JPWO2010079794A1 - ハイブリッド式建設機械の暖機方法及びハイブリッド式建設機械 - Google Patents

Abstract

蓄電器を有するハイブリッド式建設機械を低温環境で始動する際、まずエンジンのイグニッションキーをオンしてエンジンを駆動し、蓄電器の温度が予め設定された温度より低いときに、エンジンの駆動により蓄電器を加熱する。蓄電器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なうと共に、電動発電機を作動させて蓄電器を充放電させることにより、蓄電器を発熱させる。

Description

本発明は建設機械に係り、特にハイブリッド式建設機械の暖機方法に関する。

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。

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。

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。

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。

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、特開平１０−１０３１１２号公報参照。）。

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。

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、例えばアシストモータ（電動機又は電動発電機）からも得ていることもある。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。

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。

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。

本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、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の暖機方法及びハイブリッド式建設機械を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明によれば、エンジンのイグニッションキーをオンして該エンジンを駆動し、蓄電器の温度が予め設定された温度より低いときに、前記エンジンの駆動により前記蓄電器を加熱することを特徴とするハイブリッド式建設機械の暖機方法が提供される。

上述のハイブリッド式建設機械の暖機方法において、蓄電器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なうと共に、電動発電機を作動させて前記蓄電器を充放電させることにより、該蓄電器を発熱させることが好ましい。

また、上述のハイブリッド式建設機械の暖機方法において、該蓄電器の目標充電率を変化させることにより、該充電器を充放電させることが好ましい。該蓄電器を放電させるときには該目標充電率を低く設定し、該蓄電器を充電させるときには該目標充電率を高く設定することとしてもよい。また、上述のハイブリッド式建設機械の暖機方法において、電気負荷が要求する電力を変化させることにより、該蓄電器を充放電させることとしてもよい。さらに、該蓄電器の温度が予め設定された温度より低いときに該エンジンを作動させる際に、該エンジンの回転数を、暖機後の回転数より高く設定することとしてもよい。

本発明の他の実施形態によれば、上述のハイブリッド式機械の暖機方法により暖機処理を行なうハイブリッド式建設機械であって、電動発電機によりアシストされるエンジンと、該電動発電機に電力を供給する蓄電器と、電気負荷である電動機と、該エンジン及び該電動機の少なくとも一方と該蓄電器とを接続する通路とを有することを特徴とするハイブリッド式建設機械が提供される。

上述のハイブリッド式建設機械において、該蓄電器の温度、該エンジンの排気温度、及び該電動機から排出される空気の温度に基づいて、該遮断機構の開閉を制御する制御部をさらに有することが好ましい。また、該蓄電器内の空気を外部に排出して該蓄電器を冷却する冷却ファンをさらに有することが好ましい。該蓄電器の温度、該エンジンの排気温度、及び該電動機から排出される空気の温度に基づいて、該冷却ファンの作動を制御する制御部をさらに有することとしてもよい。該冷却ファンはシャッター付きファンであることが好ましい。また、該通路を開閉する遮断機構をさらに有することとしてもよい。

本発明によれば、予め蓄電器の暖機を行うことで、内部抵抗が大きい状態での充放電制御を防止することができるので、ハイブリッド式建設機械の安定した運転を行うことができる。

本出願の他の目的、特徴及び利点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことにより、一層明瞭となるであろう。

ハイブリッド式ショベルの側面図である。 図１に示すハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を表すブロック図である。 図１に示すハイブリッド式ショベルの動力系をモデル化して示す図である。 図３に示す蓄電系のブロック図である。 バッテリ暖機処理のフローチャートである。 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。 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。 バッテリ暖機システムの構成を示す図である。 エンジン排気熱を利用したバッテリ暖機処理のフローチャートである。 旋回用電動機の発熱を利用したバッテリ暖機処理のフローチャートである。 バッテリ暖機処理中のキャパシタユニット冷却用ファンの制御処理フローチャートである。

本発明による暖機方法は、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電動発電機（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ハイブリッド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。

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ショベルについて説明する。

図１はハイブリッド式ショベルの側面図である。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。

図２は、図１に示すハイブリッド式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。

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機能する変速機１３の入力軸に接続されている。変速機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、変速機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。

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。

電動発電機１２には、インバータ１８を介して蓄電器としてのバッテリ１９が接続されている。バッテリ１９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。

