(57)【要約】【課題】複数の蓄電デバイスが並列に接続された蓄電システムにおいて、各蓄電デバイスの過電流を抑えつつ、蓄電デバイスの性能を十分に発揮させること。【解決手段】並列に接続された複数の蓄電デバイス（１０Ａ〜１０Ｃ）と、システム全体の総電流を制御するコントローラ（１００）とを有し、システム全体の総電流が各蓄電デバイスに対して分配される蓄電システムであって、コントローラは、各蓄電デバイスに対する電流制限値を取得し（１０１）、各蓄電デバイスに分配される電流の電流比を取得し（１０２）、各蓄電デバイスに対する電流制限値を超えないように、電流比に合わせて当該電流制限値を補正し（１０３）、各蓄電デバイスに対する補正後の電流制限値を加算してシステム全体の電流制限値を算出する（１０４）構成にした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に接続された複数の蓄電デバイスと、システム全体の総電流を制御するコントローラとを有し、前記システム全体の総電流が前記各蓄電デバイスに対して分配される蓄電システムであって、
前記コントローラは、
前記各蓄電デバイスに対する電流制限値を取得し、
前記各蓄電デバイスに分配される電流の電流比を取得し、
前記各蓄電デバイスに対する前記電流制限値を超えないように、前記電流比に合わせて当該電流制限値を補正し、
前記各蓄電デバイスに対する補正後の電流制限値を加算してシステム全体の電流制限値を算出することを特徴とする蓄電システム。
【請求項２】
前記各蓄電デバイスに接続された電力変換装置に対して前記コントローラから指令値が出力され、前記電力変換装置を介して前記システム全体の総電流が前記各蓄電デバイスに対して分配されており、
前記コントローラは、前記システム全体の電流制限値を上限として前記電力変換装置に指令値を出力することを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記各蓄電デバイスに対する複数種類の電流制限値から最小の電流制限値を取得することを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
【請求項４】
前記複数種類の電流制限値には、前記各蓄電デバイスに通電可能な最大電流が含まれることを特徴とする請求項３に記載の蓄電システム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記複数種類の電流制限値から前記各蓄電デバイスに通電可能な最大電流の電流比を取得することを特徴とする請求項４に記載の蓄電システム。
【請求項６】
前記コントローラは、前記各蓄電デバイスの内部抵抗から算出した電流比を取得することを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
【請求項７】
前記コントローラは、前記各蓄電デバイスに流れた電流値の実績から算出した電流比を取得することを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
【請求項８】
前記コントローラは、前記各蓄電デバイスに対する前記電流制限値のうち最大の電流制限値を維持しつつ、他の電流制限値を前記電流比に合わせて低下させるように補正することを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の蓄電システムと、
前記蓄電システムに接続された電力変換装置と、
前記電力変換装置によって制御される電動機と、
前記電動機によって駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの圧油によって駆動される油圧負荷とを備えたことを特徴とする作業機械。
【請求項１０】
前記電動機が設置された原動機室に前記複数の蓄電デバイスが縦積みされていること特徴とする請求項９に記載の作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蓄電システム及び作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、建設機械等の移動体に搭載された動力源を電動化する取り組みがなされている。動力源の電動化は、移動体に実装された蓄電システムによって実現され、蓄電システムからの電力によって電動モータが駆動されることで移動体が動かされる。蓄電システムには、蓄電デバイスとしてリチウムイオン電池、鉛電池、ＮＡＳ電池、レドックスフロー電池等の二次電池や、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等のキャパシタといった蓄電素子が使用されている。最近では、二次電池の中でも、入出力密度およびエネルギー密度が高いリチウムイオン電池の採用が増加している。
【０００３】
