランス用ＦＥＴ１４６－ｎを閉じる（ＯＮ（導通）状態にする）ことにより、セル１９－ｎを短絡して放電させる。短絡路には放電抵抗１４８－ｎが設けられているので、セル１９－ｎの放電電流は微小電流である。したがって、放電によるセル１９－ｎのセル電圧Ｖｎは急激にではなく、徐々に降下する。所定の時間Ｔだけ放電させたら、その時点でのセル電圧Ｖｎ１を検出する。セル１９－ｎの静電容量Ｃｎは以下の式（１）により算出することができる。
　Ｃｎ＝－Ｔ／（Ｒ１＋Ｒ２）×ｌｎ－１｛（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２×Ｖｎ１／Ｖｎ０｝　・・・（１）
　ここで、Ｒ１はセル１９－ｎの内部抵抗であり、Ｒ２は放電抵抗１４８－ｎの内部抵抗である。ただし、Ｒ１＜＜Ｒ２のため、Ｒ１を無視すると、以下の式（２）が導き出される。
　Ｃｎ＝－Ｔ／Ｒ２×ｌｎ－１（Ｖｎ１／Ｖｎ０）　・・・（２）
　算出したセル１９－ｎの静電容量Ｃｎを、予め求められているセル１９－ｎの初期静電容量Ｃｎ０（セル１９－ｎが使用される前の静電容量）と比較することで、現在のセル１９－ｎがどの程度劣化しているかを判定することができる。
　セルの劣化が進むと、静電容量が小さくなるとともに内部抵抗が大きくなる。静電容量や内部抵抗が各セル間でばらつくと、セル電圧もばらつきやすくなってしまう。したがって、同一の電流を通電させているにもかかわらず、各セル間において電圧の高低が生じてしまう。その結果、劣化しているセルがより一層劣化することになる。このため、セルの劣化のばらつきに応じて積極的に各セルの電圧を均等にすることが望ましい。
　そこで、本実施形態では、蓄電管理部１４０は、均等化機能により、算出した各セル１９－ｎの現在の静電容量Ｃｎに基づいて各セル１９－ｎの劣化度を判定する。そして、蓄電管理部１４０は、劣化度に応じて必要なセルのみに均等化回路の機能を働かせて放電させることで、セル電圧の均等化を行なう。
　また、蓄電管理部１４０は、回路保護機能により、各セル１９－ｎの過放電を防止する。ここで、図５及び図６を参照しながら、各セル１９－ｎの過放電を防止する回路保護処理について説明する。なお、図５は、回路保護処理の流れを示すフローチャートである。また、図６は、回路保護処理が実行されるときのセル電圧の推移を示す図であり、異常状態にあるバランス用ＦＥＴ１４６－１に関するセル電圧の推移を実線で示し、正常状態にあるバランス用ＦＥＴ１４６－２及びバランス用ＦＥＴ１４６－３に関するセル電圧の推移をそれぞれ一点鎖線及び二点鎖線で示す。
　回路保護処理は、キャパシタ１９への電流の入出力が無い状態で、すなわち、キャパシタ１９の各セル１９－ｎに充放電電流が流れない状態で実行される。なお、回路保護処理は、キャパシタ１９への電流の入出力が無い状態であれば、ショベルの運転中に実行されてもよい。具体的には、蓄電管理部１４０は、キャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００との間を流れる電流が無い充放電停止状態を検出した上で、或いは、充放電停止状態を能動的に創出した上で、均等化回路部１４１－ｎの異常の有無を判断する。そして、蓄電管理部１４０は、均等化回路部１４１－ｎに異常があると判断した場合に、対応するセル１９－ｎの２つの電極の間を遮断して、その対応するセル１９－ｎの過放電を防止する。
　まず、図５のステップＳ１において、全セル１９－ｎのバランス用ＦＥＴ１４６－ｎのゲートにバランス制御信号を送ってバランス用ＦＥＴ１４６－ｎをＯＦＦ（遮断）状態とする（図６の時刻ｔ０参照。）。
