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公開番号2024064485
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-14
出願番号2022173100
出願日2022-10-28
発明の名称電動式作業機械
出願人日立建機株式会社
代理人弁理士法人開知
主分類H02J 7/00 20060101AFI20240507BHJP(電力の発電,変換,配電)
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。
続きを表示（約 1,300 文字）【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。
続きを表示（約 2,200 文字）【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】
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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】以降は省略されています）

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