WO2015115233A1 - ハイブリッド式建設機械 - Google Patents

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WO2015115233A1
WO2015115233A1 PCT/JP2015/051252 JP2015051252W WO2015115233A1 WO 2015115233 A1 WO2015115233 A1 WO 2015115233A1 JP 2015051252 W JP2015051252 W JP 2015051252W WO 2015115233 A1 WO2015115233 A1 WO 2015115233A1
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WO
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housing
construction machine
battery
heat
hybrid construction
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PCT/JP2015/051252
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竜治 河野
竹内 健
重之 吉原
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日立建機株式会社
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    • Y10S903/903Prime movers comprising electrical and internal combustion motors having energy storing means, e.g. battery, capacitor

Definitions

  • the present invention relates to a hybrid construction machine including a power storage device that supplies electric power to an electric motor such as a motor and an inverter.
  • a construction machine such as a hydraulic excavator that is driven by a hydraulic system drives a hydraulic pump that enables a maximum load work so that it can handle all work from light load work to heavy load work. And a large engine.
  • a hydraulic excavator generates a maximum load when performing operations such as excavation and loading of earth and sand.
  • Such heavy load work with the maximum load is a part of the whole work, and the capacity of the engine is surplus at the time of light load work such as horizontal pulling to level the ground. This is one of the factors that make it difficult to reduce the fuel consumption of the hydraulic excavator (hereinafter sometimes abbreviated as fuel efficiency).
  • fuel efficiency the fuel consumption of the hydraulic excavator
  • a hybrid construction machine that reduces the size of an engine in order to reduce fuel consumption, and assists the output shortage associated with the size reduction of the engine with the output of the motor.
  • a power storage device equipped with a secondary battery, a capacitor, or the like hereinafter referred to as a battery
  • a method of forcibly applying outside air (air) as a heat medium to the battery surface by a fan, a blower or the like, and a heat medium to the battery surface by a pump or the like A method of forcibly introducing liquid (coolant) is used.
  • the former method is called an air cooling method
  • the latter method is called a water cooling method or a liquid cooling method.
  • it is necessary to protect the heat medium and the flow path of the heat medium and when an air-cooled type in which the heat medium flow path is an open system is adopted, many improvements are required.
  • a liquid cooling type in which the flow path is a closed system is employed.
  • a flow path for circulating a refrigerant through a heat transfer member through a battery block formed by stacking a plurality of battery cells whose outer cans are made of metal A power storage device is known in which each battery cell of a battery block can be cooled in a uniform state by fixing the battery block and the cooling plate on the cooling plate on which the battery block is formed. Reference 1).
  • a plurality of capacitor cells that respectively accommodate a plurality of capacitors, a cooling plate that cools each capacitor cell, an upper cover that collectively covers the plurality of capacitor cells, and a capacitor cell are attached on the bottom surface side of the cooling plate.
  • a cooling plate that has a cover mounting hole through which a screw member that attaches the upper cover and the lower cover is inserted, and the cooling plate is inserted into the cooling plate by the screw member.
  • the present invention has been made based on such a state of the prior art, and an object thereof is to provide a hybrid construction machine capable of improving the temperature control efficiency of the power storage device.
  • a hybrid construction machine includes a prime mover, a motor generator that assists and generates power for the prime mover, and a power storage that transfers power between the motor generator.
  • the power storage device includes a plurality of battery cells, a casing that covers at least a part of the plurality of battery cells, and a plurality of battery cells that are attached to the casing. It includes a heat exchange member that performs heat exchange, and a thermal resistor that is interposed between the housing and the heat exchange member and prevents heat exchange between the housing and the heat exchange member.
  • the heat resistor is interposed between the housing and the heat exchange member, heat transfer between the housing and the heat exchange member is hindered by the heat resistor. It can suppress that the heat of each battery cell escapes to a housing
  • the heat exchange member includes a structure that forms a flow path of a heat medium therein, and the heat resistor includes a part of the structure. It is characterized by touching. If comprised in this way, since the contact area of a housing
  • the hybrid construction machine is characterized in that, in the above invention, the structure is formed of a polyhedron, and the plurality of battery cells are provided on different surfaces of the polyhedron, respectively. If comprised in this way, since a several battery cell can be heat-exchanged simultaneously with one heat exchange member by each contacting the different surface of a heat exchange member, it requires for the heat exchange of several battery cells. Time can be shortened. Thereby, the efficiency of heat exchange by the heat exchange member can be increased.
  • the hybrid construction machine according to the present invention is the resin material according to the present invention, wherein the thermal resistor has a thermal conductivity smaller than at least one of the thermal conductivity of the casing and the thermal conductivity of the heat exchange member. It is characterized by comprising. If comprised in this way, since it can process easily according to the shape of the part which interposes a thermal resistor between a housing
  • the hybrid construction machine according to the present invention is characterized in that, in the above invention, at least one of the casing and the heat exchange member is made of a metal material. If comprised in this way, since the heat conductivity of the resin material used for a heat resistor is comparatively small with respect to the heat conductivity of a metal material, it was suitable as a heat resistor between a housing
  • the casing has a volume body that opens downward, and the plurality of battery cells are arranged above the heat exchange member.
  • a plurality of battery cells are fixed to the heat exchange member through the opening of the volume body from above.
  • the power storage device includes a plurality of battery modules configured by connecting the plurality of battery cells, and the heat exchange member includes the plurality of batteries.
  • Each of the plurality of cooling plates is disposed below the module and cools the plurality of battery cells.
  • the thermal resistor is disposed below each of the plurality of battery modules, and the heat of the casing and the cooling plate.
  • the horizontal size of each cooling plate and each thermal resistance material is set to be equal to or less than the horizontal size of the plurality of battery modules. It is a feature.
  • each cooling plate and each heat resistance material are stored compactly below each battery module, and each cooling plate and each heat resistance material hardly protrude to the outside of each battery module. Therefore, the mounting interval between adjacent battery modules can be reduced. Thereby, the power storage device can be reduced in size.
  • the hybrid construction machine according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the casing is made of a metal casting. If comprised in this way, while ensuring the airtightness of an electrical storage apparatus, sufficient intensity
  • the hybrid construction machine includes, in the above invention, a prime mover chamber that houses the prime mover, and a radiator that is disposed in the prime mover chamber and that cools the heat medium, and the prime mover chamber is attached to the frame. It has an intake port that is formed and takes in outside air to be blown to the radiator, and the power storage device is arranged between the frame of the prime mover chamber and the radiator. With this configuration, the outside air taken into the prime mover chamber hits the power storage device together with the radiator, so that the housing of the power storage device can be cooled with the outside air. Thereby, since it can suppress that the temperature of an electrical storage apparatus rises too much, an electrical storage apparatus can be maintained in a suitable state, and high reliability can be acquired.
  • the temperature control efficiency of the power storage device can be improved. Problems, configurations, and effects other than those described above will become apparent from the following description of embodiments.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a hybrid hydraulic excavator cited as a first embodiment of a hybrid construction machine according to the present invention. It is a figure explaining the structure of the principal part of the hybrid type hydraulic excavator which concerns on 1st Embodiment of this invention. It is a figure explaining the structure inside the motor
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 7.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
  • FIG. 8 is a figure explaining the structure of the electrical storage apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention, and is sectional drawing corresponding to FIG.
  • FIG. 8 is a figure explaining the structure of the electrical storage apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention, and is sectional drawing corresponding to FIG.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a hybrid hydraulic excavator cited as an embodiment of a hybrid construction machine according to the present invention
  • FIG. 2 shows a configuration of a main part of the hybrid hydraulic excavator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 and FIG. 3 are views for explaining the internal configuration of the prime mover chamber of the hybrid hydraulic excavator according to the first embodiment of the present invention.
  • the first embodiment of the hybrid construction machine according to the present invention is applied to, for example, a hybrid hydraulic excavator (hereinafter referred to as a hydraulic excavator for convenience) as shown in FIG.
  • the hydraulic excavator is interposed between the traveling body 100, the revolving body 110 provided on the traveling body 100 via a revolving frame 111 so as to be capable of revolving, and the traveling body 100 and the revolving body 110.
  • a turning device 113 that turns the body 110 and a front work machine 70 that is attached to the front of the turning body 110 and rotates in the vertical direction to perform work such as excavation are provided.
  • the front work machine 70 includes a boom 71 that is pivotally attached to the revolving frame 111 and pivots in the vertical direction, an arm 72 that is pivotally attached to the tip of the boom 71, and the arm 72.
  • the bucket 73 is rotatably attached to the tip of the bucket.
  • the front work machine 70 connects the swing body 110 and the boom 71, connects the boom cylinder 71a that rotates the boom 71 by expanding and contracting, the boom 71 and the arm 72, and expands and contracts the arm 72.
  • the arm cylinder 72a for rotating the bucket 73 and the bucket cylinder 73a for connecting the arm 72 and the bucket 73 and rotating the bucket 73 by expanding and contracting are provided.
  • the swivel body 110 is provided with a driver's cab (cabin) 3 provided at the front portion on the swivel frame 111 and a rear portion on the swivel frame 111. (Not shown) in which a motor chamber 112 is formed, an air cleaner 15 that cleans the outside air that has flowed into the interior of the motor chamber 112 from the air inlet, an engine 1 that serves as a motor housed in the motor chamber 112, and the engine 1 and a governor 7 for adjusting the fuel injection amount.
  • a driver's cab (cabin) 3 provided at the front portion on the swivel frame 111 and a rear portion on the swivel frame 111.
  • a motor chamber 112 is formed, an air cleaner 15 that cleans the outside air that has flowed into the interior of the motor chamber 112 from the air inlet, an engine 1 that serves as a motor housed in the motor chamber 112, and the engine 1 and a governor 7 for adjusting the fuel injection amount.
  • the swing body 110 includes a fuel tank 1A for storing fuel of the engine 1, a fuel filter 1B for filtering fuel supplied from the fuel tank 1A to the engine 1, and a rotational speed for detecting the actual rotational speed of the engine 1.
  • a sensor 1a, an engine torque sensor 1b for detecting the torque of the engine 1, and an assist power generation motor 2 as a motor generator for assisting the power of the engine 1 and generating electric power are provided.
  • the assist generator motor 2 is disposed on the drive shaft of the engine 1 and transmits torque to and from the engine 1.
  • a compressor 25 is connected to the drive shaft of the engine 1 via a clutch 25a.
  • the swing body 110 includes an inverter device 9 that controls the rotational speed of the assist power generation motor 2, and a liquid-cooled power storage device 8 that transfers power to and from the assist power generation motor 2 through the inverter device 9.
  • the valve device 12 controls the flow rate and direction of the pressure oil supplied to the hydraulic actuators 71a to 73a such as the boom cylinder 71a, the arm cylinder 72a, and the bucket cylinder 73a.
  • a hydraulic system 90 for driving the hydraulic actuators 71a to 73a is disposed in the prime mover chamber 112 of the swing body 110.
  • the hydraulic system 90 is connected to the hydraulic pump 5 serving as a hydraulic source that generates hydraulic pressure, the pilot hydraulic pump 6 that generates pilot pressure oil, and the operation unit of the valve device 12 via a pilot pipe P, and And an operation device 4 that enables a desired operation of the actuators 71a to 73a.
  • the operating device 4 is provided in the cab 3 and has an operating lever 4a that is gripped and operated by an operator.
  • the swing body 110 adjusts the capacity of the hydraulic pump 5, and adjusts the governor 7 to control the rotational speed of the engine 1 and also controls the inverter device 9 to control the assist generator motor 2. And a controller 11 for controlling torque.
  • the hydraulic pump 5, the hydraulic actuators 71a to 73a, and the valve device 12 constitute a hydraulic circuit.
  • the actual rotational speed of the engine 1 detected by the above-mentioned rotational speed sensor 1a and the engine torque sensor 1b are detected.
  • the torque of the engine 1, the operation amount of the operation lever 4a, and the like are input to the controller 11.
  • the hydraulic pump 5 is connected to the engine 1 via the assist power generation motor 2, and the hydraulic pump 5 and the pilot hydraulic pump 6 operate from the hydraulic pump 5 by operating with the driving force of the engine 1 and the assist power generation motor 2.
  • the discharged pressure oil is supplied to the valve device 12, and the pilot pressure oil discharged from the pilot hydraulic pump 6 is supplied to the operating device 4.
  • the operation device 4 supplies pilot pressure oil corresponding to the operation amount of the operation lever 4a to the operation portion of the valve device 12 via the pilot pipe P.
  • the position of the spool in the valve device 12 is switched by the pilot pressure oil, and the pressure oil flowing through the valve device 12 from the hydraulic pump 5 is supplied to the hydraulic actuators 71a to 73a.
  • the hydraulic actuators 71a to 73a are driven by the pressure oil supplied from the hydraulic pump 5 via the valve device 12.
  • the hydraulic pump 5 has, for example, a swash plate (not shown) as a variable displacement mechanism, and controls the discharge flow rate of the pressure oil by adjusting the inclination angle of the swash plate.
  • a swash plate (not shown) as a variable displacement mechanism
  • the hydraulic pump 5 may be a slant shaft pump or the like as long as it has a function of controlling the discharge flow rate of pressure oil.
  • the hydraulic pump 5 includes a discharge pressure sensor that detects the discharge pressure of the hydraulic pump 5, a discharge flow rate sensor that detects the discharge flow rate of the hydraulic pump 5, and an inclination angle sensor that measures the inclination angle of the swash plate.
  • the controller 11 calculates the load of the hydraulic pump 5 by inputting the discharge pressure, the discharge flow rate, and the inclination angle of the swash plate obtained from these sensors.
  • the pump capacity adjusting device 10 adjusts the capacity (displacement volume) of the hydraulic pump 5 based on an operation signal output from the controller 11.
  • the pump capacity adjusting device 10 includes a regulator 13 that supports the swash plate so as to be tiltable, and an electromagnetic proportional valve 14 that applies a control pressure to the regulator 13 in accordance with a command value of the controller 11.
  • a control pressure is received from the electromagnetic proportional valve 14
  • the capacity (displacement volume) of the hydraulic pump 5 is adjusted by changing the inclination angle of the swash plate by this control pressure, and the absorption torque (input) of the hydraulic pump 5 is adjusted. Torque) can be controlled.
  • an exhaust gas purification system for purifying exhaust gas discharged from the engine 1 is provided in the exhaust passage of the engine 1, and this exhaust gas purification system is included in the exhaust gas by ammonia generated from urea as a reducing agent.
  • a muffler (silencer) 83 that silences the exhaust sound of the engine 1. Therefore, the exhaust gas of the engine 1 is discharged into the atmosphere through the muffler 83 after the selective catalytic reduction catalyst 80 purifies the nitrogen oxides in the exhaust gas into harmless water and nitrogen.
  • the revolving unit 110 includes the assist power generation motor 2, the inverter device 9, And the below-mentioned cooling circuit 21 (refer FIG. 4) which cools the electrical storage apparatus 8 is provided.
