JP5876746B2 - 建設機械のバッテリ装置 - Google Patents

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。排気口には多孔板や鎧戸が設けられている。

このような構造では、建設機械に風雨がかかると、水滴が排気口からバッテリ室の内部に進入する慮がある。水滴の進入を防止する為に冷却ファンを常時駆動した場合はエネルギー効率の低下やバッテリの温度が過度に低下するなどの問題が生じうる。一方で、水滴の侵入を防ぐためにバッテリ室を気密構造として、放熱板によってバッテリの熱を間接的に外部に放熱する方法も考えられるが、この場合は冷却効率が低下する。

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、風雨の影響を防止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、電力を蓄電するバッテリと、第１の壁部に形成され、外部から導入される空気が通過する吸気口と、第１の壁部に対向する第２の壁部に形成され、吸気口から導入された空気を外部へと排出する排気口と、第２の壁部の外側に排気口の周囲を囲んで設けられ、排気口から排出される空気を下端部に形成される開口部を通じて排出する排気カバーと、を有し、バッテリを収容する箱型のケースと、を備え、排気カバーは、開口部に向かうに従って第２の壁部へと近づく返し部と、排気カバーの内部で第２の壁部から開口部に向かって傾斜して設けられる返し板と、を備え、開口部の開口面積は、排気口の開口面積以上であ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の排気口に、返し部及び返し板を備える排気カバーを設けたので、排気カバーが排気を下方の開口部に導くと共に、返し部により水滴が排気カバー内部に進入することを防止し、返し板により排気カバー内部に進入した水滴が排気口に進入することを防止する。これにより、水滴等が排気口に直接飛散することがなく、ケースの内部に水滴が進入することを防止できる。

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バッテリ装置の斜視図である。 本発明の実施形態のバッテリ装置の排気カバーの断面図である。 本発明の実施形態のバッテリ装置の排気カバーの組立て方法を示す説明図である。

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、本実施形態の建設機械１０に搭載されるバッテリ装置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１１０の周囲を構成する壁部のうちの一方の壁部（第１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（第２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。なお、フィルタ１５１、フィルタ１５２ａ、１５２ｂは、例えば不織布によって構成される。

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。

図４は、本実施形態のバッテリ装置２０の説明図であり、図２における矢視Ａでの斜視図を示す。

バッテリ装置２０のケース１１０の背面側（壁部１１０ｂの外側）には、排気口１１２ａ、１１２ｂを覆う排気カバー２００が備えられる。

排気カバー２００は、排気口１１２ａ、１１２ｂの周囲をケース１１０の外周側から囲み、排気を下方へと導く。排気カバー２００が排気口１１２ａ、１１２ｂを囲み、排気を下方へ導くことによって、上方から滴下する雨水が排気口１１２ａ、１１２ｂからケース１１０の内部に進入することが防止される。

排気カバー２００は、冷却ファン２２０ａ、２２０ｂによって排気口１１２ａ、１１２ｂから排出される空気を、壁部１１０ｂの下方へと屈曲させて排出する。

排気カバー２００は、排気口１１２ａ、１１２ｂの上方で壁部１１０ｂと線状に接合して、下方へと壁部１１０ｂと離反する方向に傾斜して延設される傾斜部２１１と、傾斜部２１１の途中から屈曲して壁部１１０ｂと略平行に下方へと延設される垂直部２１２と、垂直部２１２の途中から屈曲して壁部１１０ｂと近接する方向へと延設される返し部２１３と、から成るカバー部材２０１と、カバー部材２０１の左右方向から壁部１１０ｂに略垂直に立設され、カバー部材２０１と壁部１１０ｂとを閉塞する一対の側部２３０ａ、２３０ｂと、から構成される。

返し部２１３は、カバー部材２０１において水平よりも斜め下方方向に傾斜して設けられる。また、返し部２１３の下側端部は、壁部１１０ｂと所定の距離を有しており、返し部２１３の下端部、側部２３０ａ、２３０ｂの下端部及び壁部１１０ｂとによって囲繞される開口部２４０が、排気カバー２００の下端部に向けて開口している。この開口部２４０が、冷却ファン２２０ａ、２２０ｂによって排気口１１２ａ、１１２ｂから排出される空気を、ケース１１０の外部へと排出する。なお、排気カバー２００の内部には、後述するように返し板２５０が備えられている。

