(57)【要約】  本発明の実施例に係るショベルは、発電機が発電した電気を充電するセル（１９−ｎ）で構成されるキャパシタ（１９）と、セル（１９−ｎ）のそれぞれに接続される、バランス用スイッチ（１４６−ｎ）及び回路保護用スイッチ（１４７−ｎ）を含む均等化回路（１４１−ｎ）と、バランス用スイッチ（１４６−ｎ）の遮断・導通を切り換えるバランス制御信号、及び、回路保護用スイッチ（１４７−ｎ）を遮断する回路保護信号を出力する均等化制御部（１４２）とを有する。
2014057724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機が発電した電気を充電する複数の蓄電セルで構成される蓄電器と、
前記複数の蓄電セルのそれぞれに接続される均等化回路、前記均等化回路の異常の有無を判断する均等化回路異常判断部、及び、異常があると判断された均等化回路に接続される蓄電セルの電極間を遮断する遮断部を含む蓄電管理部と、
を有するショベル。
【請求項２】
前記蓄電管理部は、前記均等化回路が異常と判断されるまでは、前記均等化回路により前記蓄電セルの均等化を行う、
請求項１のショベル。
【請求項３】
前記均等化回路は、各蓄電セルに直列に接続されるバランス用スイッチ、回路保護用スイッチ、及び抵抗を含み、
前記蓄電管理部は、前記均等化回路を制御する均等化制御部を含み、
前記均等化制御部は、前記バランス用スイッチ及び前記回路保護用スイッチのそれぞれの導通・遮断を制御することにより各蓄電セルの均等化を行い、前記均等化回路に異常が生じた場合には、前記回路保護用スイッチを遮断する回路保護信号を出力する、
請求項１に記載のショベル。
【請求項４】
前記均等化制御部は、前記バランス用スイッチを遮断するバランス制御信号を出力した場合に、前記均等化回路の前記バランス用スイッチに異常があると判断されると、前記回路保護用スイッチを遮断する回路保護信号を出力する、
請求項３に記載のショベル。
【請求項５】
前記均等化制御部は、前記バランス用スイッチを遮断するバランス制御信号を出力した場合に、対応する前記蓄電セルの電極間電圧が所定時間で所定電圧以上減少したときに、対応する前記回路保護用スイッチを遮断する回路保護信号を出力する、
請求項３に記載のショベル。
【請求項６】
前記蓄電管理部は、前記蓄電器と昇降圧コンバータとの間を流れる電流が無い充放電停止状態を検出した上で、或いは、充放電停止状態を能動的に創出した上で、前記均等化回路の異常の有無を判断する、
請求項１に記載のショベル。
【請求項７】
発電機が発電した電気を充電する複数の蓄電セルで構成される蓄電器と、前記複数の蓄電セルのそれぞれに接続される、バランス用スイッチ及び回路保護用スイッチを含む均等化回路と、を有するショベルの制御方法であって、
前記バランス用スイッチの遮断・導通を切り換えるバランス制御信号を出力するステップと、
前記回路保護用スイッチを遮断する回路保護信号を出力するステップと、
を有する制御方法。
【請求項８】
前記バランス用スイッチを遮断するバランス制御信号が出力された場合に、対応する前記蓄電セルの電極間電圧が所定時間で所定電圧以上減少したときに、対応する前記回路保護用スイッチを遮断する回路保護信号が出力される、
請求項７の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機が発電した電気を充電する複数の蓄電セルで構成される蓄電器と、複数の蓄電セルのそれぞれに接続される均等化回路とを有するショベル、及び、ショベルの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直列接続された複数個の電気二重層コンデンサ（セル）と、セル毎に設けられたバランス回路（均等化回路）とを有するキャパシタが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２１３４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多数のセルを有するキャパシタにおいて、セルが劣化するとセル毎の静電容量にバラツキが生じる。セル毎の静電容量にバラツキが生じているままキャパシタの充放電を繰り返していると、劣化の度合いが大きいセルに対する負荷がさらに増大する。そのため、バラツキはさらに大きくなり、劣化の度合いが大きいセルの静電容量はさらに減少する。その結果、複数のセルの静電容量の総和であるキャパシタ全体の静電容量（すなわち、蓄電量）が減少し、内部抵抗が増大するといった問題が発生する。【０００５】
これに対し、特許文献１に記載されるような均等化回路は、ある時点において電極間電圧が所定値以上のセルに対して均等化を行う。すなわち、所定値以上の電極間電圧を有するセルを強制的に放電させ、その電極間電圧が所定値となるようにして複数のセルの電極間電圧を均等化する。【０００６】
しかしながら、均等化回路が短絡した場合、その均等化回路に対応するセルが過放電状態となり、キャパシタに悪影響を及ぼすおそれがある。【０００７】
そのため、均等化回路に異常が生じた場合にもその均等化回路に対応するセルが過放電状態となるのを防止することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施例に係るショベルは、発電機が発電した電気を充電する複数の蓄電セルで構成される蓄電器と、前記複数の蓄電セルのそれぞれに接続される、バランス用スイッチ及び回路保護用スイッチを含む均等化回路と、前記バランス用スイッチの遮断・導通を切り換えるバランス制御信号、及び、前記回路保護用スイッチを遮断する回路保護信号を出力する均等化制御部と、を有する。【０００９】
