(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、前記エンジンの動力の補助及び発電を行う電動機と、蓄電セルを有し前記電動機との間で電力の授受を行う蓄電装置と、前記蓄電装置を暖機する複数の暖機機能と、前記複数の暖機機能を制御する制御装置と、を備えたハイブリッド式建設機械において、
前記複数の暖機機能は、加温媒体を流す流路により実現される第１の暖機機能と、前記蓄電装置を充放電することにより前記蓄電セルが自己発熱する機能により実現される第２の暖機機能と、を含み、
前記制御装置は、前記蓄電装置の温度が暖機の目標温度に到達する前に前記第１の暖機機能と前記第２の暖機機能とを用いて前記蓄電装置の暖機運転を行い、前記蓄電装置の温度が暖機の目標温度に到達した後、前記目標温度よりも低下した場合に、前記第２の暖機機能を停止した状態で、前記第１の暖機機能により暖機運転を行う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、
前記蓄電装置に設けられ、前記第１の暖機機能による暖機部に対する距離が異なる２点の温度を測定する温度センサを備え、
前記制御装置は、前記温度センサにより検出される前記蓄電装置の前記２点の温度差に基づいて、前記第１の暖機機能と前記第２の暖機機能と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３】
請求項２に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記第１の暖機機能は、前記蓄電セルの一つの外面側に配置され、加温媒体を流す流路が形成された温度調整プレートにより実現され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２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、前記温度センサにより検出される前記２点の温度差が予め設定された閾値を超えた場合に、前記第１の暖機機能による暖機を制限又は停止することを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項５】
請求項２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、前記蓄電装置の温度が暖機の目標温度に到達した後、前記２点の温度差が許容値を超えた場合に、前記第２の暖機機能により暖機運転を行う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、ハイブリッド式建設機械に係り、特にハイブリッド式建設機械の蓄電装置を暖機する温度調整方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、油圧ショベルを含む建設機械において、エンジンを小型化して燃料消費量を低減させ、不足する出力をエンジンに接続されたモータと蓄電装置との組み合わせにより補うハイブリッド式建設機械が開発されている。ハイブリッド式建設機械の蓄電装置は、充放電を頻繁に行う。このような蓄電装置は、キャパシタやリチウムイオンバッテリ等を複数接続したバッテリシステムにより構成される。蓄電装置は、出力、寿命及び安全性を確保しながら使用するための適正な温度範囲がある。
【０００３】
蓄電装置の暖機に関する背景技術として、特開２０１３-５２８６６号公報（特許文献１）に記載されたショベルが知られている。特許文献１には、別個に加熱装置を用いることなく効率的に且つ迅速にバッテリを暖めることができるハイブリッド式建設機械の暖機方法を提供することを目的として、バッテリの温度が予め設定された温度より低いときにエンジンを作動させて暖機運転を行うと同時に、アシストモータを作動させてバッテリを充放電させることにより、バッテリの内部発熱を利用してバッテリの温度を上昇させるショベルが記載されている（要約参照）。
【０００４】
また、特開２０１４−１５８８２号公報（特許文献２）には、蓄電装置を温めるために強制的な充放電を行うとエネルギの利用効率が低下するという課題に対し、操作者が乗り込むキャビン内に配置されたヒータコアと、ヒータコアに加温媒体を供給する第１の循環系と、直列に接続された複数の蓄電セル及び蓄電セルを収容する筐体を含む蓄電装置とを備え、蓄電装置の筐体に第１の循環系から分岐して加温媒体を流す加温流路を形成したハイブリッド型ショベルが記載されている（要約参照）。
【０００５】
