(57)【要約】機械は電力系統（１１）を含む。電力系統は、発電機（３２）に駆動的に接続された原動機（３０）を含んでいてもよい。電力系統はまた、発電機に動作的に接続された電力線（１１０）を含んでいてもよい。これに加えて、電力系統は電力線と電気を遣り取りするように動作可能な第一の電気エネルギー貯蔵装置（４８）を含んでいてもよい。電力系統はまた、第二の電気エネルギー貯蔵装置（５０）を含んでいてもよい。電力系統はさらに、電力系統制御部（２６）を含んでいてもよい。電力系統制御部は、第一の電力調整器（１０４）を含んでいてもよい。電力系統制御部はまた、少なくとも１つの情報プロセッサ（１５２）を含んでいてもよく、少なくとも１つの情報プロセッサ（１５２）は、電力系統の少なくとも１つの動作パラメータに関する情報を受け取り、受け取った情報に基づいて第一の電力調整器を制御するように構成され、たとえば、第二の電気エネルギー貯蔵装置から電気を受け取り、第一の電気エネルギー貯蔵装置に電気を供給するように第一の電力調整器を選択的に制御する。
2014501487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械（１０）であって、
電力系統（１１）を含み、電力系統（１１）が、
発電機（３２）に駆動的に接続された原動機（３０）と、
発電機に動作的に接続された電力線（１１０）と、
電力線と電気を遣り取りするように動作可能な第一の電気エネルギー貯蔵装置（４８）と、
第二の電気エネルギー貯蔵装置（５０）と、
電力系統制御部（２６）であって、
第一の電力調整器（１０４）と、
電力系統の少なくとも１つの動作パラメータに関する情報を受け取り、受け取った情報に基づいて第一の電力調整器を制御するように構成された少なくとも１つの情報プロセッサ（１５２）であって、たとえば第二の電気エネルギー貯蔵装置から電気を受け取り、第一の電気エネルギー貯蔵装置に電気を供給するように第一の電力調整器を選択的に制御する、少なくとも１つの情報プロセッサ（１５２）と、
を含む電力系統制御部（２６）と、
を含む機械（１０）。
【請求項２】
第二の電気エネルギー貯蔵装置から電気を受け取り、第一の電気エネルギー貯蔵装置に電気を供給するように第一の電力調整器を選択的に制御することは、第二の電気エネルギー貯蔵装置から第一の電圧の電気を受け取って、第一の電気エネルギー貯蔵装置に第二の電圧の電気を供給するように第一の電力調整器を制御することを含み、第二の電圧は第一の電圧より高い、請求項１に記載の機械。
【請求項３】
電力系統の少なくとも１つのパラメータに関する情報は、第一の電気エネルギー貯蔵装置の充電状態に関する情報を含む、請求項１に記載の機械。
【請求項４】
少なくとも１つの情報プロセッサは、第一の動作条件に応答して、第二の電気エネルギー貯蔵装置から電気を受け取り、第一の電気エネルギー貯蔵装置に電気を供給するように第一の電力調整器を自動的に制御するように構成され、第一の動作条件は、第一の電気エネルギー貯蔵装置の充電状態が基準値（ＣＬ２）より低いことを含む、請求項３に記載の機械。
【請求項５】
基準値は第二の基準値であり、
少なくとも１つの情報プロセッサはさらに、第二の動作条件に応答して、電力線から第一の電気エネルギー貯蔵装置に電気を選択的に供給するように構成され、第二の動作条件は、第一の電気エネルギー貯蔵装置の充電状態が第二の基準値より高いが、第一の基準値（ＣＬ１）より低いことを含む、請求項４に記載の機械。
【請求項６】
第一の動作条件に応答して、第二の電気エネルギー貯蔵装置から電気を受け取り、第一の電気エネルギー貯蔵装置に電気を供給するように第一の電力調整器を制御することは、第一の電力調整器から第一の電気エネルギー貯蔵装置に供給される電気の電流の大きさを第一の電流値より低く維持することを含み、
第二の動作条件に応答して、電力線から第一の電気エネルギー貯蔵装置に電気を選択的に供給することは、第一の電気エネルギー貯蔵装置に、第一の電流値より大きい電流の大きさの電気を選択的に供給することを含む、
請求項５に記載の装置。
【請求項７】
第二の電気エネルギー貯蔵装置から電気を受け取り、第一の電気エネルギー貯蔵装置に電気を供給するように第一の電力調整器を制御することは、第一の電力調整器から第一の電気エネルギー貯蔵装置に供給される電気の電流の大きさを第一の電流値より低く維持することを含み、
少なくとも１つの情報プロセッサはさらに、電力線から第一の電気エネルギー貯蔵装置に第一の電流値より大きい電流の大きさの電気が選択的に供給されるように構成された、請求項１に記載の機械。
【請求項８】
機械（１０）の電力系統（１１）を作動させる方法において、
電力系統は原動機（３０）と、原動機に駆動的に接続された発電機（３２）と、電力線（１１０）と、第一の電気エネルギー貯蔵装置（４８）と、第二の電気エネルギー貯蔵装置（５０）と、電力調整器（１０４）と、を含み、
エンジンを作動させて発電機を駆動し、発電機から電力線に電気を供給することによって、電気を電力線に選択的に供給するステップと、
第二の電気エネルギー貯蔵装置から電気を受け取り、第一の電気エネルギー貯蔵装置に電気を供給するように電力調整器を選択的に作動させるステップであって、第一の電力調整器から第一の電気エネルギー貯蔵装置に供給される電気の電流の大きさを第一の電流値より低く維持することを含むステップと、
電力線から第一の電気エネルギー貯蔵装置に、第一の電流値より大きい電流の大きさの電気を選択的に供給するステップと、
を含む方法。
【請求項９】
第二の電気エネルギー貯蔵装置から電気を受け取り、第一の電気エネルギー貯蔵装置に電気を供給するように第一の電力調整器を選択的に作動させるステップは、第二の電気エネルギー貯蔵装置から第一の電圧の電気を受け取り、第一の電気エネルギー貯蔵装置に第二の電圧の電気を供給するように第一の電力調整器を作動させるステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
第二の電圧は第一の電圧より高い、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統を備える機械、より詳しくは、少なくとも１つの電気エネルギー貯蔵装置を含む電力系統を備える機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの機械が、発電機を駆動して１つまたは複数の電力負荷に電気を供給することによって１つまたは複数の作業を実行させる原動機（エンジン等）を備えた電力系統を含んでいる。このような機械の電力負荷は、たとえば、機械を推進し、または機械の器具またはその他の装置を駆動する１つまたは複数の電気モータを含んでいてもよい。あるこのような機械の電力系統はまた、１つまたは複数の電気エネルギー貯蔵装置（たとえばバッテリまたはコンデンサ）を含んでいてもよく、これは、１または複数の電気負荷に対して、原動機により駆動される発電機から供給される電力と組み合わせて、またはその代わりに電力を供給する。このような電気エネルギー貯蔵装置は時々放電し、再充電しなければ機械の電力負荷に電気を供給できない。原動機が発電機を駆動して発電させている時、電気エネルギー貯蔵装置を発電機からの電気で充電することができる。しかしながら、原動機が発電機を駆動していない期間は、電気エネルギー貯蔵装置を発電機からの電気で充電できない。
【０００３】
イチカワ（Ｉｃｈｉｋａｗａ）の（特許文献１）（「’６３６号特許」）は、機械のエンジンと発電機が発電していない時に機械のバッテリを充電する仕組みを備えたシステムを開示している。具体的には、（特許文献１）のシステムは、機械外部の電源、たとえば１００ｖまたは２００ｖの商用交流電源等に接続してバッテリに充電できる充電器を含む。
【０００４】
（特許文献１）は、機械外部の商用電源に接続してバッテリを充電できる充電器を備えるシステムを開示しているが、ある欠点が存在しうる。たとえば、多くの場合、充電器に接続してバッテリを充電するための外部商用電源が容易に利用可能ではないかもしれない。
【０００５】
本発明の機械、電力系統および方法は、上記の問題の１つまたは複数を解決する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００７６６３６Ａ１号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの実施形態は、電力系統を含む機械に関する。電力系統は、発電機に駆動的に接続された原動機を含んでいてもよい。電力系統はまた、発電機に動作的に接続された電力線を含んでいてもよい。これに加えて、電力系統は、電力線と電気を遣り取りするように動作可能な第一の電気エネルギー貯蔵装置を含んでいてもよい。電力系統はまた、第二の電気エネルギー貯蔵装置を含んでいてもよい。電力系統はさらに、電力系統制御部を含んでいてもよい。電力系統制御部は、第一の電力調整器を含んでいてもよい。電力系統制御部はまた、１つの情報プロセッサを含んでいてもよく、これは電力系統の少なくとも１つの動作パラメータに関する情報を受け取り、受け取った情報に基づいて第一の電力調整器を制御するように構成され、たとえば、第二の電力エネルギー貯蔵装置から電気を受け取り、この電気を第一の電気エネルギー貯蔵装置に供給するように第一の電力調整器を選択的に制御する。
