混合动力式工程机械的制作方法

本发明涉及具有向电动发电机供给电力的蓄电装置的混合动力式工程机械。

背景技术：

近年来，在汽车中，从节能的观点考虑，混合动力式和电动式的汽车正在普及，而在工程机械中，混合动力化也正在发展。通常，通过液压系统驱动的液压挖掘机等工程机械具有：可进行最大负荷作业从而能够应对从轻负荷作业到重负荷作业的所有作业的液压泵；通过从该液压泵排出的液压油而驱动的液压作业装置；和驱动液压泵的大型发动机。

但是，工程机械中的通过液压作业装置频繁地进行砂土的挖掘/装载的重挖掘作业等重负荷作业是作业整体的一部分，在进行用于平整地面的水平牵引等轻负荷作业时，发动机的能力会闲置。其是难以降低液压挖掘机的燃料消耗量(以下存在将其简略为油耗的情况)的一个主要原因。鉴于该方面，公知一种混合动力式工程机械，其为了改善油耗而将发动机小型化，并且通过蓄电装置和电动机产生的输出来辅助(支援：assist)随着发动机的小型化而导致的输出不足。

对这样的混合动力式工程机械的蓄电装置使用例如锂离子电池或电容器(双电层电容器、锂离子电容器等)。关于这些蓄电装置，如果不在恰当的范围内运用电压、电流、温度及充电率(以下表述为SOC)等蓄电池特性，则有可能招致热影响和性能降低。因此，在搭载了蓄电装置的混合动力式工程机械中，公开了一种如下的控制方式：基于上述的蓄电池特性计算出蓄电装置的能够充放电的最大电力，并在该计算值的范围内限制蓄电装置的充放电电力，由此在安全状态下运用蓄电装置。

作为这种现有技术之一，公知例如下述的专利文献1所公开的充放电控制方法。该现有技术的充放电控制方法适用于如下装置：具有控制发电机的第1逆变器、驱动电动机的第2逆变器、和经由转换器与这些各逆变器连接且通过转换器来进行充放电控制的蓄电装置，通过控制该装置的控制装置来进行充放电控制方法。

具体地说，现有技术的充放电控制方法为，为了将蓄电装置的SOC维持在规定范围内，将根据蓄电装置的当前的SOC计算出的最大放电量和考虑规定的最大电流而计算出的最大放电量中的较小一方设定为输出上限值，将根据蓄电装置的当前的SOC计算出的最大充电量和考虑规定的最大电流而计算出的最大充电量中的较小一方设定为输出下限值，并且通过所设定的输出上限值和输出下限值来限制负荷要求的电力或发电机生成的电力，而确定蓄电装置的实际的放电量及充电量。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5225779号公报

技术实现要素：

但是，在专利文献1所公开的现有技术的充放电控制方法中，由于负荷要求的电力或发电机生成的电力的限制是由各逆变器基于所设定的蓄电装置的输出上限值和输出下限值进行的，所以没有考虑发动机和液压负荷的状态。因此，在基于混合动力式工程机械进行的作业中，在由于液压作业装置与障碍物的接触等而导致负荷急剧上升的情况下，作为驱动源的发动机的输出及作为电源的蓄电装置供给的电力无法恰当地与负荷所要求的电力相平衡，因此发动机转速的调整无法追随急剧的负荷上升，发动机的转速降低(发生所谓加载减速(lug-down))，由此担心发动机停止。

本发明是根据这样的现有技术的实际情况而研发的，其目的在于提供一种能够恰当地进行蓄电装置的充放电并且抑制随着急剧的负荷上升而导致的发动机停止的混合动力式工程机械。

为了实现上述的目的，本发明的混合动力式工程机械的特征在于，具有：发动机；通过上述发动机而被驱动的液压泵；通过从上述液压泵排出的液压油而被驱动的液压作业装置；在与上述发动机之间进行转矩传递的电动发电机；控制上述电动发电机的逆变器；经由上述逆变器进行充放电的蓄电装置；和根据上述蓄电装置的蓄电池特性来控制上述液压泵的动力及上述逆变器的电力的控制装置，上述控制装置基于上述蓄电池特性的电流和电压中的至少一个、以及上述蓄电池特性的温度和充电率中的至少一个，来控制上述液压泵的动力和上述逆变器的电力中的至少一方。

另外，本发明的混合动力式工程机械的特征在于，具有：发动机；通过上述发动机而被驱动的液压泵；通过从上述液压泵排出的液压油而被驱动的液压作业装置；在与上述发动机之间进行转矩传递的电动发电机；控制上述电动发电机的逆变器；经由上述逆变器进行充放电的蓄电装置；和根据上述蓄电装置的蓄电池特性来控制上述液压泵的动力及上述逆变器的电力的控制装置，上述控制装置基于上述蓄电池特性的电压和充电率中的至少一个、以及上述蓄电池特性的温度和电流中的至少一个，来控制上述液压泵的动力和上述逆变器的电力中的至少一方。

发明效果

根据本发明的混合动力式工程机械，能够恰当地进行蓄电装置的充放电并且抑制随着急剧的负荷上升而导致的发动机停止。上述以外的课题、结构及效果将通过以下实施方式的说明而得以明确。

