(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022142670
(43)【公開日】2022-09-30
(54)【発明の名称】建設機械
(51)【国際特許分類】
E02F 9/00 20060101AFI20220922BHJP
B60R 16/033 20060101ALI20220922BHJP
H02J 7/00 20060101ALI20220922BHJP
【ＦＩ】
E02F9/00 C
B60R16/033 D
H02J7/00 302B
H02J7/00 302C
H02J7/00 303C
【審査請求】有
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021042950
(22)【出願日】2021-03-16
(71)【出願人】
【識別番号】000005522
【氏名又は名称】日立建機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001829
【氏名又は名称】弁理士法人開知
(72)【発明者】
【氏名】矢野 学
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 明
(72)【発明者】
【氏名】杉山 春樹
(72)【発明者】
【氏名】竹内 健
【テーマコード（参考）】
5G503
【Ｆターム（参考）】
5G503AA01
5G503AA04
5G503BA04
5G503BB01
5G503CA08
5G503DA04
5G503FA06
5G503GB03
(57)【要約】
【課題】車体の長期放置においても、低電圧の電池の電圧を一定に保つことができ、車体始動要求時に直ちに始動することができるとともに、車体停止中に動作が必要な電気機器の制約を低減することができる建設機械を提供すること。
【解決手段】第２の電源系１９からの電力の供給により駆動することで作業を行う電気機器と、第１の電源系１４からの電力の供給により油圧ショベル１００を始動するスタータモータ１１とを有し、車体コントローラ１３は、油圧ショベル１００が始動せずに停止している場合において、第１の電池１２に蓄えられた電力が油圧ショベル１００のエンジン２の始動に必要な電力に応じて予め定めた蓄電基準値を下回った場合には、第１の電池１２への充電が必要であると判定し、ＤＣ－ＤＣコンバータ２４によって第２の電源系１９の電力を変換して第１の電源系１４の第１の電池１２に充電する。
【選択図】 図２
【解決手段】第２の電源系１９からの電力の供給により駆動することで作業を行う電気機器と、第１の電源系１４からの電力の供給により油圧ショベル１００を始動するスタータモータ１１とを有し、車体コントローラ１３は、油圧ショベル１００が始動せずに停止している場合において、第１の電池１２に蓄えられた電力が油圧ショベル１００のエンジン２の始動に必要な電力に応じて予め定めた蓄電基準値を下回った場合には、第１の電池１２への充電が必要であると判定し、ＤＣ－ＤＣコンバータ２４によって第２の電源系１９の電力を変換して第１の電源系１４の第１の電池１２に充電する。
【選択図】 図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の電源系と第２の電源系とを有し、前記第１の電源系からの電力の供給により始動するとともに、前記第２の電源系からの電力の供給により作業を行う建設機械において、
第１の電池と、
前記第１の電池が接続される前記第１の電源系に接続され、前記第１の電池から前記第１の電源系を介して供給される電力により動作する電気電子機器と、
前記第１の電池よりも定格電圧の高い第２の電池と、
前記第２の電池が接続される前記第２の電源系に接続され、前記第２の電池から前記第２の電源系を介して供給される電力により動作し、前記電気電子機器よりも高い電圧で駆動する電気機器と、
前記第１の電源系と前記第２の電源系との間で電圧変換を行い、前記第２の電源系から供給される電力の電圧変換を行って前記第１の電源系へ供給する電圧変換装置とを備え、
前記電気機器は、前記第２の電源系からの電力の供給により駆動し、前記電気電子機器は、前記第１の電源系からの電力の供給により前記建設機械を始動する機能を含み、
前記電気電子機器は、前記建設機械が始動せずに停止している場合において、前記第１の電池に蓄えられた電力が前記建設機械の始動に必要な電力に応じて予め定めた蓄電基準値を下回った場合には、前記第１の電池への充電が必要であると判定し、前記電圧変換装置によって前記第２の電源系の電力を変換して前記第１の電源系の前記第１の電池に充電することを特徴とする建設機械。
第１の電池と、
前記第１の電池が接続される前記第１の電源系に接続され、前記第１の電池から前記第１の電源系を介して供給される電力により動作する電気電子機器と、
前記第１の電池よりも定格電圧の高い第２の電池と、
前記第２の電池が接続される前記第２の電源系に接続され、前記第２の電池から前記第２の電源系を介して供給される電力により動作し、前記電気電子機器よりも高い電圧で駆動する電気機器と、
前記第１の電源系と前記第２の電源系との間で電圧変換を行い、前記第２の電源系から供給される電力の電圧変換を行って前記第１の電源系へ供給する電圧変換装置とを備え、
前記電気機器は、前記第２の電源系からの電力の供給により駆動し、前記電気電子機器は、前記第１の電源系からの電力の供給により前記建設機械を始動する機能を含み、
