JP2020026244A - 電動作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】コスト上昇を抑制しつつ、車両のバッテリ電力を外部に出力可能な電動作業車両を提供する。【解決手段】外部より充電可能なバッテリを搭載する車体と、外部ケーブルが接続されることにより外部に交流電力を出力可能な出力ポートと、車体に架装される架装体と、架装体において交流電力が供給されることにより所定作業を行う作業部と、車体においてバッテリから出力される直流電力を交流電力に変換し、架装体又は出力ポートに供給する電力変換部と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、電動作業車両に関する。

一般に、塵芥車両、冷蔵車両、ダンプ車両、ミキサ車両、又は消防車両等の作業車両では、ＰＴＯ（Power Take-Off）装置を通じて内燃機関の回転動力の少なくとも一部を取り出すことにより、上記作業車両に搭載された架装装置の油圧ポンプやコンプレッサの作動動力源としている。近年、上記作業車両においても、下記特許文献１に開示されるように、環境負荷低減の観点から、内燃機関を備えない電動車両化が検討されている。このような電動化された車両（電動作業車両）においては、上記ＰＴＯ装置の代わりに車両側バッテリの電力を架装装置に供給する装置を備えており、電動化された油圧ポンプやコンプレッサが車両側のバッテリから供給される電力によって作動される。

特開２０１２−２３２７２４号公報

上記電動作業車両は、災害等の非常時に、車両のバッテリ電力を外部に出力可能とすることで、非常時の電力ソースとして活用することが期待されている。また、より効率的な電力利用の観点から、車両間、車両−外部電子機器間、車両−外部施設間、又は車両−外部インフラ間等のＶ２Ｘ（Vehicle to Everything）電力供給システムに対応することも期待されている。しかしながら、このような電力供給システムを車両に追加する場合、車両のバッテリ電力を外部に出力可能とするための構成を追加する必要があるため、車両コストが上昇する虞がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コスト上昇を抑制しつつ、車両のバッテリ電力を外部に出力可能な電動作業車両を提供することにある。

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様として実現することができる。

本発明の態様に係る電動作業車両は、外部より充電可能なバッテリを搭載する車体と、外部ケーブルが接続されることにより外部に交流電力を出力可能な出力ポートと、前記車体に架装される架装体と、前記架装体において交流電力が供給されることにより所定の作業を行う作業部と、前記車体において前記バッテリから出力される直流電力を交流電力に変換し、前記架装体又は前記出力ポートに供給する電力変換部と、を含む。

上記構成によれば、本発明の態様に係る電動作業車両は、架装体に設置された作業部へ供給する交流電力を変換するために設けられた電力変換部を利用して、外部へ電力を供給している。従来の車両において、バッテリに蓄積された電力を外部へ供給するためには、放電用コンバータ等の外部へ電力を供給するための構成を新たに設置する必要がある。外部へ電力を供給するための構成の追加により、車両コストが上昇することになる。一方、本態様に係る電動作業車両は、上記架装体に設置された作業部へ交流電力を供給するために設けられた電力変換部を利用して、外部へ電力を供給している。これにより、本態様に係る電動作業車両は、車両コスト上昇を抑制することができる。かくして、本態様に係る電動作業車両は、コスト上昇を抑制しつつ、バッテリに蓄積された電力を外部に出力することができる。

本実施形態に係る電動作業車両、当該電動作業車両からの電力供給を受ける電力供給対象物、及び当該電動作業車両に電力を供給する充電設備を示す図である。 図１に示す電動作業車両の内部構成を示すブロック図である。

以下、本発明の一実施形態に係る電動作業車両について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施形態の説明に用いる図面は、いずれも構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、または省略などを行っており、構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。

図１は、本実施形態に係る電動作業車両１、当該電動作業車両１からの電力供給を受ける電力供給対象物２、及び当該電動作業車両１に電力を供給する充電設備３を示す図である。本実施形態に係る電動作業車両１は、車輪５が設けられた車体４、キャブ６、及び架装体７を含み、後述するバッテリ１０に蓄積された電力を、後述するインレット８０及びインレット８０に接続された外部ケーブル８又は外部ケーブル９を介して、電動作業車両１の外部に設置された電力供給対象物２へ供給可能な電動トラックである。また、本実施形態に係る電動作業車両１は、インレット８０を介して接続された充電設備３により上記バッテリ１０を充電可能である。

