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JP5186690B2 - ハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定方法および装置 - Google Patents

ハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定方法および装置 Download PDF

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JP5186690B2
JP5186690B2 JP2008073602A JP2008073602A JP5186690B2 JP 5186690 B2 JP5186690 B2 JP 5186690B2 JP 2008073602 A JP2008073602 A JP 2008073602A JP 2008073602 A JP2008073602 A JP 2008073602A JP 5186690 B2 JP5186690 B2 JP 5186690B2
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Japan
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power storage
deterioration state
capacity
capacitor
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潤 山根
貴義 遠藤
知久 佐藤
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Komatsu Ltd
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Komatsu Ltd
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Description

本発明は、エンジンと発電電動機と蓄電装置と作業機とが備えられたハイブリッド建設機械に関し、特に、キャパシタなどの蓄電装置の劣化状態を判定することができる方法および装置に関するものである。
近年、建設機械の分野においても一般自動車と同様にハイブリッド車が開発されている。 この種のハイブリッド建設機械には、エンジンと発電電動機と蓄電装置と作業機とが備えられている。ここで、蓄電装置は、充放電を自由に行うことができる蓄電池のことであり、キャパシタや二次電池などによって構成されている。なお、以下では、蓄電装置として、キャパシタを代表させて説明する。蓄電装置としてのキャパシタは、発電電動機が発電作用した場合に発電した電力を蓄積する。またキャパシタは、キャパシタに蓄積された電力を発電インバータなどのドライバを介して発電電動機に、または同電力を電力負荷、たとえば作業機を駆動するための電動モータに供給する。
キャパシタは、長期間使用されたり、過充電あるいは過放電を繰り返したりすると、または発熱などによって、劣化が進行する。特に建設機械は、過酷な環境下で使用されるため、車載されたキャパシタは、劣化が進み易い。キャパシタが劣化すると、ハイブリッド建設機械は、電動モータに供給する電力が低下し、作業能力が低下する。このため、キャパシタの劣化状態を事前に判定し、劣化が限度まで進行している場合には、キャパシタを交換するなどの必要なメンテナンスを施す必要がある。
ここで、キャパシタの劣化状態を判定する技術として、以下の技術がある。
（従来技術１）
現在実施されているキャパシタ劣化判定方法としては、サービスマンのために用意されている高出力放電装置を用いて、キャパシタの容量を計測し、計測した容量が規定する容量以下になったか否かを判定するという方法がある。なお、キャパシタの容量計測値が規定容量以下に達している場合には、キャパシタを交換するメンテナンスが施される。この方法によると、まず、ハイブリッド建設機械に車載されているキャパシタを車上から降ろし、キャパシタを高出力放電装置がある場所まで運び、高出力放電装置とキャパシタとを接続する作業が行なわれる。そして、高出力放電装置を用いて、キャパシタに充放電を繰り返し、そのときの電圧値、電流値を検出し、さらに電圧検出値、電流検出値に基づいてキャパシタの容量を計測し、計測した容量が規定する容量以下になったか否かを判定するというものである。
（従来技術２）
特許文献１には、ハイブリッド建設機械のエンジンを始動する前に、エンジンや発電電動機を駆動させない状態で、昇降圧コンバータユニットからキャパシタに電力を供給し、そのときのキャパシタの電圧値と電流値を検出し、検出した電圧値と電流値に基づいてキャパシタの内部抵抗値を算出し、算出した内部抵抗値に基づいてキャパシタの劣化状態を判定するという発明が記載されている。
特開２００７−１５５５８６号公報
上記従来技術１では、車載したキャパシタを降し、運搬し、高出力放電装置に接続する作業を行う必要がある。このためキャパシタ劣化判定のために多大な労力と作業時間が費やされるという問題がある。
しかも、キャパシタの端子電圧は、３００Ｖという高電圧であり、車載したキャパシタを降し、運搬し、高出力放電装置に接続する作業は、危険を伴う。
さらに高出力放電装置はサービスマンのために用意されている特別な装置であり、ユーザ、オペレータが簡易に運転席にて劣化状態の判定結果を知ることができない。またキャパシタ劣化判定の作業に時間をとられ、その間、建設機械を稼動できなくなり稼動効率が悪化するという問題もある。
一方、上記従来技術２によれば、キャパシタを車載した状態で、なおかつハイブリッド建設機械に搭載されたシステムで、キャパシタ劣化判定を行うことができる。このため上記従来技術１で生じる上述の諸問題は解決される。
