蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置
【課題】内部抵抗値の測定用の特別な機能やシーケンスを備えることなく、負荷の通常の稼働中に蓄電器の内部抵抗値を測定することのできる、蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を提供することを課題とする。
【解決手段】蓄電器の内部抵抗の測定方法は、昇降圧コンバータに接続され、当該昇降圧コンバータによって充放電の制御が行われる蓄電器の内部抵抗の測定方法であって、前記昇降圧コンバータによる充放電の切替に伴う前記蓄電器の端子間電圧値の変化量を測定する電圧値検出工程と、前記昇降圧コンバータによる充放電の切替時に、前記蓄電器と前記昇降圧コンバータの間に通流する電流の値を検出する電流値検出工程と、前記電圧値検出工程で変化量として検出される電圧値を前記電流値検出工程で検出される電流値で除算して得る抵抗値を前記蓄電器の内部抵抗値として導出する内部抵抗導出工程とを含む。
【解決手段】蓄電器の内部抵抗の測定方法は、昇降圧コンバータに接続され、当該昇降圧コンバータによって充放電の制御が行われる蓄電器の内部抵抗の測定方法であって、前記昇降圧コンバータによる充放電の切替に伴う前記蓄電器の端子間電圧値の変化量を測定する電圧値検出工程と、前記昇降圧コンバータによる充放電の切替時に、前記蓄電器と前記昇降圧コンバータの間に通流する電流の値を検出する電流値検出工程と、前記電圧値検出工程で変化量として検出される電圧値を前記電流値検出工程で検出される電流値で除算して得る抵抗値を前記蓄電器の内部抵抗値として導出する内部抵抗導出工程とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充放電が繰り返し行われる蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、二次電池として用いられる蓄電器として、静電的に電荷を蓄積又は放出するコンデンサが挙げられる。コンデンサは、負荷の要求に応じて充放電を繰り返すことにより、電気エネルギの蓄積又は放出を行う。
【０００３】
このようなコンデンサの性能は、一般的に静電容量値や内部抵抗値によって判断される。これらの値のうち、静電容量値は内部抵抗値によっても変化する値であり、また、内部抵抗値はコンデンサの劣化に伴い増大するため、劣化の進行度合を把握するためには内部抵抗値を測定することが必要である。
【０００４】
このような内部抵抗値を測定する手法の一つとして、コンデンサの充電後に、充電停止状態においてコンデンサ電圧を測定し、所定期間の一定電流による放電の後に放電を停止し、この放電停止時にコンデンサ電圧を再度測定して内部抵抗値を測定する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００８−０６６３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述のような測定手法を実現するためには、例えば、力行運転及び回生運転を行うモータ等の負荷に、測定のために必要な動作を行わせる必要がある。
【０００６】
このため、測定中には負荷の稼働の中断や動作の制限が必要になり、負荷の稼働に影響が生じるという課題があった。
【０００７】
また、内部抵抗値の測定に際して一定電流による放電を行う必要があるため、一定電流での放電動作を実現するための機能やシーケンスが必要になる。
【０００８】
しかしながら、蓄電器を含む機器が上述のような一定電流で放電する機能やシーケンスを備えない機器である場合は、内部抵抗値を測定するためだけに一定電流で放電する機能やシーケンスを備える必要があった。
【０００９】
このような場合には、内部抵抗値を測定するためだけに、通常の稼働時には利用しない機能を備える必要が生じるという課題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、内部抵抗値の測定用の特別な機能やシーケンスを備えることなく、負荷の通常の稼働中に蓄電器の内部抵抗値を測定することのできる、蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一局面の蓄電器の内部抵抗の測定方法は、昇降圧コンバータに接続され、当該昇降圧コンバータによって充放電の制御が行われる蓄電器の内部抵抗の測定方法であって、前記昇降圧コンバータによる充放電の切替に伴う前記蓄電器の端子間電圧値の変化量を測定する電圧値検出工程と、前記昇降圧コンバータによる充放電の切替時に、前記蓄電器と前記昇降圧コンバータの間に通流する電流の値を検出する電流値検出工程と、前記電圧値検出工程で変化量として検出される電圧値を前記電流値検出工程で検出される電流値で除算して得る抵抗値を前記蓄電器の内部抵抗値として導出する内部抵抗導出工程とを含む。
【００１２】
また、前記電圧値検出工程は、充放電の切替期間の開始時の第１端子間電圧値と、充放電の切替期間の終了時の第２端子間電圧値との変化量を検出する工程であってもよい。
【００１３】
また、前記電流値検出工程は、充放電の前後の所定期間内における電流値の平均値を検出する工程であってもよい。
【００１４】
また、前記電流値検出工程は、充放電の前後の所定期間内における電流値を直線近似して得る電流値を検出する工程であってもよい。
【００１５】
本発明の一局面の内部抵抗測定装置は、昇降圧コンバータに接続され、当該昇降圧コンバータによって充放電の制御が行われる蓄電器の内部抵抗を測定する内部抵抗測定装置であって、前記昇降圧コンバータの充放電の切替を検知する切替検知部と、前記切替検知部によって充放電の切替が検知されると、充放電の切替に伴う前記蓄電器の端子間電圧値の変化量を測定する電圧値検出部と、前記切替検知部によって充放電の切替が検知されると、前記蓄電器と前記昇降圧コンバータの間に通流する電流の値を検出する電流値検出部と、前記電圧値検出部によって変化量として検出される電圧値を前記電流値検出部によって検出される電流値で除算して得る抵抗値を前記蓄電器の内部抵抗値として導出する内部抵抗導出部とを含む。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、内部抵抗値の測定用の特別な機能やシーケンスを備えることなく、負荷の通常の稼働中に蓄電器の内部抵抗値を測定することのできる、蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を提供できるという特有の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用した実施の形態について説明する。ここでは、本実施の形態の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置の処理内容を分かり易くするために、本実施の形態の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置をハイブリッド型建設機械に適用した例（適用例）について説明を行う。
【００１８】
［実施の形態１］
実施の形態１の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用したハイブリッド型建設機械の適用例について説明するにあたり、まず、図１及び図２を用いてハイブリッド型建設機械の基本構成を説明する。
【００１９】
図１は、実施の形態１の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用したハイブリッド型建設機械を示す側面図である。
【００２０】
このハイブリッド型建設機械の下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。また、上部旋回体３には、ブーム４、アーム５、及びバケット６と、これらを油圧駆動するためのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９に加えて、キャビン１０及び動力源が搭載される。
【００２１】
「全体構成」
図２は、実施の形態１の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用したハイブリッド型建設機械の構成を表すブロック図である。この図２では、機械的動力系を二重線、高圧油圧ラインを実線、パイロットラインを破線、電気駆動・制御系を一点鎖線でそれぞれ示す。
【００２２】
機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、ともに増力機としての減速機１３の入力軸に接続されている。また、この減速機１３の出力軸には、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。
【００２３】
コントロールバルブ１７は、実施の形態１の建設機械における油圧系の制御を行う制御装置であり、このコントロールバルブ１７には、下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９が高圧油圧ラインを介して接続される。
【００２４】
また、電動発電機１２には、インバータ１８及び昇降圧コンバータ１００を介して蓄電器としてのバッテリ１９が接続される。このインバータ１８と昇降圧コンバータ１００との間は、ＤＣバス１１０によって接続されている。
【００２５】
また、ＤＣバス１１０には、インバータ２０を介して旋回用電動機２１が接続されている。ＤＣバス１１０は、バッテリ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間で電力の授受を行うために配設されている。
【００２６】
ＤＣバス１１０には、ＤＣバス１１０の電圧値（以下、ＤＣバス電圧値と称す）を検出するためのＤＣバス電圧検出部１１１が配設されている。検出されるＤＣバス電圧値は、コントローラ３０に入力される。
【００２７】
また、バッテリ１９には、バッテリ電圧値を検出するためのバッテリ電圧検出部１０６と、バッテリ電流値を検出するためのバッテリ電流検出部１０７が配設されている。これらによって検出されるバッテリ電圧値とバッテリ電流値は、コントローラ３０に入力される。
【００２８】
旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回減速機２４が接続される。また、パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続される。
【００２９】
操作装置２６には、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及びレバー操作検出部としての圧力センサ２９がそれぞれ接続される。この圧力センサ２９には、実施の形態１の適用例であるハイブリッド型建設機械の電気系の駆動制御を行うコントローラ３０が接続されている。
【００３０】
このようなハイブリッド型建設機械は、エンジン１１、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１を動力源とするハイブリッド型建設機械である。これらの動力源は、図１に示す上部旋回体３に搭載される。以下、各部について説明する。
【００３１】
「各部の構成」
エンジン１１は、例えば、ディーゼルエンジンで構成される内燃機関であり、その出力軸は減速機１３の一方の入力軸に接続される。このエンジン１１は、建設機械の運転中は常時運転される。
【００３２】
電動発電機１２は、電動（アシスト）運転及び発電運転の双方が可能な電動機であればよい。ここでは、電動発電機１２として、インバータ２０によって交流駆動される電動発電機を示す。この電動発電機１２は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ(Interior Permanent Magnetic)モータで構成することができる。電動発電機１２の回転軸は減速機１３の他方の入力軸に接続される。
【００３３】
減速機１３は、２つの入力軸と１つの出力軸を有する。２つの入力軸の各々には、エンジン１１の駆動軸と電動発電機１２の駆動軸が接続される。また、出力軸にはメインポンプ１４の駆動軸が接続される。エンジン１１の負荷が大きい場合には、電動発電機１２が電動（アシスト）運転を行い、電動発電機１２の駆動力が減速機１３の出力軸を経てメインポンプ１４に伝達される。これによりエンジン１１の駆動がアシストされる。一方、エンジン１１の負荷が小さい場合は、エンジン１１の駆動力が減速機１３を経て電動発電機１２に伝達されることにより、電動発電機１２が発電運転による発電を行う。電動発電機１２の力行運転と発電運転の切り替えは、コントローラ３０により、エンジン１１の負荷等に応じて行われる。
【００３４】
メインポンプ１４は、コントロールバルブ１７に供給するための油圧を発生するポンプである。この油圧は、コントロールバルブ１７を介して油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９の各々を駆動するために供給される。
【００３５】
パイロットポンプ１５は、油圧操作系に必要なパイロット圧を発生するポンプである。この油圧操作系の構成については後述する。
【００３６】
コントロールバルブ１７は、高圧油圧ラインを介して接続される下部走行体１用の油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９の各々に供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御することにより、これらを油圧駆動制御する油圧制御装置である。
【００３７】
インバータ１８は、上述の如く電動発電機１２と昇降圧コンバータ１００との間に設けられ、コントローラ３０からの指令に基づき、電動発電機１２の運転制御を行う。これにより、インバータ１８が電動発電機１２を電動運転している際には、必要な電力をバッテリ１９と昇降圧コンバータ１００からＤＣバス１１０を介して電動発電機１２に供給する。また、電動発電機１２を発電運転している際には、電動発電機１２により発電された電力をＤＣバス１１０及び昇降圧コンバータ１００を介してバッテリ１９に充電する。
【００３８】
バッテリ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してインバータ１８及びインバータ２０に接続されている。これにより、電動発電機１２の電動（アシスト）運転と旋回用電動機２１の力行運転との少なくともどちらか一方が行われている際には、電動（アシスト）運転又は力行運転に必要な電力を供給するとともに、また、電動発電機１２の発電運転と旋回用電動機２１の回生運転の少なくともどちらか一方が行われている際には、発電運転又は回生運転によって発生した電力を電気エネルギとして蓄積するための電源である。
【００３９】
