JP6914902B2 - 電動式建設機械 - Google Patents

Description

本発明は油圧ショベル等の電動式建設機械に係わり、特に、電動式建設機械のバッテリ装置の冷却に関する。

一般的に、電動車両の電源（バッテリ装置）として用いられるリチウムイオンバッテリには、充電温度範囲が設けられており、その温度範囲外では充電電流が制限される場合があるため、充電中のバッテリ温度が上記温度範囲を越えないような手段を講じることがある。

特許文献１はその一例であり、特許文献１には「バッテリの温度を調節する温調手段と、充電状態からバッテリに充電が必要であるか否かを判断する充電判断手段と、車両の走行時に充電が必要であると判断された場合、充電開始時のバッテリ温度が目標温度となるように温調手段に対し温調制御指令を出力する走行時温調制御を実行する走行時温調制御手段と」を備えると記載されている。また、「走行時温調制御手段は、充電が必要であると判定された時点から充電開始までに要する時間を推定し、この時間を制御時間としてバッテリ温度を徐々に目標温度に近づける」と記載され、「外部充電設備に到着するまでに要する時間を前記制御時間とする」と記載されている。

更に、特許文献１の実施例には、温調手段は冷却風によりバッテリを冷却可能なエアコンユニットであり、外部充電設備に到着するまでに要する時間（制御時間）は、ナビゲーションシステムからの情報により設定されることが記載されている。

特開２０１１−１５２８４０号公報

電動式建設機械、特に、小型の電動式油圧ショベルにおいては、搭載スペースが限られるため、バッテリ装置の容量（以下適宜、バッテリ容量という）が比較的小さく、連続稼働時間が限られる場合がある。

また、バッテリ容量の小さい電動式建設機械においては、作業時間を確保するために、作業の合間に充電する場合がある。そのためには、短時間で充電でき、かつ速やかに充電を開始できることが望ましい。

しかし、特許文献１に記載の一般車両の技術を、電動式油圧ショベルのような電動式建設機械に適用した場合には以下のような課題が生じる。

特許文献１では、走行時の制御時間（冷却制御時間）をナビゲーションシステムからの情報（例えば公道上の充電スタンド位置を示すGPS情報）により設定し、その後、目標温度に近づけるように、制御時間に合わせて温調手段であるエアコンユニットの性能（送風量、風温など）を設定する。

ところが、小型の電動式油圧ショベル等の電動式建設機械は、公道ではない場所で稼働するオフロード型であることと、それらの車両を充電する充電設備は、稼働場所近郊及び工場設備に設置される場合が多いため、ナビゲーションシステムで管理される情報を用いることは困難な場合がある。

また、小型の電動式油圧ショベル等の電動式建設機械においては、エアコンユニットが標準で搭載されていない機種があり、その場合の温調手段は、電動ファン等によりバッテリ周囲の雰囲気と外気を入れ替えて冷却する外気通風タイプの冷却装置に限られる。このような場合、エアコンユニットのような外気より低い温度の空気を冷却に用いる特許文献１に記載の技術を適用することができない。

例えば、特許文献１では、ドライバーが、制御時間（冷却制御時間）を自由に設定できるようになっているが、電動式建設機械では、上記のようにバッテリを冷却する温調手段にエアコンユニットを用いることができない場合があるため、設定された冷却制御時間によっては、その時間内に目標温度まで冷却できない場合があった。

本発明の目的は、ナビゲーションシステムによる公道上の位置情報を利用しないオフロード型の電動式建設機械において、バッテリ装置を冷却する冷却装置が外気通風タイプの冷却装置であっても、冷却制御時間内に確実にバッテリ装置を目標温度まで冷却することができる電動式建設機械を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、充電可能なバッテリ装置と、このバッテリ装置の電力によって駆動される電動モータと、この電動モータによって油圧ポンプを駆動し、この油圧ポンプから吐出された圧油によりアクチュエータを駆動する油圧駆動装置と、前記バッテリ装置を冷却する冷却装置と、前記電動モータ及び前記冷却装置の作動を制御するコントローラとを備えた電動式建設機械において、前記コントローラは、予め設定した充電開始時刻における目標バッテリ温度を算出し、前記冷却装置により前記バッテリ装置を冷却するときの前記バッテリ装置の冷却特性と前記目標バッテリ温度とに基づいて、前記冷却装置により前記バッテリ装置を前記目標バッテリ温度まで冷却するのに必要な冷却制御時間を算出し、前記充電開始時刻と前記冷却制御時間とに基づいて冷却制御開始時刻を算出し、前記冷却制御開始時刻に達したときに、前記冷却装置を作動可能とする処理を行うものとする。

このようにコントローラにおいて、充電開始時刻における目標バッテリ温度を算出し、バッテリ装置の冷却特性とその目標バッテリ温度とに基づいて冷却制御時間を算出し、入力装置で設定した充電開始時刻とその冷却制御時間とに基づいて冷却制御開始時刻を算出するとともに、冷却制御開始時刻に達したときに、冷却装置を作動可能とする処理を行うことにより、ナビゲーションシステムによる公道上の位置情報を利用しないオフロード型の電動式建設機械において、バッテリ装置を冷却する冷却装置がエアコンユニットでなく、外気通風タイプの冷却装置であっても、冷却制御時間内に確実にバッテリ装置を目標温度まで冷却することができる。

本発明によれば、ナビゲーションシステムによる公道上の位置情報を利用しないオフロード型の電動式建設機械において、バッテリ装置を冷却する冷却装置がエアコンユニットでなく、外気通風タイプの冷却装置であっても、冷却制御時間内に確実にバッテリ装置を目標温度まで冷却することができ、これにより所望の充電開始時刻に速やかに充電を開始することができる。

本発明の第１の実施の形態における電動式油圧ショベルの全体構成を示す側面図である。 同電動式油圧ショベルの上面図である。 電動式油圧ショベルに備えられた油圧駆動装置の構成を示す油圧回路図である。 本発明の第１の実施の形態における電動システムの構成を表すブロック図である。 切換器の構成を、関連機器と共に示す図である。 バッテリ装置の構成を示す図である。 第１の実施の形態において、コントローラが行う充電前バッテリ冷却制御の処理内容を示すフローチャートである。 一定の推定供給電力で電動モータを駆動し、電動式油圧ショベルを稼働させている状態で、電動ファンを作動させ、バッテリ装置を冷却させた場合のバッテリ装置の冷却特性を示す図である。 図８のステップＳ１４で実施される電動ファンの制御フローチャートを示す図である。 図９Ａの制御フローチャートで電動ファンを制御するときの制御条件を示す図である。 第１の実施の形態における冷却制御開始から充電までのタイムチャートであり、時刻tに対するバッテリ温度Tの遷移を示す図である。 本発明の第２の実施の形態における電動システムの構成を表すブロック図である。 第２の実施の形態において、コントローラが行う充電前バッテリ冷却制御の処理内容を示すフローチャートである。 図１２のステップＳ２０で実施される電動ファンの制御フローチャートを示す図である。 図１３Ａの制御フローチャートで電動ファンを制御するときの制御条件を示す図である。 本発明の第２の実施の形態における電動ファン回転数制御のブロック図を示す。 第２の実施の形態における冷却制御開始から充電までのタイムチャートであり、時刻tに対するバッテリ温度Tの遷移を示す図である。 推定供給電力（ここではPと表記）と冷却特性の係数Kpとの関係の一例を示す図である。