また、蓄電システムの大容量化を図るために、蓄電システムには複数の蓄電デバイスが並列に接続される場合がある。このような蓄電システムには、システム全体を制御するコントローラが設けられている。長期に渡って蓄電システムを安全に使用し続けるために、コントローラによって各蓄電デバイスの電圧、充放電電流、充電状態等が監視されて、各蓄電デバイスが適正範囲内で使用されるように蓄電デバイスの動作が制御されている。この蓄電システムでは、複数の蓄電デバイスが並列に接続されているため、各蓄電デバイスの内部抵抗の差に依存して各蓄電デバイスに流れる電流にバラツキ（電流分布）が生じる。特許文献１には、蓄電システムとして、複数の蓄電デバイスを切り替えて充電することで、電流のバラツキを生じさせずに短時間で充電する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０３８９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常、各蓄電デバイスには電流制限値が設定されている。複数の蓄電デバイスが並列に接続された構成では、各蓄電デバイスの内部抵抗の差に起因して電流にバラツキが生じると、一部の蓄電デバイスの電流が電流制限値を超過するおそれがあった。電流制限値に安全マージンを大きく設定することで、各蓄電デバイスの電流が電流制限値を超過することを防止できるが、電流が過剰に制限されて蓄電デバイスの性能が十分に発揮できない。このため、蓄電システムの容量を確保するのに必要な蓄電デバイスの数が増加するという問題があった。
【０００６】
本発明は前記課題を解決するもので、その目的とするところは、複数の蓄電デバイスが並列に接続された蓄電システムにおいて、各蓄電デバイスの過電流を抑えつつ、蓄電デバイスの性能を十分に発揮させることができる蓄電システム及び作業機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様の蓄電システムは、並列に接続された複数の蓄電デバイスと、システム全体の総電流を制御するコントローラとを有し、前記システム全体の総電流が前記各蓄電デバイスに対して分配される蓄電システムであって、前記コントローラは、前記各蓄電デバイスに対する電流制限値を取得し、前記各蓄電デバイスに分配される電流の電流比を取得し、前記各蓄電デバイスに対する前記電流制限値を超えないように、前記電流比に合わせて当該電流制限値を補正し、前記各蓄電デバイスに対する補正後の電流制限値を加算してシステム全体の電流制限値を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、並列に接続された各蓄電デバイスの過電流を抑えつつ、各蓄電デバイスの性能を十分に発揮させることができる。本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る蓄電システムの構成図。
【図２】第１の実施形態に係る蓄電システムのコントローラのブロック図。
【図３】第１の実施形態に係る蓄電システムの充電状態を示す図。
【図４】比較例１に係る蓄電システムの充電状態を示す図。
【図５】比較例２に係る蓄電システムの充電状態を示す図。
【図６】第４の実施形態に係る作業機械の側面図。
【図７】第４の実施形態に係る作業機械のブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[第１の実施形態]
以下、第１の実施形態に係る蓄電システムについて説明する。図１は、蓄電システムの構成図である。図１では、再生可能エネルギーを利用した発電所や電力需要家に、蓄電システムが単独で設置される場合について説明するが、蓄電システムは、作業機械、電車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、電気自動車等にも適用可能である。
【００１１】
図１に示すように、蓄電システム１には、並列に接続された複数（図１では３つ）の蓄電部１０Ａ−１０Ｃが設けられている。なお、蓄電部１０Ａ−１０Ｃは、電気的なエネルギーを溜めておき放出することができる構造を備えた蓄電デバイスであり、それぞれ単一の蓄電デバイスで構成されてもよいし、複数の蓄電デバイスが直列に接続されて構成されてもよい。各蓄電デバイスは、二次電池又は蓄電キャパシタによって構成されてもよい。蓄電部１０Ａ−１０Ｃは、それぞれ電流センサ１２Ａ−１２Ｃを介して電力変換装置１１０に接続されており、電力変換装置１１０によって充電電力及び放電電力が電力変換される。なお、電力変換装置１１０は、用途に応じてインバータ及びコンバータのいずれで構成されてもよい。
【００１２】
また、蓄電システム１には、蓄電部１０Ａ−１０Ｃの状態情報を取得する複数のＢＣＵ（Battery  Control  Unit）１１Ａ−１１Ｃと、複数のＢＣＵ１１Ａ−１１Ｃで取得された状態情報に基づき蓄電システム１全体を制御するコントローラ（制御部）１００とが設けられている。ＢＣＵ１１Ａ−１１Ｃには、蓄電部１０Ａ−１０Ｃが正常な動作範囲を超えて動作しないように、蓄電部１０Ａ−１０Ｃに対する複数種類の電流制限値が設定されている。複数種類の電流制限値は、蓄電部１０Ａ−１０Ｃ毎に使用環境等に応じて変動する第１の電流制限値の他、蓄電部１０Ａ−１０Ｃに共通な第２の電流制限値を含んでいる。
【００１３】
