WO2011096404A1

WO2011096404A1 - 建設機械の充電装置

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Publication number: WO2011096404A1
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Abstract

　充電装置は、ダイオードと、スイッチと、高電圧変換回路と、低電圧バッテリーの蓄電容量がしきい値を超えているかどうかを判定し、しきい値以下の場合に低電圧バッテリーに発電機の電力を供給するための信号を切換回路に出力し、しきい値以上の場合に高電圧バッテリーに充電させるための信号を切換回路に出力するコントローラとを備える。

Description

建設機械の充電装置

　この発明は、建設機械、例えば、ハイブリッド建設機械のバッテリーを充電する充電装置に関する。

　ＪＰ２００９－２３５７１７Ａが開示する建設機械の充電装置は、操作弁などのソレノイドやそれらを制御するコントローラ等が必要とする電力を低電圧バッテリーに蓄電する。低電圧バッテリーは、エンジンの駆動力で回転される発電機に接続され、発電機で発電した電力が低電圧バッテリーに充電される。

　低電圧バッテリーがフル充電の状態になると、発電機を無負荷で空回りさせて、発電機の発電機能を停止させる。低電圧バッテリーの蓄電量が低下してくると、自動的に発電機の発電機能を発揮させ、低電圧バッテリーを再充電する。

　上記従来の建設機械の充電装置では、低電圧バッテリーがフル充電の状態になると、発電機を無負荷で空回りさせるので、その分エネルギーロスが大きくなる。

　この発明の目的は、エネルギーロスを最小限に抑える建設機械の充電装置を提供することである。

　本発明のある態様によれば、ポンプを回転するためのエンジンと、前記エンジンの駆動力によって回転する発電機と、前記発電機からの電力を充電するための低電圧バッテリーと、前記発電機に対して前記低電圧バッテリーと並列に接続され、前記発電機からの電力を充電するための高電圧バッテリーと、を有する建設機械の充電装置が提供される。

　充電装置は、前記発電機からの電力を前記低電圧バッテリー及び前記高電圧バッテリーのいずれかに供給するための切換を行う切換回路と、前記切換回路と前記高電圧バッテリーとの間に設けられ、低電圧を高電圧に変換する高電圧変換回路と、前記低電圧バッテリーの蓄電容量がしきい値を超えているかどうかを判定し、前記しきい値以下の場合は、前記低電圧バッテリーに前記発電機の電力を供給するための信号を前記切換回路に出力し、前記しきい値よりも大きい場合は、前記高電圧バッテリーに充電させるための信号を前記切換回路に出力するコントローラと、を備えた充電装置が提供される。

　この態様によれば、低電圧バッテリーがフル充電の状態になった場合に、発電機で発電された電力を高電圧バッテリーに充電できる。発電機を無負荷状態で空回りさせることがなく、エネルギーロスを最小限に抑えられる。

　コントローラは低電圧バッテリーの蓄電状況を監視し、蓄電容量がしきい値以下になった場合は、発電機の発電電力を低電圧バッテリーに自動的に導くので、低電圧バッテリーが電力不足にならない。

　本発明の実施形態及び本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。

図１は、第１実施形態の油圧回路図である。図２は、第１実施形態の制御回路図である。図３は、第１実施形態の制御フローチャートである。図４は、第２実施形態の制御回路図である。

　図１～図３に示した第１実施形態は、パワーショベルの制御システムである。制御システムは、可変容量の第１、２メインポンプＭＰ１、ＭＰ２を備える。第１メインポンプＭＰ１には第１回路系統が接続され、第２メインポンプＭＰ２には第２回路系統が接続される。

　第１回路系統には、上流側から順に、旋回モータＲＭを制御する操作弁１、アームシリンダを制御するアーム１速用の操作弁２、ブームシリンダＢＣを制御するブーム２速用の操作弁３、予備用アタッチメントを制御する予備用の操作弁４および左走行用モータを制御する左走行モータ用の操作弁５が接続される。

　各操作弁１～５のそれぞれは、中立流路６およびパラレル通路７を介して第１メインポンプＭＰ１に接続している。

　中立流路６の左走行モータ用の操作弁５の下流側にはパイロット圧生成機構８が設けられる。パイロット圧生成機構８はそこを流れる流量が多ければ高いパイロット圧を生成し、その流量が少なければ低いパイロット圧を生成する。