本発明の適用対象として電動式油圧ショベルを例にとり、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。

＜第１の実施の形態＞
〜構成〜
図１は、本発明の第１の実施の形態における電動式油圧ショベルの全体構成を示す側面図であり、図２は、その上面図である。なお、本明細書において、電動式油圧ショベルが図１に示す状態にて運転者が運転席に着座した場合における運転者の前側（図１中右側）、後側（図１中左側）、左側（図１中紙面に向かって奥側）、右側（図１中紙面に向かって手前側）を、単に前側、後側、左側、右側と称する。

これら図１及び図２において、電動式油圧ショベル（本実施の形態では、車体重量６トン未満のミニショベル）は、クローラ式の下部走行体１と、この下部走行体１上に旋回可能に設けられた上部旋回体２と、この上部旋回体２の基礎下部構造をなす旋回フレーム３と、この旋回フレーム３の前側に左右方向に回動可能に設けられたスイングポスト４と、このスイングポスト４に上下方向に回動可能（俯仰可能）に連結された多関節型の作業装置５と、旋回フレーム３上に設けられたキャノピータイプの運転室６と、旋回フレーム３上の後側に設けられバッテリ装置７（後述の図４〜図６参照）を収納する駆動用バッテリユニット搭載部８とを備えている。

下部走行体１は、上方から見て略Ｈ字形状のトラックフレーム９と、このトラックフレーム９の左右両側の後端近傍に回転可能に支持された左右の駆動輪１０，１０と、トラックフレーム９の左右両側の前端近傍に回転可能に支持された左右の従動輪（アイドラ）１１，１１と、左右それぞれの駆動輪１０と従動輪１１とで掛けまわされた左右のクローラ１２とを備えている。そして、左の走行用油圧モータ１３Ａ（後述の図３参照）の駆動により左の駆動輪１０（すなわち、左のクローラ１２）が回転し、右の走行用油圧モータ１３Ｂの駆動により右の駆動輪１０（すなわち、右のクローラ１２）が回転するようになっている。

トラックフレーム９の前側には排土用のブレード１４が上下動可能に設けられており、このブレード１４はブレード用油圧シリンダ（図示せず）の伸縮駆動により上下動するようになっている。

トラックフレーム９の中央部には旋回輪１５が設けられ、この旋回輪１５を介し旋回フレーム３が旋回可能に設けられており、旋回フレーム３（すなわち、上部旋回体２）は旋回用油圧モータ（図示せず）の駆動により旋回するようになっている。

スイングポスト４は、旋回フレーム３の前側に左右方向に回動可能に設けられており、スイング用油圧シリンダ（図示せず）の伸縮駆動により左右方向に回動するようになっている。これにより、作業装置５が左右にスイングするようになっている。

作業装置５は、スイングポスト４に上下方向に回動可能に連結されたブーム１６と、このブーム１６に上下方向に回動可能に連結されたアーム１７と、このアーム１７に上下方向に回動可能に連結されたバケット１８とを備えている。ブーム１６、アーム１７、及びバケット１８は、ブーム用油圧シリンダ１９、アーム用油圧シリンダ２０、及びバケット用油圧シリンダ２１により上下方向に回動するようになっている。なお、バケット１８は、例えばオプション用の油圧アクチュエータが組み込まれたアタッチメント（図示せず）と交換可能になっている。

運転室６には、運転者が着座する運転席（座席）２２が設けられている。運転席２２の前方には、手又は足で操作可能とし前後方向に操作することで左右の走行用油圧モータ１３Ａ，１３Ｂ（すなわち、左右のクローラ１２Ａ，１２Ｂ）の動作をそれぞれ指示する左の走行用操作レバー２３Ａ（後述の図３参照）及び右の走行用操作レバー（図示せず）が設けられている。左の走行用操作レバー２３Ａのさらに左側の足元部分には、左右方向に操作することでオプション用の油圧アクチュエータ（すなわち、アタッチメント）の動作を指示するオプション用操作ペダル（図示せず）が設けられている。右の走行用操作レバーのさらに右側の足元部分には、左右方向に操作することでスイング用油圧シリンダ（すなわち、スイングポスト４）の動作を指示するスイング用操作ペダル（図示せず）が設けられている。

運転席２２の左側には、前後方向に操作することでアーム用油圧シリンダ２０（すなわち、アーム１７）の動作を指示し、左右方向に操作することで旋回用油圧モータ（すなわち、上部旋回体２）の動作を指示する十字操作式のアーム・旋回用操作レバー２４Ａ（図示せず）が設けられている。運転席２２の右側には、前後方向に操作することでブーム用油圧シリンダ１９（すなわち、ブーム１６）の動作を指示し、左右方向に操作することバケット用油圧シリンダ２１（すなわち、バケット１８）の動作を指示する十字操作式のブーム・バケット用操作レバー２４Ｂが設けられている。また、運転席２２の右側には、前後方向に操作することでブレード用油圧シリンダ（すなわち、ブレード１４）の動作を指示するブレード用操作レバー（図示せず）が設けられている。

また、運転席２２の左側（言い換えれば、運転室６の乗降口）には、ロック解除位置（詳細には、運転者の乗降を妨げる下降位置）とロック位置（詳細には、運転者の乗降を許容する上昇位置）に操作されるゲートロックレバー（図示せず）が設けられている。また、運転席２２の右側には、キースイッチ２５、ダイヤル２６、充電スイッチ２７、充電前冷却許可スイッチ２８（後述の図４参照）等が設けられている。また、運転席２２の右側前方には、モニタ３０が設けられている。

図３は、上述した電動式油圧ショベルに備えられた油圧駆動装置の構成を示す油圧回路図である。なお、この図３は、代表として、左の走行用油圧モータ１３Ａ及びブーム用油圧シリンダ１９に係わる構成を示している。

図３において、油圧駆動装置は、電動モータ３１と、この電動モータ３１の電力源であるバッテリ装置７と、電動モータ３１への供給電力を制御して電動モータ３１を駆動するインバータ３２と、電動モータ３１によって駆動される油圧ポンプ３３及びパイロットポンプ３４と、油圧ポンプ３３から吐出された圧油により駆動される上述した複数の油圧アクチュエータ１３Ａ，１９・・・（左走行用油圧モータ１３Ａ及びブーム用油圧シリンダ１９以外の油圧アクチュエータの図示は省略）と、油圧ポンプ３３から複数の油圧アクチュエータ１３Ａ，１９・・・に供給される圧油の流れを制御する複数の方向切換弁３６，３８・・・（左走行用方向切換弁３６及びブーム用方向切換弁３８以外の方向切換弁の図示は省略）と、複数の油圧アクチュエータ１３Ａ，１９・・・の動作を指示し、複数の方向切換弁３６，３８・・・を切り換えるパイロット圧（操作信号）を生成する油圧パイロット式の複数の操作装置３５，３７・・・（左走行用の操作装置３５及びバケット・ブーム用の操作装置３７以外の操作装置の図示は省略）を備えている。

左走行用方向切換弁３６は左走行用操作レバー２３Ａを備え、この操作レバー２３Ａの前後方向の操作に応じて油圧ポンプ３３から左走行用油圧モータ１３Ａへの圧油の流れを制御する。ブーム用方向切換弁３８はブーム・バケット用操作レバー２４Ｂを備え、この操作レバー２４Ｂの前後方向の操作に応じて油圧ポンプ３３からブーム用油圧シリンダ１９への圧油の流れを制御する。

