JP2016078714A - Dump truck - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータで車輪を駆動して走行するダンプトラックに係り、特に、モータの余剰電力を蓄え、かつ蓄えた電力をモータに供給する蓄電装置を備えたダンプトラックに関する。 The present invention relates to a dump truck that travels by driving wheels with a motor, and more particularly, to a dump truck that includes a power storage device that stores surplus power of the motor and supplies the stored power to the motor.
鉱山で採掘された資源原料を所定の放土場まで運搬する鉱山用のダンプトラックでは、エンジンが発電機を駆動し、その発電機から発生する電力をモータに供給して後輪を駆動する電気駆動ダンプトラックが知られている。ダンプトラックは、1台、1回当たりの資源運搬量と自重を合わせると数百tレベルと大きく、また時間的な稼働率を可能な限り高めることが要求されるため、エンジンを駆動するディーゼル燃料の台数当たり消費量が自動車などに比べ格段に大きい。従って、運用コストの面から燃料消費を抑えることが大きな課題となっている。 In a dump truck for a mine that transports resource materials mined in a mine to a predetermined release site, the engine drives the generator, and the electric power generated from the generator is supplied to the motor to drive the rear wheels. Drive dump trucks are known. Diesel fuel that drives the engine is required because the dump truck is required to be as large as several hundred tons when combined with the amount of transported resources per unit and its own weight, and to increase the operating rate over time as much as possible. The consumption per car is much larger than cars. Therefore, it is a big problem to suppress fuel consumption from the viewpoint of operation cost.
近年、自動車や鉄道などの分野を中心に、車両に蓄電装置を搭載して制動時に得られる余剰エネルギーを一時貯蔵し、再加速時に回生して損失低減を図る動きが盛んであり、ダンプトラックなどの鉱山機械でも同様の取り組みが行われている。蓄電装置内の蓄電デバイスには、電池やキャパシタなどが用いられる。 In recent years, mainly in fields such as automobiles and railways, there is a strong movement to reduce power loss by installing power storage devices in vehicles to temporarily store surplus energy obtained during braking and regenerating during re-acceleration. Similar efforts are underway in mining equipment. A battery, a capacitor, or the like is used for the power storage device in the power storage device.
電池は、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。電池が過度に低温であると、内部抵抗が増大して充放電特性が顕著に低下してエネルギー効率の低下をもたらす。他方電池が過度に高温であると、非可逆性の電池容量低下や内部抵抗増大現象すなわち劣化が促進され、耐用年数が短くなる。したがって、蓄電装置は状態に応じた電池の冷却および暖機機能を備えることが求められる。 Batteries require proper temperature regulation for thermal protection of the drive circuit and high efficiency operation. If the battery is too cold, the internal resistance increases and the charge / discharge characteristics are significantly reduced, resulting in a decrease in energy efficiency. On the other hand, if the battery is too hot, the irreversible battery capacity decrease and internal resistance increase phenomenon, that is, deterioration is promoted, and the service life is shortened. Therefore, the power storage device is required to have a battery cooling and warm-up function according to the state.
蓄電装置内の電池を冷却または暖機する方法として、ファンやブロアなどにより電池表面に冷媒または熱媒としての外気(空気)を強制的に当てる方法、ポンプなどにより電池表面に冷媒または熱媒であるクーラントを強制的に当てる方法などが用いられている。前者は空冷式、後者は水冷式または液冷式などと称される。 As a method of cooling or warming up the battery in the power storage device, a method of forcibly applying outside air (air) as a refrigerant or a heat medium to the battery surface by a fan or blower, a refrigerant or a heat medium to the battery surface by a pump or the like A method of forcibly applying a certain coolant is used. The former is called an air cooling type, and the latter is called a water cooling type or a liquid cooling type.
鉱山機械にエネルギー回生のための蓄電装置を搭載する第1の方法として、米国特許第8606451号明細書(特許文献1)に、可動式のデッキの後部角部内に、蓄電装置としてのウルトラキャパシタからなる2つのエネルギー貯蔵コンポーネントを収納した構成が記載されている。また第2の方法として、米国特許出願公開第2011/0174561号明細書(特許文献2)に、蓄電装置としてのキャパシタを車両の前輪と後輪の間に搭載した構成が開示されている。 As a first method of mounting a power storage device for energy regeneration in a mining machine, US Pat. No. 8,606,451 (Patent Document 1) discloses that an ultracapacitor as a power storage device is installed in the rear corner of a movable deck. A configuration containing two energy storage components is described. As a second method, US Pat. No. 2011/0174561 (Patent Document 2) discloses a configuration in which a capacitor as a power storage device is mounted between a front wheel and a rear wheel of a vehicle.
しかしながら、上記特許文献1の方法では、蓄電装置をデッキ後部角部内に内蔵して他の機器と共にデッキで覆う構成としたため、ダンプトラックにおいて蓄電装置を既存の標準車体に追加仕様として後から搭載しようとすると、デッキ自体を一度取り去る大掛かりな改造作業が必要であった。また定期、非定期に行われる蓄電装置の保守、交換作業に際しても同様の理由で大掛かりな作業を要した。 However, in the method of Patent Document 1, since the power storage device is built in the rear corner of the deck and covered with the deck together with other equipment, the power storage device is added to the existing standard vehicle body in the dump truck as an additional specification later. Then, a major remodeling work to remove the deck itself was necessary. Further, large-scale work is required for the same reason in maintenance and replacement work of power storage devices that are performed regularly and irregularly.
