JP7335201B2

JP7335201B2 - 作業車両

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Publication number: JP7335201B2
Application number: JP2020092495A
Authority: JP
Inventors: 正昭西中
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2020-05-27
Filing date: 2020-05-27
Publication date: 2023-08-29
Anticipated expiration: 2040-05-27
Also published as: JP2021191061A; JP2023155299A

Description

本発明は、複数のバッテリパックを備えた作業車両に関する。

近年、自動車の電動化が進んでいる。電動化は乗用車に限られず、バスやトラックなどの大型車、建機や農機等の作業車などでも進んでいる。このような大型車や作業車の電動化を進める場合、乗用車と比べて搭載すべきバッテリ容量も大きくなり、バッテリパックのサイズも大型化する。

バッテリパックは、充放電時に発熱し、サイズが大きくなれば、発熱量も大きい。このため、発熱に起因してバッテリの使用が制限されないよう、バッテリパックを複数に分割して搭載したり、冷却装置を内蔵したりする例がある。

また、特許文献１には、バッテリ内の二次電池の温度が適正範囲にある場合に、ＳＯＣ（State of Charge）の状態に応じて、バッテリパックの充電または放電を行う構成が記載されている。

特開２０１５－１１９５７３号公報（２０１５年６月２５日公開）

上述したように、バッテリパックは、充放電時に発熱する。特に大型化されたバッテリパックは、発熱量が大きいため、バッテリ使用後は、バッテリパックの温度が高く、すぐに充電できない場合や充電に時間がかかる場合がある。同様に、充電時の発熱により、バッテリ温度が高くなっている場合、放電量が制限されて、充電完了後すぐにバッテリパックを所望の作業に使用できない可能性がある。

本発明の一態様は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、充電時間の短縮を図ることができる、または充電後の使用を速やかに行うことができる作業車両を実現することにある。

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る作業車両は、複数のバッテリパックを備えた作業車両であって、前記複数のバッテリパックを充電する前、または前記複数のバッテリパックを使用する前に、前記複数のバッテリパックそれぞれの温度を取得する温度取得部と、前記複数のバッテリパックを充電する順序、または使用する順序を、前記温度取得部が取得した温度に基づいて決定するバッテリパック管理部と、前記バッテリパックを充電する場合、前記バッテリパック管理部が決定した順序に基づいて、対象となるバッテリパックを充電器と接続させ、前記バッテリパックを使用する場合、前記バッテリパック管理部が決定した順序に基づいて、対象となるバッテリパックを、当該バッテリパックを使用することにより動作させる対象機器と接続させる接続制御部と、を備えている。

バッテリパックの温度が高い場合、すぐに充電または使用ができなかったり、充電または使用してもバッテリパック自体が本来持つ性能を十分に発揮できなかったりする。前記の構成によれば、複数のバッテリパックの充電または使用を、バッテリパックそれぞれの温度に基づいて決定した順序で行うので、すぐに充電または使用可能なバッテリパックを優先して充電または使用することができる。よって、バッテリパックの充電を行う場合、順序を決めずに複数のバッテリパックを充電する場合と比較して、充電時間の短縮を図ることができる。また、バッテリパックを使用する場合、充電後の使用を速やかに行うことができる。

本発明の一態様に係る作業車両では、前記バッテリパック管理部は、前記複数のバッテリパックを充電する順序、または使用する順序を、前記温度取得部が取得した温度が低い順とするものであってもよい。

前記の構成によれば、バッテリパックの温度の低い順にバッテリパックの充電または使用を行うことができる。

本発明の一態様に係る作業車両では、前記バッテリパック管理部は、複数のバッテリパックのうち、前記温度取得部が取得した温度が同じものについて、製造の新旧、またはこれまでの使用回数に基づいて、前記複数のバッテリパックを充電する順序、または使用する順序を決定するものであってもよい。

前記の構成によれば、温度が同じバッテリパックについて、製造の新旧、またはこれまでの使用回数に基づいて、複数のバッテリパックを充電する順序、または使用する順序を決定することができる。

本発明の一態様に係る作業車両では、前記複数のバッテリパックのうち、充電または使用されているバッテリパックを冷却する冷却部を備えるものであってもよい。

前記の構成によれば、充電または使用されているバッテリパックを冷却するので、少ない電力で、効率的にバッテリパックの冷却を行うことができる。

本発明の一態様に係る作業車両では、通常の充電よりも短時間で充電可能な急速充電器により充電を行う場合、前記冷却部は、前記複数のバッテリパックすべてを冷却するものであってもよい。