  • the power storage device 8 has an upper limit temperature that can be used without current limitation, the revolving structure 110 adjusts the temperature of the power storage device 8 so that the temperature of the power storage device 8 does not become excessively high. 20 (see FIG. 4) is mounted.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the temperature control device according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of the battery module according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is the first configuration of the present invention. It is a figure explaining the structure of the cooling plate which concerns on embodiment.
  • the temperature control device 20 includes the above-described cooling circuit 21 that circulates a coolant (antifreeze) as a heat medium to cool the power storage device 8, and the cooling circuit 21 has the coolant circulating inside.
  • a liquid pipe 22 that circulates coolant in the liquid pipe 22, a radiator 26 that cools the coolant supplied to the cooling plate 203 (described later) of the power storage device 8 by the pump 23, and the radiator 26 And a fan 27 that blows outside air taken in from the air inlet of the prime mover chamber 112 to the radiator 26.
  • the pump 23, the cooling plate 203, and the radiator 26 are sequentially annularly formed by the liquid pipe 22. It is connected.
  • the heat medium is not limited to the above-described coolant, and may be a liquid such as cooling water.
  • the power storage device 8 exchanges heat with, for example, eight battery modules 202 (see FIGS. 8 and 9) configured by connecting six battery cells 200 and a plurality of battery cells 200 in the battery module 202.
  • the above-described cooling plate 203 as a structure that cools the plurality of battery cells 200, for example, is disposed below the plurality of battery modules 202 via the heat conductive sheet 204. Consists of.
  • the number of battery cells 200 in one battery module 202 is not limited to the above-described six cells, and may be 1 to 5 or 7 or more.
  • the number of battery modules 202 in the power storage device 8 is not limited to eight as described above, and may be 1 to 7 or 9 or more.
  • one of the eight battery modules 202 is schematically shown for easy understanding of the configuration of the temperature control device 20.
  • the battery module 202 is formed in a rectangular shape as shown in FIG. 5, for example, and the six battery cells 200 described above stacked in the thickness direction, and the adjacent battery cells interposed between these battery cells 200.
  • a cell holder 201 that defines the positions of the cells 200; a pair of end plates 215 that sandwich the battery cells 200 and the cell holder 201 from both sides in the thickness direction of the battery cells 200; and upper and lower portions of the end plates 215
  • the battery cells 200, the cell holder 201, and the end plate 215 are integrally fixed by the tension of each steel band 216 with the bottom surfaces of the respective battery cells 200 exposed. Has been.
  • the cell holder 201 has, for example, a guide (not shown) for positioning adjacent battery cells 200, and the guide is adjusted so that the relative positions of the battery cells 200 substantially coincide with each other.
  • the end plate 215 is manufactured, for example, by press-molding a steel material, and has a rigidity that does not bend due to the internal force of the battery cell 200 group. Note that a through hole 218 through which a screw (not shown) for fixing the battery module 202 to the cooling plate 203 is inserted is provided in the end plate 215 in advance.
  • Each battery cell 200 is composed of a lithium ion secondary battery and is defined by, for example, an aluminum alloy battery can 200C, a battery lid 200D that covers the battery can 200C, and the battery can 200C and the battery lid 200D.
  • the battery can 200C and the battery lid 200D are in close contact with each other so that the liquid inside does not leak to the outside. It is sealed.
  • each battery cell 200 has a characteristic that the internal lithium ion migration resistance increases in an excessively low temperature state, and the internal resistance increases, and deterioration such as an increase in internal resistance and a decrease in capacity occurs in an excessively high temperature state. It has the characteristic that the temporal change rate of the phenomenon becomes large.
  • each battery cell 200 may be comprised from other batteries and capacitors, such as a nickel hydride battery and a nickel cadmium battery, instead of the lithium ion secondary battery mentioned above.
  • the battery module 202 is provided separately from the battery lid 200D, and is connected to the electrode group of the battery cell 200.
  • an insulating member (not shown) that insulates the positive electrode terminal 200 ⁇ / b> A and the negative electrode terminal 200 ⁇ / b> B from the battery lid 200 ⁇ / b> D, and the internal pressure increases as the battery cell 200 is overcharged.
  • it has a safety valve or the like (not shown) whose strength is set smaller than other parts.
  • Each battery cell 200 is arranged in a state where the directions are reversed with respect to the adjacent battery cell 200, and the positive electrode terminal 200A and the negative electrode terminal 200B of each adjacent battery cell 200 are close to each other.
  • the battery module 202 includes a plurality of copper alloy-made bus bars 217 that electrically connect the positive electrode terminal 200A and the negative electrode terminal 200B, and each of the bus bars 217 is adjacent to the positive electrode terminal 200A and the negative electrode terminal of the battery cell 200. By attaching to 200B, each battery cell 200 can be efficiently connected in series at the shortest distance.
  • the cooling plate 203 includes a rectangular upper surface body 203 ⁇ / b> A on which the battery module 202 is placed, a plate-shaped lower surface body 203 ⁇ / b> B that is disposed below the upper surface body 203 ⁇ / b> A and forms a bottom surface, A U-shaped groove 203C that is formed between the upper surface body 203A and the lower surface body 203B and serves as a coolant passage, and is formed along the groove portion 203C.
  • the rear surface of the upper surface body 203A is directed to the lower surface body 203B.
  • the fin 203D is provided with a plurality of protrusions, and a pair of pipe connectors 212 provided on one side surface of the upper surface body 203A and respectively connecting the liquid pipe 22 and both ends of the groove 203C. Therefore, the cooling plate 203 is composed of a hexahedron formed by the upper surface body 203A and the lower surface body 203B.
  • the upper surface body 203A and the lower surface body 203B are manufactured by casting an aluminum alloy, and the surface of the upper surface body 203A is planarized and smoothed with high accuracy by machining, and further the battery module 202 is mounted. A screw hole (not shown) into which a screw (not shown) for fastening is screwed is provided. Then, the upper surface body 203A and the lower surface body 203B are integrated by screw fastening via a sealing material (not shown), thereby ensuring the airtightness of the cooling plate 203.
  • the heat conductive sheet 204 is formed into a sheet shape by filling, for example, a silicon resin with a filler having excellent heat conductivity, and the initial thickness of the heat conductive sheet 204 is set to about 0.5 to 2 mm. Consists of. Therefore, the heat conductive sheet 204 has a function of suppressing conduction between the above-described aluminum alloy battery cans 200 ⁇ / b> C or between the battery cans 200 ⁇ / b> C and the cooling plate 203. On the other hand, the heat conductivity in the thickness direction of the heat conductive sheet 204 is relatively high at 1 to 6 W / m / K.
  • the heat conductive sheet 204 has a characteristic of bending in the thickness direction by a relatively small compressive load.
  • the distance between the bottom surface of each battery cell 200 on which the heat conductive sheet 204 is interposed and the surface of the upper surface body 203A of the cooling plate 203 is adjusted to be, for example, about 10 to 30% smaller than the thickness of the heat conductive sheet 204. ing.
  • the compressive load when the heat conductive sheet 204 is bent by a certain amount acts as a reaction force on the battery cell 200 and the battery module 202, the battery module 202 and the cooling plate 203 are screwed together with a relatively large axial force. ing.
  • the coolant produced by the radiator 26 flows from the pump 23 through the liquid pipe 22 and from the pipe line connector 212 on the outlet side of the pump 23 to the cooling plate 203.
  • the liquid flows through the liquid pipe 22 and returns to the radiator 26.
  • the coolant flowing through the groove 203 ⁇ / b> C of the cooling plate 203 removes the heat of each battery cell 200 through the fins 203 ⁇ / b> D, the upper surface body 203 ⁇ / b> A, and the heat conductive sheet 204, thereby cooling the power storage device 8. .
  • the surface area inside the cooling plate 203 is secured by forming the fins 203D on the upper surface body 203A of the cooling plate 203, the contact area between the cooling plate 203 and the coolant can be increased, The cooling efficiency of the cooling plate 203 can be improved.
  • the liquid pipe 22 on the coolant outlet side of the cooling plate 203 and each battery cell 200 include a temperature sensor (not shown) such as a thermistor or a thermocouple that measures the temperature of the coolant and each battery cell 200.
  • the coolant temperature signal measured by the temperature sensor is output to the controller 11. Then, the controller 11 drives the pump 23 to circulate the coolant in the liquid pipe 22 when the temperature of the battery cell 200 in the power storage device 8 measured by the temperature sensor becomes higher than a predetermined value.
  • the battery cell 200 of the power storage device 8 is radiated.
  • the temperature of the battery cell 200 may be lower than the optimum temperature. If the temperature of the battery cell 200 is excessively low, the internal resistance (loss) increases due to the low activity of the lithium ions in the battery cell 200, and the desired input / output from the power storage device 8 due to the above characteristics. Therefore, it is necessary to warm up the power storage device 8.
  • the temperature of the battery cell 200 is increased by using the self-heating of the power storage device 8. That is, when the controller 11 operates the assist power generation motor 2 and repeats charging / discharging (energization) of the power storage device 8, the power storage device 8 generates heat in accordance with the internal resistance. Desired input / output can be obtained from the device 8. At this time, the controller 11 stops the operation of the pump 23 of the temperature control device 20 in order to prevent the heat of the power storage device 8 from escaping to the coolant by the cooling plate 203.
  • the power storage device 8 is easy to be exposed to dust and wind and rain contained in the outside air because the air inlet is formed in the prime mover chamber 112 as described above. It is easy to repeatedly receive relatively large vibrations and shocks due to traffic and operation, and the operator's body, tools, cranes, and other equipment are accessible during maintenance work such as maintenance and repair of the inside of the rotating body 110. By doing so, there is a possibility of receiving an unexpected load and impact from each direction. Therefore, the power storage device 8 needs to have high airtightness and mechanical strength in order to cope with them.
  • FIG. 7 is a perspective view showing an external appearance of the power storage device according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 7
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. It is.
  • the power storage device 8 houses a plurality of battery modules 202 and covers the battery cells 200 of these battery modules 202 in a separated state.
  • the housing 220 includes, for example, a lower housing 221 fixed on the revolving frame 111, a middle housing 222 attached to the upper portion of the lower housing 221, and an upper housing attached to the upper portion of the middle housing 222. 223.
  • the lower casing 221 is composed of a rectangular volume body whose upper surface is open, and accommodates eight battery modules 202, a heat conductive sheet 204, a cooling plate 203, and a projection 214 described later.
  • eight battery modules 202 are shown in FIG. 9, for example, as shown in FIG. 9, four in the direction along the groove 203 ⁇ / b> C serving as a coolant flow path (long side direction of the lower casing 221). In this manner, two pieces are arranged in the direction crossing the groove 203C (the direction of the short side of the lower housing 221), and are located above the groove 203C serving as a coolant passage.
  • each battery module 202 the terminals of the battery lid 200D located at the stacking end of each battery cell 200 are connected in series via a disconnect switch (not shown), and the heat conduction is performed as described above.
  • the sheet 204 is fixed to the upper surface of the upper surface body 203A of the cooling plate 203 by screw fastening.
  • the above-described thermal resistor includes, for example, a plurality of columnar protrusions 214 whose upper end is in contact with a part of the lower surface body 203B of the cooling plate 203 and whose lower end is in contact with a part of the inner surface of the lower housing 221.
  • These protrusions 214 are fixed to the lower housing 221 by screws (not shown) penetrating in the vertical direction.
  • Each protrusion 214 is made of a resin material having a thermal conductivity smaller than both the thermal conductivity of the housing 220 and the thermal conductivity of the cooling plate 203, and the thermal conductivity of the resin material is, for example, 1 W / m / It is set to less than K.
  • the cooling plate 203 is supported by the upper ends of the protrusions 214 to define the height position from the lower housing 221, and the lower surface of the lower surface body 203 ⁇ / b> B of the cooling plate 203 and the inner surface of the lower housing 221.
  • a gap corresponding to the height of the protrusion 214 is formed between both facing surfaces of the portion where the protrusion 214 does not exist.
  • each protrusion 214 is disposed on each protrusion 214 so as to be separated from the side surface of the lower housing 221, and between the opposing surfaces of the four side surfaces of the cooling plate 203 and the four side surfaces of the lower housing 221.
  • the size and shape of the cooling plate 203 and the lower housing 221 are set so that a gap is formed. Since each protrusion 214 is made of a resin material, it can be easily formed according to the size and shape of the cooling plate 203 and the lower casing 221, so that the degree of freedom of arrangement of the cooling plate 203 and the lower casing 221 is increased. Can be increased.
  • a pair of through holes 212A through which the pipe line connectors 212 of the cooling plate 203 are inserted to the outside are formed in the lower portion of one side surface of the lower housing 221.
  • a swivel frame 111 is formed on the bottom surface of the lower housing 221.
  • a plurality of anti-vibration rubbers 213 are attached to alleviate vibrations and shocks that the upper power storage device 8 receives as the hydraulic excavator operates.
  • the middle housing 222 is a middle plate 222a that covers the opening of the lower housing 221 and seals the lower housing 221; and a middle portion that is fixed to the upper surface of the middle plate 222a and has a rectangular volume with an upper surface opened. It is comprised from the volume body 222b.
  • the middle volume body 222b accommodates the battery control unit 207 that controls input / output of electric power of each battery cell 200, the relay 208, the above-described disconnect switch that temporarily disconnects the battery circuit during maintenance work, and the like. These battery control unit 207, relay 208, disconnect switch and the like are fixed on the middle plate 222a.
  • the size of the middle volume member 222b of the middle housing 222 is set smaller than the size of the lower housing 221.
  • a power connector 211 for inputting / outputting electric power between the battery cells 200 in the lower casing 221 and the outside is attached to one side surface of the middle volume body 222b, and is connected in series in the lower casing 221.
  • the terminal terminal of each battery module 202 is connected to the power connector 211 by a predetermined harness (not shown).
  • the upper casing 223 is composed of an upper plate that covers the opening of the middle volume 222b and seals the middle volume 222b.
  • the power storage device 8 forms an outer shape with the lower housing 221, the middle housing 222, and the upper housing 223, and mechanically integrates the components incorporated in the lower housing 221 and the middle housing 222. .
  • the lower housing 221, the middle housing 222, and the upper housing 223 are made of, for example, an aluminum alloy casting mainly composed of an aluminum metal.
  • the power storage device 8 can secure internal airtightness and obtain sufficient strength against vibrations and shocks associated with the operation of the hydraulic excavator, thereby protecting each component in the housing 220.
  • the durability of the power storage device 8 can be improved.
  • the lower housing 221, the middle housing 222, and the upper housing 223 are relatively fixed by, for example, screws and a seal material (not shown), and the thicknesses of these housings 221, 222, and 223 are set to 3 to 8 mm, for example. Has been.
  • the power storage device 8 is disposed between the radiator 26 and the frame 112A of the prime mover chamber 112, for example, as shown in FIG.