このバッテリ１９の充放電制御は、バッテリ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づき、昇降圧コンバータ１００によって行われる。この昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、バッテリ電圧検出部１０６によって検出されるバッテリ電圧値、及びバッテリ電流検出部１０７によって検出されるバッテリ電流値に基づき、コントローラ３０によって行われる。
【００４０】
インバータ２０は、上述の如く旋回用電動機２１と昇降圧コンバータ１００との間に設けられ、コントローラ３０からの指令に基づき、旋回用電動機２１に対して運転制御を行う。これにより、インバータが旋回用電動機２１の力行を運転制御している際には、必要な電力をバッテリ１９から昇降圧コンバータ１００を介して旋回用電動機２１に供給する。また、旋回用電動機２１が回生運転をしている際には、旋回用電動機２１により発電された電力を昇降圧コンバータ１００を介してバッテリ１９へ充電する。図２には、旋回電動機（１台）及びインバータ（１台）を含む実施の形態を示すが、その他マグネット機構や旋回機構部以外の駆動部として備えることで、複数の電動機及び複数のインバータをＤＣバス１１０に接続するようにしてもよい。
【００４１】
昇降圧コンバータ１００は、一側がＤＣバス１１０を介して電動発電機１２及び旋回用電動機２１に接続されるとともに、他側がバッテリ１９に接続されており、ＤＣバス電圧値が一定の範囲内に収まるようにを昇圧又は降圧を切り替える制御を行う。電動発電機１２が電動（アシスト）運転を行う場合には、インバータ１８を介して電動発電機１２に電力を供給する必要があるため、ＤＣバス電圧値を昇圧する必要がある。一方、電動発電機１２が発電運転を行う場合には、発電された電力をインバータ１８を介してバッテリ１９に充電する必要があるため、ＤＣバス電圧値を降圧する必要がある。これは、旋回用電動機２１の力行運転と回生運転においても同様であり、その上、電動発電機１２はエンジン１１の負荷状態に応じて運転状態が切り替えられ、旋回用電動機２１は上部旋回体３の旋回動作に応じて運転状態が切り替えられるため、電動発電機１２と旋回用電動機２１には、いずれか一方が電動（アシスト）運転又は力行運転を行い、他方が発電運転又は回生運転を行う状況が生じうる。
【００４２】
このため、昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２と旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える制御を行う。この制御手法については、図２を用いて説明する。
【００４３】
ＤＣバス１１０は、２つのインバータ１８及び２０と昇降圧コンバータとの間に配設されており、バッテリ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間で電力の授受が可能に構成されている。
【００４４】
ＤＣバス電圧検出部１１１は、ＤＣバス電圧値を検出するための電圧検出部である。検出されるＤＣバス電圧値はコントローラ３０に入力され、このＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収めるための昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。
【００４５】
バッテリ電圧検出部１０６は、バッテリ１９の電圧値を検出するための電圧検出部であり、バッテリの充電状態を検出するために用いられる。検出されるバッテリ電圧値は、コントローラ３０に入力され、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。
【００４６】
バッテリ電流検出部１０７は、バッテリ１９の電流値を検出するための電流検出部である。バッテリ電流値は、バッテリ１９から昇降圧コンバータ１００に流れる電流を正の値として検出される。検出されるバッテリ電流値は、コントローラ３０に入力され、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。
【００４７】
旋回用電動機２１は、力行運転及び回生運転の双方が可能な電動機であればよく、上部旋回体３の旋回機構２を駆動するために設けられている。力行運転の際には、旋回用電動機２１の回転駆動力の回転力が減速機２４にて増幅され、上部旋回体３が加減速制御され回転運動を行う。また、上部旋回体３の慣性回転により、減速機２４にて回転数が増加されて旋回用電動機２１に伝達され、回生電力を発生させることができる。ここでは、旋回用電動機２１として、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御信号によりインバータ２０によって交流駆動される電動機を示す。この旋回用電動機２１は、例えば、磁石埋込型のＩＰＭモータで構成することができる。これにより、より大きな誘導起電力を発生させることができるので、回生時に旋回用電動機２１にて発電される電力を増大させることができる。
【００４８】
レゾルバ２２は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転位置及び回転角度を検出するセンサであり、旋回用電動機２１と機械的に連結することで旋回用電動機２１の回転前の回転軸２１Ａの回転位置と、左回転又は右回転した後の回転位置との差を検出することにより、回転軸２１Ａの回転角度及び回転方向を検出するように構成されている。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転角度を検出することにより、旋回機構２の回転角度及び回転方向が導出される。また、図２にはレゾルバ２２を取り付けた形態を示すが、電動機の回転センサを有しないインバータ制御方式を用いてもよい。
【００４９】
メカニカルブレーキ２３は、機械的な制動力を発生させる制動装置であり、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａを機械的に停止させる。このメカニカルブレーキ２３は、電磁式スイッチにより制動／解除が切り替えられる。この切り替えは、コントローラ３０によって行われる。
【００５０】
旋回減速機２４は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転速度を減速して旋回機構２に機械的に伝達する減速機である。これにより、力行運転の際には、旋回用電動機２１の回転力を増力させ、より大きな回転力として旋回体へ伝達することができる。これとは逆に、回生運転の際には、旋回体で発生した回転数を増加させ、より多くの回転動作を旋回用電動機２１に発生させることができる。
【００５１】
旋回機構２は、旋回用電動機２１のメカニカルブレーキ２３が解除された状態で旋回可能となり、これにより、上部旋回体３が左方向又は右方向に旋回される。
【００５２】
操作装置２６は、旋回用電動機２１、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６を操作するための操作装置であり、レバー２６Ａ及び２６Ｂとペダル２６Ｃを含む。レバー２６Ａは、旋回用電動機２１及びアーム５を操作するためのレバーであり、上部旋回体３の運転席近傍に設けられる。レバー２６Ｂは、ブーム４及びバケット６を操作するためのレバーであり、運転席近傍に設けられる。また、ペダル２６Ｃは、下部走行体１を操作するための一対のペダルであり、運転席の足下に設けられる。
【００５３】
この操作装置２６は、パイロットライン２５を通じて供給される油圧（１次側の油圧）を運転者の操作量に応じた油圧（２次側の油圧）に変換して出力する。操作装置２６から出力される２次側の油圧は、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７に供給されるとともに、圧力センサ２９によって検出される。
【００５４】
レバー２６Ａ及び２６Ｂとペダル２６Ｃの各々が操作されると、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７が駆動され、これにより、油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９内の油圧が制御されることによって、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６が駆動される。
【００５５】
なお、油圧ライン２７は、油圧モータ１Ａ及び１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダの駆動に必要な油圧をコントロールバルブに供給する。
【００５６】
圧力センサ２９では、操作装置２６に対して旋回機構２を旋回させるための操作が入力されると、この操作量を油圧ライン２８内の油圧の変化として検出する。圧力センサ２９は、油圧ライン２８内の油圧を表す電気信号を出力する。これにより、操作装置２６に入力される旋回機構２を旋回させるための操作量を的確に把握することができる。この電気信号は、コントローラ３０に入力され、旋回用電動機２１の駆動制御に用いられる。また、ここでは、レバー操作検出部としての圧力センサを用いるハイブリッド型建設機械について説明するが、操作装置２６に入力される旋回機構２を旋回させるための操作量をそのまま電気信号で読み取るセンサを用いてもよい。
【００５７】
「コントローラ３０」
コントローラ３０は、実施の形態１の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用したハイブリッド型建設機械の駆動制御を行う制御装置であり、旋回駆動制御部４０、及び駆動制御部１２０を含み、ＣＰＵ(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、ＣＰＵが内部メモリに格納される駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される装置である。実施の形態１の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置は、このコントローラ３０の一機能として実現される測定方法及び測定装置である。
【００５８】
旋回駆動制御部４０は、圧力センサ２９から入力される信号（操作装置２６に入力される旋回機構２を旋回させるための操作量を表す信号）を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。
【００５９】
駆動制御部１２０は、電動発電機１２の運転制御（電動（アシスト）運転又は発電運転の切り替え）、及び、昇降圧コンバータ１００を駆動制御することによるバッテリ１９の充放電制御を行うための制御装置である。駆動制御部１２０は、バッテリ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、及び旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づいて、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行い、これによりバッテリ１９の充放電制御を行う。
【００６０】
この昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、バッテリ電圧検出部１０６によって検出されるバッテリ電圧値、及びバッテリ電流検出部１０７によって検出されるバッテリ電流値に基づいてコントローラ３０によって行われる。
【００６１】
図３は、図１及び図２で説明したハイブリッド型建設機械に適用される実施の形態１の電力制御回路を示す図である。この電力制御回路は、昇降圧コンバータ１００、ＤＣバス１１０、モータ１２０、及びバッテリ１９を含み、バッテリ１９は、実施の形態１の内部抵抗測定装置によって内部抵抗値が測定される蓄電器である。
【００６２】
昇降圧コンバータ１００は、リアクトル１０１、昇圧用ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１０２Ａ、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂ、バッテリ１９を接続するための電源接続端子１０３、モータ１２０を接続するための出力端子１０４、一対の出力端子１０４に並列に挿入される平滑用のコンデンサ１０５、バッテリ電圧検出部１０６、及びバッテリ電流検出部１０７を備える。
【００６３】
昇降圧コンバータ１００の出力端子１０４とモータ１２０との間は、ＤＣバス１１０によって接続される。なお、モータ１２０は、図２における電動発電機１２と旋回用電動機２１に相当する。図３では、図の簡略化のためにインバータ１８及び２０（図２参照）を省略する。
【００６４】
リアクトル１０１は、一端が昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂの中間点に接続されるとともに、他端が電源接続端子１０３に接続されており、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴って生じる誘導起電力をＤＣバス９に供給するために設けられている。
【００６５】
昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）をゲート部に組み込んだバイポーラトランジスタで構成され、大電力の高速スイッチングが可能な半導体素子である。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、コントローラ３０からゲート端子にＰＷＭ電圧が印加されることによって駆動される。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂには、整流素子であるダイオード１０２ａ及び１０２ｂが並列接続される。
【００６６】
ここで、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂの駆動制御（充放電の切替制御）は、コントローラ３０によって行われる。このため、コントローラ３０内では、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂによる充放電の切替が検知される。
【００６７】
なお、ここでは、「充放電の切替」という文言は、放電状態から充電状態への切替、充電状態から放電状態への切替、充放電を行っていない状態から充電状態又は放電状態への切替、あるいは、充電状態又は放電状態から充放電を行っていない状態への切替を表すこととして用い、これは特許請求の範囲においても同様である。
【００６８】
バッテリ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してＤＣバス１１０との間で電力の授受が行えるように、充放電可能な蓄電器であればよい。なお、図３には、蓄電器としてバッテリ１９を示すが、バッテリ１９の代わりに、コンデンサ、充放電可能な二次電池、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源を蓄電器として用いてもよい。
【００６９】
