JP2015163754A - ショベル - Google Patents

Abstract

【課題】旋回用電動機をより適切に制御できるショベルを提供すること。【解決手段】本発明の一実施形態によるハイブリッドショベルは、エンジン１１と、エンジン１１をアシスト可能な電動発電機１２と、複数のセルで構成されるキャパシタ１９を含む蓄電系１２０と、複数のセルのセル電圧を均等化する蓄電管理装置１４０と、旋回用電動機２１と、電動発電機１２、蓄電系１２０、及び旋回用電動機２１を接続するＤＣバス１１０と、蓄電管理装置１４０の状態に応じて旋回用電動機２１の駆動を抑制し或いは停止させるコントローラ３０とを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電装置に蓄積された電力によって駆動される旋回用電動機を含むショベルに関する。

蓄電装置を構成する複数のセルの端子間電圧（セル電圧）を均等化する均等化回路を有するショベルが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１１−０３０３８９号公報

しかしながら、均等化されていない状態で旋回用電動機を駆動し続けると、セル電圧にばらつきがある状態で蓄電装置の充放電が行われる。この場合、蓄電装置の劣化が促進される。

上述に鑑み、旋回用電動機をより適切に制御できるショベルの提供が望まれる。

本発明の一実施形態によるショベルは、エンジンと、前記エンジンをアシスト可能な電動発電機と、複数のセルで構成される蓄電装置を含む蓄電系と、前記複数のセルのセル電圧を均等化する蓄電管理装置と、旋回用電動機と、前記電動発電機、前記蓄電系、及び前記旋回用電動機を接続するバスラインと、前記蓄電管理装置の状態に応じて前記旋回用電動機の駆動を抑制し或いは停止させる制御装置と、を有するショベル。

上述の手段により、旋回用電動機をより適切に制御できるショベルが提供される。

本発明の一実施形態によるハイブリッドショベルの側面図である。 図１に示すハイブリッドショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。 蓄電系の構成例を示す回路図である。 キャパシタの構成例を示す概略図である。 図１に示すハイブリッドショベルに搭載されるコントローラの構成例を示すブロック図である。 旋回用電動機の制御状態の状態遷移図である。 蓄電管理装置の負荷レベルと制御状態との関係を示す図である。 セル温度（中央値）、蓄電管理装置の負荷レベル、トルクリミット値、及び速度指令リミット値の時間的推移を示す図である。

図１は、本発明が適用されるハイブリッド式ショベルを示す側面図である。

ハイブリッド式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には、ブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはバケット６が取り付けられている。ブーム４、アーム５、及びバケット６は、アタッチメントの１例である掘削アタッチメントを構成し、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。上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。

図２は、本発明の実施形態によるハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示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、高圧油圧ラインは太実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は細実線でそれぞれ示されている。

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、変速機１３の２つの入力軸にそれぞれ接続されている。変速機１３の出力軸には、油圧ポンプとしてメインポンプ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。

コントロールバルブ１７は、ハイブリッド式ショベルにおける油圧系の制御を行う油圧制御装置である。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は、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ１７に接続される。

電動発電機１２には、電動発電機制御部としてのインバータ１８を介して、蓄電装置としてのキャパシタを含む蓄電系１２０が接続される。また、蓄電系１２０には、電動発電機制御部としてのインバータ２０を介して電動作業要素としての旋回用電動機２１が接続されている。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、及び旋回変速機２４が接続される。また、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。旋回用電動機２１と、インバータ２０と、レゾルバ２２と、メカニカルブレーキ２３と、旋回変速機２４とで負荷駆動系が構成される。

操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、ペダル２６Ｃを含む。レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃは、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９に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。

コントローラ３０は、ハイブリッドショベルの駆動制御を行う制御装置である。本実施形態では、コントローラ３０は、Central Processing Unit（ＣＰＵ）及び内部メモリを含む演算処理装置である。具体的には、コントローラ３０は、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをＣＰＵに実行させて各種機能を実現する。

図３は、蓄電系１２０の回路図である。蓄電系１２０は、蓄電装置としてのキャパシタ１９、昇降圧コンバータ１００、及びＤＣバス１１０とを含む。ＤＣバス１１０は、キャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を制御する。キャパシタ１９には、キャパシタ電圧値を検出するためのキャパシタ電圧検出部１１２と、キャパシタ電流値を検出するためのキャパシタ電流検出部１１３が接続されている。キャパシタ電圧検出部１１２とキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電圧値とキャパシタ電流値はコントローラ３０に供給される。

昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２及び旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値が一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える制御を行う。ＤＣバス１１０は、インバータ１８及び２０と昇降圧コンバータ１００との間に配設されており、キャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を行う。

昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、キャパシタ電圧検出部１１２によって検出されるキャパシタ電圧値、及びキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電流値に基づいて行われる。

以上のような構成において、アシストモータである電動発電機１２が発電した電力は、インバータ１８を介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給された後、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給され、或いは、インバータ２０を介して旋回用電動機２１に供給される。また、旋回用電動機２１が回生運転して生成した回生電力は、インバータ２０を介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給された後、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給され、或いは、インバータ１８を介して電動発電機１２に供給される。また、キャパシタ１９に蓄積された電力は、昇降圧コンバータ１００及びＤＣバス１１０を介して電動発電機１２及び旋回用電動機２１の少なくとも一方に供給される。

昇降圧コンバータ１００は、リアクトル１０１、昇圧用ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１０２Ａ、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂ、キャパシタ１９を接続するための電源接続端子１０４、及び、インバータ１８、２０を接続するための出力端子１０６を備える。昇降圧コンバータ１００の出力端子１０６とインバータ１８、２０との間は、ＤＣバス１１０によって接続される。

リアクトル１０１の一端は昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂの中間点に接続され、他端は電源接続端子１０４に接続される。リアクトル１０１は、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴って生じる誘導起電力をＤＣバス１１０に供給するために設けられている。

昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）をゲート部に組み込んだバイポーラトランジスタで構成され、大電力の高速スイッチングが可能な半導体素子（スイッチング素子）である。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、コントローラ３０により、ゲート端子にＰＷＭ電圧が印加されることによって駆動される。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂには、整流素子であるダイオード１０２ａ及び１０２ｂが並列接続される。

キャパシタ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してＤＣバス１１０との間で電力の授受を行う充放電可能な蓄電装置の一例であり、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ等を含む。なお、本実施形態では、蓄電装置としてキャパシタ１９が用いられるが、キャパシタ１９の代わりに、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源が用いられてもよい。

電源接続端子１０４は、キャパシタ１９が接続可能な端子であればよく、出力端子１０６は、インバータ１８、２０が接続可能な端子であればよい。一対の電源接続端子１０４の間には、キャパシタ電圧を検出するキャパシタ電圧検出部１１２が接続される。一対の出力端子１０６の間には、ＤＣバス電圧を検出するＤＣバス電圧検出部１１１が接続される。

キャパシタ電圧検出部１１２は、キャパシタ１９の電圧値Ｖｃａｐを検出する。ＤＣバス電圧検出部１１１は、ＤＣバス１１０の電圧値Ｖｄｃを検出する。平滑用のコンデンサ１０７は、出力端子１０６の正極端子と負極端子との間に挿入され、ＤＣバス電圧を平滑化するための蓄電素子である。この平滑用のコンデンサ１０７によって、ＤＣバス１１０の電圧は予め定められた電圧に維持されている。

キャパシタ電流検出部１１３は、キャパシタ１９の正極端子（Ｐ端子）側においてキャパシタ１９に流れる電流の値を検出する検出手段である。すなわち、キャパシタ電流検出部１１３は、キャパシタ１９の正極端子に流れる電流値Ｉ１を検出する。