本実施形態に係る電動作業車両１は、走行用駆動源として後述するモータ３０を備える電気自動車を想定しているが、エンジンを更に備えるハイブリッド自動車であってもよい。また、本実施形態における電力供給対象物２は、自車両とは別の車両、一般住居、ビル、若しくは工場等の外部施設、信号機、若しくは街路灯等の外部インフラ、又はその他の外部電子機器である。また、本実施形態における充電設備３は、充電スタンド等の商用で設置されるものであっても、一般住居やビル等の建物に設置されるものであってもよい。

車体４は、例えば、図示しないサイドレール及び複数のクロスメンバを有するラダーフレームにより構成される。キャブ６は、図示しない運転席を含む構造体であり、当該車体４の前部上方に設けられる。架装体７は、電動作業車両１によって行われる所定の作業を遂行するために必要な構成を有する構造体であり、当該車体４の後部上方に架装される。ここで、本実施形態に係る電動作業車両１は、例えば、塵芥車両、冷蔵車両、ダンプ車両、ミキサ車両、又は消防車両等の車両である。すなわち、上記架装体７は、電動作業車両１の種別に応じて適宜変更される。

ここで、本実施形態に係る電動作業車両１の内部構成について、図２を参照して説明する。なお、説明の便宜上、以降の実施形態では、上記電動作業車両１を単に車両１と記載する。

図２は、図１に示す車両１の内部構成を示すブロック図である。図２に示すように、車両１は、バッテリ１０、配電ユニット（ＰＤＵ）２０、モータ３０、減速機構４０、差動機構５０、ドライブシャフト６０、駆動用インバータ７０、インレット８０、リレースイッチ９０、充電用コンバータ１００、作業部１１０、架装用インバータ（電力変換部）１２０、及びＥＣＵ１３０を含む。

バッテリ１０は、車体４に搭載され、車両１を走行させるための、又は車両１に含まれる各構成に供給するための電力を蓄積する。例えば、バッテリ１０は、配電ユニット（ＰＤＵ）２０を介して、後述するモータ３０、及び車両１に含まれる各構成に電力を供給する二次電池である。バッテリ１０は、車両１に必要とされる電力を蓄えるために比較的大型で大容量のバッテリモジュール（図示せず）を内部に複数備える。

モータ３０は、駆動用インバータ７０から交流電力が供給されることにより、車両１の走行に必要な駆動力を発生させる。減速機構４０は、図示しない複数のギアを含み、モータ３０から入力された回転トルクを減速して差動機構５０に出力する。差動機構５０は、減速機構４０から入力された動力を車輪５に振り分ける。振り分けられた動力は、ドライブシャフト６０を介して、車輪５に伝達される。これにより、本実施形態に係る車両１は、当該車輪５を回転させて車両１を走行させることができる。駆動用インバータ７０は、配電ユニット２０を介して、バッテリ１０から供給された直流電力を交流電力に変換してモータ３０へ供給し、車両１に対するアクセル操作に応じてモータ３０から出力されるトルクを制御する。

インレット８０は、図１に示す外部ケーブル８の一端に設けられるコネクタ（図示せず）が接続可能となるように構成される。本実施形態におけるインレット８０は、例えば、直流用ポート８１、及び交流用ポート８２を有する。

直流用ポート８１は、直流用の外部ケーブル８を介して、直流で送電する充電設備３に接続され、当該直流で送電する充電設備３から供給された直流電力を入力可能な入力ポートとして機能する。例えば、外部ケーブル８は、急速充電スタンド等の充電設備３に接続されるケーブルである。

交流用ポート８２は、交流用の外部ケーブル９を介して、交流で送電する充電設備３、又は交流で受電可能な電力供給対象物２に接続される。交流用ポート８２は、交流で送電する充電設備３に接続される場合、当該交流で送電する充電設備３から供給される交流電力を入力可能な入力ポートとして機能する。また、交流用ポート８２は、交流で受電可能な電力供給対象物２に接続される場合、当該電力供給対象物２へ交流電力を出力可能な出力ポートとして機能する。例えば、外部ケーブル９は、通常充電スタンド等の充電設備３や、工場等の外部施設の電力網の三相交流電源に連結可能なケーブルである。