さらに、特許文献２には、上部筐体と、下部筐体と、複数の蓄電セルと伝熱板とを積層して構成された蓄電モジュールとを備え、上部筐体及び下部筐体によって構成される筐体内に複数の蓄電モジュールを固定して構成した蓄電装置が記載されている。この蓄電装置では、下部筐体の底面の外側の表面に中間板が密着して配置されており、この中間板に加温媒体が流れる加温流路が形成されている。そして、加温流路に加温媒体を流すことにより、蓄電セルを暖めることができる（段落００４１−００４５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３-５２８６６号公報
【特許文献２】特開２０１４−１５８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の暖機方法では、蓄電装置の充放電による自己発熱を利用している。この場合、蓄電装置に流す電流を大きくすると、蓄電装置の負荷が高まり、蓄電装置が劣化し易くなる。一方、蓄電装置に流す電流を小さくすると、蓄電装置が所定の温度に達するまでの時間が長くなる。
【０００８】
特許文献２の暖機方法では、蓄電装置の下面側に加温媒体を流して蓄電装置を暖機する。このため、蓄電装置の下面側に対して上面側が温まり難く、上面側と下面側とでは温度上昇に、図７に示すような時間差が生じる。蓄電セルの中での温度差は、蓄電セルの中に抵抗値の差を発生させる。この場合、温度の高い部分で抵抗値が小さくなる。蓄電セルの中に抵抗値の差がある状態で使用を継続すると、温度が高く抵抗値の小さい部分に電流が集中して流れる。このように、蓄電セル全体に流れるべき電流が一部に集中することによって、蓄電セルの劣化が進行し易くなる。
【０００９】
特許文献２の暖機方法において、蓄電装置の上面側にも加温媒体が流れる加温流路を設け、上面側と下面側の両方から蓄電装置を温める構成にすることも可能である。しかし、そのような構成にすると、蓄電装置が大型化してしまい、限られたスペースに蓄電装置を配置することが難しくなる。
【００１０】
本発明の目的は、蓄電装置を小型化することができ、蓄電装置が劣化し難い暖機機能を備えた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】
【００１１】
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、前記エンジンの動力の補助及び発電を行う電動機と、蓄電セルを有し前記電動機との間で電力の授受を行う蓄電装置と、前記蓄電装置を暖機する複数の暖機機能と、前記複数の暖機機能を制御する制御装置と、を備えたハイブリッド式建設機械において、前記複数の暖機機能は、加温媒体を流す流路により実現される第１の暖機機能と、前記蓄電装置を充放電することにより前記蓄電セルが自己発熱する機能により実現される第２の暖機機能と、を含み、前記制御装置は、前記蓄電装置の温度が暖機の目標温度に到達する前に前記第１の暖機機能と前記第２の暖機機能とを用いて前記蓄電装置の暖機運転を行い、前記蓄電装置の温度が暖機の目標温度に到達した後、前記目標温度よりも低下した場合に、前記第２の暖機機能を停止した状態で、前記第１の暖機機能により暖機運転を行う。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、蓄電装置の不要な大型化を防ぎ、蓄電セル内の温度ばらつきを小さくして、蓄電装置の暖機を行うことができる。これにより、蓄電装置を小型化することができ、蓄電装置が劣化し難い暖機機能を備えたハイブリッド式建設機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例に係るハイブリッド式油圧ショベルの側面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るハイブリッド式油圧ショベルの要部の構成を示す要部構成図である。
【図３】図２に示すハイブリッド式油圧ショベルの上部旋回体の内部に搭載された、水冷エンジン、アシストモータ、ラジエータ及び蓄電装置の配置を示す図である。
【図４】本発明の一実施例に係るハイブリッド式油圧ショベルが備える蓄電装置を構成する蓄電モジュールの一例を示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施例に係るハイブリッド式油圧ショベルが備える蓄電装置の側面透視図である。
【図６】本発明の一実施例に係るハイブリッド式油圧ショベルの温度調整システムの構成図である。
【図７】蓄電装置の下面側に温度調整パネルを取り付けた場合の蓄電セルの温度変化を示す図である。
【図８Ａ】第１の暖機機能又は第２の暖機機能を、蓄電モジュール２４に設けたヒータにより、実現する例を示す図である。
【図８Ｂ】第１の暖機機能又は第２の暖機機能を、蓄電モジュール２４に設けたヒータにより、実現するその他の例を示す図である。
【図９】暖気を用いた暖機システムの説明図である。
【図１０】蓄電モジュール２４の暖機効率を向上する構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１５】