昇降圧コンバータ１００において、ＤＣバス１１０を昇圧する際には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのゲート端子にＰＷＭ電圧が印加され、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂに並列に接続されたダイオード１０２ｂを介して、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴ってリアクトル１０１に発生する誘導起電力がＤＣバス１１０に供給される。これにより、ＤＣバス１１０が昇圧される。

ＤＣバス１１０を降圧する際には、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂのゲート端子にＰＷＭ電圧が印加され、インバータ１８、２０を介して供給される回生電力がＤＣバス１１０から降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂを通ってキャパシタ１９に供給される。これにより、ＤＣバス１１０に蓄積された電力がキャパシタ１９に充電され、ＤＣバス１１０が降圧される。

本実施形態では、キャパシタ１９の正極端子を昇降圧コンバータ１００の電源接続端子１０４に接続する電源ライン１１４に、当該電源ライン１１４を遮断することのできる遮断器としてリレー１３０−１が設けられる。リレー１３０−１は、電源ライン１１４へのキャパシタ電圧検出部１１２の接続点１１５とキャパシタ１９の正極端子との間に配置されている。リレー１３０−１はコントローラ３０からの信号により作動し、キャパシタ１９からの電源ライン１１４を遮断することで、キャパシタ１９を昇降圧コンバータ１００から切り離すことができる。

また、キャパシタ１９の負極端子を昇降圧コンバータ１００の電源接続端子１０４に接続する電源ライン１１７に、当該電源ライン１１７を遮断することのできる遮断器としてリレー１３０−２が設けられる。リレー１３０−２は、電源ライン１１７へのキャパシタ電圧検出部１１２の接続点１１８とキャパシタ１９の負極端子との間に配置されている。リレー１３０−２はコントローラ３０からの信号により作動し、キャパシタ１９からの電源ライン１１７を遮断することで、キャパシタ１９を昇降圧コンバータ１００から切り離すことができる。なお、リレー１３０−１とリレー１３０−２を一つのリレーとして正極端子側の電源ライン１１４と負極端子側の電源ライン１１７の両方を同時に遮断してキャパシタ１９を切り離すこととしてもよい。

なお、実際には、コントローラ３０と昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂとの間には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂを駆動するＰＷＭ信号を生成する駆動部が存在するが、図３では省略する。このような駆動部は、電子回路又は演算処理装置のいずれでも実現することができる。

図４は、キャパシタ１９の構成を示す概略図である。図４に示すように、蓄電装置としてのキャパシタ１９は、複数の蓄電部としてのｎ個のキャパシタセル（以下、「セル」とも称する。）１９−１〜１９−ｎ（ｎは２以上の整数）と蓄電管理装置１４０とを含む。なお、図４では、電気駆動系を実線、電気制御系を破線でそれぞれ示す。

蓄電管理装置１４０は、キャパシタ１９の蓄電を管理する装置であり、主に、均等化回路部１４１及び均等化制御部１４２を含む。本実施形態では、蓄電管理装置１４０は、キャパシタ１９から電力の供給を受けて常時動作可能な状態にある。なお、蓄電管理装置１４０は、２４Ｖバッテリ等の外部バッテリから電力の供給を受けてもよい。また、蓄電管理装置１４０は、コントローラ３０から離間して配置され、ＣＡＮ等の通信規格に準拠する通信線１４５を介してコントローラ３０に接続される。なお、蓄電管理装置１４０とコントローラ３０とは無線通信を介して接続されてもよい。

また、本実施形態では、ｎ個のキャパシタセル１９−１〜１９−ｎの全ては直列に接続され、全てのセルに対して一つの蓄電管理装置１４０が設けられている。しかしながら、直列に接続されたセルを一つのセルグループとし、複数のセルグループが直列又は並列に接続され、セルグループ毎に一つの蓄電管理装置が設けられてもよい。また、複数の蓄電管理装置を制御する上位の蓄電管理装置が設けられてもよい。

また、本実施形態では、ｎ個のキャパシタセル１９−１〜１９−ｎのそれぞれの近傍にセル温度センサ５０−１〜５０−ｎが設置される。セル温度センサ５０−１〜５０−ｎのそれぞれは、例えばサーミスタで構成され、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。なお、セル温度センサは、複数のセルにつき１つ（例えば１つのセルグループにつき１つ）設置されてもよい。具体的には、直列に接続された８個のセルにつき１個のセル温度センサが設置されてもよい。この場合、各セル温度センサは、８個のセルを代表する１つのセルの温度を検出するため、例えば、直列に接続された８個のセルのうち端から４番目のセル又は５番目のセルの近傍に設置される。なお、セル温度センサは、端部にあるセルの近傍に設定されてもよい。

均等化回路部１４１は、均等化機能を実現する電気回路である。本実施形態では、均等化回路部１４１は、均等化制御部１４２による制御の下で均等化機能を実行する。均等化機能は、キャパシタセル１９−１〜１９−ｎのそれぞれのセル電圧のばらつきを小さくするためにキャパシタセル１９−１〜１９−ｎの一部又は全部を放電させる機能である。

具体的には、均等化回路部１４１−１〜１４１−ｎのそれぞれは、対応する１つのセル１９−ｎの両端に接続されている。例えば、図４に示すように、特定のセル１９−ｍ（ｍは１以上ｎ以下の整数）の２つの電極は均等化回路部１４１−ｍに接続されている。また、均等化回路部１４１−ｍは、バランス用スイッチ１４６−ｍ及び放電抵抗１４８−ｍを有する。また、均等化回路部１４１−ｍは、セル１９−ｍの２つの電極の間でバランス用スイッチ１４６−ｍ及び放電抵抗１４８−ｍを直列に、且つ、セル１９−ｍに対して並列に接続する。また、均等化回路部１４１−ｍは、セル１９−ｍの電極間電圧を測定する電圧測定部１４９−ｍを含む。なお、均等化回路部は、セル温度センサと同様、複数のセルにつき１つ（例えば１つのセルグループにつき１つ）設置されてもよい。具体的には、直列に接続された８個のセルにつき１個の均等化回路部が設置されてもよい。この場合、均等化回路部は、８個のセルにつきバランス用スイッチ、放電抵抗、及び電圧測定部をそれぞれ１つずつ有する。

バランス用スイッチ１４６−ｎは、均等化のためのセル１９−ｎの放電を制御する開閉器であり、ＯＮ（導通）状態のときにセル１９−ｎを放電させ、ＯＦＦ（遮断）状態のときにセル１９−ｎの放電を停止させる。本実施形態では、バランス用スイッチ１４６−ｎは、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）で構成され、均等化制御部１４２からの制御信号に応じてＯＮ（導通）状態とＯＦＦ（遮断）状態とが切り替わる。

均等化制御部１４２は、均等化機能を制御する装置である。本実施形態では、均等化制御部１４２は、均等化回路部１４１−１〜１４１−ｎのそれぞれを制御する。具体的には、均等化制御部１４２は、均等化回路部１４１−１〜１４１−ｎからキャパシタセル１９−１〜１９−ｎのセル電圧測定値を個別に取得する。なお、キャパシタセル１９−１〜１９−ｎのセル電圧測定値は、電圧測定部１４９−１〜１４９−ｎによって個別に測定される。また、均等化制御部１４２は、バランス用スイッチ１４６−１〜１４６−ｎに対して制御信号を出力し、バランス用スイッチ１４６−１〜１４６−ｎのＯＮ（導通）／ＯＦＦ（遮断）状態を個別に制御する。

より具体的には、均等化制御部１４２は、ＣＡＮ等の通信規格に準拠する通信を介して均等化回路部１４１−１〜１４１−ｎのそれぞれに接続される。そして、均等化制御部１４２は、所定の周期で均等化回路部１４１−１〜１４１−ｎのそれぞれからセル電圧測定値を取得する。そして、均等化制御部１４２は、取得した１セットのセル電圧測定値の最大値、最小値、平均値等の統計値を算出し、算出した統計値をコントローラ３０に対して出力する。１セットのセル電圧測定値は、キャパシタセル１９−１〜１９−ｎのそれぞれの直近のセル電圧測定値で構成される。なお、均等化制御部１４２は、取得したセル電圧測定値をそのままコントローラ３０に対して出力してもよい。

