CN106605028B - 混合动力式工程机械 - Google Patents

Abstract

发电电动机(27)与发动机(21)以及液压泵(23)机械连结。液压泵(23)向作业装置(11)的液压缸(11D)～(11F)、行驶液压马达(25)以及旋转液压马达(26)供给液压油。旋转液压马达(26)与旋转电动马达(33)协动地驱动旋转装置(3)。发电电动机(27)以及旋转电动马达(33)与蓄电装置(31)电连接。HCU(36)与由模式选择装置(38)选择的模式对应地设定蓄电装置(31)的目标蓄电率(SOC0)和液压泵(23)的泵输出限制(POL0)。HCU(36)与目标蓄电率(SOC0)和泵输出限制(POL0)对应地，控制发动机(21)、发电电动机(27)、旋转电动马达(33)以及蓄电装置(31)。

Description

混合动力式工程机械

技术领域

本发明涉及搭载了发动机和发电电动机的混合动力式工程机械。

背景技术

通常，公知具有与发动机、液压泵机械结合的发电电动机、和锂离子电池或电容器等蓄电装置的混合动力式工程机械(例如，参照专利文献1)。在这种混合动力式工程机械中，发电电动机起到如下的作用：将由发动机的驱动力发电产生的电力充电至蓄电装置内，或者使用蓄电装置的电力来进行动力运行，由此辅助发动机。另外，在大量的混合动力式工程机械中，与发电电动机独立地具有电动马达，通过该电动马达来代替或辅助液压执行机构的动作。例如在通过电动马达进行旋转动作时，通过向电动马达的电力供给来进行上部旋转体的旋转动作或辅助，并且将旋转停止时的制动能量再生来进行蓄电装置的充电。

在此，在专利文献1中公开了通过恰当地控制蓄电装置的蓄电量，来高效回收再生能量的方案。在该情况下，基于操作员的操作信息来推定作业装置或上部旋转体的接下来的动作，并基于从该推定的动作所计算的再生电力的推定值来设定目标蓄电量。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2012-82644号公报

发明内容

通常，蓄电装置在以比低蓄电率高的蓄电率来反复进行充放电的情况下，蓄电装置的寿命会降低。相对于此，如专利文献1所示，目标蓄电率是基于再生能量与蓄电装置的蓄电量的关系而设的。但是，在专利文献1的方法中，没有考虑基于充放电的反复进行所导致的蓄电装置的劣化，由此具有蓄电装置的寿命降低的可能性。

另一方面，若将目标蓄电量设定得低，则能够长期地使用蓄电装置。但是，若始终将蓄电装置的目标蓄电量设定为低值，则例如在持续重负荷作业的情况下，对电动马达供给的能量会不足，担心对作业装置等的动作造成影响。

本发明是鉴于上述以往技术的问题而做出的，本发明的目的在于，提供一种能够抑制蓄电装置的劣化，同时实现所希望的车身动作的混合动力式工程机械。

(1)为了解决上述课题，本发明提供一种混合动力式工程机械，其具有：设在车身上的发动机；与所述发动机机械连接的液压泵；通过来自所述液压泵的液压油而驱动的液压执行机构；与所述发动机机械连接的发电电动机；与所述发电电动机电连接的蓄电装置；和控制所述发电电动机以及所述蓄电装置的充放电电力的控制器，所述混合动力式工程机械的特征在于，还具有从设定了彼此不同的目标蓄电率的多个模式中选择任意一个模式的模式选择装置，所述控制器控制所述发电电动机以及所述蓄电装置的充放电电力，以使所述蓄电装置的蓄电率收束于由所述模式选择装置选择的模式的目标蓄电率。

由此，操作员能够通过模式选择装置而与液压执行机构的负荷对应地切换模式。例如能够在轻负荷时使目标蓄电率降低，因此蓄电装置会在蓄电率低的状态下反复进行充放电，能够抑制蓄电装置的劣化，并延长蓄电装置的寿命。另一方面，在进行如蓄电装置的充电来不及补充那样的连续的重负荷作业时，能够使目标蓄电率上升。由此，能够更长时间地进行与操作员的要求对应的车身动作。

(2)在本发明中，优选为，所述控制器具有使所述液压泵的最大动力增加或者减少的最大动力设定部，所述最大动力设定部随着由所述模式选择装置选择的模式的目标蓄电率变低，而将所述液压泵的最大动力限制为小值。

由此，充电补充作业时的蓄电装置的放电能量之量变小了的部分。因此，能够进行基于低目标蓄电率的车身动作，该低目标蓄电率是不关注蓄电率的降低，将蓄电装置的寿命优先的低目标蓄电率。

