KR101981406B1

KR101981406B1 - 하이브리드 건설 기계

Info

Publication number: KR101981406B1
Application number: KR1020177005663A
Authority: KR
Inventors: 마사후미 히타; 세이지 이시다; 겐 다케우치; 신야 이무라
Original assignee: 히다찌 겐끼 가부시키가이샤
Priority date: 2015-01-22
Filing date: 2015-12-08
Publication date: 2019-05-22
Also published as: EP3249115A4; EP3249115B1; KR20170037657A; CN106605028B; JP6243856B2; WO2016117232A1; US20170274891A1; EP3249115A1; JP2016132968A; US10150465B2; CN106605028A

Abstract

발전 전동기(27)는, 엔진(21) 및 유압 펌프(23)에 기계적으로 연결된다. 유압 펌프(23)는, 작업 장치(11)의 실린더(11D∼11F), 주행 유압 모터(25) 및 선회 유압 모터(26)에 압유를 공급한다. 선회 유압 모터(26)는, 선회 전동 모터(33)와 협동하여 선회 장치(3)를 구동한다. 발전 전동기(27) 및 선회 전동 모터(33)는, 축전 장치(31)에 전기적으로 접속된다. HCU(36)는, 모드 선택 장치(38)에 의해 선택된 모드에 따라서 축전 장치(31)의 목표 축전율(SOC0)과 유압 펌프(23)의 펌프 출력 제한(POL0)을 설정한다. HCU(36)는, 목표 축전율(SOC0)과 펌프 출력 제한(POL0)에 따라서, 엔진(21), 발전 전동기(27), 선회 전동 모터(33) 및 축전 장치(31)를 제어한다.

Description

하이브리드 건설 기계 {HYBRID CONSTRUCTION MACHINE}

본 발명은, 엔진과 발전 전동기가 탑재된 하이브리드 건설 기계에 관한 것이다.

일반적으로, 엔진과 유압 펌프에 기계적으로 결합된 발전 전동기와, 리튬 이온 배터리나 커패시터 등의 축전 장치를 구비한 하이브리드 건설 기계가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 이러한 하이브리드 건설 기계에서는, 발전 전동기는, 엔진의 구동력에 의해 발전한 전력을 축전 장치에 충전하거나, 또는 축전 장치의 전력을 사용하여 역행함으로써 엔진을 어시스트한다고 하는 역할을 담당한다. 또한, 많은 하이브리드 건설 기계에서는, 발전 전동기와는 별개로 전동 모터를 구비하고, 이 전동 모터에 의해 유압 액추에이터의 동작을 대행 또는 어시스트시키고 있다. 예를 들어, 전동 모터에 의해 선회 동작을 행할 때에는, 전동 모터에의 전력 공급에 의해 상부 선회체의 선회 동작이나 어시스트를 행함과 함께, 선회 정지 시의 제동 에너지를 회생하여 축전 장치의 충전을 행하고 있다.

여기서, 특허문헌 1에는, 축전 장치의 축전량을 적절하게 제어함으로써, 회생 에너지를 고효율로 회수하는 구성이 개시되어 있다. 이 경우, 작업자의 조작 정보에 기초하여 작업 장치나 상부 선회체의 다음 동작을 추정하고, 이 추정한 동작으로부터 산출된 회생 전력의 추정값에 기초하여 목표 축전량을 설정하고 있다.

일본 특허 공개 제2012-82644호 공보

일반적으로, 축전 장치는, 낮은 축전율보다 높은 축전율로 충방전을 반복하는 쪽이, 축전 장치의 수명이 저하된다. 이에 대해, 특허문헌 1에 따르면, 목표 축전율은, 회생 에너지와 축전 장치의 축전량의 관계에 기초하여 설정되어 있다. 그러나, 특허문헌 1에 의한 방법에서는, 충방전의 반복에 의한 축전 장치의 열화를 고려하고 있지 않으므로, 축전 장치의 수명이 저하될 가능성이 있다.

한편, 목표 축전량을 낮게 설정하면, 축전 장치를 장기간에 걸쳐 사용할 수 있다. 그러나, 축전 장치의 목표 축전량을 항상 낮은 값으로 하면, 예를 들어 중부하 작업을 계속한 경우에 전동 모터에 공급하는 에너지가 부족하여, 작업 장치 등의 동작에 지장을 초래할 우려가 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제에 비추어 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 축전 장치의 열화를 억제하면서 원하는 차체 동작이 가능한 하이브리드 건설 기계를 제공하는 것에 있다.

(1). 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 차체에 설치된 엔진과, 상기 엔진에 기계적으로 접속된 유압 펌프와, 상기 유압 펌프로부터의 압유에 의해 구동하는 유압 액추에이터와, 상기 엔진과 기계적으로 접속된 발전 전동기와, 상기 발전 전동기에 전기적으로 접속된 축전 장치와, 상기 발전 전동기 및 상기 축전 장치의 충방전 전력을 제어하는 컨트롤러를 구비한 하이브리드 건설 기계에 있어서, 상기 축전 장치의 축전율의 적정 사용 범위 내에서, 서로 다른 목표 축전율이 설정된 복수의 모드 중 어느 하나의 모드를 선택하는 모드 선택 장치를 더 구비하고, 상기 컨트롤러는, 상기 축전 장치의 축전율이 상기 모드 선택 장치에 의해 선택된 모드의 목표 축전율에 수렴되도록, 상기 발전 전동기 및 상기 축전 장치의 충방전 전력을 제어하는 것을 특징으로 하고 있다.

이에 의해, 작업자는, 모드 선택 장치에 의해 유압 액추에이터의 부하에 따라서 모드를 전환할 수 있다. 예를 들어 경부하일 때에는 목표 축전율을 저하시킬 수 있으므로, 축전율이 낮은 상태에서 축전 장치는 충방전을 반복하게 되어, 축전 장치의 열화를 억제하여, 축전 장치의 수명을 연장시킬 수 있다. 한편, 축전 장치의 충전이 따라가지 못하는 연속적인 중부하 작업을 행할 때에는, 목표 축전율을 상승시킬 수 있다. 이에 의해, 더욱 장시간에 걸쳐 작업자의 요구에 따른 차체의 동작을 행할 수 있다.

(2). 본 발명에서는, 상기 컨트롤러는, 상기 유압 펌프의 최대 동력을 증가 또는 감소시키는 최대 동력 설정부를 구비하고, 상기 최대 동력 설정부는, 상기 모드 선택 장치에 의해 선택된 모드의 목표 축전율이 낮아짐에 따라서, 상기 유압 펌프의 최대 동력을 작은 값으로 제한하고 있다.

이에 의해, 작업 시에 있어서의 축전 장치의 방전 에너지량이 작아진 만큼, 충전이 따라가게 된다. 따라서, 축전율의 저하를 신경 쓰지 않고, 축전 장치의 수명을 우선한 낮은 목표 축전율에 의한 차체 동작을 행할 수 있다.