附图说明

图1是表示作为本发明的混合动力式工程机械的第1实施方式而列举的混合动力挖掘机的结构的图。

图2是表示本发明的第1实施方式的旋转体内的结构的功能框图。

图3是表示本发明的第1实施方式的蓄电池控制器的结构的功能框图。

图4是表示本发明的第1实施方式的混合动力控制器的结构的功能框图。

图5是说明本发明的第1实施方式的发动机的输出特性的转速-输出上限值特性线图。

图6是表示本发明的第1实施方式的蓄电装置的各蓄电池特性的时序变化、及蓄电装置的各蓄电池特性的上下限判定值的一个例子的图，(a)图是表示蓄电装置的电压的时序变化、及蓄电装置的电压的上下限判定值的图，(b)图是表示蓄电装置的电流的时序变化、及蓄电装置的电流的上下限判定值的图，(c)图是表示蓄电装置的温度的时序变化、及蓄电装置的温度的上下限判定值的图，(d)图是表示蓄电装置的SOC的时序变化、及蓄电装置的SOC的上下限判定值的图。

图7是表示本发明的第1实施方式的针对蓄电装置的各蓄电池特性的充放电电力限制系数的图，(a)图是表示针对蓄电装置的电压的充电电力限制系数的图，(b)图是表示针对蓄电装置的电压的放电电力限制系数的图，(c)图是表示针对蓄电装置的SOC的充电电力限制系数的图，(d)图是表示针对蓄电装置的SOC的放电电力限制系数的图，(e)图是表示针对蓄电装置的电流的充放电电力限制系数的图，(f)图是表示针对蓄电装置的温度的充放电电力限制系数的图。

图8是表示本发明的第1实施方式的输出指令部的控制处理的流程的流程图。

图9是表示液压泵所要求的动力、发动机的输出上限值及逆变器所要求的电力的时间推移的图。

图10是说明进行再生动作时的逆变器所要求的电力的指令值的设定范围的图。

图11的(a)图是表示本发明的第1实施方式的输出指令部实施了逆变器的电力限制时的逆变器的电力的时间推移的图，(b)图是表示本发明的第1实施方式的输出指令部实施了液压泵的动力限制时的液压泵的动力的时间推移的图。

图12是说明本发明的第1实施方式的基于输出指令部进行的输出限制控制的形式选择的图。

图13是表示本发明的第2实施方式的输出指令部的控制处理的流程的流程图。

图14是表示本发明的第3实施方式的旋转体内的结构的功能框图。

图15是说明本发明的第3实施方式的基于输出指令部进行的输出限制控制的形式选择的图。

具体实施方式

以下，基于附图来说明用于实施本发明的混合动力式工程机械的方式。

本发明的混合动力式工程机械的一个实施方式适用于例如图1所示的混合动力式液压挖掘机(以下为方便起见而称为混合动力挖掘机)1。该混合动力挖掘机1具有：通过行驶用液压马达2A(参照图2)而被驱动的行驶体2；经由旋转架3a能够旋转地设在该行驶体2上的旋转体3；夹设在该行驶体2与旋转体3之间、且搭载有使旋转体3相对于行驶体2旋转的旋转用液压马达3A1(参照图2)的旋转装置3A；和安装在旋转体3的前部的单侧(朝向前方的右侧)、且沿上下方向转动地进行挖掘等作业的前作业机4。上述的行驶体2、旋转体3及前作业机4作为液压作业装置而发挥功能。

前作业机4由多关节构造构成，具有基端能够转动地安装在旋转架3a上且沿上下方向转动的动臂4A、能够转动地安装在该动臂4A的前端的斗杆4B、和能够转动地安装在该斗杆4B的前端的铲斗4C。另外，前作业机4具有将旋转体3和动臂4A连接并通过伸缩来使动臂4A转动的动臂液压缸4a、将动臂4A和斗杆4B连接并通过伸缩来使斗杆4B转动的斗杆液压缸4b、和将斗杆4B和铲斗4C连接并通过伸缩来使铲斗4C转动的铲斗液压缸4c。

旋转体3具有配置在车身的前部的另一单侧(朝向前方的左侧)的操作室5、配置在车身的后部且保持车身的重量平衡的配重6、和配置在该操作室5与配重6之间且收纳有后述的发动机11(参照图2)的原动机室7。

图2是表示包含操作室5在内的旋转体3的内部结构的详细情况的图。

如图2所示，操作室5具有：行驶杆5A及操作杆5B，其能够实现行驶用液压马达2A、旋转用液压马达3A1、动臂液压缸4a、斗杆液压缸4b及铲斗液压缸4c等各液压执行机构2A、3A1、4a～4c的所期望的动作，由操作室5内的操作员握持而操作；模式设定部5C，其设定车身的动作模式，并改变对车身要求的负荷；和转速设定度盘5D，其在由该模式设定部5C设定的动作模式中设定发动机11的目标转速。模式设定部5C由例如模式设定开关构成，该模式设定开关对进行轻挖掘作业或跑合作业等轻负荷或中负荷作业时的模式即节能模式、以及进行比该节能模式高负荷的作业时的模式即动力模式等动作模式进行选择。

旋转体3具有：上述的发动机11；安装在该发动机11上且检测发动机11的转速的转速传感器11A；蓄存发动机11的燃料的燃料箱(未图示)；调整发动机11的燃料喷射量的调节器(未图示)；设在发动机11上的涡轮增压器式的增压器(未图示)；和控制发动机11的动作的发动机控制器(ECU)12。

另外，旋转体3具有：与发动机11连接且通过发动机11的驱动力而动作的空调等辅机负载13；配置在发动机11的驱动轴上且在与发动机11之间进行转矩传递的电动发电机(M/G)14；与该电动发电机14连接且控制电动发电机14的逆变器15；经由逆变器15进行充放电的蓄电装置16；相对于发动机11及电动发电机14串联地连接且通过发动机11而被驱动来排出液压油的可变容量型液压泵(以下为方便起见称为液压泵)17；和通过以发动机11的驱动力动作而生成先导液压油的先导泵(未图示)。