なお、図３に図示しない右走行用油圧モータ１３Ｂ、アーム用油圧シリンダ２０、バケット用油圧シリンダ２１、旋回用油圧モータ、スイング用油圧シリンダ、及びブレード用油圧シリンダに係わる油圧回路の構成もほぼ同様である。

左走行用方向切換弁３６及びブーム用方向切換弁３８と図示しないその他の方向切換弁は、センタバイパス型であり、センタバイパスライン３９上に位置するセンタバイパス通路をそれぞれ有している。各方向切換弁のセンタバイパス通路は、センタバイパスライン３９に直列に接続されており、各方向切換弁のスプールが中立位置にあるときセンタバイパス通路を連通し、各方向切換弁のスプールが図３中左側又は右側の切換位置に切換えられるとセンタバイパス通路を遮断するようになっている。センタバイパスライン３９の上流側は油圧ポンプ３３の吐出ライン４０に接続され、センタバイパスライン３９の下流側はタンクライン４１に接続されている。

また、左走行用方向切換弁３６及びブーム用方向切換弁３８と図示しないその他の方向切換弁は、油圧信号ライン４２上に位置する信号通路をそれぞれ有している。各方向切換弁の信号通路は、油圧信号ライン４２に直列に接続されており、各方向切換弁のスプールが中立位置にあるとき油圧信号ライン４２を連通させ、各方向切換弁のスプールが図３中左側又は右側の切換位置に切換えられると油圧信号ライン４２を遮断するようになっている。油圧信号ライン４２の上流側はパイロットポンプ３４の吐出ライン４３から分岐するように接続され、油圧信号ライン４２の下流側はタンクライン４１に接続されている。油圧信号ライン４２における最上流の方向切換弁３６の上流側には固定絞り４４が設けられ、この固定絞り４４と方向切換弁３６との間に圧力スイッチ４５（操作検出手段）が設けられている。圧力スイッチ４５は、方向切換弁３６の上流側の油圧を導入し、これが予め設定された閾値に達した場合に接点を閉じるようになっている。これにより、方向切換弁３６，３８・・・（左走行用方向切換弁３６及びブーム用方向切換弁３８以外の方向切換弁の図示は省略）のうちのいずれかが切換えられたか否か、すなわち、油圧アクチュエータ１３Ａ，１９・・・（左走行用油圧モータ１３Ａ及びブーム用油圧シリンダ１９以外の油圧アクチュエータの図示は省略）のうちのいずれかが操作されているか否かを検出し、いずれかの油圧アクチュエータが操作されている場合にＯＮ信号を出力するようになっている。

左走行用方向切換弁３６は、操作装置３５からのパイロット圧によって切換えられるようになっている。操作装置３５は、前述した左走行用操作レバー２３Ａと、この操作レバー２３Ａの前後方向の操作に応じパイロットポンプ３４の吐出圧を元圧としてパイロット圧を生成する一対のパイロット弁（図示せず）とを有している。そして、例えば操作レバー２３Ａを中立位置から前側に操作すると、その操作量に応じて一方のパイロット弁で生成されたパイロット圧が左走行用方向切換弁３６の図３中右側の受圧部へ出力され、これによって左走行用方向切換弁３６が図３中右側の切換位置に切換えられる。これにより、左の走行用油圧モータ１３Ａが前方向に回転し、左の駆動輪１０及びクローラ１２が前方向に回転するようになっている。一方、例えば操作レバー２３Ａを中立位置から後側に操作すると、その操作量に応じて他方のパイロット弁で生成されたパイロット圧が左走行用方向切換弁３６の図３中左側の受圧部へ出力され、これによって左走行用方向切換弁３６が図３中左側の切換位置に切換えられる。これにより、左の走行用油圧モータ１３Ａが後方向に回転し、左の駆動輪１０及びクローラ１２が後方向に回転するようになっている。

ブーム用方向切換弁３８は、操作装置３７からのパイロット圧によって切換えられるようになっている。操作装置３７は、ブーム・バケット用操作レバー２４Ｂと、この操作レバー２４Ｂの前後方向の操作に応じパイロットポンプ３４の吐出圧を元圧としてパイロット圧を生成する一対のパイロット弁（図示せず）等を有している。そして、例えば操作レバー２４Ｂを中立位置から前側に操作すると、その操作量に応じて一方のパイロット弁で生成されたパイロット圧がブーム用方向切換弁３８の図３中右側の受圧部へ出力され、これによってブーム用方向切換弁３８が図３中右側の切換位置に切換えられる。これにより、ブーム用油圧シリンダ１９が縮短し、ブーム１６が下がるようになっている。一方、例えば操作レバー２４Ｂを後側に操作すると、その操作量に応じて他方のパイロット弁で生成されたパイロット圧がブーム用方向切換弁３８の図３中左側の受圧部へ出力され、これによってブーム用方向切換弁３８が図３中左側の切換位置に切換えられる。これにより、ブーム用油圧シリンダ１９が伸張し、ブーム１６が上がるようになっている。

パイロットポンプ３４の吐出ライン４３には、パイロットポンプ３４の吐出圧を一定に保持するパイロットリリーフ弁（図示せず）が設けられている。また、パイロットポンプ３４の吐出ライン４３にはロック弁４６が設けられており、このロック弁４６は、上述したゲートロックレバーの操作に応じて切換えられるようになっている。詳細には、ゲートロックレバーがロック解除位置（下降位置）にある場合に閉じ状態、ロック位置（上昇位置）にある場合に開き状態となるロックスイッチ４７（後述の図４参照）が設けられている。そして、例えばロックスイッチ４７が閉じ状態になると、このロックスイッチ４７を介してロック弁４６のソレノイド部が通電されて、ロック弁４６が図３中下側の切換位置に切換えられる。これにより、パイロットポンプ３４の吐出ライン４３を連通して、パイロットポンプ３４の吐出圧が操作装置３５，３７等に導入される。一方、ロックスイッチ４７が開き状態になると、ロック弁４６のソレノイド部が通電されず、バネの付勢力で、ロック弁４６が図３中上側の中立位置となる。これにより、パイロットポンプ３４の吐出ライン４３を遮断する。その結果、操作装置３５，３７等を操作してもパイロット圧が生成されず、油圧アクチュエータが作動しないようになっている。

図４は、本発明の一実施の形態における電動システムの構成を表すブロック図である。本実施の形態における電動システムは、外部の商用電源４８又は直流電源急速充電器４９から供給される電力を、バッテリ装置７に供給し充電する機能と、商用電源４８又はバッテリ装置７からの電力を、インバータ３２を介して電動モータ３１に供給し電動式油圧ショベルを稼働させる機能を有している。

上記機能を実行するため、電動システムは、配電盤５１、昇降圧器５５、ＤＣ/ＤＣコンバータ５６、補機用バッテリ５７、リレー６０及び電動ファン６１と、コントローラ５３とを備えている。また、電動システムは、モニタ３０、ダイヤル２６、キースイッチ２５、ロックスイッチ４７、残量表示器２９、充電前冷却許可スイッチ２８、情報コントローラ５８を備えている。

