JP6032977B2 - ハイブリッド型ショベル - Google Patents

Description

本発明は、蓄電装置を有するハイブリッド型ショベルに関する。

近年、ハイブリッド型ショベルの開発が進められている。ハイブリッド型ショベルは、内燃機関等のエンジンと、電動発電機と、蓄電装置とを含む。エンジンが電動発電機を駆動することにより、電動発電機が発電を行う。発電された電力によって蓄電装置が充電される。蓄電装置の放電電力によって電動発電機が駆動されることにより、電動発電機がエンジンをアシストする。

寒冷地で作業を行う場合には、エンジンの暖機運転が必要である。暖機運転が必要となるような低温環境下では、蓄電装置の内部抵抗が大きくなる。内部抵抗が大きな状態で、蓄電装置に定格値の充電電流を供給すると、端子間電圧が過大になり、制御不能となる場合がある。制御不能な状況の発生を防止するために、蓄電装置を定格値の充放電電流で動作させる前に、蓄電装置を温めておくことが好ましい。

特許文献１に、蓄電装置を強制的に充放電させることで、内部発熱により蓄電装置を暖める技術が開示されている。

特開２０１０−１２７２７１号公報

蓄電装置を温めるために強制的な充放電を行うことは、エネルギの利用効率の低下につながる。

本発明の一観点によると、
操作者が乗り込むキャビンと、
前記キャビン内を温めるヒータコアと、
エンジンと、
前記エンジン及び前記ヒータコアを循環し、前記ヒータコアに加温媒体を供給する第１の循環系と、
直列に接続された複数の蓄電セル及び前記蓄電セルを収容する筐体を含む蓄電装置と、
前記筐体に形成されており、前記第１の循環系から分岐されて前記加温媒体が流れる加温流路と、
前記エンジンの暖機運転時に、前記エンジンによって暖められた前記加温媒体を前記加温流路に流すことによって前記蓄電装置を暖める制御装置と、
冷却用媒体を流す第２の循環系と
を有し、前記第２の循環系は、前記筐体に形成され、前記加温流路を兼ねる冷却流路を含み、
前記制御装置は、前記加温媒体が前記冷却流路を流れず、前記冷却媒体が前記冷却流路に流れる状態と、前記加温媒体が前記冷却流路を流れ、前記冷却媒体が前記冷却流路を流れない状態とを切り替えるハイブリッド型ショベルが提供される。

加温流路に加温媒体を流すことにより、蓄電セルを充放電させることなく、蓄電セルを暖めることができる。

図１は、実施例１によるハイブリッド型ショベルの側面図である。 図２は、実施例１によるハイブリッド型ショベルの概略平面図である。 図３は、実施例１によるハイブリッド型ショベルのブロック図である。 図４Ａ及び図４は、それぞれ実施例１による蓄電装置の上部筐体及び下部筐体の斜視図である。 図５は、下部筐体、及び下部筐体内に収容された部品の平面図である。 図６は、図５の一点鎖線６−６における断面図である。 図７は、冷却流路と加温流路との平面的な位置関係を示す平面図である。 図８は、図５の一点鎖線８−８における断面図である。 図９Ａ及び図９Ｂは、冷却媒体及び加温媒体の循環系統図である。 図１０は、実施例１の変形例による蓄電装置の断面図である。 図１１Ａは、図８に示した実施例１に対応するシミュレーションモデルを示す断面図であり、図１１Ｂは、図１０に示した実施例１の変形例に対応するシミュレーションモデルを示す断面図である。 図１２は、加温媒体の温度変化、及び測定点Ｐ１（図１１Ａ）、測定点Ｐ２（図１１Ｂ）の温度変化を示すグラフである。 図１３は、実施例２による蓄電装置の断面図である。 図１４は、実施例３による蓄電装置の断面図である。 図１５は、実施例４による蓄電装置の断面図である。 図１６は、実施例４の変形例による蓄電装置の断面図である。 図１７は、実施例５による蓄電装置の部分斜視図である。 図１８Ａ及び図１８Ｂは、実施例５による蓄電装置の冷却媒体及び加温媒体の循環系統図である。

［実施例１］
図１に、実施例１によるハイブリッド型ショベルの側面図を示す。下部走行体２０に、旋回軸受け２１を介して上部旋回体２２が搭載されている。上部旋回体２２は、旋回フレーム２２Ａ、カバー２２Ｂ、及びキャビン２２Ｃを含む。旋回フレーム２２Ａは、キャビン２２Ｃ、及び種々の部品の支持構造体として機能する。カバー２２Ｂは、旋回フレーム２２Ａに搭載された種々の部品を覆う。

上部旋回体２２に、ブーム２３が取り付けられている。ブーム２３は、油圧駆動されるブームシリンダ２４により、上部旋回体２２に対して上下方向に揺動する。ブーム２３の先端に、アーム２５が取り付けられている。アーム２５は、油圧駆動されるアームシリンダ２６により、ブーム２３に対して前後方向に揺動する。アーム２５の先端にバケット２７が取り付けられている。バケット２７は、油圧駆動されるバケットシリンダ２８により、アーム２５に対して揺動する。