前記電気電子機器は、前記建設機械が始動せずに停止している場合において、前記第１の電池に蓄えられた電力が前記建設機械の始動に必要な電力に応じて予め定めた蓄電基準値を下回った場合には、前記第１の電池への充電が必要であると判定し、前記電圧変換装置によって前記第２の電源系の電力を変換して前記第１の電源系の前記第１の電池に充電することを特徴とする建設機械。
【請求項2】
請求項１記載の建設機械において、
前記第１の電源系に接続された前記電気電子機器は、
前記建設機械の外部に情報を送信する通信機器を含み、
前記通信機器は、前記建設機械が始動せずに停止している場合で、かつ、予め定めた条件を満たす場合には、前記建設機械の状態の診断結果である診断情報を外部に送信することを特徴とする建設機械。
前記第１の電源系に接続された前記電気電子機器は、
前記建設機械の外部に情報を送信する通信機器を含み、
前記通信機器は、前記建設機械が始動せずに停止している場合で、かつ、予め定めた条件を満たす場合には、前記建設機械の状態の診断結果である診断情報を外部に送信することを特徴とする建設機械。
【請求項3】
請求項２記載の建設機械において、
前記第２の電池の充電状態を検出する電池状態検出装置を備え、
前記電池状態検出装置は、第２の電池の充電状態が予め定めた値以下である場合には、前記通信機器によって前記建設機械の始動を要求する情報を外部に送信することを特徴とする建設機械。
前記第２の電池の充電状態を検出する電池状態検出装置を備え、
前記電池状態検出装置は、第２の電池の充電状態が予め定めた値以下である場合には、前記通信機器によって前記建設機械の始動を要求する情報を外部に送信することを特徴とする建設機械。
【請求項4】
請求項１記載の建設機械において、
前記第２の電池の充電状態を検出する電池状態検出装置を備え、
前記電池状態検出装置は、オペレータから前記建設機械の始動要求がない状態において、第２の電池の充電状態が予め定めた値以下である場合には、前記電圧変換装置による第２の電源系から前記第１の電源系への電力の変換を禁止することを特徴とする建設機械。
前記第２の電池の充電状態を検出する電池状態検出装置を備え、
前記電池状態検出装置は、オペレータから前記建設機械の始動要求がない状態において、第２の電池の充電状態が予め定めた値以下である場合には、前記電圧変換装置による第２の電源系から前記第１の電源系への電力の変換を禁止することを特徴とする建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、建設機械に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、環境への配慮や燃費の向上を目的として、油圧ショベルの電動化が進められている。このような油圧ショベルでは、例えば、油圧系の動力源などにおいて電動化された部分へ電力供給する高電圧の電池と、各種コントローラや油圧系のセンサなど、電動化以前から油圧ショベルに搭載されている電気機器へ電力供給する低電圧の電池との２系統の電池を有している。
【0003】
低電圧の電池に接続される電気機器には、車体始動時に電力供給が必要な機器も含まれている。長期間に渡る放置による自然放電や、エンジンの停止状態での前照灯の連続使用駆動などにより、車体の始動時に低電圧の電池の電圧が低下していると、電源電圧が不安定になって誤動作を引き起こしてしまう。したがって、低電圧の電池の電圧が低下している場合には、車体の始動を禁止する等の処置を講じる必要が生じてしまう。
【0004】
ハイブリッドシステムを有する自動車では、高電圧の電池でモータを駆動してエンジンを始動するため従来のスタータモータを持たず、低電圧の電池をエンジン始動に使わない構成が主流である。
【0005】
一方で、油圧ショベルではエンジンが大きいこと、メインポンプの引きずりトルクが大きいことから、必要な始動トルクが大きいため、低電圧系の電池から電力供給する従来のスタータモータで始動する構成が多い。
【0006】
したがって、ハイブリットシステムを有する自動車と比較し、油圧ショベルでは低電圧の電池の電圧を十分に保つ必要があり、電池の電圧が低下することに対する影響も大きい。
【0007】
自動車の低電圧の電池の電圧の低下に係る問題を解決する従来技術としては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１には、高電圧バッテリを含む高電圧系の電気エネルギを利用する車両であって、車両の走行に関する制御を行なう制御装置と、低電圧バッテリを含む低電圧系の電気エネルギを、前記制御装置に供給する低電圧電源回路と、前記低電圧バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、前記高電圧系の電気エネルギを低電圧に変換して該低電圧バッテリの充電を行なうコンバータ手段と、車両の始動要求があったとき、前記検出された低電圧バッテリの電圧が、予め定めた最低基準電圧よりも低い場合には、前記制御装置の動作の許可に先立って、前記コンバータ手段を用いることにより前記低電圧バッテリの電圧を前記最低基準電圧にまで回復させる回復手段とを備える車両に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開２００１－３２０８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
車体の長期間放置による低電圧の電池の電圧が低下することによる弊害としては、車体を始動するときの始動性への影響、及び、車体停止中に動作が必要となる機器類への影響が考えられる。
【0010】
