特許 7311471 作業用車両

(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】

(24)【登録日】2023-07-10

(45)【発行日】2023-07-19

(54)【発明の名称】作業用車両

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20230711BHJP

   E02F 9/00 20060101ALI20230711BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20230711BHJP

   H02J 7/34 20060101ALI20230711BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 302D

E02F9/00 C

E02F9/20 Z

H02J7/00 X

H02J7/34 A

H02J7/34 B

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020144007

(22)【出願日】2020-08-28

(65)【公開番号】P2022039138

(43)【公開日】2022-03-10

【審査請求日】2022-08-31

(73)【特許権者】

【識別番号】000150154

【氏名又は名称】株式会社竹内製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001726

【氏名又は名称】弁理士法人綿貫国際特許・商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】粂内 健吾

(72)【発明者】

【氏名】奥谷 俊平

(72)【発明者】

【氏名】松本 哲也

【審査官】下林 義明

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－３０８８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１９０１０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ７／００ － ７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４ － ７／３６

Ｅ０２Ｆ ９／２０

Ｅ０２Ｆ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部電源に接続することで作動する充電器と、バッテリと、前記バッテリへの充電電流を検出するセンサと、前記充電器と前記バッテリのいずれかないしは両方から電力供給されることで油圧にて作動する駆動部と、車両コントローラと、ディスプレイ部と、前記車両コントローラからの有線稼働有効信号を受信した後の有線稼働の状態において前記充電器と前記バッテリの両方を監視するバッテリマネジメントシステムと、前記有線稼働の操作に係るスイッチを備えた構成であり、
前記バッテリマネジメントシステムは、前記充電器が前記外部電源に接続された後に前記スイッチがＯＮになって、かつ、前記有線稼働有効信号を受信したときに、前記有線稼働に切換える制御を行う構成であり、
また、
前記バッテリマネジメントシステムは、前記スイッチがＯＮになった後に前記充電器が前記外部電源に接続されて、かつ、前記有線稼働有効信号を受信したときに、前記有線稼働に切換える制御を行う構成であること
を特徴とする作業用車両。

【請求項2】

前記バッテリマネジメントシステムは、前記有線稼働の状態において前記充電器からの出力が途切れたときに、前記車両コントローラにワーニング信号を出力する構成であること
を特徴とする請求項１記載の作業用車両。

【請求項3】

前記バッテリマネジメントシステムは、前記有線稼働の状態において前記バッテリの残容量が下限値になったときに、前記車両コントローラにワーニング信号を出力する構成であること
を特徴とする請求項１記載の作業用車両。

【請求項4】

前記バッテリマネジメントシステムは、前記有線稼働の状態において前記バッテリの前記残容量が前記下限値になったときに、前記バッテリから放電する放電電力を前記バッテリに充電する充電電力以下に抑える制御を行う構成であること
を特徴とする請求項３記載の作業用車両。

【請求項5】

前記バッテリマネジメントシステムは、前記有線稼働の状態において前記バッテリが満充電になったときに、前記バッテリの残容量が上限値を超えないようにする制御を行う構成であること
を特徴とする請求項１記載の作業用車両。

【請求項6】

前記バッテリマネジメントシステムは、前記スイッチをＯＦＦにし、かつ、前記充電器を停止することで前記有線稼働に切換える前の状態にリセットされる構成であること
を特徴とする請求項１～４のいずれか一項記載の作業用車両。

【請求項7】

第１リレーと、第２リレーが備わっており、
前記バッテリマネジメントシステムは、前記第１リレーをオン制御することによって前記充電器と前記バッテリとを接続する構成であり、前記第２リレーをオン制御することによって前記バッテリと前記駆動部とを接続する構成であり、かつ、前記第１リレーおよび前記第２リレーをオン制御することによって前記充電器と前記バッテリと前記駆動部とを接続する構成であること
を特徴とする請求項１～６のいずれか一項記載の作業用車両。

