(57)【要約】  電動モータが、蓄電モジュールから電力の供給を受ける。電動モータによって駆動対象が駆動される。蓄電モジュールは、積層方向に積み重ねられた複数の保護板と、相互に隣り合う保護板の間に挟まれた平板状の蓄電セルとを有する。保護板は、積層方向に直交する方向である位置拘束方向に関する相対的な位置を拘束する位置拘束形状を有する。
2012102108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部走行体と、
前記下部走行体に旋回可能に取り付けられた上部旋回体と、
蓄電モジュールと、
前記蓄電モジュールから電力の供給を受け、前記上部旋回体を旋回させる電動モータと
を有し、
前記蓄電モジュールは、
積層方向に積み重ねられた複数の保護板と、
相互に隣り合う前記保護板の間に挟まれた平板状の蓄電セルと
を有し、
前記保護板は、前記積層方向に直交する方向である位置拘束方向に関する相対的な位置を拘束する位置拘束形状を有するショベル。
【請求項２】
前記位置拘束形状は、前記位置拘束方向に直交する段差面により構成され、
前記保護板は、相互に対向する表面に形成された前記段差面同士が対向することにより、両者の前記位置拘束方向に関する相対位置が拘束される請求項１に記載のショベル。
【請求項３】
前記保護板は、その内部に形成され、前記積層方向及び前記位置拘束方向に直交する方向に延在する流路を含む請求項２に記載のショベル。
【請求項４】
さらに、
前記保護板の積層体の側方に配置され、前記保護板に熱的に接触する側板と、
前記側板に設けられた冷却媒体用の流路と
を有する請求項２に記載のショベル。
【請求項５】
前記保護板は、一方の表面と他方の表面とに、前記積層方向及び前記位置拘束方向に直交する方向に延在する仮止め用の溝が形成されている請求項２に記載のショベル。
【請求項６】
相互に隣り合う前記保護板の間に、直列接続された複数枚の前記蓄電セルが挟まれている請求項１に記載のショベル。
【請求項７】
さらに、前記蓄電セルと前記保護板との積層体に、前記積層方向の圧縮力を印加する加圧構造体を有する請求項１に記載のショベル。
【請求項８】
さらに、
油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの油圧により前記下部走行体を駆動する油圧モータと、
前記蓄電モジュールから電力の供給を受けて前記油圧ポンプを駆動する油圧用電動モータと
を有する請求項１に記載のショベル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電モジュールを搭載したショベルに関する。
【背景技術】
【０００２】
正極、負極、及びセパレータ等を積層した蓄電積層体を、ブロック状の外殻体とラミネートフィルムとからなる蓄電ケースに収容した蓄電セルが公知である（特許文献１）。この蓄電ケースを積層して蓄電セルを直列接続することにより、所望の電圧で動作させることができる。ブロック状の外殻体が蓄電ケースの形状を画定するため、容易に蓄電ケースを積層することができる。【０００３】
蓄電積層体をラミネートフィルムで挟み、ラミネートフィルム同士を融着した電気二重層キャパシタ（蓄電セル）が公知である（特許文献２）。ラミネートフィルム同士を融着する方法では、ブロック状の外殻体が不要であるため、蓄電セル単体を能率よく簡単に組み立てることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１５３７３３号公報
【特許文献２】特開２０１０−４５２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ラミネートフィルム同士を融着した構造は、蓄電セルの外形を画定する剛性の高い部材を含まない。このため、蓄電セルを積層する際に、蓄電セルを位置決めすることが困難である。また、蓄電セルの保管時に、ラミネートフィルムの表面に異物が付着すると、蓄電セルを積層して圧縮力を印加した際に、異物によってラミネートフィルムが損傷してしまう場合がある。【０００６】
作業機械は、自動車に比べて、路面の悪い砂利道での走行が多く、作業中に周囲の堆積物や構造物への衝突の可能性も高い。このため、作業機械に搭載される蓄電モジュールには、大きな振動や衝撃が加わる。この振動や衝撃によって蓄電セルが損傷してしまう危険性が高い。【０００７】
本発明の目的は、蓄電セルの積層時の位置決めを容易にすることが可能な蓄電モジュールを搭載したショベルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によると、
下部走行体と、
前記下部走行体に旋回可能に取り付けられた上部旋回体と、
蓄電モジュールと、
前記蓄電モジュールから電力の供給を受け、前記上部旋回体を旋回させる電動モータと、
前記電動モータによって駆動される駆動対象と
を有し、
前記蓄電モジュールは、
積層方向に積み重ねられた複数の保護板と、
相互に隣り合う前記保護板の間に挟まれた平板状の蓄電セルと
を有し、
前記保護板は、前記積層方向に直交する方向である位置拘束方向に関する相対的な位置を拘束する位置拘束形状を有するショベルが提供される。
【発明の効果】
【０００９】
保護板の位置拘束方向に関する相対位置が拘束されるため、保護板を積み重なる作業が容易になる。また、保護板の相対位置が変動し難いため、振動や衝撃に対して位置ずれが生じにくい。蓄電セルを保護板で挟んだ状態で保管しておくことにより、蓄電セルの損傷を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施例１による蓄電モジュールに用いられる蓄電セルの平面図である。
【図２】図２は、実施例１による蓄電モジュールの一部に分解斜視図である。
【図３】図３は、実施例１による蓄電モジュールの断面図である。
