JP2012001933A

JP2012001933A - 電動式建設機械

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Publication number: JP2012001933A
Application number: JP2010136361A
Authority: JP
Inventors: Akira Noguchi; 章野口; Masayuki Yugami; 誠之湯上
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2010-06-15
Filing date: 2010-06-15
Publication date: 2012-01-05
Anticipated expiration: 2030-06-15
Also published as: WO2011158618A1; CN102713084A; EP2584100A1; EP2584100B1; KR101827583B1; US20130075171A1; US8631890B2; KR20130095625A; CN102713084B; JP5172898B2; EP2584100A4

Abstract

【課題】旋回体上に積載したバッテリを効率的に冷却することができる電動式建設機械を提供することを目的とする。
【解決手段】旋回体３にバッテリ収納空間１１を形成し、このバッテリ収納空間内１１に、電力源となる複数のバッテリ２３１を配置してなる電動式建設機械において、前記バッテリ２３１が搭載され、下方から上方に向かう空気の流通路を有しているバッテリ収納構造体２３と、前記バッテリ収納構造体２３の上面及び側面の全体を覆う覆いシート２６と、前記覆いシートの上部側に一方端を設けた排気用のダクト２７とを備えたものである。
【選択図】図４

Description

本発明は、バッテリと、バッテリからの電力源により駆動される電動モータとを備える電動式建設機械に係り、更に詳しくは、バッテリを効率良く冷却することができる電動式建設機械に関する。

電動式建設機械においては、バッテリを旋回体の後部に積載し、バッテリの充電時に発生する有毒ガスを、旋回体の後部カバー外に放出するものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１１−１４０９０６号公報

バッテリを旋回体の後部に積載した電動式建設機械においては、バッテリの蓄電量は、建設機械の作業を行うだけの容量を備える必要があるため、例えば、小型の建設機械の場合には、旋回体のほぼ４割程度の表面積が必要となり、旋回体の後部の限られた容積空間内に、より多くのバッテリセルを搭載することが望まれている。

一方、バッテリの充電時及びバッテリの放電時に、バッテリが発熱するが、この発熱はバッテリの蓄電能力を劣化させ、建設機械の稼動時間を縮める原因となる。旋回体の後部の限られた容積空間内に、多数のバッテリを搭載した場合、バッテリの冷却効率を高める必要があるが、その一方策として、放熱面積を増大させることで可能であるが、このように、放熱面積を増大させると、バッテリの収納空間が大きくせざるを得ないという。上述とは相反する問題点を生じている。

本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、旋回体上に積載したバッテリを効率的に冷却することができる電動式建設機械を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、第１の発明は、旋回体にバッテリ収納空間を形成し、このバッテリ収納空間内に、電力源となる複数のバッテリを配置してなる電動式建設機械において、前記バッテリが搭載され、下方から上方に向かう空気の流通路を有しているバッテリ収納構造体と、前記バッテリ収納構造体の上面及び側面の全体を覆う可撓性の覆いシートと、前記覆いシートの上部側に一方端を設けた排気用のダクトとを備えたものである。

また、第２の発明は、旋回体の後部にバッテリ収納空間を形成し、このバッテリ収納空間内に、電力源となる複数のバッテリを配置してなる電動式建設機械において、前記バッテリが搭載され、下方から上方に向かう空気の流通路を有しているバッテリ収納構造体と、前記バッテリ収納構造体の上面及び側面の全体を覆う可撓性の覆いシートと、前記覆いシートの上部側に一方端を設けた排気用のダクトとを備えたものである。

更に、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記ダクトの他方端は、強制排気されている室に連結されているものである。

また、第４の発明は、第３の発明において、前記強制排気されている室は、旋回体に設けられ、油圧ポンプ、電動モータ、インバータ、オイルタンク、熱交換器、冷却ファン等の機器が収納され、冷却ファンにより室内の空気を外部に排出する機器室であることを特徴とする電動式建設機械。

