CN114341440A - 工程机械 - Google Patents

Abstract

液压挖掘机(1)具备：启动马达(11)，其从铅电池(12)接受供电并启动发动机(2)；第二电气***(15)，其与第一电气***(14)并联连接，连接铅电池(12)和24V电气设备(16)；48V电池(18)，其对第二电气***(15)进行供电；继电器(17)，其切断第一电气***(14)与第二电气***(15)的连接；以及车体控制器(13)，其与第二电气***(15)连接，进行启动马达(11)和继电器(17)等的控制。车体控制器(13)推定铅电池(12)的电池余量，在推定结果成为阈值以上之前禁止启动马达(11)的驱动，在推定结果为阈值以上的情况下，使用继电器(17)切断第一电气***(14)与第二电气***(15)的连接。

Description

工程机械

技术领域

本发明涉及一种工程机械。

背景技术

近年来，在液压挖掘机等工程机械中，出于对环境的考虑和提高油耗为目的而进行了电动化。与此相伴，为了向被电动化的部分供电，搭载有与铅电池不同的高电压高性能的新电池的情形增加。

另一方面，安装于液压挖掘机的传感器等电气设备、用于启动发动机的启动马达等难以全部变更为与新电池对应的电源电路，以往从铅电池接受供电。例如在启动发动机的启动马达的情况下，由于发动机大、主泵的拖曳转矩大，因此所需的启动转矩大，因此，使用低速高转矩的启动马达，一直以来从铅电池接受供电而启动发动机。

在专利文献1中公开了一种混合动力挖掘机，具备：启动发动机的启动马达、电动化的旋转马达、进行发动机辅助及发电的辅助发电马达以及贮存发电得到的电力的蓄电装置。并且，启动马达从铅电池接受供电。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2018-87496号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在所述液压挖掘机中存在以下问题。即，在铅电池的充电量少的情况或由于电池的劣化而容量少的情况下，由于启动马达的驱动所消耗的电力，产生铅电池电压的降低或剧烈的电压波动。由此，从铅电池接受供电的电气设备引起动作不良，有可能导致电气设备的故障以及误动作。除此之外，电动化的液压挖掘机与以往的液压挖掘机相比，电气设备的误动作的影响大。

本发明的目的在于提供一种工程机械，即使在发动机启动时蓄电装置的电压因启动马达的消耗电力而降低或产生较大的电压变动，也能够抑制对电气设备的影响，防止电气设备的故障及误动作。

用于解决课题的手段

本发明的工程机械的特征在于，具备：发动机；启动马达，其从第一蓄电装置接受供电，启动所述发动机；第一电气***，其将所述第一蓄电装置与所述启动马达连接；第二电气***，其与所述第一电气***并联连接，将所述第一蓄电装置与电气设备连接；第二蓄电装置，其对所述第二电气***进行供电；切断装置，其通过切断所述第一电气***与所述第二电气***的连接而能够切断从所述第一蓄电装置向所述第二电气***的供电；以及车体控制器，其与所述第二电气***连接，至少进行所述启动马达及所述切断装置的控制，所述车体控制器禁止所述启动马达的驱动知道所述第一蓄电装置的余量的推定结果成为预先设定的阈值以上为止，在所述推定结果为所述阈值以上的情况下，使用所述切断装置切断所述第一电气***与所述第二电气***的连接。

在本发明的工程机械中，车体控制器在第一蓄电装置的余量的推定结果为阈值以上的情况下，使用切断装置来切断第一电气***与第二电气***的连接，因此第一蓄电装置与电气设备的连接被切断。即，有可能因电压的降低或电压脉动的原因而发生故障及误动作的电气设备通过切断装置而与对启动马达进行供电的第一蓄电装置断开，从第二电气***接受供电而稳定地动作。因此，即使在发动机启动时由于启动马达的消耗电力而引起第一蓄电装置的电压降低或产生大的电压变动，也能够抑制对电气设备的影响，因此能够防止这些电气设备的误动作及故障。

发明效果

根据本发明，即使在发动机启动时由于启动马达的消耗电力而蓄电装置的电压降低或发生大的电压变动，也能够抑制对电气设备的影响，防止电气设备的故障及误动作。

附图说明

图1是表示实施方式的液压挖掘机的侧视图。

图2是表示实施方式的液压挖掘机的***的结构图。

图3是表示发动机启动准备的控制处理的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的工程机械的实施方式进行说明。在附图的说明中，对相同的要素标注相同的附图标记，并省略重复说明。另外，以下作为工程机械，列举液压挖掘机的例子进行说明，但本发明并不限定于液压挖掘机，也适用于液压挖掘机以外的工程机械。