電源接続端子１０３及び出力端子１０４は、バッテリ１９及びモータ１２０が接続可能な端子であればよい。一対の電源接続端子１０３の間には、バッテリ電圧を検出するバッテリ電圧検出部１０６が接続される。一対の出力端子１０４の間には、ＤＣバス電圧を検出するＤＣバス電圧検出部１１１が接続される。
【００７０】
バッテリ電圧検出部１０６は、バッテリ１９の電圧値Ｖｍを検出し、ＤＣバス電圧検出部１１１は、ＤＣバス１１０の電圧（以下、ＤＣバス電圧Ｖｄｃ）を検出する。
【００７１】
出力端子１０４に接続される負荷であるモータ１２０は、力行運転及び回生運転が可能な電動機であればよく、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ(Interior Permanent Magnetic)モータで構成することができる。図３には、直流駆動用のモータ１２０を示すが、インバータを介して交流駆動されるモータであってもよい。
【００７２】
平滑用のコンデンサ１０５は、出力端子１０４の正極端子と負極端子との間に挿入され、ＤＣバス電圧を平滑化できる蓄電素子であればよい。
【００７３】
バッテリ電流検出部１０７は、バッテリ１９に通流する電流の値を検出可能な検出部であればよく、電流検出用の抵抗器を含む。このバッテリ電流検出部１０７は、バッテリ１９に通流する電流値Ｉを検出する。
【００７４】
なお、実施の形態１の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置では、バッテリ１９からＤＣバス１１０に電流を供給する方向の電流値を正とし、ＤＣバス１１０からバッテリ１９に電流を供給する方向の電流値を負とする。すなわち、バッテリ１９を放電する際の電流値が正となり、バッテリ１９を充電する際の電流値が負となる。
【００７５】
「昇降圧動作」
このような昇降圧コンバータ１００において、ＤＣバス１１０を昇圧する際には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのゲート端子にＰＷＭ電圧を印加し、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂに並列に接続されたダイオード１０２ｂを介して、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴ってリアクトル１０１に発生する誘導起電力をＤＣバス１１０に供給する。これにより、ＤＣバス１１０が昇圧される。
【００７６】
また、ＤＣバス１１０を降圧する際には、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂのゲート端子にＰＷＭ電圧を印加し、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂを介して、モータ１２０によって発生される回生電力をＤＣバス１１０からバッテリ１９に供給する。これにより、ＤＣバス１１０に蓄積された電力がバッテリ１９に充電され、ＤＣバス１１０が降圧される。
【００７７】
ここで、実施の形態１の昇降圧コンバータ１００は、ハイブリッド型建設用機械に適用した場合、バッテリ１９の電圧値：約１００〜５００Ｖ、出力端子１０４における出力定格電圧：約２００〜４００Ｖ、定格出力：約数十ｋＷ、瞬時最大出力電力：±１００ｋＷ、定格電流：±百Ａ、及び、瞬時最大電流：±百Ａの仕様値の範囲で用いられる。
【００７８】
「内部抵抗値の測定」
バッテリ１９の内部抵抗値の測定は、実施の形態１の内部抵抗測定装置として機能するコントローラ３０によって行われる。
【００７９】
図４は、実施の形態１におけるバッテリ１９の等価回路を示す図である。バッテリ１９は、容量１３１と内部抵抗１３２に分けることができる。バッテリ１９の端子間電圧値Ｖｍは、容量１３１の充電電圧値Ｖｃと内部抵抗１３２での電圧降下分Ｖｒとの和となる。ここで、内部抵抗１３２の抵抗値をＲ、バッテリ１９に通流する電流をＩとすると、Ｖｒ＝Ｒ×Ｉと表すことができる。
【００８０】
図５は、実施の形態１におけるバッテリ１９に通流する電流Ｉの有無によるバッテリ１９の端子間電圧値Ｖｍの変化を表す図である。
【００８１】
バッテリ１９に電流が通流していないとき（Ｉ＝０のとき）は、内部抵抗１３２による電圧降下が生じないため、バッテリ１９の端子間電圧値Ｖｍは、容量１３１の充電電圧値Ｖｃに等しくなる。
【００８２】
時刻ｔ＝ｔａにおいて、バッテリ１９に通流する電流値がΔＩとなると、内部抵抗３１２における電圧降下が生じ、その値は（−Ｒ×ΔＩ（Ｖ））となる。これにより、バッテリ１９の端子間電圧値Ｖｍは電圧降下分だけ低下し、Ｖｍ＝Ｖｃ−Ｒ×ΔＩ（Ｖ）となる。この電圧降下値がバッテリ１９の端子間電圧値の変化量である。
【００８３】
このため、通電前の端子間電圧Ｖｍ、通電後の端子間電圧Ｖｍ、及び電流値の変化分ΔＩを検出すれば、内部抵抗値を導出することができる。このような内部抵抗値の導出手法は、電流値が零から増大又は減少する場合に限られず、電流値の変化分が判れば、充電から放電、又は放電から充電に切り替わる際にも同様に導出することができる。
【００８４】
この図５に示す特性は、電力損失等を無視した理想的な特性であるが、ハイブリッド型建設機械の作業中には、バッテリ１９に電流が通流しない状態（Ｉ＝０）から充電状態又は放電状態に切り替わることにより、電流値Ｉが増大又は減少する状態がある。また、充電から放電への切替や、放電から充電への切替は頻繁に行われる。
【００８５】
このため、実施の形態１では、充放電の切替時にバッテリ１９の内部抵抗値を導出する。
【００８６】
図６は、実施の形態１におけるバッテリ１９の放電状態から充電状態に切り替わる際のバッテリ１９の端子間電圧値Ｖｍと電流Ｉとの関係を示す図である。なお、図６に示す特性は、数１０ミリ秒以下の微小時間における特性である。
【００８７】
時刻ｔ＝０〜ｔ１においては、バッテリ１９が放電されているため、端子間電圧値Ｖｍは低下し、電流Ｉは正の値となっている。
【００８８】
時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２の切替期間を挟んで、時刻ｔ＝ｔ２以降においてバッテリ１９は充電されるため、端子間電圧値Ｖｍは上昇し、電流Ｉは負の値となっている。ここで、ｔ１、ｔ２は電圧値及び電流値の変曲点が示される時間である。
【００８９】
ここで、放電の際は、バッテリ１９の端子間電圧値Ｖｍが電圧降下分（Ｒ×Ｉ）だけ低下するため、容量１３１の充電電圧値Ｖｃは端子間電圧値Ｖｍよりも高い。
【００９０】
また、充電の際は、バッテリ１９の端子間電圧値Ｖｍが電圧降下分（Ｒ×Ｉ）だけ上昇することになるため、容量１３１の充電電圧値Ｖｃは端子間電圧値Ｖｍよりも低い。
【００９１】
また、充放電の切替期間（ｔ＝ｔ１〜ｔ２）は、例えば、数ミリ秒程度に設定されるため、容量１３１が十分に多い場合（例えば、数１０（Ｆ））のような場合には、充放電の切替開始時である時刻ｔ＝ｔ１と、充放電の切替終了時である時刻ｔ＝ｔ２とではバッテリ１９に通流する電流Ｉは極微小である。このため、キャパシタ１３の端子間電圧は、充放電の切替開始時における値Ｖｃ１と、充放電の終了時における値Ｖｃ２とが略同一の値であり、モータ１２０の定格出力とバッテリ１９の容量（容量１３１の容量）との関係を考慮すると、その差は例えば、０．０１〜０．１％程度と無視できる程度である。
【００９２】
ここで、時刻ｔ＝ｔ１におけるバッテリ１９の端子間電圧をＶｍ１、同時刻における容量１３１の端子間電圧をＶｃ１、同時刻における内部抵抗１３２における電圧降下分をＶｒ１、同時刻における電流をＩ１、時刻ｔ＝ｔ２における端子間電圧をＶｍ２、同時刻における容量１３１の端子間電圧をＶｃ２、同時刻における内部抵抗１３２における電圧降下分をＶｒ２、同時刻における電流をＩ２とすると、以下の（１）（２）式が成立する。
【００９３】
Ｖｍ１＝Ｖｃ１＋Ｖｒ１・・・（１）
Ｖｍ２＝Ｖｃ２＋Ｖｒ２・・・（２）
ここで、充放電の切替開始時における値Ｖｃ１と、充放電の終了時における値Ｖｃ２とが略同一の値であるため、Ｖｃ１＝Ｖｃ２が成立するので、以下の（３）式を導出できる。
【００９４】
ΔＶ＝Ｖｍ２−Ｖｍ１＝Ｖｒ２−Ｖｒ１・・・（３）
また、時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２の間におけるバッテリ１９の電流値の変化分ΔＩは、（４）式で表すことができる。
【００９５】
ΔＩ＝Ｉ２−Ｉ１・・・（４）
以上より、（３）（４）式を用いると、内部抵抗１３２の抵抗値Ｒは（５）式で導出される。
【００９６】
Ｒ＝ΔＶ／ΔＩ＝（Ｖｍ２−Ｖｍ１）／（Ｉ２−Ｉ１）・・・（５）
ここで、端子間電圧値Ｖｍ１及びＶｍ２は、時刻ｔ＝ｔ１、ｔ２においてバッテリ電圧検出部１０６によって検出され、電流値Ｉ１、Ｉ２は、時刻ｔ＝ｔ１、ｔ２においてバッテリ電流検出部１０７によって検出され、すべてコントローラ３０に入力される。
【００９７】
コントローラ３０は、入力される値を表すデータを内部メモリに格納し、（１）〜（５）式に基づく演算を行うことにより、内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを導出することができる。この処理手順を図７を用いて説明する。
【００９８】
図７は、実施の形態１の蓄電器の内部抵抗の測定方法による内部抵抗値の導出手順を示す図である。この処理は、コントローラ３０のＣＰＵによって実行される。
【００９９】
コントローラ３０は、充放電の切替が行われるか否かを判定する（ステップＳ１）。この判定は、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａと降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂの駆動制御を切り替えるタイミングで検知する。なお、ステップＳ１の処理は、充放電の切替を検知するまで繰り返し実行される。
【０１００】
コントローラ３０は、充放電の切替を検知した場合は、切替開始の時刻ｔ＝ｔ１における端子間電圧値Ｖｍ１と電流値Ｉ１を測定する（ステップＳ２）。測定した端子間電圧値Ｖｍ１と電流値Ｉ１を表すデータは、コントローラ３０の内部メモリに格納される。
【０１０１】
コントローラ３０は、充放電の切替が終了するか否かを判定する（ステップＳ３）。この判定は、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａと降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂの駆動制御の切替が完了するタイミングで検知する。なお、ステップＳ３の処理は、充放電の切替を検知するまで繰り返し実行される。
【０１０２】
コントローラ３０は、充放電の切替を検知した場合は、切替開始の時刻ｔ＝ｔ２における端子間電圧値Ｖｍ２と電流値Ｉ２を測定する（ステップＳ４）。測定した端子間電圧値Ｖｍ１と電流値Ｉ１を表すデータは、コントローラ３０の内部メモリに格納される。これまでのステップＳ２〜ステップＳ４の処理により、電圧検出工程ＴＶ及び電流検出工程ＴＡが実現される。
【０１０３】
コントローラ３０は、ステップＳ２及びＳ４で測定した端子間電圧値Ｖｍ１、Ｖｍ２と電流値Ｉ１、Ｉ２を内部メモリから読み出し、（５）式を用いて内部抵抗値を導出する（ステップＳ５）。このように、コントローラ３０では、充放電の切替を検知した際に、内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを導出することができる。このステップＳ５により、内部抵抗検出工程ＴＲが実現される。
【０１０４】
次いで、コントローラ３０は、導出した内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを内部メモリに格納する（ステップＳ６）。
【０１０５】
以上で、実施の形態１の蓄電器の内部抵抗の測定方法による測定処理が終了する。
【０１０６】
このように、実施の形態１の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置によれば、バッテリ１９の充放電を切り替える際に、負荷（本適用例では電動発電機１２や旋回用電動機２１）の稼働の中断や動作の制限を行うことなく、いつでもバッテリ１９の内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを導出することができる。
【０１０７】
コントローラ３０は、バッテリ１９、インバータ１８、インバータ２０、及び昇降圧コンバータ１００の駆動制御を行っており、特に昇降圧コンバータ１００を駆動制御することによってバッテリ１９の充放電制御を行っているため、定期的に内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを導出して内部メモリに格納しておけば、例えば、内部抵抗１３２の抵抗値Ｒの増大に応じてバッテリ充電率(SOC: State Of Charge)の変更等を行うような制御処理を実現することができる。
【０１０８】
また、バッテリ１９の劣化を監視することにより、バッテリ充電率(SOC: State Of Charge)が所定値を達成できない状態になった場合には、交換時期の警報を出力するような警報処理を実現することができる。
【０１０９】
また、ここでは、実施の形態１の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び測定装置をハイブリッド型建設機械に適用した適用例について説明したが、ハイブリッド型建設機械においては、定電流を流すことができない。これは、ハイブリッド型建設機械では、電動発電機１２や旋回用電動機２１等のモータを電力制御しているため、バッテリ電圧が変化すると一定電力による制御を行っても電流の値が変化してしまうからである。
【０１１０】
従来の内部抵抗の測定方法では、定電流を通流させる必要があったため、ハイブリッド型建設機械へは適用できなかったが、実施の形態１の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用したハイブリッド型建設機械によれば、定電流を通流させることなく、作業中にバッテリ１９の充放電を切り替える際に、電動発電機１２や旋回用電動機２１等の負荷の稼働の中断や動作の制限を行うことなく、いつでもバッテリ１９の内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを導出することができるので、特別な機能やシーケンスを備えることなく、負荷の通常の稼働中にバッテリ１９の内部抵抗値を正確に測定することができ、正確に導出した内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを用いて充放電制御の制御性を向上させることができる。
【０１１１】
［実施の形態２］
図８は、実施の形態２の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置における電圧値及び電流値の処理手法を説明するための図である。この実施の形態２の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置は、実施の形態１と同様に、図１及び図２に示すハイブリッド型建設機械に適用可能である。このため、同一又は同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１１２】
