WO2024232191A1 - 作業機械及びバッテリパックの交換方法 - Google Patents

Abstract

作業機械は、車体と、車体の前部に連結される作業機と、車体の内部に配置されるバッテリコネクタと、車体から張り出して、バッテリコネクタに装着されるバッテリパックを交換する交換装置と、を備える。

Description

作業機械及びバッテリパックの交換方法

　本開示は、作業機械及びバッテリパックの交換方法に関する。

　作業機械に係る技術分野において、特許文献１に開示されているような電動建設機械が知られている。

国際公開第２０１１／１５８６８６号

　電動式の作業機械にバッテリパックが搭載される場合、バッテリパックを交換できる技術が要望される。

　本開示は、作業機械のバッテリパックを交換することを目的とする。

　本開示に従えば、車体と、車体の前部に連結される作業機と、車体の内部に配置されるバッテリコネクタと、車体から張り出して、バッテリコネクタに装着されるバッテリパックを交換する交換装置と、を備える、作業機械が提供される。

　本開示によれば、作業機械のバッテリパックが交換される。

図１は、実施形態に係る作業機械の管理システムを示す図である。 図２は、実施形態に係るショベルを示す左前方からの図である。 図３は、実施形態に係るショベルを上方から見た図である。 図４は、実施形態に係るショベルの制御システムを示す図である。 図５は、実施形態に係る車載コントローラを示すブロック図である。 図６は、実施形態に係るバッテリパック３１の交換動作を説明するための図である。 図７は、実施形態に係る交換装置の動作を説明するための図である。 図８は、実施形態に係る交換装置の動作を説明するための図である。 図９は、実施形態に係る交換装置の動作を説明するための図である。 図１０は、実施形態に係るバッテリパックの交換方法を示すフローチャートである。

　以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本開示は実施形態に限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

［管理システムの概要］
　図１は、実施形態に係る作業機械２の管理システム１を示す図である。管理システム１は、作業現場３で稼動する作業機械２を管理する。実施形態において、作業機械２は、バッテリパック及び電動モータを動力源とする電動式の作業機械である。作業現場３に複数の作業機械２が存在する。図１に示す例において、作業現場３に存在する作業機械２は、ショベル２Ａと、ブルドーザ２Ｂと、ダンプトラック２Ｃとを含む。

　実施形態において、作業機械２に操作者は搭乗しない。作業機械２は、遠隔操作される。作業機械２の外部に遠隔操作室４が設置される。遠隔操作室４は、作業現場３の遠隔地に設置される。作業機械２を遠隔操作するための情報端末５及び遠隔操作装置６のそれぞれが遠隔操作室４に配置される。情報端末５及び遠隔操作装置６のそれぞれは、作業機械２の外部に存在する。情報端末５は、遠隔操作室４に配置されるコンピュータシステムを含む。

　遠隔操作装置６は、遠隔操作室４において操作者に操作される。遠隔操作装置６は、操作者に操作されることにより、作業機械２を遠隔操作する操作信号を生成する。遠隔操作装置６において生成された操作信号は、情報端末５に入力される。情報端末５は、遠隔操作装置６からの操作信号に基づいて、遠隔操作指令を生成する。情報端末５は、通信システム７を介して遠隔操作指令を作業機械２に送信する。

　作業機械２は、作業機械２の外部に存在する情報端末５から送信される遠隔操作指令に基づいて動作する。作業機械２及び作業現場３の少なくとも一方に、作業現場３の画像データを取得するカメラが設けられる。作業現場３の画像データは、通信システム７を介して情報端末５に送信され、情報端末５の表示装置に表示される。操作者は、作業現場３の画像データを確認しながら、遠隔操作装置６を操作することができる。

　通信システム７は、公衆通信回線を含んでもよいし特定通信回線を含んでもよい。通信システム７として、携帯電話通信網又は衛星通信網が例示される。なお、通信システム７は、インターネット（internet）を含んでもよいし、ローカルエリアネットワーク（Local　Area　Network）を含んでもよい。

　管理システム１は、管理サーバ８を有する。管理サーバ８は、コンピュータシステムを含む。管理サーバ８は、通信システム７を介して作業機械２と通信することができる。管理サーバ８は、作業機械２の稼働データを収集する。管理サーバ８は、作業機械２に制御指令を出力する。

［作業機械］
　図２は、実施形態に係るショベル２Ａを示す左前方からの図である。ショベル２Ａは、旋回体９と、走行体１０と、作業機１１と、作業機シリンダ１２とを有する。

　旋回体９は、ショベル２Ａの車体である。走行体１０は、ショベル２Ａの走行装置である。走行体１０は、旋回体９を支持する。旋回体９は、走行体１０に旋回可能に支持される。旋回体９は、走行体１０よりも上方に配置される。走行体１０は、旋回体９を支持して走行する。走行体１０は、一対の履帯１０Ａを有する。履帯１０Ａが回転することにより、ショベル２Ａが走行する。

　作業機１１は、旋回体９の前部に連結される。作業機１１は、旋回体９の前部に連結されるブーム１１Ａと、ブーム１１Ａに連結されるアーム１１Ｂと、アーム１１Ｂに連結されるバケット１１Ｃとを含む。作業機シリンダ１２は、ブーム１１Ａを動作させるブームシリンダ１２Ａと、アーム１１Ｂを動作させるアームシリンダ１２Ｂと、バケット１１Ｃを動作させるバケットシリンダ１２Ｃとを含む。

