特許 7389064 建設機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-20

(45)【発行日】2023-11-29

(54)【発明の名称】建設機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20231121BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20231121BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20231121BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20231121BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 C

H02J7/00 P

H02J7/00 B

H01M10/48 301

H01M10/48 P

H01M10/44 P

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021004339

(22)【出願日】2021-01-14

(65)【公開番号】P2022109029

(43)【公開日】2022-07-27

【審査請求日】2023-02-20

(73)【特許権者】

【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】110001933

【氏名又は名称】弁理士法人 佐野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森下 翔斗

(72)【発明者】

【氏名】金田 健佑

【審査官】松本 泰典

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－１５４０１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１９０１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１０２３５１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００２－３２５３７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２４１３３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００８／０４４５１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－１５９７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０９７２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１０９３２２７６（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ９／２０

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０１Ｍ １０／４８

Ｈ０１Ｍ １０／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部電源と接続されて第１の電力を出力する給電装置と、
前記第１の電力を充電可能に設けられるバッテリと、
前記第１の電力と前記バッテリが放電する第２の電力とのうち少なくとも一方により駆動する電動機と、
を備える建設機械であって、
前記電動機の駆動に前記第２の電力のみを使用可能なバッテリ駆動モードと、前記第１の電力を前記電動機の駆動に使用しつつ前記バッテリの充電に使用可能な駆動充電可能モードとを含む複数のモードのいずれかで自機械の制御を行う制御装置を更に備え、
前記制御装置は、前記駆動充電可能モードである場合に、前記バッテリ駆動モードでとり得る前記バッテリの充電量の上限値に比べて、前記バッテリの充電量の上限値を低く設定する、建設機械。

【請求項2】

外部電源と接続されて第１の電力を出力する給電装置と、
前記第１の電力を充電可能に設けられるバッテリと、
前記第１の電力と前記バッテリが放電する第２の電力とのうち少なくとも一方により駆動する電動機と、
を備える建設機械であって、
前記第１の電力を前記電動機の駆動に使用しつつ前記バッテリの充電に使用可能な駆動充電可能モードと、前記第１の電力を前記バッテリの充電にのみ使用可能な充電専用モードとを含む複数のモードのいずれかで自機械の制御を行う制御装置を更に備え、
前記制御装置は、前記駆動充電可能モードである場合に、前記充電専用モードである場合に比べて、前記バッテリの充電量の上限値を低く設定する、建設機械。

【請求項3】

前記複数のモードに、前記電動機の駆動に前記第２の電力のみを使用可能なバッテリ駆動モードが更に含まれる、請求項２に記載の建設機械。

【請求項4】

前記制御装置は、前記駆動充電可能モードであって、前記第１の電力で前記電動機を駆動しながら前記バッテリを充電する場合に、外部から入力される特定の情報に応じて前記バッテリの充電量の増加率の目標量を変動させる、請求項１から３のいずれか１項に記載の建設機械。

【請求項5】

前記特定の情報には、前記バッテリの温度が含まれる、請求項４に記載の建設機械。

【請求項6】

前記制御装置は、設定された前記目標量と前記電動機が消費する電力とに応じて前記給電装置から供給される電流を制御する、請求項４又は５に記載の建設機械。

【請求項7】

前記駆動充電可能モードにおいては、前記電動機の駆動に前記第１の電力と前記第２の電力とのうちの少なくとも一方を使用可能である、請求項１から６のいずれかに記載の建設機械。

【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】

従来、リチウムイオン電池等で構成されるバッテリは、電池の劣化を防止する観点から、充電率を高すぎない状態、且つ、低すぎない状態で保管することが好ましいとされている（例えば特許文献１参照）。これに関連して、特許文献１には、バッテリを内蔵する建設機械において、当該建設機械を使用しない場合におけるバッテリの最適な保管方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－１４２３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、バッテリを内蔵する電動式油圧ショベルは、商用電源等の外部電源にケーブルで繋いだ状態で使用されることがある。すなわち、外部電源とバッテリ電源とを併用して作業を行うことができる建設機械が存在する。このような建設機械では、作業中に外部電源を用いてバッテリを充電することも可能であり、作業中のバッテリの充電制御が不十分となってバッテリの劣化が加速することが懸念される。特許文献１に開示される方法は、建設機械で作業を行わない場合の手法であり、そのまま適用することはできない。

【0005】

本発明は、外部電源により充電可能なバッテリを備える建設機械において、バッテリの劣化を抑制することができる技術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】

【0006】

本発明の例示的な建設機械は、外部電源と接続されて第１の電力を出力する給電装置と、前記第１の電力を充電可能に設けられるバッテリと、前記第１の電力と前記バッテリが放電する第２の電力とのうち少なくとも一方により駆動する電動機と、を備える。前記建設機械は、前記電動機の駆動に前記第２の電力のみを使用可能なバッテリ駆動モードと、前記第１の電力を前記電動機の駆動に使用しつつ前記バッテリの充電に使用可能な駆動充電可能モードとを含む複数のモードのいずれかで自機械の制御を行う制御装置を更に備える。前記制御装置は、前記駆動充電可能モードである場合に、前記バッテリ駆動モードである場合に比べて、前記バッテリの充電量の上限値を低く設定する。