しかし、この技術は、エンジンや発電電動機を駆動させない状態で、昇降圧コンバータユニットからキャパシタに電力を供給するというシステム構成にすることを前提とする。ここで、ハイブリッド建設機械の稼動中の通常の電気エネルギーの流れは、エンジンと発電電動機が駆動され、発電電動機が発電作用した場合に発電した電力がキャパシタに蓄積されるというものである（これを通常制御という）。なお、回生時には電動モータなどの電力負荷からキャパシタに電気エネルギーが供給され充電されることもある。
従来技術２では、エンジンと発電電動機が駆動されてキャパシタが充電されるという通常制御とは異なり、エンジンと発電電動機を駆動しないでキャパシタを充電するという特別なシステム構成としなければならない。特別なシステム構成のため、通常制御とは異なる全く別の制御が必要となり、制御が繁雑となる。
さらに、キャパシタの電圧値と電流値を検出し、検出した電圧値と電流値に基づいてキャパシタの内部抵抗値を算出し、算出した内部抵抗値に基づいてキャパシタの劣化状態を判定するという方法をとるため、キャパシタの電流値を検出するための電流センサが必須となる。電流センサは、通常制御時に必須なセンサではない。このため部品点数削減やコストダウンあるいは小型化のために電流センサは、既存のハイブリッド建設機械に設けられていないのが通例である。従来技術２によれば、キャパシタ劣化判定のためだけに電流センサを設ける必要があり、装置コストが嵩むという問題がある。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、キャパシタなどの蓄電装置を車載した状態で、なおかつ外部の装置ではなくハイブリッド建設機械に搭載されたシステムで、キャパシタなどの蓄電装置の劣化判定を行うことができるようにすることを解決課題とする。しかも、そのシステムは既存の装置構成をそのまま利用でき、特別なシステム構成と必要としないで済ませるようして、電流センサなど新たにセンサを追加する必要をなくすことを解決課題とするものである。
第１発明は、
エンジンと、発電電動機と、蓄電装置と、電力負荷と、電力負荷によって作動する作業機とが備えられたハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定方法であって、
少なくとも作業機が停止中であることを確認するステップと、
作業機が停止中であることが確認された場合に、劣化状態判定時制御モードに移行させ、発電電動機を所定の回転数および所定のトルクで駆動して、蓄電装置を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させるステップと、
劣化状態判定時制御モード時の発電電動機の回転数値およびトルク値と、蓄電装置の充電開始電圧値および充電終了電圧値と、蓄電装置が充電開始電圧値から充電終了電圧値に達するまでに要した時間とに基づいて、蓄電装置の容量を算出するステップと、
算出した蓄電装置の容量と基準となる容量を比較することによって、蓄電装置の劣化状態を判定するステップと
を含むことを特徴とする。
第２発明は、第１発明において、
蓄電装置の容量は、劣化状態判定時制御モード時における蓄電装置の温度によって補正された上で算出されること
を特徴とする。
第３発明は、第１発明において、
劣化状態判定時制御モードでは、蓄電装置を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させる充電動作が複数回行われ、
各充電動作毎の蓄電装置の容量を平均した平均容量を算出し、平均容量と基準となる容量を比較することによって、蓄電装置の劣化状態を判定すること
を特徴とする。
第４発明は、第１発明において、
蓄電装置の劣化状態の判定結果を表示するステップを更に含むこと
を特徴とする。
第５発明は、
エンジンと、
エンジンの出力軸に駆動軸が連結され、発電作用と電動作用を行う発電電動機と、
発電電動機が発電作用を行うことにより電力が蓄積され、電力を電力負荷および発電電動機に供給する蓄電装置と、
電力負荷と、
電力負荷によって作動する作業機と
が備えられたハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定装置であって、
蓄電装置の充電電圧値を検出する電圧値検出手段と、
蓄電装置の劣化状態を判定するための制御を行なう制御装置と
が備えられ、制御装置は、
少なくとも作業機が停止中であることを確認し、作業機が停止中であることが確認された場合に、劣化状態判定時制御モードに移行させる指令を出力する状態管理部と、
状態管理部から指令が与えられた場合に、劣化状態判定時制御モードに移行させ、発電電動機を所定の回転数および所定のトルクで駆動して、蓄電装置を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させるようにエンジンおよび発電電動機に制御指令を与えるとともに、電圧値検出手段で検出される蓄電装置の充電電圧値を取り込む充放電制御部と、
劣化状態判定時制御モード時の発電電動機の回転数値およびトルク値と、蓄電装置の充電開始電圧値および充電終了電圧値と、蓄電装置が充電開始電圧値から充電終了電圧値に達するまでに要した時間とに基づいて、蓄電装置の容量を算出する容量算出部と、
算出した蓄電装置の容量と基準となる容量を比較することによって、蓄電装置の劣化状態を判定する劣化判定部と
を含んで構成されること
を特徴とする。
第６発明は、第５発明において、
蓄電装置の温度を検出する温度検出手段がさらに備えられ、
容量算出部は、蓄電装置の容量を、劣化状態判定時制御モード時における蓄電装置の温度によって補正した上で算出すること
を特徴とする。
第７発明は、第５発明において、
充放電制御部は、蓄電装置を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させる充電動作を複数回行なわせ、
容量算出部は、各充電動作毎の蓄電装置の容量を平均した平均容量を算出し、
劣化判定部は、平均容量と基準となる容量を比較することによって、蓄電装置の劣化状態を判定すること
を特徴とする。
第８発明は、第５発明において、
表示器がさらに備えられ、
制御装置は、
蓄電装置の劣化状態の判定結果を表示器に表示させる状態表示部を更に含むこと
