JP5574538B2 - 作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、原動機の駆動力及び蓄電装置に蓄えられた電気エネルギーのいずれか一方又は双方によって駆動されるアクチュエータを備える作業機械に関する。

近年、エンジン（原動機）を蓄電池（バッテリ）やキャパシタ等の蓄電装置と協調させて電気アクチュエータまたは油圧アクチュエータを駆動する作業機械に関する発明がなされている。これらの発明は、本来エンジンで消費される燃料の消費を極力抑えてランニングコストの低減を図ることを目的としている。

ところで、この種の発明において燃料の消費を抑える（すなわち、燃費を向上させる）には、蓄電池やキャパシタといった蓄電装置が所定の性能を発揮することが不可欠である。しかしながら、蓄電池は使用年数や使用状況によって蓄電性能に劣化が生じる。よって、この種の作業機械を管理する管理者は、その作業機械に内蔵された蓄電池の性能劣化状態を定期的に確認し、劣化の度合いが大きく性能が充分に発揮できない場合には、蓄電池を交換する必要が生じる。

この種の課題に対して、特開２００７−１５５５８６号公報や特開２００８−２５６６７３号公報には、蓄電池の劣化の度合いを診断する手段が開示されており、作業機械や車両の管理者はその診断結果に基づいて蓄電池の交換時期を判断することになっている。

特開２００７−１５５５８６号公報 特開２００８−２５６６７３号公報

しかし、現状、このような用途に使用する蓄電池は一般的に高価であり、管理者は、蓄電池をいつ交換することが経済的にメリットとなるかを判断することは難しい。例えば、劣化の度合いが小さいのに頻繁に蓄電池を交換しては、燃費向上分より蓄電池交換のコストが大きくなる。逆に、劣化の度合いが大きいまま当該車両を使用し続けると、所定の性能が発揮できないために本来の燃費性能が発揮できない。さらに、場合によっては、劣化した蓄電池が他の機器や制御等に悪影響を及ぼし、更なる燃費性能の劣化を引き起こす場合もある。

本発明の目的は管理者による蓄電池交換時期の判断に資する作業機械を提供することにある。

（１）本発明は、上記目的を達成するために、原動機の駆動力及び蓄電池に蓄えられた電気エネルギーのいずれか一方又は双方によって駆動されるアクチュエータを備える作業機械において、前記蓄電池の現在の劣化度に基づいて将来における当該劣化度の変化を演算する劣化度変化演算手段と、前記劣化度の変化に基づいて将来における前記蓄電池による燃費向上率の変化を演算する燃費向上率変化演算手段と、複数種類のサイクルで前記蓄電池を交換したそれぞれの場合について、将来の所定期間における累積ランニングコストの変化を前記燃費向上率の変化に基づいて算出するランニングコスト演算手段と、前記蓄電池の交換サイクルごとに算出された累積ランニングコストの変化を当該交換サイクルごとに表示する表示装置とを備えるものとする。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記ランニングコスト演算手段は、蓄電池を備えない標準型作業機械についての前記所定期間における累積ランニングコストの変化をさらに算出し、さらに、当該標準型作業機械の累積ランニングコストと前記蓄電池の交換サイクルごとに算出された累積ランニングコストとの差を算出し、前記表示装置は、前記算出されたランニングコストの差を前記交換サイクルごとに表示するものとする。

（３）上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記ランニングコスト演算手段は、前記蓄電池を交換しない場合における前記所定期間の累積ランニングコストを前記燃費向上率の変化に基づいてさらに算出し、前記表示装置は、前記蓄電池を交換しない場合における累積ランニングコストをさらに表示するものとする。

（４）上記（３）において、好ましくは、前記ランニングコスト演算手段は、前記所定期間において、前記蓄電池の交換サイクルごとの累積ランニングコストが前記蓄電池を交換しない場合における累積ランニングコストを下回る時期をさらに算出し、前記表示装置は、当該累積ランニングコストが下回る時期を表示するものとする。

