JP2013204371A - ハイブリッド建設機械の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド建設機械のシーケンス処理を安全に行う。
【解決手段】ハイブリッド建設機械の制御装置は、バッテリ４とインバータ５とを接続状態又は遮断状態にするスイッチ回路４２と、バッテリ４の状態情報を用いてバッテリの異常又は正常を判断するバッテリ状態判断部１１４ｂと、インバータ５の状態情報を用いてインバータ５の異常又は正常を判断するインバータ状態判断部１１４ｃと、制御部１１４ｄと、を備え、制御部１１４ｄは、バッテリ状態判断部１１４ｂにてバッテリ４が正常と判断されると、インバータ５を駆動し、インバータ状態判断部１１４ｃにてインバータ５が正常と判断された場合には、スイッチ回路４２を遮断状態から接続状態に切り替え、その後、電気機器に制御信号を供給する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ハイブリッド建設機械の制御装置に関するものである。

特許文献１には、油圧アクチュエータから排出される作動流体の油圧エネルギを電気エネルギや運動エネルギに変換するいわゆるハイブリッド建設機械の制御システムが開示されている。

特開２００２−２７５９４５号公報

特許文献１に開示されているようなハイブリッド建設機械では、バッテリ、インバータ及び油圧機器を順番に起動する起動シーケンスと、油圧機器、インバータ及びバッテリを順番に停止する停止シーケンスとが予め定められている。例えば、運転者によるハイブリッド建設機械の起動命令が検出されると、起動シーケンスに従って、バッテリとインバータと油圧機器とが順番に起動される。

このため、バッテリが正常に起動しないときでも、起動命令が検出されると、起動シーケンスに従ってバッテリとインバータとが順番に起動されることになる。このように、バッテリが異常状態のときにインバータが起動されると、インバータが損傷するおそれがある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ハイブリッド建設機械のシーケンス処理を安全に行うことを目的とする。

本発明は、アクチュエータを駆動するメイン流体圧ポンプと、前記メイン流体圧ポンプによる前記アクチュエータの駆動をアシストするサブ流体圧ポンプと、前記サブ流体圧ポンプに連結する回転電機と、作動流体の流れ状態を調整する電気機器と、を備えるハイブリッド建設機械において、前記回転電機に供給する電力を蓄えるバッテリと、前記バッテリに蓄えられた電力を前記回転電機に出力するインバータと、前記バッテリと前記インバータとを接続状態又は遮断状態にするスイッチ回路と、前記バッテリの状態情報を取得し、当該状態情報を用いて前記バッテリの異常又は正常を判断するバッテリ状態判断部と、前記インバータの状態情報を取得し、当該状態情報を用いて前記インバータの異常又は正常を判断するインバータ状態判断部と、前記ハイブリッド建設機械の起動命令を受け付け、前記バッテリ状態判断部にて前記バッテリが正常と判断されると、前記インバータを駆動し、前記インバータ状態判断部にて前記インバータが正常と判断された場合には、前記スイッチ回路を前記遮断状態から前記接続状態に切り替え、その後、前記電気機器に制御信号を供給する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明では、制御部が、バッテリとインバータとの両者が正常であることを確認してから、バッテリをインバータに接続するので、起動シーケンス処理を安全に実行することができる。

油圧ショベルの掘削アタッチメントの概要を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る流体圧制御装置の概要を示す構成図である。 流体圧制御装置に接続されるアシスト回生機構の概要を示す構成図である。 コントローラの詳細構成を示す機能構成図である。 コントローラによる油圧ショベルの起動処理を示すフローチャートである。 油圧ショベルの起動処理における起動シーケンス処理を示すフローチャートである。 油圧ショベルの停止シーケンス処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。

流体圧制御装置は、油圧ショベル等の油圧作業機器の動作を制御するものであり、本実施形態では、図１に示す油圧ショベルのブーム１０１を駆動するブームシリンダ１０４の伸縮動作について説明する。

まず、図１を参照して、本実施形態に係る油圧ショベルについて説明する。

掘削アタッチメント１００は、掘削作業を行うために設けられたブーム１０１、アーム１０２、及びバケット１０３と、これらを駆動するアクチュエータとして、ブーム１０１を駆動するブームシリンダ１０４と、アーム１０２を駆動するアームシリンダ１０５と、バケット１０３を駆動するバケットシリンダ１０６と、を備える。ブームシリンダ１０４、アームシリンダ１０５及びバケットシリンダ１０６は、それぞれ油圧シリンダである。

図２は、本実施形態に係る流体圧制御装置１２０の主要構成を示す系統図である。

流体圧制御装置１２０は、メインポンプ１０８と、パイロットポンプ１０９と、メイン制御弁１１０と、メイン通路１１１と、第１通路１１２と、第２通路１１３と、コントローラ１１４と、を備える。

ブームシリンダ１０４は、ブームシリンダ１０４内を摺動自在に移動するピストンロッド１０７によってロッド側圧力室１０４ａとボトム側圧力室１０４ｂとに区画される。ピストンロッド１０７はブーム１０１に連結されており、ピストンロッド１０７がブームシリンダ１０４内を移動することによってブーム１０１が駆動する。

メインポンプ１０８は、ブームシリンダ１０４、アームシリンダ１０５及びバケットシリンダ１０６を駆動するメイン流体圧ポンプである。

パイロットポンプ１０９は、パイロット室１１０ａ，１１０ｂにパイロット圧を供給する油圧ポンプである。

メインポンプ１０８及びパイロットポンプ１０９は、油圧ショベルに搭載されたエンジン（図示せず）によって駆動され、作動油（作動流体）を吐出する。メインポンプ１０８及びパイロットポンプ１０９は、それぞれ斜板の傾斜角を制御することで作動油の吐出量の制御が可能な可変容量型油圧ポンプである。エンジンは、運転効率の良い所定の回転速度・負荷で運転される。

メインポンプ１０８から吐出された作動油は、ブームシリンダ１０４に対する作動油の給排を切り換えるメイン制御弁１１０に供給される。メインポンプ１０８とメイン制御弁１１０とは、メイン通路１１１によって接続される。メイン通路１１１には、メインポンプ１０８から吐出された作動油の他に、後述するアシスト回生機構１０（図３参照）のアシストポンプ３から吐出された作動油がサブ通路３１を通じて導かれる。

