JP2013129976A

JP2013129976A - 電動式建設機械

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Publication number: JP2013129976A
Application number: JP2011279281A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Takishita; 竜夫滝下; Hajime Kurikuma; 甫栗熊
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2013-07-04

Abstract

【課題】自機搭載のバッテリ装置から外部への給電を行うことができ、他機を救援することができる電動式建設機械を提供する。
【解決手段】自機に搭載され、複数のリチウムイオンバッテリ５９を有するバッテリ装置７と、バッテリ装置７からの電力により電動モータ２５を駆動制御する内部バッテリ駆動制御機能、及び外部電源からの電力によりバッテリ装置７を充電制御する内部バッテリ充電制御機能を有するインバータ装置２６と、バッテリ装置７の電力を他機へ供給可能な外部給電回路５８とを備える。インバータ装置７は、外部給電スイッチ６７で外部給電制御が指示された場合、外部給電回路５８のリレー５５の接点を閉状態に制御しつつバッテリ装置７の状態を監視し、バッテリ装置７の蓄電残量が所定値未満となるか若しくはバッテリ装置７に異常が生じたときに、リレー５５の接点を開状態に制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動式油圧ショベル等の電動式建設機械に係わり、特に、電動モータの電力源としてバッテリ装置を搭載した電動式建設機械に関する。

電動式建設機械の一つである電動式油圧ショベルは、例えば、電動モータと、この電動モータによって駆動する油圧ポンプと、複数の油圧アクチュエータ（詳細には、ブーム用油圧シリンダ、アーム用油圧シリンダ、及びバケット用油圧シリンダ等）と、複数の操作装置の操作に応じて油圧ポンプから複数の油圧アクチュエータへの圧油の流れをそれぞれ制御する複数の方向切換弁とを備えている。

この電動式油圧ショベルにおいて、電動モータの電力源であるバッテリを搭載したものが知られている。バッテリは、例えばリチウムイオンを材料とし、１セルと呼ばれる最小単位構成が有り、市販レベルの最終形態は複数セルを１パックとした１モジュールという形となっている。そして、例えば特許文献１に記載の電動式油圧ショベルでは、複数のモジュール（すなわち、複数のバッテリ）からなるバッテリ装置を搭載している。

また、例えば特許文献２及び３に記載の電動式油圧ショベルの電源システムは、バッテリからの電力により電動モータを駆動する内部バッテリ駆動制御機能、及び外部電源からの電力によりバッテリを充電する内部バッテリ充電制御機能を有している。

特開２００８−４４４０８号公報特開２００７−２８４８７４号公報特開２００７−２２８７１５号公報

例えば複数の電動式油圧ショベルが同じ工事現場で稼働しており、そのうちの１つの電動式油圧ショベルのバッテリ装置の蓄電残量が低下した場合を想定する。このような場合、電動式油圧ショベルを充電施設まで移動させる必要があり、電動式油圧ショベルを自走させるか、若しくは運搬車輌の荷台まで自走させなければならない。しかし、運転者が気づかずに、電動式油圧ショベルのバッテリ装置の蓄電残量が無くなってしまうと、電動式油圧ショベルが自走できないことから、充電が困難となる。このような場合、例えば電動式油圧ショベルのバッテリ装置に給電するための救援専用車両を手配する方法が考えられるものの、コスト高となる。そこで、本願発明者らは、他の電動式油圧ショベルのバッテリ装置から給電できれば、コスト低減が図れるともに、救援が迅速に行えることに着眼した。

