JP6618236B2

JP6618236B2 - 蓄電装置

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Publication number: JP6618236B2
Application number: JP2014032986A
Authority: JP
Inventors: 俊太郎足立
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2019-12-11
Anticipated expiration: 2034-02-24
Also published as: JP2015159658A

Description

本発明は、直列接続された複数の蓄電セルと、各蓄電セルに接続された電圧均等化回路とを有する蓄電装置に関する。

ハイブリッド型作業機械に、複数の蓄電セルを直列に接続して構成された蓄電モジュールが搭載される。蓄電セルには、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。直列接続された複数の蓄電セルに、それぞれ端子間電圧を所定値以下に制限する電圧均等化回路（バランス回路）が接続される（特許文献１）。

特許文献１に開示された蓄電セルは、その上面に正極端子及び負極端子を有する。複数の蓄電セルは、１列に並んで配置される。配線パターンが形成された１枚の基板が、複数の蓄電セルの上に配置される。基板に形成された配線パターンにより、複数の蓄電セルが直列接続される。この基板に、蓄電セルに対応して電圧均等化回路が設けられている。

電圧均等化回路を流れる放電電流は、蓄電セルの端子間電圧が高くなるほど大きくなる。さらに、蓄電セルの温度が高温になるほど、放電電流が大きくなる。これにより、蓄電セルの温度に応じた適切な放電が可能となり、蓄電セルの寿命を延ばすことができる。

特開２００２−４２９０３号公報

引用文献１に開示された蓄電装置においては、基板のうち、各蓄電セルの直上の領域に、当該蓄電セル用の電圧均等化回路が設けられる。基板の寸法は、直列接続された複数の蓄電セルからなるセル列の長さに依存する。蓄電セルの個数が増減すると、基板の寸法を変えなければならない。このため、直列接続される蓄電セルの個数の増減に柔軟に対応することが困難である。

本発明の目的は、直列接続される蓄電セルの個数の増減に柔軟に対応することが可能な電圧均等化回路を含む蓄電装置を提供することである。

本発明の一観点によると、
ショベルの機体に搭載され、底面、側面、及び上面を含む筐体と、
前記筐体の内部に配置された複数の蓄電セルを含む蓄電モジュールと、
前記筐体の内部に固定されたケースと、
前記蓄電セルの端子間電圧を均等化する均等化回路が実装され、ケーブルを介して前記蓄電セルに接続された複数の回路基板と
を有し、
前記ケースは上方に開口部を有しており、前記ケースの少なくとも１つの側面が、前記筐体の底面に対して垂直な姿勢で配置された支持壁を構成しており、前記ケースは前記開口部の縁に設けられた取付け部を含み、前記取付け部が前記筐体の上方を向く面に固定されており、
前記複数の回路基板は、前記支持壁に支持されている蓄電装置が提供される。

均等化回路が実装された回路基板が支持壁に支持されるため、回路基板の寸法は、蓄電
モジュールの寸法に拘束されない。このため、蓄電セルの個数の増減に柔軟に対応して、電圧均等化回路を配置することができる。

図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ実施例よる蓄電装置の蓋及び下部筐体の斜視図である。図２は、下部筐体、及び下部筐体に搭載されている部品の平面図である。図３Ａは、制御基板を含む電圧均等化アセンブリの斜視図であり、図３Ｂは、電圧均等化アセンブリのケース及び保護プレートの分解斜視図である。図４Ａは、均等化基板の平面図であり、図４Ｂは、制御基板の平面図である。図５は、直列接続された複数の蓄電セル、均等化基板、制御基板、及び制御装置の接続構成を示すブロック図である。図６は、実施例による電圧均等化アセンブリの平断面図である。図７は、図２の一点鎖線７−７における断面図である。図８は、電圧均等化アセンブリの側面図である。図９Ａ及び図９Ｂは、それぞれ補強ビードが形成された保護プレートの斜視図及び断面図であり、図９Ｃ及び図９Ｄは、それぞれ折れ部が形成された保護プレートの斜視図及び断面図である。図１０は、開口部が設けられた保護プレートの斜視図である。図１１は、他の実施例による電圧均等化アセンブリのケースの斜視図であり、図１１Ｂは、電圧均等化アセンブリの平断面図である。図１２は、実施例による蓄電装置が搭載されるショベルの側面図である。図１３は、実施例による蓄電装置が搭載されるショベルのブロック図である。

