JP2011068461A - 塵芥収集車 - Google Patents

Abstract

【課題】塵芥積込装置の駆動源となるバッテリの低電圧化による安全確保を可能にするとともにバッテリの長寿命化を可能にする。
【解決手段】本発明の塵芥収集車は、塵芥積込装置を駆動する電動モータと、電動モータに電力供給するリチウムイオンバッテリ８とを備える。バッテリ８は、塵芥収容箱の下に配置されており、断熱材２１，２３を介して車体フレーム５（又は塵芥収容箱２）に固定される。さらに走行用のエンジンと、走行用の鉛バッテリと、ＰＴＯ装置と、ＰＴＯ装置又は電動モータにより駆動され、塵芥積込装置を駆動する油圧ポンプと、塵芥積込装置の動作を制御する制御装置と、バッテリ８の電圧を制御装置の入力電源電圧範囲に変換するコンバータとを備え、油圧ポンプがＰＴＯ装置により駆動される時、制御装置は鉛バッテリを電源とし、油圧ポンプが電動モータにより駆動される時、制御装置はコンバータを介してリチウムイオンバッテリを電源とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、バッテリを搭載し、該バッテリの電力により駆動される塵芥積込装置を搭載した塵芥収集車に関する。

近年、自動車の電動化が活発となり、塵芥収集車においても車両外部の固定電源から電力供給を受け塵芥積込装置を作動させる電動式塵芥収集車が実用化されている。
また、特許文献１記載の発明のように車両にバッテリを搭載し、そのバッテリで塵芥積込装置を駆動させる技術もある。
ここで、塵芥収集車市場は自動車と比較するときわめて小さく、自動車ディーラーのような整備インフラが整っていないため、現状ではユーザが独自でメンテナンスを実施したり、付近の個人経営等の整備工場でメンテナンスを実施したりしている。このように塵芥収集車は不特定多数の人間が整備を行うため、電動式塵芥収集車のバッテリ電圧は死亡事故の可能性の無い電圧（DC42V以下）、もしくは健常者が触れただけでは死亡の危険性が低い電圧（DC100V以下）にすることが安全上好ましい。

特開２００５−３２９８７１号公報

しかし、塵芥積込装置における塵芥の圧縮工程においては、塵芥積込装置を駆動するモータには高トルクが必要になるためバッテリ電圧を低くする場合には大電流を短時間に放電することになる。例えば２トンプレス車の場合には４００Ａ以上の大電流が放電される。
このような大電流の放電は鉛バッテリの場合、その劣化を早めてしまう。そして、塵芥収集車においては塵芥の圧縮工程が定期的に行なわれるため大電流の放電回数が多くバッテリ劣化が著しいという問題がある。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、塵芥積込装置の駆動源となるバッテリの低電圧化による安全確保を可能にするとともにバッテリの長寿命化を可能にする塵芥収集車の提供を課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、塵芥投入箱に投入された塵芥を塵芥収容箱に積込む塵芥収集車において、
前記塵芥投入箱内の塵芥を圧縮する圧縮工程と、該圧縮工程で圧縮された塵芥を前記塵芥収容箱に積込む積込工程とを含む所定の塵芥積込サイクルを実行する塵芥積込装置と、
前記塵芥積込装置を駆動する電動モータと、
前記電動モータに電力を供給するリチウムイオンバッテリとを備えることを特徴とする塵芥収集車である。

請求項２記載の発明は、前記リチウムイオンバッテリは、前記塵芥収容箱の下に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の塵芥収集車である。

請求項３記載の発明は、前記リチウムイオンバッテリは、断熱材を介して車体フレーム又は前記塵芥収容箱に固定されていることを特徴とする請求項２に記載の塵芥収集車である。