更に、第５の発明は、第３の発明において、前記ダクトの他方端に、排気ファンを設けたものである。

また、第６の発明は、第１乃至第５の発明のいずれかにおいて、前記ダクトの一方端は、前記覆いシートの上面に連結したものである。

更に、第７の発明は、第１乃至第５の発明のいずれかにおいて、前記ダクトの一方端は、前記覆いシートの上部側面に連結したものである。

また、第８の発明は、第１乃至第７の発明のいずれかにおいて、前記覆いシートは、防水シートで形成されているものである。

更に、第９の発明は、第１乃至第７の発明のいずれかにおいて、前記覆いシートは、帯電防止シートで形成されているものである。

本発明によれば、バッテリに強制的に空気を流通させるようにしたので、バッテリを効率的に冷却することができる。その結果、バッテリ収納空間を拡大させずに、バッテリ収納空間内に可能な限りのバッテリを搭載することが可能である。

本発明の電動式建設機械の一実施の形態を示す正面図である。図１に示す本発明の電動式建設機械の一実施の形態を上方からみた部分平面図である。図２に示す本発明の電動式建設機械の一実施の形態を図２中の矢示III−III方向からみた断面図である。図３に示す本発明の電動式建設機械の一実施の形態をキャノピを取付けた状態で図３中の矢示IV−IV方向からみた断面図である。本発明の電動式建設機械の一実施の形態を構成するバッテリ収納構造体の斜視図である。本発明の電動式建設機械の一実施の形態を構成するバッテリ収納構造体の底板を示す平面図である。本発明の電動式建設機械の一実施の形態を構成するバッテリ収納構造体を旋回体から分離した状態を示す斜視図である。本発明の電動式建設機械の他の実施の形態を一部断面にて示す正面図である。

以下、本発明に係る電動式建設機械の実施の形態を、油圧ショベルに適用した場合を例に挙げ、添付図面を用いて説明する。
図１は本発明の電動式建設機械の一実施の形態を示す正面図、図２は図１に示す本発明の電動式建設機械の一実施の形態を上方からみた部分平面図である。図１及び図２において、図中、１は電動式の建設機械である電動式油圧ショベルを示し、この油圧ショベル１は、自走可能なクローラ式の走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に搭載され、走行体２と共に車体を構成する旋回体３とを備えている。また、旋回体３の前部側には、土砂の掘削作業等を行うスイング式の作業装置４が設けられている。作業装置４は、ブーム４Ａ、アーム４Ｂ、バケット４Ｃ、ブームシリンダ４Ｄ、アームシリンダ４Ｅ、バケットシリンダ４Ｆ等により構成されている。

旋回体３は、旋回中心Ｐを中心として下部走行体２上で旋回動作を行うもので、その旋回フレーム５の幅方向の前方左側には、運転席６と、運転席６のキャノピ７とが設けられている。また、旋回フレーム５の幅方向の前方右側には、後述する油圧ポンプ、電動モータ、インバータ、オイルタンク、熱交換器、冷却ファン等の機器を収納する機械室８が形成されており、この機械室８を覆う機械室用外装カバー９が設けられている。機械室用外装カバー９の前方側には、冷却ファンからの排気を外部に放出するための排気孔１０が設けられている。

また、旋回フレーム５の後部には、後述するバッテリ構造体を収納するバッテリ収納室１１が形成されており、このバッテリ収納室１１を覆うバッテリ収納室用外装カバー１２が設けられている。

次に、上述した機械室８及びバッテリ収納室１１内の構成を、図３及び図４を用いて説明する。
図３は、図２に示す本発明の電動式建設機械の一実施の形態を図２中の矢示III−III方向からみた断面図、図４は、図３に示す本発明の電動式建設機械の一実施の形態をキャノピを取付けた状態で図３中の矢示IV−IV方向からみた断面図である。これらの図において、図１及び図２に示す符号と同符号のものは同一部分である。

図３及び図４において、まず、機械室８内に設置されている機器の配置について説明する。電動式油圧ショベル１は、駆動源として油圧ポンプ、電動モータ等を備え、電動モータによって油圧ポンプを駆動することにより、走行用および旋回用の油圧モータ（いずれも図示せず）、作業装置４を構成する各シリンダ４Ｄ，４Ｅ，４Ｆ等の油圧機器に向けて、油圧ポンプから作動用の圧油を供給するものであるので、機械室８内には、上述した機器等が設置されている。