図１Ａ及び図１Ｂに、それぞれ実施例よる蓄電装置の蓋及び下部筐体の斜視図を示す。図１Ｂに示すように、下部筐体５０が、底面５１及び側面５２を含み、下部筐体５０の上方が開放されている。側面５２は、底面５１の外周線の全域に亘って配置されている。図１Ａに示した蓋６０が、下部筐体５０の上方の開放部を塞ぐ。下部筐体５０及び蓋６０により、底面、側面、及び上面を有する筐体が構成される。

底面５１の上に、２つの蓄電モジュール５３が搭載されている。底面５１に平行な面をｘｙ面とし、底面５１の法線方向をｚ方向とするｘｙｚ直交座標系を定義する。２つの蓄電モジュール５３が隔てられた方向をｘ方向と定義する。蓄電モジュール５３の各々は、ｙ方向に積み重ねられた複数の蓄電セルを含み、電気エネルギの充放電を行う。蓄電モジュール５３の詳細な構成については、後に、図２を参照して説明する。

ｙ方向に垂直な１つの側面５２にコネクタボックス５９が設けられている。コネクタボックス５９内の空間と、下部筐体５０内の空間とは、開口５８を介して相互につながっている。コネクタボックス５９の上方の開口部は、コネクタ端子が配置されるコネクタ板で塞がれる。

底面５１に、剛性を増すための第１のリブ５５、第２のリブ５６、及び第３のリブ５７が形成されている。第１のリブ５５は、２つの蓄電モジュール５３の間に配置され、ｘ方向と交差する方向（ｙ方向）に伸びる。第１のリブ５５の一方の端部は、コネクタボックス５９に対向する側面５２に連続している。

第２のリブ５６は、第１のリブ５５の端部において第１のリブ５５に連続し、ｘ方向に
伸びる。第１のリブ５５は、第２のリブ５６の中央に接続されている。第３のリブ５７は、第２のリブ５６の両端からｙ方向に伸び、コネクタボックス５９が設けられている側面５２まで達する。開口５８は、２本の第３のリブ５７が側面５２に接続されている箇所の間に配置されている。

底面５１を基準として、第１のリブ５５、第２のリブ５６、及び第３のリブ５７は、側面５２よりも低い。下部筐体５０の開放部を蓋６０で塞いだ状態で、第１のリブ５５と蓋６０との間、第２のリブ５６と蓋６０との間、及び第３のリブ５７と蓋６０との間に隙間が形成される。第３のリブ５７と、ｙ方向に平行な側面５２との間に、それぞれ電圧均等化アセンブリ７０が配置される。

底面５１、側面５２、第１のリブ５５、第２のリブ５６、第３のリブ５７、及びコネクタボックス５９は、鋳造法により一体成型される。材料として、例えばアルミニウムが用いられる。

図２に、下部筐体５０、及び下部筐体５０に搭載されている部品の平面図を示す。２つの蓄電モジュール５３が、ｘ方向に離れて搭載されている。第１のリブ５５が、２つの蓄電モジュール５３の間をｙ方向に通過する。第１のリブ５５の一方の端部は、側面５２に連続する。第１のリブ５５の他方の端部は、ｙ方向に関して蓄電モジュール５３の端部よりも外側に位置する。この端部から、第２のリブ５６がｘ方向に平行に、かつ両方向に伸びる。第２のリブ５６は、ｘ方向に関して、蓄電モジュール５３の各々と部分的に重なる。第２のリブ５６の両端から、第３のリブ５７がｙ方向に伸び、コネクタボックス５９が設けられた側面５２に達する。

第２のリブ５６、第３のリブ５７、及びコネクタボックス５９で囲まれた領域に、一対の中継部材６２が配置されている。コネクタボックス５９内にリレー回路６３が配置されている。リレー回路６３はコネクタ６４を介して、外部の電気回路に接続される。

蓄電モジュール５３の各々は、板状の複数の蓄電セル１０を含む。複数の蓄電セル１０は、その厚さ方向（ｙ方向）に積み重ねられている。蓄電セル１０の各々は、ｘ方向に、かつ相互に反対方向に導出された一対の端子１１を有する。複数の蓄電セル１０は、直列接続されている。コネクタボックス５９から遠い方の両端の端子１１同士が相互に電気的に接続されている。この一対の端子１１を、ヒューズを介して接続してもよい。複数の蓄電セル１０の直列回路の両端の端子１１を通して、蓄電モジュール５３の充放電が行われる。

コネクタボックス５９に近い方の両端の端子１１は、それぞれバスバー６５により、中継部材６２に電気的に接続される。バスバー６５は、第２のリブ５６と交差する。中継部材６２は、バスバー６６によりリレー回路６３に接続される。バスバー６６は、開口５８（図１Ｂ）を通過する。