本発明の目的は、自機搭載のバッテリ装置から外部への給電を行うことができ、他機を救援することができる電動式建設機械を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、電動モータと、前記電動モータによって駆動する油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出された圧油により駆動する複数の油圧アクチュエータと、自機に搭載され、複数のリチウムイオンバッテリを有するバッテリ装置と、前記バッテリ装置からの電力により前記電動モータを駆動制御する内部バッテリ駆動制御機能、及び受電用のコネクタを介して接続された外部電源からの電力により前記バッテリ装置を充電制御する内部バッテリ充電制御機能を有するインバータ装置と、を備えた電動式建設機械において、前記バッテリ装置の電力を他機へ供給する外部給電制御を指示可能な指示手段と、他機に接続可能な外部給電用のコネクタとリレーを有し、前記リレーの接点が閉状態に制御された場合に前記バッテリ装置の電力を他機へ供給可能な外部給電回路と、前記指示手段で外部給電制御が指示された場合、前記リレーの接点を閉状態に制御しつつ前記バッテリ装置の状態を監視し、前記バッテリ装置の蓄電残量が予め設定された所定値未満となるか若しくは前記バッテリ装置に異常が生じたときに、前記リレーの接点を開状態に制御する外部給電制御手段とを備える。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記外部給電回路は、記インバータ装置と前前記バッテリ装置との間の配線から分岐するように接続された分岐配線を有し、前記リレーの接点が前記分岐配線に介在するとともに、前記外部給電用のコネクタが前記分岐配線の先端部に設けられる。

（３）上記（１）において、好ましくは、前記受電用のコネクタは、前記外部給電用のコネクタを兼ねており、前記外部給電回路は、前記コネクタと前記バッテリ装置との間で前記インバータ装置をバイパスするように接続されたバイパス配線を有し、前記リレーの接点が前記バイパス配線に介在する。

（４）上記（１）〜（３）のいずれか１つにおいて、好ましくは、前記バッテリ装置は、前記リチウムイオンバッテリが直列接続されたバッテリ系統を複数有し、前記複数のバッテリ系統のうちのいずれか１つを選択的に前記インバータ装置及び前記外部給電回路に接続するように、前記複数のバッテリ系統の接続状態を切換える接続切換手段をさらに有する。

本発明によれば、自機搭載のバッテリ装置から外部への給電を行うことができ、他機を救援することができる。その結果、例えば救援専用車両を手配する場合と比べ、コスト低減を図るともに、救援を迅速に行うことができる。

本発明の第１の実施形態における電動式油圧ショベルの全体構造を表す側面図である。本発明の第１の実施形態における電動式油圧ショベルの全体構造を表す上面図である。本発明の第１の実施形態における油圧駆動装置の構成を表す油圧回路図である。本発明の第１の実施形態におけるインバータ装置の構成と関連機器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インバータ装置の昇降圧器の詳細を表す電気回路図である。本発明の第１の実施形態におけるバッテリ装置の構成と関連機器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電動式油圧ショベルの接続例を表す概略図である。本発明の第２の実施形態におけるインバータ装置の構成と関連機器表すブロック図である。本発明の一変形例におけるバッテリ装置の構成と関連機器を表すブロック図である。

以下、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、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態における電動式油圧ショベルの全体構造を表す側面図であり、図２は、上面図である。なお、以降、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１００（本実施形態では、運転質量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３と、このスイングポスト３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４とを備えている。

上部旋回体２は、その基礎下部構造をなす旋回フレーム５と、この旋回フレーム５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５上の後側に設けられバッテリ装置７（後述の図３、図４、及び図６参照）を収納したバッテリ装置搭載部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履帯（クローラ）１２，１２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、左の履帯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、右の履帯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５が旋回可能に設けられており、旋回フレーム５（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３は、旋回フレーム５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４が左右にスイングするようになっている。

作業装置４は、スイングポスト３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、手または足で操作可能とし前後方向に操作することで左右の旋回用油圧モータ１３Ａ，１３Ｂ（すなわち、左右の履帯１２，１２）の動作をそれぞれ指示する左右の走行用操作レバー２３Ａ，２３Ｂ（但し、後述の図３で２３Ａのみ示す）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２３Ｂ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３）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（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２４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。

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表す油圧回路図である。なお、この図３においては、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に係わる構成を表している。

