(57)【要約】【課題】劣化したバッテリのままで作業機械が作業し続けることを未然に防止する。【解決手段】キャパシタユニット３００と、該キャパシタユニット３００の電力を利用して作動する電動モータと、前記キャパシタユニット３００の内部抵抗値を算出するための内部抵抗値算出手段（ＳＯＨモニタ４００に含まれる）と、該内部抵抗値算出手段により算出された内部抵抗値を利用して、前記蓄電池の劣化状態を判定するための劣化状態判定手段（ＳＯＨモニタ４００に含まれる）と、前記判定手段の判定結果に基づいて蓄電池の劣化状態を知らせる音を発するアラーム６００とを備えて作業機械を構成する。【選択図】図１
2011064063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池と、
該蓄電池の電力を利用して作動する電動モータと、
前記蓄電池の内部抵抗値を算出するための内部抵抗値算出手段と、
該内部抵抗値算出手段により算出された内部抵抗値を利用して、前記蓄電池の劣化状態を判定するための劣化状態判定手段と、
前記判定手段の判定結果に基づいて前記蓄電池の劣化状態を知らせる報知手段と、
を備えた作業機械。
【請求項２】
請求項１において、
前記内部抵抗値算出手段は、前記蓄電池に電流が流れていないときの前記蓄電池の電圧と、前記蓄電池に電流が流れているときの前記蓄電池の電圧とから内部抵抗値を算出する手段である
ことを特徴とする作業機械。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記劣化状態判定手段は、蓄電池毎に設定される第１のパラメータと、作業機械の種類に応じて設定される第２のパラメータと、前記内部抵抗値算出手段により算出された内部抵抗値とに依存して劣化状態を判定する判定手段である
ことを特徴とする作業機械。
【請求項４】
請求項３において、
前記劣化状態判定手段は、前記第１のパラメータ及び前記第２のパラメータ及び前記内部抵抗値の３つのデータを用いて導き出された数値と、予め設定された第３のパラメータとを比較して判定する判定手段である
ことを特徴とする作業機械。
【請求項５】
請求項３又は４において、
前記第１のパラメータは、前記蓄電池の定格内部抵抗値である
ことを特徴とする作業機械。
【請求項６】
請求項３又は４において、
前記第１のパラメータは、前記内部抵抗値判定手段により判定された当該蓄電池の初期の内部抵抗値である
ことを特徴とする作業機械。
【請求項７】
蓄電池と、該蓄電池の電力を利用して作動する電動モータを備えた作業機械が始動して、前記蓄電池に蓄電可能な状態になる前に、
前記蓄電池の内部抵抗値を算出するステップと、
算出された内部抵抗値を利用して、前記蓄電池の劣化状態を判定するステップと、
判定結果に基づいて所定の処理を行うステップと
を有する作業機械の運転開始方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機械及び作業機械の運転開始方法、さらに詳しくは、蓄電池の電力を利用して作動する電動モータを備えた作業機械及びその作業機械の運転開始方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の油圧ショベル（作業機械）は、図１３及び図１４（Ａ）に示すように、上部旋回体１に搭載されたエンジン（内燃機関）７の動力を利用して油圧ポンプ８を駆動し、この油圧ポンプ８から吐出された圧油を、油圧制御器を介してブーム３を駆動するブームシリンダ３Ｃ、アーム４を駆動するアームシリンダ４Ｃ、バケット５を駆動するバケットシリンダ５Ｃ、更には、旋回用の油圧モータ６と走行部２の走行用油圧モータ９に備わる各アクチュエータに供給することにより、各部の駆動を行うようになっていた（特許文献１参照）。
【０００３】
特に最近は、地球環境に配慮した省燃費性能、低公害性能、低騒音性能などが重要視される社会の変化に伴って、作業機械においても油圧ポンプ８の補助的、更には代替的に電動モータを利用したものが登場している。
【０００４】
例えば、図１４（Ｂ）のように構成した作業機械が存在する。図１４（Ｂ）に油圧ショベルを電動モータを利用してハイブリッド化（油圧−電気ハイブリッド）した構成図の一例を示す。
【０００５】
