WO2012107948A1 - 蓄電装置を用いた電動システム及びそれを有する作業車両 - Google Patents

Abstract

　蓄電装置を用いた電動システムを、充電や放電を司るマネージメント装置を必要としない、安価で信頼性の高いものとする。電動システム１に、電動駆動装置２と電気二重層キャパシタ６と直流発電装置５とドライバ２０とを設ける。ドライバ２０に整流回路２１と、下限電圧以上の直流電力を電動駆動装置２が駆動可能な電力に変換出力する出力回路２２とを内蔵させる。直流発電装置５の電圧上限制御機能により、電気二重層キャパシタ６に供給する電圧の上限電圧Ｅ１を制御し、ドライバ２０の出力回路２２により、電気二重層キャパシタ６が下限電圧Ｅ２よりも低い電圧にならないように、直流発電装置５若しくは電気二重層キャパシタ６又は交流外部電源からの電力を電動駆動装置２に供給する。

Description

蓄電装置を用いた電動システム及びそれを有する作業車両

　本発明は、蓄電装置を用いた電動システム及びそれを有する塵芥車、ミキサー車、高所作業車、粉粒体運搬車などの作業車両に関し、特に蓄電装置の上限及び下限電圧の管理に関するものである。

　従来より、バッテリフォークリフト、ハイブリットパワーショベル、電動高所作業車、ハイブリットクレーン、鉄道車両、各種ハイブリッド車両等において、蓄電装置を用いた電動システムが広く使用されている。

　例えば、特許文献１では、車両を走行駆動する動力を供給するエンジンと、回転駆動されるドラムとを備えるミキサー車において、エンジンによって駆動される発電装置と、発電装置の出力を蓄積する蓄電装置と、蓄電装置に蓄積された電力によって駆動される電動機からなる電動駆動装置とを備え、電動駆動装置によってドラムを回転させることが知られている。

　また、特許文献２の作業車両は、塵芥車であり、作業装置を駆動する電動モータと、蓄電装置から取り出す直流電流を三相交流電流に変換するインバータ回路と、商用三相交流を受電する外部端子と、電動モータの電源を蓄電装置と外部端子のいずれかに切換接続するコンタクタとを備えている。この塵芥車では、作業現場で内燃機関の運転を停止し商用の交流外部電源を利用して作業装置用動力を得ることができるので、作業中に騒音及び排気ガスの放出がなくなり、環境の改善に役立てることができるようになっている。

　また、この塵芥車では、蓄電装置とインバータ回路との間の電気経路上に、ブレーカ（サービスプラグ、いわゆる遮断機能を有するもの）が介設されている。このブレーカは、保守時、及び蓄電装置への充電時に開状態にしておくことにより、作業装置側と電気的に遮断された状態として予期せぬ異常動作の発生や感電を防止するようにしている。また、作業現場で交流外部電源を用いて作業装置を駆動するときには、まず、ブレーカを開状態にして蓄電装置との接続を切り離した後に、外部端子に交流外部電源を接続するようにしている。

特開２００３－２２６１９２号公報 特開平７－７５２０８号公報

　しかしながら、従来の蓄電装置を用いた電動システムにおいて、例えば近年広く使用されているリチウムイオンバッテリ、ニッケル水素バッテリよりなる蓄電装置は、上限電圧及び下限電圧を厳密に守らないと、加熱して火傷や発煙事故を起こす可能性がある。しかも、下限電圧の近傍の状態で保管すると、バッテリの自己放電現象によって電圧が下がり、気付かぬうちに下限電圧を下回ることになることもある。電圧管理の厳密度合いは計測器並みの高精度な電圧計測に基づき管理することが求められる。このため、従来の蓄電装置を用いた電動システムでは、高精度な電圧管理が可能なマネージメント装置を用いて蓄電装置の上限電圧及び下限電圧を厳密に管理する必要があり、システム全体が複雑化してコストがアップすると共に、信頼性の低下を招いていた。

　また、上記特許文献２のように、電動モータの電源を蓄電装置（内部電源）と外部端子（交流外部電源）のいずれかに切換接続するためにコンタクタを用いる従来の作業車両では、コンタクタの接点溶着が発生するおそれがあった。この接点溶着が発生した場合には、インバータ回路その他回路上の種々の装置が破損するおそれがあった。また、コンタクタを用いる従来の作業車両では、回路が複雑であることから、配線の接触不良などの事故も生じやすいと考えられ、信頼性低下の要因となっていた。さらに、ドライバの異常動作が起きるとその影響が他に波及して回路上の種々の装置を破損するおそれがあった。しかも、従来の作業車両では、作業現場で交流外部電源を用いて作業装置を駆動するときにブレーカを開状態にしていたが、このブレーカを開にする作業を忘れた場合には、感電事故が発生するおそれがあった。

　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、蓄電装置を用いた電動システムを、充電や放電を司るマネージメント装置を必要としない、安価で信頼性の高いものとすることにある。

　本発明のさらなる目的とするところは、電動モータの電源を内部電源と交流外部電源のいずれかに切換接続する場合に、誤動作や装置の破損が生じることなく、安全かつ確実に電源切換えを行い得る作業車両を提供することにある。