ＢＣＵ１１Ａ−１１Ｃは、蓄電部１０Ａ−１０Ｃ毎の第１の電流制限値として、上限電圧から下限電圧の範囲で通電可能な最大充電電流及び最大放電電流を算出する。最大充電電流は、例えば、次式（１）によって算出される。なお、開回路電圧は蓄電部１０Ａ−１０Ｃの充電状態に応じた無負荷時の電圧（現在の電圧）であり、上限電圧は蓄電部１０Ａ−１０Ｃの許容電圧の上限値である。最大放電電流は、式（１）の分子を（開回路電圧−下限電圧）に変更することで算出され、下限電圧は蓄電部１０Ａ−１０Ｃの許容電圧の下限値である。
最大充電電流＝（上限電圧−開回路電圧）／内部抵抗…（１）
【００１４】
また、ＢＣＵ１１Ａ−１１Ｃには、蓄電部１０Ａ−１０Ｃに共通な第２の電流制限値として、蓄電部１０Ａ−１０Ｃの劣化やジュール発熱による過度の温度上昇を防止する目的で、蓄電部１０Ａ−１０Ｃに対する固定の電流制限値が設定されている。このように複数種類の電流制限値が存在する場合、全ての電流制限値を超えないように、蓄電部１０Ａ−１０Ｃのそれぞれに対して最小の電流制限値を基準に電流制限しなければならない。蓄電システム１では、各ＢＣＵ１１Ａ−１１Ｃからコントローラ１００に最小の電流制限値が通知されて、これら電流制限値に基づいてコントローラ１００によって電力変換装置１１０を通過するシステム全体の総電流が制限される。
【００１５】
このように、蓄電システム１では、蓄電部１０Ａ−１０Ｃの電流が個別に制限されるのではなく、電力変換装置１１０を介してシステム全体の総電流が制限されている。蓄電部１０Ａ−１０Ｃは並列に接続されているため、蓄電部１０Ａ−１０Ｃの内部抵抗に応じてシステム全体の総電流が分配される。このため、蓄電部１０Ａ−１０Ｃに対する電流制限値をＢＣＵ１１Ａ−１１Ｃに設定しただけでは、蓄電部１０Ａ−１０Ｃのいずれかに過電流が発生するおそれがある。蓄電部１０Ａ−１０Ｃに対する電流制限値だけではなく、システム全体の総電流が蓄電部１０Ａ−１０Ｃに分配される電流を考慮して、システム全体の総電流を適切に制限する必要がある。
【００１６】
ここで、本発明者らは、システム全体の電流制限値として最大電流を算出する際に、蓄電部１０Ａ−１０Ｃの内部抵抗によって決定される蓄電部１０間の電流分布情報、すなわち蓄電部１０Ａ−１０Ｃに分配される電流の電流比を用いて、蓄電部１０Ａ−１０Ｃにおける過電流の発生を防止可能な算出方法に想到した。以下、蓄電部１０Ａ−１０Ｃに対する電流制限値と、蓄電部１０Ａ−１０Ｃの間の電流比とを用いて、蓄電部１０Ａ−１０Ｃの過電流を抑えつつ、電流制限値の安全マージンを最小限に抑えたシステム全体の電流制限値の算出方法について説明する。
【００１７】
図２は、第１の実施形態に係る蓄電システムのコントローラのブロック図である。図３は、第１の実施形態に係る蓄電システムの充電中の電流分布の状態を示す図である。図４は、比較例１に係る蓄電システムの充電中の電流分布の状態を示す図である。図５は、比較例２に係る蓄電システムの充電中の電流分布の状態を示す図である。また、以下の説明ではシステム全体の最大充電電流の電流制限値を算出する構成について説明するが、システム全体の最大放電電流の電流制限値を算出する場合も同様である。また、図３では、図２の符号を適宜使用して説明する。
【００１８】
図２に示すように、コントローラ１００には、蓄電部１０Ａ−１０Ｃ（図１参照）に対する電流制限値を取得する制限値取得部１０１と、蓄電部１０Ａ−１０Ｃに分配される電流の電流比を取得する電流比取得部１０２とが設けられている。制限値取得部１０１は、蓄電部１０Ａ−１０Ｃに対する複数種類の電流制限値のうち最小の電流制限値を各ＢＣＵ１１Ａ−１１Ｃから取得する。この場合、第１の電流制限値と第２の電流制限値のうち低い電流制限値がＢＣＵ１１Ａ−１１Ｃのそれぞれから制限値取得部１０１に通知され、制限値取得部１０１によってＢＣＵ１１Ａ−１１Ｃに対する最小の電流制限値が取得される。
【００１９】
電流比取得部１０２は、ＢＣＵ１１Ａ−１１Ｃのそれぞれから蓄電部１０Ａ−１０Ｃの内部抵抗が通知され、内部抵抗の逆数に基づいて算出した蓄電部１０Ａ−１０Ｃの間の電流比を取得する。この電流比は、蓄電部１０Ａ−１０Ｃの間で分配される総充電電流の電流分布情報である。この場合、ＢＣＵ１１Ａ−１１Ｃから電流比取得部１０２に内部抵抗を算出するための蓄電部１０Ａ−１０Ｃの劣化度や温度情報が通知されてもよい。また、電流比は、蓄電部１０Ａ−１０Ｃの劣化度の逆数によって算出されてもよい。さらに、電流比は、上記式（１）によって蓄電部１０Ａ−１０Ｃに通電可能な電流値として算出された値の比を用いてもよい。
【００２０】
また、コントローラ１００には、蓄電部１０の電流制限値を補正する制限値補正部１０３と、補正後の電流制限値を加算する制限値加算部１０４と、電力変換装置１１０に電流指令値を出力する指令値出力部１０５とが設けられている。制限値補正部１０３は、蓄電部１０Ａ−１０Ｃに対する電流制限値を超えないように、電流比に合わせて当該電流制限値を補正する。この場合、制限値補正部１０３は、蓄電部１０Ａ−１０Ｃに対する電流制限値のうち最大の電流制限値を維持しつつ、他の電流制限値を蓄電部１０Ａ−１０Ｃの電流比に合わせて低下させるように補正する。制限値加算部１０４は、蓄電部１０Ａ−１０Ｃに対する補正後の電流制限値を加算してシステム全体の電流制限値を算出する。
