JP2016135951A - ハイブリッド建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 蓄電装置の電力供給量や電動機の出力が不十分となった場合でも、オペレータの操作違和感を抑える。
【解決手段】 発電電動機２７は、エンジン２１および油圧ポンプ２３に機械的に連結される。油圧ポンプ２３は、作業装置１２のシリンダ１２Ｄ〜１２Ｆ、走行油圧モータ２５および旋回油圧モータ２６に圧油を供給する。旋回油圧モータ２６は、旋回電動モータ３３と協働して旋回装置３を駆動する。ＨＣＵ３６は、速度低減モードＬＳＭＯＤＥで旋回動作とブーム上げ動作との複合動作を行うときに、上部旋回体４の旋回速度とブーム１２Ａを上げる動作速度との比率を、通常モードＮＭＯＤＥでの比率に保持するように、旋回電動モータ３３、旋回油圧モータ２６、ブームシリンダ１２Ｄ等の出力を低減させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、エンジンと発電電動機が搭載されたハイブリッド建設機械に関する。

一般に、エンジンと油圧ポンプに機械的に結合された発電電動機と、リチウムイオンバッテリやキャパシタ等の蓄電装置を備えたハイブリッド建設機械が知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなハイブリッド建設機械では、発電電動機は、エンジンの駆動力によって発電した電力を蓄電装置に充電する、または蓄電装置の電力を用いて力行することによってエンジンをアシストする、という役割を担う。また、多くのハイブリッド建設機械では、発電電動機とは別個に電動モータを備え、この電動モータによって油圧アクチュエータの動作を代行またはアシストさせている。例えば電動モータによって旋回動作を行うときには、電動モータへの電力供給によって上部旋回体の旋回動作やアシストを行うと共に、旋回停止時の制動エネルギを回生して蓄電装置の充電を行っている。

ここで、特許文献１には、発電電動機、旋回電動モータ、走行用電動機、リフティングマグネット等の複数の電動アクチュエータを備えたハイブリッド建設機械において、これら複数の電動アクチュエータが同時に大きな電力を要求し、その合計値が蓄電装置の電力供給限界を上回った場合に、予め決められた電動アクチュエータの優先度に従って電力を分配する構成が開示されている。

特開２０１０−２４８８７０号公報

特許文献１に記載されたハイブリッド建設機械では、蓄電装置の電力供給量が十分でないときでも、優先度の高い電動アクチュエータの動作性能を確保することはできるが、複数の電動アクチュエータが同時駆動する際の動作バランスについては、考慮されていない。

例えば、ショベルによってダンプに砂利や土砂を積み込む際には、旋回しながらブームを上げる旋回ブーム上げという動作が頻繁に行われる。このような動作では、同じレバー操作量に対してブームを含むフロント部（作業装置）が常に同じ軌跡を描くのが望ましい。しかしながら、特許文献１に記載されたハイブリッド建設機械では、蓄電装置の電力供給量が不足するときには、電動アクチュエータの優先度に従って電力を分配するから、蓄電装置の電力供給量に応じて、旋回電動モータと油圧ポンプに連結された発電電動機への電力供給の比率が変化する可能性がある。この場合、旋回電動モータによる旋回動作と油圧ポンプによるブーム上げ動作との比率が変わり、フロント部は通常時とは異なる軌跡を描くことになる。

また、蓄電装置の電力供給量が充分であっても、例えば温度上昇等が原因で旋回電動モータや発電電動機が充分な出力を出せない場合もある。この場合でも、前述と同様に、フロント部の描く軌跡が変化するという問題が生じる。

このように各種の状況に応じてフロント部の描く軌跡が変化すると、オペレータに普段の操作とは異なる操作を強いることになる。このため、操作違和感が生じて、オペレータに余分なストレスを与えてしまう虞れがある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、蓄電装置の電力供給量や電動機の出力が不十分となった場合でも、オペレータの操作違和感を抑えることができるハイブリッド建設機械を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、旋回体を備えた車体と、前記旋回体に設けられた作業装置と、前記車体に設けられたエンジンと、前記エンジンに機械的に接続された発電電動機と、前記発電電動機に電気的に接続された蓄電装置と、前記エンジンに機械的に接続された油圧ポンプと、前記車体または前記作業装置を駆動する複数のアクチュエータと、操作量に応じて前記複数のアクチュエータを駆動させるアクチュエータ操作装置と、前記発電電動機の出力を制御するコントローラとを備えたハイブリッド建設機械において、前記コントローラは、前記発電電動機、前記蓄電装置の状態に応じて前記複数のアクチュエータの動作速度を低減する速度低減モードと、前記複数のアクチュエータの動作速度の低下が解除された通常モードとを有し、前記速度低減モードで前記複数のアクチュエータのうち２つ以上のアクチュエータを同時に動かす複合動作を行うときに、前記複数のアクチュエータの動作速度の比率を、前記通常モードでの比率に保持するように、前記複数のアクチュエータの出力を低減する機能を有することを特徴としている。

請求項２の発明では、前記複数のアクチュエータのうちの１つのアクチュエータは、前記油圧ポンプからの圧油によって駆動する旋回油圧モータであり、前記車体には、前記発電電動機および前記蓄電装置に電気的に接続され、前記旋回油圧モータとの複合トルクで前記旋回体を旋回動作させる旋回電動機を設け、前記コントローラは、前記旋回電動機の出力を制御する機能を備え、前記速度低減モードで前記複合動作を行うときであって、前記旋回電動機と前記発電電動機が同時に力行作用するときには、前記発電電動機の出力の減少値を前記旋回電動機の出力の減少値よりも大きくしている。

請求項３の発明では、操作量に応じて前記旋回体を旋回動作させる旋回操作装置をさらに備え、前記コントローラは、前記旋回体の旋回速度と前記複数のアクチュエータのうち前記旋回油圧モータ以外のアクチュエータの動作速度との比率を、前記旋回操作装置の操作量と前記アクチュエータ操作装置の操作量とに基づいて決定している。

請求項４の発明では、前記コントローラは、前記蓄電装置の蓄電量、前記蓄電装置の温度、前記発電電動機の温度、前記旋回電動機の温度のうち少なくとも１つの条件に応じて前記通常モードから前記速度低減モードに遷移する構成としている。

請求項５の発明では、前記通常モードと前記速度低減モードとのうちいずれか一方を選択可能なモード選択スイッチをさらに備え、前記コントローラは、前記モード選択スイッチによって選択されたモードに応じて前記アクチュエータの動作速度を設定している。

請求項６の発明では、前記エンジンの最大出力は、前記油圧ポンプの最大動力よりも小さくしている。

請求項１の発明によれば、コントローラは、速度低減モードと通常モードとを有し、２つ以上のアクチュエータを同時に動かす複合動作を行うときに、複数のアクチュエータの動作速度の比率を、通常モードでの比率に保持するように、複数のアクチュエータの出力を低減する機能を有する。これにより、速度低減モードでアクチュエータの動作速度が低減したときでも、同時に駆動する複数のアクチュエータの動作速度の比率を通常モードでの比率に近い状態に保持することができる。このため、速度低減モードであっても、通常モードに近い速度比率で複数のアクチュエータの複合動作を行うことができ、オペレータの操作違和感を抑えることができる。

請求項２の発明によれば、コントローラは、速度低減モードで複合動作を行うときであって、旋回電動機と発電電動機が同時に力行作用するときには、発電電動機の出力の減少値を旋回電動機の出力の減少値よりも大きくする。一般的に、発電電動機の力行作用で駆動する油圧ポンプに比べて、旋回電動機の方が、エネルギ効率が高い。このため、旋回を含む複合動作において、エネルギ効率が高い状態で旋回速度とアクチュエータの動作速度を低減することができる。

請求項３の発明によれば、コントローラは、旋回体の旋回速度とアクチュエータの動作速度との比率を、旋回操作装置の操作量とアクチュエータ操作装置の操作量とに基づいて決定する。このため、速度低減モードであっても、旋回操作装置とアクチュエータ操作装置の操作量を通常モードと同程度に設定すれば、通常モードに近い速度比率で複合動作を行うことができ、オペレータの操作違和感を抑えることができる。

請求項４の発明によれば、コントローラは、蓄電装置の蓄電量、蓄電装置の温度、発電電動機の温度、旋回電動機の温度のうち少なくとも１つの条件に応じて通常モードから速度低減モードに遷移する。これにより、コントローラは、蓄電装置、発電電動機、旋回電動機の状態に応じて自動的に速度低減モードに遷移するから、蓄電装置、発電電動機、旋回電動機をできるだけ適正使用範囲内で動作させることができ、これらの劣化を抑制することができる。