图1是表示实施方式的液压挖掘机的侧视图，图2是表示实施方式的液压挖掘机的***的结构图。本实施方式的液压挖掘机1是利用发动机2及辅助马达3驱动主泵4的混合动力式液压挖掘机。在液压挖掘机1中，从主泵4供给的压力油由控制阀5分配，向多个液压致动器(铲斗液压缸6、斗杆液压缸7、动臂液压缸8、旋转液压马达9、行驶液压马达10)供给，由此进行挖掘动作、旋转动作及行驶动作。

控制阀5是控制从主泵4向各液压致动器供给的压力油的流量的流量控制阀。铲斗液压缸6是用于驱动铲斗26的液压致动器，由从主泵4供给的压力油驱动。斗杆液压缸7是用于驱动斗杆27的液压致动器，由从主泵4供给的压力油驱动。动臂液压缸8是用于驱动动臂28的液压致动器，由从主泵4供给的压力油驱动。

旋转液压马达9是用于使旋转体29相对于行驶体30旋转的液压致动器，由从主泵4供给的压力油驱动。行驶液压马达10是用于使行驶体30前进或后退的液压致动器，由从主泵4供给的压力油驱动。

而且，这些流量控制阀、液压致动器以及主泵被后述的车体控制器13控制。

在发动机2上安装有用于启动该发动机2的启动马达11。启动马达11由从铅电池(第一蓄电装置)12供给的电力驱动。铅电池12和启动马达11通过第一电气***14电连接。

另外，液压挖掘机1具备：车体控制器13，其进行对车体的状态的监视和控制、以及控制各电气设备的动作等；以及ECU(发动机控制器单元)22，其进行发动机2的状态监视以及控制。如图2所示，车体控制器13、ECU22以及24V电气设备16通过第二电气***15与铅电池12电连接。24V电气设备16例如是包含安装于液压挖掘机1的各种传感器、前照灯等的电气设备。

第二电气***15与第一电气***14并联连接，将铅电池12与车体控制器13、24V电气设备16、ECU22进行电连接。在第一电气***14与第二电气***15之间，在正极侧的电路设置有继电器(切断装置)17。即，继电器17构成为能够切断第一电气***14与第二电气***15的正极侧。另外，继电器17不一定需要构成为能够切断第一电气***14与第二电气***15的正极侧，也可以构成为能够切断第一电气***14与第二电气***15的负极侧、或者正极侧以及负极侧双方。

另外，继电器17构成为能够通过切断第一电气***14与第二电气***15的连接来切断从铅电池12向第二电气***15的供电。若闭合继电器17，则第一电气***14及第二电气***15电连接，来自铅电池12的电力被分别供给至车体控制器13、24V电气设备16及ECU22。另一方面，当打开继电器17时，第一电气***14与第二电气***15的连接被切断，从铅电池12向车体控制器13、24V电气设备16以及ECU22的供电被切断。

在本实施方式中，继电器17例如使用线圈在非励磁状态下处于连接状态(即闭合状态)的常闭继电器。

辅助马达3由从48V电池(第二蓄电装置)18供给的电力驱动。辅助马达3与48V电池18通过第三电气***19电连接。另外，接受发动机2的动力供给而发电的发电机20、冷却发动机2的散热器并由马达(未图示)驱动的发动机风扇21、驱动先导泵25的先导泵马达23分别通过第三电气***19与48V电池18电连接。另外，先导泵25是供给控制阀5的操作用的压力油的泵。另外，驱动发动机风扇21的电动马达与第三电气***19连接。

而且，48V电池18构成为能够向辅助马达3、发动机风扇21以及先导泵马达23分别供电，并且能够通过发电机20进行充电。另外，该48V电池18经由后述的DC/DC转换器24向第二电气***15进行供电，进而能够经由第二电气***15对铅电池12进行充电。

