CN103857848B - 混合动力式工程机械及其控制方法 - Google Patents

Abstract

提供一种不论作业机的荷载的变动都能够确保复合动作的操作性的混合动力式工程机械及其控制方法。该混合动力式工程机械具有：旋转体；装设在旋转体上的作业机；搭载在旋转体上的发动机；由发动机驱动且能够发电的第1电动机；由发动机和第1电动机驱动的液压泵；用于驱动旋转体的第2电动机；和多个蓄电设备，该混合动力式工程机械具有第1控制部，该第1控制部在作业机和旋转体复合式地动作时，通过来自多个蓄电设备中所选择的至少1个蓄电设备的电力、和来自与所选择的至少1个蓄电设备相比每单位重量的输出较高且蓄积能量较低的蓄电设备的电力，来驱动控制第2电动机，并通过上述发动机来驱动控制液压。

Description

混合动力式工程机械及其控制方法

技术领域

本发明涉及混合动力式工程机械及其控制方法，更具体地涉及由发动机驱动且具有液压泵辅助用的发电电动机、旋转体驱动用电动机、和蓄电装置的混合动力式工程机械及其控制方法。

背景技术

液压挖掘机等具有旋转体的工程机械是由发动机驱动液压泵，并通过从液压泵排出的液压来使液压马达旋转而驱动作为惯性体的旋转体的工程机械，从以往，该工程机械就是主流，但是直到近几年，为了谋求发动机的燃油效率提高、噪音等级的降低以及废气量的降低等，提出了混合动力式的工程机械，该工程机械具有能够由发动机驱动而发电的发电电动机、电容器和蓄电池等蓄电装置、和接收来自蓄电装置的电能的供给而驱动的旋转体驱动用电动机（例如，参照专利文献1）。

在专利文献1中，公开了一种工程机械，其将电容器和蓄电池并列地连接在旋转体驱动用电动机和发电电动机机的供电线上，并设有将向供电线的供电顺序设定为电容器、发电电动机、蓄电池这一顺序的控制机构。该专利文献1所记载的工程机械通过由电容器来急速回收旋转制动时的再生电力，从而谋求能量效率的提高，并且谋求发动机的小型化。

但是，在液压挖掘机等具有旋转体的工程机械中，频繁地执行一边使旋转体旋转一边使动臂上升的旋转动臂抬升动作等复合动作。在该复合动作中的旋转动臂抬升动作中，若作为动臂荷载的铲斗重量变化，则旋转体的旋转速度与动臂的上升速度之间的平衡也会变化，而具有操作员的操作性降低的情况。为了抑制该旋转体的旋转速度与动臂的上升速度之间的平衡的变化，而公开了一种工程机械的液压控制装置，其通过控制旋转电机的容量，来适当地将发动机的动力分配至旋转体和动臂（例如参照专利文献2）。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-242234号公报

专利文献2：日本特开2011-038298号公报

混合动力式的工程机械具有将作为一个动力源的发动机和作为其他动力源的发电电动机使用在液压泵的驱动中的方式，并由所谓平行方式的驱动形式构成。在该平行方式中，发动机与发电电动机同时驱动。由发电电动机的发电机作用而生成的电力充电至蓄电装置中。另一方面，在需要辅助发动机的动力的情况下，来自蓄电装置的电力向发电电动机供给。因此，在平行方式中，由发动机动力和蓄电装置的动力（电力）之和来决定系统整体的最大动力（系统最大动力）。

在这种混合动力式的工程机械中，为了不导致操作性降低地进行旋转动臂的抬升动作等复合动作，需要进行适当的动力分配。具体地，在向控制动臂的上升速度的液压泵、和向控制旋转体的旋转速度的旋转电动机供给的动力中，需要适当地分配发动机和蓄电装置所具有的动力。

专利文献1所记载的混合动力式的工程机械，将向供电线的供电顺序设定为电容器、发电电动机、蓄电池这一顺序，由此，在向旋转体驱动用电动机供给的电力仅通过电容器而变得不足的情况下，需要来自发电电动机的电力供给。该结果为，对发动机施加了发电电动机的发电荷载和液压泵的驱动荷载，由此，具有导致燃油效率恶化的担忧。另外，具有无法确保为了驱动液压泵所必要的输出的担忧。在该情况下，难以良好地保持用以确保操作性的旋转体的旋转速度与动臂的上升速度之间的平衡。

发明内容

本发明是基于上述情况而做出的，其目的在于，在具有旋转体驱动用电动机的混合动力式工程机械中，提供一种不论作业机的荷载的变动都能够确保旋转体和装设在该旋转体上的作业机的复合动作的操作性的混合动力式工程机械及其控制方法。

为了达成上述目的，第1发明提供一种混合动力式工程机械，具有：旋转体；装设在所述旋转体上的作业机；搭载在所述旋转体上的发动机；由所述发动机驱动且能够发电的第1电动机；由所述发动机和所述第1电动机驱动的液压泵；通过由所述液压泵生成的动力来驱动所述作业机的液压执行机构；用于驱动所述旋转体的第2电动机；和多个蓄电设备，用于进行驱动所述第1电动机以及第2电动机的电力的供给以及由所述第1电动机以及第2电动机生成的电力的充电，其中，该混合动力式工程机械具有第1控制部，该第1控制部在所述作业机和所述旋转体复合式地动作时，通过来自多个所述蓄电设备中所选择的至少1个蓄电设备的电力、和来自与所选择的至少1个所述蓄电设备相比每单位重量的输出较高且蓄积能量较低的蓄电设备的电力，来驱动控制所述第2电动机，并通过所述发动机来驱动控制所述液压泵。

另外，第2发明的特征在于，在第1发明中，所述混合动力式工程机械还具有：第2控制部，通过由所述发动机发电驱动所述第1电动机而生成的电力、和来自与由所述第1控制部选择的至少1个蓄电设备相比每单位重量的输出较高且蓄积能量较低的蓄电设备的电力，来驱动控制所述第2电动机；和控制切换部，根据由所述第1控制部选择的蓄电设备的剩余量切换所述第1控制部和所述第2控制部。

而且，第3发明的特征在于，在第2发明中，所述混合动力式工程机械还具有发动机转速控制部，在选择了所述第1控制部的情况下，以第1转速控制所述发动机的发动机转速，在选择了所述第2控制部的情况下，以比所述第1转速快的第2转速控制所述发动机的发动机转速。

另外，第4发明提供一种混合动力式工程机械的控制方法，该工程机械具有：旋转体；装设在所述旋转体上的作业机；用于操作所述旋转体和所述作业机的操作装置；搭载在所述旋转体上的发动机；由所述发动机驱动且能够发电的第1电动机；由所述发动机和所述第1电动机驱动的液压泵；通过由所述液压泵生成的动力来驱动操作所述作业机的液压执行机构；用于驱动所述旋转体的第2电动机；和多个蓄电设备，用于进行驱动所述第1电动机以及第2电动机的电力的供给以及由所述第1电动机以及第2电动机生成的电力的充电，其中，该混合动力式工程机械的控制方法具有第1控制模式，该第1控制模式执行如下步骤：第1步骤，根据所述操作装置的操作状态来判断有无所述作业机和所述旋转体的复合动作；第2步骤，在由所述步骤判断为所述作业机和所述旋转体的复合动作的情况下，通过来自多个所述蓄电设备中所选择的至少1个蓄电设备的电力、和来自与所选择的至少1个所述蓄电设备相比每单位重量的输出较高且蓄积能量较低的蓄电设备的电力，来驱动控制所述第2电动机；和第3步骤，通过所述发动机来驱动控制所述液压泵。

而且，第5发明的特征在于，在第4发明中，所述混合动力式工程机械的控制方法还具有第2控制模式，通过由所述发动机发电驱动所述第1电动机而生成的电力、和来自与由所述第1控制模式选择的至少1个蓄电设备相比每单位重量的输出较高且蓄积能量较低的蓄电设备的电力，来驱动控制所述第2电动机，并且所述控制方法根据由所述第1控制模式选择的蓄电设备的剩余量切换所述第1控制模式和所述第2控制模式。