【請求項8】

前記バッテリはリチウムイオンバッテリであって、
前記スイッチがＯＮになると前記バッテリマネジメントシステムに電力供給する鉛バッテリと、第３リレーが備わっており、
前記バッテリマネジメントシステムは、前記第３リレーをオン制御することによって前記リチウムイオンバッテリと前記車両コントローラとを接続する構成であること
を特徴とする請求項１～７のいずれか一項記載の作業用車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業用車両に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電源監視コントローラを備えた構成の作業用車両が知られている（特許文献１：特許第４２８４３３４号公報）。また、バッテリ駆動と外部電源駆動との差異に基づくアクチュエータ操作の違和感を改善する構成が提案されている（特許文献２：特許第５３７１２０９号公報）。そして、油圧アクチュエータの操作が制限されている場合に、外部電源からバッテリへの充電を継続しながらモータを駆動させる第１電源モードに移行する構成が提案されている（特許文献３：特開２０１９－１９０１０５号公報）。前記第１電源モードは有線稼働の一種であると考えられる。ここで、有線稼働にて駆動部の負荷が充電器の出力を下回るときは充電器の出力に余裕があるのでバッテリに充電される。他方、有線稼働にて駆動部の負荷が充電器の出力を超えるときは充電器の出力に余裕がないので充電器の出力に加えてバッテリからも出力されて駆動部の負荷の増大に対応させる動作が行われる。以下、本明細書では、充電器を外部電源に接続して駆動部を作動させることを有線稼働と表記する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第４２８４３３４号公報

【文献】特許第５３７１２０９号公報

【文献】特開２０１９－１９０１０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら従来技術は、有線稼働の際にオペレータが気づかずにバッテリが過放電になることがあった。バッテリが過放電になると、バッテリの劣化が進行するという問題がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、有線稼働にて不具合が生じてもオペレータが気づかずにバッテリが過放電になるなどのバッテリの劣化を防止して安全性を従来よりも高めた作業用車両を提供することを目的とする。

【0006】

一実施形態として、以下に開示する解決策により、前記課題を解決する。

【0007】

本発明に係る作業用車両は、外部電源に接続することで作動する充電器と、バッテリと、前記バッテリへの充電電流を検出するセンサと、前記充電器と前記バッテリのいずれかないしは両方から電力供給されることで油圧にて作動する駆動部と、車両コントローラと、ディスプレイ部と、前記車両コントローラからの有線稼働有効信号を受信した後の有線稼働の状態において前記充電器と前記バッテリの両方を監視するバッテリマネジメントシステムと、前記有線稼働の操作に係るスイッチを備えた構成であり、前記バッテリマネジメントシステムは、前記充電器が前記外部電源に接続された後に前記スイッチがＯＮになって、かつ、前記有線稼働有効信号を受信したときに、前記有線稼働に切換える制御を行う構成であり、また、前記バッテリマネジメントシステムは、前記スイッチがＯＮになった後に前記充電器が前記外部電源に接続されて、かつ、前記有線稼働有効信号を受信したときに、前記有線稼働に切換える制御を行う構成であることを特徴とする。

【0008】

この構成によれば、バッテリマネジメントシステムは、充電器が作動している状態で有線稼働への切換が可能か否かを判断するので、有線稼働への切換時に充電器と外部電源の接続が切れているなどの不具合が生じることが防止できる。よって、有線稼働の際に、充電器から駆動部に確実に電力供給が行われるので、バッテリが過放電になるなどのバッテリの劣化が防止できて、安全性を従来よりも高めた作業用車両にできる。

