JP6430100B2 - Excavator - Google Patents
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Description
本発明は、複数の蓄電セルで構成される蓄電器を有するショベルに関する。 The present invention relates to an excavator having a power storage device including a plurality of power storage cells.
従来、直列接続された複数個のキャパシタ(セル)と、セル毎に設けられた均等化回路とを有する蓄電装置を搭載するショベルが知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known an excavator equipped with a power storage device having a plurality of capacitors (cells) connected in series and an equalization circuit provided for each cell (for example, see Patent Document 1).
特許文献1に開示された均等化回路は、セルの電極間電圧(セル電圧)を抵抗で分圧して検出素子で検出する。そして、均等化回路は、検出したセル電圧が作動電圧以上になっているか否かを判定する。検出したセル電圧が作動電圧以上であれば、均等化回路は、半導体スイッチをオンとして、該当するセルからバイパス回路経由で電流をリークさせる。これにより、該当するセルの電圧を小さくすることができる。
The equalization circuit disclosed in
このように、特許文献1に開示された均等化回路は、セル電圧が作動電圧以上のセルを個別に放電させ、当該セルのセル電圧が作動電圧となるように制御して複数のセルのセル電圧を均等化する。
As described above, the equalization circuit disclosed in
上述のセル電圧の均等化は、セルからの放電電流をバランス回路で消費するだけなので、例えばショベルの運転停止中にも実行することができる。すなわち、ショベルがキーオフされたら、均等化回路によりセル電圧が所定電圧以上のセルを個別に放電させ、当該セルのセル電圧が所定電圧となるように制御することができる。これにより、ショベルのキーオフ中にもセル電圧を均等化し、所定電圧より高いセル電圧とならないようにしておくことで、キーオフ中でも高い電圧に維持されることによるセルの劣化を抑制することができる。 The above-described equalization of the cell voltage only consumes the discharge current from the cell by the balance circuit, and can therefore be executed even when the excavator is stopped. That is, when the excavator is keyed off, it is possible to control the cells so that the cell voltage of the cell becomes the predetermined voltage by discharging the cells whose cell voltage is equal to or higher than the predetermined voltage by the equalization circuit. Thereby, the cell voltage is equalized even during the key-off of the shovel so that the cell voltage does not become higher than the predetermined voltage, so that the deterioration of the cell due to the high voltage being maintained even during the key-off can be suppressed.
ここで、ショベルがキーオフした時点では、キーオン中の充放電によりセルの温度は上昇した状態に維持されており、セルの温度が高い状態においてセル電圧を均等化することとなる。セルの温度が高い状態では、セルの内部抵抗は小さくなっており、充放電の際のセル電圧の変動幅は小さい。したがって、均等化により設定されるセル電圧の所定電圧は、通常、セル電圧の上限値に近い値に設定される。 Here, when the excavator is keyed off, the cell temperature is maintained in an increased state due to charging / discharging during key-on, and the cell voltage is equalized when the cell temperature is high. When the cell temperature is high, the internal resistance of the cell is small, and the fluctuation range of the cell voltage during charging and discharging is small. Accordingly, the predetermined voltage of the cell voltage set by equalization is normally set to a value close to the upper limit value of the cell voltage.
ところが、このようにキーオフ後に均等化回路によりセル電圧を低減した後、ある程度の時間が経過すると、キーオフ中はセルの充放電は行なわれないので、セルの温度は周囲温度に向けて低下する。このとき、セルの温度の低下に伴ってセルの内部抵抗は上昇し、その結果、充放電の際のセル電圧の変動幅は大きくなる。したがって、セルの温度が低下してセル電圧の変動幅が大きくなった状態で、ショベルがキーオンされて充放電電流がセルに流れると、セル電圧は容易に上限値(最大使用電圧)を超えてしまうおそれがある。 However, after a certain amount of time has elapsed after the cell voltage is reduced by the equalization circuit after the key-off, the cell is not charged or discharged during the key-off, so that the cell temperature decreases toward the ambient temperature. At this time, the internal resistance of the cell increases as the cell temperature decreases, and as a result, the fluctuation range of the cell voltage during charge / discharge increases. Therefore, when the excavator is turned on and charge / discharge current flows into the cell with the cell temperature decreasing and the cell voltage fluctuation range increasing, the cell voltage easily exceeds the upper limit (maximum operating voltage). There is a risk that.
上述の問題に鑑み、本発明は、キーオフ時にセルの温度が低下した後にキーオンされたときにでも、セル電圧が上限値を超えないようにしたショベルを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an excavator in which the cell voltage does not exceed the upper limit even when the key is turned on after the temperature of the cell is lowered at the time of key-off.
上述の目的を達成するために、本発明の一実施態様によれば、下部走行体と、前記下部走行体に旋回自在に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に搭載される複数の蓄電セルを有する蓄電器と、複数の前記蓄電セルに対応して設けられた複数の放電回路部と、制御装置と、を有し、前記制御装置は、ショベルがキーオフにより運転停止状態にある場合において、前記蓄電器の温度が低下すると、前記放電回路部を動作させて前記蓄電セルを放電させるものであって、前記ショベルの運転停止状態でも電力供給により動作可能に構成され、キーオフ中に前記蓄電器の温度が所定の温度より低くなったか否かを判定し、前記蓄電器の温度が前記所定の温度より低くなったと判定した場合に、前記蓄電セルを放電させるか否かを判定するためのセル電圧の閾値である所定電圧を下げ、該下げた所定電圧よりも高いセル電圧の前記蓄電セルを放電させる、ショベルが提供される。
In order to achieve the above object, according to one embodiment of the present invention, a lower traveling body, an upper revolving body that is pivotably mounted on the lower traveling body, and a plurality of revolving bodies that are mounted on the upper revolving body. A storage battery having a storage cell, a plurality of discharge circuit portions provided corresponding to the plurality of storage cells, and a control device , wherein the control device is in an operation stop state due to a key-off. When the temperature of the capacitor decreases, the discharge circuit unit is operated to discharge the energy storage cell. The capacitor is configured to be operable by supplying power even when the excavator is stopped. It is determined whether or not the temperature is lower than a predetermined temperature, and when it is determined that the temperature of the battery is lower than the predetermined temperature, whether to discharge the power storage cell or not Lowering the predetermined voltage is a threshold Le voltage, discharging the storage cells of high cell voltage than a predetermined voltage was lowered the shovel is provided.
本発明の実施形態によれば、キーオフ中にセルの温度が低下した際に適度なセル電圧となるまで、セルの蓄電率を低減させることができる。これにより、キーオフ時にセルの温度が低下した後にキーオンされたときでも、セル電圧が上限値を超えないようにすることができる。 According to the embodiment of the present invention, the storage rate of a cell can be reduced until an appropriate cell voltage is reached when the temperature of the cell decreases during key-off. Thus, the cell voltage can be prevented from exceeding the upper limit value even when the key is turned on after the temperature of the cell is lowered at the time of key-off.
図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、一実施形態によるショベルの側面図である。図1に示すショベルはハイブリッド型ショベルであるが、本発明はハイブリッド型ショベルに限られず、電気負荷の駆動用電源として蓄電器を備えているものであれば、どのような型のショベルにも適用することができる。 FIG. 1 is a side view of an excavator according to an embodiment. Although the shovel shown in FIG. 1 is a hybrid excavator, the present invention is not limited to the hybrid excavator, and can be applied to any type of excavator as long as it has a capacitor as a power source for driving an electric load. be able to.