また、本発明の実施例に係るショベルの制御方法は、発電機が発電した電気を充電する複数の蓄電セルで構成される蓄電器と、前記複数の蓄電セルのそれぞれに接続される、バランス用スイッチ及び回路保護用スイッチを含む均等化回路と、を有するショベルの制御方法であって、前記バランス用スイッチの遮断・導通を切り換えるバランス制御信号を出力するステップと、前記回路保護用スイッチを遮断する回路保護信号を出力するステップと、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
上述の手段により、均等化回路に異常が生じた場合にもその均等化回路に対応するセルが過放電状態となるのを防止するショベル及びショベルの制御方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ハイブリッド型ショベルの側面図である。
【図２】一実施形態によるハイブリッド型ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。
【図３】蓄電装置の回路図である。
【図４】キャパシタの構成を示す概略図である。
【図５】回路保護処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】セル電圧の推移を示す図である。
【図７】キャパシタの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
図１に示すように、ハイブリッド型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。
【００１５】
図２は、ハイブリッド型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。
【００１６】
機械式駆動部としてのエンジン１１と、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。また、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。
【００１７】
コントロールバルブ１７は、油圧系の制御を行う油圧制御装置である。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。
【００１８】
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は蓄電器としてリチウムイオンキャパシタ（Lithium Ion Capacitor（LIC））、電気二重層キャパシタ（Electric Double Layer Capacitor（EDLC））等のキャパシタ１９を含む。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１９を例として示したが、キャパシタ１９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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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が電動発電機１２の力行を運転制御している際には、必要な電力を蓄電装置１２０から電動発電機１２に供給する。また、電動発電機１２の回生を運転制御している際には、電動発電機１２により発電された電力を蓄電装置１２０のキャパシタ１９に蓄電する。
【００２２】
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する。また、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、蓄電装置１２０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する。
【００２３】
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に対して運転制御を行う。これにより、インバータが旋回用電動機２１の力行を運転制御している際には、必要な電力を蓄電装置１２０から旋回用電動機２１に供給する。また、旋回用電動機２１が回生運転をしている際には、旋回用電動機２１により発電された電力を蓄電装置１２０のキャパシタ１９に蓄電する。
【００２４】
なお、蓄電装置１２０のキャパシタ１９の充放電制御は、キャパシタ１９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。
【００２５】
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、駆動制御装置３２、電動旋回制御装置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。駆動制御装置３２、電動旋回制御装置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、実現される装置である。
【００２６】
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、駆動制御装置３２、電動旋回制御装置４０及び主制御部６０に入力される。
【００２７】
駆動制御装置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、キャパシタ１９の充放電制御を行うための制御装置である。駆動制御装置３２は、エンジン１１の負荷の状態とキャパシタ１９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。駆動制御装置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を介してキャパシタ１９の充放電制御を行う。
【００２８】
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。