機械室８は、前述した機械室用外装カバー９と、底板１３と、運転席６の近傍で旋回フレーム５の前後方向に設けた縦仕切板１４と、旋回体５の後方側で旋回フレーム５の左右方向に設けた横仕切板１５によって形成されている。

機械室８内の前方部には、油圧ショベル１に搭載された油圧機器に供給される作動油を貯溜するオイルタンク１６が設置されている。機械室１０の後部下側には、後述するバッテリから電力により駆動される電動モータ１７が設けられている。電動モータ１７には、油圧ポンプ１８が連結されている。油圧ポンプ１８は、電動モータ１７によって駆動されることにより、油圧ショベル１に搭載された各種の油圧機器に向けて作動用の圧油（作動油）を吐出するものである。

機械室８内における電動モータ１７の上方には、インバータ１９が配置されている。機械室８における機械室用外装カバー９の前方側の排気孔１０に対向する部分には、機械室８内の熱気を機械室８外に放出する冷却ファン２０が配置されている。冷却ファン２０の後面側（機械室８内の空気吸込側）には、油圧ショベル１に搭載された各油圧機器からオイルタンク１６に戻る作動油（戻り油）を冷却する熱交換器２１、及び電動モータ１７とインバータ１９とに供給される冷却水を冷却するオイルクーラ２２が配置されている。

次に、バッテリ収納室１１内の構成を、図３乃至図７を用いて説明する。
図５は本発明の電動式建設機械の一実施の形態を構成するバッテリ収納構造体の斜視図、図６は本発明の電動式建設機械の一実施の形態を構成するバッテリ収納構造体の底板を示す平面図、図７は本発明の電動式建設機械の一実施の形態を構成するバッテリ収納構造体部分を旋回体から分離した状態を示す斜視図である。

図３乃至図７において、旋回フレーム５の後部におけるバッテリ収納室１１内には、図３及び図４に示すように、複数のバッテリを収納することができる棚状のバッテリ収納構造体２３が装設されている。このバッテリ収納構造体２３は、図４に示すように、旋回フレーム５を構成する、旋回体３の後部で旋回体３の前後方向に延びている２つの後部ビーム５ａ上に着脱可能に設置され、バッテリの重量を利用して、電動式建設機械のカウンタウエイトの役割も兼ねている。また、バッテリ収納構造体２３は、図７に示すように、バッテリの交換のために、旋回フレーム５の後部ビーム５ａから取り外すことができる。

バッテリ収納構造体２３は、図５に示すように、複数のバッテリ２３１と、バッテリ２３１を旋回フレーム５の上下方向に複数段及び旋回フレーム５の左右方向に複数列に収納保持する複数段のバッテリテーブル２３２と、バッテリテーブル２３２上設けたバッテリ２３１の上面を固定するバッテリ固定板２３３と、各バッテリテーブル２３２上の周縁に設けたバッテリ移動防止枠２３４と、バッテリテーブル２３２間に設けた支柱２３５とを備えている。バッテリ収納構造体２３は、この例では、旋回フレーム５の上下方向に３段及び旋回フレーム５の左右方向に３列で、中央は旋回フレーム５の前後方向に２列に、合計１２個のバッテリ２３１を収納している。

バッテリ収納構造体２３におけるバッテリテーブル２３２は、図６に示すように、その上面に設けたバッテリ底上げ用のビーム２３２Ａと、複数の通気孔２３２Ｂとを備えている。

上述したバッテリ収納構造体２３の構成に基づき、バッテリ収納構造体２３は、最下段から最上段のバッテリ２３１に対して、下方から上方に向かって空気が通リ抜ける流通路を有している。即ち、バッテリ２３１の下方から上方に向かう空気の流れによって、バッテリ２３１で発生する熱気が、積極的に上昇する。

バッテリ収納構造体２３は、図５に示すように、バッテリ収納構造体搭載台２３６、及び連結体２４によって、旋回フレーム５の２つの後部ビーム５ａ上に設置されるが、バッテリ収納構造体搭載台２３６は、図５に示すように、旋回フレーム５の前後方向に延びる２つのフランジ２３６Ａと、フランジ２３６Ａ間に設けた下方に突出するフランジ連結体２３６Ｂとを備えている。フランジ連結体２３６Ｂは、矢印Ａで示すように、旋回フレーム５の前後方向から空気を取り込むような空間を形成している。