  • the housing 220 of the power storage device 8 is easy to touch the outside air guided to the radiator 26 by the fan 27, and the distance from the hydraulic system 90, the engine 1 or the like serving as a heat source is secured, so that the temperature of the housing 220 is excessive. The rise can be suppressed.
  • the power storage device 8 can be prevented from being damaged.
  • the self-heating of the power storage device 8 is used as described above, and the controller 11 operates the assist power generation motor 2 to By repeating charge and discharge (energization), the power storage device 8 generates heat according to the internal resistance.
  • Most of the heat generation of the power storage device 8 is caused by the internal resistance of each battery cell 200 incorporated therein, but part of it is caused by the internal resistance of peripheral components through which current flows, and each amount of generated heat enters the internal resistance. It is the value multiplied by the square of the current at the time of output.
  • the heat generated by the battery cell 200 in the power storage device 8 propagates sequentially from the battery can 200C to the heat conductive sheet 204, the upper surface body 203A of the cooling plate 203, the coolant in the cooling plate 203, and the lower surface body 203B.
  • the heat propagated to the lower surface body 203B is propagated to the entire housing 220 of the lower housing 221, the middle housing 222, and the upper housing 223 through the protrusions 214, and the heat propagated to the housing 220 is Heat is radiated from the surface of the body 220 to the outside air.
  • the amount of heat released from the housing 220 into the air is determined by the effective area of the surface of the housing 220 and the heat transfer coefficient, and increases as the effective area and heat transfer coefficient increase.
  • the heat transfer coefficient increases as the air volume of the outside air increases (the wind is stronger).
  • part of the heat generated by the battery cell 200 moves between the adjacent battery cells 200 through the positive terminal 200A, the negative terminal 200B, and the bus bar 217 of the battery cover 200D, and finally through the power connector 211.
  • a heat transfer form is heat conduction, and partly includes radiation and convection in the air.
  • each member of the heat conductive sheet 204, the cooling plate 203, the coolant, and the housing 220 through which the heat of the battery cell 200 mainly propagates is determined by specific heat and size (volume or mass) that are specific physical properties.
  • Has heat capacity This heat capacity is determined by the product of specific heat and size, and increases as both increase. Further, when different members are thermally coupled, the total total heat capacity is the sum of the heat capacities of the respective members. And the temperature change with respect to the heat
  • the heat conductive sheet 204 through which the heat of the battery cell 200 propagates the cooling plate 203 storing the coolant, the protrusion 214, and the housing 220, the heat capacity of the cooling plate 203 and the housing 220 is particularly large, and the battery cell. 200 heat is easily exchanged.
  • thermal resistance acting between each member is expressed by a thermal conductivity or a reciprocal of the heat transfer coefficient.
  • the thermal resistance increases as the heat transfer distance of the member increases, and increases as the contact area with other members at the interface of the member decreases.
  • casing 220 are spaced apart, and heat transfer of the battery cell 200 is carried out. Is provided between the cooling plate 203 and the housing 220, and heat transfer between the cooling plate 203 and the housing 220 is caused by the protrusions 214. Therefore, the heat of each battery cell 200 can be prevented from escaping from the heat conductive sheet 204 to the housing 220 through the cooling plate 203. Thereby, since the heat insulation of the vicinity of each battery cell 200 improves, the temperature control efficiency of the electrical storage apparatus 8 can be improved.
  • the temperature of each battery cell 200 can be rapidly increased by repeatedly charging and discharging (energizing) the power storage device 8. it can. Therefore, since the vehicle body can be operated in a short time, the performance of the hydraulic excavator can be improved. Thereby, a hydraulic excavator excellent in usability can be provided. In addition, since the time required for warming up the power storage device 8 is shortened, the consumption of energy required for warming up the power storage device 8 is reduced, and deterioration of the battery cell 200 due to charging / discharging that does not work is suppressed. it can.
  • the internal resistance of each battery cell 200 can be reduced early, so that the current to be supplied to the power storage device 8 can be increased. .
  • the rate of temperature increase of each battery cell 200 can be increased synergistically.
  • the thermal resistance between the interface of the cooling plate 203 and the housing 220 is reduced. Since the height is increased by each protrusion 214, the movement of heat from the cooling plate 203 to the housing 220 is suppressed, and the rate of temperature increase of each battery cell 200 is not hindered.
  • the area of each end face of each projection 214 is larger than the area of the lower surface of the lower surface body 203B of the cooling plate 203 and the area of the inner surface of the lower housing 221 of the housing 220. Since the contact between the upper end of each projection 214 and the lower surface body 203B and the contact between the lower end of each projection 214 and the lower housing 221 is limited to the range of the area of both end surfaces of each projection 214, the cooling plate 203 And the thermal resistance between the housing 220 can be increased. Thereby, since heat transfer between the cooling plate 203 and the housing 220 can be easily interrupted, the power storage device 8 can be warmed up efficiently.
  • the internal constituent members are protected by the casing 220 that forms the outer shape of the power storage device 8, so that vibrations and impacts associated with the operation of the hydraulic excavator are not affected by the cooling plate. Since it does not act directly on 203, the plate
  • the cooling material 203 made of aluminum alloy and the resin material less than 1 W / m / K smaller than the thermal conductivity of the housing 220 are used for each projection 214 to cool the projection 214.
  • a resin material suitable as a thermal resistor between the plate 203 and the housing 220 can be quickly selected. Thereby, the effort in the assembly process of the electrical storage apparatus 8 can be saved.
  • the present invention is not limited to this.
  • a planar heater is laid on the cooling plate 203.
  • the heat generated by the planar heater may be used.
  • 1st Embodiment of this invention demonstrated the case where the resin material was used for each protrusion 214, it is not restricted to this case, You may use another nonmetallic material instead of a resin material.
  • each protrusion 214 is smaller than both the thermal conductivity of the housing 220 and the thermal conductivity of the cooling plate 203 . If the thermal conductivity of each protrusion 214 is smaller than one of the thermal conductivity of the housing 220 and the thermal conductivity of the cooling plate 203, it may be set larger than the other, or 1 W / m / K or more. There may be.
  • the cooling plate 203 and the casing 220 are described using an aluminum alloy. However, the present invention is not limited to this, and other materials are used instead of the aluminum alloy. May be produced.
  • each battery cell 200 may be covered with an insulator such as a resin film.
  • an insulator such as a resin film.
  • each battery cell 200 and each battery module 202 were connected in series, it is not restricted to this case, for example, each battery cell 200 and each battery module 202 are arranged in parallel. You may connect.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the configuration of the power storage device according to the second embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view corresponding to FIG.
  • the same parts as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals.
  • the second embodiment of the present invention differs from the first embodiment described above in the first embodiment in which eight battery modules 202 are provided with cooling plates via heat conductive sheets 204 as shown in FIGS.
  • eight battery modules 202 are provided with cooling plates via heat conductive sheets 204 as shown in FIGS.
  • four battery modules 202 out of eight battery modules 202 are arranged on the cooling plate 203E. That is, the remaining four battery modules 202 are disposed below the lower surface body 203B1 of the cooling plate 203E.
  • the cooling plate 203E is formed along the groove 203C1 similarly to the fin 203D1 formed on the upper surface body 203A1, for example, and from the upper surface of the lower surface body 203B1 to the upper surface body 203A1.
  • a plurality of fins 203D2 projecting toward the concave portion on the lower surface are provided. Therefore, the coolant that has flowed into the groove 203C1 from the liquid pipe 22 of the cooling circuit 21 flows through the gaps of the fins 203D1 and 203D2.
  • two battery modules 202 above the upper surface body 203A1 of the cooling plate 203E are arranged in a direction along the groove 203C1 (in the depth direction of the paper surface shown in FIG. 10) and two in the direction across the groove 203C1, respectively.
  • the sheet 204 is fixed to the upper surface of the upper surface body 203A1 of the cooling plate 203E by screw fastening.
  • two battery modules 202 below the lower surface body 203B1 of the cooling plate 203E are arranged in a direction along the groove 203C1 and two in a direction crossing the groove 203C1, and are cooled by screw fastening through the heat conductive sheet 204.
  • each battery module 202 It is fixed to the lower surface of the lower surface body 203B1 of the plate 203E. Therefore, the mounting surface of each battery module 202 is arranged in parallel with the inner surface of the lower housing 221A. A gap is formed between each battery module 202 below the lower surface body 203B1 of the cooling plate 203E and the inner surface of the lower housing 221A.
  • the size in the direction along the groove 203C1 of the lower housing 221A of the housing 220A according to the second embodiment of the present invention is set shorter than that of the lower housing 221 according to the first embodiment.
  • the depth of the lower casing 221A according to the second embodiment is set larger than that of the lower casing 221 according to the first embodiment.
  • the length of each protrusion 214A according to the second embodiment of the present invention is such that each protrusion 214 according to the first embodiment is arranged with the battery module 202 disposed not only above but also below the cooling plate 203E. It is set larger than Other configurations are the same as those of the first embodiment, and redundant description is omitted.
  • the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained, and also from both the upper surface of the upper surface body 203A1 and the lower surface body 203B1 of the cooling plate 203E. Since heat exchange between each battery cell 200 and the coolant can be promoted via the heat conductive sheet 204, the mounting efficiency of the cooling plate 203E can be increased. Thereby, each battery cell 200 in the eight battery modules 202 can be efficiently cooled by one cooling plate 203E, so that the time required for heat exchange of each battery cell 200 can be shortened, and the cooling efficiency by the cooling plate 203E is increased. Can do.
  • the fins 203D2 are formed on the lower surface body 203B1 as well as the upper surface body 203A1, so that each battery cell 200 above the cooling plate 203E and the Each battery cell 200 can be cooled uniformly. Thereby, the dispersion
  • half of the eight battery modules 202 disposed above the cooling plate 203 in the first embodiment are disposed below the cooling plate 203E.
  • the size in the direction along the groove 203C1 can be reduced.
  • the mounting floor area of power storage device 8A in the hydraulic excavator can be reduced.
  • the volume of the cooling plate 203E can also be reduced, the power storage device 8A can be reduced in size, which contributes to space saving of the hydraulic excavator.
  • the length of the groove 203C1 that becomes the coolant flow path that circulates in the cooling plate 203E is reduced, so that the pressure loss of the coolant in the groove 203C1 can be reduced.
  • the smaller pump 23 can be employ
  • each protrusion 214A is set to be larger than that of each protrusion 214 according to the first embodiment, and the heat transfer distance of each protrusion 214A becomes longer.
  • the thermal resistance acting between 203E and the lower housing 221A can be increased. Thereby, since the heat insulation of each battery cell 200 vicinity increases, the temperature control efficiency of 8 A of electrical storage apparatuses can be improved more.
  • each battery module 202 was arrange
  • each battery The mounting surface of the module 202 may be arranged perpendicularly to the inner surface of the lower housing 221A.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a power storage device according to the third embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view corresponding to FIG. 9.
  • the same parts as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals.
  • the third embodiment of the present invention differs from the first embodiment described above in the first embodiment in that the housing 220 includes a lower housing 221, a middle housing 222, and an upper housing 223 as shown in FIGS.
  • the housing 220 ⁇ / b> B has a lower housing 221 ⁇ / b> B excluding the middle housing 222, while the upper surfaces of the lower housing 221 and the middle housing 222 are opened.
  • the lower housing 221B and the lower surface of the upper housing 223B are open.
  • the lower housing 221B of the housing 220B is configured by, for example, a rectangular volume body having an open lower surface, and the upper housing 223B has a lower surface similar to the lower housing 221B, for example. It is comprised from the rectangular-shaped volume body opened, and the volume of the lower housing 221B is set larger than the volume of the upper housing 223B.
  • the lower casing 221B is configured such that each battery module 202 is disposed above the cooling plate 203F via the heat conductive sheet 204 and is opened from above each battery module 202 through an opening in the same manner as in the first embodiment described above.
  • the module 202 and the heat conductive sheet 204 are accommodated in a separated state, and the opening end of the lower housing 221B is fixed to the upper surface body 203A2 of the cooling plate 203F by screw fastening.
  • the upper housing 223B allows the battery control unit 207 and the relay 208 to pass through the opening from above the battery control unit 207 and the relay 208 in a state where the battery control unit 207 and the relay 208 are fixed to the upper surface of the lower housing 221B.
  • the opening end of the upper housing 223B is fixed to the upper surface of the lower housing 221B by screw fastening.
  • the thermal resistor according to the third embodiment of the present invention is interposed between the opening end of the lower housing 221B and the upper surface body 203A2 of the cooling plate 203F instead of the protrusion 214 according to the first embodiment, and the housing 220B.
  • a plurality of heat resistance materials 214B that prevent heat transfer between the cooling plate 203F and the cooling plate 203F.
  • These heat resistance materials 214B are made of, for example, a flame-retardant PBT (polybutylene terephthalate) having a thermal conductivity smaller than that of the aluminum alloy cooling plate 203F and the housing 220B, and are formed in a sheet shape. Yes.
  • the thickness of the heat resistance material 214B corresponds to the distance between the opening end of the lower housing 221B and the upper surface body 203A2 of the cooling plate 203F, and is set in the range of 1.5 to 6 mm, for example.
  • the lower surface body 203B2 of the cooling plate 203F is exposed without being covered by the lower housing 221B, and a plurality of vibration isolating rubbers 213 are attached to the lower surface of the lower surface body 203B2.
  • a plurality of vibration isolating rubbers 213 are attached to the lower surface of the lower surface body 203B2.
  • the upper surface body 203A2 of the plate 203F may be in direct contact.
  • a thermal resistance material is provided between the opening end of the lower housing 221B and the upper surface body 203A2 of the cooling plate 203F.
  • the thermal resistance between the lower casing 221B and the cooling plate 203F can be kept high, and the exposed area to the outside of the cooling plate 203F is also limited. Similar effects can be obtained.
  • the opening of the lower housing 221B of the housing 220B is directed downward, so that the housing 220B is not attached to the cooling plate 203F in the assembly process of the power storage device 8B. Since the space around each battery module 202 is open, the operator can easily perform operations such as connection of wires of each battery cell 200 and screw fastening in these battery modules 202. Similarly, since the opening of the upper casing 223B is directed downward, the operator can easily perform operations such as connection of the battery control unit 207 and the relay 208 and screw fastening. Thereby, the efficiency of the arrangement
  • the opening end of the lower housing 221B is fixed to the upper surface body 203A2 of the cooling plate 203F, and the lower surface body 203B2 of the cooling plate 203F is exposed.
  • the height of the housing 220B can be reduced as compared with the case where the lower housing 221 accommodates the entire cooling plate 203. Thereby, power storage device 8B can be reduced in size.