第３のリブ５７と、それに平行な側面５２との間に、電圧均等化アセンブリ７０が搭載されている。蓄電セル１０の各々の端子１１が、ケーブル３３を介して電圧均等化アセンブリ７０に接続されている。一方の電圧均等化アセンブリ７０がケーブル３４を介して他方の電圧均等化アセンブリ７０に接続される。さらに、一方の電圧均等化アセンブリ７０は、ケーブル３５及びコネクタ６４を介して、外部の制御装置に接続される。

図３Ａに、ケーブル３５（図２）が接続されている方の電圧均等化アセンブリ７０の斜視図を示す。電圧均等化アセンブリ７０は、複数の回路基板１５、回路基板１５を支持するケース２０、及び保護プレート２３を含む。複数の回路基板１５は、複数の均等化基板
１３及び１枚の制御基板１４で構成される。

複数の均等化基板１３が厚さ方向に積み重ねられている。均等化基板１３の各々に、複数の測定用コネクタ１６及び制御用コネクタ１７が実装されている。ケース２０は、正四角柱の側面に沿う４枚の支持壁２１で構成され、上下に四角形の開口部を有する。４枚の支持壁２１は、積み重ね方向と直交する２枚の支持壁２１Ａと、積み重ね方向と平行な２枚の支持壁２１Ｂとで構成される。上下の２つの開口部は、均等化基板１３の積み重ね方向に対して直交する方向を向く。以下、均等化基板１３の積み重ね方向を、単に「積み重ね方向」という場合がある。

測定用コネクタ１６及び制御用コネクタ１７は、１つの開口部を通してアクセス可能な位置に取り付けられている。具体的には、均等化基板１３のうち、１つの開口部が向く方向と同一の方向（図３Ａにおいて上方）を向く縁の近傍に、測定用コネクタ１６及び制御用コネクタ１７が取り付けられている。測定用コネクタ１６の挿入口が上方を向いており、ケーブル３３（図２）のコネクタが、測定用コネクタ１６に上方から挿入される。制御用コネクタ１７の挿入口も上方を向いており、ケーブル３４（図２）のコネクタが、制御用コネクタ１７に上方から挿入される。

支持壁２１Ｂの上端から外側に向かって、取付け部２１Ｃが突き出ている。具体的には、取付け部２１Ｃは、支持壁２１Ｂの上端を外側に９０°折り曲げることにより形成される。

保護プレート２３の側方の両端から、それぞれケース２０に向かって腕部２４が延びる。腕部２４の先端がケース２０の支持壁２１Ｂに固定される。これにより、保護プレート２３がケース２０に支持される。制御基板１４が保護プレート２３に支持されている。支持壁２１Ａ、２１Ｂ、及び保護プレート２３が、回路基板１５を支持する支持部材としての役割を担う。

図３Ｂに、ケース２０及び保護プレート２３の分解斜視図を示す。ケース２０は、第１の側面部材２０Ａと第２の側面部材２０Ｂとを含む。第１の側面部材２０Ａは、積み重ね方向に直交する１つの支持壁２１Ａ、及び積み重ね方向に平行な一対の支持壁２１Ｂで構成される。第２の側面部材２０Ｂは、積み重ね方向に直交するもう１つの支持壁２１Ａで構成される。

第２の側面部材２０Ｂの両端を第１の側面部材２０Ａの方向に折り曲げることにより、重ね合わせ部２０Ｃが形成されている。重ね合わせ部２０Ｃは、第１の側面部材２０Ａの支持壁２１Ｂの一部と重なる。支持壁２１Ｂに形成された貫通孔２５と、重ね合わせ部２０Ｃに形成された貫通孔２６とを重ねて、締結具で締め付けることにより、第２の側面部材２０Ｂが第１の側面部材２０Ａに固定される。

貫通孔２５及び貫通孔２６の一方は、積み重ね方向に長い長穴とされている。これにより、積み重ね方向に対して垂直な一対の支持壁２１Ａの間隔を微調整することができる。

一対の支持壁２１Ａの、相互に対応する位置に複数の貫通孔２７が形成されている。貫通孔２７は、均等化基板１３を支持するための支持具を取り付けるためのものである。取付け部２１Ｃに貫通孔２８が形成されている。貫通孔２８は、ケース２０を下部筐体５０（図１）に取り付けるためのものである。

保護プレート２３の両端から延びる腕部２４の先端に、それぞれ貫通孔２８が形成されている。支持壁２１Ｂに形成された貫通孔２９と、腕部２４に形成された貫通孔２８とを
重ねて、締結具で締め付けることにより、保護プレート２３がケース２０に固定される。

