JP6376777B2 - 作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電装置を搭載した作業機械に関する。

蓄電装置に蓄積された電気エネルギで電動機を駆動する作業機械が、特許文献１に開示されている。作業機械の制御に、蓄電装置の充電状態ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）が利用される。蓄電装置に電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等が用いられている場合、充電状態ＳＯＣは、蓄電装置の開放電圧と定格最大電圧との比の二乗で表される。

蓄電装置の開放電圧を測定するには、内部抵抗による電圧降下の影響を排除するために、蓄電装置の充放電電流を０にしなければならない。このため、蓄電装置の充放電が行われているときに蓄電装置の蓄電装置の開放電圧を実測することはできない。開放電圧の実測値に代えて、内部抵抗、端子間電圧の実測値、及び充放電電流の実測値を用いて求められる開放電圧の計算値を用いることにより、蓄電装置の充電状態ＳＯＣを求めることができる。

充電状態ＳＯＣの計算に用いられる内部抵抗は、作業機械の始動時に求められる。以下、内部抵抗を求める方法について説明する。作業機械の始動時に、蓄電装置の充放電電流を０にした状態で、開放電圧を測定する。その後、蓄電装置への充電を開始し、端子間電圧、及び充電電流を測定する。実測された開放電圧、端子間電圧、及び充電電流を用いて、内部抵抗を求めることができる。

特許文献２に、周囲の温度に応じて開放電圧を補正する方法が開示されている。補正された開放電圧を用いて、蓄電装置の充電率が求められる。

特開２００７−１５５５８６号公報 特開２００９−０３１２２０号公報

蓄電装置の内部抵抗の計算値、端子間電圧の実測値、及び充放電電流の実測値を用いて求められた充電状態は、開放電圧の実測値を用いて求められた充電状態と一致することが好ましい。ところが、両者にずれが発生することが判明した。このずれは、内部抵抗の計算値が、内部抵抗の実測値からずれているためと考えられる。

充電状態を高精度に求めるためには、蓄電装置の開放電圧を実測する必要があるが、作業機械の運転中に、充放電電流を０にして開放電圧を実測することは困難である。充放電電流を０にすることなく、充電状態を高精度に求める方法が望まれている。

本発明の目的は、内部抵抗を高精度に求めることができる作業機械を提供することである。本発明の他の目的は、高精度に求められた内部抵抗を用いて充電状態を求めることができる作業機械を提供することである。

本発明の一観点によると、
蓄電装置と、
前記蓄電装置に接続され、前記蓄電装置に流れる電流を制御する充放電制御回路と、
前記充放電制御回路を制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
前記蓄電装置に電流が流れていないときの端子間の電圧の実測値、前記蓄電装置に電流が流れているときの端子間の電圧の実測値及び電流の実測値に基づいて、前記蓄電装置の内部抵抗の値を算出し、前記内部抵抗の値を算出するときに用いた電流が流れていないときの電圧の実測値に基づいて、前記内部抵抗の算出された値を補正する作業機械が提供される。

開放電圧の実測値に基づいて内部抵抗の計算値を補正することにより、内部抵抗が電圧に依存することによる内部抵抗の計算値のばらつきが低減する。これにより、種々の条件で求められた内部抵抗の値を相互に比較することが可能になる。また、内部抵抗の補正値を用いることにより、作業機械の運転中に蓄電装置の充放電電流を０にすることなく、蓄電装置の充電状態を求めることができる。

図１は、実施例による作業機械の側面図である。 図２は、実施例による作業機械のブロック図である。 図３は、実施例による作業機械に搭載された蓄電回路の等価回路図である。 図４は、蓄電装置の充電期間中における端子間電圧Ｖｔ、充放電電流Ｉｔ、及び充電状態の時間変化の一例を示すグラフである。 図５は、開放電圧の実測値Ｖｏｍと、内部抵抗Ｒとの関係を示すグラフである。 図６は、実施例による内部抵抗及び劣化度の算出方法を示すフローチャートである。 図７は、実施例による充電状態の算出方法を示すフローチャートである。 図８は、温度と温度補正係数との関係を示すグラフである。 図９は、電流と電流補正係数との関係を示すグラフである。 図１０は、開放電圧と電圧補正係数との関係を示すグラフである。

図１に、実施例による作業機械の例として、ショベルの側面図を示す。下部走行体２０に、上部旋回体２１が搭載されている。上部旋回体２１にブーム２３が連結され、ブーム２３にアーム２５が連結され、アーム２５にバケット２７が連結されている。ブームシリ
ンダ２４の伸縮により、ブーム２３の姿勢が変化する。アームシリンダ２６の伸縮により、アーム２５の姿勢が変化する。バケットシリンダ２８の伸縮により、バケット２７の姿勢が変化する。ブームシリンダ２４、アームシリンダ２６、及びバケットシリンダ２８は、油圧駆動される。