(3)在本发明中，优选为，当由所述模式选择装置变更了模式时，所述控制器使所述目标蓄电率的值从模式变更前的值向模式变更后的值连续逐渐地变化。由此，能够在模式变更时使蓄电率逐渐地变化，因此能够防止蓄电率的急剧变化，从而能够防止无法预测的车身动作。

(4)在本发明中，优选为，还具有检测所述车身的操作状态的车身操作状态检测装置，当由所述模式选择装置变更了模式，且由所述车身操作状态检测装置检测到所述车身的非操作状态时，所述最大动力设定部变更所述液压泵的最大动力。由此，在车身的操作的过程中，不会变更液压泵的最大动力，因此能够在车身稳定的状态下变更液压泵的最大动力。

(5)在本发明中，优选为，所述模式选择装置能够选择最大蓄电率模式，该最大蓄电率模式下，不限制所述液压泵的最大动力，且将所述目标蓄电率设为所述蓄电装置的最大蓄电率附近。由此，通过选择最大蓄电率模式，即使在例如上坡行驶时等那样地以作业持续性为最优先的时刻，也能够尽可能长时间地持续车身动作。

(6)在本发明中，优选为，还具有显示由所述模式选择装置选择的模式的车载显示器。由此，操作员通过目视车载显示器，能够容易地掌握现在所选择的模式。

(7)在本发明中，优选为，所述发动机的最大输出比所述液压泵的最大动力小。由此，当轻负荷时，能够通过发动机的驱动力来驱动液压泵，当重负荷时，能够在发动机的基础上通过发电电动机的辅助力来驱动液压泵。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的混合动力式液压挖掘机的主视图。

图2是表示适用于图1中的混合动力式液压挖掘机中的液压系统和电动系统的构成图。

图3是表示图2中的混合动力控制单元的构成图。

图4是表示图3中的模式变更应对部的构成图。

图5是表示目标蓄电率以及泵输出限制的变更值表的说明图。

图6是表示泵输出限制变更判定处理的流程图。

图7是表示图3中的输出指令运算部的构成图。

图8是表示图1的驾驶舱内的主要部分立体图。

图9是表示车载显示器所显示的显示画面一例的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图以混合动力式液压挖掘机为例，来说明本发明的实施方式的混合动力式工程机械。

图1至图9表示本发明的实施方式。在图1中，混合动力式液压挖掘机1(以下，称为液压挖掘机1)具有后述的发动机21和发电电动机27。该液压挖掘机1由能够自行驶的履带式的下部行驶体2、设在下部行驶体2上的旋转装置3、经由旋转装置3能够旋转地搭载于下部行驶体2上的上部旋转体4、和设在上部旋转体4的前侧且进行挖掘作业等的作业装置11而构成。此时，下部行驶体2和上部旋转体4构成液压挖掘机1的车身。

上部旋转体4具有：设在旋转车架5上并收纳了发动机21等的构造罩6；和供操作员搭乘的驾驶舱7。如图8所示，在驾驶舱7内，设有供操作员落座的驾驶席8，并且在驾驶席8的周围设有由操作杆、操作踏板等组成的行驶用操作装置9、和由操作杆等组成的作业用操作装置10。在此，在操作装置9、10上，分别设有检测这些装置的操作量(杆操作量OA)的操作量传感器9A、10A。这些操作量传感器9A、10A构成了例如检测如下部行驶体2的行驶操作、上部旋转体4的旋转操作、作业装置11的俯仰运动操作(挖掘操作)等那样的车身的操作状态的车身操作状态检测装置。另外，在驾驶舱7内设有后述的车载显示器39。

如图1所示，作业装置11由例如动臂11A、斗杆11B、铲斗11C、和驱动这些部件的动臂液压缸11D、斗杆液压缸11E、铲斗液压缸11F构成。动臂11A、斗杆11B、铲斗11C彼此由销结合。作业装置11安装在旋转车架5上，通过使液压缸11D～11F伸长或者缩短而进行俯仰运动。

在此，液压挖掘机1搭载有控制发电电动机27等的电动系统、和控制作业装置11等的动作的液压系统。以下，参照图2至图9来说明液压挖掘机1的系统构成。

发动机21搭载在旋转车架5上。该发动机21例如由柴油发动机等的内燃机构成。在发动机21的输出侧，以机械式直列连接的方式安装有后述的液压泵23和发电电动机27，这些液压泵23和发电电动机27由发动机21来驱动。在此，发动机21的工作由发动机控制单元22(以下，称为ECU22)来控制。ECU22基于来自HCU36的发动机转速指令ωe控制发动机21的旋转速度(发动机转速)。另外，发动机21的最大输出例如比液压泵23的最大动力小。