図３において、電動モータ２５と、この電動モータ２５の電力源であるバッテリ装置７と、電動モータ２５への供給電力を制御して電動モータ２５を駆動制御するインバータ装置（インバータユニット）２６と、電動モータ２５によって駆動する油圧ポンプ２７及びパイロットポンプ２８と、上述した左走行用操作レバー２３Ａを備えた油圧パイロット式の操作装置２９と、左走行用操作レバー２３Ａの前後方向の操作に応じて油圧ポンプ２７から左走行用油圧モータ１３Ａへの圧油の流れを制御する左走行用方向切換弁３０とが設けられている。また、上述したブーム・バケット用操作レバー２４を備えた油圧パイロット式の操作装置３１と、ブーム・バケット用操作レバー２４の前後方向の操作に応じて油圧ポンプ２７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ブーム用方向切換弁３２とが設けられている。なお、図示しないが、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構成もほぼ同様である。

左走行用方向切換弁３０及びブーム用方向切換弁３２等（詳細には、図示しない右走行用方向切換弁、アーム用方向切換弁、バケット用方向切換弁、旋回用方向切換弁、スイング用方向切換弁、及びブレード用方向切換弁を含む）は、センタバイパス型のものであり、センタバイパスライン３３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３３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場合に連通し、図３中左側又は右側の切換位置に切換えられると遮断するようになっている。センタバイパスライン３３の上流側は油圧ポンプ２７の吐出ライン３４に接続され、センタバイパスライン３３の下流側はタンクライン３５に接続されている。

また、左走行用方向切換弁３０及びブーム用方向切換弁３２等は、油圧信号ライン３６上に位置する信号通路をそれぞれ有している。すなわち、各方向切換弁の信号通路は、油圧信号ライン３６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場合に連通し、図３中左側又は右側の切換位置に切換えられると遮断するようになっている。油圧信号ライン３６の上流側はパイロットポンプ２８の吐出ライン３７から分岐するように接続され、油圧信号ライン３６の下流側はタンクライン３５に接続されている。油圧信号ライン３６における最上流の方向切換弁３０の上流側には固定絞り３８が設けられ、この固定絞り３８と方向切換弁３０との間に圧力スイッチ３９（操作検出手段）が設けられている。圧力スイッチ３９は、方向切換弁３０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、全ての方向切換弁のうちのいずれかが切換えられたか否か、すなわち、全ての油圧アクチュエータ（詳細には、左右の走行用油圧モータ１３Ａ，１３Ｂ、ブーム用油圧シリンダ１９、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）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３０は、操作装置２９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２９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２８の吐出圧を元圧としてパイロット圧を生成する一対の減圧弁（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３０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３０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及び履帯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３０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３０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及び履帯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３２は、操作装置３１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３１は、ブーム・バケット用操作レバー２４と、この操作レバー２４の前後方向の操作に応じパイロットポンプ２８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２４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３２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３２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２４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３２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３２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２８の吐出ライン３７には、パイロットポンプ２８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２８の吐出ライン３７にはロック弁４０が設けられており、このロック弁４０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）にある場合に閉状態、ロック位置（上昇位置）にある場合に開状態となるロックスイッチ４１（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４１が閉状態になると、このロックスイッチ４１を介してロック弁４０のソレノイド部が通電されて、ロック弁４０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２８の吐出ライン３７を連通して、パイロットポンプ２８の吐出圧が操作装置２９，３１等に導入される。一方、ロックスイッチ４１が開状態になると、ロック弁４０のソレノイド部が通電されず、バネの付勢力で、ロック弁４０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２８の吐出ライン３７を遮断する。その結果、操作装置２９，３１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、本実施形態におけるインバータ装置２６の構成を関連機器とともに表すブロック図であり、図５は、インバータ装置２６を構成する昇降圧器の詳細を表す電気回路図である。図６は、本実施形態におけるバッテリ装置７の構成と関連機器を表すブロック図である（但し、便宜上、後述するリレー４５等を省略している）。