上部旋回体２１に、旋回電動機２２、エンジン３０、電動発電機３１、及び蓄電回路４０が搭載されている。エンジン３０の動力によって電動発電機３１が発電を行う。発電された電力が、蓄電回路４０に充電される。旋回電動機２２は、蓄電回路４０からの電力によって駆動され、上部旋回体２１を旋回させる。電動発電機３１は、電動機としても動作し、エンジン３０のアシストを行う。旋回電動機２２は、発電機としても動作し、上部旋回体２１の旋回運動エネルギから回生電力を発生する。

図２に、実施例による作業機械のブロック図を示す。図２において、機械的動力系を二重線で表し、高圧油圧ラインを太い実線で表し、電気制御系を細い実線で表し、パイロットラインを破線で表す。

エンジン３０の駆動軸がトルク伝達機構３２の入力軸に連結されている。エンジン３０には、電気以外の燃料によって駆動力を発生するエンジン、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関が用いられる。

電動発電機３１の駆動軸が、トルク伝達機構３２の他の入力軸に連結されている。電動発電機３１は、電動（アシスト）運転と、発電運転との双方の運転動作を行うことができる。トルク伝達機構３２は、２つの入力軸と１つの出力軸とを有する。この出力軸には、メインポンプ７５の駆動軸が連結されている。電動発電機３１がアシスト運転を行なっている期間は、メインポンプ７５が電動発電機３１の駆動対象となる。

メインポンプ７５に加わる負荷が大きい場合には、電動発電機３１がアシスト運転を行い、電動発電機３１の駆動力がトルク伝達機構３２を介してメインポンプ７５に伝達される。これにより、エンジン３０に加わる負荷が軽減される。一方、メインポンプ７５に加わる負荷が小さい場合には、エンジン３０の駆動力がトルク伝達機構３２を介して電動発電機３１に伝達されることにより、電動発電機３１が発電運転される。

メインポンプ７５は、高圧油圧ライン７６を介して、コントロールバルブ７７に油圧を供給する。コントロールバルブ７７は、運転者からの指令により、油圧モータ２９Ａ、２９Ｂ、ブームシリンダ２４、アームシリンダ２６、及びバケットシリンダ２８に油圧を分配する。油圧モータ２９Ａ及び２９Ｂは、それぞれ図１に示した下部走行体２０に備えられた左右の２本のクローラを駆動する。

電動発電機３１がインバータ５１を介して蓄電回路４０に接続されている。旋回電動機２２がインバータ５２を介して蓄電回路４０に接続されている。インバータ５１、５２、及び蓄電回路４０は、制御装置９０により制御される。

インバータ５１は、制御装置９０からの指令に基づき、電動発電機３１の運転制御を行う。電動発電機３１のアシスト運転と発電運転との切り替えが、インバータ５１により行われる。

電動発電機３１がアシスト運転されている期間は、必要な電力が、蓄電回路４０からインバータ５１を通して電動発電機３１に供給される。電動発電機３１が発電運転されている期間は、電動発電機３１によって発電された電力が、インバータ５１を通して蓄電回路４０に供給される。これにより、蓄電回路４０内の蓄電装置が充電される。

旋回電動機２２は、インバータ５２によって交流駆動され、力行動作及び回生動作の双方の運転を行うことができる。旋回電動機２２の力行動作中は、蓄電回路４０からインバータ５２を介して旋回電動機２２に電力が供給される。旋回電動機２２が、減速機８０を介して、駆動対象である上部旋回体２１（図１）を旋回させる。回生動作時には、上部旋回体２１の回転運動が、減速機８０を介して旋回電動機２２に伝達されることにより、旋回電動機２２が回生電力を発生する。発生した回生電力は、インバータ５２を介して蓄電回路４０に供給される。これにより、蓄電回路４０内の蓄電装置が充電される。

レゾルバ８１が、旋回電動機２２の回転軸の回転方向の位置を検出する。レゾルバ８１の検出結果が、制御装置９０に入力される。メカニカルブレーキ８２が、旋回電動機２２の回転軸に連結されており、機械的な制動力を発生する。メカニカルブレーキ８２の制動状態と解除状態とは、制御装置９０からの制御を受け、電磁的スイッチにより切り替えられる。

パイロットポンプ７８が、油圧操作系に必要なパイロット圧を発生する。発生したパイロット圧は、パイロットライン７９を介して操作装置８３に供給される。操作装置８３は、レバーやペダルを含み、運転者によって操作される。操作装置８３は、パイロットライン７９から供給される１次側の油圧を、運転者の操作に応じて、２次側の油圧に変換する。２次側の油圧は、油圧ライン８４を介してコントロールバルブ７７に伝達されると共に、他の油圧ライン８５を介して圧力センサ８６に伝達される。

圧力センサ８６で検出された圧力の検出結果が、制御装置９０に入力される。これにより、制御装置９０は、下部走行体２０、旋回電動機２２、ブーム２３、アーム２５、及びバケット２７（図１）の操作の状況を検知することができる。

図３に、蓄電回路４０の等価回路図を示す。蓄電回路４０は、蓄電装置４１、昇降圧コンバータ（充放電制御回路）４２、ＤＣバスライン４３、リレー４４、抵抗器４５、温度センサ４６、電圧センサ４７、及び電流センサ４８を含む。

