(57)【要約】【課題】主電源が使用可能であるとバッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）が判断してから主電源を使用する構成によって、安全性を従来よりも高めた作業用車両の直流給電回路を提供する。【解決手段】作業用車両の直流給電回路１０は、駆動部２とコントローラ３とＢＭＳ４とを有する作業用車両１に搭載されており、駆動部２に直流給電する第１電源１１と、ＢＭＳ４を起動するスイッチ１３と、スイッチ１３をオンすることでＢＭＳ４と接続される第２電源１２と、ＢＭＳ４の制御によって作動する第１リレー１７とを備え、第１電源１１は第１リレー１７を介してＢＭＳ４に直流給電可能に接続されており、スイッチ１３がオンになると第２電源１２からの直流給電によってＢＭＳ４は起動し、第１電源１１が使用可能であると判断した場合に、第１リレー１７をオン制御する構成である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部とコントローラとバッテリマネジメントシステムとを有する作業用車両に搭載されている作業用車両の直流給電回路であって、
前記駆動部に直流給電する第１電源と、前記バッテリマネジメントシステムを起動するスイッチと、前記スイッチをオンすることで前記バッテリマネジメントシステムと接続される第２電源と、前記バッテリマネジメントシステムの制御によって作動する第１リレーとを備え、
前記第１電源は前記第１リレーを介して前記バッテリマネジメントシステムに直流給電可能に接続されており、前記スイッチがオンになると前記第２電源からの直流給電によって前記バッテリマネジメントシステムは起動し、前記第１電源が使用可能であると判断した場合に、前記第１リレーをオン制御する構成であること
を特徴とする作業用車両の直流給電回路。
【請求項２】
前記第１リレーを介して前記第１電源と接続される第１コンバータをさらに備え、前記バッテリマネジメントシステムは前記第１コンバータを介して前記第１電源と接続される構成であること
を特徴とする請求項１記載の作業用車両の直流給電回路。
【請求項３】
前記スイッチをオンすることで作動する第２リレーをさらに備え、前記バッテリマネジメントシステムは前記第２リレーを介して前記第２電源と接続される構成であること
を特徴とする請求項１または２記載の作業用車両の直流給電回路。
【請求項４】
前記第１リレーが作動することで作動する第３リレーをさらに備え、前記第２電源は前記第３リレーを介して前記バッテリマネジメントシステムに直流給電可能に接続されており、前記第３リレーの作動によって前記第２電源と前記バッテリマネジメントシステムとの接続が解除される構成であること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の作業用車両の直流給電回路。
【請求項５】
前記スイッチをオンすることで前記第２電源と接続される第２コンバータをさらに備え、前記バッテリマネジメントシステムは前記第２コンバータを介して前記第２電源と接続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の直流給電回路。
【請求項６】
前記第１電源と前記第２電源とはそれぞれ前記バッテリマネジメントシステムに直流給電可能に接続されているとともに前記コントローラに直流給電可能に接続されていること
を特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の作業用車両の直流給電回路。
【請求項７】
前記第１電源と前記第２電源とは互いに構造が異なっており、少なくとも前記第２電源は二次電池であること
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の直流給電回路。
【請求項８】
前記第１電源と前記第２電源とはいずれも二次電池であり、前記第２電源は前記第１電源よりも小容量に設定されていること
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の直流給電回路。
【請求項９】
前記バッテリマネジメントシステムは前記第１電源の電圧および温度を監視し、前記電圧および前記温度が許容範囲内であると判断した場合に、前記第１リレーをオン制御する構成であること
を特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載の作業用車両の直流給電回路。