【0009】

前記バッテリマネジメントシステムは、前記バッテリへの充電電流を検出するセンサからの検知信号を受信することで前記バッテリの残容量を監視する構成であり、前記有線稼働の状態において異常であると判断したときに、前記車両コントローラにワーニング信号を出力する構成であることが好ましい。この構成によれば、バッテリマネジメントシステムは、有線稼働の状態にて、バッテリへの充電電流を検出するセンサからの検知信号を受信することで充電器およびバッテリを監視しつつ、有線稼働の状態における異常を判断して、その結果、異常であると判断したときに、車両コントローラにワーニング信号を出力する。ワーニング信号を受信した車両コントローラは、警告または警報のいずれかないしは両方によってオペレータに異常を通知する制御を行う。警告または警報のいずれかないしは両方は、一例として、ディスプレイに付設のスピーカや画面によってオペレータに伝達される。よって、オペレータは有線稼働の状態における異常を瞬時に察知できる。

【0010】

前記バッテリマネジメントシステムは、前記有線稼働の状態において前記充電器からの出力が途切れたときに、前記車両コントローラにワーニング信号を出力する構成であることが好ましい。この構成によれば、有線稼働の状態において充電器の異常が瞬時にオペレータに通知されるので、作業用車両の安全性をより高めることができる。

【0011】

前記バッテリマネジメントシステムは、前記有線稼働の状態において前記バッテリの残容量が下限値になったときに、前記車両コントローラにワーニング信号を出力する構成であることが好ましい。この構成によれば、有線稼働の状態においてバッテリの異常が瞬時にオペレータに通知されるので、作業用車両の安全性をより高めることができる。

【0012】

前記バッテリマネジメントシステムは、前記有線稼働の状態において前記バッテリの前記残容量が前記下限値になったときに、前記バッテリから放電する放電電力を前記バッテリに充電する充電電力以下に抑える制御を行う構成であることが好ましい。この構成によれば、充電の状態に加えて、有線稼働の状態においてもバッテリに確実に充電されるので、バッテリが過放電になることが防止できる。

【0013】

前記バッテリマネジメントシステムは、前記有線稼働の状態において前記バッテリが満充電になったときに、前記バッテリの残容量が上限値を超えないようにする制御を行う構成であることが好ましい。この構成によれば、有線稼働の状態において、バッテリが過放電になることが防止できる。

【0014】

前記バッテリマネジメントシステムは、前記スイッチをＯＦＦにし、かつ、前記充電器を停止することで前記有線稼働に切換える前の状態にリセットされる構成であることが好ましい。この構成によれば、有線稼働を解除して充電器を停止することでバッテリマネジメントシステムが有線稼働に切換える前の状態にリセットされて、このリセット状態でオペレータがスイッチを再度ＯＮにすることでバッテリマネジメントシステムが再起動する。つまり、バッテリマネジメントシステムは再起動したうえで、充電器が作動している状態で有線稼働への切換が可能であるか否かを判断するので、バッテリマネジメントシステムの再起動後においても、有線稼働への切換時に充電器と外部電源の接続が切れているなど予期せぬ不具合が生じることが防止できる。

【0015】

一例として、第１リレーと、第２リレーが備わっており、前記バッテリマネジメントシステムは、前記第１リレーをオン制御することによって前記充電器と前記バッテリとを接続する構成であり、前記第２リレーをオン制御することによって前記バッテリと前記駆動部とを接続する構成であり、かつ、前記第１リレーおよび前記第２リレーをオン制御することによって前記充電器と前記バッテリと前記駆動部とを接続する構成である。

【0016】

一例として、前記バッテリはリチウムイオンバッテリであって、前記スイッチがＯＮになると前記バッテリマネジメントシステムに電力供給する鉛バッテリと、第３リレーが備わっており、前記バッテリマネジメントシステムは、前記第３リレーをオン制御することによって前記リチウムイオンバッテリと前記車両コントローラとを接続する構成である。

【0017】

一例として、前記充電器は第４リレーを有しており、前記充電器が前記外部電源に接続されると前記第４リレーが作動して前記鉛バッテリと前記バッテリマネジメントシステムが接続されて、前記鉛バッテリから前記バッテリマネジメントシステムに電力供給される構成である。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、有線稼働にて不具合が生じてもオペレータが気づかずにバッテリが過放電になるなどのバッテリの劣化を防止して安全性を従来よりも高めた作業用車両が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は本実施形態に係る作業用車両の構成を示す概略の回路図である。

