JP2007228716A - 充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】安全性の高い充電システムを提供する。
【解決手段】充電システム７０を、バッテリー４１と、２本の端子部４５ａがバッテリー４１に電気的に接続されたコネクタ４５と、このコネクタ４５の端子部４５ａの各々が挿入されて接続される２個のレセプタクル部５３ａを有するコンセント５３と、商用電源２７から供給される交流電力を直流電力に変換するとともに、変換された直流電圧を制御してコンセント５３を介してバッテリー４１を充電する充電制御部５１と、コンセント５３に設けられ、コネクタ４５に押圧されて、端子部４５ａがレセプタクル部５３ａに挿入されたことを検出する検出スイッチ５４と、充電制御部５１とレセプタクル部５３ａとの間に接続され、検出スイッチ５４が、端子部４５ａがレセプタクル部５３ａに挿入されたことを検出したときに、充電制御部５１とレセプタクル部５３ａとを接続する安全装置部５２とから構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、建設機械を駆動する動力源として搭載されたバッテリーを充電するための充電システムに関する。

従来の建設機械の動力源はエンジンが主流である。しかし、地下の建設現場のように、周囲環境との関係でエンジンを使用できない現場では、電動モータを動力源として搭載した建設機械が用いられている（例えば、特許文献１参照）。この電動モータの電源としては、商用電源を用いて充電されるバッテリーが用いられる。

特開２００４−２２５３５５号公報

しかしながら、このような建設機械に用いられるバッテリーは、大きな電力を供給する必要があるため、充電においても高い電圧が印加され、大きな電流が流れる。そのため、バッテリーと充電装置とを接続するコネクタを充電装置に対して挿入若しくは抜脱する際にアークが発生し、コネクタの端子部を損傷する虞がある。また、バッテリーが充電された状態では、コネクタの端子部にこのバッテリーの直流電圧が印加されているため、端子部で短絡が発生する虞もある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、安全性の高い充電システムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、第１の本発明に係る充電システムは、バッテリーと、２本の端子部を有し、各々の端子部がバッテリーに電気的に接続されたコネクタと、このコネクタの端子部の各々が挿入されて接続される２個のレセプタクル部を有するコンセントと、交流電源（例えば、実施形態における商用電源２７）から供給される交流電力を直流電力に変換するとともに、変換された直流電圧を制御してコンセントを介してバッテリーを充電する充電制御部と、コンセントに設けられ、コネクタに押圧されて、端子部がレセプタクル部に挿入されたことを検出する検出スイッチと、充電制御部とレセプタクル部との間に接続され、検出スイッチが、端子部がレセプタクル部に挿入されたことを検出したときに、充電制御部とレセプタクル部とを接続し、検出スイッチが、端子部がレセプタクル部から抜脱されることを検出したときに、充電制御部とレセプタクル部とを切断する安全装置部とから構成される。

また、第２の本発明に係る充電システムは、バッテリーと、２本の端子部を有し、各々の端子部がバッテリーに電気的に接続されたコネクタと、このコネクタの端子部の各々が挿入されて接続される２個のレセプタクル部、並びに、このレセプタクル部を覆うように設けられた筒状のカバー本体、および、このカバー本体の開口部に開閉可能に取り付けられた蓋部からなるコンセントカバーを有するコンセントと、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換するとともに、変換された直流電圧を制御してコンセントを介してバッテリーを充電する充電制御部と、カバー本体に設けられ、蓋部に押圧されて、端子部がレセプタクル部に対して挿抜操作されていることを検出する検出スイッチと、充電制御部とレセプタクル部との間に接続され、検出スイッチが、蓋部が閉止されて、端子部のレセプタクル部に対する抜脱操作がされていないことを検出したときに、充電制御部とレセプタクル部とを接続し、検出スイッチが、蓋部が開放されて、端子部のレセプタクル部に対する抜脱動作がされていることを検出したときに、充電制御部とレセプタクル部とを切断する安全装置部とから構成される。

この第１および第２の本発明に係る充電装置は、安全装置部が、充電制御部およびレセプタクル部の間に接続されたトランジスタと、検出スイッチに応じてトランジスタを断続するスイッチ制御部とから構成されることが好ましい。

