KR20170098297A

KR20170098297A - 하이브리드 건설 기계

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Publication number: KR20170098297A
Application number: KR1020177020465A
Authority: KR
Inventors: 마사후미 히타; 신야 이무라; 신호 이즈미; 히데카즈 모리키; 히로아키 아마노
Original assignee: 히다찌 겐끼 가부시키가이샤
Priority date: 2015-01-23
Filing date: 2016-01-19
Publication date: 2017-08-29
Also published as: KR101942674B1; EP3249116A4; CN107208400A; EP3249116B1; WO2016117547A1; US10364549B2; CN107208400B; US20170356163A1; EP3249116A1; JP2016135951A; JP6243857B2

Abstract

발전 전동기(27)는 엔진(21) 및 유압 펌프(23)에 기계적으로 연결된다. 유압 펌프(23)는 작업 장치(12)의 실린더(12D 내지 12F), 주행 유압 모터(25) 및 선회 유압 모터(26)에 압유를 공급한다. 선회 유압 모터(26)는 선회 전동 모터(33)와 협동하여 선회 장치(3)를 구동한다. HCU(36)는 속도 저감 모드(LSMODE)에서 선회 동작과 붐 상승 동작의 복합 동작을 행할 때에, 상부 선회체(4)의 선회 속도와 붐(12A)을 상승시키는 동작 속도의 비율을, 통상 모드(NMODE)에서의 비율로 유지하도록, 선회 전동 모터(33), 선회 유압 모터(26), 붐 실린더(12D) 등의 출력을 저감시킨다.

Description

하이브리드 건설 기계

본 발명은 엔진과 발전 전동기가 탑재된 하이브리드 건설 기계에 관한 것이다.

일반적으로, 엔진과 유압 펌프에 기계적으로 결합된 발전 전동기와, 리튬 이온 배터리나 커패시터 등의 축전 장치를 구비한 하이브리드 건설 기계가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 이와 같은 하이브리드 건설 기계에서는, 발전 전동기는 엔진의 구동력에 의해 발전한 전력을 축전 장치에 충전하거나, 또는 축전 장치의 전력을 사용하여 역행함으로써 엔진을 어시스트한다는 역할을 담당한다. 또한, 많은 하이브리드 건설 기계에서는 발전 전동기와는 별개로 전동 모터를 구비하고, 이 전동 모터에 의해 유압 액추에이터의 동작을 대행 또는 어시스트시키고 있다. 예를 들어, 전동 모터에 의해 선회 동작을 행할 때에는, 전동 모터로의 전력 공급에 의해 상부 선회체의 선회 동작이나 어시스트를 행함과 함께, 선회 정지 시의 제동 에너지를 회생하여 축전 장치의 충전을 행하고 있다.

여기서, 특허문헌 1에는 발전 전동기, 선회 전동 모터, 주행용 전동기, 리프팅 마그네트 등의 복수의 전동 액추에이터를 구비한 하이브리드 건설 기계에 있어서, 이들 복수의 전동 액추에이터가 동시에 큰 전력을 요구하고, 그 합계값이 축전 장치의 전력 공급 한계를 상회한 경우에, 미리 결정된 전동 액추에이터의 우선도에 따라 전력을 분배하는 구성이 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2010-248870호 공보

특허문헌 1에 기재된 하이브리드 건설 기계에서는 축전 장치의 전력 공급량이 충분하지 않을 때라도, 우선도가 높은 전동 액추에이터의 동작 성능을 확보할 수는 있지만, 복수의 전동 액추에이터가 동시 구동될 때의 동작 밸런스에 대해서는 고려되어 있지 않다.

예를 들어, 셔블에 의해 덤프 카에 자갈이나 토사를 적재할 때에는, 선회하면서 붐을 상승시키는 선회 붐 상승이라는 동작이 빈번히 행해진다. 이와 같은 동작에서는 동일한 레버 조작량에 대하여 붐을 포함하는 프론트부(작업 장치)가 항상 동일한 궤적을 그리는 것이 바람직하다. 그러나, 특허문헌 1에 기재된 하이브리드 건설 기계에서는, 축전 장치의 전력 공급량이 부족할 때에는 전동 액추에이터의 우선도에 따라 전력을 분배하기 때문에, 축전 장치의 전력 공급량에 따라, 선회 전동 모터와 유압 펌프에 연결된 발전 전동기로의 전력 공급의 비율이 변화될 가능성이 있다. 이 경우, 선회 전동 모터에 의한 선회 동작과 유압 펌프에 의한 붐 상승 동작의 비율이 바뀌고, 프론트부는 통상 시와는 다른 궤적을 그리게 된다.

또한, 축전 장치의 전력 공급량이 충분해도, 예를 들어 온도 상승 등의 원인으로 선회 전동 모터나 발전 전동기가 충분한 출력을 낼 수 없는 경우도 있다. 이 경우라도, 전술과 마찬가지로, 프론트부가 그리는 궤적이 변화된다는 문제가 발생한다.

이와 같이 각종 상황에 따라 프론트부가 그리는 궤적이 변화되면, 오퍼레이터에 평소의 조작과는 다른 조작을 강요하게 된다. 이로 인해, 조작 위화감이 발생하고, 오퍼레이터에 여분의 스트레스를 부여해 버릴 우려가 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 축전 장치의 전력 공급량이나 전동기의 출력이 불충분해진 경우라도, 오퍼레이터의 조작 위화감을 억제할 수 있는 하이브리드 건설 기계를 제공하는 데 있다.

(1). 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 선회체를 구비한 차체와, 상기 선회체에 설치된 작업 장치와, 상기 차체에 설치된 엔진과, 상기 엔진에 기계적으로 접속된 발전 전동기와, 상기 발전 전동기에 전기적으로 접속된 축전 장치와, 상기 엔진에 기계적으로 접속된 유압 펌프와, 상기 차체 또는 상기 작업 장치를 구동하는 복수의 액추에이터와, 조작량에 따라 상기 복수의 액추에이터를 구동시키는 액추에이터 조작 장치와, 상기 발전 전동기의 출력을 제어하는 컨트롤러를 구비한 하이브리드 건설 기계에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 발전 전동기, 상기 축전 장치의 상태에 따라 상기 복수의 액추에이터의 동작 속도를 저감하는 속도 저감 모드와, 상기 복수의 액추에이터의 동작 속도의 저하가 해제된 통상 모드를 갖고, 상기 속도 저감 모드에서 상기 복수의 액추에이터 중 2개 이상의 액추에이터를 동시에 움직이게 하는 복합 동작을 행할 때에, 상기 복수의 액추에이터의 동작 속도의 비율을, 상기 통상 모드에서의 비율로 유지하도록, 상기 복수의 액추에이터의 출력을 저감하는 기능을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성에 의하면, 컨트롤러는 속도 저감 모드와 통상 모드를 갖고, 2개 이상의 액추에이터를 동시에 움직이게 하는 복합 동작을 행할 때에, 복수의 액추에이터의 동작 속도의 비율을, 통상 모드에서의 비율로 유지하도록, 복수의 액추에이터의 출력을 저감하는 기능을 갖는다. 이에 의해, 속도 저감 모드에서 액추에이터의 동작 속도가 저감되었을 때라도, 동시에 구동하는 복수의 액추에이터의 동작 속도의 비율을 통상 모드에서의 비율에 가까운 상태로 유지할 수 있다. 이로 인해, 속도 저감 모드라도, 통상 모드에 가까운 속도 비율로 복수의 액추에이터의 복합 동작을 행할 수 있고, 오퍼레이터의 조작 위화감을 억제할 수 있다.

(2). 본 발명에서는, 상기 복수의 액추에이터 중 하나의 액추에이터는 상기 유압 펌프로부터의 압유에 의해 구동하는 선회 유압 모터이며, 상기 차체에는, 상기 발전 전동기 및 상기 축전 장치에 전기적으로 접속되고, 상기 선회 유압 모터와의 복합 토크로 상기 선회체를 선회 동작시키는 선회 전동기를 설치하고, 상기 컨트롤러는 상기 선회 전동기의 출력을 제어하는 기능을 구비하고, 상기 속도 저감 모드에서 상기 복합 동작을 행할 때이며, 상기 선회 전동기와 상기 발전 전동기가 동시에 역행 작용할 때에는, 상기 발전 전동기의 출력의 감소값을 상기 선회 전동기의 출력의 감소값보다도 크게 하고 있다.

이 구성에 의하면, 컨트롤러는 속도 저감 모드에서 복합 동작을 행할 때이며, 선회 전동기와 발전 전동기가 동시에 역행 작용할 때에는, 발전 전동기의 출력의 감소값을 선회 전동기의 출력의 감소값보다도 크게 한다. 일반적으로, 발전 전동기의 역행 작용으로 구동하는 유압 펌프에 비해, 선회 전동기의 쪽이 에너지 효율이 높다. 이로 인해, 선회를 포함하는 복합 동작에 있어서, 에너지 효율이 높은 상태에서 선회 속도와 액추에이터의 동작 속도를 저감할 수 있다.

(3). 본 발명에서는, 조작량에 따라 상기 선회체를 선회 동작시키는 선회 조작 장치를 더 구비하고, 상기 컨트롤러는 상기 선회체의 선회 속도와 상기 복수의 액추에이터 중 상기 선회 유압 모터 이외의 액추에이터의 동작 속도의 비율을, 상기 선회 조작 장치의 조작량과 상기 액추에이터 조작 장치의 조작량에 기초하여 결정하고 있다.

이 구성에 의하면, 컨트롤러는 선회체의 선회 속도와 액추에이터의 동작 속도의 비율을, 선회 조작 장치의 조작량과 액추에이터 조작 장치의 조작량에 기초하여 결정한다. 이로 인해, 속도 저감 모드라도, 선회 조작 장치와 액추에이터 조작 장치의 조작량을 통상 모드와 동일 정도로 설정하면, 통상 모드에 가까운 속도 비율로 복합 동작을 행할 수 있고, 오퍼레이터의 조작 위화감을 억제할 수 있다.

