WO2018190400A1 - 蓄電装置コントローラ及び電動システム並びに建設機械 - Google Patents

蓄電装置コントローラ及び電動システム並びに建設機械 Download PDF

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WO2018190400A1
WO2018190400A1 PCT/JP2018/015382 JP2018015382W WO2018190400A1 WO 2018190400 A1 WO2018190400 A1 WO 2018190400A1 JP 2018015382 W JP2018015382 W JP 2018015382W WO 2018190400 A1 WO2018190400 A1 WO 2018190400A1
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power storage
relay
controller
inverter
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到 納谷
誠司 石田
竹内 健
睦 菊地
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日立建機株式会社
日立オートモティブシステムズ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a power storage device controller, an electric system including the power storage device controller, and a construction machine equipped with the electric system.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-133620 describes a technique related to relay interruption at the time of a vehicle stop request in a motor / generator of an electric vehicle and a high voltage circuit.
  • Patent Document 2 describes a technique relating to relay disconnection when a system main relay disconnection request is issued due to a hybrid system failure.
  • JP 2010-193558 A Patent No. 5233725
  • Electrification of the power source can be realized by using an electric storage device that stores electric power as a power source and driving an electric motor mechanically connected to the driven body with electric power supplied from the electric storage device.
  • the power storage device includes a plurality of capacitors that are electrically connected in series, parallel, or series-parallel.
  • a secondary battery such as a lithium ion battery, a lead battery, or a nickel metal hydride battery is used as a capacitor.
  • a secondary battery such as a lithium ion battery, a lead battery, or a nickel metal hydride battery is used as a capacitor.
  • the power storage device In order to continue to use the power storage device safely for a long period of time, it is necessary to prevent the battery from being used beyond its use range. In other words, it is necessary to monitor the voltage, charge / discharge current, temperature, charge state, deterioration state, etc. of the capacitor and control the charge / discharge of the capacitor so that the capacitor does not reach an abnormal state such as overcharge, overdischarge, overtemperature. There is. For this reason, the power storage device is provided with a controller that controls the above-described monitoring and control. In addition, when the battery is in an abnormal state such as overcharge, overdischarge, or overtemperature, it is necessary to cut off the electrical circuit between the power storage device and the electric motor and to electrically disconnect the power storage device from the electric motor side. There is. For this reason, the electrical circuit between the power storage device and the electric motor is provided with a relay as shown in Patent Document 1, for example. As shown in Patent Document 2, for example, the relay can be turned on and off by controlling the operating current (excitation current flowing
  • the operating current of the relay is controlled by one control system. For this reason, when the control system that controls the operating current of the relay fails or malfunctions, the relay does not operate normally, the power storage device cannot be electrically disconnected from the electric motor side, and the battery is overcharged, overdischarged, It is possible that an abnormal state such as an overtemperature is reached.
  • one of the problems to be solved by the present invention is to improve the reliability of circuit interruption by a relay.
  • At least two controllers each have a relay control unit that controls the supply and stop of the relay operating current, and the relay control unit of each controller can stop the supply of the relay operating current.
  • the relay control unit of each controller can stop the supply of the relay operating current.
  • the supply of the relay operating current by the relay control unit of one of the controllers is performed after a predetermined time has elapsed since the relay operating current supply needs to be stopped, for example, by shutting off the relay, It is preferable to be performed after elapse of the time until the current flowing during the period becomes zero or the time until the relay controller of the other controller stops supplying the relay operating current.
  • one of the present invention supplies electric power to an electric motor, a hydraulic pump driven by the electric motor, a hydraulic device driven by pressure oil supplied from the hydraulic pump, and the electric motor
  • a power storage device an inverter provided between the power storage device and the electric motor for converting power, the hydraulic pump, a main controller for controlling the hydraulic device, a power storage device controller for controlling the power storage device,
  • the power storage device controller controls excitation and supply of excitation current of the relay, respectively. Characterized in that a structure having a flow control unit.
  • the electric storage device is provided between the electric motor that drives the driven body, a power storage device that supplies power to the electric motor, and the electric motor and the power storage device.
  • An inverter that converts the power supplied from the inverter and supplies the electric motor to the electric motor, and a relay that is provided between the power storage device and the inverter, and that electrically connects and disconnects the power storage device and the inverter.
  • the power storage device controller and the host controller respectively supply an operating current of the relay and It has the relay control part for controlling a stop, It is characterized by the above-mentioned.
  • another one of the present invention is a controller of a power storage device that is electrically connected to an inverter via a relay and supplies electric power to the electric motor that drives the driven body via the inverter,
  • an upper controller having a relay control unit for controlling supply and stop of the operating current of the relay
  • the relay On the other hand, when the power storage device abnormal state notifying unit for notifying the abnormal state of the power storage device and the power storage device are in an abnormal state in which the relay is electrically disconnected between the power storage device and the inverter, Regardless of whether or not the supply of the operating current of the relay is stopped by the host controller that has notified the abnormal state of the power storage device, the relay And having a relay control unit stopping the supply of the operating current.
  • the reliability of circuit interruption by the relay can be improved.
  • the device controller and the power storage device controller each have an exciting current control unit (relay control unit). That is, the supply and stop of the excitation current of the relay can be controlled by the excitation current control unit of the device controller, and can also be controlled by the excitation current control unit of the power storage device controller. Therefore, even if one of the controller of the device controller and the power storage device controller fails or malfunctions, the relay can be cut off by stopping the exciting current of the relay by the exciting current control unit of the other controller. it can. Thereby, the certainty of the stop of the exciting current of a relay, ie, the certainty of the interruption
  • FIG. 1 is a front view showing a hybrid excavator according to a first embodiment. It is a block diagram which shows the hydraulic system and electric system which are applied to the hybrid hydraulic shovel in FIG. It is a block diagram which shows the electrical storage apparatus in FIG. It is a circuit diagram which shows a relay, BCU, and HC. It is a flowchart which shows the control processing of HC. It is a flowchart which shows the control processing of BCU. It is a characteristic diagram which shows an example of time changes, such as an electric equipment, HC, BCU, a relay, when HC interrupts
  • a hybrid hydraulic excavator equipped with a lithium ion battery will be described as an example.
  • the present invention is not limited to this.
  • the present invention can be applied to various hybrid construction machines such as a hybrid wheel loader, a hybrid dump truck, and the like that use power from a hydraulic pump driven by an electric motor and an engine connected to a power storage device as a power source.
  • the present invention can be applied to various electric construction machines using a power storage device as a power source, and various industrial machines having the same equipment configuration.
  • the hybrid excavator 1 (hereinafter referred to as a hydraulic excavator 1) includes an engine 11 and an electric motor 15 which will be described later.
  • the hydraulic excavator 1 is mounted on a crawler-type lower traveling body 2 capable of self-running, a turning device 3 provided on the lower traveling body 2, and turnable on the lower traveling body 2 via the turning device 3.
  • the upper swing body 4 and the multi-joint structure working device 8 that is provided on the front side of the upper swing body 4 and performs excavation work and the like are configured.
  • the lower traveling body 2 and the upper swing body 4 constitute a vehicle body of the excavator 1.
  • the upper swing body 4 includes a swing frame 5 that serves as a support structure (base frame) for the upper swing body 4, a cab 6 that is mounted on the swing frame 5, a counterweight 7, an engine 11, a hydraulic pump 13, and an electric motor 15. , An inverter 16, a power storage device 19, and the like.
  • the cab 6 that defines the cab is provided on the left side of the front part of the revolving frame 5.
  • a driver's seat on which an operator is seated is provided.
  • an operating device for operating the excavator 1, that is, a traveling lever / pedal operating device, a working lever operating device (both not shown) and the like are provided. .
  • the operating device outputs a pilot signal (pilot pressure) according to the lever operation and pedal operation by the operator to the control valve 14 (see FIG. 2) described later.
  • a pilot signal pilot pressure
  • the operator operates a hydraulic device (hydraulic actuator) of the excavator 1, that is, a travel hydraulic motor 2A, a bucket cylinder 8F, an arm cylinder 8E, a boom cylinder 8D, a swing hydraulic motor 3A (see FIG. 2), etc. (Driving).
  • an ignition key switch (not shown) for turning on / off the power of the hydraulic excavator 1 (accessory ON / OFF) and starting / stopping the engine 11 is provided.
  • a hybrid controller 27 and a main controller 28 (see FIG. 2), which will be described later, are provided in the cab 6 below the driver's seat.
  • a counterweight 7 for balancing the weight with the working device 8 is provided on the rear end side of the revolving frame 5.
  • the work device 8 includes, for example, a boom 8A, an arm 8B, a bucket 8C as a work tool, a boom cylinder 8D that drives these, an arm cylinder 8E, and a bucket cylinder 8F as a work tool cylinder.
  • the boom 8A, the arm 8B, and the bucket 8C are pin-coupled to each other.
  • the working device 8 (the boom 8A) is attached to the swing frame 5 of the upper swing body 4.
  • the working device 8 moves up and down by extending or contracting the cylinders 8D, 8E, and 8F.
  • the hydraulic excavator 1 travels when a traveling hydraulic motor 2A (see FIG. 2) provided in the lower traveling body 2 rotates.
  • the upper swing body 4 is swung by rotating a swivel hydraulic motor 3A (see FIG. 2) constituting the swivel device 3 together with a swivel bearing (not shown).
  • the hydraulic excavator 1 is equipped with an electric system that controls the electric motor 15 and the like, and a hydraulic system that controls the operation of the work device 8 and the like.
  • an electric system that controls the electric motor 15 and the like
  • a hydraulic system that controls the operation of the work device 8 and the like.
  • the engine 11 is mounted on the turning frame 5.
  • the engine 11 is configured by an internal combustion engine such as a diesel engine, for example.
  • a hydraulic pump 13 and an electric motor 15 are mechanically connected in series on the output side of the engine 11.
  • the hydraulic pump 13 and the electric motor 15 are driven by the engine 11.
  • the engine 11 is constituted by an electronically controlled engine, and the operation of the engine 11 is controlled by an engine control unit 12 (hereinafter referred to as ECU 12).
  • the engine 11 is configured so that the amount of fuel supplied into the cylinder (combustion chamber), that is, the injection amount of a fuel injection device (electronically controlled injection valve) that injects fuel into the cylinder is controlled by the control unit of the engine 11.
  • the ECU 12 is variably controlled.
  • the ECU 12 includes a microcomputer and is connected to a main controller 28 (hereinafter referred to as MC28) which will be described later.
  • the ECU 12 controls the rotational speed of the engine 11 by variably controlling the amount of fuel injected into the cylinder by the fuel injection device based on a control signal (command signal) from the MC 28. That is, the ECU 12 controls the output torque, rotation speed (engine speed), and the like of the engine 11 based on the engine output command from the MC 28.
  • the maximum output of the engine 11 is smaller than the maximum power of the hydraulic pump 13, for example.
  • the hydraulic pump 13 is mechanically connected to the engine 11.
  • the hydraulic pump 13 can be driven by the torque of the engine 11 alone.
  • the hydraulic pump 13 can also be driven by a combined torque (total torque) obtained by adding the assist torque of the electric motor 15 to the torque of the engine 11. That is, the hydraulic pump 13 is driven by the mechanical power of the engine 11 and the electric motor 15.
  • the hydraulic pump 13 pressurizes hydraulic oil stored in a tank (not shown) and discharges it as pressure oil to the traveling hydraulic motor 2A, the swing hydraulic motor 3A, and the cylinders 8D, 8E, and 8F of the work device 8.
  • the hydraulic pump 13 is connected via a control valve 14 to a traveling hydraulic motor 2A as a hydraulic device (hydraulic actuator), a turning hydraulic motor 3A, and cylinders 8D, 8E, and 8F of the work device 8.
  • the hydraulic pump 13 is configured by, for example, a variable displacement swash plate type, a swash shaft type, or a radial piston type hydraulic pump.
  • the hydraulic pump 13 has a regulator (capacity variable unit, tilting actuator) that adjusts the pump capacity.
  • the hydraulic pump 13 (regulator) is variably controlled by a command from the MC 28 described later.
  • the control valve 14 is a control valve device composed of an assembly of a plurality of directional control valves, electromagnetic valves and the like.
  • the control valve 14 distributes the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 13 to hydraulic devices such as the hydraulic motors 2A, 3A, cylinders 8D, 8E, 8F. That is, the control valve 14 is operated from the hydraulic pump 13 in response to a lever or pedal operating device for traveling disposed in the cab 6, a lever operation of the working lever operating device, a pedal operation, a command from the MC 28, or the like.
  • the direction of the pressure oil supplied to the devices 2A, 3A, 8D, 8E, and 8F is controlled.
  • the hydraulic devices 2A, 3A, 8D, 8E, and 8F are driven by the pressure oil (operating oil) supplied (discharged) from the hydraulic pump 13.
  • An electric motor 15 also called a motor (motor) or a generator motor (motor generator), is mechanically connected to the engine 11.
  • the electric motor 15 is constituted by, for example, a synchronous motor.
  • the electric motor 15 works as a generator using the engine 11 as a power source to supply power to the power storage device 19, and works as a motor using the power from the power storage device 19 as a power source and the engine 11 and a hydraulic pump as a driven body It plays two roles with power running to assist the drive of 13. Therefore, the assist torque of the electric motor 15 is added to the torque of the engine 11 according to the situation, and the hydraulic pump 13 is driven by these torques. Then, with the pressure oil discharged from the hydraulic pump 13, a traveling operation of the vehicle, a turning operation, a lifting / lowering operation of the work device 8 and the like are performed.
  • the electric motor 15 is connected to a pair of DC buses 18 ⁇ / b> A and 18 ⁇ / b> B via an inverter 16. That is, the inverter 16 is provided between the electric motor 15 and the power storage device 19 and is electrically connected to the electric motor 15 and the power storage device 19.
  • the inverter 16 performs power conversion (energy conversion), and is configured using, for example, a plurality of switching elements including transistors, insulated gate bipolar transistors (IGBTs), and the like.
  • each switching element on / off of each switching element is controlled by a power control unit 17 (hereinafter referred to as PCU 17).
  • the PCU 17 includes a microcomputer, and is connected to a hybrid controller 27 (hereinafter referred to as HC 27) which will be described later.
  • the DC buses 18A and 18B are paired on the positive electrode side and the negative electrode side, and a DC voltage of about several hundred volts, for example, is applied thereto.
  • the inverter 16 converts AC power from the electric motor 15 into DC power and supplies it to the power storage device 19.
  • the inverter 16 converts the DC power of the DC buses 18 ⁇ / b> A and 18 ⁇ / b> B into AC power and supplies it to the electric motor 15.
  • the PCU 17 controls on / off of each switching element of the inverter 16 based on a generator motor output command or the like from the HC 27. Thereby, the PCU 17 controls the generated power when the electric motor 15 generates power and the driving power when powering.
  • the power storage device 19 is electrically connected to the electric motor 15 via the inverter 16.