メイン制御弁１１０とブームシリンダ１０４のロッド側圧力室１０４ａとは、第１通路１１２に接続され、メイン制御弁１１０とブームシリンダ１０４のボトム側圧力室１０４ｂとは、第２通路１１３に接続される。第２通路１１３には、ブームシリンダ１０４のボトム側圧力室１０４ｂから排出され、後述するアシスト回生機構１０（図３参照）の回生モータ２を駆動するための作動油が流れる戻り通路２１が接続される。

メイン制御弁１１０は、パイロットポンプ１０９からパイロット室１１０ａ，１１０ｂに供給されるパイロット圧によって操作される。パイロット室１１０ａ，１１０ｂに供給されるパイロット圧は、油圧ショベルの乗務員によるレバー操作に基づいて、コントローラ１１４がパイロット電磁弁１１５を制御することで調整される。

パイロット室１１０ａにパイロット圧が供給された場合は、メイン制御弁１１０が位置ａに切り換わり、メインポンプ１０８から第１通路１１２を介してロッド側圧力室１０４ａに作動油が供給されるとともに、ボトム側圧力室１０４ｂの作動油が第２通路１１３を介してタンクＴへと排出される。これにより、ブームシリンダ１０４内のピストンロッド１０７が図２の下側に移動、すなわちブームシリンダ１０４が収縮し、ブーム１０１が図１に示す矢印１２１の方向へと下降する。

また、パイロット室１１０ｂにパイロット圧が供給された場合は、メイン制御弁１１０が位置ｂに切り換わり、メインポンプ１０８から第２通路１１３を介してボトム側圧力室１０４ｂに作動油が供給されるとともに、ロッド側圧力室１０４ａの作動油が第１通路１１２を介してタンクＴへと排出される。これにより、ブームシリンダ１０４内のピストンロッド１０７が図２の上側に移動、すなわちブームシリンダ１０４が伸長し、ブーム１０１が図１に示す矢印１２２の方向へと上昇する。

さらに、パイロット室１１０ａ、１１０ｂにパイロット圧が供給されない場合は、メイン制御弁１１０が位置ｃに切り換わり、ブームシリンダ１０４に対する作動油の給排が遮断され、ブーム１０１は停止した状態を保つ。

このように、メイン制御弁１１０は、ブームシリンダ１０４を収縮させる収縮位置ａ、ブームシリンダ１０４を伸長させる伸長位置ｂ、及びブームシリンダ１０４の負荷を保持する遮断位置ｃの３段階に切り換えることが可能である。

ここで、メイン制御弁１１０を遮断位置ｃに切り換えてブーム１０１の動きを止めると、ブーム１０１等の重さによって、ブームシリンダ１０４内のピストンロッド１０７には、ピストンロッド１０７を図２の下側に移動させようとする力、すなわちブームシリンダ１０４を収縮させようとする力が作用する。このように、ブーム１０１を駆動するブームシリンダ１０４においては、ボトム側圧力室１０４ｂが、メイン制御弁１１０が遮断位置ｃの場合に負荷圧が作用する負荷側圧力室となる。一方、アーム１０２を駆動するアームシリンダ１０５においては、ロッド側圧力室１０４ａが負荷側圧力室となる。

なお、以下の説明において、負荷の下降とは、負荷側圧力室の容積が減少する方向へ変化することを指し、負荷の上昇とは、負荷側圧力室の容積が増加する方向へ変化することを指す。例えば、ブームシリンダ１０４の駆動において、負荷の下降とは、ブームシリンダ１０４が収縮してブーム１０１が下降することを指し、負荷の上昇とは、ブームシリンダ１０４が伸長してブーム１０１が上昇することを指す。

本実施形態では、流体圧制御装置１２０にアシスト回生機構１０が接続されている。アシスト回生機構１０は、ブームシリンダ１０４を収縮させるときにボトム側圧力室１０４ｂから排出された作動油の油圧エネルギを電気エネルギとして回収する回生と、ブームシリンダ１０４を伸長させるときに補助力を付与するアシストと、を必要に応じて行う。このように、アシスト回生機構１０を備える流体圧制御装置１２０によってアクチュエータの動作が制御される油圧ショベル等の油圧作業機器のことをハイブリッド建設機械という。

図３は、流体圧制御装置１２０に接続されるアシスト回生機構１０の概略構成図である。

アシスト回生機構１０は、モータジェネレータ１と、回生モータ２と、アシストポンプ３と、戻り通路２１と、サブ通路３１と、蓄電装置４０と、スイッチ回路４２と、交流変換装置５０と、を備える。蓄電装置４０は、バッテリ４と、バッテリ制御回路４１と、を備える。交流変換装置５０は、インバータ５と、インバータ制御回路５１と、を備える。

モータジェネレータ１は、バッテリ４によって駆動されてアシストポンプ３を駆動する電動機としての機能と、回生モータ２によって駆動されて発電する発電機としての機能と、を有する回転電機である。モータジェネレータ１は、回生モータ２を介してアシストポンプ３と連結される。モータジェネレータ１、回生モータ２及びアシストポンプ３の回転軸は、それぞれ同軸上に配置されており、モータジェネレータ１の回転軸が回転すると、回生モータ２及びアシストポンプ３の回転軸が連係して回転する。同様に、回生モータ２の回転軸が回転すると、モータジェネレータ１及びアシストポンプ３の回転軸が連係して回転する。

回生モータ２は、斜板の傾斜角を制御することで、出力トルクの制御が可能な可変容量型油圧モータである。回生モータ２は、ブームシリンダ１０４のボトム側圧力室１０４ｂから排出されて、戻り通路２１を流れてきた作動油によって駆動される。回生モータ２の斜板の傾斜角の制御は、コントローラ１１４が傾斜角制御器２４を制御することで行われる。回生モータ２の斜板の傾斜角を制御することで回生モータ２の容量が変化し、回生モータ２が発生可能なトルクの最大値（以下「最大モータトルク」という。）が変化する。