また、均等化制御部１４２は、コントローラ３０からの均等化開始指令（バランス開始指令）に応じて、キャパシタセル１９−１〜１９−ｎのうち所定条件を満たすセルに対応するバランス用スイッチ１４６−ｎに対して均等化開始信号（バランス開始信号）を出力する。例えば、均等化制御部１４２は、セル電圧が所定電圧より高いキャパシタセル１９−ｎに対応するバランス用スイッチ１４６−ｎに対してバランス開始信号を出力する。所定電圧は、予め設定された電圧値であってもよく、均等化制御部１４２が算出したセル電圧の統計値（例えば平均値である。）であってもよい。

バランス開始信号を受けたバランス用スイッチ１４６−ｎは、キャパシタ１９の充放電が行われているか否かにかかわらず、ＯＮ（導通）状態に切り替わり、対応するキャパシタセル１９−ｎを放電させる。また、コントローラ３０は、キーオン中に電力供給を受けて作動し、キーオフ中に電力供給が遮断されて停止する。そのため、キーオフ中にバランス用スイッチ１４６−ｎがバランス開始信号を受けることはない。しかしながら、キーオフ前にバランス開始信号を受けていた場合、バランス用スイッチ１４６−ｎは、キーオフ後もＯＮ（導通）状態を維持し、対応するキャパシタセル１９−ｎの均等化（放電）を継続する。なお、「キーオン」は、ショベルを作動させた状態を意味し、例えば、エンジン作動中を含む。また、「キーオフ」は、キーオン以外の状態、すなわち、ショベルの作動を停止させた状態を意味する。

また、均等化制御部１４２は、コントローラ３０からの均等化停止指令（バランス停止指令）に応じて、放電を開始させたキャパシタセル１９−ｎに対応するバランス用スイッチ１４６−ｎの全てに対して均等化停止信号（バランス停止信号）を出力する。この場合、バランス停止信号を受けたバランス用スイッチ１４６−ｎは、対応するキャパシタセル１９−ｎのセル電圧の大きさにかかわらず、ＯＦＦ（遮断）状態に切り替わり、対応するキャパシタセル１９−ｎの放電を停止させる。

また、均等化制御部１４２は、放電を開始させたキャパシタセル１９−ｎのセル電圧がキーオン中に所定電圧まで低下すると、コントローラ３０からのバランス停止指令の有無にかかわらず、そのキャパシタセル１９−ｎに対応するバランス用スイッチ１４６−ｎに対してバランス停止信号を出力する。バランス停止信号を受けたバランス用スイッチ１４６−ｎは、ＯＦＦ（遮断）状態に切り替わり、対応するキャパシタセル１９−ｎの放電を停止させる。

また、均等化制御部１４２は、キーオフ中においては、キャパシタセル１９−１〜１９−ｎのそれぞれのセル電圧のばらつきが所定レベル未満となるまで、放電を開始させたキャパシタセル１９−ｎの放電を継続させてもよい。具体的には、均等化制御部１４２は、キャパシタセル１９−１〜１９−ｎのそれぞれのセル電圧の最大セル電圧と最小セル電圧との差であるばらつき幅が所定電圧幅未満となるまで放電を開始させたキャパシタセル１９−ｎの放電を継続させてもよい。

次に、コントローラ３０の主制御部６０について説明する。主制御部６０は、ショベルの動きを制御する機能要素であり、下位の機能要素として均等化要否判定部６００を含む。

均等化要否判定部６００は、蓄電装置における複数のセルのセル電圧の均等化の要否を判定する機能要素である。本実施形態では、均等化要否判定部６００は、キーオン中にキャパシタセル１９−１〜１９−ｎのそれぞれのセル電圧の均等化の要否を判定する。

具体的には、均等化要否判定部６００は、同じ条件で測定されたキャパシタセル１９−１〜１９−ｎのそれぞれのセル電圧に関する情報に基づいて、セル電圧の均等化の要否を判定する。なお、均等化要否判定部６００は、セル電圧に関する情報を蓄電管理装置１４０の均等化制御部１４２から取得する。また、セル電圧に関する情報は、キャパシタセル１９−１〜１９−ｎのそれぞれのセル電圧測定値、並びに、１セットのセル電圧測定値の最大値、最小値、及び平均値のうちの少なくとも１つを含む。

「同じ条件で測定される」は、セル電圧を大きく変動させる要因が存在しない状態で測定されること、例えば、キャパシタ１９の充放電が行われていない状態で測定されることを含む。なお、「同じ条件で測定される」は、キャパシタセル１９−１〜１９−ｎのそれぞれのセル電圧が異なるタイミングで測定されることを許容する。本実施形態では、均等化制御部１４２は、所定の周期で、均等化回路部１４１−１〜１４１−ｎのそれぞれからセル電圧測定値を取得するためである。

本実施形態では、均等化要否判定部６００は、キャパシタ１９の充放電が行われていない状態のときに測定されたセル電圧に関する情報を用いる。なお、均等化要否判定部６００は、「同じ条件で測定される」のであれば、例えば充放電量が小さい状態等、充放電が僅かに行われている状態のときに測定されたセル電圧に関する情報を用いてもよい。また、均等化要否判定部６００は、充放電が行われていない状態を判別するために、ショベルの誤動作を防ぐためのゲートレバーの状態を用いてもよい。具体的には、均等化要否判定部６００は、ゲートレバーがオフ状態であれば、充放電が行われていない状態であると判断してもよい。なお、ゲートレバーのオフ状態は、ゲートレバーが下げられた状態であり、各種操作レバーの操作が無効とされる状態である。また、ゲートレバーのオフ状態において、均等化要否判定部６００は、昇降圧コンバータ１００の制御を停止させ、ＤＣバス１１０における電圧の変動がキャパシタ１９の電圧に影響するのを防止してもよい。

そして、均等化要否判定部６００は、キャパシタセル１９−１〜１９−ｎのそれぞれの直近のセル電圧測定値のばらつきの大きさに基づいてセル電圧の均等化の要否を判定する。具体的には、均等化要否判定部６００は、例えば、キャパシタセル１９−１〜１９−ｎのそれぞれの直近のセル電圧測定値の最大セル電圧と最小セル電圧との差であるばらつき幅が所定電圧Ｖ１以上である場合にセル電圧測定値のばらつきが大きいと判断し、セル電圧の均等化が必要と判定する。

そして、均等化要否判定部６００は、セル電圧の均等化が必要と判定した場合、蓄電管理装置１４０の均等化制御部１４２に対してバランス開始指令を出力する。一方で、均等化要否判定部６００は、セル電圧の均等化が不要と判定した場合、蓄電管理装置１４０の均等化制御部１４２に対してバランス停止指令を出力する。なお、均等化要否判定部６００は、セル電圧の均等化の要否の判定結果に応じてバランス開始指令又はバランス停止指令を二者択一的に出力するのではなく、別の手順でバランス開始指令又はバランス停止指令を出力するようにしてもよい。例えば、均等化要否判定部６００は、既にバランス開始指令を出力している場合には、ばらつき幅が所定電圧Ｖ２（＜Ｖ１）未満となった場合にバランス停止指令を出力するようにしてもよい。