(3). 본 발명에서는, 상기 컨트롤러는, 상기 모드 선택 장치에 의해 모드가 변경되었을 때, 상기 목표 축전율의 값을 모드 변경 전의 값으로부터 모드 변경 후의 값으로 연속적으로 서서히 변화시키고 있다. 이에 의해, 모드 변경 시에 축전율을 서서히 변화시킬 수 있으므로, 축전율의 급준한 변화를 방지하여, 예기치 않은 차체 동작을 예방할 수 있다.

(4). 본 발명에서는, 상기 차체의 조작 상태를 검출하는 차체 조작 상태 검출 장치를 더 구비하고, 상기 최대 동력 설정부는, 상기 모드 선택 장치에 의해 모드가 변경되고, 또한 상기 차체 조작 상태 검출 장치에 의해 상기 차체의 비조작 상태가 검출되었을 때, 상기 유압 펌프의 최대 동력을 변경하고 있다. 이에 의해, 차체의 조작 도중에 유압 펌프의 최대 동력이 변경되는 일이 없으므로, 차체가 안정된 상태에서 유압 펌프의 최대 동력을 변경할 수 있다.

(5). 본 발명에서는, 상기 모드 선택 장치는, 상기 유압 펌프의 최대 동력을 제한하지 않고, 또한 상기 목표 축전율을 상기 축전 장치의 최대 축전율 부근으로 하는 최대 축전율 모드를 선택 가능하게 하고 있다. 이에 의해, 최대 축전율 모드를 선택함으로써, 예를 들어 등판 주행 시 등과 같이 작업 지속성을 최우선으로 할 때라도, 가능한 한 장시간에 걸쳐 차체 동작을 계속할 수 있다.

(6). 본 발명에서는, 상기 모드 선택 장치에 의해 선택된 모드를 표시하는 차량 탑재 모니터를 더 구비하고 있다. 이에 의해, 작업자는 차량 탑재 모니터를 눈으로 봄으로써, 현재 선택되어 있는 모드를 용이하게 파악할 수 있다.

(7). 본 발명에서는, 상기 엔진의 최대 출력은, 상기 유압 펌프의 최대 동력보다 작게 하고 있다. 이에 의해, 경부하 시에는, 엔진의 구동력에 의해 유압 펌프를 구동할 수 있고, 중부하 시에는, 엔진에 추가하여 발전 전동기의 어시스트력에 의해 유압 펌프를 구동할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 의한 하이브리드 유압 셔블을 도시하는 정면도이다.
도 2는 도 1 중의 하이브리드 유압 셔블에 적용하는 유압 시스템과 전동 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 3은 도 2 중의 하이브리드 컨트롤 유닛을 도시하는 블록도이다.
도 4는 도 3 중의 모드 변경 대응부를 도시하는 블록도이다.
도 5는 목표 축전율 및 펌프 출력 제한의 변경값 테이블을 나타내는 설명도이다.
도 6은 펌프 출력 제한 변경 판정 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 7은 도 3 중의 출력 지령 연산부를 도시하는 블록도이다.
도 8은 도 1의 캡 내를 도시하는 주요부 사시도이다.
도 9는 차량 탑재 모니터에 표시된 표시 화면의 일례를 도시하는 설명도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 의한 하이브리드 건설 기계로서 하이브리드 유압 셔블을 예로 들어, 첨부 도면에 따라서 설명한다.

도 1 내지 도 9는 본 발명의 실시 형태를 나타내고 있다. 도 1에 있어서, 하이브리드 유압 셔블(1)(이하, 유압 셔블(1)이라고 함)은, 후술하는 엔진(21)과 발전 전동기(27)를 구비하고 있다. 이 유압 셔블(1)은, 자주 가능한 크롤러식의 하부 주행체(2)와, 하부 주행체(2) 상에 설치된 선회 장치(3)와, 하부 주행체(2) 상에 선회 장치(3)를 통해 선회 가능하게 탑재된 상부 선회체(4)와, 상부 선회체(4)의 전방측에 설치되어 굴삭 작업 등을 행하는 작업 장치(11)에 의해 구성되어 있다. 이때, 하부 주행체(2)와 상부 선회체(4)는, 유압 셔블(1)의 차체를 구성하고 있다.

상부 선회체(4)는, 선회 프레임(5) 상에 설치되어 엔진(21) 등이 수용된 건옥 커버(6)와, 작업자가 탑승하는 캡(7)을 구비하고 있다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 캡(7) 내에는, 작업자가 착좌하는 운전석(8)이 설치됨과 함께, 운전석(8)의 주위에는, 조작 레버, 조작 페달 등으로 이루어지는 주행용 조작 장치(9)와, 조작 레버 등으로 이루어지는 작업용 조작 장치(10)가 설치되어 있다. 여기서, 조작 장치(9, 10)에는, 이것들의 조작량(레버 조작량(OA))을 검출하는 조작량 센서(9A, 10A)가 각각 설치되어 있다. 이들 조작량 센서(9A, 10A)는, 예를 들어 하부 주행체(2)의 주행 조작, 상부 선회체(4)의 선회 조작, 작업 장치(11)의 부앙동 조작(굴삭 조작) 등과 같은 차체의 조작 상태를 검출하는 차체 조작 상태 검출 장치를 구성하고 있다. 또한, 캡(7) 내에는, 후술하는 차량 탑재 모니터(39)가 설치되어 있다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 작업 장치(11)는, 예를 들어 붐(11A), 아암(11B), 버킷(11C)과, 이것들을 구동하는 붐 실린더(11D), 아암 실린더(11E), 버킷 실린더(11F)에 의해 구성되어 있다. 붐(11A), 아암(11B), 버킷(11C)은, 서로 핀 결합된다. 작업 장치(11)는, 선회 프레임(5)에 설치되고, 실린더(11D∼11F)를 신장 또는 축소함으로써 부앙동한다.

여기서, 유압 셔블(1)은, 발전 전동기(27) 등을 제어하는 전동 시스템과, 작업 장치(11) 등의 동작을 제어하는 유압 시스템을 탑재하고 있다. 이하, 유압 셔블(1)의 시스템 구성에 대해 도 2 내지 도 9를 참조하여 설명한다.

엔진(21)은, 선회 프레임(5)에 탑재되어 있다. 이 엔진(21)은, 예를 들어 디젤 엔진 등의 내연 기관에 의해 구성된다. 엔진(21)의 출력측에는, 후술하는 유압 펌프(23)와 발전 전동기(27)가 기계적으로 직렬 접속하여 설치되고, 이들 유압 펌프(23)와 발전 전동기(27)는 엔진(21)에 의해 구동된다. 여기서, 엔진(21)의 작동은, 엔진 컨트롤 유닛(22)(이하, ECU(22)라고 함)에 의해 제어된다. ECU(22)는, HCU(36)로부터의 엔진 회전수 지령(ωe)에 기초하여, 엔진(21)의 회전 속도(엔진 회전수)를 제어한다. 또한, 엔진(21)의 최대 출력은, 예를 들어 유압 펌프(23)의 최대 동력보다 작게 되어 있다.