另外，第6发明的特征在于，在第5发明中，所述混合动力式工程机械的控制方法在选择了所述第1控制模式的情况下，以第1转速控制所述发动机的发动机转速，在选择了所述第2控制模式的情况下，以比所述第1转速快的第2转速控制所述发动机的发动机转速。

发明的效果

根据本发明，在旋转体和装设在该旋转体上的作业机复合式地动作时，从蓄电池（每单位重量的输出较低且蓄积能量较高的蓄电设备）和电容器（每单位重量的输出较高且蓄积能量较低的蓄电设备）向旋转体驱动用电动机供给电力，并根据发动机的动力控制液压泵的输出，由此，能够恰当地确保用于驱动旋转体的电力和用于驱动液压泵的动力。该结果为，在作为旋转体和装设在该旋转体上作业机的复合动作的旋转动臂抬升动作中，能够良好地保持旋转体的旋转速度与动臂的上升速度之间的平衡，因此，能够确保混合动力式工程机械中的复合动作的操作性。

附图说明

图1是适用了本发明的混合动力式工程机械及其控制方法的一实施方式的液压挖掘机的侧视图。

图2是构成本发明的混合动力式工程机械及其控制方法的一实施方式的电动、液压设备的系统构成图。

图3是表示构成本发明的混合动力式工程机械及其控制方法的一实施方式的综合控制器的处理内容的功能结构图。

图4是表示构成图3的综合控制器的直流电压控制部和电容器电压控制部的处理内容的控制结构图。

图5是说明构成本发明的混合动力式工程机械及其控制方法的一实施方式的蓄电池的功能的简易模型图。

图6是表示构成图3的综合控制器的蓄电池剩余量推定部的处理内容的控制结构图。

图7是表示构成图3的综合控制器的控制切换部的处理内容的控制结构图。

图8是表示构成图3的综合控制器的发动机转速控制部的处理内容的控制结构图。

图9是表示构成图8的发动机转速控制部的发动机转速指令计算图的处理内容的特性图。

图10是表示构成图8的发动机转速控制部的发动机转速指令计算图中的发动机转速的上限值的设定方法的图表。

图11是表示本发明的混合动力式工程机械及其控制方法的一实施方式中的旋转动作时的控制方法的时序图。

图12是表示本发明的混合动力式工程机械及其控制方法的一实施方式中的挖掘动作时的控制方法的时序图。

具体实施方式

以下，作为混合动力式工程机械而以液压挖掘机为例，并使用附图来说明本发明的实施方式。此外，本发明能够适用于具有旋转体的全部工程机械（包含作业机械）中，本发明的适用并不限定于液压挖掘机。例如，本发明也能够适用于具有旋转体的起重机等其他工程机械中。图1是适用了本发明的混合动力式工程机械及其控制方法的一实施方式的液压挖掘机的侧视图，图2是构成本发明的混合动力式工程机械及其控制方法的一实施方式的电动、液压设备的系统构成图，图3表示构成本发明的混合动力式工程机械及其控制方法的一实施方式的综合控制器的处理内容的功能结构图。

在图1中，液压挖掘机具有行驶体10、能够旋转地设在行驶体10上的旋转体20、和装设在旋转体20上的多关节型的作业机30。

行驶体10由一对履带11a、11b以及履带构架12a、12b（在图1中仅表示一侧）、和独立地驱动控制各履带11a、11b的一对行驶用液压马达13、14以及其减速机构等构成。

旋转体20构成而包括：旋转构架21、设在旋转构架21上且作为原动机的发动机22、由发动机22驱动的能够发电的第1电动机23（以下，称为辅助发电机23）、第2电动机25（以下，称为旋转电动机）、与辅助发电机23以及旋转电动机25电连接的电气二重层的电容器24、锂离子蓄电池27、使旋转电动机25的旋转减速的减速机构26等。而且，旋转电动机25的驱动力经由减速机构26传递，而通过其驱动力使旋转体20（旋转构架21）相对于行驶体10旋转驱动。

另外，在旋转体20上搭载有作业机30。作业机30构成而包括：能够俯仰运动地设在旋转体20的旋转构架21上的动臂31；用于驱动动臂31的动臂液压缸32；旋转自如地轴支承在动臂31的前端部附近的斗杆33；用于驱动斗杆33的斗杆液压缸34；能够旋转地轴支承在斗杆33的前端的铲斗35；和用于驱动铲斗35的铲斗液压缸36等。

而且，在旋转体20的旋转构架21上，搭载有用于驱动上述的行驶用液压马达13、14、动臂液压缸32、斗杆液压缸34、铲斗液压缸36等液压执行机构的液压系统40。液压系统40包括成为产生液压的液压源的液压泵41、以及用于驱动控制各执行机构的控制阀42（图2），液压泵41由发动机22和辅助发电机23驱动。

接着，使用图2概略说明液压挖掘机的电动、液压设备的系统构成。

发动机22的动力经由辅助发电机23向液压泵41传递。另外，控制阀42根据来自后述的操作杆的指令控制向动臂液压缸32、斗杆液压缸34、铲斗液压缸36以及行驶用液压马达13、14的动作油的排出量以及排出方向。

来自电容器24的直流电力由斩波器51升压至规定的直流电压，并输入至用于驱动旋转电动机25的变流器52、用于驱动辅助发电机23的变流器53。另外，来自蓄电池27的直流电力由斩波器56升压至规定的直流电压，并输入至用于驱动旋转电动机25的变流器52、和用于驱动辅助发电机23的变流器53。为了使直流电压稳定化而设有平流电容器54。旋转电动机25经由减速机构26来驱动旋转体20，电容器24以及蓄电池27通过辅助发电机23以及旋转电动机25的驱动状态（正在动力运转还是正在再生）而被充放电。

综合控制器100使用未图示的操作杆信号、压力信号、旋转速度信号等对发动机控制单元57（以下，称为ECM）、动力控制单元55（以下，称为PCU）、液压控制单元80（以下，称为MCU）输出指令信号，而进行各种控制模式的切换、旋转控制、发动机控制、能量管理、以及电动系统的异常监视等控制。另外，电磁比例弁75是将来自MCU80的电气信号变换为液压信号的设备。该液压信号驱动控制阀42而控制向各执行机构的液压油的流量和方向。另外，该液压信号驱动液压泵41的斜板的倾转角驱动装置（未图示）来控制液压泵41的排出流量。

接着，使用图3说明上述的综合控制器100的处理内容。

以下所示的处理内容被综合控制器100程序管理，以预先规定的周期反复执行。另外，在之后的说明中，各电机23、25的输出将动力运转侧定义为正值，将再生侧（发电侧）定义为负值，电容器24和蓄电池27的输出将放电侧定义为正值，将充电侧定义为负值。

在图3中，直流电压控制部301根据由图2所示的PCU55检测到的直流电压Vdc（平流电容器54的两端电压）的值，来运算电容器输出指令Pc*。综合控制器100将所运算的电容器输出指令Pc*向PCU55输出。PCU55根据从综合控制器100输出的值控制斩波器51的直流电力，而使直流电压Vdc在规定的范围内稳定化。此外，后述说明直流电压控制部301的处理内容。

电容器电压控制部302根据由PCU55检测到的电容器24的电压Vc、旋转电动机25的转速Ns和转矩Ts、以及由直流电压控制部301运算所得的电容器输出指令Pc*，来运算旋转时辅助输出Psa*和辅助F/B输出指令Pafb*。在此，旋转时辅助输出Psa*是用于在由电容器24、蓄电池27、以及辅助发电机23的电力来分担旋转电动机25的电力的情况下，运算蓄电池27和辅助发电机23的输出指令值的参数。另外，辅助F/B输出指令Pafb*是为了使电容器24的电压Vc收敛在规定的范围内，而用于修正辅助发电机23的输出指令值的参数。此外，后述说明电容器电压控制部302的处理内容。