バランス開始指令を受けた均等化制御部１４２は、上述のように、キャパシタセル１９−１〜１９−ｎのうち所定条件を満たすセルに対応するバランス用スイッチ１４６−ｎに対してバランス開始信号を出力する。また、バランス停止指令を受けた均等化制御部１４２は、放電を開始させたキャパシタセル１９−ｎに対応するバランス用スイッチ１４６−ｎに対してバランス停止信号を出力する。なお、バランス停止指令を受けた均等化制御部１４２は、キャパシタセル１９−１〜１９−ｎの全てに対してバランス停止信号を出力してもよい。

図５は、コントローラ３０が旋回用電動機２１の駆動制御を行う際に用いられる機能要素を示す。なお、本実施形態では、コントローラ３０は、主に、旋回制御部３０Ａ及び旋回制限制御部３０Ｂを有する。

旋回制御部３０Ａは、速度指令生成部３１、減算器３２、ＰＩ制御部３３、トルク制限部３４、減算器３５、ＰＩ制御部３６、電流変換部３７、旋回動作検出部３８、及びＰＷＭ信号生成部４０を有する。

速度指令生成部３１は、圧力センサ２９から入力される電気信号に基づいて速度指令値を生成する。また、速度指令生成部３１は、旋回制限制御部３０Ｂから入力される速度指令リミット値を用いて速度指令値を速度指令リミット値以下に制限する。具体的には、生成した速度指令値が速度指令リミット値以上であれば速度指令リミット値を速度指令値として採用し、生成した速度指令値が速度指令リミット値未満であればその速度指令値をそのまま採用する。そして、速度指令生成部３１は、採用した速度指令値を減算器３２に対して出力する。このように、速度指令生成部３１は、速度指令値に制限を加えることによってハイブリッドショベルの操作性を維持することができる。

減算器３２は、速度指令値と旋回速度の現在値との偏差をＰＩ制御部３３に対して出力する。旋回速度の現在値は、例えば旋回動作検出部３８が算出する値である。なお、旋回動作検出部３８は、旋回用電動機２１の回転位置の変化に基づいて旋回速度値を算出し、減算器３２に出力する。また、旋回用電動機２１の回転位置の変化は、レゾルバ２２によって検出される。

ＰＩ制御部３３は、減算器３２から入力される偏差に基づいてＰＩ制御を実行する。具体的には、ＰＩ制御部３３は、旋回速度の現在値が速度指令値に近づくようにトルク電流指令値を生成する。そして、ＰＩ制御部３３は、生成したトルク電流指令値をトルク制限部３４に対して出力する。

トルク制限部３４は、旋回制限制御部３０Ｂから入力されるトルクリミット値を用いて、ＰＩ制御部３３から入力されるトルク電流指令値をトルクリミット値以下に制限する。具体的には、トルク電流指令値がトルクリミット値以上であればトルクリミット値をトルク電流指令値として採用し、トルク電流指令値がトルクリミット値未満であればそのトルク電流指令値をそのまま採用する。そして、トルク制限部３４は、採用したトルク電流指令値を減算器３５に対して出力する。

減算器３５は、トルク電流指令値とトルク電流の現在値との偏差をＰＩ制御部３６に対して出力する。トルク電流の現在値は、例えば電流変換部３７が算出する値である。なお、電流変換部３７は、旋回用電動機２１を流れるモータ駆動電流の値を検出し、検出したモータ駆動電流の値をトルク電流指令値に相当する値に変換して減算器３５に出力する。

ＰＩ制御部３６は、減算器３５から入力される偏差に基づいてＰＩ制御を実行する。具体的には、ＰＩ制御部３６は、トルク電流の現在値がトルク電流指令値に近づくようにインバータ２０を駆動するための駆動指令値を生成する。そして、ＰＩ制御部３６は、生成した駆動指令値をＰＷＭ信号生成部４０に対して出力する。

ＰＷＭ信号生成部４０は、ＰＩ制御部３６から入力される駆動指令値に基づいて、インバータ２０のトランジスタをスイッチング制御するためのＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号をインバータ２０に対して出力する。

旋回制限制御部３０Ｂは、主に、確認部４１、判断部４２、抑制部４３、及び通知部４４を有する。

確認部４１は、作業要素の動作の内容を確認する確認機能を有する機能要素である。本実施形態では、確認部４１は、作業要素としての上部旋回体３の動作の内容を確認するため、インバータ２０及び旋回用電動機２１の動作の内容を確認する。

具体的には、確認部４１は、旋回動作検出部３８が出力する旋回速度の現在値に基づいて旋回用電動機２１が停止している或いは停止しているも同然の状態か（以下、「非旋回状態」とする。）、旋回用電動機２１が旋回している状態か（以下、「旋回状態」とする。）を確認する。より具体的には、確認部４１は、例えば、旋回速度の現在値が所定値未満であれば、非旋回状態と判断する。また、確認部４１は、旋回速度の現在値に基づく代わりに或いはそれに加えて、操作装置２６の操作内容、速度指令値等に基づいて旋回状態か非旋回状態かを判断してもよい。

なお、非旋回状態は、旋回操作が行われていない場合の他、旋回操作が行われている場合にも発生し得る。具体的には、例えば旋回押し付け作業が行われている場合にも発生し得る。旋回押し付け作業は、上部旋回体３を旋回させてアタッチメントの側面を土砂等に接触させる作業であり、例えば、バケット６の外側面で土砂を押しのける際に実行される。

また、確認部４１は、蓄電管理装置１４０の異常の有無を確認する。具体的には、確認部４１は、セル温度センサ５０−１〜５０−ｎの出力に基づいて蓄電管理装置１４０の負荷レベルを確認する。より具体的には、確認部４１は、例えば、蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「通常レベル」、「制限レベル」、又は「停止レベル」の何れであるかを確認する。

「通常レベル」は、蓄電管理装置１４０に関連する要素の全てがセル電圧の均等化を継続するのに問題のない状態にあることを意味する。また、「制限レベル」は、セル電圧の均等化を停止させる必要はないがこのまま継続させると、蓄電管理装置１４０に関連する要素の少なくとも一部が問題を引き起こすおそれがある軽故障状態にあることを意味する。また、「停止レベル」は、セル電圧の均等化を停止させなければ、蓄電管理装置１４０に関連する要素の少なくとも一部が問題を引き起こすおそれがある重故障状態にあることを意味する。

このようなシステム設計により、確認部４１は、「通常レベル」にある蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「停止レベル」になる前の状態を「制限レベル」として確認できる。そのため、確認部４１は、蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「制限レベル」になったときに、「停止レベル」になったときとは異なる旋回用電動機２１の制御が行われるのを可能にする。これは、旋回用電動機２１の制御の自由度を高めることができるという点で有利である。蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「停止レベル」になると旋回作業を停止させなければならず、実行可能な制御の内容が制限されるためである。

本実施形態では、確認部４１は、例えば、セル温度センサ５０−１〜５０−ｎのそれぞれが出力するキャパシタセル１９−１〜１９−ｎのそれぞれの温度に基づいて均等化回路部１４１−１〜１４１−ｎのそれぞれの負荷レベルを「０」〜「５」の６段階で判定する。なお、セルの温度が高い程、対応する均等化回路部の負荷レベルは、最大レベル「５」に向かって増大する。また、本実施形態では、負荷レベル「０」、「１」、「２」が「通常レベル」に相当し、負荷レベル「３」、「４」が「制限レベル」に相当し、負荷レベル「５」が「停止レベル」に相当する。

また、本実施形態では、確認部４１は、負荷レベル判定用テーブルを用いて負荷レベルを判定する。負荷レベル判定用テーブルは、例えば、セルの温度と「０」〜「５」の６段階のうちの何れかを対応付ける対応表である。確認部４１は、取得したセルの温度を用いて負荷レベル判定用テーブルを参照し、「０」〜「５」の６段階のうちの何れかを負荷レベルとして導き出す。但し、確認部４１は、演算式を用いて負荷レベルを導出してもよく、他の公知の手法を用いて負荷レベルを導出してもよい。