一方上記特許文献2の方法では、蓄電装置を前輪と後輪の間、かつベッセル(本発明におけるボディ)の下側に設置したため、まず走行時に車輪がはねた砂利などが蓄電装置に当たる可能性があった。またこれに対する蓄電装置の保全のため、蓄電装置を覆うキャビネットもしくはケースの強度を高める必要があり、蓄電装置の質量が大きくなるという課題があった。加えて、同部の直上には一般にベッセルが存在するので、クレーンなどで蓄電装置を吊り下げる場合クレーンとベッセルが干渉し、クレーンなどによる蓄電装置の車体への着脱が困難という課題があった。
On the other hand, in the method of
本発明は上記事案に鑑み、ダンプトラックへの蓄電装置の搭載性や信頼性を向上するのに好適なダンプトラックを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a dump truck suitable for improving the mountability and reliability of a power storage device to a dump truck.
上記課題を解決するため、本発明のダンプトラックは、電力を発生する発電機と、前記電力の仕様を変換する電力変換手段と、前記電力変換手段を通じて変換された電力により駆動するモータと、前記モータにより駆動する車輪と、前記モータと電力の授受を行う複数の蓄電デバイスの集合体(蓄電装置)と、操縦室である箱状に区画されたキャブと、前記キャブの周囲に構成された平面状の床面であり、前記車輪の最上部よりも上方に位置するデッキ(アッパーデッキ)とを備え、前記複数の蓄電デバイスの集合体は、前記デッキの上面よりも上方に配置する。 In order to solve the above problems, a dump truck of the present invention includes a generator that generates electric power, power conversion means that converts the specifications of the power, a motor that is driven by the power converted through the power conversion means, Wheels driven by a motor, an assembly (power storage device) of a plurality of power storage devices that exchange power with the motor, a cab that is partitioned into a box that is a cockpit, and a plane that is configured around the cab A deck (upper deck) positioned above the top of the wheel, and the assembly of the plurality of power storage devices is disposed above the top surface of the deck.
本発明によれば、蓄電装置がアッパーデッキの上方に位置し、前輪あるいは後輪の地面接地面と蓄電装置との間にアッパーデッキの上面が介在するため、万一車輪が砂利をはねても砂利がアッパーデッキにより遮られ、蓄電装置を直撃することがない。またボディを上げた状態とすることで蓄電装置の直上にはクレーンに干渉するものがなくなるので、蓄電装置の車体への搭載性が容易になる。 According to the present invention, the power storage device is located above the upper deck, and the upper deck upper surface is interposed between the ground contact surface of the front wheel or the rear wheel and the power storage device. However, gravel is blocked by the upper deck, and the power storage device is not hit directly. In addition, since the body is raised, there is no object that interferes with the crane immediately above the power storage device, so that the power storage device can be easily mounted on the vehicle body.
以下、本発明を適用した実施形態について説明する。 Embodiments to which the present invention is applied will be described below.
本発明を適用した第1の実施形態について、図面を参照しながら説明する。 A first embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
<全体構成>
図1Aは、本発明のダンプトラックの第1の実施形態を示す車両側面図である。図1Bは、本発明のダンプトラックの第1の実施形態について、ボディ4を取り除いた状態を示す車両上面図である。なお、図1Bでは、デッキ28とデッキ28に搭載される構造部をフレーム36の上に一点鎖線で示しており、一点鎖線で示す部分をフレーム36の上から取り出して実線で示している。
<Overall configuration>
FIG. 1A is a side view of a vehicle showing a first embodiment of a dump truck according to the present invention. FIG. 1B is a top view of the vehicle showing a state in which the
図1A及び図1Bに示すように、ダンプトラック100は、フレーム36上に土砂等の運搬物を積載するためのボディ4が搭載され、両者がホイストシリンダ33により連結されている。またフレーム36には、図示しない機構部品を介して前輪7(7R,7L)、後輪8(8R,8L)、作動油タンク6、燃料タンク5などが取り付けられている。後輪8の回転軸部には、後輪8を駆動するための走行モータ10(10R,10L)、走行モータ10と後輪8の回転数を調整する減速機9(9R,9L)が収められている。フレーム36にはさらに、オペレータが歩行可能なデッキ(アッパーデッキ)28が取り付けられている。デッキ上面28U上にはオペレータが搭乗しダンプトラック100を操作するキャブ2、各種電力機器が収納されたコントロールキャビネット1、余剰エネルギーを熱として放散するための複数のグリッドボックス3が搭載されている。デッキ28はキャブ2の周囲に構成された平面状の床面であり、車輪(前輪7及び後輪8)の最上部よりも上方に位置する。またデッキ上面28U上、キャブ2の車両後方には、電気エネルギーの蓄電、回生を行う蓄電装置23が搭載されている。また図1Aで前輪7により隠れた部分には、図1Bに示すように、エンジン11および主発電機12、補助発電機13などが搭載されている。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