蓄電装置４１が、リレー４４及び昇降圧コンバータ４２を介して、ＤＣバスライン４３に接続されている。ＤＣバスライン４３は、インバータ５１、５２の直流端子に接続されている。インバータ５１、５２の三相交流端子に、それぞれ電動発電機３１及び旋回電動機２２が接続されている。ＤＣバスライン４３の高圧ラインと接地ラインとの間に、平滑キャパシタ４３Ａが挿入されている。

昇降圧コンバータ４２は、昇圧用（放電用）のスイッチング素子４２Ａと降圧用（充電用）のスイッチング素子４２Ｂとの直列回路を含む。この直列回路が、ＤＣバスライン４３の高圧ラインと接地ラインとの間に接続されている。スイッチング素子４２Ａ、４２Ｂには、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が用いられる。昇圧用ＩＧＢＴ４２Ａと降圧用ＩＧＢＴ４２Ｂの相互接続点が、リアクトル４２Ｃ及びリレー４４を介して蓄電装置４１の正極端子に接続されている。

昇圧用ＩＧＢＴ４２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ４２Ｂに、それぞれ転流ダイオード（フリーホイールダイオード）４２Ｄ、４２Ｅが並列接続されている。制御装置９０が、昇圧用ＩＧＢＴ４２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ４２Ｂのゲート電極に、制御用のパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を印加する。

リレー４４に抵抗器４５が並列接続されている。蓄電装置４１の負極端子は接地されている。制御装置９０が、リレー４４のオンオフ制御を行う。通常動作中は、リレー４４は
オン状態にされている。

以下、昇圧動作（放電動作）について説明する。昇圧用ＩＧＢＴ４２Ａのゲート電極にＰＷＭ電圧を印加する。昇圧用ＩＧＢＴ４２Ａのスイッチング時に、リアクトル４２Ｃに発生する誘導起電力によって、蓄電装置４１の端子間電圧が昇圧され、転流ダイオード４２Ｅを経由して出力端子から放電電流が流出する。

次に、降圧動作（充電動作）について説明する。降圧用ＩＧＢＴ４２Ｂのゲート電極に、ＰＷＭ電圧を印加する。降圧用ＩＧＢＴ４２Ｂのスイッチング時に、リアクトル４２Ｃに発生する誘導起電力により、転流ダイオード４２Ｄを経由して、蓄電装置４１（図３）が充電される。

電流センサ４８が、リアクトル４２Ｃを流れる充放電電流を測定する。電圧センサ４７が、蓄電装置４１の端子間電圧を測定する。温度センサ４６が蓄電装置４１の温度を測定する。これらの測定結果が制御装置９０に入力される。

ＤＣバスライン４３に発生している電圧が、蓄電装置４１の端子間電圧よりも低いとき、リレー４４がオフにされる。このとき、抵抗器４５、リアクトル４２Ｃ、転流ダイオード４２Ｅを介して蓄電装置４１が放電され、ＤＣバスライン４３の電圧が上昇する。抵抗器４５は、過大な放電電流が流れることを防止する。

制御装置９０は、ＤＣバスライン４３の電圧が目標範囲内の値に維持されるように、昇降圧コンバータ４２を制御する。具体的には、蓄電装置４１の充放電、及びＤＣバスライン４３の昇降圧を行う。さらに、制御装置９０は、ショベルの運転中に、蓄電装置４１の充電状態ＳＯＣが下限の基準値以下になると、充電状態ＳＯＣを目標範囲内に収める制御を行う。例えば、電動発電機３１を発電運転させ、蓄電装置４１を充電する。

メインポンプ７５による油圧系の動作、旋回電動機２２による上部旋回体２１の動作、電動発電機３１のアシスト運転と発電運転の状態等のショベル全体の動作に応じて、ＤＣバスライン４３の電圧、及び蓄電装置４１の充電状態ＳＯＣが変動する。制御装置９０がショベル全体の動作を適切に制御するために、蓄電装置４１の充電状態ＳＯＣを高精度に求めることが望まれる。

制御装置９０は、温度補正対応表記憶部９１、電流補正対応表記憶部９２、電圧補正対応表記憶部９３、及び電圧補正抵抗値記憶部９４を含む。

図４に、蓄電装置４１（図３）の充電期間中における端子間電圧Ｖｔ、充放電電流Ｉｔ、及び充電状態ＳＯＣの時間変化の一例を示す。充電電流を正とし、放電電流を負とする。時刻ｔ０からｔ１までの期間は、昇降圧コンバータ４２（図３）が動作しておらず、充放電電流が０である。このとき、端子間電圧Ｖｔは、電圧Ｖ１で一定である。時刻ｔ１において、充放電電流Ｉｔが立ち上がると、蓄電装置４１の内部抵抗Ｒ（図３）に起因する電圧降下が生じるため、端子間電圧ＶｔがＶ１からＶ２まで立ち上がる。