  • the power storage device 19 is connected to the DC-side positive electrode and the DC-side negative electrode of the inverter 16 via the DC buses 18A and 18B.
  • the power storage device 19 supplies driving power to the electric motor 15 when the electric motor 15 is in powering (at the time of assist driving), and charges the electric power supplied from the electric motor 15 when the electric motor 15 generates power. That is, the power storage device 19 supplies power to the electric motor 15 or charges the power generated by the electric motor 15. In other words, the power storage device 19 supplies energy for driving the electric motor 15 and regenerates energy generated by the electric motor 15.
  • the power storage device 19 includes, for example, a lithium ion secondary battery 20 corresponding to a battery (including a storage battery), a current sensor 21, a battery control unit 22 (hereinafter referred to as BCU 22), and a relay 23. , 24, 25 and a resistor 26.
  • the power storage device 19 is controlled by the BCU 22. More specifically, the charging operation and the discharging operation of the lithium ion secondary battery 20 of the power storage device 19 are controlled by the HC 27 based on information from the BCU 22.
  • the lithium ion secondary battery 20 is constituted by an assembled battery formed by electrically connecting a plurality of battery cells in series, in parallel, or in series and in parallel.
  • the current sensor 21 is connected to, for example, a positive terminal of the lithium ion secondary battery 20 and detects (measures) a charging current or a discharging current of the power storage device 19 (lithium ion secondary battery 20).
  • the output side of the current sensor 21 is connected to the BCU 22.
  • the current sensor 21 outputs a signal corresponding to the detected current to the BCU 22.
  • the lithium ion secondary battery 20 includes a voltage sensor (not shown) that detects (measures) the voltage of the lithium ion secondary battery 20 and detects (measures) the temperature of the lithium ion secondary battery 20.
  • a temperature sensor (not shown) is provided. The output side of the voltage sensor and the output side of the temperature sensor are connected to the BCU 22. The voltage sensor outputs a signal corresponding to the detected voltage to the BCU 22, and the temperature sensor outputs a signal corresponding to the detected temperature to the BCU 22.
  • the BCU 22 as a power storage device controller includes a microcomputer and is connected to an HC 27 described later.
  • the BCU 22 controls the power storage device 19. That is, the BCU 22 performs a predetermined calculation process based on the voltage and temperature of the lithium ion secondary battery 20 and the current value measured by the current sensor 21, thereby determining the state of the lithium ion secondary battery 20, calculation, Take control.
  • the BCU 22 calculates the power that can be discharged from the power storage device 19 as the battery discharge power based on the current, voltage, and temperature. Similarly, the BCU 22 calculates power that can be charged in the power storage device 19 as battery charging power. The BCU 22 outputs the battery storage rate (SOC), battery discharge power, battery charge power, and the like to the HC 27.
  • SOC battery storage rate
  • the BCU 22 monitors and estimates the state of the power storage device 19 based on voltage, current, temperature, power storage rate (SOC: State Of Charge), degree of deterioration (SOH: State Of Health), and the like.
  • SOC State Of Charge
  • SOH State Of Health
  • the BCU 22 transmits a signal to the HC 27 and issues an abnormality / warning when the index of any of these plural elements deviates from or is likely to deviate from the proper use range.
  • Relays 23, 24, and 25 and resistor 26 constitute a contactor.
  • the relays 23, 24, and 25 connect / disconnect an electric circuit (electric device circuit) to which the inverter 16 and the power storage device 19 are connected. That is, the relays 23, 24, and 25 connect or block between the power storage device 19 (terminal of the lithium ion secondary battery 20) and the inverter 16 (terminal on the DC side thereof).
  • the relays 23, 24, and 25 are provided between the inverter 16 and the power storage device 19. More specifically, the relays 23, 24, and 25 are provided between the terminal of the lithium ion secondary battery 20 and the DC side terminal of the inverter 16.
  • the relays 23 and 24 are provided in parallel between the positive terminal of the lithium ion secondary battery 20 and the DC positive electrode of the inverter.
  • a resistor 26 is provided in series with the relay 23 between the positive terminal of the lithium ion secondary battery 20 and the relay 23 to prevent an inrush current during the relay operation.
  • the relay 23 forms an inrush current prevention circuit together with the resistor 26.
  • the relay 23 and the relay 24 perform connection / disconnection between the positive electrode of the lithium ion secondary battery 20 and the DC positive electrode of the inverter 16.
  • the relay 25 is provided between the negative terminal of the lithium ion secondary battery 20 and the DC negative electrode of the inverter 16. The relay 25 implements connection / disconnection between the negative electrode of the lithium ion secondary battery 20 and the DC negative electrode of the inverter.
  • the relays 23, 24, and 25 are OFF (open), and the power storage device 19 (lithium ion secondary battery 20) and the inverter 16 are disconnected.
  • the relays 23, 24, and 25 are turned on (closed) by a command from the HC 27, and the power storage device 19 (lithium ion secondary battery 20) and the inverter 16 are connected. Is done. At this time, the relays 23, 24, and 25 are first turned on, then the relay 24 is turned on and the relay 23 is turned off.
  • the HC 27 as a device controller is constituted by a microcomputer, for example.
  • the HC 27 is electrically (communicable) connected to the ECU 12, the PCU 17, the BCU 22, and the MC 28 using, for example, CAN (Controller Area Network).
  • the HC 27 is an upper controller (upper controller) of the BCU 22.
  • a travel lever / pedal operating device operated by an operator and an operation amount sensor (not shown) for detecting an operation amount of a working lever operating device are connected to the MC 28.
  • MC28 is also comprised, for example by the microcomputer.
  • MC28 communicates with ECU12 and HC27, and transmits various control signals to ECU12, PCU17, and HC27 based on, for example, the operation amount, the rotation speed of engine 11, the storage rate (SOC) of power storage device 19, and the like.
  • ECU12 controls the rotation speed etc. of engine 11 based on the control signal from MC28.
  • the HC 27 controls the hybrid devices 15, 16, and 19 based on the state of the electric motor 15, the inverter 16, and the power storage device 19 that are hybrid devices and information on the operation amount from the MC 28.
  • the MC 28 controls the hydraulic pump 13 (capacity thereof) and the control valve 14 (pilot pressure with respect to the control valve 14) based on information on the operation amount.
  • the MC 28 controls the engine 11 and the hydraulic pump 13.
  • the MC 28 controls the control valve 14 to control the traveling hydraulic motor 2A, the swing hydraulic motor 3A, and the cylinders 8D, 8E, and 8F of the work device 8 as hydraulic devices.
  • the HC 27 controls the power storage device 19 and the inverter 16 and performs cooperative control with the MC 28. That is, the HC 27 controls the electric motor 15, the inverter 16, and the BCU 22 while performing cooperative control with the MC 28.
  • the relay for cutting off the electric circuit is controlled by one controller. For this reason, for example, when a controller in charge of relay control fails or malfunctions, there is a possibility that the excitation current of the relay cannot be stopped and the relay cannot be cut off. This is not preferable because, for example, in a lithium ion secondary battery in which voltage, current, and temperature need to be precisely controlled, abnormal states such as overcharge, overdischarge, and overtemperature may progress.
  • the supply of the excitation current of the relay 25 is also possible in the BCU 22 as the power storage device controller. And stop can be controlled. Therefore, control of the relay 25 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 8 in addition to FIGS.
  • FIG. 4 shows a relay control circuit.
  • a relay control circuit that controls the supply and stop of the excitation current of the relay 25 on the negative electrode side of the power storage device 19 (lithium ion secondary battery 20) will be described as an example.
  • the present invention is not limited to this, for example, as a relay control circuit that controls supply and stop of excitation current of the positive-side relay 24 (and relay 23 as required) of the power storage device 19 (lithium ion secondary battery 20). It may be configured.
  • a relay control circuit that controls supply and stop of excitation currents of the relays 25 and 24 (and the relay 23 as necessary) on both the negative electrode side and the positive electrode side of the power storage device 19 (lithium ion secondary battery 20). You may comprise as.
  • a power source 29 is a power source serving as a supply source of the relay excitation current, and for example, an in-vehicle battery for driving auxiliary equipment such as 12V and 24V mounted on the hydraulic excavator 1 can be used.
  • the power source 29 is connected to the excitation circuit 25 ⁇ / b> A of the relay 25.
  • the relay 25 is connected to the negative electrode of the inverter 16 and the negative electrode of the lithium ion secondary battery 20.
  • the relay 25 is connected / disconnected by a relay exciting current from the power source 29.
  • the relay 25 is closed (ON) when the relay excitation current is supplied from the power source 29 to the excitation circuit 25A (excitation coil) (the excitation circuit 25A is energized), and the relay 25 of the lithium ion secondary battery 20 is turned on.
  • the negative side and the DC side negative electrode of the inverter 16 are connected.
  • the relay 25 is opened (OFF) when the supply of the relay excitation current from the power source 29 to the excitation circuit 25A is stopped (the excitation circuit 25A is not energized), and the lithium ion secondary battery 20 And the negative side of the inverter 16 are disconnected from each other.
  • Such an excitation current control unit for controlling supply and stop of the excitation current of the relay 25 is provided in both the HC 27 and the BCU 22. That is, in the first embodiment, the HC 27 and the BCU 22 each have an excitation current control unit that controls supply and stop of the excitation current of the relay 25.
  • the exciting current control unit is composed of switches that switch between supplying and stopping exciting current of the relay 25, more specifically, FET switches 30 and 31 that are field effect transistor switches.
  • the BCU 22 is provided with a first FET switch 30 as an exciting current control unit
  • the HC 27 is provided with a second FET switch 31 as an exciting current control unit.
  • the BCU 22 that is a power storage device controller has a first FET switch 30 that is a relay control unit for controlling the supply and stop of the operating current of the relay 25.
  • the HC 27 that is the host controller has a second FET switch 31 that is a relay control unit for controlling supply and stop of the operating current of the relay 25.
  • the first FET switch 30 installed (mounted) on the BCU 22 and the second FET switch 31 installed (mounted) on the HC 27 are connected in series. That is, the first FET switch 30 is in the BCU 22, and its drain terminal is connected to the excitation circuit 25 A of the relay 25.
  • the second FET switch 31 is in the HC 27, and its drain terminal is connected to the FET switch 31 in the BCU 22, and its source terminal is connected to the GND 32 (vehicle body or the like) that is the ground.
  • a pair of diodes 33 serving as a backflow prevention device for preventing a backflow of current are provided in parallel in the HC 27 located between the first FET switch 30 and the second FET switch 31. .
  • the opening and closing of the first FET switch 30 is switched by the BCU 22.
  • the opening and closing of the second FET switch 31 is switched by the HC 27.
  • both the first FET switch 30 and the second FET switch 31 are ON (closed)
  • the relay excitation current is supplied to the excitation circuit 25A through the power source 29, and the relay 25 is turned ON (closed).
  • the relay excitation current to the excitation circuit 25A is stopped and the relay 25 is OFF (open).
  • the first FET switch 30 and the second FET switch 31 are provided in the controller (BCU22, HC27), respectively, but may be provided outside the controller. Further, two or more FET switches and controllers for controlling the FET switches may be used. For example, in addition to the BCU 22 and the HC 27, a controller different from these, for example, the MC 28 may be provided with a third FET switch (in series connection with the first FET switch 30 and the second FET switch 31). . Alternatively, the PCU 17 that is the controller of the inverter 16 may be provided with a third FET switch. Further, for example, a third FET switch may be provided in a controller (not shown) specialized for control at the time of abnormality such as relay interruption.
  • both the first FET switch 30 and the second FET switch 31 are arranged between the excitation circuit 25A and the GND 32 of the relay 25.
  • the power supply 29 and the relay You may arrange
  • One of the first FET switch 30 and the second FET switch 31 is arranged between the power supply 29 and the excitation circuit 25A of the relay 25, and the other is connected to the excitation circuit 25A of the relay 25.
  • a field effect transistor is used as a switch, but other switching devices such as a bipolar transistor may be used.
  • two FET switches 30 and 31 are provided in each of the BCU 22 and the HC 27, and these two FET switches 30 and 31 are connected in series.
  • the BCU 22 determines that the state of the power storage device 19 (lithium ion secondary battery 20) is an abnormal state that requires the excitation current of the relay 25 to be stopped, the BCU 22 transmits an abnormal signal to the HC 27. That is, the BCU 22 has a power storage device abnormal state notification unit 34 that notifies (reports) the abnormal state of the power storage device 19 to the HC 27.
  • the BCU 22 turns OFF (opens) the first FET switch 30 of the BCU 22 regardless of the state of the relay 25 when a predetermined time T has elapsed since the abnormal signal was transmitted. In other words, regardless of whether the second FET switch 31 of the HC 27 is OFF (open) or ON (closed), the first FET switch 30 of the BCU 22 is turned OFF (open), whereby the relay 25 Stop the excitation current.
  • the predetermined time T can be set in advance as a time required for the HC 27 to set the current of the inverter 16 and thus the current of the electric motor 15 to zero. That is, the predetermined time T is slightly longer than the time required for the HC 27 to turn off the output of the inverter 16 (the time required to turn off the IGBT gate and turn off the inverter output), for example, several hundreds.
  • the time can be set in advance as milliseconds or about 1 second.
  • the HC 27 executes the stop process based on the abnormal signal from the BCU 22, and then turns off the second FET switch 31 of the HC 27 to stop the excitation current of the relay 25, and Then, a signal indicating the state of the relay 25 (the relay 25 is open) is transmitted to another controller (for example, MC28, BCU22, etc.).
  • the stop process of the HC 27 is a process for setting the current of the electric device circuit (electric device circuit) to zero.
  • the stop process of the HC 27 is a process of outputting a stop command to the PCU 17, turning off the output of the inverter 16, and setting the current of the electric motor 15 to zero.
  • the hydraulic excavator 1 according to the first embodiment has the above-described configuration, and the operation thereof will be described next.
  • the hydraulic pump 13 and the electric motor 15 are driven by the engine 11.
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 13 is supplied to the traveling hydraulic motor 2A according to the lever operation of the traveling lever / pedal operating device provided in the cab 6, the lever operation of the working lever operating device, and the pedal operation. It discharges toward the swing hydraulic motor 3A, the boom cylinder 8D, the arm cylinder 8E, and the bucket cylinder 8F of the work device 8.
  • the hydraulic excavator 1 can perform a traveling operation by the lower traveling body 2, a turning operation of the upper revolving body 4, excavation work by the work device 8, and the like.
  • the electric motor 15 when the output torque of the engine 11 is larger than the driving torque of the hydraulic pump 13 during the operation of the hydraulic excavator 1, the electric motor 15 is driven as a generator by the surplus torque. Thereby, the electric motor 15 generates AC power, and this AC power is converted into DC power by the inverter 16 and stored in the power storage device 19.
  • the electric motor 15 when the output torque of the engine 11 is smaller than the drive torque of the hydraulic pump 13, the electric motor 15 is driven as an electric motor by the electric power from the power storage device 19 and assists (drives) the drive of the engine 11.
