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公開番号2024052189
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-11
出願番号2022158742
出願日2022-09-30
発明の名称建設機械
出願人日立建機株式会社
代理人弁理士法人開知
主分類B60L 58/40 20190101AFI20240404BHJP(車両一般)
要約【課題】作業負荷が急変動する場合であっても、燃料電池の劣化進行を抑制することができる建設機械を提供する。
【解決手段】建設機械1は、電気的負荷の1つである電動モータ31と、電動モータ31に電気的に接続され、電力を供給する燃料電池32と、電動モータ31及び燃料電池32に電気的に接続され、電動モータ31への電力の供給及び燃料電池32から出力された電力の蓄電が可能な二次電池33と、燃料電池32を制御する制御装置40とを備えている。制御装置40は、二次電池33の充電状態の指標、例えば、二次電池33の充電率(SOC)に基づいて燃料電池32の出力電力を制御する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
電気的負荷と、
前記電気的負荷に電気的に接続され、電力を供給する燃料電池と、
前記電気的負荷及び前記燃料電池に電気的に接続され、前記電気的負荷への電力の供給及び前記燃料電池から出力された電力の蓄電が可能な二次電池と、
前記燃料電池を制御する制御装置とを備えた建設機械において、
前記制御装置は、前記二次電池の充電状態の指標に基づいて前記燃料電池の出力電力を制御するように構成されている
ことを特徴とする建設機械。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
請求項１に記載の建設機械において、
前記二次電池の充電状態の前記指標は、前記二次電池の充電率であり、
前記制御装置は、前記二次電池の充電率に基づき前記燃料電池の目標電力を演算し、前記燃料電池の出力電力が演算結果の目標電力になるように前記燃料電池を制御する
ことを特徴とする建設機械。
【請求項３】
請求項２に記載の建設機械において、
前記燃料電池の目標電力は、前記二次電池の充電率の減少に対して段階的に増加するように規定されている
ことを特徴とする建設機械。
【請求項４】
請求項３に記載の建設機械において、
前記燃料電池の目標電力の段階的な変化を生じさせる前記二次電池の充電率の値は、前記二次電池の充電率が増加する場合と減少する場合とで異なっている
ことを特徴とする建設機械。
【請求項５】
請求項２に記載の建設機械において、
前記燃料電池の目標電力は、前記二次電池の充電率の変化に対して連続的に変化するように規定され、且つ、前記二次電池の充電率の変化の一部区間内における減少に対して増加するように規定されている
ことを特徴とする建設機械。
【請求項６】
請求項２に記載の建設機械において、
前記燃料電池の目標電力は、前記二次電池の充電率の変化に対して段階的又は連続的に変化するように規定され、
前記二次電池の充電率に対する前記燃料電池の目標電力の規定は、前記二次電池の充電率の低下速度の違いに応じて異なるように設定されている
ことを特徴とする建設機械。
【請求項７】
請求項６に記載の建設機械において、
前記制御装置は、前記二次電池の充電率に対して前記燃料電池の目標電力が予め規定された複数の特性情報を有し、
前記複数の特性情報は、前記二次電池の充電率の低下速度の違いに応じて異なるように予め設定され、
前記制御装置は、
前記二次電池の充電率の低下速度を演算して前記複数の特性情報の中から１つを選択し、又は、オペレータの操作に応じた操作信号に基づき前記複数の特性情報の中から１つを選択し、
選択した特性情報を参照して前記燃料電池の目標電力を演算する
ことを特徴とする建設機械。
【請求項８】
請求項２に記載の建設機械において、
前記制御装置は、前記電気的負荷が正常に作動する電圧の下限値から上限値までの範囲に対応する前記二次電池の充電率の範囲内に前記二次電池の充電率が維持されるように、前記燃料電池の目標電力を演算する
ことを特徴とする建設機械。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータを駆動源として備えた建設機械に係り、更に詳しくは、電動モータの電源として燃料電池を備えた建設機械に関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、環境への配慮を目的として、燃料電池（以下、ＦＣと称することがある）を搭載した自動車などが商品化されている。燃料電池システムとしては、ＦＣと二次電池の２つの電源を含み、両者のうちの少なくとも一方から出力される電力によって電動モータを駆動するものが知られている。燃料電池システムにおいては、ＦＣが急な出力変動を繰り返すと、ＦＣの劣化が過度に進行してしまう懸念がある。
【０００３】