【0007】

また、本発明の例示的な建設機械は、外部電源と接続されて第１の電力を出力する給電装置と、前記第１の電力を充電可能に設けられるバッテリと、前記第１の電力と前記バッテリが放電する第２の電力とのうち少なくとも一方により駆動する電動機と、を備える。前記建設機械は、前記第１の電力を前記電動機の駆動に使用しつつ前記バッテリの充電に使用可能な駆動充電可能モードと、前記第１の電力を前記バッテリの充電にのみ使用可能な充電専用モードとを含む複数のモードのいずれかで自機械の制御を行う制御装置を更に備える。前記制御装置は、前記駆動充電可能モードである場合に、前記充電専用モードである場合に比べて、前記バッテリの充電量の上限値を低く設定する。

【発明の効果】

【0008】

例示的な本発明によれば、外部電源により充電可能なバッテリを備える建設機械において、バッテリの劣化を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】建設機械の概略の構成を示す側面図

【図2】建設機械が備える油圧システムの概略の構成を示すブロック図

【図3】建設機械が備える電源システムの概略の構成を示すブロック図

【図4A】第１モードに設定された状態を示す模式図

【図4B】第２モードに設定された状態を示す模式図

【図4C】第３モードに設定された状態を示す模式図

【図5A】第２モードにおいて第１状態が選択された場合を示す模式図

【図5B】第２モードにおいて第２状態が選択された場合を示す模式図

【図5C】第２モードにおいて第３状態が選択された場合を示す模式図

【図5D】第２モードにおいて第４状態が選択された場合を示す模式図

【図6】電源システムの制御に関わる構成の概略を示すブロック図

【図7】建設機械が備えるバッテリの、一日のＳＯＣの推移例を示すグラフ

【図8】変形例の建設機械について説明するためのブロック図

【図9】変形例の建設機械の詳細例を示すブロック図

【図10】充電マップの一例を示す概略図

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。

【0011】

＜１．建設機械の概略構成＞
図１は、本実施形態の建設機械１の概略の構成を示す側面図である。建設機械１は、詳細には、電動式の建設機械である。建設機械１は、より詳細には、電動式油圧ショベルである。なお、本発明が適用される建設機械は、油圧ショベルに限定されず、ホイルローダ等の他の建設機械であってもよい。建設機械１は、下部走行体２と、作業機３と、上部旋回体４と、を備える。

【0012】

ここで、図１において、方向を以下のように定義する。まず、下部走行体２が直進する方向を前後方向とし、そのうちの一方側を「前」とし、他方側を「後」とする。図１では、一例として、ブレード２３に対して走行モータ２２側を「前」として示す。また、前後方向に垂直な横方向を左右方向とする。このとき、操縦席４１ａに座ったオペレータ（操縦者、運転手）から見て左側を「左」とし、右側を「右」とする。さらに、前後方向および左右方向に垂直な重力方向を上下方向とし、重力方向の上流側を「上」とし、下流側を「下」とする。

【0013】

下部走行体２は、左右一対のクローラ２１と、左右一対の走行モータ２２と、を備える。各走行モータ２２は、油圧モータである。左右の走行モータ２２が、左右のクローラ２１をそれぞれ駆動することにより、建設機械１を前後進させることができる。下部走行体２には、整地作業を行うためのブレード２３と、ブレードシリンダ２３ａとが設けられる。ブレードシリンダ２３ａは、ブレード２３を上下方向に回動させる油圧シリンダである。

【0014】

作業機３は、ブーム３１、アーム３２、およびバケット３３を備える。ブーム３１、アーム３２、およびバケット３３を独立して駆動することにより、土砂等の掘削作業を行うことができる。

【0015】

ブーム３１は、ブームシリンダ３１ａによって回動される。ブームシリンダ３１ａは、基端部が上部旋回体４の前部に支持され、伸縮自在に可動する。アーム３２は、アームシリンダ３２ａによって回動される。アームシリンダ３２ａは、基端部がブーム３１の先端部に支持され、伸縮自在に可動する。バケット３３は、バケットシリンダ３３ａによって回動される。バケットシリンダ３３ａは、基端部がアーム３２の先端部に支持され、伸縮自在に可動する。ブームシリンダ３１ａ、アームシリンダ３２ａ、およびバケットシリンダ３３ａは、油圧シリンダにより構成される。

【0016】

上部旋回体４は、下部走行体２に対して旋回ベアリング（不図示）を介して旋回可能に構成される。上部旋回体４には、操縦部４１、旋回台４２、旋回モータ４３、機関室４４等が配置される。上部旋回体４は、油圧モータである旋回モータ４３の駆動により、旋回ベアリングを介して旋回する。機関室４４の内部には、例えば、電動機５および油圧ポンプ６１（いずれも図２参照）などが配置される。すなわち、建設機械１は電動機５を備える。