  • thermal resistance material 214B is thermal resistance between each member. As long as it acts as the above, it may be other than PBT (polybutylene terephthalate), and the thermal resistance material 214B may have the function of a sealing material in addition to the thermal resistance function. Further, the thickness of the heat resistance material 214B is not limited to the above-described range of 1.5 to 6 mm.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of a battery module according to a fourth embodiment of the present invention and members integrated with the battery module
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of a power storage device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view corresponding to FIG. 9.
  • the same parts as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals.
  • the fourth embodiment of the present invention is different from the first embodiment described above in the first embodiment, in which the heat exchange member conducts heat under the eight battery modules 202 as shown in FIGS.
  • the heat exchange member conducts heat under the eight battery modules 202 as shown in FIGS.
  • eight cooling plates 203 are arranged via the sheet 204 and configured to cool each battery cell 200. That is, the battery module 202 includes eight cooling members 203G that are arranged below the battery modules 202 and cool the battery cells 200, respectively.
  • the heat conductive sheet 204A has, for example, the same area as the entire area of the bottom surface of the battery can 200C of each battery cell 200 and the lower surface of each cell holder 201 in the battery module 202. It has an area and is arranged so that the upper surface contacts the entire bottom surface of the battery can 200C of each battery cell 200.
  • the cooling member 203G includes, for example, a base 203J having an area approximately equal to the area of the heat conductive sheet 204, fins 203D4 formed with a plurality of protrusions directed downward from the bottom surface of the base 203J, and a heat conductive sheet 204A and a cooling member 203G are interposed between a rectangular fin plate 203H for positioning the fin 203D4.
  • the horizontal size of the fin plate 203H is, for example, the footprint of the battery module 202, That is, it is set to be approximately the same as the mounting floor area.
  • the base 203J of the cooling member 203G is fixed to the central portion of the fin plate 203H. Note that a portion of the upper surface of the fin plate 203H that is in contact with the heat conductive sheet 204A is planarized and smoothed with high accuracy by machining. Further, the fin plate 203H is manufactured by, for example, extruding an aluminum alloy in the longitudinal direction of the fin 203D4 and further performing a secondary process.
  • the thermal resistors according to the fourth embodiment of the present invention are respectively arranged below the eight battery modules 202, and are composed of a plurality of thermal resistance materials 214C that prevent heat transfer between the casing 220C and the cooling member 203G.
  • This thermal resistance material 214C is made of, for example, the same PBT (polybutylene terephthalate) as in the third embodiment, and has an opening 214C1 for accommodating the base 203J of the cooling member 203G on the inner side, and the outer shape is around the fin plate 203H. It is formed in a rectangular frame shape that matches the shape of this part. That is, the horizontal size of the thermal resistance material 214C is set to be approximately the same as the footprint of the battery module 202, as with the fin plate 203H.
  • the power storage device 8C is interposed between the fin plate 203H and the heat resistance material 214C, and a sealing material 231 that seals the interface between the fin plate 203H and the heat resistance material 214C, the heat resistance material 214C, and the lower housing.
  • a sealing material 232 that is interposed between the body 221C and seals the interface between the heat resistance material 214C and the lower housing 221C, and a plurality of fin plates 203H and the heat resistance material 214C that are integrally fixed to the lower housing 221C.
  • the fin plate 203H and the thermal resistance material 214C are respectively provided with a plurality of through holes 203H1, 214C2 through which the screws 224 are inserted, and a plurality of through holes 203H2, 214C3 through which the screws 225 are inserted. .
  • the lower housing 221C has a through hole 221C1 that is drilled in the bottom and inserts the lower portion of the base 203J of the cooling member 203G and the fin 203D4, and a bottom plate 221C2 that covers the through hole 221C1 from below. . Therefore, the region defined by the cooling member 203G, the bottom of the lower housing 221C, and the bottom plate 221C2 is a coolant flow path. Note that the thickness of the bottom portion of the lower housing 221C is set so that a gap is formed between the fin 203D4 and the bottom plate 221C2.
  • the fin plate 203 ⁇ / b> H of the cooling member 203 ⁇ / b> G is first brought into contact with the heat resistance material 214 ⁇ / b> C via the sealing material 231, and The screw 224 is passed through the through hole 203H1 of the fin plate 203H and the through hole 214C2 of the heat resistance material 214C while being in contact with the inner surface of the housing 221C (not shown) in the lower housing 221C.
  • the cooling member 203G, the heat resistance material 214C, and the sealing materials 231 and 232 are integrated.
  • the screw 225 is inserted into the through-hole 218 of the end plate 215, the fin plate 203H while the end plate 215 of the battery module 202 is in contact with the fin plate 203H.
  • the battery module 202 and the heat conductive sheet 204A are inserted into the screw holes (not shown) of the lower housing 221C through the through holes 203H2 of the heat resistance material 214C and the screw holes (not shown) of the lower housing 221C.
  • the power storage device 8C is assembled by integrating the resistance material 214C and the sealing materials 231 and 232 together.
  • the heat resistance material 214C is provided between the bottom of the lower housing 221C and the fin plate 203H of the cooling member 203G. Since the thermal resistance between the lower housing 221C and the cooling member 203G can be kept high by interposing, the same effect as the first embodiment described above can be obtained.
  • the horizontal size of the fin plate 203H and the thermal resistance material 214C located below each battery module 202 is set to be the same as the footprint of each battery module 202. Therefore, each cooling member 203G and each heat resistance material 214C can be stored compactly below each battery module 202. Thereby, it is not necessary to enlarge the mounting interval of the adjacent battery modules 202, and a high mounting density can be realized. Accordingly, the size of the housing 220C can be reduced, so that the power storage device 8C can be reduced in size.
  • one cooling member 203G is assigned to each battery module 202, so that if a part of the cooling member 203G is damaged, the eight battery modules 202 are damaged. Since it is only necessary to remove the battery module 202 above the cooling member 203G, maintenance work such as replacement of the cooling member 203G can be easily performed.
  • a through hole 221C1 is formed in the bottom of the lower housing 221C of the housing 220C, and an area defined by the cooling member 203G, the bottom of the lower housing 221C, and the bottom plate 221C2 is coolant.
  • the present invention is not limited to this case.
  • a groove portion in which the bottom of the lower housing 221C and the bottom plate 221C2 are integrated may be formed at the bottom of the lower housing 221C. good. Thereby, since it is not necessary to manufacture bottom plate 221C2, the number of parts of power storage device 8C can be reduced.
  • the present invention is not limited to this.
