ハイブリッド式建設機械
【課題】搭載されたキャパシタ等の蓄電デバイスの劣化に関する特性を精度良く測定できるハイブリッド式建設機械を提供する。
【解決手段】ハイブリッド式建設機械において、電動モータ２５と油圧モータ２７の両方を駆動して、旋回体２０の駆動を行う油圧電動複合旋回モードと、油圧モータ２７のみを駆動して旋回体２０の駆動を行う油圧単独旋回モードとの切替えを行う制御装置８０を備え、制御装置８０は、油圧単独旋回モードにおいて、蓄電デバイス２４の内部抵抗または静電容量の測定を行う制御手段８２と、測定終了後に油圧電動複合旋回モードに切替える制御切替え手段８５とを備えた。
【解決手段】ハイブリッド式建設機械において、電動モータ２５と油圧モータ２７の両方を駆動して、旋回体２０の駆動を行う油圧電動複合旋回モードと、油圧モータ２７のみを駆動して旋回体２０の駆動を行う油圧単独旋回モードとの切替えを行う制御装置８０を備え、制御装置８０は、油圧単独旋回モードにおいて、蓄電デバイス２４の内部抵抗または静電容量の測定を行う制御手段８２と、測定終了後に油圧電動複合旋回モードに切替える制御切替え手段８５とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド式建設機械に係り、さらに詳しくは、蓄電デバイスの劣化に関する特性を精度よく測定することができるハイブリッド式建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動モータ及び蓄電デバイス（バッテリや電気二重層キャパシタ等）を用いることにより、油圧アクチュエータのみを用いた従来の建設機械よりエネルギ効率を高め、省エネルギ化を図ったハイブリッド式建設機械が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
電動モータ（電動アクチュエータ）は油圧アクチュエータに比べてエネルギ効率が良い、制動時の運動エネルギを電気エネルギとして回生できる（油圧アクチュエータの場合は熱にして放出）といった、エネルギ的に優れた特徴がある。
【０００４】
例えば、特許文献１に示される従来技術では、旋回体の駆動アクチュエータとして電動モータを搭載した油圧ショベルの実施の形態が示されている。油圧ショベルの旋回体を走行体に対して旋回駆動するアクチュエータ（従来は油圧モータを使用）は、使用頻度が高く、作業において起動停止、加速減速を頻繁に繰り返す。
【０００５】
このとき、減速時（制動時）における旋回体の運動エネルギは、油圧アクチュエータの場合は油圧回路上で熱として捨てられるが、電動モータの場合は電気エネルギとしての回生が見込めることから、省エネルギ化が図れる。
【０００６】
特許文献１のような、いわゆるハイブリッド油圧ショベルにおいては、蓄電デバイスとして電気二重層キャパシタ(以下、キャパシタという。)が、よく用いられている。キャパシタは、電動モータ等に大電流を供給することができると共に、減速時（制動時）における旋回体の運動エネルギから電動モータによって回生される電気エネルギである電力を蓄電するのに適している。
【０００７】
キャパシタは、他の蓄電デバイスに対して寿命的には優れているが、長期間の使用に伴い劣化が進行するので、機械の信頼性保持の観点から、キャパシタの劣化状態を判定する必要がある。作業機械や車両に搭載されたキャパシタの劣化状態を判定する技術として以下の従来技術が開示されている（例えば、特許文献２乃至４参照）。
【０００８】
特許文献２の従来技術においては、キャパシタ内部抵抗値の測定を行い、得られた内部抵抗値を基準にキャパシタの劣化状態を判定し、キャパシタ劣化状態での作業の継続を未然に防止する作業機械が開示されている。
【０００９】
また、特許文献３の従来技術においては、作業機械の停止状態を確認し、キャパシタの充電時における発電機のトルク・回転数と、キャパシタの電圧、及び充電時間からキャパシタの静電容量を測定し、その結果から劣化判定を行う蓄電装置の劣化判定方法が開示されている。
【００１０】
さらに、特許文献４の従来技術においては、キャパシタの内部抵抗、及び静電容量の両方の測定を行い、キャパシタの性能劣化を判定するハイブリッド駆動車両が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−１６７０４号公報
【特許文献２】特開２００７−１５５５８６号公報
【特許文献３】特開２００９−２２７０４４号公報
【特許文献４】特開２０００−１３９１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献２及び３の従来技術では、機械の始動時、または停止時にキャパシタの内部抵抗または容量を測定し劣化の判定を行うので、測定に時間がかかり、その間、機械を運転することができないという課題がある。また、キャパシタの劣化が進行していた場合、満足に機械を動かせないという課題がある。
【００１３】
特許文献４の従来技術では、内部抵抗、開始電圧、終了電圧及び駆動電力積算値に応じて静電容量を算出し、キャパシタの劣化を判定するハイブリッド駆動車両用の制御装置が開示されている。しかし、このような従来技術を油圧ショベルのような建設機械に適用しようとすると、建設機械は作業中のキャパシタの電力の出し入れが小刻みかつ頻繁であるため、駆動電力の積算が困難となり、正確な静電容量が算出できないという課題がある。
【００１４】
本発明は上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、キャパシタ等の蓄電デバイスを搭載したハイブリッド式建設機械において、キャパシタの劣化判定のための作業停止時間を生じさせずに、キャパシタの劣化に関する特性を精度良く測定できるハイブリッド式建設機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプと、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記油圧ポンプにより駆動される前記旋回体駆動用の油圧モータと、前記電動モータに接続された蓄電デバイスと、前記旋回体の駆動を指令する旋回用の操作レバー装置とを備えたハイブリッド式建設機械において、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記電動モータと前記油圧モータの両方を駆動して、前記電動モータと前記油圧モータのトルクの合計で前記旋回体の駆動を行う油圧電動複合旋回モードと、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記油圧モータのみを駆動して、前記油圧モータのみのトルクで前記旋回体の駆動を行う油圧単独旋回モードとの切替えを行う制御装置を備え、前記制御装置は、前記油圧単独旋回モードにおいて、前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量の測定を行うエネルギマネジメント制御手段と、測定終了後に、前記油圧電動複合旋回モードに切替える制御切替え手段とを備えたものとする。
【００１６】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記原動機により駆動され、前記蓄電デバイスと接続された第２の電動モータを更に備え、前記エネルギマネジメント制御手段は、前記第２の電動モータを駆動させ、前記蓄電デバイスに対して電流を出入りさせたときの電流電圧を測定することにより、前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量の測定を行うことを特徴とする。
【００１７】
更に、第３の発明は、第１の発明において、前記原動機により駆動され、前記蓄電デバイスと接続された第２の電動モータと、前記蓄電デバイスと前記第２の電動モータ間の電力の授受を制御する電力制御部とを更に備え、前記エネルギマネジメント制御手段は、前記電力制御部に出力するトルク指令を制御して前記第２の電動モータを力行側または回生側に駆動させ、前記第２の電動モータの力行側または回生側の駆動時における前記蓄電デバイスの出力電流及び出力電圧をそれぞれ測定し演算することにより、前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量の測定を行うことを特徴とする。
【００１８】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記エネルギマネジメント制御手段は、機械の起動直後に前記油圧単独旋回モードに設定すると共に、前記蓄電デバイスの初期充電、及び、前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量の測定を行う第１シーケンスと、前記第１シーケンスにより得られた測定値に基づき、前記蓄電デバイスの劣化判定を行う第２シーケンスと、前記第２シーケンスにより前記蓄電デバイスの劣化無しと判定した場合は、前記油圧電動複合旋回モードに切り替え可能とし、前記第２シーケンスにより前記蓄電デバイスの劣化有りと判断した場合には、前記蓄電デバイスの劣化を報知すると共に、前記油圧単独旋回モードに固定する第３シーケンスとを備えたことを特徴とする。
【００１９】
更に、第５の発明は、第４の発明において、前記蓄電デバイスの出力電圧と出力電流とを測定し、これら測定信号を前記制御装置に入力する電圧センサと電流センサとを備え、前記エネルギマネジメント制御手段の第１シーケンスは、機械の起動直後に前記油圧単独旋回モードに設定すると共に、前記蓄電デバイスの出力電圧を測定し、予め設定されている電圧値と比較することで前記蓄電デバイスの充電の要否を判定する第１の手順と、前記第１の手順により前記蓄電デバイスの充電が必要と判定された場合に前記蓄電デバイスの充電を行い、充電完了時に前記蓄電デバイスの出力電圧を更に測定する第２の手順と、前記第１及び第２の手順における前記蓄電デバイスの充電の前後に測定された前記蓄電デバイスの出力電圧値と充電中に前記蓄電デバイスに流入した電力の積算値とによって、前記蓄電デバイスの静電容量を算出する第３の手順とを実行することを特徴とする。
【００２０】
また、第６の発明は、第４の発明において、前記蓄電デバイスの出力電圧と出力電流とを測定し、これら測定信号を前記制御装置に入力する電圧センサと電流センサとを備え、前記エネルギマネジメント制御手段の第１シーケンスは、機械の起動直後に前記油圧単独旋回モードに設定すると共に、その日の静電容量測定データの取得の有無を判定する第１の手順と、前記第１の手順によりその日の静電容量測定データが未取得の場合に前記蓄電デバイスの放電を行い、放電完了時に前記蓄電デバイスの出力電圧を測定する第２の手順と、前記蓄電デバイスの充電を行い、充電完了時に前記蓄電デバイスの出力電圧を更に測定する第３の手順と、前記第２及び第３の手順における前記蓄電デバイスの充電の前後に測定された前記蓄電デバイスの出力電圧値と充電中に前記蓄電デバイスに流入した電力の積算値とによって、前記蓄電デバイスの静電容量を算出する第４の手順とを実行することを特徴とする。
【００２１】
更に、第７の発明は、第１乃至第６の発明のいずれかにおいて、前記蓄電デバイスの温度又は前記蓄電デバイスを固定する部材の温度を測定し、この測定信号を前記制御装置に入力する温度センサを備え、前記エネルギマネジメント制御手段は、前記蓄電デバイスの温度を測定し、この温度測定値が予め設定されている所定温度の範囲のときに、前記油圧単独旋回モードに設定すると共に、前記蓄電デバイスの初期充電、及び、前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量の測定を行う第１シーケンスと、前記第１シーケンスにより得られた測定値及び前記温度測定値に基づき、前記蓄電デバイスの劣化判定を行う第２シーケンスとを備えたことを特徴とする。
【００２２】
また、第８の発明は、第１乃至第６の発明のいずれかにおいて、前記蓄電デバイスの温度又は前記蓄電デバイスを固定する部材の温度を測定し、この測定信号を前記制御装置に入力する温度センサを備え、前記エネルギマネジメント制御手段は、前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量の測定を行う際に、前記蓄電デバイスの温度を測定する第１シーケンスと、この温度測定値が予め設定されている所定温度の範囲のときに、前記第１シーケンスにより得られた測定値及び前記温度測定値に基づき、前記蓄電デバイスの劣化判定を行う第２シーケンスとを備えたことを特徴とする。
【００２３】
上記の目的を達成するために、第９の発明は、原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプと、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記電動モータに接続された蓄電デバイスとを備えたハイブリッド式建設機械において、前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量を前記蓄電デバイスの電流及び電圧変化を用いて測定し、得られた測定値を無線通信手段によって外部送信する制御装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によればキャパシタ等の蓄電デバイスを搭載したハイブリッド式建設機械において、起動直後には電動モータを使用せずに油圧モータを使用するモードで機械を稼動させ、その間の初期充放電シーケンスを利用してキャパシタの静電容量及び内部抵抗を測定するので、キャパシタの劣化判定のための作業停止時間を生じさせずに、蓄電デバイスの劣化に関する特性を精度良く測定することができる。その結果、ハイブリッド式建設機械の稼働率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態を示す側面図である。
【図２】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。
【図３】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態のシステム構成及び制御ブロック図である。
【図４】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における旋回油圧システムの構成を示す油圧回路図である。
【図５】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における油圧ポンプのトルク制御特性を示す特性図である。
【図６Ａ】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における旋回用スプールのメータイン開口面積特性及びブリードオフ開口面積特性を示す特性図である。
【図６Ｂ】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における旋回用スプールのメータアウト開口面積特性を示す特性図である。
【図７】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における油圧パイロット信号（操作パイロット圧）に対する旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性を示す特性図である
【図８】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における油圧電動複合旋回モードでの旋回駆動時における油圧パイロット信号（パイロット圧）、メータイン圧力（Ｍ／Ｉ圧）、旋回電動モータのアシストトルク、旋回体の回転速度（旋回速度）の時系列波形を示す特性図である。
【図９】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における油圧パイロット信号（操作パイロット圧）に対する旋回用スプール６１のメータアウト開口面積特性を示す特性図である。
【図１０】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における油圧電動複合旋回モードでの旋回停止時における油圧パイロット信号（パイロット圧）、メータアウト圧力（Ｍ／Ｏ圧）、旋回電動モータのアシストトルク、上部旋回体の回転速度（旋回速度）の時系列波形を示す特性図である。
【図１１】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における旋回用の可変オーバーロードリリーフ弁のリリーフ圧特性を示す特性図である。
【図１２】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態の油圧ショベルの起動シーケンスを示すフローチャート図である。
【図１３】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における初期充放電シーケンスを示すフローチャート図である。
【図１４】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における内部抵抗測定シーケンスを示すフローチャート図である。
【図１５】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における内部抵抗測定シーケンス中の電動モータ出力とキャパシタ電圧との関係の一例を示す特性図であって、図１５（Ａ）は、電動モータの電力量の変動を示し、図１５（Ｂ）はキャパシタ電圧の変動を示す。
【図１６】本発明のハイブリッド式建設機械の第２の実施の形態における初期充放電シーケンスを示すフローチャート図である。
【図１７】本発明のハイブリッド式建設機械の第３の実施の形態の油圧ショベルの起動シーケンスを示すフローチャート図である。
【図１８】本発明のハイブリッド式建設機械の第４の実施の形態におけるキャパシタ内部抵抗と静電容量の経年変化の一例を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、建設機械として油圧ショベルを例にとって本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、本発明は、旋回体を備えた建設機械全般（作業機械を含む）に適用が可能であり、本発明の適用は油圧ショベルに限定されるものではない。例えば、本発明は旋回体を備えたクレーン車等、その他の建設機械にも適用可能である。図１は本発明のハイブリッド式建設機械の一実施の形態を示す側面図、図２は本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図、図３は本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態のシステム構成及び制御ブロック図である。
【００２７】
図１において、ハイブリッド式油圧ショベルは走行体１０と、走行体１０上に旋回可能に設けた旋回体２０及びショベル機構３０を備えている。
【００２８】