【０００８】
他の実施形態は、機械の電力系統の作動方法に関する。電力系統は、原動機と、原動機に駆動的に接続された発電機と、電力線と、第一の電気エネルギー貯蔵装置と、第二のエネルギー貯蔵装置と、電力調整器と、を含んでいてもよい。この方法は、発電機を駆動して、発電機から電力線へと電気を供給するようにエンジンを動作させることによって、電力線に電気を選択的に供給するステップを含んでいてもよい。この方法はまた、第二の電気エネルギー貯蔵装置から電気を受け取り、第一の電気エネルギー貯蔵装置に電気を供給するように電力調整器を選択的に作動させるステップも含んでいてよく、たとえば、第一の電力調整器から第一の電気エネルギー貯蔵装置へと供給される電気の電流の大きさを第一の電流値より低く保持するステップを含む。この方法はまた、電力線から第一の電気エネルギー貯蔵装置に、電流の大きさが第一の電流値より大きい電気を選択的に供給するステップを含んでいてもよい。
【０００９】
本発明の他の実施形態は機械に関する。この機械はフレームと、フレームに接続された移動可能な構成要素と、電力系統と、を含んでいてもよい。電力系統は、移動可能な構成要素に駆動的に接続され、移動可能な構成要素をフレームに関して移動させるように動作可能な電気モータを含んでいてもよい。電力系統はまた、発電機に駆動的に接続されたエンジンも含んでいてよい。電力系統はこれに加えて、発電機と電気モータの間に接続された電力線を含んでいてもよく、電力線は、発電機と電気モータの間で電気を伝送するように動作可能である。電力系統はまた、電力線と電気を遣り取りするように動作可能な第一の電気エネルギー貯蔵装置を含んでいてもよい。これに加えて、電力系統は、第二の電気エネルギー貯蔵装置と電力調整器を含んでいてもよい。電力系統はまた、１つまたは複数の情報プロセッサを含んでいてもよく、これは機械の少なくとも１つの動作パラメータに関する情報を受け取り、受け取った情報に基づいて電力調整器を制御するように構成され、たとえば、第二の電気エネルギー貯蔵装置から第一の電圧の電気を受け取り、第一の電気エネルギー貯蔵装置に第二の電圧の電気を供給するように電力調整器を選択的に制御する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による電力系統を有する機械の１つの実施形態を示す。
【図２】本発明による電力系統の１つの実施形態をより詳しく示す。
【図３】本発明による電力系統の１つの例示的な作動方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１と２は、本発明による機械１０、電力系統１１、およびその各種の構成要素を示す。機械１０は、電力を利用して１つまたは複数の作業を実行するいずれの種類の機械であってもよい。たとえば、機械１０は、人、物またはその他の物質や物体を輸送または移動させるように構成された移動機械であってもよい。これに加えて、またはその代わりに、機械１０は、商業または産業、たとえば鉱業、建設業、エネルギー開発および／または生成、製造、輸送、農業等に伴う他のさまざまな作業を実行するように構成されていてもよい。
【００１２】
図１に示されるように、いくつかの実施形態において、機械１０は掘削用に構成された掘削機であってもよい。機械１０は、機械１０のその他の構成要素が取り付けられるシャーシ１３を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、シャーシ１３は、部分的または全体的に、導電性材料、たとえばスチール、鋳鉄、アルミニウム、および／またはその他の導電性金属から構築されていてもよい。図１に示される例において、シャーシ１３は下部走行体１４と上部構造体２０を含んでいてもよい。下部走行体１４はフレーム１２を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、機械１０は移動機械であってもよく、下部走行体１４は機械１０を推進するための１つまたは複数の推進装置１６を含んでいてもよい。推進装置１６は、機械１０を推進するように構成されたいずれの種類の装置であってもよい。たとえば、図１に示されるように、推進装置１６は無限軌道ユニットであってもよい。あるいは、推進装置１６は車輪または、機械１０を推進するように動作可能な他の種類の装置であってもよい。下部走行体１４はまた、推進装置１６を駆動するための１つまたは複数の構成要素を含んでいてもよい。たとえば、下部走行体１４は、推進装置１６を駆動するための駆動モータ１８を含んでいてもよい。駆動モータ１８は電気モータでも油圧モータでもよい。
【００１３】
上部構造体２０は、フレーム１２から浮かせられていてもよい。いくつかの実施形態において、上部構造体２０は、旋回システム２２によってフレーム１２から浮かせられていてもよい。旋回システム２２は、旋回ベアリング２４と電気モータ４６を含んでいてもよい。旋回ベアリング２４は、フレーム１２に取り付けられた内輪と、上部構造体２０を取り付けるための外輪を含んでいてもよい。旋回ベアリング２４の内輪と外輪の両方が、垂直軸３４と同心状であってもよい。内輪と外輪は、外輪と上部構造体２０が軸３４の周囲でフレーム１２に関して旋回できるように、玉軸受等の転動要素（図示せず）を介して相互に係合されていてもよい。
【００１４】
電気モータ４６は、上部構造体２０と旋回ベアリング２４の外輪を軸３４の周囲で回転させるように動作可能であってもよい。電気モータ４６は、その出力シャフトに取り付けられた歯車５１を有していてもよく、電気モータ４６は、歯車５１がフレーム１２の歯と噛み合うような位置において上部構造体２０に取り付けられていてもよい。電気モータ４６は、電力系統１１の各種の構成要素から電力を受け取って、上部構造体２０を軸３４の周囲で回転させてもよい。電気モータ４６は、電力系統１１の多くの電力負荷の１つを構成してもよい。
【００１５】
機械１０は、他の各種の構成要素を含んでいてもよい。たとえば、図１に示されるように、機械１０は器具３６を含んでいてもよい。器具３６は、機械１０のさまざまな部分に取り付け、さまざまな作業を実行するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態において、器具３６は、上部構造体２０に取り付けられ、掘削を実行するように構成されていてもよい。機械１０はまた、運転室３８を含んでいてもよく、ここから人が機械１０の動作の１つまたは複数の面を制御できる。運転室３８もまた、上部構造体２０に取り付けられてもよい。
【００１６】
図２は、電力系統１１をより詳しく示す。電力系統１１は、電力系統制御部２６と、各種の作業を実行するための電力を供給するように動作可能な各種の構成要素を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、電力系統１１は、ハイブリッド電力系統であってもよい。電力系統制御部２６に加えて、電力系統１１は、電気モータ４６と、原動機３０と、電気モータ／発電機３２と、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８と、第二の電気エネルギー貯蔵装置５０と、送電システム５２と、を含んでいてもよい。本明細書において、「電気モータ／発電機」という用語は、電力を受け取ると電気モータとして動作し、および／または機械的に駆動されると発電機として動作するように動作可能なあらゆる電気的装置を指す。
【００１７】
原動機３０は、電気モータ／発電機３２を駆動するための機械的動力を生成するように構成されたいずれの種類の装置であってもよい。たとえば、原動機３０はディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、気体燃料式エンジンまたは、機械的動力を生成するように動作可能ないずれの種類の構成要素であってもよい。
【００１８】
電気モータ／発電機３２は、原動機３０から受け取った機械的動力で発電するように動作可能ないずれの種類の構成要素であってもよい。電気モータ／発電機３２はまた、電気を受け取り、電気モータを作動させて、さまざまな目的のために原動機３０を駆動するように動作可能であってもよい。電気モータ４６は、送電システム５２から電気を受け取り、電気モータとして動作するように動作可能ないずれの種類の構成要素であってもよい。電気モータ／発電機３２と電気モータ４６の各々は、たとえば永久磁石電気機械、スイッチトリラクタンス電気機械、ＤＣ電気機械、誘導型機械または、当業界で公知の他のいずれの種類の電気機械であってもよい。
