(57)【要約】      （修正有）【課題】蓄電装置の充電率の使用範囲を温度に適したものにすることができで、蓄電装置の性能を十分に活用することができる建設機械を提供する。【解決手段】エンジンと、発電機と、蓄電装置であるバッテリと、バッテリの充電率を算出する充電率算出手段と、温度測定手段と、充電率の使用範囲を設定する使用範囲設定手段とを有し、使用範囲設定手段は、バッテリの温度が所定温度のときに、充電率の使用範囲を所定の範囲に設定し、バッテリの温度が所定温度よりも低いときに、充電率の使用範囲を所定の範囲よりも狭く設定する。【選択図】図２
2014155248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
前記エンジンの出力軸に接続され、発電を行うことが可能な発電機と、
前記発電機が発電した発電電力を充放電する蓄電装置と、
前記蓄電装置の充電率を算出する充電率算出手段と、
前記蓄電装置の温度を測定する温度測定手段と、
前記充電率に応じて前記蓄電装置の充放電電力の上限値である充放電電力上限値を設定することで、前記充電率の使用範囲を設定する使用範囲設定手段と、
を有し、
前記使用範囲設定手段は、前記蓄電装置の温度が所定温度のときに、前記充電率の使用範囲を所定の範囲に設定し、前記蓄電装置の温度が前記所定温度よりも低いときに、前記充電率の使用範囲を前記所定の範囲よりも狭く設定することを特徴とする建設機械。
【請求項２】
前記使用範囲設定手段は、前記蓄電装置の温度が前記所定温度から低くなるほど、前記充電率の使用範囲を狭く設定することを特徴とする請求項１に記載の建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン動力と電力とを併用するハイブリッド式の建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン動力と電力とを併用するハイブリッド式の建設機械が特許文献１に開示されている。この建設機械では、蓄電装置の充電率が一定範囲に保たれるように、蓄電装置の充放電パワーが決定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２３７１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１においては、実際に使用する最大電力と蓄電装置の内部抵抗とによって決まる蓄電装置の電圧が、上限電圧、下限電圧にならないように、充電率の使用範囲が余裕を持って設定されている。そのため、蓄電装置の性能を十分に活用できていない。
【０００５】
本発明の目的は、蓄電装置の性能を十分に活用することが可能な建設機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明における建設機械は、エンジンと、前記エンジンの出力軸に接続され、発電を行うことが可能な発電機と、前記発電機が発電した発電電力を充放電する蓄電装置と、前記蓄電装置の充電率を算出する充電率算出手段と、前記蓄電装置の温度を測定する温度測定手段と、前記充電率に応じて前記蓄電装置の充放電電力の上限値である充放電電力上限値を設定することで、前記充電率の使用範囲を設定する使用範囲設定手段と、を有し、前記使用範囲設定手段は、前記蓄電装置の温度が所定温度のときに、前記充電率の使用範囲を所定の範囲に設定し、前記蓄電装置の温度が前記所定温度よりも低いときに、前記充電率の使用範囲を前記所定の範囲よりも狭く設定することを特徴とする。
【０００７】
一般に、蓄電装置の内部抵抗は、低温時に大きくなる。そして、蓄電装置の充放電電力の許容値は、蓄電装置の内部抵抗が大きくなるほど小さくなる。そこで、上記の構成によれば、蓄電装置の温度が所定温度のときに、充電率の使用範囲を所定の範囲に設定し、蓄電装置の温度が所定温度よりも低いときに、充電率の使用範囲を所定の範囲よりも狭く設定する。これにより、充電率の使用範囲を蓄電装置の温度に適したものにすることができるので、蓄電装置の性能を十分に活用することができる。
【０００８】
また、本発明における建設機械において、前記使用範囲設定手段は、前記蓄電装置の温度が前記所定温度から低くなるほど、前記充電率の使用範囲を狭く設定してよい。蓄電装置の内部抵抗は、低温になるほど大きくなる。そこで、上記の構成によれば、蓄電装置の温度が所定温度から低くなるほど、充電率の使用範囲を狭く設定する。これにより、充電率の使用範囲を蓄電装置の温度により適したものにすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の建設機械によると、充電率の使用範囲を蓄電装置の温度に適したものにすることができるので、蓄電装置の性能を十分に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】建設機械の電気的構成を示す図である。
