特開 2024-44438 制御装置

(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】P2024044438

(43)【公開日】2024-04-02

(54)【発明の名称】制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20240326BHJP

   B60L 53/14 20190101ALN20240326BHJP

   B60L 50/60 20190101ALN20240326BHJP

   B60L 58/12 20190101ALN20240326BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 B

H02J7/00 S

B60L53/14

B60L50/60

B60L58/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022149946

(22)【出願日】2022-09-21

(71)【出願人】

【識別番号】720001060

【氏名又は名称】ヤンマーホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100168583

【弁理士】

【氏名又は名称】前井 宏之

(72)【発明者】

【氏名】錦織 秀

(72)【発明者】

【氏名】金田 健佑

【テーマコード（参考）】

5G503

5H125

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA01

5G503BB02

5G503CA08

5G503DA07

5G503FA06

5G503GB06

5H125AA01

5H125AA12

5H125AC12

5H125AC24

5H125BC08

5H125BC21

5H125DD02

5H125EE23

5H125EE27

(57)【要約】

【課題】バッテリの過充電による劣化を抑制可能な制御装置を提供することである。
【解決手段】制御装置において、前記第１充電モードでは、前記外部電源からの電力に基づき前記バッテリパックが充電される。前記第２充電モードでは、前記バッテリが充電可能であって、前記外部電源及び前記バッテリの少なくとも一方からの電力に基づき前記モータが駆動される。前記第１特性値導出部は、前記バッテリの充電状態を示す第１特性値を導出する。前記充電制御部は、前記バッテリの充電量が前記第１特性値の上限値となるように前記給電部を制御する。前記充電制御部は、前記第２充電モードにおいて、前記第１特性値が第１閾値より小さい場合に、前記外部電源から前記バッテリへの前記給電部による給電を制御する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータと、
充放電可能なバッテリと、
外部電源から、前記モータと前記バッテリとに給電可能な給電部と、
動作モードを第１充電モードから第２充電モードに切り替えるモード切替部と
を備え、
前記第１充電モードでは、前記外部電源からの電力に基づき前記バッテリが充電され、
前記第２充電モードでは、前記バッテリが充電可能であって、前記外部電源及び前記バッテリの少なくとも一方からの電力に基づき前記モータが駆動され、
前記バッテリの充電状態を示す第１特性値を導出する第１特性値導出部と、
前記第１充電モードにおいて、前記バッテリの充電量が前記第１特性値の上限値となるように前記バッテリを制御する充電制御部と
を備え、
前記充電制御部は、前記第２充電モードにおいて、前記第１特性値が第１閾値より小さい場合に、前記外部電源から前記バッテリへの前記給電部による給電を制御する、制御装置。

【請求項2】

前記第２充電モードにおける前記第１特性値の上限値は、前記第１閾値より大きい、請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

前記第１充電モードにおける前記第１特性値の上限値は、前記第２充電モードにおける前記第１特性値の上限値よりも大きい、請求項１又は請求項２に記載の制御装置。

【請求項4】

前記第１特性値は、前記バッテリの電圧又は充電率を示す、請求項１又は請求項２に記載の制御装置。

【請求項5】

前記バッテリは、複数のバッテリセルを有し、
前記複数のバッテリセルの各々の電圧のばらつきを示す第２特性値を導出する第２特性値導出部を更に備え、
前記第２充電モードにおいて前記第２特性値が第２閾値以上である場合に、前記充電制御部は、前記外部電源から前記バッテリへの前記給電部による給電を停止させ、前記モード切替部は、前記第２充電モードから、前記バッテリからの電力に基づき前記モータが駆動されるバッテリ駆動モードへと切り換え、
前記第２特性値が前記第２閾値未満になると、前記充電制御部は、前記外部電源から前記バッテリへの前記給電部による給電を開始させ、前記モード切替部は、前記バッテリ駆動モードから前記第２充電モードへと切り替える、請求項１又は請求項２に記載の制御装置。

【請求項6】

前記第２特性値は、前記複数のバッテリセルの電圧における最大値と最小値との差である、請求項５に記載の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電動式建設機械又は電動式作業機械では、外部電源の電力、又は機体に搭載された二次電池（以下、単に「バッテリ」と記載する。）が給電ケーブルを介してモータに供給可能に構成されている。制御装置は、外部電源又はバッテリからモータへの給電制御を実行する（例えば特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３－２３４４７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