　上記の目的を達成するために、第１の発明では、蓄電装置と、電動駆動装置とを有し、該蓄電装置を充電する機能を備えた、蓄電装置を用いた電動システムを対象とし、
　上記電動システムは、
　交流外部電源、又は、電圧上限制御機能を有して上記蓄電装置に供給する電圧の上限を制御可能な直流発電装置と、
　上記蓄電装置が下限電圧よりも低い電圧にならないように上記直流発電装置若しくは上記蓄電装置又は上記交流外部電源からの電力を上記電動駆動装置に供給するドライバとを備え、
　上記ドライバは、
　　整流回路と、
　　上記下限電圧以上の直流電力を上記電動駆動装置が駆動可能な電力に変換出力する出力回路とを内蔵し、
　上記交流外部電源からの電力は、上記整流回路を介して上記出力回路に送電され、また、上記蓄電装置又は上記直流発電装置からの電力は、上記整流回路を介さず上記出力回路に送電され、上記電動駆動装置に供給されるように構成されている。

　上記の構成によると、まず、交流外部電源からの電力は、ドライバに内蔵された整流回路を介して整流されて出力回路に送電される。一方、蓄電装置からの電力は、整流回路を介さず出力回路に送電される。この際、定格出力が定められているという直流発電装置又は交流外部電源が本来有する電圧上限制御機能によって、蓄電装置に供給する電圧の上限が制御可能となる。また、蓄電装置が下限電圧の近傍に近付いた場合には、ドライバの出力回路は、所定の電圧以上の電源が入力されないと定格出力を出せないという本来有する機能を利用する。つまりこの場合、ドライバの出力回路は、蓄電装置が下限電圧よりも低い電圧にならないように、蓄電装置からの電力を電動駆動装置に供給するのを停止する。従って、従来のような充電や放電を司るマネージメント装置を設けなくても、蓄電装置の上限電圧及び下限電圧の管理が可能である。

　第２の発明では、第１の発明において、
　上記電動駆動装置は、回生制動可能に構成され、該電動駆動装置で発生した電力は、上記ドライバで上限電圧以下に調整されて上記蓄電装置に供給されるように構成されている。

　上記の構成によると、電動駆動装置で回生制動を行う場合にも、回生制動により発生した電力は、ドライバによって上限電圧以下に調整することで、蓄電装置の寿命が短くなることなく、回生エネルギーが効果的に蓄積される。

　第３の発明では、第１又は第２の発明において、
　上記蓄電装置と上記ドライバとを結ぶ一系統の電気経路上に介設されて一対をなす上記蓄電装置側の第１コネクタプラグ及び上記ドライバ側のコネクタレセプタクルと、
　上記第１コネクタプラグと同接続形状である第２コネクタプラグが一端に設けられ、かつ、他端に上記交流外部電源に電気的に接続される外部端子が設けられる外部電源用ケーブルとを備え、
　上記蓄電装置の電力を使用する際には、上記第１コネクタプラグと上記コネクタレセプタクルとが手動接続され、上記交流外部電源の電力を使用する際には、上記第２コネクタプラグと上記コネクタレセプタクルとが手動接続されるように構成されている。

　上記構成によると、蓄電装置と交流外部電源との間の電源切換部に電源切換用コネクタを使用し、手動で電源切換えを行うようにしたので、コンタクタを用いた従来の電源切換部と比較して、コンタクタの接点不良によって回路上の他の機器を破損するおそれがない。また、コンタクタを用いないので、仮にドライバが異常な動作を起こしたとしてもその影響が電源切換部に波及することがない。従って、安全に電源切換えを行い得る作業車両とすることができる。さらに、電源切換部の回路を単純にできるため、故障を少なくして信頼性を向上することができると共に、回路が単純になることで従来と比較して部品コストを削減できる。

　また、従来のようにコンタクタを用いて自動電源切換えを行うのではなく、手動で電源切換えを行う方式であり、しかも蓄電装置（内部電源）又は直流発電装置から交流外部電源への電源切換えの際には蓄電装置又は直流発電装置とドライバとの電気的遮断を行わなければ交流外部電源を接続できないという蓄電装置又は直流発電装置と交流外部電源との二者択一なので、確実に電源切換えを行うことができる。また、目視による電源切換えの確認が容易となる。

　また、蓄電装置又は直流発電装置とドライバとの間の電気的な遮断を確実に行うことができるので、電源切換用コネクタを、ドライバ及び作業装置の保守時に開状態するブレーカ（サービスプラグ）の機能（いわゆる遮断機能）を有するようにできる。これにより、電源切換や保守のためにコンタクタとブレーカとを有していた従来の作業車両と比較して、コンタクタ及びブレーカの機能を電源切換用コネクタ１つにまとめることができる。これにより、回路を単純にできるため、電源切換部の故障を少なくして信頼性を向上することができる。

　第４の発明では、第３の発明において、
　上記第１コネクタプラグと上記コネクタレセプタクルと上記第２コネクタプラグは、それぞれ直流端子部と交流端子部とを有しており、
　上記ドライバは、上記整流回路を介さずに上記コネクタレセプタクルの上記直流端子部と上記出力回路とを電気的に接続する直流入力ポートと、上記整流回路を介して上記コネクタレセプタクルの上記交流端子部と上記出力回路とを電気的に接続する交流入力ポートとを有し、
　上記蓄電装置の直流電力は、上記第１コネクタプラグの上記直流端子部を通じて上記コネクタレセプタクルの上記直流端子部から上記ドライバの上記直流入力ポートに送るように構成され、
　上記交流外部電源の交流電力は、上記第２コネクタプラグの上記交流端子部を通じて上記コネクタレセプタクルの上記交流端子部から上記ドライバの上記交流入力ポートに送るように構成されている。

　上記構成によると、同接続形状の第１コネクタプラグ又は第２コネクタプラグをコネクタレセプタクルにつなぎ変えるだけで、ドライバに設けられた直流入力ポートに直流の蓄電装置若しくは直流発電装置を電気接続することができ、又は、ドライバに設けられた交流入力ポートに交流外部電源を電気接続することができる。これにより、ドライバに設けられた直流入力ポートに誤って交流外部電源を電気接続するようなことがないので、安全かつ確実に電源切換えを行うことができる。