図５は、配電盤５１の構成を、関連機器と共に示す図である。商用電源４８から受電コネクタ５２Ａを介して供給された交流電力は、整流器５０で直流に変換され、配電盤５１に供給される。直流電源急速充電器４９から受電コネクタ５２Ｂを介して供給された直流電力は、そのまま配電盤５１に供給される。配電盤５１はリレー５４Ａ，５４Ｂを有し、整流器５０はリレー５４Ａに接続され、受電コネクタ５２Ｂはリレー５４Ｂに接続されている。ここで、コントローラ５３がリレー５４ＡをＯＮし、リレー５４ＢをＯＦＦすることで商用電源４８からの電力、すなわち整流器５０によって交流から変換された直流電力を内部回路に供給する。同様に、リレー５４ＡをＯＦＦし、リレー５４ＢをＯＮにすることで直流電源急速充電器４９からの直流電力を内部回路に供給する。

図４に戻り、昇降圧器５５は、配電盤５１からの直流電圧を降圧してバッテリ装置７に供給する機能、及びモータ駆動制御時にバッテリ装置７からインバータ３２に供給する直流を昇圧する昇圧機能を有している。

ＤＣ/ＤＣコンバータ５６は、配電盤５１から供給された電力を、車両の電気システムの電源としての直流電圧（例えば１２Ｖや２４Ｖ）に降圧し、補機用バッテリ５７を充電する。

補機用バッテリ５７は、車両の電気システムの電源（電動モータ３１以外の電気機器の電源）として機能する。

コントローラ５３は、上述したモニタ３０、キースイッチ２５、ダイヤル２６、充電スイッチ２７、充電前冷却許可スイッチ２８、圧力スイッチ４５、及びロックスイッチ４７からの信号と、補機用バッテリ５７の電圧が入力されるとともに、情報コントローラ５８、後述するバッテリ装置７のバッテリコントローラ５９との間で通信可能となっている。また、コントローラ５３は、昇降圧器５５、インバータ３２、配電盤５１内のリレー５４Ａ及び５４Ｂ（図４に示す）、後述するリレー６０を制御するとともに、モニタ３０及び残量表示器２９に表示信号を出力するようになっている。

リレー６０は電動ファン６１の電源供給部に接続されており、コントローラ５３からの信号でリレー６０をＯＮ、ＯＦＦさせることで電動ファン６１の起動、停止を切り替える。

電動ファン６１はバッテリ装置７に外気を吹きつけ冷却する。もしくは、送風方向を反対にし、バッテリ装置７周辺雰囲気を吐き出すことで冷却する構成でもよい。このように電動ファン６１は、エアコンユニットではなく、外気通風タイプの冷却装置である。

図６は、バッテリ装置７の構成を示す図である。バッテリ装置７は、複数のバッテリセル６２Ａ，６２Ｂ・・・を直列に接続したバッテリモジュール６２とバッテリコントローラ５９を備え、バッテリセル６２Ａ，６２Ｂ・・・はバッテリモジュール６２内に設けられたセルコントローラ（図示せず）により監視、制御され、バッテリコントローラ５９はセルコントローラが検出したセル電圧、セル温度等の状態量を入力し、コントローラ５３へ周期的に送信する。

また、バッテリモジュール６２の正極側には電流センサ６３が設けられており、電流センサ６３はバッテリ装置７の入出力電流値を検出し、この入出力電流値はバッテリコントローラ５９を介してコントローラ５３に送信される。コントローラ５３はバッテリコントローラ５９から受信した情報から、バッテリ装置の温度、総電圧、SOC、電動モータ３１への供給電力を計算する。また、機体の停止時及び異常時には、コントローラ５３がリレー６４をＯＦＦにし、バッテリ装置７と回路との接続を遮断する。また、計算されたバッテリ装置７のSOCは残量表示器２９に表示される。

再び図４に戻り、情報コントローラ５８は、コントローラ５３と通信し、コントローラ５３に入力される各種センサ値や警告及び充電時刻など、車両の稼働状態を記録する。

キースイッチ２５は、キーシリンダ及びこのキーシリンダに挿入可能なキーで構成されており、キーの回転操作位置（ＯＦＦ位置、ＯＮ位置、又はＳＴＡＲＴ位置）に応じて信号を出力するようになっている。ダイヤル２６は、電動モータ３１の目標回転数を指示するものであり、その回転操作位置に対応した目標回転数の信号を出力するようになっている。充電スイッチ２７は、バッテリ充電制御のＯＮ・ＯＦＦを指示するものであり、その操作位置（ＯＦＦ位置又はＯＮ位置）に応じて信号を出力するようになっている。充電前冷却許可スイッチ２８は、充電前バッテリ冷却制御の開始を指示する充電前冷却許可指示装置として機能するものであり、その操作位置（ＯＦＦ位置又はＯＮ位置）に応じて信号を出力するようになっている。

次に、コントローラ５３の制御機能の詳細を説明する。

コントローラ５３は、バッテリ充電モードにおける充電制御機能と、バッテリ稼働モードにおける電動モータ制御機能を有している。また、コントローラ５３は、バッテリ稼働モードにおいて、本発明の特徴である充電前バッテリ冷却制御を行う機能を有している。以下に順番に説明する。

＜バッテリ充電モード＞
コントローラ５３は、例えば、キースイッチ２５からの信号の電圧値によってキースイッチ２５がＯＦＦ位置にあると判定し、充電スイッチ２７からの信号の電圧値によって充電スイッチ２７がＯＮ位置に操作されたと判定し、受電コネクタ５２Ａ,５２Ｂを介して、ケーブル接続検出回路（図示せず）からの信号の電圧値によって商用電源４８又は直流電源急速充電器４９からのケーブルが接続されたと判定した場合に、バッテリ充電制御を行うようになっている。

商用電源４８が接続された場合には、配電盤５１内のリレー５４Ａを閉状態、リレー５４Ｂを開状態になるように、コントローラ５３が制御する。また、直流電源急速充電器４９が接続された場合には、配電盤５１内のリレー５４Ａを開状態、リレー５４Ｂを閉状態になるように、コントローラ５３が制御する。閉状態となったリレー５４Ａ又はリレー５４Ｂから高電圧回路を通して直流電力がバッテリ装置７に供給される。

また、商用電源４８と急速充電器４９が同時に接続される場合には、安全のためリレー５４Ａ、５４Ｂそれぞれを開状態に制御する。

また、コントローラ５３は、例えば、バッテリ装置７の充電中、充電スイッチ２７からの信号の電圧値によって充電スイッチ２７がＯＦＦ位置に操作されたと判定した場合に、リレー５４Ａ及びリレー５４Ｂを開状態に制御することで充電を停止する。

＜バッテリ稼働モード＞
コントローラ５３は、例えば、キースイッチ２５からの信号の電圧値に基づいてキースイッチ２５がＳＴＡＲＴ位置に操作されたと判定し、かつロックスイッチ４７からの信号の電圧値によってゲートロックレバーがロック解除位置にあると判定した場合に、バッテリ装置７からの電力による電動モータ３１の駆動を開始するようになっている。

このとき、コントローラ５３は、配電盤５１内部のリレー５４Ａ及び５４ＢをＯＦＦにし、商用電源４８及び直流電源急速充電器４９との回路接続を遮断する方向に制御するとともに、昇降圧器５５へ昇圧の指令を出力する。昇降圧器５５は、この指令に応じて、バッテリ装置７から出力される直流の電圧を、インバータ３２への入力に適した電圧まで昇圧するようになっている。

また、コントローラ５３は、ダイヤル２６で指示された目標回転数の指令をインバータ３２へ出力する。インバータ３２は、この指令に応じて、電動モータ３１の実回転数が目標回転数となるように、電動モータ３１への印加電圧を制御するようになっている。