　図３は、実施形態に係るショベル２Ａを上方から見た図である。図３は、ショベル２Ａの一部を破断した図である。ショベル２Ａは、旋回体９の内部に配置されるバッテリコネクタ６５を備える。バッテリコネクタ６５にバッテリパック３１が装着される。バッテリパック３１は、ショベル２Ａの電源である。バッテリパック３１は、複数のセルバッテリを含む。セルバッテリは、二次電池を含む。実施形態において、セルバッテリは、リチウムイオンバッテリ（ＬｉＢ：Lithium　ion　Battery）を含む。

　バッテリパック３１は、バッテリコネクタ６５に着脱される。複数のバッテリパック３１がバッテリコネクタ６５に装着される。実施形態において、バッテリコネクタ６５は、旋回体９の車幅方向（左右方向）に長い。実施形態において、２つのバッテリパック３１がバッテリコネクタ６５に装着される。２つのバッテリパック３１は、車幅方向に配置される。なお、バッテリコネクタ６５に装着されるバッテリパック３１は、１つでもよいし、３つ以上の任意の複数でもよい。

　ショベル２Ａは、バッテリコネクタ６５に装着されるバッテリパック３１を交換する交換装置６６を備える。交換装置６６は、旋回体９から張り出して、バッテリコネクタ６５に装着されるバッテリパック３１を交換する。

［制御システム］
　図４は、実施形態に係るショベル２Ａの制御システム３０を示す図である。ショベル２Ａは、制御システム３０を有する。制御システム３０は、バッテリパック３１と、バッテリコネクタ６５と、交換装置６６と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３と、インバータ３４と、電動モータ３５と、油圧ポンプ３６と、メインバルブ３７と、油圧アクチュエータ３８と、車載コントローラ４０と、バッテリセンサ４１と、位置センサ４２と、通信機４３とを有する。

　バッテリパック３１は、バッテリコネクタ６５に着脱される。バッテリパック３１は、給電端子を有する。バッテリコネクタ６５は、受電端子を有する。バッテリパック３１がバッテリコネクタ６５に装着され、バッテリパック３１の給電端子とバッテリコネクタ６５の受電端子とが接続されることにより、バッテリパック３１からバッテリコネクタ６５に電力が供給される。

　交換装置６６は、バッテリコネクタ６５に装着されるバッテリパック３１を交換する。交換装置６６は、バッテリコネクタ６５からバッテリパック３１を外すことができる。交換装置６６は、バッテリコネクタ６５から外されたバッテリパック３１を旋回体９の外部に搬出することができる。交換装置６６は、バッテリパック３１をバッテリコネクタ６５に装着することができる。交換装置６６は、バッテリコネクタ６５に装着されたバッテリパック３１を旋回体９の内部に搬入することができる。

　ＤＣ／ＤＣコンバータ３３は、バッテリパック３１からの電圧を昇圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３３は、バッテリパック３１からの直流電流をインバータ３４に供給する。

　インバータ３４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３からの直流電流を三相交流電流に変換して電動モータ３５に供給する。電動モータ３５は、インバータ３４から供給された三相交流電流に基づいて駆動される。

　電動モータ３５は、ショベル２Ａの動力源である。電動モータ３５は、バッテリパック３１からの電力に基づいて駆動する。

　油圧ポンプ３６は、電動モータ３５により駆動される。油圧ポンプ３６は、作動油を吐出する。油圧ポンプ３６から吐出された作動油は、メインバルブ３７を介して、油圧アクチュエータ３８に供給される。ショベル２Ａの油圧アクチュエータ３８は、作業機シリンダ１２を含む。

　なお、油圧アクチュエータ３８の代わりに電動アクチュエータがショベル２Ａに設けられてもよい。作業機シリンダ１２が電動シリンダでもよい。油圧アクチュエータ３８の代わりに電動アクチュエータがショベル２Ａに設けられる場合、油圧ポンプ３６及びメインバルブ３７は省略される。

　車載コントローラ４０は、コンピュータシステムを含む。車載コントローラ４０は、少なくとも交換装置６６を制御する。

　バッテリセンサ４１は、バッテリパック３１の電圧を検出する電圧センサを含む。位置センサ４２は、ショベル２Ａの位置を検出する。ショベル２Ａの位置は、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global　Navigation　Satellite　System）を利用して検出される。全地球航法衛星システムは、全地球測位システム（ＧＰＳ：Global　Positioning　System）を含む。全地球航法衛星システムは、緯度、経度、及び高度の座標データで規定されるグローバル座標系の位置を検出する。グローバル座標系とは、地球に固定された座標系をいう。位置センサ４２は、旋回体９に配置されたＧＮＳＳ受信機を含む。位置センサ４２は、グローバル座標系における旋回体９の位置を検出する。通信機４３は、管理サーバ８と無線通信する。