図2を参照してこれらを詳述する。なお図2において、破線で囲まれた領域はコントロールキャビネット1内、一点鎖線で囲まれた領域は蓄電装置23内に収められていることを示す。
These will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 2, a region surrounded by a broken line is stored in the control cabinet 1, and a region surrounded by a one-dot chain line is stored in the
エンジン11は、主発電機12、補助発電機13および図示しない油圧のメインポンプを駆動する。
The engine 11 drives a
コントロールキャビネット1には、走行システム全体の監視、制御を行う図示しない走行システムコントローラ、発電機12,13が生じる交流電圧を直流化する整流器14およびコンデンサ41、左右の走行モータ10L、10Rや各補機類の動作を制御する左右の主インバータ15L、15Rおよび補助インバータ17、チョッパ16、および図示しないキャビネットヒータ、機器冷却のためのクーラントを循環させる冷却ポンプ、制御電源ユニット、発電機励磁ユニット、クーラントを冷却するラジエータ、ファンユニット、および各種センサ、リレー、スイッチ類が収められている。
The control cabinet 1 includes a travel system controller (not shown) that monitors and controls the entire travel system, a rectifier 14 and a
走行システムコントローラは、走行システム全体の監視および制御を行う。整流器14およびコンデンサ41は、ユニット化された水冷構造になっており、主発電機12からの三相交流電力を整流および平滑化して、高圧電源として適した直流電力に変換する。
The traveling system controller monitors and controls the entire traveling system. The rectifier 14 and the
主インバータ15Lは走行モータ10Lに接続され、主インバータ15Rは走行モータ10Rに接続されている。左右の主インバータ15L、15Rはアクセルペダルが踏み込まれると、整流機14からの直流電力を要求に応じた三相交流電力に変換する。また電気ブレーキペダルが踏み込まれると、左右の走行モータ10L、10Rから発生した電力を整流して回路に還流する。左右の走行モータ10L、10Rは、三相誘導式の電動機で構成されている。アクセルペダルが踏み込まれると、左右の減速機16L、16Rを介して左右の後輪8L、8Rを駆動させ、車体を走行させる。また電気ブレーキペダルが踏み込まれたときは、自身が発電した電力すなわち余剰電力が左右のインバータ15L、15Rを通じて回路に還流される。補助インバータ17は、グリッドブロア19のほか左右の走行モータ10L、10R用ブロア、冷却ポンプに接続されている。チョッパ16は、電気ブレーキが踏み込まれたとき、還流する直流電力が予め定められた上限を超えると判断される場合に作動してグリッドボックス3への回路を構成し、電力をグリッドボックス3に導く。グリッドボックス3は、グリッド抵抗3Rとグリッドブロア19、グリッドブロア19を駆動する補助モータ18、および各種センサ、スイッチ類から構成されている。グリッド抵抗3Rは、チョッパ16が指令に基づき動作するのに伴い、余剰電力をグリッドボックス3内の抵抗を通して放電する。グリッドブロア19は、電気ブレーキペダルが踏まれることで補助インバータ17の作用により動作し、グリッド抵抗3Rが空冷される。キャビネットヒータは、補助発電機13の発電力を電源とし、コントロールキャビネット1内の温度が所定値以下のとき、コントロールキャビネット1内を加熱する。冷却ポンプは、配管を通じてコントロールキャビネット1内の整流器14やコンデンサ41およびラジエータにクーラント(冷却水)を循環させ、これらの温度を調節する。
The
蓄電装置23は、主に電池セル20とコイル22、および昇降圧チョッパ21で構成されている。アクセルペダルが踏み込まれると、走行モータ10L、10Rの要求電力と主発電機12の発生電力の差分電力を電池セル20が放電し、昇降圧チョッパ21で電圧調整されて走行モータ10L、10Rに供給する。電気ブレーキペダルが踏み込まれると、左右のインバータ15L、15Rを通じて還流された左右の走行モータ10L、10Rの発生電力が電池セル20に充電される。電池セル20に充電されなかった左右の走行モータ10L、10Rの余剰電力は、チョッパ16を通じてグリッドボックス3に送られ、外部に放電される。
The
<蓄電装置の構成>
図3Aは、本発明のダンプトラックの第1の実施形態を示す、蓄電システム近傍側面図、および電池ユニットのレイアウトを示す断面B−B図である。図3Bは、蓄電システムの搭載構造を詳細に示す側面図である。
<Configuration of power storage device>
FIG. 3A is a side view of the vicinity of the power storage system, showing a first embodiment of the dump truck of the present invention, and a cross-sectional view BB showing the layout of the battery unit. FIG. 3B is a side view showing the mounting structure of the power storage system in detail.
図3Aで示したように、蓄電装置23は、キャブ2の後方かつデッキ上面28Uよりも上方に搭載されている。蓄電装置23は、デッキ上面28U上において、キャブ2よりも後側に配置されることが好ましい。さらには、蓄電装置23はキャブ2の背面と背板との間の空間に配置されることが好ましい。
As shown in FIG. 3A, the
キャブ2はオペレータの操縦室であり、万一ダンプトラック100が横転した場合にもオペレータの人命が確保されるようISO(International Organization for Standardization:国際標準化機構)規格におけるROPS(Rollover Protective Structure:転倒時保護構造)に準拠しており、強固なフレーム構造が採用されている。オペレータが地上からデッキ上面28Uあるいはキャブ2にアクセスする手段として、ステップ37(図1A参照)が設けられている。
The
蓄電装置23は、複数の電池ユニット24およびその他の機器が、キャブ2の車両後方の傾斜と略平行な面に沿うよう、車両上下方向に積層配置された格好でキャビネット29内に収納されている。キャビネット29の外形がキャブ2の車両後方の傾斜およびボディ4の下面4A(特に背板4a部分の下面4A)の傾斜に倣うように、上方に位置する電池ユニット24は、下方に位置するものよりも車体前方側にレイアウトされている。結果として、蓄電装置23のキャビネット29は、外形がキャブ2およびハンドレール40に干渉せぬよう、図3Aに図示した形状において略平行四辺形状をなしている。
The
上述したように、キャブ2の背面及びボディ4の背板4aは上方が下方に対して前方に位置するよう前傾しており、蓄電装置23は、キャブ2の背面及びボディ4の背板4aの傾きに合わせて、前傾配置されている。
As described above, the back surface of the