(4). 본 발명에서는, 상기 컨트롤러는 상기 축전 장치의 축전량, 상기 축전 장치의 온도, 상기 발전 전동기의 온도, 상기 선회 전동기의 온도 중 적어도 하나의 조건에 따라 상기 통상 모드로부터 상기 속도 저감 모드로 천이하는 구성으로 하고 있다.

이 구성에 의하면, 컨트롤러는 축전 장치의 축전량, 축전 장치의 온도, 발전 전동기의 온도, 선회 전동기의 온도 중 적어도 하나의 조건에 따라 통상 모드로부터 속도 저감 모드로 천이한다. 이에 의해, 컨트롤러는 축전 장치, 발전 전동기, 선회 전동기의 상태에 따라 자동적으로 속도 저감 모드로 천이하기 때문에, 축전 장치, 발전 전동기, 선회 전동기를 가능한 한 적정 사용 범위 내에서 동작시킬 수 있고, 이것들의 열화를 억제할 수 있다.

(5). 본 발명에서는, 상기 통상 모드와 상기 속도 저감 모드 중 어느 한쪽을 선택 가능한 모드 선택 스위치를 더 구비하고, 상기 컨트롤러는 상기 모드 선택 스위치에 의해 선택된 모드에 따라 상기 액추에이터의 동작 속도를 설정하고 있다.

이 구성에 의하면, 통상 모드와 속도 저감 모드 중 어느 한쪽을 선택 가능한 모드 선택 스위치를 더 구비하기 때문에, 오퍼레이터는 전력을 절약할지 여부를 능동적으로 선택할 수 있다.

(6). 본 발명에서는, 상기 엔진의 최대 출력은 상기 유압 펌프의 최대 동력보다도 작게 하고 있다.

이 구성에 의하면, 엔진의 최대 출력은 유압 펌프의 최대 동력보다도 작게 했다. 이로 인해, 통상 모드에서는 유압 펌프를 최대 동력으로 구동할 때에, 발전 전동기를 역행 작용시켜 유압 펌프를 구동할 수 있다. 또한, 속도 저감 모드에서는, 예를 들어 발전 전동기의 역행 작용에 의한 출력을 저하시켜, 유압 펌프를 구동할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 의한 하이브리드 유압 셔블을 도시하는 정면도이다.
도 2는 도 1 중의 하이브리드 유압 셔블에 적용하는 유압 시스템과 전동 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 3은 도 2 중의 하이브리드 컨트롤 유닛을 도시하는 블록도이다.
도 4는 도 3 중의 배터리 방전 제한값 연산부를 도시하는 블록도이다.
도 5는 배터리 축전율로부터 제1 배터리 방전 전력 제한값을 구하는 테이블을 도시하는 설명도이다.
도 6은 셀 온도로부터 제2 배터리 방전 전력 제한값을 구하는 테이블을 도시하는 설명도이다.
도 7은 도 3 중의 총출력 상한값 연산부를 도시하는 블록도이다.
도 8은 발전 전동기 온도로부터 발전 전동기 출력 상한값을 구하는 테이블을 도시하는 설명도이다.
도 9는 도 3 중의 동작 출력 배분 연산부를 도시하는 블록도이다.
도 10은 도 3 중의 유압 전동 출력 배분 연산부를 도시하는 블록도이다.
도 11은 선회 전동 모터 온도로부터 선회 전동 모터 역행 상한값을 구하는 테이블을 도시하는 설명도이다.
도 12는 도 1의 캡 내를 도시하는 주요부 사시도이다.
도 13은 통상 모드에 있어서의 출력 배분을 도시하는 설명도이다.
도 14는 모드 선택 스위치에 기초하여 속도 저감 모드로 천이했을 때의 출력 배분을 도시하는 설명도이다.
도 15는 발전 전동기 온도에 기초하여 속도 저감 모드로 천이했을 때의 출력 배분을 도시하는 설명도이다.
도 16은 선회 전동 모터 온도에 기초하여 속도 저감 모드로 천이했을 때의 출력 배분을 도시하는 설명도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 의한 하이브리드 건설 기계로서 하이브리드 유압 셔블을 예로 들고, 첨부 도면에 따라 설명한다.

도 1 내지 도 16은 본 발명의 실시 형태를 나타내고 있다. 도 1에 있어서, 하이브리드 유압 셔블(1)[이하, 유압 셔블(1)이라고 함]은 후술하는 엔진(21)과 발전 전동기(27)를 구비하고 있다. 이 유압 셔블(1)은 자주 가능한 크롤러식의 하부 주행체(2)와, 하부 주행체(2) 상에 설치된 선회 장치(3)와, 하부 주행체(2) 상에 선회 장치(3)를 통해 선회 가능하게 탑재된 상부 선회체(4)와, 상부 선회체(4)의 전방측에 설치되어 굴삭 작업 등을 행하는 다관절 구조의 작업 장치(12)에 의해 구성되어 있다. 이때, 하부 주행체(2)와 상부 선회체(4)는 유압 셔블(1)의 차체를 구성하고 있다.

상부 선회체(4)는 선회 프레임(5) 상에 설치되어 후술하는 엔진(21) 등이 수용된 건물 커버(6)와, 오퍼레이터가 탑승하는 캡(7)을 구비한다. 도 12에 도시한 바와 같이, 캡(7) 내에는 오퍼레이터가 착좌하는 운전석(8)이 설치됨과 함께, 운전석(8)의 주위에는 조작 레버, 조작 페달 등으로 이루어지는 주행 조작 장치(9)와, 조작 레버 등으로 이루어지는 선회 조작 장치(10)와, 조작 레버 등으로 이루어지는 작업 조작 장치(11)가 설치되어 있다.

주행 조작 장치(9)는, 예를 들어 운전석(8)의 전방측에 배치된다. 또한, 선회 조작 장치(10)는, 예를 들어 운전석(8)의 좌측에 배치된 조작 레버 중 전후 방향의 조작 부분이 해당한다. 또한, 작업 조작 장치(11)는 운전석(8)의 좌측에 배치된 조작 레버 중 좌우 방향의 조작 부분(아암 조작)과, 운전석(8)의 우측에 배치된 조작 레버 중 전후 방향의 조작 부분(붐 조작)과 좌우 방향의 조작 부분(버킷 조작)이 해당한다. 이때, 우측의 조작 레버를 전후 방향에서 전방(후방측)으로 당기는 조작이, 붐 상승 동작에 대응하는 조작이 된다. 또한, 조작 레버의 조작 방향과 선회 동작이나 작업 동작의 관계는, 전술한 것으로 한정되지 않고, 유압 셔블(1)의 사양 등에 따라 적절히 설정된다.

여기서, 조작 장치(9 내지 11)에는 이것들의 조작량(레버 조작량 OAr, OAbu, OAx)을 검출하는 조작량 센서(9A 내지 11A)가 각각 설치되어 있다. 이것들의 조작량 센서(9A 내지 11A)는, 예를 들어 하부 주행체(2)의 주행 조작, 상부 선회체(4)의 선회 조작, 작업 장치(12)의 부앙 이동 조작(굴삭 조작) 등과 같은 차체의 조작 상태를 검출하는 차체 조작 상태 검출 장치를 구성하고 있다. 또한, 캡(7) 내에는 후술하는 모드 선택 스위치(38), 엔진 제어 다이얼(39), 차량 탑재 모니터(40) 등이 설치되어 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 작업 장치(12)는, 예를 들어 붐(12A), 아암(12B), 버킷(12C)과, 이것들을 구동하는 붐 실린더(12D), 아암 실린더(12E), 버킷 실린더(12F)에 의해 구성되어 있다. 붐(12A), 아암(12B), 버킷(12C)은 서로 핀 결합된다. 작업 장치(12)는 선회 프레임(5)에 설치되고, 실린더(12D 내지 12F)를 신장 또는 축소함으로써, 부앙 이동한다.

여기서, 유압 셔블(1)은, 발전 전동기(27) 등을 제어하는 전동 시스템과, 작업 장치(12) 등의 동작을 제어하는 유압 시스템을 탑재하고 있다. 이하, 유압 셔블(1)의 시스템 구성에 대하여 도 2 내지 도 12를 참조하여 설명한다.

엔진(21)은 선회 프레임(5)에 탑재되어 있다. 이 엔진(21)은, 예를 들어 디젤 엔진 등의 내연 기관에 의해 구성된다. 도 2에 도시한 바와 같이, 엔진(21)의 출력측에는 후술하는 유압 펌프(23)와 발전 전동기(27)가 기계적으로 직렬 접속하여 설치되고, 이것들 유압 펌프(23)와 발전 전동기(27)는 엔진(21)에 의해 구동된다. 여기서, 엔진(21)의 작동은 엔진 컨트롤 유닛(22)[이하, ECU(22)라고 함]에 의해 제어되고, ECU(22)는 HCU(36)로부터의 엔진 출력 명령 Pe에 기초하여, 엔진(21)의 출력 토크, 회전 속도(엔진 회전수) 등을 제어한다. 또한, 엔진(21)에는 엔진 실출력 P0e를 검출하는 센서(도시하지 않음)가 설치되고, 엔진 실출력 P0e는 후술하는 CAN(37)을 통해 HCU(36)에 입력된다. 또한, 엔진(21)의 최대 출력은, 예를 들어 유압 펌프(23)의 최대 동력보다도 작게 되어 있다.

유압 펌프(23)는 엔진(21)에 의해 구동된다. 이 유압 펌프(23)는 탱크(도시하지 않음) 내에 저류된 작동유를 가압하고, 주행 유압 모터(25), 선회 유압 모터(26), 작업 장치(12)의 실린더(12D 내지 12F) 등에 압유로서 토출한다.

유압 펌프(23)는 컨트롤 밸브(24)를 통해 유압 액추에이터(액추에이터)로서의 주행 유압 모터(25), 선회 유압 모터(26), 실린더(12D 내지 12F)에 접속되어 있다. 컨트롤 밸브(24)는 주행 조작 장치(9), 선회 조작 장치(10), 작업 조작 장치(11)에 대한 조작에 따라, 유압 펌프(23)로부터 토출된 압유를 주행 유압 모터(25), 선회 유압 모터(26), 실린더(12D 내지 12F)에 공급 또는 배출한다.