上記従来技術においては、車体の始動要求があったときに、低電圧の電池が規定電圧以下と判定すると、高電圧側の電池からコンバータを介して低電圧の電池を規定以上の電圧まで充電している。
【0011】
したがって、前者の車体を始動するときの始動性への影響に対しては、車体の始動前に充電を行うことで対策が可能である。しかしながら、車体の始動要求が入ってから充電を開始するとエンジンが始動し車体が動作するまでに時間を要することになる。特に、油圧ショベルでは、低電圧の電池を用いてスタータによりエンジンを始動させるため十分な電力供給が必要であり、充電に要する時間も長くなる。
【0012】
また、後者の車体停止中に動作が必要となる機器類への影響に対しては、車体の停止中に車体内部機器の診断情報や位置情報を外部に送信することが油圧ショベルでは要求されおり、低圧側の電池の電圧が低下すると診断機能が正確に実施できなくなったり、診断や外部機器への送信時の消費電力の影響で始動時に必要な電力が確保できなくなったりすることから、診断や外部送信可能な期間を短くする必要が生じるなど、運用上大きな制約が生じてしまう。
【0013】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、車体の長期放置においても、低電圧の電池の電圧を一定に保つことができ、車体始動要求時に直ちに始動することができるとともに、車体停止中に動作が必要な電気機器の制約を低減することができる建設機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、第１の電源系と第２の電源系とを有し、前記第１の電源系からの電力の供給により始動するとともに、前記第２の電源系からの電力の供給により作業を行う建設機械において、第１の電池と、前記第１の電池が接続される前記第１の電源系に接続され、前記第１の電池から前記第１の電源系を介して供給される電力により動作する電気電子機器と、前記第１の電池よりも定格電圧の高い第２の電池と、前記第２の電池が接続される前記第２の電源系に接続され、前記第２の電池から前記第２の電源系を介して供給される電力により動作し、前記電気電子機器よりも高い電圧で駆動する電気機器と、前記第１の電源系と前記第２の電源系との間で電圧変換を行い、前記第２の電源系から供給される電力の電圧変換を行って前記第１の電源系へ供給する電圧変換装置とを備え、前記電気機器は、前記第２の電源系からの電力の供給により駆動し、前記電気電子機器は、前記第１の電源系からの電力の供給により前記建設機械を始動する機能を含み、前記電気電子機器は、前記建設機械が始動せずに停止している場合において、前記第１の電池に蓄えられた電力が前記建設機械の始動に必要な電力に応じて予め定めた蓄電基準値を下回った場合には、前記第１の電池への充電が必要であると判定し、前記電圧変換装置によって前記第２の電源系の電力を変換して前記第１の電源系の前記第１の電池に充電するものとする。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、車体の長期放置においても、低電圧の電池の電圧を一定に保つことができ、車体始動要求時に直ちに始動することができるとともに、車体停止中に動作が必要な電気機器の制約を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】建設機械の一例として油圧ショベルを示す図である。
【図2】第１の実施の形態に係る電源回路システムおよび油圧回路システムの要部を抜き出して模式的に示す図である。
【図3】電源回路システムの処理の内容を示すフローチャートである。
【図4】第２の実施の形態に係る電源回路システムおよび油圧回路システムの要部を抜き出して模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、本実施の形態では、建設機械の一例として油圧ショベルを例示して説明するが、これに限られず、電動化が施されていれば他の建設機械においても本発明を適用することが可能である。
【0018】
【0019】
【0020】
図１において、油圧ショベル１００は、垂直方向にそれぞれ回動する複数の被駆動部材（ブーム１１１、アーム１１２、バケット（作業具）１１３）を連結して構成された多関節型のフロント装置（フロント作業機）１１０と、車体を構成する上部旋回体１２０及び下部走行体１３０とを備えており、上部旋回体１２０は下部走行体１３０に対して旋回可能に設けられている。
【0021】
上部旋回体１２０は、基部となる旋回フレーム１２１上に各部材を配置して構成されており、上部旋回体１２０を構成する旋回フレーム１２１が下部走行体１３０に対して旋回可能となっている。
【0022】
フロント装置１１０のブーム１１１の基端は上部旋回体１２０の前部に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム１１２の一端はブーム１１１の基端とは異なる端部（先端）に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム１１２の他端にはバケット１１３が垂直方向に回動可能に支持されている。
【0023】
ブーム１１１、アーム１１２、バケット１１３、上部旋回体１２０、及び下部走行体１３０は、油圧アクチュエータであるブームシリンダ６、アームシリンダ７、バケットシリンダ８、旋回モータ９、及び左右の走行モータ１０（ただし、一方の走行モータのみ図示）によりそれぞれ駆動される。
【0024】