유압 펌프(23)는, 엔진(21)에 의해 구동된다. 이 유압 펌프(23)는, 탱크(도시하지 않음) 내에 저류된 작동유를 가압하여, 주행 유압 모터(25), 선회 유압 모터(26), 작업 장치(11)의 실린더(11D∼11F) 등에 압유로서 토출한다. 유압 펌프(23)에는, 부하 센서(23A)가 설치되어 있다. 부하 센서(23A)는, 펌프 부하(PL)를 검출하여, 후술하는 HCU(36)에 출력한다.

유압 펌프(23)는, 컨트롤 밸브(24)를 통해 유압 액추에이터로서의 주행 유압 모터(25), 선회 유압 모터(26), 실린더(11D∼11F)에 접속되어 있다. 컨트롤 밸브(24)는, 주행용 조작 장치(9), 작업용 조작 장치(10)에 대한 조작에 따라서, 유압 펌프(23)로부터 토출된 압유를 주행 유압 모터(25), 선회 유압 모터(26), 실린더(11D∼11F)에 선택적으로 공급 또는 배출한다.

구체적으로는, 주행 유압 모터(25)에는, 주행용 조작 장치(9)의 조작에 따라서 유압 펌프(23)로부터 압유가 공급된다. 이에 의해, 주행 유압 모터(25)는, 하부 주행체(2)를 주행 구동시킨다. 선회 유압 모터(26)에는, 작업용 조작 장치(10)의 조작에 따라서 유압 펌프(23)로부터 압유가 공급된다. 이에 의해, 선회 유압 모터(26)는 상부 선회체(4)를 선회 동작시킨다. 실린더(11D∼11F)에는, 작업용 조작 장치(10)의 조작에 따라서 유압 펌프(23)로부터 압유가 공급된다. 이에 의해, 실린더(11D∼11F)는, 작업 장치(11)를 부앙동시킨다.

발전 전동기(모터 제너레이터)(27)는, 엔진(21)에 의해 구동된다. 이 발전 전동기(27)는, 예를 들어 동기 전동기 등에 의해 구성된다. 발전 전동기(27)는, 엔진(21)을 동력원으로 하는 발전기로서 작용하여 축전 장치(31)나 선회 전동 모터(33)에의 전력 공급을 행하는 발전(회생)과, 축전 장치(31)나 선회 전동 모터(33)로부터의 전력을 동력원으로 하는 모터로서 작용하여 엔진(21) 및 유압 펌프(23)의 구동을 어시스트하는 역행의 2가지의 역할을 한다. 따라서, 엔진(21)의 토크에는, 상황에 따라서 발전 전동기(27)의 어시스트 토크가 추가되고, 이들 토크에 의해 유압 펌프(23)는 구동한다. 이 유압 펌프(23)로부터 토출되는 압유에 의해, 작업 장치(11)의 동작이나 차량의 주행 등이 행해진다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 발전 전동기(27)는, 제1 인버터(28)를 통해 한 쌍의 직류 모선(29A, 29B)에 접속되어 있다. 제1 인버터(28)는, 예를 들어 트랜지스터, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT) 등으로 이루어지는 복수의 스위칭 소자를 사용하여 구성되고, 모터 제너레이터 컨트롤 유닛(30)(이하, MGCU(30)라고 함)에 의해 각 스위칭 소자의 온/오프가 제어된다. 직류 모선(29A, 29B)은, 정극측과 부극측으로 쌍을 이루고, 예를 들어 수백 V 정도의 직류 전압이 인가되어 있다.

발전 전동기(27)의 발전 시에는, 제1 인버터(28)는, 발전 전동기(27)로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 축전 장치(31)나 선회 전동 모터(33)에 공급한다. 발전 전동기(27)의 역행 시에는, 제1 인버터(28)는 직류 모선(29A, 29B)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 발전 전동기(27)에 공급한다. 그리고, MGCU(30)는, HCU(36)로부터의 발전 전동기 역행 발전 전력 지령(Wmg)에 기초하여, 제1 인버터(28)의 각 스위칭 소자의 온/오프를 제어한다. 이에 의해, MGCU(30)는, 발전 전동기(27)의 발전 시의 발전 전력이나 역행 시의 구동 전력을 제어한다.

축전 장치(31)는, 제1 인버터(28)를 통해 발전 전동기(27)에 전기적으로 접속되어 있다. 이 축전 장치(31)는, 예를 들어 리튬 이온 배터리에 의해 구성되고, 직류 모선(29A, 29B)에 접속되어 있다.

축전 장치(31)는, 발전 전동기(27)의 발전 시에는 발전 전동기(27)로부터 공급되는 전력을 충전하고, 발전 전동기(27)의 역행 시(어시스트 구동 시)에는 발전 전동기(27)를 향해 구동 전력을 공급한다. 또한, 축전 장치(31)는, 선회 전동 모터(33)의 회생 시에는 선회 전동 모터(33)로부터 공급되는 회생 전력을 충전하고, 선회 전동 모터(33)의 역행 시에는 선회 전동 모터(33)를 향해 구동 전력을 공급한다. 이와 같이, 축전 장치(31)는, 발전 전동기(27)에 의해 발전된 전력을 축전하는 것 외에도, 유압 셔블(1)의 선회 제동 시에 선회 전동 모터(33)가 발생한 회생 전력을 흡수하여, 직류 모선(29A, 29B)의 전압을 일정하게 유지한다.

축전 장치(31)는, 배터리 컨트롤 유닛(32)(이하, BCU(32)라고 함)에 의해 충전 동작이나 방전 동작이 제어된다. BCU(32)는, 축전 장치(31)의 배터리 축전율(SOC)을 검출하여 HCU(36)를 향해 출력함과 함께, HCU(36)로부터 출력되는 목표 축전율(SOC0)로 되도록, 축전 장치(31)의 충방전을 제어한다.

또한, 본 실시 형태에서는, 축전 장치(31)에는, 예를 들어 전압 350V, 방전 용량 5Ah 정도, 배터리 축전율(SOC)(축전율)의 적정 사용 범위는 30∼70％ 정도로 설정된 리튬 이온 배터리를 사용하는 것으로 한다. 배터리 축전율(SOC)의 적정 사용 범위 등은, 상술한 값에 한정되지 않고, 축전 장치(31)의 사양 등에 따라서 적절하게 설정된다.