　第５の発明では、第１乃至第４のいずれか１つの発明において、
　上記蓄電装置は、電気二重層キャパシタである。

　上記の構成によると、電気二重層キャパシタは、その上限電圧を超えても、異常発熱が起こらず安全であり、また、下限電圧は特になく、０Ｖまで使用可能である。さらに、電気二重層キャパシタの電圧降下線は、周囲の温度等の種々の周囲環境にあまり影響されず単純な式で表すことができる。そのため、厳密な電圧管理は必要ではない。このため、電動システムの構成を簡単なものにすることができる。

　第６の発明では、第１乃至第５のいずれか１つの発明の電動システムを有する作業車両であって、
　上記電動駆動装置にて駆動される作業装置を備え、
　上記直流発電装置は、車両内部に設けられると共に、車両走行駆動源を利用して発電され、
　上記蓄電装置は、一系統の電気経路により上記直流発電装置に電気的に接続されている。

　上記構成によると、直流発電装置は、蓄電装置と一系統の電気経路により電気的に接続されるともに、蓄電装置は電源切換用コネクタと一系統の電気経路により電気的に接続されていることとなる。従って、第１コネクタプラグをコネクタレセプタクルから切り離す一方コネクタレセプタクルと第２コネクタプラグとを接続させた交流外部電源の使用中に、間違って車両走行駆動源を動かした場合にも、直流発電装置からの電力と交流外部電源からの電力が同時にドライバに流れ込むような事態にはならない。これにより、ドライバ等の機器を破損するおそれがなく安全である。逆に、交流外部電源からの電力で作業装置を駆動させる一方、車両走行駆動源を動かして直流発電装置からの電力を蓄電装置に充電することにより、作業装置を使用しながら蓄電装置に充電することができる。

　以上説明したように、本発明によれば、直流発電装置又は交流外部電源の電圧上限制御機能によって、蓄電装置に供給する電圧の上限を制御し、ドライバの出力回路を利用して蓄電装置が下限電圧よりも低い電圧にならないようにしたことにより、蓄電装置を用いた電動システムを、充電や放電を司るマネージメント装置を必要としない、安価で信頼性の高いものとすることができる。

　また、本発明によれば、蓄電装置と交流外部電源との間の電源切換部に電源切換用コネクタを使用し、手動で電源切換えを行うようにしたので、仮にドライバが異常な動作を起こしたとしてもその影響が電源切換部に波及することがなく安全である。また、蓄電装置から交流外部電源への電源切換えの際には蓄電装置とドライバとの電気的遮断を行わなければ交流外部電源を接続できないという蓄電装置又は交流外部電源の二者択一なので、確実に電源切換えを行うことができる。

本発明の実施形態にかかる蓄電装置を用いた電動システムの概要を示すブロック図である。 本発明の実施形態にかかる塵芥車の駆動部分を示す概要図である。 塵芥車において、電源切換用コネクタの電源切換え操作を説明する説明図である。 塵芥車において、電源切換用コネクタの電源切換え操作を説明する説明図である。 塵芥車の操作部を示す要部拡大図である。 蓄電装置の上限電圧及び下限電圧を示すグラフである。

　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

　図２は本発明の実施形態にかかる作業車両としての塵芥車の駆動部分の概要を示し、詳しくは図示しないが、この塵芥車は、通常の塵芥車と同様に、運転室の後方に設けられた塵芥収容箱と、塵芥収容箱の後部に設けられた塵芥投入箱とを備えている。

　図１に拡大して概要を示すように、本実施形態にかかる塵芥車は、電動システム１を備え、この電動システム１は、蓄電装置としての電気二重層キャパシタ６と、この電気二重層キャパシタ６からの電力を調整する、市販のインバータ装置などのドライバ２０と、ドライバ２０で調整された電力にて駆動される電動駆動装置２とを備えている。なお、図１では、簡素化のために後述する電源切換用コネクタ１０を省略して概念的に記載している。

　この電動システム１は、さらに車両に搭載したモニタ装置４１と、コントローラ２３とを備えている。

　モニタ装置４１は、温度センサや電圧センサ等からなり、電気二重層キャパシタ６のセル温度やセル電圧を監視する。このモニタ装置４１は、従来のマネージメント装置のように、充電や放電を監視するために設けられたものではない。すなわち、モニタ装置４１は、電気二重層キャパシタ６に異常が生じた場合に、その異常を伝えるために設けられている。
コントローラ２３は、電動駆動装置２の動きを制御するものであり、モニタ装置４１から異常信号が入力された場合には、電動駆動装置２を停止させる。

　図２に示すように、塵芥車は、電動駆動装置２にて駆動される油圧ポンプ３１と油圧ポンプ３１で発生する油圧にて駆動される油圧シリンダ３４及び油圧モータ３５とを有する作業装置３０を備えている。

　電気二重層キャパシタ６（いわゆるコンデンサ）は、バッテリのように化学反応を使用せず、単に電荷を蓄えるという物理現象を利用するので、寿命が非常に長く、また、大電流で充電が可能であるため、充電時間が非常に短く、比較的安価であるという特徴がある。本実施形態の電気二重層キャパシタ６は複数のユニットからなり、運転室と塵芥収容箱との間に設けられた機器収納箱５０内（図３参照）と、車台の側方（図示せず）とに配設され、電気的に直列接続されている。これにより、合計で数百Ｖの電圧出力が可能となっている。