第1控制部311根据由电容器电压控制部302运算所得的旋转时辅助输出Psa*，来运算第1蓄电池输出指令Pb1*和第1辅助输出指令Pa1*。同样地，第2控制部312根据由电容器电压控制部302运算所得的旋转时辅助输出Psa*，来运算第2蓄电池输出指令Pb2*和第2辅助输出指令Pa2*。此外，后述说明第1控制部311、第2控制部312的处理内容。

蓄电池剩余量推定部313根据由PCU55检测到的蓄电池27的电压Vb、电流Ib、温度Tb，来运算蓄电池充电状态SOC。此外，后述说明蓄电池剩余量推定部313的处理内容。

控制切换部314根据由第1控制部311、第2控制部312运算所得的第1蓄电池输出指令Pb1*和第1辅助输出指令Pa1*、第2蓄电池输出指令Pb2*和第2辅助输出指令Pa2*、由蓄电池剩余量推定部313运算所得的蓄电池充电状态SOC，来运算蓄电池输出指令Pb*、辅助F/F输出指令Paff*。综合控制器100将蓄电池输出指令Pb*向PCU55输出。PCU55根据从综合控制器100输出的值控制斩波器56的直流电力，而控制蓄电池27的充放电电流。此外，后述说明控制切换部314的处理内容。

综合控制器100向由控制切换部314运算所得的辅助F/F输出指令Paff*加上由电容器电压控制部302运算所得的辅助F/B输出指令Pafb*，由此运算辅助输出指令Pa*。综合控制器100将辅助输出指令Pa*向PCU55输出。PCU55根据从综合控制器100输出的值控制变流器53的直流电力，并控制辅助发电机23的动力运转/发电电力。

另外，在图3中，根据旋转操作杆321的输入所产生的液压先导信号例如是由电气信号变换设备331从如压力传感器那样的液压变换所得的，并作为旋转先导压Pds向综合控制器100输入。同样地，根据作业机30（动臂31、斗杆33、铲斗35等）的操作杆322的输入所产生的液压先导信号是由电气信号变换设备332从液压变换所得的，并作为前导压Pdf向综合控制器100输入。

为了能够在考虑液压泵41的荷载的同时，尽可能地降低油耗，且进行排气性能良好的运转，发动机转速控制部315根据辅助输出指令Pa*、由ECM57检测到的发动机转速Ne、由MCU80检测到的液压泵41的排出压Pdp、旋转先导压Pds、以及前导压Pdf等输入信号运算发动机转速指令Ne*、液压泵输出指令Pp*。综合控制器100将发动机转速指令Ne*向ECM57输出。ECM57根据从综合控制器100输出的值控制发动机22的转矩而控制发动机22的转速。

另外，综合控制器100将泵输出指令Pp*向MCU80输出。MCU80根据从综合控制器100输出的值经由电磁比例弁75来控制控制阀42，并且，驱动液压泵41的斜板的倾转角驱动装置（未图示），而控制液压泵41的排出流量来调节液压泵41的荷载。此外，后述说明发动机转速控制部315的处理内容。

接着，使用附图来说明构成综合控制器100的各控制部的处理内容。图4表示构成图3的综合控制器的直流电压控制部和电容器电压控制部的处理内容的控制结构图。在图4中，与图1至图3所示的附图标记相同的附图标记为相同部分，因此，省略其具体的说明。

直流电压控制部301基于变流器/斩波器的设备规格而由减算器400求出预先规定的直流电压指令Vdc*和直流电压Vdc之间的偏差，并根据该来自减算器400的偏差，通过PID控制器401的PID控制等反馈控制来运算电容器输出指令Pc*。

电容器电压控制部302通过乘算器402将旋转电动机25的转速Ns和旋转电动机转矩25的Ts相乘，并通过单位变换器403将该来自乘算器402的乘算值变换为规定的单位来运算旋转电动机输出Ps。

接着，由低值选择器405选择将旋转电动机输出Ps的下限由限制器404限制为0的值、和基于规定的旋转方式而定的旋转时辅助输出上限cPsaHigh中较低的值，来运算旋转动力运转时（Ps≧0）的旋转时辅助输出Psa*。同样地，由高值选择器407选择将旋转电动机输出Ps的上限由限制器406限制为0的值、和基于规定的旋转方式而定的旋转时辅助输出下限cPsaLow中较高的值，来运算旋转再生时（Ps≦0）的旋转时辅助输出Psa*。

由加算器408将来自低值选择器405的值和来自高值选择器407的值相加，来运算旋转时辅助输出Psa*。由减算器409从旋转电动机输出Ps中减去该旋转时辅助输出Psa*，由此，计算电容器F/F输出指令Pcff*。

另外，电容器电压控制部302以使电容器电压Vc收敛于电容器电压指令Vc*的方式，由减算器410求出电容器电压Vc和电容器电压指令Vc*之间的偏差，并根据该来自减算器410的偏差，通过PID控制器411的PID控制等反馈控制来运算电容器F/B输出指令Pcfb*。

在此，在旋转体20的速度较低的情况下，为了准备向旋转电动机25的动力运转电力的供给而需要预先使电容器电压Vc提高，在旋转体20的速度较高的情况下，为了准备来自旋转电动机25的再生电力的供给而需要预先使电容器电压Vc降低。由此，电容器电压指令Vc*优选根据旋转电动机转速Ns的绝对值｜Ns｜来设定。由此，电容器电压指令Vc*将旋转电动机转速Ns作为输入，并通过将输出设定为上述特性的函数发生器412来设定。

而且，电容器电压控制部302通过加算器413将电容器F/F输出指令Pcff*和电容器F/B输出指令Pcfb*相加来运算电容器输出要求Pc**，并通过减算器414求出电容器输出要求Pc**和电容器输出指令Pc*之间的偏差，并根据该来自减算器414的偏差，通过PID控制器415的PID控制等反馈控制来运算辅助F/B输出指令Pafb*。

如以上说明地那样，基于直流电压控制部301的运算结果，PCU55控制斩波器51的直流电力而控制电容器24的充放电电流，由此，能够谋求直流电压Vdc的稳定化。

另外，通过电容器电压控制部302，能够使旋转电动机25的电力由电容器24和除此之外的其他设备（蓄电池27和辅助发电机23）分担，同时，能够运算用于使电容器电压Vc收敛于电容器电压指令值Vc*的辅助发电机23的输出修正值（辅助F/B输出指令Pafb*）。即，通过直流电压控制部301和电容器电压控制部302，能够适当地同时实现直流电压Vdc的稳定化控制和电容器24的充放电管理。

接着，说明第1控制部311和第2控制部312的处理内容。如图3所示，第1控制部311根据由电容器电压控制部302运算所得的旋转时辅助输出Psa*，并依照基于矩阵式所示的运算数式1，来运算第1蓄电池输出指令Pb1*和第1辅助输出指令Pa1*。

[数式1]

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Pb}1*\\ \mathrm{Pa}1*\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{Psa}*\\ 0\end{array}\right]$

由运算数式1可知，第1控制部311运算用于使旋转电动机25的电力由电容器24和蓄电池27分担的蓄电池27和辅助发电机23的输出指令值。此时，由于将蓄电池27的放电输出作为正值，将充电输出作为负值，所以，将旋转时辅助输出Psa*不做改变地代入至第1蓄电池输出指令Pb1*。

第2控制部312根据由电容器电压控制部302运算所得的旋转时辅助输出Psa*，并依照基于矩阵式所示的运算数式2，来运算第2蓄电池输出指令Pb2*和第2辅助输出指令Pa2*。

[数式2]

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Pb}2*\\ \mathrm{Pa}2*\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0\\ -\mathrm{Psa}*\end{array}\right]$