蓄電装置３０が、蓄電装置用マウント３１及びダンパ（防振装置）３２を介して、旋回フレーム２２Ａに搭載されている。カバー２２Ｂが蓄電装置３０を覆う。キャビン２２Ｃ内に、ヒータコア３５が収納されている。

図２に、実施例１によるハイブリッド型ショベルの概略平面図を示す。上部旋回体２２が、旋回軸受け２１を介して、下部走行体２０に取り付けられている。上部旋回体２２に、蓄電装置３０、エンジン４０、油圧ポンプ（メインポンプ）４１、旋回モータ４２、油タンク４３、ラジエター４４、電動発電機４５、インバータ４６、及びウォーターポンプ４７が搭載されている。トルク伝達機構４８が、エンジン４０、メインポンプ４１、及び電動発電機４５を相互に連結する。キャビン２２Ｃ内に、ヒータコア３５及び座席３６が装備されている。ヒータコア３５は、キャビン２２Ｃ内を暖気する。

エンジン４０には、燃料の燃焼により動力を発生する内燃機関、例えばディーゼルエンジンが用いられる。油圧ポンプ４１は、ブーム２３等を駆動するための油圧シリンダに圧油を供給する。旋回用電動モータ４２が、上部旋回体２２を、下部走行体２０に対して時
計回りまたは反時計周りに旋回させる。油タンク４３は、油圧回路の油を貯蔵する。

電動発電機４５は、エンジン４０の動力によって駆動され、発電を行う（発電運転）。発電された電力は、蓄電装置３０に供給され、蓄電装置３０が充電される。また、電動発電機４５は、蓄電装置３０からの電力によって駆動され、エンジン４０をアシストするための動力を発生する（アシスト運転）。電動発電機４５には、例えば磁石がロータ内部に埋め込まれた内部磁石埋込型（ＩＰＭ）モータが用いられる。インバータ４６は、旋回モータ４２及び電動発電機４５を制御する。ウォーターポンプ４７は、冷却媒体を循環させる。操作者が、キャビン２２Ｃに乗り込み、座席３６に着座する。

図３に、実施例１によるハイブリッド型ショベルのブロック図を示す。図３において、機械的動力系を二重線で表し、高圧油圧ラインを太い実線で表し、電気系統を細い実線で表し、パイロットラインを破線で表す。

エンジン４０の駆動軸がトルク伝達機構４８の入力軸に連結されている。電動発電機４５の駆動軸が、トルク伝達機構４８の他の入力軸に連結されている。トルク伝達機構４８は、２つの入力軸と１つの出力軸とを有する。この出力軸に、メインポンプ４１の駆動軸が連結されている。

エンジン４０に加わる負荷が大きい場合には、電動発電機４５がアシスト運転を行い、電動発電機４５の駆動力がトルク伝達機構４８を介してメインポンプ４１に伝達される。これにより、エンジン４０に加わる負荷が軽減される。一方、エンジン４０に加わる負荷が小さい場合には、エンジン４０の駆動力がトルク伝達機構４８を介して電動発電機４５に伝達されることにより、電動発電機４５が発電運転される。電動発電機４５のアシスト運転と発電運転との切り替えは、電動発電機４５に接続されたインバータ４６Ａにより行われる。インバータ４６Ａは、制御装置５０により制御される。

メインポンプ４１は、高圧油圧ライン６０を介して、コントロールバルブ６１に油圧を供給する。コントロールバルブ６１は、操作者からの指令により、油圧モータ６２Ａ、６２Ｂ、ブームシリンダ２４、アームシリンダ２６、及びバケットシリンダ２８に油圧を分配する。油圧モータ６２Ａ及び６２Ｂは、それぞれ下部走行体２０（図１、図２）に備えられた左右の２本のクローラを駆動する。

電動発電機４５の電気系統の入出力端子が、インバータ４６Ａを介して蓄電回路３９に接続されている。蓄電回路３９は蓄電装置３０を含む。インバータ４６Ａは、制御装置５０からの指令に基づき、電動発電機４５の運転制御を行う。蓄電回路３９には、さらに、他のインバータ４６Ｂを介して旋回モータ４２が接続されている。蓄電回路３９及びインバータ４６Ｂは、制御装置５０により制御される。

電動発電機４５がアシスト運転されている期間は、必要な電力が、蓄電回路３９から電動発電機４５に供給される。電動発電機４５が発電運転されている期間は、電動発電機４５によって発電された電力が、蓄電回路３９に供給される。

旋回モータ４２は、インバータ４６Ｂによって交流駆動され、力行動作及び回生動作の双方の運転を行うことができる。旋回モータ４２には、例えばＩＰＭモータが用いられる。ＩＰＭモータは、回生時に大きな誘導起電力を発生する。

旋回モータ４２の力行動作中は、旋回モータ４２が減速機５１を介して、上部旋回体２２（図１、図２）を旋回させる。回生運転時には、上部旋回体２２の回転運動が、減速機５１を介して旋回モータ４２に伝達されることにより、旋回モータ４２が回生電力を発生
する。レゾルバ５２が、旋回モータ４２の回転軸の回転方向の位置を検出する。検出結果は、制御装置５０に入力される。旋回モータ４２の運転前と運転後における回転軸の回転方向の位置を検出することにより、旋回角度及び旋回方向が導出される。

