JP2015120515A

JP2015120515A - Hybrid type construction machine and method of controlling the same

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Publication number: JP2015120515A
Application number: JP2015019597A
Authority: JP
Inventors: 哲司小野; Tetsuji Ono
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2015-02-03
Filing date: 2015-02-03
Publication date: 2015-07-02
Anticipated expiration: 2028-12-01
Also published as: JP6087379B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hybrid type construction machine warming-up method which can warm up a battery efficiently and quickly without separately using a heating device.SOLUTION: A target charging rate of a battery is repeatedly changed (switched) between a high SOC set at a normal operation and a low SOC lower than the high SOC, so that the battery is warmed up.

Description

本発明はハイブリッド式建設機械に係り、特に蓄電器からの電力により電動発電機を駆動してエンジンをアシストするハイブリッド式建設機械及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a hybrid construction machine, and more particularly to a hybrid construction machine that assists an engine by driving a motor generator with electric power from a capacitor and a control method thereof.

建設機械は油圧駆動のものが多い。油圧駆動式建設機械の一例として、例えば油圧ショベルがある。油圧ショベルでは、一般的に、ショベルの駆動、上部旋回体の旋回、及び下部走行体の走行を、油圧アクチュエータ（油圧シリンダ、油圧モータ）を用いて行っている。油圧アクチュエータに供給する油圧は、エンジンを駆動源とする油圧ポンプにより発生することが多い。この場合、油圧アクチュエータの出力はエンジンの出力によって決まる。 Many construction machines are hydraulically driven. An example of a hydraulically driven construction machine is a hydraulic excavator, for example. In general, the excavator is driven by using a hydraulic actuator (hydraulic cylinder, hydraulic motor) for driving the excavator, turning the upper swinging body, and traveling the lower traveling body. The hydraulic pressure supplied to the hydraulic actuator is often generated by a hydraulic pump that uses an engine as a drive source. In this case, the output of the hydraulic actuator is determined by the output of the engine.

油圧ショベルの作業は、エンジンの能力に対して常に１００％の能力を必要とする作業ばかりではなく、例えば、９０％、８０％の能力を出せば済むような作業が多い。そこで、油圧ショベルの動作モードを作業負荷によって変えることにより、異なる作業負荷の各々において最適なエンジン出力制御を行ない、エンジンを効率的に駆動して燃費を向上することが行なわれている。 The work of the hydraulic excavator is not only a work that always requires 100% of the capacity of the engine, but, for example, there are many work that can be performed with a capacity of 90% or 80%, for example. Therefore, by changing the operation mode of the hydraulic excavator according to the work load, optimal engine output control is performed for each of the different work loads, and the engine is efficiently driven to improve fuel efficiency.

例えば、エンジンの最大出力に相当する負荷作業を行う「高負荷モード」と、通常の負荷作業を行う「通常負荷モード」と、軽負荷作業を行う「低負荷モード」というように異なる作業モードを設定可能にする。そして、各作業モードにおいて、油圧アクチュエータを駆動するために油圧ポンプが必要とする駆動トルクがエンジンの出力トルクに等しくなるように等馬力制御を行い、エンジンの出力を有効に活用して燃費の向上を図る。 For example, there are different work modes such as “high load mode” for performing load work corresponding to the maximum output of the engine, “normal load mode” for performing normal load work, and “low load mode” for performing light load work. Make it configurable. In each work mode, equal horsepower control is performed so that the drive torque required for the hydraulic pump to drive the hydraulic actuator is equal to the engine output torque, and the engine output is effectively used to improve fuel efficiency. Plan.

一般的に、油圧ショベルには、「高負荷モード」における出力に等しい最大出力を有するエンジンが搭載される。しかし、「高負荷モード」での運転は「通常負荷モード」での運転よりはるかに少ない。このため、油圧ショベルを「通常負荷モード」で運転しているときには、エンジンの出力には余裕がある。言い換えれば、「通常負荷モード」での運転に対して余分な出力を有する大きなエンジンが搭載されていることとなる。 In general, an excavator is equipped with an engine having a maximum output equal to the output in the “high load mode”. However, operation in the “high load mode” is much less than operation in the “normal load mode”. For this reason, when the hydraulic excavator is operated in the “normal load mode”, the engine output has a margin. In other words, a large engine having an extra output for the operation in the “normal load mode” is mounted.

近年、上述の油圧ショベルを含む油圧駆動式建設機械においてエンジンを小型化して燃料消費量を低減させるという要望がある。単純にエンジンを小型化すれば、「高負荷モード」での運転時に十分な油圧出力を得ることができない。そこで、エンジンと、エンジンにより駆動する発電機と、発電機により充電されるバッテリと、バッテリの電力により駆動する電動機とを備えたいわゆるハイブリッド式建設機械が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。 In recent years, there is a demand for reducing the fuel consumption by reducing the size of an engine in a hydraulically driven construction machine including the above-described hydraulic excavator. If the engine is simply downsized, sufficient hydraulic output cannot be obtained during operation in the “high load mode”. Thus, a so-called hybrid construction machine has been developed that includes an engine, a generator driven by the engine, a battery charged by the generator, and an electric motor driven by the power of the battery (see, for example, Patent Document 1). .)

特開平１０−１０３１１２号公報JP-A-10-103112

ハイブリッド式建設機械が行う作業は主に屋外で行う作業であり、ハイブリッド式建設機械は様々な環境下で運転される。例えば、寒冷地においてハイブリッド式建設機械を運転する際には、始動時にエンジンが冷えているのでエンジンがある程度暖まるまで暖機運転が行われる。 The work performed by the hybrid construction machine is mainly performed outdoors, and the hybrid construction machine is operated in various environments. For example, when operating a hybrid construction machine in a cold region, the engine is cold at the time of start-up, so the warm-up operation is performed until the engine is warmed to some extent.

ハイブリッド式建設機械では、作業用の動力（すなわち油圧ポンプを駆動する動力）をエンジンから得るだけでなく、アシストモータ（電動機）からも得ている。アシストモータは蓄電器（バッテリ）からの電力で駆動される。ここで、エンジンの暖機運転が必要であるような低温環境においては、蓄電器の内部抵抗が大きくなり、低温状態では放電電流が低下して蓄電器から十分な電力を得ることができないおそれがある。 In a hybrid construction machine, working power (that is, power for driving a hydraulic pump) is obtained not only from an engine but also from an assist motor (electric motor). The assist motor is driven by electric power from a battery (battery). Here, in a low temperature environment where warm-up operation of the engine is necessary, the internal resistance of the capacitor increases, and in a low temperature state, there is a possibility that the discharge current decreases and sufficient electric power cannot be obtained from the capacitor.

また、低温環境において蓄電器を充電する際、蓄電器の内部抵抗が大きいために、十分な充電電流を蓄電器に供給しようとすると充電電圧を非常に高くしなければならないという事態が生じる。例えば蓄電器としてキャパシタを用いた場合、充電電流を小さくして損失を少なくするために、通常の温度において一般的に充電電圧が２００Ｖ以上の高電圧になるように制御している。ところが、低温環境において内部抵抗が非常に大きくなった蓄電器に十分な充電電流を供給しようとすると、内部抵抗が大きいために充電電圧が最大値を超えて過大となり、制御不能となるおそれがある。 In addition, when charging a capacitor in a low temperature environment, the internal resistance of the capacitor is large, so that a state in which the charging voltage has to be very high occurs when a sufficient charging current is supplied to the capacitor. For example, when a capacitor is used as a capacitor, in order to reduce the charging current and reduce the loss, the charging voltage is generally controlled to a high voltage of 200 V or higher at a normal temperature. However, if an attempt is made to supply a sufficient charging current to a capacitor whose internal resistance has become very large in a low-temperature environment, the charging voltage exceeds the maximum value due to the large internal resistance, and control may become impossible.