【図４】図４は、実施例１による蓄電モジュールの一部分の平面図である。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、実施例１による蓄電モジュールの一部分の断面図である。
【図６】図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ実施例１の蓄電セル及び保護板を仮固定した状態の平面図及び正面図である。
【図７】図７は、実施例１の蓄電セル及び保護板の仮固定に用いられるクランプの他の例を示す斜視図である。
【図８−１】図８Ａは、実施例２による蓄電セル及び保護板の保管時のユニットの断面図であり、図８Ｂは、実施例２による蓄電モジュールの断面図である。
【図８−２】図８Ｃは、実施例２の変形例による蓄電モジュールの断面図である。
【図９】図９は、実施例３による蓄電モジュールに用いられる蓄電セルの平面図である。
【図１０】図１０Ａ及び図１０Ｂは、それぞれ実施例３による蓄電モジュールの一部分の平面図及び断面図である。
【図１１】図１１は、実施例４によるハイブリッド型ショベルの概略平面図である。
【図１２】図１２は、実施例４によるハイブリッド型ショベルの概略側面図である。
【図１３】図１３は、実施例４によるハイブリッド型ショベルのブロック図である。
【図１４】図１４は、実施例４によるハイブリッド型ショベルの蓄電回路の等価回路図である。
【図１５】図１５は、実施例５による電動ショベルの概略平面図である。
【図１６】図１６は、実施例５による電動ショベルのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を参照しながら、実施例１〜実施例３による蓄電モジュール、及び実施例４及び実施例５による作業機械について説明する。
【００１２】
［実施例１］
図１に、実施例１による蓄電モジュールに用いられる蓄電セル３５の平面図を示す。蓄電容器１０内に、蓄電積層体１１が収容されている。蓄電容器１０の平面形状は、例えば、頂点がやや丸みを帯びた長方形である。蓄電積層体１１は、第１の集電極２１、第２の集電極２２、セパレータ（電解質層）２５、第１の分極性電極２７、及び第２の分極性電極２８を含む。第１の集電極２１と第２の集電極２２とは、大部分の領域において相互に重なっている。両者が重なった部分に、第１の分極性電極２７及び第２の分極性電極２８が配置されている。
【００１３】
第１の分極性電極２７と第２の分極性電極２８とは、平面視においてほぼ同一の領域に配置される。第１の分極性電極２７及び第２の分極性電極２８が配置されている領域を「電極領域」２９ということとする。電極領域２９よりも外側で、蓄電容器１０の外周よりも内側の領域を、「額縁領域」３０ということとする。額縁領域３０は、電極領域２９よりも薄い。
【００１４】
第１の集電極２１及び第２の集電極２２は、電極領域２９の１つの縁の異なる位置から同一方向（図１において、上向き）に伸びた延伸部分２１Ａ、２２Ａを有する。セパレータ２５の外周線は、第１の集電極２１と第２の集電極２２とが重なっている領域よりも外側に位置する。延伸部分２１Ａ、２２Ａは、セパレータ２５の外周よりも外側まで導出されている。
【００１５】
第１の集電極タブ１２及び第２の集電極タブ１３が、それぞれ蓄電容器１０の内側から、蓄電容器１０の同一の縁と交差して、蓄電容器１０の外側まで引き出されている。第１の集電極タブ１２及び第２の集電極タブ１３は、それぞれ第１の集電極２１の延伸部分２１Ａ及び第２の集電極２２の延伸部分２２Ａと重なり、第１の集電極２１及び第２の集電極２２に電気的に接続されている。第１の集電極タブ１２及び第２の集電極タブ１３は、相互に逆極性の電極として作用する。
【００１６】
蓄電容器１０の額縁領域３０に、ガス抜き孔１４が形成されている。ガス抜き孔１４は、例えば延伸部分２１Ａと延伸部分２２Ａとの間に配置される。ガス抜き構造物１５が、ガス抜き孔１４に重なる位置に配置される。蓄電容器１０内で発生したガスが、ガス抜き構造物１５及びガス抜き孔１４を通って外部に排出される。ガス抜き構造物１５は、外部から蓄電容器１０内への水分等の侵入を防止する。
【００１７】
図２に、実施例１による蓄電モジュールの一部の分解斜視図を示す。２枚の保護板４０の間に、厚さ方向に重ねられた複数（例えば３枚）の蓄電セル３５が、挟まれている。蓄電セル３５の積み重ね方向（厚さ方向）をｚ軸方向とするｘｙｚ直交座標系を定義する。複数の保護板４０は、同一の幾何学的形状を有する。一方の保護板４０の第１の主表面４１と、他方の保護板４０の第２の主表面４２とが相互に対向し、両者の間に蓄電セル３５が挟まれている。第１の主表面４１及び第２の主表面４２は、ｚ軸に対して垂直な姿勢を保ち、ｘ軸に平行な一対の縁、及びｙ軸に平行な一対の縁を有する。
【００１８】
第１の主表面４１のｙ軸に平行な一対の縁に、それぞれ第１の段差面（立ち下がり面）４３が連続する。さらに、第１の段差面４３に、第１の副表面（低い表面）４５が連続する。第１の副表面４５は第１の主表面４１より低い位置に設けられている。第１の段差面４３は、ｘ軸に対して垂直であり、第１の副表面４５はｚ軸に対して垂直である。
【００１９】
第２の主表面４２のｙ軸に平行な一対の縁に、それぞれ第２の段差面（立ち上がり面）４４が連続する。さらに、第２の段差面４４に、第２の副表面（高い表面）４６が連続する。第２の副表面４６は第２の主表面４２より高い位置に設けられている。第２の段差面４４は、ｘ軸に対して垂直であり、第２の副表面４６はｚ軸に対して垂直である。
【００２０】
第１の主表面４１のｘ軸方向の寸法（幅）は、第２の主表面４２のｘ軸方向の寸法（幅）よりもやや小さい。立ち上がり面４４の高さ（ｚ軸方向の寸法）は、保護板４０の間に挟まれている複数の蓄電セル３５の合計の厚さと、立ち下り面４３の高さ（ｚ軸方向の寸法）との和よりも高い。このため、保護板４０及び蓄電セル３５に積層方向（ｚ軸方向）の圧縮力を印加すると、一方の保護板４０の第１の主表面４１が、他方の保護板４０の高い表面４６よりも深い位置まで侵入する。これにより、一方の保護板４０の立ち上がり面４４と、他方の保護板４０の立ち下がり面４３とが、部分的に対向するようになる。