メカニカルブレーキ５３が、旋回モータ４２の回転軸に連結されており、機械的な制動力を発生する。メカニカルブレーキ５３の制動状態と解除状態とは、制御装置５０からの制御を受け、電磁的スイッチにより切り替えられる。

パイロットポンプ６３が、油圧操作系に必要なパイロット圧を発生する。発生したパイロット圧は、パイロットライン６４を介して操作装置６５に供給される。操作装置６５は、レバーやペダルを含み、操作者によって操作される。操作装置６５は、パイロットライン６４から供給される１次側の油圧を、操作者の操作に応じて、２次側の油圧に変換する。２次側の油圧は、油圧ライン６６を介してコントロールバルブ６１に伝達されると共に、他の油圧ライン６７を介して圧力センサ６８に伝達される。

圧力センサ６８で検出された圧力の検出結果が、制御装置５０に入力される。これにより、制御装置５０は、下部走行体２０、旋回モータ４２、ブーム２３、アーム２５、及びバケット２７（図１、図２）の操作の状況を検知することができる。

図４Ａ及び図４Ｂに、それぞれ実施例１による蓄電装置３０（図１〜図３）の上部筐体及び下部筐体の斜視図を示す。

図４Ｂに示すように、下部筐体７０は、長方形の底面８０と、その縁から上方に向かって伸びる４枚の側面８１とを含む。下部筐体７０の上部は開放されている。下部筐体７０の開放部が、上部筐体７１（図４Ａ）で塞がれる。側面８１の上端に鍔８２が設けられている。鍔８２に、ボルトを通すための複数の貫通孔８３が形成されている。下部筐体７０及び上部筐体７１の各々は、例えば鋳造法により形成される。

底面８０の上に、２つの蓄電モジュール７２が取り付けられている。蓄電モジュール７２の各々は、複数の蓄電セルを積層した構造を有する。２つの蓄電モジュール７２は、蓄電セルの積層方向が相互に平行になるように並んで配置される。蓄電モジュール７２の積層方向と交差する１つの側面８１の中央に開口８４が形成されている。

開口８４が形成された側面８１の外側に、開口８４を塞ぐように、コネクタボックス８５が配置されている。コネクタボックス８５の上面は開放されている。この開放部は、コネクタによって塞がれる。蓄電モジュール７２が、コネクタを介して外部の電気回路に接続される。

上部筐体７１は、上面９０と、その縁から下方に延びる側面９１とを含む。上面９０の外周は、下部筐体７０の底面８０の外周に整合する。上部筐体７１の側面９１の高さは、下部筐体７０の側面８１の高さより低い。例えば、側面９１の高さは、側面８１の高さの約２５％である。側面９１の下端に鍔９２が設けられている。鍔９２に、複数の貫通孔９３が形成されている。貫通孔９３は、下部筐体７０の貫通孔８３に対応する位置に配置されている。

上面９０の外側の表面に、冷却媒体用の冷却流路を構成するための溝９５が形成されている。溝９５内に、冷却媒体の流れの方向に沿う複数の隔壁９６が形成されている。隔壁９６によって、溝９５内の空間が複数の冷却流路９７に区分される。溝９５の上部開口面は、上面９０の外側の表面に接触するように取り付けられる平板（図示せず）で塞がれる。

複数の冷却流路９７は、蓄電モジュール７２に対応する領域（重なる領域）において密に配置されるような平面形状を有する。また、複数の冷却流路９７は、その端部において１本の冷却流路に合流し、側面９１に設けられた流出入口９８に連続している。

図４Ｂには現れていないが、下部筐体７０の底面８０の外側の表面にも、溝９５及び隔壁９６と同様の構造の溝及び隔壁が設けられており、冷却流路９７と同様の冷却流路が形成されている。下部筐体７０にも、冷却流路に接続された流出入口９９が設けられている。

下部筐体７０の底面８０の四隅から側方に、締結部７３が突出している。締結部７３に貫通孔７４が形成されている。貫通孔７４にボルトを通すことにより、下部筐体７０がダンパ３２（図１）に取り付けられる。

図５に、下部筐体７０、及び下部筐体７０内に収容された部品の平面図を示す。底面８０の上に蓄電モジュール７２が配置されている。以下、蓄電モジュール７２の構造について説明する。

複数の蓄電セル１０１と複数の伝熱板１０２とが積み重ねられている。蓄電セル１０１の各々には、例えば、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン二次電池等が用いられる。伝熱板１０２には、例えばアルミニウム板が用いられる。図５では、蓄電セル１０１と伝熱板１０２とが１枚ずつ交互に積み重ねられた例を示しているが、必ずしも１枚ずつ交互に重ねる必要はない。例えば、２枚の蓄電セル１０１と１枚の伝熱板１０２とを一組として積み重ねてもよい。

蓄電セル１０１と伝熱板１０２との積層体の両端に加圧板１０３が配置されている。複数、例えば４本のタイロッド１０４が、一方の加圧板１０３から他方の加圧板１０３まで達し、蓄電セル１０１と伝熱板１０２との積層体に、積層方向の圧縮力を印加している。

