JP6583104B2 - 産業車両 - Google Patents

Description

本発明は、産業車両に関する。

従来から、エンジンと、エンジンの出力を補助するアシストモータと、アシストモータの電力源となるバッテリと、を備えた産業車両が知られている。冬季などの低温環境下では、バッテリの内部抵抗が大きくなり、バッテリの出力が不足するおそれがある（放電に支障を来たすおそれがある）。このため、特許文献１に記載の産業車両では、エンジンの始動後、バッテリの温度が予め定められた設定温度よりも低い場合にはバッテリを暖めている。

特開２０１４−１５８１号公報

ところで、特許文献１に記載の産業車両では、バッテリの温度が低いことを原因として、エンジン始動時にアシストモータの出力が不足するおそれがある。
本発明の目的は、エンジン始動時のアシストモータの出力不足を抑止することができる産業車両を提供することにある。

上記課題を解決する産業車両は、エンジンと、前記エンジンの出力を補助するアシストモータと、前記アシストモータの電力源となるバッテリと、前記バッテリの温度を検出する温度検出部と、車両の電源をオン状態及びオフ状態とするキースイッチと、前記キースイッチにより車両の電源がオフ状態にされているときに、少なくとも前記バッテリの温度が設定温度未満であることを条件として、前記バッテリに放電による暖機を行わせる制御部と、を備える。

これによれば、キースイッチにより車両の電源がオフ状態にされているときに、少なくともバッテリの温度が設定温度未満であることを条件として、バッテリの放電が行われる。これにより、キースイッチにより車両の電源をオン状態にしてエンジンを始動させる前に、バッテリの温度を上昇させることができる。したがって、バッテリの温度が低いことを原因として、バッテリの出力が不足することが抑制されている。これにより、エンジン始動時のアシストモータの出力不足が抑止される。

上記産業車両について、前記制御部は、産業車両の使用開始時刻より前に前記バッテリに放電による暖機を行わせてもよい。
これによれば、産業車両の使用開始時刻よりも前にバッテリに放電を行わせることでバッテリの温度は上昇する。使用開始時刻には、バッテリは暖められた状態となるため、エンジン始動時のアシストモータの出力不足が抑止される。

上記産業車両について、前記バッテリの充電率を検出する充電率検出部を備え、前記制御部は、少なくとも前記バッテリの温度、及び、前記バッテリの充電率から算出された放電可能電流に基づいて、前記バッテリを前記設定温度まで上昇させるのに要する暖機所要時間を算出し、前記使用開始時刻までの残り時間が前記暖機所要時間以下になることを契機として前記バッテリに放電を開始させてもよい。

これによれば、使用開始時刻にバッテリの温度が設定温度となるようにバッテリが暖められる。このため、使用開始時刻にバッテリの温度が設定温度に達しなかったり、バッテリの温度が過剰に上昇することが抑止される。

上記産業車両について、前記制御部は、前記バッテリの温度が前記設定温度に達すると、前記バッテリの放電を停止させてもよい。
これによれば、バッテリの温度が過剰に上がってしまうことが抑制される。

本発明によれば、エンジン始動時のアシストモータの出力不足を抑止することができる。

油圧ショベルの概略構成図。 制御装置が行う処理を示すフローチャート。 バッテリの出力特性を示す概略図。 （ａ）はエンジン始動時のバッテリ温度を示すタームチャート、（ｂ）はエンジン始動時のバッテリの出力電力を示すタイムチャート、（ｃ）はエンジン始動時のエンジン回転数を示すタイムチャート。

以下、産業車両の一実施形態について説明する。
図１に示すように、産業車両としての油圧ショベル１０は、作業装置１１と、作業装置１１を支持する図示しない走行装置とを備える。走行装置は、油圧モータによって駆動される複数のクローラを備え、油圧ショベル１０の前後進、及び、旋回を行うものである。