を特徴とする。
第９発明は、第５発明において、
電力負荷は、作業機を駆動する電動モータであること
を特徴とする。
第１発明によれば、図３に示すように、まず、少なくとも作業機２が停止中であることが確認される（ステップ１０１）。
つぎに、作業機２が停止中であることが確認された場合に、劣化状態判定時制御モードに移行され、発電電動機２０が所定の回転数および所定のトルクが駆動されて、蓄電装置３０が所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇される（ステップ１０２）。
つぎに、劣化状態判定時制御モード時の発電電動機２０の回転数値およびトルク値と、蓄電装置３０の充電開始電圧値および充電終了電圧値と、蓄電装置３０が充電開始電圧値から充電終了電圧値に達するまでに要した時間とに基づいて、蓄電装置３０の容量が算出される（ステップ１０３）。
つぎに、算出した蓄電装置３０の容量と基準となる容量を比較することによって、蓄電装置３０の劣化状態が判定される（ステップ１０４）。
第１発明によれば、キャパシタなどの蓄電装置３０を車載した状態で、なおかつ外部の装置ではなくハイブリッド建設機械１に搭載されたシステムで、キャパシタなどの蓄電装置３０の劣化判定を行うことができる。
しかも、エンジン１０と発電電動機２０を駆動して蓄電装置３０を充電するという通常制御と同様にエンジン１０と発電電動機２０を駆動して蓄電装置３０を充電するという劣化状態判定時制御モードを実施することによって、蓄電装置３０の劣化判定を行うことができる。このため蓄電装置３０の劣化判定を行なうために通常制御と同様の制御を行なえばよく、既存の装置、システムをそのまま利用でき、制御が繁雑になることはない。
また、本発明では、劣化状態判定時制御モード時の発電電動機２０の回転数値およびトルク値と、蓄電装置３０の充電開始電圧値および充電終了電圧値と、蓄電装置３０が充電開始電圧値から充電終了電圧値に達するまでに要した時間とに基づいて、蓄電装置３０の容量を算出するようにしており、既存の装置に備えられているセンサ等をそのまま利用できる。従来技術２のように電流センサなど新たにセンサを追加する必要がない。
第２発明では、図６のステップ４０６に示すように、蓄電装置３０の容量は、劣化状態判定時制御モード時における蓄電装置３０の温度によって補正された上で算出される。
第３発明では、図５のステップ３０１からステップ３０６に示すように、劣化状態判定時制御モードでは、蓄電装置３０を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させる充電動作が複数回行われ、図６のステップ４０５に示すように、各充電動作毎の蓄電装置の容量を平均した平均容量が算出され、図７のステップ５０２に示すように、平均容量と基準となる容量を比較することによって、蓄電装置３０の劣化状態が判定される。
第４発明では、図３のステップ１０５に示すように、更に、蓄電装置３０の劣化状態の判定結果を表示するステップが実施される。
第５発明は、第１発明の方法の発明に対応する装置の発明であり、ハイブリッド建設機械１は、図１に示すように、エンジン１０と、エンジン１０の出力軸に駆動軸が連結され、発電作用と電動作用を行う発電電動機２０と、発電電動機２０が発電作用を行うことにより電力が蓄積され、電力を電力負荷４０および発電電動機２０に供給する蓄電装置３０と、電力負荷４０と、電力負荷４０によって作動する作業機２と、蓄電装置の充電電圧値を検出する電圧値検出手段５０と、蓄電装置３０の劣化状態を判定するための制御を行なう制御装置６０とが備えられている。
制御装置６０は、図２に示すように、状態管理部６１と、充放電制御部６２と、容量算出部６３と、劣化判定部６４とを備えている。
状態管理部６１は、少なくとも作業機２が停止中であることを確認し、作業機２が停止中であることが確認された場合に、劣化状態判定時制御モードに移行させる指令を出力する。
充放電制御部６２は、状態管理部６１から指令が与えられた場合に、劣化状態判定時制御モードに移行させ、発電電動機２０を所定の回転数および所定のトルクで駆動して、蓄電装置３０を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させるようにエンジン１０および発電電動機２０に制御指令を与えるとともに、電圧値検出手段５０で検出される蓄電装置３０の充電電圧値を取り込む。
容量算出部６３は、劣化状態判定時制御モード時の発電電動機２０の回転数値およびトルク値と、蓄電装置３０の充電開始電圧値および充電終了電圧値と、蓄電装置３０が充電開始電圧値から充電終了電圧値に達するまでに要した時間とに基づいて、蓄電装置３０の容量を算出する。
劣化判定部６４は、算出した蓄電装置３０の容量と基準となる容量を比較することによって、蓄電装置３０の劣化状態を判定する。
第６発明では、蓄電装置３０の温度を検出する温度検出手段３１がさらに備えられ、容量算出部６３は、蓄電装置３０の容量を、劣化状態判定時制御モード時における蓄電装置３０の温度によって補正した上で算出する。
第７発明では、充放電制御部６２は、蓄電装置３０を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させる充電動作を複数回行なわせ、容量算出部６３は、各充電動作毎の蓄電装置３０の容量を平均した平均容量を算出し、劣化判定部６４は、平均容量と基準となる容量を比較することによって、蓄電装置３０の劣化状態を判定する。
第８発明では、図１に示すように、表示器７１がさらに備えられ、制御装置６０の状態表示部６５は、蓄電装置３０の劣化状態の判定結果を表示器７１に表示させる。
第９発明では、図１に示すように、作業機２を駆動する電動モータ４０を、電力負荷として装置が構成される。
以下、図面を参照してハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定方法および装置の実施の形態について説明する。なお、以下では、蓄電装置は、キャパシタであり、電力負荷は、作業機２を駆動する電動モータであるとして説明する。