液压泵23由发动机21来驱动。该液压泵23对存储在油箱(未图示)内的工作油加压，将其作为液压油向行驶液压马达25、旋转液压马达26、作业装置11的液压缸11D～11F等排出。在液压泵23上设有负荷传感器23A。负荷传感器23A检测泵负荷PL并向后述的HCU36输出。

液压泵23经由控制阀24与作为液压执行机构的行驶液压马达25、旋转液压马达26、液压缸11D～11F连接。控制阀24与对于行驶用操作装置9、作业用操作装置10的操作对应地，将从液压泵23排出的液压油向行驶液压马达25、旋转液压马达26、液压缸11D～11F选择性地供给或者排出。

具体地，在行驶液压马达25中，与行驶用操作装置9的操作对应地从液压泵23供给了液压油。由此，行驶液压马达25使下部行驶体2行驶驱动。在旋转液压马达26中，与作业用操作装置10的操作对应地从液压泵23供给了液压油。由此，旋转液压马达26使上部旋转体4旋转动作。在液压缸11D～11F中，与作业用操作装置10的操作对应地从液压泵23供给了液压油。由此，液压缸11D～11F使作业装置11俯仰运动。

发电电动机(电动发电机；motor generator)27由发动机21来驱动。该发电电动机27例如由同步电动机等构成。发电电动机27能够实现发电(再生)和动力运行的两个作用，其中，发电(再生)时，作为发电机而使发动机21对动力源工作，且进行向蓄电装置31和旋转电动马达33的电力供给，动力运行时，作为电动机而使来自蓄电装置31和旋转电动马达33的电力对动力源工作、且辅助发动机21以及液压泵23的驱动。因此，在发动机21的转矩中，根据状况而追加了发电电动机27的辅助转矩，通过这些转矩来驱动液压泵23。通过从该液压泵23排出的液压油来进行作业装置11的动作和车辆的行驶等。

如图2所示，发电电动机27经由第1换流器28与一对直流母线29A、29B连接。第1换流器28例如使用由晶体管、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等组成的多个开关元件而构成，通过电动发电机控制单元30(以下，称为MGCU30)来控制各开关元件的开/关。直流母线29A、29B在正极侧和负极侧成对，例如施加了几百V左右的直流电压。

在发电电动机27的发电时，第1换流器28将来自发电电动机27的交流电力转换为直流电力并向蓄电装置31和旋转电动马达33供给。在发电电动机27的动力运行时，第1换流器28将直流母线29A、29B的直流电力转换为交流电力并向发电电动机27供给。而且，MGCU30基于来自HCU36的发电电动机动力运行发电电力指令Wmg，来控制第1换流器28的各开关元件的开/关。由此，MGCU30控制发电电动机27的发电时的发电电力和动力运行时的驱动电力。

蓄电装置31经由第1换流器28与发电电动机27电连接。该蓄电装置31例如由锂离子电池构成，与直流母线29A、29B连接。

蓄电装置31在发电电动机27的发电时用从发电电动机27供给的电力进行充电，在发电电动机27的动力运行时(辅助驱动时)向着发电电动机27供给驱动电力。另外，蓄电装置31在旋转电动马达33的再生时用从旋转电动马达33供给的再生电力进行充电，在旋转电动马达33的动力运行时向着旋转电动马达33供给驱动电力。这样，蓄电装置31在将由发电电动机27发电产生的电力蓄积的基础上，将在液压挖掘机1的旋转制动时旋转电动马达33所产生的再生电力吸收，将直流母线29A、29B的电压保持为固定。

蓄电装置31通过电池控制单元32(以下，称为BCU32)来控制充电动作和放电动作。BCU32检测蓄电装置31的电池蓄电率SOC并向着HCU36输出，并且以使其成为从HCU36输出的目标蓄电率SOC0的方式控制蓄电装置31的充放电。

此外，在本实施方式中，在蓄电装置31中，使用了例如电压350V、放电容量5Ah左右、电池蓄电率SOC(蓄电率)的合适使用范围被设定为30～70％左右的锂离子电池。电池蓄电率SOC的合适使用范围等并不限定于上述值，能够根据蓄电装置31的规格等适当设定。

旋转电动马达33由来自发电电动机27或者蓄电装置31的电力来驱动。该旋转电动马达33例如由三相感应电动机构成，与旋转液压马达26一同设在旋转车架5上。旋转电动马达33与旋转液压马达26协动而驱动旋转装置3。