走行体１０は、一対のクローラ１１ａ，１１ｂ及びクローラフレーム１２ａ，１２ｂ（図１では片側のみを示す）、各クローラ１１ａ，１１ｂを独立して駆動制御する一対の走行用油圧モータ１３、１４及びその減速機構等で構成されている。
【００２９】
旋回体２０は、旋回フレーム２１と、旋回フレーム２１上に設けられた、原動機としてのエンジン２２と、エンジン２２により駆動されるアシスト発電モータ２３と、旋回電動モータ２５及び旋回油圧モータ２７と、アシスト発電モータ２３及び旋回電動モータ２５に接続される電気二重層キャパシタ２４と、旋回電動モータ２５と旋回油圧モータ２７の回転を減速する減速機構２６等から構成され、旋回電動モータ２５と旋回油圧モータ２７の駆動力が減速機構２６を介して伝達され、その駆動力により走行体１０に対して旋回体２０（旋回フレーム２１）を旋回駆動させる。
【００３０】
また、旋回体２０にはショベル機構（フロント装置）３０が搭載されている。ショベル機構３０は、ブーム３１と、ブーム３１を駆動するためのブームシリンダ３２と、ブーム３１の先端部近傍に回転自在に軸支されたアーム３３と、アーム３３を駆動するためのアームシリンダ３４と、アーム３３の先端に回転可能に軸支されたバケット３５と、バケット３５を駆動するためのバケットシリンダ３６等で構成されている。
【００３１】
さらに、旋回体２０の旋回フレーム２１上には、上述した走行用油圧モータ１３，１４、旋回油圧モータ２７、ブームシリンダ３２、アークシリンダ３４、バケットシリンダ３６等の油圧アクチュエータを駆動するための油圧システム４０が搭載されている。油圧システム４０は、油圧を発生する油圧源となる油圧ポンプ４１（図２）及び各アクチュエータを駆動制御するためのコントロールバルブ４２（図２）を含み、油圧ポンプ４１はエンジン２２によって駆動される。
【００３２】
次に、油圧ショベルの電動・油圧機器のシステム構成について概略説明する。図２に示すように、エンジン２２の駆動力は油圧ポンプ４１に伝達されている。コントロールバルブ４２は、旋回用の操作レバー装置７２（図３参照）からの旋回操作指令（油圧パイロット信号）に応じて、旋回油圧モータ２７に供給される圧油の流量と方向を制御する。またコントロールバルブ４２は、旋回以外の操作レバー装置７３（図３参照）からの操作指令（油圧パイロット信号）に応じて、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６及び走行用油圧モータ１３，１４に供給される圧油の流量と方向を制御する。
【００３３】
電動システムは、上述したアシスト発電モータ２３、キャパシタ２４及び旋回電動モータ２５と、パワーコントロールユニット５５及びメインコンタクタ５６等から構成されている。パワーコントロールユニット５５はチョッパ５１、インバータ５２，５３、平滑コンデンサ５４等を有し、メインコンタクタ５６はメインリレー５７、突入電流防止回路５８等を有している。
【００３４】
キャパシタ２４からの直流電力はチョッパ５１によって所定の母線電圧に昇圧され、旋回電動モータ２５を駆動するためのインバータ５２、アシスト発電モータ２３を駆動するためのインバータ５３に入力される。平滑コンデンサ５４は、母線電圧を安定化させるために設けられている。旋回電動モータ２５と旋回油圧モータ２７の回転軸は結合されており、減速機構２６を介して旋回体２０を駆動する。アシスト発電モータ２３及び旋回電動モータ２５の駆動状態（力行しているか回生しているか）によって、キャパシタ２４は充放電されることになる。
【００３５】
キャパシタ２４の出力端子部には、キャパシタ電圧を検出する電圧センサ６５が、キャパシタ２４を固定している部材又はキャパシタ２４には、キャパシタ２４の温度又はキャパシタ２４の温度と相関する温度を検出する温度センサ６６がそれぞれ設けられている。また、キャパシタ２４とパワーコントロールユニット５５との母線には、充放電の電流を検出する電流センサ６７が設けられている。これらのセンサ６５，６６，６７は、検出した信号をパワーコントロールユニット５５を介してコントローラ８０に出力するように、パワーコントロールユニット５５に電気的に接続されている。
【００３６】
コントローラ８０は、旋回操作指令信号や、圧力信号及び回転速度信号等（後述）を用いて、コントロールバルブ４２、パワーコントロールユニット５５に対する制御指令を生成し、旋回油圧モータ２７を用いる油圧単独旋回モード、旋回油圧モータ２７と旋回電動モータ２５とを用いる油圧電動複合旋回モードの切り替え、各モードの旋回制御、電動システムの異常監視、エネルギマネジメント等の制御を行う。また、無線通信端末９０が電気的に接続されていて、コントローラ８０が収集する機器データを例えば図示しないホストコンピュータへ無線送信することができる。
【００３７】
次に、本発明による旋回制御を行うのに必要なデバイスや制御手段、制御信号等を図３を用いてさらに詳細に説明する。
油圧ショベルは、エンジン２２を始動するためのイグニッションキー７０と、作業中止時にパイロット圧遮断弁７６をＯＮにして油圧システムの作動を不能とするゲートロックレバー装置７１とを備えている。また、油圧ショベルは、上述したコントローラ８０と、コントローラ８０の入出力に係わる油圧・電気変換装置７４ａ，７４ｂＬ，７４ｂＲ、電気・油圧変換装置７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄ及び油圧単独旋回モード固定スイッチ７７を備え、これらは旋回制御システムを構成する。油圧・電気変換装置７４ａ，７４ｂＬ，７４ｂＲはそれぞれ例えば圧力センサであり、電気・油圧変換装置７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄは例えば電磁比例減圧弁である。
【００３８】
コントローラ８０は、異常監視・異常処理制御ブロック８１、エネルギマネジメント制御ブロック８２、油圧電動複合旋回制御ブロック８３、油圧単独旋回制御ブロック８４、制御切替ブロック８５等からなる。
【００３９】
全体システムに異常がなく、旋回電動モータ２５が駆動可能な状態では、コントローラ８０は油圧電動複合旋回モードを選択する。このとき制御切替ブロック８５は油圧電動複合旋回制御ブロック８３をしており、油圧電動複合旋回制御ブロック８３によって旋回アクチュエータ動作が制御される。旋回操作レバー装置７２の入力によって発生される油圧パイロット信号は油圧・電気変換装置７４ａによって電気信号に変換され、油圧電動複合旋回制御ブロック８３に入力される。旋回油圧モータ２７の作動圧は油圧・電気変換装置７４ｂＬ，７４ｂＲによって電気信号に変換され、油圧電動複合旋回制御ブロック８３に入力される。パワーコントロールユニット５５内の電動モータ駆動用のインバータから出力される旋回モータ速度信号も油圧電動複合旋回制御ブロック８３に入力される。油圧電動複合旋回制御ブロック８３は、旋回操作レバー装置７２からの油圧パイロット信号と、旋回油圧モータ２７の作動圧信号及び旋回モータ速度信号に基づいて所定の演算を行って旋回電動モータ２５の指令トルクを計算し、パワーコントロールユニット５５にトルク指令ＥＡを出力する。同時に、旋回電動モータ２５が出力するトルク分、油圧ポンプ４１の出力トルク及び旋回油圧モータ２７の出力トルクを減少させる減トルク指令ＥＢ，ＥＣを電気・油圧変換装置７５ａ，７５ｂに出力する。
【００４０】
一方、旋回操作レバー装置７２の入力によって発生される油圧パイロット信号はコントロールバルブ４２にも入力され、油圧ポンプ４１の吐出油を旋回油圧モータ２７に供給し、旋回油圧モータ２７も同時に駆動する。
【００４１】
旋回電動モータ２５が加速時に消費するエネルギと減速時に回生するエネルギの差によって、キャパシタ２４の蓄電量が増減することになる。これを制御するのがエネルギマネジメント制御ブロック８２であり、上述したキャパシタ２４の電圧・電流・温度の検出信号を入力し、アシスト発電モータ２３に発電またはアシスト指令ＥＤを出すことにより、キャパシタ２４の蓄電量を所定の範囲に保つ制御を行う。
【００４２】
パワーコントロールユニット５５、旋回電動モータ２５、キャパシタ２４、パワーコントロールユニット５５等の電動システムに故障、異常、警告状態が発生した場合や、キャパシタ２４の蓄電量が所定の範囲外になった場合は、異常監視・異常処理制御ブロック８１及びエネルギマネジメント制御ブロック８２が制御切替ブロック８５を切り替えて油圧単独旋回制御ブロック８４を選択し、油圧電動複合旋回モードから油圧単独旋回モードへの切替えを行う。基本的に旋回の油圧システムは、旋回電動モータ２５と協調して動作するようマッチングされているので、油圧単独旋回制御ブロック８４は、旋回駆動特性補正指令ＥＥと旋回パイロット圧補正指令ＥＦをそれぞれ電気・油圧変換装置７５ｃ，７５ｄに出力し、旋回油圧モータ２７の駆動トルクを増加させる補正と旋回油圧モータ２７の制動トルクを増加させる補正を行うことにより、旋回電動モータ２５のトルクが無くても旋回操作性が損なわれないような制御を行う。
【００４３】
次に、旋回油圧システムの詳細について図４乃至図１１を用いて説明する。図４は本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における旋回油圧システムの構成を示す油圧回路図である。図４において、図１乃至図３に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
図３のコントロールバルブ４２はアクチュエータごとにスプールと呼ばれる弁部品を備え、操作レバー装置７２，７３からの指令（油圧パイロット信号）に応じて対応するスプールが変位することで開口面積が変化し、各油路を通過する圧油の流量が変化する。図４に示す旋回油圧システムは、旋回用スプールのみを含むものである。
【００４４】
旋回油圧システムは、旋回油圧モータ２７の最大出力トルクが第１トルクとなる第１モードと、旋回油圧モータ２７の最大出力トルクが第１トルクより大きな第２トルクとなる第２モードとに変更可能である。以下にその詳細を説明する。
【００４５】
図４において、旋回油圧システムは、前述した油圧ポンプ４１及び旋回油圧モータ２７と、旋回用スプール６１と、旋回用の可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂと、旋回補助弁としてのセンタバイパスカット弁６３とを備えている。
【００４６】
油圧ポンプ４１は可変容量ポンプであり、トルク制御部６４ａを備えたレギュレータ６４を備え、レギュレータ６４を動作させることで油圧ポンプ４１の傾転角が変わって油圧ポンプ４１の容量が変わり、油圧ポンプ４１の吐出流量と出力トルクが変わる。図３の油圧電動複合旋回制御ブロック８３から電気・油圧変換装置７５ａに減トルク指令ＥＢが出力されると、電気・油圧変換装置７５ａは対応する制御圧力をレギュレータ６４のトルク制御部６４ａに出力し、トルク制御部６４ａは、旋回電動モータ２５が出力するトルク分、油圧ポンプ４１の最大出力トルクが減少するようトルク制御部６４ａの設定を変更する。
【００４７】
油圧ポンプ４１のトルク制御特性を図５に示す。横軸は油圧ポンプ４１の吐出圧力、縦軸は油圧ポンプ４１の容量を示している。
【００４８】
油圧電動複合旋回モードが選択され、電気・油圧変換装置７５ａに減トルク指令ＥＢが出力されているときは、電気・油圧変換装置７５ａは制御圧力を発生しており、このとき制御部６４ａの設定は、実線ＰＴSより最大出力トルクが減少した実線ＰＴの特性にある（第１モード）。油圧単独旋回モードが選択され、電気・油圧変換装置７５ａに減トルク指令ＥＢが出力されていないときは、トルク制御部６４ａは実線ＰＴSの特性に変化し（第２モード）、油圧ポンプ４１の最大出力トルクは、斜線で示す面積分、増加する。
【００４９】
図４に戻り、旋回用スプール６１はＡ，Ｂ，Ｃの３位置を持ち、操作レバー装置７２からの旋回操作指令（油圧パイロット信号）を受けて中立位置ＢからＡ位置又はＣ位置に連続的に切り替わる。
【００５０】
操作レバー装置７２はパイロット油圧源２９からの圧力をレバー操作量に応じて減圧する減圧弁を内蔵し、レバー操作量に応じた圧力（油圧パイロット信号）を旋回用スプール６１の左右いずれかの圧力室に与える。
【００５１】
旋回用スプール６１が中立位置Ｂにあるときは、油圧ポンプ４１から吐出される圧油はブリードオフ絞りを通り、更にセンタバイパスカット弁６３を通ってタンクへ戻る。旋回用スプール６１がレバー操作量に応じた圧力（油圧パイロット信号）を受けてＡ位置に切り替わると、油圧ポンプ４１からの圧油はＡ位置のメータイン絞りを通って旋回油圧モータ２７の右側に送られ、旋回油圧モータ２７からの戻り油はＡ位置のメータアウト絞りを通ってタンクに戻り、旋回油圧モータ２７は一方向に回転する。逆に、旋回用スプール６１がレバー操作量に応じた圧力（油圧パイロット信号）を受けてＣ位置に切り替わると、油圧ポンプ４１からの圧油はＣ位置のメータイン絞りを通って旋回油圧モータ２７の左側に送られ、旋回油圧モータ２７からの戻り油はＣ位置のメータアウト絞りを通ってタンクに戻り、旋回油圧モータ２７はＡ位置の場合とは逆方向に回転する。
【００５２】
旋回用スプール６１がＢ位置とＡ位置の中間に位置しているときは、油圧ポンプ４１からの圧油はブリードオフ絞りとメータイン絞りに分配される。このとき、メータイン絞りの入側にはブリードオフ絞りの開口面積とセンタバイパスカット弁６３の開口面積に応じた圧力が立ち、その圧力で旋回油圧モータ２７に圧油が供給され、その圧力（ブリードオフ絞りの開口面積）に応じた作動トルクが与えられる。また、旋回油圧モータ２７からの排出油はそのときのメータアウト絞りの開口面積に応じた抵抗を受けて背圧が立ち、メータアウト絞りの開口面積に応じた制動トルクが発生する。Ｂ位置とC位置の中間においても同様である。
【００５３】
操作レバー装置７２の操作レバーを中立位置に戻し、旋回用スプール６１を中立位置Ｂに戻したとき、旋回体２０は慣性体であるため、旋回油圧モータ２７はその慣性で回転を続けようとする。このとき、旋回油圧モータ２７からの排出油の圧力（背圧）が旋回用の可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ又は６２ｂの設定圧力を超えようとするときは、オーバーロードリリーフ弁６２ａ又は６２ｂが作動して圧油の一部をタンクに逃がすることで背圧の上昇を制限し、オーバーロードリリーフ弁６２ａ又は６２ｂの設定圧力に応じた制動トルクを発生する。
【００５４】
図６Ａは、本発明のハイブリッド式建設機械の一実施の形態における旋回用スプール６１のメータイン開口面積特性及びブリードオフ開口面積特性を示す特性図であり、図６Ｂは同メータアウト開口面積特性を示す特性図である。
【００５５】
図６Ａにおいて、実線ＭＩがメータイン開口面積特性であり、実線ＭＢがブリードオフ開口面積特性であり、いずれも本実施の形態のものである。二点鎖線ＭＢ0は、電動モータを用いない、従来の油圧ショベルにおいて良好な操作性を確保できるブリードオフ開口面積特性である。本実施の形態のブリードオフ開口面積特性ＭＢは、制御域開始点及び終点は従来のものと同一であるが、中間領域では従来のものに比べて開き勝手（大きな開口面積となるよう）に設計されている。
【００５６】
図６Ｂにおいて、実線ＭＯが本実施の形態のメータアウト開口面積特性であり、二点鎖線ＭＯ0が電動モータを用いない、従来の油圧ショベルにおいて良好な操作性を確保できるメータアウト開口面積特性である。本実施の形態のメータアウト開口面積特性ＭＯは、制御域開始点及び終点は従来のものと同一であるが、中間領域では従来のものに比べて開き勝手（大きな開口面積となるよう）に設計されている。
【００５７】
図７は、油圧パイロット信号（操作パイロット圧）に対する旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性を示す図である。
【００５８】
油圧電動複合旋回モードが選択されているときは、旋回駆動特性補正指令ＥＥは出力されていないため、センタバイパスカット弁６３は図示の開位置にあり、旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性は、図６Ａのブリードオフ開口面積特性ＭＢのみによって決まる点線ＭＢCの特性となる（第１モード）。
【００５９】
油圧単独旋回モードが選択されたときは、前述したように電気・油圧変換装置７５ｃに旋回駆動特性補正指令ＥＥが出力され、電気・油圧変換装置７５ｃは対応する制御圧力をセンタバイパスカット弁６３の受圧部に出力し、センタバイパスカット弁６３は図示右側の絞り位置に切り換えられる。このセンタバイパスカット弁６３の切り換えにより、旋回用スプール６１の油圧パイロット信号に対する旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性は点線ＭＢCの特性よりも合成開口面積が小さい実線ＭＢSの特性に変更される（第２モード）。この実線ＭＢSの合成開口面積特性は従来の油圧ショベルにおいて良好な操作性を確保できるブリードオフ開口面積特性と同等である。
【００６０】
図８は、油圧電動複合旋回モードでの旋回駆動時における油圧パイロット信号（パイロット圧）、メータイン圧力（Ｍ／Ｉ圧）、旋回電動モータ２５のアシストトルク、上部旋回体２０の回転速度（旋回速度）の時系列波形を示す特性図である。パイロット圧０、旋回停止状態から時間Ｔ＝Ｔ１〜Ｔ４でパイロット圧最大までランプ状に油圧パイロット信号を増加させた場合の例である。
【００６１】
油圧電動複合旋回モードが選択されているときは、図７の点線ＭＢCで示したように旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性は図６Ａのブリードオフ開口面積特性ＭＢのみによって決まる特性となるため、従来に比べてブリードオフ絞りの開口面積が大きい分、本実施の形態の方がメータイン圧力（Ｍ／Ｉ）は低くなる。メータイン圧力は旋回油圧モータ２７の作動トルク（加速トルク）に相当するので、メータイン圧力が低くなった分だけ加速トルクを旋回電動モータ２５により付与する必要がある。図７では力行側のアシストトルクを正としている。本実施の形態では、旋回電動モータ２５のアシストトルクと旋回用スプール６１によって発生するメータイン圧力に由来する加速トルクの合計値が、従来型の油圧ショベルで発生する加速トルクと概等しくなるように制御する。これにより旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベルと同等の加速フィーリングを有することが可能となる。
【００６２】
一方、油圧単独旋回モードが選択されたときは、旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性は、図７の点線ＭＢCよりも合成開口面積が小さいから実線ＭＢSの特性に変更されるため、旋回用スプール６１によって発生するメータイン圧力は、図８に示す従来の油圧ショベルで得られる実線のメータイン圧力まで上昇し、旋回用スプール６１によって発生するメータイン圧力に由来する加速トルクが、従来型の油圧ショベルで発生する加速トルクと概等しくなるように制御される。これにより旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベルと同等の加速フィーリングを有することが可能となる。
