特許 6618452 ハイブリッド建設機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6618452

(24)【登録日】2019年11月22日

(45)【発行日】2019年12月11日

(54)【発明の名称】ハイブリッド建設機械

(51)【国際特許分類】

   B60W 10/26 20060101AFI20191202BHJP

   B60W 10/08 20060101ALI20191202BHJP

   B60W 20/13 20160101ALI20191202BHJP

   B60W 20/00 20160101ALI20191202BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20191202BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20191202BHJP

   H02J 7/04 20060101ALI20191202BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20191202BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20191202BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20191202BHJP

   B60L 50/16 20190101ALI20191202BHJP

   B60L 3/00 20190101ALI20191202BHJP

【ＦＩ】

   B60W10/26 900

   B60W10/08 900

   B60W20/13ZHV

   B60W20/00 900

   E02F9/20 Z

   H02J7/00 P

   H02J7/04 L

   H01M10/44 P

   H01M10/48 301

   H01M10/48 P

   B60L50/60

   B60L50/16

   B60L3/00 S

【請求項の数】7

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2016-218934(P2016-218934)

(22)【出願日】2016年11月9日

(65)【公開番号】特開2018-75958(P2018-75958A)

(43)【公開日】2018年5月17日

【審査請求日】2019年2月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005522

【氏名又は名称】日立建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002457

【氏名又は名称】特許業務法人広和特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100079441

【弁理士】

【氏名又は名称】広瀬 和彦

(72)【発明者】

【氏名】日田 真史

(72)【発明者】

【氏名】井村 進也

【審査官】 鶴江 陽介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−３５８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１４９１８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−８６６６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３２６４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０１４２１６８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｗ １０／００−２０／５０

Ｂ６０Ｌ １／００− ３／１２

Ｂ６０Ｌ ７／００−１３／００

Ｂ６０Ｌ １５／００−１５／４２

Ｂ６０Ｌ ５０／００−５８／４０

Ｅ０２Ｆ ９／２０

Ｈ０１Ｍ １０／４４

Ｈ０１Ｍ １０／４８

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０２Ｊ ７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンと、
前記エンジンに機械的に接続された発電電動機と、
前記発電電動機を発電作用させたときに充電し、前記発電電動機を力行作用させたときに放電する蓄電装置と、
前記エンジンおよび前記発電電動機のトルクで駆動する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから供給される作動油によって駆動する複数の油圧アクチュエータと、
前記エンジンおよび前記発電電動機の出力を制御するコントローラとを備えたハイブリッド建設機械において、
前記蓄電装置の温度を検出する蓄電装置温度検出器と、
前記作動油の温度を検出する作動油温度検出器とをさらに備え、
前記コントローラは、
前記蓄電装置温度検出器によって検出した温度によって前記蓄電装置が低温状態であると判断したときに、前記蓄電装置の温度が低くなるに従って大きい値とする第１の車体速度低減量を決定する第１の車体速度低減量決定部と、
前記作動油温度検出器によって検出した温度によって前記作動油が低温状態であると判断したときに、前記作動油の温度が低くなるに従って大きい値とする第２の車体速度低減量を決定する第２の車体速度低減量決定部と、
前記第１の車体速度低減量と前記第２の車体速度低減量との和に基づいて車体速度を低下させるように車体動作を制御する車体動作制御部とを有することを特徴とするハイブリッド建設機械。

【請求項2】

前記コントローラは、前記蓄電装置温度検出器によって検出した温度によって前記蓄電装置が低温状態であると判断したときに、前記蓄電装置の温度が低くなるに従って前記蓄電装置の放電電力最大値を小さくする放電電力最大値調整部をさらに有し、
前記車体動作制御部は、前記エンジンの最大出力と前記放電電力最大値との和である最大出力加算値から、前記第１の車体速度低減量と前記第２の車体速度低減量との和である減少出力加算値を減算した値を超えないように、前記発電電動機を制御することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド建設機械。

【請求項3】

前記コントローラは、前記蓄電装置温度検出器によって検出した温度によって前記蓄電装置が低温状態であると判断したときに、前記蓄電装置の温度が低くなるに従って前記蓄電装置の充電電力最大値を小さくする充電電力最大値調整部をさらに有し、
前記車体動作制御部は、充電電力が前記充電電力最大値を超えないように、前記発電電動機を制御することを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド建設機械。

【請求項4】

前記充電電力最大値の絶対値は、前記放電電力最大値の絶対値よりも小さい値に設定されたことを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド建設機械。

【請求項5】

前記コントローラは、前記蓄電装置の現在から過去一定時間の電流二乗積算値を算出する電流二乗積算値算出部と、
前記電流二乗積算値が予め決められた第１の基準値を超えた場合に、超えた量が大きくなるに従って前記第１の車体速度低減量よりも車体速度を低下させる車体速度低減量調整部とをさらに有することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド建設機械。

【請求項6】

前記コントローラは、前記蓄電装置の現在から過去一定時間の電流二乗積算値を算出する電流二乗積算値算出部と、
前記電流二乗積算値が予め決められた第１の基準値よりも大きな値である第２の基準値を超えた場合に、前記蓄電装置の充電電力最大値をさらに小さくする充電電力最大値低減部とをさらに有することを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド建設機械。

【請求項7】

前記コントローラは、前記蓄電装置の現在から過去一定時間の電流二乗積算値を算出する電流二乗積算値算出部と、
前記電流二乗積算値が予め決められた第１の基準値よりも大きな値である第３の基準値を超えた場合に、前記蓄電装置の放電電力最大値をさらに小さくする放電電力最大値低減部とをさらに有することを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド建設機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンと発電電動機が搭載されたハイブリッド建設機械に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、エンジンと油圧ポンプに機械的に結合された発電電動機と、リチウムイオンバッテリ等の蓄電装置を備えたハイブリッド建設機械が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。このようなハイブリッド建設機械では、発電電動機は、エンジンの駆動力によって発電した電力を蓄電装置に充電する、または蓄電装置の電力を用いて力行することによってエンジンをアシストする、という役割を担う。また、多くのハイブリッド建設機械では、発電電動機とは別個に電動モータを備え、この電動モータによって油圧アクチュエータの動作を代行またはアシストさせている。例えば電動モータによって旋回動作を行うときには、電動モータへの電力供給によって上部旋回体の旋回動作やアシストを行うと共に、旋回停止時の制動エネルギを回生して蓄電装置の充電を行っている。

【0003】

このようなハイブリッド建設機械では、発電電動機や旋回電動モータの出力を大きくすることで、燃費低減効果を高めることができる。しかしながら、発電電動機等の出力を大きくすると、蓄電装置の放電能力、容量、温度等の制約により、十分な電力を供給できない場合がある。この場合、蓄電装置からの電力供給を継続すると、蓄電装置の酷使に繋がり、蓄電装置の劣化を早めることになる。

【0004】

また、リチウムイオンバッテリのように化学反応を利用した蓄電装置は、低温状態では常温状態に比べて出力が低下する。このような低温状態で、低下した出力の範囲内で充電と放電を繰り返しても、蓄電装置を酷使することになり、蓄電装置に大きな性能劣化が生じる。

【0005】

このような問題点を考慮した制御装置が知られている。例えば特許文献１には、蓄電装置の温度に応じて出力可能な最大の充放電電力の値を算出し、算出した値の範囲内で蓄電装置を使用する構成が開示されている。

【0006】

また、特許文献２には、蓄電装置の劣化を抑制するために、電流二乗積算値が所定の値を超えると、その増加量に応じて放電量を制限する構成が開示されている。このとき、電流二乗積算値は、現在から過去一定時間までの蓄電装置の使用量を示すものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１５−３５８４１号公報

【特許文献2】特開２００６−１４９１８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、低温状態であっても、建設機械は暖機動作または通常作業を行う。このため、低温状態でも、車体の動作性能が可能な限り確保されていることが好ましい。しかしながら、一般的に蓄電装置が低温となるのは外気温が低温であることが原因であるため、このときの作動油温度も同様に低温になっている。作動油は低温状態で粘度が上昇するため、ポンプの引摺りトルクは常温時よりも増加する。これに対し、特許文献１に記載されたハイブリッド建設機械では、低温状態で蓄電装置の最大放電電力を低下させる。このため、車体の動作性能を確保するために、低温状態で油圧ポンプを駆動すると、ポンプ引摺りトルクの増加にアシストモータが対応できず、エンジン回転数が一時的に低下するようなラグダウンを引き起こす虞れがある。

【0009】

一方、低温状態では、電流二乗積算値の最大値は非常に小さくなる傾向がある。従って、電流二乗積算値は、最大値付近まで増加する場合でも、最大値に対して減少する場合でも、常温時よりも速い速度で変動する。このため、特許文献２に開示されたように、電流二乗積算値の上限値に近付いた後に電力を制限するような制御を行うと、車体速度の増加と減少が頻繁に切り換わり、オペレータに操作ストレスを与えるという問題がある。

【0010】

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、低温状態で蓄電装置の適切な利用が可能なハイブリッド建設機械を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するために、本発明は、エンジンと、前記エンジンに機械的に接続された発電電動機と、前記発電電動機を発電作用させたときに充電し、前記発電電動機を力行作用させたときに放電する蓄電装置と、前記エンジンおよび前記発電電動機のトルクで駆動する油圧ポンプと、前記油圧ポンプから供給される作動油によって駆動する複数の油圧アクチュエータと、前記エンジンおよび前記発電電動機の出力を制御するコントローラとを備えたハイブリッド建設機械において、前記蓄電装置の温度を検出する蓄電装置温度検出器と、前記作動油の温度を検出する作動油温度検出器とをさらに備え、前記コントローラは、前記蓄電装置温度検出器によって検出した温度によって前記蓄電装置が低温状態であると判断したときに、前記蓄電装置の温度が低くなるに従って大きい値とする第１の車体速度低減量を決定する第１の車体速度低減量決定部と、前記作動油温度検出器によって検出した温度によって前記作動油が低温状態であると判断したときに、前記作動油の温度が低くなるに従って大きい値とする第２の車体速度低減量を決定する第２の車体速度低減量決定部と、前記第１の車体速度低減量と前記第２の車体速度低減量との和に基づいて車体速度を低下させるように車体動作を制御する車体動作制御部とを有することを特徴としている。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、低温状態で蓄電装置の適切な利用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施の形態によるハイブリッド油圧ショベルを示す正面図である。

【図2】図１中のキャブ内を示す要部斜視図である。

【図3】図１中のハイブリッド油圧ショベルに適用する油圧システムと電動システムを示すブロック図である。

【図4】図２中のハイブリッドコントロールユニットを示すブロック図である。

【図5】図４中の電流二乗積算比率演算部を示すブロック図である。

【図6】図４中の最大電力演算部を示すブロック図である。

【図7】図４中の発電電動機要求出力演算部を示すブロック図である。

【図8】図４中の最大出力演算部を示すブロック図である。

【図9】図８中の低温減少出力演算部を示すブロック図である。

【図10】図８中の発電電動機出力制限ゲイン演算部を示すブロック図である。

【図11】図８中の発電電動機最大出力演算部を示すブロック図である。

【図12】図８中の最大合計出力演算部を示すブロック図である。

【図13】図４中の出力指令演算部を示すブロック図である。

【図14】バッテリ温度が低温状態で作動油温度が常温状態となったときのエンジンと発電電動機の出力の一例を示す説明図である。

【図15】バッテリ温度が常温状態で作動油温度が低温状態となったときのエンジンと発電電動機の出力の一例を示す説明図である。

【図16】バッテリ温度および作動油温度がいずれも低温状態となったときのエンジンと発電電動機の出力の一例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施の形態によるハイブリッド建設機械としてハイブリッド油圧ショベルを例に挙げて、添付図面に従って説明する。

