(57)【要約】  蓄電装置の充放電を適切に行うと共に、急激な負荷の上昇に伴うエンジンの停止を抑制することができるハイブリッド式建設機械の提供。  本発明は、蓄電装置１６の蓄電池特性に応じて、油圧ポンプ１７の動力及びインバータ１５の電力を制御するハイブリッドコントローラ２２を備え、このハイブリッドコントローラ２２の出力指令部２２Ｆは、蓄電池特性の電流又は電圧の少なくとも１つと、蓄電池特性の温度又は充電率の少なくとも１つとに基づいて、油圧ポンプ１７の動力とインバータ１５の電力との少なくとも一方を制御するようにした。
2016060132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動される油圧作業装置と、
前記エンジンとの間でトルク伝達を行う電動発電機と、
前記電動発電機を制御するインバータと、
前記インバータを介して充放電を行う蓄電装置と、
前記蓄電装置の蓄電池特性に応じて、
前記油圧ポンプの動力及び前記インバータの電力を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記蓄電池特性の電流又は電圧の少なくとも１つと、
前記蓄電池特性の温度又は充電率の少なくとも１つとに基づいて、
前記油圧ポンプの動力と前記インバータの電力との少なくとも一方を制御する
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記制御装置は、
前記蓄電装置の蓄電池特性の温度又は充電率の少なくとも１つが所定の範囲外のとき、
前記油圧ポンプの動力を制限することを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項３】
請求項１に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記制御装置は、
前記蓄電装置の蓄電池特性の電流又は電圧の少なくとも１つが所定の範囲外のとき、
前記油圧ポンプの動力及び前記インバータの電力を制限することを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド式建設機械において、
前記蓄電装置は、リチウムイオン電池を備えていることを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項５】
エンジンと、
前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動される油圧作業装置と、
前記エンジンとの間でトルク伝達を行う電動発電機と、
前記電動発電機を制御するインバータと、
前記インバータを介して充放電を行う蓄電装置と、
前記蓄電装置の蓄電池特性に応じて、
前記油圧ポンプの動力及び前記インバータの電力を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記蓄電池特性の電圧又は充電率の少なくとも１つと、
前記蓄電池特性の温度又は電流の少なくとも１つとに基づいて、
前記油圧ポンプの動力と前記インバータの電力との少なくとも一方を制御する
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項６】
請求項５に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記制御装置は、
前記蓄電装置の蓄電池特性の電流又は温度の少なくとも１つが所定の範囲外のとき、
前記油圧ポンプの動力を制限することを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項７】
請求項５に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記制御装置は、
前記蓄電装置の蓄電池特性の電圧又は充電率の少なくとも１つが所定の範囲外のとき、
前記油圧ポンプの動力及び前記インバータの電力を制限することを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれかに記載のハイブリッド式建設機械において、
前記蓄電装置は、キャパシタを備えていることを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動発電機へ電力を供給する蓄電装置を備えたハイブリッド式建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車においては、省エネの観点からハイブリッド式や電気式のものが普及しており、建設機械においてもハイブリッド化が進められている。一般に、油圧システムにより駆動する油圧ショベル等の建設機械は、軽負荷作業から重負荷作業までの全ての作業に対応できるように、最大負荷の作業を可能とする油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出された圧油によって駆動する油圧作業装置と、油圧ポンプを駆動する大型のエンジンとを備えている。【０００３】
しかし、建設機械における土砂の掘削・積み込みを油圧作業装置で頻繁に行う重掘削作業等の重負荷作業は作業全体の一部であり、地面を均すための水平引き等の軽負荷作業時には、エンジンの能力が余ってしまう。このことは、油圧ショベルの燃料消費量（以下、燃費と略すことがある）の低減を難しくする要因の１つである。この点に鑑みて、燃費を低減するためにエンジンを小型化すると共に、エンジンの小型化に伴う出力不足を蓄電装置と電動機とによる出力でアシスト（補助）するハイブリッド式建設機械が知られている。【０００４】
このようなハイブリッド式建設機械の蓄電装置には、例えばリチウムイオン電池やキャパシタ（電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等）が用いられる。これらの蓄電装置は、電圧、電流、温度、及び充電率（以下、ＳＯＣと表記する）等の蓄電池特性を適切な範囲で運用しなければ、熱的な影響や性能の低下を招く虞がある。そこで、蓄電装置を搭載したハイブリッド式建設機械では、上記の蓄電池特性を基に蓄電装置の充放電可能な最大電力を算出し、この算出値の範囲内で蓄電装置の充放電電力を制限することにより、蓄電装置を安全な状態で運用する制御方式が開示されている。【０００５】
この種の従来技術の１つとして、例えば、下記の特許文献１に開示された充放電制御方法が知られている。この従来技術の充放電制御方法は、発電機を制御する第１のインバータと、電動機を駆動する第２のインバータと、これらの各インバータにコンバータを介して接続され、コンバータにより充放電制御される蓄電装置とを備えた装置に適用され、この装置を制御する制御装置により行われる。【０００６】