【００２１】
第１の主表面４１及び第２の主表面４２の幅の差を極僅かにしておくと、相互に対向する立ち下り面４３と立ち上がり面４４とが接触する。両者が接触すると、２枚の保護板４０のｘ軸方向（位置拘束方向）に関する相対的な位置が拘束される。立ち下がり面４３及び立ち上がり面４４を、「位置拘束形状」ということとする。
【００２２】
保護板４０の低い表面４５に第１の溝４７が形成されており、高い表面４６に第２の溝４８が形成されている。第１の溝４７及び第２の溝４８は、ｙ軸方向に延在する。
【００２３】
保護板４０の各々の、第１の主表面４１と第２の主表面４２との間の領域に、ｙ軸方向に延在する複数の流路５０が形成されている。さらに、保護板４０の各々の低い表面４５から高い表面４６まで貫通する複数の貫通孔５１が形成されている。
【００２４】
貫通孔５１を除くと、保護板４０のｙ軸に垂直な断面は、どの位置においても同一の形状を有する。このため、保護板４０は、Ａｌ等の金属の押し出し成型により容易に作製することができる。貫通孔５１は、押し出し成型後に、穴開け加工を行うことにより形成される。
【００２５】
図３に、実施例１による蓄電モジュールの断面図を示す。保護板４０と、３枚の蓄電セル３５とが、ｚ軸方向に交互に積み重ねられている。相互に隣り合う２枚の保護板４０のうち一方の保護板４０の立ち上がり面４４と、他方の保護板４０の立ち下がり面４３とが部分的に重なり、両者は、接触するか、または微小な間隙を挟んで対向する。なお、図３では、相対位置関係を把握しやすくするために、両者の間に間隙が画定されているように示されている。
【００２６】
立ち上がり面４４及び立ち下がり面４３（位置拘束構造）により、保護板４０のｘ軸方向に関する相対位置が拘束される。このため、保護板４０及び蓄電セル３５を積み重ねる際の位置決めを容易に行うことができる。これにより、組立作業を簡便に行うことが可能になる。
【００２７】
蓄電モジュールは、保護板４０と蓄電セル３５との積層体に、ｚ軸方向の圧縮力を印加する加圧構造体を含む。蓄電セル３５は、積層体に印加される圧縮力により保護板４０の間に支持される。加圧構造体は、一対の端板５５、５６、及び複数のタイロッド５７を含む。端板５５、５６は、積層体の両端に配置されている。一方の端板５５は、一方の端に位置する保護板４０の外側の表面（第１の主表面４１）に接触し、他方の端板５６は、他方の端に位置する保護板４０の外側の表面（第２の主表面４２）に接触する。
【００２８】
タイロッド５７は、一方の端板５５から、保護板４０の貫通孔５１内を通過して、他方の端板５６まで達する。端板５５、５６は、積層体に圧縮力を印加するために、保護板４０よりも大きな剛性を有することが好ましい。例えば、端板５５、５６は、保護板４０よりもヤング率の大きな材料で形成することが好ましい。または、端板５５、５６に、保護板４０と同一の材料を用いる場合には、端板５５、５６の幾何学的形状を、保護板４０の形状に比べて、より剛性の高い形状にすることが好ましい。
【００２９】
蓄電モジュールの組み立て後には、ｘ軸方向の加速度が加わったときに、保護板４０の位置ずれが生じにくいという効果が得られる。
【００３０】
保護板４０と蓄電セル３５との積層体に圧縮力を印加すると、蓄電セル３５が変形して、保護板４０の間隔が狭まる。このため、保護板４０同士のｚ軸方向の相対位置は、自由に変化できることが好ましい。実施例１では、立ち上がり面４４及び立ち下がり面４３の姿勢が、ｘ軸に対して垂直、すなわちｚ軸に対して平行に保たれている。このため、圧縮力に応じて、保護板４０の間隔の変動が許容される。
【００３１】
保護板４０と蓄電セル３５との積層体に圧縮力を印加する方法として、定圧予圧及び定位置予圧のいずれの方法を採用してもよい。定圧予圧を与える場合には、締め付けトルクを管理することにより、積層体に一定の大きさの圧縮力が印加される。定位置予圧を与える場合には、積層体の圧縮量が管理される。実施例１においては、相互に対向する低い表面４５と高い表面４６とが接触するまで、加圧機構によって圧縮力を印加することにより、圧縮量を管理することができる。この場合には、締め付けトルクを管理する必要はない。
【００３２】
蓄電セル２０に電気二重層キャパシタを用いる場合には、加圧機構による圧縮力は、蓄電セル２０を機械的に支持するとともに、蓄電セル２０の電気的特性の低下を防止する。蓄電セル２０に、例えばリチウムイオンキャパシタ等を用いる場合には、電気的特性を維持するための圧縮力は必須ではない。このため、蓄電セル２０を機械的に支持するための圧縮力で十分である。
【００３３】
図４に、実施例１による蓄電モジュールの部分平面図を示す。図５Ａ及び図５Ｂに、それぞれ図４の一点鎖線５Ａ−５Ａ、及び一点鎖線５Ｂ−５Ｂにおける断面図を示す。保護板４０と蓄電セル３５とが、ｚ軸方向に積み重ねられている。
【００３４】
図４及び図５Ａに示すように、相互に隣り合う保護板４０の流路５０が、配管５８により相互に接続されている。一例として、配管５８の両端の外側の表面、及び流路５０の両端の内側の表面に、ねじ溝を形成することにより、配管５８と流路５０とが相互に接続される。図５Ａでは、複数の保護板４０の流路５０が直列に接続された例を示したが、流路５０を並列に接続にしてもよい。
【００３５】
図４及び図５Ｂに示すように、相互に隣り合う２枚の蓄電セル３５の集電極タブ１２、１３を相互に接続することにより、複数の蓄電セル３５が電気的に直列接続されている。保護板４０を介して隣り合う蓄電セル３５の集電極タブ１２、１３は、保護板４０の外側（図５Ｂにおいて上方）の空間において、相互に接続される。
【００３６】
