JP2005051871A

JP2005051871A - 車載用バッテリー充電器

Info

Publication number: JP2005051871A
Application number: JP2003204280A
Authority: JP
Inventors: Toyokazu Tsunekawa; 豊和恒川; Tetsuji Suzuki; 哲治鈴木
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2023-07-31
Also published as: JP4337442B2

Abstract

【課題】バッテリーの充電電流を制御し、複数通りの充電パターンを可能とする車載用バッテリー充電器を提供するにある。
【解決手段】バッテリー６から走行コントローラ８を介して走行用交流モーター７へ電力を供給することにより走行する車両に搭載される車載用バッテリー充電器において、車外の交流電源とコネクタ２を通じて接続される交流電源用電磁接触器３と、交流電源電圧・電流からバッテリー充電電圧・電流への電力変換を行う変圧器２４と、交流から直流への変換を行う全波整流器５と、前記全波整流器５の出力電圧をバッテリー充電電圧に昇圧する際に磁気エネルギーを一時的に蓄えるチョークコイル２５とを備え、前記走行コントローラ８の一部であるスイッチング回路１３を共用して、前記チョークコイル２５に蓄えられた磁気エネルギーを前記バッテリー６へ送り充電することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載用バッテリー充電器に関する。特に、バッテリーフォークリフトに適用すると好適である。
【０００２】
【従来の技術】
バッテリーフォークリフト車載用バッテリー充電器の構成を図２に示す。
主回路は、交流電源（ＡＣ２００Ｖ、３相）１と、コネクタ（交流電源接続用）２と、交流電源用電磁接触器３と、磁気漏れ変圧器４と、全波整流器５と、バッテリー６と、バッテリーコネクタ９と、充電器制御部１５を有している。
【０００３】
また、走行モーター駆動部として、走行用交流モーター７と、交流モーター駆動装置（走行コントローラ）８を有し、交流モーター駆動装置８の内部構成として制御部１０と、バッテリー用電磁接触器１１と、コンデンサー１２と、走行インバーターであるスイッチング回路１３と、電流検出器１４を有している。
【０００４】
交流電源用電磁接触器３は、コネクタ２を通じて接続される交流電源１の投入及び遮断を行う。
充電器制御部１５は、交流電源用電磁接触器３の接点開極及び閉極を制御する。磁気漏れ変圧器４は交流電源電圧・電流からバッテリー充電電圧・電流への電力変換を行う。
全波整流器５は、交流から直流への変換を行う。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−９４１７号公報
【特許文献２】
特開平７−２３５３５号公報
【特許文献３】
特開平７−３０３３３４号公報
【特許文献４】
特開平７−３１０７５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術には、以下の問題点がある。
（１）充電方式として一般的な定電流定電圧方式の場合、バッテリー６への充電電流は、磁気漏れ変圧器４の特性により一意的に決まるため、充電方式の変更ができない。つまり、充電パターンは一通りである。
（２）磁気漏れ変圧器の周囲温度及び機差、更に商用電源電圧変動により充電電流にバラツキがでる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係る車載用バッテリー充電器は、バッテリーから走行コントローラを介して走行用交流モーターへ電力を供給することにより走行する車両に搭載される車載用バッテリー充電器において、車外の交流電源とコネクタを通じて接続される交流電源用電磁接触器と、交流電源電圧・電流からバッテリー充電電圧・電流への電力変換を行う変圧器と、交流から直流への変換を行う全波整流器と、前記全波整流器の出力電圧をバッテリー充電電圧に昇圧する際に磁気エネルギーを一時的に蓄えるチョークコイルとを備え、前記走行コントローラの一部であるスイッチング回路を共用して、前記チョークコイルに蓄えられた磁気エネルギーを前記バッテリーへ送り充電することを特徴とする。
【０００８】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係る車載用バッテリー充電器は、請求項１において、前記スイッチング回路は前記走行コントローラの一部である制御部により制御され、該制御部は前記スイッチング回路を制御して前記バッテリーに充電する充電パターンを複数通り記憶することを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する本発明の請求項３に係る車載用バッテリー充電器は、請求項１又は２において、前記変圧器に代えて磁気漏れ変圧器を使用することを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する本発明の請求項４に係る車載用バッテリー充電器は、請求項１，２又は３において、前記チョークコイルに代えて、前記変圧器のインダクタンスを利用することを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する本発明の請求項５に係る車載用バッテリー充電器は、請求項１，２又は３において、前記チョークコイルに代えて、前記交流モーターのインダクタンスを利用することを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する本発明の請求項６に係る車載用バッテリー充電器は、請求項１，２又は３において、三相インバーターである前記スイッチング回路を全て使用することを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する本発明の請求項７に係る車載用バッテリー充電器は、請求項１，２又はにおいて、前記バッテリーから荷役用交流モータへ電力を供給する荷役コントローラの一部であるスイッチング回路の一つを前記全波整流器として使用することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