【請求項１０】
前記バッテリマネジメントシステムは前記コントローラと信号接続されており、前記バッテリマネジメントシステムは前記電圧または前記温度が許容範囲外であると判断した場合に、エラー信号を前記コントローラに送信する構成であること
を特徴とする請求項９記載の作業用車両の直流給電回路。
【請求項１１】
前記第１電源はリチウムイオンバッテリ、ニッケル水素バッテリ、ナトリウム硫黄電池、または鉛バッテリのいずれかであり、
前記第２電源は鉛バッテリまたはニッケル水素バッテリのいずれかであること
を特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項記載の作業用車両の直流給電回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業用車両の直流給電回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リチウムイオンバッテリやニッケル水素バッテリ等の二次電池（バッテリ）に対して、充電状態を検知し充放電制御や安全制御を行うバッテリマネジメントシステムが知られている（特許文献１：特許第５５１５９９７号公報）。
【０００３】
バッテリマネジメントシステムは、一例として、バッテリ式の作業用車両に導入されている。以下、本明細書では、バッテリマネジメントシステムをＢＭＳとして表記する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５５１５９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、ＢＭＳの直流給電は、主電源のみにて行われている。しかし、従来技術のように、ＢＭＳの直流給電が主電源のみにて行われている構成は、主電源が異常な状態である場合にはＢＭＳに直流給電されないため、ＢＭＳが起動出来ず、主電源の状態を監視することが出来ない。バッテリ式の作業用車両において、主電源は駆動部の直流給電およびＢＭＳの直流給電を行っており、主電源の状態によっては発火などの可能性があり、作業用車両の安全性が低下するという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされ、主電源が使用可能であるとバッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）が判断してから主電源を使用する構成によって、安全性を従来よりも高めた作業用車両の直流給電回路を提供することを目的とする。
【０００７】
一実施形態として、以下に開示するような解決手段により、前記課題を解決する。
【０００８】
本発明に係る作業用車両の直流給電回路は、駆動部とコントローラとバッテリマネジメントシステムとを有する作業用車両に搭載されている作業用車両の直流給電回路であって、前記駆動部に直流給電する第１電源と、前記バッテリマネジメントシステムを起動するスイッチと、前記スイッチをオンすることで前記バッテリマネジメントシステムと接続される第２電源と、前記バッテリマネジメントシステムの制御によって作動する第１リレーとを備え、前記第１電源は前記第１リレーを介して前記バッテリマネジメントシステムに直流給電可能に接続されており、前記スイッチがオンになると前記第２電源からの直流給電によって前記バッテリマネジメントシステムは起動し、前記第１電源が使用可能であると判断した場合に、前記第１リレーをオン制御する構成であることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、操作者がスイッチをオンすると、第２電源からバッテリマネジメントシステムに直流給電されてバッテリマネジメントシステムが起動し、バッテリマネジメントシステムによって第１電源が使用可能であると判断される。そして、バッテリマネジメントシステムによってリレーがオン制御されるので、リレーを介して第１電源からバッテリマネジメントシステムに直流給電される。よって、第１電源が使用可能であるとＢＭＳが判断してから第１電源を主電源として使用することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、主電源が使用可能であるとバッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）が判断してから主電源を使用するので、より安全に作業用車両を作動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本発明の第１の実施形態に係る作業用車両の直流給電回路の構成を示す概略の回路図である。