【００２１】
指令値出力部１０５は、システム全体の電流制限値を上限として電力変換装置１１０に電流指令値を出力する。この場合、システム全体の電流制限値を超えない範囲で、指令値出力部１０５から電力変換装置１１０に電流指令値が出力されることで、電力変換装置１１０を介してシステム全体の総電流が制限される。よって、電力変換装置１１０からシステム全体の電流制限値に等しい最大充電電流が流れても、電流比に応じて最大充電電流が蓄電部１０Ａ−１０Ｃに分配されて、蓄電部１０Ａ−１０Ｃに流れる電流は補正後の電流制限値に等しくなる。蓄電部１０Ａ−１０Ｃには補正後の電流制限値以下の電流しか流れないため、蓄電部１０Ａ−１０Ｃに過電流が発生することがない。
【００２２】
なお、コントローラ１００は、プロセッサを用いてソフトウェアで実現されてもよいし、集積回路等に形成された論理回路（ハードウェア）で実現されてもよい。プロセッサを用いる場合には、プロセッサがメモリに格納されているプログラムを読み出して実行することで各種処理が実施される。プロセッサとしては、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）等が使用される。また、メモリは、用途に応じてＲＯＭ(Read  Only  Memory)、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＮＶＲＡＭ（Non  Volatile  RAM）等の一つ又は複数の記録媒体によって構成されている。
【００２３】
以下、図３を参照して、コントローラ１００の処理について数値を用いて詳細に説明する。ここでは、蓄電部１０Ａ−１０Ｃの劣化状態や温度等のバラツキによって、第１の電流制限値である蓄電部１０Ａ−１０Ｃの最大充電電流が５：４：３となる場合について説明する。基準の電流量をＩ０とすると、蓄電部１０Ａ−１０Ｃの最大充電電流（第１の電流制限値）は、それぞれ５Ｉ０、４Ｉ０、３Ｉ０によって表される。一方で、蓄電部１０Ａ−１０Ｃに対する固定の電流制限値（第２の電流制限値）が４．５Ｉ０であった場合、蓄電部１０Ａ−１０Ｃの最小の電流制限値はそれぞれ４．５Ｉ０、４．０Ｉ０、３．０Ｉ０となる。ＢＣＵ１１Ａ−１１Ｃから制限値取得部１０１に蓄電部１０Ａ−１０Ｃのそれぞれの最小の電流制限値が通知される。
【００２４】
また、ＢＣＵ１１Ａ−１１Ｃから電流比取得部１０２に蓄電部１０Ａ−１０Ｃの内部抵抗が通知される。蓄電部１０Ａ−１０Ｃの内部抵抗は１／５：１／４：１／３であるため、電流比取得部１０２によって内部抵抗の比率から蓄電部１０Ａ−１０Ｃの間の電流比が５：４：３と求められる。制限値補正部１０３は、蓄電部１０Ａ−１０Ｃの間の電流比を用いて、蓄電部１０Ａ−１０Ｃに対する電流制限値を補正する。このとき、蓄電部１０Ａ−１０Ｃの電流制限値４．５Ｉ０、４．０Ｉ０、３．０Ｉ０を超えることなく、かつ蓄電部１０Ａ−１０Ｃの間の電流比５：４：３となるように、蓄電部１０Ａ−１０Ｃの電流制限値が補正される。
【００２５】
補正計算例１は、蓄電部１０Ａ−１０Ｃの中で電流制限値が最も大きな蓄電部１０Ａの電流制限値４．５Ｉ０を基準とし、電流比５：４：３を用いて他の蓄電部１０Ｂ、１０Ｃの電流制限値を補正した一例である。補正計算例１によって、蓄電部１０Ａ−１０Ｃの補正後の電流制限値が４．５Ｉ０、３．６Ｉ０、２．７Ｉ０と算出される。
（補正計算例１）
蓄電部１０Ａの補正後の電流制限値:４．５Ｉ０×５／５＝４．５Ｉ０(変更なし)
蓄電部１０Ｂの補正後の電流制限値:４．５Ｉ０×４／５＝３．６Ｉ０
蓄電部１０Ｃの補正後の電流制限値:４．５Ｉ０×３／５＝２．７Ｉ０
【００２６】
補正計算例２は、蓄電部１０Ａ−１０Ｃの中で固定の電流制限が生じた蓄電部１０Ａの最大充電電流に対する固定の電流制限値の比率４．５／５を、各蓄電部１０Ａ−１０Ｃの最大充電電流に乗じることで補正した一例である。補正計算例２においても補正計算例１と同様な結果が得られる。
(補正計算例２)
蓄電部１０Ａの補正後の電流制限値:５Ｉ０×４．５／５＝４．５Ｉ０(変更なし)
蓄電部１０Ｂの補正後の電流制限値:４Ｉ０×４．５／５＝３．６Ｉ０
蓄電部１０Ｃの補正後の電流制限値:３Ｉ０×４．５／５＝２．７Ｉ０
なお、蓄電部１０Ａ−１０Ｃの中で複数の蓄電部に固定の電流制限が生じた場合には、最大充電電流に対する固定の電流制限の比率を蓄電部１０Ａ−１０Ｃ毎に算出し、最も値が小さい比率を用いて電流制限値を補正する。固定の電流制限値が３．５Ｉ０であった場合、蓄電部１０Ａ−１０Ｃの最大充電電流に対する固定の電流制限の比率はそれぞれ３．５／５、３．５／４、３．５／３となり、蓄電部１０Ａに対する３．５／５が最小となる。以上で述べたように補正計算は複数の手法が存在するが、補正計算例２の手法は複数の蓄電部に固定の電流制限が生じた場合にも適用可能であり好ましい。
【００２７】