　中立流路６は、操作弁１～５のすべてが中立位置もしくは中立位置近傍にある場合に、第１メインポンプＭＰ１から吐出された流体の全部または一部をタンクＴに導く。この場合にはパイロット圧生成機構８を通過する流量も多くなるので高いパイロット圧が生成される。

　操作弁１～５がフルストロークの状態に切り換えられると、中立流路６が閉ざされて流体の流通がなくなる。したがって、この場合には、パイロット圧生成機構８を流れる流量がほとんどなくなり、パイロット圧はゼロを保つ。

　ただし、操作弁１～５の操作量によっては、ポンプ吐出量の一部がアクチュエータに導かれ、一部が中立流路６からタンクＴに導かれるので、パイロット圧生成機構８は、中立流路６に流れる流量に応じたパイロット圧を生成する。言い換えると、パイロット圧生成機構８は、操作弁１～５の操作量に応じたパイロット圧を生成する。

　パイロット圧生成機構８にはパイロット流路９が接続される。パイロット流路９は、第１メインポンプＭＰ１の傾転角を制御するレギュレータ１０に接続される。レギュレータ１０は、パイロット圧と逆比例して第１メインポンプＭＰ１の吐出量を制御する。したがって、操作弁１～５をフルストロークして中立流路６の流れがゼロになった場合、言い換えるとパイロット圧生成機構８が発生するパイロット圧がゼロになった場合に第１メインポンプＭＰ１の吐出量が最大に保たれる。

　パイロット流路９には第１圧力センサー１１が接続される。第１圧力センサー１１で検出された圧力信号は第１コントローラＣ１に入力される。

　第２回路系統には、上流側から順に、右走行用モータを制御する操作弁１２、バケットシリンダを制御するバケット用の操作弁１３、ブームシリンダＢＣを制御するブーム１速用の操作弁１４およびアームシリンダを制御するアーム２速用の操作弁１５を接続している。ブーム１速用の操作弁１４には、操作方向および操作量を検出するセンサー１４ａが設けられる。

　各操作弁１２～１５は、中立流路１６を介して第２メインポンプＭＰ２に接続される。バケット用の操作弁１３およびブーム１速用の操作弁１４はパラレル通路１７を介して第２メインポンプＭＰ２に接続される。

　中立流路１６のアーム２速用の操作弁１５の下流側にはパイロット圧生成機構１８を設けている。パイロット圧生成機構１８は、パイロット圧生成機構８と全く同様に機能する。

　パイロット圧生成機構１８にはパイロット流路１９が接続される。パイロット流路１９は、第２メインポンプＭＰ２の傾転角を制御するレギュレータ２０に接続される。レギュレータ２０は、パイロット圧と逆比例して第２メインポンプＭＰ２の吐出量を制御する。したがって、操作弁１２～１５をフルストロークして中立流路１６の流れがゼロになった場合、言い換えるとパイロット圧生成機構１８が発生するパイロット圧がゼロになった場合は、第２メインポンプＭＰ２の吐出量が最大に保たれる。

　パイロット流路１９には第２圧力センサー２１が接続される。第２圧力センサー２１で検出された圧力信号は第１コントローラＣ１に入力される。

　第１、２メインポンプＭＰ１、ＭＰ２は、一つのエンジンＥの駆動力で同軸回転する。エンジンＥにはオルタネータ２２を設けられる。オルタネータ２２はエンジンＥの余剰出力で回され、発電する。オルタネータ２２が発電した電力は、充電装置Ｓを介して低電圧バッテリー２３あるいは高電圧バッテリー２４に充電される。充電装置Ｓについては後で詳しく説明する。低電圧バッテリー２３は建設機械用の２４Ｖバッテリー、高電圧バッテリー２４は電動モータＭＧ等に使用するバッテリーである。

　第１回路系統に接続した操作弁１のアクチュエータポートには、旋回モータＲＭに連通する通路２６、２７が接続される。両通路２６、２７のそれぞれにはブレーキ弁２８、２９が接続される。操作弁１を図示の中立位置に保っている場合には、アクチュエータポートが閉じられて旋回モータＲＭは停止状態を維持する。

　上記の状態から操作弁１を例えば図面右側位置に切り換えると、一方の通路２６が第１メインポンプＭＰ１に接続され、他方の通路２７がタンクＴに連通する。したがって、通路２６から圧力流体が供給されて旋回モータＲＭが回転し、旋回モータＲＭからの戻り流体が通路２７を介してタンクＴに戻される。