由运算数式2可知，第2控制部312运算用于使旋转电动机25的电力由电容器24和辅助发电机23分担的蓄电池27和辅助发电机23的输出指令值。此时，由于将辅助发电机23的动力运转输出作为正值，将发电输出作为负值，所以，使旋转时辅助输出Psa*的符号逆转而代入至第2辅助输出指令Pa2*。

如以上说明地那样，通过第1控制部311，求出用于使旋转电动机25的电力由电容器24和蓄电池27分担的蓄电池27和辅助发电机23的输出指令值。同样地，通过第2控制部312，求出用于使旋转电动机25的电力由电容器24和辅助发电机23分担的蓄电池27和辅助发电机23的输出指令值。

接着，使用图5和图6来说明蓄电池剩余量推定部313的处理内容。图5是说明构成本发明的混合动力式工程机械及其控制方法的一实施方式的蓄电池的功能的简易模型图，图6是表示构成图3的综合控制器的蓄电池剩余量推定部的处理内容的控制结构图。在图5以及图6中，与图1至图4所示的附图标记相同的附图标记表示相同部分，因此，省略其具体说明。

如图5所示，由PCU55检测到的蓄电池27的电压Vb是包括基于蓄电池27的内部电阻r所导致的损失在内的电压。因此，与蓄电池27的实际的剩余量相当的蓄电池27的开路电压OCV由以下的运算数式3表示。

[数式3]

Vb＝OCV-r·Ib

∴OCV＝Vb+r·Ib

在图6中，为了实现运算数式3，蓄电池剩余量推定部313通过加算器501向由PCU55检测到的蓄电池电压Vb中加上由乘算器500将蓄电池27的电流Ib和内部电阻r相乘所得的值，由此运算蓄电池开路电压OCV。通过函数发生器502与蓄电池开路电压OCV的值对应地正规化为规定的值（例如，0～100%），由此求出蓄电池剩余量SOC。在此，蓄电池剩余量SOC的温度依存性较高，在低温时容量降低，在高温时容量增大，因此，函数发生器502根据由PCU55检测到的蓄电池27的温度Tb来修正运算蓄电池剩余量SOC的值。

通过上述的蓄电池剩余量推定部313能够进行蓄电池27的剩余量的推定。

接着，使用图7来说明控制切换部314的处理内容。图7是表示构成图3的综合控制器的控制切换部的处理内容的控制结构图。在图7中，与图1至图6所示的附图标记相同的附图标记是相同部分，因此，省略其具体的说明。

控制切换部314根据由电容器电压控制部302运算所得的旋转时辅助输出Ps来判断旋转电动机25的动力运转/再生，在旋转动力运转时旋转分配参数αdrv（α＝αdrv），在旋转再生时旋转分配参数αbrk（α＝αbrk），由此运算电力分配参数α。

旋转动力运转时的分配参数αdrv由函数发生器602设定，是用于相对于旋转电机25的动力运转电力而决定从蓄电池27放电的电力的参数。例如，在蓄电池剩余量SOC处于40～100%的范围内的情况下，抑制辅助发电机23的发电而由电容器24和蓄电池27供给电力，由此，αdrv＝1。另外，当蓄电池剩余量SOC降低而成为40%以下时，以根据蓄电池剩余量SOC的降低程度由辅助发电机23来补充由蓄电池27供给的电力的方式，使αdrv逐渐降低（αdrv＝1→0）。而且，当蓄电池剩余量SOC成为30%以下时，抑制蓄电池27的放电而由电容器24和辅助发电机23供给电力，由此，αdrv＝0。

同样地，旋转再生时的分配参数αbrk由函数发生器603设定，是用于相对于旋转电动机25的再生电力而决定向蓄电池27充电的电力的参数。例如，在蓄电池剩余量SOC处于0～60%范围内的情况下，抑制辅助发电机23的动力运转而使电容器24和蓄电池27回收电力，由此，αbrk＝1。另外，当蓄电池剩余量SOC增加而成为60%以上时，以根据蓄电池剩余量SOC的增加程度由辅助发电机23补充由蓄电池27回收的电力的方式，使αbrk逐渐降低（αbrk＝1→0）。而且，当蓄电池剩余量SOC成为70%以上时，抑制蓄电池27的充电而由电容器24和辅助发电机23回收电力，由此，αbrk＝0。

接着，控制切换部314根据由电容器电压控制部302运算所得的旋转电机输出Ps而通过模拟开关604来判断旋转电机的动力运转/再生。模拟开关604在旋转动力运转时选择分配参数αdrv（α＝αdrv），在旋转再生时选择分配参数αbrk（α＝αbrk），由此运算电力分配参数α。

控制切换部314中的电力分配处理601根据由第1控制部311运算所得的第1蓄电池输出指令Pb1*、第1辅助输出指令Pa1*、以及、由第2控制部312运算所得的第2蓄电池输出指令Pb2*、第2辅助输出指令Pa2*，来运算蓄电池输出指令Pb*和辅助F/F输出指令Paff*。

在此，具体说明控制切换部314中的电力分配处理601的处理内容。如上所述，电力分配参数α是相对于旋转电动机25的动力运转/再生电力而决定蓄电池27的放电/充电电力的参数。因此，电力分配处理601基于以下的运算数式4以及运算数式5来计算蓄电池输出指令Pb*和辅助F/F输出指令Paff*。

[数式4]

Pb*＝α·Pb1*+(1-α)·Pb2*

[数式5]

Paff*＝α·Pa1*+(1-α)·Pa2*

通过将运算数式1、运算数式2的结果代入至运算数式4以及运算数式5中，而得到运算数式6以及运算数式7。

[数式6]

Pb*＝α·Psa*

[数式7]

Paff*＝-(1-α)·Psa*

如从运算数式6以及运算数式7所知，能够根据电力分配参数α的值而将旋转时辅助输出Psa*分配至蓄电池输出指令Pb*和辅助F/F输出指令Paff*。

如以上所说明地那样，通过控制切换部314，在旋转动力运转时且蓄电池剩余量SOC的值较高的情况下，能够将电力分配参数α设定为1而使旋转电动机25的动力运转电力由电容器24和蓄电池27供给。另外，在旋转动力运转时且蓄电池剩余量SOC的值较低的情况下，能够将电力分配参数α设定为0而使旋转电动机25的电力由电容器24和辅助发电机23供给。

同样地，在旋转再生时且蓄电池剩余量SOC的值较高的情况下，能够将电力分配参数α设定为0而使旋转电动机25的再生电力由电容器24和辅助发电机23回收。另外，在旋转再生时且蓄电池剩余量SOC的值较低的情况下，能够将电力分配参数α设定为1而使旋转电动机25的电力由电容器24和蓄电池27回收。

接着，使用图8来说明发动机转速控制部315的处理内容。图8是表示构成图3的综合控制器的发动机转速控制部的处理内容的控制结构图。在图8中，与图1至图7所示的附图标记相同的附图标记为相同部分，因此省略其具体的说明。

发动机转速控制部315基于由ECM57检测到的发动机22的转速Ne，并使用预先决定的液压泵41的流量特性等来推定运算液压泵41的排出流量Qdp。另外，基于该液压泵41的排出流量Qdp和由MCU80检测到的液压泵41的排出压Pdp，并使用预先决定的液压泵41的输出特性等来运算液压泵41的输出Pp。而且，通过减算器700从该液压泵41的输出Pp中减去辅助输出指令Pa*，由此运算对发动机22所要求的输出Pe。

