以下、図面を参照してハイブリッド建設� ��械における蓄電装置の劣化状態判定方法お� ��び装置の実施の形態について説明する。な� ��、以下では、蓄電装置は、キャパシタであ� ��、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� �作用を行うことにより電力が蓄積され、電� �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� ��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、� �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� ��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� �ーラ69に設けられており、状態管理部61と、� ��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� �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� �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� ��84と、交流信号線85a、85b、85cと、直流信号� �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� ��。

 発電電動機20は、たとえばSR(Swiched Reluctan se)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、81 e、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� �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� ��電動モータ40に電気的に接続されている。� �動モータ40は、たとえばPM(Permanent Magnetic)モ� ��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� ��に接続されている。たとえば建設機械が油� ��ショベルの場合、電動モータ40は、上部旋� �体を旋回させるための旋回モータであり、� �業機2は、旋回モータの回転速度を減速して� ��部旋回体を旋回するスイングマシナリであ� ��。作業機2は、操作レバー2aによって操作さ� ��る。操作レバー2aが中立になったことは、� �立位置センサ2bで検出され、制御装置60に入� ��される。

 キャパシタ30は、直流信号線88a、88bを介� �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� ��いる。コンタクタ89は、エンジンキースイ� �チが投入されることにより、閉じられ、直� �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� �て、直流信号線83a、83bに電気的に接続され� �いる。コンバータ87は、キャパシタ30の充電� ��圧を昇圧して直流信号線83a、83bに、昇圧さ� ��た電圧を印加するために設けられている。� ��ンバータ87は、たとえばACリンク双方向DC-DC� ��ンバータで構成されている。コンバータ87� �、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� ��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� ��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� ��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� ��トルク指令が与えられると、ドライバ82は� �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� ��ルクの一部は、発電電動機20の駆動軸に伝� �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� ��電力は、発電インバータとしてのドライバ8 2で直流電力に変換されて直流信号線83a、83b� �供給される。

 また、ドライバ82に対して正(+)極性のト� �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� ��。すなわちキャパシタ30に蓄積された直流� �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� ��力に変換されて発電電動機20に供給され、� �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� ��ルクは、発電電動機20の駆動軸からエンジ� �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2 0に適合する所望の電圧、周波数、相数の電� �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、8 3bから交流信号線85a、85b、85cを経由して、電� ��モータ40に適合する所望の電圧、周波数、� �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� �は、運動エネルギーが電気エネルギーに変� �された上で、交流信号線85a、85b、85c、イン� �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� ��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� �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� ��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� ��中であること、つまり操作レバー2aが中立� �あることを確認し、作業機2が停止中である� ��とが確認された場合に、劣化状態判定時制� ��モードに移行させる開始指令を充放電制御� ��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� ��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� ��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� ��転数および所定のトルクで駆動して、キャ� ��シタ30を所定の充電開始電圧から所定の充� �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� ��ライバ82にトルク指令を与える。また、充� �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3 0の充電電圧値を取り込むとともに、温度セ� �サ31で検出されるキャパシタ30の温度を取り� ��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� �指令が与えられた場合に、劣化状態判定時� �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� ��回転数値およびトルク値と、キャパシタ30� �充電開始電圧値および充電終了電圧値と、� �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� �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� ��値と、キャパシタ30の充電開始電圧値およ� �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� ��量を算出する。容量算出部63は、各充電動� �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� �容量を、劣化状態判定時制御モード時にお� �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� �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� ��量を比較することによって、キャパシタ30� �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� ��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� ��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� �参照して実施例の劣化状態判定時制御の処� �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� ��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� ��び所定のトルクが駆動されて、キャパシタ3 0が所定の充電開始電圧から所定の充電終了� �圧まで上昇される。劣化状態判定時制御モ� �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� ��得されたデータ、つまり発電電動機20の回� �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� ��達するまでに要した時間とに基づいて、キ� ��パシタ30の容量が算出される。また、各充� �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� ��は、劣化状態判定時制御モード時における� ��ャパシタ30の温度によって補正された上で� �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� �準となる容量を比較することによって、キ� �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� ��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� �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� �64、状態表示部65毎に処理内容を具体的に説� ��する。