制限値加算部１０４は、補正後の電流制限値の４．５Ｉ０、３．６Ｉ０、２．７Ｉ０を加算して１０．８Ｉ０をシステム全体の電流制限値として算出する。指令値出力部１０５からの電流指令値に基づき電力変換装置１１０が１０．８Ｉ０の電流を通電した場合、蓄電部１０Ａ−１０Ｃはそれぞれ４．５Ｉ０、３．６Ｉ０、２．７Ｉ０の電流を通電する。このため、ＢＣＵ１１Ａ−１１Ｃに設定した蓄電部１０Ａ−１０Ｃの最小の制限値である４．５Ｉ０、４．０Ｉ０、３．０Ｉ０を超えることなく、蓄電部１０Ａ−１０Ｃの過電流の発生が防止される。また、蓄電部１０Ａの補正後の電流制限値と補正前の電流制限値が等しい。このため、蓄電部１０Ａ−１０Ｃの電流制限値の安全マージンが最小限に抑えられている。なお、本実施例では、第２の電流制限値として各蓄電部で共通かつ固定の値を用いたが、例えば温度に依存しても良く、各蓄電部の温度が異なる場合に蓄電部毎に異なる値となっても良い。このような場合であっても、補正計算例２で示したように、蓄電部の最大充電電流に対する第２の電流制限値の比率をそれぞれの蓄電部に対して算出し補正計算例２に従い補正することで本発明の効果が得られる。
【００２８】
（比較例１）
図４を参照して、比較例１の蓄電システム３０１のコントローラ３０２の処理について数値を用いて詳細に説明する。コントローラ３０２は、ＢＣＵ３０４Ａ−３０４Ｃから通知された電流制限値を単純に加算してシステム全体の電流制限値を算出している。システム全体の電流制限値は、ＢＣＵ３０４Ａ−３０４Ｃの電流制限値４．５Ｉ０、４．０Ｉ０、３．０Ｉ０を単純加算した１１．５Ｉ０となる。電力変換装置３０５が１１．５Ｉ０の充電電流を通電した場合、システム全体の総電流は蓄電部３０３Ａ−３０３Ｃの電流比に応じて分配されるため、蓄電部３０３Ａ−３０３Ｃの電流がそれぞれ４．７９Ｉ０、３．８３Ｉ０、２．８８Ｉ０となる。このため、蓄電部３０３Ａに流れる電流４．７９Ｉ０が電流制限値４．５Ｉ０を超過する。
【００２９】
（比較例２）
図５を参照して、比較例２の蓄電システム４０１のコントローラ４０２の処理について数値を用いて詳細に説明する。コントローラ４０２は、電流制限値の安全マージンを確保するために、ＢＣＵ４０４Ａ−４０４Ｃから通知された各電流制限値のうちの最小値にＢＣＵの台数を乗じて、システム全体の電流制限値を算出している。ＢＣＵ４０４Ａ−４０４Ｃの電流制限値４．５Ｉ０、４．０Ｉ０、３．０Ｉ０のうちの最小の電流制限値は３．０Ｉ０であり、ＢＣＵ１１の台数は３台であるため、システム全体の電流制限値は９．０Ｉ０となる。電力変換装置４０５が９．０Ｉ０の電流を通電した場合、システム全体の総電流は蓄電部４０３Ａ−４０３Ｃの電流比に応じて分配されるため、蓄電部４０３Ａ−４０３Ｃの電流がそれぞれ３．７５Ｉ０、３．００Ｉ０、２．２５Ｉ０となる。全ての蓄電部４０３Ａ−４０３Ｃにおいて電流の超過は発生しないが、蓄電部４０３Ａ−４０３Ｃの電流が電流制限値４．５Ｉ０、４．０Ｉ０、３．０Ｉ０を大きく下回り、蓄電部４０３Ａ−４０３Ｃの性能が発揮できていない。
【００３０】
以上のように、第１の実施形態の蓄電システム１では、システム全体の総電流が蓄電部１０Ａ−１０Ｃの間の電流比に合わせて補正した電流制限値の合計値に制限される。システム全体の最大充電電流が流れた場合には、システム全体の最大充電電流が電流比に応じて蓄電部１０Ａ−１０Ｃに分配されるが、蓄電部１０Ａ−１０Ｃには補正後の電流制限値以下の電流しか流れないため、一部の蓄電部に過電流が生じることが防止される。このとき、補正後の電流制限値の安全マージンを小さく抑えることで、過剰な電流制限を抑えて蓄電部１０Ａ−１０Ｃの性能を十分に発揮させることができる。
【００３１】
[第２の実施形態]
第２の実施形態に係る蓄電システムについて説明する。第２の実施形態に係る蓄電システムは、各ＢＣＵによって算出した第１の電流制限値を電流比として流用する点でのみ第１の実施形態と相違している。したがって、第１の実施形態と同様な構成については説明を省略する。
【００３２】
上記したように、ＢＣＵ１１Ａ−１１Ｃ（図３参照）によって第１の電流制限値として蓄電部１０Ａ−１０Ｃ（図３参照）に通電可能な最大充電電流が算出されている。この蓄電部１０Ａ−１０Ｃの最大充電電流は、蓄電部１０Ａ−１０Ｃの充放電性能を示す指標である。したがって、電流比取得部１０２（図２参照）は、内部抵抗に基づいて蓄電部１０Ａ−１０Ｃの間の電流比を算出する代わりに、ＢＣＵ１１から取得した蓄電部１０Ａ−１０Ｃの最大充電電流を蓄電部１０Ａ−１０Ｃの間の電流比として流用できる。本実施形態によれば、ＢＣＵ１１によって既に算出済みの情報を流用するため、電流比取得部１０２による算出処理の処理負荷を軽減することができる。
【００３３】
[第３の実施形態]
第３の実施形態に係る蓄電システムについて説明する。第３の実施形態の蓄電システムは、蓄電部に流れた電流値の実績を用いて電流比を算出する点でのみ第１の実施形態と相違している。したがって、第１の実施形態と同様な構成については説明を省略する。
【００３４】