蓄電装置４１（図３）にキャパシタが用いられている場合、時刻ｔ１からｔ２までの期間、一定の充放電電流Ｉｔが流れると、端子間電圧ＶｔがＶ２からＶ４まで直線的に上昇する。時刻ｔ２において充放電電流Ｉｔが０になると、内部抵抗Ｒに起因する電圧降下が発生しなくなるため、端子間電圧ＶｔがＶ４からＶ３まで立ち下がる。時刻ｔ２からｔ３までの期間は、充放電電流Ｉｔが０であるため、端子間電圧Ｖｔは一定の電圧Ｖ３に維持される。

蓄電装置４１（図３）にリチウムイオンキャパシタ、または電気二重層キャパシタが用いられている場合、充電状態ＳＯＣは、以下の式で表される。

ここで、Ｖｍａｘ及びＶｍｉｎは、それぞれ蓄電装置４１の定格最大電圧及び定格最小電圧を表し、Ｖｏは蓄電装置４１の開放電圧を表す。なお、電気二重層キャパシタの充電状態ＳＯＣを求める場合には、定格最小電圧Ｖｍｉｎ＝０Ｖと近似することができる。この場合、ＳＯＣ＝（Ｖｏ／Ｖｍａｘ）^２となる。

時刻ｔ０からｔ１までの期間、及び時刻ｔ２からｔ３までの期間は、充放電電流Ｉｔが０であるため、端子間電圧Ｖｔが開放電圧Ｖｏと一致する。ところが、時刻ｔ１からｔ２までの期間は、充放電電流Ｉｔが流れているため、端子間電圧Ｖｔが開放電圧Ｖｏに一致しない。時刻ｔ１からｔ２までの期間は、蓄電装置４１の開放電圧Ｖｏを直接測定することができない。

時刻ｔ１からｔ２までの期間は、内部抵抗Ｒの値を用いて開放電圧Ｖｏの計算値Ｖｏｐ、及び充電状態ＳＯＣの計算値ＳＯＣｐを、以下の式により求めることができる。

定格最小電圧Ｖｍｉｎ＝０Ｖと近似できる場合には、ＳＯＣｐ＝（（Ｖｔ−Ｒ・Ｉｔ）／Ｖｍａｘ）^２となる。

開放電圧Ｖｏは、時刻ｔ１において、充放電電流が０のときの電圧Ｖ１に一致し、時刻ｔ２において、充放電電流が０のときの電圧Ｖ３に一致する。ところが、時刻ｔ１、ｔ２において、開放電圧Ｖｏの計算値Ｖｏｐが、実測値Ｖ１、Ｖ３に一致しない場合があることが判明した。このため、開放電圧Ｖｏの計算値Ｖｏｐを用いて求めた充電状態ＳＯＣの計算値ＳＯＣｐが、実際の充電状態ＳＯＣからずれてしまう。開放電圧Ｖｏの計算値Ｖｏｐのずれは、式（２）を用いて計算値Ｖｏｐを求める際に使用した内部抵抗Ｒの値が、現時点における内部抵抗Ｒからずれているためである。

実施例においては、現時点の内部抵抗Ｒを、より正確に求めることができる。さらに、この内部抵抗を用いて、より正確に充電状態ＳＯＣを求めることができる。

蓄電装置４１（図３）の内部抵抗Ｒは、開放電圧Ｖｏの実測値Ｖｏｍ、端子間電圧Ｖｔの実測値Ｖｔｍ、充放電電流Ｉｔの実測値Ｉｔｍを用いて、以下の式で表すことができる。

充電電流を正としているため、充電時は、Ｉｔｍ＞０であり、放電時はＩｔｍ＜０である。充電時は、内部抵抗Ｒによる電圧降下の向きが開放電圧Ｖｏの実測値Ｖｏｍの向きと同一になるため、Ｖｔｍ＞Ｖｏｍとなる。放電時は、内部抵抗Ｒによる電圧降下の向きが開放電圧Ｖｏの実測値Ｖｏｍの向きと反対になるため、Ｖｔｍ＜Ｖｏｍとなる。このため、充電時、放電時のいずれにおいても、式（３）で算出される内部抵抗Ｒは正になる。

図５に、開放電圧の実測値Ｖｏｍと、式（３）を用いて求めた内部抵抗Ｒとの関係を示す。横軸は、開放電圧の実測値Ｖｏｍを単位「Ｖ」で表し、縦軸は内部抵抗Ｒの計算値を単位「ｍΩ」で表す。この測定は、蓄電装置の劣化による内部抵抗の上昇を無視できる程度の短い時間内に行った。内部抵抗Ｒの変化が無視できるにも関わらず、内部抵抗Ｒの計算値が開放電圧の実測値Ｖｏｍに依存して変動していることがわかる。さらに、充電状態で実測した端子間電圧Ｖｔ及び充放電電流Ｉｔを用いて求めた内部抵抗Ｒの計算値と、放電状態で実測した端子間電圧Ｖｔ及び充放電電流Ｉｔを用いて求めた内部抵抗Ｒの計算値とが一致しないことがわかる。