以上のような問題が生じるおそれがあるため、ハイブリッド式建設機械を低温環境において運転するために暖機運転する際には、エンジンの暖機運転を行うだけでなく蓄電器も暖めて内部抵抗を下げておくことが好ましい。すなわち、エンジンの暖機運転が必要であるような低温環境においてハイブリッド式建設機械を運転するには、蓄電器の暖機運転も行って蓄電器を予め暖めておくことが好ましいが、蓄電器を温めるために特別な加熱装置を設けると、余分なコストがかかり、実用的ではない。 Because of the above-mentioned problems, when warming up a hybrid construction machine to operate in a low temperature environment, not only warming up the engine but also warming the capacitor to lower the internal resistance It is preferable to keep it. That is, in order to operate a hybrid construction machine in a low-temperature environment where engine warm-up operation is necessary, it is preferable to warm the capacitor in advance by also warming the capacitor, but in order to warm the capacitor Providing a special heating device adds extra cost and is not practical.

本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、別個に加熱装置を用いることなく効率的に且つ迅速に蓄電器を暖めることができるハイブリッド式建設機械及びその制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a hybrid construction machine that can efficiently and quickly warm a battery without using a separate heating device, and a control method thereof. .

上述の目的を達成するために、本発明によれば、
駆動力を発生するエンジンと、
前記エンジンの駆動力で回転する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから作動油が供給されるブームシリンダ、アームシリンダ、及びバケットシリンダと、
前記エンジンの駆動力による発電運転を行う発電機と、
前記油圧ポンプを駆動する力行運転を行う電動機と、
前記発電機の発電電力を充電すると共に、前記電動機に駆動電力を供給し放電する蓄電器と、
前記蓄電器の充電率が所定の目標値になるように、前記発電機及び前記電動機の運転状態を制御するコントローラを備え、
前記コントローラは、
前記目標値を繰り返し変化させることにより、前記蓄電器の暖機を行うことを特徴とする、
ハイブリッド式建設機械等が提供される。 In order to achieve the above object, according to the present invention,
An engine that generates driving force;
A hydraulic pump that rotates with the driving force of the engine;
A boom cylinder, an arm cylinder, and a bucket cylinder to which hydraulic oil is supplied from the hydraulic pump;
A generator that performs a power generation operation by the driving force of the engine;
An electric motor performing a power running operation for driving the hydraulic pump;
A battery that charges the power generated by the generator and supplies and discharges driving power to the motor;
A controller for controlling the operating state of the generator and the electric motor so that the charging rate of the capacitor becomes a predetermined target value;
The controller is
The capacitor is warmed up by repeatedly changing the target value,
Hybrid construction machines and the like are provided.

本発明によれば、蓄電器の温度が低いときに蓄電器を強制的に充放電させることで、内部発熱により蓄電器を暖めることができる。このため、別個に加熱装置を用いることなく効率的に且つ迅速に蓄電器を暖めることができる。 According to the present invention, the capacitor can be warmed by internal heat generation by forcibly charging and discharging the capacitor when the temperature of the capacitor is low. For this reason, a capacitor | condenser can be warmed efficiently and rapidly, without using a heating apparatus separately.

ハイブリッド式油圧ショベルの側面図である。It is a side view of a hybrid type hydraulic excavator. 図１に示すハイブリッド式油圧ショベルの駆動系の構成を表すブロック図である。It is a block diagram showing the structure of the drive system of the hybrid type hydraulic shovel shown in FIG. 蓄電系の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of an electrical storage system. 図１に示すハイブリッド式油圧ショベルの動力系をモデル化して示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a model of a power system of the hybrid excavator shown in FIG. 1. バッテリ暖機処理のフローチャートである。It is a flowchart of a battery warm-up process. バッテリ暖機処理が行なわれている際のバッテリの充電率とバッテリに流れる電流の変化とを示すグラフである。It is a graph which shows the charging rate of the battery at the time of a battery warming-up process, and the change of the electric current which flows into a battery. バッテリ暖機処理を１０分間行なった際のバッテリの充電率の変化及び温度変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the charging rate of a battery when a battery warming-up process is performed for 10 minutes, and a temperature change.

本発明による制御方法は、ハイブリッド式建設機械に設けられたバッテリ等の蓄電器を暖めるために行なわれる。ハイブリッド式建設機械としては、バッテリからの電力により駆動するアシストモータでエンジンをアシストしながら油圧ポンプを駆動し、油圧ポンプで発生した油圧で作業を行なう油圧式建設機械であればどのような建設機械であってもよい。そのようなハイブリッド式建設機械として、例えば、パワーショベル、リフティングマグネット、クレーン、ホイルローダなどが挙げられる。 The control method according to the present invention is performed to warm an electric storage device such as a battery provided in a hybrid construction machine. As a hybrid construction machine, any construction machine can be used as long as the hydraulic pump drives the hydraulic pump while assisting the engine with the assist motor driven by the electric power from the battery, and works with the hydraulic pressure generated by the hydraulic pump. It may be. Examples of such a hybrid construction machine include a power shovel, a lifting magnet, a crane, and a wheel loader.

まず、本発明が適用されるハイブリッド式建設機械の一例としてハイブリッド式油圧ショベルについて説明する。 First, a hybrid hydraulic excavator will be described as an example of a hybrid construction machine to which the present invention is applied.

図１はハイブリッド式油圧ショベルの側面図である。ハイブリッド式油圧ショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３からブーム４が延在し、ブーム４の先端にアーム５が接続される。さらに、アーム５の先端にバケット６が接続される。ブーム４、アーム５及びバケット６は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。また、上部旋回体３には、キャビン１０及び動力源（図示せず）が搭載される。 FIG. 1 is a side view of a hybrid hydraulic excavator. An upper swing body 3 is mounted on the lower traveling body 1 of the hybrid hydraulic excavator via a swing mechanism 2. A boom 4 extends from the upper swing body 3, and an arm 5 is connected to the tip of the boom 4. Further, the bucket 6 is connected to the tip of the arm 5. The boom 4, the arm 5, and the bucket 6 are hydraulically driven by a boom cylinder 7, an arm cylinder 8, and a bucket cylinder 9, respectively. The upper swing body 3 is mounted with a cabin 10 and a power source (not shown).

図２は、図１に示すハイブリッド式油圧ショベルの駆動系の構成を表すブロック図である。図２において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は一点鎖線でそれぞれ示されている。 FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the drive system of the hybrid hydraulic excavator shown in FIG. In FIG. 2, the mechanical power system is indicated by a double line, the high-pressure hydraulic line is indicated by a solid line, the pilot line is indicated by a broken line, and the electric drive / control system is indicated by a one-dot chain line.

機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、ともに増力機としての減速機１３の入力軸に接続されている。減速機１３の出力軸には、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。ここで、減速機１３を用いず、エンジン１１と電動発電機１２とを直接接続するようにしてもよい。 An engine 11 as a mechanical drive unit and a motor generator 12 as an assist drive unit are both connected to an input shaft of a speed reducer 13 as a booster. A main pump 14 and a pilot pump 15 are connected to the output shaft of the speed reducer 13. A control valve 17 is connected to the main pump 14 via a high pressure hydraulic line 16. Here, the engine 11 and the motor generator 12 may be directly connected without using the speed reducer 13.

コントロールバルブ１７は、油圧系の制御を行う制御装置である。コントロールバルブ１７には、下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９が高圧油圧ラインを介して接続される。 The control valve 17 is a control device that controls the hydraulic system. Connected to the control valve 17 are hydraulic motors 1A (for right) and 1B (for left), a boom cylinder 7, an arm cylinder 8, and a bucket cylinder 9 for the lower traveling body 1 via a high-pressure hydraulic line.