一方の腕部２４（図３Ｂにおいて右側の腕部）の高さ方向の寸法が、他方の腕部２４（図３Ｂにおいて左側の腕部）の高さ方向の寸法より小さい。一対の腕部２４の高さ方向の寸法を異ならせている理由については、後に図８を参照して説明する。

図４Ａに、均等化基板１３の平面図を示す。均等化基板１３の上方の縁の近傍に、複数の測定用コネクタ１６、及び１つの制御用コネクタ１７が実装されている。測定用コネクタ１６は、ケーブル３３のコネクタ３６に嵌合する。制御用コネクタ１７は、ケーブル３４（図２）のコネクタ４０に嵌合する。均等化基板１３に、複数の電圧均等化回路１９が実装されている。電圧均等化回路１９は、均等化基板１３に形成された配線パターン３７を介して、測定用コネクタ１６及び制御用コネクタ１７の各端子に接続されている。

均等化基板１３に、複数の貫通孔１８が形成されている。貫通孔１８は、図３Ｂに示した支持壁２１Ａの貫通孔２７に対応する位置に配置されている。

図４Ｂに、制御基板１４の平面図を示す。制御基板１４の上方の縁の近傍に、内部接続コネクタ３８が実装されており、側方の縁の近傍に、外部接続コネクタ３９が実装されている。内部接続コネクタ３８は、ケーブル３４（図２）のコネクタ４０に嵌合する。外部接続コネクタ３９は、ケーブル３５（図２）のコネクタ４１に嵌合する。制御基板１４に制御回路４２が実装されている。

図５に、直列接続された複数の蓄電セル１０、均等化基板１３、制御基板１４、及び制御装置１３５の接続構成を示す。複数の蓄電セル１０が直列に接続されている。蓄電セル１０の各々の一対の端子が、ケーブル３３により、均等化基板１３に接続されている。一例として、１枚の均等化基板１３に４個の電圧均等化回路１９が実装される。蓄電セル１０の端子間の電圧が、対応する電圧均等化回路１９によって測定される。

制御基板１４が、ケーブル３４を介して、均等化基板１３の各々に接続されている。さらに、制御基板１４は、ケーブル３５、コネクタ６４（図２）を介して、作業機械、例えばショベルの制御装置１３５に接続されている。

電圧均等化回路１９は、蓄電セル１０の端子間電圧を測定する。端子間電圧の測定結果が、制御基板１４に実装された制御回路４２に入力される。制御回路４２は、蓄電セル１０の端子間電圧の測定値の最大値、最小値、平均値等の統計値を算出する。算出された統計値が制御装置１３５に入力される。制御回路４２は、制御装置１３５から均等化開始指令を受けると、相対的に電圧の高い蓄電セル１０に対応する電圧均等化回路１９に、均等化開始信号を送出する。電圧均等化回路１９は、制御回路４２から均等化開始信号を受信すると、蓄電セル１０を、放電抵抗を介して放電させる。これにより、蓄電セル１０の端子間電圧の均等化が行われる。

図６に、実施例による電圧均等化アセンブリ７０の平断面図を示す。ケース２０内に、厚さ方向に積み重ねられた複数の均等化基板１３が収容されている。均等化基板１３に電圧均等化回路１９が実装されている。支持具４３が、複数の均等化基板１３をケース２０内に固定している。支持具４３は、一方の支持壁２１Ａの外側の表面から、支持壁２１Ａの貫通孔２７、均等化基板１３の貫通孔１８、及び対向する支持壁２１Ａの貫通孔２７を通過して、支持壁２１Ａの外側の表面まで達する。

支持具４３は、支持壁２１Ａと均等化基板１３との間、及び相互に隣り合う２枚の均等化基板１３の間にそれぞれ配置されたオスメス型スペーサ４４を含む。均等化基板１３は
、オスメス型スペーサ４４、及び両端に取り付けられたボルト４５及びナット４６により、ケース２０に固定される。

積み重ね方向に対して平行な支持壁２１Ｂの貫通孔２５及び、重ね合わせ部２０Ｃの貫通孔２６を締結具４８が貫通して、第１の側面部材２０Ａと第２の側面部材２０Ｂとを相互に固定する。

保護プレート２３が、一方の支持壁２１Ａから間隔を隔てて配置されている。保護プレート２３の両端からケース２０に向かって延びる腕部２４が、締結具４９により、支持壁２１Ｂに固定されている。保護プレート２３と支持壁２１Ａとの間に、制御基板１４が配置されている。制御基板１４は、支持具７２により、保護プレート２３に固定されている。支持具７２は、オスメス型スペーサ、ボルト、及びナットで構成される。