戻り通路２１には、回生モータ２に対する作動油の給排を切り換える戻り制御弁２２が設けられる。戻り制御弁２２は、パイロットポンプ１０９からパイロット室２２ａに供給されるパイロット圧に応じて、回生モータ２に作動油を供給する連通位置ｄと、回生モータ２への作動油の供給を停止する遮断位置ｅと、に切り換わる。パイロット室２２ａに供給されるパイロット圧の制御は、油圧ショベルの乗務員によるレバー操作に基づいて、コントローラ１１４がパイロット電磁弁２３を制御することで行われる。

アシストポンプ３は、メインポンプ１０８がブームシリンダ１０４、アームシリンダ１０５及びバケットシリンダ１０６を駆動するときに、これらのアクチュエータの駆動をアシストするサブ流体圧ポンプである。アシストポンプ３は、斜板の傾斜角を制御することで吐出量の制御が可能な可変容量型油圧ポンプにより実現される。

アシストポンプ３は、モータジェネレータ１によって駆動され、サブ通路３１を介してメイン通路１１１に作動油を供給する。アシストポンプ３の斜板の傾斜角の制御は、コントローラ１１４が傾斜角制御器３４を制御することで行われる。アシストポンプ３の斜板の傾斜角を制御することでアシストポンプ３の容量が変化し、アシストポンプ３が吐出可能な作動油の流量の最大値（以下「最大吐出量」という。）が変化する。

サブ通路３１には、メイン通路１１１への作動油の給排を切り換えるサブ制御弁３２が設けられる。サブ制御弁３２は、パイロットポンプ１０９からパイロット室３２ａに供給されるパイロット圧に応じて、メイン通路１１１に作動油を供給する連通位置ｆと、メイン通路１１１への作動油の供給を停止する遮断位置ｇと、に切り換わる。パイロット室３２ａに供給されるパイロット圧の制御は、油圧ショベルの乗務員によるレバー操作に基づいて、コントローラ１１４がパイロット電磁弁３３を制御することで行われる。

モータジェネレータ１は、インバータ５を介して電力源となるバッテリ４に接続される。

バッテリ４は、充放電可能なリチウムイオン電池などの二次電池を複数直列に接続して構成される。バッテリ４は、例えば、３００Ｖ（ボルト）の直流電圧を出力する。

バッテリ制御回路４１は、バッテリ４の動作状態を監視する回路である。バッテリ制御回路４１は、内部電源９１から基板電圧が供給されると、バッテリ４の動作状態を監視する駆動状態に遷移する。すなわち、バッテリ制御回路４１は、内部電源９１と接続（ＯＮ）されると、バッテリ４の温度やバッテリ４の電圧などの動作状態を検出する検出回路（不図示）等に基板電圧を供給する。

バッテリ制御回路４１は、バッテリ４の状態情報をコントローラ１１４に送信する。例えば、バッテリ制御回路４１は、バッテリ４内の検出回路で検出された温度や電圧などの検出結果が、予め定められたバッテリ閾値を超えるか否かを判断し、検出結果がバッテリ閾値を超える場合には、バッテリ４の異常を示す状態情報をコントローラ１１４に送信する。一方、検出結果がバッテリ閾値よりも低くい場合には、バッテリ制御回路４１は、正常を示す状態情報をコントローラ１１４に送信する。なお、バッテリ閾値は、予めバッテリ制御回路４１に記憶されている。

交流変換装置５０は、インバータ５と、インバータ制御回路５１と、を備える。

インバータ５は、電力を直流から交流に、又は交流から直流に変換する電流変換部と平滑コンデンサ５２とを有する。電流変換部としては、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの複数の半導体スイッチ５１１で構成される。

半導体スイッチ５１１は、コントローラ１１４によって開閉制御されることにより、直流が交流に、又は交流が直流に変換される。具体的には、モータジェネレータ１を電動機として機能させるときは、半導体スイッチ５１１によってバッテリ４からの直流電圧が任意の周波数の三相交流電圧に変換され、モータジェネレータ１に供給される。一方、モータジェネレータ１を発電機として機能させるときは、半導体スイッチ５１１によってモータジェネレータ１からの三相交流電圧が直流電圧に変換され、バッテリ４に供給される。

平滑コンデンサ５２は、電流変換部に対して並列に設けられており、モータジェネレータ１の動作時に充放電を繰り返して電流を平滑化する。

インバータ制御回路５１は、インバータ５を駆動又は停止する回路である。インバータ制御回路５１は、内部電源９１から基板電圧が供給されると、インバータ５の制御を行う駆動状態（ＯＮ）に遷移する。インバータ制御回路５１は、半導体スイッチ５１１の制御端子に所定期間ごとにＨ（Ｈｉｇｈ）レベルの信号を供給する信号発生回路（不図示）や、インバータ５の動作状態を検出する検出回路等に基板電圧を供給する。

また、インバータ制御回路５１は、インバータ５の状態情報をコントローラ１１４に送信する。例えば、インバータ制御回路５１は、インバータ５内の検出回路で検出された温度や電圧などの検出結果が、予め定められたインバータ閾値を超えている場合には、インバータ５の異常を示す状態情報をコントローラ１１４に送信する。一方、検出結果がインバータ閾値よりも低くい場合には、インバータ制御回路５１は、正常を示す状態情報をコントローラ１１４に送信する。なお、インバータ閾値は、予めインバータ制御回路５１に記憶されている。インバータ制御回路５１は、油圧ショベルの駆動が停止されたときには、平滑コンデンサ５２の電圧値を示す放電情報をコントローラ１１４に送信する。

スイッチ回路４２は、バッテリ４とインバータ５とを接続状態又は遮断状態にする回路である。本実施形態では、スイッチ回路４２は、リレーにより構成され、バッテリ４とインバータ５を接続する電力ライン４９に設けられている。リレー４２は、コントローラ１１４によってＯＮ、ＯＦＦされる。

コントローラ１１４は、油圧ショベルを起動する起動シーケンス処理と、停止シーケンス処理と、を実行する制御コントローラである。コントローラ１１４は、乗務員の操作によりイグニッションキー１１６がＯＮに設定されると、コントローラ１１４に設けられた不図示のスイッチが内部電源９１と接続（ＯＮ）され、コントローラ１１４が起動状態に遷移すると、油圧ショベルの起動シーケンス処理を実行する。

