JP6341813B2 - ハイブリッド式建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、充放電による暖機運転が可能な蓄電装置を備えたハイブリッド式建設機械に関する。

近年、自動車においては、省エネの観点からハイブリッド式や電気式のものが普及しており、建設機械においてもハイブリッド化が進められている。一般に、油圧システムにより駆動する油圧ショベル等の建設機械は、軽負荷作業から重負荷作業までの全ての作業に対応できるように、最大負荷の作業を可能とする油圧ポンプと、この油圧ポンプを駆動する大型のエンジンとを備えている。

しかし、建設機械における土砂の掘削・積み込みを頻繁に行う重掘削作業等の重負荷作業は作業全体の一部であり、地面を均すための水平引き等の軽負荷作業時には、エンジンの能力が余ってしまう。このことは、油圧ショベルの燃料消費量（以下、燃費と略すことがある）の低減を難しくする要因の１つである。この点に鑑みて、燃費を低減するためにエンジンを小型化すると共に、エンジンの小型化に伴う出力不足を蓄電装置と電動機とによる出力でアシスト（補助）するハイブリッド式建設機械が知られている。このハイブリッド式建設機械を構成する蓄電装置や電動機等の電気機器は、駆動回路の熱的保護や高効率運転のために適切な温度調節を必要とする。

特に、リチウムイオン電池及びキャパシタ等の蓄電装置は、低温の環境下において内部抵抗が常温時に比べて高くなり、得られる出力が低下するので、エンジンの動力をアシストするための十分な電力を電動機へ供給することができない。このような蓄電装置の出力低下を招くことなく、蓄電装置を使用するためには、蓄電装置を所定の温度以上に暖める必要がある。そこで、蓄電装置の温度が予め設定された温度より低いときにエンジンを作動させて暖機運転を行うと共に、電動発電機を作動させて蓄電装置を充放電させることにより、蓄電装置を発熱させるハイブリッド式建設機械の暖機方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１２７２７１号公報

しかし、特許文献１に開示された従来技術のハイブリッド式建設機械の暖機方法では、蓄電装置の目標充電率を一定時間毎に高低に切替え、蓄電装置を強制的に充放電させることにより、蓄電装置の内部発熱を利用して蓄電装置の温度を所望の温度へ上昇させているが、この蓄電装置の暖機運転が行われているときに、車体が稼働しているのかどうかまでは考慮されていない。そのため、掘削や走行等の動作が行われる車体の稼働中に、上述の充放電による蓄電装置の暖機運転が行われると、電動発電機がエンジンの動力を十分にアシスト及び発電することができない。これにより、エンジンが過回転又は回転数不足を招くことになり、エンジンが損傷したり、あるいは停止する等のエンジンの不具合が生じることが懸念されている。

本発明は、このような従来技術の実情からなされたもので、その目的は、エンジンの不具合が生じることなく、蓄電装置を迅速に暖機運転させることができるハイブリッド式建設機械を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明のハイブリッド式建設機械は、エンジンと、前記エンジンの動力のアシスト及び発電を行う電動発電機と、前記エンジンによって駆動する油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出された圧油によって駆動する油圧作業装置と、前記油圧作業装置を操作する操作装置と、前記操作装置による前記油圧作業装置の操作を不能とするロック位置又は前記操作装置の操作を可能とするロック解除位置へ操作するゲートロックレバーと、車体の動作モードを設定し、前記車体に要求する負荷を変更するモード設定スイッチと、前記エンジンの回転数を検出する回転数センサと、前記電動発電機の動作を制御するインバータと、前記インバータとの間で電力の授受を行う蓄電装置と、前記車体を制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記蓄電装置の温度を測定する温度測定部と、前記蓄電装置の充電率を推定する充電率推定部と、前記温度測定部によって測定された温度に基づいて、前記蓄電装置を充放電して暖機運転を行うかどうかを判定する判定部と、前記車体の動作に関する情報に基づいて、前記車体が稼働しているかどうかを判定する稼働判定部と、前記稼働判定部の判定結果に応じて、前記蓄電装置の暖機運転時の目標充電率を設定する目標充電率設定部とを含み、前記目標充電率設定部は、前記温度測定部によって測定された温度が所定の温度以下であり、かつ前記稼働判定部によって前記車体が稼働していないと判定された場合に、前記操作装置の操作量、前記ゲートロックレバーの位置、前記モード設定スイッチによって設定された動作モード、前記回転数センサによって検出された回転数、及び前記充電率推定部によって推定された充電率の少なくとも１つに基づいて、前記車体が非稼働状態から稼働状態へ直ちに移行するか否かを判断し、前記車体が非稼働状態から稼働状態へ直ちに移行しないと判断した場合は、直ちに移行すると判断した場合に比べて、内部抵抗が高い充電率を前記蓄電装置の目標充電率に設定することを特徴としている。

このように構成した本発明では、コントローラは、温度測定部によって測定された温度に基づいて、蓄電装置を充放電して暖機運転を行うことにより、蓄電装置の温度を高めることができる。このとき、コントローラの目標充電率設定部が、稼働判定部の判定結果を考慮して車体の稼働状況に適した目標充電率を設定できるので、蓄電装置の暖機運転中であっても、電動発電機がエンジンの動力を十分にアシスト及び発電することができる。これにより、エンジンの動作を適切な状態に維持できるので、エンジンが損傷したり、あるいは停止する等のエンジンの不具合が生じることなく、蓄電装置を迅速に暖機運転させることができる。
また、車体が稼働していない状況で蓄電装置の暖機運転が行われているときには、車体の非稼働状態から稼働状態への移行の可能性や蓄電装置の性質を踏まえると、操作装置の操作量、ゲートロックレバーの位置、車体の動作モード、エンジンの回転数、及び蓄電装置の充電率の情報によっては、暖機運転における最適な蓄電装置の目標充電率が異なる。このような観点から、本発明では、コントローラの目標充電率設定部は、これらの情報の少なくとも１つを入力して蓄電装置の目標充電率を適宜設定できるので、車体の非稼働時における蓄電装置の暖機運転を効率良く行うことができる。

また、本発明に係るハイブリッド式建設機械は、前記発明において、前記コントローラは、前記油圧ポンプに要求される出力を推定する油圧ポンプ要求出力推定部と、前記エンジンの出力の上限を演算するエンジン出力上限演算部と、前記蓄電装置の充放電可能な最大電力を演算する最大電力演算部と、前記油圧ポンプ要求出力推定部によって推定された出力、前記エンジン出力上限演算部によって演算された出力の上限、及び前記最大電力演算部によって演算された最大電力に基づいて、前記蓄電装置を充放電させる電力を設定する充放電電力設定部とを含むことを特徴としている。

このように構成した本発明では、コントローラの充放電電力設定部は、油圧ポンプに要求される出力、エンジンの出力の上限、及び蓄電装置の充放電可能な最大電力の情報を、油圧ポンプ要求出力推定部、エンジン出力上限演算部、及び最大電力演算部からそれぞれ入力して蓄電装置を充放電させる電力を設定することにより、稼働中の作業に伴う車体への負荷の変動に拘わらず、暖機運転における蓄電装置の電圧を正常な範囲内に制御することができる。これにより、蓄電装置の状態を安定させることができるので、蓄電装置にかかる負担を軽減することができる。

また、本発明に係るハイブリッド式建設機械は、前記発明において、前記車体の稼働を強制的に禁止する稼働禁止スイッチを備え、前記稼働判定部は、前記稼働禁止スイッチによって前記車体の稼働が禁止された場合に、前記車体の動作に関する情報に拘わらず、前記車体が稼働していないと判定することを特徴としている。

このように構成した本発明では、例えば、低温の環境下において車体を稼働させた際に、作業に対してエンジン及び電動発電機の出力が不足している場合には、稼働禁止スイッチによって車体の稼働を強制的に禁止させ、車体を非稼働にして蓄電装置の暖機運転を実施することにより、蓄電装置を円滑に充放電させることができる。これにより、蓄電装置の温度が上昇し、蓄電装置から得られる出力を早急に増大させることができるので、オペレータが作業に迅速に取り掛かることができる。