另一方面，发动机转速控制部315的复合动作判断器根据旋转先导压Pds和前导压Pdf来判断是否存在旋转体20和作业机30的复合动作。例如，在表示用于操作旋转体20的操作杆321的状态的旋转先导压Pds为规定值以上时，判断为由操作员实施了旋转动作。另外，在表示用于操作作业机30的操作杆322的状态的前导压Pdf为规定值以上时，判断为通过操作员进行了作业机30（动臂31、斗杆33、铲斗35）的动作。复合动作判断器在这些条件全部成立的情况下，作为通过操作员进行了旋转体20和作业机30的复合动作的情况而设置复合动作判断标识（fSwgBmUp＝1）。另外，在这些条件的任意一个没有成立的情况下，作为没有进行旋转体20和作业机30的复合动作的情况而清除复合动作判断标识（fSwgBmUp＝0）。

另外，发动机转速控制部315具有将上述的发动机要求输出Pe和复合动作判断标识fSwgBmUp作为输入来计算发动机转速指令Ne*的发动机转速指令计算图701。后述具体说明发动机转速指令计算图701。

而且，发动机转速控制部315通过减算器702求出发动机转速指令Ne*和发动机转速Ne之间的偏差eNe，并根据该来自减算器的偏差eNe进行限制液压泵41的输出的控制。例如，在发动机转速Ne相对于发动机转速指令Ne*逐渐降低而偏差eNe成为规定值以上的情况下，判断为液压泵41为过载状态。而且，以使偏差eNe与规定值相比变小的方式，运算液压泵41的输出指令Pp*并将该泵输出指令Pp*向MCU80输出。

接着，使用图9以及图10来说明发动机转速指令计算图701的处理内容。图9是表示构成图8的发动机转速控制部的发动机转速指令计算图的处理内容的特性图，图10是表示构成图8的发动机转速控制部的发动机转速指令计算图中的发动机转速的上限值的设定方法的图表。在图9以及图10中，与图1至图8所示的附图标记相同的附图标记为相同部分，因此，省略其具体的说明。

图9的横轴表示发动机要求输出Pe，纵轴表示发动机转速指令Ne*。在此，发动机最小输出PeMin相当于对待机状态（没有进行基于操作员的操作的状态）中的液压泵41的拖曳损失加上用于驱动空调等辅机的荷载所得到的值。此时的发动机转速指令Ne*设定为能够使发动机22输出发动机最小输出PeMin的转速NeMin。

另外，发动机最大输出PeMax相当于发动机22的最大输出。此时的发动机转速指令Ne*设定为能够使发动机22输出发动机最大输出PeMax的转速NeMax。而且，发动机转速指令计算图701为根据发动机22的输出特性而预先设定的图表，计算设定使燃油效率和排气相对于发动机要求输出Pe成为最佳的发动机转速指令Ne*。

在此，在图3所示的控制切换部314中，选择了由第1控制部311运算所得的蓄电池27和辅助发电机23的输出指令值的情况下，使旋转电动机25的电力由电容器24和蓄电池27分担，由此，辅助输出指令Pa*仅成为辅助F/B输出指令Pafb*。此时的发动机要求输出Pe1如图8所示地从液压泵41的输出Pp中减去辅助输出指令Pa*，因此，由以下的运算数式8表示。

[数式8]

Pe1＝Pp-Pa*＝Pp-Pafb*

另外，在图3所示的控制切换部314中，选择了由第2控制部312运算所得的蓄电池27和辅助发电机23的输出指令值的情况下，使旋转电动机25的电力由电容器24和辅助发电机23分担，由此，辅助输出指令Pa*成为对辅助F/B输出指令Pafb*加上辅助F/F输出指令Paff*（＝-Psa*）所得到的值。此时的发动机要求输出Pe2由以下的运算数式9表示。

[数式9]

Pe2＝Pp-Pa*＝Pp-(Paff*+Pafb*)

∴Pe2＝Pp+Psa*-Pafb*

若对运算数式8和运算数式9进行比较，则在旋转电动机25进行动力运转的情况下，Psa*＞0，由此，与选择了由第1控制部311运算所得的蓄电池27和辅助发电机23的输出指令值的情况相比，选择了由第2控制部312运算所得的蓄电池27和辅助发电机23的输出指令值的情况下，发动机要求输出Pe变高，且由发动机转速指令计算图701算出的发动机转速指令Ne*设定得较高（Ne1＜Ne2）。

如以上所说明地，在通过控制切换部314选择了由第1控制部311运算所得的蓄电池27和辅助发电机23的输出指令值，且由电容器24和蓄电池27的放电电力来供给旋转电动机25的动力运转电力的情况下，能够通过发动机转速控制部315以第1转速（Ne1）控制发动机转速Ne。

另外，在通过控制切换部314选择了由第2控制部312运算所得的蓄电池27和辅助发电机23的输出指令值，且由电容器24的放电电力和辅助发电机23的再生电力来供给旋转电动机25的动力运转电力的情况下，能够通过发动机转速控制部315以第2转速Ne2控制发动机转速Ne。

而且，在发动机转速指令计算图701中，根据复合动作判断标识的值设有发动机转速上限NeLmt。以下，说明发动机转速上限NeLmt的设定方法。

在图9中，将作业机30（动臂31、斗杆33、铲斗35）的单独动作所必要的发动机22的输出作为PeHigh（＜PeMax），并将与该输出对应的发动机转速作为NeHigh（＜NeMax）。此时，在蓄电池剩余量SOC较高，且由电容器24和蓄电池27的放电电力来供给旋转电动机25的动力运转电力的情况下，旋转体20和作业机30的复合动作所必要的发动机输出，是与作业机30的单独动作所必要的发动机输出相同的。

另一方面，在蓄电池剩余量SOC较低，且由电容器24的放电电力和辅助发电机23的发电电力来供给旋转电动机25的动力运转电力的情况下，由发动机22发电驱动辅助发电机23，由此，旋转体20和作业机30的复合动作所必要的发动机输出，变得比作业机30的单独动作所必要的发动机输出PeHigh大。

在此，从运算数式8、运算数式9可知，当因控制误差或各种外界干扰而使辅助F/B输出指令Pafb*的值变化时，发动机要求输出Pe的值会变化。此时，发动机要求输出Pe变得比作业机30的单独动作所必要的发动机输出PeHigh高，因此，需要增加发动机转速指令Ne*（＞NeHigh），但是，若增加发动机转速则会导致燃油效率恶化。因此，在抑制发动机转速而进行低燃油效率运转的情况下，优选为，将规定的上限值设定为发动机转速，并通过图8所示的泵输出限制来调节液压泵41的输出而抑制控制误差和各种外部干扰。

例如，在蓄电池剩余量SOC较高的情况下、和在蓄电池剩余量SOC较低且没有进行旋转体20和作业机30的复合动作的情况下，以作业机30的单独动作所必要的发动机输出PeHigh来限制发动机22的输出，由此，如图10所示，将发动机转速上限NeLmt设定为NeHigh。

另外，在蓄电池剩余量SOC较低，且进行旋转体20和作业机30的复合动作的情况下，以能够使发动机22输出最大输出PeMax的方式将发动机转速上限NeLmt设定为NeMax。

这样，根据用于操作旋转体20、作业机30的操作杆（操作装置）321、322的操作状态来判断旋转体20和作业机30的复合动作。并根据该判断来设定发动机转速的上限值，由此，能够仅在蓄电池剩余量SOC较低，且由电容器24的放电电力和辅助发电机23的再生电力来供给旋转电动机25的动力运转电力的情况下，增加发动机转速来确保为了驱动液压泵41所必要的发动机输出，并在其他的情况下，能够抑制发动机转速的增加而实现低油耗运转。

接着，使用图11以及图12来说明本发明的混合动力式工程机械及其控制方法的一实施方式的控制方法。图11是表示本发明的混合动力式工程机械及其控制方法的一实施方式中的旋转动作时的控制方法的时序图，图12是表示本发明的混合动力式工程机械及其控制方法的一实施方式中的挖掘动作时的控制方法的时序图。在图11以及图12中，与图1至图10所示的附图标记相同的附图标记为相同部分，因此，省略其具体的说明。