これら図４〜図６において、インバータ装置２６は、インバータ４２、昇降圧器４３、整流器４４、第１のリレー４５、第２のリレー４６、及びコントローラ４７を有している。昇降圧器４３は、この種のものとして公知の昇降圧チョッパであり、スイッチング素子４８ａ〜４８ｄ、ダイオード４９ａ〜４９ｄ、リアクタンス５０、電流センサ５１、及び電解コンデンサ５２で構成されている。

インバータ装置２６のインバータ４２は電動モータ２５に配線接続され、インバータ装置２６の昇降圧器４３は第１のリレー４５の接点を介してバッテリ装置７に配線接続され、インバータ装置２６の整流器４４は第２のリレー４６の接点を介して受電用のコネクタ５３Ａ，５３Ｂに配線接続されている。コネクタ５３Ａは外部の交流電源（商用電源）に接続可能とするものであり、コネクタ５３Ｂは外部の直流電源等に接続可能とするものである。

ここで、本実施形態の特徴の一つとして、インバータ装置２６とバッテリ装置７との間の配線には、分岐配線５４が分岐するように接続されている。この分岐配線５４には第３のリレー５５の接点が介在しており、分岐配線５４の先端部に外部給電用のコネクタ５６が設けられている。コネクタ５６は、他機に接続可能とするものである。具体的には、例えば図７（ａ）で示すように、１台目の電動式油圧ショベル１００Ａの外部給電用のコネクタ５６と２台目の電動式油圧ショベル１００Ｂの受電用のコネクタ５３Ｂを、接続ケーブル５７を介し接続することが可能である。さらに、例えば図７（ｂ）で示すように、２台目の電動式油圧ショベル１００Ｂの外部給電用のコネクタ５６と３台目の電動式油圧ショベル１００Ｃの受電用のコネクタ５３Ｂを、接続ケーブル５７を介し接続することも可能である。なお、分岐配線５４、第３のリレー５５、及びコネクタ５６は、外部給電回路５８を構成している。

バッテリ装置７は、例えば９個（図６では代表して３個のみ示す）のリチウムイオンバッテリ（言い換えれば、モジュール）５９が互いに直列接続されたバッテリ系統６０と、電流センサ６１と、バッテリコントローラ６２とを有している。各バッテリ５９は、詳細を図示しないが、例えばリチウムイオンを材料とした８個のセルからなり、それらセルを監視するセルコントローラが設けられている。各セルコントローラは、各バッテリ５９の情報（詳細には、電圧及び温度等の状態量）を取得してバッテリコントローラ６２に出力する。また、電流センサ６１は、バッテリ系統６０の電流を検出して、バッテリコントローラ６２に出力する。

バッテリコントローラ６２は、各セルコントローラから取得した各バッテリ５９の電圧情報に基づきバッテリ系統６０の総電圧を演算し、さらに電流センサ６１から取得した電流情報に基づきバッテリ系統６０の蓄電残量を演算する。そして、演算したバッテリ系統６０の総電圧及び蓄電残量をインバータ装置２６のコントローラ４７へ送信する。また、バッテリコントローラ６２は、バッテリ系統６０の蓄電残量が例えば１０段階の充電状態（詳細には、「０」は完全放電状態を意味し、「１０」は満充電状態を意味する）のいずれに該当するかを判定し、これに対応する表示信号を、運転室６内に設けられた残量表示器６３に出力する。残量表示器６３は、例えば１０セグメントのバーを点灯・消灯することにより、バッテリ系統６０の蓄電残量を１０段階で表示するようになっている。

また、バッテリコントローラ６２は、各セルコントローラから取得した各バッテリ５９の情報に基づきバッテリ系統６０に異常が生じていなかいかどうかを判断しており、異常が生じたと判断した場合にエラー信号をインバータ装置２６のコントローラ４７へ送信するようになっている。

インバータ装置２６のコントローラ４７は、バッテリ装置７のバッテリコントローラ５５からの信号以外に、圧力スイッチ３９、ロックスイッチ４１、キースイッチ６４、ダイヤル６５、充電スイッチ６６、及び外部給電スイッチ６７（指示手段）等からの信号が入力される。また、コントローラ４７は、モニタ６８に表示信号を出力するようになっている。なお、キースイッチ６４、ダイヤル６５、及びモニタ６８は、運転室６内に設けられ、充電スイッチ６６及び外部給電スイッチ６７は、コネクタ５３Ａ，５３Ｂ，５６の近傍に設けられている。