　上記電気二重層キャパシタ６は、車両内部に設けられると共に車両走行駆動源としての車両エンジン４を利用して発電される直流発電装置５に対して、一系統の電気経路ｂにより電気的に接続されて充電可能となっている。なお、「一系統の電気経路」とは、一種類の電源から他に迂回することなく電力が供給される経路であることを示す。

　直流発電装置５は、車両が通常搭載する小型の発電装置（ダイナモ）とは別に設置され、車両エンジン４の駆動中はそのファンベルト（図示せず）により常時駆動される発電機５ａを備えている。なお、発電機５ａを必要なときにのみ駆動するようにしてもよい。

　また、直流発電装置５は、その電気経路ｂ上にＡＶＲ５ｂ（自動電圧制御装置）を備えている。ＡＶＲ５ｂは、後述のコントローラ２３から供給される起動信号に応じて動作を開始し、発電機５ａの交流電力を直流に変換する。また、車両エンジン４の回転数変化にかかわらず発電機５ａの出力電圧を目標値一定となるように調整する。つまり、直流発電装置５（ＡＶＲ５ｂ）の電圧上限制御機能により、所定の電圧を超える電圧が電気二重層キャパシタ６に供給されることがないようになっている。

　ドライバ２０は、整流回路２１と、出力回路２２と、出力回路用コントローラ２４を内蔵している。交流外部電源からの電力は、整流回路２１を介して出力回路２２に送電されて電動駆動装置２に供給され、また、電気二重層キャパシタ６からの電力は、整流回路２１を介さず出力回路２２に送電されて電動駆動装置２に供給されるように構成されている。ドライバ２０は、出力回路用コントローラ２４によって出力回路２２を制御させ、電動駆動装置２の回転速度を制御する役割も果たす。

　より具体的には、図３にも示すように、ドライバ２０は、ユニット状であり、機器収納箱５０内に配設されている。このドライバ２０は、直流入力ポート２０ａと交流入力ポート２０ｂとを有している。直流入力ポート２０ａには、直流電源からの電力が入力され、整流回路２１を介さず出力回路２２に送電されて直流電力から電動駆動装置２を駆動するのに適切な周波数の交流電力に調整されて、出力される。本実施形態では、直流入力ポート２０ａに電気二重層キャパシタ６からの直流電力が入力されるが、直流入力ポート２０ａに直流発電装置５からの電力を直接入力するようにしてもよい。

　出力回路２２は、下限電圧以上の直流電力を電動駆動装置２が駆動可能な電力に変換出力するように構成されている。つまり、出力回路２２は、電気二重層キャパシタ６が下限電圧Ｅ２よりも低い電圧にならないように、電気二重層キャパシタ６（場合により直流発電装置５）からの電力を電動駆動装置２に供給するように構成されている。

　また、交流入力ポート２０ｂには、交流電源からの電力が入力され、ドライバ２０内の整流回路２１において一旦整流された後に、出力回路２２で電動駆動装置２を駆動するのに適切な周波数の交流電力に調整され、出力される。本実施形態では、交流入力ポート２０ｂに交流外部電源として商用三相交流電源からの交流電力が入力されるようになっている。交流外部電力は通常、定格の１００Ｖ～２００Ｖで上限電圧や下限電圧が定まっている。このため、この上限電圧に対応した電気二重層キャパシタ６を選択すればよい。

　上記ドライバ２０により回転制御される電動駆動装置２には、永久磁石同期電動モータが採用されている。この永久磁石同期電動駆動装置は、ベクトル制御駆動することにより、従来のインダクションモータに比べてサイズや質量が小さくなり、効率が極めて高いので、電気二重層キャパシタ６で蓄えた電気エネルギーを効率よく使用することができる、という特徴を有している。

　また、電動駆動装置２の回転軸には、油圧ポンプ３１が連結されている。油圧ポンプ３１は、例えば可変吐出ポンプであり、電動駆動装置２にて例えば１５００～１８００ｒｐｍで通常駆動されて吐出量が変更可能となっている。吐出量は、図示しない油圧機構により、負荷に応じて自動調整されるようになっている。

　コントローラ２３は、図示しない塵芥押込板や回転板や排出板等を動かすための上記油圧モータ３５及び油圧シリンダ３４の動きを制御する。具体的には、作業装置３０に設けられてコントローラ２３と電気経路ｄで電気接続されている電磁弁３２の動作切換えにより、油圧モータ３５の回転制御や油圧シリンダ３４の伸縮を行う。

　また、コントローラ２３には、上述のようにモニタ装置４１からの信号が入力されるようになっており、電気二重層キャパシタ６の内部若しくはその近傍に設けられる。なお、このモニタ装置４１は、電流等他の要素も監視するようにしてもよい。

　また、コントローラ２３には、図２及び図５に示すように、塵芥車の運転室内に設けられた操作部４４、又は、塵芥投入箱に設けられた操作部からの操作信号が入力されるようになっている。例えば、運転室内の操作部４４には、積込排出スイッチや塵芥投入箱開閉スイッチ等の操作スイッチ４４ｂが設けられている。また、操作部４４には、従来のＰＴＯ（動力取出装置）を備えた塵芥車のＰＴＯスイッチに代わる、メインスイッチ４４ａが設けられている。電気二重層キャパシタ６からの電力にて作業装置３０を駆動する塵芥車では、ＰＴＯスイッチが設けられない一方、塵芥投入箱に設けられた操作部を操作すると車両エンジン４がかかっていなくても作業装置３０を動かせるようになっている。従って、いたずら等により作業時以外で作業装置３０が動いてしまうのを防ぐため、本実施形態では、鍵のかかる運転室内にメインスイッチ４４ａを設け、メインスイッチ４４ａをＯＮにすることにより初めて作業装置３０を動かせるようになっている。