本発明に係るハイブリッド式建設機械の一実施例について、図１〜図７を用いて説明する。
【００１６】
図１及び図２を用いて、本発明の一実施例に係るハイブリッド式油圧ショベルについて説明する。図１は、本発明の一実施例に係るハイブリッド式油圧ショベルの側面図である。図２は、本発明の一実施形態に係るハイブリッド式油圧ショベルの要部の構成を示す要部構成図である。本実施例では、ハイブリッド式建設機械として油圧ショベルを説明するが、クレーン、ホイルローダ或いはそれ以外の油圧式建設機械であってもよい。
【００１７】
以下、ハイブリッド式油圧ショベルを、便宜的に油圧ショベルと呼んで説明する。この油圧ショベルは、走行体１００と、上部旋回体１１０と、フロント作業機７０とを備えている。走行体１００は、車体の左右に配置された一対の履帯１００ａと、履帯１００ａを駆動するアクチュエータ７８とを含む。上部旋回体１１０は、走行体１００上に旋回フレーム１１１を介して設けられており、アクチュエータ７７により旋回可能に設けられている。フロント作業機７０は、上部旋回体１１０の前方に取り付けられ、上下方向に回動して掘削等の作業を行う。
【００１８】
フロント作業機７０は、ブーム７１と、アーム７２と、バケット７３と、ブームシリンダ７４と、アームシリンダ７５と、バケットシリンダ７６とを有する。ブーム７１は、基端が旋回フレーム１１１に回動可能に取り付けられ、上下方向に回動する。アーム７２は、ブーム７１の先端に回動可能に取り付けられている。バケット７３は、アーム７２の先端に回動可能に取り付けられている。ブームシリンダ７４は、上部旋回体１１０とブーム７１とを接続し、伸縮することによってブーム７１を回動させるアクチュエータである。アームシリンダ７５は、ブーム７１とアーム７２とを接続し、伸縮することによってアーム７２を回動させるアクチュエータである。バケットシリンダ７６は、アーム７２とバケット７３とを接続し、伸縮することによってバケット７３を回動させるアクチュエータである。以下、ブームシリンダ７４、アームシリンダ７５及びバケットシリンダ７６を単にアクチュエータと呼んで説明する場合もある。
【００１９】
上部旋回体１１０は、運転室（キャビン）３０と、エンジン（水冷エンジン）４と、ガバナ７と、回転数センサ４ａと、エンジントルクセンサ４ｂと、アシスト発電モータ５とを備えている。運転室３０は、旋回フレーム１１１上の前部に設けられている。エンジン４は、原動機として、旋回フレーム１１１上の後部の原動機室１１２内に設けられている。本実施例では、エンジン４は水冷エンジンである。ガバナ７はエンジン４の燃料噴射量を調整する。回転数センサ４ａはエンジン４の実回転数を検出する。エンジントルクセンサ４ｂは、エンジン４のトルクを検出する。アシスト発電モータ５は、エンジン４の動力の補助及び発電を行う。このアシスト発電モータ５は、エンジン４の駆動軸上に配置され、エンジン４との間でトルクの伝達を行う。また、アシスト発電モータ５は運転を切り替えることにより、電動機或いは発電機として用いられる。このため、アシスト発電モータ５を単に電動機、或いは発電機という場合もある。
【００２０】
また、上部旋回体１１０は、インバータ装置９と、蓄電装置１と、バルブ装置１５とを備えている。インバータ装置９はアシスト発電モータ５の回転数を制御する。蓄電装置１はインバータ装置９を介してアシスト発電モータ５との間で電力の授受を行う。バルブ装置１５は、ブームシリンダ７４、アームシリンダ７５及びバケットシリンダ７６等の油圧アクチュエータへ供給する圧油の流量及び方向を制御する。
【００２１】
本実施例の建設機械（油圧ショベル）では、エンジン４を小型化して燃料消費量を低減している。エンジン４の小型化により不足する出力は、アシスト発電モータ５と蓄電装置１の組み合わせにより補われる。このような構成を持つ建設機械をハイブリッド式建設機械という。
【００２２】
上部旋回体１１０の原動機室１１２内には、油圧アクチュエータ７４，７５，７６を駆動するための油圧システムが配置されている。この油圧システムは、油圧ポンプ６と、パイロット油圧ポンプ６ａと、操作装置１７とを含んで構成されている。油圧ポンプ６は油圧を発生する油圧源となる。パイロット油圧ポンプ６ａはパイロット圧油を発生する。操作装置１７は、バルブ装置１５の操作部にパイロット管路Ｐを介して接続され、各油圧アクチュエータ７４，７５，７６に所望の動作を実行させる。この操作装置１７は、運転室３０内に設けられており、操作者が把持して操作する操作レバー１７ａを有する。
【００２３】
