電動乗用機
【課題】回生余地を残してバッテリを充電することができ、過充電及び過放電を防止することができる提供する。
【解決手段】バッテリ３１を駆動源とする芝刈作業機において、ＳＯＣを推定するバッテリ制御装置３４を設け、回生余地を残すためにＳＯＣを減少させる。また、走行部用モータ１５・１６に非通電時に機能する電磁ブレーキ３９・４０を設け、バッテリ３１の電圧Ｖが上限電圧を越えたことを検知したときに走行部用モータ１５・１６とバッテリ３１との電気経路を非通電にするリレー回路７１・７２を設けた。
【解決手段】バッテリ３１を駆動源とする芝刈作業機において、ＳＯＣを推定するバッテリ制御装置３４を設け、回生余地を残すためにＳＯＣを減少させる。また、走行部用モータ１５・１６に非通電時に機能する電磁ブレーキ３９・４０を設け、バッテリ３１の電圧Ｖが上限電圧を越えたことを検知したときに走行部用モータ１５・１６とバッテリ３１との電気経路を非通電にするリレー回路７１・７２を設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動乗用機の技術に関し、特に、バッテリを電源としモータ駆動とする電動乗用機の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、走行部若しくは作業部のどちらか一方若しくは両方が電動である作業機が公知となっている。例えば、バッテリを電源とし、それぞれ独立に走行駆動される主駆動輪となる左右車輪と、左右車輪とは独立に走行駆動される操向輪となるキャスタ輪と、作業部としての芝刈機とを備え、旋回操作子の旋回指示入力に応じ、左右車輪の各走行駆動とキャスタ輪の走行駆動とを制御して旋回可能に構成した作業機は公知となっている。（特許文献１参照）。
また、バッテリの電池性能を低下させることなく、燃費をさらに向上できるハイブリッドカーの充放電制御方法が公知となっている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１６８８６９号公報
【特許文献２】特開２００１−３１４０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献２における制御の場合、下り坂などを利用した回生エネルギーによるバッテリの充電が考慮されていなかった。そのため、充電が行われたバッテリに回生余地が残っておらず、過充電となる可能性があった。また、過充電などの原因により、バッテリの電圧が異常に上昇した場合のフェールセーフを行う必要があった。また、過放電によるバッテリの劣化を防ぐ必要があった。
【０００５】
そこで、本発明は以上の如き状況に鑑み、回生余地を残してバッテリを充電することができ、過充電及び過放電を防止することができる提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１においては、バッテリを電源とする電動乗用機において、ＳＯＣを推定するユニットを設け、回生余地を残すためにＳＯＣを減少させるものである。
【０００８】
請求項２においては、走行系の電動機器駆動部に非通電時に機能する電磁ブレーキを設け、バッテリ電圧が許容上限値を越えたことを検知したときに前記電動機器駆動部とバッテリとの電気経路を非通電にする手段を設けたものである。
【０００９】
請求項３においては、前記電動乗用機は陸上走行物で、ＳＯＣが第一許容下限値よりも低下したことを検知したときは走行系以外の電動機器駆動部とバッテリとの電気経路を非通電にする手段を設け、ＳＯＣが第一許容下限値より小さい第二許容下限値よりも低下したことを検知したときは走行系の電動機器駆動部とバッテリとの電気経路も非通電にする手段を設けたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１１】
請求項１においては、回生によるバッテリ電圧の以上上昇を防止できる。
【００１２】
請求項２においては、バッテリ電圧の異常上昇時に電動機器を確実に停止できる。
【００１３】
請求項３においては、バッテリの過放電による劣化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる電動作業機の平面図。
【図２】走行部用モータ及び走行駆動輪を示す斜視図。
【図３】制御装置の接続を示すブロック図。
【図４】充電制御を示すフローチャート図。
【図５】充電制御前のバッテリ及び各セルを示す回路図並びに各セルの電圧を示すグラフ図。
【図６】（Ａ）充電制御前のセルの電圧を示すグラフ図（Ｂ）充電制御後のセルの電圧を示すグラフ図。
【図７】充電制御後のバッテリ及び各セルを示す回路図並びに各セルの電圧を示すグラフ図。
【図８】充放電制御を示すフローチャート図。
【図９】充放電制御を示すフローチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の電動作業機を芝刈作業機１とした実施形態を、図１、図２及び図３を用いて全体構成から説明する。なお、以下において、矢印Ｆ方向を前方向とし、矢印Ｒ方向を右方向とし、矢印Ｌ方向を左方向と規定して説明する。
【００１６】
芝刈作業機１は、図１に示すように、機体フレーム２の後部左右両側に走行部としての左右の走行駆動輪１１・１２が配置され、機体フレーム２の前部左右両側に補助輪となるキャスタ輪１３・１４が配置される。前記走行駆動輪１１・１２とキャスタ輪１３・１４の間の機体フレーム２の下方に作業部として芝刈機３が配置される。機体フレーム２の上部が運転操作部４とされ、前後略中央にオペレータが着座する操縦席としての座席シート５が配置され、該座席シート５の左右両側に旋回操作及び変速操作を可能とする駆動操作具となる旋回レバー２１・２２や、パーキングスイッチ２５（図３参照）や、キースイッチ３５や、作業部スイッチ３６や、図示しない作業レバーや操作スイッチ等が配置される。また、機体フレーム２の後部には、バッテリ３１が設けられている。
また、座席シート５には着座センサ３３が設けられている。着座センサ３３は、例えば操縦者の体重を感知する歪み感知センサで構成されており、図３に示すように、制御装置５０に接続されている。但し、着座センサ３３は座席シート５上に操縦者が存在することを検知できればよく歪み感知センサに限定するものではない。
【００１７】
また、機体フレーム２の任意位置に制御装置５０が配置される。本実施形態においては、図１に示すように、制御装置５０は座席シート５の下方の空間に設けられている。
【００１８】
前記走行駆動輪１１・１２は電動機器であり、図１及び図２に示すように、それぞれ左右の走行部用モータ１５・１６の出力軸とギヤケース４１内部の図示せぬ動力伝達機構を介して連結され、それぞれ独立して駆動可能としている。走行系の電動機器駆動部としての走行部用モータ１５・１６は、正逆転可能な電動モータであり、図３に示すように、制御装置５０と接続され、正逆転駆動、及び、回転数を制御可能に構成されている。つまり、変速制御可能に構成している。なお、走行部用モータ１５・１６はホイルと一体的に構成したホイルインモータとすることも、走行部用モータ１５・１６の出力軸と走行駆動輪１１・１２の車軸との間に減速機構を配設して、走行部用モータ１５・１６を機体フレーム２に設ける構成とすることも可能である。
【００１９】
また、走行部用モータ１５・１６は、通常は駆動力として用いていられているが、下り坂などでは発電機として作動させ、運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回収することで制動をかける回生ブレーキとして使用することも可能である。この場合、走行部用モータ１５・１６によって発電された回生電力はバッテリ３１に回収される。言い換えれば、回生エネルギーによってバッテリ３１の充電が行われる。
【００２０】
図２及び図３に示すように、前記走行部用モータ１５・１６の出力軸近傍、または、走行駆動輪１１・１２、または、減速機構には、走行駆動輪１１・１２の回転速度（回転数）を検知する回転速度検出手段となる回転速度センサ１７・１８が設けられている。該回転速度センサ１７・１８は制御装置５０と接続されている。
【００２１】