【0015】

図１ないし図１６は本発明の実施の形態を示している。ハイブリッド油圧ショベル１（以下、油圧ショベル１という）は、後述のエンジン２０と発電電動機２７とを備えている。この油圧ショベル１は、自走可能なクローラ式の下部走行体２と、下部走行体２上に設けられた旋回装置３と、下部走行体２上に旋回装置３を介して旋回可能に搭載された上部旋回体４と、上部旋回体４の前側に設けられ掘削作業等を行う多関節構造の作業装置１２とにより構成されている。このとき、下部走行体２と上部旋回体４とは、油圧ショベル１の車体を構成している。

【0016】

上部旋回体４は、旋回フレーム５上に設けられエンジン２０等が収容された建屋カバー６と、オペレータが搭乗するキャブ７とを備えている。図２に示すように、キャブ７内には、オペレータが着座する運転席８が設けられると共に、運転席８の周囲には、操作レバー、操作ペダル等からなる走行操作装置９と、操作レバー等からなる旋回操作装置１０と、操作レバー等からなる作業操作装置１１とが設けられている。また、キャブ７内には、エンジン制御ダイヤル３９が設けられている。

【0017】

走行操作装置９は、例えば運転席８の前側に配置されている。また、旋回操作装置１０は、例えば運転席８の左側に配置された操作レバーのうち前後方向の操作部分が該当する。さらに、作業操作装置１１は、運転席８の左側に配置された操作レバーのうち左右方向の操作部分（アーム操作）と、運転席８の右側に配置された操作レバーのうち前後方向の操作部分（ブーム操作）と左右方向の操作部分（バケット操作）とが該当する。なお、操作レバーの操作方向と旋回動作や作業動作との関係は、前述したものに限らず、油圧ショベル１の仕様等に応じて適宜設定される。

【0018】

ここで、操作装置９〜１１には、これらの操作量（レバー操作量ＯＡ）を検出する操作量センサ９Ａ〜１１Ａがそれぞれ設けられている。これらの操作量センサ９Ａ〜１１Ａは、複数の油圧アクチュエータ（油圧モータ２５，２６、シリンダ１２Ｄ〜１２Ｆ）を駆動させる操作量を検出する操作量検出部を構成している。操作量センサ９Ａ〜１１Ａは、例えば下部走行体２の走行操作、上部旋回体４の旋回操作、作業装置１２の俯仰動操作（掘削操作）等のような車体の操作状態を検出する。

【0019】

このとき、操作量センサ９Ａは、前進操作量と後進操作量とを含む走行レバー・ペダルの操作量を検出している。操作量センサ１０Ａは、左旋回操作量と右旋回操作量とを含む旋回レバーの操作量を検出している。操作量センサ１１Ａは、ブーム上げ操作量およびブーム下げ操作量を含むブームレバーの操作量と、アーム上げ操作量およびアーム下げ操作量を含むアームレバーの操作量と、バケットクラウド操作量およびバケットダンプ操作量を含むバケットレバーの操作量と、を検出している。レバー操作量ＯＡは、これらの操作量を含んでいる。

【0020】

図１に示すように、作業装置１２は、例えばブーム１２Ａ、アーム１２Ｂ、バケット１２Ｃと、これらを駆動するブームシリンダ１２Ｄ、アームシリンダ１２Ｅ、バケットシリンダ１２Ｆとによって構成されている。ブーム１２Ａ、アーム１２Ｂ、バケット１２Ｃは、互いにピン結合されている。作業装置１２は、旋回フレーム５に取付けられ、シリンダ１２Ｄ〜１２Ｆを伸長または縮小することによって、俯仰動する。

【0021】

ここで、油圧ショベル１は、発電電動機２７等を制御する電動システムと、作業装置１２等の動作を制御する油圧システムとを搭載している。以下、油圧ショベル１のシステム構成について図３を参照して説明する。

【0022】

エンジン２０は、旋回フレーム５に搭載されている。このエンジン２０は、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関によって構成されている。エンジン２０の出力側には、後述の油圧ポンプ２２と発電電動機２７とが機械的に直列接続して取付けられ、これら油圧ポンプ２２と発電電動機２７とは、エンジン２０によって駆動される。ここで、エンジン２０の作動はエンジンコントロールユニット２１（以下、ＥＣＵ２１という）によって制御されている。ＥＣＵ２１は、ハイブリッドコントロールユニット３７（以下、ＨＣＵ３７という）からのエンジン出力指令Ｐeに基づいて、エンジン２０の出力トルク、回転速度（エンジン回転数）等を制御する。なお、エンジン２０の最大出力は、例えば油圧ポンプ２２の最大動力よりも小さくなっている。

【0023】

油圧ポンプ２２は、エンジン２０に機械的に接続されている。この油圧ポンプ２２は、エンジン２０単独のトルクによって駆動可能である。また、油圧ポンプ２２は、エンジン２０のトルクに発電電動機２７のアシストトルクを加えた複合トルク（合計トルク）によっても駆動可能である。この油圧ポンプ２２は、タンク（図示せず）内に貯溜された作動油を加圧し、走行油圧モータ２５、旋回油圧モータ２６、作業装置１２のシリンダ１２Ｄ〜１２Ｆ等に圧油として吐出する。また、タンクには、作動油温度Ｔoを検出する作動油温度センサ２３が設けられている。作動油温度センサ２３は、作動油温度Ｔoに応じた信号をＨＣＵ３７に向けて出力する。なお、作動油温度センサ２３は、タンクとは異なる位置に設けられてもよい。

【0024】

油圧ポンプ２２は、コントロールバルブ２４を介して油圧アクチュエータとしての走行油圧モータ２５、旋回油圧モータ２６、シリンダ１２Ｄ〜１２Ｆに接続されている。これらの油圧モータ２５，２６、シリンダ１２Ｄ〜１２Ｆは、油圧ポンプ２２からの圧油によって駆動する。コントロールバルブ２４は、走行操作装置９、旋回操作装置１０、作業操作装置１１に対する操作に応じて、油圧ポンプ２２から吐出された圧油を走行油圧モータ２５、旋回油圧モータ２６、シリンダ１２Ｄ〜１２Ｆに供給または排出する。

【0025】

具体的には、走行油圧モータ２５には、走行操作装置９の操作に応じて油圧ポンプ２２から圧油が供給される。これにより、走行油圧モータ２５は、下部走行体２を走行駆動させる。旋回油圧モータ２６には、旋回操作装置１０の操作に応じて油圧ポンプ２２から圧油が供給される。これにより、旋回油圧モータ２６は、上部旋回体４を旋回動作させる。シリンダ１２Ｄ〜１２Ｆには、作業操作装置１１の操作に応じて油圧ポンプ２２から圧油が供給される。これにより、シリンダ１２Ｄ〜１２Ｆは、作業装置１２を俯仰動させる。

【0026】

発電電動機２７（モータジェネレータ）は、エンジン２０に機械的に接続されている。この発電電動機２７は、例えば同期電動機等によって構成される。発電電動機２７は、エンジン２０を動力源に発電機として働き蓄電装置３１や旋回電動モータ３４への電力供給を行う発電と、蓄電装置３１や旋回電動モータ３４からの電力を動力源にモータとして働きエンジン２０および油圧ポンプ２２の駆動をアシストする力行との２通りの役割を果たす。従って、エンジン２０のトルクには、状況に応じて発電電動機２７のアシストトルクが追加され、これらのトルクによって油圧ポンプ２２は駆動する。この油圧ポンプ２２から吐出される圧油によって、作業装置１２の動作や車両の走行等が行われる。

【0027】

発電電動機２７は、第１のインバータ２８を介して一対の直流母線２９Ａ，２９Ｂに接続されている。第１のインバータ２８は、例えばトランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等からなる複数のスイッチング素子を用いて構成されている。第１のインバータ２８は、モータジェネレータコントロールユニット３０（以下、ＭＧＣＵ３０という）によって、各スイッチング素子のオン／オフが制御される。直流母線２９Ａ，２９Ｂは、正極側と負極側とで対をなし、例えば数百Ｖ程度の直流電圧が印加されている。

【0028】

発電電動機２７の発電時には、第１のインバータ２８は、発電電動機２７からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置３１や旋回電動モータ３４に供給する。発電電動機２７の力行時には、第１のインバータ２８は、直流母線２９Ａ，２９Ｂの直流電力を交流電力に変換して発電電動機２７に供給する。そして、ＭＧＣＵ３０は、ＨＣＵ３７からの発電電動機出力指令Ｐmg等に基づいて、第１のインバータ２８の各スイッチング素子のオン／オフを制御する。これにより、ＭＧＣＵ３０は、発電電動機２７の発電時の発電電力や力行時の駆動電力を制御する。

【0029】

蓄電装置３１は、発電電動機２７に電気的に接続されている。この蓄電装置３１は、例えばリチウムイオンバッテリからなる複数個のセル（図示せず）によって構成され、直流母線２９Ａ，２９Ｂに接続されている。

【0030】

蓄電装置３１は、発電電動機２７の発電時には発電電動機２７から供給される電力を充電し、発電電動機２７の力行時（アシスト駆動時）には発電電動機２７に向けて駆動電力を供給する。また、蓄電装置３１は、旋回電動モータ３４の回生時には旋回電動モータ３４から供給される回生電力を充電し、旋回電動モータ３４の力行時には旋回電動モータ３４に向けて駆動電力を供給する。このように、蓄電装置３１は、発電電動機２７によって発電された電力を蓄電することに加え、油圧ショベル１の旋回制動時に旋回電動モータ３４が発生した回生電力を吸収し、直流母線２９Ａ，２９Ｂの電圧を一定に保つ。

【0031】

蓄電装置３１は、バッテリコントロールユニット３２（以下、ＢＣＵ３２という）によって制御される。ＢＣＵ３２は、蓄電装置状態検出部を構成している。このＢＣＵ３２は、蓄電率ＳＯＣを検出する。このとき、蓄電率ＳＯＣは、蓄電装置３１の蓄電量に対応した値になる。また、ＢＣＵ３２は、例えば蓄電装置３１の充電や放電の電流を検出する電流センサと電圧を検出する電圧センサ（いずれも図示せず）を備えている。ＢＣＵ３２は、蓄電装置３１の電流Ｉbと電圧Ｖbを検出する。ＢＣＵ３２は、蓄電率ＳＯＣ、電流Ｉb、電圧Ｖb等をＨＣＵ３７に向けて出力する。蓄電装置３１には、バッテリ温度Ｔbを検出するバッテリ温度センサ３３が設けられている。バッテリ温度センサ３３は、バッテリ温度Ｔbに応じた信号をＨＣＵ３７に向けて出力する。なお、バッテリ温度センサ３３は、ＢＣＵ３２に設けられてもよい。バッテリ温度センサ３３は、ＢＣＵ３２を通じて間接的にバッテリ温度ＴbをＨＣＵ３７に出力してもよく、直接的にＨＣＵ３７に出力してもよい。

【0032】

なお、本実施の形態では、蓄電装置３１には、例えば電圧が３５０Ｖ、放電容量が５Ａｈ、蓄電率ＳＯＣの適正使用範囲が例えば３０％以上７０％以下、適正使用セル温度が−２０℃以上６０℃以下に設定されたリチウムイオンバッテリを用いるものとする。蓄電率ＳＯＣの適正使用範囲等は、上述した値に限らず、蓄電装置３１の仕様等に応じて適宜設定される。