さらに、上部旋回体１１０には、ポンプ容量調節装置２０と、制御装置１３とが配置されている。ポンプ容量調節装置２０は油圧ポンプ６の容量を調整する。制御装置１３は、ガバナ７を調整してエンジン４の回転数を制御すると共に、インバータ装置９を制御してアシスト発電モータ２のトルクを制御する制御装置である。油圧ポンプ６、油圧アクチュエータ７４，７５，７６，及びバルブ装置１５と、各機器を接続する配管とによって、作動油が流れる油圧回路が構成されている。回転数センサ４ａによって検出されたエンジン４の実回転数、エンジントルクセンサ４ｂによって検出されたエンジン４のトルク及び操作レバー１７の操作量等は制御装置１３に入力される。
【００２４】
油圧ポンプ６はアシスト発電モータ５を介してエンジン４に接続されている。本実施例では、エンジン４と油圧ポンプ６とアシスト発電モータ５とが同軸状態で接続されている。これにより、油圧ポンプ６及びパイロット油圧ポンプ６ａはエンジン４及びアシスト発電モータ５の駆動力で動作する。油圧ポンプ６から吐出された圧油はバルブ装置１５に供給され、パイロット油圧ポンプ６ａから吐出されたパイロット圧油は操作装置１７に供給される。
【００２５】
運転室３０内の操作者が操作レバー１７ａを操作すると、操作装置１７は、操作レバー１７ａの操作量に応じたパイロット圧油を、パイロット管路Ｐを介してバルブ装置１５の操作部へ供給する。このパイロット圧油によってバルブ装置１５内のスプールの位置が切換えられ、油圧ポンプ６からバルブ装置１５を流通した圧油が油圧アクチュエータ７４，７５，７６へ供給される。これにより、油圧アクチュエータ７４，７５，７６が油圧ポンプ６からバルブ装置１５を介して供給された圧油によって駆動する。
【００２６】
油圧ポンプ６は、可変容量機構として例えば斜板（図示せず）を有し、この斜板の傾斜角を調整することによって圧油の吐出流量を制御している。以下、油圧ポンプ６を斜板ポンプとして説明するが、圧油の吐出流量を制御する機能を有するものであれば、油圧ポンプ６は斜軸ポンプ等であっても良い。なお、油圧ポンプ６には、図示されないが、油圧ポンプ５の吐出圧を検出する吐出圧センサ、油圧ポンプ６の吐出流量を検出する吐出流量センサ及び斜板の傾斜角を計測する傾斜角センサが設けられている。制御装置１３は、これらの各センサから得られた油圧ポンプ６の吐出圧、吐出流量及び斜板の傾斜角を入力して油圧ポンプ６の負荷を演算する。
【００２７】
ポンプ容量調節装置２０は、制御装置１３から出力される操作信号に基づいて油圧ポンプ６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２０は、斜板を傾転可能に支持するレギュレータ２０ａと、制御装置１３の指令値に応じてレギュレータ２０ａに制御圧を加える電磁比例弁２０ｂとを有する。レギュレータ２０ａは、電磁比例弁２０ｂから制御圧を受けると、この制御圧によって斜板の傾斜角を変更することにより、油圧ポンプ６の容量（押しのけ容積）が調節され、油圧ポンプ６の吸収トルク（入力トルク）を制御することができる。
【００２８】
エンジン４、アシスト発電モータ５、インバータ装置９及び蓄電装置１は使用され続けることによって発熱するので、これらの機器の温度上昇を抑えるために、冷却装置を旋回体１１０内に備えている。
【００２９】
次に図３を用いて、上部旋回体１１０における蓄電装置１の配置について説明する。図３は、図２に示すハイブリッド式油圧ショベルの上部旋回体の内部に搭載された、水冷エンジン、アシストモータ、ラジエータ及び蓄電装置の配置を示す図である。なお、図３は、図１に示すハイブリッド式油圧ショベルを後方から見た状態を示しており、上部旋回体１１０の内部を透視した図である。
【００３０】
ハイブリッド式建設機械の蓄電装置１は、充放電を頻繁に行う。このような蓄電装置１は、キャパシタやリチウムイオンバッテリ等を複数接続したバッテリシステムにより構成される。また、これらのバッテリシステムによって構成された蓄電装置１は、出力、寿命及び安全性を確保して使用するための適正な温度範囲がある。ハイブリッド式建設機械の蓄電装置１としては、容量が大きく高い出力特性を持つリチウムイオンバッテリが優れているが、温度によって容量や出力が変化する。リチウムイオンバッテリに推奨される一般的な温度範囲は、−２０〜６０℃である。本実施例では、蓄電装置１をリチウムイオンバッテリで構成した例を説明する。リチウムイオンバッテリに限らず、鉛バッテリやニッケル水素バッテリ等の二次電池、或いはキャパシタ等で蓄電装置１を構成してもよい。
【００３１】
リチウムイオンバッテリは、保管時にも劣化が進行し、保管時の劣化は高温な環境ほど進行が速い。このため、蓄電装置１は、高温になる油圧部品などの影響を受け難い、ラジエータ８，１０と車体フレーム１２０との間に搭載される。すなわち、蓄電装置１と高温になる装置との間にラジエータ８，１０を配置することにより、高温になる装置から蓄電装置１への伝熱を遮断或いは抑制するようにする。このため、蓄電装置１が配置されるスペースは、図１及び図３に示すように、細長い形状になり、蓄電装置１にもこの細長いスペースに合った外径形状が要求される。一方で、蓄電装置１の高さが高くなると、ラジエータ８，１０の冷却を妨げることになる。このため、蓄電装置１には小型化が要求される。