  • the first FET switch 30 of the BCU 22 and the second FET switch 31 of the HC 27 are both ON (closed), and the excitation current is supplied to the excitation circuit 25A of the relay 25. That is, the relay 25 is in a connected state.
  • FIG. 5 shows the control process of the HC27.
  • FIG. 6 shows the control processing of the BCU 22.
  • the HC 27 performs a normal control process in S1.
  • the HC 27 controls a normal electric device. That is, the HC 27 performs control (predetermined control) when the inverter 16 and the power storage device 19 as electric devices are normal.
  • the HC 27 also performs the processes from S2 to S4.
  • the processes of S2 to S4 are processes for observing and determining whether the operation of various devices is normal or abnormal.
  • the HC 27 monitors all electric devices (electric devices) including the inverter 16 and the power storage device 19.
  • software abnormality is mainly detected. That is, in S2, it is determined whether or not the monitoring item of the HC 27 is normal. For example, it is determined whether or not the calculated value of HC27 is within an allowable range (control range). In other words, it is determined whether or not the control of the HC 27 itself is within the normal range.
  • the HC 27 determines whether or not the state of the electric device, that is, the state of the power storage device 19 and the inverter 16 is normal. That is, in S3, the HC 27 determines whether the report from the BCU 22 and the inverter 16 is normal. For example, in the HC 27, the physical numerical value (detected value) of the power storage device 19 obtained from the BCU 22 of the power storage device 19 and the physical numerical value (detected value) of the inverter 16 obtained from the PCU 17 of the inverter 16 are each within an allowable range ( It is determined whether it is within the normal range and the control range. In S4, it is determined whether or not the communication connection state is normal. That is, the HC 27 determines whether or not the communication connection state with the BCU 22, PCU 17, and MC 28 is normal.
  • S5 it is determined whether or not the ignition key switch is in an OFF state. If “NO” in S5, that is, if it is determined that the ignition key switch is in the ON state, the process returns to S1, and the processes after S1 are repeated. On the other hand, if “YES” in S5, that is, if it is determined that the ignition key switch in the normal state (the state where there is no abnormality determination) is OFF, the process proceeds to S6.
  • electric device control stop processing is performed. That is, the HC 27 sets the current flowing through the electric device circuit to zero. For example, the HC 27 outputs a command to turn off the output of the inverter 16 to the PCU 17 to set the current of the electric motor 15 to zero. If the electric current which flows into an electric equipment circuit is set to 0 by S6, relay interruption
  • S11 an abnormal report is issued.
  • the HC 27 transmits a signal (abnormal signal) indicating that there is an abnormality to the BCU 22, the PCU 17, and the MC 28.
  • an electric equipment control stop process is performed. That is, the HC 27 sets the current flowing through the electric device circuit to 0, similarly to the process of S6. For example, the HC 27 outputs a command to turn off the output of the inverter 16 to the PCU 17 to set the current of the electric motor 15 to zero.
  • the relay When the current flowing through the electric device circuit is set to 0 in S12, the relay is cut off in S13. That is, in S13, the HC 27 turns off the relay 25 by turning off (opening) the second FET switch 31 of the HC 27, as in the process of S7. If the relay 25 is interrupted
  • the electric device is stopped at S15 following S14. In this state, the electric device is stopped, but the hydraulic device control is continued and the hydraulic mode is continued. In this hydraulic mode, the vehicle operation by hydraulic power is possible. That is, the hydraulic pump 13 is moved only by the engine 11, and the hydraulic excavator 1 can be operated by the pressure oil supplied from the hydraulic pump 13.
  • S16 it is determined whether or not the ignition key switch is in an OFF state. If “NO” in S16, that is, if it is determined that the ignition key switch is in the ON state, the process returns to before S15, and the processes after S15 are repeated. On the other hand, if “YES” in S16, that is, if it is determined that the ignition key switch is in the OFF state, the HC 27 stops.
  • the BCU 22 performs the normal control process in S21.
  • the BCU 22 controls the normal power storage device 19. That is, the BCU 22 performs control when the power storage device 19 is normal (predetermined control).
  • the BCU 22 also performs the processes of S22 to S24.
  • the processes of S22 to S24 are processes for observing and determining whether the power storage device 19 is normal or abnormal.
  • the BCU 22 monitors information related to the power storage device 19.
  • S22 it is determined whether or not the monitoring item of the BCU 22 is normal. For example, it is determined whether or not the voltage, current, temperature, storage rate (SOC), and degree of deterioration (SOH) of the lithium ion secondary battery 20 are within an allowable range (normal range).
  • S23 it is determined whether or not the report from the HC 27 is normal. That is, the BCU 22 and the HC 27 notify each other of an abnormality.
  • the BCU 22 determines whether or not a normal signal is received from the HC 27 (in other words, whether or not an abnormal signal is received).
  • S24 it is determined whether or not the communication connection state is normal. That is, the BCU 22 determines whether or not the communication connection state with the HC 27 is normal.
  • S25 it is determined whether or not the ignition key switch is in an OFF state. If “NO” in S25, that is, if it is determined that the ignition key switch is in the ON state, the process returns to S21, and the processes after S21 are repeated. On the other hand, if “YES” in S25, that is, if it is determined that the ignition key switch in the normal state (the state where there is no abnormality determination) is OFF, the process proceeds to S26.
  • the BCU 22 is terminated.
  • the BCU 22 performs an end process such as storage (storage) of data of the lithium ion secondary battery 20.
  • the relay is cut off in S27. That is, in S27, the BCU 22 cuts off the relay 25 by turning off (opening) the first FET switch 30 of the BCU 22. If the relay 25 is cut off at S27, the BCU 22 is stopped.
  • S31 an abnormal report is issued.
  • the BCU 22 transmits a signal (abnormal signal) indicating that there is an abnormality to the HC 27 (power storage device abnormal state notification unit 34).
  • timer processing is performed. That is, in S32, the BCU 22 determines whether or not the predetermined time T has elapsed after it is determined that the BCU 22 is not normal (abnormal) (in other words, after the abnormality is reported). In this case, the predetermined time T can be set as the time required for the HC 27 to set the current of the electric motor 15 to zero.
  • the process proceeds to S33 and the relay is cut off. That is, in S33, the BCU 22 cuts off the relay 25 by turning off (opening) the first FET switch 30 of the BCU 22.
  • S34 it is determined whether or not the ignition key switch is in an OFF state. If “NO” in S34, that is, if it is determined that the ignition key switch is in the ON state, the process returns to before S34, and the processes after S34 are repeated. On the other hand, if “YES” is determined in S34, that is, if it is determined that the ignition key switch is in the OFF state, the process proceeds to S35, and the termination process of the BCU 22 is performed. For example, in S ⁇ b> 36, the BCU 22 performs a termination process such as storage (storage) of data of the lithium ion secondary battery 20. If the termination process of the BCU 22 is performed in S36, the BCU 22 is stopped.
  • a termination process such as storage (storage) of data of the lithium ion secondary battery 20.
  • FIG. 7 shows a normal abnormality process in time series when the HC 27 cuts off the relay 25.
  • the BCU 22 transitions to an abnormal state. Anomalies are reported as communication information.
  • timer processing is started simultaneously. That is, if it is determined “NO” in S22 of FIG. 6, the BCU 22 issues an abnormality in S31 and starts timer processing in S32.
  • the HC 27 transitions to an abnormal state based on the communication information (abnormality notification) of the BCU 22, performs a stop process of the electric device control, sets the electric device circuit current to 0, and then the second mounted on the HC 27.
  • the FET switch 31 is turned OFF and the relay 25 is cut off. That is, if the determination is “NO” in S3 of FIG. 5, the HC 27 performs the stop process in S12 to reduce the current of the electric equipment circuit to 0, and then the second mounted on the HC 27 by the process of S13.
  • the FET switch 31 is turned off and the relay 25 is cut off.
  • the BCU 22 turns off the first FET switch 30 mounted on the BCU 22 by completing the timer process after the relay 25 is cut off by the HC 27. That is, when the timer process of S32 in FIG. 6 is completed (finished), the BCU 22 turns off the first FET switch 30 in S33. In this case, since the relay 25 is already interrupted by the second FET switch 31 mounted on the HC 27, the state of the relay 25 does not change.
  • the timer process (S32 in FIG. 6) is performed between the abnormal state of the BCU 22 and the relay being cut off, so during that period (during the timer process), the electric device control is stopped at the HC27.
  • the relay 25 can be cut off after the current of the electric device circuit is set to zero. For this reason, when the relay 25 is shut off, relay damage due to counter electromotive force or arc discharge can be suppressed.
  • FIG. 8 shows the abnormality processing in an emergency when the BCU 22 cuts off the relay 25 in time series.
  • the BCU 22 transitions to an abnormal state. Anomalies are reported as communication information.
  • timer processing is started simultaneously. That is, if it is determined “NO” in S22 of FIG. 6, the BCU 22 issues an abnormality in S31 and starts timer processing in S32.
  • the HC 27 cannot turn off the second FET switch 31 mounted on the HC 27 due to a failure or malfunction
  • the first FET switch mounted on the BCU 22 is replaced with the BCU 22 that has completed the timer process. 30 is turned off and the relay 25 is shut off.
  • the BCU 22 performs relay disconnection and stops the operation of the electric device regardless of whether or not there is current in the electric device circuit.
  • the lithium ion secondary battery 20 of the power storage device 19 can be prevented from progressing abnormal states such as overcharge, overdischarge, and overtemperature. As a result, safety can be improved.
  • the HC 27 as the device controller and the BCU 22 as the power storage device controller include the first FET switch 30 and the second FET switch 31 that are switches as excitation current control units, respectively. have. That is, the supply and stop of the exciting current of the relay 25 can be controlled by the second FET switch 31 of the HC 27 and can also be controlled by the first FET switch 30 of the BCU 22. For this reason, even if one controller of HC27 and BCU22 fails or malfunctions, the excitation current of the relay 25 is stopped by the switch (first FET switch 30 or second FET switch 31) of the other controller. By doing so, the relay 25 can be cut off.
  • blocking of the relay 25, can be improved.
  • the excitation current of the relay 25 when it is determined that the BCU 22 is in an abnormal state, the excitation current of the relay 25 is generated by the first FET switch 30 of the BCU 22 regardless of the state of the relay 25 when the predetermined time T has elapsed. Stop. For this reason, the excitation current of the relay 25 may be stopped by the first FET switch 30 of the BCU 22 when the predetermined time T has elapsed since the BCU 22 determined to be in an abnormal state regardless of the failure or malfunction of the HC 27. it can.
  • the relay 25 is switched by the first FET switch 30 of the BCU 22 when the predetermined time T has elapsed.
  • the excitation current can be stopped.
  • the certainty of the stop of the exciting current of the relay 25 can be improved more.
  • the exciting current of the relay 25 can be stopped by the first FET switch 30 of the BCU 22.
  • N-channel field effect transistors are used as the first FET switch 30 and the second FET switch 31.
  • a backflow prevention diode is placed between the drain terminal of the first FET switch 30 and the excitation circuit 25A so that the direction from the excitation circuit 25A toward the drain terminal of the first FET switch 30 is the forward direction. It is preferable to electrically connect in series.
  • the backflow prevention diode is for preventing backflow of the excitation current.
  • the direction from the reverse connection prevention diode side of the excitation circuit 25A toward the power supply 29 side of the excitation circuit 25A is the forward direction between the reverse connection prevention diode side of the excitation circuit 25A and the power supply 29 side of the excitation circuit 25A.
  • the reflux diodes are electrically connected in series to form a reflux path.
  • the return path is for returning the excitation current flowing in the excitation circuit 25A when the first FET switch 30 is turned off.
  • the protection diode at the time of ground offset is set so that the direction from the GND 32 side toward the source terminal side of the first FET switch 30 is the forward direction. In addition, it is preferable to electrically connect in series.
  • the HC 27 performs a stop process based on the abnormal signal from the BCU 22, and then stops the excitation current of the relay 25 by the second FET switch 31 of the HC 27. That is, the HC 27 stops the exciting current of the relay 25 after executing the stop process. For this reason, it is possible to stop the relay 25 by stopping the exciting current of the relay 25 after the current of the electric device circuit is set to 0 by the stop process of the HC 27. Thereby, the relay damage by the back electromotive force at the time of relay interruption
  • the relay 25 controlled to be connected and disconnected by both the HC 27 and the BCU 22 is provided between the power storage device 19 (the lithium ion secondary battery 20) and the inverter 16. That is, the relay 25 is provided in an electric circuit including the power storage device 19 (the lithium ion secondary battery 20) serving as a power source and the inverter 16, and the relay 25 interrupts the connection between the power storage device 19 and the inverter 16. To do. For this reason, the relay 25 can stop the electric power supply with respect to the inverter 16 by interrupting
  • the excavator 1 is a hybrid construction machine including an engine 11 mechanically connected to the electric motor 15. That is, the hydraulic pump 13 is driven by the engine 11 and the electric motor 15.
  • the power storage device 19 supplies power to the electric motor 15 or charges power generated by the electric motor 15.
  • the MC 28 controls the engine 11, the hydraulic pump 13, and the control valve 14 (via the traveling hydraulic motor 2A, the swing hydraulic motor 3A as a hydraulic device, and the cylinders 8D, 8E, and 8F of the working device 8). For this reason, the safety
  • FIG. 9 shows a second embodiment.
  • a feature of the second embodiment is that the excitation current control unit of the device controller and the excitation current control unit of the power storage device controller switch the switches via an AND circuit (logical product circuit).
  • AND circuit logical product circuit
  • a single FET switch 41 is provided between the excitation circuit 25A of the relay 25 and the GND 32.
  • the FET switch 41 has a drain terminal connected to the excitation circuit 25A of the relay 25 and a source terminal connected to the GND 32.
  • the FET switch 41 is a switch for switching between supply and stop of the excitation current of the relay 25.
  • the FET switch 41 is connected to the HC 42 and the BCU 43 via an AND circuit 44.
  • the HC 42 controls the electric motor 15, the inverter 16, and the BCU 43 similarly to the HC 27 of the first embodiment.
  • the BCU 43 also controls the power storage device 19 in the same manner as the BCU 22 of the first embodiment.
  • the exciting current control unit 42A of the HC 42 is connected to the AND circuit 44. 1 (High) is output.
  • the relay 25 is turned off (opened) by the processing of S7 or S13 in FIG. 5, that is, when the power storage device 19 (lithium ion secondary battery 20) and the inverter 16 are shut off.
  • the excitation current control unit 42A of the HC 42 outputs 0 (Low) to the AND circuit 44.
  • the excitation current control unit 43A of the BCU 43 is set to 1 in the AND circuit 44 when the relay 25 is turned on (closed), that is, when the power storage device 19 (lithium ion secondary battery 20) is connected to the inverter 16. (High) is output.
  • the relay 25 is turned off (opened) by the processing of S27 or S33 of FIG. 6, that is, when the power storage device 19 (lithium ion secondary battery 20) and the inverter 16 are shut off.