 図4は、状態管理部61における処理手順を� ��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� ��あること、つまり中立位置センサ2bの検出� �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� ��とが確認される。制御装置60など、ハイブ� �ッド建設機械1の内部に設けられている各電� ��機器でエラーコードのチェックが行われ、� ��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20 3の判断YES)、キャパシタ30の劣化状態の判定� �果をモニタ70の表示器71に表示することを指� ��する判定結果表示指令を、状態表示部65に� �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� �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� �トさせ、劣化状態判定時制御モードに移行� �せる。劣化状態判定時制御モードでは、発� �電動機20を所定の回転数Neおよび所定のトル� ��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� �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� �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、� �とえば220Vになるように発電電動機20を定電� �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)� ��充電開始電圧としてキャパシタ30の充電が� �始される。充電開始時、充電時間δTを計測� �るタイマによる計時がスタートされる(ステ� ��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� �280Vまで充電されるように発電電動機20をト� �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� ��V1(=280V)を充電終了電圧としてキャパシタ30� �充電を停止させる。充電終了時、充電時間δ Tを計測するタイマによる計時が終了する(ス� ��ップ304)。キャパシタ30の実際の充電電圧値� ��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� ��き行われる。

 充放電制御部62は、劣化状態判定時制御� �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� �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� �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� �算出させるために、劣化状態判定時制御モ� �ド時の発電電動機20の回転数値Neおよびトル� ��値Trと、キャパシタ30の充電開始電圧値V0お� ��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� �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� ��30の容量Cを温度tcに応じて補正して算出さ� �るために、劣化状態判定時制御モード時に� �けるキャパシタ30の温度tcを容量算出部63に� �力する(ステップ305)。

 つぎに、充放電制御部62では、キャパシ� �30を充電開始電圧V0から充電終了電圧V1まで� �昇させる充電動作が規定の複数回、たとえ� �10回行われたか否か、つまりキャパシタ30の� ��量Cの算出が規定回数(10回)行われたか否か� �判断される。ここで、キャパシタ30の容量C� �算出を規定回数(10回)行うようにしているの� ��、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� ��回(10回)行われていない場合には(ステップ30 6の判断NO)、上述したステップ301から305まで� �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� �せる充電動作が規定の複数回(10回)行われた� ��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� �劣化状態判定時制御モードを完了させる。� �放電制御部62は、状態管理部61から終了指令� ��与えられた場合に、劣化状態判定時制御モ� ��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� ��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� �ク値Trと、キャパシタ30の充電開始電圧値V0� �よび充電終了電圧値V1と、キャパシタ30が充� ��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� ��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� �値V0から充電終了電圧値V1に達するまでに要� ��た充電時間δTとに基づいて、キャパシタ30� �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� �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� �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� ��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� �動機20から一体型インバータ80にエネルギー� ��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� �率βを定数556.6[J/sec]とすると、キャパシタ30� ��充電エネルギーδJは、発電電動機20の発電� �ネルギーδW、エネルギー効率α(定数0.95)、イ ンバータ効率β(定数556.6[J/sec])、充電時間δT� �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� �(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� �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� �Jの算出式からキャパシタ30の容量Cが算出さ� ��る(ステップ403)。

 つぎに、容量算出部63では、上記(1)、(2)� �に基づくキャパシタ30の容量Cの算出が規定� �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� �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� �ップ401から403までの容量算出処理が繰り返� �行なわれる。上記(1)、(2)式に基づくキャパ� �タ30の容量Cの算出が規定の複数回(10回)行わ� ��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� �処理を完了させて、つぎのステップ405に移� �。

 つぎに、容量算出部63は、複数回(10回)算� ��されたキャパシタ30の容量Cを平均する演算� ��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� �おけるキャパシタ30の温度tcによって補正し� ��、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t cに応じた補正係数Kを、キャパシタ30の平均� �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� �ップ406)
 つぎに、容量算出部63は、容量算出処理を� �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� ��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� ��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� �初期容量C0の75%以上になっている場合に(ス� �ップ502の判断YES)、キャパシタ30の劣化状態� �、OK(「劣化していない」)と判定する。劣化� ��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� �503)。また、キャパシタ30の容量算出値Cが初� ��容量C0の75%未満になっている場合に(ステッ� ��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6 4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� �態の判定を「OK」、「NG」の二段階で行うよ� ��にしているが、更に劣化度合いの段階を細� ��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� ��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� ��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� ��602の判断YES)、キャパシタ30の劣化状態が現� ��「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� ��ップ603)。また判定結果が「NG」である場合� ��は(ステップ602の判断NO)、キャパシタ30の劣� ��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� �せる(ステップ604)。

 なお、上述の実施例では、キャパシタ30� �劣化状態の判定結果を表示することによっ� �ユーザ、オペレータないしはサービスマン� �知らせているが、ユーザ、オペレータない� �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� ��シタ30を車載した状態で、なおかつ外部の� �置ではなくハイブリッド建設機械1に搭載さ� ��たシステムで、キャパシタ30の劣化判定を� �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� ��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� ��制御モードを実施することによって、キャ� ��シタ30の劣化判定を行うことができる。こ� �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� �トルク値Trと、キャパシタ30の充電開始電圧� ��V0および充電終了電圧値V1と、キャパシタ30� ��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� �サなど新たにセンサを追加する必要がない� �め、装置コストを抑制できる。