ここで、コントローラ１１４による起動シーケンス処理について説明する。

コントローラ１１４は、イグニッションキー１１６がＯＮに設定されると、バッテリ制御回路４１を駆動させるための接続信号をスイッチ９４の制御端子に供給する。これにより、スイッチ９４が遮断状態から接続状態に切り替わり、内部電源９１からバッテリ制御回路４１に基板電圧が供給され、バッテリ制御回路４１が駆動状態（ＯＮ）に遷移する。

そしてコントローラ１１４は、バッテリ制御回路４１とＣＡＮ（Controller Area Network）通信を行い、バッテリ制御回路４１から送られてくるバッテリ４の状態情報を受信し、その状態情報を用いてバッテリ４が正常か異常かの確認（エラーチェック）を行う。

具体的にはコントローラ１１４は、バッテリ４の状態情報を受信してから所定時間、例えば４秒以内にバッテリ制御回路４１から正常を示す状態情報が受信されない場合には、バッテリ４が異常であると判断し、モータジェネレータ１の異常を示す起動判定情報を生成する。

一方、コントローラ１１４は、バッテリ４の状態情報を受信してから４秒以内にバッテリ４の正常を示す状態情報を受信した場合には、バッテリ４が正常であると判断し、インバータ制御回路５１への接続信号をスイッチ９５の制御端子に供給する。これにより、スイッチ９５が遮断状態から接続状態に切り替わり、内部電源９１からインバータ制御回路５１に基板電圧が供給され、インバータ制御回路５１が駆動状態（ＯＮ）に遷移する。

そしてコントローラ１１４は、インバータ制御回路５１とＣＡＮ通信を行い、インバータ制御回路５１から送られてくるインバータ５の状態情報を受信し、その状態情報を用いてインバータ５が正常か異常かの確認（エラーチェック）を行う。

具体的にはコントローラ１１４は、インバータ５の状態情報を受信してから所定時間、例えば３秒以内にインバータ制御回路５１から正常を示す状態情報が受信されない場合には、バッテリ４が異常であると判断し、異常を示す起動判定情報を生成する。

一方、コントローラ１１４は、インバータ５の状態情報を受信してから３秒以内に正常を示す状態情報を受信した場合には、インバータ５が正常であると判断し、スイッチ回路４２を切断状態から接続状態に切り替える。これにより、バッテリ４とインバータ５とが接続され、バッテリ４からモータジェネレータ１へ電力を供給する準備が行われる。

コントローラ１１４は、スイッチ回路４２を接続状態に設定してから所定期間、例えば１６秒以内にインバータ制御回路５１から平滑コンデンサ５２の電圧の正常を示す状態情報が受信されない場合には、スイッチ回路４２が異常であると判断し、異常を示す起動判定情報を生成する。

一方、コントローラ１１４は、バッテリ４をインバータ５と接続してから１６秒以内に平滑コンデンサ５２の電圧の正常を示す状態情報を受信した場合には、バッテリ４の充放電の準備が完了したと判断する。そしてコントローラ１１４は、インバータ５の状態情報を受信してから所定時間、例えば２秒以内にインバータ５の正常を示す状態情報を受信した場合には、インバータ５の準備も完了したと判断する。

インバータ５及びバッテリ４の両者の準備が完了したときには、インバータ５によりバッテリ４からモータジェネレータ１に電力が供給される。なお、インバータ制御回路５１から状態情報を受信してから２秒以内にインバータ５の正常を示す状態情報が受信されない場合には、バッテリ４をインバータ５に接続することなく、異常を示す起動判定情報が生成される。

コントローラ１１４は、バッテリ４及びインバータ５の両者の準備が完了したと判断した場合には、油圧機器を制御して作動油の流れ状態（例えば、作動油の流れる向きや流量）を調整するために、パイロット電磁弁２３、３３及び１１５と傾斜角制御機器２４及び３４等の電気機器に電源電圧を供給し、モータジェネレータ１の正常を示す起動判定情報を生成する。

コントローラ１１４は、モータジェネレータ１及びエンジンの両者により油圧ショベルの駆動を開始するハイブリッドモードと、エンジンのみにより油圧ショベルの駆動を開始する強制油圧モードと、いずれか一方の始動モードにより油圧ショベルを制御する。なお、油圧ショベルの起動時には、エンジンが駆動するまでの間、モータジェネレータ１のみにより油圧ショベルを始動してもよい。

具体的にはコントローラ１１４は、起動判定情報が異常を示す場合には、強制油圧モードにより油圧ショベルの始動を制御し、モータジェネレータ１の起動判定情報が正常を示す場合には、ハイブリッドモードにより油圧ショベルの始動を制御する。

次に、図２及び図３を参照して本実施形態による流体圧制御装置１２０の作用について説明する。

まず、負荷の下降時に必要に応じて実施されるアシスト回生機構１０による回生について説明する。

油圧ショベルの乗務員によってブームシリンダ１０４を収縮させるレバー操作が行われると、メイン制御弁１１０が収縮位置ａに切り換えられ、ロッド側圧力室１０４ａに作動油が供給されるとともに、ボトム側圧力室１０４ｂから作動油が排出される。

このとき、例えばバッテリ４のバッテリ充電量が相対的に低いときなど、必要に応じて戻り制御弁２２が連通位置ｄに切り換えられると、ボトム側圧力室１０４ｂから排出された作動油の一部が戻り通路２１を介して回生モータ２に供給される。また、同時にアシストポンプ３からの吐出量が最小となるように、斜板の傾斜角が制御される。

これにより、回生モータ２の回転軸と同期してモータジェネレータ１の回転軸が回転するので、モータジェネレータ１によって発電することができ、バッテリ４を充電することができる。つまり、ブームシリンダ１０４から排出される作動流体の油圧エネルギを電気エネルギに変換することができる。

一方で、例えばバッテリ４のバッテリ充電量が相対的に高いときなど、必要に応じて戻り制御弁２２が遮断位置ｅに切り換えられると、ボトム側圧力室１０４ｂから排出された作動油が全て第２通路１１３を介してタンクＴへと排出され、回生が停止される。

次に、負荷の上昇時に必要に応じて実施されるアシスト回生機構１０によるアシストについて説明する。

油圧ショベルの乗務員によってブームシリンダ１０４を伸長させるレバー操作が行われると、メイン制御弁１１０が伸長位置ｂに切り換えられ、ボトム側圧力室１０４ｂに作動油が供給されるとともに、ロッド側圧力室１０４ａの作動油が第１通路１１２を介してタンクＴへと排出される。