구체적으로는, 주행 유압 모터(25)에는 주행 조작 장치(9)의 조작에 따라 유압 펌프(23)로부터 압유가 공급된다. 이에 의해, 주행 유압 모터(25)는 하부 주행체(2)를 주행 구동시킨다. 선회 유압 모터(26)에는 선회 조작 장치(10)의 조작에 따라 유압 펌프(23)로부터 압유가 공급된다. 이에 의해, 선회 유압 모터(26)는 상부 선회체(4)를 선회 동작시킨다. 실린더(12D 내지 12F)에는 작업 조작 장치(11)의 조작에 따라 유압 펌프(23)로부터 압유가 공급된다. 이에 의해, 실린더(12D 내지 12F)는 작업 장치(12)를 부앙 이동시킨다.

발전 전동기(27)(모터 제너레이터)는 엔진(21)에 의해 구동된다. 이 발전 전동기(27)는, 예를 들어 동기 전동기 등에 의해 구성된다. 발전 전동기(27)는 엔진(21)을 동력원에 발전기로서 작용하여 축전 장치(31)나 선회 전동 모터(33)로의 전력 공급을 행하는 발전과, 축전 장치(31)나 선회 전동 모터(33)로부터의 전력을 동력원에 모터로서 작용하여 엔진(21) 및 유압 펌프(23)의 구동을 어시스트하는 역행의 2가지의 역할을 다한다. 따라서, 엔진(21)의 토크에는 상황에 따라 발전 전동기(27)의 어시스트 토크가 추가되고, 이것들의 토크에 의해 유압 펌프(23)는 구동한다. 이 유압 펌프(23)로부터 토출되는 압유에 의해, 작업 장치(12)의 동작이나 차량의 주행 등이 행해진다.

도 2에 도시한 바와 같이, 발전 전동기(27)는 제1 인버터(28)를 통해 한 쌍의 직류 모선(29A, 29B)에 접속되어 있다. 제1 인버터(28)는, 예를 들어 트랜지스터, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT) 등으로 이루어지는 복수의 스위칭 소자를 사용하여 구성되고, 모터 제너레이터 컨트롤 유닛(30)[이하, MGCU(30)라고 함]에 의해 각 스위칭 소자의 온/오프가 제어된다. 직류 모선(29A, 29B)은 정극측과 부극측으로 쌍을 이루고, 예를 들어 수백V 정도의 직류 전압이 인가되어 있다.

발전 전동기(27)의 발전 시에는, 제1 인버터(28)는 발전 전동기(27)로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 축전 장치(31)나 선회 전동 모터(33)에 공급한다. 발전 전동기(27)의 역행 시에는, 제1 인버터(28)는 직류 모선(29A, 29B)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 발전 전동기(27)에 공급한다. 그리고, MGCU(30)는 HCU(36)로부터의 발전 전동기 역행 출력 명령 Pmg 등에 기초하여, 제1 인버터(28)의 각 스위칭 소자의 온/오프를 제어한다. 이에 의해, MGCU(30)는 발전 전동기(27)의 발전 시의 발전 전력이나 역행 시의 구동 전력을 제어한다. 또한, MGCU(30)는 발전 전동기(27)의 온도(발전 전동기 온도 Tmg)를 검출하는 온도 센서(도시하지 않음)를 구비하고, 발전 전동기 온도 Tmg를 HCU(36)를 향해 출력한다.

축전 장치(31)는 발전 전동기(27)에 전기적으로 접속되어 있다. 이 축전 장치(31)는, 예를 들어 리튬 이온 배터리로 이루어지는 복수개의 셀(도시하지 않음)에 의해 구성되고, 직류 모선(29A, 29B)에 접속되어 있다.

축전 장치(31)는, 발전 전동기(27)의 발전 시에는 발전 전동기(27)로부터 공급되는 전력을 충전하고, 발전 전동기(27)의 역행 시(어시스트 구동 시)에는 발전 전동기(27)를 향해 구동 전력을 공급한다. 또한, 축전 장치(31)는, 선회 전동 모터(33)의 회생 시에는 선회 전동 모터(33)로부터 공급되는 회생 전력을 충전하고, 선회 전동 모터(33)의 역행 시에는 선회 전동 모터(33)를 향해 구동 전력을 공급한다. 이와 같이, 축전 장치(31)는 발전 전동기(27)에 의해 발전된 전력을 축전하는 것에 더하여, 유압 셔블(1)의 선회 제동 시에 선회 전동 모터(33)가 발생한 회생 전력을 흡수하여, 직류 모선(29A, 29B)의 전압을 일정하게 유지한다.

축전 장치(31)는 배터리 컨트롤 유닛(32)[이하, BCU(32)라고 함]에 의해 충전 동작이나 방전 동작이 제어된다. BCU(32)는 배터리 허용 방전 전력 Pbmax, 배터리 축전율 SOC, 셀 온도 Tcell을 검출하여 HCU(36)를 향해 출력한다. 한편, BCU(32)는 HCU(36)로부터의 전동 선회 출력 명령 Per, 발전 전동기 역행 출력 명령 Pmg에 따라 선회 전동 모터(33), 발전 전동기(27)가 구동하도록, 축전 장치(31)의 충방전을 제어한다. 이때, 배터리 축전율 SOC는 축전 장치(31)의 축전량에 대응한 값이 된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 축전 장치(31)에는, 예를 들어 전압 350V, 방전 용량 5Ah 정도, 배터리 축전율 SOC(축전율)의 적정 사용 범위는 30 내지 70％ 정도로 설정된 리튬 이온 배터리를 사용하는 것으로 한다. 배터리 축전율 SOC의 적정 사용 범위 등은 상술한 값으로 한정되지 않고, 축전 장치(31)의 사양 등에 따라 적절히 설정된다.

선회 전동 모터(33)(선회 전동기)는 발전 전동기(27) 또는 축전 장치(31)로부터의 전력에 의해 구동된다. 이 선회 전동 모터(33)는, 예를 들어 3상 유도 전동기에 의해 구성되고, 선회 유압 모터(26)와 함께 선회 프레임(5)에 설치되어 있다. 선회 전동 모터(33)는 선회 유압 모터(26)와 협동하여 선회 장치(3)를 구동한다. 이로 인해, 선회 장치(3)는 선회 유압 모터(26)와 선회 전동 모터(33)의 복합 토크에 의해 구동하고, 상부 선회체(4)를 선회 구동한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 선회 전동 모터(33)는 제2 인버터(34)를 통해 직류 모선(29A, 29B)에 접속되어 있다. 선회 전동 모터(33)는 축전 장치(31)나 발전 전동기(27)로부터의 전력을 받아 회전 구동하는 역행과, 선회 제동 시의 여분의 토크로 발전하여 축전 장치(31)를 축전하는 회생의 2가지의 역할을 다한다. 이로 인해, 역행 시의 선회 전동 모터(33)에는 발전 전동기(27) 또는 축전 장치(31)로부터의 전력이 직류 모선(29A, 29B)을 통해 공급된다. 이에 의해, 선회 전동 모터(33)는 선회 조작 장치(10)의 조작에 따라 회전 토크를 발생시켜, 선회 유압 모터(26)의 구동을 어시스트함과 함께, 선회 장치(3)를 구동하여 상부 선회체(4)를 선회 동작시킨다.

제2 인버터(34)는 제1 인버터(28)와 마찬가지로, 복수의 스위칭 소자를 사용하여 구성된다. 제2 인버터(34)는 선회 전동 모터 컨트롤 유닛(35)[이하, RMCU(35)라고 함]에 의해 각 스위칭 소자의 온/오프가 제어된다. 선회 전동 모터(33)의 역행 시에는, 제2 인버터(34)는 직류 모선(29A, 29B)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 선회 전동 모터(33)에 공급한다. 선회 전동 모터(33)의 회생 시에는, 제2 인버터(34)는 선회 전동 모터(33)로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 축전 장치(31) 등에 공급한다.

RMCU(35)는 HCU(36)로부터의 전동 선회 출력 명령 Per 등에 기초하여, 제2 인버터(34)의 각 스위칭 소자의 온/오프를 제어한다. 이에 의해, RMCU(35)는 선회 전동 모터(33)의 회생 시의 회생 전력이나 역행 시의 구동 전력을 제어한다. 또한, RMCU(35)는 선회 전동 모터(33)의 온도(선회 전동 모터 온도 Trm)를 검출하는 온도 센서(도시하지 않음)를 구비하고, 선회 전동 모터 온도 Trm을 HCU(36)를 향해 출력한다.

하이브리드 컨트롤 유닛(36)[이하, HCU(36)라고 함]은 컨트롤러를 구성하고 있다. 이 HCU(36)는, 예를 들어 마이크로컴퓨터에 의해 구성됨과 함께, CAN(37)(Controller Area Network) 등을 사용하여 ECU(22), MGCU(30), RMCU(35), BCU(32)에 전기적으로 접속되어 있다. HCU(36)는 ECU(22), MGCU(30), RMCU(35), BCU(32)와 통신하면서, 엔진(21), 발전 전동기(27), 선회 전동 모터(33), 축전 장치(31)를 각각 제어한다.

HCU(36)에는 CAN(37) 등을 통해, 배터리 허용 방전 전력 Pbmax, 배터리 축전율 SOC, 셀 온도 Tcell, 발전 전동기 온도 Tmg, 엔진 실출력 P0e, 선회 전동 모터 온도 Trm 등이 입력된다. 또한, HCU(36)에는 조작 장치(9 내지 11)의 레버 조작량 OAr, OAbu, OAx를 검출하는 조작량 센서(9A 내지 11A)가 접속되어 있다. 또한, HCU(36)에는 모드 선택 스위치(38), 엔진 제어 다이얼(39) 등에 접속되어 있다. 이에 의해, HCU(36)에는 레버 조작량 OAr, OAbu, OAx, 속도 저감 모드 선택 스위치 정보 Smode, 엔진 목표 회전수 ωe가 입력된다.