従って、現時点の開放電圧Ｖｏが定格最大電圧Ｖｍａｘに一致しない場合、定格最大電圧Ｖｍａｘにおいて求めた内部抵抗Ｒの値と、現時点の内部抵抗Ｒの値とは一致しない。例えば、現時点の開放電圧Ｖｏが定格最大電圧Ｖｍａｘよりも低い場合、現時点の内部抵抗Ｒの値は、直近の定格最大電圧Ｖｍａｘ時に求められた内部抵抗Ｒの値より高くなる。実施例においては、内部抵抗Ｒの電圧依存性を考慮して、開放電圧Ｖｏ、蓄電装置４１の劣化度ＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）、及び充電状態ＳＯＣが求められる。

図６に、実施例による劣化度ＳＯＨの算出方法のフローチャートを示す。以下の説明において、必要に応じて図３及び図４を参照する。図６に示されたフローチャートの各処理は、制御装置９０により実行される。

ステップＳＡ１において、制御装置９０が昇降圧コンバータ４２を制御して、蓄電装置４１の充放電電流を０にする。この状態で、制御装置９０が電圧センサ４７から、蓄電装置４１（図３）の開放電圧Ｖｏの実測値Ｖｏｍを取得する。一例として、図４の時刻ｔ１において開放電圧Ｖｏを測定すると、電圧Ｖ１が、開放電圧Ｖｏの実測値Ｖｏｍとして取得される。

ステップＳＡ２において、制御装置９０が昇降圧コンバータ４２を制御して、蓄電装置４１に充電電流を流す。蓄電装置４１が充電されている状態で、制御装置９０が電圧センサ４７から端子間電圧Ｖｔの実測値Ｖｔｍを取得し、電流センサ４８から充放電電流Ｉｔの実測値Ｉｔｍを取得する。例えば、図４に示した時刻ｔ４において、端子間電圧Ｖｔの実測値Ｖｔｍ及び充放電電流Ｉｔの実測値Ｉｔｍが取得される。なお、蓄電装置４１に放電電流を流してもよい。

ステップＳＡ３において、以下の式を用いて内部抵抗Ｒの第１の計算値Ｒ１を求める。

ステップＳＡ４において、内部抵抗Ｒの第１の計算値Ｒ１を温度に基づいて補正することにより、温度補正後の内部抵抗値（以下、温度補正抵抗値という。）Ｒ２を求める。以下、温度補正抵抗値Ｒ２を求める方法について説明する。蓄電装置４１の内部抵抗Ｒは、蓄電装置４１の温度に依存する。このため、内部抵抗Ｒを求めるときには、蓄電装置４１の温度が、ある基準温度Ｔｒの状態で電圧及び電流を測定することが好ましい。ただし、内部抵抗Ｒを求める際に、蓄電装置４１の温度を基準温度Ｔｒまで昇温または降温させることは現実的ではない。

実施例においては、現時点の温度で、開放電圧Ｖｏの実測値Ｖｏｍ、端子間電圧Ｖｔの実測値Ｖｔｍ、及び充放電電流Ｉｔの実測値Ｉｔｍが取得される。式（４）を用いて求められた内部抵抗Ｒの第１の計算値Ｒ１を、現時点の温度に基づいて補正することにより、基準温度Ｔｒの状態の内部抵抗Ｒの値（温度補正抵抗値）Ｒ２を求める。

図８に、温度と温度補正係数との関係（温度補正情報）を示す。この関係は、温度補正対応表記憶部９１（図３）に記憶されている。温度が上昇するに従って、温度補正係数が大きくなる。これは、蓄電装置４１の温度が上昇するにしたがって、内部抵抗Ｒが小さくなることを意味する。温度が基準温度Ｔｒのときの温度補正係数が１である。図８に示したグラフに、現在の温度の実測値を当てはめることにより、温度補正係数を求める。温度の実測値は、温度センサ４６（図３）から取得することができる。内部抵抗Ｒの第１の計算値Ｒ１に、温度補正係数を乗ずることにより、温度補正抵抗値Ｒ２が得られる。

図８に示した例では、第１の計算値Ｒ１から温度補正抵抗値Ｒ２を求めるために、温度の関数として定義された温度補正係数を用いた。その他に、第１の計算値Ｒ１及び現在の温度から、温度補正抵抗値Ｒ２を導出するための対応表を用いて、温度補正抵抗値Ｒ２を求めることも可能である。

ステップＳＡ５において、温度補正抵抗値Ｒ２を電流に基づいて補正することにより、電流補正後の内部抵抗値（以下、電流補正抵抗値という。）Ｒ３を求める。以下、電流補正抵抗値Ｒ３を求める方法について説明する。蓄電装置４１の内部抵抗Ｒは、蓄電装置４１の充放電電流の大きさに依存する。このため、内部抵抗Ｒを求めるときには、充放電電流が、ある基準電流Ｉｒの状態で電圧及び電流を測定することが好ましい。ただし、作業機械の運転中に内部抵抗Ｒを求める際に、充放電電流が基準電流Ｉｒと等しいとは限らない。

実施例においては、現時点の充放電電流が流れている状態で、端子間電圧Ｖｔ及び充放電電流Ｉｔを測定する。求められた温度補正抵抗値Ｒ２を、測定時の電流に基づいて補正することにより、基準電流Ｉｒの状態の内部抵抗Ｒの値（電流補正抵抗値）Ｒ３を求める。

