特開 2024-76084 作業車両

(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】P2024076084

(43)【公開日】2024-06-05

(54)【発明の名称】作業車両

(51)【国際特許分類】

   B60L 3/04 20060101AFI20240529BHJP

   B60L 1/00 20060101ALI20240529BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20240529BHJP

   B60L 58/12 20190101ALI20240529BHJP

【ＦＩ】

B60L3/04 D

B60L1/00 L

B60L50/60

B60L58/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022187468

(22)【出願日】2022-11-24

(71)【出願人】

【識別番号】000000125

【氏名又は名称】井関農機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100092794

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 正道

(72)【発明者】

【氏名】織田 湧平

(72)【発明者】

【氏名】今井 征典

(72)【発明者】

【氏名】小山 浩二

(72)【発明者】

【氏名】池内 伸明

(72)【発明者】

【氏名】景浦 宏一

(72)【発明者】

【氏名】板山 真

(72)【発明者】

【氏名】原 竜太郎

(72)【発明者】

【氏名】平井 大輔

【テーマコード（参考）】

5H125

【Ｆターム（参考）】

5H125AA20

5H125AC12

5H125BA00

5H125BC29

5H125CD04

5H125DD08

5H125EE23

5H125EE25

5H125EE26

5H125EE27

(57)【要約】      （修正有）

【課題】バッテリ回路遮断の確実性を向上した作業車両を提供する。
【解決手段】走行用電動機１０と作業機用電動機を備えた作業車両において、走行用電動機１０及び作業機用電動機を駆動する高圧バッテリ１１と車両コントローラに給電する低圧バッテリ１３を備え、高圧バッテリ１１又は低圧バッテリ１３のマイナス側端子１１ｂ，１３ｂ側にバッテリ回路遮断装置３０を設け、走行車体に設けた衝撃センサの検知に基づいてバッテリ回路遮断装置３０を作動する構成とした。そしてこのバッテリ回路遮断装置３０は、高圧バッテリ１１の本体上面のマイナス側端子１１ｂに接続される配線３１途中に、ガスや空気の導入によって膨張するバッグ３２を設け、このバッグ３２が膨張するとマイナス側端子１１ｂを高圧バッテリ１１から外して回路遮断する構成とした。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

走行車体（１）を走行する走行用電動機（１０）と走行車体（１）に装着する作業機（４）を駆動する作業機用電動機（１６）を備えた作業車両において、走行用電動機（１０）及び作業機用電動機（１６）を駆動する高圧バッテリ（１１）と、車両コントローラ（２０）に給電する低圧バッテリ（１３）を備え、高圧バッテリ（１１）又は低圧バッテリ（１３）のマイナス側端子（１１ｂ，１３ｂ）側にバッテリ回路遮断装置（３０）を設け、走行車体（１）に設けた衝撃センサ（３４）の検知に基づいてバッテリ回路遮断装置（３０）を作動する構成としたことを特徴とする作業車両。

【請求項2】

バッテリ回路遮断装置（３０）は、高圧バッテリ（１１）の本体上面のマイナス側端子（１１ｂ）に接続される配線（３１）途中に、ガスや空気の導入によって膨張するバッグ（３２）を設け、このバッグ（３２）が膨張するとマイナス側端子（１１ｂ）を高圧バッテリ（１１）から外して回路遮断する構成とした請求項１に記載の作業車両。

【請求項3】

高圧バッテリ（１１）の上部に対向して冷却スプレー装置（３７）を配置し、バッテリ監視装置（２４）からの異常高温情報に基づいて、冷却スプレー作動装置を作動する構成とした請求項１に記載の作業車両。

【請求項4】

高圧バッテリ（１１）の上部に対向して消火装置（３８）を配置し、バッテリ監視装置（２４）からの異常高温情報に基づいて、消火装置作動装置を作動する構成とした請求項１に記載の作業車両。

【請求項5】

高圧バッテリ（１１）及び低圧バッテリ（１３）のバッテリ残量、バッテリ温度、バッテリ電圧を演算し、作業機用電動機（１６）への給電を遮断して作業機（４）を停止し、走行用電動機（１０）のみに給電した走行が可能か否か判定し、走行可能であるときは走行を継続するよう構成した請求項１に記載の作業車両。

【請求項6】

継続走行中に高圧バッテリ（１１）及び低圧バッテリ（１３）のバッテリ残量、バッテリ温度、バッテリ電圧の時間変化量を演算し予め設定した所定値を越えて変化する場合には、走行用電動機（１０）への給電を遮断し走行停止する構成とした請求項５に記載の作業車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動式の作業車両の安全に関するものである。