上部旋回体１２０を構成する旋回フレーム１２１上には、原動機であるエンジン２とともに、エンジン２の駆動を補助するアシストモータ３などの電気機器に電力を供給する電源回路システムのほかに、エンジン２及びアシストモータ３によって駆動されるメインポンプ４や、メインポンプ４から各油圧アクチュエータ６，７，８，９，１０に供給される圧油の流量および方向を制御するコントロールバルブ５、パイロット圧を生成するパイロットポンプ３０（図２参照）などの油圧回路システムが搭載されている。
【0025】
上部旋回体１２０の前方には、オペレータが搭乗する運転室（キャブ）１２２が設けられている。運転室１２２には、油圧アクチュエータ６，７，８，９，１０を操作するための操作信号を出力する複数の操作装置（図示せず）や、エンジン２の始動や停止（言い換えると、油圧ショベル１００の始動や停止）の操作を行うための始動停止装置（図示せず）などが配置されている。始動停止装置は、例えば、キースイッチであり、オペレータがキースイッチを操作することによって、エンジン２への始動要求や停止要求がなされる。
【0026】
図２において、電源回路システムは、第１の電源系１４と第２の電源系１９とを有している。なお、第１の電源系１４及び第２の電源系１９に接続される電気機器（電気電子機器）を構成する複数の機器間では、ＣＡＮ（Controller Area Network）などを介して情報の授受が可能であるが、このような通信網については図示を省略する。
【0027】
第１の電源系１４には、蓄電装置である第１の電池１２と、第１の電池１２から第１の電源系１４を介して供給される電力により動作する電気電子機器とが接続されている。
【0028】
第１の電源系１４に接続される電気電子機器としては、油圧ショベル１００における車体の状態の監視や制御、各機器との通信を行う車体コントローラ１３、エンジン２の状態監視や制御を行うエンジンコントロールユニット２２（ＥＣＵ：Engine Control Unit）、エンジン２の始動を行うスタータモータ１１、車体の状態などの情報を外部へ送信する通信装置１７、前照灯や各種センサなどのように油圧ショベル１００に取り付けられる複数の電気機器１６などがある。なお、電気機器１６には、オペレータが油圧ショベル１００の始動要求や停止要求を行うキースイッチ等も含まれている。
【0029】
スタータモータ１１は、オペレータからの始動要求に応じ、第１の電池１２から第１の電源系１４を介して供給される電力を用いてエンジン２の始動を行う。
【0030】
第２の電源系１９には、第１の電池１２よりも定格電圧の高い蓄電装置である第２の電池１８と、第２の電池１８から第２の電源系１９を介して供給される電力により動作する電気機器とが接続されている。
【0031】
第２の電源系１９に接続される電気機器としては、エンジン２とともにメインポンプ４を駆動するアシストモータ３、エンジン２から動力供給を受けて発電する発電機２０、エンジン２のラジエータを冷却するエンジンファン２１、パイロット圧を生成するパイロットポンプ３０を駆動するパイロットポンプモータ２３などがある。また、第２の電池１８には、バッテリマネジメントユニット１５（ＢＭＵ：Buttery Management Unit）が設けられている。バッテリマネジメントユニット１５は、第２の電池１８の状態を制御する機能とともに、第２の電池１８の状態を検出する電池状態検出装置としての機能を有している。
【0032】
アシストモータ３は、第２の電池１８から第２の電源系１９を介して供給される電力を用いてエンジン２の駆動を補助し、エンジン２とともにメインポンプ４を駆動する。
【0033】
第１の電源系１４と第２の電源系１９とは、互いに異なる定格電圧（直流電圧）で構成されている。したがって、第１の電源系１４と第２の電源系１９との間には、第１の電源系１４と第２の電源系１９との間で電圧変換を行い、第２の電源系１９から供給される電力の電圧変換を行って第１の電源系１４へ供給する電圧変換装置であるＤＣ－ＤＣコンバータ２４が接続されている。すなわち、発電機２０が発電した電力は、第２の電源系１９を介して第２の電池１８に充電可能であるとともに、ＤＣ－ＤＣコンバータ２４によって変換され、第１の電源系１４を介して第１の電池１２にも充電可能である。
【0034】
このように、油圧ショベル１００は、エンジン２とアシストモータ３とによってメインポンプ４を駆動するハイブリッド式油圧ショベルであり、第１の電源系１４からの電力の供給によりスタータモータ１１を駆動することで始動するとともに、第２の電源系１９からの電力の供給によりアシストモータ３を駆動することでメインポンプ４を駆動し、掘削動作、旋回動作、走行動作などを含む施工現場での作業動作を行う。
【0035】
図３は、電源回路システムの処理の内容を示すフローチャートである。
【0036】
図３において、オペレータによるキースイッチの操作によって停止要求がなされ、エンジン２の動作が停止されると（ステップＳ１００）、車体コントローラ１３は、オペレータからの始動要求が無い場合においても、第１の電池１２からの電力供給を受けて動作し、第１の電源系１４に接続されている電気電子機器を起動する必要があるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ステップＳ１１０では、例えば、エンジン２の前回の起動からの経過時間が経過した場合や、規定の時刻になった場合などのように一定の期間や条件を満たした場合に、機器を起動する必要があると判定する。起動要否の判定対象となる電気電子機器としては、例えば、通信装置１７がある。通信装置１７は、油圧ショベル１００が停止している状態（すなわち、エンジン２が停止している状態）であっても、定期的に起動して車体の状態に係る情報を外部に送信する。なお、電気機器１６にも定期的に起動を必要とするものが含まれている場合がある。