図１は、実施例の全体装置構成を示す。
同図１に示すように、実施例のハイブリッド建設機械１は、エンジン１０と、エンジンの出力軸に駆動軸が連結され、発電作用と電動作用を行う発電電動機２０と、発電電動機２０が発電作用を行うことにより電力が蓄積され、電力を電力負荷としての電動モータ４０および発電電動機２０に供給する蓄電装置としてのキャパシタ３０と、電力負荷としての電動モータ４０と、電動モータ４０によって作動する作業機２とを備えられている。
電圧値検出手段としての電圧センサ５０は、キャパシタ３０の充電電圧値を検出する。
温度検出手段としての温度センサ３１は、キャパシタ３０の温度を検出する。
運転席には、モニタ７０が設けられている。モニタ７０は、表示器７１を有している。
制御装置６０は、キャパシタ３０の劣化状態を判定するための劣化状態判定時制御を行なうために設けられている。制御装置６０は、図２にて後述するように、状態管理部６１と、充放電制御部６２と、容量算出部６３と、劣化判定部６４と、状態表示部６５とからなる。充放電制御部６２と、容量算出部６３と、劣化判定部６４は、コントローラ６９に設けられており、状態管理部６１と、状態表示部６５は、モニタ７０に設けられている。また、コントローラ６９は、通常制御部６６を備えており、通常制御を行なう。電圧センサ５０および温度センサ３１の検出信号は、制御装置６０に入力される。
一体型インバータ８０は、コントローラ６９と、交流信号線８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄ、８１ｅ、８１ｆと、ドライバ８２と、直流信号線８３ａ、８３ｂと、インバータ８４と、交流信号線８５ａ、８５ｂ、８５ｃと、直流信号線８６ａ、８６ｂと、コンバータ８７と、直流信号線８８ａ、８８ｂと、コンタクタ８９とを含んで構成されている。
発電電動機２０は、たとえばＳＲ（Ｓｗｉｃｈｅｄ Ｒｅｌｕｃｔａｎｓｅ）モータが使用される。
ドライバ８２は、発電電動機２０を駆動するインバータで構成されている。発電電動機２０は、ドライバ８２に交流信号線８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄ、８１ｅ、８１ｆを介して電気的に接続されている。
ドライバ８２は、直流信号線８３ａ、８３ｂを介してインバータ８４に電気的に接続されている。インバータ８４は、交流信号線８５ａ、８５ｂ、８５ｃを介して電動モータ４０に電気的に接続されている。電動モータ４０は、たとえばＰＭ（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔｉｃ）モータが使用される。
電動モータ４０の出力軸は、作業機２の駆動軸に接続されている。たとえば建設機械が油圧ショベルの場合、電動モータ４０は、上部旋回体を旋回させるための旋回モータであり、作業機２は、旋回モータの回転速度を減速して上部旋回体を旋回するスイングマシナリである。作業機２は、操作レバー２ａによって操作される。操作レバー２ａが中立になったことは、中立位置センサ２ｂで検出され、制御装置６０に入力される。
キャパシタ３０は、直流信号線８８ａ、８８ｂを介してコンバータ８７に電気的に接続されている。直流信号線８８ａには、コンタクタ８９が設けられている。コンタクタ８９は、エンジンキースイッチが投入されることにより、閉じられ、直流信号線８８ａが導通状態となる。
コンバータ８７は、直流信号線８６ａ、８６ｂを介して、直流信号線８３ａ、８３ｂに電気的に接続されている。コンバータ８７は、キャパシタ３０の充電電圧を昇圧して直流信号線８３ａ、８３ｂに、昇圧された電圧を印加するために設けられている。コンバータ８７は、たとえばＡＣリンク双方向ＤＣ-ＤＣコンバータで構成されている。コンバータ８７は、コントローラ６９によって制御される。
エンジン１０の回転数、つまり発電電動機２０の回転数は、コントローラ６９によって制御される。コントローラ６９は、エンジン１０に対してエンジン１０を所定の回転数で回転させるための回転数指令を与える。
発電電動機２０のトルクは、コントローラ６９によって制御される。コントローラ６９は、ドライバ８２に対して発電電動機２０を所定のトルクで駆動させるためのトルク指令を与える。
発電電動機２０は、ドライバ８２によってトルク制御される。ドライバ８２に対して負（−）極性のトルク指令が与えられると、ドライバ８２は発電電動機２０が発電機として作動するように制御する。すなわちエンジン１０で発生した出力トルクの一部は、発電電動機２０の駆動軸に伝達されてエンジン１０のトルクを吸収して発電が行われる。そして発電電動機２０で発生した交流電力は、発電インバータとしてのドライバ８２で直流電力に変換されて直流信号線８３ａ、８３ｂに供給される。
また、ドライバ８２に対して正（＋）極性のトルク指令が与えられると、ドライバ８２は発電電動機２０が電動機として作動するように制御する。すなわちキャパシタ３０に蓄積された直流電力は、直流信号線８８ａ、８８ｂ、コンバータ８７、直流信号線８６ａ、８６ｂ、直流信号線８３ａ、８３ｂを介して、発電インバータとしてのドライバ８２で交流電力に変換されて発電電動機２０に供給され、発電電動機２０の駆動軸を回転作動させる。これにより発電電動機２０でトルクが発生し、このトルクは、発電電動機２０の駆動軸からエンジン出力軸に伝達されて、エンジン１０の出力トルクに加算される。ドライバ８２は、発電電動機２０に適合する所望の電圧、周波数、相数の電力に変換して発電電動機２０に供給する。
発電電動機２０の発電量（吸収トルク量）、電動量（アシスト量；発生トルク量）は、上記トルク指令の内容に応じて変化する。
インバータ８４は、発電電動機２０が発電作用した場合には発電した電力を、またはキャパシタ３０に蓄積された電力を、直流信号線８３ａ、８３ｂから交流信号線８５ａ、８５ｂ、８５ｃを経由して、電動モータ４０に適合する所望の電圧、周波数、相数の電力に変換して電動モータ４０に供給する。なお、作業機２が減速、制動等された場合には、運動エネルギーが電気エネルギーに変換された上で、交流信号線８５ａ、８５ｂ、８５ｃ、インバータ８４を介して、直流信号線８３ａ、８３ｂに供給される。直流信号線８３ａ、８３ｂに供給された回生電力は、キャパシタ３０に蓄電されるか、ドライバ８２を介して発電電動機２０に電動機のための電力として供給される。
