JP2012092586A - 建設機械におけるバッテリの放電防止回路 - Google Patents

Abstract

【課題】運転中の建設機械がアイドリングストップ状態になったときに、コントローラ及び各種電気機器へ流れる放電電流によってバッテリが消耗しないようにする。
【解決手段】コントローラ１が建設機械のアイドリングストップを判定すると、エンジンコントローラ５はエンジンを停止させると共にオルタネータも停止させる。エンジンを停止させてアイドリングストップ状態にしたまま、オペレータが着座シートを離れると、該着座シートの裏面側に付設された圧力スイッチ７がＯＦＦになる。該圧力スイッチ７がＯＦＦになると、コントローラ１からの出力信号Ｓｇによって放電防止リレー８はａ接点側からｂ接点側へ切り替わり、バッテリリレー４をＯＦＦにさせるので、バッテリ２からコントローラ１及び電気機器４への電源回路は遮断される。従って、アイドリングストップ状態においては、バッテリ２からの無駄な放電が防止される。
【選択図】図２

Description

本発明は、建設機械におけるバッテリの放電防止回路に関し、特に、油圧ショベルや油圧クレーンなどの建設機械のアイドリングストップ時においてバッテリの放電を防止するための建設機械におけるバッテリの放電防止回路に関するものである。

一般に、建設機械としての油圧ショベルは、下部走行体と、該下部走行体上に旋回可能に搭載された上部旋回体と、該上部旋回体に俯仰動可能に設けられたショベル等の作業装置とによって大略構成されている。また、上部旋回体のフレーム上には運転室を構成するキャブが設けられている。

この種の従来技術による建設機械用のキャブは、上面部、前面部、後面部及び左，右の側面部を有するキャブボックスと、該キャブボックスの左，右の側面部のうち一方の側面部に回動可能に設けられてオペレータが乗降する乗降口を開閉するドアと、前記キャブボックス内に設けられて外気を取り入れながら室内に調和空気を供給する空調装置（エアコン）とを備えている。さらに、キャブ内には、制御機器、計器類、ランプ類、及びヒューズ等の各種の電気機器が配置されている。

また、キャブの内部にはコントローラを含めた電気回路が搭載されていて、該コントローラからの制御信号によって各種の操作機構の制御が行われる。例えば、該コントローラからの制御信号によって、建設機械の機械操作時にアームやバケットなどのフリースイング制御が行われたり、建設機械の機械非操作時に給油ポンプの自動停止制御が行われたりする。また、コントローラからの制御信号によって、レバーロックをＯＮにして機械操作を不可能状態にしたり、レバーロックをＯＦＦにして機械操作を可能状態にする制御も行われている。

これらの電気機器及びコントローラは、建設機械に搭載されたバッテリを電源として所望の動作を行っている。一方、バッテリは、建設機械の運転中においてはオルタネータ（発電機）の電力によって常に充電されているので、建設機械の運転中においてバッテリが放電によって消耗するおそれはない。従って、建設機械の運転中においては、正常に充電されたバッテリから各種の電気機器やコントローラへ適正な電力が供給されるので、各種の電気機器やコントローラが適正な動作を行って建設機械を正常に駆動させることができる。

また、建設機械などの車両が長時間に亘って運転停止した場合にバッテリの自然放電による消耗を最小限に抑えて、運転時においてバッテリの電力不足による電気系統への不具合を防止する技術も開示されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、バッテリのプラス側主結線にメインスッチを介在させると共に、該バッテリのマイナス側主結線の根元付近に常時閉路型の回路遮断スイッチを介在させている。これによって、プラス側主結線のメインスッチをＯＮ／ＯＦＦさせることにより、建設機械などの車両の電気機器を動作／停止させることができる。また、メインスッチが所定時間以上に亘って操作されなかったときは、マイナス側主結線の回路遮断スイッチをＯＦＦにしている。これにより、所定時間以上に亘って建設機械などの車両が運転を停止した状態にある場合には、バッテリの自然放電による消耗を最小限に抑えることができる。

