JP2008303058A - Work vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バッテリを駆動源とする作業車両に関する。 The present invention relates to a work vehicle using a battery as a drive source.
従来、バッテリを駆動源としたバッテリフォークリフトが知られている(例えば、特許文献1)。このようなフォークリフトに搭載されるバッテリは、作業車両専用に設計されており、単セルで構成されている。バッテリ1つの出力電圧は2V程度であり、通常は24のバッテリを直列に接続して48Vの電圧を得るようにしている。 Conventionally, a battery forklift using a battery as a driving source is known (for example, Patent Document 1). A battery mounted on such a forklift is designed exclusively for a work vehicle and is composed of a single cell. The output voltage of one battery is about 2V. Usually, 24 batteries are connected in series to obtain a voltage of 48V.
しかしながら、作業車両用のバッテリは、1つの大きさが大きく、24のバッテリを搭載するとなると、配置スペースを確保する必要性から、車両側のデザインを犠牲にせざるを得ないのが現状である。 However, the battery for a work vehicle is one large, and when 24 batteries are mounted, the current situation is that the design on the vehicle side must be sacrificed because of the need to secure the arrangement space.
一方、バッテリを駆動源とした車両に電気自動車がある(例えば、特許文献2)。電気自動車に搭載されているバッテリは、複数のセルで構成されたものが多く、バッテリ1つでは12Vの電圧を出力する。従って、4つのバッテリを直列に接続して48Vの電圧を得ることは可能であり、しかも、電気自動車のバッテリは、作業車両のバッテリと比較すると小型であるため、車両のデザイン上の自由度が増す。 On the other hand, there is an electric vehicle as a vehicle using a battery as a drive source (for example, Patent Document 2). Many batteries mounted on electric vehicles are composed of a plurality of cells, and one battery outputs a voltage of 12V. Therefore, it is possible to obtain a voltage of 48V by connecting four batteries in series. Moreover, since the battery of an electric vehicle is smaller than the battery of a work vehicle, the degree of freedom in designing the vehicle is reduced. Increase.
しかし、電気自動車用のバッテリでは容量が少ないため、複数のバッテリを直列に接続して所定の電圧を得るようにしただけでは、作業車両に適用することはできない。すなわち、作業車両に適用するためには、複数のバッテリを直列に接続するだけではなく、さらに、必要な容量を得るために、バッテリを並列に接続する必要がある。そして、バッテリ駆動の車両では、放電と充電とを繰り返すため、そのような直並列のバッテリ接続に対応し、かつ放電と充電とを確実に制御する電源コントローラが要求される。 However, since a battery for an electric vehicle has a small capacity, it cannot be applied to a work vehicle simply by connecting a plurality of batteries in series to obtain a predetermined voltage. That is, in order to apply to a work vehicle, it is necessary not only to connect a plurality of batteries in series but also to connect the batteries in parallel in order to obtain a required capacity. In a battery-powered vehicle, discharging and charging are repeated, so that a power supply controller that supports such series-parallel battery connection and reliably controls discharging and charging is required.
本発明の目的は、放電と充電とを確実に制御できる電源コントローラを搭載した作業車両を提供することにある。 The objective of this invention is providing the work vehicle carrying the power supply controller which can control discharge and charge reliably.
本発明の請求項1に係る作業車両は、少なくとも一対のバッテリモジュールと、これらのバッテリモジュールでの充放電を制御する電源コントローラとを備え、この電源コントローラは、前記一対のバッテリモジュールが接続される系統電圧ラインと、前記一対のバッテリモジュールを直列の関係で前記系統電圧ラインに接続するか、または並列の関係で前記系統電圧ラインに接続するかを切り替える電源回路と、前記一対のバッテリモジュールの充電を行う場合には、当該一対のバッテリモジュールの接続関係が並列となるように前記電源回路での切り替えを制御し、前記一対のバッテリモジュールの放電を行う場合には、当該一対のバッテリモジュールの合計電圧に応じた切替周期で前記電源回路での切り替えを制御する制御部とを備えていることを特徴とする。
ここで、「直列に接続」および「並列に接続」とは、各バッテリモジュール同士の電気的な接続のことをいう。
A work vehicle according to a first aspect of the present invention includes at least a pair of battery modules and a power supply controller that controls charging and discharging in these battery modules, and the power supply controller is connected to the pair of battery modules. A power supply circuit for switching whether to connect the system voltage line and the pair of battery modules to the system voltage line in a serial relationship or to connect to the system voltage line in a parallel relationship, and charging of the pair of battery modules In the case of performing the control, switching in the power supply circuit is controlled so that the connection relation of the pair of battery modules is parallel, and in the case of discharging the pair of battery modules, the total of the pair of battery modules A control unit that controls switching in the power supply circuit at a switching cycle according to voltage. And said that you are.