複数の蓄電セル１０１が、電極タブ１０５同士を接続することによって直列接続されている。電極タブ１０５は、伝熱板１０２の縁よりも外側において、相互に接続されており、伝熱板１０２から絶縁されている。直列接続された蓄電セル１０１の両端の電極タブ１０５が、蓄電モジュール３０を充放電するための端子１０６となる。

一方の蓄電モジュール７２の一方の端子１０６と、他方の蓄電モジュール７２の一方の端子１０６とが、バスバー１０７、リレー回路１０８等を介して、コネクタ１０９に接続されている。コネクタ１０９に接続されていない方の端子１０６同士が、ヒューズ１１０を介して相互に接続されている。下部筐体７０内の空きスペースに、蓄電モジュール３０の動作に必要な電装部品１１１が収容されている。

図６に、図５の一点鎖線６−６における断面図を示す。蓄電モジュール７２の加圧板１０３が、下部筐体７０の底面８０に、ビスで固定されている。下部筐体７０の上方の開口部が、上部筐体７１で塞がれている。下部筐体７０の鍔８２と、上部筐体７１の鍔９２とを、締結具７５が貫通する。締結具７５は、下部筐体７０と上部筐体７１とに、両者を近づける向きの力を印加する。下部筐体７０と上部筐体７１との接触面に、必要に応じてガスケットが挿入される。これにより、下部筐体７０と上部筐体７１との間の空間が、外部から気密に隔離される。蓄電モジュール７２が、上部筐体７１と下部筐体７０とで構成される筐体内に、強固に、かつ摺動不能に固定されている。なお、コネクタボックス８５（図４Ｂ）に、外部からアクセス可能な開口部が設けられている。この開口部も、気密コネクタ等により気密に閉じられる。

伝熱板１０２が、その下側の端面において下部筐体７０の底面８０に接触し、上側の端面において上部筐体７１の上面９０に接触する。締結具７５によって上部筐体７１が下部筐体７０に押し付けられているため、伝熱板１０２の位置が筐体内で強固に固定される。

上部筐体７１の上面９０の外側の表面に、平板１２０が密着している。平板１２０は、例えばビスによって上部筐体７１に固定される。上面９０に形成された溝９５（図４Ａ）と、平板１２０とにより、冷却流路９７が形成される。下部筐体７０の底面８０の外側の表面に、中間板１２５が密着している。底面８０に形成された溝と中間板１２５とにより、冷却流路１１５が形成される。なお、冷却流路９７、１１５からの冷却媒体の漏れを防止するために、中間板１２５と底面８０との間、及び平板１２０と上面９０との間に、ガスケットを挿入してもよい。

蓄電セル１０１は、伝熱板１０２を介して、冷却流路９７、１１５を流れる冷却媒体と熱的に結合する。上部筐体７１を下部筐体７０に押し付ける力によって、伝熱板１０２の端面が底面８０及び上面９０に密着する。これにより、伝熱板１０２から底面８０及び上面９０への熱伝達効率を高めることができる。

中間板１２５の外側の表面に、溝１２６が形成されている。溝１２６の開口面が、平板１２７で塞がれている。溝１２６と平板１２７とにより、加温流路１２８が形成される。加温流路１２８を流れる加温媒体が、中間板１２５、底面８０、伝熱板１０２を介して、蓄電セル１０１に熱的に結合する。加温流路１２８に加温媒体を流すことにより、蓄電セル１０１を暖めることができる。

図７に、冷却流路１１５と加温流路１２８との平面的な位置関係の一例を示す。一対の流出入口９９の間に、６本の冷却流路１１５が並列に配置されている。冷却流路１１５の各々は、ミアンダ形状を有する。具体的には、冷却流路１１５の各々は、相互に平行に配置された３本の第１の直線部分１１５Ａ、第２の直線部分１１５Ｂ、及び第３の直線部分１１５Ｃを含む。第１の直線部分１１５Ａは、一方の流出入口９９から流入した冷却媒体を第１の方向に流す。第１の直線部分１１５Ａを流れた冷却媒体が、第２の直線部分１１５Ｂに流入する。第２の直線部分１１５Ｂは、冷却媒体を第１の方向とは反対向きの第２の方向に流す。第２の直線部分１１５Ｂを流れた冷却媒体が、第３の直線部分１１５Ｃに流入する。第３の直線部分１１５Ｃは、冷却媒体を第１の方向に流す。

６本の冷却流路１１５の第１の直線部分１１５Ａは、すべて一方の蓄電モジュール７２と重なる位置に配置される。６本の冷却流路１１５の第３の直線部分１１５Ｃは、すべて他方の蓄電モジュール７２と重なる位置に配置される。６本の第２の直線部分１１５Ｂのうち３本が一方の蓄電モジュール７２と重なり、他の３本が他方の蓄電モジュール７２と重なるように、第２の直線部分１１５Ｂが配置されている。