電動発電機１２には、インバータ１８を介して蓄電器を含む蓄電系１２０が接続されている。蓄電系１２０には、インバータ２０を介して旋回用電動機２１が接続されている。旋回用電動機２１はハイブリッド式油圧ショベルにおける電気負荷である。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回減速機２４が接続される。パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続される。操作装置２６には、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及びレバー操作検出部としての圧力センサ２９がそれぞれ接続される。圧力センサ２９は、電気系の駆動制御を行うコントローラ３０に接続されている。 The motor generator 12 is connected to a power storage system 120 including a battery via an inverter 18. A turning electric motor 21 is connected to the power storage system 120 via an inverter 20. The turning electric motor 21 is an electric load in the hybrid hydraulic excavator. A resolver 22, a mechanical brake 23, and a turning speed reducer 24 are connected to the rotating shaft 21 A of the turning electric motor 21. An operation device 26 is connected to the pilot pump 15 via a pilot line 25. A control valve 17 and a pressure sensor 29 as a lever operation detection unit are connected to the operating device 26 via hydraulic lines 27 and 28, respectively. The pressure sensor 29 is connected to a controller 30 that performs drive control of the electric system.

以上の構成を有するハイブリッド式油圧ショベルは、エンジン１１、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１を動力源とするハイブリッド式建設機械である。これらの動力源は、図１に示す上部旋回体３に搭載される。以下、各部について説明する。 The hybrid hydraulic excavator having the above configuration is a hybrid construction machine that uses the engine 11, the motor generator 12, and the turning electric motor 21 as power sources. These power sources are mounted on the upper swing body 3 shown in FIG. Hereinafter, each part will be described.

エンジン１１は、例えば、ディーゼルエンジンで構成される内燃機関であり、その出力軸は減速機１３の一方の入力軸に接続される。エンジン１１は、建設機械の運転中は常時運転される。 The engine 11 is an internal combustion engine composed of, for example, a diesel engine, and its output shaft is connected to one input shaft of the speed reducer 13. The engine 11 is always operated during the operation of the construction machine.

電動発電機１２は、力行運転及び発電運転の双方が可能な電動機であればよい。ここでは、電動発電機１２として、インバータ１８によって駆動される電動発電機を示す。この電動発電機１２は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ（Interior Permanent Magnetic）モータで構成することができる。電動発電機１２の回転軸は減速機１３の他方の入力軸に接続される。なお、本実施形態では力行運転及び発電運転の双方が可能な電動発電機１２を用いているが、力行運転を行なう電動機と発電運転を行なう発電機とを減速機を介してエンジン１１に接続することとしてもよい。 The motor generator 12 may be an electric motor capable of both power running operation and power generation operation. Here, a motor generator driven by an inverter 18 is shown as the motor generator 12. The motor generator 12 can be constituted by, for example, an IPM (Interior Permanent Magnetic) motor in which a magnet is embedded in the rotor. The rotating shaft of the motor generator 12 is connected to the other input shaft of the speed reducer 13. In the present embodiment, the motor generator 12 capable of both the power running operation and the power generation operation is used. However, the motor that performs the power running operation and the generator that performs the power generation operation are connected to the engine 11 via the reduction gear. It is good as well.

減速機１３は、２つの入力軸と１つの出力軸を有する。２つの入力軸には、エンジン１１の駆動軸と電動発電機１２の駆動軸がそれぞれ接続される。また、出力軸にはメインポンプ１４の駆動軸が接続される。電動発電機１２の力行運転と発電運転の切り替えは、コントローラ３０により、エンジン１１の負荷等に応じて行われる。 The speed reducer 13 has two input shafts and one output shaft. The drive shaft of the engine 11 and the drive shaft of the motor generator 12 are connected to the two input shafts, respectively. Further, the drive shaft of the main pump 14 is connected to the output shaft. Switching between the power running operation and the power generation operation of the motor generator 12 is performed by the controller 30 according to the load of the engine 11 and the like.

メインポンプ１４は、コントロールバルブ１７に供給するための油圧を発生する油圧ポンプである。メインポンプ１４で発生した油圧は、コントロールバルブ１７を介して油圧負荷である油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９の各々を駆動するために供給される。パイロットポンプ１５は、油圧操作系に必要なパイロット圧を発生するポンプである。 The main pump 14 is a hydraulic pump that generates hydraulic pressure to be supplied to the control valve 17. The hydraulic pressure generated by the main pump 14 is supplied to drive each of the hydraulic motors 1 A and 1 B, the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, and the bucket cylinder 9 that are hydraulic loads via the control valve 17. The pilot pump 15 is a pump that generates a pilot pressure necessary for the hydraulic operation system.

コントロールバルブ１７は、高圧油圧ラインを介して接続される下部走行体１用の油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９の各々に供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御することにより、これらを油圧駆動制御する油圧制御装置である。 The control valve 17 inputs the hydraulic pressure supplied to each of the hydraulic motors 1A, 1B, the boom cylinder 7, the arm cylinder 8 and the bucket cylinder 9 for the lower traveling body 1 connected via a high-pressure hydraulic line. It is a hydraulic control device which controls these hydraulically by controlling according to the above.

インバータ１８は、上述の如く電動発電機１２と蓄電系１２０との間に設けられ、コントローラ３０からの指令に基づき、電動発電機１２の運転制御を行う。これにより、インバータ１８が電動発電機１２の力行を運転制御している際には、必要な電力を蓄電系１２０から電動発電機１２に供給する。また、電動発電機１２の発電運転を制御している際には、電動発電機１２により発電された電力を蓄電系１２０に供給する。 The inverter 18 is provided between the motor generator 12 and the power storage system 120 as described above, and controls the operation of the motor generator 12 based on a command from the controller 30. Thus, when the inverter 18 controls the power running of the motor generator 12, the necessary power is supplied from the power storage system 120 to the motor generator 12. Further, when the power generation operation of the motor generator 12 is controlled, the electric power generated by the motor generator 12 is supplied to the power storage system 120.

蓄電器を含む蓄電系１２０は、インバータ１８とインバータ２０との間に配設されている。これにより、電動発電機１２と旋回用電動機２１の少なくともどちらか一方が力行運転を行っている際には、力行運転に必要な電力を供給するとともに、また、少なくともどちらか一方が発電運転又は回生運転を行っている際には、発電運転又は回生運転によって発生した電力を電気エネルギとして蓄積するための電源である。 A power storage system 120 including a capacitor is disposed between the inverter 18 and the inverter 20. As a result, when at least one of the motor generator 12 and the turning electric motor 21 is performing the power running operation, the electric power necessary for the power running operation is supplied, and at least one of the motor generator 12 and the turning electric motor 21 is generating operation or regeneration. During operation, the power source is a power source for accumulating electric power generated by power generation operation or regenerative operation as electric energy.

図３は蓄電系１２０のブロック図である。蓄電系１２０は、変動電圧蓄電部としてバッテリ１９を有している。本実施形態ではバッテリ１９としてキャパシタ（電気二重層コンデンサ）を用いることとするが、キャパシタに限定されず、繰り返し充放電可能な電池であればどのような電池であってもよい。バッテリ１９は、昇降圧用コンバータ５８を介して一定電圧蓄電部である直流母線１１０に接続されている。インバータ１８，２０は直流母線１１０に接続される。 FIG. 3 is a block diagram of the power storage system 120. The power storage system 120 includes a battery 19 as a variable voltage power storage unit. In this embodiment, a capacitor (electric double layer capacitor) is used as the battery 19. However, the battery is not limited to a capacitor, and any battery may be used as long as it can be repeatedly charged and discharged. The battery 19 is connected via a step-up / down converter 58 to a DC bus 110 that is a constant voltage storage unit. Inverters 18 and 20 are connected to DC bus 110.