发电机20接受发动机2的动力供给，经由第三电气***19及DC/DC转换器24(后述)向第一电气***14及第二电气***15进行供电。

在本实施方式中，铅电池12成为额定电压24V的结构。因此，第一电气***14和第二电气***15成为额定电压24V的电气***。另一方面，48V电池18成为额定电压48V的结构，因此第三电气***19成为额定电压48V的电气***。

另外，在第二电气***15与第三电气***19之间夹设有DC/DC转换器(电压转换器)24，从第三电气***19对第二电气***15进行电压转换，向第二电气***15供电。由此，由发电机20发电的电力在被DC/DC转换器24进行了电压转换之后，被供给到第二电气***15以及第一电气***14，进而对铅电池12进行充电。

车体控制器13例如由微型计算机构成，该微型计算机由执行运算的CPU(CentralProcessing Unit：中央处理单元)、作为存储了用于运算的程序的二次存储装置的ROM(Read Only Memory：只读存储器)、作为运算过程的保存或保存暂时的控制变量的暂时存储装置的RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)组合而成，通过执行所存储的程序来进行车体的状态的监视和控制、以及控制各电气设备的动作等。

例如，车体控制器13除了启动马达11的驱动(例如启动、停止)外，还控制继电器17的打开及闭合、DC/DC转换器24的动作等，同时进行各推定处理、判定处理。在本实施方式中，车体控制器13推定铅电池12的电池余量，在推定结果成为预先设定的阈值以上之前禁止启动马达11的驱动，在推定结果为阈值以上的情况下，使用继电器17切断第一电气***14与第二电气***15的连接。

以下，参照图3对液压挖掘机1的启动的一部分即发动机启动准备进行说明。所谓启动是指，通过锁芯(key cylinder)的键接通信号的输入而开始，进行发动机2的启动，到使各电气设备的启动全部完成而向通常动作转移。在此，说明从键接通信号的输入到发动机2即将启动之前，即发动机启动准备。并且，将发动机2即将启动之前设为“发动机启动准备完成”。该“发动机启动准备完成”是与后述的铅电池12的余量的推定结果成为预先设定的阈值以上相同的意思。

如上所述，当输入锁芯的键接通信号时，开始图3所示的控制处理。在步骤S11中，由于继电器17使用常闭继电器，因此第一电气***14与第二电气***15电连接。因此，来自铅电池12的电力经由继电器17以及第二电气***15向车体控制器13、24V电气设备16以及ECU22供给。并且，接受铅电池12的供电而使车体控制器13启动，24V电气设备16的各电气设备及ECU22也启动。即使在车体控制器13、24V电气设备16以及ECU22启动后，车体控制器13也将继电器17保持关闭。

在此，车体控制器13从24V电气设备16的各电气设备及ECU22的启动完成到发动机启动准备完成之前，禁止启动马达11的驱动。因此，在发动机启动准备完成之前，即使输入了锁芯的发动机启动信号，启动马达11也不被驱动，因此不进行发动机2的启动。

在接着步骤S11的步骤S12中，若24V电气设备16启动，则车体控制器13启动48V电池18和DC/DC转换器24。之后，车体控制器13用DC/DC转换器24将48V电池18的电力变换为24V，开始向第一电气***14和第二电气***15的供电。

此时，DC/DC转换器24使用该DC/DC转换器24所具备的电流检测单元(未图示)检测从48V电池18向第二电气***15供给的电流，并将检测出的结果输出至车体控制器13。另外，DC/DC转换器24的输出电压(换言之，第二电气***15的电压)例如由设置于第二电气***15的电压检测单元(未图示)检测，检测出的结果被输出至车体控制器13。

在接着步骤S12的步骤S13中，进行第二电气***15的消耗电力的测定。第二电气***15的消耗电力可以使用基于设计值输入到车体控制器13的预定值，但在本实施例中使用测定出的值。

在测定第二电气***15的消耗电力时，在使继电器17打开的状态下，测定DC/DC转换器24向第二电气***15供给的电力。即，当打开继电器17时，第一电气***14与第二电气***15的连接被切断，来自DC/DC转换器24的电力仅被供给至第二电气***15，因此所测定的电力成为第二电气***15的消耗电力。

在接着步骤S13的步骤S14中，在闭合继电器17的状态下，重新开始向铅电池12的供电。即，若闭合继电器17，则成为第一电气***14与第二电气***15连接的状态，因此来自DC/DC转换器24的电力被分别供给至第二电气***15及第一电气***14。因此，从DC/DC转换器24供给的电力(即，供电)减去第二电气***15的消耗电力而得到的值成为向铅电池12的充电电力，因此能够计算充电电流。