急速充電器を用いる場合、バッテリパックの発熱量が、通常の充電と比較して大きくなる。そして、前記の構成によれば、充電中ではないバッテリパックも冷却するので、それぞれのバッテリパックについて、充電前または充電後でも冷却されることになる。これにより、充電前であれば、バッテリパックの温度を予め下げることにより、充電による発熱の影響を抑えることができ、充電後であれば、通常の充電時よりも発熱したバッテリパックを充電後も冷却することができる。

本発明の一態様に係る作業車両では、充電または使用するバッテリパックをユーザが選択できる選択スイッチを備え、前記接続制御部は、前記選択スイッチによる選択を、前記バッテリパック管理部が決定した順序に優先させるものであってもよい。

前記の構成によれば、バッテリパック管理部が決定した順序に優先させて、充電または使用するバッテリパックをユーザが選択できるので、ユーザ所望のバッテリパックを充電または使用の対象とすることができる。

本発明の一態様によれば、複数のバッテリパックの充電または使用を、バッテリパックそれぞれの温度に基づいて決定した順序で行うので、すぐに充電または使用可能なバッテリパックを優先して充電または使用することができる。よって、バッテリパックの充電を行う場合、順序を決めずに複数のバッテリパックを充電する場合と比較して、充電時間の短縮を図ることができる。また、バッテリパックを使用する場合、充電後の使用を速やかに行うことができる。

本発明の実施形態に係る作業車両の概要を示す機能ブロック図である。作業車両におけるバッテリパックの充電処理の流れを示すフローチャートである。作業車両におけるバッテリパックの使用処理の流れを示すフローチャートである。本発明の他の実施形態に係る作業車両の概要を示す機能ブロック図である。作業車両の変形例を示す図である。

〔実施形態１〕
〔作業車両１の概要〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。まず、図１を参照して、本実施形態に係る作業車両１について説明する。図１は、作業車両１の概要を示すブロック図である。なお、本実施形態では、作業車両１における作業車としての機能および走行に関する機能は、公知の技術を用いて実現可能であるので、ここでは説明しない。また、作業車両１の例としては、トラクタ等の農業機械、工事・建設等に用いられる建設機械、バス・トラック等の大型車両等を挙げることができる。

図１に示すように、作業車両１は、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１０、切替器２０、充電口３０、選択スイッチ４０、バッテリパック（１００Ａ、１００Ｂ）、センサ（１０１Ａ、１０１Ｂ）、および各種機器（対象機器）２００を含む。なお、バッテリパックおよびセンサについては、総称して、それぞれバッテリパック１００、センサ１０１と呼ぶこともある。

電子制御ユニット１０は、作業車両１における電子的な制御を司るユニットであり、情報取得部（温度取得部）１１０、充放電管理部（バッテリパック管理部）１２０、および切替指示部（接続制御部）１３０を含む。

情報取得部１１０は、後述するバッテリパック１００の温度を検出するセンサ１０１から情報をバッテリパック１００毎に取得し、充放電管理部１２０に通知する。

情報取得部１１０がセンサ１０１からバッテリパック１００の温度を取得するタイミングは、充電時、使用時ともに、作業車両１が起動されたとき（例えば、エンジンがかけられたとき、キースイッチがＯＮとなったとき）が挙げられる。なお、充電時であれば、充電口３０に充電器２のコード等が接続されたときに温度を取得してもよい。また、情報取得部１１０は上記のタイミング後も、定期的にバッテリパック１００の温度を取得してよい。

充放電管理部１２０は、情報取得部１１０から通知されたバッテリパック１００（１００Ａ、１００Ｂ）それぞれの温度に基づき、バッテリパック１００の充電する順序、および放電する順序を決定する。より詳細には、充放電管理部１２０は、バッテリパック１００Ａおよびバッテリパック１００Ｂのうち、温度の低い方を先に充電または放電するように決定する。そして、決定した結果に基づき、切替器２０を制御するための指示を切替指示部１３０に送信する。具体的には、充電する場合は、所望のバッテリパック１００と充電口３０とが接続されるように切替器２０を切り替える指示を送信し、放電する場合は、所望のバッテリパック１００と各種機器２００とが接続されるように切替器２０を切り替える指示を送信する。

切替指示部１３０は、充放電管理部１２０の指示に基づき、切替器２０を切り替える。切替器２０は、切替指示部１３０の指示に基づき、接続するバッテリパック１００を切り替える。