（５）上記（１）から（４）のいずれかにおいて、好ましくは、前記ランニングコスト演算手段の演算結果を外部端末に送信する通信装置をさらに備えるものとする。

本発明によれば、複数種類のサイクルで蓄電池を交換した場合におけるランニングコストを比較検討できるので、蓄電池交換時期を容易に決定できる。

本発明の実施の形態に係るハイブリッド油圧ショベルの外観図。 本発明の実施の形態に係るハイブリッド油圧ショベルの駆動制御システムの概略図。 本発明の第１の実施の形態に係るバッテリコントローラ２２の構成図。 本発明の実施の形態に係るランニングコスト演算部２２４による累積ランニングコストの演算結果をバッテリ交換サイクルごとに示した図。 図４に示した演算結果に基づいて、バッテリ１５の交換サイクルごとに算出した累積ランニングコストと、標準型油圧ショベルの累積ランニングコストとの差の変化を折れ線グラフで表示した図。 本発明の第１の実施の形態に係るモニタ２３の表示画面の一例を示す図。 本発明の第２の実施の形態に係るバッテリコントローラ２２Ａと通信装置の構成図。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は本発明の実施の形態に係るハイブリッド油圧ショベルの外観図である。この図に示す油圧ショベルは、ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃを有する多関節型の作業装置１Ａと、上部旋回体１ｄ及び下部走行体１ｅを有する車体１Ｂを備えている。ブーム１ａは、上部旋回体１ｄに回動可能に支持されており、油圧シリンダ（ブームシリンダ）３ａにより駆動される。

アーム１ｂは、ブーム１ａに回動可能に支持されており、油圧シリンダ（アームシリンダ）３ｂにより駆動される。バケット１ｃは、アーム１ｂに回動可能に支持されており、油圧シリンダ（バケットシリンダ）３ｃにより駆動される。上部旋回体１ｄは旋回モータ（電動機）１６（図２参照）により旋回駆動され、下部走行体１ｅは左右の走行モータ（油圧モータ）３ｅ，３ｆ（図２参照）により駆動される。油圧シリンダ３ａ、油圧シリンダ３ｂ、油圧シリンダ３ｃ及び旋回モータ１６の駆動は、上部旋回体１ｄの運転室（キャブ）内に設置され油圧信号を出力する操作装置４Ａ，４Ｂ（図２参照）によって制御される。

図２は本発明の実施の形態に係る油圧ショベルの駆動制御システムの概略図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略する（後の図も同様とする）。この図に示す駆動制御システムは、操作装置４Ａ，４Ｂと、コントロールバルブ（スプール型方向切換弁）５Ａ，５Ｂ，５Ｃと、油圧信号を電気信号に変換する圧力センサ１７，１８と、インバータ１３と、チョッパ１４と、バッテリー１５と、インバータ１２を備えており、制御装置として車体コントローラ（ＭＣＵ）１１、バッテリコントローラ（ＢＣＵ）２２及びエンジンコントローラ（ＥＣＵ）２１を備えている。

操作装置４Ａ，４Ｂは、エンジン７に接続されたパイロットポンプ５１から供給される作動油を２次圧に減圧して油圧シリンダ３ａ、油圧シリンダ３ｂ、油圧シリンダ３ｃ及び旋回モータ１６を制御するための油圧信号（パイロット圧）を発生する。

操作装置４Ａは、油圧シリンダ３ａの駆動を制御するコントロールバルブ５Ａの受圧部と、油圧シリンダ３ｂの駆動を制御するコントロールバルブ５Ｂの受圧部にパイロット管を介して接続されており、操作レバーの傾倒方向に応じて各コントロールバルブ５Ａ，５Ｂの受圧部に油圧信号を出力する。コントロールバルブ５Ａ，５Ｂは、操作装置４Ａから入力される油圧信号に応じて位置を切り換えられ、油圧ポンプ６から吐出される圧油の流れをその切換位置に応じて制御することで油圧シリンダ３ａ，３ｂの駆動を制御する。

操作装置４Ｂは、油圧シリンダ３ｃの駆動を制御するコントロールバルブ５Ｃの受圧部とパイロット管を介して接続されており、操作レバーの傾倒方向に応じてコントロールバルブ５Ｃの受圧部に油圧信号を出力する。コントロールバルブ５Ｃは、操作装置４Ｂから入力される油圧信号に応じて位置を切り換えられ、油圧ポンプ６から吐出される圧油の流れをその切換位置に応じて制御することで油圧シリンダ３ｃの駆動を制御する。