【００１９】
電気エネルギー貯蔵装置４８は、電気エネルギーを貯蔵し、電気を送電システム５２と遣り取りする（すなわち、そこから電気を受け取り、それに電気を供給する）ように動作可能な、いずれの種類の装置であってもよい。たとえば、電気エネルギー貯蔵装置４８は１つまたは複数のバッテリおよび／または１つまたは複数のコンデンサを含んでいてもよい。電気エネルギー貯蔵装置４８は正極端子５４と負極端子５６を有していてもよい。電気エネルギー貯蔵装置４８は、機械１０のシャーシ１３から電気的に絶縁されていてもよい。電気エネルギー貯蔵装置４８は、正極および負極端子５４、５６に電気的に接続された１つまたは複数の蓄電池（図示せず）を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、電気エネルギー貯蔵装置４８は、正極および負極端子５４、５６に直列および／または並列に電気的に接続された複数の蓄電池を含んでいてもよい。
【００２０】
電気エネルギー貯蔵装置４８はまた、端子５４、５６および／または蓄電池に接続された各種のその他の電気的構成要素を含んでいてもよい。たとえば、電気エネルギー貯蔵装置４８が相互に接続された複数のエネルギー蓄電池を含んでいるいくつかの実施形態において、電気エネルギー貯蔵措置４８は、電気エネルギー貯蔵装置４８の充電および／または放電中に１つまたは複数の電池の周囲に電気が流れるようにする１つまたは複数の回路を含んでいてもよい。電気エネルギー貯蔵装置４８の上記およびそれ以外の構成要素は、特定の状況においては、限られた電流しか伝送できない場合があり、これはたとえば、電気エネルギー貯蔵装置４８に、その蓄電池の相対的な充電レベルがアンバランスになった時に電池の電荷のバランスをとるために充電する場合等である。
【００２１】
電気エネルギー貯蔵装置４８は、電力系統１１の第一の電気エネルギー貯蔵手段として機能してもよい。したがって、電気エネルギー貯蔵装置４８のエネルギー貯蔵容量は大きくてもよい。これに加えて、電気エネルギー貯蔵装置４８の公称電圧定格（ｎｏｍｉｎａｌ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｒａｔｉｎｇ）は、たとえば約３５０ボルトと、比較的高くてもよい。
【００２２】
電気エネルギー貯蔵装置５０もまた、電気エネルギーを貯蔵し、電気を送電システム５２と遣り取りする（すなわち、そこから電気を受け取り、それに電気を供給する）ように動作可能な、いずれの種類の装置であってもよい。電気エネルギー貯蔵装置４８と同様に、電気エネルギー貯蔵装置５０は、１つまたは複数のバッテリおよび／または１つまたは複数のコンデンサを含んでいてもよい。電気エネルギー貯蔵装置５０は、正極端子５８と負極端子６０を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、端子５８、６０の一方はシャーシ１３に電気的に接続されていてもよく、それによって端子５８、６０の電圧はシャーシを基準とする（ｃｈａｓｓｉｓ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ）。たとえば、負極端子６０は、電気的アース１４０を介してシャーシ１３に電気的に接続されていてもよい。電気エネルギー貯蔵装置５０は、電力系統１１の第二の電気エネルギー貯蔵装置として機能してもよい。これに加えて、電気エネルギー貯蔵装置５０の公称電圧定格は、エネルギー貯蔵装置４８よりずっと低くてもよい。たとえば、電気エネルギー貯蔵装置５０の公称電圧定格は約１２ボルトまたは約２４ボルトであってもよい。
【００２３】
送電システム５２は、インバータ１００と、電力調整器１０２と、電力調整器１０４と、各種の電気コネクタ、たとえばこれらの装置を接続する電線および／または電気スイッチを含んでいてもよい。インバータ１００は、パワーエレクトロニクスユニット１０６と、パワーエレクトロニクスユニット１０８と、電力線１１０、１１１と、バルクコンデンサ１１４と、コントローラ１１２と、を含んでいてもよい。パワーエレクトロニクスユニット１０６は、電気モータ４６と電力線１１０、１１１との間の電力の流れを調整するように動作可能であってもよい。パワーエレクトロニクスモジュール１０６はまた、電気モータ４６と電力線１１０、１１１の間に流れる電気の波形を変換するように動作可能であってもよい。たとえば、パワーエレクトロニクスユニット１０６は、電気モータ４６での交流電流と電力線１１０、１１１での直流電流とを変換するように動作可能であってよい。パワーエレクトロニクスモジュール１０８も同様に、電気モータ／発電機３２と電力線１１０、１１１の間の電力の流れを調整するように動作可能であってもよい。パワーエレクトロニクスモジュール１０８もまた、電気モータ／発電機３２と電力線１１０、１１１の間に流れる電気の波形を変換できてよく、たとえば電気モータ／発電機３２の交流電流と電力線１１０、１１１の直流電流とを変換する。パワーエレクトロニクスモジュール１０６、１０８は、電力を調整および／または変換するための各種の制御可能電気構成要素であってもよく、たとえばＳＣＲ（シリコン制御整流器）、ＧＴＯ（ゲートターンオフ）、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等があるが、これらに限定されない。バルクコンデンサ１１４は、電力線１１０、１１１間に接続されて、電力線１１０、１１１間の電圧の変動を平滑化する役割を果たしてもよい。このインバータ１００の構成によって、電気モータ／発電機３２と電気モータ４６の間でパワーエレクトロニクスモジュール１０６、１０８と電力線１１０、１１１を介した電気の遣り取りを行うことが可能となる。
【００２４】
コントローラ１１２はパワーエレクトロニクスモジュール１０６、１０８に動作的に接続されていてもよく、コントローラ１１２はパワーエレクトロニクスモジュール１０６、１０８の動作の１つまたは複数の面を制御するように構成（たとえばプログラム）されていてもよい。いくつかの実施形態において、コントローラ１１２は、たとえば、１つまたは複数のマイクロプロセッサおよび／または１つまたは複数のメモリ装置を含んでいてもよい。パワーエレクトロニクスモジュール１０６、１０８を制御することにより、コントローラ１１２は電力線１１０、１１１の電圧のほか、電力線１１０、１１１、電気モータ４６および電気モータ／発電機３２の間を流れる電流の大きさを制御するように動作可能であってもよい。いくつかの実施形態において、コントローラ１１２はパワーエレクトロニクスモジュールを制御して、電力線１１０、１１１の電圧を、電気エネルギー貯蔵装置４８の公称電圧定格より高く保持してもよい。たとえば、電気エネルギー貯蔵装置４８の公称電圧定格が約３５０ボルトであれば、コントローラ１１２は、電力線の電圧を約６５０ボルトに保つようにパワーエレクトロニクスモジュール１０６、１０８を作動させてもよい。
【００２５】
電力調整器１０２は、入力／出力端子１１６、１１７、１１８、１１９を含んでいてもよい。電力調整器１０２は、端子１１６、１１７と端子１１８、１１９の間で遣り取りされる電気の１つまたは複数の面を調整できるいずれの構成であってもよい。電力調整器１０２は、たとえば、電気が端子１１６、１１７と端子１１８、１１９の間で遣り取りされるか否かを制御するように動作可能であってもよい。電力調整器１０２はまた、端子１１６、１１７と端子１１８、１１９の間で電気がどの方向に流れるか、すなわち電気が端子１１６、１１７から端子１１８、１１９に流れるか、またはその逆かを制御するように構成されていてもよい。電力調整器１０２は、さまざまな形態で電気を遣り取りできる。いくつかの実施形態において、電力調整器１０２は、端子１１６、１１７、１１８、１１９において直流の電気を受け取り、および／または供給するように構成されていてもよい。電力調整器１０２はまた、端子１１６、１１７、１１８、１１９の各々における電圧のほか、端子１１６、１１７、１１８、１１９の各々に流れる電流の大きさを制御するように動作可能であってもよい。たとえば、電力調整器１０２は、端子１１６、１１７と端子１１８、１１９の間で伝送される電気を、端子１１６、１１７での直流の電気の１つの電圧（たとえば約６５０ボルト）から端子１１８、１１９での直流の電気の他の電圧（たとえば約３５０ボルト）へと変化させるように動作可能であってもよい。詳しくは後述するように、電力調整器１０２は電力系統１１の１つまたは複数の他の構成要素によって制御可能であってもよく、それによって、このような他の構成要素は、電力調整器１０２が端子１１６、１１７と端子１１８、１１９の間の電気の遣り取りをどのように制御するかを制御してもよい。電力調整器１０２は、上記の機能を果たすことのできる、構成要素のどのような適当な構成を含んでいてもよい。
