(57)【要約】【課題】電源電圧を低電圧負荷用に降圧するコンバーターを用いる場合のコンバーターの作動不具合、高コストなどの問題、あるいは直列接続したバッテリーの一方から低電圧を取出す場合のバッテリーの損傷、劣化などの問題を除き、エンジン電子制御装置のような低電圧負荷に、安定した電圧を経済的に供給できる建設機械の電源装置を提供する。【解決手段】電源装置２が、直列に接続した同一電圧仕様の上バッテリー４および下バッテリー５と、上下バッテリー４，５の上バッテリー４に出力端子を接続した発電機６と、発電機６の出力端子に接続されその出力電圧を半分に変換して上下バッテリー４，５の直列接続中点Ｍに出力するコンバーター８を備え、低電圧負荷であるエンジン電子制御装置１０がこの直列接続中点Ｍに接続されている。【選択図】図１
2013135489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続した同一電圧仕様の上バッテリーおよび下バッテリーと、
この上下バッテリーの上バッテリーに出力端子を接続した発電機と、
この発電機の出力端子に接続されその出力電圧を半分に変換して上下バッテリーの直列接続中点に出力するコンバーターと、を備え、
建設機械の低電圧負荷であるエンジン電子制御装置がこの直列接続中点に接続され、建設機械の高電圧負荷が上下バッテリーおよび発電機の出力に接続されている、
ことを特徴とする建設機械の電源装置。
【請求項２】
コンバーターの入力部に設けたリレーと、
上下バッテリーおよび発電機と高電圧負荷との間に設けたスイッチと、を備え、
上記リレーがコンバーターへの入力を、上記スイッチがオンのときには続にし、オフのときには断にする、
ことを特徴とする請求項１記載の建設機械の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は建設機械の電源装置、さらに詳しくは、建設機械のエンジン電子制御装置のような低電圧負荷に安定した電圧を経済的に供給できる電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベル、ブルドーザのような建設機械の電源装置には、エンジン始動の容易性、多くの電気機器類の作動操作のために高電圧の２４Ｖが採用され、エンジン電子制御装置のような低電圧負荷には１２Ｖが採用されている。
【０００３】
したがって建設機械においては、２４Ｖ電源から低電圧負荷用に１２Ｖを供給する手段が必要となる。一般的には電圧変換器であるＤＣＤＣコンバーター（以下単にコンバーターと呼ぶ）によって２４Ｖ電圧を１２Ｖに変換して供給している（例えば、特許文献１参照）。他の手段としては、１２Ｖバッテリーを直列接続した２４Ｖシステムのバッテリー接続中点より１２Ｖを取り出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−１８５１９７号公報（第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の従来の建設機械の電源装置には、次のとおりの解決すべき課題がある。
【０００６】
コンバーター：
建設機械においては、エンジン始動時にスターターモーターの大電流でバッテリー電圧が大きく低下する。また、バッテリーの経年経過や充電率低下、過酷な低外気温等により電圧低下は更に大きくなる。２４Ｖ電源から１２Ｖシステムへ電圧変換し供給するコンバーターは、電源電圧２４Ｖがある程度下がっても、エンジン電子制御装置に１２Ｖを供給可能なように設計されているが限度がある。したがって、これを下回るとコンバーターの動作は停止し、エンジン電子制御装置には１２Ｖ電源が供給されなくなる。結果的には、エンジン電子制御装置が稼動しなくなり、エンジンは始動できない。また、建設機械の稼動中にコンバーターが故障するとエンジン電子制御装置に電源が供給されなくなり、エンジンが停止し建設機械が止まってしまう。
【０００７】
エンジン電子制御装置においては、燃料噴射タイミングに大きな消費電流が流れ、その他は比較的少ないという、いわゆるパルス負荷であるが、コンバーターとしては、パルス負荷のピークを流せる仕様が必要なので平均電力より大きなコンバーターが必要である。したがって、この１２Ｖ用コンバーターにはコストが高くなる、また配置レイアウトが制限されるなどの問題がある。
【０００８】
バッテリー直列接続中点より１２Ｖ取出し：
この場合、発電機からエンジン電子制御装置に供給される電流は上下バッテリーの上バッテリーを経由するので、上バッテリーの発熱や損傷、あるいは上下バッテリーの充放電が均等でないところからくるアンバランスによるバッテリーの劣化、損傷の問題があり、この手段の採用はエンジン側システムの消費電流が小さい場合に限定される。
【０００９】