ここで、エンジンは運転効率の良い所定の回転速度・負荷で運転している。したがって、ブームシリンダ１０４を素早く伸長させたいときなど、エンジンの駆動力による吐出量のみではボトム側圧力室１０４ｂに供給する作動油の流量が不足する場合がある。そこで、そのような場合にアシスト回生機構１０によるアシストを行う。

具体的には、バッテリ４によってモータジェネレータ１を電動機として駆動して、アシストポンプ３を駆動する。これにより、アシストポンプ３から作動油が吐出される。その結果、アシストポンプ３から吐出された作動油を、サブ通路３１を介してメイン通路１１１に合流させて、ブームシリンダ１０４を伸長させるときに補助力を付与することができる。

また、アシスト回生機構１０を備える流体圧制御装置１２０は、油圧ショベルの乗務員によってイグニッションキー１１６がＯＦＦされると、コントローラ１１４により停止シーケンス処理が実行される。

ここで、コントローラ１１４による停止シーケンス処理について説明する。

コントローラ１１４は、イグニッションキー１１６がＯＦＦされると、パイロット電磁弁２３等の油圧機器への電源電圧の供給を停止し、スイッチ回路４２を接続状態から遮断状態に切り替える。

コントローラ１１４は、インバータ制御回路５１から平滑コンデンサ５２の電圧値を示す放電情報を受信し、平滑コンデンサ５２の放電時間が経過した後にインバータ制御回路５１及びバッテリ制御回路４１を停止状態（ＯＦＦ）にする。

具体的には、コントローラ１１４は、スイッチ回路４２を遮断状態にしてから所定時間、例えば２０秒を経過したとき、又は、所定時間内に放電情報が放電完了閾値よりも低下したときに、放電時間が経過したと判断し、スイッチ９５及びスイッチ９４のそれぞれを遮断状態に設定する。その後、コントローラ１１４は、内部電源９１から遮断され、コントローラ１１４の電源がＯＦＦされる。なお、放電完了閾値は、予めコントローラ１１４に記憶されている。

また、イグニッションキー１１６がＯＦＦされた後、スイッチ回路４２が遮断状態に設定される前にイグニッションキー１１６がＯＮされると、コントローラ１１４は、再起動処理を実行する。

つまり、停止シーケンス処理の実行中にイグニッションキー１１６がＯＮされると、コントローラ１１４は、スイッチ回路４２を遮断状態に設定し、平滑コンデンサ５２の放電を待たずに、パイロット電磁弁２３及び３３等の油圧機器、インバータ制御回路５１及びバッテリ制御回路４１の電源をＯＦＦに設定した後に、起動シーケンス処理の再設定を行う。

これにより、コントローラ１１４は、停止シーケンス処理の実行中に再起動処理が実行されたときには、平滑コンデンサ５２の放電完了を確認するために設けられた待機時間を省略することができるので、起動シーケンス処理に移行するまでの移行時間を短縮することができる。

図４は、コントローラ１１４の構成を示す機能構成図である。

コントローラ１１４は、通信部１１４ａと、バッテリ状態判断部１１４ｂと、インバータ状態判断部１１４ｃと、制御部１１４ｄと、を備える。

通信部１１４ａは、バッテリ制御回路４１及びインバータ制御回路５１と通信を行うものである。

通信部１１４ａは、インバータ制御回路５１からインバータ５の状態情報を受信すると、インバータ５の状態情報をインバータ状態判断部１１４ｃに供給する。また、通信部１１４ａは、バッテリ制御回路４１からバッテリ４の状態情報を受信すると、バッテリ４の状態情報をバッテリ状態判断部１１４ｂに供給する。

バッテリ状態判断部１１４ｂは、通信部１１４ａからバッテリ４の状態情報を取得し、その状態情報を用いてバッテリ４の異常又は正常を判断するものである。

バッテリ状態判断部１１４ｂは、通信部１１４ａからバッテリ４の状態情報を受け付け、所定時間の４秒を経過するまでに正常を示す状態情報が取得されない場合には、バッテリ４が異常であると判断する。一方、４秒以内に正常を示す状態情報を取得した場合には、バッテリ状態判断部１１４ｂは、バッテリ４が正常であると判断する。バッテリ状態判断部１１４ｂは、その判断結果を示すバッテリ状態情報を制御部１１４ｄに供給する。

インバータ状態判断部１１４ｃは、通信部１１４ａからインバータ５の状態情報を取得し、その状態情報を用いてインバータ５の異常又は正常を判断するものである。

インバータ状態判断部１１４ｃは、通信部１１４ａからインバータ５の状態情報を受け付け、３秒経過するまでに正常を示す状態情報が取得されない場合には、インバータ５が異常であると判断する。一方、３秒以内に正常を示す状態情報を取得した場合には、バッテリ状態判断部１１４ｂは、インバータ５が正常であると判断する。インバータ状態判断部１１４ｃは、その判断結果を示すインバータ状態情報を制御部１１４ｄに供給する。

制御部１１４ｄは、イグニッションキー１１６がＯＮに設定されると、バッテリ制御回路４１のスイッチ９４を接続状態に設定する。すなわち、バッテリ制御回路４１の電源がＯＮされる。

制御部１１４ｄは、バッテリ状態判断部１１４ｂからバッテリ状態情報を受け付け、バッテリ状態情報が正常を示す場合には、インバータ制御回路５１のスイッチ９５を接続状態に設定する。さらに制御部１１４ｄは、インバータ状態判断部１１４ｃから受け付けたインバータ状態情報が正常を示す場合には、スイッチ回路４２を遮断状態から接続状態に切り替える。これにより、インバータ５にバッテリ４が接続され、バッテリ４からモータジェネレータ１に電力を供給する準備が開始される。

インバータ５にバッテリ４が接続された後に制御部１１４ｄは、バッテリ状態判断部１１４ｂから受け付けたバッテリ状態情報が正常を示し、かつ、インバータ状態判断部１１４ｃから受け付けたインバータ状態情報が正常を示す場合には、パイロット電磁弁２３及び３３、傾斜角制御器２４及び３４などの油圧機器に制御信号を供給する。そして、制御部１１４ｄは、例えば、モータジェネレータ１のみによりアクチュエータを駆動するハイブリッドモードで油圧ショベルを始動する。