その後、確認部４１は、均等化回路部１４１−１〜１４１−ｎのそれぞれの負荷レベルに基づいて蓄電管理装置１４０の負荷レベルを決定する。本実施形態では、確認部４１は、均等化回路部１４１−１〜１４１−ｎのそれぞれの負荷レベルの中央値を蓄電管理装置１４０の負荷レベルとして決定する。これは、キャパシタセル１９−１〜１９−ｎのそれぞれの温度の中央値に基づいて蓄電管理装置１４０の負荷レベルを決定することを意味する。この場合、均等化回路部１４１−１〜１４１−ｎのそれぞれの負荷レベルの最大値が「５」であったとしても、蓄電管理装置１４０の負荷レベルは、「４」以下となり得る。すなわち、確認部４１は、キャパシタセル１９−１〜１９−ｎの一部が高温になったとしても、蓄電管理装置１４０の負荷レベルを直ちに「制限レベル」又は「停止レベル」とすることはなく、旋回用電動機２１の駆動が直ちに抑制或いは停止されるのを防止する。

或いは、確認部４１は、セル温度センサ５０−１〜５０−ｎのうちの２以上の所定数のセル温度センサの出力が「停止レベル」の温度を示す場合、蓄電管理装置１４０の負荷レベルを「停止レベル」としてもよい。この場合、確認部４１は、セル温度センサ５０−１〜５０−ｎのうちの所定数未満のセル温度センサのそれぞれの出力が「停止レベル」の温度を示す場合であっても、蓄電管理装置１４０の負荷レベルを「停止レベル」とすることはない。なお、確認部４１は、セル温度センサ５０−１〜５０−ｎのうちの何れか１つの出力が「停止レベル」の温度を示す場合、蓄電管理装置１４０の負荷レベルを「制限レベル」としてもよい。

或いは、確認部４１は、キャパシタセル１９−１〜１９−ｎのそれぞれの温度に基づくｎ個の均等化回路部１４１−１〜１４１−ｎのそれぞれの負荷レベルのうちの最大のものを蓄電管理装置１４０の負荷レベルとしてもよい。

或いは、確認部４１は、電圧測定部１４９−１〜１４９−ｎのうちの何れか１つの出力が異常値を示す場合、又は、その出力を取得できない場合に蓄電管理装置１４０の負荷レベルを「停止レベル」としてもよい。

或いは、確認部４１は、コントローラ３０と蓄電管理装置１４０との間の通信異常を検出した場合に蓄電管理装置１４０の負荷レベルを「停止レベル」としてもよい。

なお、本実施形態では、負荷レベルのそれぞれが「０」〜「５」の６段階で判定されるが、５段階以下又は７段階以上で判定されてもよい。

判断部４２は、旋回用電動機２１の制御状態の切り替えを判断する判断機能を有する機能要素である。本実施形態では、判断部４２は、確認部４１が確認した蓄電管理装置１４０の負荷レベルに基づいて、旋回用電動機２１の制御状態の切り替えを判断する。

図６は、旋回用電動機２１の制御状態の状態遷移図であり、旋回用電動機２１の制御状態の切り替えを図解する。

具体的には、判断部４２は、確認部４１の確認結果に応じて、旋回用電動機２１の制御状態を「通常制御」、「制限制御」、「減速停止制御」、及び「停止制御（ブレーキＯＮ）」の４つの制御状態の何れかに設定する。

「通常制御」は、旋回用電動機２１の駆動に制限を加えない制御状態を意味する。本実施形態では、速度指令リミット値及びトルクリミット値を最大値とする制御状態を意味する。

「制限制御」は、旋回用電動機２１の駆動に制限を加える制御状態を意味する。本実施形態では、速度指令リミット値及びトルクリミット値を低減させた制御状態を意味する。なお、「制限制御」は、速度指令リミット値及びトルクリミット値の何れか一方を低減させた制御状態であってもよい。

「減速停止制御」は、旋回中の旋回用電動機２１を停止させる制御状態を意味する。本実施形態では、トルクリミット値を最大値とし、且つ、速度指令リミット値をゼロとする制御状態を意味する。トルクリミット値を最大値とすることは、制動トルクができるだけ大きくなるようにして旋回用電動機２１をできるだけ迅速に停止させることを意味する。

「停止制御（ブレーキＯＮ）」は、旋回用電動機２１を停止させる制御状態を意味する。本実施形態では、メカニカルブレーキ２３を作動させ、且つ、旋回用電動機２１のサーボ機構をオフする制御状態を意味する。なお、サーボ機構のオフによって、旋回用電動機２１に対する電流供給が遮断される。

また、判断部４２は、所定の遷移条件が満たされた場合に、旋回用電動機２１の制御状態を切り替える。

具体的には、旋回用電動機２１の制御状態が「通常制御」の場合、旋回速度がほぼゼロになり、且つ、蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「制限レベル」になると、判断部４２は、「通常制御」を「制限制御」に切り替える。また、蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「停止レベル」になると、判断部４２は、「通常制御」を「減速停止制御」に切り替える。

また、旋回用電動機２１の制御状態が「制限制御」の場合、旋回速度がほぼゼロになり、且つ、蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「通常レベル」になると、判断部４２は、「制限制御」を「通常制御」に切り替える。また、蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「停止レベル」になると、判断部４２は、「制限制御」を「減速停止制御」に切り替える。また、速度指令値が示す旋回方向とは反対の方向への旋回（以下、「逆旋回」とする。）が確認部４１によって確認されたときにも、判断部４２は、「制限制御」を「停止制御」に切り替える。

また、旋回用電動機２１の制御状態が「減速停止制御」の場合、旋回速度がほぼゼロになるか、或いは、減速停止制御開始後の経過時間が設定時間に達すると、判断部４２は、「減速停止制御」を「停止制御（ブレーキＯＮ）」に切り替える。

また、旋回用電動機２１の制御状態が「停止制御（ブレーキＯＮ）」の場合、蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「通常レベル」になると、判断部４２は、「停止制御（ブレーキＯＮ）」を「通常制御」に切り替える。

図７は、蓄電管理装置１４０の負荷レベルと旋回用電動機２１の制御状態との関係を示す。なお、図７上図は、旋回用電動機２１が非旋回状態にある場合の関係を示し、図７下図は、旋回用電動機２１が旋回状態にある場合の関係を示す。

非旋回状態（旋回速度≒０の状態）にある旋回用電動機２１の制御状態が「通常制御」の場合、確認部４１によって蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「制限レベル」である「３」まで上昇したことが確認されると、判断部４２は、「通常制御」を「制限制御」に切り替える。なお、図７では、制御状態の切り替えを実線の矢印で示す。

また、非旋回状態（旋回速度≒０の状態）にある旋回用電動機２１の制御状態が「制限制御」の場合、確認部４１によって蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「停止レベル」である「５」まで上昇したことが確認されると、判断部４２は、「減速停止制御」を介して「制限制御」を「停止制御」に切り替える。一方、確認部４１によって蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「通常レベル」である「２」まで低下したことが確認されると、判断部４２は、「制限制御」を「通常制御」に切り替える。なお、判断部４２は、「通常制御」を「制限制御」に切り替えるときの蓄電管理装置１４０の負荷レベルと、「制限制御」を「通常制御」に切り替えるときの蓄電管理装置１４０の負荷レベルとを異ならせることで制御状態が頻繁に切り替わるのを防止する。

また、非旋回状態（旋回速度≒０の状態）にある旋回用電動機２１の制御状態が「停止制御」の場合に、確認部４１によって蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「通常レベル」である「２」まで低下したことが確認されると、判断部４２は、「停止制御」を「通常制御」に切り替える。