図1に示すように、ショベルの下部走行体1には、旋回機構2を介して上部旋回体3が搭載されている。上部旋回体3には、ブーム4、アーム5、及びバケット6と、これらを油圧駆動するためのブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9が設けられる。また、上部旋回体3には、キャビン10及び動力源が搭載される。
As shown in FIG. 1, an
図2は、図1に示すショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図2では、機械的動力系を二重線、高圧油圧ラインを太い実線、パイロットラインを破線、電気駆動・制御系を一点鎖線でそれぞれ示す。 FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the drive system of the shovel shown in FIG. In FIG. 2, the mechanical power system is indicated by a double line, the high-pressure hydraulic line is indicated by a thick solid line, the pilot line is indicated by a broken line, and the electric drive / control system is indicated by a one-dot chain line.
機械式駆動部としてのエンジン11及びアシスト駆動部としての電動発電機12は、ともに変速機13の入力軸に接続されている。変速機13の出力軸には、メインポンプ14及びパイロットポンプ15が接続されている。メインポンプ14には、高圧油圧ライン16を介してコントロールバルブ17が接続されている。
The
コントロールバルブ17は、油圧系の制御を行う制御装置である。コントロールバルブ17には、下部走行体1用の油圧モータ1A(右用)及び1B(左用)、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9が高圧油圧ラインを介して接続される。
The
電動発電機12には、インバータ18を介して、蓄電用のキャパシタ又はバッテリである蓄電器を含む蓄電装置120が接続されている。本実施形態では蓄電装置120は蓄電器として電気二重層キャパシタ(Electric Double Layer Capacitor(EDLC))等のキャパシタを含むものとする。また、蓄電装置120には、インバータ20を介して旋回用電動機21が接続されている。また、上述では蓄電器としてキャパシタを例として示したが、キャパシタの代わりに、リチウムイオン電池(Lithium Ion Battery(LIB))等の充電可能な二次電池、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源を蓄電器として用いてもよい。
The
旋回用電動機21の回転軸21Aには、レゾルバ22、メカニカルブレーキ23、及び旋回減速機24が接続される。また、パイロットポンプ15には、パイロットライン25を介して操作装置26が接続される。
A
操作装置26には、油圧ライン27及び28を介して、コントロールバルブ17及びレバー操作検出部としての圧力センサ29がそれぞれ接続される。この圧力センサ29には、電気系の駆動制御を行うコントローラ30が接続されている。
A
インバータ18は、上述の如く電動発電機12と蓄電装置120との間に設けられ、コントローラ30からの指令に基づき、電動発電機12の運転制御を行う。これにより、インバータ18は、電動発電機12が力行運転をする際には、必要な電力を蓄電装置120から電動発電機12に供給できる。また、電動発電機12が回生運転をする際には、電動発電機12により発電された電力を蓄電装置120の蓄電器に蓄電できる。
The inverter 18 is provided between the
蓄電装置120は、インバータ18とインバータ20との間に配設されている。これにより、電動発電機12と旋回用電動機21の少なくともどちらか一方が力行運転を行っている際には、蓄電装置120は、力行運転に必要な電力を供給できる。また、蓄電装置120は、少なくともどちらか一方が回生運転を行っている際には、回生運転によって発生した回生電力を電気エネルギとして蓄積できる。
The
インバータ20は、上述の如く旋回用電動機21と蓄電装置120との間に設けられ、コントローラ30からの指令に基づき、旋回用電動機21の運転制御を行う。これにより、インバータ20は、旋回用電動機21が力行運転をする際には、必要な電力を蓄電装置120から旋回用電動機21に供給できる。また、旋回用電動機21が回生運転をする際には、旋回用電動機21により発電された電力を蓄電装置120の蓄電器に蓄電できる。
The inverter 20 is provided between the turning
なお、蓄電装置120の蓄電器の充放電制御は、蓄電器の充電状態、電動発電機12の運転状態(力行運転又は回生運転)、旋回用電動機21の運転状態(力行運転又は回生運転)に基づき、コントローラ30によって行われる。
The charge / discharge control of the battery of the
コントローラ30は、ショベルの駆動制御を行う制御装置であり、駆動制御部32、電動旋回制御部40、及び主制御部60を含む。コントローラ30は、CPU(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成される。駆動制御部32、電動旋回制御部40及び主制御部60は、コントローラ30のCPUが内部メモリに格納される駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される機能要素である。
The
また、コントローラ30は、圧力センサ29から入力される信号を速度指令に変換する演算処理部(図示せず。)を備える。これにより、レバー26Aの操作量は、旋回用電動機21を回転駆動させるための速度指令(rad/s)に変換される。この速度指令は、駆動制御部32、電動旋回制御部40及び主制御部60に入力される。
Further, the
駆動制御部32は、電動発電機12の運転制御(力行運転又は回生運転の切り替え)、及び、蓄電器の充放電制御を行うための制御装置である。駆動制御部32は、エンジン11の負荷の状態と蓄電器の充電状態に応じて、電動発電機12の力行運転と回生運転を切り替える。駆動制御部32は、電動発電機12の力行運転と回生運転を切り替えることにより、インバータ18を介して蓄電器の充放電制御を行う。
The
図3は、蓄電装置120の回路図である。蓄電装置120は、蓄電器としてのキャパシタ19と、昇降圧コンバータ100とDCバス110とを含む。DCバス110は、キャパシタ19、電動発電機12、及び旋回用電動機21の間での電力の授受を制御する。キャパシタ19には、キャパシタ電圧値を検出するためのキャパシタ電圧検出部112と、キャパシタ電流値を検出するためのキャパシタ電流検出部113が設けられている。キャパシタ電圧検出部112とキャパシタ電流検出部113によって検出されるキャパシタ電圧値とキャパシタ電流値は、コントローラ30に供給される。
FIG. 3 is a circuit diagram of the
昇降圧コンバータ100は、電動発電機12及び旋回用電動機21の運転状態に応じて、DCバス電圧値を一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える制御を行う。DCバス110は、インバータ18及び20と昇降圧コンバータ100との間に配設されており、キャパシタ19、電動発電機12、及び旋回用電動機21の間での電力の授受を行う。
The step-up / step-down
昇降圧コンバータ100の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、DCバス電圧検出部111によって検出されるDCバス電圧値、キャパシタ電圧検出部112によって検出されるキャパシタ電圧値、及びキャパシタ電流検出部113によって検出されるキャパシタ電流値に基づいて行われる。
Switching control between the step-up / step-down operation of the buck-
以上のような構成において、アシストモータである電動発電機12が発電した電力は、インバータ18を介して蓄電装置120のDCバス110に供給され、昇降圧コンバータ100を介してキャパシタ19に供給される。旋回用電動機21が回生運転して生成した回生電力は、インバータ20を介して蓄電系120のDCバス110に供給され、昇降圧コンバータ100を介してキャパシタ19に供給される。
In the configuration as described above, the electric power generated by the
昇降圧コンバータ100は、リアクトル101、昇圧用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)102A、降圧用IGBT102B、キャパシタ19を接続するための電源接続端子104、及び、インバータ18、20を接続するための出力端子106を備える。昇降圧コンバータ100の出力端子106とインバータ18、20との間は、DCバス110によって接続される。
The buck-
リアクトル101の一端は昇圧用IGBT102A及び降圧用IGBT102Bの中間点に接続され、他端は電源接続端子104に接続される。リアクトル101は、昇圧用IGBT102Aのオン/オフに伴って生じる誘導起電力をDCバス110に供給するために設けられている。
One end of the
