JP2015141887A - ハイブリッド式建設機械 - Google Patents

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竜治 河野
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重之 吉原
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Abstract

【課題】蓄電装置の温調効率を向上させることができるハイブリッド式建設機械の提供。【解決手段】エンジン１と、このエンジン１の動力の補助及び発電を行うアシスト発電モータ２と、このアシスト発電モータ２との間で電力の授受を行う蓄電装置８とを備え、蓄電装置８は、複数の電池セル２００と、複数の電池セル２００を離隔した状態で覆う筐体２２０と、この筐体２２０に取り付けられ、複数の電池セル２００と熱交換を行う冷却プレート２０３と、筺体２２０と冷却プレート２０３との間に介在し、筺体２２０と冷却プレート２０３との熱の授受を妨げる突起２１４とを含む。【選択図】図８

Description

本発明は、モータ及びインバータ等の電動機に電力を供給する蓄電装置を備えたハイブリッド式建設機械に関する。
一般に、油圧システムにより駆動する油圧ショベル等の建設機械は、軽負荷作業から重負荷作業までの全ての作業に対応できるように、最大負荷の作業を可能とする油圧ポンプと、この油圧ポンプを駆動する大型のエンジンとを備えている。特に、油圧ショベルでは土砂の掘削や積み込み等の作業が行われる際に、最大負荷が発生する。
このような最大負荷のかかる重負荷作業は作業全体の一部であり、地面を均すための水平引き等の軽負荷作業時には、エンジンの能力が余ってしまう。このことは、油圧ショベルの燃料消費量（以下、燃費と略すことがある）の低減を難しくする要因の１つである。この点に鑑みて、燃費を低減するためにエンジンを小型化すると共に、エンジンの小型化に伴う出力不足を電動機による出力で補助（アシスト）するハイブリッド式建設機械が知られており、電動機の動力源として、二次電池やキャパシタ等（以下、電池と記す）を搭載した蓄電装置が用いられている。
このハイブリッド式建設機械を構成する蓄電装置や電動機等の電気機器は、駆動回路の熱的保護や高効率運転のために適切な温度調節を必要とする。特に、蓄電装置では、電池が過度に低温であると、電池の内部抵抗が増大して入出力特性が顕著に低下し、建設機械の作動能力の低下をもたらす。一方、電池が過度に高温であると、電池容量が非可逆的に低下したり、あるいは内部抵抗が増大する等の電池の劣化が促進されるので、蓄電装置の耐用年数が短くなる。従って、蓄電装置は状態に応じた電池の冷却及び暖機機能を備えることが求められる。
従来より、蓄電装置の電池の冷却及び暖機機能としては、ファンやブロア等により電池表面に熱媒体である外気（空気）を強制的に当てる方法、及びポンプ等により電池表面に熱媒体である液体（クーラント）を強制的に導入する方法等が用いられている。前者の方法は空冷式、後者の方法は水冷式又は液冷式等と称される。ハイブリッド式建設機械の用途では熱媒体及びその流路を防塵する必要があり、熱媒体の流路が開放系となる空冷式が採用される場合には多くの工夫改善を要するので、熱媒体の流路が密閉系となる液冷式が採用される場合が多い。
このような液冷式の蓄電装置の従来技術の１つとして、外装缶を金属製とする複数の電池セルを積層してなる電池ブロックを、伝熱部材を介して、冷媒を循環させる流路が形成された冷却プレート上に固定し、電池ブロックと冷却プレートを熱結合することにより、電池ブロックの各電池セルを均一な状態で冷却することができる蓄電装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
一方、この特許文献１に開示された従来技術の蓄電装置がハイブリット式建設機械にそのまま適用された場合には、電池ブロックの各電池セルが外気に直接曝され、ハイブリッド式建設機械の作業雰囲気における粉塵や水分等が蓄電装置の電池ブロックに付着して電池の正常動作及びその信頼性に支障をきたす虞があるので、これらの粉塵や水分等から蓄電装置を保護する必要がある。
そこで、複数のキャパシタをそれぞれ収容する複数のキャパシタセルと、各キャパシタセルを冷却する冷却板と、複数のキャパシタセルを一括して被覆する上カバーと、冷却板の底面側でキャパシタセルが取り付けられている領域を被覆する下カバーとを備え、冷却板は、肉厚方向に貫通され、これらの上カバー及び下カバーを取り付けるネジ部材を挿通するカバー取付孔を有し、このネジ部材によって冷却板に固定された上カバー及び下カバーがキャパシタセルを被覆することにより、キャパシタに対する防滴効果及び防塵効果を得ることができるハイブリッド型油圧ショベルが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
ＷＯ２０１２−１１８０１５号公報 特開２０１２−２１３９６号公報
上述した特許文献２に開示された従来技術のハイブリッド型油圧ショベルは、上カバー及び下カバーが冷却板に直接接続されており、これらの上カバー、下カバー、及び冷却板は熱的に結合した状態にあるので、上カバー及び下カバーと冷却プレートとの間で熱の移動が生じ易い。そのため、キャパシタの熱が冷却プレートを通じて上カバー及び下カバーへ逃げることにより、蓄電装置の温調効率が低下することが問題となっている。特に、上カバー及び下カバーの厚さに応じて熱容量が大きくなったり、あるいは上述のハイブリッド型油圧ショベルが強風の環境下に置かれた場合には、上カバー及び下カバーと冷却プレートとの間の熱の移動が顕著となるので、冬季の始動時等のように蓄電装置を暖機してキャパシタの温度を高める際に時間がかかることが懸念されている。
本発明は、このような従来技術の実情からなされたもので、その目的は、蓄電装置の温調効率を向上させることができるハイブリッド式建設機械を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明のハイブリッド式建設機械は、原動機と、この原動機の動力の補助及び発電を行う電動発電機と、この電動発電機との間で電力の授受を行う蓄電装置とを備え、前記蓄電装置は、複数の電池セルと、前記複数の電池セルに対して少なくとも一部を離隔した状態で覆う筐体と、この筐体に取り付けられ、前記複数の電池セルと熱交換を行う熱交換部材と、前記筺体と前記熱交換部材との間に介在し、前記筺体と前記熱交換部材との熱の授受を妨げる熱抵抗体とを含むことを特徴としている。
このように構成した本発明は、熱抵抗体が筐体と熱交換部材との間に介在することにより、筐体と熱交換部材との間の熱の移動が熱抵抗体によって妨げられるので、各電池セルの熱が筐体へ逃げるのを抑制することができる。これにより、蓄電装置の温調効率を向上させることができる。
また、本発明に係るハイブリッド式建設機械は、前記発明において、前記熱交換部材は、熱媒体の流路を内部に形成する構造体から成り、前記熱抵抗体は、前記構造体の一部と接することを特徴としている。このように構成すると、筐体と熱交換部材との接触面積を熱抵抗体によって減少させることができるので、筐体と熱交換部材との間の熱抵抗を高めることができる。これにより、筐体と熱交換部材との間の熱の伝達を容易に遮断することができる。
また、本発明に係るハイブリッド式建設機械は、前記発明において、前記構造体は多面体から成り、前記複数の電池セルは、前記多面体の異なる面にそれぞれ設けられたことを特徴としている。このように構成すると、複数の電池セルが熱交換部材の異なる面にそれぞれ接触することにより、複数の電池セルを１つの熱交換部材で同時に熱交換できるので、複数の電池セルの熱交換に要する時間を短縮することができる。これにより、熱交換部材による熱交換の効率を高めることができる。
また、本発明に係るハイブリッド式建設機械は、前記発明において、前記熱抵抗体は、前記筐体の熱伝導率及び前記熱交換部材の熱伝導率の少なくとも一方より小さい熱伝導率を有する樹脂材料から成ることを特徴としている。このように構成すると、熱抵抗体を筐体と熱交換部材との間に介在させる部分の形状に合わせて容易に加工できるので、筐体及び熱交換部材の配置の自由度を高めることができる。
また、本発明に係るハイブリッド式建設機械は、前記発明において、前記筐体及び前記熱交換部材の少なくとも一方は金属材料から成ることを特徴としている。このように構成すると、熱抵抗体に用いられる樹脂材料の熱伝導率は金属材料の熱伝導率に対して比較的小さいことから、筐体と熱交換部材との間の熱抵抗体として適した樹脂材料の選択を迅速に行うことができる。
また、本発明に係るハイブリッド式建設機械は、前記発明において、前記筐体は、下方に開口した容積体を有し、前記複数の電池セルを前記熱交換部材の上方に配置した状態で、前記複数の電池セルの上方から前記容積体の開口を通して前記熱交換部材に固定されたことを特徴としている。このように構成すると、蓄電装置の組立工程において筐体を熱交換部材に取り付けていない状態では、複数の電池セルの周辺の空間が開放されているので、これらの電池セルの配線の接続等を容易に行うことができる。これにより、蓄電装置の配設作業の効率性を向上させることができる。