蓄電装置23のキャビネット29表面は、外気すなわち作業雰囲気に曝されており、用途上多くの粉塵や風雨に曝される。またダンプトラックが複雑な地盤上で往来および稼働するため、比較的大きな振動、衝撃が繰り返し作用する。蓄電装置23はこれらに対応するため、鋼製のフレームおよびパネルで構成され、パネルの合わせ面にはシールもしくはウェザーストリップが設けられており、内部の気密性および機械的強度が確保されている。
The surface of the cabinet 29 of the
ここで、図3Bを参照して、蓄電システムの搭載構造を詳細に説明する。キャブ2の下側には、強固なフレーム301が配設されている。蓄電装置23の重量はかなり大きいため、蓄電装置23の載置部は蓄電装置23の重量に耐えられる構造にする必要がある。このため、フレーム301に断面がL字型をした補強部材(載置部材)302を取り付け、補強部材302でデッキ28を支持する。補強部材302で支持されたデッキ28の上面28Uに蓄電装置23及びキャビネット29を搭載し、固定する。この場合、フレーム301に固定部材303を固定し、固定部材303に補強部材302をボルト304で固定すると良い。固定部材303はフレーム301に溶接により固定すると良い。これにより、補強部材302の取り付け部を強固な構造にすることができる。また、補強部材302の上面に蓄電装置23及びキャビネット29を直接搭載し、固定してもよい。すなわち、デッキ28を介さずに、補強部材302の上面に蓄電装置23及びキャビネット29を直接搭載してもよい。蓄電装置23及びキャビネット29の下側には補強部材302が配設されており、補強部材302で蓄電装置23及びキャビネット29の下側を保護することができる。この場合、補強部材302の上面がデッキ28の上面28Uと同じ高さ、或いはデッキ28の上面28Uよりも高い位置になるようにする。さらに、デッキ28と補強部材302との隙間を塞ぐように、デッキ28が補強部材302の周囲を取り囲むようにすると良い。
Here, the mounting structure of the power storage system will be described in detail with reference to FIG. 3B. A
本実施形態では、蓄電装置23のキャビネット29の天板を含む多くの部分(表面)が露出しているので、蓄電装置23の冷却効果を高めることができる。特に、ボディ4のキャノピ4b及び背板4a部分の下面4Aが風を誘導する導風板(導風面)として機能するため、蓄電装置23の天板の露出構造と共に、蓄電装置23の冷却効果を高める構造を実現している。
In this embodiment, since many parts (surface) including the top plate of the cabinet 29 of the
さらに、キャブ2及び蓄電装置23の上方を覆うボディ4のキャノピ4bが直射日光を遮って日陰を作るので、蓄電装置23の温度上昇を抑制することができる。このために、蓄電装置23とキャノピ4bとデッキ28とを水平面に投影した場合に、蓄電装置23は少なくともキャノピ4bとデッキ28との投影面内に位置するように配置される。さらに、蓄電装置23を、キャブ2よりも後側に配置することにより、キャノピ4bが作る日陰の中に確実に入れることができる。さらに好ましくは、蓄電装置23をキャブ2の背面と背板4aとの間の空間に配置するとよい。
Furthermore, since the
キャビネット29内部に収納された複数の電池ユニット24は、図3Aで図示したB−B視で明らかなように、紙面奥行き方向にも複数配置されている。これら複数の電池ユニット24、ポンプ31、回生コントローラ38、チョッパ回路39などはいずれも、図示しない機械部材によってキャビネット29に機械的に固定されている。またキャビネット29は、図示しない機械的手段によりデッキ上面28Uおよびキャブ2と機械的に固定されている。キャビネット29は複数のパネルが着脱できるようになっており、保守や部品交換などは当該部分のパネルをはずして実施される。
A plurality of
蓄電装置23は、内蔵する電池の温度を適切な範囲に維持するための温調機能を備えている。隣接する複数の電池ユニット24同士は、温調のためのクーラントが流れる複数の配管30で接続されている。複数の配管30と複数の電池ユニットが接続されて構成されるクーラントの回路の両終端はポンプ31に接続されている。キャビネット29内の、複数の電池ユニット24が積層配置された上側には、回生コントローラ38およびチョッパ回路39が収められ、電池ユニット24に対して電気的に接続されている。
The
図4は、本発明のダンプトラックの第1の実施形態の蓄電システムの構成図である。図4に示すように、蓄電装置23は、各電池セル20を冷却または暖機するための冷媒または熱媒であるクーラントが循環する流路42を備えている。流路42は、クーラントを循環させるポンプ31と、各電池ユニット24に設けられた後述のウォータージャケット203と、クーラントと外気との熱交換を行うラジエータ43と、これらを接続する配管などで構成されている。クーラントはポンプ31の動力によってそれぞれに形成された流路42内を循環している。ラジエータ43は、外気を送風して外気とクーラントの熱交換を行うファン44を備えている。
FIG. 4 is a configuration diagram of the power storage system according to the first embodiment of the dump truck of the present invention. As shown in FIG. 4, the
蓄電装置23内の各電池セル20およびウォータージャケット203のクーラント出入り口には、それぞれの温度を検出する図示しない温度センサが設けられている。温度センサが検出したそれぞれの温度情報は、図示しないコントローラへ出力されている。コントローラは、電池ユニット24内の電池温度が所定の上限値よりも高くなる可能性がある場合、ポンプを駆動してクーラントを循環させ、ラジエータを通じて排熱する動作を行う。他方、例えば冬季の鉱山機械始動時などは、電池の温度が適温よりも低い場合がある。電池の温度が過度に低い場合、電池内のリチウムイオンの活性が低いため内部抵抗(損失)が大きく、電流に対する電圧変化が大きくなって所望の充放電特性が得られない状態になる。このような場合には電池セル20の温度を高める暖機が必要になる。暖機の熱源には各電池セル20の自己発熱を用いる。暖機時には、蓄電装置23の発熱がクーラントを通じて流路42全体に伝播するのを防止するため、ポンプ31は停止状態とされる。これに伴い、ウォータージャケット203内のクーラントは循環移動することなくその場に貯留される。
Temperature sensors (not shown) for detecting the respective temperatures are provided at the coolant outlets of the
蓄電装置23は回生コントローラからの指令に応じて電力を入出力し、このとき発熱する。蓄電装置の発熱の大部分は内蔵された各電池セル20によりもたらされる。
The
図5は、本発明のダンプトラックの第1の実施形態の蓄電システムに用いる電池ユニットの斜視図である。図5に示すように、電池ユニット24には、複数の電池セル20(図6参照)を積層して機械的に一体化した電池モジュール202が複数搭載されている。すなわち、電池ユニット24は複数の電池モジュール202の集合体として構成され、電池モジュール202は複数の電池セル20の集合体として構成される。結果として、蓄電装置23は複数の電池セル20の集合体として構成される。
