CN105811036A - 蓄电装置及搭载蓄电装置的混合式挖土机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种搭载能够轻松地探测层压薄膜容器的破损情况的蓄电单元的蓄电装置及搭载蓄电装置的混合式挖土机。本发明中，蓄电单元电连接于电动发电机。由充放电电路控制蓄电单元的充放电。充放电电路通过控制装置而被控制。蓄电单元容纳于框体。框体内配置有探测从蓄电单元泄漏的流体的泄漏情况的探测器。

Description

蓄电装置及搭载蓄电装置的混合式挖土机

技术领域

本申请主张基于2015年1月19日申请的日本专利申请第2015-007336号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

本发明涉及一种蓄电装置及搭载蓄电装置的混合式挖土机。

背景技术

目前正在推进使用可充电的二次电池及电容器等蓄电单元的混合式挖土机的开发。作为在混合式挖土机中采用的蓄电单元例如使用锂离子二次电池、锂离子电容器等。作为这些蓄电单元已知有具有用层压薄膜包裹正极板、负极板及电解液的平板状(板状)外形的蓄电单元。重叠2片层压薄膜之后将外周部附近彼此热焊接，由此形成层压薄膜容器。多个蓄电单元被串联且容纳于框体内，从而构成蓄电装置(参考专利文献1)。

专利文献1：日本特开2014-139881号公报

有时会因蓄电单元的劣化而产生气体。产生的气体将蓄积在层压薄膜容器内。若因产生的气体而使得层压薄膜容器内的压力变高，则会使层压薄膜破损。若层压薄膜破损，则因空气中的水分与电解液的反应而加速蓄电单元的劣化。

发明内容

若将层压薄膜彼此热焊接的部位破损，则很难通过定期检查来探测层压薄膜容器的破损情况。本发明的目的在于提供一种能够轻松地探测层压薄膜容器的破损情况的蓄电装置及搭载蓄电装置的挖土机。

根据本发明的一观点，提供如下混合式挖土机：

所述混合式挖土机具有：

电动发电机；

蓄电单元，电连接于所述电动发电机；

充放电电路，进行所述蓄电单元的充放电；

控制装置，控制所述充放电电路；

框体，容纳所述蓄电单元；及

探测器，配置于所述框体内，且探测从所述蓄电单元泄漏的流体的泄漏情况。

根据本发明的另一观点，提供如下蓄电装置：

所述蓄电装置具有：

蓄电单元，连接于充放电电路而进行充放电；

框体，容纳所述蓄电单元；及

探测器，配置于所述框体内，且探测从所述蓄电单元泄漏的流体的泄漏情况。

发明效果

由于探测器探测从蓄电单元泄漏的流体的泄漏情况，因此能够轻松地探测蓄电单元的容器的破损情况。

附图说明

图1为实施例的混合式挖土机的侧视图。

图2为实施例的混合式挖土机的框图。

图3为蓄电电路、逆变器、电动发电机及控制装置的示意图。

图4A为蓄电单元的俯视图，图4B为图4A的单点划线4B-4B的剖视图。

图5A及图5B分别为框体的盖子及下部框体的立体图。

图6A为探测器的剖视图，图6B为透过透明视窗观察的探测器的俯视图，图6C为探测材料处于收缩状态的探测器的俯视图。

图7A为透过透明视窗观察的初始状态的探测器的另一结构例的俯视图，图7B为框体内充满氟化氢的状态的探测器的俯视图。

图8A及图8B分别为初始状态的探测器的另一结构例的剖视图及俯视图，图8C及图8D分别为腐蚀之后的探测器的剖视图及俯视图。

图9为另一实施例的搭载于混合式挖土机的蓄电电路、逆变器、电动发电机及控制装置的示意图。

图10为表示利用探测器检测的压力随时间变化的一例的曲线图。

图中：10-下部行走体，11-回转机构，12-上部回转体，13-动臂，14-动臂缸，15-斗杆，16-斗杆缸，17-铲斗，18-铲斗缸，19A、19B-液压马达，20-引擎，21-转矩传递机构，22-电动发电机，25-主泵，26-高压液压管路，27-控制阀，30-先导泵，31-先导管路，32、33-液压管路，35-操作装置，37-压力传感器，40-蓄电电路，41-逆变器，42-蓄电装置，43-逆变器，44-充放电电路，45-回转电动机，46-减速机，47-分解器，48-机械制动器，50-控制装置，51-输出装置，61-蓄电单元，62-框体，63-探测器，64-连接器，65-加压机构，66-透明视窗，71-电解槽容器，72-正极端子，73-负极端子，74-正极板，75-负极板，76-隔板，77-非水电解液，81-盖子，82-下部框体，84-连接箱，91-探测材料，92-支承板，94-挤压部件，95-弹性部件，96-环状部件，97-探测标记，98-基准标记。