図４に示すように、第１の集電極タブ１２及び第２の集電極タブ１３は、ｘ軸方向に関して、流路５０と重ならない位置に設けられている。このため、配管５８を、第１の集電極タブ１２及び第２の集電極タブ１３と重ならないように配置することができる。
【００３７】
図６Ａ及び図６Ｂに、それぞれ蓄電セル３５及び保護板４０を一時的に保管する際の１ユニットの平面図及び正面図を示す。１ユニットは、一対の保護板４０と、この間に挟まれた１枚または複数枚の蓄電セル３５とで構成される。一方の保護板４０の外側の表面に形成された第１の溝４７と、他方の保護板４０の外側の表面に形成された第２の溝４８とに、クランプ６０の両端が嵌合することにより、一対の保護板４０の相対位置が仮固定される。
【００３８】
蓄電セル３５の蓄電容器１０（図１）は、ラミネートフィルムで構成されているため、ゴミ等による損傷を受けやすい。図６Ａ及び図６Ｂに示すように、保護板４０で挟んで保管することにより、蓄電セル３５の損傷を防止することができる。さらに、蓄電セル３５は、保護板４０に比べて剛性が低い。蓄電セル３５を保護板４０で挟むことにより、剛性が高くなる。このため、一時保管用のユニットの取り扱いは、単体の蓄電セル３５の取り扱いよりも容易である。これにより、作業性を高めることができる。
【００３９】
図７に、クランプ６０の変形例を示す。長方形の平板状部分６０Ｂの四隅に、第１の溝４７及び第２の溝４８（図６Ａ、図６Ｂ）に嵌合する突出部６０Ａが形成されている。このクランプ６０を、一対の保護板４０に嵌合させたとき、平板状部分６０Ｂが、一対の保護板４０の間の蓄電セル３５が挟み込まれた空間を塞ぐ。このため、蓄電セル３５が収容されている空間にゴミ等の異物が侵入しにくくなる。
【００４０】
［実施例２］
図８Ａに、実施例２による蓄電モジュールに用いられる１つのユニットの断面図を示す。以下の説明では、図６Ａに示した実施例１のユニットとの相違点に着目し、同一の構成については説明を省略する。
【００４１】
実施例１では、保護板４０が、クランプ６０で相互に仮固定されていたが、実施例２では、ボルトとナットからなる締結具６３により、保護板４０Ａと４０Ｂとが相互に固定されている。一方の保護板４０Ａの第２の主表面４２Ａと、他方の保護板４０Ｂの第１の主表面４１Ｂとが対向している。
【００４２】
一方の保護板４０Ａに、低い表面４５Ａから高い表面４６Ａまで達する貫通孔６４が形成されている。他方の保護板４０Ｂにも、低い表面４５Ｂから高い表面４６Ｂまで達する貫通孔６４が形成されている。締結具６３のボルトは、一方の保護板４０Ａの貫通孔６４、及び他方の保護板４０Ｂの貫通孔６４を通過する。貫通孔６４の開口部には、ボルトの頭部、及びナットを収容するための凹部が形成されている。このため、締結具６３は、一方の保護板４０Ａの低い表面４５Ａ及び他方の保護板４０Ｂの高い表面４６Ｂから突出しない。
【００４３】
実施例１では、すべての保護板４０の幾何学的形状が同一であった。実施例２では、保護板４０Ｂの立ち上がり面４４Ｂの高さが、保護板４０Ａの立ち上がり面４４Ａの高さより低く、保護板４０Ａの立ち下がり面４３Ａの高さと等しいか、それよりも低い。このため、１つのユニットに他のユニットを重ねたとき、一方のユニットの第２の主表面４２Ｂに、他方のユニットの第１の主表面４１Ａが接触する。
【００４４】
実施例２の一方の保護板４０Ａと他方の保護板４０Ｂとは、異なる形状のノズルを用いて押し出し成型により作製することができる。
【００４５】
図８Ｂに、実施例２による蓄電モジュールの断面図を示す。以下の説明では、図３に示した実施例１の蓄電モジュールとの相違点に着目し、同一の構成については説明を省略する。
【００４６】
実施例２では、図８Ａに示したユニット７０がｚ軸方向に積み重ねられている。相互に隣り合う２つのユニット７０のうち一方のユニット７０の保護板４０Ａの第１の主表面４１Ａと、他方のユニット７０の保護板４０Ｂの第２の主表面４２Ｂとが接触している。端板５５、５６、及びタイロッド５７により圧縮力が印加された状態でも、各ユニット７０の保護板４０Ａ、４０Ｂは、締結具６３により相対位置が固定されたままである。
【００４７】
実施例２では、ユニット７０の状態で一時的に保管することができ、ユニット７０を積み重ねることにより、蓄電モジュールを組み立てることができる。このため、実施例１に比べて、組立作業の簡便性が高まる。また、蓄電モジュールの分解及び再組み立てが容易である。このため、一部の蓄電セル３５が故障した場合、故障した蓄電セル３５を含むユニット７０を、新しいユニット７０に容易に交換することができる。
【００４８】
図８Ｃに、実施例２の変形例による蓄電モジュールの断面図を示す。この変形例においては、保護板４０Ａ、４０Ｂに冷却媒体用の流路が形成されていない。ユニット７０の積層体の側方に、側板５３、５４が配置されている。側板５３、５４には、冷却媒体用の流路５２が形成されている。側板５３、５４は、ボルト等で端板５５、５６に固定される。
【００４９】
側板５３、５４は、保護板４０Ａ，４０Ｂの側面に接する。保護板４０Ａ、４０Ｂが、伝熱板として機能し、蓄電セル３５で発生した熱が、保護板４０Ａ、４０Ｂを通って側板５３、５４まで伝達される。保護板４０Ａ、４０Ｂの側面の位置が揃っているため、保護板４０Ａ、４０Ｂの各々と、側板５３、５４との安定的な接触を図り、良好な熱伝達効率を確保することが可能である。
【００５０】
［実施例３］
図９に、実施例３による蓄電モジュールに用いられる蓄電セル３５の平面図を示す。以下の説明では、図１に示した実施例１の蓄電セル３５との相違点に着目し、同一の構成については説明を省略する。
【００５１】
実施例１の蓄電セルにおいては、第１の集電極タブ１２と第２の集電極タブ１３とが、蓄電容器１０の１つの縁から同一方向に引き出されていた。実施例３の蓄電セル３５においては、第１の集電極タブ１２と第２の集電極タブ１３とが、相互に反対側の縁から、反対方向に引き出されている。