また、本発明に係るハイブリッド式建設機械は、前記発明において、前記蓄電装置は、前記複数の電池セルが接続されて構成される複数の電池モジュールを含み、前記熱交換部材は、前記複数の電池モジュールの下方にそれぞれ配置され、前記複数の電池セルを冷却する複数の冷却プレートから成り、前記熱抵抗体は、前記複数の電池モジュールの下方にそれぞれ配置され、前記筺体と前記冷却プレートとの熱の授受を妨げる複数の熱抵抗材から成り、前記各冷却プレート及び前記各熱抵抗材の水平方向の大きさは、前記複数の電池モジュールの水平方向の大きさと同程度以下に設定されたことを特徴としている。
このように構成した本発明は、各冷却プレート及び各熱抵抗材を各電池モジュールの下方にコンパクトに収められ、各冷却プレート及び各熱抵抗材が各電池モジュールの外側へほとんど張り出すことがないので、隣接する電池モジュールの搭載間隔を減少させることができる。これにより、蓄電装置を小型化することができる。
また、本発明に係るハイブリッド式建設機械は、前記発明において、前記筐体は、金属の鋳造体から成ることを特徴としている。このように構成すると、蓄電装置の気密性を確保すると共に、振動及び衝撃に対して十分な強度を得ることができる。
また、本発明に係るハイブリッド式建設機械は、前記発明において、前記原動機を収容する原動機室と、この原動機室に配置され、前記熱媒体を冷却するラジエータとを備え、前記原動機室は、フレームに形成され、前記ラジエータへ送風される外気を取り込む吸気口を有し、前記蓄電装置は、前記原動機室の前記フレームと前記ラジエータとの間に配置されることを特徴としている。このように構成すると、原動機室内に取り込まれた外気がラジエータと共に蓄電装置に当たるので、蓄電装置の筐体を外気で冷却することができる。これにより、蓄電装置の温度が過度に上昇するのを抑制できるので、蓄電装置を適切な状態に維持することができ、高い信頼性を得ることができる。
本発明のハイブリッド式建設機械によれば、蓄電装置の温調効率を向上させることができる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明に係るハイブリッド式建設機械の第１実施形態として挙げたハイブリッド式油圧ショベルの構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るハイブリッド式油圧ショベルの要部の構成を説明する図である。 本発明の第１実施形態に係るハイブリッド式油圧ショベルの原動機室の内部の構成を説明する図である。 本発明の第１実施形態に係る温調装置の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る電池モジュールの構成を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る冷却プレートの構成を説明する図である。 本発明の第１実施形態に係る蓄電装置の外観を示す斜視図である。 図７のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図７のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 本発明の第２実施形態に係る蓄電装置の構成を説明する図であり、図９に対応する断面図である。 本発明の第３実施形態に係る蓄電装置の構成を説明する図であり、図９に対応する断面図である。 本発明の第４実施形態に係る電池モジュール、及びこの電池モジュールと一体化される部材の構成を説明する図である。 本発明の第４実施形態に係る蓄電装置の構成を説明する図であり、図９に対応する断面図を拡大して示す図である。
以下、本発明に係るハイブリッド式建設機械を実施するための形態を図に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１は本発明に係るハイブリッド式建設機械の一実施形態として挙げたハイブリッド式油圧ショベルの構成を示す図、図２は本発明の第１実施形態に係るハイブリッド式油圧ショベルの要部の構成を説明する図、図３は本発明の第１実施形態に係るハイブリッド式油圧ショベルの原動機室の内部の構成を説明する図である。
本発明に係るハイブリッド式建設機械の第１実施形態は、例えば図１に示すようにハイブリッド式油圧ショベル（以下、便宜的に油圧ショベルと呼ぶ）に適用される。この油圧ショベルは、走行体１００と、この走行体１００上に旋回フレーム１１１を介して旋回可能に設けられた旋回体１１０と、これらの走行体１００と旋回体１１０との間に介在され、旋回体１１０を旋回させる旋回装置１１３と、旋回体１１０の前方に取り付けられ、上下方向に回動して掘削等の作業を行うフロント作業機７０とを備えている。
フロント作業機７０は、基端が旋回フレーム１１１に回動可能に取り付けられて上下方向に回動するブーム７１と、このブーム７１の先端に回動可能に取り付けられたアーム７２と、このアーム７２の先端に回動可能に取り付けられたバケット７３とを有している。また、フロント作業機７０は、旋回体１１０とブーム７１とを接続し、伸縮することによってブーム７１を回動させるブームシリンダ７１ａと、ブーム７１とアーム７２とを接続し、伸縮することによってアーム７２を回動させるアームシリンダ７２ａと、アーム７２とバケット７３とを接続し、伸縮することによってバケット７３を回動させるバケットシリンダ７３ａとを有している。
旋回体１１０は、図１〜図３に示すように旋回フレーム１１１上の前部に設けられた運転室（キャビン）３と、旋回フレーム１１１上の後部に設けられ、外気を取り込む吸気口（図示せず）が形成された原動機室１１２と、この原動機室１１２の吸気口から内部へ流入した外気を清浄化するエアクリーナ１５と、原動機室１１２内に収容された原動機としてのエンジン１と、このエンジン１の燃料噴射量を調整するガバナ７とを備えている。
また、旋回体１１０は、エンジン１の燃料を貯蔵する燃料タンク１Ａと、この燃料タンク１Ａからエンジン１へ供給される燃料を濾過する燃料フィルタ１Ｂと、エンジン１の実回転数を検出する回転数センサ１ａと、エンジン１のトルクを検出するエンジントルクセンサ１ｂと、エンジン１の動力の補助及び発電を行う電動発電機としてのアシスト発電モータ２とを備えている。このアシスト発電モータ２は、エンジン１の駆動軸上に配置され、エンジン１との間でトルクの伝達を行う。なお、エンジン１の駆動軸には、クラッチ２５ａを介して圧縮機２５が接続されている。
さらに、旋回体１１０は、アシスト発電モータ２の回転数を制御するインバータ装置９と、このインバータ装置９を介してアシスト発電モータ２との間で電力の授受を行う液冷式の蓄電装置８と、上述したブームシリンダ７１ａ、アームシリンダ７２ａ、及びバケットシリンダ７３ａ等の油圧アクチュエータ７１ａ〜７３ａへ供給する圧油の流量及び方向を制御するバルブ装置１２とを備えている。
旋回体１１０の原動機室１１２内には、油圧アクチュエータ７１ａ〜７３ａを駆動するための油圧システム９０が配置されている。この油圧システム９０は、油圧を発生する油圧源となる油圧ポンプ５と、パイロット圧油を発生するパイロット油圧ポンプ６と、バルブ装置１２の操作部にパイロット管路Ｐを介して接続され、各油圧アクチュエータ７１ａ〜７３ａの所望の動作を可能とする操作装置４とを含んでいる。この操作装置４は、運転室３内に設けられており、操作者が把持して操作する操作レバー４ａを有している。
さらに、旋回体１１０は、油圧ポンプ５の容量を調整するポンプ容量調節装置１０と、ガバナ７を調整してエンジン１の回転数を制御すると共に、インバータ装置９を制御してアシスト発電モータ２のトルクを制御するコントローラ１１とを備えている。なお、油圧ポンプ５、油圧アクチュエータ７１ａ〜７３ａ、及びバルブ装置１２によって油圧回路が構成されており、上述の回転数センサ１ａによって検出されたエンジン１の実回転数、エンジントルクセンサ１ｂによって検出されたエンジン１のトルク、及び操作レバー４ａの操作量等はコントローラ１１に入力される。
そして、油圧ポンプ５はアシスト発電モータ２を介してエンジン１に接続されており、油圧ポンプ５及びパイロット油圧ポンプ６はエンジン１及びアシスト発電モータ２の駆動力で動作することにより、油圧ポンプ５から吐出された圧油はバルブ装置１２に供給され、パイロット油圧ポンプ６から吐出されたパイロット圧油は操作装置４に供給される。
このとき、運転室３内の操作者が操作レバー４ａを操作すると、操作装置４は、操作レバー４ａの操作量に応じたパイロット圧油をパイロット管路Ｐを介してバルブ装置１２の操作部へ供給することにより、バルブ装置１２内のスプールの位置がパイロット圧油によって切換えられ、油圧ポンプ５からバルブ装置１２を流通した圧油が油圧アクチュエータ７１ａ〜７３ａへ供給される。これにより、油圧アクチュエータ７１ａ〜７３ａが油圧ポンプ５からバルブ装置１２を介して供給された圧油によって駆動する。
