特開 2024-25397 充電システム及び充電方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024025397

(43)【公開日】2024-02-26

(54)【発明の名称】充電システム及び充電方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20240216BHJP

   B60L 53/14 20190101ALI20240216BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20240216BHJP

   B60L 58/10 20190101ALI20240216BHJP

   B60L 53/30 20190101ALI20240216BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 P

B60L53/14

B60L50/60

B60L58/10

B60L53/30

H02J7/00 303C

H02J7/00 302A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022128802

(22)【出願日】2022-08-12

(71)【出願人】

【識別番号】000001052

【氏名又は名称】株式会社クボタ

(74)【代理人】

【識別番号】110001818

【氏名又は名称】弁理士法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】岡崎 一人

(72)【発明者】

【氏名】高瀬 竣也

【テーマコード（参考）】

5G503

5H125

【Ｆターム（参考）】

5G503AA04

5G503BA01

5G503BB01

5G503CA11

5G503FA06

5H125AA20

5H125AC12

5H125AC24

5H125BC21

5H125BE02

5H125DD02

5H125EE23

5H125FF14

(57)【要約】

【課題】煩わしい作業を要することなく、電動作業車に搭載されている蓄電装置の充電を行えるようにすることが要望されていた。
【解決手段】電動作業車１に搭載された第一蓄電装置４と、電気自動車５０に搭載された第二蓄電装置５１と、第一蓄電装置４と第二蓄電装置５１との夫々に対して通電接続が可能、かつ、第二蓄電装置５１からの第一電力を第一蓄電装置４が受電可能な第二電力に変換して第一蓄電装置４へ送電可能な変換装置５２と、が備えられ、第一蓄電装置４は第二電力にて充電が可能である。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動作業車に搭載された第一蓄電装置と、
電気自動車に搭載された第二蓄電装置と、
前記第一蓄電装置と前記第二蓄電装置との夫々に対して通電接続が可能、かつ、前記第二蓄電装置からの第一電力を前記第一蓄電装置が受電可能な第二電力に変換して前記第一蓄電装置へ送電可能な変換装置と、が備えられ、
前記第一蓄電装置は前記第二電力にて充電が可能である充電システム。

【請求項2】

前記変換装置に、前記第二蓄電装置から直流の前記第一電力を受電する受電部と、直流の前記第一電力を交流電力へ変換する第一交直変換部と、前記第一交直変換部によって変換された前記交流電力の電圧を前記第一蓄電装置が受電可能な電圧へ変圧する変圧部と、前記変圧部によって変圧された前記交流電力を直流の前記第二電力へ変換する第二交直変換部と、直流の前記第二電力を前記第一蓄電装置へ送電する送電部と、が備えられている請求項１に記載の充電システム。

【請求項3】

前記変換装置に、前記第一電力を受電する際の受電電圧を検出する検出部が備えられ、
前記変圧部は、前記検出部によって検出された前記受電電圧に対応して前記第一蓄電装置が受電可能な電圧へ変圧可能である請求項２に記載の充電システム。

【請求項4】

電動作業車に搭載された第一蓄電装置の充電方法であって、
電気自動車に搭載された第二蓄電装置からの第一電力を変換装置にて受電し、前記変換装置にて前記第一電力を前記第一蓄電装置が受電可能な第二電力に変換し、前記第二電力で前記第一蓄電装置を充電する充電方法。

【請求項5】

前記変換装置にて直流の前記第一電力を交流電力へ変換し、前記交流電力の電圧を前記第一蓄電装置が受電可能な電圧へ変圧し、変圧された前記交流電力を直流の前記第二電力へ変換する請求項４に記載の充電方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車体の走行駆動や作業装置の駆動が可能な電動駆動機構と駆動用電力を供給するための蓄電装置（バッテリー）とを備えた電動作業車に対して、充電を行うための充電システム及び充電方法に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の電動作業車の一例としての電動トラクタにおいては、例えば、特許文献１に記載されるように、蓄電装置の電力が消費されると、接続用コネクタを介して接続された外部の給電装置から充電が行われる。そして、充電を行う際には、電動作業車を外部の給電装置が設置されている場所まで移動して、給電装置に接続して充電を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－９５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

前記外部の給電装置は、所定位置にて固定状態で設置されるものであり、電動作業車に対して充電を行う際には、電動作業車を外部の給電装置が設置されている場所まで移動させて、給電装置に接続して充電を行う必要がある。