모드 선택 스위치(38)는 통상 모드 NMODE와 속도 저감 모드 LSMODE 중 어느 하나를 선택한다. 여기서, 속도 저감 모드 LSMODE에서는, 예를 들어 엔진(21)의 실출력 P0e를 상회하는 출력이 필요해질 때에는 선회 장치(3), 작업 장치(12)의 동작 속도가 저감된다. 한편, 통상 모드 NMODE에서는 속도 저감 모드 LSMODE에 의한 동작 속도의 저감이 해제된다.

모드 선택 스위치(38)는, 예를 들어 온(ON)과 오프(OFF)가 전환되는 스위치에 의해 구성되고, 오퍼레이터에 의해 전환 조작된다. 또한, 모드 선택 스위치(38)는 캡(7) 내에 배치됨과 함께, 그 출력측이 HCU(36)에 접속된다. HCU(36)는, 예를 들어 모드 선택 스위치(38)가 ON이 되었을 때에 속도 저감 모드 LSMODE를 선택하고, 모드 선택 스위치(38)가 OFF가 되었을 때에 통상 모드 NMODE를 선택한다. 이로 인해, HCU(36)에는 모드 선택 스위치(38)의 ON과 OFF에 대응한 속도 저감 모드 선택 스위치 정보 Smode가 입력된다.

엔진 제어 다이얼(39)은 회전 가능한 다이얼에 의해 구성되고, 다이얼의 회전 위치에 따라 엔진(21)의 목표 회전수 ωe를 설정한다. 이 엔진 제어 다이얼(39)은 캡(7) 내에 위치하고, 오퍼레이터에 의해 회전 조작되고, 목표 회전수 ωe에 따른 명령 신호를 출력한다.

차량 탑재 모니터(40)는 캡(7) 내에 배치되고, 예를 들어 연료의 잔량, 엔진 냉각수의 수온, 가동 시간, 차내 온도 등과 같이 차체에 관한 각종 정보를 표시한다. 이것에 더하여, 차량 탑재 모니터(40)는 HCU(36)에 접속됨과 함께, 통상 모드 NMODE와 속도 저감 모드 LSMODE 중 현재 동작 중인 모드를 표시한다.

HCU(36)는 통상 모드 NMODE와 속도 저감 모드 LSMODE 중 선택된 모드에 따라 엔진(21), 발전 전동기(27), 선회 전동 모터(33)의 출력을 각각 제어한다. 그래서, 이어서 HCU(36)의 구체적인 구성에 대하여, 도 3 내지 도 11을 참조하면서 설명한다.

도 3에 도시한 바와 같이, HCU(36)는 배터리 방전 제한값 연산부(41)와, 총출력 상한값 연산부(42)와, 동작 출력 배분 연산부(43)와, 유압 전동 출력 배분 연산부(44)를 갖고 있다. 이 HCU(36)는, 예를 들어 배터리 허용 방전 전력 Pbmax, 배터리 축전율 SOC, 셀 온도 Tcell, 엔진 목표 회전수 ωe, 발전 전동기 온도 Tmg, 속도 저감 모드 선택 스위치 정보 Smode, 선회 레버 조작량 OAr, 붐 상승 레버 조작량 OAbu, 기타 레버 조작량 OAx, 엔진 실출력 P0e, 선회 전동 모터 온도 Trm이 입력된다. 그리고, HCU(36)는 이것들의 입력에 기초하여, 엔진 출력 명령 Pe, 전동 선회 출력 명령 Per, 발전 전동기 역행 출력 명령 Pmg를 출력한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 배터리 방전 제한값 연산부(41)는 제1 배터리 방전 전력 제한값 연산부(41A)와, 제2 배터리 방전 전력 제한값 연산부(41B)와, 최솟값 선택부(41C)를 갖고 있다. 이 배터리 방전 제한값 연산부(41)에는 BCU(32)로부터 배터리 축전율 SOC와, 셀 온도 Tcell과, 배터리 허용 방전 전력 Pbmax가 입력된다. 이때, 배터리 허용 방전 전력 Pbmax는 현재의 축전 장치(31)가 방전 가능한 전력을 나타내는 것이고, 예를 들어 축전 장치(31)의 셀 전압이나 하드적인 전류 상한값으로부터 계산된다.

제1 배터리 방전 전력 제한값 연산부(41A)는 배터리 축전율 SOC에 기초하여 제1 배터리 방전 전력 제한값 Plim1을 연산하기 위해, 예를 들어 도 5에 도시한 바와 같은 테이블 T1을 갖는다. 제1 배터리 방전 전력 제한값 연산부(41A)는 테이블 T1을 사용하여 배터리 축전율 SOC에 따른 제1 배터리 방전 전력 제한값 Plim1을 연산한다.

제2 배터리 방전 전력 제한값 연산부(41B)는 셀 온도 Tcell에 기초하여 제2 배터리 방전 전력 제한값 Plim2를 연산하기 위해, 예를 들어 도 6에 도시한 바와 같은 테이블 T2를 갖는다. 제2 배터리 방전 전력 제한값 연산부(41B)는 테이블 T2를 사용하여 셀 온도 Tcell에 따른 제2 배터리 방전 전력 제한값 Plim2를 연산한다.

이때, 도 5 및 도 6 중의 배터리 방전 전력 제한값 Plim1, Plim2의 최댓값 P11, P21은 축전 장치(31)가 신품이고, 또한 셀 온도 Tcell이 상온에서의 전형적인 배터리 허용 방전 전력 Pbmax에 가까운 값으로 설정되어 있다.

테이블 T1은 배터리 축전율 SOC가 적정 사용 범위의 최젓값 SOC2보다도 저하되면, 배터리 방전 전력 제한값 Plim1을 최솟값 P10(예를 들어, P10＝0㎾)으로 설정하고, 배터리 축전율 SOC가 역치가 되는 적정 기준값 SOC1보다도 상승하면, 배터리 방전 전력 제한값 Plim1을 최댓값 P11로 설정한다. 또한, 배터리 축전율 SOC가 최젓값 SOC2와 적정 기준값 SOC1 사이의 값이 될 때에는, 테이블 T1은 배터리 축전율 SOC가 증가함에 따라, 배터리 방전 전력 제한값 Plim1을 증가시킨다. 여기서, 적정 기준값 SOC1은 최젓값 SOC2로부터 다소 여유를 갖고 큰 값으로 설정되어 있다. 예를 들어, 최젓값 SOC2가 30％가 될 때에, 적정 기준값 SOC1은 35％ 정도의 값으로 설정되어 있다.

테이블 T2는 셀 온도 Tcell이 적정 사용 범위의 최고값 Tcell2보다도 상승하면, 배터리 방전 전력 제한값 Plim2를 최솟값 P20(예를 들어, P20＝0㎾)으로 설정한다. 한편, 테이블 T2는 셀 온도 Tcell이 역치가 되는 적정 기준값 Tcell1보다도 저하되면, 배터리 방전 전력 제한값 Plim2를 최댓값 P21로 설정한다. 또한, 셀 온도 Tcell이 최고값 Tcell2와 적정 기준값 Tcell1 사이의 값이 될 때에는, 테이블 T2는 셀 온도 Tcell이 상승함에 따라, 배터리 방전 전력 제한값 Plim2를 저하시킨다. 여기서, 적정 기준값 Tcell1은 최고값 Tcell2로부터 다소 여유를 갖고 작은 값으로 설정되어 있다. 예를 들어, 최고값 Tcell2가 60℃가 될 때에, 적정 기준값 Tcell1은 50℃ 정도의 값으로 설정되어 있다.

최솟값 선택부(41C)는 제1, 제2 배터리 방전 전력 제한값 연산부(41A, 41B)에 의해 연산된 배터리 방전 전력 제한값 Plim1, Plim2, 배터리 허용 방전 전력 Pbmax의 3개의 값을 비교하여, 이것들의 최솟값을 선택하여 배터리 방전 전력 제한값 Plim0으로서 출력한다.

도 7에 도시한 바와 같이, 총출력 상한값 연산부(42)는 발전 전동기 역행 출력 상한값 연산부(42A)와, 엔진 출력 상한값 연산부(42B)와, 총출력 상한값 연산부(42C)를 갖고 있다. 이 총출력 상한값 연산부(42)에는 배터리 방전 전력 제한값 Plim0과, 엔진 제어 다이얼(39)의 명령 등에 의해 결정되는 엔진(21)의 목표 회전수 ωe와, 발전 전동기 온도 Tmg와, 속도 저감 모드 선택 스위치 정보 Smode가 입력된다.

발전 전동기 역행 출력 상한값 연산부(42A)는 배터리 방전 전력 제한값 Plim0의 범위에서 발전 전동기(27)가 최대한 역행했을 때의 출력을 연산하고, 발전 전동기 출력 상한값 Pmgmax로서 출력한다. 이때, 발전 전동기 역행 출력 상한값 연산부(42A)는, 예를 들어 발전 전동기(27)의 온도 Tmg, 효율 등과 같은 하드적인 제약을 고려하여, 발전 전동기 출력 상한값 Pmgmax를 연산한다.

구체적으로는, 발전 전동기 역행 출력 상한값 연산부(42A)는, 예를 들어 도 8에 도시한 바와 같은 테이블 T3을 갖는다. 발전 전동기 역행 출력 상한값 연산부(42A)는 테이블 T3을 사용하여 발전 전동기 온도 Tmg에 따른 발전 전동기 출력 상한값 Pmgmax를 연산한다.

테이블 T3은 발전 전동기 온도 Tmg가 적정 사용 범위의 최고값 Tmg2보다도 상승하면, 발전 전동기 출력 상한값 Pmgmax를 최솟값 P30으로 설정한다. 한편, 테이블 T3은 발전 전동기 온도 Tmg가 역치가 되는 적정 기준값 Tmg1보다도 저하되면, 발전 전동기 출력 상한값 Pmgmax를 최댓값 P31로 설정한다. 또한, 발전 전동기 온도 Tmg가 최고값 Tmg2와 적정 기준값 Tmg1 사이의 값이 될 때에는, 테이블 T3은 발전 전동기 온도 Tmg가 상승함에 따라, 발전 전동기 출력 상한값 Pmgmax를 저하시킨다. 여기서, 적정 기준값 Tmg1은 최고값 Tmg2로부터 다소 여유를 갖고 작은 값으로 설정되어 있다.