油圧ポンプ５は、可変容量機構として例えば斜板（図示せず）を有し、この斜板の傾斜角を調整することによって圧油の吐出流量を制御している。以下、油圧ポンプ５を斜板ポンプとして説明するが、圧油の吐出流量を制御する機能を有するものであれば、油圧ポンプ５は斜軸ポンプ等であっても良い。なお、油圧ポンプ５には図示されないが、油圧ポンプ５の吐出圧を検出する吐出圧センサ、油圧ポンプ５の吐出流量を検出する吐出流量センサ、及び斜板の傾斜角を計測する傾斜角センサが設けられており、コントローラ１１は、これらの各センサから得られた油圧ポンプ５の吐出圧、吐出流量、及び斜板の傾斜角を入力して油圧ポンプ５の負荷を演算するようにしている。
ポンプ容量調節装置１０は、コントローラ１１から出力される操作信号に基づいて油圧ポンプ５の容量（押しのけ容積）を調節するものである。具体的には、ポンプ容量調節装置１０は、斜板を傾転可能に支持するレギュレータ１３と、コントローラ１１の指令値に応じてレギュレータ１３に制御圧を加える電磁比例弁１４とを有し、レギュレータ１３は、電磁比例弁１４から制御圧を受けると、この制御圧によって斜板の傾斜角を変更することにより、油圧ポンプ５の容量（押しのけ容積）が調節され、油圧ポンプ５の吸収トルク（入力トルク）を制御することができる。
また、エンジン１の排気通路には、エンジン１から排出された排気ガスを浄化する排気ガス浄化システムが設けられ、この排気ガス浄化システムは、還元剤としての尿素から生成されたアンモニアによる排気ガス中の窒素酸化物の還元反応を促進する選択的接触還元触媒（ＳＣＲ触媒）８０と、尿素をエンジン１の排気通路内に添加する還元剤添加装置８１と、この還元剤添加装置８１へ供給する尿素を蓄える尿素タンク８２と、エンジン１の排気音を消音するマフラ（消音機）８３とを備えている。従って、エンジン１の排気ガスは、選択的接触還元触媒８０で排気ガス中の窒素酸化物を無害な水と窒素に浄化してからマフラ８３を介して大気へ放出される。
上述したアシスト発電モータ２、インバータ装置９、及び蓄電装置８は使用され続けることによって発熱するので、これらの機器の温度上昇を抑えるために、旋回体１１０は、アシスト発電モータ２、インバータ装置９、及び蓄電装置８を冷却する後述の冷却回路２１（図４参照）を備えている。ここで、蓄電装置８には電流制限がなく使用できる上限温度があるので、旋回体１１０には、蓄電装置８の温度が過度に高くならないように、蓄電装置８の温度を調整する温調装置２０（図４参照）が搭載されている。
図４は本発明の第１実施形態に係る温調装置の構成を示す図、図５は本発明の第１実施形態に係る電池モジュールの構成を示す斜視図、図６は本発明の第１実施形態に係る冷却プレートの構成を説明する図である。
図４に示すように、温調装置２０は、熱媒体としてのクーラント（不凍液）を循環させて蓄電装置８を冷却する前述の冷却回路２１を含み、この冷却回路２１は、クーラントが内部を流通する液配管２２と、この液配管２２内でクーラントを循環させるポンプ２３と、このポンプ２３によって蓄電装置８の後述の冷却プレート２０３へ供給されたクーラントを冷却するラジエータ２６と、このラジエータ２６に取り付けられ、原動機室１１２の吸気口から内部へ取り込まれた外気をラジエータ２６へ送風するファン２７とから構成されており、これらのポンプ２３、冷却プレート２０３、及びラジエータ２６は液配管２２によって順に環状に接続されている。なお、熱媒体は上述したクーラントに限られず、冷却水等の液体であっても良い。
蓄電装置８は、例えば６個の電池セル２００が接続されて構成される８個の電池モジュール２０２（図８及び図９参照）と、この電池モジュール２０２内の複数の電池セル２００と熱交換を行う熱交換部材とを含み、この熱交換部材は、例えば複数の電池モジュール２０２の下方に熱伝導シート２０４を介して配置され、複数の電池セル２００を冷却する構造体としての前述の冷却プレート２０３から成っている。なお、１個の電池モジュール２０２内の電池セル２００の個数は、上述した６個の場合に限らず、１〜５又は７個以上であっても良い。同様に、蓄電装置８内の電池モジュール２０２の個数は、上述した８個の場合に限らず、１〜７又は９個以上であっても良い。図４では温調装置２０の構成についての説明を分かり易くするために、８個の電池モジュール２０２のうち１個の概略が示されている。
電池モジュール２０２は、例えば図５に示すように矩形状に形成され、厚さ方向に積層された上述の６個の電池セル２００と、これらの各電池セル２００間に介装され、隣接する電池セル２００同士の位置を規定するセルホルダ２０１と、各電池セル２００の厚さ方向の両側からこれらの電池セル２００及びセルホルダ２０１を挟持する一対のエンドプレート２１５と、これらのエンドプレート２１５の上部及び下部をそれぞれ連結する４つのスチールバンド２１６とを有し、各電池セル２００の底面がいずれも露出した状態で各スチールバンド２１６の張力によって各電池セル２００、セルホルダ２０１、及びエンドプレート２１５が一体に固定されている。
セルホルダ２０１は、例えば隣接する電池セル２００の位置決めを行うガイド（図示せず）を有し、このガイドにより各電池セル２００の相対位置がほぼ一致するように調整されている。エンドプレート２１５は、例えば鋼材をプレス成型して製作され、一体となった電池セル２００群の内力によって撓まない程度の剛性が確保されている。なお、エンドプレート２１５には、電池モジュール２０２を冷却プレート２０３に固定するねじ（図示せず）が挿通される貫通孔２１８が予め穿設されている。
各電池セル２００は、リチウムイオン二次電池から構成され、例えばアルミニウム合金製の電池缶２００Ｃと、この電池缶２００Ｃに蓋をする電池蓋２００Ｄと、これらの電池缶２００Ｃ及び電池蓋２００Ｄで画定される空間内に収容され、扁平状に捲回された電極群及び電解液その他必要部材（図示せず）とから成り、内部の液体が外部へ漏れないように電池缶２００Ｃ及び電池蓋２００Ｄが密接封止されている。また、各電池セル２００は、過度の低温状態では内部のリチウムイオンの移動抵抗が大きくなり、内部抵抗が増大する特性を有すると共に、過度の高温状態では内部抵抗の増大や容量の低下等の劣化現象の時間的な変化率が大きくなる特性を有する。なお、各電池セル２００は、上述したリチウムイオン二次電池の代わりに、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の他の電池やキャパシタから構成されても良い。
さらに、電池モジュール２０２は、電池蓋２００Ｄにそれぞれ離隔して設けられ、電池セル２００の電極群と接続された正極端子２００Ａ及び負極端子２００Ｂと、これらの正極端子２００Ａ及び負極端子２００Ｂと電池蓋２００Ｄとの間に介装され、正極端子２００Ａ及び負極端子２００Ｂと電池蓋２００Ｄとを絶縁する絶縁部材（図示せず）と、電池セル２００が過充電されることに伴って内圧が上昇する万一の場合に備えるために、他の部位よりも強度を小さく設定した安全弁等（図示せず）とを有している。
各電池セル２００は、隣接する電池セル２００に対して互いに向きが反転した状態で配置されており、隣接する各電池セル２００の正極端子２００Ａと負極端子２００Ｂが近接するようになっている。そして、電池モジュール２０２は、正極端子２００Ａと負極端子２００Ｂを電気的に接続する銅合金製の複数のバスバー２１７を有し、これらの各バスバー２１７が隣接する電池セル２００の正極端子２００Ａと負極端子２００Ｂに取り付けられることにより、各電池セル２００を最短距離で効率良く直列に接続することができる。
冷却プレート２０３は、例えば図６に示すように電池モジュール２０２が載置される矩形状の上面体２０３Ａと、この上面体２０３Ａの下方に配置され、底面を形成する板状の下面体２０３Ｂと、これらの上面体２０３Ａと下面体２０３Ｂとの間に形成され、クーラントの流路となるＵ字状の溝部２０３Ｃと、この溝部２０３Ｃに沿って形成され、上面体２０３Ａの裏面から下面体２０３Ｂへ向かう複数の突起が形成されたフィン２０３Ｄと、上面体２０３Ａの一側面に設けられ、液配管２２と溝部２０３Ｃの両端部とをそれぞれ接続する一対の管路コネクタ２１２とから構成されている。従って、冷却プレート２０３は、上面体２０３Ａ及び下面体２０３Ｂにより形成された６面体から成っている。
上面体２０３Ａ及び下面体２０３Ｂは、アルミニウム合金を鋳造して製作されており、上面体２０３Ａの表面は、機械加工が施されることにより高精度に平面化及び平滑化され、さらに電池モジュール２０２を締結するためのねじ（図示せず）が螺合されるねじ孔（図示せず）を有している。そして、上面体２０３Ａ及び下面体２０３Ｂは、図示しないシール材を介してねじ締結で一体化されることにより、冷却プレート２０３の気密性を確保することができる。