具体的には、従来技術の充放電制御方法は、蓄電装置のＳＯＣを所定の範囲内に維持するように、蓄電装置の現在のＳＯＣから算出した最大放電量と所定の最大電流を考慮して算出した最大放電量とのうち小さいほうを出力上限値に設定し、蓄電装置の現在のＳＯＣから算出した最大充電量と所定の最大電流を考慮して算出した最大充電量とのうち小さいほうを出力下限値に設定すると共に、負荷が要求する電力又は発電機が生成する電力を、設定した出力上限値と出力下限値により制限して蓄電装置の実際の放電量及び充電量を決定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５２２５７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に開示された従来技術の充放電制御方法では、負荷が要求する電力又は発電機が生成する電力の制限は、設定した蓄電装置の出力上限値と出力下限値を基に各インバータにより行われるので、エンジンや油圧負荷の状態が考慮されていない。そのため、ハイブリッド式建設機械による作業中に、油圧作業装置と障害物との接触等によって負荷が急激に上昇した場合には、駆動源としてのエンジンの出力及び電力源としての蓄電装置が供給する電力と、負荷が要求する電力とが上手く釣り合わないので、急激な負荷の上昇に対してエンジンの回転数の調整が追従できず、エンジンの回転数が低下する（いわゆる、ラグダウンが生じる）ことにより、エンジンが停止することが懸念されている。【０００９】
本発明は、このような従来技術の実情からなされたもので、その目的は、蓄電装置の充放電を適切に行うと共に、急激な負荷の上昇に伴うエンジンの停止を抑制することができるハイブリッド式建設機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明のハイブリッド式建設機械は、エンジンと、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動される油圧作業装置と、前記エンジンとの間でトルク伝達を行う電動発電機と、前記電動発電機を制御するインバータと、前記インバータを介して充放電を行う蓄電装置と、前記蓄電装置の蓄電池特性に応じて、前記油圧ポンプの動力及び前記インバータの電力を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記蓄電池特性の電流又は電圧の少なくとも１つと、前記蓄電池特性の温度又は充電率の少なくとも１つとに基づいて、前記油圧ポンプの動力と前記インバータの電力との少なくとも一方を制御することを特徴としている。【００１１】
また、本発明のハイブリッド式建設機械は、エンジンと、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動される油圧作業装置と、前記エンジンとの間でトルク伝達を行う電動発電機と、前記電動発電機を制御するインバータと、前記インバータを介して充放電を行う蓄電装置と、前記蓄電装置の蓄電池特性に応じて、前記油圧ポンプの動力及び前記インバータの電力を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記蓄電池特性の電圧又は充電率の少なくとも１つと、前記蓄電池特性の温度又は電流の少なくとも１つとに基づいて、前記油圧ポンプの動力と前記インバータの電力との少なくとも一方を制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のハイブリッド式建設機械によれば、蓄電装置の充放電を適切に行うと共に、急激な負荷の上昇に伴うエンジンの停止を抑制することができる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るハイブリッド式建設機械の第１実施形態として挙げたハイブリッドショベルの構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る旋回体内の構成を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るバッテリコントローラの構成を示す機能ブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るハイブリッドコントローラの構成を示す機能ブロック図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るエンジンの出力特性を説明する回転数−出力上限値特性線図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る蓄電装置の各蓄電池特性の時系列変化、及び蓄電装置の各蓄電池特性の上下限判定値の一例を示す図であり、（ａ）図は蓄電装置の電圧の時系列変化、及び蓄電装置の電圧の上下限判定値を示す図、（ｂ）図は蓄電装置の電流の時系列変化、及び蓄電装置の電流の上下限判定値を示す図、（ｃ）図は蓄電装置の温度の時系列変化、及び蓄電装置の温度の上下限判定値を示す図、（ｄ）図は蓄電装置のＳＯＣの時系列変化、及び蓄電装置のＳＯＣの上下限判定値を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る蓄電装置の各蓄電池特性に対する充放電電力制限係数を示す図であり、（ａ）図は蓄電装置の電圧に対する充電電力制限係数を示す図、（ｂ）図は蓄電装置の電圧に対する放電電力制限係数を示す図、（ｃ）図は蓄電装置のＳＯＣに対する充電電力制限係数を示す図、（ｄ）図は蓄電装置のＳＯＣに対する放電電力制限係数を示す図、（ｅ）図は蓄電装置の電流に対する充放電電力制限係数を示す図、（ｆ）図は蓄電装置の温度に対する充放電電力制限係数を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る出力指令部の制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】油圧ポンプに要求される動力、エンジンの出力の上限値、及びインバータに要求される電力の時間推移を示す図である。
【図１０】回生動作が行われるときのインバータに要求される電力の指令値の設定範囲を説明する図である。
【図１１】（ａ）図は本発明の第１実施形態に係る出力指令部がインバータの電力の制限を実施したときのインバータの電力の時間推移を示す図、（ｂ）図は本発明の第１実施形態に係る出力指令部が油圧ポンプの動力の制限を実施したときの油圧ポンプの動力の時間推移を示す図である。
【図１２】本発明の第１実施形態に係る出力指令部による出力制限制御の形式の選択について説明する図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る出力指令部の制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第３実施形態に係る旋回体内の構成を示す機能ブロック図である。
【図１５】本発明の第３実施形態に係る出力指令部による出力制限制御の形式の選択について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係るハイブリッド式建設機械を実施するための形態を図に基づいて説明する。
【００１５】
本発明に係るハイブリッド式建設機械の一実施形態は、例えば、図１に示すハイブリッド式油圧ショベル（以下、便宜的にハイブリッドショベルと呼ぶ）１に適用される。このハイブリッドショベル１は、走行用油圧モータ２Ａ（図２参照）により駆動される走行体２と、この走行体２上に旋回フレーム３ａを介して旋回可能に設けられた旋回体３と、これらの走行体２と旋回体３との間に介在され、走行体２に対して旋回体３を旋回させる旋回用油圧モータ３Ａ１（図２参照）が搭載された旋回装置３Ａと、旋回体３の前部の片側（前方を向いて右側）に取り付けられ、上下方向に回動して掘削等の作業を行うフロント作業機４とを備えている。上述の走行体２、旋回体３、及びフロント作業機４が油圧作業装置として機能する。