　操作弁１を左側位置に切り換えると、通路２７にポンプ吐出流体が供給され、通路２６がタンクＴに連通し、旋回モータＲＭは逆転する。

　旋回モータＲＭを駆動している場合は、ブレーキ弁２８あるいは２９がリリーフ弁の機能を発揮する。通路２６、２７が設定圧以上になった場合には、ブレーキ弁２８、２９が開弁して高圧側の流体を低圧側に導く。旋回モータＲＭを回転している状態で、旋回モータ用の操作弁１を中立位置に戻せば、操作弁１のアクチュエータポートが閉じられる。このように操作弁１のアクチュエータポートが閉じられても、旋回モータＲＭは慣性エネルギーで回転し続ける。旋回モータＲＭが慣性エネルギーで回転することによって、旋回モータＲＭがポンプ作用をする。この場合には、通路２６、２７、旋回モータＲＭ、ブレーキ弁２８あるいは２９で閉回路が構成され、ブレーキ弁２８あるいは２９によって、慣性エネルギーが熱エネルギーに変換される。

　一方、ブーム１速用の操作弁１４を中立位置から図面右側位置に切り換えると、第２メインポンプＭＰ２からの圧力流体は、通路３０を経由してブームシリンダＢＣのピストン側室３１に供給される。ロッド側室３２からの戻り流体は通路３３を経由してタンクＴに戻され、ブームシリンダＢＣは伸長する。

　反対に、ブーム１速用の操作弁１４を図面左側位置に切り換えると、第２メインポンプＭＰ２からの圧力流体は、通路３３を経由してブームシリンダＢＣのロッド側室３２に供給される。ピストン側室３１からの戻り流体は通路３０を経由してタンクＴに戻され、ブームシリンダＢＣは収縮する。ブーム２速用の操作弁３は、ブーム１速用の操作弁１４と連動して切り換る。

　ブームシリンダＢＣのピストン側室３１とブーム１速用の操作弁１４とを結ぶ通路３０には、第１コントローラＣ１で開度が制御される比例電磁弁３４が設けられる。比例電磁弁３４はそのノーマル状態で全開位置を保つ。

　次に、第１、２メインポンプＭＰ１、ＭＰ２の出力をアシストする可変容量のサブポンプＳＰについて説明する。

　可変容量のサブポンプＳＰは、発電機兼用の電動モータＭＧの駆動力で回転する。電動モータＭＧの駆動力によって、可変容量のアシストモータＡＭも同軸回転する。電動モータＭＧにはインバータＩが接続される。インバータＩは、第１コントローラＣ１に接続され、第１コントローラＣ１によって電動モータＭＧの回転数等を制御できる。

　サブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭの傾転角は傾角制御器３５、３６で制御される。傾角制御器３５、３６は、第１コントローラＣ１の出力信号によって制御される。

　サブポンプＳＰには吐出通路３７が接続される。吐出通路３７は、第１メインポンプＭＰ１の吐出側に合流する第１合流通路３８と、第２メインポンプＭＰ２の吐出側に合流する第２合流通路３９とに分岐する。第１、２合流通路３８、３９のそれぞれには、第１コントローラＣ１の出力信号によって開度が制御される第１、２比例電磁絞り弁４０、４１が設けられる。

　アシストモータＡＭには接続用通路４２が接続される。接続用通路４２は、合流通路４３およびチェック弁４４、４５を介して、旋回モータＲＭに接続した通路２６、２７に接続される。合流通路４３には第１コントローラＣ１で開閉制御される電磁切換弁４６が設けられる。電磁切換弁４６とチェック弁４４、４５との間には、旋回モータＲＭの旋回時の圧力あるいはブレーキ時の圧力を検出する圧力センサー４７が設けられる。圧力センサー４７の圧力信号は第１コントローラＣ１に入力される。

　合流通路４３の、旋回モータＲＭから接続用通路４２への流れに対して電磁切換弁４６よりも下流側となる位置には、安全弁４８が設けられる。安全弁４８は、例えば電磁切換弁４６など、接続用通路４２、４３系統に故障が生じた場合に、通路２６、２７の圧力を維持して旋回モータＲＭが逸走するのを防止する。