［車載コントローラ］
　図５は、実施形態に係る車載コントローラ４０を示すブロック図である。管理サーバ８及び車載コントローラ４０のそれぞれは、コンピュータシステムを含む。車載コントローラ４０は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）のようなプロセッサ４８と、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）のような不揮発性メモリ及びＲＡＭ（Random　Access　Memory）のような揮発性メモリを含むメインメモリ４９と、ストレージ５０と、入出力回路を含むインターフェース５１とを有する。車載コントローラ４０の機能は、コンピュータプログラムとしてストレージ５０に記憶されている。プロセッサ４８は、コンピュータプログラムをストレージ５０から読み出してメインメモリ４９に展開し、コンピュータプログラムに従って処理を実行する。なお、コンピュータプログラムは、ネットワークを介して管理サーバ８に配信されてもよい。

　同様に、管理サーバ８は、プロセッサと、メインメモリと、ストレージと、インターフェースとを有する。

　プロセッサ４８は、残容量算出部４８Ａと、バッテリデータ取得部４８Ｂと、位置データ取得部４８Ｃと、走行制御部４８Ｄと、交換制御部４８Ｅとを有する。

　残容量算出部４８Ａは、バッテリセンサ４１の検出データに基づいて、バッテリコネクタ６５に装着されているバッテリパック３１の残容量を算出する。バッテリパック３１の残容量は、バッテリパック３１の充電率（ＳＯＣ：State　Of　Charge）とみなされてもよい。バッテリパック３１の充電率とは、満充電容量に対する残容量の比率をいう。バッテリセンサ４１は、バッテリコネクタ６５に装着されているバッテリパック３１の電圧を検出する。残容量算出部４８Ａは、バッテリセンサ４１の検出データに基づいて、バッテリコネクタ６５に装着されているバッテリパック３１の残容量を算出することができる。

　旋回体９の外部に配置されているバッテリパック３１に係るバッテリデータが管理サーバ８に記憶されている。バッテリデータは、旋回体９の外部に配置されているバッテリパック３１の位置、及び旋回体９の外部に配置されているバッテリパック３１の残容量を含む。バッテリデータ取得部４８Ｂは、バッテリデータを、通信システム７を介して管理サーバ８から受信する。

　なお、バッテリデータは、バッテリパック３１に保持されていてもよい。バッテリデータ取得部４８Ｂは、バッテリパック３１と直接的に無線通信して、バッテリパック３１からバッテリデータを取得してもよい。

　位置データ取得部４８Ｃは、位置センサ４２の検出データを取得する。位置センサ４２の検出データは、旋回体９の位置を示す。

　走行制御部４８Ｄは、ショベル２Ａの走行を制御する。走行制御部４８Ｄは、走行体１０を制御する走行指令を出力する。

　交換制御部４８Ｅは、交換装置６６を制御する。交換制御部４８Ｅは、バッテリコネクタ６５に装着されるバッテリパック３１を交換する交換指令を出力する。

［バッテリパックの交換］
　実施形態においては、作業現場３において、バッテリコネクタ６５に装着されるバッテリパック３１が交換される。バッテリコネクタ６５に装着されているバッテリパック３１の残容量が少ない場合、バッテリコネクタ６５に装着されるバッテリパック３１は、旋回体９の外部に配置されている残容量が多いバッテリパック３１と交換される。

　図６は、実施形態に係るバッテリパック３１の交換動作を説明するための図である。作業現場３の交換エリアに残容量が多いバッテリパック３１が保管される。交換エリアは、予め規定されており、管理サーバ８に記憶される。交換エリアは、バッテリパック３１の交換位置を含む。

　交換位置は、旋回体９よりも下方に規定される。実施形態において、交換位置は、走行体１０が走行する作業現場３の地面の所定の位置である。作業現場３の地面に残容量が多いバッテリパック３１が保管される。交換エリアには、１つのバッテリパック３１が保管されてもよいし、複数のバッテリパック３１が保管されてもよい。作業現場３の複数の交換エリアが規定されてもよい。相互に異なる複数の交換エリアのそれぞれにバッテリパック３１が保管されてもよい。

　残容量算出部４８Ａは、バッテリセンサ４１の検出データに基づいて、バッテリコネクタ６５に装着されているバッテリパック３１の残容量を算出する。交換制御部４８Ｅは、残容量算出部４８Ａにより算出されたバッテリパック３１の残容量を取得する。交換制御部４８Ｅは、バッテリコネクタ６５に装着されているバッテリパック３１の残容量が予め定められている閾値以下であるか否かを判定する。バッテリコネクタ６５に装着されているバッテリパック３１の残容量が閾値以下であると判定した場合、交換制御部４８Ｅは、バッテリコネクタ６５からバッテリパック３１が外され、旋回体９の外部の交換エリアに配置されているバッテリパック３１がバッテリコネクタ６５に装着されるように、交換指令を出力する。

　交換指令が出力された場合、走行制御部４８Ｄは、ショベル２Ａが交換エリアに移動するように、走行体１０を制御する走行指令を出力する。位置データ取得部４８Ｃは、位置センサ４２から旋回体９の位置を取得する。バッテリデータ取得部４８Ｂは、管理サーバ８からバッテリデータを取得する。バッテリデータは、旋回体９の外部に配置されているバッテリパック３１の位置を含む。すなわち、バッテリデータは、交換エリアの位置を含む。走行制御部４８Ｄは、旋回体９の位置と、旋回体９の外部のバッテリパック３１の位置である交換エリアの位置とに基づいて、旋回体９が交換エリアに移動するように、走行体１０を制御する走行指令を出力する。走行制御部４８Ｄは、旋回体９が交換エリアに移動するように、作業現場３において走行体１０を走行させる。