【実施例１】
本発明の第一の実施例に係るバッテリフォークリフト車載用充電器の構成図を図１に示す。
尚、図１において、図２に示す従来技術と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００１５】
図１に示すように、交流電源用電磁接触器３と全波整流器５の間に変圧器２４が介装され、交流モーター駆動装置８のスイッチング回路１３にチョークコイル２５を介して全波整流器５が接続されている。
交流電源用電磁接触器３の接点開極及び閉極は、交流モーター駆動装置８の制御部１０により制御される。
【００１６】
図１の回路動作の充電回路図とその各部波形を図９，図８に示す。
図９に示すように、変圧器２４は、交流電源電圧（例えば、２００Ｖ）をバッテリー電圧Ｖ_Ｂ（例えば、４８Ｖ）以下に降圧（例えば、４０Ｖ）する。
また、全波整流器５は、交流から直流への変換を行う。
チョークコイル２５は全波整流器５の出力電圧をバッテリー電圧Ｖ_Ｂ以上に昇圧する際、磁気エネルギーとして一時的に蓄えるための受動素子である。
電流検出器１４は、チョークコイル２５に流れる電流Ｉ_Ｌを検出する。
【００１７】
スイッチング回路（３ブリッジのうち１ブリッジを使用）１３は、▲１▼上側スイッチング素子１３−１をオフ、下側スイッチング素子１３−２をオンにしてチョークコイル２５に磁気エネルギーを蓄える、▲２▼上側スイッチング素子１３−１をオン、下側スイッチング素子１３−２をオフにして、チョークコイル２５に蓄えた磁気エネルギーすなわち電流Ｉ_Ｂ’をコンデンサー１２とバッテリー６に送る、の▲１▼▲２▼の操作を交互に繰り返すことでバッテリー６に充電電流Ｉ_Ｂ（＝Ｉ_Ｂ’のスイッチング周期Ｔにおける平均値）を流す。
コンデンサ１２は電流Ｉ_Ｂ’を平滑する。
バッテリー用電磁接触器１１は充電回路とバッテリー６を接統する。
【００１８】
制御部１０は、▲１▼電流検出器１４によりチョークコイル電流Ｉ_Ｌを検出する、▲２▼充電電流Ｉ_Ｂが予め設定された値に一致するようにスイッチング回路１３を制御する、▲３▼交流電源用電磁接触器３の接点開極及び閉極を制御する、の操作を行う。
スイッチング回路１３によるバッテリー充電電流Ｉ_Ｂの制御を表すフローチャートを図１０に示す。
【００１９】
図１０に示すように、先ず、チョークコイル２５に流れる電流Ｉ_Ｌを検出し（ステップＳ１）、次に、検出した電流Ｉ_Ｌに基づいて現在のバッテリー充電電流Ｉ_Ｂを計算し（ステップＳ２）、引き続き、求めたバッテリー充電電流Ｉ_Ｂと目標電流Ｉ_Ｂ＊とを比較し（ステップＳ３）、Ｉ_Ｂ＜Ｉ_Ｂ＊であれば、図８（ｂ）に示すように下側スイッチング素子オン時間ｔを長くしてＩ_Ｂを増加し（ステップＳ４）、更に、求めたバッテリー充電電流Ｉ_Ｂと目標電流Ｉ_Ｂ＊とを比較し（ステップＳ５）、逆に、Ｉ_Ｂ＞Ｉ_Ｂ＊であれば、図８（ａ）に示すように下側スイッチング素子オン時間ｔを短くしてＩ_Ｂを減少させ（ステップＳ６）、これらステップＳ１〜ステップＳ６の操作を充電終了と判定される（ステップＳ７）まで繰り返すことにより、所望の電流値でバッテリーを充電する。
【００２０】
尚、ステップＳ３において、Ｉ_Ｂ＜Ｉ_Ｂ＊でないとき、或いは、ステップＳ５において、Ｉ_Ｂ＞Ｉ_Ｂ＊でないときは、何れも下側スイッチング素子オン時間ｔの増減は行わない。
このように説明したように本実施例によれば、バッテリー６への充電電流をスイッチング回路１３で予め設定された値となるように制御することができるほか、以下の利点がある。
【００２１】
（１）走行コントローラー８の制御部１０に複数通りの充電パターンを記憶することで、充電パターンを変更することが可能となる。
（２）充電電流は制御部１０で常時監視・制御されるため、磁気漏れ変圧器自身に依存するバラツキはなくなる。
【００２２】
【実施例２】
本発明の第二の実施例に係る車載用充電器の構成図を図６に示す。
本実施例は、図１に示す実施例１における変圧器２４に代えて、図２に示す従来回路の磁気漏れ変圧器４を使用したものである。
本実施例においても、磁気漏れ変圧器４が変圧器２４と同等に機能することから、実施例１と同等の効果が得られる。
このように説明したように、本実施例においても、実施例１と同様な効果を奏するほか、従来使用している磁気漏れ変圧器をそのまま利用できるという利点がある。
【００２３】
【実施例３】
本発明の第三の実施例に係る車載用充電器の構成図を図７に示す。
本実施例は、図１に示す実施例１においてチョークコイル２５を省略（ショート）したものである。
本実施例においても、変圧器２４自身にインダクタンスが存在するため、チョークコイル２５の代用として変圧器２４が機能し、実施例１と同等の効果が得られる。
このように説明したように、本実施例においても、実施例１と同様な効果を奏するほか、部品点数（チョークコイル）を減らすことができるという利点がある。
【００２４】
【実施例４】
本発明の第四の実施例に係る車載用充電器の構成図を図３に示す。
本実施例は、図１に示す実施例１においてチョークコイル２５を省略（ショート）し、全波整流器５と交流モーター７との接統を変更したものである。