【００６３】
また、旋回油圧モータ２７単独で旋回可能であるということは、旋回油圧モータ２７の最大出力トルクの方が、旋回電動モータ２５の最大出力トルクよりも大きいということである。このことは、油圧電動複合旋回モードにおいて、万一、旋回電動モータ２５が意図しない動きをしたとしても油圧回路が正常ならば、それほど危険な動きにならないことを意味し、本発明は安全性においても有利である。
【００６４】
図９は、油圧パイロット信号（操作パイロット圧）に対する旋回用スプール６１のメータアウト開口面積特性を示す特性図である。
【００６５】
油圧電動複合旋回モードが選択されているきは、旋回パイロット圧補正指令ＥＦは出力されていないため、旋回用スプール６１のメータアウト開口面積特性は図６Ｂのメータアウト開口面積特性ＭＯと同様の変化を示す点線ＭＯCの特性となる（第１モード）。
【００６６】
油圧単独旋回モードが選択されたときは、前述したように図３の電気・油圧変換装置７５ｄ（図４の電気・油圧変換装置７５ｄＬ，７５ｄＲ）旋回パイロット圧補正指令ＥＦが出力され、電気・油圧変換装置７５ｄは操作レバー装置７２で生成された油圧パイロット信号（操作パイロット圧）を減圧補正する。この油圧パイロット信号の補正により、旋回用スプール６１の油圧パイロット信号に対するメータアウト開口面積特性は、図１０の点線ＭＯCの特性に対し中間領域における開口面積が減少した実線ＭＯSの特性に変更される（第２モード）。この実線ＭＯSの開口面積特性は従来の油圧ショベルにおいて良好な操作性を確保できるメータアウト開口面積特性と同等である。
【００６７】
図１０は、油圧電動複合旋回モードでの旋回制動停止時における油圧パイロット信号（パイロット圧）、メータアウト圧力（Ｍ／Ｏ圧）、旋回電動モータ２５のアシストトルク、旋回体２０の回転速度（旋回速度）の時系列波形を示す特性図である。パイロット圧最大、最高旋回速度から時間Ｔ＝Ｔ５〜Ｔ９でパイロット圧０までランプ状に油圧パイロット信号を低減させた場合の例である。
【００６８】
油圧単独旋回モードが選択されているときは、図９の点線ＭＯCで示したように旋回用スプール６１の油圧パイロット信号に対するメータアウト開口面積特性は図６Ｂのメータアウト開口面積特性ＭＯと同様の変化する特性となるため、図６Ｂに示したように従来に比べてメータアウト絞りの開口面積が大きい分、本実施の形態の方がメータアウト圧力（Ｍ／Ｏ圧）は低くなる。メータアウト圧力はブレーキトルク（制動トルク）に相当するので、メータアウト圧力が低くなった分だけブレーキトルクを電動モータ２５により付与する必要がある。図１０では回生側のアシストトルクを負としている。本実施の形態では、旋回電動モータ２５のアシストトルクと旋回用スプール６１によって発生するメータアウト圧力に由来するブレーキトルクの合計値が従来型の油圧ショベルで発生するブレーキトルクと概等しくなるように制御する。これにより旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベル同等の減速フィーリングを有することが可能となる。
【００６９】
一方、油圧単独旋回モードが選択されたときは、旋回用スプール６１の油圧パイロット信号に対するメータアウト開口面積特性は、図１０の点線ＭＯCの特性に対し中間領域における開口面積が減少した実線ＭＯSの特性に変更されるため、旋回用スプール６１によって発生するメータアウト圧力は、図１０に示す従来の油圧ショベルで得られる実線のメータアウト圧力まで上昇し、旋回用スプール６１によって発生するメータアウト圧力に由来するブレーキトルクが、従来型の油圧ショベルで発生するブレーキトルクと概等しくなるように制御され、旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベル同等の減速フィーリングを有することが可能となる。
【００７０】
図１１は、旋回用の可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂのリリーフ圧特性を示す図である。
【００７１】
油圧電動複合旋回モードが選択され、図３の電気・油圧変換装置７５ｂ（図４の電・油圧変換装置７５ｂＬ，７５ｂＲ）に減トルク指令ＥＣが出力されているときは、電気・油圧変換装置７５ｂは制御圧力を生成し、その制御圧力が可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂの設定圧力減少側に作用し、可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂのリリーフ特性はリリーフ圧がＰmax1である実線ＳＲの特性となる（第１モード）。油圧単独旋回モードが選択され、電気・油圧変換装置７５ｂ（図４の電気・油圧変換装置７５ｂＬ，７５ｂＲ）に減トルク指令ＥＣが出力されていないときは、電気・油圧変換装置７５ｂは制御圧力を生成しないため、可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂのリリーフ特性は、リリーフ圧がＰmax1からＰmax2に上昇した実線ＳＲSの特性となり（第２モード）、制動トルクは、リリーフ圧が高くなった分、増加する。
【００７２】
これにより油圧電動複合旋回モードが選択されたときは、可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂのリリーフ圧はＰmax2より低いＰmax1に設定されるため、、操作レバー装置７２の操作レバーを中立位置に戻したときに、旋回油圧モータ２７からの排出油の圧力（背圧）は可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂの低めの設定圧力であるＰmax1まで上昇し、旋回電動モータ２５のアシストトルクと可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ又は６２ｂによって発生する背圧に由来するブレーキトルクの合計値が従来型の油圧ショベルで発生するブレーキトルクと概等しくなるように制御され、旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベル同等の減速フィーリングを有することが可能となる。
【００７３】
また、油圧単独旋回モードが選択されたときは、可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂのリリーフ圧はＰmax1より高いＰmax2に設定されるため、操作レバー装置７２の操作レバーを中立位置に戻した場合に、旋回油圧モータ２７からの排出油の圧力（背圧）は可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂの高めの設定圧力であるＰmax2まで上昇し、可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ又は６２ｂによって発生する背圧に由来するブレーキトルクが、従来型の油圧ショベルで発生するブレーキトルクと概等しくなるように制御され、旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベル同等の減速フィーリングを有することが可能となる。
【００７４】
次に、本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態の油圧ショベルの起動シーケンスについて図１２を用いて説明する。図１２は本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態の油圧ショベルの起動シーケンスを示すフローチャート図である。図中、点線内がコントローラ８０のエネルギマネジメント制御部８２の処理である。
まず、イグニッションキー７０をオンからスタート位置にし、エンジン２２、油圧ポンプ４１を起動させる。この後、コントローラ８０の異常監視・異常処理制御ブロック８１及びエネルギマネジメント制御部８２は、初期設定として油圧単独旋回制御ブロック８４を選択することで油圧単独旋回モードに設定する（ステップＳ１００）。これによりオペレータがゲートロックレバー装置７１をロック位置からロック解除位置に操作してパイロット圧遮断弁７６をＯＦＦにすることで、油圧ショベルは直ちに動作可能な状態となる。オペレータが油圧ショベルを操作し、作業を行っている間に、エネルギマネジメント制御部８２はバックグラウンドで初期充放電制御等を行い、その間にキャパシタの静電容量または内部抵抗の測定が行われる（ステップＳ１２０）。初期充放電シーケンスが完了すると、キャパシタの静電容量または内部抵抗の測定値の判定が行われ(ステップＳ１３０)、異常なときは、そのまま、油圧単独モードに固定される。正常なときは、旋回電動モータが駆動可能な状態になった後に、モード切換可能なタイミングであることを確認して（ステップＳ１５０）油圧電動複合旋回モードに切替える（ステップＳ１６０）。
【００７５】
エネルギマネジメント制御部８２によるキャパシタの初期充放電制御は次のように行う。まず、パワーコントロールユニット５５を起動し（ステップＳ１１０）、インバータ５２，５３及び平滑コンデンサ５４の初期充電処理とメインコンタクタ５６の接続処理を行った後にキャパシタの初期充電と静電容量または内部抵抗の測定を同時に行うキャパシタ初期充放電シーケンス（ステップＳ１２０）を行う。次いで、キャパシタの静電容量または内部抵抗の測定値の判定が行われ(ステップＳ１３０)、それらが正常なときには、モニタ等の表示或いは音で運転準備完了を通知する（ステップＳ１４０）。一方、それらが異常なときは、ステップＳ１４０に進行せずに、そのまま、油圧単独旋回モードに固定され、その旨がモニタ等の表示或いは音で通知される。
【００７６】
次に、本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における初期充放電シーケンスを図１３乃至図１５を用いて詳細に説明する。図１３は本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における初期充放電シーケンスを示すフローチャート図、図１４は本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における内部抵抗測定シーケンスを示すフローチャート図、図１５は本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における内部抵抗測定シーケンス中の電動モータ出力とキャパシタ電圧との関係の一例を示す特性図であって、図１５（Ａ）は、電動モータの電力量の変動を示し、図１５（Ｂ）はキャパシタ電圧の変動を示す。
【００７７】
まず、図１３のステップ（Ｓ２０１）では、キャパシタ２４の電圧が異常に高くないかのチェックが行われる。具体的には、例えば、電圧センサ６５により検出されたキャパシタ電圧Vと予め設定されている放電要求基準電圧Vdsとの大小を比較し、キャパシタ電圧Vが放電要求基準電圧Vdsを超える場合には放電を実施する。
【００７８】
このステップ（Ｓ２０１）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ２０２）に進み、キャパシタ２４の放電が開始される。具体的には、キャパシタ２４からパワーコントロールユニット５５を介してアシスト発電モータ２３を力行側で駆動制御することで放電が行われる。
【００７９】
次に、ステップ（Ｓ２０３）では、キャパシタ電圧Vが放電目標電圧Vtd未満まで下がったか否かが判断される。このステップ（Ｓ２０３）でＮＯと判断された場合には、ＹＥＳと判断されるまで繰り返される。このステップ（Ｓ２０３）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ２０４）に進み放電完了となる。具体的には、キャパシタ２４からパワーコントロールユニット５５を介してアシスト発電モータ２３への力行制御を終了させて、キャパシタ２４からアシスト発電モータ２３への電流をゼロとする。
【００８０】
次に、ステップ（Ｓ２１３）に進み、後述する内部抵抗Ｒの測定が行われる。
【００８１】
ステップ（Ｓ２０１）でＮＯと判断された場合には、ステップ（Ｓ２０５）に進み、充電の必要性の有無が判断される。具体的には、キャパシタ電圧Vと予め設定されている充電要求基準電圧Vchとの大小を比較し、キャパシタ電圧Vが充電要求基準電圧Vch未満の場合には充電を実施する。
【００８２】
このステップ（Ｓ２０５）でＮＯと判断された場合には、既に放電の必要がないことが判定されているので、ステップ（Ｓ２１３）に進み、後述する内部抵抗Ｒの測定が行われる。
【００８３】
ステップ（Ｓ２０５）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ２０６）に進み、静電容量の算出が可能かどうか判断される。具体的には、温度センサ６６によって検出されたキャパシタ温度Tと予め設定されている基準温度Toとの大小を比較し、キャパシタ温度Tが基準温度Toを超える場合には静電容量の算出を可能と判断する。キャパシタ温度Tが低温の場合には、キャパシタの静電容量が常温時とは異なった値となってしまうためである。
【００８４】
また、キャパシタ電圧Vと予め設定されている静電容量算出基準電圧Vavとの大小を比較し、キャパシタ電圧Vが静電容量算出基準電圧Vav未満の場合には静電容量の算出を可能と判断する。例えば、充電を開始する際のキャパシタ電圧Vが、静電容量算出基準電圧Vav以上であって充電目標電圧Vtcとの差が小さいと、充電に要する電力積算値が小さくなるため、静電容量の測定精度が低くなってしまうためである。
【００８５】
ステップ（Ｓ２０６）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ２０７）に進み、このときのキャパシタ電圧Vが取得され、機械運転開始時の初期電圧V１として記憶される。また、電流センサ６７による電流信号の検出が開始され、キャパシタ電圧Vと電流信号による電力積算の演算が開始される。
【００８６】
ステップ（Ｓ２０８）では、充電が開始される。具体的には、アシスト発電モータ２３を回生（発電）側で駆動制御することでパワーコントロールユニット５５を介してキャパシタ２４への充電が行われる。
【００８７】
ステップ（Ｓ２０６）でＮＯと判断された場合には、ステップ（Ｓ２０７）をバイパスしてステップ（Ｓ２０８）に進み充電が開始される。
【００８８】
次に、ステップ（Ｓ２０９）では、キャパシタ電圧Vが充電目標電圧Vtcを超えたか否かが判断される。このステップ（Ｓ２０９）でＮＯと判断された場合には、ＹＥＳと判断されるまで繰り返される。このステップ（Ｓ２０９）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ２１０）に進み充電完了となる。具体的には、アシスト発電モータ２３の回生（発電）側での駆動制御を終了させて、アシスト発電モータ２３からキャパシタ２４への充電電流をゼロとする。また、このときに、キャパシタ電圧Vが取得され、最終電圧V２として記憶される。
【００８９】
次に、ステップ（Ｓ２１１）では、ステップ（Ｓ２０６）と同様に、ステップ（Ｓ２０６）の時点で静電容量の算出が可能であったかどうかを再度判断する。このステップ（Ｓ２０９）でＮＯと判断された場合には、ステップ（Ｓ２１３）に進み、後述する内部抵抗Ｒの測定が行われる。
【００９０】
ステップ（Ｓ２１１）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ２１２）に進み、静電容量Cが算出される。具体的には、ステップ（Ｓ２０７）からステップ（Ｓ２１０）までの間で取得された積算電力量Qと、ステップ（Ｓ２０７）で取得された初期電圧V１と、ステップ（Ｓ２１０）で取得された最終電圧V２とを用いて以下の式から静電容量Cを算出する。
C＝2・Q/(V2-V1)2
ステップ（Ｓ２１２）で静電容量Cを算出した後には、ステップ（Ｓ２１３）に進み内部抵抗Ｒの測定が行われる。
【００９１】
次に、ステップ（Ｓ２１３）のキャパシタ内部抵抗Ｒ測定シーケンスについて、図１４及び図１５を用いて詳細に説明する。
キャパシタ内部抵抗Ｒの測定シーケンスは、大略、アシスト発電モータ２３を力行側または回生側で駆動させることにより、電力をキャパシタ２４に対して出し入れして、その間のキャパシタ電流と電圧の変化を測定することにより算出するものである。
【００９２】
図１５（Ａ）において、縦軸は電力量、横軸は時間を示し、一点鎖線はアシスト発電モータ２３の軸出力であって、力行側での駆動時の電力量を正の方向に取っている。一方、直線はパワーコントロールユニット５５のチョッパ５３を通過する電力であって、キャパシタ２４からの放電電力量を正の方向に取っている。図１５（Ｂ）は、縦軸を電圧、横軸を時間で示し、直線がキャパシタ電圧、一点鎖線がキャパシタの内部抵抗に起因する電圧降下分を除いた真の保持電圧を示している。
【００９３】
まず、図１４のステップ（Ｓ３０１）では、アシスト発電モータ２３の出力が十分出せるかどうかが判断される。具体的には、エンジン回転数が所定回転数以上か否かが判断される。エンジン回転数が低く設定されていると、アシスト発電モータ２３の出力が確保されず、内部抵抗Ｒの算出精度が確保できないからである。
【００９４】
ステップ（Ｓ３０１）でＮＯと判断された場合には、キャパシタ内部抵抗測定シーケンスは終了する。
【００９５】
ステップ（Ｓ３０１）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ３０２）に進み、キャパシタ２４の内部抵抗が測定可能な状態かどうかが判断される。具体的には、温度センサ６６によって検出されたキャパシタ温度Tが予め設定されている基準温度の範囲にあって、低温または高温でないかが判断される。また、キャパシタ電圧Vが、放電目標電圧Vtdまたは充電目標電圧Vtcの近傍にあるか否かが判断される。
【００９６】
ステップ（Ｓ３０２）でＮＯと判断された場合には、キャパシタ内部抵抗測定シーケンスは終了する。
【００９７】
ステップ（Ｓ３０２）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ３０３）に進み、キャパシタ２４の放電が行われる。具体的には、アシスト発電モータ２３を力行側で駆動して、キャパシタ２４を放電させる。図１５（Ａ），図１５（Ｂ）に示す放電電力がピークのときのキャパシタ電圧Vaと放電電流Iaとを取得する。このとき、キャパシタの内部抵抗をR、このときの放電電流をIaとすると、真の保持電圧VCaに対して、IaR分だけ電圧降下を起こす。
【００９８】
次に、ステップ（Ｓ３０４）では、キャパシタ２４への充電が行われる。具体的には、アシスト発電モータ２３を回生（発電）側で駆動して、キャパシタ２４を充電する。図１５（Ａ），図１５（Ｂ）に示す充電電力がピークのときのキャパシタ電圧Vbと充電電流Ibとを取得する。このときの充電電流をIbとすると(放電を正とすると、Ibは負の値)、キャパシタは、真の保持電圧VC２に対して、IbR分だけ電圧降下（IbRは負となるので実際は電圧上昇)を起こす。