　さらに、ブームシリンダＢＣと比例電磁弁３４との間には、接続用通路４２に連通する通路４９が設けられる。通路４９には第１コントローラＣ１で制御される電磁開閉弁５０が設けられる。

　充電装置Ｓには、図２に示されるように、オルタネータ２２と低電圧バッテリー２３とを接続した際にオルタネータ２２から低電圧バッテリー２３への電流の流れのみを許容するダイオード５１が設けられる。

　オルタネータ２２に対してダイオード５１と並列にスイッチ５２が設けられる。スイッチ５２は、低電圧を高電圧に変換する高電圧変換回路５３を介して高電圧バッテリー２４に接続している。高電圧変換回路５３にスイッチ５２の機能を持たせてもよい。

　低電圧バッテリー２３およびスイッチ５２のそれぞれに第２コントローラＣ２が接続される。第２コントローラＣ２は第１コントローラＣ１にも接続している。第１コントローラＣ１は、高電圧バッテリー２４にも接続され、高電圧バッテリー２４の蓄電容量をチェックする機能を備えている。

　第２コントローラＣ２は、低電圧バッテリー２３の電圧がしきい値を超えているか否かをチェックする機能を備え、スイッチ５２を開閉制御する。

　第１コントローラＣ１は、高電圧バッテリー２４の充電状況等をチェックし、高電圧バッテリー２４が使用可能状態である場合は、第２コントローラＣ２に対して、高電圧バッテリー２４への充電許可信号を出力する。

　第２コントローラＣ２は、低電圧バッテリー２３がしきい値を上回り、第１コントローラＣ１から充電許可信号が入力し、かつ、高電圧バッテリー２４の蓄電量が基準値よりも小さいと判定した場合にスイッチ５２を閉じ、オルタネータ２２の電力を高電圧変換回路５３を介して昇圧し高電圧バッテリー２４に充電させる。

　第１実施形態では充電装置Ｓをモジュラー化し、既存の装置すなわちオルタネータ２２、低電圧バッテリー２３、高電圧バッテリー２４および第１コントローラＣ１を備えた既存の装置に、システムＳを組み込めるようにしている。そのために、第１コントローラＣ１以外に第２コントローラＣ２を備えている。したがって、建設機械に充電装置を最初から組み込む場合には、第１コントローラＣ１に第２コントローラＣ２の機能を持たせることによって、コントローラをひとつにできる。

　以下には、この実施形態の作用を説明する。この実施形態では、サブポンプＳＰのアシスト流量を予め設定しておき、第１コントローラＣ１が、サブポンプＳＰの傾転角、アシストモータＡＭの傾転角、電動モータＭＧの回転数などをどのように制御したら最も効率的かを判断してそれぞれの制御を実施する。

　第１回路系統の操作弁１～５を中立位置に保っていれば、第１メインポンプＭＰ１から吐出する流体の全量が中立流路６およびパイロット圧生成機構８を経由してタンクＴに導かれる。第１メインポンプＭＰ１の吐出全量がパイロット圧生成機構８を流れる場合には、そこで生成されるパイロット圧が高くなり、パイロット流路９にも相対的に高いパイロット圧が導かれる。パイロット流路９に導かれた高いパイロット圧の作用で、レギュレータ１０が動作し、第１メインポンプＭＰ１の吐出量を最小に保つ。この時の高いパイロット圧の圧力信号は、第１圧力センサー１１から第１コントローラＣ１に入力される。

　第２回路系統の操作弁１２～１５を中立位置に保っている場合も、第１回路系統の場合と同様にパイロット圧生成機構１８が相対的に高いパイロット圧を生成し、その高い圧力がレギュレータ２０に作用して、第２メインポンプＭＰ２の吐出量を最小に保つ。この時の高いパイロット圧の圧力信号は、第２圧力センサー２１から第１コントローラＣ１に入力される。

　第１、２圧力センサー１１、２１から第１コントローラＣ１に相対的に高い圧力信号が入力されると、第１コントローラＣ１は、第１、２メインポンプＭＰ１、ＭＰ２が最小吐出量を維持しているものと判定して傾角制御器３５、３６を制御し、サブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭの傾転角をゼロもしくは最小にする。

　第１コントローラＣ１が、第１、２メインポンプＭＰ１、ＭＰ２の吐出量が最小である旨の信号を受信した場合に、第１コントローラＣ１が電動モータＭＧの回転を停止してもよいし、その回転を継続させてもよい。