旋回フレーム５の後部ビーム５ａ間には、図５に示すように、前述したバッテリ収納構造体搭載台２３６と同様な構成の連結体２４が固定されている。連結体２４のフランジ２４Ａとバッテリ収納構造体搭載台２３６のフランジ２３６Ａとの間には、防振ゴム２５が設けられている。防振ゴム２５は、旋回体の振動がバッテリ収納構造体２３に伝達されるのを抑えるものである。

バッテリ収納構造体２３には、図５に示すように、バッテリ収納構造体２３の上面及び側面の全体を覆う覆いシート２６が設けられている。覆いシート２６の上面には、ダクト２７の一方端が連結されている。ダクト２７の他方端は、図３に示すように、機械室８の横仕切板１５に設けた連結用のダクト２８の一方側に締付バンド２９によって連結されている。

覆いシート２６、ダクト２７は、例えば、ビニール、不織布、内面をコーティングした布等の空気を通さない可撓性の材料で形成されている。

なお、図３及び図４に示す符号３０は、バッテリ収納構造体２３を保護するガードであり、バッテリ収納構造体搭載台２３６に固定されている。

次に、上述した本発明の電動式建設機械の一実施の形態の動作を説明する。
油圧ショベル１を用いて土砂の掘削作業等を行うときには、まず、電動モータ１８を作動させて油圧ポンプ１７を駆動する。

この状態で、運転席６に着席したオペレータが走行レバー・ペダル（図示せず）を操作することにより、走行体２を自走させて油圧ショベル１を作業現場まで移動させる。そして、油圧ショベル１が作業現場まで移動した後には、オペレータが操作レバー（図示せず）を操作することにより、旋回体３を旋回させつつ作業装置４によって土砂等の掘削作業を行うことができる。

ここで、油圧ショベル１が稼動しているときには、電動式の冷却ファン２０が駆動されることにより、機械室８内に冷却風が生起される。この冷却風は、機械室１０内の油圧ポンプ１８、電動モータ１７、インバータ１９、オイルタンク１６、熱交換器２１、オイルクーラ２２等を冷却するとともに、これらの機器から発生した熱気を、機械室用外装カバー９の前方側の排気孔１０から外部に排出する。

また、バッテリ収納室１１内におけるバッテリ収納構造体２３は、覆いシート２６によって、側部と上部とが覆われており、覆いシート２６内の空間は、ダクト２７、連結用のダクト２８を介して機械室８内に連通しているので、覆いシート２６内の空間には、最下段から最上段のバッテリ２３１に対して、下方から上方に向かって外部からの冷却気が通リ抜ける。

このため、充電時、放電時に発生するバッテリからの熱は、覆いシート２６内を上昇するとともに、前述した冷却風により、ダクト２７、連結用のダクト２８、機械室８を介して排気孔１０から強制的に外部に排出されるので、バッテリ２３１は積極的に冷却される。この結果、バッテリ２３１を常に適切な温度に保つことができる。この結果、バッテリ２３１から電動モータ１８等に対する給電を長期に亘って安定して行うことができ、油圧ショベル１の信頼性を高めることができる。

また、バッテリ収納構造体２３内の各バッテリ２３１は、袋状の覆いシート２６によって覆われているので、雨水や粉塵の浸入を抑えることができるので、漏電、劣化を防止でき、バッテリ２３１単体の信頼性、長寿命化を図ることができる。

また、バッテリ収納構造体２３内のバッテリ２３１の交換、メンテナンス、充電等の作業時には、覆いシート２６を捲り上げることにより、バッテリ収納構造体２３を露出させることができるので、バッテリ２３１の交換、メンテナンス、充電等の作業性を損なうことがない。

図８は、本発明の電動式建設機械の他の実施の形態を一部断面にて示す正面図である。この図７において、図３に示す符号と同符号のものは同一部分である。この実施の形態は、機械室８の横仕切板１５における連結用のダクト２８に、排気ファン３１を設けたものである。この排気ファン３１は、バッテリ２３１への充電時に使用される。そして、その電源としては、充電時には、外部電源が近傍にあるので、この外部電源を用いて駆動される。

