WO2010087363A1 - ハイブリッド型作業機械及び蓄電制御装置 - Google Patents

Abstract

　ハイブリッド型作業機械は、電力の供給によって駆動される力行動作、及び電力を発生する回生動作を行う第１の電動機と、第１の電動機の出力を制御する第１の電気回路と、第１の電動機に電力を供給し、及び第１の電動機からの回生電力を蓄電するバッテリと、バッテリの充放電電流を制御する充放電回路と、機器を駆動するためのバッテリの充放電を制御する制御装置とを含む。制御装置は、バッテリの出力に係わる複数の条件の各々に関してバッテリの出力を制限する割合を表すレベルを算出する。制御装置は、算出した各レベルに基づいてバッテリの充放電電流を制限する。

Description

ハイブリッド型作業機械及び蓄電制御装置

　本発明はハイブリッド型作業機械及び蓄電制御装置に係り、特に運動エネルギや位置エネルギを電気エネルギに変換して蓄電系に蓄電し、蓄電された電気エネルギを利用して駆動系を駆動するハイブリッド型作業機械及びそのような作業機械の蓄電を制御する蓄電制御装置に関する。

　省エネルギ化や環境問題への対応を目的として、自動車や建設作業に用いられる作業機械において、ハイブリッド化が進められている。ハイブリッド式自動車では、蓄電器からの電力によって走行用電動機を駆動し、エンジンの動力により発電して蓄電器を充電する。ハイブリッド式建設機械では、蓄電器からの電力によって電動発電機を駆動してエンジンをアシストし、エンジンの動力により電動発電機を駆動して発電し、蓄電器を充電する。

　蓄電器は繰り返し充放電が行なわれるため、使用時間が長くなるほど劣化する。蓄電器としてキャパシタを用いた場合、キャパシタの劣化が進むと内部抵抗が大きくなり発熱量も増え最悪の事態として電極が短絡するおそれがある。キャパシタの内部電極が短絡すると、溶断などを起し、使用不可となる。

　また、充放電を繰り返す長期間の使用により、または過充電、過放電や発熱により、キャパシタは劣化する。キャパシタの内部抵抗を測定することにより、キャパシタの劣化状態を判定することができる（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７－１５５５８６号公報 特開平７－３２６５４８号公報

　キャパシタの劣化による寿命は、例えば外気温度等の使用時間以外の他の様々な要因に左右されるため、使用時間のみに基づく判断では、劣化の程度を精確に判定することができない。劣化の程度の判断が精確でないと、キャパシタの劣化がかなり進んでいるにもかかわらず、通常状態と同様な条件で使用してしまうおそれがある。そのような場合、キャパシタに無理な負荷がかかることとなり、キャパシタの劣化の進み具合が加速され、早期にキャパシタが使用不可の状態となってしまう。

　また、キャパシタが過熱した状態で充放電を行うと、キャパシタの劣化が促進される。キャパシタの内部抵抗は低温状態において高くなるため、低温の状態で通常の充放電を行うことは好ましくない。

　本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、蓄電器の充放電電流を制御して劣化を抑制することのできるハイブリッド型作業機械及び蓄電制御装置を提供することを目的とする。

　本発明の一実施態様によれば、電力の供給によって駆動される力行動作、及び電力を発生する回生動作を行う第１の電動機と、該第１の電動機の出力を制御する第１の電気回路と、該第１の電動機に電力を供給し、及び該第１の電動機からの回生電力を蓄電するバッテリと、該バッテリの充放電電流を制御する充放電回路と、機器を駆動するためのバッテリの充放電を制御する制御装置とを有し、該制御装置は、該バッテリの出力に係わる複数の条件の各々に関して該バッテリの出力を制限する割合を表すレベルを算出し、算出した各レベルに基づいて該バッテリの充放電電流を制限するハイブリッド型作業機械が提供される。

　また、本発明の他の実施態様によれば、機器を駆動するためのバッテリの充放電を制御する蓄電制御装置であって、該バッテリの出力に係わる複数の条件の各々に関して該バッテリの出力を制限する割合を表すレベルを算出し、算出した各レベルに基づいて該バッテリの充放電電流を制限する蓄電制御装置が提供される。

　本発明によれば、蓄電器の充放電電流を制御して劣化を抑制し、且つ安定に電力を供給することのできるハイブリッド型作業機械を実現することができる。

本発明が適用されるハイブリッド型作業機械の一例であるハイブリッド式ショベルの側面図である。 本発明の第１実施例によるハイブリッド式ショベルの機能ブロック図である。 蓄電系のブロック図である。 本発明の第１実施例による蓄電制御装置として機能する制御装置の機能ブロック図である。 外気温度範囲に対する内部抵抗値補正レベルを示す図である。 キャパシタの使用時間と内部抵抗の関係を示すグラフである。 故障内容に対するワーニングレベルを示す図である。 キャパシタの劣化が進んでいても初期状態のときと同じ大きさの最大充放電電流とした場合のキャパシタの劣化の進み具合を示すグラフである。 使用時間が長くなるにつれて最大充放電電流を制限して低減した場合のキャパシタの劣化の進み具合を示すグラフである。 使用年数が経過し且つ外気温度が低い場合に、ハイブリッド式油圧ショベルを運転したときの出力制限レベルの推移を示すグラフである。 図１０に示す運転条件において軽度の故障が発生した場合に、ハイブリッド式油圧ショベルを運転したときの出力制限レベルの推移を示すグラフである。 図１１に示す運転条件において軽度の故障が発生した後にサービスマンが補正レベルを変更して下げた場合の出力制限レベルの推移を示すグラフである。 本発明が適用可能な作業機械の一例としてのフォークリフトの側面図である。 図１３に示すフォークリフトの駆動系のブロック図である。 コンバータの等価回路図である。 本発明の第２実施例によるハイブリッド式ショベルの運転状態の推移を示す図である。 第１の高温異常状態になる例を示すタイムチャートである。 第２の高温異常状態になる例を示すタイムチャートである。 低温異常状態になる例を示すタイムチャートである。

　次に、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

　まず、本発明が適用されるハイブリッド型作業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。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機能ブロック図である。図２において、機械的動力系は二重線で表され、高圧油圧ラインは太い実線で表され、電気系統は細い実線で表され、パイロットラインは破線で表される。

　図２に示すように、エンジン１１の駆動軸は変速機１３の入力軸に連結されている。エンジン１１としては、燃料の燃焼によって駆動力を発生するエンジン、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関が用いられる。エンジン１１は、作業機械の運転中は、常時駆動されている。

　電動発電機１２の駆動軸が、変速機１３の他の入力軸に連結されている。電動発電機１２は、電動（アシスト）運転と、発電運転との双方の運転動作を行うことができる。電動発電機１２として、例えば磁石がロータ内部に埋め込まれた内部磁石埋込型（ＩＭＰ）モータが用いられる。

　変速機１３は、２つの入力軸と１つの出力軸とを有する。変速機１３の出力軸には、メインポンプ１４の駆動軸が連結されている。

　エンジン１１に加わる負荷が大きい場合には、電動発電機１２がアシスト運転を行い、電動発電機１２の駆動力が変速機１３を介してメインポンプ１４に伝達される。これにより、エンジン１１に加わる負荷が軽減される。一方、エンジン１１に加わる負荷が小さい場合には、エンジン１１の駆動力が変速機１３を介して電動発電機１２に伝達される。これにより、電動発電機１２が発電運転される。電動発電機１２のアシスト運転と発電運転との切り替えは、電動発電機１２に接続されたインバータ１８により行われる。インバータ１８は、制御装置３０により制御される。