【0017】

図２は、本実施形態の建設機械１が備える油圧システム６の概略の構成を示すブロック図である。油圧ポンプ６１は、電動機５の出力軸と機械的に結合しており、電動機５の駆動により駆動される。コントロールバルブ６２は、油圧ポンプ６１から供給される作業油（圧油）の流量および方向を制御し、アクチュエータ群６３を構成する各種の油圧アクチュエータに作業油を適宜供給する。本実施形態ではアクチュエータ群６３に含まれる各種の油圧アクチュエータには、油圧モータ（例えば左右の走行モータ２２、旋回モータ４３）、および油圧シリンダ（例えばブレードシリンダ２３ａ、ブームシリンダ３１ａ、アームシリンダ３２ａ、バケットシリンダ３３ａ）が含まれる。

【0018】

図１に戻って、操縦部４１には、操縦席４１ａが配置される。操縦席４１ａの周囲には、各種のレバー４１ｂが配置される。オペレータが操縦席４１ａに着座してレバー４１ｂを操作することにより、油圧システム６を動作させて、下部走行体２の走行、ブレード２３による整地作業、作業機３による掘削作業、上部旋回体４の旋回、などを行うことができる。

【0019】

上部旋回体４には、不図示の給電口が設けられる。上記の給電口と、外部電源である商用電源１００とは、給電ケーブル１０１を介して接続される。これにより、商用電源１００から供給される電力により、電動機５を駆動することができる。また、商用電源１００から供給される電力を、上部旋回体４に着脱可能に取り付けられるバッテリ７２に供給することにより、バッテリ７２を充電することも可能である。

【0020】

なお、下部走行体２、作業機３および上部旋回体４は、電動走行モータ、電動シリンダ、電動旋回モータ等を含んで構成されてもよい。この場合、下部走行体２、作業機３および上部旋回体４を、油圧機器を用いずに、全て電力によって駆動することができる。つまり、下部走行体２、作業機３および上部旋回体４をまとめて機体ＢＡとしたとき、機体ＢＡは、電力のみによって駆動されてもよいし（オール電動）、電力と油圧機器とを併用して駆動されてもよい。したがって、本実施形態の建設機械１は、少なくとも電力によって駆動される機体ＢＡを含む構成であると言える。

【0021】

＜２．電源システム＞
図３は、本実施形態の建設機械１が備える電源システム７の概略の構成を示すブロック図である。電源システム７は、給電装置７１と、バッテリ７２と、インバータ７３とを備える。すなわち、建設機械１は、給電装置７１とバッテリ７２とを備える。建設機械１は、インバータ７３を更に備える。

【0022】

給電装置７１は、外部電源と接続されて第１の電力を出力する。本実施形態において、外部電極は商用電源１００（図１参照）である。給電装置７１は、例えば機関室４４内に配置される。給電装置７１は、商用電源１００から給電ケーブル１０１を介して供給される交流電圧を直流電圧に変換する。給電装置７１は、電圧変換後の電力（第１の電力）をバッテリ７２およびインバータ７３に供給可能に設けられる。

【0023】

バッテリ７２は、給電装置７１から出力される第１の電力を充電可能に設けられる。また、バッテリ７２は、放電電力（第２の電力）をインバータ７３に供給可能に設けられる。バッテリ７２は、例えばリチウムイオン電池で構成される。バッテリ７２は、例えば機関室４４内に配置される。

【0024】

インバータ７３は、給電装置７１およびインバータ７３から供給される直流電力を交流電力に変換する。インバータ７３によって変換された交流電力は電動機５に供給される。インバータ７３は、例えば、例えば機関室４４内に配置される。なお、電動機５は、インバータ７３から供給される交流電力により駆動して油圧ポンプ６１を動作させる。電動機５は、給電装置７１から出力される電力（第１の電力）と、バッテリ７２が放電する電力（第２の電力）とのうち少なくとも一方により駆動する。

【0025】

電源システム７は、第１モードと、第２モードと、第３モードとを含む３つのモードに設定可能に設けられる。図４Ａは、第１モードに設定された状態を示す模式図である。図４Ｂは、第２モードに設定された状態を示す模式図である。図４Ｃは、第３モードに設定された状態を示す模式図である。なお、第１モードは、本発明のバッテリ駆動モードに該当する。第２モードは、本発明の駆動充電可能モードに該当する。第３モードは、本発明の充電専用モードに該当する。

【0026】

図４Ａに示すように、第１モードにおいては、商用電源１００と給電装置７１とが電気的に非接続である。このため、第１モードにおいては、給電装置７１からインバータ７３に電力を供給することはできない。一方、第１モードにおいては、バッテリ７２とインバータ７３とは電気的に接続されており、バッテリ７２の放電電力をインバータ７３に供給可能である。すなわち、第１モードは、電動機５の駆動にバッテリ７２が放電する電力（第２の電力）のみを使用可能なモードである。第１モードは、外部からの電力が供給されない状態で、電動機５を作動させたい場合に使用されるモードである。

