WO2016060132A1 - ハイブリッド式建設機械 - Google Patents

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hydraulic pump
inverter
storage device
engine
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智晃 高橋
井村　進也
竹内　健
誠司 石田
到 納谷
真史 日田
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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    • Y10S903/903—Prime movers comprising electrical and internal combustion motors having energy storing means, e.g. battery, capacitor
    • Y10S903/93—Conjoint control of different elements

Definitions

  • the present invention relates to a hybrid construction machine provided with a storage device for supplying electric power to a motor generator.
  • a construction machine such as a hydraulic shovel driven by a hydraulic system discharges a hydraulic pump capable of maximum load operation so as to correspond to all operations from light load operation to heavy load operation. And a large-sized engine for driving the hydraulic pump.
  • a lithium ion battery or a capacitor (electric double layer capacitor, lithium ion capacitor or the like) is used for the storage device of such a hybrid type construction machine.
  • SOC storage battery characteristics
  • the thermal effects and the performance may be degraded.
  • the maximum chargeable / dischargeable power of the storage device is calculated based on the storage battery characteristics described above, and the charge / discharge power of the storage device is limited within the range of this calculated value. Discloses a control method for operating the power storage device in a safe state.
  • a charge / discharge control method disclosed in Patent Document 1 below is known.
  • a first inverter for controlling a generator, a second inverter for driving a motor, and each of these inverters are connected via a converter, and charge / discharge is controlled by the converter It applies to the apparatus provided with the electrical storage apparatus, and is performed by the control apparatus which controls this apparatus.
  • the maximum discharge amount calculated from the current SOC of the power storage device and the predetermined maximum current are considered in order to maintain the SOC of the power storage device within a predetermined range.
  • the smaller one of the calculated maximum discharge amounts is set as the output upper limit value, and the smaller of the maximum charge amount calculated from the current SOC of the power storage device and the maximum charge amount calculated in consideration of the predetermined maximum current.
  • the power required by the load or the power generated by the generator is limited by the set output upper limit value and output lower limit value to determine the actual discharge amount and charge amount of the power storage device.
  • Patent No. 5225779 gazette
  • the present invention has been made from the circumstances of the prior art as described above, and its object is to perform a charge and discharge of the power storage device appropriately and to suppress a stop of the engine accompanying a rapid increase in load. To provide construction equipment.
  • a hybrid-type construction machine comprises an engine, a hydraulic pump driven by the engine, a hydraulic work device driven by pressure oil discharged from the hydraulic pump, and The hydraulic pump according to a storage battery characteristic of the power storage device, a motor generator that performs torque transmission with an engine, an inverter that controls the motor generator, a power storage device that performs charging and discharging via the inverter, A controller for controlling the power of the inverter and the power of the inverter, the controller based on at least one of a current or a voltage of the battery characteristic and at least one of a temperature or a charging rate of the battery characteristic; It is characterized in that at least one of the power of the hydraulic pump and the power of the inverter is controlled.
  • torque transmission is performed between an engine, a hydraulic pump driven by the engine, a hydraulic work device driven by pressure oil discharged from the hydraulic pump, and the engine
  • Motor generator performing the motor
  • an inverter controlling the motor generator
  • a storage device performing charging and discharging via the inverter
  • power of the hydraulic pump and power of the inverter according to storage battery characteristics of the storage device
  • a controller for controlling the power of the hydraulic pump and the inverter based on at least one of the voltage or the charging rate of the battery characteristic and at least one of the temperature or the current of the battery characteristic. And at least one of the power of
  • FIG. 5 is a rotation speed-output upper limit value characteristic diagram for explaining output characteristics of the engine according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows an example of the time-sequential change of each storage battery characteristic of the electrical storage apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention, and the upper-lower limit judgment value of each storage battery characteristic of an electrical storage apparatus.
  • Figure showing time-series change and upper and lower limit judgment value of voltage of power storage device shows time-series change of current of power storage device, and current upper and lower limit judgment value of power storage device, (c) Shows the time series change of the temperature of the storage device and the upper and lower limit judgment value of the temperature of the storage device, and (d) shows the time series change of the SOC of the storage device and the upper and lower limit judgment value of the SOC of the storage device.
  • FIG. (C) shows the charging power limit coefficient to the SOC of the storage device
  • (d) shows the discharging power limit coefficient to the SOC of the storage device
  • e) The figure shows the charge / discharge power limit coefficient with respect to the current of the power storage device
  • (f) the figure shows the charge / discharge power limit coefficient with respect to the temperature of the power storage device.
  • It is a flow chart which shows a flow of control processing of an output command part concerning a 1st embodiment of the present invention.
