JP2013170419A

JP2013170419A - 建設機械のバッテリ装置

Info

Publication number: JP2013170419A
Application number: JP2012036227A
Authority: JP
Inventors: Shinsuke Takino; 慎介瀧野; Tsukasa Heiji; 司瓶子
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2013-09-02
Anticipated expiration: 2032-02-22
Also published as: JP5829945B2

Abstract

【課題】電力を蓄電するバッテリを適切に冷却できる建設機械のバッテリ装置を提供する。
【解決手段】外部から導入される空気が通過する吸気口（１１１）と、吸気口（１１１）から導入された空気を外部へと排出する複数の排気口（１１２ａ、１１２ｂ）と、を有するケース（１１０）と、ケース（１１０）に収装され、吸気口（１１１）から排気口（１１２ａ、１１２ｂ）へと空気が通過する隙間（１２１）が複数形成されたバッテリ（１２０）と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、電力を蓄電するバッテリを備える建設機械のバッテリ装置に関するものである。

建設機械には、電力の蓄電及び供給を目的としてバッテリを搭載したものがある。また近年では、エンジンの駆動力により発電機を作動させてバッテリを充電して、充電された電力を用いてエンジンやアクチュエータ等の動力をアシストするハイブリッド方式の建設機械も知られている。

建設機械において、バッテリは、塵埃の影響を防ぐためバッテリ室に収容され、充放電によってバッテリから発生する熱は冷却ファン等により冷却されるように構成されている（特許文献１参照）。

特開２０１１−１４９１５７号公報

従来技術には、バッテリが収容されるバッテリ室（ケース）は、吸気口と排気口とが設けられ、冷却ファンによってバッテリが冷却される建設機械が開示されている。

このような構造では、収容されるバッテリのサイズや数が増加すると、ケースに収容されているバッテリに対する冷却風にばらつきが発生して、バッテリの冷却が適切に行われ難くなるという虞がある。バッテリの冷却が適切に行われないと、バッテリの寿命や充放電性能が低下する可能性がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリを適切に冷却して、バッテリの性能を維持できる建設機械のバッテリ装置を提供することを目的とする。

本発明は、駆動力源により駆動される建設機械に搭載され、駆動力源によって発電された電力を蓄電する建設機械のバッテリ装置であって、外部から導入される空気が通過する吸気口と、吸気口から導入された空気を外部へと排出する複数の排気口と、を有するケースと、前記ケースに収装され、吸気口から排気口へと空気が通過する隙間が複数形成されたバッテリと、を備えることを特徴とする。

本発明では、バッテリを収容するケースに吸気口と複数の排気口とが形成され、バッテリに複数の隙間が形成されているので、吸気口から導入される空気が、バッテリの隙間を通過して複数の排気口へと排出される。このような構成によって、バッテリの周囲及び隙間に空気を十分に通過させることができるので、バッテリを適切に冷却することが可能となる。

本発明の実施形態の建設機械の説明図である。本発明の実施形態のバッテリ装置のケースの斜視図である。本発明の実施形態のバッテリ装置のケースにバッテリが収装されている状態の斜視図である。本発明の実施形態の制御装置の動作のフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態の建設機械１０の説明図である。

建設機械１０は、車体１２に回動自在に取付けられるブーム１３と、ブーム１３の先端部に設けられ、ブーム１３に対して回動自在に取付けられるアーム１４と、アーム１４の先端部に設けられ、アーム１４に対して回動自在に取付けられるバケット１５と、車体１２を前後進させるクローラ１６と、を備える。

ブーム１３、アーム１４及びバケット１５は、それぞれ、アクチュエータ２１、２２及び２３により駆動される。アクチュエータ２１は、ブーム１３を上下動作する。アクチュエータ２２は、アーム１４を前後動作する。アクチュエータ２３は、バケット１５を回転動作する。これらアクチュエータ２１、２２及び２３は、例えば油圧により動作する油圧シリンダによって構成される。制御装置５０は、例えば油圧制御回路を備え、アクチュエータ２１、２２及び２３に供給する油圧をそれぞれ制御することによってアクチュエータ２１、２２及び２３の動作を制御する。

車体１２には、オペレータ（操縦者）が搭乗する運転室１１が備えられる。運転室１１には、オペレータが建設機械１０に動作を指示するマニピュレータ４０、制御装置５０、空調装置６０が備えられる。