また、第３の本発明に係る充電システムは、バッテリーと、２個のレセプタクル部を有するコンセントと、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換するとともに、変換された直流電圧を制御してコンセントを介してバッテリーを充電する充電制御部と、２本の端子部を有し、各々の端子部がバッテリーに電気的に接続されたコネクタと、このコネクタに設けられ、端子部がレセプタクル部に挿入されたことを検出する検出スイッチと、端子部とバッテリーとの間に接続され、検出スイッチが、端子部がレセプタクル部に挿入されていることを検出したときに、端子部とバッテリーとを接続し、検出スイッチが、端子部がレセプタクル部から抜脱されることを検出したときに、端子部とバッテリーとを切断する安全装置部（例えば、実施形態におけるバッテリー側安全装置部４６）とから構成される。

この第３の本発明に係る充電装置も、安全装置部が、端子部およびバッテリーの間に接続されたトランジスタと、検出スイッチに応じてトランジスタを断続するスイッチ制御部とから構成されることが好ましい。

第１および第２の本発明に係る充電システムを以上のように構成すると、コンセントに対してコネクタを挿抜するときに、端子部とレセプタクル部との間でアークが発生するのを防止することができ、安全性を向上させることができる。

また、第２の本発明に係る充電システムを以上のように構成すると、バッテリーが充電されているときに、端子部間で短絡が発生するのを防止することができ、安全性を向上させることができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、クローラ型パワーショベル車１について図１を用いて説明する。なお、このパワーショベル車１は、地下等の比較的密閉された空間で使用されることを目的に、バッテリーからの電力を利用して作動するものである。このパワーショベル車１は、左右一対の履帯２０を有して構成された走行装置２を備えた走行台車４と、この走行台車４の後部に上下に揺動自在に設けられたブレード９と、走行台車４の上に旋回可能に設けられた旋回台１１と、旋回台１１の前部に枢結されたパワーショベル機構１３と、旋回台１１の上に設けられたオペレータキャビン１５とを有している。

走行装置２は、略Ｈ型をなす走行台車４と、この走行台車４の左右に設けられた走行機構３とからなる。走行機構３は、走行台車４の左右の前部に設けられた駆動用スプロケットホイール５（クローラホイール）と、後部に設けられたアイドラホイール６（クローラホイール）と、これら両ホイール５，６に掛け回されて駆動される履帯２０とからなる。駆動用スプロケットホイール５は、図示しない電動モータにより駆動される。

パワーショベル機構１３は、旋回台１１の前部に起伏動自在に枢結されたブーム１６、ブーム１６の先端部にこのブーム１６の起伏面内で上下に揺動自在に枢結されたアーム１７、および、このアーム１７の先端に上下に揺動自在に枢結されたバケット１８から構成される。ブーム１６はブームシリンダ２１により起伏動され、アーム１７はアームシリンダ２２により揺動され、バケット１８はバケットシリンダ２３により揺動される。なお、このようなシリンダは、後述する油圧ユニット３０から供給される作動油により駆動されるため、以降の説明においては、これらのシリンダ２１〜２３をまとめて「油圧アクチュエータ３５」と呼ぶ。また、旋回台１１は、図示しない旋回モータにより旋回動され、この旋回モータは電動モータでも良いし、油圧モータでも良い。このパワーショベル機構１３の操作は、オペレータキャビン１５内に設けられた操作装置１４により行われる。

本実施例においては、上述のように、走行装置２や油圧アクチュエータ３５に作動油を供給するポンプは電力により駆動する電動モータにより作動するように構成されており、図２を用いてこのパワーショベル車１に搭載されて、電動モータ３３に電力を供給する電源システム４０について説明する。なお、図２では、電気的または光学的信号回路を実線で示し、油圧回路を点線で示している。まず、油圧アクチュエータ３５に作動油を供給する油圧ユニット３０は、作動油を溜めるタンク３１、電気モータ３３により駆動されて所定油圧・流量の作動油を吐出する油圧ポンプ３２、油圧ポンプ３２から吐出される作動油を操作装置１４の操作に応じた供給方向および供給量で油圧アクチュエータ３５に供給制御するコントロールバルブ（電磁比例弁）３４、温度上昇した作動油を冷却するオイルクーラ（図示せず）等から構成されている。