リレースイッチ９０は、上記交流用ポート８２、及び後述する充電用コンバータ１００のＡＣ−ＤＣコンバータ１０２の間に接続される。本実施形態におけるリレースイッチ９０は、例えば、コイルや機械式スイッチ等の部品を有する有接点リレースイッチ、又はトライアックやトランジスタ等の電子部品を有する無接点リレースイッチである。具体的には、リレースイッチ９０は、１つの可動接点９１、及び２つの固定接点９２，９３を含む。可動接点９１は、交流用ポート８２に接続される。固定接点９２は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０２に接続される。固定接点９３は、後述する架装用インバータ１２０に接続される。本実施形態におけるリレースイッチ９０は、交流用ポート８２が交流で送電する充電設備に接続される場合、可動接点９１、及び固定接点９２を接触させる。また、リレースイッチ９０は、交流で受電可能な電力供給対象物２に接続される場合、可動接点９１、及び固定接点９３を接触させる。

充電用コンバータ１００は、外部ケーブル８又は外部ケーブル９、及びインレット８０を介して、充電設備３から供給された電力をバッテリ１０に蓄積可能な電力に変換する。さらに、充電用コンバータ１００は、配電ユニット２０を介して、変換した電力をバッテリ１０へ出力する。本実施形態における充電用コンバータ１００は、例えば、リレースイッチ１０１、及びＡＣ−ＤＣコンバータ１０２を有する。

ここで、充電用コンバータ１００は、外部の充電設備３と通信可能に構成される。これにより、充電設備３に対し、バッテリ１０に蓄積可能な所望の充電電力を供給させることができる。

リレースイッチ１０１は、インレット８０側の電力ラインと、配電ユニット２０側の電力ラインとを断接可能に構成される。これにより、リレースイッチ１０１は、外部ケーブル８、及びインレット８０の直流用ポート８１、および配電ユニット２０を介して、直流で送電する充電設備３から供給された直流電力を上記バッテリ１０に供給することができる。

ＡＣ−ＤＣコンバータ１０２は、外部ケーブル９、インレット８０の交流用ポート８２、及びリレースイッチ９０を介して、交流で送電する充電設備３から供給された交流電力を上記バッテリ１０に蓄積可能な所定の直流電力に変換する。さらに、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０２は、配電ユニット２０を介して、変換した直流電力をバッテリ１０へ出力する。これにより、本実施形態に係る車両１は、充電設備３によりバッテリ１０を充電することができる。

作業部１１０は、図１に示す架装体７に設置され、当該架装体７において交流電力が供給されることにより所定の作業を行う。本実施形態における作業部１１０は、例えば、塵芥車両、冷蔵車両、ダンプ車両、ミキサ車両、又は消防車両等、車両１の種別に応じて適宜変更される。

架装用インバータ（電力変換部）１２０は、車体４に設置され、配電ユニット２０を介して、バッテリ１０から出力された直流電力を所定の交流電力に変換する。さらに、架装用インバータ１２０は、リレースイッチ９０、インレット８０の交流用ポート８２、及び外部ケーブル９を介して、変換した交流電力を架装体７、又は車両１に接続された電力供給対象物２へ供給する。

例えば、架装用インバータ１２０は、所定の交流電力を作業部１１０へ供給する場合、内部スイッチング素子を制御することによりバッテリ１０からの所定の直流電力を交流電力に変換し、架装体７に設けられた作業部１１０に供給する。

また、例えば、架装用インバータ１２０は、所定の交流電力を外部の電力供給対象物２へ供給する場合、内部スイッチング素子を制御することによりバッテリ１０からの所定の直流電力を交流電力に変換し、リレースイッチ９０、交流用ポート８２を介して電力供給対象物２に供給する。

ＥＣＵ１３０は、ハードウェア資源として、所定のプロセッサを含む。ＥＣＵ１３０は、車両１の内部に含まれる各構成を統合制御する。例えば、架装体７の作業部１１０への電力供給が必要となった場合、ＥＣＵ１３０は、架装用インバータ１２０に作業部１１０への電力供給を指示する。また、ＥＣＵ１３０は、配電ユニット２０に対して、バッテリ１０及び架装用インバータ１２０の間の電気経路を接続するように指示する。これにより、本実施形態に係る車両１は、バッテリ１０に蓄積された電力を架装体７に設置された作業部１１０へ供給することができる。