Here, “connected in series” and “connected in parallel” refer to electrical connection between the battery modules.
請求項2に係る作業車両は、請求項1に記載の作業車両において、前記電源コントローラは、前記少なくとも一対のバッテリモジュールを含んで構成されたバッテリユニット本体の上部に取り付けられているとともに、前記バッテリモジュールは、複数のバッテリが直列に接続されて構成されていることを特徴とする。 The work vehicle according to claim 2 is the work vehicle according to claim 1, wherein the power controller is attached to an upper portion of a battery unit main body including the at least one pair of battery modules, and the battery. The module is characterized in that a plurality of batteries are connected in series.
請求項3に係る作業車両は、請求項2に記載の作業車両において、前記バッテリユニット本体内には、複数の前記バッテリモジュールが上下に積層配置されていることを特徴とする。 A work vehicle according to a third aspect is the work vehicle according to the second aspect, wherein a plurality of the battery modules are vertically stacked in the battery unit main body.
以上において、請求項1の発明によれば、電源コントローラの制御部は、放電時および充電時において、各バッテリモジュールの系統電圧ラインに対する接続形態が適切になるよう電源回路を制御するので、各バッテリモジュールからの電圧を確実に系統電圧ラインに出力でき、かつ外部電源等からの充電電力をバッテリモジュール単位で確実に充電できる。しかも、バッテリモジュールでの合計電圧が低下した場合には、各バッテリモジュールを直列に接続する割合が大きくなるように電源回路を制御するので、互いの電圧を補填し合うことができ、長時間にわたって安定した電圧を出力できる。 According to the first aspect of the present invention, the control unit of the power supply controller controls the power supply circuit so that the connection form to the system voltage line of each battery module is appropriate at the time of discharging and charging. The voltage from the module can be reliably output to the system voltage line, and the charging power from the external power source or the like can be reliably charged for each battery module. In addition, when the total voltage in the battery modules decreases, the power supply circuit is controlled so that the ratio of connecting each battery module in series is increased, so that each other's voltage can be compensated for over a long period of time. A stable voltage can be output.
請求項2の発明によれば、バッテリモジュールが複数のバッテリで構成されているが、本発明でのバッテリとしては、電気自動車用ものを適用できる。従って、このようなバッテリを複数直列接続して各バッテリモジュールを構成しても、バッテリユニット本体の大きさとしては過度に大きくならず、バッテリユニット本体の上部に電源コントローラを確実に取り付けることができる。さらに、バッテリの数等を変更して仕様を変える場合には、電源コントローラ側の仕様も変更する必要があるが、バッテリユニット本体と電源コントローラとが一体に設けられているので、車体に対してそれらを一体で容易に着脱でき、メンテナンス等を容易にできる。 According to the invention of claim 2, the battery module is constituted by a plurality of batteries. However, as the battery in the present invention, one for an electric vehicle can be applied. Accordingly, even if a plurality of such batteries are connected in series to form each battery module, the size of the battery unit body does not become excessively large, and the power supply controller can be securely attached to the upper part of the battery unit body. . Furthermore, when changing the specifications by changing the number of batteries, etc., it is also necessary to change the specifications on the power supply controller side, but since the battery unit body and the power supply controller are provided integrally, They can be easily integrated and removed, and maintenance and the like can be facilitated.
請求項3の発明によれば、バッテリモジュールを上下に積層することで、平面的にはより少ない配置スペースでよいことになり、例えば、従来のバッテリフォークでのバッテリ収容空間内にバッテリユニット本体および電源コントローラを一体で収容でき、車体のデザインを大幅に変更せずに本発明を適用できる。換言すると、バッテリユニット本体および電源コントローラ用の配置スペースを小さくできるので、その分車体側のデザインの自由度を高めることができる。 According to the third aspect of the present invention, the battery modules are stacked one above the other, so that a smaller arrangement space may be required in plan view. For example, the battery unit main body and The power supply controller can be accommodated integrally, and the present invention can be applied without significantly changing the design of the vehicle body. In other words, since the arrangement space for the battery unit main body and the power supply controller can be reduced, the degree of design freedom on the vehicle body side can be increased accordingly.