昇圧用IGBT102A及び降圧用IGBT102Bは、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)をゲート部に組み込んだバイポーラトランジスタで構成され、大電力の高速スイッチングが可能な半導体素子(スイッチング素子)である。昇圧用IGBT102A及び降圧用IGBT102Bは、コントローラ30により、ゲート端子にPWM電圧が印加されることによって駆動される。昇圧用IGBT102A及び降圧用IGBT102Bには、整流素子であるダイオード102a及び102bが並列接続される。
The step-up
キャパシタ19は、昇降圧コンバータ100を介してDCバス110との間で電力の授受が行えるように、充放電可能な蓄電器であればよい。なお、図3には、蓄電器としてキャパシタ19を示すが、キャパシタ19の代わりに、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源を用いてもよい。
電源接続端子104は、キャパシタ19が接続可能な端子であればよく、出力端子106は、インバータ18、20が接続可能な端子であればよい。一対の電源接続端子104の間には、キャパシタ電圧を検出するキャパシタ電圧検出部112が接続される。一対の出力端子106の間には、DCバス電圧を検出するDCバス電圧検出部111が接続される。
The
キャパシタ電圧検出部112は、キャパシタ19の電圧値Vcapを検出する。DCバス電圧検出部111は、DCバス110の電圧値Vdcを検出する。平滑用のコンデンサ107は、出力端子106の正極端子と負極端子との間に挿入され、DCバス電圧を平滑化するための蓄電素子である。この平滑用のコンデンサ107によって、DCバス110の電圧は予め定められた電圧に維持されている。
The
キャパシタ電流検出部113は、キャパシタ19の正極端子(P端子)側においてキャパシタ19に流れる電流の値を検出する検出手段である。すなわち、キャパシタ電流検出部113は、キャパシタ19の正極端子に流れる電流値I1を検出する。
The capacitor
昇降圧コンバータ100において、DCバス110を昇圧する際には、昇圧用IGBT102Aのゲート端子にPWM電圧が印加され、降圧用IGBT102Bに並列に接続されたダイオード102bを介して、昇圧用IGBT102Aのオン/オフに伴ってリアクトル101に発生する誘導起電力がDCバス110に供給される。これにより、DCバス110が昇圧される。
In the buck-
DCバス110を降圧する際には、降圧用IGBT102Bのゲート端子にPWM電圧が印加され、インバータ18、20を介して供給される回生電力がDCバス110から降圧用IGBT102Bを通ってキャパシタ19に供給される。これにより、DCバス110に蓄積された電力がキャパシタ19に充電され、DCバス110が降圧される。
When the
本実施形態では、キャパシタ19の正極端子を昇降圧コンバータ100の電源接続端子104に接続する電源ライン114に、当該電源ライン114を遮断することのできる遮断器としてリレー130−1が設けられる。リレー130−1は、電源ライン114へのキャパシタ電圧検出部112の接続点115とキャパシタ19の正極端子との間に配置されている。リレー130−1はコントローラ30からの信号により作動し、キャパシタ19からの電源ライン114を遮断することで、キャパシタ19を昇降圧コンバータ100から切り離すことができる。
In the present embodiment, a relay 130-1 is provided as a circuit breaker capable of interrupting the
また、キャパシタ19の負極端子を昇降圧コンバータ100の電源接続端子104に接続する電源ライン117に、当該電源ライン117を遮断することのできる遮断器としてリレー130−2が設けられる。リレー130−2は、電源ライン117へのキャパシタ電圧検出部112の接続点118とキャパシタ19の負極端子との間に配置されている。リレー130−2はコントローラ30からの信号により作動し、キャパシタ19からの電源ライン117を遮断することで、キャパシタ19を昇降圧コンバータ100から切り離すことができる。なお、リレー130−1とリレー130−2を一つのリレーとして正極端子側の電源ライン114と負極端子側の電源ライン117の両方を同時に遮断してキャパシタ19を切り離すこととしてもよい。
In addition, a relay 130-2 is provided as a circuit breaker capable of interrupting the
なお、実際には、コントローラ30と昇圧用IGBT102A及び降圧用IGBT102Bとの間には、昇圧用IGBT102A及び降圧用IGBT102Bを駆動するPWM信号を生成する駆動部が存在するが、図3では省略する。このような駆動部は、電子回路又は演算処理装置のいずれでも実現することができる。
In practice, a drive unit that generates a PWM signal for driving the boosting
図4は、キャパシタ19の構成を示す概略図である。図4に示すように、蓄電器としてのキャパシタ19は、複数の蓄電部としてのn個のキャパシタセル(以下、「蓄電セル」或いは単に「セル」と称する。)19−1〜19−n(nは2以上の整数)と蓄電管理装置140とを含む。なお、図4では、電気駆動系を実線、電気制御系を破線でそれぞれ示す。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the
蓄電管理装置140は、キャパシタ19の蓄電を管理する装置であり、放電回路部141−1〜141−n及び蓄電率制御部142を含む。本実施形態では、蓄電管理装置140は、ショベルがキーオフ状態であるときに、一定時間間隔でキャパシタ19から電力の供給を受けて動作可能な状態となる。なお、蓄電管理装置140は、24Vバッテリ等の外部バッテリから電力の供給を受けてもよい。また、蓄電管理装置140は、コントローラ30から離間して配置され、CAN等の通信規格に準拠する通信線145を介してコントローラ30に接続される。蓄電管理装置140とコントローラ30とは無線通信を介して接続されてもよい。
The power
本実施形態では、n個のセル19−1〜19−nの全ては直列に接続され、全てのセルに対して一つの蓄電管理装置140が設けられている。しかしながら、直列に接続されたセルを一つのグループとし、複数のグループが直列又は並列に接続され、グループ毎に一つの蓄電管理装置が設けられてもよい。また、複数の蓄電管理装置を制御する上位の蓄電管理装置が設けられてもよい。
In the present embodiment, all of the n cells 19-1 to 19-n are connected in series, and one power
なお、以下の説明では、便宜上、全てのセル19−1〜19−nをまとめてセル19−nと称することもあり、各セルを19−nと称することもある。放電回路部141−1〜141−n、並びに、各放電回路部141−nの構成要素である後述のバランス用スイッチ146−1〜146−n、放電抵抗148−1〜148−n、電圧測定部149−1〜149−n、及び温度センサ150−1〜150nについても同様である。 In the following description, for convenience, all the cells 19-1 to 19-n may be collectively referred to as a cell 19-n, and each cell may be referred to as 19-n. Discharge circuit units 141-1 to 141-n, and later-described balance switches 146-1 to 146-n, discharge resistors 148-1 to 148-n, which are components of each discharge circuit unit 141-n, voltage measurement The same applies to the units 149-1 to 149-n and the temperature sensors 150-1 to 150 n.
放電回路部141−nは、各セルの蓄電率(SOC)を必要に応じて低減するSOC低減機能を実現する電気回路である。なお、セルの蓄電率(SOC)はセル電圧と関係があり、「蓄電率を低減する」ということは「セル電圧を低減する」ということと同義である。本実施形態では、放電回路部141−nは、蓄電率制御部142−nによる制御の下でSOC低減機能を実行する。SOC低減機能は、セル19−1〜19−nのそれぞれのセル電圧を低減するためにセル19−1〜19−nの一部又は全部を放電させる機能である。 The discharge circuit unit 141-n is an electric circuit that realizes an SOC reduction function that reduces the storage rate (SOC) of each cell as necessary. The cell storage rate (SOC) is related to the cell voltage, and “reducing the storage rate” is synonymous with “reducing the cell voltage”. In the present embodiment, the discharge circuit unit 141-n performs the SOC reduction function under the control of the power storage rate control unit 142-n. The SOC reduction function is a function of discharging part or all of the cells 19-1 to 19-n in order to reduce the cell voltages of the cells 19-1 to 19-n.