　続いて、ステップＳ２において、全セル１９－ｎのセル電圧がチェックされる（図６の時刻ｔ１参照。）。続いて、ステップＳ３においてセル電圧のチェックが今回の回路保護処理における１回目のチェックであるか否かが判定される。セル電圧のチェックが２回目以降のチェックであれば、処理はステップＳ５に進む。回路保護処理開始時に記録されたセル電圧が上書きされないようにするためである。
　ステップＳ３においてセル電圧の検出が今回の回路保護処理における１回目のチェックであると判定されると、処理はステップＳ４に進む。ステップＳ４では、全セル１９－ｎのセル電圧がセル電圧Ｖｎａ－ｎとして記録される。
　次に、ステップＳ５において、バランス用ＦＥＴ１４６－ｎをＯＦＦ（遮断）状態としてからの経過時間ΔＴｄが所定時間Ｔｄ１以上であるか否かが判定される。経過時間ΔＴｄが所定時間Ｔｄ１未満であると判定されると、バランス用ＦＥＴ１４６－ｎの短絡又はＯＮ固定等の故障を検出できる条件にはなっていないとして、処理はステップＳ２に戻り、ステップＳ２以降の処理を再び実行する。
　一方、ステップＳ５において経過時間ΔＴｄが所定時間Ｔｄ１以上であると判定されると、処理はステップＳ６に進む。ステップＳ６では、全セル１９－ｎのセル電圧がセル電圧Ｖｎｂ－ｎとして記録される（図６の時刻ｔ２参照。）。具体的には、直近のステップＳ２でチェックした全セル１９－ｎのセル電圧がセル電圧Ｖｎｂ－ｎとして記録される。
　次に、ステップＳ７において、均等化回路異常判断部としての均等化制御部１４２により均等化回路部１４１－ｎの異常の有無が判断される。具体的には、回路保護処理開始時のセル電圧Ｖｎａ－ｎと回路保護処理開始後に所定時間Ｔｄ１が経過したときのセル電圧Ｖｎｂ－ｎとの差Ｖｄｉｆ－ｎが所定電圧Ｖａ以上であるか否かが判定される。セル電圧Ｖｎａ－ｎとセル電圧Ｖｎｂ－ｎとの差Ｖｄｉｆ－ｎが所定電圧Ｖａ以上ではない、すなわち所定電圧Ｖａ未満であると判定されると、バランス用ＦＥＴ１４６－ｎの短絡又はＯＮ固定等の故障が発生していない、すなわち、均等化回路部１４１－ｎに異常がないとして、今回の回路保護処理は終了する。図６の一点鎖線及び二点鎖線で示す、正常状態にあるバランス用ＦＥＴ１４６－２及びバランス用ＦＥＴ１４６－３に関するセル電圧の推移がこの場合に相当する。なお、バランス用ＦＥＴ１４６－２に関するセル電圧Ｖｎａ－２とセル電圧Ｖｎｂ－２との差Ｖｄｉｆ－２、及び、バランス用ＦＥＴ１４６－３に関するセル電圧Ｖｎａ－３とセル電圧Ｖｎｂ－３との差Ｖｄｉｆ－３は、所定電圧Ｖａよりも小さく、ほぼゼロである。
　一方、セル電圧Ｖｎａ－ｎとセル電圧Ｖｎｂ－ｎとの差Ｖｄｉｆ－ｎが所定電圧Ｖａ以上であると判定されると、バランス用ＦＥＴ１４６－ｎの短絡又はＯＮ固定等の故障が発生した、すなわち、均等化回路部１４１－ｎに異常があるとして、処理はステップＳ８に進む。バランス用ＦＥＴ１４６－ｎがＯＦＦ（遮断）状態であるにもかかわらずセル電圧が低下したことから、セル１９－ｎで放電が行われたと判断できるためである。図６の実線で示す、異常状態にあるバランス用ＦＥＴ１４６－１に関するセル電圧の推移がこの場合に相当する。なお、バランス用ＦＥＴ１４６－１に関するセル電圧Ｖｎａ－１とセル電圧Ｖｎｂ－１との差Ｖｄｉｆ－１は、所定電圧Ｖａよりも大きい。
　ステップＳ８では、電圧変換部１４３に対して回路保護信号が出力される。回路保護信号を受けた電圧変換部１４３は、短絡又はＯＮ固定等の故障を発生させたバランス用ＦＥＴ１４６－ｎに対応する回路保護用スイッチ１４７－ｎのゲートにＯＦＦ電圧を印加する。その結果、短絡又はＯＮ固定等の故障を発生させたバランス用ＦＥＴ１４６－ｎに対応する回路保護用スイッチ１４７－ｎはＯＦＦ（遮断）状態となり、短絡又はＯＮ固定等の故障を発生させたバランス用ＦＥＴ１４６－ｎに対応するセル１９－ｎの放電が禁止される（図６の時刻ｔ３参照。）。図６の実線で示す、異常状態にあるバランス用ＦＥＴ１４６－１に関するセル電圧の推移がこの場合に相当する。なお、バランス用ＦＥＴ１４６－１に関するセル電圧は、時刻ｔ３においてセル１９－１の放電が禁止された結果、その減少が止まる。