【００５２】
図１０Ａ及び図１０Ｂに、それぞれ実施例３による蓄電モジュールの一部の平面図及び断面図を示す。以下の説明では、図４及び図５Ｂに示した実施例１の蓄電モジュールとの相違点に着目し、同一の構成については説明を省略する。
【００５３】
実施例１では、図５Ｂに示したように、第１の集電極タブ１２及び第２の集電極タブ１３が、保護板４０の上方の空間のみを通過していたが、実施例３では、保護板４０の上方の空間及び下方の空間を通過する。配管５８は、ｘ軸方向に関して、第１の集電極タブ１２及び第２の集電極タブ１３とは異なる位置に配置される。
【００５４】
実施例３においても、実施例１と同様の効果が得られる。
【００５５】
［実施例４］
図１１〜図１４を参照して、実施例４による作業機械について説明する。実施例４では、実施例１〜実施例３のいずれかの蓄電モジュールの少なくとも１つが搭載される作業機械として、ハイブリッド型ショベルが例示される。
【００５６】
図１１は、実施例４によるハイブリッド型ショベルの概略平面図である。上部旋回体７０に、旋回軸受け７３を介して、下部走行体（走行装置）７１が取り付けられている。上部旋回体７０に、エンジン７４、メインポンプ７５、旋回用電動モータ７６、油タンク７７、冷却ファン７８、座席７９、蓄電モジュール８０、及び電動発電機８３が搭載されている。エンジン７４は、燃料の燃焼により動力を発生する。エンジン７４、メインポンプ７５、及び電動発電機８３が、トルク伝達機構８１を介して相互にトルクの送受を行う。メインポンプ７５は、ブーム８２等の油圧シリンダに圧油を供給する。
【００５７】
電動発電機８３は、エンジン７４の動力によって駆動され、発電を行う（発電運転）。発電された電力は、蓄電モジュール８０に供給され、蓄電モジュール８０が充電される。また、電動発電機８３は、蓄電モジュール８０からの電力によって駆動され、エンジン７４をアシストするための動力を発生する（アシスト運転）。油タンク７７は、油圧回路の油を貯蔵する。冷却ファン７８は、油圧回路の油温の上昇を抑制する。操作者は、座席７９に着座して、ハイブリッド型ショベルを操作する。
【００５８】
図１２に、実施例４によるハイブリッド型ショベルの側面図を示す。下部走行体７１に、旋回軸受け７３を介して上部旋回体７０が搭載されている。旋回用電動モータ７６（図１１）が、その駆動対象である上部旋回体７０を、下部走行体７１に対して、時計回り、または反時計周りに旋回させる。上部旋回体７０に、ブーム８２が取り付けられている。ブーム８２は、油圧駆動されるブームシリンダ１０７により、上部旋回体７０に対して上下方向に揺動する。ブーム８２の先端に、アーム８５が取り付けられている。アーム８５は、油圧駆動されるアームシリンダ１０８により、ブーム８２に対して前後方向に揺動する。アーム８５の先端にバケット８６が取り付けられている。バケット８６は、油圧駆動されるバケットシリンダ１０９により、アーム８５に対して上下方向に揺動する。
【００５９】
蓄電モジュール８０が、蓄電モジュール用マウント９０及びダンパ（防振装置）９１を介して、上部旋回体７０に搭載されている。蓄電モジュール８０には、上記実施例１〜３による蓄電モジュールが用いられる。蓄電モジュール８０から供給される電力によって、旋回用電動モータ７６（図１１）が駆動される。また、旋回用電動モータ７６は、運動エネルギを電気エネルギに変換することによって回生電力を発生する。発生した回生電力によって、蓄電モジュール８０が充電される。
【００６０】
図１３に、実施例４によるハイブリッド型ショベルのブロック図を示す。図１３において、機械的動力系を二重線で表し、高圧油圧ラインを太い実線で表し、電気系統を細い実線で表し、パイロットラインを破線で表す。
【００６１】
エンジン７４の駆動軸がトルク伝達機構８１の入力軸に連結されている。エンジン７４には、電気以外の燃料によって駆動力を発生するエンジン、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関が用いられる。エンジン７４は、作業機械の運転中は、常時駆動されている。
【００６２】
電動発電機８３の駆動軸が、トルク伝達機構８１の他の入力軸に連結されている。電動発電機８３は、電動（アシスト）運転と、発電運転との双方の運転動作を行うことができる。電動発電機８３には、例えば磁石がロータ内部に埋め込まれた内部磁石埋込型（ＩＰＭ）モータが用いられる。
【００６３】
トルク伝達機構８１は、２つの入力軸と１つの出力軸とを有する。この出力軸には、メインポンプ７５の駆動軸が連結されている。
【００６４】
エンジン７４に加わる負荷が大きい場合には、電動発電機８３がアシスト運転を行い、電動発電機８３の駆動力がトルク伝達機構８１を介してメインポンプ７５に伝達される。これにより、エンジン７４に加わる負荷が軽減される。一方、エンジン７４に加わる負荷が小さい場合には、エンジン７４の駆動力がトルク伝達機構８１を介して電動発電機８３に伝達されることにより、電動発電機８３が発電運転される。電動発電機８３のアシスト運転と発電運転との切り替えは、電動発電機８３に接続されたインバータ１１８により行われる。インバータ１１８は、制御装置１３０により制御される。
【００６５】
制御装置１３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）１３０Ａ及び内部メモリ１３０Ｂを含む。ＣＰＵ１３０Ａは、内部メモリ１３０Ｂに格納されている駆動制御用プログラムを実行する。制御装置１３０は、表示装置１３５に、各種装置の劣化状態等を表示することにより、運転者の注意を喚起する。
【００６６】
メインポンプ７５は、高圧油圧ライン１１６を介して、コントロールバルブ１１７に油圧を供給する。コントロールバルブ１１７は、運転者からの指令により、油圧モータ１０１Ａ、１０１Ｂ、ブームシリンダ１０７、アームシリンダ１０８、及びバケットシリンダ１０９に油圧を分配する。油圧モータ１０１Ａ及び１０１Ｂは、それぞれ図１１、１２に示した下部走行体７１に備えられた左右の２本のクローラを駆動する。