また、車両において、オペレータが乗車しているときに動作する操作関連の第１負荷と、オペレータの不在を検知したときに動作する防犯システム関連の第２負荷とに分け、何れか一方の負荷への電力供給時には他方の負荷への電力供給を自動的に停止させる技術も開示されている（例えば、特許文献２参照）。この技術によれば、オペレータが車両に搭乗しているときは防犯システム関連の第２負荷は不要であるのでその電源を自動遮断し、オペレータが車両に搭乗していないときは操作関連の第１負荷は不要であるのでその電源を自動遮断している。これによって、不要な負荷系統は常に遮断しておくことができるので、バッテリの無駄な消耗を防止することが可能となる。

特開２０００−４１３４２号公報 特開２００７−２８３９７４号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示された技術は、建設機械が長時間に亘って運転を停止した場合はバッテリの自然放電による消耗を最小限に抑えることができるが、建設機械の運転中において所定の時間だけ未操作があった場合には、自動的にエンジンを停止させてアイドリングストップ状態となり、このようなときはコントローラや電気機器がバッテリに接続されたままの状態になっているので、バッテリの放電を防止することができない。

すなわち、運転中の建設機械がある一定時間に亘って未操作である場合には、自動的にエンジンを停止させるアイドリングストップ状態となる。このようなアイドリングストップ状態では、運転中のスタータスイッチがＯＮ状態のままになっているので、建設機械の各種電気機器（例えば、燃料ポンプ、制御機器、計器類、ランプ類、及びモニタ装置など）はバッテリに接続された状態になっている。言い換えると、アイドリングストップ状態では、各種電気機器やコントローラにはバッテリからの電源が入ったままの状態になっている。

一方、アイドリングストップ状態ではエンジンが停止しているので、オルタネータによる発電も停止しているためにバッテリへの充電は行われていない。従って、アイドリングストップ状態においては、バッテリは、各種電気機器やコントローラへの放電電流によって容量が消耗してしまう。このようなアイドリングストップ状態が長く続くと、バッテリが所定の電圧以下に放電してしまい、建設機械の再操作時において所望の電気機器やコントローラを動作させることができなくなるおそれがある。

また、前記特許文献２に開示された技術においても、アイドリングストップ状態においてバッテリからの暗電流を防止する技術は開示されていない。従って、前記特許文献１の技術と同様に、アイドリングストップ状態が長く続くと、バッテリが所定の電圧以下に放電してしまい、再運転時において所望の電気機器やコントローラを動作させることができなくなるおそれがある。

そこで、運転中の建設機械がアイドリングストップ状態になったときに、各種電気機器やコントローラへ流れる放電電流によってバッテリが消耗しないようにするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、エンジンを停止させたアイドリングストップ時においてバッテリの放電を防止するための建設機械におけるバッテリの放電防止回路であって、キャブ内の運転室に配置された着座シートの裏面側に付設された圧力スイッチまたは圧力センサのＯＮ／ＯＦＦ動作と連動して、前記バッテリの電源回路をＯＮ／ＯＦＦさせる放電防止リレーを備えることを特徴とする建設機械におけるバッテリの放電防止回路を提供する。

この構成によれば、キャブ内の運転室に設置された着座シートの裏面側に付設された圧力スイッチまたは圧力センサのＯＮ／ＯＦＦ動作と連動して、バッテリの電源回路をＯＮ／ＯＦＦさせる放電防止リレーを備えている。従って、アイドリングストップ時に、オペレータが着座シートから立上ると、圧力スイッチまたは圧力センサがその状態を検知して放電防止リレーを動作させるので、自動的にバッテリの電源回路をＯＦＦにさせることができる。これによって、アイドリングストップ時においては、バッテリからコントローラや各種電気機器への無駄な放電を防止することができる。

また、請求項２記載の発明は、オペレータが前記着座シートから離れたときは、前記圧力スイッチまたは前記圧力センサがＯＦＦ状態となって前記放電防止リレーがＯＦＦすることにより、前記バッテリの電源回路をＯＦＦさせることを特徴とする請求項１記載の建設機械におけるバッテリの放電防止回路を提供する。