【００１６】
フロント作業機４は、基端が旋回フレーム３ａに回動可能に取り付けられて上下方向に回動するブーム４Ａと、このブーム４Ａの先端に回動可能に取り付けられたアーム４Ｂと、このアーム４Ｂの先端に回動可能に取り付けられたバケット４Ｃとを有する多関節構造から成っている。また、フロント作業機４は、旋回体３とブーム４Ａとを接続し、伸縮することによってブーム４Ａを回動させるブームシリンダ４ａと、ブーム４Ａとアーム４Ｂとを接続し、伸縮することによってアーム４Ｂを回動させるアームシリンダ４ｂと、アーム４Ｂとバケット４Ｃとを接続し、伸縮することによってバケット４Ｃを回動させるバケットシリンダ４ｃとを有している。
【００１７】
旋回体３は、車体の前部の他方の片側（前方を向いて左側）に配置されたキャビン５と、車体の後部に配置され、車体の重量のバランスを保つカウンタウェイト６と、これらのキャビン５とカウンタウェイト６との間に配置され、後述のエンジン１１（図２参照）が収納される原動機室７とを備えている。
【００１８】
図２はキャビン５を含む旋回体３の内部の構成の詳細を示す図である。
【００１９】
図２に示すように、キャビン５は、走行用油圧モータ２Ａ、旋回用油圧モータ３Ａ１、ブームシリンダ４ａ、アームシリンダ４ｂ、及びバケットシリンダ４ｃ等の各油圧アクチュエータ２Ａ，３Ａ１，４ａ〜４ｃの所望の動作を可能とし、キャビン５内のオペレータが把持して操作する走行レバー５Ａ及び操作レバー５Ｂと、車体の動作モードを設定し、車体に要求する負荷を変更するモード設定部５Ｃと、このモード設定部５Ｃによって設定された動作モードにおいて、エンジン１１の目標回転数を設定する回転数設定ダイヤル５Ｄとを有している。モード設定部５Ｃは、例えば、軽掘削作業やならし作業等の軽負荷又は中負荷の作業を行うときのモードであるエコモード、及びこのエコモードより高負荷の作業を行うときのモードであるパワーモード等の動作モードを選択するモード設定スイッチから成っている。
【００２０】
旋回体３は、前述のエンジン１１と、このエンジン１１に取付けられ、エンジン１１の回転数を検出する回転数センサ１１Ａと、エンジン１１の燃料を貯蔵する燃料タンク（図示せず）と、エンジン１１の燃料噴射量を調整するガバナ（図示せず）と、エンジン１１に設けられたターボチャージャ式の過給機（図示せず）と、エンジン１１の動作を制御するエンジンコントローラ（ＥＣＵ）１２とを備えている。
【００２１】
また、旋回体３は、エンジン１１に接続され、エンジン１１の駆動力で動作するエアコン等の補機負荷１３と、エンジン１１の駆動軸上に配置され、エンジン１１との間でトルク伝達を行う電動発電機（Ｍ／Ｇ）１４と、この電動発電機１４に接続され、電動発電機１４を制御するインバータ１５と、インバータ１５を介して充放電を行う蓄電装置１６と、エンジン１１及び電動発電機１４に対して直列に接続され、エンジン１１によって駆動されて圧油を吐出する可変容量型油圧ポンプ（以下、便宜的に油圧ポンプと呼ぶ）１７と、エンジン１１の駆動力で動作することによりパイロット圧油を生成するパイロットポンプ（図示せず）とを備えている。
【００２２】
電動発電機１４は、力行時にエンジン１１の動力をアシストし、エンジン１１に接続された補機負荷１３及び油圧ポンプ１７を駆動し、回生時に発電を行うようにしている。インバータ１５は、直流電力を交流電力に変換し、交流電力を直流電力に変換するものである。蓄電装置１６は、例えば、複数の電池セルが積層されて形成されたリチウムイオン電池１６Ａと、このリチウムイオン電池１６Ａとインバータ１５との間に接続され、リチウムイオン電池１６Ａの電流を測定する電流センサ１６Ｂと、リチウムイオン電池１６Ａ及び電流センサ１６Ｂに接続され、リチウムイオン電池１６Ａの電圧、温度、電流等を測定して管理するバッテリコントローラ（ＢＣＵ）１６Ｃとを備えている。
【００２３】
そして、リチウムイオン電池１６Ａに蓄えられた電力（エネルギー）は、インバータ１５へ供給されると、インバータ１５によって直流から交流に変換され、電動発電機１４へ供給される。これにより、蓄電装置１６が放電されるようになっている。一方、電動発電機１４によって発電された電力（エネルギー）は、インバータ１５によって交流から直流に変換され、蓄電装置１６へ供給される。これにより、蓄電装置１６が充電されるようになっている。
【００２４】
油圧ポンプ１７は、可変容量機構として、例えば、斜板（図示せず）を有し、この斜板の傾転角が調整されることにより、吐出する圧油の流量を制御している。さらに、油圧ポンプ１７には、図示されないが、吐出された圧油の圧力を測定する吐出圧センサ、吐出された圧油の流量を測定する吐出流量センサ、及び油圧ポンプ１７の斜板の傾転角を測定する傾転角センサ等が設けられている。なお、油圧ポンプ１７は、可変容量型斜板式油圧ポンプである場合について説明するが、この場合に限らず、吐出する圧油の流量を制御する機能を有するものであれば、斜軸ポンプ等であっても良い。
【００２５】
また、旋回体３は、油圧アクチュエータ２Ａ，３Ａ１，４ａ〜４ｃへ供給する圧油の流れ（流量及び方向）を制御するコントロールバルブ２０と、油圧ポンプ１７の容量を調節するポンプ容量調節装置２１と、走行レバー５Ａ、操作レバー５Ｂ、モード設定スイッチ５Ｃ、回転数設定ダイヤル５Ｄ、油圧ポンプ１７、エンジンコントローラ１２、インバータ１５、バッテリコントローラ１６Ｃ、及びポンプ容量調節装置２１に接続され、油圧ポンプ１７の動力及びインバータ１５の電力を含む車体全体の動作を制御する制御装置としてのハイブリッドコントローラ（ＨＣＵ）２２とを備えている。
【００２６】
コントロールバルブ２０は、油圧ポンプ１７及び油圧アクチュエータ２Ａ，３Ａ１，４ａ〜４ｃとの間で油圧回路を構成し、図示されないが、外殻を形成するハウジング内でストロークすることにより、油圧ポンプ１７から吐出された圧油の流量及び方向を調整するスプールを内部に有している。
【００２７】
ポンプ容量調節装置２１は、ハイブリッドコントローラ２２から出力される制御指令に基づいて油圧ポンプ１７の容量（押しのけ容積）を調節するものである。具体的には、ポンプ容量調節装置２１は、図示されないが、油圧ポンプ１７の斜板を傾転可能に支持するレギュレータと、ハイブリッドコントローラ２２からの制御指令に応じて、レギュレータに制御圧を加える電磁比例弁とを有している。レギュレータは、電磁比例弁から制御圧を受けると、この制御圧によって油圧ポンプ１７の斜板の傾転角を変更することにより、油圧ポンプ１７の容量（押しのけ容積）が調節される。これにより、油圧ポンプ１７の吐出圧を可変とし、油圧ポンプ１７のトルク（入力トルク）を制御することにより、油圧ポンプ１７の負荷（ポンプ出力）を調節することができる。
【００２８】