엔진 출력 상한값 연산부(42B)는 목표 회전수 ωe에 있어서 출력 가능한 엔진(21)의 출력 최댓값을 연산하고, 엔진 출력 상한값 Pemax로서 출력한다.

총출력 상한값 연산부(42C)는 먼저 발전 전동기 역행 출력 상한값 연산부(42A)에서 연산된 발전 전동기(27)의 역행 출력 상한값인 발전 전동기 출력 상한값 Pmgmax와, 엔진 출력 상한값 연산부(42B)에서 연산된 엔진 출력 상한값 Pemax의 합계값(Pmgmax＋Pemax)을 계산한다.

또한, 총출력 상한값 연산부(42C)는 모드 출력 상한값 Pmodemax를 구비하고 있다. 이 모드 출력 상한값 Pmodemax는 각 모드(속도 저감 모드 LSMODE와 통상 모드 NMODE)에서, 발전 전동기(27) 및 엔진(21)으로부터 공급 가능한 출력의 상한값이다. 이로 인해, 모드 출력 상한값 Pmodemax는, 모드 선택 스위치(38)가 ON과 OFF에서는 각각 다른 값으로 설정된다.

예를 들어, 모드 선택 스위치(38)가 ON일 때는, 속도 저감 모드 LSMODE가 선택된다. 이때, 속도 저감 모드 LSMODE의 모드 출력 상한값 Pmodemax는 모드 선택 스위치(38)가 OFF로 되어 통상 모드 NMODE가 선택되었을 때에 비해, 작은 값으로 설정된다.

그래서, 총출력 상한값 연산부(42C)는 속도 저감 모드 선택 스위치 정보 Smode에 기초하여 모드 선택 스위치(38)에 의해 선택된 모드를 파악하고, 선택된 모드에 따른 모드 출력 상한값 Pmodemax를 설정한다. 그리고 나서, 총출력 상한값 연산부(42C)는 모드 출력 상한값 Pmodemax와, 발전 전동기 출력 상한값 Pmgmax 및 엔진 출력 상한값 Pemax의 합계값을 비교하여, 이들 중에서 값이 작은 쪽을 총출력 상한값 Ptmax로서 출력한다.

도 9에 도시한 바와 같이, 동작 출력 배분 연산부(43)는 선회 기본 요구 출력 연산부(43A)와, 붐 상승 기본 요구 출력 연산부(43B)와, 기타 기본 요구 출력 연산부(43C)와, 선회 붐 상승 출력 배분 연산부(43D)와, 선회 붐 상승 요구 출력 연산부(43E)와, 기타 요구 출력 연산부(43F)를 갖고 있다. 이 동작 출력 배분 연산부(43)에는 총출력 상한값 Ptmax와, 선회 레버 조작량 OAr과, 붐 상승 레버 조작량 OAbu와, 기타 레버 조작량 OAx가 입력된다. 또한, 도 9에서는, 기타 레버 조작량 OAx는 하나로 통합하여 기재했지만, 예를 들어 아암 레버 조작량, 버킷 레버 조작량 등과 같이 실제는 복수 종류의 레버 조작량을 포함하고 있다.

선회 기본 요구 출력 연산부(43A)는 선회 레버 조작량 OAr에 대하여 단조 증가하는 선회 기본 요구 출력 Pr0을 연산한다. 이 선회 기본 요구 출력 Pr0의 값은 선회 단독 동작을 충분히 행할 수 있을 정도로 튜닝되어 있다.

붐 상승 기본 요구 출력 연산부(43B)는 붐 상승 레버 조작량 OAbu에 대하여 단조 증가하는 붐 상승 기본 요구 출력 Pbu0을 연산한다. 이 붐 상승 기본 요구 출력 Pbu0의 값은 붐(12A)을 들어 올리는 붐 상승 단독 동작을 충분히 행할 수 있을 정도로 튜닝되어 있다.

기타 기본 요구 출력 연산부(43C)는 선회 기본 요구 출력 연산부(43A)나 붐 상승 기본 요구 출력 연산부(43B)와 마찬가지로, 기타 레버 조작량 OAx에 포함되는 각각의 레버 조작량에 대하여 단조 증가하는 기타 기본 요구 출력 Px0을 연산한다. 기타 기본 요구 출력 Px0의 값은 각각 단독 동작을 충분히 행할 수 있을 정도의 값으로 튜닝되어 있다.

선회 붐 상승 출력 배분 연산부(43D)는 선회 레버 조작량 OAr, 붐 상승 레버 조작량 OAbu 및 기타 레버 조작량 OAx에 기초하여, 총출력 상한값 Ptmax 중 어느 정도의 출력을 선회 붐 상승 동작에 분배할지를 판단하여, 선회 붐 상승 요구 출력 Prbu1을 연산한다. 이때, 선회 붐 상승 동작은 선회 동작과 붐 상승 동작을 함께 행하는 복합 동작이다.

예를 들어, 선회 붐 상승만의 동작으로도, 배터리 축전율 SOC의 감소나 셀 온도 Tcell의 상승에 의해 축전 장치(31)가 충분히 전력을 공급할 수 없게 된 경우는, 전술한 바와 같이 총출력 상한값 Ptmax는 작아진다. 이 경우, 선회 붐 상승 출력 배분 연산부(43D)는 총출력 상한값 Ptmax에 따라, 선회 붐 상승 동작에 분배하는 값, 즉 선회 붐 상승 요구 출력 Prbu1의 값을 작게 한다. 또한, 예를 들어 주행 동작과 같이, 선회 붐 상승 동작보다도 우선도가 높은 기타의 동작이 동시에 요구되는 경우라도, 선회 붐 상승 출력 배분 연산부(43D)는 선회 붐 상승 요구 출력 Prbu1의 값을 작게 한다.

선회 붐 상승 요구 출력 연산부(43E)는 선회 기본 요구 출력 Pr0과 붐 상승 기본 요구 출력 Pbu0의 비율을 연산한다. 선회 붐 상승 요구 출력 연산부(43E)는 이 비율에 따라, 선회 붐 상승 요구 출력 Prbu1을 선회 동작과 붐 상승 동작에 분배하고, 선회 동작에 따른 선회 요구 출력 Pr1과, 붐 상승 동작에 따른 붐 상승 요구 출력 Pbu1을 연산하여 출력한다.

기타 요구 출력 연산부(43F)는 총출력 상한값 Ptmax와 선회 붐 상승 요구 출력 Prbu1의 차를 연산한다. 기타 요구 출력 연산부(43F)는 이 차를 기타 기본 요구 출력 Px0에 따라 적절하게 분배하여, 기타 요구 출력 Px1을 출력한다.

여기서는, 선회 동작과 붐 상승 동작의 2개의 동작을 복합한 선회 붐 상승 동작을 예로 들고, 이 선회 붐 상승 동작에 관하여 출력 분배를 행하는 것으로 했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 기타로서 통합한 복수의 동작 중 하나의 동작을, 선회 동작과 붐 상승 동작에 더하고, 이것들 3개의 동작을 복합한 복합 동작에 대해서도, 선회 붐 상승 출력 배분 연산부(43D)를 확장함으로써 적용 가능하다.

예를 들어, 선회 붐 상승 동작에 더하여, 아암(12B)을 끌어당기는 아암 당김 동작도 동시에 행하는 경우, 선회 붐 상승 출력 배분 연산부(43D)를 선회 붐 상승 아암 당김 출력 배분 연산부로 확장한다. 이때, 선회 붐 상승 아암 당김 출력 배분 연산부는 선회 붐 상승 동작과 아암 당김 동작을 더한 합계의 출력을 총출력 상한값 Ptmax로부터 확보하고, 전술과 마찬가지로 선회 속도에 대한 붐 상승과 아암 당김의 속도 비율을 바꾸지 않도록 출력을 배분하면 된다. 동일한 확장을 행함으로써, 선회 붐 상승 동작에 버킷 동작을 추가하는 것도 가능하다.

도 10에 도시한 바와 같이, 유압 전동 출력 배분 연산부(44)는 유압 전동 선회 출력 배분 연산부(44A)와, 추정 총펌프 출력 연산부(44B)와, 엔진 발전 전동기 출력 배분 연산부(44C)를 갖고 있다. 유압 전동 출력 배분 연산부(44)에는 배터리 방전 전력 제한값 Plim0과, 선회 요구 출력 Pr1과, 선회 전동 모터 온도 Trm과, 붐 상승 요구 출력 Pbu1과, 기타 요구 출력 Px1과, 엔진 출력 상한값 Pemax와, 엔진 실출력 P0e가 입력된다.

유압 전동 선회 출력 배분 연산부(44A)는 배터리 방전 전력 제한값 Plim0의 범위에서 선회 전동 모터(33)가 최대한 역행했을 때의 출력을, 선회 전동 모터 역행 상한값 Prmmax로서 연산한다. 이때, 유압 전동 선회 출력 배분 연산부(44A)는, 예를 들어 선회 전동 모터(33)의 온도 Trm, 효율 등과 같은 하드적인 제약을 고려하여, 선회 전동 모터 역행 상한값 Prmmax를 연산한다.

구체적으로는, 유압 전동 선회 출력 배분 연산부(44A)는, 예를 들어 도 11에 도시한 바와 같은 테이블 T4를 갖는다. 유압 전동 선회 출력 배분 연산부(44A)는 테이블 T4를 사용하여 선회 전동 모터 온도 Trm에 따른 선회 전동 모터 역행 상한값 Prmmax를 연산한다.

테이블 T4는 선회 전동 모터 온도 Trm이 적정 사용 범위의 최고값 Trm2보다도 상승하면, 선회 전동 모터 역행 상한값 Prmmax를 최솟값 P40으로 설정한다. 한편, 테이블 T4는 선회 전동 모터 온도 Trm이 역치가 되는 적정 기준값 Trm1보다도 저하되면, 선회 전동 모터 역행 상한값 Prmmax를 최댓값 P41로 설정한다. 또한, 선회 전동 모터 온도 Trm이 최고값 Trm2와 적정 기준값 Trm1 사이의 값이 될 때에는, 테이블 T4는 선회 전동 모터 온도 Trm이 상승함에 따라, 선회 전동 모터 역행 상한값 Prmmax를 저하시킨다. 여기서, 적정 기준값 Trm1은 최고값 Trm2로부터 다소 여유를 갖고 작은 값으로 설정되어 있다.