また、本発明に係るハイブリッド式建設機械は、前記発明において、前記コントローラは、前記蓄電装置の暖機運転が行われたとき、前記温度測定部によって測定される温度が目標温度に達するまでにかかる前記蓄電装置の暖機運転の終了時間を推定する終了時間推定部を含み、前記ハイブリッド式建設機械は、前記終了時間推定部によって推定された終了時間を表示する表示装置を備えたことを特徴としている。

このように構成した本発明では、蓄電装置の暖機運転が行われている間に、車体を操作するオペレータが、表示装置に表示された蓄電装置の暖機運転の終了時間を確認することにより、作業を開始するまでの待ち時間を把握することができる。これにより、オペレータは、その待ち時間を他の作業に有効に活用することができる。

また、本発明に係るハイブリッド式建設機械は、前記発明において、前記コントローラは、前記温度測定部によって測定された温度が所定の温度以下であり、かつ前記稼働判定部によって前記車体が稼働していないと判定された場合に、前記蓄電装置の暖機運転の放電時に前記油圧ポンプの出力を増大させることを特徴としている。

このように構成した本発明では、車体が稼働していない状況で蓄電装置の暖機運転が行われているときに、コントローラが蓄電装置の暖機運転の放電時に油圧ポンプの出力を増大させることにより、車体の非稼働時において、蓄電装置に蓄えられたエネルギを油圧回路へ容易に放出できるので、蓄電装置の充電率を目標充電率へ迅速に減少させることができる。これにより、蓄電装置の暖機運転の効率性を向上させることができる。

本発明のハイブリッド式建設機械によれば、エンジンの不具合が生じることなく、蓄電装置を迅速に暖機運転させることができる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に係るハイブリッド式建設機械の一実施形態として挙げたハイブリッド式油圧ショベルの構成を示す図である。 本実施形態に係る旋回体内の構成を示す機能ブロック図である。 本実施形態に係る油圧ポンプの負荷特性を説明する出力−容積特性線図である。 本実施形態に係る蓄電装置の温度特性を説明するＳＯＣ−出力特性線図である。 本実施形態に係るバッテリコントローラの構成を示す機能ブロック図である。 本実施形態に係るハイブリッドコントローラの構成を示す機能ブロック図である。 本実施形態に係る走行用油圧モータに要求される負荷特性を説明する操作量−要求負荷特性線図である。 本実施形態に係るエンジンの回転数と出力の上限との関係を示す図である。 ハイブリッドコントローラによる蓄電装置の暖機運転の制御を示すフローチャートである。 車体が稼働しているときの蓄電装置の暖機運転の制御を示すフローチャートである。 油圧ポンプに要求される出力、エンジンの出力の上限、及びインバータに要求される電力の時間推移を示す図である。 車体が稼働していないときの蓄電装置の暖機運転の制御を示すフローチャートである。 本実施形態に係る目標ＳＯＣ設定部による蓄電装置の目標ＳＯＣの設定の一例を示す図である。 車体が稼働していないときの蓄電装置の暖機運転における蓄電装置のＳＯＣ、電圧、及び電流の時間推移を示す図である。 車体が稼働していないときの蓄電装置の暖機運転の制御が実施されたシミュレーション結果を示す図である。

以下、本発明に係るハイブリッド式建設機械を実施するための形態を図に基づいて説明する。

本発明に係るハイブリッド式建設機械の一実施形態は、例えば、図１に示すハイブリッド式油圧ショベル（以下、便宜的に油圧ショベルと呼ぶ）１に適用される。この油圧ショベル１は、走行用油圧モータ２Ａ（図２参照）により駆動される走行体２と、この走行体２上に旋回フレーム３ａを介して旋回可能に設けられた旋回体３と、これらの走行体２と旋回体３との間に介在され、走行体２に対して旋回体３を旋回させる旋回用油圧モータ３Ａ１（図２参照）が搭載された旋回装置３Ａと、旋回体３の前部の片側（前方を向いて右側）に取り付けられ、上下方向に回動して掘削等の作業を行うフロント作業機４とを備えている。上述の走行体２、旋回体３、及びフロント作業機４が油圧作業装置として機能する。

フロント作業機４は、基端が旋回フレーム３ａに回動可能に取り付けられて上下方向に回動するブーム４Ａと、このブーム４Ａの先端に回動可能に取り付けられたアーム４Ｂと、このアーム４Ｂの先端に回動可能に取り付けられたバケット４Ｃとを有する多関節構造から成っている。また、フロント作業機４は、旋回体３とブーム４Ａとを接続し、伸縮することによってブーム４Ａを回動させるブームシリンダ４ａと、ブーム４Ａとアーム４Ｂとを接続し、伸縮することによってアーム４Ｂを回動させるアームシリンダ４ｂと、アーム４Ｂとバケット４Ｃとを接続し、伸縮することによってバケット４Ｃを回動させるバケットシリンダ４ｃとを有している。

旋回体３は、車体の前部の他方の片側（前方を向いて左側）に配置されたキャビン５と、車体の後部に配置され、車体の重量のバランスを保つカウンタウェイト６と、これらのキャビン５とカウンタウェイト６との間に配置され、後述のエンジン１１（図２参照）が収納される原動機室７とを備えている。

図２はキャビン５を含む旋回体３の内部の構成の詳細を示す図である。

図２に示すように、キャビン５は、走行用油圧モータ２Ａ、旋回用油圧モータ３Ａ１、ブームシリンダ４ａ、アームシリンダ４ｂ、及びバケットシリンダ４ｃ等の各油圧アクチュエータ２Ａ，３Ａ１，４ａ〜４ｃの所望の動作を可能とし、キャビン５内のオペレータが把持して操作する操作装置としての走行レバー５Ａ及び操作レバー５Ｂと、上下方向に回動可能に設けられ、操作レバー５Ｂによるフロント作業機４の操作を不能とするロック位置又は操作レバー５Ｂによるフロント作業機４の操作を可能とするロック解除位置へ操作するゲートロックレバー５Ｃとを有している。

このゲートロックレバー５Ｃは、オペレータの乗降を許容する上方へ回動されると、ロック位置に保たれることにより、オペレータが乗降するときの安全が図られている。一方、ゲートロックレバー５Ｃは、オペレータの乗降を妨げる下方へ回動されると、ロック解除位置に保たれることにより、オペレータが操作レバー５Ｂを操作して意図通りに掘削等の作業を進めることができる。

また、キャビン５は、車体の動作モードを設定し、車体に要求する負荷を変更するモード設定部５Ｄと、このモード設定部５Ｄによって設定された動作モードにおいて、エンジン１１の目標回転数を設定する回転数設定ダイヤル５Ｅと、後述するように、車体の稼働を強制的に禁止する稼働禁止部としての稼働禁止スイッチ５Ｆと、車体の動作に関する情報を含む各種の情報を表示する表示装置としてのモニタ５Ｇとを有している。モード設定部５Ｄは、例えば、軽掘削作業やならし作業等の軽負荷又は中負荷の作業を行うときのモードであるエコモード、及びこのエコモードより高負荷の作業を行うときのモードであるパワーモード等の動作モードを選択するモード設定スイッチから成っている。稼働禁止スイッチ５Ｆは、例えばトグルスイッチであり、オペレータにより設定が変更でき、稼働禁止情報として「稼働禁止」又は「稼働可」を後述の出力指令部２２Ｃへ送信する。

旋回体３は、前述のエンジン１１と、このエンジン１１に取付けられ、エンジン１１の回転数を検出する回転数検出部としての回転数センサ１１Ａと、エンジン１１の燃料を貯蔵する燃料タンク（図示せず）と、エンジン１１の燃料噴射量を調整するガバナ（図示せず）と、エンジン１１に設けられたターボチャージャ式の過給機（図示せず）と、エンジン１１の動作を制御するエンジンコントローラ（ＥＣＵ）１２とを備えている。

また、旋回体３は、エンジン１１に接続され、エンジン１１の駆動力で動作するエアコン等の補機負荷１３と、エンジン１１の駆動軸上に配置され、エンジン１１との間でトルクを伝達することにより、エンジン１１の動力のアシスト及び発電を行う電動発電機（Ｍ／Ｇ）１４と、この電動発電機１４に接続され、電動発電機１４の動作を制御するインバータ１５と、インバータ１５を介して電動発電機１４との間で電力の授受を行う蓄電装置１６と、エンジン１１及び電動発電機１４に対して直列に接続され、エンジン１１及び電動発電機１４の駆動力で動作することにより圧油を吐出する可変容量型油圧ポンプ（以下、便宜的に油圧ポンプと呼ぶ）１７とを備えている。