ハイブリッドコントローラ２２は、吐出圧センサによって測定された吐出圧、吐出流量センサによって測定された吐出流量、及び、傾転角センサによって測定された傾転角を入力し、これらの入力情報から油圧ポンプ１７の負荷を演算する。走行レバー５Ａ及び操作レバー５Ｂは、パイロットポンプから吐出された圧油により生成された１次圧を当該各装置に備えられる減圧弁（リモコン弁）の操作開度に応じて２次圧に減圧して制御パイロット圧力を生成し、油圧操作信号としてハイブリッドコントローラ２０へ送信する。ハイブリッドコントローラ２２は、受信した油圧操作信号に応じて、油圧ポンプ１７の動力を制御する制御指令をポンプ容量調節装置２１の電磁比例弁へ送信する。
【００２９】
また、図示されないが、生成された制御パイロット圧力はコントロールバルブ２０の受圧室へ送られるようになっている。これにより、コントロールバルブ２０のスプールの位置が切換えられ、油圧ポンプ１７からコントロールバルブ２０を流通した圧油が油圧アクチュエータ２Ａ，３Ａ１，４ａ〜４ｃへ供給されることにより、油圧アクチュエータ２Ａ，３Ａ１，４ａ〜４ｃが油圧ポンプ１７からコントロールバルブ２０を介して供給された圧油によって駆動する。
【００３０】
図３はバッテリコントローラ１６Ｃの構成を示す機能ブロック図である。
【００３１】
バッテリコントローラ１６Ｃは、リチウムイオン電池１６Ａの温度を測定する温度測定部１６Ｃ１と、リチウムイオン電池１６Ａの電圧を測定する電圧測定部１６Ｃ２と、電流センサ１６Ｂの測定値をＡＤ変換して入力する電流測定部１６Ｃ３と、温度測定部１６Ｃ１によって測定された温度、電圧測定部１６Ｃ２によって測定された電圧、及び電流測定部１６Ｃ３によって入力された電流に基づいて、蓄電装置１６の充電率（以下、ＳＯＣと称する）を推定するＳＯＣ推定部１６Ｃ４とを有している。
【００３２】
また、バッテリコントローラ１６Ｃは、温度測定部１６Ｃ１によって測定された温度、電圧測定部１６Ｃ２によって測定された電圧、電流測定部１６Ｃ３によって入力された電流、及びＳＯＣ推定部１６Ｃ４によって推定されたＳＯＣに基づいて、リチウムイオン電池１６Ａの充放電可能な最大電力である許容充放電電力を演算する許容充放電電力演算部１６Ｃ５を有している。そして、温度測定部１６Ｃ１によって測定された温度、電圧測定部１６Ｃ２によって測定された電圧、電流測定部１６Ｃ３によって入力された電流、及びＳＯＣ推定部１６Ｃ４によって推定されたＳＯＣを含む蓄電池特性、並びに許容充放電電力演算部１６Ｃ５によって演算された許容充放電電力の情報はハイブリッドコントローラ２２に入力される。
【００３３】
図４はハイブリッドコントローラ２２の構成を示す機能ブロック図である。
【００３４】
ハイブリッドコントローラ２２は、走行レバー５Ａ、操作レバー５Ｂ、及びモード設定スイッチ５Ｃに接続され、油圧ポンプ１７に要求される動力（以下、便宜的に油圧ポンプ要求動力と呼ぶ）を推定する油圧ポンプ要求動力推定部２２Ａと、エンジンコントローラ１２に接続され、エンジン１１の出力の上限値（以下、便宜的にエンジン出力上限値と呼ぶ）を演算するエンジン出力上限演算部２２Ｂとを含んでいる。
【００３５】
また、ハイブリッドコントローラ２２は、バッテリコントローラ１６Ｃから受信した各蓄電池特性に基づいて、これらの蓄電池特性の値が所定の上下限範囲内にあるかどうかを判定する蓄電池特性上下限判定部２２Ｃと、バッテリコントローラ１６Ｃから受信した各蓄電池特性に基づいて、蓄電装置１６の充放電電力を制限するために用いられる各蓄電池特性の充放電電力制限係数を演算する充放電電力制限係数演算部２２Ｄと、バッテリコントローラ１６Ｃから受信した各蓄電池特性の値が所定の上下限範囲外になったとき、各蓄電池特性の値がこれらの上下限範囲内に収まるように制御するための蓄電装置１６の充放電電力（以下、便宜的に制限充放電電力と称する）を演算する制限充放電電力演算部２２Ｅとを含んでいる。なお、ハイブリッドコントローラ２２には、図示されないが、上述の判定や演算に必要な各種の情報が格納される記憶装置（ＲＯＭ等）が内部に設けられている。
【００３６】
さらに、ハイブリッドコントローラ２２は、油圧ポンプ要求動力推定部２２Ａ、エンジン出力上限演算部２２Ｂ、蓄電池特性上下限判定部２２Ｃ、制限充放電電力演算部２２Ｅ、バッテリコントローラ１６Ｃ、ポンプ容量調節装置２１、エンジンコントローラ１２、及びインバータ１５に接続され、ポンプ容量調節装置２１、エンジンコントローラ１２、及びインバータ１５へ出力する制御指令の値を演算する出力指令部２２Ｆを含んでいる。
【００３７】
以下、ハイブリッドコントローラ２２の各構成について詳細に説明する。
【００３８】
油圧ポンプ要求動力推定部２２Ａは、走行レバー５Ａと操作レバー５Ｂの油圧操作信号及びモード設定スイッチ５Ｃの動作モードを入力し、これらの入力情報に基づいて、走行用油圧モータ２Ａ、旋回用油圧モータ３Ａ１、ブームシリンダ４ａ、アームシリンダ４ｂ、及びバケットシリンダ４ｃに要求される出力、すなわち油圧アクチュエータ２Ａ，３Ａ１，４ａ〜４ｃの各動作に必要な出力を推定する。
【００３９】
図５はエンジン１１の回転数と出力の上限値との関係を示す図である。
【００４０】
ハイブリッドコントローラ２２の記憶装置は、エンジン１１の特性に応じて設定された出力特性テーブルＡを格納している。この出力特性テーブルＡは、例えば、図５に示すように、エンジン１１の回転数が低いときには、エンジン１１の回転数の上昇に伴ってエンジン出力上限値が増大し、エンジン１１の回転数が高くなると、エンジン１１の回転数の上昇に伴ってエンジン出力上限値が減少する関係を示している。従って、エンジン出力上限値は、エンジン１１の回転数によって定まるので、エンジン１１の回転数から推定することができる。
【００４１】
本発明の第１実施形態では、エンジン出力上限演算部２２Ｂは、回転数センサ１１Ａによって検出されたエンジン１１の回転数を、エンジンコントローラ１２を介して受信し、エンジン１１の回転数と出力特性テーブルＡとからエンジン出力上限値を演算する。そして、エンジン出力上限演算部２２Ｂは、演算したエンジン出力上限値を出力指令部２２Ｆへ出力する。なお、エンジン１１の回転数は、オペレータが回転数設定ダイヤル５Ｄによって目標回転数を調整することで変更することができる。
【００４２】
図６は蓄電装置１６の電圧、電流、温度、及びＳＯＣの時系列変化、及びこれらの各蓄電池特性の上下限判定値を示す図であり、この図を参照して蓄電池特性上下限判定部２２Ｃによる判定を詳細に説明する。
【００４３】
ここで、蓄電装置１６の各蓄電池特性の上下限値は、例えば、電池仕様等に基づいて予め設定された規定値が用いられ、ハイブリッドコントローラ２２の記憶装置の内部に格納されている。蓄電池特性上下限判定部２２Ｃは、例えば図６に示すように、各蓄電池特性の値が上下限範囲内にある場合に、上下限判定値として「０」と判定し、各蓄電池特性の値が上下限範囲外にある場合に、上下限判定値として「１」と判定し、その判定結果を出力指令部２２Ｆへ送信する。
【００４４】
具体例として、図６ａ〜図６ｃに示すように、現在の蓄電装置１６の電圧、電流、及び温度の各値は上下限範囲内にあるので、蓄電池特性上下限判定部２２Ｃは蓄電装置１６の電圧、電流、及び温度の各上下限判定値を「０」と判定する。一方、図６ｄに示すように、現在の蓄電装置１６のＳＯＣの値は上下限範囲外にあるので、蓄電池特性上下限判定部２２Ｃは蓄電装置１６のＳＯＣの上下限判定値を「１」と判定する。