図９に、電流と電流補正係数との関係（電流補正情報）を示す。この関係は、電流補正対応表記憶部９２（図３）に記憶されている。電流が増加するに従って、温度補正係数が大きくなる。これは、充放電電流が増加するに従って、内部抵抗Ｒが小さくなることを意味する。充放電電流が基準電流Ｉｒに等しいときの電流補正係数が１である。図９に示し
たグラフに、現在の充放電電流の実測値を当てはめることにより、電流補正係数を求める。温度補正抵抗値Ｒ２に、電流補正係数を乗ずることにより、電流補正抵抗値Ｒ３が得られる。

図９に示した例では、温度補正抵抗値Ｒ２から電流補正抵抗値Ｒ３を求めるために、電流の関数として定義された電流補正係数を用いた。その他に、温度補正抵抗値Ｒ２及び測定時の電流から、電流補正抵抗値Ｒ３を導出するための対応表を用いて、電流補正抵抗値Ｒ３を求めることも可能である。

ステップＳＡ６において、電流補正抵抗値Ｒ３を電圧に基づいて補正することにより、電圧補正後の内部抵抗値（以下、電圧補正抵抗値という。）Ｒ４を求める。以下、電圧補正抵抗値Ｒ４を求める方法について説明する。蓄電装置４１の内部抵抗Ｒは、図５に示したように、蓄電装置４１の開放電圧Ｖｏの大きさに依存する。このため、内部抵抗Ｒを求めるときには、開放電圧Ｖｏが、ある基準電圧Ｖｒ（例えば定格最大電圧Ｖｍａｘ）の状態になるまで充放電した後に、電圧及び電流を測定することが好ましい。ただし、作業機械の運転中に内部抵抗Ｒを求める際に、蓄電装置４１を基準電圧Ｖｒまで充放電すること（例えば定格最大電圧Ｖｍａｘまで充電すること）は、現実的ではない。

実施例においては、現時点の開放電圧で、開放電圧Ｖｏの実測値Ｖｏｍ、端子間電圧Ｖｔの実測値Ｖｔｍ、及び充放電電流Ｉｔの実測値Ｉｔｍを取得する。求められた電流補正抵抗値Ｒ３を、開放電圧Ｖｏの実測値Ｖｏｍに基づいて補正することにより、基準電圧Ｖｒの状態の内部抵抗Ｒの値（電圧補正抵抗値）Ｒ４を求める。

図１０に、開放電圧と電圧補正係数との関係（電圧補正情報）を示す。この関係は、電圧補正対応表記憶部９３（図３）に記憶されている。開放電圧が増加するに従って、電圧補正係数が大きくなる。これは、開放電圧が増加するに従って、内部抵抗Ｒが小さくなることを意味する。図５に示したように、開放電圧Ｖｏの実測値Ｖｏｍが同一でも、充電時と放電時とで内部抵抗が異なるため、電圧補正係数も、充電時と放電時とで異なる。充電時の内部抵抗を基準とすると、開放電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｒのときの充電時の電圧補正係数が１になる。

図１０に示したグラフに、現在の開放電圧Ｖｏの実測値Ｖｏｍを当てはめることにより、電圧補正係数を求める。ステップＳＡ２（図６）において、充電電流を流した場合には、電圧補正係数として充電時の値を採用し、放電電流を流した場合には、電圧補正係数として放電時の値を採用する。電流補正抵抗値Ｒ３に、電圧補正係数を乗ずることにより、電圧補正抵抗値Ｒ４が得られる。

ステップＳＡ７において、ステップＳＡ６で求められた電圧補正抵抗値Ｒ４を、電圧補正抵抗値記憶部９４（図３）に記憶させる。

ステップＳＡ８において、内部抵抗Ｒの初期値Ｒ０、電圧補正抵抗値Ｒ４に基づいて、蓄電装置４１の劣化度ＳＯＨを、以下の式によって求める。

ここで、ｎは劣化度係数を表している。初期状態では、電圧補正抵抗値Ｒ４が初期値Ｒ０と等しいため、劣化度ＳＯＨは１となる。電圧補正抵抗値Ｒ４が初期値Ｒ０のｎ倍にな
ると、劣化度ＳＯＨが０になる。すなわち、蓄電装置４１の劣化が進むに従って、劣化度ＳＯＨが１から０に向かって減少する。劣化度係数ｎは、蓄電装置４１の特性、使用状況等に基づいて決定される。

実施例では、内部抵抗Ｒの第１の計算値Ｒ１を、温度、電流、及び電圧に基づいて補正している。このため、種々の温度、充放電電流、開放電圧の状態で測定された電圧及び電流に基づいて求められた電圧補正抵抗値Ｒ４を、初期値Ｒ０が得られる条件と同一の条件で比較することが可能である。これにより、劣化度ＳＯＨを高い精度で求めることができる。