【００９９】
ステップ（Ｓ３０５）は、ステップ（Ｓ３０３）からステップ（Ｓ３０４）の測定中のキャパシタ２４の平均温度Ｔを取得する。具体的には、温度センサ６６によって検出されたキャパシタ温度Tから平均温度を算出する。
【０１００】
次に、ステップ（Ｓ３０６）では、内部抵抗Ｒを算出する。具体的には、ステップ（Ｓ３０３）からステップ（Ｓ３０４）までの間で取得されたキャパシタ電圧Va，Vbと、放電電流Iaと、充電電流Ibとを用いて以下の式から内部抵抗Rを算出する。
R＝(Vb-Va)/(Ia+Ib)
次に、ステップ（Ｓ３０７）では、ステップ（Ｓ３０５）で算出した平均温度Ｔを用いてステップ（Ｓ３０６）で算出した内部抵抗Ｒを補正してキャパシタ内部抵抗測定シーケンスを終了する。
【０１０１】
なお、アシスト発電モータ２３の軸出力Ｍａを図１５（Ａ）の実線のように変動させた場合、アシスト発電モータ２４及びその駆動インバータの劾率を加味すると、チョッパ５１を通過する電力は、一点鎖線のようになり、キャパシタ２３は放電の後に充電が行われる。測定中、図１５（Ｂ）の一点鎖線に示すキャパシタ２３の電圧効果分を除いた真の保持電圧は、一旦下がってから上昇しているが、充放電の電力量をほぼ同じにすると共に、測定タイミングをうまく取ることによって、VCa＝VCbとすれば、測定誤差を低減することができる。
【０１０２】
上述した本発明の第１の実施の形態によれば、キャパシタ２４等の蓄電デバイスを搭載したハイブリッド式建設機械において、起動直後には旋回電動モータ２５を使用せずに旋回油圧モータ２７を使用するモードで機械を稼動させ、その間の初期充放電シーケンスを利用してキャパシタ２４の静電容量及び内部抵抗を測定するので、キャパシタ２４の劣化判定のための作業停止時間を生じさせずに、蓄電デバイスの劣化に関する特性を精度良く測定することができる。その結果、ハイブリッド式建設機械の稼働率を向上させることができる。
【０１０３】
次に、本発明のハイブリッド式建設機械の第２の実施の形態を図１６を用いて説明する。図１６は本発明のハイブリッド式建設機械の第２の実施の形態における初期充放電シーケンスを示すフローチャート図である。なお、図１６において、図１乃至図１５に示す符号と同符号のものは同一部分又は相当する部分であるので、その部分の説明を省略する。
【０１０４】
本実施の形態は、静電容量算出するための電力積算を開始するキャパシタ電圧Vをいつも一定にするものである。具体的には、第１の実施の形態のキャパシタ初期充放電シーケンスに以下のステップが追加されたものである。
【０１０５】
まず、第１の実施の形態のステップ（Ｓ２０５）と同様に充電の必要性の有無が判断されるステップ（Ｓ４０５）でＹＥＳと判断されると、ステップ（Ｓ４０６）に進み、第１の実施の形態のステップ（Ｓ２０５）と同様に静電容量の算出が可能かどうか判断される。
【０１０６】
ステップ（Ｓ４０６）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ４０７）に進み、充電が開始される。
【０１０７】
ステップ（Ｓ４０８）では、キャパシタ電圧Vが静電容量算出基準電圧Vav以上か否かが判断される。このステップ（Ｓ４０８）でＮＯと判断された場合には、ＹＥＳと判断されるまで繰り返される。このステップ（Ｓ４０８）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ４０９）に進む。
【０１０８】
ステップ（Ｓ４０９）では、まず、充電を停止させる。具体的には、アシスト発電モータ２３の回生（発電）側での駆動制御を終了させて、アシスト発電モータ２３からキャパシタ２４への充電電流をゼロとする。次に、このときのキャパシタ電圧Vが取得され、初期電圧V１として記憶される。また、電流センサ６７による電流信号の検出が開始され、キャパシタ電圧Vと電流信号による電力積算の演算が開始され、ステップ（Ｓ４１０）に進む。
【０１０９】
ステップ（Ｓ４１０）では、再度充電が開始される。なお、ステップ（Ｓ４０６）でＮＯと判断された場合には、ステップ（Ｓ４０７）乃至ステップ（Ｓ４０９）をバイパスしてステップ（Ｓ４１０）に進み充電が再度開始される。
【０１１０】
ステップ（Ｓ４１１）では、第１の実施の形態のステップ（Ｓ２０９）と同様にキャパシタ電圧Vが充電目標電圧Vtcを超えたか否かが判断され、充電完了まで充電が実行される。ステップ（Ｓ４１２）以降は、第１の実施の形態のステップ（Ｓ２１０）と同様にキャパシタ初期充放電シーケンスが進行する。
【０１１１】
上述した本発明のハイブリッド式建設機械の第２の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。また、静電容量算出のための電力積算開始時のキャパシタ電圧が常に同じ電圧となるので、測定再現性が向上し、測定の精度を向上させることができる。
【０１１２】
次に、本発明のハイブリッド式建設機械の第３の実施の形態を図１７を用いて説明する。図１７は本発明のハイブリッド式建設機械の第３の実施の形態の油圧ショベルの起動シーケンスを示すフローチャート図である。なお、図１７において、図１乃至図１６に示す符号と同符号のものは同一部分又は相当する部分であるので、その部分の説明を省略する。
【０１１３】
上述した本発明の第１及び第２の実施の形態においては、機械起動時にキャパシタ２４の電圧Vが静電容量算出基準電圧Vavより高い場合には、静電容量の測定は行われずに、内部抵抗測定シーケンスへ進む。このような場合に静電容量の測定を行うためには、キャパシタ２４を放電させる必要があり、このことは、油圧電動複合旋回モードへの移行時間を遅延させ、燃料消費量の増大を招致するという問題がある。本実施の形態は、このような場合に対応するためのものである。
【０１１４】
本実施の形態は、起動シーケンスにおいて、その日の静電容量データの取得の有無の判定を行い、必要に応じてキャパシタ放電シーケンスを行うものである。具体的には、第１の実施の形態の起動シーケンスに以下のステップが追加されたものである。
【０１１５】
まず、第１の実施の形態と同様に、イグニッションキー７０をオンからスタート位置にし、エンジン２２、油圧ポンプ４１を起動させる。この後、コントローラ８０のエネルギマネジメント制御部８２は、初期設定として油圧単独旋回制御ブロック８４を選択することで油圧単独旋回モードに設定する（ステップＳ１００）。
【０１１６】
次にステップ（Ｓ１１０）で、パワーコントロールユニット５５を起動し、インバータ５２，５３及び平滑コンデンサ５４の初期充放電処理とメインコンタクタ５６の接続処理を行った後に、ステップ（Ｓ５００）に進む。
【０１１７】
ステップ（Ｓ５００）では、その日の静電容量測定データが取得されているかどうかが判断される。
【０１１８】
ステップ（Ｓ５００）でＮＯと判断された場合には、ステップ（Ｓ５１０）に進み、キャパシタ放電シーケンスが実行される。具体的には、放電目標電圧値Vtdを静電容量算出基準電圧Vav以下として放電制御が実行される。
【０１１９】
この放電シーケンスの実行後または、ステップ（Ｓ５００）でＹＥＳと判断された場合には、第１の実施の形態と同様に、静電容量または内部抵抗の測定を目的としたキャパシタ初期充放電シーケンスのステップ（Ｓ１２０）に進む。
【０１２０】
ステップ（Ｓ５１０）でキャパシタ放電シーケンス実行後には、キャパシタ電圧Vが静電容量算出基準電圧Vav以下となっているので、ステップ（Ｓ１２０）では、この電圧を初期電圧V1として充電が開始され、充電後に最終電圧V２が取得されて積算電力量を用いて静電容量が算出される。
【０１２１】
ステップ（Ｓ１２０）以降は、第１の実施の形態のステップと同様に起動シーケンスが進行する。
【０１２２】
上述した本発明のハイブリッド式建設機械の第３の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。また、本実施の形態によれば、機械起動時のキャパシタの電圧の如何にかかわらず、少なくとも一日一回はキャパシタの静電容量と内部抵抗が測定される。この結果、これらの測定データが欠落なく取得でき、キャパシタの経年劣化を高い信頼性の下に判断することができる。
【０１２３】
次に、本発明のハイブリッド式建設機械の第４の実施の形態を図１８を用いて説明する。図１８は本発明のハイブリッド式建設機械の第４の実施の形態におけるキャパシタ内部抵抗と静電容量の経年変化の一例を示す特性図である。
【０１２４】
本実施の形態においては、取得したキャパシタ２４の静電容量、内部抵抗データを図２に示した無線通信手段９０によって、機械とは別の場所に設置されている図示しないホストコンピュータ等に送信されるものである。
【０１２５】
図１８は、取得したキャパシタの静電容量、内部抵抗データの時間変動の一例を示している。キャパシタの静電容量は時間の経過とともに徐々に減少し、内部抵抗は徐々に増大している。
【０１２６】
上述した無線通信手段９０からキャパシタ２４の静電容量、内部抵抗データを受信したホストコンピュータ等は、図１８のような時間経過にともなう特性図を管理する。また、これらのデータとキャパシタ２４のユニット交換を推奨するための基準値やユニット交換を警告するための基準値とを比較し、必要に応じて、機械のサービス・サポート拠点よりユーザに対して連絡を行う。
【０１２７】
上述した本発明のハイブリッド式建設機械の第４の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。また、本実施の形態によれば、各機械の蓄電デバイスの内部抵抗と静電容量の経年変化を管理することができ、ユニット交換の推奨や警告を適時に行うことができる。この結果、蓄電デバイスの劣化判定が精度高く管理することができ、建設機械の生産性や信頼性を向上することができる。
【０１２８】
以上において、本発明を油圧ショベルに適用した場合の実施の形態を説明したが、本発明の骨子は、蓄電デバイスの劣化判定のための作業停止時間を生じさせずに、蓄電デバイスの劣化に関する特性を精度よく測定できるハイブリッド式建設機械を提供することにあり、油圧ショベル以外の旋回体を有する建設機械全般に本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【０１２９】
１０ 走行体
１１ クローラ
１２ クローラフレーム
１３ 右走行用油圧モータ
１４ 左走行用油圧モータ
２０ 旋回体
２１ 旋回フレーム
２２ エンジン
２３ アシスト発電モータ
２４ キャパシタ
２５ 旋回電動モータ
２６ 減速機
２７ 旋回油圧モータ
３０ ショベル機構
３１ ブーム
３３ アーム
３５ バケット
４０ 油圧システム
４１ 油圧ポンプ
４２ コントロールバルブ
５１ チョッパ
５２ 旋回電動モータ用インバータ
５３ アシスト発電モータ用インバータ
５４ 平滑コンデンサ
５５ パワーコントロールユニット
５６ メインコンタクタ
５７ メインリレー
５８ 突入電流防止回路
６５ 電圧センサ
６６ 温度センサ
６７ 電流センサ
８０ コントローラ
８１ 異常監視・異常処理制御ブロック
８２ エネルギマネジメント制御ブロック
８３ 油圧電動複合旋回制御ブロック
８４ 油圧単独制御ブロック
８５ 制御切替ブロック
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド式建設機械に係り、さらに詳しくは、蓄電デバイスの劣化に関する特性を精度よく測定することができるハイブリッド式建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動モータ及び蓄電デバイス（バッテリや電気二重層キャパシタ等）を用いることにより、油圧アクチュエータのみを用いた従来の建設機械よりエネルギ効率を高め、省エネルギ化を図ったハイブリッド式建設機械が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
電動モータ（電動アクチュエータ）は油圧アクチュエータに比べてエネルギ効率が良い、制動時の運動エネルギを電気エネルギとして回生できる（油圧アクチュエータの場合は熱にして放出）といった、エネルギ的に優れた特徴がある。
【０００４】
例えば、特許文献１に示される従来技術では、旋回体の駆動アクチュエータとして電動モータを搭載した油圧ショベルの実施の形態が示されている。油圧ショベルの旋回体を走行体に対して旋回駆動するアクチュエータ（従来は油圧モータを使用）は、使用頻度が高く、作業において起動停止、加速減速を頻繁に繰り返す。
【０００５】
このとき、減速時（制動時）における旋回体の運動エネルギは、油圧アクチュエータの場合は油圧回路上で熱として捨てられるが、電動モータの場合は電気エネルギとしての回生が見込めることから、省エネルギ化が図れる。
【０００６】
特許文献１のような、いわゆるハイブリッド油圧ショベルにおいては、蓄電デバイスとして電気二重層キャパシタ(以下、キャパシタという。)が、よく用いられている。キャパシタは、電動モータ等に大電流を供給することができると共に、減速時（制動時）における旋回体の運動エネルギから電動モータによって回生される電気エネルギである電力を蓄電するのに適している。
【０００７】
キャパシタは、他の蓄電デバイスに対して寿命的には優れているが、長期間の使用に伴い劣化が進行するので、機械の信頼性保持の観点から、キャパシタの劣化状態を判定する必要がある。作業機械や車両に搭載されたキャパシタの劣化状態を判定する技術として以下の従来技術が開示されている（例えば、特許文献２乃至４参照）。
【０００８】
特許文献２の従来技術においては、キャパシタ内部抵抗値の測定を行い、得られた内部抵抗値を基準にキャパシタの劣化状態を判定し、キャパシタ劣化状態での作業の継続を未然に防止する作業機械が開示されている。
【０００９】
また、特許文献３の従来技術においては、作業機械の停止状態を確認し、キャパシタの充電時における発電機のトルク・回転数と、キャパシタの電圧、及び充電時間からキャパシタの静電容量を測定し、その結果から劣化判定を行う蓄電装置の劣化判定方法が開示されている。
【００１０】
さらに、特許文献４の従来技術においては、キャパシタの内部抵抗、及び静電容量の両方の測定を行い、キャパシタの性能劣化を判定するハイブリッド駆動車両が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−１６７０４号公報
【特許文献２】特開２００７−１５５５８６号公報
【特許文献３】特開２００９−２２７０４４号公報
【特許文献４】特開２０００−１３９１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献２及び３の従来技術では、機械の始動時、または停止時にキャパシタの内部抵抗または容量を測定し劣化の判定を行うので、測定に時間がかかり、その間、機械を運転することができないという課題がある。また、キャパシタの劣化が進行していた場合、満足に機械を動かせないという課題がある。
【００１３】
特許文献４の従来技術では、内部抵抗、開始電圧、終了電圧及び駆動電力積算値に応じて静電容量を算出し、キャパシタの劣化を判定するハイブリッド駆動車両用の制御装置が開示されている。しかし、このような従来技術を油圧ショベルのような建設機械に適用しようとすると、建設機械は作業中のキャパシタの電力の出し入れが小刻みかつ頻繁であるため、駆動電力の積算が困難となり、正確な静電容量が算出できないという課題がある。
【００１４】
本発明は上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、キャパシタ等の蓄電デバイスを搭載したハイブリッド式建設機械において、キャパシタの劣化判定のための作業停止時間を生じさせずに、キャパシタの劣化に関する特性を精度良く測定できるハイブリッド式建設機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプと、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記油圧ポンプにより駆動される前記旋回体駆動用の油圧モータと、前記電動モータに接続された蓄電デバイスと、前記旋回体の駆動を指令する旋回用の操作レバー装置とを備えたハイブリッド式建設機械において、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記電動モータと前記油圧モータの両方を駆動して、前記電動モータと前記油圧モータのトルクの合計で前記旋回体の駆動を行う油圧電動複合旋回モードと、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記油圧モータのみを駆動して、前記油圧モータのみのトルクで前記旋回体の駆動を行う油圧単独旋回モードとの切替えを行う制御装置を備え、前記制御装置は、前記油圧単独旋回モードにおいて、前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量の測定を行うエネルギマネジメント制御手段と、測定終了後に、前記油圧電動複合旋回モードに切替える制御切替え手段とを備えたものとする。
【００１６】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記原動機により駆動され、前記蓄電デバイスと接続された第２の電動モータを更に備え、前記エネルギマネジメント制御手段は、前記第２の電動モータを駆動させ、前記蓄電デバイスに対して電流を出入りさせたときの電流電圧を測定することにより、前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量の測定を行うことを特徴とする。
【００１７】
更に、第３の発明は、第１の発明において、前記原動機により駆動され、前記蓄電デバイスと接続された第２の電動モータと、前記蓄電デバイスと前記第２の電動モータ間の電力の授受を制御する電力制御部とを更に備え、前記エネルギマネジメント制御手段は、前記電力制御部に出力するトルク指令を制御して前記第２の電動モータを力行側または回生側に駆動させ、前記第２の電動モータの力行側または回生側の駆動時における前記蓄電デバイスの出力電流及び出力電圧をそれぞれ測定し演算することにより、前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量の測定を行うことを特徴とする。
【００１８】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記エネルギマネジメント制御手段は、機械の起動直後に前記油圧単独旋回モードに設定すると共に、前記蓄電デバイスの初期充電、及び、前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量の測定を行う第１シーケンスと、前記第１シーケンスにより得られた測定値に基づき、前記蓄電デバイスの劣化判定を行う第２シーケンスと、前記第２シーケンスにより前記蓄電デバイスの劣化無しと判定した場合は、前記油圧電動複合旋回モードに切り替え可能とし、前記第２シーケンスにより前記蓄電デバイスの劣化有りと判断した場合には、前記蓄電デバイスの劣化を報知すると共に、前記油圧単独旋回モードに固定する第３シーケンスとを備えたことを特徴とする。