  • the two may be formed in advance by transfer molding. Thereby, since it is not necessary to prepare the sealing material 231, the cost concerning manufacture of the electrical storage apparatus 8C can be reduced.
  • the direction, shape, size, and the like of the fins 203D4 of the cooling member 203G may be changed as appropriate according to the mounting position of the battery module 202 in the power storage device 8C.
  • the surface area of the fin 203D4 on the downstream side larger than that on the upstream side of the coolant, it is possible to reduce the uneven temperature distribution for each battery module 202.
  • the fin 203D4 in the round portion of the U-shaped channel may be rounded along the shape of the channel.
  • the hybrid construction machine according to the present embodiment has been described with respect to a hybrid hydraulic excavator, the construction machine is not limited to this, and may be a construction machine such as a hybrid wheel loader. Furthermore, although the case where the liquid cooling method was used as the cooling method of the power storage devices 8, 8A, 8B, and 8C has been described in the present embodiment, the present invention is not limited to this, and other cooling methods may be used.
  • Cooling plate (heat exchange member ) 203A, 203A1, 203A2 Upper surface body 203B, 203B1, 203B2 Lower surface body 203C, 203C1, 203C2 Groove part 203D, 203D1, 203D2, 203D3, 203D4 Fin 203G Cooling member (heat exchange member) 203H Fin plate 203J Base 204, 204A Thermal conductive sheet 214, 214A Protrusion (thermal resistor) 214B, 214C Thermal resistance material (thermal resistance body) 214C1 Opening 220, 220A, 220B, 220C Housing 221, 221A, 221B, 221C Lower housing 221C

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Abstract

 蓄電装置の温調効率を向上させることができるハイブリッド式建設機械の提供。エンジン1と、このエンジン1の動力の補助及び発電を行うアシスト発電モータ2と、このアシスト発電モータ2との間で電力の授受を行う蓄電装置8とを備え、蓄電装置8は、複数の電池セル200と、複数の電池セル200を離隔した状態で覆う筐体220と、この筐体220に取り付けられ、複数の電池セル200と熱交換を行う冷却プレート203と、筺体220と冷却プレート203との間に介在し、筺体220と冷却プレート203との熱の授受を妨げる突起214とを含む。

Description

ハイブリッド式建設機械
 本発明は、モータ及びインバータ等の電動機に電力を供給する蓄電装置を備えたハイブリッド式建設機械に関する。
 一般に、油圧システムにより駆動する油圧ショベル等の建設機械は、軽負荷作業から重負荷作業までの全ての作業に対応できるように、最大負荷の作業を可能とする油圧ポンプと、この油圧ポンプを駆動する大型のエンジンとを備えている。特に、油圧ショベルでは土砂の掘削や積み込み等の作業が行われる際に、最大負荷が発生する。
 このような最大負荷のかかる重負荷作業は作業全体の一部であり、地面を均すための水平引き等の軽負荷作業時には、エンジンの能力が余ってしまう。このことは、油圧ショベルの燃料消費量(以下、燃費と略すことがある)の低減を難しくする要因の1つである。この点に鑑みて、燃費を低減するためにエンジンを小型化すると共に、エンジンの小型化に伴う出力不足を電動機による出力で補助(アシスト)するハイブリッド式建設機械が知られており、電動機の動力源として、二次電池やキャパシタ等(以下、電池と記す)を搭載した蓄電装置が用いられている。
 このハイブリッド式建設機械を構成する蓄電装置や電動機等の電気機器は、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。特に、蓄電装置では、電池が過度に低温であると、電池の内部抵抗が増大して入出力特性が顕著に低下し、建設機械の作動能力の低下をもたらす。一方、電池が過度に高温であると、電池容量が非可逆的に低下したり、あるいは内部抵抗が増大する等の電池の劣化が促進されるので、蓄電装置の耐用年数が短くなる。従って、蓄電装置は状態に応じた電池の冷却及び暖機機能を備えることが求められる。
 従来より、蓄電装置の電池の冷却及び暖機機能としては、ファンやブロア等により電池表面に熱媒体である外気(空気)を強制的に当てる方法、及びポンプ等により電池表面に熱媒体である液体(クーラント)を強制的に導入する方法等が用いられている。前者の方法は空冷式、後者の方法は水冷式又は液冷式等と称される。ハイブリッド式建設機械の用途では熱媒体及びその流路を防塵する必要があり、熱媒体の流路が開放系となる空冷式が採用される場合には多くの工夫改善を要するので、熱媒体の流路が密閉系となる液冷式が採用される場合が多い。
 このような液冷式の蓄電装置の従来技術の1つとして、外装缶を金属製とする複数の電池セルを積層してなる電池ブロックを、伝熱部材を介して、冷媒を循環させる流路が形成された冷却プレート上に固定し、電池ブロックと冷却プレートを熱結合することにより、電池ブロックの各電池セルを均一な状態で冷却することができる蓄電装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
 一方、この特許文献1に開示された従来技術の蓄電装置がハイブリット式建設機械にそのまま適用された場合には、電池ブロックの各電池セルが外気に直接曝され、ハイブリッド式建設機械の作業雰囲気における粉塵や水分等が蓄電装置の電池ブロックに付着して電池の正常動作及びその信頼性に支障をきたす虞があるので、これらの粉塵や水分等から蓄電装置を保護する必要がある。
 そこで、複数のキャパシタをそれぞれ収容する複数のキャパシタセルと、各キャパシタセルを冷却する冷却板と、複数のキャパシタセルを一括して被覆する上カバーと、冷却板の底面側でキャパシタセルが取り付けられている領域を被覆する下カバーとを備え、冷却板は、肉厚方向に貫通され、これらの上カバー及び下カバーを取り付けるネジ部材を挿通するカバー取付孔を有し、このネジ部材によって冷却板に固定された上カバー及び下カバーがキャパシタセルを被覆することにより、キャパシタに対する防滴効果及び防塵効果を得ることができるハイブリッド型油圧ショベルが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
WO2012-118015号公報 特開2012-21396号公報
 上述した特許文献2に開示された従来技術のハイブリッド型油圧ショベルは、上カバー及び下カバーが冷却板に直接接続されており、これらの上カバー、下カバー、及び冷却板は熱的に結合した状態にあるので、上カバー及び下カバーと冷却プレートとの間で熱の移動が生じ易い。そのため、キャパシタの熱が冷却プレートを通じて上カバー及び下カバーへ逃げることにより、蓄電装置の温調効率が低下することが問題となっている。特に、上カバー及び下カバーの厚さに応じて熱容量が大きくなったり、あるいは上述のハイブリッド型油圧ショベルが強風の環境下に置かれた場合には、上カバー及び下カバーと冷却プレートとの間の熱の移動が顕著となるので、冬季の始動時等のように蓄電装置を暖機してキャパシタの温度を高める際に時間がかかることが懸念されている。
 本発明は、このような従来技術の実情からなされたもので、その目的は、蓄電装置の温調効率を向上させることができるハイブリッド式建設機械を提供することにある。
 上記の目的を達成するために、本発明のハイブリッド式建設機械は、原動機と、この原動機の動力の補助及び発電を行う電動発電機と、この電動発電機との間で電力の授受を行う蓄電装置とを備え、前記蓄電装置は、複数の電池セルと、前記複数の電池セルに対して少なくとも一部を離隔した状態で覆う筐体と、この筐体に取り付けられ、前記複数の電池セルと熱交換を行う熱交換部材と、前記筺体と前記熱交換部材との間に介在し、前記筺体と前記熱交換部材との熱の授受を妨げる熱抵抗体とを含むことを特徴としている。
 このように構成した本発明は、熱抵抗体が筐体と熱交換部材との間に介在することにより、筐体と熱交換部材との間の熱の移動が熱抵抗体によって妨げられるので、各電池セルの熱が筐体へ逃げるのを抑制することができる。これにより、蓄電装置の温調効率を向上させることができる。
 また、本発明に係るハイブリッド式建設機械は、前記発明において、前記熱交換部材は、熱媒体の流路を内部に形成する構造体から成り、前記熱抵抗体は、前記構造体の一部と接することを特徴としている。このように構成すると、筐体と熱交換部材との接触面積を熱抵抗体によって減少させることができるので、筐体と熱交換部材との間の熱抵抗を高めることができる。これにより、筐体と熱交換部材との間の熱の伝達を容易に遮断することができる。
 また、本発明に係るハイブリッド式建設機械は、前記発明において、前記構造体は多面体から成り、前記複数の電池セルは、前記多面体の異なる面にそれぞれ設けられたことを特徴としている。このように構成すると、複数の電池セルが熱交換部材の異なる面にそれぞれ接触することにより、複数の電池セルを1つの熱交換部材で同時に熱交換できるので、複数の電池セルの熱交換に要する時間を短縮することができる。これにより、熱交換部材による熱交換の効率を高めることができる。
 また、本発明に係るハイブリッド式建設機械は、前記発明において、前記熱抵抗体は、前記筐体の熱伝導率及び前記熱交換部材の熱伝導率の少なくとも一方より小さい熱伝導率を有する樹脂材料から成ることを特徴としている。このように構成すると、熱抵抗体を筐体と熱交換部材との間に介在させる部分の形状に合わせて容易に加工できるので、筐体及び熱交換部材の配置の自由度を高めることができる。
 また、本発明に係るハイブリッド式建設機械は、前記発明において、前記筐体及び前記熱交換部材の少なくとも一方は金属材料から成ることを特徴としている。このように構成すると、熱抵抗体に用いられる樹脂材料の熱伝導率は金属材料の熱伝導率に対して比較的小さいことから、筐体と熱交換部材との間の熱抵抗体として適した樹脂材料の選択を迅速に行うことができる。
 また、本発明に係るハイブリッド式建設機械は、前記発明において、前記筐体は、下方に開口した容積体を有し、前記複数の電池セルを前記熱交換部材の上方に配置した状態で、前記複数の電池セルの上方から前記容積体の開口を通して前記熱交換部材に固定されたことを特徴としている。このように構成すると、蓄電装置の組立工程において筐体を熱交換部材に取り付けていない状態では、複数の電池セルの周辺の空間が開放されているので、これらの電池セルの配線の接続等を容易に行うことができる。これにより、蓄電装置の配設作業の効率性を向上させることができる。
 また、本発明に係るハイブリッド式建設機械は、前記発明において、前記蓄電装置は、前記複数の電池セルが接続されて構成される複数の電池モジュールを含み、前記熱交換部材は、前記複数の電池モジュールの下方にそれぞれ配置され、前記複数の電池セルを冷却する複数の冷却プレートから成り、前記熱抵抗体は、前記複数の電池モジュールの下方にそれぞれ配置され、前記筺体と前記冷却プレートとの熱の授受を妨げる複数の熱抵抗材から成り、前記各冷却プレート及び前記各熱抵抗材の水平方向の大きさは、前記複数の電池モジュールの水平方向の大きさと同程度以下に設定されたことを特徴としている。
 このように構成した本発明は、各冷却プレート及び各熱抵抗材を各電池モジュールの下方にコンパクトに収められ、各冷却プレート及び各熱抵抗材が各電池モジュールの外側へほとんど張り出すことがないので、隣接する電池モジュールの搭載間隔を減少させることができる。これにより、蓄電装置を小型化することができる。
 また、本発明に係るハイブリッド式建設機械は、前記発明において、前記筐体は、金属の鋳造体から成ることを特徴としている。このように構成すると、蓄電装置の気密性を確保すると共に、振動及び衝撃に対して十分な強度を得ることができる。
 また、本発明に係るハイブリッド式建設機械は、前記発明において、前記原動機を収容する原動機室と、この原動機室に配置され、前記熱媒体を冷却するラジエータとを備え、前記原動機室は、フレームに形成され、前記ラジエータへ送風される外気を取り込む吸気口を有し、前記蓄電装置は、前記原動機室の前記フレームと前記ラジエータとの間に配置されることを特徴としている。このように構成すると、原動機室内に取り込まれた外気がラジエータと共に蓄電装置に当たるので、蓄電装置の筐体を外気で冷却することができる。これにより、蓄電装置の温度が過度に上昇するのを抑制できるので、蓄電装置を適切な状態に維持することができ、高い信頼性を得ることができる。
 本発明のハイブリッド式建設機械によれば、蓄電装置の温調効率を向上させることができる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明に係るハイブリッド式建設機械の第1実施形態として挙げたハイブリッド式油圧ショベルの構成を示す図である。 本発明の第1実施形態に係るハイブリッド式油圧ショベルの要部の構成を説明する図である。 本発明の第1実施形態に係るハイブリッド式油圧ショベルの原動機室の内部の構成を説明する図である。 本発明の第1実施形態に係る温調装置の構成を示す図である。 本発明の第1実施形態に係る電池モジュールの構成を示す斜視図である。 本発明の第1実施形態に係る冷却プレートの構成を説明する図である。 本発明の第1実施形態に係る蓄電装置の外観を示す斜視図である。 図7のA-A線に沿う断面図である。 図7のB-B線に沿う断面図である。 本発明の第2実施形態に係る蓄電装置の構成を説明する図であり、図9に対応する断面図である。 本発明の第3実施形態に係る蓄電装置の構成を説明する図であり、図9に対応する断面図である。 本発明の第4実施形態に係る電池モジュール、及びこの電池モジュールと一体化される部材の構成を説明する図である。 本発明の第4実施形態に係る蓄電装置の構成を説明する図であり、図9に対応する断面図を拡大して示す図である。
 以下、本発明に係るハイブリッド式建設機械を実施するための形態を図に基づいて説明する。
[第1実施形態]
 図1は本発明に係るハイブリッド式建設機械の一実施形態として挙げたハイブリッド式油圧ショベルの構成を示す図、図2は本発明の第1実施形態に係るハイブリッド式油圧ショベルの要部の構成を説明する図、図3は本発明の第1実施形態に係るハイブリッド式油圧ショベルの原動機室の内部の構成を説明する図である。
 本発明に係るハイブリッド式建設機械の第1実施形態は、例えば図1に示すようにハイブリッド式油圧ショベル(以下、便宜的に油圧ショベルと呼ぶ)に適用される。この油圧ショベルは、走行体100と、この走行体100上に旋回フレーム111を介して旋回可能に設けられた旋回体110と、これらの走行体100と旋回体110との間に介在され、旋回体110を旋回させる旋回装置113と、旋回体110の前方に取り付けられ、上下方向に回動して掘削等の作業を行うフロント作業機70とを備えている。
 フロント作業機70は、基端が旋回フレーム111に回動可能に取り付けられて上下方向に回動するブーム71と、このブーム71の先端に回動可能に取り付けられたアーム72と、このアーム72の先端に回動可能に取り付けられたバケット73とを有している。また、フロント作業機70は、旋回体110とブーム71とを接続し、伸縮することによってブーム71を回動させるブームシリンダ71aと、ブーム71とアーム72とを接続し、伸縮することによってアーム72を回動させるアームシリンダ72aと、アーム72とバケット73とを接続し、伸縮することによってバケット73を回動させるバケットシリンダ73aとを有している。
 旋回体110は、図1~図3に示すように旋回フレーム111上の前部に設けられた運転室(キャビン)3と、旋回フレーム111上の後部に設けられ、外気を取り込む吸気口(図示せず)が形成された原動機室112と、この原動機室112の吸気口から内部へ流入した外気を清浄化するエアクリーナ15と、原動機室112内に収容された原動機としてのエンジン1と、このエンジン1の燃料噴射量を調整するガバナ7とを備えている。
 また、旋回体110は、エンジン1の燃料を貯蔵する燃料タンク1Aと、この燃料タンク1Aからエンジン1へ供給される燃料を濾過する燃料フィルタ1Bと、エンジン1の実回転数を検出する回転数センサ1aと、エンジン1のトルクを検出するエンジントルクセンサ1bと、エンジン1の動力の補助及び発電を行う電動発電機としてのアシスト発電モータ2とを備えている。このアシスト発電モータ2は、エンジン1の駆動軸上に配置され、エンジン1との間でトルクの伝達を行う。なお、エンジン1の駆動軸には、クラッチ25aを介して圧縮機25が接続されている。