以上の構成を有するハイブリッド式ショベルは、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。

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、その出力軸は変速機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。

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 Magnet）モータで構成することができる。電動発電機１２の回転軸は変速機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変速機を介してエンジン１１に接続することとしてもよい。

変速機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。

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。

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。

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に充電する。

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電源である。また、蓄電系１２０は、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。本実施形態では蓄電系１２０の蓄電器としてキャパシタ(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又はバッテリであればどのような電池であってもよい。

インバータ２０は、上述の如く旋回用電動機２１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、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、必要な電力がバッテリ１９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。

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の回転駆動力の回転力が減速機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、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。

操作装置２６は、ハイブリッド式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。

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。

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。

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。

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。

コントローラ３０は、ハイブリッド式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。

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２８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。

次に、上述のハイブリッド式ショベルの駆動制御について説明する。

図３は上述のハイブリッド式ショベルの動力系をモデル化して示す図である。図３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、パケットシリンダ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。

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には蓄電系１２０の蓄電部からコンバータ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のコンバータを介して蓄電部に供給されて蓄積されるか、あるいはコンバータ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。

蓄電系１２０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に供給して充電することもできる。本実施形態では蓄電系１２０の蓄電部としてキャパシタ(電気二重層コンデンサ)を用いることとする。

図４は、蓄電系１２０の内部の詳細図である。蓄電系１２０は、一定電圧蓄電部としてのＤＣバス１１０、蓄電制御部としての昇降圧コンバータ１００と変動電圧蓄電部としてのバッテリ１９により構成される。

昇降圧コンバータ１００は、一側がＤＣバス１１０を介して電動発電機１２及び旋回用電動機２１に接続されるとともに、他側がバッテリ１９に接続されており、ＤＣバス電圧値が一定の範囲内に収まるように昇圧又は降圧を切り替える制御を行う。電動発電機１２が電動（アシスト）運転を行う場合には、インバータ１８を介して電動発電機１２に電力を供給する必要があるため、ＤＣバス電圧値を昇圧する必要がある。一方、電動発電機１２が発電運転を行う場合には、発電された電力をインバータ１８を介して蓄電系１２０のバッテリ１９に充電する必要があるため、ＤＣバス電圧値を降圧する必要がある。これは、旋回用電動機２１の力行運転と回生運転においても同様であり、その上、電動発電機１２はエンジン１１の負荷状態に応じて運転状態が切り替えられ、旋回用電動機２１は上部旋回体３の旋回動作に応じて運転状態が切り替えられるため、電動発電機１２及び旋回用電動機２１には、いずれかが電動（アシスト）運転又は力行運転を行い、いずれかが発電運転又は回生運転を行う状況が生じうる。

このため、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バス電圧値を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、バッテリ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間で電力の授受が可能に構成されている。

ＤＣバス電圧検出部１１１は、ＤＣバス電圧値を検出するための電圧検出部である。検出されるＤＣバス電圧値はコントローラ３０に入力され、このＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収めるための昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。

バッテリ電圧検出部１１２は、バッテリ１９の電圧値を検出するための電圧検出部であり、バッテリの充電状態を検出するために用いられる。検出されるバッテリ電圧値は、コントローラ３０に入力され、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。

バッテリ電流検出部１１３は、バッテリ１９の電流値を検出するための電流検出部である。バッテリ電流値は、バッテリ１９から昇降圧コンバータ１００に流れる電流を正の値として検出される。検出されるバッテリ電流値は、コントローラ３０に入力され、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。

以上のような構成のハイブリッド式ショベルを、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。

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、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。

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。以下に説明する実施形態では、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。

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。

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。

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。

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。

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（以下、バッテリ１９をキャパシタユニット１９と称することもある）。したがって、キャパシタユニット１９は温度分布を有しているため、キャパシタユニット１９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１９の温度とする。キャパシタユニット１９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１９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得られるように、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１９の所定の位置における温度と、キャパシタユニット１９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１９の外面の中央部分や、キャパシタユニット１９の電極端子などを選定してもよい。また、平均温度ではなく、最も外側に配置されたキャパシタの温度の実測値を暖機運転の判断基準として用いてもよい。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

バッテリ１９を放電させるには、アシストモータ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からの放電電流でアシストモータ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から放電してアシストモータ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。

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。

バッテリ１９を充電するには、アシストモータ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。本実施形態ではアシストモータ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、アシストモータ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。