また、操作装置４Ｂは、パイロット管１９と、パイロット管２０に接続されている。パイロット管１９は、上部旋回体１ｄが左旋回するように旋回モータ１６を駆動する油圧信号（圧油）が通過するもので、パイロット管２０は、上部旋回体１ｄが右旋回するように旋回モータ１６を駆動する油圧信号（圧油）が通過するものである。パイロット管１９には圧力センサ１７が取り付けられており、パイロット管２０には圧力センサ１８が取り付けられている。圧力センサ１７，１８は、操作装置４Ｂから出力される油圧信号の圧力を検出してその圧力に対応する電気信号に変換する信号変換手段として機能するもので、変換した電気信号を車体コントローラ１１に出力可能に構成されている。圧力センサ１７，１８から車体コントローラ１１に出力された電気信号は、インバータ１３を介して旋回モータ１６（電動アクチュエータ）の駆動を制御する操作信号として利用される。

コントロールバルブ５Ｅ，５Ｆの受圧部はパイロット管を介して運転室内に設置された走行操作装置（図示せず）と接続されている。コントロールバルブ５Ｅ，５Ｆは、当該走行操作装置から入力される油圧信号に応じて位置を切り換えられ、油圧ポンプ６から吐出される圧油の流れをその切換位置に応じて制御することで走行モータ３ｅ，３ｆの駆動を制御する。

車体コントローラ（ＭＣＵ）１１は、圧力センサ１７，１８から入力される電気信号に基づいてインバータ１３を介して旋回モータ１６の駆動を制御する役割を有する。具体的には、圧力センサ１７から電気信号が入力されたときにはその電気信号に対応した速度で上部旋回体１ｄを左旋回させ、圧力センサ１８から電気信号が入力されたときにはその電気信号に対応した速度で上部旋回体１ｄを右旋回させる。また、車体コントローラ１１は、上部旋回体１ｄの旋回制動時には旋回モータ１６から電気エネルギーを回収する動力回生制御も行う。そして、その動力回生制御時に発生した回生電力や、動力変換機（発電電動機）１０によって発生された電力の余剰電力（例えば、油圧ポンプ６の負荷が軽い場合等）をバッテリ１５に充電する制御も行う。

また、車体コントローラ１１は、エンジンコントローラ２１から入力されるエンジン７の燃料噴射量データを累積することで作業機械における燃料消費量の実績値を演算している。これにより、車体コントローラ１１は、所定期間（例えば１日、１ヶ月又は１年）における燃料消費量を演算することができる。本実施の形態における車体コントローラ１１は、累積燃料消費量を作業機械の稼働日数で除して算出される１日の平均燃料消費量をさらに演算しており、その演算結果をＢＣＵ２２に出力している。

エンジンコントローラ（ＥＣＵ）２１は、オペレータによってエンジン７の目標回転数が入力されるエンジン回転数指令装置（例えば、エンジンコントロールダイヤル（図示せず））からの指令に従って、エンジン７が当該目標回転数で回転するように燃料噴射量とエンジン回転数を制御する部分である。また、エンジンコントローラ２１は、車体コントローラ１１と接続されており、車体コントローラ１１にエンジン７の燃料噴射量データを出力している。

エンジン（原動機）７の出力軸には動力変換機（発電電動機）１０が連結されており、動力変換機１０の出力軸には油圧ポンプ６とパイロットポンプ５１が接続されている。

動力変換機１０は、エンジン７の駆動力及びバッテリ１５に蓄えられた電気エネルギーのいずれか一方又は双方によって油圧アクチュエータ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｅ，３ｆを駆動している。動力変換機１０は、インバータ１２を介してインバータ１３及びチョッパ１４と接続されており、エンジン７の動力を電気エネルギーに変換してインバータ１２，１３に出力する発電機として機能し、さらに、バッテリ１５に蓄えられた電気エネルギーの一部を利用して油圧ポンプ６をアシスト駆動する電動機として機能する。

油圧ポンプ６は、油圧アクチュエータ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｅ，３ｆに圧油を供給するメインのポンプであり、パイロットポンプ５１は、操作装置４Ａ，４Ｂ及び走行操作装置を介してコントロールバルブ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆにパイロット圧として出力される圧油を供給する。なお、油圧ポンプ６に接続される油圧管路にはリリーフ弁８が設置されており、リリーフ弁８はその管路内の圧力が過度に上昇した場合にタンク９に圧油を逃がす。

インバータ１２は、動力変換機１０の回転速度及びトルクを制御するもので、バッテリ１５からの電気エネルギーにより、動力変換機１０に電力を供給して油圧ポンプ６をアシスト駆動する。インバータ１３は、旋回モータ１６の回転速度を制御するもので、動力変換機１０から出力される電力またはバッテリ１５の電気エネルギーを旋回モータ１６に供給する。

