特許 6021598 ハイブリッド電動作業車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6021598

(24)【登録日】2016年10月14日

(45)【発行日】2016年11月9日

(54)【発明の名称】ハイブリッド電動作業車両

(51)【国際特許分類】

   B60W 10/08 20060101AFI20161027BHJP

   B60W 20/10 20160101ALI20161027BHJP

   B60K 6/48 20071001ALI20161027BHJP

   B60L 1/00 20060101ALI20161027BHJP

   B60L 11/14 20060101ALI20161027BHJP

   B65F 3/00 20060101ALI20161027BHJP

【ＦＩ】

   B60W10/08 900

   B60W20/10

   B60K6/48ZHV

   B60L1/00 L

   B60L11/14

   B65F3/00 Z

【請求項の数】1

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2012-251516(P2012-251516)

(22)【出願日】2012年11月15日

(65)【公開番号】特開2014-97766(P2014-97766A)

(43)【公開日】2014年5月29日

【審査請求日】2015年4月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002358

【氏名又は名称】新明和工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大久保 優介

(72)【発明者】

【氏名】間橋 利行

【審査官】 神山 貴行

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１３１３４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０８０３３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１０７９４８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２７９８０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２０７３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５９５９４２０（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｋ ６／００ − ６／５４７

Ｂ６０Ｗ １０／００ − ５０／１６

Ｂ６０Ｋ １７／００ − １７／３６

Ｂ６０Ｌ １／００ − １５／４２

Ｆ０２Ｄ ２９／００ − ２９／０６

Ｂ６５Ｆ ３／００ − ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンと走行用電動機とを駆動源としたハイブリッド電動作業車両において、
電動アクチュエータを有する作業装置と、
上記電動アクチュエータ及び上記走行用電動機に供給する電力を蓄えるバッテリと、
上記バッテリの電力を上記電動アクチュエータ及び上記走行用電動機に配分する制御装置とを備え、
上記制御装置は、
上記バッテリの電力を走行用電動機に供給して走行を補助する走行アシストを行うか否かを判定するための、バッテリの残容量を満充電容量で割った値であるＳＯＣの下限であるアシストリミッタ閾値を初期設定すると共に、上記作業装置の駆動時における上記ＳＯＣの下限である架装リミッタ閾値を初期設定し、
上記作業装置の駆動時に上記ＳＯＣが上記架装リミッタ閾値よりも小さくなった回数である電力不足発生カウンタ変数をカウントし、該電力不足発生カウンタ変数が所定回数を超える度に上記アシストリミッタ閾値を増加させ、上記電動アクチュエータ優位に移行させるように構成されると共に、
上記バッテリのみの電力で上記作業装置を駆動した回数である電動駆動実施カウンタ変数をカウントし、該電動駆動実施カウンタ変数が所定回数を超える度に上記アシストリミッタ閾値を減少させ、上記走行用電動機優位に移行させるように構成されている
ことを特徴とするハイブリッド電動作業車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ハイブリッド電動作業車両に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、量産化が進むハイブリッド車両は、高電圧バッテリによって駆動する電動モータによって、エンジンをアシストすることで、走行時の車両の燃費を向上させている。その一方、特装車両についても、塵芥積込装置などの作業装置側がシャシ側とは独立して高電圧バッテリを保持し、そのバッテリによって特装部分の電動化を行っている。

【0003】

そして、エンジンアシストのためのバッテリと、作業装置のためのバッテリとを共有化したハイブリッド電動作業車両が知られている。例えば、特許文献１のハイブリッドシステムを適用した特装車においては、電力の供給源の状態と車両に必要な電力量とに基づいて走行駆動源としての走行用電動機への電力の供給よりも作業装置への電力の供給を優先させて上記供給源からの電力の供給先を決定することで、特装車に搭載された作業装置における作業性能を維持するようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４−１３５３７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、車両全体として最もよい燃費を出すためには、単に作業装置を優先して電力を配分するのではなく、最適なエンジンアシストと作業装置側との電力配分を決定する必要がある。