車体１２には、バッテリ装置２０が搭載されている。バッテリ装置２０には、図２及び図３で後述するようにバッテリ１２０と冷却ファン２２０とが収容されている。

車体１２には、建設機械１０の駆動力源としてのエンジン７０が備えられている。エンジン７０の動作は、制御装置５０によって制御される。エンジン７０の動力は、発電機８０を発電することにより回生され、発電された電力によってバッテリ装置２０が充電される。バッテリ装置２０に充電された電力は、モータ等の駆動装置によってエンジン７０や油圧回路等の動力をアシストすることができる。

次に、本実施形態のバッテリ装置２０の構成を説明する。

図２及び図３は、本実施形態のバッテリ装置２０の構造を示す説明図である。図２はバッテリ装置２０のケース１１０の斜視図であり、図３はケース１１０にバッテリ１２０が収容されている状態を示す斜視図である。なお、図２及び図３では、ケース１１０の上面は省略している。

バッテリ装置２０は、粉塵や風雨の影響を防ぐために、図２に示すような箱型のケース１１０の内部に、図３で示すようにバッテリ１２０が収容されて構成される。

バッテリ装置２０は、ケース１１０と、ケース１１０に収容されるバッテリ１２０と、バッテリ１２０に空気を流通させる冷却ファン２２０と、を備える。

ケース１１０には、一つの吸気口１１１と、二つの排気口１１２ａ、１１２ｂとが形成される。吸気口１１１は、ケース１１０１１０の周囲を構成する壁部のうちの一方の壁部１１０ａの長手方向の中心でやや下側にオフセットして形成される。排気口１１２ａ及び排気口１１２ｂは、壁部１１０ａに向かい合う位置の壁部１１０ｂに、壁部１１０ｂの中心から互いに距離を隔てて形成されている。

吸気口１１１は、吸気ダクト２１０が接続される。吸気ダクト２１０は、図１に示すように運転室１１に連結しており、後述するように運転室１１の内部の空気をバッテリ装置２０内に導く。また、吸気口１１１には、フィルタ１５１が備えられている。フィルタ１５１は、吸気ダクト２１０を介して吸気口１１１からケース１１０の内部に流入する空気に含まれる粉塵等を除去する。

排気口１１２ａ、１１２ｂは、それぞれ冷却ファン２２０ａ、２２０ｂを備える。冷却ファン２２０ａ、２２０ｂは、制御装置５０によってその動作が制御される。冷却ファン２２０ａ、２２０ｂが動作したときに、排気口１１２ａ、１１２ｂからケース１１０内部の空気を排出する。これにより、運転室１１内部からの空気が吸気口１１１を介して、ケース１１０内に導入される。

冷却ファン２２０ａ、２２０ｂと排気口１１２ａ、１１２ｂとの間には、それぞれフィルタ１５２ａ、１５２ｂが備えられる。フィルタ１５２ａ、１５２ｂは、例えば冷却ファン２２０ａ、２２０ｂが停止しているときに排気口１１２ａ、１１２ｂから粉塵等がケース１１０の内部に進入することを防止する。

図３に示すように、バッテリ装置２０には、バッテリ１２０が収容されている。バッテリ１２０は、複数のバッテリセル１２２によって構成される。バッテリセル１２２は、略平板状の形状を有しており、図３に示すように、複数のバッテリセル１２２がケース１１０において吸気口１１１側の壁部１１０ａから排気口側の壁部１１０ｂへと向かう方向に平板の長手方向が配向するように、整列して配置される。

バッテリ１２０において、バッテリセル１２２は、壁部１１０ａ及び壁部１１０ｂから一定の距離を隔てて収容される。また、個々のバッテリセル１２２は、隣り合うバッテリセル１２２とは一定の隙間を置いて配置され、この隙間が、バッテリ１２０に空気が流通するスリット１２１を形成する。このようにバッテリ１２０にスリット１２１が形成されていることにより、吸気口１１１から流入した空気が、バッテリ１２０に形成されたスリット１２１を通過した後、排気口１１２ａ及び１１２ｂに設けられた冷却ファン２２０ａ及び２２ｂによってケース１１０の外部に排出される。

特に、ケース１１０において、吸気口１１１から導入された空気は、バッテリ１２０に形成されたスリット１２１の方向に対して斜め方向の先に存在する排気口１１２ａ、１１２ｂへと向かう。これにより、吸気口１１１から導入された空気は、バッテリ１２０に形成された各スリット１２１に満遍なく向かうようになるので、バッテリ１２０に均一に空気が通過する。なお、図３に示すような直線形状のスリット１２１に限られず、吸気口１１１から排気口１１２ａ、１１２ｂへと空気が流通するように、バッテリ１２０に隙間が形成されていれば、どのような形状であってもよい。