作業装置１１は、ブーム１２、アーム１３、及び、バケット１４を備える。ブーム１２は回動可動な状態で走行装置に支持されている。アーム１３は、回動可能な状態でブーム１２に支持されている。バケット１４は、回動可能な状態でアーム１３に支持されている。

作業装置１１は、ブーム１２に連結された油圧式のブームシリンダ１５を備える。ブーム１２は、ブームシリンダ１５に対する作動油の給排によって走行装置に対して回動する。作業装置１１は、アーム１３に連結された油圧式のアームシリンダ１６を備える。アーム１３は、アームシリンダ１６に対する作動油の給排によってブーム１２に対して回動する。作業装置１１は、バケット１４に連結された油圧式のバケットシリンダ１７を備える。バケット１４は、バケットシリンダ１７に対する作動油の給排によってアーム１３に対して回動する。

油圧ショベル１０は、各シリンダ１５，１６，１７に供給される作動油を吐出する２つのポンプ２１，２２と、ポンプ２１，２２から吐出された作動油を各シリンダ１５，１６，１７に分配するコントロールバルブ２３と、一方のポンプ２１の駆動源となる旋回モータ２４と、他方のポンプ２２の駆動源となる駆動ユニット２５と、を備える。また、油圧ショベル１０は、作動油が貯留されたオイルタンクＴを備える。駆動ユニット２５は、エンジン２６と、エンジン２６の出力を補助するアシストモータ２７と、を備える。アシストモータ２７のロータは、エンジン２６の出力軸に固定されている。

本実施形態のエンジン２６は、始動時に出力軸に回転力を加えるスタータ（例えば、セルモータ）を具備せず、スタータレス構造となっている。本実施形態において、エンジン２６の始動時には、アシストモータ２７によって出力軸に回転力が加えられ、これによりエンジン２６が始動する。すなわち、アシストモータ２７をスタータとして兼用している。

油圧ショベル１０は、旋回モータ２４及びアシストモータ２７の電力源となるバッテリ２８と、バッテリ２８の直流電力を交流電力に変換して旋回モータ２４に供給するインバータ２９と、バッテリ２８の直流電力を交流電力に変換してアシストモータ２７に供給するインバータ３０と、を備える。バッテリ２８は、例えば、複数のセルと、複数のセルが収容されたケースと、を備える。

油圧ショベル１０は、バッテリ２８を制御するための電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵ）３１を備える。また、油圧ショベル１０は、バッテリ２８の温度を検出する温度検出部としての温度センサ３２と、バッテリ２８の電流を検出する電流センサ３３と、バッテリ２８の電圧を検出する電圧センサ３４と、を備える。

温度センサ３２は、例えば、バッテリ２８のセルや、セルを収容したケースに設けられ、バッテリ２８の温度を検出する。また、温度センサ３２は、バッテリ２８の周囲に設けられ、バッテリ２８の周囲の温度からバッテリ２８の温度を予測してもよい。すなわち、温度センサ３２は、バッテリ２８の温度を直接検出してもよいし、間接的にバッテリ２８の温度を検出してもよい。

バッテリＥＣＵ３１には、各センサ３２，３３，３４の検出結果が入力される。バッテリＥＣＵ３１は、バッテリ２８の電圧と、バッテリ２８の電流から、バッテリ２８の充電率（残容量）を演算する。本実施形態において、電流センサ３３、電圧センサ３４、及び、バッテリＥＣＵ３１が充電率検出部として機能している。

油圧ショベル１０は、制御部としての制御装置４１と、外気温を検出して検出結果を制御装置４１に出力する外気温センサ４２と、を備える。制御装置４１は、演算部４３と、油圧ショベル１０の制御を行うためのプログラムやデータベースが記憶された記憶部４４と、を備える。また、制御装置４１は、現在時刻を認識可能な計時機能を備える。制御装置４１は、バッテリＥＣＵ３１に接続されており、バッテリＥＣＵ３１から、バッテリ２８の温度、及び、バッテリ２８の充電率を取得している。また、制御装置４１は、旋回モータ２４、及び、駆動ユニット２５を制御している。詳細にいえば、制御装置４１は、燃料噴射量などを制御することで、エンジン２６の出力を制御する。また、制御装置４１は、各インバータ２９，３０を制御することで、旋回モータ２４及びアシストモータ２７の出力を制御する。