この構成図では、エンジン７の動力を利用して油圧ポンプ８を駆動し、ブーム３、アーム４、バケット５及び走行用油圧モータ９に備わる各アクチュエータに、圧油を供給する点は前述の例と共通している。しかし、エンジン７と油圧ポンプ８との間に割り込むように設けられた発電電動機１０が設けられている点が前述の例と相違している。この発電電動機１０は、バッテリ（蓄電池）１３からの電力の供給を受けて、エンジン７と油圧ポンプ８の駆動を補助すると共に、エンジン７からの動力を利用してバッテリ１３への充電を行うことが可能である。
【０００６】
又、バケット５等の各ユニットには圧油が油圧ポンプ８から供給されると共に、発電電動機１１が設けられている。この発電電動機１１は、各ユニットの動力を利用して発電し、その電力をバッテリ１３へと回生して再利用するための発電機である。即ち、各ユニットの位置エネルギーが上昇する方向の運動には油圧ポンプ８からの圧油による駆動力を利用して運動し、各ユニットの位置エネルギーが減少する方向の運動には、放出されるエネルギーで発電電動機１１を駆動して発電させ、その電力を回生する。
【０００７】
上記のような構成とすることで、小燃費性能、低公害性能、低騒音性能等を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２４２２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、電動モータによる駆動方式を一部にでも採用した場合には、電力供給装置としてのバッテリが必要となる。又、電力の回生を考慮すれば、バッテリとしては放電及び蓄電が自由に行える蓄電池（二次電池及びキャパシタ）が不可欠となる。
【００１０】
このようにバッテリ（蓄電池）を利用することによって、より効率のよい運転が可能となるが、この蓄電池の性能（電力を蓄えておく性能）は長期間の使用により、又、過充電や過放電、更には発熱等によって、必ず劣化する方向に進んでいく。
【００１１】
蓄電池の性能が劣化すれば、作業機械の意図する操作、例えば旋回部を旋回させたり、アームを上昇させる等の動作ができなかったり、動作が遅くなる等の弊害が生じる。又、各動作（例えば推進、持ち上げ、掘削など）において規定の力が発揮できないことになる。
【００１２】
本発明は、このような問題の発生を未然に防止するためになされたものであって、作業機械を始動して作業を始める前に、バッテリ（蓄電池）の劣化状態を検知判断し、規程の劣化レベルを超えている場合には、その旨を報知することが可能な作業機械を提供することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、蓄電池と、該蓄電池の電力を利用して作動する電動モータと、前記蓄電池の内部抵抗値を算出するための内部抵抗値算出手段と、該内部抵抗値算出手段により算出された内部抵抗値を利用して、前記蓄電池の劣化状態を判定するための劣化状態判定手段と、前記判定手段の判定結果に基づいて前記蓄電池の劣化状態を知らせる報知手段と、を備えて作業機械を構成することにより、上記課題を解決するものである。
【００１４】
これにより、バッテリ（蓄電池）が、所定のレベル以上に劣化している様態のままで、作業機械を始動し、作業（又はその準備としての移動）を開始することを防止できる。
【００１５】
又、本発明は、蓄電池と、該蓄電池の電力を利用して作動する電動モータを備えた作業機械が始動して、前記蓄電池に蓄電可能な状態になる前に、前記蓄電池の内部抵抗値を算出するステップと、算出された内部抵抗値を利用して、前記蓄電池の劣化状態を判定するステップと、判定結果に基づいて所定の処理を行うステップとを経て作業機械の運転を開始することにより、上記課題を解決するものである。
【００１６】
これにより、バッテリ（蓄電池）が、所定のレベル以上に劣化している様態のままで、作業機械を始動し、作業（又はその準備としての移動）を開始することを防止できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明を適用することで、劣化したバッテリのままで作業機械が作業し続けることを未然に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の要部であるバッテリマネージメントのブロック図
【図２】キャパシタユニットと昇降圧コンバータユニットとインバータとのシステム構成図