而且，如果充电电流小，则能够测定接近铅电池12的开路电压的值，因此能够推定铅电池12的电池余量。因此，在推定铅电池12的电池余量时，车体控制器13通过以充电电流成为零的方式控制DC/DC转换器24的供给电流并测定电压，来推定铅电池12的电池余量。

在接着步骤S14的步骤S15中，车体控制器13将在步骤S14中推定出的铅电池12的电池余量(即，推定结果)与阈值进行比较，判定发动机2能否启动。阈值是基于足以启动发动机2的电池余量而预先设定的预定值。

在此，在推定结果为阈值以上的情况下，车体控制器13判定为发动机2能够启动。在推定结果比阈值小的情况下，车体控制器13判定为发动机2不能启动。

然后，在判定为发动机2能够启动的情况下，控制处理进入步骤S16。在步骤S16中，车体控制器13也启动其他电气设备，在启动完成后打开继电器17，由此切断第一电气***14与第二电气***15的连接。由此，发动机启动准备完成。当步骤S16结束时，一系列的控制处理结束。

此外，在发动机启动准备完成后，车体控制器13经由锁芯输入发动机启动。此时，启动马达11接受来自铅电池12的供电而旋转，使发动机2启动。

然后，车体控制器13经由ECU22监视发动机2的转速，在转速成为预定值以上时，判定为发动机2的启动完成。之后，车体控制器13再次闭合继电器17。

另一方面，在步骤S15中判定为发动机2无法启动(即不能启动)的情况下，控制处理进入步骤S17。在步骤S17中，车体控制器13判定被判定为不能启动是否是第二次以内。在判定为不能启动是第二次以内的情况下，控制处理进入步骤S18。在步骤S18中，车体控制器13增加为了在步骤S14中推定铅电池12的电池余量而减少的DC/DC转换器24的供电，对铅电池12进行充电。

此时，车体控制器13基于在步骤S14中推定出的铅电池12的电池余量和在发动机2能否启动的判定中使用的阈值的差异、以及预先确定的充电电流量来计算充电时间。然后，车体控制器13在计算出的充电时间结束之前(即，在用于启动发动机2的充电中)使液压挖掘机1待机。在经过充电时间后，控制处理返回步骤S14，再次推定铅电池12的电池余量，再次进行发动机2是否能够启动的判定(参照步骤S15)。

在步骤S18中，在充电时间的计算以及用于启动发动机2的充电中，车体控制器13将表示用于启动发动机2的充电中的主旨通知给液压挖掘机1的操作员等。例如，车体控制器13通过在设置于驾驶室的监视器上显示表示正在充电的主旨，来通知操作员。另外，车体控制器13将计算出的充电时间的结果通知给操作员等。这样，能够减轻给操作员带来的压力等。

另一方面，在步骤S17中判定为不能启动是第二次以内的情况下，换言之即使反复进行3次也不能判定为发动机2能够启动的情况下，控制处理进入步骤S19。在步骤S19中，车体控制器13判定为铅电池12发生了故障，向操作员等通知发生了故障。例如，车体控制器13通过使设置于驾驶室的监视器显示表示铅电池12发生故障的主旨，通知给操作员。之后，控制处理结束。

在如以上那样构成的液压挖掘机1中，车体控制器13在铅电池12的余量的推定结果为阈值以上的情况下使用继电器17切断第一电气***14与第二电气***15的连接，因此铅电池12与车体控制器13、24V电气设备16以及ECU22等的连接被切断。即，有可能因电压的降低或电压脉动而发生故障及误动作的车体控制器13、24V电气设备16及ECU22等电气设备通过继电器17与向启动马达11供电的铅电池12断开，经由第二电气***15及DC/DC转换器24接受来自48V电池18的供电而稳定地动作。

因此，即使在发动机启动时由于启动马达11的消耗电力而使铅电池12的电压降低或发生大的电压变动，也能够抑制对车体控制器13、24V电气设备16及ECU22等电气设备的影响，因此能够防止这些电气设备的误动作及故障。进而，通过这样做，例如也能够期待扩大在24V电气设备16中使用的各电气设备的选项的效果。