【0027】

図４Ｂに示すように、第２モードにおいては、給電装置７１が商用電源１００と電気的に接続されている。また、バッテリ７２とインバータ７３とが電気的に接続されている。第２モードは、外部からの電力を供給可能な状態で、電動機５を作動させたい場合に使用されるモードである。詳細には、第２モードには、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、および図５Ｄに示す４つの状態が含まれる。

【0028】

なお、図５Ａは、第２モードにおいて第１状態となった場合を示す模式図である。図５Ｂは、第２モードにおいて第２状態となった場合を示す模式図である。図５Ｃは、第２モードにおいて第３状態となった場合を示す模式図である。図５Ｄは、第２モードにおいて第４状態となった場合を示す模式図である。

【0029】

図５Ａに示すように、第１状態では、給電装置７１およびバッテリ７２からインバータ７３に電力が供給される。第１状態は、給電装置７１およびバッテリ７２のうちの一方から出力される電力だけでは電動機５の駆動に必要な電力を得ることができない場合に選択される状態である。例えば、第１状態においては、電動機５の駆動に必要な電力の大部分が、給電装置７１から出力される電力で賄われ、足りない電力がバッテリ７２から出力される電力（放電電力）で補われる。

【0030】

図５Ｂに示すように、第２状態では、給電装置７１からバッテリ７２およびインバータ７３に電力が供給される。第２状態は、給電装置７１から出力される電力が電動機５の駆動に必要な電力より大きい場合に選択される状態である。バッテリ７２は、給電装置７１から出力される電力の一部を蓄電する。すなわち、バッテリ７２は、給電装置７１から供給される電力により充電される。

【0031】

図５Ｃに示すように、第３状態では、給電装置７１からのみインバータ７３に電力が供給される。第３状態は、例えば、給電装置７１から出力される電力が電動機５の駆動に必要な電力と等しい場合に選択される状態である。なお、第３状態は、リレーを用いてバッテリ７２と、給電装置７１およびインバータ７３とが電気的に非接続とされた状態であってもよい。

【0032】

図５Ｄに示すように、第４状態は、給電装置７１は給電可能な状態であるが強制的にインバータ７３と非接続とされた状態である。給電装置７１とインバータ７３との電気的な接続と非接続との切り替えには、例えばリレー（不図示）が用いられる。第４状態は、例えば、バッテリ７２の電力を積極的に利用したい場合に選択される。

【0033】

以上からわかるように、第２モードは、給電装置７１から出力される電力（第１の電力）を電動機５の駆動に使用しつつバッテリ７２の充電に使用可能なモードである。また、第２モードにおいては、電動機５の駆動に給電装置７１から出力される電力（第１の電力）と、バッテリ７２から放電される電力（第２の電力）とのうちの少なくとも一方を使用可能である。このような構成とすることにより、電動機５の駆動に必要な電力を適切に供給しつつ、バッテリ７２の充電と放電とを適切に制御してバッテリ７２の寿命をのばすことができる。

【0034】

図４Ｃに示すように、第３モードにおいては、給電装置７１およびバッテリ７２がインバータ７３と電気的に接続されていない。給電装置７１およびバッテリ７２と、インバータ７３との電気的な接続と非接続との切り替えには、例えばリレー（不図示）が用いられる。第３モードでは、給電装置７１とバッテリ７２とは電気的に接続されている。第３モードは、給電装置７１から出力される電力（第１の電力）をバッテリ７２の充電にのみ使用可能なモードである。第３モードは、電動機５を駆動する必要がない場合に使用されるモードである。例えば、電動機５を駆動する必要がない場合は、下部走行体２を用いた移動、ブレード２３を用いた整地作業、および、作業機３を用いた掘削作業を行う必要がない状態である。例えば、第３モードは、建設機械１の次の使用に備えて、バッテリ７２を充電しておくときに使用されるモードである。

【0035】

＜３．充電制御＞
図６は、電源システム７の制御に関わる構成の概略を示すブロック図である。図６に示すように、建設機械１は制御装置８を備える。制御装置８は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）と呼ばれる電子制御ユニットで構成される。ＥＣＵは、電子回路を用いて制御を行う装置であり、例えばマイクロコントローラ（マイコン）を含んで構成される。マイクロコントローラは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、プログラム等を格納するメモリと、周辺機器と通信を行うための入出力部と、を含んで構成される。

【0036】

制御装置８は、給電装置７１に内蔵される給電装置ＥＣＵ７１１、および、バッテリ７２に内蔵されるバッテリＥＣＵ７２１と連携して電源システム７の全体を制御する。また、制御装置８は、第１モードと、第２モードと、第３モードとのいずれかで自機械１の制御を行う。制御装置８は、モード判定部８１と、指令生成部８２とを備える。モード判定部８１および指令生成部８２は、ＣＰＵ等のコンピュータがメモリに記憶されるプログラムに従って演算処理を実行することにより実現される制御装置８の機能である。