【００２６】
電力調整器１０４は、入力／出力端子１２６、１２７、１２８、１２９を含んでいてもよい。電力調整器１０４は、端子１２６、１２７と端子１２８、１２９の間で遣り取りされる電気の１つまたは複数の面を調整できるいずれの構成であってもよい。電力調整器１０４は、たとえば、電気が端子１２６、１２７と端子１２８、１２９の間で遣り取りされるか否かを制御するように動作可能であってもよい。電力調整器１０４は、さまざまな形態で電気を遣り取りできる。いくつかの実施形態において、電力調整器１０４は、端子１２６、１２７、１２８、１２９において直流の電気を受け取り、および／または供給するように構成されていてもよい。電力調整器１０４はまた、端子１２６、１２７、１２８、１２９の各々における電圧のほか、端子１２６、１２７、１２８、１２９の各々に流れる電流の大きさを制御するように動作可能であってもよい。たとえば、電力調整器１０４は、端子１２６、１２７と端子１２８、１２９の間で伝送される電気を、端子１２６、１２７での直流の電気の１つの電圧（たとえば約１２または２４ボルト）から端子１２８、１２９での直流の電気の他の電圧（たとえば約３５０ボルト）へと変化させるように動作可能であってもよい。
【００２７】
電力調整器１０４は一方向または双方向の電力調整器であってもよい。電力調整器１０４が一方向の電力調整器である実施形態において、電力調整器１０４は、端子１２６、１２７と端子１２８、１２９の間で一方向にのみ電気を送るように動作可能であってもよい。たとえば、いくつかの実施形態において、電力調整器１０４は、端子１２６、１２７から端子１２８、１２９へと電気を送るが、反対には送らないように動作可能であってもよい。逆に、電力調整器１０４が双方向の電力調整器である実施形態においては、電力調整器１０４は、端子１２６、１２７と端子１２８、１２９の間で電気がどの方向に流れるか、すなわち電気が端子１２６、１２７から端子１２８、１２９に流れるか、またはその逆かを制御するように構成されていてもよい。
【００２８】
電力調整器１０４は、電力調整器１０４が端子１２６、１２７、１２８、１２９の間の電気の遣り取りをどのように制御するかに関する上記の面を制御するように構成（プログラム）されたコントローラ１３４を含んでいてもよい。コントローラ１３４は、電力調整器１０４を上記のように制御できる、いずれの構成であってもよい。いくつかの実施形態において、コントローラ１３４は、１つまたは複数のマイクロプロセッサおよび／または１つまたは複数のメモリ装置を含んでいてもよい。コントローラ１３４は、電力調整器１０２と、インバータ１００のコントローラ１１２に動作的に接続可能であってもよく、それによってコントローラ１３４は、電力調整器１０２とインバータ１００の動作の１つまたは複数の面をモニタおよび／また制御してもよい。詳しくは後述するように、コントローラ１３４と電力調整器１０４は電力系統制御部２６の他の構成要素に動作的に接続されていてもよく、それによって、このような他の構成要素は情報をコントローラ１３４に提供し、および／またはコントローラ１３４が電力調整器１０４、電力調整器１０２、インバータ１００をどのように制御するかの１つまたは複数の面を制御してもよい。電力調整器１０４は、上記の機能を果たすことのできる、構成要素のどのような適当な構成を含んでいてもよい。
【００２９】
いくつかの実施形態において、電力調整器１０４は、少量の電流を電力調整器１０２より精密に制御するように動作可能であってもよい。たとえば、電力調整器１０４は、ミリアンペアの単位で測定される電流の大きさと電圧を安定かつ有効に制御するように動作可能であってもよく、これに対して、電力調整器１０２は、はるかに大きな電力レベル、たとえば数十または数百アンペアの単位の電流の大きさを制御するように構成されてもよい。それと同時に、電力調整器１０２は、いくつかの実施形態において、その電力容量が電力調整器１０４より大きくてもよい。たとえば、電力調整器１０２の電力容量は電力調整器１０４の数十倍、数百倍または数千倍であってもよい。
【００３０】
インバータ１００、電力調整器１０２、１０４、電気エネルギー貯蔵装置４８、５０、電気モータ４６、電気モータ／発電機３２は、さまざまな方法で相互に電気的に接続されていてもよい。図２に示されるように、いくつか実施形態において、電力調整器１０２の端子１１６、１１７は、インバータ１００の電力線１１０、１１１に電気的に接続されていてもよい。これによって電力調整器１０２、電気モータ４６、電気モータ／発電機３２の間で、インバータ１００の電力線１１０、１１１を介して電気を遣り取りできる。
【００３１】
これに加えて、送電システム５２は、電力調整器１０２の端子１１８、１１９を直接的または間接的に、電力調整器１０４、電気エネルギー貯蔵装置４８、および電気エネルギー貯蔵装置５０の各々に接続する仕組みを有していてもよい。電力調整器１０２の端子１１８は、たとえば電力調整器１０４の端子１２８に継続的に電気的に接続されていてもよい。これに加えて、送電システム５２は、スイッチ装置１３８を含んでいてもよく、これは、閉じた時に電力調整器１０２の端子１１９を電力調整器１０４の端子１２９に電気的に接続するように動作可能である。それゆえ、スイッチ装置１３８が閉の動作状態にあり、電力調整器１０２の端子１１８、１１９が電力調整器１０４の端子１２８、１２９に電気的に接続されていると、電力調整器１０２、１０４は相互に電気を遣り取りでき、電力調整器１０２は電力調整器１０４を通じて電気エネルギー貯蔵装置６０に間接的に接続可能である。逆に、スイッチ装置１３８が開の動作状態にある時、電力調整器１０２と電力調整器１０４は相互に有効に電気的に絶縁可能である。
【００３２】
スイッチ装置１３８はまた、電力調整器１０２の端子１１９を電気エネルギー貯蔵装置４８の負極端子５６に電気的に接続するように動作可能であってもよい。これに加えて、送電システム５２はスイッチ装置１３６を含んでいてもよく、これは閉の動作状態にある時、電力調整器１０２の端子１１８を電気エネルギー貯蔵装置４８の正極端子５４に電気的に接続するように動作可能である。それゆえ、スイッチ装置１３６、１３８がその閉の動作状態にある時、電力調整器１０２と電気エネルギー貯蔵装置４８は相互に電気を遣り取りできる。逆に、スイッチ装置１３６、１３８のいずれかが開の動作状態にあると、電気エネルギー貯蔵装置４８は電力調整器１０２から有効に電気的に絶縁可能である。スイッチ装置１３６、１３８は、電力系統制御部２６の他の各種の構成要素によって制御されてもよい。いくつかの実施形態において、スイッチ装置１３６、１３８は、たとえばコントローラ１３４によって制御されてもよい。
【００３３】
送電システム５２はまた、電力調整器１０４と電気エネルギー貯蔵装置４８の間で電気を遣り取りできるように構成されてもよい。電力調整器１０４の端子１２９は、たとえば電気エネルギー貯蔵装置４８の負極端子５６に継続的に電気的に接続されていてもよい。これに加えて、前述のように、電力調整器１０４の端子１２８は電力調整器１０２の端子１１８に継続的に電気的に接続されていてもよく、スイッチ装置１３６は、閉の動作状態にある時、電力調整器１０２の端子１１８を電気エネルギー貯蔵装置４８の正極端子５４に電気的に接続するように動作可能であってもよい。それゆえ、スイッチ装置１３６が閉の動作状態にある時、電力調整器１０４と電気エネルギー貯蔵装置４８は相互に電気を遣り取りできる。逆に、スイッチ装置１３６が開の動作状態にある時、電力調整器１０４と電気エネルギー貯蔵装置４８は相互に有効に電気的に絶縁可能である。
【００３４】
送電システム５２はまた、電気エネルギー貯蔵装置５０と電力調整器１０４の間で電気を伝送するための仕組みを有していてもよい。たとえば、電力調整器１０４の端子１２６は電気エネルギー貯蔵装置５０の正極端子５８に継続的に接続されていてもよい。これに加えて、電気エネルギー貯蔵装置５０の負極端子６０と電力調整器１０４の端子１２７は、共通の電気アース１４０、たとえば機械１０のシャーシ１３の導電性部分に電気的に接続されていてもよい。
【００３５】
図２に示される送電システム５２の例示的構成により、電気モータ／発電機３２、電気モータ４６、電気エネルギー貯蔵装置４８、電気エネルギー貯蔵装置５０の間で電力調整器１０２、１０４を通じてさまざまな方法で電気を伝送することが可能となる。たとえば、スイッチ装置１３６が閉の動作状態にあり、スイッチ装置１３８が開の動作状態にある時、送電システム５２は、電気エネルギー貯蔵装置５０と電気エネルギー貯蔵装置４８の間で、電力調整器１０４を介して電気を伝送できる。スイッチ装置１３６が開の動作状態にあり、スイッチ装置１３８が閉の動作状態にある時、送電システム５２は、電気エネルギー貯蔵装置５０、電気モータ／発電機３２、電気モータ４６の間で、電力調整器１０２、１０４を介して電気を伝送できる。スイッチ装置１３６、１３８がどちらも閉じている時、送電システム５２は、電気エネルギー貯蔵装置４８、電気エネルギー貯槽装置５０、電気モータ／発電機３２、電気モータ４６の間で、電力調整器１０２、１０４の一方または両方を通じて電気を自由に遣り取りできる。