バッテリ１５は、チョッパ１４を介して電圧を調整し、インバータ１２，１３に電力を供給したり、動力変換機１０が発生した電気エネルギーや旋回モータ１６からの電気エネルギーを蓄えたりする部分である。本実施の形態では、バッテリ１５からバッテリコントローラ２２へは内部抵抗値が出力されており、バッテリコントローラ２２は当該内部抵抗値に基づいてバッテリ１５の劣化度を演算している。

バッテリコントローラ（ＢＣＵ）２２は、バッテリ１５の内部抵抗等の計測値からバッテリ１５の劣化度を演算するとともに、車体コントローラ１１で演算した当該作業機械の燃料消費量のデータ及びバッテリ費等に基づいて作業機械のランニングコストを演算し、その結果をモニタ（表示装置）２３に適宜表示する機能を有する。

図３は本発明の第１の実施の形態に係るバッテリコントローラ２２の構成図である。この図に示すバッテリコントローラ２２は、劣化度診断部（劣化度診断手段）２２１と、劣化度変化演算部（劣化度変化演算手段）２２２と、燃費向上率変化演算部（燃費向上率変化演算手段）２２３と、ランニングコスト演算部（ランニングコスト演算手段）２２４と、表示データ生成部（表示データ生成手段）２２５と、表示データ出力部（表示データ出力手段）２２６を備えている。

劣化度診断部２２１は、現在のバッテリ１５の劣化度（%）を演算する部分であり、演算した劣化度を劣化度変化演算部２２２に出力している。本実施の形態では、劣化度はバッテリの劣化とともに０から１００％まで増加するものとし、劣化度が１００％に達したときにバッテリの寿命が尽きるものとする。また、本実施の形態における劣化度診断部２２１は、バッテリ１５の内部抵抗値に基づいて劣化度を演算している。バッテリの劣化度の演算する際には、公知の方法（例えば、特開２００８−２５６６７３号公報（特許文献２）参照）を利用すれば良く、ここでは詳細な説明については省略する。

劣化度変化演算部２２２は、劣化度診断部２２１から入力される現在の劣化度に基づいて将来における劣化度の変化（劣化度変化）を演算する部分であり、演算した劣化度変化を燃費向上率変化演算部２２３に出力している。

本実施の形態における劣化度変化演算部２２２は、劣化度診断部２２１で算出した劣化度に基づいてバッテリの寿命年数を推定し、当該寿命年数に基づいて１年ごと劣化度の増加分を推定することで劣化度変化を演算している。例えば、劣化の無い初期状態から起算してバッテリの寿命が４年であると推定されるときには、当該バッテリの劣化度は１年ごとに２５％増加すると算出することができ、その算出結果が劣化度変化となる。なお、劣化度変化を算出する際には、算出結果の精度を向上させる観点から、作業機械のユーザの利用実績（例えば、ユーザごとの劣化度及び劣化度変化の実績値や、所定期間（例えば１日）における作業機械の平均稼働時間等）を記憶しておき、当該利用実績に基づいて適宜補正を加えても良い。

燃費向上率変化演算部２２３は、劣化度変化演算部２２２から入力される劣化度変化に基づいて将来におけるバッテリ１５による燃費向上率（％）の変化を演算する部分であり、演算した燃費向上率変化をランニングコスト演算部２２４に出力している。ここで、燃費向上率とは、電動駆動用のバッテリ（蓄電池）を備えない作業機械（以下、標準型作業機械と称することがある）に対する燃料消費量の向上率を示すものとし、燃費向上率変化演算部２２３は所定の期間（例えば、バッテリの寿命が尽きるまでの間）における燃費向上率の変化の態様を演算する。

本実施の形態における燃費向上率変化演算部２２３では、演算を簡潔に行う観点から、劣化度変化演算部２２２で推定したバッテリの寿命年数でもって劣化の無い初期状態（すなわち、劣化度が０％のとき）における燃費向上率を除することで燃費向上率変化を算出している（すなわち、寿命が尽きたときには燃費向上率が０％に到達すると想定し、１年ごとの燃費向上率の減少分を算出している）。例えば、初期状態における燃費向上率が２０％であり、バッテリの寿命が４年である場合には、毎年５%ずつ燃費向上率が減少するように変化し、４年後に０％に到達することになる。なお、本実施の形態のように燃費向上率変化を算出する場合において、初期状態における燃費向上率はバッテリコントローラ２２の記憶装置（ＲＯＭ等）に記憶されているものとする。また、初期状態における燃費向上率は、バッテリごとに定められる平均的な初期設定値を当該記憶装置に記憶して利用しても良いし、作業機械のユーザごとの燃費向上率の実績値を鑑みて当該初期設定値を個別に補正して算出しても良い。