本実施例においては、交流モーター７自身にインダクタンスが存在するので、チョークコイル２５の代用として交流モーター７が機能し、実施例１と同等の効果が得られる。
このように説明したように、本実施例においても、実施例１と同様な効果を奏するほか、部品点数（チョークコイル）を減らすことができ、かつバッテリー充電電流を実施例３の場合よりも平滑することができるという利点がある。
【００２５】
【実施例５】
本発明の第五の実施例に係る車載用充電器の構成図を図４に示す。
本実施例は、図１に示す実施例において、スイッチング回路１３とチョークコイル２５との間にモーターショート用電磁接触器２６を介装したものである。
本実施例においては、モーターショート用電磁接触器２６を充電時に閉極すれば、スイッチング回路１３は３ブリッジを使用でき、スイッチング回路の電流容量を増大できる。
このように説明したように、本実施例においても、実施例１と同様な効果を奏するほか、バッテリー充電電流の電流値を実施例１の３倍に上げることができる。
【００２６】
【実施例６】
本発明の第六の実施例に係る車載用充電器の構成図を図５に示す。
本実施例は、図５に示すように、全波整流器５の代用として、スイッチング回路１７を使用するものである。
即ち、バッテリ６から、走行用交流モーター７、荷役用交流モーター２１へ電力を供給する走行・荷役用コントローラ２８は、荷役モーター接統用電磁接触器１９と、変圧器接続用電磁接触器２０と、走行及び荷役モーター駆動装置８を有し、荷役モーター駆動装置８の内部構成として、荷役インバーターであるスイッチング回路１７と、バッテリー・チョークコイル切換用電磁接触器１８を有している。
【００２７】
充電時は、荷役モーター接統用電磁接触器１９を開極、変圧器接続用電磁接触器２０を閉極、バッテリー・チョークコイル切換用電磁接触器１８をチョークコイル側に接続することにより、実施例１と同等の効果が得られる。
このように説明したように、本実施例によれば、実施例１に比較し、全波整流器を省略することができるという利点がある。
【００２８】
【実施例７】
本発明の第七の実施例に係る車載用充電器の構成図を図１１に示す。
本実施例は、図３に示す実施例４と同じ構成ながら、スイッチング回路１３を２ブリッジ使用することにより、電流容量の増大を図るものである。
本実施例では、モーター全相に電流が流れるが、回転磁界が発生しないため走行用交流モーター７は回転しない。
このように説明したように、本実施例によれば、実施例４と同じ構成ながら、バッテリー充電電流の電流値を実施例４の２倍に上げることができる。
【００２９】
【実施例８】
本発明の第八の実施例に係る車載用充電器の構成図を図１２に示す。
本実施例は、図４のモーターショート用電磁接触器２６に代えて、ダイオード３６を使用したものである。
このように説明したように、本実施例においても、ダイオード３６がモーターショート用電磁接触器２６と同等の機能を奏する実施例５と同等の効果が得られる。
【００３０】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発明によれば、バッテリーの充電電流が制御可能なため、充電パターンを走行コントローラーの制御部に記憶することで、複数通りのパターンが可能となる。また、充電電流は制御部で常時監視・制御されるため、磁気漏れ変圧器自身に依存するバラツキはなくなる。更に、従来使用している磁気漏れ変圧器をそのまま利用することもでき、部品点数（チョークコイル）を省略し、変圧器又は交流モーターのインダクタンスを利用すればバッテリー充電電流を平滑することができる。更に、三相インバーターであるスイッチング回路の２ブリッジ又は３ブリッジを利用すれば、バッテリー充電電流の電流値を２倍又は３倍に上げることができる。全波整流器を省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例に係るバッテリーフォークリフト車載用充電器の構成図である。
【図２】従来技術に係るバッテリーフォークリフト車載用バッテリー充電器の構成図である。
【図３】本発明の第四の実施例に係るバッテリーフォークリフト車載用充電器の構成図である。
【図４】本発明の第五の実施例に係るバッテリーフォークリフト車載用充電器の構成図である。
【図５】本発明の第六の実施例に係るバッテリーフォークリフト車載用充電器の構成図である。
【図６】本発明の第二の実施例に係るバッテリーフォークリフト車載用充電器の構成図である。
【図７】本発明の第三の実施例に係るバッテリーフォークリフト車載用充電器の構成図である。
【図８】図９に示す充電回路図における各部の波形を示すグラフである。
【図９】本発明の第一の実施例に係るバッテリーフォークリフト車載用充電器の要部に係る充電回路図である。
【図１０】バッテリー電流の制御を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第七の実施例に係るバッテリーフォークリフト車載用充電器の構成図である。
【図１２】本発明の第八の実施例に係るバッテリーフォークリフト車載用充電器の構成図である。
【符号の説明】
１交流電源
２コネクタ（交流電源接続用）
３交流電源用電磁接触器
４磁気漏れ変圧器
５全波整流器
６バッテリー
７走行用交流モーター
８交流モーター駆動装置（コントローラー）
９バッテリーコネクタ
ｌ０制御部
１１バッテリー用電磁接触器
１２コンデンサ
１３スイッチング回路（１ブリッジ）
１４電流検出器
１５充電器制御部
１７スイッチング回路（３ブリッジ）
１８バッテリー・チョークコイル切替用電磁接触器
１９荷役モータ接続用電磁接触器
２０変圧器接続用電磁接触器
２１荷役用交流モーター
２４変圧器
２５チョークコイル
２６モーターショート用電磁接触器
２８走行・荷役コントローラ
３６ダイオード