  • 0 (Low) is output to the AND circuit 44.
  • the AND circuit 44 outputs 1 to the FET switch 41 when 1 is output from both the excitation current control unit 42A of the HC 42 and the excitation current control unit 43A of the BCU 43.
  • 0 is output from at least one of the excitation current control unit 42A of the HC 42 and the excitation current control unit 43A of the BCU 43
  • 0 is output to the FET switch 41.
  • the FET switch 41 is turned on (closed) when 1 is input from the AND circuit 44, and is turned off (opened) when 0 is input from the AND circuit 44.
  • the HC 42 and the BCU 43 have excitation current control units 42A and 43A for controlling supply and stop of the excitation current of the relay 25, respectively.
  • the excitation current control unit 42A of the HC 42 outputs a command signal for turning the relay 25 ON / OFF (closing / opening) to the FET switch 41 via the AND circuit 44. It is configured as a command output unit.
  • the excitation current control unit 43A of the BCU 43 is also configured as a command output unit that outputs a command signal for turning the relay 25 ON / OFF (closed / open) to the FET switch 41 via the AND circuit 44.
  • the FET switch 41 is switched via the AND circuit 44 by the excitation current control unit 42A of the HC 42 and the excitation current control unit 43A of the BCU 43 as described above. There is no particular difference from that according to the first embodiment described above.
  • the supply and stop of the excitation current of the relay 25 can be controlled by the excitation current control unit (command output unit) 42A of the HC 42, and the excitation current control unit (command of the BCU 43). It can be controlled by the output unit 43A. For this reason, even if one controller of HC42 and BCU43 fails or malfunctions, by stopping the exciting current of the relay 25 by the exciting current control part (command output part) 42A or 43A of the other controller, The relay 25 can be cut off. Thereby, the certainty of the stop of the exciting current of the relay 25, ie, the certainty of interruption
  • the FET switch 41 and the AND circuit 44 are provided separately from the HC 42 and the BCU 43.
  • the present invention is not limited to this, and for example, the FET switch 41 and the AND circuit 44 may be provided in the HC 42 or the BCU 43.
  • FIG. 10 shows a third embodiment.
  • the hydraulic excavator as a construction machine is an electric hydraulic excavator.
  • the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the electric motor 15 drives a hydraulic pump 13 as a driven body.
  • the power storage device 19 supplies electric power to the electric motor 15 via the inverter 16 as in the first embodiment.
  • the power storage device 19 is also electrically connected to the inverter 16 via the relay 25 in the third embodiment.
  • the inverter 16 converts the power supplied from the power storage device 19 and supplies it to the electric motor 15.
  • Relay 25 is provided between power storage device 19 and inverter 16, and electrically connects / disconnects between power storage device 19 and inverter 16.
  • MC 28 controls the hydraulic pump 13.
  • the MC 28 controls the control valve 14 to control the traveling hydraulic motor 2A, the swing hydraulic motor 3A, and the cylinders 8D, 8E, and 8F of the work device 8 as hydraulic devices.
  • An electric device controller 51 (hereinafter referred to as EC 51) as a device controller controls the electric motor 15, the inverter 16, and the BCU 22 while performing cooperative control with the MC.
  • the EC 51 corresponds to a host controller including a relay control unit (second FET switch 31) for controlling the supply and stop of the operating current of the relay 25, similarly to the device controller (HC 27) of the first embodiment. To do.
  • the host controller (EC 51 in FIG. 10 and HC 27 in FIG. 2 described above) communicates with the BCU 22.
  • the BCU 22 is a controller of the power storage device 19, that is, a power storage device controller that manages the state of the power storage device 19.
  • the BCU 22 and the host controller (EC51) are respectively connected to a relay control unit (the first controller) for controlling the supply and stop of the operating current of the relay 25. It has an FET switch 30 and a second FET switch 31). That is, when the power storage device 19 enters an abnormal state in which the power storage device 19 and the inverter 16 are electrically disconnected by the relay 25, the BCU 22 indicates the abnormal state of the power storage device 19 to the host controller (EC51). It has a power storage device abnormal state notification unit 34 for notification.
  • the BCU 22 when the power storage device 19 is in an abnormal state, the BCU 22 does not depend on whether or not the supply of the operating current of the relay 25 is stopped by the host controller (EC51) that has notified the abnormal state of the power storage device 19. And a relay control unit (first FET switch 30) for stopping the supply of the operating current of the relay 25.
  • the relay control unit (first FET switch 30) of the BCU 22 has passed a predetermined time T after notifying the host controller (EC51) of the abnormal state of the power storage device 19. Thereafter, the supply of the operating current of the relay 25 is stopped.
  • the predetermined time T is a time from when the abnormal state of the power storage device 19 is notified until the current flowing between the power storage device 19 and the electric motor 15 becomes zero due to the interruption of the relay 25, or The time is set longer than the time until the supply of the operating current of the relay 25 is stopped by the relay control unit (second FET switch 31) of the host controller (EC51).
  • the EC 51 and the BCU 22 respectively control the excitation current control unit (the first current control unit) for controlling the supply and stop of the excitation current of the relay 25. It has an FET switch 30 and a second FET switch 31). That is, in the third embodiment, the EC 51 has the second FET switch 31 as the excitation current control, like the HC 27 of the first embodiment.
  • the supply and stop of the excitation current of the relay 25 are controlled by the second FET switch 31 of the EC 51 and the first FET switch 30 of the BCU 22 as described above.
  • the switch of the other controller the first FET switch
  • the relay 25 can be cut off by stopping the exciting current of the relay 25 by 30 or the second FET switch 31).
  • the relay 25 provided between the negative terminal of the lithium ion secondary battery 20 and the DC negative electrode of the inverter 16 can be cut off by both the HC 27 and the BCU 22.
  • the relay 24 (and the relay 23 if necessary) provided between the positive terminal of the lithium ion secondary battery 20 and the DC positive electrode of the inverter is connected to the HC 27 and the BCU 22. It is good also as a structure which can interrupt
  • the relays 25 and 24 (and the relay 23 as necessary) may be configured to be cut off by both the HC 27 and the BCU 22. The same applies to the second embodiment and the third embodiment.
  • the lithium ion secondary battery 20 is used for the power storage device 19 as an example.
  • other secondary batteries for example, a nickel cadmium battery, a nickel battery, etc.
  • a hydrogen battery or a capacitor may be used.
  • a step-up / step-down device such as a DC-DC converter may be provided between the power storage device and the DC bus. The same applies to the second embodiment and the third embodiment.
  • the crawler hybrid excavator 1 is described as an example of the construction machine.
  • the present invention is not limited to this, for example, various hybrid constructions including an electric motor connected to an engine and a hydraulic pump, and a power storage device, such as a wheel-type hybrid hydraulic excavator, a hybrid wheel loader, and a hybrid dump truck. Applicable to machine. The same applies to the second embodiment.