キースイッチ６４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６５は、電動モータ２６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６６は、内部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。外部給電スイッチ６７は、外部給電制御の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。

そして、インバータ装置２６のコントローラ４７は、上述した信号等に応じて、バッテリ装置７からの電力により電動モータ２５を駆動制御する内部バッテリ駆動制御と、外部の交流電源又は直流電源からの電力によりバッテリ装置７を充電制御する内部バッテリ充電制御と、バッテリ装置７の電力を他機へ供給する外部給電制御とを選択的に行うようになっている（但し、内部バッテリ充電制御と外部給電制御は、同時に行うことが可能である）。以下、各制御の詳細を説明する。

（１）内部バッテリ駆動制御
インバータ装置２６のコントローラ４７は、例えば、キースイッチ６４からの信号によってキースイッチ６４がＳＴＡＲＴ位置に操作されたと判定し、ロックスイッチ４１からの信号の有無によってゲートロックレバーがロック位置にあると判定した場合に、内部バッテリ駆動制御を開始するようになっている。すなわち、コントローラ４７は、リレー４５の接点を閉状態、リレー４６，５５の接点を開状態に制御するとともに、昇降圧器４３へ昇圧の指令を出力する。昇降圧器４３は、この指令に応じて、バッテリ装置７からの直流の電圧２００Ｖ程度を３００Ｖ程度まで昇圧するようになっている。また、コントローラ４７は、ダイヤル６５で指示された目標回転数の指令をインバータ４２へ出力する。インバータ４２は、この指令に応じて、電動モータ２５の実回転数が目標回転数となるように、電動モータ２５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４７は、例えば、電動モータ２５の駆動中、圧力スイッチ３９からの信号の有無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４２へ出力する。インバータ４２は、この指令に応じて、電動モータ２５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２５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４７は、例えば、電動モータ２５の駆動中、バッテリコントローラ６２から受信したバッテリ系統６０の蓄電残量が予め設定された所定値（例えば最大蓄電量の２０％）未満であるかどうかを判定し、所定値未満である場合に、インバータ４２へ停止の指令を出力する。また、バッテリコントローラ６２からエラー信号を受信した場合に（言い換えれば、バッテリ系統６０に異常が生じたときに）、インバータ４２へ停止の指令を出力する。また、キースイッチ６４からの信号によってキースイッチ６４がＯＦＦ位置に操作されたと判定した場合に、インバータ４２へ停止の指令を出力する。インバータ４２は、この指令に応じて、電動モータ２５を停止させるようになっている。

（２）内部バッテリ充電制御
インバータ装置２６のコントローラ４７は、例えば、キースイッチ６４からの信号によってキースイッチ６４がＯＦＦ位置にあると判定し、充電スイッチ６６からの信号の有無によって充電スイッチ６６がＯＮ位置に操作されたと判定し、コネクタ５３Ａ又は５３Ｂに設けられた接続検出回路（図示せず）からの信号の有無によって外部電源が接続されたと判定した場合に、内部バッテリ充電制御を開始するようになっている。すなわち、コントローラ４７は、リレー４５，４６の接点を閉状態、リレー５５の接点を開状態に制御するとともに、昇降圧器４３へ降圧の指令を出力する。昇降圧器４３は、この指令に応じて、整流器４４からの直流の電圧を降圧してバッテリ装置７に供給するようになっている。