こうしてキャパシタ３０には、発電電動機２０が発電作用した場合に発電した電力が蓄積される。あるいは、作業機２を介して回生した電力が蓄積される。またキャパシタ３０は、キャパシタ３０に蓄積された電力を発電電動機２０に、または同電力を電動モータ４０に供給する。以上が通常制御の内容である。
図２は、実施例の制御装置６０の構成をブロック図にて示したものである。
状態管理部６１は、少なくとも作業機２が停止中であること、つまり操作レバー２ａが中立にあることを確認し、作業機２が停止中であることが確認された場合に、劣化状態判定時制御モードに移行させる開始指令を充放電制御部６２に出力する。また、状態管理部６１は、劣化状態判定時制御モードを終了させる終了指令を充放電制御部６２に出力する。また、状態管理部６１は、キャパシタ３０の劣化状態の判定結果を受け取ると、その判定結果を表示させるための判定結果表示指令を状態表示部６５に送出する。
充放電制御部６２は、状態管理部６１から開始指令が与えられた場合に、劣化状態判定時制御モードに移行させ、発電電動機２０を所定の回転数および所定のトルクで駆動して、キャパシタ３０を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させるようにエンジン１０に回転数指令を与えるとともに発電電動機２０のドライバ８２にトルク指令を与える。また、充放電制御部６２は、劣化状態判定時制御モード実行中、電圧センサ５０で検出されるキャパシタ３０の充電電圧値を取り込むとともに、温度センサ３１で検出されるキャパシタ３０の温度を取り込む。また、充放電制御部６２は、キャパシタ３０を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させる充電動作を複数回行なわせる。充放電制御部６２は、状態管理部６１から終了指令が与えられた場合に、劣化状態判定時制御モードを終了させる。充放電制御部６２は、劣化状態判定時制御モード時の発電電動機２０の回転数値およびトルク値と、キャパシタ３０の充電開始電圧値および充電終了電圧値と、キャパシタ３０が充電開始電圧値から充電終了電圧値に達するまでに要した充電時間を容量算出部６３に出力する。また、充放電制御部６２は、キャパシタ３０の容量を温度に応じて補正するために、劣化状態判定時制御モード時におけるキャパシタ３０の温度を容量算出部６３に出力する。
容量算出部６３は、充放電制御部６２から入力されたデータ、つまり劣化状態判定時制御モード時の発電電動機２０の回転数値およびトルク値と、キャパシタ３０の充電開始電圧値および充電終了電圧値と、キャパシタ３０が充電開始電圧値から充電終了電圧値に達するまでに要した充電時間とに基づいて、キャパシタ３０の容量を算出する。容量算出部６３は、各充電動作毎のキャパシタ３０の容量を平均した平均容量を算出する。容量算出部６３は、キャパシタ３０の容量を、劣化状態判定時制御モード時におけるキャパシタ３０の温度によって補正した上で算出する。容量算出部６３は、キャパシタ３０の容量算出値を劣化判定部６４に出力する。
劣化判定部６４は、容量算出部６３から入力されたキャパシタ３０の容量算出値と基準となる容量を比較することによって、キャパシタ３０の劣化状態を判定する。劣化判定部６４は、算出した平均容量と基準となる容量を比較することによって、キャパシタ３０の劣化状態を判定する。劣化判定部６４は、キャパシタ３０の劣化状態の判定結果を状態管理部６１に出力する。
状態表示部６５は、状態管理部６１から判定結果表示指令を受け取ると、キャパシタ３０の劣化状態の判定結果をモニタ７０の表示器７１に表示させる。
つぎに図３から図７に示すフローチャートを参照して実施例の劣化状態判定時制御の処理の手順について説明する。
図３は、実施例の劣化状態判定時制御の全体の流れを示す。
すなわち、まず、少なくとも作業機２が停止中、つまり操作レバー２ａが中立にあることが確認される（ステップ１０１）。
つぎに、作業機２が停止中であることが確認された場合に、劣化状態判定時制御モードに移行され、発電電動機２０が所定の回転数および所定のトルクが駆動されて、キャパシタ３０が所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇される。劣化状態判定時制御モードでは、キャパシタ３０を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させる充電動作が複数回行われる（ステップ１０２）。
つぎに、劣化状態判定時制御モード時に取得されたデータ、つまり発電電動機２０の回転数値およびトルク値と、キャパシタ３０の充電開始電圧値および充電終了電圧値と、キャパシタ３０が充電開始電圧値から充電終了電圧値に達するまでに要した時間とに基づいて、キャパシタ３０の容量が算出される。また、各充電動作毎のキャパシタ３０の容量を平均した平均容量が算出される。また、キャパシタ３０の容量は、劣化状態判定時制御モード時におけるキャパシタ３０の温度によって補正された上で算出される（ステップ１０３）。
つぎに、算出したキャパシタ３０の容量と基準となる容量を比較することによって、キャパシタ３０の劣化状態が判定される。各充電動作毎の容量を平均した平均容量と基準となる容量を比較することによって、キャパシタ３０の劣化状態が判定される。（ステップ１０４）。
つぎに、キャパシタ３０の劣化状態の判定結果が表示される（ステップ１０５）。
以下、図４から図７を用いて、状態管理部６１、充放電制御部６２、容量算出部６３、劣化判定部６４、状態表示部６５毎に処理内容を具体的に説明する。
図４は、状態管理部６１における処理手順を示す。
ハイブリッド建設機械１の運転席には、劣化状態判定時制御を指示するスイッチが設けられている。このスイッチが操作されると、つぎの条件が成立していることが判断される。
状態管理部６１は、まず、作業機２が停止中であること、つまり中立位置センサ２ｂの検出結果に基づいて操作レバー２ａが中立位置になっていることを確認する。