【背景技術】

【0002】

作業車両において、車両衝突事故発生時の加速度を加速度センサで検出し、遮断器が動作してバッテリを断路させ、バッテリと制御装置間を切ることにより、バッテリから制御装置を介して電動機に電流が流れなくなり、車両を停止する構成が公知である（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平５－２３６６０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１によると、車両衝突事故発生時に車両の暴走を防止することで安全であるが、芝刈作業機や農用トラクタのような作業車両は比較的低速で走行するため、衝突が発生しても検知できない場合がある。

【0005】

また作業車両には、走行用電動機や作業機用電動機の駆動を司る高圧バッテリと、制御コントローラ及び灯火類への給電を主とした低圧バッテリを装備しており、高圧バッテリから低圧バッテリに充電しており、作動タイミングによっては低圧回路及び充電回路の遮断ができない場合もある。

【0006】

本発明は、上記に鑑み、バッテリ回路遮断の確実性を向上した作業車両を提供しようとする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、走行車体１を走行する走行用電動機１０と走行車体１に装着する作業機４を駆動する作業機用電動機１６を備えた作業車両において、走行用電動機１０及び作業機用電動機１６を駆動する高圧バッテリ１１と車両コントローラ２０に給電する低圧バッテリ１３を備え、高圧バッテリ１１又は低圧バッテリ１３のマイナス側端子１１ｂ，１３ｂ側にバッテリ回路遮断装置３０を設け、走行車体１に設けた衝撃センサ３４の検知に基づいてバッテリ回路遮断装置３０を作動する構成とした。

【0008】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、バッテリ回路遮断装置３０は、高圧バッテリ１１の本体上面のマイナス側端子１１ｂに接続される配線３１途中に、ガスや空気の導入によって膨張するバッグ３２を設け、このバッグ３２が膨張するとマイナス側端子１１ｂを高圧バッテリ１１から外して回路遮断する構成とした。

【0009】

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、高圧バッテリ１１の上部に対向して冷却スプレー装置３７を配置し、バッテリ監視装置２４からの異常高温情報に基づいて、冷却スプレー作動装置を作動する構成とした。

【0010】

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、高圧バッテリ１１の上部に対向して消火装置３８を配置し、バッテリ監視装置２４からの異常高温情報に基づいて、消火装置作動装置を作動する構成とした。

【0011】

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、高圧バッテリ１１及び低圧バッテリ１３のバッテリ残量、バッテリ温度、バッテリ電圧を演算し、作業機用電動機１６への給電を遮断して作業機４を停止し、走行用電動機１０のみに給電した走行が可能か否か判定し、走行可能であるときは走行を継続するよう構成した。

【0012】

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、継続走行中に高圧バッテリ１１及び低圧バッテリ１３のバッテリ残量、バッテリ温度、バッテリ電圧の時間変化量を演算し予め設定した所定値を越えて変化する場合には、走行用電動機１０への給電を遮断し走行停止する構成とした。

【発明の効果】

【0013】

請求項１又は請求項２に記載の発明によれば、衝撃センサ３４の検知によって、高圧バッテリ１１のマイナス側端子１１ｂを外すことによる回路遮断できるので、安全を確保できる。

【0014】

請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、高圧バッテリ１１本体に揮発性の高いガスを吹き付け、その気化熱によって高圧バッテリ１１の温度を奪い低温化に寄与するものである。また、請求項４に記載の発明によると、バッテリ１１発火を来たしてもこれを消火し火災を未然に防止できる。

【0015】

請求項５に記載の発明によれば、請求項１に記載の効果に加え、衝撃センサ３４作動後の高圧バッテリ１１、低圧バッテリ１３の変化状態を確認することで走行可能か判断することができる。圃場の中央で事故が発生の場合等、圃場から脱出できるかを判断できる。

【0016】

請求項６に記載の発明によると、請求項５に記載の効果に加え、継続走行中にバッテリ残量、バッテリ温度、バッテリ電圧の時間変化量が予め設定した所定値を越えて変化すると走行停止するので、バッテリ１１，１３への過負荷を未然に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施形態にかかる作業車両の左側面図である。