【0006】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、自動で簡単に車両総合燃費のよいエンジンアシストと作業装置側との電力配分を決定できるようにすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するために、この発明では、所定の条件で電動アクチュエータ（作業装置）優位に移行させるようにした。

【0008】

具体的には、第１の発明では、
エンジンと走行用電動機とを駆動源としたハイブリッド電動作業車両において、
電動アクチュエータを有する作業装置と、
上記電動アクチュエータ及び上記走行用電動機に供給する電力を蓄えるバッテリと、
上記バッテリの電力を上記電動アクチュエータ及び上記走行用電動機に配分する制御装置とを備え、
上記制御装置は、
上記バッテリの電力を走行用電動機に供給して走行を補助する走行アシストを行うか否かを判定するための、バッテリの残容量を満充電容量で割った値であるＳＯＣの下限であるアシストリミッタ閾値を初期設定すると共に、上記作業装置の駆動時における上記ＳＯＣの下限である架装リミッタ閾値を初期設定し、
上記作業装置の駆動時に上記ＳＯＣが上記架装リミッタ閾値よりも小さくなった回数である電力不足発生カウンタ変数をカウントし、該電力不足発生カウンタ変数が所定回数を超える度に上記アシストリミッタ閾値を増加させ、上記電動アクチュエータ優位に移行させるように構成されている。

【0009】

上記の構成によると、作業装置の駆動時にＳＯＣが架装リミッタ閾値よりも小さくなる回数が多いと、常時バッテリの残量が少なめであると判断し、走行アシスト優位から作業装置優位へ移行させることにより走行時にバッテリ容量を減らしすぎないようにすることができる。架装リミッタ閾値を制御装置が適切な値に近付けることにより、最適な制御が行える。

【0010】

特に、
上記制御装置は、上記バッテリのみの電力で上記作業装置を駆動した回数である電動駆動実施カウンタ変数をカウントし、該電動駆動実施カウンタ変数が所定回数を超える度に上記アシストリミッタ閾値を減少させ、上記走行用電動機優位に移行させるように構成されている。

【0011】

上記の構成によると、バッテリ容量が多いと、バッテリのみで作業装置を駆動できる回数が増えるので、電動駆動実施カウンタ変数が所定回数を超えると、アシストリミッタ閾値を減少させて走行時のバッテリの残量の閾値を少し減らすことにより、エンジンアシスト優位に移行させて走行時の燃費を向上させることができる。

【発明の効果】

【0012】

以上説明したように、本発明によれば、作業装置の駆動時にＳＯＣが架装リミッタ閾値よりも小さくなった回数である電力不足発生カウンタ変数をカウントし、この電力不足発生カウンタ変数が所定回数を超える度にアシストリミッタ閾値を増加させ、電動アクチュエータ優位に移行させるようにしたことにより、走行用電動機と電動アクチュエータとの間で電力配分を変化させながら最も総合燃費が高い電力配分を自動で計算することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態に係る電動塵芥収集車を示す側面図である。

【図2】本発明に係る電動塵芥収集車の概略平面図である。

【図3】本発明に係る電動塵芥収集車の一部ブロック図である。

【図4】本実施形態に係る電力配分の自動計算方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0015】

図１は、本発明の実施形態に係る電動塵芥収集車の側面図である。本発明のハイブリッド電動作業車両としての電動塵芥収集車１は、走行するための車両１０と、架装物である、塵芥を収集する作業を行うための、作業装置としての塵芥収集装置２０とを備えている。

【0016】

車両１０は、シャシ１１と、シャシ１１の前部に設けられたキャブ１２とを備えている。シャシ１１には、前部に左右一対の車輪１１ａと後部に左右一対の車輪１１ｂが設けられている。キャブ１２の内部には運転席及び助手席が設けられ、キャブ１２の左右両側には搭乗者が乗降するためのドア１２ａが設けられている。

【0017】

塵芥収集装置２０は、塵芥を収容するための塵芥収容箱２１と、塵芥収容箱２１の後方に設けられ、塵芥を塵芥収容箱２１に積み込むための塵芥積込装置２２とを備えている。塵芥積込装置２２の後面の下部には矩形状の塵芥投入口２２ａが設けられる。塵芥投入口２２ａは扉２２ｂによって開閉される。