バッテリは過充電により劣化するため、バッテリへの充電は適切に制御される必要がある。

【0005】

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、バッテリからの電力によりモータを駆動可能である場合において、バッテリの過充電による劣化を抑制可能な制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る制御装置は、モータと、充放電可能なバッテリと、外部電源から、前記モータと前記バッテリとに給電可能な給電部と、第１充電モードから第２充電モードへと切り替えるモード切替部とを備える。前記第１充電モードでは、前記外部電源からの電力に基づき前記バッテリパックが充電される。前記第２充電モードでは、前記バッテリが充電可能であって、前記外部電源及び前記バッテリの少なくとも一方からの電力に基づき前記モータが駆動される。制御装置は、第１特性値導出部と、充電制御部とを備える。前記第１特性値導出部は、前記バッテリの充電状態を示す第１特性値を導出する。前記充電制御部は、前記バッテリの充電量が前記第１特性値の上限値となるように前記給電部を制御する。前記充電制御部は、前記第２充電モードにおいて、前記第１特性値が第１閾値より小さい場合に、前記外部電源から前記バッテリへの前記給電部による給電を制御する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、バッテリからの電力によりモータを駆動可能である場合において、バッテリの過充電による劣化を抑制可能な制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る制御装置を備える作業機械のブロック図である。

【図2】図１に示されるバッテリパックの構成例を示すブロック図である。

【図3】図１に示される制御装置の充電制御の手順を示すフローチャートである。

【図4】第１充電モードによりバッテリパック２が第１上限値ＵＬ１付近まで充電される場合の充電量等の経時変化を示す図である。

【図5】第１充電モードによりバッテリパック２が第１閾値Ｖｔｈ１未満の充電量である場合の充電量等の経時変化を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態及び各種変形例を説明する。なお、図中、同一又は相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

【0010】

［実施形態］
以下、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る制御装置１００を備える作業機械２００について説明する。作業機械２００は、例えば油圧ショベル又はホイルローダである。図１は、実施形態に係る制御装置１００を備える作業機械２００のブロック図である。図１に示されるように、作業機械２００は、制御装置１００と、負荷としてのモータ２０１と、油圧ポンプ２０２と、コントロールバルブ２０３と、油圧アクチュエータ２０４とを備えている。

【0011】

モータ２０１は、例えば三相交流モータであり、インバータ３から交流電力が与えられると、駆動力を生成する。油圧ポンプ２０２は、モータ２０１からの駆動力により動作する。その結果、コントロールバルブ２０３を介して油圧アクチュエータ２０４に作動油が供給される。油圧アクチュエータ２０４は、例えば、ブームシリンダ、アームシリンダ、作業具シリンダ、スイング用油圧シリンダ、旋回用の油圧シリンダである。

【0012】

制御装置１００は、モータ２０１と電気的に接続されており、モータ２０１への電力供給を制御する。制御装置１００は、整流器１と、バッテリパック２と、インバータ３と、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）４と、キースイッチ５とを備える。整流器１は、給電部の一例である。バッテリパック２は、バッテリの一例である。ＥＣＵ４は、制御部の一例である。

【0013】

整流器１は、外部電源３００から給電経路３０１を介して交流電圧（交流電力）の供給を受けることが可能である。外部電源３００は、例えば商用電源又は電源装置である。給電経路３０１は、例えば電力ケーブルである。整流器１は更に、バッテリパック２とインバータ３とに電気的に接続されている。整流器１は更に、ＥＣＵ４からコマンドを受け付ける。コマンドは、第１給電コマンドと、第１給電停止コマンドとを含む。第１給電コマンドを受け付けると、整流器１は、交流電圧を直流電圧に変換し、変換した直流電圧を出力する。第１給電停止コマンドを受け付けると、整流器１は、直流電圧の出力を停止する。即ち、整流器１からの出力電流値はゼロになる。

【0014】

バッテリパック２は、充放電可能な二次電池である。バッテリパック２は、典型的には、リチウムイオンバッテリである。バッテリパック２は、整流器１とインバータ３とに電気的に接続されている。

【0015】

インバータ３は、整流器１及びバッテリパック２から直流電流（直流電力）の供給を受けることが可能である。インバータ３は更に、モータ２０１と電気的に接続されている。インバータ３は更に、ＥＣＵ４からコマンドを受け付ける。コマンドは、第２給電コマンドと、第２給電停止コマンドとを含む。インバータ３は、典型的には、複数のスイッチング素子で構成されたＨブリッジ回路を有する。第２給電コマンドを受け付けると、インバータ３における各スイッチング素子のオンオフが周知のパターンで切り替えられる。その結果、インバータ３は、整流器１及びバッテリパック２の少なくとも一方から与えられる直流電圧を交流電圧に変換し、変換した交流電圧をモータ２０１に与える。第２給電停止コマンドを受け付けると、インバータ３における全てのスイッチング素子がオフにされる。この場合、インバータ３は、交流電圧をモータ２０１に与えない。