如图2所示，旋转电动马达33经由第2换流器34与直流母线29A、29B连接。旋转电动马达33实现了接收来自蓄电装置31和发电电动机27的电力进行旋转驱动的动力运行、和由旋转制动时的多余转矩发电而使蓄电装置31蓄电的再生这两个作用。由此，对于动力运行时的旋转电动马达33，经由直流母线29A、29B供给了来自发电电动机27等的电力。由此，旋转电动马达33与作业用操作装置10的操作对应地产生旋转转矩，并辅助旋转液压马达26的驱动，并且驱动旋转装置3而使上部旋转体4旋转动作。

第2换流器34与第1换流器28同样地，使用多个开关元件构成。第2换流器34通过旋转电动马达控制单元35(以下，称为RMCU35)来控制各开关元件的开/关。在旋转电动马达33的动力运行时，第2换流器34将直流母线29A、29B的直流电力转换为交流电力并向旋转电动马达33供给。在旋转电动马达33的再生时，第2换流器34将来自旋转电动马达33的交流电力转换为直流电力并向蓄电装置31等供给。

RMCU35基于来自HCU36的旋转电动马达动力运行再生电力指令Wrm，而控制第2换流器34的各开关元件的开/关。由此，RMCU35控制旋转电动马达33的再生时的再生电力和动力运行时的驱动电力。

混合动力控制单元(HCU)36构成控制器。该HCU36例如由微型计算机构成，并且使用CAN37(Controller Area Network)等与ECU22、MGCU30、RMCU35电连接。HCU36与ECU22、MGCU30、RMCU35通信，同时控制发动机21、发电电动机27、旋转电动马达33。

另外，在HCU36上连接有检测操作装置9、10的杆操作量OA的操作量传感器9A、10A、和检测液压泵23的泵负荷PL的负荷传感器23A。在此基础上，在HCU36上连接有模式选择装置38、车载显示器39等。由此，在HCU36中输入有模式信息MODE、电池蓄电率SOC、杆操作量OA、泵负荷PL、发动机信息EI、各种车身信息VI。此外，也可以为，泵负荷PL不需要由负荷传感器23A直接检测，而例如从由液压泵23排出的工作油的压力(排出压力)间接地检测。

模式选择装置38例如由开关、刻度盘、杆等构成，从后述的E模式、P1模式、P2模式的3种模式中选择任意一种。模式选择装置38位于驾驶舱7内，由操作员操作，将与选择中的模式所对应的模式信息MODE向HCU36输出。

如图8以及图9所示，车载显示器39位于驾驶舱7内，显示例如燃料的剩余量、发动机冷却水的水温、运转时间、车内温度等那样的有关车身的各种信息。在此基础上，车载显示器39与HCU36连接，并具有模式显示部39A。在该模式显示部39A中，显示了E模式、P1模式、P2模式中由模式选择装置38所选择的模式。此外，也可以为，车载显示器39与模式选择装置38连接，由此显示模式信息MODE(E模式、P1模式、P2模式)。

HCU36与由模式选择装置38选择的模式对应地控制发动机21、发电电动机27、旋转电动马达33。在此，接下来，参照图3至图7来说明HCU36的具体构成。

如图3所示，HCU36具有模式变更应对部40和输出指令运算部41。该HCU36基于模式信息MODE、电池蓄电率SOC、杆操作量OA、泵负荷PL、发动机信息EI、各种车身信息VI，来输出发动机转速指令ωe、旋转电动马达动力运行再生电力指令Wrm、发电电动机动力运行发电电力指令Wmg。

模式变更应对部40基于模式信息MODE、电池蓄电率SOC、杆操作量OA来运算并输出目标蓄电率SOC0和泵输出限制POL0。此时，目标蓄电率SOC0为蓄电装置31的电池蓄电率SOC的目标值。泵输出限制POL0为液压泵23的最大输出的限制值。

输出指令运算部41基于目标蓄电率SOC0、泵输出限制POL0、电池蓄电率SOC、杆操作量OA、泵负荷PL、发动机信息EI、各种车身信息VI，来运算并输出发动机转速指令ωe、旋转电动马达动力运行再生电力指令Wrm、发电电动机动力运行发电电力指令Wmg。

在此，参照图4至图6来说明HCU36的模式变更应对部40。模式变更应对部40与模式信息MODE对应地决定目标蓄电率SOC0，并且与模式信息MODE、电池蓄电率SOC、杆操作量OA对应地决定泵输出限制POL0。由此，模式变更应对部40将基于模式选择装置38得到的模式信息MODE、基于操作量传感器10A得到的杆操作量OA、和从BCU32发送的电池蓄电率SOC作为输入，并将目标蓄电率SOC0和泵输出限制POL0作为输出值。模式变更应对部40具有目标蓄电率变更部40A、泵输出限制变更部40B、一阶滞后滤波器40C、泵输出限制变更判定部40D、和滞后部40E。