【００１９】
更に、第５の発明は、第４の発明において、前記蓄電デバイスの出力電圧と出力電流とを測定し、これら測定信号を前記制御装置に入力する電圧センサと電流センサとを備え、前記エネルギマネジメント制御手段の第１シーケンスは、機械の起動直後に前記油圧単独旋回モードに設定すると共に、前記蓄電デバイスの出力電圧を測定し、予め設定されている電圧値と比較することで前記蓄電デバイスの充電の要否を判定する第１の手順と、前記第１の手順により前記蓄電デバイスの充電が必要と判定された場合に前記蓄電デバイスの充電を行い、充電完了時に前記蓄電デバイスの出力電圧を更に測定する第２の手順と、前記第１及び第２の手順における前記蓄電デバイスの充電の前後に測定された前記蓄電デバイスの出力電圧値と充電中に前記蓄電デバイスに流入した電力の積算値とによって、前記蓄電デバイスの静電容量を算出する第３の手順とを実行することを特徴とする。
【００２０】
また、第６の発明は、第４の発明において、前記蓄電デバイスの出力電圧と出力電流とを測定し、これら測定信号を前記制御装置に入力する電圧センサと電流センサとを備え、前記エネルギマネジメント制御手段の第１シーケンスは、機械の起動直後に前記油圧単独旋回モードに設定すると共に、その日の静電容量測定データの取得の有無を判定する第１の手順と、前記第１の手順によりその日の静電容量測定データが未取得の場合に前記蓄電デバイスの放電を行い、放電完了時に前記蓄電デバイスの出力電圧を測定する第２の手順と、前記蓄電デバイスの充電を行い、充電完了時に前記蓄電デバイスの出力電圧を更に測定する第３の手順と、前記第２及び第３の手順における前記蓄電デバイスの充電の前後に測定された前記蓄電デバイスの出力電圧値と充電中に前記蓄電デバイスに流入した電力の積算値とによって、前記蓄電デバイスの静電容量を算出する第４の手順とを実行することを特徴とする。
【００２１】
更に、第７の発明は、第１乃至第６の発明のいずれかにおいて、前記蓄電デバイスの温度又は前記蓄電デバイスを固定する部材の温度を測定し、この測定信号を前記制御装置に入力する温度センサを備え、前記エネルギマネジメント制御手段は、前記蓄電デバイスの温度を測定し、この温度測定値が予め設定されている所定温度の範囲のときに、前記油圧単独旋回モードに設定すると共に、前記蓄電デバイスの初期充電、及び、前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量の測定を行う第１シーケンスと、前記第１シーケンスにより得られた測定値及び前記温度測定値に基づき、前記蓄電デバイスの劣化判定を行う第２シーケンスとを備えたことを特徴とする。
【００２２】
また、第８の発明は、第１乃至第６の発明のいずれかにおいて、前記蓄電デバイスの温度又は前記蓄電デバイスを固定する部材の温度を測定し、この測定信号を前記制御装置に入力する温度センサを備え、前記エネルギマネジメント制御手段は、前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量の測定を行う際に、前記蓄電デバイスの温度を測定する第１シーケンスと、この温度測定値が予め設定されている所定温度の範囲のときに、前記第１シーケンスにより得られた測定値及び前記温度測定値に基づき、前記蓄電デバイスの劣化判定を行う第２シーケンスとを備えたことを特徴とする。
【００２３】
上記の目的を達成するために、第９の発明は、原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプと、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記電動モータに接続された蓄電デバイスとを備えたハイブリッド式建設機械において、前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量を前記蓄電デバイスの電流及び電圧変化を用いて測定し、得られた測定値を無線通信手段によって外部送信する制御装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によればキャパシタ等の蓄電デバイスを搭載したハイブリッド式建設機械において、起動直後には電動モータを使用せずに油圧モータを使用するモードで機械を稼動させ、その間の初期充放電シーケンスを利用してキャパシタの静電容量及び内部抵抗を測定するので、キャパシタの劣化判定のための作業停止時間を生じさせずに、蓄電デバイスの劣化に関する特性を精度良く測定することができる。その結果、ハイブリッド式建設機械の稼働率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態を示す側面図である。
【図２】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。
【図３】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態のシステム構成及び制御ブロック図である。
【図４】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における旋回油圧システムの構成を示す油圧回路図である。
【図５】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における油圧ポンプのトルク制御特性を示す特性図である。
【図６Ａ】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における旋回用スプールのメータイン開口面積特性及びブリードオフ開口面積特性を示す特性図である。
【図６Ｂ】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における旋回用スプールのメータアウト開口面積特性を示す特性図である。
【図７】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における油圧パイロット信号（操作パイロット圧）に対する旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性を示す特性図である
【図８】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における油圧電動複合旋回モードでの旋回駆動時における油圧パイロット信号（パイロット圧）、メータイン圧力（Ｍ／Ｉ圧）、旋回電動モータのアシストトルク、旋回体の回転速度（旋回速度）の時系列波形を示す特性図である。
【図９】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における油圧パイロット信号（操作パイロット圧）に対する旋回用スプール６１のメータアウト開口面積特性を示す特性図である。
【図１０】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における油圧電動複合旋回モードでの旋回停止時における油圧パイロット信号（パイロット圧）、メータアウト圧力（Ｍ／Ｏ圧）、旋回電動モータのアシストトルク、上部旋回体の回転速度（旋回速度）の時系列波形を示す特性図である。
【図１１】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における旋回用の可変オーバーロードリリーフ弁のリリーフ圧特性を示す特性図である。
【図１２】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態の油圧ショベルの起動シーケンスを示すフローチャート図である。
【図１３】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における初期充放電シーケンスを示すフローチャート図である。
【図１４】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における内部抵抗測定シーケンスを示すフローチャート図である。
【図１５】本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における内部抵抗測定シーケンス中の電動モータ出力とキャパシタ電圧との関係の一例を示す特性図であって、図１５（Ａ）は、電動モータの電力量の変動を示し、図１５（Ｂ）はキャパシタ電圧の変動を示す。
【図１６】本発明のハイブリッド式建設機械の第２の実施の形態における初期充放電シーケンスを示すフローチャート図である。
【図１７】本発明のハイブリッド式建設機械の第３の実施の形態の油圧ショベルの起動シーケンスを示すフローチャート図である。
【図１８】本発明のハイブリッド式建設機械の第４の実施の形態におけるキャパシタ内部抵抗と静電容量の経年変化の一例を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、建設機械として油圧ショベルを例にとって本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、本発明は、旋回体を備えた建設機械全般（作業機械を含む）に適用が可能であり、本発明の適用は油圧ショベルに限定されるものではない。例えば、本発明は旋回体を備えたクレーン車等、その他の建設機械にも適用可能である。図１は本発明のハイブリッド式建設機械の一実施の形態を示す側面図、図２は本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図、図３は本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態のシステム構成及び制御ブロック図である。
【００２７】
図１において、ハイブリッド式油圧ショベルは走行体１０と、走行体１０上に旋回可能に設けた旋回体２０及びショベル機構３０を備えている。
【００２８】
走行体１０は、一対のクローラ１１ａ，１１ｂ及びクローラフレーム１２ａ，１２ｂ（図１では片側のみを示す）、各クローラ１１ａ，１１ｂを独立して駆動制御する一対の走行用油圧モータ１３、１４及びその減速機構等で構成されている。
【００２９】
旋回体２０は、旋回フレーム２１と、旋回フレーム２１上に設けられた、原動機としてのエンジン２２と、エンジン２２により駆動されるアシスト発電モータ２３と、旋回電動モータ２５及び旋回油圧モータ２７と、アシスト発電モータ２３及び旋回電動モータ２５に接続される電気二重層キャパシタ２４と、旋回電動モータ２５と旋回油圧モータ２７の回転を減速する減速機構２６等から構成され、旋回電動モータ２５と旋回油圧モータ２７の駆動力が減速機構２６を介して伝達され、その駆動力により走行体１０に対して旋回体２０（旋回フレーム２１）を旋回駆動させる。
【００３０】
また、旋回体２０にはショベル機構（フロント装置）３０が搭載されている。ショベル機構３０は、ブーム３１と、ブーム３１を駆動するためのブームシリンダ３２と、ブーム３１の先端部近傍に回転自在に軸支されたアーム３３と、アーム３３を駆動するためのアームシリンダ３４と、アーム３３の先端に回転可能に軸支されたバケット３５と、バケット３５を駆動するためのバケットシリンダ３６等で構成されている。
【００３１】
さらに、旋回体２０の旋回フレーム２１上には、上述した走行用油圧モータ１３，１４、旋回油圧モータ２７、ブームシリンダ３２、アークシリンダ３４、バケットシリンダ３６等の油圧アクチュエータを駆動するための油圧システム４０が搭載されている。油圧システム４０は、油圧を発生する油圧源となる油圧ポンプ４１（図２）及び各アクチュエータを駆動制御するためのコントロールバルブ４２（図２）を含み、油圧ポンプ４１はエンジン２２によって駆動される。
【００３２】
次に、油圧ショベルの電動・油圧機器のシステム構成について概略説明する。図２に示すように、エンジン２２の駆動力は油圧ポンプ４１に伝達されている。コントロールバルブ４２は、旋回用の操作レバー装置７２（図３参照）からの旋回操作指令（油圧パイロット信号）に応じて、旋回油圧モータ２７に供給される圧油の流量と方向を制御する。またコントロールバルブ４２は、旋回以外の操作レバー装置７３（図３参照）からの操作指令（油圧パイロット信号）に応じて、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６及び走行用油圧モータ１３，１４に供給される圧油の流量と方向を制御する。
【００３３】
電動システムは、上述したアシスト発電モータ２３、キャパシタ２４及び旋回電動モータ２５と、パワーコントロールユニット５５及びメインコンタクタ５６等から構成されている。パワーコントロールユニット５５はチョッパ５１、インバータ５２，５３、平滑コンデンサ５４等を有し、メインコンタクタ５６はメインリレー５７、突入電流防止回路５８等を有している。
【００３４】
キャパシタ２４からの直流電力はチョッパ５１によって所定の母線電圧に昇圧され、旋回電動モータ２５を駆動するためのインバータ５２、アシスト発電モータ２３を駆動するためのインバータ５３に入力される。平滑コンデンサ５４は、母線電圧を安定化させるために設けられている。旋回電動モータ２５と旋回油圧モータ２７の回転軸は結合されており、減速機構２６を介して旋回体２０を駆動する。アシスト発電モータ２３及び旋回電動モータ２５の駆動状態（力行しているか回生しているか）によって、キャパシタ２４は充放電されることになる。
【００３５】
キャパシタ２４の出力端子部には、キャパシタ電圧を検出する電圧センサ６５が、キャパシタ２４を固定している部材又はキャパシタ２４には、キャパシタ２４の温度又はキャパシタ２４の温度と相関する温度を検出する温度センサ６６がそれぞれ設けられている。また、キャパシタ２４とパワーコントロールユニット５５との母線には、充放電の電流を検出する電流センサ６７が設けられている。これらのセンサ６５，６６，６７は、検出した信号をパワーコントロールユニット５５を介してコントローラ８０に出力するように、パワーコントロールユニット５５に電気的に接続されている。
【００３６】
コントローラ８０は、旋回操作指令信号や、圧力信号及び回転速度信号等（後述）を用いて、コントロールバルブ４２、パワーコントロールユニット５５に対する制御指令を生成し、旋回油圧モータ２７を用いる油圧単独旋回モード、旋回油圧モータ２７と旋回電動モータ２５とを用いる油圧電動複合旋回モードの切り替え、各モードの旋回制御、電動システムの異常監視、エネルギマネジメント等の制御を行う。また、無線通信端末９０が電気的に接続されていて、コントローラ８０が収集する機器データを例えば図示しないホストコンピュータへ無線送信することができる。
【００３７】
次に、本発明による旋回制御を行うのに必要なデバイスや制御手段、制御信号等を図３を用いてさらに詳細に説明する。
油圧ショベルは、エンジン２２を始動するためのイグニッションキー７０と、作業中止時にパイロット圧遮断弁７６をＯＮにして油圧システムの作動を不能とするゲートロックレバー装置７１とを備えている。また、油圧ショベルは、上述したコントローラ８０と、コントローラ８０の入出力に係わる油圧・電気変換装置７４ａ，７４ｂＬ，７４ｂＲ、電気・油圧変換装置７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄ及び油圧単独旋回モード固定スイッチ７７を備え、これらは旋回制御システムを構成する。油圧・電気変換装置７４ａ，７４ｂＬ，７４ｂＲはそれぞれ例えば圧力センサであり、電気・油圧変換装置７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄは例えば電磁比例減圧弁である。
【００３８】
コントローラ８０は、異常監視・異常処理制御ブロック８１、エネルギマネジメント制御ブロック８２、油圧電動複合旋回制御ブロック８３、油圧単独旋回制御ブロック８４、制御切替ブロック８５等からなる。
【００３９】
全体システムに異常がなく、旋回電動モータ２５が駆動可能な状態では、コントローラ８０は油圧電動複合旋回モードを選択する。このとき制御切替ブロック８５は油圧電動複合旋回制御ブロック８３をしており、油圧電動複合旋回制御ブロック８３によって旋回アクチュエータ動作が制御される。旋回操作レバー装置７２の入力によって発生される油圧パイロット信号は油圧・電気変換装置７４ａによって電気信号に変換され、油圧電動複合旋回制御ブロック８３に入力される。旋回油圧モータ２７の作動圧は油圧・電気変換装置７４ｂＬ，７４ｂＲによって電気信号に変換され、油圧電動複合旋回制御ブロック８３に入力される。パワーコントロールユニット５５内の電動モータ駆動用のインバータから出力される旋回モータ速度信号も油圧電動複合旋回制御ブロック８３に入力される。油圧電動複合旋回制御ブロック８３は、旋回操作レバー装置７２からの油圧パイロット信号と、旋回油圧モータ２７の作動圧信号及び旋回モータ速度信号に基づいて所定の演算を行って旋回電動モータ２５の指令トルクを計算し、パワーコントロールユニット５５にトルク指令ＥＡを出力する。同時に、旋回電動モータ２５が出力するトルク分、油圧ポンプ４１の出力トルク及び旋回油圧モータ２７の出力トルクを減少させる減トルク指令ＥＢ，ＥＣを電気・油圧変換装置７５ａ，７５ｂに出力する。
【００４０】
一方、旋回操作レバー装置７２の入力によって発生される油圧パイロット信号はコントロールバルブ４２にも入力され、油圧ポンプ４１の吐出油を旋回油圧モータ２７に供給し、旋回油圧モータ２７も同時に駆動する。
【００４１】
旋回電動モータ２５が加速時に消費するエネルギと減速時に回生するエネルギの差によって、キャパシタ２４の蓄電量が増減することになる。これを制御するのがエネルギマネジメント制御ブロック８２であり、上述したキャパシタ２４の電圧・電流・温度の検出信号を入力し、アシスト発電モータ２３に発電またはアシスト指令ＥＤを出すことにより、キャパシタ２４の蓄電量を所定の範囲に保つ制御を行う。
【００４２】
パワーコントロールユニット５５、旋回電動モータ２５、キャパシタ２４、パワーコントロールユニット５５等の電動システムに故障、異常、警告状態が発生した場合や、キャパシタ２４の蓄電量が所定の範囲外になった場合は、異常監視・異常処理制御ブロック８１及びエネルギマネジメント制御ブロック８２が制御切替ブロック８５を切り替えて油圧単独旋回制御ブロック８４を選択し、油圧電動複合旋回モードから油圧単独旋回モードへの切替えを行う。基本的に旋回の油圧システムは、旋回電動モータ２５と協調して動作するようマッチングされているので、油圧単独旋回制御ブロック８４は、旋回駆動特性補正指令ＥＥと旋回パイロット圧補正指令ＥＦをそれぞれ電気・油圧変換装置７５ｃ，７５ｄに出力し、旋回油圧モータ２７の駆動トルクを増加させる補正と旋回油圧モータ２７の制動トルクを増加させる補正を行うことにより、旋回電動モータ２５のトルクが無くても旋回操作性が損なわれないような制御を行う。