また、コントローラ５３は、例えば、電動モータ３１の駆動中、圧力スイッチ４５からの信号の電圧値によって全ての油圧アクチュエータが操作されていない状態であると判定し、その状態で予め設定された所定時間（例えば４秒）が経過した場合に、予め設定された所定の低速回転数（アイドル回転数）の指令をインバータ３２へ出力する。インバータ３２は、この指令に応じて、電動モータ３１の実回転数が所定の低速回転数となるように、電動モータ３１の印加電圧を制御するようになっている。

また、コントローラ５３は、例えば、電動モータ３１の駆動中、キースイッチ２５からの信号の電圧値によってキースイッチ２５がＯＦＦ位置に操作されたと判定した場合に、インバータ３２へ停止の指令を出力する。インバータ３２は、この指令に応じて、電動モータ３１を停止させるようになっている。

＜充電前バッテリ冷却制御＞
本実施の形態において、バッテリ装置７の冷却は電動ファン６１で行う。電動ファン６１は補機用バッテリ５７の直流電源によって動作し、後述する制御条件にしたがって、コントローラ５３が、電動ファン６１に電力を供給するリレー６０を切り替えることで起動、停止させる。なお、電動ファン６１はバッテリ装置７の電源で動作させるようにしてもよい。

コントローラ５３が行う充電前バッテリ冷却制御の概要は以下のようである。

コントローラ５３は、予め設定した充電開始時刻における目標バッテリ温度を算出し、電動ファン６１（冷却装置）によりバッテリ装置７を冷却するときのバッテリ装置７の冷却特性と上記目標バッテリ温度とに基づいて、電動ファン６１（冷却装置）によりバッテリ装置７を目標バッテリ温度まで冷却するのに必要な冷却制御時間を算出し、充電開始時刻とその冷却制御時間とに基づいて冷却制御開始時刻を算出し、冷却制御開始時刻に達したときに、電動ファン６１（冷却装置）を作動可能とする処理を行う。

以下に、コントローラ５３が行う充電前バッテリ冷却制御の詳細を説明する。

図７は、コントローラ５３が行う充電前バッテリ冷却制御の処理内容を示すフローチャートである。

図７において、ステップＳ１〜Ｓ１４の処理手順は、上述したバッテリ稼働モード時に、コントローラ５３内で周期的に繰り返し実行される。

図７のステップＳ１において、充電開始時刻（ここではteと表記）の書き換えがあったか否かを判定する。本実施の形態では、コントローラ５３が、モニタ３０からの入力を割り込み処理する形式で行う。運転室６に設けられたモニタ３０には、コントローラ５３内に記録されている、現在の時刻（ここではtと表記）と、設定中の充電開始時刻teが表示される。また、モニタ３０には、バッテリ装置７の充電開始時刻を設定する入力装置として、例えば△マーク或いは▽マークのアップ、ダウンボタンと□マークの確定ボタンが表示され、充電開始時刻teの書き換えは、これらのボタンを操作して充電開始時刻teの数値を入力し、この入力状態を確定する（例えば、△▽マークのボタンで選択した時刻を、□マークのボタンで確定する）ことで行われ、これによりオペレータは希望する任意の時刻を設定することができる。なお、入力装置として専用の入力装置を設けてもよい。

充電開始時刻teの入力を確定した場合に、入力値の書き換えフラグがＯＮになる。この書き換えフラグがＯＮの場合はステップＳ２、ＯＦＦの場合はＳ３に進む。

本制御の使い方としては、例えば、作業がしばらく中断される昼休憩時などに充電をすることを想定しており、午前中の稼働始動時に、オペレータが充電開始時刻teを昼休憩開始時刻に設定する等の使い方がある。又は、ここでは明記しないが、情報コントローラ５８内に記録された稼働履歴から推定された時刻を充電開始時刻teとしてもよい。

ステップＳ２では、モニタ３０へ入力され、確定されたと判定した設定値を、充電開始時刻teとして設定する。

ステップＳ３では、充電開始時刻teの設定があるか否かを判定する。本実施の形態におけるバッテリ稼働モードの開始後に、ステップＳ２が一度でも実行されていれば、Ｓ４に進む。ステップＳ２が実行されていなければ、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ４では、バッテリ装置７に設けられたバッテリコントローラ５９より、バッテリセル６２Ａ，６２Ｂ・・・（バッテリモジュール６２）の温度、電圧値及び電流センサ６３の値を取得する。なお、本明細書では、バッテリセル６２Ａ，６２Ｂ・・・（バッテリモジュール６２）の温度をバッテリ装置７の温度又はバッテリ温度ということがある。

ステップＳ５では、ＳＯＣを計算する。ここでは、ステップＳ４で取得したバッテリセルの電圧値より、バッテリ装置７の総電圧値を計算し、ＳＯＣを推定する。計算されたＳＯＣは所定の閾値でレベルが設定されており、残量表示器２９は前記レベルに応じてランプが点灯する。

ステップＳ６では、充電開始時の目標バッテリ温度を計算する（ここではTsと表記）。充電開始時の目標バッテリ温度Tsは、バッテリモジュール６２（バッテリ装置７）に推奨される充電温度の許容上限値から、バッテリ装置７の充電時の発熱によるバッテリ温度の上昇量を減算することで算出される。

充電開始時の目標バッテリ温度Tsは以下の式から計算することができる。

Ts＝Tmax−ΔT
Tmax：バッテリ装置７の充電温度の推奨許容上限値（既知）
ΔT：充電時の発熱によるバッテリ温度上昇量
ここで、充電時の発熱によるバッテリ上昇温度ΔTは以下の式から計算することができる。

ΔT＝α×tc
α：充電時の単位時間あたりの温度上昇量（既知）
tc＝充電時間
充電時間tcは以下の式から計算することができる。

tc＝（SOCmax−SOCc）／C
SOCmax：SOCの上限値（既知）
SOCc：充電開始時のSOC
Ｃ：単位時間あたりのＳＯＣ増加量
充電開始時のSOC（SOCc）は以下の式から計算することができる。

SOCc＝SOCin−ΔSOC
SOCin：ステップＳ５で計算した現在のＳＯＣ（既知）
ΔSOC：現在から充電開始時までのＳＯＣの減少量
現在から充電開始時までのＳＯＣの減少量ΔSOCは以下の式から計算することができる。

ΔSOC＝（te−t）×β
te：ステップＳ２で設定した充電開始時刻（既知）
β：バッテリ稼働モード時の単位時間あたりの平均ＳＯＣ減少量（既知）
このようにバッテリ装置７の充電温度の推奨許容上限値Tmaxと充電時の発熱によるバッテリ温度上昇量ΔTとから充電開始時の目標バッテリ温度Tsを計算して求めておくことで、必要以上の冷却を行うことによる無駄なエネルギー消費を押さえることができる。

ステップＳ７では、冷却制御時間を計算する（ここではtxと表記）。この計算は、一定の推定供給電力で電動モータ３１を駆動し、電動式油圧ショベルを稼働させている状態で電動ファン６１を作動させ、バッテリ装置７を冷却させた場合のバッテリ装置７の冷却特性を考慮して行う。

図８は、電動ファン６１を駆動しバッテリ装置７を冷却している状態でのバッテリ装置７内のバッテリ装置７の温度変化を時間軸で表したものであり、一定の推定供給電力で電動モータ３１を駆動し、電動式油圧ショベルを稼働させている状態で、電動ファン６１を作動させ、バッテリ装置７を冷却させた場合のバッテリ装置７の冷却特性を示す図である。