制御基板１４は、保護プレート２３を介してケース２０に支持される。保護プレート２３は、制御基板１４を支持する機能と、制御基板１４を保護する機能を併せ持つ。制御基板１４を、ケース２０の支持壁２１Ａに固定してもよい。この場合には、保護プレート２３は、制御基板１４を支持する機能を持たず、制御基板１４を保護する機能のみを持つ。

図７に、図２の一点鎖線７−７における断面図を示す。下部筐体５０の底面５１から上方に第３のリブ５７が立ち上がっている。側面５２の内側の表面に、段差８３が形成されている。段差８３は、第３のリブ５７の上端の高さと同一の高さに配置されている。第３のリブ５７と側面５２との間に電圧均等化アセンブリ７０が配置されている。

電圧均等化アセンブリ７０の２枚の支持壁２１Ｂの間に均等化基板１３が支持されている。電圧均等化アセンブリ７０は、測定用コネクタ１６及び制御用コネクタ１７の挿入口が上方を向く姿勢で下部筐体５０内に配置される。電圧均等化アセンブリ７０の２つの取付け部２１Ｃが、それぞれ段差８３及び第３のリブ５７の上面に支持される。取付け部２１Ｃに形成された貫通孔２８（図３Ａ、図３Ｂ）を貫通する締結具８５（例えばボルト）により、ケース２０（図３Ａ、図３Ｂ）が下部筐体５０に固定される。均等化基板１３は、蓄電セル１０の積み重ね方向（ｙ方向）に対して垂直である。支持壁２１Ｂを含むケース２０と、下部筐体５０の底面５１との間に隙間が確保されている。

すべての均等化基板１３の測定用コネクタ１６及び制御用コネクタ１７の挿入口が上方を向いているため、電圧均等化アセンブリ７０を下部筐体５０に固定した状態で、ケーブル３３のコネクタ３６及びケーブル３４のコネクタ４０を、それぞれ測定用コネクタ１６及び制御用コネクタ１７に容易に挿入することができる。これにより、メンテナンス性の向上が図られる。

さらに、取付け部２１Ｃは、図３Ａに示したように、ケース２０の上方の開口部の縁に設けられている。下側の開口部の縁に取り付け部を設け、下部筐体５０の底面５１にケース２０をねじ止めする場合には、下部筐体５０に収納されている部品を避けてドライバを挿入し、ねじ止めしなければならない。このため、作業性が悪い。これに対し、実施例においては、取付け部２１Ｃが支持壁２１Ｂの上端に設けられているため、ケース２０（図３Ａ、図３Ｂ）を下部筐体５０に取り付ける際の作業性を高めることができる。

図８に、電圧均等化アセンブリ７０の側面図を示す。ケース２０に複数の均等化基板１３が収容されている。ケース２０の一方の支持壁２１Ａから間隔を隔てて保護プレート２３が配置されている。保護プレート２３と支持壁２１Ａとの間に、制御基板１４が収容されている。制御基板１４は、均等化基板１３より大きいため、ケース２０内に収容することが困難である。このため、制御基板１４は、ケース２０の外に配置される。

均等化基板１３の上端の近傍に、測定用コネクタ１６（図４Ａ）、及び制御用コネクタ１７が実装されている。図８では、測定用コネクタ１６の記載を省略し、制御用コネクタ１７のみを表している。制御基板１４の上端の近傍に、内部接続コネクタ３８が実装されている。ケーブル３４が、複数の制御用コネクタ１７と内部接続コネクタ３８とを順番に接続する。物理的には、複数の均等化基板１３と、１枚の制御基板１４とがケーブル３４によってバス状に接続されているが、電気的には、図５に示したように、制御回路４２と、複数の電圧均等化回路１９とが、スター接続される。

制御基板１４の側方の縁（図８において手前の縁）に、外部接続コネクタ３９が実装されている。外部接続コネクタ３９に、ケーブル３５（図２）が接続される。ケーブル３５は、制御基板１４の手前の縁から横方向（図８において紙面に垂直な方向）に延びる。外部接続コネクタ３９が実装されている縁に対応する腕部２４（図８において、手前の腕部２４）の高さ方向の寸法が、反対側（図８においての奥側）の腕部２４の高さ方向の寸法より小さい。ケーブル３５が手前の腕部２４と空間的に干渉しないように、高さ方向に関して、外部接続コネクタ３９は、手前の腕部２４と異なる位置に配置されている。これにより、ケーブル３５が腕部２４を回避して、外部接続コネクタ３９に接続される。