  • the hybrid shovel 1 includes a traveling body 2 driven by a traveling hydraulic motor 2A (see FIG. 2), a swing body 3 rotatably provided on the travel body 2 via a swing frame 3a, and A swing device 3A mounted between a traveling body 2 and a revolving body 3 and equipped with a swing hydraulic motor 3A1 (see FIG. 2) for pivoting the revolving body 3 relative to the traveling body 2; It is attached to one side of the part (forward facing and right side), and is provided with a front work machine 4 which is turned in the vertical direction to perform work such as digging.
  • the traveling body 2, the revolving body 3, and the front work implement 4 described above function as a hydraulic work device.
  • the front work machine 4 has a boom 4A whose base end is pivotably attached to the pivot frame 3a and pivots in the vertical direction, an arm 4B pivotably attached to the tip of the boom 4A, and the arm 4B And an articulated structure having a bucket 4C rotatably attached to the tip of the. Further, the front work machine 4 connects the swing body 3 and the boom 4A, and extends and retracts the boom cylinder 4a that rotates the boom 4A, and the boom 4A and the arm 4B and connects and retracts the arm 4B. An arm cylinder 4b for rotating the arm 4B, and a bucket cylinder 4c for rotating the bucket 4C by connecting the arm 4B and the bucket 4C and expanding and contracting the arm 4B.
  • the revolving unit 3 is a cabin 5 disposed on the other side (front side and left side) of the front of the vehicle body, a counterweight 6 disposed on the rear of the vehicle body, and maintaining the weight balance of the vehicle body
  • the engine room 7 is disposed between the engine 5 and the counterweight 6 and accommodates an engine 11 (see FIG. 2) described later.
  • FIG. 2 is a view showing details of the internal configuration of the revolving unit 3 including the cabin 5.
  • the cabin 5 is formed of a hydraulic motor 2A for traveling, a hydraulic motor 3A for turning, a boom cylinder 4a, an arm cylinder 4b, and a desired hydraulic actuator 2A such as a bucket cylinder 4c.
  • a traveling lever 5A and an operating lever 5B which the operator in the cabin 5 grips and operates, a mode setting unit 5C for setting an operation mode of the vehicle body and changing a load required for the vehicle body, and this mode setting In the operation mode set by the unit 5C, there is provided a rotation number setting dial 5D for setting a target rotation number of the engine 11.
  • the mode setting unit 5C is, for example, an eco mode which is a mode when working with a light load or a medium load such as a light digging operation or a break-in operation, and a mode when a work with a higher load than this eco mode. It comprises a mode setting switch for selecting an operation mode such as a power mode.
  • the revolving unit 3 includes the engine 11 described above, a rotation speed sensor 11A attached to the engine 11 for detecting the rotation speed of the engine 11, a fuel tank (not shown) for storing fuel of the engine 11, and the engine 11 A governor (not shown) for adjusting the amount of fuel injection, a turbocharger-type supercharger (not shown) provided on the engine 11, and an engine controller (ECU) 12 for controlling the operation of the engine 11.
  • a rotation speed sensor 11A attached to the engine 11 for detecting the rotation speed of the engine 11
  • a fuel tank for storing fuel of the engine 11
  • the engine 11 A governor (not shown) for adjusting the amount of fuel injection
  • a turbocharger-type supercharger not shown
  • an engine controller (ECU) 12 for controlling the operation of the engine 11.
  • the swing structure 3 is connected to the engine 11 and is disposed on a drive shaft of the engine 11 and an accessory load 13 such as an air conditioner operated by the driving force of the engine 11 to transmit torque with the engine 11
  • a motor generator (M / G) 14 an inverter 15 connected to the motor generator 14 for controlling the motor generator 14, a storage device 16 for charging and discharging via the inverter 15, an engine 11 and a motor generator
  • a variable displacement hydraulic pump hereinafter referred to as a hydraulic pump for convenience
  • a hydraulic pump which is connected in series to the machine 14 and driven by the engine 11 and discharges pressure oil, operates by the driving force of the engine 11
  • a pilot pump (not shown) for generating a pilot pressure oil.
  • the motor generator 14 assists the power of the engine 11 at the time of power running, drives the accessory load 13 and the hydraulic pump 17 connected to the engine 11, and generates power at the time of regeneration.
  • the inverter 15 converts DC power to AC power and converts AC power to DC power.
  • Power storage device 16 is, for example, a lithium ion battery 16A formed by stacking a plurality of battery cells, and a current sensor connected between lithium ion battery 16A and inverter 15 to measure the current of lithium ion battery 16A.
  • a battery controller (BCU) 16C connected to the lithium ion battery 16A and the current sensor 16B and measuring and managing the voltage, temperature, current, etc. of the lithium ion battery 16A is provided.
  • the direct current is converted to an alternating current by the inverter 15 and supplied to the motor generator 14.
  • the power storage device 16 is discharged.
  • the electric power (energy) generated by the motor generator 14 is converted from alternating current to direct current by the inverter 15 and supplied to the storage device 16.
  • the power storage device 16 is charged.