具体实施方式

图1中示出实施例的混合式挖土机的侧视图。下部行走体10上经由回转机构11能够回转地搭载有上部回转体12。上部回转体12上能够在上下方向上摆动地安装有由动臂13、斗杆15及铲斗17构成的工作组件。工作组件通过由动臂缸14、斗杆缸16及铲斗缸18构成的驱动器被液压驱动。由动臂13、斗杆15及铲斗17构成挖掘用附属装置。另外，除了挖掘用附属装置之外，还能够连结粉碎用附属装置、起重磁铁用附属装置等。

图2中示出图1所示的混合式挖土机的框图。在图2中，机械动力系统用双重线表示，高压液压管路用粗实线表示，先导管路用虚线表示，电力驱动系统及控制系统用细实线表示。

引擎20的驱动轴连结于转矩传递机构21的输入轴。作为引擎20使用柴油引擎等内燃机。电动发电机22的驱动轴连结于转矩传递机构21的另一输入轴。电动发电机22能够进行辅助运行和发电运行这两个运行动作。在转矩传递机构21的输出轴上连结有主泵(液压泵)25的驱动轴。主泵25通过由引擎20产生的动力及由电动发电机22产生的动力被驱动。

当电动发电机22进行辅助运行时，在电动发电机22产生的动力经由转矩传递机构21传递到主泵25。由此，施加于引擎20的负荷得到减轻。当电动发电机22进行发电运行时，在引擎20产生的动力经由转矩传递机构21传递到电动发电机22。

主泵25经由高压液压管路26将液压供给到控制阀27。控制阀27根据来自操作人员的指令将液压分配到各种驱动器例如液压马达19A、19B、动臂缸14、斗杆缸16及铲斗缸18。液压马达19A及19B驱动分别设置于下部行走体10(图1)的左右2个履带。

在电动发电机22进行辅助运行的期间，所需电力从蓄电电路40通过逆变器41供给到电动发电机22。在电动发电机22进行发电运行的期间，电动发电机22所发的电力通过逆变器41供给到蓄电电路40。由此，蓄电电路40内的蓄电装置42被充电。

回转电动机45通过逆变器43而被控制，能够进行动力运行动作及再生动作这两种运行。回转电动机45在进行动力运行动作的过程中，电力从蓄电装置42经由逆变器43供给到回转电动机45。回转电动机45经由减速机46驱动回转机构11(图1)。进行再生动作时，上部回转体12(图1)的旋转运动经由减速机46传递到回转电动机45，由此回转电动机45产生再生电力。产生的再生电力经由逆变器43供给到蓄电电路40。通过该电力，蓄电电路40内的蓄电装置42被充电。

分解器47检测回转电动机45的旋转轴的旋转方向的位置。分解器47的检测结果被输入到控制装置50。通过来自分解器47的信号能够检测回转电动机45的转速。

机械制动器48连结于回转电动机45的旋转轴，并产生机械制动力。机械制动器48的制动状态与解除状态受到来自控制装置50的控制，并通过电磁开关而切换。

先导泵30产生液压操作系统所需的先导压。产生的先导压经由先导管路31供给到操作装置35。操作装置35包括操纵杆和踏板，且由操作人员来操作。操作装置35按照操作人员的操作将从先导管路31供给的初级侧的液压转换成次级侧的液压。次级侧的液压经由液压管路32传递到控制阀27，并且经由其他液压管路33传递到压力传感器37。

用压力传感器37检测的压力信息被输入到控制装置50。通过该压力信息，控制装置50能够探测下部行走体10(图1)、回转电动机45、动臂13、斗杆15及铲斗17(图1)的操作状况。引擎20、逆变器41、43及蓄电电路40通过控制装置50而被控制。