また、本実施の形態では、ユーザごとの燃料消費量の実績値を考慮する観点から、車体コントローラ１１から出力される燃費消費量の実績値の変化に基づいて、燃費向上率変化を補正している。このように燃費向上率変化を補正すると、ユーザごとの作業機械の利用形態に即した燃費向上率を算出することができるので、後に続くランニングコストの演算（後述）の精度を向上させることができる。

ランニングコスト演算部２２４は、燃費向上率変化演算部２２３で算出された燃費向上率変化に基づいて将来の所定期間における累積ランニングコストの変化を演算する部分であり、より具体的には、複数種類のサイクルでバッテリ１５を交換したそれぞれの場合について所定期間の累積ランニングコストの変化を演算している。例えば、本実施の形態では、後述するように、初期状態から８年経過するまでの間の期間について、１年ごと、２年ごと、３年ごとに定期的にバッテリを交換した場合や、バッテリを交換しなかった場合等について、累積ランニングコストの変化をそれぞれ算出している。ランニングコスト演算部２２４においてバッテリ１５の交換サイクルごとに演算された各累積ランニングコストの変化は、表示データ生成部に出力される。

ランニングコスト演算部２２４で算出される累積ランニングコストの変化には、少なくとも所定期間における累積燃料費と累積バッテリ費（バッテリ購入費）が含まれているものとする。ここで、所定期間における燃料費の変化は、燃費向上率変化演算部２２３で算出した燃費向上率変化と、標準型作業機械における所定期間の燃料消費量又は現在の燃料消費量とを利用すれば算出することができる。また、バッテリ交換に伴うバッテリ費は、設定値として記憶装置に記憶された値を利用すれば良く、バッテリ１５の交換時に当該設定値をバッテリ費としてランニングコストに加算すれば良い。

表示データ生成部２２５は、ランニングコスト演算部２２４で算出された累積ランニングコストの変化をモニタ（表示装置）２３に表示するためのデータ（モニタデータ）を生成する部分であり、生成したデータを表示データ出力部２２６に出力している。本実施の形態における表示データ生成部２２５は、バッテリ１５の交換サイクルごとにランニングコスト演算部２２４で演算した各ランニングコストの演算結果を表形式又はグラフ形式で表示するためのモニタデータを生成している。

表示データ出力部２２６は、表示データ生成部２２５で生成されたモニタデータをモニタ２３に出力する部分であり、モニタ２３と接続されている。

ここで、上記のように構成される作業機械において、バッテリ１５の性能劣化と燃費性能について以下のような仮定をし、バッテリ１５を交換すべき時期を検討するシミュレーション例を示す。

まず、標準型油圧ショベルについて、下記の条件ａ），ｂ），ｃ）が成立すると仮定すると、標準型油圧ショベルを用いた場合の１年間の燃料費は４８０万円（＝２４０（日）×２００（Ｌ／日）×１００（円））となる。
ａ）１年間の油圧ショベル稼働日数：２４０日
ｂ）１日の燃料（軽油）消費量 ：２００Ｌ／日
ｃ）燃料（軽油）の単価 ：１００円／Ｌ
この条件のとき、本実施の形態に係るバッテリコントローラ２２における劣化度診断部２２１が、現在のバッテリ１５の劣化度が０％（すなわち、初期状態）であると演算し、劣化度変化演算部２２２が当該劣化度に基づいてバッテリの寿命年数は４年であり、劣化度が１年ごとに２５％ずつ増加するように変化すると演算したとする。ここで、劣化度が０％のときにおける燃費向上率（初期燃費向上率）が２０％であるとバッテリコントローラ２２の記憶装置に記憶されていたとすると、燃費向上率変化演算部２２３は、その初期燃費向上率をバッテリ１５の寿命年数である４年で除して、毎年５％ずつ減少するように燃費向上率が変化すると演算する。