【0037】

なお、モード判定部８１および指令生成部８２は、概念的な構成要素である。１つの構成要素が実行する機能を複数の構成要素に分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてよい。

【0038】

モード判定部８１は、電源システム７の現在のモードがいずれのモードであるかを判定する。詳細には、モード判定部８１は、現在のモードが第１モード、第２モード、および第３モードのうちのいずれのモードであるかを判定する。モード判定部８１は、例えば、給電装置ＥＣＵ７１１から得られる情報と、充電開始スイッチ９から得られる情報とに基づいて、現在のモードがいずれのモードであるかを判定する。なお、充電開始スイッチ９は、バッテリ７２の充電を行いたい時にユーザが操作するスイッチである。充電開始スイッチ９は、例えば、操縦部４１等に設けられる。充電開始スイッチ９は、例えば操作ボタン、操作レバー、操作ダイヤル、タッチパネル等であってよい。

【0039】

例えば、モード判定部８１は、給電装置ＥＣＵ７１１からの通電信号と、充電開始スイッチ９からの充電ＯＮ信号とに基づいてモードの判定を行う。通電信号は、給電装置７１が給電ケーブル１０１を介して商用電源１００と電気的に接続された場合に生成される信号である。充電ＯＮ信号は、充電開始スイッチ９を用いてユーザが充電を要求した場合に生成される信号である。充電ＯＮ信号は、給電装置ＥＣＵ７１１を介して制御装置８に入力されてもよい。

【0040】

詳細には、モード判定部８１は、通信信号と充電ＯＮ信号とのいずれも受信していない場合には、第１モードであると判定する。モード判定部８１は、通信信号を受信し、且つ、充電ＯＮ信号を受信していない場合には、第２モードであると判定する。モード判定部８１は、通電信号を受信し、且つ、充電ＯＮ信号を受信した場合には、第３モードであると判定する。

【0041】

なお、充電ＯＮ信号を受信したにもかかわらず、通電信号を受信していない場合には、充電のための準備が不十分であるために、制御装置８は適切な制御を行うことができない。このような場合には、エラーを報知する構成としてもよい。また、本実施形態のモードの判定手法は一例にすぎず、例えば、モード判定にバッテリＥＣＵ７２１から得られる情報が利用されてもよい。

【0042】

指令生成部８２は、モード判定部８１によるモードの判定に応じて給電装置７１の制御を行う。詳細には、指令生成部８２は、モードの判定結果に加えて、バッテリＥＣＵ７２１から入力されるバッテリ７２の情報に基づいて給電装置７１の制御を行う。バッテリ７２の情報には、バッテリ７２の電圧と充電率（ＳＯＣ；State Of Charge）との少なくとも一方が含まれる。なお、ＳＯＣは、以下の式（１）で与えられる。
ＳＯＣ（％） ＝ 残容量（Ａｈ）÷満充電容量（Ａｈ）×１００ ・・・（１）

【0043】

本実施形態では、制御装置８は、第２モードである場合に、第３モードである場合に比べて、バッテリ７２の充電量の上限値を低く設定する。このような構成とすると、建設機械１が動作を行っている場合において、バッテリ７２の充電量が必要以上に高くなることを抑制することができる。これにより、バッテリ７２の劣化を抑制して、バッテリ７２の寿命をのばすことができる。また、本構成によれば、電動機５の動作時においてバッテリ７２の充電容量を満充電容量よりも低く抑えることができるために、電動機５の停止によって発生する回生電力をバッテリ７２が受け入れることができ、バッテリ７２の破損を防止することができる。

【0044】

詳細には、指令生成部８２は、充電量が設定された上限値を超えないように、給電装置ＥＣＵ７１１に電圧指令を行う。給電装置７１は、給電装置ＥＣＵ７１１が指令生成部８２から受けた電圧指令に応じて制御される。バッテリ７２の充電量の上限値が第２モードの方が第３モードよりも低いために、バッテリ７２を予め設定された上限値まで充電するための目標電圧は、第２モードの方が第３モードよりも低くなる。なお、充電量をＳＯＣで表記することを想定した場合、充電量の上限値は、例えば、第３モードにおいて１００％に設定され、第２モードにおいて８０％に設定される構成としてよい。ただし、これらの数値は適宜変更されてよい。

【0045】

なお、建設機械１の作業中においても、バッテリ７２の充電量（ＳＯＣ）が低くなり過ぎることは好ましくない。このために、制御装置８は、第２モードにおいてバッテリ７２の充電量が予め設定された下限値より小さいことを検出した場合に、バッテリ７２の充電が開始されるように給電装置７１の制御を行うことが好ましい。充電量をＳＯＣで表記することを想定した場合、第２モードにおける充電量の下限値は５０％等であってよい。第２モードにおける充電量の下限値は、上述した第２モードにおける充電量の上限値と同じであってもよい。