熱伝導シート２０４は、例えばシリコン系樹脂に熱伝導性の優れたフィラーを充填してシート状に成形され、熱伝導シート２０４の初期の厚さが０．５〜２ｍｍ程度に設定された絶縁部材から成っている。そのため、熱伝導シート２０４は、上述した導電体であるアルミニウム合金製の電池缶２００Ｃ同士あるいは電池缶２００Ｃと冷却プレート２０３との導通を抑止する機能を有する。一方、熱伝導シート２０４の厚さ方向の熱伝導率は、１〜６Ｗ／ｍ／Ｋと比較的高くなっている。
また、熱伝導シート２０４は、比較的小さな圧縮荷重によって厚さ方向に撓む特性を有している。熱伝導シート２０４が介装される各電池セル２００の底面と冷却プレート２０３の上面体２０３Ａの表面との間隔は、例えば熱伝導シート２０４の厚さよりも１０〜３０％程度小さくなるように調整されている。これにより、電池モジュール２０２の製造上、止むを得ない程度に各電池セル２００の底面高さがばらついていても、熱伝導シート２０４の撓む特性により各電池セル２００が熱伝導シート２０４に十分に密接するので、そのばらつきの影響を抑制することができる。なお、熱伝導シート２０４が一定量撓んだときの圧縮荷重は、電池セル２００及び電池モジュール２０２に反力として作用するので、電池モジュール２０２と冷却プレート２０３は比較的大きな軸力でねじ締結されている。
このように構成された温調装置２０のポンプ２３が駆動すると、ラジエータ２６で作成されたクーラントは、ポンプ２３から液配管２２内を流れてポンプ２３の出口側の管路コネクタ２１２から冷却プレート２０３の溝部２０３Ｃへ流入し、フィン２０３Ｄに案内されてラジエータ２６側の管路コネクタ２１２から流出した後、液配管２２内を流れてラジエータ２６に戻るようになっている。このとき、冷却プレート２０３の溝部２０３Ｃを流通するクーラントが、フィン２０３Ｄ、上面体２０３Ａ、及び熱伝導シート２０４を介して各電池セル２００の熱を奪うことにより、蓄電装置８を冷却することができる。特に、冷却プレート２０３の上面体２０３Ａには、フィン２０３Ｄが形成されることによって冷却プレート２０３の内側の表面積が確保されているので、冷却プレート２０３とクーラントとの接触面積を拡大させることができ、冷却プレート２０３の冷却効率を向上させることができる。
本発明の第１実施形態では、冷却プレート２０３のクーラントの出口側の液配管２２及び各電池セル２００には、クーラント及び各電池セル２００の温度を計測するサーミスタや熱電対等の温度センサ（図示せず）が設けられており、この温度センサが計測したクーラントの温度信号は、コントローラ１１へ出力されている。そして、コントローラ１１は、温度センサによって計測された蓄電装置８内の電池セル２００の温度が所定値よりも高くなったとき、ポンプ２３を駆動して液配管２２内でクーラントを循環させることにより、蓄電装置８の電池セル２００を放熱するようにしている。
一方、油圧ショベルが冬季の時期等において使用される場合には、電池セル２００の温度が適温よりも低いことがある。この電池セル２００の温度が過度に低ければ、電池セル２００内のリチウムイオンの活性が低くなることに起因して内部抵抗（損失）が大きくなる上述の特性により、蓄電装置８から所望の入出力が得られないので、蓄電装置８を暖機する必要がある。
そこで、本発明の第１実施形態では、蓄電装置８の自己発熱を用いることにより、電池セル２００の温度を高めるようにしている。すなわち、コントローラ１１がアシスト発電モータ２を作動させて蓄電装置８の充放電（通電）を繰り返すことにより、蓄電装置８が内部抵抗に応じて発熱するので、電池セル２００の温度が上昇し、蓄電装置８から所望の入出力を得ることができる。このとき、コントローラ１１は、蓄電装置８の熱が冷却プレート２０３によりクーラントへ逃げるのを防ぐために、温調装置２０のポンプ２３の動作を停止している。
ここで、蓄電装置８は、上述したように原動機室１１２に外気の吸気口が形成されていることから外気に含まれる粉塵や風雨に曝され易いことに加え、油圧ショベルが複雑な地盤上で往来及び稼働することから比較的大きな振動及び衝撃を繰り返し受け易く、さらに旋回体１１０の内部の保全や修理等のメンテナンス作業の際に、作業者の身体、工具類、及びクレーン等の設備がアクセスすることにより、各方向から不測の荷重及び衝撃等を受ける可能性がある。従って、蓄電装置８はこれらに対応するために、高い気密性及び機械的強度を備える必要がある。
次に、本発明の第１実施形態に係る蓄電装置８の構成について詳細に説明する。図７は本発明の第１実施形態に係る蓄電装置の外観を示す斜視図、図８は図７のＡ−Ａ線に沿う断面図、図９は図７のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
図７〜図９に示すように、本発明の第１実施形態に係る蓄電装置８は、複数の電池モジュール２０２を収容し、これらの電池モジュール２０２の各電池セル２００を離隔した状態で覆う筺体２２０と、この筺体２２０と冷却プレート２０３との間に介在し、筺体２２０と冷却プレート２０３との熱の授受を妨げる熱抵抗体とを含んでいる。具体的には、筺体２２０は、例えば旋回フレーム１１１上に固定される下部筺体２２１と、この下部筺体２２１の上部に取り付けられた中部筺体２２２と、この中部筺体２２２の上部に取り付けられた上部筺体２２３とから構成されている。
下部筺体２２１は、上面が開口した矩形状の容積体から構成され、８個の電池モジュール２０２、熱伝導シート２０４、冷却プレート２０３、及び後述の突起２１４を収容している。下部筺体２２１の内部では、８個の電池モジュール２０２は、例えば図８に示すようにクーラントの流路となる溝部２０３Ｃに沿う方向（下部筺体２２１の長辺方向）に４個、図９に示すように溝部２０３Ｃを横切る方向（下部筺体２２１の短辺方向）に２個ずつ配置され、クーラントの流路となる溝部２０３Ｃの上方に位置している。
そして、各電池モジュール２０２は、各電池セル２００の積層端に位置する電池蓋２００Ｄの端子同士がディスコネクトスイッチ（図示せず）を介在して直列に接続されると共に、上述したように熱伝導シート２０４を介してねじ締結により冷却プレート２０３の上面体２０３Ａの上面に固定されている。
上述の熱抵抗体は、例えば上端が冷却プレート２０３の下面体２０３Ｂの一部と接し、下端が下部筐体２２１内の奥側の面の一部と接する円柱状の複数の突起２１４から構成され、これらの突起２１４は、上下方向に貫通するねじ（図示せず）によって下部筐体２２１に固定されている。また、各突起２１４は、筐体２２０の熱伝導率及び冷却プレート２０３の熱伝導率の双方より小さい熱伝導率を有する樹脂材料から成り、この樹脂材料の熱伝導率は、例えば１Ｗ／ｍ／Ｋ未満に設定されている。
従って、冷却プレート２０３は、各突起２１４の上端に支持されて下部筐体２２１からの高さ位置が規定され、冷却プレート２０３の下面体２０３Ｂの下面と、下部筐体２２１内の奥側の面のうち突起２１４が存在しない部分との双方の対向面の間には、突起２１４の高さに相当する空隙が形成されている。
また、冷却プレート２０３は、各突起２１４上において下部筐体２２１の側面から離隔して配置されており、冷却プレート２０３の４側面と下部筐体２２１の４側面との双方の対向面の間にも空隙が形成されるように冷却プレート２０３及び下部筐体２２１の寸法及び形状が設定されている。そして、各突起２１４は樹脂材料であることから、これらの冷却プレート２０３及び下部筐体２２１の寸法及び形状に合わせて容易に成形できるので、冷却プレート２０３及び下部筐体２２１の配置の自由度を高めることができる。なお、下部筺体２２１の１側面の下部には、冷却プレート２０３の各管路コネクタ２１２を外部へ挿通させる一対の貫通孔２１２Ａが穿設されており、下部筺体２２１の底面には、旋回フレーム１１１上の蓄電装置８が油圧ショベルの動作に伴って受ける振動及び衝撃を緩和する複数の防振ゴム２１３が取り付けられている。
中部筺体２２２は、下部筺体２２１の開口に蓋をして下部筺体２２１を密閉する中部プレート２２２ａと、この中部プレート２２２ａの上面に固定されると共に、上面が開口した矩形状の容積体である中部容積体２２２ｂとから構成されている。この中部容積体２２２ｂは、各電池セル２００の電力の入出力を制御するバッテリーコントロールユニット２０７、リレー２０８、及びメンテナンス作業の際に一時的に電池回路を切断する上述のディスコネクトスイッチ等を収容し、これらのバッテリーコントロールユニット２０７、リレー２０８、及びディスコネクトスイッチ等は中部プレート２２２ａ上に固定されている。なお、中部筺体２２２の中部容積体２２２ｂの大きさは、下部筺体２２１の大きさよりも小さく設定されている。
また、中部容積体２２２ｂの１側面には、下部筺体２２１内の電池セル２００群と外部との電力の入出力を行うパワーコネクタ２１１が取り付けられており、下部筺体２２１内において直列に接続された各電池モジュール２０２の終局端子が図示しない所定のハーネスによってパワーコネクタ２１１に接続されている。