請求項４記載の発明は、走行用のエンジンと、
前記リチウムイオンバッテリと異なる電圧の走行用の鉛バッテリと、
前記エンジンの動力を取り出して前記油圧ポンプを駆動するＰＴＯ装置と、
前記ＰＴＯ装置又は前記電動モータにより駆動され、前記塵芥積込装置を駆動する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプにより加圧された作動油の前記塵芥積込装置に対する出力を制御して前記塵芥積込装置の動作を制御する制御装置と、
前記リチウムイオンバッテリの電圧を前記制御装置の入力電源電圧範囲に変換するコンバータとを備え、
前記油圧ポンプが前記ＰＴＯ装置により駆動される時、前記制御装置は前記鉛バッテリを電源とし、
前記油圧ポンプが前記電動モータにより駆動される時、前記制御装置は前記コンバータを介して前記リチウムイオンバッテリを電源とすることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の塵芥収集車である。

本発明によれば、リチウムイオンバッテリは、鉛バッテリに比して大電流を放電しても劣化しにくい特性ゆえに定期的な大電流の放電にも耐えられ、出力電力を低下させずにバッテリの低電圧化を可能にする。
また、リチウムイオンバッテリには、浅い充放電を繰り返すことでバッテリが劣化する「メモリー効果」が無いという特長があり、短時間で充放電を繰り返す環境で使用する場合でも他のバッテリのように急激に劣化することはない。加えて、リチウムイオンバッテリは、サイクル寿命も他のバッテリより長寿命である。
したがって、本発明によれば、塵芥積込装置の駆動源となるバッテリの低電圧化による安全確保を可能にするとともにバッテリの長寿命化を可能にするという効果がある。

塵芥収集車においては様々なゴミを圧縮して積込むため、スプレー缶等発火の危険性のあるゴミが安全に処理されていない場合、最悪火災事故が発生する可能性がある。
一方、リチウムイオンバッテリは、その電解液が有機溶媒であるため、異常発熱時には発火する虞がある。
しかし、請求項２記載の発明によれば、リチウムイオンバッテリを塵芥収容箱の下に配置するので、塵芥収容箱からの熱が伝わりづらくなる。具体的には、塵芥収容箱内で暖かい空気は上部にこもるため、塵芥収容箱内の高温部からリチウムイオンバッテリが遠くなり、リチウムイオンバッテリの発火現象が抑制されるとともにリチウムイオンバッテリの劣化を防止することができるという効果がある。

また請求項３記載の発明によれば、リチウムイオンバッテリは断熱材を介して車体フレーム又は塵芥収容箱に固定されているので、塵芥収容箱内の火災時に車体フレーム又は塵芥収容箱からの熱が断熱材で遮断され、リチウムイオンバッテリの発火現象が抑制されるとともにリチウムイオンバッテリの劣化が防止されるという効果がある。

また請求項４記載の発明によれば、走行用のエンジンの動力をＰＴＯ装置により取り出して塵芥積込装置の油圧ポンプを駆動する場合に、塵芥積込装置の制御装置は鉛バッテリを電源とする一方、リチウムイオンバッテリを電源とする電動モータにより塵芥積込装置の油圧ポンプを駆動する場合には、塵芥積込装置の制御装置はコンバータを介してリチウムイオンバッテリを電源とするので、塵芥積込装置の電気駆動時にはその制御装置をリチウムイオンバッテリにより動作させることができ、鉛バッテリの負荷を軽減し、鉛バッテリの劣化を防止し、長寿命化を図ることができるという効果がある。また、塵芥積込装置の電気駆動時には、騒音対策により走行用のエンジンは停止されるから、鉛バッテリのバッテリあがりを防止できる。

本発明の一実施形態に係る塵芥収集車の概略側面図である。 本発明の一実施形態に係る塵芥収集車の概略平面図である。 本発明の一実施形態に係る塵芥収集車に搭載される塵芥積込装置の駆動・制御系のシステム構成図である。 本発明の一実施形態に係る塵芥収集車に搭載されるリチウムイオンバッテリの搭載構造を示す断面模式図である。 (a)は、本発明の一実施形態に係る塵芥収集車に搭載されるリチウムイオンバッテリの搭載構造例を示す断面図である。(b)は、図(a)におけるボルト締結部分の拡大図である。 本発明の一実施形態に係る電動システムの起動処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る電動システムの停止処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るリチウムイオンバッテリの充電制御の流れを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るＰＴＯシステムの起動処理の流れを示すフローチャートである。