　なお、作業現場３に複数の交換エリアが規定されている場合、走行制御部４８Ｄは、ショベル２Ａの現在の位置から最も近い交換エリアに旋回体９を移動してもよい。作業現場３に複数の交換エリアが規定されている場合、走行制御部４８Ｄは、残容量が最も多いバッテリパック３１が保管されている交換エリアに旋回体９を移動してもよい。バッテリデータ取得部４８Ｂが取得するバッテリデータは、旋回体９の外部に配置されているバッテリパック３１の複数の交換エリアの位置、及び旋回体９の外部の複数の交換エリアのそれぞれに保管されているバッテリパック３１の残容量を含む。走行制御部４８Ｄは、バッテリデータに基づいて、ショベル２Ａの現在の位置から最も近い交換エリアに旋回体９を移動することができる。走行制御部４８Ｄは、バッテリデータに基づいて、残容量が最も多いバッテリパック３１が保管されている交換エリアに旋回体９を移動することができる。

　図７、図８、及び図９のそれぞれは、実施形態に係る交換装置６６の動作を説明するための図である。図７に示すように、旋回体９は、車体フレーム９Ａと、車体フレーム９Ａの後部に配置されるリヤカバー９Ｂとを含む。車体フレーム９Ａの前部に作業機１１が連結される。バッテリコネクタ６５は、車体フレーム９Ａの内部に配置される。リヤカバー９Ｂは、車体フレーム９Ａの後部に設けられている開口を覆うように配置される。リヤカバー９Ｂは、車体フレーム９Ａから後方に移動可能である。

　交換装置６６は、旋回体９から張り出して、バッテリコネクタ６５に装着されるバッテリパック３１を交換する。実施形態において、交換装置６６は、旋回体９から後方に張り出す。図８に示すように、交換装置６６は、旋回体９から後方に張り出した状態で、バッテリコネクタ６５から外されたバッテリパック３１を旋回体９の外部に搬出する。上述のように、実施形態において、交換位置は、旋回体９よりも下方に規定される。交換装置６６は、旋回体９から後方に張り出した状態で、バッテリコネクタ６５から外されたバッテリパック３１を旋回体９の外部に降ろす。交換装置６６は、バッテリコネクタ６５から外されたバッテリパック３１を作業現場３の地面に降ろす。

　交換装置６６は、ベース部材６７と、搬送アーム６８とを有する。ベース部材６７は、交換装置６６が有する第１アクチュエータの作動により、前後方向に移動する。ベース部材６７は、車体フレーム９Ａと相対移動する。バッテリパック３１の交換において、交換制御部４８Ｅは、ベース部材６７を車体フレーム９Ａから後方に張り出す。バッテリパック３１の交換において、ベース部材６７は、車体フレーム９Ａの外側に配置される。実施形態において、ベース部材６７は、前後方向に延びるプレート状の部材である。リヤカバー９Ｂは、ベース部材６７の後部に固定される。リヤカバー９Ｂは、ベース部材６７と一緒に前後方向に移動する。ベース部材６７が車体フレーム９Ａよりも後方に移動した場合、リヤカバー９Ｂは、ベース部材６７と一緒に後方に移動する。

　ベース部材６７の前部は、バッテリコネクタ６５に固定される。ベース部材６７の前部は、バッテリコネクタ６５の車幅方向の中央部に接続される。実施形態において、バッテリコネクタ６５は、ベース部材６７と一緒に前後方向に移動する。ベース部材６７が車体フレーム９Ａよりも後方に移動した場合、バッテリコネクタ６５は、ベース部材６７と一緒に後方に移動する。第１のバッテリパック３１は、ベース部材６７よりも左方においてバッテリコネクタ６５に着脱される。第２のバッテリパック３１は、ベース部材６７よりも右方においてバッテリコネクタ６５に着脱される。

　ベース部材６７は、搬送アーム６８を支持した状態で、旋回体９から後方に張り出す。バッテリパック３１の交換において、ベース部材６７及び搬送アーム６８は、車体フレーム９Ａの外側に配置される。

　搬送アーム６８は、バッテリパック３１を搬送する。実施形態において、搬送アーム６８は、バッテリパック３１を昇降する。搬送アーム６８は、交換装置６６が有する第２アクチュエータの作動により、上下方向に移動する。２つの搬送アーム６８が１つのバッテリパック３１を昇降する。２つの搬送アーム６８は、前後方向に間隔をあけて配置される。交換制御部４８Ｅは、ベース部材６７を車体フレーム９Ａから後方から張り出した後、搬送アーム６８を昇降させる。図８に示すように、搬送アーム６８は、バッテリコネクタ６５から外されたバッテリパック３１を旋回体９の外部に降ろす。搬送アーム６８は、バッテリコネクタ６５から外されたバッテリパック３１を交換エリアに規定された第１の交換位置に降ろす。

　図９に示すように、交換装置６６は、搬送アーム６８に移動可能に支持される支持アーム６９を有する。支持アーム６９は、搬送アーム６８の下端部に接続される。支持アーム６９は、交換装置６６が有する第３アクチュエータの作動により、旋回体９の車幅方向（左右方向）に移動する。