【００４３】
次に、旋回油圧システムの詳細について図４乃至図１１を用いて説明する。図４は本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における旋回油圧システムの構成を示す油圧回路図である。図４において、図１乃至図３に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
図３のコントロールバルブ４２はアクチュエータごとにスプールと呼ばれる弁部品を備え、操作レバー装置７２，７３からの指令（油圧パイロット信号）に応じて対応するスプールが変位することで開口面積が変化し、各油路を通過する圧油の流量が変化する。図４に示す旋回油圧システムは、旋回用スプールのみを含むものである。
【００４４】
旋回油圧システムは、旋回油圧モータ２７の最大出力トルクが第１トルクとなる第１モードと、旋回油圧モータ２７の最大出力トルクが第１トルクより大きな第２トルクとなる第２モードとに変更可能である。以下にその詳細を説明する。
【００４５】
図４において、旋回油圧システムは、前述した油圧ポンプ４１及び旋回油圧モータ２７と、旋回用スプール６１と、旋回用の可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂと、旋回補助弁としてのセンタバイパスカット弁６３とを備えている。
【００４６】
油圧ポンプ４１は可変容量ポンプであり、トルク制御部６４ａを備えたレギュレータ６４を備え、レギュレータ６４を動作させることで油圧ポンプ４１の傾転角が変わって油圧ポンプ４１の容量が変わり、油圧ポンプ４１の吐出流量と出力トルクが変わる。図３の油圧電動複合旋回制御ブロック８３から電気・油圧変換装置７５ａに減トルク指令ＥＢが出力されると、電気・油圧変換装置７５ａは対応する制御圧力をレギュレータ６４のトルク制御部６４ａに出力し、トルク制御部６４ａは、旋回電動モータ２５が出力するトルク分、油圧ポンプ４１の最大出力トルクが減少するようトルク制御部６４ａの設定を変更する。
【００４７】
油圧ポンプ４１のトルク制御特性を図５に示す。横軸は油圧ポンプ４１の吐出圧力、縦軸は油圧ポンプ４１の容量を示している。
【００４８】
油圧電動複合旋回モードが選択され、電気・油圧変換装置７５ａに減トルク指令ＥＢが出力されているときは、電気・油圧変換装置７５ａは制御圧力を発生しており、このとき制御部６４ａの設定は、実線ＰＴSより最大出力トルクが減少した実線ＰＴの特性にある（第１モード）。油圧単独旋回モードが選択され、電気・油圧変換装置７５ａに減トルク指令ＥＢが出力されていないときは、トルク制御部６４ａは実線ＰＴSの特性に変化し（第２モード）、油圧ポンプ４１の最大出力トルクは、斜線で示す面積分、増加する。
【００４９】
図４に戻り、旋回用スプール６１はＡ，Ｂ，Ｃの３位置を持ち、操作レバー装置７２からの旋回操作指令（油圧パイロット信号）を受けて中立位置ＢからＡ位置又はＣ位置に連続的に切り替わる。
【００５０】
操作レバー装置７２はパイロット油圧源２９からの圧力をレバー操作量に応じて減圧する減圧弁を内蔵し、レバー操作量に応じた圧力（油圧パイロット信号）を旋回用スプール６１の左右いずれかの圧力室に与える。
【００５１】
旋回用スプール６１が中立位置Ｂにあるときは、油圧ポンプ４１から吐出される圧油はブリードオフ絞りを通り、更にセンタバイパスカット弁６３を通ってタンクへ戻る。旋回用スプール６１がレバー操作量に応じた圧力（油圧パイロット信号）を受けてＡ位置に切り替わると、油圧ポンプ４１からの圧油はＡ位置のメータイン絞りを通って旋回油圧モータ２７の右側に送られ、旋回油圧モータ２７からの戻り油はＡ位置のメータアウト絞りを通ってタンクに戻り、旋回油圧モータ２７は一方向に回転する。逆に、旋回用スプール６１がレバー操作量に応じた圧力（油圧パイロット信号）を受けてＣ位置に切り替わると、油圧ポンプ４１からの圧油はＣ位置のメータイン絞りを通って旋回油圧モータ２７の左側に送られ、旋回油圧モータ２７からの戻り油はＣ位置のメータアウト絞りを通ってタンクに戻り、旋回油圧モータ２７はＡ位置の場合とは逆方向に回転する。
【００５２】
旋回用スプール６１がＢ位置とＡ位置の中間に位置しているときは、油圧ポンプ４１からの圧油はブリードオフ絞りとメータイン絞りに分配される。このとき、メータイン絞りの入側にはブリードオフ絞りの開口面積とセンタバイパスカット弁６３の開口面積に応じた圧力が立ち、その圧力で旋回油圧モータ２７に圧油が供給され、その圧力（ブリードオフ絞りの開口面積）に応じた作動トルクが与えられる。また、旋回油圧モータ２７からの排出油はそのときのメータアウト絞りの開口面積に応じた抵抗を受けて背圧が立ち、メータアウト絞りの開口面積に応じた制動トルクが発生する。Ｂ位置とC位置の中間においても同様である。
【００５３】
操作レバー装置７２の操作レバーを中立位置に戻し、旋回用スプール６１を中立位置Ｂに戻したとき、旋回体２０は慣性体であるため、旋回油圧モータ２７はその慣性で回転を続けようとする。このとき、旋回油圧モータ２７からの排出油の圧力（背圧）が旋回用の可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ又は６２ｂの設定圧力を超えようとするときは、オーバーロードリリーフ弁６２ａ又は６２ｂが作動して圧油の一部をタンクに逃がすることで背圧の上昇を制限し、オーバーロードリリーフ弁６２ａ又は６２ｂの設定圧力に応じた制動トルクを発生する。
【００５４】
図６Ａは、本発明のハイブリッド式建設機械の一実施の形態における旋回用スプール６１のメータイン開口面積特性及びブリードオフ開口面積特性を示す特性図であり、図６Ｂは同メータアウト開口面積特性を示す特性図である。
【００５５】
図６Ａにおいて、実線ＭＩがメータイン開口面積特性であり、実線ＭＢがブリードオフ開口面積特性であり、いずれも本実施の形態のものである。二点鎖線ＭＢ0は、電動モータを用いない、従来の油圧ショベルにおいて良好な操作性を確保できるブリードオフ開口面積特性である。本実施の形態のブリードオフ開口面積特性ＭＢは、制御域開始点及び終点は従来のものと同一であるが、中間領域では従来のものに比べて開き勝手（大きな開口面積となるよう）に設計されている。
【００５６】
図６Ｂにおいて、実線ＭＯが本実施の形態のメータアウト開口面積特性であり、二点鎖線ＭＯ0が電動モータを用いない、従来の油圧ショベルにおいて良好な操作性を確保できるメータアウト開口面積特性である。本実施の形態のメータアウト開口面積特性ＭＯは、制御域開始点及び終点は従来のものと同一であるが、中間領域では従来のものに比べて開き勝手（大きな開口面積となるよう）に設計されている。
【００５７】
図７は、油圧パイロット信号（操作パイロット圧）に対する旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性を示す図である。
【００５８】
油圧電動複合旋回モードが選択されているときは、旋回駆動特性補正指令ＥＥは出力されていないため、センタバイパスカット弁６３は図示の開位置にあり、旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性は、図６Ａのブリードオフ開口面積特性ＭＢのみによって決まる点線ＭＢCの特性となる（第１モード）。
【００５９】
油圧単独旋回モードが選択されたときは、前述したように電気・油圧変換装置７５ｃに旋回駆動特性補正指令ＥＥが出力され、電気・油圧変換装置７５ｃは対応する制御圧力をセンタバイパスカット弁６３の受圧部に出力し、センタバイパスカット弁６３は図示右側の絞り位置に切り換えられる。このセンタバイパスカット弁６３の切り換えにより、旋回用スプール６１の油圧パイロット信号に対する旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性は点線ＭＢCの特性よりも合成開口面積が小さい実線ＭＢSの特性に変更される（第２モード）。この実線ＭＢSの合成開口面積特性は従来の油圧ショベルにおいて良好な操作性を確保できるブリードオフ開口面積特性と同等である。
【００６０】
図８は、油圧電動複合旋回モードでの旋回駆動時における油圧パイロット信号（パイロット圧）、メータイン圧力（Ｍ／Ｉ圧）、旋回電動モータ２５のアシストトルク、上部旋回体２０の回転速度（旋回速度）の時系列波形を示す特性図である。パイロット圧０、旋回停止状態から時間Ｔ＝Ｔ１〜Ｔ４でパイロット圧最大までランプ状に油圧パイロット信号を増加させた場合の例である。
【００６１】
油圧電動複合旋回モードが選択されているときは、図７の点線ＭＢCで示したように旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性は図６Ａのブリードオフ開口面積特性ＭＢのみによって決まる特性となるため、従来に比べてブリードオフ絞りの開口面積が大きい分、本実施の形態の方がメータイン圧力（Ｍ／Ｉ）は低くなる。メータイン圧力は旋回油圧モータ２７の作動トルク（加速トルク）に相当するので、メータイン圧力が低くなった分だけ加速トルクを旋回電動モータ２５により付与する必要がある。図７では力行側のアシストトルクを正としている。本実施の形態では、旋回電動モータ２５のアシストトルクと旋回用スプール６１によって発生するメータイン圧力に由来する加速トルクの合計値が、従来型の油圧ショベルで発生する加速トルクと概等しくなるように制御する。これにより旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベルと同等の加速フィーリングを有することが可能となる。
【００６２】
一方、油圧単独旋回モードが選択されたときは、旋回用スプール６１のメータイン絞りとセンタバイパスカット弁６３との合成開口面積特性は、図７の点線ＭＢCよりも合成開口面積が小さいから実線ＭＢSの特性に変更されるため、旋回用スプール６１によって発生するメータイン圧力は、図８に示す従来の油圧ショベルで得られる実線のメータイン圧力まで上昇し、旋回用スプール６１によって発生するメータイン圧力に由来する加速トルクが、従来型の油圧ショベルで発生する加速トルクと概等しくなるように制御される。これにより旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベルと同等の加速フィーリングを有することが可能となる。
【００６３】
また、旋回油圧モータ２７単独で旋回可能であるということは、旋回油圧モータ２７の最大出力トルクの方が、旋回電動モータ２５の最大出力トルクよりも大きいということである。このことは、油圧電動複合旋回モードにおいて、万一、旋回電動モータ２５が意図しない動きをしたとしても油圧回路が正常ならば、それほど危険な動きにならないことを意味し、本発明は安全性においても有利である。
【００６４】
図９は、油圧パイロット信号（操作パイロット圧）に対する旋回用スプール６１のメータアウト開口面積特性を示す特性図である。
【００６５】
油圧電動複合旋回モードが選択されているきは、旋回パイロット圧補正指令ＥＦは出力されていないため、旋回用スプール６１のメータアウト開口面積特性は図６Ｂのメータアウト開口面積特性ＭＯと同様の変化を示す点線ＭＯCの特性となる（第１モード）。
【００６６】
油圧単独旋回モードが選択されたときは、前述したように図３の電気・油圧変換装置７５ｄ（図４の電気・油圧変換装置７５ｄＬ，７５ｄＲ）旋回パイロット圧補正指令ＥＦが出力され、電気・油圧変換装置７５ｄは操作レバー装置７２で生成された油圧パイロット信号（操作パイロット圧）を減圧補正する。この油圧パイロット信号の補正により、旋回用スプール６１の油圧パイロット信号に対するメータアウト開口面積特性は、図１０の点線ＭＯCの特性に対し中間領域における開口面積が減少した実線ＭＯSの特性に変更される（第２モード）。この実線ＭＯSの開口面積特性は従来の油圧ショベルにおいて良好な操作性を確保できるメータアウト開口面積特性と同等である。
【００６７】
図１０は、油圧電動複合旋回モードでの旋回制動停止時における油圧パイロット信号（パイロット圧）、メータアウト圧力（Ｍ／Ｏ圧）、旋回電動モータ２５のアシストトルク、旋回体２０の回転速度（旋回速度）の時系列波形を示す特性図である。パイロット圧最大、最高旋回速度から時間Ｔ＝Ｔ５〜Ｔ９でパイロット圧０までランプ状に油圧パイロット信号を低減させた場合の例である。
【００６８】
油圧単独旋回モードが選択されているときは、図９の点線ＭＯCで示したように旋回用スプール６１の油圧パイロット信号に対するメータアウト開口面積特性は図６Ｂのメータアウト開口面積特性ＭＯと同様の変化する特性となるため、図６Ｂに示したように従来に比べてメータアウト絞りの開口面積が大きい分、本実施の形態の方がメータアウト圧力（Ｍ／Ｏ圧）は低くなる。メータアウト圧力はブレーキトルク（制動トルク）に相当するので、メータアウト圧力が低くなった分だけブレーキトルクを電動モータ２５により付与する必要がある。図１０では回生側のアシストトルクを負としている。本実施の形態では、旋回電動モータ２５のアシストトルクと旋回用スプール６１によって発生するメータアウト圧力に由来するブレーキトルクの合計値が従来型の油圧ショベルで発生するブレーキトルクと概等しくなるように制御する。これにより旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベル同等の減速フィーリングを有することが可能となる。
【００６９】
一方、油圧単独旋回モードが選択されたときは、旋回用スプール６１の油圧パイロット信号に対するメータアウト開口面積特性は、図１０の点線ＭＯCの特性に対し中間領域における開口面積が減少した実線ＭＯSの特性に変更されるため、旋回用スプール６１によって発生するメータアウト圧力は、図１０に示す従来の油圧ショベルで得られる実線のメータアウト圧力まで上昇し、旋回用スプール６１によって発生するメータアウト圧力に由来するブレーキトルクが、従来型の油圧ショベルで発生するブレーキトルクと概等しくなるように制御され、旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベル同等の減速フィーリングを有することが可能となる。
【００７０】
図１１は、旋回用の可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂのリリーフ圧特性を示す図である。
【００７１】
油圧電動複合旋回モードが選択され、図３の電気・油圧変換装置７５ｂ（図４の電・油圧変換装置７５ｂＬ，７５ｂＲ）に減トルク指令ＥＣが出力されているときは、電気・油圧変換装置７５ｂは制御圧力を生成し、その制御圧力が可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂの設定圧力減少側に作用し、可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂのリリーフ特性はリリーフ圧がＰmax1である実線ＳＲの特性となる（第１モード）。油圧単独旋回モードが選択され、電気・油圧変換装置７５ｂ（図４の電気・油圧変換装置７５ｂＬ，７５ｂＲ）に減トルク指令ＥＣが出力されていないときは、電気・油圧変換装置７５ｂは制御圧力を生成しないため、可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂのリリーフ特性は、リリーフ圧がＰmax1からＰmax2に上昇した実線ＳＲSの特性となり（第２モード）、制動トルクは、リリーフ圧が高くなった分、増加する。
【００７２】
これにより油圧電動複合旋回モードが選択されたときは、可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂのリリーフ圧はＰmax2より低いＰmax1に設定されるため、、操作レバー装置７２の操作レバーを中立位置に戻したときに、旋回油圧モータ２７からの排出油の圧力（背圧）は可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂの低めの設定圧力であるＰmax1まで上昇し、旋回電動モータ２５のアシストトルクと可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ又は６２ｂによって発生する背圧に由来するブレーキトルクの合計値が従来型の油圧ショベルで発生するブレーキトルクと概等しくなるように制御され、旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベル同等の減速フィーリングを有することが可能となる。
【００７３】
また、油圧単独旋回モードが選択されたときは、可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂのリリーフ圧はＰmax1より高いＰmax2に設定されるため、操作レバー装置７２の操作レバーを中立位置に戻した場合に、旋回油圧モータ２７からの排出油の圧力（背圧）は可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ，６２ｂの高めの設定圧力であるＰmax2まで上昇し、可変オーバーロードリリーフ弁６２ａ又は６２ｂによって発生する背圧に由来するブレーキトルクが、従来型の油圧ショベルで発生するブレーキトルクと概等しくなるように制御され、旋回体２０の旋回速度は従来型の油圧ショベル同等の減速フィーリングを有することが可能となる。
【００７４】
次に、本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態の油圧ショベルの起動シーケンスについて図１２を用いて説明する。図１２は本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態の油圧ショベルの起動シーケンスを示すフローチャート図である。図中、点線内がコントローラ８０のエネルギマネジメント制御部８２の処理である。
まず、イグニッションキー７０をオンからスタート位置にし、エンジン２２、油圧ポンプ４１を起動させる。この後、コントローラ８０の異常監視・異常処理制御ブロック８１及びエネルギマネジメント制御部８２は、初期設定として油圧単独旋回制御ブロック８４を選択することで油圧単独旋回モードに設定する（ステップＳ１００）。これによりオペレータがゲートロックレバー装置７１をロック位置からロック解除位置に操作してパイロット圧遮断弁７６をＯＦＦにすることで、油圧ショベルは直ちに動作可能な状態となる。オペレータが油圧ショベルを操作し、作業を行っている間に、エネルギマネジメント制御部８２はバックグラウンドで初期充放電制御等を行い、その間にキャパシタの静電容量または内部抵抗の測定が行われる（ステップＳ１２０）。初期充放電シーケンスが完了すると、キャパシタの静電容量または内部抵抗の測定値の判定が行われ(ステップＳ１３０)、異常なときは、そのまま、油圧単独モードに固定される。正常なときは、旋回電動モータが駆動可能な状態になった後に、モード切換可能なタイミングであることを確認して（ステップＳ１５０）油圧電動複合旋回モードに切替える（ステップＳ１６０）。