【００２９】
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バス電圧値が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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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、インバータ１０５を接続するための出力端子１０６、及び、一対の出力端子１０６に並列に挿入される平滑用のコンデンサ１０７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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、ＤＣバス電圧を平滑化するための蓄電素子であり、出力端子１０６の正極端子と負極端子との間に挿入される。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。
【００３８】
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と昇降圧コンバータ１００との間に流れる電流の値を検出する検出手段であり、電流検出用の抵抗器を含む。例えば、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。一方、キャパシタ電流検出部１１６は、キャパシタの負極端子（Ｎ端子）側においてキャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００との間に流れる電流の値を検出する検出手段であり、電流検出用の抵抗器を含む。例えば、キャパシタ電流検出部１１６は、キャパシタ１９の負極端子に流れる電流値Ｉ２を検出する。
【００３９】
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電圧が印加される。そして、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。
【００４０】
ＤＣバス１１０を降圧する際には、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂのゲート端子にＰＷＭ電圧が印加される。そして、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂ、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。
【００４１】
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、１３０−２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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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、実際には、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、あるいは単にセルと称する。）１９−１〜１９−ｎ（ｎは２以上の整数）と蓄電管理部１４０とを含む。なお、図４では、電気駆動系を実線、制御系を破線でそれぞれ示す。
【００４５】
蓄電管理部１４０は、キャパシタ１９の蓄電を管理する装置であり、主に、均等化回路部１４１、均等化制御部１４２、及び電圧変換部１４３を含む。
【００４６】
また、蓄電管理部１４０は、各セルの静電容量を測定する静電容量測定機能と各セルの静電容量を均一化する均等化機能と各セルの過放電を防止する回路保護機能とを有する。また、本実施形態では、説明の便宜上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部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部が設けられてもよい。また、複数の蓄電管理部を制御する上位の蓄電管理部が設けられてもよい。
【００４７】
なお、以下では、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、ｎ番目のセルをセル１９−ｎと称することもある。均等化回路部１４１、並びに、均等化回路部１４１の構成要素である後述のバランス用スイッチ１４６、回路保護用スイッチ１４７、放電抵抗１４８、及び電圧測定部１４９等についても同様である。
【００４８】
均等化回路部１４１は、静電容量測定機能、均等化機能、及び回路保護機能を実現する電気回路である。本実施例では、均等化回路部１４１は、均等化制御部１４２によって直接的に制御されて静電容量測定機能及び均等化機能を実行し、電圧変換部１４３を介して間接的に制御されて回路保護機能を実行する。電圧変換部１４３を介した間接的な制御は、回路保護機能の独立性を高めるのに有効である。例えば、均等化制御部１４２の一部に問題が生じ、均等化機能が誤動作した場合であっても、回路保護機能を確実に動作させるのに有効である。
【００４９】
具体的には、均等化回路部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。また、均等化回路部１４１−ｍは、バランス用スイッチ１４６−ｍ、回路保護用スイッチ１４７−ｍ、及び放電抵抗１４８−ｍを有する。また、均等化回路部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、回路保護用スイッチ１４７−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。なお、バランス用スイッチ１４６−ｍ、回路保護用スイッチ１４７−ｍ、及び放電抵抗１４８−ｍは、直列接続であればどのような順番で接続されてもよい。また、均等化回路部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。