請求項５の発明によれば、通常モードと速度低減モードとのうちいずれか一方を選択可能なモード選択スイッチをさらに備えるから、オペレータは電力を節約するか否かを能動的に選択することができる。

請求項６の発明によれば、エンジンの最大出力は油圧ポンプの最大動力よりも小さくした。このため、通常モードでは、油圧ポンプを最大動力で駆動するときに、発電電動機を力行作用させて油圧ポンプを駆動することができる。また、速度低減モードでは、例えば発電電動機の力行作用による出力を低下させて、油圧ポンプを駆動することができる。

本発明の実施の形態によるハイブリッド油圧ショベルを示す正面図である。 図１中のハイブリッド油圧ショベルに適用する油圧システムと電動システムを示すブロック図である。 図２中のハイブリッドコントロールユニットを示すブロック図である。 図３中のバッテリ放電制限値演算部を示すブロック図である。 バッテリ蓄電率から第１のバッテリ放電電力制限値を求めるテーブルを示す説明図である。 セル温度から第２のバッテリ放電電力制限値を求めるテーブルを示す説明図である。 図３中の総出力上限値演算部を示すブロック図である。 発電電動機温度から発電電動機出力上限値を求めるテーブルを示す説明図である。 図３中の動作出力配分演算部を示すブロック図である。 図３中の油圧電動出力配分演算部を示すブロック図である。 旋回電動モータ温度から旋回電動モータ力行上限値を求めるテーブルを示す説明図である。 図１のキャブ内を示す要部斜視図である。 通常モードにおける出力配分を示す説明図である。 モード選択スイッチに基づいて速度低減モードに遷移したときの出力配分を示す説明図である。 発電電動機温度に基づいて速度低減モードに遷移したときの出力配分を示す説明図である。 旋回電動モータ温度に基づいて速度低減モードに遷移したときの出力配分を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態によるハイブリッド建設機械としてハイブリッド油圧ショベルを例に挙げて、添付図面に従って説明する。

図１ないし図１６は本発明の実施の形態を示している。図１において、１は後述のエンジン２１と発電電動機２７とを備えたハイブリッド油圧ショベル（以下、油圧ショベル１という）を示している。この油圧ショベル１は、自走可能なクローラ式の下部走行体２と、下部走行体２上に設けられた旋回装置３と、下部走行体２上に旋回装置３を介して旋回可能に搭載された上部旋回体４と、上部旋回体４の前側に設けられ掘削作業等を行う多関節構造の作業装置１２とにより構成されている。このとき、下部走行体２と上部旋回体４とは、油圧ショベル１の車体を構成している。

上部旋回体４は、旋回フレーム５上に設けられ後述のエンジン２１等が収容された建屋カバー６と、オペレータが搭乗するキャブ７とを備える。図１２に示すように、キャブ７内には、オペレータが着座する運転席８が設けられると共に、運転席８の周囲には、操作レバー、操作ペダル等からなる走行操作装置９と、操作レバー等からなる旋回操作装置１０と、操作レバー等からなる作業操作装置１１とが設けられている。

走行操作装置９は、例えば運転席８の前側に配置される。また、旋回操作装置１０は、例えば運転席８の左側に配置された操作レバーのうち前後方向の操作部分が該当する。さらに、作業操作装置１１は、運転席８の左側に配置された操作レバーのうち左右方向の操作部分（アーム操作）と、運転席８の右側に配置された操作レバーのうち前後方向の操作部分（ブーム操作）と左右方向の操作部分（バケット操作）とが該当する。このとき、右側の操作レバーを前後方向で手前（後側）に引く操作が、ブーム上げ動作に対応する操作になる。なお、操作レバーの操作方向と旋回動作や作業動作との関係は、前述したものに限らず、油圧ショベル１の仕様等に応じて適宜設定される。

ここで、操作装置９〜１１には、これらの操作量（レバー操作量ＯＡr，ＯＡbu，ＯＡx）を検出する操作量センサ９Ａ〜１１Ａがそれぞれ設けられている。これらの操作量センサ９Ａ〜１１Ａは、例えば下部走行体２の走行操作、上部旋回体４の旋回操作、作業装置１２の俯仰動操作（掘削操作）等のような車体の操作状態を検出する車体操作状態検出装置を構成している。また、キャブ７内には、後述するモード選択スイッチ３８、エンジン制御ダイヤル３９、車載モニタ４０等が設けられている。

図１に示すように、作業装置１２は、例えばブーム１２Ａ、アーム１２Ｂ、バケット１２Ｃと、これらを駆動するブームシリンダ１２Ｄ、アームシリンダ１２Ｅ、バケットシリンダ１２Ｆとによって構成されている。ブーム１２Ａ、アーム１２Ｂ、バケット１２Ｃは、互いにピン結合される。作業装置１２は、旋回フレーム５に取付けられ、シリンダ１２Ｄ〜１２Ｆを伸長または縮小することによって、俯仰動する。

ここで、油圧ショベル１は、発電電動機２７等を制御する電動システムと、作業装置１２等の動作を制御する油圧システムとを搭載している。以下、油圧ショベル１のシステム構成について図２ないし図１２を参照して説明する。

２１は旋回フレーム５に搭載されたエンジンを示し、このエンジン２１は、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関によって構成される。図２に示すように、エンジン２１の出力側には、後述の油圧ポンプ２３と発電電動機２７とが機械的に直列接続して取付けられ、これら油圧ポンプ２３と発電電動機２７とは、エンジン２１によって駆動される。ここで、エンジン２１の作動はエンジンコントロールユニット２２（以下、ＥＣＵ２２という）によって制御され、ＥＣＵ２２は、ＨＣＵ３６からのエンジン出力指令Ｐeに基づいて、エンジン２１の出力トルク、回転速度（エンジン回転数）等を制御する。また、エンジン２１には、エンジン実出力Ｐ0eを検出するセンサ（図示せず）が設けられ、エンジン実出力Ｐ0eは後述のＣＡＮ３７を介してＨＣＵ３６に入力される。なお、エンジン２１の最大出力は、例えば油圧ポンプ２３の最大動力よりも小さくなっている。

２３はエンジン２１によって駆動される油圧ポンプを示している。この油圧ポンプ２３は、タンク（図示せず）内に貯溜された作動油を加圧し、走行油圧モータ２５、旋回油圧モータ２６、作業装置１２のシリンダ１２Ｄ〜１２Ｆ等に圧油として吐出する。

油圧ポンプ２３は、コントロールバルブ２４を介して油圧アクチュエータ（アクチュエータ）としての走行油圧モータ２５、旋回油圧モータ２６、シリンダ１２Ｄ〜１２Ｆに接続されている。コントロールバルブ２４は、走行操作装置９、旋回操作装置１０、作業操作装置１１に対する操作に応じて、油圧ポンプ２３から吐出された圧油を走行油圧モータ２５、旋回油圧モータ２６、シリンダ１２Ｄ〜１２Ｆに供給または排出する。

具体的には、走行油圧モータ２５には、走行操作装置９の操作に応じて油圧ポンプ２３から圧油が供給される。これにより、走行油圧モータ２５は、下部走行体２を走行駆動させる。旋回油圧モータ２６には、旋回操作装置１０の操作に応じて油圧ポンプ２３から圧油が供給される。これにより、旋回油圧モータ２６は、上部旋回体４を旋回動作させる。シリンダ１２Ｄ〜１２Ｆには、作業操作装置１１の操作に応じて油圧ポンプ２３から圧油が供給される。これにより、シリンダ１２Ｄ〜１２Ｆは、作業装置１２を俯仰動させる。

２７はエンジン２１によって駆動される発電電動機（モータジェネレータ）を示している。この発電電動機２７は、例えば同期電動機等によって構成される。発電電動機２７は、エンジン２１を動力源に発電機として働き蓄電装置３１や旋回電動モータ３３への電力供給を行う発電と、蓄電装置３１や旋回電動モータ３３からの電力を動力源にモータとして働きエンジン２１および油圧ポンプ２３の駆動をアシストする力行との２通りの役割を果たす。従って、エンジン２１のトルクには、状況に応じて発電電動機２７のアシストトルクが追加され、これらのトルクによって油圧ポンプ２３は駆動する。この油圧ポンプ２３から吐出される圧油によって、作業装置１２の動作や車両の走行等が行われる。

図２に示すように、発電電動機２７は、第１のインバータ２８を介して一対の直流母線２９Ａ，２９Ｂに接続されている。第１のインバータ２８は、例えばトランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等からなる複数のスイッチング素子を用いて構成され、モータジェネレータコントロールユニット３０（以下、ＭＧＣＵ３０という）によって各スイッチング素子のオン／オフが制御される。直流母線２９Ａ，２９Ｂは、正極側と負極側とで対をなし、例えば数百Ｖ程度の直流電圧が印加されている。

