JP2015056957A

JP2015056957A - 給電装置

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Publication number: JP2015056957A
Application number: JP2013188627A
Authority: JP
Inventors: 湯上　誠之; Masayuki Yugami; 誠之湯上; 滝下　竜夫; Tatsuo Takishita; 竜夫滝下
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2015-03-23
Anticipated expiration: 2033-09-11
Also published as: JP5899173B2

Abstract

【課題】給電装置から電動式建設機械への送電電圧を高めることができ、かつ給電装置に搭載された二次電池の充電時間の短縮を図ることができる給電装置を提供する。【解決手段】二次電池２Ａ，２Ｂ，２Ｃを備えるとともに移動可能な給電装置１において、受電用ケーブル５を介し商用電源４に接続可能な受電口１５と、受電口１５に接続された充電器１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃと、二次電池２Ａ，２Ｂ，２Ｃを充電器１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃに一対一の関係で通電するように接続するか遮断するかを選択的に行う第１開閉器１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃと、送電用ケーブル７を介し電動式油圧ショベル６に接続可能な送電口１６と、二次電池２Ａ，２Ｂ，２Ｃを互いに直列接続するとともに送電口１６に通電するように接続するか遮断するかを選択的に行う第２開閉器１９Ａ，１９Ｂとを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、複数の二次電池を備えるとともに移動可能な給電装置に係わり、特に、外部電源から受電して複数の二次電池を充電し、それら二次電池から電動式建設機械に送電する給電装置に関する。

電動式油圧ショベル等の電動式建設機械には、外部電源駆動型と、内部バッテリ駆動型とがある。外部電源駆動型の電動式建設機械は、外部電源に接続した状態で、外部電源からの電力によって油圧ポンプを駆動し、油圧ポンプからの圧油によって油圧アクチュエータを駆動するようになっている。内部バッテリ駆動型の電動式建設機械は、内部バッテリを搭載しており、内部バッテリからの電力によって油圧ポンプを駆動し、油圧ポンプからの圧油によって油圧アクチュエータを駆動するようになっている。

外部電源駆動型の電動式建設機械においては、例えば商用電源（外部電源）を建設現場に設置することが考えられるものの、商用電源を建設現場に設置できない場合がある。また、内部バッテリ駆動型の電動式建設機械においては、搭載可能な内部バッテリの容量に限界があり、内部バッテリを充電するための外部電源を用意する必要がある。そのため、例えば商用電源を建設現場に設置することが考えられるものの、商用電源を建設現場に設置できず、建設現場から離れた場所にしか設置できない場合がある。このような場合、建設現場から商用電源が設置された場所まで、電動式建設機械を走行させなければならず、不便である。

そこで、例えば特許文献１に記載のバッテリ設備を搭載した自走式車両を用意することが考えられる。特許文献１に記載のバッテリ設備は、複数の鉛畜電池からなるバッテリと、商用電源からの電力を用いてバッテリを充電する充電装置と、充電装置とバッテリの間に設けられた第１スイッチと、バッテリからの放電路に設けられた第２スイッチとを備えている。そして、商用電源から受電してバッテリを充電する場合に、第１スイッチをオン、第２スイッチをオフとし、バッテリから電動式油圧ショベルに送電する場合に、第１スイッチをオフ、第２スイッチをオンとするようになっている。

特開２００９−９７２７０号公報

しかしながら、上記従来技術には以下のような改善の余地があった。特許文献１に記載のバッテリ設備（給電装置）は、複数の鉛畜電池（二次電池）を直列接続することで、電動式建設機械への送電電圧を高めるようになっている。しかし、全体の充電時間が（１つの鉛畜電池の充電時間）×（鉛畜電池の数）となり、長くなる。

本発明の目的は、給電装置から電動式建設機械への送電電圧を高めることができ、かつ給電装置に搭載された二次電池の充電時間の短縮を図ることができる給電装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、複数の二次電池を備えるとともに移動可能な給電装置において、受電用ケーブルを介し外部電源に接続可能な受電口と、前記受電口に接続された複数の充電器と、前記複数の二次電池を前記複数の充電器に一対一の関係で通電するように接続するか遮断するかを選択的に行う第１開閉器と、送電用ケーブルを介し電動式建設機械に接続可能な送電口と、前記複数の二次電池を互いに直列接続するとともに前記送電口に通電するように接続するか遮断するかを選択的に行う第２開閉器とを備える。