【００７５】
エネルギマネジメント制御部８２によるキャパシタの初期充放電制御は次のように行う。まず、パワーコントロールユニット５５を起動し（ステップＳ１１０）、インバータ５２，５３及び平滑コンデンサ５４の初期充電処理とメインコンタクタ５６の接続処理を行った後にキャパシタの初期充電と静電容量または内部抵抗の測定を同時に行うキャパシタ初期充放電シーケンス（ステップＳ１２０）を行う。次いで、キャパシタの静電容量または内部抵抗の測定値の判定が行われ(ステップＳ１３０)、それらが正常なときには、モニタ等の表示或いは音で運転準備完了を通知する（ステップＳ１４０）。一方、それらが異常なときは、ステップＳ１４０に進行せずに、そのまま、油圧単独旋回モードに固定され、その旨がモニタ等の表示或いは音で通知される。
【００７６】
次に、本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における初期充放電シーケンスを図１３乃至図１５を用いて詳細に説明する。図１３は本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における初期充放電シーケンスを示すフローチャート図、図１４は本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における内部抵抗測定シーケンスを示すフローチャート図、図１５は本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態における内部抵抗測定シーケンス中の電動モータ出力とキャパシタ電圧との関係の一例を示す特性図であって、図１５（Ａ）は、電動モータの電力量の変動を示し、図１５（Ｂ）はキャパシタ電圧の変動を示す。
【００７７】
まず、図１３のステップ（Ｓ２０１）では、キャパシタ２４の電圧が異常に高くないかのチェックが行われる。具体的には、例えば、電圧センサ６５により検出されたキャパシタ電圧Vと予め設定されている放電要求基準電圧Vdsとの大小を比較し、キャパシタ電圧Vが放電要求基準電圧Vdsを超える場合には放電を実施する。
【００７８】
このステップ（Ｓ２０１）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ２０２）に進み、キャパシタ２４の放電が開始される。具体的には、キャパシタ２４からパワーコントロールユニット５５を介してアシスト発電モータ２３を力行側で駆動制御することで放電が行われる。
【００７９】
次に、ステップ（Ｓ２０３）では、キャパシタ電圧Vが放電目標電圧Vtd未満まで下がったか否かが判断される。このステップ（Ｓ２０３）でＮＯと判断された場合には、ＹＥＳと判断されるまで繰り返される。このステップ（Ｓ２０３）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ２０４）に進み放電完了となる。具体的には、キャパシタ２４からパワーコントロールユニット５５を介してアシスト発電モータ２３への力行制御を終了させて、キャパシタ２４からアシスト発電モータ２３への電流をゼロとする。
【００８０】
次に、ステップ（Ｓ２１３）に進み、後述する内部抵抗Ｒの測定が行われる。
【００８１】
ステップ（Ｓ２０１）でＮＯと判断された場合には、ステップ（Ｓ２０５）に進み、充電の必要性の有無が判断される。具体的には、キャパシタ電圧Vと予め設定されている充電要求基準電圧Vchとの大小を比較し、キャパシタ電圧Vが充電要求基準電圧Vch未満の場合には充電を実施する。
【００８２】
このステップ（Ｓ２０５）でＮＯと判断された場合には、既に放電の必要がないことが判定されているので、ステップ（Ｓ２１３）に進み、後述する内部抵抗Ｒの測定が行われる。
【００８３】
ステップ（Ｓ２０５）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ２０６）に進み、静電容量の算出が可能かどうか判断される。具体的には、温度センサ６６によって検出されたキャパシタ温度Tと予め設定されている基準温度Toとの大小を比較し、キャパシタ温度Tが基準温度Toを超える場合には静電容量の算出を可能と判断する。キャパシタ温度Tが低温の場合には、キャパシタの静電容量が常温時とは異なった値となってしまうためである。
【００８４】
また、キャパシタ電圧Vと予め設定されている静電容量算出基準電圧Vavとの大小を比較し、キャパシタ電圧Vが静電容量算出基準電圧Vav未満の場合には静電容量の算出を可能と判断する。例えば、充電を開始する際のキャパシタ電圧Vが、静電容量算出基準電圧Vav以上であって充電目標電圧Vtcとの差が小さいと、充電に要する電力積算値が小さくなるため、静電容量の測定精度が低くなってしまうためである。
【００８５】
ステップ（Ｓ２０６）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ２０７）に進み、このときのキャパシタ電圧Vが取得され、機械運転開始時の初期電圧V１として記憶される。また、電流センサ６７による電流信号の検出が開始され、キャパシタ電圧Vと電流信号による電力積算の演算が開始される。
【００８６】
ステップ（Ｓ２０８）では、充電が開始される。具体的には、アシスト発電モータ２３を回生（発電）側で駆動制御することでパワーコントロールユニット５５を介してキャパシタ２４への充電が行われる。
【００８７】
ステップ（Ｓ２０６）でＮＯと判断された場合には、ステップ（Ｓ２０７）をバイパスしてステップ（Ｓ２０８）に進み充電が開始される。
【００８８】
次に、ステップ（Ｓ２０９）では、キャパシタ電圧Vが充電目標電圧Vtcを超えたか否かが判断される。このステップ（Ｓ２０９）でＮＯと判断された場合には、ＹＥＳと判断されるまで繰り返される。このステップ（Ｓ２０９）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ２１０）に進み充電完了となる。具体的には、アシスト発電モータ２３の回生（発電）側での駆動制御を終了させて、アシスト発電モータ２３からキャパシタ２４への充電電流をゼロとする。また、このときに、キャパシタ電圧Vが取得され、最終電圧V２として記憶される。
【００８９】
次に、ステップ（Ｓ２１１）では、ステップ（Ｓ２０６）と同様に、ステップ（Ｓ２０６）の時点で静電容量の算出が可能であったかどうかを再度判断する。このステップ（Ｓ２０９）でＮＯと判断された場合には、ステップ（Ｓ２１３）に進み、後述する内部抵抗Ｒの測定が行われる。
【００９０】
ステップ（Ｓ２１１）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ２１２）に進み、静電容量Cが算出される。具体的には、ステップ（Ｓ２０７）からステップ（Ｓ２１０）までの間で取得された積算電力量Qと、ステップ（Ｓ２０７）で取得された初期電圧V１と、ステップ（Ｓ２１０）で取得された最終電圧V２とを用いて以下の式から静電容量Cを算出する。
C＝2・Q/(V2-V1)2
ステップ（Ｓ２１２）で静電容量Cを算出した後には、ステップ（Ｓ２１３）に進み内部抵抗Ｒの測定が行われる。
【００９１】
次に、ステップ（Ｓ２１３）のキャパシタ内部抵抗Ｒ測定シーケンスについて、図１４及び図１５を用いて詳細に説明する。
キャパシタ内部抵抗Ｒの測定シーケンスは、大略、アシスト発電モータ２３を力行側または回生側で駆動させることにより、電力をキャパシタ２４に対して出し入れして、その間のキャパシタ電流と電圧の変化を測定することにより算出するものである。
【００９２】
図１５（Ａ）において、縦軸は電力量、横軸は時間を示し、一点鎖線はアシスト発電モータ２３の軸出力であって、力行側での駆動時の電力量を正の方向に取っている。一方、直線はパワーコントロールユニット５５のチョッパ５３を通過する電力であって、キャパシタ２４からの放電電力量を正の方向に取っている。図１５（Ｂ）は、縦軸を電圧、横軸を時間で示し、直線がキャパシタ電圧、一点鎖線がキャパシタの内部抵抗に起因する電圧降下分を除いた真の保持電圧を示している。
【００９３】
まず、図１４のステップ（Ｓ３０１）では、アシスト発電モータ２３の出力が十分出せるかどうかが判断される。具体的には、エンジン回転数が所定回転数以上か否かが判断される。エンジン回転数が低く設定されていると、アシスト発電モータ２３の出力が確保されず、内部抵抗Ｒの算出精度が確保できないからである。
【００９４】
ステップ（Ｓ３０１）でＮＯと判断された場合には、キャパシタ内部抵抗測定シーケンスは終了する。
【００９５】
ステップ（Ｓ３０１）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ３０２）に進み、キャパシタ２４の内部抵抗が測定可能な状態かどうかが判断される。具体的には、温度センサ６６によって検出されたキャパシタ温度Tが予め設定されている基準温度の範囲にあって、低温または高温でないかが判断される。また、キャパシタ電圧Vが、放電目標電圧Vtdまたは充電目標電圧Vtcの近傍にあるか否かが判断される。
【００９６】
ステップ（Ｓ３０２）でＮＯと判断された場合には、キャパシタ内部抵抗測定シーケンスは終了する。
【００９７】
ステップ（Ｓ３０２）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ３０３）に進み、キャパシタ２４の放電が行われる。具体的には、アシスト発電モータ２３を力行側で駆動して、キャパシタ２４を放電させる。図１５（Ａ），図１５（Ｂ）に示す放電電力がピークのときのキャパシタ電圧Vaと放電電流Iaとを取得する。このとき、キャパシタの内部抵抗をR、このときの放電電流をIaとすると、真の保持電圧VCaに対して、IaR分だけ電圧降下を起こす。
【００９８】
次に、ステップ（Ｓ３０４）では、キャパシタ２４への充電が行われる。具体的には、アシスト発電モータ２３を回生（発電）側で駆動して、キャパシタ２４を充電する。図１５（Ａ），図１５（Ｂ）に示す充電電力がピークのときのキャパシタ電圧Vbと充電電流Ibとを取得する。このときの充電電流をIbとすると(放電を正とすると、Ibは負の値)、キャパシタは、真の保持電圧VC２に対して、IbR分だけ電圧降下（IbRは負となるので実際は電圧上昇)を起こす。
【００９９】
ステップ（Ｓ３０５）は、ステップ（Ｓ３０３）からステップ（Ｓ３０４）の測定中のキャパシタ２４の平均温度Ｔを取得する。具体的には、温度センサ６６によって検出されたキャパシタ温度Tから平均温度を算出する。
【０１００】
次に、ステップ（Ｓ３０６）では、内部抵抗Ｒを算出する。具体的には、ステップ（Ｓ３０３）からステップ（Ｓ３０４）までの間で取得されたキャパシタ電圧Va，Vbと、放電電流Iaと、充電電流Ibとを用いて以下の式から内部抵抗Rを算出する。
R＝(Vb-Va)/(Ia+Ib)
次に、ステップ（Ｓ３０７）では、ステップ（Ｓ３０５）で算出した平均温度Ｔを用いてステップ（Ｓ３０６）で算出した内部抵抗Ｒを補正してキャパシタ内部抵抗測定シーケンスを終了する。
【０１０１】
なお、アシスト発電モータ２３の軸出力Ｍａを図１５（Ａ）の実線のように変動させた場合、アシスト発電モータ２４及びその駆動インバータの劾率を加味すると、チョッパ５１を通過する電力は、一点鎖線のようになり、キャパシタ２３は放電の後に充電が行われる。測定中、図１５（Ｂ）の一点鎖線に示すキャパシタ２３の電圧効果分を除いた真の保持電圧は、一旦下がってから上昇しているが、充放電の電力量をほぼ同じにすると共に、測定タイミングをうまく取ることによって、VCa＝VCbとすれば、測定誤差を低減することができる。
【０１０２】
上述した本発明の第１の実施の形態によれば、キャパシタ２４等の蓄電デバイスを搭載したハイブリッド式建設機械において、起動直後には旋回電動モータ２５を使用せずに旋回油圧モータ２７を使用するモードで機械を稼動させ、その間の初期充放電シーケンスを利用してキャパシタ２４の静電容量及び内部抵抗を測定するので、キャパシタ２４の劣化判定のための作業停止時間を生じさせずに、蓄電デバイスの劣化に関する特性を精度良く測定することができる。その結果、ハイブリッド式建設機械の稼働率を向上させることができる。
【０１０３】
次に、本発明のハイブリッド式建設機械の第２の実施の形態を図１６を用いて説明する。図１６は本発明のハイブリッド式建設機械の第２の実施の形態における初期充放電シーケンスを示すフローチャート図である。なお、図１６において、図１乃至図１５に示す符号と同符号のものは同一部分又は相当する部分であるので、その部分の説明を省略する。
【０１０４】
本実施の形態は、静電容量算出するための電力積算を開始するキャパシタ電圧Vをいつも一定にするものである。具体的には、第１の実施の形態のキャパシタ初期充放電シーケンスに以下のステップが追加されたものである。
【０１０５】
まず、第１の実施の形態のステップ（Ｓ２０５）と同様に充電の必要性の有無が判断されるステップ（Ｓ４０５）でＹＥＳと判断されると、ステップ（Ｓ４０６）に進み、第１の実施の形態のステップ（Ｓ２０５）と同様に静電容量の算出が可能かどうか判断される。
【０１０６】
ステップ（Ｓ４０６）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ４０７）に進み、充電が開始される。
【０１０７】
ステップ（Ｓ４０８）では、キャパシタ電圧Vが静電容量算出基準電圧Vav以上か否かが判断される。このステップ（Ｓ４０８）でＮＯと判断された場合には、ＹＥＳと判断されるまで繰り返される。このステップ（Ｓ４０８）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ４０９）に進む。
【０１０８】
ステップ（Ｓ４０９）では、まず、充電を停止させる。具体的には、アシスト発電モータ２３の回生（発電）側での駆動制御を終了させて、アシスト発電モータ２３からキャパシタ２４への充電電流をゼロとする。次に、このときのキャパシタ電圧Vが取得され、初期電圧V１として記憶される。また、電流センサ６７による電流信号の検出が開始され、キャパシタ電圧Vと電流信号による電力積算の演算が開始され、ステップ（Ｓ４１０）に進む。
【０１０９】
ステップ（Ｓ４１０）では、再度充電が開始される。なお、ステップ（Ｓ４０６）でＮＯと判断された場合には、ステップ（Ｓ４０７）乃至ステップ（Ｓ４０９）をバイパスしてステップ（Ｓ４１０）に進み充電が再度開始される。
【０１１０】
ステップ（Ｓ４１１）では、第１の実施の形態のステップ（Ｓ２０９）と同様にキャパシタ電圧Vが充電目標電圧Vtcを超えたか否かが判断され、充電完了まで充電が実行される。ステップ（Ｓ４１２）以降は、第１の実施の形態のステップ（Ｓ２１０）と同様にキャパシタ初期充放電シーケンスが進行する。
【０１１１】
上述した本発明のハイブリッド式建設機械の第２の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。また、静電容量算出のための電力積算開始時のキャパシタ電圧が常に同じ電圧となるので、測定再現性が向上し、測定の精度を向上させることができる。
【０１１２】
次に、本発明のハイブリッド式建設機械の第３の実施の形態を図１７を用いて説明する。図１７は本発明のハイブリッド式建設機械の第３の実施の形態の油圧ショベルの起動シーケンスを示すフローチャート図である。なお、図１７において、図１乃至図１６に示す符号と同符号のものは同一部分又は相当する部分であるので、その部分の説明を省略する。
【０１１３】
上述した本発明の第１及び第２の実施の形態においては、機械起動時にキャパシタ２４の電圧Vが静電容量算出基準電圧Vavより高い場合には、静電容量の測定は行われずに、内部抵抗測定シーケンスへ進む。このような場合に静電容量の測定を行うためには、キャパシタ２４を放電させる必要があり、このことは、油圧電動複合旋回モードへの移行時間を遅延させ、燃料消費量の増大を招致するという問題がある。本実施の形態は、このような場合に対応するためのものである。
【０１１４】
本実施の形態は、起動シーケンスにおいて、その日の静電容量データの取得の有無の判定を行い、必要に応じてキャパシタ放電シーケンスを行うものである。具体的には、第１の実施の形態の起動シーケンスに以下のステップが追加されたものである。
【０１１５】
まず、第１の実施の形態と同様に、イグニッションキー７０をオンからスタート位置にし、エンジン２２、油圧ポンプ４１を起動させる。この後、コントローラ８０のエネルギマネジメント制御部８２は、初期設定として油圧単独旋回制御ブロック８４を選択することで油圧単独旋回モードに設定する（ステップＳ１００）。
【０１１６】
次にステップ（Ｓ１１０）で、パワーコントロールユニット５５を起動し、インバータ５２，５３及び平滑コンデンサ５４の初期充放電処理とメインコンタクタ５６の接続処理を行った後に、ステップ（Ｓ５００）に進む。
【０１１７】
ステップ（Ｓ５００）では、その日の静電容量測定データが取得されているかどうかが判断される。
【０１１８】
ステップ（Ｓ５００）でＮＯと判断された場合には、ステップ（Ｓ５１０）に進み、キャパシタ放電シーケンスが実行される。具体的には、放電目標電圧値Vtdを静電容量算出基準電圧Vav以下として放電制御が実行される。
【０１１９】
この放電シーケンスの実行後または、ステップ（Ｓ５００）でＹＥＳと判断された場合には、第１の実施の形態と同様に、静電容量または内部抵抗の測定を目的としたキャパシタ初期充放電シーケンスのステップ（Ｓ１２０）に進む。
【０１２０】
ステップ（Ｓ５１０）でキャパシタ放電シーケンス実行後には、キャパシタ電圧Vが静電容量算出基準電圧Vav以下となっているので、ステップ（Ｓ１２０）では、この電圧を初期電圧V1として充電が開始され、充電後に最終電圧V２が取得されて積算電力量を用いて静電容量が算出される。
【０１２１】
ステップ（Ｓ１２０）以降は、第１の実施の形態のステップと同様に起動シーケンスが進行する。
【０１２２】
上述した本発明のハイブリッド式建設機械の第３の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。また、本実施の形態によれば、機械起動時のキャパシタの電圧の如何にかかわらず、少なくとも一日一回はキャパシタの静電容量と内部抵抗が測定される。この結果、これらの測定データが欠落なく取得でき、キャパシタの経年劣化を高い信頼性の下に判断することができる。
【０１２３】
次に、本発明のハイブリッド式建設機械の第４の実施の形態を図１８を用いて説明する。図１８は本発明のハイブリッド式建設機械の第４の実施の形態におけるキャパシタ内部抵抗と静電容量の経年変化の一例を示す特性図である。
【０１２４】
本実施の形態においては、取得したキャパシタ２４の静電容量、内部抵抗データを図２に示した無線通信手段９０によって、機械とは別の場所に設置されている図示しないホストコンピュータ等に送信されるものである。
【０１２５】
図１８は、取得したキャパシタの静電容量、内部抵抗データの時間変動の一例を示している。キャパシタの静電容量は時間の経過とともに徐々に減少し、内部抵抗は徐々に増大している。