　制御装置３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）３０Ａ及び内部メモリ３０Ｂを含む。ＣＰＵ３０Ａは、内部メモリ３０Ｂに格納されている駆動制御用プログラムを実行する。制御装置３０は、表示装置３５に各種装置の劣化状態等を表示することにより、運転者の注意を喚起する。

　メインポンプ１４は、高圧油圧ライン１６を介して、コントロールバルブ１７に油圧を供給する。コントロールバルブ１７は、運転者からの指令に基づいて、油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びパケットシリンダ９に油圧を分配する。油圧モータ１Ａ及び１Ｂは、それぞれ図１に示した下部走行体１に備えられた左右の２本のクローラを駆動する。

　電動発電機１２の電気系統の入出力端子が、インバータ１８を介して蓄電系９０に接続されている。インバータ１８は、制御装置３０からの指令に基づき、電動発電機１２の運転制御を行う。蓄電系９０には、さらに、他のインバータ２０を介して旋回用電動機２１が接続されている。蓄電系９０及びインバータ２０は、制御装置３０により制御される。

　電動発電機１２がアシスト運転されている期間は、必要な電力が、蓄電系９０から電動発電機１２に供給される。電動発電機１２が発電運転されている期間は、電動発電機１２によって発電された電力が、蓄電系９０に供給される。

　旋回用電動機２１は、インバータ２０からのパルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号により交流駆動され、力行動作及び回生動作の双方の運転を行うことができる。旋回用電動機２１には、例えばＩＭＰモータが用いられる。ＩＭＰモータは、回生時に大きな誘導起電力を発生する。

　旋回用電動機２１の力行動作中は、旋回用電動機２１の回転力が変速機２４を介して、図１に示した旋回機構２に伝達される。この際、変速機２４は、回転速度を遅くする。これにより、旋回用電動機２１で発生した回転力が増大して、旋回機構２に伝達される。また、回生運転時には、上部旋回体３の回転運動が、変速機２４を介して旋回用電動機２１に伝達されることにより、旋回用電動機２１が回生電力を発生する。この際、変速機２４は、力行運転の時とは逆に、回転速度を速める。これにより、旋回用電動機２１の回転数を上昇させることができる。

　レゾルバ２２が、旋回用電動機２１の回転軸の回転方向の位置を検出する。検出結果は、制御装置３０に入力される。旋回用電動機２１の運転前と運転後における回転軸の回転方向の位置を検出することにより、旋回角度及び旋回方向を求めることができる。

　メカニカルブレーキ２３は旋回用電動機２１の回転軸に連結されており、メカニカルブレーキ２３は機械的な制動力を発生する。メカニカルブレーキ２３の制動状態と解除状態とは、制御装置３０からの制御を受け、電磁的スイッチにより切り替えられる。

　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。パイロットポンプ１５が発生したパイロット圧は、パイロットライン２５を介して操作装置２６に供給される。操作装置２６は、レバーやペダルを含み、運転者によって操作される。操作装置２６は、パイロットライン２５から供給される１次側の油圧を、運転者の操作に応じて、２次側の油圧に変換する。２次側の油圧は、油圧ライン２７を介してコントロールバルブ１７に伝達されると共に、他の油圧ライン２８を介して圧力センサ２９に伝達される。

　圧力センサ２９で検出された圧力の検出結果が、制御装置３０に入力される。これにより、制御装置３０は、下部走行体１、旋回機構２、ブーム４、アーム５、及びバケット６の操作の状況を検知することができる。特に、本発明の一実施例によるハイブリッド型作業機械では、油圧モータ１Ａ、１Ｂのみならず、旋回用電動機２１も旋回機構２を駆動する。このため、旋回機構２を制御するためのレバーの操作量を高精度に検出することが望まれる。制御装置３０は、圧力センサ２９を介して、このレバーの操作量を高精度に検出することができる。

　さらに、制御装置３０は、下部走行体１、旋回機構２、ブーム４、アーム５、及びバケット６のいずれも運転されておらず、蓄電系９０への電力の供給及び蓄電系９０からの電力の強制的な取り出しのいずれも行われていない状態（非運転状態）を検出することができる。

　図３は蓄電系９０のブロック図である。蓄電系９０は、変動電圧蓄電部としてバッテリ（キャパシタ）１９を有している。本実施例ではバッテリとしてキャパシタ(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であればどのような電池であってもよい。キャパシタ１９は、昇降圧用コンバータ１００を介して一定電圧蓄電部であるＤＣバス１１０に接続されている。インバータ１８，２０はＤＣバス１１０に接続される。

　図２において、制御装置３０が本発明の第１実施例による蓄電制御装置として機能する。制御装置３０は、蓄電系９０（昇降圧コンバータ１００）に接続され、キャパシタ１９の充放電電流を制御して、キャパシタ１９の劣化を抑制する。

　ここで、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。

　上述のブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、及び走行用油圧モータ１Ａ，１Ｂは、メインポンプ１４からの油圧により駆動される油圧負荷に相当する。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し、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に供給される。

　電気負荷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。電気負荷にはバッテリ１９からコンバータ１００を介して電力が供給され駆動される。電気負荷が駆動されている場合を力行運転と称する。電気負荷は、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９０のＤＣバス１１０に供給され、コンバータ１００を介してキャパシタ１９に蓄積されるか、あるいはインバータ１８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９０のキャパシタ１９は、上述のように電気負荷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９０のキャパシタ１９に供給して充電することもできる。本実施形態ではバッテリの一例であるキャパシタ１９として電気二重層コンデンサを用いることとする。

　以上のような駆動制御が行なわれるハイブリッド式ショベルにおいて、蓄電制御装置として機能する制御装置３０はキャパシタ１９の充放電電流を制御することにより、蓄電系９０におけるキャパシタ１９の劣化の進行を抑制する。具体的には、蓄電制御装置として機能する制御装置３０はキャパシタ１９の出力に係わる複数の条件を考慮して充放電電流を制限することで、キャパシタ１９が充放電する際にキャパシタ１９にかかる負荷を低減して装置の異常発生を抑制するとともに、キャパシタ１９の劣化の進行を抑制する。

　ここで、考慮する複数の制御情報として以下の４つの情報がある。

　１）内部抵抗
　寒冷地などでハイブリッド式油圧ショベルを運転する場合は、キャパシタ１９の温度が低くなり、それに応じてキャパシタ１９の内部抵抗が大きくなる。このような状態で、大きな電流をキャパシタ１９に流そうとするとキャパシタ１９の損失が大きくなり、さらにはＳＯＣの計測誤差も大きくなってしまうので、キャパシタ１９の充放電電流を制限することが望ましい。

　２）運転条件の設定
　例えばサービスマンの判断あるいはユーザの要望により、キャパシタ１９の出力を制限するように設定されることがある。

　３）劣化状態（劣化指数）
　積算使用時間が長くなるにつれてキャパシタ１９の充放電回数も多くなり、キャパシタ１９は劣化する。キャパシタ１９が劣化すると内部抵抗が大きくなり、その分キャパシタ１９の発熱も大きくなる。キャパシタ１９の温度上昇は劣化の大きな要因の一つであり、温度上昇が大きくなることでさらに劣化が進む。これにより、内部抵抗が増加し、さらに、静電容量が減少する。これらのことを考慮して劣化指数が決定される。