【００３６】
図２に示されるものに加えて、電力系統１１はまた、多数のその他の電気負荷および／または電源を含んでいてもよい。たとえば、電気モータ４６に加えて、電力系統１１は、インバータ１００の電力線１１０、１１１に接続された他の各種の大型で高電圧の電気負荷、たとえば駆動モータ１８を含んでいてもよい。これに加えて、電力系統１１は、電気エネルギー貯蔵装置５０に接続された各種の電気負荷６２を含んでいてもよく、これはより小型で低電圧の負荷、たとえば照明、ゲージ、センサ、ファンモータ、およびその他であってもよい。このような負荷６２は、送電システム５２とは別の、低電圧送電システムを通じて電気エネルギー貯蔵装置５０に接続されてもよい。これに加えて、電力系統１１は、電気エネルギー貯蔵装置５０を充電し、および／またはそれに接続された、より小型の低電圧の負荷のすべてに電力を供給するための、１つまたは複数の電源を含んでいてもよい。たとえば、電力系統１１は、原動機３０によって駆動される従来のオルタネータ（図示せず）を含んでいてもよい。電力負荷６２、これらを電気エネルギー貯蔵装置５０に接続する低電圧送電システム、電気エネルギー貯蔵装置５０と電力負荷６２に接続されるその他の電気エネルギー源は、たとえばアース１４０との接続等によって、電気的にシャーシ１３を基準としてもよい。
【００３７】
電力系統制御部２６は、電気貯蔵装置４８、５０の充電と放電、原動機３０の動作、電気モータ／発電機３２の動作、電気モータ４６の動作、およびこれらの作業のすべてに関連する送電システム５２を通じた電気の伝送を制御するように構成されていてもよい。電力系統制御部２６は、上述の多くの構成要素、たとえばインバータ１００、電力調整器１０２、電力調整器１０４、スイッチ装置１３６、１３８等を含んでいてもよい。これらの構成要素の動作を制御するために、電力系統制御部２６のいくつかの実施形態は、１つまたは複数の他の構成要素を含んでいてもよい。たとえば、図２に示されるように、電力系統制御部２６は、電力調整器１０４のコントローラ１３４に動作的に接続されたコントローラ１５２を含んでいてもよい。コントローラ１５２はまた、原動機３０、電気モータ／発電機３２、電気モータ４６に、コントローラ１５２がこれらの構成要素の動作の１つまたは複数の面をもモニタおよび／または制御できるような方法で動作的に接続されていてもよい。原動機３０、電気モータ／発電機３２、電気モータ４６および／または、電力系統１１のその他の構成要素の各種の動作パラメータに基づいて、コントローラ１５２は電力系統１１のハイレベル制御を行うことができる。その中でコントローラ１５２は、電力調整器１０４のコントローラ１３４に対して、電力調整器１０４、電力調整器１０２、インバータ１００、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８、第二の電気エネルギー貯蔵装置５０および／または、電力系統１１の他の構成要素の動作に関する各種の目標値を提供してもよい。たとえば、コントローラ１５２はコントローラ１３４に対して、電力系統１１の特定の部分における電圧および／または電流の目標値を伝えてもよく、コントローラ１３４は、その目標値を達成するために、電力調整器１０４、電力調整器１０２、インバータ１００、スイッチ装置１３６、１３８および／または、電力系統１１の他の構成要素を制御してもよい。コントローラ１５２は、上述の構成要素を制御するためのいずれの適当な情報処理装置を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、コントローラ１５２は、上記の方法で電力系統１１を制御するようにプログラムされた１つまたは複数のマイクロプロセッサおよび／または１つまたは複数のメモリ装置を含んでいてもよい。
【００３８】
電力系統制御部２６はまた、電力系統１１の動作の各種の面をモニタするための構成要素を含んでいてもよい。たとえば、電力系統制御部２６は、電気エネルギー貯蔵装置４８の端子５４、５６間の電圧を感知する電圧センサ１４２を含んでいてもよく、これは電気エネルギー貯蔵装置４８の充電レベルの指標となりうる。電力系統制御部２６はまた、電力調整器１０２の端子１１８、１１９間の電圧を感知する他の電圧センサ１４４を含んでいてもよい。同様に、電力系統制御部２６は、電力線１１０、１１１間の電圧を感知するための電圧センサ１５４を含んでいてもよい。これに加えて、電力系統制御部２６はまた、端子１１８に流れる電流の大きさを感知するための電流センサ、インバータ１００と電気モータ４６の間に流れる電流の大きさを感知するための電流センサ１４８、インバータ１００と電気モータ／発電機３２の間に流れる電流の大きさを感知するための電流センサ１５０を含んでいてもよい。
【００３９】
電力系統制御部２６はまた、電気モータ／発電機３２のシャフトの回転位置を感知するための位置センサ６４も含んでいてよい。位置センサ６４は、電気モータ／発電機３２のシャフトの位置を感知するように動作可能ないずれの種類のセンサであってもよい。いくつかの実施形態において、位置センサ６４は、電気モータ／発電機３２のシャフトの回転位置が、電気モータ／発電機３２のシャフトの回転中にだけ位置センサ６４によって生成される信号から判別できるような種類のものであってもよい。
【００４０】
電力系統制御部２６のセンサは、各種の構成要素に通信可能に連結されていてもよい。たとえば、これらのセンサはコントローラ１３４および／またはコントローラ１５２に通信可能に連結されていてもよく、それによって電力系統制御部２６は、これらのセンサにより感知されパラメータをモニタしてもよい。これに加えて、電力系統制御部２６は、電力系統１１の動作の他の各種の面、たとえば原動機３０が電気モータ／発電機３２を駆動しているか否か、および電気モータ／発電機３２が発電しているか否か、等を感知するためのセンサを含んでいてもよい。コントローラ１３４および／またはコントローラ１５２および／または、電力系統制御部２６のその他の構成要素もまた、これらの動作パラメータをモニタしてよい。
【００４１】
電気エネルギー貯蔵装置４８と電気エネルギー貯蔵装置５０は、電力系統１１の２つの異なるブランチまたは回路の一部を形成してもよい。前述のように、電気エネルギー貯蔵装置４８は機械１０のシャーシ１３から電気的に絶縁されていてもよく、電気的エネルギー貯蔵装置５０は、アース１４０のシャーシ１３との接続により、電気的にシャーシ１３を基準としてもよい。前述のように、電力負荷６２と、電気エネルギー貯蔵装置５０に接続された他の各種の電気的構成要素は、たとえばアース１４０への接続によって、電気的に機械１０のシャーシ１３を基準としてもよい。これに対して、電気エネルギー貯蔵装置４８と同様に、電力調整器１０２、インバータ１００、電力線１１０、１１１、電気モータ／発電機３２、電気モータ４６は、シャーシ１３から、それゆえ電気エネルギー貯槽装置５０、電力負荷６２、およびシャーシを基準とするその他の電気的構成要素から電気的に絶縁されていてもよい。それゆえ、電気エネルギー貯蔵装置５０、電力負荷６２、およびシャーシを基準とする他の構成要素は電力系統１１の１つのブランチまたは回路の一部を形成してもよく、これに対して、電気エネルギー貯蔵装置４８、電力調整器１０２、インバータ１００、電力線１１０、１１１、電気モータ／発電機３２、電気モータ４６は、電力系統１１の別の、電気的に絶縁されたブランチまたは回路の一部を形成してもよい。前述のように、いくつかの実施形態において、電気エネルギー貯蔵装置５０を含むブランチまたは回路は、低電圧のブランチまたは回路であってもよく、電気エネルギー貯蔵装置４８を含むブランチまたは回路は、高電圧のブランチまたは回路であってよい。電力調整器１０４は、電気エネルギー貯蔵装置５０を含む、シャーシを基準とするブランチまたは回路と、電気エネルギー貯蔵装置４８を含む、もう一方のブランチまたは回路とを架橋する役割を果たしてもよい。
【００４２】