　以上の構成により、蓄電管理部１４０は、短絡又はＯＮ固定等の故障を発生させたバランス用ＦＥＴ１４６－ｎに対応する回路保護用スイッチ１４７－ｎをＯＦＦ（遮断）状態とし、対応するセル１９－ｎの過放電を防止できる。
　次に、図７を参照しながら、蓄電管理部の別の構成例１４０Ａについて説明する。なお、図７は、キャパシタ１９の構成を示す概略図であり、図４に対応する。そのため、共通の構成要素については同じ参照番号を付し、その説明を省略する。
　蓄電管理部１４０Ａは、電圧変換部を省略した点で、図４の蓄電管理部１４０と相違する。具体的には、蓄電管理部１４０Ａの均等化制御部１４２は、電圧変換部を介して間接的に回路保護用スイッチ１４７－ｎのＯＮ（導通）状態とＯＦＦ（遮断）状態とを切り替えるのではなく、直接的に回路保護用スイッチ１４７－ｎの状態を切り替える。
　より具体的には、均等化制御部１４２は、上述の回路保護処理において判定したようにバランス用スイッチ１４６－ｎの短絡又はＯＮ固定等の故障が発生したと判定すると、その故障を発生させたバランス用スイッチ１４６－ｎに対応する回路保護用スイッチ１４７－ｎに対して回路保護信号を出力する。
　本実施例では、均等化制御部１４２は、回路保護用スイッチとしての回路保護用ＦＥＴ１４７－ｎのゲートに回路保護信号を送って回路保護用ＦＥＴ１４７－ｎをＯＦＦ（遮断）状態とする。なお、本実施例では、均等化回路部１４１－ｎが作動状態であれば、回路保護用ＦＥＴ１４７－ｎのゲートにはＯＮ電圧が印加され、回路保護用ＦＥＴ１４７－ｎはＯＮ（導通）状態となる。また、回路保護用ＦＥＴ１４７－ｎは、バランス用スイッチとしてのバランス用ＦＥＴ１４６－ｎと同じ系統の電源で動作してもよく、バランス用ＦＥＴ１４６－ｎとは異なる系統の電源で動作してもよい。なお、回路保護用ＦＥＴ１４７－ｎは、キャパシタ１９に由来する電圧で動作してもよく、２４Ｖバッテリ等の外部バッテリに由来する電圧で動作してもよい。
　また、本願は、２０１２年１０月１０日に出願した、日本国特許出願２０１２－２２５３８１号に基づく優先権を主張するものでありそれらの日本国特許出願の全内容を本願に参照により援用する。
　１　下部走行体
　１Ａ、１Ｂ　油圧モータ
　２　旋回機構
　３　上部旋回体
　４　ブーム
　５　アーム
　６　バケット
　７　ブームシリンダ
　８　アームシリンダ
　９　バケットシリンダ
　１０　キャビン
　１１　エンジン
　１２　電動発電機
　１３　変速機
　１４　メインポンプ
　１５　パイロットポンプ
　１６　高圧油圧ライン
　１７　コントロールバルブ
　１８、２０　インバータ
　１９　キャパシタ
　１９－ｎ　セル
　２１　旋回用電動機
　２２　レゾルバ
　２３　メカニカルブレーキ
　２４　旋回変速機
　２５　パイロットライン
　２６　操作装置
　２６Ａ、２６Ｂ　レバー
　２６Ｃ　ペダル
　２６Ｄ　ボタンスイッチ
　２７　油圧ライン
　２８　油圧ライン
　２９　圧力センサ
　３０　コントローラ
　３２　駆動制御装置
　４０　電動旋回制御装置
　６０　主制御部
　１０１　リアクトル
　１０２Ａ　昇圧用ＩＧＢＴ
　１０２Ｂ　降圧用ＩＧＢＴ
　１０３　電源接続端子
　１０４　出力端子
　１０５　コンデンサ
　１０６　バッテリ電圧検出部
　１０７　バッテリ電流検出部
　１１０　ＤＣバス
　１１１　ＤＣバス電圧検出部
　１２０　蓄電装置
　１４０、１４０Ａ　蓄電管理部
　１４１　均等化回路部
　１４２　均等化制御部
　１４３　電圧変換部
　１４６－１～１４６－ｎ　バランス用ＦＥＴ
　１４７－１～１４７－ｎ　回路保護用スイッチ
　１４８－１～１４８－ｎ　放電抵抗
　１４９－１～１４９－ｎ　電圧測定部
　１５０　電源

