特開 2024-64485 電動式作業機械

(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】P2024064485

(43)【公開日】2024-05-14

(54)【発明の名称】電動式作業機械

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20240507BHJP

   G01R 31/392 20190101ALI20240507BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20240507BHJP

   E02F 9/00 20060101ALI20240507BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20240507BHJP

   B60L 58/12 20190101ALI20240507BHJP

   B60L 58/16 20190101ALI20240507BHJP

   B60L 3/00 20190101ALI20240507BHJP

   G01R 31/388 20190101ALI20240507BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 M

H02J7/00 P

G01R31/392

H01M10/48 P

H01M10/48 301

E02F9/00 C

B60L50/60

B60L58/12

B60L58/16

B60L3/00 S

G01R31/388

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022173100

(22)【出願日】2022-10-28

(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】上城 貴嗣

(72)【発明者】

【氏名】小松 大輝

(72)【発明者】

【氏名】竹内 健

(72)【発明者】

【氏名】谷垣 絢太

【テーマコード（参考）】

2G216

5G503

5H030

5H125

【Ｆターム（参考）】

2G216BA01

2G216BA21

5G503BA03

5G503BB01

5G503CB12

5G503DA04

5G503EA05

5G503EA08

5G503FA06

5G503GB06

5H030AA01

5H030AS08

5H030FF22

5H030FF42

5H030FF43

5H030FF44

5H125AA12

5H125AC12

5H125AC22

5H125BC01

5H125BC08

5H125BC18

5H125EE22

5H125EE23

5H125EE25

5H125EE27

5H125EE29

5H125EE64

(57)【要約】

【課題】二次電池の残充電時間又は残放電時間の推定精度を高めることができる電動式作業機械を提供する。
【解決手段】電動式ショベルは、二次電池２５、電池管理ユニット２８、及び車両制御ユニット２９を備える。車両制御ユニット２９は、電池管理ユニット２８で検知された二次電池２５の温度及び充電率に基づいて、二次電池２５の温度の推移を予測し、予測された二次電池２５の温度の推移に基づいて、二次電池２５の電流の推移を予測し、予測された二次電池２５の電流の推移に基づいて、二次電池２５の残充電時間又は残放電時間を推定する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

二次電池、および
前記二次電池の電圧又は充電率のうちの少なくとも一方と前記二次電池の温度とを検知する電池管理ユニットを備えた電動式作業機械において、
前記二次電池の充放電を管理する車両制御ユニットを備え、
前記車両制御ユニットは、
前記電池管理ユニットで検知された前記二次電池の温度と電圧又は充電率とに基づいて、前記二次電池の温度の推移を予測し、
予測された前記二次電池の温度の推移に基づいて、前記二次電池の電流の推移を予測し、
予測された前記二次電池の電流の推移に基づいて、前記二次電池の残充電時間又は残放電時間を推定することを特徴とする電動式作業機械。

【請求項2】

請求項１に記載の電動式作業機械において、
前記電池管理ユニットは、前記二次電池の劣化率を検知しており、
前記車両制御ユニットは、前記電池管理ユニットで検知された前記二次電池の劣化率と温度と電圧又は充電率とに基づいて、前記二次電池の温度の推移を予測することを特徴とする電動式作業機械。

【請求項3】

請求項１に記載の電動式作業機械において、
前記電池管理ユニットは、前記二次電池の電流を検知しており、
前記車両制御ユニットは、前記電池管理ユニットで検知された前記二次電池の電流と温度と電圧又は充電率とに基づいて、前記二次電池の温度の推移を予測することを特徴とする電動式作業機械。

【請求項4】

請求項１に記載の電動式作業機械において、
前記車両制御ユニットは、前記二次電池の充電時又は放電時、前記電池管理ユニットで検知された前記二次電池の電圧又は充電率に応じて前記二次電池の電流を変化させており、
前記車両制御ユニットは、
前記電池管理ユニットで検知された前記二次電池の温度と電圧又は充電率とに基づいて、前記二次電池の電圧又は充電率の推移を予測し、
予測された前記二次電池の温度の推移と予測された前記二次電池の電圧又は充電率の推移に基づいて、前記二次電池の電流の推移を予測することを特徴とする電動式作業機械。

【請求項5】

請求項４に記載の電動式作業機械において、
前記電池管理ユニットは、前記二次電池の劣化率を検知しており、
前記車両制御ユニットは、前記電池管理ユニットで検知された前記二次電池の劣化率と温度と電圧又は充電率とに基づいて、前記二次電池の電圧又は充電率の推移を予測することを特徴とする電動式作業機械。

【請求項6】

請求項４に記載の電動式作業機械において、
前記電池管理ユニットは、前記二次電池の電流を検知しており、
前記車両制御ユニットは、前記電池管理ユニットで検知された前記二次電池の電流と温度と電圧又は充電率とに基づいて、前記二次電池の電圧又は充電率の推移を予測することを特徴とする電動式作業機械。

【請求項7】

請求項１に記載の電動式作業機械において、
前記電池管理ユニットは、前記二次電池の電流及び劣化率と外気の温度を検知しており、
前記車両制御ユニットは、前記二次電池の充電時又は放電時、前記電池管理ユニットで検知された前記二次電池の電圧又は充電率に応じて前記二次電池の電流を変化させており、
前記車両制御ユニットは、
熱収支モデルを用い、前記電池管理ユニットで検知された前記二次電池の温度、電圧、及び電流と外気の温度に基づいて、前記二次電池の温度の推移を予測し、
電気回路モデルを用い、前記電池管理ユニットで検知された前記二次電池の温度、充電率、劣化率、及び電流に基づいて、前記二次電池の電圧又は充電率の推移を予測し、
予測された前記二次電池の温度の推移と予測された前記二次電池の電圧又は充電率の推移に基づいて、前記二次電池の電流の推移を予測することを特徴とする電動式作業機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動式作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