　また、操作部４４には、電気二重層キャパシタ６の充電状態を示す複数の充電状況表示ランプ４４ｃが設けられている。これら充電状況表示ランプ４４ｃは、例えば「要充電」、「使用可能」、「満充電」等の各充電状態を示すようになっている。

　上記の構成により、本実施形態の塵芥車は、車両走行中に直流発電装置５で発電された電力がＡＶＲ５ｂを介して電気二重層キャパシタ６に充電されるようになっている。また、現場でのごみ収集作業時には、充電された電気二重層キャパシタ６からの直流電力をドライバ２０に送り、電動駆動装置２及び油圧ポンプ３１を駆動させるようになっている。これにより、車両エンジン４を止めたまま作業を行えるようになっている。従って、作業中、ＰＴＯを使用する塵芥車と比較して騒音が低減され、排気ガスも排出されることがない。

　図２及び図３に示すように、電気二重層キャパシタ６とドライバ２０とを結ぶ一系統の電気経路ａ上には、電源切換用コネクタ１０が介設されている。この電源切換用コネクタ１０は、機器収納箱５０内に納められ、電気二重層キャパシタ６側の第１コネクタプラグ１１とドライバ２０側のコネクタレセプタクル１２とを有している。第１コネクタプラグ１１とコネクタレセプタクル１２は一対をなしている。

　第１コネクタプラグ１１とコネクタレセプタクル１２は、ヘビーデューティ仕様であり、それぞれの接続端面は電線部分が露出しないように絶縁されている。そして、例えば第１コネクタプラグ１１の接続端面に触れたとしても電気二重層キャパシタ６からの高電圧で感電しないようになっている。

　また、第１コネクタプラグ１１及びコネクタレセプタクル１２は、それぞれ、直流端子部１１ａ，１２ａと交流端子部１１ｂ，１２ｂとを有している。

　第１コネクタプラグ１１は、上記電気経路ａのうち上流側となる、ケーブル状の上流側電気経路ａ１によって電気二重層キャパシタ６と電気的に接続されている。より詳細には、第１コネクタプラグ１１の直流端子部１１ａに、上流側電気経路ａ１の一端が接続されている。一方、第１コネクタプラグ１１の交流端子部１１ｂには、何も接続されていない。

　また、コネクタレセプタクル１２は、上記電気経路ａのうち下流側となる、下流側電気経路ａ２によってドライバ２０と電気的に接続されている。より詳細には、コネクタレセプタクル１２の直流端子部１２ａに下流側電気経路ａ２の一端が接続され、ドライバ２０の直流入力ポート２０ａに下流側電気経路ａ２の他端が接続されている。また、コネクタレセプタクル１２の交流端子部１２ｂは、上記電気経路ａのうち下流側となる、下流側電気経路ａ３によってドライバ２０と電気的に接続されている。より詳細には、コネクタレセプタクル１２の交流端子部１２ｂに下流側電気経路ａ３の一端が接続され、ドライバ２０の交流入力ポート２０ｂに下流側電気経路ａ３の他端が接続されている。

　これにより、第１コネクタプラグ１１とコネクタレセプタクル１２とを相互に接続した場合、第１コネクタプラグ１１の直流端子部１１ａとコネクタレセプタクル１２の直流端子部１２ａとが電気的に接続される一方、第１コネクタプラグ１１の交流端子部１１ｂとコネクタレセプタクル１２の交流端子部１２ｂとは電気的に接続されることがない。従って、電気二重層キャパシタ６の直流電力は、第１コネクタプラグ１１の直流端子部１１ａを通じてコネクタレセプタクル１２の直流端子部１２ａからドライバ２０の直流入力ポート２０ａに送られるようになっている。

　上記第１コネクタプラグ１１とコネクタレセプタクル１２は、通常のルート収集の場合、相互に接続状態にされている。ルート収集の場合、１つの作業現場での作業時間が少ないため、１つの作業現場において電気二重層キャパシタ６の充電量が満充電から０になってしまうことはまずない。また、電気二重層キャパシタ６の充電量が減った場合には、電気二重層キャパシタ６は次の作業現場に着くまでに直流発電装置５にて充電される。

　一方、作業装置３０を長時間連続運転する必要がある作業現場の場合には、作業途中で電気二重層キャパシタ６の充電量が０になってしまうおそれがある。つまり、作業現場によっては電気二重層キャパシタ６の蓄電容量を超えて電力を使用する場合がある。このような場合、第１コネクタプラグ１１とコネクタレセプタクル１２は切り離され、コネクタレセプタクル１２に交流外部電源を電気的に接続するようになっている。

　具体的に説明すると、本実施形態の塵芥車は、第１コネクタプラグ１１と同接続形状である第２コネクタプラグ１３が一端に設けられ、かつ、他端に交流外部電源に電気的に接続される外部端子３が設けられる外部電源用ケーブルｃを備えている。なお、「同接続形状」とは、２つのコネクタプラグがそれぞれ同じコネクタレセプタクルと接続できるようになっているという意味である。

　外部電源用ケーブルｃは、全体が機器収納箱５０内に納められるようになっている。

　この外部電源用ケーブルｃの一端に設けられた第２コネクタプラグ１３は、第１コネクタプラグ１１及びコネクタレセプタクル１２と合わせて上記電源切換用コネクタ１０を構成している。

　電源切換用コネクタ１０は、電気二重層キャパシタ６の電力を使用する際には、第１コネクタプラグ１１とコネクタレセプタクル１２とが手動接続され、交流外部電源の電力を使用する際には、第２コネクタプラグ１３とコネクタレセプタクル１２とが手動接続されるようになっている。