Claims (8)

  1. 　発電機が発電した電気を充電する複数の蓄電セルで構成される蓄電器と、
    　前記複数の蓄電セルのそれぞれに接続される均等化回路、前記均等化回路の異常の有無を判断する均等化回路異常判断部、及び、異常があると判断された均等化回路に接続される蓄電セルの電極間を遮断する遮断部を含む蓄電管理部と、
    　を有するショベル。
  2. 　前記蓄電管理部は、前記均等化回路が異常と判断されるまでは、前記均等化回路により前記蓄電セルの均等化を行う、
    　請求項１のショベル。
  3. 　前記均等化回路は、各蓄電セルに直列に接続されるバランス用スイッチ、回路保護用スイッチ、及び抵抗を含み、
    　前記蓄電管理部は、前記均等化回路を制御する均等化制御部を含み、
    　前記均等化制御部は、前記バランス用スイッチ及び前記回路保護用スイッチのそれぞれの導通・遮断を制御することにより各蓄電セルの均等化を行い、前記均等化回路に異常が生じた場合には、前記回路保護用スイッチを遮断する回路保護信号を出力する、
    　請求項１に記載のショベル。
  4. 　前記均等化制御部は、前記バランス用スイッチを遮断するバランス制御信号を出力した場合に、前記均等化回路の前記バランス用スイッチに異常があると判断されると、前記回路保護用スイッチを遮断する回路保護信号を出力する、
    　請求項３に記載のショベル。
  5. 　前記均等化制御部は、前記バランス用スイッチを遮断するバランス制御信号を出力した場合に、対応する前記蓄電セルの電極間電圧が所定時間で所定電圧以上減少したときに、対応する前記回路保護用スイッチを遮断する回路保護信号を出力する、
    　請求項３に記載のショベル。
  6. 　前記蓄電管理部は、前記蓄電器と昇降圧コンバータとの間を流れる電流が無い充放電停止状態を検出した上で、或いは、充放電停止状態を能動的に創出した上で、前記均等化回路の異常の有無を判断する、
    　請求項１に記載のショベル。
  7. 　発電機が発電した電気を充電する複数の蓄電セルで構成される蓄電器と、前記複数の蓄電セルのそれぞれに接続される、バランス用スイッチ及び回路保護用スイッチを含む均等化回路と、を有するショベルの制御方法であって、
    　前記バランス用スイッチの遮断・導通を切り換えるバランス制御信号を出力するステップと、
    　前記回路保護用スイッチを遮断する回路保護信号を出力するステップと、
    　を有する制御方法。
  8. 　前記バランス用スイッチを遮断するバランス制御信号が出力された場合に、対応する前記蓄電セルの電極間電圧が所定時間で所定電圧以上減少したときに、対応する前記回路保護用スイッチを遮断する回路保護信号が出力される、
    　請求項７の制御方法。
PCT/JP2013/070086 2012-10-10 2013-07-24 ショベル及びショベルの制御方法 WO2014057724A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP13845151.3A EP2908401B1 (en) 2012-10-10 2013-07-24 Shovel and method of controlling shovel
KR1020157009337A KR102073677B1 (ko) 2012-10-10 2013-07-24 쇼벨 및 쇼벨의 제어방법
CN201380053238.4A CN104718681B (zh) 2012-10-10 2013-07-24 挖土机及挖土机的控制方法
JP2014540771A JP6290092B2 (ja) 2012-10-10 2013-07-24 ショベル
US14/678,100 US9982416B2 (en) 2012-10-10 2015-04-03 Shovel and method of controlling shovel