유압 전동 선회 출력 배분 연산부(44A)는 선회 전동 모터 역행 상한값 Prmmax와 선회 요구 출력 Pr1을 비교하여, 작은 쪽을 전동 선회 출력 명령 Per로서 출력한다. 선회 전동 모터 역행 상한값 Prmmax보다도 선회 요구 출력 Pr1의 값이 클 때는, 전동 선회 출력 명령 Per은 선회 전동 모터 역행 상한값 Prmmax가 되기 때문에, 유압 전동 선회 출력 배분 연산부(44A)는 전동 선회 출력 명령 Per과 선회 요구 출력 Pr1의 차(Pr1－Per)를 유압 선회 출력 명령 Phr으로서 출력한다. 한편, 선회 요구 출력 Pr1의 값보다도 선회 전동 모터 역행 상한값 Prmmax가 클 때는, 선회 동작은 선회 전동 모터(33)만으로 행하기 때문에, 유압 전동 선회 출력 배분 연산부(44A)는 유압 선회 출력 명령 Phr을 0으로 설정(Phr＝0㎾)하여 출력한다.

추정 총펌프 출력 연산부(44B)는 유압 선회 출력 명령 Phr과, 붐 상승 요구 출력 Pbu1과, 기타 요구 출력 Px1의 합계값을 계산한다. 추정 총펌프 출력 연산부(44B)는 이 합계값으로부터 펌프 효율을 고려하여 추정 총펌프 출력 Pp를 연산하고, 추정 총펌프 출력 Pp를 출력한다.

엔진 발전 전동기 출력 배분 연산부(44C)는 추정 총펌프 출력 Pp가 엔진 실출력 P0e보다도 큰 경우는, 이것들의 차분을 발전 전동기 역행 출력 명령 Pmg로서 출력하고, 엔진 출력 상한값 Pemax를 엔진 출력 명령 Pe로서 출력한다. 반대로, 엔진 실출력 P0e가 추정 총펌프 출력 Pp보다도 큰 경우는, 발전 전동기 역행 출력 명령 Pmg를 0으로 설정(Pmg＝0㎾)하여 출력하고, 추정 총펌프 출력 Pp를 엔진 출력 명령 Pe로서 출력한다.

이상과 같이 구성된 유압 전동 출력 배분 연산부(44)를 사용함으로써, 사용 가능한 배터리 방전 전력은 가능한 한 선회 전동 모터(33)에 배분되고, 남은 전력은 엔진(21)의 출력만으로 유압 부하를 담보할 수 없는 경우의 발전 전동기(27)의 역행 작용에 배분된다. 따라서, 축전 장치(31)의 방전 전력이 그 축전량(배터리 축전율 SOC)이나 셀 온도 Tcell에 의해 제한된 경우에는, 선회 전동 모터(33)보다도 발전 전동기(27)의 전력 공급이 우선하여 저감된다.

일반적으로, 유압 펌프(23)의 효율보다도, 축전 장치(31), 인버터(28, 34), 선회 전동 모터(33)의 복합 효율의 쪽이 좋다. 즉, 선회 동작에서는 유압 펌프(23)를 구동하여 유압 선회를 행하는 것보다도, 축전 장치(31)의 배터리 전력을 사용하여 전동 선회를 행하는 쪽이, 에너지 효율이 좋다. 이 점을 고려하여, 유압 전동 출력 배분 연산부(44)는 발전 전동기(27)보다도 선회 전동 모터(33)를 향해 우선적으로 배터리 방전 전력을 분배한다.

본 실시 형태에 의한 하이브리드 유압 셔블은 상술한 바와 같은 구성을 갖는 것이고, 이어서, 통상 모드 NMODE와 속도 저감 모드 LSMODE에 있어서, 선회 붐 상승 복합 동작을 행할 때의 출력 배분에 대하여, 도 13 내지 도 16을 참조하면서 설명한다. 또한, 도 13 내지 도 16은 선회 붐 상승 동작만을 행하는 경우의 출력 배분의 일례를 도시하고 있다. 또한, 도 13 내지 도 16 중에 도시하는 값은 출력의 일례를 도시한 것이고, 유압 셔블(1)의 사양 등에 따라 적절히 변경된다.

먼저, 통상 모드 NMODE에 있어서의 출력 분배에 대하여 설명한다. 도 13에 도시한 바와 같이, 통상 모드 NMODE에서는, HCU(36)는 통상 모드 NMODE의 모드 출력 상한값 Pmodemax를, 예를 들어 100㎾로 설정하고, 엔진 목표 회전수 ωe 등에 따라 엔진 출력 상한값 Pemax를, 예를 들어 60㎾로 설정한다. 이때, 총출력 상한값 Ptmax는 모드 출력 상한값 Pmodemax에 의해 100㎾로 설정된다. 또한, 총출력 상한값 Ptmax는 엔진(21)과 축전 장치(31)에 의해 공급 가능한 파워이고, 축전 장치(31)의 상태를 고려하여 발전 전동기(27)의 역행 가능한 파워와, 엔진(21)의 출력 가능한 파워(엔진 출력 상한값 Pemax)의 합계값이 된다.

한편, HCU(36)는 선회 레버 조작량 OAr과 붐 상승 레버 조작량 OAbu에 기초하여, 선회 요구 출력 Pr1과 붐 상승 요구 출력 Pbu1의 비율을 결정한다. 이때, 셔블은 선회 붐 상승 동작만을 행하고, 기타의 동작을 행하지 않기 때문에, 총출력 상한값 Ptmax는 선회 동작과 붐 상승 동작의 2개의 동작에 분배된다. 가령, 선회 레버 조작량 OAr과 붐 상승 레버 조작량 OAbu에 기초하여, 선회 동작의 출력과 붐 상승 동작의 출력이 동일한 비율로 하면, HCU(36)는 총출력 상한값 Ptmax를 절반으로 나누고, 선회 동작과 붐 상승 동작에 각각 분배한다. 이로 인해, 선회 출력과 붐 상승 출력은 모두, 예를 들어 50㎾가 된다.

여기서, 선회 전동 모터 역행 상한값 Prmmax는, 예를 들어 20㎾로 한다. 이때, 선회 전동 모터 역행 상한값 Prmmax는 선회 출력의 50㎾보다도 작은 값으로 되어 있다. 이로 인해, 선회 출력의 50㎾ 중 선회 전동 모터 역행 상한값 Prmmax에 따른 20㎾는 선회 전동 모터(33)에 분배되고, 잔여의 30㎾가 선회 유압 모터(26)에 분배된다. 이 결과, 축전 장치(31)로부터 공급되는 전력은 20㎾가 선회 전동 모터(33)에 분배되고, 20㎾가 발전 전동기(27)의 역행 작용에 분배된다. 이때, 100㎾의 선회 붐 상승 동작 중, 20㎾가 전동계 공급 파워가 되고, 80㎾가 유압계 공급 파워가 된다.

이어서, 속도 저감 모드 LSMODE에 있어서의 출력 분배에 대하여 설명한다. 여기서, 속도 저감 모드 LSMODE에 의해 총출력 상한값 Ptmax가 제한되지만, 엔진 목표 회전수 ωe, 선회 레버 조작량 OAr, 붐 상승 레버 조작량 OAbu 등과 같은 다른 조건에 대해서는, 모두 도 13에 도시하는 통상 모드 NMODE와 동일한 것으로 한다.

도 14에 도시한 바와 같이, 예를 들어 모드 선택 스위치(38)에 의해 속도 저감 모드 LSMODE가 선택되면, HCU(36)는 속도 저감 모드 LSMODE의 모드 출력 상한값 Pmodemax를, 예를 들어 90㎾로 설정한다. 한편, 엔진 목표 회전수 ωe가 통상 모드 NMODE와 동일하기 때문에, 엔진 출력 상한값 Pemax는 통상 모드 NMODE와 동일한, 예를 들어 60㎾로 설정된다. 이때, 총출력 상한값 Ptmax는 통상 모드 NMODE에 비해 저하되고, 모드 출력 상한값 Pmodemax에 의해 90㎾로 설정된다. 이 총출력 상한값 Ptmax는 엔진(21)과 축전 장치(31)에 의해 공급 가능한 파워이고, 발전 전동기(27)의 역행 가능한 파워와, 엔진(21)의 출력 가능한 파워의 합계값이 된다.

한편, HCU(36)는 선회 레버 조작량 OAr과 붐 상승 레버 조작량 OAbu에 기초하여, 선회 요구 출력 Pr1과 붐 상승 요구 출력 Pbu1의 비율을 결정한다. 선회 레버 조작량 OAr 및 붐 상승 레버 조작량 OAbu가 모두 통상 모드 NMODE와 동일하기 때문에, 선회 동작의 출력과 붐 상승 동작의 출력의 비율도 통상 모드 NMODE와 동일한 값이 된다. 따라서, 선회 동작의 출력과 붐 상승 동작의 출력이 동일한 비율이기 때문에, HCU(36)는 총출력 상한값 Ptmax를 절반으로 나누고, 선회 동작과 붐 상승 동작에 각각 분배한다. 이로 인해, 선회 출력과 붐 상승 출력은 모두 예를 들어 45㎾가 된다.

이때, 선회 전동 모터 역행 상한값 Prmmax인 20㎾는 선회 출력의 45㎾보다도 작은 값으로 되어 있다. 이로 인해, 축전 장치(31)로부터 공급되는 전력은 20㎾가 선회 전동 모터(33)에 분배되고, 10㎾가 발전 전동기(27)의 역행 작용에 분배된다. 이때, 90㎾의 선회 붐 상승 동작 중, 20㎾가 전동계 공급 파워가 되고, 70㎾가 유압계 공급 파워가 된다.