FIG. 5 is a perspective view of a battery unit used in the power storage system according to the first embodiment of the dump truck of the present invention. As shown in FIG. 5, a plurality of
本実施形態では、ウォータージャケット203の両主面にそれぞれ4個、計8個の電池モジュール202が搭載されている。それぞれの電池モジュール202は、積層端に位置する電池の端子同士が金属製のバスバーで電気的に直列に接続されると共に、熱伝導シート204を介してウォータージャケット203に固定されている。複数の電池モジュール202の紙面奥側には、バッテリーコントロールユニット207やリレー208、およびメンテナンスの際一時的に電池回路を切断するディスコネクトスイッチ209などが同様にウォータージャケット203に固定されている。
In the present embodiment, a total of eight
熱伝導シート204は各電池モジュール202の底面に露出した図示しない各電池の底面とウォータージャケット203の1主面とを熱的に接続するために用いられる。熱伝導シート204はまた、導電体であるアルミニウム合金からなる電池同士あるいは電池と冷却プレートとの電気的導通を抑止する機能を有する。
The heat
搭載された全ての電池モジュール202はディスコネクトスイッチ209を介在させて直列に接続され、これらの終端端子が所定のハーネスによってパワーコネクタに接続され、電池ユニット202の出力端子を構成する。
All the mounted
図6は、本発明のダンプトラックの第1の実施形態の電池ユニットに用いる電池モジュールの斜視図である。図6に示すように、電池モジュール202は、外形が略矩形状の電池セル20と、隣接する電池セル20の間に配置して電池セル20同士の相対位置を規定するセルホルダ201とを厚さ方向に交互に所定数積層し、それら積層体の両端にエンドプレート215を配置して、エンドプレート215同士をスチールバンド216で固定して一体化されている。各スチールバンド216には一定の張力が作用しており、その分各電池セル20同士は一定の力で圧迫されている。電池モジュール202は複数の電池セル20の集合体として構成される。
FIG. 6 is a perspective view of a battery module used in the battery unit according to the first embodiment of the dump truck of the present invention. As shown in FIG. 6, the
電池モジュール202において、各電池セル20は隣接する他の電池セル20と向きを交互に反転させてある。これによりある電池セル20の正極端子200Aと隣接電池の負極端子200Bが直近に位置し、最短距離で効率よく直列接続されている。隣接する正極端子200Aと負極端子200Bは、銅合金製のバスバー217により電気的に接続されている。電池セル20は、低温状態で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。一方、過度の高温状態では内部抵抗の増大や容量の低下などといったいわゆる劣化現象の時間的な変化率が大きくなる特性を有する。
In the
エンドプレート215は鋼材をプレス成型したもので、電池セル20群の内力によって撓むことのないよう剛性が確保されている。エンドプレート215には、電池モジュール202を図示しないウォータージャケット203にねじ締結する際、ねじを通すための貫通孔218が予め設けられている。各電池セル20(電池缶200C)の底面はいずれも露出すると共に、セルホルダ201に設けられた図示しないガイドにより相対位置がほぼ一致するよう調整されている。
The
本実施形態によれば、蓄電装置23は、複数の電池セル20を積層した電池モジュール202を複数搭載した電池ユニット24を複数備え、複数の電池ユニット24が一体化されて構成される。また、電池ユニット24は、天地方向又は左右方向の少なくとも一方向に、複数の段に分割配置される。
According to the present embodiment, the
図7は、本発明のダンプトラックの第1の実施形態の電池ユニットに用いる水冷ジャケットの斜視図である。図7に示すように、ウォータージャケット203は、外形が略矩形の板状をなしており、主として上面体203Aと、その反対面を構成する下面体203Bから構成されている。上面体203A、下面体203Bの表面は、電池モジュール202をねじで締結するための図示しないねじ孔が形成されている。上面体203Aの反対面にはU字形をなした溝203Cと、溝形状に沿った複数のフィン203Dが形成されている。また溝203Cの2か所の端部には溝と連通した管路コネクタ212が設けられている。図7では、管路コネクタ212のみが記載されている。上面体203Aと下面体203Bは、図示しないシールを介してねじ締結により一体化されている。これにより、溝203Cは気密が確保され、クーラントの流路42となる。また管路コネクタ212を外部の配管と接続することにより、クーラントの回路が構成される。図3Aに示すように、管路コネクタ212のうちクーラント回路の最上流に位置するクーラントの入口(ウォータージャケット入口)203iはポンプ31の出口31oに、クーラント回路の最下流に位置するクーラントの出口(ウォータージャケット出口)203oはポンプ31の入口31iに接続されている。
FIG. 7 is a perspective view of a water cooling jacket used in the battery unit of the first embodiment of the dump truck of the present invention. As shown in FIG. 7, the
本実施形態では、電池ユニット24はクーラントを流すウォータージャケット203を備え、ウォータージャケット203はクーラントの入口と出口とをダンプトラックの車幅方向において同じ側の側面に備えている。そして、複数の電池ユニット24は、クーラントの入口と出口とがダンプトラックの前後方向において同じ順番で分割配置されている。そして、天地方向に隣接する二つの電池ユニットの間で、一方の電池ユニット24が備えるウォータージャケット203のクーラントの出口203oと、他方の電池ユニット24が備えるウォータージャケット203のクーラントの入口203iとが配管30で接続されている。これにより、配管の長さを短くすることができ、クーランとの流路抵抗を低減することができる。そして、配管30の長さの低減によるコスト抑制と、ポンプ31の小型化によるコスト抑制の効果が得られる。
In the present embodiment, the
<蓄電装置搭載工程>
図8を参照して、蓄電装置の搭載工程を説明する。図8は、本発明のダンプトラックの第1の実施形態の電池ユニットの搭載方法を示す車両側面図である。
<Power storage device mounting process>
With reference to FIG. 8, the mounting process of the power storage device will be described. FIG. 8 is a vehicle side view showing the battery unit mounting method according to the first embodiment of the dump truck of the present invention.