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012225381 2012-10-10
JP2012-225381 2012-10-10

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US14/678,100 Continuation US9982416B2 (en) 2012-10-10 2015-04-03 Shovel and method of controlling shovel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014057724A1 true WO2014057724A1 (ja) 2014-04-17

Family

ID=50477200

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2013/070086 WO2014057724A1 (ja) 2012-10-10 2013-07-24 ショベル及びショベルの制御方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9982416B2 (ja)
EP (1) EP2908401B1 (ja)
JP (1) JP6290092B2 (ja)
KR (1) KR102073677B1 (ja)
CN (1) CN104718681B (ja)
WO (1) WO2014057724A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2765243A1 (en) * 2013-02-08 2014-08-13 Sumitomo (S.H.I.) Construction Machinery Co., Ltd. Shovel and method of controlling shovel
JP2019161888A (ja) * 2018-03-14 2019-09-19 日立建機株式会社 建設機械
US10615623B2 (en) 2017-07-20 2020-04-07 Doohyun Infra Co., Ltd Capacitor quick-charge apparatus

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3337001B1 (en) 2016-12-14 2022-03-02 GS Yuasa International Ltd. System and method for discharging a defective battery cell
DE102017213020A1 (de) * 2017-07-28 2019-01-31 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vorrichtung und verfahren zur symmetrierung eines energiespeichermoduls
WO2020241439A1 (ja) * 2019-05-31 2020-12-03 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 蓄電システム

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06331679A (ja) * 1993-05-18 1994-12-02 Nippon Signal Co Ltd:The スイッチ回路故障検出装置
JP2004134372A (ja) * 2000-02-07 2004-04-30 Hitachi Ltd 蓄電装置及び蓄電器の電圧検出方法
JP2004266937A (ja) * 2003-02-28 2004-09-24 Denso Corp 車両用自己診断装置
JP2007151242A (ja) * 2005-11-24 2007-06-14 Ricoh Co Ltd 画像形成装置
JP2009159769A (ja) * 2007-12-27 2009-07-16 Gs Yuasa Corporation 組電池の電池管理装置
JP2010004679A (ja) * 2008-06-20 2010-01-07 Takeuchi Seisakusho:Kk 充電システム
JP2010213417A (ja) 2009-03-09 2010-09-24 Sumitomo Heavy Ind Ltd ハイブリッド型作業機械及びその制御方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5919122Y2 (ja) * 1981-04-23 1984-06-02 日立建機株式会社 油圧駆動回路
US6655136B2 (en) * 2001-12-21 2003-12-02 Caterpillar Inc System and method for accumulating hydraulic fluid
JP4101816B2 (ja) 2005-05-16 2008-06-18 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 バッテリ保護回路
JP2006351384A (ja) * 2005-06-16 2006-12-28 Renesas Technology Corp 充電制御システム
JP5113741B2 (ja) * 2006-04-13 2013-01-09 パナソニック株式会社 電池パックおよびその断線検知方法
JP2010088179A (ja) * 2008-09-30 2010-04-15 Panasonic Corp 電池均等化回路、及び電池電源装置
CN101409455B (zh) * 2008-11-19 2011-10-26 华为终端有限公司 一种电池系统的电压平衡装置及电压平衡方法
US9000716B2 (en) * 2009-01-28 2015-04-07 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Hybrid working machine and electric power accumulation controller
JP5448472B2 (ja) * 2009-01-28 2014-03-19 住友重機械工業株式会社 ハイブリッド型作業機械
JP5149826B2 (ja) * 2009-01-29 2013-02-20 住友重機械工業株式会社 ハイブリッド式作業機械及びサーボ制御システム
KR101234059B1 (ko) * 2010-02-22 2013-02-15 주식회사 엘지화학 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치 및 방법
JP2011205865A (ja) * 2010-03-26 2011-10-13 Furukawa Electric Co Ltd:The 電源供給装置及び電源供給方法
US9024586B2 (en) * 2010-10-14 2015-05-05 GM Global Technology Operations LLC Battery fault tolerant architecture for cell failure modes series bypass circuit
CN102652265A (zh) * 2010-12-06 2012-08-29 科达汽车公司 使用电路故障自检测量装置来测量隔离高压以及检测隔离击穿
KR101948344B1 (ko) * 2011-03-31 2019-02-14 르네사스 일렉트로닉스 가부시키가이샤 전압 감시 모듈 및 이를 이용한 전압 감시 시스템