【図２】図２は本発明の第２の実施形態に係る作業用車両の直流給電回路の構成を示す概略の回路図である。
【図３】図３は本実施形態に係るＢＭＳの動作手順を示すフローチャート図である。
【図４】図４は本実施形態が適用される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】
【００１２】
(第１の実施形態)
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態について詳しく説明する。本実施形態に係る作業用車両の直流給電回路１０は、作業用車両１に搭載される。本実施形態が適用される作業用車両１は、一例として図４に示すように、バッテリ式の作業用車両であって、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、その他既知の駆動機構である。駆動部２は、コントローラ３によって駆動制御される。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。
【００１３】
作業用車両の直流給電回路１０は、一例として図１に示すように、駆動部２に直流給電する第１電源（第１バッテリ）１１と、ＢＭＳ４を起動するスイッチ１３と、スイッチ１３をオンすることでＢＭＳ４と接続される第２電源（第２バッテリ）１２と、ＢＭＳ４の制御によって作動する第１リレー１７と、第１リレー１７を介して第１バッテリ１１と接続される第１コンバータ１５と、スイッチ１３をオンすることで第２バッテリ１２と接続される第２コンバータ１６とを備える。
【００１４】
図１の例では、第１バッテリ１１は第１リレー１７と第１コンバータ１５とスイッチ１３と第２コンバータ１６とを介してＢＭＳ４に直流給電可能に接続されている。また、第２バッテリ１２はスイッチ１３と第２コンバータ１６とを介してＢＭＳ４に直流給電可能に接続されている。また、第１バッテリ１１と第２バッテリ１２とはそれぞれＢＭＳ４に直流給電可能に接続されているとともにコントローラ３に直流給電可能に接続されている。一例として、スイッチ１３はキースイッチ、起動用スイッチ、または既知のスイッチである。
【００１５】
一例として、第１バッテリ１１は多数のセルを組み合わせた大容量のリチウムイオンバッテリであり、直流給電可能な電源電圧は１２〜６００[Ｖ]である。また、一例として、第２バッテリ１２は小容量の鉛バッテリであり、直流給電可能な電源電圧は定格１２[Ｖ]または定格２４[Ｖ]である。この構成によれば、小型で大出力が得られるリチウムイオンバッテリを主電源としつつ、車載用として実績があって信頼性に優れる鉛バッテリを補助電源とするので、より安全に作業用車両を作動させることができる。
【００１６】
第１コンバータ１５並びに第２コンバータ１６は、ＤＣ−ＤＣコンバータまたはＤＣチョッパの一種であり、直流電圧を降圧出力する機能または直流電圧を昇圧出力する機能を有する。第１コンバータ１５の出力側には逆流防止ダイオード３１若しくは逆流防止機能を有する所定の電子部品が配されている。
【００１７】
一例として、定格電圧１２[Ｖ]で作動する構成のＢＭＳ４において、第２バッテリ１２が定格電圧２４[Ｖ]の場合は第２コンバータ１６として降圧コンバータが用いられ、また、第２バッテリ１２が定格電圧１２[Ｖ]の場合は第２コンバータ１６を省くことができる。また、一例として、定格電圧２４[Ｖ]で作動する構成のＢＭＳ４において、第２バッテリ１２が定格電圧１２[Ｖ]の場合は第２コンバータ１６として昇圧コンバータが用いられ、また、第２バッテリ１２が定格電圧２４[Ｖ]の場合は第２コンバータ１６を省くことができる。第１バッテリ１１についても同様の考え方で第２コンバータ１６に加えて第１コンバータ１５を省くことが可能である。
【００１８】
つまり、第２バッテリ１２からＢＭＳ４への直流給電電圧の条件が適合する場合、第２コンバータ１６を省くことができる。第２バッテリ１２からＢＭＳ４への直流給電電圧の条件が適合し、さらに、第１バッテリ１１からＢＭＳ４への直流給電電圧の条件が適合する場合、第２コンバータ１６に加えて第１コンバータ１５を省くことが可能である。
【００１９】