また、コントローラ４７は、例えば、バッテリ装置７の充電中、バッテリコントローラ６２から受信したバッテリ系統６０の蓄電残量が最大値に達したかどうかを判定し、最大値に達した場合に、昇降圧器４３へ停止の指令を出力する。また、外部電源からの電力供給が一定時間無い場合、若しくはバッテリコントローラ６２からエラー信号を受信した場合に（言い換えれば、バッテリ系統６０に異常が生じたときに）、昇降圧器４３へ停止の指令を出力する。また、充電スイッチ６６からの信号の有無によって充電スイッチ６６がＯＦＦ位置に操作されたと判定した場合に、昇降圧器４３へ停止の指令を出力する。昇降圧器４３は、この指令に応じて、充電を停止させるようになっている。

（３）外部給電制御
インバータ装置２６のコントローラ４７は、例えば、キースイッチ６４からの信号によってキースイッチ６４がＯＦＦ位置にあると判定し、外部給電スイッチ６７からの信号の有無によって外部給電スイッチ６７がＯＮ位置に操作されたと判定し、コネクタ５６に設けられた接続検出回路（図示せず）からの信号の有無によって他機が接続されたと判定した場合に、外部給電制御を開始するようになっている。すなわち、コントローラ４７は、リレー４５，４６の接点を開状態、リレー５５の接点を閉状態に制御する。これにより、外部給電回路を介してバッテリ装置の電力を他機に供給するようになっている。

また、コントローラ４７は、例えば、外部給電中、バッテリコントローラ６２から受信したバッテリ系統６０の蓄電残量が予め設定された所定値（例えば最大蓄電量の２０％）未満であるかどうかを判定し、所定値未満である場合に、リレー５５の接点を開状態に制御する。また、バッテリコントローラ６２からエラー信号を受信した場合に（言い換えれば、バッテリ系統６０に異常が生じたときに）、リレー５５の接点を開状態に制御する。また、外部給電スイッチ６７からの信号の有無によって外部給電スイッチ６６がＯＦＦ位置に操作されたと判定した場合に、リレー５５の接点を開状態に制御する。これにより、他機への給電を停止させるようになっている。

なお、例えば図７（ｂ）で示すように電動式油圧ショベル１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃを接続して、電動式油圧ショベル１００Ｂのインバータ装置２６のコントローラ４７が内部バッテリ充電制御と外部給電制御を同時に行うことも可能である。この場合には、電動式油圧ショベル１００Ｂのインバータ装置２６のコントローラ４７は、リレー４５，４６，５５の接点を閉状態に制御する。

次に、本実施形態の動作及び作用効果を説明する。

例えば複数の電動式油圧ショベルが同じ工事現場で稼働しており、そのうちの一つの電動式油圧ショベル１００Ａのバッテリ装置７の蓄電残量が十分であるものの、他の電動式油圧ショベル１００Ｂのバッテリ装置７の蓄電残量が無くなった場合を想定する。まず、電動式油圧ショベル１００Ａを走行させて電動式油圧ショベル１００Ｂの近傍に配置し、その後、電動式油圧ショベル１００Ａの外部給電用コネクタ５６と電動式油圧ショベル１００Ｂの受電用コネクタ５３Ｂを、接続ケーブル５７を介し接続する。そして、電動式油圧ショベル１００Ａにおいて、キースイッチ６４がＯＦＦ位置であって外部給電スイッチ６７をＯＮ位置に操作すると、インバータ装置２６は、リレー４５，４６の接点を開状態、リレー５５を閉状態に制御する。また、電動式油圧ショベル１００Ｂにおいて、キースイッチ６４がＯＦＦ位置にあって充電スイッチ６６をＯＮ位置に操作すると、インバータ装置２６は、リレー４５，４６の接点を開状態、リレー５５を閉状態に制御する。これにより、電動式油圧ショベル１００Ａのバッテリ装置７から電動式油圧ショベル１００Ｂのバッテリ装置７への給電を行うことができ、電動式油圧ショベル１００Ｂを救援することができる。

また、電動式油圧ショベル１００Ａにおいては、外部給電中、インバータ装置２６は、バッテリ装置７の状態を監視し、バッテリ装置７の蓄電残量が所定値未満となるか若しくはバッテリ装置７に異常が生じたときに、リレー５５の接点を開状態に制御する。これにより、自機が窮地に陥ることなく、他機を救援することができる。