前記キャスタ輪１３・１４は、車輪を回転自在に支持する車軸がブラケット１９・２０に水平方向に支持され、該ブラケット１９・２０の上部から上方に支持軸が立設され、該支持軸が機体フレーム２に対して左右回転自在に支持される構成としている。よって、キャスタ輪１３・１４は左右方向に回転自在となっている。なお、補助輪となるキャスタ輪１３・１４は１輪とすることも可能であり、また、３輪以上に構成することも可能である。また、補助輪となるキャスタ輪１３・１４は前輪としているが、後輪とすることも可能である。つまり、走行駆動輪１１・１２を前輪、キャスタ輪１３・１４を後輪とすることもできる（図１参照）。
【００２２】
前記芝刈機３は、電動機器であり、図１に示す昇降リンク機構３０を介して機体フレーム２に対して昇降可能に連結されている。芝刈機３は、モアデッキ内に刈刃２６・２７を回転可能に配置し、該刈刃２６・２７を作業系の電動機器駆動部としての作業部用モータ２８・２９により回転駆動可能に構成している。作業部用モータ２８・２９は制御装置５０と接続されている。なお、芝刈機３は機体フレーム２の下方に配置しているが、機体フレーム２の前方に配置することも、機体フレーム２の後方に配置することも、機体フレーム２の側方に配置することも可能であり限定するものではない。また、刈刃はブレード式やバリカン式やリール式等限定するものではない。
【００２３】
運転操作部４に設けた旋回レバー２１・２２は、それぞれ中立位置から前後方向に回動することにより左右対応する走行駆動輪１１・１２の回転方向及び回転速度を設定して、進行方向及び走行速度を変更するための手段である。具体的には、旋回レバー２１・２２を中立位置から前方への回動する回動角度が大きいほど、走行駆動輪１１・１２の前進回転速度が速くなり、芝刈作業機１の前進走行速度が速くなる。また、旋回レバー２１・２２を中立位置から後方へ回動する回動角度が大きくなるほど、走行駆動輪１１・１２の後進回転速度が速くなり、芝刈作業機１の後進走行速度が速くなる。
また、運転操作部には、パーキングスイッチ２５が設けられている（図３参照）。本実施形態においては、旋回レバー２１・２２を中立位置とすることにより、パーキングスイッチ２５がＯＮ状態となるように構成されている。なお、パーキングスイッチ２５を独立して設けることも可能である。
【００２４】
前記旋回レバー２１・２２の回動基部にはそれぞれ旋回レバー２１・２２の回動角度を検知するセンサとしてのレバーセンサ２３・２４が設けられている。レバーセンサ２３・２４は、図３に示すように、制御装置５０と接続されている。こうして、旋回レバー２１・２２の回動がレバーセンサ２３・２４により検知されて、その検知信号が制御装置５０に入力され、該制御装置５０により左右の走行部用モータ１５・１６が前記旋回レバー２１・２２の回動角度に応じて駆動され、芝刈作業機１を走行させることができる。
【００２５】
また、運転操作部４に設けられた作業部スイッチ３６をＯＮ状態とすることにより、芝刈機３の刈刃２６・２７を作業部用モータ２８・２９により回転駆動させる。作業部スイッチ３６は、図３に示すように、制御装置５０に接続されている。
【００２６】
バッテリ３１は機体フレーム２後部に設けられている。バッテリ３１は、脱着可能なパックとして構成されており、図３に示すように、接続端子３１ａが設けられている。車体側にも接続端子３１ｂが設けられており、車体側の接続端子３１ｂは、図３に示すように、制御装置５０に接続されている。また、バッテリ３１の内部には、バッテリ制御装置３４や充電用リレー回路３７が設けられている。バッテリ制御装置３４は、充電時に過充電とならないように制御したり、温度が異常に高くならないように制御したり、後述する充電コネクタ３１ｄに設ける検知部３１ｅにより充電器１０１と接続されたかを判断するとともに、充電用リレー回路３７を切り替えて後述の制御装置５０に充電中であること送信したりする。
【００２７】
バッテリ３１は、図３に示すように、Ｎ個のセル３１Ｃ１・３１Ｃ２・・・３１ＣＮを有している。図５に示すように、Ｎ個のセル３１Ｃ１・３１Ｃ２・・・３１ＣＮは直列につながれており、各セル３１Ｃ１・３１Ｃ２・・・３１ＣＮの電圧Ｖ１・Ｖ２・・・ＶＮの総和がバッテリ３１の電圧Ｖとなる。
また、バッテリ３１は、図３に示すように、高圧の直流電圧を低圧の直流電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ３８を有している。
【００２８】
また、バッテリ３１には充電コネクタ３１ｄが設けられている。充電コネクタ３１ｄは外部の充電器１０１と接続可能であり、充電コネクタ３１ｄを外部の充電器１０１と接続することにより、バッテリ３１の充電を行う。充電コネクタ３１ｄに充電器１０１が接続されたどうかは、充電コネクタ３１ｄに設けた検知部３１ｅにより検知され、検知部３１ｅは制御装置５０と接続されている。
【００２９】
制御装置５０は、図３に示すように、走行部用モータ１５・１６、回転速度センサ１７・１８、レバーセンサ２３・２４、作業部用モータ２８・２９、着座センサ３３、作業部スイッチ３６、と接続されている。また、制御装置５０は、走行部用モータドライバ６５・６６及び作業部用モータドライバ６７と接続されている。
【００３０】
制御装置５０は、ＣＰＵや記憶手段からなり、ＣＰＵは中央演算処理装置であり、記憶手段は制御プログラムやマップ等を記憶したＲＯＭや入力したデータ等を記憶するＲＡＭである。
【００３１】
走行部用モータドライバ６５・６６及び作業部用モータドライバ６７はインバータ回路で構成されており、走行部用モータ１５・１６及び作業部用モータ２８・２９の出力を制御する装置である。また、走行部用モータ１５・１６及び作業部用モータ２８・２９に印加される電圧（または電流）を検知し、制御装置５０に送信している。走行部用モータドライバ６５・６６及び作業部用モータドライバ６７は、それぞれ、座席シート５の下方の空間に設けられている。
走行部用モータドライバ６５・６６と作業部用モータドライバ６７はバッテリ３１と電気経路３２ｂを介して接続されており、電気経路３２ｂから供給される直流電力を交流電力に変換して走行部用モータ１５・１６及び作業部用モータ２８・２９に供給する。
電気経路３２ｂの中途部にはバッテリ３１と走行部用モータドライバ６５・６６及び作業部用モータドライバ６７との間の電気経路３２ｂを通電又は非通電状態に切り替える手段としてのリレー回路７１・７２・７３が設けられている。リレー回路７１・７２・７３は制御装置５０と接続されて、制御装置５０からの制御信号によりリレー回路７１・７２・７３の通電又は非通電状態が切り替えられる構成としている。
【００３２】
芝刈作業機１には補助電源（バックアップ電源）５０ａが搭載されている。補助電源５０ａは制御装置５０と接続し、バッテリ３１が外された状態や充電時等でも制御装置５０やセンサ等に電力を供給して、芝刈作業機１や操縦者の安全性を担保している。
即ち、補助電源５０ａは電気経路を介して走行部用モータドライバ６５・６６及び作業部用モータドライバ６７と接続しており、走行部用モータドライバ６５・６６及び作業部用モータドライバ６７とバッテリ３１とが非接続の場合であっても、補助電源５０ａから走行部用モータドライバ６５・６６及び作業部用モータドライバ６７へ制御用の電力が供給されている。走行部用モータドライバ６５・６６及び作業部用モータドライバ６７は、常時、走行部用モータ１５・１６及び作業部用モータ２８・２９にバッテリ３１から電力が供給されているかを検出し、制御装置５０に送信するようにしている。
【００３３】
また、制御装置５０は、バッテリ３１と電気経路３２ａを介して接続されている。電気経路３２ａの中途部にはキースイッチ３５が設けられており、キースイッチ３５を操作することにより電源リレー回路４２の接点４２ａのＯＮ・ＯＦＦが切り替えられる。つまり、キースイッチ３５の操作により電気経路３２ａの接続・非接続を切り替えることができる。
【００３４】
キースイッチ３５がＯＮ状態となった場合、電源リレー回路４２がＯＮ状態に切り替わり、電力が供給されたことを制御装置５０に送信し、制御装置５０より接続制御信号がリレー回路７１・７２・７３に送信されて切り替え、電力供給経路３２ｂが接続されて、バッテリ３１から走行部用モータドライバ６５・６６及び作業部用モータドライバ６７へ電力が供給可能とされる。
