WO2022153735A1 - 建設機械 - Google Patents

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WO2022153735A1
WO2022153735A1 PCT/JP2021/045292 JP2021045292W WO2022153735A1 WO 2022153735 A1 WO2022153735 A1 WO 2022153735A1 JP 2021045292 W JP2021045292 W JP 2021045292W WO 2022153735 A1 WO2022153735 A1 WO 2022153735A1
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battery
mode
electric power
power
construction machine
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PCT/JP2021/045292
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翔斗 森下
健佑 金田
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ヤンマーホールディングス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to construction machinery.
  • Patent Document 1 discloses an optimum storage method for a battery in a construction machine having a built-in battery when the construction machine is not used.
  • an electric hydraulic excavator with a built-in battery may be used in a state where it is connected to an external power source such as a commercial power source with a cable. That is, there are construction machines capable of performing work using both an external power source and a battery power source. In such a construction machine, it is possible to charge the battery using an external power source during the work, and there is a concern that the charge control of the battery during the work becomes insufficient and the deterioration of the battery is accelerated.
  • the method disclosed in Patent Document 1 is a method when the work is not performed on the construction machine, and cannot be applied as it is.
  • An object of the present invention is to provide a technique capable of suppressing deterioration of a battery in a construction machine including a battery that can be charged by an external power source.
  • An exemplary construction machine of the present invention includes a power supply device connected to an external power source to output first electric power, a battery provided so as to be able to charge the first electric power, and the first electric power and the battery. It includes an electric motor driven by at least one of the second electric power to be discharged.
  • the construction machine has a battery drive mode in which only the second electric power can be used to drive the electric motor, and a drive chargeable mode in which the first electric power can be used to drive the electric motor and can be used to charge the battery.
  • a control device that controls the own machine in any of a plurality of modes including a mode is further provided. In the drive chargeable mode, the control device sets the upper limit of the charge amount of the battery lower than in the battery drive mode.
  • the exemplary construction machine of the present invention includes a power supply device connected to an external power source to output the first electric power, a battery provided so as to be able to charge the first electric power, the first electric power, and the above. It comprises an electric motor driven by at least one of the second electric power to discharge the battery.
  • the construction machine has a drive chargeable mode in which the first electric power can be used to drive the electric motor and can be used to charge the battery, and a charge-only mode in which the first electric power can be used only to charge the battery.
  • a control device for controlling the own machine in any of a plurality of modes including a mode is provided. In the drive chargeable mode, the control device sets the upper limit of the charge amount of the battery lower than in the charge-only mode.
  • deterioration of the battery can be suppressed in a construction machine including a battery that can be charged by an external power source.
  • Block diagram showing an outline of the configuration related to the control of the power supply system Graph showing an example of daily SOC transition of batteries installed in construction machinery Block diagram for explaining a modified construction machine Block diagram showing a detailed example of a modified construction machine Schematic diagram showing an example of a charging map
  • FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of the construction machine 1 of the present embodiment.
  • the construction machine 1 is, in detail, an electric construction machine.
  • the construction machine 1 is, more specifically, an electric hydraulic excavator.
  • the construction machine to which the present invention is applied is not limited to the hydraulic excavator, and may be another construction machine such as a wheel loader.
  • the construction machine 1 includes a lower traveling body 2, a working machine 3, and an upper rotating body 4.
  • the direction is defined as follows. First, the direction in which the lower traveling body 2 travels straight is the front-rear direction, one side of which is “front”, and the other side is “rear”. In FIG. 1, as an example, the traveling motor 22 side is shown as “front” with respect to the blade 23. Further, the horizontal direction perpendicular to the front-rear direction is defined as the left-right direction. At this time, the left side is defined as “left” and the right side is defined as "right” when viewed from the operator (driver, driver) sitting in the driver's seat 41a. Further, the gravity direction perpendicular to the front-back direction and the left-right direction is the vertical direction, the upstream side in the gravity direction is "up”, and the downstream side is "down".
  • the lower traveling body 2 includes a pair of left and right crawlers 21 and a pair of left and right traveling motors 22.
  • Each traveling motor 22 is a hydraulic motor.
  • the left and right traveling motors 22 drive the left and right crawlers 21, respectively, to move the construction machine 1 back and forth.
  • the lower traveling body 2 is provided with a blade 23 for performing ground leveling work and a blade cylinder 23a.
  • the blade cylinder 23a is a hydraulic cylinder that rotates the blade 23 in the vertical direction.
  • the work machine 3 includes a boom 31, an arm 32, and a bucket 33. By independently driving the boom 31, the arm 32, and the bucket 33, excavation work such as earth and sand can be performed.
  • the boom 31 is rotated by the boom cylinder 31a.
  • the base end of the boom cylinder 31a is supported by the front portion of the upper swing body 4, and the boom cylinder 31a can be expanded and contracted.
  • the arm 32 is rotated by the arm cylinder 32a.
  • the base end of the arm cylinder 32a is supported by the tip of the boom 31, and the arm cylinder 32a can be expanded and contracted.
  • the bucket 33 is rotated by the bucket cylinder 33a.
  • the base end of the bucket cylinder 33a is supported by the tip of the arm 32, and the bucket cylinder 33a can be expanded and contracted.
  • the boom cylinder 31a, the arm cylinder 32a, and the bucket cylinder 33a are composed of hydraulic cylinders.
  • the upper swivel body 4 is configured to be swivelable with respect to the lower traveling body 2 via a swivel bearing (not shown).
  • a control unit 41, a swivel base 42, a swivel motor 43, an engine room 44, and the like are arranged in the upper swivel body 4.
  • the upper swivel body 4 is swiveled via a swivel bearing by being driven by a swivel motor 43 which is a hydraulic motor.
  • a swivel motor 43 which is a hydraulic motor.
  • Inside the engine room 44 for example, an electric motor 5 and a hydraulic pump 61 (both see FIG. 2) are arranged. That is, the construction machine 1 includes an electric motor 5.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a hydraulic system 6 included in the construction machine 1 of the present embodiment.
  • the hydraulic pump 61 is mechanically coupled to the output shaft of the motor 5 and is driven by the drive of the motor 5.
  • the control valve 62 controls the flow rate and direction of the working oil (pressure oil) supplied from the hydraulic pump 61, and appropriately supplies the working oil to various hydraulic actuators constituting the actuator group 63.
  • the various hydraulic actuators included in the actuator group 63 include hydraulic motors (for example, left and right traveling motors 22 and swivel motors 43) and hydraulic cylinders (for example, blade cylinder 23a, boom cylinder 31a, arm cylinder 32a, bucket). Cylinder 33a) is included.
  • a driver's seat 41a is arranged in the control unit 41.
  • Various levers 41b are arranged around the driver's seat 41a.
  • the hydraulic system 6 is operated to run the lower traveling body 2, the ground leveling work by the blade 23, the excavation work by the working machine 3, and the upper turning body 4. It can turn, etc.
  • the upper swivel body 4 is provided with a power supply port (not shown).
  • the power supply port and the commercial power supply 100 which is an external power supply, are connected via a power supply cable 101.
  • the electric motor 5 can be driven by the electric power supplied from the commercial power source 100. It is also possible to charge the battery 72 by supplying the electric power supplied from the commercial power source 100 to the battery 72 detachably attached to the upper swing body 4.
  • the lower traveling body 2, the working machine 3, and the upper turning body 4 may be configured to include an electric traveling motor, an electric cylinder, an electric turning motor, and the like.
  • the lower traveling body 2, the working machine 3, and the upper turning body 4 can all be driven by electric power without using hydraulic equipment. That is, when the lower traveling body 2, the working machine 3, and the upper turning body 4 are collectively referred to as the machine body BA, the machine body BA may be driven only by electric power (all electric power), and the electric power and hydraulic equipment are used in combination. May be driven. Therefore, it can be said that the construction machine 1 of the present embodiment has a configuration including at least an airframe BA driven by electric power.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a power supply system 7 included in the construction machine 1 of the present embodiment.
  • the power supply system 7 includes a power supply device 71, a battery 72, and an inverter 73. That is, the construction machine 1 includes a power feeding device 71 and a battery 72. The construction machine 1 further includes an inverter 73.
  • the power supply device 71 is connected to an external power source and outputs the first electric power.
  • the external electrode is a commercial power source 100 (see FIG. 1).
  • the power feeding device 71 is arranged in, for example, the engine room 44.
  • the power supply device 71 converts the AC voltage supplied from the commercial power supply 100 via the power supply cable 101 into a DC voltage.
  • the power feeding device 71 is provided so that the electric power after voltage conversion (first electric power) can be supplied to the battery 72 and the inverter 73.