インバータ２０は、上述の如く旋回用電動機２１とバッテリ１９との間に設けられ、コントローラ３０からの指令に基づき、旋回用電動機２１に対して運転制御を行う。これにより、旋回用電動機２１が力行運転している際には、必要な電力が蓄電系１２０から旋回用電動機２１に供給される。また、旋回用電動機２１が回生運転をしている際には、旋回用電動機２１により発電された電力が蓄電系１２０に供給されてバッテリ１９が充電される。ここで、図２では電動機を旋回用電動機２１として使用しているが、旋回用以外にも使用することが可能であり、さらに、蓄電系１２０に複数の電動機を接続して制御することも可能である。 The inverter 20 is provided between the turning electric motor 21 and the battery 19 as described above, and performs operation control on the turning electric motor 21 based on a command from the controller 30. Thereby, when the turning electric motor 21 is in a power running operation, necessary electric power is supplied from the power storage system 120 to the turning electric motor 21. Further, when the turning electric motor 21 is performing a regenerative operation, the electric power generated by the turning electric motor 21 is supplied to the power storage system 120 and the battery 19 is charged. Here, in FIG. 2, the electric motor is used as the electric motor 21 for turning. However, the electric motor can be used other than for electric turning, and moreover, a plurality of electric motors can be connected to the power storage system 120 and controlled. It is.

旋回用電動機２１は、力行運転及び回生運転の双方が可能な電動機であればよく、上部旋回体３の旋回機構２を駆動するために設けられている。力行運転の際には、旋回用電動機２１の回転駆動力が旋回減速機２４にて増幅され、上部旋回体３は加減速制御されながら回転運動を行う。また、上部旋回体３の慣性回転により、旋回減速機２４にて回転数が増大されて旋回用電動機２１に伝達され、回生電力を発生させることができる。ここでは、旋回用電動機２１として、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号によりインバータ２０によって交流駆動される電動機を示す。この旋回用電動機２１は、例えば、磁石埋込型のＩＰＭモータで構成することができる。 The turning electric motor 21 may be an electric motor capable of both power running operation and regenerative operation, and is provided for driving the turning mechanism 2 of the upper turning body 3. In the power running operation, the rotational driving force of the turning electric motor 21 is amplified by the turning speed reducer 24, and the upper turning body 3 performs rotational movement while being controlled for acceleration and deceleration. Further, due to the inertial rotation of the upper swing body 3, the rotational speed is increased by the swing speed reducer 24 and transmitted to the swing electric motor 21, and regenerative power can be generated. Here, as the turning electric motor 21, an electric motor driven by an inverter 20 by a PWM (Pulse Width Modulation) control signal is shown. The turning electric motor 21 can be constituted by, for example, a magnet-embedded IPM motor.

操作装置２６は、ハイブリッド式油圧ショベルの運転者が、旋回用電動機２１、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６を操作するための入力装置であり、レバー２６Ａ及び２６Ｂとペダル２６Ｃを含む。レバー２６Ａは、旋回用電動機２１及びアーム５を操作するためのレバーであり、上部旋回体３の運転席近傍に設けられる。レバー２６Ｂは、ブーム４及びバケット６を操作するためのレバーであり、運転席近傍に設けられる。また、ペダル２６Ｃは、下部走行体１を操作するための一対のペダルであり、運転席の足下に設けられる。 The operating device 26 is an input device for the driver of the hybrid hydraulic excavator to operate the turning electric motor 21, the lower traveling body 1, the boom 4, the arm 5, and the bucket 6, and includes levers 26A and 26B and a pedal 26C. including. The lever 26 A is a lever for operating the turning electric motor 21 and the arm 5, and is provided in the vicinity of the driver seat of the upper turning body 3. The lever 26B is a lever for operating the boom 4 and the bucket 6, and is provided in the vicinity of the driver's seat. The pedals 26C are a pair of pedals for operating the lower traveling body 1, and are provided under the feet of the driver's seat.

操作装置２６は、パイロットライン２５を通じて供給される油圧（１次側の油圧）を運転者の操作量に応じた油圧（２次側の油圧）に変換して出力する。操作装置２６から出力される２次側の油圧は、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７に供給されるとともに、圧力センサ２９によって検出される。 The operating device 26 converts the hydraulic pressure (primary hydraulic pressure) supplied through the pilot line 25 into a hydraulic pressure (secondary hydraulic pressure) corresponding to the operation amount of the driver and outputs the converted hydraulic pressure. The secondary hydraulic pressure output from the operating device 26 is supplied to the control valve 17 through the hydraulic line 27 and detected by the pressure sensor 29.

レバー２６Ａ及び２６Ｂとペダル２６Ｃの各々が操作されると、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７が駆動され、これにより、油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９内の油圧が制御されることによって、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６が駆動される。 When each of the levers 26A and 26B and the pedal 26C is operated, the control valve 17 is driven through the hydraulic line 27, whereby the hydraulic pressure in the hydraulic motors 1A and 1B, the boom cylinder 7, the arm cylinder 8 and the bucket cylinder 9 is increased. Is controlled, the lower traveling body 1, the boom 4, the arm 5, and the bucket 6 are driven.

なお、油圧ライン２７は、油圧モータ１Ａ及び１Ｂを操作するために２本ずつ（すなわち合計４本）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９をそれぞれ操作するために２本ずつ（すなわち合計６本）設けられるため、実際には全部で８本あるが、説明の便宜上、１本にまとめて表す。 Two hydraulic lines 27 are used to operate the hydraulic motors 1A and 1B (that is, a total of four), and two hydraulic lines 27 are used to operate the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, and the bucket cylinder 9, respectively (that is, two). In reality, there are eight in total, but for convenience of explanation, they are collectively shown as one.

レバー操作検出部としての圧力センサ２９では、レバー２６Ａの旋回操作による、油圧ライン２８内の油圧の変化が圧力センサ２９で検出される。圧力センサ２９は、油圧ライン２８内の油圧を表す電気信号を出力する。この電気信号は、コントローラ３０に入力される。これにより、レバー２６Ａの旋回操作量を的確に把握することができる。また、本実施の形態では、レバー操作検出部として圧力センサを用いたが、レバー２６Ａの旋回操作量をそのまま電気信号で読み取るセンサを用いてもよい。 In the pressure sensor 29 as the lever operation detection unit, a change in the hydraulic pressure in the hydraulic line 28 due to the turning operation of the lever 26 A is detected by the pressure sensor 29. The pressure sensor 29 outputs an electrical signal indicating the hydraulic pressure in the hydraulic line 28. This electrical signal is input to the controller 30. Thereby, it is possible to accurately grasp the turning operation amount of the lever 26A. In the present embodiment, the pressure sensor is used as the lever operation detection unit. However, a sensor that reads the amount of turning operation of the lever 26A as an electrical signal may be used.

コントローラ３０は、ハイブリッド式油圧ショベルの駆動制御を行う制御装置であり、エンジン制御部３２，及び駆動制御装置４０を含む。エンジン制御部３２はエンジン運転時の目標回転数の設定や、回転数を維持するための燃料噴射量の制御を行なう。 The controller 30 is a control device that performs drive control of the hybrid hydraulic excavator, and includes an engine control unit 32 and a drive control device 40. The engine control unit 32 sets a target rotational speed during engine operation and controls a fuel injection amount for maintaining the rotational speed.