【図2】ボンネットカバーを開放姿勢にした同上作業車両の左側面図である。

【図3】外装を省略した同上作業車両の斜視図である。

【図4】図３の一部拡大斜視図である。

【図5】同上作業車両の走行車体の下方部から見た斜視図である。

【図6】同上作業車両のブロック図である。

【図7】同上作業車両の動作のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１に示すように、作業車両は、走行車体１と、走行車体１の前部に左右一対の前輪２が設けられ、走行車体１の後部に左右一対の後輪３が設けられ、走行車体１の下側における前輪２と後輪３の間に芝等を刈取る作業機４が設けられた乗用芝刈り機としている。また、走行車体１の上側の前部に収容部５が設けられ、収容部５の後側には操縦者が搭乗する操縦部６が設けられ、操縦部６の後側には操縦者を保護する安全フレーム（ロプス）８が設けられ、安全フレーム８の下部には作業機４で刈取られた芝等を貯留する集草容器７が設けられている。

【0019】

図２～図５に示すように、収容部５には、後輪３を駆動する走行用電動機１０等に供給する電力を蓄電する高圧バッテリ１１が設けられ、高圧バッテリ１１はボンネットカバー１２で覆われている。

【0020】

併設された前記走行用電動機１０と高圧バッテリ１１の前部には低圧バッテリ１３を配設している。この低圧バッテリ１３は、操縦部メーターや前照灯等の各種ランプ類、制御部等に給電しうる構成である。この低圧バッテリ１３もボンネットカバー１２で覆うことができる。

【0021】

前記走行用電動機１０の出力回転は、伝動ベルト１４等を経由して車体１中央に配置する静油圧無段変速装置（以下、ＨＳＴ）１５を駆動すべく構成している。そしてＨＳＴ１５は公知の構成で油圧ポンプの圧油を受けた油圧モータ出力をもって適宜に変速され後輪３及び前輪２を回転駆動する構成である。

【0022】

また、ＨＳＴ１５のポンプ軸は後方に延長されエアコンプレッサ１７を駆動できる。

【0023】

さらに前記作業機４を駆動する作業機用電動機１６は、車体１後下部の適所に配設されており、この作業機用電動機１６と作業機４との間に連結軸を介して駆動力が伝達される構成としている。

【0024】

安全フレーム８は、上下方向に延在する左支柱部８Ｌと、上下方向に延在する右支柱部８Ｒと、左支柱部８Ｌと右支柱部８Ｒの上部を連結する逆Ｕ字形状の連結部８Ａから形成されている。

【0025】

次いで、高圧バッテリ１１（例えば４８Ｖ）から供給される高圧電圧によって走行用電動機１０及び作業機用電動機１６を駆動する制御部について説明する。図 に示すように、走行用電動機１０は、相互にＣＡＮ（コントローラエリアネットワーク）通信で情報授受が可能に接続された車両コントローラ２０と走行用ドライバーユニット２１を通じて制御される。一方作業機用電動機１６は相互にＣＡＮ通信で情報授受が可能に接続された車両コントローラ２０と作業機用ドライバーユニット２２を通じて制御される。なお、走行用電動機１０や作業機用電動機１６は、これら電動機１０，１６がＯＦＦに切り替わると、走行する車体１の慣性力や作業機刈刃の慣性力で回生ブレーキが作動し、回生ブレーキ作動時には高圧バッテリ１１を充電する充電装置としての機能を有する。

【0026】

前記車両コントローラ２０には車載充電器２３、高圧バッテリ１１の温度、充電状態、電圧保護、各セル短絡状態を監視するバッテリ監視装置（ＢＭＳ）２４が接続される。そして、この車両コントローラ２０は、低圧バッテリ（例えば１２Ｖ）１３に接続されて給電される構成であり、この低圧バッテリ１３には、前記高圧バッテリ１１からの高圧がＤＣ－ＤＣコンバータ２５を経由して降圧されて給電され、充電できる構成である。

【0027】

なお、前記高圧バッテリ１１には、車両コントローラ２０の出力側に配設する車載充電器２３用リレーやバッテリ監視装置２４用のリレー（共に図示せず）等のリレー接点を内蔵しており、車両コントローラ２０の指令信号に基づいてリレー接点をＯＮ，ＯＦＦできるよう構成している。