一方、制御部１１４ｄは、バッテリ状態情報又はインバータ状態情報が異常を示す場合には、スイッチ回路４２を遮断状態から接続状態へ切替えずに遮断状態に維持し、エンジンのみによりアクチュエータを駆動する強制油圧モードで油圧ショベルを始動する。

図５は、コントローラ１１４による油圧ショベルの起動処理の処理手順例を示すフローチャートである。

まず、乗務員の操作によりイグニッションキー１１６がＯＮされ、起動命令が入力される（ステップＳ９１０）と、内部電源９１からコントローラ１１４に基板電圧が供給され、コントローラ１１４の電源がＯＮされる（ステップＳ９２０）。そしてコントローラ１１４は、油圧ショベルを始動する起動シーケンス処理を実行する（ステップＳ９３０）。

図６は、起動シーケンス処理の詳細な処理手順例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ９２０でコントローラ１１４の電源がＯＮされると、制御部１１４ｄは、スイッチ９４を遮断状態から接続状態に切り替える。これにより、内部電源９１からバッテリ制御回路４１に基板電圧が供給され、バッテリ制御回路４１が駆動状態に遷移する（ステップＳ９３１）。そして通信部１１４ａは、バッテリ制御回路４１と通信を行ってバッテリ制御回路４１からバッテリ４の状態情報を受信する。

通信部１１４ａは、バッテリ制御回路４１から状態情報を受信すると、その状態情報をバッテリ状態判断部１１４ｂに供給する。バッテリ状態判断部１１４ｂは、通信部１１４ａから受け付けたバッテリ４の状態情報を用いてバッテリ４が正常であるか否かを判断する（ステップＳ９３２）。

バッテリ状態判断部１１４ｂは、バッテリ４の状態情報に正常が示されていない場合には、バッテリ制御回路４１と通信を開始してから４秒経過したか否かを判断してバッテリ４の異常を判定する（ステップＳ９４１）。４秒経過している場合にはバッテリ状態判断部１１４ｂは、バッテリ４が異常であると判定し、起動判定情報を異常状態に設定する（ステップＳ９４５）。

一方、バッテリ状態判断部１１４ｂは、最初に状態情報を受け付けてから４秒経過していない場合には、通信部１１４ａからバッテリ４の状態情報を新たに取得する。そしてバッテリ状態判断部１１４ｂは、４秒以内に受け付けた状態情報が正常を示す場合には、バッテリ４が正常であると判定し、その状態情報を制御部１１４ｄに供給する。

制御部１１４ｄは、バッテリ状態判断部１１４ｂから状態情報を受け付けると、その状態情報が正常を示す場合には、スイッチ９５を遮断状態から接続状態に切り替える。これにより、内部電源９１からインバータ制御回路５１に基板電圧が供給され、インバータ制御回路５１が駆動状態に遷移する（ステップＳ９３３）。そして通信部１１４ａは、インバータ制御回路５１と通信を行ってインバータ制御回路５１からインバータ５の状態情報を受信する。

通信部１１４ａは、インバータ制御回路５１から状態情報を受信すると、その状態情報をインバータ状態判断部１１４ｃに供給する。インバータ状態判断部１１４ｃは、通信部１１４ａから受け付けたインバータ５の状態情報を用いてインバータ５が正常であるか否かを判断する（ステップＳ９３４）。

インバータ状態判断部１１４ｃは、インバータ５の状態情報に正常が示されていない場合には、スイッチ９５を接続状態に設定してから３秒経過したか否かを判断して、インバータ５の異常か否かを判定する（ステップＳ９４２）。３秒経過している場合にはバッテリ状態判断部１１４ｂは、バッテリ４が異常であると判定し、起動判定情報を異常状態に設定する（ステップＳ９４５）。

一方、インバータ状態判断部１１４ｃは、スイッチ９５を接続状態に設定してから３秒経過していない場合には、通信部１１４ａからインバータ５の状態情報を新たに取得する。そしてインバータ状態判断部１１４ｃは、３秒以内に受け付けた状態情報が正常を示す場合には、インバータ４が正常であると判定し、その状態情報を制御部１１４ｄに供給する。

制御部１１４ｄは、インバータ状態判断部１１４ｃから受け付けた状態情報が正常を示す場合には、スイッチ回路４２を遮断状態から接続状態に切り替え、インバータ５にバッテリ４を接続する（ステップＳ９３５）。これにより、バッテリ４からモータジェネレータ１に電力を供給する準備が開始される。その後もバッテリ制御回路４１及びインバータ制御回路５１は、それぞれバッテリ４及びインバータ５の状態情報を通信部１１４ａに送信する。

通信部１１４ａは、バッテリ制御回路４１から状態情報を受信すると、その状態情報をバッテリ状態判断部１１４ｂに供給する。バッテリ状態判断部１１４ｂは、通信部１１４ａから受け付けた平滑コンデンサ５２の電圧値を用いて、バッテリ４の充放電準備が完了したか否かを判断する（ステップＳ９３６）。

バッテリ状態判断部１１４ｂは、平滑コンデンサ５２の電圧値の状態情報に正常が示されていない場合には、インバータ５にバッテリ４が接続されてから１６秒経過したか否か判断してバッテリ４が異常か否かを判定する（ステップＳ９４３）。１６秒経過している場合にはバッテリ状態判断部１１４ｂは、スイッチ回路４２が異常（あるいはバッテリ４の充放電の準備未完）であると判定し、起動判定情報を異常状態に設定する（ステップＳ９４５）。

一方、バッテリ状態判断部１１４ｂは、１６秒経過していない場合には、通信部１１４ａから平滑コンデンサ５２の電圧値の状態情報を新たに取得する。そしてバッテリ状態判断部１１４ｂは、１６秒以内に受け付けた状態情報が正常を示す場合には、バッテリ４の充放電準備が完了したと判断し、その状態情報をバッテリ状態情報として制御部１１４ｄに供給する。

また、通信部１１４ａは、インバータ制御回路５１から状態情報を受信すると、その状態情報をインバータ状態判断部１１４ｃに供給する。インバータ状態判断部１１４ｃは、通信部１１４ａからインバータ５の状態情報を受け付けると、その状態情報を用いてインバータ５の準備が完了したか否かを判断する（ステップＳ９３７）。