【0033】

ここで、エンジン２０の最大出力は、最大ポンプ吸収動力よりも小さい。この場合、エンジン２０が最大ポンプ吸収動力に対して充分に大きな出力をもつときに比べて、車体動作時の発電電動機２７の力行によるエンジンアシストの寄与する割合は大きい。このため、蓄電装置３１は、激しく充電と放電を繰り返す。

【0034】

蓄電装置３１は、一般的に過度な充電や放電を行うと、劣化が促進し、出力が低下する。蓄電装置３１の劣化速度は、充電や放電を行うときの蓄電率ＳＯＣや、充電や放電そのものの強度によって異なる。例えば、リチウムイオンバッテリ等の蓄電装置３１には、メーカによって蓄電率やセル温度に適正な使用範囲が定められている（例えば、蓄電率で３０％以上７０％以下、セル温度で−２０℃以上６０℃以下）。この範囲を超えて蓄電装置３１を使用すると、劣化速度が大きく増加する。

【0035】

旋回電動モータ３４（旋回電動機）は、発電電動機２７または蓄電装置３１からの電力によって駆動される。この旋回電動モータ３４は、例えば三相誘導電動機によって構成され、旋回油圧モータ２６と共に旋回フレーム５に設けられている。旋回電動モータ３４は、旋回油圧モータ２６と協働して旋回装置３を駆動する。このため、旋回装置３は、旋回油圧モータ２６と旋回電動モータ３４の複合トルクによって駆動し、上部旋回体４を旋回駆動する。

【0036】

旋回電動モータ３４は、第２のインバータ３５を介して直流母線２９Ａ，２９Ｂに接続されている。旋回電動モータ３４は、蓄電装置３１や発電電動機２７からの電力を受けて回転駆動する力行と、旋回制動時の余分なトルクで発電して蓄電装置３１を蓄電する回生との２通りの役割を果たす。このため、力行時の旋回電動モータ３４には、発電電動機２７等からの電力が直流母線２９Ａ，２９Ｂを介して供給される。これにより、旋回電動モータ３４は、旋回操作装置１０の操作に応じて回転トルクを発生させて、旋回油圧モータ２６の駆動をアシストすると共に、旋回装置３を駆動して上部旋回体４を旋回動作させる。

【0037】

第２のインバータ３５は、第１のインバータ２８と同様に、複数のスイッチング素子を用いて構成されている。第２のインバータ３５は、旋回電動モータコントロールユニット３６（以下、ＲＭＣＵ３６という）によって各スイッチング素子のオン／オフが制御される。旋回電動モータ３４の力行時には、第２のインバータ３５は、直流母線２９Ａ，２９Ｂの直流電力を交流電力に変換して旋回電動モータ３４に供給する。旋回電動モータ３４の回生時には、第２のインバータ３５は、旋回電動モータ３４からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置３１等に供給する。

【0038】

ＲＭＣＵ３６は、ＨＣＵ３７からの旋回電動モータ出力指令Ｐer等に基づいて、第２のインバータ３５の各スイッチング素子のオン／オフを制御する。これにより、ＲＭＣＵ３６は、旋回電動モータ３４の回生時の回生電力や力行時の駆動電力を制御する。また、ＲＭＣＵ３６は、旋回電動モータ３４の回生電力や駆動電力を検出し、これらを旋回電動モータ出力Ｐ0erとしてＨＣＵ３７に出力する。旋回電動モータ出力Ｐ0erは、ＲＭＣＵ３６によって検出するものに限らず、例えば現在の旋回電動モータ出力指令Ｐerに基づいて、ＨＣＵ３７が推定（算出）してもよい。

【0039】

ＨＣＵ３７は、例えばＥＣＵ２１、ＭＧＣＵ３０、ＲＭＣＵ３６等と共にコントローラを構成し、エンジン２０および発電電動機２７の出力を制御する。このＨＣＵ３７は、例えばマイクロコンピュータによって構成されると共に、ＣＡＮ３８（Controller Area Network）等を用いてＥＣＵ２１、ＭＧＣＵ３０、ＲＭＣＵ３６、ＢＣＵ３２に電気的に接続されている。ＨＣＵ３７は、ＥＣＵ２１、ＭＧＣＵ３０、ＲＭＣＵ３６、ＢＣＵ３２と通信しながら、エンジン２０、発電電動機２７、旋回電動モータ３４、蓄電装置３１を制御する。

【0040】

ＨＣＵ３７には、ＣＡＮ３８等を通じて、バッテリ温度Ｔb、作動油温度Ｔo、蓄電率ＳＯＣ、電流Ｉb、電圧Ｖb、旋回電動モータ出力Ｐ0er、その他車体情報ＶＩ等が入力される。また、ＨＣＵ３７には、操作量センサ９Ａ〜１１Ａが接続されている。これにより、ＨＣＵ３７には、各種の操作量を含むレバー操作量ＯＡが入力される。さらに、ＨＣＵ３７には、エンジン制御ダイヤル３９が接続され、エンジン制御ダイヤル３９によって設定されたエンジン２０の目標回転数ωeが入力される。

【0041】

ＨＣＵ３７は、蓄電率ＳＯＣ等に基づいて、蓄電装置３１の出力を制御する。ここで、ＨＣＵ３７は、蓄電率ＳＯＣに定められた基準値となる目標値ＳＯＣ0を有している。一例を挙げると、蓄電率ＳＯＣの目標値ＳＯＣ0は５０％である。

【0042】

エンジン制御ダイヤル３９は、回転可能なダイヤルによって構成され、ダイヤルの回転位置に応じてエンジン２０の目標回転数ωeを設定する。このエンジン制御ダイヤル３９は、キャブ７内に位置して、オペレータによって回転操作され、目標回転数ωeに応じた指令信号を出力する。

【0043】

次に、ＨＣＵ３７の具体的な構成について、図４を参照して説明する。ＨＣＵ３７は、電流二乗積算比率演算部４０と、最大電力演算部５０と、発電電動機要求出力演算部６０と、最大出力演算部７０と、出力指令演算部８０とを備えている。

【0044】

まず、電流二乗積算比率演算部４０の具体的な構成について、図５を参照して説明する。

【0045】

充電や放電の強度の指標には、電流二乗積算値ＩＳＣを用いることが一般的である。電流二乗積算値ＩＳＣは、現在時刻から遡る過去の一定時間Ｔにどれぐらい電流の入力や出力があったかを、電流の二乗をＴ時間積算することで表す指標である。このとき、時間Ｔは、複数設定されることが多い。この指標は、蓄電装置３１の仕様等に応じて適宜設定される。従って、電流二乗積算値の上限値ＩＳＣmaxを超えて、蓄電装置３１を使用すれば、蓄電装置３１の劣化が促進される。このため、蓄電装置３１は、可能な限り電流二乗積算値の上限値ＩＳＣmaxを超えないように、使用される。以下では、一例として、時間Ｔが１００秒に設定された場合を例に挙げて説明する。

【0046】

電流二乗積算比率演算部４０は、電流二乗積算値算出部４１と、上限値演算部４２と、比率演算部４３と、百分率変換部４４とを備えている。電流二乗積算値算出部４１は、蓄電装置３１の現在から過去一定時間Ｔの電流二乗積算値ＩＳＣを算出する。具体的には、電流二乗積算値算出部４１は、ＢＣＵ３２から出力される電流Ｉbに基づいて、過去１００秒の電流二乗積算値ＩＳＣを算出する。

【0047】

上限値演算部４２は、バッテリ温度センサ３３から出力されるバッテリ温度Ｔbに基づいて、電流二乗積算値の上限値ＩＳＣmaxを算出する。具体的には、上限値演算部４２は、バッテリ温度Ｔbに基づいて、電流二乗積算値の上限値ＩＳＣmaxを演算するために、例えばテーブルＴ1を有する。テーブルＴ1は、バッテリ温度Ｔbの低下に応じて徐々に上限値ＩＳＣmaxを小さくする。特に、−２０℃程度の低温状態では、上限値ＩＳＣmaxは非常に小さい値になる。この場合、僅かな電流Ｉbの入力または出力でも、電流二乗積算値ＩＳＣは、上限値ＩＳＣmaxに到達してしまう。

【0048】

比率演算部４３は、電流二乗積算値ＩＳＣを上限値ＩＳＣmaxによって除算し、電流二乗積算値ＩＳＣの現在値と上限値ＩＳＣmaxとの比率を求める。百分率変換部４４は、比率演算部４３からの出力値に１００を掛けて、百分率に変換された電流二乗積算比率Ｒiscを算出する。このとき、電流二乗積算比率Ｒiscが１００％を超えないように、蓄電装置３１の使用は制御される。

【0049】

次に、最大電力演算部５０の具体的な構成について、図６を参照して説明する。

【0050】

最大電力演算部５０は、最大放電電力演算部５１と、最大充電電力演算部５２とを備えている。最大電力演算部５０は、バッテリ温度Ｔbに基づいて、最大放電電力Ｐd-maxおよび最大充電電力Ｐc-maxを算出する。

【0051】

最大放電電力演算部５１は、バッテリ温度Ｔbによって蓄電装置３１が低温状態であると判断したときに、バッテリ温度Ｔbが低くなるに従って、最大放電電力Ｐd-maxを小さくする。具体的には、最大放電電力演算部５１は、バッテリ温度Ｔbが常温Ｔb2（例えばＴb2＝２５℃）よりも低下したとき（Ｔb＜Ｔb2）、蓄電装置３１が低温状態であると判断する。この最大放電電力演算部５１は、バッテリ温度Ｔbに基づいて、最大放電電力Ｐd-maxを演算するために、例えば最大放電電力テーブルＴ2を有する。このテーブルＴ2は、バッテリ温度Ｔbが常温Ｔb2よりも低下したときに、バッテリ温度Ｔbの低下に応じて、過放電とならない範囲で最大放電電力Ｐd-maxを徐々に減少させる。なお、低温状態を判定する温度（常温Ｔb2）は、上述した値に限らず、蓄電装置３１の仕様等に応じて、適宜設定される。

【0052】

最大充電電力演算部５２は、バッテリ温度Ｔbによって蓄電装置３１が低温状態であると判断したときに、バッテリ温度Ｔbが低くなるに従って、最大充電電力Ｐc-maxを小さくする。具体的には、最大充電電力演算部５２は、バッテリ温度Ｔbが常温Ｔb2よりも低下したとき（Ｔb＜Ｔb2）、蓄電装置３１が低温状態であると判断する。この最大充電電力演算部５２は、バッテリ温度Ｔbに基づいて、最大充電電力Ｐc-maxを演算するために、例えば最大充電電力テーブルＴ3を有する。このテーブルＴ3は、バッテリ温度Ｔbが常温Ｔb2よりも低下したときに、バッテリ温度Ｔbの低下に応じて、過充電とならない範囲で最大充電電力Ｐc-maxを徐々に減少させる。このとき、最大充電電力Ｐc-maxは負値になる。このため、テーブルＴ3は、バッテリ温度Ｔbの低下に応じて、最大充電電力Ｐc-maxの絶対値を徐々に小さくする。

【0053】

このとき、低温領域では、最大放電電力Ｐd-maxよりも最大充電電力Ｐc-maxの方が絶対値が小さくなるように、テーブルＴ2，Ｔ3は設定されている。これにより、発電電動機２７の力行作用を優先することになるので、急峻な油圧負荷の変動に耐え易くなっている。