【0028】

次いで、バッテリ回路遮断装置３０について説明する。バッテリ回路遮断装置３０は、高圧バッテリ１１に備えたプラス側端子１１ａとマイナス側端子１１ｂのうち、マイナス側端子１１ｂに接続する配線３１側に設けられるもので、車体１が衝撃を受けた時等の非常時にマイナス側配線３１を物理的に遮断することにより、走行用電動機１０や作業機用電動機１６を強制的に停止できる構成である。具体的には、高圧バッテリ１１の本体上面のマイナス側端子１１ｂに接続される配線３１途中に、ガスや空気の導入によって膨張するバッグ３２を一対に設け、これらバッグ３２に固定したブラケット部材３３にて前記マイナス側端子１１ｂと配線３１端部を保持している。そして底面を高圧バッテリ３１本体上面に固定した前記バッグ３２が膨張すると、ブラケット部材３３を押し上げマイナス側端子１１ｂを高圧バッテリ１１から外して回路遮断できる構成である。また、バッグ３２の膨張指令は、ボンネット１２内面に設けた衝撃センサ３４の衝撃検知に基づく構成であり、図外ガス注入手段をＯＮすることによりバッグ３２は膨張し得る構成である。

【0029】

ここで、バッグ３２としては、事故などで強い衝撃が加わった際に作動して瞬間的に膨らむ自動車のエアバッグシステムを応用してもよい。すなわち、センサが強い衝撃を感知すると、ガス発生装置のスイッチが入り自動的に窒素ガスを送り込んで瞬時に空気が送り込まれてバッグ３２を膨らませる構成である。

【0030】

衝撃センサ３４の検知によって、高圧バッテリ１１のマイナス側端子１１ｂを外すことによる回路遮断できるので、安全を確保できる。特に、高圧バッテリ１１に内蔵するリレー接点の遮断構成ではこのリレー接点溶着等による不測の事態、例えば火災等が生じる恐れがあるが、これを解消できる。

【0031】

上記実施例では、マイナス側端子１１ｂを高圧バッテリ１１本体から引き抜いて回路遮断をはかる構成としたが、配線３１途中に外力で破損する構成を付加しておき、バッグ３２の膨張に代替して当該構成に基づく破損によって回路遮断する構成でもよい。

【0032】

前記マイナス側端子１１ｂに接続する配線３１に併設してプラス側配線３５を設けている。

【0033】

前記バッテリ回路遮断装置３０について、上記実施例では高圧バッテリ１１側に設けたが、低圧バッテリ１３側に設けてもよい。この場合は、衝撃センサ３４によってバッグ３２を作動する構成に加え、低圧バッテリ１３から車両コントローラ２０へのバッテリ回路の電圧状況を監視し、異常が検出されると、バッテリ回路遮断装置３０が作動するよう構成する。このように構成すると、衝撃センサ３４の検知によりバッテリ遮断装置３０が作動して低圧バッテリ１３のマイナス側端子１３ｂを引き抜いて回路を遮断でき、車両コントローラ２０による各種制御を遮断して車体１停止をすることができる。バッテリ回路遮断装置３０でマイナス側端子１３ｂを外すため、瞬間に高圧電流が流れようとするが配線の発火には至らない。この点従来技術のような遮断器では、瞬間に高圧電流が流れて遮断器の接点が溶着し、回路遮断ができない場合があるが、上記のように構成することでこのような欠点を解消できる。

【0034】

前記バッテリ回路遮断装置３０について、上記実施例ではバッグ３２の膨張作用を用いたが、バッグ３２に代替してコイルばねを用いてもよい。コイル圧縮側に付勢しておき、衝撃センサ３４検知に基づいてコイル圧縮側規制具を規制解除側に移行させる構成とすればよい。

【0035】

ところで、作業車両では低速で作業をしているため衝撃センサ３４で検出できない衝突事故もある。にもかかわらずエンジン型式との共用も関係して低圧バッテリ１３を車体１前方に配備する構成が多く、衝突の場合は軽度といえども低圧バッテリ１３損傷の可能性が高い。また、低圧バッテリ１３は補機用であり、車両コントローラ２０の電源を給電しており、有事の際は、安全制御を作動させることができない場合がある。さらに低速走行の車体１ではバッテリ損傷による火災事故を防止できない場合がある。

【0036】

上記のような事情に鑑みて、低圧バッテリ１３回路中に電圧検出手段３６を配設し、異常電圧検出に基づいて前記バッテリ回路遮断装置３０を作動する構成とする。このように構成することにより、以下のような効果がある。すなわち、仮に衝撃センサ３４が衝突を検出できない場合であっても、低圧バッテリ回路に異常が発生すると、電圧検出手段３６の電圧異常検出により低圧バッテリ１３の回路を遮断する。低圧バッテリ回路の遮断で、高圧バッテリ１１から低圧バッテリ１３への充電回路も遮断されるため、発火とはならない。従来では充電回路は、つながったままであり、異常高圧となった場合に配線が発火する場合があるが、このような欠点を解消できる。