図８において手前の腕部２４の高さ方向の寸法を相対的に小さくしているため、ケーブル３５と腕部２４との空間的な干渉を容易に回避することができる。また、他方の腕部２４の高さ方向の寸法を相対的に大きくしているため、保護プレート２３の支持強度を高めることができる。

腕部２４は、保護プレート２３との接続部の近傍において、接続部に近づくに従って高さ方向の寸法が増大する拡幅部２４Ａを含む。拡幅部２４Ａの上下の縁は、例えば円弧状の形状を有する。拡幅部２４Ａを設けることにより、応力の集中を緩和することができる。

均等化基板１３及び制御基板１４を、下部筐体５０（図１Ｂ）の底面５１に対して平行に配置して、一定の間隔で積み重ねる構造を採用すると、積み重ね構造が下端のみで下部筐体５０に固定される。積み重ね構造の上端が自由端となるため、均等化基板１３及び制御基板１４が、筐体の振動の影響を受けやすい。実施例においては、図６に示したように、均等化基板１３の積み重ね構造の両端が、それぞれ支持壁２１Ａに固定される。これにより、積み重ね構造の剛性が高まるため、耐振動性を高めることができる。

蓄電セル１０（図２）の個数が増減すると、電圧均等化アセンブリ７０に含まれる均等化基板１３の枚数を調整すればよい。このため、蓄電セル１０の個数の増減に柔軟に対応することが可能である。

図９Ａに示すように、保護プレート２３及び腕部２４に補強ビード９０を設けてもよい。図９Ｂに、保護プレート２３の縦方向の断面図を示す。補強ビード９０は、例えば一方の腕部２４から、保護プレート２３を横方向に通過し、他方の腕部２４まで達する。補強ビード９０を設けることにより、保護プレート２３の剛性を高めることができる。

図９Ｃに示すように、保護プレート２３及び腕部２４の外周をほぼ直角に折り曲げて折り部９１を設けてもよい。図９Ｄに、保護プレート２３の縦方向の断面図を示す。保護プレート２３の上端及び下端に折り部９１が形成されている。さらに、図９Ｃに示したように、保護プレート２３の側方の縁、及び腕部の縁にも、折り部９１が設けられている。折り部９１を設けることにより、保護プレート２３の剛性を高めることができる。

図１０に示すように、保護プレート２３に複数の開口部９２を設けてもよい。開口部９２を設けることにより、保護プレート２３の軽量化を図ることができる。保護プレート２３が軽量化されることにより、保護プレート２３の共振周波数を高くすることができる。

図１１Ａ及び図１１Ｂを参照して、他の実施例について説明する。以下、図１１Ａ及び図１１Ｂに示した実施例では、電圧均等化アセンブリ７０の構成が、図１〜図８に示した実施例と相違し、その他の構成は、図１〜図８に示した実施例と同一である。

図１１Ａに、電圧均等化アセンブリ７０のケース２０の斜視図を示す。この実施例によるケース２０は、図３Ｂに示した第１の側面部材２０Ａとほぼ同一の構成を有する。すなわち、ケース２０は、１つの支持壁２１Ａ、及びその両端にそれぞれ連続する２枚の支持壁２１Ｂ、及び支持壁２１Ｂの上端に設けられた取付け部２１Ｃを含む。支持壁２１Ｂに、図３Ｂに示した貫通孔２５、２９は形成されていない。

図１１Ｂに、電圧均等化アセンブリ７０の平断面図を示す。複数の均等化基板１３及び制御基板１４が、支持具４３により支持壁２１Ａに固定されている。支持具４３は、図６に示した支持具４３と同様に、オスメス型スペーサ４４、ボルト４５、及びナット４６を含む。図６に示した実施例では、制御基板１４が保護プレート２３に取り付けられていたが、図１１Ｂに示す実施例では、制御基板１４も、支持具４３により、支持壁２１Ａに固定されている。

図１１Ａ及び図１１Ｂに示した実施例のように、支持壁２１Ａを１枚のみとしてもよい。この実施例においても、図１〜図８に示した実施例と同様に、ケース２０を下部筐体５０に取り付ける際の作業性を高めることができる。