発電電動機２７の発電時には、第１のインバータ２８は、発電電動機２７からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置３１や旋回電動モータ３３に供給する。発電電動機２７の力行時には、第１のインバータ２８は、直流母線２９Ａ，２９Ｂの直流電力を交流電力に変換して発電電動機２７に供給する。そして、ＭＧＣＵ３０は、ＨＣＵ３６からの発電電動機力行出力指令Ｐmg等に基づいて、第１のインバータ２８の各スイッチング素子のオン／オフを制御する。これにより、ＭＧＣＵ３０は、発電電動機２７の発電時の発電電力や力行時の駆動電力を制御する。また、ＭＧＣＵ３０は、発電電動機２７の温度（発電電動機温度Ｔmg）を検出する温度センサ（図示せず）を備え、発電電動機温度ＴmgをＨＣＵ３６に向けて出力する。

３１は発電電動機２７に電気的に接続された蓄電装置を示している。この蓄電装置３１は、例えばリチウムイオンバッテリからなる複数個のセル（図示せず）によって構成され、直流母線２９Ａ，２９Ｂに接続されている。

蓄電装置３１は、発電電動機２７の発電時には発電電動機２７から供給される電力を充電し、発電電動機２７の力行時（アシスト駆動時）には発電電動機２７に向けて駆動電力を供給する。また、蓄電装置３１は、旋回電動モータ３３の回生時には旋回電動モータ３３から供給される回生電力を充電し、旋回電動モータ３３の力行時には旋回電動モータ３３に向けて駆動電力を供給する。このように、蓄電装置３１は、発電電動機２７によって発電された電力を蓄電することに加え、油圧ショベル１の旋回制動時に旋回電動モータ３３が発生した回生電力を吸収し、直流母線２９Ａ，２９Ｂの電圧を一定に保つ。

蓄電装置３１は、バッテリコントロールユニット３２（以下、ＢＣＵ３２という）によって充電動作や放電動作が制御される。ＢＣＵ３２は、バッテリ許容放電電力Ｐbmax、バッテリ蓄電率ＳＯＣ、セル温度Ｔcellを検出してＨＣＵ３６に向けて出力すると共に、ＨＣＵ３６からの電動旋回出力指令Ｐer、発電電動機力行出力指令Ｐmgに従って旋回電動モータ３３、発電電動機２７が駆動するように、蓄電装置３１の充放電を制御する。このとき、バッテリ蓄電率ＳＯＣは、蓄電装置３１の蓄電量に対応した値になる。

なお、本実施の形態では、蓄電装置３１には、例えば電圧３５０Ｖ、放電容量５Ａｈ程度、バッテリ蓄電率ＳＯＣ（蓄電率）の適正使用範囲は３０〜７０％程度に設定されたリチウムイオンバッテリを用いるものとする。バッテリ蓄電率ＳＯＣの適正使用範囲等は、上述した値に限らず、蓄電装置３１の仕様等に応じて適宜設定される。

３３は発電電動機２７または蓄電装置３１からの電力によって駆動される旋回電動モータ（旋回電動機）を示している。この旋回電動モータ３３は、例えば三相誘導電動機によって構成され、旋回油圧モータ２６と共に旋回フレーム５に設けられている。旋回電動モータ３３は、旋回油圧モータ２６と協働して旋回装置３を駆動する。このため、旋回装置３は、旋回油圧モータ２６と旋回電動モータ３３の複合トルクによって駆動し、上部旋回体４を旋回駆動する。

図２に示すように、旋回電動モータ３３は、第２のインバータ３４を介して直流母線２９Ａ，２９Ｂに接続されている。旋回電動モータ３３は、蓄電装置３１や発電電動機２７からの電力を受けて回転駆動する力行と、旋回制動時の余分なトルクで発電して蓄電装置３１を蓄電する回生との２通りの役割を果たす。このため、力行時の旋回電動モータ３３には、発電電動機２７等からの電力が直流母線２９Ａ，２９Ｂを介して供給される。これにより、旋回電動モータ３３は、旋回操作装置１０の操作に応じて回転トルクを発生させて、旋回油圧モータ２６の駆動をアシストすると共に、旋回装置３を駆動して上部旋回体４を旋回動作させる。

第２のインバータ３４は、第１のインバータ２８と同様に、複数のスイッチング素子を用いて構成される。第２のインバータ３４は、旋回電動モータコントロールユニット３５（以下、ＲＭＣＵ３５という）によって各スイッチング素子のオン／オフが制御される。旋回電動モータ３３の力行時には、第２のインバータ３４は、直流母線２９Ａ，２９Ｂの直流電力を交流電力に変換して旋回電動モータ３３に供給する。旋回電動モータ３３の回生時には、第２のインバータ３４は、旋回電動モータ３３からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置３１等に供給する。

ＲＭＣＵ３５は、ＨＣＵ３６からの電動旋回出力指令Ｐer等に基づいて、第２のインバータ３４の各スイッチング素子のオン／オフを制御する。これにより、ＲＭＣＵ３５は、旋回電動モータ３３の回生時の回生電力や力行時の駆動電力を制御する。また、ＲＭＣＵ３５は、旋回電動モータ３３の温度（旋回電動モータ温度Ｔrm）を検出する温度センサ（図示せず）を備え、旋回電動モータ温度ＴrmをＨＣＵ３６に向けて出力する。

３６はコントローラとしてのハイブリッドコントロールユニット（ＨＣＵ）を示している。このＨＣＵ３６は、例えばマイクロコンピュータによって構成されると共に、ＣＡＮ３７（Controller Area Network）等を用いてＥＣＵ２２、ＭＧＣＵ３０、ＲＭＣＵ３５、ＢＣＵ３２に電気的に接続されている。ＨＣＵ３６は、ＥＣＵ２２、ＭＧＣＵ３０、ＲＭＣＵ３５、ＢＣＵ３２と通信しながら、エンジン２１、発電電動機２７、旋回電動モータ３３、蓄電装置３１を制御する。

ＨＣＵ３６には、ＣＡＮ３７等を通じて、バッテリ許容放電電力Ｐbmax、バッテリ蓄電率ＳＯＣ、セル温度Ｔcell、発電電動機温度Ｔmg、エンジン実出力Ｐ0e、旋回電動モータ温度Ｔrm等が入力される。また、ＨＣＵ３６には、操作装置９〜１１のレバー操作量ＯＡr，ＯＡbu，ＯＡxを検出する操作量センサ９Ａ〜１１Ａが接続されている。さらに、ＨＣＵ３６には、モード選択スイッチ３８、エンジン制御ダイヤル３９等に接続されている。これにより、ＨＣＵ３６には、レバー操作量ＯＡr，ＯＡbu，ＯＡx、速度低減モード選択スイッチ情報Ｓmode、エンジン目標回転数ωeが入力される。

モード選択スイッチ３８は、通常モードＮＭＯＤＥと速度低減モードＬＳＭＯＤＥとのうちいずれか１つを選択する。ここで、速度低減モードＬＳＭＯＤＥでは、例えばエンジン２１の実出力Ｐ0eを上回る出力が必要になるときには、旋回装置３、作業装置１２の動作速度が低減される。一方、通常モードＮＭＯＤＥでは、速度低減モードＬＳＭＯＤＥによる動作速度の低減が解除される。

モード選択スイッチ３８は、例えばオン（ＯＮ）とオフ（ＯＦＦ）が切り換わるスイッチによって構成され、オペレータによって切換え操作される。また、モード選択スイッチ３８は、キャブ７内に配置されると共に、その出力側がＨＣＵ３６に接続される。ＨＣＵ３６は、例えばモード選択スイッチ３８がＯＮとなったときに速度低減モードＬＳＭＯＤＥを選択し、モード選択スイッチ３８がＯＦＦとなったときに通常モードＮＭＯＤＥを選択する。このため、ＨＣＵ３６には、モード選択スイッチ３８のＯＮとＯＦＦに対応した速度低減モード選択スイッチ情報Ｓmodeが入力される。

エンジン制御ダイヤル３９は、回転可能なダイヤルによって構成され、ダイヤルの回転位置に応じてエンジン２１の目標回転数ωeを設定する。このエンジン制御ダイヤル３９は、キャブ７内に位置して、オペレータによって回転操作され、目標回転数ωeに応じた指令信号を出力する。

車載モニタ４０は、キャブ７内に配置され、例えば燃料の残量、エンジン冷却水の水温、稼動時間、車内温度等のように車体に関する各種の情報を表示する。これに加え、車載モニタ４０は、ＨＣＵ３６に接続される共に、通常モードＮＭＯＤＥと速度低減モードＬＳＭＯＤＥとのうち現在動作中のモードを表示する。