【0016】

本実施形態では、制御装置１００には３種の動作モードが規定される。動作モードは、第１充電モード、第２充電モード、及びバッテリ駆動モードである。

【0017】

第１充電モードでは、整流器１が第１給電コマンドを受け付け、インバータ３が第２給電停止コマンドを受け付ける。この場合、整流器１は、変換した直流電圧を、インバータ３及びバッテリパック２のうちバッテリパック２だけに与える。

【0018】

第２充電モードでは、整流器１が第１給電コマンドを受け付け、インバータ３が第２給電コマンドを受け付けている。この場合、整流器１は、変換した直流電圧を、インバータ３とバッテリパック２とに与えることになる。

【0019】

また、バッテリ駆動モードでは、整流器１が第１給電停止コマンドを受け付けており、インバータ３が第２給電コマンドを受け付けている。この場合、整流器１は、変換した直流電圧を出力せず、バッテリパック２の直流電圧がインバータ３に与えられる。

【0020】

ＥＣＵ４は、回路基板上に実装された各種ＩＣを有する。各種ＩＣは、例えば電源回路及びマイクロコンピュータである。マイクロコンピュータは、メモリを内蔵する。なお、メモリは、マイクロコンピュータとは別のＩＣとして回路基板に実装されてもよい。メモリは、制御プログラム及び各種データを記憶する。マイクロコンピュータは、動作を開始すると、制御プログラムの実行を開始し、作業機械２００の構成各部を制御する。

【0021】

キースイッチ５は、作業機械２００のステアリングホイール（図示せず）の付近に配置されている。キースイッチ５は、オペレータの操作により、作業機械２００の始動（即ち、オン）と停止（即ち、オフ）とを切り替えるスイッチである。即ち、キースイッチ５は、作業機械２００の始動と停止とを切り替える。キースイッチ５は、始動に切り替えられると、始動信号をＥＣＵ４に送信する。一方、キースイッチ５は、停止に切り替えられると、停止信号をＥＣＵ４に送信する。

【0022】

次に、図２を参照して、バッテリパック２の詳細について説明する。図２は、図１に示されるバッテリパック２の構成例を示すブロック図である。図２に示されるように、バッテリパック２は、４つのバッテリモジュール２１と、ＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）２２とを備える。なお、バッテリモジュール２１は、組電池とも呼ばれる。バッテリモジュール２１の数は１以上であればよい。

【0023】

各バッテリモジュール２１は、ＣＭＵ（Ｃｅｌｌ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）２１１と、４つのバッテリセル２１２と、４つのセルバランス回路２１３と、４つの電圧検出回路２１４とを有する。即ち、バッテリパック２は、複数のバッテリセル２１２を有する。なお、図２では、都合上、参照符号「２１１」，「２１２」，「２１３」，「２１４」は、１つのＣＭＵと、１つのバッテリセルと、１つのセルバランス回路と、１つの電圧検出回路とに付されている。

【0024】

各バッテリセル２１２は、充放電可能である。バッテリセル２１２は、バッテリパック２に合計１６個設けられる。１６個のバッテリセル２１２は、直列に接続される。また、１６個のバッテリセル２１２の各々には、セルバランス回路２１３と電圧検出回路２１４とが１つずつ並列に接続される。

【0025】

各セルバランス回路２１３は、放電抵抗及びスイッチング素子を有する。スイッチング素子は、同一バッテリモジュール２１に含まれるＣＭＵ（以下、「対応ＣＭＵ」と記載する。）２１１の制御下でオンオフにされる。スイッチング素子がオンの間、放電抵抗と並列接続されたバッテリセル２１２が放電する。

【0026】

各電圧検出回路２１４は、対応ＣＭＵ２１１の制御下で、自身と並列接続されたバッテリセル２１２の電圧（以下、「セル電圧」と記載する。）を検出して、検出されたセル電圧を対応ＣＭＵ２１１に出力する。なお、セル電圧は、バッテリセル２１２の充電量を示す。

【0027】

各ＣＭＵ２１１は、同一バッテリモジュール２１が有する４つのバッテリセル２１２の状態を監視し制御する。詳細には、各ＣＭＵ２１１は、受け取ったセル電圧をＢＭＵ２２に出力する。