图3中示出蓄电电路40、逆变器41、电动发电机22及控制装置50的示意图。蓄电电路40包括蓄电装置42及充放电电路44。蓄电装置42包括框体62、多个蓄电单元61。每个蓄电单元61均具有板状的外部形状。多个蓄电单元61在厚度方向上重叠，且被电串联。

蓄电单元61容纳于框体62。串联的蓄电单元61经由安装于框体62的连接器64而与框体62的外部的充放电电路44连接。控制装置50控制充放电电路44，由此充放电电路44进行蓄电单元61的充放电。作为充放电电路44例如使用包括开关元件和电抗器的DC-DC转换器。开关元件的开关通过控制装置50而被控制。蓄电单元61经由充放电电路44及逆变器41与电动发电机22电连接。

框体62内配置有探测器63。探测器63探测从蓄电单元61泄漏的流体(气体或液体)的泄漏情况。在框体62的壁面安装有透明视窗66。能够从框体62的外部透过透明视窗66辨识探测器63。

图4A中示出蓄电单元61的俯视图。蓄电单元61包括电解槽容器(cellcontainer)71、正极端子72及负极端子73。电解槽容器71具有大致长方形的平面形状。正极端子72从电解槽容器71的一个边缘(图4A中为左侧的边缘)导出，负极端子73从相反侧的边缘(图4A中为右侧的边缘)导出。

图4B中示出图4A的单点划线4B-4B的剖视图。电解槽容器71由2片层压薄膜构成。2片层压薄膜之间容纳有多个正极板74、多个负极板75及多个隔板76。2片层压薄膜在外周附近彼此热焊接。正极端子72及负极端子73在2片层压薄膜之间通过，从电解槽容器71的内部被导出到外部。电解槽容器71内填充有非水电解液77。正极板74连接于正极端子72，负极板75连接于负极端子73。

作为蓄电单元61例如采用锂离子二次电池、锂离子电容器等。非水电解液77中包含锂盐及有机溶剂。若因电解槽容器71的破损而使锂盐与大气中的水分接触，则会使锂盐分解。因锂盐的分解，而导致蓄电单元61的容量及输出下降。当作为锂盐使用LiPF6等锂氟化物时，经过锂氟化物与水的反应而产生氟化氢。在框体62的内部充满产生的氟化氢。

图5A及图5B中分别示出框体62的盖子81及下部框体82的立体图。盖子81堵住下部框体82的开口部。在下部框体82的侧面设置有连接箱84。连接箱84的上表面的开口部被连接器64堵住。盖子81上设置有透明视窗66。

图6A中示出探测器63(图3)的剖视图。探测器63包括探测材料91、支承板92及挤压部件94。支承板92固定于框体62的壁面。支承板92上载有探测材料91。挤压部件94包括弹性部件95及环状部件96。挤压部件94通过将探测材料91挤压到支承板92，由此探测材料91通过支承板92被支承。具体而言，通过弹性部件95的弹力使得环状部件96接触探测材料91，且将探测材料91挤压到支承板92。能够透过透明视窗66辨识探测材料91及环状部件96。

图6B中示出透过透明视窗66观察的探测器63(图6A)的俯视图。在探测材料91的表面描绘有探测标记97。透过透明视窗66可辨识环状部件96及探测标记97。环状部件96的内侧边缘发挥基准标记98的功能。

作为一例，基准标记98及探测标记97由圆周构成。在初始状态下，探测标记97与基准标记98的大小大致相同，且大致重合。

作为探测材料91使用显示pH响应性的高分子材料，例如使用由聚丙烯酸构成的膜。pH响应性高分子材料具有置于酸性气氛则收缩的性质。若因蓄电单元61的电解槽容器71(图4B)破损而产生氟化氢，则会使框体62内部成为酸性气氛。挤压部件94(图6A)以容许探测材料91收缩的程度的力将探测材料91挤压到支承板92。因此，若在框体62(图3)内产生氟化氢，则探测材料91朝面内方向收缩。