　電動モータＭＧの回転を止める場合は、消費電力を節約できるという効果がある。電動モータＭＧを回転し続けた場合は、サブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭも回転し続けるので、サブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭの起動時のショックを少なくできるという効果がある。いずれにしても、電動モータＭＧを止めるかあるいは回転し続けるかは、建設機械の用途や使用状況に応じて決めればよい。

　上記の状況で第１回路系統及び第２回路系統のいずれかの操作弁を切り換えれば、その操作量に応じて中立流路６あるいは１６を流れる流量が少なくなり、それにともなってパイロット圧生成機構８あるいは１８で生成されるパイロット圧が低くなる。パイロット圧が低くなれば、それにともなって第１メインポンプＭＰ１あるいは第２メインポンプＭＰ２は、その傾転角を大きくして吐出量を増大させる。

　第１メインポンプＭＰ１あるいは第２メインポンプＭＰ２の吐出量を増大する場合には、第１コントローラＣ１は、電動モータＭＧを常に回転した状態に保つ。つまり、第１、２メインポンプＭＰ１、ＭＰ２の吐出量が最小の時に電動モータＭＧを停止した場合には、第１コントローラＣ１は、パイロット圧が低くなったことを検知して、電動モータＭＧを再起動させる。

　第１コントローラＣ１は、第１、２圧力センサー１１、２１の圧力信号に応じて、第１、２比例電磁絞り弁４０、４１の開度を制御し、サブポンプＳＰの吐出量を按分して、第１、２回路系統に供給する。

　この実施形態によれば、２つの第１、２圧力センサー１１、２１の圧力信号だけで、第１コントローラＣ１が、サブポンプＳＰの傾転角および第１、２比例電磁絞り弁４０、４１の開度を制御できるので、圧力センサーの数を少なくできる。

　一方、第１回路系統に接続した旋回モータＲＭを駆動するために、操作弁１を左右いずれか、例えば図面右側位置に切り換えると、一方の通路２６が第１メインポンプＭＰ１に連通し、他方の通路２７がタンクＴに連通して、旋回モータＲＭを回転させる。この時の旋回圧はブレーキ弁２８の設定圧に保たれる。操作弁１を図面左方向に切り換えれば、他方の通路２７が第１メインポンプＭＰ１に連通し、一方の通路２６がタンクＴに連通して、旋回モータＲＭを回転させる。この時の旋回圧もブレーキ弁２９の設定圧に保たれる。

　旋回モータＲＭが旋回している最中に旋回モータ用の操作弁１を中立位置に切り換えると、通路２６、２７間で閉回路が構成され、ブレーキ弁２８あるいは２９が閉回路のブレーキ圧を維持して、慣性エネルギーを熱エネルギーに変換する。

　圧力センサー４７は旋回圧あるいはブレーキ圧を検出し、圧力信号を第１コントローラＣ１に入力する。第１コントローラＣ１は、旋回モータＲＭの旋回あるいはブレーキ動作に影響を及ぼさない範囲内であって、ブレーキ弁２８、２９の設定圧よりも低い圧力を検出した場合は、電磁切換弁４６を閉位置から開位置に切り換える。電磁切換弁４６が開位置に切り換れば、旋回モータＲＭに導かれた圧力流体は、合流通路４３に流れ、安全弁４８および接続用通路４２を経由してアシストモータＡＭに供給される。

　第１コントローラＣ１は、圧力センサー４７からの圧力信号に応じて、アシストモータＡＭの傾転角を制御する。それは次のとおりである。

　通路２６あるいは２７の圧力は、旋回動作あるいはブレーキ動作に必要な圧力に保たれていなければ、旋回モータＲＭを旋回させたり、あるいはブレーキをかけたりできなくなる。

　そこで、通路２６あるいは２７の圧力を、上記旋回圧あるいはブレーキ圧に保つために、第１コントローラＣ１はアシストモータＡＭの傾転角を制御しながら、旋回モータＲＭの負荷を制御する。つまり、第１コントローラＣ１は、圧力センサー４７で検出される圧力が旋回モータＲＭの旋回圧あるいはブレーキ圧とほぼ等しくなるように、アシストモータＡＭの傾転角を制御する。