この構成によれば、着座シートの裏面側に付設された圧力スイッチまたは圧力センサは、オペレータが着座シートから離れるとＯＦＦ状態になるように構成されている。従って、オペレータが着座シートから離れれば、圧力スイッチまたは圧力センサのＯＦＦと連動して放電防止リレーがＯＦＦになり、バッテリの電源回路をＯＦＦにさせることができる。これによって、着座シートの裏面側に圧力スイッチまたは圧力センサを設けるだけで、アイドリングストップ時において、バッテリの電源回路をＯＦＦにさせて、該バッテリからコントローラや電気機器への無駄な放電を防止することができる。

また、請求項３記載の発明は、前記放電防止リレーが、自己の励磁コイルへの電源がなくなっても直前の接点コンタクト状態を保持する自己保持回路を備えていることを特徴とする請求項２記載の建設機械におけるバッテリの放電防止回路を提供する。

この構成によれば、放電防止リレーは、自己の励磁コイルへの電源がなくなっても直前の接点コンタクト状態を保持する自己保持回路を備えている。従って、アイドリングストップ状態にある期間中は、放電防止リレーの電源がなくなってもバッテリの電源回路をＯＦＦ状態に維持させて、バッテリからの無駄な放電を防止することができる。

また、請求項４記載の発明は、前記自己保持回路が、前記エンジンが再スタートしたときは自動復帰することを特徴とする請求項３記載の建設機械におけるバッテリの放電防止回路を提供する。

この構成によれば、自己保持回路はエンジンが再スタートしたときは自動復帰するので、アイドリングストップ状態から再度エンジンのスタートをかけたときには、バッテリの電源回路は自動的にＯＮ状態に復帰する。従って、エンジンの動作時には、バッテリからコントローラや電気機器へ正常に電力が供給される状態に自動的に復帰することができる。また、エンジンの動作時にはオルタネータも正常に動作してバッテリを充電しているので、バッテリが放電状態に陥るおそれもなくなる。

請求項１記載の発明によれば、建設機械のアイドリングストップ時に、オペレータが着座シートから離れたときは、該着座シートの裏面側に付設された圧力スイッチまたは圧力センサの動作に連動して放電防止リレーが動作するので、自動的にバッテリの電源回路をＯＦＦにさせることができる。従って、アイドリングストップ時においては、バッテリからコントローラや電気機器への無駄な放電を防止することができる。

請求項２記載の発明によれば、放電防止リレーは、着座シートの裏面側に付設された圧力スイッチまたは圧力センサに連動して動作するようになっている。従って、請求項１記載の発明の効果に加えて、着座シートの裏面側に圧力スイッチまたは圧力センサを設けるだけで、アイドリングストップ時においてバッテリからの無駄な放電を防止することができる。

請求項３記載の発明によれば、放電防止リレーは自己の励磁コイルへの電源がなくなっても直前の接点コンタクト状態を保持する自己保持回路を備えている。従って、請求項２記載の発明の効果に加えて、アイドリングストップ状態にある期間中は、放電防止リレーの電源がなくなってもバッテリの電源回路をＯＦＦ状態に維持させることができるので、バッテリからコントローラや電気機器への無駄な放電を防止することができる。

請求項４記載の発明によれば、自己保持回路はエンジンが再スタートしたときは自動的に復帰する。従って、請求項３記載の発明の効果に加えて、アイドリングストップ状態から再度エンジンのスタートをかけたときには、バッテリからコントローラや電気機器へ正常に電力が供給される状態に自動的に復帰させることができる。また、エンジンの動作時にはオルタネータも正常に動作してバッテリを充電しているので、バッテリが放電状態に陥るおそれもなくなる。

本発明を適用した建設機械としての油圧ショベルの側面図。 図1に示す建設機械に搭載されたバッテリを含む電源系統の電気回路の構成を示すブロック図。 図２に示すキャブ内の運転室部分の配置を示す側面図。