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

図１に示すように本実施形態の塵芥収集車１は、塵芥収容箱２と、塵芥投入箱３と、塵芥積込装置４とを備える。
塵芥収容箱２は、車体フレーム５上にサブフレーム６を介して搭載されている。塵芥投入箱３は、塵芥収容箱２の後端開口部に連結され、塵芥収容箱２の後端開口と塵芥投入箱３の内部空間とが連通している。
塵芥積込装置４は、塵芥投入箱３内に構成されている。塵芥積込装置４としては、周知のように、塵芥投入箱３の底部３ａに投入され保持された塵芥を圧縮する圧縮工程と、該圧縮工程で圧縮された塵芥を塵芥収容箱２に積込む積込工程とを含む所定の塵芥積込サイクルを実行するものである。周知のように一例としては、塵芥積込装置４は下部に回転パネルを、上部に押込パネルを備える。押込パネルは前後に揺動する。上記圧縮工程を回転パネルにより行い、上記積込工程を押込パネルにより行う方式のものがある。他の一例としては、上下動及び回動するパネルにより上記圧縮工程及び上記積込工程を行う方式のものがある。塵芥積込装置４としていずれの方式のものを適用しても良いし、他の方式のものを適用してもよい。圧縮工程において塵芥積込装置４は顕著に大きな出力を要するので、塵芥積込装置４をバッテリの電力で駆動する場合には、大電流の放電を要する。これをリチウムイオンバッテリ８で賄う。

図１及び図２により示すように塵芥収集車１は、塵芥積込装置４を駆動する電動モータ７と、電動モータ７に電力を供給するリチウムイオンバッテリ８とを備える。
本実施形態においては、塵芥積込装置４を油圧駆動式とするため、電動モータ７は直接的には塵芥積込装置４の油圧ポンプ９を駆動し、油圧ポンプ９を介して塵芥積込装置４を駆動する。
リチウムイオンバッテリ８を納めるバッテリボックス１４内には、電動モータ７の駆動電流を生成するインバータ内蔵コントローラ１３が搭載されている。

図２に示すように塵芥収集車１は、走行用のエンジン１０と、走行用の鉛バッテリ１１と、ＰＴＯ装置１２とを備える。
さらに詳しくは図３に示すように塵芥収集車１は、トランスミッション１５と、車両側ＥＣＵ１６と、操作スイッチ１７と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８と、バッテリコントロールユニット１９と、充電器２０とを備える。

ＰＴＯ装置１２は、トランスミッション１５を介してエンジン１０の回転動力の一部を取り出して油圧ポンプ９を回転駆動する。
ＰＴＯ装置１２、電動モータ７及び油圧ポンプ９の各回転部は、動力伝達可能に連結される。本実施形態においては、ＰＴＯ装置１２、電動モータ７及び油圧ポンプ９の動力伝達軸が一直線状で、ＰＴＯ装置１２と油圧ポンプ９との間に電動モータ７を配置した形態を示すが、本発明の実施のためにはこの形態に限られない。特許文献１に示されるような油圧ポンプと電動モータとが並列的に配置される形態など他のいかなる形態でも構わない。油圧ポンプ９をＰＴＯ装置１２でも駆動でき、電動モータ７でも駆動できる構成であれば足りる。

バッテリコントロールユニット１９は、リチウムイオンバッテリ８のセル電圧が平衡になるように制御する。またバッテリコントロールユニット１９は、電圧、電流、セル温度の計測を行い、バッテリの異常を検出する。
インバータ内蔵コントローラ１３は、リチウムイオンバッテリ８の直流出力を、電動モータ７を駆動するための所定の交流に変換して電動モータ７に出力し、電動モータ７を回転駆動する。
ＰＴＯ装置１２の停止時において、電動モータ７の回転出力により油圧ポンプ９が回転駆動される。油圧ポンプ９は、塵芥積込装置４に構成された圧油路に作動油を圧送する。
塵芥積込装置４には、回転パネル等の可動パネルを駆動する油圧モータや油圧シリンダ等の油圧動力装置と、圧油路から油圧動力装置への油圧出力を制御する電磁駆動式の各ソレノイドバルブ４ａとが構成されている。