선회 전동 모터(33)는, 발전 전동기(27) 또는 축전 장치(31)로부터의 전력에 의해 구동된다. 이 선회 전동 모터(33)는, 예를 들어 3상 유도 전동기에 의해 구성되고, 선회 유압 모터(26)와 함께 선회 프레임(5)에 설치되어 있다. 선회 전동 모터(33)는, 선회 유압 모터(26)와 협동하여 선회 장치(3)를 구동한다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 선회 전동 모터(33)는, 제2 인버터(34)를 통해 직류 모선(29A, 29B)에 접속되어 있다. 선회 전동 모터(33)는, 축전 장치(31)나 발전 전동기(27)로부터의 전력을 받아 회전 구동하는 역행과, 선회 제동 시의 여분의 토크에 의해 발전하여 축전 장치(31)를 축전하는 회생의 2가지의 역할을 한다. 이로 인해, 역행 시의 선회 전동 모터(33)에는, 발전 전동기(27) 등으로부터의 전력이 직류 모선(29A, 29B)을 통해 공급된다. 이에 의해, 선회 전동 모터(33)는, 작업용 조작 장치(10)의 조작에 따라서 회전 토크를 발생시켜, 선회 유압 모터(26)의 구동을 어시스트함과 함께, 선회 장치(3)를 구동하여 상부 선회체(4)를 선회 동작시킨다.

제2 인버터(34)는, 제1 인버터(28)와 마찬가지로, 복수의 스위칭 소자를 사용하여 구성된다. 제2 인버터(34)는, 선회 전동 모터 컨트롤 유닛(35)(이하, RMCU(35)라고 함)에 의해 각 스위칭 소자의 온/오프가 제어된다. 선회 전동 모터(33)의 역행 시에는, 제2 인버터(34)는 직류 모선(29A, 29B)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 선회 전동 모터(33)에 공급한다. 선회 전동 모터(33)의 회생 시에는, 제2 인버터(34)는 선회 전동 모터(33)로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 축전 장치(31) 등에 공급한다.

RMCU(35)는, HCU(36)로부터의 선회 전동 모터 역행 회생 전력 지령(Wrm)에 기초하여, 제2 인버터(34)의 각 스위칭 소자의 온/오프를 제어한다. 이에 의해, RMCU(35)는, 선회 전동 모터(33)의 회생 시의 회생 전력이나 역행 시의 구동 전력을 제어한다.

하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)(36)은, 컨트롤러를 구성하고 있다. 이 HCU(36)는, 예를 들어 마이크로컴퓨터에 의해 구성됨과 함께, CAN(37)(Controller Area Network) 등을 사용하여 ECU(22), MGCU(30), RMCU(35)에 전기적으로 접속되어 있다. HCU(36)는, ECU(22), MGCU(30), RMCU(35)와 통신하면서, 엔진(21), 발전 전동기(27), 선회 전동 모터(33)를 제어한다.

또한, HCU(36)에는, 조작 장치(9, 10)의 레버 조작량(OA)을 검출하는 조작량 센서(9A, 10A)와, 유압 펌프(23)의 펌프 부하(PL)를 검출하는 부하 센서(23A)가 접속되어 있다. 이것에 추가하여, HCU(36)에는, 모드 선택 장치(38), 차량 탑재 모니터(39) 등이 접속되어 있다. 이에 의해, HCU(36)에는, 모드 정보(MODE), 배터리 축전율(SOC), 레버 조작량(OA), 펌프 부하(PL), 엔진 정보(EI), 각종 차체 정보(VI)가 입력된다. 또한, 펌프 부하(PL)는, 부하 센서(23A)에 의해 직접적으로 검출할 필요는 없고, 예를 들어 유압 펌프(23)로부터 토출되는 작동유의 압력(토출압)으로부터 간접적으로 검출해도 된다.

모드 선택 장치(38)는, 예를 들어 스위치, 다이얼, 레버 등에 의해 구성되고, 후술하는 E 모드, P1 모드, P2 모드의 3종류의 모드 중 어느 하나를 선택한다. 모드 선택 장치(38)는, 캡(7) 내에 위치하여, 작업자에 의해 조작되고, 선택 중인 모드에 대응한 모드 정보(MODE)를 HCU(36)에 출력한다.

도 8 및 도 9에 도시하는 바와 같이, 차량 탑재 모니터(39)는, 캡(7) 내에 배치되고, 예를 들어 연료의 잔량, 엔진 냉각수의 수온, 가동 시간, 차내 온도 등과 같이 차체에 관한 각종 정보를 표시한다. 이것에 추가하여, 차량 탑재 모니터(39)는, HCU(36)에 접속됨과 함께, 모드 표시부(39A)를 구비하고 있다. 이 모드 표시부(39A)에는, E 모드, P1 모드, P2 모드 중 모드 선택 장치(38)에 의해 선택된 모드가 표시된다. 또한, 차량 탑재 모니터(39)는, 모드 선택 장치(38)에 접속됨으로써, 모드 정보(MODE)(E 모드, P1 모드, P2 모드)를 표시해도 된다.

HCU(36)는, 모드 선택 장치(38)에 의해 선택된 모드에 따라서 엔진(21), 발전 전동기(27), 선회 전동 모터(33)를 제어한다. 그러면, 다음으로 HCU(36)의 구체적인 구성에 대해, 도 3 내지 도 7을 참조하면서 설명한다.

도 3에 도시하는 바와 같이, HCU(36)는, 모드 변경 대응부(40)와 출력 지령 연산부(41)를 갖는다. 이 HCU(36)는, 모드 정보(MODE), 배터리 축전율(SOC), 레버 조작량(OA), 펌프 부하(PL), 엔진 정보(EI), 각종 차체 정보(VI)에 기초하여, 엔진 회전수 지령(ωe), 선회 전동 모터 역행 회생 전력 지령(Wrm), 발전 전동기 역행 발전 전력 지령(Wmg)을 출력한다.

모드 변경 대응부(40)는, 모드 정보(MODE), 배터리 축전율(SOC), 레버 조작량(OA)에 기초하여, 목표 축전율(SOC0)과 펌프 출력 제한(POL0)을 연산하고, 출력한다. 이때, 목표 축전율(SOC0)은, 축전 장치(31)의 배터리 축전율(SOC)의 목표값이다. 펌프 출력 제한(POL0)은, 유압 펌프(23)의 최대 출력의 제한값이다.

출력 지령 연산부(41)는, 목표 축전율(SOC0), 펌프 출력 제한(POL0), 배터리 축전율(SOC), 레버 조작량(OA), 펌프 부하(PL), 엔진 정보(EI), 각종 차체 정보(VI)에 기초하여, 엔진 회전수 지령(ωe), 선회 전동 모터 역행 회생 전력 지령(Wrm), 발전 전동기 역행 발전 전력 지령(Wmg)을 연산하고, 출력한다.