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。

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キャパシタ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。

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。

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。

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、アシストモータ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。

バッテリ１９の暖機時に放電させる際は、放電でアシストモータ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。

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。

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。

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。ここで、シリーズ方式では、電動発電機１２はエンジンの駆動による発電運転のみを行なう発電機としての機能のみを備えている。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。本発明の他の実施形態では、ハイブリッド式ショベルの駆動部分での発熱や排熱を利用してバッテリ１９を暖める。例えば、エンジン１１の排気をバッテリ１９の筐体の内部に導いてバッテリ１９を暖めたり、旋回用電動機２１の駆動時の発熱により暖められた空気をバッテリ１９の筐体の内部に導いてバッテリ１９を暖めることができる。

図８は本実施形態によるバッテリ暖機処理を行なうためのバッテリ暖機システムの構成を示す図である。本実施形態では、バッテリ１９を暖めるための熱源として、エンジン１１の排気熱と、旋回用電動機２１の発熱を利用する。また、本実施形態ではバッテリ１９はキャパシタユニットであるものとし、以後キャパシタユニットにはバッテリと同じ符号１９を付す。キャパシタユニット１９は、多数のキャパシタを筐体内に三次元マトリクス状に配列して構成される。本実施形態によるバッテリ暖機システムは、上述のキャパシタユニット１９を暖機するためのシステムである。

図８に示すように、キャパシタユニット１９には、排気通路６０を介してエンジン１１の排気管が接続されている。排気通路６０にはシャッター付きファン６２が設けられており、シャッター付きファン６２をオンとして作動させることにより（すなわち、シャッターを開いてファンを駆動することにより）、エンジン１１からの排気をキャパシタユニット１９内に導くことができる。エンジン１１の排気管あるいはその近傍には、排気温度を検出する排気温度センサ６３が設けられ、排気温度の検出値（以下、エンジン温度Ｔｅｎｇと称する）を温度管理コントローラ７０に供給する。

また、キャパシタユニット１９には、排熱通路６４を介して旋回用電動機２１が接続されている。より具体的には、排熱通路６４は旋回用電動機２１の筐体に接続されており、旋回用電動機２１が作動して発生した熱を吸収した空気を排熱通路６４に導くことができる。排熱通路６４にはシャッター付きファン６６が設けられており、シャッター付きファン６６をオンとして作動させることにより（すなわち、遮断機構としてのシャッターを開いて送風機構としてのファンを駆動することにより）、旋回用電動機２１の熱を吸収した空気をキャパシタユニット１９内に導くことができる。旋回用電動機２１の空気排出部付近には排出する空気の温度を検出する温度センサ６７が設けられ、旋回電動機２１から排出される空気温度の検出値（以下、旋回部温度Ｔｓｗと称する）を温度管理コントローラ７０に供給する。

キャパシタユニット１９の筐体にもシャッター付きファン６８が設けられている。シャッター付きファン６８は、キャパシタユニット１９を冷却するための冷却ファンであり、通常、キャパシタユニット１９内の空気を外部に排出するように機能する。キャパシタユニット１９は充放電する際に発熱するため、ハイブリッド式ショベルの通常の環境での運転中には冷却する必要があり、シャッター付きファン６８を作動させて暖まった空気を外部に排出することで冷却される。キャパシタユニット１９には、内部のキャパシタの温度（以下、キャパシタ温度Ｔｃｓａｐと称する）を検出する温度センサ６９が設けられ、キャパシタの温度の検出値を温度管理コントローラに供給する。

以上のような構成のバッテリ暖機システムにおいて、温度管理コントローラ７０は、排気温度センサ６３からのエンジン温度Ｔｅｎｇ、温度センサ６７からの旋回部温度Ｔｓｗ、及び温度センサ６９からのキャパシタ温度Ｔｃａｐに基づいて、キャパシタユニット１９を暖機するためのバッテリ暖機処理を制御する。すなわち、温度管理コントローラ７０は、キャパシタ温度Ｔｃａｐが低温であるときに、エンジン温度Ｔｅｎｇや旋回部温度Ｔｓｗと比較してキャパシタ温度Ｔｃａｐのほうが低い場合に、シャッター付きファン６２，６６，６８の作動を制御してエンジン１１の排気や旋回電動機２１から排出される空気をキャパシタユニット１９に導入し、キャパシタユニット１９を暖機する。ここでは、遮断機構と送風機構とを備えたシャッター付きファン６２，６６，６８を例に説明したが、排気通路６０若しくは排熱通路６４がキャパシタユニット１９に連通していれば暖機は可能であるため、必ずしもシャッター付きファン６２，６６，６８を設ける必要はない。