充電口３０は、外部の充電器２と作業車両１とを接続する接続部である。

選択スイッチ４０は、ユーザにより操作されるスイッチであり、選択スイッチ４０が操作されることにより、切替器２０を切り替えることができる。換言すれば、接続されるバッテリパック１００を切り替えることができる。
選択スイッチ４０を設けることにより、充放電管理部１２０により決定された充電または放電の順序に関わらず、充電または放電の対象となるバッテリパック１００をユーザの所望のものとすることができる。

バッテリパック１００（１００Ａ、１００Ｂ）は、充電および放電が可能なバッテリである。センサ１０１（１０１Ａ、１０１Ｂ）は、バッテリパック１００の温度を計測するセンサであり、センサ１０１Ａは、バッテリパック１００Ａの温度を計測し、センサ１０１Ｂは、バッテリパック１００Ｂの温度を計測する。

各種機器２００は、バッテリパック１００から供給される電力により駆動するモータ、各種機器、電装品等の総称である。

〔作業車両１における処理〕
次に、図２および図３を参照して、作業車両１における処理の流れを説明する。図２は、作業車両１においてバッテリパック１００を充電する場合の処理の流れを示すフローチャートである。また、図３は、作業車両１においてバッテリパック１００を使用（放電）する場合の処理の流れを示すフローチャートである。なお、図２および図３では、バッテリパック１００Ａを「バッテリＡ」、バッテリパック１００Ｂを「バッテリＢ」と表記している。

図２に示すように、バッテリパック１００の充電を行う場合、まず、充放電管理部１２０は、バッテリパック１００それぞれの情報（温度）を取得する（Ｓ１０１）。次に、充放電管理部１２０は、バッテリパック１００Ａとバッテリパック１００Ｂとの温度を比較する。そして、バッテリパック１００Ａ温度＜バッテリパック１００Ｂの温度であれば（Ｓ１０２でＹＥＳ）、充放電管理部１２０はバッテリパック１００の充電をバッテリパック１００Ａ、バッテリパック１００Ｂの順序で行うことを決定する。そして、切替指示部１３０に指示してバッテリパック１００Ａを充電口３０と接続するようにする（Ｓ１０３）。これにより、バッテリパック１００Ａが充電される（Ｓ１０４）
そして、バッテリパック１００Ａの充電が完了すると（Ｓ１０５でＹＥＳ）、充放電管理部１２０は、切替指示部１３０に指示して、バッテリパック１００Ｂを充電口３０と接続するようにする（Ｓ１０６）。これにより、バッテリパック１００Ｂが充電される（Ｓ１０７）。バッテリパック１００Ｂの充電が完了すると（Ｓ１０８でＹＥＳ）、充電処理が完了する。

一方、ステップＳ１０２で、バッテリパック１００Ａ温度＜バッテリパック１００Ｂの温度でない場合（Ｓ１０２でＮＯ）、充放電管理部１２０は充電の順序をバッテリパック１００Ｂ、バッテリパック１００Ａの順序で行うことを決定する。そして、切替指示部１３０に指示してバッテリパック１００Ｂを充電口３０と接続するようにする（Ｓ２０１）。これにより、バッテリパック１００Ｂが充電される（Ｓ２０２）
そして、バッテリパック１００Ｂの充電が完了すると（Ｓ２０３でＹＥＳ）、充放電管理部１２０は、切替指示部１３０に指示して、バッテリパック１００Ａを充電口３０と接続するようにする（Ｓ２０４）。これにより、バッテリパック１００Ａが充電される（Ｓ２０５）。バッテリパック１００Ａの充電が完了すると（Ｓ２０６でＹＥＳ）、充電処理が完了する。

上記の処理によれば、バッテリパック１００Ａ、バッテリパック１００Ｂのうち、温度が高いバッテリパック１００の充電が後になる。例えば、バッテリパック１００Ａの温度＜バッテリパック１００Ｂの温度の場合、温度の高いバッテリパック１００Ｂの充電は、バッテリパック１００Ａの後になる。そして、バッテリパック１００Ａの充電中は、バッテリパック１００Ｂは自然放熱されることになるので、バッテリパック１００Ｂの充電が開始されるときには、バッテリパック１００Ｂの温度は下がっていることになる。これにより、バッテリパック１００の温度が高いまま充電が開始されることを抑制することができ、バッテリパック１００の充電を効率的に行うことができる。