図５は、本実施形態の排気カバー２００の説明図であり、図２におけるＢ−Ｂ断面図を示す。

排気カバー２００は、前述のように、カバー部材２０１と、カバー部材２０１の左右方向から壁部１１０ｂに略垂直に立設される一対の側部２３０ａ、２３０ｂと、から構成される。また、カバー部材２０１は、傾斜部２１１と、垂直部２１２と、返し部２１３とによって構成される。

カバー部材２０１に囲まれた壁部１１０ｂの外側には、返し板２５０が立設して備えられている。返し板２５０は、カバー部材２０１の内側に、排気口１１２ａ、１１２ｂよりも下方に向かって、水平よりも斜め下方方向に傾斜して設けられる。返し板２５０は、壁部１１０ｂから立設し、側部２３０ａと側部２３０ｂとにそれぞれ接合される。

この返し板２５０は次のような位置に配置され、排気口１１２ａ、１１２ｂからの排気を妨げず、開口部２４０からの水滴が排気口１１２ａ、１１２ｂに達することを防ぐように構成される。

返し板２５０の下側端部とカバー部材２０１の内面の距離をＸとし、開口部２４０における排気カバー２００の返し部２１３と壁部１１０ｂとの距離をＹとしたときに、ＸとＹは、少なくとも同一、または、ＹよりもＸが大きく形成される。この構成により、排気カバー２００の内部での開口面積、すなわち、返し板２５０の下側端部とこの下側端部に対向するカバー部材２０１の内面とによって囲まれる部分の面積は、排気口１１２ａ、１１２ｂの総開口面積と等しい、または大きくなる。従って、排気口１１２ａ、１１２ｂからの排出される空気は、排出するに従って開口面積が拡大するので、排圧が高くなることがなく、排出された空気が、抵抗なく開口部２４０から排気される。

また、カバー部材２０１の返し部２１３の下側端部と、排気口１１２ａ、１１２ｂとを線分（図５の一点鎖線で示す）で結んだとき、この直線に返し板２５０が介在するように、返し板２５０が配置されている。

この構成により、後述するように、風雨等によって水滴が排気カバー２００の開口部２４０から排気カバー２００の内部に飛散したとしても、返し板２５０によって邪魔されて、排気口１１２ａ、１１２ｂに水滴が飛散することが妨げられる。

このように、排気口１１２ａ、１１２ｂの外側に排気カバー２００を設けることによって、ケース１１０の外部から、排気口１１２ａ、１１２ｂに、風雨、水滴が直接進入することが防止される。

例えば、ケース１１０に風雨があった場合について説明する。

ケース１１０の上方から降雨があった場合は、排気カバー２００に降雨の水滴が滴下する。この水滴は、重力により排気カバー２００の傾斜部２１１、垂直部２１２を伝って下方へと流下する。垂直部２１２の下端には返し部２１３が壁部１１０ｂ側に屈曲しているので、水滴の大部分は、垂直部２１２と返し部２１３との境で下方に落下する。

一部の水滴は、返し部２１３を伝わって、開口部２４０の下端部で下方に落下する。このときバッテリ装置２０に対して風が吹き付けた場合は、開口部２４０の下端部の水滴は、風によりその一部が排気カバー２００の内部に飛散する。

このとき、前述のように、返し部２１３の下側端部と、排気口１１２ａ、１１２ｂとの間に返し板２５０が位置するように返し板２５０が形成されているので、排気カバー２００の内部に飛散した水滴は、返し板２５０に付着する。返し板２５０は下方に傾斜しているので、やがて下方と流下して、返し板２５０の下側端部から下方に落下する。

このような構造により、風雨があった場合にも、排気カバー２００の外面を流下する水滴は、返し部２１３によって下方へと落下する。また、風等の影響により水滴が開口部２４０から排気カバー２００の内面に飛散したとしても、排気口１１２ａ、１１２ｂに達することがないので、ケース１１０の内部に水滴が進入することがなく、バッテリ１２０の絶縁性に影響を与えることを防ぐことができる。