ここで、バッテリ暖機処理についてさらに詳しく説明する。

図９はエンジン排気熱を利用したバッテリ暖機処理のフローチャートである。まず、ステップＳ１において、キャパシタ温度Ｔｃａｐが予め定められた温度Ａ（以下、暖機温度Ｔａと称する）より低いか否か、及びキャパシタ温度Ｔｃａｐがエンジン温度Ｔｅｎｇより低いか否かが判定される。暖機温度Ｔａは、キャパシタユニット１９を暖機する必要があるか否かを決定するための閾温度である。すなわち、キャパシタ温度Ｔｃａｐが暖機温度Ｔａより低い場合は、暖機処理を行なう必要があると判定される。ここで、暖機温度Ｔａ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。また、キャパシタ温度Ｔｃａｐとエンジン温度Ｔｅｎｇとを比較することによりエンジン１１からの排気でキャパシタユニット１９を暖められるか否かが判定される。すなわち、キャパシタ温度Ｔｃａｐがエンジン温度Ｔｅｎｇより低い場合は、エンジン１１からの排気をキャパシタユニット１９に導入することでキャパシタユニット１９を暖めることができると判定される。

ステップＳ１において、キャパシタ温度Ｔｃａｐが暖機温度Ｔａより低く（Ｔｃａｐ＜Ｔａ）、且つキャパシタ温度Ｔｃａｐがエンジン温度Ｔｅｎｇより低い（Ｔｃａｐ＜Ｔｅｎｇ）と判定されると、処理はステップＳ２に進む。ステップＳ２では、排気通路６０に設けられたシャッター付きファン６２（シャッター付きファンＡ）をオンとして作動させる。シャッター付きファン６２をオンとすると、排気通路６０を閉鎖していたシャッターが開き、且つファンが回転する。これにより、エンジン１１の排気は排気通路６０を通過してキャパシタユニット１９内に供給される。キャパシタ温度Ｔｃａｐはエンジン温度Ｔｅｎｇより低い（Ｔｃａｐ＜Ｔｅｎｇ）と判定されているから、供給される排気の温度はキャパシタユニット１９の温度より高くなっており、キャパシタユニット１９内のキャパシタはエンジン１１からの排気により暖められる。この際、キャパシタユニット１９に設けられているシャッター付きファン６８もオンとされ、キャパシタを暖めた排気をキャパシタユニット１９の外に排出する。

一方、ステップＳ１において、キャパシタ温度Ｔｃａｐが暖機温度Ｔａより低く（Ｔｃａｐ＜Ｔａ）、且つキャパシタ温度Ｔｃａｐがエンジン温度Ｔｅｎｇより低い（Ｔｃａｐ＜Ｔｅｎｇ）という条件が成立しないと判定されると、処理はステップＳ３に進むみ、シャッター付きファン６２をオフとして作動させない。すなわち、キャパシタ温度Ｔｃａｐが暖機温度Ｔａ以上（Ｔｃａｐ≧Ｔａ）である場合、又はキャパシタ温度Ｔｃａｐがエンジン温度Ｔｅｎｇ以上（Ｔｃａｐ≧Ｔｅｎｇ）である場合、あるいはその両方の条件が成立する場合には、シャッター付きファン６２を作動させずに、エンジン１１からの排気をキャパシタユニット１９に供給しない。これは、キャパシタ温度Ｔｃａｐが暖機温度Ｔａ以上（Ｔｃａｐ≧Ｔａ）である場合には、キャパシタユニット１９は通常の作動温度であり、暖める必要はないためである。また、キャパシタ温度Ｔｃａｐがエンジン温度Ｔｅｎｇ以上（Ｔｃａｐ≧Ｔｅｎｇ）である場合には、エンジン１１からの排気を供給してもキャパシタユニット１９を暖めることができないからである。なお、この際にも、キャパシタユニット１９に設けられているシャッター付きファン６８はオンとされ、キャパシタユニット１９内の暖かい空気をキャパシタユニット１９の外に排出して通常の冷却が行われる。ここでは、遮断機構と送風機構とを備えたシャッター付きファン６８を例に説明したが、エンジンの排気がスムーズにキャパシタユニット１９に流れ込む場合には、送風機構を必ずしも設ける必要はない。