なお、バッテリ１２０には、バッテリセル１２２それぞれの温度を検出する温度センサ１３０が備えられている。制御装置５０は、それぞれのバッテリセル１２２に電気的に接続され、それぞれの温度センサ１３０が検出した温度を取得する。

次に、制御装置５０によるバッテリ装置２０の制御について説明する。

制御装置５０は、バッテリ１２０の温度に基づいて、冷却ファン２２０の動作を制御する。

バッテリ１２０は、充電放電を行うことにより温度が上昇する。一方で、バッテリ１２０は、充放電効率や寿命を低下させないため、規定の温度領域以内で運転されることが望ましい。制御装置５０は、バッテリ１２０の温度が温度領域の上端又は下端に近づいた場合は、冷却ファン２２０を動作させてバッテリ１２０に運転室１１から空気を導入して、バッテリ１２０の温度が規定の温度領域を超えて上昇又は下降しないように制御する。

運転室１１には、前述のように空調装置６０が備えられている。空調装置６０は、オペレータの要求により運転室１１の内部の温度が適温（例えば１０〜３０℃）となるように制御する。制御装置５０は、この運転室１１の空気をバッテリ装置２０に導入することで、バッテリ１２０の温度が規定の温度領域を超えて上昇又は下降することを防止する。

なお、本実施形態では、バッテリ１２０の規定の温度領域が０℃〜６０℃である例を説明する。

図４は、制御装置５０が実行する制御を示すフローチャートである。

制御装置５０は、この図５に示すフローチャートを周期的に実行している。

まず、制御装置５０は、バッテリ１２０の温度を取得する（ステップＳ１０）。制御装置５０は、バッテリ１２０のバッテリセル１２２のそれぞれから、温度センサ１３０が検出した温度を取得する。

なお、このステップＳ１０で取得する温度は、それぞれのバッテリセル１２２の温度センサ１３０が検出した温度の平均値であってもよいし、バッテリ１２０のそれぞれのバッテリセル１２２の温度センサ１３０が検出した温度のうち、最も高い温度や最も低い温度を取得してもよい。また、ケース１１０の内部に別の温度センサを備えて、この別の温度センサから検出した温度を用いてもよい。

次に、制御装置５０は、ステップＳ１０で取得した温度が上限温度以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０）。

なお、ステップＳ２０における上限温度は、前述のバッテリ１２０の温度領域の上側の値である６０℃に余裕分を持たせた値（例えば５０℃）が予め設定されている。制御装置５０は、この値を予め記憶している。

ステップＳ２０において、取得した温度が上限温度以上であると判定した場合は、制御装置５０は、冷却ファン２２０を動作させる信号を出力して、冷却ファン２２０を動作させる（ステップＳ３０）。

ステップＳ２０において、取得した温度が上限温度未満であると判定した場合は、制御装置５０は、冷却ファン２２０に、その動作を停止させる信号を出力して、冷却ファン２２０の動作を停止させる（ステップＳ４０）。

これらステップＳ２０からＳ４０の制御により、制御装置５０は、取得した温度が上限温度以上となった場合に冷却ファン２２０を動作させてバッテリ装置２０に運転室１１からの空気を導入して、バッテリ１２０の温度が上限温度を超えて上昇しないように制御する。運転室１１には、前述のように空調装置６０により適温（例えば１０〜３０℃）に制御されているので、バッテリ装置２０に運転室１１の空気を導入することにより、バッテリ１２０の温度を上限温度よりも下げることができる。また、取得した温度が上限温度未満となった場合に冷却ファン２２０の動作を停止させてバッテリ装置２０に運転室１１からの空気が導入されないようにして、バッテリ１２０の温度が低下しないように制御する。

ステップＳ３０又はステップＳ４０の制御の後、制御装置５０は、ステップＳ１０で取得した温度が下限温度以下であるか否かを判定する（ステップＳ５０）。

なお、ステップＳ５０における下限温度は、前述のバッテリ１２０の温度領域の下側の値である０℃に余裕分を持たせた値（例えば１０℃）が予め設定されている。制御装置５０は、この値を予め記憶している。

ステップＳ５０において、取得した温度が下限温度以下であると判定した場合は、制御装置５０は、冷却ファン２２０を動作させる信号を出力して、冷却ファン２２０を動作させる（ステップＳ６０）。