【0054】

次に、発電電動機要求出力演算部６０の具体的な構成について、図７を参照して説明する。

【0055】

発電電動機要求出力演算部６０は、蓄電装置３１の状況に応じて、発電電動機２７を適切に動作（力行動作または発電動作）させるために、発電電動機要求出力Ｐmg1を決定する。発電電動機要求出力演算部６０は、蓄電率ＳＯＣが目標値ＳＯＣ0を下回る（ＳＯＣ＜ＳＯＣ0）ときに、発電電動機２７に発電を要求し、蓄電率ＳＯＣが目標値ＳＯＣ0を上回る（ＳＯＣ＞ＳＯＣ0）ときに、発電電動機２７に力行を要求する。なお、目標値ＳＯＣ0は、予め設定されていてもよく、各種の入力装置を用いてオペレータが適宜設定してもよい。

【0056】

発電電動機要求出力演算部６０は、蓄電率偏差演算部６１と、蓄電率要求出力演算部６２と、加算器６３とを備えている。この発電電動機要求出力演算部６０には、蓄電率ＳＯＣと、旋回電動モータ出力Ｐ0erとが入力される。

【0057】

蓄電率偏差演算部６１は、蓄電率ＳＯＣと目標蓄電率設定値である目標値ＳＯＣ0との差を演算し、蓄電率偏差ΔＳＯＣ（ΔＳＯＣ＝ＳＯＣ−ＳＯＣ0）を出力する。

【0058】

蓄電率要求出力演算部６２は、蓄電率ＳＯＣに応じて、発電電動機２７に要求する出力として、蓄電率要求出力Ｐsoc1を出力する。具体的には、蓄電率要求出力演算部６２は、蓄電率偏差ΔＳＯＣに基づいて、蓄電率要求出力Ｐsoc1を演算するために、例えばテーブルＴ4を有する。

【0059】

蓄電率偏差ΔＳＯＣが０となったとき（ΔＳＯＣ＝０）には、テーブルＴ4は、蓄電率要求出力Ｐsoc1を最小値（例えばＰsoc1＝０ｋＷ）に設定する。このとき、蓄電率ＳＯＣは目標値ＳＯＣ0となっており、蓄電率ＳＯＣに応じた発電電動機２７の動作は不要である。

【0060】

蓄電率偏差ΔＳＯＣが負値の場合（ΔＳＯＣ＜０）には、テーブルＴ4は、蓄電率偏差ΔＳＯＣの絶対値の大きさに応じて、発電要求となった蓄電率要求出力Ｐsoc1を設定する。一方、蓄電率偏差ΔＳＯＣが正値の場合（ΔＳＯＣ＞０）には、テーブルＴ4は、蓄電率偏差ΔＳＯＣの絶対値の大きさに応じて、力行要求となった蓄電率要求出力Ｐsoc1を設定する。

【0061】

加算器６３には、蓄電装置３１の蓄電率ＳＯＣに基づく蓄電率要求出力Ｐsoc1と、反転入力部６３Ａによって旋回電動モータ出力Ｐ0erの符号が反転した値（−Ｐ0er）とが入力される。加算器６３は、蓄電率要求出力Ｐsoc1に対して、旋回電動モータ出力Ｐ0erに−１を掛けた値を加算し、この加算値を算出する。発電要求と力行要求に対して、旋回電動モータ出力Ｐ0erに応じた分が優先的に実行される。加算器６３は、この点を考慮した処理を行っている。

【0062】

具体的に説明すると、蓄電率要求出力Ｐsoc1が力行要求で、かつ旋回電動モータ３４が力行状態では、旋回電動モータ出力Ｐ0erに応じた値を、放電電力である蓄電率要求出力Ｐsoc1から低下させる。蓄電率要求出力Ｐsoc1が発電要求で、かつ旋回電動モータ３４が発電状態では、旋回電動モータ出力Ｐ0erに応じた値を、発電電力である蓄電率要求出力Ｐsoc1から低下させる。

【0063】

一方、蓄電率要求出力Ｐsoc1が力行要求で、かつ旋回電動モータ３４が発電状態では、旋回電動モータ出力Ｐ0erに応じた値を、放電電力である蓄電率要求出力Ｐsoc1から上昇させる。蓄電率要求出力Ｐsoc1が発電要求で、かつ旋回電動モータ３４が力行状態では、旋回電動モータ出力Ｐ0erに応じた値を、発電電力である蓄電率要求出力Ｐsoc1から上昇させる。

【0064】

加算器６３は、発電電動機要求出力Ｐmg1を加算値（Ｐsoc1−Ｐ0er）に設定する。但し、加算器６３は、力行側の加算値が最大力行出力を超えるときには、発電電動機要求出力Ｐmg1を最大力行出力に設定する。加算器６３は、発電側の加算値が最大発電出力を超えるときには、発電電動機要求出力Ｐmg1を最大発電出力に設定する。加算器６３は、旋回電動モータ出力Ｐ0erを考慮した発電電動機要求出力Ｐmg1を出力する。

【0065】

次に、最大出力演算部７０の具体的な構成について、図８ないし図１２を参照して説明する。

【0066】

図８に示すように、最大出力演算部７０は、低温減少出力演算部７１と、発電電動機出力制限ゲイン演算部７２と、エンジン最大出力演算部７３と、発電電動機最大出力演算部７４と、最大合計出力演算部７５とを有している。この最大出力演算部７０には、作動油温度Ｔoと、バッテリ温度Ｔbと、電圧Ｖbと、エンジン目標回転数ωeと、最大放電電力Ｐd-maxと、最大充電電力Ｐc-maxと、電流二乗積算比率Ｒiscとが入力される。

【0067】

図９に示すように、低温減少出力演算部７１は、第１の車体速度低減量決定部としてのバッテリ低温減少出力演算部７１Ａと、第２の車体速度低減量決定部としての作動油低温減少出力演算部７１Ｂとを備えている。

【0068】

バッテリ低温減少出力演算部７１Ａは、バッテリ温度Ｔbと電圧Ｖbとに基づいて、第１の車体速度低減量としてのバッテリ低温減少出力ＰbLを演算する。このバッテリ低温減少出力演算部７１Ａは、バッテリ温度センサ３３によって検出したバッテリ温度Ｔbによって蓄電装置３１が低温状態であると判断したときに、バッテリ温度Ｔbが低くなるに従って大きい値とするバッテリ低温減少出力ＰbLを決定する。具体的には、バッテリ低温減少出力演算部７１Ａは、バッテリ温度Ｔbが常温Ｔb2よりも低下したとき（Ｔb＜Ｔb2）、蓄電装置３１が低温状態であると判断する。

【0069】

バッテリ低温減少出力演算部７１Ａは、バッテリ低温減少電流演算部７１Ａ1と、出力換算部７１Ａ2とを備えている。バッテリ低温減少電流演算部７１Ａ1は、バッテリ温度Ｔbに基づいてバッテリ減少電流ＩbLを演算するために、テーブルＴ5を有する。テーブルＴ5は、車体使用時の仕様上の最低温度Ｔb1［℃］から常温Ｔb2［℃］に亘ってバッテリ減少電流ＩbLを算出する。テーブルＴ5は、最低温度Ｔb1と常温Ｔb2との間の温度Ｔb3［℃］（Ｔb1≦Ｔb3≦Ｔb2）のときの最大放電電流と、常温Ｔb2における電流二乗積算値の上限値ＩＳＣmaxとに基づいて作成されている。具体的には、テーブルＴ5は、温度Ｔb3における蓄電装置３１の最大放電電流と常温Ｔb2における電流二乗積算値の上限値ＩＳＣmaxを積算時間Ｔで割って平方根をとった値（常温Ｔb2のときの電流実効値の上限値）の値とのうち小さい方と、温度Ｔb3における電流実効値の上限値との差に基づいて作成されている。このとき、バッテリ減少電流ＩbLは、バッテリ温度Ｔbの低下に伴って電流実効値の上限値が低下するときに、この上限値の低下量に応じて蓄電装置３１の電流Ｉbを制限するものである。

【0070】

このため、テーブルＴ5は、バッテリ温度Ｔbが常温Ｔb2以上に上昇（Ｔb≧Ｔb2）すると、バッテリ減少電流ＩbL（電流Ｉbの制限値）を最小値Ｉ1（例えばＩ1＝０［Ａ］）に設定する。テーブルＴ5は、バッテリ温度Ｔbが最低温度Ｔb1以下に低下（Ｔb≦Ｔb1）すると、バッテリ減少電流ＩbLを最大値Ｉ2に設定する。また、バッテリ温度Ｔbが常温Ｔb2と最低温度Ｔb1の間の値（Ｔb1＜Ｔb＜Ｔb2）となるときには、テーブルＴ5は、バッテリ温度Ｔbが低下するに従って、バッテリ減少電流ＩbLを最小値Ｉ1から増加させる。即ち、バッテリ温度Ｔbが常温Ｔb2よりも低下すると、テーブルＴ5は、常温Ｔb2からの低下度合いに応じて、バッテリ減少電流ＩbLを最小値Ｉ1と最大値Ｉ2との間の値に設定する。ここで、常温Ｔb2および最低温度Ｔb1は、車体使用時の仕様等に応じて予め決められている。例えば、常温Ｔb2は２５℃で、最低温度Ｔb1は−２０℃に設定されている。

【0071】

出力換算部７１Ａ2は、バッテリ低温減少電流演算部７１Ａ1から出力されるバッテリ減少電流ＩbLに、蓄電装置３１の電圧Ｖbと、出力の次元となるように所定の係数（効率Ｅff／１０００）とを掛ける。これにより、出力換算部７１Ａ2は、バッテリ温度Ｔbに応じたバッテリ低温減少出力ＰbL［ｋＷ］を算出する。

【0072】

作動油低温減少出力演算部７１Ｂは、作動油温度Ｔoとエンジン目標回転数ωeとに基づいて、第２の車体速度低減量としての作動油低温減少出力ＰoLを演算する。この作動油低温減少出力演算部７１Ｂは、作動油温度センサ２３によって検出した作動油温度Ｔoによって作動油が低温状態であると判断したときに、作動油温度Ｔoが低くなるに従って大きい値とする作動油低温減少出力ＰoLを決定する。具体的には、作動油低温減少出力演算部７１Ｂは、作動油温度Ｔoが常温Ｔo2よりも低下したとき（Ｔo＜Ｔo2）、作動油が低温状態であると判断する。

【0073】

作動油低温減少出力演算部７１Ｂは、作動油低温減少トルク演算部７１Ｂ1と、出力換算部７１Ｂ2とを備えている。作動油低温減少トルク演算部７１Ｂ1は、作動油温度Ｔoに基づいて作動油減少トルクＮoLを演算するために、テーブルＴ6を有する。テーブルＴ6は、最低温度Ｔo1と常温Ｔo2との間の温度Ｔo3［℃］（Ｔo1≦Ｔo3≦Ｔo2）のときの引摺りトルクと、常温Ｔo2における引摺りトルクとに基づいて作成されている。具体的には、テーブルＴ6は、常温Ｔo2における引摺りトルクを基準値とし、その基準値に対する温度Ｔo3における引摺りトルクの増加量に基づいて作成されている。このとき、作動油減少トルクＮoLは、作動油温度Ｔoの低下に伴って引摺りトルクが増加するときに、この引摺りトルクの増加量に応じて油圧機器の出力トルクを制限するものである。