　４）故障状態
　ハイブリッド式ショベルの各部に故障が発生した場合でも、故障の種類や程度によっては、ハイブリッド式ショベルの運転を継続できる場合がある。そのような状態のときに、キャパシタ１９を通常と同様に充放電させると故障の程度が悪化したり、キャパシタ１９に加わる負荷が増大して劣化の進行が早まることがある。

　本実施例では、制御装置３０が以上の４つの条件を考慮してキャパシタ１９の出力を制限することで、キャパシタ１９の劣化の進み具合を抑制し、運転上の異常を発生させることなく、キャパシタ１９の寿命がなるべく長くなるようにハイブリッド式ショベルの運転を制御する。

　図４は蓄電制御装置として機能する制御装置３０の機能ブロック図である。制御装置３０には、上述の４つの条件に関する制御情報が入力される。

　まず、１）制御情報としてキャパシタ１９の内部抵抗値が制御装置３０に入力される。制御装置３０の個別レベル算出部４０ａは、キャパシタ１９の内部抵抗値から内部抵抗補正レベルを算出し、算出した内部抵抗補正レベルを最終レベル算出部４０ｂに供給する。内部抵抗値は実測したものを使用することが望ましいが、できないときは、簡易的に外気温から推定してレベルを決めることが可能である。

　内部抵抗補正レベルは、図５に示すように、外気温度の範囲によってレベル付けされる。例えば、外気温度が０℃以上のときはレベル０と設定され、外気温度が－１０℃以上０℃未満のときはレベル１と設定され、外気温度が－２０℃以上－１０℃未満のときはレベル２と設定され、外気温度が－３０℃以上－２０℃未満のときはレベル３と設定され、外気温度が－４０℃以上－３０℃未満のときはレベル４と設定され、外気温度が－４０℃未満のときはレベル５と設定される。なお、外気温度の範囲及び設定されるレベルの値は、図５に示されたものに限られず、温度範囲及び対応するレベルの値は適宜設定することができる。

　次に、２）運転条件の設定を表わす制御情報としては、設定補正レベルが蓄電制御装置４０に直接入力されるので、レベルを算出する必要はない。運転条件の設定を表わす制御情報としての設定補正レベルは、最終レベル算出部４０ｂに供給される。

　また、３）キャパシタ劣化情報（劣化指数）が制御装置３０に入力される。制御装置３０の個別レベル算出部４０ａは、キャパシタ１９の劣化情報からキャパシタ劣化レベルを算出し、算出した劣化レベルを最終レベル算出部４０ｂに供給する。

　キャパシタ劣化情報として、例えばキャパシタの内部抵抗値の増加量を計測し、増加量に応じて劣化レベルを定義することができる。さらに、静電容量の減少量も計測する場合には、静電容量の減少量を考慮してもよい。さらに、内部抵抗を計測できない場合には、使用年数により劣化レベルを推定することもできる。この場合、キャパシタの積算使用時間（使用年数）とその内部抵抗とは図６のグラフに示すような関係があることが知られており、キャパシタの使用年数が長いほど内部抵抗は大きくなる。したがって、キャパシタの内部抵抗から劣化の程度を推定することができる。また、劣化状態は静電容量の計測値を使用してもよい。

　本実施例では、図６のグラフに示すように、キャパシタの内部抵抗が抵抗値１未満のときは劣化レベル０と設定され、抵抗値１以上２未満までは劣化レベル１と設定され、抵抗値２以上３未満までは劣化レベル２と設定され、抵抗値３以上４未満までは劣化レベル３と設定され、抵抗値４以上のときは劣化レベル４と設定される。抵抗値は具体的な数値でもよく、あるいは、初期の抵抗値を１００％として、初期の抵抗値に対する割合％で表してもよい。例えば、図１１において、初期抵抗値０を１００％として、抵抗値１が１２０％、抵抗値２が１３５％、抵抗値３が１５０％、抵抗値４が１６０％、抵抗値５が１８０％というように設定することとしてもよい。なお、内部抵抗の範囲及び設定されるレベルの値は、図１１に示されたものに限られず、内部抵抗の値の範囲及び対応する劣化レベルの値は適宜設定することができる。

　さらに、４）故障状態を表わす制御情報としてワーニング情報が蓄電制御装置４０に入力される。制御装置３０の個別レベル算出部４０ａは、ワーニング情報からワーニングレベルを算出し、算出したワーニングレベルを最終レベル算出部４０ｂに供給する。

　故障状態を表わす制御情報は、ハイブリッド式ショベルの運転を制御する制御部から入力される情報であり、上述のようにハイブリッド式ショベルを継続して運転しても差し支えないような軽度の故障に関する情報である。このような軽度の故障として、図７に示すような故障がある。軽度の故障においても重要度があり、各々の故障にワーニングレベルが設定される。本実施例では、例えば、メイン制御部のデータに異常があるという故障にはワーニングレベル０が設定され、ハイブリッド式油圧ショベルの各部の温度を検出するサーミスタが断線したという故障にはワーニングレベル１が設定され、キャパシタ冷却用ファンの動作不良という故障にはワーニングレベル２が設定される。複数の故障が同時に発生している場合は、それぞれの故障内容に対応するワーニングレベルのうち最大の値が選択される。なお、故障の内容とワーニングレベルの値は、図１２に示すものに限られず、故障の内容及びその故障による影響を考慮してワーニングレベルを適宜設定すればよい。

　制御装置３０の最終レベル算出部４０ｂは、供給された内部抵抗補正レベルと設定補正レベルと劣化レベルとワーニングレベルとに基づいてバッテリ１９の出力制限レベルを算出する。本実施例では、内部抵抗補正レベルと設定補正レベルと劣化レベルとワーニングレベルとを合算した値を出力制限レベルとする。算出した出力制限レベルは制御装置３０の制限割合算出部４０ｃに供給される。

　制御装置３０の制限割合算出部４０ｃは、最終レベル算出部４０ｂから供給される出力制限レベルの値から、出力係数を算出する。図９に示すように、出力係数テーブルから出力制限レベルの値に対応する出力係数を求めることとしてもよい。制限割合算出部４０ｃは、算出した出力係数を電流値算出部４０ｄに供給する。

　制御装置３０の電流値算出部４０ｄは、初期入力制限用充電電流制限値に出力係数を掛けて入力制限用充電電流制限値を算出し、蓄電系９０の昇降圧コンバータ１００に出力する。初期入力制限用充電電流制限値は変数（パラメータ）で設定された値であり、キャパシタ１９への充電電流の最大値（すなわち、制限値）を示す充電電流値である。昇降圧コンバータ１００はキャパシタ１９への充電電流が電流入力制限用充電電流制限値以下になるように制御する。また、電流値算出部４０ｄは、出力制限用放電電流制限値に出力係数を掛けて出力制限用放電電流制限値を算出し、蓄電系９０の昇降圧コンバータ１００に出力する。出力制限用放電電流制限値は、キャパシタ１９からの放電電流の最大値（すなわち、制限値）を示す放電電流値であり、昇降圧コンバータ１００はキャパシタ１９からの放電電流が出力制限用放電電流制限値以下になるように制御する。

　以上のように、本実施例では、１）内部抵抗、２）運転条件の設定、３）劣化レベル、４）故障状態、という４つの要因のそれぞれについて単独で電流制限レベルを決定し、４つの要因の各々から得られる電流制限レベルを合算して最終的な電流制限レベルを決定する。この最終的な電流制限レベルに応じて充放電電流を制限することで、キャパシタ１９に加わる負荷を低減し、キャパシタ１９の劣化の進行を遅らせて寿命を延すことができるとともに装置の異常の発生を抑制することができる。

