JP6634119B2 - 蓄電装置の配置構造及びダンプトラック - Google Patents

Description

本発明は、車輪を駆動する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の配置構造に関する。

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。

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。

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。

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。

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。

米国特許第８６０６４５１号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０１７４５６１Ａ１号明細書

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。

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。

本発明は上記事案に鑑み、蓄電装置の車体への搭載性を向上することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、
車輪を駆動するモータと電力の授受を行う蓄電装置の配置構造であって、
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車体の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、前記ウォータージャケットの前記入口と前記出口とが車体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、
前記蓄電装置は、上方に位置する電池ユニットが下方に位置する電池ユニットに対して車体の前方に位置するように、前傾配置されている。

本発明によれば、蓄電装置の車体への搭載性を向上することができる。

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。 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。 本発明のダンプトラックの第１の実施形態を構成する走行システムの構成図である。 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。 蓄電システムの搭載構造を詳細に示す側面図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 本発明のダンプトラックの第２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Ｃ−Ｃ図である。

以下、本発明を適用した実施形態について説明する。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

＜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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims (5)

1. 車輪を駆動するモータと電力の授受を行う蓄電装置の配置構造であって、
   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車体の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、前記ウォータージャケットの前記入口と前記出口とが車体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、
   前記蓄電装置は、上方に位置する電池ユニットが下方に位置する電池ユニットに対して車体の前方に位置するように、前傾配置されていることを特徴とする蓄電装置の配置構造。
2. 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、
   を備えたダンプトラックにおいて、
   前記蓄電装置は、請求項１に記載の蓄電装置の配置構造を備え、
   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。
3. 請求項２に記載のダンプトラックにおいて、
   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。
4. 請求項３に記載のダンプトラックにおいて、
   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。
5. 請求項４に記載のダンプトラックにおいて、
   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。

Images