【0037】
ステップＳ１１０での判定結果がＮＯの場合には、判定結果がＹＥＳになるまで、ステップＳ１１０の判定を繰り返す。
【0038】
また、ステップＳ１１０での判定結果がＹＳＥの場合には、車体コントローラ１３は、ステップＳ１１０で起動が必要であると判定された電気電子機器を起動させるとともに、第１の電池１２の電圧を計測し、第１の電池１２の電圧が予め定めた電圧（最低基準電圧）よりも低いか否か、すなわち、第１の電池１２の充電が必要であるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。第１の電池１２の充電の要否の判定に用いる最低基準電圧（蓄電基準電圧）としては種々のものが考えられるが、例えば、前記第１の電池１２に蓄えられた電力でスタータモータ１１を駆動してエンジン２（建設機械１００）を例えば１回始動させるのに必要な電力に応じて最低基準電圧を設定し、最低基準電圧を下回った場合に第１の電池１２の充電が必要であると判定することが考えられる。なお、車体コントローラ１３が検出する電圧が起動した電気電子機器の電流消費により変動する場合は、電気電子機器の動作が安定するタイミングの電圧を測定する。
【0039】
ステップＳ１２０での判定結果がＹＥＳの場合には、車体コントローラ１３は、ＤＣ－ＤＣコンバータ２４を起動するとともに、ＢＭＵ１５を制御することで第２の電池を起動してＤＣ－ＤＣコンバータ２４への電力の供給を開始し、ＤＣ－ＤＣコンバータ２４で電圧変換された電力によって第１の電池１２の充電を行う（ステップＳ１３０）。
【0040】
ステップＳ１３０の処理が終了した場合、又は、ステップＳ１２０での判定結果がＮＯの場合には、続いて、車体コントローラ１３は、第１の電源系１４に接続されている機器の故障診断情報や位置情報、劣化情報を取得し、通信装置１７によって外部へ送信する（ステップＳ１４０）。通信装置１７から送信された故障診断情報や位置情報などを車体（油圧ショベル１００）の管理者が受信することで、車体を直接確認することなく遠隔にてメンテナンス計画を立案することが可能となる。
【0041】
続いて、車体コントローラ１３は、第２の電池１８の残容量を測定し、第２の電池１８の容量が第１の電池１２を充電するのに十分な量であるか否かを判定する（ステップＳ１５０）。
【0042】
第２の電源系１９に接続されているアシストモータ３などの電気機器は、第１の電源系１４に接続されている電気電子機器より必要とされる電力が大きいため、第２の電池１８は第１の電池１２より大きな容量を有しており、第２の電池１８が満充電の場合には第１の電池１２を複数回にわたって充電することが可能な容量（最大容量）を有している。しかしながら、比較的大容量の第２の電池１８であっても第１の電池１２を充電する度に電力を消費するため、継続的に第１の電池１２の充電が可能か否かをステップＳ１５０の処理により判断する。
【0043】
ステップＳ１５０での判定結果がＹＥＳの場合には、ステップＳ１１０の処理に戻る。第２の電池１８は、内部にＢＭＵ１５を内蔵しており、電池内部の温度や電圧、容量などを計測し、電池を監視、制御、保護することが可能である。ＢＭＵ１５により第２の電池１８の残量を測定し、第１の電池１２を充電するのに十分な残量があると判断した場合（すなわち、ステップＳ１５０の判定結果がＹＥＳの場合）には、第１の電源系１４に接続されている電気電子機器をシャットダウンする。
【0044】
ステップＳ１５０での判定結果がＮＯの場合には、ＤＣ－ＤＣコンバータ２４による電圧変換、すなわち、第２の電池１８から第１の電池１２への充電を禁止するとともに、第１の電池１２および第２の電池１８の充電が必要な旨の通知を、通信装置１７を介して管理者に送信する（ステップＳ１６０）。
【0045】
続いて、オペレータの始動要求が入力されるまで（車体停止中）は、第１の電源系１４に接続されている電気電子機器を最低限の動作のみ許容するような制限動作とする（ステップＳ１７０）。これは、第２の電池１８から第１の電池１２への充電が禁止された状態で電気電子機器によって第１の電池１２の電力が消費されることにより、第１の電池１２の電力がエンジン２を始動するのに十分な電力を下回ることを防止する処理である。
【0046】
以上のように構成した本実施の形態における作用効果を説明する。
【0047】
本実施の形態においては、第１の電源系１４と第２の電源系１９とを有し、第１の電源系１４からの電力の供給により始動するとともに、第２の電源系１９からの電力の供給により作業を行う建設機械（油圧ショベル１００）において、第１の電池１２と、第１の電池１２が接続される第１の電源系１４に接続され、第１の電池１２から第１の電源系１４を介して供給される電力により動作する電気電子機器（スタータモータ１１、車体コントローラ１３、電気機器１６、通信装置１７、ＥＣＵ２２）と、第１の電池１２よりも定格電圧の高い第２の電池１８と、第２の電池１８が接続される第２の電源系１９に接続され、第２の電池１８から第２の電源系１９を介して供給される電力により動作し、電気電子機器よりも高い電圧で駆動する電気機器（アシストモータ３、エンジンファン２１、パイロットポンプモータ２３）と、第１の電源系１４と第２の電源系１９との間で電圧変換を行い、第２の電源系１９から供給される電力の電圧変換を行って第１の電源系１４へ供給する電圧変換装置（ＤＣ－ＤＣコンバータ２４）とを備え、電気機器（車体コントローラ１３）は、第２の電源系１９からの電力の供給により駆動し、電気電子機器は、第１の電源系１４からの電力の供給により建設機械（油圧ショベル１００）を始動する機能（スタータモータ１１）を含み、電気電子機器は、建設機械（油圧ショベル１００）が始動せずに停止している場合において、第１の電池１２に蓄えられた電力が建設機械（油圧ショベル１００のエンジン２）の始動に必要な電力に応じて予め定めた蓄電基準値を下回った場合には、第１の電池１２への充電が必要であると判定し、電圧変換装置（ＤＣ－ＤＣコンバータ２４）によって第２の電源系１９の電力を変換して第１の電源系１４の第１の電池１２に充電するように構成したので、車体の長期放置においても、低電圧の電池の電圧を一定に保つことができ、車体始動要求時に直ちに始動することができるとともに、車体停止中に動作が必要な電気機器の制約を低減することができる。