이상과 같이, 사용 가능한 배터리 방전 전력은 가능한 한 선회 전동 모터(33)에 배분되고, 남은 전력은 엔진(21)의 출력만으로 유압 부하를 담보할 수 없는 경우의 발전 전동기(27)의 역행 작용에 배분된다. 따라서, 총출력 상한값 Ptmax가 모드 출력 상한값 Pmodemax에 의해 저하되고, 축전 장치(31)의 방전 전력이 제한된 경우에는, 선회 전동 모터(33)보다도 발전 전동기(27)의 전력 공급이 우선하여 저감된다.

또한, 도 14는 모드 선택 스위치(38)에 의해 속도 저감 모드 LSMODE를 선택함으로써, 총출력 상한값 Ptmax가 저감된 경우를 예로 들어 설명했다. 한편, 배터리 축전율 SOC나 셀 온도 Tcell에 의해 축전 장치(31)의 방전 전력이 제한된 경우라도, 총출력 상한값 Ptmax는 저하된다. 이로 인해, 배터리 축전율 SOC가 역치가 되는 적정 기준값 SOC1보다도 저하되었을 때, 또는 셀 온도 Tcell이 역치가 되는 적정 기준값 Tcell1보다도 상승했을 때에는, HCU(36)는 총출력 상한값 Ptmax가 저감된 속도 저감 모드 LSMODE로 자동적으로 천이한다.

또한, 도 15는 발전 전동기 온도 Tmg에 의해 발전 전동기(27)의 출력(발전 전력)이 제한된 경우를 도시하고 있다. 여기서, 엔진 목표 회전수 ωe, 선회 레버 조작량 OAr, 붐 상승 레버 조작량 OAbu 등과 같은 다른 조건에 대해서는, 모두 도 13에 도시하는 통상 모드 NMODE와 동일한 것으로 한다.

이 경우, 발전 전동기 온도 Tmg가 역치가 되는 적정 기준값 Tmg1보다도 상승하고, 발전 전동기 출력 상한값 Pmgmax가, 예를 들어 10㎾로 저하되어 있다. 이로 인해, 총출력 상한값 Ptmax는 발전 전동기 출력 상한값 Pmgmax에 수반하여 저하되고, 발전 전동기 출력 상한값 Pmgmax와 엔진 출력 상한값 Pemax의 합계값으로서, 70㎾로 설정된다. 이 결과, 선회 붐 상승 동작에 사용 가능한 출력의 합계값이 70㎾로 저하되기 때문에, HCU(36)는 이 70㎾를 절반으로 나누고, 선회 동작과 붐 상승 동작에 각각 분배한다. 이에 의해, 선회 출력과 붐 상승 출력은 모두, 예를 들어 35㎾가 된다.

여기서, 선회 전동 모터 역행 상한값 Prmmax는 20㎾이기 때문에, 축전 장치(31)로부터 공급되는 전력은 20㎾가 선회 전동 모터(33)에 분배된다. 총출력 상한값 Ptmax 중 잔여의 50㎾는 모두 엔진(21)에 의해 공급 가능하기 때문에, HCU(36)는 엔진(21)의 출력을 50㎾로 설정한다. 한편, 발전 전동기(27)를 무부하 상태로 하기 위해, HCU(36)는 발전 전동기(27)가 발전과 역행 모두 행하지 않은 상태로 한다. 이 결과, 70㎾의 선회 붐 상승 동작 중, 20㎾가 전동계 공급 파워가 되고, 50㎾가 유압계 공급 파워가 된다.

이와 같이, 발전 전동기 온도 Tmg에 의해 발전 전동기(27)의 출력이 제한된 경우라도, 선회 붐 상승 동작에 사용 가능한 출력의 합계값(총출력 상한값 Ptmax)이 저하된다. 이로 인해, 발전 전동기 온도 Tmg가 역치가 되는 적정 기준값 Tmg1보다도 상승했을 때에는, HCU(36)는 선회 붐 상승 동작 등에 사용 가능한 출력이 저감된 속도 저감 모드 LSMODE로 자동적으로 천이한다.

또한, 도 16은 선회 전동 모터 온도 Trm에 의해 선회 전동 모터(33)의 출력이 제한된 경우를 나타내고 있다. 여기서, 엔진 목표 회전수 ωe, 선회 레버 조작량 OAr, 붐 상승 레버 조작량 OAbu 등과 같은 다른 조건에 대해서는, 모두 도 13에 도시하는 통상 모드 NMODE와 동일한 것으로 한다.

이 경우, 총출력 상한값 Ptmax는 통상 모드 NMODE와 마찬가지로 100㎾가 된다. 이로 인해, HCU(36)는 이 100㎾를 절반으로 나누고, 선회 동작과 붐 상승 동작에 각각 분배한다. 이에 의해, 선회 출력과 붐 상승 출력은 모두, 예를 들어 50㎾가 된다.

단, 선회 전동 모터 온도 Trm이 역치가 되는 적정 기준값 Trm1보다도 상승하고, 선회 전동 모터 역행 상한값 Prmmax가, 예를 들어 10㎾로 저하되어 있다. 이로 인해, 축전 장치(31)로부터 공급되는 전력은 10㎾가 선회 전동 모터(33)에 분배되고, 30㎾가 발전 전동기(27)의 역행 작용에 분배된다. 이 결과, 100㎾의 선회 붐 상승 동작 중, 10㎾가 전동계 공급 파워가 되고, 90㎾가 유압계 공급 파워가 된다.

이와 같이, 선회 전동 모터 온도 Trm에 의해 선회 전동 모터(33)의 출력이 제한된 경우에는, 전동계 공급 파워와 유압계 공급 파워의 비율이 변화된다. 이로 인해, 전동계 공급 파워는 저하되고, 유압계 공급 파워는 상승한다. 이에 대해, 선회 출력과 붐 상승 출력은 모두 통상 모드 NMODE와 동일한 50㎾가 된다. 이로 인해, 오퍼레이터에 의한 선회 붐 상승의 조작성은 통상 모드 NMODE와 동일한 상태가 유지된다.

또한, 도 16에서는 선회 전동 모터 온도 Trm에 의해 선회 전동 모터(33)의 출력이 제한된 경우라도, 선회 붐 상승 동작에 사용 가능한 출력의 합계값(총출력 상한값 Ptmax)이 통상 모드 NMODE와 동일한 값으로 유지될 때를 예시했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 선회 전동 모터(33)의 출력이 제한된 경우에, 선회 붐 상승 동작에 사용 가능한 출력의 합계값을 저하시켜도 된다. 이 경우, 선회 전동 모터 온도 Trm이 역치가 되는 적정 기준값 Trm1보다도 상승했을 때에는, HCU(36)는 선회 붐 상승 동작 등에 사용 가능한 출력이 저감된 속도 저감 모드 LSMODE로 자동적으로 천이한다.

이렇게 하여, 본 실시 형태에 의하면, HCU(36)는 속도 저감 모드 LSMODE와 통상 모드 NMODE를 갖고 있다. HCU(36)는 속도 저감 모드 LSMODE에서 선회 동작과 붐 상승 동작의 복합 동작을 행할 때에, 상부 선회체(4)의 선회 속도와 붐(12A)을 상승시키는 동작 속도의 비율을, 통상 모드 NMODE에서의 비율로 유지하도록, 선회 전동 모터(33), 선회 유압 모터(26), 붐 실린더(12D) 등의 출력을 저감하는 기능을 갖고 있다. 이에 의해, 속도 저감 모드 LSMODE에서 붐 실린더(12D)의 동작 속도가 저감되었을 때라도, 상부 선회체(4)의 선회 속도와 붐 실린더(12D)의 동작 속도의 비율을 통상 모드 NMODE에서의 비율에 가까운 상태로 유지할 수 있다.

또한, HCU(36)는 상부 선회체(4)의 선회 속도와 붐 상승의 동작 속도의 비율을 선회 조작 장치(10)에 의한 선회 동작의 레버 조작량 OAr과 작업 조작 장치(11)에 의한 붐 상승 동작의 레버 조작량 OAbu에 기초하여 결정한다. 이로 인해, 속도 저감 모드 LSMODE라도, 선회 조작 장치(10)의 레버 조작량 OAr과 작업 조작 장치(11)의 레버 조작량 OAbu를 통상 모드 NMODE와 동일 정도로 설정하면, 통상 모드 NMODE에 가까운 속도 비율로 선회 붐 상승의 복합 동작을 행할 수 있고, 오퍼레이터의 조작 위화감을 억제할 수 있다.

또한, HCU(36)는 속도 저감 모드 LSMODE에서 복합 동작을 행할 때이며, 선회 전동 모터(33)와 발전 전동기(27)가 동시에 역행 작용할 때에는, 발전 전동기(27)의 출력의 감소값을 선회 전동 모터(33)의 출력의 감소값보다도 크게 한다. 이로 인해, 선회 동작과 붐 상승 동작의 복합 동작에 있어서, 에너지 효율이 높은 선회 전동 모터(33)에 대하여 우선적으로 전력을 공급할 수 있고, 에너지 효율이 높은 상태에서 선회 속도와 붐 상승 동작 속도를 저감할 수 있다.

또한, HCU(36)는 축전 장치(31)의 배터리 축전율 SOC, 셀 온도 Tcell, 발전 전동기 온도 Tmg, 선회 전동 모터 온도 Trm 중 적어도 하나의 조건에 따라 통상 모드 NMODE로부터 속도 저감 모드 LSMODE로 천이한다. 이에 의해, HCU(36)는 축전 장치(31), 발전 전동기(27), 선회 전동 모터(33)의 상태에 따라 자동적으로 속도 저감 모드 LSMODE로 천이하기 때문에, 축전 장치(31), 발전 전동기(27), 선회 전동 모터(33)를 가능한 한 적정 사용 범위 내에서 동작시킬 수 있고, 이것들의 열화를 억제할 수 있다.