車両側ＥＣＵ１６は、塵芥収集車１の各部を制御する制御装置であり、塵芥積込装置４の動作を制御する制御装置を兼ねている。
車両側ＥＣＵ１６は、操作スイッチ１７からの始動命令等の操作入力に従って、トランスミッション１５又はインバータ内蔵コントローラ１３に指令を与えて、ＰＴＯ装置１２又は電動モータ７により油圧ポンプ９を動作させる。その上で車両側ＥＣＵ１６は、塵芥積込装置４の各ソレノイドバルブ４ａの開閉動作を制御して油圧ポンプ９からの作動油の塵芥積込装置４に対する出力を制御することで、塵芥積込装置４の動作を制御し上述の塵芥積込サイクルを実行させる。

リチウムイオンバッテリ８は、電動システムＥＰＳによって塵芥積込装置４が駆動されるときに使用される動力用及び制御用電源であり、塵芥積込装置４をエンジン駆動する際には使用しない。充電はバッテリと共に搭載される充電器２０を使用してＡＣ１００ＶもしくはＡＣ２００Ｖ電源を外部から充電器２０に接続して行う。

鉛バッテリ１１は、車体フレーム５に搭載されている走行用の汎用バッテリで、車両のエンジン１０の駆動・制御に使用される電源であり、ＰＴＯ装置１２により塵芥積込作業を行う際にも車両側ＥＣＵ１６の電源として使用される。
電動システムＥＰＳによって塵芥積込装置４を駆動することを主とし、ＰＴＯ装置１２による塵芥積込装置４の駆動システムは、リチウムイオンバッテリ８がバッテリ切れとなり、電動システムＥＰＳが動作できなくなった時に、電動システムＥＰＳからＰＴＯ装置１２による駆動システムに切り替えて塵芥積込装置４による積込作業を継続するために使用する。

本実施形態においては、鉛バッテリ１１の電圧は２４Ｖであり、リチウムイオンバッテリ８の電圧は３６Ｖである。
ＤＣ−ＤＣコンバータ１８によりリチウムイオンバッテリ８の電圧を車両側ＥＣＵ１６の入力電源電圧範囲（本実施形態では２４Ｖ）に変換して車両側ＥＣＵ１６に供給する。
上述したように油圧ポンプ９がＰＴＯ装置１２により駆動される時は、リチウムイオンバッテリ８のバッテリ切れの時が主なので、車両側ＥＣＵ１６は鉛バッテリ１１を電源として動作させるが、油圧ポンプ９が電動モータ７により駆動される時は、車両側ＥＣＵ１６はＤＣ−ＤＣコンバータ１８を介してリチウムイオンバッテリ８を電源として動作させる。

次に、リチウムイオンバッテリ８の搭載構造につき、図４，図５を参照して説明する。
リチウムイオンバッテリ８は、塵芥収容箱２の下に配置される。リチウムイオンバッテリ８は、断熱材を介して車体フレーム５又は塵芥収容箱２に固定される。本実施形態においては、リチウムイオンバッテリ８を車体フレーム５に固定する場合を示す。
図４に示すように、断熱材２１を介してＬ字フレーム２２の一端部が車体フレーム５に固定され、断熱材２２を介してＬ字フレーム２２の他端部がバッテリボックス１４の底部に固定される。これにより、バッテリボックス１４及びこれに納められたリチウムイオンバッテリ８は、塵芥収容箱２の下に配置され、塵芥収容箱２と距離を置いて配置される。したがって、塵芥収容箱２内の塵芥の発火の際にも、リチウムイオンバッテリ８への熱伝動が軽減される。
リチウムイオンバッテリ８を塵芥収容箱２に固定する場合も、バッテリボックス１４及びリチウムイオンバッテリ８を塵芥収容箱２の下に配置し、塵芥収容箱２と距離を置いて配置するとともに、塵芥収容箱２への取付部においても断熱材により熱伝導を遮断することが好ましい。