機械１０と電力系統１１は、図１と２に示され、上述した構成に限定されない。たとえば、電力系統制御部２６によって扱われる制御作業は、コントローラ１１２、１３４、１５２の間で上記とは異なる方法で分配されてもよい。これに加えて、電力系統制御部２６は電力系統１１の各種の構成要素間の電気の伝送を制御するための他の各種構成および／または装置を含んでいてもよい。電力系統制御部２６のこのようなその他の構成には、コントローラ１１２、１３４、１５２に加えて、他のコントローラ等、相互に通信可能に連結され、制御作業を分担するように動作可能な追加の制御用構成要素を含んでいてもよい。逆に、いくつかの実施形態において、電力系統制御部２６は、コントローラ１１２、１３４、１５２のうちの２つまたはそれ以上の代わる１つのコントローラを有してもよい。これに加えて、電力系統制御部２６は、他の数および／または構成の電力調整器、スイッチ装置、および電力系統１１の電力負荷と電源の間で電力の伝送を行うその他の構成要素を含んでいてもよい。電力系統１１はまた、上記の例とは異なる数および／または構成の電気エネルギー貯蔵装置を含んでいてもよい。これに加えて、電気モータ４６は、軸３４の周囲で上部構造体２０を回転させること以外に、たとえば機械１０の他の構成要素を移動させる、または機械１０を推進するための機械的動力を提供する等の機能を果たしてもよい。さらに、機械１０は、掘削機以外のさまざまな機械のいずれであってもよく、たとえば静止機械であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
機械１０と電力系統１１は、１つまたは複数の作業を行うために電力を必要とするいずれの用途にも使用できる。機械１０の動作中、電力系統制御部２６は、各種の電気負荷を作動させて、各種の作業を実行させてもよく、たとえば電気モータ４６を作動させ、上部構造体２０を軸３４の周囲で回転させる。電力系統１１は、多様な状況において、電気モータ４６とその他の電気負荷を作動させるのに必要な電気を各種の供給源から供給してもよい。状況に応じて、電力系統１１は、電気モータ４６とその他の電気負荷に、電気モータ／発電機３２、電気エネルギー貯蔵装置４６、および／または電気エネルギー貯蔵装置５０の１つまたは複数から電気を供給してもよい。
【００４４】
機械１０の動作の大部分において、電力系統１１は、主として電気モータ／発電機３２および／または第一の電気エネルギー貯蔵装置４８からの電気を使用して、電気モータ４６および電力系統１１のその他の大型で高電圧の電力負荷の電力需要に対して供給してもよい。これには、スイッチ装置１３６、１３８を閉状態に保ち、電気エネルギー貯蔵装置４８がインバータ１００の電力線１１０、１１１に電気を供給し、そこから電気を受け取ることによって、電力線１１０、１１１に接続された電気モータ４６とその他の大型で高電圧の負荷の電気需要の変動が吸収されるようにすることが含まれていてもよい。
【００４５】
さまざまな状況において、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の充電レベルが所望のレベル以下であるかもしれず、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８を充電することが望ましいことがある。たとえば、機械１０の製造当初の時点では、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の電荷はほとんど、またはまったくないかもしれない。これに加えて、機械１０の動作中、電力線１１０、１１１に接続された電気モータ４６およびその他の大型で高電圧の電気負荷による大きな電気需要が長期間にわたると、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８が電気モータ／発電機３２からの電気を補足することが必要となりうる。その結果、最終的に第一の電気エネルギー貯蔵装置４８が放電して、所望の充電レベル以下となるかもしれない。これに加えて、機械１０と電力系統１１が長期間動作しないと、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８は望ましくないレベルまで放電することがある。
【００４６】
第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の充電レベルが望ましくない程度に低くなった場合、さまざまな方法により、電力線１１０、１１１、第二の電気エネルギー貯蔵装置５０および／またはその他の電源からこれを充電してもよい。さまざまな要素により、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８を充電するための最善の方法を決定できる。たとえば、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の充電状態は、それがどれだけの充電電流を安全に受け入れられるかに影響を与える可能性がある。いくつかの実施形態において、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の中の個々の蓄電池の充電レベルがアンバランスになると、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の再充電の１つまたは複数の段階において、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８に供給される充電電流の大きさを制限する必要があるかもしれない。この判断はどの電源を充電に使用するべきかに影響を与える可能性があり、それは、前述のように、電力調整器１０２、１０４が大きさのごく小さい電流を制御する能力に差があるかもしれないからである。これに加えて、いくつかの実施形態において、特定の電源から電気を供給できない場合があり、それも第一の電気エネルギー貯蔵装置４８を充電するのにどの電源を使用するべきかに影響を与えうる。したがって、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の充電にどの電源を使用するかを制御するために、さまざまな方法が利用できる。このような方法には、充電工程の手動および／または自動制御が含まれていてもよい。
【００４７】
図３は、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８を電力線１１０、１１１または第二の電気エネルギー貯蔵装置５０からの電気で充電することを制御するために電力系統制御部２６が使用できるアルゴリズムの一例を示している。電力系統制御部２６はまず、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の充電状態が、それを充電することが望ましいレベルであるか否かを評価してもよい。この判断の中で、電力系統制御部２６は、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の充電レベルが第一の充電レベル基準値ＣＬ１より低いか否かを判断してもよい（ステップ２００）。第一の充電レベル基準値ＣＬ１は、たとえば、フル充電状態と比較すると低下しているが、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の個々の蓄電器の間の充電レベルのバランスがとれている可能性のある充電レベルに対応してもよい。第一の充電レベル基準値ＣＬ１はさまざまな方法で表現でき、たとえば第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の電圧レベルまたは最大エネルギー貯蔵容量のうちのパーセンテージ等がある。それゆえ、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の公称電圧容量が約３５０ボルトである実施形態において、第一の充電レベル基準値は、たとえば２７５ボルトまたは、最大エネルギー貯蓄容量の８０％とすることができる。第一の充電レベル基準値は、固定値とすることも、あるいは電力系統制御部２６によって、他の要素、たとえば機械１０および／または電力系統１１の感知された１つまたは複数の動作パラメータの数値等に基づいて決定される数値とすることもできる。
【００４８】
電力系統制御部２６が、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の充電レベルは第一の充電レベル基準値ＣＬ１より低く、それを充電することが望ましいと判断した場合、電力系統制御部２６は充電にどの電源を利用できるかを評価してもよい。これには、電気モータ／発電機３２が発電中で、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の充電に電力線１１０、１１１からの電気が利用できるか否かを判断する（ステップ２０２）ことが含まれていてもよい。
【００４９】