图6C中示出探测材料91处于收缩状态的探测器63的俯视图。由于探测材料91正处于收缩状态，因此探测材料91上所描绘的探测标记97也变小。基准标记98的尺寸不变。通过对基准标记98与探测标记97的尺寸进行比较，能够轻松地探测到在电解槽容器71产生破损的这一情况。

由于能够透过透明视窗66辨识探测标记97及基准标记98，因此能够在打开框体62(图5A、图5B)之前判断框体62内是否充满氟化氢。

参考图7A及图7B来对探测器63(图3)的另一结构例进行说明。图7A中示出透过透明视窗66观察的初始状态的探测器63的俯视图，图7B中示出框体62(图3)内部充满氟化氢的状态的探测器63的俯视图。作为探测材料91使用置于酸性气氛则会变色的材料，例如使用石蕊。也可以染在纸上而作为石蕊试纸使用。

如图7A所示，初始状态的探测材料91为蓝色。若因电解槽容器71的破损而使得框体62内部成为酸性气氛，则如图7B所示，探测材料91将变成红色。透过透明视窗66观察探测材料91的颜色，能够轻松地探测到在电解槽容器71产生破损这一情况。

参考图8A～图8D对探测器63(图3)的其他结构例进行说明。图8A及图8B中分别示出初始状态的探测器63的剖视图及俯视图。以下，对与图7A～图7C所示的探测器63的不同点进行说明，对于通用的结构则省略说明。

如图8A所示，在支承板92上固定有探测材料91。探测材料91的底面为平面，上表面由球面的一部分构成。如图8B所示，探测材料91的平面形状为圆形。在支承板92的表面描绘有基准标记98。基准标记98由与探测材料91的外周线大致一致的圆周构成。作为探测材料91使用遇到氢氟酸会腐蚀的材料，例如使用玻璃。

图8C及图8D中分别示出腐蚀之后的探测器63的剖视图及俯视图。在图8C中，用虚线表示初始状态的探测材料91的上表面。探测材料91的表层部遇到氢氟酸而腐蚀，因此探测材料91的平面尺寸变小。基准标记98的尺寸不变。透过透明视窗66来对基准标记98与探测材料91的外周进行比较，由此在打开框体62(图5A、图5B)之前就能够判断框体62内是否充满氟化氢。

在上述实施例中，探测器63(图3)探测从电解槽容器71泄漏的气体的泄漏情况，但也能够探测气体以外的流体的泄漏情况即液体的泄漏情况。当液体从电解槽容器71泄漏而使框体62(图3)内部变成酸性气氛时，能够通过在上述实施例中使用的探测器63来探测流体的泄漏情况。

在上述实施例中，利用探测材料91的收缩、变色或腐蚀等化学反应来探测从电解槽容器71泄漏的流体的泄漏情况，但也能够利用产生其他变化的化学反应。优选利用能够轻松地辨识探测材料91的变化的化学反应。

参考图9及图10来对另一实施例的蓄电装置进行说明。以下，对与图1～图6C所示的实施例的不同点进行说明，对于通用的结构则省略说明。

图9中示出蓄电电路40、逆变器41、电动发电机22及控制装置50的示意图。蓄电装置42具备框体62，在其内部有多个蓄电单元61在其厚度方向上重叠。在框体62的内部，加压机构65向由蓄电单元61构成的重叠结构体施加重叠方向的压缩力。加压机构65例如包括分别配置于重叠结构体的两端的加压板和架设于2片加压板之间的拉杆。框体62也可以由下部框体和盖子构成。

在框体62的内部，探测器63配置于蓄电单元61之间。作为探测器63使用应变仪、压力传感器等。探测器63检测施加于蓄电单元61的压力，且将检测结果发送到控制装置50。控制装置50根据从探测器63接收的检测结果来判定流体有无从电解槽容器71泄漏。如此，作为蓄电装置能够具备控制装置。控制装置可以配置于框体的内部，也可以配置于外部。并且，也可以是包含充放电电路的结构。

图10中示出用探测器63检测的压力随时间发生变化的一例。以P0表示初始状态的压力。若蓄电单元61逐渐劣化，则电解槽容器71内部会产生气体。若气体蓄积在电解槽容器71内，则电解槽容器71将会膨胀，由此用探测器63检测的压力会上升。在图10所示的例子中，时刻t1以后，压力随着时间的经过而逐渐变高。