図１０は旋回用電動機２１の発熱を利用したバッテリ暖機処理のフローチャートである。まず、ステップＳ１１において、キャパシタ温度Ｔｃａｐが予め定められた温度Ｂ（以下、暖機温度Ｔｂと称する）より低いか否か、及びキャパシタ温度Ｔｃａｐが旋回部温度Ｔｓｗより低いか否かが判定される。暖機温度Ｔｂは、キャパシタユニット１９を暖機する必要があるか否かを決定するための閾温度である。すなわち、キャパシタ温度Ｔｃａｐが暖機温度Ｔｂより低い場合は、暖機処理を行なう必要があると判定される。ここで、暖機温度ＴｂはＴａと同様に、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。また、キャパシタ温度Ｔｃａｐと旋回部温度Ｔｓｗとを比較することにより旋回用電動機２１からの空気でキャパシタユニット１９を暖められるか否かが判定される。すなわち、キャパシタ温度Ｔｃａｐが旋回部温度Ｔｓｗより低い場合は、旋回用電動機２１からの空気をキャパシタユニット１９に導入することでキャパシタユニット１９を暖めることができると判定される。

ステップＳ１１において、キャパシタ温度Ｔｃａｐが暖機温度Ｔｂより低く（Ｔｃａｐ＜Ｔｂ）、且つキャパシタ温度Ｔｃａｐが旋回部温度Ｔｓｗより低い（Ｔｃａｐ＜Ｔｓｗ）と判定されると、処理はステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、排熱通路６４に設けられたシャッター付きファン６６（シャッター付きファンＢ）をオンとして作動させる。シャッター付きファン６６をオンとすると、排気通路６４を閉鎖していたシャッターが開き、且つファンが回転する。これにより、旋回用電動機２１から排出された空気は排熱通路６４を通過してキャパシタユニット１９内に供給される。キャパシタ温度Ｔｃａｐは旋回部温度Ｔｓｗより低い（Ｔｃａｐ＜Ｔｅｎｇ）と判定されているから、供給される空気の温度はキャパシタユニット１９の温度より高くなっており、キャパシタユニット１９内のキャパシタは旋回用電動機２１からの空気により暖められる。この際、キャパシタユニット１９に設けられているシャッター付きファン６８もオンとされ、キャパシタを暖めた空気をキャパシタユニット１９の外に排出する。

一方、ステップＳ１１において、キャパシタ温度Ｔｃａｐが暖機温度Ｔｂより低く（Ｔｃａｐ＜Ｔｂ）、且つキャパシタ温度Ｔｃａｐが旋回部温度Ｔｓｗより低い（Ｔｃａｐ＜Ｔｓｗ）という条件が成立しないと判定されると、処理はステップＳ１３に進むみ、シャッター付きファン６６をオフとして作動させない。すなわち、キャパシタ温度Ｔｃａｐが暖機温度Ｔｂ以上（Ｔｃａｐ≧Ｔｂ）である場合、又はキャパシタ温度Ｔｃａｐが旋回部温度Ｔｓｗ以上（Ｔｃａｐ≧Ｔｓｗ）である場合、あるいはその両方の条件が成立する場合には、シャッター付きファン６６を作動させずに、旋回用電動機２１からの空気をキャパシタユニット１９に供給しない。これは、キャパシタ温度Ｔｃａｐが暖機温度Ｔｂ以上（Ｔｃａｐ≧Ｔｂ）である場合には、キャパシタユニット１９は通常の作動温度であり、暖める必要はないためである。また、キャパシタ温度Ｔｃａｐが旋回部温度Ｔｓｗ以上（Ｔｃａｐ≧Ｔｓｗ）である場合には、旋回用電動機２１からの排気を供給してもキャパシタユニット１９を暖めることができないからである。なお、この際にも、キャパシタユニット１９に設けられているシャッター付きファン６８はオンとされ、キャパシタユニット１９内の暖かい空気をキャパシタユニット１９の外に排出して通常の冷却が行われる。ここでは、遮断機構と送風機構とを備えたシャッター付きファン６８を例にとって説明したが、旋回用電動機の排熱がスムーズにキャパシタユニット１９に流れ込む場合には、必ずしも送風機構を設ける必要はない。