また、ＥＣＵ１３０は、架装用インバータ１２０により変換された交流電力を電力供給対象物２へ供給する場合、架装用インバータ１２０に外部の電力供給対象物２への電力供給を指示する。また、ＥＣＵ１３０は、配電ユニット２０に対して、バッテリ１０及び架装用インバータ１２０の間の電気経路を接続するように指示する。また、ＥＣＵ１３０は、リレースイッチ９０に対して、可動接点９１、及び固定接点９３を接触させるように指示する。また、ＥＣＵ１３０は、架装用インバータ１２０に対して、配電ユニット２０を介して、バッテリ１０から出力された直流電力を所定の交流電力に変換し、リレースイッチ９０、インレット８０の交流用ポート８２、及び外部ケーブル９を介して、変換した交流電力を電力供給対象物２へ供給するように指示する。これにより、本実施形態に係る車両１は、バッテリ１０に蓄積された電力を車両１の外部に設置された電力供給対象物２へ供給することができる。

（総括）
上述の通り、本実施形態に係る電動作業車両１は、外部より充電可能なバッテリ１０を搭載する車体４、外部ケーブル９が接続されることにより外部に交流電力を出力可能なインレット８０の交流用ポート（出力ポート）８２、車体４に架装される架装体７、架装体７において交流電力が供給されることにより所定の作業を行う作業部１１０、及び車体４においてバッテリ１０から出力される直流電力を交流電力に変換し、架装体７、又は交流用ポート（出力ポート）８２に供給する架装用インバータ（電力変換部）１２０を含む。

上記構成によれば、本実施形態に係る電動作業車両１は、上記架装体７に設置された作業部１１０へ交流電力を供給するために設けられた架装用インバータ１２０及びリレースイッチ９０を利用して、車両外部の電力供給対象物２へ電力を供給している。従来の車両において、バッテリ１０に蓄積された電力を車両外部の電力供給対象物２へ供給するためには、放電用コンバータ等の車両外部の電力供給対象物２へ電力を供給するための構成を新たに設置する必要がある。車両外部の電力供給対象物２へ電力を供給するための構成を追加することにより、車両コストが上昇することになる。

一方、本実施形態に係る電動作業車両１は、上記架装体７に設置された作業部１１０へ交流電力を供給するために設けられた架装用インバータ１２０及びリレースイッチ９０を利用して、車両外部の電力供給対象物２へ電力を供給している。なお、上記リレースイッチ９０は、上記放電用コンバータより簡易な構成を有し、かつ安価である。これにより、本実施形態に係る電動作業車両１は、構成の追加による車両コスト上昇を抑制することができる。

かくして、本実施形態に係る電動作業車両１は、コスト上昇を抑制しつつ、バッテリ１０に蓄積された電力を外部に出力することができる。

また、上記説明において用いた「所定のプロセッサ」という文言は、例えば、マイコン等の専用又は汎用のプロセッサを意味する。また、本実施形態におけるＥＣＵ１３０は、単一のプロセッサによって実現するようにしても、複数のプロセッサによって実現するようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 電動作業車両
２ 電力供給対象物
３ 充電設備
４ 車体
５ 車輪
６ キャブ
７ 架装体
８ 外部ケーブル
９ 外部ケーブル
１０ バッテリ
２０ 配電ユニット（ＰＤＵ）
３０ モータ
４０ 減速機構
５０ 差動機構
６０ ドライブシャフト
７０ 駆動用インバータ
８０ インレット
８１ 直流用ポート
８２ 交流用ポート（出力ポート）
９０ リレースイッチ
９１ 可動接点
９２ 固定接点
９３ 固定接点
１００ 充電用コンバータ
１０１ リレースイッチ
１０２ ＡＣ−ＤＣコンバータ
１１０ 作業部
１２０ 架装用インバータ（電力変換部）
１３０ ＥＣＵ

Claims (1)

1. 外部より充電可能なバッテリを搭載する車体と、
   外部ケーブルが接続されることにより外部に交流電力を出力可能な出力ポートと、
   前記車体に架装される架装体と、
   前記架装体において交流電力が供給されることにより所定の作業を行う作業部と、
   前記車体において前記バッテリから出力される直流電力を交流電力に変換し、前記架装体又は前記出力ポートに供給する電力変換部と、を含む、電動作業車両。

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