  • a crawler type electro-hydraulic excavator has been described as an example of the construction machine.
  • the present invention is not limited to this, and can be applied to various electric construction machines that drive a hydraulic pump only by an electric motor, such as a wheel-type electric hydraulic excavator, an electric wheel loader, and an electric dump truck.
  • each embodiment is an exemplification, and it is needless to say that partial replacement or combination of the configurations shown in different embodiments is possible.
  • an electric system to which the present invention is applied is a hybrid.
  • Electric systems used for driving vehicles and auxiliary machines in automobiles such as automobiles and electric cars, electric systems installed in industrial vehicles such as forklifts, electric systems installed in railway vehicles such as hybrid trains, etc.
  • the configuration of the electric system is the same as that shown in FIG. That is, the mechanical connection destination of the electric motor varies depending on the electric system, but basically the configurations of the electric motor, inverter, power storage device, and device controller (HC) described in the first to third embodiments are applied as they are. it can.

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Abstract

リレー(25)は、インバータ(16)と蓄電装置(19)とが接続された電気回路を接続・遮断するものである。BCU(22)は、蓄電装置(19)を制御する。HC(27)は、電動モータ(15)、インバータ(16)、BCU(22)を制御する。HC(27)とBCU(22)は、それぞれ、リレー(25)の励磁電流の供給と停止とを制御するFETスイッチ(30,31)を有している。BCU(22)は、蓄電装置(19)が異常状態と判断した場合、HC(27)に異常信号を送信し、かつ、所定時間経過したときに、BCU(22)の第1のFETスイッチ(30)をOFF(開)にする。HC(27)は、BCU(22)からの異常信号に基づいて、停止処理を実行してから、HC(27)の第2のFETスイッチ(31)をOFF(開)にする。

Description

蓄電装置コントローラ及び電動システム並びに建設機械
 本発明は、蓄電装置コントローラ及びこの蓄電装置コントローラを備えた電動システム並びにこの電動システムが搭載された建設機械に関する。
 技術分野に関する背景技術として、例えば、特許文献1及び特許文献2に記載された技術がある。特許文献1には、電動車両のモータ/ジェネレータおよび高電圧回路における車両停止要求時のリレーの遮断に関する技術が記載されている。また、特許文献2には、ハイブリッド系故障によるシステムメインリレー遮断要求時のリレーの遮断に関する技術が記載されている。
特開2010-193558号公報(特許第5233725号公報) 特開2006-217743号公報
 近年、先進国を中心に環境破壊防止の対策として、燃料の燃焼に伴って排出されるガスの排出規制強化や、内燃機関を動力源として搭載するシステムの低燃費化が進められている。この方策の一つとして、システムに搭載された動力源を電動化する取り組みがなされている。動力源の電動化は、電力を蓄える蓄電装置を電源とし、被駆動体に機械的に接続された電動モータを、蓄電装置から供給された電力によって駆動することにより実現できる。蓄電装置は、電気的に直列、或いは、並列、若しくは、直並列に接続された複数の蓄電器を備えている。蓄電器には、リチウムイオン電池、鉛電池、ニッケル水素電池などの二次電池を用いる場合が多い。最近では、二次電池の中でも、エネルギーの出力及び容量における体積密度が高いリチウムイオン電池の採用が主流となっている。
 長期に渡って蓄電装置を安全に使用し続けるためには、蓄電器がその使用範囲を超えて使用されないようにする必要がある。即ち、蓄電器の電圧、充放電電流、温度、充電状態、劣化状態などを監視し、蓄電器が過充電、過放電、過温度などの異常状態に至らないように、蓄電器の充放電を制御する必要がある。このため、蓄電装置には、前述の監視、制御を司るコントローラが設けられている。また、蓄電器が過充電、過放電、過温度などの異常状態になった場合には、蓄電装置と電動モータとの間の電気回路を遮断し、蓄電装置を電動モータ側から電気的に切り離す必要がある。このため、蓄電装置と電動モータとの間の電気回路には、例えば特許文献1に示すようにリレーが設けられている。リレーは、例えば特許文献2に示すように、動作電流(励磁コイルに流れる励磁電流)を制御することにより、接点を投入したり、切り離したりすることができる。
 しかしながら、背景技術では、リレーの動作電流を1つの制御系で制御している。このため、リレーの動作電流を制御する制御系が故障または誤動作した場合には、リレーが正常に作動せず、蓄電装置を電動モータ側から電気的に切り離せなくなり、蓄電器が過充電、過放電、過温度などの異常状態に至ることが考えられる。
 以上のことから、本発明が解決すべき課題の一つは、リレーによる回路遮断の確実性を向上させることにある。
 上記課題の一つは、リレーの動作電流の供給及び停止を制御するリレー制御部を、少なくとも2つのコントローラのそれぞれに設け、それぞれのコントローラのリレー制御部によってリレーの動作電流の供給停止ができるようにすることにより、解決できる。この場合、一方のコントローラのリレー制御部によるリレーの動作電流の供給停止は、他方のコントローラのリレー制御部によるリレーの動作電流の供給停止に関係無くできるようにすることが好ましい。また、一方のコントローラのリレー制御部によるリレーの動作電流の供給停止は、リレーの動作電流の供給停止が必要になったときから、所定時間経過後、例えばリレーの遮断によって蓄電装置と電動モータとの間に流れる電流がゼロの状態になるまでの時間、或いは、他方のコントローラのリレー制御部によってリレーの動作電流の供給が停止されるまでの時間が経過後、行われることが好ましい。
 ここに、本発明の一つは、電動モータと、前記電動モータにより駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される油圧装置と、前記電動モータに電力を供給する蓄電装置と、前記蓄電装置と前記電動モータとの間に設けられ電力の変換を行うインバータと、前記油圧ポンプ、前記油圧装置を制御するメインコントローラと、前記蓄電装置を制御する蓄電装置コントローラと、前記電動モータ、前記インバータ、前記蓄電装置コントローラを制御する機器コントローラと、前記インバータと前記蓄電装置とが接続された電気回路を接続・遮断するリレーとを備えてなる建設機械において、前記機器コントローラと前記蓄電装置コントローラは、それぞれ、前記リレーの励磁電流の供給と停止とを制御する励磁電流制御部を有する構成としたことを特徴とする。
 また、本発明の他の一つは、被駆動体を駆動する電動モータと、前記電動モータに電力を供給する蓄電装置と、前記電動モータと前記蓄電装置との間に設けられ、前記蓄電装置から供給された電力を変換して前記電動モータに供給するインバータと、前記蓄電装置と前記インバータとの間に設けられ、前記蓄電装置と前記インバータとの間を電気的に接続・遮断するリレーと、前記蓄電装置の状態を管理する蓄電装置コントローラと、前記蓄電装置コントローラと通信する上位コントローラとを有する電動システムにおいて、前記蓄電装置コントローラ及び前記上位コントローラは、それぞれ、前記リレーの動作電流の供給及び停止を制御するためのリレー制御部を有することを特徴とする。
 さらに、本発明の他の一つは、リレーを介してインバータに電気的に接続され、被駆動体を駆動する電動モータに前記インバータを介して電力を供給する蓄電装置のコントローラであって、前記蓄電装置が、前記蓄電装置と前記インバータとの間を前記リレーによって電気的に切り離す異常状態になったとき、前記リレーの動作電流の供給及び停止を制御するためのリレー制御部を備える上位コントローラに対して、前記蓄電装置の異常状態を通知する蓄電装置異常状態通知部と、前記蓄電装置が、前記蓄電装置と前記インバータとの間を前記リレーによって電気的に切り離す異常状態になったとき、前記蓄電装置の異常状態を通知した前記上位コントローラによって前記リレーの動作電流の供給が停止されたか否かに関係無く、前記リレーの動作電流の供給を停止させるリレー制御部とを有することを特徴とする。
 本発明によれば、リレーによる回路遮断の確実性を向上させることができる。
 即ち、本発明の一つである建設機械を例に挙げて説明すると、機器コントローラと蓄電装置コントローラは、それぞれ励磁電流制御部(リレー制御部)を有している。即ち、リレーの励磁電流の供給と停止は、機器コントローラの励磁電流制御部で制御することができ、かつ、蓄電装置コントローラの励磁電流制御部でも制御することができる。このため、機器コントローラと蓄電装置コントローラとのうちの一方のコントローラが故障または誤作動しても、他方のコントローラの励磁電流制御部によりリレーの励磁電流を停止することにより、リレーを遮断することができる。これにより、リレーの励磁電流の停止の確実性、即ち、リレーの遮断の確実性を向上することができる。この結果、建設機械の搭載機器および車体の安全性を向上することができる。
第1の実施の形態によるハイブリッド油圧ショベルを示す正面図である。 図1中のハイブリッド油圧ショベルに適用する油圧システムと電動システムを示すブロック図である。 図2中の蓄電装置を示すブロック図である。 リレーとBCUとHCを示す回路図である。 HCの制御処理を示す流れ図である。 BCUの制御処理を示す流れ図である。 HCがリレーを遮断する場合の電動機器、HC、BCU、リレー等の時間変化の一例を示す特性線図である。 BCUがリレーを遮断する場合の電動機器、HC、BCU、リレー等の時間変化の一例を示す特性線図である。 第2の実施の形態によるリレーとBCUとHCを示す回路図である。 第3の実施の形態による電動油圧ショベルを示す図2と同様のブロック図である。
 以下、本発明の実施の形態による建設機械としてハイブリッド油圧ショベルを例に挙げて、添付図面に従って説明する。
 なお、以下に説明する実施の形態では、リチウムイオン電池を搭載したハイブリッド油圧ショベルを例に挙げて説明するが、これに限るものではない。例えば、ハイブリッドホイールローダ、ハイブリッドダンプトラック等、蓄電装置に接続された電動モータとエンジンとにより駆動される油圧ポンプの動力を動力源とした各種のハイブリッド建設機械に適用できるものである。また、蓄電装置を動力源とした各種の電動建設機械、さらには、同様の機器構成の各種の産業機械に適用できるものである。
 図1ないし図8は、第1の実施の形態を示している。ハイブリッド油圧ショベル1(以下、油圧ショベル1という)は、後述のエンジン11と電動モータ15とを備えている。油圧ショベル1は、自走可能なクローラ式の下部走行体2と、下部走行体2上に設けられた旋回装置3と、下部走行体2上に旋回装置3を介して旋回可能に搭載された上部旋回体4と、上部旋回体4の前側に設けられ掘削作業等を行う多関節構造の作業装置8とにより構成されている。このとき、下部走行体2と上部旋回体4は、油圧ショベル1の車体を構成している。
 上部旋回体4は、上部旋回体4の支持構造体(ベースフレーム)となる旋回フレーム5と、旋回フレーム5上に搭載されたキャブ6、カウンタウエイト7、エンジン11、油圧ポンプ13、電動モータ15、インバータ16、蓄電装置19等とを含んで構成されている。
 旋回フレーム5の前部左側には、運転室を画成するキャブ6が設けられている。キャブ6内には、オペレータが着席する運転席が設けられている。また、運転席の周囲には、油圧ショベル1を操作するための操作装置、即ち、走行用のレバー・ペダル操作装置、作業用のレバー操作装置(いずれも図示せず)等が設けられている。
 操作装置は、オペレータによるレバー操作、ペダル操作に応じたパイロット信号(パイロット圧)を、後述のコントロールバルブ14(図2参照)に出力する。これにより、オペレータは、油圧ショベル1の油圧装置(油圧アクチュエータ)、即ち、後述の走行油圧モータ2A、バケットシリンダ8F、アームシリンダ8E、ブームシリンダ8D、旋回油圧モータ3A(図2参照)等を動作(駆動)させることができる。
 また、キャブ6内には、油圧ショベル1の電源のON・OFF(アクセサリON・OFF)、および、エンジン11の始動・停止を行うためのイグニッションキースイッチ(図示せず)が設けられている。さらに、キャブ6内には、運転席の後方の下側に位置して後述のハイブリッドコントローラ27およびメインコントローラ28(図2参照)が設けられている。一方、旋回フレーム5の後端側には、作業装置8との重量バランスをとるためのカウンタウエイト7が設けられている。
 図1に示すように、作業装置8は、例えばブーム8A、アーム8B、作業具としてのバケット8Cと、これらを駆動するブームシリンダ8D、アームシリンダ8E、作業具シリンダとしてのバケットシリンダ8Fとによって構成されている。ブーム8A、アーム8B、バケット8Cは、互いにピン結合されている。
 作業装置8(のブーム8A)は、上部旋回体4の旋回フレーム5に取付けられている。作業装置8は、シリンダ8D,8E,8Fを伸長または縮小することによって、俯仰動する。また、油圧ショベル1は、下部走行体2に設けられた走行油圧モータ2A(図2参照)が回転することによって、走行する。また、上部旋回体4は、旋回軸受(図示せず)と共に旋回装置3を構成する旋回油圧モータ3A(図2参照)が回転することによって、旋回する。
 ここで、油圧ショベル1は、電動モータ15等を制御する電動システムと、作業装置8等の動作を制御する油圧システムとを搭載している。以下、油圧ショベル1のシステム構成について、図2および図3を参照しつつ説明する。
 エンジン11は、旋回フレーム5に搭載されている。エンジン11は、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関によって構成されている。図2に示すように、エンジン11の出力側には、油圧ポンプ13と電動モータ15とが機械的に直列接続して取付けられている。これら油圧ポンプ13と電動モータ15は、エンジン11によって駆動される。
 ここで、エンジン11は、電子制御式エンジンにより構成され、エンジン11の作動はエンジンコントロールユニット12(以下、ECU12という)によって制御される。具体的には、エンジン11は、シリンダ(燃焼室)内への燃料の供給量、即ち、シリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射装置(電子制御噴射弁)の噴射量が、エンジン11の制御部となるECU12により可変に制御される。この場合、ECU12は、マイクロコンピュータを含んで構成されており、後述のメインコントローラ28(以下、MC28という)に接続されている。
 ECU12は、MC28からの制御信号(指令信号)に基づいて、燃料噴射装置によるシリンダ内への燃料噴射量を可変に制御し、エンジン11の回転速度を制御する。即ち、ECU12は、MC28からのエンジン出力指令に基づいて、エンジン11の出力トルク、回転速度(エンジン回転数)等を制御する。なお、エンジン11の最大出力は、例えば油圧ポンプ13の最大動力よりも小さくなっている。
 油圧ポンプ13は、エンジン11に機械的に接続されている。油圧ポンプ13は、エンジン11単独のトルクによって駆動可能である。また、油圧ポンプ13は、エンジン11のトルクに電動モータ15のアシストトルクを加えた複合トルク(合計トルク)によっても駆動可能である。即ち、油圧ポンプ13は、エンジン11および電動モータ15の機械動力によって駆動される。油圧ポンプ13は、タンク(図示せず)内に貯溜された作動油を加圧し、走行油圧モータ2A、旋回油圧モータ3A、作業装置8のシリンダ8D,8E,8Fに圧油として吐出する。
 油圧ポンプ13は、コントロールバルブ14を介して油圧装置(油圧アクチュエータ)としての走行油圧モータ2A、旋回油圧モータ3A、作業装置8のシリンダ8D,8E,8Fに接続されている。油圧ポンプ13は、例えば、可変容量型の斜板式、斜軸式またはラジアルピストン式油圧ポンプによって構成されている。この場合、図示は省略するが、油圧ポンプ13は、ポンプ容量を調整するレギュレータ(容量可変部、傾転アクチュエータ)を有している。油圧ポンプ13(のレギュレータ)は、後述のMC28からの指令により可変に制御される。