그러면, HCU(36)의 모드 변경 대응부(40)에 대해, 도 4 내지 도 6을 참조하면서 설명한다. 모드 변경 대응부(40)는, 모드 정보(MODE)에 따라서 목표 축전율(SOC0)을 결정함과 함께, 모드 정보(MODE), 배터리 축전율(SOC), 레버 조작량(OA)에 따라서 펌프 출력 제한(POL0)을 결정한다. 이로 인해, 모드 변경 대응부(40)는, 모드 선택 장치(38)에 의한 모드 정보(MODE)와, 조작량 센서(10A)에 의한 레버 조작량(OA)과, BCU(32)로부터 송신되는 배터리 축전율(SOC)을 입력으로 하고, 목표 축전율(SOC0)과 펌프 출력 제한(POL0)을 출력값으로 한다. 모드 변경 대응부(40)는, 목표 축전율 변경부(40A)와, 펌프 출력 제한 변경부(40B)와, 1차 지연 필터(40C)와, 펌프 출력 제한 변경 판정부(40D)와, 지연부(40E)를 구비하고 있다.

목표 축전율 변경부(40A)는, 목표 축전율 변경값(SOCn)을 출력한다. 구체적으로는, 목표 축전율 변경부(40A)는, 도 5에 나타내는 목표 축전율 및 펌프 출력 제한의 변경값 테이블(42)에 기초하여, 입력된 모드 정보(MODE)로부터 선택된 모드(E 모드, P1 모드, P2 모드)에 대응하여 미리 설정된 목표 축전율 변경값(SOCn)을 선택하고, 출력한다.

펌프 출력 제한 변경부(40B)는, 펌프 출력 제한 변경값(POLn)을 출력한다. 구체적으로는, 펌프 출력 제한 변경부(40B)는, 도 5에 나타내는 목표 축전율 및 펌프 출력 제한의 변경값 테이블(42)에 기초하여, 입력된 모드 정보(MODE)로부터 선택된 모드(E 모드, P1 모드, P2 모드)에 대응하여 미리 설정된 펌프 출력 제한 변경값(POLn)을 선택하고, 출력한다.

여기서는, 선택 가능한 모드는, E 모드, P1 모드, P2 모드의 3종류로 하고 있다. 이 중, E 모드는, 작업자가 작업량보다 연비를 우선하는 경우에 선택하는 모드로 한다. 도 5에 나타내는 바와 같이, E 모드에서는, 연비를 우선하므로, 펌프 출력 제한 변경값(POLn)은, 다른 모드(P1 모드, P2 모드)에 비해 작은 값으로 설정된다. 따라서, 축전 장치(31)는, 그다지 많은 에너지를 보유해 둘 필요는 없으므로, 목표 축전율 변경값(SOCn)은, 수명을 우선하여 배터리 축전율(SOC)의 적정 사용 범위(30∼70％) 중 절반 이하의 낮은 값(예를 들어 40％)으로 설정된다.

또한, P1 모드는, 작업자가 연비보다 작업량을 우선하는 경우에 선택하는 모드로 한다. P1 모드에서는, 작업량을 우선하므로, 펌프 출력 제한 변경값(POLn)은, E 모드에 비해 큰 값으로 설정된다. 따라서, 축전 장치(31)는, 가능한 한 많은 에너지를 보유해 둘 필요가 있으므로, 목표 축전율 변경값(SOCn)은, 배터리 축전율(SOC)의 적정 사용 범위 중 절반 이상의 높은 값(예를 들어 60％)으로 설정된다.

또한, P2 모드는, 예를 들어 등판 주행 등과 같이 쉬지 않고 중작업을 행할 때에 선택하는 것으로, 축전 장치(31)의 수명보다 작업의 지속력을 최우선하는 경우에 선택하는 모드로 한다. 이 P2 모드는, 목표 축전율(SOC0)을 축전 장치(31)의 적정 사용 범위의 최댓값 부근의 값으로 설정하는 최대 축전율 모드에 상당한다.

또한, 각 모드의 목표 축전율 변경값(SOCn) 및 펌프 출력 제한 변경값(POLn)은, 도 5에 기재된 것에 한정되지 않고, 유압 셔블(1)의 사양 등에 따라서 적절하게 설정된다.

도 4에 도시하는 바와 같이, 목표 축전율 변경부(40A)에 의해 결정된 목표 축전율 변경값(SOCn)은, 1차 지연 필터(40C)를 통해, 목표 축전율(SOC0)로서 출력된다. 이때, 1차 지연 필터(40C)는, 수초 정도(예를 들어 3∼7초 정도)의 시상수를 갖는다. 이 시상수는, 예를 들어 선회 장치(3), 작업 장치(11)의 1 동작에 필요한 시간 등에 기초하여 설정된다. 이에 의해, 목표 축전율(SOC0)은, 목표 축전율 전회값(SOCp)으로부터 목표 축전율 변경값(SOCn)으로 서서히 변경된다.

동시에, 펌프 출력 제한 변경 판정부(40D)에는, 목표 축전율 변경부(40A)로부터 출력된 목표 축전율 변경값(SOCn)과, 펌프 출력 제한 변경부(40B)로부터 출력된 펌프 출력 제한 변경값(POLn)과, BCU(32)로부터 출력된 배터리 축전율(SOC)이 입력됨과 함께, 지연부(40E)에 유지된 펌프 출력 제한 전회값(POLp)이 입력된다. 이것 외에도, 펌프 출력 제한 변경 판정부(40D)에는, 조작량 센서(9A, 10A)로부터의 레버 조작량(OA)이 입력된다. 펌프 출력 제한 변경 판정부(40D)는, 이들 입력에 기초하여, 도 6에 나타내는 펌프 출력 제한 변경 판정 처리를 실행한다. 이에 의해, 펌프 출력 제한 변경 판정부(40D)는, 펌프 출력 제한(POL0)을 펌프 출력 제한 변경값(POLn)으로 변경할지, 펌프 출력 제한 전회값(POLp)으로 유지할지를 결정하고, 결정한 펌프 출력 제한(POL0)을 출력한다.

여기서, 펌프 출력 제한 변경 판정부(40D)에서의 처리를, 도 6을 참조하면서 설명한다. 모드가 변경되었을 때에는, 목표 축전율(SOC0)과 펌프 출력 제한(POL0)은 동시에 변경된다. 단, 이하에 나타내는 바와 같이, 차체가 비조작 상태인지 여부에 따라서, 펌프 출력 제한(POL0)은, 펌프 출력 제한 변경값(POLn)과 펌프 출력 제한 전회값(POLp) 중 어느 것의 값으로 설정된다.

스텝 1에서는, 레버 조작량(OA)으로부터 차체가 비조작 상태에 있는지 판정한다. 스텝 1에서 「예」라고 판정하였을 때에는, 차체의 주행, 선회, 부앙동에 대한 조작이 없으므로, 스텝 2로 이행한다. 스텝 2에서는, 펌프 출력 제한(POL0)을 펌프 출력 제한 변경값(POLn)으로 변경하고, 펌프 출력 제한(POL0)을 출력한다.