【００４５】
図７は蓄電装置１６の各蓄電池特性に対する充放電電力制限係数ηｃＶ，ηｄＶ，ηｃＳ，ηｄＳ，ηｃＩ，ηｄＩ，ηｃＴ，ηｄＴを示す図である。
【００４６】
ハイブリッドコントローラ２２の記憶装置は、図７ａ〜図７ｆに示すように、蓄電装置１６の電圧、ＳＯＣ、電流、及び温度の各特性に対する充放電電力制限係数ηｃＶ，ηｄＶ，ηｃＳ，ηｄＳ，ηｃＩ，ηｄＩ，ηｃＴ，ηｄＴが示された充放電電力制限係数テーブルＢを格納している。この充放電電力制限係数テーブルＢは、例えば、電池仕様等に基づいて予め設定された規定値が用いられる。
【００４７】
充放電電力制限係数演算部２２Ｄは、バッテリコントローラ１６Ｃから蓄電装置１６の各蓄電池特性の情報を受信し、各蓄電池特性と充放電電力制限係数テーブルＢとから各蓄電池特性に対する充放電電力制限係数ηｃＶ，ηｄＶ，ηｃＳ，ηｄＳ，ηｃＩ，ηｄＩ，ηｃＴ，ηｄＴを演算し、その演算結果を出力指令部２２Ｆへ出力する。
【００４８】
制限充放電電力演算部２２Ｅは、充放電電力制限係数演算部２２Ｄによって演算された各蓄電池特性に対する充電電力制限係数ηｃＶ，ηｃＩ，ηｃＴ，ηｃＳと放電電力制限係数ηｄＶ，ηｄＩ，ηｄＴ，ηｄＳの最小値（以下、便宜的にそれぞれ最小充電電力制限係数、最小放電電力制限係数と称する）、並びに許容充放電電力演算部１６Ｃ５によって演算された許容充放電電力Ｅｃ，Ｅｄを用い、下記の数式（１）、（２）により演算し、その演算結果を出力指令部２２Ｆへ送信する。なお、数式（１）において、Ｅｃｌは制限充電電力、ηｃｍｉｎは最小充電電力制限係数を表し、数式（２）において、Ｅｄｌは制限放電電力、ηｄｍｉｎは最小放電電力制限係数を表している。
【数１】
2016060132.tif 000003
【数２】
2016060132.tif 000004
【００４９】
出力指令部２２Ｆは、油圧ポンプ要求動力推定部２２Ａによって推定された油圧ポンプ要求動力、及びエンジン出力上限演算部２２Ｂによって演算されたエンジン出力上限値、蓄電池特性上下限判定部２２Ｃによって判定された各蓄電池特性の上下限判定値、制限充放電電力演算部２２Ｅによって演算された制限充放電電力Ｅｃｌ，Ｅｄｌ、許容充放電電力演算部１６Ｃ５によって演算された許容充放電電力Ｅｃ，Ｅｄに基づいて、ポンプ容量調節装置２１、エンジンコントローラ１２、及びインバータ１５へ出力する指令値を演算する。
【００５０】
そして、出力指令部２２Ｆは、演算した指令値に対応する制御指令として、油圧ポンプ動力指令、エンジン出力指令、及びインバータ電力指令をポンプ容量調節装置２１、エンジンコントローラ１２、及びインバータ１５へそれぞれ出力し、これらの各装置を制御する。本発明の第１実施形態では、出力指令部２２Ｆは、蓄電装置１６の蓄電池特性の電流又は電圧の少なくとも１つと、蓄電池特性の温度又はＳＯＣの少なくとも１つとに基づいて、油圧ポンプ１７の動力とインバータ１５の電力との少なくとも一方を制御するようにしている。
【００５１】
次に、出力指令部２２Ｆの制御処理について、図８のフローチャートを参照して詳細に説明する。なお、以下の制御処理の演算については、説明を分かり易くするために、電動発電機１４、インバータ１５、リチウムイオン電池１６Ａ、油圧ポンプ１７、及び走行用油圧モータ２Ａ等の油圧負荷の効率を１００％とし、損失が発生しない理想的な状態とする。
【００５２】
まず、出力指令部２２Ｃは、例えば、油圧ポンプ要求動力推定部２２Ａによって推定された油圧ポンプ要求動力からエンジン出力上限演算部２２Ｂによって演算されたエンジン出力上限値を減算し、インバータ１５に要求される電力（以下、便宜的にインバータ要求電力と称する）を演算する（（ステップ（以下、Ｓと記す）１０１）。
【００５３】
図９はこれらの油圧ポンプ要求動力、エンジン出力上限値、及びインバータ要求電力の関係を示している。
【００５４】
図９に示すように、油圧ポンプ要求動力がエンジン出力上限値よりも大きければ、インバータ要求電力は０より大きくなって放電電力となり、油圧ポンプ要求動力がエンジン出力上限値よりも小さければ、インバータ要求電力は０より小さくなって充電電力となる。そこで、Ｓ１０１の制御処理が行われると、出力指令部２２Ｆは、インバータ要求電力の極性を確認し、インバータ要求電力が０より小さいかどうかを判定する（Ｓ１０２）。このとき、出力指令部２２Ｆは、インバータ要求電力が０より小さいと判定すると（Ｓ１０２／ＹＥＳ）、回生動作を行うためのポンプ容量調節装置２１、エンジンコントローラ１２、及びインバータ１５への各指令値を演算する（Ｓ１０３）。
【００５５】
図１０は回生動作が行われるときのインバータ要求電力と制限充電電力の時間推移を示している。
【００５６】
Ｓ１０３において、出力指令部２２Ｆは、蓄電装置１６のＳＯＣ等に基づいて、インバータ電力指令の値を０以下の値に設定するが、図１０に示すように、制限充放電電力演算部２２Ｅによって演算された制限充電電力を下回らない範囲で決定する。すなわち、インバータ要求電力が制限充電電力よりも小さいときは、インバータ電力指令の値は制限充電電力となり、インバータ要求電力が制限充電電力以上のときは、インバータ電力指令の値はインバータ要求電力となる。
【００５７】
出力指令部２２Ｆは、油圧ポンプ動力指令の値を油圧ポンプ要求動力に設定し、エンジン出力指令の値を油圧ポンプ動力指令の値とインバータ電力指令の値との合計値に設定する。そして、出力指令部２２Ｆは、油圧ポンプ動力指令、エンジン出力指令、及びインバータ電力指令をポンプ容量調節装置２１、エンジンコントローラ１２、及びインバータ１５へそれぞれ送信し、制御処理を終了する。
【００５８】
一方、Ｓ１０２において、出力指令部２２Ｆは、インバータ要求電力が０以上であると判断すると（Ｓ１０２／ＮＯ）、力行動作を行うためのポンプ容量調節装置２１、エンジンコントローラ１２、及びインバータ１５への各指令値を演算する。具体的には、まず、出力指令部２２Ｆは、油圧ポンプ要求動力が制限充放電電力演算部２２Ｅによって演算された制限放電電力とエンジン出力上限値の合計値より小さいかどうかを判定する（Ｓ１０４）。
【００５９】
そして、出力指令部２２Ｆは、油圧ポンプ要求動力が制限放電電力とエンジン出力上限値の合計値より小さいと判定すると（Ｓ１０４／ＹＥＳ）、出力制限制御を実施せずに力行動作を行うためのポンプ容量調節装置２１、エンジンコントローラ１２、及びインバータ１５への各指令値を演算し（Ｓ１０５）、油圧ポンプ要求動力が制限放電電力とエンジン出力上限値の合計値以上であると判定すると（Ｓ１０４／ＮＯ）、出力制限制御を実施した力行動作を行うためのポンプ容量調節装置２１、エンジンコントローラ１２、及びインバータ１５への各指令値を演算する（Ｓ１０６〜Ｓ１０８）。
【００６０】
Ｓ１０５において、出力指令部２２Ｆは、インバータ電力指令の値、油圧ポンプ動力指令の値、及びエンジン出力指令の値をインバータ要求電力、油圧ポンプ要求動力、及びエンジン出力上限値にそれぞれ設定する。そして、出力指令部２２Ｆは、油圧ポンプ動力指令、エンジン出力指令、及びインバータ電力指令をポンプ容量調節装置２１、エンジンコントローラ１２、及びインバータ１５へそれぞれ送信し、制御処理を終了する。