〔フォークリフトの概略構成〕
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本実施形態に係る作業車両としてのフォークリフト10全体を示す側面図である。フォークリフト10は、車体11の前後にそれぞれ左右の前輪12および後輪13を備えた4輪型であり、バッテリからの電気エネルギで駆動されるバッテリフォークリフトである。ただし、本発明のフォークリフトとしては、後輪13が1つだけの3輪型であってもよい。
[Schematic configuration of forklift]
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side view showing an
車体11の前側には、荷役用の作業機14が設けられている。作業機14は、鉛直に立設されたマスト15と、マスト15に沿って昇降するフォーク爪16と、フォーク爪16を昇降駆動するリフトシリンダ17と、車体11に対して作業機14全体を所定角度範囲で前後に傾斜させるチルトシリンダ18とを備えている。
On the front side of the
車体11には、オペレータが着座するための運転席19が設けられている。運転席19の上方は、車体11上に取り付けられたヘッドガード20で覆われている。運転席19は下方のフードパネル21に一体に設けられている。フードパネル21は上下に開閉自在に設けられ、フードパネル21の下方には、バッテリユニット30が収容されている。なお、バッテリユニット30は、車体11のやはり開閉自在な側面パネルを開閉することで、車体11に対して水平方向にスライドさせることが可能であり、容易に着脱できるようになっている。
The
車体11の後側には、カウンターウェイト22が設けられている。カウンターウェイト22内の空間には、メインコントローラ23やキャパシタ24等が収容されている。メインコントローラ23は、詳細は後述するが、バッテリユニット30からの電気エネルギを前輪12駆動用の電動モータ25(図5)や作業機14用の電動モータ26(図5)に供給している。また、特にキャパシタ24は重量が比較的大きいため、カウンターウェイト22内に収容することで、カウンターウェイト22の一部としての役割を有する。
A counterweight 22 is provided on the rear side of the
〔バッテリユニットの構成〕
以下には、車体11内に収容されるバッテリユニット30について詳説する。図2は、バッテリユニット30の一部を分解して示す分解斜視図、図3は、バッテリユニット30の全体を分解して示す分解斜視図である。図4は、バッテリユニット30におけるバッテリ34の収容状態および接続状態を示す模式図である。
[Configuration of battery unit]
Hereinafter, the
バッテリユニット30は、有底箱状のバッテリケース31を含んで構成されるバッテリユニット本体32と、バッテリユニット本体32上に取り付けられる電源コントローラ33とを備えている。このようなバッテリユニット30は、従来のバッテリフォークリフトのバッテリ収容室に収容される形状および大きさを有している。従って、車体11としては、従来からの車体をそのまま流用することが可能である。勿論、車体11として、バッテリユニット30を搭載するために専用にデザインしてもよい。また、バッテリケース31の形状は有底の他、強度やレイアウトの面で問題がなければ、無底形状を採用してもよく、また、吊り下げタイプやかご形タイプであってもよい。
The
バッテリユニット本体32は、内部に合計24個のバッテリ34が収容される構造である。ただし、バッテリ34の数は任意であり、フォークリフト10全体のシステムに要求される出力電圧や、バッテリ34単体の出力電圧等を勘案して決められてよい。図2、図3において、バッテリ34は、2点鎖線で示してある。24個のバッテリ34は、具体的には、図3に示すように、上下3段に積層されて収容される。すなわち、バッテリユニット本体32の内部には、上段に位置する上段ブラケット35、中段に位置する中段ブラケット36、および下段に位置する下段ブラケット37が収容される。各ブラケット35〜37には、8つのバッテリ34が収容される。
The battery unit
上段ブラケット35は、平面矩形状をとされ、四周を囲う有底の枠体38と、この枠体38内を長辺方向に沿って仕切る仕切パネル39とで構成され、仕切パネル39により内部が短辺方向に沿った第1収容空間41および第2収容空間42に区画されている。第1収容空間41および第2収容空間42内にはそれぞれ、4つのバッテリ34が収容される。第1収容空間41に収容されたバッテリ34にて第1バッテリモジュール43が形成され、第2収容空間に収容されたバッテリ34にて第2バッテリモジュール44が形成される。
The
同様に、中段ブラケット36は、四周を囲う枠体45と、この枠体45内を長辺方向に沿って仕切る仕切パネル46とで構成され、この仕切パネル46により内部が第3、第4収容空間47,48に区画されている。第3、第4収容空間47,48内にもそれぞれ、4つのバッテリ34が収容される。第3収容空間47に収容されたバッテリ34にて第3バッテリモジュール49が形成され、第4収容空間48に収容されたバッテリ34にて第4バッテリモジュール51が形成される。
Similarly, the middle bracket 36 is composed of a frame body 45 that surrounds the four circumferences, and a
これに対して下段のブラケット37は、平面異形の矩形状とされ、枠体52の内部が長辺方向に沿った中央の仕切パネル53と、仕切パネル53の両端に接するように短辺方向に沿って配置された一対の仕切パネル54とで構成され、これらの仕切パネル53,54により内部が第5〜第8収容空間55〜58に区画されている。第5〜第8収容空間55〜58内にはそれぞれ、2つのバッテリ34が収容される。そして、第5、第6収容空間55,56内のバッテリ34にて第5バッテリモジュール59が形成され、第7、第8収容空間57,58内のバッテリ34にて第6バッテリモジュール61が形成される。