リチウムイオンバッテリ８の搭載構造のさらに具体的な構成を図５に示した。
図５に示す搭載構造例においては、Ｌ字フレーム２２の一端部は、車体フレーム５と断熱材押え部材２４との間に配置され、車体フレーム５との間に断熱材２１ａが介装され、断熱材押え部材２４との間に断熱材２１ｂが介装されて、ボルトナット２５により締結固定される。
一方、バッテリボックス１４の底板部２６は、Ｌ字フレーム２２の他端部と断熱材押え部材２７との間に配置され、Ｌ字フレーム２２の他端部との間に断熱材２３ａが介装され、断熱材押え部材２７との間に断熱材２３ｂが介装されて、ボルトナット２８により締結固定される。

次に、図６〜図９を参照してシステム制御例につき説明する。
まず、図６を参照して電動システムＥＰＳの起動処理の流れにつき説明する。
図６に示すように車両側ＥＣＵ１６は、電動システムＥＰＳの起動スイッチがＯＮとされたか否か判断する（ステップＳ１）。
電動システムＥＰＳの起動スイッチがＯＮとされたら（ステップＳ１でＹＥＳ）、バッテリ８が充電中か否か判断する（ステップＳ２）。
バッテリ８が充電中でなければ（ステップＳ２でＮＯ）、バッテリコントロールユニット１９の検出信号に基づき、バッテリ８にセル電圧の不均衡や高温等の異常が有るか判断する（ステップＳ３）。
バッテリ８に異常が無ければ（ステップＳ３でＮＯ）、インバータ内蔵コントローラ１３に故障等の異常が有るか判断する（ステップＳ４）。
インバータ内蔵コントローラ１３に異常が無ければ（ステップＳ４でＮＯ）、インバータ内蔵コントローラ１３のレディ処理を行い、インバータ内蔵コントローラ１３のレディ処理が完了したら（ステップＳ５でＹＥＳ）、電動モータ７の回転数がゼロか否か判断する（ステップＳ６）。
電動モータ７の回転数がゼロであれば（ステップＳ６でＹＥＳ）、ＰＴＯ装置１２がＯＮか否か判断する（ステップＳ７）。
ＰＴＯ装置１２がＯＦＦであれば（ステップＳ７でＮＯ）、電動システムＥＰＳを起動する。

次に、図７を参照して電動システムＥＰＳの停止処理の流れにつき説明する。
図７に示すように車両側ＥＣＵ１６は、電動システムＥＰＳの起動スイッチがＯＦＦとされたか否か判断する（ステップＳ１１）。
電動システムＥＰＳの起動スイッチがＯＦＦとされたら（ステップＳ１１でＹＥＳ）、インバータ内蔵コントローラ１３が出力動作中であるか否か判断する（ステップＳ１２）。
インバータ内蔵コントローラ１３が出力動作中でなければ（ステップＳ１２でＮＯ）、そのまま電動システムＥＰＳを停止状態に保持し、インバータ内蔵コントローラ１３が出力動作中であれば（ステップＳ１２でＹＥＳ）、これを強制停止してから（ステップＳ１３）、そのまま電動システムＥＰＳを停止状態に保持して、再起動に備える。

次に、図８を参照してリチウムイオンバッテリ８の充電制御の流れにつき説明する。
なお、リチウムイオンバッテリ８の充電制御装置が、車両側ＥＣＵ１６又はバッテリコントロールユニット１９に構成される。
図８に示すように充電制御装置は、充電スイッチがＯＮとされたか否か判断する（ステップＳ２１）。
充電スイッチがＯＮとされなければ（ステップＳ２１でＮＯ）、充電器２０をＯＦＦに維持し（ステップＳ２６）、充電スイッチがＯＮとされたら（ステップＳ２１でＹＥＳ）、電動モータ７を駆動中か否か判断する（ステップＳ２２）。
電動モータ７を駆動中であれば（ステップＳ２２でＹＥＳ）、充電器２０をＯＦＦに維持し（ステップＳ２６）、電動モータ７を駆動中でなければ（ステップＳ２２でＮＯ）、充電器２０に付設されたコンセントに外部供給電源が接続されたか否か判断する（ステップＳ２３）。
充電器２０に付設されたコンセントに外部供給電源が接続されなければ（ステップＳ２３でＮＯ）、充電器２０をＯＦＦに維持し（ステップＳ２６）、充電器２０に付設されたコンセントに外部供給電源が接続されれば（ステップＳ３でＹＥＳ）、充電器２０をＯＮにして充電を実行する（ステップＳ２４）。
その後、満充電（ステップＳ２７でＹＥＳ）まで、バッテリ８に異常が有るか否かをバッテリコントロールユニット１９の検出信号に基づき監視し（ステップＳ２５）、あれば充電器２０をＯＦＦにする（ステップＳ２６）。
バッテリ８に異常が生じることなく満充電（ステップＳ２７でＹＥＳ）となれば、充電を終了する。