図８において、Ａはバッテリ冷却時におけるバッテリ装置７の推定供給電力がPaである場合の冷却特性を示し、Ｂはバッテリ装置７の推定供給電力がPbである場合の冷却特性を示している。推定供給電力Pa及びPbは、車両稼働時にバッテリ装置７から電動モータ３１供給される電力の状態を表し、その推定供給電力の大きさの関係はPa＞Pbである。

本実施の形態においては、コントローラ５３は、バッテリコントローラ５９から取得したバッテリ装置７の電流値及び電圧値から計算した瞬間的な電力を、予め定めた時点から現時点（冷却制御時間txの計算時）まで積算し、この積算した電力を平均化した値をバッテリ装置７の冷却時における供給電力として推定する。予め定めた時点とは、例えば、車体稼働開始時、すなわちキースイッチ２５がＳＴＡＲＴ位置に操作された時点である。この場合、コントローラ５３は、キースイッチ２５がＳＴＡＲＴ位置に操作された時点から現時点まで積算し、この積算した電力を平均化した値を供給電力として推定する。また、予め定めた時点は、現時点の所定時間前であってもよく、この場合、コントローラ５３は、現時点の所定時間前からの積算平均値を供給電力として推定する。前記の通り演算された推定供給電力は、本実施の形態では、キーOFF時にクリアされるようになっている。

図８は、バッテリ装置７の冷却時における推定供給電力が大きいほど、バッテリ内部の発熱量が増えるため、バッテリ装置７を冷却した場合の単位時間あたりの温度下降が緩やかなる、すなわち、冷却特性の直線の傾きは緩やかになることを示している。

推定供給電力がPaの場合、バッテリ温度がＴ0である時点をt1，バッテリ温度がTs（目標バッテリ温度）に達したときの時点をt2aとすれば、バッテリ装置７を冷却し、バッテリ温度がT0からTsまで低下するのに要する時間はt2a-t1=txaとなる。同様に、推定供給電力Pbの場合、バッテリ温度がT0からTsまで低下するのに要する時間はt2b-t1=txbとなる。

ここで、電動ファン６１を駆動し、バッテリ温度がT0からTsまで低下する時間txa又はtxbは、上述した冷却制御時間txに相当する。したがって、冷却制御時間tx（電動ファン６１の駆動時間）は、バッテリ装置７の冷却特性の直線の傾き（冷却特性の勾配）、すなわちバッテリ電流値及び電圧値より算出した推定供給電力の大きさに反比例する所定の係数（ここでは、Kpと表記）と、現在のバッテリ温度Tと目標温度Tsから、下記の計算式により算出できる。

tx = (T-Ts)/Kp
ここで、冷却特性の勾配である係数Kpは、事前に推定供給電力と係数Kpとの関係を求めておくことで、計算することができる。

図１６は、推定供給電力（ここではPと表記）と係数Kpとの関係の一例を示す図である。
・P≦Pminのとき
Kp=Kpmaxとなる。推定供給電力Pが小さく発熱量が少ないため、冷却制御時間txは最小となる。
・Pmin＜P＜Pmaxのとき
係数Kpは推定供給電力Pに反比例するため、推定供給電力Pが大きくなるほど発熱量が増加し、冷却制御時間txは長くなる
・Pmax≦Pのとき
Kp=Kmaxとなる。推定供給電力Pが大きく発熱量が多いため、冷却制御時間txは最大となる。

コントローラ５３は、図１６に示した推定供給電力Pと係数Kpとの関係をテーブルに記憶しておき、以下のように冷却制御時間txを算出する。

（１）上記のようにして求めた推定供給電力Pをそのテーブルに参照させることで、係数Kpを算出する。

（２）係数Kpと現在のバッテリ温度TとステップＳ６で求めた目標バッテリ温度Tsとから目標バッテリ温度Tsとなるときの時刻t2を算出する。

（３）冷却制御時間txを以下のように算出する。

tx＝t2−t1（t1は現在の時刻）
このようにコントローラ５３は、バッテリ装置７から電動モータ３１に供給された供給電力を予め定めた時点から現時点まで積算し、この積算した供給電力を平均化してバッテリ装置７を電動ファン６１（冷却装置）によって冷却するときの供給電力を推定し、この推定供給電力に基づいて上記バッテリ装置７の冷却特性の温度勾配を算出する。そしてコントローラ５３は、バッテリ装置７の現在の温度と目標バッテリ温度との差分を冷却特性の勾配で除することで冷却制御時間を算出する。

ステップＳ８では、電動ファン６１を作動させてバッテリ装置７の冷却制御を開始する時刻（ここではtsと表記）を決定する。この冷却制御開始時刻tsは、ステップＳ２で入力した充電開始時刻teから、ステップＳ５で算出した冷却制御時間txだけ前の時刻であるので、以下のように充電開始時刻teから冷却制御時間txを減算することで算出される。

ts＝te−tx
ステップＳ９では、現在時刻（ここではtと表記）がステップＳ８で決定した冷却制御開始時刻tsに到達したか否かを判定する。現在時刻は、コントローラ５３内のタイマーによって計算される絶対時刻とする。現在時刻tがステップＳ８で設定した冷却制御開始時刻tsに到達した場合にはステップＳ１０に、そうでない場合はステップＳ１３に進む。なお、図７に示していないが、現在時刻tが冷却制御開始時刻tsを過ぎていた場合は、例えばモニタに３０にエラー表示をし、充電開始時刻の再設定を促す。

ステップＳ１０では、モニタ３０に、充電前バッテリ冷却制御の開始時刻に達したことを示すインジケータを表示する。モニタ３０に表示されるインジケータは冷却制御開始時刻に達したことをオペレータに知らせる告知装置であり、この告知装置は、例えば、ブザー、スピーカなどの奏鳴手段であってもよい。

このようにステップＳ９，Ｓ１０において、コントローラ５３は、冷却制御開始時刻に達したときにモニタ３０のインジケータ（告知装置）を作動させ、充電前冷却許可スイッチ２８（充電前冷却許可指示装置）が操作されたときに、電動ファン６１（冷却装置）を作動可能とする処理を行う。なお、充電前冷却許可指示装置は充電前冷却許可スイッチ２８ではなく、モニタ２８の表示画面を用いて構成してもよい。

ステップＳ１１では、ステップＳ１０でモニタ３０に表示された充電前バッテリ冷却制御の開始に対して、オペレータが充電前冷却を要求しているか否かを判定する。ここでは、オペレータが運転室６内に設置された、充電前冷却許可スイッチ２８をＯＮにした場合に、コントローラ５３がその入力状態を検出することで、上記充電前バッテリ冷却制御が要求されたと判断する。充電前冷却許可スイッチ２８がＯＮの場合はステップＳ１２に、ＯＦＦの場合はステップＳ１３に進む。

ステップＳ１２では目標冷却温度（ここではTaと表記）をステップＳ６で設定した、目標バッテリ温度Tsに設定する。

ステップＳ１３では目標冷却温度Taを、通常稼働時の目標バッテリ温度（ここではTnと表記）に設定する。ステップＳ１３は、上記ステップＳ３の判定が否、つまり充電開始時刻teの設定が無い場合と、上記ステップＳ９の判定が否、つまり現在時刻が冷却制御開始時刻ｔｓよりも前である場合と、ステップＳ１１で、充電前冷却許可スイッチ２８がＯＦＦのままで充電前バッテリ冷却制御が要求されなかった場合に実行される。このときの目標バッテリ温度Tnは通常稼働時に問題の無い温度であり、例えば、本実施の形態で搭載されるリチウムイオンバッテリの場合は、40℃としている。