ＨＣＵ３６は、通常モードＮＭＯＤＥと速度低減モードＬＳＭＯＤＥとのうち選択されたモードに応じてエンジン２１、発電電動機２７、旋回電動モータ３３の出力を制御する。そこで、次にＨＣＵ３６の具体的な構成について、図３ないし図１１を参照しつつ説明する。

図３に示すように、ＨＣＵ３６は、バッテリ放電制限値演算部４１と、総出力上限値演算部４２と、動作出力配分演算部４３と、油圧電動出力配分演算部４４とを有している。このＨＣＵ３６は、例えばバッテリ許容放電電力Ｐbmax、バッテリ蓄電率ＳＯＣ、セル温度Ｔcell、エンジン目標回転数ωe、発電電動機温度Ｔmg、速度低減モード選択スイッチ情報Ｓmode、旋回レバー操作量ＯＡr、ブーム上げレバー操作量ＯＡbu、その他レバー操作量ＯＡx、エンジン実出力Ｐ0e、旋回電動モータ温度Ｔrmに基づいて、エンジン出力指令Ｐe、電動旋回出力指令Ｐer、発電電動機力行出力指令Ｐmgを出力する。

図４に示すように、バッテリ放電制限値演算部４１は、第１のバッテリ放電電力制限値演算部４１Ａと、第２のバッテリ放電電力制限値演算部４１Ｂと、最小値選択部４１Ｃとを有している。このバッテリ放電制限値演算部４１には、ＢＣＵ３２からバッテリ蓄電率ＳＯＣと、セル温度Ｔcellと、バッテリ許容放電電力Ｐbmaxとが入力される。このとき、バッテリ許容放電電力Ｐbmaxは、現在の蓄電装置３１が放電可能な電力を表すものであり、例えば蓄電装置３１のセル電圧やハード的な電流上限値から計算される。

第１のバッテリ放電電力制限値演算部４１Ａは、バッテリ蓄電率ＳＯＣに基づいて第１のバッテリ放電電力制限値Ｐlim1を演算するために、例えば図５に示すようなテーブルＴ1を有する。第１のバッテリ放電電力制限値演算部４１Ａは、テーブルＴ1を用いてバッテリ蓄電率ＳＯＣに応じた第１のバッテリ放電電力制限値Ｐlim1を演算する。

第２のバッテリ放電電力制限値演算部４１Ｂは、セル温度Ｔcellに基づいて第２のバッテリ放電電力制限値Ｐlim2を演算するために、例えば図６に示すようなテーブルＴ2を有する。第２のバッテリ放電電力制限値演算部４１Ｂは、テーブルＴ2を用いてセル温度Ｔcellに応じた第２のバッテリ放電電力制限値Ｐlim2を演算する。

このとき、図５および図６中のバッテリ放電電力制限値Ｐlim1，Ｐlim2の最大値Ｐ11，Ｐ21は、蓄電装置３１が新品であり、かつセル温度Ｔcellが常温での典型的なバッテリ許容放電電力Ｐbmaxに近い値に設定されている。

テーブルＴ1は、バッテリ蓄電率ＳＯＣが適正使用範囲の最低値ＳＯＣ2よりも低下すると、バッテリ放電電力制限値Ｐlim1を最小値Ｐ10（例えばＰ10＝０ｋＷ）に設定し、バッテリ蓄電率ＳＯＣが閾値となる適正基準値ＳＯＣ1よりも上昇すると、バッテリ放電電力制限値Ｐlim1を最大値Ｐ11に設定する。また、バッテリ蓄電率ＳＯＣが最低値ＳＯＣ2と適正基準値ＳＯＣ1の間の値となるときには、テーブルＴ1は、バッテリ蓄電率ＳＯＣが増加するに従って、バッテリ放電電力制限値Ｐlim1を増加させる。ここで、適正基準値ＳＯＣ1は、最低値ＳＯＣ2から多少余裕を持って大きな値に設定されている。例えば最低値ＳＯＣ2が３０％となるときに、適正基準値ＳＯＣ1は３５％程度の値に設定されている。

テーブルＴ2は、セル温度Ｔcellが適正使用範囲の最高値Ｔcell2よりも上昇すると、バッテリ放電電力制限値Ｐlim2を最小値Ｐ20（例えばＰ20＝０ｋＷ）に設定し、セル温度Ｔcellが閾値となる適正基準値Ｔcell1よりも低下すると、バッテリ放電電力制限値Ｐlim2を最大値Ｐ21に設定する。また、セル温度Ｔcellが最高値Ｔcell2と適正基準値Ｔcell1の間の値となるときには、テーブルＴ2は、セル温度Ｔcellが上昇するに従って、バッテリ放電電力制限値Ｐlim2を低下させる。ここで、適正基準値Ｔcell1は、最高値Ｔcell2から多少余裕を持って小さな値に設定されている。例えば最高値Ｔcell2が６０℃となるときに、適正基準値Ｔcell1は５０℃程度の値に設定されている。

最小値選択部４１Ｃは、第１，第２のバッテリ放電電力制限値演算部４１Ａ，４１Ｂによって演算されたバッテリ放電電力制限値Ｐlim1，Ｐlim2、バッテリ許容放電電力Ｐbmaxの３つの値を比較し、これらの最小値を選択してバッテリ放電電力制限値Ｐlim0として出力する。

図７に示すように、総出力上限値演算部４２は、発電電動機力行出力上限値演算部４２Ａと、エンジン出力上限値演算部４２Ｂと、総出力上限値演算部４２Ｃとを有している。この総出力上限値演算部４２には、バッテリ放電電力制限値Ｐlim0と、エンジン制御ダイヤル３９の指令等によって決定されるエンジン２１の目標回転数ωeと、発電電動機温度Ｔmgと、速度低減モード選択スイッチ情報Ｓmodeとが入力される。

発電電動機力行出力上限値演算部４２Ａは、バッテリ放電電力制限値Ｐlim0の範囲で発電電動機２７が最大限力行したときの出力を演算し、発電電動機出力上限値Ｐmgmaxとして出力する。このとき、発電電動機力行出力上限値演算部４２Ａは、例えば発電電動機２７の温度Ｔmg、効率等のようなハード的な制約を考慮して、発電電動機出力上限値Ｐmgmaxを演算する。

具体的には、発電電動機力行出力上限値演算部４２Ａは、例えば図８に示すようなテーブルＴ3を有する。発電電動機力行出力上限値演算部４２Ａは、テーブルＴ3を用いて発電電動機温度Ｔmgに応じた発電電動機出力上限値Ｐmgmaxを演算する。

テーブルＴ3は、発電電動機温度Ｔmgが適正使用範囲の最高値Ｔmg2よりも上昇すると、発電電動機出力上限値Ｐmgmaxを最小値Ｐ30に設定し、発電電動機温度Ｔmgが閾値となる適正基準値Ｔmg1よりも低下すると、発電電動機出力上限値Ｐmgmaxを最大値Ｐ31に設定する。また、発電電動機温度Ｔmgが最高値Ｔmg2と適正基準値Ｔmg1の間の値となるときには、テーブルＴ3は、発電電動機温度Ｔmgが上昇するに従って、発電電動機出力上限値Ｐmgmaxを低下させる。ここで、適正基準値Ｔmg1は、最高値Ｔmg2から多少余裕を持って小さな値に設定されている。

エンジン出力上限値演算部４２Ｂは、目標回転数ωeにおいて出力可能なエンジン２１の出力最大値を演算し、エンジン出力上限値Ｐemaxとして出力する。

総出力上限値演算部４２Ｃは、まず発電電動機力行出力上限値演算部４２Ａで演算された発電電動機２７の力行出力上限値である発電電動機出力上限値Ｐmgmaxと、エンジン出力上限値演算部４２Ｂで演算されたエンジン出力上限値Ｐemaxとの合計値（Ｐmgmax＋Ｐemax）を計算する。

また、総出力上限値演算部４２Ｃは、モード出力上限値Ｐmodemaxを備えている。このモード出力上限値Ｐmodemaxは、各モード（速度低減モードＬＳＭＯＤＥと通常モードＮＭＯＤＥ）で、発電電動機２７およびエンジン２１から供給可能な出力の上限値である。このため、モード出力上限値Ｐmodemaxは、モード選択スイッチ３８がＯＮとＯＦＦでは、それぞれ異なる値に設定される。

例えばモード選択スイッチ３８がＯＮのときは、速度低減モードＬＳＭＯＤＥが選択される。このとき、速度低減モードＬＳＭＯＤＥのモード出力上限値Ｐmodemaxは、モード選択スイッチ３８がＯＦＦとなって通常モードＮＭＯＤＥが選択されたときに比べて、小さい値に設定される。