  • the hydraulic pump 17 has, for example, a swash plate (not shown) as a variable displacement mechanism, and controls the flow rate of the pressure oil discharged by adjusting the tilt angle of the swash plate. Furthermore, although not shown, the discharge pressure sensor for measuring the pressure of the discharged pressure oil, the discharge flow rate sensor for measuring the flow amount of the discharged pressure oil, and the inclination of the swash plate of the hydraulic pump 17. A tilt angle sensor or the like that measures the angle is provided.
  • the hydraulic pump 17 will be described as a variable displacement swash plate type hydraulic pump. However, the present invention is not limited to this case, and if it has a function to control the flow rate of the pressure oil to be discharged, a diagonal shaft pump etc. It may be.
  • the swing body 3 has a control valve 20 for controlling the flow (flow rate and direction) of pressure oil supplied to the hydraulic actuators 2A, 3A, 1 4a to 4c, and a pump capacity adjusting device 21 for adjusting the capacity of the hydraulic pump 17.
  • Driving lever 5A, operation lever 5B, mode setting switch 5C, rotation number setting dial 5D, hydraulic pump 17, engine controller 12, inverter 15, battery controller 16C, and pump capacity adjustment device 21 are connected, and power of hydraulic pump 17
  • a hybrid controller (HCU) 22 as a control device for controlling the operation of the entire vehicle body including the power of the inverter 15.
  • the control valve 20 constitutes a hydraulic circuit between the hydraulic pump 17 and the hydraulic actuators 2A, 3A, 1 4a to 4c, and although not shown, it discharges from the hydraulic pump 17 by stroke in a housing forming an outer shell. It has a spool inside that adjusts the flow rate and direction of the pressurized oil.
  • the pump displacement adjustment device 21 adjusts the displacement (displacement volume) of the hydraulic pump 17 based on a control command output from the hybrid controller 22. Specifically, although not shown, the pump displacement adjustment device 21 applies a control pressure to the regulator according to a control command from the hybrid controller 22 and a regulator that supports the swash plate of the hydraulic pump 17 in a rotatable manner. It has a proportional valve. When the regulator receives a control pressure from the solenoid proportional valve, the control pressure changes the tilt angle of the swash plate of the hydraulic pump 17 to adjust the displacement (displacement volume) of the hydraulic pump 17. Thus, the load (pump output) of the hydraulic pump 17 can be adjusted by making the discharge pressure of the hydraulic pump 17 variable and controlling the torque (input torque) of the hydraulic pump 17.
  • the hybrid controller 22 inputs the discharge pressure measured by the discharge pressure sensor, the discharge flow rate measured by the discharge flow rate sensor, and the tilt angle measured by the tilt angle sensor, and based on these input information, the hydraulic pump 17 Calculate the load of The travel lever 5A and the control lever 5B reduce the primary pressure generated by the pressure oil discharged from the pilot pump to the secondary pressure according to the opening degree of the pressure reducing valve (remote control valve) provided in each device.
  • Control pilot pressure is generated and transmitted to the hybrid controller 20 as a hydraulic control signal.
  • the hybrid controller 22 transmits a control command for controlling the power of the hydraulic pump 17 to the solenoid proportional valve of the pump displacement adjustment device 21 in accordance with the received hydraulic pressure operation signal.
  • the generated control pilot pressure is sent to the pressure receiving chamber of the control valve 20.
  • the position of the spool of the control valve 20 is switched, and the pressure oil flowing through the control valve 20 from the hydraulic pump 17 is supplied to the hydraulic actuators 2A, 3A, 1 4a to 4c. 4c are driven by the pressure oil supplied from the hydraulic pump 17 via the control valve 20.
  • FIG. 3 is a functional block diagram showing the configuration of the battery controller 16C.
  • the battery controller 16C performs AD conversion on the measured values of the temperature sensor 16C1 for measuring the temperature of the lithium ion battery 16A, the voltage measuring unit 16C2 for measuring the voltage of the lithium ion battery 16A, and the current sensor 16B and measures the current Based on the temperature measured by section 16C3 and temperature measurement section 16C1, the voltage measured by voltage measurement section 16C2, and the current input by current measurement section 16C3, the charging rate of power storage device 16 (hereinafter referred to as SOC) And the SOC estimation unit 16C4 for estimating the SOC.
  • the battery controller 16C is based on the temperature measured by the temperature measurement unit 16C1, the voltage measured by the voltage measurement unit 16C2, the current input by the current measurement unit 16C3, and the SOC estimated by the SOC estimation unit 16C4.
  • the storage battery characteristics including the temperature measured by temperature measurement unit 16C1, the voltage measured by voltage measurement unit 16C2, the current input by current measurement unit 16C3, and the SOC estimated by SOC estimation unit 16C4, and allowable charge Information on the allowable charge and discharge power calculated by discharge power calculation unit 16C5 is input to hybrid controller 22.
  • FIG. 4 is a functional block diagram showing the configuration of the hybrid controller 22. As shown in FIG.