  • the battery 72 is provided so that the first electric power output from the power supply device 71 can be charged. Further, the battery 72 is provided so that the discharge power (second power) can be supplied to the inverter 73.
  • the battery 72 is composed of, for example, a lithium ion battery.
  • the battery 72 is arranged, for example, in the engine room 44.
  • the inverter 73 converts the DC power supplied from the power supply device 71 and the battery 72 into AC power.
  • the AC power converted by the inverter 73 is supplied to the motor 5.
  • the inverter 73 is arranged, for example, in the engine room 44, for example.
  • the electric motor 5 is driven by AC power supplied from the inverter 73 to operate the hydraulic pump 61.
  • the electric motor 5 is driven by at least one of the electric power output from the power feeding device 71 (first electric power) and the electric power discharged from the battery 72 (second electric power).
  • the power supply system 7 is provided so as to be configurable in three modes including a first mode, a second mode, and a third mode.
  • FIG. 4A is a schematic view showing a state set in the first mode.
  • FIG. 4B is a schematic view showing a state set in the second mode.
  • FIG. 4C is a schematic view showing a state set in the third mode.
  • the first mode corresponds to the battery drive mode of the present invention.
  • the second mode corresponds to the drive chargeable mode of the present invention.
  • the third mode corresponds to the charge-only mode of the present invention.
  • the commercial power source 100 and the power supply device 71 are electrically disconnected. Therefore, in the first mode, it is not possible to supply electric power from the power feeding device 71 to the inverter 73.
  • the battery 72 and the inverter 73 are electrically connected, and the discharge power of the battery 72 can be supplied to the inverter 73. That is, the first mode is a mode in which only the electric power discharged by the battery 72 (second electric power) can be used to drive the electric motor 5.
  • the first mode is a mode used when it is desired to operate the motor 5 in a state where electric power from the outside is not supplied.
  • the power supply device 71 is electrically connected to the commercial power source 100. Further, the battery 72 and the inverter 73 are electrically connected.
  • the second mode is a mode used when it is desired to operate the motor 5 in a state where electric power can be supplied from the outside.
  • the second mode includes the four states shown in FIGS. 5A, 5B, 5C, and 5D.
  • FIG. 5A is a schematic diagram showing a case where the first state is reached in the second mode.
  • FIG. 5B is a schematic view showing a case where the second state is reached in the second mode.
  • FIG. 5C is a schematic view showing a case where the third state is reached in the second mode.
  • FIG. 5D is a schematic view showing a case where the fourth state is reached in the second mode.
  • the first state is a state selected when the electric power required to drive the electric motor 5 cannot be obtained only by the electric power output from one of the power feeding device 71 and the battery 72.
  • the first state most of the electric power required to drive the electric motor 5 is covered by the electric power output from the power supply device 71, and the insufficient electric power is supplemented by the electric power (discharge power) output from the battery 72. Will be.
  • the second state power is supplied from the power supply device 71 to the battery 72 and the inverter 73.
  • the second state is selected when the electric power output from the power feeding device 71 is larger than the electric power required to drive the electric motor 5.
  • the battery 72 stores a part of the electric power output from the power feeding device 71. That is, the battery 72 is charged by the electric power supplied from the power feeding device 71.
  • the third state power is supplied to the inverter 73 only from the power supply device 71.
  • the third state is selected when, for example, the electric power output from the power feeding device 71 is equal to the electric power required to drive the electric motor 5.
  • the third state may be a state in which the battery 72, the power feeding device 71, and the inverter 73 are electrically disconnected by using a relay.
  • the fourth state is a state in which the power feeding device 71 is in a state where power can be supplied but is forcibly disconnected from the inverter 73.
  • a relay (not shown) is used to switch between electrical connection and non-connection between the power supply device 71 and the inverter 73.
  • the fourth state is selected, for example, when it is desired to positively utilize the electric power of the battery 72.
  • the second mode is a mode in which the electric power output from the power supply device 71 (first electric power) can be used to drive the electric motor 5 while charging the battery 72. Further, in the second mode, at least one of the electric power output from the power supply device 71 (first electric power) and the electric power discharged from the battery 72 (second electric power) is used to drive the electric motor 5. It is possible. With such a configuration, the life of the battery 72 can be extended by appropriately controlling the charging and discharging of the battery 72 while appropriately supplying the electric power required for driving the electric motor 5.
  • the power supply device 71 and the battery 72 are not electrically connected to the inverter 73.
  • a relay (not shown) is used, for example, for switching between electrical connection and non-connection between the power supply device 71 and the battery 72 and the inverter 73.
  • the power feeding device 71 and the battery 72 are electrically connected.
  • the third mode is a mode in which the electric power (first electric power) output from the power feeding device 71 can be used only for charging the battery 72.
  • the third mode is a mode used when it is not necessary to drive the electric motor 5.
  • the third mode is a mode used when the battery 72 is charged in preparation for the next use of the construction machine 1.
  • FIG. 6 is a block diagram showing an outline of a configuration related to control of the power supply system 7.
  • the construction machine 1 includes a control device 8.
  • the control device 8 is composed of an electronic control unit called an ECU (Electronic Control Unit).
  • the ECU is a device that controls using an electronic circuit, and includes, for example, a microcontroller (microcomputer).
  • the microcontroller includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a memory for storing programs and the like, and an input / output unit for communicating with peripheral devices.
  • a CPU Central Processing Unit
  • memory for storing programs and the like
  • an input / output unit for communicating with peripheral devices.
  • the control device 8 controls the entire power supply system 7 in cooperation with the power supply device ECU 711 built in the power supply device 71 and the battery ECU 721 built in the battery 72. Further, the control device 8 controls the own machine 1 in any of the first mode, the second mode, and the third mode.
  • the control device 8 includes a mode determination unit 81 and a command generation unit 82.
  • the mode determination unit 81 and the command generation unit 82 are functions of the control device 8 realized by a computer such as a CPU executing arithmetic processing according to a program stored in a memory.
  • the mode determination unit 81 and the command generation unit 82 are conceptual components.
  • the functions executed by one component may be distributed to a plurality of components, or the functions of the plurality of components may be integrated into one component.
  • the mode determination unit 81 determines which mode the current mode of the power supply system 7 is. Specifically, the mode determination unit 81 determines which of the first mode, the second mode, and the third mode the current mode is. The mode determination unit 81 determines which mode the current mode is based on, for example, the information obtained from the power supply device ECU 711 and the information obtained from the charge start switch 9.
  • the charging start switch 9 is a switch operated by the user when he / she wants to charge the battery 72.
  • the charging start switch 9 is provided, for example, in the control unit 41 or the like.
  • the charging start switch 9 may be, for example, an operation button, an operation lever, an operation dial, a touch panel, or the like.
  • the mode determination unit 81 determines the mode based on the energization signal from the power supply device ECU 711 and the charge ON signal from the charge start switch 9.
  • the energization signal is a signal generated when the power supply device 71 is electrically connected to the commercial power supply 100 via the power supply cable 101.
  • the charge ON signal is a signal generated when the user requests charging using the charge start switch 9.
  • the charge ON signal may be input to the control device 8 via the power supply device ECU 711.
  • the mode determination unit 81 determines that the mode is the first mode when neither the communication signal nor the charge ON signal is received. When the mode determination unit 81 receives the communication signal and does not receive the charge ON signal, the mode determination unit 81 determines that the mode is the second mode. When the mode determination unit 81 receives the energization signal and the charge ON signal, it determines that the mode is the third mode.
  • the control device 8 cannot perform appropriate control because the preparation for charging is insufficient. In such a case, an error may be notified.
  • the mode determination method of the present embodiment is only an example, and for example, the information obtained from the battery ECU 721 may be used for the mode determination.
  • the command generation unit 82 controls the power feeding device 71 according to the mode determination by the mode determination unit 81. Specifically, the command generation unit 82 controls the power supply device 71 based on the information of the battery 72 input from the battery ECU 721 in addition to the mode determination result.
  • the information of the battery 72 includes at least one of the voltage of the battery 72 and the state of charge (SOC).
  • the control device 8 sets the upper limit of the charge amount of the battery 72 lower in the second mode than in the case of the third mode. With such a configuration, it is possible to prevent the charge amount of the battery 72 from becoming higher than necessary when the construction machine 1 is operating. As a result, deterioration of the battery 72 can be suppressed and the life of the battery 72 can be extended. Further, according to this configuration, since the charge capacity of the battery 72 can be suppressed to be lower than the full charge capacity when the motor 5 is operating, the battery 72 can receive the regenerative power generated by the stop of the motor 5. , It is possible to prevent the battery 72 from being damaged.