本発明は、運転中の建設機械がアイドリングストップ状態になったときに、各種電気機器へ流れる放電電流によってバッテリが消耗しないようにするという目的を達成するために、エンジンを停止させたアイドリングストップ時においてバッテリの放電を防止するための建設機械におけるバッテリの放電防止回路であって、キャブ内の運転室に配置された着座シートの裏面側に付設された圧力スイッチまたは圧力センサのＯＮ／ＯＦＦ動作と連動して、前記バッテリの電源回路をＯＮ／ＯＦＦさせる放電防止リレーを備えることを特徴とする建設機械におけるバッテリの放電防止回路を提供することにより実現した。

すなわち、本発明の建設機械におけるバッテリの放電防止回路は、オペレータが着座シート（運転席）に着座しているか否かを圧力スイッチ（または圧力センサ）によって常時検知している。そして、建設機械のエンジンを自動停止させるアイドリングストップ状態になったときにオペレータが着座シートに着座していないときは、コントローラが、圧力スイッチ（または圧力センサ）からの検出信号によってオペレータが着座シートから離れたと判定し、一定時間の後に、バッテリリレーをＯＦＦさせることにより、バッテリとコントローラ及び電気機器を接続する電源回路を強制的に遮断させている。すなわち、オペレータが着座シートに着座していないときは、その着座シートの裏面側に設けられた圧力スイッチ（または圧力センサ）の動作信号と連動させてバッテリリレーをＯＦＦにすることにより、バッテリとコントローラ及び電気機器を接続する電源回路を強制的に遮断させている。これによって、アイドリングストップ状態のときに、オペレータが着座シートを離れたときにはバッテリからの無駄な放電がなくなるので、バッテリの無用な消耗を防止することができる。

以下、本発明の実施形態による建設機械におけるバッテリの放電防止回路を油圧ショベルに適用した場合を例に挙げ、図１乃至図３を参照しながら好適な実施例について詳細に説明する。

図１は、本発明を適用した建設機械としての油圧ショベルの側面を示す図である。図１において、該油圧ショベル１０は、下部走行体１１上に旋回機構１２を介して上部旋回体１３が旋回自在に載置されている。上部旋回体１３には、キャブ（運転室）１４と建屋１８が設けられている他に、前方中央部にブーム１５がブームシリンダ１５ａによって俯仰可能に取り付けられている。又、ブーム１５の先端にはアーム１６がアームシリンダ１６ａによって上下回動自在に取り付けられ、更に該アーム１６の先端にはバケット１７がバケットシリンダ１７ａによって可動自在に取り付けられている。

また、上部旋回体１３の建屋１８内には、特に図示されていないが、バッテリ、作業機駆動用の油圧ポンプ、エンジン、各種の機器、及び補器等が配設され、ブーム１５、アーム１６、及びバケット１７等をそれぞれのシリンダによって駆動するための動力ユニットが収納されている。

図２は、図1に示す建設機械に搭載されたバッテリを含む電源系統の電気回路の構成を示すブロック図である。この電気回路は、各種の制御を行うコントローラ１、電源となるバッテリ２、燃料ポンプ、制御機器、計器類、ランプ類、及びモニタ装置などの電気機器３、前記バッテリ２の電源をコントローラ１及び電気機器３に接続／遮断するバッテリ・リレー４、バッテリリレー４を動作させるための励磁コイル４ａ、コントローラ１からの指令信号に基づいてエンジン（図示せず）を動作／停止させるエンジンコントローラ５、建設機械の運転時にバッテリ２の電源回路を接続させるスタータスイッチ６、建設機械の着座シート（運転席）の裏面側に付設され、オペレータが着座シートに着座しているときにＯＮとなり、着座していないときにＯＦＦとなる圧力スイッチ７、圧力スイッチ７のＯＮ／ＯＦＦ動作に連動してバッテリリレー４をＯＮ／ＯＦＦさせて、バッテリ２からコントローラ１及び電気機器４へ電源を供給／遮断させる放電防止リレー８、及び放電防止リレー８を動作させるための励磁コイル８ａによって構成されている。尚、圧力スイッチ７の代わりに圧力センサを用いてもよい。