【００６７】
電動発電機８３の電気系統の入出力端子が、インバータ１１８を介して蓄電回路１９０に接続されている。インバータ１１８は、制御装置１３０からの指令に基づき、電動発電機８３の運転制御を行う。蓄電回路１９０には、さらに、他のインバータ１２０を介して旋回用電動モータ７６が接続されている。蓄電回路１９０及びインバータ１２０は、制御装置１３０により制御される。
【００６８】
電動発電機８３がアシスト運転されている期間は、必要な電力が、蓄電回路１９０から電動発電機８３に供給される。電動発電機８３が発電運転されている期間は、電動発電機８３によって発電された電力が、蓄電回路１９０に供給される。
【００６９】
旋回用電動モータ７６は、インバータ１２０からのパルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号により交流駆動され、力行動作及び回生動作の双方の運転を行うことができる。旋回用電動モータ７６には、例えばＩＰＭモータが用いられる。ＩＰＭモータは、回生時に大きな誘導起電力を発生する。
【００７０】
旋回用電動モータ７６の力行動作中は、旋回用電動モータ７６が、減速機１２４を介して、上部旋回体７０を旋回させる。この際、減速機１２４は、回転速度を遅くする。これにより、旋回用電動モータ７６で発生した回転力が増大する。また、回生運転時には、上部旋回体７０の回転運動が、減速機１２４を介して旋回用電動モータ７６に伝達されることにより、旋回用電動モータ７６が回生電力を発生する。この際、減速機１２４は、力行運転の時とは逆に、回転速度を速める。これにより、旋回用電動モータ７６の回転数を上昇させることができる。
【００７１】
レゾルバ１２２が、旋回用電動モータ７６の回転軸の回転方向の位置を検出する。検出結果は、制御装置１３０に入力される。旋回用電動モータ７６の運転前と運転後における回転軸の回転方向の位置を検出することにより、旋回角度及び旋回方向が導出される。
【００７２】
メカニカルブレーキ１２３が、旋回用電動モータ７６の回転軸に連結されており、機械的な制動力を発生する。メカニカルブレーキ１２３の制動状態と解除状態とは、制御装置１３０からの制御を受け、電磁的スイッチにより切り替えられる。
【００７３】
パイロットポンプ１１５が、油圧操作系に必要なパイロット圧を発生する。発生したパイロット圧は、パイロットライン１２５を介して操作装置１２６に供給される。操作装置１２６は、レバーやペダルを含み、運転者によって操作される。操作装置１２６は、パイロットライン１２５から供給される１次側の油圧を、運転者の操作に応じて、２次側の油圧に変換する。２次側の油圧は、油圧ライン１２７を介してコントロールバルブ１１７に伝達されると共に、他の油圧ライン１２８を介して圧力センサ１２９に伝達される。
【００７４】
圧力センサ１２９で検出された圧力の検出結果が、制御装置１３０に入力される。これにより、制御装置１３０は、下部走行体７１、旋回用電動モータ７６、ブーム８２、アーム８５、及びバケット８６の操作の状況を検知することができる。
【００７５】
図１４に、蓄電回路１９０の等価回路図を示す。蓄電回路１９０は、蓄電モジュール８０、コンバータ２００、及びＤＣバスライン２１０を含む。コンバータ２００の一対の電源接続端子２０３Ａ、２０３Ｂに蓄電モジュール８０が接続されており、一対の出力端子２０４Ａ、２０４ＢにＤＣバスライン２１０が接続されている。一方の電源接続端子２０３Ｂ、及び一方の出力端子２０４Ｂは接地されている。蓄電モジュール８０には、上記実施例１〜実施例３による蓄電モジュールが用いられる。
【００７６】
ＤＣバスライン２１０は、インバータ１１８、１２０を介して、電動発電機８３及び旋回用電動モータ７６に接続されている。ＤＣバスライン２１０に発生している電圧が、電圧計２１１により測定され、測定結果が制御装置１３０に入力される。
【００７７】
昇圧用の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）２０２Ａのコレクタと、降圧用のＩＧＢＴ２０２Ｂのエミッタとが相互に接続された直列回路が、出力端子２０４Ａと２０４Ｂとの間に接続されている。昇圧用ＩＧＢＴ２０２Ａのエミッタが接地され、降圧用ＩＧＢＴ２０２Ｂのコレクタが、高圧側の出力端子２０４Ａに接続されている。昇圧用ＩＧＢＴ２０２Ａと降圧用ＩＧＢＴ２０２Ｂの相互接続点が、リアクトル２０１を介して、高圧側の電源接続端子２０３Ａに接続されている。
【００７８】
昇圧用ＩＧＢＴ２０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ２０２Ｂに、それぞれダイオード２０２ａ、２０２ｂが、エミッタからコレクタに向かう向きが順方向になる向きで並列接続されている。出力端子２０４Ａと２０４Ｂとの間に、平滑用のコンデンサ２０５が挿入されている。
【００７９】
電源接続端子２０３Ａと２０３Ｂとの間に接続された電圧計２０６が、蓄電モジュール８０の端子間電圧を測定する。リアクトル２０１に直列に挿入された電流計２０７が、蓄電モジュール８０の充放電電流を測定する。電圧及び電流の測定結果は、制御装置１３０に入力される。
【００８０】
温度検出器１３６が、蓄電モジュール８０の温度を検出する。検出された温度データは、制御装置１３０に入力される。温度検出器１３６は、例えば蓄電モジュール８０を構成する複数の蓄電セルから選択された４個の蓄電セルに対応して準備された４個の温度計を含む。制御装置１３０は、例えば、４個の温度計で取得された４個の温度データの平均を算出し、平均値を蓄電モジュール８０の温度とする。なお、キャパシタの過熱状態を判定する際には、４個の温度データが示す温度のうち最も高い温度を、蓄電モジュールの温度として採用してもよい。逆に、蓄電モジュールの温度が低下し過ぎた状態の判定には、４個の温度データが示す温度のうち最も低い温度を、蓄電モジュールの温度として採用してもよい。