【0028】

ＢＭＵ２２は、バッテリパック２に含まれる４つのバッテリモジュール２１の状態を監視し制御する。詳細には、ＢＭＵ２２は、第１特性値導出部の一例として機能する場合、バッテリパック２の充電状態を示す第１特性値として導出する。また、ＢＭＵ２２は、第２特性値導出部の一例として機能する場合、全てのバッテリセル２１２の各々のセル電圧のばらつきを示す第２特性値を導出する。ＢＭＵ２２は、導出した第１特性値と第２特性値とを、ＥＣＵ４に出力する。第１特性値は、例えば、各ＣＭＵ２１１から受け取った全てのセル電圧の総和である。即ち、第１特性値は、バッテリパック２の電圧を示す。第１特性値は、バッテリパック２の電圧以外にも、バッテリパック２の充電率を示していてもよい。第２特性値は、例えば、全セル電圧のうち最大値と最小値との差である。この場合、第１特性値及び第２特性値が簡単な演算で導出される。

【0029】

次に、図１から図４を参照して、制御装置１００の処理について詳細に説明する。図３は、図１に示される制御装置１００による充電制御の手順を示すフローチャートである。

【0030】

作業機械２００の動作中に、制御装置１００の動作モードは、第２充電モード又はバッテリ駆動モードである。この場合、インバータ３は、整流器１又はバッテリパック２からの直流電圧から交流電圧を生成して、モータ２０１に与える。

【0031】

作業機械２００の動作中に作業機械２００を停止する場合、オペレータは、キースイッチ５を停止に切り替えられる。その結果、キースイッチ５は、停止信号をＥＣＵ４に送信する。

【0032】

ＥＣＵ４は、作業機械２００の動作中に、図３に示されるステップＳ１０１を周期的に実行する。ステップＳ１０１において、ＥＣＵ４は、停止信号を受信しているか否かを判定する。ＥＣＵ４は、停止信号を受信していないと判定した場合（ステップＳ１０１でＮｏ）、次回のステップＳ１０１の実行タイミングを待機する。この場合、作業機械２００は動作を継続する。一方、ＥＣＵ４は、ステップＳ１０１の実行時に停止信号を受信していると判定した場合（ステップＳ１０１でＹｅｓ）、ステップＳ１０２を実行する。

【0033】

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ４は、制御装置１００の動作モードを第１充電モードに切り替える。ステップＳ１０２において、ＥＣＵ４は、整流器１に第１給電コマンドを送信し、インバータ３に第２給電停止コマンドを送信し、ＢＭＵ２２に第１モード通知を送信する。第１モード通知は、第１充電モードに切り換わったことを示す情報である。

【0034】

次に、ステップＳ１０３（即ち、第１充電モード）では、外部電源３００からの直流電圧（直流電力）に基づきバッテリパック２が充電される。詳細には、整流器１は、第１給電コマンドを受け付けると、供給された交流電圧から変換した直流電圧を出力する。インバータ３が第２給電停止コマンドを受け付けると、インバータ３における全スイッチング素子がオフになる。従って、整流器１から出力された全直流電圧は、バッテリパック２に供給され、バッテリパック２の充電に使用される。

【0035】

また、ステップＳ１０３では、ＥＣＵ４は、ＢＭＵ２２とともに充電制御部の一例として、第１充電モードにおいて、バッテリパック２の充電量（即ち、直流電圧）が第１特性値の上限値となるように、バッテリパック２を制御する。詳細には、ＢＭＵ２２は、ＥＣＵ４からの第１モード通知を受け取ると、各バッテリセル２１２のセル電圧が第１上限セル電圧になるように、各バッテリモジュール２１を制御する。第１上限セル電圧は、各バッテリセル２１２の満充電時、又は満充電に近い時の電圧であり、ＢＭＵ２２又はＣＭＵ２１１に予め記憶されている。詳細には、各ＣＭＵ２１１はまず、同一バッテリモジュール２１に含まれるセルバランス回路２１３のスイッチング素子をオンにする。その後、各ＣＭＵ２１１は、各電圧検出回路２１４からのセル電圧が第１上限セル電圧に到達するまで、対応するセルバランス回路２１３のスイッチング素子をオンにし続ける。各セル電圧が第１上限セル電圧になったとき、バッテリパック２の充電量は、第１充電モードにおける第１特性値の上限値、又は上限値付近となる。以下の説明では、第１充電モードにおける第１特性値の上限値又は上限値付近のことを「第１上限値ＵＬ１」と記載する場合がある。ステップＳ１０３によれば、作業機械２００は次回、バッテリパック２の充電量が十分な状態（即ち、第１上限値ＵＬ１）で始動されるため、作業機械２００の稼働時間が長くなる。