电动发电机14在动力运行时辅助发动机11的动力，驱动与发动机11连接的辅机负载13及液压泵17，并在再生时进行发电。逆变器15将直流电力转换成交流电力，将交流电力转换成直流电力。蓄电装置16具有：例如由多个单体电池层叠而形成的锂离子电池16A；连接在该锂离子电池16A与逆变器15之间且测定锂离子电池16A的电流的电流传感器16B；和与锂离子电池16A及电流传感器16B连接且测定并管理锂离子电池16A的电压、温度、电流等的蓄电池控制器(BCU)16C。

并且，当将蓄存在锂离子电池16A中的电力(能量)向逆变器15供给时，该电力被逆变器15从直流转换成交流，并向电动发电机14供给。由此，蓄电装置16放电。另一方面，由电动发电机14发电得到的电力(能量)被逆变器15从交流转换成直流，并向蓄电装置16供给。由此，蓄电装置16充电。

液压泵17作为可变容量机构而具有例如斜盘(未图示)，通过调整该斜盘的倾转角来控制排出的液压油的流量。而且，虽然没有图示，但在液压泵17上设有对排出的液压油的压力进行测定的排出压传感器、对排出的液压油的流量进行测定的排出流量传感器、及对液压泵17的斜盘的倾转角进行测定的倾转角传感器等。此外，虽然说明了液压泵17为可变容量型斜盘式液压泵的情况，但并不限于该情况，只要具有控制排出的液压油的流量的功能，则也可以是斜轴泵等。

另外，旋转体3具有：控制向液压执行机构2A、3A1、4a～4c供给的液压油的流动(流量及方向)的控制阀20；调节液压泵17的容量的泵容量调节装置21；和与行驶杆5A、操作杆5B、模式设定开关5C、转速设定度盘5D、液压泵17、发动机控制器12、逆变器15、蓄电池控制器16C及泵容量调节装置21连接且控制包含液压泵17的动力及逆变器15的电力在内的车身整体的动作的作为控制装置的混合动力控制器(HCU)22。

控制阀20在与液压泵17及液压执行机构2A、3A1、4a～4c之间构成液压回路，虽然未图示，但在内部具有通过在形成外壳的壳体内执行冲程动作(stroke)来调整从液压泵17排出的液压油的流量及方向的滑阀。

泵容量调节装置21基于从混合动力控制器22输出的控制指令来调节液压泵17的容量(排油容积)。具体地说，虽然未图示，但泵容量调节装置21具有能够倾转地支承液压泵17的斜盘的调节器、和根据来自混合动力控制器22的控制指令来对调节器施加控制压的电磁比例阀。调节器在从电磁比例阀接受到控制压后，通过该控制压来改变液压泵17的斜盘的倾转角，由此调节液压泵17的容量(排油容积)。由此，通过使液压泵17的排出压可变来控制液压泵17的转矩(输入转矩)，而能够调节液压泵17的负荷(泵输出)。

混合动力控制器22输入由排出压传感器测定出的排出压、由排出流量传感器测定出的排出流量、及由倾转角传感器测定出的倾转角，并根据这些输入信息来对液压泵17的负荷进行运算。行驶杆5A及操作杆5B将通过从先导泵排出的液压油而生成的一次压与该各装置所具有的减压阀(遥控阀：remote controller vale)的操作开度相应地减压到二次压并生成控制先导压力，将其作为液压操作信号向混合动力控制器20发送。混合动力控制器22根据接收到的液压操作信号而向泵容量调节装置21的电磁比例阀发送控制液压泵17的动力的控制指令。

另外，虽然未图示，但生成的控制先导压力被向控制阀20的受压室传送。由此，控制阀20的滑阀的位置被切换，从液压泵17流通过控制阀20的液压油向液压执行机构2A、3A1、4a～4c供给，由此液压执行机构2A、3A1、4a～4c通过从液压泵17经由控制阀20供给的液压油而被驱动。

图3是表示蓄电池控制器16C的结构的功能框图。

蓄电池控制器16C具有：对锂离子电池16A的温度进行测定的温度测定部16C1、对锂离子电池16A的电压进行测定的电压测定部16C2、将电流传感器16B的测定值进行AD转换并输入的电流测定部16C3、和基于由温度测定部16C1测定出的温度、由电压测定部16C2测定出的电压及由电流测定部16C3输入的电流来对蓄电装置16的充电率(以下称为SOC)进行推定的SOC推定部16C4。

另外，蓄电池控制器16C具有容许充放电电力运算部16C5，该容许充放电电力运算部16C5基于由温度测定部16C1测定出的温度、由电压测定部16C2测定出的电压、由电流测定部16C3输入的电流、及由SOC推定部16C4推定出的SOC来对锂离子电池16A的能够充放电的最大电力即容许充放电电力进行运算。并且，将包含由温度测定部16C1测定出的温度、由电压测定部16C2测定出的电压、由电流测定部16C3输入的电流、及由SOC推定部16C4推定出的SOC在内的蓄电池特性、以及由容许充放电电力运算部16C5运算出的容许充放电电力的信息向混合动力控制器22输入。

图4是表示混合动力控制器22的结构的功能框图。

混合动力控制器22包含与行驶杆5A、操作杆5B及模式设定开关5C连接且对液压泵17所要求的动力(以下为方便起见称为液压泵要求动力)进行推定的液压泵要求动力推定部22A、和与发动机控制器12连接且对发动机11的输出的上限值(以下为方便起见称为发动机输出上限值)进行运算的发动机输出上限运算部22B。