電動式作業機械の一つである電動式ショベルは、例えば、電力を蓄える二次電池（詳細には、リチウムイオン電池又は鉛蓄電池等で構成された蓄電装置）と、インバータを介し二次電池から供給された電力によって駆動される電動モータと、電動モータによって駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプからの圧油によって駆動される油圧アクチュエータと、外部の電源から供給された電力を用いて二次電池を充電する充電器とを備える。また、運転者を支援するための構成として、二次電池の充電時における残充電時間又は二次電池の放電時における残放電時間（言い換えれば、電動式ショベルの稼働時における残稼働時間）を演算するコントローラと、コントローラで演算された残充電時間又は残放電時間を表示する表示装置とを設けることが提唱されている。

【0003】

特許文献１は、定電流充電方式（詳細には、複数の定電流充電ステップを順に実行する方式）にて二次電池を充電するための所要時間（残充電時間）を推定する方法を開示する。この推定方法では、現在の二次電池の充電率を取得する。また、現在の二次電池の温度に基づいて、各定電流充電ステップの到達可能充電率を取得する。そして、現在の二次電池の充電率と各定電流充電ステップの到達可能充電率に基づいて、各定電流充電ステップの所要時間を演算し、それらの総和である残充電時間を演算する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－０３６３９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、二次電池の充電時、充電時間の経過に伴い、二次電池の温度が上昇する。特許文献１の充電方式では、各定電流充電ステップにおける二次電池の電流を固定しており、二次電池の温度の変化に応じて二次電池の電流を変化させていない。しかし、二次電池の劣化の抑制と充電時間の短縮を両立する観点から、二次電池の温度の変化に応じて二次電池の電流を変化させるほうが好ましい。このような場合において、特許文献１の推定方法のように、二次電池の温度の変化を考慮せず、現在の二次電池の温度だけから、二次電池の残充電時間を推定すれば、その推定精度が低下する。

【0006】

二次電池の放電時、放電時間の経過に伴い、二次電池の温度が上昇する。そして、二次電池の劣化の抑制と電動モータの動力の増大を両立する観点から、二次電池の温度の変化に応じて二次電池の電流を変化させるほうが好ましい。このような場合において、二次電池の温度の変化を考慮せず、現在の二次電池の温度だけから、二次電池の残放電時間を推定すれば、その推定精度が低下する。

【0007】

本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、その目的は、二次電池の残充電時間又は残放電時間の推定精度を高めることができる電動式作業機械を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明は、二次電池、および前記二次電池の電圧又は充電率のうちの少なくとも一方と前記二次電池の温度とを検知する電池管理ユニットを備えた電動式作業機械において、前記二次電池の充放電を管理する車両制御ユニットを備え、前記車両制御ユニットは、前記電池管理ユニットで検知された前記二次電池の温度と電圧又は充電率とに基づいて、前記二次電池の温度の推移を予測し、予測された前記二次電池の温度の推移に基づいて、前記二次電池の電流の推移を予測し、予測された前記二次電池の電流の推移に基づいて、前記二次電池の残充電時間又は残放電時間を推定する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、二次電池の残充電時間又は残放電時間の推定精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１の実施形態における電動式ショベルの構造を表す斜視図である。

【図2】本発明の第１の実施形態における電池システムの構成を表すブロック図である。

【図3】本発明の第１の実施形態における二次電池の温度と抵抗の関係を表す図である。

【図4】本発明の第１の実施形態における充電制御特性を表す図である。

【図5】本発明の第１の実施形態における二次電池の残充電時間を推定する処理を表すフローチャートである。

【図6】本発明の第１の実施形態における二次電池の温度の推移、二次電池の電圧の推移、及び二次電池の電流の推移を表す図である。

【図7】本発明の第１の実施形態の効果を説明するための図である。

【図8】本発明の一変形例における二次電池の電流の推移の一部を表す図である。

【図9】本発明の第２の実施形態における二次電池の残充電時間を推定する処理を表すフローチャートである。

【図10】本発明の第３の実施形態における放電制御特性を表す図である。

【図11】本発明の第３の実施形態における二次電池の残放電時間を推定する処理を表すフローチャートである。

【図12】本発明の第４の実施形態における二次電池の残放電時間を推定する処理を表すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の適用対象として電動式ショベルを例にとり、本発明の第１の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

【0012】

図１は、本実施形態における電動式ショベルの構造を表す斜視図である。

【0013】

本実施形態の電動式ショベルは、走行可能な走行体１１と、走行体１１の上側に旋回可能に設けられた旋回体１２と、旋回体１２の前側に連結された作業装置１３とを備える。走行体１１及び旋回体１２は車体を構成する。走行体１１は左右の走行モータ１４の回転によって走行し、旋回体１２は旋回モータ（図示せず）の回転によって旋回する。

【0014】

作業装置１３は、掘削作業や積込作業等を行うためのものであり、旋回体１２の前部に回動可能に連結されたブーム１５と、ブーム１５の先端部に回動可能に連結されたアーム１６と、アーム１６の先端部に回動可能に連結されたバケット１７とを備える。ブーム１５はブームシリンダ１８の伸縮によって回動し、アーム１６はアームシリンダ１９の伸縮によって回動し、バケット１７はバケットシリンダ２０の伸縮によって回動する。

【0015】

旋回体１２は、運転者が搭乗可能な運転室２１と、運転室２１以外の部分に形成された機械室２２とを備える。旋回体１２の運転室２１には、運転者が操作可能な複数の操作レバー（図示せず）と、運転者が視認可能な表示装置２３（詳細には、ディスプレイ等。後述の図２参照）とが設けられている。

【0016】

旋回体１２の機械室２２には、電動モータ２４（後述の図２参照）と、電動モータ２４によって駆動される油圧ポンプ（図示せず）と、複数の操作レバーの操作に応じて作動し、油圧ポンプから複数の油圧アクチュエータ（詳細には、上述した走行モータ１４、旋回モータ、ブームシリンダ１８、アームシリンダ１９、及びバケットシリンダ２０）への圧油の流れ（詳細には、方向及び流量）を制御する複数の制御弁（図示せず）とが設けられている。