【００３５】
また、制御装置５０とバッテリ３１との間には接続確認用電気経路３２ｃが設けられており、バッテリ３１側の接続端子３１ａと車体側の接続端子３１ｂとの間に脱着を検知する脱着検知センサ７４が設けられ、接続確認用電気経路３２ｃを介して制御装置５０と接続している。
【００３６】
制御装置５０は、前記各センサからの信号により、左右の走行部用モータ１５・１６の出力を制御する。つまり、左右の旋回レバー２１・２２の操作量に応じて進行方向の指令値を算出して、それぞれの指令値に応じて走行部用モータドライバ６５・６６に指令値を送信し、走行部用モータドライバ６５・６６から走行部用モータ１５・１６に駆動信号（モータ駆動電力）を出力する。
また、制御装置５０は、作業部用モータ２８・２９の出力を制御する。つまり、制御装置５０は、作業部用モータ２８・２９のトルクが一定となるように指令値を算出して、それぞれの指令値に応じて作業部用モータドライバ６７に指令値を送信し、作業部用モータドライバ６７から作業部用モータ２８・２９に駆動信号（モータ駆動電力）を出力する。
【００３７】
次に、走行部用モータ１５・１６を電気的に停止させるための前記リレー回路７１・７２と、物理的に停止させるための電磁ブレーキ３９・４０について説明する。
【００３８】
図３に示すように、バッテリ３１と走行部用モータドライバ６５・６６との間には、電力の供給と遮断を切り替える手段としてのリレー回路７１・７２が設けられている。リレー回路７１・７２は制御装置５０と接続されて、制御装置５０からの制御信号によりリレー回路７１・７２が切り替えられる構成としている。なお、リレー回路７１とリレー回路７２とは同様の構成であるので、走行部用モータ１５に対応するリレー回路７１について説明する。
リレー回路７１は、正常の走行時や作業時に、バッテリ３１と走行部用モータドライバ６５とを接続する。電圧が異常に高くなった場合やバッテリ３１が離脱した場合などの異常時には、制御装置５０よりリレー回路７１に遮断信号が送信されて、リレー回路７１によりバッテリ３１と走行部用モータドライバ６５との接続が遮断され、走行部用モータ１５に電力が供給されなくなる。これにより、走行部用モータ１５が停止する。
【００３９】
また、図２、図３に示すように、走行部用モータ１５・１６と走行駆動輪１１・１２との間には電磁ブレーキ３９・４０が設けられている。電磁ブレーキ３９・４０は制御装置５０と接続されて、制御装置５０からの制御信号により制動と非制動が切り替えられる。電磁ブレーキ３９と４０は同様の構成であるので走行部用モータ１５に対応する電磁ブレーキ３９について説明する。
図２に示すように、走行部用モータ１５と走行駆動輪１１との間には図示せぬ動力伝達機構を格納するギヤケース４１が設けられている。電磁ブレーキ３９は、ギヤケース４１の内部であって走行部用モータ１５の駆動軸に設けられている。電磁ブレーキ３９は通電している状態では開放されており、電力が遮断された状態では摩擦板を圧接させることで走行駆動輪１１を制動する。但し、作業部用モータ２８・２９にも前記同様に電磁ブレーキを取り付け、制御することも可能である。
【００４０】
バッテリ制御装置３４には電池監視回路４３が接続され、電池監視回路４３は各セル３１Ｃ１・３１Ｃ２・・・・と接続されている。電池監視回路４３は、各セルの電圧や放電電流を演算し、バッテリ制御装置３４に送信している。
【００４１】
次に、バッテリ３１の回生余地を残すためにＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）を充電制御について図４を用いて、説明する。
図５に示すように、バッテリ３１のＳＯＣが１００％、すなわち満充電状態である場合には、回生エネルギーが走行部用モータ１５・１６からバッテリ３１に送られた場合でも、バッテリ３１に回生余地が無く、回生が行われないだけでなくバッテリ３１が過充電状態となり故障するおそれがあった。そこで、バッテリ３１の回生余地を残すためにＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）を減少させる充電制御を行うものである。
【００４２】
まず、バッテリ制御装置３４において、バッテリ３１のＳＯＣが１００％以上であるか否かについて判断する（ステップＳ１０）。ここでＳＯＣとは、バッテリ３１の充電状態を表す指標であり、百分率で表され、１００％が満充電状態、０％が完全放電状態を表す。バッテリ３１のＳＯＣが１００％以上であれば、バッテリ３１は満充電状態であり、バッテリ３１のＳＯＣが１００％より小さければ、バッテリ３１は満充電状態ではなく、充電の余地がある。バッテリ３１のＳＯＣはバッテリ制御装置３４によって算出される。
ステップＳ１０において、バッテリのＳＯＣが１００％以上であれば、バッテリの電圧Ｅが上限電圧Ｖｕ１以上であるか否かについて判断する（ステップＳ２０）。上限電圧Ｖｕ１は、満充電となった時の電圧であり、最大充電した場合に許容できる電圧である。また、ステップＳ１０において、バッテリのＳＯＣが１００％よりも小さければ後述する充放電制御を行う。
【００４３】
ステップＳ２０において、バッテリの電圧Ｅが上限電圧Ｖｕ１以上であれば、何らかの異常が生じているものと判断して（ステップＳ３０）、リレー回路７１・７２を開いて（非接続として）バッテリ３１から走行部用モータドライバ６５・６６への電力の供給を停止し、電磁ブレーキ３９・４０も作動させる。（ステップＳ４０）。そして、運転を停止する（ステップＳ５０）。
また、ステップＳ２０において、バッテリ３１の電圧Ｖが上限電圧Ｖｕ１よりも小さければ（未満であれば）、放電中であるか否かについて判断する（ステップＳ６０）。ここで、放電中とは、例えば、作業部用モータ２８・２９を駆動させている状態などである。ステップＳ６０において放電中であれば、運転を継続する（ステップＳ５０）。ステップＳ６０において放電中でなければ、回生充電可能な余地を作るための処理を行う。
ステップＳ７０以降ステップＳ１１０までの処理（バランス処理）はバッテリ３１の各セル３１Ｃ１・３１Ｃ２・・・３１ＣＮごとに行う。
ここでは、セル３１Ｃ１に関するバランス処理について説明する。
ステップＳ７０において、セル３１Ｃ１のセル電圧Ｖ１を検知し、セル電圧Ｖ１がバランス開始電圧Ｖａより高いか判断する。バランス開始電圧Ｖａは、高いセル電圧のセルを回生できるようにするための電圧に下げる時の目標電圧である。なお、セル電圧は電池監視回路４３により検知される。
セル電圧Ｖ１がバランス開始電圧Ｖａ以下の低い電圧（Ｖ１≦Ｖａ）であれば、バランスさせる（電圧を下げる）必要がないため、運転が継続される（ステップＳ５０）。図６（Ａ）に示すように、セル電圧Ｖ１がバランス開始電圧Ｖａより高い（Ｖ１＞Ｖａ）場合には、ステップＳ８０に移行する。
ステップＳ８０において、セル電圧Ｖ１と他の全てのセルの中で最も電圧が低いセルの電圧である最小セル電圧Ｖｍｉｎとの差Ｄ１と、バランス開始電圧差Ｄａを比較する。
図６（Ａ）に示すように、ステップＳ８０において、差Ｄ１がバランス開始電圧差Ｄａよりも大きい場合には、セルバランス動作（放電）を開始する（ステップＳ９０）。
また、ステップＳ８０において、差Ｄ１がバランス開始電圧差Ｄａ以下である（Ｄ１≦Ｄａ）場合には運転を続行する（ステップＳ５０）。つまり、セル電圧Ｖ１と最も低いセル電圧Ｖｍｉｎとの差がほとんど無い場合には運転を続行する。
次に、ステップＳ１００において、セル電圧Ｖ１がバランス停止電圧Ｖｂ以下であるかを判断する。
図６（ｂ）に示すように、ステップＳ１００において、セル電圧Ｖ１がバランス停止電圧Ｖｂ以下であると、セルバランス動作（放電）を停止し（ステップＳ１０５）、運転を続行する（ステップＳ５０）。なお、バランス停止電圧Ｖｂはバランス開始電圧Ｖａより低い値に設定されている。
セル電圧Ｖｃ１がバランス停止電圧Ｖｂより高い場合には、セル電圧Ｖｃ１と最も電圧が低いセルの電圧である最小セル電圧Ｖｍｉｎとの差Ｄ１が、所定のバランス停止電圧差Ｄｂ以下であるか否かについて判断する（ステップＳ１１０）。
図６（ｂ）に示すように、差Ｄ１が、所定のバランス停止電圧差Ｄｂ以下である（Ｄ１≦Ｄｂ）場合には運転を続行する（ステップＳ５０）。