電源システム４０は、リチウムイオンバッテリー等の二次電池からなるバッテリー４１、バッテリー４１からの直流電力を任意の周波数の交流電力に変換し、この交流電力を電動モータ３３に供給する電動モータ駆動装置４２、および、電源システム４０を制御するコントローラ４３から構成される。油圧ポンプ３２を駆動する電動モータ３３は、ＩＰＭモータやサーボモータ等の交流モータで構成されている。そのため、電動モータ駆動装置４２で変換された任意の周波数の交流電力をこの電動モータ３３に印加することにより、この電動モータ３３の出力トルクを制御して所定の油圧を油圧ポンプ３２から供給することができ、電動モータ駆動制御部４２は、コントローラ４３からの指令と、電動モータ３３で検出された回転数やロータの位置信号に基づいて変換する交流電力の周波数を制御する。なお、電動モータ３３の制御のために、油圧ユニット３０に設けられた油圧・油温センサー３６の検出値がコントローラ４３に入力される。なお、これらの油圧ユニット３０や電源システム４０等は、パワーショベル車１の走行台車４に配設されている。

それでは、バッテリー４１を商用電源２７からの電力で充電するための充電システム７０について、図３を用いて説明する。充電システム７０は、バッテリー４１に一端が電気的に接続され、走行台車４の外部に延びるケーブル４４と、このケーブル４４の他端に接続されたコネクタ４５と、このコネクタ４５を接続してバッテリー４１を充電する充電装置５０とから構成される。コネクタ４５は、２本の端子部４５ａを有しており、この端子部４５ａはケーブル４４の２本の電力線の各々が電気的に接続されている。

充電装置５０は、コンセント５３を有しており、このコンセント５３の２個のレセプタクル部５３ａにコネクタ４５の端子部４５ａが挿入されてレセプタクル部５３ａと端子部４５ａとが電気的に接続されるように構成されている。また、充電装置５０は、商用電源２７に接続され、この商用電源２７から供給される交流電力を直流電力に変換するとともに、出力電圧（直流電圧）の大きさを制御してバッテリー４１を充電する充電制御部５１、充電制御部５１とコンセント５３との間に接続される安全装置部５２、および、コンセント５３に設けられた検出スイッチ５４を有している。ここで、安全装置部５２は、電力制御用のトランジスタ５２ａ、および、このトランジスタ５２ａを制御するスイッチ制御部５２ｂとから構成されている。

充電制御部５１により変換された直流電力の一方の出力（例えば、図３においては正側）は、トランジスタ５２ａを介してコンセント５３の一方のレセプタクル部５３ａに電気的に接続され、充電制御部５１の他方の出力（例えば、図３においては負側）は、そのまま、コンセント５３の他方のレセプタクル部５３ａに電気的に接続されている。また、検出スイッチ５４は、リミットスイッチで構成されており、コンセント５３のレセプタクル部５３ａにコネクタ４５の端子部４５ａが完全に挿入されると、このコネクタ４５の押圧部４５ｂで検出スイッチ５４の検出部５４ａが押し込まれ、検出値が出力される。この検出スイッチ５４の出力はスイッチ制御部５２ｂに出力され、スイッチ制御部５２ｂは、検出スイッチ５４が、コネクタ４５の端子部４５ａがコンセント５３のレセプタクル部５３ａに完全に挿入されたことを検出すると、トランジスタ５２ｂをオン状態にして充電制御部５１とレセプタクル部５３ａとを接続し、レセプタクル部５３ａから端子部４５ａが抜脱され、検出部５４ａの押圧部４５ｂによる押圧が解除され、コンセント５３からコネクタ４５が抜脱されされようとしていることを検出すると、トランジスタ５２ｂをオフ状態にして充電制御部５１とレセプタクル部５３ａとを切断するように構成されている。

本実施例のようなパワーショベル車１に搭載された油圧ポンプ３２を駆動するための電動モータ３３に電力を供給するバッテリー４１は、大きな電力を出力する必要があることから、このバッテリー４１を充電する場合も、充電装置５０から高い直流電圧が印加され、大きな直流電流が流れる。そのため、コンセント５３のレセプタクル部５３ａにこのような直流電圧が印加されている状態で、このレセプタクル部５３ａに対してコネクタ４５の端子部４５ａが挿入若しくは抜脱されると、アークが発生し、端子部４５ａが損傷する虞がある。しかし、本実施例においては、検出スイッチ５４でコネクタ４５が挿入若しくは抜脱されたことを検出し、レセプタクル部５３ａと端子部４５ａとが接触状態になる前後においてはトランジスタ５２ａでレセプタクル部５３ａに直流電圧が印加されないように構成されているため、このようなアークが発生する虞はない。