 コントロールバルブ14は、複数の方向制御弁、電磁弁等の集合体からなる制御弁装置である。コントロールバルブ14は、油圧ポンプ13から吐出された作動油を油圧モータ2A,3A、シリンダ8D,8E,8F等の油圧装置へ分配する。即ち、コントロールバルブ14は、キャブ6内に配置された走行用のレバー・ペダル操作装置、作業用のレバー操作装置のレバー操作、ペダル操作、MC28からの指令等に応じて、油圧ポンプ13から油圧装置2A,3A,8D,8E,8Fに供給される圧油の方向を制御する。これにより、油圧装置2A,3A,8D,8E,8Fは、油圧ポンプ13から供給(吐出)される圧油(作動油)によって駆動される。
 電動機(モータ)または発電電動機(モータジェネレータ)とも呼ばれる電動モータ15は、エンジン11と機械的に接続されている。電動モータ15は、例えば同期電動機等によって構成される。電動モータ15は、エンジン11を動力源に発電機として働き蓄電装置19への電力供給を行う発電と、蓄電装置19からの電力を動力源にモータとして働き被駆動体としてのエンジン11および油圧ポンプ13の駆動をアシストする力行との2通りの役割を果たす。従って、エンジン11のトルクには、状況に応じて電動モータ15のアシストトルクが追加され、これらのトルクによって油圧ポンプ13は駆動する。そして、油圧ポンプ13から吐出される圧油によって、車両の走行動作、旋回動作、作業装置8の俯仰動動作等が行われる。
 図2に示すように、電動モータ15は、インバータ16を介して一対の直流母線18A,18Bと接続されている。即ち、インバータ16は、電動モータ15と蓄電装置19との間に設けられ、これら電動モータ15と蓄電装置19とに電気的に接続されている。インバータ16は、電力の変換(エネルギ変換)を行うもので、例えば、トランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)等からなる複数のスイッチング素子を用いて構成されている。
 インバータ16は、パワーコントロールユニット17(以下、PCU17という)によって、各スイッチング素子のオン/オフが制御される。PCU17は、マイクロコンピュータを含んで構成されており、後述のハイブリッドコントローラ27(以下、HC27という)に接続されている。直流母線18A,18Bは、正極側と負極側とで対をなし、例えば数百V程度の直流電圧が印加されている。
 電動モータ15の発電時には、インバータ16は、電動モータ15からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置19に供給する。電動モータ15の力行時には、インバータ16は、直流母線18A,18Bの直流電力を交流電力に変換して電動モータ15に供給する。そして、PCU17は、HC27からの発電電動機出力指令等に基づいて、インバータ16の各スイッチング素子のオン/オフを制御する。これにより、PCU17は、電動モータ15の発電時の発電電力や力行時の駆動電力を制御する。
 蓄電装置19は、インバータ16を介して電動モータ15に電気的に接続されている。この場合、蓄電装置19は、直流母線18A,18Bを介してインバータ16の直流側正極と直流側負極とに接続されている。蓄電装置19は、電動モータ15の力行時(アシスト駆動時)には電動モータ15に向けて駆動電力を供給し、電動モータ15の発電時には電動モータ15から供給される電力を充電する。即ち、蓄電装置19は、電動モータ15に電力を供給し、または、電動モータ15による発電電力を充電する。換言すれば、蓄電装置19は、電動モータ15を駆動するエネルギーの供給と、電動モータ15で発電されたエネルギーの回生を行うものである。
 図3に示すように、蓄電装置19は、例えば、蓄電器(蓄電池を含む)に相当するリチウムイオン二次電池20と、電流センサ21と、バッテリコントロールユニット22(以下、BCU22という)と、リレー23,24,25と、抵抗26とを備えている。蓄電装置19は、BCU22によって制御される。より具体的には、蓄電装置19のリチウムイオン二次電池20は、BCU22からの情報に基づいて、HC27によって充電動作や放電動作が制御される。
 ここで、リチウムイオン二次電池20は、複数の電池セルを電気的に直列或いは並列もしくは直列および並列に接続してなる組電池により構成されている。電流センサ21は、例えばリチウムイオン二次電池20の正極側の端子に接続され、蓄電装置19(リチウムイオン二次電池20)の充電電流または放電電流を検出(計測)する。電流センサ21の出力側は、BCU22に接続されている。電流センサ21は、検出した電流に応じた信号をBCU22に出力する。
 BCU22には、電流センサ21で検出した電流値が入力されることに加えて、リチウムイオン二次電池20の電圧と温度が入力される。このために、例えば、リチウムイオン二次電池20には、リチウムイオン二次電池20の電圧を検出(計測)する電圧センサ(図示せず)と、リチウムイオン二次電池20の温度を検出(計測)する温度センサ(図示せず)が設けられている。電圧センサの出力側および温度センサの出力側は、BCU22に接続されている。電圧センサは、検出した電圧に応じた信号をBCU22に出力し、温度センサは、検出した温度に応じた信号をBCU22に出力する。
 蓄電装置コントローラとしてのBCU22は、マイクロコンピュータを含んで構成されており、後述のHC27に接続されている。BCU22は、蓄電装置19を制御する。即ち、BCU22は、リチウムイオン二次電池20の電圧、温度、および、電流センサ21で測定した電流値に基づいて所定の演算処理を行うことにより、リチウムイオン二次電池20の状態判定、演算、制御を行う。
 例えば、BCU22は、電流、電圧、温度に基づいて、蓄電装置19から放電可能な電力をバッテリ放電電力として算出する。同様に、BCU22は、蓄電装置19に充電可能な電力をバッテリ充電電力として算出する。BCU22は、バッテリ蓄電率(SOC)、バッテリ放電電力、バッテリ充電電力等をHC27に向けて出力する。
 これに加えて、BCU22は、電圧、電流、温度、蓄電率(SOC:State Of Charge)、劣化度(SOH:State Of Health)等に基づいて、蓄電装置19の状態を監視し、推定する。BCU22は、これらの複数の要素のいずれかの指標が適正な使用範囲を逸脱した場合または逸脱しそうな場合には、HC27に信号を送信し、異常・警告を発報する。
 リレー23,24,25および抵抗26は、コンタクタを構成している。リレー23,24,25は、インバータ16と蓄電装置19とが接続された電気回路(電動機器回路)を接続・遮断するものである。即ち、リレー23,24,25は、蓄電装置19(リチウムイオン二次電池20の端子)とインバータ16(の直流側の端子)との間を接続または遮断するものである。このために、リレー23,24,25は、インバータ16と蓄電装置19との間に設けられている。より具体的には、リレー23,24,25は、リチウムイオン二次電池20の端子とインバータ16の直流側の端子との間に設けられている。
 この場合、リレー23,24は、リチウムイオン二次電池20のプラス側の端子とインバータの直流側正極との間に並列接続で設けられている。そして、リチウムイオン二次電池20のプラス側の端子とリレー23との間には、リレー動作時の突入電流を防止する抵抗26がリレー23と直列に設けられている。これにより、リレー23は、抵抗26と共に突入電流防止回路を構成している。リレー23およびリレー24は、リチウムイオン二次電池20の正極とインバータ16の直流側正極との間の接続・遮断を実施する。一方、リレー25は、リチウムイオン二次電池20のマイナス側の端子とインバータ16の直流側負極との間に設けられている。リレー25は、リチウムイオン二次電池20の負極とインバータの直流側負極との間の接続・遮断を実施する。
 例えば、図示しないイグニッションキースイッチがOFFのときは、リレー23,24,25はOFF(開)となっており、蓄電装置19(リチウムイオン二次電池20)とインバータ16とは遮断されている。一方、オペレータによりイグニッションキースイッチがONされると、例えば、HC27からの指令によりリレー23,24,25がON(閉)となり、蓄電装置19(リチウムイオン二次電池20)とインバータ16とが接続される。このとき、リレー23,24,25は、先ず、リレー23,25がONになってから、リレー24がONになり、リレー23がOFFとなる。
 機器コントローラとしてのHC27は、例えばマイクロコンピュータによって構成されている。HC27は、例えば、CAN(Controller Area Network)等を用いてECU12、PCU17、BCU22、MC28に電気的(通信可能)に接続されている。HC27は、BCU22の上位のコントローラ(上位コントローラ)となるものである。一方、MC28には、例えば、オペレータが操作する走行用のレバー・ペダル操作装置、作業用のレバー操作装置の操作量を検出する操作量センサ(図示せず)が接続されている。MC28も、例えばマイクロコンピュータによって構成されている。
 MC28は、ECU12、HC27と通信し、例えば、操作量、エンジン11の回転数、蓄電装置19の蓄電率(SOC)等に基づいて、各種の制御信号をECU12、PCU17、HC27に送信する。これにより、ECU12は、MC28からの制御信号に基づいて、エンジン11の回転数等を制御する。また、HC27は、ハイブリッド機器である電動モータ15、インバータ16、蓄電装置19の状態と、MC28からの操作量の情報とに基づいて、ハイブリッド機器15,16,19を制御する。また、MC28は、操作量の情報に基づいて、油圧ポンプ13(の容量)、コントロールバルブ14(に対するパイロット圧)を制御する。
 即ち、MC28は、エンジン11と油圧ポンプ13を制御する。これに加えて、MC28は、コントロールバルブ14を制御することにより、油圧装置としての走行油圧モータ2A、旋回油圧モータ3A、作業装置8のシリンダ8D,8E,8Fを制御する。HC27は、蓄電装置19とインバータ16を制御し、MC28と協調制御を行う。即ち、HC27は、MC28と協調制御を行いつつ、電動モータ15、インバータ16、BCU22を制御する。
 ところで、前述の従来技術によれば、電気回路を遮断するリレーを1つのコントローラで制御している。このため、例えば、リレーの制御を担当するコントローラが故障または誤動作した場合に、リレーの励磁電流を停止できなくなり、リレーを遮断できなくなる可能性がある。このことは、例えば、電圧、電流、温度を緻密に制御する必要のあるリチウムイオン二次電池において、過充電、過放電、過温度等の異常状態が進行するおそれがあり、好ましくない。
 これに対して、第1の実施の形態では、機器コントローラとしてのHC27でリレー25の励磁電流の供給と停止とを制御できることに加えて、蓄電装置コントローラとしてのBCU22でもリレー25の励磁電流の供給と停止とを制御できる構成としている。そこで、第1の実施の形態のリレー25の制御について、図1ないし図3に加え、図4ないし図8も参照しつつ説明する。
 図4は、リレー制御回路を示している。なお、第1の実施の形態では、蓄電装置19(リチウムイオン二次電池20)の負極側のリレー25の励磁電流の供給と停止とを制御するリレー制御回路を例に挙げて説明する。しかし、これに限らず、例えば、蓄電装置19(リチウムイオン二次電池20)の正極側のリレー24(および必要に応じてリレー23)の励磁電流の供給と停止とを制御するリレー制御回路として構成してもよい。また、蓄電装置19(リチウムイオン二次電池20)の負極側と正極側との両方のリレー25,24(および必要に応じてリレー23)の励磁電流の供給と停止とを制御するリレー制御回路として構成してもよい。
 図4において、電源29は、リレー励磁電流の供給元となる電源であり、例えば、油圧ショベル1に搭載された12V、24V等の補機駆動用の車載バッテリを用いることができる。電源29は、リレー25の励磁回路25Aに接続されている。リレー25は、インバータ16の直流側負極とリチウムイオン二次電池20の負極に接続されている。リレー25は、電源29からのリレー励磁電流により接続・遮断される。
 即ち、リレー25は、電源29から励磁回路25A(励磁コイル)に対してリレー励磁電流が供給されている(励磁回路25Aが通電の)ときに閉(ON)となり、リチウムイオン二次電池20のマイナス側とインバータ16の直流側負極とが接続される。これに対して、リレー25は、励磁回路25Aに対する電源29からのリレー励磁電流の供給が停止している(励磁回路25Aが非通電の)ときに開(OFF)となり、リチウムイオン二次電池20のマイナス側とインバータ16の直流側負極とが遮断される。
 このようなリレー25の励磁電流の供給と停止とを制御する励磁電流制御部は、HC27とBCU22との両方にそれぞれ設けられている。即ち、第1の実施の形態では、HC27とBCU22は、それぞれ、リレー25の励磁電流の供給と停止とを制御する励磁電流制御部を有している。励磁電流制御部は、リレー25の励磁電流の供給と停止とを切換えるスイッチ、より具体的には、電界効果トランジスタスイッチであるFETスイッチ30,31により構成されている。そして、BCU22には、励磁電流制御部としての第1のFETスイッチ30が設けられており、HC27には、励磁電流制御部としての第2のFETスイッチ31が設けられている。即ち、蓄電装置コントローラであるBCU22は、リレー25の動作電流の供給及び停止を制御するためのリレー制御部である第1のFETスイッチ30を有している。上位コントローラであるHC27は、リレー25の動作電流の供給及び停止を制御するためのリレー制御部である第2のFETスイッチ31を有している。
 BCU22に設置(搭載)された第1のFETスイッチ30と、HC27に設置(搭載)された第2のFETスイッチ31は、直列に接続されている。即ち、第1のFETスイッチ30は、BCU22内にあって、そのドレイン端子がリレー25の励磁回路25Aに接続されている。第2のFETスイッチ31は、HC27内にあって、そのドレイン端子がBCU22内のFETスイッチ31に接続され、そのソース端子がグランドであるGND32(車体等)に接続されている。また、第1のFETスイッチ30と第2のFETスイッチ31との間に位置してHC27内には、電流の逆流を防止する逆流防止装置となる一対のダイオード33が並列接続で設けられている。
 第1のFETスイッチ30は、BCU22によって開閉が切換えられる。第2のFETスイッチ31は、HC27によって開閉が切換えられる。第1のFETスイッチ30と第2のFETスイッチ31との両方がON(閉)のときは、電源29を通じて励磁回路25Aにリレー励磁電流が供給され、リレー25がON(閉)となる。一方、第1のFETスイッチ30と第2のFETスイッチ31とのうちの少なくとも一方がOFF(開)のときは、励磁回路25Aへのリレー励磁電流が停止され、リレー25がOFF(開)となる。
 なお、第1のFETスイッチ30および第2のFETスイッチ31は、それぞれコントローラ(BCU22、HC27)内に設けられているが、コントローラの外部にあってもよい。また、FETスイッチとその制御を行うコントローラは、2台以上でもよい。例えば、BCU22とHC27に加えて、これらとは別のコントローラ、例えば、MC28に第3のFETスイッチを(第1のFETスイッチ30および第2のFETスイッチ31と直列接続で)設ける構成としてもよい。また、インバータ16のコントローラであるPCU17に第3のFETスイッチを設ける構成としてもよい。さらに、例えば、リレー遮断等の異常時の制御に特化したコントローラ(図示せず)に第3のFETスイッチを設ける構成としてもよい。
 また、第1の実施の形態では、第1のFETスイッチ30と第2のFETスイッチ31との両方を、リレー25の励磁回路25AとGND32との間に配置したが、例えば、電源29とリレー25の励磁回路25Aとの間に配置してもよい。また、第1のFETスイッチ30と第2のFETスイッチ31とのうちのいずれか一方を、電源29とリレー25の励磁回路25Aとの間に配置し、他方を、リレー25の励磁回路25AとGND32との間に配置してもよい。さらに、第1の実施の形態では、スイッチとして電界効果トランジスタを用いたが、例えば、バイポーラ型トランジスタ等の他のスイッチングデバイスを用いてもよい。
 いずれにしても、第1の実施の形態では、2つのFETスイッチ30,31がBCU22とHC27とのそれぞれに設けられており、これら2つのFETスイッチ30,31は、直列に接続されている。そして、BCU22は、蓄電装置19(リチウムイオン二次電池20)の状態がリレー25の励磁電流の停止を要する異常状態と判断した場合、HC27に異常信号を送信する。即ち、BCU22は、HC27に対して蓄電装置19の異常状態を通知(発報)する蓄電装置異常状態通知部34を有している。これに加えて、BCU22は、異常信号を送信してから所定時間Tが経過したときに、リレー25の状態に拘わらず、BCU22の第1のFETスイッチ30をOFF(開)にする。即ち、HC27の第2のFETスイッチ31がOFF(開)であるかON(閉)であるかに拘わらず、BCU22の第1のFETスイッチ30をOFF(開)にすることにより、リレー25の励磁電流を停止する。
 この場合、所定時間Tは、HC27がインバータ16の電流、延いては、電動モータ15の電流を0にするために要する時間として予め設定することができる。即ち、所定時間Tは、HC27がインバータ16の出力をOFFにするために要する時間(IGBTのゲートをOFFにし、インバータ出力をOFFにするために要する時間)よりも少し長い時間、例えば、数百ミリ秒ないし1秒程度の時間として予め設定することができる。
 一方、HC27は、BCU22からの異常信号に基づいて、停止処理を実行してから、HC27の第2のFETスイッチ31をOFF(開)にすることにより、リレー25の励磁電流を停止し、かつ、リレー25の状態(リレー25が開である旨)の信号を別のコントローラ(例えば、MC28、BCU22等)に送信する。この場合、HC27の停止処理は、電気機器回路(電動機器回路)の電流を0にする処理である。例えば、HC27の停止処理は、PCU17に停止指令を出力し、インバータ16の出力をOFFにし、電動モータ15の電流を0にする処理である。なお、このようなHC27とBCU22による制御、即ち、図5に示すHC27の制御処理、および、図6に示すBCU22の制御処理に関しては、後で詳しく述べる。
 第1の実施の形態による油圧ショベル1は、上述の如き構成を有するもので、次に、その動作について説明する。