上部筺体２２３は、中部容積体２２２ｂの開口に蓋をして中部容積体２２２ｂを密閉する上部プレートから構成されている。このように、蓄電装置８は、下部筺体２２１、中部筺体２２２、及び上部筺体２２３によって外形を形成すると共に、下部筺体２２１及び中部筺体２２２に内蔵された各構成部品を機械的に一体化している。
そして、これらの下部筺体２２１、中部筺体２２２、及び上部筺体２２３は、例えばアルミニウムの金属を主成分とするアルミニウム合金製の鋳造体から成っている。これにより、蓄電装置８は、内部の気密性を確保すると共に、油圧ショベルの動作に伴う振動及び衝撃に対して十分な強度を得ることができるので、筐体２２０内の各構成部品を保護することができ、蓄電装置８の耐久性を向上させることができる。なお、下部筺体２２１、中部筺体２２２、及び上部筺体２２３は、例えば図示しないねじ及びシール材によって相対的に固定され、これらの各筺体２２１，２２２，２２３の厚さは、例えば３〜８ｍｍに設定されている。
また、蓄電装置８は、例えば図３に示すようにラジエータ２６と原動機室１１２のフレーム１１２Ａとの間に配置されている。そのため、蓄電装置８の筺体２２０は、ファン２７によってラジエータ２６に導かれる外気に触れ易く、また熱源となる油圧システム９０やエンジン１等からの距離が確保されるので、筺体２２０の温度が過度に上昇するのを抑制することができる。さらに、筺体２２０は、原動機室１１２のフレーム１１２Ａによって日光が遮られるので、蓄電装置８が破損するのを防止することができる。
次に、本発明の第１実施形態の作用効果について説明する。
本発明の第１実施形態に係る蓄電装置８を暖機する場合には、上述したように蓄電装置８の自己発熱を用いており、コントローラ１１がアシスト発電モータ２を作動させて蓄電装置８の充放電（通電）を繰り返すことにより、蓄電装置８が内部抵抗に応じて発熱する。この蓄電装置８の発熱の大部分は内蔵された各電池セル２００の内部抵抗によりもたらされるが、一部は電流が流れる周辺部品の内部抵抗によりもたらされ、その各発熱量は内部抵抗に入出力時の電流の二乗を乗じた値となる。
蓄電装置８において電池セル２００によりもたらされた発熱の大部分は、電池缶２００Ｃから熱伝導シート２０４、冷却プレート２０３の上面体２０３Ａ、冷却プレート２０３内のクーラント、及び下面体２０３Ｂへ順に伝播する。そして、下面体２０３Ｂに伝播した熱は、突起２１４を介して下部筐体２２１、中部筐体２２２、及び上部筐体２２３の筐体２２０全体へ伝播し、この筐体２２０に伝播した熱は筐体２２０の表面から外気へ放熱される。このとき、筐体２２０から空気中への放熱量は、筐体２２０表面の有効面積と熱伝達率により定まり、これらの有効面積及び熱伝達率が大きいほど増大する。特に熱伝達率は外気の風量が増大する（風が強い）ほど大きくなる。
また、電池セル２００によりもたらされた発熱の一部は、電池蓋２００Ｄの正極端子２００Ａ、負極端子２００Ｂ、及びバスバー２１７を通じて隣接する電池セル２００間を移動し、パワーコネクタ２１１を通じて最終的に外部へ伝播する。このような伝熱形態は熱伝導であり、一部空気中のふく射や対流が含まれる。
ここで、電池セル２００の熱が主に伝播する熱伝導シート２０４、冷却プレート２０３、クーラント及び筐体２２０の各部材は、それぞれ固有の物性値である比熱と大きさ（体積あるいは質量）で定まる熱容量を有する。この熱容量は、比熱と大きさの積で求められ、両者が大きいほど大きくなる。また、異なる部材が熱的に結合された場合、全体の総熱容量は各部材の熱容量の和となる。そして、熱容量が大きい部材ほど授受された熱に対する温度変化が緩やかになる。従って、電池セル２００の熱が伝播する熱伝導シート２０４、クーラントを内部に貯留する冷却プレート２０３、突起２１４、及び筐体２２０のうち、特に冷却プレート２０３及び筐体２２０の熱容量が大きく、電池セル２００の熱の授受が行われ易い。
一方、熱の伝わり難さを示す指標として各部材間に作用する熱抵抗があり、熱伝導率や熱伝達率の逆数で表される。この熱抵抗が大きいほど各部材間の熱の授受が阻害され、熱源近傍の断熱性が高まるので、熱源近傍の部材の温度を集中的に高めることができる。また、熱抵抗は、部材の伝熱距離が長いほど大きくなり、部材の界面において他の部材との接触面積が小さいほど大きくなる。
上述のように構成した本発明の第１実施形態によれば、各電池モジュール２０２、熱伝導シート２０４、及び冷却プレート２０３と、筐体２２０とが離隔しており、電池セル２００の熱の授受が行われ易い冷却プレート２０３と筐体２２０との間に、熱抵抗として作用する複数の突起２１４が介在することにより、冷却プレート２０３と筐体２２０との間の熱の移動が各突起２１４によって妨げられるので、各電池セル２００の熱が熱伝導シート２０４から冷却プレート２０３を通じて筐体２２０へ逃げるのを抑制することができる。これにより、各電池セル２００の近傍の断熱性が高まるので、蓄電装置８の温調効率を向上させることができる。
従って、油圧ショベルの冬季の始動時等のように蓄電装置８を暖機する際に、蓄電装置８の充放電（通電）を繰り返すことにより、各電池セル２００の温度を迅速に上昇させることができる。そのため、車体を短時間で稼働させることができるので、油圧ショベルの性能を高めることができる。これにより、使い勝手に優れた油圧ショベルを提供することができる。また、蓄電装置８の暖機にかかる時間が短縮されることから、蓄電装置８の暖機に要するエネルギーの消費量を低減すると共に、実働しない充放電による電池セル２００の劣化を抑制することができる。
特に、蓄電装置８の暖機過程における初期の温度の上昇を早めることができるので、各電池セル２００の内部抵抗が早期に低減することにより、蓄電装置８に通電させる電流を増加させることができる。これにより、上述した蓄電装置８の発熱量が大きくなるので、各電池セル２００の温度の上昇速度を相乗的に高めることができる。さらに、仮に油圧ショベルが強風の環境下に置かれ、筐体２２０の熱が空気中へ放出され易い状態になっても、冷却プレート２０３の界面と筐体２２０の界面との間の熱抵抗が各突起２１４によって高くなっているので、冷却プレート２０３から筐体２２０への熱の移動が抑制され、各電池セル２００の温度の上昇速度が阻害されずに済む。
また、本発明の第１実施形態では、各突起２１４の両端面の面積は冷却プレート２０３の下面体２０３Ｂの下面の面積及び筐体２２０の下部筐体２２１内の奥側の表面の面積よりも小さく、各突起２１４の上端と下面体２０３Ｂとの接触、及び各突起２１４の下端と下部筐体２２１との接触が各突起２１４の両端面の面積の範囲に限定されているので、冷却プレート２０３と筐体２２０との間の熱抵抗を高めることができる。これにより、冷却プレート２０３と筐体２２０との間の熱の伝達を容易に遮断できるので、蓄電装置８を効率良く暖機することができる。
また、本発明の第１実施形態では、上述したように蓄電装置８の外形を構成する筐体２２０によって内部の各構成部材が保護されており、油圧ショベルの動作に伴う振動や衝撃が冷却プレート２０３に直接作用することがないので、冷却プレート２０３の上面体２０３Ａ及び下面体２０３Ｂの板厚を小さくすることができる。これにより、冷却プレート２０３の熱容量を低減できるので、蓄電装置８の暖機過程において各電池セル２００から冷却プレート２０３への熱の移動を抑えることができ、各電池セル２００の温度をより早期に上昇させることができる。
また、本発明の第１実施形態は、各突起２１４に対してアルミニウム合金製の冷却プレート２０３及び筐体２２０の熱伝導率よりも小さい１Ｗ／ｍ／Ｋ未満の樹脂材料を用いることにより、冷却プレート２０３と筐体２２０との間の熱抵抗体として適した樹脂材料の選択を迅速に行うことができる。これにより、蓄電装置８の組立工程における手間を省くことができる。
なお、上述した本発明の第１実施形態は、蓄電装置８の暖機の熱源として自己発熱を利用した場合について説明したが、この場合に限らず、例えば冷却プレート２０３に面状ヒータを敷設し、この面状ヒータの発熱を利用しても良い。また、本発明の第１実施形態は、各突起２１４に樹脂材料を用いた場合について説明したが、この場合に限らず、樹脂材料の代わりに他の非金属材料を用いても良い。
さらに、本発明の第１実施形態では、各突起２１４の熱伝導率が筐体２２０の熱伝導率及び冷却プレート２０３の熱伝導率の双方より小さい場合について説明したが、この場合に限らず、各突起２１４の熱伝導率が筐体２２０の熱伝導率及び冷却プレート２０３の熱伝導率のいずれか一方より小さければ、他方よりも大きく設定しても良いし、あるいは１Ｗ／ｍ／Ｋ以上であっても良い。また、本発明の第１実施形態では、冷却プレート２０３及び筐体２２０は、アルミニウム合金を用いて製作された場合について説明したが、この場合に限らず、アルミニウム合金の代わりに他の材料を用いて製作されても良い。