第１リレー１７は、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。
【００２０】
図３は本実施形態に係るＢＭＳ４におけるリレーのオン制御までの動作手順を示すフローチャート図である。引き続き、作業用車両の直流給電回路１０の動作手順について、以下に説明する。
【００２１】
操作者がスイッチ１３をオンすると、第２バッテリ１２からＢＭＳ４に直流給電されてＢＭＳ４が起動し、第１バッテリ１１の状態監視ステップＳ１となる。第１バッテリの状態監視ステップＳ１は、一例として、ＢＭＳ４が第１バッテリ１１の電圧および温度を監視する。電圧および温度は既知のモニタリング回路によってモニタリングされる。また、操作者がスイッチ１３をオンすると、第２バッテリ１２からＢＭＳ４に直流給電されるとともに、第２バッテリ１２からコントローラ３に直流給電されてコントローラ３が起動する。一例として、ＢＭＳ４の電源電圧は定格１２[Ｖ]または定格２４[Ｖ]である。また、一例として、コントローラ３はＢＭＳ４と同じ定格電圧で作動する構成となっている。
【００２２】
第１バッテリ１１の状態監視ステップＳ１に続いて、ＢＭＳ４は第１バッテリ１１の使用開始の判断ステップＳ２となる。第１バッテリ１１の使用開始の判断ステップＳ２は、第１バッテリ１１の電圧および温度が許容範囲内であるか否かを判断する。判断基準は、一例として、電圧範囲が単セルで２．５〜４．２[Ｖ]である。また、温度範囲が−２０〜６０[℃]である。そして、電圧および温度が許容範囲内であると判断した場合に、第１リレー１７のオン制御ステップＳ３となる。第１リレー１７のオン制御ステップＳ３は、一例として第１リレー１７のコイルに通電して第１リレー１７をオンする。
【００２３】
第１リレー１７がオンになると、第１バッテリ１１の出力電圧が第１コンバータ１５によってＢＭＳ４の電源電圧に適合する電圧に降圧されて第１バッテリ１１からＢＭＳ４に直流給電される。また、第１リレー１７がオンになると、第１バッテリ１１からＢＭＳ４に直流給電されるとともに、第１バッテリ１１からコントローラ３に直流給電される。
【００２４】
そして、ＢＭＳ４は第１バッテリ１１から直流給電されながら、引き続き、第１バッテリ１１の状態監視を行う。また、第１バッテリ１１からＢＭＳ４に直流給電できるようになった後は、第２バッテリ１２が充電されるようになる。これにより、小容量の第２バッテリ１２は電力消費を最小限に抑えて長寿命となる。
【００２５】
一方、第１バッテリ１１の使用開始の判断ステップＳ２にて、電圧または温度が許容範囲外であると判断した場合には、エラー信号送信ステップＳ４となり、エラー信号がコントローラ３に送信される。
【００２６】
本実施形態によれば、第１バッテリ１１よりも小容量の第２バッテリ１２によってＢＭＳ４を起動し、ＢＭＳ４によって第１バッテリ１１に過放電、過充電、低温および高温などの問題がないことが確認された安全な状態で第１バッテリ１１を使用することができるので、発火などの可能性がない状態で安全に作業用車両を作動させることができる。また、ＢＭＳ４によって第１バッテリ１１に過放電、過充電、低温または高温などの問題があることが確認された場合には、コントローラ３にエラー信号が送信されるので、コントローラ３によって第１バッテリ１１の使用停止や操作者の警報などの安全措置が適切かつ確実に実行される。
【００２７】
（第２の実施形態）
図２は第２の実施形態に係る作業用車両の直流給電回路の構成を示す概略の回路図である。第２の実施形態では、第１の実施形態と相違する点を中心に説明する。
【００２８】
作業用車両の直流給電回路１０は、一例として図２に示すように、駆動部２に直流給電する第１電源（第１バッテリ）１１と、ＢＭＳ４を起動するスイッチ１３と、スイッチ１３をオンすることでＢＭＳ４と接続される第２電源（第２バッテリ）１２と、ＢＭＳ４の制御によって作動する第１リレー１７と、第１リレー１７を介して第１バッテリ１１と接続される第１コンバータ１５と、スイッチ１３をオンすることで第２バッテリ１２と接続される第２コンバータ１６と、スイッチ１３をオンすることで作動する第２リレー１８と、第１リレー１７が作動することで作動する第３リレー１９とを備える。
【００２９】
図２の例では、第１バッテリ１１は第１リレー１７と第１コンバータ１５とを介してＢＭＳ４に直流給電可能に接続されている。また、第２バッテリ１２は第３リレー１９と第２リレー１８と第２コンバータ１６とを介してＢＭＳ４に直流給電可能に接続されている。また、第１バッテリ１１と第２バッテリ１２とはそれぞれＢＭＳ４に直流給電可能に接続されているとともにコントローラ３に直流給電可能に接続されている。