電動発電機１４は、力行時にエンジン１１の動力をアシストし、エンジン１１に接続された補機負荷１３及び油圧ポンプ１７を駆動し、回生時に発電を行うようにしている。インバータ１５は、直流電力を交流電力に変換し、交流電力を直流電力に変換するものである。蓄電装置１６は、例えば、複数の電池セルが積層されて形成されたリチウムイオン電池１６Ａと、このリチウムイオン電池１６Ａとインバータ１５との間に接続され、リチウムイオン電池１６Ａの電流を測定する電流センサ１６Ｂと、リチウムイオン電池１６Ａ及び電流センサ１６Ｂに接続され、リチウムイオン電池１６Ａの電圧、温度、電流等を測定して管理するバッテリコントローラ（ＢＣＵ）１６Ｃとを有している。

そして、リチウムイオン電池１６Ａに蓄えられた電力（エネルギー）は、インバータ１５へ供給されると、インバータ１５によって直流から交流に変換され、電動発電機１４へ供給される。これにより、蓄電装置１６が放電されるようになっている。一方、電動発電機１４によって発電された電力（エネルギー）は、インバータ１５によって交流から直流に変換され、蓄電装置１６へ供給される。これにより、蓄電装置１６が充電されるようになっている。

油圧ポンプ１７は、可変容量機構として、例えば、斜板（図示せず）を有し、この斜板の傾転角が調整されることにより、吐出する圧油の流量を制御している。さらに、油圧ポンプ１７には、図示されないが、吐出された圧油の圧力を測定する吐出圧センサ、吐出された圧油の流量を測定する吐出流量センサ、及び油圧ポンプ１７の斜板の傾転角を測定する傾転角センサ等が設けられている。なお、油圧ポンプ１７は、可変容量型斜板式油圧ポンプである場合について説明するが、この場合に限らず、吐出する圧油の流量を制御する機能を有するものであれば、斜軸ポンプ等であっても良い。

また、旋回体３は、油圧アクチュエータ２Ａ，３Ａ１，４ａ〜４ｃへ供給する圧油の流れ（流量及び方向）を制御するコントロールバルブ２０と、油圧ポンプ１７の容量を調節するポンプ容量調節装置２１と、走行レバー５Ａ、操作レバー５Ｂ、ゲートロックレバー５Ｃ、モード設定スイッチ５Ｄ、回転数設定ダイヤル５Ｅ、稼働禁止スイッチ５Ｆ、モニタ５Ｇ、油圧ポンプ１７、エンジンコントローラ１２、インバータ１５、バッテリコントローラ１６Ｃ、ポンプ容量調節装置２１に接続され、車体全体の動作を制御するハイブリッドコントローラ（ＨＣＵ）２２とを備えている。

コントロールバルブ２０は、油圧ポンプ１７及び油圧アクチュエータ２Ａ，３Ａ１，４ａ〜４ｃとの間で油圧回路を構成し、図示されないが、外殻を形成するハウジング内でストロークすることにより、油圧ポンプ１７から吐出された圧油の流量及び方向を調整するスプールと、ハイブリッドコントローラ２２の指令値に応じて、スプールのストローク量を変更する電磁比例弁とを有している。

図３は油圧ポンプ１７の負荷特性を説明する図である

ポンプ容量調節装置２１は、ハイブリッドコントローラ２２から出力される制御指令に基づいて油圧ポンプ１７の容量（押しのけ容積）を調節するものである。具体的には、ポンプ容量調節装置２１は、図示されないが、油圧ポンプ１７の斜板を傾転可能に支持するレギュレータと、ハイブリッドコントローラ２２の指令値に応じて、レギュレータに制御圧を加える電磁比例弁とを有している。レギュレータは、電磁比例弁から制御圧を受けると、この制御圧によって油圧ポンプ１７の斜板の傾転角を変更することにより、油圧ポンプ１７の容量（押しのけ容積）が調節される。これにより、油圧ポンプ１７の吐出圧を可変とし、油圧ポンプ１７の吸収トルク（入力トルク）を制御することにより、油圧ポンプ１７の負荷（ポンプ出力）を調節することができる。

ハイブリッドコントローラ２２は、吐出圧センサによって測定された吐出圧、吐出流量センサによって測定された吐出流量、及び、傾転角センサによって測定された傾転角を入力し、これらの入力情報から油圧ポンプ１７の負荷を演算する。また、ハイブリッドコントローラ２２は、キャビン５内の走行レバー５Ａ及び操作レバー５Ｂの操作信号を入力し、各レバー５Ａ，５Ｂの操作量に対応する制御指令をコントロールバルブ２０の電磁比例弁へ出力するようになっている。

従って、キャビン５内のオペレータが走行レバー５Ａ及び操作レバー５Ｂを操作すると、ハイブリッドコントローラ２２から各レバー５Ａ，５Ｂの操作量に対応する制御指令がコントロールバルブ２０の電磁比例弁に入力されることにより、コントロールバルブ２０のスプールの位置が切換えられ、油圧ポンプ１７からコントロールバルブ２０を流通した圧油が油圧アクチュエータ２Ａ，３Ａ１，４ａ〜４ｃへ供給される。これにより、油圧アクチュエータ２Ａ，３Ａ１，４ａ〜４ｃが油圧ポンプ１７からコントロールバルブ２０を介して供給された圧油によって駆動する。

ここで、蓄電装置１６の温度特性について図４を参照して詳細に説明する。図４は蓄電装置１６のリチウムイオン電池１６Ａの温度が３つの異なる温度のときの蓄電装置１６のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Оｆ Ｃｈａｒｇｅ：充電率）と出力との関係の一例を示している。

図４に示すように、リチウムイオン電池１６Ａは、ＳＯＣが上昇するにつれて出力も増大するが、リチウムイオン電池１６Ａの温度が低くなると、出力が低下する。特に、低温の環境下では、出力が大幅に減少しているので、十分な出力が供給可能となる温度まで蓄電装置１６の暖気運転を行う必要がある。そこで、本実施形態では、ハイブリッドコントローラ２２は、リチウムイオン電池１６Ａの温度に応じて、蓄電装置１６を充放電して暖機運転を行うかどうかを判定する判定部を有している。

図５はバッテリコントローラ１６Ｃの構成を示す機能ブロック図である。

バッテリコントローラ１６Ｃは、リチウムイオン電池１６Ａの温度を測定する温度測定部１６Ｃ１と、リチウムイオン電池１６Ａのセル電圧及び総電圧を測定する電圧測定部１６Ｃ２、電流センサ１６Ｂの測定値をＡＤ変換して入力する電流測定部１６Ｃ３と、温度測定部１６Ｃ１によって測定された温度、電圧測定部１６Ｃ２によって測定された総電圧、及び電流測定部１６Ｃ３によって入力された電流に基づいて、蓄電装置１６のＳＯＣを推定する充電率推定部としてのＳＯＣ推定部１６Ｃ４とを有している。

また、バッテリコントローラ１６Ｃは、温度測定部１６Ｃ１によって測定された温度、電圧測定部１６Ｃ２によって測定された総電圧、電流測定部１６Ｃ３によって入力された電流、及びＳＯＣ推定部１６Ｃ４によって推定されたＳＯＣに基づいて、リチウムイオン電池１６Ａの充放電可能な最大電力である許容充放電電力を演算する最大電力演算部としての許容充放電電力演算部１６Ｃ５とを有している。そして、温度測定部１６Ｃ１によって測定された温度、ＳＯＣ推定部１６Ｃ４によって推定されたＳＯＣ、及び許容充放電電力演算部１６Ｃ５によって演算された許容充放電電力の情報はハイブリッドコントローラ２２に入力される。

次に、ＳＯＣ推定部１６Ｃ４による蓄電装置１６のＳＯＣの推定について詳細に説明する。

例えば、車体が稼動する前のリレー開放状態におけるリチウムイオン電池１６Ａの電圧、すなわち開回路電圧をＳＯＣ（０）、車体の稼働中におけるリチウムイオン電池１６Ａの充放電電流の積算値をＩＳ、リチウムイオン電池１６Ａの満充電容量をＣｍａｘとすると、下記の数式（１）が成立する。