【0074】

このため、テーブルＴ6は、作動油温度Ｔoが常温Ｔo2以上に上昇（Ｔo≧Ｔo2）すると、作動油減少トルクＮoL（トルクの制限値）を最小値Ｎ1（例えばＮ1＝０Ｎｍ）に設定する。テーブルＴ6は、作動油温度Ｔoが閾値となる最低温度Ｔo1以下に低下（Ｔo≦Ｔo1）すると、作動油減少トルクＮoLを最大値Ｎ2に設定する。また、作動油温度Ｔoが常温Ｔo2と最低温度Ｔo1の間の値（Ｔo1＜Ｔo＜Ｔo2）となるときには、テーブルＴ6は、作動油温度Ｔoが低下するに従って、作動油減少トルクＮoLを最小値Ｎ1から増加させる。即ち、作動油温度Ｔoが常温Ｔo2よりも低下すると、テーブルＴ6は、常温Ｔo2からの低下度合いに応じて、作動油減少トルクＮoLを最小値Ｎ1と最大値Ｎ2との間の値に設定する。ここで、常温Ｔo2および最低温度Ｔo1は、車体使用時の仕様等に応じて予め決められている。例えば常温Ｔo2は、常温Ｔb2と同じ値に設定され、最低温度Ｔo1は最低温度Ｔb1と同じ値に設定されている。但し、常温Ｔo2は、常温Ｔb2と異なる値でもよい。同様に、最低温度Ｔo1は、最低温度Ｔb1と異なる値でもよい。

【0075】

出力換算部７１Ｂ2は、作動油低温減少トルク演算部７１Ｂ1から出力される作動油減少トルクＮoLに、エンジン目標回転数ωe［ｒｐｍ］と、出力の次元となるように所定の係数（２π／６０／１０００）とを掛ける。これにより、出力換算部７１Ｂ2は、作動油温度Ｔoに応じた作動油低温減少出力ＰoL［ｋＷ］を算出する。

【0076】

図１０に示すように、発電電動機出力制限ゲイン演算部７２は、力行制限ゲイン演算部７２Ａと、発電制限ゲイン演算部７２Ｂとを有している。発電電動機出力制限ゲイン演算部７２には、電流二乗積算比率Ｒiscが入力される。

【0077】

力行制限ゲイン演算部７２Ａは、電流二乗積算比率Ｒiscに基づいて力行制限ゲインＫmgmを演算するために、テーブルＴ7を有している。このとき、力行制限ゲインＫmgmは、発電電動機２７の力行によって電流二乗積算比率Ｒiscが上限値Ｒm2まで上昇するのを抑制するために、発電電動機２７の力行出力を制限するものである。力行制限ゲイン演算部７２Ａは、テーブルＴ7を用いて電流二乗積算比率Ｒiscに応じた力行制限ゲインＫmgmを演算する。なお、上限値Ｒm2は、第３の基準値であり、例えば１００％である。

【0078】

テーブルＴ7は、電流二乗積算比率Ｒiscが上限値Ｒm2まで上昇（Ｒisc≧Ｒm2）すると、力行制限ゲインＫmgmを最小値（例えばＫmgm＝０）に設定する。テーブルＴ7は、電流二乗積算比率Ｒiscが閾値となる適正基準値Ｒm1以下に低下（Ｒisc≦Ｒm1）すると、力行制限ゲインＫmgmを最大値（例えばＫmgm＝１）に設定する。また、電流二乗積算比率Ｒiscが上限値Ｒm2と適正基準値Ｒm1の間の値（Ｒm1＜Ｒisc＜Ｒm2）となるときには、テーブルＴ7は、電流二乗積算比率Ｒiscが上昇するに従って、力行制限ゲインＫmgmを低下させる。即ち、電流二乗積算比率Ｒiscが適正基準値Ｒm1よりも上昇すると、テーブルＴ7は、適正基準値Ｒm1からの上昇度合いに応じて、力行制限ゲインＫmgmを最小値と最大値との間の値に設定する。ここで、適正基準値Ｒm1は、上限値Ｒm2から予め決められた余裕を持って大きな値に設定されている。例えば上限値Ｒm2が１００％となるときに、適正基準値Ｒm1は９０％程度の値に設定されている。

【0079】

従って、力行制限ゲイン演算部７２Ａは、最大ゲイン設定部７２Ａ1と、ゲイン低下設定部７２Ａ2と、最小ゲイン設定部７２Ａ3とを有している。最大ゲイン設定部７２Ａ1は、電流二乗積算比率Ｒiscが適正基準値Ｒm1以下のときに力行制限ゲインＫmgmを最大値に設定する。ゲイン低下設定部７２Ａ2は、電流二乗積算比率Ｒiscが適正基準値Ｒm1と上限値Ｒm2との間の範囲内にあるときに電流二乗積算比率Ｒiscが大きくなるに従って力行制限ゲインＫmgmを低下させる。最小ゲイン設定部７２Ａ3は、電流二乗積算比率Ｒiscが上限値Ｒm2以上のときに力行制限ゲインＫmgmを最小値に設定する。

【0080】

発電制限ゲイン演算部７２Ｂは、電流二乗積算比率Ｒiscに基づいて発電制限ゲインＫmggを演算するために、テーブルＴ8を有している。このとき、発電制限ゲインＫmggは、発電電動機２７の発電によって電流二乗積算比率Ｒiscが上限値Ｒg2まで上昇するのを抑制するために、発電電動機２７の発電出力を制限するものである。発電制限ゲイン演算部７２Ｂは、テーブルＴ8を用いて電流二乗積算比率Ｒiscに応じた発電制限ゲインＫmggを演算する。なお、上限値Ｒg2は、第２の基準値であり、例えば上限値Ｒm2と同じ値（例えばＲg2＝１００％）である。

【0081】

テーブルＴ8は、電流二乗積算比率Ｒiscが上限値Ｒg2まで上昇（Ｒisc≧Ｒg2）すると、発電制限ゲインＫmggを最小値（例えばＫmgg＝０）に設定する。テーブルＴ8は、電流二乗積算比率Ｒiscが閾値となる適正基準値Ｒg1以下に低下（Ｒisc≦Ｒg1）すると、発電制限ゲインＫmggを最大値（例えばＫmgg＝１）に設定する。また、電流二乗積算比率Ｒiscが上限値Ｒg2と適正基準値Ｒg1の間の値（Ｒg1＜Ｒisc＜Ｒg2）となるときには、テーブルＴ8は、電流二乗積算比率Ｒiscが上昇するに従って、発電制限ゲインＫmggを低下させる。即ち、電流二乗積算比率Ｒiscが適正基準値Ｒg1よりも上昇すると、テーブルＴ8は、適正基準値Ｒg1からの上昇度合いに応じて、発電制限ゲインＫmggを最小値と最大値との間の値に設定する。

【0082】

従って、発電制限ゲイン演算部７２Ｂは、最大ゲイン設定部７２Ｂ1と、ゲイン低下設定部７２Ｂ2と、最小ゲイン設定部７２Ｂ3とを有している。最大ゲイン設定部７２Ｂ1は、電流二乗積算比率Ｒiscが適正基準値Ｒg1以下のときに発電制限ゲインＫmggを最大値に設定する。ゲイン低下設定部７２Ｂ2は、電流二乗積算比率Ｒiscが適正基準値Ｒg1と上限値Ｒg2との間の範囲内にあるときに電流二乗積算比率Ｒiscが大きくなるに従って発電制限ゲインＫmggを低下させる。最小ゲイン設定部７２Ｂ3は、電流二乗積算比率Ｒiscが上限値Ｒg2以上のときに発電制限ゲインＫmggを最小値に設定する。

【0083】

ここで、適正基準値Ｒg1は、上限値Ｒg2から予め決められた余裕を持って小さな値に設定されている。例えば適正基準値Ｒg1は、適正基準値Ｒm1と同じ値に設定されている。適正基準値Ｒg1，Ｒm1は、いずれも第１の基準値となっている。

【0084】

なお、発電制限用の適正基準値Ｒg1は、力行制限用の適正基準値Ｒm1と同じ値になる場合を例示したが、これらは互いに異なる値でもよい。同様に、発電制限用の上限値Ｒg2は、力行制限用の上限値Ｒm2と同じ値になる場合を例示したが、これらは互いに異なる値でもよい。

【0085】

エンジン最大出力演算部７３は、エンジン目標回転数ωeとエンジン最大出力Ｐe-maxとの対応関係を示したテーブル（図示せず）を有している。このとき、エンジン最大出力Ｐe-maxは、エンジン目標回転数ωeでエンジン２０が駆動したときの、エンジン２０から供給可能な最大出力を示している。エンジン最大出力演算部７３は、エンジン目標回転数ωeに基づいてエンジン最大出力Ｐe-maxを演算し、算出したエンジン最大出力Ｐe-maxを出力する。

【0086】

図１１に示すように、発電電動機最大出力演算部７４は、発電電動機最大力行出力Ｐmgm-maxを算出する発電電動機最大力行出力算出部７４Ａと、発電電動機最大発電出力Ｐmgg-maxを算出する発電電動機最大発電出力算出部７４Ｂとを備えている。

【0087】

発電電動機最大力行出力算出部７４Ａは、エンジン目標回転数ωeと、最大放電電力Ｐd-maxと、力行制限ゲインＫmgmとに基づいて、発電電動機最大力行出力Ｐmgm-maxを算出する。

【0088】

この発電電動機最大力行出力算出部７４Ａは、力行最大出力算出部７４Ａ1と、最小値選択部７４Ａ2と、乗算部７４Ａ3とを備えている。力行最大出力算出部７４Ａ1は、エンジン最大出力演算部７３と同様に、エンジン目標回転数ωeに対する発電電動機２７の力行最大出力を算出するテーブル（図示せず）を有している。力行最大出力算出部７４Ａ1は、エンジン２０の目標回転数ωeに基づいて、発電電動機２７の力行最大出力を算出する。

【0089】

最小値選択部７４Ａ2は、目標回転数ωeから決定した力行最大出力と、蓄電装置３１の最大放電電力Ｐd-maxにインバータ２８および発電電動機２７の効率を作用（乗算）させた値とを比較し、これらの最小値を選択する。

【0090】

乗算部７４Ａ3は、最小値選択部７４Ａ2によって選択された最小値に力行制限ゲインＫmgmを作用（乗算）させ、この乗算値を、発電電動機最大力行出力Ｐmgm-maxとして出力する。このとき、発電電動機最大力行出力Ｐmgm-maxは、蓄電装置３１の放電電力最大値に相当する。

【0091】

このとき、発電電動機最大力行出力算出部７４Ａおよび最小ゲイン設定部７２Ａ3は、放電電力最大値低減部９２を構成している。この放電電力最大値低減部９２は、電流二乗積算比率Ｒiscが予め決められた適正基準値Ｒm1よりも大きな値である上限値Ｒm2を超えた場合（Ｒisc≧Ｒm2）には、上限値Ｒm2よりも小さい場合に比べて、発電電動機最大力行出力Ｐmgm-maxをさらに小さくする。

【0092】

また、発電電動機最大発電出力算出部７４Ｂは、エンジン目標回転数ωeと、最大充電電力Ｐc-maxと、発電制限ゲインＫmggとに基づいて、発電電動機最大発電出力Ｐmgg-maxを算出する。

【0093】

この発電電動機最大発電出力算出部７４Ｂは、発電最大出力算出部７４Ｂ1と、最大値選択部７４Ｂ2と、乗算部７４Ｂ3とを備えている。発電最大出力算出部７４Ｂ1は、エンジン最大出力演算部７３と同様に、エンジン目標回転数ωeに対する発電電動機２７の発電最大出力を算出するテーブル（図示せず）を有している。発電最大出力算出部７４Ｂ1は、エンジン２０の目標回転数ωeに基づいて、発電電動機２７の発電最大出力を算出する。