한편, 스텝 1에서 「아니오」라고 판정하였을 때에는, 차체의 주행, 선회, 부앙동 중 어느 하나에 대한 조작이 되어 있으므로, 스텝 3으로 이행한다. 스텝 3에서는, 펌프 출력 제한(POL0)을 펌프 출력 제한 전회값(POLp)으로 유지하고, 펌프 출력 제한(POL0)을 출력한다. 스텝 2, 3이 종료되면, 복귀한다.

이에 의해, 펌프 출력 제한 변경 판정부(40D)는, 차체가 비조작 상태일 때에는, 펌프 출력 제한(POL0)을 펌프 출력 제한 변경값(POLn)으로 변경하고, 차체가 조작 상태일 때에는, 펌프 출력 제한(POL0)을 펌프 출력 제한 전회값(POLp)으로 유지한다.

모드 변경 대응부(40)의 목표 축전율 변경부(40A) 및 1차 지연 필터(40C)는, 선택된 모드에 따라서 목표 축전율(SOC0)을 설정하는 목표 축전율 설정부를 구성하고 있다. 또한, 모드 변경 대응부(40)의 펌프 출력 제한 변경부(40B) 및 펌프 출력 제한 변경 판정부(40D)는, 유압 펌프(23)의 최대 동력을 증가 또는 감소시키는 최대 동력 설정부를 구성하고 있다.

다음으로, HCU(36)의 출력 지령 연산부(41)에 대해, 도 7을 참조하면서 설명한다. 출력 지령 연산부(41)는, 모드 변경 대응부(40)에서 결정된 목표 축전율(SOC0), 펌프 출력 제한(POL0) 외에도, 배터리 축전율(SOC), 레버 조작량(OA), 펌프 부하(PL), 엔진 정보(EI), 각종 차체 정보(VI)에 기초하여, 엔진(21)의 엔진 회전수 지령(ωe), 발전 전동기(27)의 발전 전동기 역행 발전 전력 지령(Wmg), 선회 전동 모터(33)의 선회 전동 모터 역행 회생 전력 지령(Wrm)을 연산하고, 출력한다. 출력 지령 연산부(41)는, 이들 지령(ωe, Wmg, Wrm)에 의해, 배터리 축전율(SOC)이 목표 축전율(SOC0)에 근접하여, 그 값 부근에서 충전 또는 방전되도록, 엔진(21), 발전 전동기(27), 선회 전동 모터(33)를 제어한다.

출력 지령 연산부(41)의 일례로서, 엔진(21)을 회전수 제어하는 경우의 제어 처리를, 도 7을 참조하면서 설명한다. 이하에서는, 축전 장치(31)의 방전을 정(＋), 충전을 부(－)로 하고, 전동 모터의 역행을 정(＋), 발전, 회생을 부(－)로 한다.

출력 지령 연산부(41)는, 목표 충방전 전력 연산부(41A)와, 엔진 회전수 지령 연산부(41B)와, 전동 모터 전력 연산부(41C)를 갖는다. 목표 충방전 전력 연산부(41A)에는, 배터리 축전율(SOC)과 목표 축전율(SOC0)이 입력된다. 이때, 목표 충방전 전력 연산부(41A)는, 배터리 축전율(SOC)과 목표 축전율(SOC0)의 축전율 차 ΔSOC가 클수록, 축전율 차 ΔSOC가 작아지도록 목표 충방전 전력(Wcd)을 결정한다. 구체적으로는, 목표 충방전 전력 연산부(41A)는, 예를 들어 축전율 차 ΔSOC(ΔSOC＝SOC－SOC0)와 목표 충방전 전력(Wcd)의 값이 정의 상관이 되도록, 목표 충방전 전력(Wcd)을 결정하고, 출력한다.

다음으로, 전동 모터 전력 연산부(41C)에는, 목표 충방전 전력(Wcd)과 레버 조작량(OA)이 입력된다. 전동 모터 전력 연산부(41C)는, 레버 조작량(OA)에 의해 선회의 역행, 제동이 판단되고, 선회 전동 모터 역행 회생 전력 지령(Wrm)을 출력한다. 그리고, 전동 모터 전력 연산부(41C)는, 목표 충방전 전력(Wcd)과 선회 전동 모터 역행 회생 전력 지령(Wrm)의 차를 취하여 발전 전동기 역행 발전 전력 지령(Wmg)을 산출하고, 발전 전동기 역행 발전 전력 지령(Wmg)을 출력한다.

또한, 엔진 회전수 지령 연산부(41B)에는, 발전 전동기 역행 발전 전력 지령(Wmg), 엔진 정보(EI), 펌프 부하(PL), 펌프 출력 제한(POL0)이 입력된다. 펌프 부하(PL)가 펌프 출력 제한(POL0)보다 작을 때에는, 엔진 회전수 지령 연산부(41B)는, 펌프 부하(PL)와 발전 전동기 역행 발전 전력 지령(Wmg)의 합을 취하여 엔진 목표 출력으로 한다. 펌프 부하(PL)가 펌프 출력 제한(POL0)보다 클 때에는, 엔진 회전수 지령 연산부(41B)는, 펌프 출력 제한(POL0)과 발전 전동기 역행 발전 전력 지령(Wmg)의 합을 취하여 엔진 목표 출력으로 한다. 그리고 나서, 엔진 회전수 지령 연산부(41B)는, 예를 들어 현재의 엔진 회전수 등과 같은 엔진 정보(EI)와 엔진 목표 출력에 기초하여 엔진 회전수 지령(ωe)을 산출하고, 엔진 회전수 지령(ωe)을 출력한다.

또한, 출력 지령 연산부(41)는, 목표 축전율(SOC0), 펌프 출력 제한(POL0), 배터리 축전율(SOC), 레버 조작량(OA), 펌프 부하(PL), 엔진 정보(EI)에 기초하여, 발전 전동기 역행 발전 전력 지령(Wmg), 선회 전동 모터 역행 회생 전력 지령(Wrm), 엔진 회전수 지령(ωe)을 산출하는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 출력 지령 연산부(41)는 목표 축전율(SOC0), 펌프 출력 제한(POL0), 배터리 축전율(SOC), 레버 조작량(OA), 펌프 부하(PL), 엔진 정보(EI) 외에도, 예를 들어 차량 속도, 냉각수 온도, 연료 잔량 등과 같은 각종 차체 정보(VI)에 기초하여, 발전 전동기 역행 발전 전력 지령(Wmg), 선회 전동 모터 역행 회생 전력 지령(Wrm), 엔진 회전수 지령(ωe)을 산출해도 된다.