　アシストモータＡＭが回転力を得れば、その回転力は、同軸回転する電動モータＭＧに作用する。アシストモータＡＭの回転力は、電動モータＭＧに対するアシスト力として作用する。したがって、アシストモータＡＭの回転力の分だけ、電動モータＭＧの消費電力を少なくできる。

　アシストモータＡＭの回転力でサブポンプＳＰの回転力をアシストすることもできる。この場合は、アシストモータＡＭとサブポンプＳＰとが相まって圧力変換機能を発揮する。

　つまり、接続用通路４２に流入する流体圧はポンプ吐出圧よりも必ず低い。この低い圧力を利用して、サブポンプＳＰに高い吐出圧を維持させるために、アシストモータＡＭおよびサブポンプＳＰとによって増圧機能を発揮させる。

　すなわち、アシストモータＡＭの出力は、１回転当たりの押しのけ容積Ｑ１とその時の圧力Ｐ１の積で決まる。サブポンプＳＰの出力は１回転当たりの押しのけ容積Ｑ２と吐出圧Ｐ２の積で決まる。

　そして、この実施形態では、アシストモータＡＭとサブポンプＳＰとが同軸回転するので、Ｑ１×Ｐ１＝Ｑ２×Ｐ２が成立しなければならない。そこで、例えば、アシストモータＡＭの押しのけ容積Ｑ１をサブポンプＳＰの押しのけ容積Ｑ２の３倍すなわちＱ１＝３Ｑ２にしたとすれば、上記等式が３Ｑ２×Ｐ１＝Ｑ２×Ｐ２となる。この式から両辺をＱ２で割れば、３Ｐ１＝Ｐ２が成り立つ。

　したがって、サブポンプＳＰの傾転角を変えて押しのけ容積Ｑ２を制御すれば、アシストモータＡＭの出力で、サブポンプＳＰに所定の吐出圧を維持できる。言い換えると、旋回モータＲＭからの流体圧を増圧してサブポンプＳＰから吐出できる。

　ただし、アシストモータＡＭの傾転角は、通路２６、２７の圧力を旋回圧あるいはブレーキ圧に保つように制御される。したがって、旋回モータＲＭからの流体を利用する場合には、アシストモータＡＭの傾転角は必然的に決められる。このようにアシストモータＡＭの傾転角が決められた中で、圧力変換機能を発揮させるためには、サブポンプＳＰの傾転角を制御する。

　接続用通路４２、４３系統の圧力が何らかの原因で、旋回圧あるいはブレーキ圧よりも低くなった場合には、圧力センサー４７からの圧力信号に基づいて第１コントローラＣ１は、電磁切換弁４６を閉じて、旋回モータＲＭに影響を及ぼさないようにする。

　接続用通路４２に流体の漏れが生じた場合には、安全弁４８が機能して通路２６、２７の圧力が必要以上に低くならないようにして、旋回モータＲＭの逸走を防止する。

　次に、ブーム１速用の操作弁１４およびそれに連動して第１回路系統のブーム２速用の操作弁３を切り換えて、ブームシリンダＢＣを制御する場合について説明する。

　ブームシリンダＢＣを作動させるために、ブーム１速用の操作弁１４およびそれに連動する操作弁３を切り換えると、センサー１４ａによって、操作弁１４の操作方向とその操作量が検出され、その操作信号が第１コントローラＣ１に入力される。

　センサー１４ａの操作信号に応じて、第１コントローラＣ１は、オペレータがブームシリンダＢＣを上昇させようとしているのか、あるいは下降させようとしているのかを判定する。ブームシリンダＢＣを上昇させるための信号が第１コントローラＣ１に入力されれば、第１コントローラＣ１は比例電磁弁３４をノーマル状態に保つ。言い換えると、比例電磁弁３４を全開位置に保つ。この時には、サブポンプＳＰから所定の吐出量が確保されるように、第１コントローラＣ１は、電磁開閉弁５０を図示の閉位置に保ち、電動モータＭＧの回転数やサブポンプＳＰの傾転角を制御する。

　一方、ブームシリンダＢＣを下降させる信号がセンサー１４ａから第１コントローラＣ１に入力されると、第１コントローラＣ１は、操作弁１４の操作量に応じて、オペレータが求めているブームシリンダＢＣの下降速度を演算し、比例電磁弁３４を閉じて、電磁開閉弁５０を開位置に切り換える。