【0017】

また、旋回体１２の機械室２２には、電動モータ２４に電力を供給し、電動モータ２４を制御する電池システムが設けられている。図２は、本実施形態における電池システムの構成を表す図である。

【0018】

本実施形態の電池システムは、電力を蓄える二次電池（蓄電装置）２５と、二次電池２５に接続されたインバータ２６及び充電器２７と、電池管理ユニット（ＢＭＵ：Battery Management Unit）２８と、車両制御ユニット（ＶＣＵ：Vehicle Control Unit）２９とを備える。

【0019】

二次電池２５は、例えば、直列に接続された複数の電池モジュール３０で構成され、各電池モジュール３０は、直列に接続された複数の電池セル３１（詳細には、リチウムイオン電池又は鉛蓄電池等）で構成されている。

【0020】

電池管理ユニット２８は、処理装置及び記憶装置を備えたマイクロコントローラである。処理装置は、プログラムに従って処理を実行するものであって、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）等である。記憶装置は、プログラムやデータを記憶するものであって、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、若しくはハードディスクドライブ等の不揮発性メモリであるか、又は、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリである。

【0021】

電池管理ユニット２８は、後述する二次電池２５の状態を検知し、その検知履歴を記憶する。電池管理ユニット２８は、電流センサ３２を用いて、二次電池２５を構成する電池セルの電流、すなわち二次電池２５の電流を検知する。電池管理ユニット２８は、複数の温度センサ（図示せず）を用いて、二次電池２５を構成する複数の電池セルの温度を検知し、それらの平均値又は最小値である二次電池２５の温度を検知する。電池管理ユニット２８は、複数の電圧センサ（図示せず）を用いて、二次電池２５を構成する複数の電池セルの電圧を検知し、それらの総和である二次電池２５の電圧を検知する。電池管理ユニット２８は、温度センサ（図示せず）を用いて、外気の温度を検知する。

【0022】

電池管理ユニット２８は、二次電池２５の電圧に基づいて、二次電池２５の充電率（ＳＯＣ：State Of Charge）を検知する。詳しく説明すると、例えば、電池管理ユニット２８等がＯＦＦからＯＮに切換えられたとき、二次電池２５の電圧と二次電池２５の充電率との対応関係を示すマップを用い、上述のように検知された二次電池２５の電圧から二次電池２５の充電率を取得する。その後、上述のように検知された二次電池２５の電流を積算し、その積算値に基づいて二次電池２５の充電率の変化量を演算し、二次電池２５の充電率を更新する。

【0023】

電池管理ユニット２８は、二次電池２５の容量劣化率（ＳＯＨＱ：State Of Health Quantity）を検知する。詳しく説明すると、例えば、上述のようにマップを用いて取得された二次電池２５の前回の充電率と今回の充電率との差分を演算すると共に、前回と今回の間の期間において検知された二次電池２５の電流を積算する。そして、二次電池２５の充電率の差分と電流の積算値との比に基づいて、二次電池２５の容量の現在値を演算する。そして、二次電池２５の容量の現在値と初期値との比を演算して、二次電池２５の容量劣化率を取得する。

【0024】

電池管理ユニット２８は、二次電池２５の抵抗劣化率（ＳＯＨＲ：State Of Health Resistance）を検知する。詳しく説明すると、例えば、所定時間の経過前における二次電池２５の電圧及び電流から抵抗を演算し、所定時間の経過後における二次電池２５の電圧及び電流から抵抗を演算し、それらの差分である二次電池２５の抵抗の変化量の現在値を取得する。そして、二次電池２５の抵抗の変化量の現在値と初期値との比を演算して、二次電池２５の抵抗劣化率を取得する。

【0025】

車両制御ユニット２９は、処理装置及び記憶装置を備えたマイクロコントローラである。処理装置は、プログラムに従って処理を実行するものであって、ＣＰＵ、ＭＰＵ、又はＤＳＰ等である。記憶装置は、プログラムやデータを記憶するものであって、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、若しくはハードディスクドライブ等の不揮発性メモリであるか、又は、ＲＡＭ等の揮発性メモリである。

【0026】

車両制御ユニット２９は、電動モータ２４を駆動させる指令（言い換えれば、二次電池２５を放電させる指令）をインバータ２６へ出力する。インバータ２６は、前述した指令に応じ、二次電池２５の直流電力を交流電力に変換して電動モータ２４へ供給し、電動モータ２４を駆動させる。

【0027】

車両制御ユニット２９は、例えば定電流充電方式にて二次電池２５を充電させる指令を、充電器２７へ出力する。充電器２７は、外部の電源（図示せず）から供給された電力を用いて二次電池２５を充電する。

【0028】

二次電池２５の充電時、充電時間の経過に伴い、二次電池２５の温度が上昇する。二次電池２５の温度が低いときは、図３で示すように、二次電池２５の温度が高いときと比べて二次電池２５の抵抗が大きいから、二次電池２５の電圧の変化量が大きくなりやすく、劣化が進みやすい。そのため、二次電池２５の劣化の抑制を考慮して、二次電池２５の電流を小さくすることが好ましい。一方、二次電池２５の温度が高いときは、二次電池２５の充電時間の短縮を考慮して、二次電池２５の電流を大きくすることが好ましい。そのため、車両制御ユニット２９は、図４で示すように、電池管理ユニット２８で検知された二次電池２５の温度に応じて二次電池２５の電流を段階的に変化させる指令を充電器２７へ出力する。詳細には、二次電池２５の温度の上昇に応じて二次電池２５の電流を段階的に大きくさせる指令を充電器２７へ出力する。

【0029】

車両制御ユニット２９は、二次電池２５の充放電を管理する。車両制御ユニット２９は、電池管理ユニット２８で検知された二次電池２５の充電率（又は電圧）に応じて二次電池２５の電流を段階的に変化させる指令を充電器２７へ出力する。詳細には、二次電池２５の充電率（又は電圧）の増加に応じて二次電池２５の電流を段階的に小さくさせる指令を充電器２７へ出力する。