 さらに、旋回体110は、アシスト発電モータ2の回転数を制御するインバータ装置9と、このインバータ装置9を介してアシスト発電モータ2との間で電力の授受を行う液冷式の蓄電装置8と、上述したブームシリンダ71a、アームシリンダ72a、及びバケットシリンダ73a等の油圧アクチュエータ71a~73aへ供給する圧油の流量及び方向を制御するバルブ装置12とを備えている。
 旋回体110の原動機室112内には、油圧アクチュエータ71a~73aを駆動するための油圧システム90が配置されている。この油圧システム90は、油圧を発生する油圧源となる油圧ポンプ5と、パイロット圧油を発生するパイロット油圧ポンプ6と、バルブ装置12の操作部にパイロット管路Pを介して接続され、各油圧アクチュエータ71a~73aの所望の動作を可能とする操作装置4とを含んでいる。この操作装置4は、運転室3内に設けられており、操作者が把持して操作する操作レバー4aを有している。
 さらに、旋回体110は、油圧ポンプ5の容量を調整するポンプ容量調節装置10と、ガバナ7を調整してエンジン1の回転数を制御すると共に、インバータ装置9を制御してアシスト発電モータ2のトルクを制御するコントローラ11とを備えている。なお、油圧ポンプ5、油圧アクチュエータ71a~73a、及びバルブ装置12によって油圧回路が構成されており、上述の回転数センサ1aによって検出されたエンジン1の実回転数、エンジントルクセンサ1bによって検出されたエンジン1のトルク、及び操作レバー4aの操作量等はコントローラ11に入力される。
 そして、油圧ポンプ5はアシスト発電モータ2を介してエンジン1に接続されており、油圧ポンプ5及びパイロット油圧ポンプ6はエンジン1及びアシスト発電モータ2の駆動力で動作することにより、油圧ポンプ5から吐出された圧油はバルブ装置12に供給され、パイロット油圧ポンプ6から吐出されたパイロット圧油は操作装置4に供給される。
 このとき、運転室3内の操作者が操作レバー4aを操作すると、操作装置4は、操作レバー4aの操作量に応じたパイロット圧油をパイロット管路Pを介してバルブ装置12の操作部へ供給することにより、バルブ装置12内のスプールの位置がパイロット圧油によって切換えられ、油圧ポンプ5からバルブ装置12を流通した圧油が油圧アクチュエータ71a~73aへ供給される。これにより、油圧アクチュエータ71a~73aが油圧ポンプ5からバルブ装置12を介して供給された圧油によって駆動する。
 油圧ポンプ5は、可変容量機構として例えば斜板(図示せず)を有し、この斜板の傾斜角を調整することによって圧油の吐出流量を制御している。以下、油圧ポンプ5を斜板ポンプとして説明するが、圧油の吐出流量を制御する機能を有するものであれば、油圧ポンプ5は斜軸ポンプ等であっても良い。なお、油圧ポンプ5には図示されないが、油圧ポンプ5の吐出圧を検出する吐出圧センサ、油圧ポンプ5の吐出流量を検出する吐出流量センサ、及び斜板の傾斜角を計測する傾斜角センサが設けられており、コントローラ11は、これらの各センサから得られた油圧ポンプ5の吐出圧、吐出流量、及び斜板の傾斜角を入力して油圧ポンプ5の負荷を演算するようにしている。
 ポンプ容量調節装置10は、コントローラ11から出力される操作信号に基づいて油圧ポンプ5の容量(押しのけ容積)を調節するものである。具体的には、ポンプ容量調節装置10は、斜板を傾転可能に支持するレギュレータ13と、コントローラ11の指令値に応じてレギュレータ13に制御圧を加える電磁比例弁14とを有し、レギュレータ13は、電磁比例弁14から制御圧を受けると、この制御圧によって斜板の傾斜角を変更することにより、油圧ポンプ5の容量(押しのけ容積)が調節され、油圧ポンプ5の吸収トルク(入力トルク)を制御することができる。
 また、エンジン1の排気通路には、エンジン1から排出された排気ガスを浄化する排気ガス浄化システムが設けられ、この排気ガス浄化システムは、還元剤としての尿素から生成されたアンモニアによる排気ガス中の窒素酸化物の還元反応を促進する選択的接触還元触媒(SCR触媒)80と、尿素をエンジン1の排気通路内に添加する還元剤添加装置81と、この還元剤添加装置81へ供給する尿素を蓄える尿素タンク82と、エンジン1の排気音を消音するマフラ(消音機)83とを備えている。従って、エンジン1の排気ガスは、選択的接触還元触媒80で排気ガス中の窒素酸化物を無害な水と窒素に浄化してからマフラ83を介して大気へ放出される。
 上述したアシスト発電モータ2、インバータ装置9、及び蓄電装置8は使用され続けることによって発熱するので、これらの機器の温度上昇を抑えるために、旋回体110は、アシスト発電モータ2、インバータ装置9、及び蓄電装置8を冷却する後述の冷却回路21(図4参照)を備えている。ここで、蓄電装置8には電流制限がなく使用できる上限温度があるので、旋回体110には、蓄電装置8の温度が過度に高くならないように、蓄電装置8の温度を調整する温調装置20(図4参照)が搭載されている。
 図4は本発明の第1実施形態に係る温調装置の構成を示す図、図5は本発明の第1実施形態に係る電池モジュールの構成を示す斜視図、図6は本発明の第1実施形態に係る冷却プレートの構成を説明する図である。
 図4に示すように、温調装置20は、熱媒体としてのクーラント(不凍液)を循環させて蓄電装置8を冷却する前述の冷却回路21を含み、この冷却回路21は、クーラントが内部を流通する液配管22と、この液配管22内でクーラントを循環させるポンプ23と、このポンプ23によって蓄電装置8の後述の冷却プレート203へ供給されたクーラントを冷却するラジエータ26と、このラジエータ26に取り付けられ、原動機室112の吸気口から内部へ取り込まれた外気をラジエータ26へ送風するファン27とから構成されており、これらのポンプ23、冷却プレート203、及びラジエータ26は液配管22によって順に環状に接続されている。なお、熱媒体は上述したクーラントに限られず、冷却水等の液体であっても良い。
 蓄電装置8は、例えば6個の電池セル200が接続されて構成される8個の電池モジュール202(図8及び図9参照)と、この電池モジュール202内の複数の電池セル200と熱交換を行う熱交換部材とを含み、この熱交換部材は、例えば複数の電池モジュール202の下方に熱伝導シート204を介して配置され、複数の電池セル200を冷却する構造体としての前述の冷却プレート203から成っている。なお、1個の電池モジュール202内の電池セル200の個数は、上述した6個の場合に限らず、1~5又は7個以上であっても良い。同様に、蓄電装置8内の電池モジュール202の個数は、上述した8個の場合に限らず、1~7又は9個以上であっても良い。図4では温調装置20の構成についての説明を分かり易くするために、8個の電池モジュール202のうち1個の概略が示されている。
 電池モジュール202は、例えば図5に示すように矩形状に形成され、厚さ方向に積層された上述の6個の電池セル200と、これらの各電池セル200間に介装され、隣接する電池セル200同士の位置を規定するセルホルダ201と、各電池セル200の厚さ方向の両側からこれらの電池セル200及びセルホルダ201を挟持する一対のエンドプレート215と、これらのエンドプレート215の上部及び下部をそれぞれ連結する4つのスチールバンド216とを有し、各電池セル200の底面がいずれも露出した状態で各スチールバンド216の張力によって各電池セル200、セルホルダ201、及びエンドプレート215が一体に固定されている。
 セルホルダ201は、例えば隣接する電池セル200の位置決めを行うガイド(図示せず)を有し、このガイドにより各電池セル200の相対位置がほぼ一致するように調整されている。エンドプレート215は、例えば鋼材をプレス成型して製作され、一体となった電池セル200群の内力によって撓まない程度の剛性が確保されている。なお、エンドプレート215には、電池モジュール202を冷却プレート203に固定するねじ(図示せず)が挿通される貫通孔218が予め穿設されている。
 各電池セル200は、リチウムイオン二次電池から構成され、例えばアルミニウム合金製の電池缶200Cと、この電池缶200Cに蓋をする電池蓋200Dと、これらの電池缶200C及び電池蓋200Dで画定される空間内に収容され、扁平状に捲回された電極群及び電解液その他必要部材(図示せず)とから成り、内部の液体が外部へ漏れないように電池缶200C及び電池蓋200Dが密接封止されている。また、各電池セル200は、過度の低温状態では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と共に、過度の高温状態では内部抵抗の増大や容量の低下等の劣化現象の時間的な変化率が大きくなる特性を有する。なお、各電池セル200は、上述したリチウムイオン二次電池の代わりに、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の他の電池やキャパシタから構成されても良い。
 さらに、電池モジュール202は、電池蓋200Dにそれぞれ離隔して設けられ、電池セル200の電極群と接続された正極端子200A及び負極端子200Bと、これらの正極端子200A及び負極端子200Bと電池蓋200Dとの間に介装され、正極端子200A及び負極端子200Bと電池蓋200Dとを絶縁する絶縁部材(図示せず)と、電池セル200が過充電されることに伴って内圧が上昇する万一の場合に備えるために、他の部位よりも強度を小さく設定した安全弁等(図示せず)とを有している。
 各電池セル200は、隣接する電池セル200に対して互いに向きが反転した状態で配置されており、隣接する各電池セル200の正極端子200Aと負極端子200Bが近接するようになっている。そして、電池モジュール202は、正極端子200Aと負極端子200Bを電気的に接続する銅合金製の複数のバスバー217を有し、これらの各バスバー217が隣接する電池セル200の正極端子200Aと負極端子200Bに取り付けられることにより、各電池セル200を最短距離で効率良く直列に接続することができる。
 冷却プレート203は、例えば図6に示すように電池モジュール202が載置される矩形状の上面体203Aと、この上面体203Aの下方に配置され、底面を形成する板状の下面体203Bと、これらの上面体203Aと下面体203Bとの間に形成され、クーラントの流路となるU字状の溝部203Cと、この溝部203Cに沿って形成され、上面体203Aの裏面から下面体203Bへ向かう複数の突起が形成されたフィン203Dと、上面体203Aの一側面に設けられ、液配管22と溝部203Cの両端部とをそれぞれ接続する一対の管路コネクタ212とから構成されている。従って、冷却プレート203は、上面体203A及び下面体203Bにより形成された6面体から成っている。
 上面体203A及び下面体203Bは、アルミニウム合金を鋳造して製作されており、上面体203Aの表面は、機械加工が施されることにより高精度に平面化及び平滑化され、さらに電池モジュール202を締結するためのねじ(図示せず)が螺合されるねじ孔(図示せず)を有している。そして、上面体203A及び下面体203Bは、図示しないシール材を介してねじ締結で一体化されることにより、冷却プレート203の気密性を確保することができる。
 熱伝導シート204は、例えばシリコン系樹脂に熱伝導性の優れたフィラーを充填してシート状に成形され、熱伝導シート204の初期の厚さが0.5~2mm程度に設定された絶縁部材から成っている。そのため、熱伝導シート204は、上述した導電体であるアルミニウム合金製の電池缶200C同士あるいは電池缶200Cと冷却プレート203との導通を抑止する機能を有する。一方、熱伝導シート204の厚さ方向の熱伝導率は、1~6W/m/Kと比較的高くなっている。
 また、熱伝導シート204は、比較的小さな圧縮荷重によって厚さ方向に撓む特性を有している。熱伝導シート204が介装される各電池セル200の底面と冷却プレート203の上面体203Aの表面との間隔は、例えば熱伝導シート204の厚さよりも10~30%程度小さくなるように調整されている。これにより、電池モジュール202の製造上、止むを得ない程度に各電池セル200の底面高さがばらついていても、熱伝導シート204の撓む特性により各電池セル200が熱伝導シート204に十分に密接するので、そのばらつきの影響を抑制することができる。なお、熱伝導シート204が一定量撓んだときの圧縮荷重は、電池セル200及び電池モジュール202に反力として作用するので、電池モジュール202と冷却プレート203は比較的大きな軸力でねじ締結されている。
 このように構成された温調装置20のポンプ23が駆動すると、ラジエータ26で作成されたクーラントは、ポンプ23から液配管22内を流れてポンプ23の出口側の管路コネクタ212から冷却プレート203の溝部203Cへ流入し、フィン203Dに案内されてラジエータ26側の管路コネクタ212から流出した後、液配管22内を流れてラジエータ26に戻るようになっている。このとき、冷却プレート203の溝部203Cを流通するクーラントが、フィン203D、上面体203A、及び熱伝導シート204を介して各電池セル200の熱を奪うことにより、蓄電装置8を冷却することができる。特に、冷却プレート203の上面体203Aには、フィン203Dが形成されることによって冷却プレート203の内側の表面積が確保されているので、冷却プレート203とクーラントとの接触面積を拡大させることができ、冷却プレート203の冷却効率を向上させることができる。
 本発明の第1実施形態では、冷却プレート203のクーラントの出口側の液配管22及び各電池セル200には、クーラント及び各電池セル200の温度を計測するサーミスタや熱電対等の温度センサ(図示せず)が設けられており、この温度センサが計測したクーラントの温度信号は、コントローラ11へ出力されている。そして、コントローラ11は、温度センサによって計測された蓄電装置8内の電池セル200の温度が所定値よりも高くなったとき、ポンプ23を駆動して液配管22内でクーラントを循環させることにより、蓄電装置8の電池セル200を放熱するようにしている。
 一方、油圧ショベルが冬季の時期等において使用される場合には、電池セル200の温度が適温よりも低いことがある。この電池セル200の温度が過度に低ければ、電池セル200内のリチウムイオンの活性が低くなることに起因して内部抵抗(損失)が大きくなる上述の特性により、蓄電装置8から所望の入出力が得られないので、蓄電装置8を暖機する必要がある。
 そこで、本発明の第1実施形態では、蓄電装置8の自己発熱を用いることにより、電池セル200の温度を高めるようにしている。すなわち、コントローラ11がアシスト発電モータ2を作動させて蓄電装置8の充放電(通電)を繰り返すことにより、蓄電装置8が内部抵抗に応じて発熱するので、電池セル200の温度が上昇し、蓄電装置8から所望の入出力を得ることができる。このとき、コントローラ11は、蓄電装置8の熱が冷却プレート203によりクーラントへ逃げるのを防ぐために、温調装置20のポンプ23の動作を停止している。
 ここで、蓄電装置8は、上述したように原動機室112に外気の吸気口が形成されていることから外気に含まれる粉塵や風雨に曝され易いことに加え、油圧ショベルが複雑な地盤上で往来及び稼働することから比較的大きな振動及び衝撃を繰り返し受け易く、さらに旋回体110の内部の保全や修理等のメンテナンス作業の際に、作業者の身体、工具類、及びクレーン等の設備がアクセスすることにより、各方向から不測の荷重及び衝撃等を受ける可能性がある。従って、蓄電装置8はこれらに対応するために、高い気密性及び機械的強度を備える必要がある。
 次に、本発明の第1実施形態に係る蓄電装置8の構成について詳細に説明する。図7は本発明の第1実施形態に係る蓄電装置の外観を示す斜視図、図8は図7のA-A線に沿う断面図、図9は図7のB-B線に沿う断面図である。
 図7~図9に示すように、本発明の第1実施形態に係る蓄電装置8は、複数の電池モジュール202を収容し、これらの電池モジュール202の各電池セル200を離隔した状態で覆う筺体220と、この筺体220と冷却プレート203との間に介在し、筺体220と冷却プレート203との熱の授受を妨げる熱抵抗体とを含んでいる。具体的には、筺体220は、例えば旋回フレーム111上に固定される下部筺体221と、この下部筺体221の上部に取り付けられた中部筺体222と、この中部筺体222の上部に取り付けられた上部筺体223とから構成されている。
 下部筺体221は、上面が開口した矩形状の容積体から構成され、8個の電池モジュール202、熱伝導シート204、冷却プレート203、及び後述の突起214を収容している。下部筺体221の内部では、8個の電池モジュール202は、例えば図8に示すようにクーラントの流路となる溝部203Cに沿う方向(下部筺体221の長辺方向)に4個、図9に示すように溝部203Cを横切る方向(下部筺体221の短辺方向)に2個ずつ配置され、クーラントの流路となる溝部203Cの上方に位置している。
 そして、各電池モジュール202は、各電池セル200の積層端に位置する電池蓋200Dの端子同士がディスコネクトスイッチ(図示せず)を介在して直列に接続されると共に、上述したように熱伝導シート204を介してねじ締結により冷却プレート203の上面体203Aの上面に固定されている。
 上述の熱抵抗体は、例えば上端が冷却プレート203の下面体203Bの一部と接し、下端が下部筐体221内の奥側の面の一部と接する円柱状の複数の突起214から構成され、これらの突起214は、上下方向に貫通するねじ(図示せず)によって下部筐体221に固定されている。また、各突起214は、筐体220の熱伝導率及び冷却プレート203の熱伝導率の双方より小さい熱伝導率を有する樹脂材料から成り、この樹脂材料の熱伝導率は、例えば1W/m/K未満に設定されている。
 従って、冷却プレート203は、各突起214の上端に支持されて下部筐体221からの高さ位置が規定され、冷却プレート203の下面体203Bの下面と、下部筐体221内の奥側の面のうち突起214が存在しない部分との双方の対向面の間には、突起214の高さに相当する空隙が形成されている。