そこで、総出力上限値演算部４２Ｃは、速度低減モード選択スイッチ情報Ｓmodeに基づいてモード選択スイッチ３８によって選択されたモードを把握し、選択されたモードに応じたモード出力上限値Ｐmodemaxを設定する。その上で、総出力上限値演算部４２Ｃは、モード出力上限値Ｐmodemaxと、発電電動機出力上限値Ｐmgmaxおよびエンジン出力上限値Ｐemaxの合計値とを比較し、これらのうちで値の小さい方を総出力上限値Ｐtmaxとして出力する。

図９に示すように、動作出力配分演算部４３は、旋回基本要求出力演算部４３Ａと、ブーム上げ基本要求出力演算部４３Ｂと、その他基本要求出力演算部４３Ｃと、旋回ブーム上げ出力配分演算部４３Ｄと、旋回ブーム上げ要求出力演算部４３Ｅと、その他要求出力演算部４３Ｆとを有している。この動作出力配分演算部４３には、総出力上限値Ｐtmaxと、旋回レバー操作量ＯＡrと、ブーム上げレバー操作量ＯＡbuと、その他レバー操作量ＯＡxとが入力される。なお、図９では、その他レバー操作量ＯＡxは、１つにまとめて記載したが、例えばアームレバー操作量、バケットレバー操作量等のように実際は複数種類のレバー操作量を含んでいる。

旋回基本要求出力演算部４３Ａは、旋回レバー操作量ＯＡrに対して単調増加するような旋回基本要求出力Ｐr0を演算する。この旋回基本要求出力Ｐr0の値は、旋回単独動作が充分に行える程度にチューニングされている。

ブーム上げ基本要求出力演算部４３Ｂは、ブーム上げレバー操作量ＯＡbuに対して単調増加するようなブーム上げ基本要求出力Ｐbu0を演算する。このブーム上げ基本要求出力Ｐbu0の値は、ブーム１２Ａを持ち上げるブーム上げ単独動作が充分に行える程度にチューニングされている。

その他基本要求出力演算部４３Ｃは、旋回基本要求出力演算部４３Ａやブーム上げ基本要求出力演算部４３Ｂと同様に、その他レバー操作量ＯＡxに含まれるそれぞれのレバー操作量に対して単調増加するようなその他基本要求出力Ｐx0を演算する。その他基本要求出力Ｐx0の値は、それぞれ単独動作が充分に行える程度の値にチューニングされている。

旋回ブーム上げ出力配分演算部４３Ｄは、旋回レバー操作量ＯＡr、ブーム上げレバー操作量ＯＡbuおよびその他レバー操作量ＯＡxに基づいて、総出力上限値Ｐtmaxのうちどの程度の出力を旋回ブーム上げ動作に分配するかを判断し、旋回ブーム上げ要求出力Ｐrbu1を演算する。このとき、旋回ブーム上げ動作は、旋回動作とブーム上げ動作とを一緒に行う複合動作である。

例えば旋回ブーム上げのみの動作でも、バッテリ蓄電率ＳＯＣの減少やセル温度Ｔcellの上昇によって蓄電装置３１が充分に電力を供給できなくなった場合は、前述のように総出力上限値Ｐtmaxは小さくなる。この場合、旋回ブーム上げ出力配分演算部４３Ｄは、総出力上限値Ｐtmaxに応じて、旋回ブーム上げ動作に分配する値、即ち旋回ブーム上げ要求出力Ｐrbu1の値を小さくする。また、例えば走行動作のように、旋回ブーム上げ動作よりも優先度の高いその他の動作が同時に要求される場合でも、旋回ブーム上げ出力配分演算部４３Ｄは、旋回ブーム上げ要求出力Ｐrbu1の値を小さくする。

旋回ブーム上げ要求出力演算部４３Ｅは、旋回基本要求出力Ｐr0とブーム上げ基本要求出力Ｐbu0との比率を演算する。旋回ブーム上げ要求出力演算部４３Ｅは、この比率に応じて、旋回ブーム上げ要求出力Ｐrbu1を旋回動作とブーム上げ動作とに分配し、旋回動作に応じた旋回要求出力Ｐr1と、ブーム上げ動作に応じたブーム上げ要求出力Ｐbu1とを演算して出力する。

その他要求出力演算部４３Ｆは、総出力上限値Ｐtmaxと旋回ブーム上げ要求出力Ｐrbu1の差を演算する。その他要求出力演算部４３Ｆは、この差をその他基本要求出力Ｐx0に応じて適切に分配し、その他要求出力Ｐx1を出力する。

ここでは、旋回動作とブーム上げ動作との２つの動作を複合した旋回ブーム上げ動作を例に挙げ、この旋回ブーム上げ動作に関して出力分配を行うものとした。しかし、本発明はこれに限らず、その他としてまとめた複数の動作のうちの１つの動作を、旋回動作とブーム上げ動作とに加えて、これら３つの動作を複合した複合動作についても、旋回ブーム上げ出力配分演算部４３Ｄを拡張することで適用可能である。

例えば旋回ブーム上げ動作に加えて、アーム１２Ｂを引き寄せるアーム引き動作も同時に行う場合、旋回ブーム上げ出力配分演算部４３Ｄを旋回ブーム上げアーム引き出力配分演算部に拡張する。このとき、旋回ブーム上げアーム引き出力配分演算部は、旋回ブーム上げ動作とアーム引き動作とを加えた合計の出力を総出力上限値Ｐtmaxから確保し、前述と同様に旋回速度に対するブーム上げとアーム引きの速度比率を変えないように出力を配分すればよい。同様な拡張を行うことによって、旋回ブーム上げ動作にバケット動作を追加することも可能である。

図１０に示すように、油圧電動出力配分演算部４４は、油圧電動旋回出力配分演算部４４Ａと、推定総ポンプ出力演算部４４Ｂと、エンジン発電電動機出力配分演算部４４Ｃとを有している。油圧電動出力配分演算部４４には、バッテリ放電電力制限値Ｐlim0と、旋回要求出力Ｐr1と、旋回電動モータ温度Ｔrmと、ブーム上げ要求出力Ｐbu1と、その他要求出力Ｐx1と、エンジン出力上限値Ｐemaxと、エンジン実出力Ｐ0eとが入力される。

油圧電動旋回出力配分演算部４４Ａは、バッテリ放電電力制限値Ｐlim0の範囲で旋回電動モータ３３が最大限力行したときの出力を、旋回電動モータ力行上限値Ｐrmmaxとして演算する。このとき、油圧電動旋回出力配分演算部４４Ａは、例えば旋回電動モータ３３の温度Ｔrm、効率等のようなハード的な制約を考慮して、旋回電動モータ力行上限値Ｐrmmaxを演算する。

具体的には、油圧電動旋回出力配分演算部４４Ａは、例えば図１１に示すようなテーブルＴ4を有する。油圧電動旋回出力配分演算部４４Ａは、テーブルＴ4を用いて旋回電動モータ温度Ｔrmに応じた旋回電動モータ力行上限値Ｐrmmaxを演算する。

テーブルＴ4は、旋回電動モータ温度Ｔrmが適正使用範囲の最高値Ｔrm2よりも上昇すると、旋回電動モータ力行上限値Ｐrmmaxを最小値Ｐ40に設定し、旋回電動モータ温度Ｔrmが閾値となる適正基準値Ｔrm1よりも低下すると、旋回電動モータ力行上限値Ｐrmmaxを最大値Ｐ41に設定する。また、旋回電動モータ温度Ｔrmが最高値Ｔrm2と適正基準値Ｔrm1の間の値となるときには、テーブルＴ4は、旋回電動モータ温度Ｔrmが上昇するに従って、旋回電動モータ力行上限値Ｐrmmaxを低下させる。ここで、適正基準値Ｔrm1は、最高値Ｔrm2から多少余裕を持って小さな値に設定されている。

油圧電動旋回出力配分演算部４４Ａは、旋回電動モータ力行上限値Ｐrmmaxと旋回要求出力Ｐr1とを比較し、小さい方を電動旋回出力指令Ｐerとして出力する。旋回電動モータ力行上限値Ｐrmmaxよりも旋回要求出力Ｐr1の値が大きいときは、電動旋回出力指令Ｐerは旋回電動モータ力行上限値Ｐrmmaxになるから、油圧電動旋回出力配分演算部４４Ａは、電動旋回出力指令Ｐerと旋回要求出力Ｐr1との差（Ｐr1−Ｐer）を油圧旋回出力指令Ｐhrとして出力する。一方、旋回要求出力Ｐr1の値よりも旋回電動モータ力行上限値Ｐrmmaxが大きいときは、旋回動作は旋回電動モータ３３だけで行うから、油圧電動旋回出力配分演算部４４Ａは、油圧旋回出力指令Ｐhrを０に設定（Ｐhr＝０ｋＷ）して出力する。