HCU(36)는, 이상의 연산 처리에 의해, 발전 전동기 역행 발전 전력 지령(Wmg), 선회 전동 모터 역행 회생 전력 지령(Wrm), 엔진 회전수 지령(ωe)을 산출한다. 그리고, HCU(36)는, 발전 전동기 역행 발전 전력 지령(Wmg)을 제1 인버터(28)에 출력하고, 선회 전동 모터 역행 회생 전력 지령(Wrm)을 제2 인버터(34)에 출력하고, 엔진 회전수 지령(ωe)을 ECU(22)로 송신한다. 이에 의해, HCU(36)는, 작업자가 의도하는 차체 동작의 실현과, 모드에 의해 설정된 목표 축전율(SOC0)에 배터리 축전율(SOC)가 수렴되도록, 발전 전동기(27), 선회 전동 모터(33), 엔진(21)의 제어를 행한다.

이리하여, 본 실시 형태에 따르면, HCU(36)는, E 모드, P1 모드, P2 모드 중 작업자가 모드 선택 장치(38)에 의해 선택한 모드에 따라서, 축전 장치(31)의 목표 축전율(SOC0)을 변경한다. 이에 의해, 작업자는 축전 장치(31)의 수명과 축전 장치(31)의 보유 에너지에서 유래되는 작업량의 우선도를 능동적으로 선택할 수 있다.

예를 들어 경부하일 때에는, E 모드를 선택하여 목표 축전율(SOC0)을 저하시킬 수 있다. 이로 인해, 배터리 축전율(SOC)이 낮은 상태에서 축전 장치(31)는 충방전을 반복하게 되어, 축전 장치(31)의 열화를 억제하여, 축전 장치(31)의 수명을 연장시킬 수 있다. 한편, 중부하일 때에는, P1 모드나 P2 모드를 선택하여, 목표 축전율(SOC0)을 상승시킬 수 있다. 이에 의해, 축전 장치(31)에 큰 에너지를 축적해 둘 수 있으므로, 더욱 장시간에 걸쳐 발전 전동기(27)에의 전력 공급을 행하고, 발전 전동기(27)를 역행시켜 엔진(21)을 어시스트하는, 즉, 작업자의 요구에 따른 차체의 동작을 행할 수 있다.

또한, HCU(36)는, 목표 축전율(SOC0)이 낮은 E 모드의 펌프 출력 제한(POL0)을, 목표 축전율(SOC0)이 높은 P1 모드나 P2 모드보다 작게 설정하고 있다. 이에 의해, 수명을 우선한 E 모드라도, P1 모드나 P2 모드에 비해 유압 펌프(23)의 최대 출력을 작은 값으로 제한할 수 있다. 이 결과, 예를 들어 발전 전동기(27)나 선회 전동 모터(33)의 역행에 의한 축전 장치(31)의 방전 에너지량을 작게 할 수 있으므로, 축전 장치(31)의 에너지 부족(전력 부족)을 예방할 수 있다.

또한, HCU(36)의 모드 변경 대응부(40)는, 목표 축전율 변경부(40A)의 출력측에 1차 지연 필터(40C)를 설치하였으므로, 목표 축전율(SOC0)을 목표 축전율 전회값(SOCp)으로부터 목표 축전율 변경값(SOCn)으로 시간적으로 연속하여 서서히 변화시킨다. 이에 의해, 모드 변경에 의한 급준한 배터리 축전율(SOC)의 변화를 방지할 수 있으므로, 예기치 않은 차체 동작을 방지할 수 있다.

이것에 추가하여, HCU(36)의 모드 변경 대응부(40)는 모드 선택 장치(38)에 의해 모드가 변경되고, 또한 차체가 비조작 상태로 되었을 때, 펌프 출력 제한(POL0)을 변경한다. 이로 인해, 예를 들어 하부 주행체(2)의 주행 도중, 상부 선회체(4)의 선회 도중, 작업 장치(11)의 굴삭 동작 도중 등과 같이, 차체의 조작 도중에 유압 펌프(23)의 최대 동력이 변경되는 일이 없어, 차체의 정지 상태에서 유압 펌프(23)의 최대 동력을 변경할 수 있다. 이 결과, 모드 변경하였을 때라도, 예기치 않은 차체 동작을 방지할 수 있다.

또한, 모드 선택 장치(38)는, 목표 축전율(SOC0)을 적절한 배터리 축전율(SOC)의 사용 범위 최대 부근으로 설정하는 P2 모드를 선택 가능하게 하였다. 이에 의해, 예를 들어 등판 주행 시 등과 같이 쉬지 않고 중부하 작업을 행할 때라도, 작업자가 P2 모드를 선택함으로써, 작업 지속력을 최우선으로 할 수 있어, 가능한 한 장시간에 걸쳐 차체 동작을 계속시킬 수 있다.

또한, 모드 선택 장치(38)에 의해 선택된 모드를 표시하는 차량 탑재 모니터(39)를 구비하였으므로, 작업자는 차량 탑재 모니터(39)를 눈으로 봄으로써, 현재 선택되어 있는 모드를 용이하게 파악할 수 있다. 이로 인해, 작업자가 요구하는 작업과 현재의 모드를 용이하게 대비할 수 있으므로, 양자가 상이한 경우에는, 신속하게 모드를 변경할 수 있다.

또한, 엔진(21)의 최대 출력은 유압 펌프(23)의 최대 동력보다 작게 하였으므로, 소형이며 연비 저감이 가능한 엔진(21)을 사용할 수 있다. 한편, 엔진(21)의 최대 출력은 유압 펌프(23)의 최대 동력보다 작게 하였으므로, 엔진 출력이 최대 펌프 부하에 비해 충분히 큰 경우에 비해, 차체 동작 시의 발전 전동기(27)의 역행에 의한 엔진 어시스트가 기여하는 비율은 커, 축전 장치(31)가 충방전을 반복하는 빈도가 높아지는 경향이 있다. 이에 반해, 본 실시 형태에서는, E 모드를 선택함으로써, 목표 축전율(SOC0)을 낮은 값으로 설정할 수 있다. 이 결과, 목표 축전율(SOC0)을 높은 값으로 설정한 경우에 비해, 축전 장치(31)의 열화를 억제할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 모드 선택 장치(38)는, 서로 다른 목표 축전율(SOC0)과 펌프 출력 제한(POL0)을 설정한 3종류의 모드(E 모드, P1 모드, P2 모드)를 선택 가능하게 하였다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 모드 선택 장치는 4종 이상의 모드를 선택 가능하게 하고, 이들 모드에 따라서 목표 축전율이나 펌프 출력 제한을 더욱 세밀하게 제어해도 된다. 모드 선택 장치는, E 모드와 P1 모드의 중간의 목표 축전율과 펌프 출력 제한이 설정된 제4 모드를 선택 가능하게 해도 된다. 또한, 모드 선택 장치는, P1 모드와 P2 모드 중 어느 한쪽의 모드를 생략하고, 2종류의 모드를 선택 가능하게 해도 된다.