【０１２６】
上述した無線通信手段９０からキャパシタ２４の静電容量、内部抵抗データを受信したホストコンピュータ等は、図１８のような時間経過にともなう特性図を管理する。また、これらのデータとキャパシタ２４のユニット交換を推奨するための基準値やユニット交換を警告するための基準値とを比較し、必要に応じて、機械のサービス・サポート拠点よりユーザに対して連絡を行う。
【０１２７】
上述した本発明のハイブリッド式建設機械の第４の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。また、本実施の形態によれば、各機械の蓄電デバイスの内部抵抗と静電容量の経年変化を管理することができ、ユニット交換の推奨や警告を適時に行うことができる。この結果、蓄電デバイスの劣化判定が精度高く管理することができ、建設機械の生産性や信頼性を向上することができる。
【０１２８】
以上において、本発明を油圧ショベルに適用した場合の実施の形態を説明したが、本発明の骨子は、蓄電デバイスの劣化判定のための作業停止時間を生じさせずに、蓄電デバイスの劣化に関する特性を精度よく測定できるハイブリッド式建設機械を提供することにあり、油圧ショベル以外の旋回体を有する建設機械全般に本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【０１２９】
１０ 走行体
１１ クローラ
１２ クローラフレーム
１３ 右走行用油圧モータ
１４ 左走行用油圧モータ
２０ 旋回体
２１ 旋回フレーム
２２ エンジン
２３ アシスト発電モータ
２４ キャパシタ
２５ 旋回電動モータ
２６ 減速機
２７ 旋回油圧モータ
３０ ショベル機構
３１ ブーム
３３ アーム
３５ バケット
４０ 油圧システム
４１ 油圧ポンプ
４２ コントロールバルブ
５１ チョッパ
５２ 旋回電動モータ用インバータ
５３ アシスト発電モータ用インバータ
５４ 平滑コンデンサ
５５ パワーコントロールユニット
５６ メインコンタクタ
５７ メインリレー
５８ 突入電流防止回路
６５ 電圧センサ
６６ 温度センサ
６７ 電流センサ
８０ コントローラ
８１ 異常監視・異常処理制御ブロック
８２ エネルギマネジメント制御ブロック
８３ 油圧電動複合旋回制御ブロック
８４ 油圧単独制御ブロック
８５ 制御切替ブロック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプと、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記油圧ポンプにより駆動される前記旋回体駆動用の油圧モータと、前記電動モータに接続された蓄電デバイスと、前記旋回体の駆動を指令する旋回用の操作レバー装置とを備えたハイブリッド式建設機械において、
前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記電動モータと前記油圧モータの両方を駆動して、前記電動モータと前記油圧モータのトルクの合計で前記旋回体の駆動を行う油圧電動複合旋回モードと、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記油圧モータのみを駆動して、前記油圧モータのみのトルクで前記旋回体の駆動を行う油圧単独旋回モードとの切替えを行う制御装置を備え、
前記制御装置は、前記油圧単独旋回モードにおいて、前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量の測定を行うエネルギマネジメント制御手段と、測定終了後に、前記油圧電動複合旋回モードに切替える制御切替え手段とを備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記原動機により駆動され、前記蓄電デバイスと接続された第２の電動モータを更に備え、
前記エネルギマネジメント制御手段は、前記第２の電動モータを駆動させ、前記蓄電デバイスに対して電流を出入りさせたときの電流電圧を測定することにより、前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量の測定を行う
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項３】
請求項１に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記原動機により駆動され、前記蓄電デバイスと接続された第２の電動モータと、
前記蓄電デバイスと前記第２の電動モータ間の電力の授受を制御する電力制御部とを更に備え、
前記エネルギマネジメント制御手段は、前記電力制御部に出力するトルク指令を制御して前記第２の電動モータを力行側または回生側に駆動させ、前記第２の電動モータの力行側または回生側の駆動時における前記蓄電デバイスの出力電流及び出力電圧をそれぞれ測定し演算することにより、前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量の測定を行う
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記エネルギマネジメント制御手段は、機械の起動直後に前記油圧単独旋回モードに設定すると共に、前記蓄電デバイスの初期充電、及び、前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量の測定を行う第１シーケンスと、前記第１シーケンスにより得られた測定値に基づき、前記蓄電デバイスの劣化判定を行う第２シーケンスと、前記第２シーケンスにより前記蓄電デバイスの劣化無しと判定した場合は、前記油圧電動複合旋回モードに切り替え可能とし、前記第２シーケンスにより前記蓄電デバイスの劣化有りと判断した場合には、前記蓄電デバイスの劣化を報知すると共に、前記油圧単独旋回モードに固定する第３シーケンスとを備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項５】
請求項４に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記蓄電デバイスの出力電圧と出力電流とを測定し、これら測定信号を前記制御装置に入力する電圧センサと電流センサとを備え、
前記エネルギマネジメント制御手段の第１シーケンスは、機械の起動直後に前記油圧単独旋回モードに設定すると共に、前記蓄電デバイスの出力電圧を測定し、予め設定されている電圧値と比較することで前記蓄電デバイスの充電の要否を判定する第１の手順と、前記第１の手順により前記蓄電デバイスの充電が必要と判定された場合に前記蓄電デバイスの充電を行い、充電完了時に前記蓄電デバイスの出力電圧を更に測定する第２の手順と、前記第１及び第２の手順における前記蓄電デバイスの充電の前後に測定された前記蓄電デバイスの出力電圧値と充電中に前記蓄電デバイスに流入した電力の積算値とによって、前記蓄電デバイスの静電容量を算出する第３の手順とを実行する
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項６】
請求項４に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記蓄電デバイスの出力電圧と出力電流とを測定し、これら測定信号を前記制御装置に入力する電圧センサと電流センサとを備え、
前記エネルギマネジメント制御手段の第１シーケンスは、機械の起動直後に前記油圧単独旋回モードに設定すると共に、その日の静電容量測定データの取得の有無を判定する第１の手順と、前記第１の手順によりその日の静電容量測定データが未取得の場合に前記蓄電デバイスの放電を行い、放電完了時に前記蓄電デバイスの出力電圧を測定する第２の手順と、前記蓄電デバイスの充電を行い、充電完了時に前記蓄電デバイスの出力電圧を更に測定する第３の手順と、前記第２及び第３の手順における前記蓄電デバイスの充電の前後に測定された前記蓄電デバイスの出力電圧値と充電中に前記蓄電デバイスに流入した電力の積算値とによって、前記蓄電デバイスの静電容量を算出する第４の手順とを実行する
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記蓄電デバイスの温度又は前記蓄電デバイスを固定する部材の温度を測定し、この測定信号を前記制御装置に入力する温度センサを備え、
前記エネルギマネジメント制御手段は、前記蓄電デバイスの温度を測定し、この温度測定値が予め設定されている所定温度の範囲のときに、前記油圧単独旋回モードに設定すると共に、前記蓄電デバイスの初期充電、及び、前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量の測定を行う第１シーケンスと、前記第１シーケンスにより得られた測定値及び前記温度測定値に基づき、前記蓄電デバイスの劣化判定を行う第２シーケンスとを備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記蓄電デバイスの温度又は前記蓄電デバイスを固定する部材の温度を測定し、この測定信号を前記制御装置に入力する温度センサを備え、
前記エネルギマネジメント制御手段は、前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量の測定を行う際に、前記蓄電デバイスの温度を測定する第１シーケンスと、この温度測定値が予め設定されている所定温度の範囲のときに、前記第１シーケンスにより得られた測定値及び前記温度測定値に基づき、前記蓄電デバイスの劣化判定を行う第２シーケンスとを備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項９】
原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプと、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記電動モータに接続された蓄電デバイスとを備えたハイブリッド式建設機械において、
前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量を前記蓄電デバイスの電流及び電圧変化を用いて測定し、得られた測定値を無線通信手段によって外部送信する制御装置を備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項１】
原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプと、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記油圧ポンプにより駆動される前記旋回体駆動用の油圧モータと、前記電動モータに接続された蓄電デバイスと、前記旋回体の駆動を指令する旋回用の操作レバー装置とを備えたハイブリッド式建設機械において、
前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記電動モータと前記油圧モータの両方を駆動して、前記電動モータと前記油圧モータのトルクの合計で前記旋回体の駆動を行う油圧電動複合旋回モードと、前記旋回用の操作レバー装置が操作されたときに前記油圧モータのみを駆動して、前記油圧モータのみのトルクで前記旋回体の駆動を行う油圧単独旋回モードとの切替えを行う制御装置を備え、
前記制御装置は、前記油圧単独旋回モードにおいて、前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量の測定を行うエネルギマネジメント制御手段と、測定終了後に、前記油圧電動複合旋回モードに切替える制御切替え手段とを備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記原動機により駆動され、前記蓄電デバイスと接続された第２の電動モータを更に備え、
前記エネルギマネジメント制御手段は、前記第２の電動モータを駆動させ、前記蓄電デバイスに対して電流を出入りさせたときの電流電圧を測定することにより、前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量の測定を行う
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項３】
請求項１に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記原動機により駆動され、前記蓄電デバイスと接続された第２の電動モータと、
前記蓄電デバイスと前記第２の電動モータ間の電力の授受を制御する電力制御部とを更に備え、
前記エネルギマネジメント制御手段は、前記電力制御部に出力するトルク指令を制御して前記第２の電動モータを力行側または回生側に駆動させ、前記第２の電動モータの力行側または回生側の駆動時における前記蓄電デバイスの出力電流及び出力電圧をそれぞれ測定し演算することにより、前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量の測定を行う
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記エネルギマネジメント制御手段は、機械の起動直後に前記油圧単独旋回モードに設定すると共に、前記蓄電デバイスの初期充電、及び、前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量の測定を行う第１シーケンスと、前記第１シーケンスにより得られた測定値に基づき、前記蓄電デバイスの劣化判定を行う第２シーケンスと、前記第２シーケンスにより前記蓄電デバイスの劣化無しと判定した場合は、前記油圧電動複合旋回モードに切り替え可能とし、前記第２シーケンスにより前記蓄電デバイスの劣化有りと判断した場合には、前記蓄電デバイスの劣化を報知すると共に、前記油圧単独旋回モードに固定する第３シーケンスとを備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項５】
請求項４に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記蓄電デバイスの出力電圧と出力電流とを測定し、これら測定信号を前記制御装置に入力する電圧センサと電流センサとを備え、
前記エネルギマネジメント制御手段の第１シーケンスは、機械の起動直後に前記油圧単独旋回モードに設定すると共に、前記蓄電デバイスの出力電圧を測定し、予め設定されている電圧値と比較することで前記蓄電デバイスの充電の要否を判定する第１の手順と、前記第１の手順により前記蓄電デバイスの充電が必要と判定された場合に前記蓄電デバイスの充電を行い、充電完了時に前記蓄電デバイスの出力電圧を更に測定する第２の手順と、前記第１及び第２の手順における前記蓄電デバイスの充電の前後に測定された前記蓄電デバイスの出力電圧値と充電中に前記蓄電デバイスに流入した電力の積算値とによって、前記蓄電デバイスの静電容量を算出する第３の手順とを実行する
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項６】
請求項４に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記蓄電デバイスの出力電圧と出力電流とを測定し、これら測定信号を前記制御装置に入力する電圧センサと電流センサとを備え、
前記エネルギマネジメント制御手段の第１シーケンスは、機械の起動直後に前記油圧単独旋回モードに設定すると共に、その日の静電容量測定データの取得の有無を判定する第１の手順と、前記第１の手順によりその日の静電容量測定データが未取得の場合に前記蓄電デバイスの放電を行い、放電完了時に前記蓄電デバイスの出力電圧を測定する第２の手順と、前記蓄電デバイスの充電を行い、充電完了時に前記蓄電デバイスの出力電圧を更に測定する第３の手順と、前記第２及び第３の手順における前記蓄電デバイスの充電の前後に測定された前記蓄電デバイスの出力電圧値と充電中に前記蓄電デバイスに流入した電力の積算値とによって、前記蓄電デバイスの静電容量を算出する第４の手順とを実行する
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記蓄電デバイスの温度又は前記蓄電デバイスを固定する部材の温度を測定し、この測定信号を前記制御装置に入力する温度センサを備え、
前記エネルギマネジメント制御手段は、前記蓄電デバイスの温度を測定し、この温度測定値が予め設定されている所定温度の範囲のときに、前記油圧単独旋回モードに設定すると共に、前記蓄電デバイスの初期充電、及び、前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量の測定を行う第１シーケンスと、前記第１シーケンスにより得られた測定値及び前記温度測定値に基づき、前記蓄電デバイスの劣化判定を行う第２シーケンスとを備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記蓄電デバイスの温度又は前記蓄電デバイスを固定する部材の温度を測定し、この測定信号を前記制御装置に入力する温度センサを備え、
前記エネルギマネジメント制御手段は、前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量の測定を行う際に、前記蓄電デバイスの温度を測定する第１シーケンスと、この温度測定値が予め設定されている所定温度の範囲のときに、前記第１シーケンスにより得られた測定値及び前記温度測定値に基づき、前記蓄電デバイスの劣化判定を行う第２シーケンスとを備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項９】
原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプと、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記電動モータに接続された蓄電デバイスとを備えたハイブリッド式建設機械において、
前記蓄電デバイスの内部抵抗または静電容量を前記蓄電デバイスの電流及び電圧変化を用いて測定し、得られた測定値を無線通信手段によって外部送信する制御装置を備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−２０４０（Ｐ２０１２−２０４０Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４０７６３（Ｐ２０１０−１４０７６３）
【出願日】平成２２年６月２１日（２０１０．６．２１）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２１日（２０１０．６．２１）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
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