首先，使用图11来说明旋转动作时的控制方法。在图11中，横轴表示时间，纵轴的（a）～（h）从上依次表示旋转电动机25的输出Ps、辅助发电机23的输出Pa、电容器24的输出Pc、蓄电池27的输出Pb、对发动机22的要求输出Pe、发动机22的转速Ne、电容器24的电压Vc、和蓄电池27的剩余量SOC。另外，图中的实线表示蓄电池剩余量SOC较高的情况下（70%以上）的控制方法，虚线表示蓄电池剩余量SOC较低的情况下（30%以下）的控制方法。

先说明蓄电池剩余量SOC较高的情况下（70%以上）的控制方法。

在时刻t1中，若操作员将旋转操作杆321向加速方向操作，则如图11（a）所示，旋转电动机25的动力运转输出（Ps＞0）增加，且旋转体20加速（旋转动力运转）。此时，图11（h）的蓄电池剩余量SOC较高，因此，蓄电池输出Pb如图11的（d）所示地逐渐增加至由电容器电压控制部302运算所得的旋转时辅助输出Psa*（＝cPsaHigh）。另一方面，蓄电池剩余量SOC逐渐降低。

在时刻t2中，若图11（d）的蓄电池输出Pb达到旋转时辅助输出Psa*，则为了补充相对于旋转电动机输出Ps的不足量，通过直流电压控制部301使电容器24的放电输出（Pc＞0）如图11的（c）所示地逐渐增加。此时，成为使旋转电动机25的动力运转电力由电容器24和蓄电池27的放电电力分担的状态，电容器电压Vc和蓄电池剩余量SOC逐渐减少。另外，由于发动机要求输出Pe没有增加，所以，发动机转速Ne保持最小转速NeMin。

在时刻t3中，若操作员将旋转操作杆321向减速方向操作，则图11（a）的旋转电动机输出Ps切换为再生方向（Ps＜0），且旋转体20减速（旋转再生）。此时，蓄电池剩余量SOC较高，因此，将图11（d）的蓄电池输出Pb限制为零，使辅助发电机23的动力运转输出（Pa＞0）增加至将由电容器电压控制部302运算所得的旋转时辅助输出Psa*反转所得到的值（＝（-1）×cPsaLow）。

因此，通过辅助发电机23的动力运转输出，使发动机要求输出Pe减少。另外，为了补充相对于旋转电动机输出Ps的不足量，通过直流电压控制部301，使图11（c）的电容器输出Pc切换为充电方向（Pc＜0）。若旋转体20减速，则旋转电动机25的再生输出（Ps＜0）逐渐减少，且电容器24的充电输出（Pc＜0）逐渐减少。此时，成为使旋转电动机25的再生电力由电容器24的充电电力和辅助发电机23的动力运转电力分担的状态，电容器电压Vc逐渐增加。

在时刻t4中，若旋转电动机25的再生输出处于供给辅助发电机23的动力运转输出的范围内，则图11（c）的电容器输出Pc为零，与旋转电动机25的再生输出的减少对应地辅助发电机23的动力运转输出逐渐减少。然后，在时刻t5中，若旋转体20停止，则图11（a）的旋转电动机输出Ps和图11（b）的辅助发电机输出Pa为零，旋转动作结束。

接着，说明蓄电池剩余量SOC较低的情况下（30%以下）的控制方法。

在时刻t1中，若操作员将旋转操作杆321向加速方向操作，则如图11（a）所示，旋转电动机25的动力运转输出（Ps＞0）增加，且旋转体20加速（旋转动力运转）。此时，图11（h）的蓄电池剩余量SOC较低，因此将图11（d）的蓄电池输出Pb限制为零，使图11（b）的辅助发电机23的发电输出（Pa＜0）逐渐增加至将由电容器电压控制部302运算所得的旋转时辅助输出Psa*反转所得到的值（＝（-1）×cPsaHigh）。因此，为了发电驱动辅助发电机23，而增加图11（e）的发动机要求输出Pe，且使图11（f）的发动机转速Ne逐渐增加（NeMin→NeSwg）。

在时刻t2中，若如图11（d）所示地辅助发电机输出Pa到达将旋转时辅助输出Psa*反转所得到的值，则为了补充相对于旋转电动机输出Ps的不足量，通过直流电压控制部301使电容器24的放电输出（Pc＞0）如图11（c）所示地逐渐增加。此时，成为使旋转电动机25的动力运转电力由电容器24的放电电力和辅助发电机23的发电电力分担的状态，且电容器电压Vc逐渐减少。另外，由于发动机要求输出Pe增加，所以，发动机转速Ne保持旋转动力运转时发动机转速NeSwg。

在时刻t3中，若操作员将旋转操作杆321向减速方向操作，则图11（a）的旋转电动机输出Ps切换至再生方向（Ps＜0），且旋转体20减速（旋转再生）。此时，蓄电池剩余量SOC较低，因此，将图11（b）的辅助发电机输出Pa限制为零，使图11（d）的蓄电池27的充电输出（Pb＜0）增加至由电容器电压控制部302运算所得的旋转时辅助输出Psa*（＝cPsaLow）。因此，由于不需要发电驱动辅助发电机23，所以，发动机要求输出Pe减少，且发动机转速Ne减少（NeSwg→NeMin）。

另外，为了补充相对于旋转电动机输出Ps的不足量，通过直流电压控制部301使图11（c）的电容器输出Pc切换至充电方向（Pc＜0）。若旋转体20减速，则旋转电动机25的再生输出（Ps＜0）逐渐减少，且电容器24的充电输出（Pc＜0）逐渐减少。此时，成为使旋转电动机25的再生电力由电容器24和蓄电池27的充电电力分担的状态，电容器电压Vc和蓄电池剩余量SOC会逐渐增加。

在时刻t4中，若旋转电动机25的再生输出处于供给蓄电池27的充电输出的范围内，则图11（c）的电容器输出Pc成为零，与旋转电动机25的再生输出的减少对应地蓄电池27的充电输出逐渐减少。然后，在时刻t5中，若旋转体20停止，则图11（a）的旋转电动机输出Ps和图11（d）的蓄电池输出Pb成为零，旋转动作结束。

如以上所说明地，在本发明的一实施方式的液压挖掘机中，根据蓄电池剩余量SOC切换第1控制模式和第2控制模式，其中，第1控制模式为从蓄电池27供给电力而使旋转电动机25进行动力运转，第2控制模式为通过由发动机22发电驱动辅助发电机23所生成的电力而使旋转电动机25进行动力运转，在选择了第1控制模式的情况下，发动机转速Ne以第1转速（NeMin）控制，在选择了第2控制模式的情况下，发动机转速Ne以比第1转速（NeMin）高的第2转速（NeSwg）控制。

接着，使用图12来说明本发明的混合动力式工程机械中的挖掘动作时的控制方法。在挖掘动作中，从操作动臂3、斗杆33、铲斗35等作业机30来挖掘的作业开始，为了将所挖掘的土砂装载至翻斗车中，而实施一边使旋转体20加速一边使动臂31上升的复合动作。然后，一边使旋转体20减速一边操作铲斗35而将土砂放入至翻斗车中。

在图12中，横轴表示时间，纵轴的（a）～（h）从上依次表示旋转电动机25的输出Ps、辅助发电机23的输出Pa、电容器24的输出Pc、蓄电池27的输出Pb、相对于发动机22的要求输出Pe、发动机22的转速Ne、电容器24的电压Vc、蓄电池27的剩余量SOC。另外，图中的实线表示蓄电池剩余量SOC较高的情况下（70%以上）的控制方法，虚线表示蓄电池剩余量SOC较低的情况下（30%以下）的控制方法。

先说明蓄电池剩余量SOC较高的情况下（70%以上）的控制方法。

在时刻t0中，若操作员操作操作杆322来使作业机30（动臂31、斗杆33、铲斗35）动作而开始挖掘，则液压泵41的输出Pp会增加，由此，图12（e）的发动机要求输出Pe增加至が作业机30的单独动作所必要的发动机输出PeHigh，且图12（f）的发动机转速Ne增加至与该输出对应的转速NeHigh。