図４は本発明の実施の形態に係るランニングコスト演算部２２４による累積ランニングコストの演算結果をバッテリ交換サイクルごとに示した図である。この図に示すように、ランニングコスト演算部２２４は、上記のように算出した燃費向上率変化に基づいて、バッテリ１５を１年ごと、２年ごと、３年ごとに交換した場合について、累積ランニングコスト（累積燃料費＋累積バッテリ費）の変化を演算する。そして、表示データ生成部２２５及び表示データ出力部２２６は、このランニングコスト演算部２２４の演算結果を図４に示す表形式でモニタ２３に表示する（図４の表における各セル内の１段目に示した数値が累積ランニングコストである）。なお、ここでは、バッテリ費は１回の交換につき１００万円とし、初期状態から８年間の累積ランニングコストの変化について演算している。また、ここではハイブリッド油圧ショベルと標準型油圧ショベルの購入費（イニシャルコスト）の差は考慮していない。

このようにバッテリ１５の交換サイクルごとに累積ランニングコストの変化を算出し、当該算出結果を交換サイクルごとにモニタ２３に表示すると、複数種類のサイクルでバッテリ交換した場合におけるランニングコストを比較検討することができるので、事業計画を勘案しながら、どのような交換サイクルに従ってバッテリ１５を交換するとランニングコストを抑制することができるかを容易に判断することができる。したがって、本実施の形態によれば、バッテリ１５の交換時期（交換サイクル）を容易に決定することができる。

ところで、本実施の形態のランニングコスト演算部２２４は、電動駆動用のバッテリ１５を備えない標準型油圧ショベル（標準型機械（図４では標準型機と省略））についても、記憶装置に記憶された標準型油圧ショベルの１年間の燃料費に基づいて、将来の所定期間における累積ランニングコスト（累積燃料費）の変化を算出しており、表示データ生成部２２５及び表示データ出力部２２６は、その算出した累積ランニングコストについてもモニタ２３に表示している。このように標準型油圧ショベルについての累積ランニングコストを表示すると、どの交換サイクルに従ってバッテリ１５を交換すれば標準型油圧ショベルよりもランニングコストを抑制できるかということを容易に判断することができる。

また、本実施の形態では、その算出した標準型油圧ショベルの累積ランニングコストと、バッテリ１５の交換サイクルごとに算出したハイブリッド油圧ショベルの累積ランニングコストとの差を算出しており、表示データ生成部２２５及び表示データ出力部２２６は、ランニングコスト演算部２２４が算出したそのランニングコストの差についても、図４の各セル内の２段目の括弧内の数値に示したように、モニタ２３に表示している。すなわち、括弧内の数値がマイナスであれば比較対象よりランニングコストがかかっておらず、逆に括弧内の数値がプラスであれば比較対象よりもランニングコストがかかっていることになる。このように標準型油圧ショベルとのランニングコストの差を表示すると、どの交換サイクルに従ってバッテリ１５を交換すれば標準型油圧ショベルよりもランニングコストを抑制できるかということについて、さらに容易に判断することができる。

図４に示した例では、バッテリ１５を１年ごとに交換していては、バッテリ費が燃費向上分よりも高くなり、最初の１年間から燃料費で得した分をバッテリ費が食いつぶし損をする。一方、バッテリ１５を２年又は３年ごとに交換する場合は、バッテリ交換直後は燃費向上分を少し食いつぶすものの、その後においての燃費向上分がバッテリ費をカバーして、標準型油圧ショベルを使用した場合よりも年を追って得になる。しかし、４年目まではバッテリ１５を交換しない方が得であることがわかる。管理者はこのデータに基づいて、当該作業機械を何年で手放すかを想定した上でバッテリ１５の最適な交換時期を決めることができる。例えば、５年使って作業機械を手放すのであれば、３年後にバッテリを交換すると得であると判断できる。すなわち、このように累積ランニングコストを示せば、バッテリ交換に伴うコスト増加分を、バッテリ交換に伴う燃費性能向上による燃料費減少分が上回る時期を分かりやすく表示することができる。

なお、本実施の形態におけるランニングコスト演算部２２４は、比較対象（標準型油圧ショベル）よりも累積ランニングコストが下回る時期を算出しており、表示データ生成部２２５及び表示データ出力部２２６は、その算出結果に基づいて比較対象よりもランニングコストが下回る時期の数値に下線を付して、他の数値よりも目立つようにモニタ２３に表示している。このようにランニングコストが比較対象を下回る時期を強調表示すると、バッテリ交換サイクルを決定する者が、ランニングコストが比較対象よりも安くなる時期をさらに一層容易に認識できるようになっている。また、本実施の形態では数値に下線を付して強調表示したが、図形を表示したり、文字の大きさ、色又は太さ等を変更したりして強調表示しても同様の効果が得られることは良いことは言うまでもない。