このような本発明においては、複数の二次電池から電動式建設機械に送電する場合に、複数の二次電池を互いに直列接続して送電口に通電するように接続するので、電動式建設機械への送電電圧を高めることができる。一方、外部電源から受電して複数の二次電池を充電する場合に、複数の二次電池を複数の充電器に一対一の関係で通電するように接続するので、全体の充電時間を短縮することができる。

本発明によれば、給電装置から電動式建設機械への送電電圧を高めることができ、かつ給電装置に搭載された二次電池の充電時間の短縮を図ることができる。

本発明の一実施形態における給電装置を搭載した自走式車両を表す図であり、給電装置と商用電源又は電動式油圧ショベルを接続した状態をそれぞれ示す。本発明の一実施形態における給電装置の外観を表す斜視図であり、扉が閉じた状態及び扉が開いた状態をそれぞれ示す。本発明の一実施形態における給電装置内の機器レイアウトを表す平面図である。本発明の一実施形態における給電装置の構成を表す概略図であり、モードスイッチで受電モードが選択された場合を示す。本発明の一実施形態における給電装置の構成を表す概略図であり、モードスイッチで送電モードが選択された場合を示す。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本実施形態の給電装置を搭載した自走式車両を表す図である。なお、図１（ａ）は、給電装置と商用電源を接続した状態を示し、図１（ｂ）は、給電装置と電動式油圧ショベルを接続した状態を示す。

これら図１（ａ）及び図１（ｂ）において、本実施形態の給電装置１は、複数の二次電池２（詳細には、例えば鉛蓄電池）を備えており、自走式車両３（詳細には、例えばトラック）に搭載されることで移動可能としている。そして、給電装置１は、例えば建設現場から離れた場所に移動されて、その場所に設置された商用電源４（詳細には、例えば電柱に設けられた分電盤）に受電用ケーブル５を介し接続可能としている。また、例えば建設現場に移動されて、建設現場に置かれた電動式油圧ショベル６に送電用ケーブル７を介し接続可能としている。

電動式油圧ショベル６は、詳細を図示しないが、例えば複数のリチウムイオン二次電池からなる内部バッテリを搭載している。そして、内部バッテリからの直流電力がチョッパ（電圧調整器）で昇圧されてインバータに供給され、インバータで交流電力に変換されて電動モータに供給され、電動モータが駆動するようになっている。この電動モータによって油圧ポンプが駆動され、油圧ポンプから吐出された圧油が各方向切換弁を介し各油圧アクチュエータ（詳細には、例えばブーム用油圧シリンダ、アーム用油圧シリンダ、バケット用油圧シリンダ、旋回用油圧モータ、又は走行用油圧モータ等）に供給され、各油圧アクチュエータが駆動するようになっている。なお、各方向切換弁は、例えば油圧操作方式又はリンク操作方式であって、対応する操作レバー又は操作ペダルの操作に応じて切り換えられるようになっている。

また、電動式油圧ショベル６は、給電装置１からの送電用ケーブル７が接続可能な給電口を備えている。そして、この給電口を介し給電装置１から供給された直流電力がチョッパで昇圧されて内部バッテリに供給され、内部バッテリが充電されるようになっている。

次に、本実施形態の給電装置１の詳細について説明する。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、給電装置１の外観を表す斜視図である。なお、図２（ａ）は、扉が閉じた状態を示し、図２（ｂ）は、扉が開いた状態を示している。図３は、給電装置１内の機器レイアウトを表す平面図（但し、上面側の外装パネルを取り外した状態）である。図４及び図５は、給電装置１の構成を表す概略図である。なお、図４は、モードスイッチで受電モードが選択された場合を示し、図５は、モードスイッチで送電モードが選択された場合を示している。