　この電源切換用コネクタ１０による電源切換えは、機器収納箱５０の側壁に設けられた窓部５２から作業者が機器収納箱５０内の電源切換用コネクタ１０にアクセスすることによって行われる。

　また、第２コネクタプラグ１３は、第１コネクタプラグ１１と同接続形状であるので、第１コネクタプラグ１１と同様、直流端子部１３ａと交流端子部１３ｂとを有している。
第２コネクタプラグ１３の交流端子部１３ｂには、外部電源用ケーブルｃの一端が接続されるようになっている。第２コネクタプラグ１３の直流端子部１３ａには、何も接続されていない。従って、第２コネクタプラグ１３とコネクタレセプタクル１２とを相互に接続した場合、交流外部電源の交流電力は、第２コネクタプラグ１３の交流端子部１３ｂを通じてコネクタレセプタクル１２の交流端子部１２ｂからドライバ２０の交流入力ポート２０ｂに送られるようになっている。

　上述のように、本実施形態では、電気二重層キャパシタ６（内部電源）と交流外部電源との間の電源切換部に電源切換用コネクタ１０を使用しており、従来のようにコンタクタを用いて電源切換部を構成するものではない。従って、コンタクタの接点不良という問題は生じない。また、コンタクタを用いる従来の塵芥車と比較して電源切換部の回路が単純になっている。

　－作業車両の作動－
　次に、本実施形態にかかる電気二重層キャパシタ６を用いた電動システム１の作動について説明する。

　まず、電気二重層キャパシタ６の使用可能電圧について図６を用いて説明する。電気二重層キャパシタは、通常、上限電圧Ｅ１が設定されている。しかし、電気二重層キャパシタは、その上限電圧Ｅ１を超えても、異常発熱が起こらず安全である。上限電圧Ｅ１を超えた場合には、寿命が縮まるにとどまる。しかも、電気二重層キャパシタ自体に実質的に下限電圧Ｅ２はなく、０Ｖまで使用可能であるため、厳密な電圧管理は必要ではない。

　次に、図２～図５を参照して、本発明の一実施形態にかかる作業車両の動作を説明する。

　まず、本実施形態の塵芥車では、作業現場までの移動中、車両エンジン４により発電機５ａが駆動されるので、発電機５ａで発電された電力がＡＶＲ５ｂを介して電気二重層キャパシタ６に充電される。電源切換用コネクタ１０は、第１コネクタプラグ１１とコネクタレセプタクル１２が接続された状態にある。このとき、直流発電装置５の電圧上限制御機能によって、電気二重層キャパシタ６に供給する電圧の上限が上限電圧Ｅ１以下に制御される。このため、直流発電装置５による充電作業において、電気二重層キャパシタ６が上限電圧Ｅ１を超えることはないので、その寿命が短くなることはない。

　作業現場に着くと、図２及び図５に示すように、作業者はまず車両エンジン４を停止し、運転室内の操作部４４に設けられたメインスイッチ４４ａをＯＮにして、作業装置３０を駆動可能状態にする。このとき、操作部４４に設けられた充電状況表示ランプ４４ｃは、「要充電」、「使用可能」、「満充電」のいずれかについて点灯されるので、作業者は、電気二重層キャパシタ６の現在の充電状態を認識することができる。そして、充電状況表示ランプ４４ｃが「使用可能」又は「満充電」であれば、作業者は、操作部４４に設けられた操作スイッチ４４ｂや塵芥投入箱に設けられた操作部を操作して、作業装置３０を駆動させ、ごみの収集作業を行う。この作業中には、車両エンジン４が停止され、電気二重層キャパシタ６からの電力のみで作業装置３０を駆動させることになるので、ＰＴＯを使用する塵芥車と比較して騒音が低減され、排気ガスも排出されることがない。

　ごみの収集作業が終わると、作業者は、運転室内の操作部４４に設けられたメインスイッチ４４ａをＯＦＦにし、車両エンジン４をかけて、次の作業現場へ向かう。次の作業現場に向かう途中において、充電量が減った電気二重層キャパシタ６は、発電機５ａでの発電により、再び充電される。

　一方、作業現場で電気二重層キャパシタ６の電圧が、下限電圧Ｅ２の近傍に近付くと、充電状況表示ランプ４４ｃが「要充電」となる。電気二重層キャパシタ６からの電圧が下限電圧Ｅ２以下になると、ドライバ２０の出力回路２２は、電気二重層キャパシタ６からの電力供給をストップさせる。このため、実際には、電気二重層キャパシタ６の電圧が０Ｖになるまで電気二重層キャパシタ６から電力が供給され続けることはない。

　そして、充電状況表示ランプ４４ｃが「要充電」となっていた場合、作業者は、しばらく車両エンジン４を駆動させつつ、収集作業を行う。車両エンジン４の駆動力は発電機５ａによる電気二重層キャパシタ６の充電のために用いられ、電気二重層キャパシタ６からの電力により作業装置３０が駆動されるので、車両エンジン４のエンジン回転数は、アイドリング状態を保つことができる。従って、車両エンジン４を駆動させての収集作業においても、ＰＴＯを使用した塵芥車と比較して、作業時にエンジン回転数を上昇させることが必要なく、騒音が低減される。また、蓄電装置として電気二重層キャパシタ６を採用していることにより、車両エンジン４をアイドリング状態で駆動させて満充電になるまで作業を待ったとしても、その待ち時間は数分である。

　次に、例えばビルごみの収集作業等、作業装置３０を長時間連続運転する必要がある作業現場の場合について説明する。

　この場合、作業者は、図３に示すように、まず、運転室と塵芥収容箱との間に設けられた機器収納箱５０の前に行き、機器収納箱５０の側面に取り付けられた扉５１を開ける（図３の矢印Ａ方向）。すると、機器収納箱５０に設けられた窓部５２と外部端子３が現れる。