すなわち、図２に示す電源系統の電気回路は、建設機械の運転中及びアイドリングストップ状態においては、スタータスイッチ６はＯＮ状態のままである。また、バッテリ２の電源は、バッテリリレー４のＯＮ接点を介してコントローラ１及び電気機器４に接続された状態となっている。

このとき、オペレータが、建設機械を運転状態にしてエンジンを停止させたまま（すなわち、アイドリングストップ状態にしたまま）着座シートから離れると、該着座シートの裏面側に付設された圧力スイッチ７がＯＦＦになる。これにより、コントローラ１からの出力信号Ｓｇによって放電防止リレー８をｂ接点側に動作させてバッテリリレー４をＯＦＦにさせる。従って、アイドリングストップ状態においては、バッテリ２の電源回路はバッテリリレー４によって開放されるので、バッテリ２からコントローラ１及び電気機器４への電源回路は遮断され、バッテリ２の無駄な放電が防止される。

図３は、図２に示すキャブ内の運転室部分の配置を示す側面図である。図３に示すように、キャブ内の運転室２１において、床板２２上部のキャブの両側には、各種作業装置（図示せず）を操作するための作業レバー２３を設けたコンソールボックス２４が配置されている。尚、同図は側面図であるので、コンソールボックス２４は１個しか示されていない。さらに、両サイドのコンソールボックス２４の間には、オペレータが座る運転席としての着座シート２５が設置されている。また、着座シート２５の前部にあってオペレータが操作し易い位置には、走行操作装置２６、足踏みペダル２７、及び走行レバー２８などが配置されている。尚、走行操作装置２６、足踏みペダル２７、及び走行レバー２８などは本発明とは直接的には関係ないので、それらの動作説明は省略する。

ここで、本発明と直接的に関係する要素は、着座シート２５と該着座シート２５を固定するための固定台２９との間に圧力スイッチ７が付設されているところである。すなわち、圧力スイッチ７は、固定台２９側に固着されていて、該固定台２９と着座シート２５とによって挟まれた状態になっている。このとき、圧力スイッチ７が固定台２９と着座シート２５とによって挟まれたままの状態では該圧力スイッチ７の接点はＯＦＦとなっているが、着座シート２５側から所定の圧力を受けると該圧力スイッチ７の接点がコンタクトしてＯＮ状態になるように構成されている。したがって、圧力スイッチ７は、オペレータが着座シート２５に着座するとＯＮ状態となる。

図２及び図３を参照しながら、本発明に係るバッテリの放電防止回路についてさらに詳しく説明する。図２において、コントローラ１が、運転中の建設機械のアイドリングストップを判定すると、コントローラ１からエンジンコントローラ５へエンジン（図示せず）の停止指令信号を送信する。これによって、エンジンコントローラ５は、停止指令信号に基づいてエンジンを停止させると共に、該エンジンに直結されたオルタネータ（図示せず）も停止させる。従って、アイドリングストップ状態においてはオルタネータからバッテリ２への充電は行われない。

このとき、エンジンを停止させてアイドリングストップ状態にしたまま、オペレータが建設機械から降りるために着座シート２５（図３参照）から離れると、該着座シート２５の裏面側に設置された固定台２９の上部に付設された圧力スイッチ７の接点がＯＦＦになる。このようにして、圧力スイッチ７がＯＦＦになると、図２に示すように、コントローラ１のアース点が開放され、コントローラ１からの出力信号Ｓｇによって放電防止リレー８の励磁コイル８ａを励磁させる。これによって、放電防止リレー８はａ接点側からｂ接点側へ切り替わる。

このときは、スタータスイッチ６はアイドリングストップ状態ではＯＮのままであるが、前述のように放電防止リレー８がａ接点側からｂ接点側に切り替わったために、バッテリリレー４の励磁コイル４ａは非励磁状態となる。これによってバッテリリレー４をＯＦＦにさせるので、バッテリ２からコントローラ１及び電気機器４への電源回路は遮断される。従って、アイドリングストップ状態においては、バッテリ２からコントローラ１及び電気機器４への無駄な放電が防止される。