次に、図９を参照してＰＴＯシステムの起動処理の流れにつき説明する。
なお、ＰＴＯシステムの起動スイッチが、塵芥積込装置の操作盤と、車両側とに二重に設けられているとする。
図９に示すように車両側ＥＣＵ１６は、塵芥積込装置の操作盤上のＰＴＯシステムの起動スイッチがＯＮとされたか否か判断する（ステップＳ３１）。
ＰＴＯシステムの起動スイッチがＯＮとされたら（ステップＳ３１でＹＥＳ）、電動システムＥＰＳをＯＦＦとし（ステップＳ３２）、エンジン１０がＯＮか否か判断する（ステップＳ３３）。
エンジン１０がＯＮであれば（ステップＳ３３でＹＥＳ）、車両側のＰＴＯシステムの起動スイッチがＯＮとされたか否か判断する（ステップＳ３４）。
車両側のＰＴＯシステムの起動スイッチがＯＮであれば（ステップＳ３４でＹＥＳ）、エンジン１０によりＰＴＯ装置１２を駆動する。

１ 塵芥収集車
２ 塵芥収容箱
３ 塵芥投入箱
４ 塵芥積込装置
５ 車体フレーム
６ サブフレーム
７ 電動モータ
８ リチウムイオンバッテリ
９ 油圧ポンプ
１０ エンジン
１１ 鉛バッテリ
１２ ＰＴＯ装置
１３ インバータ内蔵コントローラ
１４ バッテリボックス
１５ トランスミッション
１７ 操作スイッチ
１８ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１９ バッテリコントロールユニット
２０ 充電器
２１ 断熱材
２２ Ｌ字フレーム
２２ 断熱材

Claims (4)

1. 塵芥投入箱に投入された塵芥を塵芥収容箱に積込む塵芥収集車において、
   前記塵芥投入箱内の塵芥を圧縮する圧縮工程と、該圧縮工程で圧縮された塵芥を前記塵芥収容箱に積込む積込工程とを含む所定の塵芥積込サイクルを実行する塵芥積込装置と、
   前記塵芥積込装置を駆動する電動モータと、
   前記電動モータに電力を供給するリチウムイオンバッテリとを備えることを特徴とする塵芥収集車。
2. 前記リチウムイオンバッテリは、前記塵芥収容箱の下に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の塵芥収集車。
3. 前記リチウムイオンバッテリは、断熱材を介して車体フレーム又は前記塵芥収容箱に固定されていることを特徴とする請求項２に記載の塵芥収集車。
4. 走行用のエンジンと、
   前記リチウムイオンバッテリと異なる電圧の走行用の鉛バッテリと、
   前記エンジンの動力を取り出して前記油圧ポンプを駆動するＰＴＯ装置と、
   前記ＰＴＯ装置又は前記電動モータにより駆動され、前記塵芥積込装置を駆動する油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプにより加圧された作動油の前記塵芥積込装置に対する出力を制御して前記塵芥積込装置の動作を制御する制御装置と、
   前記リチウムイオンバッテリの電圧を前記制御装置の入力電源電圧範囲に変換するコンバータとを備え、
   前記油圧ポンプが前記ＰＴＯ装置により駆動される時、前記制御装置は前記鉛バッテリを電源とし、
   前記油圧ポンプが前記電動モータにより駆動される時、前記制御装置は前記コンバータを介して前記リチウムイオンバッテリを電源とすることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の塵芥収集車。

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