また、水滴が排気口１１２ａ、１１２ｂに達することがないので、フィルタ１５２ａ、１５２ｂに水滴が付着することによるフィルタ１５２ａ、１５２ｂの性能が低下して粉塵等がケース１１０に進入しやすくなることが防止できる。

なお、ここでは風雨による水滴の飛散を例に説明したが、例えば散水や水洗浄等によって建設機械１０に水滴が飛散する場合にも同様に、返し部２１３と、返し板２５０との構成によって、水滴が排気口１１２ａ、１１２ｂに達することを防止する。

次に、ケース１１０の組立て方法について説明する。

ケース１１０は、図２で前述したように、吸気口１１１が形成された壁部１１０ａと、二つの排気口１１２ａ、１１２ｂとが形成された壁部１１０ｂとを含む箱型形状を有している。これらは例えば防錆性の金属板等によって構成される。

これら壁部１１０ａ、１１０ｂと、左右の壁部１１０ｃ、１１０ｄと、底部１１０ｅとを、互いに溶接等によって接合して、箱型のケース１１０が組立てられる。

次に、排気カバー２００の組立て方法を説明する。

図６は、本実施形態の排気カバー２００の組立て方法を示す説明図である。

排気カバー２００は、前述したように、傾斜部２１１、垂直部２１２及び返し部２１３を有するカバー部材２０１と、側部２３０ａ、２３０ｂと、返し板２５０と、から構成される。

これらカバー部材２０１と、側部２３０ａ、２３０ｂと、返し板２５０と、は、予め規定のサイズに切断された後、カバー部材２０１については、傾斜部２１１、垂直部２１２及び返し部２１３の折り曲げ加工が行われている（図６（Ａ））。

次に、カバー部材２０１の両端側に、側部２３０ａ、２３０ｂを、例えば溶接等によって接合する（図６（Ｂ））。カバー部材２０１に側部２３０ａ、２３０ｂを接合した後、返し板２５０の両端部を、側部２３０ａ、２３０ｂの内面に溶接等によって接合する（図６（Ｃ））。

これらの処理により、排気カバー２００が組立てられる。

次に、排気カバー２００をケース１１０に接合する。前述のように組立てられた排気カバー２００を、ケース１１０の壁部１１０ｂの所定の位置に溶接等によって接合する。接合は、カバー部材２０１の上端部、側部２３０ａ、２３０ｂそれぞれの端部、及び、返し板２５０の端部で、壁部１１０ｂとの間で行われる。

このような処理によって、ケース１１０が組立てられる。

なお、ケース１１０の上面は、バッテリ１２０や冷却ファン２２０等をケース内に配置した後、ボルト等の手法によって接合される。

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、バッテリ１２０と、壁部１１０ａに形成され、外部から導入される空気が通過する吸気口１１１と、壁部１１０ａに対向する壁部１１０ｂに形成され、吸気口１１１から導入された空気を外部へと排出する排気口１１２ａ、１１２ｂと、壁部１１１ｂの外側に形成され、排気口１１２ａ、１１２ｂの周囲を囲むと共に、排気口１１２ａ、１１２ｂから排出される空気を下方に導く開口部２４０を有する排気カバー２００とを有するケースと、を備えて構成されている。

この排気カバー２００は、開口部２４０に向かうに従って壁部１１０ｂへと近づく返し部２１３と、排気カバー２００の内部で壁部１１０ｂの外側から開口部２４０に向かって傾斜して設けられる返し板２５０とを備える。

このように、排気カバー２００が排気を下方へと導くので、上方から滴下する雨水の水滴が排気口１１２ａ、１１２ｂに進入することが防止される。また、風によりバッテリ装置２０へと水滴が飛散したときにも、排気カバー２００の返し部２１３によって水滴が排気カバー２００に進入することが抑制される。また、排気カバー２００の内部に進入した水滴は、返し板２１３によって排気口１１２ａ、１１２ｂに到達することが妨げられる。このような構成により、水滴が排気口１１２ａ、１１２ｂからケース１１０の内部に進入することが防止されるので、バッテリ１２０や冷却ファン２２０等の電子部品に水滴が付着することによる影響を防止できる。