상기 실시 형태에 의한 모드 변경 대응부(40)는, 1차 지연 필터(40C)에 의해 목표 축전율(SOC0)을 목표 축전율 전회값(SOCp)으로부터 목표 축전율 변경값(SOCn)으로 서서히 변화시키는 것으로 하였다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 시간적으로 연속하여 목표 축전율(SOC0)을 서서히 변화시키는 것이면 되고, 예를 들어 목표 축전율(SOC0)을, 소정의 추이 시간을 갖고 목표 축전율 전회값(SOCp)으로부터 목표 축전율 변경값(SOCn)으로 비례 변화시켜도 된다.

상기 실시 형태에서는, 엔진(21)의 최대 출력을 유압 펌프(23)의 최대 동력보다 작게 하였지만, 엔진(21)의 최대 출력은, 유압 셔블(1)의 사양 등에 따라서 적절하게 설정된다. 이로 인해, 엔진(21)의 최대 출력은, 유압 펌프(23)의 최대 동력과 동일 정도여도 되고, 유압 펌프(23)의 최대 동력보다 작아도 된다.

상기 실시 형태에서는, 축전 장치(31)에 리튬 이온 배터리를 사용한 예로 설명하였지만, 필요한 전력을 공급 가능한 이차 전지(예를 들어, 니켈 카드뮴 배터리, 니켈 수소 배터리)나 커패시터를 채용해도 된다. 또한, 축전 장치와 직류 모선 사이에 DC-DC 컨버터 등의 승압-강압 장치를 설치해도 된다.

상기 실시 형태에서는, 펌프 출력 제한(POL0)에 따라서 엔진(21)의 회전수를 제한하는 것으로 하였지만, 예를 들어 가변 용량형 유압 펌프를 사용하는 경우에는, 펌프 출력 제한(POL0)에 따라서 유압 펌프의 토출 용량을 변화시키는 구성으로 해도 된다.

상기 실시 형태에서는, 선회 유압 모터(26)와 선회 전동 모터(33)를 구비하는 것으로 하였다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 선회 유압 모터(26)와 선회 전동 모터(33) 중 어느 한쪽을 생략하는 구성으로 해도 된다.

상기 실시 형태에서는, 하이브리드 건설 기계로서 크롤러식 하이브리드 유압 셔블(1)을 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 엔진과 유압 펌프에 연결된 발전 전동기와, 축전 장치를 구비한 하이브리드 건설 기계이면 되며, 예를 들어 휠식 하이브리드 유압 셔블, 하이브리드 휠 로더, 덤프트럭 등의 각종 건설 기계에 적용 가능하다.

1 : 하이브리드식 유압 셔블
2 : 하부 주행체(차체)
4 : 상부 선회체(차체)
9 : 주행용 조작 장치
9A, 10A : 조작량 센서(차체 조작 상태 검출 장치)
10 : 작업용 조작 장치
11 : 작업 장치
11D : 붐 실린더(유압 액추에이터)
11E : 아암 실린더(유압 액추에이터)
11F : 버킷 실린더(유압 액추에이터)
21 : 엔진
23 : 유압 펌프
25 : 주행 유압 모터(유압 액추에이터)
26 : 선회 유압 모터(유압 액추에이터)
27 : 발전 전동기
31 : 축전 장치
33 : 선회 전동 모터
36 : 하이브리드 컨트롤 유닛(컨트롤러)
38 : 모드 선택 장치
39 : 차량 탑재 모니터
40 : 모드 변경 대응부
40A : 목표 축전율 변경부
40B : 펌프 출력 제한 변경부
40C : 1차 지연 필터
40D : 펌프 출력 제한 변경 판정부
40E : 지연부
41 : 출력 지령 연산부

Claims

차체에 설치된 엔진과, 상기 엔진에 기계적으로 접속된 유압 펌프와, 상기 유압 펌프로부터의 압유에 의해 구동하는 유압 액추에이터와, 상기 엔진과 기계적으로 접속된 발전 전동기와, 상기 발전 전동기에 전기적으로 접속된 축전 장치와, 상기 발전 전동기 및 상기 축전 장치의 충방전 전력을 제어하는 컨트롤러를 구비한 하이브리드 건설 기계에 있어서,
작업량이나 연비에 따라서 설정된 복수의 모드 중 어느 하나의 모드를 선택하는 모드 선택 장치를 더 구비하고,
상기 복수의 모드는 각각 반복적인 충방전에 의해 상기 축전 장치의 열화를 발생시키는 높은 축전율을 배재하는 적정 사용 범위 내에서, 서로 다른 목표 축전율이 설정되며,
상기 컨트롤러는, 상기 축전 장치의 축전율이 상기 모드 선택 장치에 의해 선택된 모드의 목표 축전율에 수렴되도록, 상기 발전 전동기 및 상기 축전 장치의 충방전 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 건설 기계.
제1항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 유압 펌프의 최대 동력을 증가 또는 감소시키는 최대 동력 설정부를 구비하고,
상기 최대 동력 설정부는, 상기 모드 선택 장치에 의해 선택된 모드의 목표 축전율이 낮아짐에 따라서, 상기 유압 펌프의 최대 동력을 작은 값으로 제한하여 이루어지는, 하이브리드 건설 기계.
제1항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 모드 선택 장치에 의해 모드가 변경되었을 때, 상기 목표 축전율의 값을 모드 변경 전의 값으로부터 모드 변경 후의 값으로 연속적으로 서서히 변화시켜 이루어지는, 하이브리드 건설 기계.
제2항에 있어서,
상기 차체의 조작 상태를 검출하는 차체 조작 상태 검출 장치를 더 구비하고,
상기 최대 동력 설정부는, 상기 모드 선택 장치에 의해 모드가 변경되고, 또한 상기 차체 조작 상태 검출 장치에 의해 상기 차체의 비조작 상태가 검출되었을 때, 상기 유압 펌프의 최대 동력을 변경하여 이루어지는, 하이브리드 건설 기계.
제2항에 있어서,
상기 모드 선택 장치는, 상기 유압 펌프의 최대 동력을 제한하지 않고, 또한 상기 목표 축전율을 상기 축전 장치의 최대 축전율 부근으로 하는 최대 축전율 모드를 선택 가능하게 하는, 하이브리드 건설 기계.
제1항에 있어서,
상기 모드 선택 장치에 의해 선택된 모드를 표시하는 차량 탑재 모니터를 더 구비하여 이루어지는, 하이브리드 건설 기계.
제1항에 있어서,
상기 엔진의 최대 출력은, 상기 유압 펌프의 최대 동력보다 작게 하여 이루어지는, 하이브리드 건설 기계.