JP5982317B2 - 充電制御装置及びハイブリッド建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池の充電を制御する充電制御装置及びハイブリッド建設機械に関するものである。

従来の充電制御装置として、特許文献１には、設定温度よりも二次電池の温度が低いときは、ヒーターで加熱して二次電池を充電するシステムが開示されている。

特開２００７−３３０００８号公報

特許文献１に開示されているようなシステムでは、二次電池を０℃よりも低い低温下で充電すると、二次電池が劣化してしまうことがある。そのため、二次電池を低温下で充電するときは、例えば０℃よりも低い場合、０．３Ｃレート以下の充電レートによって二次電池を充電する。しかしながら、この場合には、二次電池の充電レートを低くすることになるので、充電に要する時間が長くなってしまうという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、低温下での二次電池の充電に要する時間を短縮することを目的とする。

本発明は、二次電池の温度が、前記二次電池の劣化防止のための劣化閾値よりも低いか否かを判断する判断部と、前記判断部により二次電池の温度が劣化閾値よりも低いと判断された場合には、前記劣化閾値以下の低い温度で連続充電による劣化の回避が可能な充電レートの上限値よりも充電レートの平均値が大きくなるように、断続して前記二次電池を充電させる断続充電制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明では、二次電池の温度が劣化閾値よりも低い低温下において、断続して二次電池を充電することにより、低温時に連続して充電するときよりも高い充電レートで、二次電池を満充電にすることができる。したがって、低温下での二次電池の充電に要する時間を短縮するこができる。

油圧ショベルの掘削アタッチメントの概要を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る流体圧制御装置の概要を示す構成図である。 流体圧制御装置に接続されるアシスト回生機構の概要を示す構成図である。 コントローラの詳細構成を示す機能構成図である。 コントローラによるバッテリの充電制御方法を示すフローチャートである。 低温時の断続充電と連続充電による充電電流の波形を示す図である。 低温時の断続充電と連続充電の劣化特性を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。

充電制御装置は、例えば、油圧ショベル等の油圧作業機器に搭載されるものである。本実施形態では、充電制御装置は、油圧ショベルの動作を制御する流体圧制御装置を含む。

まず、図１を参照して、本実施形態に係る油圧ショベルのブーム１０１を駆動するブームシリンダ１０４の伸縮動作について説明する。

掘削アタッチメント１００は、掘削作業を行うために設けられたブーム１０１、アーム１０２、及びバケット１０３と、ブーム１０１を駆動するブームシリンダ１０４と、アーム１０２を駆動するアームシリンダ１０５と、バケット１０３を駆動するバケットシリンダ１０６と、を備える。

ブームシリンダ１０４は、ブーム１０１、アーム１０２、及びバケット１０３を駆動するアクチュエータである。ブームシリンダ１０４、アームシリンダ１０５及びバケットシリンダ１０６は、それぞれ油圧シリンダである。

図２は、本実施形態に係る流体圧制御装置１２０の主要構成を示す系統図である。

流体圧制御装置１２０は、メインポンプ１０８と、パイロットポンプ１０９と、メイン制御弁１１０と、メイン通路１１１と、第１通路１１２と、第２通路１１３と、コントローラ１１４と、を備える。

ブームシリンダ１０４は、ブームシリンダ１０４内を摺動自在に移動するピストンロッド１０７によってロッド側圧力室１０４ａとボトム側圧力室１０４ｂとに区画される。ピストンロッド１０７はブーム１０１に連結されており、ピストンロッド１０７がブームシリンダ１０４内を移動することによってブーム１０１が駆動する。

メインポンプ１０８は、ブームシリンダ１０４、アームシリンダ１０５及びバケットシリンダ１０６を駆動するメイン流体圧ポンプである。

パイロットポンプ１０９は、パイロット室１１０ａ，１１０ｂにパイロット圧を供給する油圧ポンプである。

メインポンプ１０８及びパイロットポンプ１０９は、油圧ショベルに搭載されたエンジン（図示せず）によって駆動され、作動油（作動流体）を吐出する。メインポンプ１０８及びパイロットポンプ１０９は、それぞれ、斜板の傾斜角を制御することで作動油の吐出量の制御が可能な可変容量型油圧ポンプである。エンジンは、運転効率の良い所定の回転速度・負荷で運転される。

メインポンプ１０８から吐出された作動油は、ブームシリンダ１０４に対する作動油の給排を切り換えるメイン制御弁１１０に供給される。メインポンプ１０８とメイン制御弁１１０とは、メイン通路１１１によって接続される。メイン通路１１１には、メインポンプ１０８から吐出された作動油の他に、後述するアシスト回生機構１０（図３参照）のアシストポンプ３から吐出された作動油がサブ通路３１を通じて導かれる。

メイン制御弁１１０とブームシリンダ１０４のロッド側圧力室１０４ａとは、第１通路１１２に接続され、メイン制御弁１１０とブームシリンダ１０４のボトム側圧力室１０４ｂとは、第２通路１１３に接続される。第２通路１１３には、ブームシリンダ１０４のボトム側圧力室１０４ｂから排出される作動油が流れる。また、第２通路１１３は、後述するアシスト回生機構１０（図３参照）の回生モータ２を駆動するための作動油が流れる戻り通路２１と接続される。