さらに、本発明の第１実施形態は、電池モジュール２０２において各電池セル２００の底面が露出した場合について説明したが、例えば各電池セル２００と熱伝導シート２０４との伝熱に影響を与えない範囲で各電池セル２００の底面を樹脂フィルム等の絶縁体で覆っても良い。これにより、仮に電池モジュール２０２に結露等が生じた場合でも、アルミニウム合金製の各電池缶２００Ｃの底面を絶縁体で保護できるので、各電池缶２００Ｃが通電して短絡する不具合を回避することができる。また、本発明の第１実施形態は、各電池セル２００及び各電池モジュール２０２を直列に接続した場合について説明したが、この場合に限らず、例えば各電池セル２００及び各電池モジュール２０２を並列に接続しても良い。
［第２実施形態］
図１０は本発明の第２実施形態に係る蓄電装置の構成を説明する図であり、図９に対応する断面図である。なお、以下の本発明の第２実施形態の説明において、上述した第１実施形態と同一の部分には、同一の符号を付している。
本発明の第２実施形態が前述した第１実施形態と異なるのは、第１実施形態では、図８、図９に示すように８個の電池モジュール２０２が熱伝導シート２０４を介して冷却プレート２０３の上面体２０３Ａの上方に配置されたのに対して、第２実施形態では、例えば図１０に示すように、８個の電池モジュール２０２のうち、４個の電池モジュール２０２が冷却プレート２０３Ｅの上面体２０３Ａ１の上方に配置され、残りの４個の電池モジュール２０２が冷却プレート２０３Ｅの下面体２０３Ｂ１の下方に配置されたことである。
具体的には、本発明の第２実施形態では、冷却プレート２０３Ｅは、例えば上面体２０３Ａ１に形成されたフィン２０３Ｄ１と同様に溝部２０３Ｃ１に沿って形成され、下面体２０３Ｂ１の上面から上面体２０３Ａ１の下面の凹部に向けて突起した複数のフィン２０３Ｄ２を有している。従って、冷却回路２１の液配管２２から溝部２０３Ｃ１へ流入したクーラントは、これらの各フィン２０３Ｄ１，２０３Ｄ２の空隙を流通することになる。
そして、冷却プレート２０３Ｅの上面体２０３Ａ１の上方の各電池モジュール２０２は、溝部２０３Ｃ１に沿う方向（図１０に示す紙面奥行き方向）に２個、溝部２０３Ｃ１を横切る方向に２個ずつ配置され、熱伝導シート２０４を介してねじ締結により冷却プレート２０３Ｅの上面体２０３Ａ１の上面に固定されている。一方、冷却プレート２０３Ｅの下面体２０３Ｂ１の下方の各電池モジュール２０２は、溝部２０３Ｃ１に沿う方向に２個、溝部２０３Ｃ１を横切る方向に２個ずつ配置され、熱伝導シート２０４を介してねじ締結により冷却プレート２０３Ｅの下面体２０３Ｂ１の下面に固定されている。従って、各電池モジュール２０２の搭載面は下部筺体２２１Ａ内の奥側の面と平行に配置されている。なお、冷却プレート２０３Ｅの下面体２０３Ｂ１の下方の各電池モジュール２０２と下部筐体２２１Ａ内の奥側の面との間には、空隙が形成されている。
また、本発明の第２実施形態に係る筐体２２０Ａの下部筐体２２１Ａの溝部２０３Ｃ１に沿う方向の大きさは、第１実施形態に係る下部筐体２２１に比べて短く設定されており、第２実施形態に係る下部筐体２２１Ａの深さは、第１実施形態に係る下部筐体２２１に比べて大きく設定されている。さらに、本発明の第２実施形態に係る各突起２１４Ａの長さは、電池モジュール２０２が冷却プレート２０３Ｅの上方だけでなく下方にも配置されることに伴い、第１実施形態に係る各突起２１４に比べて大きく設定されている。その他の構成は第１実施形態と同様であり、重複する説明を省略する。
このように構成した本発明の第２実施形態によれば、上述した第１実施形態と同様の作用効果が得られる他、冷却プレート２０３Ｅの上面体２０３Ａ１の上面及び下面体２０３Ｂ１の下面の両面から熱伝導シート２０４を介して各電池セル２００とクーラントとの熱交換を促進できるので、冷却プレート２０３Ｅの実装効率を高めることができる。これにより、８個の電池モジュール２０２における各電池セル２００を１つの冷却プレート２０３Ｅによって効率良く冷却できるので、各電池セル２００の熱交換に要する時間を短縮でき、冷却プレート２０３Ｅによる冷却効率を高めることができる。特に、電池モジュール２０２が冷却プレート２０３Ｅの下方に配置されても、上面体２０３Ａ１と同様に下面体２０３Ｂ１にもフィン２０３Ｄ２が形成されているので、冷却プレート２０３Ｅの上方の各電池セル２００と下方の各電池セル２００を均等に冷却することができる。これにより、各電池セル２００の温度のばらつきを抑制することができる。
また、本発明の第２実施形態は、第１実施形態において冷却プレート２０３の上方に配置された８個の電池モジュール２０２の半分を冷却プレート２０３Ｅの下方に配置するようにしたので、筐体２２０Ａの溝部２０３Ｃ１に沿う方向の大きさを小さくすることができる。これにより、油圧ショベルにおける蓄電装置８Ａの実装床面積を減少させることができる。そして、冷却プレート２０３Ｅの体積も減少させることができるので、蓄電装置８Ａの小型化を図ることができ、油圧ショベルの省スペース化に寄与することができる。
また、本発明の第２実施形態は、冷却プレート２０３Ｅ内を流通するクーラントの流路となる溝部２０３Ｃ１の長さが小さくなるので、この溝部２０３Ｃ１におけるクーラントの圧力損失を低減することができる。これにより、冷却回路２１のエネルギー効率を高めることができるので、冷却回路２１においてより小さなポンプ２３を採用することができる。
また、本発明の第２実施形態は、各突起２１４Ａの長さが第１実施形態に係る各突起２１４に比べて大きく設定されており、各突起２１４Ａの伝熱距離が長くなるので、冷却プレート２０３Ｅと下部筺体２２１Ａとの間に作用する熱抵抗を大きくすることができる。これにより、各電池セル２００の近傍の断熱性が高まるので、蓄電装置８Ａの温調効率をより向上させることができる。
なお、上述した本発明の第２実施形態は、各電池モジュール２０２の搭載面を下部筺体２２１Ａ内の奥側の面と平行に配置した場合について説明したが、この場合に限らず、例えば各電池モジュール２０２の搭載面を下部筺体内２２１Ａの奥側の面と垂直に配置しても良い。
［第３実施形態］
図１１は本発明の第３実施形態に係る蓄電装置の構成を説明する図であり、図９に対応する断面図である。なお、以下の本発明の第３実施形態の説明において、上述した第１実施形態と同一の部分には、同一の符号を付している。
本発明の第３実施形態が前述した第１実施形態と異なるのは、第１実施形態では、図７〜図９に示すように筺体２２０が、下部筺体２２１、中部筺体２２２、及び上部筺体２２３から構成され、下部筐体２２１及び中部筐体２２２の上面が開口したのに対して、第３実施形態では、例えば図１１に示すように、筐体２２０Ｂは、中部筺体２２２を除く下部筺体２２１Ｂ及び上部筺体２２３Ｂから構成され、下部筐体２２１Ｂ及び上部筐体２２３Ｂの下面が開口していることである。
具体的には、本発明の第３実施形態では、筺体２２０Ｂの下部筺体２２１Ｂは、例えば下面が開口した矩形状の容積体から構成され、上部筺体２２３Ｂは、例えば下部筺体２２１Ｂと同様に下面が開口した矩形状の容積体から構成されており、下部筺体２２１Ｂの容積は上部筺体２２３Ｂの容積よりも大きく設定されている。
そして、下部筺体２２１Ｂは、上述した第１実施形態と同様に各電池モジュール２０２を熱伝導シート２０４を介して冷却プレート２０３Ｆの上方に配置した状態で、各電池モジュール２０２の上方から開口を通して各電池モジュール２０２及び熱伝導シート２０４を離隔した状態で収容し、下部筺体２２１Ｂの開口端部がねじ締結により冷却プレート２０３Ｆの上面体２０３Ａ２に固定されている。また、上部筐体２２３Ｂは、バッテリーコントロールユニット２０７及びリレー２０８を下部筐体２２１Ｂの上面に固定した状態で、これらのバッテリーコントロールユニット２０７及びリレー２０８の上方から開口を通してバッテリーコントロールユニット２０７及びリレー２０８を収容し、上部筐体２２３Ｂの開口端部がねじ締結により下部筐体２２１Ｂの上面に固定されている。
本発明の第３実施形態に係る熱抵抗体は、第１実施形態に係る突起２１４の代わりに、下部筺体２２１Ｂの開口端部と冷却プレート２０３Ｆの上面体２０３Ａ２との間に介在し、筺体２２０Ｂと冷却プレート２０３Ｆとの熱の授受を妨げる複数の熱抵抗材２１４Ｂから構成されている。これらの熱抵抗材２１４Ｂは、例えばアルミニウム合金製の冷却プレート２０３Ｆ及び筺体２２０Ｂの熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する難燃性のＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）から成り、シート状に形成されている。また、熱抵抗材２１４Ｂの厚さは、下部筺体２２１Ｂの開口端部と冷却プレート２０３Ｆの上面体２０３Ａ２との間隔に相当し、例えば１．５〜６ｍｍの範囲に設定されている。
従って、冷却プレート２０３Ｆの下面体２０３Ｂ２は、下部筐体２２１Ｂに覆われずに露出しており、下面体２０３Ｂ２の下面には複数の防振ゴム２１３が取り付けられている。なお、下部筺体２２１Ｂの開口端部と冷却プレート２０３Ｆの上面体２０３Ａ２との間のうちねじ締結される部分の近傍には、熱抵抗材２１４Ｂを介在させずに下部筺体２２１Ｂの開口端部と冷却プレート２０３Ｆの上面体２０３Ａ２が直接接触するようにしても良い。これにより、下部筺体２２１Ｂの開口端部と冷却プレート２０３Ｆの上面体２０３Ａ２を固定するねじ（図示せず）の軸力によって熱抵抗材２１４Ｂが圧縮されることに伴う永久変形による緩みを抑制し、下部筐体２２１Ｂの密閉性を維持できるので、蓄電装置８Ｂの信頼性を十分に得ることができる。