【0094】

最大値選択部７４Ｂ2は、目標回転数ωeから決定した発電最大出力と、蓄電装置３１の最大充電電力Ｐc-maxにインバータ２８および発電電動機２７の効率を作用させた値とを比較し、これらの最大値を算出する。このとき、発電最大出力と最大充電電力Ｐc-maxは、いずれも負値であるため、これらのうちで絶対値の小さい方が最大値になる。

【0095】

乗算部７４Ｂ3は、最大値選択部７４Ｂ2によって選択された最大値に発電制限ゲインＫmggを作用（乗算）させ、この乗算値を、発電電動機最大発電出力Ｐmgg-maxとして出力する。このとき、発電電動機最大発電出力Ｐmgg-maxは、蓄電装置３１の充電電力最大値に相当する。

【0096】

このとき、発電電動機最大発電出力算出部７４Ｂおよび最小ゲイン設定部７２Ｂ3は、充電電力最大値低減部９３を構成している。この充電電力最大値低減部９３は、電流二乗積算比率Ｒiscが予め決められた適正基準値Ｒg1よりも大きな値である上限値Ｒg2を超えた場合（Ｒisc≧Ｒg2）には、上限値Ｒg2よりも小さい場合に比べて、発電電動機最大発電出力Ｐmgg-maxをさらに小さくする。

【0097】

図１２に示すように、最大合計出力演算部７５は、加算器７５Ａ，７５Ｂと、減算器７５Ｃとを備えている。加算器７５Ａは、エンジン最大出力Ｐe-maxと発電電動機最大力行出力Ｐmgm-maxの和である最大出力加算値（Ｐe-max＋Ｐmgm-max）を算出する。加算器７５Ｂは、作動油低温減少出力ＰoLとバッテリ低温減少出力ＰbLとの和である減少出力加算値（ＰoL＋ＰbL）を算出する。減算器７５Ｃは、最大出力加算値（Ｐe-max＋Ｐmgm-max）から減少出力加算値（ＰoL＋ＰbL）を減算する。これにより、最大合計出力演算部７５は、以下の数１式に示すように、最大出力加算値から減少出力加算値を減算した減算値を、最大合計出力Ｐt-maxとして算出する。

【0098】

【数1】

【0099】

このとき、最大合計出力演算部７５、発電電動機最大力行出力算出部７４Ａおよびゲイン低下設定部７２Ａ2は、車体速度低減量調整部９１を構成している。この車体速度低減量調整部９１は、電流二乗積算比率Ｒiscが予め決められた適正基準値Ｒm1を超えた場合（Ｒisc≧Ｒm1）に、超えた量が大きくなるに従ってバッテリ低温減少出力ＰbLよりも車体速度を低下させる。

【0100】

次に、出力指令演算部８０の具体的な構成について、図１３を参照して説明する。

【0101】

出力指令演算部８０は、バッテリ低温減少出力ＰbLと作動油低温減少出力ＰoLとの和に基づいて、車体動作を制御する。ここで、出力指令演算部８０は、充電電力が最大充電電力Ｐc-maxを超えないように、発電電動機２７を制御する。また、出力指令演算部８０は、放電電力が最大放電電力Ｐd-maxを超えないように、発電電動機２７を制御する。

【0102】

出力指令演算部８０は、ポンプ推定入力演算部８１と、発電電動機力行発電要求判定部８２と、発電電動機力行出力演算部８３と、発電電動機発電出力演算部８４と、発電電動機出力指令演算部８５と、エンジン出力指令演算部８６とを有している。この出力指令演算部８０には、各レバー操作量ＯＡと、その他車体情報ＶＩと、最大合計出力Ｐt-maxと、発電電動機要求出力Ｐmg1と、エンジン最大出力Ｐe-maxと、発電電動機最大力行出力Ｐmgm-maxと、発電電動機最大発電出力Ｐmgg-maxとが入力される。

【0103】

ポンプ推定入力演算部８１は、各レバー操作量ＯＡに応じて車体を動作させるために必要なポンプ推定入力Ｐpと旋回電動モータ出力指令Ｐerとを演算する。ポンプ推定入力演算部８１は、ポンプ推定入力Ｐpと旋回電動モータ出力指令Ｐerとを演算するときに、その他車体情報ＶＩと、最大合計出力Ｐt-maxとを考慮する。このため、ポンプ推定入力演算部８１には、その他車体情報ＶＩと、各レバー操作量ＯＡと、最大合計出力Ｐt-maxとが入力される。ポンプ推定入力演算部８１は、各レバー操作量ＯＡとその他車体情報ＶＩとに基づいて目標とする動作に必要なポンプ出力を推定する。ポンプ推定入力演算部８１は、このポンプ出力にポンプ効率や補機負荷等を考慮して、予備的なポンプ推定入力を計算する。このとき、ポンプ推定入力演算部８１は、各レバー操作量ＯＡのうち旋回の操作量に応じて、旋回電動モータ３４を動作させるための旋回電動モータ出力指令Ｐerも計算する。具体的には、ポンプ推定入力演算部８１は、旋回油圧モータ２６に比べて、旋回電動モータ３４が優先的に旋回動作の出力を負担するように、旋回電動モータ出力指令Ｐerを算出する。次に、ポンプ推定入力演算部８１は、最大合計出力Ｐt-maxと予備的なポンプ推定入力とを比較し、値の小さい方を最終的なポンプ推定入力Ｐpとして出力する。ポンプ推定入力演算部８１で行われる計算は、蓄電装置３１が低温状態で電流二乗積算比率Ｒiscを増加させないように、車体速度を低下させることに相当する。

【0104】

発電電動機力行発電要求判定部８２には、発電電動機要求出力Ｐmg1が入力される。発電電動機要求出力Ｐmg1が正の値の場合（Ｐmg1＞０）、発電電動機力行発電要求判定部８２は、発電電動機力行要求出力Ｐmgm1を発電電動機要求出力Ｐmg1の値に設定する（Ｐmgm1＝Ｐmg1）と共に、発電電動機発電要求出力Ｐmgg1を０に設定する（Ｐmgg1＝０）。逆に、発電電動機要求出力Ｐmg1が負の値の場合（Ｐmg1＜０）、発電電動機力行発電要求判定部８２は、発電電動機力行要求出力Ｐmgm1を０に設定する（Ｐmgm1＝０）と共に、発電電動機発電要求出力Ｐmgg1を発電電動機要求出力Ｐmg1の値に設定する（Ｐmgm1＝Ｐmg1）。発電電動機力行発電要求判定部８２は、これらの発電電動機力行要求出力Ｐmgm1と発電電動機発電要求出力Ｐmgg1とを出力する。

【0105】

発電電動機力行出力演算部８３には、ポンプ推定入力Ｐpと、エンジン最大出力Ｐe-maxと、発電電動機最大力行出力Ｐmgm-maxと、発電電動機力行要求出力Ｐmgm1とが入力される。発電電動機力行出力演算部８３は、ポンプ推定入力Ｐpとエンジン最大出力Ｐe-maxとを比較する。発電電動機力行出力演算部８３は、ポンプ推定入力Ｐpがエンジン最大出力Ｐe-maxよりも大きい場合（Ｐp＞Ｐe-max）には、ポンプ推定入力Ｐpとエンジン最大出力Ｐe-maxとの差を発電電動機力行出力指令Ｐmgmとする。但し、発電電動機力行出力指令Ｐmgmは、発電電動機最大力行出力Ｐmgm-maxよりも大きくならないように調整される。

【0106】

一方、発電電動機力行出力演算部８３は、エンジン最大出力Ｐe-maxがポンプ推定入力Ｐpよりも大きい場合（Ｐp＜Ｐe-max）には、発電電動機最大力行出力Ｐmgm-maxと発電電動機力行要求出力Ｐmgm1とのうち最小のものを選択し、発電電動機力行出力指令Ｐmgmとする。

【0107】

これにより、発電電動機力行出力演算部８３は、油圧負荷に対してエンジン２０の出力で不足する部分を発電電動機２７の力行出力によって担保する。その上で、発電電動機力行出力演算部８３は、発電電動機力行要求出力Ｐmgm1を満たすように、発電電動機２７の力行動作を制御する。これにより、発電電動機２７は、可能な限り力行要求に従うことになる。

【0108】

発電電動機発電出力演算部８４には、ポンプ推定入力Ｐpと、エンジン最大出力Ｐe-maxと、発電電動機最大発電出力Ｐmgg-maxと、発電電動機発電要求出力Ｐmgg1とが入力される。

【0109】

このように、発電電動機発電出力演算部８４は、ポンプ推定入力Ｐpとエンジン最大出力Ｐe-maxとを比較する。発電電動機発電出力演算部８４は、ポンプ推定入力Ｐpがエンジン最大出力Ｐe-maxよりも大きい場合（Ｐp＞Ｐe-max）は、０となった発電電動機発電出力指令Ｐmggを出力する。この場合、エンジン２０は、油圧負荷への対応で全ての出力が消費されるから、発電動作を行う余裕がない。このため、発電電動機発電出力指令Ｐmggは０に設定され、発電電動機２７が発電動作を行うことはない。

【0110】

一方、エンジン最大出力Ｐe-maxがポンプ推定入力Ｐpよりも大きい場合（Ｐp＜Ｐe-max）は、エンジン最大出力Ｐe-maxとポンプ推定入力Ｐpとの差と、発電電動機最大発電出力Ｐmgg-maxと、発電電動機発電要求出力Ｐmgg1とのうち、その絶対値が最小のものを選択し、発電電動機発電出力指令Ｐmggとする。

【0111】

これにより、発電電動機発電出力演算部８４は、油圧負荷に対応しながら、可能な限り発電電動機発電要求出力Ｐmgg1を満たすように、発電電動機２７の発電動作を制御する。

【0112】

発電電動機出力指令演算部８５は、発電電動機力行出力指令Ｐmgmと発電電動機発電出力指令Ｐmggとを加算する。発電電動機出力指令演算部８５は、この加算値を、発電電動機出力指令Ｐmgとして出力する。

【0113】

エンジン出力指令演算部８６は、ポンプ推定入力Ｐpから発電電動機出力指令Ｐmgを減算する。エンジン出力指令演算部８６は、この減算値を、エンジン出力指令Ｐeとして出力する。

【0114】

出力指令演算部８０は、発電電動機要求出力演算部６０からの出力の要求に加えて、操作量センサ９Ａ〜１１Ａによって検出したレバー操作量ＯＡに基づいて、蓄電装置３１の出力を制御する。また、出力指令演算部８０のポンプ推定入力演算部８１は、各レバー操作量ＯＡに応じたポンプ推定入力Ｐpを算出する。このとき、出力指令演算部８０の発電電動機力行出力演算部８３は、ポンプ推定入力Ｐpの確保を優先させた発電電動機力行出力指令Ｐmgmを出力する。同様に、出力指令演算部８０の発電電動機発電出力演算部８４は、ポンプ推定入力Ｐpの確保を優先させた発電電動機発電出力指令Ｐmggを出力する。このため、車体速度の低下を抑制して、オペレータに操作ストレスや違和感を与える機会を減少させることができる。

【0115】

本実施の形態によるハイブリッド油圧ショベル１は上述のような構成を有する。次に、低温状態でのＨＣＵ３７によるエンジン２０と蓄電装置３１との間の出力の負担割合の制御について、図１４ないし図１６を参照しつつ説明する。図１４ないし図１６中では、エンジン最大出力Ｐe-maxは６０ｋＷとし、蓄電装置３１の常温状態での最大放電電力Ｐd-maxは４０ｋＷとしている。このとき、最大合計出力Ｐt-maxは、バッテリ温度Ｔbおよび作動油温度Ｔoの両方が常温状態であるときには、１００ｋＷである。

