JP2009189159A

JP2009189159A - 蓄電器の感電防止機構

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Publication number: JP2009189159A
Application number: JP2008026811A
Authority: JP
Inventors: Sanetaka Takeo; 実高竹尾
Original assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2008-02-06
Filing date: 2008-02-06
Publication date: 2009-08-20

Abstract

【課題】複数のセルを直列接続した高電圧蓄電器による感電を簡易かつ確実に防止する感電防止機構を提供すること。
【解決手段】直列接続された複数のセル３０で構成され開閉可能な開閉カバー３７を持つ筐体３６で周囲を覆われた蓄電器２５の感電防止機構は、セル３０の隣接する二つの間を導電させる導電状態とセル３０の隣接する二つの間を遮断する非導電状態とを選択的に発生させるスイッチ部３８を有し、スイッチ部３８は、開閉カバー３７が開けられた場合に非導電状態をもたらし、開閉カバー３７が閉じられた場合に導電状態をもたらす。
【選択図】図３

Description

本発明は、蓄電器の感電防止機構に関し、より具体的には、直列接続された複数のセルを有する高電圧蓄電器の感電防止機構に関する。

従来、電気自動車の電装品における高電圧に対する感電を防止できる電気自動車用電装品の感電防止機構が知られている。

この感電防止機構は、電装品内部の蓄電器に電力が残存していることを検知する電気回路と、その蓄電器に電力が残存していることが検知された場合にその電装品の保護カバーの開閉操作を禁止するためのロック機構を駆動するソレノイドとを備え、その電装品を整備、保守、点検或いは改造する作業者の感電事故を防止する。
特開平６−９８４０３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の感電防止機構は、その電気回路又はソレノイドを電気的に作動させるので、それらのうちの何れかが故障した場合には、作業者の感電を防止することができない。

上述の点に鑑み、本発明は、複数のセルを直列接続した高電圧蓄電器による感電を簡易かつ確実に防止する感電防止機構を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、第一の発明に係る感電防止機構は、直列接続された複数のセルで構成され、開閉可能な開閉カバーを持つ筐体で周囲を覆われた蓄電器の感電防止機構であって、前記セルの隣接する二つの間を導電させる導電状態と前記セルの隣接する二つの間を遮断する非導電状態とを選択的に発生させるスイッチ部を有し、前記スイッチ部は、前記開閉カバーが開けられた場合に非導電状態をもたらし、前記開閉カバーが閉じられた場合に導電状態をもたらすことを特徴とする。

また、第二の発明は、第一の発明に係る感電防止機構であって、前記スイッチ部は、少なくとも、直列接続された複数のセルのうちの中間電位を発生させる位置にある隣接する二つのセルの間で、導電状態と非導電状態とを選択的に発生させることを特徴とする。

また、第三の発明は、第一又は第二の発明に係る感電防止機構であって、前記スイッチ部は、前記開閉カバーに非導電的に取り付けられる導電性部材を含むことを特徴とする。

また、第四の発明は、第一乃至第三の何れかの発明に係る感電防止機構であって、前記開閉カバーは、蝶番式、はめ込み式、又は、スライド式に開閉可能であることを特徴とする。

上述の手段により、本発明は、複数のセルを直列接続した高電圧蓄電器による感電を簡易かつ確実に防止する感電防止機構を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明に係る感電防止機構を備えた高電圧蓄電器が搭載されるハイブリッド油圧ショベルの構成例を示す図であり、図２は、図１に示されるハイブリッド油圧ショベルの機能ブロック図である。

油圧ショベル１０は、クローラ式の下部走行体１１の上に配置された、旋回用電動機２８によって旋回させられる旋回機構１２を介して、上部旋回体１３を旋回中心Ｘ周りに旋回自在に搭載している。

また、上部旋回体１３は、その前方側部にキャブ１４を備え、かつ、前方中央部に、ブーム１５、アーム１６及びバケット１７、並びに、これらを油圧ポンプが吐出する圧油によってそれぞれ駆動するアクチュエータ（ブームシリンダ１８、アームシリンダ１９及びバケットシリンダ２０）から構成される掘削アタッチメントＥを備える。