また、差Ｄ１がバランス停止電圧差Ｄｂより大きい場合にはステップＳ９０に移行し、放電を続行する。なお、バランス停止電圧差Ｄｂはバランス開始電圧差Ｄａより低い値である。
前記処理が各セルについて行われることで、図７に示すように、バッテリ３１を構成する全てのセル３１Ｃ１・３１Ｃ２・・・３１ＣＮについて満充電状態から一定量だけ充電量を減少させた状態にすることができる。
【００４４】
次に、ＳＯＣを用いた過放電によるバッテリ３１の劣化を防止するための充放電制御について図８及び図９を用いて説明する。
バッテリ３１が放電することにより充電量を減少させたことにより、過放電状態が起こるおそれがある。過放電状態においては、バッテリ３１が劣化し、充電容量が減少することがある。そこで、過放電状態によるバッテリ３１の劣化を防止するためにＳＯＣを用いて充放電制御を行う。
【００４５】
まず、バッテリ３１の電圧を測定する（ステップＳ２１０）。次に、放電電流を積算する（ステップＳ２２０）。次に、バッテリ３１の電圧及び電流の積算値に基づいてバッテリ制御装置３４がＳＯＣを算出する（ステップＳ２３０）。
【００４６】
次に、充電中であるか否かについて判断する（ステップＳ２４０）。ステップＳ２４０において充電中であった場合には、ＳＯＣが第一上限値Ｒ１以上であるか否かについて判断する（ステップＳ２５０）。ステップＳ２５０において、ＳＯＣが第一上限値Ｒ１以上あった場合には、前記充電制御に移行する。ステップＳ２５０において、ＳＯＣが第一上限値Ｒ１よりも小さかった場合には、後述するステップＳ２９０（図９参照）に移行する。
【００４７】
ステップＳ２４０において充電中で無かった場合には、放電中であるか否かについて判断する（ステップＳ２６０）。ステップＳ２６０において放電中であった場合には、図９に示すように、ＳＯＣが第一上限値Ｒ１以上であるか否かについて判断する（ステップＳ２７０）。ステップＳ２７０において、ＳＯＣが第一上限値Ｒ１以上あった場合には、バッテリ残量が十分あると判断して、図９に示すように、その後、通常の運転を継続若しくは停止し（ステップＳ２８０）、制御を終了する。ステップＳ２７０において、ＳＯＣが第一上限値Ｒ１よりも小さい場合には、ＳＯＣが第一上限値Ｒ１よりも小さく第一許容下限値Ｒ２以上であるか否かについて判断する（ステップＳ２９０）。
【００４８】
ステップＳ２９０において、ＳＯＣが第一上限値Ｒ１よりも小さく第一許容下限値Ｒ２以上である場合には、バッテリ残量が低下し充電が必要な状態となっているとし、オペレータに電圧低下の予告を通知する（ステップＳ３００）。例えば、運転操作部４に表示灯を設けて表示灯を点滅させることにより通知する。通知する方法は、これに限定するものでなく、例えば、液晶表示部を設けて、液晶表示部にメッセージを表示することも可能であるし、音響手段を設けて、音によって通知することも可能である。
そして、走行部用モータ１５・１６の出力を制限する（ステップＳ３１０）。具体的には、走行部用モータ１５・１６の上限回転数を設けて上限回転数以上の回転数にならないように制御する。その後、通常の運転を継続若しくは停止し（ステップＳ２８０）、制御を終了する。
【００４９】
ステップＳ２９０において、ＳＯＣが第一上限値Ｒ１以上である若しくは第一許容下限値Ｒ２よりも小さいと判断された場合には、ＳＯＣが第一許容下限値Ｒ２よりも小さく第二許容下限値Ｒ３以上であるか否かについて判断する（ステップＳ３２０）。
ステップＳ３２０において、ＳＯＣが第一許容下限値Ｒ２よりも小さく第二許容下限値Ｒ３以上であった場合には、バッテリ残量が更に低下し充電が必要な状態であり、作業と走行の両方を作動させることが難しくなっている状態となっているとし、オペレータに電圧低下の警告を通知する（ステップＳ３３０）。例えば、運転操作部４に表示灯を設けて表示灯の点滅間隔を早めることにより通知する。通知する方法は、これに限定するものでなく、例えば、液晶表示部を設けて、液晶表示部にメッセージを表示することも可能であるし、音響手段を設けて、音によって通知することも可能である。
そして、作業部用モータ２８・２９を停止する（ステップＳ３４０）。その後、通常の運転を継続若しくは停止し（ステップＳ２８０）、制御を終了する。
【００５０】
ステップＳ３２０において、ＳＯＣが第一許容下限値Ｒ２以上である若しくは第二許容下限値Ｒ３よりも小さいと判断された場合には、バッテリ残量が更に低下し充電が必要な状態であり、作業部を停止した状態で、走行させることが難しくなっている状態となっているとし、オペレータに電圧低下の異常を通知する（ステップＳ３５０）。例えば、運転操作部４に表示灯を設けて表示灯を点灯させ続けることにより通知する。通知する方法は、これに限定するものでなく、例えば、液晶表示部を設けて、液晶表示部にメッセージを表示することも可能であるし、音響手段を設けて、音によって通知することも可能である。
そして、走行部用モータ１５・１６を停止する（ステップＳ３６０）。その後、通常の運転を継続若しくは停止し（ステップＳ２８０）、制御を終了する。
【００５１】
前記第一上限値Ｒ１、第一許容下限値Ｒ２、及び第二許容下限値Ｒ３は、
Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３
となるような値であり、例えばＲ１は３０％、Ｒ２は２０％、Ｒ３は１０％である。
【００５２】
以上のように、バッテリ３１を駆動源とする芝刈作業機１において、ＳＯＣを推定するバッテリ制御装置３４を設け、回生余地を残すためにＳＯＣを減少させるものである。
このように構成することにより、回生によるバッテリ電圧の以上上昇を防止できる。
【００５３】
また、走行部用モータ１５・１６に非通電時に機能する電磁ブレーキ３９・４０を設け、バッテリ３１の電圧Ｖが上限電圧Ｖｕ１を越えたことを検知したときに走行部用モータ１５・１６とバッテリ３１との電気経路を非通電にするリレー回路７１・７２を設けたものである。
このように構成することにより、バッテリ３１の電圧Ｖの異常上昇時に走行部用モータ１５・１６を確実に停止できる。
【００５４】
また、芝刈作業機１は陸上走行物で、ＳＯＣが第一許容下限値Ｒ２よりも低下したことを検知したときは作業部用モータ２８・２９とバッテリ３１との電気経路を非通電にするリレー回路７３を設け、ＳＯＣが第一許容下限値Ｒ２より小さい第二許容下限値Ｒ３よりも低下したことを検知したときは走行部用モータ１５・１６とバッテリ３１との電気経路も非通電にするリレー回路７１・７２を設けたものである。
このように構成することにより、バッテリ３１の過放電による劣化を防止できる。
【符号の説明】
【００５５】
１ 芝刈作業機（電動作業機）
２ 機体フレーム
３ 芝刈機（作業部）
４ 運転操作部
５ 座席シート（操縦席）
１１・１２ 走行駆動輪
１３・１４ キャスタ輪
１５・１６ 走行部用モータ（走行系の電動機器駆動部）
２１・２２ 旋回レバー（駆動操作具）
２３・２４ レバーセンサ
２５ パーキングスイッチ
２８・２９ 作業部用モータ
３１ バッテリ
３１ｃ 充電コネクタ
３２ｂ 電気経路
３３ 着座センサ
３５ キースイッチ
３９・４０ 電磁ブレーキ
５０ 制御装置
６５・６６ 走行部用モータドライバ
６７ 作業部用モータドライバ
７１・７２・７３ リレー回路
７４ 脱着検知センサ（センサ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動乗用機の技術に関し、特に、バッテリを電源としモータ駆動とする電動乗用機の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、走行部若しくは作業部のどちらか一方若しくは両方が電動である作業機が公知となっている。例えば、バッテリを電源とし、それぞれ独立に走行駆動される主駆動輪となる左右車輪と、左右車輪とは独立に走行駆動される操向輪となるキャスタ輪と、作業部としての芝刈機とを備え、旋回操作子の旋回指示入力に応じ、左右車輪の各走行駆動とキャスタ輪の走行駆動とを制御して旋回可能に構成した作業機は公知となっている。（特許文献１参照）。
また、バッテリの電池性能を低下させることなく、燃費をさらに向上できるハイブリッドカーの充放電制御方法が公知となっている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１６８８６９号公報