【図３】キャパシタの構成例を示す図
【図４】キャパシタユニットの等価回路図
【図５】ＳＯＣモニタのフローチャート
【図６】図５における記号の名称及び各値の参照先を表した表
【図７】ＳＯＣの計測経過を示したグラフ
【図８】内部抵抗とＳＯＨの関係図
【図９】昇降圧コンバータ運転状態におけるキャパシタユニットの内部抵抗計測時の等価回路図
【図１０】昇降圧コンバータ停止状態におけるキャパシタユニットの内部抵抗計測時の等価回路図
【図１１】ＳＯＨモニタのフローチャート
【図１２】図１１における記号の名称及び各値の参照先を示した表
【図１３】特許文献１に記載される油圧ショベル（作業機械）
【図１４】（Ａ）は油圧ショベルの構成図、（Ｂ）は油圧と電動モータのハイブリッドショベルの構成図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を用いて本発明に係る実施形態の一例を詳細に説明する。
【００２０】
なお、以下の説明では作業機械全体については説明しないが、一例として背景技術のところで説明したような、「蓄電池の電力を利用して作動する電動モータ」を備えた作業機械であることを前提に説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る作業機械が備えるバッテリマネージメントのブロック図である。ここでいうバッテリマネージメントとは、作業機械に用いる蓄電池の状態を管理する機能である。
【００２２】
この図１に示すバッテリマネージメントは、バッテリ状態管理部１００と、充放電制御部２００と、蓄電池であるキャパシタユニット３００と、内部抵抗値算出手段及び劣化状態判定手段に相当するＳＯＨモニタ４００と、ＳＯＣモニタ５００と、報知手段に相当するアラーム６００とを少なくとも含んだ構成とされている。
【００２３】
バッテリ状態管理部１００は、後述する充放電制御部２００へと充放電の制御に関連する指令信号を発信可能な部分である。
【００２４】
充放電制御部２００は、バッテリ状態管理部１００からの信号を受けて、後述するコンバータを介してキャパシタユニット３００に対する充放電を制御する他、キャパシタユニット３００の電流値Ｉや電圧値Ｖを測定可能な部分である。
【００２５】
キャパシタユニット３００は、本実施形態に係る作業機械に設けられた蓄電池として機能する。なお、本実施形態では、蓄電池としてキャパシタを採用しているが、これに限られるものではなく、例えばリチウムイオン電池やニッカド電池、ニッケル水素電池、鉛電池、マンガン電池などの二次電池を用いてもよい。
【００２６】
ＳＯＨモニタ４００は、充放電制御部２００からのコンバータ運転状態フラグ、キャパシタ電流値Ｉ、キャパシタ電圧値Ｖを情報として入力し、所定の手順を経て（詳細は後述する。）キャパシタユニット３００の内部抵抗値を算出すると共に、そのキャパシタユニット３００の劣化度を判定可能である。即ち、このＳＯＨモニタ４００が、内部抵抗値算出手段及び劣化状態判定手段に相当する。
【００２７】
ＳＯＣモニタ５００は、充放電制御部２００からのキャパシタ電流値Ｉ及びキャパシタ電圧値Ｖの情報と、前述したＳＯＨモニタ４００からのキャパシタ内部抵抗値の情報を入力し、キャパシタユニット３００の充電量をリアルタイムに算出することが可能である。
【００２８】
ＳＯＨモニタ４００から出力されるキャパシタの劣化度（ＳＯＨというパラメータとして出力される。詳細は後述する。）及びキャパシタ内部抵抗値、及びＳＯＣモニタ５００から出力されるキャパシタの充電量（ＳＯＣというパラメータとして出力される。詳細は後述する。）の情報は、バッテリ状態管理部１００へとフィードバックされる。
【００２９】
ＳＯＨモニタ４００により判断されたキャパシタユニット３００の劣化度に応じて、報知手段としてのアラーム６００へと信号が出力される。本実施形態では、この報知手段としてのアラームが行う「所定の処理」はアラーム音の発信となる。なお、報知手段としてはこれに限られるものではなく、例えばＬＥＤ等の発光体や操作パネルへの表示等の視覚的な報知でもよいし、又、振動により体感的に報知してもよい。更に、これらを組み合わせて採用してもよい。
【００３０】
次に図２を用いて説明する。図２は、キャパシタユニット３００と昇降圧コンバータユニット２０１とインバータ７００とのシステム構成図である。