【図2】図２は本実施形態の作業用車両におけるバッテリマネジメントシステムの動作手順を示すフローチャート図である。

【図3】図３は本実施形態の作業用車両を示す概略の外観図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。一例として図３に示すように、本実施形態が適用される作業用車両１は、パワーショベル、スキッドステアローダ、キャリア、その他既知のバッテリ式作業用車両である。作業用車両１の駆動部２は、電動モータ等の電動アクチュエータ、その他既知の油圧式駆動機構である。駆動部２は、充電器８とバッテリ９のいずれかないしは両方から電力供給されて作動し、車両コントローラ３によって駆動制御される。バッテリマネジメントシステム５は、バッテリ９への充電電流を検出するセンサ７からの検知信号に基づいてバッテリ９の残容量を監視する構成であり、かつ、バッテリ９への充電電流を検出するセンサ７からの検知信号に基づいて充電器８を監視する構成である。以下、バッテリマネジメントシステム５をＢＭＳ５と表記する場合がある。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

【0021】

図１に示すように、作業用車両１は、外部電源２１に接続することで作動する充電器８と、充電器８に接続されるバッテリ９と、充電器８とバッテリ９のいずれかないしは両方から電力供給されて作動する駆動部２と、駆動部２を制御する車両コントローラ３と、車両コントローラ３に接続されるディスプレイ部４と、車両コントローラ３からの有線稼働有効信号を受信した後の有線稼働の状態にて充電器８とバッテリ９の両方を監視するＢＭＳ５と、ＢＭＳ５を起動するスイッチ６を備える。一例として、スイッチ６は、キースイッチまたは起動用スイッチであり、既知の構成が適用できる。一例として、ディスプレイ部４は、駆動部２の作動情報、充電器８の作動情報、バッテリ９の残容量情報、その他既知の車両情報を表示する構成であって、異常時は警告をディスプレイ画面に表示し、かつ、異常時は警報をスピーカから発する構成である。

【0022】

図１の例は、ＢＭＳ５の制御によって作動する第１リレー１１、第２リレー１２、および、第３リレー１３が備わっている。また、充電器８が外部電源２１に接続されると作動する第４リレー１４が備わっている。第１リレー１１、第２リレー１２、および、第３リレー１３はＢＭＳ５に接続されている構成、または、第１リレー１１、第２リレー１２、および、第３リレー１３はＢＭＳ５に付設されている構成である。第４リレー１４は充電器８に内蔵されている構成、または、第４リレー１４は充電器８に付設されている構成である。

【0023】

図１の例は、スイッチ６がＯＮになるとバッテリマネジメントシステム５に電力供給する鉛バッテリ２２が備わっている。ＢＭＳ５は、第３リレー１３をオン制御することで、リチウムイオンバッテリ９と車両コントローラ３とをコンバータ１６を介して接続する構成である。つまり、第３リレー１３が作動している状態で、リチウムイオンバッテリ９から出力された電力はコンバータ１６にて降圧されて車両コントローラ３に電力供給される。なお、コンバータ１６を設けない構成としてもよい。一例として、車両コントローラ３の電源電圧に適合する電圧であって予め設定された電圧をリチウムイオンバッテリ９から出力して車両コントローラ３に電力供給する構成にすることもできる。

【0024】

図１の例は、ＢＭＳ５は、第１リレー１１をオン制御することによって充電器８とリチウムイオンバッテリ９とを接続する構成である。つまり、第１リレー１１が作動している状態で、充電器８から出力された電力はリチウムイオンバッテリ９に充電される。またＢＭＳ５は、第２リレー１２をオン制御することによってリチウムイオンバッテリ９と駆動部２とを接続する構成である。つまり、第２リレー１２が作動している状態で、リチウムイオンバッテリ９から出力された電力は駆動部２に電力供給される。そしてＢＭＳ５は、第１リレー１１および第２リレー１２をオン制御することによって充電器８とリチウムイオンバッテリ９と駆動部２とを接続する構成である。つまり、第１リレー１１が作動している状態、かつ、第２リレー１２が作動している状態で、充電器８とリチウムイオンバッテリ９のいずれかないしは両方から出力された電力は駆動部２に電力供給される。