本発明の第２の実施形態を図８により説明する。図８は、本実施形態におけるインバータ装置の構成と関連機器を表すブロック図である。なお、上記第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施形態では、上記第１の実施形態の受電用のコネクタ５３Ｂ及び外部給電用のコネクタ５６に代えて、受電・外部給電兼用のコネクタ６９が設けられている。また、コネクタ６９とバッテリ装置７との間でインバータ装置２６をバイパスするようにバイパス配線７０が接続されており、このバイパス配線７０にリレー５５の接点が介在している。なお、バイパス配線７０、リレー５５、及びコネクタ６９は、外部給電回路５８Ａを構成している。

上記第１の実施形態と同様、インバータ装置２６のコントローラ４７は、内部バッテリ駆動制御を行う場合に、リレー４５の接点を閉状態、リレー４６，５５の接点を開状態に制御する。また、内部バッテリ充電制御を行う場合に、リレー４５，４６の接点を閉状態、リレー５５の接点を開状態に制御する。また、外部給電制御を行う場合に、リレー４５，４６の接点を開状態、リレー５５を閉状態に制御する。そして、外部給電中、バッテリ系統６０の状態を監視し、バッテリ系統６０の蓄電残量が予め設定された所定値未満となるか若しくはバッテリ系統６０に異常が生じたときに、リレー５５を開状態に制御するようになっている。

以上のように構成された本実施形態においても、上記第１の実施形態と同様、自機搭載のバッテリ装置から外部への給電を行うことができ、他機を救援することができる。また、本実施形態においては、上記第１の実施形態と比べて、部品点数を削減することができ、コスト低減を図ることができる。

なお、上記第１及び第２の実施形態においては、インバータ装置２６が、内部バッテリ駆動制御、内部バッテリ充電制御、及び外部給電制御を選択的に行うような構成を例にとって説明したが、これに限られず、例えば、インバータ装置２６が、内部バッテリ駆動制御及び内部バッテリ充電制御を選択的に行うような構成とし、インバータ装置２６以外の制御部（例えばバッテリ装置７のバッテリコントローラ６２等）が、外部給電制御を行うような構成としてもよい。すなわち、バッテリコントローラ６２は、外部給電スイッチ６７からの信号等を入力し、これに応じてリレー５５の接点を制御するように構成してもよい。そして、外部給電スイッチ６７で外部給電制御が指示された場合、リレー５５の接点を閉状態に制御しつつバッテリ系統６０の状態を監視し、バッテリ系統６０の蓄電残量が予め設定された所定値未満となるか若しくはバッテリ系統６０に異常が生じたときに、リレー５５の接点を開状態に制御してもよい。このような変形例においても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記第１及び第２の実施形態においては、バッテリ装置７は、１つのバッテリ系統６０と、このバッテリ系統６０に対応する電流センサ６１、バッテリコントローラ６２、及び残量表示器６３とを備えた場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば図９で示すバッテリ装置７Ａのように、複数のバッテリ系統６０Ａ，６０Ｂと、バッテリ系統６０Ａに対応する電流センサ６１Ａ、バッテリコントローラ６２Ａ、及び残量表示器６３Ａと、バッテリ系統６０Ｂに対応する電流センサ６１Ｂ、バッテリコントローラ６２Ｂ、及び残量表示器６３Ｂと、バッテリコントローラ６２Ａ，６２Ｂによって制御され、バッテリ系統６０Ａ，６０Ｂのうちの１つを選択的にインバータ装置２６及び外部給電回路５８（又は５８Ａ）に接続するための開閉器７１Ａ，７１Ｂとを備えてもよい。このような変形例においても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本変形例においては、バッテリ装置７Ａが複数のバッテリ系統を有することから、自機の蓄電残量が無くなるのを防止することができる。また、他機に給電するための蓄電量を確保することができる。

また、上記第１及び第２の実施形態においては、特に説明しなかったが、インバータ装置２６は、例えば外部電源の電力により電動モータを駆動する外部電源駆動制御なども、選択的に行えるように構成してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