【００３１】
キャパシタユニット３００には、キャパシタセルが集合したキャパシタ本体３０１と、このキャパシタ本体３０１の安全装置として機能するヒューズ３０３が備わっている。キャパシタユニット３００は、誘導リアクタンスを有効に利用するためのリアクトル３０５を介して、昇降圧コンバータユニット２０１と接続されている。この昇降圧コンバータユニット２０１は、図１で説明した充放電制御部２００によって制御されている。昇降圧コンバータユニット２０１には、昇降圧コンバータ２０２が備わっている。この昇降圧コンバータ２０２によって、キャパシタユニット３００への充電電圧を調整したり、キャパシタユニット３００からの放電電圧をコントロールしている。昇降圧コンバータユニット２０１は、インバータ７００と接続されており、このインバータ７００を介して、作業機械の電動モータ（図示しない）と電気的に接続されている。なお、本実施形態においてはインバータ７００は、１つのみ接続されているが、複数接続することも可能である。
【００３２】
本実施形態においては、蓄電池としてキャパシタユニット３００が採用されている。このキャパシタユニット３００におけるキャパシタ本体３０１は、例えば、図３のような構成とされている。ここでは、１つのキャパシタセルが２０個直列に接続されて１つのモジュールを形成し、更にこのモジュールが７つ直列に接続されて１つのバンクを形成している。更に、このバンクが４並列に接続されることによってキャパシタ本体３０１を構成している。例えば、キャパシタセル１個当たりの定格電圧を２．７Ｖとして設計すると、１モジュール当りの定格電圧は５４Ｖとなり、更に、１バンク当たりの定格電圧は３７８Ｖとなる。勿論、キャパシタの構成が前述した構成例に限定されるものではない。又、本発明における蓄電池がキャパシタに限定されるものでもない。
【００３３】
〔ＳＯＣモニタ〕
続いて、図１で示したＳＯＣモニタ５００について説明する。
【００３４】
このＳＯＣモニタ５００は、蓄電池であるキャパシタユニット３００の充電量を算出可能である。ここで算出されたキャパシタユニット３００の充電量の情報を利用して、バッテリ状態管理部１００における充電／放電の切換えの判断や、作業機械全体のエネルギーマネージメントの動力配分の調整が可能である。即ち、作業機械の運転中は常にこのキャパシタユニット３００の充電量を算出しておくのが望ましい。
【００３５】
キャパシタユニットの充電量は、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）というパラメータを用いて判断する。
【００３６】
このＳＯＣは、キャパシタユニット３００の定格電圧時（前述したキャパシタの構成例でいえば例えば３７８Ｖ）の蓄電エネルギーＥに対する現時点（ＳＯＣ測定時）での蓄電エネルギーＥ´との比（Ｅ´／Ｅ）で表わすものである。
【００３７】
より具体的に、図４を用いて説明する。図４は、キャパシタユニットの等価回路図である。
【００３８】
キャパシタ本体３０１の静電容量値をＣ、キャパシタ本体３０１の定格電圧値をＶＣＰ０とすると、キャパシタユニット３０１の定格電圧時の蓄電エネルギーＥは次の式で表わされる。
【数１】
2011064063.tif 000003
【００３９】
同様に、キャパシタ本体３０１の電圧が定格電圧値にまで達しておらず、例えばキャパシタ本体３０１電圧値（開放電圧値）がＶＣＰ１のとき（現時点）の蓄電エネルギーＥ’は次の式で表わされる。
【数２】
2011064063.tif 000004
【００４０】
しかしながら、このとき実際にキャパシタ本体３０１の開放電圧値（ＶＣＰ）のみを計測することは不可能である。即ち、キャパシタユニット３００には内部抵抗（抵抗値ＲＳ）が存在しており、電圧降下が生じているからである。よって計測したとしても、この内部抵抗（抵抗値ＲＳ）による電圧降下が生じた後の電圧を計測していることになる。この内部抵抗（抵抗値ＲＳ）による電圧の降下分は、内部抵抗（抵抗値ＲＳ）に流れる電流と内部抵抗値を積算することにより求められるので、この電圧降下が生じた実際のキャパシタユニット３００の電圧値をＶＣとすると、ＶＣは次の式で表わされる。
【数３】
2011064063.tif 000005
【００４１】