【００３２】
次に、図４及び図５を用いて、蓄電装置１の構成を説明する。図４は、本発明の一実施例に係るハイブリッド式油圧ショベルが備える蓄電装置を構成する蓄電モジュールの一例を示す斜視図である。図５は、本発明の一実施例に係るハイブリッド式油圧ショベルが備える蓄電装置の側面透視図である。
【００３３】
リチウムイオンバッテリにおける蓄電セル２単体の定格電圧は一般的に３．６Ｖである。この蓄電セル２を用いてハイブリッド式建設機械の蓄電装置１を構成するためには、多数の蓄電セル２を直列に接続する必要がある。例えば、定格電圧３４５Ｖの蓄電装置１を構成するには、９６個の蓄電セル２を直列接続する必要がある。このために、図５では、角型の蓄電セル２を複数積層して蓄電モジュール２４を構成する。蓄電モジュール２４は、蓄電セル２を持ち運びのし易い大きさに集積して構成される。さらに蓄電モジュール２４を複数接続して蓄電システムを構成する。例えば、９６個の蓄電セル２を直列接続するためには、１２セル毎に集積したモジュール２４を８モジュール直列接続する。或いは、６セル毎に集積したモジュール２４を１６モジュール直列接続する。図４は、蓄電モジュール２４を６個の蓄電セル２で構成した例を示している。
【００３４】
蓄電システムはケースに内蔵されて蓄電装置１が構成される。ケースは上ケース１Ａと下ケース１Ｂとからなる。上ケース１Ａの上部には、電気回路部２６が設けられている。電気回路部２６には、蓄電装置１の電圧を外部に取り出すコネクタ２５が設けられている。コネクタ２５は、蓄電装置１を充電する際にも利用される。また、電気回路部２６には、電圧を監視するための基盤が搭載されている。下ケース１Ｂは、蓄電モジュール２４を収容できる深さに形成されている。下ケース１Ｂの底部は、温度調整プレート３を構成している。
【００３５】
本実施例では、蓄電セル２の上部には電極２ａがあり、電極２ａが直列に接続されている。このため、蓄電モジュール２４の上側に温度調整プレート３を配置しても、蓄電モジュール２４と温度調整プレート３とを熱的に接続することが困難である。そこで、蓄電モジュール２４の下側に温度調整プレート３を配置している。蓄電モジュール２４と温度調整プレート３との間には、熱伝導シートなどの熱伝導部材３ａが配設されている。これにより、蓄電モジュール２４と温度調整プレート３との間の熱伝導性が高められている。本実施例では、温度調整プレート３を蓄電装置１のケース（下ケース１Ｂ）と一体に構成しているが、温度調整プレート３は蓄電装置１のケースとは別体に設けられてもよい。
【００３６】
温度調整プレート３には、蓄電装置１を冷却するための冷却媒体（冷媒）、或いは蓄電装置１を暖機するための加温媒体（熱媒）が選択的に流される。すわわち、温度調整プレート３は蓄電装置１を冷却する冷却装置として機能すると共に、蓄電装置１を暖機する暖機装置としても機能する。
【００３７】
ここで、蓄電装置１と使用温度との関係について、説明する。蓄電装置１に使用されるバッテリに、適正な使用温度範囲が存在することは、上述の通りである。蓄電装置１は低温時に内部抵抗が増大する。内部抵抗が増大すると、放電時には電圧降下が大きくなり、放電電圧が低下する。このため、低温時には、十分な電力を取り出すことができなくなる。また、電圧が駆動機器の下限電圧を下回ってしまい、機器を駆動できなくなる。一方、充電時においては、低温時に常温時と同様な電流を流そうとすると、内部抵抗の増大により、電圧が上昇する。蓄電装置１のバッテリには、過充電時の事故を防ぐための許容電圧が定められており、低温時はこの許容電圧を超え易くなる。このため、常温時と同様の電力を充電することができない。
【００３８】
特に建設機械においては、−３０℃の寒冷地での作業も想定される。ハイブリッド式建設機械では、低温の環境において蓄電装置１の特性が低下するため、エンジン４と同様に蓄電装置１の暖機が必要になる。蓄電装置１を暖機する機能は、大きく二つの段階に分かれる。第１の暖機段階は目標温度まで暖める暖機段階であり、第２の暖機段階は目標温度を維持する暖機段階である。目標温度は、バッテリ蓄電セル２或いは蓄電装置１の出力特性や、ハイブリッド式建設機械として要求される出力により異なる。
【００３９】
暖機機能を実現する暖機方法としては、外部ヒータによる暖機や、アシスト発電モータ５を作動させて蓄電装置１を充放電させることにより蓄電装置１を発熱させる暖機等がある。しかし、蓄電装置１を暖機するために積極的にアシスト発電モータ５を作動させると、燃料消費量が増えることになる。特に、目標温度に維持する暖機段階でアシスト発電モータ５を常時作動させると、無駄な燃料消費量が増加する。