推定総ポンプ出力演算部４４Ｂは、油圧旋回出力指令Ｐhrと、ブーム上げ要求出力Ｐbu1と、その他要求出力Ｐx１との合計値を計算する。推定総ポンプ出力演算部４４Ｂは、この合計値からポンプ効率を考慮して推定総ポンプ出力Ｐpを演算し、推定総ポンプ出力Ｐpを出力する。

エンジン発電電動機出力配分演算部４４Ｃは、推定総ポンプ出力Ｐpがエンジン実出力Ｐ0eよりも大きい場合は、これらの差分を発電電動機力行出力指令Ｐmgとして出力し、エンジン出力上限値Ｐemaxをエンジン出力指令Ｐeとして出力する。逆に、エンジン実出力Ｐ0eが推定総ポンプ出力Ｐpよりも大きい場合は、発電電動機力行出力指令Ｐmgを０に設定（Ｐmg＝０ｋＷ）して出力し、推定総ポンプ出力Ｐpをエンジン出力指令Ｐeとして出力する。

以上のように構成された油圧電動出力配分演算部４４を使用することによって、使用可能なバッテリ放電電力は可能な限り旋回電動モータ３３に配分され、残りの電力はエンジン２１の出力だけで油圧負荷を担保できない場合の発電電動機２７の力行作用に配分される。従って、蓄電装置３１の放電電力がその蓄電量（バッテリ蓄電率ＳＯＣ）やセル温度Ｔcellによって制限された場合には、旋回電動モータ３３よりも発電電動機２７の電力供給が優先して低減される。

一般に、油圧ポンプ２３の効率よりも、蓄電装置３１、インバータ２８，３４、旋回電動モータ３３の複合効率の方がよい。即ち、旋回動作では、油圧ポンプ２３を駆動して油圧旋回を行うよりも、蓄電装置３１のバッテリ電力を使用して電動旋回を行う方が、エネルギ効率がよい。この点を考慮して、油圧電動出力配分演算部４４は、発電電動機２７よりも旋回電動モータ３３に向けて優先的にバッテリ放電電力を分配する。

本実施の形態によるハイブリッド油圧ショベルは上述のような構成を有するもので、次に、通常モードＮＭＯＤＥと速度低減モードＬＳＭＯＤＥにおいて、旋回ブーム上げ複合動作を行うときの出力配分について、図１３ないし図１６を参照しつつ説明する。なお、図１３ないし図１６は、旋回ブーム上げ動作だけを行う場合の出力配分の一例を示している。また、図１３ないし図１６中に示す値は、出力の一例を示したもので、油圧ショベル１の仕様等によって適宜変更される。

まず、通常モードＮＭＯＤＥにおける出力分配について説明する。図１３に示すように、通常モードＮＭＯＤＥでは、ＨＣＵ３６は、通常モードＮＭＯＤＥのモード出力上限値Ｐmodemaxを例えば１００ｋＷに設定し、エンジン目標回転数ωe等に応じてエンジン出力上限値Ｐemaxを例えば６０ｋＷに設定する。このとき、総出力上限値Ｐtmaxは、モード出力上限値Ｐmodemaxによって１００ｋＷに設定される。また、総出力上限値Ｐtmaxは、エンジン２１と蓄電装置３１とによって供給可能なパワーであり、蓄電装置３１の状態を考慮して発電電動機２７の力行可能なパワーと、エンジン２１の出力可能なパワー（エンジン出力上限値Ｐemax）との合計値となる。

一方、ＨＣＵ３６は、旋回レバー操作量ＯＡrとブーム上げレバー操作量ＯＡbuとに基づいて、旋回要求出力Ｐr1とブーム上げ要求出力Ｐbu1との比率を決定する。このとき、ショベルは、旋回ブーム上げ動作だけを行い、その他の動作を行わないから、総出力上限値Ｐtmaxは、旋回動作とブーム上げ動作との２つの動作に分配される。仮に、旋回レバー操作量ＯＡrとブーム上げレバー操作量ＯＡbuとに基づいて、旋回動作の出力とブーム上げ動作の出力とが同じ割合とすると、ＨＣＵ３６は、総出力上限値Ｐtmaxを半分に分けて、旋回動作とブーム上げ動作とにそれぞれ分配する。このため、旋回出力とブーム上げ出力は、いずれも例えば５０ｋＷになる。

ここで、旋回電動モータ力行上限値Ｐrmmaxは、例えば２０ｋＷとする。このとき、旋回電動モータ力行上限値Ｐrmmaxは、旋回出力の５０ｋＷよりも小さい値となっている。このため、旋回出力の５０ｋＷのうち旋回電動モータ力行上限値Ｐrmmaxに応じた２０ｋＷは、旋回電動モータ３３に分配され、残余の３０ｋＷが旋回油圧モータ２６に分配される。この結果、蓄電装置３１から供給される電力は、２０ｋＷが旋回電動モータ３３に分配され、２０ｋＷが発電電動機２７の力行作用に分配される。このとき、１００ｋＷの旋回ブーム上げ動作のうち、２０ｋＷが電動系供給パワーとなり、８０ｋＷが油圧系供給パワーとなる。

次に、速度低減モードＬＳＭＯＤＥにおける出力分配について説明する。ここで、速度低減モードＬＳＭＯＤＥによって総出力上限値Ｐtmaxが制限されるものの、エンジン目標回転数ωe、旋回レバー操作量ＯＡr、ブーム上げレバー操作量ＯＡbu等のような他の条件については、いずれも図１３に示す通常モードＮＭＯＤＥと同じものとする。

図１４に示すように、例えばモード選択スイッチ３８によって速度低減モードＬＳＭＯＤＥが選択されると、ＨＣＵ３６は、速度低減モードＬＳＭＯＤＥのモード出力上限値Ｐmodemaxを例えば９０ｋＷに設定する。一方、エンジン目標回転数ωeが通常モードＮＭＯＤＥと同じであるから、エンジン出力上限値Ｐemaxは通常モードＮＭＯＤＥと同じ例えば６０ｋＷに設定される。このとき、総出力上限値Ｐtmaxは、通常モードＮＭＯＤＥに比べて低下し、モード出力上限値Ｐmodemaxによって９０ｋＷに設定される。この総出力上限値Ｐtmaxは、エンジン２１と蓄電装置３１とによって供給可能なパワーであり、発電電動機２７の力行可能なパワーと、エンジン２１の出力可能なパワーとの合計値となる。

一方、ＨＣＵ３６は、旋回レバー操作量ＯＡrとブーム上げレバー操作量ＯＡbuとに基づいて、旋回要求出力Ｐr1とブーム上げ要求出力Ｐbu1との比率を決定する。旋回レバー操作量ＯＡrおよびブーム上げレバー操作量ＯＡbuがいずれも通常モードＮＭＯＤＥと同じであるから、旋回動作の出力とブーム上げ動作の出力との比率も通常モードＮＭＯＤＥと同じ値になる。従って、旋回動作の出力とブーム上げ動作の出力とが同じ割合であるから、ＨＣＵ３６は、総出力上限値Ｐtmaxを半分に分けて、旋回動作とブーム上げ動作とにそれぞれ分配する。このため、旋回出力とブーム上げ出力は、いずれも例えば４５ｋＷになる。

このとき、旋回電動モータ力行上限値Ｐrmmaxである２０ｋＷは、旋回出力の４５ｋＷよりも小さい値となっている。このため、蓄電装置３１から供給される電力は、２０ｋＷが旋回電動モータ３３に分配され、１０ｋＷが発電電動機２７の力行作用に分配される。このとき、９０ｋＷの旋回ブーム上げ動作のうち、２０ｋＷが電動系供給パワーとなり、７０ｋＷが油圧系供給パワーとなる。

以上のように、使用可能なバッテリ放電電力は可能な限り旋回電動モータ３３に配分され、残りの電力はエンジン２１の出力だけで油圧負荷を担保できない場合の発電電動機２７の力行作用に配分される。従って、総出力上限値Ｐtmaxがモード出力上限値Ｐmodemaxによって低下し、蓄電装置３１の放電電力が制限された場合には、旋回電動モータ３３よりも発電電動機２７の電力供給が優先して低減される。