目标蓄电率变更部40A输出目标蓄电率变更值SOCn。具体地，目标蓄电率变更部40A基于图5所示的目标蓄电率以及泵输出限制的变更值表42，选择与从输入的模式信息MODE所选择的模式(E模式、P1模式、P2模式)对应地预先设定的目标蓄电率变更值SOCn，并将其输出。

泵输出限制变更部40B输出泵输出限制变更值POLn。具体地，泵输出限制变更部40B基于图5所示的目标蓄电率以及泵输出限制的变更值表42，选择从输入的模式信息MODE所选择的模式(E模式、P1模式、P2模式)对应地预先设定的泵输出限制变更值POLn，并将其输出。

在此，能够选择的模式为E模式、P1模式、P2模式这3种。其中，E模式作为在操作员使油耗优先于作业量的情况下选择的模式。如图5所示，在E模式中，为了使油耗优先，泵输出限制变更值POLn被设定为比其他模式(P1模式、P2模式)小的值。因此，蓄电装置31不需要保持那么多的能量，由此目标蓄电率变更值SOCn使寿命优先而被设定为电池蓄电率SOC的合适使用范围(30～70％)内一半以下的低值(例如40％)。

另外，P1模式是在操作员使作业量优先于油耗的情况下选择的模式。在P1模式中，为了使作业量优先，泵输出限制变更值POLn被设定为比E模式大的值。因此，蓄电装置31需要保持尽量多的能量，由此目标蓄电率变更值SOCn设定为电池蓄电率SOC的合适使用范围内一半以上的高值(例如60％)。

而且，P2模式是在例如上坡行驶等那样地、不停顿地进行重作业时所选择的模式，且作为与蓄电装置31的寿命相比最优先作业的持续力的情况下选择的模式。该P2模式相当于最大蓄电率模式，其将目标蓄电率SOC0设定为蓄电装置31的合适使用范围的最大值附近的值。

此外，各模式的目标蓄电率变更值SOCn以及泵输出限制变更值POLn并不限于图5所记载的内容，能够根据液压挖掘机1的规格等适当设定。

如图4所示，由目标蓄电率变更部40A决定的目标蓄电率变更值SOCn经由一阶滞后滤波器40C，而作为目标蓄电率SOC0被输出。此时，一阶滞后滤波器40C具有几秒左右(例如3～7秒左右)的时间常数。该时间常数是基于例如旋转装置3、作业装置11的1个动作所需要的时间等而设定的。由此，目标蓄电率SOC0从目标蓄电率前次值SOCp向目标蓄电率变更值SOCn逐渐地变更。

同时，在泵输出限制变更判定部40D中，输入有从目标蓄电率变更部40A输出的目标蓄电率变更值SOCn、从泵输出限制变更部40B输出的泵输出限制变更值POLn、和从BCU32输出的电池蓄电率SOC，并且输入有滞后部40E所保持的泵输出限制前次值POLp。在此基础上，在泵输出限制变更判定部40D中输入有来自操作量传感器9A、10A的杆操作量OA。泵输出限制变更判定部40D基于这些输入，执行图6所示的泵输出限制变更判定处理。由此，泵输出限制变更判定部40D决定是将泵输出限制POL0变更为泵输出限制变更值POLn，还是保持为泵输出限制前次值POLp，并输出所决定的泵输出限制POL0。

在此，参照图6来说明在泵输出限制变更判定部40D的处理。当变更了模式时，目标蓄电率SOC0和泵输出限制POL0同时被变更。但是，如以下所示，与车身是否处于非操作状态的情况对应地，泵输出限制POL0被设定为泵输出限制变更值POLn和泵输出限制前次值POLp中的任意一个值。

在步骤1中，根据杆操作量OA来判定车身是否处于非操作状态。当在步骤1中判定为“是”时，没有进行关于车身的行驶、旋转、俯仰运动的操作，因此向步骤2转移。在步骤2中，将泵输出限制POL0变更为泵输出限制变更值POLn，并输出泵输出限制POL0。

另一方面，当在步骤1中判定为“否”时，进行了关于车身的行驶、旋转、俯仰运动中任意一个的操作，因此向步骤3转移。在步骤3中，将泵输出限制POL0保持为泵输出限制前次值POLp，并输出泵输出限制POL0。当步骤2、3结束后，返回。

由此，泵输出限制变更判定部40D在车身处于非操作状态时，将泵输出限制POL0变更为泵输出限制变更值POLn，在车身处于操作状态时，将泵输出限制POL0保持为泵输出限制前次值POLp。