具体的には、放電回路部141−nのそれぞれは、対応する1つのセル19−nの両端に接続されている。例えば、図4に示すように、特定のセル19−m(mは1以上n以下の整数)の2つの電極は均等化回路部141−mに接続されている。放電回路部141−mは、バランス用スイッチ146−m及び放電抵抗148−mを有する。また、放電回路部141−mは、セル19−mの2つの電極の間でバランス用スイッチ146−m及び放電抵抗148−mを直列に、且つ、セル19−mに対して並列に接続する。また、放電回路部141−mは、セル19−mの電極間電圧を測定する電圧測定部149−mを含む。また、放電回路部141−nのそれぞれは、1又は複数のセルグループの両端に接続されてもよい。なお、セルグループは、直列に接続された複数のセル19−nのグループである。 Specifically, each of the discharge circuit units 141-n is connected to both ends of the corresponding one cell 19-n. For example, as shown in FIG. 4, two electrodes of a specific cell 19-m (m is an integer of 1 to n) are connected to an equalization circuit unit 141-m. The discharge circuit unit 141-m includes a balance switch 146-m and a discharge resistor 148-m. The discharge circuit unit 141-m connects the balance switch 146-m and the discharge resistor 148-m in series between the two electrodes of the cell 19-m and in parallel to the cell 19-m. . Moreover, the discharge circuit unit 141-m includes a voltage measurement unit 149-m that measures the interelectrode voltage of the cell 19-m. Each of the discharge circuit units 141-n may be connected to both ends of one or a plurality of cell groups. The cell group is a group of a plurality of cells 19-n connected in series.
バランス用スイッチ146−nは、セル19−nの放電を制御する開閉器であり、ON(導通)状態のときにセル19−nを放電させ、OFF(遮断)状態のときにセル19−nの放電を停止させる。本実施形態では、バランス用スイッチ146−nは、FET(電界効果トランジスタ)で構成され、蓄電率制御部142からの制御信号に応じてON(導通)状態とOFF(遮断)状態とが切り替わる。
The balance switch 146-n is a switch that controls the discharge of the cell 19-n, and discharges the cell 19-n when in the ON (conducting) state, and discharges the cell 19-n when in the OFF (cut-off) state. Stop discharging. In the present embodiment, the balance switch 146-n is configured by an FET (field effect transistor), and is switched between an ON (conducting) state and an OFF (blocking) state in accordance with a control signal from the power storage
また、セル19−1〜19−nにはそれぞれ、例えばサーミスタ等よりなる温度センサ150−1〜150−nが設けられている。温度センサ150−1〜150−nはセル19−1〜19−nの温度を測定し、測定信号を蓄電率制御部142に供給する。温度センサ150−1〜150−nとしてサーミスタを用いた場合は、測定信号はサーミスタの抵抗値である。蓄電率制御部142は、温度センサ150−1〜150−nから供給された測定信号から対応するセルのセル温度を求め、蓄電率制御に用いる。なお、温度センサは一つでもよく、あるいは、複数個の温度センサを設けてもよい。また、セル温度ではなく、セル近傍の空気温度を測定することとしてもよい。
Each of the cells 19-1 to 19-n is provided with temperature sensors 150-1 to 150-n made of, for example, a thermistor. The temperature sensors 150-1 to 150-n measure the temperatures of the cells 19-1 to 19-n, and supply measurement signals to the storage
蓄電率制御部142は、セル19−nの電圧Vnを制御して蓄電率(SOC)を制御する装置である。本実施形態では、蓄電率制御部142は、放電回路部141−1〜141−nのそれぞれを制御する。具体的には、蓄電率制御部142は、放電回路部141−1〜141−nからキャパシタセル19−1〜19−nのセル電圧測定値を個別に取得する。なお、キャパシタセル19−1〜19−nのセル電圧の測定値(検出値)は、電圧測定部149−1〜149−nによって個別に測定(検出)される。また、蓄電率制御部142は、バランス用スイッチ146−1〜146−nに対して制御信号を出力し、バランス用スイッチ146−1〜146−nのON(導通)/OFF(遮断)状態を個別に制御する。
The storage
より具体的には、蓄電率制御部142は、CAN等の通信規格に準拠する通信を介して放電回路部141−1〜141−nのそれぞれに接続される。そして、蓄電率制御部142は、所定の周期で放電回路部141−1〜141−nのそれぞれからセル電圧測定値を取得する。そして、蓄電率制御部142は、取得した1セットのセル電圧測定値の最大値、最小値、平均値等の統計値を算出する。
More specifically, the power storage
また、蓄電率制御部142は、所定の周期で温度センサ150−1〜150−nのそれぞれからセル温度を表す測定信号を取得し、セル温度測定値を求める。そして、蓄電率制御部142は、取得した1セットのセル温度測定値の最大値、最小値、平均値等の統計値を算出する。
In addition, the power storage
そして、蓄電率制御部142は、キャパシタセル19−1〜19−nのセル温度測定値に基づいて、キャパシタセル19−1〜19−nのうち所定条件を満たすセルに対応するバランス用スイッチ146−nに対して放電開始信号を出力する。例えば、蓄電率制御部142は、セル電圧が所定電圧Vthより高いキャパシタセル19−nに対応するバランス用スイッチ146−nに対して放電開始信号を出力する。所定電圧Vthは、予め設定された電圧値であり、後述のように温度により可変の電圧値である。
Then, based on the measured cell temperature values of the capacitor cells 19-1 to 19-n, the power storage
放電開始信号を受けたバランス用スイッチ146−nはON(導通)状態に切り替わり、対応するキャパシタセル19−nを放電させる。 Upon receiving the discharge start signal, the balance switch 146-n switches to the ON (conducting) state, and discharges the corresponding capacitor cell 19-n.