上記実施例では、内部抵抗Ｒの第１の計算値Ｒ１に対して、温度補正（ステップＳＡ４）、電流補正（ステップＳＡ５）、及び電圧補正（ステップＳＡ６）を行った。電圧及び電流を測定する際に、蓄電装置４１の温度をほぼ一定にし、充放電電流を基準電流にほぼ等しくすれば、温度補正（ステップＳＡ４）、及び電流補正（ステップＳＡ５）の処理を省略することが可能である。

図６では、ステップＳＡ４〜ＳＡ６において、温度による補正、電流による補正、及び電圧による補正を順番に行ったが、内部抵抗を補正する順番は、この順番に限らない。また、温度、電流、及び電圧に依存する補正係数を予め求めておいてもよい。この場合、この補正係数を用いて、内部抵抗の第１の計算値Ｒ１から、温度、電流、及び電圧によって補正された電圧補正抵抗値Ｒ４を直接求めてもよい。

図７に、実施例による充電状態ＳＯＣの算出方法のフローチャートを示す。以下の説明において、必要に応じて図３及び図４を参照する。図７に示されたフローチャートの各処理は、制御装置９０により実行される。

ステップＳＢ１において、制御装置９０が、電圧センサ４７から端子間電圧Ｖｔの実測値Ｖｔｍを取得し、電流センサ４８から充放電電流Ｉｔの実測値Ｉｔｍを取得する。

ステップＳＢ２において、電圧補正抵抗値記憶部９４に記憶されている電圧補正抵抗値Ｒ４を、直近に求められた開放電圧Ｖｏに基づいて補正し、補正値Ｒ５を求める。以下、補正値Ｒ５を求める方法について説明する。電圧補正抵抗値記憶部９４に記憶されている電圧補正抵抗値Ｒ４は、開放電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｒ（図１０）に等しい条件の下での値である。ステップＳＢ２では、この電圧補正抵抗値Ｒ４を、現時点の開放電圧Ｖｏにおける値に補正する。ただし、現時点の開放電圧Ｖｏは未知であるため、補正は、直近の開放電圧Ｖｏに基づいて行われる。

図１０に示した電圧補正係数のグラフに、直近の開放電圧Ｖｏを当てはめることにより、電圧補正係数を求める。現時点の内部抵抗Ｒに電圧補正係数を乗ずることによって電圧補正抵抗値Ｒ４が求められるのであるから、電圧補正抵抗値Ｒ４を電圧補正係数で除することにより、現時点の内部抵抗Ｒの補正値Ｒ５を求めることができる。

一例として、図４に示した時刻ｔ４においては、直近の開放電圧Ｖｏとして、時刻ｔ１の時に実測された電圧Ｖ１を採用することができる。時刻ｔ５においては、直近の開放電圧Ｖｏとして、時刻ｔ４の時の電圧、電流に基づいて計算された開放電圧Ｖｏの計算値Ｖｏｃを採用することができる。開放電圧Ｖｏの計算値Ｖｏｃは、次のステップＳＢ３で求められる。時刻ｔ５においてステップＳＢ２を実行する際には、時刻ｔ４においてステップＳＢ３が既に実行済であるため、時刻ｔ５に実行されるステップＳＢ２で、時刻ｔ４において求められた開放電圧Ｖｏの計算値Ｖｏｃを利用することができる。

ステップＳＢ３において、内部抵抗Ｒの補正値Ｒ５、端子間電圧Ｖｔの実測値Ｖｔｍ、充放電電流Ｉｔの実測値Ｉｔｍに基づいて、現時点の開放電圧Ｖｏの計算値Ｖｏｃを求める。開放電圧Ｖｏの計算値Ｖｏｃは、以下の式で求めることができる。

ステップＳＢ４において、現時点の開放電圧Ｖｏの計算値Ｖｏｃを用いて、充電状態ＳＯＣを求める。蓄電装置４１の定格最大電圧及び定格最小電圧をそれぞれＶｍａｘ及びＶｍｉｎで表したとき、充電状態ＳＯＣは、以下の式により求めることができる。

実施例においては、ステップＳＢ２において、直近に求められた開放電圧Ｖｏに基づいて内部抵抗Ｒを補正しているため、より正確に開放電圧Ｖｏの計算値Ｖｏｃを求めることができる。開放電圧Ｖｏの計算値Ｖｏｃの精度が高まるため、充電状態ＳＯＣの算出精度も高まる。

上記実施例では、図４の時刻ｔ５のように、充放電電流Ｉｔが流れている状態で、開放電圧Ｖｏを実測することなく、充電状態ＳＯＣを精度よく求めることができる。図２に示した電動発電機３１及び旋回電動機２２の制御に、蓄電装置４１（図３）の充電状態ＳＯＣが利用される。作業機械の運転中に、充電状態ＳＯＣを精度よく求めることができるため、電動発電機３１及び旋回電動機２２の制御の精度を高めることができる。

蓄電装置４１の充電状態ＳＯＣを算出する演算を、電動発電機３１の発電運転やアシスト運転の前、旋回電動機２２の力行動作や回生動作の前に実行することにより、ショベル全体の制御をより適切に行うことができる。