ＳＯＣ推定部１６Ｃ４は、図示されないが、蓄電装置１６のＳＯＣと開回路電圧との関係が示されたＳＯＣ−開回路電圧のテーブルＡを内部に保有している。ＳＯＣ推定部１６Ｃ４は、車体の起動時の開回路電圧をこのテーブルＡに適用することにより、得られたＳＯＣをＳＯＣ（０）として演算する。そして、ＳＯＣ推定部１６Ｃ４は、演算したＳＯＣ（０）、車体の稼働中におけるリチウムイオン電池１６Ａの充放電電流の積算値ＩＳとリチウムイオン電池１６Ａの満充電容量Ｃｍａｘの比率、及び上記の数式（１）からその変化量を演算し、現在の蓄電装置１６のＳＯＣを求める。

次に、許容充放電電力演算部１６Ｃ５による許容充放電電力の演算について詳細に説明する。

例えば、許容充電電流をＩＣ、リチウムイオン電池１６Ａの電圧の上限値をＶｍａｘ、開回路電圧をＶｏ、内部抵抗をｒ、許容充電電力をＥＣとすると、下記の数式（２）、（３）が成立する。

許容充放電電力演算部１６Ｃ５は、リチウムイオン電池１６Ａの電圧の上限値Ｖｍａｘ及び後述の下限値Ｖｍｉｎを内部に保有している。また、許容充放電電力演算部１６Ｃ５は、蓄電装置１６のＳＯＣと開回路電圧Ｖｏとの関係が示されたテーブルＢを内部に保有している。さらに、許容充放電電力演算部１６Ｃ５は、蓄電装置１６のＳＯＣ、リチウムイオン電池１６Ａの温度、及び内部抵抗ｒの関係が示されたテーブルＣを内部に保有している。なお、リチウムイオン電池１６Ａの電圧の上限値Ｖｍａｘ、下限値Ｖｍｉｎ、開回路電圧Ｖｏ、及び内部抵抗ｒは、リチウムイオン電池１６Ａにおける複数の電池セルを接続した際の総和の値である。

許容充放電電力演算部１６Ｃ５は、ＳＯＣ推定部１６Ｃ４によって推定されたＳＯＣをテーブルＢに適用することにより、開回路電圧Ｖｏを演算する。また、許容充放電電力演算部１６Ｃ５は、ＳＯＣ推定部１６Ｃ４によって推定されたＳＯＣ、及び温度測定部１６Ｃ１によって測定された温度をテーブルＣに適用することにより、内部抵抗ｒを演算する。

そして、許容充放電電力演算部１６Ｃ５は、リチウムイオン電池１６Ａの電圧の上限値Ｖｍａｘ、演算した開回路電圧Ｖｏ、及び内部抵抗ｒを上記の数式（２）に代入することにより、許容充電電流ＩＣを演算する。さらに、許容充放電電力演算部１６Ｃ５は、演算した許容充電電流ＩＣ、開回路電圧Ｖｏ、及び内部抵抗ｒを数式（３）に代入することにより、許容充電電力ＥＣを演算する。

一方、許容放電電流をＩＤ、許容放電電力をＥＤとすると、下記の数式（４）、（５）が成立する。

許容充放電電力演算部１６Ｃ５は、リチウムイオン電池１６Ａの電圧の下限値Ｖｍｉｎ、上述の許容充電電流ＩＣの演算と同様に演算した開回路電圧Ｖｏ、及び内部抵抗ｒを上記の数式（４）に代入することにより、許容放電電流ＩＤを演算する。さらに、許容充放電電力演算部１６Ｃ５は、演算した許容放電電流ＩＤ、開回路電圧Ｖｏ、及び内部抵抗ｒを数式（５）に代入することにより、許容放電電力ＥＤを演算する。なお、許容充放電電力演算部１６Ｃ５による演算は、リチウムイオン電池１６Ａが内部短絡等の熱的影響を防止するため、リチウムイオン電池１６Ａの電圧を正常な範囲内に制御することを目的に行われたが、このような目的に限らず、例えば、過充電や過放電を防止する目的で蓄電装置１６ＣのＳＯＣによる制限や、過充電や過放電を防止する目的でリチウムイオン電池１６Ａの温度による制限を別途設けても良い。

図６はハイブリッドコントローラ２２の構成を示す機能ブロック図である。

ハイブリッドコントローラ２２は、走行レバー５Ａ、操作レバー５Ｂ、及びモード設定スイッチ５Ｄに接続され、油圧ポンプ１７に要求される出力（以下、便宜的にポンプ要求出力と呼ぶ）を推定する油圧ポンプ要求出力推定部２２Ａと、エンジンコントローラ１２に接続され、エンジン１１の出力の上限（以下、便宜的にエンジン出力上限と呼ぶ）を演算するエンジン出力上限演算部２２Ｂと、油圧ポンプ要求出力推定部２２Ａ、モード設定スイッチ５Ｄ、ゲートロックレバー５Ｃ、稼働禁止スイッチ５Ｆ、モニタ５Ｇ、エンジン出力上限演算部２２Ｂ、バッテリコントローラ１６Ｃ、油圧ポンプ１７、ポンプ容量調節装置２１、及びインバータ１５に接続され、油圧ポンプ１７、ポンプ容量調節装置２１、エンジンコントローラ１２、及びインバータ１５への制御指令を出力する出力指令部２２Ｃとを含んでいる。

油圧ポンプ要求出力推定部２２Ａは、走行レバー５Ａと操作レバー５Ｂの操作量、及びモード設定スイッチ５Ｄの動作モードを入力し、これらの入力情報に基づいて、走行用油圧モータ２Ａ、旋回用油圧モータ３Ａ１、ブームシリンダ４ａ、アームシリンダ４ｂ、及びバケットシリンダ４ｃに要求される負荷をそれぞれ推定する。

図７は油圧アクチュエータ２Ａ，３Ａ１，４ａ〜４ｃのうち走行用油圧モータ２Ａに要求される負荷特性を説明する図である。

図７に示すように、走行用油圧モータ２Ａに要求される負荷は、走行レバー５Ａの操作量が増加するにつれて増大するように設定される。また、走行用油圧モータ２Ａに要求される負荷は、オペレータがモード設定スイッチ５Ｄで設定した動作モードに応じて、その大小を変更するように設定される。

例えば、オペレータが車体の動作モードをエコモードに設定した場合には、燃費を重視するために、走行用油圧モータ２Ａに要求される負荷が低く設定され、オペレータが車体の動作モードをパワーモードに設定した場合には、作業速度を重視するために、走行用油圧モータ２Ａに要求される負荷が高く設定される。従って、油圧ポンプ要求出力推定部２２Ａは、モード設定スイッチ５Ｄで設定された動作モードにおける走行レバー５Ａの操作量から走行用油圧モータ２Ａに要求される負荷を推定する。

また、油圧ポンプ要求出力推定部２２Ａは、他の油圧アクチュエータである旋回用油圧モータ３Ａ１、ブームシリンダ４ａ、アームシリンダ４ｂ、及びバケットシリンダ４ｃに要求される負荷に関しても、上述の走行用油圧モータ２Ａと同様に、モード設定スイッチ５Ｄで設定された動作モードにおける操作レバー５Ｂの操作量から推定する。そして、油圧ポンプ要求出力推定部２２Ａは、走行用油圧モータ２Ａ、旋回用油圧モータ３Ａ１、ブームシリンダ４ａ、アームシリンダ４ｂ、及びバケットシリンダ４ｃに要求される負荷の合計値をポンプ要求出力として出力指令部２２Ｃへ出力する。

図８はエンジン１１の回転数と出力の上限との関係を示す図である。

図８に示すように、エンジン出力上限は、エンジン１１の回転数によって定まり、エンジン１１の回転数が低いときには、エンジン１１の回転数の上昇に伴ってエンジン出力上限が増大し、エンジン１１の回転数が高くなると、エンジン１１の回転数の上昇に伴ってエンジン出力上限が減少するようになっている。このように、エンジン出力上限は、エンジン１１の回転数から推定することができる。