【0048】
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態を図４を参照しつつ説明する。
本発明の第２の実施の形態を図４を参照しつつ説明する。
【0049】
第１の実施の形態では、エンジン及びアシストモータによりメインポンプを駆動したのに対して、本実施の形態においては、メインポンプ駆動用モータによってメインポンプを駆動する場合を示すものである。
【0050】
図４は、本実施の形態に係る電源回路システムおよび油圧回路システムの要部を抜き出して模式的に示す図である。図中、第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
【0051】
図４において、電源回路システムは、第１の電源系１４と第２の電源系２９とを有している。なお、第１の電源系１４及び第２の電源系２９に接続される電気機器（電気電子機器）を構成する複数の機器間では、ＣＡＮ（Controller Area Network）などを介して情報の授受が可能であるが、このような通信網については図示を省略する。
【0052】
第１の電源系１４には、蓄電装置である第１の電池１２と、第１の電池１２から第１の電源系１４を介して供給される電力により動作する電気電子機器とが接続されている。
【0053】
第１の電源系１４に接続される電気電子機器としては、油圧ショベル１００における車体の状態の監視や制御、各機器との通信を行う車体コントローラ１３、車体の状態などの情報を外部へ送信する通信装置１７、前照灯や各種センサなどのように油圧ショベル１００に取り付けられる複数の電気機器１６、メインポンプ駆動用モータ２５を駆動するインバータ２６などがある。なお、電気機器１６には、オペレータが油圧ショベル１００の始動要求や停止要求を行うキーシリンダ等も含まれている。
【0054】
第２の電源系２９には、第１の電池１２よりも定格電圧の高い蓄電装置である第２の電池１８と、第２の電池１８から第２の電源系２９を介して供給される電力により動作する電気機器と、第２の電源系２９に外部電源から電力を供給するための車載充電器２８や三相コネクタ２７などが接続されている。
【0055】
第２の電源系２９に接続される電気機器としては、第２の電池１８から第２の電源系１９を介して供給される電力を用いてメインポンプ４を駆動するメインポンプ駆動用モータ２５などがある。また、第２の電池１８には、バッテリマネジメントユニット１５（ＢＭＵ：Buttery Management Unit）が設けられている。バッテリマネジメントユニット１５は、第２の電池１８の状態を制御する機能とともに、第２の電池１８の状態を検出する電池状態検出装置としての機能を有している。
【0056】
油圧ショベル１００に外部の三相電源から供給される交流電力は、三相コネクタ２７を介して車載充電器２８に入力され、車載充電器２８で直流電力に変換されて第２の電源系１９に供給される。第２の電池１８は、外部から車載充電器２８を介して供給される電力により充電され、メインポンプ駆動用モータ２５の駆動電力を供給する。
【0057】
第１の電源系１４と第２の電源系２９とは、互いに異なる定格電圧（直流電圧）で構成されている。したがって、第１の電源系１４と第２の電源系２９との間には、第１の電源系１４と第２の電源系２９との間で電圧変換を行い、第２の電源系２９から供給される電力の電圧変換を行って第１の電源系１４へ供給する電圧変換装置であるＤＣ－ＤＣコンバータ２４が接続されている。すなわち、発電機２０が発電した電力は、第２の電源系２９を介して第２の電池１８に充電可能であるとともに、ＤＣ－ＤＣコンバータ２４によって変換され、第１の電源系１４を介して第１の電池１２にも充電可能である。
【0058】
このように、油圧ショベル１００は、メインポンプ駆動用モータ２５によってメインポンプ４を駆動する電動油圧ショベルであり、第１の電源系１４からの電力の供給によりインバータ２６を駆動することで始動するとともに、第２の電源系２９や外部電源からの電力の供給によりメインポンプ駆動用モータ２５を駆動することでメインポンプ４を駆動し、掘削動作、旋回動作、走行動作などを含む施工現場での作業動作を行う。
【0059】
その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【0060】
以上のように構成した本実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0061】
＜付記＞
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。
【0062】
例えば、第１及び第２の実施の形態においては、車体コントローラ１３が図３で説明した処理によって電源回路システムを制御する場合を例示して説明したが、これに限られず、通信装置１７が車体コントローラ１３と同様の処理を行うように構成してもよい。