駆動制御装置４０は圧力センサ２９，インバータ１８，２０及びレゾルバ２２等からの信号に基づいて旋回用電動機２１、電動発電機１２及びメインポンプ１４の出力制御を行なう。 The drive control device 40 controls the output of the turning electric motor 21, the motor generator 12 and the main pump 14 based on signals from the pressure sensor 29, the inverters 18, 20 and the resolver 22.

次に、上述のハイブリッド式油圧ショベルの駆動制御について説明する。 Next, drive control of the hybrid hydraulic excavator described above will be described.

図４は上述のハイブリッド式油圧ショベルの動力系をモデル化して示す図である。図４のモデル図において、油圧負荷５４は油圧により駆動される構成部品に相当し、上述のブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、油圧モータ１Ａ，１Ｂを含む。油圧負荷５４には、油圧ポンプであるメインポンプ１４で発生した油圧が供給される。エンジン１１は油圧ポンプであるメインポンプ１４に動力を供給して駆動する。すなわち、エンジン１１が発生した動力はメインポンプ１４により油圧に変換されて油圧負荷５４に供給される。 FIG. 4 is a diagram showing a model of the power system of the hybrid hydraulic excavator described above. In the model diagram of FIG. 4, the hydraulic load 54 corresponds to a component driven by hydraulic pressure, and includes the above-described boom cylinder 7, arm cylinder 8, bucket cylinder 9, and hydraulic motors 1 A and 1 B. The hydraulic load 54 is supplied with the hydraulic pressure generated by the main pump 14 that is a hydraulic pump. The engine 11 is driven by supplying power to a main pump 14 that is a hydraulic pump. That is, the power generated by the engine 11 is converted into hydraulic pressure by the main pump 14 and supplied to the hydraulic load 54.

電気負荷５６は電動モータや電動アクチュエータ等のように電力で駆動される構成部品に相当し、上述の旋回用電動機２１を含む。電気負荷５６にはバッテリ１９から昇降圧用コンバータ５８を介して電力が供給され駆動される。電気負荷５６が駆動されている場合を力行運転と称する。電気負荷５６は、例えば電動機兼発電機のように回生電力を発生することができるもので、発生した回生電力は蓄電系１２０の直流母線１１０に供給され、昇降圧用コンバータ５８を介してバッテリ１９に蓄積されるか、あるいはインバータ１８を介して電動発電機１２に供給されて電動発電機１２を駆動する電力となる。 The electric load 56 corresponds to a component driven by electric power such as an electric motor or an electric actuator, and includes the turning electric motor 21 described above. Electric power is supplied to the electric load 56 from the battery 19 via the step-up / down converter 58 and driven. A case where the electric load 56 is driven is referred to as a power running operation. The electric load 56 is capable of generating regenerative power, such as an electric motor / generator, and the generated regenerative power is supplied to the DC bus 110 of the power storage system 120 and supplied to the battery 19 via the step-up / down converter 58. The electric power is stored or supplied to the motor generator 12 via the inverter 18 to become electric power for driving the motor generator 12.

蓄電系１２０のバッテリ１９は、上述のように電気負荷５６からの回生電力により充電される。また、電動発電機１２がエンジン１１からの動力を受けて発電機として機能した場合、電動発電機１２が発生した電力を蓄電系１２０のバッテリ１９に供給して充電することもできる。本実施形態ではバッテリ１９としてキャパシタ(電気二重層コンデンサ)を用いることとする。 The battery 19 of the power storage system 120 is charged by regenerative power from the electric load 56 as described above. Further, when the motor generator 12 receives power from the engine 11 and functions as a generator, the electric power generated by the motor generator 12 can be supplied to the battery 19 of the power storage system 120 for charging. In this embodiment, a capacitor (electric double layer capacitor) is used as the battery 19.

以上のような構成のハイブリッド式油圧ショベルを、寒冷地において例えば−３０℃の低温環境で運転する際には、通常の運転を行なう前に暖機運転を行なう必要がある。エンジン１１の暖機運転は、エンジン１１を無負荷状態で所定の時間運転することが一般的である。暖機運転時には、早く暖まるようにエンジン１１の回転数を通常より高く設定する。すなわち、エンジン１１を始動してから暖機運転をしている間は、暖機後の通常の回転数より高い回転数でエンジン１１を運転し、エンジン１１の温度が通常運転の温度に迅速に上昇するように制御する。 When the hybrid excavator having the above configuration is operated in a low temperature environment of, for example, −30 ° C. in a cold region, it is necessary to perform a warm-up operation before performing a normal operation. The warm-up operation of the engine 11 is generally performed by operating the engine 11 in a no-load state for a predetermined time. During the warm-up operation, the rotational speed of the engine 11 is set higher than usual so as to warm up quickly. That is, during the warm-up operation after the engine 11 is started, the engine 11 is operated at a higher rotational speed than the normal rotational speed after the warm-up, and the temperature of the engine 11 quickly reaches the normal operation temperature. Control to ascend.

エンジン１１の暖機運転が終了したら、エンジン１１によりメインポンプ１４を駆動して油圧駆動系の暖機運転が行なわれる。油圧駆動系の暖機運転が終了したら、通常の作業モードに移行することができる。しかし、バッテリ１９が冷えた状態であると、バッテリ１９の内部抵抗が大きくなっており、昇降圧用コンバータ５８は直流母線１１０の電圧を一定に保つように制御を行なうため、充放電電流が小さくなってしまう。このような状態で通常の作業を行なうと、電動発電機１２によるアシストが不十分となったり、電気負荷５６への電力供給が不十分となり、操作者が意図したような作業が行なえなくなるおそれがある。また、バッテリ１９を充電する際に、バッテリ１９の内部抵抗が高いために充電電圧が過度に大きくなり、制御不能となるおそれもある。 When the warm-up operation of the engine 11 is completed, the main pump 14 is driven by the engine 11 and the warm-up operation of the hydraulic drive system is performed. When the warm-up operation of the hydraulic drive system is completed, it is possible to shift to the normal work mode. However, when the battery 19 is in a cold state, the internal resistance of the battery 19 is large, and the buck-boost converter 58 performs control so as to keep the voltage of the DC bus 110 constant, so the charge / discharge current is small. End up. If normal work is performed in such a state, the assist by the motor generator 12 may be insufficient, or power supply to the electric load 56 may be insufficient, and the work as intended by the operator may not be performed. is there. Further, when the battery 19 is charged, since the internal resistance of the battery 19 is high, the charging voltage becomes excessively large, and there is a possibility that control becomes impossible.

そこで、エンジン１１の暖機運転及び油圧駆動系の暖機運転を行なうと同時に、バッテリ１９の暖機も行なうことが好ましい。本実施形態では、バッテリ１９の内部発熱を利用することでバッテリ１９の暖機を行なう。すなわち、バッテリ１９の温度が低いときに、バッテリ１９を強制的に充放電させることにより内部発熱させ、温度を上昇させて内部抵抗の低減を図る。 Therefore, it is preferable to warm up the battery 19 simultaneously with the warm-up operation of the engine 11 and the hydraulic drive system. In the present embodiment, the battery 19 is warmed up by utilizing the internal heat generation of the battery 19. That is, when the temperature of the battery 19 is low, the battery 19 is forcibly charged / discharged to generate heat internally, thereby increasing the temperature and reducing the internal resistance.

図５は本実施形態によるバッテリ暖機処理のフローチャートである。図５に示すバッテリ暖機処理は、ハイブリッド式油圧ショベルの運転を開始する際に実行される。 FIG. 5 is a flowchart of battery warm-up processing according to this embodiment. The battery warm-up process shown in FIG. 5 is executed when starting the operation of the hybrid hydraulic excavator.