又、キャパシタユニット３００の充電量を示すＳＯＣの値は、前述したようにキャパシタユニット３００の定格電圧時の蓄電エネルギーＥに対する、現時点（ＳＯＣ計測時）でのキャパシタユニット３００の蓄電エネルギーＥ´との比であるから、
ＳＯＣ＝Ｅ’／Ｅ・・・・・・（４）
となる。
【００４２】
よって、前記説明した式（１）乃至（４）から導くと、このＳＯＣは以下の式で表わされる。
【数４】
2011064063.tif 000006
【００４３】
続いて、図５のフローチャートを用いて、このＳＯＣの具体的な計測の流れ（ＳＯＣモニタ５００がキャパシタユニット３００の充電量を計測する順序）について説明する。
【００４４】
最初に、ＳＯＣモニタ５００が起動される（Ｓ５０１）。
【００４５】
次に、キャパシタユニット３００の電流値Ｉを読み込む（Ｓ５０２）。
【００４６】
次に、キャパシタユニット３００の電流値Ｉが読み込めたかどうかが判断される（Ｓ５０３）。ここで、電流値Ｉが読み込めていれば次のステップＳ５０４へと進み、電流値Ｉが読み込めていない場合にはステップＳ５０２へと戻る。
【００４７】
次に、キャパシタユニット３００の電圧値ＶＣを読み込む（Ｓ５０４）。
【００４８】
次に、キャパシタユニット３００の電圧値ＶＣが読み込めたかどうかが判断される。このとき電圧値ＶＣが読み込めている場合には次のステップＳ５０６へと進み、電圧値ＶＣが読み込めていない場合にはステップＳ５０４へと戻る。
【００４９】
次に、キャパシタユニット３００の内部抵抗値ＲＳを読み込む（Ｓ５０６）。
【００５０】
次に、このキャパシタユニット３００の内部抵抗値ＲＳが読み込めたかどうかが判断される（Ｓ５０７）。このとき内部抵抗値ＲＳが読み込めている場合には次のステップＳ５０８へと進み、内部抵抗値ＲＳが読み込めていない場合には、ステップＳ５０６へと戻る。
【００５１】
次に、これら読み込んだ３つのデータを基にＳＯＣを計算する（Ｓ５０８）。
【００５２】
次に、算出したＳＯＣの値を出力して（Ｓ５０９）、終了する。
【００５３】
なお、フローチャートには示していないが、ここで説明したＳＯＣ計測の流れは、予め設定したＳＯＣ計測間隔のパラメータに基づいて、その間隔毎に繰り返して計測される。
【００５４】
図６は、図５のフローチャートの流れにおける記号の名称及び各値の参照先を表した表である。
【００５５】
記号ＶＣＰ０は、キャパシタ本体３０１の定格電圧値であり、この値は予め設定されたパラメータを参照して読み込まれる。ＶＣは、キャパシタユニット３００の（現時点の、ＳＯＨ計測時の）電圧値であり、充放電制御部２００からの出力値を参照して読み込まれる。Ｉは、キャパシタユニットの（現時点の、ＳＯＨ計測時の）電流値であり、この値も充放電制御部２００からの出力値を参照して読み込まれる。ＲＳは、キャパシタユニット３００の内部抵抗値のことであり、この値はＳＯＨモニタ４００（詳細は後述する）から出力される値を参照して読み込まれる。なお、作業機械を始動してから停止させるまでの間は、作業機械の始動時にＳＯＨモニタ４００から出力された内部抵抗値ＲＳを使用しつづけるため、一定となる。ｔＳＯＣは、ＳＯＣの計測間隔を示しており、この値は予め設定したパラメータを参照してその設定した間隔毎にＳＯＣの計測（図５で示したフローチャート）が実行される。
【００５６】
上述したような流れのもとでＳＯＣが計測されると、図７に示すようなグラフとなる。図７は、ＳＯＣの計測経過を示したグラフである。
【００５７】
キャパシタユニット３００の電圧値ＶＣ及び電流値Ｉは運転時において常に変化しているので、作業機械の運転中は絶えず（ｔＳＯＣに基づいた間隔毎に）ＳＯＣの値が計測されている。
【００５８】
〔ＳＯＨモニタ〕
続いて図８乃至図１２を用いてＳＯＨモニタ４００について説明する。
【００５９】
蓄電池であるキャパシタユニット３００は、長期間の使用や、過放電・過充電、及び発熱等によって、キャパシタユニット３００の内部抵抗の増加や、静電容量の減少が発生し、徐々にキャパシタユニット３００の特性が変化してしまう。よって、作業機械の運転中に、キャパシタユニット３００が適切な充放電を行なうためには、予めキャパシタユニット３００の劣化状態を計測して把握しておく必要がある。これを把握しておくことによって、バッテリーマネージメント、更には作業機械全体のエネルギーマネージメントを効率よく行うことが可能となる。更に、所定の劣化レベルとなった場合にその旨を報知することによって、蓄電池の交換を促し、劣化による弊害、即ち、作業機械の動作ができなかったり、動作が遅くなったり、更に、各動作（例えば推進、持ち上げ、掘削など）において規定の力が発揮できない等の弊害の発生を未然に防止することが可能となる。