  • the hybrid controller 22 is connected to the travel lever 5A, the operation lever 5B, and the mode setting switch 5C, and the hydraulic pump request power for estimating the power required for the hydraulic pump 17 (hereinafter referred to as hydraulic pump request power for convenience). It includes an estimation unit 22A and an engine output upper limit calculation unit 22B connected to the engine controller 12 and calculating an upper limit value of the output of the engine 11 (hereinafter referred to as an engine output upper limit value for convenience).
  • the hybrid controller 22 determines a storage battery characteristic upper / lower limit determination unit 22C that determines whether the values of these storage battery characteristics are within predetermined upper and lower limit ranges; Charge / discharge power limit coefficient calculation unit 22D that calculates charge / discharge power limit coefficient of each storage battery characteristic used to limit charge / discharge power of power storage device 16 based on each storage battery characteristic received from controller 16C; When the value of each storage battery characteristic received from 16 C falls outside the predetermined upper and lower limit range, the charge / discharge power of storage device 16 for controlling the value of each storage battery characteristic to fall within these upper and lower limit ranges And a limit charge / discharge power calculation unit 22E which calculates the limit charge / discharge power for convenience.
  • the hybrid controller 22 is internally provided with a storage device (such as a ROM) in which various types of information necessary for the above-described determination and calculation are stored.
  • the hybrid controller 22 includes a hydraulic pump request power estimation unit 22A, an engine output upper limit calculation unit 22B, a storage battery characteristic upper and lower limit determination unit 22C, a limited charge and discharge power calculation unit 22E, a battery controller 16C, a pump capacity adjustment device 21, and an engine controller 12, and an output command unit 22F that is connected to the inverter 15 and calculates the value of the control command to be output to the pump displacement adjustment device 21, the engine controller 12, and the inverter 15.
  • the hydraulic pump request power estimation unit 22A receives the hydraulic operation signal of the traveling lever 5A and the operating lever 5B and the operation mode of the mode setting switch 5C, and based on these input information, the traveling hydraulic motor 2A and the turning hydraulic motor
  • the output required for 3A1, boom cylinder 4a, arm cylinder 4b, and bucket cylinder 4c, that is, the output required for each operation of hydraulic actuators 2A, 3A, 1 4a to 4c is estimated.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the rotational speed of the engine 11 and the upper limit value of the output.
  • the storage device of the hybrid controller 22 stores an output characteristic table A set according to the characteristic of the engine 11.
  • this output characteristic table A for example, as shown in FIG. 5, when the number of revolutions of the engine 11 is low, the engine output upper limit value increases with the increase of the number of revolutions of the engine 11, and the number of revolutions of the engine 11 is high. Then, as the rotational speed of the engine 11 increases, the engine output upper limit value decreases. Therefore, the engine output upper limit value is determined by the number of revolutions of the engine 11, and can be estimated from the number of revolutions of the engine 11.
  • the engine output upper limit calculation unit 22B receives the number of revolutions of the engine 11 detected by the number of revolutions sensor 11A via the engine controller 12, and the number of revolutions of the engine 11 and the output characteristic table Calculate the engine output upper limit value from A and. Then, the engine output upper limit calculation unit 22B outputs the calculated engine output upper limit value to the output command unit 22F.
  • the rotation speed of the engine 11 can be changed by the operator adjusting the target rotation speed with the rotation speed setting dial 5D.
  • FIG. 6 is a diagram showing time-series changes in voltage, current, temperature, and SOC of power storage device 16 and upper and lower limit determination values of each of these storage battery characteristics. Referring to this figure, storage battery characteristic upper and lower limit determination unit 22C. Will be described in detail.
  • the upper and lower limit values of each storage battery characteristic of power storage device 16 are stored in the storage device of hybrid controller 22 using, for example, specified values preset based on battery specifications and the like. For example, as shown in FIG. 6, when the value of each storage battery characteristic is within the upper and lower limit range, the storage battery characteristic upper and lower limit determination unit 22C determines “0” as the upper and lower limit judgment value, and the value of each storage battery characteristic is When it is out of the upper and lower limit range, the upper and lower limit determination value is determined to be “1”, and the determination result is transmitted to the output command unit 22F.
  • the respective values of the current voltage, current, and temperature of power storage device 16 are within the upper and lower limit ranges.
  • Upper / lower limit determination values of voltage, current, and temperature are determined to be “0”.
  • storage battery characteristic upper and lower limit determination unit 22C sets the upper and lower limit determination value of SOC of power storage device 16 to "1". judge.
  • FIG. 7 is a diagram showing charge / discharge power limit coefficients ccV, ddV, ccS, ⁇ dS, ccI, ⁇ dI, ⁇ cT and ⁇ dT with respect to the respective storage battery characteristics of the storage device 16.
  • the storage device of hybrid controller 22 has charge / discharge power limiting coefficients c cV, d d V, c c S, d d S, c c I,, d I with respect to the characteristics of voltage, SOC, current, and temperature of power storage device 16. , CcT, ⁇ dT are stored.