油圧ショベル１０は、制御装置４１に接続されたキースイッチ４５を備える。キースイッチ４５は、車両の電源をオフ状態とする停止位置と、電源をオン状態とする始動位置との間で操作可能に構成されている。

制御装置４１は、油圧ショベル１０が使用されていない（キースイッチ４５が停止位置）際に、所定の制御周期で、図２に示す制御を行うことで必要に応じてバッテリ２８を暖める（暖機を行う）。以下、制御装置４１が行う制御について説明する。なお、本実施形態の油圧ショベルは１０、車両の電源がオフ状態であっても少なくとも制御装置４１に電力供給がされるように構成され、車両の電源がオフ状態であっても制御装置４１による制御を可能としている。

図２に示すように、ステップＳ１０において、制御装置４１は、バッテリ２８の暖機が開始されているか否かを検出する。バッテリ２８の暖機が開始されていない場合、制御装置４１は、暖機を開始すべくステップＳ１１以降の処理を行う。一方で、バッテリ２８の暖機が開始されている場合、制御装置４１は、ステップＳ１８の処理を行う。

ステップＳ１１において、制御装置４１は、外気温センサ４２から外気温を取得し、バッテリＥＣＵ３１からバッテリ２８の充電率を取得する。次に、ステップＳ１２において、制御装置４１は、始動必要電力を求める。本実施形態の始動必要電力は、エンジン２６を始動させるのに要する回転力をアシストモータ２７に出力させることができる電力であり、エンジン２６の始動に要する電力である。本実施形態において、始動必要電力は、外気温によって異なり、外気温と対応付けられたデータベースとして記憶部４４に記憶されている。制御装置４１は、外気温に応じた始動必要電力をデータベースから求める。

次に、ステップＳ１３において、制御装置４１は、バッテリ２８の出力特性から設定温度を求める。バッテリ２８は、温度が著しく低下すると、内部抵抗が大きくなる。内部抵抗が大きくなった状態で放電を行うと、バッテリ２８の劣化が促進される。このため、図３に示すように、バッテリ２８には、温度に対応付けた最大出力［ｋｗ］が出力特性として設定されており、最大出力を超えた放電を行わないことが推奨されている。図３から把握できるように、バッテリ２８の温度が低い場合、最大出力が制限された状態となり、バッテリ２８の放電が制限されている。

制御装置４１は、ステップＳ１２で求めた始動必要電力に対応する温度を出力特性から求める。制御装置４１は、この温度を設定温度とする。したがって、設定温度とは、始動必要電力をバッテリ２８に出力させるために必要な温度であり、バッテリ２８の温度が設定温度以上であれば、始動必要電力をバッテリ２８に出力させることができるといえる。なお、設定温度としては、始動必要電力に対応する温度よりも若干高い温度などに設定されてもよい。

図２に示すように、ステップＳ１４において、制御装置４１は、バッテリ２８の温度が、設定温度未満か否かを判定する。ステップＳ１４の判定結果が否定の場合、すなわち、バッテリ２８の温度が設定温度以上の場合、始動必要電力をバッテリ２８に出力させることができるため、制御装置４１は処理を終了する。一方で、ステップＳ１４の判定結果が肯定の場合、すなわち、バッテリ２８の温度が設定温度未満の場合、バッテリ２８に始動必要電力を出力させることができない。すなわち、エンジン２６を始動するだけの出力を得ることができないため、バッテリ２８を暖めるべく、ステップＳ１５以降の処理を行う。