また、各コンポーネントでエラーがないことが確認される。制御装置６０など、ハイブリッド建設機械１の内部に設けられている各電子機器でエラーコードのチェックが行われ、エラーが発生していないことが確認される。
以上のことが確認されると（ステップ２０１の判断ＹＥＳ）、キャパシタ３０の容量の計測の開始を指示する開始指令が出力される（ステップ２０２）。
つぎに、劣化判定部６４から、キャパシタ３０の劣化状態の判定結果を受信したか否かが判断される（ステップ２０３）。
状態管理部６１は、キャパシタ３０の劣化状態の判定結果が受信された場合には（ステップ２０３の判断ＹＥＳ）、キャパシタ３０の劣化状態の判定結果をモニタ７０の表示器７１に表示することを指示する判定結果表示指令を、状態表示部６５に出力する（ステップ２０４）。
図５は 充放電制御部６２における処理手順を示す。
充放電制御部６２は、状態管理部６１から開始指令が与えられた場合に、図５の処理をスタートさせ、劣化状態判定時制御モードに移行させる。劣化状態判定時制御モードでは、発電電動機２０を所定の回転数Ｎｅおよび所定のトルクＴｒで駆動して、キャパシタ３０を所定の充電開始電圧Ｖ０から所定の充電終了電圧まＶ１で上昇させるようにエンジン１０に回転数指令を与えるとともに発電電動機２０のドライバ８２にトルク指令を与える（ステップ３０１〜３０４）。
すなわち、発電電動機２０のドライバ８２にトルク指令を与え、キャパシタ３０が定電圧Ｖ０、たとえば２２０Ｖになるように発電電動機２０を定電圧制御する。キャパシタ３０が定電圧Ｖ０（＝２２０Ｖ）になると（ステップ３０１の判断ＹＥＳ）、この電圧Ｖ０（＝２２０Ｖ）を充電開始電圧としてキャパシタ３０の充電が開始される。充電開始時、充電時間ΔＴを計測するタイマによる計時がスタートされる（ステップ３０２）。
以後、発電電動機２０のドライバ８２にトルク指令を与え、キャパシタ３０が電圧Ｖ１、たとえば２８０Ｖまで充電されるように発電電動機２０をトルク制御する。発電電動機２０が電圧Ｖ１（＝２８０Ｖ）まで充電されると（ステップ３０３の判断ＹＥＳ）、この電圧Ｖ１（＝２８０Ｖ）を充電終了電圧としてキャパシタ３０の充電を停止させる。充電終了時、充電時間ΔＴを計測するタイマによる計時が終了する（ステップ３０４）。キャパシタ３０の実際の充電電圧値が充電開始電圧Ｖ０、充電終了電圧Ｖ１に達したか否かの判断は、電圧センサ５０の検出結果に基づき行われる。
充放電制御部６２は、劣化状態判定時制御モード実行中、温度センサ３１で検出されるキャパシタ３０の温度ｔｃを取り込む。また、上記タイマの計時結果から、キャパシタ３０が充電開始電圧値Ｖ０から充電終了電圧値Ｖ１に達するまでに要した充電時間ΔＴを計測する。
充放電制御部６２は、キャパシタ３０の容量Ｃを算出させるために、劣化状態判定時制御モード時の発電電動機２０の回転数値Ｎｅおよびトルク値Ｔｒと、キャパシタ３０の充電開始電圧値Ｖ０および充電終了電圧値Ｖ１と、キャパシタ３０が充電開始電圧値Ｖ０から充電終了電圧値Ｖ１に達するまでに要した充電時間ΔＴを、容量算出部６３に出力する。また、充放電制御部６２は、キャパシタ３０の容量Ｃを温度ｔｃに応じて補正して算出させるために、劣化状態判定時制御モード時におけるキャパシタ３０の温度ｔｃを容量算出部６３に出力する（ステップ３０５）。
つぎに、充放電制御部６２では、キャパシタ３０を充電開始電圧Ｖ０から充電終了電圧Ｖ１まで上昇させる充電動作が規定の複数回、たとえば１０回行われたか否か、つまりキャパシタ３０の容量Ｃの算出が規定回数（１０回）行われたか否かが判断される。ここで、キャパシタ３０の容量Ｃの算出を規定回数（１０回）行うようにしているのは、容量Ｃの算出結果のばらつきを抑制するためである。
キャパシタ３０を充電開始電圧Ｖ０から充電終了電圧Ｖ１まで上昇させる充電動作が規定の複数回（１０回）行われていない場合には（ステップ３０６の判断ＮＯ）、上述したステップ３０１から３０５までの処理が繰り返し行なわれる。キャパシタ３０を充電開始電圧Ｖ０から充電終了電圧Ｖ１まで上昇させる充電動作が規定の複数回（１０回）行われた場合には（ステップ３０６の判断ＹＥＳ）、キャパシタ３０の容量Ｃを計測するための処理、つまり上記の劣化状態判定時制御モードを完了させる。充放電制御部６２は、状態管理部６１から終了指令が与えられた場合に、劣化状態判定時制御モードを完了させる（ステップ３０７）。
図６は、容量算出部６３における処理手順を示す。
容量算出部６３は、充放電制御部６２から入力されたデータ、つまり劣化状態判定時制御モード時の発電電動機２０の回転数値Ｎｅおよびトルク値Ｔｒと、キャパシタ３０の充電開始電圧値Ｖ０および充電終了電圧値Ｖ１と、キャパシタ３０が充電開始電圧値Ｖ０から充電終了電圧値Ｖ１に達するまでに要した充電時間ΔＴを受信する。また、劣化状態判定時制御モード時におけるキャパシタ３０の温度ｔｃを受信する（ステップ４０１）。
つぎに、劣化状態判定時制御モード時の発電電動機２０の回転数値Ｎｅおよびトルク値Ｔｒと、キャパシタ３０の充電開始電圧値Ｖ０および充電終了電圧値Ｖ１と、キャパシタ３０が充電開始電圧値Ｖ０から充電終了電圧値Ｖ１に達するまでに要した充電時間ΔＴとに基づいて、キャパシタ３０の容量を算出する（ステップ４０２、４０３）。
すなわち、発電電動機２０の発電エネルギーΔＷがキャパシタ３０に充電エネルギーΔＪとして供給されるときのエネルギーの流れは、図９に矢印Ａのごとくなる。
発電エネルギーΔＷは、劣化状態判定時制御モード時の発電電動機２０の回転数値Ｎｅおよびトルク値Ｔｒを用いて求めることができる。
よって、ＳＲモータとして構成される発電電動機２０から一体型インバータ８０にエネルギーが供給されるときのエネルギー効率αを定数０．９５、一体型インバータ８０におけるインバータ損失係数βを定数５５６．６[J/sec]とすると、キャパシタ３０の充電エネルギーΔＪは、発電電動機２０の発電エネルギーΔＷ、エネルギー効率α（定数０．９５）、インバータ損失係数β（定数５５６．６[J/sec]）、充電時間ΔＴを用いて、下記（１）式で表される。
ΔＪ＝ΔＷ×α−（β×ΔＴ） …（１）