【0018】

塵芥積込装置２２の内部には、塵芥投入口２２ａから投入された塵芥を圧縮して塵芥収容箱２１に向かって押し込むための圧縮押込機構２３が設けられている。塵芥積込装置２２には、圧縮押込機構２３を作動させるための操作部としての操作スイッチ２２ｃが塵芥投入口２２ａに隣接して設けられている。

【0019】

圧縮押込機構２３は、塵芥投入口２２ａから投入された塵芥を塵芥収容箱２１側に掻き揚げるための回転板２３ａと、回転板２３ａが掻き揚げた塵芥を塵芥収容箱２１に押し込む押込板２３ｂとを有している。回転板２３ａは油圧モータ２３ｃによって駆動され、押込板２３ｂは油圧シリンダ２３ｄによって駆動されるようになっている。

【0020】

図２は、本発明に係る電動塵芥収集車の概略平面図である。電動塵芥収集車１は、主に車両１０を走行させるためのエンジンＥ及び走行用電動機としてのモータジェネレータ（ＭＧ）２４を有するハイブリッドシステムを備えている。エンジンＥ又はモータジェネレータ２４の動力がトランスミッションＴを介してデフ（ディファレンシャルギア）４０に伝達されるようになっている。

【0021】

図３は、本発明に係る電動塵芥収集車の一部ブロック図である。電動塵芥収集車１は、モータジェネレータ２４及び電動アクチュエータとしての電動モータ２５を駆動させるためのバッテリとしてのリチウムイオンバッテリＢと、架装側インバータ２７と、車両側インバータ２９とを備えている。架装側インバータ２７と、車両側インバータ２９とは、それぞれリチウムイオンバッテリＢと電力供給用直流配線（太線で示す）で接続されている。車両側インバータ２９とモータジェネレータ２４及び架装側インバータ２７と電動モータ２５は、電力供給用交流配線（実線で示す）でそれぞれ接続されている。架装側インバータ２７からの電力が電動モータ２５に供給されてポンプ２６を駆動する。ポンプ２６の油圧は、アキュムレータ４１及び制御バルブ４２を介して圧縮押込機構２３の油圧モータ２３ｃ、油圧シリンダ２３ｄ等に供給され、これらの油圧アクチュエータが駆動される。作動油は、作動油タンク４３に戻される。そして、サンクションフィルタ４４を通った作動油が再びポンプ２６に供給されるようになっている。

【0022】

ＥＣＵ（Electronic Control Unit又はEngine Control Unit）３０は、ほぼすべての電気系統を制御する、車両を管理しているコントローラであり、エンジンＥの点火時期や燃料噴射、アイドルアップ、リミッタといった基本的な制御だけでなく、トランスミッションＴの制御をはじめ、駆動系（ＡＣＤ等）、制動系（ＡＢＳ等）、操舵系（ＡＷＤ等）など、車両全体の制御系を統括コントロールしている。このため、ＥＣＵ３０は、エンジンＥ、架装側インバータ２７と、車両側インバータ２９等と通信配線（破線で示す）によって接続され、車両総合燃費の計算も行う。ＥＣＵ３０は、後述するＢＣＵ３１の制御も行っているため、エンジンＥの出力状態やＢＣＵ３１からのバッテリ残量も把握している。ＥＣＵ３０のメモリに、走行・作業装置駆動でどれほどの燃料を消費したのか、また、それぞれでどれほどのバッテリ電力を使用したのか、作業装置駆動時にどれだけバッテリ電力量不足が発生したのか等を記録可能となっている。

【0023】

ＥＣＵ３０は、通信配線を介して架装側インバータ２７及び車両側インバータ２９に駆動するための命令信号を送り、架装側インバータ２７及び車両側インバータ２９は、ＥＣＵ３０の命令を基に出力のオン・オフを切り替えるようになっている。また、その出力量等もＥＣＵ３０の命令により出力するようになっている。車両側インバータ２９は、モータジェネレータ２４の電力を交流から直流へ変換してリチウムイオンバッテリＢへ供給し、又は、その逆を行う。一方、架装側インバータ２７は、リチウムイオンバッテリＢの電力を直流から交流へ変換し、電動モータ２５へ供給するようになっている。