出力変動の繰返しにより生じるＦＣの劣化進行を抑制するための技術として、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載の燃料電池システムにおいては、負荷（駆動モータや車両補機など）が燃料電池に対して要求する要求電力を用いて燃料電池が発電すべき目標電力を設定する際に、負荷の要求電力の変動よりも燃料電池の目標電力の変動を小さくする変動抑制処理（ローパスフィルタ処理、平準化処理、変化速度規制処理、段階化処理のいずれか）を実行する。この変動抑制処理によって燃料電池の発電量の変動をなだらかにすることで、燃料電池の発電量が変動することに起因する不都合（燃料電池を構成する各部材等の劣化が進行し易くなる等）を抑える。なお、変動抑制処理を実行する際に、負荷の要求電力に対して、燃料電池の発電電力では不足する電力は二次電池の放電により賄われる一方、燃料電池により過剰に発電された電力は二次電池に充電される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２０－１４９８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
作業を行う作業装置を備える油圧ショベルやホイールローダなどの建設機械に燃料電池システムを搭載する場合においても、ＦＣが急な出力変動を繰り返すと、ＦＣの劣化が過度に進行してしまう。ＦＣの劣化進行を抑制するために、特許文献１に記載の技術を建設機械の燃料電池システムに対して適用したとしても、ＦＣの出力変動が抑制されない懸念がある。
【０００６】
特許文献１に記載の燃料電池システムは、車両などの移動体の駆動用電源として用いることを想定したものである。移動体に発生する主要な負荷は、移動体を走行させるための負荷（以下、走行負荷と称することがある）である。一方、建設機械に発生する主要な負荷は、作業を実行するための負荷（以下、作業負荷と称することがある）である。建設機械の作業負荷は、移動体の走行負荷と比べると、変動頻度や変動幅が大きい傾向にある。例えば、油圧ショベルは、掘削作業とダンプトラックへの積荷作業とダンプトラックの排土のための待ち状態とを繰り返したり、整地作業を行ったりする。このような油圧ショベルの作業では、変動頻度や変動幅が異なる様々な負荷が生じる。すなわち、建設機械の作業負荷は、異なる作業の繰返しや切替え又は作業の種類によって負荷の変動頻度や変動幅が大きく異なっている。このため、特許文献１に記載の技術のように、建設機械に生じる負荷（作業負荷）に対応させた要求電力を用いて燃料電池の目標電力を設定してしまうと、作業負荷の変動頻度や変動幅が大きい場合には、たとえ特許文献１に記載の変動抑制処理を実行したとしても、ＦＣの劣化進行の抑制が可能なほどにＦＣの出力変動を抑制することは困難である。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、作業負荷が急変動する場合であっても燃料電池の劣化進行を抑制することができる建設機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいる。その一例を挙げるならば、電気的負荷と、前記電気的負荷に電気的に接続され、電力を供給する燃料電池と、前記電気的負荷及び前記燃料電池に電気的に接続され、前記電気的負荷への電力の供給及び前記燃料電池から出力された電力の蓄電が可能な二次電池と、前記燃料電池を制御する制御装置とを備えた建設機械において、前記制御装置は、前記二次電池の充電状態の指標に基づいて前記燃料電池の出力電力を制御するように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、充放電により徐々に変化する二次電池の充電状態の指標を用いて急変動が生じることがある電気的負荷の大きさとは無関係に燃料電池の出力電力を制御するので、電気的負荷の負荷変動に対して燃料電池の出力電力の変動を抑制することが可能である。すなわち、建設機械の作業負荷が急変動する場合であっても、燃料電池の劣化進行を抑制することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の建設機械の実施形態としての油圧ショベルを示す外観図である。
第１の実施形態に係る建設機械が備える電気システムの主要構成を示すブロック図である。
図２に示す第１の実施形態に係る建設機械の車体コントローラの機能ブロック図である。
図３に示す第１の実施形態に係る建設機械の車体コントローラにおけるＦＣ目標電力演算部の演算で用いる特性情報の一例（二次電池の充電率の変化に対して燃料電池の目標電力を規定する第１マップ）を示す図である。
図３に示す第１の実施形態に係る建設機械の車体コントローラによる電気システムの電源の電力供給の制御手順の一例を示すフローチャートである。
第１の実施形態に係る建設機械における電気システムの負荷及び供給電力の時間的変化の一例を示すタイムチャートである。
本発明の第１の実施形態の変形例に係る建設機械の車体コントローラの演算で用いる特性情報（二次電池の充電率の変化に対して燃料電池の目標電力を規定する第２マップ）を示す図である。
本発明の第２の実施形態に係る建設機械の車体コントローラの演算で用いる特性情報（二次電池の充電率の変化に対して燃料電池の目標電力を規定する第３マップ）を示す図である。
本発明の第３の実施形態に係る建設機械の車体コントローラの機能ブロック図である。
図９に示す第３の実施形態に係る建設機械の車体コントローラの演算で用いる特性情報（二次電池の充電率の変化に対して燃料電池の目標電力を規定する第４マップ）である。
本発明のその他の実施形態に係る建設機械における電気システムの二次電池の充電率（ＳＯＣ）と開放端電圧（ＯＣＶ）との相関関係の一例を示す図である。
その他の実施形態に係る建設機械の車体コントローラの演算で用いる特性情報（二次電池の充電率の変化に対して燃料電池の目標電力を規定する第５マップ）の一例である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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