一方、キャパシタ３０の充電エネルギーΔＪは、キャパシタ３０の容量Ｃ、キャパシタ３０が充電開始電圧値Ｖ０、充電終了電圧値Ｖ１を用いて、下記（２）式で表される。
ΔＪ＝（１／２）・Ｃ・（Ｖ１２−Ｖ０２） …（２）
上記のごとくキャパシタ３０の充電エネルギーΔＪが算出される（ステップ４０２）。
つぎに、上記（１）、（２）式の充電エネルギーΔＪの算出式からキャパシタ３０の容量Ｃが算出される（ステップ４０３）。
つぎに、容量算出部６３では、上記（１）、（２）式に基づくキャパシタ３０の容量Ｃの算出が規定回数（１０回）行われたか否かが判断される（ステップ４０４）。
上記（１）、（２）式に基づくキャパシタ３０の容量Ｃの算出が規定の複数回（１０回）行われていない場合には（ステップ４０４の判断ＮＯ）、上述したステップ４０１から４０３までの容量算出処理が繰り返し行なわれる。上記（１）、（２）式に基づくキャパシタ３０の容量Ｃの算出が規定の複数回（１０回）行われた場合には（ステップ４０４の判断ＹＥＳ）、上記（１）、（２）式に基づくキャパシタ３０の容量Ｃを算出する処理を完了させて、つぎのステップ４０５に移る。
つぎに、容量算出部６３は、複数回（１０回）算出されたキャパシタ３０の容量Ｃを平均する演算を行い、平均容量Ｃを算出する（ステップ４０５）。
つぎに、容量算出部６３は、キャパシタ３０の平均容量Ｃを、劣化状態判定時制御モード時におけるキャパシタ３０の温度ｔｃによって補正して、補正された容量Ｃを算出する。補正は、たとえば下記表に示されるキャパシタ３０の温度ｔｃに応じた補正係数Ｋを、キャパシタ３０の平均容量Ｃに乗算することによって、行う。

キャパシタ温度ｔｃ → 補正係数Ｋ
０℃ → １．０３
２５℃ → ０
４０℃ → ０．９９
６０℃ → ０．９８
（ステップ４０６）
つぎに、容量算出部６３は、容量算出処理を完了させて、最終的に得られたキャパシタ３０の容量算出値（平均容量）Ｃを、劣化判定部６４に出力する（ステップ４０７）。
図７は、劣化判定部６４における処理手順を示す。
劣化判定部６４は、容量算出部６３からキャパシタ３０の容量算出値（平均容量）Ｃを受信すると（ステップ５０１）、受信した容量算出値（平均容量）Ｃと基準となる初期容量Ｃ０を比較することによって、キャパシタ３０の劣化状態を判定する。
たとえば、キャパシタ３０の初期容量Ｃ０を１００％とした場合に、キャパシタ３０の容量算出値Ｃが初期容量Ｃ０の７５％以上になっている場合に（ステップ５０２の判断ＹＥＳ）、キャパシタ３０の劣化状態は、ＯＫ（「劣化していない」）と判定する。劣化判定部６４は、キャパシタ３０の劣化状態の判定結果（「ＯＫ」）を状態管理部６１に出力する（ステップ５０３）。また、キャパシタ３０の容量算出値Ｃが初期容量Ｃ０の７５％未満になっている場合に（ステップ５０２の判断ＮＯ）、キャパシタ３０の劣化状態は、ＮＧ（「劣化している」）と判定する。劣化判定部６４は、キャパシタ３０の劣化状態の判定結果（「ＮＧ」）を状態管理部６１に出力する（ステップ５０４）。
なお、実施例では、キャパシタ３０の劣化状態の判定を「ＯＫ」、「ＮＧ」の二段階で行うようにしているが、更に劣化度合いの段階を細分化して判定してもよい。
図８は、状態表示部６５における処理手順を示す。
状態表示部６５は、状態管理部６１から判定結果表示指令を受信すると（ステップ６０１）、判定結果が「ＯＫ」か否かを判断する（ステップ６０２）。
判定結果が「ＯＫ」である場合には（ステップ６０２の判断ＹＥＳ）、キャパシタ３０の劣化状態が現在「ＯＫ」（「劣化していない」）であることを示す内容をモニタ７０の表示器７１に表示させる（ステップ６０３）。また判定結果が「ＮＧ」である場合には（ステップ６０２の判断ＮＯ）、キャパシタ３０の劣化状態が現在「ＮＧ」（「劣化している」）であることを示す内容をモニタ７０の表示器７１に表示させる（ステップ６０４）。
なお、上述の実施例では、キャパシタ３０の劣化状態の判定結果を表示することによってユーザ、オペレータないしはサービスマンに知らせているが、ユーザ、オペレータないしはサービスマンがキャパシタ３０の劣化状態を車上で認識することができればよく、ブザーなどを鳴らすなど音で知らせるようにしてもよい。
以上のように本実施形態によれば、キャパシタ３０を車載した状態で、なおかつ外部の装置ではなくハイブリッド建設機械１に搭載されたシステムで、キャパシタ３０の劣化判定を行うことができる。
しかも、エンジン１０と発電電動機２０を駆動してキャパシタ３０を充電するという通常制御と同様にエンジン１０と発電電動機２０を駆動してキャパシタ３０を充電するという劣化状態判定時制御モードを実施することによって、キャパシタ３０の劣化判定を行うことができる。このためキャパシタ３０の劣化判定を行なうために通常制御と同様の制御を行なえばよく、既存の装置、システムをそのまま利用でき、制御が繁雑になることはない。
また、本実施形態では、劣化状態判定時制御モード時の発電電動機２０の回転数値Ｎｅおよびトルク値Ｔｒと、キャパシタ３０の充電開始電圧値Ｖ０および充電終了電圧値Ｖ１と、キャパシタ３０が充電開始電圧値Ｖ０から充電終了電圧値Ｖ１に達するまでに要した時間ΔＴとに基づいて、キャパシタ３０の容量Ｃを算出するようにしており、既存の装置に備えられているセンサ等をそのまま利用できる。従来技術２のように電流センサなど新たにセンサを追加する必要がないため、装置コストを抑制できる。
図１は、実施例の全体装置構成を示す図である。 図２は、実施例の制御装置の構成を示したブロック図である。 図３は、実施例の劣化状態判定時制御の全体の流れを示すフローチャートである。 図４は、状態管理部における処理手順を示すフローチャートである。 図５は 充放電制御部における処理手順を示すフローチャートである。 図６は、容量算出部における処理手順を示すフローチャートである。 図７は、劣化判定部における処理手順を示すフローチャートである。 図８は、状態表示部における処理手順を示すフローチャートである。 図９は、実施例のエネルギーの流れを示す図である。
符号の説明