また、図３に示すように、バッテリパック１００を使用する場合、まず、充放電管理部１２０は、バッテリパック１００それぞれの情報（温度）を取得する（Ｓ３０１）。次に、充放電管理部１２０は、バッテリパック１００Ａとバッテリパック１００Ｂとの温度を比較する。そして、バッテリパック１００Ａ温度＜バッテリパック１００Ｂの温度であれば（Ｓ３０２でＹＥＳ）、充放電管理部１２０は、バッテリパック１００の使用をバッテリパック１００Ａ、バッテリパック１００Ｂの順序で行うことを決定する。そして、切替指示部１３０に指示してバッテリパック１００Ａを各種機器２００と接続するようにする（Ｓ３０３）。これにより、バッテリパック１００Ａが先に使用される（Ｓ３０４）
そして、バッテリパック１００Ａの残量が閾値以下になると（Ｓ３０５でＹＥＳ）、充放電管理部１２０は、切替指示部１３０に指示して、バッテリパック１００Ｂを各種機器２００と接続するようにする（Ｓ３０６）。これにより、バッテリパック１００Ｂが使用される（Ｓ３０７）。これにより、バッテリパック１００Ａ、バッテリパック１００Ｂの順序でバッテリパック１００が使用されることになる。

一方、ステップＳ３０２で、バッテリパック１００Ａ温度＜バッテリパック１００Ｂの温度でない場合（Ｓ３０２でＮＯ）、充放電管理部１２０はバッテリパック１００の使用をバッテリパック１００Ｂ、バッテリパック１００Ａの順序で行うことを決定する。そして、切替指示部１３０に指示してバッテリパック１００Ｂを各種機器２００と接続するようにする（Ｓ４０１）。これにより、バッテリパック１００Ｂが先に使用される（Ｓ４０２）。

そして、バッテリパック１００Ｂの残量が閾値以下になると（Ｓ４０３でＹＥＳ）、充放電管理部１２０は、切替指示部１３０に指示して、バッテリパック１００Ａを各種機器２００と接続するようにする（Ｓ４０４）。これにより、バッテリパック１００Ａが使用される（Ｓ４０５）。これにより、バッテリパック１００Ｂ、バッテリパック１００Ａの順序でバッテリパック１００が使用されることになる。

上記の処理によれば、バッテリパック１００Ａおよびバッテリパック１００Ｂの使用が終わったとき、何れかのバッテリパックは、使用後からかなりの時間が経過していることになる。例えば、バッテリパック１００Ａ→バッテリパック１００Ｂの順で使用した場合、バッテリパック１００Ｂの使用が終わったとき、バッテリパック１００Ａについては、使用後からかなりの時間が経過していることになる。この場合、バッテリパック１００Ａは、バッテリパック１００Ｂの使用中に自然放熱されていることになり、温度が下がる。よって、バッテリパック１００Ａおよびバッテリパック１００Ｂの使用後、すぐにバッテリパック１００Ａの充電を開始することができ、バッテリパック１００の温度が下がるまで充電を待機する等の必要が無くなる。これにより、バッテリパック１００の充電時間を短縮することができる。

また、バッテリパック１００Ｂ→バッテリパック１００Ａの順で使用した場合は、逆のことが言える。

〔適用例〕
例えば、バッテリパック１００の容量を、作業車両１における１日の作業量を賄える程度とし、一日の作業後に充電を行うものとすれば、作業後、次の日の作業開始までに、効率的に充電を行うことができる。作業後、すぐに、一方のバッテリパック１００の充電を開始でき、その後、他方のバッテリパック１００の充電を行うことができるためである。

また、昼休み等、作業を行わない時間帯がある場合に、補充的に充電を行うこともできる。

〔温度が同じ場合の処理〕
なお、バッテリパック１００Ａおよびバッテリパック１００Ｂの温度が同じ場合、充放電管理部１２０は、温度以外の他の情報を取得し、バッテリパック１００の充放電の順序を決定してもよい。例えば、充放電管理部１２０は、バッテリパック１００の新旧、充放電回数、ＳＯＣを用いて充放電の順序を決定してもよい。

例えば、充放電管理部１２０は、新しいバッテリパック１００を優先して充放電してもよいし、これまでの充放電回数が少ない方を優先して充放電してもよい。この場合、バッテリパック１００それぞれについて、製造年月、使用回数が記録されているものとする。

また、ＳＯＣの多い方を優先して使用し、ＳＯＣの少ない方を優先して充電をおこなってもよい。この場合、充放電管理部１２０は、バッテリパック１００それぞれのＳＯＣを算出できるものとする。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