【００８１】
制御装置１３０が、昇圧用ＩＧＢＴ２０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ２０２Ｂのゲート電極に、制御用のパルス幅変調（ＰＷＭ）電圧を印加する。
【００８２】
以下、昇圧動作（放電動作）について説明する。昇圧用ＩＧＢＴ２０２Ａのゲート電極にＰＷＭ電圧を印加する。昇圧用ＩＧＢＴ２０２Ａのオフ時に、リアクトル２０１に、高圧側の電源接続端子２０３Ａから昇圧用ＩＧＢＴ２０２Ａのコレクタに向かって電流を流す向きの誘導起電力が発生する。この起電力が、ダイオード２０２ｂを介してＤＣバスライン２１０に印加される。これにより、ＤＣバスライン２１０が昇圧される。
【００８３】
次に、降圧動作（充電動作）について説明する。降圧用ＩＧＢＴ２０２Ｂのゲート電極に、ＰＷＭ電圧を印加する。降圧用ＩＧＢＴ２０２Ｂのオフ時に、リアクトル２０１に、降圧用ＩＧＢＴ２０２Ｂのエミッタから高圧側の電源接続端子２０３Ａに向かって電流を流す向きの誘導起電力が発生する。この誘導起電力により、蓄電モジュール８０が充電される。
【００８４】
蓄電モジュール８０に、上記実施例１〜３による蓄電モジュールが用いられているため、振動や衝撃による蓄電モジュール８０内の蓄電セル３５及び保護板４０の位置ずれが抑制される。特に、旋回軸受け７３（図１１、図１２）のガタに起因して上部旋回体７０が上下に震動する際に、ダンパ９１（図１２）で吸収しきれない振動に起因する位置ずれを抑制することができる。さらに、流路５０に水等の冷却媒体を流通させることにより、蓄電セルからの効率的な放熱を実現することができる。
【００８５】
［実施例５］
実施例５では、実施例１〜実施例３のいずれかの蓄電モジュールの少なくとも１つが搭載される作業機械の例として、電動ショベルが例示される。
【００８６】
図１５及び図１６は、それぞれ実施例５による電動ショベルの概略平面図、及びブロック図である。以下の説明では、図１１、図１３に示した実施例４との相違点に着目し、同一の構成については説明を省略する。
【００８７】
実施例５による電動ショベルでは、エンジン７４（図１１、図１３）が搭載されていない。蓄電モジュール８０を充電するための電圧コンバータ８８及び外部電源接続プラグ８７が準備されている。外部電源から、外部電源接続プラグ８７及び電圧コンバータ８８を介して、蓄電モジュール８０を充電することができる。電動発電機８３は、発電機として動作せず、蓄電モジュール８０（蓄電回路１９０）から供給される電力により、電動機としてのみ動作する。
【００８８】
電圧コンバータ８８は、外部電源の電圧を蓄電モジュール８０の電圧に適合させるための電圧変換を行う。
【００８９】
実施例１〜３による蓄電モジュールは、実施例４のハイブリッド型ショベルのみならず、実施例５の電動ショベルにも適用することが可能である。
【００９０】
実施例４及び実施例５では、作業機械への適用例として、ハイブリッド型ショベル及び電動ショベルを示したが、実施例１〜３の蓄電モジュールは、ショベルの他に、ホイルローダ、ブルドーザ、フォークリフト等の他の作業機械に適用することも可能である。実施例１〜３による蓄電モジュールを、ホイルローダやフォークリフトに適用する場合には、蓄電モジュールから走行用電動モータに電力が供給される。走行用電動モータは、駆動対象である走行装置、例えば車輪を駆動する。走行装置は、走行用電動モータによって駆動されることにより、走行装置に取り付けられた本体部を前進または後進させる。
【００９１】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００９２】
上述の実施例に基づいては、下記の付記に示された発明を開示する。
【００９３】
（付記１）
積層方向に積み重ねられた複数の保護板と、
相互に隣り合う前記保護板の間に挟まれた平板状の蓄電セルと
を有し、
前記保護板は、前記積層方向に直交する方向である位置拘束方向に関する相対的な位置を拘束する位置拘束形状を有する蓄電モジュール。
【００９４】
（付記２）
前記位置拘束形状は、前記位置拘束方向に直交する段差面により構成され、
前記保護板は、相互に対向する表面に形成された前記段差面同士が対向することにより、両者の前記位置拘束方向に関する相対位置が拘束される付記１に記載の蓄電モジュール。
【００９５】
（付記３）
前記保護板は、その内部に形成され、前記積層方向及び前記位置拘束方向に直交する方向に延在する流路を含む付記２に記載の蓄電モジュール。
【００９６】
（付記４）
さらに、
前記保護板の積層体の側方に配置され、前記保護板に熱的に接触する側板と、
前記側板に設けられた冷却媒体用の流路と
を有する付記２に記載の蓄電モジュール。
【００９７】
（付記５）
前記保護板は、一方の表面と他方の表面とに、前記積層方向及び前記位置拘束方向に直交する方向に延在する仮止め用の溝が形成されている付記２乃至４のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
【００９８】
（付記６）
相互に隣り合う前記保護板の間に、直列接続された複数枚の前記蓄電セルが挟まれている付記１乃至５のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
【００９９】
（付記７）
さらに、前記蓄電セルと前記保護板との積層体に、前記積層方向の圧縮力を印加する加圧構造体を有する付記１乃至６のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
【符号の説明】
【０１００】
１０  蓄電容器
１１  蓄電積層体