 また、冷却プレート203は、各突起214上において下部筐体221の側面から離隔して配置されており、冷却プレート203の4側面と下部筐体221の4側面との双方の対向面の間にも空隙が形成されるように冷却プレート203及び下部筐体221の寸法及び形状が設定されている。そして、各突起214は樹脂材料であることから、これらの冷却プレート203及び下部筐体221の寸法及び形状に合わせて容易に成形できるので、冷却プレート203及び下部筐体221の配置の自由度を高めることができる。なお、下部筺体221の1側面の下部には、冷却プレート203の各管路コネクタ212を外部へ挿通させる一対の貫通孔212Aが穿設されており、下部筺体221の底面には、旋回フレーム111上の蓄電装置8が油圧ショベルの動作に伴って受ける振動及び衝撃を緩和する複数の防振ゴム213が取り付けられている。
 中部筺体222は、下部筺体221の開口に蓋をして下部筺体221を密閉する中部プレート222aと、この中部プレート222aの上面に固定されると共に、上面が開口した矩形状の容積体である中部容積体222bとから構成されている。この中部容積体222bは、各電池セル200の電力の入出力を制御するバッテリーコントロールユニット207、リレー208、及びメンテナンス作業の際に一時的に電池回路を切断する上述のディスコネクトスイッチ等を収容し、これらのバッテリーコントロールユニット207、リレー208、及びディスコネクトスイッチ等は中部プレート222a上に固定されている。なお、中部筺体222の中部容積体222bの大きさは、下部筺体221の大きさよりも小さく設定されている。
 また、中部容積体222bの1側面には、下部筺体221内の電池セル200群と外部との電力の入出力を行うパワーコネクタ211が取り付けられており、下部筺体221内において直列に接続された各電池モジュール202の終局端子が図示しない所定のハーネスによってパワーコネクタ211に接続されている。
 上部筺体223は、中部容積体222bの開口に蓋をして中部容積体222bを密閉する上部プレートから構成されている。このように、蓄電装置8は、下部筺体221、中部筺体222、及び上部筺体223によって外形を形成すると共に、下部筺体221及び中部筺体222に内蔵された各構成部品を機械的に一体化している。
 そして、これらの下部筺体221、中部筺体222、及び上部筺体223は、例えばアルミニウムの金属を主成分とするアルミニウム合金製の鋳造体から成っている。これにより、蓄電装置8は、内部の気密性を確保すると共に、油圧ショベルの動作に伴う振動及び衝撃に対して十分な強度を得ることができるので、筐体220内の各構成部品を保護することができ、蓄電装置8の耐久性を向上させることができる。なお、下部筺体221、中部筺体222、及び上部筺体223は、例えば図示しないねじ及びシール材によって相対的に固定され、これらの各筺体221,222,223の厚さは、例えば3~8mmに設定されている。
 また、蓄電装置8は、例えば図3に示すようにラジエータ26と原動機室112のフレーム112Aとの間に配置されている。そのため、蓄電装置8の筺体220は、ファン27によってラジエータ26に導かれる外気に触れ易く、また熱源となる油圧システム90やエンジン1等からの距離が確保されるので、筺体220の温度が過度に上昇するのを抑制することができる。さらに、筺体220は、原動機室112のフレーム112Aによって日光が遮られるので、蓄電装置8が破損するのを防止することができる。
 次に、本発明の第1実施形態の作用効果について説明する。
 本発明の第1実施形態に係る蓄電装置8を暖機する場合には、上述したように蓄電装置8の自己発熱を用いており、コントローラ11がアシスト発電モータ2を作動させて蓄電装置8の充放電(通電)を繰り返すことにより、蓄電装置8が内部抵抗に応じて発熱する。この蓄電装置8の発熱の大部分は内蔵された各電池セル200の内部抵抗によりもたらされるが、一部は電流が流れる周辺部品の内部抵抗によりもたらされ、その各発熱量は内部抵抗に入出力時の電流の二乗を乗じた値となる。
 蓄電装置8において電池セル200によりもたらされた発熱の大部分は、電池缶200Cから熱伝導シート204、冷却プレート203の上面体203A、冷却プレート203内のクーラント、及び下面体203Bへ順に伝播する。そして、下面体203Bに伝播した熱は、突起214を介して下部筐体221、中部筐体222、及び上部筐体223の筐体220全体へ伝播し、この筐体220に伝播した熱は筐体220の表面から外気へ放熱される。このとき、筐体220から空気中への放熱量は、筐体220表面の有効面積と熱伝達率により定まり、これらの有効面積及び熱伝達率が大きいほど増大する。特に熱伝達率は外気の風量が増大する(風が強い)ほど大きくなる。
 また、電池セル200によりもたらされた発熱の一部は、電池蓋200Dの正極端子200A、負極端子200B、及びバスバー217を通じて隣接する電池セル200間を移動し、パワーコネクタ211を通じて最終的に外部へ伝播する。このような伝熱形態は熱伝導であり、一部空気中のふく射や対流が含まれる。
 ここで、電池セル200の熱が主に伝播する熱伝導シート204、冷却プレート203、クーラント及び筐体220の各部材は、それぞれ固有の物性値である比熱と大きさ(体積あるいは質量)で定まる熱容量を有する。この熱容量は、比熱と大きさの積で求められ、両者が大きいほど大きくなる。また、異なる部材が熱的に結合された場合、全体の総熱容量は各部材の熱容量の和となる。そして、熱容量が大きい部材ほど授受された熱に対する温度変化が緩やかになる。従って、電池セル200の熱が伝播する熱伝導シート204、クーラントを内部に貯留する冷却プレート203、突起214、及び筐体220のうち、特に冷却プレート203及び筐体220の熱容量が大きく、電池セル200の熱の授受が行われ易い。
 一方、熱の伝わり難さを示す指標として各部材間に作用する熱抵抗があり、熱伝導率や熱伝達率の逆数で表される。この熱抵抗が大きいほど各部材間の熱の授受が阻害され、熱源近傍の断熱性が高まるので、熱源近傍の部材の温度を集中的に高めることができる。また、熱抵抗は、部材の伝熱距離が長いほど大きくなり、部材の界面において他の部材との接触面積が小さいほど大きくなる。
 上述のように構成した本発明の第1実施形態によれば、各電池モジュール202、熱伝導シート204、及び冷却プレート203と、筐体220とが離隔しており、電池セル200の熱の授受が行われ易い冷却プレート203と筐体220との間に、熱抵抗として作用する複数の突起214が介在することにより、冷却プレート203と筐体220との間の熱の移動が各突起214によって妨げられるので、各電池セル200の熱が熱伝導シート204から冷却プレート203を通じて筐体220へ逃げるのを抑制することができる。これにより、各電池セル200の近傍の断熱性が高まるので、蓄電装置8の温調効率を向上させることができる。
 従って、油圧ショベルの冬季の始動時等のように蓄電装置8を暖機する際に、蓄電装置8の充放電(通電)を繰り返すことにより、各電池セル200の温度を迅速に上昇させることができる。そのため、車体を短時間で稼働させることができるので、油圧ショベルの性能を高めることができる。これにより、使い勝手に優れた油圧ショベルを提供することができる。また、蓄電装置8の暖機にかかる時間が短縮されることから、蓄電装置8の暖機に要するエネルギーの消費量を低減すると共に、実働しない充放電による電池セル200の劣化を抑制することができる。
 特に、蓄電装置8の暖機過程における初期の温度の上昇を早めることができるので、各電池セル200の内部抵抗が早期に低減することにより、蓄電装置8に通電させる電流を増加させることができる。これにより、上述した蓄電装置8の発熱量が大きくなるので、各電池セル200の温度の上昇速度を相乗的に高めることができる。さらに、仮に油圧ショベルが強風の環境下に置かれ、筐体220の熱が空気中へ放出され易い状態になっても、冷却プレート203の界面と筐体220の界面との間の熱抵抗が各突起214によって高くなっているので、冷却プレート203から筐体220への熱の移動が抑制され、各電池セル200の温度の上昇速度が阻害されずに済む。
 また、本発明の第1実施形態では、各突起214の両端面の面積は冷却プレート203の下面体203Bの下面の面積及び筐体220の下部筐体221内の奥側の表面の面積よりも小さく、各突起214の上端と下面体203Bとの接触、及び各突起214の下端と下部筐体221との接触が各突起214の両端面の面積の範囲に限定されているので、冷却プレート203と筐体220との間の熱抵抗を高めることができる。これにより、冷却プレート203と筐体220との間の熱の伝達を容易に遮断できるので、蓄電装置8を効率良く暖機することができる。
 また、本発明の第1実施形態では、上述したように蓄電装置8の外形を構成する筐体220によって内部の各構成部材が保護されており、油圧ショベルの動作に伴う振動や衝撃が冷却プレート203に直接作用することがないので、冷却プレート203の上面体203A及び下面体203Bの板厚を小さくすることができる。これにより、冷却プレート203の熱容量を低減できるので、蓄電装置8の暖機過程において各電池セル200から冷却プレート203への熱の移動を抑えることができ、各電池セル200の温度をより早期に上昇させることができる。
 また、本発明の第1実施形態は、各突起214に対してアルミニウム合金製の冷却プレート203及び筐体220の熱伝導率よりも小さい1W/m/K未満の樹脂材料を用いることにより、冷却プレート203と筐体220との間の熱抵抗体として適した樹脂材料の選択を迅速に行うことができる。これにより、蓄電装置8の組立工程における手間を省くことができる。
 なお、上述した本発明の第1実施形態は、蓄電装置8の暖機の熱源として自己発熱を利用した場合について説明したが、この場合に限らず、例えば冷却プレート203に面状ヒータを敷設し、この面状ヒータの発熱を利用しても良い。また、本発明の第1実施形態は、各突起214に樹脂材料を用いた場合について説明したが、この場合に限らず、樹脂材料の代わりに他の非金属材料を用いても良い。
 さらに、本発明の第1実施形態では、各突起214の熱伝導率が筐体220の熱伝導率及び冷却プレート203の熱伝導率の双方より小さい場合について説明したが、この場合に限らず、各突起214の熱伝導率が筐体220の熱伝導率及び冷却プレート203の熱伝導率のいずれか一方より小さければ、他方よりも大きく設定しても良いし、あるいは1W/m/K以上であっても良い。また、本発明の第1実施形態では、冷却プレート203及び筐体220は、アルミニウム合金を用いて製作された場合について説明したが、この場合に限らず、アルミニウム合金の代わりに他の材料を用いて製作されても良い。
 さらに、本発明の第1実施形態は、電池モジュール202において各電池セル200の底面が露出した場合について説明したが、例えば各電池セル200と熱伝導シート204との伝熱に影響を与えない範囲で各電池セル200の底面を樹脂フィルム等の絶縁体で覆っても良い。これにより、仮に電池モジュール202に結露等が生じた場合でも、アルミニウム合金製の各電池缶200Cの底面を絶縁体で保護できるので、各電池缶200Cが通電して短絡する不具合を回避することができる。また、本発明の第1実施形態は、各電池セル200及び各電池モジュール202を直列に接続した場合について説明したが、この場合に限らず、例えば各電池セル200及び各電池モジュール202を並列に接続しても良い。
[第2実施形態]
 図10は本発明の第2実施形態に係る蓄電装置の構成を説明する図であり、図9に対応する断面図である。なお、以下の本発明の第2実施形態の説明において、上述した第1実施形態と同一の部分には、同一の符号を付している。
 本発明の第2実施形態が前述した第1実施形態と異なるのは、第1実施形態では、図8、図9に示すように8個の電池モジュール202が熱伝導シート204を介して冷却プレート203の上面体203Aの上方に配置されたのに対して、第2実施形態では、例えば図10に示すように、8個の電池モジュール202のうち、4個の電池モジュール202が冷却プレート203Eの上面体203A1の上方に配置され、残りの4個の電池モジュール202が冷却プレート203Eの下面体203B1の下方に配置されたことである。
 具体的には、本発明の第2実施形態では、冷却プレート203Eは、例えば上面体203A1に形成されたフィン203D1と同様に溝部203C1に沿って形成され、下面体203B1の上面から上面体203A1の下面の凹部に向けて突起した複数のフィン203D2を有している。従って、冷却回路21の液配管22から溝部203C1へ流入したクーラントは、これらの各フィン203D1,203D2の空隙を流通することになる。
 そして、冷却プレート203Eの上面体203A1の上方の各電池モジュール202は、溝部203C1に沿う方向(図10に示す紙面奥行き方向)に2個、溝部203C1を横切る方向に2個ずつ配置され、熱伝導シート204を介してねじ締結により冷却プレート203Eの上面体203A1の上面に固定されている。一方、冷却プレート203Eの下面体203B1の下方の各電池モジュール202は、溝部203C1に沿う方向に2個、溝部203C1を横切る方向に2個ずつ配置され、熱伝導シート204を介してねじ締結により冷却プレート203Eの下面体203B1の下面に固定されている。従って、各電池モジュール202の搭載面は下部筺体221A内の奥側の面と平行に配置されている。なお、冷却プレート203Eの下面体203B1の下方の各電池モジュール202と下部筐体221A内の奥側の面との間には、空隙が形成されている。
 また、本発明の第2実施形態に係る筐体220Aの下部筐体221Aの溝部203C1に沿う方向の大きさは、第1実施形態に係る下部筐体221に比べて短く設定されており、第2実施形態に係る下部筐体221Aの深さは、第1実施形態に係る下部筐体221に比べて大きく設定されている。さらに、本発明の第2実施形態に係る各突起214Aの長さは、電池モジュール202が冷却プレート203Eの上方だけでなく下方にも配置されることに伴い、第1実施形態に係る各突起214に比べて大きく設定されている。その他の構成は第1実施形態と同様であり、重複する説明を省略する。
 このように構成した本発明の第2実施形態によれば、上述した第1実施形態と同様の作用効果が得られる他、冷却プレート203Eの上面体203A1の上面及び下面体203B1の下面の両面から熱伝導シート204を介して各電池セル200とクーラントとの熱交換を促進できるので、冷却プレート203Eの実装効率を高めることができる。これにより、8個の電池モジュール202における各電池セル200を1つの冷却プレート203Eによって効率良く冷却できるので、各電池セル200の熱交換に要する時間を短縮でき、冷却プレート203Eによる冷却効率を高めることができる。特に、電池モジュール202が冷却プレート203Eの下方に配置されても、上面体203A1と同様に下面体203B1にもフィン203D2が形成されているので、冷却プレート203Eの上方の各電池セル200と下方の各電池セル200を均等に冷却することができる。これにより、各電池セル200の温度のばらつきを抑制することができる。
 また、本発明の第2実施形態は、第1実施形態において冷却プレート203の上方に配置された8個の電池モジュール202の半分を冷却プレート203Eの下方に配置するようにしたので、筐体220Aの溝部203C1に沿う方向の大きさを小さくすることができる。これにより、油圧ショベルにおける蓄電装置8Aの実装床面積を減少させることができる。そして、冷却プレート203Eの体積も減少させることができるので、蓄電装置8Aの小型化を図ることができ、油圧ショベルの省スペース化に寄与することができる。
 また、本発明の第2実施形態は、冷却プレート203E内を流通するクーラントの流路となる溝部203C1の長さが小さくなるので、この溝部203C1におけるクーラントの圧力損失を低減することができる。これにより、冷却回路21のエネルギー効率を高めることができるので、冷却回路21においてより小さなポンプ23を採用することができる。
 また、本発明の第2実施形態は、各突起214Aの長さが第1実施形態に係る各突起214に比べて大きく設定されており、各突起214Aの伝熱距離が長くなるので、冷却プレート203Eと下部筺体221Aとの間に作用する熱抵抗を大きくすることができる。これにより、各電池セル200の近傍の断熱性が高まるので、蓄電装置8Aの温調効率をより向上させることができる。
 なお、上述した本発明の第2実施形態は、各電池モジュール202の搭載面を下部筺体221A内の奥側の面と平行に配置した場合について説明したが、この場合に限らず、例えば各電池モジュール202の搭載面を下部筺体内221Aの奥側の面と垂直に配置しても良い。
[第3実施形態]
 図11は本発明の第3実施形態に係る蓄電装置の構成を説明する図であり、図9に対応する断面図である。なお、以下の本発明の第3実施形態の説明において、上述した第1実施形態と同一の部分には、同一の符号を付している。
 本発明の第3実施形態が前述した第1実施形態と異なるのは、第1実施形態では、図7~図9に示すように筺体220が、下部筺体221、中部筺体222、及び上部筺体223から構成され、下部筐体221及び中部筐体222の上面が開口したのに対して、第3実施形態では、例えば図11に示すように、筐体220Bは、中部筺体222を除く下部筺体221B及び上部筺体223Bから構成され、下部筐体221B及び上部筐体223Bの下面が開口していることである。
 具体的には、本発明の第3実施形態では、筺体220Bの下部筺体221Bは、例えば下面が開口した矩形状の容積体から構成され、上部筺体223Bは、例えば下部筺体221Bと同様に下面が開口した矩形状の容積体から構成されており、下部筺体221Bの容積は上部筺体223Bの容積よりも大きく設定されている。
 そして、下部筺体221Bは、上述した第1実施形態と同様に各電池モジュール202を熱伝導シート204を介して冷却プレート203Fの上方に配置した状態で、各電池モジュール202の上方から開口を通して各電池モジュール202及び熱伝導シート204を離隔した状態で収容し、下部筺体221Bの開口端部がねじ締結により冷却プレート203Fの上面体203A2に固定されている。また、上部筐体223Bは、バッテリーコントロールユニット207及びリレー208を下部筐体221Bの上面に固定した状態で、これらのバッテリーコントロールユニット207及びリレー208の上方から開口を通してバッテリーコントロールユニット207及びリレー208を収容し、上部筐体223Bの開口端部がねじ締結により下部筐体221Bの上面に固定されている。