【0036】

なお、ＥＣＵ４は、ＢＭＵ２２とともに、バッテリパック２の充電量が第１上限値ＵＬ１に到達した後には、バッテリパック２が過充電にならないように、定電圧制御を行う。定電圧制御は、ＣＶ（Ｃｏｓｔａｎｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）とも呼ばれる。定電圧制御によれば、入力電圧、負荷電流、温度等の変化に対して、バッテリパック２の出力電圧が概ね第１上限値ＵＬ１に保たれる。

【0037】

次に、ステップＳ１０４において、ＥＣＵ４は、キースイッチ５から始動信号を受信しているか否かを判定する。ＥＣＵ４は、ステップＳ１０４において始動信号を受信していないと判定した場合（ステップＳ１０４でＮｏ）、ステップＳ１０３を実行する。この場合、第１充電モードが継続する。一方、ＥＣＵ４は、ステップＳ１０４で始動信号を受信していると判定した場合（ステップＳ１０４でＹｅｓ）、ステップＳ１０５を実行する。

【0038】

ステップＳ１０５において、ＥＣＵ４は、モード切替部として機能し、動作モードを第１充電モードから第２充電モードに切り替える。従って、第１充電モードでは、ステップＳ１０２からステップＳ１０４までが繰り返し実行される。

【0039】

次に、ステップＳ１０６では、ＥＣＵ４は、第１特性値の送信要求をＢＭＵ２２に送信する。

【0040】

ステップＳ１０７において、ＢＭＵ２２は、送信要求の受信に応じて、各電圧検出回路２１４からセル電圧を、同一バッテリモジュール２１のＣＭＵ２１１を通じて取得する。ＢＭＵ２２は、取得したセル電圧に基づいて第１特性値を導出する。ステップＳ１０７において、ＥＣＵ４は、ＢＭＵ２２との通信により第１特性値を受信する。

【0041】

次に、ステップＳ１０８において、ＥＣＵ４は、第１特性値が第１閾値Ｖｔｈ１以上か否かを判定する。ところで、第１充電モードでは、バッテリパック２に第１上限値ＵＬ１を目標として充電が実行される。この場合、第２充電モードに遷移直後では、バッテリパック２は満充電に近い。従って、整流器１が第１給電コマンドを受け付け、インバータ３が第２給電コマンドを受け付けると、バッテリパック２は、整流器１からの直流電圧、又はモータ２０１からの回生電圧により充電されうる。即ち、バッテリパック２には過充電のおそれがある。そこで、第１閾値Ｖｔｈ１は、第１上限値ＵＬ１、及び後述の第２上限値ＵＬ２よりも低い電圧値に予め定められる。

【0042】

第１特性値が第１閾値Ｖｔｈ１以上と判定した場合（ステップＳ１０８でＹｅｓ）、バッテリパック２の充電量は、第１上限値ＵＬ１から低下しているが、第１閾値Ｖｔｈ１を下回っていない状況にある。この場合、ＥＣＵ４は、過充電の防止のため、ステップＳ１０９を実行する。一方、第１特性値が第１閾値Ｖｔｈ１以上でないと判定した場合（ステップＳ１０８でＮｏ）、過充電のおそれがないとして、ステップＳ１１０を実行する。

【0043】

ステップＳ１０９において、ＥＣＵ４は、整流器１に第１給電コマンドを送信せず、インバータ３に第２給電コマンドを送信し、第２モード通知をＢＭＵ２２に送信しない。この場合、整流器１は、変換した直流電圧を出力せず、バッテリパック２の直流電圧がインバータ３に与えられる。その結果、バッテリパック２の過充電が防止される。また、バッテリパック２の充電量は、第１上限値ＵＬ１から更に低下する。ステップＳ１０９の終了後、ＥＣＵ４は、ステップＳ１０６を再度実行する。

【0044】

ステップＳ１１０において、ＥＣＵ４は、整流器１に第１給電コマンドを送信し、インバータ３に第２給電コマンドを送信し、第２モード通知をＢＭＵ２２に送信する。この場合、この場合、整流器１は、変換した直流電圧を、インバータ３とバッテリパック２とに与えることになる。その結果、バッテリパック２は、整流器１からの直流電圧、又はモータ２０１の回生電圧により充電される。従って、バッテリパック２の充電量は、第１閾値Ｖｔｈ１未満から増大する。