【0005】

例えば、電動トラクタ等の電動作業車は、単に移動走行するだけでなく、圃場等において駆動負荷の大きい対地作業等を行う場合があり、そのような場合には、電力消費量が過大になるおそれがあり、蓄電装置の充電量が使用者の予想よりも早く消費されることがある。

【0006】

しかし、従来構成では、作業途中で蓄電装置の充電量が残り少なくなると、電動作業車を外部の給電装置が設置されている場所まで移動させる等の煩わしい作業が必要となる等の不利な面があった。

【0007】

そこで、煩わしい作業を要することなく、電動作業車に搭載されている蓄電装置の充電を行えるようにすることが要望されていた。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る充電システムの特徴構成は、電動作業車に搭載された第一蓄電装置と、電気自動車に搭載された第二蓄電装置と、前記第一蓄電装置と前記第二蓄電装置との夫々に対して通電接続が可能、かつ、前記第二蓄電装置からの第一電力を前記第一蓄電装置が受電可能な第二電力に変換して前記第一蓄電装置へ送電可能な変換装置と、が備えられ、前記第一蓄電装置は前記第二電力にて充電が可能である点にある。

【0009】

本発明によれば、電動作業車に搭載された第一蓄電装置に対して充電を行う場合、変換装置を電動作業車に搭載された第一蓄電装置と電気自動車に搭載された第二蓄電装置との夫々に接続する。変換装置は、第二蓄電装置からの第一電力を第二電力に変換して、第一蓄電装置へ送電することができる。

【0010】

例えば、圃場等において電動作業車の第一蓄電装置の充電量が残り少なくなったような場合であっても、電気自動車と変換装置とを電動作業車に近い箇所まで移動させたのち、電気自動車に搭載された第二蓄電装置から電動作業車の第一蓄電装置に対して充電を行うことができる。

【0011】

従って、電動作業車を固定状態で設置される給電装置の近くまで移動させなくても、電気自動車に搭載されている第二蓄電装置の電力を利用することにより、煩わしい作業を要することなく、第一蓄電装置の充電を行うことが可能となる。

【0012】

本発明においては、前記変換装置に、前記第二蓄電装置から直流の前記第一電力を受電する受電部と、前記直流の第一電力を交流電力へ変換する第一交直変換部と、前記第一交直変換部によって変換された前記交流電力の電圧を前記第一蓄電装置が受電可能な電圧へ変圧する変圧部と、前記変圧部によって変圧された前記交流電力を直流の前記第二電力へ変換する第二交直変換部と、直流の前記第二電力を前記第一蓄電装置へ送電する送電部と、が備えられていると好適である。

【0013】

本構成によれば、変換装置により、受電部にて受電した第二蓄電装置からの直流の第一電力を第一交直変換部にて交流電力に変換する。そのような変換された交流電力を変圧部にて第一蓄電装置に適した電圧の交流電力に変化したのち、第二交直変換部にて直流に変換する。そして、送電部から第一蓄電装置へ送電する。

【0014】

その結果、第二蓄電装置にて使用される電圧と第一蓄電装置にて使用される電圧とが異なっていても、変圧し易い交流電力に変換したのち第一蓄電装置に適した電圧にて変化でき、良好に充電処理を行うことができる。

【0015】

本発明においては、前記変換装置に、前記第一電力を受電する際の受電電圧を検出する検出部が備えられ、前記変圧部は、前記検出部によって検出された前記受電電圧に対応して前記第一蓄電装置が受電可能な電圧へ変圧可能であると好適である。

【0016】

本構成によれば、変換装置が第二蓄電装置に接続されると、検出部にて自動的に受電電圧を検出して、変圧部がその検出結果に対応して適切な電圧に変圧する。その結果、電気自動車に搭載される第二蓄電装置の電圧を予め計測して、その電圧に応じて変圧部の動作を調整する等の煩わしい作業が不要であり、能率よく充電作業を行える。

【0017】

本発明に係る充電方法の特徴は、電動作業車に搭載された第一蓄電装置の充電方法であって、電気自動車に搭載された第二蓄電装置からの第一電力を変換装置にて受電し、前記変換装置にて前記第一電力を前記第一蓄電装置が受電可能な第二電力に変換し、前記第二電力で前記第一蓄電装置を充電する点にある。

【0018】

本方法によれば、電気自動車に搭載された第二蓄電装置からの第一電力が変換装置によって受電され、第一電力を第二電力に変換したのち、その第二電力にて第一蓄電装置を充電することができる。

【0019】

従って、電動作業車を固定状態で設置される給電装置の近くまで移動させなくても、電気自動車に搭載されている第二蓄電装置の電力を利用することにより、煩わしい作業を要することなく、第一蓄電装置の充電を行うことが可能となる。