また、ハイブリッド油圧ショベル１０は、エンジン２１、変速機２２、発電機２３、インバータ２４、高電圧蓄電器２５、メインコントローラ２６、油圧ポンプ２７及び旋回用電動機２８を含む。

エンジン２１は、所定のエンジン回転数で回転しながら変速機２２を介して発電機２３及び油圧ポンプ２７を駆動する内燃機関であり、例えば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等がある。

変速機２２は、所定の減速比でエンジン２１の回転を発電機２３に伝達するための装置である。

発電機２３は、機械エネルギーを電磁作用により電気エネルギーに変換して電力を産出するための装置であり、例えば、エンジン２１によって駆動されることで発電した電気エネルギーを電力供給先（旋回用電動機２８を含む。）にインバータ２４を介して供給し、或いは、発電した電気エネルギーを高電圧蓄電器２５にインバータ２４を介して充電する。なお、発電機２３は、直流発電機であってもよい。

インバータ２４は、交流電力と直流電力とを変換するための装置であり、例えば、発電機２３が産出した交流電力を直流電力に変換して高電圧蓄電器２５に充電したり、発電機２３が産出した交流電力の電圧を調整して旋回用電動機２８に供給したりし、或いは、メインコントローラ２６が出力する制御信号に基づいて高電圧蓄電器２５の直流電力を交流電力に変換して旋回用電動機２８に供給したりする。なお、インバータ２４は、メインコントローラ２６に一体化されていてもよい。

高電圧蓄電器２５は、急速な充放電を可能にする装置であり、例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタ等であって、旋回機構１２の旋回を制動する際に旋回用電動機２８が発電機として機能することで発生させる電気エネルギー（回生エネルギー）を回収（充電）し、旋回機構１２を急速に旋回させる際に旋回用電動機２８が消費する高電圧かつ大容量の電気エネルギーを供給できるようにする。

メインコントローラ２６は、発電機２３又は高電圧蓄電器２５からの電気エネルギーの各種電動機への供給を制御するための装置であり、例えば、インバータ２４を介して、旋回用電動機２８が要求する電気エネルギーに関する情報と発電機２３が発電する電気エネルギーに関する情報とを取得し、発電機２３又は高電圧蓄電器２５のそれぞれから旋回用電動機２８に供給すべき電気エネルギーを演算し、その演算結果に基づいてインバータ２４を制御しながら発電機２３又は高電圧蓄電器２５の電気エネルギーを旋回用電動機２８に供給する。

油圧ポンプ２７は、圧油を吐出するためのポンプであり、エンジン２１によって駆動され、必要に応じて吐出量を変化させながらブームシリンダ１８、アームシリンダ１９又はバケットシリンダ２０等を含む油圧アクチュエータに圧油を供給し、掘削アタッチメントＥや下部走行体１１を作動させる。

旋回用電動機２８は、旋回機構１２を旋回させるための電動機であり、例えば、メインコントローラ２６による制御の下、インバータ２４を介して発電機２３又は高電圧蓄電器２５から供給される電気エネルギーを利用しながら旋回機構１２を旋回させる。

また、旋回用電動機２８は、旋回機構１２の旋回を制動する際に発電機として機能し、発電した電気エネルギー（回生エネルギー）を高電圧蓄電器２５に急速充電させる。

図３は、本発明に係る感電防止機構を備えた高電圧蓄電器２５の第一実施例を示す図であり、高電圧蓄電器２５は、例えば、所定の耐電圧を有する複数のセル３０（高電圧蓄電器２５の最小構成単位である。）又は複数のセル３０を直列接続した複数のモジュール（複数のセル３０を含み所定の大きさにパッケージされた高電圧蓄電器２５の構成単位である。）を直列接続することで高電圧の蓄電を可能にする高電圧蓄電部３１と、高電圧ケーブル３２を介して高電圧を充放電するための入出力端子を備えた端子部３３とを有する。