 本発明の第3実施形態に係る熱抵抗体は、第1実施形態に係る突起214の代わりに、下部筺体221Bの開口端部と冷却プレート203Fの上面体203A2との間に介在し、筺体220Bと冷却プレート203Fとの熱の授受を妨げる複数の熱抵抗材214Bから構成されている。これらの熱抵抗材214Bは、例えばアルミニウム合金製の冷却プレート203F及び筺体220Bの熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する難燃性のPBT(ポリブチレンテレフタレート)から成り、シート状に形成されている。また、熱抵抗材214Bの厚さは、下部筺体221Bの開口端部と冷却プレート203Fの上面体203A2との間隔に相当し、例えば1.5~6mmの範囲に設定されている。
 従って、冷却プレート203Fの下面体203B2は、下部筐体221Bに覆われずに露出しており、下面体203B2の下面には複数の防振ゴム213が取り付けられている。なお、下部筺体221Bの開口端部と冷却プレート203Fの上面体203A2との間のうちねじ締結される部分の近傍には、熱抵抗材214Bを介在させずに下部筺体221Bの開口端部と冷却プレート203Fの上面体203A2が直接接触するようにしても良い。これにより、下部筺体221Bの開口端部と冷却プレート203Fの上面体203A2を固定するねじ(図示せず)の軸力によって熱抵抗材214Bが圧縮されることに伴う永久変形による緩みを抑制し、下部筐体221Bの密閉性を維持できるので、蓄電装置8Bの信頼性を十分に得ることができる。
 このように構成した本発明の第3実施形態によれば、第1実施形態に係る突起214の代わりに、下部筺体221Bの開口端部と冷却プレート203Fの上面体203A2との間に熱抵抗材214Bを介在させることにより、下部筐体221Bと冷却プレート203Fとの熱抵抗を高く保つことができると共に、冷却プレート203Fの外部への露出面積も限定されているので、上述した第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
 また、本発明の第3実施形態では、筐体220Bの下部筐体221Bの開口が下方に向けられることにより、蓄電装置8Bの組立工程において筐体220Bを冷却プレート203Fに取り付けていない状態では、各電池モジュール202の周辺の空間が開放されているので、作業者がこれらの電池モジュール202における各電池セル200の配線の接続やねじ締結等の作業を容易に行うことができる。同様に、上部筐体223Bの開口が下方に向けられているので、作業者がバッテリーコントロールユニット207及びリレー208の配線の接続やねじ締結等の作業についても容易に行うことができる。これにより、蓄電装置8Bの配設作業の効率性を向上させることができる。
 また、本発明の第3実施形態は、下部筺体221Bの開口端部を冷却プレート203Fの上面体203A2に固定し、冷却プレート203Fの下面体203B2を露出させるようにしたので、第1実施形態において下部筐体221が冷却プレート203全体を収容した場合に比べて筐体220Bの高さを小さくすることができる。これにより、蓄電装置8Bを小型化することができる。
 なお、上述した本発明の第3実施形態は、熱抵抗材214BにPBT(ポリブチレンテレフタレート)を用いた場合について説明したが、この場合に限らず、熱抵抗材214Bが各部材間の熱抵抗として作用するものであれば、PBT(ポリブチレンテレフタレート)以外のものであっても良いし、熱抵抗材214Bが熱抵抗の機能の他にシール材の機能を有しても良い。また、熱抵抗材214Bの厚さについても上述した1.5~6mmの範囲に限定されるものではない。
[第4実施形態]
 図12は本発明の第4実施形態に係る電池モジュール、及びこの電池モジュールと一体化される部材の構成を説明する図、図13は本発明の第4実施形態に係る蓄電装置の構成を説明する図であり、図9に対応する断面図を拡大して示す図である。なお、以下の本発明の第4実施形態の説明において、上述した第1実施形態と同一の部分には、同一の符号を付している。
 本発明の第4実施形態が前述した第1実施形態と異なるのは、第1実施形態では、図8、図9に示すように熱交換部材は、8個の電池モジュール202の下方に熱伝導シート204を介して配置され、各電池セル200を冷却する1枚の冷却プレート203から構成されたのに対して、第4実施形態では、例えば図12、図13に示すように、8個の電池モジュール202の下方にそれぞれ配置され、各電池セル200を冷却する8個の冷却部材203Gから構成されたことである。
 具体的には、本発明の第4実施形態では、熱伝導シート204Aは、例えば電池モジュール202における各電池セル200の電池缶200Cの底面及び各セルホルダ201の下面の領域全体の面積と同程度の面積を有し、上面が各電池セル200の電池缶200Cの底面全体と接触するように配置される。
 また、冷却部材203Gは、例えば熱伝導シート204の面積と同程度の面積を有する基台203Jと、この基台203Jの底面から下方へ向かう複数の突起が形成されたフィン203D4と、熱伝導シート204Aと冷却部材203Gとの間に介装され、フィン203D4の位置決めを行う矩形状のフィンプレート203Hとから構成され、このフィンプレート203Hの水平方向の大きさは、例えば電池モジュール202のフットプリント、すなわち実装床面積と同程度に設定されている。
 そして、冷却部材203Gの基台203Jはフィンプレート203Hの中央部分に固定されている。なお、フィンプレート203Hの上面のうち熱伝導シート204Aと接する部分は、機械加工が施されることにより高精度に平面化及び平滑化されている。また、フィンプレート203Hは、例えばアルミニウム合金をフィン203D4の長手方向に押出成形した後、さらに二次加工を施すことにより製作されている。
 本発明の第4実施形態に係る熱抵抗体は、8個の電池モジュール202の下方にそれぞれ配置され、筺体220Cと冷却部材203Gとの熱の授受を妨げる複数の熱抵抗材214Cから成っている。この熱抵抗材214Cは、例えば第3実施形態と同様のPBT(ポリブチレンテレフタレート)から成り、内側に冷却部材203Gの基台203Jを収容する開口部214C1を有し、外形がフィンプレート203Hの周囲の部分の形状と合致する矩形枠状に形成されている。すなわち、熱抵抗材214Cの水平方向の大きさは、フィンプレート203Hと同様に電池モジュール202のフットプリントと同程度に設定されている。
 また、蓄電装置8Cは、フィンプレート203Hと熱抵抗材214Cとの間に介装され、これらのフィンプレート203Hと熱抵抗材214Cの界面をシールするシール材231と、熱抵抗材214Cと下部筐体221Cとの間に介装され、これらの熱抵抗材214Cと下部筐体221Cの界面をシールするシール材232と、フィンプレート203H及び熱抵抗材214Cを下部筐体221Cに一体に固定する複数のねじ224と、電池モジュール202、熱伝導シート204、冷却部材203G、熱抵抗材214C、及び各シール材231,232を下部筐体221Cに一体に固定する複数のねじ225とを含んでいる。なお、フィンプレート203H及び熱抵抗材214Cには、各ねじ224が挿通される複数の貫通孔203H1,214C2、及び各ねじ225が挿通される複数の貫通孔203H2,214C3がそれぞれ穿設されている。
 下部筐体221Cは、底部に穿設され、冷却部材203Gの基台203Jの下部及びフィン203D4を挿入する貫通孔221C1と、この貫通孔221C1に下方から蓋をする底板221C2とを有している。従って、冷却部材203G、下部筐体221Cの底部、及び底板221C2により画定される領域がクーラントの流路となる。なお、下部筐体221Cの底部の板厚の大きさは、フィン203D4と底板221C2との間に空隙が形成されるように設定されている。
 このように構成した蓄電装置8Cの組立工程では、最初に冷却部材203Gのフィンプレート203Hをシール材231を介して熱抵抗材214Cに接触させると共に、熱抵抗材214Cをシール材232を介して下部筐体221C内の奥側の面に接触させた状態で、ねじ224をフィンプレート203Hの貫通孔203H1及び熱抵抗材214Cの貫通孔214C2に通して下部筐体221Cのねじ穴(図示せず)に螺合させることにより、冷却部材203G、熱抵抗材214C、及び各シール材231,232が一体化される。
 そして、熱伝導シート204Aがフィンプレート203Hの上面に取り付けられた後、電池モジュール202のエンドプレート215をフィンプレート203Hに接触させた状態で、ねじ225をエンドプレート215の貫通孔218、フィンプレート203Hの貫通孔203H2、及び熱抵抗材214Cの貫通孔214C3に通して下部筐体221Cのねじ穴(図示せず)に螺合させることにより、電池モジュール202及び熱伝導シート204Aが冷却部材203G、熱抵抗材214C、各シール材231,232と共に一体化され、蓄電装置8Cが組み立てられる。
 上述のように構成した本発明の第4実施形態によれば、第1実施形態に係る突起214の代わりに、下部筺体221Cの底部と冷却部材203Gのフィンプレート203Hとの間に熱抵抗材214Cを介在させることにより、下部筐体221Cと冷却部材203Gとの熱抵抗を高く保つことができるので、上述した第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
 また、本発明の第4実施形態は、各電池モジュール202の下方に位置するフィンプレート203H及び熱抵抗材214Cの水平方向の大きさが、各電池モジュール202のフットプリントと同程度に設定されているので、各冷却部材203G及び各熱抵抗材214Cを各電池モジュール202の下方にコンパクトに収めることができる。これにより、隣接する電池モジュール202の搭載間隔を余分に広げる必要がなく、高い搭載密度を実現することができる。従って、筐体220Cの大きさを小さくすることができるので、蓄電装置8Cを小型化することができる。
 また、本発明の第4実施形態は、電池モジュール202毎に1個の冷却部材203Gを割り当てることにより、仮に冷却部材203Gの一部が破損した場合に、8個の電池モジュール202のうち破損した冷却部材203Gの上方の電池モジュール202を取り外すだけで済むので、冷却部材203Gの交換等のメンテナンス作業を容易に行うことができる。
 なお、上述した本発明の第4実施形態は、フィンプレート203H及び熱抵抗材214Cの水平方向の大きさを電池モジュール202のフットプリントと同程度の大きさに設定した場合について説明したが、この場合に限らず、例えばフィンプレート203H及び熱抵抗材214Cの水平方向の大きさを電池モジュール202のフットプリントよりも小さく設定しても良い。
 また、本発明の第4実施形態は、筺体220Cの下部筐体221Cの底部に貫通孔221C1を穿設し、冷却部材203G、下部筐体221Cの底部、及び底板221C2により画定される領域をクーラントの流路として形成した場合について説明したが、この場合に限らず、例えば貫通孔221C1の代わりに、下部筺体221Cの底部と底板221C2が一体となる溝部を下部筺体221Cの底部に形成しても良い。これにより、底板221C2を製作する必要がないので、蓄電装置8Cの部品点数を削減することができる。
 さらに、本発明の第4実施形態は、フィンプレート203Hと熱抵抗材214Cを別部材とし、フィンプレート203Hと熱抵抗材214Cをシール材231を介してねじにより一体化した場合について説明したが、この場合に限らず、例えば予めトランスファモールドにより両者を密着させて一体に形成しても良い。これにより、シール材231を用意する必要がないので、蓄電装置8Cの製造にかかるコストを削減することができる。
 また、本発明の第4実施形態は、蓄電装置8C内の電池モジュール202の搭載位置に応じて冷却部材203Gのフィン203D4の方向、形状、及び寸法等を適宜変更しても良い。例えばクーラントの上流側よりも下流側のフィン203D4の表面積を大きく設定することにより、電池モジュール202毎の温度分布の偏りを軽減することができる。また、例えばU字状の流路(図6参照)のラウンド部におけるフィン203D4を、その流路の形状に沿ってラウンドさせても良い。これにより、クーラントの流路内の圧力損失が低減するので、冷却回路21のエネルギー効率を高めることができる。従って、冷却回路21においてより小さなポンプ23を採用できるので、温調装置20を小型化することができる。
 なお、上述した本実施形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。
 また、本実施形態に係るハイブリッド式建設機械はハイブリッド式油圧ショベルから成る場合について説明したが、この場合に限らず、ハイブリッド式ホイールローダ等の建設機械であっても良い。さらに、本実施形態では、蓄電装置8,8A,8B,8Cの冷却方式として液冷式を用いた場合について説明したが、この場合に限らず、その他の冷却方式を用いても良い。
 また、本実施形態は、筐体220,220A,220B,220Cを構成する部材の名称として下部筐体、中部筐体、及び上部筐体を使用した場合について説明したが、これらの名称は各部材の位置関係を示すために便宜的に使用したものであり、機能による差別化がなされるものではないので、下部筐体、中部筐体、及び上部筐体の名称を適宜差し替えても良いし、筐体220,220A,220B,220Cの個数や種類についても上述した場合に限定されるものではない。
 1 エンジン(原動機)
 2 アシスト発電モータ(電動発電機)
 8,8A,8B,8C 蓄電装置
 20 温調装置
 21 冷却回路
 22 液配管
 23 ポンプ
 26 ラジエータ
 27 ファン
 110 旋回体
 112 原動機室
 112A フレーム
 200 電池セル
 202 電池モジュール
 203,203E,203F 冷却プレート(熱交換部材)
 203A,203A1,203A2 上面体
 203B,203B1,203B2 下面体
 203C,203C1,203C2 溝部
 203D,203D1,203D2,203D3,203D4 フィン
 203G 冷却部材(熱交換部材)
 203H フィンプレート
 203J 基台
 204,204A 熱伝導シート
 214,214A 突起(熱抵抗体)
 214B,214C 熱抵抗材(熱抵抗体)
 214C1 開口部
 220,220A,220B,220C 筺体
 221,221A,221B,221C 下部筐体
 221C1 貫通孔
 221C2 底板
 222,222A,222C 中部筐体
 222a 中部プレート
 222b 中部容積体
 223,223A,223B,223C 上部筐体
 231,232 シール材

Claims (9)

  1.  原動機と、
     この原動機の動力の補助及び発電を行う電動発電機と、
     この電動発電機との間で電力の授受を行う蓄電装置とを備え、
     前記蓄電装置は、
     複数の電池セルと、
     前記複数の電池セルに対して少なくとも一部を離隔した状態で覆う筐体と、
     この筐体に取り付けられ、前記複数の電池セルと熱交換を行う熱交換部材と、
     前記筺体と前記熱交換部材との間に介在し、前記筺体と前記熱交換部材との熱の授受を妨げる熱抵抗体とを含むことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
  2.  請求項1に記載のハイブリッド式建設機械において、
     前記熱交換部材は、熱媒体の流路を内部に形成する構造体から成り、
     前記熱抵抗体は、前記構造体の一部と接することを特徴とするハイブリッド式建設機械。
  3.  請求項2に記載のハイブリッド式建設機械において、
     前記構造体は多面体から成り、
     前記複数の電池セルは、前記多面体の異なる面にそれぞれ設けられたことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
  4.  請求項1に記載のハイブリッド式建設機械において、
     前記熱抵抗体は、前記筐体の熱伝導率及び前記熱交換部材の熱伝導率の少なくとも一方より小さい熱伝導率を有する樹脂材料から成ることを特徴とするハイブリッド式建設機械。
  5.  請求項4に記載のハイブリッド式建設機械において、
     前記筐体及び前記熱交換部材の少なくとも一方は金属材料から成ることを特徴とするハイブリッド式建設機械。
  6.  請求項1に記載のハイブリッド式建設機械において、
     前記筐体は、下方に開口した容積体を有し、前記複数の電池セルを前記熱交換部材の上方に配置した状態で、前記複数の電池セルの上方から前記容積体の開口を通して前記熱交換部材に固定されたことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
  7.  請求項1に記載のハイブリッド式建設機械において、
     前記蓄電装置は、
     前記複数の電池セルが接続されて構成される複数の電池モジュールを含み、
     前記熱交換部材は、
     前記複数の電池モジュールの下方にそれぞれ配置され、前記複数の電池セルを冷却する複数の冷却プレートから成り、
     前記熱抵抗体は、
     前記複数の電池モジュールの下方にそれぞれ配置され、前記筺体と前記冷却プレートとの熱の授受を妨げる複数の熱抵抗材から成り、
     前記各冷却プレート及び前記各熱抵抗材の水平方向の大きさは、前記複数の電池モジュールの水平方向の大きさと同程度以下に設定されたことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
  8.  請求項1に記載のハイブリッド式建設機械において、
     前記筐体は、金属の鋳造体から成ることを特徴とするハイブリッド式建設機械。
  9.  請求項1乃至8のいずれか1項に記載のハイブリッド式建設機械において、
     前記原動機を収容する原動機室と、
     この原動機室に配置され、前記熱媒体を冷却するラジエータとを備え、
     前記原動機室は、フレームに形成され、前記ラジエータへ送風される外気を取り込む吸気口を有し、
     前記蓄電装置は、前記原動機室の前記フレームと前記ラジエータとの間に配置されることを特徴とするハイブリッド式建設機械。
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