システム全体に流れる電流は、蓄電部１０Ａ−１０Ｃ（図３参照）の内部抵抗に応じて分配される。したがって、電流比取得部１０２（図２参照）は、蓄電部１０Ａ−１０Ｃに流れた電流値の実績から蓄電部１０Ａ−１０Ｃの間の電流比を算出することができる。例えば、電流比取得部１０２は、電流センサ１２Ａ−１２Ｃ（図３参照）に測定された過去の一定期間の電流値をセンサ毎に平均処理して蓄電部１０Ａ−１０Ｃの間の電流比を算出する。本実施形態によれば、内部抵抗を算出するための劣化度の算出や電池の温度測定等が不要となり、劣化度の算出や温度測定による誤差の影響を回避することができる。
【００３５】
[第４の実施形態]
上記した蓄電システムは、複数の蓄電部に性能のバラツキが生じ易い建設機械等の大型の作業機械に特に有効である。一般に、作業機械を駆動するためには多くの蓄電部が必要となり、作業機械に対して蓄電部の設置スペースを十分に確保することが難しい。限られた設置スペースを有効利用するために、複数の蓄電部の縦積みや分散設置が考えられるが、設置箇所の温度差によって蓄電部毎の劣化の進行度が変化して複数の蓄電部の間で性能にバラツキが生じる場合がある。また、一部の蓄電部の交換によって、新しい蓄電部と古い蓄電部が混在して複数の蓄電部の間で性能にバラツキが生じる場合がある。このような作業機械に蓄電システムを実装することで、各蓄電部の過電流を抑えつつ、蓄電部の性能を十分に発揮させることができる。
【００３６】
以下、図６及び図７を参照して、第４の実施形態に係る蓄電システムを実装した作業機械について説明する。図６は、蓄電システムを実装した作業機械の側面図である。図７は、蓄電システムを実装した作業機械のブロック図である。なお、第４の実施形態では、作業機械としてリチウムイオン電池を搭載したハイブリッドショベルを例に挙げて説明するが、これに限定されない。作業機械は、ハイブリッドホイールローダ、ハイブリッドダンプトラック等、電動機とエンジンによって駆動される油圧ポンプを動力源としたハイブリッド建設機械に限らず、電動機によって駆動される油圧ポンプを動力源とした電動建設機械でもよい。また、図６では、キャビンが設けられた側を前方とし、その逆側を後方とする。
【００３７】
図６に示すように、ハイブリッドショベル２０１は、油圧負荷として、クローラ式の走行体２１２と、走行体２１２上に旋回可能に設けられた旋回体２１３と、旋回体２１３に取り付けられた多関節式のフロント作業機２１４とを備えている。走行体２１２は、前後の車輪にクローラを架け渡して形成され、不整地での機体の移動を可能にしている。旋回体２１３の前部左側にはキャビン２１５が形成され、旋回体２１３の前部右側には上下方向に回動して掘削等の作業を行うフロント作業機２１４が設けられている。旋回体２１３の後部には機体の重量のバランスを保つカウンタウェイト２１６が設けられている。
【００３８】
キャビン２１５とカウンタウェイト２１６の間には原動機室２１７が形成されている。原動機室２１７には、後述するエンジン２２１（図７参照）等の他、複数の蓄電部１０が縦積みされている。上記したように、複数の蓄電部１０が縦積みされると、地面に近い下側の蓄電部１０と地面から離れた上側の蓄電部１０に温度差が生じて、劣化の進行度の違いから複数の蓄電部１０の間で性能にバラツキが生じ易い。このため、ハイブリッドショベル２０１には、性能のバラツキが生じ易い複数の蓄電部１０に有効な蓄電システム１（図７参照）が実装されている。
【００３９】
図７に示すように、ハイブリッドショベル２０１（図６参照）には、エンジン２２１と、エンジン２２１の燃料を貯蔵する燃料タンク（不図示）と、エンジン２２１の燃料噴射量を調整するガバナ（不図示）と、エンジン２２１に設けられたターボチャージャ式の過給機（不図示）と、エンジン２２１の動作を制御するエンジンコントローラ（エンジンコントロールユニット：ＥＣＵ）２２２とが搭載されている。エンジン２２１には、エンジン２２１の駆動力によって動作するエアコン等の補機負荷２２３と、エンジン２２１の動力のアシスト及び発電を行う電動発電機（モータジェネレータ：Ｍ／Ｇ）２２４とが接続されている。
【００４０】
電動発電機２２４には、インバータ（電力変換装置）２２５を介して電動発電機２２４との間で電力の授受を行う蓄電システム１が接続されている。インバータ２２５は、直流電力を交流電力に変換し、交流電力を直流電力に変換して、電動発電機２２４の動作を制御するものである。蓄電システム１は、例えば、リチウムイオン電池を用いた蓄電部１０と、蓄電部１０に流れる電流を測定する電流センサ１２と、電圧、温度、電流等を測定して管理するＢＣＵ１１とを有している。また、蓄電システム１の制御は、後述するハイブリッドコントローラ（ハイブリッドコントロールユニット：ＨＣＵ）２２９の一部の機能を利用している。
【００４１】
エンジン２２１及び電動発電機２２４には、エンジン２２１及び電動発電機２２４の駆動力によって圧油を吐出する可変容量型油圧ポンプ（以下、油圧ポンプと呼ぶ）２２７が直列に接続されている。また、エンジン２２１には、エンジン２２１の駆動力によってパイロット圧油を生成するパイロットポンプ（不図示）が接続されている。電動発電機２２４は、力行時に蓄電システム１の電力を利用してエンジン２２１の動力をアシストして、エンジン２２１に接続された補機負荷２２３および油圧ポンプ２２７を駆動する。電動発電機２２４は、回生時の発電によって蓄電システム１を充電する。