メイン制御弁１１０は、パイロットポンプ１０９からパイロット室１１０ａ，１１０ｂに供給されるパイロット圧によって操作される。パイロット室１１０ａ，１１０ｂに供給されるパイロット圧は、油圧ショベルの乗務員によるレバー操作に基づいてコントローラ１１４がパイロット電磁弁１１５を制御することで調整される。

パイロット室１１０ａにパイロット圧が供給された場合は、メイン制御弁１１０が位置ａに切り換わる。この場合には、メインポンプ１０８から第１通路１１２を介してロッド側圧力室１０４ａに作動油が供給されるとともに、ボトム側圧力室１０４ｂの作動油が第２通路１１３を介してタンクＴへと排出される。これにより、ブームシリンダ１０４内のピストンロッド１０７が図２の下側に移動、すなわちブームシリンダ１０４が収縮し、ブーム１０１が図１に示す矢印１２１の方向へと下降する。

また、パイロット室１１０ｂにパイロット圧が供給された場合は、メイン制御弁１１０が位置ｂに切り換わる。この場合には、メインポンプ１０８から第２通路１１３を介してボトム側圧力室１０４ｂに作動油が供給されるとともに、ロッド側圧力室１０４ａの作動油が第１通路１１２を介してタンクＴへと排出される。これにより、ブームシリンダ１０４内のピストンロッド１０７が図２の上側に移動、すなわちブームシリンダ１０４が伸長し、ブーム１０１が図１に示す矢印１２２の方向へと上昇する。

さらに、パイロット室１１０ａ、１１０ｂにパイロット圧が供給されない場合は、メイン制御弁１１０が位置ｃに切り換わる。この場合には、ブームシリンダ１０４に対する作動油の給排が遮断され、ブーム１０１は停止した状態を保ちつつ、メインポンプ１０８から第２通路１１３を介して戻り通路２に作動油が供給される。これにより、後述するアシスト回生機構１０（図３参照）の回生モータ２に作動油が流れ、回生モータ２が駆動する。

このように、メイン制御弁１１０は、ブームシリンダ１０４を収縮させる収縮位置ａ、ブームシリンダ１０４を伸長させる伸長位置ｂ、及びブームシリンダ１０４の負荷を保持する保持位置ｃの３段階に切り換えられる。

本実施形態では、流体圧制御装置１２０にアシスト回生機構１０が接続されている。アシスト回生機構１０は、ブームシリンダ１０４を収縮させるときにボトム側圧力室１０４ｂから排出された作動油の油圧エネルギを電気エネルギとして回収する回生動作と、ブームシリンダ１０４を伸長させるときに補助力を付与するアシスト動作と、を必要に応じて行う。このように、アシスト回生機構１０と流体圧制御装置１２０によってアクチュエータの動作が制御される油圧ショベル等の油圧作業機器のことをハイブリッド建設機械という。

図３は、流体圧制御装置１２０に接続されるアシスト回生機構１０の概略構成図である。

アシスト回生機構１０は、モータジェネレータ１と、回生モータ２と、アシストポンプ３と、戻り通路２１と、サブ通路３１と、蓄電装置４０と、スイッチ回路４２と、インバータ５０と、を備える。蓄電装置４０は、バッテリ４と、バッテリ管理部４１と、を備える。

モータジェネレータ１は、バッテリ４によって駆動されてアシストポンプ３を駆動する電動機としての機能と、回生モータ２によって駆動されることで発電する発電機としての機能と、を有する回転電機である。モータジェネレータ１は、回生モータ２を介してアシストポンプ３と連結される。モータジェネレータ１、回生モータ２及びアシストポンプ３の回転軸は、それぞれ同軸上に配置されており、モータジェネレータ１の回転軸が回転すると、回生モータ２及びアシストポンプ３の回転軸が連係して回転する。同様に、回生モータ２の回転軸が回転すると、モータジェネレータ１及びアシストポンプ３の回転軸が連係して回転する。

回生モータ２は、斜板の傾斜角を調整することで出力トルクの制御が可能な可変容量型油圧モータである。回生モータ２は、アシストポンプ３に連結される。回生モータ２は、ブームシリンダ１０４のボトム側圧力室１０４ｂから排出されて、戻り通路２１を流れてきた作動油によって駆動される。回生モータ２の斜板の傾斜角の制御は、コントローラ１１４が傾斜角制御器２４を制御することで行われる。回生モータ２の斜板の傾斜角を制御することで回生モータ２の回転が制御される。そして回生モータ２の回転に応じて容量が変化し、回生モータ２が発生可能なトルクの最大値が変化する。

戻り通路２１には、回生モータ２に対する作動油の給排を切り換える戻り制御弁２２が設けられる。戻り制御弁２２は、パイロットポンプ１０９からパイロット室２２ａに供給されるパイロット圧に応じて、回生モータ２に作動油を供給する連通位置ｄと、回生モータ２への作動油の供給を停止する遮断位置ｅと、に切り換わる。パイロット室２２ａに供給されるパイロット圧の制御は、油圧ショベルの乗務員によるレバー操作に基づいてコントローラ１１４がパイロット電磁弁２３を制御することで行われる。