まず、ステップＳ１において、バッテリ１９を構成するキャパシタの温度が暖機設定値Ｔｗ以上であるか、暖機設定値Ｔｗより低いかが判定される。 First, in step S1, it is determined whether the temperature of the capacitor constituting the battery 19 is equal to or higher than the warm-up set value Tw or lower than the warm-up set value Tw.

暖機設定値Ｔｗは、キャパシタの内部抵抗に基づいて予め設定される温度であり、実用上差し支えのないような充放電電流とすることができるような温度である。バッテリ１９を構成するキャパシタは、暖機後の通常の運転において充放電を繰り返すと温度上昇するものであるから、バッテリ１９の暖機運転が終了した時点において、バッテリ１９（キャパシタ）は完全に暖まっている必要はなく、実用上差し支えのない程度（運転操作に支障をきたさない程度）まで暖まっていればよい。 The warm-up set value Tw is a temperature that is set in advance based on the internal resistance of the capacitor, and is a temperature at which a charge / discharge current that does not interfere with practical use can be obtained. Since the capacitor constituting the battery 19 rises in temperature when charging and discharging are repeated in normal operation after warming up, the battery 19 (capacitor) is completely warmed when the warming up operation of the battery 19 is completed. It is not necessary to be warm, and it only has to be warmed to a level that does not interfere with practical use (a level that does not hinder driving operations).

なお、上述のように、バッテリ１９を構成するキャパシタは、暖機後の通常の運転において充放電を繰り返すと温度上昇するため、通常の運転時には温度上昇を抑制するために冷却する必要がある。バッテリ１９の冷却システムが設けられている場合は、バッテリ１９の暖機時には冷却システムが作動しないように停止しておくことが好ましい。 Note that, as described above, the capacitor constituting the battery 19 rises in temperature when charging and discharging are repeated in a normal operation after warm-up, and thus needs to be cooled in order to suppress the temperature rise during normal operation. When the cooling system of the battery 19 is provided, it is preferable to stop the battery 19 so that the cooling system does not operate when the battery 19 is warmed up.

ステップＳ１で用いるバッテリ１９の温度としては実測値を用いる。バッテリ１９を構成するキャパシタは、通常、多数のキャパシタが３次元マトリックス状に整列して配置されたキャパシタユニットである。したがって、キャパシタユニットは温度分布を有しているため、キャパシタユニットの中の例えば４個のキャパシタにサーミスタ等の温度センサを取り付けて温度を検出し、４箇所の温度の平均をとってキャパシタユニットの温度とする。キャパシタユニットの内部（中央部分）に位置するキャパシタの温度は、キャパシタユニットの外側部分に位置するキャパシタの温度より高くなるので、これらの平均の温度がとれるように、温度センサを取り付けるキャパシタを適宜選定すればよい。あるいは、キャパシタユニットの所定の位置における温度と、キャパシタユニットの平均温度との関係を予め調べておき、所定の位置における温度を検出して平均温度に換算してもよい。所定の位置として、例えばキャパシタユニットの外面の中央部分や、キャパシタユニットの電極端子などを選定してもよい。 The measured value is used as the temperature of the battery 19 used in step S1. The capacitor constituting the battery 19 is usually a capacitor unit in which a large number of capacitors are arranged in a three-dimensional matrix. Therefore, since the capacitor unit has a temperature distribution, for example, a temperature sensor such as a thermistor is attached to, for example, four capacitors in the capacitor unit to detect the temperature, and the average of the four temperatures is taken. Let it be temperature. Since the temperature of the capacitor located inside (center part) of the capacitor unit is higher than the temperature of the capacitor located outside the capacitor unit, the capacitor to which the temperature sensor is attached is appropriately selected so that the average temperature can be obtained. do it. Alternatively, the relationship between the temperature at a predetermined position of the capacitor unit and the average temperature of the capacitor unit may be examined in advance, and the temperature at the predetermined position may be detected and converted to the average temperature. As the predetermined position, for example, a central portion of the outer surface of the capacitor unit, an electrode terminal of the capacitor unit, or the like may be selected.

ステップＳ１において、バッテリ１９の温度が暖機設定値Ｔｗより低いと判定されたら、処理はステップＳ２に進む。ステップＳ２では、バッテリ１９の現在の目標充電率（目標ＳＯＣ）が高ＳＯＣに設定されているか、低ＳＯＣに設定されているかが判定される。 If it is determined in step S1 that the temperature of the battery 19 is lower than the warm-up set value Tw, the process proceeds to step S2. In step S2, it is determined whether the current target charging rate (target SOC) of the battery 19 is set to a high SOC or a low SOC.

高ＳＯＣとは、通常の運転においてバッテリ１９が十分放電可能であり充電も可能であるように設定される目標充電率である。一方、低ＳＯＣとは、通常の運転において設定される目標充電率（高ＳＯＣ）よりも低い充電率である。 The high SOC is a target charging rate set so that the battery 19 can be sufficiently discharged and charged in normal operation. On the other hand, the low SOC is a charging rate lower than a target charging rate (high SOC) set in normal operation.

ステップＳ２において、現在の目標充電率が高ＳＯＣに設定されていると判定されると、処理はステップＳ３に進む。ステップＳ３では、現在の目標充電率を低ＳＯＣに設定する。すなわち、ステップＳ３において、現在の目標充電率を高ＳＯＣから低ＳＯＣに切り換える。 If it is determined in step S2 that the current target charging rate is set to high SOC, the process proceeds to step S3. In step S3, the current target charging rate is set to a low SOC. That is, in step S3, the current target charging rate is switched from high SOC to low SOC.

一方、ステップＳ２において、現在の目標充電率が低ＳＯＣに設定されていると判定されると、処理はステップＳ４に進む。ステップＳ４では、現在の目標充電率を高ＳＯＣに設定する。すなわち、ステップＳ４において、現在の目標充電率を低ＳＯＣから高ＳＯＣに切り換える。 On the other hand, if it is determined in step S2 that the current target charging rate is set to low SOC, the process proceeds to step S4. In step S4, the current target charging rate is set to a high SOC. That is, in step S4, the current target charging rate is switched from the low SOC to the high SOC.

ステップＳ３又はステップＳ４の処理が終了すると、処理はステップＳ５に進む。ステップＳ５において、予め設定された時間（例えば１０秒間）だけ待機し、その後処理はステップＳ１に戻る。 When the process of step S3 or step S4 ends, the process proceeds to step S5. In step S5, the process waits for a preset time (for example, 10 seconds), and then the process returns to step S1.

ここで、ステップＳ１〜Ｓ５の処理について更に詳しく説明する。ステップＳ１においてバッテリ１９の温度が暖機設定値Ｔｗより低いと判定されたときは、バッテリ１９の温度が低く（低温での始動時）、暖機が必要であることを意味する。そして、ステップＳ２においてバッテリ１９の現在の目標充電率（目標ＳＯＣ）が高ＳＯＣに設定されていると判定されたときは、ステップＳ３において目標充電率が高ＳＯＣから低ＳＯＣに変更される。バッテリ１９の現在の充電率は現在の目標充電率（すなわち高ＳＯＣ）に近い値になっているはずであるから、目標充電率が低ＳＯＣに変更されると、現在の充電率は目標充電率（低ＳＯＣ）より高くなり、バッテリ１９が放電するように制御が行なわれる。 Here, the processing of steps S1 to S5 will be described in more detail. If it is determined in step S1 that the temperature of the battery 19 is lower than the warm-up set value Tw, it means that the temperature of the battery 19 is low (when starting at a low temperature) and warm-up is necessary. When it is determined in step S2 that the current target charging rate (target SOC) of the battery 19 is set to high SOC, the target charging rate is changed from high SOC to low SOC in step S3. Since the current charging rate of the battery 19 should be close to the current target charging rate (ie, high SOC), when the target charging rate is changed to low SOC, the current charging rate is changed to the target charging rate. Control is performed so that the battery 19 is discharged when the value becomes higher than (low SOC).