　次に、作業者は、窓部５２を利用して機器収納箱５０内に収納された電源切換用コネクタ１０にアクセスする。そして、コネクタレセプタクル１２から第１コネクタプラグ１１を切り離す。この際、第１コネクタプラグ１１とコネクタレセプタクル１２の接続端面は絶縁されているので、作業者が手で触れても電気二重層キャパシタ６からの高電圧で感電することがなく安全である。

　次に、作業者は、どこにも接続されることなく機器収納箱５０内に収納されていた外部電源用ケーブルｃの第２コネクタプラグ１３を掴み、コネクタレセプタクル１２と接続する（図３の矢印Ｃ方向）。

　さらに、作業者は、別の適当な場所に収納されていた延長ケーブルｅを取り出し、延長ケーブルｅの接続端子４６を外部端子３に接続する一方（図３の矢印Ｄ方向）、延長外部端子４５を交流外部電源のコンセントに差し込む。これにより、電気二重層キャパシタ６（内部電源）から交流外部電源への電源切換え作業が完了し、交流外部電源からの電力をドライバ２０に供給することができるようになる（図４参照）。作業者は、交流外部電源からの電力にて、作業装置３０を駆動させてごみの収集作業を行うことができる。この交流外部電源を用いた作業中においても車両エンジン４を停止することができるので、ＰＴＯを使用する塵芥車と比較して騒音が低減され、排気ガスも排出されることがない。

　従って、本実施形態にかかる電気二重層キャパシタ６を用いた電動システム１によると、直流発電装置５の電圧上限制御機能によって、電気二重層キャパシタ６に供給する上限電圧Ｅ１を制御し、ドライバ２０の出力回路２２を利用して電気二重層キャパシタ６が下限電圧Ｅ２よりも低い電圧にならないようにしたことにより、電気二重層キャパシタ６を用いた電動システム１を、充電や放電を司るマネージメント装置を必要としない、安価で信頼性の高いものとすることができる。

　上述したように、本実施形態では、電気二重層キャパシタ６から交流外部電源への電源切換えの際には電気二重層キャパシタ６とドライバ２０との電気的遮断を行わなければ交流外部電源を接続できないという、電気二重層キャパシタ６又は交流外部電源の二者択一となっている。従って、確実に電源切換えを行うことができる。また、電源切換用コネクタ１０については、第１コネクタプラグ１１とコネクタレセプタクル１２とが接続されているのか、あるいは第２コネクタプラグ１３とコネクタレセプタクル１２とが接続されているのかどうかを、作業者が目視で確認することができる。従って目視による電源切換えの確認が容易にできる。

　次に、ドライバ２０及び作業装置３０のメンテナンス時について説明する。この場合、作業者は、機器収納箱５０の側面に取り付けられた扉５１を開け、電源切換用コネクタ１０のコネクタレセプタクル１２から第１コネクタプラグ１１を切り離すようにする。すると、電気二重層キャパシタ６とドライバ２０との間の電気的な遮断を確実に行うことができる。従って、作業者は、感電のおそれなく、ドライバ２０及び作業装置３０のメンテナンスを行うことができる。つまり、電源切換用コネクタ１０は、ブレーカ（サービスプラグ）の機能（いわゆる遮断機能）を有しており、従来の塵芥車と異なってコンタクタとブレーカとの機能が電源切換用コネクタ１０の１つにまとめられているといえる。
（その他の実施形態）
　本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

　すなわち、上記実施形態では、回生制動について述べていないが、電動駆動装置２を回生制動可能に構成してもよい。この場合、電動駆動装置２で発生した電力は、ドライバ２０で上限電圧Ｅ１以下に調整された後、電気二重層キャパシタ６に供給されるようにすればよい。具体的には、電動駆動装置２が回生制動を行う場合には、電源切換用コネクタ１０のコネクタレセプタクル１２に第１コネクタプラグ１１を接続した状態で、発生した電力がドライバ２０を介して電気二重層キャパシタ６に供給される。回生制動により発生した電力は、ドライバ２０によって上限電圧Ｅ１以下に調整された後に電気二重層キャパシタ６に供給されて蓄積されるので、電気二重層キャパシタ６の寿命が短くなることなく、回生エネルギーが効果的に蓄積される。

　上記実施形態では、作業車両を塵芥車としたが、バッテリフォークリフト、ハイブリットパワーショベル、電動高所作業車、ハイブリットクレーン、鉄道車両、ハイブリッド車両等の蓄電装置、電動駆動装置及び直流発電装置を有するものであれば特に限定されない。

　また、上記実施形態では、蓄電装置は、電気二重層キャパシタ６としたが、リチウムイオンキャパシタであってもよい。

　また、上記実施形態では、電気二重層キャパシタ６は、直流発電装置５に対して、一系統の電気経路ｂにより電気的に接続されて充電可能としているが、直流発電装置５と電気二重層キャパシタ６とを切換スイッチを介して接続し、直流発電装置５からの直流電力をドライバ２０側へ送電できるようにしてもよい。

　また、上記実施形態では、外部端子３は、延長ケーブルｅを介して交流外部電源のコンセントに接続するように構成していたが、外部端子を直接交流外部電源のコンセントに接続するものであってもよい。

　また、上記実施形態では、電動駆動装置２に永久磁石同期電動駆動装置を採用したが、その他の交流モータや直流モータを採用してもよい。

　また、上記実施形態では、作業装置３０は油圧ポンプ３１を有し、電動駆動装置２にてこの油圧ポンプ３１を駆動するように構成したが、油圧を使用しない作業装置にも本発明は適用可能である。すなわち、電動駆動装置にて作業装置の各部を直接駆動させてもよい。