【００６１】
Ｓ１０６において、出力指令部２２Ｆは、蓄電池特性上下限判定部２２Ｃによって判定された蓄電装置１６の各蓄電池特性の上下限判定値から出力制限制御の形式が油圧ポンプ１７の動力の制限のみかどうかを判定する。
【００６２】
図１１ａはインバータ１５の電力の制限が行われたときのインバータの電力の変化を示し、図１１ｂは油圧ポンプ１７の動力の制限が行われたときの油圧ポンプ１７の動力の変化を示している。図１２は蓄電装置１６の各蓄電池特性の上下限判定値の組み合わせ毎に、出力指令部２２Ｆによる出力制限制御の形式を示している。
【００６３】
ここで、図１１ａに示すように、インバータ１５の電力の制限が実施されると、スイッチング素子により比較的早い周期で制御が可能であるため、油圧アクチュエータ２Ａ，３Ａ１，４ａ〜４ｃの要求負荷に対して時間遅れなく蓄電装置１６の充放電電力が制限される。これにより、蓄電装置１６の充放電電力のピーク値を制限することができる。
【００６４】
一方、図１１ｂに示すように、油圧ポンプ１７の動力の制限が実施されると、斜板の傾転角を調整する等の機械的操作が行われるため、制御周期がインバータ１５の電力の制限を実施したときよりも遅く、油圧アクチュエータ２Ａ，３Ａ１，４ａ〜４ｃの要求負荷に対し、油圧ポンプ１７の動力の制限に時間遅れが生じる。そのため、蓄電装置１６の充放電電力のピーク値を制限することは難しいものの、蓄電装置１６の充放電電力の平均値を低減することは可能である。
【００６５】
また、エンジン１１が上限出力を供給している際に、仮に図１１ａに示すインバータ１５の電力の制限が行われると、ハイブリッドショベル１の掘削等の作業に伴う油圧アクチュエータ２Ａ，３Ａ１，４ａ〜４ｃの急激な負荷上昇に対して、エンジン１１の回転数の調整が追従できず、エンジン１１の回転数が低下することにより、エンジン１１が停止する可能性がある。そのため、出来る限りインバータ１５の電力の制限は行わず、油圧ポンプ１７の動力の制限を実施する必要がある。
【００６６】
さらに、蓄電装置１６は少なくともリチウムイオン電池１６Ａから構成されているので、図１１ｂのピーク値に見られる短時間で大きな電力が蓄電装置１６に生じても、蓄電装置１６の充電容量や熱容量が大きいので、蓄電装置１６の温度やＳＯＣの特性に関しては、電流や電圧に比べて変化し難い傾向がある。一方、蓄電装置１６の電流や電圧の特性に関しては、短時間で大きな電力が蓄電装置１６に生じると、即座に過電圧や過電流等になるため、異常状態に達するまでの時間が早い。また、金属リチウムの析出や、電池セル端子部の損傷等により異常発熱が発生する可能性があるため、ＳＯＣや温度に比べ、劣化への影響が大きいと考えられる。
【００６７】
そこで、本発明の第１実施形態では、Ｓ１０６において、出力指令部２２Ｆは、蓄電池特性のうち、電圧又は電流の少なくとも１つと、温度又はＳＯＣの少なくとも１つとに基づいて、油圧ポンプ１７の動力とインバータ１５の電力との少なくとも一方を制御する。例えば図１２に示すように、蓄電装置１６の蓄電池特性のうち電圧又は電流の少なくとも１つの上下限判定値が「１」である場合に、油圧ポンプ１７の動力とインバータ１５の電力を制限し、それ以外の場合、すなわち蓄電装置１６の蓄電池特性のうち電圧と電流の双方の上下限判定値が「０」であり、かつ温度又はＳＯＣの少なくとも１つの上下限判定値が「１」である場合に、油圧ポンプ１７の動力を制限する。これにより、それぞれの蓄電池特性の性質に適した制限を行える。なお、蓄電装置１６の電圧、電流、温度、及びＳＯＣの上下限判定値の全てが「０」である場合には、出力指令部２２Ｆは出力制限制御の形式に油圧ポンプ１７の動力の制限を選択するが、蓄電装置１６の各蓄電池特性の上下限判定値が「０」である限り、出力制限制御は実施されない。
【００６８】
Ｓ１０６において、油圧ポンプ１７の動力の制限のみが出力制限制御の形式として選択されると（Ｓ１０６／ＹＥＳ）、Ｓ１０７において、出力指令部２２Ｆは、エンジン出力指令の値をエンジン出力上限値に設定する。また、出力指令部２２Ｆは、蓄電装置１６の各蓄電池特性に基づく油圧ポンプ１６の動力の制限が反映されるように、油圧ポンプ動力指令の値をエンジン出力上限値と制限放電電力の合計値に設定し、蓄電装置１６の各蓄電池特性に基づくインバータ１５の電力の制限が反映されないように、インバータ電力指令の値を許容放電電力に設定する。
【００６９】
そして、出力指令部２２Ｆは、油圧ポンプ動力指令、エンジン出力指令、及びインバータ電力指令をポンプ容量調節装置２１、エンジンコントローラ１２、及びインバータ１５へそれぞれ送信し、制御処理を終了する。これにより、油圧ポンプ１７の容量（押しのけ容積）が調節されて油圧ポンプ１７のトルクが制御されるので、蓄電装置１６の温度とＳＯＣに応じて油圧ポンプ１７の動力を容易に制限すると共に、油圧アクチュエータ２Ａ，３Ａ１，４ａ〜４ｃの要求負荷に対してエンジン１１が上限出力を供給し、電動発電機１４がその不足分をアシストすることができる。従って、急激な負荷の上昇に伴うエンジン１１の出力及び蓄電装置１６の充放電電力の変化を十分に抑えることができるので、エンジン１１の状態を良好に維持することができる。
【００７０】
また、図１２のＮＯ．４のように、温度とＳＯＣの上下限判定値がともに「１」の場合は、まず、図７に示す充電電力制限係数ηｃＴ及び放電電力制限係数ηｄＴを低減させて充放電を禁止するとともに、図示しない冷却ファン等の温度調整装置により温度を正常範囲内に調整する。そしてその後、ＳＯＣが下限値以下の場合は充電、ＳＯＣが上限値以下の場合は放電を実施し、ＳＯＣを正常範囲内に調整する。このように、温度を調整してからＳＯＣを調整することにより、ＳＯＣの調整のための充放電による温度上昇を抑制できる。
【００７１】
一方、Ｓ１０６において、油圧ポンプ１７の動力の制限とインバータ１５の電力の制限が出力制限制御の形式として選択されると（Ｓ１０６／ＮＯ）、Ｓ１０８において、出力指令部２２Ｆは、Ｓ１０７と同様にエンジン出力指令の値をエンジン出力上限値に設定する。また、出力指令部２２Ｆは、蓄電装置１６の各蓄電池特性に基づく油圧ポンプ１６の動力の制限が反映されるように、油圧ポンプ動力指令の値をエンジン出力上限値と制限放電電力の合計値に設定し、蓄電装置１６の各蓄電池特性に基づくインバータ１５の電力の制限が反映されるように、インバータ電力指令の値を制限放電電力に設定する。
【００７２】
そして、出力指令部２２Ｆは、油圧ポンプ動力指令、エンジン出力指令、及びインバータ電力指令をポンプ容量調節装置２１、エンジンコントローラ１２、及びインバータ１５へそれぞれ送信し、制御処理を終了する。これにより、上述したＳ１０７と同様に、油圧ポンプ１７の容量（押しのけ容積）が調節されて油圧ポンプ１７のトルクが制御されるので、蓄電装置１６の温度とＳＯＣに応じて油圧ポンプ１７の動力を容易に制限すると共に、油圧アクチュエータ２Ａ，３Ａ１，４ａ〜４ｃの要求負荷に対してエンジン１１が上限出力を供給し、電動発電機１４がその不足分を制限放電電力の範囲内でアシストすることができる。このとき、インバータ１５のスイッチング素子によって蓄電装置１６の充放電電力を素早く制御できるので、蓄電装置１６の電流と電圧の値を上下限範囲内へ迅速に収めることができる。これにより、短時間で大きな電力が蓄電装置１６に生じても、蓄電装置１６のリチウムイオン電池１６Ａによる熱的影響を防止できるので、蓄電装置１６の状態を安定に保つことができる。