【0046】

また、制御装置８は、第２モードである場合に、第１モードである場合に比べて、バッテリ７２の充電量の上限値を低く設定する。このために、建設機械１を動作させる場合に、最初に第１モードでの駆動によりバッテリ７２の充電量を適度に低下させつつ、その後、第２モードに切り替えてバッテリ７２の充電を行うことにより、バッテリ７２の充電量を高過ぎず且つ低過ぎない適度な充電量に保つことができる。これにより、バッテリ７２の劣化を抑制して、バッテリ７２の寿命をのばすことができる。

【0047】

図７は、本実施形態の建設機械１が備えるバッテリ７２の、一日のＳＯＣの推移例を示すグラフである。図７において、横軸は時間、縦軸はバッテリ７２のＳＯＣである。図７では、時刻Ａにおいて建設機械１の使用が開始され、使用開始時には、建設機械１は商用電源１００を確保できない場所に存在する。例えば、建設機械１は、トラックの荷台等に存在する。建設機械１は、トラックの荷台から商用電源１００を確保することができる施工現場まで自走する必要がある。

【0048】

使用開始当初、建設機械１の制御装置８は、通電信号が得られないために第１モードであると判定する。このために、制御装置８は、第１モードで建設機械１を制御する。すなわち、建設機械１は、バッテリ７２から放電される電力のみを使用して電動機５を駆動させる。建設機械１は、電動機５の駆動により走行モータ２２を動作させ、走行を行う。建設機械１が第１モードで制御されている間、バッテリ７２の電力が使用し続けられるために、図７に示すように、バッテリ７２のＳＯＣが減り続ける。

【0049】

建設機械１が自走により施工現場に到着すると、給電ケーブル１０１を用いて給電装置７１と商用電源１００とが電気的に接続される。これにより制御装置８が通電信号を検出して第２モードであると判定する。このために、制御装置８は、第２モードで建設機械１を制御する。すなわち、建設機械１は、給電装置７１とバッテリ７２との少なくとも一方の電力を用いて電動機５を駆動させる。電動機５の駆動により、建設機械１は、作業機３を用いた掘削作業、ブレード２３を用いた整地作業、或いは、下部走行体２による走行等を行う。また、給電装置７１の出力に余裕がある場合には、給電装置７１から出力される電力を利用してバッテリ７２の充電が行われる。

【0050】

図７に示す例では、時刻Ｂが建設機械１に商用電源１００から電力の供給が開始された時点に該当し、この時点で制御装置８は、第２モードで建設機械１の制御を開始する。第２モードと判定された時点でバッテリ７２のＳＯＣが予め設定された下限値を下回っているためにバッテリ７２の充電が開始される。すなわち、バッテリ７２のＳＯＣが増加を開始する。なお、図７の例では、第２モードと判定されている間、電動機５の駆動に要求される電力に対して給電装置７１の出力に余裕がある状態を想定している。

【0051】

図７に示す例では、第２モードにおいては、バッテリ７２のＳＯＣに上限値ＵＬ１（例えば８０％等）が設定されている。このために、バッテリ７２は上限値ＵＬ１を超えて充電されない。上述のように図７に示す例では給電装置７１の出力に余裕があるために、第２モードとなってから作業が完了するまでバッテリ７２の電力が使用されることなく、バッテリ７２のＳＯＣは上限値ＵＬ１で維持されている。ただし、電動機５の駆動に要求される電力に応じて、第２モードでの作業時においてバッテリ７２の電力が利用されてもよい。

【0052】

施工現場での一日の作業が完了する（時刻Ｃ）と、翌日の作業に備えて、ユーザが充電開始スイッチ９をＯＮとする。これにより、制御装置８は、通電信号と充電ＯＮ信号との両方を検出し、第３モードと判定する。制御装置８は、第３モードで建設機械１の制御を開始する。すなわち、給電装置７１からの出力により、バッテリ７２の充電のみが行われる。

【0053】

図７に示す例では、第３モードにおけるバッテリ７２のＳＯＣの上限値ＵＬ２（例えば１００％）は、第２モードの場合の上限値ＵＬ１よりも高く設定されている。このために、第２モードから第３モードに切り替わると、バッテリ７２の充電が開始され、上限値ＵＬ２まで充電が行われる。上限値まで充電が行われて第３モードによる充電動作が完了すると（時刻Ｄ）、バッテリ７２が保管される。充電動作の完了は、例えば、建設機械１の電源がオフされた時点である。なお、本例では、第１モードにおけるバッテリ７２のＳＯＣの上限値は、第３モードにおけるバッテリ７２のＳＯＣの上限値ＵＬ２と同じである。

【0054】

図７に示す例では、建設機械１の使用時において、バッテリ７２のＳＯＣは、バッテリ７２の保管時におけるＳＯＣ（上限値ＵＬ２）より小さく、必要以上に高くならない。このために、バッテリ７２の劣化を抑制することができる。なお、バッテリ７２の保管の方法について、図７に示す例と異なる方法とされてもよい。例えば、作業終了後においては、充電に適したＳＯＣとなるように充放電制御を行い、作業開始直前にＳＯＣが上限値ＵＬ２となるような保管方法が採用されてもよい。これにより、建設機械１の使用時と、建設機械１を使用しないバッテリ７２の保管時との両方でバッテリ７２の劣化を抑制することができ、バッテリ７２の寿命をよりのばすことができる。