在时刻t1中，若挖掘结束，则为了将所挖掘的土砂装载至翻斗车中，操作员在将旋转操作杆321向加速方向操作的同时操作操作杆322，而一边使旋转体20加速一边将动臂31抬升（旋转动力运转、动臂抬升）。于是，如图12（a）所示，旋转电动机25的动力运转输出（Ps＞0）增加而旋转体20加速，同时，液压泵41的输出Pp增加而图12（e）的发动机要求输出Pe保持为作业机30的单独动作所必要的发动机输出PeHigh，图12（f）的发动机转速Ne也保持为与该输出对应的转速NeHigh。

此时，图12（h）的蓄电池剩余量SOC较高，因此，蓄电池输出Pb如图12（d）所示地逐渐增加至由电容器电压控制部302运算所得的旋转时辅助输出Psa*（＝cPsaHigh），且蓄电池剩余量SOC逐渐降低。

在时刻t2中，若如图12（d）所示地蓄电池输出Pb到达旋转时辅助输出Psa*，则为了补充相对于旋转电动机输出Ps的不足量，通过直流电压控制部301使电容器24的放电输出（Pc＞0）如图12（c）所示地逐渐增加。此时，成为使旋转电动机25的动力运转电力由电容器24和蓄电池27的放电电力分担的状态，图12（g）的电容器电压Vc和图12（h）的蓄电池剩余量SOC逐渐减少。另外，由于将图12（f）的发动机转速Ne保持为与作业机30的单独动作所必要的发动机输出PeHigh对应的转速NeHigh，所以能够确保为了驱动液压泵41所必要的发动机22的输出。

然后，在时刻t3中，为了将所挖掘的土砂放入至翻斗车中，操作员在将旋转操作杆321向减速方向操作的同时操作操作杆322，而一边使旋转体20减速一边使铲斗35转动来放土（旋转再生、放土）。于是，图12（a）的旋转电动机输出Ps切换至再生方向（Ps＜0），且旋转体20减速。此时，蓄电池剩余量SOC较高，因此，将图12（d）的蓄电池输出Pb限制为零，使辅助发电机23的动力运转输出（Pa＞0）增加至将由电容器电压控制部302运算所得的旋转时辅助输出Psa*反转所得到的值（＝（-1）×cPsaLow）。

另外，虽然根据铲斗35的转动而需要液压泵41的输出Pp，但是，根据辅助发电机23的动力运转输出，发动机要求输出Pe与作业机30的单独动作所必要的发动机输出PeHigh相比更加减少。因此，发动机转速Ne与对应于该输出的转速NeHigh相比更加减少。

另外，为了补充相对于旋转电动机输出Ps的不足量，通过直流电压控制部301而使图12（c）的电容器输出Pc切换至充电方向（Pc＜0）。若旋转体20减速，则旋转电动机25的再生输出（Ps＜0）逐渐减少，电容器24的充电输出（Pc＜0）逐渐减少。此时，成为使旋转电动机25的再生电力由电容器24的充电电力和辅助发电机23的动力运转电力分担的状态，电容器电压Vc会逐渐增加。

在时刻t4中，若旋转电动机25的再生输出处于供给辅助发电机23的动力运转输出的范围内，则图12（c）的电容器输出Pc成为零，与旋转电动机25的再生输出的减少对应地辅助发电机23的动力运转输出会逐渐减少。

然后，在时刻t5中，若旋转体20停止而完成铲斗35的操作，则图12（a）的旋转电动机输出Ps和图12（b）的辅助发电机输出Pa成为零。另外，由于图12（e）的发动机要求输出Pe减少至最小输出PeMin，所以，图12（f）的发动机转速Ne减少至最小转速NeMin，而挖掘动作结束。

接着，说明蓄电池剩余量SOC较低的情况下（30%以下）的控制方法。

在时刻t0中，若操作员操作操作杆322来使作业机30（动臂31、斗杆33、铲斗35）动作而开始挖掘，则液压泵41的输出Pp增加，由此，图12（e）的发动机要求输出Pe增加至作业机30的单独动作所必要的发动机输出PeHigh，图12（f）的发动机转速Ne增加至与该输出对应的转速NeHigh。

在时刻t1中，若完成挖掘，则为了将所挖掘的土砂装载至翻斗车中，操作员在将旋转操作杆321向加速方向操作的同时操作操作杆322，而一边使旋转体20加速一边使动臂31抬升（旋转动力运转、动臂抬升）。于是，如图12（a）所示，旋转电动机25的动力运转输出（Ps＞0）增加，旋转体20加速，同时液压泵41的输出Pp增加。

此时，如图12（h）所示，蓄电池剩余量SOC较低，因此，将图12（d）的蓄电池输出Pb限制为零，使辅助发电机23的发电输出（Pa＜0）逐渐增加至将由电容器电压控制部302运算所得的旋转时辅助输出Psa*反转所得的值（＝（-1）×cPsaHigh）。这样，能够通过发动机22一边确保液压泵41的输出Pp一边发电驱动辅助发电机23，由此，图12（e）的发动机要求输出Pe逐渐增加至最大输出PeMax（＞PeHigh），图12（f）的发动机转速Ne逐渐增加至与该输出对应的转速NeMax。

在时刻t2中，若如图12（b）所示地辅助发电机输出Pa到达至使旋转时辅助输出Psa*反转所得到的值，则为了补充相对于旋转电动机输出Ps的不足量，通过直流电压控制部301使电容器24的放电输出（Pc＞0）如图12（c）所示地逐渐增加。此时，成为使旋转电动机25的动力运转电力由电容器24的放电电力和辅助发电机23的发电电力分担的状态，且电容器电压Vc逐渐减少。

另外，使图12（f）的发动机转速Ne增加至与最大输出PeMax对应的转速NeMax，由此，能够确保为了驱动液压泵41所必要的发动机22的输出。

然后，在时刻t3中，为了将所挖掘的土砂放入至翻斗车中，操作员在将旋转操作杆321向减速方向操作的同时操作操作杆322，而一边使旋转体20减速一边使铲斗35转动来放土（旋转再生、放土）。于是，图12（a）的旋转电动机输出Ps切换至再生方向（Ps＜0），旋转体20减速（旋转再生）。

此时，蓄电池剩余量SOC较低，因此，将图12（b）的辅助发电机输出Pa限制为零，使蓄电池27的充电输出（Pb＜0）增加至由电容器电压控制部302运算所得的旋转时辅助输出Psa*（＝cPsaLow）。

另外，虽然，根据铲斗35的转动而需要液压泵41的输出Pp，但是，由于辅助发电机23的发电输出为零，所以，图12（e）的发动机要求输出Pe减少至作业机30的单独动作所必要的发动机输出PeHigh，且图12（f）的发动机转速Ne减少至与该输出对应的转速NeHigh。

另外，为了补充相对于旋转电动机输出Ps的不足量，通过直流电压控制部301而使图12（c）的电容器输出Pc切换至充电方向（Pc＜0）。若旋转体20减速，则旋转电动机25的再生输出（Ps＜0）逐渐减少，且电容器24的充电输出（Pc＜0）逐渐减少。此时，成为使旋转电动机25的再生电力由电容器24和蓄电池27的充电电力分担的状态，电容器电压Vc和蓄电池剩余量SOC会逐渐增加。

在时刻t4中，若旋转电动机25的再生输出处于供给蓄电池27的充电输出的范围内，则图12（c）的电容器输出Pc为零，与旋转电动机25的再生输出的减少对应地蓄电池27的充电输出逐渐减少。然后，在时刻t5中，若旋转体20停止而完成铲斗35的转动，则图12（a）的旋转电动机输出Ps和图12（b）的辅助发电机输出Pa为零。另外，图12（e）的发动机要求输出Pe减少至最小输出PeMin，由此，图12（f）的发动机转速Ne减少至最小转速NeMin，且挖掘动作结束。