また、均等化制御部142は、放電を開始させたキャパシタセル19−nのセル電圧が所定電圧Vth未満となったら、対応するバランス用スイッチ146−nに対して放電停止信号を出力する。放電停止信号を受けたバランス用スイッチ146−nは、OFF(遮断)状態に切り替わり、対応するキャパシタセル19−nの放電を停止させる。
Further, when the cell voltage of the capacitor cell 19-n that has started discharging becomes less than the predetermined voltage Vth, the
ここで、以上のような構成のショベルにおいて、キャパシタ19を充放電する際のキャパシタ19の端子電圧の変動について説明する。
Here, the fluctuation of the terminal voltage of the
図5はキャパシタの温度が高い状態においてキャパシタの充放電を行なったときの蓄電率(SOC)の変化と端子電圧の変化を示すタイムチャートである。ショベルの運転中は、通常、キャパシタ19の目標蓄電率(SOC)を高めに設定することで、キャパシタ19の端子電圧が高い範囲で使用する。キャパシタ19の端子電圧が高い状態でキャパシタ19を使用することで、充放電効率を上げるためである。例えば、ショベルの運転中は、図5(b)に示すように、目標蓄電率を例えば最大蓄電率の70%程度に設定する。これにより、図5(b)に示すように、キャパシタ19が放電するときには蓄電率(SOC)は低下し、蓄電率を回復するために充電されて再び上昇するという変動が繰り返される。
FIG. 5 is a time chart showing a change in the storage rate (SOC) and a change in the terminal voltage when the capacitor is charged and discharged in a state where the temperature of the capacitor is high. During the operation of the shovel, the
このように充放電が繰り返されるとき、キャパシタ19の端子電圧は、図5(a)に示すように、最大電圧と最小電圧の間の範囲で、最大電圧に近い側で変動する。ここで、最大電圧とはキャパシタの特性から決定される最大使用電圧のことであり、最小電圧とはキャパシタの特性から決定される最小使用電圧のことである。このときのキャパシタ19の端子電圧の変動幅は、キャパシタ19の温度が上昇していて内部抵抗が小さくなっているので、充放電電流の変動に伴う端子電圧の変動幅は小さい。これは、同じ電流がキャパシタ19に流れても、温度が高いときのほうが内部抵抗が小さくなっており、電圧変動は小さくなるためである。したがって、キャパシタ19の温度が高いときには、端子電圧は最大電圧に近い側で変動しているが、最大電圧を超えることはなく、最大電圧以下に維持されている。
When charging / discharging is repeated in this way, the terminal voltage of the
一方、キャパシタ19の温度が低い状態では、キャパシタ19の内部抵抗が大きくなるので、端子電圧の変動幅も大きくなる。図6はキャパシタの温度が低い状態においてキャパシタの充放電を行なったときの蓄電率(SOC)の変化と端子電圧の変化を示すタイムチャートである。
On the other hand, when the temperature of the
キャパシタ19の温度が低いときには、図6(a)に示すように、充放電電流がキャパシタに流れたときの端子電圧の変動幅が大きい。そのため、端子電圧が上昇したときに最大電圧を超えないように、目標蓄電率を低めに設定する。図6に示す例では、図6(b)に示すように、目標蓄電率を最大蓄電率の例えば40%程度に設定し、端子電圧の変動幅を全体的に低くすることで、端子電圧の最大値が最大電圧を超えないようにしている。
When the temperature of the
ここで、キャパシタ19の温度が低い状態であるのにかかわらず、キャパシタ19の蓄電率が高くなっている場合を考える。図7はキャパシタの温度が低く且つ蓄電率が高い状態において、キャパシタの充放電を行なったときの蓄電率(SOC)の変化と端子電圧の変化を示すタイムチャートである。
Here, let us consider a case where the storage rate of the
このような条件においては、端子電圧の変動幅が大きくなり、図7(a)に示すように、放電から充電に切り替わったときの端子電圧の最大値が、最大電圧を超えてしまう。端子電圧が最大電圧を超えたり、最大電圧に近い電圧値まで上昇している時間が長いと、キャパシタ19の劣化が促進されてしまう。また、端子電圧がキャパシタ19の許容端子電圧まで到達して問題を生じるおそれがある。
Under such conditions, the fluctuation range of the terminal voltage increases, and as shown in FIG. 7A, the maximum value of the terminal voltage when switching from discharging to charging exceeds the maximum voltage. If the terminal voltage exceeds the maximum voltage or has risen to a voltage value close to the maximum voltage for a long time, the deterioration of the
このような条件は、例えば、キャパシタ19の蓄電率が高い状態でショベルの運転が停止され、運転停止中にキャパシタの温度が下がり、その後ショベルの運転が開始された直後に生じ得る。
Such a condition may occur, for example, immediately after the operation of the excavator is stopped in a state where the storage rate of the
そこで、本実施形態では、上述の蓄電率制御部142がショベルの運転停止中にキャパシタセル19−1〜19−nのセル温度を監視し、セル温度がある程度低下したら、温度の低下に対応してセルを放電させるように制御する。ショベルの運転停止中(キーオフ状態)に各キャパシタセル19−1〜19−nの蓄電率を下げておくことで、次に運転を開始した直後でも、端子電圧の最大値が最大電圧を超えないようにする蓄電率制御処理を達成することができる。
Therefore, in the present embodiment, the above-described power storage
以下、ショベルの運転停止中に実行される蓄電率制御処理について、図8を参照しながら説明する。図8は、上述の蓄電率制御部142が放電回路部141−1〜141−nを用いて行なう蓄電率制御処理のフローチャートである。
Hereinafter, the storage rate control process executed while the excavator is stopped will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart of the storage rate control process performed by the above-described storage
蓄電率制御処理は、ショベルの運転停止中、すなわちショベルのキーオフ中に行なわれる。ショベルの運転停止中とは、例えば、一日のショベルでの作業が終了してショベルがキーオフされてから、次の日にショベルで作業を始めるためにショベルがキーオンされるまでの間のことである。蓄電率制御処理は、ショベルの運転停止中に所定の時間間隔で繰り返し行なわれる。 The power storage rate control process is performed while the excavator is stopped, that is, when the excavator is keyed off. For example, when the excavator is stopped, it means that the excavator is keyed off after the excavator is turned off and the excavator is keyed off the next day. is there. The storage rate control process is repeatedly performed at predetermined time intervals while the excavator is stopped.
蓄電率制御処理の開始タイミングは、ショベルのコントローラ30がタイマー等の時間に基づいて所定の時間間隔で繰り返し行なわれるように管理している。ショベルの運転停止中にコントローラ30が蓄電率制御処理を開始するタイミングとなったと判断すると、蓄電管理装置140にキャパシタ19からの電力を供給して、蓄電管理装置140を起動する。これにより、スリープ状態であった蓄電管理装置140は作動状態となる(ステップS1)。
The start timing of the storage rate control process is managed so that the
起動した蓄電管理装置140の蓄電率制御部142は、まず、各キャパシタセル19−1〜19−nのセル温度をチェックし、セル温度の中の最小温度が高温閾値Thi以下であるか否かを判定する(ステップS2)。
The storage
セル温度の最小温度が高温閾値Thi以下ではない場合(ステップS2のNO)、処理はステップS17に進む。ステップS17では、蓄電率制御部142を含む蓄電管理装置140はスリープ状態とされ、今回の蓄電率制御処理は終了する。
If the minimum cell temperature is not equal to or lower than the high temperature threshold Thi (NO in step S2), the process proceeds to step S17. In step S <b> 17, the power
一方、セル温度の最小温度が高温閾値Thi以下であった場合(ステップS2のYES)、処理はステップS3に進む。ステップS3では、蓄電率制御部142は、セル温度の中の最小温度が中温閾値Tmd以上であるか否かを判定する(ステップS3)。
On the other hand, when the minimum cell temperature is equal to or lower than the high temperature threshold Thi (YES in step S2), the process proceeds to step S3. In step S3, the power storage
セル温度の最小温度が中温閾値Tmd以上であった場合(ステップS3のYES)、処理はステップS4に進む。 When the minimum cell temperature is equal to or higher than the medium temperature threshold Tmd (YES in step S3), the process proceeds to step S4.
ステップS4では、各キャパシタセル19−1〜19−nのセル電圧をチェックし、蓄電率制御部142は、セル電圧Vnが高電圧閾値Vhi以上であるか否かを判定する(ステップS4)。セル電圧Vnの判定は、キャパシタセル19−1〜19−nの各々について実施される。なお、セル電圧Vnが高電圧閾値Vhi以上であるか否かという判定条件を(条件A)とする。
In step S4, the cell voltage of each capacitor cell 19-1 to 19-n is checked, and the storage
セル電圧Vnが高電圧閾値Vhi以上である場合(ステップS4のYES)、処理はステップS5に進む。ステップS5では、(条件A)が成立したセル19−nに対応するバランス用スイッチ146−nを導通状態(ON)とする。これにより、当該セル19−nはバランス用スイッチ146−nを通じて放電し、放電電流は放電抵抗148−nの発熱により消費される。 If the cell voltage Vn is equal to or higher than the high voltage threshold Vhi (YES in step S4), the process proceeds to step S5. In step S5, the balance switch 146-n corresponding to the cell 19-n in which (Condition A) is satisfied is turned on (ON). As a result, the cell 19-n is discharged through the balance switch 146-n, and the discharge current is consumed by the heat generated by the discharge resistor 148-n.