【特許文献２】特開２００１−３１４０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献２における制御の場合、下り坂などを利用した回生エネルギーによるバッテリの充電が考慮されていなかった。そのため、充電が行われたバッテリに回生余地が残っておらず、過充電となる可能性があった。また、過充電などの原因により、バッテリの電圧が異常に上昇した場合のフェールセーフを行う必要があった。また、過放電によるバッテリの劣化を防ぐ必要があった。
【０００５】
そこで、本発明は以上の如き状況に鑑み、回生余地を残してバッテリを充電することができ、過充電及び過放電を防止することができる提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１においては、バッテリを電源とする電動乗用機において、ＳＯＣを推定するユニットを設け、回生余地を残すためにＳＯＣを減少させるものである。
【０００８】
請求項２においては、走行系の電動機器駆動部に非通電時に機能する電磁ブレーキを設け、バッテリ電圧が許容上限値を越えたことを検知したときに前記電動機器駆動部とバッテリとの電気経路を非通電にする手段を設けたものである。
【０００９】
請求項３においては、前記電動乗用機は陸上走行物で、ＳＯＣが第一許容下限値よりも低下したことを検知したときは走行系以外の電動機器駆動部とバッテリとの電気経路を非通電にする手段を設け、ＳＯＣが第一許容下限値より小さい第二許容下限値よりも低下したことを検知したときは走行系の電動機器駆動部とバッテリとの電気経路も非通電にする手段を設けたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１１】
請求項１においては、回生によるバッテリ電圧の以上上昇を防止できる。
【００１２】
請求項２においては、バッテリ電圧の異常上昇時に電動機器を確実に停止できる。
【００１３】
請求項３においては、バッテリの過放電による劣化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる電動作業機の平面図。
【図２】走行部用モータ及び走行駆動輪を示す斜視図。
【図３】制御装置の接続を示すブロック図。
【図４】充電制御を示すフローチャート図。
【図５】充電制御前のバッテリ及び各セルを示す回路図並びに各セルの電圧を示すグラフ図。
【図６】（Ａ）充電制御前のセルの電圧を示すグラフ図（Ｂ）充電制御後のセルの電圧を示すグラフ図。
【図７】充電制御後のバッテリ及び各セルを示す回路図並びに各セルの電圧を示すグラフ図。
【図８】充放電制御を示すフローチャート図。
【図９】充放電制御を示すフローチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の電動作業機を芝刈作業機１とした実施形態を、図１、図２及び図３を用いて全体構成から説明する。なお、以下において、矢印Ｆ方向を前方向とし、矢印Ｒ方向を右方向とし、矢印Ｌ方向を左方向と規定して説明する。
【００１６】
芝刈作業機１は、図１に示すように、機体フレーム２の後部左右両側に走行部としての左右の走行駆動輪１１・１２が配置され、機体フレーム２の前部左右両側に補助輪となるキャスタ輪１３・１４が配置される。前記走行駆動輪１１・１２とキャスタ輪１３・１４の間の機体フレーム２の下方に作業部として芝刈機３が配置される。機体フレーム２の上部が運転操作部４とされ、前後略中央にオペレータが着座する操縦席としての座席シート５が配置され、該座席シート５の左右両側に旋回操作及び変速操作を可能とする駆動操作具となる旋回レバー２１・２２や、パーキングスイッチ２５（図３参照）や、キースイッチ３５や、作業部スイッチ３６や、図示しない作業レバーや操作スイッチ等が配置される。また、機体フレーム２の後部には、バッテリ３１が設けられている。
また、座席シート５には着座センサ３３が設けられている。着座センサ３３は、例えば操縦者の体重を感知する歪み感知センサで構成されており、図３に示すように、制御装置５０に接続されている。但し、着座センサ３３は座席シート５上に操縦者が存在することを検知できればよく歪み感知センサに限定するものではない。
【００１７】
また、機体フレーム２の任意位置に制御装置５０が配置される。本実施形態においては、図１に示すように、制御装置５０は座席シート５の下方の空間に設けられている。
【００１８】
前記走行駆動輪１１・１２は電動機器であり、図１及び図２に示すように、それぞれ左右の走行部用モータ１５・１６の出力軸とギヤケース４１内部の図示せぬ動力伝達機構を介して連結され、それぞれ独立して駆動可能としている。走行系の電動機器駆動部としての走行部用モータ１５・１６は、正逆転可能な電動モータであり、図３に示すように、制御装置５０と接続され、正逆転駆動、及び、回転数を制御可能に構成されている。つまり、変速制御可能に構成している。なお、走行部用モータ１５・１６はホイルと一体的に構成したホイルインモータとすることも、走行部用モータ１５・１６の出力軸と走行駆動輪１１・１２の車軸との間に減速機構を配設して、走行部用モータ１５・１６を機体フレーム２に設ける構成とすることも可能である。
【００１９】
また、走行部用モータ１５・１６は、通常は駆動力として用いていられているが、下り坂などでは発電機として作動させ、運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回収することで制動をかける回生ブレーキとして使用することも可能である。この場合、走行部用モータ１５・１６によって発電された回生電力はバッテリ３１に回収される。言い換えれば、回生エネルギーによってバッテリ３１の充電が行われる。
【００２０】
図２及び図３に示すように、前記走行部用モータ１５・１６の出力軸近傍、または、走行駆動輪１１・１２、または、減速機構には、走行駆動輪１１・１２の回転速度（回転数）を検知する回転速度検出手段となる回転速度センサ１７・１８が設けられている。該回転速度センサ１７・１８は制御装置５０と接続されている。
【００２１】
前記キャスタ輪１３・１４は、車輪を回転自在に支持する車軸がブラケット１９・２０に水平方向に支持され、該ブラケット１９・２０の上部から上方に支持軸が立設され、該支持軸が機体フレーム２に対して左右回転自在に支持される構成としている。よって、キャスタ輪１３・１４は左右方向に回転自在となっている。なお、補助輪となるキャスタ輪１３・１４は１輪とすることも可能であり、また、３輪以上に構成することも可能である。また、補助輪となるキャスタ輪１３・１４は前輪としているが、後輪とすることも可能である。つまり、走行駆動輪１１・１２を前輪、キャスタ輪１３・１４を後輪とすることもできる（図１参照）。
【００２２】
前記芝刈機３は、電動機器であり、図１に示す昇降リンク機構３０を介して機体フレーム２に対して昇降可能に連結されている。芝刈機３は、モアデッキ内に刈刃２６・２７を回転可能に配置し、該刈刃２６・２７を作業系の電動機器駆動部としての作業部用モータ２８・２９により回転駆動可能に構成している。作業部用モータ２８・２９は制御装置５０と接続されている。なお、芝刈機３は機体フレーム２の下方に配置しているが、機体フレーム２の前方に配置することも、機体フレーム２の後方に配置することも、機体フレーム２の側方に配置することも可能であり限定するものではない。また、刈刃はブレード式やバリカン式やリール式等限定するものではない。
【００２３】
運転操作部４に設けた旋回レバー２１・２２は、それぞれ中立位置から前後方向に回動することにより左右対応する走行駆動輪１１・１２の回転方向及び回転速度を設定して、進行方向及び走行速度を変更するための手段である。具体的には、旋回レバー２１・２２を中立位置から前方への回動する回動角度が大きいほど、走行駆動輪１１・１２の前進回転速度が速くなり、芝刈作業機１の前進走行速度が速くなる。また、旋回レバー２１・２２を中立位置から後方へ回動する回動角度が大きくなるほど、走行駆動輪１１・１２の後進回転速度が速くなり、芝刈作業機１の後進走行速度が速くなる。