バッテリ１９を放電させるには、電動発電機１２を駆動するか、電気負荷５６を駆動すればよい。本実施形態ではバッテリ１９からの放電電流で電動発電機１２を駆動することとする。このように、ステップＳ１からステップＳ２を経てステップＳ３に進んだ場合、バッテリ１９から放電して電動発電機１２が駆動され、ステップＳ５においてその状態が予め設定された時間（例えば、１０秒間）維持される。すなわち、バッテリ１９からの放電が１０秒間行なわれる。 In order to discharge the battery 19, the motor generator 12 may be driven or the electric load 56 may be driven. In the present embodiment, the motor generator 12 is driven by the discharge current from the battery 19. As described above, when the process proceeds from step S1 to step S2 through step S2, the motor 19 is driven by discharging from the battery 19, and the state is maintained for a preset time (for example, 10 seconds) in step S5. Is done. That is, the battery 19 is discharged for 10 seconds.

その後、処理はステップＳ１に戻り、そしてステップＳ２に進むと、今度は、バッテリ１９の現在の目標充電率（目標ＳＯＣ）は低ＳＯＣに設定されていると判定される。したがって、処理はステップＳ４に進み、現在の目標充電率が低ＳＯＣから高ＳＯＣに変更される。バッテリ１９の現在の充電率は現在の目標充電率（すなわち低ＳＯＣ）に近い値になっているはずであるから、目標充電率が高ＳＯＣに変更されると、現在の充電率は目標充電率（高ＳＯＣ）より低くなり、バッテリ１９を充電するように制御が行なわれる。 Thereafter, the process returns to step S1 and proceeds to step S2, where it is determined that the current target charging rate (target SOC) of the battery 19 is set to a low SOC. Therefore, the process proceeds to step S4, and the current target charging rate is changed from the low SOC to the high SOC. Since the current charging rate of the battery 19 should be close to the current target charging rate (that is, low SOC), when the target charging rate is changed to high SOC, the current charging rate becomes the target charging rate. The control is performed so that the battery 19 is charged by lowering (high SOC).

バッテリ１９を充電するには、電動発電機１２をエンジン１１の駆動により発電させるか、電気負荷５６が回生運転を行なえばよい。本実施形態では電動発電機１２を発電機として機能させて発電することでバッテリ１９に充電電流を供給することとする。このように、ステップＳ１からステップＳ２を経てステップＳ４に進んだ場合、電動発電機１２が発電してバッテリ１９が充電され、ステップＳ５においてその状態が予め設定された時間（例えば、１０秒間）維持される。すなわち、バッテリ１９への充電が１０秒間行なわれる。 In order to charge the battery 19, the motor generator 12 may be generated by driving the engine 11 or the electric load 56 may perform a regenerative operation. In the present embodiment, the charging current is supplied to the battery 19 by generating power by causing the motor generator 12 to function as a generator. As described above, when the process proceeds from step S1 to step S2 through step S4, the motor generator 12 generates power and the battery 19 is charged, and the state is maintained for a preset time (eg, 10 seconds) in step S5. Is done. That is, the battery 19 is charged for 10 seconds.

以上の処理を繰り返すことで、バッテリ１９の放電と充電が１０秒間ずつ繰り返される。図６はバッテリ暖機処理が行なわれている際のバッテリ１９の充電率とバッテリ１９に流れる電流の変化とを示すグラフである。図６において、目標充電率（実線で示す目標ＳＯＣ）が１０秒ごとに高ＳＯＣと低ＳＯＣに交互に切り換えられ、それに伴いバッテリ１９の現在の充電率（点線で示す実ＳＯＣ）が増減することがわかる。そして、バッテリ１９に流れる電流が１０秒ごとに充電電流と放電電流となることがわかる。 By repeating the above process, discharging and charging of the battery 19 are repeated for 10 seconds. FIG. 6 is a graph showing the charging rate of the battery 19 and the change in the current flowing through the battery 19 when the battery warm-up process is performed. In FIG. 6, the target charging rate (target SOC indicated by a solid line) is alternately switched between a high SOC and a low SOC every 10 seconds, and the current charging rate of the battery 19 (actual SOC indicated by a dotted line) increases or decreases accordingly. I understand. And it turns out that the electric current which flows into the battery 19 turns into a charging current and a discharge current every 10 seconds.

図７は上述のステップＳ１〜Ｓ５の処理を１０分間繰り返した際の充電率の変化及びバッテリ１９の温度変化を示すグラフである。実線で示す目標充電率（目標ＳＯＣ）と点線で示す現在の充電率（実ＳＯＣ）とが図６に示すように繰り返し変化すると、バッテリ１９の温度は徐々に上昇していくことがわかる。バッテリ１９が充放電を繰り返すことで充放電電流がバッテリ１９に流れて内部発熱し、これによりバッテリ１９の温度が上昇するのである。 FIG. 7 is a graph showing a change in the charging rate and a change in the temperature of the battery 19 when the processes in steps S1 to S5 are repeated for 10 minutes. It can be seen that when the target charging rate (target SOC) indicated by the solid line and the current charging rate (real SOC) indicated by the dotted line are repeatedly changed as shown in FIG. 6, the temperature of the battery 19 gradually increases. When the battery 19 repeats charging and discharging, a charging / discharging current flows to the battery 19 to generate heat internally, thereby increasing the temperature of the battery 19.

バッテリ１９の暖機が行なわれるときは、エンジン１１も冷えているので暖機運転される。エンジン１１の暖機運転時間は通常１０分程度であり、この間にバッテリ１９の温度も十分上昇して暖機が終了し、通常に近い運転を行なうことができるようになる。 When the battery 19 is warmed up, the engine 11 is also cold so that the warm-up operation is performed. The warm-up operation time of the engine 11 is normally about 10 minutes. During this time, the temperature of the battery 19 also rises sufficiently, the warm-up is completed, and the operation close to normal can be performed.

なお、低温環境でないときは、始動時にバッテリ暖機制御が開始されると、ステップＳ１においてバッテリの温度が暖機設定値Ｔｗ以上であると判定され、処理はステップＳ４に進む。このとき、目標充電率は通常の設定である高ＳＯＣに設定されているので、ステップＳ４では通常の設定である高ＳＯＣの設定が維持される。すなわち、低温環境での始動ではなく、直ちに通常の運転を開始することができる場合は、目標充電率を低ＳＯＣに変更してバッテリ１９を暖機する処理は行なわれず、最初から通常の高ＳＯＣに設定されて運転が行なわれる。 When the battery warm-up control is started at the start time when the environment is not low, it is determined in step S1 that the battery temperature is equal to or higher than the warm-up set value Tw, and the process proceeds to step S4. At this time, since the target charging rate is set to the high SOC which is a normal setting, the setting of the high SOC which is a normal setting is maintained in step S4. That is, when normal operation can be started immediately instead of starting in a low temperature environment, the process of warming up the battery 19 by changing the target charging rate to low SOC is not performed, and normal high SOC is started from the beginning. The operation is performed with the setting.