  • CcT, ⁇ dT are stored.
  • For this charge / discharge power limit coefficient table B for example, specified values set in advance based on battery specifications and the like are used.
  • Charge / discharge power limit coefficient calculation unit 22D receives information on each storage battery characteristic of power storage device 16 from battery controller 16C, and from each storage battery characteristic and charge / discharge power limit coefficient table B, charge / discharge power limit coefficient ⁇ cV for each storage battery characteristic , DdV, ⁇ cS, ⁇ dS, ⁇ cI, ⁇ dI, ccT, ⁇ dT, and outputs the result of the calculation to the output command unit 22F.
  • the limit charge / discharge power calculation unit 22E is the minimum of the charge power limit coefficients VcV, IcI, ccT, ⁇ cS and the discharge power limit coefficients ddV, ddI, ⁇ dT, ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ dS for each storage battery characteristic calculated by the charge / discharge power limit coefficient calculator 22D.
  • the minimum charge power limit coefficient and the minimum discharge power limit coefficient for convenience, respectively
  • the allowable charge / discharge powers Ec and Ed calculated by the allowable charge / discharge power calculation unit 16C5 the following formula (1 And (2), and transmits the calculation result to the output command unit 22F.
  • Ecl represents the limited charge power
  • ⁇ cmin represents the minimum charge power limit coefficient
  • Edl represents the limited discharge power
  • ddmin represents the minimum discharge power limit coefficient.
  • the output command unit 22F determines the hydraulic pump request power estimated by the hydraulic pump request power estimation unit 22A, the engine output upper limit value calculated by the engine output upper limit calculation unit 22B, and the storage battery characteristics upper / lower limit determination unit 22C. Based on the upper / lower limit judgment value of the storage battery characteristic, the limited charging / discharging power Ecl, Edl calculated by the limiting charging / discharging power calculation unit 22E, the pump based on the allowable charging / discharging power Ec, Ed calculated by the allowable charging / discharging power calculation unit 16C5 A command value to be output to the capacity adjustment device 21, the engine controller 12, and the inverter 15 is calculated.
  • the output command unit 22F outputs the hydraulic pump power command, the engine output command, and the inverter power command to the pump capacity adjustment device 21, the engine controller 12, and the inverter 15 as control commands corresponding to the calculated command value. , Control each of these devices.
  • output command unit 22F generates power of hydraulic pump 17 based on at least one of the current or voltage of the storage battery characteristic of power storage device 16 and at least one of temperature or SOC of the storage battery characteristic. At least one of the power of the inverter 15 is controlled.
  • the output command unit 22C subtracts the engine output upper limit value calculated by the engine output upper limit calculation unit 22B from the hydraulic pump request power estimated by the hydraulic pump request power estimation unit 22A, and the inverter 15 is requested Electric power (hereinafter referred to as inverter required electric power for convenience) is calculated ((step (hereinafter referred to as S) 101).
  • FIG. 9 shows the relationship between the hydraulic pump required power, the engine output upper limit value, and the inverter required power.
  • the output command unit 22F confirms the polarity of the inverter required power and determines whether the inverter required power is smaller than 0 (S102). At this time, when output command unit 22F determines that the inverter request power is smaller than 0 (S102 / YES), each command value to pump capacity adjustment device 21, engine controller 12, and inverter 15 for performing the regenerative operation is It calculates (S103).
  • FIG. 10 shows the time transition of the inverter required power and the limited charging power when the regeneration operation is performed.
  • output command unit 22F sets the value of the inverter power command to a value of 0 or less based on the SOC etc. of power storage device 16, but as shown in FIG. 10, calculation is performed by limited charge / discharge power calculation unit 22E. Determined in the range that does not fall below the specified limit charge power. That is, when the inverter required power is smaller than the limited charging power, the value of the inverter power command is the limited charging power, and when the inverter required power is the limited charging power or more, the value of the inverter power command is the inverter required power.
  • the output command unit 22F sets the value of the hydraulic pump power command to the hydraulic pump request power, and sets the value of the engine output command to the sum of the value of the hydraulic pump power command and the value of the inverter power command. Then, the output command unit 22F transmits the hydraulic pump power command, the engine output command, and the inverter power command to the pump displacement adjustment device 21, the engine controller 12, and the inverter 15, respectively, and ends the control processing.
  • output command unit 22F determines that the inverter request power is 0 or more in S102 (S102 / NO)
  • each of the pump capacity adjustment device 21 for performing the powering operation, the engine controller 12, and the inverter 15 is Calculate the command value.
  • output command unit 22F determines whether the hydraulic pump required power is smaller than the sum of the limited discharge power calculated by limited charge and discharge power calculation unit 22E and the engine output upper limit value (S104). .