１２  第１の集電極タブ
１３  第２の集電極タブ
１４  ガス抜き孔
１５  ガス抜き構造物
２１  第１の集電極
２１Ａ  延伸部分
２２  第２の集電極
２２Ａ  延伸部分
２５  セパレータ（電解質）
２７  第１の分極性電極
２８  第２の分極性電極
２９  電極領域
３０  額縁領域
３５  蓄電セル
４０  保護板
４１  第１の主表面
４２  第２の主表面
４３  第１の段差面（立ち下がり面）
４４  第２の段差面（立ち上がり面）
４５  第１の副表面（低い表面）
４６  第２の副表面（高い表面）
４７  第１の溝
４８  第２の溝
５０  流路
５１  貫通孔
５２  流路
５３、５４  側板
５５、５６  端板
５７  タイロッド
５８  配管
６０  クランプ
６０Ａ  平板状部分
６０Ｂ  突出部
６３  締結具
６４  貫通孔
７０  上部旋回体
７１  下部走行体（基体）
７３  旋回軸受け
７４  エンジン
７５  メインポンプ
７６  旋回用電動モータ
７７  油タンク
７８  冷却ファン
７９  座席
８０  蓄電モジュール
８１  トルク伝達機構
８２  ブーム
８３  電動発電機
８５  アーム
８６  バケット
８７  外部電源接続プラグ
８８  電圧コンバータ
９０  蓄電モジュールマウント
９１  ダンパ（防振装置）
１０１Ａ、１０１Ｂ  油圧モータ
１０７  ブームシリンダ
１０８  アームシリンダ
１０９  バケットシリンダ
１１４  メインポンプ
１１５  パイロットポンプ
１１６  高圧油圧ライン
１１７  コントロールバルブ
１１８  インバータ
１１９  キャパシタ
１２０  インバータ
１２２  レゾルバ
１２３  メカニカルブレーキ
１２４  減速機
１２５  パイロットライン
１２６  操作装置
１２７、１２８  油圧ライン
１２９  圧力センサ
１３０  制御装置
１３５  表示装置
１３６  温度検出器
２００  コンバータ
２０１  リアクトル
２０２Ａ  昇圧用ＩＧＢＴ
２０２Ｂ  降圧用ＩＧＢＴ
２０２ａ、２０２ｂ  ダイオード
２０３Ａ、２０３Ｂ  電源接続端子
２０４Ａ、２０４Ｂ  出力端子
２０５  平滑用コンデンサ
２０６  電圧計
２０７  電流計
２１１  電圧計
【図１】
2012102108.tif 000003
【図２】
2012102108.tif 000004
【図３】
2012102108.tif 000005
【図４】
2012102108.tif 000006
【図５】
2012102108.tif 000007
【図６】
2012102108.tif 000008
【図７】
2012102108.tif 000009
【図８−１】
2012102108.tif 000010
【図８−２】
2012102108.tif 000011
【図９】
2012102108.tif 000012
【図１０】
2012102108.tif 000013
【図１１】
2012102108.tif 000014
【図１２】
2012102108.tif 000015
【図１３】
2012102108.tif 000016
【図１４】
2012102108.tif 000017
【図１５】
2012102108.tif 000018
【図１６】
2012102108.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成24年11月16日(2012.11.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部走行体と、
前記下部走行体に旋回可能に取り付けられた上部旋回体と、
蓄電モジュールと、
前記蓄電モジュールから電力の供給を受け、前記上部旋回体を旋回させる電動モータと
を有し、
前記蓄電モジュールは、
積層方向に積み重ねられた複数の保護板と、
相互に隣り合う前記保護板の間に挟まれた平板状の蓄電セルと、
前記保護板または前記保護板の側面に接する側板に形成された冷却媒体用の流路と
を有し、
前記保護板は、前記積層方向に直交する方向である位置拘束方向に関する相対的な位置を拘束する位置拘束形状を有するショベル。
【請求項２】
前記位置拘束形状は、前記位置拘束方向に直交する段差面により構成され、
前記保護板は、相互に対向する表面に形成された前記段差面同士が対向することにより、両者の前記位置拘束方向に関する相対位置が拘束される請求項１に記載のショベル。
【請求項３】
前記流路は前記保護板の内部に形成されており、前記流路は、前記積層方向及び前記位置拘束方向に直交する方向に延在する請求項１に記載のショベル。
【請求項４】
前記流路は前記側板に形成されており、前記側板は前記保護板に熱的に接触している請求項１に記載のショベル。
【請求項５】
前記保護板の、一方の表面と他方の表面とに、前記積層方向及び前記位置拘束方向に直交する方向に延在する仮止め用の溝が形成されている請求項２に記載のショベル。
【請求項６】
相互に隣り合う前記保護板の間に、直列接続された複数枚の前記蓄電セルが挟まれている請求項１に記載のショベル。
【請求項７】
さらに、前記蓄電セルと前記保護板との積層体に、前記積層方向の圧縮力を印加する加圧構造体を有する請求項１に記載のショベル。
【請求項８】
さらに、
油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの油圧により前記下部走行体を駆動する油圧モータと、
前記蓄電モジュールから電力の供給を受けて前記油圧ポンプを駆動する油圧用電動モータと
を有する請求項１に記載のショベル。
【請求項９】
さらに、前記加圧構造体とは別に、相互に隣り合う一対の前記保護板同士を締結する締結具を有する請求項７に記載のショベル。
【国際調査報告】
2012102108.tif 000020
2012102108.tif 000021