【0045】

ステップＳ１１０では、ＥＣＵ４は、ＢＭＵ２２とともに充電制御部の一例として、第２充電モードにおいて、バッテリパック２の充電量が第１特性値の上限値となるように、バッテリパック２を制御する。詳細には、ＢＭＵ２２は、ＥＣＵ４からの第２モード通知を受け取ると、各バッテリセル２１２のセル電圧が第２上限セル電圧になるように、各バッテリモジュール２１を制御する。第２上限セル電圧は、第１上限セル電圧よりも低い電圧であり、ＢＭＵ２２又はＣＭＵ２１１に予め記憶されている。各セル電圧が第２上限セル電圧になったとき、バッテリパック２の充電量は、第２充電モードにおける第１特性値の上限値、又は上限値付近となる。以下の説明では、第２充電モードにおける第１特性値の上限値又は上限値付近のことを「第２上限値ＵＬ２」と記載する場合がある。第２上限値ＵＬ２は、第１閾値Ｖｔｈ１より大きい。

【0046】

ステップＳ１１０（即ち、第２充電モード）では、ＥＣＵ４は、第１特性値が第１閾値Ｖｔｈ１より小さい場合に、外部電源３００からバッテリパック２への整流器１による給電を制御する。従って、例えばモータ２０１の回生電圧によりバッテリパック２が充電されても、バッテリパック２は過充電とならない。よって、バッテリパック２の過充電による劣化が抑制される。

【0047】

第２充電モードでは、第２上限値ＵＬ２は、第１閾値Ｖｔｈ１より大きい。従って、例えばモータ２０１の回生電圧によりバッテリパック２が充電されても、過充電にはならない。

【0048】

第１充電モードでは、第１上限値ＵＬ１は、第２上限値ＵＬ２よりも大きい。第１充電モードでは、モータ２０１の回生電圧によりバッテリパック２が充電される可能性がない。従って、第１充電モードで、第１上限値ＵＬ１を目標にバッテリパック２を充電しても、過充電にはならない。

【0049】

なお、ＥＣＵ４は、ＢＭＵ２２とともに、バッテリパック２の充電量が第２上限値ＵＬ２に到達した後には、バッテリパック２の出力電圧が概ね第２上限値ＵＬ２に保たれるように定電圧制御を行う。

【0050】

ステップＳ１１０の次に、ステップＳ１１１において、ＥＣＵ４は、第２特性値の送信要求をＢＭＵ２２に送信する。

【0051】

ステップＳ１１２において、ＢＭＵ２２は、送信要求の受信に応じて、各電圧検出回路２１４からセル電圧を、同一バッテリモジュール２１のＣＭＵ２１１を通じて取得する。ＢＭＵ２２は、取得したセル電圧に基づいて第２特性値を導出する。ＥＣＵ４は、ＢＭＵ２２との通信により第２特性値を受信する。

【0052】

次に、ステップＳ１１３において、ＥＣＵ４は、受信した第２特性値が第２閾値以上か否かを判定する。第２閾値は、セル電圧のばらつきが大きいか小さいかを示す基準値であって、予め定められている。ＥＣＵ４は、第２閾値以上であると判定した場合（ステップＳ１１３でＹｅｓ）、特定のバッテリセル２１２が過充電されるおそれがあるとして、ステップＳ１１４を実行する。一方、ＥＣＵ４は、第２閾値以上でないと判定した場合（ステップＳ１１３でＮｏ）、特定のバッテリセル２１２が過充電されるおそれがないとして、ステップＳ１１５を実行する。

【0053】

ステップＳ１１４において、ＥＣＵ４は、モード切替部として機能し、現在の動作モードが第２充電モードの場合、第２充電モードからバッテリ駆動モードへと切り替える。ステップＳ１１４において、ＥＣＵ４は更に、充電制御部として機能し、第１給電停止コマンドを整流器１に送信し、第２給電コマンドをインバータ３に送信する。その結果、整流器１からバッテリパック２への給電が遮断され、モータ２０１の駆動のために、バッテリパック２の直流電圧がインバータ３に与えられる。従って、特定のバッテリセル２１２の過充電が防止される。

【0054】

ステップＳ１１５において、ＥＣＵ４は、モード切替部として機能し、現在の動作モードがバッテリ駆動モードの場合、バッテリ駆動モードから第２充電モードに切り替える。ステップＳ１１４において、ＥＣＵ４は更に、充電制御部として機能し、第１給電コマンドを整流器１に送信し、第２給電コマンドをインバータ３に送信する。その結果、整流器１からインバータ３とバッテリパック２とに給電が実行され、インバータ３は、外部電源３００又はバッテリパック２の直流電圧に基づきモータ２０１を駆動する。