一方、旋回用電動機２１が旋回状態にある場合、すなわち、旋回用電動機２１の旋回速度が所定値以上の場合、判断部４２は、蓄電管理装置１４０の負荷レベルに関する条件が満たされたとしても、「通常制御」と「制限制御」との間の切り替えを保留する。なお、図７下図では、制御状態の切り替えが保留されたことを点線の矢印で示す。

具体的には、旋回状態にある旋回用電動機２１の制御状態が「通常制御」の場合に、確認部４１によって蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「制限レベル」である「３」又は「４」まで上昇したことが確認されたとしても、判断部４２は、「制限制御」への切り替えを保留する。旋回速度又は操作性の急変を防止するためである。その後、確認部４１は、所定の制御周期毎に旋回用電動機２１が非旋回状態にあるか旋回状態にあるかを確認する。そして、旋回用電動機２１が旋回状態にある限り、判断部４２は、保留状態を維持する。一方、確認部４１によって旋回用電動機２１が非旋回状態にあることが確認されると、判断部４２は、保留状態を解除し、「通常制御」を「制限制御」に切り替える。なお、判断部４２は、保留状態を解除した後、蓄電管理装置１４０の負荷レベルが依然として「制限レベル」である「３」又は「４」にあることが確認された場合に「通常制御」を「制限制御」に切り替えてもよい。また、旋回用電動機２１が旋回状態であったとしても、確認部４１によって蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「停止レベル」である「５」まで上昇したことが確認された場合には、判断部４２は、「減速停止制御」を介して「通常制御」を「停止制御」に切り替える。蓄電管理装置１４０への過負荷による悪影響を防止するためである。

同様に、旋回状態にある旋回用電動機２１の制御状態が「制限制御」の場合に、確認部４１によって蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「通常レベル」である「２」、「１」又は「０」まで低下したことが確認されたとしても、判断部４２は、「通常制御」への切り替えを保留する。旋回速度又は操作性の急変を防止するためである。その後、確認部４１は、所定の制御周期毎に旋回用電動機２１が非旋回状態にあるか旋回状態にあるかを確認する。そして、旋回用電動機２１が旋回状態にある限り、判断部４２は、保留状態を維持する。一方、確認部４１によって旋回用電動機２１が非旋回状態にあることが確認されると、判断部４２は、保留状態を解除し、「制限制御」を「通常制御」に切り替える。なお、判断部４２は、保留状態を解除した後、蓄電管理装置１４０の負荷レベルが依然として「通常レベル」である「２」、「１」、又は「０」にあることが確認された場合に「通常制御」を「制限制御」に切り替えてもよい。また、旋回用電動機２１が旋回状態であったとしても、確認部４１によって蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「停止レベル」である「５」まで上昇したことが確認された場合には、判断部４２は、「減速停止制御」を介して「制限制御」を「停止制御」に切り替える。蓄電管理装置１４０への過負荷による悪影響を防止するためである。

また、旋回状態にある旋回用電動機２１の制御状態が「制限制御」の場合に、逆旋回が確認部４１によって確認された場合にも、判断部４２は、「減速停止制御」を介して「制限制御」を「停止制御」に切り替える。このような状況は、例えば、ハイブリッドショベルが傾斜地に位置し、その傾斜地を登る方向に上部旋回体３を旋回させ或いはその旋回を停止させる際に「制限制御」の開始によってトルクが制限された場合に生じ得る。このような状況においても、判断部４２は、「減速停止制御」を介して「制限制御」を「停止制御」に切り替えることで、上部旋回体３の逆旋回を迅速に停止させることができる。

なお、本実施形態では、判断部４２は、「停止制御」を「制限制御」に切り替えることはない。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、判断部４２は、確認部４１によって蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「制限レベル」である「４」又は「３」まで低下したことが確認された場合に、「停止制御」を「制限制御」に切り替えてもよい。

抑制部４３は、作業要素の動作の出力を少なくとも抑制する抑制機能を有する機能要素である。作業要素の動作の出力の抑制は、その出力を増大させないこと、その出力を低減させること、及び、その出力をほぼゼロにすることを含む。また、抑制機能は、作業要素の動作の出力をゼロにしてもよい。本実施形態では、抑制部４３は、蓄電管理装置１４０の負荷レベルに応じて作業要素としての上部旋回体３の旋回動作を抑制し或いは停止させる。具体的には、抑制部４３は、蓄電管理装置１４０の負荷レベルに応じて上部旋回体３の旋回速度を低減させ、或いは、上部旋回体３の旋回速度をほぼゼロにする。また、抑制部４３は、蓄電管理装置１４０の負荷レベルに応じて上部旋回体３の旋回加速度（減速度を含む。）を低減させ、或いは、上部旋回体３の旋回加速度をほぼゼロにしてもよい。

本実施形態では、抑制部４３は、判断部４２が「通常制御」を「制限制御」に切り替えた場合、速度指令リミット値及びトルクリミット値の少なくとも一方を低減させる。その結果、インバータ２０の出力は制限され、旋回用電動機２１の旋回動作は「通常制御」のときに比べて抑制される。なお、旋回用電動機２１の旋回動作の抑制度合い、すなわち、速度指令リミット値及びトルクリミット値の低減幅は、蓄電管理装置１４０の異常度合いに応じて、すなわち、蓄電管理装置１４０の負荷レベル、キャパシタセル１９−１〜１９−ｎのそれぞれの温度の中央値等に応じて設定されてもよい。例えば、速度指令リミット値及びトルクリミット値の低減幅は、蓄電管理装置１４０の負荷レベルが高い程、大きくなるように設定される。反対に、抑制部４３は、判断部４２が「制限制御」を「通常制御」に切り替えた場合、速度指令リミット値及びトルクリミット値を最大値とする。その結果、インバータ２０の出力制限は解除され、旋回用電動機２１の旋回動作は「通常制御」のときの状態に復帰する。

また、抑制部４３は、判断部４２が「通常制御」又は「制限状態」を「減速停止制御」に切り替えた場合、トルクリミット値を最大値とし、且つ、速度指令リミット値をゼロとする。その結果、旋回中の旋回用電動機２１は、最大の制動トルクで停止させられる。

また、抑制部４３は、判断部４２が「減速停止制御」を「停止制御（ブレーキＯＮ）」に切り替えた場合、インバータ２０に対してオフ指令を出力してインバータ２０の出力を停止させ、且つ、メカニカルブレーキ２３に対してブレーキ指令を出力してメカニカルブレーキ２３による制動力を発生させる。その結果、旋回用電動機２１は、旋回中であるか否かにかかわらず、インバータ２０からの電流供給が強制的に遮断され、且つ、メカニカルブレーキ２３によって強制的に制動させられる。

また、抑制部４３は、判断部４２が「停止制御（ブレーキＯＮ）」を「通常制御」に切り替えた場合、速度指令リミット値及びトルクリミット値を最大値とする。その結果、旋回用電動機２１の旋回動作は「通常制御」のときの状態に復帰する。

通知部４４は、作業要素の状態を操作者に通知する通知機能を有する機能要素である。本実施形態では、通知部４４は、作業要素としての上部旋回体３の状態に応じて各種情報を出力する。

具体的には、通知部４４は、蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「制限レベル」に達する直前であると判断した場合に警告を出力する。本実施形態では、通知部４４は、蓄電管理装置１４０の負荷レベルがレベル「２」に達した場合に、音声出力部（図示せず。）から警報を出力させ、且つ、「セル温度上昇」等の警告メッセージを表示部（図示せず。）に表示させる。なお、レベル「２」は、「通常レベル」のうち、「制限レベル」である「３」の直前のレベルである。

これにより、通知部４４は、蓄電管理装置１４０が過負荷状態になるおそれがあることをより早期に操作者に伝えることができる。

また、通知部４４は、判断部４２が制御状態を「制限制御」に切り替える際に、旋回用電動機２１の制御状態が「制限制御」になることを操作者に通知する。本実施形態では、通知部４４は、「制限運転中」等のメッセージを表示部に表示させる。なお、通知部４４は、制御状態が「制限制御」であることを知らせる特定の警告音を音声出力部から出力させてもよい。