特に、ケース１１０の内部に水滴が進入することを防止するので、バッテリ１２０について、放熱板等を介した間接的な冷却ではなく、冷却ファンによる直接的な冷却を行うことができるようになるので、バッテリ１２０の冷却性能が向上し、バッテリ１２０の作動効率を向上できる。

なお、返し部２１３及び返し板２５０の傾斜角度は、返し部２１３については、ケース１１０の側方からの水滴の飛散を遮ると共に水滴を下方に滴下させるのに適切な角度（例えば水平方向に対して６０度）に設定され、返し板２５０については、開口部２４０から進入する下方からの水滴の飛散を遮ると共に水滴を下方に滴下させるのに適切な角度（例えば水平方向に対して３０度）とする。

また、排気カバー２００の内側には、返し部２１３の下側端部と、排気口１１２ａ、１１２ｂとの間の線分に介在する返し板２５０が配置されている。この構成により、開口部２４０から排気口１１２ａ、１１２ｂが直接視認できない（直線の経路がない）ため、開口部２４０から排気口１１２ａ、１１２ｂに水滴が飛散することを防止できる。

また、開口部２４０の開口面積は排気口１１２ａ、１１２ｂの総開口面積以上に形成されるので、排気口１１２ａ、１１２ｂから排出される空気は抵抗を受けることなく開口部２４０から排出される。

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、排気カバー２００を構成するカバー部材２０１と、側部２３０ａ、２３０ｂと、返し板２５０と、は平板の板金から折り曲げ加工されており、これらカバー部材２０１と、側部２３０ａ、２３０ｂと、返し板２５０とを溶接等によって接合することで排気カバー２００が構成されるので、複雑な曲面を形成する必要がなく、組み立て工程が増加することがないので、コストを大幅に増加させることなく、水滴がケース１１０の内部に進入することを防止できる構造を追加することができる。

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
１１０ ケース
１１１ 吸気口
１１２ａ、１１２ｂ 排気口
１２０ バッテリ
２００ カバー
２０１ カバー部材
２１０ 吸気ダクト
２１１ 傾斜部
２１２ 垂直部
２１３ 返し部
２２０ａ 冷却ファン
２３０ａ、２３０ｂ 側部
２４０ 開口部
２５０ 返し板

Claims (5)

1. 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、
   電力を蓄電するバッテリと、
   第１の壁部に形成され、外部から導入される空気が通過する吸気口と、
   前記第１の壁部に対向する第２の壁部に形成され、前記吸気口から導入された空気を外部へと排出する排気口と、
   前記第２の壁部の外側に前記排気口の周囲を囲んで設けられ、前記排気口から排出される空気を下端部に形成される開口部を通じて排出する排気カバーと、
   を有し、前記バッテリを収容する箱型のケースと、
   を備え、
   前記排気カバーは、
   前記開口部に向かうに従って前記第２の壁部へと近づく返し部と、
   前記排気カバーの内部で前記第２の壁部の外側から前記開口部に向かって傾斜して設けられる返し板と、
   を備え、前記開口部の開口面積は、前記排気口の開口面積以上である
   ことを特徴とする建設機械のバッテリ装置。
2. 前記返し部の下端部と前記排気口とを結ぶ線分の間に前記返し板が介在す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。
3. 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又は２に記載の建設機械のバッテリ装置。
4. 前記排気カバーは、
   前記第２の壁部に接合されて斜め下方に延設する傾斜部と、前記傾斜部から前記第２の壁部と略平行に下方に延設される垂直部と、前記垂直部から前記第２の壁部へと向かって屈曲して傾斜する前記返し部と、を有するカバー部材と、
   前記第２の壁部から垂直に立設して形成され、前記カバー部材の両端を閉塞する一組の側部と、
   前記排気カバーの内部で前記側部に接合されて、前記第２の壁部から前記開口部に向かって傾斜して設けられる前記返し板と、
   を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の建設機械のバッテリ装置。
5. 前記バッテリケースは、前記建設機械の車体の上部に載置され、
   前記排気口にはフィルタが備えられ、
   前記バッテリは、略平板状の外径を有する複数のバッテリセルからなり、
   前記バッテリセルは、前記ケース内で前記吸気口から前記排気口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、隣り合う前記バッテリセルと一定の間隙をおいて配置される
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の建設機械のバッテリ装置。

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