【0030】

本実施形態の特徴として、車両制御ユニット２９は、二次電池２５の充電時、二次電池２５の残充電時間を推定して表示装置２３に表示させる。本実施形態における二次電池２５の残充電時間を推定する処理を、図５を用いて説明する。図５は、本実施形態における二次電池の残充電時間を推定する処理を表すフローチャートである。

【0031】

ステップＳ１１にて、車両制御ユニット２９は、電池管理ユニット２８で検知された二次電池２５の温度及び充電率に基づいて、二次電池２５の温度の推移（図６（ａ）参照）を予測する。詳しく説明すると、例えば二次電池２５の充電開始時における二次電池２５の温度及び充電率からなる条件毎に、予め取得された二次電池２５の温度の推移のデータを記憶しており、二次電池２５の充電開始時に検知された二次電池２５の温度及び充電率に対応する二次電池２５の温度の推移のデータを抽出する。下記の表１は、二次電池２５の充電開始時における二次電池２５の温度が０℃、充電率が２０％である場合の二次電池２５の温度の推移のデータを表す。表１においては、便宜上、時間間隔が１０分である場合を例にとって示しているものの、これに限られない。

【0032】

【表1】

【0033】

ステップＳ１２にて、車両制御ユニット２９は、電池管理ユニット２８で検知された二次電池２５の温度及び充電率に基づいて、二次電池２５の電圧の推移（図６（ｂ）参照）を予測する。詳しく説明すると、例えば二次電池２５の充電開始時における二次電池２５の温度及び充電率からなる条件毎に、予め取得された二次電池２５の電圧の推移のデータを記憶しており、二次電池２５の充電開始時に検知された二次電池２５の温度及び充電率に対応する二次電池２５の電圧の推移のデータを抽出する。下記の表２は、二次電池２５の充電開始時における二次電池２５の温度が０℃、充電率が２０％である場合の二次電池の電圧の推移のデータを表す。表２においては、便宜上、時間間隔が１０分である場合を例にとって示しているものの、これに限られない。

【0034】

【表2】

【0035】

ステップＳ１３に進み、車両制御ユニット２９は、ステップＳ１１で予測された二次電池２５の温度の推移と、ステップＳ１２で予測された二次電池２５の電圧の推移に基づいて、二次電池２５の電流の推移（図６（ｃ）の実線参照）を予測する。詳細には、上述の図４を用いて説明した充電制御特性を用いて、二次電池２５の電流の推移を予測する。

【0036】

ステップＳ１４に進み、車両制御ユニット２９は、ステップＳ１３で予測された二次電池２５の電流の推移に基づいて、二次電池２５の残充電時間を推定する。詳細には、二次電池２５の電流の推移に基づいて、二次電池２５の電圧の推移をあらためて演算する。そして、本実施形態では定電流充電方式にて二次電池２５を充電するから、例えば二次電池２５の電圧が設定値以上となるまでの時間を、残充電時間として演算する。あるいは、二次電池２５の電流の推移に基づいて、二次電池２５の充電率の推移を演算し、例えば二次電池２５の充電率が設定値となるまでの時間を、残充電時間として演算する。

【0037】

以上のように本実施形態においては、二次電池２５の温度等の推移を予測し、二次電池２５の温度等の推移に基づいて二次電池２５の電流の推移を予測し、二次電池２５の電流の推移に基づいて二次電池２５の残充電時間を推定する。そのため、図７で示すように、二次電池２５の温度の変化を考慮せず、現在の二次電池２５の温度だけから、二次電池２５の残充電時間を推定する場合（比較例）と比べ、二次電池２５の残充電時間の推定値の誤差（実測値との差分）を低減することができる。すなわち、二次電池２５の残充電時間の推定精度を高めることができる。

【0038】

なお、第１の実施形態において、車両制御ユニット２９は、電池管理ユニット２８で検知された二次電池２５の温度及び充電率に基づいて、二次電池２５の温度の推移を予測する場合を例にとって説明したが、これに限られない。車両制御ユニット２９は、電池管理ユニット２８で検知された二次電池２５の温度及び電圧に基づいて、二次電池２５の温度の推移を予測してもよい。詳しく説明すると、例えば二次電池２５の充電開始時における二次電池２５の温度及び電圧からなる条件毎に、予め取得された二次電池２５の温度の推移のデータを記憶しており、電池管理ユニット２８で検知された二次電池２５の充電開始時における二次電池２５の温度及び電圧に対応する二次電池２５の温度の推移のデータを抽出してもよい。

【0039】

あるいは、車両制御ユニット２９は、電池管理ユニット２８で検知された二次電池２５の温度と充電率又は電圧と劣化率に基づいて、二次電池２５の温度の推移を予測してもよい。詳しく説明すると、例えば二次電池２５の充電開始時における二次電池２５の温度と充電率又は電圧と劣化率（詳細には、容量劣化率又は/及び抵抗劣化率）からなる条件毎に、予め取得された二次電池２５の温度の推移のデータを記憶しており、電池管理ユニット２８で検知された二次電池２５の充電開始時における二次電池２５の温度と充電率又は電圧と劣化率（詳細には、容量劣化率又は/及び抵抗劣化率）に対応する二次電池２５の温度の推移のデータを抽出してもよい。

【0040】

また、第１の実施形態において、車両制御ユニット２９は、電池管理ユニット２８で検知された二次電池２５の温度及び充電率に基づいて、二次電池２５の電圧の推移を予測する場合を例にとって説明したが、これに限られない。車両制御ユニット２９は、電池管理ユニット２８で検知された二次電池２５の温度及び電圧に基づいて、二次電池２５の電圧の推移を予測してもよい。詳しく説明すると、例えば二次電池２５の充電開始時における二次電池２５の温度及び電圧からなる条件毎に、予め取得された二次電池２５の電圧の推移のデータを記憶しており、電池管理ユニット２８で検知された二次電池２５の充電開始時における二次電池２５の温度及び電圧に対応する二次電池２５の電圧の推移のデータを抽出してもよい。