アシストポンプ３は、メインポンプ１０８がブームシリンダ１０４、アームシリンダ１０５及びバケットシリンダ１０６を駆動するときに、これらのアクチュエータの駆動をアシストするサブ流体圧ポンプである。アシストポンプ３は、斜板の傾斜角を制御することで吐出量の制御が可能な可変容量型油圧ポンプにより実現される。

アシストポンプ３は、モータジェネレータ１によって駆動され、サブ通路３１を介してメイン通路１１１に作動油を供給する。アシストポンプ３の斜板の傾斜角の制御は、コントローラ１１４が傾斜角制御器３４を制御することで行われる。アシストポンプ３の斜板の傾斜角を制御することでアシストポンプ３の容量が変化し、アシストポンプ３が吐出可能な作動油の流量の最大値が変化する。

サブ通路３１には、メイン通路１１１への作動油の給排を切り換えるサブ制御弁３２が設けられる。サブ制御弁３２は、パイロットポンプ１０９からパイロット室３２ａに供給されるパイロット圧に応じて、メイン通路１１１に作動油を供給する連通位置ｆと、メイン通路１１１への作動油の供給を停止する遮断位置ｇと、に切り換えられる。パイロット室３２ａに供給されるパイロット圧の制御は、油圧ショベルの乗務員によるレバー操作に基づいて、コントローラ１１４がパイロット電磁弁３３を制御することで行われる。

モータジェネレータ１は、インバータ５０を介してバッテリ４に接続される。モータジェネレータ１は、メインポンプ１０８による回生モータ２の回転力を電力に変換する。

インバータ５０は、モータジェネレータ１によって変換された電力を交流から直流に変換し、バッテリ４に充電する。また、インバータ５０は、バッテリ４の電力を直流から交流に変換し、モータジェネレータ１を駆動する。インバータ５０は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの半導体スイッチ５１１と平滑コンデンサ５２とで構成される。

半導体スイッチ５１１は、コントローラ１１４によって開閉制御されることにより、直流が交流に、又は交流が直流に変換される。具体的には、モータジェネレータ１を電動機として機能させるときは、半導体スイッチ５１１によってバッテリ４からの直流電圧が、任意の周波数の三相交流電圧に変換されてモータジェネレータ１に供給される。すなわち、インバータ５０によってバッテリ４からモータジェネレータ１へ放電電流が出力される。

一方、モータジェネレータ１を発電機として機能させるときは、半導体スイッチ５１１によってモータジェネレータ１からの三相交流電圧が、直流電圧に変換されてバッテリ４に供給される。すなわち、モータジェネレータ１によってインバータ５０から充電電流がバッテリ４に供給される。

平滑コンデンサ５２は、電流変換部に対して並列に設けられており、モータジェネレータ１の動作時に充放電を繰り返して電流を平滑化する。平滑コンデンサ５２とバッテリ４との間には、スイッチ回路４２が設けられている。

スイッチ回路４２は、バッテリ４とインバータ５０とを接続状態（ＯＮ）又は遮断状態（ＯＦＦ）にするリレーである。スイッチ回路４２は、コントローラ１１４によってＯＮ、ＯＦＦされる。例えば、スイッチ回路４２は、バッテリ４を充電又は放電する場合にはＯＮに設定され、バッテリ４の充電又は放電を停止する場合にはＯＦＦに設定される。

バッテリ４は、充放電可能な多数の電池セルを直列に接続して構成される二次電池である。本実施形態ではバッテリ４は、定格容量１０Ａｈ（アンペアアワー）のリチウムバッテリーである。例えば、バッテリ４は、３．８Ｖ（ボルト）の電池セル群によって３００Ｖの直流電圧を出力する。バッテリ４は、モータジェネレータ１の電力源として用いられる。

バッテリ管理部４１は、バッテリ４の充電又は放電の状態を管理する。バッテリ管理部４１は、バッテリ４の温度、電圧、電流や、電池容量の残容量（ＳＯＣ：State Of Charge）などの充放電状態を検出する。例えば、バッテリ管理部４１は、バッテリ４に設けられた温度センサーから、バッテリ温度を取得する。

バッテリ管理部４１は、バッテリ温度、電圧、電流や、残容量などを示すバッテリ状態信号をコントローラ１１４に供給する。また、バッテリ管理部４１は、バッテリ４の残容量が充電閾値よりも低下した場合には、バッテリ４への充電を要求する充電要求信号をコントローラ１１４に供給する。

コントローラ１１４は、油圧ショベル１００を制御する充電制御装置である。コントローラ１１４は、バッテリ管理部４１からのバッテリ状態信号や充電要求信号などに基づいて、バッテリ４の充電及び放電を制御する。