On the other hand, the lower bracket 37 has a rectangular shape with a deformed plane, and the inner side of the frame body 52 is arranged in the short side direction so as to contact the
ここで、バッテリ34は、作業車両専用のバッテリよりも格段に小さい電気自動車用のものであり、1つのバッテリ34は12Vの出力電圧を有するとともに、短時間での急速充電に対応可能である。バッテリ34の上下寸法は、各ブラケット35〜37の上下寸法と同程度である。バッテリ34が収容された各ブラケット35〜37は、下段ブラケット37から順にバッテリケース31内に収容され、上下に積層される。この際、ブラケット35〜37相互のズレを防止する手段を適宜設けてもよい。
Here, the
図4において、第1バッテリモジュール43では、4つのバッテリ34が短辺および長辺に沿ってそれぞれ一対ずつ配置され、直列に接続されている。このような配置および接続は、第2〜第4バッテリモジュール44,49,51でも同様である。一方、第5、第6バッテリモジュール59,61は平面鉤状とされる。第5、第6バッテリモジュール59,61内の4つのバッテリ34はやはり直列に接続されている。
In FIG. 4, in the
このように、下段の第5、第6バッテリモジュール59,61でのバッテリ配置が、中段および上段のバッテリ配置と異なるのは、車体11側の構造に対応させるためである。バッテリ34自身の大きさが小さいため、配置を工夫することで車体11の構造に容易に対応できるのである。逆に、車体11としては、バッテリ34の配置にとらわれない自由度の大きい構造設計が可能である。なお、各第1〜第6バッテリモジュール43,44,49,51,59,61のバッテリ配置を全て同じにしてもよい。このような場合には、用いられるブラケット35〜37として、同形状のものを使用できる。ブラケット35〜37の形状自身も、図示したような有底の枠体38,45,52を備えたものに限らず、任意である。
As described above, the reason why the battery arrangement in the fifth and
〔フォークリフトのシステム構成〕
次いで以下には、フォークリフト10のシステム構成について、特に電源コントローラ33を中心として説明する。図5は、システム全体を示すブロック図、図6は、システムの要部の回路を示す回路図である。フォークリフト10の電源コントローラ33には、バッテリユニット本体32からの電源ラインが接続された直流48Vの系統電圧ライン62が設けられている。この系統電圧ライン62は、コネクタ63を介してメインコントローラ23、キャパシタ24、比例弁コントローラ64、メータパネル65に接続され、バッテリユニット30からの電力を供給している。
[Forklift system configuration]
Next, the system configuration of the
メインコントローラ23は、図示しない走行ペダルからの操作信号等に基づいて前輪12(図1)駆動用の電動モータ25を制御し、また、油圧ポンプ66駆動用の電動モータ26を制御している。これらの電動モータ25,26は本発明での負荷に相当する。油圧ポンプ66は、比例弁67を介してリフトシリンダ17およびチルトシリンダ18に油圧を供給している。また、メインコントローラ23は、電動モータ26が発電機として機能した場合には、この電動モータ26で回生された電気エネルギをキャパシタ24に送り、蓄電させる。
The
キャパシタ24は、瞬間的に発生する大電流を効率よく回収、蓄電、放電できる特性を有し、回生エネルギをロスなく活用できるものである。これによりキャパシタ24は、バッテリユニット30と共に電源として機能し、電動モータ25,26の駆動をアシストする。つまり、本システムは、バッテリユニット30側とキャパシタ24側との2系統の電源を有するバッテリハイブリッドである。
The
比例弁コントローラ64は、図示しない作業機操作レバーからの操作信号に基づいて比例弁67のソレノイドに通電し、比例弁67のスプール位置を切り換える。このことにより、油圧ポンプ66からの油圧で各シリンダ17,18を伸縮させ、荷役作業を行うことができる。
The
電源コントローラ33の系統電圧ライン62にはまた、バッテリ充電用の充電ライン68が接続されている。充電ライン68には、交流入力部69からの外部電力がチャージコンタクタ71を介して入力される。入力された交流電力はコンバータ72により直流に変換され、変圧手段73にて充電用の電圧に降圧されて系統電圧ライン62に通電される。
A
系統電圧ライン62に入力した電力のバッテリユニット本体32への充電、およびバッテリユニット本体32からの放電は、電源コントローラ33内の第1〜第3電源回路74〜76、およびCPUからなる制御部77での放電電圧維持手段78、回路切替指示手段79によって制御される。これらの放電電圧維持手段78および回路切替指示手段79は実際には、制御部77内で実行されるソフトウェアである。
Charging of the battery unit
第1〜第3電源回路74〜76からの電力ラインは、系統電圧ライン62に対して互いに並列の関係で接続されている。第1電源回路74には第1、第2バッテリモジュール43,44からの電源ケーブルが、第2電源回路75には第3、第4バッテリモジュール49,51からの電源ケーブルが、第3電源回路76には第5、第6バッテリモジュール59,61からの電源ケーブルが、それぞれ図示しないコネクタを介して着脱自在に接続されている。
The power lines from the first to third
第1〜第3電源回路74〜76は、図6に第1電源回路74を代表して示すように、第1、第2バッテリモジュール43,44相互の並列接続を直列接続に切り替えるための制御回路である。図6に示す第1電源回路74内においては、第1、第2バッテリモジュール43,44がそれぞれ、系統電圧ライン62に対して互いに並列の関係で接続されているうえ、第1、第2バッテリモジュール43,44同士を直列に接続するバイパスライン81が設けられている。そして、このバイパスライン81には、トランジスタ82が設けられている。トランジスタ82は、直並列チョッパ回路のオンオフスイッチとして機能する。