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06331679A (ja) * 1993-05-18 1994-12-02 Nippon Signal Co Ltd:The スイッチ回路故障検出装置
JP2004134372A (ja) * 2000-02-07 2004-04-30 Hitachi Ltd 蓄電装置及び蓄電器の電圧検出方法
JP2004266937A (ja) * 2003-02-28 2004-09-24 Denso Corp 車両用自己診断装置
JP2007151242A (ja) * 2005-11-24 2007-06-14 Ricoh Co Ltd 画像形成装置
JP2009159769A (ja) * 2007-12-27 2009-07-16 Gs Yuasa Corporation 組電池の電池管理装置
JP2010004679A (ja) * 2008-06-20 2010-01-07 Takeuchi Seisakusho:Kk 充電システム
JP2010213417A (ja) 2009-03-09 2010-09-24 Sumitomo Heavy Ind Ltd ハイブリッド型作業機械及びその制御方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2908401A4

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2765243A1 (en) * 2013-02-08 2014-08-13 Sumitomo (S.H.I.) Construction Machinery Co., Ltd. Shovel and method of controlling shovel
US9290904B2 (en) 2013-02-08 2016-03-22 Sumitomo(S.H.I.) Construction Machinery Co., Ltd. Shovel and method of controlling shovel
US10615623B2 (en) 2017-07-20 2020-04-07 Doohyun Infra Co., Ltd Capacitor quick-charge apparatus
JP2019161888A (ja) * 2018-03-14 2019-09-19 日立建機株式会社 建設機械
WO2019176392A1 (ja) * 2018-03-14 2019-09-19 日立建機株式会社 建設機械
KR20200035998A (ko) * 2018-03-14 2020-04-06 히다치 겡키 가부시키 가이샤 건설기계
CN111052534A (zh) * 2018-03-14 2020-04-21 日立建机株式会社 工程机械
US11085172B2 (en) 2018-03-14 2021-08-10 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Construction machine
KR102335839B1 (ko) * 2018-03-14 2021-12-07 히다치 겡키 가부시키 가이샤 건설기계
JP6993911B2 (ja) 2018-03-14 2022-02-03 日立建機株式会社 建設機械
CN111052534B (zh) * 2018-03-14 2023-06-16 日立建机株式会社 工程机械

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2014057724A1 (ja) 2016-09-05
KR102073677B1 (ko) 2020-02-05
CN104718681A (zh) 2015-06-17
EP2908401B1 (en) 2017-05-10
JP6290092B2 (ja) 2018-03-07
US9982416B2 (en) 2018-05-29
US20150211212A1 (en) 2015-07-30
EP2908401A1 (en) 2015-08-19
KR20150063427A (ko) 2015-06-09
EP2908401A4 (en) 2015-12-23
CN104718681B (zh) 2018-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102008329B1 (ko) 쇼벨 및 쇼벨의 제어방법
JP6290092B2 (ja) ショベル
JP6150821B2 (ja) ショベル及びショベルの制御方法
KR101888044B1 (ko) 쇼벨 및 쇼벨의 제어방법
WO2012102352A1 (ja) ショベル
JP6087190B2 (ja) ショベル
WO2013183496A1 (ja) 作業機械及びその制御方法
US11085172B2 (en) Construction machine
JP6000883B2 (ja) ショベル
JP6315545B2 (ja) ショベル
JP2019161888A5 (ja)
JP6430100B2 (ja) ショベル
JP2022077219A (ja) 車両

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13845151

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2014540771

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20157009337

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2013845151

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013845151

Country of ref document: EP