模式变更应对部40的目标蓄电率变更部40A以及一阶滞后滤波器40C构成了与所选择的模式对应地设定目标蓄电率SOC0的目标蓄电率设定部。另外，模式变更应对部40的泵输出限制变更部40B以及泵输出限制变更判定部40D构成了使液压泵23的最大动力增加或者减少的最大动力设定部。

接着，参照图7来说明HCU36的输出指令运算部41。输出指令运算部41在由模式变更应对部40决定的目标蓄电率SOC0、泵输出限制POL0的基础上，基于电池蓄电率SOC、杆操作量OA、泵负荷PL、发动机信息EI、各种车身信息VI，来运算并输出发动机21的发动机转速指令ωe、发电电动机27的发电电动机动力运行发电电力指令Wmg、旋转电动马达33的旋转电动马达动力运行再生电力指令Wrm。输出指令运算部41根据这些指令ωe、Wmg、Wrm，控制发动机21、发电电动机27、旋转电动马达33，以使电池蓄电率SOC向目标蓄电率SOC0接近，在该值附近充电或者放电。

作为输出指令运算部41的一例，参照图7来说明对发动机21进行转速控制的情况下的控制处理。以下，将蓄电装置31的放电设为正(+)，将充电设为负(－)，将电动马达的动力运行设为正(+)，将发电、再生设为负(－)。

输出指令运算部41具有目标充放电电力运算部41A、发动机转速指令运算部41B、和电动马达电力运算部41C。在目标充放电电力运算部41A中输入有电池蓄电率SOC和目标蓄电率SOC0。此时，目标充放电电力运算部41A以电池蓄电率SOC与目标蓄电率SOC0的蓄电率差ΔSOC越大，越使蓄电率差ΔSOC变小的方式决定目标充放电电力Wcd。具体地，目标充放电电力运算部41A例如以使蓄电率差ΔSOC(ΔSOC＝SOC－SOC0)与目标充放电电力Wcd的值成为正相关的方式决定并输出目标充放电电力Wcd。

接着，在电动马达电力运算部41C中输入有目标充放电电力Wcd和杆操作量OA。电动马达电力运算部41C根据杆操作量OA来判断旋转的动力运行、制动，并输出旋转电动马达动力运行再生电力指令Wrm。而且，电动马达电力运算部41C作为目标充放电电力Wcd与旋转电动马达动力运行再生电力指令Wrm的差来计算发电电动机动力运行发电电力指令Wmg，并输出发电电动机动力运行发电电力指令Wmg。

而且，在发动机转速指令运算部41B中，输入有发电电动机动力运行发电电力指令Wmg、发动机信息EI、泵负荷PL、泵输出限制POL0。当泵负荷PL比泵输出限制POL0小时，发动机转速指令运算部41B将泵负荷PL与发电电动机动力运行发电电力指令Wmg之和作为发动机目标输出。当泵负荷PL比泵输出限制POL0大时，发动机转速指令运算部41B将泵输出限制POL0与发电电动机动力运行发电电力指令Wmg之和作为发动机目标输出。在此基础上，发动机转速指令运算部41B基于例如现在的发动机转速等那样的发动机信息EI和发动机目标输出来计算发动机转速指令ωe，并输出发动机转速指令ωe。

此外，举例说明了输出指令运算部41基于目标蓄电率SOC0、泵输出限制POL0、电池蓄电率SOC、杆操作量OA、泵负荷PL、发动机信息EI来计算发电电动机动力运行发电电力指令Wmg、旋转电动马达动力运行再生电力指令Wrm、发动机转速指令ωe的情况。但是，本发明并不限定于此，也可以为，输出指令运算部41在目标蓄电率SOC0、泵输出限制POL0、电池蓄电率SOC、杆操作量OA、泵负荷PL、发动机信息EI的基础上，还基于例如车辆速度、冷却水温度、燃料剩余量等那样的各种车身信息VI，来计算发电电动机动力运行发电电力指令Wmg、旋转电动马达动力运行再生电力指令Wrm、发动机转速指令ωe。

HCU36通过以上的运算处理，计算发电电动机动力运行发电电力指令Wmg、旋转电动马达动力运行再生电力指令Wrm、发动机转速指令ωe。而且，HCU36将发电电动机动力运行发电电力指令Wmg向第1换流器28输出，将旋转电动马达动力运行再生电力指令Wrm向第2换流器34输出，将发动机转速指令ωe向ECU22发送。由此，HCU36实现操作员所授意的车身动作，并且以使电池蓄电率SOC收束于由模式设定的目标蓄电率SOC0的方式控制发电电动机27、旋转电动马达33、发动机21。

这样，根据本实施方式，HCU36与操作员通过模式选择装置38从E模式、P1模式、P2模式中选择的模式对应地，变更蓄电装置31的目标蓄电率SOC0。由此，操作员能够主动地选择以蓄电装置31的寿命和蓄电装置31的保有能量为根源的作业量的优先度。