【００５０】
バランス用スイッチ１４６−ｎは、均等化のためのセル１９−ｎの放電を制御するスイッチであり、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。本実施例では、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、均等化制御部１４２からのバランス制御信号に応じてＯＮ（導通）状態とＯＦＦ（遮断）状態とが切り替わる。
【００５１】
回路保護用スイッチ１４７−ｎは、セル１９−ｎの過放電を防止するためのスイッチ（遮断部）であり、ＯＮ（導通）状態のときにセル１９−ｎの放電を可能にし、ＯＦＦ（遮断）状態のときにセル１９−ｎの放電を禁止する。本実施例では、回路保護用スイッチ１４７−ｎは、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）で構成され、電圧変換部１４３が回路保護用スイッチ１４７−ｎのゲートに対して印加する電圧に応じてＯＮ（導通）状態とＯＦＦ（遮断）状態とが切り替わる。
【００５２】
均等化制御部１４２は、静電容量測定機能、均等化機能、及び回路保護機能を制御する装置である。本実施例では、均等化制御部１４２は、均等化回路部１４１及び電圧変換部１４３を制御する。具体的には、均等化制御部１４２は、均等化回路部１４１−ｎに対して電圧検出指令を出力し、均等化回路部１４１−ｎから電圧検出値を取得する。また、均等化制御部１４２は、バランス用スイッチ１４６−ｎに対してバランス制御信号を出力し、バランス用スイッチ１４６−ｎのＯＮ（導通）状態とＯＦＦ（遮断）状態とを切り替える。また、均等化制御部１４２は、電圧変換部１４３に対して作動信号又は回路保護信号を出力し、電圧変換部１４３が回路保護用スイッチ１４７−ｎのゲートに対して印加する電圧を制御する。なお、本実施例では、均等化制御部１４２は、キャパシタ１９に由来する電圧で動作する。但し、均等化制御部１４２は、２４Ｖバッテリ等の外部バッテリに由来する電圧で動作してもよい。
【００５３】
電圧変換部１４３は、回路保護機能を制御する装置である。本実施例では、電圧変換部１４３は、回路保護用スイッチ１４７−ｎのゲートに対して印加する電圧を制御する。具体的には、電圧変換部１４３は、均等化制御部１４２から作動信号を受けると、電源１５０の電源電圧を、回路保護用スイッチ１４７−ｎをＯＮ（導通）状態にする電圧（以下、「ＯＮ電圧」とする。）に変換する。ゲートにＯＮ電圧が印加された回路保護用スイッチ１４７−ｎは、ＯＮ（導通）状態となる。一方、電圧変換部１４３は、均等化制御部１４２から回路保護信号を受けると、電源１５０の電源電圧を、回路保護用スイッチ１４７−ｎをＯＦＦ（遮断）状態にする電圧（以下、「ＯＦＦ電圧」とする。）に変換する。ゲートにＯＦＦ電圧が印加された回路保護用スイッチ１４７−ｎは、ＯＦＦ（遮断）状態となる。なお、電源１５０の電源電圧は、キャパシタ１９に由来する電圧であってもよく、２４Ｖバッテリ等の外部バッテリに由来する電圧であってもよい。また、電圧変換部１４３は、作動状態であれば、作動信号の受信の有無とは無関係に、電源１５０の電源電圧をＯＮ電圧に変換して回路保護用スイッチ１４７−ｎのゲートに印加してもよい。
【００５４】
以上のような構成の蓄電管理部１４０は、静電容量測定機能により、各セル１９−ｎの静電容量を個別に測定することができる。
【００５５】
静電容量測定機能を実現するために、均等化制御部１４２は、電圧測定部１４９−ｎが測定した各セル１９−ｎの電圧に基づいて静電容量を算出する静電容量算出部（図示せず。）を有する。
【００５６】
電圧測定部１４９−ｎは、電圧検出指令が与えられると、各セル１９−ｎの電極間電圧を検出し（以下、電極間電圧をセル電圧Ｖｎと称する）、検出した各セル１９−ｎのセル電圧Ｖｎを静電容量算出部に送る。
【００５７】
静電容量算出部は、電圧測定部１４９−ｎから送られてくる各セル１９−ｎのセル電圧Ｖｎの値に基づいて、各セル１９−ｎの静電容量Ｃｎを算出する。静電容量Ｃｎの算出は以下のようにして行なう。
【００５８】
まず、静電容量Ｃｎの算出を始めた時点における、静電容量算出対象のセル１９−ｎのセル電圧Ｖｎ０を検出する。そして、バランス用スイッチとしてのバランス用ＦＥＴ１４６−ｎのゲートにバランス制御信号を送ってバランス用ＦＥＴ１４６−ｎを閉じる（ＯＮ（導通）状態にする）ことにより、セル１９−ｎを短絡して放電させる。短絡路には放電抵抗１４８−ｎが設けられているので、セル１９−ｎの放電電流は微小電流である。したがって、放電によるセル１９−ｎのセル電圧Ｖｎは急激にではなく、徐々に降下する。所定の時間Ｔだけ放電させたら、その時点でのセル電圧Ｖｎ１を検出する。セル１９−ｎの静電容量Ｃｎは以下の式（１）により算出することができる。
【００５９】
Ｃｎ＝−Ｔ／（Ｒ１＋Ｒ２）×ｌｎ−１｛（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２×Ｖｎ１／Ｖｎ０｝  ・・・（１）
ここで、Ｒ１はセル１９−ｎの内部抵抗であり、Ｒ２は放電抵抗１４８−ｎの内部抵抗である。ただし、Ｒ１＜＜Ｒ２のため、Ｒ１を無視すると、以下の式（２）が導き出される。
【００６０】
Ｃｎ＝−Ｔ／Ｒ２×ｌｎ−１（Ｖｎ１／Ｖｎ０）  ・・・（２）
算出したセル１９−ｎの静電容量Ｃｎを、予め求められているセル１９−ｎの初期静電容量Ｃｎ０（セル１９−ｎが使用される前の静電容量）と比較することで、現在のセル１９−ｎがどの程度劣化しているかを判定することができる。