  • the command generation unit 82 issues a voltage command to the power supply device ECU 711 so that the charge amount does not exceed the set upper limit value.
  • the power supply device 71 is controlled in response to a voltage command received from the command generation unit 82 by the power supply device ECU 711. Since the upper limit of the charge amount of the battery 72 is lower in the second mode than in the third mode, the target voltage for charging the battery 72 to the preset upper limit is the third in the second mode. Lower than mode. Assuming that the charge amount is expressed in SOC, the upper limit value of the charge amount may be set to 100% in the third mode and 80% in the second mode, for example. However, these numerical values may be changed as appropriate.
  • the control device 8 detects that the charge amount of the battery 72 is smaller than the preset lower limit value in the second mode, the control device 8 controls the power supply device 71 so that the charge of the battery 72 is started. It is preferable to do so.
  • the lower limit value of the charge amount in the second mode may be 50% or the like.
  • the lower limit of the charge amount in the second mode may be the same as the upper limit value of the charge amount in the second mode described above.
  • control device 8 sets the upper limit value of the charge amount of the battery 72 lower in the second mode than in the case of the first mode. For this reason, when the construction machine 1 is operated, the charge amount of the battery 72 is appropriately reduced by first driving in the first mode, and then the battery 72 is charged by switching to the second mode. , The charge amount of the battery 72 can be maintained at an appropriate charge amount that is neither too high nor too low. As a result, deterioration of the battery 72 can be suppressed and the life of the battery 72 can be extended.
  • FIG. 7 is a graph showing an example of daily SOC transitions of the battery 72 included in the construction machine 1 of the present embodiment.
  • the horizontal axis is time and the vertical axis is the SOC of the battery 72.
  • the construction machine 1 starts to be used at the time A, and at the time of the start of use, the construction machine 1 exists in a place where the commercial power source 100 cannot be secured.
  • the construction machine 1 exists on a truck bed or the like. The construction machine 1 needs to self-propell from the truck bed to the construction site where the commercial power source 100 can be secured.
  • the control device 8 of the construction machine 1 determines that it is in the first mode because an energization signal cannot be obtained. For this purpose, the control device 8 controls the construction machine 1 in the first mode. That is, the construction machine 1 drives the electric motor 5 using only the electric power discharged from the battery 72. The construction machine 1 operates the traveling motor 22 by driving the electric motor 5 to travel. As the power of the battery 72 continues to be used while the construction machine 1 is controlled in the first mode, the SOC of the battery 72 continues to decrease, as shown in FIG.
  • the control device 8 detects the energization signal and determines that it is in the second mode. For this purpose, the control device 8 controls the construction machine 1 in the second mode. That is, the construction machine 1 drives the electric motor 5 by using the electric power of at least one of the power feeding device 71 and the battery 72. By driving the electric motor 5, the construction machine 1 performs excavation work using the work machine 3, ground leveling work using the blade 23, running by the lower traveling body 2, and the like.
  • the output of the power supply device 71 has a margin, the battery 72 is charged by using the electric power output from the power supply device 71.
  • the time B corresponds to the time when the power supply to the construction machine 1 is started from the commercial power source 100, and at this time, the control device 8 starts the control of the construction machine 1 in the second mode. ..
  • the SOC of the battery 72 is below the preset lower limit value, so that the charging of the battery 72 is started. That is, the SOC of the battery 72 starts to increase.
  • the output of the power feeding device 71 has a margin for the electric power required for driving the electric motor 5 while the second mode is determined.
  • the upper limit value UL1 (for example, 80% or the like) is set in the SOC of the battery 72. Therefore, the battery 72 is not charged beyond the upper limit UL1.
  • the power of the battery 72 is not used from the second mode until the work is completed, and the SOC of the battery 72 is increased. It is maintained at the upper limit UL1.
  • the electric power of the battery 72 may be used when working in the second mode, depending on the electric power required to drive the electric motor 5.
  • the control device 8 detects both the energization signal and the charge ON signal, and determines that the mode is the third mode.
  • the control device 8 starts controlling the construction machine 1 in the third mode. That is, only the battery 72 is charged by the output from the power feeding device 71.
  • the upper limit value UL2 (for example, 100%) of the SOC of the battery 72 in the third mode is set higher than the upper limit value UL1 in the case of the second mode. Therefore, when the second mode is switched to the third mode, charging of the battery 72 is started, and charging is performed up to the upper limit value UL2.
  • time D the battery 72 is stored. The charging operation is completed, for example, when the power of the construction machine 1 is turned off.
  • the upper limit of the SOC of the battery 72 in the first mode is the same as the upper limit of the SOC of the battery 72 in the third mode UL2.
  • the SOC of the battery 72 is smaller than the SOC (upper limit value UL2) when the battery 72 is stored, and does not become higher than necessary. Therefore, deterioration of the battery 72 can be suppressed.
  • the storage method of the battery 72 may be different from the example shown in FIG. For example, after the work is completed, a storage method may be adopted in which charge / discharge control is performed so that the SOC is suitable for charging, and the SOC becomes the upper limit value UL2 immediately before the start of the work. As a result, deterioration of the battery 72 can be suppressed both when the construction machine 1 is used and when the battery 72 is stored without using the construction machine 1, and the life of the battery 72 can be further extended.
  • the charge amount of the battery 72 may exceed the upper limit value UL1 of the charge amount of the battery 72 in the second mode in spite of the second mode. If the charge amount of the battery 72 exceeds the upper limit value UL1 of the charge amount of the battery 72 in the second mode at the start of the second mode, for example, the electric motor 5 is driven only by the power of the battery 72, or the battery 72 It is preferable that the charge amount of the battery 72 is made smaller than the upper limit value UL1 by positively using the electric power.
  • FIG. 8 is a block diagram for explaining a modified construction machine 1.
  • the construction machine 1 of the modified example in addition to the information of the above-described embodiment (for example, energization signal, charge ON signal, SOC of battery 72, etc.), it is acquired by the specific information acquisition unit 10 provided outside the control device 8. Specific information is input to the control device 8.
  • the control device 8 charges the battery 72 while driving the electric motor 5 with the electric power (first electric power) output from the power supply device 71
  • the control device 8 is a specific input input from the outside.
  • the target amount of the increase rate of the charge amount of the battery 72 is changed according to the information.
  • the speed of charging the battery 72 can be changed according to, for example, the driving condition of the electric motor 5, the environment in which the battery 72 is placed, and the like. As a result, the load on the battery 72 during the operation of the electric motor 5 can be reduced and the life of the battery 72 can be extended.
  • the fluctuation of the target amount of the increase rate of the charge amount is performed only when the battery safe mode, which is a mode for suppressing the load at the time of charging the battery 72, is selected by the user such as the operator. May be good.
  • the battery safe mode may be configured to be selected by operating an operation unit such as an operation button, an operation lever, an operation dial, or a touch panel.
  • the control device 8 controls the current supplied from the power supply device 71 according to the target amount of the set increase rate of the charge amount of the battery 72 and the electric power consumed by the electric motor 5. According to this, while appropriately supplying electric power to the electric motor 5 and suppressing a decrease in operability of work using the construction machine 1, the charging speed of the battery 72 is appropriately controlled to suppress the load applied to the battery 72. can do.
  • the electric power consumed by the motor 5 is obtained from various information input to the control device 8 (for example, operation information of the lever 41b of the driver's seat 41a, the actual rotation speed of the motor 5 and the like).
  • the specific information may include the temperature of the battery 72. According to this, the speed of charging the battery 72 can be appropriately controlled according to the temperature environment in which the battery 72 is placed, the burden on the battery 72 can be reduced, and the life of the battery 72 can be extended.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a detailed example of the construction machine 1 of the modified example.
  • the above-mentioned specific information acquisition unit 10 is the battery temperature measurement unit 10A.
  • the battery temperature measuring unit 10A may be built in the battery 72. In this case, the temperature of the battery 72 measured by the battery temperature measuring unit 10A may be transmitted to the control device 8 by the battery ECU 721.
  • the resistance value of the battery 72 decreases. For this reason, if charging is performed with a current value that is normally used when the temperature of the battery 72 drops, the speed at which the target charging voltage is reached becomes faster, and the amount of heat generated by the battery 72 may become too large. Charging in such a large amount of heat generation imposes a burden on the battery 72, which may shorten the life of the battery 72. For this reason, it is preferable to determine the target amount of the increase rate of the charge amount of the battery 72 according to the temperature of the battery 72.