【0024】

リチウムイオンバッテリＢには、ＢＣＵ３１（Battery Control Unit：バッテリコントロールユニット）が設けられ、このＢＣＵ３１により、リチウムイオンバッテリＢの残量のチェック等が可能となっている。具体的には、ＢＣＵ３１は、リチウムイオンバッテリＢが安全に電力を充放電できるように、リチウムイオンバッテリＢの電力量や温度管理を行っている。

【0025】

電動塵芥収集車１は、ハイブリッド車両であるので、走行時に適宜モータジェネレータ２４を駆動して充電可能となっている。

【0026】

次に、本実施形態に係る電力配分の自動計算方法について詳しく説明する。図４は、電力配分の自動計算方法を示すフローチャートである。

【0027】

まず、車両１０の初期設定について説明する。走行時のエンジンアシストバッテリ電力リミッタａをａ＝０％と初期設定して出荷する。ここで、ａは、走行アシスト時のバッテリ電力供給リミッタを格納する変数であり、アシストリミッタ閾値に対応する。また、塵芥収集装置２０（作業装置）のバッテリ駆動時における架装リミッタ閾値としての電力不足発生カウンタ変数ｂをｂ＝０として初期設定する。ここで、ｂは、作業装置のバッテリ電力不足が発生した回数を格納する変数である。また、作業装置のバッテリ電力により作業装置を駆動した回数を格納する電動駆動実施カウンタ変数ｃをｃ＝０として初期設定する。

【0028】

まず、ステップＳ１０において、ＥＣＵ３０が、車両１０が走行中であるかを判定する。走行中である場合、ステップＳ１１に進み、走行中でない場合には、ステップＳ１４に進む。

【0029】

ステップＳ１１では、ＳＯＣ（ステート・オブ・チャージ：残容量／満充電容量）がａ％以上あるか判定する。ａ％以上のときは、ステップＳ１２に進み、走行時にリチウムイオンバッテリＢの電力を車両側インバータ２９を介してモータジェネレータ２４に供給してモータアシストを行い燃費を向上させ、ステップＳ１９に進む。

【0030】

逆に、ａ％よりも小さいときには、走行時における電力量のリミッタを下回っているため、リチウムイオンバッテリＢの電力によるモータアシストを停止し、電力回生に特化し、ステップＳ１９に進む。

【0031】

一方、走行中でない場合には、作業装置が駆動されている可能性があり、ステップＳ１４に進む。ここで、ＳＯＣが０％よりも大きいか判定される。０％のときには、ステップＳ１５に進み、エンジンＥの動力でモータジェネレータ２４により発電させながら、架装側インバータ２７を介して電動モータ２５を駆動させる。

【0032】

次いで、作業装置駆動時にステップＳ１６において、リチウムイオンバッテリＢの電力不足が発生したため、バッテリ電力不足カウンタ変数ｂについて、ｂ＝ｂ＋１とし、ステップＳ１９に進む。

【0033】

一方、ＳＯＣが０％よりも大きいときには、ステップＳ１７に進み、架装側インバータ２７を介して電動モータ２５を駆動する。また、エンジンＥによる発電は必要でないので、エンジンＥは、停止する。

【0034】

作業装置駆動時にステップＳ１８において、リチウムイオンバッテリＢの電力のみを使用して作業装置を駆動したことから、電動駆動実施カウンタ変数ｃについてｃ＝ｃ＋１とし、ステップＳ１９に進む。

【0035】

ステップＳ１９では、バッテリ電力不足カウンタ変数ｂが５よりも大きいか判定する。５よりも大きい場合には、ステップＳ２０に進み、走行時モータアシストリミッタ閾値ａを上げて（ａ＝ａ＋１）、バッテリ電力不足カウンタ変数ｂを０にリセットする（ｂ＝０）。これにより、走行アシストへの電力供給をセーブして、作業装置への電力を優位にすることができる。