なお、図１４はモード選択スイッチ３８によって速度低減モードＬＳＭＯＤＥを選択することによって、総出力上限値Ｐtmaxが低減した場合を例に挙げて説明した。一方、バッテリ蓄電率ＳＯＣやセル温度Ｔcellによって蓄電装置３１の放電電力が制限された場合でも、総出力上限値Ｐtmaxは低下する。このため、バッテリ蓄電率ＳＯＣが閾値となる適正基準値ＳＯＣ1よりも低下したとき、またはセル温度Ｔcellが閾値となる適正基準値Ｔcell1よりも上昇したときには、ＨＣＵ３６は、総出力上限値Ｐtmaxが低減した速度低減モードＬＳＭＯＤＥに自動的に遷移する。

また、図１５は、発電電動機温度Ｔmgによって発電電動機２７の出力（発電電力）が制限された場合を示している。ここで、エンジン目標回転数ωe、旋回レバー操作量ＯＡr、ブーム上げレバー操作量ＯＡbu等のような他の条件については、いずれも図１３に示す通常モードＮＭＯＤＥと同じものとする。

この場合、発電電動機温度Ｔmgが閾値となる適正基準値Ｔmg1よりも上昇し、発電電動機出力上限値Ｐmgmaxが例えば１０ｋＷに低下している。このため、総出力上限値Ｐtmaxは、発電電動機出力上限値Ｐmgmaxに伴って低下し、発電電動機出力上限値Ｐmgmaxとエンジン出力上限値Ｐemaxとの合計値として、７０ｋＷに設定される。この結果、旋回ブーム上げ動作に使用可能な出力の合計値が７０ｋＷに低下するから、ＨＣＵ３６は、この７０ｋＷを半分に分けて、旋回動作とブーム上げ動作とにそれぞれ分配する。これにより、旋回出力とブーム上げ出力は、いずれも例えば３５ｋＷになる。

ここで、旋回電動モータ力行上限値Ｐrmmaxは２０ｋＷであるから、蓄電装置３１から供給される電力は、２０ｋＷが旋回電動モータ３３に分配される。総出力上限値Ｐtmaxのうち残余の５０ｋＷは全てエンジン２１によって供給可能であるから、ＨＣＵ３６は、エンジン２１の出力を５０ｋＷに設定する。一方、発電電動機２７を無負荷状態とするために、ＨＣＵ３６は、発電電動機２７が発電と力行のいずれも行わない状態にする。この結果、７０ｋＷの旋回ブーム上げ動作のうち、２０ｋＷが電動系供給パワーとなり、５０ｋＷが油圧系供給パワーとなる。

このように、発電電動機温度Ｔmgによって発電電動機２７の出力が制限された場合でも、旋回ブーム上げ動作に使用可能な出力の合計値（総出力上限値Ｐtmax）が低下する。このため、発電電動機温度Ｔmgが閾値となる適正基準値Ｔmg1よりも上昇したときには、ＨＣＵ３６は、旋回ブーム上げ動作等に使用可能な出力が低減した速度低減モードＬＳＭＯＤＥに自動的に遷移する。

また、図１６は、旋回電動モータ温度Ｔrmによって旋回電動モータ３３の出力が制限された場合を示している。ここで、エンジン目標回転数ωe、旋回レバー操作量ＯＡr、ブーム上げレバー操作量ＯＡbu等のような他の条件については、いずれも図１３に示す通常モードＮＭＯＤＥと同じものとする。

この場合、総出力上限値Ｐtmaxは、通常モードＮＭＯＤＥと同様に１００ｋＷとなる。このため、ＨＣＵ３６は、この１００ｋＷを半分に分けて、旋回動作とブーム上げ動作とにそれぞれ分配する。これにより、旋回出力とブーム上げ出力は、いずれも例えば５０ｋＷになる。

但し、旋回電動モータ温度Ｔrmが閾値となる適正基準値Ｔrm1よりも上昇し、旋回電動モータ力行上限値Ｐrmmaxが例えば１０ｋＷに低下している。このため、蓄電装置３１から供給される電力は、１０ｋＷが旋回電動モータ３３に分配され、３０ｋＷが発電電動機２７の力行作用に分配される。この結果、１００ｋＷの旋回ブーム上げ動作のうち、１０ｋＷが電動系供給パワーとなり、９０ｋＷが油圧系供給パワーとなる。

このように、旋回電動モータ温度Ｔrmによって旋回電動モータ３３の出力が制限された場合には、電動系供給パワーと油圧系供給パワーとの比率が変化する。このため、電動系供給パワーは低下し、油圧系供給パワーは上昇する。これに対し、旋回出力とブーム上げ出力は、いずれも通常モードＮＭＯＤＥと同じ５０ｋＷになる。このため、オペレータによる旋回ブーム上げの操作性は、通常モードＮＭＯＤＥと同じ状態が維持される。

なお、図１６では、旋回電動モータ温度Ｔrmによって旋回電動モータ３３の出力が制限された場合でも、旋回ブーム上げ動作に使用可能な出力の合計値（総出力上限値Ｐtmax）が通常モードＮＭＯＤＥと同じ値に保持されるときを例示した。しかし、本発明はこれに限らず、旋回電動モータ３３の出力が制限された場合に、旋回ブーム上げ動作に使用可能な出力の合計値を低下させてもよい。この場合、旋回電動モータ温度Ｔrmが閾値となる適正基準値Ｔrm1よりも上昇したときには、ＨＣＵ３６は、旋回ブーム上げ動作等に使用可能な出力が低減した速度低減モードＬＳＭＯＤＥに自動的に遷移する。

かくして、本実施の形態によれば、ＨＣＵ３６は、速度低減モードＬＳＭＯＤＥと通常モードＮＭＯＤＥとを有し、速度低減モードＬＳＭＯＤＥで旋回動作とブーム上げ動作との複合動作を行うときに、上部旋回体４の旋回速度とブーム１２Ａを上げる動作速度との比率を、通常モードＮＭＯＤＥでの比率に保持するように、旋回電動モータ３３、旋回油圧モータ２６、ブームシリンダ１２Ｄ等の出力を低減する機能を有する。これにより、速度低減モードＬＳＭＯＤＥでブームシリンダ１２Ｄの動作速度が低減したときでも、上部旋回体４の旋回速度とブームシリンダ１２Ｄの動作速度との比率を通常モードＮＭＯＤＥでの比率に近い状態に保持することができる。

また、ＨＣＵ３６は、上部旋回体４の旋回速度とブーム上げの動作速度との比率を旋回操作装置１０による旋回動作のレバー操作量ＯＡrと作業操作装置１１によるブーム上げ動作のレバー操作量ＯＡbuとに基づいて決定する。このため、速度低減モードＬＳＭＯＤＥであっても、旋回操作装置１０のレバー操作量ＯＡrと作業操作装置１１のレバー操作量ＯＡbuとを通常モードＮＭＯＤＥと同程度に設定すれば、通常モードＮＭＯＤＥに近い速度比率で旋回ブーム上げの複合動作を行うことができ、オペレータの操作違和感を抑えることができる。

さらに、ＨＣＵ３６は、速度低減モードＬＳＭＯＤＥで複合動作を行うときであって、旋回電動モータ３３と発電電動機２７が同時に力行作用するときには、発電電動機２７の出力の減少値を旋回電動モータ３３の出力の減少値よりも大きくする。このため、旋回動作とブーム上げ動作との複合動作において、エネルギ効率の高い旋回電動モータ３３に対して優先的に電力を供給することができ、エネルギ効率が高い状態で旋回速度とブーム上げ動作速度を低減することができる。

また、ＨＣＵ３６は、蓄電装置３１のバッテリ蓄電率ＳＯＣ、セル温度Ｔcell、発電電動機温度Ｔmg、旋回電動モータ温度Ｔrmのうち少なくとも１つの条件に応じて通常モードＮＭＯＤＥから速度低減モードＬＳＭＯＤＥに遷移する。これにより、ＨＣＵ３６は、蓄電装置３１、発電電動機２７、旋回電動モータ３３の状態に応じて自動的に速度低減モードＬＳＭＯＤＥに遷移するから、蓄電装置３１、発電電動機２７、旋回電動モータ３３をできるだけ適正使用範囲内で動作させることができ、これらの劣化を抑制することができる。

これに加えて、ＨＣＵ３６は、蓄電装置３１のバッテリ蓄電率ＳＯＣの低下度合い、またはセル温度Ｔcell、発電電動機温度Ｔmg、旋回電動モータ温度Ｔrmの上昇度合いに応じて、旋回電動モータ３３、旋回油圧モータ２６、ブームシリンダ１２Ｄ等の速度低減の度合いを大きくする構成とした。これにより、速度低減の度合いが固定された場合に比べて、蓄電装置３１、発電電動機２７、旋回電動モータ３３が適正使用範囲から外れる可能性を低下させることができ、これらの劣化抑制の効果を高めることができる。