  • the control device 8 (command generation unit 82) is input from the battery temperature measurement unit 10A in the second mode when the battery 72 is charged while driving the electric motor 5 with the electric power output from the power supply device 71.
  • the target amount of the increase rate of the charge amount of the battery 72 is set according to the temperature of the battery 72.
  • the charge map 831 stored in advance in the memory 83 included in the control device 8 is used.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of a charging map.
  • the horizontal axis is the temperature and the vertical axis is the allowable charge amount.
  • the allowable charge amount is the charge amount that the battery 72 can accept, and the lower the SOC of the battery 72, the higher the charge amount.
  • FIG. 10 is a diagram assuming a certain output.
  • the area indicated by the maximum charging current is an area indicating that charging may be performed with the maximum charging current.
  • the region indicated by the minimum charge current is a region indicating that charging may be performed with the minimum charge current.
  • the region indicated by the half charge current is a region indicating that charging may be performed with the average value of the maximum charge current and the minimum charge current.
  • the non-chargeable area is an area where charging is prohibited.
  • the maximum charge current, the minimum charge current, and the half charge current are current values determined in advance by experiments and the like, and correspond to the target amount of the increase rate of the charge amount of the battery 72. Further, in the case of a non-chargeable area, the target amount of the increase rate of the charge amount cannot be set.
  • the control device 8 determines the target amount of the increase rate of the charge amount from the SOC input from the battery ECU 721 and the temperature input from the battery temperature measurement unit 10A with reference to the charge map 831. .. As can be seen from the charge map 831 shown in FIG. 10, the lower the temperature of the battery 72 and the higher the allowable charge amount, the smaller the target amount is set.
  • the control device 8 controls the power supply device 71 according to the set target amount and the electric power consumed by the electric motor 5.
  • the power feeding device 71 supplies the electric current 5 and the battery 72 with a current determined according to the control device 8.
  • the specific information may include attachment information attached to the tip of the work machine 3 of the construction machine 1.
  • the attachment is a bucket 33.
  • the attachment attached to the tip of the working machine 3 may be replaceable.
  • the replaceable attachment may include a breaker (for example, a hydraulic breaker) used for crushing work in addition to the bucket.
  • the specific information may include attachment information.
  • the specific information acquisition unit 10 for acquiring the attachment information may be, for example, an input device for a user such as an operator to input the attachment information. Further, the specific information acquisition unit 10 that acquires attachment information may be an attachment detection unit that detects that a specific attachment has been attached.
  • the control device 8 When the control device 8 detects the use of a specific attachment, the rate of increase in the charge amount of the battery 72 is set as a preset target amount corresponding to the specific attachment. Then, the control device 8 controls the power supply device 71 according to the target amount and the information related to the power consumption of the electric motor 5 input to the control device 8. The power feeding device 71 supplies the electric current 5 and the battery 72 with a current determined according to the control device 8.
  • a specific attachment is, for example, a breaker. Work using a breaker often has little load fluctuation. Therefore, when the breaker is used as the attachment, by setting the target amount of the increase rate of the charge amount of the battery 72 to be small, it is possible to charge the battery 72 while stably reducing the load. , The life of the battery 72 can be extended.
  • the specific information may include the actual rotation speed of the motor 5.
  • the control device 8 may input to the control device 8 from, for example, an inverter ECU (not shown) that receives information from a position sensor included in the motor 5.