また、バッテリリレー４がＯＦＦになるとコントローラ１の電源がなくなり、該コントローラ１の出力信号Ｓｇがなくなるが、放電防止リレー８の自己保持回路によって該放電防止リレー８はｂ接点側に保持されたままの状態になっているので、バッテリリレー４はＯＦＦの状態を保持している。従って、建設機械がアイドリングストップ状態の期間中はバッテリリレー４がＯＦＦとなり、バッテリ２からコントローラ１及び電気機器４への放電は行われない。

そして、アイドリングストップ状態から再度エンジンをかけると、スタータスイッチ６が一度ＯＦＦされた後にＯＮされるので、放電防止リレー８の自己保持回路が解除されて、該放電防止リレー８は再びａ接点側に切り替わる。これにより、バッテリ２から、スタータスイッチ６のＯＮ接点及び放電防止リレーのａ接点を介して、バッテリリレー４の励磁コイル４ａに励磁電流が流れるので、該バッテリリレー４はＯＮの状態になる。従って、エンジンの動作状態においては、バッテリ２から、バッテリリレー４のＯＮ接点を介して、コントローラ１及び電気機器４へ正常な電力が供給される。

尚、このときは、エンジンが動作しているのでオルタネータも正常に動作している。従って、オルタネータからバッテリ２への充電が行われているので、該バッテリ２が無用に放電するおそれもない。

以上説明したように、本発明に係る建設機械におけるバッテリの放電防止回路によれば、アイドリングストップ状態においては、エンジンは自動停止されるが、オペレータが建設機械から離れるために運転室２１の着座シート２５から立上ると、該着座シート２５の裏面側に付設された圧力スイッチ７がＯＦＦになり、これに連動してバッテリリレー４をＯＦＦ状態にする。これによって、バッテリ２からコントローラ１及び電気機器３への電源回路が遮断されるので、アイドリングストップ状態においてはバッテリから無駄な放電がなくなるので、バッテリ容量の無用な消耗を抑えることができる。

以上、本発明の具体的な実施例を説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明に係る建設機械におけるバッテリの放電防止回路は、アイドリングストップ状態におけるバッテリの無駄な消費を防止することができるので、建設機械に限らず、ダンプカー、トラック、及び乗用車などの通常の車両にも有効に利用することができる。

１ コントローラ
２ バッテリ
３ 電気機器
４ バッテリリレー
４ａ、８ａ 励磁コイル
５ エンジンコントローラ
６ スタータスイッチ
７ 圧力スイッチ
８ 放電防止リレー
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
１４ａ キャブ本体
１５ ブーム
１５ａ ブームシリンダ
１６ アーム
１６ａ アームシリンダ
１７ バケット
１７ａ バケットシリンダ
１８ 建屋
１９ クローラ
２０ キャタビラ
２１ 運転室
２２ 床板
２３ 作業レバー
２４ コンソールボックス
２５ 着座シート
２６ 走行操作装置
２７ 足踏みペダル
２８ 走行レバー
２９ 固定台
Ｓｇ 出力信号

Claims (4)

1. エンジンを停止させたアイドリングストップ時においてバッテリの放電を防止するための建設機械におけるバッテリの放電防止回路であって、
   キャブ内の運転室に配置された着座シートの裏面側に付設された圧力スイッチまたは圧力センサのＯＮ／ＯＦＦ動作と連動して、前記バッテリの電源回路をＯＮ／ＯＦＦさせる放電防止リレーを備えることを特徴とする建設機械におけるバッテリの放電防止回路。
2. オペレータが前記着座シートから離れたときは、前記圧力スイッチまたは圧力センサがＯＦＦ状態となって前記放電防止リレーがＯＦＦすることにより、前記バッテリの電源回路をＯＦＦさせることを特徴とする請求項１記載の建設機械におけるバッテリの放電防止回路。
3. 前記放電防止リレーは、自己の励磁コイルへの電源がなくなっても直前の接点コンタクト状態を保持する自己保持回路を備えていることを特徴とする請求項２記載の建設機械におけるバッテリの放電防止回路。
4. 前記自己保持回路は、前記エンジンが再スタートしたときは自動復帰することを特徴とする請求項３記載の建設機械におけるバッテリの放電防止回路。

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