本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その主たる技術的課題は、建設機械の電源装置における、電源電圧を低電圧負荷用に降圧するコンバーターを用いる場合のコンバーターの作動不具合、高コストなどの問題、あるいは直列接続したバッテリーの一方から低電圧を取出す場合のバッテリーの損傷、劣化などの問題を除き、エンジン電子制御装置のような低電圧負荷に、安定した電圧を経済的に供給できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば上記技術的課題を解決する建設機械の電源装置として、直列に接続した同一電圧仕様の上バッテリーおよび下バッテリーと、この上下バッテリーの上バッテリーに出力端子を接続した発電機と、この発電機の出力端子に接続されその出力電圧を半分に変換して上下バッテリーの直列接続中点に出力するコンバーターと、を備え、建設機械の低電圧負荷であるエンジン電子制御装置がこの直列接続中点に接続され、建設機械の高電圧負荷が上下バッテリーおよび発電機の出力に接続されている、ことを特徴とする建設機械の電源装置が提供される。
【００１１】
好適には、コンバーターの入力部に設けたリレーと、上下バッテリーおよび発電機と高電圧負荷との間に設けたスイッチと、を備え、上記リレーがコンバーターへの入力を、上記スイッチがオンのときには続にし、オフのときには断にする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に従って構成された建設機械の電源装置は、直列に接続した上バッテリーおよび下バッテリーの接続中点に発電機の出力電圧を半分に変換して入力するコンバーターを備え、この接続中点に低電圧負荷が接続されている。このコンバーターは、常に入力電圧に対して半分の電圧を出力するだけでよく出力電圧を一定に保つための複雑な制御回路は不要であり簡単な構成である。また、低電圧負荷が要求するピーク電流はバッテリーより供給できるので、コンバーターはピーク電流まで供給可能な設計にする必要がなく小型でよい。
【００１３】
したがって、コンバーターの作動不具合、高コストなどの問題、あるいは直列接続したバッテリーの一方から低電圧を取出す場合のバッテリーの損傷、劣化などの問題を除き、安定した低電圧を経済的に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に従って構成された建設機械の電源装置の回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に従って構成された建設機械の電源装置について、好適実施形態を図示している添付図面を参照して、さらに詳細に説明する。
【００１６】
図１を参照して説明する。建設機械の電源装置２は、直列に接続した同一電圧１２Ｖ仕様の上バッテリー４および下バッテリー５と、上バッテリー４の正極に出力端子を接続した直流２４Ｖの発電機６と、発電機６の出力端子に接続され出力電圧２４Ｖを半分の１２Ｖに変換して上下バッテリー４、５の直列接続中点Ｍに出力するコンバーター８を備えている。
【００１７】
建設機械の低電圧負荷であるエンジン電子制御装置１０がこの直列接続中点Ｍに接続され、建設機械の高電圧負荷１２であるエンジンのスターターモーター、エアコン、ライトなど電気機器類が上下バッテリー４、５および発電機６の出力に接続されている。
【００１８】
発電機６は、建設機械のエンジン１４により駆動される周知のものであり、電圧レギュレーターを内蔵し一定化した電圧２４Ｖを上下バッテリー４、５およびコンバーター８に供給する。直列接続の上下バッテリー４、５は、エンジン１４が稼働しているときには常にこの発電機６によって充電される。
【００１９】
コンバーター８は、入力電圧２４Ｖに対して半分の電圧１２Ｖを出力するだけでよいので出力電圧を一定に保つための複雑な制御回路は不要で、周知のチョッパー回路のスイッチング素子を常にオン・オフ比率５０％でスイッチッグさせる簡単な構成でよい。また、コンバーター８の入力電圧２４Ｖは一定化しているので、コンバーター８は定電圧制御機能が無くとも、バッテリー中点Ｍの電圧として一定化した１２Ｖ電圧を出力する。
【００２０】
このコンバーター８は、上下バッテリー４、５のバランスを保つように、また上下バッテリー４、５の直列接続中点Ｍの電圧が必ず上下バッテリー４、５の直列電圧２４Ｖの半分の１２Ｖとなるように動作する。
【００２１】
そして、エンジン電子制御装置１０が要求する、例えば燃料噴射タイミング制御のときの大きな消費電流、ピーク電流は、下バッテリー５より供給できるので、コンバーター８は平均電流を供給する役目となり、ピーク電流まで供給可能な設計にする必要はなく、小型な装置である。このコンバーター８と下側バッテリー５で一種のフローティング電源回路が構成されている。
【００２２】
電源装置２はさらに、コンバーター８の入力部に設けたリレー１６と、上下バッテリー４、５および発電機６と高電圧負荷１２との間に設けたスイッチ１８を備えている。このスイッチ１８は高電圧負荷２４への電力のオン・オフ、またエンジン１４の始動停止を操作するキースイッチである。
【００２３】