【００４０】
そこで、本実施例では、複数の暖機機能を制御装置１３で切り替えながら使用することにより、無駄な燃料消費を低減した蓄電装置１の暖機運転を実現する。このような暖機運転は、同時に、蓄電装置１の不要な大型化を防ぎ、蓄電セル２内の温度ばらつきを小さくした蓄電装置１の暖機運転を実現する。これにより、蓄電装置１を小型化することができ、蓄電装置１が劣化し難い暖機機能を備えたハイブリッド式建設機械を提供することができる。
【００４１】
本実施例の暖機機能を実現する温度調整システムについて、図６を用いて説明する。図６は、本発明の一実施例に係るハイブリッド式油圧ショベルの温度調整システムの構成図である。
【００４２】
本実施例のハイブリッド式油圧ショベルでは、蓄電装置１を暖機する複数の暖機機能として、エンジン冷却系で暖められた冷却媒体を、蓄電装置１を暖める加温媒体として利用する第１の暖機機能と、蓄電装置１の充放電による自己発熱を利用する第２の暖機機能とを有する。
【００４３】
第１の暖機機能のために、水冷エンジン４とエンジンラジエータ８とを有するエンジン冷却系４０に、バイパス弁１２を介してバイパス流路４１が接続されている。バイパス路４１は温度調整プレート３に形成された加温媒体流路３Ａに接続されている。温度調整プレート３には、蓄電セル２を集積した蓄電モジュール２４が熱伝導シート３ａを介して熱的に接続されている。蓄電セル２の上部（電極２ａ側）には、上部バッテリ温度監視用センサ２２が設けられている。蓄電セル２と温度調整プレート３との間には、下部バッテリ温度監視用センサ２３が設けられている。上部バッテリ温度監視用センサ２２及び下部バッテリ温度監視用センサ２３で検出される温度は制御装置１３に入力される。制御装置１３は、上部バッテリ温度監視用センサ２２及び下部バッテリ温度監視用センサ２３で検出された温度に基づいて、バイパス弁１２を開閉制御する。
【００４４】
エンジン冷却系４０には、冷却媒体を循環させる循環ポンプ４２が設けられており、バイパス弁１２が閉じている状態では、冷却媒体がエンジン冷却系配管４３を循環する。エンジン４で暖められた冷却媒体はエンジンラジエータ８で冷却される。バイパス弁１２が開いた状態では、エンジン４で暖められた冷却媒体は、エンジン冷却系配管４３からバイパス弁１２及びバイパス流路４１を介して温度調整プレート３に流れ、その後エンジン冷却系配管４３に合流する。エンジン４、循環ポンプ４２、配管４３、バイパス弁１２、バイパス流路４１及び温度調整プレート３は、温度調整プレート３を暖機装置として機能させる加温媒体循環装置１５０Ａを構成する。エンジンラジエータ８は蓄電装置１を暖める加温媒体を冷却する装置であるが、エンジンラジエータ８を加温媒体循環装置１５０Ａに含めてもよい。また、エンジンを冷却する冷却媒体を温度調整プレート３に流して蓄電装置１を暖めることにより、冷却媒体が温度調整プレート３で冷却される。このため、エンジンの冷却効果を高めることができる。
【００４５】
本実施例では、加温媒体循環装置１５０Ａの他に、蓄電装置１を冷却する冷却媒体循環装置１５０Ｂが設けられている。冷却媒体循環装置１５０Ｂは、冷却ラジエータ１０と、循環ポンプ１１と、温度調整プレート３と、冷媒配管４４とで構成されている。冷却ラジエータ１０と循環ポンプ１１とは冷媒配管４４で接続され、さらに冷媒配管４４により温度調整プレート３に設けられた冷却媒体流路３Ｂに接続されている。冷却媒体循環装置１５０Ｂにおいて冷却媒体が流れる流路と、加温媒体循環装置１５０Ａにおいて加温媒体が流れる流路とは相互に繋がっておらず、加温媒体循環装置１５０Ａと冷却媒体循環装置１５０Ｂとの間で加温媒体及び冷却媒体のやり取りはない。
【００４６】
温度調整プレート３はアルミなどの金属鋳物で製作することができる。温度調整プレート３は、鋳造以外にも、金属プレートに金属パイプを溶接して製作してもよい。要するに、温度調整プレート３は加温媒体及び冷却媒体を流すことができ、蓄電装置１との間で熱の授受が行えるものであればよい。
【００４７】
本実施例では、温度調整プレート３に加温媒体流路３Ａ及び冷却媒体流路３Ｂの両方を形成していることで、場所による温度のばらつきを小さくすることができる。加温媒体流路３Ａ及び冷却媒体流路３Ｂの配置を工夫する、或いは熱伝導シート３ａなどを活用するなどして、場所による温度のばらつきの影響を小さくすることにより、加温媒体流路３Ａと冷却媒体流路３Ｂとを別々の温度調整プレート３に設けてもよい。
【００４８】