次に、バッテリ暖機処理中のシャッター付きファン６８（キャパシタユニット１９の冷却用ファン）の制御について説明する。図１１はバッテリ暖機処理中のキャパシタユニット冷却用ファンの制御処理フローチャートである。

まず、ステップＳ２１において、キャパシタ温度Ｔｃａｐが予め定められた温度Ｃ（以下、暖機温度Ｔｃと称する）より低いか否か、及びキャパシタ温度Ｔｃａｐが外気温度Ｔｏｕｔより低いか否かが判定される。暖機温度Ｔｃは、キャパシタユニット１９を暖機する必要があるか否かを決定するための閾温度である。ここで、暖機温度ＴｃはＴａと同様に、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。すなわち、キャパシタ温度Ｔｃａｐが暖機温度Ｔｃより低い場合は、暖機処理を行なう必要があると判定される。また、キャパシタ温度Ｔｃａｐと外気温度Ｔｏｕｔとを比較することにより外気でキャパシタユニット１９を冷却できるか否かが判定される。すなわち、キャパシタ温度Ｔｃａｐが外気温度Ｔｏｕｔより高い場合は、外気をキャパシタユニット１９に供給することでキャパシタユニット１９を冷却することができると判定される。

ステップＳ２１において、ステップＳ２１において、キャパシタ温度Ｔｃａｐが暖機温度Ｔｃより低く（Ｔｃａｐ＜Ｔｃ）、且つキャパシタ温度Ｔｃａｐが外気温度Ｔｏｕｔより低い（Ｔｃａｐ＜Ｔｏｕｔ）という条件が成立しないと判定されると、処理はステップＳ２２に進む。ステップＳ２２では、キャパシタユニット１９のシャッター付きファン６８（シャッター付きファンＣ）をオンとして作動させると同時に、排気通路６０に設けられたシャッター付きファン６２（シャッター付きファンＡ）をオフとし、且つ排熱通路６４に設けられたシャッター付きファン６６（シャッター付きファンＢ）をオフとする。これにより、シャッター付きファン６８をオンとすることによりシャッターが開き且つファンが作動して、キャパシタユニット１９内の暖かい空気がキャパシタユニット１９の外に排出され、キャパシタユニット１９の空気取り入れ口から外気へ放出される。したがって、キャパシタユニット１９は外気により冷却される。この状態はシャッター付きファン６８による通常のバッテリ冷却である。

一方、ステップＳ２１において、キャパシタ温度Ｔｃａｐが暖機温度Ｔｃより低く（Ｔｃａｐ＜Ｔｃ）、且つキャパシタ温度Ｔｃａｐが外気温度Ｔｏｕｔより低い（Ｔｃａｐ＜Ｔｏｕｔ）と判定されると、処理はステップＳ２３に進む。キャパシタ温度Ｔｃａｐが暖機温度Ｔｃより低く（Ｔｃａｐ＜Ｔｃ）、且つキャパシタ温度Ｔｃａｐが外気温度Ｔｏｕｔより低い（Ｔｃａｐ＜Ｔｏｕｔ）と判定される場合は、キャパシタユニット１９の暖機が必要な場合である。そこで、ステップＳ２３では、エンジン温度Ｔｅｎｇが外気温度Ｔｏｕｔより高いか否かが判定される。

ステップＳ２３において、エンジン温度Ｔｅｎｇが外気温度Ｔｏｕｔより高くないと判定されると、処理はステップＳ２４に進む。エンジン温度Ｔｅｎｇが外気温度Ｔｏｕｔより高くない、すなわちエンジン温度Ｔｅｎｇが外気温度Ｔｏｕｔ以下であると判定された場合、エンジン１１の排気でキャパシタユニット１９を暖めることは好ましくない。そこで、ステップＳ２４では、キャパシタユニット１９に設けられているシャッター付きファン６８のシャッターを閉じたままでファンを逆回転させると同時に、排気通路６０に設けられたシャッター付きファン６２をオフとし、且つ排熱通路６４に設けられたシャッター付きファン６６をオフとする。シャッター付きファン６８のシャッターを閉じたままファンを逆回転させることにより、シャッター付きファン６８のモータの作動により発生した熱がキャパシタユニット１９内に供給される。すなわち、シャッター付きファン６８のモータの発熱によりキャパシタユニット１９を暖めることができる。