【００７３】
このように構成した本発明の第１実施形態に係るハイブリッドショベル１によれば、ハイブリッドコントローラ２２の出力指令部２２Ｆは、蓄電装置１６の電圧、電流、温度、及びＳＯＣの蓄電池特性に応じて、油圧ポンプ１７の動力及びインバータ１５の電力を制御しているので、蓄電装置１６の充放電可能な最大電力の範囲内で蓄電装置１６の充放電電力を制御することができる。そして、ハイブリッドショベル１による掘削等の作業中に、仮にフロント作業機４と障害物との接触等によって負荷が急激に上昇しても、蓄電装置１６の電圧、電流、温度、及びＳＯＣを考慮して、油圧ポンプ１７の動力とインバータの電力との少なくとも一方が制限されることにより、エンジン１１の出力を上限出力に保ちつつ、蓄電装置１６の充放電電力の変化を抑えることができるので、急激な負荷の上昇に対してエンジン１１の回転数を目標とする回転数へ容易に追従させることができる。このように、蓄電装置１６の充放電を適切に行うと共に、急激な負荷の上昇に伴うエンジン１１の停止を抑制できるので、ハイブリッドショベル１の安定した動作を実現することができる。
【００７４】
［第２実施形態］
本発明に係るハイブリッド式建設機械の第２実施形態は、第１実施形態の構成に加え、出力指令部２２Ｆは、例えば、油圧ポンプ１７の動力の制限を実施してから所定の時間（具体例として、１８０秒）が経過した後に、蓄電装置１６の電圧、電流、温度、及びＳＯＣの各蓄電池特性の値が上述の上下限範囲内でなければ、油圧ポンプ１７の動力とインバータ１５の電力を制限するようにしている。なお、本発明の第２実施形態の説明において、第１実施形態の構成と同一の又は対応する部分には同一の符号を付している。
【００７５】
次に、本発明の第２実施形態に係る出力指令部２２Ｆの制御処理について、図１３のフローチャートを参照して詳細に説明する。なお、本発明の第２実施形態に係る出力指令部２２Ｆの制御処理は、上述した図８に示すＳ１０１〜Ｓ１０８の処理と同様の処理を含んでおり、重複する説明を省略している。
【００７６】
図１３に示すように、Ｓ１０７の処理が行われてから１８０秒が経過すると（Ｓ１０９）、出力指令部２２Ｆは、蓄電装置１６の電圧、電流、温度、及びＳＯＣの各蓄電池特性の値が上下限範囲内であるか、すなわち蓄電装置１６の電圧、電流、温度、及びＳＯＣの各蓄電池特性の上下限判定値が「０」であるかどうかを判定する（Ｓ１１０）。このとき、出力指令部２２Ｆは、蓄電装置１６の電圧、電流、温度、及びＳＯＣの各蓄電池特性の上下限判定値が「０」であると判定すると（Ｓ１１０／ＹＥＳ）、制御処理を終了する。
【００７７】
一方、Ｓ１１０において、出力指令部２２Ｆは、蓄電装置１６の電圧、電流、温度、及びＳＯＣの特性の少なくとも１つの上下限判定値が「１」であると判定すると（Ｓ１１０／ＮＯ）、エンジン出力指令の値をエンジン出力上限値に設定し、蓄電装置１６の各蓄電池特性に基づく油圧ポンプ１７の動力の制限が反映されるように、油圧ポンプ動力指令の値をエンジン出力上限値と制限放電電力の合計値に設定し、蓄電装置１６の各蓄電池特性に基づくインバータ１５の電力の制限が反映されるように、インバータ電力指令の値を制限放電電力に設定する（Ｓ１１１）。そして、出力指令部２２Ｆは、油圧ポンプ動力指令、エンジン出力指令、及びインバータ電力指令をポンプ容量調節装置２１、エンジンコントローラ１２、及びインバータ１５へそれぞれ送信し、制御処理を終了する。その他の第２実施形態の構成は、上述した第１実施形態の構成と同じであり、重複する説明を省略している。
【００７８】
このように構成した本発明の第２実施形態に係るハイブリッドショベル１によれば、上述した第１実施形態と同様の作用効果が得られる他、図８、図１３に示すＳ１０７の処理において、万一、ハイブリッドショベル１の各機器の通信異常等が原因で油圧ポンプ１７の動力の制限が正常に実施されなくても、蓄電装置１６の電圧、電流、温度、及びＳＯＣのいずれかの上下限判定値が「１」である限り、Ｓ１１１において、油圧ポンプ１７の動力とインバータ１５の電力が制限されるので、急激な負荷の上昇に伴うエンジン１１の出力及び蓄電装置１６の充放電電力の変化量を確実に低減することができる。これにより、ハイブリッドコントローラ２２の制御における油圧ポンプ１７の動力制限及びインバータ１５の電力制限の実効性を高めることができる。
【００７９】
［第３実施形態］
図１４は本発明の第３実施形態に係る旋回体３の内部の構成を詳細に示す図である。
【００８０】
本発明の第３実施形態が前述した第１実施形態と異なるのは、第１実施形態に係る蓄電装置１６は、リチウムイオン電池１６Ａを備えている構成であるのに対して、第２実施形態に係る蓄電装置２６は、リチウムイオン電池１６Ａの代わりに、例えば、図１４に示すようにキャパシタ２６Ａを備えている構成である。この場合、蓄電装置２６は、インバータ１５にコンバータ２３を介して接続される。なお、本発明の第３実施形態の説明において、第１実施形態の構成と同一の又は対応する部分には同一の符号を付している。
【００８１】
図１５は蓄電装置２６の各蓄電池特性の上下限判定値の組み合わせ毎に、出力指令部２２Ｆによる出力制限制御の形式を示している。
【００８２】
ここで、蓄電装置１６のキャパシタ２６Ａは、第１実施形態に係るリチウムイオン電池１６Ａに比べて容量密度が非常に小さい特徴を有しているので、蓄電装置１６のＳＯＣの値が上下限範囲内から逸脱した場合に、出力指令部２２Ｆによる出力制限制御が時間遅れなく実施されなければ、キャパシタ２６Ａが破損する等の不具合が生じる可能性がある。一方、蓄電装置１６のキャパシタ２６Ａは、出力密度が非常に高いので、蓄電装置１６の電流の上下限値がバスバー等の電池構成部品で規定されていることがある。このような場合には、発熱の影響等を考慮しながら、蓄電装置１６の充放電電力のピーク値を制限するよりも蓄電装置１６の充放電電力の平均値を低減する必要がある。
【００８３】
そこで、本発明の第３実施形態では、出力指令部２２Ｆは、蓄電装置１６の蓄電池特性の電圧又はＳＯＣの少なくとも１つと、蓄電池特性の電流又は温度の少なくとも１つとに基づいて、油圧ポンプ１７の動力とインバータ１５の電力との少なくとも一方を制御するようにしている。例えば図１５に示すように、蓄電装置１６の蓄電池特性のうち電圧又はＳＯＣの少なくとも１つの上下限判定値が「１」である場合に、油圧ポンプ１７の動力及びインバータ１５の電力を制限し、それ以外の場合、すなわち蓄電装置１６の蓄電池特性のうち電圧とＳＯＣの双方の上下限判定値が「０」であり、かつ電流又は温度の少なくとも１つの上下限判定値が「１」である場合に、油圧ポンプ１７の動力を制限する。なお、蓄電装置１６の電圧、電流、温度、及びＳＯＣの上下限判定値の全てが「０」である場合には、出力指令部２２Ｆは出力制限制御の形式として油圧ポンプ１７の動力の制限を選択するが、蓄電装置１６の各蓄電池特性の上下限判定値が「０」である限り、出力制限制御は実施されない。その他の第３実施形態の構成は、上述した第１実施形態の構成と同じであり、重複する説明を省略している。