なお、以上においては、本発明の適用対象である電動式油圧ショベルは、作業装置用油圧アクチュエータ（詳細には、ブーム用油圧シリンダ１９、アーム用油圧シリンダ２０、バケット用油圧シリンダ２１）以外の油圧アクチュエータとして、左右の走行用油圧モータ１３Ａ，１３Ｂ及び旋回用油圧モータ等を備えた場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば左右の走行用油圧モータ１３Ａ，１３Ｂに代えて、バッテリ装置７からの供給電力によって駆動する左右の走行用電動モータを備えてもよい。また、例えば旋回用油圧モータに代えて、バッテリ装置７からの供給電力によって駆動する旋回用電動モータを備えてもよい。また、電動式油圧ショベルに限られず、他の電動式建設機械に適用してもよいことは言うまでもない。

７，７Ａバッテリ装置
１３Ａ，１３Ｂ走行用油圧モータ
１９ブーム用油圧シリンダ
２０アーム用油圧シリンダ
２１バケット用油圧シリンダ
２５電動モータ
２６インバータ装置
２７油圧ポンプ
５３Ａ，５３Ｂ受電用のコネクタ
５４分岐配線
５５第３のリレー
５６外部給電用のコネクタ
５８，５８Ａ外部給電回路
５９リチウムイオンバッテリ
６０，６０Ａ，６０Ｂバッテリ系統
６７外部給電スイッチ
６９バイパス配線
７０受電・外部給電兼用のコネクタ
７１Ａ，７１Ｂ開閉器
１００，１００Ａ，１００Ｂ電動式油圧ショベル

Claims

電動モータと、
前記電動モータによって駆動する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから吐出された圧油により駆動する複数の油圧アクチュエータと、
自機に搭載され、複数のリチウムイオンバッテリを有するバッテリ装置と、
前記バッテリ装置からの電力により前記電動モータを駆動制御する内部バッテリ駆動制御機能、及び受電用のコネクタを介して接続された外部電源からの電力により前記バッテリ装置を充電制御する内部バッテリ充電制御機能を有するインバータ装置と、を備えた電動式建設機械において、
前記バッテリ装置の電力を他機へ供給する外部給電制御を指示可能な指示手段と、
他機に接続可能な外部給電用のコネクタとリレーを有し、前記リレーの接点が閉状態に制御された場合に前記バッテリ装置の電力を他機へ供給可能な外部給電回路と、
前記指示手段で外部給電制御が指示された場合、前記リレーの接点を閉状態に制御しつつ前記バッテリ装置の状態を監視し、前記バッテリ装置の蓄電残量が予め設定された所定値未満となるか若しくは前記バッテリ装置に異常が生じたときに、前記リレーの接点を開状態に制御する外部給電制御手段とを備えたことを特徴とする電動式建設機械。
請求項１記載の電動式建設機械において、
前記外部給電回路は、前記インバータ装置と前記バッテリ装置との間の配線から分岐するように接続された分岐配線を有し、前記リレーの接点が前記分岐配線に介在するとともに、前記外部給電用のコネクタが前記分岐配線の先端部に設けられたことを特徴とする電動式建設機械。
請求項１記載の電動式建設機械において、
前記受電用のコネクタは、前記外部給電用のコネクタを兼ねており、
前記外部給電回路は、前記コネクタと前記バッテリ装置との間で前記インバータ装置をバイパスするように接続されたバイパス配線を有し、前記リレーの接点が前記バイパス配線に介在したことを特徴とする電動式建設機械。
請求項１〜３のいずれか１項記載の電動式建設機械において、
前記バッテリ装置は、前記リチウムイオンバッテリが直列接続されたバッテリ系統を複数有し、前記複数のバッテリ系統のうちのいずれか１つを選択的に前記インバータ装置及び前記外部給電回路に接続するように、前記複数のバッテリ系統の接続状態を切換える接続切換手段をさらに有することを特徴とする電動式建設機械。