【００３０】
第３リレー１９と第２リレー１８とは、第１リレー１７と同様、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。第２コンバータ１６の出力側には逆流防止ダイオード３２若しくは逆流防止機能を有する所定の電子部品が配されている。
【００３１】
引き続き、作業用車両の直流給電回路１０の動作手順について、図３のフローチャート図に基づいて、以下に説明する。
【００３２】
操作者がスイッチ１３をオンすると一例として第２リレー１８のコイルに通電されて第２リレー１８がオンとなり、第３リレー１９は非通電状態でオンとなっているので、第２バッテリ１２から第３リレー１９と第２リレー１８と第２コンバータ１６とを介してＢＭＳ４に直流給電されてＢＭＳ４が起動し、第１バッテリ１１の状態監視ステップＳ１となる。第１バッテリの状態監視ステップＳ１は、一例として、ＢＭＳ４が第１バッテリ１１の電圧および温度を監視する。電圧および温度は既知のモニタリング回路によってモニタリングされる。また、操作者がスイッチ１３をオンすると、第２バッテリ１２からＢＭＳ４に直流給電されるとともに、第２バッテリ１２からコントローラ３に直流給電されてコントローラ３が起動する。
【００３３】
第１バッテリ１１の状態監視ステップＳ１に続いて、ＢＭＳ４は第１バッテリ１１の使用開始の判断ステップＳ２となる。第１バッテリ１１の使用開始の判断ステップＳ２は、第１バッテリ１１の電圧および温度が許容範囲内であるか否かを判断する。判断基準は、一例として、電圧範囲が単セルで２．５〜４．２[Ｖ]である。また、温度範囲が−２０〜６０[℃]である。そして、電圧および温度が許容範囲内であると判断した場合に、第１リレー１７のオン制御ステップＳ３となる。第１リレー１７のオン制御ステップＳ３は、一例として第１リレー１７のコイルに通電して第１リレー１７をオンする。
【００３４】
第１リレー１７がオンになると、第１バッテリ１１の出力電圧が第１コンバータ１５によってＢＭＳ４の電源電圧に適合する電圧に降圧されて第１バッテリ１１からＢＭＳ４に直流給電され、同時に、第１バッテリ１１から第３リレー１９のコイルに通電されて第３リレー１９がオフとなり、第３リレー１９がオフとなるので第２バッテリ１２とＢＭＳ４との接続が解除される。また、第１リレー１７がオンになると、第１バッテリ１１からＢＭＳ４に直流給電されるとともに、第１バッテリ１１からコントローラ３に直流給電される。
【００３５】
そして、ＢＭＳ４は第１バッテリ１１から直流給電されながら、引き続き、第１バッテリ１１の状態監視を行う。
【００３６】
一方、第１バッテリ１１の使用開始の判断ステップＳ２にて、電圧または温度が許容範囲外であると判断した場合には、エラー信号送信ステップＳ４となり、エラー信号がコントローラ３に送信される。
【００３７】
第２の実施形態は、スイッチ１３がＢＭＳ４への直流給電ラインから外れた位置に配されているので、第２バッテリ１２から第１バッテリ１１への切換えがより安全かつ確実に行われる。
【００３８】
上述の実施形態では、第１バッテリ１１と第２バッテリ１２とは、それぞれＢＭＳ４への直流給電とともにコントローラ３に直流給電する構成を例示したが、コントローラ３に直流給電してからＢＭＳ４に直流給電することや、ＢＭＳ４に直流給電してからコントローラ３に直流給電することも可能である。
【００３９】
上述の作業用車両の直流給電回路１０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】
【００４０】
１  作業用車両
２  駆動部
３  コントローラ
４  バッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）
１０  作業用車両の直流給電回路（作業用車両の直流給電回路）
１１  第１電源（第１バッテリ）
１２  第２電源（第２バッテリ）
１３  スイッチ（キースイッチ）
１５  第１コンバータ
１６  第２コンバータ
１７  第１リレー
１８  第２リレー
１９  第３リレー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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