【図２】充電率と充放電上限パワーとの関係を示す図である。
【図３】充電率と放電上限パワーとの関係を示す図である。
【図４】充電率と充電上限パワーとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
（建設機械の電気的構成）
本発明の実施形態による建設機械１は、ハイブリッドショベルなどの建設機械であって、図１に示すように、エンジン２、エンジン２の出力軸に接続された発電電動機（発電機）３、エンジン２と発電電動機３とを動力源とする油圧ポンプ４、下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体を旋回させる旋回電動機５、発電電動機３および旋回電動機５にそれぞれ電気的に接続されたバッテリ（蓄電装置）６、コントローラ７などを有している。
【００１３】
エンジン２は、油圧ポンプ４の動力源である。エンジン２により油圧ポンプ４が駆動されることで、図示しない油圧アクチュエータ（例えば、ショベルでいうとブーム、アーム、バケット各シリンダや走行用油圧モータ等）が駆動される。
【００１４】
発電電動機３は、エンジン２の負荷に余裕のあるときに、エンジン２の出力の一部を用いて発電を行い、発電電力をバッテリ６に充電する。発電電動機３とバッテリ６との間に設けられた発電コンバータ１１は、発電電動機３の交流電力を直流電力に変換して、直流電力をバッテリ６に供給する。なお、発電電動機３は、バッテリ６に蓄えられた電力により回転され、エンジン２をアシストして油圧ポンプ４を駆動してもよい。
【００１５】
旋回電動機５は、バッテリ６に蓄えられた電力により駆動される。バッテリ６と旋回電動機５との間に設けられた旋回インバータ１３は、バッテリ６の直流電力を交流電力に変換して、交流電力を旋回電動機５に供給する。なお、旋回電動機５は、上部旋回体に制動をかける際に発電を行って、制動により回生された回生電力をバッテリ６に充電してもよい。
【００１６】
バッテリ６は、例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などであり、発電電動機３が発電した発電電力を充放電する。バッテリ６の充電率（ＳＯＣ：State of Charge）は、バッテリコントローラ（充電率算出手段）１２により算出される。ここで、バッテリ６の充電率は、バッテリ６の電流を積算することによって求められる。また、バッテリ６の温度は、図示しない温度センサ（温度測定手段）により測定される。
【００１７】
コントローラ７は、発電コンバータ１１に接続され、発電コンバータ１１に発電機トルク指令値を送ることで発電コンバータ１１を制御している。ここで、バッテリ６と旋回インバータ１３との間には、電流計１４および電圧計１５が設けられており、電流計１４が測定したバッテリ６の電流値、および、電圧計１５が測定したバッテリ６の電圧値は、それぞれコントローラ７に入力される。また、バッテリコントローラ１２が算出したバッテリ６の充電率（ＳＯＣ）、および、温度センサが測定したバッテリ６の温度が、コントローラ７に入力される。
【００１８】
コントローラ７は、機械系負荷算出部１６、電気系負荷算出部１７、使用範囲設定部（使用範囲設定手段）１８、エンジンパワー設定部１９、および、パワー配分制御部２０から構成される。
【００１９】
機械系負荷算出部１６は、油圧ポンプ４の圧力（吐出圧）と吐出量、および、発電電動機３の回転数に応じて、油圧アクチュエータが要求しているパワーであるアクチュエータ要求パワーを算出する。なお、油圧ポンプ４の圧力と吐出量、および、発電電動機３の回転数は、図示しない検出手段によってそれぞれ検出される。
【００２０】
エンジンパワー設定部１９は、バッテリ６の充電率と温度とに応じて、エンジン２のパワーであるエンジンパワーを設定する。エンジンパワー設定部１９は、例えば、予めバッテリ６の充電率に対するエンジンパワーの関係（充電率が低いほどエンジンパワーを高くする）をテーブル化しておき、検出される充電率に対応するエンジンパワーを選択・設定する。エンジンパワーの設定値は、エンジン２を高効率で運転し得る範囲として、予め定めた下限値と上限値との間の数値として定められる。
【００２１】
電気系負荷算出部１７は、バッテリ６の充電率と温度とに応じて、バッテリ６のパワーであるバッテリパワー（充電要求パワー及び放電要求パワー）（充放電電力）を設定する。ここで、電気系負荷算出部１７は、使用範囲設定部１８が設定するバッテリ６の充電率の使用範囲内において、バッテリパワーを設定する。
【００２２】
使用範囲設定部１８は、バッテリ６の充電率に応じてバッテリ６のバッテリパワーの上限値である充放電上限パワー（充放電電力上限値）を設定することで、バッテリ６の充電率の使用範囲を設定する。なお、充放電上限パワーには、充電上限パワー（充電許容パワー）と、放電上限パワー（放電許容パワー）とがある。
【００２３】