加温流路１２８は、例えば、相互に平行に配置された４本の直線部分を含む。この４本の直線部分が順番に接続されて、１本のミアンダ状の流路を構成する。４本の直線部分のうち２本が、一方の蓄電モジュール７２と重なり、他の２本が、他方の蓄電モジュール７２と重なる。なお、図７に示した冷却流路１１５及び加温流路１２８の平面形状は一例であり、他の形状を採用することも可能である。

図８に、図５の一点鎖線８−８における断面図を示す。蓄電セル１０１の積層方向に平行な視線で見たとき、蓄電モジュール７２の上下に、それぞれ第１の壁板１３０が配置され、蓄電モジュール７２の左右に、それぞれ第２の壁板１３１が配置される。第１の壁板１３０の一方（下側の壁板）は、下部筐体７０の底面８０、中間板１２５、及び平板１２
７で構成され、他方（上側の壁板）は、上部筐体７１の上面９０及び平板１２０で構成される。第２の壁板１３１は、下部筐体７０の側面８１、及び上部筐体７１の側面９１で構成される。

伝熱板１０２の下端が、下側の第１の壁板１３０に接し、上端が、上側の第１の壁板１３０に接している。蓄電セル１０１の各々の左側の縁及び右側の縁から、それぞれ電極タブ１０５が引き出されている。電極タブ１０５は、伝熱板１０２の縁より外側を通って、隣の蓄電セル１０１の電極タブ１０５に接続される。タイロッド１０４が、伝熱板１０２及び電極タブ１０５と接触しない位置に配置されている。

下部筐体７０の底面８０と中間板１２５とにより、冷却流路１１５が形成され、上部筐体７１の上面９０と平板１２０とにより、冷却流路９７が形成されている。すなわち、第１の壁板１３０に、冷却流路９７、１１５が形成されている。図８の横方向（幅方向）に関して、冷却流路９７、１１５は、伝熱板１０２が配置された領域内に優先的に配置されている。このため、伝熱板１０２を効率的に冷却することができる。

中間板１２５と平板１２７とにより、加温流路１２８が形成されている。すなわち、下側の第１の壁板１３０に、加温流路１２８が形成されている。加温流路１２８も、伝熱板１０２が配置された領域内に優先的に配置される。このため、伝熱板１０２を効率的に暖めることができる。

実施例１においては、冷却流路１１５は、加温流路１２８が形成されている壁板と同一の壁板、すなわち下側の第１の壁板１３０に形成されている。壁板の厚さ方向に関して、加温流路１２８は、冷却流路１１５より外側に配置されている。このため、加温流路１２８が、蓄電セル１０１の冷却の妨げになることはない。蓄電セル１０１の暖機を行う（暖める）際には、加温流路１２８から蓄電セル１０１まで、冷却流路１１５を厚さ方向に横切る熱流路が形成される。

図９Ａに、冷却媒体及び加温媒体の循環系統図を示す。ウォーターポンプ４７Ｂ、エンジン４０、及びヒータコア３５を循環する第１の循環系１３５と、ウォーターポンプ４７Ａ、冷却流路９７、１１５、インバータ４６Ａ、４６Ｂ、旋回モータ４２、電動発電機４５、及びラジエター４４を循環する第２の循環系１３６が構成されている。第１の循環系１３５は、エンジン４０を冷却することによって暖められた加温媒体を、ヒータコア３５に供給する。これにより、キャビン２２Ｃ（図１）内を暖めることができる。

第１の循環系１３５に、分岐路１３７が設けられている。分岐路１３７は、第１の循環系１３５から分岐した後、開閉バルブ１３８及び加温流路１２８を経由して、第１の循環系１３５に合流する。分岐路１３７はヒータコア３５に対して並列に接続されている。開閉バルブ１３８を開くと、一部の加温媒体が、第１の循環系１３５から分岐されて加温流路１２８を流れる。

第２の循環系１３６に、冷却流路９７、１１５を迂回する迂回流路１３９が形成されている。迂回流路１３９に開閉バルブ１４０が挿入されており、冷却流路９７、１１５を含む経路に開閉バルブ１４１が挿入されている。開閉バルブ１４０、１４１は、冷却媒体を冷却流路９７、１１５に流す状態と、迂回流路１３９に流す状態とを切り替える切換装置としての役割を持つ。開閉バルブ１３８、１４０、１４１は、制御装置５０により制御される。

図９Ｂに、暖機運転時に加温媒体及び冷却媒体が流れる経路を示す。暖機運転時には、開閉バルブ１３８、１４０が開かれ、開閉バルブ１４１が閉じられる。第１の循環系１３
５を流れる加温媒体の一部が加温流路１２８を流れるため、蓄電装置３０内の蓄電セル１０１（図５）を暖めることができる。このとき、冷却媒体は、冷却流路９７、１１５を迂回して、迂回流路１３９を流れる。このため、冷却媒体が、蓄電装置３０の暖機の妨げになることはない。また、迂回流路１３９が形成されているため、蓄電装置３０の暖機中にも、インバータ４６Ａ、４６Ｂ、旋回モータ４２、及び電動発電機４５を冷却することができる。