【0020】

本発明においては、前記変換装置にて直流の前記第一電力を交流電力へ変換し、前記交流電力の電圧を前記第一蓄電装置が受電可能な電圧へ変圧し、変圧された前記交流電力を直流の前記第二電力へ変換すると好適である。

【0021】

本構成によれば、直流の第一電力を変圧が容易な交流電力へ変換して第一蓄電装置が受電可能な電圧へ変圧したのち直流の第二電力へ変換することで、良好な状態で第一蓄電装置を充電することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】トラクタの左側面図である。

【図2】インバータ等の配置を示す左側面図である。

【図3】動力伝達の流れを示す図である。

【図4】充電用の構成を示すブロック図である。

【図5】充電システムを示す図である。

【図6】変換装置のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本発明を実施するための形態について、図面に基づき説明する。尚、以下の説明においては、特に断りがない限り、図中の矢印Ｆの方向を「前」、矢印Ｂの方向を「後」として、矢印Ｌの方向を「左」、矢印Ｒの方向を「右」とする。図中の矢印Ｕの方向を「上」、矢印Ｄの方向を「下」とする。

【0024】

〔電動トラクタの全体構成〕
以下では、本発明に係る電動作業車の一例としての電動トラクタ１について説明する。図１に示すように、電動トラクタ１は、車体走行装置としての左右の前車輪１０及び左右の後車輪１１、カバー部材１２を備えている。

【0025】

電動トラクタ１は、機体フレーム２及び運転部３を備えている。機体フレーム２は、左右の前車輪１０及び左右の後車輪１１に支持されている。

【0026】

カバー部材１２は、機体前部に配置されている。そして、運転部３は、カバー部材１２の後方に設けられている。言い換えれば、カバー部材１２は、運転部３の前方に配置されている。

【0027】

運転部３は、保護フレーム３０、運転座席３１、ステアリングホイール３２を有している。オペレータは、運転座席３１に着座可能である。これにより、オペレータは、運転部３に搭乗可能である。ステアリングホイール３２の操作によって、左右の前車輪１０は操向操作される。オペレータは、運転部３において、各種の運転操作を行うことができる。

【0028】

電動トラクタ１は、走行用バッテリー４（第一蓄電装置の一例）を備えている。カバー部材１２は、機体左右方向に沿う開閉軸芯Ｑ周りに揺動可能に構成されている。これにより、カバー部材１２は、開閉可能に構成されている。カバー部材１２が閉状態であるとき、走行用バッテリー４は、カバー部材１２に覆われている。

【0029】

図２に示すように、電動トラクタ１は、インバータ１４及び電動モータＭを備えている。走行用バッテリー４は、インバータ１４へ電力を供給する。インバータ１４は、走行用バッテリー４からの直流電力を交流電力に変換して電動モータＭへ供給する。そして、電動モータＭは、インバータ１４から供給される交流電力により駆動する。

【0030】

図２及び図３に示すように、電動トラクタ１は、静油圧式無段変速装置１５及びトランスミッション１６を備えている。図３に示すように、静油圧式無段変速装置１５は、油圧ポンプ１５ａ及び油圧モータ１５ｂを有している。

【0031】

油圧ポンプ１５ａは、電動モータＭからの回転動力により駆動する。油圧ポンプ１５ａが駆動することにより、油圧モータ１５ｂから回転動力が出力される。尚、静油圧式無段変速装置１５は、油圧ポンプ１５ａと油圧モータ１５ｂとの間で回転動力が変速されるように構成されている。静油圧式無段変速装置１５は、変速比を無段階に変更可能に構成されている。

【0032】

油圧モータ１５ｂから出力された回転動力は、トランスミッション１６に伝達される。トランスミッション１６に伝達された回転動力は、トランスミッション１６の有するギヤ式変速機構によって変速され、左右の前車輪１０及び左右の後車輪１１へ分配される。これにより、左右の前車輪１０及び左右の後車輪１１が駆動する。

【0033】

図２及び図３に示すように、電動トラクタ１は、動力取り出し軸としてのミッドＰＴＯ軸１７及びリヤＰＴＯ軸１８を備えている。電動モータＭから出力された回転動力は、油圧ポンプ１５ａ、ミッドＰＴＯ軸１７、リヤＰＴＯ軸１８へ分配される。これにより、ミッドＰＴＯ軸１７及びリヤＰＴＯ軸１８が回転する。