【0041】

あるいは、車両制御ユニット２９は、電池管理ユニット２８で検知された二次電池２５の温度と充電率（又は電圧）と劣化率に基づいて、二次電池２５の電圧の推移を予測してもよい。詳しく説明すると、例えば二次電池２５の充電開始時における二次電池２５の温度と充電率（又は電圧）と劣化率（詳細には、容量劣化率又は/及び抵抗劣化率）からなる条件毎に、予め取得された二次電池２５の電圧の推移のデータを記憶しており、電池管理ユニット２８で検知された二次電池２５の充電開始時における二次電池２５の温度と充電率（又は電圧）と劣化率（詳細には、容量劣化率又は/及び抵抗劣化率）に対応する二次電池２５の電圧の推移のデータを抽出してもよい。

【0042】

また、第１の実施形態において、車両制御ユニット２９は、二次電池２５の温度の推移と電圧の推移を予測し、二次電池２５の温度の推移と電圧の推移に基づいて、二次電池２５の電流の推移を予測する場合を例にとって説明したが、これに限られない。車両制御ユニット２９は、二次電池２５の電圧の推移に代えて、二次電池２５の充電率の推移を推定し、二次電池２５の温度の推移と充電率の推移に基づいて、二次電池２５の電流の推移を予測してもよい。

【0043】

また、第１の実施形態において、車両制御ユニット２９は、二次電池２５の充電時、電池管理ユニット２８で検知された二次電池２５の充電率（又は電圧）に応じて二次電池２５の電流を段階的に変化させる場合を例にとって説明したが、これに限られない。車両制御ユニット２９は、二次電池２５の充電時、電池管理ユニット２８で検知された二次電池２５の充電率（又は電圧）に応じて二次電池２５の電流を変化させなくてもよい。この変形例では、車両制御ユニット２９は、二次電池２５の電圧（又は充電率）の推移を予測しなくてよく、二次電池２５の温度の推移に基づいて、二次電池２５の電流の推移を予測すればよい。

【0044】

また、第１の実施形態においては、定電流充電方式にて二次電池２５を充電させる場合を例にとって説明したが、これに限られない。定電流・定電圧充電方式（詳細には、定電流充電ステップを行い、例えば二次電池２５の電圧が所定値に達したら、定電圧充電ステップを行う方式）にて、二次電池２５を充電させてもよい。この変形例では、定電流充電ステップにおける二次電池２５の電流の推移は、上述の図６（ｃ）の実線で示した通りである。定電圧充電ステップにおける二次電池２５の電流は、図８で示すように、定電圧充電時間の経過に伴い、減少する。車両制御ユニット２９は、例えば、数式モデルを用いて、定電圧充電ステップにおける二次電池２５の電流の推移を予測する。あるいは、例えば、予め取得された電流の減少率の推移を用いて、定電圧充電ステップにおける二次電池２５の電流の推移を予測する。更に、二次電池２５の温度や劣化率に基づいて、定電圧充電ステップにおける二次電池２５の電流の推移を補正してもよい。

【0045】

上述した変形例では定電流・定電圧充電方式にて二次電池２５を充電するから、上述の図５のステップＳ１４にて、車両制御ユニット２９は、例えば、定電流充電ステップにて二次電池２５の電圧が所定値となるまでの時間を定電流充電時間として演算し、定電圧充電ステップにて二次電池２５の電流が設定値未満となるまでの時間を定電圧充電時間として演算し、それらの総和である総充電時間を演算する。そして、二次電池２５の充電開始からの経過時間を、総充電時間から差し引くことにより、残充電時間を演算する。

【0046】

本発明の第２の実施形態を説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

【0047】

本実施形態の車両制御ユニット２９は、二次電池２５の充電時、二次電池２５の残充電時間を推定して表示装置２３に表示させるものの、その推定方法が第１の実施形態とは異なる。本実施形態における二次電池２５の残充電時間を推定する処理を、図９を用いて説明する。図９は、本実施形態における二次電池の残充電時間を推定する処理を表すフローチャートである。

【0048】

ステップＳ２１にて、車両制御ユニット２９は、演算子ｋ＝１に初期化する。ステップＳ２２に進み、Ｘ分後の二次電池２５の温度を、熱収支モデルを用いて予測する。下記の式（１）で示すように、二次電池２５の熱収支は、二次電池２５の発生熱Ｑｂ、放射熱Ｑｒ、表面積Ｓ、及び温度Ｔと、二次電池２５を冷却する外気（冷媒）の温度Ｔｍと、熱伝達係数αとを用いて表される。二次電池２５の放射熱Ｑｒ及び表面積Ｓは、固定値である。熱伝達係数αは、固定値であるものの、自然冷却又は強制冷却などの冷却方法の変更に応じて変更されてもよい。下記の式（２）で示すように、二次電池の発生熱Ｑｂは、二次電池２５の抵抗値（詳細には、電圧Ｖと開回路電圧ＯＣＶとの差分に相当）及び電流Ｉを用いて求められる。開回路電圧ＯＣＶは、固定値である。下記の式（３）で示すように、二次電池２５の温度の上昇量ΔＴは、二次電池２５の熱Ｑと熱容量Ｃを用いて求められる。熱容量Ｃは、固定値である。したがって、車両制御ユニット２９は、式（１）～（３）を用い、電池管理ユニット２８で検知された現在の二次電池２５の温度、電圧、及び電流と外気の温度に基づいて、Ｘ分後の二次電池２５の温度を予測する。