例えば、コントローラ１１４は、乗務員の操作によりイグニッションキー１１６がＯＮされ、メイン制御弁１１０が保持位置ｃに設定されているときは、バッテリ管理部４１から充電要求信号を受けると、バッテリ４を充電する起動充電動作を行う。具体的にはコントローラ１１４は、パイロット電磁弁２３を制御して戻り制御弁２２を連通位置ｄに設定するとともに、パイロット電磁弁３３を制御してサブ制御弁３２を遮断位置ｇに設定し、スイッチ回路４２をＯＮにする。

または、乗務員のレバー操作によってブームシリンダ１０４を収縮させるとき、すなわちメイン制御弁１１０が収縮位置ａに設定されているときは、コントローラ１１４は、バッテリ管理部４１から充電要求信号を受けると、バッテリ４への回生動作を行う。具体的にはコントローラ１１４は、パイロット電磁弁２３を制御して戻り制御弁２２を連通位置ｄに設定するとともに、パイロット電磁弁３３を制御してサブ制御弁３２を遮断位置ｇに設定する。

あるいは、乗務員のレバー操作によってブームシリンダ１０４を伸長させるとき、すなわちメイン制御弁１１０が伸長位置ｂに設定されているときは、コントローラ１１４は、バッテリ状態信号に基づいてバッテリ４をモータジェネレータ１に放電してアシスト動作を行う。

具体的にはコントローラ１１４は、バッテリ状態信号が充電閾値よりも高いときは、スイッチ回路４２をＯＮにし、パイロット電磁弁２３を制御して戻り制御弁２２を遮断位置ｅに設定するとともに、パイロット電磁弁３３を制御してサブ制御弁３２を連通位置ｆに設定する。これにより、バッテリ４の電力によってモータジェネレータ１が駆動してメインポンプ８がアシストされる。

一方、コントローラ１１４は、バッテリ状態信号が充電閾値以下のときは、パイロット電磁弁２３を制御して戻り制御弁２２を遮断位置ｅに設定するとともにパイロット電磁弁３３を制御してサブ制御弁３２を遮断位置ｇに設定してバッテリ４の放充電を停止する。

次に、図２及び図３を参照して本実施形態による流体圧制御装置１２０の作用について説明する。

まず、負荷の下降時に必要に応じて実施されるアシスト回生機構１０による回生について説明する。

油圧ショベルの乗務員によってブームシリンダ１０４を収縮させるレバー操作が行われると、メイン制御弁１１０が収縮位置ａに切り換えられ、ロッド側圧力室１０４ａに作動油が供給されるとともに、ボトム側圧力室１０４ｂから作動油が排出される。

このとき、例えばバッテリ４のバッテリ充電量が相対的に低いときなど、必要に応じて戻り制御弁２２が連通位置ｄに切り換えられると、ボトム側圧力室１０４ｂから排出された作動油の一部が戻り通路２１を介して回生モータ２に供給される。また、同時にアシストポンプ３からの吐出量が最小となるように、斜板の傾斜角が制御される。

これにより、回生モータ２の回転軸と同期してモータジェネレータ１の回転軸が回転するので、モータジェネレータ１によって発電することができ、バッテリ４を充電することができる。つまり、ブームシリンダ１０４から排出される作動流体の油圧エネルギを電気エネルギに変換することができる。

一方で、例えばバッテリ４のバッテリ充電量が相対的に高いときなど、必要に応じて戻り制御弁２２が遮断位置ｅに切り換えられると、ボトム側圧力室１０４ｂから排出された作動油が全て第２通路１１３を介してタンクＴへと排出され、回生が停止される。

次に、負荷の上昇時に必要に応じて実施されるアシスト回生機構１０によるアシストについて説明する。

油圧ショベルの乗務員によってブームシリンダ１０４を伸長させるレバー操作が行われると、メイン制御弁１１０が伸長位置ｂに切り換えられ、ボトム側圧力室１０４ｂに作動油が供給されるとともに、ロッド側圧力室１０４ａの作動油が第１通路１１２を介してタンクＴへと排出される。

ここで、エンジンは運転効率の良い所定の回転速度・負荷で運転している。したがって、ブームシリンダ１０４を素早く伸長させたいときなど、エンジンの駆動力による吐出量のみではボトム側圧力室１０４ｂに供給する作動油の流量が不足する場合がある。そこで、そのような場合にアシスト回生機構１０によるアシストを行う。

具体的には、バッテリ４によってモータジェネレータ１を電動機として駆動して、アシストポンプ３を駆動する。これにより、アシストポンプ３から作動油が吐出される。これにより、アシストポンプ３から吐出された作動油を、サブ通路３１を介してメイン通路１１１に合流させて、ブームシリンダ１０４を伸長させるときに補助力を付与することができる。

次に、アシスト回生機構１０によってバッテリ４を充電する場合について説明する。

コントローラ１１４は、バッテリ管理部４１から充電要求信号を受けると、アクチュエータの動作が停止している場合には、バッテリ４の電池容量などによって定められた充電レートで、連続してバッテリ４を充電させる。