また、高電圧蓄電器２５は、高電圧蓄電部３１と端子部３３との間に、ヒューズ３４と一対のリレースイッチ３５とを配置する。

ヒューズ３４は、定格以上の電流が高電圧蓄電器２５から流出してしまうことを防止する装置であり、例えば、鉛、錫、銅等の合金で作られ、過大な電流が流れたときに溶解する部材である。

リレースイッチ３５は、高電圧かつ大容量の電気エネルギーが意図せず高電圧蓄電器２５から流出してしまうことがないようにする装置であり、例えば、ハイブリッド油圧ショベル１０に搭載されたバッテリ（図示せず。）の電気エネルギーを用いて電気的に駆動されるソレノイドスイッチであって、ハイブリッド油圧ショベル１０のイグニッションスイッチがオンされたときに導電状態となり、ハイブリッド油圧ショベル１０のイグニッションスイッチがオフされたときに非導電状態となる。

更に、高電圧蓄電器２５は、作業者が無闇に手を触れることがないよう筐体３６内に収容され、筐体３６は、作業者が高電圧蓄電器２５の整備、保守、点検又は改造等（以下、「点検等」とする。）を行えるよう、蝶番式の開閉カバー３７を有する。

感電防止機構は、感電事故の発生を防止する安全機構であり、例えば、仮に高電圧を蓄えたままの高電圧蓄電器２５（通常、高電圧蓄電部３１の電圧は、点検等の前に放電回路等を介して放電される。）に作業者が触れた場合であっても、開閉カバー３７が開けられていたときには高電圧蓄電部３１から作業者に流れ得る電流を低減させるようにする。

具体的には、感電防止機構は、スイッチ部３８を有し、スイッチ部３８は、所定位置に配置された隣接する二つのセル３０の間を導電させる導電状態とそれら二つのセルの間を遮断する非導電状態とを選択的に発生させる機構である。

スイッチ部３８は、直列接続された複数のセル３０のうちの隣接する二つの間の位置であって中間電位を発生させる位置に配置された一対のスイッチ端部３８０と、それら一対のスイッチ端部３８０の間に差し込まれる導電性の突起部３８１とを含む。

突起部３８１は、開閉カバー３７に取り付けられ、作業者が把手３９を握りかぎ爪４０を解除しながら蝶番４１を軸として開閉カバー３７を旋回させながら開いた場合に、その開動作に連動して一対のスイッチ端部３８０の間から引き抜かれて、隣接する二つのセル３０の間を非導電状態にする。

突起部３８１が引き抜かれると、仮に高電圧蓄電器２５が高電圧を蓄えたままであってもその高電圧蓄電部３１の電圧が二分され、作業者に流れ得る電流を最大電流（高電圧蓄電部３１がその最大電圧を蓄電している場合に作業者に流れ得る電流である。）の半分以下に低減させることができる。

なお、突起部３８１は、作業者が蝶番４１を軸として開閉カバー３７を旋回させながら閉じた場合には、その閉動作に連動して一対のスイッチ端部３８０の間に差し込まれて、隣接する二つのセル３０の間を導電状態にし、高電圧蓄電部３１が所定の高電圧を蓄電できるようにする。

また、一対のスイッチ端部３８と突起部３８１との接触（導電状態）を確実にするため、一対のスイッチ端部３８０は、スプリング（図示せず。）等により相互に接近する方向に付勢されていてもよく、突起部３８１は、図３に示すように、テーパ状の断面を有していてもよい。

なお、高電圧蓄電部３１から開閉カバー３７に電流が流れないよう、突起部３８１がゴム等の絶縁体を介して非導電的に開閉カバー３７に取り付けられてもよく、開閉カバー３７がゴム等の絶縁体で形成されてもよい。

以上の構成により、感電防止機構は、高電圧蓄電器２５の点検等を行う作業者が開閉カバー３７を手動で開けた場合には、高電圧蓄電器２５における放電回路が故障している等、高電圧蓄電部３１に意図しない高電圧が残存しているときであっても、作業者が接触し得る高電圧を二分することができるので、高電圧蓄電部３１から作業者に流れる電流を低減させ、作業者の感電事故を防止することができる。