 キャブ6に搭乗したオペレータがエンジン11を起動させると、エンジン11によって油圧ポンプ13と電動モータ15が駆動される。これにより、油圧ポンプ13から吐出した圧油は、キャブ6内に設けられた走行用のレバー・ペダル操作装置、作業用のレバー操作装置のレバー操作、ペダル操作に応じて、走行油圧モータ2A、旋回油圧モータ3A、作業装置8のブームシリンダ8D、アームシリンダ8E、バケットシリンダ8Fに向けて吐出する。これにより、油圧ショベル1は、下部走行体2による走行動作、上部旋回体4の旋回動作、作業装置8による掘削作業等を行うことができる。
 ここで、油圧ショベル1の作動時にエンジン11の出力トルクが油圧ポンプ13の駆動トルクよりも大きいときには、余剰トルクによって電動モータ15が発電機として駆動される。これにより、電動モータ15は交流電力を発生し、この交流電力は、インバータ16により直流電力に変換され、蓄電装置19に蓄えられる。一方、エンジン11の出力トルクが油圧ポンプ13の駆動トルクよりも小さいときには、電動モータ15は、蓄電装置19からの電力によって電動機として駆動され、エンジン11の駆動を補助(アシスト)する。このとき、BCU22の第1のFETスイッチ30とHC27の第2のFETスイッチ31は、両方ともON(閉)となっており、リレー25の励磁回路25Aには励磁電流が供給されている状態、即ち、リレー25が接続状態となっている。
 次に、HC27とBCU22によるリレー25の制御処理について、図5および図6を参照しつつ説明する。ここで、図5は、HC27の制御処理を示している。図6は、BCU22の制御処理を示している。なお、図5および図6に示す流れ図の各ステップは、それぞれ「S」という表記を用いる(例えば、ステップ1=「S1」とする)。
 まず、図5に示すHC27の制御処理を説明する。イグニッションキースイッチがON状態となり、油圧ショベル1の起動処理が行われることにより、図5の制御処理が開始されると、HC27は、S1で通常制御処理を行う。通常制御処理では、HC27は、通常の電動機器の制御を行う。即ち、HC27は、電動機器としてのインバータ16および蓄電装置19が正常であるときの制御(所期の制御)を行う。これと共に、HC27は、S2ないしS4の処理も行う。S2ないしS4の処理は、各種機器の動作が正常か異常かの観測および判定の処理である。
 即ち、HC27は、インバータ16、蓄電装置19を含む電動系の機器(電動機器)を全て監視する。そして、S2では、主としてソフト的な異常を検知する。即ち、S2では、HC27の監視項目が正常であるか否かを判定する。例えば、HC27の計算値が許容範囲(制御範囲)内であるか否かを判定する。言い換えれば、HC27自身の制御が正常範囲内であるか否かを判定する。
 S3では、電動機器の状態、即ち、蓄電装置19、インバータ16の状態が正常であるか否かを判定する。即ち、S3では、HC27は、BCU22とインバータ16からの報告が正常であるか否かを判定する。例えば、HC27は、蓄電装置19のBCU22から得られる蓄電装置19の物理的な数値(検出値)、インバータ16のPCU17から得られるインバータ16の物理的な数値(検出値)が、それぞれ許容範囲(正常範囲、制御範囲)内であるか否かを判定する。S4では、通信接続状態が正常であるか否かを判定する。即ち、HC27は、BCU22、PCU17およびMC28との通信接続状態が正常であるか否かを判定する。
 そして、S2ないしS4の判定で「YES」、即ち、正常か否かの判定で正常と判定された場合は、S5に進む。S5では、イグニッションキースイッチがOFF状態であるか否かを判定する。そして、S5で「NO」、即ち、イグニッションキースイッチがON状態であると判定された場合は、S1に戻り、S1以降の処理を繰り返す。一方、S5で「YES」、即ち、正常状態(異常判定がない状態)でのイグニッションキースイッチがOFF状態であると判定された場合は、S6に進む。
 S6では、電動機器制御停止処理を行う。即ち、HC27は、電動機器回路に流れる電流を0にする。例えば、HC27は、PCU17に対してインバータ16の出力をOFFにする指令を出力し、電動モータ15の電流を0にする。S6で、電動機器回路に流れる電流を0にしたら、S7で、リレー遮断を行う。即ち、S7では、HC27は、HC27の第2のFETスイッチ31をOFF(開)にすることにより、リレー25を遮断する。これにより、S8で電動機器が停止し、次いで、HC27は停止状態となる。
 これに対して、S2ないしS4で「NO」、即ち、正常か否かの判定で正常でない(異常)と判定された場合は、S11に進む。S11では、異常発報する。例えば、HC27は、BCU22、PCU17、MC28に対して異常がある旨の信号(異常信号)を送信する。続くS12では、電動機器制御停止処理を行う。即ち、HC27は、S6の処理と同様に、電動機器回路に流れる電流を0にする。例えば、HC27は、PCU17に対してインバータ16の出力をOFFにする指令を出力し、電動モータ15の電流を0にする。
 S12で、電動機器回路に流れる電流を0にしたら、S13で、リレー遮断を行う。即ち、S13では、HC27は、S7の処理と同様に、HC27の第2のFETスイッチ31をOFF(開)にすることにより、リレー25を遮断する。S13でリレー25を遮断したら、続くS14で、リレー状態を送信する。即ち、S14では、HC27は、例えば、BCU22に対してリレー25を遮断した旨を送信する。
 S13でリレー25が遮断することにより、S14に続くS15で電動機器が停止する。この状態では、電動機器は停止しているが、油圧機器制御は継続している油圧モードとなる。この油圧モードでは、油圧動力による車体動作は可能である。即ち、エンジン11のみよって油圧ポンプ13が動いており、この油圧ポンプ13から供給される圧油によって油圧ショベル1は動作可能である。
 S15に続くS16では、イグニッションキースイッチがOFF状態であるか否かを判定する。S16で「NO」、即ち、イグニッションキースイッチがON状態であると判定された場合は、S15の前に戻り、S15以降の処理を繰り返す。一方、S16で「YES」、即ち、イグニッションキースイッチがOFF状態であると判定された場合は、HC27は停止する。
 次に、図6に示すBCU22の制御処理を説明する。イグニッションキースイッチがON状態となり、油圧ショベル1の起動処理が行われることにより、図6の制御処理が開始されると、BCU22は、S21で通常制御処理を行う。通常制御処理では、BCU22は、通常の蓄電装置19の制御を行う。即ち、BCU22は、蓄電装置19が正常であるときの制御(所期の制御)を行う。これと共に、BCU22は、S22ないしS24の処理も行う。S22ないしS24の処理は、蓄電装置19が正常か異常かの観測および判定の処理である。
 即ち、BCU22は、蓄電装置19に係る情報を監視する。この場合、S22では、BCU22の監視項目が正常であるか否かを判定する。例えば、リチウムイオン二次電池20の電圧、電流、温度、蓄電率(SOC)、劣化度(SOH)が許容範囲(正常範囲)内であるか否かを判定する。S23では、HC27からの報告が正常であるか否かを判定する。即ち、BCU22とHC27は、相互に異常を通知する。S23では、BCU22は、HC27から正常信号を受信しているか否か(換言すれば、異常信号を受信しているか否か)を判定する。S24では、通信接続状態が正常であるか否かを判定する。即ち、BCU22は、HC27との通信接続状態が正常であるか否かを判定する。
 そして、S22ないしS24の判定で「YES」、即ち、正常か否かの判定で正常と判定された場合は、S25に進む。S25では、イグニッションキースイッチがOFF状態であるか否かを判定する。そして、S25で「NO」、即ち、イグニッションキースイッチがON状態であると判定された場合は、S21に戻り、S21以降の処理を繰り返す。一方、S25で「YES」、即ち、正常状態(異常判定がない状態)でのイグニッションキースイッチがOFF状態であると判定された場合は、S26に進む。
 S26では、BCU22の終了処理を行う。例えば、S26では、BCU22は、リチウムイオン二次電池20のデータの格納(記憶)等の終了処理を行う。S26で、BCU22の終了処理を行ったら、S27で、リレー遮断を行う。即ち、S27では、BCU22は、BCU22の第1のFETスイッチ30をOFF(開)にすることにより、リレー25を遮断する。S27でリレー25を遮断したら、BCU22は停止状態となる。
 これに対して、S22ないしS24で「NO」、即ち、正常か否かの判定で正常でない(異常)と判定された場合は、S31に進む。S31では、異常発報する。例えば、BCU22は、HC27に対して異常がある旨の信号(異常信号)を送信する(蓄電装置異常状態通知部34)。続くS32では、タイマ処理を行う。即ち、S32では、BCU22は、正常でない(異常)と判定されてから(換言すれば、異常発報してから)所定時間Tが経過したか否かを判定する。この場合、所定時間Tは、HC27が電動モータ15の電流を0にするために要する時間として設定することができる。
 S32で所定時間Tを待ったら(即ち、所定時間Tが経過したら)、S33に進み、リレー遮断を行う。即ち、S33では、BCU22は、BCU22の第1のFETスイッチ30をOFF(開)にすることにより、リレー25を遮断する。
 S33に続くS34では、イグニッションキースイッチがOFF状態であるか否かを判定する。S34で「NO」、即ち、イグニッションキースイッチがON状態であると判定された場合は、S34の前に戻り、S34以降の処理を繰り返す。一方、S34で「YES」、即ち、イグニッションキースイッチがOFF状態であると判定された場合は、S35に進み、BCU22の終了処理を行う。例えば、S36では、BCU22は、リチウムイオン二次電池20のデータの格納(記憶)等の終了処理を行う。S36で、BCU22の終了処理を行ったら、BCU22は停止状態となる。
 図7は、HC27がリレー25を遮断する場合の、通常の異常処理を時系列で示している。例えば、電動機器状態において、蓄電装置19(リチウムイオン二次電池20)の温度が上昇し、蓄電装置19が過温異常状態(蓄電池過温異常状態)になると、BCU22は、異常状態に遷移し、通信情報として異常を発報する。このとき、同時にタイマ処理を開始する。即ち、BCU22は、図6のS22で「NO」と判定されると、S31で異常を発報し、S32でタイマ処理を開始する。
 一方、HC27は、BCU22の通信情報(異常発報)により、異常状態に遷移し、電動機器制御の停止処理を行い、電動機器回路の電流を0とした後に、HC27に搭載された第2のFETスイッチ31をOFFにして、リレー25を遮断する。即ち、HC27は、図5のS3で「NO」と判定されると、S12で停止処理を行うことにより電動機器回路の電流を0とした後に、S13の処理により、HC27に搭載された第2のFETスイッチ31をOFFにして、リレー25を遮断する。
 BCU22は、HC27によってリレー25が遮断された後に、タイマ処理が完了することにより、BCU22に搭載された第1のFETスイッチ30をOFFにする。即ち、BCU22は、図6のS32のタイマ処理が完了(終了)すると、S33で第1のFETスイッチ30をOFFにする。この場合、リレー25は、HC27に搭載された第2のFETスイッチ31により既に遮断されているため、リレー25の状態に変化はない。
 このように、通常の異常処理では、BCU22の異常状態からリレー遮断の間にタイマ処理(図6のS32)が行われるため、その間(タイマ処理中)に、HC27にて電動機器制御を停止することにより電気機器回路の電流を0にしてからリレー25を遮断することができる。このため、リレー25を遮断するときに、逆起電力やアーク放電によるリレー損傷を抑制することができる。
 一方、図8は、BCU22がリレー25を遮断する場合の、緊急時の異常処理を時系列で示している。例えば、電動機器状態において、蓄電装置19(リチウムイオン二次電池20)の温度が上昇し、蓄電装置19が過温異常状態(蓄電池過温異常状態)になると、BCU22は、異常状態に遷移し、通信情報として異常を発報する。このとき、同時にタイマ処理を開始する。即ち、BCU22は、図6のS22で「NO」と判定されると、S31で異常を発報し、S32でタイマ処理を開始する。
 このとき、例えば、故障や誤作動等の原因により、HC27がHC27に搭載された第2のFETスイッチ31をOFFにできない場合、タイマ処理が完了したBCU22がBCU22に搭載された第1のFETスイッチ30をOFFにして、リレー25を遮断する。このように、HC27により通常のリレー遮断ができない緊急時には、BCU22が電動機器回路の電流の有無に拘わらず、リレー遮断を行って、電動機器の動作を停止する。これにより、蓄電装置19のリチウムイオン二次電池20が過充電、過放電、過温度等の異常状態が進行することを抑制することができる。この結果、安全性を向上することができる。
 このように、第1の実施の形態では、機器コントローラとしてのHC27と蓄電装置コントローラとしてのBCU22は、それぞれ励磁電流制御部としてのスイッチである第1のFETスイッチ30と第2のFETスイッチ31とを有している。即ち、リレー25の励磁電流の供給と停止は、HC27の第2のFETスイッチ31で制御することができ、かつ、BCU22の第1のFETスイッチ30でも制御することができる。このため、HC27とBCU22とのうちの一方のコントローラが故障または誤作動しても、他方のコントローラのスイッチ(第1のFETスイッチ30または第2のFETスイッチ31)によりリレー25の励磁電流を停止することにより、リレー25を遮断することができる。これにより、リレー25の励磁電流の停止の確実性、即ち、リレー25の遮断の確実性を向上することができる。この結果、建設機械としての油圧ショベル1の搭載機器(例えば、蓄電装置19、電動モータ15、インバータ16)、および、車体の安全性を向上することができる。
 第1の実施の形態では、BCU22は、異常状態と判断した場合、所定時間Tが経過したときに、リレー25の状態に拘わらず、BCU22の第1のFETスイッチ30によりリレー25の励磁電流を停止する。このため、HC27の故障または誤作動に拘わらず、BCU22が異常状態と判断してから所定時間Tが経過したときに、BCU22の第1のFETスイッチ30によりリレー25の励磁電流を停止することができる。即ち、HC27の故障または誤作動によりHC27が第2のFETスイッチ31によりリレー25の励磁電流を停止できなくても、所定時間Tが経過したときに、BCU22の第1のFETスイッチ30によりリレー25の励磁電流を停止することができる。これにより、リレー25の励磁電流の停止の確実性をより向上することができる。また、第2のFETスイッチ31が故障または誤動作した場合においても、BCU22の第1のFETスイッチ30によりリレー25の励磁電流を停止することができる。
 尚、第1の実施の形態では、第1のFETスイッチ30及び第2のFETスイッチ31としてNチャネルの電界効果トランジスタを用いている。この場合、図示省略したが、図4の回路には下記(1)~(4)の構成を設けることが好ましい。
 (1)第1のFETスイッチ30のドレイン端子と励磁回路25Aとの間に、励磁回路25Aから第1のFETスイッチ30のドレイン端子に向かう方向が順方向となるように、逆流防止用ダイオードを電気的に直列に接続することが好ましい。逆流防止ダイオードは励磁電流の逆流を防止するためのものである。
 (2)励磁回路25Aの逆接防止用ダイオード側と励磁回路25Aの電源29側との間に、励磁回路25Aの逆接防止用ダイオード側から励磁回路25Aの電源29側に向かう方向が順方向となるように、還流用ダイオードを電気的に直列に接続し、還流経路を構成することが好ましい。還流経路は、第1のFETスイッチ30がオフしたとき、励磁回路25Aに流れている励磁電流を還流させるためのものである。
 (3)第1のFETスイッチ30のソース端子とGND32との間に、グランドオフセット時の保護用ダイオードを、GND32側から第1のFETスイッチ30のソース端子側に向かう方向が順方向となるように、電気的に直列に接続することが好ましい。
 (4)第1のFETスイッチ30のゲート端子とソース端子との間に、意図しないゲート-ソース間電圧の印加を避けるためのプルダウン抵抗を電気的に直列に接続することが好ましい。
 第1の実施の形態では、HC27は、BCU22からの異常信号に基づいて停止処理を実行してから、HC27の第2のFETスイッチ31によりリレー25の励磁電流を停止する。即ち、HC27は、停止処理を実行してから、リレー25の励磁電流を停止する。このため、HC27の停止処理により、電気機器回路の電流を0にした後に、リレー25の励磁電流を停止して、リレー25を遮断することができる。これにより、リレー遮断時の逆起電力やアーク放電によるリレー損傷を抑制することができる。さらに、HC27は、リレー状態の信号を送信する。このため、HC27の第2のFETスイッチ31によりリレー25が遮断されたことを、他のコントローラ(例えば、BCU22)に通知することができる。
 第1の実施の形態では、HC27とBCU22との両方で接続と遮断を制御されるリレー25を、蓄電装置19(のリチウムイオン二次電池20)とインバータ16との間に設ける構成としている。即ち、リレー25を、電源となる蓄電装置19(のリチウムイオン二次電池20)とインバータ16とを含む電気回路に設けられており、リレー25は、蓄電装置19とインバータ16との間を遮断する。このため、リレー25は、インバータ16と蓄電装置19との間を遮断することにより、インバータ16に対する電力供給を停止することができる。
 第1の実施の形態では、油圧ショベル1は、電動モータ15と機械的に接続されたエンジン11を備えたハイブリッド式建設機械としている。即ち、油圧ポンプ13は、エンジン11および電動モータ15によって駆動される。蓄電装置19は、電動モータ15に電力を供給し、または、電動モータ15による発電電力を充電する。MC28は、エンジン11、油圧ポンプ13、コントロールバルブ14(を介して油圧装置としての走行油圧モータ2A、旋回油圧モータ3A、作業装置8のシリンダ8D,8E,8F)を制御する。このため、ハイブリッド油圧ショベル1の搭載機器および車体の安全性を向上することができる。