このように構成した本発明の第３実施形態によれば、第１実施形態に係る突起２１４の代わりに、下部筺体２２１Ｂの開口端部と冷却プレート２０３Ｆの上面体２０３Ａ２との間に熱抵抗材２１４Ｂを介在させることにより、下部筐体２２１Ｂと冷却プレート２０３Ｆとの熱抵抗を高く保つことができると共に、冷却プレート２０３Ｆの外部への露出面積も限定されているので、上述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
また、本発明の第３実施形態では、筐体２２０Ｂの下部筐体２２１Ｂの開口が下方に向けられることにより、蓄電装置８Ｂの組立工程において筐体２２０Ｂを冷却プレート２０３Ｆに取り付けていない状態では、各電池モジュール２０２の周辺の空間が開放されているので、作業者がこれらの電池モジュール２０２における各電池セル２００の配線の接続やねじ締結等の作業を容易に行うことができる。同様に、上部筐体２２３Ｂの開口が下方に向けられているので、作業者がバッテリーコントロールユニット２０７及びリレー２０８の配線の接続やねじ締結等の作業についても容易に行うことができる。これにより、蓄電装置８Ｂの配設作業の効率性を向上させることができる。
また、本発明の第３実施形態は、下部筺体２２１Ｂの開口端部を冷却プレート２０３Ｆの上面体２０３Ａ２に固定し、冷却プレート２０３Ｆの下面体２０３Ｂ２を露出させるようにしたので、第１実施形態において下部筐体２２１が冷却プレート２０３全体を収容した場合に比べて筐体２２０Ｂの高さを小さくすることができる。これにより、蓄電装置８Ｂを小型化することができる。
なお、上述した本発明の第３実施形態は、熱抵抗材２１４ＢにＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）を用いた場合について説明したが、この場合に限らず、熱抵抗材２１４Ｂが各部材間の熱抵抗として作用するものであれば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）以外のものであっても良いし、熱抵抗材２１４Ｂが熱抵抗の機能の他にシール材の機能を有しても良い。また、熱抵抗材２１４Ｂの厚さについても上述した１．５〜６ｍｍの範囲に限定されるものではない。
［第４実施形態］
図１２は本発明の第４実施形態に係る電池モジュール、及びこの電池モジュールと一体化される部材の構成を説明する図、図１３は本発明の第４実施形態に係る蓄電装置の構成を説明する図であり、図９に対応する断面図を拡大して示す図である。なお、以下の本発明の第４実施形態の説明において、上述した第１実施形態と同一の部分には、同一の符号を付している。
本発明の第４実施形態が前述した第１実施形態と異なるのは、第１実施形態では、図８、図９に示すように熱交換部材は、８個の電池モジュール２０２の下方に熱伝導シート２０４を介して配置され、各電池セル２００を冷却する１枚の冷却プレート２０３から構成されたのに対して、第４実施形態では、例えば図１２、図１３に示すように、８個の電池モジュール２０２の下方にそれぞれ配置され、各電池セル２００を冷却する８個の冷却部材２０３Ｇから構成されたことである。
具体的には、本発明の第４実施形態では、熱伝導シート２０４Ａは、例えば電池モジュール２０２における各電池セル２００の電池缶２００Ｃの底面及び各セルホルダ２０１の下面の領域全体の面積と同程度の面積を有し、上面が各電池セル２００の電池缶２００Ｃの底面全体と接触するように配置される。
また、冷却部材２０３Ｇは、例えば熱伝導シート２０４の面積と同程度の面積を有する基台２０３Ｊと、この基台２０３Ｊの底面から下方へ向かう複数の突起が形成されたフィン２０３Ｄ４と、熱伝導シート２０４Ａと冷却部材２０３Ｇとの間に介装され、フィン２０３Ｄ４の位置決めを行う矩形状のフィンプレート２０３Ｈとから構成され、このフィンプレート２０３Ｈの水平方向の大きさは、例えば電池モジュール２０２のフットプリント、すなわち実装床面積と同程度に設定されている。
そして、冷却部材２０３Ｇの基台２０３Ｊはフィンプレート２０３Ｈの中央部分に固定されている。なお、フィンプレート２０３Ｈの上面のうち熱伝導シート２０４Ａと接する部分は、機械加工が施されることにより高精度に平面化及び平滑化されている。また、フィンプレート２０３Ｈは、例えばアルミニウム合金をフィン２０３Ｄ４の長手方向に押出成形した後、さらに二次加工を施すことにより製作されている。
本発明の第４実施形態に係る熱抵抗体は、８個の電池モジュール２０２の下方にそれぞれ配置され、筺体２２０Ｃと冷却部材２０３Ｇとの熱の授受を妨げる複数の熱抵抗材２１４Ｃから成っている。この熱抵抗材２１４Ｃは、例えば第３実施形態と同様のＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）から成り、内側に冷却部材２０３Ｇの基台２０３Ｊを収容する開口部２１４Ｃ１を有し、外形がフィンプレート２０３Ｈの周囲の部分の形状と合致する矩形枠状に形成されている。すなわち、熱抵抗材２１４Ｃの水平方向の大きさは、フィンプレート２０３Ｈと同様に電池モジュール２０２のフットプリントと同程度に設定されている。
また、蓄電装置８Ｃは、フィンプレート２０３Ｈと熱抵抗材２１４Ｃとの間に介装され、これらのフィンプレート２０３Ｈと熱抵抗材２１４Ｃの界面をシールするシール材２３１と、熱抵抗材２１４Ｃと下部筐体２２１Ｃとの間に介装され、これらの熱抵抗材２１４Ｃと下部筐体２２１Ｃの界面をシールするシール材２３２と、フィンプレート２０３Ｈ及び熱抵抗材２１４Ｃを下部筐体２２１Ｃに一体に固定する複数のねじ２２４と、電池モジュール２０２、熱伝導シート２０４、冷却部材２０３Ｇ、熱抵抗材２１４Ｃ、及び各シール材２３１，２３２を下部筐体２２１Ｃに一体に固定する複数のねじ２２５とを含んでいる。なお、フィンプレート２０３Ｈ及び熱抵抗材２１４Ｃには、各ねじ２２４が挿通される複数の貫通孔２０３Ｈ１，２１４Ｃ２、及び各ねじ２２５が挿通される複数の貫通孔２０３Ｈ２，２１４Ｃ３がそれぞれ穿設されている。
下部筐体２２１Ｃは、底部に穿設され、冷却部材２０３Ｇの基台２０３Ｊの下部及びフィン２０３Ｄ４を挿入する貫通孔２２１Ｃ１と、この貫通孔２２１Ｃ１に下方から蓋をする底板２２１Ｃ２とを有している。従って、冷却部材２０３Ｇ、下部筐体２２１Ｃの底部、及び底板２２１Ｃ２により画定される領域がクーラントの流路となる。なお、下部筐体２２１Ｃの底部の板厚の大きさは、フィン２０３Ｄ４と底板２２１Ｃ２との間に空隙が形成されるように設定されている。
このように構成した蓄電装置８Ｃの組立工程では、最初に冷却部材２０３Ｇのフィンプレート２０３Ｈをシール材２３１を介して熱抵抗材２１４Ｃに接触させると共に、熱抵抗材２１４Ｃをシール材２３２を介して下部筐体２２１Ｃ内の奥側の面に接触させた状態で、ねじ２２４をフィンプレート２０３Ｈの貫通孔２０３Ｈ１及び熱抵抗材２１４Ｃの貫通孔２１４Ｃ２に通して下部筐体２２１Ｃのねじ穴（図示せず）に螺合させることにより、冷却部材２０３Ｇ、熱抵抗材２１４Ｃ、及び各シール材２３１，２３２が一体化される。
そして、熱伝導シート２０４Ａがフィンプレート２０３Ｈの上面に取り付けられた後、電池モジュール２０２のエンドプレート２１５をフィンプレート２０３Ｈに接触させた状態で、ねじ２２５をエンドプレート２１５の貫通孔２１８、フィンプレート２０３Ｈの貫通孔２０３Ｈ２、及び熱抵抗材２１４Ｃの貫通孔２１４Ｃ３に通して下部筐体２２１Ｃのねじ穴（図示せず）に螺合させることにより、電池モジュール２０２及び熱伝導シート２０４Ａが冷却部材２０３Ｇ、熱抵抗材２１４Ｃ、各シール材２３１，２３２と共に一体化され、蓄電装置８Ｃが組み立てられる。
上述のように構成した本発明の第４実施形態によれば、第１実施形態に係る突起２１４の代わりに、下部筺体２２１Ｃの底部と冷却部材２０３Ｇのフィンプレート２０３Ｈとの間に熱抵抗材２１４Ｃを介在させることにより、下部筐体２２１Ｃと冷却部材２０３Ｇとの熱抵抗を高く保つことができるので、上述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
また、本発明の第４実施形態は、各電池モジュール２０２の下方に位置するフィンプレート２０３Ｈ及び熱抵抗材２１４Ｃの水平方向の大きさが、各電池モジュール２０２のフットプリントと同程度に設定されているので、各冷却部材２０３Ｇ及び各熱抵抗材２１４Ｃを各電池モジュール２０２の下方にコンパクトに収めることができる。これにより、隣接する電池モジュール２０２の搭載間隔を余分に広げる必要がなく、高い搭載密度を実現することができる。従って、筐体２２０Ｃの大きさを小さくすることができるので、蓄電装置８Ｃを小型化することができる。