【００６１】
セルの劣化が進むと、静電容量が小さくなるとともに内部抵抗が大きくなる。静電容量や内部抵抗が各セル間でばらつくと、セル電圧もばらつきやすくなってしまう。したがって、同一の電流を通電させているにもかかわらず、各セル間において電圧の高低が生じてしまう。その結果、劣化しているセルがより一層劣化することになる。このため、セルの劣化のばらつきに応じて積極的に各セルの電圧を均等にすることが望ましい。
【００６２】
そこで、本実施形態では、蓄電管理部１４０は、均等化機能により、算出した各セル１９−ｎの現在の静電容量Ｃｎに基づいて各セル１９−ｎの劣化度を判定する。そして、蓄電管理部１４０は、劣化度に応じて必要なセルのみに均等化回路の機能を働かせて放電させることで、セル電圧の均等化を行なう。
【００６３】
また、蓄電管理部１４０は、回路保護機能により、各セル１９−ｎの過放電を防止する。ここで、図５及び図６を参照しながら、各セル１９−ｎの過放電を防止する回路保護処理について説明する。なお、図５は、回路保護処理の流れを示すフローチャートである。また、図６は、回路保護処理が実行されるときのセル電圧の推移を示す図であり、異常状態にあるバランス用ＦＥＴ１４６−１に関するセル電圧の推移を実線で示し、正常状態にあるバランス用ＦＥＴ１４６−２及びバランス用ＦＥＴ１４６−３に関するセル電圧の推移をそれぞれ一点鎖線及び二点鎖線で示す。
【００６４】
回路保護処理は、キャパシタ１９への電流の入出力が無い状態で、すなわち、キャパシタ１９の各セル１９−ｎに充放電電流が流れない状態で実行される。なお、回路保護処理は、キャパシタ１９への電流の入出力が無い状態であれば、ショベルの運転中に実行されてもよい。具体的には、蓄電管理部１４０は、キャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００との間を流れる電流が無い充放電停止状態を検出した上で、或いは、充放電停止状態を能動的に創出した上で、均等化回路部１４１−ｎの異常の有無を判断する。そして、蓄電管理部１４０は、均等化回路部１４１−ｎに異常があると判断した場合に、対応するセル１９−ｎの２つの電極の間を遮断して、その対応するセル１９−ｎの過放電を防止する。
【００６５】
まず、図５のステップＳ１において、全セル１９−ｎのバランス用ＦＥＴ１４６−ｎのゲートにバランス制御信号を送ってバランス用ＦＥＴ１４６−ｎをＯＦＦ（遮断）状態とする（図６の時刻ｔ０参照。）。
【００６６】
続いて、ステップＳ２において、全セル１９−ｎのセル電圧がチェックされる（図６の時刻ｔ１参照。）。続いて、ステップＳ３においてセル電圧のチェックが今回の回路保護処理における１回目のチェックであるか否かが判定される。セル電圧のチェックが２回目以降のチェックであれば、処理はステップＳ５に進む。回路保護処理開始時に記録されたセル電圧が上書きされないようにするためである。
【００６７】
ステップＳ３においてセル電圧の検出が今回の回路保護処理における１回目のチェックであると判定されると、処理はステップＳ４に進む。ステップＳ４では、全セル１９−ｎのセル電圧がセル電圧Ｖｎａ−ｎとして記録される。
【００６８】
次に、ステップＳ５において、バランス用ＦＥＴ１４６−ｎをＯＦＦ（遮断）状態としてからの経過時間ΔＴｄが所定時間Ｔｄ１以上であるか否かが判定される。経過時間ΔＴｄが所定時間Ｔｄ１未満であると判定されると、バランス用ＦＥＴ１４６−ｎの短絡又はＯＮ固定等の故障を検出できる条件にはなっていないとして、処理はステップＳ２に戻り、ステップＳ２以降の処理を再び実行する。
【００６９】
一方、ステップＳ５において経過時間ΔＴｄが所定時間Ｔｄ１以上であると判定されると、処理はステップＳ６に進む。ステップＳ６では、全セル１９−ｎのセル電圧がセル電圧Ｖｎｂ−ｎとして記録される（図６の時刻ｔ２参照。）。具体的には、直近のステップＳ２でチェックした全セル１９−ｎのセル電圧がセル電圧Ｖｎｂ−ｎとして記録される。
【００７０】
次に、ステップＳ７において、均等化回路異常判断部としての均等化制御部１４２により均等化回路部１４１−ｎの異常の有無が判断される。具体的には、回路保護処理開始時のセル電圧Ｖｎａ−ｎと回路保護処理開始後に所定時間Ｔｄ１が経過したときのセル電圧Ｖｎｂ−ｎとの差Ｖｄｉｆ−ｎが所定電圧Ｖａ以上であるか否かが判定される。セル電圧Ｖｎａ−ｎとセル電圧Ｖｎｂ−ｎとの差Ｖｄｉｆ−ｎが所定電圧Ｖａ以上ではない、すなわち所定電圧Ｖａ未満であると判定されると、バランス用ＦＥＴ１４６−ｎの短絡又はＯＮ固定等の故障が発生していない、すなわち、均等化回路部１４１−ｎに異常がないとして、今回の回路保護処理は終了する。図６の一点鎖線及び二点鎖線で示す、正常状態にあるバランス用ＦＥＴ１４６−２及びバランス用ＦＥＴ１４６−３に関するセル電圧の推移がこの場合に相当する。なお、バランス用ＦＥＴ１４６−２に関するセル電圧Ｖｎａ−２とセル電圧Ｖｎｂ−２との差Ｖｄｉｆ−２、及び、バランス用ＦＥＴ１４６−３に関するセル電圧Ｖｎａ−３とセル電圧Ｖｎｂ−３との差Ｖｄｉｆ−３は、所定電圧Ｖａよりも小さく、ほぼゼロである。
【００７１】
一方、セル電圧Ｖｎａ−ｎとセル電圧Ｖｎｂ−ｎとの差Ｖｄｉｆ−ｎが所定電圧Ｖａ以上であると判定されると、バランス用ＦＥＴ１４６−ｎの短絡又はＯＮ固定等の故障が発生した、すなわち、均等化回路部１４１−ｎに異常があるとして、処理はステップＳ８に進む。バランス用ＦＥＴ１４６−ｎがＯＦＦ（遮断）状態であるにもかかわらずセル電圧が低下したことから、セル１９−ｎで放電が行われたと判断できるためである。図６の実線で示す、異常状態にあるバランス用ＦＥＴ１４６−１に関するセル電圧の推移がこの場合に相当する。なお、バランス用ＦＥＴ１４６−１に関するセル電圧Ｖｎａ−１とセル電圧Ｖｎｂ−１との差Ｖｄｉｆ−１は、所定電圧Ｖａよりも大きい。
【００７２】