セル19−nの消費により、セル19−nのセル電圧は低下し、その結果、セル19−nの蓄電率(SOC)も低下する。蓄電率制御部142は、セル19−nのセル電圧Vnを監視し、セル電圧Vnが高電圧閾値Vhi未満となったら、バランス用スイッチ146−nを非導通状態(OFF)とする。これにより、セル19−nのセル電圧Vnは高電圧閾値Vhi以下に低減された状態となり、セル19−nの蓄電率も高電圧閾値Vhiに対応する値まで低減された状態となる。
Due to the consumption of the cell 19-n, the cell voltage of the cell 19-n decreases, and as a result, the storage rate (SOC) of the cell 19-n also decreases. The storage
続いて、処理はステップS7に進み、蓄電率制御部142は、全てのセル19−1〜19−nに対応するバランス用スイッチ146−1〜146−nが非導通状態(OFF)であるか否かを判定する。全てのセル19−1〜19−nに対応するバランス用スイッチ146−1〜146−nが非導通状態(OFF)では無いと判定されると(ステップS7のNO)、処理はステップS4に戻り、次のセル19−nについて処理を続ける。全てのセル19−1〜19−nに対応するバランス用スイッチ146−1〜146−nが非導通状態(OFF)であると判定されると(ステップS7のYES)、処理はステップS17に進み、蓄電率制御部142を含む蓄電管理装置140はスリープ状態とされ、今回の蓄電率制御処理は終了する。
Subsequently, the process proceeds to step S7, and the power storage
ここで、本実施の形態ではコントローラ30が蓄電管理装置140を起動する例を示したが、蓄電管理装置140内に蓄電率制御部142を起動するための起動管理部を設けてもよい。この場合、蓄電率管理装置140内に設けられた起動管理部が蓄電率制御処理を開始するタイミングとなったと判断すると、蓄電率管理制御部142にキャパシタ19からの電力を供給して、蓄電率制御部142を起動する。これにより、スリープ状態であった蓄電率制御部142は作動状態にすることができる(ステップS1)。これにより、キーオフと同時にコントローラ30をスリープ状態にすることができる。
Here, although the example in which the
一方、ステップS4において、セル電圧Vnが高電圧閾値Vhi未満であると判定されると(ステップS4のNO)、処理はステップS6に進む。ステップS6では、(条件A)が成立しないセル19−nに対応するバランス用スイッチ146−nを非導通状態(OFF)とする。続いて、処理はステップS7に進み、蓄電率制御部142は、全てのセル19−1〜19−nに対応するバランス用スイッチ146−1〜146−nが非導通状態(OFF)であるか否かを判定する。
On the other hand, if it is determined in step S4 that the cell voltage Vn is less than the high voltage threshold Vhi (NO in step S4), the process proceeds to step S6. In step S6, the balance switch 146-n corresponding to the cell 19-n in which (Condition A) is not satisfied is set in a non-conductive state (OFF). Subsequently, the process proceeds to step S7, and the power storage
全てのセル19−1〜19−nに対応するバランス用スイッチ146−1〜146−nが非導通状態(OFF)では無いと判定されると(ステップS7のNO)、処理はステップS4に戻り、次のセル19−nについて処理を続ける。全てのセル19−1〜19−nに対応するバランス用スイッチ146−1〜146−nが非導通状態(OFF)であると判定されると(ステップS7のYES)、処理はステップS17に進み、蓄電率制御部142を含む蓄電管理装置140はスリープ状態とされ、今回の蓄電率制御処理は終了する。
If it is determined that the balance switches 146-1 to 146-n corresponding to all the cells 19-1 to 19-n are not non-conductive (OFF) (NO in step S7), the process returns to step S4. The processing is continued for the next cell 19-n. If it is determined that the balance switches 146-1 to 146-n corresponding to all the cells 19-1 to 19-n are in the non-conductive state (OFF) (YES in step S7), the process proceeds to step S17. Then, the power
ここで、上述のステップS3において、セル温度の最小温度が中温閾値Tmd未満であると判定された場合(ステップS3のNO)、処理はステップS8に進む。ステップS8では、蓄電率制御部142は、セル温度の中の最小温度が低温閾値Tlo以上であるか否かを判定する(ステップS8)。
If it is determined in step S3 described above that the minimum cell temperature is less than the medium temperature threshold Tmd (NO in step S3), the process proceeds to step S8. In step S8, the power storage
セル温度の最小温度が低温閾値Tlo以上であった場合(ステップS8のYES)、処理はステップS9に進む。ステップS9では、蓄電率制御部142は、各キャパシタセル19−1〜19−nのセル電圧をチェックし、セル電圧Vnが中電圧閾値Vmd以上であるか否かを判定する(ステップS9)。セル電圧Vnの判定は、キャパシタセル19−1〜19−nの各々について実施される。なお、セル電圧Vnが中電圧閾値Vmd以上であるか否かという判定条件を(条件B)とする。
If the minimum cell temperature is equal to or higher than the low temperature threshold Tlo (YES in step S8), the process proceeds to step S9. In step S9, the storage
セル電圧Vnが中電圧閾値Vmd以上である場合(ステップS9のYES)、処理はステップS10に進む。ステップS10では、(条件B)が成立したセル19−nに対応するバランス用スイッチ146−nを導通状態(ON)とする。これにより、当該セル19−nはバランス用スイッチ146−nを通じて放電し、放電電流は放電抵抗148−nの発熱により消費される。 If the cell voltage Vn is equal to or higher than the medium voltage threshold Vmd (YES in step S9), the process proceeds to step S10. In step S10, the balance switch 146-n corresponding to the cell 19-n in which (Condition B) is satisfied is turned on (ON). As a result, the cell 19-n is discharged through the balance switch 146-n, and the discharge current is consumed by the heat generated by the discharge resistor 148-n.
セル19−nの消費により、セル19−nのセル電圧は低下し、その結果、セル19−nの蓄電率(SOC)も低下する。蓄電率制御部142は、セル19−nのセル電圧Vnを監視し、セル電圧Vnが中電圧閾値Vmd未満となったら、バランス用スイッチ146−nを非導通状態(OFF)とする。これにより、セル19−nのセル電圧Vnは中電圧閾値Vmd以下に低減された状態となり、セル19−nの蓄電率も中電圧閾値Vmdに対応する値まで低減された状態となる。
Due to the consumption of the cell 19-n, the cell voltage of the cell 19-n decreases, and as a result, the storage rate (SOC) of the cell 19-n also decreases. The storage
続いて、処理はステップS12に進み、蓄電率制御部142は、全てのセル19−1〜19−nに対応するバランス用スイッチ146−1〜146−nが非導通状態(OFF)であるか否かを判定する。全てのセル19−1〜19−nに対応するバランス用スイッチ146−1〜146−nが非導通状態(OFF)では無いと判定されると(ステップS12のNO)、処理はステップS9に戻り、次のセル19−nについて処理を続ける。全てのセル19−1〜19−nに対応するバランス用スイッチ146−1〜146−nが非導通状態(OFF)であると判定されると(ステップS12のYES)、処理はステップS17に進み、蓄電率制御部142を含む蓄電管理装置140はスリープ状態とされ、今回の蓄電率制御処理は終了する。
Subsequently, the process proceeds to step S12, and the power storage
一方、ステップS9において、セル電圧Vnが中電圧閾値Vmd未満であると判定されると(ステップS9のNO)、処理はステップS11に進む。ステップS11では、(条件B)が成立しないセル19−nに対応するバランス用スイッチ146−nを非導通状態(OFF)とする。続いて、処理はステップS12に進み、蓄電率制御部142は、全てのセル19−1〜19−nに対応するバランス用スイッチ146−1〜146−nが非導通状態(OFF)であるか否かを判定する。
On the other hand, if it is determined in step S9 that the cell voltage Vn is less than the medium voltage threshold Vmd (NO in step S9), the process proceeds to step S11. In step S11, the balance switch 146-n corresponding to the cell 19-n in which (Condition B) is not satisfied is set in a non-conductive state (OFF). Subsequently, the process proceeds to step S12, and the power storage
全てのセル19−1〜19−nに対応するバランス用スイッチ146−1〜146−nが非導通状態(OFF)では無いと判定されると(ステップS12のNO)、処理はステップS9に戻り、次のセル19−nについて処理を続ける。全てのセル19−1〜19−nに対応するバランス用スイッチ146−1〜146−nが非導通状態(OFF)であると判定されると(ステップS12のYES)、処理はステップS17に進み、蓄電率制御部142を含む蓄電管理装置140はスリープ状態とされ、今回の蓄電率制御処理は終了する。