例如当轻负荷时，能够选择E模式而使目标蓄电率SOC0降低。由此，在电池蓄电率SOC低的状态下蓄电装置31反复进行充放电，能够抑制蓄电装置31的劣化，并延长蓄电装置31的寿命。另一方面，当重负荷时，能够选择P1模式或P2模式而使目标蓄电率SOC0上升。由此，能够在蓄电装置31中蓄积大量的能量，由此能够更长时间地进行向发电电动机27的电力供给，使发电电动机27进行动力运行来辅助发动机21，即，能够进行与操作员的要求对应的车身的动作。

另外，HCU36将目标蓄电率SOC0低的E模式下的泵输出限制POL0设定得比目标蓄电率SOC0高的P1模式和P2模式小。由此，即使在优先寿命的E模式下，也能够与P1模式和P2模式相比将液压泵23的最大输出限制为小值。该结果为，能够减少例如基于发电电动机27和旋转电动马达33的动力运行所产生的蓄电装置31的放电能量之量，由此能够预防蓄电装置31的能量不足(电力不足)。

另外，HCU36的模式变更应对部40在目标蓄电率变更部40A的输出侧设有一阶滞后滤波器40C，因此使目标蓄电率SOC0从目标蓄电率前次值SOCp向目标蓄电率变更值SOCn时间上连续地逐渐变化。由此，能够防止基于模式变更导致的急剧的电池蓄电率SOC的变化，因此能够防止无法预测的车身动作。

在此基础上，在通过模式选择装置38而变更了模式，且车身成为非操作状态时，HCU36的模式变更应对部40变更泵输出限制POL0。由此，不会例如下部行驶体2的行驶途中、上部旋转体4的旋转途中、作业装置11的挖掘动作途中等那样地，在车身的操作途中变更液压泵23的最大动力，能够在车身的停止状态下变更液压泵23的最大动力。该结果为，即使在模式变更时，也能够防止无法预测的车身动作。

另外，模式选择装置38能够选择将目标蓄电率SOC0设定为恰当的电池蓄电率SOC的使用范围最大附近的P2模式。由此，即使例如上坡行驶时等那样地不停顿地进行重负荷作业时，操作员也能够通过选择P2模式，将作业持续力设为最优先，从而能够尽可能长时间地使车身动作继续。

而且，具有显示由模式选择装置38所选择的模式的车载显示器39，因此操作员通过目视车载显示器39，能够容易地掌握现在所选择的模式。由此，能够容易地对比操作员所要求的作业和现在的模式，因此在两者不同的情况下，能够迅速变更模式。

另外，因为发动机21的最大输出变得比液压泵23的最大动力小，所以能够使用小型且油耗降低的发动机21。另一方面，因为发动机21的最大输出变得比液压泵23的最大动力小，所以与发动机输出比最大泵负荷充分大的情况相比，车身动作时的基于发电电动机27的动力运行产生的发动机辅助所起作用的比例变大，具有蓄电装置31反复充放电的频率变高的倾向。相对于此，在本实施方式中，通过选择E模式，能够将目标蓄电率SOC0设定为低值。该结果为，与将目标蓄电率SOC0设定为高值的情况相比，能够抑制蓄电装置31的劣化。

此外，在上述实施方式中，模式选择装置38能够选择设定了不同的目标蓄电率SOC0和泵输出限制POL0的3种模式(E模式、P1模式、P2模式)。但是，本发明并不限于此，也可以为，模式选择装置能够选择4种以上的模式，与这些模式对应地、更精密地控制目标蓄电率和泵输出限制。也可以为，模式选择装置能够选择如下的第4模式，该第4模式设定了E模式与P1模式之间的目标蓄电率和泵输出限制。另外，也可以为，模式选择装置省略P1模式和P2模式中的任意一种模式，而能够选择2种模式。

上述实施方式的模式变更应对部40是通过一阶滞后滤波器40C而使目标蓄电率SOC0从目标蓄电率前次值SOCp向目标蓄电率变更值SOCn逐渐地变化的构成。但是，本发明并不限定于此，只要是时间上连续地使目标蓄电率SOC0逐渐变化的构成即可，也可以为，例如使目标蓄电率SOC0隔着规定的推移时间从目标蓄电率前次值SOCp向目标蓄电率变更值SOCn呈比例地变化。

在上述实施方式中，将发动机21的最大输出设得比液压泵23的最大动力小，但发动机21的最大输出能够根据液压挖掘机1的规格等适当设定。由此，发动机21的最大输出可以为与液压泵23的最大动力相同的程度，也可以比液压泵23的最大动力小。