実際にハイブリッド型建設機械で検出される電圧値（Ｖｍ、Ｖｃ、Ｖｒ）及び電流値（Ｉ）は、図８に示すような振れ幅のある波形となる。このため、上述のような内部抵抗値の導出手法を用いる場合には、電圧値及び電流値ともに平均値を用いた方が、より正確な内部抵抗値を導出することができる。
【０１１３】
このため、実施の形態２の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置では、時刻ｔ＝ｔ１よりもΔｔ１だけ前（時刻ｔ＝ｔ１−Δｔ１）から時刻ｔ＝ｔ１までの間の端子間電圧値Ｖｍ１を複数サンプリングし、その平均値Ｖｍ１＊を用いる点が実施の形態１と異なる。この平均値Ｖｍ１＊は、充放電の切替開始時である時刻ｔ＝ｔ１よりも時間的に少し前の値になるが、その差は微小時間であるため、充放電の切替開始時の端子間電圧値として用いることができる。
【０１１４】
同様に、時刻ｔ＝ｔ２からΔｔ２だけ後（時刻ｔ＝ｔ２＋Δｔ２）までの間の端子間電圧値Ｖｍ２を複数サンプリングし、その平均値Ｖｍ２＊を用いる。この平均値Ｖｍ２＊は、充放電の切替開始時である時刻ｔ＝ｔ２よりも時間的に少し後の値になるが、その差は微小時間であるため、充放電の切替終了時の端子間電圧値として用いることができる。
【０１１５】
また、電流値については、時刻ｔ＝ｔ１よりもΔｔ１だけ前（時刻ｔ＝ｔ１−Δｔ１）から時刻ｔ＝ｔ１までの間の電流値Ｉ１を複数サンプリングし、その平均値Ｉ１＊を用いる。この平均値Ｉ１＊は、充放電の切替開始時である時刻ｔ＝ｔ１よりも時間的に少し前の値になるが、その差は微小時間であるため、充放電の切替開始時のバッテリ１９の電流値として用いることができる。
【０１１６】
同様に、時刻ｔ＝ｔ２からΔｔ２だけ後（時刻ｔ＝ｔ２＋Δｔ２）までの間の電流値Ｉ２を複数サンプリングし、その平均値Ｉ２＊を用いる。この平均値Ｉ２＊は、充放電の切替開始時である時刻ｔ＝ｔ２よりも時間的に少し後の値になるが、その差は微小時間であるため、充放電の切替終了時のバッテリ１９の電流値として用いることができる。
【０１１７】
コントローラ３０は、（１）〜（５）式に平均値Ｖｍ１＊、Ｖｍ２＊、Ｉ１＊、及びＩ２＊を代入することにより、内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを導出する。
【０１１８】
なお、上述の平均値を導出するためにサンプリングした電圧値（Ｖｍ１、Ｖｍ２）及び電流値（Ｉ１、Ｉ２）はコントローラ３０の内部メモリに格納され、平均値を演算する際に読み込まれる。
【０１１９】
以上、実施の形態２の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置によれば、図８に示すように電圧波形及び電流波形に振れ幅があって安定しない場合でも、電圧値及び電流値の平均値を用いることにより、正確に内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを導出することができる。
【０１２０】
また、実施の形態２の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用したハイブリッド型建設機械によれば、定電流を通流させることなく、作業中にバッテリ１９の充放電を切り替える際に、電圧値及び電流値の平均値を用いることにより、電動発電機１２や旋回用電動機２１等の負荷の稼働の中断や動作の制限を行うことなく、いつでもバッテリ１９の内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを正確に導出することができるので、正確に導出した内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを用いて充放電制御の制御性を向上させることができる。
【０１２１】
［実施の形態３］
図９は、実施の形態３の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置における電圧値及び電流値の処理手法を説明するための図である。実施の形態３では、電圧値及び電流値の処理に平均値を用いる代わりに、電圧値及び電流値の処理に最小二乗法を用いて正確な内部抵抗値を導出する点が実施の形態２と異なる。
【０１２２】
このため、実施の形態３の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置では、時刻ｔ＝ｔ１よりもΔｔ１だけ前（時刻ｔ＝ｔ１−Δｔ１）から時刻ｔ＝ｔ１までの間の端子間電圧値Ｖｍ１を複数サンプリングし、サンプリングした値に最小二乗法を用いてサンプルに最もフィットする直線ｌ１を演算する。この直線ｌ１において、時刻ｔ＝ｔ１の値Ｖｍ１を求める。この電圧値Ｖｍ１は、充放電の切替開始時におけるバッテリ１９の端子間電圧値である。
【０１２３】
同様に、時刻ｔ＝ｔ２からΔｔ２だけ後（時刻ｔ＝ｔ２＋Δｔ２）までの間の端子間電圧値Ｖｍ２を複数サンプリングし、サンプリングした値に最小二乗法を用いてサンプルに最もフィットする直線ｌ２を演算する。この直線ｌ２において、時刻ｔ＝ｔ２の値Ｖｍ２を求める。この電圧値Ｖｍ２は、充放電の切替終了時におけるバッテリ１９の端子間電圧値である。
【０１２４】
また、電流値については、時刻ｔ＝ｔ１よりもΔｔ１だけ前（時刻ｔ＝ｔ１−Δｔ１）から時刻ｔ＝ｔ１までの間の電流値Ｉ１を複数サンプリングし、サンプリングした値に最小二乗法を用いてサンプルに最もフィットする直線ｋ１を演算する。この直線ｋ１において、時刻ｔ＝ｔ１の値Ｉ１を求める。この電圧値Ｉ１は、充放電の切替開始時におけるバッテリ１９の電流値である。
【０１２５】
同様に、時刻ｔ＝ｔ２からΔｔ２だけ後（時刻ｔ＝ｔ２＋Δｔ２）までの間の電流値Ｉ２を複数サンプリングし、サンプリングした値に最小二乗法を用いてサンプルに最もフィットする直線ｋ２を演算する。この直線ｋ２において、時刻ｔ＝ｔ２の値Ｉ２を求める。この電圧値Ｉ２は、充放電の切替終了時におけるバッテリ１９の電流値である。
【０１２６】
コントローラ３０は、（１）〜（５）式に平均値Ｖｍ１、Ｖｍ２、Ｉ１、及びＩ２を代入することにより、内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを導出する。このように、近似直線ｌ１、ｌ２及びｋ１、ｋ２上において、変曲点となる時刻ｔ１、ｔ２を測定点とすると、電圧降下の影響を顕著に表すことができる。これにより、正確な内部抵抗値を算出することが可能である。
【０１２７】
なお、サンプリングした電圧値（Ｖｍ１、Ｖｍ２）及び電流値（Ｉ１、Ｉ２）はコントローラ３０の内部メモリに格納され、平均値を演算する際に読み込まれる。
【０１２８】
以上、実施の形態３の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置によれば、図８に示すように電圧波形及び電流波形が安定しない場合でも、電圧値及び電流値の処理に最小二乗法を用いることにより、充放電の切替開始時及び切替終了時の電圧値及び電流値を演算によって求めることができるので、正確に内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを導出することができる。
【０１２９】
また、実施の形態３の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用したハイブリッド型建設機械によれば、定電流を通流させることなく、作業中にバッテリ１９の充放電を切り替える際に、最小二乗法によって導出される電圧値及び電流値を用いることにより、電動発電機１２や旋回用電動機２１等の負荷の稼働の中断や動作の制限を行うことなく、いつでもバッテリ１９の内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを正確に導出することができるので、正確に導出した内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを用いて充放電制御の制御性を向上させることができる。
【０１３０】
以上では、実施の形態１乃至３の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置が適用されるハイブリッド型建設機械の制御系にＰＩ制御を用いる適用例について説明したが、制御方式はＰＩ制御方式に限られるものではなく、ヒステリシス制御、ロバスト制御、適応制御、比例制御、積分制御、ゲインスケジューリング制御、又は、スライディングモード制御であってもよい。
【０１３１】
また、以上では、ハイブリッド型建設機械に適用した場合の実施の形態１乃至３の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置ついて説明したが、実施の形態１乃至３の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置の適用対象は、ハイブリッド型建設機械に搭載されるバッテリ１９に限られず、充放電が行われるのであれば、様々な装置に含まれるバッテリの内部抵抗値を導出することができる。
【０１３２】
また、以上では、実施の形態１乃至３の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用したハイブリッド型建設機械について説明したが、適用例としてのハイブリッド型作業機械は、建設機械以外の形態の作業機械であってもよく、例えば、ハイブリッド型の運搬荷役機械（クレーンやフォークリフト）であってもよい。
【０１３３】
例えば、図２に示すエンジン１１及び電動発電機１２をクレーンのエンジン及びアシスト用電動発電機として用い、図２に示す旋回用電動機２１をクレーンの荷役作業において部品や貨物等を上昇又は下降させるための動力源に用いればよい。特に、部品や貨物等を上昇又は下降させるための動力源は、ワイヤの巻き取り、又は引出に伴って力行運転（巻き取り時）と回生運転（引出時）を行うため、ハイブリッド型作業機械として上述のハイブリッド型建設機械と同様に実施することができる。
【０１３４】
また、フォークリフトの場合も同様に、図２に示すエンジン１１及び電動発電機１２をフォークリフトのエンジン及びアシスト用電動発電機として用い、図２に示す旋回用電動機２１をフォークリフトの荷役作業においてフォークを上昇又は下降させるための動力源に用いればよい。特に、フォークを上昇又は下降させるための動力源は、上下動作に伴って力行運転（巻き取り時）と回生運転（引出時）を行うため、ハイブリッド型作業機械として上述のハイブリッド型建設機械と同様に実施することができる。
【０１３５】
以上、本発明の例示的な実施の形態の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】実施の形態１の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用したハイブリッド型建設機械を示す側面図である。
【図２】実施の形態１の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用したハイブリッド型建設機械の構成を表すブロック図である。
【図３】図１及び図２で説明したハイブリッド型建設機械に適用される実施の形態１の電力制御回路を示す図である。
【図４】実施の形態１におけるバッテリ１９の等価回路を示す図である。
【図５】実施の形態１におけるバッテリ１９に通流する電流Ｉの有無によるバッテリ１９の端子間電圧値Ｖｍの変化を表す図である。
【図６】実施の形態１におけるバッテリ１９の放電状態から充電状態に切り替わる際のバッテリ１９の端子間電圧値Ｖｍと電流Ｉとの関係を示す図である。
【図７】実施の形態１の蓄電器の内部抵抗の測定方法による内部抵抗値の導出手順を示す図である。
【図８】実施の形態２の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置における電圧値及び電流値の処理手法を説明するための図である。
【図９】実施の形態３の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置における電圧値及び電流値の処理手法を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１３７】
１ 下部走行体
１Ａ、１Ｂ 油圧モータ
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
７ ブームシリンダ
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
１０ キャビン
１１ エンジン
１２ 電動発電機
１３ 減速機
１４ メインポンプ
１５ パイロットポンプ
１６ 高圧油圧ライン
１７ コントロールバルブ
１８Ａ、１８Ｂ インバータ
１９ バッテリ
２１ 旋回用電動機
２２ レゾルバ
２３ メカニカルブレーキ
２４ 旋回減速機
２５ パイロットライン
２６ 操作装置
２６Ａ、２６Ｂ レバー
２６Ｃ ペダル
２７ 油圧ライン
２８ 油圧ライン
２９ 圧力センサ
３０ コントローラ
３１ 速度指令変換部
３２ 駆動制御装置
４０ 旋回駆動制御装置
１００ 昇降圧コンバータ
１０１ リアクトル
１０２Ａ 昇圧用ＩＧＢＴ
１０２Ｂ 降圧用ＩＧＢＴ
１０３ 電源接続端子
１０４ 出力端子
１０５ コンデンサ
１０６ バッテリ電圧検出部
１０７ バッテリ電流検出部
１１０ ＤＣバス
１１１ ＤＣバス電圧検出部
１２０ モータ
１３１ 容量
１３２ 内部抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充放電が繰り返し行われる蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、二次電池として用いられる蓄電器として、静電的に電荷を蓄積又は放出するコンデンサが挙げられる。コンデンサは、負荷の要求に応じて充放電を繰り返すことにより、電気エネルギの蓄積又は放出を行う。
【０００３】
このようなコンデンサの性能は、一般的に静電容量値や内部抵抗値によって判断される。これらの値のうち、静電容量値は内部抵抗値によっても変化する値であり、また、内部抵抗値はコンデンサの劣化に伴い増大するため、劣化の進行度合を把握するためには内部抵抗値を測定することが必要である。
【０００４】
このような内部抵抗値を測定する手法の一つとして、コンデンサの充電後に、充電停止状態においてコンデンサ電圧を測定し、所定期間の一定電流による放電の後に放電を停止し、この放電停止時にコンデンサ電圧を再度測定して内部抵抗値を測定する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００８−０６６３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述のような測定手法を実現するためには、例えば、力行運転及び回生運転を行うモータ等の負荷に、測定のために必要な動作を行わせる必要がある。