本実施形態では、エンジン出力上限演算部２２Ｂは、回転数センサ１１Ａによって検出されたエンジン１１の回転数を、エンジンコントローラ１２を介して入力し、この入力情報からエンジン出力上限を推定する。そして、エンジン出力上限演算部２２Ｂは、推定したエンジン出力上限を出力指令部２２Ｃへ出力する。なお、エンジン１１の回転数は、オペレータが回転数設定ダイヤル５Ｅによって目標回転数を調整することで変更することができる。

出力指令部２２Ｃは、油圧ポンプ要求出力推定部２２Ａによって推定されたポンプ要求出力、及びエンジン出力上限演算部２２Ｂによって演算されたエンジン出力上限に基づいて、ポンプ容量調節装置２１、エンジンコントローラ１２、及びインバータ１５へ出力する指令値を演算する。そして、出力指令部２２Ｃは、演算した指令値に対応する制御指令として、バルブ出力指令、ポンプ出力指令、エンジン出力指令、及びインバータ電力指令をポンプ容量調節装置２１、エンジンコントローラ１２、及びインバータ１５へそれぞれ出力し、これらの各装置を制御する。

具体的には、出力指令部２２Ｃは、車体の動作に関する情報に基づいて、車体が稼働しているかどうかを判定する稼働判定部２２Ｃ１と、稼働判定部２２Ｃ１の判定結果に応じて、蓄電装置１６の暖機運転時の目標ＳＯＣを設定する目標充電率設定部としての目標ＳＯＣ設定部２２Ｃ２と、蓄電装置１６を充放電させる電力を設定する充放電電力設定部２２Ｃ３と、蓄電装置１６の暖機運転が行われたとき、温度測定部１６Ｃ１によって測定される温度が目標温度に達するまでにかかる蓄電装置１６の暖機運転の終了時間を推定する終了時間推定部２２Ｃ４とを含んでいる。稼働判定部２２Ｃ１は、稼働禁止スイッチ５Ｆによって車体の稼働が禁止された場合に、車体の動作に関する情報に拘わらず、車体が稼働していないと判定する。

ここで、車体の動作に関する情報とは、例えば、走行レバー５Ａ及び操作レバー５Ｂの操作量、ゲートロックレバー５Ｃの位置、モード設定スイッチ５Ｄによって設定された動作モード、回転数設定ダイヤル５Ｅによって設定された目標回転数、回転数センサ１１Ａによって検出された回転数、ＳＯＣ推定部１６Ｃ４によって推定された充電率、油圧ポンプ要求出力推定部２２Ａによって推定されたポンプ要求出力、及びエンジン出力上限演算部２２Ｂによって推定されたエンジン出力上限等の情報を含んでいる。

また、車体が稼働しているとは、例えば、油圧アクチュエータ２Ａ，３Ａ１，４ａ〜４ｃに対する作動が要求されている状態であり、その具体例として、オペレータが走行レバー５Ａ又は操作レバー５Ｂを操作しており、ポンプ要求出力が所定の出力Ｐ１以上となる状態をいう。また、車体が稼働していない（非稼働）とは、例えば、油圧アクチュエータ２Ａ，３Ａ１，４ａ〜４ｃに対する作動が要求されていない状態であり、具体例として、オペレータが走行レバー５Ａ又は操作レバー５Ｂを操作せず、ポンプ要求出力が所定の出力Ｐ１未満となる状態をいう。

目標ＳＯＣ設定部２２Ｃ２は、温度測定部１６Ｃ１によって測定された温度が所定の温度Ｔ１以下であり、かつ稼働判定部２２Ｃ１によって車体が稼働していないと判定された場合に、走行レバー５Ａ及び操作レバー５Ｂの操作量、ゲートロックレバー５Ｃの位置、モード設定スイッチ５Ｄによって設定された動作モード、回転数センサ１１Ａによって検出された回転数、及びＳＯＣ推定部１６Ｃ４によって推定された充電率の少なくとも１つ、例えば、ゲートロックレバー５Ｃの位置、及びモード設定スイッチ５Ｄによって設定された動作モードに基づいて、蓄電装置１６の目標ＳＯＣを設定するようにしている。

充放電電力設定部２２Ｃ３は、例えば、温度測定部１６Ｃ１によって測定された温度が所定の温度Ｔ１以下であり、かつ稼働判定部２２Ｃ１によって車体が稼働していると判定された場合に、油圧ポンプ要求出力推定部２２Ａによって推定されたポンプ要求出力、エンジン出力上限演算部２２Ｂによって演算されたエンジン出力上限、及び許容充放電電力演算部１６Ｃ５によって演算された許容充放電電力に基づいて、蓄電装置１６を充放電させる電力をインバータ電力指令として設定するようにしている。

また、充放電電力設定部２２Ｃ３は、例えば、温度測定部１６Ｃ１によって測定された温度が所定の温度Ｔ１以下であり、かつ稼働判定部２２Ｃ１によって車体が稼働していないと判定された場合に、ＳＯＣ推定部１６Ｃ４によって推定されたＳＯＣ及び目標ＳＯＣ設定部２２Ｃ２によって設定された目標ＳＯＣに基づいて、蓄電装置１６を充放電させる電力をインバータ電力指令として設定するようにしている。

次に、出力指令部２２Ｃによる蓄電装置１６の暖機運転の制御について、図９のフローチャートを参照して詳細に説明する。図９に示す制御は、例えば、低温の環境下で油圧ショベル１を起動させたときに実施される。

まず、出力指令部２２Ｃは、温度測定部１６Ｃ１によって測定された温度が所定の温度Ｔ１以下であるかどうかを判定する（（ステップ（以下、Ｓと記す）１０１）。Ｓ１０１において、温度測定部１６Ｃ１によって測定された温度が所定の温度Ｔ１より大きいときには（Ｓ１０１／ＮＯ）、出力指令部２２Ｃは、蓄電装置１６の暖機運転を行わず、蓄電装置１６の暖機運転の制御を終了する。

Ｓ１０１において、温度測定部１６Ｃ１によって測定された温度が所定の温度Ｔ１以下のときには（Ｓ１０１／ＹＥＳ）、出力指令部２２Ｃの稼働判定部２２Ｃ１は、車体の動作に関する情報として、例えば、油圧ポンプ要求出力推定部２２Ａによって推定されたポンプ要求出力に基づいて、車体が稼働しているのかどうか、すなわち車体が稼動しているのか、あるいは稼働していないのかを判定する（Ｓ１０２）。

このとき、稼働判定部２２Ｃ１は、ポンプ要求出力が所定の出力Ｐ１として、例えば、アイドリング状態のときの出力値である０ｋＷより大きいときには（Ｓ１０２／ＮＯ）、車体が稼働していると判定する。そして、稼働判定部２２Ｃ１は、稼働禁止スイッチ５Ｆによって車体の稼働が禁止されているかどうかを判定する（Ｓ１０３）。Ｓ１０３において、稼働判定部２２Ｃ１は、車体の稼働が禁止されていないと判定すると（Ｓ１０３／ＮＯ）、出力指令部２２Ｃは、車体の稼働時における蓄電装置１６の暖機運転の制御を行う（Ｓ１２０）。

一方、Ｓ１０２において、稼働判定部２２Ｃ１は、ポンプ要求出力が０ｋＷ以下であるときには（Ｓ１０２／ＹＥＳ）、車体が稼働していないアイドリング状態であると判定し、出力指令部２２Ｃは、車体の非稼働時における蓄電装置１６の暖機運転の制御を行う（Ｓ１４０）。また、Ｓ１０３において、稼働判定部２２Ｃ１は、車体の稼働が禁止されていると判定したときにも（Ｓ１０３／ＹＥＳ）、Ｓ１４０の処理が行われる。上述したＳ１２０又はＳ１４０の処理が行われている間、終了時間推定部２２Ｃ４は、蓄電装置１６の暖機運転の終了時間を推定してキャビン５のモニタ５Ｇに表示する。なお、出力Ｐ１は、上述した０ｋＷの場合に限らず、例えば、エンジン１１の定格出力以下の任意の値に設定することで、ポンプ要求出力が僅かであっても、車体の非稼動時における蓄電装置１６の暖機運転の制御が行われるようにしても良い。