一方、ステップＳ２３において、エンジン温度Ｔｅｎｇが外気温度Ｔｏｕｔより高いと判定されると、処理はステップＳ２５に進む。エンジン温度Ｔｅｎｇが外気温度Ｔｏｕｔより高い場合、エンジン１１の排気でキャパシタユニット１９を暖めることができる。そこで、ステップＳ２５では、キャパシタユニット１９に設けられているシャッター付きファン６８をオンとしてシャッターを開いてファンを回転させると同時に、排気通路６０に設けられたシャッター付きファン６２をオンとする。これにより、エンジン１１からの排気が排気通路６０を介してキャパシタユニット１９に供給され、キャパシタユニット１９はエンジン１１の排気熱で暖められる。

続いて、処理はステップＳ２６に進み、旋回部温度Ｔｓｗが外気温度Ｔｏｕｔより高いか否かが判定される。

ステップＳ２６において、旋回部温度Ｔｓｗが外気温度Ｔｏｕｔより高くないと判定されると、処理はステップＳ２７に進む。旋回部温度Ｔｓｗが外気温度Ｔｏｕｔより高くない、すなわち旋回部温度Ｔｓｗが外気温度Ｔｏｕｔ以下であると判定された場合、旋回用電動機２１からの空気でキャパシタユニット１９を暖めることは好ましくない。そこで、ステップＳ２７では、キャパシタユニット１９に設けられているシャッター付きファン６８をオンとし、且つ排気通路６０に設けられたシャッター付きファン６２をオンとしたまま、排熱通路６４に設けられたシャッター付きファン６６をオフとする。これにより、エンジン１１からの排気が排気通路６０を介してキャパシタユニット１９に供給され、キャパシタユニット１９はエンジン１１の排気熱で暖められるが、旋回用電動機２１からの空気はキャパシタユニット１９に供給されない。

一方、ステップＳ２６において、旋回部温度Ｔｓｗが外気温度Ｔｏｕｔより高いと判定されると、処理はステップＳ２８に進む。旋回部温度Ｔｓｗが外気温度Ｔｏｕｔより高いと判定された場合、旋回用電動機２１からの空気でキャパシタユニット１９を暖めることができる。そこで、ステップＳ２８では、キャパシタユニット１９に設けられているシャッター付きファン６８をオンとし、且つ排気通路６０に設けられたシャッター付きファン６２をオンとしたまま、排熱通路６４に設けられたシャッター付きファン６６もオンとする。これにより、エンジン１１からの排気が排気通路６０を介してキャパシタユニット１９に供給されると共に、旋回用電動機２１からの空気が排熱通路６４を介してキャパシタユニット１９に供給され、キャパシタユニット１９はエンジン１１の排気熱及び旋回用電動機の発熱で暖められる。

以上説明したバッテリ暖機処理によれば、バッテリ（キャパシタユニット）１９を暖めるための加熱装置を別個に設けなくても、エンジン１１の排気熱と旋回用電動機２１の発熱を利用して、バッテリ１９を効率的に且つ迅速に暖めることができる。このバッテリ暖機処理は、低温環境における運転を開始する際に行なわれるが、運転環境によっては（例えば、極低温でバッテリの内部発熱では温度を維持することができないような場合）運転中に常時行なうこととしてもよい。

また、上述の実施形態では、発熱を利用する電気負荷として、旋回用電動機２１を用いたが、これに限定されることなく、作動時に発熱を伴う電気負荷であれば、旋回用電動機２１以外の電気負荷でも用いることができる。

なお、上述の実施形態において、シャッター付きファン６２，６６，６８のシャッターが遮断機構を構成するが、ファンと遮断機構とを別個に設けてもよい。また、排気通路６０及び排熱通路６４に設けられたシャッター付きファン６２，６６のファンは必ず必要というわけではなく、キャパシタユニット１９に設けられたシャッター付きファン６８のファンの作動により、排気通路６０及び排熱通路６４からエンジン排気又は旋回用電動機の空気をキャパシタユニット１９内に引き込むこととしてもよい。すなわち、本実施形態によるバッテリ暖機システムには、排気通路６０及び排熱通路６４と、これら通路に設けられた遮断機構とがあればよい。

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、本発明によるバッテリ暖機システム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。