　また、上記実施形態では、油圧ポンプ３１は可変容量ポンプとしたが、定容量ポンプとし、電動駆動装置の回転数を変化させて吐出量を変化させる方式であってもよい。

　なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

　以上説明したように、本発明は、蓄電装置を用いた電動システム及びそれを有する塵芥車、ミキサー車、高所作業車、粉粒体運搬車などの作業車両について有用である。

　　　　　　１　　　電動システム
　　　　　　２　　　電動駆動装置
　　　　　　３　　　外部端子
　　　　　　４　　　車両エンジン（車両走行駆動源）
　　　　　　５　　　直流発電装置
　　　　　　６　　　電気二重層キャパシタ（蓄電装置）
　　　　　１０　　　電源切換用コネクタ
　　　　　１１　　　第１コネクタプラグ
　　　　　１１ａ　　直流端子部
　　　　　１１ｂ　　交流端子部
　　　　　１２　　　コネクタレセプタクル
　　　　　１２ａ　　直流端子部
　　　　　１２ｂ　　交流端子部
　　　　　１３　　　第２コネクタプラグ
　　　　　１３ａ　　直流端子部
　　　　　１３ｂ　　交流端子部
　　　　　２０　　　ドライバ
　　　　　２０ａ　　直流入力ポート
　　　　　２０ｂ　　交流入力ポート
　　　　　２１　　　整流回路
　　　　　２２　　　出力回路
　　　　　３０　　　作業装置
　　　　　　ａ　　　電気経路
　　　　　　ｃ　　　外部電源用ケーブル

Claims (6)

1. 　蓄電装置と、電動駆動装置とを有し、該蓄電装置を充電する機能を備えた蓄電装置を用いた電動システムにおいて、
   　交流外部電源、又は、電圧上限制御機能を有して上記蓄電装置に供給する電圧の上限を制御可能な直流発電装置と、
   　上記蓄電装置が下限電圧よりも低い電圧にならないように上記直流発電装置若しくは上記蓄電装置又は上記交流外部電源からの電力を上記電動駆動装置に供給するドライバとを備え、
   　上記ドライバは、
   　　整流回路と、
   　　上記下限電圧以上の直流電力を上記電動駆動装置が駆動可能な電力に変換出力する出力回路とを内蔵し、
   　上記交流外部電源からの電力は、上記整流回路を介して上記出力回路に送電され、また、上記蓄電装置又は上記直流発電装置からの電力は、上記整流回路を介さず上記出力回路に送電され、上記電動駆動装置に供給されるように構成されている
   ことを特徴とする蓄電装置を用いた電動システム。
2. 　請求項１に記載の蓄電装置を用いた電動システムにおいて、
   　上記電動駆動装置は、回生制動可能に構成され、該電動駆動装置で発生した電力は、上記ドライバで上限電圧以下に調整されて上記蓄電装置に供給されるように構成されている
   ことを特徴とする蓄電装置を用いた電動システム。
3. 　請求項１又は２に記載の蓄電装置を用いた電動システムにおいて、
   　上記蓄電装置と上記ドライバとを結ぶ一系統の電気経路上に介設されて一対をなす上記蓄電装置側の第１コネクタプラグ及び上記ドライバ側のコネクタレセプタクルと、
   　上記第１コネクタプラグと同接続形状である第２コネクタプラグが一端に設けられ、かつ、他端に上記交流外部電源に電気的に接続される外部端子が設けられる外部電源用ケーブルとを備え、
   　上記蓄電装置の電力を使用する際には、上記第１コネクタプラグと上記コネクタレセプタクルとが手動接続され、上記交流外部電源の電力を使用する際には、上記第２コネクタプラグと上記コネクタレセプタクルとが手動接続されるように構成されている
   ことを特徴とする蓄電装置を用いた電動システム。
4. 　請求項３に記載の蓄電装置を用いた電動システムにおいて、
   　上記第１コネクタプラグと上記コネクタレセプタクルと上記第２コネクタプラグは、それぞれ直流端子部と交流端子部とを有しており、
   　上記ドライバは、上記整流回路を介さずに上記コネクタレセプタクルの上記直流端子部と上記出力回路とを電気的に接続する直流入力ポートと、上記整流回路を介して上記コネクタレセプタクルの上記交流端子部と上記出力回路とを電気的に接続する交流入力ポートとを有し、
   　上記蓄電装置の直流電力は、上記第１コネクタプラグの上記直流端子部を通じて上記コネクタレセプタクルの上記直流端子部から上記ドライバの上記直流入力ポートに送るように構成され、
   　上記交流外部電源の交流電力は、上記第２コネクタプラグの上記交流端子部を通じて上記コネクタレセプタクルの上記交流端子部から上記ドライバの上記交流入力ポートに送るように構成されている
   ことを特徴とする蓄電装置を用いた電動システム。
5. 　請求項１乃至４のいずれか１つに記載の蓄電装置を用いた電動システムにおいて、
   　上記蓄電装置は、電気二重層キャパシタである
   ことを特徴とする蓄電装置を用いた電動システム。
6. 　請求項１乃至５のいずれか１つに記載の蓄電装置を用いた電動システムを有する作業車両であって、
   　上記電動駆動装置にて駆動される作業装置を備え、
   　上記直流発電装置は、車両内部に設けられると共に、車両走行駆動源を利用して発電され、
   　上記蓄電装置は、一系統の電気経路により上記直流発電装置に電気的に接続されている
   ことを特徴とする作業車両。

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