ここで、バッテリ６の内部抵抗は、充電率、温度状態、劣化状態などにより決まり、低温時や劣化時などに大きくなる。そして、バッテリ６の充放電電力の許容値は、バッテリ６の内部抵抗が大きくなるほど小さくなる（充放電電流の許容値が小さくなる）。
【００２４】
そこで、使用範囲設定部１８は、バッテリ６の温度が所定温度（例えば５５℃）のときに、バッテリ６の充電率の使用範囲を所定の範囲に設定し、バッテリ６の温度が所定温度よりも低いときに、バッテリ６の充電率の使用範囲を所定の範囲よりも狭く設定する。
【００２５】
例えば、充電率と充放電上限パワーとの関係を示す図である図２に示すように、使用範囲設定部１８は、バッテリ６の温度が３０〜６０℃のときの充電率の使用範囲を図２（ａ）に示す３０〜８０％の範囲に設定し、バッテリ６の温度が１０℃のときの充電率の使用範囲を図２（ｂ）に示す５０〜６０％の範囲に設定する。このように、バッテリ６の温度が１０℃のときの充電率の使用範囲は、バッテリ６の温度が３０〜６０℃のときの充電率の使用範囲よりも狭い。
【００２６】
このように、バッテリ６の温度が所定温度のときに、充電率の使用範囲を所定の範囲に設定し、バッテリ６の温度が所定温度よりも低いときに、充電率の使用範囲を所定の範囲よりも狭く設定することで、充電率の使用範囲をバッテリ６の温度に適したものにすることができる。これにより、バッテリ６の性能を十分に活用することができる。
【００２７】
また、使用範囲設定部１８は、バッテリ６の温度が所定温度から低くなるほど、充電率の使用範囲を狭く設定する。
【００２８】
例えば、バッテリ６の温度が０℃のときの充電率の使用範囲は、バッテリ６の温度が１０℃のときの充電率の使用範囲よりも狭く、バッテリ６の温度が−１０℃のときの充電率の使用範囲は、バッテリ６の温度が０℃のときの充電率の使用範囲よりも狭い、といったように、バッテリ６の温度が所定温度から低くなるほど充電率の使用範囲が狭く設定される。
【００２９】
このように、バッテリ６の温度が所定温度から低くなるほど、充電率の使用範囲を狭く設定することで、充電率の使用範囲をバッテリ６の温度により適したものにすることができる。
【００３０】
これに対して、従来における充電率と放電上限パワーとの関係を示す図である図３、および、従来における充電率と充電上限パワーとの関係を示す図である図４に示すように、従来においては、バッテリ６の温度が−１０℃、０℃、１０℃、３０〜６０℃のいずれにおいても、充電率の使用範囲は、例えば５０〜７０％の範囲といったように、一定範囲であった。即ち、バッテリ６の充電率（ＳＯＣ）が予め設定された範囲内に収まるように設定されていた。そのため、バッテリ６の性能を十分に活用できていなった。
【００３１】
図１に戻って、パワー配分制御部２０は、アクチュエータ要求パワー、バッテリパワー、および、エンジンパワーに基づいて、エンジン２とバッテリ６のパワー配分を決定する。具体的に、パワー配分制御部２０は、電気系負荷算出部１７が設定したバッテリパワーに基づいて、アクチュエータ要求パワーに対するエンジンパワーの分担を決め、これに基づいて発電コンバータ１１に対してトルク指令を出力する。このトルク指令に基づいて、発電電動機３が指令値通りの出力トルクとなるように制御される。
【００３２】
（効果）
以上に述べたように、一般に、バッテリ６の内部抵抗は、低温時に大きくなる。そして、バッテリ６の充放電電力の許容値は、バッテリ６の内部抵抗が大きくなるほど小さくなる。本実施形態に係る建設機械１によると、バッテリ６の温度が所定温度のときに、充電率の使用範囲を所定の範囲に設定し、バッテリ６の温度が所定温度よりも低いときに、充電率の使用範囲を所定の範囲よりも狭く設定する。これにより、充電率の使用範囲をバッテリ６の温度に適したものにすることができるので、バッテリ６の性能を十分に活用することができる。
【００３３】
また、バッテリ６の内部抵抗は、低温になるほど大きくなる。そこで、バッテリ６の温度が所定温度から低くなるほど、充電率の使用範囲を狭く設定する。これにより、充電率の使用範囲をバッテリ６の温度により適したものにすることができる。
【００３４】
（本実施形態の変形例）
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３５】
１  建設機械
２  エンジン
３  発電電動機（発電機）
４  油圧ポンプ
５  旋回電動機
６  バッテリ（蓄電装置）
７  コントローラ
１１  発電コンバータ
１２  バッテリコントローラ（充電率算出手段）
１３  旋回インバータ
１４  電流計
１５  電圧計
１６  機械系負荷算出部
１７  電気系負荷算出部
１８  使用範囲設定部（使用範囲設定手段）
１９  エンジンパワー設定部
２０  パワー配分制御部
【図１】
2014155248.tif 000003
【図２】
2014155248.tif 000004
【図３】
2014155248.tif 000005
【図４】
2014155248.tif 000006