  • the control device 8 controls the own machine 1 in any of the first mode (battery drive mode), the second mode (drive chargeable mode), and the third mode (charge-only mode). And said.
  • the control device may be configured to control the own machine 1 in any of a plurality of modes including the first mode and the second mode.
  • the control device may be configured to control the own machine 1 in either the first mode or the second mode. That is, the third mode in which the electric power of the power supply device 71 can be used only for charging the battery 72 does not necessarily have to be provided.
  • control device may be configured to control the own machine 1 in any of a plurality of modes including the second mode and the third mode.
  • the control device may be configured to control the own machine 1 in either the second mode or the third mode. That is, the first mode in which only the electric power of the battery 72 can be used to drive the electric motor 5 does not necessarily have to be provided.
  • the electric motor 5 is driven by the electric power from the power feeding device 71 in principle. Then, when the work load is high and the electric power for driving the electric motor 5 is insufficient only with the electric power from the power feeding device 71, the electric power of the battery 72 can be used to supplement the insufficient electric power.

Abstract

例示的な建設機械は、外部電源と接続されて第１の電力を出力する給電装置と、前記第１の電力を充電可能に設けられるバッテリと、前記第１の電力と前記バッテリが放電する第２の電力とのうち少なくとも一方により駆動する電動機と、を備える。前記建設機械は、前記第１の電力を前記電動機の駆動に使用しつつ前記バッテリの充電に使用可能な駆動充電可能モードと、前記第１の電力を前記バッテリの充電にのみ使用可能な充電専用モードとを含む複数のモードのいずれかで自機械の制御を行う制御装置を更に備える。前記制御装置は、前記駆動充電可能モードである場合に、前記充電専用モードである場合に比べて、前記バッテリの充電量の上限値を低く設定する。

Description

建設機械
　本発明は、建設機械に関する。
　従来、リチウムイオン電池等で構成されるバッテリは、電池の劣化を防止する観点から、充電率を高すぎない状態、且つ、低すぎない状態で保管することが好ましいとされている（例えば特許文献１参照）。これに関連して、特許文献１には、バッテリを内蔵する建設機械において、当該建設機械を使用しない場合におけるバッテリの最適な保管方法が開示されている。
特開２０１４－１４２３９号公報
　ところで、バッテリを内蔵する電動式油圧ショベルは、商用電源等の外部電源にケーブルで繋いだ状態で使用されることがある。すなわち、外部電源とバッテリ電源とを併用して作業を行うことができる建設機械が存在する。このような建設機械では、作業中に外部電源を用いてバッテリを充電することも可能であり、作業中のバッテリの充電制御が不十分となってバッテリの劣化が加速することが懸念される。特許文献１に開示される方法は、建設機械で作業を行わない場合の手法であり、そのまま適用することはできない。
　本発明は、外部電源により充電可能なバッテリを備える建設機械において、バッテリの劣化を抑制することができる技術を提供することを目的とする。
　本発明の例示的な建設機械は、外部電源と接続されて第１の電力を出力する給電装置と、前記第１の電力を充電可能に設けられるバッテリと、前記第１の電力と前記バッテリが放電する第２の電力とのうち少なくとも一方により駆動する電動機と、を備える。前記建設機械は、前記電動機の駆動に前記第２の電力のみを使用可能なバッテリ駆動モードと、前記第１の電力を前記電動機の駆動に使用しつつ前記バッテリの充電に使用可能な駆動充電可能モードとを含む複数のモードのいずれかで自機械の制御を行う制御装置を更に備える。前記制御装置は、前記駆動充電可能モードである場合に、前記バッテリ駆動モードである場合に比べて、前記バッテリの充電量の上限値を低く設定する。
　また、本発明の例示的な建設機械は、外部電源と接続されて第１の電力を出力する給電装置と、前記第１の電力を充電可能に設けられるバッテリと、前記第１の電力と前記バッテリが放電する第２の電力とのうち少なくとも一方により駆動する電動機と、を備える。前記建設機械は、前記第１の電力を前記電動機の駆動に使用しつつ前記バッテリの充電に使用可能な駆動充電可能モードと、前記第１の電力を前記バッテリの充電にのみ使用可能な充電専用モードとを含む複数のモードのいずれかで自機械の制御を行う制御装置を更に備える。前記制御装置は、前記駆動充電可能モードである場合に、前記充電専用モードである場合に比べて、前記バッテリの充電量の上限値を低く設定する。
　例示的な本発明によれば、外部電源により充電可能なバッテリを備える建設機械において、バッテリの劣化を抑制することができる。
建設機械の概略の構成を示す側面図 建設機械が備える油圧システムの概略の構成を示すブロック図 建設機械が備える電源システムの概略の構成を示すブロック図 第１モードに設定された状態を示す模式図 第２モードに設定された状態を示す模式図 第３モードに設定された状態を示す模式図 第２モードにおいて第１状態が選択された場合を示す模式図 第２モードにおいて第２状態が選択された場合を示す模式図 第２モードにおいて第３状態が選択された場合を示す模式図 第２モードにおいて第４状態が選択された場合を示す模式図 電源システムの制御に関わる構成の概略を示すブロック図 建設機械が備えるバッテリの、一日のＳＯＣの推移例を示すグラフ 変形例の建設機械について説明するためのブロック図 変形例の建設機械の詳細例を示すブロック図 充電マップの一例を示す概略図
　本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
＜１．建設機械の概略構成＞
　図１は、本実施形態の建設機械１の概略の構成を示す側面図である。建設機械１は、詳細には、電動式の建設機械である。建設機械１は、より詳細には、電動式油圧ショベルである。なお、本発明が適用される建設機械は、油圧ショベルに限定されず、ホイルローダ等の他の建設機械であってもよい。建設機械１は、下部走行体２と、作業機３と、上部旋回体４と、を備える。
　ここで、図１において、方向を以下のように定義する。まず、下部走行体２が直進する方向を前後方向とし、そのうちの一方側を「前」とし、他方側を「後」とする。図１では、一例として、ブレード２３に対して走行モータ２２側を「前」として示す。また、前後方向に垂直な横方向を左右方向とする。このとき、操縦席４１ａに座ったオペレータ（操縦者、運転手）から見て左側を「左」とし、右側を「右」とする。さらに、前後方向および左右方向に垂直な重力方向を上下方向とし、重力方向の上流側を「上」とし、下流側を「下」とする。
　下部走行体２は、左右一対のクローラ２１と、左右一対の走行モータ２２と、を備える。各走行モータ２２は、油圧モータである。左右の走行モータ２２が、左右のクローラ２１をそれぞれ駆動することにより、建設機械１を前後進させることができる。下部走行体２には、整地作業を行うためのブレード２３と、ブレードシリンダ２３ａとが設けられる。ブレードシリンダ２３ａは、ブレード２３を上下方向に回動させる油圧シリンダである。
　作業機３は、ブーム３１、アーム３２、およびバケット３３を備える。ブーム３１、アーム３２、およびバケット３３を独立して駆動することにより、土砂等の掘削作業を行うことができる。
　ブーム３１は、ブームシリンダ３１ａによって回動される。ブームシリンダ３１ａは、基端部が上部旋回体４の前部に支持され、伸縮自在に可動する。アーム３２は、アームシリンダ３２ａによって回動される。アームシリンダ３２ａは、基端部がブーム３１の先端部に支持され、伸縮自在に可動する。バケット３３は、バケットシリンダ３３ａによって回動される。バケットシリンダ３３ａは、基端部がアーム３２の先端部に支持され、伸縮自在に可動する。ブームシリンダ３１ａ、アームシリンダ３２ａ、およびバケットシリンダ３３ａは、油圧シリンダにより構成される。
　上部旋回体４は、下部走行体２に対して旋回ベアリング（不図示）を介して旋回可能に構成される。上部旋回体４には、操縦部４１、旋回台４２、旋回モータ４３、機関室４４等が配置される。上部旋回体４は、油圧モータである旋回モータ４３の駆動により、旋回ベアリングを介して旋回する。機関室４４の内部には、例えば、電動機５および油圧ポンプ６１（いずれも図２参照）などが配置される。すなわち、建設機械１は電動機５を備える。