例えば、起動充電動作では、コントローラ１１４は、メイン制御弁１１０が保持位置ｃに設定されている場合にバッテリ管理部４１から充電要求信号を受けると、戻り制御弁２２を連通位置ｄに切り換え、スイッチ回路４２をＯＮに設定する。そしてコントローラ１１４は、傾斜角制御器２４を制御して、回生モータ２の回転によるモータジェネレータ１の起電力を、例えばバッテリ４に対して１．５Ｃレートの充電電流となるように調整する。

一般的には、バッテリ４は、バッテリ温度が氷点温度０℃よりも低い温度状態ではバッテリ４の内部抵抗が大きくなり、０℃よりも高い通常の温度状態に比べて劣化しやすくなる。そのため、バッテリ温度が氷点温度よりも低い低温下では、バッテリ４の劣化を回避できる充電レートの上限値（最大値）が、通常の充電レート（１．５Ｃレート）よりも０．３Ｃレートまで低くなる。このため、低温下では０．３Ｃレート以下の一定電流でバッテリを連続して充電（連続充電）している。

このように、バッテリ４の劣化を回避するために、低温下での充電レートは通常の充電レートよりも低くする必要があるため、バッテリ４の充電に要する時間が長くなってしまうという問題があった。

そこで、本発明では、低温下において二次電池を断続して充電（断続充電）することによって、低温時に連続充電が可能な充電レートの上限値よりも高い充電レートでバッテリを充電する。

図４は、本発明の実施形態に係るコントローラ１１４の構成を示す機能ブロック図である。

コントローラ１１４は、充電状態判断部１１４ａと、連続充電制御部１１４ｂと、断続充電制御部１１４ｃと、充電指令部１１４ｄと、を備える。

充電状態判断部１１４ａは、バッテリ管理部４１からのバッテリ状態信号に基づいてバッテリ４の状態を判断する。充電状態判断部１１４ａは、バッテリ状態信号に示されるバッテリ温度が、劣化閾値よりも低いか否かを判断する。劣化閾値は、バッテリ４の連続充電による劣化を防止するための温度閾値であり、バッテリ４の使用温度範囲の下限値と同じ値に設定することが好ましい。劣化閾値は、例えば０℃に設定される。劣化閾値は、例えば、充電状態判断部１１４ａに予め記憶されている。

充電状態判断部１１４ａは、バッテリ管理部４１から充電要求信号を受けた場合において、バッテリ温度が劣化閾値よりも低いときは、バッテリ４が低温状態であることを示す低温状態情報を断続充電制御部１１４ｃに供給する。一方、充電状態判断部１１４ａは、バッテリ温度が劣化閾値以上のときは、バッテリ４が通常状態であることを示す通常状態情報を連続充電制御部１１４ｂに供給する。

連続充電制御部１１４ｂは、充電状態判断部１１４ａから通常状態情報を受け付けると、バッテリ４の電池容量によって定められる通常の充電レート（例えば１．５Ｃレート）で、連続してバッテリ４を充電させる。

具体的には、連続充電制御部１１４ｂは、１．５Ｃレートで連続充電するときの充電電流の電流値（以下「通常充電の電流値」と称する）を充電指令部１１４ｄに供給する。

断続充電制御部１１４ｃは、充電状態判断部１１４ａから低温状態情報を受け付けると、低温下で連続充電可能な充電レートの最大値よりも充電レートの平均値が大きくなるように、断続してバッテリ４を充電させる。低温下で連続充電可能な充電レートとは、劣化閾値よりも低い温度でバッテリ４を連続して充電してもバッテリ４の劣化を回避することが可能な充電レートのことである。低温下で連続充電可能な充電レートは、０．３Ｃレート以下の一定の充電レートである。

本実施形態では、断続充電制御部１１４ｃは、低温下で連続充電可能な充電レートの最大値よりも高い０．９Ｃレートの平均値で、バッテリ４を断続的に充電させる。具体的には、断続充電制御部１１４ｃは、通常充電による一定の電流値よりも高い電流の最大値（以下「低温充電の電流値」と称する）と、予め定められた断続周期のうち充電電流を供給する電流供給期間を示す断続情報と、を充電指令部１１４ｄに供給する。

低温充電の電流値は、低温充電での平均の充電レートを通常充電での一定の充電レート（１．５Ｃレート）に近づけるため、通常充電の電流値よりも高く設定される。例えば低温充電の電流値は、３．２Ｃレートで連続充電するときにバッテリ４に供給される充電電流の電流値に設定される。つまり、二次電池の温度が劣化閾値よりも低い場合、断続周期のうち充電を行う電流供給期間における充電レートが、連続充電制御部１１４ｂによって二次電池を充電させる充電レートよりも大きくなるように二次電池を充電する。

また、断続周期のうち充電を停止する停止期間は、バッテリ４の充電による劣化を防止するため、電流供給期間よりも長く設定される。例えば、断続周期は７秒に設定され、電流供給期間は２秒、停止期間は５秒に設定される。

また、停止期間には、バッテリ４の内部抵抗による自由放電を低減するため、内部抵抗に応じた放電側の負の電流をバッテリ４に流してもよい。これにより、低温下のバッテリ４において内部抵抗の増大に伴う自由放電に起因する劣化を抑制することができる。このように停止期間にバッテリ４から負の電流を流す場合には、断続充電制御部１１４ｃは、低温充電の電流値と断続情報とともに、停止期間の電流値を充電指令部１１４ｄに供給する。