【００６０】
キャパシタユニットの劣化度は、ＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈ）というパラメータを用いて判断する。
【００６１】
ＳＯＨモニタ４００では、キャパシタユニット３００の内部抵抗値ＲＳの増加量を指標として、キャパシタユニット３００の劣化度を判定している。より具体的には、キャパシタユニット３００の使用前の内部抵抗値（例えば、新品時の値や、キャパシタユニット３００を作業機械に搭載して実際に使用する前に事前に計測した値、更には後述する内部抵抗値判定手段により判定された当該キャパシタユニット３００の初期の値）ＲＳ０と、現時点（ＳＯＨ計測時）での内部抵抗値ＲＳとの比で表わし、計測時点での内部抵抗値ＲＳが使用前の内部抵抗値ＲＳ０のｎ倍（劣化度係数）となったときにそのキャパシタユニット３００の寿命として設定する。このときの劣化時計数（ｎ）は任意に設定可能なパラメータ（第２のパラメータ）であり、作業機械の種類や、使用する蓄電池の種類に応じて設定する。例えば、作業機械の使用頻度が高く、蓄電池の充放電の性能が燃料消費率や運転性能に大きく影響するような場合には、蓄電池を早目に交換することのメリットが大きいため劣化度係数を低めに設定し、そうでない場合には高めに設定して蓄電池の交換コストを低減することが可能になる。又、蓄電池により動作させる部位の性質により設定値を決めることもできる。即ち、頻繁に動作が繰り返される部位である場合には、上記と同じく燃料消費率や運転性能に大きく影響するため劣化度係数を低めに設定し、早目の交換を促し、そうでない場合には高めに設定して蓄電池の交換コストを低減することが可能になる。勿論、ユーザーの意向に合わせて設定することも可能である。
【００６２】
ＳＯＨの算出式は次式で表わされる。
【数５】
2011064063.tif 000007
【００６３】
この式に基づくと、ＳＯＨの値は図８に示すように変化する。なお、劣化度係数（ｎ）に「２」が設定されていると仮定して説明する。
【００６４】
キャパシタユニット３００の使用開始直後の内部抵抗値は、使用前（例えば新品時）のキャパシタ内部抵抗値であるＲＳ０と略同一のため、２倍したＲＳ０からＲＳ０が差し引かれ、結局（６）式の分子はＲＳ０となる。その結果、ＳＯＨは１となる。その後、キャパシタユニット３００の使用に伴ってキャパシタユニット３００の内部抵抗値ＲＳは徐々に増大し、予め設定した劣化度係数に基づく値（使用前の内部抵抗値のｎ倍）となった時点でＳＯＨが０となる。即ち、予め設定した蓄電池の寿命となる。
【００６５】
次に、図９及び図１０を用いて、キャパシタユニット３００の内部抵抗値の算出方法について具体的に説明する。図９は、昇降圧コンバータ運転状態におけるキャパシタユニットの内部抵抗計測時の等価回路図である。図１０は、昇降圧コンバータ停止状態におけるキャパシタユニットの内部抵抗計測時の等価回路図である。
【００６６】
図９に示した等価回路から昇降圧コンバータ運転状態におけるキャパシタユニット３００の内部抵抗ＲＳは次の式で表わされる（（３）式を参照。）。
【数６】
2011064063.tif 000008
【００６７】
従って、内部抵抗ＲＳを算出するためには、キャパシタ本体３０１の開放電圧ＶＣＰ１を計測する必要がある。ＳＯＣのところでも説明したが、この開放電圧値ＶＣＰ１のみを計測することは不可能である。即ち、キャパシタユニット３００には内部抵抗（抵抗値ＲＳ）が存在しており、電圧降下が生じているからである。よって計測したとしても、この内部抵抗（抵抗値ＲＳ）による電圧降下が生じた後の電圧を計測していることになる。この内部抵抗（抵抗値ＲＳ）による電圧の降下分は、内部抵抗（抵抗値ＲＳ）に流れる電流と内部抵抗値を積算することにより求められるので、次式が成立する。
【数７】
2011064063.tif 000009
【００６８】