另外，混合动力控制器22包含：蓄电池特性上下限判定部22C，其基于从蓄电池控制器16C接收到的各蓄电池特性来判定这些蓄电池特性的值是否处于规定的上下限范围内；充放电电力限制系数运算部22D，其基于从蓄电池控制器16C接收到的各蓄电池特性来对用于限制蓄电装置16的充放电电力的各蓄电池特性的充放电电力限制系数进行运算；和限制充放电电力运算部22E，其在从蓄电池控制器16C接收到的各蓄电池特性的值为规定的上下限范围外时，对用于以使各蓄电池特性的值收束在这些上下限范围内的方式进行控制的蓄电装置16的充放电电力(以下为方便起见称为限制充放电电力)进行运算。此外，虽然未图示，但在混合动力控制器22上，在内部设有存储上述的判定和运算所需的各种信息的存储装置(ROM等)。

而且，混合动力控制器22包含输出指令部22F，该输出指令部22F与液压泵要求动力推定部22A、发动机输出上限运算部22B、蓄电池特性上下限判定部22C、限制充放电电力运算部22E、蓄电池控制器16C、泵容量调节装置21、发动机控制器12及逆变器15连接，并对向泵容量调节装置21、发动机控制器12及逆变器15输出的控制指令的值进行运算。

以下详细地说明混合动力控制器22的各结构。

液压泵要求动力推定部22A输入行驶杆5A和操作杆5B的液压操作信号及模式设定开关5C的动作模式，并基于这些输入信息来对行驶用液压马达2A、旋转用液压马达3A1、动臂液压缸4a、斗杆液压缸4b及铲斗液压缸4c所要求的输出、即液压执行机构2A、3A1、4a～4c的各动作所需的输出进行推定。

图5是表示发动机11的转速与输出的上限值之间的关系的图。

混合动力控制器22的存储装置存储有根据发动机11的特性而设定的输出特性表A。例如，如图5所示，该输出特性表A示出如下的关系：在发动机11的转速低时，发动机输出上限值随着发动机11的转速上升而增大，在发动机11的转速变高时，发动机输出上限值随着发动机11的转速上升而减小。因此，由于发动机输出上限值根据发动机11的转速而确定，所以能够根据发动机11的转速来推定发动机输出上限值。

在本发明的第1实施方式中，发动机输出上限运算部22B经由发动机控制器12而接收由转速传感器11A检测到的发动机11的转速，并根据发动机11的转速和输出特性表A来对发动机输出上限值进行运算。然后，发动机输出上限运算部22B将运算出的发动机输出上限值向输出指令部22F输出。此外，发动机11的转速能够通过由操作员用转速设定度盘5D来调整目标转速而改变。

图6是表示蓄电装置16的电压、电流、温度及SOC的时序变化、以及这些各蓄电池特性的上下限判定值的图，参照该图来详细地说明基于蓄电池特性上下限判定部22C进行的判定。

在此，蓄电装置16的各蓄电池特性的上下限值使用例如基于电池规格等而预先设定的规定值，并存储在混合动力控制器22的存储装置的内部。例如如图6所示，蓄电池特性上下限判定部22C在各蓄电池特性的值处于上下限范围内的情况下，作为上下限判定值而判定成“0”，在各蓄电池特性的值处于上下限范围外的情况下，作为上下限判定值而判定成“1”，并将该判定结果向输出指令部22F发送。

作为具体例，如图6的(a)～图6的(c)所示，由于当前的蓄电装置16的电压、电流及温度的各值处于上下限范围内，所以蓄电池特性上下限判定部22C将蓄电装置16的电压、电流及温度的各上下限判定值判定成“0”。另一方面，如图6的(d)所示，由于当前的蓄电装置16的SOC的值处于上下限范围外，所以蓄电池特性上下限判定部22C将蓄电装置16的SOC的上下限判定值判定成“1”。

图7是表示针对蓄电装置16的各蓄电池特性的充放电电力限制系数ηcV、ηdV、ηcS、ηdS、ηcI、ηdI、ηcT、ηdT的图。

如图7的(a)～图7的(f)所示，混合动力控制器22的存储装置存储有示出了针对蓄电装置16的电压、SOC、电流及温度的各特性的充放电电力限制系数ηcV、ηdV、ηcS、ηdS、ηcI、ηdI、ηcT、ηdT的充放电电力限制系数表B。该充放电电力限制系数表B使用例如基于电池规格等而预先设定的规定值。

充放电电力限制系数运算部22D从蓄电池控制器16C接收蓄电装置16的各蓄电池特性的信息，根据各蓄电池特性和充放电电力限制系数表B对针对各蓄电池特性的充放电电力限制系数ηcV、ηdV、ηcS、ηdS、ηcI、ηdI、ηcT、ηdT进行运算，并将该运算结果向输出指令部22F输出。

限制充放电电力运算部22E使用由充放电电力限制系数运算部22D运算出的针对各蓄电池特性的充电电力限制系数ηcV、ηcI、ηcT、ηcS和放电电力限制系数ηdV、ηdI、ηdT、ηdS的最小值(以下为方便起见分别称为最小充电电力限制系数、最小放电电力限制系数)、以及由容许充放电电力运算部16C5运算出的容许充放电电力Ec、Ed，通过下述的算式(1)、(2)进行运算，并将其运算结果向输出指令部22F发送。此外，在算式(1)中，Ecl表示限制充电电力，ηcmin表示最小充电电力限制系数，在算式(2)中，Edl表示限制放电电力，ηdmin表示最小放电电力限制系数。

[算式1]