ダンプトラック100は車両の形状的規模が大きく、また特殊用途であるため生産数量が乗用車などに比べ少ないので、乗用車に見られるように一つの車種について多数の仕様を標準的に用意することは効率的でない。ダンプトラック100は蓄電装置23自体がたとえ備えられなくても稼働自体は可能であるので、導入コストを抑えるため蓄電装置23を備えない仕様が要求されることもある。これらの事情から蓄電装置23は必ずしもダンプトラックの標準仕様として用意されるべきではなく、追加装備として用意され、後に要求のあった時点で追加可能としておくことが望ましい。またこういった事情に対応するためには、既に組み立てられた標準車体を大幅に分解あるいは改造することなく蓄電装置23の追加搭載が可能な構造にしておくことが望ましい。
Since the
図8に示すように、本実施形態の蓄電装置23は、ダンプトラック100の標準車体が組み立てられた後に、図示しないクレーンおよびワイヤロープ32で吊り下げられてダンプトラック100の上方から所定位置(デッキ上面28U上、キャブ2の後方)に搭載される。デッキ上面28では作業員が待機しており、クレーンの下降動作に合わせて位置や方向が微調整されながら蓄電装置23が上記所定位置に設置される。なお蓄電装置23の部品交換や保守作業のために蓄電装置23をダンプトラック100から下ろす際には、同様の手順が逆に行われる。
As shown in FIG. 8, the
<作用効果等>
本実施形態のダンプトラックによれば、以下の作用効果がもたらされる。
<Effects>
According to the dump truck of the present embodiment, the following operational effects are brought about.
(1)蓄電装置23は、必要総数よりも少ない数の電池セル20を機械的に一体化した電池ユニット24を複数用意して必要電池数を満足させることで、電池ユニット24のレイアウトの尤度を確保した上で、キャブ2およびボディ4の斜面形状に倣うよう車両高さ方向に階段状にレイアウトして一体化したので、スペースの限られるデッキ上面28Uの上側かつキャブ2の後方に効率的に収めることができる。
(1) The
(2)蓄電装置23内の各電池ユニット24には、クーラントによる液冷効果あるいは電池セル20自身の発熱による暖機効果がもたらされるので、高温環境あるいは低温環境においても電池セル20の特性変化を小さく抑えることができ、安定した回生効果が得られる。
(2) Since each
(3)図9は、本発明のダンプトラックの第1の実施形態の砂利の飛翔方向を示す車両側面図である。図9に示すように、走行時の砂利はねは、前輪7および後輪8の接地面に形成された溝に一時的に噛み込まれた砂利が遠心力により解放されることで生じる。したがって砂利は前輪7および後輪8接地面の回転方向の接線上に多く飛翔する。飛翔した砂利は直接地面に落下する場合を除き、ダンプトラック100の車体の一部に当たる可能性がある。本実施形態において、前進走行時に前輪7がはねた砂利が蓄電装置23以外に衝突、落下せずに最も蓄電装置23の近くを飛翔するのは、前輪7の外径に正接しデッキの角部28Eを通る直線で画定される砂利飛散方向91である。砂利飛散方向91に飛翔した砂利は遮蔽板(ガード)50によって上方への飛翔が阻止される。同様に後輪がはねた砂利が蓄電装置23の最も近くを飛翔するのは、後輪8の外径に正接し角部4Eを通る直線で画定される砂利飛翔方向92である。したがって、本実施形態のダンプトラック100では、構造的に前輪7および後輪8がはねた砂利が蓄電装置23に直接衝突することがなく、砂利はねに備えてキャビネット29の強度を高めることを必要とせずに蓄電装置23の健全性が担保される。
(3) FIG. 9 is a vehicle side view showing the flight direction of gravel according to the first embodiment of the dump truck of the present invention. As shown in FIG. 9, gravel splash at the time of traveling occurs when gravel temporarily bitten in grooves formed on the contact surfaces of the
(4)電気ブレーキペダルを踏み込んだ際に走行モータ10で発生する余剰電力が蓄電装置23の電池セル20に充電され、充電された余剰電力は次にアクセルペダルを踏み込んだ際に走行モータ10が要求する電力の一部分を負担するので、主発電機の発電量を小さく抑えることができ、その分エンジンの回転数を低く抑えることができるので、エンジンの燃料消費量を小さくできる。
(4) The surplus power generated by the travel motor 10 when the electric brake pedal is depressed is charged in the
(5)図1からわかるように、ダンプトラック100の前進時にはキャブ2および蓄電装置23とボディ4の間を走行風が通り抜けるので、蓄電装置23付近の粉塵は走行風により飛ばされ、その結果蓄電装置23に粉塵が堆積するのを防止することができる。また、前進時にキャブ2および蓄電装置23とボディ4との間を通り抜ける走行風は、蓄電装置23の冷却効果を高める。蓄電装置23のキャビネット29の天板を含む多くの部分(表面)が露出しているので、冷却効果が高まる。すなわち、ボディ4の下面4Aが走行風を誘導する導風板として機能し、露出した蓄電装置23の天板部に走行風を誘導するので、蓄電装置23の冷却効果を高めることができる。この場合、キャビネット29の外形がキャブ2の背面の傾斜及びボディ下面4Aの傾斜に倣うように、上方に位置する電池ユニット24が下方に位置するものよりも車体前方側にレイアウトされていることにより、走行風が円滑に誘導され、キャビネット29の表面に有効に作用して冷却することができる。さらに、ボディ4のキャノピ4bが直射日光を遮って日陰を作るので、蓄電装置23の温度上昇を抑制することができる。
(5) As can be seen from FIG. 1, the traveling wind passes between the
(6)ボディ4を上げることで他の部分に干渉することなく車両上方から蓄電装置23を所定位置に搭載できるので、標準車体の組み立てが完了したダンプトラック100に対して、車両の大規模な改造を必要とせずに蓄電装置23をアドオンすることができる。したがって蓄電装置23を後から追加する際に、標準車体の大幅な改造を要することなく、簡便に追加搭載できる特徴を有することが望ましい。上述の説明から本実施形態のダンプトラック100および蓄電装置23はこの点において好ましい特性を備える。また、この特性は、蓄電装置23を交換する場合にも有益である。蓄電装置23の重量は大きいため、人手による運搬は困難であり、クレーン作業が必要である。ボディ4を上げることで、ベッセル等の大物部品を取り外すことなく、クレーン作業により、蓄電装置23を容易に交換することができる。