The first to third
加えて、第1バッテリモジュール43のマイナス側と系統電圧ライン62のマイナス接点62Bとの間には、マイナス接点62B側から第1バッテリモジュール43側への方向を順方向とする第1ダイオード85が設けられている。第2バッテリモジュール44のプラス側と系統電圧ライン62のプラス接点62Aとの間には、第2バッテリモジュール44側からプラス接点62A側への方向を順方向とする第2ダイオード86が設けられている。
In addition, a
また、トランジスタ82のコレクタ−エミッタ間には第3ダイオード87が接続されている。第3ダイオード87は、第1バッテリモジュール43側から第2バッテリモジュール43側への方向が順方向とされている。つまり、トランジスタ82と第3ダイオード87では、電流の流れる向きが逆に設定されている。
A
さらに、第1ダイオード85の前後にはトランジスタ83が接続され、第2ダイオード86の前後にもトランジスタ84が接続されている。第1ダイオード85とトランジスタ83とでは電流の流れる方向は逆であり、第2ダイオード86とトランジスタ84とにおいても電流の流れる向きは逆である。
Further, a
第1バッテリモジュール43とプラス接点62Aとの間には、インダクタンス(コイル)88が設けられ、第2バッテリモジュール44とマイナス接点62Bとの間には、インダクタンス(コイル)89が設けられている。
An inductance (coil) 88 is provided between the
制御部77内の放電電圧維持手段78は、第1〜第6バッテリモジュール43,44,49,51,59,61での電圧を検出しているとともに、放電時において、第1〜第3電源回路74〜76にて常時48V(実際には余裕を考慮して50数Vであるが、ここでは説明の便宜上48Vで統一する)の電圧を作り、系統電圧ライン62に供給して系統電圧ライン62を48Vに維持するよう制御している。また、第1〜第6バッテリモジュール43,44,49,51,59,61の放電が進み、各電圧が下限の規定値を下回ったことを検出したら、当該制御を停止する。
The discharge voltage maintaining means 78 in the
具体的に、図6、図7に基づいていえば、放電制御において放電電圧維持手段78は、トランジスタ83,84をオフにするとともに、第1、第2バッテリモジュール43,44での合計電圧に基づいて決められるオン信号の割合でトランジスタ82のチョッパ制御を行う。つまり、トランジスタ82のベースに対してオンオフ動作を繰り返す信号を所定の周期(切替周期)で出力するのであるが、合計電圧が十分に大きい場合には、1周期内でのオン信号の割合(1周期内でのオン信号の割合)を小さくするのである。こうすることで、全てのトランジスタ82,83,84をオフにする時間が長くなるので、第1、第2バッテリモジュール43,44は、互いに並列関係で系統電圧ライン62に接続されることになる。従って、第1、第2バッテリモジュール43,44での各電圧(たとえば、48V)はそのまま、系統電圧ライン62に出力されることになる。
Specifically, based on FIG. 6 and FIG. 7, in the discharge control, the discharge voltage maintaining means 78 turns off the
これに対して、第1、第2バッテリモジュール43,44での各電圧が低下すると、放電電圧維持手段78は、トランジスタ82のベースに対してオンオフ動作を繰り返す信号でのオン信号の割合を大きくする。オン信号が出力されている状態では、第1、第2バッテリモジュール43,44は互いに直列接続されることになるため、互いの電圧が補填され、補填された電圧が系統電圧ライン62に出力される。従って、各電圧が低下した場合には、それらの合計電圧に見合ったオン信号の割合のオンオフ信号を出力すればよく、第1電源回路74からは、互いに補填されて得られる48Vを確実に出力できる。つまり、電圧低下が著しい場合には、オン信号の割合をより大きくすることで、48Vを確実に出力できるのである。そして、第1、第2バッテリモジュール43,44の各電圧が規定値を下回った場合には、充電が必要であるため、放電制御を停止する。
On the other hand, when each voltage in the first and
回路切替指示手段79は、第1〜第3電源回路74〜76を第1〜第6バッテリモジュール43,44,49,51,59,61への充電用に切り替える機能を有している。充電する場合としては第1に、キャパシタ24側が所定電圧以上に蓄電されている場合であって、さらに生じた回生エネルギを、下限の規定値を下回ることで放電制御が停止されている第1〜第6バッテリモジュール43,44,49,51,59,61のいずれかに充電する場合である。
The circuit switching
例えば、図6において、第1、第2バッテリモジュール43,44の各電圧が下限の規定値より低下して放電制御を停止した場合では、キャパシタ24で余剰となった回生エネルギは、系統電圧ライン62に出力される。そこで、回路切替指示手段79は、トランジスタ82をオフ、トランジスタ83,84をそれぞれオンにする。すると、第1バッテリモジュール43側では、電流がプラス接点62Aから第1バッテリモジュール43、トランジスタ83を通ってマイナス接点62Bに流れ、第1バッテリモジュール43で充電が行われる。また、第2バッテリモジュール44側では、電流がプラス接点62Aからトランジスタ84、第2バッテリモジュール44を通ってマイナス接点62Bに流れ、第2バッテリモジュール44で充電が行われる。従って、このような充電では、第1〜第6バッテリモジュール43,44,49,51,59,61単位での充電が可能である。
For example, in FIG. 6, when each voltage of the first and