If it is determined that the balance switches 146-1 to 146-n corresponding to all the cells 19-1 to 19-n are not non-conductive (OFF) (NO in step S12), the process returns to step S9. The processing is continued for the next cell 19-n. If it is determined that the balance switches 146-1 to 146-n corresponding to all the cells 19-1 to 19-n are in the non-conductive state (OFF) (YES in step S12), the process proceeds to step S17. Then, the power
ここで、上述のステップS8において、セル温度の最小温度が低温閾値Tlo未満であると判定された場合(ステップS8のNO)、処理はステップS13に進む。ステップS13では、蓄電率制御部142は、各キャパシタセル19−1〜19−nのセル電圧をチェックし、セル電圧Vnが低電圧閾値Vlo以上であるか否かを判定する(ステップS13)。セル電圧Vnの判定は、キャパシタセル19−1〜19−nの各々について実施される。なお、セル電圧Vnが低電圧閾値Vlo以上であるか否かという判定条件を(条件C)とする。
If it is determined in step S8 described above that the minimum cell temperature is less than the low temperature threshold Tlo (NO in step S8), the process proceeds to step S13. In step S13, the storage
セル電圧Vnが低電圧閾値Vlo以上である場合(ステップS13のYES)、処理はステップS14に進む。ステップS14では、(条件C)が成立したセル19−nに対応するバランス用スイッチ146−nを導通状態(ON)とする。これにより、当該セル19−nはバランス用スイッチ146−nを通じて放電し、放電電流は放電抵抗148−nの発熱により消費される。 When the cell voltage Vn is equal to or higher than the low voltage threshold Vlo (YES in step S13), the process proceeds to step S14. In step S14, the balance switch 146-n corresponding to the cell 19-n in which (Condition C) is satisfied is turned on (ON). As a result, the cell 19-n is discharged through the balance switch 146-n, and the discharge current is consumed by the heat generated by the discharge resistor 148-n.
セル19−nの消費により、セル19−nのセル電圧は低下し、その結果、セル19−nの蓄電率(SOC)も低下する。蓄電率制御部142は、セル19−nのセル電圧Vnを監視し、セル電圧Vnが低電圧閾値Vlo未満となったら、バランス用スイッチ146−nを非導通状態(OFF)とする。これにより、セル19−nのセル電圧Vnは低電圧閾値Vlo以下に低減された状態となり、セル19−nの蓄電率も低電圧閾値Vloに対応する値まで低減された状態となる。
Due to the consumption of the cell 19-n, the cell voltage of the cell 19-n decreases, and as a result, the storage rate (SOC) of the cell 19-n also decreases. The power storage
続いて、処理はステップS16に進み、蓄電率制御部142は、全てのセル19−1〜19−nに対応するバランス用スイッチ146−1〜146−nが非導通状態(OFF)であるか否かを判定する。全てのセル19−1〜19−nに対応するバランス用スイッチ146−1〜146−nが非導通状態(OFF)では無いと判定されると(ステップS16のNO)、処理はステップS13に戻り、次のセル19−nについて処理を続ける。全てのセル19−1〜19−nに対応するバランス用スイッチ146−1〜146−nが非導通状態(ON)であると判定されると(ステップS16のYES)、処理はステップS17に進み、蓄電率制御部142を含む蓄電管理装置140はスリープ状態とされ、今回の蓄電率制御処理は終了する。
Subsequently, the process proceeds to step S16, and the power storage
一方、ステップS13において、セル電圧Vnが低電圧閾値Vloであると判定されると(ステップS13のNO)、処理はステップS15に進む。ステップS15では、(条件C)が成立しないセル19−nに対応するバランス用スイッチ146−nを非導通状態(OFF)とする。続いて、処理はステップS16に進み、蓄電率制御部142は、全てのセル19−1〜19−nに対応するバランス用スイッチ146−1〜146−nが非導通状態(OFF)であるか否かを判定する。
On the other hand, when it is determined in step S13 that the cell voltage Vn is the low voltage threshold Vlo (NO in step S13), the process proceeds to step S15. In step S15, the balance switch 146-n corresponding to the cell 19-n in which (Condition C) is not satisfied is set in a non-conductive state (OFF). Subsequently, the process proceeds to step S16, and the power storage
全てのセル19−1〜19−nに対応するバランス用スイッチ146−1〜146−nが非導通状態(OFF)では無いと判定されると(ステップS16のNO)、処理はステップS13に戻り、次のセル19−nについて処理を続ける。全てのセル19−1〜19−nに対応するバランス用スイッチ146−1〜146−nが非導通状態(OFF)であると判定されると(ステップS16のYES)、処理はステップS17に進み、蓄電率制御部142を含む蓄電管理装置140はスリープ状態とされ、今回の蓄電率制御処理は終了する。
If it is determined that the balance switches 146-1 to 146-n corresponding to all the cells 19-1 to 19-n are not non-conductive (OFF) (NO in step S16), the process returns to step S13. The processing is continued for the next cell 19-n. If it is determined that the balance switches 146-1 to 146-n corresponding to all the cells 19-1 to 19-n are non-conductive (OFF) (YES in step S16), the process proceeds to step S17. Then, the power
以上説明した蓄電率制御処理によれば、ショベルのキーオフ中に、キャパシタのセルを放電させて蓄電率を低減することで、セル電圧を低減することができる。蓄電率の低減度合は、セルの温度に基づいて決定される。すなわち、上述の蓄電率制御処理では、セル温度の最小温度が、高温閾値Thiを超えている場合は、セル温度が高いので蓄電率を低減する必要は無いとして、セルの蓄電率制御は行なわない。 According to the power storage rate control process described above, the cell voltage can be reduced by discharging the cell of the capacitor and reducing the power storage rate during excavator key-off. The degree of reduction of the power storage rate is determined based on the cell temperature. That is, in the power storage rate control process described above, if the minimum cell temperature exceeds the high temperature threshold Thi, the cell storage rate control is not performed because it is not necessary to reduce the power storage rate because the cell temperature is high. .
一方、セルの最小温度が高温閾値Thi以下であり且つ中温閾値Tmd以上である場合、すなわち高温閾値と中温閾値との間の温度である場合には、セル電圧が高い(高電圧閾値Vhi以上)のセルに対して蓄電率を低減する処理(放電処理)を行うことでセル電圧を低減する。セル温度が高温閾値Thiと中温閾値Tmdとの間の温度である場合には、セルの温度が低くなっているが、温度の低下はあまり大きくないとして、セル電圧の高いセルの蓄電率を温度の低下分に見合っただけ低減してセル電圧を下げている。 On the other hand, when the minimum temperature of the cell is not more than the high temperature threshold Thi and not less than the medium temperature threshold Tmd, that is, if the temperature is between the high temperature threshold and the medium temperature threshold, the cell voltage is high (above the high voltage threshold Vhi). The cell voltage is reduced by performing a process (discharge process) for reducing the storage rate on the cell. When the cell temperature is a temperature between the high temperature threshold value Thi and the intermediate temperature threshold value Tmd, the cell temperature is low, but the decrease in temperature is not so large, and the storage rate of the cell having a high cell voltage is set to the temperature. The cell voltage is lowered by a reduction corresponding to the decrease in the cell voltage.