 次に、図9は、第2の実施の形態を示している。第2の実施の形態の特徴は、機器コントローラの励磁電流制御部と蓄電装置コントローラの励磁電流制御部とがアンド回路(論理積回路)を介してスイッチを切換える構成としたことにある。なお、第2の実施の形態では、上述した第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
 リレー25の励磁回路25AとGND32との間には、1個のFETスイッチ41が設けられている。FETスイッチ41は、そのドレイン端子がリレー25の励磁回路25Aに接続され、そのソース端子がGND32に接続されている。FETスイッチ41は、リレー25の励磁電流の供給と停止とを切換えるスイッチである。
 FETスイッチ41には、HC42とBCU43がアンド回路44を介して接続されている。HC42は、第1の実施の形態のHC27と同様に、電動モータ15、インバータ16、BCU43を制御するものである。また、BCU43も、第1の実施の形態のBCU22と同様に、蓄電装置19を制御するものである。
 ここで、HC42の励磁電流制御部42Aは、リレー25をON(閉)にするとき、即ち、蓄電装置19(リチウムイオン二次電池20)とインバータ16とを接続するときに、アンド回路44に1(High)を出力する。これに対して、例えば、図5のS7またはS13の処理により、リレー25をOFF(開)にするとき、即ち、蓄電装置19(リチウムイオン二次電池20)とインバータ16とを遮断するときに、HC42の励磁電流制御部42Aは、アンド回路44に0(Low)を出力する。
 また、BCU43の励磁電流制御部43Aは、リレー25をON(閉)にするとき、即ち、蓄電装置19(リチウムイオン二次電池20)とインバータ16とを接続するときに、アンド回路44に1(High)を出力する。これに対して、例えば、図6のS27またはS33の処理により、リレー25をOFF(開)にするとき、即ち、蓄電装置19(リチウムイオン二次電池20)とインバータ16とを遮断するときに、アンド回路44に0(Low)を出力する。
 アンド回路44は、HC42の励磁電流制御部42AとBCU43の励磁電流制御部43Aとの両方から1が出力されているときに、FETスイッチ41に1が出力される。一方、HC42の励磁電流制御部42AとBCU43の励磁電流制御部43Aとのうちの少なくとも一方の励磁電流制御部42Aまたは43Aから0が出力されているときは、FETスイッチ41に0が出力される。そして、FETスイッチ41は、アンド回路44から1が入力されているときにON(閉)となり、アンド回路44から0が入力されているときにOFF(開)となる。
 このように、第2の実施の形態も、第1の実施の形態と同様に、HC42とBCU43は、それぞれ、リレー25の励磁電流の供給と停止とを制御する励磁電流制御部42A,43Aを有している。この場合、第2の実施の形態では、HC42の励磁電流制御部42Aは、リレー25をON・OFF(閉・開)するための指令信号を、アンド回路44を介してFETスイッチ41に出力する指令出力部として構成されている。また、BCU43の励磁電流制御部43Aも、リレー25をON・OFF(閉・開)するための指令信号を、アンド回路44を介してFETスイッチ41に出力する指令出力部として構成されている。
 第2の実施の形態は、上述のようなHC42の励磁電流制御部42AとBCU43の励磁電流制御部43Aとによりアンド回路44を介してFETスイッチ41を切換えるもので、その基本的作用については、上述した第1の実施の形態によるものと格別差異はない。
 即ち、第2の実施の形態も、リレー25の励磁電流の供給と停止を、HC42の励磁電流制御部(指令出力部)42Aで制御することができ、かつ、BCU43の励磁電流制御部(指令出力部)43Aで制御することができる。このため、HC42とBCU43とのうちの一方のコントローラが故障または誤作動しても、他方のコントローラの励磁電流制御部(指令出力部)42Aまたは43Aによりリレー25の励磁電流を停止することにより、リレー25を遮断することができる。これにより、リレー25の励磁電流の停止の確実性、即ち、リレー25の遮断の確実性を向上することができる。
 なお、図9では、FETスイッチ41とアンド回路44とが、HC42およびBCU43と別に設けられている。しかし、これに限らず、例えば、HC42内に、または、BCU43内に、FETスイッチ41とアンド回路44とを設ける構成としてもよい。
 次に、図10は、第3の実施の形態を示している。第3の実施の形態の特徴は、建設機械としての油圧ショベルを電動油圧ショベルとしたことにある。なお、第2の実施の形態では、上述した第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
 電動モータ15は、被駆動体としての油圧ポンプ13を駆動する。蓄電装置19は第1の実施の形態と同様に、電動モータ15にインバータ16を介して電力を供給する。この場合、第1の実施の形態の図3および図4に示すように、第3の実施の形態も、蓄電装置19は、リレー25を介してインバータ16に電気的に接続されている。インバータ16は、蓄電装置19から供給された電力を変換して電動モータ15に供給する。リレー25は、蓄電装置19とインバータ16との間に設けられ、蓄電装置19とインバータ16との間を電気的に接続・遮断する。
 MC28は、油圧ポンプ13を制御する。これに加えて、MC28は、コントロールバルブ14を制御することにより、油圧装置としての走行油圧モータ2A、旋回油圧モータ3A、作業装置8のシリンダ8D,8E,8Fを制御する。機器コントローラとしての電動機器コントローラ51(以下、EC51という)は、MC28と協調制御を行いつつ、電動モータ15、インバータ16、BCU22を制御する。EC51は、第1の実施の形態の機器コントローラ(HC27)と同様に、リレー25の動作電流の供給及び停止を制御するためのリレー制御部(第2のFETスイッチ31)を備える上位コントローラに対応する。上位コントローラ(図10ではEC51、前述の図2ではHC27)は、BCU22と通信する。
 BCU22は、蓄電装置19のコントローラ、即ち、蓄電装置19の状態を管理する蓄電装置コントローラである。第3の実施の形態も、第1の実施の形態と同様に、BCU22および上位コントローラ(EC51)は、それぞれ、リレー25の動作電流の供給及び停止を制御するためのリレー制御部(第1のFETスイッチ30、第2のFETスイッチ31)を有している。即ち、BCU22は、蓄電装置19が、蓄電装置19とインバータ16との間をリレー25によって電気的に切り離す異常状態になったとき、上位コントローラ(EC51)に対して、蓄電装置19の異常状態を通知する蓄電装置異常状態通知部34を有している。これに加えて、BCU22は、蓄電装置19が異常状態になったとき、蓄電装置19の異常状態を通知した上位コントローラ(EC51)によってリレー25の動作電流の供給が停止されたか否かに関係なく、リレー25の動作電流の供給を停止させるリレー制御部(第1のFETスイッチ30)を有している。
 BCU22のリレー制御部(第1のFETスイッチ30)は、第1の実施の形態と同様に、蓄電装置19の異常状態を上位コントローラ(EC51)に対して通知してから所定時間Tが経過した後、リレー25の動作電流の供給を停止させる。この場合、所定時間Tは、蓄電装置19の異常状態を通知してから、リレー25の遮断によって蓄電装置19と電動モータ15との間に流れる電流がゼロの状態になるまでの時間、または、上位コントローラ(EC51)のリレー制御部(第2のFETスイッチ31)によってリレー25の動作電流の供給が停止されるまでの時間よりも長く設定されている。
 このために、第3の実施の形態も、第1の実施の形態と同様に、EC51とBCU22は、それぞれ、リレー25の励磁電流の供給と停止とを制御する励磁電流制御部(第1のFETスイッチ30、第2のFETスイッチ31)を有している。即ち、第3の実施の形態では、EC51は、第1の実施の形態のHC27と同様に、励磁電流制御としての第2のFETスイッチ31を有している。
 第3の実施の形態は、上述のようなEC51の第2のFETスイッチ31とBCU22の第1のFETスイッチ30とによりリレー25の励磁電流の供給と停止とを制御するもので、その基本的作用については、上述した第1の実施の形態によるものと格別差異はない。即ち、第3の実施の形態も、第1の実施の形態と同様に、EC51とBCU22とのうちの一方のコントローラが故障または誤作動しても、他方のコントローラのスイッチ(第1のFETスイッチ30または第2のFETスイッチ31)によりリレー25の励磁電流を停止することにより、リレー25を遮断することができる。
 なお、第1の実施の形態では、リチウムイオン二次電池20のマイナス側の端子とインバータ16の直流側負極との間に設けられたリレー25を、HC27とBCU22との両方で遮断することができる構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、リチウムイオン二次電池20のプラス側の端子とインバータの直流側正極との間に設けられたリレー24(および必要に応じてリレー23)を、HC27とBCU22との両方で遮断することができる構成としてもよい。また、例えば、リレー25,24(および必要に応じてリレー23)を、HC27とBCU22との両方で遮断することができる構成としてもよい。このことは、第2の実施の形態および第3の実施の形態も同様である。
 第1の実施の形態では、蓄電装置19にリチウムイオン二次電池20を用いた場合を例に挙げて説明したが、必要な電力を供給可能な他の二次電池(例えばニッケルカドミウムバッテリ、ニッケル水素バッテリ)やキャパシタを用いてもよい。また、蓄電装置と直流母線との間にDC-DCコンバータ等の昇降圧装置を設けてもよい。このことは、第2の実施の形態および第3の実施の形態も同様である。
 第1の実施の形態では、建設機械としてクローラ式のハイブリッド油圧ショベル1を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、ホイール式のハイブリッド油圧ショベル、ハイブリッドホイールローダ、ハイブリッドダンプトラック等のように、エンジンと油圧ポンプに連結された電動モータと、蓄電装置とを備えた各種のハイブリッド建設機械に適用可能である。このことは、第2の実施の形態も同様である。
 第3の実施の形態では、建設機械としてクローラ式の電動油圧ショベルを例に挙げて説明した。本発明はこれに限らず、例えばホイール式の電動油圧ショベル、電動ホイールローダ、電動ダンプトラック等のように、電動モータのみで油圧ポンプを駆動する各種の電動式建設機械に適用可能である。
 さらに、各実施の形態は例示であり、異なる実施の形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。
 また、第1乃至第3の実施の形態では、本発明を、建設機械に搭載される電動システムに適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明が適用される電動システムとしては、ハイブリッド自動車や電気自動車などの自動車に車両駆動用や補機駆動用として用いられる電動システム、フォークリフトなどの産業用車両に搭載される電動システム、ハイブリッド電車などの鉄道用車両に搭載される電動システムなどであってもよい。この場合、電動システムの構成は図2又は図10に示す構成と同じである。すなわち電動システムによって電動モータの機械的な接続先は変わるが、基本的には第1乃至第3の実施の形態において説明した電動モータ、インバータ、蓄電装置、機器コントローラ(HC)の構成がそのまま適用できる。
 1 油圧ショベル(建設機械)
 2A 走行油圧モータ(油圧装置)
 3A 旋回油圧モータ(油圧装置)
 8D ブームシリンダ(油圧装置)
 8E アームシリンダ(油圧装置)
 8F バケットシリンダ(油圧装置)
 13 油圧ポンプ(被駆動体)
 15 電動モータ
 16 インバータ
 19 蓄電装置
 22,43 BCU(蓄電装置コントローラ)
 23,24,25 リレー
 27,42 HC(機器コントローラ、上位コントローラ)
 28 MC(メインコントローラ)
 30 第1のFETスイッチ(励磁電流制御部、リレー制御部)
 31 第2のFETスイッチ(励磁電流制御部、リレー制御部)
 34 蓄電装置異常状態通知部
 42A 励磁電流制御部
 43A 励磁電流制御部
 51 EC(機器コントローラ、上位コントローラ)
 T 所定時間

Claims (10)

  1.  電動モータと、
     前記電動モータにより駆動される油圧ポンプと、
     前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される油圧装置と、
     前記電動モータに電力を供給する蓄電装置と、
     前記蓄電装置と前記電動モータとの間に設けられ電力の変換を行うインバータと、
     前記油圧ポンプ、前記油圧装置を制御するメインコントローラと、
     前記蓄電装置を制御する蓄電装置コントローラと、
     前記電動モータ、前記インバータ、前記蓄電装置コントローラを制御する機器コントローラと、
     前記インバータと前記蓄電装置とが接続された電気回路を接続・遮断するリレーとを備えてなる建設機械において、
     前記機器コントローラと前記蓄電装置コントローラは、それぞれ、前記リレーの励磁電流の供給と停止とを制御する励磁電流制御部を有する構成としたことを特徴とする建設機械。
  2.  前記蓄電装置コントローラは、前記蓄電装置の状態が前記リレーの励磁電流の停止を要する異常状態と判断した場合、前記機器コントローラに異常信号を送信し、かつ、所定時間経過したときに、前記リレーの状態に拘わらず、前記蓄電装置コントローラの前記励磁電流制御部により前記リレーの励磁電流を停止することを特徴とする請求項1に記載の建設機械。
  3.  前記蓄電装置コントローラは、前記蓄電装置の状態が前記リレーの励磁電流の停止を要する異常状態と判断した場合、前記機器コントローラに異常信号を送信し、
     前記機器コントローラは、前記蓄電装置コントローラからの前記異常信号に基づいて停止処理を実行してから、前記機器コントローラの前記励磁電流制御部により前記リレーの励磁電流を停止し、かつ、前記リレーの状態の信号を送信することを特徴とする請求項1に記載の建設機械。
  4.  前記電動モータと機械的に接続されたエンジンをさらに備え、
     前記油圧ポンプは、前記エンジンおよび前記電動モータによって駆動され、
     前記蓄電装置は、前記電動モータに電力を供給し、または、前記電動モータによる発電電力を充電し、
     前記メインコントローラは、前記エンジン、前記油圧ポンプ、前記油圧装置を制御することを特徴とする請求項1に記載の建設機械。
  5.  リレーを介してインバータに電気的に接続され、被駆動体を駆動する電動モータに前記インバータを介して電力を供給する蓄電装置のコントローラであって、
     前記蓄電装置が、前記蓄電装置と前記インバータとの間を前記リレーによって電気的に切り離す異常状態になったとき、前記リレーの動作電流の供給及び停止を制御するためのリレー制御部を備える上位コントローラに対して、前記蓄電装置の異常状態を通知する蓄電装置異常状態通知部と、
     前記蓄電装置が、前記蓄電装置と前記インバータとの間を前記リレーによって電気的に切り離す異常状態になったとき、前記蓄電装置の異常状態を通知した前記上位コントローラによって前記リレーの動作電流の供給が停止されたか否かに関係無く、前記リレーの動作電流の供給を停止させるリレー制御部と、を有する、蓄電装置コントローラ。
  6.  請求項5に記載の蓄電装置コントローラにおいて、
     前記リレー制御部は、前記蓄電装置の異常状態を前記上位コントローラに対して通知してから所定時間経過した後、前記リレーの動作電流の供給を停止させる、蓄電装置コントローラ。
  7.  請求項6に記載の蓄電装置コントローラにおいて、
     前記所定時間は、前記蓄電装置の異常状態を通知してから、前記リレーの遮断によって前記蓄電装置と前記電動モータとの間に流れる電流がゼロの状態になるまでの時間、或いは、前記上位コントローラのリレー制御部によって前記リレーの動作電流の供給が停止されるまでの時間よりも長く設定される、蓄電装置コントローラ。
  8.  被駆動体を駆動する電動モータと、
     前記電動モータに電力を供給する蓄電装置と、
     前記電動モータと前記蓄電装置との間に設けられ、前記蓄電装置から供給された電力を変換して前記電動モータに供給するインバータと、
     前記蓄電装置と前記インバータとの間に設けられ、前記蓄電装置と前記インバータとの間を電気的に接続・遮断するリレーと、
     前記蓄電装置の状態を管理する蓄電装置コントローラと、
     前記蓄電装置コントローラと通信する上位コントローラと、を有する電動システムにおいて、
     前記蓄電装置コントローラ及び前記上位コントローラは、それぞれ、前記リレーの動作電流の供給及び停止を制御するためのリレー制御部を有する、電動システム。
  9.  請求項8に記載の電動システムにおいて、
     前記蓄電装置コントローラは、さらに、前記蓄電装置が、前記蓄電装置と前記インバータとの間を前記リレーによって電気的に切り離す異常状態になったとき、前記上位コントローラに対して、前記蓄電装置の異常状態を通知する蓄電装置異常状態通知部を有し、
     前記蓄電装置コントローラのリレー制御部は、前記蓄電装置が、前記蓄電装置と前記インバータとの間を前記リレーによって電気的に切り離す異常状態になったとき、前記上位コントローラによって前記リレーの動作電流の供給が停止されたか否かに関係無く、前記蓄電装置の異常状態を通知してから所定時間経過した後、前記リレーの動作電流の供給を停止させる、電動システム。
  10.  請求項9に記載の電動システムにおいて、
     前記所定時間は、前記蓄電装置の異常状態を通知してから、前記リレーの遮断によって前記蓄電装置と前記電動モータとの間に流れる電流がゼロの状態になるまでの時間、或いは、前記上位コントローラのリレー制御部によって前記リレーの動作電流の供給が停止されるまでの時間よりも長く設定される、電動システム。
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