第2の充電は、交流入力部69を通して行われる外部電源からの急速充電である。この場合も、回路切替指示手段79は、トランジスタ82をオフ、トランジスタ83,84をそれぞれオンにする。すると同様に、第1バッテリモジュール43側では、電流がプラス接点62Aから第1バッテリモジュール43、トランジスタ83を通ってマイナス接点62Bに流れ、第1バッテリモジュール43で急速充電が行われる。また、第2バッテリモジュール44側でも、電流がプラス接点62Aからトランジスタ84、第2バッテリモジュール44を通ってマイナス接点62Bに流れ、第2バッテリモジュール44で急速充電が行われる。従って、このような充電でも、第1〜第6バッテリモジュール43,44,49,51,59,61単位での急速充電が可能である。
The second charging is rapid charging from an external power source performed through the
ここで、電源コントローラ33は、第1〜第3電源回路74〜76を有した3チャンネル型であるため、最大で6つのバッテリモジュール(第1〜第6バッテリモジュール43,44,49,51,59,61)を接続できるようになっている。本実施形態では、3チャンネル全てを使用した場合について例示されている。しかし、電源コントローラ33では、フォークリフト10の仕様上の最大荷重等によって分けられる機種(クラス)に応じて、バッテリモジュールの接続数を可変できるのである。
Here, since the
例えば、最大荷重としては本実施形態のフォークリフト10とは変わらないが、専ら短時間の荷役作業に用いられる機種では、バッテリユニット本体32の上段および中段を利用して第1〜第4バッテリモジュール43,44,49,51のみを搭載し、これらを第1、第2電源回路74,75に接続すればよい。このような場合は、1,2チャンネルの使用となり、3チャンネル目は使用されない。下段ブラケット37にはバッテリ34が収容されず、空きスペースが存在することになる。また、上段の第1バッテリモジュール43,44のみを搭載し、これを第1電源回路74に接続して利用することもできる。この場合は、1チャンネルのみの使用となり、中段、下段ブラケット36,37にはバッテリ34が収容されない。
For example, although the maximum load is not different from that of the
反対に、48Vよりも高出力電圧が要求されたり、より低出力電圧が要求されたりする場合にも対応可能である。例えば、下段の第5、第6バッテリモジュール59,61を構成する8つのバッテリ34の2つずつをそれぞれ、第1〜第4バッテリモジュール43,44,49,51に直列に接続すれば、第1〜第4バッテリモジュール43,44,49,51はそれぞれ、6つのバッテリ34で構成されることになり、72Vの出力電圧を得ることができる。この場合でも、1,2チャンネルの使用となり、3チャンネル目は使用されない。勿論5つのバッテリ34で第1〜第4バッテリモジュール43,44,49,51を構成すれば60Vを得ることができ、この場合にも、3チャンネル目は使用されないうえ、下段ブラケット37の半分は空きスペースとなる。
On the contrary, it is possible to cope with a case where a higher output voltage than 48V is required or a lower output voltage is required. For example, if two of the eight
より低出力電圧を実現するためには単に、直列に接続されたバッテリ34の数を減らせばよく。減らした数に応じた空きスペースが各ブラケット35〜37に生じることになる。例えば、第1〜第6バッテリモジュール43,44,49,51,59,61のそれぞれは、本実施形態では最大数である4つのバッテリ34で構成されていたが、3つ以下のバッテリ34で構成されていてもよく、こうすることで12V、24V、36Vの出力電圧を得ることができる。そして、このような場合でも、要求される容量に応じて並列接続を行い、使用するチャンネル数を決定すればよい。
To achieve a lower output voltage, simply reduce the number of
すなわち、本実施形態の電源コントローラ33には3チャンネル用に第1〜第3電源回路74,75,76が設けられているが、これらの全てを使用するのか、あるいは一部を使用するのかはやはり、必要とされる出力電圧および容量に応じて決められる。なお、最大で幾つの電源回路を電源コントローラ33に設けておけばよいかは任意であり、本実施形態のような3に限らず、4つ以上または、2つであってもよく、要するに複数あればよい。
That is, the first to third
図5に戻り、本実施形態のフォークリフト10ではまた、電源コントローラ33の制御部77には、予充電スイッチ91、充電操作パネル92、状態表示手段93、フードスイッチ94が接続されている。
Returning to FIG. 5, in the
予充電スイッチ91は、バッテリユニット本体32からキャパシタ24への予充電を行うためのスイッチである。キースイッチをオン位置に操作してシステムに電源を投入すると先ず、制御部77は、キャパシタ24側の電圧およびバッテリユニット本体32側の電圧を検出して比較し、キャパシタ24側の電圧がバッテリユニット本体32側の電圧よりも低く、その差が規定値以上であると、メインコンタクタ95を開放させる。キャパシタ24側の電圧が低い状態でメインコンタクタ95が通電状態になると、バッテリユニット本体32からキャパシタ24に一気に電流が流れ、電気回路上の接点で損傷が生じる可能性があるからである。
The
従って、メインコンタクタ95を開放状態に維持しながらも、キャパシタ24に充電を行ってバッテリユニット本体32側との電圧差(電位差)を小さくする必要がある。このため、本実施形態では、開放状態のメインコンタクタ95を迂回する図示しない予充電回路が設けられており、予充電スイッチ91を操作することで当該予充電回路を通して微少電流を流し、よってバッテリユニット本体32からキャパシタ24へ充電して両者の電圧差を少なくすようにしている。なお、予充電が行われず、キャパシタ24側の電圧が低いままだと、メインコントローラ23やメータパネル65が起動しない事態となる。