【0063】
また、第１の実施の形態においては、第１の実施の形態の図３のステップＳ１１０の処理においては、電気機器を起動する特定の条件を、前回の起動時間からの経過時間や規定の時刻としているが、これに限られず、第１の電源系１４に接続されている電気電子機器の状態、電気機器の起動要求信号の受信、第１の電池１２の電圧や電池残量、劣化状態などの条件に応じた判定としても良い。
【0064】
また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
【符号の説明】
【0065】
２…エンジン、３…アシストモータ、４…メインポンプ、５…コントロールバルブ、６…ブームシリンダ、７…アームシリンダ、８…バケットシリンダ、９…旋回モータ、１０…走行モータ、１１…スタータモータ、１２…第１の電池、１３…車体コントローラ、１４…第１の電源系、１５…バッテリマネジメントユニット、１６…電気機器、１７…通信装置、１８…第２の電池、１９…第２の電源系、２０…発電機、２１…エンジンファン、２２…エンジンコントロールユニット、２３…パイロットポンプモータ、２４…ＤＣ－ＤＣコンバータ、２５…メインポンプ駆動用モータ、２６…インバータ、２７…三相コネクタ、２８…車載充電器、３０…パイロットポンプ、１００…油圧ショベル、１１０…フロント装置（フロント作業機）、１１１…ブーム、１１２…アーム、１１３…バケット、１２０…上部旋回体、１２１…旋回フレーム、１２２…運転室（キャブ）、１３０…下部走行体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【手続補正書】
【提出日】2022-05-09
【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】
第１の電源系と第２の電源系とを有し、前記第１の電源系からの電力の供給により始動するとともに、前記第２の電源系からの電力の供給により作業を行う建設機械において、
第１の電池と、
前記第１の電池が接続される前記第１の電源系に接続され、前記第１の電池から前記第１の電源系を介して供給される電力により動作する電気電子機器と、
前記第１の電池よりも定格電圧の高い第２の電池と、
前記第２の電池が接続される前記第２の電源系に接続され、前記第２の電池から前記第２の電源系を介して供給される電力により動作し、前記電気電子機器よりも高い電圧で駆動する電気機器と、
前記第１の電源系と前記第２の電源系との間で電圧変換を行い、前記第２の電源系から供給される電力の電圧変換を行って前記第１の電源系へ供給する電圧変換装置とを備え、
前記電気機器は、前記第２の電源系からの電力の供給により駆動し、前記電気電子機器は、外部からの始動要求により前記第１の電源系からの電力の供給により前記建設機械を始動する機能と、前記始動要求が無い場合でも前記第１の電源系からの電力の供給を受けて前記建設機械の状態監視を行う機能とを含む複数の機器からなり、
前記電気電子機器は、前記建設機械が始動せずに停止している場合において、
前記第１の電池に蓄えられた電力が前記建設機械の始動に必要な電力に応じて予め定めた蓄電基準値を下回った場合には、前記第１の電池への充電が必要であると判定し、前記電圧変換装置によって前記第２の電源系の電力を変換して前記第１の電源系の前記第１の電池に充電し、
前記第２の電池の残量が前記第１の電池への充電が可能か否かを判定して、前記第１の電池への充電ができないと判定された場合には、前記第１の電池の消費を抑えるように前記電気電子機器の動作を制限することを特徴とする建設機械。
第１の電池と、
前記第１の電池が接続される前記第１の電源系に接続され、前記第１の電池から前記第１の電源系を介して供給される電力により動作する電気電子機器と、
前記第１の電池よりも定格電圧の高い第２の電池と、
前記第２の電池が接続される前記第２の電源系に接続され、前記第２の電池から前記第２の電源系を介して供給される電力により動作し、前記電気電子機器よりも高い電圧で駆動する電気機器と、
前記第１の電源系と前記第２の電源系との間で電圧変換を行い、前記第２の電源系から供給される電力の電圧変換を行って前記第１の電源系へ供給する電圧変換装置とを備え、
前記電気機器は、前記第２の電源系からの電力の供給により駆動し、前記電気電子機器は、外部からの始動要求により前記第１の電源系からの電力の供給により前記建設機械を始動する機能と、前記始動要求が無い場合でも前記第１の電源系からの電力の供給を受けて前記建設機械の状態監視を行う機能とを含む複数の機器からなり、
前記電気電子機器は、前記建設機械が始動せずに停止している場合において、
前記第１の電池に蓄えられた電力が前記建設機械の始動に必要な電力に応じて予め定めた蓄電基準値を下回った場合には、前記第１の電池への充電が必要であると判定し、前記電圧変換装置によって前記第２の電源系の電力を変換して前記第１の電源系の前記第１の電池に充電し、
前記第２の電池の残量が前記第１の電池への充電が可能か否かを判定して、前記第１の電池への充電ができないと判定された場合には、前記第１の電池の消費を抑えるように前記電気電子機器の動作を制限することを特徴とする建設機械。
【請求項2】
請求項１記載の建設機械において、
前記第１の電源系に接続された前記電気電子機器は、
前記建設機械の外部に情報を送信する通信機器を含み、
前記通信機器は、前記建設機械が始動せずに停止している場合で、かつ、予め定めた条件を満たす場合には、前記建設機械の状態の診断結果である診断情報を外部に送信することを特徴とする建設機械。