Ecl＝Ec·ηcmin (1)

[算式2]

Edl＝Ed·ηdmin (2)

输出指令部22F基于由液压泵要求动力推定部22A推定出的液压泵要求动力、及由发动机输出上限运算部22B运算出的发动机输出上限值、由蓄电池特性上下限判定部22C判定出的各蓄电池特性的上下限判定值、由限制充放电电力运算部22E运算出的限制充放电电力Ecl、Edl、由容许充放电电力运算部16C5运算出的容许充放电电力Ec、Ed，对向泵容量调节装置21、发动机控制器12及逆变器15输出的指令值进行运算。

并且，输出指令部22F作为与运算出的指令值相对应的控制指令而将液压泵动力指令、发动机输出指令及逆变器电力指令分别向泵容量调节装置21、发动机控制器12及逆变器15输出，来控制这些各装置。在本发明的第1实施方式中，输出指令部22F基于蓄电装置16的蓄电池特性的电流和电压中的至少一个、以及蓄电池特性的温度和SOC中的至少一个，来控制液压泵17的动力和逆变器15的电力中的至少一方。

接下来，参照图8的流程图来详细地说明输出指令部22F的控制处理。此外，关于以下的控制处理的运算，为了使说明易于理解，而将电动发电机14、逆变器15、锂离子电池16A、液压泵17及行驶用液压马达2A等液压负载的效率设为100％，设为不产生损失的理想状态。

首先，输出指令部22C例如从由液压泵要求动力推定部22A推定出的液压泵要求动力减去由发动机输出上限运算部22B运算出的发动机输出上限值，而对逆变器15所要求的电力(以下为方便起见称为逆变器要求电力)进行运算((步骤(以下记为S)101)。

图9示出该液压泵要求动力、发动机输出上限值及逆变器要求电力之间的关系。

如图9所示，若液压泵要求动力大于发动机输出上限值，则逆变器要求电力大于0，而成为放电电力，若液压泵要求动力小于发动机输出上限值，则逆变器要求电力小于0，而成为充电电力。因此，当进行S101的控制处理时，输出指令部22F对逆变器要求电力的极性进行确认，判定逆变器要求电力是否小于0(S102)。此时，输出指令部22F在判定成逆变器要求电力小于0时(S102/是)，对用于进行再生动作的通向泵容量调节装置21、发动机控制器12及逆变器15的各指令值进行运算(S103)。

图10示出进行再生动作时的逆变器要求电力和限制充电电力的时间推移。

在S103中，输出指令部22F基于蓄电装置16的SOC等，将逆变器电力指令的值设定为0以下的值，但如图10所示，在不低于由限制充放电电力运算部22E运算出的限制充电电力的范围内确定。即，在逆变器要求电力比限制充电电力小时，逆变器电力指令的值成为限制充电电力，在逆变器要求电力为限制充电电力以上时，逆变器电力指令的值成为逆变器要求电力。

输出指令部22F将液压泵动力指令的值设定为液压泵要求动力，将发动机输出指令的值设定为液压泵动力指令的值与逆变器电力指令的值的合计值。并且，输出指令部22F将液压泵动力指令、发动机输出指令及逆变器电力指令分别向泵容量调节装置21、发动机控制器12及逆变器15发送，结束控制处理。

另一方面，在S102中，输出指令部22F在判断成逆变器要求电力为0以上时(S102/否)，对用于进行动力运行动作的通向泵容量调节装置21、发动机控制器12及逆变器15的各指令值进行运算。具体地说，首先，输出指令部22F判定液压泵要求动力是否小于由限制充放电电力运算部22E运算出的限制放电电力与发动机输出上限值的合计值(S104)。

并且，输出指令部22F在判定成液压泵要求动力小于限制放电电力与发动机输出上限值的合计值时(S104/是)，对用于不实施输出限制控制地进行动力运行动作的通向泵容量调节装置21、发动机控制器12及逆变器15的各指令值进行运算(S105)，在判定成液压泵要求动力为限制放电电力与发动机输出上限值的合计值以上时(S104/否)，对实施了输出限制控制的用于进行动力运行动作的通向泵容量调节装置21、发动机控制器12及逆变器15的各指令值进行运算(S106～S108)。

在S105中，输出指令部22F将逆变器电力指令的值、液压泵动力指令的值及发动机输出指令的值分别设定为逆变器要求电力、液压泵要求动力及发动机输出上限值。并且，输出指令部22F将液压泵动力指令、发动机输出指令及逆变器电力指令分别向泵容量调节装置21、发动机控制器12及逆变器15发送，结束控制处理。

在S106中，输出指令部22F根据由蓄电池特性上下限判定部22C判定出的蓄电装置16的各蓄电池特性的上下限判定值来判定输出限制控制的形式是否仅为液压泵17的动力限制。

图11的(a)示出进行了逆变器15的电力限制时的逆变器的电力变化，图11的(b)示出进行了液压泵17的动力限制时的液压泵17的动力变化。图12按蓄电装置16的各蓄电池特性的上下限判定值的每个组合示出基于输出指令部22F判断的输出限制控制的形式。

在此，如图11的(a)所示，当实施逆变器15的电力限制时，能够通过开关元件以较快的周期进行控制，因此对于液压执行机构2A、3A1、4a～4c的要求负荷无时间延迟地限制蓄电装置16的充放电电力。由此，能够限制蓄电装置16的充放电电力的峰值。