Therefore, it is necessary to charge the
充電操作パネル92は、交流入力部69を通して行われるバッテリユニット本体32への充電時に操作される。外部電源を交流入力部69接続し、充電操作パネル92を操作することで、充電が開始される。充電量などの充電状態は、充電操作パネル92に設けられたLED等の点灯やアラーム等によって判断可能である。
The charging
状態表示手段93は、起動前のシステムの状態を表示する手段である。システムを起動させるためのキースイッチをオン位置に操作すると、電源コントローラ33の制御部77を含む一部のみが起動し、キャパシタ24側の電圧とバッテリユニット本体32側の電圧とを比較して充電状態を判断し、予充電が必要な場合は予充電を開始させ、予充電中であることを状態表示手段93に設けられた緑色LEDの点滅等で表示する。また、制御部77は、その他の異常として、例えば、コネクタ63の嵌合不良等に関しても検出しており、嵌合不良である場合には、制御部77はその旨の信号を状態表示手段93に出力し、赤色LEDの点灯等で表示する。状態を告知する手段としては、LED等の発光素子の他、アラームや音声等を利用した手段であってもよい。
The status display means 93 is a means for displaying the status of the system before startup. When the key switch for starting the system is operated to the on position, only a part including the
フードスイッチ94は、フードパネル21開閉用のヒンジ部分に取り付けられたリミットスイッチであり、フードパネル21の開閉状態に応じた出力が制御部77で認識される。外部電源によってバッテリユニット本体32へ充電する場合には、バッテリユニット30回りの換気を行う必要性から、フードパネル21を開いた状態にしておかなければならない。このため、制御部77では、フードスイッチ94でのオンオフ状態に基づき、フードパネル21が閉じていると判断した場合には、チャージコンタクタ71を開放させる制御を行い、充電できないようにするとともに、状態表示手段93の赤色LEDを点灯させる。
The hood switch 94 is a limit switch attached to a hinge portion for opening and closing the
〔充放電制御のフロー〕
続いて、図6、図7に基づき、バッテリユニット本体32からの放電時の制御について説明する。以下には、第1、第2バッテリモジュール43,44からの放電の場合にいて説明するが、第3〜第6バッテリモジュール49,51,59,61についても同様である。
[Charge / discharge control flow]
Next, control during discharging from the battery unit
放電中の電源コントローラ33において、制御部77の放電電圧維持手段78は第1制御回路74のトランジスタ82,83,84を全てオフにしておくとともに、常時、第1バッテリモジュール43および第2バッテリモジュール44での電圧VM1,VM2を取得し(S1)、電圧VM1,VM2が下限の規定値VLよりも小さいかを比較し(S2)、小さい場合には処理を停止するが、そうでない場合には、両方の合計電圧を算出する(S3)。
In the discharging
電圧VM1,VM2の合計電圧を算出した後に放電電圧維持手段78は、当該合計電圧に応じてトランジスタ82のオン信号の割合を算出し(S4)、この割合のオンオフ信号を高速周期でトランジスタ82に出力し、駆動する(S5)。
After calculating the total voltage of the voltages V M1 and V M2 , the discharge
これにより、第1、第2バッテリモジュール43,44の電圧が48Vよりも下がっていても、電圧が互いに補填されるため、系統電圧ライン62へ48Vを確実に供給できる。
Thereby, even if the voltage of the 1st,
次いで、図7、図9に基づき、外部電源を利用した場合のバッテリユニット本体32への充電制御について説明する。以下にはやはり、第1、第2バッテリモジュール43,44への放電の場合にいて説明するが、第3〜第6バッテリモジュール49,51,59,61についても同様である。
Next, charging control for the battery unit
充電操作パネル92を操作すると電源コントローラ33では、制御部77の回路切替指示手段79が先ず、バイパスライン81でのトランジスタ82をオフにし、他のトランジスタ83,84をオンにし(S11)、この状態で、第1、第2バッテリモジュール43,44での電圧VM1,VM2を検出しながら、共に上限の既定値VUを越えるまで充電を継続させる(S12)。
When the charging
これにより、第1〜第6バッテリモジュール43,44,49,51,59,61を構成するバッテリ34への充電を、当該バッテリモジュール単位で確実に、かつ短時間で実施できる。
Thereby, the
なお、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
The best configuration, method, and the like for carrying out the present invention have been disclosed above, but the present invention is not limited to this. That is, the invention has been illustrated and described with particular reference to certain specific embodiments, but without departing from the spirit and scope of the invention, Various modifications can be made by those skilled in the art in terms of quantity and other detailed configurations.