本発明は上述の具体的に開示された実施例に限られず、本発明の範囲を逸脱することなく様々な変形例、改良例がなされるであろう。

本出願は２００９年１月７日出願の優先権主張日本特許出願２００９−００１７７４号及び２００８年１２月１日出願の日本特許出願２００８−３０６７３２号に基づくものであり、その全内容はここに援用される。

本発明はハイブリッド式建設機械に適用可能である。

１ 下部走行体
１Ａ、１Ｂ 走行機構
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 変速機
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（キャパシタユニット）
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
６０ 排気通路
６２ シャッター付きファンＡ
６３ 排気温度センサ
６４ 排熱通路
６６ シャッター付きファンＢ
６７ 温度センサ
６８ シャッター付きファンＣ
６９ 温度センサ
７０ 温度管理コントローラ
１００ 昇降圧コンバータ
１１１ ＤＣバス電圧検出部
１１２ バッテリ電圧検出部
１１３ バッテリ電流検出部
１１０ ＤＣバス
１２０ 蓄電系

Claims (12)

1. ハイブリッド式建設機械の暖機方法であって、
   エンジンのイグニッションキーをオンして該エンジンを駆動し、
   蓄電器の温度が予め設定された温度より低いときに、前記エンジンの駆動により前記蓄電器を加熱する
   ことを特徴とするハイブリッド式建設機械の暖機方法。
2. 請求項１記載のハイブリッド式建設機械の暖機方法であって、
   前記蓄電器の温度が予め設定された温度より低いときに前記エンジンを作動させて暖機運転を行なうと共に、電動発電機を作動させて前記蓄電器を充放電させることにより、前記蓄電器を発熱させることを特徴とするハイブリッド式建設機械の暖機方法。
3. 請求項２記載のハイブリッド式建設機械の暖機方法であって、
   前記蓄電器の目標充電率を変化させることにより、前記蓄電器を充放電させることを特徴とするハイブリッド式建設機械の暖機方法。
4. 請求項３記載のハイブリッド式建設機械の暖機方法であって、
   前記蓄電器を放電させるときには前記目標充電率を低く設定し、前記蓄電器を充電させるときには前記目標充電率を高く設定することを特徴とするハイブリッド式建設機械の暖機方法。
5. 請求項２記載のハイブリッド式建設機械の暖機方法であって、
   電気負荷が要求する電力を変化させることにより、前記蓄電器を充放電させることを特徴とするハイブリッド式建設機械の暖機方法。
6. 請求項２記載のハイブリッド式建設機械の暖機方法であって、
   前記蓄電器の温度が予め設定された温度より低いときに前記エンジンを作動させる際に、前記エンジンの回転数を暖機後の回転数より高く設定することを特徴とするハイブリッド式建設機械の暖機方法。
7. 請求項１記載のハイブリッド式建設機械の暖機方法により暖機処理を行なうハイブリッド式建設機械であって、
   電動発電機によりアシストされる前記エンジンと、
   前記電動発電機に電力を供給する前記蓄電器と、
   電気負荷である電動機と、
   前記エンジン及び前記電動機の少なくとも一方と前記蓄電器とを接続する通路と
   を有することを特徴とするハイブリッド式建設機械。
8. 請求項７記載のハイブリッド式建設機械であって、
   前記通路を開閉する遮断機構をさらに有することを特徴とするハイブリッド式建設機械。
9. 請求項８記載のハイブリッド式建設機械であって、
   前記蓄電器の温度、前記エンジンの排気温度、及び前記電動機から排出される空気の温度に基づいて、前記通路の遮断機構の開閉を制御する制御部をさらに有することを特徴とするハイブリッド式建設機械。
10. 請求項７記載のハイブリッド式建設機械であって、
    前記蓄電器内の空気を外部に排出して前記蓄電器を冷却する冷却ファンをさらに有することを特徴とするハイブリッド式建設機械。
11. 請求項１０記載のハイブリッド式建設機械であって、
    前記蓄電器の温度、前記エンジンの排気温度、及び前記電動機から排出される空気の温度に基づいて、前記冷却ファンの作動を制御する制御部をさらに有することを特徴とするハイブリッド式建設機械。
12. 請求項１０記載のハイブリッド式建設機械であって、
    前記冷却ファンはシャッター付きファンであることを特徴とするハイブリッド式建設機械。

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