【0049】

【数1】

【0050】

【数2】

【0051】

【数3】

【0052】

ステップＳ２３にて、車両制御ユニット２９は、Ｘ分後の二次電池２５の電圧を、電気回路モデルを用いて予測する。下記の式（４）で示すように、二次電池２５の電圧Ｖは、二次電池２５の開回路電圧ＯＣＶ、電流Ｉ、瞬時抵抗Ｒｏ、抵抗劣化率ＳＯＨＲ、及び分極電圧Ｖｐを用いて求められる。瞬時抵抗Ｒｏは、充電率ＳＯＣ及び温度Ｔを用いて求められる。下記の式（５）で示すように、分極電圧Ｖｐは、電流Ｉ、分極抵抗Ｒｐ、経過時間ｔ、及び時定数τを用いて求められる。分極抵抗Ｒｐは、充電率ＳＯＣ及び温度Ｔを用いて求められる。時定数τは、固定値である。したがって、車両制御ユニット２９は、式（４）～（５）を用い、電池管理ユニット２８で検知された現在の二次電池２５の温度、充電率、抵抗劣化率、及び電流に基づいて、Ｘ分後の二次電池２５の電圧を予測する。

【0053】

【数4】

【0054】

【数5】

【0055】

ステップＳ２４に進み、車両制御ユニット２９は、演算子ｋ＝１であるから、ステップＳ２２で予測されたＸ分後の二次電池２５の温度と、ステップＳ２３で予測されたＸ分後の二次電池２５の電圧とに基づいて、Ｘ分後の二次電池２５の電流を予測する。詳細には、上述の図４を用いて説明した充電制御特性により、Ｘ分後の二次電池２５の電流を予測する。但し、予測された二次電池２５の電流は、電池管理ユニット２８で検知された現在の二次電池２５の電流以下とする。

【0056】

ステップＳ２５に進み、車両制御ユニット２９は、演算子ｋ＝１であるから、（Ｘ×２）分後の二次電池２５の温度を、熱収支モデルを用いて予測する。詳細には、式（１）～（３）を用い、Ｘ分後の二次電池２５の温度、電圧、及び電流と外気の温度に基づいて、（Ｘ×２）分後の二次電池２５の温度を予測する。なお、Ｘ分後の外気の温度は、現在の外気の温度と同じであるとする。

【0057】

ステップＳ２６にて、車両制御ユニット２９は、演算子ｋ＝１であるから、（Ｘ×２）分後の二次電池２５の電圧を、電気回路モデルを用いて予測する。詳細には、式（４）～（５）を用い、Ｘ分後の二次電池２５の温度、充電率、抵抗劣化率、及び電流に基づいて、（Ｘ×２）分後の二次電池２５の電圧を予測する。なお、Ｘ分後の二次電池２５の充電率は、現在の二次電池２５の充電率及び電流を用いて求められる。Ｘ分後の二次電池２５の抵抗劣化率は、現在の二次電池２５の抵抗劣化率と同じであるとする。

【0058】

ステップＳ２７に進み、車両制御ユニット２９は、（Ｘ×２）分後の二次電池２５が充電完了するかどうかを判定する。定電流充電方式にて二次電池２５を充電する場合は、例えば、二次電池２５の電圧が設定値以上であるかどうかにより、二次電池２５が充電完了するかどうかを判定する。定電流・定電圧充電方式にて二次電池２５を充電する場合は、例えば、定電圧充電ステップにて二次電池２５の電流が設定値未満であるかどうかにより、二次電池２５が充電完了するかどうかを判定する。（Ｘ×２）分後の二次電池２５が充電完了していなければ、ステップＳ２８に進む。

【0059】

ステップＳ２８にて、車両制御ユニット２９は、演算子ｋ＝２に更新する。ステップＳ２４に進み、車両制御ユニット２９は、演算子ｋ＝２であるから、（Ｘ×２）分後の二次電池２５の温度と、（Ｘ×２）分後の二次電池２５の電圧とに基づいて、（Ｘ×２）分後の二次電池２５の電流を予測する。ステップＳ２５に進み、車両制御ユニット２９は、演算子ｋ＝２であるから、（Ｘ×２）分後の二次電池２５の温度、電圧、及び電流と外気の温度に基づいて、（Ｘ×３）分後の二次電池２５の温度を予測する。ステップＳ２６にて、演算子ｋ＝２であるから、（Ｘ×２）分後の二次電池２５の温度、充電率、抵抗劣化率、及び電流に基づいて、（Ｘ×３）分後の二次電池２５の電圧を予測する。ステップＳ２７に進み、（Ｘ×３）分後の二次電池２５が充電完了したかどうかを判定する。

【0060】

ステップＳ２７にて（Ｘ×ｋ）分後の二次電池２５が充電完了すると判定するまで、ステップＳ２８にて演算子ｋを更新し、ステップＳ２４、Ｓ２５、及びＳ２６を繰り返す。（Ｘ×ｋ）分後の二次電池２５が充電完了すると判定すれば、ステップＳ２９に進む。ステップＳ２９にて、車両制御ユニット２９は、二次電池２５の残充電時間が（Ｘ×ｋ）分であると推定する。

【0061】

上述した本実施形態においても、二次電池２５の温度の変化を考慮せず、現在の二次電池２５の温度だけから、二次電池２５の残充電時間を推定する場合と比べ、二次電池２５の残充電時間の推定精度を高めることができる。

【0062】

また、本実施形態においては、熱収支モデルや電気回路モデル（詳細には、上述の式（１）～（５））を用いるので、第１の実施形態のように二次電池２５の条件毎に予め取得された二次電池２５のデータを用いる場合と比べ、その準備の負荷を低減することができる。また、第１の実施形態と比べ、二次電池２５の残充電時間の推定精度を高めることができる。

【0063】

本発明の第３の実施形態を説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同等の部分は、同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