　図２は、本実施形態の建設機械１が備える油圧システム６の概略の構成を示すブロック図である。油圧ポンプ６１は、電動機５の出力軸と機械的に結合しており、電動機５の駆動により駆動される。コントロールバルブ６２は、油圧ポンプ６１から供給される作業油（圧油）の流量および方向を制御し、アクチュエータ群６３を構成する各種の油圧アクチュエータに作業油を適宜供給する。本実施形態ではアクチュエータ群６３に含まれる各種の油圧アクチュエータには、油圧モータ（例えば左右の走行モータ２２、旋回モータ４３）、および油圧シリンダ（例えばブレードシリンダ２３ａ、ブームシリンダ３１ａ、アームシリンダ３２ａ、バケットシリンダ３３ａ）が含まれる。
　図１に戻って、操縦部４１には、操縦席４１ａが配置される。操縦席４１ａの周囲には、各種のレバー４１ｂが配置される。オペレータが操縦席４１ａに着座してレバー４１ｂを操作することにより、油圧システム６を動作させて、下部走行体２の走行、ブレード２３による整地作業、作業機３による掘削作業、上部旋回体４の旋回、などを行うことができる。
　上部旋回体４には、不図示の給電口が設けられる。上記の給電口と、外部電源である商用電源１００とは、給電ケーブル１０１を介して接続される。これにより、商用電源１００から供給される電力により、電動機５を駆動することができる。また、商用電源１００から供給される電力を、上部旋回体４に着脱可能に取り付けられるバッテリ７２に供給することにより、バッテリ７２を充電することも可能である。
　なお、下部走行体２、作業機３および上部旋回体４は、電動走行モータ、電動シリンダ、電動旋回モータ等を含んで構成されてもよい。この場合、下部走行体２、作業機３および上部旋回体４を、油圧機器を用いずに、全て電力によって駆動することができる。つまり、下部走行体２、作業機３および上部旋回体４をまとめて機体ＢＡとしたとき、機体ＢＡは、電力のみによって駆動されてもよいし（オール電動）、電力と油圧機器とを併用して駆動されてもよい。したがって、本実施形態の建設機械１は、少なくとも電力によって駆動される機体ＢＡを含む構成であると言える。
＜２．電源システム＞
　図３は、本実施形態の建設機械１が備える電源システム７の概略の構成を示すブロック図である。電源システム７は、給電装置７１と、バッテリ７２と、インバータ７３とを備える。すなわち、建設機械１は、給電装置７１とバッテリ７２とを備える。建設機械１は、インバータ７３を更に備える。
　給電装置７１は、外部電源と接続されて第１の電力を出力する。本実施形態において、外部電極は商用電源１００（図１参照）である。給電装置７１は、例えば機関室４４内に配置される。給電装置７１は、商用電源１００から給電ケーブル１０１を介して供給される交流電圧を直流電圧に変換する。給電装置７１は、電圧変換後の電力（第１の電力）をバッテリ７２およびインバータ７３に供給可能に設けられる。
　バッテリ７２は、給電装置７１から出力される第１の電力を充電可能に設けられる。また、バッテリ７２は、放電電力（第２の電力）をインバータ７３に供給可能に設けられる。バッテリ７２は、例えばリチウムイオン電池で構成される。バッテリ７２は、例えば機関室４４内に配置される。
　インバータ７３は、給電装置７１およびバッテリ７２から供給される直流電力を交流電力に変換する。インバータ７３によって変換された交流電力は電動機５に供給される。インバータ７３は、例えば、例えば機関室４４内に配置される。なお、電動機５は、インバータ７３から供給される交流電力により駆動して油圧ポンプ６１を動作させる。電動機５は、給電装置７１から出力される電力（第１の電力）と、バッテリ７２が放電する電力（第２の電力）とのうち少なくとも一方により駆動する。
　電源システム７は、第１モードと、第２モードと、第３モードとを含む３つのモードに設定可能に設けられる。図４Ａは、第１モードに設定された状態を示す模式図である。図４Ｂは、第２モードに設定された状態を示す模式図である。図４Ｃは、第３モードに設定された状態を示す模式図である。なお、第１モードは、本発明のバッテリ駆動モードに該当する。第２モードは、本発明の駆動充電可能モードに該当する。第３モードは、本発明の充電専用モードに該当する。
　図４Ａに示すように、第１モードにおいては、商用電源１００と給電装置７１とが電気的に非接続である。このため、第１モードにおいては、給電装置７１からインバータ７３に電力を供給することはできない。一方、第１モードにおいては、バッテリ７２とインバータ７３とは電気的に接続されており、バッテリ７２の放電電力をインバータ７３に供給可能である。すなわち、第１モードは、電動機５の駆動にバッテリ７２が放電する電力（第２の電力）のみを使用可能なモードである。第１モードは、外部からの電力が供給されない状態で、電動機５を作動させたい場合に使用されるモードである。
　図４Ｂに示すように、第２モードにおいては、給電装置７１が商用電源１００と電気的に接続されている。また、バッテリ７２とインバータ７３とが電気的に接続されている。第２モードは、外部からの電力を供給可能な状態で、電動機５を作動させたい場合に使用されるモードである。詳細には、第２モードには、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、および図５Ｄに示す４つの状態が含まれる。
　なお、図５Ａは、第２モードにおいて第１状態となった場合を示す模式図である。図５Ｂは、第２モードにおいて第２状態となった場合を示す模式図である。図５Ｃは、第２モードにおいて第３状態となった場合を示す模式図である。図５Ｄは、第２モードにおいて第４状態となった場合を示す模式図である。
　図５Ａに示すように、第１状態では、給電装置７１およびバッテリ７２からインバータ７３に電力が供給される。第１状態は、給電装置７１およびバッテリ７２のうちの一方から出力される電力だけでは電動機５の駆動に必要な電力を得ることができない場合に選択される状態である。例えば、第１状態においては、電動機５の駆動に必要な電力の大部分が、給電装置７１から出力される電力で賄われ、足りない電力がバッテリ７２から出力される電力（放電電力）で補われる。
　図５Ｂに示すように、第２状態では、給電装置７１からバッテリ７２およびインバータ７３に電力が供給される。第２状態は、給電装置７１から出力される電力が電動機５の駆動に必要な電力より大きい場合に選択される状態である。バッテリ７２は、給電装置７１から出力される電力の一部を蓄電する。すなわち、バッテリ７２は、給電装置７１から供給される電力により充電される。
　図５Ｃに示すように、第３状態では、給電装置７１からのみインバータ７３に電力が供給される。第３状態は、例えば、給電装置７１から出力される電力が電動機５の駆動に必要な電力と等しい場合に選択される状態である。なお、第３状態は、リレーを用いてバッテリ７２と、給電装置７１およびインバータ７３とが電気的に非接続とされた状態であってもよい。
　図５Ｄに示すように、第４状態は、給電装置７１は給電可能な状態であるが強制的にインバータ７３と非接続とされた状態である。給電装置７１とインバータ７３との電気的な接続と非接続との切り替えには、例えばリレー（不図示）が用いられる。第４状態は、例えば、バッテリ７２の電力を積極的に利用したい場合に選択される。
　以上からわかるように、第２モードは、給電装置７１から出力される電力（第１の電力）を電動機５の駆動に使用しつつバッテリ７２の充電に使用可能なモードである。また、第２モードにおいては、電動機５の駆動に給電装置７１から出力される電力（第１の電力）と、バッテリ７２から放電される電力（第２の電力）とのうちの少なくとも一方を使用可能である。このような構成とすることにより、電動機５の駆動に必要な電力を適切に供給しつつ、バッテリ７２の充電と放電とを適切に制御してバッテリ７２の寿命をのばすことができる。
　図４Ｃに示すように、第３モードにおいては、給電装置７１およびバッテリ７２がインバータ７３と電気的に接続されていない。給電装置７１およびバッテリ７２と、インバータ７３との電気的な接続と非接続との切り替えには、例えばリレー（不図示）が用いられる。第３モードでは、給電装置７１とバッテリ７２とは電気的に接続されている。第３モードは、給電装置７１から出力される電力（第１の電力）をバッテリ７２の充電にのみ使用可能なモードである。第３モードは、電動機５を駆動する必要がない場合に使用されるモードである。例えば、電動機５を駆動する必要がない場合は、下部走行体２を用いた移動、ブレード２３を用いた整地作業、および、作業機３を用いた掘削作業を行う必要がない状態である。例えば、第３モードは、建設機械１の次の使用に備えて、バッテリ７２を充電しておくときに使用されるモードである。
＜３．充電制御＞
　図６は、電源システム７の制御に関わる構成の概略を示すブロック図である。図６に示すように、建設機械１は制御装置８を備える。制御装置８は、ＥＣＵ（Electronic　Control　Unit）と呼ばれる電子制御ユニットで構成される。ＥＣＵは、電子回路を用いて制御を行う装置であり、例えばマイクロコントローラ（マイコン）を含んで構成される。マイクロコントローラは、例えば、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）と、プログラム等を格納するメモリと、周辺機器と通信を行うための入出力部と、を含んで構成される。
　制御装置８は、給電装置７１に内蔵される給電装置ＥＣＵ７１１、および、バッテリ７２に内蔵されるバッテリＥＣＵ７２１と連携して電源システム７の全体を制御する。また、制御装置８は、第１モードと、第２モードと、第３モードとのいずれかで自機械１の制御を行う。制御装置８は、モード判定部８１と、指令生成部８２とを備える。モード判定部８１および指令生成部８２は、ＣＰＵ等のコンピュータがメモリに記憶されるプログラムに従って演算処理を実行することにより実現される制御装置８の機能である。
　なお、モード判定部８１および指令生成部８２は、概念的な構成要素である。１つの構成要素が実行する機能を複数の構成要素に分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてよい。
　モード判定部８１は、電源システム７の現在のモードがいずれのモードであるかを判定する。詳細には、モード判定部８１は、現在のモードが第１モード、第２モード、および第３モードのうちのいずれのモードであるかを判定する。モード判定部８１は、例えば、給電装置ＥＣＵ７１１から得られる情報と、充電開始スイッチ９から得られる情報とに基づいて、現在のモードがいずれのモードであるかを判定する。なお、充電開始スイッチ９は、バッテリ７２の充電を行いたい時にユーザが操作するスイッチである。充電開始スイッチ９は、例えば、操縦部４１等に設けられる。充電開始スイッチ９は、例えば操作ボタン、操作レバー、操作ダイヤル、タッチパネル等であってよい。