【0116】

なお、前述した値は、エンジン最大出力Ｐe-maxや最大放電電力Ｐd-maxの一例を示したものであり、油圧ショベル１の仕様等によって適宜変更される。また、説明を簡略化するために、旋回動作は行わず、旋回電動モータ３４は力行と回生のいずれも実行しないものとする。これに加え、蓄電率ＳＯＣには余裕があり、充電は不要な状態であるとする。

【0117】

第１に、バッテリ温度Ｔbが低温状態にあり、作動油温度Ｔoが常温状態にある場合について、ＨＣＵ３７の制御内容を、図１４を参照して説明する。

【0118】

寒冷地で建設機械を起動する場合、実際の作業前に一時的にラジエータ室の吸気に目張りをすることによって、機械室内の放熱効果を抑制した状態で車体の暖機運転を行うことがある。このとき、作動油温度Ｔoは速やかに上昇するが、バッテリ温度Ｔbは同等の速度で上昇するとは限らない。車体システムの設計に依存する話ではあるが、作動油温度Ｔoが常温まで上昇していても、バッテリ温度Ｔbがまだ低温領域にある、という状況は十分にありえる。

【0119】

このとき、最大電力演算部５０は、バッテリ温度Ｔbに応じて、常温状態に比べて減少した最大放電電力Ｐd-max（例えばＰd-max＝２０ｋＷ）を出力する。このため、システムが出力可能なパワーは、エンジン最大出力Ｐe-maxに、最大放電電力Ｐd-maxに基づく発電電動機最大力行出力Ｐmgm-maxを加算した値として、例えば８０ｋＷになる。また、最大出力演算部７０の低温減少出力演算部７１は、バッテリ温度Ｔbに応じて、常温状態に比べて増加したバッテリ低温減少出力ＰbL（例えば、ＰbL＝１０ｋＷ）を出力する。これに対し、最大出力演算部７０の低温減少出力演算部７１は、作動油温度Ｔoに応じて、常温状態における作動油低温減少出力ＰoL（例えばＰoL＝０ｋＷ）を出力する。

【0120】

これにより、最大合計出力Ｐt-maxは、常温状態に比べて低下し、バッテリ低温減少出力ＰbLおよび最大放電電力Ｐd-maxによって、例えば７０ｋＷになる。このため、ＨＣＵ３７の出力指令演算部８０は、エンジン２０が６０ｋＷを負担し、蓄電装置３１が１０ｋＷを負担するように、常温状態に比べて車体速度を低下させる。

【0121】

第２に、バッテリ温度Ｔbが常温状態にあり、作動油温度Ｔoが低温状態にある場合について、ＨＣＵ３７の制御内容を、図１５を参照して説明する。

【0122】

建設機械には、蓄電装置３１の暖機を行う機能を備えたものが存在する。このような暖機機能には、例えば充放電の繰り返しによって、蓄電装置３１の自己発熱を利用するもの、または、エンジン２０の排熱を蓄電装置３１に供給するもの等が考えられる。このような蓄電装置３１の暖機機能は、車体の暖機動作を行わなくても機能するため、例えばエンジンだけ始動して暫く放置した場合には、バッテリ温度Ｔbが常温まで上昇しても、作動油温度Ｔoがまだ低温領域にある、という状況は十分にありえる。

【0123】

このとき、最大電力演算部５０は、バッテリ温度Ｔbに応じて、常温状態における最大放電電力Ｐd-max（例えばＰd-max＝４０ｋＷ）を出力する。このため、システムが出力可能なパワーは、エンジン最大出力Ｐe-maxに、最大放電電力Ｐd-maxに基づく発電電動機最大力行出力Ｐmgm-maxを加算した値として、例えば１００ｋＷになる。また、最大出力演算部７０の低温減少出力演算部７１は、バッテリ温度Ｔbに応じて、常温状態におけるバッテリ低温減少出力ＰbL（例えば、ＰbL＝０ｋＷ）を出力する。これに対し、最大出力演算部７０の低温減少出力演算部７１は、作動油温度Ｔoに応じて、常温状態に比べて増加した作動油低温減少出力ＰoL（例えばＰoL＝２０ｋＷ）を出力する。

【0124】

これにより、最大合計出力Ｐt-maxは、常温状態に比べて低下し、作動油低温減少出力ＰoLおよび最大放電電力Ｐd-maxによって、例えば８０ｋＷになる。このため、ＨＣＵ３７の出力指令演算部８０は、エンジン２０が６０ｋＷを負担し、蓄電装置３１が２０ｋＷを負担するように、常温状態に比べて車体速度を低下させる。

【0125】

第３に、バッテリ温度Ｔbと作動油温度Ｔoがいずれも低温状態にある場合について、ＨＣＵ３７の制御内容を、図１６を参照して説明する。

【0126】

建設機械を寒冷地で起動した直後は、外気温に応じて、バッテリ温度Ｔbと作動油温度Ｔoがいずれも低温状態になっていることがある。このとき、最大電力演算部５０は、バッテリ温度Ｔbに応じて、常温状態に比べて低下した最大放電電力Ｐd-max（例えばＰd-max＝２０ｋＷ）を出力する。このため、システムが出力可能なパワーは、エンジン最大出力Ｐe-maxに、最大放電電力Ｐd-maxに基づく発電電動機最大力行出力Ｐmgm-maxを加算した値として、例えば８０ｋＷになる。また、最大出力演算部７０の低温減少出力演算部７１は、バッテリ温度Ｔbに応じて、常温状態に比べて増加したバッテリ低温減少出力ＰbL（例えば、ＰbL＝１０ｋＷ）を出力する。これに加え、最大出力演算部７０の低温減少出力演算部７１は、作動油温度Ｔoに応じて、常温状態に比べて増加した作動油低温減少出力ＰoL（例えばＰoL＝２０ｋＷ）を出力する。

【0127】

これにより、最大合計出力Ｐt-maxは、常温状態に比べて低下し、作動油低温減少出力ＰoLおよび最大放電電力Ｐd-maxによって、例えば５０ｋＷになる。このとき、最大合計出力Ｐt-maxは、エンジン最大出力Ｐe-maxよりも低下している。このため、ＨＣＵ３７の出力指令演算部８０は、エンジン２０だけで５０ｋＷを負担するように、常温状態に比べて車体速度を低下させる。

【0128】

次に、ＨＣＵ３７の制御内容によって得られる効果について、詳細に説明する。

【0129】

一般的に、電流二乗積算値の上限値ＩＳＣmaxは、バッテリ温度Ｔbの低下に応じて徐々に値が小さくなる。特に、例えば−２０℃程度の低温状態では、僅かな電流Ｉbが蓄電装置３１に入力または出力されるときでも、電流二乗積算値ＩＳＣは上限値ＩＳＣmaxに達してしまう。このため、蓄電装置３１を使用するときは、この点に留意する必要がある。ＨＣＵ３７は、任意の温度で電流二乗積算値ＩＳＣが上限値ＩＳＣmaxを超えないように、蓄電装置３１の使用を制御する。

【0130】

ところで、燃費を考慮して小型のエンジン２０を採用したときには、蓄電装置３１の使用頻度が高くなる。このため、負荷の大きい作業を連続して行う場合、電流二乗積算値ＩＳＣの過度な上昇が起きる可能性がある。その場合、蓄電装置３１の劣化を回避するために、車体速度を低減させて、蓄電装置３１の使用を緩和させることが一般的である。

【0131】

しかしながら、バッテリ温度Ｔbが低温状態では、電流二乗積算値の上限値ＩＳＣmaxは、非常に小さくなる。このため、電流二乗積算値ＩＳＣの増加に応じて車体速度を低下させた場合には、僅かな動作でも車体速度が低下するのに対し、短時間の休止でも車体速度の低下状態から復帰する。この結果、車体速度の低下と回復が早い周期で繰り返されるから、オペレータに大きな操作違和感を与えることが予想される。

【0132】

従って、低温状態では、電流二乗積算値ＩＳＣを増加させない必要がある。このためには、蓄電装置３１の使用量である放電量または充電量を減少させればよい。

【0133】

蓄電装置３１の放電量を減少させることは、発電電動機２７の力行作用を減少させることに他ならないが、このときには次のような問題が生じる。例えば発電電動機２７の力行出力を直接的に制限してしまうと、油圧負荷に急峻な変動が生じたときには、負荷の変動に応じてエンジン２０の出力を変化させる必要がある。しかしながら、エンジン２０の出力の応答速度は発電電動機２７に比べて遅いため、油圧負荷を担保しきれずに、エンジン２０に過度なラグダウンや急停止が生じるという問題がある。

【0134】

これらに加え、低温状態では蓄電装置３１の性能低下に加えて、粘度が増加する作動油の影響も考慮する必要がある。作動油の粘度増加は油圧ポンプ２２の引摺りトルク増加を発生させるため、作動油温度Ｔoが低温状態では、油圧ポンプ２２に対する入力が常温状態と同量であっても、得られるポンプ出力は小さくなる。従って、このようなポンプ出力の減少分を考慮せずに車体を動作させたときも、エンジン２０に過度なラグダウンや急停止が生じることがある。

【0135】

これに対し、本実施の形態では、低温状態で蓄電装置３１の使用を減少させるために、車体速度を制限する方法と、電力そのものを制限する方法との２種類の方法を併用している。

【0136】

車体速度を制限する方法は、低温減少出力演算部７１が算出する作動油低温減少出力ＰoLおよびバッテリ低温減少出力ＰbLによって実現している。電力を制限する方法は、最大電力演算部５０が算出する最大放電電力Ｐd-maxおよび最大充電電力Ｐc-maxによって実現している。

【0137】

そして、発電電動機最大出力演算部７４は、最大放電電力Ｐd-maxおよび最大充電電力Ｐc-maxに基づいて、発電電動機最大力行出力Ｐmgm-maxおよび発電電動機最大発電出力Ｐmgg-maxを算出する。最大合計出力演算部７５は、作動油低温減少出力ＰoL、バッテリ低温減少出力ＰbLおよび発電電動機最大力行出力Ｐmgm-maxを考慮して、最大合計出力Ｐt-maxを算出する。出力指令演算部８０は、最大合計出力Ｐt-maxを超えないように、車体速度を制御する。これに加え、出力指令演算部８０は、発電電動機最大力行出力Ｐmgm-maxおよび発電電動機最大発電出力Ｐmgg-maxを超えないように、蓄電装置３１の放電電力および充電電力を制御する。

【0138】

この結果、バッテリ温度Ｔbや作動油温度Ｔoが低温状態のときには、最大合計出力Ｐt-maxによって車体速度を低下させることができる。一方、発電電動機最大力行出力Ｐmgm-maxによって、発電電動機２７の力行動作を制限するものの、ある程度の力行動作を許容させることができる。これにより、エンジン２０および蓄電装置３１によって供給可能な出力の範囲内となるように、車体速度を低下させることができる。

【0139】

このとき、最大合計出力Ｐt-maxは、作動油低温減少出力ＰoLとバッテリ低温減少出力ＰbLとの和に応じた出力が減少している。このため、最大合計出力Ｐt-maxによって、蓄電装置３１の出力に限らず、エンジン２０を含めた全体の出力も低下させることができる。従って、例えば車体速度をエンジン２０の最大出力よりも低下させることができるから、蓄電装置３１の使用頻度を低下させることができる。この結果、電流二乗積算値ＩＳＣの増加を抑制できるから、電流二乗積算値ＩＳＣが上限値ＩＳＣmaxに到達し難くなる。これにより、車体速度の低下と回復が早い周期で繰り返すことがなくなり、オペレータの操作違和感を低減することができる。