　バッテリパック３１の外面に凹部３１Ｒが設けられる。凹部３１Ｒは、バッテリパック３１の左面及び右面のそれぞれに設けられる。バッテリパック３１の左面において、凹部３１Ｒは、前後方向に２つ設けられる。バッテリパック３１の右面において、凹部３１Ｒは、前後方向に２つ設けられる。２つの凹部３１Ｒは、バッテリパック３１の右面の下部に設けられる。

　支持アーム６９は、バッテリパック３１の凹部３１Ｒに挿抜される。上述のように、２つの搬送アーム６８が前後方向に配置され、２つの凹部３１Ｒがバッテリパック３１の外面において前後方向に設けられる。前側の搬送アーム６８に支持されている支持アーム６９が前側の凹部３１Ｒに挿抜される。後側の搬送アーム６８に支持されている支持アーム６９が後側の凹部３１Ｒに挿抜される。

　バッテリパック３１を作業現場３の地面に規定された第１の交換位置に降ろす場合、交換制御部４８Ｅは、支持アーム６９がバッテリパック３１の凹部３１Ｒに挿入された状態で、搬送アーム６８を下降させる。バッテリパック３１が第１の交換位置に降ろされた後、交換制御部４８Ｅは、支持アーム６９をバッテリパック３１の凹部３１Ｒから抜去する。

　バッテリコネクタ６５から外された第１のバッテリパック３１が旋回体９の外部の第１の交換位置に降ろされた後、第２のバッテリパック３１が配置されている作業現場３の第２の交換位置にショベル２Ａが移動する。第１のバッテリパック３１は、バッテリコネクタ６５から外された残容量が少ないバッテリパック３１である。第２のバッテリパック３１は、残容量が多いバッテリパック３１である。交換装置６６は、旋回体９から後方に張り出した状態で、旋回体９の外部の第２の交換位置に配置されているバッテリパック３１を拾い上げる。交換装置６６は、作業現場３の地面からバッテリパック３１を拾い上げる。交換装置６６は、交換エリアに規定された第２の交換位置に配置されているバッテリパック３１を拾い上げる。

　なお、１つの交換エリアに複数のバッテリパック３１が保管されている場合、交換制御部４８Ｅは、残容量が最も多いバッテリパック３１がバッテリコネクタ６５に装着されるように、交換指令を出力してもよい。バッテリデータ取得部４８Ｂが取得するバッテリデータは、旋回体９の外部の交換エリアに配置されている複数のバッテリパック３１のそれぞれの残容量を含む。交換制御部４８Ｅは、バッテリデータに基づいて、残容量が最も多いバッテリパック３１を拾い上げるように、交換指令を出力することができる。

　バッテリパック３１を拾い上げる場合、交換制御部４８Ｅは、搬送アーム６８を下降した状態で、支持アーム６９をバッテリパック３１の凹部３１Ｒに挿入する。支持アーム６９がバッテリパック３１の凹部３１Ｒに挿入された後、交換制御部４８Ｅは、搬送アーム６８を上昇させる。搬送アーム６８が上昇することにより、旋回体９の外部に配置されているバッテリパック３１が交換装置６６に拾い上げられる。搬送アーム６８により拾い上げられたバッテリパック３１は、バッテリコネクタ６５に装着される。バッテリパック３１がバッテリコネクタ６５に装着された後、交換装置６６は、ベース部材６７を前方に移動する。ベース部材６７が前方に移動することにより、バッテリコネクタ６５及びリヤカバー９Ｂは、ベース部材６７と一緒に前方に移動する。ベース部材６７が前方に移動することにより、バッテリコネクタ６５に装着されたバッテリパック３１が旋回体９の内部に配置される。

［バッテリパックの交換方法］
　図１０は、実施形態に係るバッテリパック３１の交換方法を示すフローチャートである。なお、実施形態において、ショベル２Ａは、遠隔操作装置６により遠隔操作されるものの、バッテリパック３１の交換においては車載コントローラ４０の自律制御が割り込まれ、ショベル２Ａは、バッテリパック３１を自律的に交換する。

　残容量算出部４８Ａは、バッテリセンサ４１の検出データに基づいて、バッテリコネクタ６５に装着されているバッテリパック３１の残容量を算出する（ステップＳ１）。

　交換制御部４８Ｅは、残容量算出部４８Ａにより算出されたバッテリパック３１の残容量を取得する。交換制御部４８Ｅは、バッテリコネクタ６５に装着されているバッテリパック３１の残容量に基づいて、バッテリコネクタ６５に装着されるバッテリパック３１の交換が必要か否かを判定する（ステップＳ２）。実施形態において、交換制御部４８Ｅは、バッテリコネクタ６５に装着されているバッテリパック３１の残容量が予め定められている閾値以下であると判定した場合、バッテリコネクタ６５に装着されるバッテリパック３１の交換が必要であると判定する。

　ステップＳ２において、バッテリパック３１の交換が必要ではないと判定された場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、ステップＳ１の処理に戻る。ステップＳ２において、バッテリパック３１の交換が必要であると判定された場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、バッテリパック３１の交換処理が開始される。バッテリパック３１の交換において、ショベル２Ａは、車載コントローラ４０により自律制御される。