充電指令部１１４ｄは、起動充電動作、又は、回生動作において、パイロット電磁弁２３と、傾斜角制御器２４と、パイロット電磁弁３３と、傾斜角制御器３４と、スイッチ回路４２と、パイロット電磁弁１１５と、を制御してバッテリ４を充電する。

例えば、起動充電動作では、充電指令部１１４ｄは、連続充電制御部１１４ｂから通常充電の電流値、又は、断続充電制御部１１４ｃから低温充電の電流値を受け付けると、起動時にアクチュエータの動作が停止していること、すなわち、メイン制御弁１１０が保持位置ｃにあることを確認する。

メイン制御弁１１０が保持位置ｃである場合において、充電指令部１１４ｄは、断続充電制御部１１４ｃから低温充電の電流値と断続情報を受け付けると、スイッチ回路４２をＯＮに設定し、低温充電の電流値と断続情報とに基づいて傾斜角制御器２４を制御する。具体的には、充電指令部１１４ｄは、断続情報の示す断続周期で、傾斜角制御器２４に対して、電流供給期間に低温充電の電流値に対応する傾斜角（充電傾斜角）を設定し、停止期間にゼロの電流値に対応する傾斜角（停止傾斜角）を設定する。これにより、バッテリ４は、低温下で連続充電するときの一定の充電レート（例えば０．３Ｃレート）よりも平均値が高い充電レート（例えば０．９Ｃレート）で断続充電される。

また、充電指令部１１４ｄは、連続充電制御部１１４ｂから通常充電の電流値を受け付けると、スイッチ回路４２をＯＮにし、傾斜角制御器２４を通常充電の電流値に対応する傾斜角（通常傾斜角）に設定する。そして充電指令部１１４ｄは、バッテリ４が満充電になるまで通常傾斜角の設定を維持する。これにより、バッテリ４は、通常の充電レート（例えば１．５Ｃレート）で連続して充電される。

このように、コントローラ１１４は、０℃よりも高い通常の温度では連続充電制御部１１４ｂによってバッテリ４を連続的に充電し、０℃よりも低い低温下では断続充電制御部１１４ｃによってバッテリ４を断続的に充電する。これにより、低温下では、バッテリ４を連続充電するときよりも高い充電レートで断続して充電電流をバッテリ４に供給することが可能となり、バッテリ４の充電に要する時間を短縮することができる。

図５は、コントローラ１１４による充電制御方法の一例を示すフローチャートである。図５では、充電状態判断部１１４ａは、バッテリ管理部４１からのバッテリ状態信号に示されるバッテリ温度と電池容量の残容量とを取得する。

まず、ステップＳ９１０において充電状態判断部１１４ａは、バッテリ管理部４１から充電要求信号を受けたか否かを判断する。

ステップＳ９２０において充電状態判断部１１４ａは、バッテリ管理部４１から充電要求信号を受けた場合には、バッテリ４の充電状態を判定するため、バッテリ温度が劣化閾値以上であるか否かを判断する。そして充電状態判断部１１４ａは、バッテリ温度が劣化閾値以上である場合には、通常状態情報を連続充電制御部１１４ｂに供給する。

ステップＳ９３０において充電指令部１１４ｄは、充電状態判断部１１４ａから通常状態情報を受け付けると、バッテリ４を通常の充電レートで連続的に充電させるように傾斜角制御器２４を制御する。本実施形態では、連続充電制御部１１４ｂは、１．５Ｃレートの充電電流の電流値に対応する通常傾斜角に傾斜角制御器２４を設定し、その設定をバッテリ４が満充電に達するまで継続する。

一方、ステップＳ９２０でバッテリ温度が劣化閾値よりも低い場合には、充電状態判断部１１４ａによって低温状態情報が断続充電制御部１１４ｃに出力される。断続充電制御部１１４ｃは、充電状態判断部１１４ａから低温状態情報を受け付けると、低温時に連続充電するときの充電レート（０．３Ｃレート以下）よりも高い０．９Ｃレートで、バッテリ４を断続して充電させる。

本実施形態では、断続充電制御部１１４ｃは、３．２Ｃレートで連続充電するときの充電電流の電流値と、７秒の断続周期のうち２秒の電流供給期間と５秒の停止期間とを示す断続情報とを充電指令部１１４ｄに供給する。

ステップＳ９５１において充電指令部１１４ｄは、断続充電制御部１１４ｃから、３．２Ｃレートの充電電流の電流値と断続情報とを受け付け、その充電電流の電流値に対応する充電傾斜角に傾斜角制御器２４を調整する。

ステップＳ９５２において充電指令部１１４ｄは、７秒の断続周期のうち、傾斜角制御器２４を充電傾斜角に調整してから電流供給期間の２秒を経過したか否かを判断する。

ステップＳ９５３において充電指令部１１４ｄは、傾斜角制御器２４を充電傾斜角に調整してから２秒経過した後、傾斜角制御器２４を停止傾斜角に変更して充電電流をゼロにする。