【0064】

二次電池２５の放電時、放電時間の経過に伴い、二次電池２５の温度が上昇する。二次電池２５の温度が低いときは、上述の図３で示すように、二次電池２５の温度が高いときと比べて二次電池２５の抵抗が大きいから、二次電池２５の電圧の変化量が大きくなりやすく、劣化が進みやすい。そのため、二次電池２５の劣化の抑制を考慮して、二次電池２５の電流を小さくすることが好ましい。一方、二次電池２５の温度が高いときは、電動モータ２４の動力の増大を考慮して、二次電池２５の電流を大きくすることが好ましい。そのため、本実施形態の車両制御ユニット２９は、図１０で示すように、電池管理ユニット２８で検知された二次電池２５の温度に応じて二次電池２５の電流を変化させる指令をインバータ２６へ出力する。詳細には、二次電池２５の温度の上昇に応じて二次電池２５の電流を大きくさせる指令をインバータ２６へ出力する。

【0065】

車両制御ユニット２９は、電池管理ユニット２８で検知された二次電池２５の充電率（又は電圧）に応じて二次電池２５の電流を変化させる指令をインバータ２６へ出力する。詳細には、二次電池２５の充電率（又は電圧）の減少に応じて二次電池２５の電流を小さくさせる指令をインバータ２６へ出力する。

【0066】

本実施形態の特徴として、車両制御ユニット２９は、二次電池２５の放電時、二次電池２５の残放電時間（言い換えれば、電動式ショベルの残稼働時間）を推定して表示装置２３に表示させる。本実施形態における二次電池２５の残放電時間を推定する処理を、図１１を用いて説明する。図１１は、本実施形態における二次電池の残放電時間を推定する処理を表すフローチャートである。

【0067】

ステップＳ３１にて、車両制御ユニット２９は、電池管理ユニット２８で検知された二次電池２５の温度及び充電率に基づいて、二次電池２５の温度の推移を予測する。詳しく説明すると、例えば二次電池２５の放電開始時における二次電池２５の温度及び充電率からなる条件毎に、予め取得された二次電池２５の温度の推移のデータを記憶しており、二次電池２５の放電開始時に検知された二次電池２５の温度及び充電率に対応する二次電池２５の温度の推移のデータを抽出する。

【0068】

ステップＳ３２にて、車両制御ユニット２９は、電池管理ユニット２８で検知された二次電池２５の温度及び充電率に基づいて、二次電池２５の電圧の推移を予測する。詳しく説明すると、例えば二次電池２５の放電開始時における二次電池２５の温度及び充電率からなる条件毎に、予め取得された二次電池２５の電圧の推移のデータを記憶しており、二次電池２５の充電開始時に検知された二次電池２５の温度及び充電率に対応する二次電池２５の電圧の推移のデータを抽出する。

【0069】

ステップＳ３３に進み、車両制御ユニット２９は、ステップＳ３１で予測された二次電池２５の温度の推移と、ステップＳ３２で予測された二次電池２５の電圧の推移に基づいて、二次電池２５の電流の推移を予測する。詳細には、上述の図１０を用いて説明した放電制御特性を用いて、二次電池２５の電流の推移を予測する。

【0070】

ステップＳ３４に進み、車両制御ユニット２９は、ステップＳ３３で予測された二次電池２５の電流の推移に基づいて、二次電池２５の残放電時間を推定する。詳細には、二次電池２５の電流の推移に基づいて、二次電池２５の電圧の推移をあらためて演算する。そして、例えば二次電池２５の電圧が設定値未満となるまでの時間を、残放電時間として演算する。あるいは、二次電池２５の電流の推移に基づいて、二次電池２５の充電率の推移を演算し、例えば二次電池２５の充電率が設定値未満となるまでの時間を、残放電時間として演算する。

【0071】

以上のように本実施形態においては、二次電池２５の温度等の推移を予測し、二次電池２５の温度等の推移に基づいて二次電池２５の電流の推移を予測し、二次電池２５の電流の推移に基づいて二次電池２５の残放電時間を推定する。そのため、二次電池２５の温度の変化を考慮せず、現在の二次電池２５の温度だけから、二次電池２５の残放電時間を推定する場合と比べ、二次電池２５の残放電時間の推定精度を高めることができる。

【0072】

なお、上述した第１の実施形態に対する変形例と同様、第３の実施形態を変形してもよい。更に、電動モータ２４の駆動状況に応じて二次電池２５の放電状況が変化するため、二次電池２５の電流をパラメータとして追加してもよい。すなわち、車両制御ユニット２９は、電池管理ユニット２８で検知された二次電池２５の温度と充電率又は電圧と電流（又は所定時間における平均電流）に基づいて、二次電池２５の温度の推移や、二次電池２５の電圧又は充電率の推移を予測してもよい。また、車両制御ユニット２９は、電池管理ユニット２８で検知された二次電池２５の温度と充電率又は電圧と劣化率と電流（又は所定時間における平均電流）に基づいて、二次電池２５の温度の推移や、二次電池２５の電圧又は充電率の推移を予測してもよい。

【0073】

本発明の第４の実施形態を説明する。なお、本実施形態において、第３の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

【0074】

本実施形態の車両制御ユニット２９は、二次電池２５の放電時、二次電池２５の残放電時間を推定して表示装置２３に表示させるものの、その推定方法が第３の実施形態とは異なる。本実施形態における二次電池２５の残放電時間を推定する処理を、図１２を用いて説明する。図１２は、本実施形態における二次電池の残放電時間を推定する処理を表すフローチャートである。

【0075】

ステップＳ４１にて、車両制御ユニット２９は、演算子ｋ＝１に初期化する。ステップＳ４２に進み、Ｘ分後の二次電池２５の温度を、熱収支モデルを用いて予測する。詳細には、上記の式（１）～（３）を用い、電池管理ユニット２８で検知された現在の二次電池２５の温度、電圧、及び電流と外気の温度に基づいて、Ｘ分後の二次電池２５の温度を予測する。

【0076】

ステップＳ４３にて、車両制御ユニット２９は、Ｘ分後の二次電池２５の電圧を、電気回路モデルを用いて予測する。詳細には、上記の式（４）～（５）を用い、電池管理ユニット２８で検知された現在の二次電池２５の温度、充電率、抵抗劣化率、及び電流に基づいて、Ｘ分後の二次電池２５の電圧を予測する。