在上述实施方式中，说明了对于蓄电装置31使用了锂离子电池的示例，但也可以采用能够供给必要电力的二次电池(例如镍镉电池、镍氢电池)或电容器。另外，也可以为，在蓄电装置与直流母线之间设置DC-DC变换器等的升压-降压装置。

在上述实施方式中，与泵输出限制POL0对应地限制发动机21的转速，但在例如使用可变容量型的液压泵的情况下，也可以构成为，与泵输出限制POL0对应地使液压泵的排出容量变化。

在上述实施方式中，具有旋转液压马达26和旋转电动马达33。但是，本发明并不限于此，可以构成为，例如省略旋转液压马达26和旋转电动马达33中的任意一个。

在上述实施方式中，作为混合动力式工程机械而举例说明了履带式的混合动力式液压挖掘机1，但本发明并不限于此，只要是具有与发动机和液压泵连结的发电电动机、和蓄电装置的混合动力式工程机械即可，例如能够适用于轮式的混合动力式液压挖掘机、混合动力轮式装载机、翻斗卡车等的各种工程机械。

附图标记说明

1 混合动力式液压挖掘机

2 下部行驶体(车身)

4 上部旋转体(车身)

9 行驶用操作装置

9A、10A 操作量传感器(车身操作状态检测装置)

10 作业用操作装置

11 作业装置

11D 动臂液压缸(液压执行机构)

11E 斗杆液压缸(液压执行机构)

11F 铲斗液压缸(液压执行机构)

21 发动机

23 液压泵

25 行驶液压马达(液压执行机构)

26 旋转液压马达(液压执行机构)

27 发电电动机

31 蓄电装置

33 旋转电动马达

36 混合动力控制单元(控制器)

38 模式选择装置

39 车载显示器

40 模式变更应对部

40A 目标蓄电率变更部

40B 泵输出限制变更部

40C 一阶滞后滤波器

40D 泵输出限制变更判定部

40E 滞后部

41 输出指令运算部

Claims (7)

1.一种混合动力式工程机械，其具有：设在车身上的发动机；与所述发动机机械连接的液压泵；通过根据操作装置的操作而从所述液压泵供给的液压油而驱动的液压执行机构；与所述发动机机械连接的发电电动机；与所述发电电动机电连接的蓄电装置；和控制所述发电电动机以及所述蓄电装置的充放电电力的控制器，所述混合动力式工程机械的特征在于，

还具有从与作业量或油耗相应地设定的多个模式中选择任意一个模式的模式选择装置，

所述多个模式分别在排除了因反复充放电而导致所述蓄电装置产生劣化的高蓄电率的合适使用范围内，设定了彼此不同的目标蓄电率，使油耗优先的模式与其他模式相比将所述目标蓄电率及作为所述液压泵的最大动力的泵输出限制值设定得低，

所述控制器基于由所述模式选择装置选择的模式信息、所述蓄电装置的蓄电率及所述操作装置的操作量，对选择出的所述模式的所述蓄电装置的目标蓄电率及所述液压泵的泵输出限制值进行运算，

所述控制器控制所述发电电动机以及所述蓄电装置的充放电电力，以使所述蓄电装置的蓄电率收束于由所述模式选择装置选择的模式的所述目标蓄电率，并且，以使所述液压泵的最大动力增加或减少的方式进行控制。

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，

所述控制器具有使所述液压泵的最大动力增加或者减少的最大动力设定部，

所述最大动力设定部随着由所述模式选择装置选择的模式的目标蓄电率变低，而将所述液压泵的最大动力限制为小值。

3.根据权利要求1所述的混合动力式工程机械，其特征在于，

当由所述模式选择装置变更了模式时，所述控制器使所述目标蓄电率的值从模式变更前的值向模式变更后的值连续逐渐地变化。

4.根据权利要求2所述的混合动力式工程机械，其特征在于，

还具有检测所述车身的操作状态的车身操作状态检测装置，

当由所述模式选择装置变更了模式，且由所述车身操作状态检测装置检测到所述车身的非操作状态时，所述最大动力设定部变更所述液压泵的最大动力。

5.根据权利要求2所述的混合动力式工程机械，其特征在于，

所述模式选择装置能够选择最大蓄电率模式，该最大蓄电率模式下，不限制所述液压泵的最大动力，且将所述目标蓄电率设为所述蓄电装置的最大蓄电率附近。

6.根据权利要求1所述的混合动力式工程机械，其特征在于，

还具有显示由所述模式选择装置选择的模式的车载显示器。

7.根据权利要求1所述的混合动力式工程机械，其特征在于，

所述发动机的最大输出比所述液压泵的最大动力小。

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