図１０に、実施例１の変形例による蓄電装置の断面図を示す。実施例１では、図８に示したように、第１の壁板１３０のうち下側の壁板にのみ加温流路１２８が形成されていた。図１０に示した変形例では、上部筐体７１の上面９０と平板１２０との間に、中間板１４５が挿入されている。中間板１４５の外側の表面に溝が形成されている。この溝と、平板１２０とにより、加温流路１２９が形成される。このように、変形例では、第１の壁板１３０のうち、上側の壁板にも加温流路１２９が形成されている。

図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２を参照して、加温流路に加温媒体を流すことによる温度上昇のシミュレーション結果について説明する。図１１Ａは、図８に示した実施例１に対応するシミュレーションモデルを示し、図１１Ｂは、図１０に示した実施例１の変形例に対応するシミュレーションモデルを示す。なお、図１１Ａ、図１１Ｂは、蓄電セルの積層方向に関して、シミュレーション対象の蓄電装置の半分の領域を示す。

図１１Ａ、図１１Ｂのいずれのモデルにおいても、蓄電セル１０１と伝熱板１０２との積層体の上下に、第１の壁板１３０が配置されている。第１の壁板１３０内に冷却流路９７、１１５が形成されている。図１１Ａに示したモデルにおいては、下側の第１の壁板１３０に加温流路１２８が形成されている。図１１Ｂに示したモデルにおいては、さらに、上側の第１の壁板１３０にも加温流路１２９が形成されている。図１１Ａに示したモデルにおいては、積層方向に関する対称性を利用することにより、蓄電装置の１／２の領域についてシミュレーションを行った。図１１Ｂに示したモデルにおいては、積層方向、及び上下方向の対称性を利用することにより、蓄電装置の１／４の領域についてシミュレーションを行った。冷却流路９７、１１５内には、水が充填されていると仮定した。

図１１Ａのモデルにおいては、蓄電セル１０１の積層方向の端から約１／４の位置にある蓄電セル１０１の上端を、測定点Ｐ１とした。図１１Ｂのモデルにおいては、蓄電セル１０１の積層方向の端から約１／４の位置にある蓄電セル１０１の中央を、測定点Ｐ２とした。いずれのモデルにおいても、上下方向に関して加温流路１２８、１２９から最も遠い点を測定点Ｐ１、Ｐ２として採用した。

図１２に、加温媒体の温度変化、及び測定点Ｐ１（図１１Ａ）、測定点Ｐ２（図１１Ｂ）の温度変化を示す。図１２の横軸は、経過時間を単位「分」で表す。縦軸は、温度を単位「℃」で表す。加温媒体の温度変化を白丸記号及び破線で示す。この加温媒体の温度変化は、ショベルの始動前の外気温を−２０℃と仮定したとき、エンジン始動後に第１の循環系１３５（図９Ａ）を循環する加温媒体の温度変化の一例に相当する。細い実線及び太い実線は、それぞれ測定点Ｐ１、Ｐ２の温度変化のシミュレーション結果を示す。

測定点Ｐ１、Ｐ２の温度は、加温媒体の温度変化に遅れて徐々に上昇している。測定点Ｐ２の温度上昇が測定点Ｐ１の温度上昇より速い。これは、図１１Ａに示したモデルでは、蓄電セル１０１を下側のみから暖めているのに対し、図１１Ｂに示したモデルでは、蓄電セル１０１を上下両方から暖めているためである。

一般的に、電気二重層キャパシタの温度が０℃以上になると、電気二重層キャパシタに定格値の充放電電流を流すことが可能になる。図１１Ａに示したモデルでは、エンジン始
動から約２６分後に、測定点Ｐ１の温度が０℃まで上昇している。図１１Ｂに示したモデルでは、エンジン始動から約１４分後に、測定点Ｐ２の温度が０℃まで上昇している。

実施例１及びその変形例では、ヒータコア３５（図９Ａ）に流れる加温媒体を利用して、蓄電セルを温めている。蓄電セルの暖機のために、蓄電セルを充放電させる必要がない。すなわち、暖機のために、蓄電セルに蓄積された電気エネルギを使用しない。このため、エネルギの無駄な使用を回避することができる。

［実施例２］
図１３に、実施例２による蓄電装置の断面図を示す。以下、実施例１との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。図１３に示した蓄電装置と、実施例１によるショベルに搭載される蓄電装置との、相互に対応する構成部分には、同一の参照符号が付されている。

実施例１においては、図８に示したように、第１の壁板１３０のうち下側の壁板に加温流路１２８が形成されていた。実施例２では、蓄電モジュール７２の左右に配置された第２の壁板１３１に加温流路１４７が形成されている。

下部筐体７０の側面８１の外側の表面、及び上部筐体７１の側面９１の外側の表面に、溝１４８が形成されている。溝１４８の開口面が、平板１４９で塞がれている。溝１４８と平板１４９とにより、加温流路１４７が形成される。伝熱板１０２は、側面８１、９１には接触していない。このため、加温流路１４７を流れる加温媒体の熱は、底面８０及び上面９０を経由して伝熱板１０２に伝わる。