また、通知部４４は、判断部４２が制御状態を「減速停止制御」に切り替える際に、旋回用電動機２１の制御状態が「減速停止制御」になることを操作者に通知する。本実施形態では、通知部４４は、「強制減速中」等のメッセージを表示部に表示させる。なお、通知部４４は、制御状態が「減速停止制御」であることを知らせる特定の警告音を音声出力部から出力させてもよい。

また、通知部４４は、判断部４２が制御状態を「停止制御（ブレーキＯＮ）」に切り替える際に、旋回用電動機２１の制御状態が「停止制御（ブレーキＯＮ）」になることを操作者に通知する。本実施形態では、通知部４４は、「強制停止中」等のメッセージを表示部に表示させる。なお、通知部４４は、制御状態が「停止制御（ブレーキＯＮ）」であることを知らせる特定の警告音を音声出力部から出力させてもよい。また、通知部４４は、旋回用電動機２１の制御状態が「通常状態」に復帰するまでの残り時間を推定し、その残り時間を表示部に表示させてもよい。これにより、操作者は、ＩＧオフする必要なしに旋回動作を再開できることを認識できる。

これにより、通知部４４は、旋回用電動機２１の制御状態が「制限制御」で且つ逆旋回が発生した場合に旋回用電動機２１が強制的に減速或いは停止させられるときにも、その減速又は停止が「減速停止制御」又は「停止制御（ブレーキＯＮ）」によるものであることを操作者に伝えることができる。なお、通知部４４は、減速又は停止の原因が逆旋回であることを出力してもよい。

図８は、旋回制限制御部３０Ｂによる制御の流れの一例を示す。具体的には、図８は、セル温度（中央値）、蓄電管理装置１４０の負荷レベル、トルクリミット値、及び速度指令リミット値の時間的推移を示す。なお、セル温度（中央値）は、キャパシタセル１９−１〜１９−ｎのそれぞれの温度の中央値を意味する。

時刻ｔ０において、ハイブリッドショベルの操作者は、操作装置２６を用いて旋回操作を開始する。このとき、旋回用電動機２１の制御状態は「通常制御」にあり、蓄電管理装置１４０の負荷レベルは「通常レベル」にある。また、トルクリミット値は、最大値であるＴ１［％］に設定され、且つ、速度指令リミット値は、最大値である１００［％］に設定されている。なお、トルクリミット値の最大値Ｔ１［％］は、定格トルク値に相当する１００［％］より大きい値である。また、確認部４１、判断部４２、抑制部４３、及び通知部４４は、それぞれが担当する処理を所定の制御周期で繰り返し実行する。

時刻ｔ１においてセル温度（中央値）が制限レベル移行閾値に達すると、確認部４１は、蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「制限レベル」である「３」まで上昇したことを確認する。なお、制限レベル移行閾値は、蓄電管理装置１４０の負荷レベルを「通常レベル」から「制限レベル」に切り替える際の条件となる境界温度である。また、確認部４１は、旋回用電動機２１が非旋回状態にあるか旋回状態にあるかを確認する。

判断部４２は、蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「制限レベル」にあり、且つ、旋回用電動機２１が非旋回状態にあると確認された場合、旋回用電動機２１の制御状態を「通常制御」から「制限制御」に切り替える。一方、判断部４２は、蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「制限レベル」であっても、旋回用電動機２１が旋回状態であれば、「通常制御」から「制限制御」への切り替えを保留する。

旋回用電動機２１が時刻ｔ１において旋回状態であったとしても、その後に旋回操作レバーが中立位置に戻され、時刻ｔ２において非旋回状態となった場合、判断部４２は、保留状態を解除し、制御状態を「通常制御」から「制限制御」に切り替える。なお、判断部４２は、保留状態を解除した後、蓄電管理装置１４０の負荷レベルが依然として「制限レベル」であると確認された場合に、制御状態を「通常制御」から「制限制御」に切り替えてもよい。

抑制部４３は、制御状態が「通常制御」から「制限制御」に切り替えられると、トルクリミット値をＴ２［％］（Ｔ１＞Ｔ２＞１００）まで低減させ、且つ、速度指令リミット値をＶ１［％］（Ｖ１＜１００）まで低減させる。なお、図８は、時刻ｔ１において「通常制御」から「制限制御」への切り替えが保留され、且つ、時刻ｔ２においてその保留状態が解除されるトルクリミット値及び速度指令リミット値の推移を点線で示す。

通知部４４は、判断部４２が制御状態を「制限制御」に切り替える際に、「制限運転中」のメッセージを表示部に表示させる。

その後、時刻ｔ３においてセル温度（中央値）が通常レベル復帰閾値に達すると、確認部４１は、蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「通常レベル」である「２」まで低下したことを確認する。なお、通常レベル復帰閾値は、蓄電管理装置１４０の負荷レベルを「制限レベル」から「通常レベル」に切り替える際の条件となる境界温度である。また、確認部４１は、旋回用電動機２１が非旋回状態にあるか旋回状態にあるかを確認する。

判断部４２は、蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「通常レベル」にあり、且つ、旋回用電動機２１が非旋回状態にあると確認された場合、旋回用電動機２１の制御状態を「制限制御」から「通常制御」に切り替える。一方、判断部４２は、蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「通常レベル」であっても、旋回用電動機２１が旋回状態であれば、「制限制御」から「通常制御」への切り替えを保留する。

旋回用電動機２１が時刻ｔ３において旋回状態であったとしても時刻ｔ４において非旋回状態となった場合、判断部４２は、保留状態を解除し、制御状態を「制限制御」から「通常制御」に切り替える。なお、判断部４２は、保留状態を解除した後、蓄電管理装置１４０の負荷レベルが依然として「通常レベル」であると確認された場合に、制御状態を「制限制御」から「通常制御」に切り替えてもよい。

抑制部４３は、制御状態が「制限制御」から「通常制御」に切り替えられると、トルクリミット値をＴ１に復帰させ、且つ、速度指令リミット値を１００［％］に復帰させる。なお、図８は、時刻ｔ３において「制限制御」から「通常制御」への切り替えが保留され、且つ、時刻ｔ４においてその保留状態が解除されるトルクリミット値及び速度指令リミット値の推移を点線で示す。

通知部４４は、判断部４２が制御状態を「通常制御」に切り替える際に、表示部に表示された「制限運転中」のメッセージを消去する。なお、通知部４４は、制御状態が「通常制御」に切り替えられたことを音声で操作者に伝えてもよい。

以上の構成により、本発明の一実施形態によるハイブリッドショベルでは、蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「通常レベル」から「制限レベル」になると、コントローラ３０は、旋回用電動機２１の動きを抑制する。また、蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「制限レベル」になっても、旋回用電動機２１が旋回状態であれば、その抑制の実行を保留する。なお、旋回用電動機２１が非旋回状態であれば、その抑制の実行を保留しない。これにより、セル電圧の均等化を実行する蓄電管理装置１４０で異常が発生した場合であっても旋回用電動機２１を適切に制御できる。また、旋回速度の急変を防止でき、より適切なタイミングで上部旋回体３の旋回動作を抑制或いは停止できる。また、蓄電管理装置１４０の負荷レベルが比較的上昇し易い場合であっても、旋回用電動機２１の停止を回避しながら旋回用電動機２１を連続的に動作させることができ、旋回用電動機２１の小型化を促進できる。