　バッテリデータ取得部４８Ｂは、管理サーバ８からバッテリデータを受信する（ステップＳ３）。

　走行制御部４８Ｄは、ステップＳ３において受信されたバッテリデータに基づいて、ショベル２Ａを交換エリアに移動させる（ステップＳ４）。

　バッテリデータは、作業現場３の交換エリアの位置を含む。走行制御部４８Ｄは、位置センサ４２により検出された旋回体９の位置と交換エリアの位置とに基づいて、旋回体９が交換エリアに移動するように、走行体１０を制御する。

　ショベル２Ａが交換エリアに到着した後、交換制御部４８Ｅは、バッテリパック３１の交換を開始する（ステップＳ５）。

　交換制御部４８Ｅは、交換装置６６を車体フレーム９Ａから後方に張り出す。交換制御部４８Ｅは、車体フレーム９Ａから後方に張り出した交換装置６６がバッテリコネクタ６５から外されたバッテリパック３１を旋回体９の外部の第１の交換位置に降ろすように、交換装置６６を制御する。これにより、旋回体９の内部のバッテリパック３１が旋回体９の外部に搬出される。

　バッテリコネクタ６５から外された第１のバッテリパック３１が第１の交換位置に降ろされた後、走行制御部４８Ｄは、残容量が多い第２のバッテリパック３１が保管されている第２の交換位置にショベル２Ａが移動するように、走行体１０を制御する。ショベル２Ａが第２の交換位置に移動した後、交換制御部４８Ｅは、車体フレーム９Ａから後方に張り出した交換装置６６が旋回体９の外部の第２の交換位置に保管されているバッテリパック３１を拾い上げるように、交換装置６６を制御する。

　第２の交換位置から拾い上げられたバッテリパック３１は、バッテリコネクタ６５に装着される。バッテリパック３１がバッテリコネクタ６５に装着された後、交換制御部４８Ｅは、交換装置６６を前方に移動させる。交換装置６６が前方に移動することにより、バッテリコネクタ６５に装着されたバッテリパック３１が旋回体９の内部に配置される。これにより、旋回体９の外部のバッテリパック３１が旋回体９の内部に搬入される。

［効果］
　以上説明したように、実施形態によれば、ショベル２Ａは、旋回体９と、旋回体９の前部に連結される作業機１１と、旋回体９の内部に配置されるバッテリコネクタ６５と、旋回体９から張り出して、バッテリコネクタ６５に装着されるバッテリパック３１を交換する交換装置６６と、を備える。

　実施形態によれば、バッテリパック３１の交換において、交換装置６６が旋回体９からに張り出すので、バッテリパック３１の交換処理が円滑に実施される。交換装置６６により、人手を介さずにバッテリパック３１が交換される。

　バッテリパック３１の交換において、交換装置６６が旋回体９から後方に張り出すので、旋回体９の前部に連結されている作業機１１と交換装置６６とが干渉したり、作業機１１とバッテリパック３１とが干渉したりすることが抑制される。そのため、バッテリパック３１の交換処理が円滑に実施される。

　交換装置６６は、旋回体９から後方に張り出した状態で、バッテリコネクタ６５から外されたバッテリパック３１を旋回体９の外部に降ろし、旋回体９の外部に配置されているバッテリパック３１を拾い上げる。これにより、バッテリコネクタ６５に装着されるバッテリパック３１が交換される。

　実施形態において、作業機１１は、旋回体９の前部に連結され、バッテリパック３１は、旋回体９の後部に配置される。バッテリパック３１が旋回体９のカウンタウエイトとして機能するので、ショベル２Ａの作業が安定する。

　交換制御部４８Ｅは、バッテリコネクタ６５に装着されているバッテリパック３１の残容量が予め定められている閾値以下であると判定した場合、バッテリパック３１を交換する交換指令を出力する。これにより、適切なタイミングでバッテリパック３１が交換される。

　バッテリパック３１を交換する場合、ショベル２Ａは、交換エリアに自律的に移動する。これにより、バッテリパック３１が適正に交換される。

　旋回体９の外部に複数のバッテリパック３１が保管されている場合、残容量が最も多いバッテリパック３１がバッテリコネクタ６５に装着される。これにより、最適なバッテリパック３１がバッテリコネクタ６５に装着される。

［その他の実施形態］
　上述の実施形態において、バッテリコネクタ６５に装着されているバッテリパック３１の残容量が残容量算出部４８Ａにより算出され、交換制御部４８Ｅは、残容量算出部４８Ａにより算出された残容量が閾値以下であると判定した場合、バッテリパック３１を交換する交換指令を出力することとした。残容量算出部４８Ａにより算出された残容量が管理サーバ８に送信されてもよい。管理サーバ８が、バッテリコネクタ６５に装着されているバッテリパック３１の残容量を管理してもよい。管理サーバ８が、バッテリコネクタ６５に装着されているバッテリパック３１の残容量に基づいて、ショベル２Ａに交換指令を送信してもよい。

　上述の実施形態において、バッテリパック３１の交換においては車載コントローラ４０の自律制御が割り込まれ、ショベル２Ａは、バッテリパック３１を自律的に交換することとした。操作者が遠隔操作装置６を操作してバッテリパック３１を交換してもよい。すなわち、情報端末５からの遠隔操作指令に基づいて、交換装置６６が作動したり、ショベル２Ａが第１の交換位置から第２の交換位置に移動したりしてもよい。