また、本発明の第４実施形態は、電池モジュール２０２毎に１個の冷却部材２０３Ｇを割り当てることにより、仮に冷却部材２０３Ｇの一部が破損した場合に、８個の電池モジュール２０２のうち破損した冷却部材２０３Ｇの上方の電池モジュール２０２を取り外すだけで済むので、冷却部材２０３Ｇの交換等のメンテナンス作業を容易に行うことができる。
なお、上述した本発明の第４実施形態は、フィンプレート２０３Ｈ及び熱抵抗材２１４Ｃの水平方向の大きさを電池モジュール２０２のフットプリントと同程度の大きさに設定した場合について説明したが、この場合に限らず、例えばフィンプレート２０３Ｈ及び熱抵抗材２１４Ｃの水平方向の大きさを電池モジュール２０２のフットプリントよりも小さく設定しても良い。
また、本発明の第４実施形態は、筺体２２０Ｃの下部筐体２２１Ｃの底部に貫通孔２２１Ｃ１を穿設し、冷却部材２０３Ｇ、下部筐体２２１Ｃの底部、及び底板２２１Ｃ２により画定される領域をクーラントの流路として形成した場合について説明したが、この場合に限らず、例えば貫通孔２２１Ｃ１の代わりに、下部筺体２２１Ｃの底部と底板２２１Ｃ２が一体となる溝部を下部筺体２２１Ｃの底部に形成しても良い。これにより、底板２２１Ｃ２を製作する必要がないので、蓄電装置８Ｃの部品点数を削減することができる。
さらに、本発明の第４実施形態は、フィンプレート２０３Ｈと熱抵抗材２１４Ｃを別部材とし、フィンプレート２０３Ｈと熱抵抗材２１４Ｃをシール材２３１を介してねじにより一体化した場合について説明したが、この場合に限らず、例えば予めトランスファモールドにより両者を密着させて一体に形成しても良い。これにより、シール材２３１を用意する必要がないので、蓄電装置８Ｃの製造にかかるコストを削減することができる。
また、本発明の第４実施形態は、蓄電装置８Ｃ内の電池モジュール２０２の搭載位置に応じて冷却部材２０３Ｇのフィン２０３Ｄ４の方向、形状、及び寸法等を適宜変更しても良い。例えばクーラントの上流側よりも下流側のフィン２０３Ｄ４の表面積を大きく設定することにより、電池モジュール２０２毎の温度分布の偏りを軽減することができる。また、例えばＵ字状の流路（図６参照）のラウンド部におけるフィン２０３Ｄ４を、その流路の形状に沿ってラウンドさせても良い。これにより、クーラントの流路内の圧力損失が低減するので、冷却回路２１のエネルギー効率を高めることができる。従って、冷却回路２１においてより小さなポンプ２３を採用できるので、温調装置２０を小型化することができる。
なお、上述した本実施形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。
また、本実施形態に係るハイブリッド式建設機械はハイブリッド式油圧ショベルから成る場合について説明したが、この場合に限らず、ハイブリッド式ホイールローダ等の建設機械であっても良い。さらに、本実施形態では、蓄電装置８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃの冷却方式として液冷式を用いた場合について説明したが、この場合に限らず、その他の冷却方式を用いても良い。
また、本実施形態は、筐体２２０，２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｃを構成する部材の名称として下部筐体、中部筐体、及び上部筐体を使用した場合について説明したが、これらの名称は各部材の位置関係を示すために便宜的に使用したものであり、機能による差別化がなされるものではないので、下部筐体、中部筐体、及び上部筐体の名称を適宜差し替えても良いし、筐体２２０，２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｃの個数や種類についても上述した場合に限定されるものではない。
１ エンジン（原動機）
２ アシスト発電モータ（電動発電機）
８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ 蓄電装置
２０ 温調装置
２１ 冷却回路
２２ 液配管
２３ ポンプ
２６ ラジエータ
２７ ファン
１１０ 旋回体
１１２ 原動機室
１１２Ａ フレーム
２００ 電池セル
２０２ 電池モジュール
２０３，２０３Ｅ，２０３Ｆ 冷却プレート（熱交換部材）
２０３Ａ，２０３Ａ１，２０３Ａ２ 上面体
２０３Ｂ，２０３Ｂ１，２０３Ｂ２ 下面体
２０３Ｃ，２０３Ｃ１，２０３Ｃ２ 溝部
２０３Ｄ，２０３Ｄ１，２０３Ｄ２，２０３Ｄ３，２０３Ｄ４ フィン
２０３Ｇ 冷却部材（熱交換部材）
２０３Ｈ フィンプレート
２０３Ｊ 基台
２０４，２０４Ａ 熱伝導シート
２１４，２１４Ａ 突起（熱抵抗体）
２１４Ｂ，２１４Ｃ 熱抵抗材（熱抵抗体）
２１４Ｃ１ 開口部
２２０，２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｃ 筺体
２２１，２２１Ａ，２２１Ｂ，２２１Ｃ 下部筐体
２２１Ｃ１ 貫通孔
２２１Ｃ２ 底板
２２２，２２２Ａ，２２２Ｃ 中部筐体
２２２ａ 中部プレート
２２２ｂ 中部容積体
２２３，２２３Ａ，２２３Ｂ，２２３Ｃ 上部筐体
２３１，２３２ シール材

Claims (9)

  1. 原動機と、
    この原動機の動力の補助及び発電を行う電動発電機と、
    この電動発電機との間で電力の授受を行う蓄電装置とを備え、
    前記蓄電装置は、
    複数の電池セルと、
    前記複数の電池セルに対して少なくとも一部を離隔した状態で覆う筐体と、
    この筐体に取り付けられ、前記複数の電池セルと熱交換を行う熱交換部材と、
    前記筺体と前記熱交換部材との間に介在し、前記筺体と前記熱交換部材との熱の授受を妨げる熱抵抗体とを含むことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
  2. 請求項１に記載のハイブリッド式建設機械において、
    前記熱交換部材は、熱媒体の流路を内部に形成する構造体から成り、
    前記熱抵抗体は、前記構造体の一部と接することを特徴とするハイブリッド式建設機械。
  3. 請求項２に記載のハイブリッド式建設機械において、
    前記構造体は多面体から成り、
    前記複数の電池セルは、前記多面体の異なる面にそれぞれ設けられたことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
  4. 請求項１に記載のハイブリッド式建設機械において、
    前記熱抵抗体は、前記筐体の熱伝導率及び前記熱交換部材の熱伝導率の少なくとも一方より小さい熱伝導率を有する樹脂材料から成ることを特徴とするハイブリッド式建設機械。
  5. 請求項４に記載のハイブリッド式建設機械において、
    前記筐体及び前記熱交換部材の少なくとも一方は金属材料から成ることを特徴とするハイブリッド式建設機械。
  6. 請求項１に記載のハイブリッド式建設機械において、
    前記筐体は、下方に開口した容積体を有し、前記複数の電池セルを前記熱交換部材の上方に配置した状態で、前記複数の電池セルの上方から前記容積体の開口を通して前記熱交換部材に固定されたことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
  7. 請求項１に記載のハイブリッド式建設機械において、
    前記蓄電装置は、
    前記複数の電池セルが接続されて構成される複数の電池モジュールを含み、
    前記熱交換部材は、
    前記複数の電池モジュールの下方にそれぞれ配置され、前記複数の電池セルを冷却する複数の冷却プレートから成り、
    前記熱抵抗体は、
    前記複数の電池モジュールの下方にそれぞれ配置され、前記筺体と前記冷却プレートとの熱の授受を妨げる複数の熱抵抗材から成り、
    前記各冷却プレート及び前記各熱抵抗材の水平方向の大きさは、前記複数の電池モジュールの水平方向の大きさと同程度以下に設定されたことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
  8. 請求項１に記載のハイブリッド式建設機械において、
    前記筐体は、金属の鋳造体から成ることを特徴とするハイブリッド式建設機械。
  9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載のハイブリッド式建設機械において、
    前記原動機を収容する原動機室と、
    この原動機室に配置され、前記熱媒体を冷却するラジエータとを備え、
    前記原動機室は、フレームに形成され、前記ラジエータへ送風される外気を取り込む吸気口を有し、
    前記蓄電装置は、前記原動機室の前記フレームと前記ラジエータとの間に配置されることを特徴とするハイブリッド式建設機械。
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