また、感電防止機構は、高電圧蓄電器２５に接続される高電圧機器（例えば、インバータ２４、旋回用電動機２８又は高圧ケーブル３２等を含む。）の点検等を行う作業者が開閉カバー３７を手動で開けた場合には、リレースイッチ３５が溶着等により正常に動作していないときであっても、作業者が接触し得る高電圧を二分することができるので、高電圧蓄電部３１から作業者に流れる電流を低減させ、作業者の感電事故を防止することができる。

また、感電防止機構は、高電圧蓄電器２５の点検等を行う作業者が開閉カバー３７を開く際の力を利用するので、電力等を使用して開閉カバー３７を開閉させる場合に比べ故障がなく、作業者の感電事故を簡易かつ確実に防止することができる。

なお、図３における、蝶番４１を旋回軸とする開閉カバー３７の旋回方向とセル３０の直列接続方向との関係は、単なる一例に過ぎず、例えば、図３に示す旋回軸と直交する旋回軸を採用するようにしてもよい。

図４は、本発明に係る別の感電防止機構を備えた高電圧蓄電器２５の第二実施例を示す図であり、開閉カバー３７が取り外し可能なはめ込み式である点において図３に示す感電防止機構と相違するが他の点において共通する。従って、以下の説明では、共通する構成要素については図３と同じ参照符号を用いるものとする。

突起部３８１は、開閉カバー３７に取り付けられ、作業者が開閉カバー３７の中央部に取り付けられたグリップ４１を握り開閉カバー３７の両端に取り付けられたかぎ爪４０を解除しながら開閉カバー３７を取り外した場合に、その取り外し動作に連動して一対のスイッチ端部３８０の間から引き抜かれて、隣接する二つのセル３０の間を非導電状態にする。

また、突起部３８１は、作業者が開閉カバー３７を元の位置にはめ込んだ場合には、そのはめ込み動作に連動して一対のスイッチ端部３８０の間に差し込まれて、隣接する二つのセル３０の間を導電状態にし、高電圧蓄電部３１が所定の高電圧を蓄電できるようにする。

なお、図４における、開閉カバー３７の引き抜き方向とセル３０の直列接続方向との関係は、単なる一例に過ぎず、例えば、図４に示す引き抜き方向と直交する方向に開閉カバー３７を引き抜くようにしてもよい。

図５は、本発明に係る更に別の感電防止機構を備えた高電圧蓄電器２５の第三実施例を示す図であり、開閉カバー３７がスライド式である点において図３及び図４に示す感電防止機構と相違するが他の点において共通する。従って、以下の説明では、共通する構成要素については図３と同じ参照符号を用いるものとする。

突起部３８１は、開閉カバー３７に取り付けられ、作業者が開閉カバー３７に取り付けられたグリップ４１を握り開閉カバー３７に取り付けられたかぎ爪４０を解除し、かつ、ローラ４２をローラガイド４３に沿って回転移動させながら開閉カバー３７をスライドさせて開いた場合に、そのスライド動作に連動して一対のスイッチ端部３８０の間から引き抜かれて、隣接する二つのセル３０の間を非導電状態にする。

また、突起部３８１は、作業者が開閉カバー３７をスライドさせて元の位置に戻した（閉じた）場合には、そのスライド動作に連動して一対のスイッチ端部３８０の間に差し込まれて、隣接する二つのセル３０の間を導電状態にし、高電圧蓄電部３１が所定の高電圧を蓄電できるようにする。

なお、図５における、開閉カバー３７のスライド方向とセル３０の直列接続方向との関係は、単なる一例に過ぎず、例えば、図５に示すスライド方向と直交する方向に開閉カバー３７をスライドさせるようにしてもよい。

図６は、本発明に係る更に別の感電防止機構を備えた高電圧蓄電器２５の第四実施例を示す図であり、突起部３８１を五個有する点において図４に示す感電防止機構と相違するが他の点において共通する。従って、以下の説明では、共通する構成要素については図４と同じ参照符号を用いるものとする。

突起部３８１ａ〜３８１ｅが全て引き抜かれると、仮に高電圧蓄電器２５が高電圧を蓄えたままであってもその高電圧蓄電部３１の電圧が五分され、作業者に流れ得る電流を最大電流（高電圧蓄電部３１が最大電圧を蓄電している場合に作業者に流れ得る電流である。）の五分の一以下に低減させることができる。