  • output command unit 22F determines that the hydraulic pump request power is smaller than the sum of the limited discharge power and the engine output upper limit value (S104 / YES)
  • a pump for performing the powering operation without performing the output limit control a pump for performing the powering operation without performing the output limit control.
  • the output command unit 22F sets the value of the inverter power command, the value of the hydraulic pump power command, and the value of the engine output command to the inverter required power, the hydraulic pump required power, and the engine output upper limit value. Then, the output command unit 22F transmits the hydraulic pump power command, the engine output command, and the inverter power command to the pump displacement adjustment device 21, the engine controller 12, and the inverter 15, respectively, and ends the control processing.
  • output command unit 22F determines whether the type of output limitation control is only the power limitation of hydraulic pump 17 from the upper and lower limit determination values of storage battery characteristics determined by storage battery characteristic upper and lower limit determination unit 22C. judge.
  • FIG. 11a shows a change in the power of the inverter 15 when the power of the inverter 15 is limited
  • FIG. 11b shows a change in the power of the hydraulic pump 17 when the power of the hydraulic pump 17 is limited.
  • FIG. 12 shows a form of output limit control by output command unit 22F for each combination of upper and lower limit determination values of storage battery characteristics of power storage device 16.
  • the control can be performed with a relatively early cycle by the switching element, so that the load requirement of the hydraulic actuators 2A, 3A, 1 4a to 4c can be obtained.
  • charge / discharge power of power storage device 16 is limited without time delay. Thereby, the peak value of the charge / discharge power of power storage device 16 can be limited.
  • the hydraulic actuators 2A, 3A, 1 4a to 4c accompanying the work such as excavation of the hybrid shovel 1 are performed.
  • the adjustment of the rotational speed of the engine 11 can not follow the sudden increase in load, and the rotational speed of the engine 11 decreases, which may cause the engine 11 to stop. Therefore, it is necessary to limit the power of the hydraulic pump 17 without limiting the power of the inverter 15 as much as possible.
  • power storage device 16 includes at least lithium ion battery 16A
  • the charge capacity and heat capacity of power storage device 16 are large even if large power is generated in power storage device 16 in a short time observed in the peak value of FIG. Therefore, the characteristics of the temperature and the SOC of the power storage device 16 tend to be less likely to change as compared to the current and the voltage.
  • the characteristics of the current and voltage of the storage device 16 when a large amount of power is generated in the storage device 16 in a short time, an overvoltage, an overcurrent, and the like are immediately generated.
  • abnormal heat generation may occur due to deposition of metallic lithium, damage to the battery cell terminal portion, or the like, the influence on deterioration is considered to be larger than SOC or temperature.
  • output command unit 22F generates power of hydraulic pump 17 based on at least one of voltage or current among storage battery characteristics and at least one of temperature or SOC. At least one of the power of the inverter 15 is controlled. For example, as shown in FIG. 12, when at least one of upper and lower limit judgment values of voltage or current among storage battery characteristics of power storage device 16 is “1”, power of hydraulic pump 17 and power of inverter 15 are limited. In other cases, that is, when upper and lower limit judgment values of both voltage and current of the storage battery characteristics of power storage device 16 are "0" and at least one upper and lower limit judgment value of temperature or SOC is "1" The power of the hydraulic pump 17 is limited.
  • output command unit 22F limits the power of hydraulic pump 17 to a form of output limit control. Although it selects, as long as the upper and lower limit judgment value of each storage battery characteristic of electricity storage device 16 is "0", output restriction control is not carried out.
  • output command unit 22F sets the value of the engine output command to the engine output upper limit value in S107. . Further, output command unit 22F sets the value of hydraulic pump power command to the sum of the engine output upper limit value and the limited discharge power so that the power limitation of hydraulic pump 16 based on the storage battery characteristics of power storage device 16 is reflected. The value of the inverter power command is set to the allowable discharge power so that the restriction of the power of the inverter 15 based on the storage battery characteristics of the storage device 16 is not reflected.
  • the output command unit 22F transmits the hydraulic pump power command, the engine output command, and the inverter power command to the pump displacement adjustment device 21, the engine controller 12, and the inverter 15, respectively, and ends the control processing.
  • the displacement (displacement volume) of the hydraulic pump 17 is adjusted to control the torque of the hydraulic pump 17. Therefore, the power of the hydraulic pump 17 is easily limited according to the temperature and SOC of the storage device 16, and
  • the engine 11 supplies the upper limit output to the required load of the actuators 2A, 3A, 1 4a to 4c, and the motor generator 14 can assist the shortage. Therefore, changes in the output of the engine 11 and the charge / discharge power of the storage device 16 due to the rapid increase in load can be sufficiently suppressed, so that the state of the engine 11 can be maintained favorably.
  • the output command unit 22F is the engine as in S107.
  • output command unit 22F sets the value of hydraulic pump power command to the sum of the engine output upper limit value and the limited discharge power so that the power limitation of hydraulic pump 16 based on the storage battery characteristics of power storage device 16 is reflected.