【0025】

図１の例は、充電器８は第４リレー１４を有しており、充電器８が外部電源２１に接続されると充電器８が起動して第４リレー１４が作動するので鉛バッテリ２２とＢＭＳ５が接続される構成である。つまり、第４リレー１４が作動している状態で、鉛バッテリ２２からＢＭＳ５に電力供給される。

【0026】

図１の例は、充電器８は、商用電源などの外部電源２１に接続されることで作動し、駆動部２に直流電力供給可能な構成であり、かつ、バッテリ９に直流電力供給可能な構成である。充電器８は車載されている。ＢＭＳ５は、一例として、スイッチ６を介して鉛バッテリ２２に接続される構成である。つまり、スイッチ６がＯＮの状態で、鉛バッテリ２２からＢＭＳ５に電力供給される。この例によれば、ＢＭＳ５は、鉛バッテリ２２と充電器８の二系統で電力供給されるので安全かつ安定した作業用車両１になる。

【0027】

充電器８は、一例として、作動時の出力電流は一定値に設定されている。バッテリ９は、一例として、リチウムイオンバッテリであり、多数のセルを組み合わせて構成される。コンバータ１６は、ＤＣ－ＤＣコンバータであり、直流電圧を降圧出力する機能を有する。第１リレー１１と第２リレー１２と第３リレー１３と第４リレー１４は、それぞれ、電磁開閉器などの有接点リレー、またはＭＯＳ－ＦＥＴリレーやソリッドステートリレーなどの無接点リレーが適用される。作業用車両１は、バッテリ９の充電電流を検出するセンサ７を備える。一例として、センサ７は電流センサであり、バッテリ９の充電電流を検出する機能を有する。なお、センサ７は、バッテリ９からの放電電流を検出することも可能である。

【0028】

図２は本実施形態の作業用車両１におけるＢＭＳ５の動作手順を示すフローチャート図である。引き続き、作業用車両１におけるＢＭＳ５の動作手順について、以下に説明する。

【0029】

[有線稼働Ａ]
オペレータは、先ずスイッチ６をＯＮにした後に、充電器８を外部電源２１に接続する。スイッチ６をＯＮにするとＢＭＳ５は起動し、スイッチ６のＯＮを判断するステップＳ１Ａに進み、スイッチ６がＯＮになっているので、第２リレー１２をＯＮにするステップＳ２Ａに進み、次に、充電器８と外部電源２１との接続を判断するステップＳ３Ａに進む。このとき、充電器８と外部電源２１とは接続されているので、有線稼働の有効性を判断するステップＳ４Ａに進み、車両コントローラ３からの有線稼働有効信号を受信したときに有線稼働が有効であると判断して、第１リレーをＯＮにするステップＳ５Ａに進む。この構成によれば、ＢＭＳ５は、充電器８が作動している状態で有線稼働への切換が可能か否かを判断するので、有線稼働への切換時に充電器と外部電源の接続が切れているなどの不具合が生じることが防止できる。