ステップＳ１５において、制御装置４１は、暖機所要時間を求める。暖機所要時間は、バッテリ２８の温度を設定温度まで上昇させるのに要する時間である。暖機所要時間は、例えば、バッテリ２８の温度、及び、バッテリ２８の充電率から算出された放電可能電流に基づいて設定されており、データベースとして記憶部４４に記憶されている。制御装置４１は、データベースから暖機所要時間を求める。

次に、ステップＳ１６において、制御装置４１は、現在時刻から使用開始時刻までの残り時間が、暖機所要時間以下か否かを判定する。ステップＳ１６の判定結果が否定の場合、すなわち、残り時間が暖機所要時間より長い場合、制御装置４１は処理を終了する。一方で、ステップＳ１６の判定結果が肯定の場合、すなわち、残り時間が暖機所要時間以下となった場合、制御装置４１はステップＳ１７の処理を行う。

ステップＳ１７において、制御装置４１は、各インバータ２９，３０を制御して、旋回モータ２４、及び、アシストモータ２７を駆動させる。バッテリ２８の温度は、放電により上昇していく。なお、この際、ポンプ２１，２２によって吐出された作動油が各シリンダ１５，１６，１７に供給されないように、コントロールバルブ２３に供給された作動油はオイルタンクＴに戻される（無負荷運転される）。なお、通電していない状態でオイルタンクＴと連通するコントロールバルブ２３を用いる場合、コントロールバルブ２３を制御しなくてもよい。一方で、通電していない状態でオイルタンクＴと連通しないコントロールバルブ２３を用いる場合、コントロールバルブ２３を制御することで、コントロールバルブ２３とオイルタンクＴとを連通させる。

次に、ステップＳ１８において、制御装置４１は、バッテリ２８の温度が、設定温度以上となったか否かを判定する。ステップＳ１８の判定結果が否定の場合、すなわち、バッテリ２８の温度が設定温度未満の場合、制御装置４１は、処理を終了する。この場合、制御装置４１は、以降の制御周期にて、バッテリ２８の温度が設定温度以上となるまでステップＳ１０→ステップＳ１８の処理を繰り返すことになる。ステップＳ１８の判定結果が肯定の場合、すなわち、バッテリ２８の温度が設定温度以上となった場合、制御装置４１は、ステップＳ１９の処理を行う。

ステップＳ１９において、制御装置４１は、旋回モータ２４、及び、アシストモータ２７を停止させ、バッテリ２８の放電を停止させ、処理を終了する。
したがって、上記の制御を行うことで、油圧ショベル１０の使用開始時刻前にバッテリ２８の放電が開始され、使用開始時刻には、エンジン２６の始動に要する出力をバッテリ２８から得られるようになっている。

ここで、使用開始時刻は、予め定められた時刻として記憶部４４に記憶された時刻であってもよいし、過去の使用実績に基づいて制御装置４１が学習した時刻であってもよい。油圧ショベル１０などの産業車両は、産業用であり、企業などで使用されるため、使用開始時刻はほぼ同時刻となる。例えば、当該産業車両を所有する企業の勤務開始時間や、勤務開始時間よりも若干遅れた時間などである。このため、使用開始時刻を予め定める場合、管理者は産業車両が使用されると予測される時刻を使用開始時刻とする。また、企業の勤務日と休日とが対応付けられたカレンダーを記憶部４４に記憶することで、勤務日にのみバッテリ２８が暖められるようにすることもできる。

制御装置４１の学習機能によって使用開始時刻を求める場合、制御装置４１は、過去の使用実績から使用開始時刻を予測する。例えば、制御装置４１は、過去の使用開始時刻を月毎に区分して記憶部４４に記憶しており、過去の使用実績から、月毎に区分して使用開始時刻を算出してもよい。また、外気温などの種々の情報と、使用開始時刻とを対応付けた実績を記憶部４４に記憶し、これらの情報と、当日の外気温などの情報とを照合して、使用開始時刻を予測してもよい。