また、運転操作部には、パーキングスイッチ２５が設けられている（図３参照）。本実施形態においては、旋回レバー２１・２２を中立位置とすることにより、パーキングスイッチ２５がＯＮ状態となるように構成されている。なお、パーキングスイッチ２５を独立して設けることも可能である。
【００２４】
前記旋回レバー２１・２２の回動基部にはそれぞれ旋回レバー２１・２２の回動角度を検知するセンサとしてのレバーセンサ２３・２４が設けられている。レバーセンサ２３・２４は、図３に示すように、制御装置５０と接続されている。こうして、旋回レバー２１・２２の回動がレバーセンサ２３・２４により検知されて、その検知信号が制御装置５０に入力され、該制御装置５０により左右の走行部用モータ１５・１６が前記旋回レバー２１・２２の回動角度に応じて駆動され、芝刈作業機１を走行させることができる。
【００２５】
また、運転操作部４に設けられた作業部スイッチ３６をＯＮ状態とすることにより、芝刈機３の刈刃２６・２７を作業部用モータ２８・２９により回転駆動させる。作業部スイッチ３６は、図３に示すように、制御装置５０に接続されている。
【００２６】
バッテリ３１は機体フレーム２後部に設けられている。バッテリ３１は、脱着可能なパックとして構成されており、図３に示すように、接続端子３１ａが設けられている。車体側にも接続端子３１ｂが設けられており、車体側の接続端子３１ｂは、図３に示すように、制御装置５０に接続されている。また、バッテリ３１の内部には、バッテリ制御装置３４や充電用リレー回路３７が設けられている。バッテリ制御装置３４は、充電時に過充電とならないように制御したり、温度が異常に高くならないように制御したり、後述する充電コネクタ３１ｄに設ける検知部３１ｅにより充電器１０１と接続されたかを判断するとともに、充電用リレー回路３７を切り替えて後述の制御装置５０に充電中であること送信したりする。
【００２７】
バッテリ３１は、図３に示すように、Ｎ個のセル３１Ｃ１・３１Ｃ２・・・３１ＣＮを有している。図５に示すように、Ｎ個のセル３１Ｃ１・３１Ｃ２・・・３１ＣＮは直列につながれており、各セル３１Ｃ１・３１Ｃ２・・・３１ＣＮの電圧Ｖ１・Ｖ２・・・ＶＮの総和がバッテリ３１の電圧Ｖとなる。
また、バッテリ３１は、図３に示すように、高圧の直流電圧を低圧の直流電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ３８を有している。
【００２８】
また、バッテリ３１には充電コネクタ３１ｄが設けられている。充電コネクタ３１ｄは外部の充電器１０１と接続可能であり、充電コネクタ３１ｄを外部の充電器１０１と接続することにより、バッテリ３１の充電を行う。充電コネクタ３１ｄに充電器１０１が接続されたどうかは、充電コネクタ３１ｄに設けた検知部３１ｅにより検知され、検知部３１ｅは制御装置５０と接続されている。
【００２９】
制御装置５０は、図３に示すように、走行部用モータ１５・１６、回転速度センサ１７・１８、レバーセンサ２３・２４、作業部用モータ２８・２９、着座センサ３３、作業部スイッチ３６、と接続されている。また、制御装置５０は、走行部用モータドライバ６５・６６及び作業部用モータドライバ６７と接続されている。
【００３０】
制御装置５０は、ＣＰＵや記憶手段からなり、ＣＰＵは中央演算処理装置であり、記憶手段は制御プログラムやマップ等を記憶したＲＯＭや入力したデータ等を記憶するＲＡＭである。
【００３１】
走行部用モータドライバ６５・６６及び作業部用モータドライバ６７はインバータ回路で構成されており、走行部用モータ１５・１６及び作業部用モータ２８・２９の出力を制御する装置である。また、走行部用モータ１５・１６及び作業部用モータ２８・２９に印加される電圧（または電流）を検知し、制御装置５０に送信している。走行部用モータドライバ６５・６６及び作業部用モータドライバ６７は、それぞれ、座席シート５の下方の空間に設けられている。
走行部用モータドライバ６５・６６と作業部用モータドライバ６７はバッテリ３１と電気経路３２ｂを介して接続されており、電気経路３２ｂから供給される直流電力を交流電力に変換して走行部用モータ１５・１６及び作業部用モータ２８・２９に供給する。
電気経路３２ｂの中途部にはバッテリ３１と走行部用モータドライバ６５・６６及び作業部用モータドライバ６７との間の電気経路３２ｂを通電又は非通電状態に切り替える手段としてのリレー回路７１・７２・７３が設けられている。リレー回路７１・７２・７３は制御装置５０と接続されて、制御装置５０からの制御信号によりリレー回路７１・７２・７３の通電又は非通電状態が切り替えられる構成としている。
【００３２】
芝刈作業機１には補助電源（バックアップ電源）５０ａが搭載されている。補助電源５０ａは制御装置５０と接続し、バッテリ３１が外された状態や充電時等でも制御装置５０やセンサ等に電力を供給して、芝刈作業機１や操縦者の安全性を担保している。
即ち、補助電源５０ａは電気経路を介して走行部用モータドライバ６５・６６及び作業部用モータドライバ６７と接続しており、走行部用モータドライバ６５・６６及び作業部用モータドライバ６７とバッテリ３１とが非接続の場合であっても、補助電源５０ａから走行部用モータドライバ６５・６６及び作業部用モータドライバ６７へ制御用の電力が供給されている。走行部用モータドライバ６５・６６及び作業部用モータドライバ６７は、常時、走行部用モータ１５・１６及び作業部用モータ２８・２９にバッテリ３１から電力が供給されているかを検出し、制御装置５０に送信するようにしている。
【００３３】
また、制御装置５０は、バッテリ３１と電気経路３２ａを介して接続されている。電気経路３２ａの中途部にはキースイッチ３５が設けられており、キースイッチ３５を操作することにより電源リレー回路４２の接点４２ａのＯＮ・ＯＦＦが切り替えられる。つまり、キースイッチ３５の操作により電気経路３２ａの接続・非接続を切り替えることができる。
【００３４】
キースイッチ３５がＯＮ状態となった場合、電源リレー回路４２がＯＮ状態に切り替わり、電力が供給されたことを制御装置５０に送信し、制御装置５０より接続制御信号がリレー回路７１・７２・７３に送信されて切り替え、電力供給経路３２ｂが接続されて、バッテリ３１から走行部用モータドライバ６５・６６及び作業部用モータドライバ６７へ電力が供給可能とされる。
【００３５】
また、制御装置５０とバッテリ３１との間には接続確認用電気経路３２ｃが設けられており、バッテリ３１側の接続端子３１ａと車体側の接続端子３１ｂとの間に脱着を検知する脱着検知センサ７４が設けられ、接続確認用電気経路３２ｃを介して制御装置５０と接続している。
【００３６】
制御装置５０は、前記各センサからの信号により、左右の走行部用モータ１５・１６の出力を制御する。つまり、左右の旋回レバー２１・２２の操作量に応じて進行方向の指令値を算出して、それぞれの指令値に応じて走行部用モータドライバ６５・６６に指令値を送信し、走行部用モータドライバ６５・６６から走行部用モータ１５・１６に駆動信号（モータ駆動電力）を出力する。
また、制御装置５０は、作業部用モータ２８・２９の出力を制御する。つまり、制御装置５０は、作業部用モータ２８・２９のトルクが一定となるように指令値を算出して、それぞれの指令値に応じて作業部用モータドライバ６７に指令値を送信し、作業部用モータドライバ６７から作業部用モータ２８・２９に駆動信号（モータ駆動電力）を出力する。
【００３７】
次に、走行部用モータ１５・１６を電気的に停止させるための前記リレー回路７１・７２と、物理的に停止させるための電磁ブレーキ３９・４０について説明する。
【００３８】
図３に示すように、バッテリ３１と走行部用モータドライバ６５・６６との間には、電力の供給と遮断を切り替える手段としてのリレー回路７１・７２が設けられている。リレー回路７１・７２は制御装置５０と接続されて、制御装置５０からの制御信号によりリレー回路７１・７２が切り替えられる構成としている。なお、リレー回路７１とリレー回路７２とは同様の構成であるので、走行部用モータ１５に対応するリレー回路７１について説明する。