ここで、内部抵抗ＲＳによる電圧降下が生じていないとすれば、開放電圧ＶＣＰ１とキャパシタユニット３００の電圧値は一致することになる。即ち、図１０に示したように、キャパシタユニット３００に流れる電流Ｉを０としたときのキャパシタユニット３００の電圧値をＶＣ０とすると、ＶＣ０は、電流Ｉ＝０のため、キャパシタ本体３０１の開放電圧値ＶＣＰ１と一致し、次の式が成立する。
【数８】
2011064063.tif 000010
【００６９】
従って、キャパシタユニット３００に電流が流れているとき（Ｉ≠０）のキャパシタユニット３００の電圧値ＶＣと、キャパシタユニット３００に電流が流れていないとき（Ｉ＝０）のキャパシタユニット３００の電圧値ＶＣ０とを測定すれば、上記（７）式に代入すると次式が成立する。
【数９】
2011064063.tif 000011
【００７０】
ここで、キャパシタユニット３００への電流の制御（Ｉ＝０  ｏｒ  Ｉ≠０）は、昇降圧コンバータ２０２のＯＮ／ＯＦＦによって実現することが可能である。
【００７１】
その結果、上記（６）式を用いてＳＯＨの算出が可能となる。
【００７２】
再度（６）式を示す。
【数１０】
2011064063.tif 000012
【００７３】
このように、本実施形態での内部抵抗算出手段は、キャパシタユニット（蓄電池）３００に電流が流れていないときの蓄電池の電圧と、電流が流れているときの蓄電池の電圧とから内部抵抗値を算出する手段である。
【００７４】
この（６）式に先ほど求めた内部抵抗値ＲＳを代入すると、次の式が成立する。
【数１１】
2011064063.tif 000013
【００７５】
この（１１）式を用いて、キャパシタユニット３００の劣化度（ＳＯＨ）を算出することが可能となる。
【００７６】
次に、ここまで説明したＳＯＨの具体的な計測の流れ（ＳＯＨモニタ４００がキャパシタユニット３００の劣化度を計測する順序）について説明する。
【００７７】
図１１は、ＳＯＨモニタ４００のフローチャートである。
【００７８】
最初に、ＳＯＣモニタ５００が起動される（Ｓ１２０１）。
【００７９】
次に、昇降圧コンバータ２０２の運転指令を「停止」に設定する（Ｓ１２０２）。
【００８０】
次に、昇降圧コンバータの運転状態フラグを見る（Ｓ１２０３）。
【００８１】
次に、コンバータ運転状態フラグが「停止」であるか否かが判断される（Ｓ１２０４）。ここで、コンバータ運転状態フラグが「停止」であれば次のステップＳ１２０５へと進み、コンバータ運転状態フラグが「停止」でない場合にはステップＳ１２０２へと戻る。
【００８２】
次に、キャパシタユニット３００の電流値Ｉを計測する（Ｓ１２０５）。
【００８３】
次に、キャパシタユニット３００の電流値Ｉが「０」であるか否かが判断される（Ｓ１２０６）。このとき電流値Ｉが「０」である場合には次のステップＳ１２０７へと進み、電流値Ｉが「０」でない場合にはステップＳ１２０５へと戻る。
【００８４】
次に、キャパシタユニット３００の電圧値ＶＣ０（電流値が０のときのキャパシタユニットの電圧値）を読み込む（Ｓ１２０７）。
【００８５】
次に、このキャパシタユニット３００の電圧値ＶＣ０が読み込めたかどうかが判断される（Ｓ１２０８）。このときキャパシタユニット３００の電圧値ＶＣ０が読み込めている場合には次のステップＳ１２０９へと進み、読み込めていない場合には、ステップＳ１２０７へと戻る。次に、昇降圧コンバータ２０２を起動して、キャパシタユニット３００への充電を開始する（Ｓ１２０９）。即ち、キャパシタユニット３００に電流が流れるようにする。
【００８６】
次に、電流が流れている状態でのキャパシタユニット３００の電圧値ＶＣ及び電流値Ｉを読み込む（Ｓ１２１０）。
【００８７】
次に、キャパシタユニット３００の電圧値ＶＣ及び電流値Ｉが読み込めたか否かが判断される（Ｓ１２１１）。このとき電圧値ＶＣ及び電流値Ｉが読み込め手いる場合には、ステップＳ１２１２へと進み、電圧値ＶＣ及び電流値Ｉが読み込めていない場合には、ステップＳ１２１０へと戻る。
【００８８】
次に、前記説明した算出式を利用して、キャパシタユニット３００の内部抵抗値ＲＳを算出する（Ｓ１２１２）。
【００８９】
ここまで説明したステップＳ１２０１〜ステップＳ１２１２までが本発明における内部抵抗値算出手段に相当する。
【００９０】
次に、予め設定されている２つのパラメータ（使用前のキャパシタ内部抵抗値ＲＳ０（第１のパラメータ）、劣化度係数ｎ（第２のパラメータ））を読み込む（Ｓ１２１３）。