　比例電磁弁３４を閉じて電磁開閉弁５０を開位置に切り換えれば、ブームシリンダＢＣの戻り流体の全量がアシストモータＡＭに供給される。アシストモータＡＭで消費する流量が、オペレータが求めた下降速度を維持するために必要な流量よりも少なければ、ブームシリンダＢＣはオペレータが求めた下降速度を維持できない。この場合には、第１コントローラＣ１は、操作弁１４の操作量、アシストモータＡＭの傾転角や電動モータＭＧの回転数などをもとにして、アシストモータＡＭが消費する流量以上の流量をタンクＴに戻すように比例電磁弁３４の開度を制御し、オペレータが求めるブームシリンダＢＣの下降速度を維持する。

　アシストモータＡＭに流体が供給されると、アシストモータＡＭが回転する。アシストモータＡＭの回転力は、同軸回転する電動モータＭＧに作用し、電動モータＭＧに対するアシスト力として作用する。したがって、アシストモータＡＭの回転力の分だけ、消費電力を少なくできる。

　一方、電動モータＭＧに対して電力を供給せず、アシストモータＡＭの回転力だけで、サブポンプＳＰを回転させることもできる。この場合には、アシストモータＡＭおよびサブポンプＳＰが、上記したのと同様にして圧力変換機能を発揮する。

　次に、旋回モータＲＭの旋回作動とブームシリンダＢＣの下降作動とを同時に行う場合について説明する。

　旋回モータＲＭを旋回させながら、ブームシリンダＢＣを下降させる場合には、旋回モータＲＭからの流体と、ブームシリンダＢＣからの戻り流体とが、接続用通路４２で合流してアシストモータＡＭに供給される。

　接続用通路４２の圧力が上昇すれば、それにともなって合流通路４３側の圧力も上昇するが、その圧力が旋回モータＲＭの旋回圧あるいはブレーキ圧よりも高くなったとしても、チェック弁４４、４５があるので、旋回モータＲＭには影響を及ぼさない。

　接続用通路４２側の圧力が旋回圧あるいはブレーキ圧よりも低くなれば、第１コントローラＣ１は、圧力センサー４７からの圧力信号に基づいて電磁切換弁４６を閉じる。

　したがって、旋回モータＲＭの旋回動作とブームシリンダＢＣの下降動作とを同時に行う場合には、旋回圧あるいはブレーキ圧にかかわりなく、ブームシリンダＢＣの必要下降速度を基準にしてアシストモータＡＭの傾転角を決めればよい。

　いずれにしても、アシストモータＡＭの出力で、サブポンプＳＰの出力をアシストし、サブポンプＳＰから吐出された流量を、第１、２比例電磁絞り弁４０、４１で按分して、第１、２回路系統に供給できる。

　一方、アシストモータＡＭを駆動源として電動モータＭＧを発電機として使用する場合には、サブポンプＳＰの傾転角をゼロにしてほぼ無負荷状態にし、アシストモータＡＭには、電動モータＭＧを回転させるために必要な出力を維持しておけば、アシストモータＡＭの出力を利用して、電動モータＭＧに発電機能を発揮できる。

　第１実施形態では、エンジンＥの出力を利用してオルタネータ２２で発電したり、アシストモータＡＭを利用して電動モータＭＧに発電させたりできる。そして、発電した電力を高電圧バッテリー２４に蓄電するが、高電圧バッテリー２４に対しては、家庭用の電源２５を利用してバッテリー２４に蓄電できるので、電動モータＭＧの電力を多岐にわたって調達できる。

　操作弁のソレノイド、そのソレノイドを制御する電気系統、あるいは第１、２コントローラＣ１、Ｃ２等々に電力を供給する低電圧バッテリー２３は、オルタネータ２２で発電した電力で充電される。この時、充電装置Ｓは次のように機能する。

　すなわち、図３に示すように、オルタネータ２２の電力は、ダイオード５１を介して低電圧バッテリー２３に優先的に充電される（ステップＳ１）。

　第２コントローラＣ２は低電圧バッテリー２３の電圧Ｖ１がしきい値よりも大きいか否かを監視している。電圧Ｖ１がしきい値以下であれば、第２コントローラＣ２はスイッチ５２をオフの状態に保つ（ステップＳ２、Ｓ３）。つまり、充電装置Ｓは低電圧バッテリー２３への充電を優先させる。