ステップＳ９５４において充電指令部１１４ｄは、傾斜角制御器２４を停止傾斜角に変更してから停止期間の５秒を経過したか否かを判断する。

ステップＳ９４０において充電指令部１１４ｄは、傾斜角制御器２４を停止傾斜角に変更してから５秒経過した後にバッテリ４の残容量を確認して満充電に達したか否かを判断する。

そして充電指令部１１４ｄは、バッテリ４の充電が完了していない場合には、ステップＳ９１０に戻り、バッテリ温度が劣化閾値以上となるまで、あるいは、充電が完了するまで、７秒の断続周期のうち２秒間だけ、３．２Ｃレートの充電電流をバッテリ４に供給する。一方、バッテリ４の充電が完了すると、低温時の充電制御方法についての一連の処理ステップが終了する。

図６は、低温下にバッテリ４に供給される充電電流の波形を示す図である。図６（Ａ）は、断続充電制御部１１４ｃによるバッテリ４への充電電流の波形を示す図である。図６（Ｂ）は、低温時の連続充電によるバッテリ４への充電電流の波形を示す図である。

図６（Ａ）に示すように、バッテリ４への充電電流は、断続充電制御部１１４ｃによって断続周期７秒において、電流供給期間の２秒間は３．２Ｃレートの電流値に調整され、停止期間の５秒間はゼロに調整される。これにより、バッテリ４は、０．９Ｃレート{（５ｓ×０Ｃ＋２ｓ×３．２Ｃ）÷７ｓ}で充電される。

図６（Ｂ）に示すように、一般的には、低温下でのバッテリ４への連続充電による劣化を回避するため、バッテリ４は、０．３Ｃレートの充電レートで連続充電される。

このように、本実施形態ではバッテリ４に断続的に充電電流を供給することによって、低温下で連続充電可能な充電レート（０．３Ｃレート）よりも大きな充電レート（０．９Ｃレート）でバッテリ４を充電することができる。これにより、バッテリ４の充電時間を短縮することができる。

図７は、低温時の断続充電と連続充電によるバッテリ４の劣化特性を示す図である。

図７には、図６（Ａ）に示したように断続充電制御部１１４ｃでバッテリ４を断続充電したときの劣化特性が破線で示され、断続充電制御部１１４ｃと同等の充電レートでバッテリ４を連続充電したときの劣化特性が実線で示されている。図７では、横軸が、バッテリ４の充放電の繰り返し回数を示し、縦軸が、バッテリ４の電池容量（満充電容量）を示す。

図７に示すように、０℃以下の低温下において、バッテリ４を連続充電するときには、充放電を繰り返すたびに徐々に電池容量が低下している。これに対し、断続充電制御部１１４ｃによって断続充電したときは、充放電を繰り返してもバッテリ４が劣化していないことが分かる。

このように、低温時においてバッテリ４を断続して充電することにより、バッテリ４の劣化を抑えつつ、バッテリ４の充電レートを低温時の連続充電のときよりも高くすることができる。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

コントローラ１１４は、充電状態判断部１１４ａによりバッテリ温度が劣化閾値よりも低いと判断された場合には、劣化閾値以下の低い温度で連続充電による劣化の回避が可能な充電レートよりも高い充電レートで、バッテリ４を断続して充電させる。

このように、低温下においてバッテリ４を断続充電することにより、低温下で連続充電可能な充電レート（０．３Ｃレート以下）よりも高い充電レートで、バッテリ４を満充電にすることが可能となる。したがって、低温下でのバッテリ４の充電に要する充電時間を短縮するこができる。

また本実施形態では、断続充電制御部１１４ｃは、バッテリ４を断続して充電させるための断続周期のうち、バッテリ４に充電電流を供給する電流供給期間よりも、バッテリ４の充電を停止する停止期間を長く設定する。

例えば、図６（Ａ）に示したように断続周期のうち電流供給期間を２秒に設定し、停止期間を５秒に設定することによって、図７の実線で示したようにバッテリ４の劣化を抑制することができるとともに、低温下でバッテリ４を早期に充電することができる。

さらに本実施形態では、断続充電制御部１１４ｃは、連続充電制御部１１４ｂによってバッテリ４に供給される充電電流よりも大きな電流を断続してバッテリ４に充電する。

これにより、低温下でのバッテリ４の充電レートを、劣化閾値以上の通常温度での連続充電による充電レートに近づけることが可能となる。このため、低温下であっても、バッテリ４を満充電にするまでの充電時間を通常温度での連続充電による充電時間に近づけることができる。

また、ハイブリッド建設機械には一般的にバッテリ４を温めるためにヒーターが設けられている。本発明によると、低温下でもバッテリ４の劣化を抑制しつつ短時間でバッテリ４を充電できるので、低温下での充電時に必ずしもバッテリ４をヒーターで温める必要がなくなる。あるいは、ヒーターによる暖機時間を短縮することができる。したがって、ヒーターの消費電力を抑え、効率よくバッテリ４を充電することができる。