給電装置１は、ベース８と、このベース８上に直方体状の骨組を形成するフレーム９と、このフレーム９の前面側（図２中左側）、左側面側（図２中紙面に向かって手前側）、右側面側（図２中紙面に向かって奥側）、及び上面側（図２中上側）に取り付けられた複数の外装パネル１０と、フレーム９の後面側（図２中右側）に取付けられた２つの扉１１とを備えている。

ベース８上の前側領域には、複数の二次電池２（本実施形態では、３つの二次電池２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）が載置されている。また、ベース８上の後方左側領域にはラック１２が設けられており、このラック１２には、二次電池と同数の充電器１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃが載置されている。また、ベース８上の後方右側領域には、制御盤１４が設けられている。

制御盤１４は、受電用ケーブル５を介し商用電源４に接続可能な受電口１５と、送電用ケーブル７を介し電動式油圧ショベル６に接続可能な送電口１６とを有している。なお、受電用ケーブル５は、右側面側の外装パネル１０を貫通するように設けられ、送電用ケーブル７は、左側面側の外装パネル１０を貫通するように設けられている。

制御盤１４は、図示のように、受電口１５に充電器１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃをそれぞれ接続する配線を有している。また、図示のように、充電器１３Ａと二次電池２Ａを、第１開閉器（継電器）１７Ａ及び遮断器（過電流保護器）１８Ａを介して接続する配線を有している。また、図示のように、充電器１３Ｂと二次電池２Ｂを、第１開閉器（継電器）１７Ｂ及び遮断器（過電流保護器）１８Ｂを介して接続する配線を有している。また、図示のように、充電器１３Ｃと二次電池２Ｃを、第１開閉器（継電器）１７Ｃ及び遮断器（過電流保護器）１８Ｃを介して接続する配線を有している。また、二次電池２Ａ，２Ｂ，２Ｃを、第２開閉器（継電器）１９Ａ，１９Ｂを介して互いに直列接続するとともに、送電用遮断器（過電流保護器）２０を介して送電口１６に接続する配線を有している。

したがって、第１開閉器１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃは、複数の二次電池２Ａ，２Ｂ，２Ｃを複数の充電器１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃに一対一の関係で通電するように接続するか遮断するかを選択的に行うようになっている。第２開閉器１９Ａ，１９Ｂは、複数の二次電池２Ａ，２Ｂ，２Ｃを互いに直列接続するとともに送電口１６に通電するように接続するか遮断するかを選択的に行うようになっている。

さらに、制御盤１４は、モードスイッチ２１と、運転スイッチ２２と、コントローラ２３とを有している。モードスイッチ２１は、商用電源４から受電して二次電池２Ａ，２Ｂ，２Ｃを充電する受電モード、及び二次電池２Ａ，２Ｂ，２Ｃから電動式油圧ショベル６に送電する送電モードのうちのいずれかを選択可能とし、その選択信号をコントローラ２３に出力するようになっている。運転スイッチ２２は、運転開始又は運転停止を指示可能とし、その指示信号をコントローラ２３に出力するようになっている。

コントローラ２３は、機能的な構成として、モード制御部２４と、運転制御部２５とを有している。モード制御部２４は、モードスイッチ２１からの選択信号に応じて、第１開閉器１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ及び第２開閉器１９Ａ，１９Ｂを制御するようになっている。運転制御部２５は、モード制御部２４（又はモードスイッチ２１）からの選択信号及び運転スイッチ２２からの指示信号に応じて、充電器１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ及び送電用遮断器２０を制御するようになっている。

具体的に説明すると、例えばモードスイッチ２１で送電モードが選択された場合に、モード制御部２４は、第１開閉器１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃを開状態に制御し、第２開閉器１９Ａ，１９Ｂを閉状態に制御する。これにより、二次電池２Ａ，２Ｂ，２Ｃを充電器１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃに通電しないように遮断するとともに、二次電池２Ａ，２Ｂ，２Ｃを互いに直列接続して送電口１６に通電するように接続する。その後、例えば運転スイッチ２２で運転開始が指示された場合に、運転制御部２５は、送電用遮断器２０を開状態から閉状態に切り換える。これより、図５中実線で示すような電力の流れとなって、二次電池２Ａ，２Ｂ，２Ｃから電動式油圧ショベル６に送電する。このとき、二次電池２Ａ，２Ｂ，２Ｃを互いに直列接続しているので、電動式油圧ショベル６への送電電圧を高めることができる。なお、例えば運転スイッチ２２で運転停止が指示された場合に、運転制御部２５は、送電用遮断器２０を閉状態から開状態に切り換える。