前記第１の電源系に接続された前記電気電子機器は、
前記建設機械の外部に情報を送信する通信機器を含み、
前記通信機器は、前記建設機械が始動せずに停止している場合で、かつ、予め定めた条件を満たす場合には、前記建設機械の状態の診断結果である診断情報を外部に送信することを特徴とする建設機械。
【請求項3】
請求項２記載の建設機械において、
前記第２の電池の充電状態を検出する電池状態検出装置を備え、
前記電池状態検出装置は、第２の電池の充電状態が予め定めた値以下である場合には、前記通信機器によって前記第２の電池の充電が必要な旨の通知を外部に送信することを特徴とする建設機械。
前記第２の電池の充電状態を検出する電池状態検出装置を備え、
前記電池状態検出装置は、第２の電池の充電状態が予め定めた値以下である場合には、前記通信機器によって前記第２の電池の充電が必要な旨の通知を外部に送信することを特徴とする建設機械。
【請求項4】
請求項１記載の建設機械において、
前記第２の電池の充電状態を検出する電池状態検出装置を備え、
前記電池状態検出装置は、オペレータから前記建設機械の始動要求がない状態において、第２の電池の充電状態が予め定めた値以下である場合には、前記電圧変換装置による第２の電源系から前記第１の電源系への電力の変換を禁止することを特徴とする建設機械。
前記第２の電池の充電状態を検出する電池状態検出装置を備え、
前記電池状態検出装置は、オペレータから前記建設機械の始動要求がない状態において、第２の電池の充電状態が予め定めた値以下である場合には、前記電圧変換装置による第２の電源系から前記第１の電源系への電力の変換を禁止することを特徴とする建設機械。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0014】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、第１の電源系と第２の電源系とを有し、前記第１の電源系からの電力の供給により始動するとともに、前記第２の電源系からの電力の供給により作業を行う建設機械において、第１の電池と、前記第１の電池が接続される前記第１の電源系に接続され、前記第１の電池から前記第１の電源系を介して供給される電力により動作する電気電子機器と、前記第１の電池よりも定格電圧の高い第２の電池と、前記第２の電池が接続される前記第２の電源系に接続され、前記第２の電池から前記第２の電源系を介して供給される電力により動作し、前記電気電子機器よりも高い電圧で駆動する電気機器と、前記第１の電源系と前記第２の電源系との間で電圧変換を行い、前記第２の電源系から供給される電力の電圧変換を行って前記第１の電源系へ供給する電圧変換装置とを備え、前記電気機器は、前記第２の電源系からの電力の供給により駆動し、前記電気電子機器は、外部からの始動要求により前記第１の電源系からの電力の供給により前記建設機械を始動する機能と、前記始動要求が無い場合でも前記第１の電源系からの電力の供給を受けて前記建設機械の状態監視を行う機能とを含む複数の機器からなり、前記電気電子機器は、前記建設機械が始動せずに停止している場合において、前記第１の電池に蓄えられた電力が前記建設機械の始動に必要な電力に応じて予め定めた蓄電基準値を下回った場合には、前記第１の電池への充電が必要であると判定し、前記電圧変換装置によって前記第２の電源系の電力を変換して前記第１の電源系の前記第１の電池に充電し、前記第２の電池の残量が前記第１の電池への充電が可能か否かを判定して、前記第１の電池への充電ができないと判定された場合には、前記第１の電池の消費を抑えるように前記電気電子機器の動作を制限するものとする。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0055】
第２の電源系２９に接続される電気機器としては、第２の電池１８から第２の電源系２９を介して供給される電力を用いてメインポンプ４を駆動するメインポンプ駆動用モータ２５などがある。また、第２の電池１８には、バッテリマネジメントユニット１５（ＢＭＵ：Buttery Management Unit）が設けられている。バッテリマネジメントユニット１５は、第２の電池１８の状態を制御する機能とともに、第２の電池１８の状態を検出する電池状態検出装置としての機能を有している。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0056】
油圧ショベル１００に外部の三相電源から供給される交流電力は、三相コネクタ２７を介して車載充電器２８に入力され、車載充電器２８で直流電力に変換されて第２の電源系２９に供給される。第２の電池１８は、外部から車載充電器２８を介して供給される電力により充電され、メインポンプ駆動用モータ２５の駆動電力を供給する。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0057】
第１の電源系１４と第２の電源系２９とは、互いに異なる定格電圧（直流電圧）で構成されている。したがって、第１の電源系１４と第２の電源系２９との間には、第１の電源系１４と第２の電源系２９との間で電圧変換を行い、第２の電源系２９から供給される電力の電圧変換を行って第１の電源系１４へ供給する電圧変換装置であるＤＣ－ＤＣコンバータ２４が接続されている。すなわち、油圧ショベル１００に外部の三相電源から供給された電力は、第２の電源系２９を介して第２の電池１８に充電可能であるとともに、ＤＣ－ＤＣコンバータ２４によって変換され、第１の電源系１４を介して第１の電池１２にも充電可能である。