　ここで、キャパシタ１９の劣化の進行程度と電流制限レベルについて、３）使用時間の要因を例にとって説明する。図８に示すようにキャパシタ１９の劣化が進んでいてもキャパシタが初期状態のときと同じ大きさの最大充放電電流に設定した場合（すなわち、電流制限量を一定とした場合）と、図９に示すように使用時間が長くなるにつれて最大充放電電流を制限して低減した場合（すなわち、電流制限量を大きくする場合）では、キャパシタの劣化の進み具合が異なる。使用時間が長くなるにつれて電流制限量を大きくする場合（すなわち、電流制限を行なう）のほうが、電流制限量を一定とする（すなわち、電流制限をしない）場合よりも劣化の進み具合が遅くなり、キャパシタの寿命を延すことができる。本実施例では、以上のようなキャパシタの電流値の大きさとキャパシタの劣化の進み具合の関係を考慮して、キャパシタの劣化程度やキャパシタの状態に応じて充放電電流値を制限することで、キャパシタの劣化の進行を抑制するものである。

　次に、いくつかの運転例における出力制限レベルの推移について説明する。

　図１０は使用年数が経過した（キャパシタがある程度劣化した）場合で、外気温度が低い場合において、上述のハイブリッド式油圧ショベルを運転したときの出力制限レベルの推移を示すグラフである。図１０の（Ａ）はキャパシタの劣化の進み具合を示すグラフであり、使用日数が増えるにつれて劣化レベルが段階的にレベル０からレベル４まで進むことが示されている。ここで、この運転例は、キャパシタの使用日数が約１０００日となった時点での数日間に渡る運転例とする。

　図１０の（Ｂ）はその数日間の運転におけるキャパシタの内部抵抗補正レベルの推移を示すグラフである。グラフ中には、外気温度の変化が示されており、また、内部抵抗補正レベルの切り替え温度として＋０℃と－１０℃が点線で示されている。外気温度が切り替え温度＋０℃以上のときは、内部抵抗補正レベルは０になるように設定される。また、外気温度が切り替え温度０℃より低く、切り替え温度－１０℃以上のときは、内部抵抗補正レベルは１になるように設定される。さらに、外気温度が切り替え温度－１０℃より低いときは、内部抵抗補正レベルは２になるように設定される。このように、外気温度が低いほど内部抵抗は大きくなるので、内部抵抗補正レベルも高いレベルに設定される。

　図１０の（Ｃ）は図１０の（Ｂ）に示す数日間における出力制限レベルの推移を示すグラフである。この数日間におけるキャパシタの劣化レベルは図１０の（Ａ）に示すように２であり、且つ内部抵抗補正レベルは外気温度の変化に伴って０から２の間で変化している。したがって、出力制限レベルは劣化レベルと内部抵抗補正レベルとを合算した値となり、図１０の（Ｃ）に示すように２から４の間で推移する。

　例えば、１０００日目の昼頃は、外気温度が上昇して０℃を越えているので内部抵抗補正レベルは０である。そこで、出力制限レベルは内部抵抗補正レベル０と劣化レベル２とを合算してレベル２となる。１０００日目の夜になると外気温度が下降して０℃より低くなるので内部抵抗補正レベルは１となる。そこで、出力制限レベルは内部抵抗補正レベル１と劣化レベル２とを合算してレベル３となる。また、１００１日目の朝方になると、外気温度がさらに下降して－１０℃より低くなっているので内部抵抗補正レベルは２となる。そこで、出力制限レベルは内部抵抗補正レベル２と劣化レベル２とを合算してレベル４となる。このように、短期間では劣化レベルは一定であるが、一日の外気温度の変化に伴い内部抵抗補正レベルが変動し、それに伴って出力制限レベルも変化する。

　図１１は図１０に示す運転条件において、軽度の故障が発生した場合に、上述のハイブリッド式ショベルを運転したときの出力制限レベルの推移を示すグラフである。図１１の（Ａ）はキャパシタの劣化レベルを示すグラフであり、図１１の（Ａ）に示すように劣化レベルは２である。図１１の（Ｂ）は内部抵抗補正レベルを示すグラフであり、図１１の（Ｂ）に示すグラフと同じである。

　図１１の（Ｃ）はワーニングレベルを示すグラフである。１０００日目の朝方に故障が発生したため、ワーニングレベルが０から１に変えられたことが示されている。この故障は軽度であり、ハイブリッド式油圧ショベルを継続して運転できるような故障である。

　図１１の（Ｄ）は出力制限レベルの推移を示すグラフである。この数日間におけるキャパシタの劣化レベルは図１１の（Ａ）に示すように２であり、且つ内部抵抗補正レベルは外気温度の変化に伴って０から２の間で変化し、且つワーニングレベルは０から１へと変更されている。したがって、出力制限レベルは劣化レベルと内部抵抗補正レベルとワーニングレベルとを合算した値となり、図１１の（Ｄ）に示すように２から５の間で推移する。特に、故障が発生した後には、ワーニングレベルが一段階高くなったので、出力制限レベルも全体に一段階上がって３から５の間で推移している。

　図１２は図１１に示す運転条件において、軽度の故障が発生した後にサービスマンが補正レベルを変更して下げた場合の出力制限レベルの推移を示すグラフである。図１２の（Ａ）はキャパシタの劣化レベルを示すグラフであり、図１２の（Ａ）に示すように劣化レベルは２である。図１２の（Ｂ）は内部抵抗補正レベルを示すグラフであり、図１１の（Ｂ）に示すグラフと同じである。図１２の（Ｃ）はワーニングレベルを示すグラフであり、図１１の（Ｃ）に示すグラフと同じである。

　図１２の（Ｄ）は補正レベルを示すグラフである。故障が発生した後に１００１日目の昼頃にサービスマンが点検し、サービスマンがこの故障による影響が無いと判断して設定補正レベルを一段階引き下げて、－１としている。すなわち、この故障がある状態でバッテリを通常に使用しても、故障が悪化することは無くまたキャパシタの劣化を促進することも無いという判断の下で、故障が発生したためにワーニングレベルが引き上げられて出力制限レベルが引き上げられた分を相殺するように、設定補正レベルを引き下げている。

　図１２の（Ｅ）は出力制限レベルの推移を示すグラフである。この数日間におけるキャパシタの劣化レベルは図１２の（Ａ）に示すように２であり、且つ内部抵抗補正レベルは外気温度の変化に伴って０から２の間で変化し、且つワーニングレベルは０から１へと変更され、その後補正レベルが０から－１へと変更されている。したがって、出力制限レベルは劣化レベルと内部抵抗補正レベルとワーニングレベルと設定補正レベルとを合算した値となり、図１２の（Ｅ）に示すように２から５の間で推移する。特に、故障が発生した後には、ワーニングレベルが一段階高くなったので、出力制限レベルも全体に一段階上がって３から５の間で推移し、その後サービスマンが設定補正レベルを一段階引き下げたので、出力制限レベルも全体に一段階下がって２から４の間で推移している。

　以上説明したように、本実施例による蓄電制御装置は、バッテリ（一例としてキャパシタ）の出力に係わる複数の条件の各々に関してバッテリの出力を制限する割合を表すレベルを算出し、算出した各レベルに基づいてバッテリの充放電電流を制限する。これにより、バッテリの劣化の進み具合を抑制し、バッテリの寿命がなるべく長くなるようにハイブリッド式ショベルの運転を制御する。