なお、検出スイッチ５４をコンセント５３に設ける代わりに、このコンセント５３のレセプタクル部５３ａを外方から覆う筒状のカバー本体５５ａとこのカバー本体５５ａの開口部５５ｃを覆う蓋部５５ｂから構成されるコンセントカバー５５を設け、検出スイッチ５４をカバー本体５５ａの開口部５５ｃに設けて、蓋部５５ｂが開口部５５ｃを閉止したときにこの蓋部５５ｂで検出スイッチ５４を押し込むように構成することも可能である。この場合、カバー本体５５ａの開口部５５ｃに凹部５５ｄを設け、ここからケーブル４４が外部に引き出される。このようにコンセント５３にコンセントカバー５５を設けて検出スイッチ５４を配設することにより、蓋部５５ｂが、カバー本体５５ａの開口部５５ｃを開放しているときは、コンセント５３に対してコネクタ４５の抜脱操作をしていると判断でき、充電制御部５１とレセプタクル５３ａとが切断されるので、レセプタクル部５３ａに対して端子部４５ａを挿抜してもアークが発生せず、蓋部５５ｂが開口部５５ｃを閉止しているときは、このような抜脱操作は行われていないと判断でき、充電制御部５１とレセプタクル５３ａとが接続されて、バッテリー４１が充電される。なお、コンセント５３にコンセントカバー５５を設けると、コネクタ４５が誤ってコンセント５３から抜脱されるのを防止することができる。

このように、充電装置５０のコンセント５３（のレセプタクル部５３ａの近傍、若しくは、コンセントカバー５５）に検出スイッチ５４を設け、コネクタ４５のコンセント５３に対する挿抜を検出するように構成することにより、簡単な構成で、レセプタクル部５３ａと端子部４５ａとの間で発生するアークを防止することができ、安全性を向上させることができる。

なお、バッテリー４１が充電された状態にあるときは、コネクタ４５の端子部４５ａには、バッテリー４１の直流電圧が印加されている。そのため、コネクタ４５が充電装置５０から抜脱されている状態では、端子部４５ａ間で短絡が発生する虞がある。そのため、図４に示すように、上述の安全装置部５２と同様の回路（「バッテリー側安全装置部４６」と呼ぶ）を、バッテリー４１とコネクタ４５との間に接続することも可能である。この場合、コネクタ４５が充電装置５０のコンセント５３と当接する面に検出スイッチ４７を設け、この検出スイッチ４７がバッテリー側安全装置部４６のスイッチ制御部４６ｂに接続される。また、端子部４５ａの一方とバッテリー４１とを繋ぐ電源線の一方にトランジスタ４６ａが接続され、電源線の他方は直接端子部４５ａの他方とバッテリー４１とを接続するように構成される。

このような構成によると、コンセント５３にコネクタ４５が接続されていない状態では、検出スイッチ４７が押し込まれておらず、バッテリー側安全装置部４６のスイッチ制御部４６ｂがトランジスタ４６ａをオフ状態にしているため、バッテリー４１と端子部４５ａとが切断された状態となり、端子部４５ａの間にバッテリー４１の直流電圧が印加されないため、短絡等の発生を防止することができ、安全性を向上させることができる。もちろん、コネクタ４５の端子部４５ａがコンセント５３のレセプタクル部５３ａに完全に挿入されると、コンセント５３により検出スイッチ４７が押し込まれて、スイッチ制御部４６ｂがトランジスタ４６ａをオン状態にするため、バッテリー４１と端子部４５ａとが接続された状態となり、充電装置５０によるバッテリー４１の充電が可能となる。

なお、以上の実施例においては、油圧アクチュエータ３５に作動油を供給する油圧ポンプ３２を駆動するための電動モータ３３に電源システム４０から電力を供給する場合について説明したが、走行装置２を駆動させるモータや旋回台１１を旋回させるモータに電力を供給する場合も同様である。