另一方面，如图11的(b)所示，当实施液压泵17的动力限制时，进行调整斜盘的倾转角等的机械操作，因此控制周期比实施逆变器15的电力限制时慢，对于液压执行机构2A、3A1、4a～4c的要求负荷，在液压泵17的动力限制上产生时间延迟。因此，虽然难以限制蓄电装置16的充放电电力的峰值，但能够降低蓄电装置16的充放电电力的平均值。

另外，在发动机11供给上限输出时，若进行图11的(a)所示的逆变器15的电力限制，则对于随着混合动力挖掘机1的挖掘等作业而导致的液压执行机构2A、3A1、4a～4c的急剧的负荷上升，发动机11的转速调整无法追随，发动机11的转速降低，由此发动机11有可能停止。因此，需要尽可能地不进行逆变器15的电力限制而实施液压泵17的动力限制。

而且，蓄电装置16至少由锂离子电池16A构成，因此，即使在出现于图11的(b)的峰值的短时间内在蓄电装置16中产生大的电力，由于蓄电装置16的充电容量和热容量大，所以关于蓄电装置16的温度和SOC的特性，与电流和电压相比也具有难以变化的倾向。另一方面，关于蓄电装置16的电流和电压的特性，若在短时间内在蓄电装置16中产生大的电力，则会立即成为过电压或过电流等，因此到达异常状态为止的时间快。另外，有可能由于金属锂的析出、单体电池端子部的损伤等而导致产生异常发热，因此可以认为与SOC和温度相比对劣化的影响大。

因此，在本发明的第1实施方式中，在S106中，输出指令部22F基于蓄电池特性中的电压和电流中的至少一个、以及温度和SOC中的至少一个，来控制液压泵17的动力和逆变器15的电力中的至少一方。例如如图12所示，在蓄电装置16的蓄电池特性中的电压和电流中的至少一个的上下限判定值为“1”的情况下，限制液压泵17的动力和逆变器15的电力，在除此以外的情况下，即在蓄电装置16的蓄电池特性中的电压和电流双方的上下限判定值为“0”、且温度和SOC中的至少一个的上下限判定值为“1”的情况下，限制液压泵17的动力。由此，能够进行适于各个蓄电池特性的性质的限制。此外，在蓄电装置16的电压、电流、温度及SOC的上下限判定值全部为“0”的情况下，虽然输出指令部22F对输出限制控制的形式选择液压泵17的动力限制，但只要蓄电装置16的各蓄电池特性的上下限判定值为“0”，就不会实施输出限制控制。

在S106中，当仅将液压泵17的动力限制选作输出限制控制的形式时(S106/是)，在S107中，输出指令部22F将发动机输出指令的值设定为发动机输出上限值。另外，输出指令部22F将液压泵动力指令的值设定为发动机输出上限值与限制放电电力的合计值，从而反映基于蓄电装置16的各蓄电池特性判断出的液压泵16的动力限制，并将逆变器电力指令的值设定为容许放电电力，从而不反映基于蓄电装置16的各蓄电池特性判断出的逆变器15的电力限制。

并且，输出指令部22F将液压泵动力指令、发动机输出指令及逆变器电力指令分别向泵容量调节装置21、发动机控制器12及逆变器15发送，结束控制处理。由此，调节液压泵17的容量(排油容积)而控制液压泵17的转矩，因此能够根据蓄电装置16的温度和SOC来容易地控制液压泵17的动力，并且对于液压执行机构2A、3A1、4a～4c的要求负荷，由发动机11供给上限输出，由电动发电机14辅助其不足量。因此，能够充分地抑制随着急剧的负荷上升而导致的发动机11的输出及蓄电装置16的充放电电力的变化，因此能够良好地维持发动机11的状态。

另外，在如图12的NO.4那样温度和SOC的上下限判定值均为“1”的情况下，首先，减小图7所示的充电电力限制系数ηcT及放电电力限制系数ηdT，禁止充放电，并且通过未图示的冷却风扇等温度调整装置来将温度调整到正常范围内。然后，在SOC为下限值以下的情况下实施充电，在SOC为上限值以下的情况下实施放电，将SOC调整到正常范围内。像这样，通过在调整温度后再调整SOC，而能够抑制因用于调整SOC的充放电而导致的温度上升。

另一方面，在S106中，当将液压泵17的动力限制和逆变器15的电力限制选作输出限制控制的形式时(S106/否)，在S108中，输出指令部22F与S107同样地将发动机输出指令的值设定为发动机输出上限值。另外，输出指令部22F将液压泵动力指令的值设定为发动机输出上限值与限制放电电力的合计值，从而反映基于蓄电装置16的各蓄电池特性判断出的液压泵16的动力限制，并将逆变器电力指令的值设定为限制放电电力，从而反映基于蓄电装置16的各蓄电池特性判断出的逆变器15的电力限制。

并且，输出指令部22F将液压泵动力指令、发动机输出指令及逆变器电力指令分别向泵容量调节装置21、发动机控制器12及逆变器15发送，结束控制处理。由此，与上述的S107同样地，调节液压泵17的容量(排油容积)而控制液压泵17的转矩，因此能够根据蓄电装置16的温度和SOC来容易地限制液压泵17的动力，并且对于液压执行机构2A、3A1、4a～4c的要求负荷，由发动机11供给上限输出，由电动发电机14在限制放电电力的范围内辅助其不足量。此时，由于能够通过逆变器15的开关元件来快速地控制蓄电装置16的充放电电力，所以能够将蓄电装置16的电流和电压的值迅速地收束在上下限范围内。由此，即使在短时间内在蓄电装置16中产生大的电力，也能够防止基于蓄电装置16的锂离子电池16A产生的热影响，因此能够稳定地保持蓄电装置16的状态。