次に、本実施形態の油圧ショベル１０の作用について説明する。
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、バッテリ２８の温度が設定温度未満の場合、使用開始時刻Ｔ２より暖気所要時間だけ早い時刻である時刻Ｔ１になると、バッテリ２８の放電が行われる。バッテリ２８の放電が行われることで、バッテリ２８の最大出力、すなわち、放電可能電流は上昇していく。バッテリ２８の温度は使用開始時刻Ｔ２で設定温度に達し、バッテリ２８の最大出力は、始動必要電力に達する。

図４（ｃ）に示すように、使用開始時刻Ｔ２で運転者によるキースイッチ４５などの操作により、エンジン２６を始動しようとすると、アシストモータ２７がエンジン２６の出力軸に回転力を与え、エンジン２６が始動される。バッテリ２８の温度は設定温度以上となっているため、アシストモータ２７の出力不足により、エンジン２６を始動できない状態になることが抑制されている。

更に、ポンプ２２を駆動させる際には、エンジン２６の出力をアシストモータ２７で補助するが、バッテリ２８の温度が上昇していることで、アシストモータ２７の出力不足が生じにくく、エンジン２６の補助に支障を来たすことが抑制されている。

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）キースイッチ４５により車両の電源がオフ状態にされているときに、少なくともバッテリ２８の温度が設定温度未満であることを条件として、バッテリ２８に放電による暖機を行わせるようにしている。キースイッチ４５により車両の電源がオフ状態とされているときに暖機を行うことで、キースイッチ４５により車両の電源がオン状態とされ、エンジン２６が始動される前にバッテリ２８を暖めることができる。したがって、エンジン２６の始動時に、低温環境に伴うバッテリ２８の出力不足を原因として、アシストモータ２７の出力不足が生じることが抑制されている。

（２）バッテリ２８の温度が設定温度未満の場合、使用開始時刻より前にバッテリ２８の放電を開始し、使用開始時刻には、バッテリ２８が暖められた状態となるようにしている。このため、エンジン２６の始動時に、低温環境に伴うバッテリ２８の出力不足を原因として、アシストモータ２７の出力不足が生じることが抑制されている。

（３）バッテリ２８を設定温度にするのに要する暖機所要時間を演算し、使用開始時刻までの残り時間が暖機所要時間以下となるとバッテリ２８を暖め始めるようにしている。このため、バッテリ２８の温度は、使用開始時刻で設定温度に達する。このため、使用開始時刻にバッテリ２８の温度上昇が不十分だったり、バッテリ２８の温度が過剰に上昇することを抑止することができる。

（４）バッテリ２８の温度が設定温度以上になると、バッテリ２８の放電を停止させている。このため、バッテリ２８が過剰に暖められることが抑制され、バッテリ２８の電力が余計に消費されたり、バッテリ２８の劣化が促進することが抑制されている。

（５）仮に、エンジン２６の始動を契機として、バッテリ２８を暖める場合、エンジン２６を始動できない場合には、バッテリ２８を暖めることができない。したがって、低温環境に伴うバッテリ２８の出力不足により、アシストモータ２７の出力が不足し、エンジン２６を始動できない場合には、バッテリ２８を暖めることができない。結果として、バッテリ２８を暖めることができず、エンジン２６を始動させることができない事態が生じ得る。

これに対して、本実施形態では、使用開始時刻より前にバッテリ２８を暖め始めるため、アシストモータ２７の出力不足を原因として、エンジン２６を始動させることができない事態が生じにくい。

（６）アシストモータ２７をスタータとして兼用しているため、エンジン２６にスタータを設けることなくエンジン２６を始動させることができる。したがって、エンジン２６からスタータを省略することができ、部品点数の削減、ひいては、製造コストの削減が図られる。