ステップＳ８では、電圧変換部１４３に対して回路保護信号が出力される。回路保護信号を受けた電圧変換部１４３は、短絡又はＯＮ固定等の故障を発生させたバランス用ＦＥＴ１４６−ｎに対応する回路保護用スイッチ１４７−ｎのゲートにＯＦＦ電圧を印加する。その結果、短絡又はＯＮ固定等の故障を発生させたバランス用ＦＥＴ１４６−ｎに対応する回路保護用スイッチ１４７−ｎはＯＦＦ（遮断）状態となり、短絡又はＯＮ固定等の故障を発生させたバランス用ＦＥＴ１４６−ｎに対応するセル１９−ｎの放電が禁止される（図６の時刻ｔ３参照。）。図６の実線で示す、異常状態にあるバランス用ＦＥＴ１４６−１に関するセル電圧の推移がこの場合に相当する。なお、バランス用ＦＥＴ１４６−１に関するセル電圧は、時刻ｔ３においてセル１９−１の放電が禁止された結果、その減少が止まる。
【００７３】
以上の構成により、蓄電管理部１４０は、短絡又はＯＮ固定等の故障を発生させたバランス用ＦＥＴ１４６−ｎに対応する回路保護用スイッチ１４７−ｎをＯＦＦ（遮断）状態とし、対応するセル１９−ｎの過放電を防止できる。
【００７４】
次に、図７を参照しながら、蓄電管理部の別の構成例１４０Ａについて説明する。なお、図７は、キャパシタ１９の構成を示す概略図であり、図４に対応する。そのため、共通の構成要素については同じ参照番号を付し、その説明を省略する。
【００７５】
蓄電管理部１４０Ａは、電圧変換部を省略した点で、図４の蓄電管理部１４０と相違する。具体的には、蓄電管理部１４０Ａの均等化制御部１４２は、電圧変換部を介して間接的に回路保護用スイッチ１４７−ｎのＯＮ（導通）状態とＯＦＦ（遮断）状態とを切り替えるのではなく、直接的に回路保護用スイッチ１４７−ｎの状態を切り替える。
【００７６】
より具体的には、均等化制御部１４２は、上述の回路保護処理において判定したようにバランス用スイッチ１４６−ｎの短絡又はＯＮ固定等の故障が発生したと判定すると、その故障を発生させたバランス用スイッチ１４６−ｎに対応する回路保護用スイッチ１４７−ｎに対して回路保護信号を出力する。
【００７７】
本実施例では、均等化制御部１４２は、回路保護用スイッチとしての回路保護用ＦＥＴ１４７−ｎのゲートに回路保護信号を送って回路保護用ＦＥＴ１４７−ｎをＯＦＦ（遮断）状態とする。なお、本実施例では、均等化回路部１４１−ｎが作動状態であれば、回路保護用ＦＥＴ１４７−ｎのゲートにはＯＮ電圧が印加され、回路保護用ＦＥＴ１４７−ｎはＯＮ（導通）状態となる。また、回路保護用ＦＥＴ１４７−ｎは、バランス用スイッチとしてのバランス用ＦＥＴ１４６−ｎと同じ系統の電源で動作してもよく、バランス用ＦＥＴ１４６−ｎとは異なる系統の電源で動作してもよい。なお、回路保護用ＦＥＴ１４７−ｎは、キャパシタ１９に由来する電圧で動作してもよく、２４Ｖバッテリ等の外部バッテリに由来する電圧で動作してもよい。
【００７８】
また、本願は、２０１２年１０月１０日に出願した、日本国特許出願２０１２−２２５３８１号に基づく優先権を主張するものでありそれらの日本国特許出願の全内容を本願に参照により援用する。
【符号の説明】
【００７９】
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−ｎ  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
２６Ｄ  ボタンスイッチ
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  駆動制御装置
４０  電動旋回制御装置
６０  主制御部
１０１  リアクトル
１０２Ａ  昇圧用ＩＧＢＴ
１０２Ｂ  降圧用ＩＧＢＴ
１０３  電源接続端子
１０４  出力端子
１０５  コンデンサ
１０６  バッテリ電圧検出部
１０７  バッテリ電流検出部
１１０  ＤＣバス
１１１  ＤＣバス電圧検出部
１２０  蓄電装置
１４０、１４０Ａ  蓄電管理部
１４１  均等化回路部
１４２  均等化制御部
１４３  電圧変換部
１４６−１〜１４６−ｎ  バランス用ＦＥＴ
１４７−１〜１４７−ｎ  回路保護用スイッチ
１４８−１〜１４８−ｎ  放電抵抗
１４９−１〜１４９−ｎ  電圧測定部
１５０  電源
【図１】
2014057724.tif 000003
【図２】
2014057724.tif 000004
【図３】
2014057724.tif 000005
【図４】
2014057724.tif 000006
【図５】
2014057724.tif 000007
【図６】
2014057724.tif 000008
【図７】
2014057724.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成26年10月3日(2014.10.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機が発電した電気を充電する複数の蓄電セルで構成される蓄電器と、
前記複数の蓄電セルのそれぞれに接続されて均等化機能を実行する均等化回路と前記均等化回路を制御する均等化制御部と電圧変換部とを含む蓄電管理部と、を有し、
前記均等化回路は、各蓄電セルに直列に接続されるバランス用スイッチ、回路保護用スイッチ、及び抵抗を含み、
前記均等化回路は、前記均等化制御部が出力するバランス制御信号に応じて前記バランス用スイッチの導通・遮断を切り替えて前記均等化機能を実行し、
前記均等化制御部は、前記均等化回路に異常があると判断した場合に、前記電圧変換部を介して前記均等化回路の前記回路保護用スイッチに印加する電圧を制御して前記回路保護用スイッチを遮断する、
ショベル。
【請求項２】
前記蓄電管理部は、前記均等化回路が異常と判断されるまでは、前記均等化回路により前記蓄電セルの均等化を行う、
請求項１のショベル。
【請求項３】