ステップＳ１４では、電動ファン６１の駆動を開始し、ステップＳ１２又はステップＳ１３で設定された目標冷却温度Taとなるように、電動ファン６１を制御する。

このようにステップＳ１０〜Ｓ１２，Ｓ１４において、現在時刻tが冷却制御開始時刻tsに達した場合でも、オペレータが充電前冷却許可スイッチ２８をＯＮにする指示を行った場合だけ目標冷却温度Taとして目標バッテリ温度Tsを設定し、電動ファン６１の駆動を開始することにより、ステップＳ１における充電開始時刻teの設定後にバッテリ装置７の充電を延期したい事情が発生した場合に、充電前冷却許可スイッチ２８をＯＦＦのままとすることで充電前バッテリ冷却制御を中止し、状況の変化に柔軟に対応することができる。

なお、現在時刻tが冷却制御開始時刻tsに達した場合に自動で目標バッテリ温度Tnを設定し、電動ファン６１の駆動を開始してもよい。

図９Ａは、図８のステップＳ１４で実施される電動ファン６１の制御フローチャートを示す図であり、図９Ｂはそのときの制御条件を示す図である。

図９Ａにおいて、ステップＳ１４−１では、ステップＳ４で検出した現在のバッテリ温度Tが、目標温度Taからヒステリシスを考慮した設定温度T1より高いかどうか判定する。バッテリ温度Tが設定温度T1よりも高い場合はステップＳ１４−３、そうでない場合にはステップＳ１４−２に進む。

ステップＳ１４−３では、コントローラ５３がリレー６０をＯＮにし、電動ファン６１をＯＮにする。

ステップＳ１４−２では、ステップＳ４で検出した現在のバッテリ温度Tが、目標温度Taからヒステリシスを考慮した設定温度T2より低いかどうかを判定する。バッテリ温度Tが設定温度T2よりも低い場合はステップＳ１４−４、そうでない場合には、処理を終了し、図７で示す制御フローのステップＳ１に戻る。

ステップＳ１４−４では、コントローラ５３がリレー６０をＯＦＦにし、電動ファン６１をＯＦＦにする。

図１０は、本実施の形態における冷却制御開始から充電までのタイムチャートであり、時刻tに対するバッテリ温度Tの遷移を示す図である。

図１０において、車体が稼働後、時刻tsになるまでは、目標バッテリ温度Tnを目標として電動ファン６１が起動と停止を繰り返してバッテリ温度Tが制御される。時刻tsになり、モニタ３０にインジケータが表示されたとき、オペレータが充電前冷却許可スイッチ２８を押す。これにより充電前冷却許可スイッチ２８がＯＮになり、例えば時刻tsから、車両が停止して充電開始時刻teになるまでは、Tsを目標バッテリ温度として電動ファン６１が起動し、バッテリ温度Tが制御される。目標バッテリ温度Tsまでバッテリ装置７を冷却するために必要とする冷却制御時間txの間、冷却制御が実行されるので、充電開始時刻teに目標バッテリ温度Tsとすることができる。オペレータは充電開始時刻teになると、オペレータが充電スイッチ２７を押すことで充電モードとなり、充電開始時刻teから充電が開始される。このようにバッテリ温度が通常時の目標バッテリ温度Tnではなく、それよりも小さい、充電開始時の目標バッテリ温度Tsである状態から充電を開始することで、充電中にバッテリ温度がバッテリ装置７の充電温度範囲を超えることが回避される。

〜第１の実施の形態の効果〜
本実施の形態によれば、ナビゲーションシステムによる公道上の位置情報を利用しないオフロード型の電動式油圧ショベル（電動式建設機械）において、バッテリ装置７を冷却する冷却装置がエアコンユニットでなく、外気通風タイプの電動ファン６１であっても、冷却制御時間内に確実にバッテリ装置７を目標温度まで冷却することができ、これにより所望の充電開始時刻に速やかに充電を開始することができる。

また、本実施の形態によれば、リアルタイムに目標バッテリ温度と冷却制御時間を計算することで、冷却制御時間が不足することなく、精度よく目標のバッテリ温度までバッテリ装置７を冷却することができる。

＜第２の実施の形態＞
図１１は本発明の第２の実施の形態における電動システムの構成を表すブロック図である。第１の実施の形態との構成の違いは、電動ファン６１のリレー６０に代わり、ファンコントローラ６５を備え、電動ファン６１Ａは可変速の機能を有している点である。電動ファン６１Ａは外部からのPWM信号によりファン回転数が制御される。この制御では、PWMのデューティが小さいほど回転数は減少、PWMのデューティが大きいほど回転数は上昇する。

ファンコントローラ６５は、コントローラ５３に接続され、また電動ファン６１Ａに前記PWM信号を出力している。ファンコントローラ６５は、コントローラ５３からの制御指令値に応じて、PWM信号のデューティを変更し、電動ファン回転数を制御する。

図１２は、本実施の形態においてコントローラ５３が行う充電前バッテリ冷却制御の処理内容を示すフローチャートである。

図１２に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１〜Ｓ１３及びＳ２０は、前記バッテリ稼働モード時に、コントローラ５３内で周期的に繰り返し実行される。図７に示す、第１の実施の形態における制御フローチャートとの違いは、ステップＳ１４に代わりステップＳ２０となっている点である。

以下において、第１の実施の形態と同じステップＳ１〜Ｓ１３の部分については説明を省略し、第１の実施の形態と異なるステップＳ２０の処理内容について説明する。

ステップＳ２０はステップＳ１２又はＳ１３から移行する。

図１３Ａは、図１２のステップＳ２０で実施される電動ファン６１の制御フローチャートを示す図であり、図１３Ｂはそのときの作動条件を示す図である。

図１３Ａにおいて、ステップＳ２０−１では、ステップＳ４で検出した現在のバッテリ温度Tと、温度制御上限温度（ここではTmと表記）との大小を判定する。バッテリ温度Tが温度制御上限温度Tmを上回る場合には、ステップＳ２０−２、そうでない場合にはステップＳ２０−３に進む。温度制御上限温度Tmはバッテリ装置７に推奨される使用温度の上限よりも低めの値に設定されている。

ステップＳ２０−２では、電動ファン６１の回転数を定格回転数Nrに設定する。定格回転数Nrは、バッテリ温度が、使用温度の上限を超えないようにバッテリ装置７を冷却する最大の回転数である。

ステップＳ２０−３では、ステップＳ２で検出した現在のバッテリ温度Tと、温度制御下限温度（ここではTlと表記）との大小を判定する。バッテリ温度Tが温度制御下限温度Tlを下回る場合には、ステップＳ２０−４、そうでない場合には、ステップＳ２０−５に進む。温度制御下限温度Tlはバッテリに推奨される使用温度の下限よりも高めの値に設定される。

ステップＳ２０−４では、電動ファン６１の回転を停止し、バッテリ温度が、使用温度の下限を超えないように冷却を停止する。

ステップＳ２０−５では、ステップＳ１２及びＳ１３で設定した目標冷却温度Taに応じて、ファン回転数を設定する。詳細な回転数の設定方法を、図１４を用いて説明する。

図１４は、本発明の第２の実施の形態における電動ファン回転数制御のブロック図である。減算部１０５において、目標冷却温度Taと、ステップＳ４で検出したバッテリ温度Ｔとの偏差Ta-Tが演算され、この偏差Ta-Tに対してPI制御を行い、目標回転数を設定する。