根据这样构成的本发明的第1实施方式的混合动力挖掘机1，混合动力控制器22的输出指令部22F根据蓄电装置16的电压、电流、温度及SOC的蓄电池特性来控制液压泵17的动力及逆变器15的电力，因此能够在蓄电装置16的能够充放电的最大电力的范围内控制蓄电装置16的充放电电力。并且，在基于混合动力挖掘机1进行的挖掘等作业中，即使由于前作业机4与障碍物的接触等而导致负荷急剧上升，通过考虑蓄电装置16的电压、电流、温度及SOC来限制液压泵17的动力和逆变器的电力中的至少一方，而能够在将发动机11的输出保持为上限输出的同时抑制蓄电装置16的充放电电力的变化，因此对于急剧的负荷上升，能够使发动机11的转速容易追随作为目标的转速。由于能够像这样恰当地进行蓄电装置16的充放电，并且抑制随着急剧的负荷上升而导致的发动机11停止，所以能够实现混合动力挖掘机1的稳定的动作。

[第2实施方式]

关于本发明的混合动力式工程机械的第2实施方式，在第1实施方式的结构的基础上，输出指令部22F例如在从实施液压泵17的动力限制起经过了规定时间(作为具体例为180秒)后，若蓄电装置16的电压、电流、温度及SOC的各蓄电池特性的值不为上述的上下限范围内，则限制液压泵17的动力和逆变器15的电力。此外，在本发明的第2实施方式的说明中，对与第1实施方式的结构相同或相对应的部分标注相同的附图标记。

接下来，参照图13的流程图来详细地说明本发明的第2实施方式的输出指令部22F的控制处理。此外，本发明的第2实施方式的输出指令部22F的控制处理包含与上述的图8所示的S101～S108的处理相同的处理，省略重复的说明。

如图13所示，当从进行S107的处理起经过180秒时(S109)，输出指令部22F判定蓄电装置16的电压、电流、温度及SOC的各蓄电池特性的值是否为上下限范围内、即蓄电装置16的电压、电流、温度及SOC的各蓄电池特性的上下限判定值是否为“0”(S110)。此时，当输出指令部22F判定成蓄电装置16的电压、电流、温度及SOC的各蓄电池特性的上下限判定值为“0”时(S110/是)，结束控制处理。

另一方面，在S110中，输出指令部22F在判定成蓄电装置16的电压、电流、温度及SOC的特性中的至少一个的上下限判定值为“1”时(S110/否)，将发动机输出指令的值设定为发动机输出上限值，将液压泵动力指令的值设定为发动机输出上限值与限制放电电力的合计值，从而反映基于蓄电装置16的各蓄电池特性判断出的液压泵17的动力限制，将逆变器电力指令的值设定为限制放电电力，从而反映基于蓄电装置16的各蓄电池特性判断出的逆变器15的电力限制(S111)。并且，输出指令部22F将液压泵动力指令、发动机输出指令及逆变器电力指令分别向泵容量调节装置21、发动机控制器12及逆变器15发送，结束控制处理。第2实施方式的其他构成与上述的第1实施方式的构成相同，省略重复的说明。

根据这样构成的本发明的第2实施方式的混合动力挖掘机1，除能够得到与上述的第1实施方式相同的作用效果以外，在图8、图13所示的S107的处理中，即使万一因混合动力挖掘机1的各设备的通信异常等的原因而导致液压泵17的动力限制没有正常实施，只要蓄电装置16的电压、电流、温度及SOC中的某一个的上下限判定值为“1”，就会在S111中限制液压泵17的动力和逆变器15的电力，因此能够可靠地减少随着急剧的负荷上升而导致的发动机11的输出及蓄电装置16的充放电电力的变化量。由此，能够提高混合动力控制器22的控制中的液压泵17的动力限制及逆变器15的电力限制的实效性。

[第3实施方式]

图14是详细地表示本发明的第3实施方式的旋转体3的内部结构的图。

本发明的第3实施方式与上述的第1实施方式的不同之处为，第1实施方式的蓄电装置16为具有锂离子电池16A的结构，与此相对，第2实施方式的蓄电装置26为代替锂离子电池16A而例如如图14所示那样具有电容器26A的结构。在该情况下，蓄电装置26经由转换器23而与逆变器15连接。此外，在本发明的第3实施方式的说明中，对与第1实施方式的结构相同或相对应的部分标注相同的附图标记。

图15按蓄电装置26的各蓄电池特性的上下限判定值的每个组合示出基于输出指令部22F判断的输出限制控制的形式。

在此，蓄电装置16的电容器26A与第1实施方式的锂离子电池16A相比具有容量密度非常小的特征，因此在蓄电装置16的SOC的值从上下限范围内脱离的情况下，若基于输出指令部22F进行的输出限制控制没有被无时间延迟地实施，则有可能发生电容器26A破损等不良情况。另一方面，由于蓄电装置16的电容器26A的输出密度非常高，所以存在蓄电装置16的电流的上下限值被汇流条(bus bar)等电池结构部件规定的情况。在这样的情况下，需要在考虑发热的影响等的同时降低蓄电装置16的充放电电力的平均值，而并非限制蓄电装置16的充放电电力的峰值。