如以上所说明地，在本发明的一实施方式的液压挖掘机中，根据蓄电池剩余量SOC切换第1控制模式和第2控制模式，其中，第1控制模式向旋转电动机25供给来自蓄电池27的电力而使旋转电动机25进行动力运转，第2控制模式为通过由发动机22发电驱动辅助发电机23而生成的电力来使旋转电动机25进行动力运转，在选择了第1控制模式的情况下，发动机转速Ne以第1转速（NeHigh）控制，在选择了第2控制模式而进行作业机30和旋转体20的复合动作的情况下，发动机转速Ne以比第1转速（NeHigh）快的第2转速（NeMax）控制。

根据上述的本发明的混合动力式工程机械及其控制方法的一实施方式，在旋转体20和装设在该旋转体20上的作业机30复合式地动作时，从蓄电池27（每单位重量的输出较低且蓄积能量较高的蓄电设备）和电容器24（每单位重量的输出较高且蓄积能量较低的蓄电设备）向旋转电动机25供给电力，并根据发动机22的动力控制液压泵41的输出，由此，能够恰当地确保用于驱动旋转体20的电力和用于驱动液压泵41的动力。该结果为，在作为旋转体20和装设在该旋转体20上的作业机30的复合动作的旋转动臂抬升动作中，能够良好地保持旋转体20的旋转速度与动臂31的上升速度之间的平衡，因此，能够确保混合动力式工程机械中的复合动作的操作性。

另外，根据上述的本发明的混合动力式工程机械及其控制方法的一实施方式，在蓄电池剩余量没有降低的情况下，从蓄电池27向旋转电动机25供给电力，而使发动机转速下降，由此，能够最大限度地提高蓄电池使用时的油耗降低效果。而且，在蓄电池剩余量降低的情况下，以发动机22的动力发电驱动辅助发电机23而向旋转电动机25供给电力，而使发动机转速上升，由此，能够最小限度地抑制液压泵41的动力限制。

而且，根据上述的本发明的混合动力式工程机械及其控制方法的一实施方式，在蓄电池剩余量SOC降低的情况下，能够从使旋转电动机25的动力运转电力由电容器24和蓄电池27的放电电力分担的第1控制模式，变更为由电容器24的放电电力和以发动机22发电驱动辅助发电机23所生成的电力分担的第2控制模式。此时，通过控制切换部314的电力分配处理601，根据基于蓄电池剩余量SOC的分配参数α线性地切换蓄电池27和辅助发电机23的输出指令值，由此，能够顺畅地变更控制方式。

另外，根据上述的本发明的混合动力式工程机械及其控制方法的一实施方式，在第1控制模式和第2控制模式中以不会在电容器24的输出Pc中产生差异的方式计算蓄电池27和辅助发电机23的输出指令值，由此，电容器24的电压Vc的举动大致同等。该结果为，能够通过蓄电池27适当地运用每单位重量的输出较高且蓄积能量较低的电容器24，并且，能够确保将蓄电池27设为插入式结构等工程机械的设计的通用性。

而且，根据上述的本发明的混合动力式工程机械及其控制方法的一实施方式，在使旋转电动机25的动力运转电力由电容器24和蓄电池27的放电电力分担的第1控制模式中，将发动机转速Ne控制在低旋转区域（～NeHigh）中，由此，能够提高使用蓄电池27的情况下的油耗降低效果。

另外，根据上述的本发明的混合动力式工程机械及其控制方法的一实施方式，在使旋转电动机25的动力运转电力由电容器24的放电电力和以发动机22发电驱动辅助发电机23所生成的电力分担的第2控制模式中，将发动机转速Ne控制在高旋转区域（～NeMax）中，由此，在蓄电池剩余量SOC降低的情况下也能够确保为了驱动液压泵41所必要的发动机输出。

附图标记的说明

10行驶体

20旋转体

22发动机

23辅助发电机（第1电动机）

24电容器

25旋转电动机（第2电动机）

27蓄电池

30作业机

31动臂

41液压泵

42控制阀

100综合控制器

311第1控制部

312第2控制部

313蓄电池剩余量推定部

314控制切换部

315发动机转速控制部

Claims (6)

1.一种混合动力式工程机械，具有：旋转体；装设在所述旋转体上的作业机；搭载在所述旋转体上的发动机；由所述发动机驱动且能够发电的第1电动机；由所述发动机和所述第1电动机驱动的液压泵；通过由所述液压泵生成的动力来驱动所述作业机的液压执行机构；用于驱动所述旋转体的第2电动机；和多个蓄电设备，用于进行驱动所述第1电动机以及第2电动机的电力的供给以及由所述第1电动机以及第2电动机生成的电力的充电，该混合动力式工程机械的特征在于，具有第1控制部，

该第1控制部在所述作业机和所述旋转体复合式地动作时，

通过来自第1蓄电设备的电力和来自第2蓄电设备的电力来驱动控制所述第2电动机，并通过所述发动机来驱动控制所述液压泵，其中，所述第1蓄电设备是从多个所述蓄电设备中选择的，所述第2蓄电设备是从多个所述蓄电设备中选择的，并与所述第1蓄电设备相比每单位重量的输出较高且蓄积能量较低。

2.根据权利要求1所述的混合动力式工程机械，其特征在于，还具有：

第2控制部，通过由所述发动机发电驱动所述第1电动机而生成的电力、和所述第2蓄电设备的电力，来驱动控制所述第2电动机；和

控制切换部，根据所述第1蓄电设备的剩余量切换所述第1控制部和所述第2控制部。

3.根据权利要求2所述的混合动力式工程机械，其特征在于，还具有发动机转速控制部，在选择了所述第1控制部的情况下，以第1转速控制所述发动机的发动机转速，在选择了所述第2控制部的情况下，以比所述第1转速快的第2转速控制所述发动机的发动机转速。

4.一种混合动力式工程机械的控制方法，该工程机械具有：旋转体；装设在所述旋转体上的作业机；用于操作所述旋转体和所述作业机的操作装置；搭载在所述旋转体上的发动机；由所述发动机驱动且能够发电的第1电动机；由所述发动机和所述第1电动机驱动的液压泵；通过由所述液压泵生成的动力来驱动操作所述作业机的液压执行机构；用于驱动所述旋转体的第2电动机；和多个蓄电设备，用于进行驱动所述第1电动机以及第2电动机的电力的供给以及由所述第1电动机以及第2电动机生成的电力的充电，该混合动力式工程机械的控制方法的特征在于，具有第1控制模式，

该第1控制模式执行如下步骤：

第1步骤，根据所述操作装置的操作状态来判断有无所述作业机和所述旋转体的复合动作；

第2步骤，在由所述第1步骤判断为所述作业机和所述旋转体的复合动作的情况下，通过来自第1蓄电设备的电力和来自第2蓄电设备的电力，来驱动控制所述第2电动机，其中，所述第1蓄电设备是从多个所述蓄电设备中选择的，所述第2蓄电设备是从多个所述蓄电设备中选择的，并与所述第1蓄电设备相比每单位重量的输出较高且蓄积能量较低；和

第3步骤，通过所述发动机来驱动控制所述液压泵。

5.根据权利要求4所述的混合动力式工程机械的控制方法，其特征在于，还具有第2控制模式，通过由所述发动机发电驱动所述第1电动机而生成的电力、和所述第2蓄电设备的电力，来驱动控制所述第2电动机，

并且，所述控制方法根据所述第1蓄电设备的剩余量切换所述第1控制模式和所述第2控制模式。

6.根据权利要求5所述的混合动力式工程机械的控制方法，其特征在于，在选择了所述第1控制模式的情况下，以第1转速控制所述发动机的发动机转速，在选择了所述第2控制模式的情况下，以比所述第1转速快的第2转速控制所述发动机的发动机转速。