Ｓ１２０又はＳ１４０において、蓄電装置１６の暖機運転が一定時間実施されると、出力指令部２２Ｃは、温度測定部１６Ｃ１によって測定された温度が所定の目標温度Ｔ２以下であるかどうかを判定する（Ｓ１０４）。このとき、温度測定部１６Ｃ１によって測定された温度Ｔが所定の目標温度Ｔ２以下であると判定された場合には（Ｓ１０４／ＹＥＳ）、Ｓ１０２からの処理が繰り返される。

一方、Ｓ１０４において、温度測定部１６Ｃ１によって測定された温度が所定の目標温度Ｔ２より大きいときと判定された場合には（Ｓ１０４／ＮＯ）、出力指令部２２Ｃは、蓄電装置１６の暖機運転の実施を停止し、蓄電装置１６の暖機運転の制御を終了する。なお、目標温度Ｔ２は、Ｓ１０１における温度Ｔ１と同一であっても良いし、あるいは別の値を設定しても良い。

次に、図９のＳ１２０の車体の稼働時における蓄電装置１６の暖機運転の制御について、図１０のフローチャート及び図１１を参照して詳細に説明する。図１１はポンプ要求出力、エンジン出力上限、及びインバータに要求される電力（以下、便宜的にインバータ要求電力と呼ぶ）の時間推移を示す図である。

まず、出力指令部２２Ｃは、油圧ポンプ要求出力推定部２２Ａによって推定されたポンプ要求出力及びエンジン出力上限演算部２２Ｂによって演算されたエンジン出力上限に基づいて、インバータ１５の電力の極性を推定する（Ｓ１２１）。このとき、出力指令部２２Ｃは、例えば、ポンプ要求出力とエンジン出力上限の差分からインバータ要求電力を算出する。従って、図１１に示すように、ポンプ要求出力がエンジン出力上限よりも大きければ、インバータ要求電力は０より大きくなって放電電力となり、ポンプ要求出力がエンジン出力上限よりも小さければ、インバータ要求電力は０より小さくなって充電電力となる。

Ｓ１２１において、出力指令部２２Ｃは、インバータ電力要求が０より大きいと推定すると（Ｓ１２１／ＹＥＳ）、インバータ要求電力が許容充放電電力演算部１６Ｃ５によって演算された許容放電電力より大きいかどうかを判定する（Ｓ１２２）。なお、本実施形態では、出力指令部２２Ｃによる演算を簡易化するため、電動発電機１４及びインバータ１５の効率を１００％とし、損失が発生しない理想状態とする。

Ｓ１２１において、出力指令部２２Ｃは、インバータ要求電力が許容放電電力より大きいと判定すると（Ｓ１２２／ＹＥＳ）、充放電電力設定部２２Ｃ３は、許容放電電力をインバータ電力指令として設定する（Ｓ１２３）。このとき、出力指令部２２Ｃは、許容放電電力を超過する分のインバータ要求電力に対しては、油圧ポンプ１７の出力をポンプ要求出力に対して低減することで調整し、後述のＳ１２８の処理が行われる。

Ｓ１２２において、出力指令部２２Ｃは、インバータ要求電力が許容放電電力以下であると判定すると（Ｓ１２２／ＮＯ）、出力指令部２２Ｃは、油圧バルブ（図示せず）を閉じて油圧ポンプ１７の出力を高めるバルブ指令を油圧ポンプ１７へ出力することにより、油圧ポンプ１７に追加して要求される出力（以下、便宜的にポンプ追加要求出力と呼ぶ）を生成し、インバータ要求電力よりも大きな電力を放電して蓄電装置１６の暖機運転を促進する。このとき、充放電電力設定部２２Ｃ３は、インバータ要求電力とポンプ追加要求出力の和をインバータ電力指令として設定し（Ｓ１２４）、後述のＳ１２８の処理が行われる。なお、このポンプ追加要求出力は、インバータ要求電力との和が許容放電電力を超えない範囲で設定される。

一方、Ｓ１２１において、出力指令部２２Ｃは、インバータ電力要求が０以下であると推定すると（Ｓ１２１／ＮＯ）、インバータ要求電力が許容充放電電力演算部１６Ｃ５によって演算された許容充電電力より大きいかどうかを判定する（Ｓ１２５）。Ｓ１２５において、出力指令部２２Ｃは、インバータ要求電力が許容充電電力より大きいと判定すると（Ｓ１２５／ＹＥＳ）、充放電電力設定部２２Ｃ３は、インバータ要求電力をインバータ電力指令として設定し（Ｓ１２６）、後述のＳ１２８の処理が行われる。

Ｓ１２５において、出力指令部２２Ｃは、インバータ要求電力が許容充電電力以下であると判定すると（Ｓ１２５／ＮＯ）、充放電電力設定部２２Ｃ３は、許容充電電力をインバータ電力指令として設定する（Ｓ１２７）。このとき、出力指令部２２Ｃは、許容充電電力を超過する分のインバータ要求電力（回生電力）に対しては、蓄電装置１６への充電を制限することで調整し、後述のＳ１２８の処理が行われる。

そして、Ｓ１２８では、出力指令部２２Ｃは、エンジン出力上限をエンジン出力指令として設定した後、エンジン出力指令とインバータ電力指令の和をポンプ出力指令として設定し、車体の稼働時における蓄電装置１６の暖機運転の制御を終了する。

このように、充放電電力設定部２２Ｃ３は、ポンプ要求出力、エンジン出力上限、及び許容充放電電力から蓄電装置１６を充放電させる電力をインバータ電力指令として設定することにより、稼働中の作業に伴う車体への負荷の変動に拘わらず、暖機運転における蓄電装置１６の電圧を正常な範囲内に制御することができる。これにより、蓄電装置１６の状態を安定させることができるので、蓄電装置１６にかかる負担を軽減することができ、蓄電装置１６の高寿命化を図ることができる。

次に、図９のＳ１４０の車体の非稼働時における蓄電装置１６の暖機運転の制御について、図１２のフローチャート及び図１３を参照して詳細に説明する。図１３は目標ＳＯＣ設定部２２Ｃ２による蓄電装置１６の目標ＳＯＣの設定の一例を示しており、出力指令部２２Ｃに入力されるゲートロックレバー５Ｃの位置、及び車体の動作モードの情報から目標ＳＯＣを設定したときの蓄電装置１６のＳＯＣの時間推移を表している。

まず、出力指令部２２Ｃの目標ＳＯＣ設定部２２Ｃ２は、蓄電装置１６の目標ＳＯＣを設定する（Ｓ１４１）。

ここで、リチウムイオン電池１６Ａは、ＳＯＣが低い程、内部抵抗が高くなり、結果として発熱量が大きくなる傾向がある。また、低温時にはリチウムイオン電池１６Ａの電圧降下分が大きくなるため、リチウムイオン電池１６Ａは劣化し易い環境にある。このような環境下では、ＳＯＣが低い程、負極電位が高くなるので、充電によるリチウムイオン電池１６Ａの劣化の影響が低く抑制される傾向がある。これらの理由から、リチウムイオン電池１６Ａの観点では、できる限り低いＳＯＣで暖機運転をすることが望ましい。

しかし、車体が非稼働状態から稼動状態へ移行した際に、直ちに蓄電装置１６が容量不足に陥らないように、ＳＯＣが高い状態で蓄電装置１６の暖機運転を行うことが望ましい。そこで、本実施形態は、ゲートロックレバー５Ｃがロック位置にあるときには、車体が非稼働状態から稼動状態へ直ちに移行することはない実情を考慮し、できる限り低いＳＯＣの領域で蓄電装置１６を充放電させるようにしている。

例えば、図１３に示すように、目標ＳＯＣ設定部２２Ｃ２は、ゲートロックレバー５Ｃがロック位置にあるときに、目標ＳＯＣをＳＯＣ下限値付近のＳＯＣを示す「低」に設定する。一方、ゲートロックレバー５Ｃがロック解除位置にあるときには、車体が非稼働状態から稼動状態へ直ちに移行することがあり得る。そこで、本実施形態では、目標ＳＯＣ設定部２２Ｃ２は、モード設定スイッチ５Ｄによって設定された動作モードに基づいて、リチウムイオン電池１６Ａに要求される電力を推定して目標ＳＯＣを設定する。