  • the value of the inverter power command is set as the limited discharge power so that the restriction of the power of the inverter 15 based on each storage battery characteristic of the storage device 16 is reflected.
  • the output command unit 22F transmits the hydraulic pump power command, the engine output command, and the inverter power command to the pump displacement adjustment device 21, the engine controller 12, and the inverter 15, respectively, and ends the control processing.
  • the displacement (displacement volume) of the hydraulic pump 17 is adjusted and the torque of the hydraulic pump 17 is controlled as in the above-described S107, so that the power of the hydraulic pump 17 is adjusted according to the temperature and SOC of the power storage device 16.
  • the engine 11 supplies the upper limit output to the required load of the hydraulic actuators 2A, 3A, 1 4a to 4c, and the motor generator 14 assists the shortage within the range of the limited discharge power. it can.
  • the charge and discharge power of power storage device 16 can be quickly controlled by the switching element of inverter 15, the values of the current and voltage of power storage device 16 can be quickly contained within the upper and lower limit ranges. Thereby, even if a large amount of power is generated in power storage device 16 in a short time, the thermal influence of lithium ion battery 16A of power storage device 16 can be prevented, and the state of power storage device 16 can be stably maintained.
  • the output command unit 22F of the hybrid controller 22 responds to the storage battery characteristics of the voltage, current, temperature, and SOC of the power storage device 16 Since the power of hydraulic pump 17 and the power of inverter 15 are controlled, the charge / discharge power of power storage device 16 can be controlled within the range of the maximum power that can be charged / discharge of power storage device 16. Then, during work such as excavation by hybrid shovel 1, even if the load rises suddenly due to the contact between front work machine 4 and an obstacle, the voltage, current, temperature, and SOC of power storage device 16 are taken into consideration.
  • the output command unit 22F may, for example, limit the power of the hydraulic pump 17 for a predetermined time (specific example As the storage battery characteristics of the storage battery 16 voltage, current, temperature, and SOC are not within the above-described upper and lower limit range after 180 seconds have elapsed, the power of the hydraulic pump 17 and the power of the inverter 15 are I am trying to limit it.
  • a predetermined time specifically example As the storage battery characteristics of the storage battery 16 voltage, current, temperature, and SOC are not within the above-described upper and lower limit range after 180 seconds have elapsed, the power of the hydraulic pump 17 and the power of the inverter 15 are I am trying to limit it.
  • parts that are the same as or correspond to parts of the configuration of the first embodiment are given the same reference numerals.
  • control processing of the output command unit 22F according to the second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the flowchart in FIG.
  • the control process of the output command unit 22F according to the second embodiment of the present invention includes the same process as the process of S101 to S108 shown in FIG. 8 described above, and the redundant description is omitted.
  • output command unit 22F sets the storage battery characteristics such that the voltage, current, temperature, and SOC of power storage device 16 are higher. It is determined whether it is within the lower limit range, that is, whether upper and lower limit determination values of the storage battery characteristics of the voltage, current, temperature, and SOC of the power storage device 16 are “0” (S110). At this time, when output command unit 22F determines that the storage battery characteristics upper and lower limit determination values of voltage, current, temperature, and SOC of power storage device 16 are “0” (S110 / YES), the control process ends. .
  • output control unit 22F determines that at least one of upper and lower limit determination values of the characteristics of voltage, current, temperature, and SOC of power storage device 16 is “1” (S110 / NO)
  • engine output The command value is set to the engine output upper limit value
  • the value of the hydraulic pump power command is set to the engine output upper limit value and the limited discharge power so that the power limitation of the hydraulic pump 17 based on the storage battery characteristics of the storage device 16 is reflected.
  • the value of the inverter power command is set as the limited discharge power so as to reflect the restriction of the power of the inverter 15 based on the storage battery characteristics of the storage device 16 (S111).
  • the output command unit 22F transmits the hydraulic pump power command, the engine output command, and the inverter power command to the pump displacement adjustment device 21, the engine controller 12, and the inverter 15, respectively, and ends the control processing.
  • the configuration of the other second embodiment is the same as the configuration of the above-described first embodiment, and redundant description is omitted.
  • any one of the voltage, current, temperature, and SOC upper / lower limit determination of the storage device 16 is determined As long as the value is “1”, the power of the hydraulic pump 17 and the power of the inverter 15 are limited in S111, so the amount of change in the output of the engine 11 and the charge / discharge power of the storage device 16 due to the rapid load increase. Can be reliably reduced. Thereby, the effectiveness of the power limitation of hydraulic pump 17 and the power limitation of inverter 15 in the control of hybrid controller 22 can be enhanced.
  • FIG. 14 is a view showing in detail the internal configuration of the swing structure 3 according to the third embodiment of the present invention.
  • the third embodiment of the present invention is different from the first embodiment described above in that the power storage device 16 according to the first embodiment is configured to include the lithium ion battery 16A, while the second embodiment is different from the first embodiment.