インバータ状態判断部１１４ｃは、インバータ５の状態情報に正常が示されていない場合には、インバータ５がバッテリ４と接続されてから２秒経過したか否かを判断してインバータ５の異常を判定する（ステップＳ９４４）。２秒経過している場合にはインバータ状態判断部１１４ｃは、インバータ５が異常であると判定し、起動判定情報を異常状態に設定する（ステップＳ９４５）。

一方、インバータ状態判断部１１４ｃは、インバータ５がバッテリ４と接続されてから２秒経過していない場合には、通信部１１４ａからインバータ５の状態情報を新たに取得する。そしてインバータ状態判断部１１４ｃは、２秒以内に取得した状態情報が正常を示す場合には、インバータ５の準備が完了したと判定し、その状態情報をインバータ状態情報として制御部１１４ｄに供給する。

制御部１１４ｄは、そのインバータ状態情報と、バッテリ状態判断部１１４ｂから受け付けたバッテリ状態情報との両者が正常を示す場合には、パイロット電磁弁２３及び３３と傾斜角制御器２４及び３４などの油圧機器に電源電圧を設定する制御信号を供給する（ステップＳ９３８）。

次に制御部１１４ｄは、起動判定情報を用いてモータジェネレータ１の異常か否かを判断する（ステップＳ９３９）。制御部１１４ｄは、起動判定情報に異常が示されている場合には、強制油圧モードで油圧ショベルを始動する（ステップＳ９４０）。強制油圧モードでは、制御部１１４ｄは、例えば、戻り制御弁２２を遮断位置ｅに設定する制御信号をパイロット電磁弁２３に供給し、サブ制御弁３２を遮断位置ｇに設定する制御信号をパイロット電磁弁３３に供給し、スイッチ回路４２を切断状態に設定する。

また、制御部１１４ｄは、起動判定情報に異常が示されていない場合には、ハイブリッドモードで油圧ショベルを始動する（ステップＳ９４６）。ハイブリッドモードでは、制御部１１４ｄは、例えば、サブ制御弁３２を連通位置ｆに設定する制御信号をパイロット電磁弁３３に供給する。このようにして起動シーケンス処理の一連の処理が終了し、図５に示した起動処理に戻る。

図７は、コントローラ１１４による油圧ショベルの停止シーケンス処理の処理手順例を示すフローチャートである。

まず、イグニッションキー１１６がＯＦＦされ、停止命令がコントローラ１１４に入力される（ステップＳ９５１）と、制御部１１４ｄは、停止シーケンス処理を実行する。制御部１１４ｄは、停止シーケンス処理を実行中にイグニッションキー１１６がＯＮに設定されることにより入力される再起動命令の検出を行う（ステップＳ９５２）。

再起動の操作が行われないときには、制御部１１４ｄは、パイロット電磁弁２３及び３３や傾斜角制御器２４及び３４などの油圧機器の電源電圧の供給を停止する（ステップＳ９５３）。次に制御部１１４ｄは、スイッチ回路４２を接続状態から遮断状態に切り替える（ステップＳ９５４）。これにより、バッテリ４とインバータ５とが切り離される。

その後、通信部１１４ａは、インバータ制御回路５１から平滑コンデンサ５２の電圧値を示す放電情報を受信し、その放電情報をインバータ状態判断部１１４ｃに供給する。インバータ状態判断部１１４ｃは、通信部１１４ａからの放電情報が放電閾値よりも低いか否かを判断する（ステップＳ９５５）。

インバータ状態判断部１１４ｃは、放電情報が放電閾値よりも高い場合には、最初の放電情報を受け付けてから２０秒経過したか否かによって平滑コンデンサ５２の放電の完了を判断する（ステップＳ９５８）。２０秒経過している場合には、インバータ状態判断部１１４ｃは、平滑コンデンサ５２の放電が完了したと判断し、放電完了情報を制御部１１４ｄに供給する。

一方、インバータ状態判断部１１４ｃは、最初に放電情報を受け付けてから２０秒経過していない場合には、通信部１１４ａから放電情報を新たに取得する。そして２０秒以内に取得した放電情報が放電閾値よりも低い場合にはインバータ状態判断部１１４ｃは、平滑コンデンサ５２の放電が完了したと判断し、放電完了情報を制御部１１４ｄに供給する。

制御部１１４ｄは、放電完了情報を受け付けると、インバータ制御回路５１のスイッチ９５を切断状態に設定し、バッテリ制御回路４１のスイッチ９４を切断状態に設定する（ステップＳ９５６）。その後、内部電源９１からコントローラ１１４が遮断され（ステップＳ９５７）、停止シーケンス処理の一連の処理手順が終了する。

また、ステップＳ９５２において再起動命令が検出された場合には、制御部１１４ｄは、再起動処理を実行する。

再起動処理では、制御部１１４ｄは、スイッチ回路４２を接続状態から遮断状態に切り替える（ステップＳ９６１）。これにより、バッテリ４とインバータ５との接続が遮断される。次に制御部１１４ｄは、パイロット電磁弁２３及び３３や傾斜角制御器２４及び３４などの油圧機器の電源電圧の供給を停止する（ステップＳ９６２）。

その後、制御部１１４ｄは、インバータ５の平滑コンデンサ５２の放電の完了を待たずに、インバータ制御回路５１のスイッチ９５を切断状態に設定し、バッテリ制御回路４１のスイッチ９４を切断状態に設定する（ステップＳ９６３）。その後、制御部１１４ｄは、起動処理の再設定（リセット）を行い（ステップＳ９６４）、図６に示した起動シーケンス処理を実行して（ステップＳ９３０）、再起動処理の一連の処理手順が終了する。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

コントローラ１１４は、バッテリ４の状態情報を用いてバッテリ４の異常又は正常を判断するバッテリ状態判断部１１４ｂと、インバータ５の状態情報を用いてインバータ５の異常又は正常を判断するインバータ状態判断部と、制御部１１４ｄと、を備える。制御部１１４ｄは、バッテリ状態判断部１１４ｂにてバッテリ４が正常と判断されると、インバータ５を駆動し、インバータ状態判断部１１４ｃにてインバータ５が正常と判断された場合には、スイッチ回路４２を遮断状態から接続状態に切り替え、その後、パイロット電磁弁２３及び３３等の油圧機器に制御信号を供給する。