【０００６】
このため、測定中には負荷の稼働の中断や動作の制限が必要になり、負荷の稼働に影響が生じるという課題があった。
【０００７】
また、内部抵抗値の測定に際して一定電流による放電を行う必要があるため、一定電流での放電動作を実現するための機能やシーケンスが必要になる。
【０００８】
しかしながら、蓄電器を含む機器が上述のような一定電流で放電する機能やシーケンスを備えない機器である場合は、内部抵抗値を測定するためだけに一定電流で放電する機能やシーケンスを備える必要があった。
【０００９】
このような場合には、内部抵抗値を測定するためだけに、通常の稼働時には利用しない機能を備える必要が生じるという課題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、内部抵抗値の測定用の特別な機能やシーケンスを備えることなく、負荷の通常の稼働中に蓄電器の内部抵抗値を測定することのできる、蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一局面の蓄電器の内部抵抗の測定方法は、昇降圧コンバータに接続され、当該昇降圧コンバータによって充放電の制御が行われる蓄電器の内部抵抗の測定方法であって、前記昇降圧コンバータによる充放電の切替に伴う前記蓄電器の端子間電圧値の変化量を測定する電圧値検出工程と、前記昇降圧コンバータによる充放電の切替時に、前記蓄電器と前記昇降圧コンバータの間に通流する電流の値を検出する電流値検出工程と、前記電圧値検出工程で変化量として検出される電圧値を前記電流値検出工程で検出される電流値で除算して得る抵抗値を前記蓄電器の内部抵抗値として導出する内部抵抗導出工程とを含む。
【００１２】
また、前記電圧値検出工程は、充放電の切替期間の開始時の第１端子間電圧値と、充放電の切替期間の終了時の第２端子間電圧値との変化量を検出する工程であってもよい。
【００１３】
また、前記電流値検出工程は、充放電の前後の所定期間内における電流値の平均値を検出する工程であってもよい。
【００１４】
また、前記電流値検出工程は、充放電の前後の所定期間内における電流値を直線近似して得る電流値を検出する工程であってもよい。
【００１５】
本発明の一局面の内部抵抗測定装置は、昇降圧コンバータに接続され、当該昇降圧コンバータによって充放電の制御が行われる蓄電器の内部抵抗を測定する内部抵抗測定装置であって、前記昇降圧コンバータの充放電の切替を検知する切替検知部と、前記切替検知部によって充放電の切替が検知されると、充放電の切替に伴う前記蓄電器の端子間電圧値の変化量を測定する電圧値検出部と、前記切替検知部によって充放電の切替が検知されると、前記蓄電器と前記昇降圧コンバータの間に通流する電流の値を検出する電流値検出部と、前記電圧値検出部によって変化量として検出される電圧値を前記電流値検出部によって検出される電流値で除算して得る抵抗値を前記蓄電器の内部抵抗値として導出する内部抵抗導出部とを含む。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、内部抵抗値の測定用の特別な機能やシーケンスを備えることなく、負荷の通常の稼働中に蓄電器の内部抵抗値を測定することのできる、蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を提供できるという特有の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用した実施の形態について説明する。ここでは、本実施の形態の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置の処理内容を分かり易くするために、本実施の形態の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置をハイブリッド型建設機械に適用した例（適用例）について説明を行う。
【００１８】
［実施の形態１］
実施の形態１の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用したハイブリッド型建設機械の適用例について説明するにあたり、まず、図１及び図２を用いてハイブリッド型建設機械の基本構成を説明する。
【００１９】
図１は、実施の形態１の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用したハイブリッド型建設機械を示す側面図である。
【００２０】
このハイブリッド型建設機械の下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。また、上部旋回体３には、ブーム４、アーム５、及びバケット６と、これらを油圧駆動するためのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９に加えて、キャビン１０及び動力源が搭載される。
【００２１】
「全体構成」
図２は、実施の形態１の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用したハイブリッド型建設機械の構成を表すブロック図である。この図２では、機械的動力系を二重線、高圧油圧ラインを実線、パイロットラインを破線、電気駆動・制御系を一点鎖線でそれぞれ示す。
【００２２】
機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、ともに増力機としての減速機１３の入力軸に接続されている。また、この減速機１３の出力軸には、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。
【００２３】
コントロールバルブ１７は、実施の形態１の建設機械における油圧系の制御を行う制御装置であり、このコントロールバルブ１７には、下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９が高圧油圧ラインを介して接続される。
【００２４】
また、電動発電機１２には、インバータ１８及び昇降圧コンバータ１００を介して蓄電器としてのバッテリ１９が接続される。このインバータ１８と昇降圧コンバータ１００との間は、ＤＣバス１１０によって接続されている。
【００２５】
また、ＤＣバス１１０には、インバータ２０を介して旋回用電動機２１が接続されている。ＤＣバス１１０は、バッテリ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間で電力の授受を行うために配設されている。
【００２６】
ＤＣバス１１０には、ＤＣバス１１０の電圧値（以下、ＤＣバス電圧値と称す）を検出するためのＤＣバス電圧検出部１１１が配設されている。検出されるＤＣバス電圧値は、コントローラ３０に入力される。
【００２７】
また、バッテリ１９には、バッテリ電圧値を検出するためのバッテリ電圧検出部１０６と、バッテリ電流値を検出するためのバッテリ電流検出部１０７が配設されている。これらによって検出されるバッテリ電圧値とバッテリ電流値は、コントローラ３０に入力される。
【００２８】
旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回減速機２４が接続される。また、パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続される。
【００２９】
操作装置２６には、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及びレバー操作検出部としての圧力センサ２９がそれぞれ接続される。この圧力センサ２９には、実施の形態１の適用例であるハイブリッド型建設機械の電気系の駆動制御を行うコントローラ３０が接続されている。
【００３０】
このようなハイブリッド型建設機械は、エンジン１１、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１を動力源とするハイブリッド型建設機械である。これらの動力源は、図１に示す上部旋回体３に搭載される。以下、各部について説明する。
【００３１】
「各部の構成」
エンジン１１は、例えば、ディーゼルエンジンで構成される内燃機関であり、その出力軸は減速機１３の一方の入力軸に接続される。このエンジン１１は、建設機械の運転中は常時運転される。
【００３２】
電動発電機１２は、電動（アシスト）運転及び発電運転の双方が可能な電動機であればよい。ここでは、電動発電機１２として、インバータ２０によって交流駆動される電動発電機を示す。この電動発電機１２は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ(Interior Permanent Magnetic)モータで構成することができる。電動発電機１２の回転軸は減速機１３の他方の入力軸に接続される。
【００３３】
減速機１３は、２つの入力軸と１つの出力軸を有する。２つの入力軸の各々には、エンジン１１の駆動軸と電動発電機１２の駆動軸が接続される。また、出力軸にはメインポンプ１４の駆動軸が接続される。エンジン１１の負荷が大きい場合には、電動発電機１２が電動（アシスト）運転を行い、電動発電機１２の駆動力が減速機１３の出力軸を経てメインポンプ１４に伝達される。これによりエンジン１１の駆動がアシストされる。一方、エンジン１１の負荷が小さい場合は、エンジン１１の駆動力が減速機１３を経て電動発電機１２に伝達されることにより、電動発電機１２が発電運転による発電を行う。電動発電機１２の力行運転と発電運転の切り替えは、コントローラ３０により、エンジン１１の負荷等に応じて行われる。
【００３４】
メインポンプ１４は、コントロールバルブ１７に供給するための油圧を発生するポンプである。この油圧は、コントロールバルブ１７を介して油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９の各々を駆動するために供給される。
【００３５】
パイロットポンプ１５は、油圧操作系に必要なパイロット圧を発生するポンプである。この油圧操作系の構成については後述する。
【００３６】
コントロールバルブ１７は、高圧油圧ラインを介して接続される下部走行体１用の油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９の各々に供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御することにより、これらを油圧駆動制御する油圧制御装置である。
【００３７】
インバータ１８は、上述の如く電動発電機１２と昇降圧コンバータ１００との間に設けられ、コントローラ３０からの指令に基づき、電動発電機１２の運転制御を行う。これにより、インバータ１８が電動発電機１２を電動運転している際には、必要な電力をバッテリ１９と昇降圧コンバータ１００からＤＣバス１１０を介して電動発電機１２に供給する。また、電動発電機１２を発電運転している際には、電動発電機１２により発電された電力をＤＣバス１１０及び昇降圧コンバータ１００を介してバッテリ１９に充電する。
【００３８】
バッテリ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してインバータ１８及びインバータ２０に接続されている。これにより、電動発電機１２の電動（アシスト）運転と旋回用電動機２１の力行運転との少なくともどちらか一方が行われている際には、電動（アシスト）運転又は力行運転に必要な電力を供給するとともに、また、電動発電機１２の発電運転と旋回用電動機２１の回生運転の少なくともどちらか一方が行われている際には、発電運転又は回生運転によって発生した電力を電気エネルギとして蓄積するための電源である。
【００３９】
このバッテリ１９の充放電制御は、バッテリ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づき、昇降圧コンバータ１００によって行われる。この昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、バッテリ電圧検出部１０６によって検出されるバッテリ電圧値、及びバッテリ電流検出部１０７によって検出されるバッテリ電流値に基づき、コントローラ３０によって行われる。
【００４０】
インバータ２０は、上述の如く旋回用電動機２１と昇降圧コンバータ１００との間に設けられ、コントローラ３０からの指令に基づき、旋回用電動機２１に対して運転制御を行う。これにより、インバータが旋回用電動機２１の力行を運転制御している際には、必要な電力をバッテリ１９から昇降圧コンバータ１００を介して旋回用電動機２１に供給する。また、旋回用電動機２１が回生運転をしている際には、旋回用電動機２１により発電された電力を昇降圧コンバータ１００を介してバッテリ１９へ充電する。図２には、旋回電動機（１台）及びインバータ（１台）を含む実施の形態を示すが、その他マグネット機構や旋回機構部以外の駆動部として備えることで、複数の電動機及び複数のインバータをＤＣバス１１０に接続するようにしてもよい。
【００４１】
昇降圧コンバータ１００は、一側がＤＣバス１１０を介して電動発電機１２及び旋回用電動機２１に接続されるとともに、他側がバッテリ１９に接続されており、ＤＣバス電圧値が一定の範囲内に収まるようにを昇圧又は降圧を切り替える制御を行う。電動発電機１２が電動（アシスト）運転を行う場合には、インバータ１８を介して電動発電機１２に電力を供給する必要があるため、ＤＣバス電圧値を昇圧する必要がある。一方、電動発電機１２が発電運転を行う場合には、発電された電力をインバータ１８を介してバッテリ１９に充電する必要があるため、ＤＣバス電圧値を降圧する必要がある。これは、旋回用電動機２１の力行運転と回生運転においても同様であり、その上、電動発電機１２はエンジン１１の負荷状態に応じて運転状態が切り替えられ、旋回用電動機２１は上部旋回体３の旋回動作に応じて運転状態が切り替えられるため、電動発電機１２と旋回用電動機２１には、いずれか一方が電動（アシスト）運転又は力行運転を行い、他方が発電運転又は回生運転を行う状況が生じうる。
【００４２】
このため、昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２と旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える制御を行う。この制御手法については、図２を用いて説明する。
【００４３】
ＤＣバス１１０は、２つのインバータ１８及び２０と昇降圧コンバータとの間に配設されており、バッテリ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間で電力の授受が可能に構成されている。
【００４４】
ＤＣバス電圧検出部１１１は、ＤＣバス電圧値を検出するための電圧検出部である。検出されるＤＣバス電圧値はコントローラ３０に入力され、このＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収めるための昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。