【0055】

ステップＳ１１３，Ｓ１１４の実行が終了する、ＥＣＵ４は、ステップＳ１１１を実行する。

【0056】

図４は、第１充電モードによりバッテリパック２が第１上限値ＵＬ１付近まで充電される場合の充電量等の経時変化を示す図である。図４に示されるように、第１充電モードでは、第１上限値ＵＬ１を目標にバッテリパック２への充電が実行され、その結果、第１上限値ＵＬ１付近までバッテリパック２が充電される。この場合、第２充電モードへの遷移直後の時間区間Ｔ１では、ステップＳ１０９（図３参照）により、整流器１からの出力電流Ｉｏがゼロになり、バッテリパック２の直流電圧Ｖｏ（即ち、充電量）がインバータ３に与えられる。その結果、バッテリパック２の過充電が防止される。また、時間区間Ｔ１では、バッテリパック２は、モータ２０１の回生電圧により充電されうるが、直流電圧Ｖｏは、第１閾値Ｖｔｈ１に到達するまでの間、減少傾向にある。

【0057】

また、直流電圧Ｖｏが第１閾値Ｖｔｈ１より小さくなると、ステップＳ１１０により（図３参照）、整流器１が動作することにより、外部電源３００からバッテリパック２への給電が実行される（時間区間Ｔ２を参照）。時間区間Ｔ２では、直流電圧Ｖｏが第２上限値ＵＬ２に制限されるため、バッテリパック２の過充電による劣化が抑制される。なお、時間区間Ｔ２以降、ＥＣＵ４は、バッテリパック２が過充電にならないように、定電圧制御を行う。その結果、出力電流Ｉｏは減少傾向を示す。

【0058】

図５は、第１充電モードによりバッテリパック２が第１閾値Ｖｔｈ１未満の充電量である場合の充電量等の経時変化を示す図である。図５に示されるように、第１充電モードでは、第１上限値ＵＬ１を目標にバッテリパック２への充電が実行されるが、第２充電モードへの遷移時点で、直流電圧Ｖｏが第１閾値Ｖｔｈ１未満の場合がある。この場合、第２充電モードへの遷移以降では、ステップＳ１１０（図３参照）により、直流電圧Ｖｏが第２上限値ＵＬ２となるように、バッテリパック２への充電が制御される。なお、この場合、直流電圧Ｖｏが第２上限値ＵＬ２に到達する以前では、出力電流Ｉｏは略一定であるが、到達後には減少傾向を示す。

【0059】

以上、図面を参照して本開示の実施形態について説明した。ただし、本開示は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施できる。また、上記の実施形態に開示される複数の構成要素は適宜改変可能である。例えば、ある実施形態に示される全構成要素のうちのある構成要素を別の実施形態の構成要素に追加してもよく、又は、ある実施形態に示される全構成要素のうちのいくつかの構成要素を実施形態から削除してもよい。

【0060】

また、図面は、本開示の理解を容易にするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の厚さ、長さ、個数、間隔等は、図面作成の都合上から実際とは異なる場合もある。また、上記の実施形態で示す各構成要素の構成は一例であって、特に限定されるものではなく、本開示の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。

【0061】

（１）実施形態では、制御装置１００は、図３に示されるステップＳ１０１からＳ１１５を実行していた。しかし、これに限らず、制御装置１００は、図３に示されるステップＳ１０１からＳ１１０までを実行するだけでも、バッテリパック２の過充電を抑制できる。他にも、制御装置１００は、図３に示されるステップＳ１１１からＳ１１５までを実行するだけでも、バッテリパック２の過充電を抑制できる。

【0062】

（２）実施形態では、モータ２０１が三相交流モータであるため、バッテリパック２は、インバータ３を介して、負荷としてのモータ２０１に交流電力を与える。しかし、これに限らず、モータ２０１が直流モータの場合には、バッテリパック２は、ＤＣ－ＤＣコンバータを介して、又は直接的にモータ２０１に直流電圧を与えることができる。

【0063】

（３）実施形態では、第２特性値は、全てのセル電圧における最大値と最小値との差であった。しかし、これに限らず、第２特性値は、全てのセル電圧の分散又は標準偏差でもよい。他にも、バッテリモジュール２１ごとにセル電圧の最小値（即ち、実施形態では４つのセル電圧）が選択される。選択されたセル電圧における最大値と最小値との差が第２特性値として導出されてもよい。