リレー１６は、スイッチ１８がオンのときには通電されてコンバーター８への入力を続にし、オフのときには入力を断にする。すなわちリレー１６は、スイッチ１８がオフで高電圧負荷１２への電力供給が断たれているときには接点を開（図１の状態）にしてコンバーター８の作動を停止させ、スイッチ１８がオンのときには接点を閉にしてコンバーター８を作動させる。
【００２４】
電源装置２はまた、エンジン電子制御装置１０にスイッチ１８のオン・オフを入力するリレー２０を備えている。このリレー２０は、スイッチ１８がオンのときには接点を閉にしてスイッチ１８のオン状態を、オフのときには接点を開にしてスイッチ１８のオフ状態をエンジン電子制御装置１０に入力する。
【００２５】
したがって、スイッチ１８をオフにしてエンジン１４を停止した建設機械の休止時においては、リレー１６の接点が開き（図１の状態）、コンバーター８の作動は停止されバッテリー４、５の放電が防止される。また、エンジン電子制御装置１０の作動も停止する。
【００２６】
なおこの電源装置２に、エンジン電子制御装置１０によって上下バッテリー４、５の直列接続中点Ｍの電圧を検知し上下バッテリー４、５の直列電圧の半分とのバランスの崩れを表示するモニター（図示していない）を備え、コンバーター８の出力を監視し、異常があればモニターに故障した旨を表示するようにするとよい。コンバーター８の故障はバッテリー４、５の直列接続中点Ｍの電圧が直列出力の１／２から外れることにおいて検知できる。モニターを設置する場合には、エンジン始動時および稼働初状態のバランスの崩れに対しては検知しても無視するシーケンスとする。
【００２７】
上述したとおりの建設機械の電源装置２の作用効果について図１を参照して説明する。
【００２８】
本発明に従って構成された建設機械の電源装置２は、直列に接続した上バッテリー４および下バッテリー５の上バッテリー４に接続した発電機６の出力電圧を半分に変換して上バッテリー４および下バッテリー５の接続中点Ｍに入力するコンバーター８を備え、この接続中点Ｍに低電圧負荷１０が接続される。
【００２９】
このコンバーター８は、常に入力電圧に対して半分の電圧を出力するだけでよく出力電圧を一定に保つための複雑な制御回路は不要であり簡単な構成である。また、低電圧負荷１０が要求するピーク電流はバッテリーより供給できるので、コンバーター８はピーク電流まで供給可能な設計にする必要がなく小型な装置でよい。
【００３０】
したがって、従来の、コンバーターの作動不具合、高コストなどの問題、あるいは直列接続したバッテリーの一方から低電圧を取出す方式におけるバッテリーの損傷、劣化などの問題を除き、安定した低電圧を経済的に供給することができる。
【００３１】
経済的なコンバーター：
このコンバーター８は、常に入力電圧に対して半分の電圧を出力すればよいのでフィードバック制御による高精度な複雑な制御回路は不要で部品点数も従来のコンバーターと比較して少なく簡単な構成であり、コストや信頼性で優位である。そして熱効率の良いスイッチングによるチョッパー回路であれば、スイッチング制御のオン／オフ比率を常に５０％に固定していればよく、制御は実質上不要である。
【００３２】
エンジン始動時：
エンジン１４始動時におけるバッテリー電圧低下時においてコンバーター８が作動停止したとしても、バッテリー４、５の接続中点Ｍより１２Ｖがエンジン電子制御装置１０に供給されるのでエンジン１４の始動に問題が無い。
【００３３】
コンバーターの故障対応：
コンバーター８が故障し出力停止した場合でも、バッテリー４、５の直列接続中点Ｍよりエンジン電子制御装置１０に電力が供給されるので急な機械停止を回避できる。そしてコンバーター８の出力をモニターで監視し故障を表示できるようにすれば、オペレータは不具合を察知してサービスマンを呼ぶことができ、この間はバッテリー４、５の直列接続中点Ｍのみより１２Ｖ系を取り出せるので、コンバーター８故障時でも建設機械を停止させることなく損害を極小に抑えることができる。
【００３４】
この電源装置２は、コンバーター８の入力部に設けたリレー１６と、上下バッテリー４、５および発電機６と高電圧負荷１２との間に設けたスイッチ１８を備え、リレー１６は、コンバーターへ８の入力を、スイッチ１８オンのときには続にしてオフのときには断にする。
【００３５】
また、エンジン電子制御装置１０にスイッチ１８のオン・オフを入力するリレー２０を備えている。このリレー２０は、スイッチ１８がオンのときには接点を閉にしてスイッチ１８のオンを、オフのときには接点を開にしてスイッチ１８のオフを入力する。
【００３６】
したがって、リレー１６は、スイッチ１８オフのときにはリレー１６の接点を開にしてコンバーター８の入力を止め作動を停止させるので、スイッチ１８オフのエンジン停止中における上下バッテリー４、５の放電が防止される。また、エンジン電子制御装置１０の作動も停止する。
【符号の説明】
【００３７】
２：建設機械の電源装置
４：上バッテリー
５：下バッテリー
６：発電機
８：コンバーター
１０：エンジン電子制御装置（低電圧負荷）
１２：高電圧負荷
１６：リレー
１８：スイッチ
２０：リレー
【図１】
2013135489.tif 000003