また、通常モードＮＭＯＤＥと速度低減モードＬＳＭＯＤＥとのうちいずれか一方を選択可能なモード選択スイッチ３８をさらに備えるから、オペレータは電力を節約するか否かを能動的に選択することができる。

エンジン２１の最大出力は油圧ポンプの最大動力よりも小さくした。このため、通常モードＮＭＯＤＥでは、油圧ポンプ２３を最大動力で駆動するときに、発電電動機２７の力行作用によってエンジン２１をアシストし、油圧ポンプ２３を駆動することができる。また、速度低減モードＬＳＭＯＤＥでは、例えば発電電動機２７の力行作用による出力を低下させて、油圧ポンプ２３を駆動することができる。さらに、エンジン２１の最大出力は油圧ポンプ２３の最大動力よりも小さくしたから、小型で燃費低減が可能なエンジン２１を使用することができる。

なお、前記実施の形態では、ＨＣＵ３６は通常モードＮＭＯＤＥと速度低減モードＬＳＭＯＤＥとの２種類のモードを備えるものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば通常モードＮＭＯＤＥと速度低減モードＬＳＭＯＤＥとに加えて、重負荷に応じて蓄電装置３１のバッテリ放電電力制限値Ｐlim0を一時的に解除する重負荷モードを追加して、３種類のモードを備える構成としてもよく、４種類以上のモードを備える構成としてもよい。

前記実施の形態では、モード選択スイッチ３８によって速度低減モードＬＳＭＯＤＥか否かを切り換えるものとしたが、ダイヤル、レバー等によってモードの選択や切換えを行う構成としてもよい。

前記実施の形態では、ＨＣＵ３６は、速度低減モードＬＳＭＯＤＥで旋回ブーム上げの複合動作を行うときには、発電電動機２７の出力の減少値を旋回電動モータ３３の出力の減少値よりも大きくしたが、旋回電動モータ３３の出力の減少値を発電電動機２７の出力の減少値よりも大きくしてもよく、両者の減少値を同程度にしてもよい。

前記実施の形態では、ＨＣＵ３６は、蓄電装置３１の蓄電量に対応した値としてバッテリ蓄電率ＳＯＣに応じて通常モードＮＭＯＤＥから速度低減モードＬＳＭＯＤＥに遷移するものとしたが、蓄電装置３１の蓄電量そのものを用いて通常モードＮＭＯＤＥから速度低減モードＬＳＭＯＤＥに遷移してもよい。

前記実施の形態では、ＨＣＵ３６は、バッテリ蓄電率ＳＯＣ、セル温度Ｔcell、発電電動機温度Ｔmg、旋回電動モータ温度Ｔrmに基づいて通常モードＮＭＯＤＥから速度低減モードＬＳＭＯＤＥに遷移するものとしたが、これら全てに基づいてモード遷移を行う必要はなく、バッテリ蓄電率ＳＯＣ、セル温度Ｔcell、発電電動機温度Ｔmg、旋回電動モータ温度Ｔrmのうち少なくとも１つの条件に応じて通常モードＮＭＯＤＥから速度低減モードＬＳＭＯＤＥに遷移すればよい。さらに、モード遷移はモード選択スイッチ３８だけで行い、自動的なモード遷移を省く構成としてもよい。

前記実施の形態では、エンジン２１の最大出力を油圧ポンプ２３の最大動力よりも小さくしたが、エンジン２１の最大出力は、油圧ショベル１の仕様等に応じて適宜設定される。このため、エンジン２１の最大出力は、油圧ポンプ２３の最大動力と同程度でもよく、油圧ポンプ２３の最大動力よりも小さくてもよい。

前記実施の形態では、蓄電装置３１にリチウムイオンバッテリを使用した例で説明したが、必要な電力を供給可能な二次電池（例えばニッケルカドミウムバッテリ、ニッケル水素バッテリ）やキャパシタを採用してもよい。また、蓄電装置と直流母線との間にＤＣ−ＤＣコンバータ等の昇降圧装置を設けてもよい。

前記実施の形態では、２つ以上のアクチュエータを同時に動かす複合動作として、旋回動作とブーム上げ動作とを同時に行う旋回ブーム上げ動作を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばアーム動作とブーム動作とを同時に行う複合動作、旋回動作とアーム動作とを同時に行う複合動作、走行動作と作動装置の動作とを同時に行う複合動作等に適用してもよく、２つのアクチュエータに限らず、３つ以上のアクチュエータを同時に動かす複合動作に適用してもよい。

前記実施の形態では、ハイブリッド建設機械としてクローラ式のハイブリッド油圧ショベル１を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、エンジンと油圧ポンプに連結された発電電動機と、蓄電装置とを備えたハイブリッド建設機械であればよく、例えばホイール式のハイブリッド油圧ショベル、ハイブリッドホイールローダ、リフトトラック等の各種の建設機械に適用可能である。

１ ハイブリッド式油圧ショベル
２ 下部走行体（車体）
４ 上部旋回体（車体）
９ 走行操作装置
１０ 旋回操作装置
１１ 作業操作装置
１２ 作業装置
１２Ｄ ブームシリンダ（アクチュエータ）
１２Ｅ アームシリンダ（アクチュエータ）
１２Ｆ バケットシリンダ（アクチュエータ）
２１ エンジン
２３ 油圧ポンプ
２５ 走行油圧モータ（アクチュエータ）
２６ 旋回油圧モータ（アクチュエータ）
２７ 発電電動機
３１ 蓄電装置
３３ 旋回電動モータ（旋回電動機）
３６ ハイブリッドコントロールユニット（コントローラ）
３８ モード選択スイッチ

Claims (6)

1. 旋回体を備えた車体と、
   前記旋回体に設けられた作業装置と、
   前記車体に設けられたエンジンと、
   前記エンジンに機械的に接続された発電電動機と、
   前記発電電動機に電気的に接続された蓄電装置と、
   前記エンジンに機械的に接続された油圧ポンプと、
   前記車体または前記作業装置を駆動する複数のアクチュエータと、
   操作量に応じて前記複数のアクチュエータを駆動させるアクチュエータ操作装置と、
   前記発電電動機の出力を制御するコントローラとを備えたハイブリッド建設機械において、
   前記コントローラは、前記発電電動機、前記蓄電装置の状態に応じて前記複数のアクチュエータの動作速度を低減する速度低減モードと、前記複数のアクチュエータの動作速度の低下が解除された通常モードとを有し、
   前記速度低減モードで前記複数のアクチュエータのうち２つ以上のアクチュエータを同時に動かす複合動作を行うときに、前記複数のアクチュエータの動作速度の比率を、前記通常モードでの比率に保持するように、前記複数のアクチュエータの出力を低減する機能を有することを特徴とするハイブリッド建設機械。
2. 前記複数のアクチュエータのうちの１つのアクチュエータは、前記油圧ポンプからの圧油によって駆動する旋回油圧モータであり、
   前記車体には、前記発電電動機および前記蓄電装置に電気的に接続され、前記旋回油圧モータとの複合トルクで前記旋回体を旋回動作させる旋回電動機を設け、
   前記コントローラは、前記旋回電動機の出力を制御する機能を備え、前記速度低減モードで前記複合動作を行うときであって、前記旋回電動機と前記発電電動機が同時に力行作用するときには、前記発電電動機の出力の減少値を前記旋回電動機の出力の減少値よりも大きくしてなる請求項１に記載のハイブリッド建設機械。
3. 操作量に応じて前記旋回体を旋回動作させる旋回操作装置をさらに備え、
   前記コントローラは、前記旋回体の旋回速度と前記複数のアクチュエータのうち前記旋回油圧モータ以外のアクチュエータの動作速度との比率を、前記旋回操作装置の操作量と前記アクチュエータ操作装置の操作量とに基づいて決定してなる請求項１または２に記載のハイブリッド建設機械。
4. 前記コントローラは、前記蓄電装置の蓄電量、前記蓄電装置の温度、前記発電電動機の温度、前記旋回電動機の温度のうち少なくとも１つの条件に応じて前記通常モードから前記速度低減モードに遷移してなる請求項２に記載のハイブリッド建設機械。
5. 前記通常モードと前記速度低減モードとのうちいずれか一方を選択可能なモード選択スイッチをさらに備え、
   前記コントローラは、前記モード選択スイッチによって選択されたモードに応じて前記アクチュエータの動作速度を設定してなる請求項１ないし４のいずれかに記載のハイブリッド建設機械。
6. 前記エンジンの最大出力は、前記油圧ポンプの最大動力よりも小さくしてなる請求項１ないし５のいずれかに記載のハイブリッド建設機械。

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