電気モータ／発電機３２が発電中でない場合、電力系統制御部２６は、充電源として第二の電気エネルギー貯蔵装置５０を選択してもよい。これに関連して、電力系統制御部２６は、電力調整器１０４を第一の電気エネルギー貯蔵装置４８に電気的に接続してもよく、その一方で、電力調整器１０４と第一の電気エネルギー貯蔵装置４８は、電力調整器１０２と電力線１１０、１１１から電気的に絶縁してもよい。電力系統制御部２６はそのために、たとえばスイッチ装置１３６を閉状態に、またスイッチ装置１３８を開状態に制御してもよい（ステップ２１０）。構成要素がこのように接続された状態で、電力系統制御部２６は、電力調整器１０４を作動させて、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８を第二の電気エネルギー貯蔵装置５０からの電気で充電してもよい（ステップ２１２）。これには、端子５８、６０と１２６、１２７を介して第二の電気エネルギー貯蔵装置５０から電気を受け取り、端子１２８、１２９と５４、５６を介して第一の電気エネルギー貯蔵装置４８に電気を供給するように電力調整器１０４を制御することが含まれていてもよい。
【００５０】
電気モータ／発電機３２が発電中であっても、状況によっては、第二の電気エネルギー貯蔵措置５０と電力調整器１０４を第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の充電工程の少なくとも一部に使用することが望ましい場合がある。たとえば、いくつかの実施形態や状況において、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８を、充電工程の少なくとも一部において、精密に制御された、比較的大きさの小さい電気で充電することが望ましい場合があり、これはたとえば、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の中の蓄電池の充電レベルがアンバランスになった場合等である。電力調整器１０４が大きさの小さい電流を精密に制御できる実施形態では、第二の電気エネルギー貯蔵装置５０と電力調整器１０４は、これらおよび同様の状況で第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の充電ニーズを最もよく満たすことができる。
【００５１】
したがって、既存の状況から、第二の電気エネルギー貯蔵装置５０と電力調整器１０４を充電工程の一部または複数の部分に使用することが適当であるかを判断するために、電力系統制御部２６は、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の個々の電池間の充電レベルがアンバランスになっていることを示すような状況があるか否かを評価してもよい。たとえば、電力系統制御部２６は、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の充電レベルが第二の充電レベル基準値ＣＬ２より低くなったか否かを判断してもよい（ステップ２０４）。第二の充電レベル基準値ＣＬ２は、第一の充電レベル基準値ＣＬ１より低くてもよく、第二の充電レベル基準値ＣＬ２は、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の個々の電池間の充電レベルのアンバランスを示す数値であってもよい。第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の公称電圧容量が３５０ボルトである実施形態において、第二の充電レベル基準値はたとえば、５０ボルトまたは、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の電気エネルギー貯蔵能力の最大エネルギー貯蔵容量の１４％としてもよい。
【００５２】
電力系統制御部２６が、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の内部電池間の充電レベルがアンバランスであること示す状況を特定した場合（たとえば、その充電レベルが第二の充電レベル基準値ＣＬ２より低下したと判断することによる）、電力系統制御部２６は、第二の電力エネルギー貯蔵装置５０と電力調整器１０４を充電工程の少なくとも一部に使用することを含む充電方法を選択してもよい。たとえば、電力系統制御部２６は、電力線１１０、１１１からの電気を使って第一の電気エネルギー貯蔵装置４８のある程度の初期充電を行ってもよく、その後、第二の電気エネルギー貯蔵装置５０と電力調整器１０４からの電気によって第一の電気エネルギー貯蔵装置４８を最後まで充電する。次に、電力系統制御部２６がそれをどのように行うかの一例を、図３に関して説明する。電力系統制御部２６はまず、スイッチ装置１３６、１３８をその閉の動作状態に制御して、電力調整器１０２の端子１１８、１１９を第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の端子５４、５６に電気的に接続してもよい（ステップ２０７）。電力系統制御部２６は次に、電力線１１０、１１１から電気モータ／発電機３２によって生成された電気を受け取り、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８に電気を供給するように電力調整器１０２を動作させてもよい（ステップ２０９）。
【００５３】
電力系統制御部２６は続いて、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８を電力調整器１０２からの電気で充電し、最終的に、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８がその電気エネルギー貯蔵容量の大部分に到達するようにしてもよい。しかしながら、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８が最大充電容量に到達する前に、電力系統制御部２６は、電力調整器１０２を使った第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の充電を停止してもよい。その後、電力系統制御部２６は、第二の電気エネルギー貯蔵装置５０からの電気で第一の電気エネルギー貯蔵装置４８を最後まで充電してもよい。そのために、電力系統制御部２６は、スイッチ装置１３６を閉状態に、またスイッチ装置１３８を開状態に制御してもよい（ステップ２１０）。構成要素がこのように接続された状態で、電力系統制御部２６は、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８を第二の電気エネルギー貯蔵装置５０からの電気で充電するように、電力調整器１０４を作動させてもよい（ステップ２１２）。それゆえ、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の充電レベルが第一の充電レベル基準値ＣＬ１と第二の充電レベル基準値ＣＬ２のいずれよりも低い状況となったことに応答して、電力系統制御部２６はまず、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の初期充電の一部を実行し、次に電力調整器１０４を動作するように切り替えて、第二の電気エネルギー貯蔵装置５０から電気を受け取り、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８に電気を供給して、その充電を最後まで行ってもよい。
【００５４】
電力調整器１０４を作動させて、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８を最後まで充電する間、電力系統制御部２６と電力調整器１０４は、さまざまな方法で第一の電気エネルギー貯蔵装置４８に供給される電気の電圧と電流の大きさを制御してよい。いくつかの実施形態と状況において、電力系統制御部２６と電力調整器１０４は第二の電気エネルギー貯蔵装置５０から第一の電圧、たとえば約１２また２４ボルトの電気を受け取り、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８に供給される電気を第二の電圧、たとえば約３５０ボルトに調整してもよい。これに加えて、いくつかの実施形態と状況において、電力系統制御部２６と電力調整器１０４は、最後まで充電を行っている間に第一の電気エネルギー貯蔵装置４８に供給される電流の大きさを基準の電流の大きさ以下に保持してもよい。基準の電流の大きさは比較的低い数値、たとえば１０アンペア、あるいは１００ミリアンペア以下であってもよい。供給される電流の大きさを低く保持することによって、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８が、その内部電池の充電状態がアンバランスである時に過剰に急速な充電によって損傷を受けないようにすることができる。
【００５５】