　上述の第１実施例は、ハイブリッド式ショベルを例にとって説明したが、本発明は他の作業機械あるいは作業機械以外の機器にも適用することもできる。本発明による蓄電制御装置が実施する制御方法が適用可能な他の作業機械として、図１３に示すフォークリフトが挙げられる。

　図１３に示すフォークリフトは、運転者が乗り込んで着座するための運転席５０、荷物を持ち上げるためのフォーク５２、走行するための前輪５４及び後輪５６等を有する。フォーク５２は荷役モータ（図示せず）で駆動されて上下に移動する。また、前輪５４は駆動輪であり、走行モータ（図示せず）により駆動される。荷役モータ及び走行モータはバッテリからの電力により駆動される。

　図１４は、図１３に示すフォークリフトの駆動系のブロック図である。荷役モータ５８はインバータ６０を介してバッテリ６２に接続される。バッテリ６２からの電力がインバータ６０を介して荷役モータ５８に供給されて荷役モータ５８が駆動され、これによりフォーク５２が駆動される。また、走行モータ６４はインバータ６６を介してバッテリ６２に接続される。バッテリ６２からの電力がインバータ６６を介して走行モータ６４に供給されて走行モータ６４が駆動され、これにより前輪５４が駆動されてフォークリフトが走行する。上述の蓄電制御装置をフォークリフトに設けることでバッテリ６２の充放電電流を制限し、バッテリ６２の劣化の進行を抑制することができる。

　次に、本発明の第２実施例について説明する。第２実施例では、上述の第１実施例における出力制限レベルとして、外気温などの影響によるキャパシタ内部抵抗値の変化に起因した内部抵抗補正レベルに着目して充放電制御を行なう。

　まず、第２実施例に用いられる蓄電系９０に関して詳細に説明する。図１５は、蓄電系９０の等価回路図である。蓄電系９０は、キャパシタ１９、コンバータ２００、及びＤＣバス１１０を含む。昇降圧コンバータ１００（以下、単にコンバータ１１０と称する）の一対の電源接続端子１０３Ａ、１０３Ｂにキャパシタ１９が接続されており、一対の出力端子１０４Ａ、１０４ＢにＤＣバス１１０が接続されている。電源接続端子１０３Ｂ、及び出力端子１０４Ｂは接地されている。

　ＤＣバス１１０は、インバータ１８、２０を介して、電動発電機１２及び旋回用電動機２１に接続されている。ＤＣバス１１０に発生している電圧が、電圧計１１１により測定され、測定結果が制御装置３０に入力される。

　昇圧用の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）１０２Ａのコレクタと、降圧用のＩＧＢＴ１０２Ｂのエミッタとが相互に接続された直列回路が、出力端子１０４Ａと１０４Ｂとの間に接続されている。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのエミッタが接地され、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂのコレクタが、高圧側の出力端子１０４Ａに接続されている。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａと降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂの相互接続点が、リアクトル１０１を介して、高圧側の電源接続端子１０３Ａに接続されている。

　昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂに、それぞれダイオード１０２ａ、１０２ｂが、エミッタからコレクタに向かう向きが順方向になる向きで並列接続されている。出力端子１０４Ａと１０４Ｂとの間に、平滑用のコンデンサ１０５が挿入されている。

　電源接続端子１０３Ａと１０３Ｂとの間に接続された電圧計１０６が、キャパシタ１９の端子間電圧を測定する。リアクトル１０１に直列に挿入された電流計１０７が、キャパシタ１９の充放電電流を測定する。電圧及び電流の測定結果は、制御装置３０に入力される。

　温度検出器３６が、キャパシタ１９の温度を検出する。検出された温度データは、制御装置３０に入力される。キャパシタ１９は、例えば直列接続された１４４個の電気二重層コンデンサを含む。温度検出器３６は、例えば１４４個の電気二重層コンデンサから選択された４個のコンデンサに対応して設けられた４個の温度計を含む。制御装置３０は、例えば、４個の温度計で取得された４個の温度の平均を算出し、平均値をキャパシタ１９の温度とする。なお、キャパシタの過熱状態を判定する際には、４個の温度が示す温度のうち最も高い温度を、キャパシタの温度として採用してもよい。逆に、キャパシタの温度が低下し過ぎた状態の判定には、４個の温度が示す温度のうち最も低い温度を、キャパシタの温度として採用してもよい。

　制御装置３０は、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂのゲート電極に、制御用のパルス幅変調（ＰＷＭ）電圧を印加する。

　制御装置３０は、内部メモリ３０Ｂを含む。内部メモリ３０Ｂは、充放電電流制限値記憶部３１及び旋回出力制限値記憶部３２を含んでいる。充放電電流制限値記憶部３１及び旋回出力制限値記憶部３２の役割については、図１６～図１９を参照しながら後述する。

　以下、昇圧動作（放電動作）について説明する。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのゲート電極にＰＷＭ電圧を印加する。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオフ時に、リアクトル１０１に、高圧側の電源接続端子１０３Ａから昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのコレクタに向かって電流を流す向きの誘導起電力が発生する。この起電力が、ダイオード１０２ｂを介してＤＣバス１１０に印加される。これにより、ＤＣバス１１０が昇圧される。

　次に、降圧動作（充電動作）について説明する。降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂのゲート電極に、ＰＷＭ電圧を印加する。降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂのオフ時に、リアクトル１０１に、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂのエミッタから高圧側の電源接続端子１０３Ａに向かって電流を流す向きの誘導起電力が発生する。この誘導起電力により、キャパシタ１９が充電される。なお、キャパシタ１９を放電する向きの電流を正とし、充電する向きの電流を負とする。

　図１６は、制御装置３０により制御される運転状態の遷移の一例を示す図である。運転状態は、通常、低温異常、第１の高温異常、第２の高温異常、及び高温異常回復待ち等の複数条件を含む。通常状態で運転中に、キャパシタ温度が第１の基準温度Ｔ１以上になると、運転状態は第１の高温異常状態（レベル１）に遷移する。第１の高温異常状態で運転中に、キャパシタ温度が第１の基準温度Ｔ１よりも低い高温異常回復温度ＴＨＲまで低下すると、運転状態は通常状態に戻る。

　第１の高温異常状態で運転中に、キャパシタ温度が、第１の基準温度Ｔ１よりも高い第２の基準温度Ｔ２以上になると、運転状態は第２の高温異常状態（レベル２）に遷移する。第２の高温異常状態で運転中に、キャパシタ温度が第２の基準温度Ｔ２まで低下すると、運転状態は高温異常回復待ち状態に遷移する。高温異常回復待ち状態で運転中に、作業者が回復指示の操作を行うと、現時点のキャパシタ温度と第１の基準温度Ｔ１との大小が比較される。キャパシタ温度が第１の基準温度Ｔ１以上の場合には、運転状態は第１の高温異常状態に遷移する。キャパシタ温度が第１の基準温度Ｔ１未満である場合には、運転状態は通常状態に戻る。回復指示の操作は、図２に示した操作装置２６により行われる。

　高温異常回復待ち状態のときに、キャパシタ温度が再度第２の基準温度Ｔ２以上になると、運転状態は第２の高温異常状態に戻る。

　通常状態で運転中に、キャパシタ温度が、第１の基準温度Ｔ１よりも低い第３の基準温度Ｔ３以下になったら、運転状態は低温異常状態に遷移する。低温異常状態で運転中に、キャパシタ温度が低温異常回復温度ＴＬＲ以上になったら、運転状態は通常状態に復帰する。