１ ハイブリッド建設機械、２ 作業機、１０ エンジン、２０ 発電電動機、３０ 蓄電装置（キャパシタ）、４０ 電力負荷（電動モータ）、６０ 制御装置、６１ 状態管理部、６２ 充放電制御部、６３ 容量算出部、６４ 劣化判定部、６５ 状態表示部、７１ 表示器

Claims (9)

  1. エンジンと、発電電動機と、蓄電装置と、電力負荷と、電力負荷によって作動する作業機とが備えられたハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定方法であって、
    少なくとも作業機が停止中であることを確認するステップと、
    作業機が停止中であることが確認された場合に、劣化状態判定時制御モードに移行させ、発電電動機を所定の回転数および所定のトルクで駆動して、蓄電装置を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させるステップと、
    劣化状態判定時制御モード時の発電電動機の回転数値およびトルク値と、蓄電装置の充電開始電圧値および充電終了電圧値と、蓄電装置が充電開始電圧値から充電終了電圧値に達するまでに要した時間の各計測値と、蓄電装置の容量との間に成立する式を用いて、当該蓄電装置の容量を算出するステップと、
    算出した蓄電装置の容量と基準となる容量を比較することによって、蓄電装置の劣化状態を判定するステップと
    を含むハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定方法。
  2. 蓄電装置の容量は、劣化状態判定時制御モード時における蓄電装置の温度によって補正された上で算出されること
    を特徴とする請求項１記載のハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定方法。
  3. 劣化状態判定時制御モードでは、蓄電装置を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させる充電動作が複数回行われ、
    各充電動作毎の蓄電装置の容量を平均した平均容量を算出し、平均容量と基準となる容量を比較することによって、蓄電装置の劣化状態を判定すること
    を特徴とする請求項１記載のハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定方法。
  4. 蓄電装置の劣化状態の判定結果を表示するステップを更に含むこと
    を特徴とする請求項１記載のハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定方法。
  5. エンジンと、
    エンジンの出力軸に駆動軸が連結され、発電作用と電動作用を行う発電電動機と、
    発電電動機が発電作用を行うことにより電力が蓄積され、電力を電力負荷および発電電動機に供給する蓄電装置と、
    電力負荷と、
    電力負荷によって作動する作業機と
    が備えられたハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定装置であって、
    蓄電装置の充電電圧値を検出する電圧値検出手段と、
    蓄電装置の劣化状態を判定するための制御を行なう制御装置と
    が備えられ、制御装置は、
    少なくとも作業機が停止中であることを確認し、作業機が停止中であることが確認された場合に、劣化状態判定時制御モードに移行させる指令を出力する状態管理部と、
    状態管理部から指令が与えられた場合に、劣化状態判定時制御モードに移行させ、発電電動機を所定の回転数および所定のトルクで駆動して、蓄電装置を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させるようにエンジンおよび発電電動機に制御指令を与えるとともに、電圧値検出手段で検出される蓄電装置の充電電圧値を取り込む充放電制御部と、
    劣化状態判定時制御モード時の発電電動機の回転数値およびトルク値と、蓄電装置の充電開始電圧値および充電終了電圧値と、蓄電装置が充電開始電圧値から充電終了電圧値に達するまでに要した時間の各計測値と、蓄電装置の容量との間に成立する式を用いて、当該蓄電装置の容量を算出する容量算出部と、
    算出した蓄電装置の容量と基準となる容量を比較することによって、蓄電装置の劣化状態を判定する劣化判定部と
    を含んで構成されること
    を特徴とするハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定装置。
  6. 蓄電装置の温度を検出する温度検出手段がさらに備えられ、
    容量算出部は、蓄電装置の容量を、劣化状態判定時制御モード時における蓄電装置の温度によって補正した上で算出すること
    を特徴とする請求項５記載のハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定装置。
  7. 充放電制御部は、蓄電装置を所定の充電開始電圧から所定の充電終了電圧まで上昇させる充電動作を複数回行なわせ、
    容量算出部は、各充電動作毎の蓄電装置の容量を平均した平均容量を算出し、
    劣化判定部は、平均容量と基準となる容量を比較することによって、蓄電装置の劣化状態を判定すること
    を特徴とする請求項５記載のハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定装置。
  8. 表示器がさらに備えられ、
    制御装置は、
    蓄電装置の劣化状態の判定結果を表示器に表示させる状態表示部を更に含むこと
    を特徴とする請求項５記載のハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定装置。
  9. 電力負荷は、作業機を駆動する電動モータであること
    を特徴とする請求項５記載のハイブリッド建設機械における蓄電装置の劣化状態判定装置。
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