　例えば、モード判定部８１は、給電装置ＥＣＵ７１１からの通電信号と、充電開始スイッチ９からの充電ＯＮ信号とに基づいてモードの判定を行う。通電信号は、給電装置７１が給電ケーブル１０１を介して商用電源１００と電気的に接続された場合に生成される信号である。充電ＯＮ信号は、充電開始スイッチ９を用いてユーザが充電を要求した場合に生成される信号である。充電ＯＮ信号は、給電装置ＥＣＵ７１１を介して制御装置８に入力されてもよい。
　詳細には、モード判定部８１は、通信信号と充電ＯＮ信号とのいずれも受信していない場合には、第１モードであると判定する。モード判定部８１は、通信信号を受信し、且つ、充電ＯＮ信号を受信していない場合には、第２モードであると判定する。モード判定部８１は、通電信号を受信し、且つ、充電ＯＮ信号を受信した場合には、第３モードであると判定する。
　なお、充電ＯＮ信号を受信したにもかかわらず、通電信号を受信していない場合には、充電のための準備が不十分であるために、制御装置８は適切な制御を行うことができない。このような場合には、エラーを報知する構成としてもよい。また、本実施形態のモードの判定手法は一例にすぎず、例えば、モード判定にバッテリＥＣＵ７２１から得られる情報が利用されてもよい。
　指令生成部８２は、モード判定部８１によるモードの判定に応じて給電装置７１の制御を行う。詳細には、指令生成部８２は、モードの判定結果に加えて、バッテリＥＣＵ７２１から入力されるバッテリ７２の情報に基づいて給電装置７１の制御を行う。バッテリ７２の情報には、バッテリ７２の電圧と充電率（ＳＯＣ；State　Of　Charge）との少なくとも一方が含まれる。なお、ＳＯＣは、以下の式（１）で与えられる。
　ＳＯＣ（％）　＝　残容量（Ａｈ）÷満充電容量（Ａｈ）×１００　　・・・（１）
　本実施形態では、制御装置８は、第２モードである場合に、第３モードである場合に比べて、バッテリ７２の充電量の上限値を低く設定する。このような構成とすると、建設機械１が動作を行っている場合において、バッテリ７２の充電量が必要以上に高くなることを抑制することができる。これにより、バッテリ７２の劣化を抑制して、バッテリ７２の寿命をのばすことができる。また、本構成によれば、電動機５の動作時においてバッテリ７２の充電容量を満充電容量よりも低く抑えることができるために、電動機５の停止によって発生する回生電力をバッテリ７２が受け入れることができ、バッテリ７２の破損を防止することができる。
　詳細には、指令生成部８２は、充電量が設定された上限値を超えないように、給電装置ＥＣＵ７１１に電圧指令を行う。給電装置７１は、給電装置ＥＣＵ７１１が指令生成部８２から受けた電圧指令に応じて制御される。バッテリ７２の充電量の上限値が第２モードの方が第３モードよりも低いために、バッテリ７２を予め設定された上限値まで充電するための目標電圧は、第２モードの方が第３モードよりも低くなる。なお、充電量をＳＯＣで表記することを想定した場合、充電量の上限値は、例えば、第３モードにおいて１００％に設定され、第２モードにおいて８０％に設定される構成としてよい。ただし、これらの数値は適宜変更されてよい。
　なお、建設機械１の作業中においても、バッテリ７２の充電量（ＳＯＣ）が低くなり過ぎることは好ましくない。このために、制御装置８は、第２モードにおいてバッテリ７２の充電量が予め設定された下限値より小さいことを検出した場合に、バッテリ７２の充電が開始されるように給電装置７１の制御を行うことが好ましい。充電量をＳＯＣで表記することを想定した場合、第２モードにおける充電量の下限値は５０％等であってよい。第２モードにおける充電量の下限値は、上述した第２モードにおける充電量の上限値と同じであってもよい。
　また、制御装置８は、第２モードである場合に、第１モードである場合に比べて、バッテリ７２の充電量の上限値を低く設定する。このために、建設機械１を動作させる場合に、最初に第１モードでの駆動によりバッテリ７２の充電量を適度に低下させつつ、その後、第２モードに切り替えてバッテリ７２の充電を行うことにより、バッテリ７２の充電量を高過ぎず且つ低過ぎない適度な充電量に保つことができる。これにより、バッテリ７２の劣化を抑制して、バッテリ７２の寿命をのばすことができる。
　図７は、本実施形態の建設機械１が備えるバッテリ７２の、一日のＳＯＣの推移例を示すグラフである。図７において、横軸は時間、縦軸はバッテリ７２のＳＯＣである。図７では、時刻Ａにおいて建設機械１の使用が開始され、使用開始時には、建設機械１は商用電源１００を確保できない場所に存在する。例えば、建設機械１は、トラックの荷台等に存在する。建設機械１は、トラックの荷台から商用電源１００を確保することができる施工現場まで自走する必要がある。
　使用開始当初、建設機械１の制御装置８は、通電信号が得られないために第１モードであると判定する。このために、制御装置８は、第１モードで建設機械１を制御する。すなわち、建設機械１は、バッテリ７２から放電される電力のみを使用して電動機５を駆動させる。建設機械１は、電動機５の駆動により走行モータ２２を動作させ、走行を行う。建設機械１が第１モードで制御されている間、バッテリ７２の電力が使用し続けられるために、図７に示すように、バッテリ７２のＳＯＣが減り続ける。
　建設機械１が自走により施工現場に到着すると、給電ケーブル１０１を用いて給電装置７１と商用電源１００とが電気的に接続される。これにより制御装置８が通電信号を検出して第２モードであると判定する。このために、制御装置８は、第２モードで建設機械１を制御する。すなわち、建設機械１は、給電装置７１とバッテリ７２との少なくとも一方の電力を用いて電動機５を駆動させる。電動機５の駆動により、建設機械１は、作業機３を用いた掘削作業、ブレード２３を用いた整地作業、或いは、下部走行体２による走行等を行う。また、給電装置７１の出力に余裕がある場合には、給電装置７１から出力される電力を利用してバッテリ７２の充電が行われる。
　図７に示す例では、時刻Ｂが建設機械１に商用電源１００から電力の供給が開始された時点に該当し、この時点で制御装置８は、第２モードで建設機械１の制御を開始する。第２モードと判定された時点でバッテリ７２のＳＯＣが予め設定された下限値を下回っているためにバッテリ７２の充電が開始される。すなわち、バッテリ７２のＳＯＣが増加を開始する。なお、図７の例では、第２モードと判定されている間、電動機５の駆動に要求される電力に対して給電装置７１の出力に余裕がある状態を想定している。
　図７に示す例では、第２モードにおいては、バッテリ７２のＳＯＣに上限値ＵＬ１（例えば８０％等）が設定されている。このために、バッテリ７２は上限値ＵＬ１を超えて充電されない。上述のように図７に示す例では給電装置７１の出力に余裕があるために、第２モードとなってから作業が完了するまでバッテリ７２の電力が使用されることなく、バッテリ７２のＳＯＣは上限値ＵＬ１で維持されている。ただし、電動機５の駆動に要求される電力に応じて、第２モードでの作業時においてバッテリ７２の電力が利用されてもよい。
　施工現場での一日の作業が完了する（時刻Ｃ）と、翌日の作業に備えて、ユーザが充電開始スイッチ９をＯＮとする。これにより、制御装置８は、通電信号と充電ＯＮ信号との両方を検出し、第３モードと判定する。制御装置８は、第３モードで建設機械１の制御を開始する。すなわち、給電装置７１からの出力により、バッテリ７２の充電のみが行われる。
　図７に示す例では、第３モードにおけるバッテリ７２のＳＯＣの上限値ＵＬ２（例えば１００％）は、第２モードの場合の上限値ＵＬ１よりも高く設定されている。このために、第２モードから第３モードに切り替わると、バッテリ７２の充電が開始され、上限値ＵＬ２まで充電が行われる。上限値まで充電が行われて第３モードによる充電動作が完了すると（時刻Ｄ）、バッテリ７２が保管される。充電動作の完了は、例えば、建設機械１の電源がオフされた時点である。なお、本例では、第１モードにおけるバッテリ７２のＳＯＣの上限値は、第３モードにおけるバッテリ７２のＳＯＣの上限値ＵＬ２と同じである。
　図７に示す例では、建設機械１の使用時において、バッテリ７２のＳＯＣは、バッテリ７２の保管時におけるＳＯＣ（上限値ＵＬ２）より小さく、必要以上に高くならない。このために、バッテリ７２の劣化を抑制することができる。なお、バッテリ７２の保管の方法について、図７に示す例と異なる方法とされてもよい。例えば、作業終了後においては、充電に適したＳＯＣとなるように充放電制御を行い、作業開始直前にＳＯＣが上限値ＵＬ２となるような保管方法が採用されてもよい。これにより、建設機械１の使用時と、建設機械１を使用しないバッテリ７２の保管時との両方でバッテリ７２の劣化を抑制することができ、バッテリ７２の寿命をよりのばすことができる。
　なお、例えば建設機械１を施工現場に置いておく場合には、建設機械１の使用開始時において、第２モードと判定される。この場合、第２モードであるにもかかわらず、バッテリ７２の充電量が第２モードのバッテリ７２の充電量の上限値ＵＬ１を超えた状態となることがある。第２モードの開始時にバッテリ７２の充電量が第２モードのバッテリ７２の充電量の上限値ＵＬ１を超えている場合には、例えばバッテリ７２の電力のみで電動機５を駆動させる等、バッテリ７２の電力を積極的に使用して、バッテリ７２の充電量を上限値ＵＬ１より小さくすることが好ましい。
＜４．充電制御の変形例＞
　図８は、変形例の建設機械１について説明するためのブロック図である。変形例の建設機械１においては、上述した実施形態の情報（例えば通電信号、充電ＯＮ信号、バッテリ７２のＳＯＣ等）に加えて、制御装置８の外部に設けられる特定情報取得部１０で取得された特定の情報が、制御装置８に入力される。
　そして、制御装置８は、第２モードであって、給電装置７１から出力される電力（第１の電力）で電動機５を駆動しながらバッテリ７２を充電する場合に、外部から入力される特定の情報に応じてバッテリ７２の充電量の増加率の目標量を変動させる。このような構成によれば、例えば電動機５の駆動状況やバッテリ７２が置かれる環境等に応じてバッテリ７２を充電する速度を変えることができる。この結果、電動機５の動作時においてバッテリ７２に対する負担を低減してバッテリ７２の寿命をのばすことができる。