上記実施例では、ステップＳＢ２において、電圧補正抵抗値Ｒ４を、直近の開放電圧Ｖｏの計算値Ｖｏｃに基づいて補正した。さらに、蓄電装置４１の温度及び充放電電流Ｉｔの実測値Ｉｔｍに基づいて補正を行ってもよい。温度に基づく補正は、図８に示した温度補正係数を用いて行うことができる。充放電電流Ｉｔの実測値Ｉｔｍに基づく補正は、図９に示した電流補正係数を用いて行うことができる。

上記実施例では、蓄電装置４１（図３）に電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等を用いた。上記実施例による内部抵抗の算出方法は、リチウムイオン二次電池等の二次電池に適用することも可能である。さらに、上記実施例による充電状態ＳＯＣの算出方法は、充電状態ＳＯＣが開放電圧に依存する特性を有する蓄電装置に適用することも可能である。例えば、上記実施例による充電状態ＳＯＣの算出方法は、充電状態ＳＯＣが開放電圧に依存する傾向を示す二次電池に適用することが可能である。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

２０ 下部走行体
２１ 上部旋回体
２２ 旋回電動機（作業用電動機）
２３ ブーム
２４ ブームシリンダ
２５ アーム
２６ アームシリンダ
２７ バケット
２８ バケットシリンダ
２９Ａ、２８Ｂ 油圧モータ
３０ エンジン
３１ 電動発電機
３２ トルク伝達機構
４０ 蓄電回路
４１ 蓄電装置
４２ 昇降圧コンバータ（充放電制御回路）
４２Ａ 昇圧用スイッチング素子
４２Ｂ 降圧用スイッチング素子
４２Ｃ リアクトル
４２Ｄ、４２Ｅ 転流ダイオード
４３ ＤＣバスライン
４３Ａ 平滑キャパシタ
４４ リレー
４５ 抵抗器
４６ 温度センサ
４７ 電圧センサ
４８ 電流センサ
５１、５２ インバータ
７５ メインポンプ
７６ 高圧油圧ライン
７７ コントロールバルブ
７８ パイロットポンプ
７９ パイロットライン
８０ 減速機
８１ レゾルバ
８２ メカニカルブレーキ
８３ 操作装置
８４、８５ 油圧ライン
８６ 圧力センサ
９０ 制御装置
９１ 温度補正対応表記憶部
９２ 電流補正対応表記憶部
９３ 電圧補正対応表記憶部
９４ 電圧補正抵抗値記憶部

Claims (8)

1. 蓄電装置と、
   前記蓄電装置に接続され、前記蓄電装置に流れる電流を制御する充放電制御回路と、
   前記充放電制御回路を制御する制御装置と
   を有し、
   前記制御装置は、
   前記蓄電装置に電流が流れていないときの端子間の電圧の実測値、前記蓄電装置に電流が流れているときの端子間の電圧の実測値及び電流の実測値に基づいて、前記蓄電装置の内部抵抗の値を算出し、前記内部抵抗の値を算出するときに用いた電流が流れていないときの電圧の実測値に基づいて、前記内部抵抗の算出された値を補正する作業機械。
2. さらに、
   前記充放電制御回路に接続され、駆動対象を駆動するとともに、発電を行う電動機と、
   前記電動機を駆動するインバータと、
   前記充放電制御回路と前記インバータとを接続するＤＣバスラインと
   を有する請求項１に記載の作業機械。
3. 前記制御装置は、前記内部抵抗の補正された値を用いて制御を行う請求項１または２に記載の作業機械。
4. 前記制御装置は、前記蓄電装置に電流が流れていないときの端子間の電圧の実測値及び前記内部抵抗の算出された値を補正するための補正情報を記憶しており、前記内部抵抗の算出された値及び前記蓄電装置に電流が流れていないときの端子間の電圧の実測値と、前記補正情報とに基づいて、前記内部抵抗の算出された値を補正する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の作業機械。
5. 前記補正情報として、充電時の補正情報と放電時の補正情報とが記憶されており、前記内部抵抗の値を算出するときに前記蓄電装置を充電している場合は、充電時の前記補正情報を用い、前記蓄電装置を放電させている場合は、放電時の前記補正情報を用いる請求項４に記載の作業機械。
6. 前記制御装置は、
   前記蓄電装置の基準となる内部抵抗の値を記憶しており、
   前記蓄電装置に電流が流れているときの端子間の電圧の実測値と電流の実測値、及び前記基準となる内部抵抗の値に基づいて、前記蓄電装置の充電状態を求める請求項１乃至５のいずれか１項に記載の作業機械。
7. 前記制御装置は、前記基準となる内部抵抗の値を、前記蓄電装置の直近の開放電圧の計算値に基づいて補正した補正値を求め、該補正値に基づいて、現時点の開放電圧の計算値を求め、現時点の開放電圧の計算値に基づいて前記蓄電装置の充電状態を求める請求項６に記載の作業機械。
8. 前記制御装置は、求められた前記蓄電装置の充電状態に基づいて、前記充放電制御回路を制御する請求項６または７に記載の作業機械。
   

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