具体例として、モード設定スイッチ５Ｄによって設定された動作モードが、車体の動作性能を優先するパワーモードであるとき、電動発電機１４に要求されるアシスト量が多いため、目標ＳＯＣ設定部２２Ｃ２は、目標ＳＯＣをＳＯＣ上限値付近のＳＯＣを示す「高」に設定する。また、モード設定スイッチ５Ｄによって設定された動作モードが、燃料消費量（燃費）性能を優先するエコモードであるとき、電動発電機１４に要求されるアシスト量がパワーモードのときに比べて少ないため、目標ＳＯＣ設定部２２Ｃ２は、ＳＯＣ中心値付近のＳＯＣを示す「中」に設定する。なお、下記の説明において、蓄電装置１６の暖機運転中の目標ＳＯＣ設定部２２Ｃ２によるＳＯＣの変動幅の設定値をαとする。

Ｓ１４１において、目標ＳＯＣ設定部２２Ｃ２によって目標ＳＯＣが設定されると、出力指令部２２Ｃは、ＳＯＣ推定部１６Ｃ４によって推定された現在のＳＯＣが目標ＳＯＣ設定部２２Ｃ２によって設定された目標ＳＯＣより大きいかどうかを判定する（Ｓ１４２）。このとき、出力指令部２２Ｃは、現在のＳＯＣが目標ＳＯＣ以下であると判定すると（Ｓ１４２／ＮＯ）、充放電電力設定部２２Ｃ３は、許容充放電電力演算部１６Ｃ５によって演算された許容充電電力をインバータ電力指令として設定し（Ｓ１４３）、後述のＳ１４９の処理が行われる。なお、本実施形態では、出力指令部２２Ｃによる演算を簡易化するため、アイドリング状態（車体の非稼働）におけるエンジン出力上限は、許容充電電力の絶対値に比べて十分に大きいと仮定する。

Ｓ１４２において、出力指令部２２Ｃは、現在のＳＯＣが目標ＳＯＣより大きいと判定すると（Ｓ１４２／ＹＥＳ）、現在のＳＯＣが、目標ＳＯＣに設定値αを加算した値（目標ＳＯＣ＋α）より小さいかどうかを判定する（Ｓ１４４）。このとき、出力指令部２２Ｃは、現在のＳＯＣが、目標ＳＯＣに設定値αを加算した値（目標ＳＯＣ＋α）以上であると判定すると（Ｓ１４４／ＮＯ）、油圧バルブ（図示せず）を閉じて油圧ポンプ１７の出力を高めるバルブ指令を油圧ポンプ１７へ出力することにより、ポンプ追加要求出力を生成する。そして、充放電電力設定部２２Ｃ３は、このポンプ追加要求出力をインバータ電力指令として設定し（Ｓ１４５）、後述のＳ１４９の処理が行われる。

Ｓ１４４において、出力指令部２２Ｃは、現在のＳＯＣが、目標ＳＯＣに設定値αを加算した値（目標ＳＯＣ＋α）より小さいと判定すると（Ｓ１４４／ＹＥＳ）、一制御周期前のインバータ電力指令が充電であるかどうかを判定する（Ｓ１４６）。このとき、出力指令部２２Ｃは、一制御周期前のインバータ電力指令が充電であると判定すると（Ｓ１４６／ＹＥＳ）、充放電電力設定部２２Ｃ３は、許容充放電電力演算部１６Ｃ５によって演算された許容充電電力をインバータ電力指令として設定し（Ｓ１４７）、後述のＳ１４９の処理が行われる。Ｓ１４７の処理が行われることにより、蓄電装置１６のＳＯＣが目標ＳＯＣに設定値αを加算した値（目標ＳＯＣ＋α）以上になるまで、蓄電装置１６の充電が継続される。

一方、Ｓ１４６において、出力指令部２２Ｃは、一制御周期前のインバータ電力指令が放電であると判定すると（Ｓ１４６／ＮＯ）、油圧バルブ（図示せず）を閉じて油圧ポンプ１７の出力を高めるバルブ指令を油圧ポンプ１７へ出力することにより、ポンプ追加要求出力を生成する。そして、充放電電力設定部２２Ｃ３は、このポンプ追加要求出力をインバータ電力指令として設定し（Ｓ１４８）、後述のＳ１４９の処理が行われる。Ｓ１４８の処理が行われることにより、蓄電装置１６のＳＯＣが目標ＳＯＣ以下になるまで、蓄電装置１６の放電が継続される。これにより、蓄電装置１６の電力が電動発電機１４へ円滑に流れるので、蓄電装置１６のＳＯＣを目標ＳＯＣへ迅速に減少させることができ、蓄電装置１６の暖機運転の優れた効率性を実現することができる。

Ｓ１４９では、出力指令部２２Ｃは、許容充放電電力演算部１６Ｃ５によって演算された許容充電電力の絶対値をエンジン出力指令に設定した後、エンジン出力指令とインバータ電力指令の和をポンプ出力指令として設定し、車体の非稼働時における蓄電装置１６の暖機運転の制御を終了する。

図１４は車体が稼働していないときの蓄電装置１６の暖機運転の制御によって蓄電装置１６のＳＯＣ、電圧、及び電流が変化する様子を示す図である。

図１４に示すように、蓄電装置１６の暖機運転が行われると、蓄電装置１６のＳＯＣの変化に応じて蓄電装置１６の電圧及び電流が変化し、蓄電装置１６の電圧は一定の範囲内で制御されていることが分かる。また、図１４に示すように、蓄電装置８の電流の絶対値も大きくなっているので、蓄電装置１６の暖機運転によってリチウムイオン電池１６Ａの温度が上昇し、これに伴って蓄電装置１６の出力が大きくなっていることが分かる。

図１５は車体が稼働していないときの蓄電装置１６の暖機運転の制御が実施されたシミュレーション結果の一例を示している。図１５において、破線は、本実施形態に係る蓄電装置１６の暖機運転の比較例として、蓄電装置１６のＳＯＣの上下限値まで、蓄電装置１６の充放電を繰り返した結果を表しており、実線は、上述した本実施形態に係る蓄電装置１６の暖機運転を実施した結果を表している。

図１５に示すように、比較例では、車体が稼働しているかどうかに拘わらず、蓄電装置１６のＳＯＣが３０％〜７０％の範囲で変動することにより、リチウムイオン電池１６Ａの温度（約−２５℃）が目標温度（２５℃）になるまで、約３００秒（ｓ）かかっている。これに対し、本実施形態では、ゲートロックレバー５Ｃがロック位置にあるときに、蓄電装置１６のＳＯＣが３０％〜４０％の範囲で変動し、モード設定スイッチ５Ｄによって設定された動作モードがエコモードのときに、蓄電装置１６のＳＯＣが４０％〜６０％の範囲で変動することにより、リチウムイオン電池１６Ａの温度（約−２５℃）が目標温度（２５℃）になるまで、約１７０秒（ｓ）で済んでおり、比較例に対して約１３０秒（ｓ）短くなっている。

以上より、目標ＳＯＣ設定部２２Ｃ２は、ゲートロックレバー５Ｃの位置、及びモード設定スイッチ５Ｄによって設定された動作モードに応じて、車体の稼働状態への移行の可能性と蓄電装置１６の性質を踏まえた最適なＳＯＣで蓄電装置１６の充放電を繰り返すことにより、蓄電装置１６の暖機運転に要する時間を短縮することができる。これにより、車体の非稼働時における蓄電装置１６の暖機運転を効率良く行うことができる。しかも、車体が非稼働状態から稼動状態へ移行した際に、蓄電装置１６が各動作モードに対して十分なＳＯＣを確保しているので、車体の移動等で放電が連続して行われる必要がある場合でも、蓄電装置１６の容量不足を防止することができる。

このように構成した本実施形態によれば、ハイブリッドコントローラ２２の出力指令部２２Ｃによって蓄電装置１６の暖機運転が行われるときに、出力指令部２２Ｃの目標ＳＯＣ設定部２２Ｃ２が、稼働判定部２２Ｃ１の判定結果を考慮して車体の稼働状況に適した目標ＳＯＣを設定できるので、蓄電装置１６の暖機運転中であっても、電動発電機１４がエンジン１１の動力を十分にアシスト及び発電することができる。これにより、エンジン１１の動作を適切な状態に維持できるので、エンジン１１が損傷したり、あるいは停止する等のエンジン１１の不具合が生じることなく、蓄電装置１６を迅速に暖機運転させることができる。