【0030】

[有線稼働Ｂ]
オペレータは、先ず充電器８を外部電源２１に接続した後に、スイッチ６をＯＮにする。充電器８を外部電源２１に接続するとＢＭＳ５は起動し、スイッチ６のＯＮを判断するステップＳ１Ａに進み、スイッチ６がＯＮになっていないので、充電器８と外部電源２１との接続を判断するステップＳ１Ｂに進み、充電器８と外部電源２１とは接続されているので、第１リレー１１をＯＮにするステップＳ２Ｂに進み、スイッチ６のＯＮを判断するステップＳ３Ｂに進む。このとき、スイッチ６はＯＮになっているので、有線稼働の有効性を判断するステップＳ４Ｂに進み、車両コントローラ３からの有線稼働有効信号を受信したときに有線稼働が有効であると判断して、第２リレーをＯＮにするステップＳ５Ｂに進む。この構成によれば、ＢＭＳ５は、充電器８が作動している状態で有線稼働への切換が可能か否かを判断するので、有線稼働への切換時に充電器と外部電源の接続が切れているなどの不具合が生じることが防止できる。

【0031】

[有線稼働の異常を判断]
ＢＭＳ５は、ステップＳ５ＡまたはステップＳ５Ｂの次に、有線稼働の異常を判断するステップＳ６に進む。ＢＭＳ５は、一例として、有線稼働の状態において充電器８からの出力が途切れたときに、有線稼働が異常と判断する。ＢＭＳ５は、一例として、有線稼働の状態においてリチウムイオンバッテリ９の残容量が下限値になったときに、有線稼働が異常と判断する。そしてＢＭＳ５は、有線稼働が異常であると判断したときに、車両コントローラ３にワーニング信号を出力するステップＳ７に進む。ワーニング信号を受信した車両コントローラ３は、警告または警報のいずれかないしは両方によってオペレータに異常を通知する制御を行う。警告または警報のいずれかないしは両方は、一例として、ディスプレイ部４に付設のスピーカや画面によってオペレータに伝達される。よって、オペレータは有線稼働の状態における異常を瞬時に察知できる。

【0032】

ここで、ＢＭＳ５は、有線稼働の状態においてリチウムイオンバッテリ９の残容量が下限値になったときに、リチウムイオンバッテリ９から放電する放電電力をリチウムイオンバッテリ９に充電する充電電力以下に抑える制御を行う構成である。この構成によれば、充電の状態に加えて、有線稼働の状態においてもリチウムイオンバッテリ９に確実に充電されるので、バッテリが過放電になることが防止できる。

【0033】

ここで、ＢＭＳ５は、有線稼働の状態においてリチウムイオンバッテリ９が満充電になったときに、リチウムイオンバッテリ９の残容量が上限値を超えないようにする制御を行う構成である。この構成によれば、有線稼働の状態において、リチウムイオンバッテリ９が過放電になることが防止できる。

【0034】

[有線稼働の終了]
ワーニング信号が出力されてオペレータが有線稼働の状態における異常を察知したとき、または有線稼働が有効でないとき、オペレータは、スイッチ６をＯＦＦにする。

【0035】

ここで、ＢＭＳ５は、スイッチ６をＯＦＦにし、かつ、充電器８を停止することで有線稼働に切換える前の状態にリセットされる構成である。この構成によれば、有線稼働を解除して充電器８を停止することでＢＭＳ５が有線稼働に切換える前の状態にリセットされて、このリセット状態でオペレータがスイッチ６を再度ＯＮにすることでバッテリマネジメントシステムが再起動する。つまり、ＢＭＳ５は再起動したうえで、充電器８が作動している状態で有線稼働への切換が可能であるか否かを判断するので、ＢＭＳ５の再起動後においても、有線稼働への切換時に充電器８と外部電源２１の接続が切れているなど予期せぬ不具合が生じることが防止できる。

【0036】

上述の作業用車両１は、仕様等に合わせて適宜仕様変更する場合がある。本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。

【符号の説明】

【0037】

１ 作業用車両
２ 駆動部
３ 車両コントローラ
４ ディスプレイ部
５ バッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）
６ スイッチ
７ センサ
８ 充電器
９ バッテリ（リチウムイオンバッテリ）
１１ 第１リレー
１２ 第２リレー
１３ 第３リレー
１４ 第４リレー
１６ コンバータ
２１ 外部電源
２２ バッテリ（鉛バッテリ）

【図1】

【図2】

【図3】