(6) Since the
(7)電池セル20の暖機過程においてクーラントの循環を行わないので、クーラントを通じた放熱を防止でき、早期に電池セル20の暖機を行うことができる。
(7) Since the coolant is not circulated in the process of warming up the
(8)ウォータージャケットの両主面に電池モジュール202を配置したので、実装密度を高めることができる。また電池ユニットの熱容量を小さく抑えることができ、電池セル20の冷却および暖機効率を高めることができる。
(8) Since the
(9)蓄電装置23はキャブ2に隣接して搭載されているため、ROPSに準拠した強固なフレームを利用して搭載することができる。これにより、搭載構造の強度確保が容易になり、車体振動をはじめとする車体運動時に発生する加速度の影響に対応可能な搭載構造を実現できる。また、万一ダンプトラック100が横転した際にもその健全性が確保される。
(9) Since the
(10)本実施形態の蓄電装置23は、既存の走行システムの各電力機器が収納されたコントロールキャビネット1に隣接して搭載されている。このため既存の走行システムに蓄電装置23を電気的に接続する際の配線長さを短く抑えることができ、配線の抵抗に依存する電力伝送損失を最小限に抑えることができる。
(10) The
(11)ダンプトラックにおいて比較的スペースを確保し易いデッキ28の上面に蓄電装置23を配置することで、蓄電装置23の周囲に点検のための作業スペースを確保することが容易である。これにより、蓄電装置23へのアクセスが容易になり、作業者の安全確保も容易になる。
(11) By disposing the
なお、本実施形態では、蓄電装置23内に専用のラジエータおよびファンを内蔵する例を示した(図4)が、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、コントロールキャビネット1に備えられているクーラントの流路と蓄電装置のクーラント流路を共通化し、コントロールキャビネット1内のラジエータで蓄電装置23のクーラントの熱交換を行うことも可能である。
In the present embodiment, an example in which a dedicated radiator and fan are built in the
さらに、本実施形態では電池セル20同士、および電池モジュール202同士が電気的に直列接続された例を示したが、本発明はこれに限定されず、並列接続された部分があってもよい。
Furthermore, in this embodiment, although the
さらに、本実施形態の電池ユニット24はウォータージャケット203の両面に搭載された例を示したが、本発明はこれに限定されず、キャビネット29内の蓄電容量密度が許される場合は片面実装であっても差し支えない。
Furthermore, although the
次に、本発明をダンプトラックに適用した第2の実施形態について説明する。 Next, a second embodiment in which the present invention is applied to a dump truck will be described.
本実施形態のダンプトラックは、第1実施形態の蓄電装置23内の電池ユニット24のレイアウトを変更したものである。なお、本実施形態以下の実施形態において、上述した第1実施形態と同一の部材には同一の符号を付してその説明を省略し、異なる個所のみ説明する。
The dump truck of the present embodiment is obtained by changing the layout of the
図10に示すように、本実施形態の蓄電装置23Zは複数の電池ユニット24の長辺がそれぞれキャブ2後方の斜面に略平行かつウォータージャケット203の主面(最も広い面)がダンプトラック100Zの左右方向に向くようレイアウトされている。またC−C視でわかるように、紙面奥行き方向には上述と同様のレイアウトが複数構成されている。
As shown in FIG. 10, in the
図7からわかるように、クーラントはウォータージャケット203の長手方向を往復して流通するため、この実施形態によれば蓄電装置23Z内の温度分布を低減させることができる。また各電池の向きが統一されるため、各電池の特性が均等化する効果を得ることができる。
As can be seen from FIG. 7, the coolant flows back and forth in the longitudinal direction of the
また、本実施形態は、上述した実施例1の(1)〜(11)の作用効果を有する。 Further, the present embodiment has the effects (1) to (11) of the first embodiment described above.
以上、上述した実施の形態は必ずしも全てを備えたものでなくてもよく、一部を組み合わせて用いても良い。一部の実施の形態でも発明の効果があるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。 As described above, the embodiments described above are not necessarily all provided, and some of them may be used in combination. This is because some embodiments have the effects of the invention. In addition, the present invention is not limited to the above embodiment as long as the characteristics of the present invention are not impaired.
また、本発明では蓄電装置の蓄電デバイスとして電池(リチウムイオン二次電池を)用いた例を示したが、他の二次電池やキャパシタであっても差し支えない。 In the present invention, the battery (lithium ion secondary battery) is used as the power storage device of the power storage device. However, other secondary batteries or capacitors may be used.