【0034】

ミッドＰＴＯ軸１７又はリヤＰＴＯ軸１８に外部装置としての作業装置が接続されていれば、ミッドＰＴＯ軸１７又はリヤＰＴＯ軸１８の回転動力により、作業装置が駆動することとなる。例えば、図２に示すように、本実施形態では、ミッドＰＴＯ軸１７に草刈装置１９が接続されている。ミッドＰＴＯ軸１７の回転動力により、草刈装置１９が駆動する。

【0035】

〔モータの制御に係る構成〕
図４に示すように、電動モータＭの制御に係る構成は、アクセル装置３３と、電動モータＭの作動を制御する制御装置３４と、インバータ１４と、を備えている。アクセル装置３３は、ステアリングホイール３２の近傍に備えられている。アクセル装置３３は、図示はしないが、揺動操作可能なレバーと、レバーの揺動操作によって操作されるポテンショメータとを備えている。アクセル装置３３は制御装置３４と接続されている。制御装置３４は、信号用ハーネス３５を介してインバータ１４と接続されている。制御装置３４は、アクセル装置３３の指令に応じて、インバータ１４に指令するように構成されている。インバータ１４は、制御装置３４の指令に応じて、走行用バッテリー４から電動モータＭに供給される電力を調整して電動モータＭの出力を制御するように構成されている。

【0036】

〔充電に係る構成〕〔１〕
図４に示すように、走行用バッテリー４は、外部の給電装置ＫＤにより充電可能である。この給電装置は、所定の場所に予め位置固定状態で設置されるものであり、充電を行う場合には、電動トラクタを給電装置が設置される場所まで移動させる必要がある。

【0037】

電動トラクタ１には、給電装置ＫＤの給電用コネクタ３６が接続可能な充電用接続部３７が備えられている。充電用接続部３７は、カバー部材１２の内部に備えられ、カバー部材１２を揺動開放すると、外方に露出する。制御装置３４は、電動モータＭの作動を制御するとともに、給電装置ＫＤによる充電状態を制御する。

【0038】

充電用接続部３７は、一般的に使用される標準的な規格（チャデモ規格、ＣＣＳ規格等）に準拠したものである。給電用コネクタ３６が充電用接続部３７に接続された状態で、電力供給線３９を介して走行用バッテリー４に対する充電が行われる。走行用バッテリー４は、電力供給線３９を介して高電圧（例えば、数十ボルト～数百ボルト）の電力をインバータ１４、走行用電動モータＭに供給する。

【0039】

電動トラクタ１には、走行用バッテリー４の他に、制御装置３４及びその他の電装品に電力を供給する電装品用バッテリー４１が備えられている。電装品用バッテリー４１は、電装品を駆動するために低電圧（１２ボルト）の電力を供給する。電装品用バッテリー４１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２を介して走行用バッテリー４から供給される電力にて充電される。操作パネル４３には、例えば、車体の走行状態、作業状態、バッテリーの情報（充電量や温度）等を表示するメータパネル４８が備えられている。メータパネル４８は、制御装置３４に接続され、制御装置３４にて作動が制御されている。

【0040】

制御装置３４、インバータ１４、走行用バッテリー４、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２、メータパネル４８、及び、充電用接続部３７等は、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）方式の信号用ハーネス３５を介してデータを通信可能に接続されている。制御装置３４は、充電通信用ハーネス４９及び充電用接続部３７を介して給電装置ＫＤとの間で信号が通信可能に構成されている。

【0041】

制御装置３４は、給電用コネクタ３６が充電用接続部３７に接続されている状態で、動作可能状態に切り換えられると、充電モードに切り換わる。そして、充電モードにおいて、給電装置ＫＤにより走行用バッテリー４への充電を行うように構成されている。

【0042】

〔充電に係る構成〕〔２〕
この電動トラクタ１は、給電装置ＫＤによる充電以外にも、一般的に使用されている乗用車である電気自動車５０に搭載されるバッテリー５１（第二蓄電装置の一例）からの電力によっても充電が可能に構成されている。

【0043】

図５に、電気自動車５０に搭載されるバッテリー５１（以下、第二バッテリーという）から電動トラクタ１の走行用バッテリー４（以下、第一バッテリーという）に対して充電を行うための充電システムが記載されている。

【0044】

この充電システムは、電動トラクタ１に搭載された第一バッテリー４と、電気自動車５０に搭載された第二バッテリー５１と、第一バッテリー４と第二バッテリー５１との夫々に対して通電接続が可能、かつ、第二バッテリー５１からの第一電力を第一バッテリー４が受電可能な第二電力に変換して第一バッテリー４へ送電可能な変換装置５２と、が備えられ、第一バッテリー４は第二電力にて充電が可能に構成されている。