リレー回路７１は、正常の走行時や作業時に、バッテリ３１と走行部用モータドライバ６５とを接続する。電圧が異常に高くなった場合やバッテリ３１が離脱した場合などの異常時には、制御装置５０よりリレー回路７１に遮断信号が送信されて、リレー回路７１によりバッテリ３１と走行部用モータドライバ６５との接続が遮断され、走行部用モータ１５に電力が供給されなくなる。これにより、走行部用モータ１５が停止する。
【００３９】
また、図２、図３に示すように、走行部用モータ１５・１６と走行駆動輪１１・１２との間には電磁ブレーキ３９・４０が設けられている。電磁ブレーキ３９・４０は制御装置５０と接続されて、制御装置５０からの制御信号により制動と非制動が切り替えられる。電磁ブレーキ３９と４０は同様の構成であるので走行部用モータ１５に対応する電磁ブレーキ３９について説明する。
図２に示すように、走行部用モータ１５と走行駆動輪１１との間には図示せぬ動力伝達機構を格納するギヤケース４１が設けられている。電磁ブレーキ３９は、ギヤケース４１の内部であって走行部用モータ１５の駆動軸に設けられている。電磁ブレーキ３９は通電している状態では開放されており、電力が遮断された状態では摩擦板を圧接させることで走行駆動輪１１を制動する。但し、作業部用モータ２８・２９にも前記同様に電磁ブレーキを取り付け、制御することも可能である。
【００４０】
バッテリ制御装置３４には電池監視回路４３が接続され、電池監視回路４３は各セル３１Ｃ１・３１Ｃ２・・・・と接続されている。電池監視回路４３は、各セルの電圧や放電電流を演算し、バッテリ制御装置３４に送信している。
【００４１】
次に、バッテリ３１の回生余地を残すためにＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）を充電制御について図４を用いて、説明する。
図５に示すように、バッテリ３１のＳＯＣが１００％、すなわち満充電状態である場合には、回生エネルギーが走行部用モータ１５・１６からバッテリ３１に送られた場合でも、バッテリ３１に回生余地が無く、回生が行われないだけでなくバッテリ３１が過充電状態となり故障するおそれがあった。そこで、バッテリ３１の回生余地を残すためにＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）を減少させる充電制御を行うものである。
【００４２】
まず、バッテリ制御装置３４において、バッテリ３１のＳＯＣが１００％以上であるか否かについて判断する（ステップＳ１０）。ここでＳＯＣとは、バッテリ３１の充電状態を表す指標であり、百分率で表され、１００％が満充電状態、０％が完全放電状態を表す。バッテリ３１のＳＯＣが１００％以上であれば、バッテリ３１は満充電状態であり、バッテリ３１のＳＯＣが１００％より小さければ、バッテリ３１は満充電状態ではなく、充電の余地がある。バッテリ３１のＳＯＣはバッテリ制御装置３４によって算出される。
ステップＳ１０において、バッテリのＳＯＣが１００％以上であれば、バッテリの電圧Ｅが上限電圧Ｖｕ１以上であるか否かについて判断する（ステップＳ２０）。上限電圧Ｖｕ１は、満充電となった時の電圧であり、最大充電した場合に許容できる電圧である。また、ステップＳ１０において、バッテリのＳＯＣが１００％よりも小さければ後述する充放電制御を行う。
【００４３】
ステップＳ２０において、バッテリの電圧Ｅが上限電圧Ｖｕ１以上であれば、何らかの異常が生じているものと判断して（ステップＳ３０）、リレー回路７１・７２を開いて（非接続として）バッテリ３１から走行部用モータドライバ６５・６６への電力の供給を停止し、電磁ブレーキ３９・４０も作動させる。（ステップＳ４０）。そして、運転を停止する（ステップＳ５０）。
また、ステップＳ２０において、バッテリ３１の電圧Ｖが上限電圧Ｖｕ１よりも小さければ（未満であれば）、放電中であるか否かについて判断する（ステップＳ６０）。ここで、放電中とは、例えば、作業部用モータ２８・２９を駆動させている状態などである。ステップＳ６０において放電中であれば、運転を継続する（ステップＳ５０）。ステップＳ６０において放電中でなければ、回生充電可能な余地を作るための処理を行う。
ステップＳ７０以降ステップＳ１１０までの処理（バランス処理）はバッテリ３１の各セル３１Ｃ１・３１Ｃ２・・・３１ＣＮごとに行う。
ここでは、セル３１Ｃ１に関するバランス処理について説明する。
ステップＳ７０において、セル３１Ｃ１のセル電圧Ｖ１を検知し、セル電圧Ｖ１がバランス開始電圧Ｖａより高いか判断する。バランス開始電圧Ｖａは、高いセル電圧のセルを回生できるようにするための電圧に下げる時の目標電圧である。なお、セル電圧は電池監視回路４３により検知される。
セル電圧Ｖ１がバランス開始電圧Ｖａ以下の低い電圧（Ｖ１≦Ｖａ）であれば、バランスさせる（電圧を下げる）必要がないため、運転が継続される（ステップＳ５０）。図６（Ａ）に示すように、セル電圧Ｖ１がバランス開始電圧Ｖａより高い（Ｖ１＞Ｖａ）場合には、ステップＳ８０に移行する。
ステップＳ８０において、セル電圧Ｖ１と他の全てのセルの中で最も電圧が低いセルの電圧である最小セル電圧Ｖｍｉｎとの差Ｄ１と、バランス開始電圧差Ｄａを比較する。
図６（Ａ）に示すように、ステップＳ８０において、差Ｄ１がバランス開始電圧差Ｄａよりも大きい場合には、セルバランス動作（放電）を開始する（ステップＳ９０）。
また、ステップＳ８０において、差Ｄ１がバランス開始電圧差Ｄａ以下である（Ｄ１≦Ｄａ）場合には運転を続行する（ステップＳ５０）。つまり、セル電圧Ｖ１と最も低いセル電圧Ｖｍｉｎとの差がほとんど無い場合には運転を続行する。
次に、ステップＳ１００において、セル電圧Ｖ１がバランス停止電圧Ｖｂ以下であるかを判断する。
図６（ｂ）に示すように、ステップＳ１００において、セル電圧Ｖ１がバランス停止電圧Ｖｂ以下であると、セルバランス動作（放電）を停止し（ステップＳ１０５）、運転を続行する（ステップＳ５０）。なお、バランス停止電圧Ｖｂはバランス開始電圧Ｖａより低い値に設定されている。
セル電圧Ｖｃ１がバランス停止電圧Ｖｂより高い場合には、セル電圧Ｖｃ１と最も電圧が低いセルの電圧である最小セル電圧Ｖｍｉｎとの差Ｄ１が、所定のバランス停止電圧差Ｄｂ以下であるか否かについて判断する（ステップＳ１１０）。
図６（ｂ）に示すように、差Ｄ１が、所定のバランス停止電圧差Ｄｂ以下である（Ｄ１≦Ｄｂ）場合には運転を続行する（ステップＳ５０）。
また、差Ｄ１がバランス停止電圧差Ｄｂより大きい場合にはステップＳ９０に移行し、放電を続行する。なお、バランス停止電圧差Ｄｂはバランス開始電圧差Ｄａより低い値である。
前記処理が各セルについて行われることで、図７に示すように、バッテリ３１を構成する全てのセル３１Ｃ１・３１Ｃ２・・・３１ＣＮについて満充電状態から一定量だけ充電量を減少させた状態にすることができる。
【００４４】
次に、ＳＯＣを用いた過放電によるバッテリ３１の劣化を防止するための充放電制御について図８及び図９を用いて説明する。
バッテリ３１が放電することにより充電量を減少させたことにより、過放電状態が起こるおそれがある。過放電状態においては、バッテリ３１が劣化し、充電容量が減少することがある。そこで、過放電状態によるバッテリ３１の劣化を防止するためにＳＯＣを用いて充放電制御を行う。
【００４５】
まず、バッテリ３１の電圧を測定する（ステップＳ２１０）。次に、放電電流を積算する（ステップＳ２２０）。次に、バッテリ３１の電圧及び電流の積算値に基づいてバッテリ制御装置３４がＳＯＣを算出する（ステップＳ２３０）。
【００４６】
次に、充電中であるか否かについて判断する（ステップＳ２４０）。ステップＳ２４０において充電中であった場合には、ＳＯＣが第一上限値Ｒ１以上であるか否かについて判断する（ステップＳ２５０）。ステップＳ２５０において、ＳＯＣが第一上限値Ｒ１以上あった場合には、前記充電制御に移行する。ステップＳ２５０において、ＳＯＣが第一上限値Ｒ１よりも小さかった場合には、後述するステップＳ２９０（図９参照）に移行する。
【００４７】
ステップＳ２４０において充電中で無かった場合には、放電中であるか否かについて判断する（ステップＳ２６０）。ステップＳ２６０において放電中であった場合には、図９に示すように、ＳＯＣが第一上限値Ｒ１以上であるか否かについて判断する（ステップＳ２７０）。ステップＳ２７０において、ＳＯＣが第一上限値Ｒ１以上あった場合には、バッテリ残量が十分あると判断して、図９に示すように、その後、通常の運転を継続若しくは停止し（ステップＳ２８０）、制御を終了する。ステップＳ２７０において、ＳＯＣが第一上限値Ｒ１よりも小さい場合には、ＳＯＣが第一上限値Ｒ１よりも小さく第一許容下限値Ｒ２以上であるか否かについて判断する（ステップＳ２９０）。