【0055】

なお、例えば建設機械１を施工現場に置いておく場合には、建設機械１の使用開始時において、第２モードと判定される。この場合、第２モードであるにもかかわらず、バッテリ７２の充電量が第２モードのバッテリ７２の充電量の上限値ＵＬ１を超えた状態となることがある。第２モードの開始時にバッテリ７２の充電量が第２モードのバッテリ７２の充電量の上限値ＵＬ１を超えている場合には、例えばバッテリ７２の電力のみで電動機５を駆動させる等、バッテリ７２の電力を積極的に使用して、バッテリ７２の充電量を上限値ＵＬ１より小さくすることが好ましい。

【0056】

＜４．充電制御の変形例＞
図８は、変形例の建設機械１について説明するためのブロック図である。変形例の建設機械１においては、上述した実施形態の情報（例えば通電信号、充電ＯＮ信号、バッテリ７２のＳＯＣ等）に加えて、制御装置８の外部に設けられる特定情報取得部１０で取得された特定の情報が、制御装置８に入力される。

【0057】

そして、制御装置８は、第２モードであって、給電装置７１から出力される電力（第１の電力）で電動機５を駆動しながらバッテリ７２を充電する場合に、外部から入力される特定の情報に応じてバッテリ７２の充電量の増加率の目標量を変動させる。このような構成によれば、例えば電動機５の駆動状況やバッテリ７２が置かれる環境等に応じてバッテリ７２を充電する速度を変えることができる。この結果、電動機５の動作時においてバッテリ７２に対する負担を低減してバッテリ７２の寿命をのばすことができる。

【0058】

なお、充電量の増加率の目標量の変動は、オペレータ等のユーザによって、バッテリ７２に対する充電時の負荷を抑制するモードであるバッテリセーフモードが選択されている場合に限って行われる構成であってもよい。バッテリセーフモードは、例えば操作ボタン、操作レバー、操作ダイヤル、タッチパネル等の操作部を操作することによって選択される構成であってよい。

【0059】

制御装置８は、設定されたバッテリ７２の充電量の増加率の目標量と、電動機５が消費する電力とに応じて給電装置７１から供給される電流を制御する。これによれば、電動機５に適切に電力を供給して建設機械１を用いた作業の操作性の低下を抑制しつつ、バッテリ７２の充電速度を適正に制御してバッテリ７２にかかる負荷を抑制することができる。なお、電動機５が消費される電力は、制御装置８に入力される各種の情報（例えば操縦席４１ａのレバー４１ｂの操作情報、電動機５の実回転数等）により求められる。

【0060】

特定の情報には、バッテリ７２の温度が含まれてよい。これによれば、バッテリ７２が置かれる温度環境に応じてバッテリ７２を充電する速度を適切に制御し、バッテリ７２に対する負担を低減してバッテリ７２の寿命をのばすことができる。図９は、変形例の建設機械１の詳細例を示すブロック図である。図９に示す詳細例においては、上述の特定情報取得部１０がバッテリ温度測定部１０Ａである。バッテリ温度測定部１０Ａは、バッテリ７２に内蔵されてよい。この場合、バッテリ温度測定部１０Ａで測定されたバッテリ７２の温度は、バッテリＥＣＵ７２１によって制御装置８に送信される構成であってよい。

【0061】

バッテリ７２の温度が低くなると、バッテリ７２の抵抗値が下がる。このために、バッテリ７２の温度が下がった際に通常利用される電流値で充電を行うと、目標の充電電圧に到達する速度が速くなり、バッテリ７２の発熱量が大きくなり過ぎることがある。このような発熱量が大きい状態での充電はバッテリ７２に負担がかかり、バッテリ７２の寿命を短くすることがある。このために、バッテリ７２の温度に応じてバッテリ７２の充電量の増加率の目標量を決めることが好ましい。

【0062】

制御装置８（指令生成部８２）は、第２モードであって、給電装置７１から出力される電力で電動機５を駆動しながらバッテリ７２を充電する場合に、バッテリ温度測定部１０Ａから入力されるバッテリ７２の温度に応じてバッテリ７２の充電量の増加率の目標量を設定する。目標量の設定は、例えば、制御装置８が備えるメモリ８３に予め記憶される充電マップ８３１が利用される。

【0063】

図１０は、充電マップの一例を示す概略図である。図１０において、横軸は温度であり、縦軸は許容充電量である。許容充電量は、バッテリ７２が受け入れることができる充電量であり、バッテリ７２のＳＯＣが低いほど高くなる。なお、図１０は、或る出力を想定した場合の図である。