実施例１の場合には、加温流路１２８から伝熱板１０２に至る熱流路が、下部筐体７０と中間板１２５との境界面と交差している。この境界面が熱抵抗として作用する。実施例２においては、加温流路１４７から伝熱板１０２までの熱流路に、このような境界面が存在しない。第１の壁板１３０及び第２の壁板１３１のうち、一方に加温流路を形成し、他方に冷却流路を形成することにより、加温流路と伝熱板１０２との間の熱流路に、上述のような境界面が存在しない構成とすることができる。熱流路の長さの観点では、実施例１の構成が好ましいが、熱流路が境界面と交差しないという点で、実施例２の方が好ましい。

［実施例３］
図１４に、実施例３による蓄電装置の断面図を示す。以下、実施例１との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。図１４に示した蓄電装置と、実施例１によるショベルに搭載される蓄電装置との、相互に対応する構成部分には、同一の参照符号が付されている。

実施例３においては、１対の第１の壁板１３０に形成された加温流路１２８、１２９に加えて、第２の壁板１３１にも加温流路１４７が形成されている。加温流路１４７は、実施例２による蓄電装置の加温流路１４７（図１３）と同一の構成を有する。実施例３のように、第１の壁板１３０と第２の壁板１３１との両方に加温流路を形成してもよい。

［実施例４］
図１５に、実施例４による蓄電装置の断面図を示す。以下、実施例１との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。図１５に示した蓄電装置と、実施例１によるショベルに搭載される蓄電装置との、相互に対応する構成部分には、同一の参照符号が付されている。

実施例１では、図８に示したように、中間板１２５に形成された溝と平板１２７とにより加温流路１２８が形成されていた。実施例４においては、加温流路１２８を形成するための溝が、下部筐体７０の底面８０の外側の表面に形成されている。実施例４では、中間板１２５（図８）は配置されない。加温流路１２８は、平面視において冷却流路１１５と重ならない位置に配置される。加温流路１２８と冷却流路１１５とは、筐体７０の壁板内の同一の仮想平面上に配置される。

図１６に、実施例４の変形例による蓄電装置の断面図を示す。この変形例では、上部筐体７１の上面９０の外側の表面にも、加温流路１２９を形成するための溝が形成されている。このため、１対の第１の壁板１３０の両方に、加温流路１２８、１２９が形成される。

実施例４、及びその変形例では、図１３に示した実施例２の場合と同様に、加温流路１２８、１２９と伝熱板１０２との間の熱流路が、異なる２つの部材の境界面と交差しない。このため、熱流路の熱抵抗増大を抑制することができる。

［実施例５］
図１７に、実施例５による蓄電装置の部分斜視図を示す。以下、実施例１との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。図１７に示した蓄電装置と、実施例１によるショベルに搭載される蓄電装置との、相互に対応する構成部分には、同一の参照符号が付されている。

実施例５では、上部筐体７１に形成された冷却流路９７が、加温流路を兼ねている。流出入口９８の各々に、分岐路１３７と第２の循環系１３６の経路との両方が接続されている。入側の分岐路１３７及び第２の循環系１３６に、それぞれ開閉バルブ１３８、１４１が挿入されている。出側の分岐路１３７及び第２の循環系１３６に、それぞれ開閉バルブ１４３、１４２が挿入されている。下部筐体７０に形成された冷却流路１１５（図６、図８）も、加温流路を兼ねる。従って、実施例５では、中間板１２５（図６、図８）は配置されない。

図１８Ａに、冷却媒体及び加温媒体の循環系統図を示す。冷却流路９７、１１５が、第１の循環系１３５から分岐した分岐路１３７と、第２の循環系１３６との両方に挿入されている。蓄電装置３０を冷却するときには、開閉バルブ１３８、１４０、１４３を閉じ、開閉バルブ１４１、１４２を開く。これにより、第２の循環系１３６を流れる冷却媒体が、冷却流路９７、１１５に流入する。

図１８Ｂに示すように、蓄電装置３０を暖めるときには、開閉バルブ１３８、１４３を開き、開閉バルブ１４１、１４２を閉じる。これにより、分岐路１３７を流れる加温媒体が、冷却流路９７、１１５に流入する。加温流路を兼ねる冷却流路９７、１１５を加温媒体が流れることにより、蓄電装置３０を暖めることができる。開閉バルブ１４０を開くことにより、インバータ４６Ａ、４６Ｂ等を冷却することができる。

実施例５の構成では、蓄電装置３０を暖める状態（図１８Ｂ）から冷却する状態（図１８Ｂ）に切り替えるときに、第１の循環系１３５内の加温媒体の一部が第２の循環系１３６内に混入する。逆に、蓄電装置３０を冷却する状態（図１８Ａ）から暖める状態（図１８Ｂ）に切り替えるときに、第２の循環系１３６内の冷却媒体の一部が第１の循環系１３５内に混入する。加温媒体及び冷却媒体に同一の媒体を用いる場合には、両者が混ざっても問題は生じない。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。
例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