【0140】

これに加え、車体速度の低下によって蓄電装置３１の使用量が低下する。このため、蓄電装置３１は、その放電量が最大放電電力Ｐd-maxによって制限されるものの、ある程度の使用は許容することができる。従って、油圧負荷が急峻に変動したときには、油圧負荷の変動分を発電電動機２７の力行作用によって負担することができ、エンジン２０のラグダウンや急停止を抑制することができる。

【0141】

また、作動油温度Ｔoが低温状態となったときには、バッテリ低温減少出力ＰbLとは別個の作動油低温減少出力ＰoLによって車体速度を低下させることができる。従って、低温状態で作動油の粘度が増加して、油圧ポンプ２２の出力が減少したときでも、その減少分を考慮して、車体速度を低下させることができる。この結果、エンジン２０に対する過度な負荷を抑制することができる。

【0142】

かくして、本実施の形態によれば、ＨＣＵ３７は、バッテリ温度センサ３３（蓄電装置温度センサ）によって検出した温度によって蓄電装置３１が低温状態であると判断したときに、バッテリ温度Ｔbが低くなるに従って大きい値とするバッテリ低温減少出力ＰbL（第１の車体速度低減量）を決定するバッテリ低温減少出力演算部７１Ａ（第１の車体速度低減量決定部）と、作動油温度センサ２３によって検出した温度によって作動油が低温状態であると判断したときに、作動油温度Ｔoが低くなるに従って大きい値とする作動油低温減少出力ＰoL（第２の車体速度低減量）を決定する作動油低温減少出力演算部７１Ｂ（第２の車体速度低減量決定部）と、バッテリ低温減少出力ＰbLと作動油低温減少出力ＰoLとの和に基づいて車体動作を制御する出力指令演算部８０（車体動作制御部）とを有している。即ち、出力指令演算部８０は、バッテリ低温減少出力ＰbLと作動油低温減少出力ＰoLとの和を減少させた状態で、車体を動作させる。

【0143】

従って、ＨＣＵ３７は、バッテリ温度Ｔbが低いときには、電流二乗積算値ＩＳＣに拘らず、車体速度を低減されることができる。これにより、低温であることによる電流二乗積算値ＩＳＣの速い変化に由来する車体速度変動を抑えて、オペレータの操作ストレスを低減すると共に、エンジン２０のラグダウンや急停止（エンジンストール）を防ぎつつ、蓄電装置３１の劣化抑制効果を高めることができる。

【0144】

これに加え、ＨＣＵ３７は、バッテリ温度Ｔbが低いことによるバッテリ低温減少出力ＰbLと、作動油温度Ｔoが低いことによる作動油低温減少出力ＰoLとを別々に計算し、これらの合計速度低減量を車体速度に反映させて車体制御を行う。これにより、作動油温度Ｔoは低いがバッテリ温度Ｔbが高い状態、またはその逆の状態等でも適切な速度低減を行うことができ、車体動作性能を確保することができる。

【0145】

ＨＣＵ３７は、バッテリ温度センサ３３によって検出したバッテリ温度Ｔbによって蓄電装置３１が低温状態であると判断したときに、バッテリ温度Ｔbが低くなるに従って蓄電装置３１の充電電力最大値としての発電電動機最大発電出力Ｐmgg-maxを小さくする最大充電電力演算部５２（充電電力最大値調整部）をさらに有し、出力指令演算部８０は、充電電力が発電電動機最大発電出力Ｐmgg-maxを超えないように、発電電動機２７を制御する。

【0146】

具体的には、最大充電電力演算部５２は、バッテリ温度Ｔbが低いときに、電流二乗積算値ＩＳＣに拘らず、発電電動機２７の発電出力を制限する。これにより、電流二乗積算値ＩＳＣの増加を抑えることができる。

【0147】

これに加え、ＨＣＵ３７は、バッテリ温度Ｔbが低いときには、電流二乗積算値ＩＳＣに拘らず、発電電動機２７の発電出力を力行出力に対して優先的に制限する最大電力演算部５０を備えている。即ち、低温領域では、最大放電電力Ｐd-max（発電電動機最大力行出力Ｐmgm-max）よりも最大充電電力Ｐc-max（発電電動機最大発電出力Ｐmgg-max）の方が絶対値が小さくなっている。これにより、車体速度の低減量を最低限にしつつ、電流二乗積算値ＩＳＣの増加を抑えることができる。また、発電電動機２７の力行作用を優先することになるので、急峻な油圧負荷の変動に耐え易くなっている。

【0148】

ＨＣＵ３７は、バッテリ温度センサ３３によって検出したバッテリ温度Ｔbによって蓄電装置３１が低温状態であると判断したときに、バッテリ温度Ｔbが低くなるに従って蓄電装置３１の放電電力最大値としての発電電動機最大力行出力Ｐmgm-maxを小さくする最大放電電力演算部５１（放電電力最大値調整部）をさらに有し、出力指令演算部８０は、エンジン最大出力Ｐe-maxと発電電動機最大力行出力Ｐmgm-maxとの和である最大出力加算値から、バッテリ低温減少出力ＰbLと作動油低温減少出力ＰoLとの和である減少出力加算値を減算した値を超えないように、発電電動機２７を制御する。

【0149】

具体的には、最大放電電力演算部５１は、バッテリ温度Ｔbが低いときに、電流二乗積算値ＩＳＣに拘らず、発電電動機２７の力行出力を制限する。このとき、出力指令演算部８０は、バッテリ温度Ｔbに応じて低下した発電電動機最大力行出力Ｐmgm-maxに基づいて、システムが出力可能なパワーである最大出力加算値を低下させる。これに加え、出力指令演算部８０は、この低下したパワーからバッテリ低温減少出力ＰbLと作動油低温減少出力ＰoLとの和である減少出力加算値を減算した値を超えないように、発電電動機２７を制御する。これにより、電流二乗積算値ＩＳＣの増加を抑えることができる。

【0150】

また、ＨＣＵ３７は、蓄電装置３１の現在から過去一定時間Ｔの電流二乗積算値ＩＳＣを算出する電流二乗積算値算出部４１と、電流二乗積算値ＩＳＣに応じた電流二乗積算比率Ｒiscが予め決められた適正基準値Ｒm1を超えた場合に、超えた量が大きくなるに従ってバッテリ低温減少出力ＰbLを大きくする第１の車体速度低減量調整部９１とをさらに有している。

【0151】

即ち、ＨＣＵ３７は、バッテリ温度Ｔbの低下に応じて車体速度が低減されている状態で、蓄電装置３１の電流二乗積算値ＩＳＣが大きくなってしまった場合には、車体速度をさらに低下させる制御を行う。これにより、予期しない動作により電流二乗積算値ＩＳＣが大きくなってしまった場合でも、さらなる電流二乗積算値ＩＳＣの増加を防ぐことができる。

【0152】

ＨＣＵ３７は、電流二乗積算比率Ｒiscが適正基準値Ｒg1よりも大きな値である上限値Ｒg2を超えた場合に、蓄電装置３１の充電電力最大値である発電電動機最大発電出力Ｐmgg-maxをさらに小さくする充電電力最大値低減部９３をさらに有している。このとき、ＨＣＵ３７は、バッテリ温度Ｔbの低下に応じて、発電電動機２７による発電が制限されている状態で、蓄電装置３１の電流二乗積算値ＩＳＣが大きくなってしまった場合、発電電動機２７の発電をさらに低下させる制御を行う。これにより、予期しない動作により電流二乗積算値ＩＳＣが大きくなってしまった場合で、電流二乗積算値ＩＳＣの過度な増加を防ぐことができ、蓄電装置３１の劣化を抑制することができる。

【0153】

さらに、ＨＣＵ３７は、電流二乗積算比率Ｒiscが予め決められた適正基準値Ｒm1よりも大きな値である上限値Ｒm2を超えた場合に、蓄電装置３１の放電電力最大値である発電電動機最大力行出力Ｐmgm-maxをさらに小さくする放電電力最大値低減部９２をさらに有している。このとき、ＨＣＵ３７は、バッテリ温度Ｔbまたは作動油温度Ｔoの低下に応じて車体速度が低減されている状態で、蓄電装置３１の電流二乗積算値ＩＳＣがさらに大きくなってしまった場合に、発電電動機２７の力行を制限する制御を行う。これにより、予期しない動作により電流二乗積算値ＩＳＣが大きくなってしまった場合でも、電流二乗積算値ＩＳＣの過度な増加を防ぐことができ、蓄電装置３１の劣化に対する抑制効果を向上させることができる。

【0154】

なお、前記実施の形態では、エンジン２０の最大出力を油圧ポンプ２２の最大動力よりも小さくしたが、エンジン２０の最大出力は、油圧ショベル１の仕様等に応じて適宜設定される。このため、エンジン２０の最大出力は、油圧ポンプ２２の最大動力と同程度でもよく、油圧ポンプ２２の最大動力よりも大きくてもよい。

【0155】

前記実施の形態では、蓄電装置３１にリチウムイオンバッテリを使用した例で説明したが、必要な電力を供給可能な二次電池（例えばニッケルカドミウムバッテリ、ニッケル水素バッテリ）を採用してもよい。また、蓄電装置と直流母線との間にＤＣ−ＤＣコンバータ等の昇降圧装置を設けてもよい。

【0156】

前記実施の形態では、ハイブリッド建設機械としてクローラ式のハイブリッド油圧ショベル１を例に挙げて説明した。本発明はこれに限らず、エンジンと油圧ポンプに連結された発電電動機と、蓄電装置とを備えたハイブリッド建設機械であればよく、例えばホイール式のハイブリッド油圧ショベル、ハイブリッドホイールローダ等の各種の建設機械に適用可能である。

【符号の説明】

【0157】

１ ハイブリッド油圧ショベル（ハイブリッド建設機械）
２ 下部走行体
４ 上部旋回体
１２ 作業装置
１２Ｄ ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
１２Ｅ アームシリンダ（油圧アクチュエータ）
１２Ｆ バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）
２０ エンジン
２２ 油圧ポンプ
２３ 作動油温度センサ（作動油温度検出器）
２５ 走行油圧モータ（油圧アクチュエータ）
２６ 旋回油圧モータ（油圧アクチュエータ）
２７ 発電電動機
３１ 蓄電装置
３２ バッテリコントロールユニット
３３ バッテリ温度センサ（蓄電装置温度検出器）
３４ 旋回電動モータ（旋回電動機）
３７ ハイブリッドコントロールユニット（コントローラ）
４０ 電流二乗積算比率演算部
４１ 電流二乗積算値算出部
５０ 最大電力演算部
５１ 最大放電電力演算部（放電電力最大値調整部）
５２ 最大充電電力演算部（充電電力最大値調整部）
７０ 最大出力演算部
７１ 低温減少出力演算部
７１Ａ バッテリ低温減少出力演算部（第１の車体速度低減量決定部）
７１Ｂ 作動油低温減少出力演算部（第２の車体速度低減量決定部）
７２ 発電電動機出力制限ゲイン演算部
７２Ａ 力行制限ゲイン演算部
７２Ｂ 発電制限ゲイン演算部
７４ 発電電動機最大出力演算部
７５ 最大合計出力演算部
８０ 出力指令演算部（車体動作制御部）
９１ 車体速度低減量調整部
９２ 放電電力最大値低減部
９３ 充電電力最大値低減部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】