  • the power storage device 26 according to the present embodiment is configured to include, for example, a capacitor 26A as shown in FIG. 14 instead of the lithium ion battery 16A. In this case, power storage device 26 is connected to inverter 15 via converter 23.
  • the same or corresponding parts as in the configuration of the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
  • FIG. 15 shows a form of output limit control by output command unit 22F for each combination of upper and lower limit determination values of storage battery characteristics of power storage device 26.
  • capacitor 26A of power storage device 16 has a feature that the capacity density is very small compared to lithium ion battery 16A according to the first embodiment, the SOC value of power storage device 16 is within the upper and lower limit range. If the output limitation control by the output command unit 22F is not performed without a time delay, a defect such as breakage of the capacitor 26A may occur. On the other hand, since the capacitor 26A of the storage device 16 has a very high output density, the upper and lower limit values of the current of the storage device 16 may be defined by battery component parts such as bus bars. In such a case, it is necessary to reduce the average value of charge / discharge power of power storage device 16 rather than limiting the peak value of charge / discharge power of power storage device 16 while considering the influence of heat generation and the like.
  • output command unit 22F is based on at least one of the voltage or SOC of the storage battery characteristic of power storage device 16 and at least one of the current or temperature of the storage battery characteristic. At least one of the power and the power of the inverter 15 is controlled. For example, as shown in FIG. 15, when at least one upper / lower limit determination value of voltage or SOC among storage battery characteristics of power storage device 16 is “1”, power of hydraulic pump 17 and power of inverter 15 are limited. In other cases, that is, when upper and lower limit judgment values of both voltage and SOC among storage battery characteristics of power storage device 16 are "0" and at least one upper / lower limit judgment value of current or temperature is "1" The power of the hydraulic pump 17 is limited.
  • output command unit 22F limits the power of hydraulic pump 17 as a form of output limit control. Although it selects, as long as the upper and lower limit judgment value of each storage battery characteristic of electricity storage device 16 is "0", output restriction control is not carried out.
  • the configuration of the other third embodiment is the same as the configuration of the above-described first embodiment, and redundant description is omitted.
  • the hybrid shovel 1 according to the third embodiment of the present invention configured as described above, the same function and effect as those of the above-described first embodiment can be obtained. From the above, as in the first to third embodiments of the present invention, combinations of upper and lower limit judgment values of storage battery characteristics in consideration of the characteristics of the lithium ion batteries 16A of the power storage devices 16 and 26 and the storage elements of the capacitor 26A. By setting the type of output limit control by output command unit 22F as appropriate, output limit control suitable for each storage element of storage devices 16 and 26 can be implemented.
  • the present invention is not limited to this case.
  • the form of output limit control for each combination of upper and lower limit judgment values of each storage battery characteristic the same applies to storage batteries other than the above, such as nickel hydrogen batteries and storage devices whose output decreases at low temperatures. can do.
  • the form of output limit control for each combination of upper and lower limit determination values of each storage battery characteristic may be set according to the charge capacity and heat capacity of the storage device.
  • the hybrid construction machine according to the present embodiment includes the hybrid shovel 1
  • the present invention is not limited to this case, for example, a hybrid construction machine such as a hybrid wheel loader and a hybrid dump (plug-in hybrid machine It may be a battery-type construction machine driven only by the output of the storage device 16 without mounting the engine 11 or including the construction machine.
  • Hybrid shovel (hybrid construction machine) 2 Traveling body (hydraulic work device) 2A hydraulic motor for traveling 3 revolving unit (hydraulic work device) 3A1 Hydraulic motor for turning 4 Front work machine (hydraulic work device) 4A boom 4a boom cylinder 4B arm 4b arm cylinder 4C bucket 4c bucket cylinder 5A travel lever 5B operation lever 5C mode setting switch (mode setting section) 5D RPM dial 11 engine 12 engine controller (ECU) 14 motor generator 15 inverter 16, 26 power storage device 16A lithium ion battery 16B current sensor 16C battery controller (BCU) 16C1 temperature measurement unit 16C2 voltage measurement unit 16C3 current measurement unit 16C4 SOC estimation unit 16C5 allowable charge and discharge power calculation unit 17 hydraulic pump 21 pump capacity adjustment device 22 hybrid controller (HCU) 22A hydraulic pump required power estimation unit 22B engine output upper limit calculation unit 22C storage battery characteristic upper / lower limit determination unit 22D charge / discharge power limit coefficient calculation unit 22E limited charge / discharge power calculation unit 22F output command

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Abstract

　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。

Description

ハイブリッド式建設機械
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
特許第５２２５７７９号公報
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 （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。 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。 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。 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。 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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
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　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。
　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。
　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。
　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）。
　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。
　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）。
　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。
　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。
　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。
　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）。
　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）。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
［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。
　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。
　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。
　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。
　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。
［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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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

Claims (8)

  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
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