　図１７は、運転状態が通常状態から第１の高温異常状態になった後、通常状態に戻る場合における、運転状態の遷移を表すタイムチャートである。

　図１７の（Ａ）は、温度検出器１９で検出されたキャパシタ１９の温度を示すグラフである。時間経過と共にキャパシタ１９の温度が上昇し、時刻ｔ１に、第１の基準温度Ｔ１を超える。キャパシタ温度が第１の基準温度Ｔ１を超えると、図１６に示すように、運転状態は通常状態から第１の高温異常状態に遷移する。

　キャパシタ温度は、第２の基準温度Ｔ２に到達することなく、時刻ｔ２において、高温異常回復温度ＴＨＲまで低下する。時刻ｔ２において、運転状態は第１の高温異常状態から通常状態に戻る。高温異常回復温度ＴＨＲを、第１の基準温度Ｔ１よりも低く設定しておくことにより、第１の高温異常状態と通常状態との間での、短周期の遷移の繰り返しを防止することができる。このように、バッテリの出力に係わる複数の条件の各々に関して前記バッテリの出力を制限する割合を表すレベルを算出し、算出した各レベルに基づいて前記バッテリの充放電電流を制限することで、蓄電器の充放電電流を制御して劣化を抑制し、且つ安定に電力を供給することができる。

　図１７の（Ｂ）は、コンバータ１００の運転指令状態を示すグラフである。「ＯＮ」は、コンバータ１００が運転状態であることを示し、「ＯＦＦ」は、コンバータ１００が停止状態であることを示す。運転状態においては、図１５に示した昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂのゲート電極に、所定のＰＷＭ電圧が印加される。停止状態においては、図１５に示した昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂが常時非導通になっている。

　図１７の（Ｃ）は、図１５に示した電流計１０７で計測される充放電電流を示すグラフである。縦軸のＩＤＦ及びＩＣＦは、それぞれ異常時の放電電流及び充電電流の制限値を示し、ＩＤＮ及びＩＣＮは、それぞれ通常時の放電電流及び充電電流の制限値を示す。これらの制限値は、図１５に示した充放電電流制限値記憶部３１に格納される。充電電流の向きを負と定義したが、これらの充電電流の制限値ＩＣＮ、ＩＣＦは、電流の大きさを表すため、図１７の（Ｃ）に示したグラフでは、充電電流の制限値ＩＣＮ、ＩＣＦにマイナス符号を付している。異常時の充電電流の制限値ＩＣＦは、通常時の充電電流の制限値ＩＣＮよりも小さい。異常時の放電電流の制限値ＩＤＦは、通常時の放電電流の制限値ＩＤＮよりも小さい。

　制御装置３０は、充放電電流が、現在有効な制限値を超えないように、コンバータ１００を制御する。

　運転状態が通常状態の時、すなわち、時刻０からｔ１の間、及び時刻ｔ２以降では、キャパシタ１９の放電電流の制限値として通常時の制限値ＩＤＮが有効となり、充電電流の制限値として、通常時の制限値ＩＣＮが有効になる。どの制限値を有効にするかは、制御装置３０により決定される。運転状態が第１の高温異常状態の時、すなわち、時刻ｔ１からｔ２までの期間は、キャパシタ１９の放電電流の制限値として、高温異常時制限値ＩＤＦが有効とされ、充電電流の制限値として、高温異常時制限値ＩＣＦが有効とされる。

　充放電電流は、実際には図３に示したリアクトル１０１で発生する誘導起電力により、パルス的に流れる。「充放電電流の大きさ」は、厳密にはパルス的に流れる電流の時間平均値を意味する。充放電電流の大きさは、実際には、図１５に示した昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂのゲート電極に印加するＰＷＭ電圧の周波数を変化させることにより制御される。

　第１の高温異常状態のときに充放電電流の制限値として、より小さな制限値を有効にすることにより、キャパシタ１９からの発熱を抑制することができる。これにより、キャパシタ１９のさらなる温度上昇が抑制される。

　図１７の（Ｄ）は、エンジン１１の出力の変化を示すグラフである。通常時及び第１の高温異常時のエンジン１１の制限値ＰＥは同一である。制御装置３０は、エンジン１１の出力が制限値ＰＥを超えないようにエンジン１１を制御する。

　図１７の（Ｅ）は、旋回用電動機２１の出力の変化を示すグラフである。縦軸のＰＣＮ及びＰＣＦは、それぞれ通常時制限値及び高温異常時制限値を示す。高温異常時制限値ＰＣＦは、通常時制限値ＰＣＮよりも小さい。

　制御装置３０は、旋回用電動機２１の出力が、現時点の有効な制限値を超えないように、インバータ２０を制御する。運転状態が通常状態のとき、通常時制限値ＰＣＮを有効にし、運転状態が第１の高温異常状態のとき、高温異常時制限値ＰＣＦを有効にする。

　旋回用電動機２１は、電動発電機１２で発生した電力、及びキャパシタ１９から放電される電力により駆動される。第１の高温異常状態のときにキャパシタ１９の放電電流の制限値が小さくなっていることに対応して、旋回用電動機２１の出力の制限値が低くされている。これにより、電動発電機１２の発電動作時に、過剰な電気的負荷が加わることが防止される。

　図１７の（Ｆ）は、油圧出力の変化を示すグラフである。油圧出力の制限値ＰＰは、通常状態及び第１の高温異常状態に関わらず一定である。第１の高温異常状態の期間は、キャパシタ１９からの放電によるアシスト動作の出力が制約されるが、エンジン１１の出力を高めることにより、必要な油圧出力を得ることができる。このため、第１の高温異常状態のときでも、油圧出力の制限値ＰＰを小さくする必要はない。

　図１７の（Ｇ）は、表示装置３５の表示状態を示すグラフである。通常状態の時には、「通常」を表示し、第１の高温異常状態のときには、「異常１」を表示する。作業者は、この表示を視認することにより、現在の運転状態を認識することができる。

　図１８は、運転状態が第２の高温異常状態まで至る場合における、運転状態の遷移を表すタイムチャートである。図１８の（Ａ）～（Ｇ）は、図１７と同様に、それぞれキャパシタ温度、コンバータ運転指令、充放電電流、エンジン出力、旋回用電動機出力、油圧出力、及び表示装置の出力のグラフである。時刻ｔ１において、キャパシタ温度が第１の基準温度Ｔ１を超えて、運転状態は第１の高温異常状態に遷移している。その後、時刻ｔ３において、キャパシタ温度が第２の基準値Ｔ２を超え、運転状態は第２の高温異常状態に遷移する。

　運転状態が第２の高温異常状態になると、コンバータ運転指令が「ＯＦＦ」になる。すなわち、図１５に示す昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂが常時非導通になる。このため、リアクトル１０１の誘導起電力に基づく強制的な充電及び放電は行われなくなる。なお、出力端子１０４Ａ、１０４Ｂ間の電圧が、キャパシタ１９の端子間電圧よりも低くなると、ダイオード１０２ｂを通してキャパシタ１９の放電電流が流れる。

　充放電電流の制限値として、第１の高温異常状態のときの有効な制限値ＩＤＦ及びＩＣＦが維持される。ただし、コンバータ運転指令が「ＯＦＦ」であるため、充放電電流は殆ど流れない。