【００４５】
バッテリ電圧検出部１０６は、バッテリ１９の電圧値を検出するための電圧検出部であり、バッテリの充電状態を検出するために用いられる。検出されるバッテリ電圧値は、コントローラ３０に入力され、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。
【００４６】
バッテリ電流検出部１０７は、バッテリ１９の電流値を検出するための電流検出部である。バッテリ電流値は、バッテリ１９から昇降圧コンバータ１００に流れる電流を正の値として検出される。検出されるバッテリ電流値は、コントローラ３０に入力され、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。
【００４７】
旋回用電動機２１は、力行運転及び回生運転の双方が可能な電動機であればよく、上部旋回体３の旋回機構２を駆動するために設けられている。力行運転の際には、旋回用電動機２１の回転駆動力の回転力が減速機２４にて増幅され、上部旋回体３が加減速制御され回転運動を行う。また、上部旋回体３の慣性回転により、減速機２４にて回転数が増加されて旋回用電動機２１に伝達され、回生電力を発生させることができる。ここでは、旋回用電動機２１として、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御信号によりインバータ２０によって交流駆動される電動機を示す。この旋回用電動機２１は、例えば、磁石埋込型のＩＰＭモータで構成することができる。これにより、より大きな誘導起電力を発生させることができるので、回生時に旋回用電動機２１にて発電される電力を増大させることができる。
【００４８】
レゾルバ２２は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転位置及び回転角度を検出するセンサであり、旋回用電動機２１と機械的に連結することで旋回用電動機２１の回転前の回転軸２１Ａの回転位置と、左回転又は右回転した後の回転位置との差を検出することにより、回転軸２１Ａの回転角度及び回転方向を検出するように構成されている。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転角度を検出することにより、旋回機構２の回転角度及び回転方向が導出される。また、図２にはレゾルバ２２を取り付けた形態を示すが、電動機の回転センサを有しないインバータ制御方式を用いてもよい。
【００４９】
メカニカルブレーキ２３は、機械的な制動力を発生させる制動装置であり、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａを機械的に停止させる。このメカニカルブレーキ２３は、電磁式スイッチにより制動／解除が切り替えられる。この切り替えは、コントローラ３０によって行われる。
【００５０】
旋回減速機２４は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転速度を減速して旋回機構２に機械的に伝達する減速機である。これにより、力行運転の際には、旋回用電動機２１の回転力を増力させ、より大きな回転力として旋回体へ伝達することができる。これとは逆に、回生運転の際には、旋回体で発生した回転数を増加させ、より多くの回転動作を旋回用電動機２１に発生させることができる。
【００５１】
旋回機構２は、旋回用電動機２１のメカニカルブレーキ２３が解除された状態で旋回可能となり、これにより、上部旋回体３が左方向又は右方向に旋回される。
【００５２】
操作装置２６は、旋回用電動機２１、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６を操作するための操作装置であり、レバー２６Ａ及び２６Ｂとペダル２６Ｃを含む。レバー２６Ａは、旋回用電動機２１及びアーム５を操作するためのレバーであり、上部旋回体３の運転席近傍に設けられる。レバー２６Ｂは、ブーム４及びバケット６を操作するためのレバーであり、運転席近傍に設けられる。また、ペダル２６Ｃは、下部走行体１を操作するための一対のペダルであり、運転席の足下に設けられる。
【００５３】
この操作装置２６は、パイロットライン２５を通じて供給される油圧（１次側の油圧）を運転者の操作量に応じた油圧（２次側の油圧）に変換して出力する。操作装置２６から出力される２次側の油圧は、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７に供給されるとともに、圧力センサ２９によって検出される。
【００５４】
レバー２６Ａ及び２６Ｂとペダル２６Ｃの各々が操作されると、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７が駆動され、これにより、油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９内の油圧が制御されることによって、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６が駆動される。
【００５５】
なお、油圧ライン２７は、油圧モータ１Ａ及び１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダの駆動に必要な油圧をコントロールバルブに供給する。
【００５６】
圧力センサ２９では、操作装置２６に対して旋回機構２を旋回させるための操作が入力されると、この操作量を油圧ライン２８内の油圧の変化として検出する。圧力センサ２９は、油圧ライン２８内の油圧を表す電気信号を出力する。これにより、操作装置２６に入力される旋回機構２を旋回させるための操作量を的確に把握することができる。この電気信号は、コントローラ３０に入力され、旋回用電動機２１の駆動制御に用いられる。また、ここでは、レバー操作検出部としての圧力センサを用いるハイブリッド型建設機械について説明するが、操作装置２６に入力される旋回機構２を旋回させるための操作量をそのまま電気信号で読み取るセンサを用いてもよい。
【００５７】
「コントローラ３０」
コントローラ３０は、実施の形態１の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用したハイブリッド型建設機械の駆動制御を行う制御装置であり、旋回駆動制御部４０、及び駆動制御部１２０を含み、ＣＰＵ(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、ＣＰＵが内部メモリに格納される駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される装置である。実施の形態１の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置は、このコントローラ３０の一機能として実現される測定方法及び測定装置である。
【００５８】
旋回駆動制御部４０は、圧力センサ２９から入力される信号（操作装置２６に入力される旋回機構２を旋回させるための操作量を表す信号）を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。
【００５９】
駆動制御部１２０は、電動発電機１２の運転制御（電動（アシスト）運転又は発電運転の切り替え）、及び、昇降圧コンバータ１００を駆動制御することによるバッテリ１９の充放電制御を行うための制御装置である。駆動制御部１２０は、バッテリ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、及び旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づいて、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行い、これによりバッテリ１９の充放電制御を行う。
【００６０】
この昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、バッテリ電圧検出部１０６によって検出されるバッテリ電圧値、及びバッテリ電流検出部１０７によって検出されるバッテリ電流値に基づいてコントローラ３０によって行われる。
【００６１】
図３は、図１及び図２で説明したハイブリッド型建設機械に適用される実施の形態１の電力制御回路を示す図である。この電力制御回路は、昇降圧コンバータ１００、ＤＣバス１１０、モータ１２０、及びバッテリ１９を含み、バッテリ１９は、実施の形態１の内部抵抗測定装置によって内部抵抗値が測定される蓄電器である。
【００６２】
昇降圧コンバータ１００は、リアクトル１０１、昇圧用ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１０２Ａ、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂ、バッテリ１９を接続するための電源接続端子１０３、モータ１２０を接続するための出力端子１０４、一対の出力端子１０４に並列に挿入される平滑用のコンデンサ１０５、バッテリ電圧検出部１０６、及びバッテリ電流検出部１０７を備える。
【００６３】
昇降圧コンバータ１００の出力端子１０４とモータ１２０との間は、ＤＣバス１１０によって接続される。なお、モータ１２０は、図２における電動発電機１２と旋回用電動機２１に相当する。図３では、図の簡略化のためにインバータ１８及び２０（図２参照）を省略する。
【００６４】
リアクトル１０１は、一端が昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂの中間点に接続されるとともに、他端が電源接続端子１０３に接続されており、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴って生じる誘導起電力をＤＣバス９に供給するために設けられている。
【００６５】
昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）をゲート部に組み込んだバイポーラトランジスタで構成され、大電力の高速スイッチングが可能な半導体素子である。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、コントローラ３０からゲート端子にＰＷＭ電圧が印加されることによって駆動される。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂには、整流素子であるダイオード１０２ａ及び１０２ｂが並列接続される。
【００６６】
ここで、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂの駆動制御（充放電の切替制御）は、コントローラ３０によって行われる。このため、コントローラ３０内では、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂによる充放電の切替が検知される。
【００６７】
なお、ここでは、「充放電の切替」という文言は、放電状態から充電状態への切替、充電状態から放電状態への切替、充放電を行っていない状態から充電状態又は放電状態への切替、あるいは、充電状態又は放電状態から充放電を行っていない状態への切替を表すこととして用い、これは特許請求の範囲においても同様である。
【００６８】
バッテリ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してＤＣバス１１０との間で電力の授受が行えるように、充放電可能な蓄電器であればよい。なお、図３には、蓄電器としてバッテリ１９を示すが、バッテリ１９の代わりに、コンデンサ、充放電可能な二次電池、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源を蓄電器として用いてもよい。
【００６９】
電源接続端子１０３及び出力端子１０４は、バッテリ１９及びモータ１２０が接続可能な端子であればよい。一対の電源接続端子１０３の間には、バッテリ電圧を検出するバッテリ電圧検出部１０６が接続される。一対の出力端子１０４の間には、ＤＣバス電圧を検出するＤＣバス電圧検出部１１１が接続される。
【００７０】
バッテリ電圧検出部１０６は、バッテリ１９の電圧値Ｖｍを検出し、ＤＣバス電圧検出部１１１は、ＤＣバス１１０の電圧（以下、ＤＣバス電圧Ｖｄｃ）を検出する。
【００７１】
出力端子１０４に接続される負荷であるモータ１２０は、力行運転及び回生運転が可能な電動機であればよく、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ(Interior Permanent Magnetic)モータで構成することができる。図３には、直流駆動用のモータ１２０を示すが、インバータを介して交流駆動されるモータであってもよい。
【００７２】
平滑用のコンデンサ１０５は、出力端子１０４の正極端子と負極端子との間に挿入され、ＤＣバス電圧を平滑化できる蓄電素子であればよい。
【００７３】
バッテリ電流検出部１０７は、バッテリ１９に通流する電流の値を検出可能な検出部であればよく、電流検出用の抵抗器を含む。このバッテリ電流検出部１０７は、バッテリ１９に通流する電流値Ｉを検出する。
【００７４】
なお、実施の形態１の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置では、バッテリ１９からＤＣバス１１０に電流を供給する方向の電流値を正とし、ＤＣバス１１０からバッテリ１９に電流を供給する方向の電流値を負とする。すなわち、バッテリ１９を放電する際の電流値が正となり、バッテリ１９を充電する際の電流値が負となる。
【００７５】
「昇降圧動作」
このような昇降圧コンバータ１００において、ＤＣバス１１０を昇圧する際には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのゲート端子にＰＷＭ電圧を印加し、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂに並列に接続されたダイオード１０２ｂを介して、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴ってリアクトル１０１に発生する誘導起電力をＤＣバス１１０に供給する。これにより、ＤＣバス１１０が昇圧される。
【００７６】
また、ＤＣバス１１０を降圧する際には、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂのゲート端子にＰＷＭ電圧を印加し、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂを介して、モータ１２０によって発生される回生電力をＤＣバス１１０からバッテリ１９に供給する。これにより、ＤＣバス１１０に蓄積された電力がバッテリ１９に充電され、ＤＣバス１１０が降圧される。
【００７７】