本実施形態に係る作業車両１Ａでは、上述した作業車両１の構成に加え、電子制御ユニット１０Ａに冷却器制御部（冷却部）１４０が含まれるとともに、冷却器（冷却部）５０を備える。冷却器５０は、冷却器制御部１４０の制御によりバッテリパック１００を冷却するものである。

作業車両１Ａでは、切替器２０により充電口３０または各種機器２００に接続されているバッテリパック１００Ａまたはバッテリパック１００Ｂが所定の温度を超えた場合、充放電管理部１２０の指示により冷却器制御部１４０が冷却器５０を制御して、バッテリパック１００Ａおよびバッテリパック１００Ｂの何れかを冷却する。

なお、充電器２が急速充電器の場合、冷却器制御部１４０は、充電中のバッテリパック１００が所定の温度を超えたかないかに関わらず、対象となるバッテリパック１００を冷却器５０により冷却してもよい。

また、充電器２が急速充電器の場合、充電対象となっていないバッテリパック１００についても冷却するものであってもよい。

〔変形例〕
上述した実施形態では、バッテリパック１００は、バッテリパック１００Ａおよびバッテリパック１００Ｂの２個の場合について説明した。本発明はこれに限られるものではなく、図５に示すように、バッテリパック１００が３個以上（バッテリパック１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、…）であってもよい。

充放電管理部１２０は、バッテリパック１００が３個以上であっても、それぞれのバッテリパック１００の温度に応じて、充放電の順序を決定することができる。

また、充放電管理部１２０は、バッテリパック１００の温度に限らず、他の要素、例えば、バッテリパック１００の新旧、充放電回数を用いて順序を決定してもよい。例えば、温度が同じバッテリパック１００が複数存在する場合、新しいバッテリパック１００を優先して充放電してもよいし、これまでの充放電回数が少ない方を優先して充放電してもよい。この場合、バッテリパック１００それぞれについて、製造年月、使用回数が記録されているものとする。

〔ソフトウェアによる実現例〕
作業車両１の制御ブロック（特に電子制御ユニット１０、１０Ａ（情報取得部１１０、充放電管理部１２０、切替指示部１３０、冷却器制御部１４０））は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、作業車両１は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば少なくとも１つのプロセッサ（制御装置）を備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な少なくとも１つの記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１作業車両
２充電器
１０電子制御ユニット
２０切替器
３０充電口
４０選択スイッチ
５０冷却器（冷却部）
１００（１００Ａ、１００Ｂ）バッテリパック
１０１（１０１Ａ、１０１Ｂ）センサ
１１０情報取得部（温度取得部）
１２０充放電管理部（バッテリパック管理部）
１３０切替指示部（接続制御部）
１４０冷却器制御部（冷却部）
２００各種機器（対象機器）

Claims

複数のバッテリパックを備えた作業車両であって、
前記複数のバッテリパックを充電する前、または前記複数のバッテリパックを使用する前に、前記複数のバッテリパックそれぞれの温度を取得する温度取得部と、
前記複数のバッテリパックを充電する順序、または使用する順序を、前記温度取得部が取得した温度に基づいて決定するバッテリパック管理部と、
前記バッテリパックを充電する場合、前記バッテリパック管理部が決定した順序に基づいて、対象となるバッテリパックを充電器と接続させ、
前記バッテリパックを使用する場合、前記バッテリパック管理部が決定した順序に基づいて、対象となるバッテリパックを、当該バッテリパックを使用することにより動作させる対象機器と接続させる接続制御部と、を備え、
前記複数のバッテリパックのうち、充電または使用されているバッテリパックを冷却するとともに、通常の充電よりも短時間で充電可能な急速充電器により充電を行う場合、充電対象となっていないバッテリパックを含む前記複数のバッテリパックすべてを冷却する冷却部を備えることを特徴とする作業車両。
前記バッテリパック管理部は、前記複数のバッテリパックを充電する順序、または使用する順序を、前記温度取得部が取得した温度が低い順とすることを特徴とする請求項１に記載の作業車両。
前記バッテリパック管理部は、複数のバッテリパックのうち、前記温度取得部が取得した温度が同じものについて、製造の新旧、またはこれまでの使用回数に基づいて、前記複数のバッテリパックを充電する順序、または使用する順序を決定することを特徴とする請求項１または２に記載の作業車両。
充電または使用するバッテリパックをユーザが選択できる選択スイッチを備え、
前記接続制御部は、前記選択スイッチによる選択を、前記バッテリパック管理部が決定した順序に優先させることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の作業車両。