【0036】

次いで、ステップＳ２１において、電動駆動実施カウンタ変数ｃが２０００よりも大きいか判定する。２０００よりも大きいときには、ステップＳ２２に進み、走行時モータアシストリミッタ閾値ａが１よりも大きいとき、ａのカウントを下げて（ａ＝ａ−１）、電動駆動実施カウンタ変数ｃを０にリセットする。これにより、走行アシストへの供給のリミットを緩和することができる。

【0037】

なお、塵芥収集装置２０の駆動に電力を優先的に供給したい場合には、例えば、ａの初期値を６０％とし、走行時に電力残量が６０％を切った段階で電力供給を停止するようにし、塵芥収集装置２０側では電力残量が０％になるまで供給し続けるように設定するとよい。

【0038】

また、１日あたり塵芥収集装置２０で例えばＰｋＷｈ消費することがデータ蓄積によりえられるので、バッテリ残電力がＰｋＷｈを切った段階で、走行への電力供給を停止すること等の方策をとることができる。

【0039】

したがって、本実施形態によれば、モータジェネレータ２４と電動モータ２５との間で電力配分を変化させながら最も総合燃費が高い電力配分を自動で計算することができる。

【0040】

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

【0041】

すなわち、上記実施形態では、バッテリとしてリチウムイオンバッテリＢの例を示したが、これは、ニッケル水素バッテリでもよい。リチウムイオンバッテリは、軽量且つコンパクトで、大電流を充電且つ放出可能であり、効率がよく、ニッケル水素バッテリは、リチウムイオンバッテリに比べて効率は落ちるが、比較的安価で信頼性が高い。さらに、バッテリは、鉛バッテリとしてもよい。鉛バッテリは、メンテナンスが容易で、充電時の過電圧の制御がし易くて信頼性が極めて高く、安価で入手しやすい。

【0042】

上記実施形態では、自動制御を行っているが、別途専用操作盤を設け、ユーザーが任意に優先電力配分を変更できるスイッチを設けてもよい。これは、必ずしも自動制御の値が正確であるという確証がもてない場合や、どうしても一定区間内においてエンジンを停止して電動モータ２５を駆動しなければならない状況が発生しうる場合、より多くの電力を確保していたいという意思があった場合等に有効的なスイッチとなる。

【0043】

また、上記実施形態では、電動塵芥収集車１は、回転式の圧縮押込機構２３を有しているが、摺動板と圧縮板とが反転、下降、圧縮及び上昇を１サイクルとして作動する圧縮押込機構を有していてもよく、さらに遊星歯車式の駆動方式による圧縮板を備えた圧縮押込機構を有していてもよい。

【0044】

また、上記実施形態では、電動作業車両は、電動塵芥収集車１としたがこれに限定されず、電動タンクローリ、電動吸引車等電動アクチュエータを有する作業装置を備えた他の作業車両でもよい。

【0045】

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。また、各実施形態に記載された技術的特徴は、互いに組合せ可能であり、組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

【産業上の利用可能性】

【0046】

以上説明したように、本発明は、ハイブリッド電動作業車両について有用である。

【符号の説明】

【0047】

１ 電動塵芥収集車（電動作業車両）
１０ 車両
１１ シャシ
１１ａ 車輪
１１ｂ 車輪
１２ キャブ
１２ａ ドア
２０ 塵芥収集装置（作業装置、架装物）
２１ 塵芥収容箱
２２ 塵芥積込装置
２２ａ 塵芥投入口
２２ｂ 扉
２２ｃ 操作スイッチ
２３ 圧縮押込機構
２３ａ 回転板
２３ｂ 押込板
２３ｃ 油圧モータ
２３ｄ 油圧シリンダ
２４ モータジェネレータ（走行用電動機）
２５ 電動モータ（電動アクチュエータ）
２６ ポンプ
２７ 架装側インバータ
２９ 車両側インバータ
３０ ＥＣＵ
３１ ＢＣＵ
４１ アキュムレータ
４２ 制御バルブ
４３ 作動油タンク
４４ サンクションフィルタ
ａ エンジンアシストバッテリ電力リミッタ（アシストリミッタ閾値）
ｂ 電力不足発生カウンタ変数（架装リミッタ閾値）
ｃ 電動駆動実施カウンタ変数

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】