【００９１】
次に、この両パラメータが読み込めたか否かが判断される（Ｓ１２１４）。このとき両パラメータが読み込めている場合には、ステップＳ１２１５へと進み、両パラメータが読み込めていない場合には、ステップＳ１２１３へと戻る。
【００９２】
次に、読み込んだ情報をもとにＳＯＨを算出する（Ｓ１２１５）。
【００９３】
次に、算出した値が「０（第３のパラメータ）」以下であるか否かが判断される（Ｓ１２１６）。このとき算出した値が「０」以下である場合には、ステップＳ１２１７へと進み、算出した値が「０」以下でない場合には終了する。
【００９４】
ここまで説明したステップＳ１２１３〜ステップＳ１２１６までが本発明における劣化状態判定手段に相当する。このように、本実施形態における劣化状態判定手段は、蓄電池毎に設定される第１のパラメータ（ＲＳ０）と、作業機械の種類に応じて設定される第２のパラメータ（ｎ）と、前記内部抵抗値算出手段により算出された内部抵抗値（ＲＳ）に依存して、即ち、第１のパラメータ（ＲＳ０）及び第２のパラメータ（ｎ）及び内部抵抗値（ＲＳ）の３つのデータを用いて導き出された数値と、予め設定された第３のパラメータとを比較して劣化状態を判定する判定手段である。
【００９５】
次に、アラームを出力して（Ｓ１２１７）、終了する。
【００９６】
なお、ここで説明したＳＯＨモニタの機能は、作業機械が始動して、キャパシタユニット（蓄電池）３００に蓄電が可能となる前に実行される。より具体的には、作業機械にキーが差し込まれた後であって、エンジンが始動して当該作業機械が作業ないしは移動可能な状態になるまでの間に実行される。
【００９７】
図１２は、図１１のフローチャートの流れにおける記号の名称及び各値の参照先を表した表である。
【００９８】
記号ＶＣ０は、コンバータ停止時のキャパシタユニット３００の電圧値であり、この値は充放電制御部２００からの出力値を参照して読み込まれる。ＶＣは、コンバータ運転時のキャパシタユニット３００の電圧値であり、この値も充放電制御部２００からの出力値を参照して読み込まれる。ＲＳ０は、使用前のキャパシタユニット３００の内部抵抗値であり、この値は予め設定されたパラメータ（第１のパラメータ）を参照して読み込まれる。Ｉは、キャパシタユニット３００の電流値であり、この値も充放電制御部２００からの出力値を参照して読み込まれる。ｎは、劣化度係数であり、この値は予め設定されたパラメータ（第２のパラメータ）を参照して読み込まれる。
【００９９】
このように、蓄電池の電力を利用して作動する電動モータと、蓄電池の内部抵抗値を算出するための内部抵抗値算出手段と、該内部抵抗値算出手段により算出された内部抵抗値を利用して、蓄電池の劣化状態を判定するための劣化状態判定手段と、この判定手段の判定結果に基づいて所定の処理を行う報知手段とを備えて作業機械を構成することにより、作業機械の始動時に蓄電池の劣化状態を知ることができる。
【０１００】
なお、背景技術での説明を含め、作業機械としてショベルを例に説明しているが、本発明での「作業機械」はショベルに限定されるものではなく、その他に、例えば、リフティングマグネット等の作業機械、自走式クラッシャ、アスファルトフィニッシャ等の道路機械、クレーン等の建設機械なども含まれるものである。
【０１０１】
なお、実施形態の説明において使用した数式は、あくまでも一例であって、この数式以外の数式によって算出されることを除外するものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、広く作業機械に適用することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１００・・・バッテリ状態管理部
２００・・・充放電制御部
２０１・・・昇降圧コンバータユニット
２０２・・・昇降圧コンバータ
３００・・・キャパシタユニット
３０１・・・キャパシタ本体
４００・・・ＳＯＨモニタ
５００・・・ＳＯＣモニタ
６００・・・アラーム
７００・・・インバータ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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