【0064】

図１０のマップにおいて、最大充電電流で示される領域は、最大充電電流で充電を行ってよいことを示す領域である。最小充電電流で示される領域は、最小充電電流で充電を行ってよいことを示す領域である。半分充電電流で示される領域は、最大充電電流と最小充電電流との平均値で充電を行ってよいことを示す領域である。充電不可領域は、充電が禁止される領域である。最大充電電流、最小充電電流、半分充電電流は、予め実験等によって決められた電流値であり、バッテリ７２の充電量の増加率の目標量に相当する。また、充電不可の領域の場合、充電量の増加率の目標量は設定できない。

【0065】

制御装置８（指令生成部８２）は、バッテリＥＣＵ７２１から入力されるＳＯＣと、バッテリ温度測定部１０Ａから入力される温度とから、充電マップ８３１を参照して充電量の増加率の目標量を決める。図１０に示す充電マップ８３１からわかるように、バッテリ７２の温度が低く、許容充電量が高いほど、目標量は小さく設定される。制御装置８は、設定した目標量と、電動機５が消費する電力とに応じて給電装置７１を制御する。給電装置７１は、制御装置８に従って決定された電流を電動機５およびバッテリ７２に給電する。

【0066】

また、特定の情報には、建設機械１の作業機３の先端に取り付けるアタッチメント情報が含まれてよい。上述した実施形態では、アタッチメントがバケット３３である構成となっている。ただし、作業機３の先端に取り付けられるアタッチメントは交換可能であってよい。例えば、交換可能なアタッチメントには、バケットの他に破砕作業に利用されるブレーカ（例えば油圧式ブレーカ）等が含まれてよい。このような構成である場合、特定の情報にアタッチメント情報が含まれてよい。

【0067】

特定の情報にアタッチメント情報が含まれる場合、アタッチメント情報を取得する特定情報取得部１０は、例えば、オペレータ等のユーザがアタッチメント情報を入力する入力装置であってよい。また、アタッチメント情報を取得する特定情報取得部１０は、特定のアタッチメントが取り付けられたことを検出するアタッチメント検出部であってもよい。

【0068】

制御装置８は、特定のアタッチメントの利用を検出すると、バッテリ７２の充電量の増加率を特定のアタッチメントに対応して予め設定された目標量とする。そして、制御装置８は、当該目標量と、制御装置８に入力される電動機５の消費電力に関わる情報とに応じて給電装置７１を制御する。給電装置７１は、制御装置８に従って決定された電流を電動機５およびバッテリ７２に給電する。

【0069】

特定のアタッチメントは、例えばブレーカである。ブレーカを使用した作業は、負荷変動が少ないことが多い。このために、アタッチメントとしてブレーカが利用される場合に、バッテリ７２の充電量の増加率の目標量を小さめに設定することにより、バッテリ７２に対する負荷を安定して低くしながら充電を行うことができ、バッテリ７２の寿命をのばすことができる。

【0070】

なお、建設機械１が行う作業が負荷変動の少ない作業であるか否かは、例えば、電動機５の実回転数によって推測することが可能である。このために、特定の情報には、電動機５の実回転数が含まれてもよい。これにより、例えば負荷変動の少ないブレーカを利用した作業や敷均し作業等が行われる場合に、バッテリ７２に対する負荷を抑制して適切に充電を行うことができる。電動機５の実回転数は、例えば電動機５が備える位置センサからの情報を受け取るインバータＥＣＵ（不図示）から、制御装置８に入力される構成であってよい。

【0071】

＜５．留意事項等＞
本明細書中に開示される種々の技術的特徴は、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。また、本明細書中に示される複数の実施形態および変形例は、可能な範囲で組み合わせて実施されてよい。

【0072】

以上では、制御装置８は、第１モード（バッテリ駆動モード）と、第２モード（駆動充電可能モード）と、第３モード（充電専用モード）とのいずれかで自機械１の制御を行う構成とした。ただし、制御装置は、第１モードと第２モードとを含む複数のモードのいずれかで自機械１の制御を行う構成であってよい。例えば、制御装置は、第１モードと第２モードとのいずれかで自機械１の制御を行う構成であってもよい。すなわち、給電装置７１の電力をバッテリ７２の充電にのみ使用可能な第３モードは、必ずしも備えられなくてもよい。

【0073】

また、制御装置は、第２モードと第３モードとを含む複数のモードのいずれかで自機械１の制御を行う構成であってもよい。例えば、制御装置は、第２モードと第３モードとのいずれかで自機械１の制御を行う構成であってもよい。すなわち、電動機５の駆動にバッテリ７２の電力のみを使用可能な第１モードは、必ずしも備えられなくてもよい。このような構成では、例えば、原則として給電装置７１からの電力で電動機５が駆動される。そして、作業負荷が高く給電装置７１からの電力だけでは電動機５を駆動する電力が足りない場合に、足りない電力を補うためにバッテリ７２の電力を利用することができる。

【符号の説明】

【0074】

１・・・建設機械
５・・・電動機
８・・・制御装置
７１・・・給電装置
７２・・・バッテリ
１００・・・商用電源（外部電源）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】