図１２及び図１３を参照して、実施例による蓄電装置が搭載されるショベルについて説明する。

図１２に、実施例による蓄電装置が搭載されたショベルの側面図を示す。下部走行体１００に、上部旋回体１０１が搭載されている。上部旋回体１０１にブーム１０３、アーム１０５、及びバケット１０７が連結されている。ブームシリンダ１０４の伸縮により、ブーム１０３の姿勢が変化する。アームシリンダ１０６の伸縮により、アーム１０５の姿勢が変化する。バケットシリンダ１０８の伸縮により、バケット１０７の姿勢が変化する。ブームシリンダ１０４、アームシリンダ１０６、及びバケットシリンダ１０８は、油圧駆動される。ショベルの機体、具体的には上部旋回体１０１に、旋回電動機１０２、エンジン１１０、電動発電機１１１、蓄電装置１１５が搭載されている。

図１３に、ショベルのブロック図を示す。図１３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、電気制御系を細い実線で表し、パイロットラインを破線で表す。

エンジン１１０の駆動軸がトルク伝達機構１２１の入力軸に連結されている。エンジン１１０には、電気以外の燃料によって駆動力を発生するエンジン、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関が用いられる。

電動発電機１１１の駆動軸が、トルク伝達機構１２１の他の入力軸に連結されている。電動発電機１１１は、電動（アシスト）運転と、発電運転との双方の運転動作を行うことができる。トルク伝達機構１２１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１２２の駆動軸が連結されている。

メインポンプ１２２に加わる負荷が大きい場合には、電動発電機１１１がアシスト運転を行い、電動発電機１１１の駆動力がトルク伝達機構１２１を介してメインポンプ１２２に伝達される。これにより、エンジン１１０に加わる負荷が軽減される。一方、メインポンプ１２２に加わる負荷が小さい場合には、エンジン１１０の駆動力がトルク伝達機構１２１を介して電動発電機１１１に伝達されることにより、電動発電機１１１が発電運転される。

メインポンプ１２２は、高圧油圧ライン１２３を介して、コントロールバルブ１２４に油圧を供給する。コントロールバルブ１２４は、運転者からの指令により、油圧モータ１０９Ａ、１０９Ｂ、ブームシリンダ１０４、アームシリンダ１０６、及びバケットシリンダ１０８に油圧を分配する。油圧モータ１０９Ａ及び１０９Ｂは、それぞれ下部走行体１００（図１２）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１１１がインバータ１１３Ａを介して蓄電回路１１２に接続されている。旋回電動機１０２がインバータ１１３Ｂを介して蓄電回路１１２に接続されている。インバータ１１３Ａ、１１３Ｂ、及び蓄電回路１１２は、制御装置１３５により制御される。

インバータ１１３Ａは、制御装置１３５からの指令に基づき、電動発電機１１１の運転制御を行う。電動発電機１１１のアシスト運転と発電運転との切り替えが、インバータ１１３Ａにより行われる。

電動発電機１１１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１１２からインバータ１１３Ａを通して電動発電機１１１に供給される。電動発電機１１１が発電運転されている期間は、電動発電機１１１によって発電された電力が、インバータ１１３Ａを通して蓄電回路１１２に供給される。これにより、蓄電回路１１２内の蓄電装置１１５が充電される。蓄電回路１１２内の蓄電装置１１５には、上記実施例による蓄電装置が用いられる。

旋回電動機１０２は、インバータ１１３Ｂ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。旋回電動機１０２の力行動作中は、蓄電回路１１２からインバータ１１３Ｂを介して旋回電動機１０２に電力が供給される。旋回電動機１０２が、減速機１３１を介して、上部旋回体１０１（図１２）を旋回させる。回生動作時には、上部旋回体１０１の回転運動が、減速機１３１を介して旋回電動機１０２に伝達されることにより、旋回電動機１０２が回生電力を発生する。発生した回生電力は、インバータ１１３Ｂを介して蓄電回路１１２に供給される。これにより、蓄電回路１１２内の蓄電装置１１５が充電される。

レゾルバ１３２が、旋回電動機１０２の回転軸の回転方向の位置を検出する。レゾルバ１３２の検出結果が、制御装置１３５に入力される。旋回電動機１０２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１３３が、旋回電動機１０２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１３３の制動状態と解除状態とは、制御装置１３５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１２５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１２６を介して操作装置１２８に供給される。操作装置１２８は、レバーやペダルを含み、運転者によって操作される。操作装置１２８は、パイロットライン１２６から供給される１次側の油圧を、運転者の操作に応じて、２次側の油
圧に変換する。２次側の油圧は、油圧ライン１２９を介してコントロールバルブ１２４に伝達されると共に、他の油圧ライン１３０を介して圧力センサ１２７に伝達される。