　上述の実施形態において、ショベル２Ａは、遠隔操作装置６により遠隔操作されることとした。ショベル２Ａを操作する操作装置がショベル２Ａに設けられ、ショベル２Ａに搭乗した操作者が操作装置を操作して、バッテリパック３１を交換してもよい。すなわち、ショベル２Ａに搭乗した操作者の運転操作により、交換装置６６が作動したり、ショベル２Ａが第１の交換位置から第２の交換位置に移動したりしてもよい。

　上述の実施形態において、交換装置６６は、旋回体９の後方に張り出すこととした。交換装置６６は、旋回体９の側方（左方又は右方）に張り出してもよいし、旋回体９の上方に張り出してもよいし、旋回体９の下方に張り出してもよい。

　上述の実施形態において、バッテリパック３１の交換位置（第１の交換位置及び第２の交換位置）は、旋回体９よりも下方に規定されることとした。また、交換装置６６の搬送アーム６８は、旋回体９の内部から搬出された第１のバッテリパック３１を第１の交換位置に降ろしたり、旋回体９の内部に搬入するための第２のバッテリパック３１を第２の交換位置から拾い上げたりすることとした。バッテリパック３１の交換位置（第１の交換位置及び第２の交換位置）は、旋回体９の側方（左方又は右方）に規定されてもよいし、旋回体９の上方に規定されてもよいし、旋回体９の後方に規定されてもよい。搬送アーム６８を含む交換装置６６は、旋回体９と交換位置との間でバッテリパック３１を搬送できればよい。交換装置６６が旋回体９に対して張り出す方向は、旋回体９に対するバッテリパック３１の交換位置（第１の交換位置又は第２の交換位置）の方向と、異なっていてもよいし、同一でもよい。

　例えば、第１の交換位置が旋回体９の側方又は後方に規定される場合、交換装置６６がバッテリパック３１を旋回体９の内部から旋回体９の側方又は後方に搬出可能なフォークを有することにより、交換装置６６が旋回体９の内部に配置されているバッテリパック３１を旋回体９の後方に張り出した後に旋回体９の側方又は後方に規定された第１の交換位置に搬出することができる。また、第２の交換位置が旋回体９の側方又は後方に規定される場合、交換装置６６がバッテリパック３１を旋回体９の側方又は後方から旋回体９の内部に搬入可能なフォークを有することにより、旋回体９の側方又は後方に配置されているバッテリパック３１を張り出された交換装置６６に運び入れた後に旋回体９の内部に搬入することができる。

　例えば、第１の交換位置が旋回体９の上方に規定される場合、交換装置６６がバッテリパック３１を旋回体９の内部から旋回体９の上方に搬出可能なクレーンを有することにより、旋回体９の内部に配置されているバッテリパック３１を上方に張り出した後に、旋回体９の上方に規定された第１の交換位置に搬出することができる。また、第２の交換位置が同じく旋回体９の上方に規定される場合、ショベル２Ａを第２の交換位置の近傍まで移動させた後に、交換装置６６がクレーンを有することにより、第２の交換位置に配置されたバッテリパック３１を張り出された交換装置６６に運び入れ、旋回体９の内部に搬入することができる。

　また、第１の交換位置が旋回体９の下方、側方、後方、及び上方のいずれか一つの方向に規定され、第２の交換位置が第１の交換位置とは異なる方向に規定されてもよい。例えば、第１の交換位置が旋回体９の下方に規定された場合、第２の交換位置が旋回体９の側方、後方、及び上方のいずれか一つの方向に規定されてもよい。例えば、第１のバッテリパック３１が旋回体９の内部から後方に張り出した後に旋回体９の下方の第１の交換位置に搬出された後、旋回体９の側方の第２の交換位置に配置されている第２のバッテリパック３１が、張り出された交換装置６６に運び入れられ、その後旋回体９の内部に搬入されてもよい。この場合、第１のバッテリパック３１が旋回体９の外部の第１の交換位置に搬出された後、ショベル２Ａを移動させることなく、第２の交換位置に配置されている第２のバッテリパック３１が旋回体９の内部に搬入される。

　上述の実施形態において、交換装置６６は、ブルドーザ２Ｂに設けられてもよい。交換装置６６は、電動式のホイールローダに設けられてもよい。交換装置６６が設けられる作業機械２は、作業機１１を有しなくてもよい。交換装置６６は、ダンプトラック２Ｃに設けられてもよい。

　１…管理システム、２…作業機械、２Ａ…ショベル、２Ｂ…ブルドーザ、２Ｃ…ダンプトラック、３…作業現場、４…遠隔操作室、５…情報端末、６…遠隔操作装置、７…通信システム、８…管理サーバ、９…旋回体、９Ａ…車体フレーム、９Ｂ…リヤカバー、１０…走行体、１０Ａ…履帯、１１…作業機、１１Ａ…ブーム、１１Ｂ…アーム、１１Ｃ…バケット、１２…作業機シリンダ、１２Ａ…ブームシリンダ、１２Ｂ…アームシリンダ、１２Ｃ…バケットシリンダ、３０…制御システム、３１…バッテリパック、３１Ｒ…凹部、３３…ＤＣ／ＤＣコンバータ、３４…インバータ、３５…電動モータ、３６…油圧ポンプ、３７…メインバルブ、３８…油圧アクチュエータ、４０…車載コントローラ、４１…バッテリセンサ、４２…位置センサ、４３…通信機、４８…プロセッサ、４８Ａ…残容量算出部、４８Ｂ…バッテリデータ取得部、４８Ｃ…位置データ取得部、４８Ｄ…走行制御部、４８Ｅ…交換制御部、４９…メインメモリ、５０…ストレージ、５１…インターフェース、６５…バッテリコネクタ、６６…交換装置、６７…ベース部材、６８…搬送アーム、６９…支持アーム。