　なお、充電量の増加率の目標量の変動は、オペレータ等のユーザによって、バッテリ７２に対する充電時の負荷を抑制するモードであるバッテリセーフモードが選択されている場合に限って行われる構成であってもよい。バッテリセーフモードは、例えば操作ボタン、操作レバー、操作ダイヤル、タッチパネル等の操作部を操作することによって選択される構成であってよい。
　制御装置８は、設定されたバッテリ７２の充電量の増加率の目標量と、電動機５が消費する電力とに応じて給電装置７１から供給される電流を制御する。これによれば、電動機５に適切に電力を供給して建設機械１を用いた作業の操作性の低下を抑制しつつ、バッテリ７２の充電速度を適正に制御してバッテリ７２にかかる負荷を抑制することができる。なお、電動機５が消費される電力は、制御装置８に入力される各種の情報（例えば操縦席４１ａのレバー４１ｂの操作情報、電動機５の実回転数等）により求められる。
　特定の情報には、バッテリ７２の温度が含まれてよい。これによれば、バッテリ７２が置かれる温度環境に応じてバッテリ７２を充電する速度を適切に制御し、バッテリ７２に対する負担を低減してバッテリ７２の寿命をのばすことができる。図９は、変形例の建設機械１の詳細例を示すブロック図である。図９に示す詳細例においては、上述の特定情報取得部１０がバッテリ温度測定部１０Ａである。バッテリ温度測定部１０Ａは、バッテリ７２に内蔵されてよい。この場合、バッテリ温度測定部１０Ａで測定されたバッテリ７２の温度は、バッテリＥＣＵ７２１によって制御装置８に送信される構成であってよい。
　バッテリ７２の温度が低くなると、バッテリ７２の抵抗値が下がる。このために、バッテリ７２の温度が下がった際に通常利用される電流値で充電を行うと、目標の充電電圧に到達する速度が速くなり、バッテリ７２の発熱量が大きくなり過ぎることがある。このような発熱量が大きい状態での充電はバッテリ７２に負担がかかり、バッテリ７２の寿命を短くすることがある。このために、バッテリ７２の温度に応じてバッテリ７２の充電量の増加率の目標量を決めることが好ましい。
　制御装置８（指令生成部８２）は、第２モードであって、給電装置７１から出力される電力で電動機５を駆動しながらバッテリ７２を充電する場合に、バッテリ温度測定部１０Ａから入力されるバッテリ７２の温度に応じてバッテリ７２の充電量の増加率の目標量を設定する。目標量の設定は、例えば、制御装置８が備えるメモリ８３に予め記憶される充電マップ８３１が利用される。
　図１０は、充電マップの一例を示す概略図である。図１０において、横軸は温度であり、縦軸は許容充電量である。許容充電量は、バッテリ７２が受け入れることができる充電量であり、バッテリ７２のＳＯＣが低いほど高くなる。なお、図１０は、或る出力を想定した場合の図である。
　図１０のマップにおいて、最大充電電流で示される領域は、最大充電電流で充電を行ってよいことを示す領域である。最小充電電流で示される領域は、最小充電電流で充電を行ってよいことを示す領域である。半分充電電流で示される領域は、最大充電電流と最小充電電流との平均値で充電を行ってよいことを示す領域である。充電不可領域は、充電が禁止される領域である。最大充電電流、最小充電電流、半分充電電流は、予め実験等によって決められた電流値であり、バッテリ７２の充電量の増加率の目標量に相当する。また、充電不可の領域の場合、充電量の増加率の目標量は設定できない。
　制御装置８（指令生成部８２）は、バッテリＥＣＵ７２１から入力されるＳＯＣと、バッテリ温度測定部１０Ａから入力される温度とから、充電マップ８３１を参照して充電量の増加率の目標量を決める。図１０に示す充電マップ８３１からわかるように、バッテリ７２の温度が低く、許容充電量が高いほど、目標量は小さく設定される。制御装置８は、設定した目標量と、電動機５が消費する電力とに応じて給電装置７１を制御する。給電装置７１は、制御装置８に従って決定された電流を電動機５およびバッテリ７２に給電する。
　また、特定の情報には、建設機械１の作業機３の先端に取り付けるアタッチメント情報が含まれてよい。上述した実施形態では、アタッチメントがバケット３３である構成となっている。ただし、作業機３の先端に取り付けられるアタッチメントは交換可能であってよい。例えば、交換可能なアタッチメントには、バケットの他に破砕作業に利用されるブレーカ（例えば油圧式ブレーカ）等が含まれてよい。このような構成である場合、特定の情報にアタッチメント情報が含まれてよい。
　特定の情報にアタッチメント情報が含まれる場合、アタッチメント情報を取得する特定情報取得部１０は、例えば、オペレータ等のユーザがアタッチメント情報を入力する入力装置であってよい。また、アタッチメント情報を取得する特定情報取得部１０は、特定のアタッチメントが取り付けられたことを検出するアタッチメント検出部であってもよい。
　制御装置８は、特定のアタッチメントの利用を検出すると、バッテリ７２の充電量の増加率を特定のアタッチメントに対応して予め設定された目標量とする。そして、制御装置８は、当該目標量と、制御装置８に入力される電動機５の消費電力に関わる情報とに応じて給電装置７１を制御する。給電装置７１は、制御装置８に従って決定された電流を電動機５およびバッテリ７２に給電する。
　特定のアタッチメントは、例えばブレーカである。ブレーカを使用した作業は、負荷変動が少ないことが多い。このために、アタッチメントとしてブレーカが利用される場合に、バッテリ７２の充電量の増加率の目標量を小さめに設定することにより、バッテリ７２に対する負荷を安定して低くしながら充電を行うことができ、バッテリ７２の寿命をのばすことができる。
　なお、建設機械１が行う作業が負荷変動の少ない作業であるか否かは、例えば、電動機５の実回転数によって推測することが可能である。このために、特定の情報には、電動機５の実回転数が含まれてもよい。これにより、例えば負荷変動の少ないブレーカを利用した作業や敷均し作業等が行われる場合に、バッテリ７２に対する負荷を抑制して適切に充電を行うことができる。電動機５の実回転数は、例えば電動機５が備える位置センサからの情報を受け取るインバータＥＣＵ（不図示）から、制御装置８に入力される構成であってよい。
＜５．留意事項等＞
　本明細書中に開示される種々の技術的特徴は、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。また、本明細書中に示される複数の実施形態および変形例は、可能な範囲で組み合わせて実施されてよい。
　以上では、制御装置８は、第１モード（バッテリ駆動モード）と、第２モード（駆動充電可能モード）と、第３モード（充電専用モード）とのいずれかで自機械１の制御を行う構成とした。ただし、制御装置は、第１モードと第２モードとを含む複数のモードのいずれかで自機械１の制御を行う構成であってよい。例えば、制御装置は、第１モードと第２モードとのいずれかで自機械１の制御を行う構成であってもよい。すなわち、給電装置７１の電力をバッテリ７２の充電にのみ使用可能な第３モードは、必ずしも備えられなくてもよい。
　また、制御装置は、第２モードと第３モードとを含む複数のモードのいずれかで自機械１の制御を行う構成であってもよい。例えば、制御装置は、第２モードと第３モードとのいずれかで自機械１の制御を行う構成であってもよい。すなわち、電動機５の駆動にバッテリ７２の電力のみを使用可能な第１モードは、必ずしも備えられなくてもよい。このような構成では、例えば、原則として給電装置７１からの電力で電動機５が駆動される。そして、作業負荷が高く給電装置７１からの電力だけでは電動機５を駆動する電力が足りない場合に、足りない電力を補うためにバッテリ７２の電力を利用することができる。
　１・・・建設機械
　５・・・電動機
　８・・・制御装置
　７１・・・給電装置
　７２・・・バッテリ
　１００・・・商用電源（外部電源）

Claims (7)

  1. 　外部電源と接続されて第１の電力を出力する給電装置と、
    　前記第１の電力を充電可能に設けられるバッテリと、
    　前記第１の電力と前記バッテリが放電する第２の電力とのうち少なくとも一方により駆動する電動機と、
    　を備える建設機械であって、
    　前記電動機の駆動に前記第２の電力のみを使用可能なバッテリ駆動モードと、前記第１の電力を前記電動機の駆動に使用しつつ前記バッテリの充電に使用可能な駆動充電可能モードとを含む複数のモードのいずれかで自機械の制御を行う制御装置を更に備え、
    　前記制御装置は、前記駆動充電可能モードである場合に、前記バッテリ駆動モードである場合に比べて、前記バッテリの充電量の上限値を低く設定する、建設機械。
  2. 　外部電源と接続されて第１の電力を出力する給電装置と、
    　前記第１の電力を充電可能に設けられるバッテリと、
    　前記第１の電力と前記バッテリが放電する第２の電力とのうち少なくとも一方により駆動する電動機と、
    　を備える建設機械であって、
    　前記第１の電力を前記電動機の駆動に使用しつつ前記バッテリの充電に使用可能な駆動充電可能モードと、前記第１の電力を前記バッテリの充電にのみ使用可能な充電専用モードとを含む複数のモードのいずれかで自機械の制御を行う制御装置を更に備え、
    　前記制御装置は、前記駆動充電可能モードである場合に、前記充電専用モードである場合に比べて、前記バッテリの充電量の上限値を低く設定する、建設機械。
  3. 　前記複数のモードに、前記電動機の駆動に前記第２の電力のみを使用可能なバッテリ駆動モードが更に含まれる、請求項２に記載の建設機械。
  4. 　前記制御装置は、前記駆動充電可能モードであって、前記第１の電力で前記電動機を駆動しながら前記バッテリを充電する場合に、外部から入力される特定の情報に応じて前記バッテリの充電量の増加率の目標量を変動させる、請求項１から３のいずれか１項に記載の建設機械。
  5. 　前記特定の情報には、前記バッテリの温度が含まれる、請求項４に記載の建設機械。
  6. 　前記制御装置は、設定された前記目標量と前記電動機が消費する電力とに応じて前記給電装置から供給される電流を制御する、請求項４又は５に記載の建設機械。
  7. 　前記駆動充電可能モードにおいては、前記電動機の駆動に前記第１の電力と前記第２の電力とのうちの少なくとも一方を使用可能である、請求項１から６のいずれかに記載の建設機械。
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