【0077】

ステップＳ４４に進み、車両制御ユニット２９は、演算子ｋ＝１であるから、ステップＳ４２で予測されたＸ分後の二次電池２５の温度と、ステップＳ４３で予測されたＸ分後の二次電池２５の電圧とに基づいて、Ｘ分後の二次電池２５の電流を予測する。詳細には、上述の図１０を用いて説明した放電制御特性により、Ｘ分後の二次電池２５の電流を予測する。

【0078】

ステップＳ４５に進み、車両制御ユニット２９は、演算子ｋ＝１であるから、（Ｘ×２）分後の二次電池２５の温度を、熱収支モデルを用いて予測する。詳細には、式（１）～（３）を用い、Ｘ分後の二次電池２５の温度、電圧、及び電流と外気の温度に基づいて、（Ｘ×２）分後の二次電池２５の温度を予測する。

【0079】

ステップＳ４６にて、車両制御ユニット２９は、演算子ｋ＝１であるから、（Ｘ×２）分後の二次電池２５の電圧を、電気回路モデルを用いて予測する。詳細には、式（４）～（５）を用い、Ｘ分後の二次電池２５の温度、充電率、抵抗劣化率、及び電流に基づいて、（Ｘ×２）分後の二次電池２５の電圧を予測する。

【0080】

ステップＳ４７に進み、車両制御ユニット２９は、（Ｘ×２）分後の二次電池２５が放電停止するかどうかを判定する。詳細には、例えば二次電池２５の電圧が設定値未満であるかどうかにより、二次電池２５が放電停止するかどうかを判定する。（Ｘ×２）分後の二次電池２５が放電停止していなければ、ステップＳ４８に進む。

【0081】

ステップＳ４８にて、車両制御ユニット２９は、演算子ｋ＝２に更新する。ステップＳ４４に進み、車両制御ユニット２９は、演算子ｋ＝２であるから、（Ｘ×２）分後の二次電池２５の温度と、（Ｘ×２）分後の二次電池２５の電圧とに基づいて、（Ｘ×２）分後の二次電池２５の電流を予測する。ステップＳ４５に進み、車両制御ユニット２９は、演算子ｋ＝２であるから、（Ｘ×２）分後の二次電池２５の温度、電圧、及び電流と外気の温度に基づいて、（Ｘ×３）分後の二次電池２５の温度を予測する。ステップＳ４６にて、演算子ｋ＝２であるから、（Ｘ×２）分後の二次電池２５の温度、充電率、抵抗劣化率、及び電流に基づいて、（Ｘ×３）分後の二次電池２５の電圧を予測する。ステップＳ４７に進み、（Ｘ×３）分後の二次電池２５が放電停止するかどうかを判定する。

【0082】

ステップＳ４７にて（Ｘ×ｋ）分後の二次電池２５が放電定すると判定するまで、ステップＳ４８にて演算子ｋを更新し、ステップＳ４４、Ｓ４５、及びＳ４６を繰り返す。（Ｘ×ｋ）分後の二次電池２５が放電停止すると判定すれば、ステップＳ４９に進む。ステップＳ４９にて、車両制御ユニット２９は、二次電池２５の残放電時間が（Ｘ×ｋ）分であると推定する。

【0083】

上述した本実施形態においても、二次電池２５の温度の変化を考慮せず、現在の二次電池２５の温度だけから、二次電池２５の残放電時間を推定する場合と比べ、二次電池２５の残放電時間の推定精度を高めることができる。

【0084】

また、本実施形態においては、熱収支モデルや電気回路モデル（詳細には、上記の式（１）～（５））を用いるので、第３の実施形態のように二次電池２５の条件毎に予め取得された二次電池２５のデータを用いる場合と比べ、その準備の負荷を低減することができる。また、第３の実施形態と比べ、二次電池２５の残放電時間の推定精度を高めることができる。

【0085】

なお、第１～第４の実施形態において、二次電池２５は、直列に接続された複数の電池モジュール３０で構成された場合を例にとって説明したが、これに限られない。二次電池２５は、例えば並列に接続された複数の電池モジュール３０で構成されてもよい。

【0086】

また、第１～第４の実施形態において、車両制御ユニット２９は、二次電池２５の温度等の推移を予測し、二次電池２５の温度等の推移に基づいて二次電池２５の電流の推移を予測し、二次電池２５の電流の推移に基づいて二次電池２５の残充電時間又は残放電時間を推定する場合を例にとって説明したが、これに限られない。車両制御ユニット２９は、予測される二次電池２５の温度等の推移や予測される二次電池２５の電流の推移を反映したマップであって、二次電池２５の温度及び電圧又は充電率等からなる条件（詳細には、二次電池２５の容量劣化率又は抵抗劣化率を追加してもよいし、外気の温度を追加してもよい）と二次電池２５の残充電時間又は残放電時間との対応関係を示すマップを用いて、電池管理ユニット２８で検知された二次電池２５の温度及び電圧又は充電率等からなる条件から、二次電池２５の残充電時間又は残放電時間を取得してもよい。具体例の一つとして、下記の表３で示すように、二次電池２５の温度及び充電率からなる条件と二次電池２５の残充電時間との対応関係を示すマップを用い、二次電池２５の充電開始時における二次電池２５の温度が０℃、充電率が２０％であれば、残充電時間が１００分であると推定する。このような変形例においても、二次電池２５の残充電時間又は残放電時間の推定精度を高めることが可能である。

【0087】

【表3】

【0088】

なお、以上においては、電動式ショベルに本発明を適用した場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば電動式ホイールローダ、電動式ダンプトラック、又は電動式道路機械などの他の電動式作業機械に本発明を適用してもよい。

【符号の説明】

【0089】

２５ 二次電池
２８ 電池管理ユニット
２９ 車両制御ユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】