Claims (20)

1. 　車体と、
   　前記車体の前部に連結される作業機と、
   　前記車体の内部に配置されるバッテリコネクタと、
   　前記車体から張り出して、前記バッテリコネクタに装着されるバッテリパックを交換する交換装置と、を備える、
   　作業機械。
2. 　前記交換装置は、前記車体から後方に張り出す、
   　請求項１に記載の作業機械。
3. 　前記交換装置は、前記車体から張り出した状態で、前記車体の外部に配置されているバッテリパックを前記車体の内部に搬入する、
   　請求項１に記載の作業機械。
4. 　前記交換装置は、前記車体から張り出した状態で、前記バッテリコネクタから外された前記バッテリパックを前記車体の外部に搬出する、
   　請求項１に記載の作業機械。
5. 　前記交換装置は、前記バッテリパックを搬送する搬送アームを有する、
   　請求項１に記載の作業機械。
6. 　前記搬送アームは、前記車体の外部に配置されているバッテリパックを前記車体の内部に搬入する、
   　請求項５に記載の作業機械。
7. 　前記搬送アームは、前記車体の外部に配置されているバッテリパックを拾い上げる、
   　請求項６に記載の作業機械。
8. 　前記搬送アームは、前記バッテリコネクタから外されたバッテリパックを前記車体の外部に搬出する、
   　請求項７に記載の作業機械。
9. 　前記搬送アームは、前記バッテリパックを前記車体の外部に降ろす、
   　請求項８に記載の作業機械。
10. 　前記交換装置は、前記搬送アームに移動可能に支持され、前記バッテリパックの外面に設けられた凹部に挿抜される支持アームを有する、
    　請求項５に記載の作業機械。
11. 　前記交換装置は、前記搬送アームを支持した状態で、前記車体から張り出すベース部材を有する、
    　請求項５に記載の作業機械。
12. 　前記ベース部材が前記車体から張り出した後、前記搬送アームが移動する、
    　請求項１１に記載の作業機械。
13. 　前記車体は、前記作業機が連結される車体フレームと、前記車体フレームの後部に配置されるリヤカバーと、を含み、
    　前記リヤカバーは、前記ベース部材の後部に固定される、
    　請求項１２に記載の作業機械。
14. 　プロセッサを備え、
    　前記プロセッサは、
    　前記バッテリコネクタに装着されているバッテリパックの残容量を取得し、
    　前記バッテリパックの残容量が閾値以下であると判定した場合、前記バッテリコネクタから前記バッテリパックが外され、前記車体の外部に配置されているバッテリパックが前記バッテリコネクタに装着されるように、前記交換装置を制御する交換指令を出力する、
    　請求項１に記載の作業機械。
15. 　前記車体を支持する走行装置と、
    　前記車体の位置を検出する位置センサと、を備え、
    　前記プロセッサは、
    　前記車体の位置を取得し、
    　前記車体の外部に配置されている前記バッテリパックの位置を取得し、
    　前記車体の位置と前記バッテリパックの位置とに基づいて、前記車体が前記バッテリパックの位置に移動するように、前記走行装置を制御する走行指令を出力する、
    　請求項１４に記載の作業機械。
16. 　前記プロセッサは、
    　前記車体の外部に配置されている複数のバッテリパックのそれぞれの残容量を取得し、
    　残容量が最も多いバッテリパックが前記バッテリコネクタに装着されるように、前記交換指令を出力する、
    　請求項１４に記載の作業機械。
17. 　車体及び前記車体の前部に連結される作業機を備える作業機械において前記車体の内部に配置されているバッテリパックの交換装置を前記車体から張り出すことと、
    　前記車体の内部に配置されている第１のバッテリパックを前記交換装置で前記車体の外部に搬出することと、
    　前記車体の外部に配置されている第２のバッテリパックを前記交換装置で前記車体の内部に搬入することと、を含む、
    　バッテリパックの交換方法。
18. 　第１のバッテリパックを前記車体の外部の第１の交換位置に搬出した後、第２のバッテリパックが配置されている第２の交換位置に前記作業機械が移動する、
    　請求項１７に記載のバッテリパックの交換方法。
19. 　第１のバッテリパックを前記車体の外部の第１の交換位置に搬出した後、第１の交換位置とは異なる第２の交換位置に配置されている第２のバッテリパックを前記車体の内部に搬入する、
    　請求項１７に記載のバッテリパックの交換方法。
20. 　第１のバッテリパックを前記車体の外部の第１の交換位置に搬出した後、前記作業機械が移動することなく、第１の交換位置とは異なる第２の交換位置に配置されている第２のバッテリパックを前記車体の内部に搬入する、
    　請求項１７に記載のバッテリパックの交換方法。

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