圧力センサ１２７で検出された圧力の検出結果が、制御装置１３５に入力される。これにより、制御装置１３５は、下部走行体１００、旋回電動機１０２、ブーム１０３、アーム１０５、及びバケット１０７（図１２）の操作の状況を検知することができる。

作業機械の上部旋回体１０１は、一般的な運搬用車両に比べて、作業中及び走行中に振動し易い。このため、上部旋回体１０１に搭載された蓄電装置１１５も振動し、衝撃を受ける。実施例においては、電圧均等化アセンブリ７０の耐振動性を高めることができるため、振動や衝撃に対して蓄電装置の高い信頼性を確保することができる。

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。

１０蓄電セル
１１端子
１３均等化基板
１４制御基板
１５回路基板
１６測定用コネクタ
１７制御用コネクタ
１８貫通孔
１９電圧均等化回路
２０ケース
２０Ａ第１の側面部材
２０Ｂ第２の側面部材
２０Ｃ重ね合わせ部
２１、２１Ａ、２１Ｂ支持壁
２１Ｃ取付け部
２３保護プレート
２４腕部
２４Ａ拡幅部
２５、２６、２７、２８、２９貫通孔
３３、３４、３５ケーブル
３６コネクタ
３７配線パターン
３８内部接続コネクタ
３９外部接続コネクタ
４０、４１コネクタ
４２制御回路
４３支持具
４４オスメス型スペーサ
４５ボルト
４６ナット
４８、４９締結具
５０下部筐体
５１底面
５２側面
５３蓄電モジュール
５５第１のリブ
５６第２のリブ
５７第３のリブ
５８開口
５９コネクタボックス
６０蓋
６２中継部材
６３リレー回路
６４コネクタ
６５、６６バスバー
７０電圧均等化アセンブリ
７２支持具
８３段差
８５締結具
９０補強ビード
９１折り部
９２開口部
１００下部走行体
１０１上部旋回体
１０２旋回電動機
１０３ブーム
１０４ブームシリンダ
１０５アーム
１０６アームシリンダ
１０７バケット
１０８バケットシリンダ
１０９Ａ油圧モータ
１０９Ｂ油圧モータ
１１０エンジン
１１１電動発電機
１１２蓄電回路
１１３Ａインバータ
１１３Ｂインバータ
１１５蓄電装置
１２１トルク伝達機構
１２２メインポンプ
１２３高圧油圧ライン
１２４コントロールバルブ
１２５パイロットポンプ
１２６パイロットライン
１２７圧力センサ
１２８操作装置
１２９油圧ライン
１３０油圧ライン
１３１減速機
１３２レゾルバ
１３３メカニカルブレーキ
１３５制御装置

Claims

ショベルの機体に搭載され、底面、側面、及び上面を含む筐体と、
前記筐体の内部に配置された複数の蓄電セルを含む蓄電モジュールと、
前記筐体の内部に固定されたケースと、
前記蓄電セルの端子間電圧を均等化する均等化回路が実装され、ケーブルを介して前記蓄電セルに接続された複数の回路基板と
を有し、
前記ケースは上方に開口部を有しており、前記ケースの少なくとも１つの側面が、前記筐体の底面に対して垂直な姿勢で配置された支持壁を構成しており、前記ケースは前記開口部の縁に設けられた取付け部を含み、前記取付け部が前記筐体の上方を向く面に固定されており、
前記複数の回路基板は、前記支持壁に支持されている蓄電装置。
複数の前記回路基板が厚さ方向に積み重ねられており、複数の前記回路基板を積み重ね方向に挟むように、複数の前記支持壁が配置されており、一方の前記支持壁の外側の表面から前記回路基板を貫通して、対向する前記支持壁の外側の表面まで達する支持具が複数の前記回路基板を前記ケースに固定している請求項１の蓄電装置。
前記回路基板は、前記蓄電セルに対応して構成された前記均等化回路を実装する均等化基板であり、
さらに、前記ケースの外部に配置され、前記均等化回路を制御する制御回路を実装し、前記均等化基板より大きな制御基板と、前記支持壁から間隔を隔てて配置され、前記ケースに固定された保護プレートと
を含み、
前記制御基板は、前記支持壁と前記保護プレートとの間に配置されて前記保護プレートに固定されており、前記保護プレートを介して前記ケースに支持されている請求項１又は２の蓄電装置。
さらに、前記均等化基板と前記制御基板とを接続する第２のケーブルを有し、前記第２のケーブルは、前記制御基板及び前記均等化基板から上方に向かって引き出され、前記支持壁の上方を通過している請求項３に記載の蓄電装置。