なお、突起部３８１の数は、五個以外の数であってもよく、例えば、全ての隣接するセル３０のそれぞれの間に差し込まれていてもよい。

また、第四実施例の開閉カバー３７は、取り外し可能なはめ込み式を採用するが、蝶番式やスライド式等の他の開閉機構を採用するようにしてもよい。

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

例えば、上述の実施例において、感電防止機構は、作業者が開閉カバー３７を開け閉めする力を利用してスイッチ部３８の導電状態と非導電状態とを手動で切り換えるようにするが、バッテリの電気エネルギーを利用したソレノイド等の駆動アクチュエータによる力を利用してスイッチ部３８の導電状態と非導電状態とを自動で切り換えるようにしてもよい。

また、上述の実施例において、感電防止機構は、単一の開閉カバー３７を有し、その単一の開閉カバー３７を開くことで直列接続された複数のセル３０で構成される高電圧蓄電部３１の全部を露出させそれらを点検等できるようにするが、複数の開閉カバー３７を有し、その複数の開閉カバー３７のうちの一つを開くことで、その開閉カバーに対応する、高電圧蓄電部３１の一部を露出させ、その一部のみを点検等できるようにしてもよく、その場合、点検等ができるようになった高電圧蓄電部３１の一部を、高電圧蓄電部３１の他の部分から電気的に切り離し、切り離した部分の電圧を低減させるようにしてもよい。

本発明に係る感電防止機構を備えた高電圧蓄電器が搭載されるハイブリッド油圧ショベルの構成例を示す図である。図１のハイブリッド油圧ショベルの機能ブロック図である。本発明に係る感電防止機構を備えた高電圧蓄電器の第一実施例を示す図である。本発明に係る感電防止機構を備えた高電圧蓄電器の第二実施例を示す図である。本発明に係る感電防止機構を備えた高電圧蓄電器の第三実施例を示す図である。本発明に係る感電防止機構を備えた高電圧蓄電器の第四実施例を示す図である。

符号の説明

１０・・・油圧ショベル、１１・・・下部走行体、１２・・・旋回機構、１３・・・上部旋回体、１４・・・キャブ、１５・・・ブーム、１６・・・アーム、１７・・・バケット、１８・・・ブームシリンダ、１９・・・アームシリンダ、２０・・・バケットシリンダ、２１・・・エンジン、２２・・・変速機、２３・・・発電機、２４・・・インバータ、２５・・・高電圧蓄電器、２６・・・メインコントローラ、２７・・・油圧ポンプ、２８・・・旋回用電動機、３０・・・セル、３１・・・高電圧蓄電部、３２・・・高電圧ケーブル、３３・・・端子部、３４・・・ヒューズ、３５・・・リレースイッチ、３６・・・筐体、３７・・・開閉カバー、３８・・・スイッチ部、３９・・・把手、４０・・・かぎ爪、４１・・・グリップ、４２・・・ローラ、４３・・・ローラガイド

Claims

直列接続された複数のセルで構成され、開閉可能な開閉カバーを持つ筐体で周囲を覆われた蓄電器の感電防止機構であって、
前記セルの隣接する二つの間を導電させる導電状態と前記セルの隣接する二つの間を遮断する非導電状態とを選択的に発生させるスイッチ部を有し、
前記スイッチ部は、前記開閉カバーが開けられた場合に非導電状態をもたらし、前記開閉カバーが閉じられた場合に導電状態をもたらす、
ことを特徴とする感電防止機構。
前記スイッチ部は、少なくとも、直列接続された複数のセルのうちの中間電位を発生させる位置にある隣接する二つのセルの間で、導電状態と非導電状態とを選択的に発生させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の感電防止機構。
前記スイッチ部は、前記開閉カバーに非導電的に取り付けられる導電性部材を含む、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の感電防止機構。
前記開閉カバーは、蝶番式、はめ込み式、又は、スライド式に開閉可能である、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の感電防止機構。