【００４２】
油圧ポンプ２２７には、圧油の流量および供給先を制御するオイルコントロールバルブ２２０を介して走行体２１２、旋回体２１３、フロント作業機２１４等の油圧負荷が接続されている。また、ハイブリッドショベル２０１には、機体全体の動作を制御する制御装置としてハイブリッドコントローラ２２９が設けられている。ハイブリッドコントローラ２２９には、エンジンコントローラ２２２、インバータ２２５、ＢＣＵ１１、オイルコントロールバルブ２２０が接続されている。さらに、ハイブリッドコントローラ２２９には、機体の状態を報知する報知機器として通信端末２３０及びモニタ２３１が接続されている。
【００４３】
このようなハイブリッドショベル２０１では、各ＢＣＵ１１からハイブリッドコントローラ２２９に各蓄電部１０に対する電流制限値や各蓄電部１０の内部抵抗等が通知される。ハイブリッドコントローラ２２９は、各蓄電部１０の内部抵抗等から各蓄電部１０の間の電流比を算出し、電流比に合わせて各蓄電部１０に対する電流制限値を補正する。そして、ハイブリッドコントローラ２２９は、補正後の電流制限値の合計値をシステム全体の電流制限値とし、この電流制限値を超えない範囲でインバータ２２５に対して電流指令値を出力する。これにより、縦積みされた複数の蓄電部１０の過電流が抑えられている。
【００４４】
なお、ハイブリッドショベル２０１に実装される蓄電システム１は、オペレータ及び工事等の事情によって機体毎に充放電方法や稼働率が大きく異なる。また、蓄電システム１の部品点数が多くなる傾向があり、メンテナンスの頻度や期間が長くなる場合がある。さらに、ハイブリッドショベル２０１は過酷な外部環境下で用いられ、蓄電部１０の劣化バラツキが大きくなる場合がある。
【００４５】
このような事情を踏まえて、第４の実施形態においては、システム全体の最大電流が所定の閾値以下に低下した場合には、システム全体の最大電流の低下をオペレータやメンテナンス員に通知してもよい。この通知は、ハイブリッドショベル２０１のモニタ２３１への表示によって実施されてもよいし、通信端末２３０による電子メールの送信等によって実施されてもよい。これにより、オペレータ及びメンテナンス員に対して蓄電システムの交換等の対処を促して、システム全体の最大電流の低下に起因した機体の操作性等の悪化を防止することができる。
【００４６】
なお、上記各実施形態では、コントローラ１００が電力変換装置１１０に電流指令値を出力して、電力変換装置１１０を制御する構成にしたが、この構成に限定されない。コントローラ１００は、電力変換装置１１０の制御において、電力指令値が必要な場合には、電流にシステムの電圧を乗じた電力指令値に変換して電力変換装置１１０に出力してもよい。
【００４７】
また、上記各実施形態では、コントローラ１００が電力変換装置１１０に電流指令値を出力して、電力変換装置１１０を介してシステム全体の総電流を蓄電部１０Ａ−１０Ｃに分配する構成にしたが、この構成に限定されない。コントローラ１００は、電力変換装置１１０以外の構成を利用してシステム全体の総電流を制御して、システム全体の総電流を蓄電部１０Ａ−１０Ｃに分配してもよい。
【００４８】
また、上記各実施形態では、コントローラ１００がＢＣＵ１１Ａ−１１Ｃから取得した情報に基づいてシステム全体の電流制限値を算出する構成にしたが、この構成に限定されない。ＢＣＵ１１Ａ−１１Ｃのいずれかにコントローラ１００の機能が設けられて、ＢＣＵ１１Ａ−１１Ｃのいずれかがシステム全体の電流制限値を算出する構成にしてもよい。
【００４９】
また、上記各実施形態では、制限値取得部１０１が、蓄電部１０Ａ−１０Ｃに対する複数種類の電流制限値から最小の電流制限値を取得する構成にしたが、この構成に限定されない。制限値取得部１０１が、蓄電部１０Ａ−１０Ｃに対する１種類の電流制限値から電流制限値を取得する構成にしてもよい。
【００５０】
以上の通り、本実施形態に記載の蓄電システム（１）は、並列に接続された複数の蓄電部（１０Ａ−１０Ｃ）と、システム全体の総電流を制御する制御部（コントローラ１００）とを有し、システム全体の総電流が各蓄電部（１０Ａ−１０Ｃ）に対して分配される蓄電システム（１）であって、制御部（コントローラ１００）は、各蓄電部（１０Ａ−１０Ｃ）に対する電流制限値を取得する制限値取得部（１０１）と、各蓄電部（１０Ａ−１０Ｃ）に分配される電流の電流比を取得する電流比取得部（１０２）と、各蓄電部（１０Ａ−１０Ｃ）に対する電流制限値を超えないように、電流比に合わせて当該電流制限値を補正する制限値補正部（１０３）と、各蓄電部（１０Ａ−１０Ｃ）に対する補正後の電流制限値を加算してシステム全体の電流制限値を算出する制限値加算部（１０４）とを備えている。
【００５１】
この構成によれば、システム全体の総電流が各蓄電部（１０Ａ−１０Ｃ）の間の電流比に合わせて補正した電流制限値の合計値に制限される。システム全体の最大電流が流れた場合には、システム全体の最大電流が各蓄電部（１０Ａ−１０Ｃ）の間の電流比に応じて各蓄電部（１０Ａ−１０Ｃ）に分配されるが、各蓄電部（１０Ａ−１０Ｃ）には補正後の電流制限値以下の電流しか流れないため、一部の蓄電部に過電流が生じることが防止される。このとき、補正後の電流制限値の安全マージンを小さく抑えることで、過剰な電流制限を抑えて各蓄電部の性能を十分に発揮させることができる。