本実施例においては、蓄電装置１の暖機を行う加温媒体としてエンジンを冷却する冷却媒体を利用しているが、油圧アクチュエータ７４，７５，７６の作動油を利用してもよい。この場合、図２に示した、油圧ポンプ６、油圧アクチュエータ７４，７５，７６，及びバルブ装置１５を接続する配管に、図６に示したバイパス弁１２を介してバイパス流路４１を接続すればよい。このように、油圧アクチュエータ７４，７５，７６の作動油の廃熱を利用して、蓄電装置１の暖機機能の一つを実現してもよい。
【００４９】
本実施例では、第２の暖機機能として、蓄電装置１の充放電による自己発熱を利用する。制御装置１３が第２の暖機機能が必要判断した場合は、制御装置１３はアシスト発電モータ５を作動させて蓄電装置１の充電を行う。あるいは、制御装置１３は蓄電装置１から電力を供給してアシスト発電モータ５を作動させ、蓄電装置１の放電を行う。
【００５０】
次に、蓄電装置の暖機運転について、説明する。
【００５１】
制御装置１３は、始動時（Ｓ８００）に、上部バッテリ温度監視用センサ２２及び下部バッテリ温度監視用センサ２３の中の少なくともいずれか一つが検出した温度に基づいて、暖機運転の要否を判定する。この場合、判定に用いる温度は、上部バッテリ温度監視用センサ２２及び下部バッテリ温度監視用センサ２３の中の複数のセンサが検出した温度の平均値、最大値または最小値を用いてもよい。判定に用いる温度が予め設定された所定値よりも低い場合に、制御装置１３は蓄電装置１の暖機運転が必要であると判定する。
【００５２】
低温時における始動時において、蓄電装置１の暖機運転を行う場合、制御装置１３はバイパス弁１２を開動作させ、蓄電装置１内の温度調整プレート３内の加温媒体流路３Ａに、エンジン冷却水を流す。すなわち、第１の暖機機能による暖機運転を実行する。エンジン冷却水はエンジン４で暖められており、蓄電セル２は下面側の外部から暖められ、蓄電セル２（蓄電モジュール２４）の下面の温度は上昇する。同時に、エンジン４によりアシスト発電モータ５を発電させて蓄電装置１を充電、或いは蓄電装置１から放電させてアシスト発電モータ５を駆動する。すなわち、第２の暖機機能による暖機運転を実行する。この発電動作または充電動作により、蓄電セル２は自己発熱し、蓄電セル２の内部から蓄電装置１を暖機することができる。
【００５３】
本実施例では、第１の暖機機能が蓄電セル２を下面側の外部から暖め、第２の暖機機能が蓄電セル２を内部から暖める。第１の暖機機能だけでは、蓄電セル２の下面側が加熱されるため、蓄電セル２内において、特に上下方向に、温度ばらつきが生じる。第２の暖機機能により蓄電セル２の内部を自己発熱させることで、この温度ばらつきを低減することができる。
【００５４】
第１の暖機機能による暖機運転を継続すると、第２の暖機機能による暖機を行っていても、蓄電セル２の上下方向に温度ばらつきが生じる。この場合、蓄電セル２の下側が上側に対して高温になる。そこで、上部バッテリ温度監視用センサ２２と下部バッテリ温度監視用センサ２３との温度差が予め定められた第１の閾値を超えたかどうかを判定する。温度差が第１の閾値を超えた場合は、バイパス弁１２を閉じ、蓄電セル２の自己発熱（第２の暖機機能）だけで暖機運転を続ける。この場合、第１の閾値より低い温度に設定された第２の閾値を設け、温度センサ２２と温度センサ２３の検出する温度差が第２の閾値を超えた場合に、第１の暖機機能による暖機を制限して、第２の暖機機能と共に暖機運転を行うようにしてもよい。この場合、循環ポンプ４２の加温媒体の吐出量を低減するか、バイパス弁１２の開度を狭くして加温媒体の循環量を低減すると良い。上部バッテリ温度監視用センサ２２と下部バッテリ温度監視用センサ２３との温度差が、予め定められた閾値を下回った場合は、再度バイパス弁１２を開いて、第１の暖機機能による暖機運転を再開する。本実施例では、上部バッテリ温度監視用センサ２２と下部バッテリ温度監視用センサ２３とにより、温度調整プレート３に対する距離が異なる２点の温度（温度差）を測定している。これにより、温度調整プレート３によって生じる蓄電セル２内の温度ばらつきが測定される。
【００５５】
また、下部バッテリ温度監視用センサ２３の温度が、バッテリの使用温度範囲（例えば、６０℃）を超えた場合も、バイパス弁１２を閉じ、第１の暖機機能による暖機運転を停止する。これにより、蓄電装置１内の蓄電セル２が部分的に使用温度を超えて劣化するのを防ぐことができる。第１の暖機機能による暖機運転を停止した場合も、第２の暖機機能による暖機運転は継続されており、暖機運転時間が長くなるのを抑制することができる。
【００５６】
暖機の目標温度に測定点温度が達した場合（例えば上部バッテリ温度監視用センサ２２が２５℃に達した場合）には、第１の暖機機能及び第２の暖機機能の両方の暖機運転を停止する。測定点温度が一度目標温度に到達した後、目標温度から低下した場合には、第２の暖機機能は使用せず、第１の暖機機能による暖機運転を行う。すなわち、測定点温度が一度目標温度に到達した後の第２の暖機段階では、第１の暖機機能による暖機運転を優先して使用する。これにより、第２の暖機段階では、アシスト発電モータ５を駆動することによる燃費性能の低下を防ぐことができる。なお、第２の暖機段階においても、蓄電セル２内の温度ばらつき（上部バッテリ温度監視用センサ２２と下部バッテリ温度監視用センサ２３との温度差）が予め定められた許容値を超えた場合は、第２の暖機機能（自己発熱）による暖機運転を開始する。