また、本実施の形態のランニングコスト演算部２２４は、バッテリ１５を交換しない場合についても、燃費向上率変化演算部２２３で算出された燃費向上率変化に基づいて将来の所定期間における累積ランニングコストを算出しており、表示データ生成部２２５及び表示データ出力部２２６は、その算出した累積ランニングコストについてもモニタ２３に表示している。このようにバッテリ１５を交換しない場合の累積ランニングコストを表示すると、どの交換サイクルに従ってバッテリ１５を交換すればバッテリ１５を交換しない場合よりもランニングコストを抑制できるかということを容易に判断することができる。

さらに、本実施の形態では、その算出したバッテリ１５を交換しない場合の累積ランニングコストと、バッテリ１５の交換サイクルごとに算出したハイブリッド油圧ショベルの累積ランニングコストとの差を算出しており、表示データ生成部２２５及び表示データ出力部２２６は、ランニングコスト演算部２２４が算出したそのランニングコストの差についても、図４の各セル内の３段目の括弧内の数値に示したように、モニタ２３に表示している。このようにランニングコストの差を表示すると、どの交換サイクルに従ってバッテリ１５を交換すればバッテリ１５を交換しない場合よりもランニングコストを抑制できるかということについて、さらに容易に判断することができる。

なお、本実施の形態では、先の場合と同様に、ランニングコストが比較対象を下回る時期については下線を付している。これによりバッテリ交換サイクルを決定する者が、ランニングコストが比較対象よりも安くなる時期をさらに一層容易に認識できるようになっている。

図５は、図４に示した演算結果に基づいて、ハイブリッド油圧ショベルについてバッテリ１５の交換サイクルごとに算出した累積ランニングコストと、標準型油圧ショベルの累積ランニングコストとの差の変化を折れ線グラフでモニタ２３に表示した図である。このように累積ランニングコストを表示すると、図４のように数値のみで示した場合と比較して、標準型油圧ショベルよりも累積ランニングコストが下回る時期を容易に認識することができる。また、図５には、バッテリ１５を交換しない場合の累積ランニングコストの変化についても表示しているので、この場合とのコストの比較も容易に行うことができる。

図６は本発明の第１の実施の形態に係るモニタ２３の表示画面の一例を示す図である。この図に示す表示画面は、平均燃費向上率表示部６１と、バッテリ劣化度表示部６２と、平均燃料費表示部６３と、日時表示部６４と、累積ランニングコスト表示部６５を備えている。

平均燃費向上率表示部６１は、燃費向上率変化演算部２２３が演算した現在の平均燃費向上率が表示される部分である。バッテリ劣化度表示部６２は、劣化度診断部２２１が演算した現在のバッテリ１５の劣化度が表示される部分である。平均燃料費表示部６３は、ランニングコスト演算部２２４が演算した現在の平均燃料費が表示される部分である。日時表示部６４は、現在の日時が表示される部分である。累積ランニングコスト表示部６５は、バッテリコントローラ２２が算出した複数種類のバッテリ交換サイクルごとに算出された累積ランニングコストの変化が表示される部分である。このようにモニタ２３の表示画面を構成すると、オペレータが同時に複数の情報を参照することができる。

図７は本発明の第２の実施の形態に係るバッテリコントローラ２２Ａと通信装置の構成図である。この図に示すバッテリコントローラ２２Ａは、ランニングコスト演算部２２４Ａを備えている点において先のバッテリコントローラ２２と異なる。ランニングコスト演算部２２４Ａは、通信装置７１と接続されており、算出した将来の所定期間における累積ランニングコストの変化を表示データ生成部２２５及び通信装置７１に出力している。通信装置７１は、ランニングコスト演算部２２４の演算結果を遠隔通信手段（例えば、無線通信又は無線通信及びインターネット通信）により外部端末に送信するもので、作業機械に設置されている。本実施の形態における通信装置７１は、作業機械から遠隔地に設置された外部端末である車体管理データベース７３とインターネット７２を介して接続されており、ランニングコスト演算部２２４の演算結果を車体管理データベース７３に送信している。

このようにランニングコスト演算部２２４の演算結果を遠隔地の外部端末に送信すると、先に説明した実施の形態と同様に、複数種類の交換サイクルでバッテリ１５を交換した場合における累積ランニングコストの変化を当該外部端末でも監視することができるので、作業機械の管理を管理者が直接行うことが難しい場合（例えば、作業機械のオペレータが管理者ではない場合（例えば、作業機械をレンタルしている場合）等）でも、先の実施の形態で説明したように当該作業機械のバッテリ交換時期を容易に決定することができる。また、車体管理データベース７３に記憶されたデータをインターネット等を介して外部に公開すれば、管理者がインターネット接続環境下にあればいつでも作業機械のバッテリ交換時期を容易に決定することができる。