이것에 더하여, HCU(36)는 축전 장치(31)의 배터리 축전율 SOC의 저하 정도, 또는 셀 온도 Tcell, 발전 전동기 온도 Tmg, 선회 전동 모터 온도 Trm의 상승 정도에 따라, 선회 전동 모터(33), 선회 유압 모터(26), 붐 실린더(12D) 등의 속도 저감의 정도를 크게 하는 구성으로 되어 있다. 이에 의해, 속도 저감의 정도가 고정된 경우에 비해, 축전 장치(31), 발전 전동기(27), 선회 전동 모터(33)가 적정 사용 범위로부터 벗어날 가능성을 저하시킬 수 있고, 이것들의 열화 억제의 효과를 높일 수 있다.

또한, 통상 모드 NMODE와 속도 저감 모드 LSMODE 중 어느 한쪽을 선택 가능한 모드 선택 스위치(38)를 더 구비하기 때문에, 오퍼레이터는 전력을 절약할지 여부를 능동적으로 선택할 수 있다.

엔진(21)의 최대 출력은 유압 펌프의 최대 동력보다도 작게 했다. 이로 인해, 통상 모드 NMODE에서는 유압 펌프(23)를 최대 동력으로 구동할 때에, 발전 전동기(27)의 역행 작용에 의해 엔진(21)을 어시스트하여, 유압 펌프(23)를 구동할 수 있다. 또한, 속도 저감 모드 LSMODE에서는, 예를 들어 발전 전동기(27)의 역행 작용에 의한 출력을 저하시켜, 유압 펌프(23)를 구동할 수 있다. 또한, 엔진(21)의 최대 출력은 유압 펌프(23)의 최대 동력보다도 작게 했기 때문에, 소형이면서 연비 저감이 가능한 엔진(21)을 사용할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에서는, HCU(36)는 통상 모드 NMODE와 속도 저감 모드 LSMODE의 2종류의 모드를 구비하는 것으로 했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들어 통상 모드 NMODE와 속도 저감 모드 LSMODE에 더하여, 중부하에 따라 축전 장치(31)의 배터리 방전 전력 제한값 Plim0을 일시적으로 해제하는 중부하 모드를 추가하고, 3종류의 모드를 구비하는 구성으로 해도 되고, 4종류 이상의 모드를 구비하는 구성으로 해도 된다.

상기 실시 형태에서는 모드 선택 스위치(38)에 의해 속도 저감 모드 LSMODE인지 여부를 전환하는 것으로 했지만, 다이얼, 레버 등에 의해 모드의 선택이나 전환을 행하는 구성으로 해도 된다.

상기 실시 형태에서는, HCU(36)는 속도 저감 모드 LSMODE에서 선회 붐 상승의 복합 동작을 행할 때에는, 발전 전동기(27)의 출력의 감소값을 선회 전동 모터(33)의 출력의 감소값보다도 크게 했지만, 선회 전동 모터(33)의 출력의 감소값을 발전 전동기(27)의 출력의 감소값보다도 크게 해도 되고, 양자의 감소값을 동일 정도로 해도 된다.

상기 실시 형태에서는, HCU(36)는 축전 장치(31)의 축전량에 대응한 값으로 하여 배터리 축전율 SOC에 따라 통상 모드 NMODE로부터 속도 저감 모드 LSMODE로 천이하는 것으로 했지만, 축전 장치(31)의 축전량 그 자체를 사용하여 통상 모드 NMODE로부터 속도 저감 모드 LSMODE로 천이해도 된다.

상기 실시 형태에서는, HCU(36)는 배터리 축전율 SOC, 셀 온도 Tcell, 발전 전동기 온도 Tmg, 선회 전동 모터 온도 Trm에 기초하여 통상 모드 NMODE로부터 속도 저감 모드 LSMODE로 천이하는 것으로 했다. 그러나, HCU(36)는 이것들 모두에 기초하여 모드 천이를 행할 필요는 없고, 배터리 축전율 SOC, 셀 온도 Tcell, 발전 전동기 온도 Tmg, 선회 전동 모터 온도 Trm 중 적어도 하나의 조건에 따라 통상 모드 NMODE로부터 속도 저감 모드 LSMODE로 천이하면 된다. 또한, 모드 천이는 모드 선택 스위치(38)만으로 행하고, 자동적인 모드 천이를 생략하는 구성으로 해도 된다.

상기 실시 형태에서는 엔진(21)의 최대 출력을 유압 펌프(23)의 최대 동력보다도 작게 했지만, 엔진(21)의 최대 출력은 유압 셔블(1)의 사양 등에 따라 적절히 설정된다. 이로 인해, 엔진(21)의 최대 출력은 유압 펌프(23)의 최대 동력과 동일 정도여도 되고, 유압 펌프(23)의 최대 동력보다도 작아도 된다.

상기 실시 형태에서는 축전 장치(31)에 리튬 이온 배터리를 사용한 예로 설명했지만, 필요한 전력을 공급 가능한 이차 전지(예를 들어, 니켈카드뮴 배터리, 니켈수소 배터리)나 커패시터를 채용해도 된다. 또한, 축전 장치와 직류 모선 사이에 DC-DC 컨버터 등의 승강압 장치를 설치해도 된다.

상기 실시 형태에서는 2개 이상의 액추에이터를 동시에 움직이게 하는 복합 동작으로서, 선회 동작과 붐 상승 동작을 동시에 행하는 선회 붐 상승 동작을 예로 들어 설명했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들어 아암 동작과 붐 동작을 동시에 행하는 복합 동작, 선회 동작과 아암 동작을 동시에 행하는 복합 동작, 주행 동작과 작동 장치의 동작을 동시에 행하는 복합 동작 등에 적용해도 되고, 2개의 액추에이터로 한정되지 않고, 3개 이상의 액추에이터를 동시에 움직이게 하는 복합 동작에 적용해도 된다.

상기 실시 형태에서는 하이브리드 건설 기계로서 크롤러식의 하이브리드 유압 셔블(1)을 예로 들어 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 엔진과 유압 펌프에 연결된 발전 전동기와, 축전 장치를 구비한 하이브리드 건설 기계이면 되고, 예를 들어 휠식의 하이브리드 유압 셔블, 하이브리드 휠 로더, 리프트 트럭 등의 각종 건설 기계에 적용 가능하다.

1 : 하이브리드식 유압 셔블
2 : 하부 주행체(차체)
4 : 상부 선회체(차체)
9 : 주행 조작 장치
10 : 선회 조작 장치
11 : 작업 조작 장치
12 : 작업 장치
12D : 붐 실린더(액추에이터)
12E : 아암 실린더(액추에이터)
12F : 버킷 실린더(액추에이터)
21 : 엔진
23 : 유압 펌프
25 : 주행 유압 모터(액추에이터)
26 : 선회 유압 모터(액추에이터)
27 : 발전 전동기
31 : 축전 장치
33 : 선회 전동 모터(선회 전동기)
36 : 하이브리드 컨트롤 유닛(컨트롤러)
38 : 모드 선택 스위치

Claims

선회체를 구비한 차체와,
상기 선회체에 설치된 작업 장치와,
상기 차체에 설치된 엔진과,
상기 엔진에 기계적으로 접속된 발전 전동기와,
상기 발전 전동기에 전기적으로 접속된 축전 장치와,
상기 엔진에 기계적으로 접속된 유압 펌프와,
상기 차체 또는 상기 작업 장치를 구동하는 복수의 액추에이터와,
조작량에 따라 상기 복수의 액추에이터를 구동시키는 액추에이터 조작 장치와,
상기 발전 전동기의 출력을 제어하는 컨트롤러를 구비한 하이브리드 건설 기계에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 발전 전동기, 상기 축전 장치의 상태에 따라 상기 복수의 액추에이터의 동작 속도를 저감하는 속도 저감 모드와, 상기 복수의 액추에이터의 동작 속도의 저하가 해제된 통상 모드를 갖고,
상기 속도 저감 모드에서 상기 복수의 액추에이터 중 2개 이상의 액추에이터를 동시에 움직이게 하는 복합 동작을 행할 때에, 상기 복수의 액추에이터의 동작 속도의 비율을, 상기 통상 모드에서의 비율로 유지하도록, 상기 복수의 액추에이터의 출력을 저감하는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설 기계.
제1항에 있어서, 상기 복수의 액추에이터 중 하나의 액추에이터는 상기 유압 펌프로부터의 압유에 의해 구동하는 선회 유압 모터이며,
상기 차체에는, 상기 발전 전동기 및 상기 축전 장치에 전기적으로 접속되고, 상기 선회 유압 모터와의 복합 토크로 상기 선회체를 선회 동작시키는 선회 전동기를 설치하고,
상기 컨트롤러는 상기 선회 전동기의 출력을 제어하는 기능을 구비하고, 상기 속도 저감 모드에서 상기 복합 동작을 행할 때이며, 상기 선회 전동기와 상기 발전 전동기가 동시에 역행 작용할 때에는, 상기 발전 전동기의 출력의 감소값을 상기 선회 전동기의 출력의 감소값보다도 크게 하여 이루어지는 하이브리드 건설 기계.
제1항에 있어서, 조작량에 따라 상기 선회체를 선회 동작시키는 선회 조작 장치를 더 구비하고,
상기 컨트롤러는 상기 선회체의 선회 속도와 상기 복수의 액추에이터 중 상기 선회 유압 모터 이외의 액추에이터의 동작 속도의 비율을, 상기 선회 조작 장치의 조작량과 상기 액추에이터 조작 장치의 조작량에 기초하여 결정하여 이루어지는 하이브리드 건설 기계.
제2항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 축전 장치의 축전량, 상기 축전 장치의 온도, 상기 발전 전동기의 온도, 상기 선회 전동기의 온도 중 적어도 하나의 조건에 따라 상기 통상 모드로부터 상기 속도 저감 모드로 천이하여 이루어지는 하이브리드 건설 기계.
제1항에 있어서, 상기 통상 모드와 상기 속도 저감 모드 중 어느 한쪽을 선택 가능한 모드 선택 스위치를 더 구비하고,
상기 컨트롤러는 상기 모드 선택 스위치에 의해 선택된 모드에 따라 상기 액추에이터의 동작 속도를 설정하여 이루어지는 하이브리드 건설 기계.
제1항에 있어서, 상기 엔진의 최대 출력은 상기 유압 펌프의 최대 동력보다도 작게 하여 이루어지는 하이브리드 건설 기계.