【0037】

次いで、図５において、高圧バッテリ１１の高温異常対応について説明する。ボンネットカバー１２の内側で高圧バッテリ１１の上部に対向して冷却スプレー装置３７を配置し、バッテリ監視装置２４からの異常高温情報に基づいて、冷却スプレー作動装置をＯＮし、高圧バッテリ１１本体に揮発性の高いガスを吹き付け、その気化熱によって高圧バッテリ１１の温度を奪い低温化に寄与するものである。

【0038】

なお、冷却スプレー装置３７に加えて、又は代替して消火装置３８を設ける構成としてもよい。消火装置３８はスプレー式とし、噴射しても感電の恐れのない粉末消火剤を用いる。

【0039】

次いで、図７のフローチャートに基づき、前記衝撃センサ３４による検知後の対応制御について説明する。車体１を走行しながら作業機４による作業を開始すると、制御部としての車両コントローラ２０は定期的に衝撃センサ３４の検知の有無をチェックし（Ｓ１０１）、センサ作動の場合は作業機用電動機１６に停止信号を出力し作業機４の回転を停止する（Ｓ１０２）。そして各電気回路、例えばバッテリ監視装置２４からの検知信号を入力し、制御部では高圧バッテリ１１及び低圧バッテリ１３のバッテリ残量、バッテリ温度、バッテリ電圧を演算し（Ｓ１０３～Ｓ１０６）、作業機４の停止のまま走行運転のみで走行可能か否か判定し（Ｓ１０７）、走行可能であるときは走行可能時間の算出・表示を行い（Ｓ１０８）、走行を継続する。Ｓ１０８でバッテリ残量、バッテリ温度、バッテリ電圧のいずれかが所定範囲外と判定されると、運転停止すなわち走行用電動機１０への出力が停止される（Ｓ１０９）。さらに制御部は、所定時間ごとに上記バッテリ残量、バッテリ温度、バッテリ電圧を確認しつつ変化量が所定範囲内にあるか否か判定する（Ｓ１１０）。所定範囲内にあれば走行を継続するが（Ｓ１１１）、所定範囲外になると運転停止する（Ｓ１０９）。Ｓ１１１の運転継続の場合、バッテリ電圧を監視し必要な充電を行いながら（Ｓ１１２）、目的に達すると（Ｓ１１３）、運転停止する。

【0040】

なお、前記Ｓ１０１で衝撃センサ３４検知なしの場合は終了まで作業継続する（Ｓ１１４）。

【0041】

このように構成すると、衝撃センサ３４作動後の高圧バッテリ１１、低圧バッテリ１３の変化状態を確認することで走行可能か判断することができる。圃場の中央で事故が発生の場合等、圃場から脱出できるかを判断できる。

【0042】

なお、衝撃センサ３４による検知後の対応制御について、以下の構成を付加することで一層有効である。すなわち、作業車両にＧＮＳＳ受信システム４０を導入し、加速度を検出することにより衝撃センサ３４の代用をすることができる。衝撃センサ３４の検知あるいはＧＮＳＳによる加速度検知に基づいてバッテリ１１，１３のマイナス側端子を取り外したのち、マイナス側端子１１ｂを絶縁体で保護する構成とする。

【0043】

また、高圧バッテリ１１残量が少なくなり、走行用電動機１０のみによる倉庫等帰還までのバッテリ必要残量を演算し、作業計画を立案する。このため作業機用電動機１６停止状態下での高圧バッテリ１１残量による走行可能距離を演算しパネル表示する。この走行用電動機１０のみによる走行の場合には、最も効率良い変速状態に変速装置１５を自動設定し、所定速度以下のみの走行を許容する構成とする。また、前輪２と後輪３の双方を駆動する四駆状態から後輪３のみの二駆状態に自動切換え制御する。なお上記走行可能距離を演算する場合には、高圧バッテリ１１残量と電費に応じた標準値を設け、作業機用電動機１６がＯＦＦで走行した距離とその時の電力消費量によって補正する。

【符号の説明】

【0044】

１ 車体
４ 作業機
１０ 走行用電動機
１１ 高圧バッテリ
１１ｂ マイナス側端子
１３ 低圧バッテリ
１３ｂ マイナス側端子
１６ 作業機用電動機
２０ 車両コントローラ
３０ バッテリ回路遮断装置
３１ 配線
３２ バッグ
３４ 衝撃センサ
３７ 冷却スプレー装置
３８ 消火装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】