一方、例えばモードスイッチ２１で受電モードが選択された場合に、モード制御部２４は、第１開閉器１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃを閉状態に制御し、第２開閉器１９Ａ，１９Ｂを開状態に制御する。これにより、二次電池２Ａ，２Ｂ，２Ｃを充電器１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃに一対一の関係で通電するように接続するとともに、二次電池２Ａ，２Ｂ，２Ｃを互いに直列接続しないように且つ送電口１６に通電しないように遮断する。その後、例えば運転スイッチ２２で運転開始が指示された場合に、運転制御部２５は、充電器１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃに充電開始の指示信号を出力する。充電器１３Ａは、充電開始の指示信号に応じて、受電口１５等を介して商用電源４から供給された交流電力を直流電力に変換して二次電池２Ａに供給する。充電器１３Ｂは、充電開始の指示信号に応じて、受電口１５等を介して商用電源４から供給された交流電力を直流電力に変換して二次電池２Ｂに供給する。充電器１３Ｃは、充電開始の指示信号に応じて、受電口１５等を介して商用電源４から供給された交流電力を直流電力に変換して二次電池２Ｃに供給する。すなわち、図４中実線で示すような電力の流れとなって、二次電池２Ａ，２Ｂ，２Ｃをそれぞれ充電することができる。したがって、全体の充電時間を短縮することができる。なお、例えば運転スイッチ２２で運転停止が指示された場合に、運転制御部２５は、充電器１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃに充電停止の指示信号を出力し、充電器１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃから二次電池への電力供給を停止させる。

以上のように本実施形態においては、給電装置１から電動式油圧ショベル６への送電電圧を高めることができ、かつ給電装置１に搭載された二次電池２Ａ，２Ｂ，２Ｃの充電時間の短縮を図ることができる。

なお、上記一実施形態においては、モードスイッチ２１を設け、このモードスイッチ２１からの選択信号に応じてコントローラ２３のモード制御部２４が開閉器１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１９Ａ，１９Ｂを制御する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の技術思想及び趣旨を逸脱しない範囲内で様々な変形が可能である。すなわち、例えば、受電口１５に受電用ケーブル５を介して商用電源４が接続されたか否かを検出する第１検出部と、送電口１６に送電用ケーブル７を介して電動式油圧ショベル６が接続されたか否かを検出する第２検出部を設け、それら第１検出部及び第２検出部の検出結果に応じてコントローラのモード制御部が開閉器１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１９Ａ，１９Ｂを制御してもよい。このような変形例について詳述する。

第１検出部として、例えば、受電用ケーブル５のコネクタと外部電源４のコネクタに接続検出用端子をそれぞれ設け、それら接続検出用端子が接触した場合にコントローラへ検出信号を出力するように構成する。第２検出部として、例えば、送電用ケーブル７のコネクタと電動式油圧ショベル６の給電口（コネクタ）に接続検出用端子をそれぞれ設け、それら接続検出用端子が接触した場合にコントローラへ検出信号を出力するように構成する。そして、例えば受電口１５に受電用ケーブル５を介して商用電源４が接続され、且つ送電口１６に送電用ケーブル７を介して電動式油圧ショベル６が接続されていないことが検出された場合に、コントローラのモード制御部は、第１開閉器１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃを閉状態に制御し、第２開閉器１９Ａ，１９Ｂを開状態に制御する。また、例えば受電口１５に受電用ケーブル５を介して商用電源４が接続されていなく、且つ送電口１６に送電用ケーブル７を介して電動式油圧ショベル６が接続されたことが検出された場合に、コントローラのモード制御部は、第１開閉器１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃを開状態に制御し、第２開閉器１９Ａ，１９Ｂを閉状態に制御する。また、例えば受電口１５に受電用ケーブル５を介して商用電源４が接続され、且つ送電口１６に送電用ケーブル７を介して電動式油圧ショベル６が接続されたことが検出された場合に、コントローラのモード制御部は、予め設定された優先順位に従い、第１開閉器１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ及び第２開閉器１９Ａ，１９Ｂのうちの一方を閉状態に制御する。このような変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記一実施形態においては、第１開閉器１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ及び第２開閉器１９Ａ，１９Ｃは、コントローラ２３のモード制御部２４によって制御される継電器である場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の技術思想及び趣旨を逸脱しない範囲内で様々な変形が可能である。すなわち、直接、手動操作されるものであってもよい。このような変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。