なお、本実施の形態では、累積ランニングコストの算出に伴う演算処理を作業機械に設置されたバッテリコントローラ２２Ａで主に実行することとしたが、当該演算処理を車体管理データベース７３で実行することとし、バッテリ１５の内部抵抗値及び車体コントローラ１１からの平均燃料消費量のみを通信装置７１を介して車体管理データベース７３に送信する構成としても良い。このような構成とすれば、作業機械に設置されたバッテリコントローラ２２Ａ（マイコン）では演算不可能な詳細な解析が可能となるので、より正確かつ豊富な情報を管理者に提供することが可能となる。

ところで、本発明は、上記で説明した各実施の形態の構成の内容に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記の各実施の形態の説明では、バッテリ交換の時期は１年、２年、３年と、年ごとで設定したが、任意のサイクルで交換した場合における累積ランニングコストを表示するような構成としてもよい。また、上記の各実施の形態では、エンジン７と動力変換機（発電電動機）１０を備えたハイブリッド油圧ショベルを例に挙げて説明したが、エンジン７を省略して蓄電池のみで駆動するフル電動油圧ショベルにおいても適用可能である。また、油圧ショベルのみならず、ホイールローダやフォークリフト、クレーンなど他の作業機等についても適用が可能である。

３ 油圧アクチュエータ
６ 油圧ポンプ
７ エンジン
１０ 動力変換機（発電電動機）
１１ 車体コントローラ（ＭＣＵ）
１２，１３ インバータ
１５ バッテリ
１６ 旋回モータ
２１ エンジンコントローラ（ＥＣＵ）
２２ バッテリコントローラ（ＢＣＵ）
２３ モニタ（表示装置）
７１ 通信装置
７３ 車体管理データベース
２２１ 劣化度診断部
２２２ 劣化度変化演算部
２２３ 燃費向上率変化演算部
２２４ ランニングコスト演算部
２２５ 表示データ生成部
２２６ 表示データ出力部

Claims (5)

1. 原動機の駆動力及び蓄電池に蓄えられた電気エネルギーのいずれか一方又は双方によって駆動されるアクチュエータを備える作業機械において、
   前記蓄電池の現在の劣化度に基づいて将来における当該劣化度の変化を演算する劣化度変化演算手段と、
   前記劣化度の変化に基づいて将来における前記蓄電池による燃費向上率の変化を演算する燃費向上率変化演算手段と、
   複数種類のサイクルで前記蓄電池を交換したそれぞれの場合について、将来の所定期間における累積ランニングコストの変化を前記燃費向上率の変化に基づいて算出するランニングコスト演算手段と、
   前記蓄電池の交換サイクルごとに算出された累積ランニングコストの変化を当該交換サイクルごとに表示する表示装置とを備えることを特徴とする作業機械。
2. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記ランニングコスト演算手段は、蓄電池を備えない標準型作業機械についての前記所定期間における累積ランニングコストの変化をさらに算出し、さらに、当該標準型作業機械の累積ランニングコストと前記蓄電池の交換サイクルごとに算出された累積ランニングコストとの差を算出し、
   前記表示装置は、前記算出されたランニングコストの差を前記交換サイクルごとに表示することを特徴とする作業機械。
3. 請求項１又は２に記載の作業機械において、
   前記ランニングコスト演算手段は、前記蓄電池を交換しない場合における前記所定期間の累積ランニングコストを前記燃費向上率の変化に基づいてさらに算出し、
   前記表示装置は、前記蓄電池を交換しない場合における累積ランニングコストをさらに表示することを特徴とする作業機械。
4. 請求項３に記載の作業機械において、
   前記ランニングコスト演算手段は、前記所定期間において、前記蓄電池の交換サイクルごとの累積ランニングコストが前記蓄電池を交換しない場合における累積ランニングコストを下回る時期をさらに算出し、
   前記表示装置は、当該累積ランニングコストが下回る時期を表示することを特徴とする作業機械。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の作業機械において、
   前記ランニングコスト演算手段の演算結果を外部端末に送信する通信装置をさらに備えることを特徴とする作業機械。

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