因此，在本发明的第3实施方式中，输出指令部22F基于蓄电装置16的蓄电池特性的电压和SOC中的至少一个、以及蓄电池特性的电流和温度中的至少一个，来控制液压泵17的动力和逆变器15的电力中的至少一方。例如如图15所示，在蓄电装置16的蓄电池特性中的电压和SOC中的至少一个的上下限判定值为“1”的情况下，限制液压泵17的动力及逆变器15的电力，在除此以外的情况下，即在蓄电装置16的蓄电池特性中的电压和SOC双方的上下限判定值为“0”、且电流和温度中的至少一个的上下限判定值为“1”的情况下，限制液压泵17的动力。此外，在蓄电装置16的电压、电流、温度及SOC的上下限判定值全部为“0”的情况下，输出指令部22F作为输出限制控制的形式而选择液压泵17的动力限制，但只要蓄电装置16的各蓄电池特性的上下限判定值为“0”，就不实施输出限制控制。第3实施方式的其他构成与上述的第1实施方式的构成相同，省略重复的说明。

在这样构成的本发明的第3实施方式的混合动力挖掘机1中，也能够得到与上述的第1实施方式相同的作用效果。根据以上内容，如本发明的第1～第3实施方式那样，考虑蓄电装置16、26的锂离子电池16A和电容器26A的蓄电元件的特征，按各蓄电池特性的上下限判定值的每个组合事先适当设定基于输出指令部22F判断的输出限制控制的形式，由此能够实施适于蓄电装置16、26的各蓄电元件的输出限制控制。

此外，上述的本实施方式为了易于理解地说明本发明而详细地进行了说明，并不一定限定于具有所说明的所有结构。另外，能够将某实施方式的结构的一部分置换成其他实施方式的结构，另外，也能够对某实施方式的结构添加其他实施方式的结构。

另外，本发明的第1～第3实施方式中，说明了蓄电装置16、26包含锂离子电池16A或电容器26A的结构，但并不限于该情况，通过与蓄电装置的蓄电元件相匹配地事先适当设定按各蓄电池特性的上下限判定值的每个组合的输出限制控制的形式，也能够同样地适用于镍氢电池和低温时输出降低的蓄电元件等上述以外的蓄电元件。而且，即使是相同的蓄电元件，也可以根据蓄电装置的充电容量和热容量来设定按各蓄电池特性的上下限判定值的每个组合的输出限制控制的形式。

另外，说明了本实施方式的混合动力式工程机械由混合动力挖掘机1构成的情况，但并不限于该情况，例如，也可以为混合动力式轮式装载机及混合动力式翻斗卡车等混合动力式工程机械(包含插电(plug-in)混合动力式工程机械)、或没有搭载发动机11而仅通过蓄电装置16的输出来驱动的蓄电池式工程机械。

附图标记说明

1 混合动力挖掘机(混合动力式工程机械)

2 行驶体(液压作业装置)

2A 行驶用液压马达

3旋转体(液压作业装置)

3A1 旋转用液压马达

4 前作业机(液压作业装置)

4A 动臂

4a 动臂液压缸

4B 斗杆

4b 斗杆液压缸

4C 铲斗

4c 铲斗液压缸

5A 行驶杆

5B 操作杆

5C 模式设定开关(模式设定部)

5D 转速设定度盘

11 发动机

12 发动机控制器(ECU)

14 电动发电机

15 逆变器

16、26 蓄电装置

16A 锂离子电池

16B 电流传感器

16C 蓄电池控制器(BCU)

16C1 温度测定部

16C2 电压测定部

16C3 电流测定部

16C4 SOC推定部

16C5 容许充放电电力运算部

17 液压泵

21 泵容量调节装置

22 混合动力控制器(HCU)

22A 液压泵要求动力推定部

22B 发动机输出上限运算部

22C 蓄电池特性上下限判定部

22D 充放电电力限制系数运算部

22E 限制充放电电力运算部

22F 输出指令部

23 转换器

26A 电容器

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.(修改后)一种混合动力式工程机械，其特征在于，具有：

发动机；

通过所述发动机而被驱动的液压泵；

通过从所述液压泵排出的液压油而被驱动的液压作业装置；

在与所述发动机之间进行转矩传递的电动发电机；

控制所述电动发电机的逆变器；

经由所述逆变器进行充放电的蓄电装置；和

根据所述蓄电装置的蓄电池特性来控制所述液压泵的动力及所述逆变器的电力的控制装置，

所述控制装置在所述发动机供给上限输出时，在所述蓄电装置的蓄电池特性的电流和电压中的至少一个为规定范围外时，限制所述液压泵的动力及所述逆变器的电力双方，在所述蓄电装置的蓄电池特性的电流及电压为规定范围内、且所述蓄电装置的蓄电池特性的温度和充电率中的至少一个为规定范围外时，仅限制所述液压泵的动力。

2.(删除)

3.(删除)

4.(修改后)如权利要求1所述的混合动力式工程机械，其特征在于，

所述蓄电装置具有锂离子电池。

5.(修改后)一种混合动力式工程机械，其特征在于，具有：

发动机；

通过所述发动机而被驱动的液压泵；

通过从所述液压泵排出的液压油而被驱动的液压作业装置；

在与所述发动机之间进行转矩传递的电动发电机；

控制所述电动发电机的逆变器；

经由所述逆变器进行充放电的蓄电装置；和

根据所述蓄电装置的蓄电池特性来控制所述液压泵的动力及所述逆变器的电力的控制装置，

所述控制装置在所述发动机供给上限输出时，在所述蓄电装置的蓄电池特性的电压和充电率中的至少一个为规定范围外时，限制所述液压泵的动力及所述逆变器的电力双方，在所述蓄电装置的蓄电池特性的电压及充电率为规定范围内、且所述蓄电装置的蓄电池特性的电流和温度中的至少一个为规定范围外时，仅限制所述液压泵的动力。

6.(删除)

7.(删除)

8.如权利要求5所述的混合动力式工程机械，其特征在于，

所述蓄电装置具有电容器。