前記均等化制御部は、前記バランス用スイッチの導通・遮断を前記均等化回路に切り替えさせることにより各蓄電セルの均等化を行い、前記均等化回路に異常が生じた場合には、前記回路保護用スイッチを遮断する回路保護信号を前記電圧変換部に出力する、
請求項１に記載のショベル。
【請求項４】
前記均等化制御部は、前記バランス用スイッチを遮断するバランス制御信号を出力した場合に、前記均等化回路の前記バランス用スイッチに異常があると判断すると、前記回路保護用スイッチを遮断する回路保護信号を前記電圧変換部に出力する、
請求項３に記載のショベル。
【請求項５】
前記均等化制御部は、前記バランス用スイッチを遮断するバランス制御信号を出力した場合に、対応する前記蓄電セルの電極間電圧が所定時間で所定電圧以上減少したときに、対応する前記回路保護用スイッチを遮断する回路保護信号を前記電圧変換部に出力する、
請求項３に記載のショベル。
【請求項６】
前記蓄電管理部は、前記蓄電器と昇降圧コンバータとの間を流れる電流が無い充放電停止状態を検出した上で、或いは、充放電停止状態を能動的に創出した上で、前記均等化制御部に前記均等化回路の異常の有無を判断させる、
請求項１に記載のショベル。
【請求項７】
発電機が発電した電気を充電する複数の蓄電セルで構成される蓄電器と、前記複数の蓄電セルのそれぞれに接続されて均等化機能を実行する、バランス用スイッチ及び回路保護用スイッチを含む均等化回路と、前記均等化回路を制御する均等化制御部と、電圧変換部と、を有するショベルの制御方法であって、
前記均等化制御部が出力するバランス制御信号に応じて前記均等化回路が前記バランス用スイッチの導通・遮断を切り替えて前記均等化機能を実行するステップと、
前記均等化回路に異常があると前記均等化制御部が判断した場合に前記均等化制御部が前記電圧変換部を介して前記均等化回路の前記回路保護用スイッチに印加する電圧を制御して前記回路保護用スイッチを遮断するステップ、
を有する制御方法。
【請求項８】
前記均等化制御部は、前記バランス用スイッチを遮断するバランス制御信号を出力した場合に、対応する前記蓄電セルの電極間電圧が所定時間で所定電圧以上減少したときに、対応する前記回路保護用スイッチを遮断する回路保護信号を前記電圧変換部に対して出力する、
請求項７の制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
１９−ｎと称することもあり、ｎ番目のセルをセル１９−ｎと称することもある。均等化回路部１４１、並びに、均等化回路部１４１の構成要素である後述のバランス用スイッチ１４６、回路保護用スイッチ１４７、放電抵抗１４８、及び電圧測定部１４９等についても同様である。
［００４８］
均等化回路部１４１は、静電容量測定機能、均等化機能、及び回路保護機能を実現する電気回路である。本実施例では、均等化回路部１４１は、均等化制御部１４２によって直接的に制御されて静電容量測定機能及び均等化機能を実行し、電圧変換部１４３を介して間接的に制御されて回路保護機能を実行する。電圧変換部１４３を介した間接的な制御は、回路保護機能の独立性を高めるのに有効である。例えば、均等化回路部１４１の一部に問題が生じ、均等化機能が誤動作した場合であっても、回路保護機能を確実に動作させるのに有効である。
［００４９］
具体的には、均等化回路部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。また、均等化回路部１４１−ｍは、バランス用スイッチ１４６−ｍ、回路保護用スイッチ１４７−ｍ、及び放電抵抗１４８−ｍを有する。また、均等化回路部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、回路保護用スイッチ１４７−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。なお、バランス用スイッチ１４６−ｍ、回路保護用スイッチ１４７−ｍ、及び放電抵抗１４８−ｍは、直列接続であればどのような順番で接続されてもよい。また、均等化回路部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。
［００５０］
バランス用スイッチ１４６−ｎは、均等化のためのセル１９−ｎの放電を制御するスイッチであり、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。本実施例では、バランス用スイッチ１４６−ｎは、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ
【手続補正書】
【提出日】平成27年4月8日(2015.4.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部走行体と、前記下部走行体の上に旋回機構を介して搭載される上部旋回体とを有するショベルであり、前記上部旋回体には、ブーム、アーム、バケット、前記ブームを油圧駆動するためのブームシリンダ、前記アームを油圧駆動するためのアームシリンダ、前記バケットを油圧駆動するためのバケットシリンダ、メインポンプ、コントロールバルブ、エンジン、電動発電機、旋回用電動機、前記電動発電機用のインバータ、前記旋回用電動機用のインバータ、及びコントローラが設けられ、前記ブームシリンダ、前記アームシリンダ、及び前記バケットシリンダは前記コントロールバルブを介して前記メインポンプに接続され、前記コントロールバルブは油圧系の制御を行う油圧制御装置として機能し、前記メインポンプは前記エンジンで駆動され、前記電動発電機は前記エンジンをアシストし且つ発電し、前記コントローラは操作レバーの入力に基づいて前記ショベルの駆動制御を行う、ショベルであって、
前記ショベルは、さらに、
前記電動発電機が発電した電気を充電する複数の蓄電セルで構成される蓄電器と、