ステップＳ５０において、取得した温度が下限温度よりも大きいと判定した場合は、制御装置５０は、冷却ファン２２０の動作を停止させる信号を出力して、冷却ファン２２０の動作を停止させる（ステップＳ７０）。

これらステップＳ５０からＳ６０の制御により、制御装置５０は、取得した温度が下限温度以下となった場合に冷却ファン２２０を動作させてバッテリ装置２０に運転室１１からの空気を導入して、バッテリ１２０の温度が下限温度をよりも下降しないように制御する。運転室１１には、前述のように空調装置６０により適温（例えば１０〜３０℃）に制御されているので、バッテリ装置２０に運転室１１の空気を導入することにより、バッテリ１２０の温度を上限温度よりも下げることができる。また、取得した温度が下限温度よりも大きい場合に冷却ファン２２０の動作を停止させてバッテリ装置２０に運転室１１からの空気が導入されないようにして、バッテリ１２０の温度が上昇しないように制御する。

これらステップＳ１０からＳ７０の処理によって、制御装置５０は、バッテリ１２０の温度が規定の温度範囲を超えて上昇または下降しないように、冷却ファンを制御する。

次に、制御装置５０は、ステップＳ３０で冷却ファン２２０の動作を開始してから一定時間経過後に、ステップＳ１０と同様に、それぞれのバッテリセル１２２の温度センサ１３０から温度を取得する。そして、取得した温度が上限温度以上であるか否かを判定する（ステップＳ８０）。取得した温度が上限温度以下である場合にはステップＳ９０に移行する。取得した温度が上限温度よりも小さい場合は、ステップＳ９０に移行することなくステップＳ１００に移行する。

バッテリ１２０の温度が上限温度以上となって冷却ファン２２０の動作を開始してから一定時間経過後の温度が上限温度以上であると判定した場合は、制御装置５０は、バッテリ装置２０に何らかの異常があると判定し、バッテリの充放電を停止させる動作を行う（ステップＳ９０）。

具体的には、バッテリ１２０の温度が上限温度以上となって冷却ファン２２０を動作させた後、所定時間経過後もなおバッテリ１２０の温度が下がらない場合は、次のような問題が発生していると判定する。すなわち、バッテリ１２０の温度が温度領域を超えて上昇しようとしている、冷却ファン２２０が正常に動作していない、吸気ダクト２１０の詰まりが発生している、等のバッテリ装置２０の関する問題が発生している可能性がある。そこで、制御装置５０は、バッテリ装置２０に異常が発生している旨の警報を運転室１１に出力して、オペレータに報知する。また、制御装置５０は、バッテリ装置２０に対する充放電を停止する。

また、制御装置５０は、ステップＳ６０で冷却ファン２２０の動作を開始してから一定時間経過後に、ステップＳ１０と同様に、それぞれのバッテリセル１２２の温度センサ１３０から温度を取得する。そして、取得した温度が下限温度以下であるか否かを判定する（ステップＳ１００）。下限温度以下である場合にはステップＳ１１０に移行する。下限温度よりも大きい場合は、ステップＳ１１０に移行することなく、本フローチャートを抜ける。

バッテリ１２０の温度が下限温度以下となって冷却ファン２２０の動作を開始してから一定時間経過後の温度が下限温度以下であると判定した場合は、運転室１１からの空気をバッテリ装置２０内に流通することによっては、バッテリ装置２０の温度を上昇させることができないと判断する。そこで、制御装置５０は、冷却ファン２２０の動作を停止させる（ステップＳ１１０）。

このステップＳ１１０の制御においては、冷却ファン２２０の動作によってバッテリ１２０の温度が下限温度からさらに下降してしまう状況である。具体的には、運転室１１の内部の温度が下限温度よりも低く、運転室１１からの低い温度をバッテリ装置２０内に導入することによってバッテリ１２０の温度がさらに下降する場合が考えられる。このような状況では冷却ファン２２０によって空気を導入するよりも、バッテリ１２０の充放電による発熱に任せてバッテリ１２０の温度を上昇させた方がバッテリ１２０の効率がよくなる。従って、冷却ファン２２０の動作を開始してから一定時間経過後の温度が下限温度以下であると判定した場合は、制御装置５０は、冷却ファン２２０の動作を停止させる。