【００４８】
ステップＳ２９０において、ＳＯＣが第一上限値Ｒ１よりも小さく第一許容下限値Ｒ２以上である場合には、バッテリ残量が低下し充電が必要な状態となっているとし、オペレータに電圧低下の予告を通知する（ステップＳ３００）。例えば、運転操作部４に表示灯を設けて表示灯を点滅させることにより通知する。通知する方法は、これに限定するものでなく、例えば、液晶表示部を設けて、液晶表示部にメッセージを表示することも可能であるし、音響手段を設けて、音によって通知することも可能である。
そして、走行部用モータ１５・１６の出力を制限する（ステップＳ３１０）。具体的には、走行部用モータ１５・１６の上限回転数を設けて上限回転数以上の回転数にならないように制御する。その後、通常の運転を継続若しくは停止し（ステップＳ２８０）、制御を終了する。
【００４９】
ステップＳ２９０において、ＳＯＣが第一上限値Ｒ１以上である若しくは第一許容下限値Ｒ２よりも小さいと判断された場合には、ＳＯＣが第一許容下限値Ｒ２よりも小さく第二許容下限値Ｒ３以上であるか否かについて判断する（ステップＳ３２０）。
ステップＳ３２０において、ＳＯＣが第一許容下限値Ｒ２よりも小さく第二許容下限値Ｒ３以上であった場合には、バッテリ残量が更に低下し充電が必要な状態であり、作業と走行の両方を作動させることが難しくなっている状態となっているとし、オペレータに電圧低下の警告を通知する（ステップＳ３３０）。例えば、運転操作部４に表示灯を設けて表示灯の点滅間隔を早めることにより通知する。通知する方法は、これに限定するものでなく、例えば、液晶表示部を設けて、液晶表示部にメッセージを表示することも可能であるし、音響手段を設けて、音によって通知することも可能である。
そして、作業部用モータ２８・２９を停止する（ステップＳ３４０）。その後、通常の運転を継続若しくは停止し（ステップＳ２８０）、制御を終了する。
【００５０】
ステップＳ３２０において、ＳＯＣが第一許容下限値Ｒ２以上である若しくは第二許容下限値Ｒ３よりも小さいと判断された場合には、バッテリ残量が更に低下し充電が必要な状態であり、作業部を停止した状態で、走行させることが難しくなっている状態となっているとし、オペレータに電圧低下の異常を通知する（ステップＳ３５０）。例えば、運転操作部４に表示灯を設けて表示灯を点灯させ続けることにより通知する。通知する方法は、これに限定するものでなく、例えば、液晶表示部を設けて、液晶表示部にメッセージを表示することも可能であるし、音響手段を設けて、音によって通知することも可能である。
そして、走行部用モータ１５・１６を停止する（ステップＳ３６０）。その後、通常の運転を継続若しくは停止し（ステップＳ２８０）、制御を終了する。
【００５１】
前記第一上限値Ｒ１、第一許容下限値Ｒ２、及び第二許容下限値Ｒ３は、
Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３
となるような値であり、例えばＲ１は３０％、Ｒ２は２０％、Ｒ３は１０％である。
【００５２】
以上のように、バッテリ３１を駆動源とする芝刈作業機１において、ＳＯＣを推定するバッテリ制御装置３４を設け、回生余地を残すためにＳＯＣを減少させるものである。
このように構成することにより、回生によるバッテリ電圧の以上上昇を防止できる。
【００５３】
また、走行部用モータ１５・１６に非通電時に機能する電磁ブレーキ３９・４０を設け、バッテリ３１の電圧Ｖが上限電圧Ｖｕ１を越えたことを検知したときに走行部用モータ１５・１６とバッテリ３１との電気経路を非通電にするリレー回路７１・７２を設けたものである。
このように構成することにより、バッテリ３１の電圧Ｖの異常上昇時に走行部用モータ１５・１６を確実に停止できる。
【００５４】
また、芝刈作業機１は陸上走行物で、ＳＯＣが第一許容下限値Ｒ２よりも低下したことを検知したときは作業部用モータ２８・２９とバッテリ３１との電気経路を非通電にするリレー回路７３を設け、ＳＯＣが第一許容下限値Ｒ２より小さい第二許容下限値Ｒ３よりも低下したことを検知したときは走行部用モータ１５・１６とバッテリ３１との電気経路も非通電にするリレー回路７１・７２を設けたものである。
このように構成することにより、バッテリ３１の過放電による劣化を防止できる。
【符号の説明】
【００５５】
１ 芝刈作業機（電動作業機）
２ 機体フレーム
３ 芝刈機（作業部）
４ 運転操作部
５ 座席シート（操縦席）
１１・１２ 走行駆動輪
１３・１４ キャスタ輪
１５・１６ 走行部用モータ（走行系の電動機器駆動部）
２１・２２ 旋回レバー（駆動操作具）
２３・２４ レバーセンサ
２５ パーキングスイッチ
２８・２９ 作業部用モータ
３１ バッテリ
３１ｃ 充電コネクタ
３２ｂ 電気経路
３３ 着座センサ
３５ キースイッチ
３９・４０ 電磁ブレーキ
５０ 制御装置
６５・６６ 走行部用モータドライバ
６７ 作業部用モータドライバ
７１・７２・７３ リレー回路
７４ 脱着検知センサ（センサ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリを駆動源とする電動乗用機において、
ＳＯＣを推定するユニットを設け、回生余地を残すためにＳＯＣを減少させることを特徴とする電動乗用機。
【請求項２】
走行系の電動機器駆動部に非通電時に機能する電磁ブレーキを設け、バッテリ電圧が許容上限値を越えたことを検知したときに前記電動機器駆動部とバッテリとの電気経路を非通電にする手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電動乗用機。
【請求項３】
前記電動乗用機は陸上走行物で、ＳＯＣが第一許容下限値よりも低下したことを検知したときは走行系以外の電動機器駆動部とバッテリとの電気経路を非通電にする手段を設け、ＳＯＣが第一許容下限値より小さい第二許容下限値よりも低下したことを検知したときは走行系の電動機器駆動部とバッテリとの電気経路も非通電にする手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電動乗用機。
【請求項１】
バッテリを駆動源とする電動乗用機において、
ＳＯＣを推定するユニットを設け、回生余地を残すためにＳＯＣを減少させることを特徴とする電動乗用機。
【請求項２】
走行系の電動機器駆動部に非通電時に機能する電磁ブレーキを設け、バッテリ電圧が許容上限値を越えたことを検知したときに前記電動機器駆動部とバッテリとの電気経路を非通電にする手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電動乗用機。
【請求項３】
前記電動乗用機は陸上走行物で、ＳＯＣが第一許容下限値よりも低下したことを検知したときは走行系以外の電動機器駆動部とバッテリとの電気経路を非通電にする手段を設け、ＳＯＣが第一許容下限値より小さい第二許容下限値よりも低下したことを検知したときは走行系の電動機器駆動部とバッテリとの電気経路も非通電にする手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電動乗用機。
【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２０１３−２７２０２（Ｐ２０１３−２７２０２Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６１１１５（Ｐ２０１１−１６１１１５）
【出願日】平成２３年７月２２日（２０１１．７．２２）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２２日（２０１１．７．２２）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
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