前記複数の蓄電セルのそれぞれに接続されて均等化機能を実行する均等化回路と前記均等化回路を制御する均等化制御部とを含む蓄電管理部と、を有し、
前記均等化回路は、各蓄電セルに直列に接続されるバランス用スイッチ、回路保護用スイッチ、及び抵抗を含み、且つ、前記均等化制御部が出力する制御信号に応じて前記バランス用スイッチの導通・遮断を切り替えて前記均等化機能を実行し、
前記蓄電管理部は、充放電停止状態を検出した上で、或いは、充放電停止状態を能動的に創出した上で、前記均等化制御部に前記均等化回路の異常の有無を判断させ、
前記均等化制御部は、前記バランス用スイッチを遮断するために前記制御信号を出力したときに前記均等化回路に異常があると判断した場合に、前記回路保護用スイッチを遮断する回路保護信号を出力する、
ショベル。
【請求項２】
前記均等化制御部は、前記バランス用スイッチを遮断するために前記制御信号を出力した場合に、対応する前記蓄電セルの電極間電圧が所定時間で所定電圧以上減少したときに、対応する前記回路保護用スイッチを遮断する回路保護信号を出力する、
請求項１に記載のショベル。
【請求項３】
下部走行体と、前記下部走行体の上に旋回機構を介して搭載される上部旋回体とを有するショベルの制御方法であり、
前記上部旋回体には、ブーム、アーム、バケット、前記ブームを油圧駆動するためのブームシリンダ、前記アームを油圧駆動するためのアームシリンダ、前記バケットを油圧駆動するためのバケットシリンダ、メインポンプ、コントロールバルブ、エンジン、電動発電機、旋回用電動機、前記電動発電機用のインバータ、前記旋回用電動機用のインバータ、及びコントローラが設けられ、
前記ブームシリンダ、前記アームシリンダ、及び前記バケットシリンダは前記コントロールバルブを介して前記メインポンプに接続され、
前記コントロールバルブは油圧系の制御を行う油圧制御装置として機能し、
前記メインポンプは前記エンジンで駆動され、
前記電動発電機は前記エンジンをアシストし且つ発電し、
前記コントローラは操作レバーの入力に基づいて前記ショベルの駆動制御を行い、且つ、
前記ショベルは、前記電動発電機が発電した電気を充電する複数の蓄電セルで構成される蓄電器と、前記複数の蓄電セルのそれぞれに接続されて均等化機能を実行する、バランス用スイッチ及び回路保護用スイッチを含む均等化回路と、前記均等化回路を制御する均等化制御部と、をさらに有する、ショベルの制御方法であって、
前記均等化制御部が出力する制御信号に応じて前記均等化回路が前記バランス用スイッチの導通・遮断を切り替えて前記均等化機能を実行するステップと、
充放電停止状態を検出した上で、或いは、充放電停止状態を能動的に創出した上で、前記均等化制御部が前記均等化回路の異常の有無を判断するステップと、
前記バランス用スイッチを遮断するために前記制御信号を出力したときに前記均等化回路に異常があると前記均等化制御部が判断した場合に前記回路保護用スイッチを遮断する回路保護信号を出力するステップと、
を有する制御方法。
【請求項４】
前記均等化制御部は、前記バランス用スイッチを遮断するために前記制御信号を出力した場合に、対応する前記蓄電セルの電極間電圧が所定時間で所定電圧以上減少したときに、対応する前記回路保護用スイッチを遮断する回路保護信号を出力する、
請求項３の制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
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、及び旋回変速機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。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
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。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
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、インバータ１８、２０を接続するための出力端子１０６、及び、一対の出力端子１０６に並列に挿入される平滑用のコンデンサ１０７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。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
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。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
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−ｎ  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
２６Ｄ  ボタンスイッチ
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  駆動制御装置
４０  電動旋回制御装置
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
１２０  蓄電装置
１４０、１４０Ａ  蓄電管理部
１４１  均等化回路部
１４２  均等化制御部
１４３  電圧変換部
１４６−１〜１４６−ｎ  バランス用ＦＥＴ
１４７−１〜１４７−ｎ  回路保護用スイッチ
１４８−１〜１４８−ｎ  放電抵抗
１４９−１〜１４９−ｎ  電圧測定部
１５０  電源
【国際調査報告】
2014057724.tif 000010
2014057724.tif 000011
2014057724.tif 000012
2014057724.tif 000013