ブロック１００は、前記偏差に対してゲインをかけるテーブルであり、その出力がP制御に相当する。

ブロック１０１は、信号の遅延を示し、現在の入力偏差Ta-Tと、1ステップ前の入力偏差が加算部１０６で加算され積分値となる。

ブロック１０２は、前記積分値にゲインをかけるテーブルであり、その出力がＩ制御に相当する。

ブロック１０３は、加算部１０７で演算されたブロック１００からのP制御分の出力と、前記ブロック１０２からのＩ制御分の出力の和が入力され、電動ファン６１の目標回転数を出力するテーブルである。ブロック１０３から出力された電動ファン目標回転数はファンコントローラ６５に回転数指令値として送信される。目標回転数は前記電動ファン定格回転数Nrと、動作上問題の無い最低回転数Nlの間で決まる。

本実施例に適用される前記制御の結果、稼働中は目標冷却温度Taになるように電動ファン６１が回転する。

ステップＳ２０−６では、ステップＳ２０−５及びＳ２０−４及びＳ２０−２で設定された、電動ファン６１の回転数指令値を、ファンコントローラ６５に送信する。ファンコントローラ６５は、設定されたファン回転数になるように、電動ファン６１に出力されるＰＷＭ信号のデューティ比を変更する。

図１５は、本実施の形態における冷却制御開始から充電までのタイムチャートであり、時刻tに対するバッテリ温度Tの遷移を示す図である。

図１５において、車体が稼働後、時刻tsになるまでは、目標バッテリ温度Tnを目標として電動ファン６１が、上記の回転数に制御されて回転することで、バッテリ温度Tが制御される。時刻tsになり、モニタ３０にインジケータが表示されたとき、オペレータが充電前冷却許可スイッチ２８を押す。これにより充電前冷却許可スイッチ２８がＯＮになり、例えば時刻tsから、車両が停止して充電が開始される時刻teまでは、目標バッテリ温度Tsを目標冷却温度Taとして電動ファン６１が起動し、バッテリ温度Tが制御される。目標バッテリ温度Tsまでバッテリ装置７を冷却するために必要とする冷却制御時間txの間、冷却制御が実行されるので、充電開始時刻teに目標バッテリ温度Tsとすることができる。オペレータは充電開始時刻teになると、オペレータが充電スイッチ２７を押すことで充電モードとなり、充電開始時刻teから充電が開始される。このようにバッテリ温度が通常時の目標バッテリ温度Tnではなく、それよりも小さい、充電開始時の目標バッテリ温度Tsである状態から充電を開始することで、充電中にバッテリ温度がバッテリ装置７の充電温度範囲を超えることが回避される。

本実施の形態によれば、リアルタイムに目標バッテリ温度Tsと冷却制御時間txを計算し、電動ファン６１の回転数を可変に制御することで、電動ファン６１の利用効率を高め、かつ第１の実施の形態同様に冷却制御時間が不足することなく、精度よく目標のバッテリ温度までバッテリ装置７を冷却することができる。

また、電動ファン６１の回転数を可変に制御するため、油圧ショベルの稼働中にバッテリ温度Tをより精度良く目標バッテリ温度Tnに冷却し、電動ファン６１の消費電力を落とすことができるので、効率的な冷却が可能である。

なお、上記の実施の形態では、電動式建設機械がクローラ式の油圧ショベルである場合について説明したが、電動式建設機械は油圧ショベル以外の建設機械、例えば、ホイール式の油圧ショベル、ホイールローダ等その他の建設機械であってもよい。

１ 下部走行体
２ 上部旋回体
５ 作業装置
７ バッテリ装置
１９ ブーム用油圧シリンダ（アクチュエータ）
２０ アーム用油圧シリンダ（アクチュエータ）
２１ バケット用油圧シリンダ（アクチュエータ）
２５ キースイッチ
２６ ダイヤル
２７ 充電スイッチ
２８ 充電前冷却許可スイッチ（充電前冷却許可指示装置）
２９ 残量表示器
３０ モニタ（入力装置；告知装置）
３１ 電動モータ
３２ インバータ
３３ 油圧ポンプ
４８商用電源
４９ 直流電源急速充電器
５０ 整流器
５１ 配電盤
５３ コントローラ
５５ 昇降圧器
５６ ＤＣ/ＤＣコンバータ
５７補機用バッテリ
５８ 情報コントローラ
５９ バッテリコントローラ
６０リレー
６１ 電動ファン（冷却装置）
６５ ファンコントローラ

Claims (6)

1. 充電可能なバッテリ装置と、このバッテリ装置の電力によって駆動される電動モータと、この電動モータによって油圧ポンプを駆動し、この油圧ポンプから吐出された圧油によりアクチュエータを駆動する油圧駆動装置と、
   前記バッテリ装置を冷却する冷却装置と、前記電動モータ及び前記冷却装置の作動を制御するコントローラとを備えた電動式建設機械において、
   前記コントローラは、
   予め設定した充電開始時刻における目標バッテリ温度を算出し、
   前記冷却装置により前記バッテリ装置を冷却するときの前記バッテリ装置の冷却特性と前記目標バッテリ温度とに基づいて、前記冷却装置により前記バッテリ装置を前記目標バッテリ温度まで冷却するのに必要な冷却制御時間を算出し、
   前記充電開始時刻と前記冷却制御時間とに基づいて冷却制御開始時刻を算出し、
   前記冷却制御開始時刻に達したときに、前記冷却装置を作動可能とする処理を行うことを特徴とする電動式建設機械。
2. 請求項１記載の電動式建設機械において、
   前記コントローラは、
   前記バッテリ装置から前記電動モータに供給された供給電力を積算し、この積算した供給電力を平均化して前記バッテリ装置を前記冷却装置により冷却するときの供給電力を推定し、この推定供給電力に基づいて前記冷却特性の温度勾配を算出し、
   前記バッテリ装置の温度と前記目標バッテリ温度との差分を前記冷却特性の勾配で除することで前記冷却制御時間を算出することを特徴とする電動式建設機械。
3. 請求項１記載の電動式建設機械において、
   前記コントローラは、
   前記バッテリ装置の充電温度の許容上限値から前記バッテリ装置の充電時の発熱によるバッテリ温度の上昇量を減算することで、前記目標バッテリ温度を算出することを特徴とする電動式建設機械。
4. 請求項１記載の電動式建設機械において、
   前記コントローラは、
   前記充電開始時刻から前記冷却制御時間を減算することで前記冷却制御開始時刻を算出することを特徴とする電動式建設機械。
5. 請求項１記載の電動式建設機械において、
   充電前冷却許可指示装置と、
   前記冷却制御開始時刻に達したことをオペレータに知らせる告知装置を更に備え、
   前記コントローラは、
   前記冷却制御開始時刻に達したときに、前記告知装置を作動させ、前記充電前冷却許可指示装置が操作されたときに、前記冷却装置を作動可能とする処理を行うことを特徴とする電動式建設機械。
6. 請求項１記載の電動式建設機械において、
   前記バッテリ装置の充電開始時刻を設定する入力装置を更に備え、
   前記コントローラは、前記入力装置により設定された充電開始時刻を前記予め設定した充電開始時刻として目標バッテリ温度を算出することを特徴とする電動式建設機械。

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