Therefore, the description limited to the shape, quantity and the like disclosed above is an example for easy understanding of the present invention, and does not limit the present invention. The description by the name of the member which remove | excluded the limitation of one part or all of such restrictions is included in this invention.
例えば、前記実施形態のフォークリフト10は、カウンターウェイト21を備えたカウンタ式であったが、これに限らず、リーチ式のフォークリフトに本発明を適用してもよい。
For example, the
本発明は、バッテリからの電気エネルギで駆動されるフォークリフトや、小型の油圧ショベル、ホイールローダ等の作業車両に利用できる。 The present invention can be used for work vehicles such as a forklift driven by electric energy from a battery, a small hydraulic excavator, and a wheel loader.
10…作業車両であるフォークリフト、32…バッテリユニット本体、33…電源コントローラ、34…バッテリ、43,44,49,51,59,61…バッテリモジュールである第1〜第6バッテリモジュール、62…系統電圧ライン、77…制御部、78…放電電圧維持手段、79…回路切替指示手段。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
これらのバッテリモジュールでの充放電を制御する電源コントローラとを備え、
この電源コントローラは、前記一対のバッテリモジュールが接続される系統電圧ラインと、
前記一対のバッテリモジュールを直列の関係で前記系統電圧ラインに接続するか、または並列の関係で前記系統電圧ラインに接続するかを切り替える電源回路と、
前記一対のバッテリモジュールの充電を行う場合には、当該一対のバッテリモジュールの接続関係が並列となるように前記電源回路での切り替えを制御し、前記一対のバッテリモジュールの放電を行う場合には、当該一対のバッテリモジュールの合計電圧に応じた切替周期で前記電源回路での切り替えを制御する制御部とを備えている
ことを特徴とする作業車両。 At least a pair of battery modules;
A power supply controller for controlling charging and discharging in these battery modules,
The power controller includes a system voltage line to which the pair of battery modules are connected,
A power supply circuit that switches between connecting the pair of battery modules to the system voltage line in a serial relationship or connecting to the system voltage line in a parallel relationship;
When charging the pair of battery modules, controlling the switching in the power supply circuit so that the connection relationship between the pair of battery modules is parallel, and when discharging the pair of battery modules, A work vehicle comprising: a control unit that controls switching in the power supply circuit at a switching cycle according to a total voltage of the pair of battery modules.
前記電源コントローラは、前記少なくとも一対のバッテリモジュールを含んで構成されたバッテリユニット本体に一体に取り付けられているとともに、
前記バッテリモジュールは、複数のバッテリが直列に接続されて構成されている
ことを特徴とする作業車両。 The work vehicle according to claim 1,
The power controller is integrally attached to a battery unit main body configured to include the at least one pair of battery modules,
The battery module includes a plurality of batteries connected in series.
前記バッテリユニット本体内には、複数の前記バッテリモジュールが上下に積層配置されている
ことを特徴とする作業車両。 The work vehicle according to claim 2,
In the battery unit main body, a plurality of the battery modules are stacked one above the other.
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