なお、前述した実施の形態において、覆いシート２６及びダクト２７を、例えば、ビニール、不織布、内面をコーティングした布等の空気を通さないとともに防水機能を有する可撓性のシートで形成した場合について説明したが、覆いシート２６を帯電防止シートで構成することも可能である。このように、覆いシート２６を帯電防止シートで構成することにより、点検時等における短絡事故を防止することができる。

また、前述した実施の形態において、ダクト２７の一方端を覆いシート２６の上面に連結したが、覆いシート２６の上部側面に連結することも可能である。この場合、覆いシート２６の上方部にダクト２７の一方端を配置する必要がなくなり、覆いシート２６の上方部に空間を確保することができるので、この空間にバッテリ２３１を更に配置することができる。また、機械室８を構成する縦仕切板１４に連結用のダクト２８を設け、この連結用のダクト２８の一方端にダクト２７の他方端を連結することも可能である。更に、バッテリ収納構造体２３の上部に、孔を有するブラケットを立設し、このブラケットの孔を、覆いシート２６に連結し、また、ブラケットの孔と機械室８の横仕切板１５における連結用のダクト２８とを、ダクト２７によって連結することも可能である。

また、覆いシート２６は、一体的に形成することも可能であり、また、複数のシートを繋ぎ合わせて形成することも可能である。

また、前述した実施の形態では、旋回体５の後部に形成したバッテリ収納室１１内に、バッテリ収納構造体２３を設けた場合について説明したが、この設置位置に限られないとともに、バッテリ２３１の個数も適宜設定することも可能である。

更に、前述した実施の形態では、電動式建設機械として油圧ショベル１を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、例えばホイールローダ、油圧クレーン等の他の建設機械にも広く適用することができるものである。

１油圧ショベル（建設機械）
３旋回体
５旋回フレーム
８機械室
９機械室用外装カバー
１０排気孔
１１バッテリ収納室
１２バッテリ収納室用外装カバー
２０冷却ファン
２３バッテリ収納構造体
２６覆いシート
２７ダクト
２８連結用のダクト
３１排気ファン

Claims

旋回体にバッテリ収納空間を形成し、このバッテリ収納空間内に、電力源となる複数のバッテリを配置してなる電動式建設機械において、
前記バッテリが搭載され、下方から上方に向かう空気の流通路を有しているバッテリ収納構造体と、
前記バッテリ収納構造体の上面及び側面の全体を覆う可撓性の覆いシートと、
前記覆いシートの上部側に一方端を設けた排気用のダクトとを備えた
ことを特徴とする電動式建設機械。
旋回体の後部にバッテリ収納空間を形成し、このバッテリ収納空間内に、電力源となる複数のバッテリを配置してなる電動式建設機械において、
前記バッテリが搭載され、下方から上方に向かう空気の流通路を有しているバッテリ収納構造体と、
前記バッテリ収納構造体の上面及び側面の全体を覆う可撓性の覆いシートと、
前記覆いシートの上部側に一方端を設けた排気用のダクトとを備えた
ことを特徴とする電動式建設機械。
請求項１又は２に記載の電動式建設機械において、
前記ダクトの他方端は、強制排気されている室に連結されていることを特徴とする電動式建設機械。
請求項３に記載の電動式建設機械において、
前記強制排気されている室は、旋回体に設けられ、油圧ポンプ、電動モータ、インバータ、オイルタンク、熱交換器、冷却ファン等の機器が収納され、冷却ファンにより室内の空気を外部に排出する機器室であることを特徴とする電動式建設機械。
請求項３に記載の電動式建設機械において、
前記ダクトの他方端に、排気ファンを設けたことを特徴とする電動式建設機械。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電動式建設機械において、
前記ダクトの一方端は、前記覆いシートの上面に連結したことを特徴とする電動式建設機械。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電動式建設機械において、
前記ダクトの一方端は、前記覆いシートの上部側面に連結したことを特徴とする電動式建設機械。
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電動式建設機械において、
前記覆いシートは、防水シートで形成されていることを特徴とする電動式建設機械。
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電動式建設機械において、
前記覆いシートは、帯電防止シートで形成されていることを特徴とする電動式建設機械。