このため、制御部１１４ｄは、バッテリ４とインバータ５とが正常であることを確認してから、バッテリ４をインバータ５に接続するので、起動シーケンス処理を安全に実行することができる。

また、本実施形態では、制御部１１４ｄは、バッテリ状態判断部１１４ｂにてバッテリ４が異常であると判断された場合、又は、インバータ状態判断部１１４ｃにてインバータ５が異常であると判断された場合には、バッテリ４とインバータ５との間を遮断状態に制御する。

このため、バッテリ４又はインバータ５が異常状態のときには、インバータ５からバッテリ４が切り離されるため、例えば、バッテリ４の異常によりインバータ５に高電圧が印加され、インバータが故障することを回避することができる。

さらに本実施形態では、制御部１１４ｄは、油圧ショベルの停止命令を受け付けると、油圧機器への制御信号の供給を停止し、スイッチ回路４２を接続状態から遮断状態に切り替え、平滑コンデンサ５２の放電期間が経過した後にインバータ５を停止する停止シーケンス処理を実行する。例えば、制御部１１４ｄは、停止命令を受け付けた後、スイッチ回路４２が遮断状態に切り替えられる前に油圧ショベルの起動命令を受け付けると、スイッチ回路４２を遮断状態に設定した後に放電期間を待たずにインバータ５を停止し、その後、起動シーケンス処理を実行して、スイッチ回路４２を遮断状態から接続状態に切り替え、インバータを駆動し、パイロット電磁弁２３及び３３等の油圧機器に制御信号を供給する。

このため、停止シーケンス処理を実行中に再起動命令を受け付けた場合には、制御部１１４ｄは、スイッチ回路４２を遮断状態に設定した後、平滑コンデンサ５２の放電期間を待たずに起動シーケンス処理に移行するため、再起動に要する起動時間を短縮することができる。

また、本実施形態では、制御部１１４ｄは、油圧ショベルの起動命令を受け付けたときに、バッテリ状態判断部１１４ｂにてバッテリ４が正常と判断され、かつ、インバータ状態判断部１１４ｃにてインバータ５が正常と判断された場合には、モータジェネレータ１のみによりアシストポンプを駆動してブームシリンダ１０４等のアクチュエータを駆動するようにパイロット電磁弁２３及び３３等の油圧機器を制御する。

このため、油圧ショベルの起動命令を受け付けたときに直ぐにモータジェネレータ１を駆動して油圧ショベルを作動させることができるので、エンジンのみで作動させたときに比べて油圧ショベルを迅速に始動させることができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

１ モータジェネレータ（回転電機）
２ 回生モータ
３ アシストポンプ（サブ流体圧ポンプ）
４ バッテリ
５ インバータ
２３、３３ パイロット電磁弁（電気機器）
２４、３４ 傾斜角制御器（電気機器）
４１ バッテリ制御回路
４２ スイッチ回路
５１ インバータ制御回路
５２ 平滑コンデンサ
１０４ ブームシリンダ（アクチュエータ）
１０８ メインポンプ（メイン流体圧ポンプ）
１１４ コントローラ
１１４ａ 通信部
１１４ｂ バッテリ状態判断部
１１４ｃ インバータ状態判断部
１１４ｄ 制御部

Claims (4)

1. アクチュエータを駆動するメイン流体圧ポンプと、前記メイン流体圧ポンプによる前記アクチュエータの駆動をアシストするサブ流体圧ポンプと、前記サブ流体圧ポンプに連結する回転電機と、作動流体の流れ状態を制御信号に基づいて調整する電気機器と、を備えるハイブリッド建設機械の制御装置において、
   前記回転電機に供給する電力を蓄えるバッテリと、
   前記バッテリに蓄えられた電力を前記回転電機に出力するインバータと、
   前記バッテリと前記インバータとを接続状態又は遮断状態にするスイッチ回路と、
   前記バッテリの状態情報を取得し、当該状態情報を用いて前記バッテリの異常又は正常を判断するバッテリ状態判断部と、
   前記インバータの状態情報を取得し、当該状態情報を用いて前記インバータの異常又は正常を判断するインバータ状態判断部と、
   前記ハイブリッド建設機械の起動命令を受け付けると、前記バッテリ状態判断部にて前記バッテリが正常と判断されたときに、前記インバータを駆動し、前記インバータ状態判断部にて前記インバータが正常と判断された場合には、前記スイッチ回路を前記遮断状態から前記接続状態に切り替え、その後、前記電気機器に制御信号を供給する制御部と、を備えることを特徴とするハイブリッド建設機械の制御装置。
2. 前記バッテリ状態判断部は、所定時間内に前記バッテリの正常を示す状態情報が取得されない場合には、前記バッテリが異常と判断し、
   前記インバータ状態判断部は、特定時間内に前記インバータの正常を示す状態情報が取得されない場合には、前記インバータが異常と判断し、
   前記制御部は、前記バッテリ状態判断部にて前記バッテリが異常と判断された場合、又は、前記インバータ状態判断部にて前記インバータが異常と判断された場合には、前記スイッチ回路の前記遮断状態を維持することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド建設機械の制御装置。
3. 前記制御部は、前記ハイブリッド建設機械の停止命令を受け付けると、前記スイッチ回路を前記接続状態から前記遮断状態に切り替え、前記電気機器への制御信号の供給を停止し、前記インバータのコンデンサの放電期間が経過した後に前記インバータを停止するという停止シーケンス処理を実行し、
   前記制御部は、前記停止シーケンス処理の実行中に前記起動命令を受け付けると、前記放電期間を待たずに前記インバータを停止した後に、前記インバータを駆動し、前記スイッチ回路を前記遮断状態から前記接続状態に切り替え、前記電気機器に前記制御信号を供給することを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド建設機械の制御装置。
4. 前記制御部は、前記起動命令を受け付けたときに、前記バッテリ状態判断部にて前記バッテリが正常と判断され、かつ、前記インバータ状態判断部にて前記インバータが正常と判断された場合には、前記回転電機により前記サブ流体圧ポンプを駆動して前記アクチュエータを駆動するように前記電気機器を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御装置。

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