このステップＳ１００またはステップＳ１１０の処理の後、制御装置５０は図４に示すフローチャートを一端完了して、他の処理を実行する。

この図４に示す制御によって、制御装置５０は、バッテリ装置２０のバッテリ１２０が所定の温度領域を超えないように制御することができる。

以上のように本発明の実施形態のバッテリ装置２０は、駆動力源としてのエンジン７０と発電機８０とによって発電された電力を蓄電する建設機械のバッテリ装置２０であって、外部から導入される空気が通過する吸気口１１１と、吸気口１１１から導入された空気を外部へと排出する複数の排気口１１２ａ、１１２ｂとを有するケース１１０と、ケース１１０に収容されるバッテリ１２０と、吸気口１１１から排気口１１２ａ、１１２ｂへと空気が通過するスリット１２１が複数形成されたバッテリ１２０とを備える構成となっている。

本発明の実施形態では、このような構成によって、吸気口１１１から導入された空気が、バッテリ１２０の周囲及びスリット１２１を経て、複数の排気口１１２ａ、１１２ｂと流れるので。バッテリ１２０の周囲及びスリット１２１に空気を十分に通過させることができ、バッテリ１２０を適切な温度に抑えることが可能となる。

また、吸気口１１１には、運転室１１に連通する吸気ダクト２１０が接続され、運転室１１の室内の空気が吸気口１１１を通過してケース１１０内に導入されるので、空調装置６０によって適温に調節された運転室１１の空気をバッテリ装置２０内に導入することにより、バッテリ１２０の温度が規定の温度範囲を超えて上昇または下降することを抑えることができる。また、運転室１１は密閉されており、建設機械１０の外部と比較して粉塵が少ないので、バッテリ装置２０に導入される空気に粉塵等が混入することを防止して、バッテリ１２０の不具合を予防することができる。

また、制御装置５０は、バッテリ１２０の各バッテリセル１２２に備えられる温度センサ１３０から温度を検出して、検出した温度が上限温度以上、または下限温度以下であるときに冷却ファン２２０を動作させるので、バッテリ１２０の温度をこれら上限温度及び下限温度の範囲とすることができる。

またさらに、制御装置５０は、冷却ファン２２０の動作を開始してから所定時間が経過した後に計測した温度が、なお上限温度以上である場合は、バッテリ１２０に異常が発生したと判断して、運転室１１に警報を通知すると共に、バッテリ１２０への蓄電を停止する。これにより、バッテリ１２０に異常が発生したときにバッテリ１２０に動作を安全に停止することができる。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。

１０建設機械
１１運転室
１２車体
２０バッテリ装置
５０制御装置
６０空調装置
１１０ケース
１１１吸気口
１１２ａ、１１２ｂ排気口
１２０バッテリ
１２１スリット
１２２バッテリセル
２１０吸気ダクト
２２０ａ、２２０ｂ冷却ファン

Claims

駆動力源により駆動される建設機械に搭載され、前記駆動力源によって発電された電力を蓄電する建設機械のバッテリ装置であって、
外部から導入される空気が通過する吸気口と、前記吸気口から導入された空気を外部へと排出する複数の排気口と、を有するケースと、
前記ケースに収装され、前記吸気口から前記排気口へと空気が通過する隙間が複数形成されたバッテリと、
を備えることを特徴とする建設機械のバッテリ装置。
前記吸気口には、操縦者が搭乗する運転室に連通する吸気ダクトが接続され、前記運転室の空気が前記吸気口から前記ケース内に導入されることを特徴とする請求項１に記載の建設機械のバッテリ装置。
前記排気口に設けられ、前記吸気口から導入された空気を前記排気口から前記ケースの外部へと排出するファンと、
前記ファンの動作を制御する制御装置と、
前記バッテリの温度を検出する温度検出部と、
を備え、
前記制御装置は、前記温度検出部によって検出された前記バッテリの温度が予め設定された温度範囲を超えて上昇または下降した場合に、前記ファンの動作を開始して、前記吸入口から吸気された空気を前記排気口から前記ケースの外部へと排出することを特徴とする請求項１または２に記載の建設機械のバッテリ装置。
前記制御装置は、
上限温度と、前記上限温度よりも小さい下限温度とを記憶しており、
前記温度検出部によって検出された前記バッテリの温度が、前記上限温度以上である場合、または、前記下限温度以下である場合に、前記ファンの動作を開始することを特徴とする請求項３に記載の建設機械のバッテリ装置。
前記制御装置は、前記温度検出部によって検出された前記バッテリの温度が前記上限温度以上となって前記ファンの動作を開始してから所定時間が経過後に、前記温度検出部によって検出された前記バッテリの温度が前記上限温度以上である場合は、前記運転室に警報を通知すると共に、前記バッテリへの蓄電を中止することを特徴とする請求項４に記載の建設機械のバッテリ装置。