また、本実施形態では、キャビン５内のオペレータは、図９のＳ１０３において、例えば、作業に対してエンジン１１及び電動発電機１４の出力が不足している場合には、稼働禁止スイッチ５Ｆを入れることにより、走行レバー５Ａ及び操作レバー５Ｂの操作に拘わらず、車体が強制的に非稼働の状態に維持されるので、蓄電装置１６を円滑に充放電させることができる。これにより、蓄電装置１６の温度が上昇し、蓄電装置１６から得られる出力を早急に増大させることができるので、オペレータが作業に迅速に取り掛かることができ、優れた利便性を得ることができる。

また、本実施形態では、図９のＳ１２０又はＳ１４０において、蓄電装置１６の暖機運転が行われている間に、終了時間推定部２２Ｃ４によってキャビン５内のモニタ５Ｇに蓄電装置１６の暖機運転の終了時間が表示されるので、モニタ５Ｇの画面から作業を開始するまでの待ち時間を迅速に把握することができる。これにより、オペレータは、その待ち時間を他の作業に有効に活用できるので、蓄電装置１６の暖機運転をより有意義なものとすることができる。

また、上述した本実施形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。

さらに、本実施形態に係るハイブリッド式建設機械はハイブリッド式油圧ショベル１から成る場合について説明したが、この場合に限らず、例えば、ハイブリッド式ホイールローダ及びハイブリッド式ダンプ等のハイブリッド式建設機械（プラグインハイブリッド式建設機械を含む）、あるいはエンジン１１を搭載せずに蓄電装置１６の出力だけで駆動するバッテリ式建設機械であっても良い。さらに、本実施形態に係る蓄電装置１６は、リチウムイオン電池１６Ａを含む構成について説明したが、この場合に限らず、リチウムイオン電池１６Ａの代わりに、例えば、キャパシタやニッケル水素電池等、低温時に出力が低下するその他の蓄電素子を含む構成にしても良い。

また、本実施形態は、出力指令部２２Ｃの稼働判定部２２Ｃ１は、車体の動作に関する情報として、油圧ポンプ要求出力推定部２２Ａによって推定されたポンプ要求出力に基づいて、車体が稼働しているのかどうかを判定した場合について説明したが、この場合に限らず、その他の車体の動作に関する情報に基づいて、車体が稼働しているのかどうかを判定しても良い。例えば、稼働判定部２２Ｃ１は、走行レバー５Ａ及び操作レバー５Ｂの操作量に基づいて、車体が稼働しているのかどうかを判定したり、あるいはゲートロックレバー５Ｃの位置に基づいて、車体が稼働しているのかどうかを判定しても良い。

１…油圧ショベル（ハイブリッド式建設機械）、２…走行体（油圧作業装置）、２Ａ…走行用油圧モータ、３…旋回体（油圧作業装置）、３Ａ１…旋回用油圧モータ、４…フロント作業機（油圧作業装置）、４Ａ…ブーム、４ａ…ブームシリンダ、４Ｂ…アーム、４ｂ…アームシリンダ、４Ｃ…バケット、４ｃ…バケットシリンダ、５…キャビン、５Ａ…走行レバー（操作装置）、５Ｂ…操作レバー（操作装置）、５Ｃ…ゲートロックレバー、５Ｄ…モード設定スイッチ（モード設定部）、５Ｅ…回転数設定ダイヤル、５Ｆ…稼働禁止スイッチ（稼働禁止部）、５Ｇ…モニタ（表示装置）
１１…エンジン、１１Ａ…回転数センサ（回転数検出部）、１２…エンジンコントローラ（ＥＣＵ）、１４…電動発電機、１５…インバータ、１６…蓄電装置、１６Ａ…リチウムイオン電池、１６Ｂ…電流センサ、１６Ｃ…バッテリコントローラ（ＢＣＵ）、１６Ｃ１…温度測定部、１６Ｃ２…電圧測定部、１６Ｃ３…電流測定部、１６Ｃ４…ＳＯＣ推定部（充電率推定部）、１６Ｃ５…許容充放電電力演算部（最大電力演算部）、１７…油圧ポンプ
２０…コントロールバルブ、２１…ポンプ容量調節装置、２２…ハイブリッドコントローラ（ＨＣＵ）、２２Ａ…油圧ポンプ要求出力推定部、２２Ｂ…エンジン出力上限演算部、２２Ｃ…出力指令部、２２Ｃ１…稼働判定部、２２Ｃ２…目標ＳＯＣ設定部（目標充電率設定部）、２２Ｃ３…充放電電力設定部、２２Ｃ４…終了時間推定部

Claims (5)

1. エンジンと、
   前記エンジンの動力のアシスト及び発電を行う電動発電機と、
   前記エンジンによって駆動する油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプから吐出された圧油によって駆動する油圧作業装置と、
   前記油圧作業装置を操作する操作装置と、
   前記操作装置による前記油圧作業装置の操作を不能とするロック位置又は前記操作装置の操作を可能とするロック解除位置へ操作するゲートロックレバーと、
   車体の動作モードを設定し、前記車体に要求する負荷を変更するモード設定スイッチと、
   前記エンジンの回転数を検出する回転数センサと、
   前記電動発電機の動作を制御するインバータと、
   前記インバータとの間で電力の授受を行う蓄電装置と、
   前記車体を制御するコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、
   前記蓄電装置の温度を測定する温度測定部と、
   前記蓄電装置の充電率を推定する充電率推定部と、
   前記温度測定部によって測定された温度に基づいて、前記蓄電装置を充放電して暖機運転を行うかどうかを判定する判定部と、
   前記車体の動作に関する情報に基づいて、前記車体が稼働しているかどうかを判定する稼働判定部と、
   前記稼働判定部の判定結果に応じて、前記蓄電装置の暖機運転時の目標充電率を設定する目標充電率設定部とを含み、
   前記目標充電率設定部は、前記温度測定部によって測定された温度が所定の温度以下であり、かつ前記稼働判定部によって前記車体が稼働していないと判定された場合に、前記操作装置の操作量、前記ゲートロックレバーの位置、前記モード設定スイッチによって設定された動作モード、前記回転数センサによって検出された回転数、及び前記充電率推定部によって推定された充電率の少なくとも１つに基づいて、前記車体が非稼働状態から稼働状態へ直ちに移行するか否かを判断し、
   前記車体が非稼働状態から稼働状態へ直ちに移行しないと判断した場合は、直ちに移行すると判断した場合に比べて、内部抵抗が高い充電率を前記蓄電装置の目標充電率に設定することを特徴とするハイブリッド式建設機械。
2. 請求項１に記載のハイブリッド式建設機械において、
   前記コントローラは、
   前記油圧ポンプに要求される出力を推定する油圧ポンプ要求出力推定部と、
   前記エンジンの出力の上限を演算するエンジン出力上限演算部と、
   前記蓄電装置の充放電可能な最大電力を演算する最大電力演算部と、
   前記油圧ポンプ要求出力推定部によって推定された出力、前記エンジン出力上限演算部によって演算された出力の上限、及び前記最大電力演算部によって演算された最大電力に基づいて、前記蓄電装置を充放電させる電力を設定する充放電電力設定部とを含むことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
3. 請求項１に記載のハイブリッド式建設機械において、
   前記車体の稼働を強制的に禁止する稼働禁止スイッチを備え、
   前記稼働判定部は、前記稼働禁止スイッチによって前記車体の稼働が禁止された場合に、前記車体の動作に関する情報に拘わらず、前記車体が稼働していないと判定することを特徴とするハイブリッド式建設機械。
4. 請求項１に記載のハイブリッド式建設機械において、
   前記コントローラは、前記蓄電装置の暖機運転が行われたとき、前記温度測定部によって測定される温度が目標温度に達するまでにかかる前記蓄電装置の暖機運転の終了時間を推定する終了時間推定部を含み、
   前記ハイブリッド式建設機械は、前記終了時間推定部によって推定された終了時間を表示する表示装置を備えたことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載のハイブリッド式建設機械において、
   前記コントローラは、前記温度測定部によって測定された温度が所定の温度以下であり、かつ前記稼働判定部によって前記車体が稼働していないと判定された場合に、前記蓄電装置の暖機運転の放電時に前記油圧ポンプの出力を増大させることを特徴とするハイブリッド式建設機械。