Claims

バッテリーから走行コントローラを介して走行用交流モーターへ電力を供給することにより走行する車両に搭載される車載用バッテリー充電器において、車外の交流電源とコネクタを通じて接続される交流電源用電磁接触器と、交流電源電圧・電流からバッテリー充電電圧・電流への電力変換を行う変圧器と、交流から直流への変換を行う全波整流器と、前記全波整流器の出力電圧をバッテリー充電電圧に昇圧する際に磁気エネルギーを一時的に蓄えるチョークコイルとを備え、前記走行コントローラの一部であるスイッチング回路を共用して、前記チョークコイルに蓄えられた磁気エネルギーを前記バッテリーへ送り充電することを特徴とする車載用バッテリー充電器。
請求項１において、前記スイッチング回路は前記走行コントローラの一部である制御部により制御され、該制御部は前記スイッチング回路を制御して前記バッテリーに充電する充電パターンを複数通り記憶することを特徴とする車載用バッテリー充電器。
請求項１又は２において、前記変圧器に代えて磁気漏れ変圧器を使用することを特徴とする車載用バッテリー充電器。
請求項１，２又は３において、前記チョークコイルに代えて、前記変圧器のインダクタンスを利用することを特徴とする車載用バッテリー充電器。
請求項１，２又は３において、前記チョークコイルに代えて、前記交流モーターのインダクタンスを利用することを特徴とする車載用バッテリー充電器。
請求項１，２又は３において、三相インバーターである前記スイッチング回路を全て使用することを特徴とする車載用バッテリー充電器。
請求項１，２又はにおいて、前記バッテリーから荷役用交流モータへ電力を供給する荷役コントローラの一部であるスイッチング回路の一つを前記全波整流器として使用することを特徴とする車載用バッテリー充電器。