若电解槽容器71内的压力超过电解槽容器71的容许上限值，则电解槽容器71会破损。若电解槽容器71破损，则电解槽容器71内的气体将泄漏到外部，因此压力会朝初始状态的压力P0急剧下降。图10中示出电解槽容器71在时刻t2破损的例子。

控制装置50(图9)探测到用探测器63测定的压力急剧下降。例如，以一定周期检测压力，当前一周期的检测结果与当前周期的检测结果之间的差超过判定阈值时，判定为存在压力的急剧下降。控制装置50若探测到压力的急剧下降，则从输出装置51发出警报。由此，操作人员或检修人员能够轻松地探测到电解槽容器71破损的这一情况。

在以上各实施例中说明的蓄电装置能够被利用到各种装置中。尤其能够搭载于混合式挖土机，且能够提高具备蓄电装置的挖土机的品质。

Claims (14)

1.一种混合式挖土机，具有：

电动发电机；

蓄电单元，电连接于所述电动发电机；

充放电电路，进行所述蓄电单元的充放电；

控制装置，控制所述充放电电路；

框体，容纳所述蓄电单元；及

探测器，配置于所述框体内，且探测从所述蓄电单元泄漏的流体的泄漏情况。

2.根据权利要求1所述的混合式挖土机，其中，

所述蓄电单元包括：

电解槽容器，由层压薄膜构成；

非水电解液，填充于所述电解槽容器内；

正极板；及

负极板。

3.根据权利要求2所述的混合式挖土机，其中，

所述探测器检测施加于所述蓄电单元的压力，且将检测结果发送到所述控制装置，

所述控制装置根据从所述探测器接收的所述检测结果，判定有无流体的泄漏。

4.根据权利要求3所述的混合式挖土机，其中，

所述控制装置探测在所述电解槽容器内产生气体而导致所述电解槽容器内的压力上升之后，因所述电解槽容器的破损而导致所述电解槽容器内的气体泄漏到外部而引起的压力的下降。

5.根据权利要求2所述的混合式挖土机，其中，

所述探测器包括与从所述蓄电单元泄漏的所述流体进行化学反应的探测材料，且通过由化学反应引起的所述探测材料的变化，探测所述流体的泄漏情况。

6.根据权利要求5所述的混合式挖土机，其中，

所述探测材料通过所述化学反应而收缩，

所述探测器具有能够辨识所述探测材料的收缩情况的基准标记。

7.根据权利要求6所述的混合式挖土机，其中，

所述框体具有能够从所述框体的外部辨识所述探测材料通过所述化学反应而发生的变化的透明视窗。

8.一种蓄电装置，具有：

蓄电单元，连接于充放电电路而进行充放电；

框体，容纳所述蓄电单元；及

探测器，配置于所述框体内，且探测从所述蓄电单元泄漏的流体的泄漏情况。

9.根据权利要求8所述的蓄电装置，其中，

所述蓄电单元包括：

电解槽容器，由层压薄膜构成：

非水电解液，填充于所述电解槽容器内；

正极板；及

负极板。

10.根据权利要求9所述的蓄电装置，其中，

所述探测器检测施加于所述蓄电单元的压力，且将检测结果发送到所述控制装置，

所述控制装置根据从所述探测器接收的所述检测结果，判定有无流体的泄漏。

11.根据权利要求10所述的蓄电装置，其中，

所述控制装置探测在所述电解槽容器内产生气体而导致所述电解槽容器内的压力上升之后，因所述电解槽容器的破损而导致所述电解槽容器内的气体泄漏到外部而引起的压力的下降。

12.根据权利要求9所述的蓄电装置，其中，

所述探测器包括与从所述蓄电单元泄漏的所述流体进行化学反应的探测材料，且通过由化学反应引起的所述探测材料的变化，探测所述流体的泄漏情况。

13.根据权利要求12所述的蓄电装置，其中，

所述探测材料通过所述化学反应而收缩，

所述探测器具有能够辨识所述探测材料的收缩情况的基准标记。

14.根据权利要求13所述的蓄电装置，其中，

所述框体具有能够从所述框体的外部辨识所述探测材料通过所述化学反应而发生的变化的透明视窗。