【００５７】
上記説明では、測定点温度が暖機の目標温度に達したことを、上部バッテリ温度監視用センサ２２の検出温度で判定している。これは、暖まり難い蓄電セル２の上部の温度で判定することにより、暖機の状態をより正確に判断するためである。しかし、例えば検出温度を補正するなどして、下部バッテリ温度監視用センサ２３の検出温度で判定してもよい。或いは、上部バッテリ温度監視用センサ２２の検出温度と下部バッテリ温度監視用センサ２３の検出温度との平均値で判定してもよい。
【実施例２】
【００５８】
実施例１では、第１の暖機機能が蓄電セル２を下面側の外部から暖め、第２の暖機機能が蓄電セル２を内部から暖める例を説明した。本実施例では、第１の暖機機能又は第２の暖機機能の替わりとして、蓄電モジュール２４にヒータを設ける。
【００５９】
図８Ａは、第１の暖機機能又は第２の暖機機能を、蓄電モジュール２４に設けたヒータにより、実現する例を示す図である。
【００６０】
本実施例では、２つの蓄電セル２の間に電気ヒータを内蔵したプレート（ヒータプレート）５０は挟み込んで、第１の暖機機能又は第２の暖機機能を実現する。ヒータプレート５０の電気ヒータの電力は、補機用のバッテリから供給する。或いは、蓄電装置１から電気ヒータに電力を供給するようにしてもよい。ヒータプレート５０の電気ヒータへの電力の供給は、制御装置１３により制御される。
【００６１】
図８Ｂは、第１の暖機機能又は第２の暖機機能を、蓄電モジュール２４に設けたヒータにより、実現するその他の例を示す図である。
【００６２】
本変更例は、ヒータプレート５０の替わりに、蓄電モジュール２４の側面に電気ヒータで構成されるシートヒータ５１を配設したものである。シートヒータ５１は、蓄電モジュール２４の全周を包むように、蓄電モジュール２４の側面に配設してもよい。シートヒータ５１の電気ヒータの電力供給および制御は、実施例２と同様に行うことができる。
【実施例３】
【００６３】
本実施例では、実施例１の第１の暖機機能又は第２の暖機機能の替わりに、暖気を用いる。図９は暖気を用いた暖機システムの説明図である。
【００６４】
ハイブリッド式建設機械では、キャブ５２を加熱するためのヒータコア５４を備えたエアコンユニット５３が設けられている。ヒータコア５４にはエンジン冷却系４０のエンジン冷却水配管４０ａが接続され、エンジン４を冷却して暖められた冷却水が循環するように構成されている。ヒータコア５４で温められた暖気は、配管５５Ｂを通してキャブ５２に送られ、キャブ５２を暖機する。キャブ５２を暖機した後の暖気は配管５５Ｄを通してエアコンユニット５３に戻される。
【００６５】
本実施例では、エアコンユニット５３のヒータコア５４で温めた暖気を、開閉弁付きの配管５５Ａを通して蓄電装置１のケース１Ａ，１Ｂ内に送る。暖気は、蓄電装置１内の蓄電モジュール２４を暖機した後、配管５５Ｃを通してエアコンユニット５３に戻される。配管５５Ａの開閉弁は、制御装置１３により制御され、暖気による暖気運転が制御される。
【００６６】
キャブ５２を暖機した空気（暖気）を蓄電装置１のケース１Ａ，１Ｂ内に送るようにしてもよい。この場合、暖気が、エアコンユニット５３、キャブ５２及び蓄電装置１を循環する構成になる。
【００６７】
図１０は、蓄電モジュール２４の暖機効率を向上する構成を示す図である。
【００６８】
図１０に示すように、隣り合う蓄電セル２の間にプレート５６を挟んで、蓄電モジュール２４を構成する。プレート５６には溝５６ａが形成されている。これにより、暖気が蓄電セル２の間に流れ易くなり、蓄電モジュール２４の暖機効率が向上する。このような蓄電モジュール２４を用いることにより、暖気による暖機効率を向上することができる。
【００６９】
図１０に示す蓄電モジュール２４は他の実施例に適用するができる。
【符号の説明】
【００７０】
１…蓄電装置、２…蓄電セル、３…温度調整プレート、３Ａ…加温媒体を流す流路、４…エンジン（原動機）、５…アシスト発電モータ（電動機）、１３…制御装置、２２…上部バッテリ温度監視用センサ（温度センサ）、２３…下部バッテリ温度監視用センサ（温度センサ）、２４…蓄電モジュール、１５０Ａ…加温媒体循環装置、１５０Ｂ…冷却媒体循環装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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