　エンジン出力及び油圧出力の制限値ＰＥ及びＰＰは、通常状態のときの制限値と同一である。旋回用電動機の出力の制限値として、第１の高温異常状態のときの制限値ＰＣＦが維持される。キャパシタ１９からの強制的な放電が行われないため、旋回用電動機２１は、電動発電機１２の発電動作により発生した電力で駆動される。また、電動発電機１２のアシスト動作は行われない。

　第２の高温異常状態になると、表示装置に「異常２」が表示される。第２の高温異常状態では、キャパシタ１９の充放電がほとんど行われないため、キャパシタ１９の温度の上昇が抑制され、さらにはキャパシタ１９の温度は低下し始める。

　時刻ｔ４において、キャパシタ１９の温度が第２の基準温度Ｔ２以下になると、図４に示すように、運転状態は高温異常回復待ちの状態に遷移する。このとき、表示装置には、「回復待ち」が表示される。

　時刻ｔ５において、作業者が回復指示の操作を行うと、コンバータ運転指令が「ＯＮ」になると共に、運転状態が遷移する。図６では、回復指示の操作時のキャパシタ温度が第１の基準温度Ｔ１以上であるため、運転状態が第１の高温異常状態に遷移する。なお、回復指示の操作時のキャパシタ温度が第１の基準温度Ｔ１未満である場合には、図１６に示すように運転状態は通常状態に遷移する。時刻ｔ６において、キャパシタ温度が高温異常回復温度ＴＨＲ以下になると、運転状態は通常状態に復帰する。

　第２の高温異常状態のときに、キャパシタ１９の強制的な充放電を行わないため、キャパシタ１９のさらなる温度上昇を抑制することができる。これにより、キャパシタ１９の劣化を抑制することができる。

　図１９は、運転状態が低温異常状態に至る場合の運転状態の遷移を表すタイムチャートである。図１９の（Ａ）～（Ｈ）は、それぞれ、キャパシタ温度、コンバータ運転指令、充放電電流、エンジン出力、旋回用電動機出力、油圧出力、電動発電機出力、及び表示装置の出力のグラフを示す。

　運転開始時のキャパシタ温度は、第３の基準温度Ｔ３以下であるとする。このとき、運転状態は、低温異常状態である。コンバータ運転指令は「ＯＮ」である。充放電電流のグラフの縦軸のＩＣＦＬ及びＩＤＦＬは、それぞれ低温時の充電電流制限値及び低温時の放電電流制限値を示す。低温時の充電電流制限値ＩＣＦＬは、通常時の充電電流の制限値ＩＣＮよりも小さく、低温時の放電電流制限値ＩＤＦＬは、通常時の放電電流の制限値ＩＤＮよりも小さい。低温異常状態のときには、低温異常時の制限値ＩＣＦＬ、及びＩＤＦＬを有効にする。

　旋回用電動機出力のチャートの縦軸のＰＣＦＬは、低温異常状態における出力制限値を示す。低温異常状態のときには、低温時の出力制限値ＰＣＦＬを有効にする。表示装置には、「低温異常」が表示される。

　電動発電機出力を示すチャートの縦軸のＰＡＦ及びＰＧＦは、それぞれ低温異常状態におけるアシスト動作出力制限値及び発電動作出力制限値を示す。縦軸のＰＡＮ及びＰＧＮは、それぞれ通常状態におけるアシスト動作出力制限値及び発電動作出力制限値を示す。制御装置３０は、現在有効な制限値を超えない範囲でアシスト動作及び発電動作が行われるように、インバータ１８を制御する。

　低温異常状態であって、かつ旋回用電動機２１が駆動されていないときには、低温異常時制限値ＰＡＦ及びＰＧＦを有効にし、アシスト動作と発電動作とが交互に繰り返されるように、制御装置３０がインバータ１８を制御する。旋回用電動機２１への電力の供給、及び旋回用電動機２１からの回生電力の取り出しがないため、電動発電機１２のアシスト動作時にキャパシタ１９に放電電流が流れ、発電動作時に充電電流が流れる。この充電電流及び放電電流により、キャパシタ１９で発熱が生じる。これにより、キャパシタ１９の温度を上昇させることができる。

　時刻ｔ１０において、キャパシタ温度が、第３の基準温度よりも高い低温異常回復温度ＴＬＲ以上になると、運転状態が通常状態に遷移する。充放電電流の制限値として、通常時の制限値ＩＤＮ、ＩＣＮを有効にし、旋回用電動機出力の制限値として、通常時の制限値ＰＣＮを有効にし、電動発電機出力のアシスト動作出力及び発電動作出力の制限値として、それぞれ通常時の制限値ＰＡＮ及びＰＧＮを有効にする。電動発電機１２の動作も、通常状態の動作に戻る。すなわち、負荷に応じて、アシスト動作または発電動作が切り替えられる。

　何らかの原因で、時刻ｔ１２においてキャパシタ温度が第３の基準温度Ｔ３以下になると、運転状態は低温異常状態に遷移する。各制限値として、低温異常時の制限値を有効にする。旋回用電動機２１の動作、及びキャパシタ１９の充放電動作に応じて、電動発電機１２のアシスト動作と発電動作とが切り替えられる。充放電電流の制限値を小さくすることにより、キャパシタ１９の内部抵抗が高い状態で、大きな電流が流れることを防止できる。

　時刻ｔ１２において、キャパシタ温度が低温異常回復温度ＴＬＲ以上になると、運転状態は通常状態に復帰する。

　本実施例では、通常状態時にコンバータ１００の運転指令が「ＯＮ」である場合について説明したが、コンバータ１００の運転指令が「ＯＦＦ」にされている場合もある。この場合も、各制限値は、上記実施例と同様に、運転状態に応じて有効になる。

　コンバータ１００の運転指令が「ＯＦＦ」のときには、図１５に示すダイオード１０２ｂを経由してキャパシタ１９から放電電流が流れることがある。この放電電流の大きさを制限する制御は、図２に示す電動発電機１２及び旋回用電動機２１の出力の合計値を制限することにより行われる。具体的には、コンバータ１００を通って流れる放電電流の大きさが、現時点で有効になっている制限値の範囲内に納まるように、電動発電機１２及び旋回用電動機２１の合計の出力の上限値を計算により求める。電動発電機１２及び旋回用電動機２１の合計の出力が、この上限値を超えないように、インバータ１８及び２０が制
御される。

　上記実施例では、ハイブリッド型作業機械として、旋回用電動機２１を回生動作させるショベルについて説明した。上記実施例で説明した蓄電系９０の制御方法は、巻き上げ用の駆動装置が備えられたクレーンに適用することも可能である。この場合には、巻き上げ対称物の位置エネルギが電気エネルギに変換される。発生した電気エネルギはキャパシタ１９に蓄電される。巻き上げ動作時には、キャパシタ１９からの放電電流、及び電動発電機１２からの発電電力により、巻上用電動機が駆動される。

　また、上記実施例で説明した蓄電系９０の制御方法は、リフティングマグネット型作業機械に適用することもできる。この場合、キャパシタ１９からの放電電流により、リフティングマグネットの吸着動作が行われる。

　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２８日出願の優先権主張日本特許出願２００９－０１６１３３号、及び２００９年２月１８日出願の優先権主張日本特許出願２００９－０３５７７９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型作業機械に適用可能である。