なお、実施形態は、以下のように変更してもよい。
○バッテリ２８の放電を開始してからの時間が暖機所要時間に達した場合に、バッテリ２８の放電を停止させるようにしてもよい。暖機所要時間は、バッテリ２８の温度が設定温度になるのに要する時間なので、この場合であっても、使用開始時刻には、バッテリ２８の温度は設定温度になる。また、バッテリ２８の放電を開始してからの時間が暖機所要時間に達することを第１条件とし、バッテリ２８の温度が設定温度に達したことを第２条件としたときに、いずれかの条件が成立した場合、バッテリ２８の放電を停止させるようにしてもよい。

○エンジン２６は、スタータを備えていてもよい。この場合、設定温度は、始動必要電力に応じた温度でなくてもよい。例えば、ポンプ２２の駆動時に、エンジン２６の出力を補助するのに要する電力に対応した温度を設定温度としてもよい。

○バッテリ２８の温度が設定温度未満の場合に、予め定められた時刻になることを契機にバッテリ２８の暖機を開始してもよい。予め定められた時刻としては、例えば、使用開始時刻よりも若干早い時刻が挙げられる。

○２つのモータのうち、一方を駆動させることでバッテリ２８に放電を行わせてもよい。
○バッテリ２８に、回生抵抗が接続されている場合、バッテリ２８と回生抵抗とを接続することでバッテリ２８を放電させて、これによりバッテリ２８の暖めてもよい。なお、回生抵抗とは、モータによって生じた回生エネルギーを消費させるための抵抗であり、例えば、回生ブレーキ時に生じる電気エネルギーでバッテリ２８を充電できなくなった場合に、熱として電気エネルギーを消費させるために使用される。

○１つのバッテリ２８を、小容量部位と、小容量部位よりも容量の大きい大容量部位とに区分けし、エンジン２６の始動時には、小容量部位の出力によってアシストモータ２７を駆動させてもよい。この場合、出力不足を抑制するために、小容量部位のみを暖めればよく、暖機所要時間を短くすることができる。

○バッテリ２８の充電率の演算方法は変更してもよい。例えば、バッテリ２８の温度を加味して演算してもよいし、電圧のみで演算してもよい。また、バッテリ２８に電力計を設けて、電力計から充電率を演算してもよい。

○産業車両は、フォークリフトや、トラクターなどでもよい。また、産業車両は、無人搬送車であってもよい。
○産業車両に搭載されるエンジン２６、及び、アシストモータ２７は、動力伝達機構を介して車軸を回転させるものでもよい。

○暖機所要時間は、現時点でのバッテリ２８の温度と外気温との温度差などを加味して設定されたものでもよい。

１０…油圧ショベル、２６…エンジン、２７…アシストモータ、２８…バッテリ、３２…温度センサ、３３…電流センサ、３４…電圧センサ、４１…制御装置、４５…キースイッチ。

Claims (2)

1. エンジンと、
   前記エンジンの出力を補助するアシストモータと、
   前記アシストモータの電力源となるバッテリと、
   前記バッテリの温度を検出する温度検出部と、
   車両の電源をオン状態及びオフ状態とするキースイッチと、
   前記キースイッチにより車両の電源がオフ状態にされているときに、少なくとも前記バッテリの温度が設定温度未満であることを条件として、前記バッテリに放電による暖機を行わせる制御部と、
   前記バッテリの充電率を検出する充電率検出部と、を備え、
   前記制御部は、産業車両の使用開始時刻より前に前記バッテリに放電による暖機を行わせるにあたり、少なくとも前記バッテリの温度、及び、前記バッテリの充電率から算出された放電可能電流に基づいて、前記バッテリを前記設定温度まで上昇させるのに要する暖機所要時間を算出し、
   前記使用開始時刻までの残り時間が前記暖機所要時間以下になることを契機として前記バッテリに放電を開始させる産業車両。
2. 前記制御部は、前記バッテリの温度が前記設定温度に達すると、前記バッテリの放電を停止させる請求項１に記載の産業車両。