1…コントロールキャビネット、2…キャブ、3…グリッドボックス、3R…グリッド抵抗、4…ボディ(ベッセル)、4a…ボディ4の背板、4b…キャノピ、4A…ボディ下面、4E…角部、5…燃料タンク、6…作動油タンク、7…前輪、8…後輪、8L,8R…左右後輪、9…減速機、9L,9R…左右減速機、10…走行モータ、10L,10R…左右走行モータ、11…エンジン、12…主発電機、13…補助発電機、14…整流器、15L,15R…左右主インバータ、16…チョッパ、17…補助インバータ、18…補助モータ、19…グリッドブロア、20…電池セル、21…昇降圧チョッパ、22…コイル、23,23Z…蓄電装置、24…電池ユニット、28…デッキ、28U…デッキ上面、28E…角部、29,29Z…キャビネット、30…配管、31…ポンプ、31i…ポンプ入口、31o…ポンプ出口、32…クレーンワイヤ、33…ホイストシリンダ、34…矢印、35…平面、36…フレーム、37…ステップ、38…回生コントローラ、39…チョッパ回路、40…ハンドレール、41…コンデンサ、42…流路、43…ラジエータ、44…ファン、50…遮蔽板(ガード)、91,92…砂利飛散方向、100,100Z…ダンプトラック、200C…電池缶、200D…電池蓋、201…セルホルダ、202…電池モジュール、203…ウォータージャケット、203i…ウォータージャケット入口、203o…ウォータージャケット出口、203A…上面体、203B…下面体 、203C…溝、204…熱伝導シート、207…バッテリーコントロールユニット、208…リレー、209…ディスコネクトスイッチ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Control cabinet, 2 ... Cab, 3 ... Grid box, 3R ... Grid resistance, 4 ... Body (vessel), 4a ... Back plate of
Claims (7)
前記電力の仕様を変換する電力変換手段と、
前記電力変換手段を通じて変換された電力により駆動するモータと、
前記モータにより駆動する車輪と、
前記モータと電力の授受を行う蓄電装置と、
操縦室である箱状に区画されたキャブと、
前記キャブの周囲に構成された平面状の床面であり、前記車輪の最上部よりも上方に位置するデッキと、
前記キャブの上方を覆うキャノピを有し、運搬物を積載するボディと、
を備え、
前記蓄電装置は、前記デッキの上面よりも上方に配置されたことを特徴とするダンプトラック。 A generator for generating electric power;
Power conversion means for converting the specifications of the power;
A motor driven by the power converted through the power conversion means;
Wheels driven by the motor;
A power storage device that exchanges power with the motor;
A box-shaped cab that is a cockpit;
A flat floor surface formed around the cab, and a deck positioned above the top of the wheel;
A body having a canopy that covers the upper side of the cab;
With
The dump truck according to claim 1, wherein the power storage device is disposed above an upper surface of the deck.
前記蓄電装置は、前記キャブよりも後側に配置されたことを特徴とするダンプトラック。 The dump truck according to claim 1,
The dump truck according to claim 1, wherein the power storage device is arranged on a rear side of the cab.
前記蓄電装置は、前記キャブの背面と前記ボディの背板との間の空間に配置されたことを特徴とするダンプトラック。 The dump truck according to claim 2,
The dump truck according to claim 1, wherein the power storage device is disposed in a space between a back surface of the cab and a back plate of the body.
前記キャブの背面及び前記ボディの背板は上方が下方に対して前方に位置するよう前傾しており、
前記蓄電装置は、前記キャブの背面及び前記ボディの背板の傾きに合わせて、前傾配置されていることを特徴とするダンプトラック。 The dump truck according to claim 3,
The back surface of the cab and the back plate of the body are inclined forward so that the upper side is positioned forward with respect to the lower side,
The dump truck according to claim 1, wherein the power storage device is inclined forward according to the inclination of the back surface of the cab and the back plate of the body.
前記蓄電装置は、複数の電池セルを積層した電池モジュールを複数搭載した電池ユニットを複数備え、前記複数の電池ユニットを一体化して構成されたことを特徴とするダンプトラック。 The dump truck according to claim 1,
The power storage device includes a plurality of battery units each including a plurality of battery modules in which a plurality of battery cells are stacked, and is configured by integrating the plurality of battery units.
前記電池ユニットは、天地方向又は左右方向の少なくとも一方向に、複数の段に分割配置されたことを特徴とするダンプトラック。 The dump truck according to claim 5,
The dump truck according to claim 1, wherein the battery unit is divided and arranged in a plurality of stages in at least one direction of the vertical direction and the horizontal direction.
前記電池ユニットは天地方向に複数の段に分割配置され、冷媒又は熱媒を流すウォータージャケットを備え、
前記ウォータージャケットは冷媒又は熱媒の入口と出口とをダンプトラックの車幅方向において同じ側の側面に備え、
前記複数の電池ユニットは、前記入口と前記出口とがダンプトラックの前後方向において同じ順番で分割配置され、
天地方向に隣接する二つの電池ユニットは、一方の電池ユニットが備えるウォータージャケットの冷媒又は熱媒の出口と他方の電池ユニットが備えるウォータージャケットの冷媒又は熱媒の入口とが配管で接続されたことを特徴とするダンプトラック。 The dump truck according to claim 6,
The battery unit is divided and arranged in a plurality of stages in the vertical direction, and includes a water jacket for flowing a refrigerant or a heat medium,
The water jacket is provided with an inlet and an outlet of a refrigerant or a heat medium on the same side surface in the vehicle width direction of the dump truck,
In the plurality of battery units, the inlet and the outlet are divided and arranged in the same order in the front-rear direction of the dump truck,
Two battery units adjacent to each other in the vertical direction are connected to the outlet of the water jacket refrigerant or heat medium provided in one battery unit and the inlet of the water jacket refrigerant or heat medium provided in the other battery unit by piping. Dump truck characterized by.
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