【0045】

図６に示すように、変換装置５２には、第二バッテリー５１から直流の第一電力を受電する受電部５３と、第二バッテリー５１から第一電力を受電する際の受電電圧を検出する検出部５４と、直流の第一電力を交流電力へ変換する第一交直変換部５５と、第一交直変換部５５によって変換された交流電力の電圧を第一バッテリー４が受電可能な電圧へ変圧する変圧部５６と、変圧部５６によって変圧された交流電力を直流の第二電力へ変換する第二交直変換部５７と、直流の第二電力を第一バッテリー４へ送電する送電部５８と、が備えられている。変圧部５６は、検出部５４によって検出された受電電圧に対応して第一バッテリー４が受電可能な電圧へ変圧可能に構成されている。

【0046】

変換装置５２には、給電装置ＫＤの給電用コネクタ３６と同様な第一給電用コネクタ５９が備えられ、電動トラクタ１の充電用接続部３７に接続可能である。変換装置５２には、電動トラクタ１に対する給電用コネクタ３６と同様な構成の電気自動車用の第二給電用コネクタ６０が備えられ、電気自動車５０には、第二給電用コネクタ６０が接続可能な充電用接続部６１が備えられている。充電用接続部６１は、一般的に使用される標準的な規格に準拠したものである。

【0047】

この充電システムを用いて充電する場合には、電動トラクタ１、電気自動車５０と、変換装置５２とを接続可能な近い位置に位置させて、変換装置５２の第一給電用コネクタ５９を電動トラクタ１の充電用接続部３７に接続し、変換装置５２の第二給電用コネクタ６０を電気自動車５０の充電用接続部６１に接続する。

【0048】

電気自動車５０に搭載された第二バッテリー５１からの第一電力を変換装置５２の受電部５３にて受電し、直流の第一電力を第一交直変換部５５により交流電力へ変換する。変圧部５６によって交流電力の電圧を第一バッテリー４が受電可能な電圧へ変圧し、第二交直変換部５７によって変圧された交流電力を直流の第二電力へ変換する。このとき、変圧部５６は検出部５４にて検出された第一電力の電圧に応じて、第一バッテリー４が受電可能な電圧へ自動的に変圧する。変換された直流の第二電力を送電部５８及び第一給電用コネクタ５９を介して電動トラクタ１の第一バッテリー４に供給して充電を行なう。

【0049】

変換装置５２は、例えば、運搬トラック等に積載して任意の場所に移動することが可能である。また、電気自動車５０も任意の場所に移動することが可能である。従って、電動トラクタ１が圃場にて作業している途中で充電量が減少した場合であっても、電気自動車５０及び変換装置５２を電動トラクタ１が存在する場所まで移動して充電を行なうことが可能である。

【0050】

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、変換装置５２に第一交直変換部５５と、変圧部５６と、第二交直変換部５７と、が備えられ、直流の電力を交流に変換して電圧値を変換するようにしたが、このような構成に代えて、直流の電力をそのまま電圧値が異なる直流の電力に変換することが可能な直流電圧変換装置を備える構成としてもよい。

【0051】

（２）上記実施形態では、変換装置５２に、検出部５４が備えられ、変圧部５６が、検出された受電電圧に対応して第一バッテリー４が受電可能な電圧へ変圧可能な構成としたが、このような構成に代えて、予め、電圧値が判明している第二バッテリー５１を搭載した電気自動車５０を用いるようにして、変圧部５６による変圧比が常に一定に設けられる構成としてもよい。

【0052】

（３）上記実施形態では、電動トラクタ１を示したが、本発明は電動トラクタに限らず、電動コンバインや電動田植え機をはじめとする各種の電動作業車に適用することができる。

【産業上の利用可能性】

【0053】

本発明は、車体の走行駆動や作業装置の駆動が可能な電動駆動機構と駆動用電力を供給するための蓄電装置（バッテリー）とを備えた電動作業車に対して、充電を行うための充電システムに適用できる。

【符号の説明】

【0054】

１ 電動作業車
４ 第一バッテリー（第一蓄電装置）
５０ 電気自動車
５１ 第二バッテリー（第二蓄電装置）
５２ 変換装置
５３ 受電部
５４ 検出部
５５ 第一交直変換部
５６ 変圧部
５７ 第二交直変換部
５８ 送電部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】