此外，在本实施方式中说明了在推定铅电池12的电池余量时，车体控制器13控制DC/DC转换器24的供给电流来测定电压以使充电电流为零的情况，但不限于此。例如，车体控制器13预先将铅电池12的接通电阻作为预定值来存储，通过对充电电流乘以铅电池12的接通电阻来概算充电时的电压上升量，由此也能够推定铅电池12的开路电压即电池余量。

另外，铅电池12的电池余量的推定不一定需要由车体控制器13进行。例如，在铅电池12具有电池管理单元的情况下，也可以使用电池管理单元来推定电池余量。在该情况下，铅电池12将由电池管理单元推定出的结果输出到车体控制器13。

以上，对本发明的实施方式进行了详述，但本发明并不限定于所述的实施方式，在不脱离请求专利保护技术方案所记载的本发明的精神的范围内，能够进行各种设计变更。

附图标记的说明

1液压挖掘机

2发动机

3辅助马达

4主泵

5控制阀(流量控制阀)

6铲斗液压缸

7斗杆液压缸

8动臂液压缸

9旋转液压马达

10行驶液压马达

11启动马达

12铅电池(第一蓄电装置)

13车体控制器

14第一电气***

15第二电气***

16 24V电气设备

17继电器(切断装置)

18 48V电池(第二蓄电装置)

19第三电气***

20发电机

21发动机风扇

22ECU

23先导泵马达

24DC/DC转换器(电压转换器)

25先导泵

26铲斗

27斗杆

28动臂

29旋转体

30行驶体。

Claims (7)

1.一种工程机械，其特征在于，

该工程机械具备：

发动机；

启动马达，其从第一蓄电装置接受供电，启动所述发动机；

第一电气***，其连接所述第一蓄电装置和所述启动马达；

第二电气***，其与所述第一电气***并联连接，将所述第一蓄电装置与电气设备连接；

第二蓄电装置，其向所述第二电气***进行供电；

切断装置，其通过切断所述第一电气***与所述第二电气***的连接，能够切断从所述第一蓄电装置向所述第二电气***的供电；以及

车体控制器，其与所述第二电气***连接，至少进行所述启动马达及所述切断装置的控制，

所述车体控制器禁止所述启动马达的驱动直到所述第一蓄电装置的余量的推定结果成为预先设定的阈值以上为止，在所述推定结果为所述阈值以上的情况下，使用所述切断装置来切断所述第一电气***与所述第二电气***的连接。

2.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，

该工程机械还具备：

第三电气***，其具有与所述第一电气***以及所述第二电气***不同的额定电压，与所述第二蓄电装置连接；

电压转换器，其对从所述第三电气***向所述第二电气***的电压进行转换；以及

发电机，其与所述第三电气***连接，接受所述发动机的动力供给，经由所述第三电气***以及所述电压转换器向所述第一电气***以及所述第二电气***进行供电，

所述第二蓄电装置与所述第三电气***连接，并且经由所述电压转换器向所述第二电气***进行供电。

3.根据权利要求2所述的工程机械，其特征在于，

该工程机械具备：

液压泵，其由所述发动机驱动；

多个液压致动器，其由从所述液压泵供给的压力油驱动；以及

流量控制阀，其控制向所述液压致动器供给的压力油的流量，

所述液压泵、所述液压驱动器以及所述流量控制阀由与所述第二电气***连接的所述车体控制器控制，并且，

在所述第三电气***上连接有对所述发动机进行冷却的发动机风扇驱动用的电动马达。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的工程机械，其特征在于，

该工程机械还具备：

电压检测单元，其检测所述第二电气***的电压；以及

电流检测单元，其检测从所述第二蓄电装置向所述第二电气***供给的电流，

所述车体控制器基于所述电压检测单元和所述电流检测单元的检测结果来推定所述第一蓄电装置的余量。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的工程机械，其特征在于，

所述车体控制器禁止所述启动马达的驱动直到在所述推定结果成为所述阈值以上为止，并且利用所述第二蓄电装置对所述第一蓄电装置进行充电。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的工程机械，其特征在于，

所述车体控制器在禁止所述启动马达的驱动的期间，通知正在对所述第一蓄电装置进行充电。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的工程机械，其特征在于，

所述车体控制器基于所述推定结果、所述阈值以及预定的所述第一蓄电装置的充电电流量来计算对所述第一蓄电装置进行充电的充电时间，并通知计算出的结果。

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