本発明に係る充電システムが搭載されるパワーショベル車の斜視図である。 上記パワーショベルの油圧ユニットおよび電源システムの構成を示すブロック図である。 第１の本発明に係る充電システムの構成を示すブロック図である。 充電装置のコンセントにコンセントカバーを設けた場合のブロック図である。 第２の本発明に係る充電システムの主要部の構成を示すブロック図である。

符号の説明

２７ 商用電源（交流電源）
４１ バッテリー
４５ コネクタ
４５ａ 端子部
４６ バッテリー側安全装置部
４６ａ トランジスタ
４６ｂ スイッチ制御部
５１ 充電制御部
５２ 安全装置部
５２ａ トランジスタ
５２ｂ スイッチ制御部
５３ コンセント
５３ａ レセプタクル部
５５ コンセントカバー
５５ａ カバー本体
５５ｂ 蓋部
４７，５４ 検出スイッ
７０ 充電システム

Claims (5)

1. バッテリーと、
   ２本の端子部を有し、各々の前記端子部が前記バッテリーに電気的に接続されたコネクタと、
   前記コネクタの前記端子部の各々が挿入されて接続される２個のレセプタクル部を有するコンセントと、
   交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換するとともに、変換された直流電圧を制御して前記コンセントを介して前記バッテリーを充電する充電制御部と、
   前記コンセントに設けられ、前記コネクタに押圧されて、前記端子部が前記レセプタクル部に挿入されたことを検出する検出スイッチと、
   前記充電制御部と前記レセプタクル部との間に接続され、前記検出スイッチが、前記端子部が前記レセプタクル部に挿入されたことを検出したときに、前記充電制御部と前記レセプタクル部とを接続し、前記検出スイッチが、前記端子部が前記レセプタクル部から抜脱されることを検出したときに、前記充電制御部と前記レセプタクル部とを切断する安全装置部とから構成されることを特徴とする充電システム。
2. バッテリーと、
   ２本の端子部を有し、各々の前記端子部が前記バッテリーに電気的に接続されたコネクタと、
   前記コネクタの前記端子部の各々が挿入されて接続される２個のレセプタクル部、並びに、前記レセプタクル部を覆うように設けられた筒状のカバー本体、および、前記カバー本体の開口部に開閉可能に取り付けられた蓋部からなるコンセントカバーを有するコンセントと、
   交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換するとともに、変換された直流電圧を制御して前記コンセントを介して前記バッテリーを充電する充電制御部と、
   前記カバー本体に設けられ、前記蓋部に押圧されて、前記端子部が前記レセプタクル部に対して挿抜操作されていることを検出する検出スイッチと、
   前記充電制御部と前記レセプタクル部との間に接続され、前記検出スイッチが、前記蓋部が閉止されて、前記端子部の前記レセプタクル部に対する抜脱操作がされていないことを検出したときに、前記充電制御部と前記レセプタクル部とを接続し、前記検出スイッチが、前記蓋部が開放されて、前記端子部の前記レセプタクル部に対する抜脱操作がされていることを検出したときに、前記充電制御部と前記レセプタクル部とを切断する安全装置部とから構成されることを特徴とする充電システム。
3. 前記安全装置部が、
   前記充電制御部および前記レセプタクル部の間に接続されたトランジスタと、
   前記検出スイッチに応じて前記トランジスタを断続するスイッチ制御部とから構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の充電システム。
4. バッテリーと、
   ２個のレセプタクル部を有するコンセントと、
   交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換するとともに、変換された直流電圧を制御して前記コンセントを介して前記バッテリーを充電する充電制御部と、
   ２本の端子部を有し、各々の前記端子部が前記バッテリーに電気的に接続されたコネクタと、
   前記コネクタに設けられ、前記端子部が前記レセプタクル部に挿入されたことを検出する検出スイッチと、
   前記端子部と前記バッテリーとの間に接続され、前記検出スイッチが、前記端子部が前記レセプタクル部に挿入されたことを検出したときに、前記端子部と前記バッテリーとを接続し、前記検出スイッチが、前記端子部が前記レセプタクル部から抜脱されることを検出したときに、前記端子部と前記バッテリーとを切断する安全装置部とから構成されることを特徴とする充電システム。
5. 前記安全装置部が、
   前記端子部および前記バッテリーの間に接続されたトランジスタと、
   前記検出スイッチに応じて前記トランジスタを断続するスイッチ制御部とから構成されることを特徴とする請求項４に記載の充電システム。

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