ここで、実施の形態１の昇降圧コンバータ１００は、ハイブリッド型建設用機械に適用した場合、バッテリ１９の電圧値：約１００〜５００Ｖ、出力端子１０４における出力定格電圧：約２００〜４００Ｖ、定格出力：約数十ｋＷ、瞬時最大出力電力：±１００ｋＷ、定格電流：±百Ａ、及び、瞬時最大電流：±百Ａの仕様値の範囲で用いられる。
【００７８】
「内部抵抗値の測定」
バッテリ１９の内部抵抗値の測定は、実施の形態１の内部抵抗測定装置として機能するコントローラ３０によって行われる。
【００７９】
図４は、実施の形態１におけるバッテリ１９の等価回路を示す図である。バッテリ１９は、容量１３１と内部抵抗１３２に分けることができる。バッテリ１９の端子間電圧値Ｖｍは、容量１３１の充電電圧値Ｖｃと内部抵抗１３２での電圧降下分Ｖｒとの和となる。ここで、内部抵抗１３２の抵抗値をＲ、バッテリ１９に通流する電流をＩとすると、Ｖｒ＝Ｒ×Ｉと表すことができる。
【００８０】
図５は、実施の形態１におけるバッテリ１９に通流する電流Ｉの有無によるバッテリ１９の端子間電圧値Ｖｍの変化を表す図である。
【００８１】
バッテリ１９に電流が通流していないとき（Ｉ＝０のとき）は、内部抵抗１３２による電圧降下が生じないため、バッテリ１９の端子間電圧値Ｖｍは、容量１３１の充電電圧値Ｖｃに等しくなる。
【００８２】
時刻ｔ＝ｔａにおいて、バッテリ１９に通流する電流値がΔＩとなると、内部抵抗３１２における電圧降下が生じ、その値は（−Ｒ×ΔＩ（Ｖ））となる。これにより、バッテリ１９の端子間電圧値Ｖｍは電圧降下分だけ低下し、Ｖｍ＝Ｖｃ−Ｒ×ΔＩ（Ｖ）となる。この電圧降下値がバッテリ１９の端子間電圧値の変化量である。
【００８３】
このため、通電前の端子間電圧Ｖｍ、通電後の端子間電圧Ｖｍ、及び電流値の変化分ΔＩを検出すれば、内部抵抗値を導出することができる。このような内部抵抗値の導出手法は、電流値が零から増大又は減少する場合に限られず、電流値の変化分が判れば、充電から放電、又は放電から充電に切り替わる際にも同様に導出することができる。
【００８４】
この図５に示す特性は、電力損失等を無視した理想的な特性であるが、ハイブリッド型建設機械の作業中には、バッテリ１９に電流が通流しない状態（Ｉ＝０）から充電状態又は放電状態に切り替わることにより、電流値Ｉが増大又は減少する状態がある。また、充電から放電への切替や、放電から充電への切替は頻繁に行われる。
【００８５】
このため、実施の形態１では、充放電の切替時にバッテリ１９の内部抵抗値を導出する。
【００８６】
図６は、実施の形態１におけるバッテリ１９の放電状態から充電状態に切り替わる際のバッテリ１９の端子間電圧値Ｖｍと電流Ｉとの関係を示す図である。なお、図６に示す特性は、数１０ミリ秒以下の微小時間における特性である。
【００８７】
時刻ｔ＝０〜ｔ１においては、バッテリ１９が放電されているため、端子間電圧値Ｖｍは低下し、電流Ｉは正の値となっている。
【００８８】
時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２の切替期間を挟んで、時刻ｔ＝ｔ２以降においてバッテリ１９は充電されるため、端子間電圧値Ｖｍは上昇し、電流Ｉは負の値となっている。ここで、ｔ１、ｔ２は電圧値及び電流値の変曲点が示される時間である。
【００８９】
ここで、放電の際は、バッテリ１９の端子間電圧値Ｖｍが電圧降下分（Ｒ×Ｉ）だけ低下するため、容量１３１の充電電圧値Ｖｃは端子間電圧値Ｖｍよりも高い。
【００９０】
また、充電の際は、バッテリ１９の端子間電圧値Ｖｍが電圧降下分（Ｒ×Ｉ）だけ上昇することになるため、容量１３１の充電電圧値Ｖｃは端子間電圧値Ｖｍよりも低い。
【００９１】
また、充放電の切替期間（ｔ＝ｔ１〜ｔ２）は、例えば、数ミリ秒程度に設定されるため、容量１３１が十分に多い場合（例えば、数１０（Ｆ））のような場合には、充放電の切替開始時である時刻ｔ＝ｔ１と、充放電の切替終了時である時刻ｔ＝ｔ２とではバッテリ１９に通流する電流Ｉは極微小である。このため、キャパシタ１３の端子間電圧は、充放電の切替開始時における値Ｖｃ１と、充放電の終了時における値Ｖｃ２とが略同一の値であり、モータ１２０の定格出力とバッテリ１９の容量（容量１３１の容量）との関係を考慮すると、その差は例えば、０．０１〜０．１％程度と無視できる程度である。
【００９２】
ここで、時刻ｔ＝ｔ１におけるバッテリ１９の端子間電圧をＶｍ１、同時刻における容量１３１の端子間電圧をＶｃ１、同時刻における内部抵抗１３２における電圧降下分をＶｒ１、同時刻における電流をＩ１、時刻ｔ＝ｔ２における端子間電圧をＶｍ２、同時刻における容量１３１の端子間電圧をＶｃ２、同時刻における内部抵抗１３２における電圧降下分をＶｒ２、同時刻における電流をＩ２とすると、以下の（１）（２）式が成立する。
【００９３】
Ｖｍ１＝Ｖｃ１＋Ｖｒ１・・・（１）
Ｖｍ２＝Ｖｃ２＋Ｖｒ２・・・（２）
ここで、充放電の切替開始時における値Ｖｃ１と、充放電の終了時における値Ｖｃ２とが略同一の値であるため、Ｖｃ１＝Ｖｃ２が成立するので、以下の（３）式を導出できる。
【００９４】
ΔＶ＝Ｖｍ２−Ｖｍ１＝Ｖｒ２−Ｖｒ１・・・（３）
また、時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２の間におけるバッテリ１９の電流値の変化分ΔＩは、（４）式で表すことができる。
【００９５】
ΔＩ＝Ｉ２−Ｉ１・・・（４）
以上より、（３）（４）式を用いると、内部抵抗１３２の抵抗値Ｒは（５）式で導出される。
【００９６】
Ｒ＝ΔＶ／ΔＩ＝（Ｖｍ２−Ｖｍ１）／（Ｉ２−Ｉ１）・・・（５）
ここで、端子間電圧値Ｖｍ１及びＶｍ２は、時刻ｔ＝ｔ１、ｔ２においてバッテリ電圧検出部１０６によって検出され、電流値Ｉ１、Ｉ２は、時刻ｔ＝ｔ１、ｔ２においてバッテリ電流検出部１０７によって検出され、すべてコントローラ３０に入力される。
【００９７】
コントローラ３０は、入力される値を表すデータを内部メモリに格納し、（１）〜（５）式に基づく演算を行うことにより、内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを導出することができる。この処理手順を図７を用いて説明する。
【００９８】
図７は、実施の形態１の蓄電器の内部抵抗の測定方法による内部抵抗値の導出手順を示す図である。この処理は、コントローラ３０のＣＰＵによって実行される。
【００９９】
コントローラ３０は、充放電の切替が行われるか否かを判定する（ステップＳ１）。この判定は、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａと降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂの駆動制御を切り替えるタイミングで検知する。なお、ステップＳ１の処理は、充放電の切替を検知するまで繰り返し実行される。
【０１００】
コントローラ３０は、充放電の切替を検知した場合は、切替開始の時刻ｔ＝ｔ１における端子間電圧値Ｖｍ１と電流値Ｉ１を測定する（ステップＳ２）。測定した端子間電圧値Ｖｍ１と電流値Ｉ１を表すデータは、コントローラ３０の内部メモリに格納される。
【０１０１】
コントローラ３０は、充放電の切替が終了するか否かを判定する（ステップＳ３）。この判定は、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａと降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂの駆動制御の切替が完了するタイミングで検知する。なお、ステップＳ３の処理は、充放電の切替を検知するまで繰り返し実行される。
【０１０２】
コントローラ３０は、充放電の切替を検知した場合は、切替開始の時刻ｔ＝ｔ２における端子間電圧値Ｖｍ２と電流値Ｉ２を測定する（ステップＳ４）。測定した端子間電圧値Ｖｍ１と電流値Ｉ１を表すデータは、コントローラ３０の内部メモリに格納される。これまでのステップＳ２〜ステップＳ４の処理により、電圧検出工程ＴＶ及び電流検出工程ＴＡが実現される。
【０１０３】
コントローラ３０は、ステップＳ２及びＳ４で測定した端子間電圧値Ｖｍ１、Ｖｍ２と電流値Ｉ１、Ｉ２を内部メモリから読み出し、（５）式を用いて内部抵抗値を導出する（ステップＳ５）。このように、コントローラ３０では、充放電の切替を検知した際に、内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを導出することができる。このステップＳ５により、内部抵抗検出工程ＴＲが実現される。
【０１０４】
次いで、コントローラ３０は、導出した内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを内部メモリに格納する（ステップＳ６）。
【０１０５】
以上で、実施の形態１の蓄電器の内部抵抗の測定方法による測定処理が終了する。
【０１０６】
このように、実施の形態１の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置によれば、バッテリ１９の充放電を切り替える際に、負荷（本適用例では電動発電機１２や旋回用電動機２１）の稼働の中断や動作の制限を行うことなく、いつでもバッテリ１９の内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを導出することができる。
【０１０７】
コントローラ３０は、バッテリ１９、インバータ１８、インバータ２０、及び昇降圧コンバータ１００の駆動制御を行っており、特に昇降圧コンバータ１００を駆動制御することによってバッテリ１９の充放電制御を行っているため、定期的に内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを導出して内部メモリに格納しておけば、例えば、内部抵抗１３２の抵抗値Ｒの増大に応じてバッテリ充電率(SOC: State Of Charge)の変更等を行うような制御処理を実現することができる。
【０１０８】
また、バッテリ１９の劣化を監視することにより、バッテリ充電率(SOC: State Of Charge)が所定値を達成できない状態になった場合には、交換時期の警報を出力するような警報処理を実現することができる。
【０１０９】
また、ここでは、実施の形態１の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び測定装置をハイブリッド型建設機械に適用した適用例について説明したが、ハイブリッド型建設機械においては、定電流を流すことができない。これは、ハイブリッド型建設機械では、電動発電機１２や旋回用電動機２１等のモータを電力制御しているため、バッテリ電圧が変化すると一定電力による制御を行っても電流の値が変化してしまうからである。
【０１１０】
従来の内部抵抗の測定方法では、定電流を通流させる必要があったため、ハイブリッド型建設機械へは適用できなかったが、実施の形態１の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用したハイブリッド型建設機械によれば、定電流を通流させることなく、作業中にバッテリ１９の充放電を切り替える際に、電動発電機１２や旋回用電動機２１等の負荷の稼働の中断や動作の制限を行うことなく、いつでもバッテリ１９の内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを導出することができるので、特別な機能やシーケンスを備えることなく、負荷の通常の稼働中にバッテリ１９の内部抵抗値を正確に測定することができ、正確に導出した内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを用いて充放電制御の制御性を向上させることができる。
【０１１１】
［実施の形態２］
図８は、実施の形態２の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置における電圧値及び電流値の処理手法を説明するための図である。この実施の形態２の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置は、実施の形態１と同様に、図１及び図２に示すハイブリッド型建設機械に適用可能である。このため、同一又は同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１１２】
実際にハイブリッド型建設機械で検出される電圧値（Ｖｍ、Ｖｃ、Ｖｒ）及び電流値（Ｉ）は、図８に示すような振れ幅のある波形となる。このため、上述のような内部抵抗値の導出手法を用いる場合には、電圧値及び電流値ともに平均値を用いた方が、より正確な内部抵抗値を導出することができる。
【０１１３】
このため、実施の形態２の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置では、時刻ｔ＝ｔ１よりもΔｔ１だけ前（時刻ｔ＝ｔ１−Δｔ１）から時刻ｔ＝ｔ１までの間の端子間電圧値Ｖｍ１を複数サンプリングし、その平均値Ｖｍ１＊を用いる点が実施の形態１と異なる。この平均値Ｖｍ１＊は、充放電の切替開始時である時刻ｔ＝ｔ１よりも時間的に少し前の値になるが、その差は微小時間であるため、充放電の切替開始時の端子間電圧値として用いることができる。
【０１１４】
同様に、時刻ｔ＝ｔ２からΔｔ２だけ後（時刻ｔ＝ｔ２＋Δｔ２）までの間の端子間電圧値Ｖｍ２を複数サンプリングし、その平均値Ｖｍ２＊を用いる。この平均値Ｖｍ２＊は、充放電の切替開始時である時刻ｔ＝ｔ２よりも時間的に少し後の値になるが、その差は微小時間であるため、充放電の切替終了時の端子間電圧値として用いることができる。
【０１１５】
また、電流値については、時刻ｔ＝ｔ１よりもΔｔ１だけ前（時刻ｔ＝ｔ１−Δｔ１）から時刻ｔ＝ｔ１までの間の電流値Ｉ１を複数サンプリングし、その平均値Ｉ１＊を用いる。この平均値Ｉ１＊は、充放電の切替開始時である時刻ｔ＝ｔ１よりも時間的に少し前の値になるが、その差は微小時間であるため、充放電の切替開始時のバッテリ１９の電流値として用いることができる。
【０１１６】
同様に、時刻ｔ＝ｔ２からΔｔ２だけ後（時刻ｔ＝ｔ２＋Δｔ２）までの間の電流値Ｉ２を複数サンプリングし、その平均値Ｉ２＊を用いる。この平均値Ｉ２＊は、充放電の切替開始時である時刻ｔ＝ｔ２よりも時間的に少し後の値になるが、その差は微小時間であるため、充放電の切替終了時のバッテリ１９の電流値として用いることができる。
【０１１７】
コントローラ３０は、（１）〜（５）式に平均値Ｖｍ１＊、Ｖｍ２＊、Ｉ１＊、及びＩ２＊を代入することにより、内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを導出する。
【０１１８】
なお、上述の平均値を導出するためにサンプリングした電圧値（Ｖｍ１、Ｖｍ２）及び電流値（Ｉ１、Ｉ２）はコントローラ３０の内部メモリに格納され、平均値を演算する際に読み込まれる。
【０１１９】
以上、実施の形態２の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置によれば、図８に示すように電圧波形及び電流波形に振れ幅があって安定しない場合でも、電圧値及び電流値の平均値を用いることにより、正確に内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを導出することができる。