２０ 下部走行体
２１ 旋回軸受け
２２ 上部旋回体
２２Ａ 旋回フレーム
２２Ｂ カバー
２２Ｃ キャビン
２３ ブーム
２４ ブームシリンダ
２５ アーム
２６ アームシリンダ
２７ バケット
２８ バケットシリンダ
３０ 蓄電装置
３１ 蓄電装置用マウント
３２ ダンパ
３５ ヒータコア
３６ 座席
３９ 蓄電回路
４０ エンジン
４１ メインポンプ
４２ 旋回モータ
４３ 油タンク
４４ ラジエター
４５ 電動発電機
４６ インバータ
４７ ウォーターポンプ
４８ トルク伝達機構
５０ 制御装置
５１ 減速機
５２ レゾルバ
５３ メカニカルブレーキ
６０ 高圧油圧ライン
６１ コントロールバルブ
６２Ａ、６２Ｂ 油圧モータ
６３ パイロットポンプ
７０ 下部筐体
７１ 上部筐体
７２ 蓄電モジュール
７３ 締結部
７４ 貫通孔
７５ 締結具
８０ 底面
８１ 側面
８２ 鍔
８３ 貫通孔
８４ 開口
８５ コネクタボックス
９０ 上面
９１ 側面
９２ 鍔
９３ 貫通孔
９５ 溝
９６ 隔壁
９７ 冷却流路
９８、９９ 流出入口
１０１ 蓄電セル
１０２ 伝熱板
１０３ 加圧板
１０４ タイロッド
１０５ 電極タブ
１０６ 端子
１０７ バスバー
１０８ リレー回路
１０９ コネクタ
１１０ ヒューズ
１１１ 電装部品
１１５ 冷却流路
１１５Ａ 第１の直線部分
１１５Ｂ 第２の直線部分
１１５Ｃ 第３の直線部分
１２０ 平板
１２５ 中間板
１２６ 溝
１２７ 平板
１２８、１２９ 加温流路
１３０ 第１の壁板
１３１ 第２の壁板
１３５ 第１の循環系
１３６ 第２の循環系
１３７ 分岐路
１３８ 開閉バルブ
１３９ 迂回流路
１４０、１４１、１４２、１４３ 開閉バルブ
１４５ 中間板
１４７ 加温流路
１４８ 溝
１４９ 平板

Claims (5)

1. 操作者が乗り込むキャビンと、
   前記キャビン内を温めるヒータコアと、
   エンジンと、
   前記エンジン及び前記ヒータコアを循環し、前記ヒータコアに加温媒体を供給する第１の循環系と、
   直列に接続された複数の蓄電セル及び前記蓄電セルを収容する筐体を含む蓄電装置と、
   前記筐体に形成されており、前記第１の循環系から分岐されて前記加温媒体が流れる加温流路と、
   前記エンジンの暖機運転時に、前記エンジンによって暖められた前記加温媒体を前記加温流路に流すことによって前記蓄電装置を暖める制御装置と、
   冷却用媒体を流す第２の循環系と
   を有し、前記第２の循環系は、前記筐体に形成され、前記加温流路を兼ねる冷却流路を含み、
   前記制御装置は、前記加温媒体が前記冷却流路を流れず、前記冷却媒体が前記冷却流路に流れる状態と、前記加温媒体が前記冷却流路を流れ、前記冷却媒体が前記冷却流路を流れない状態とを切り替えるハイブリッド型ショベル。
2. 操作者が乗り込むキャビンと、
   前記キャビン内を温めるヒータコアと、
   エンジンと、
   前記エンジン及び前記ヒータコアを循環し、前記ヒータコアに加温媒体を供給する第１の循環系と、
   直列に接続された複数の蓄電セル及び前記蓄電セルを収容する筐体を含む蓄電装置と、
   前記筐体に形成されており、前記第１の循環系から分岐されて前記加温媒体が流れる加温流路と、
   前記エンジンの暖機運転時に、前記エンジンによって暖められた前記加温媒体を前記加温流路に流すことによって前記蓄電装置を暖める制御装置と、
   冷却用媒体を流す第２の循環系と、
   前記エンジンの動力によって駆動され、発電された電力によって前記蓄電装置を充電する電動発電機と、
   前記電動発電機を制御するインバータと
   を有し、
   前記第２の循環系は、前記筐体に形成された冷却流路を含み、前記インバータ及び前記電動発電機を循環するハイブリッド型ショベル。
3. 前記第２の循環系は、さらに、
   前記冷却流路を迂回する迂回流路と、
   冷却用媒体を前記冷却流路に流す状態と、前記迂回流路に流す状態とを切り替える切換装置と
   を有する請求項１または２に記載のハイブリッド型ショベル。
4. 前記加温流路は、前記ヒータコアに対して並列に接続されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載のハイブリッド型ショベル。
5. エンジンと、
   前記エンジンを冷却することによって暖められた加温媒体を流す循環系と、
   前記循環系を流れる前記加温媒体で暖められるか、または前記エンジンによって駆動される電動発電機及び前記電動発電機を制御するインバータを冷却する冷却媒体によって冷却されるとともに、前記電動発電機で発電された電力によって充電される蓄電装置と、
   前記エンジンの暖機運転時に、前記エンジンによって暖められた前記加温媒体を前記循環系に流すことによって前記蓄電装置を暖める状態と、前記冷却媒体によって前記蓄電装置を冷却する状態とを切り替える制御装置と
   を有するハイブリッド型ショベル。
   

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