【0064】

（４）実施形態では、制御装置１００は、作業機械２００のモータ２０１を制御していた。しかし、これに限らず、制御装置１００は、例えば電気自動車のモータを制御してもよい。他にも、制御装置１００は、バッテリパック２を備える電気機器又は電子機器に適用可能である。

【0065】

（５）実施形態では、制御装置１００は、オペレータにより操作される作業機械２００に適用されていた。しかし、これに限らず、制御装置１００は、遠隔操作可能な作業機械２００に適用されてもよい。この場合、制御装置１００は、キースイッチ５の代わりに、始動及び停止を切り替えるためのリモートコントローラを備える。他にも、制御装置１００は、自動運転可能な作業機械２００に適用されてもよい。この場合、制御装置１００は、キースイッチ５の代わりに、ＥＣＵ４が作業機械２００の始動及び停止を切り替える。

【0066】

（６）バッテリパック２を構成するバッテリセル２１２は温度特性を有している。従って、第１上限値ＵＬ１、第２上限値ＵＬ２、第１閾値Ｖｔｈ１及び第２閾値の各々は、制御装置１００の周囲温度により可変であってもよい。

【0067】

（７）実施形態では、制御装置１００は、ＥＣＵ４及びＢＭＵ２２により、即ち２個のコントローラによりバッテリパック２の充電を制御していた。しかし、これに限らず、制御装置１００は、単一のコントローラ、又は３以上のコントローラによりバッテリパック２の充電を制御してもよい。

【0068】

本願は、以下の付記を開示する。以下の付記は、本発明を限定するものではない。

【0069】

（付記１）
モータと、
充放電可能なバッテリと、
外部電源から、前記モータと前記バッテリとに給電可能な給電部と、
動作モードを第１充電モードから第２充電モードに切り替えるモード切替部と
を備え、
前記第１充電モードでは、前記外部電源からの電力に基づき前記バッテリが充電され、
前記第２充電モードでは、前記バッテリが充電可能であって、前記外部電源及び前記バッテリの少なくとも一方からの電力に基づき前記モータが駆動され、
前記バッテリの充電状態を示す第１特性値を導出する第１特性値導出部と、
前記第１充電モードにおいて、前記バッテリの充電量が前記第１特性値の上限値となるように前記バッテリを制御する充電制御部と
を備え、
前記充電制御部は、前記第２充電モードにおいて、前記第１特性値が第１閾値より小さい場合に、前記外部電源から前記バッテリへの前記給電部による給電を制御する、制御装置。

【0070】

（付記２）
前記第２充電モードにおける前記第１特性値の上限値は、前記第１閾値より大きい、付記１に記載の制御装置。

【0071】

（付記３）
前記第１充電モードにおける前記第１特性値の上限値は、前記第２充電モードにおける前記第１特性値の上限値よりも大きい、付記１又は付記２に記載の制御装置。

【0072】

（付記４）
前記第１特性値は、前記バッテリの電圧又は充電率を示す、付記１から付記３に記載の制御装置。

【0073】

（付記５）
前記バッテリは、複数のバッテリセルを有し、
前記複数のバッテリセルの各々の電圧のばらつきを示す第２特性値を導出する第２特性値導出部を更に備え、
前記第２充電モードにおいて前記第２特性値が第２閾値以上である場合に、前記充電制御部は、前記外部電源から前記バッテリへの前記給電部による給電を停止させ、前記モード切替部は、前記第２充電モードから、前記バッテリからの電力に基づき前記モータが駆動されるバッテリ駆動モードへと切り換え、
前記第２特性値が前記第２閾値未満になると、前記充電制御部は、前記外部電源から前記バッテリへの前記給電部による給電を開始させ、前記モード切替部は、前記バッテリ駆動モードから前記第２充電モードへと切り替える、付記１から付記４のいずれかに記載の制御装置。

【0074】

（付記６）
前記第２特性値は、前記複数のバッテリセルの電圧における最大値と最小値との差である、付記５に記載の制御装置。

【産業上の利用可能性】

【0075】

本発明は、制御装置に関するものであり、産業上の利用可能性を有する。

【符号の説明】

【0076】

１００ 制御装置
１ 整流器
２ バッテリパック
２１ バッテリモジュール
２１１ ＣＭＵ
２１２ バッテリセル
２１３ セルバランス回路
２１４ 電圧検出回路
２２ ＢＭＵ
３ インバータ
４ ＥＣＵ
５ キースイッチ
２００ 作業機械

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】