【０１２０】
また、実施の形態２の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用したハイブリッド型建設機械によれば、定電流を通流させることなく、作業中にバッテリ１９の充放電を切り替える際に、電圧値及び電流値の平均値を用いることにより、電動発電機１２や旋回用電動機２１等の負荷の稼働の中断や動作の制限を行うことなく、いつでもバッテリ１９の内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを正確に導出することができるので、正確に導出した内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを用いて充放電制御の制御性を向上させることができる。
【０１２１】
［実施の形態３］
図９は、実施の形態３の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置における電圧値及び電流値の処理手法を説明するための図である。実施の形態３では、電圧値及び電流値の処理に平均値を用いる代わりに、電圧値及び電流値の処理に最小二乗法を用いて正確な内部抵抗値を導出する点が実施の形態２と異なる。
【０１２２】
このため、実施の形態３の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置では、時刻ｔ＝ｔ１よりもΔｔ１だけ前（時刻ｔ＝ｔ１−Δｔ１）から時刻ｔ＝ｔ１までの間の端子間電圧値Ｖｍ１を複数サンプリングし、サンプリングした値に最小二乗法を用いてサンプルに最もフィットする直線ｌ１を演算する。この直線ｌ１において、時刻ｔ＝ｔ１の値Ｖｍ１を求める。この電圧値Ｖｍ１は、充放電の切替開始時におけるバッテリ１９の端子間電圧値である。
【０１２３】
同様に、時刻ｔ＝ｔ２からΔｔ２だけ後（時刻ｔ＝ｔ２＋Δｔ２）までの間の端子間電圧値Ｖｍ２を複数サンプリングし、サンプリングした値に最小二乗法を用いてサンプルに最もフィットする直線ｌ２を演算する。この直線ｌ２において、時刻ｔ＝ｔ２の値Ｖｍ２を求める。この電圧値Ｖｍ２は、充放電の切替終了時におけるバッテリ１９の端子間電圧値である。
【０１２４】
また、電流値については、時刻ｔ＝ｔ１よりもΔｔ１だけ前（時刻ｔ＝ｔ１−Δｔ１）から時刻ｔ＝ｔ１までの間の電流値Ｉ１を複数サンプリングし、サンプリングした値に最小二乗法を用いてサンプルに最もフィットする直線ｋ１を演算する。この直線ｋ１において、時刻ｔ＝ｔ１の値Ｉ１を求める。この電圧値Ｉ１は、充放電の切替開始時におけるバッテリ１９の電流値である。
【０１２５】
同様に、時刻ｔ＝ｔ２からΔｔ２だけ後（時刻ｔ＝ｔ２＋Δｔ２）までの間の電流値Ｉ２を複数サンプリングし、サンプリングした値に最小二乗法を用いてサンプルに最もフィットする直線ｋ２を演算する。この直線ｋ２において、時刻ｔ＝ｔ２の値Ｉ２を求める。この電圧値Ｉ２は、充放電の切替終了時におけるバッテリ１９の電流値である。
【０１２６】
コントローラ３０は、（１）〜（５）式に平均値Ｖｍ１、Ｖｍ２、Ｉ１、及びＩ２を代入することにより、内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを導出する。このように、近似直線ｌ１、ｌ２及びｋ１、ｋ２上において、変曲点となる時刻ｔ１、ｔ２を測定点とすると、電圧降下の影響を顕著に表すことができる。これにより、正確な内部抵抗値を算出することが可能である。
【０１２７】
なお、サンプリングした電圧値（Ｖｍ１、Ｖｍ２）及び電流値（Ｉ１、Ｉ２）はコントローラ３０の内部メモリに格納され、平均値を演算する際に読み込まれる。
【０１２８】
以上、実施の形態３の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置によれば、図８に示すように電圧波形及び電流波形が安定しない場合でも、電圧値及び電流値の処理に最小二乗法を用いることにより、充放電の切替開始時及び切替終了時の電圧値及び電流値を演算によって求めることができるので、正確に内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを導出することができる。
【０１２９】
また、実施の形態３の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用したハイブリッド型建設機械によれば、定電流を通流させることなく、作業中にバッテリ１９の充放電を切り替える際に、最小二乗法によって導出される電圧値及び電流値を用いることにより、電動発電機１２や旋回用電動機２１等の負荷の稼働の中断や動作の制限を行うことなく、いつでもバッテリ１９の内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを正確に導出することができるので、正確に導出した内部抵抗１３２の抵抗値Ｒを用いて充放電制御の制御性を向上させることができる。
【０１３０】
以上では、実施の形態１乃至３の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置が適用されるハイブリッド型建設機械の制御系にＰＩ制御を用いる適用例について説明したが、制御方式はＰＩ制御方式に限られるものではなく、ヒステリシス制御、ロバスト制御、適応制御、比例制御、積分制御、ゲインスケジューリング制御、又は、スライディングモード制御であってもよい。
【０１３１】
また、以上では、ハイブリッド型建設機械に適用した場合の実施の形態１乃至３の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置ついて説明したが、実施の形態１乃至３の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置の適用対象は、ハイブリッド型建設機械に搭載されるバッテリ１９に限られず、充放電が行われるのであれば、様々な装置に含まれるバッテリの内部抵抗値を導出することができる。
【０１３２】
また、以上では、実施の形態１乃至３の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用したハイブリッド型建設機械について説明したが、適用例としてのハイブリッド型作業機械は、建設機械以外の形態の作業機械であってもよく、例えば、ハイブリッド型の運搬荷役機械（クレーンやフォークリフト）であってもよい。
【０１３３】
例えば、図２に示すエンジン１１及び電動発電機１２をクレーンのエンジン及びアシスト用電動発電機として用い、図２に示す旋回用電動機２１をクレーンの荷役作業において部品や貨物等を上昇又は下降させるための動力源に用いればよい。特に、部品や貨物等を上昇又は下降させるための動力源は、ワイヤの巻き取り、又は引出に伴って力行運転（巻き取り時）と回生運転（引出時）を行うため、ハイブリッド型作業機械として上述のハイブリッド型建設機械と同様に実施することができる。
【０１３４】
また、フォークリフトの場合も同様に、図２に示すエンジン１１及び電動発電機１２をフォークリフトのエンジン及びアシスト用電動発電機として用い、図２に示す旋回用電動機２１をフォークリフトの荷役作業においてフォークを上昇又は下降させるための動力源に用いればよい。特に、フォークを上昇又は下降させるための動力源は、上下動作に伴って力行運転（巻き取り時）と回生運転（引出時）を行うため、ハイブリッド型作業機械として上述のハイブリッド型建設機械と同様に実施することができる。
【０１３５】
以上、本発明の例示的な実施の形態の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】実施の形態１の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用したハイブリッド型建設機械を示す側面図である。
【図２】実施の形態１の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置を適用したハイブリッド型建設機械の構成を表すブロック図である。
【図３】図１及び図２で説明したハイブリッド型建設機械に適用される実施の形態１の電力制御回路を示す図である。
【図４】実施の形態１におけるバッテリ１９の等価回路を示す図である。
【図５】実施の形態１におけるバッテリ１９に通流する電流Ｉの有無によるバッテリ１９の端子間電圧値Ｖｍの変化を表す図である。
【図６】実施の形態１におけるバッテリ１９の放電状態から充電状態に切り替わる際のバッテリ１９の端子間電圧値Ｖｍと電流Ｉとの関係を示す図である。
【図７】実施の形態１の蓄電器の内部抵抗の測定方法による内部抵抗値の導出手順を示す図である。
【図８】実施の形態２の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置における電圧値及び電流値の処理手法を説明するための図である。
【図９】実施の形態３の蓄電器の内部抵抗の測定方法及び内部抵抗測定装置における電圧値及び電流値の処理手法を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１３７】
１ 下部走行体
１Ａ、１Ｂ 油圧モータ
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
７ ブームシリンダ
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
１０ キャビン
１１ エンジン
１２ 電動発電機
１３ 減速機
１４ メインポンプ
１５ パイロットポンプ
１６ 高圧油圧ライン
１７ コントロールバルブ
１８Ａ、１８Ｂ インバータ
１９ バッテリ
２１ 旋回用電動機
２２ レゾルバ
２３ メカニカルブレーキ
２４ 旋回減速機
２５ パイロットライン
２６ 操作装置
２６Ａ、２６Ｂ レバー
２６Ｃ ペダル
２７ 油圧ライン
２８ 油圧ライン
２９ 圧力センサ
３０ コントローラ
３１ 速度指令変換部
３２ 駆動制御装置
４０ 旋回駆動制御装置
１００ 昇降圧コンバータ
１０１ リアクトル
１０２Ａ 昇圧用ＩＧＢＴ
１０２Ｂ 降圧用ＩＧＢＴ
１０３ 電源接続端子
１０４ 出力端子
１０５ コンデンサ
１０６ バッテリ電圧検出部
１０７ バッテリ電流検出部
１１０ ＤＣバス
１１１ ＤＣバス電圧検出部
１２０ モータ
１３１ 容量
１３２ 内部抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇降圧コンバータに接続され、当該昇降圧コンバータによって充放電の制御が行われる蓄電器の内部抵抗の測定方法であって、
前記昇降圧コンバータによる充放電の切替に伴う前記蓄電器の端子間電圧値の変化量を測定する電圧値検出工程と、
前記昇降圧コンバータによる充放電の切替時に、前記蓄電器と前記昇降圧コンバータの間に通流する電流の値を検出する電流値検出工程と、
前記電圧値検出工程で変化量として検出される電圧値を前記電流値検出工程で検出される電流値で除算して得る抵抗値を前記蓄電器の内部抵抗値として導出する内部抵抗導出工程と
を含む、蓄電器の内部抵抗の測定方法。
【請求項２】
前記電圧値検出工程は、充放電の切替期間の開始時の第１端子間電圧値と、充放電の切替期間の終了時の第２端子間電圧値との変化量を検出する工程である、請求項１に記載の蓄電器の内部抵抗の測定方法。
【請求項３】
前記電流値検出工程は、充放電の前後の所定期間内における電流値の平均値を検出する工程である、請求項１又は２に記載の蓄電器の内部抵抗の測定方法。
【請求項４】
前記電流値検出工程は、充放電の前後の所定期間内における電流値を直線近似して得る電流値を検出する工程である、請求項１又は２に記載の蓄電器の内部抵抗の測定方法。
【請求項５】
昇降圧コンバータに接続され、当該昇降圧コンバータによって充放電の制御が行われる蓄電器の内部抵抗を測定する内部抵抗測定装置であって、
前記昇降圧コンバータの充放電の切替を検知する切替検知部と、
前記切替検知部によって充放電の切替が検知されると、充放電の切替に伴う前記蓄電器の端子間電圧値の変化量を測定する電圧値検出部と、
前記切替検知部によって充放電の切替が検知されると、前記蓄電器と前記昇降圧コンバータの間に通流する電流の値を検出する電流値検出部と、
前記電圧値検出部によって変化量として検出される電圧値を前記電流値検出部によって検出される電流値で除算して得る抵抗値を前記蓄電器の内部抵抗値として導出する内部抵抗導出部と
を含む、内部抵抗測定装置。
【請求項１】
昇降圧コンバータに接続され、当該昇降圧コンバータによって充放電の制御が行われる蓄電器の内部抵抗の測定方法であって、
前記昇降圧コンバータによる充放電の切替に伴う前記蓄電器の端子間電圧値の変化量を測定する電圧値検出工程と、
前記昇降圧コンバータによる充放電の切替時に、前記蓄電器と前記昇降圧コンバータの間に通流する電流の値を検出する電流値検出工程と、
前記電圧値検出工程で変化量として検出される電圧値を前記電流値検出工程で検出される電流値で除算して得る抵抗値を前記蓄電器の内部抵抗値として導出する内部抵抗導出工程と
を含む、蓄電器の内部抵抗の測定方法。
【請求項２】
前記電圧値検出工程は、充放電の切替期間の開始時の第１端子間電圧値と、充放電の切替期間の終了時の第２端子間電圧値との変化量を検出する工程である、請求項１に記載の蓄電器の内部抵抗の測定方法。
【請求項３】
前記電流値検出工程は、充放電の前後の所定期間内における電流値の平均値を検出する工程である、請求項１又は２に記載の蓄電器の内部抵抗の測定方法。
【請求項４】
前記電流値検出工程は、充放電の前後の所定期間内における電流値を直線近似して得る電流値を検出する工程である、請求項１又は２に記載の蓄電器の内部抵抗の測定方法。
【請求項５】
昇降圧コンバータに接続され、当該昇降圧コンバータによって充放電の制御が行われる蓄電器の内部抵抗を測定する内部抵抗測定装置であって、
前記昇降圧コンバータの充放電の切替を検知する切替検知部と、
前記切替検知部によって充放電の切替が検知されると、充放電の切替に伴う前記蓄電器の端子間電圧値の変化量を測定する電圧値検出部と、
前記切替検知部によって充放電の切替が検知されると、前記蓄電器と前記昇降圧コンバータの間に通流する電流の値を検出する電流値検出部と、
前記電圧値検出部によって変化量として検出される電圧値を前記電流値検出部によって検出される電流値で除算して得る抵抗値を前記蓄電器の内部抵抗値として導出する内部抵抗導出部と
を含む、内部抵抗測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２９４１０２（Ｐ２００９−２９４１０２Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４８２９４（Ｐ２００８−１４８２９４）
【出願日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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