また、セルの最小温度が中温閾値Tmd以下であり且つ低温閾値Tlo以上である場合、すなわち中温閾値Tmdと低温閾値Tloとの間の温度である場合には、セル電圧が高い(中電圧閾値Vmd以上)のセルに対して蓄電率を低減する処理(放電処理)を行うことでセル電圧を低減する。セル温度が中温閾値Tmdと低温閾値Tloとの間の温度である場合には、セルの温度が低くなっているとして、セル電圧の高いセルの蓄電率を温度の低下分に見合っただけ低減するためセル電圧を下げている。 When the minimum temperature of the cell is equal to or lower than the medium temperature threshold Tmd and equal to or higher than the low temperature threshold Tlo, that is, when the temperature is between the medium temperature threshold Tmd and the low temperature threshold Tlo, the cell voltage is high (the medium voltage threshold Vmd). The cell voltage is reduced by performing a process (discharge process) for reducing the power storage rate on the above cells. When the cell temperature is between the middle temperature threshold value Tmd and the low temperature threshold value Tlo, it is assumed that the cell temperature is low, and the power storage rate of the cell having a high cell voltage is reduced in proportion to the decrease in temperature. Therefore, the cell voltage is lowered.
さらに、セルの最小温度が低温閾値Tlo未満である場合には、セル電圧が高い(低電圧閾値Vlo以上)のセルに対して蓄電率を低減する処理(放電処理)を行うことでセル電圧を低減する。セル温度が低温閾値Tlo未満である場合には、セルの温度が非常に低くなっているとして、セル電圧の高いセルの蓄電率を温度の低下分に見合っただけ低減するためセル電圧を下げている。 Further, when the minimum temperature of the cell is lower than the low temperature threshold Tlo, the cell voltage is reduced by performing a process (discharge process) for reducing the storage rate on a cell having a high cell voltage (more than the low voltage threshold Vlo). Reduce. If the cell temperature is lower than the low temperature threshold Tlo, the cell temperature is assumed to be very low, and the cell voltage is lowered to reduce the storage rate of the cell having a high cell voltage in proportion to the temperature drop. Yes.
以上の処理では、測定した全てのセルの温度のうち最小温度をセル温度として、蓄電率低減のための条件としているが、測定した全てのセルの温度の平均値を用いてもよい。あるいは、全てのセルの温度からセル温度を求めるのではなく、例えば、全てのセルを代表する所定のセルを決めておき、当該所定のセルの温度のみを測定して、セル温度として用いることもできる。 In the above processing, the minimum temperature among the measured temperatures of all cells is set as the cell temperature, and the condition for reducing the power storage rate is used. However, an average value of the measured temperatures of all cells may be used. Alternatively, instead of obtaining the cell temperature from the temperature of all the cells, for example, a predetermined cell representing all the cells is determined, and only the temperature of the predetermined cell is measured and used as the cell temperature. it can.
また、上述の処理では、高温閾値Thi、中温閾値Tmd、低温閾値Tloという三段階の温度閾値を設定したが、三段階に限定することなく、より多くの段階の温度閾値を設定して、セル温度の低下に対してより細かい幅で蓄電率を制御してもよし、一段階のみでもよい。 In the above-described processing, the three-stage temperature thresholds, ie, the high-temperature threshold Thi, the intermediate-temperature threshold Tmd, and the low-temperature threshold Tlo, are set. The storage rate may be controlled with a finer width with respect to the decrease in temperature, or only one stage may be used.
1・・・下部走行体 1A、1B・・・油圧モータ 2・・・旋回機構 3・・・上部旋回体 4・・・ブーム 5・・・アーム 6・・・バケット 7・・・ブームシリンダ 8・・・アームシリンダ 9・・・バケットシリンダ 10・・・キャビン 11・・・エンジン 12・・・電動発電機 13・・・変速機 14・・・メインポンプ 15・・・パイロットポンプ 16・・・高圧油圧ライン 17・・・コントロールバルブ 18、20・・・インバータ 19・・・キャパシタ 19−1〜19−n・・・キャパシタセル 21・・・旋回用電動機 22・・・レゾルバ 23・・・メカニカルブレーキ 24・・・旋回変速機 25・・・パイロットライン 26・・・操作装置 26A、26B・・・レバー 26C・・・ペダル 27・・・油圧ライン 28・・・油圧ライン 29・・・圧力センサ 30・・・コントローラ 32・・・駆動制御部 40・・・電動旋回制御部 60・・・主制御部 101・・・リアクトル 102A・・・昇圧用IGBT 102B・・・降圧用IGBT 104・・・電源接続端子 106・・・出力端子 107・・・コンデンサ 110・・・DCバス 111・・・DCバス電圧検出部 112・・・キャパシタ電圧検出部 113・・・キャパシタ電流検出部 114、117・・・電源ライン 120・・・蓄電装置 140・・・蓄電管理装置 141−1〜141−n・・・放電回路部 142・・・蓄電率制御部 146−1〜146−n・・・バランス用スイッチ 148−1〜148−n・・・放電抵抗 149−1〜149−n・・・電圧測定部 150−1〜150−n・・・温度センサ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記下部走行体に旋回自在に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に搭載される複数の蓄電セルを有する蓄電器と、
複数の前記蓄電セルに対応して設けられた複数の放電回路部と、
制御装置と、を有し、
前記制御装置は、ショベルがキーオフにより運転停止状態にある場合において、前記蓄電器の温度が低下すると、前記放電回路部を動作させて前記蓄電セルを放電させるものであって、
前記ショベルの運転停止状態でも電力供給により動作可能に構成され、キーオフ中に前記蓄電器の温度が所定の温度より低くなったか否かを判定し、前記蓄電器の温度が前記所定の温度より低くなったと判定した場合に、前記蓄電セルを放電させるか否かを判定するためのセル電圧の閾値である所定電圧を下げ、該下げた所定電圧よりも高いセル電圧の前記蓄電セルを放電させる、
ショベル。 A lower traveling body,
An upper swing body that is rotatably mounted on the lower traveling body;
A storage battery having a plurality of storage cells mounted on the upper swing body;
A plurality of discharge circuit portions provided corresponding to the plurality of power storage cells;
A control device,
In the case where the excavator is in an operation stop state due to key-off, when the temperature of the battery is lowered, the control device operates the discharge circuit unit to discharge the battery cell,
It is configured to be operable by supplying power even when the excavator is stopped, and it is determined whether or not the temperature of the battery is lower than a predetermined temperature during key-off, and the temperature of the battery is lower than the predetermined temperature. If it is determined, a predetermined voltage that is a threshold value of a cell voltage for determining whether or not to discharge the storage cell is lowered, and the storage cell having a cell voltage higher than the decreased predetermined voltage is discharged.
Excavator.
前記所定の温度は、複数設定され、
前記制御装置は、前記所定の温度が小さいほど低い電圧まで前記蓄電セルを放電させる、
ショベル。 The excavator according to claim 1,
A plurality of the predetermined temperatures are set,
The control device discharges the storage cell to a lower voltage as the predetermined temperature is lower.
Excavator.
前記制御装置は、ショベルのキーオフによってスリープ状態となり、所定の時間間隔毎に作動状態となって前記蓄電器の温度が所定の温度より低くなったか否かを判定し、前記蓄電器の温度が前記所定の温度より低くなったと判定した場合に、前記蓄電セルを放電させる、
ショベル。 The excavator according to claim 1,
The control device enters a sleep state by a key-off of an excavator, is activated at predetermined time intervals, determines whether or not the temperature of the capacitor has become lower than a predetermined temperature, and the temperature of the capacitor is the predetermined value. If it is determined that the temperature has become lower, the storage cell is discharged;
Excavator.
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