これに対して、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８が幾分放電しているが、その内部電池間の充電状態が比較的均一である状況では、利用可能であれば電力線１１０、１１１からの電気でそれを充電することが有利となる可能性がある。その結果、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８をより急速に充電することが可能となり、それは、電力線１１０、１１１と電力調整器１０２が、第二の電気エネルギー貯蔵装置５０と電力調整器１０４より高いレベルの電力を供給できうるからである。したがって、電気モータ／発電機３２が発電中であり（ステップ２０２）、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の充電レベルが第一の充電レベル基準値ＣＬ１より低いが（ステップ２００）、第二の充電レベル基準値ＣＬ２より高い（ステップ２０４）場合、電力系統制御部２６は、充電電流供給源として電力線１１０、１１１を選択してもよい。
【００５６】
その際、電力系統制御部２６は、スイッチ装置１３６、１３８の両方を閉の動作状態に制御することにより、電力調整器１０２を第一の電気エネルギー貯蔵装置４８に電気的に接続してもよい（ステップ２０６）。このように接続された状態で、電力系統制御部２６は、電力調整器１０２を制御して、電力線１１０、１１１から電気を受け取り、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８に電気を供給することにより、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８を電力線１１０、１１１からの電気で充電してもよい（ステップ２０８）。そうする中で、電力系統制御部２６は、電力調整器１０２を作動させて、電力調整器１０４から充電用の電気を供給する時に使用された基準の電流の大きさより大きな電流の大きさの電気が供給されるようにしてもよい。たとえば、電力調整器１０２から第一の電気エネルギー貯蔵装置４８に供給される電気は、少なくとも時々、１０アンペア、時には１００アンペアを超えてもよい。それゆえ、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の充電レベルが第一の充電レベル基準値ＣＬ１より低いが、第二の充電レベル基準値ＣＬ２より高い状況に応答して、電力系統制御部２６は、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８を電力線１１０、１１１からの電気で充電し、急速充電を行ってもよい。そうする中で、電力系統制御部２６は電力線１１０、１１１からの電気を使って第一の電気エネルギー貯蔵装置４８をフル充電してもよい。
【００５７】
電力系統制御部２６が第一の電気エネルギー貯蔵装置４８を充電するように動作している間、機械１０と電力系統１１の主要な機能は中断されることなく継続できる。たとえば、原動機３０は、電気モータ／発電機３２の駆動を続けて、電気モータ４６と電力線１１０、１１１に接続されたその他の電力負荷が使用するための電気を電力線１１０、１１１に供給してもよい。同様に、第二の電気エネルギー貯蔵装置５０は、電力負荷６２への電気の供給を継続してもよい。それゆえ、機械１０のオペレータは第一の電気エネルギー貯蔵装置４８が充電中であることに気付かない可能性があり、これは、機械１０が充電中も動作し続け、充電のために停止する必要がないからである。
【００５８】
上記に加え、電力系統制御部２６は、他の各種の目的のために電力調整器１０４を利用してもよい。たとえば、電力調整器１０４が電気を端子１２８、１２９から端子１２６、１２７に伝送するように動作可能である実施形態では、状況により、電力系統制御部２６は、電気が電気エネルギー貯蔵装置４８から電気エネルギー貯蔵装置５０へと伝送されるように電力調整器１０４を作動させてもよい。電力系統制御部２６は、たとえば電気エネルギー貯蔵装置５０が追加のエネルギーを必要とする場合、そのようにしてもよい。これに加えて、電力系統制御部２６は、電気エネルギー貯蔵装置５０を放電させることを目的として、電気が電気エネルギー貯蔵装置４８から電気エネルギー貯蔵装置５０へと伝送されるように電力調整器１０４を作動させてもよい。機械１０が停止されている時等、状況により、電気エネルギー貯蔵装置４８を放電させることが望ましい場合がある。電気エネルギー貯蔵装置４８から電気エネルギー貯蔵装置５０へと電気が伝送されるように電力調整器１０４を作動させることによって、電力系統制御部２６は、それ以外の場合に使用可能な他のさまざまな放電方法を使用せずに、比較的急速に電気エネルギー貯蔵装置４８を放電させることができる
【００５９】
これに加えて、電力系統制御部２６は、色々な状況において、スイッチ装置１３６、１３８を閉じることに備えて、電力調整器１０４を使用してもよい。スイッチ装置１３６、１３８が開状態にあるとき、スイッチ装置１３６、１３８間に望ましくないアーク放電を発生させずにスイッチ装置１３６、１３８を閉じるには、電力調整器１０２の端子１１８、１１９の電圧を電気エネルギー貯蔵装置４８の端子５４、５６の電圧に確実に近づける必要がありうる。したがって、スイッチ装置１３６、１３８を閉じることが望ましく、端子１１８、１１９の電圧が端子５４、５６の電圧から大きく異なる場合、電力系統制御部２６は電力調整器１０４を作動させて、端子１１８、１１９の電圧が端子５４、５６の電圧から所望の範囲内となるように変化させてもよい。たとえば、電力調整器１０２の端子１１８、１１９の電圧が電気エネルギー貯蔵装置４８の端子５４、５６の電圧より大幅に低い場合、電力系統制御部２６は、電力調整器１０４を作動させて、電気エネルギー貯蔵装置５０から電気を受け取り、端子１１８、１１９に電気を供給して、端子１１８、１１９の電圧が電気エネルギー貯蔵装置４８の端子５４、５６の電圧から所望の範囲内になるようにしてもよい。すると、電力系統制御部２６は、スイッチ装置１３６、１３８間に望ましくないアーク放電を発生させずに、スイッチ装置１３６、１３８の両方を閉じることができる。このようにしてスイッチ装置１３６、１３８間の電圧を調整するために電力調整器１０４を利用できるため、本来であればその目的のために使用される可能性のある専用の構成要素（たとえば専用の抵抗回路）が不要となりうる。
【００６０】
機械１０と電力系統１１の動作方法は、上で説明し、図３に示した例に限定されない。たとえば、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の充電にどの構成要素を使用するかを判断する方法では、異なる数値の第一と第二の基準電圧レベルＣＬ１、ＣＬ２を使用してもよい。同様に、本発明による方法では、第一と第二の充電レベル基準値ＣＬ１、ＣＬ２に加えて、またはその代わりに、他の基準を用いてもよい。いくつかの実施形態において、電力系統制御部２６は、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の中の個々の電池の充電状態を直接測定し、これらがアンバランスであるか否か、したがって第一の電気エネルギー貯蔵装置４８をどのように充電するかを評価してもよい。これに加えて、電力系統制御部２６は、図３に示される動作を異なる順序で実行し、１つまたは複数の他の動作を図３に示されるものと組み合わせて実行し、および／または図３に示される動作の１つまたは複数を省略してもよい。
【００６１】
開示された実施形態は多数の利点を提供できる。たとえば、電気モータ／発電機３２が発電していない時に、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８を充電するために機械１０の第二の電気エネルギー貯蔵装置５０と電力調整器１０４を利用できることから、多くの状況において、機械１０の可用性が増大する。これに加えて、１つまたは複数のパラメータ（たとえば、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の充電レベル）をモニタし、第一の電気エネルギー貯蔵装置４８の充電にどの電源を使用するかを選択することにより、開示された方法では、可能な時には急速充電を行い、急速充電による損傷の恐れがある場合には、より漸進的な、制御された充電を行うことができる。
【００６２】
当業者にとっては当然のことながら、上記の機械、電力系統、方法には、本発明の範囲から逸脱することなく、さまざまな改良と変更を加えることができる。本明細書において開示される機械、電力系統、方法の仕様と実践を考えれば、開示された機械、電力系統、方法の他の実施形態も当業者にとって明らかとなるであろう。仕様と例は例示にすぎないと考えるものとし、本発明の真の範囲は以下の特許請求の範囲とその均等物により示される。
【図１】
2014501487.tif 000003
【図２】
2014501487.tif 000004
【図３】
2014501487.tif 000005
【国際調査報告】
2014501487.tif 000006
2014501487.tif 000007