【００８４】
このように構成した本発明の第３実施形態に係るハイブリッドショベル１においても、上述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。以上より、本発明の第１〜第３実施形態のように、蓄電装置１６，２６のリチウムイオン電池１６Ａやキャパシタ２６Ａの蓄電素子の特徴を考慮して、各蓄電池特性の上下限判定値の組み合わせ毎に出力指令部２２Ｆによる出力制限制御の形式を適宜設定しておくことにより、蓄電装置１６，２６の各蓄電素子に適した出力制限制御を実施することができる。
【００８５】
なお、上述した本実施形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。
【００８６】
また、本発明の第１〜第３実施形態は、蓄電装置１６，２６がリチウムイオン電池１６Ａ又はキャパシタ２６Ａを含む構成について説明したが、この場合に限らず、蓄電装置の蓄電素子に合わせて、各蓄電池特性の上下限判定値の組み合わせ毎の出力制限制御の形式を適宜設定しておくことにより、ニッケル水素電池や低温時に出力が低下する蓄電素子等の上記以外の蓄電素子にも同様に適用することができる。さらに、同じ蓄電素子であっても、蓄電装置の充電容量や熱容量に応じて、各蓄電池特性の上下限判定値の組み合わせ毎の出力制限制御の形式を設定してもよい。
【００８７】
また、本実施形態に係るハイブリッド式建設機械はハイブリッドショベル１から成る場合について説明したが、この場合に限らず、例えば、ハイブリッド式ホイールローダ及びハイブリッド式ダンプ等のハイブリッド式建設機械（プラグインハイブリッド式建設機械を含む）、あるいはエンジン１１を搭載せずに蓄電装置１６の出力だけで駆動するバッテリ式建設機械であってもよい。
【符号の説明】
【００８８】
１  ハイブリッドショベル（ハイブリッド式建設機械）
２  走行体（油圧作業装置）
２Ａ  走行用油圧モータ
３  旋回体（油圧作業装置）
３Ａ１  旋回用油圧モータ
４  フロント作業機（油圧作業装置）
４Ａ  ブーム
４ａ  ブームシリンダ
４Ｂ  アーム
４ｂ  アームシリンダ
４Ｃ  バケット
４ｃ  バケットシリンダ
５Ａ  走行レバー
５Ｂ  操作レバー
５Ｃ  モード設定スイッチ（モード設定部）
５Ｄ  回転数設定ダイヤル
１１  エンジン
１２  エンジンコントローラ（ＥＣＵ）
１４  電動発電機
１５  インバータ
１６，２６  蓄電装置
１６Ａ  リチウムイオン電池
１６Ｂ  電流センサ
１６Ｃ  バッテリコントローラ（ＢＣＵ）
１６Ｃ１  温度測定部
１６Ｃ２  電圧測定部
１６Ｃ３  電流測定部
１６Ｃ４  ＳＯＣ推定部
１６Ｃ５  許容充放電電力演算部
１７  油圧ポンプ
２１  ポンプ容量調節装置
２２  ハイブリッドコントローラ（ＨＣＵ）
２２Ａ  油圧ポンプ要求動力推定部
２２Ｂ  エンジン出力上限演算部
２２Ｃ  蓄電池特性上下限判定部
２２Ｄ  充放電電力制限係数演算部
２２Ｅ  制限充放電電力演算部
２２Ｆ  出力指令部
２３  コンバータ
２６Ａ  キャパシタ
【図１】
2016060132.tif 000005
【図２】
2016060132.tif 000006
【図３】
2016060132.tif 000007
【図４】
2016060132.tif 000008
【図５】
2016060132.tif 000009
【図６】
2016060132.tif 000010
【図７】
2016060132.tif 000011
【図８】
2016060132.tif 000012
【図９】
2016060132.tif 000013
【図１０】
2016060132.tif 000014
【図１１】
2016060132.tif 000015
【図１２】
2016060132.tif 000016
【図１３】
2016060132.tif 000017
【図１４】
2016060132.tif 000018
【図１５】
2016060132.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成28年3月11日(2016.3.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動される油圧作業装置と、
前記エンジンとの間でトルク伝達を行う電動発電機と、
前記電動発電機を制御するインバータと、
前記インバータを介して充放電を行う蓄電装置と、
前記蓄電装置の蓄電池特性に応じて、前記油圧ポンプの動力及び前記インバータの電力を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記エンジンが上限出力を供給している際に、前記蓄電装置の蓄電池特性の電流又は電圧の少なくとも１つが所定の範囲外のとき、前記油圧ポンプの動力及び前記インバータの電力の双方を制限し、前記蓄電装置の蓄電池特性の電流及び電圧が所定の範囲内、かつ、前記蓄電装置の蓄電池特性の温度又は充電率の少なくとも１つが所定の範囲外のとき、前記油圧ポンプの動力のみを制限することを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
請求項１に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記蓄電装置は、リチウムイオン電池を備えていることを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項５】
エンジンと、
前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動される油圧作業装置と、
前記エンジンとの間でトルク伝達を行う電動発電機と、
前記電動発電機を制御するインバータと、
前記インバータを介して充放電を行う蓄電装置と、
前記蓄電装置の蓄電池特性に応じて、前記油圧ポンプの動力及び前記インバータの電力を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記エンジンが上限出力を供給している際に、前記蓄電装置の蓄電池特性の電圧又は充電率の少なくとも１つが所定の範囲外のとき、前記油圧ポンプの動力及び前記インバータの電力の双方を制限し、前記蓄電装置の蓄電池特性の電圧及び充電率が所定の範囲内、かつ、前記蓄電装置の蓄電池特性の電流又は温度の少なくとも１つが所定の範囲外のとき、前記油圧ポンプの動力のみを制限することを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
請求項５に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記蓄電装置は、キャパシタを備えていることを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【国際調査報告】
2016060132.tif 000020
2016060132.tif 000021
2016060132.tif 000022
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