１　下部走行体（基体）
１Ａ、１Ｂ　油圧モータ
２　旋回機構
３　上部旋回体
４　ブーム
５　アーム
６　バケット
７　ブームシリンダ
８　アームシリンダ
９　バケットシリンダ
１０　キャビン
１１　エンジン
１２　電動発電機（第２の電動機）
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（第２の電気回路）
１９　キャパシタ（バッテリ）
２０　インバータ（第１の電気回路）
２１　旋回用電動機（第１の電動機）
２２　レゾルバ
２３　メカニカルブレーキ
２４　変速機
２５　パイロットライン
２６　操作装置
２７、２８　油圧ライン
２９　圧力センサ
３０　制御装置
３５　表示装置
３６　温度検出器
４０ａ　個別レベル算出部
４０ｂ　最終レベル算出部
４０ｃ　制限割合算出部
４０ｄ　電流算出部
５０　運転席
５２　フォーク
５４　前輪
５６　後輪
５８　荷役モータ
６０，６６　インバータ
６２　バッテリ
６４　走行モータ
１００　昇降圧コンバータ（キャパシタ充放電回路）
１０１　リアクトル
１０２Ａ　昇圧用ＩＧＢＴ
１０２Ｂ　降圧用ＩＧＢＴ
１０２ａ、１０２ｂ　ダイオード
１０３Ａ、１０３Ｂ　電源接続端子
１０４Ａ、１０４Ｂ　出力端子
１０５　平滑用コンデンサ
１０６　電圧計
１０７　電流計
１１０　ＤＣバス
１１１　電圧計　

Claims (15)

1. 　電力の供給によって駆動される力行動作、及び電力を発生する回生動作を行う第１の電動機と、
   　前記第１の電動機の出力を制御する第１の電気回路と、
   　前記第１の電動機に電力を供給し、及び前記第１の電動機からの回生電力を蓄電するバッテリと、
   　前記バッテリの充放電電流を制御する充放電回路と、
   　機器を駆動するためのバッテリの充放電を制御する制御装置と
   　を有し、
   　前記制御装置は、前記バッテリの出力に係わる複数の条件の各々に関して前記バッテリの出力を制限する割合を表すレベルを算出し、算出した各レベルに基づいて前記バッテリの充放電電流を制限するハイブリッド型作業機械。
2. 　請求項１記載のハイブリッド型作業機械であって、
   　前記制御装置は、前記レベルを前記複数の条件の各々に関して独立に算出し、算出した前記レベルを合算して求めた出力制限レベルに基づいて前記バッテリの充放電電流を制限するハイブリッド型作業機械。
3. 　請求項２記載のハイブリッド型作業機械であって、
   　前記制御装置は、前記出力制限レベルに対応する出力係数を初期設定された最大充放電電流に掛けて算出した制限値により、現在のバッテリの充放電電流を制限するハイブリッド型作業機械。
4. 　請求項１記載のハイブリッド型作業機械であって、
   　前記複数の条件に係わる制御情報は、外気温度を表す情報、前記機器の運転条件の設定を表す情報、前記バッテリの劣化を表す情報、及び前記機器の故障状態を表す情報を含むハイブリッド型作業機械。
5. 　請求項４記載のハイブリッド型作業機械であって、
   　前記制御装置は、
   　前記レベルを前記複数の条件の各々に関して独立に算出する個別レベル算出部と、
   　算出した前記レベルを合算して出力制限レベルを求める最終レベル算出部と、
   　前記出力制限レベルに対応する出力係数を算出する制限割合算出部と、
   　予め設定された初期出力制限用放電電流に前記出力係数を掛けて出力制限用放電電流を算出し、且つ予め設定された初期入力制限用充電電流に前記出力係数を掛けて入力制限用充電電流を算出する電流算出部と
   　を有するハイブリッド型作業機械。
6. 　請求項１記載のハイブリッド型作業機械であって、
   　前記バッテリの温度を検出する温度検出器をさらに有し、
   　前記制御装置は、前記温度検出器で検出された温度データが入力され、前記温度検出器で検出された温度が第１の基準温度以上になったとき、前記バッテリの充電電流及び放電電流が、通常時の制限値である第１の制限値よりも小さい第２の制限値を超えないように、前記キャパシタ充放電回路を制御するハイブリッド型作業機械。
7. 　請求項６記載のハイブリッド型作業機械であって、
   　前記制御装置は、前記温度検出器で検出された温度が第１の基準温度以上になったとき、さらに、前記第１の電動機の出力が、通常時の制限値である第３の制限値よりも小さい第４の制限値を超えないように前記第１の電気回路を制御するハイブリッド型作業機械。
8. 　請求項６に記載のハイブリッド型作業機械であって、
   　作業機械本体に対して旋回可能に取り付けられた旋回体をさらに有し、
   　前記第１の電動機は、前記旋回体を旋回させる回転駆動力を発生するハイブリッド型作業機械。
9. 　請求項６記載のハイブリッド型作業機械であって、
   　前記制御装置は、前記温度検出器で検出された温度が、前記第１の基準温度よりも低い第１の回復温度以下になったとき、前記キャパシタの充電電流及び放電電流の制限値を通常時の値に戻して、前記キャパシタ充放電回路を制御するハイブリッド型作業機械。
10. 　請求項６記載のハイブリッド型作業機械であって、
    　前記制御装置は、前記温度検出器で検出された温度が、前記第１の基準温度よりも高い第２の基準温度以上になったとき、前記キャパシタへの充電及び前記キャパシタからの強制的な放電を停止させるように前記キャパシタ充放電回路を制御するハイブリッド型作業機械。
11. 　請求項６記載のハイブリッド型作業機械であって、
    　前記制御装置は、前記温度検出器で検出された温度が、前記第１の基準温度よりも低い第３の基準温度以下になったことを検出すると、前記キャパシタの充電電流及び放電電流が、通常時の制限値である第５の制限値よりも小さい第６の制限値を超えないように、前記キャパシタ充放電回路を制御し、かつ前記第１の電動機の出力が、通常時の制限値である第７の制限値よりも小さい第８の制限値を超えないように、前記第１の電気回路を制御するハイブリッド型作業機械。
12. 　請求項１１記載のハイブリッド型作業機械であって、
    　電気以外の燃料によって駆動力を発生するエンジンと、
    　前記エンジンの駆動軸に機械的に接続され、かつ前記キャパシタに電気的に接続され、前記エンジンによって駆動されて発電を行う発電動作、及び、前記キャパシタから電力を供給されることによって機械的駆動力を発生して前記エンジンの駆動力を補助するアシスト動作を行う第２の電動機と、
    　前記第２の電動機へ電力を供給する状態と、該第２の電動機から発電電力を取り出す状態とを切り替える第２の電気回路と
    　をさらに有し、
    　前記制御装置は、前記温度検出器で検出された温度が前記第３の基準温度以下になったときに、前記第２の電動機が発電動作とアシスト動作とを交互に繰り返すように前記第２の電気回路を制御するハイブリッド型作業機械。
13. 　機器を駆動するためのバッテリの充放電を制御する蓄電制御装置であって、
    　前記バッテリの出力に係わる複数の条件の各々に関して前記バッテリの出力を制限する割合を表すレベルを算出し、算出した各レベルに基づいて前記バッテリの充放電電流を制限することを特徴とする蓄電制御装置。
14. 　請求項１３記載の蓄電制御装置であって、
    　前記レベルを前記複数の条件の各々に関して独立に算出し、算出した前記レベルを合算して求めた出力制限レベルに基づいて前記バッテリの充放電電流を制限することを特徴とする蓄電制御装置。
15. 　請求項１４記載の蓄電制御装置であって、
    　前記出力制限レベルに対応する出力係数を初期設定された最大充放電電流に掛けて算出した制限値により、現在のバッテリの充放電電流を制限することを特徴とする蓄電制御装置。

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