また、本実施形態では、ハイブリッド建設機械は、ブームシリンダ４を駆動するメインポンプ１０８と、メインポンプ８によるブームシリンダ４の駆動をアシストするアシストポンプ３と、アシストポンプ３に連結するとともに流体圧を受けて回転する回生モータ２と、回生モータ２の回転力を電力に変換するモータジェネレータ１と、モータジェネレータ１によって変換された電力をバッテリ４に充電するインバータ５０と、を備える。

そして連続充電制御部１１４ｂは、バッテリ温度が劣化閾値以上である場合には、インバータ５０を介してバッテリ４を連続的に充電させるように、回生モータ２を回転制御して、バッテリ４への充電電流を調整する。また、断続充電制御部１１４ｃは、バッテリ温度が劣化閾値よりも低い場合には、斜板角制御器２４で回生モータ２を回転制御して、連続充電制御部１１４ｂで制御される充電電流よりも大きな充電電流をインバータ５０からバッテリ４へ断続して供給する。

これにより、油圧ショベルなどのハイブリッド建設機械を低温下で起動したときに、メインポンプ１０８によって回生モータ２を駆動してモータジェネレータ１からバッテリ４に充電する場合であっても、断続充電制御部１１４ｃによって早期に充電することができる。

また、本実施形態では、断続充電制御部１１４ｃは、回生モータ２の斜板角を断続的に変更することで回生モータ２の回転を断続的に制御する。これにより、バッテリ４に充電電流を断続して供給することができる。

上述の実施形態において、バッテリ４に充電電流を断続して供給する際には回生モータ２の斜板角を断続的に変更したが、他の方法を用いても良い。例えば、モータジェネレータ１と回生モータ２との間にクラッチを設け、バッテリ４の充電電流を遮断したい場合に、クラッチを切るようにしても良い。一方、バッテリ４の充電電流を供給したい場合には、クラッチを接続すれば良い。

本発明は、ハイブリッド建設機械だけではなく、アイドリングストップミキサ車に適用しても良い。アイドリングストップミキサ車においては、ブームシリンダ１０４の代わりにミキサドラムを回転駆動する油圧モータを設ける。回生動作を行う際には、メインポンプ１０８の油圧により油圧モータを駆動してミキサドラムを回転駆動させるとともに、余剰の油圧が回生モータ２を駆動するように、メイン制御弁１１０や戻り制御弁２２の代わりの弁を設ける。また、回生モータ２とアシストポンプ３を合わせて単一の油圧ポンプモータとしても良い。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

１００ 油圧ショベル（ハイブリッド建設機械）
１１４ コントローラ（充電制御装置）
１１４ａ 充電状態判断部
１１４ｂ 連続充電制御部
１１４ｃ 断続充電制御部
１ モータジェネレータ（回転電機）
２ 回生モータ
３ アシストポンプ（サブ流体圧ポンプ）
５０ インバータ
１０４ ブームシリンダ（アクチュエータ）
１０８ メインポンプ（メイン流体圧ポンプ）

Claims (5)

1. 二次電池の温度が、前記二次電池の充電による劣化防止のための劣化閾値よりも低いか否かを判断する判断部と、
   前記判断部により二次電池の温度が劣化閾値よりも低いと判断された場合には、前記劣化閾値以下の低い温度で連続充電による劣化の回避が可能な充電レートの上限値よりも充電レートの平均値が大きくなるように、断続して前記二次電池を充電させる断続充電制御部と、
   を備える充電制御装置。
2. 前記断続充電制御部は、前記断続して前記二次電池を充電させるための断続周期のうち、前記二次電池に充電電流を供給する期間よりも、充電を停止する期間を長く設定する、
   請求項１に記載の充電制御装置。
3. 前記判断部により二次電池の温度が劣化閾値以上であると判断された場合には、連続して前記二次電池を充電させる連続充電制御部をさらに備え、
   前記断続充電制御部は、前記判断部により前記二次電池の温度が劣化閾値よりも低いと判断された場合には、電流供給期間における充電レートが前記連続充電制御部によって前記二次電池を充電させる充電レートよりも大きくなるように、断続して前記二次電池を充電させる、
   請求項１又は請求項２に記載の充電制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の充電制御装置と、
   アクチュエータを駆動するメイン流体圧ポンプと、
   前記メイン流体圧ポンプによる前記アクチュエータの駆動をアシストするサブ流体圧ポンプと、
   前記サブ流体圧ポンプに連結するとともに流体圧を受けて回転する回生モータと、
   前記回生モータの回転力を電力に変換する回転電機と、
   前記回転電機によって変換された電力を前記二次電池に充電するインバータと、を有し、
   前記断続充電制御部は、前記判断部により前記二次電池の温度が劣化閾値よりも低いと判断された場合には、前記インバータを介して前記二次電池を断続的に充電させるように前記回生モータを断続的に回転制御するハイブリッド建設機械。
5. 前記回生モータは、斜板の傾斜角を調整することで出力を変更可能な斜板型モータであり、
   前記断続充電制御部は、前記回生モータの斜板角を変更することで前記回生モータの回転を制御する、
   請求項４に記載のハイブリッド建設機械。

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