【００５２】
本実施形態に記載の蓄電システム（１）において、各蓄電部（１０Ａ−１０Ｃ）に接続された電力変換装置（１１０）に対して制御部（コントローラ１００）から指令値が出力され、電力変換装置（１１０）を介してシステム全体の総電流が各蓄電部（１０Ａ−１０Ｃ）に対して分配されており、制御部（コントローラ１００）は、システム全体の電流制限値を上限として電力変換装置（１１０）に指令値を出力する指令値出力部（１０５）とを備えている。この構成によれば、電力変換装置（１１０）によってシステム全体の総電流を制限することができる。
【００５３】
本実施形態に記載の蓄電システム（１）において、制限値取得部（１０１）は、各蓄電部（１０Ａ−１０Ｃ）に対する複数種類の電流制限値から最小の電流制限値を取得する。この構成によれば、各蓄電部（１０Ａ−１０Ｃ）において複数種類の電流制限値を満たす電流を流すことができる。
【００５４】
本実施形態に記載の蓄電システム（１）において、複数種類の電流制限値には、各蓄電部（１０Ａ−１０Ｃ）に通電可能な最大電流が含まれる。この構成によれば、各蓄電部（１０Ａ−１０Ｃ）の通電可能な最大の電流値を超えて、各蓄電部（１０Ａ−１０Ｃ）に電流が流れることが防止される。
【００５５】
本実施形態に記載の蓄電システム（１）において、電流比取得部（１０２）は、複数種類の電流制限値から各蓄電部（１０Ａ−１０Ｃ）に通電可能な最大電流の電流比を取得する。この構成によれば、電流制限値を流用して各蓄電部（１０Ａ−１０Ｃ）に通電可能な電流値を取得できる。よって、電流比取得部（１０２）による算出処理の処理負荷を軽減することができる。
【００５６】
本実施形態に記載の蓄電システム（１）において、電流比取得部（１０２）は、各蓄電部（１０Ａ−１０Ｃ）の内部抵抗から算出した電流比を取得する。この構成によれば、既存の算出方法を用いて蓄電部（１０Ａ−１０Ｃ）の内部抵抗から電流値を算出することができる。
【００５７】
本実施形態に記載の蓄電システム（１）において、電流比取得部（１０２）は、各蓄電部（１０Ａ−１０Ｃ）に流れた電流値の実績から算出した電流比を取得する。この構成によれば、各蓄電部（１０Ａ−１０Ｃ）に流れた電流の実績を用いて電流値を取得することができる。複雑な算出が不要になるため、算出負荷を軽減できると共に算出時に生じる誤差の影響を回避できる。
【００５８】
本実施形態に記載の蓄電システム（１）において、制限値補正部（１０３）は、各蓄電部（１０Ａ−１０Ｃ）に対する電流制限値のうち最大の電流制限値を維持しつつ、他の電流制限値を電流比に合わせて低下させるように補正する。この構成によれば、システム全体の電流制限値の安全マージンを最小限に抑えることができ、各蓄電部（１０Ａ−１０Ｃ）の性能を十分に発揮させることができる。
【００５９】
本実施形態に記載の作業機械（ハイブリッドショベル２０１）は、上記の蓄電システム（１）と、蓄電システム（１）に接続された電力変換装置（１１０）と、電力変換装置（１１０）によって制御される電動機（電動発電機２２４）と、電動機（電動発電機２２４）によって駆動される油圧ポンプ（２２７）と、油圧ポンプ（２２７）からの圧油によって駆動される油圧負荷（２１２、２１３、２１４）とを備えている。この構成によれば、蓄電部（１０）の性能にバラツキが生じやすい作業機械（ハイブリッドショベル２０１）において、各蓄電部（１０）の過電流を抑えつつ、各蓄電部（１０）の性能を十分に発揮させることができる。
【００６０】
本実施形態に記載の作業機械（ハイブリッドショベル２０１）において、電動機（電動発電機２２４）が設置された原動機室（２１７）に複数の蓄電部（１０）が縦積みされている。この構成によれば、複数の蓄電部（１０）を縦積みすることで原動機室（２１７）の設置スペースを有効利用することができる。このとき、上方の蓄電部（１０）と下方の蓄電部（１０）との温度差に起因して、蓄電部（１０）の性能にバラツキが生じても、各蓄電部（１０）の過電流を抑えつつ、蓄電部（１０）の性能を十分に発揮させることができる。
【００６１】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１  蓄電システム
１０Ａ−１０Ｃ  蓄電部（蓄電デバイス）
１００  コントローラ（制御部）
１０１  制限値取得部
１０２  電流比取得部
１０３  制限値補正部
１０４  制限値加算部
１０５  指令値出力部
１１０  電力変換装置
２０１  ハイブリッドショベル（作業機械）
２１２  走行体（油圧負荷）
２１３  旋回体（油圧負荷）
２１４  フロント作業機（油圧負荷）
２１７  原動機室
２２４  電動発電機（電動機）
２２７  油圧ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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