　一方、低電圧バッテリー２３の電圧Ｖ１がしきい値を超えていれば、第２コントローラＣ２は第１コントローラＣ１から高電圧バッテリー２４への充電許可信号が入力しているかどうかを判定する（ステップＳ４）。第１コントローラＣ１は、高電圧バッテリー２４の蓄電容量を常時監視し、蓄電量電圧信号を出力する。

　第２コントローラＣ２に充電許可信号が入力されていれば、第１コントローラＣ１は、高電圧バッテリー２４の蓄電量電圧信号を第２コントローラＣ２に入力する（ステップＳ５）。第２コントローラは、高電圧バッテリー２４の蓄電量電圧が基準値よりも大きいか否かを判定する。

　その結果、高電圧バッテリー２４の蓄電量電圧が基準値以上であれば、第２コントローラＣ２はスイッチ５２をオフにする（ステップＳ６、Ｓ３）。

　そして、高電圧バッテリー２４の蓄電量電圧が基準値よりも低ければ、第２コントローラＣ２はスイッチ５２をオンにし（ステップＳ６、Ｓ７）、オルタネータ２２で発電された電力を、高電圧変換回路５３で昇圧して高電圧バッテリー２４に充電する。

　したがって、第２コントローラＣ２は、低電圧バッテリー２３の電圧Ｖ１がしきい値を超えていて、第１コントローラＣ１から高電圧バッテリー２４への充電許可信号が入力し、かつ、高電圧バッテリー２４の蓄電量電圧が基準値よりも下回っているという条件を満足している場合に、スイッチ５２をオンにして高電圧バッテリー２４を充電する。

　図４に示した第２実施形態は、第１実施形態のダイオード５１に変えて、オルタネータ２２および低電圧バッテリー２３を接続する回路と、オルタネータ２２および高電圧バッテリー２４を接続する回路とを、ひとつのスイッチ機構５４でオン・オフするようにした。通常はオルタネータ２２は低電圧バッテリー２３に接続されている。

　スイッチ機構５４の高電圧バッテリーのオン・オフは、第２コントローラＣ２が制御する。その制御条件は第１実施形態と同一である。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的に限定する趣旨ではない。

　本願は２０１０年２月０８日に日本国特許庁に出願された特願２０１０－２５８１０号に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

　この発明は、ハイブリッド建設機械に利用できる。

Claims

　ポンプを回転するためのエンジンと、前記エンジンの駆動力によって回転する発電機と、前記発電機からの電力を充電するための低電圧バッテリーと、前記発電機に対して前記低電圧バッテリーと並列に接続され、前記発電機からの電力を充電するための高電圧バッテリーと、を有する建設機械の充電装置であって、
　前記発電機からの電力を前記低電圧バッテリー及び前記高電圧バッテリーのいずれかに供給するための切換を行う切換回路と、
　前記切換回路と前記高電圧バッテリーとの間に設けられ、低電圧を高電圧に変換する高電圧変換回路と、
　前記低電圧バッテリーの蓄電容量がしきい値を超えているかどうかを判定し、前記しきい値以下の場合は、前記低電圧バッテリーに前記発電機の電力を供給するための信号を前記切換回路に出力し、前記しきい値よりも大きい場合は、前記高電圧バッテリーに充電させるための信号を前記切換回路に出力するコントローラと、
を備えた充電装置。
　請求項１に記載の充電装置であって、
　前記コントローラは、
　前記低電圧バッテリーの蓄電容量を監視し、
　前記低電圧バッテリーの蓄電容量が前記しきい値を超えているか否かを判定し、
　前記高電圧バッテリーの蓄電容量が基準値を下回っているか否かを判定し、
　前記低電圧バッテリーの蓄電容量が前記しきい値を超えていると判定し、かつ、前記高電圧バッテリーの蓄電容量が前記基準値を下回っていると判定した場合に、前記切換回路に信号を出力してそれを切換動作させ、前記発電機からの電力を、前記高電圧変換回路を介して前記高電圧バッテリーに充電させる、
充電装置。
　請求項１に記載の充電装置であって、
　前記切換回路は、
　前記発電機と前記低電圧バッテリーとの間に設けられ、かつ、前記発電機から前記低電圧バッテリーへの電流の流れのみを許容するダイオードと、
　前記ダイオードの上流側と前記高電圧変換回路との間に設けられたスイッチと、
を備える充電装置。