また、コントローラ３０は、確認機能を有する確認部４１、判断機能を有する判断部４２、及び抑制機能を有する抑制部４３を別個独立の機能要素として有する。そのため、各機能の独立性を高め、各機能の改良等の効率を高めることができる。但し、確認部４１、判断部４２、及び抑制部４３は、物理的に分離されている必要はない。また、ＣＰＵ、内部メモリ等の処理部が個別に用意される必要もない。個々の機能を実現するために、ソフトウェア的にプログラムされ、或いは、ハードウェア的に構成されていれば十分である。

また、判断部４２は、抑制を保留した後に、制御周期毎に得られる確認部４１の確認結果に基づいて、その保留状態を維持するか解除するかを判断し、その判断結果に応じて保留状態の維持又は解除を実行してもよい。これにより、コントローラ３０は、「通常制御」から「制限制御」への切り替わりを保留した場合であっても、条件が満たされ次第、速やかに「通常制御」を「制限制御」に切り替えることができる。

また、判断部４２は、保留状態を解除した後、抑制機能による抑制を実行するか否かを改めて判断してもよい。これにより、判断部４２は、例えば、蓄電管理装置１４０の負荷レベルが「通常レベル」に戻っているにもかかわらず「通常制御」を「制限制御」に切り替えるといった無駄な切り替えを防止できる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述の実施形態において、本発明は、作業要素としての上部旋回体３の旋回動作を適切なタイミングで抑制或いは停止させるために用いられる。しかしながら、本発明は、この構成に限定されるものではない。例えば、本発明は、他の電動作業要素の動作を適切なタイミングで抑制或いは停止させるために用いられてもよい。

また、上述の実施形態において、抑制部４３は、判断部４２が「通常制御」を「制限制御」に切り替えた場合、旋回用電動機２１の駆動に制限を加えるために、速度指令生成部３１に対する速度指令リミット値、及び、トルク制限部３４に対するトルクリミット値を低減させる。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。抑制部４３は、例えば、ＰＩ制御部３６に対して駆動指令リミット値を出力し、ＰＩ制御部３６が出力する駆動指令値を低減させることで旋回用電動機２１の駆動を制限してもよい。また、抑制部４３は、ＰＷＭ信号生成部４０に対して制御信号を出力し、ＰＷＭ信号生成部４０が出力するＰＷＭ信号のデューティ比を低減させることで旋回用電動機２１の駆動を制限してもよい。また、抑制部４３は、インバータ２０に対して制御信号を出力し、インバータ２０が出力するモータ駆動電流を低減させることで旋回用電動機２１の駆動を制限してもよい。

また、上述の実施形態において、抑制部４３は、判断部４２が「通常制御」又は「制限状態」を「減速停止制御」に切り替えた場合、旋回中の旋回用電動機２１を最大の制動トルクで停止させるために、トルクリミット値を最大値とし、且つ、速度指令リミット値をゼロとする。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。抑制部４３は、例えば、ＰＷＭ信号生成部４０に対して制御信号を出力し、ＰＷＭ信号生成部４０が出力するＰＷＭ信号のデューティ比を増大させることで旋回中の旋回用電動機２１を最大の制動トルクで停止させてもよい。また、抑制部４３は、インバータ２０に対して制御信号を出力し、インバータ２０が出力するモータ駆動電流を増大させることで旋回中の旋回用電動機２１を最大の制動トルクで停止させてもよい。

また、蓄電管理装置１４０は、ＣＰＵ等を備える制御装置として構成されてもよい。この場合、蓄電管理装置１４０は、コントローラ３０を介さずに旋回用電動機２１の駆動を抑制し或いは停止させてもよい。

また、蓄電管理装置１４０の「異常」は、蓄電装置の電力の授受を抑制すべき事象が生じた場合を総じて指してもよい。そして、コントローラ３０は、蓄電管理装置１４０で異常が発生した場合に、旋回用電動機２１の駆動を抑制し或いは停止させることで蓄電装置の電力の授受を抑制できる。また、蓄電管理装置１４０の「異常度合い」は、異常のレベルに程度の違いが存在することを表し、例えば、蓄電装置の電力の授受を完全に停止させるべきレベル、蓄電装置の電力の授受を部分的に抑制させるべきレベル、それらの中間のレベル等を含み得る。

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・・・キャパシタ ２０・・・インバータ ２１・・・旋回用電動機 ２１Ａ・・・回転軸 ２２・・・レゾルバ 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 ２７、２８・・・油圧ライン ２９・・・圧力センサ ３０・・・コントローラ ３０Ａ・・・旋回制御部 ３０Ｂ・・・旋回制限制御部 ３１・・・速度指令生成部 ３２・・・減算器 ３３・・・ＰＩ制御部 ３４・・・トルク制限部 ３５・・・減算器 ３６・・・ＰＩ制御部 ３７・・・電流変換部 ３８・・・旋回動作検出部 ４０・・・ＰＷＭ信号生成部 ４１・・・確認部 ４２・・・判断部 ４３・・・抑制部 ４４・・・通知部 ５０・・・セル温度センサ ６０・・・主制御部 １００・・・昇降圧コンバータ １０１・・・リアクトル １０２Ａ・・・昇圧用ＩＧＢＴ １０２Ｂ・・・降圧用ＩＧＢＴ １０２ａ、１０２ｂ・・・ダイオード １０４・・・電源接続端子 １０６・・・出力端子 １０７・・・コンデンサ １１０・・・ＤＣバス １１１・・・ＤＣバス電圧検出部 １１２・・・キャパシタ電圧検出部 １１３・・・キャパシタ電流検出部 １１４・・・電源ライン １１５・・・接続点 １１７・・・電源ライン １１８・・・接続点 １２０・・・蓄電系 １３０−１、１３０−２・・・リレー １４０・・・蓄電管理装置 １４１・・・均等化回路部 １４２・・・均等化制御部 １４６・・・バランス用スイッチ １４８・・・放電抵抗 １４９・・・電圧測定部 ６００・・・均等化要否判定部

Claims (8)

1. エンジンと、
   前記エンジンをアシスト可能な電動発電機と、
   複数のセルで構成される蓄電装置を含む蓄電系と、
   前記複数のセルのセル電圧を均等化する蓄電管理装置と、
   旋回用電動機と、
   前記電動発電機、前記蓄電系、及び前記旋回用電動機を接続するバスラインと、
   前記蓄電管理装置の状態に応じて前記旋回用電動機の駆動を抑制し或いは停止させる制御装置と、
   を有するショベル。
2. 前記制御装置は、旋回速度が所定値未満となった場合に前記旋回用電動機の駆動を抑制し或いは停止させる、
   請求項１に記載のショベル。
3. 前記制御装置は、前記セルの温度が所定値以上となった場合に前記旋回用電動機の駆動を抑制し或いは停止させる、
   請求項１又は２に記載のショベル。
4. 前記制御装置は、前記蓄電管理装置の負荷レベルに応じて前記旋回用電動機の駆動の抑制度合いを決定する、
   請求項１乃至３の何れか一項に記載のショベル。
5. 前記制御装置は、前記複数のセルのうちの所定数のセルの温度が所定値以上となった場合に前記旋回用電動機の駆動を抑制し或いは停止させる、
   請求項１乃至４の何れか一項に記載のショベル。
6. 前記制御装置は、前記複数のセルのそれぞれの温度の中央値に応じて前記旋回用電動機の駆動の抑制度合いを決定する、
   請求項１乃至５の何れか一項に記載のショベル。
7. 前記制御装置は、前記旋回用電動機の駆動を抑制し或いは停止させた後、前記蓄電管理装置の状態が所定状態となった場合に、前記旋回用電動機の制御状態を、前記旋回用電動機の駆動を抑制し或いは停止させる前の制御状態に復帰させる、
   請求項１乃至６の何れか一項に記載のショベル。
8. 前記蓄電装置又は前記旋回用電動機の状態を操作者に通知する通知部をさらに有する、
   請求項１乃至７の何れか一項に記載のショベル。

Images