以上のように、本実施形態による暖機方法では、バッテリ１９の温度が予め設定された温度より低いときにエンジン１１を作動させて暖機運転を行なうと共に、電動発電機１２を作動させてバッテリ１９を充放電させることにより、バッテリ１９を発熱させて暖機する。したがって、バッテリ１９の温度が低いときにバッテリ１９を強制的に充放電させることで、内部発熱によりバッテリ１９を暖めることができる。このため、ヒータ等の加熱装置を用いることなく効率的に且つ迅速にバッテリ１９を暖めて内部抵抗を低減し、通常の運転ができるような温度にすることができる。 As described above, in the warm-up method according to the present embodiment, when the temperature of the battery 19 is lower than the preset temperature, the engine 11 is operated to perform the warm-up operation, and the motor generator 12 is operated to operate the battery. By charging and discharging 19, the battery 19 generates heat and warms up. Therefore, the battery 19 can be warmed by internal heat generation by forcibly charging and discharging the battery 19 when the temperature of the battery 19 is low. For this reason, without using a heating device such as a heater, the battery 19 can be efficiently and quickly heated to reduce the internal resistance to a temperature at which normal operation can be performed.

バッテリ１９の暖機時に放電させる際は、放電で電動発電機１２を運転して動力をエンジン１１に戻すため、放電エネルギを無駄に消費することはない。また、バッテリ１９の内部発熱を利用してバッテリ１９を内部から暖めるので、内部抵抗を効率的に上昇させることができるという効果もある。 When discharging the battery 19 when the battery 19 is warmed up, the motor generator 12 is operated by discharging and the power is returned to the engine 11, so that the discharge energy is not wasted. Moreover, since the battery 19 is warmed from the inside using the internal heat generation of the battery 19, there is an effect that the internal resistance can be increased efficiently.

本実施形態によるバッテリ暖機処理では、目標充電率を変化させることでバッテリの充放電を繰り返し行なわせるだけであり、暖機専用の運転制御を行なうわけではないので、バッテリ暖機処理中に通常の運転操作が行なわれた場合でも、その運転操作に基づいた運転を直ちに行なうことができる。 In the battery warm-up process according to the present embodiment, the battery is only repeatedly charged and discharged by changing the target charging rate, and the operation control dedicated to the warm-up is not performed. Even when the driving operation is performed, the driving based on the driving operation can be performed immediately.

また、バッテリ暖機処理とエンジン暖機処理とを同時行なう場合、暖機処理においてエンジンの回転数を高く設定するので、バッテリの入出力も大きくすることができる。また、暖機処理中にエンジンの回転数を高くするので出力を大きくでき、暖機処理中に通常の運転を行なった場合でも、操作の違和感を抑制することができる。 Further, when the battery warm-up process and the engine warm-up process are performed simultaneously, the engine speed is set high in the warm-up process, so that the input / output of the battery can be increased. Further, since the engine speed is increased during the warm-up process, the output can be increased, and even when a normal operation is performed during the warm-up process, it is possible to suppress a sense of discomfort in the operation.

なお、上述の実施形態ではパラレル方式のハイブリッド式建設機械を例にとって説明したが、本発明による暖機方法はいわゆるシリーズ方式のハイブリッド式建設機械に適用することもできる。 In the above-described embodiment, the parallel type hybrid construction machine has been described as an example. However, the warm-up method according to the present invention can be applied to a so-called series type hybrid construction machine.

１下部走行体
１Ａ、１Ｂ油圧モータ
２旋回機構
３上部旋回体
４ブーム
５アーム
６バケット
７ブームシリンダ
８アームシリンダ
９バケットシリンダ
１０キャビン
１１エンジン
１２電動発電機
１３減速機
１４メインポンプ
１５パイロットポンプ
１６高圧油圧ライン
１７コントロールバルブ
１８インバータ
１９バッテリ
２０インバータ
２１旋回用電動機
２３メカニカルブレーキ
２４旋回減速機
２５パイロットライン
２６操作装置
２６Ａ、２６Ｂレバー
２６Ｃペダル
２７油圧ライン
２８油圧ライン
２９圧力センサ
３０コントローラ
３２エンジン制御部
４０駆動制御装置
５４油圧負荷
５６電気負荷
５８昇降圧用コンバータ
１１０直流母線
１２０蓄電系 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lower traveling body 1A, 1B Hydraulic motor 2 Turning mechanism 3 Upper turning body 4 Boom 5 Arm 6 Bucket 7 Boom cylinder 8 Arm cylinder 9 Bucket cylinder 10 Cabin 11 Engine 12 Motor generator 13 Reducer 14 Main pump 15 Pilot pump 16 High pressure Hydraulic line 17 Control valve 18 Inverter 19 Battery 20 Inverter 21 Electric motor for turning 23 Mechanical brake 24 Turning speed reducer 25 Pilot line 26 Operating device 26A, 26B Lever 26C Pedal 27 Hydraulic line 28 Hydraulic line 29 Pressure sensor 30 Controller 32 Engine control unit 40 Drive control device 54 Hydraulic load 56 Electric load 58 Buck-boost converter 110 DC bus 120 Power storage system

Claims

An engine that generates driving force;
A hydraulic pump that rotates with the driving force of the engine;
A boom cylinder, an arm cylinder, and a bucket cylinder to which hydraulic oil is supplied from the hydraulic pump;
A generator that performs a power generation operation by the driving force of the engine;
An electric motor performing a power running operation for driving the hydraulic pump;
A battery that charges the power generated by the generator and supplies and discharges driving power to the motor;
A controller for controlling the operating state of the generator and the electric motor so that the charging rate of the capacitor becomes a predetermined target value;
The controller is
The capacitor is warmed up by repeatedly changing the target value,
Hybrid construction machine.

The controller is
When the temperature of the capacitor is lower than a predetermined temperature, the capacitor is warmed up.
The hybrid construction machine according to claim 1.

The temperature of the battery is
It is an average of temperatures at a plurality of locations of the capacitor,
The hybrid construction machine according to claim 2.

The controller is
The capacitor is warmed up by repeatedly switching the target value between a first predetermined value and a second predetermined value lower than the first predetermined value.
The hybrid construction machine according to any one of claims 1 to 3.

The controller is
The target value is changed after a predetermined time has elapsed after changing the target value,
The hybrid construction machine according to any one of claims 1 to 4.

The generator and the motor are
It is a motor generator that performs both a power generation operation by the driving force of the engine and a power running operation to drive the hydraulic pump in an aspect that assists the driving force of the engine.
The hybrid construction machine according to any one of claims 1 to 5.

An electric load for performing a regenerative operation for power running operation and regenerative power generation driven by driving power supplied from the capacitor,
The controller is
The operation state including power running operation and regenerative operation of the electric load is controlled so that the charging rate becomes the target value,
The hybrid construction machine according to any one of claims 1 to 6.

A cooling system for cooling the capacitor,
The cooling system includes:
When warming up the capacitor, it is stopped,
The hybrid construction machine according to any one of claims 1 to 7.

The engine is
When warming up the battery, it is characterized by operating at a higher rotational speed than normal,
The hybrid construction machine according to any one of claims 1 to 8.

The warm-up of the battery is
It is performed in conjunction with warming up of a hydraulic drive system including the boom cylinder, the arm cylinder, and the bucket cylinder, which is performed by operating the hydraulic pump.
The hybrid construction machine according to any one of claims 1 to 9.

An engine that generates driving force, a hydraulic pump that rotates with the driving force of the engine, a boom cylinder, an arm cylinder, and a bucket cylinder that are supplied with hydraulic oil from the hydraulic pump, and power generation operation using the driving force of the engine A power generator that performs a power running operation that drives the hydraulic pump, and a capacitor that charges the generated power of the generator and supplies and discharges the driving power to the motor, and the charging rate of the capacitor is predetermined. A control method of a hybrid construction machine in which operation states of the generator and the electric motor are controlled so as to satisfy a target value of
The capacitor is warmed up by repeatedly changing the target value,
Control method of hybrid construction machine.