なお、以上においては、給電装置１の給電対象である電動式建設機械として、内部バッテリ駆動型の電動式油圧ショベル６を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば、外部電源駆動型の電動式油圧ショベルでもよいし、内部バッテリ駆動又は外部電源駆動を選択可能な電動式油圧ショベルでもよい。また、電動式油圧ショベル以外の他の電動式建設機械でもよい。

１給電装置
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ二次電池
４商用電源
５受電用ケーブル
６電動式油圧ショベル
７送電用ケーブル
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ充電器
１５受電口
１６送電口
１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ第１開閉器
１９Ａ，１９Ｂ第２開閉器
２１モードスイッチ
２４モード制御部

Claims

複数の二次電池を備えるとともに移動可能な給電装置において、
受電用ケーブルを介し外部電源に接続可能な受電口と、
前記受電口に接続された複数の充電器と、
前記複数の二次電池を前記複数の充電器に一対一の関係で通電するように接続するか遮断するかを選択的に行う第１開閉器と、
送電用ケーブルを介し電動式建設機械に接続可能な送電口と、
前記複数の二次電池を互いに直列接続するとともに前記送電口に通電するように接続するか遮断するかを選択的に行う第２開閉器とを備えたことを特徴とする給電装置。
請求項１記載の給電装置において、
前記外部電源から受電して前記複数の二次電池を充電する受電モード及び前記複数の二次電池から前記電動式建設機械に送電する送電モードのうちのいずれかを選択可能なモードスイッチと、
前記モードスイッチで選択されたモードに応じて前記第１開閉器及び前記第２開閉器を制御するモード制御部とを備え、
前記モード制御部は、
前記モードスイッチで受電モードが選択された場合に、前記第１開閉器及び前記第２開閉器を制御して、前記複数の二次電池を前記複数の充電器に一対一の関係で通電するように接続するとともに、前記複数の二次電池を互いに直列接続しないように且つ前記送電口に通電しないように遮断し、
前記モードスイッチで送電モードが選択された場合に、前記第１開閉器及び前記第２開閉器を制御して、前記複数の二次電池を前記複数の充電器に通電しないように遮断するとともに、前記複数の二次電池を互いに直列接続して前記送電口に通電するように接続することを特徴とする給電装置。
請求項１記載の給電装置において、
前記受電口に前記受電用ケーブルを介して前記外部電源が接続されたか否かを検出する第１検出部と、
前記送電口に前記送電用ケーブルを介して前記電動式建設機械が接続されたか否かを検出する第２検出部と、
前記第１検出部及び前記第２検出部の検出結果に応じて前記第１開閉器及び前記第２開閉器を制御するモード制御部とを備え、
前記モード制御部は、
前記受電口に前記受電用ケーブルを介して前記外部電源が接続され、且つ前記送電口に前記送電用ケーブルを介して前記電動式建設機械が接続されていないことが検出された場合に、前記第１開閉器及び前記第２開閉器を制御して、前記複数の二次電池を前記複数の充電器に一対一の関係で通電するように接続するとともに、前記複数の二次電池を互いに直列接続しないように且つ前記送電口に通電しないように遮断し、
前記受電口に前記受電用ケーブルを介して前記外部電源が接続されていなく、且つ前記送電口に前記送電用ケーブルを介して前記電動式建設機械が接続されたことが検出された場合に、前記第１開閉器及び前記第２開閉器を制御して、前記複数の二次電池を前記複数の充電器に通電しないように遮断するとともに、前記複数の二次電池を互いに直列接続して前記送電口に通電するように接続することを特徴とする給電装置。