JP2008306817A

JP2008306817A - 作業車両

Info

Publication number: JP2008306817A
Application number: JP2007150631A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Kanbe; 忠司神部; Yoshihiro Dougan; 能宏道願
Original assignee: Komatsu Utility Co Ltd
Current assignee: Komatsu Utility Co Ltd
Priority date: 2007-06-06
Filing date: 2007-06-06
Publication date: 2008-12-18

Abstract

【課題】放電と充電とを制御でき、かつ開発の手間を大幅に省くことが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。
【解決手段】開閉自在なフードパネルによって閉塞された状態で収容されるバッテリユニット本体３２と、充電ライン６８に設けられたチャージコンタクタ６８と、フードパネルの開閉状態を検出するフードスイッチ５０と、充電操作の有無を判定する充電操作判定手段８１と、フードスイッチ５０での検出結果に基づいてフードパネルの開閉状態を判定するフード開閉判定手段８２と、フード開閉判定手段８２によりフードパネルが閉まっていると判定され、かつ充電操作判定手段８１により充電が行われると判定された場合に、充電停止信号を生成してチャージコンタクタ６８に出力する充電停止信号生成手段８３と、この場合に、警報信号を生成してＬＥＤ９２Ａ，９３Ａに出力する警報信号生成手段８４とを備えている。
【選択図】図５

Description

本発明は、バッテリを駆動源とする作業車両に関する。

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、運転席の下方に設けられたバッテリ収容空間内に収容されている。バッテリ収容空間の上方はフードパネルで覆われており、このフードパネルの上面に運転席が取り付けられている。

ところで、バッテリを外部電源からの電力により充電する際には、座席毎フードパネルを開け、換気をよくした状態で充電する必要がある。換気が良好に行われないと、充電時の発熱によりバッテリが早期に劣化するからである。このため、前記特許文献１では、フードパネルの開閉状態を検出する検出手段を設け、フードパネルが開放している状態でのみ、充電できるようにしている。

特開２００５−１００７４６号公報

しかし、フードパネルが閉まっていることで充電ができない場合、オペレータは何故充電できないのかを即座に察知することができず、フードパネルの開放が遅れるという問題があり、その解決が望まれている。

本発明の目的は、バッテリの充電時にフードパネルの開放を迅速に行える作業車両を提供することにある。

本発明の請求項１に係る作業車両は、外部電源により充電されるとともに、開閉自在なフードパネルによって閉塞された状態で収容されるバッテリと、前記外部電源および前記バッテリ間の充電ラインに設けられた充電ライン遮断用手段と、前記フードパネルの開閉状態を検出する開閉状態検出手段と、充電操作の有無を判定する充電操作判定手段と、前記開閉状態検出手段での検出結果に基づいて前記フードパネルの開閉状態を判定するフード開閉判定手段と、前記フード開閉判定手段により前記フードパネルが閉まっていると判定され、かつ前記充電操作判定手段により充電が行われると判定された場合に、充電停止信号を生成して前記充電ライン遮断用手段に出力する充電停止信号生成手段と、前記フード開閉判定手段により前記フードパネルが閉まっていると判定され、かつ前記充電操作判定手段により充電が行われると判定された場合に、警報信号を生成して警告手段に出力する警報信号生成手段とを備えていることを特徴とする。

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、前記バッテリでの充放電を制御する電源コントローラを備え、前記充電操作判定手段、フード開閉判定手段、充電停止信号生成手段、および警報信号生成手段は、前記電源コントローラの制御部に設けられていることを特徴とする。

以上において、請求項１の発明によれば、フードパネルが閉まっているときに充電を行おうとすると、充電停止信号生成手段が充電停止信号を出力して充電ライン遮断用手段を動作させ、充電できないようにする。加えて、同状況下にあっては、警報信号生成手段が警報信号を生成し、警告手段に出力するので、充電できないばかりか、フードパネルが開いていないことをオペレータに警告することができ、フードパネルの開放を促すことができる。

請求項２の発明によれば、前記充電操作判定手段、フード開閉判定手段、充電停止信号生成手段、および警報信号生成手段を電源コントローラに設け、電源コントローラの一機能として付与したので、充放電や充電停止を電源コントローラのＣＰＵ等で統括的に制御でき、システム構成を簡略化できる。

〔フォークリフトの構成〕
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。

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。

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。

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。

ここで、バッテリユニット３０は、図２に示すように、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。バッテリユニット本体３２は、合計２４個のバッテリ３４が上下３段にわたって収容される構造である。バッテリ本体３２の各段では、４つのバッテリ３４が直列接続されて１モジュールが形成され、２モジュール分が配置されている。なお、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。また、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。

１つのバッテリ３４の出力電圧は１２Ｖであり、従って、各モジュールでの電圧は４８Ｖとなる。図２において、バッテリ３４は、２点鎖線で示してある。各段に配置された一対のモジュールからの電力は、電源コントローラ３３に設けられた第１〜第３電源回路７４〜７６に入力するようになっている。

このようなバッテリユニット３０を覆うフードパネル２１は、図３に示すように、開閉手段としてのヒンジ４０によって車体１１に取り付けられ、上下に開閉可能な構造になっている。ヒンジ４０は、図４に拡大して示すように、車体１１に固定されたブラケット４１と、ブラケット４１に回動自在に軸支されたヒンジアーム４２とを備え、ヒンジアーム４２の先端がフードパネル２１の裏面に固定されている。また、図示を省略するが、ヒンジ４０の外方側には、車体１１とフードパネル２１とに架設されたダンパーが設けられており、フードパネルの開放時のアシストや、閉塞時の衝撃を吸収するようになっている。

また、図４において、ヒンジ４０の内方側には、フードパネル２１の開閉状態を検出する開閉状態検出手段としてのフードスイッチ５０が取り付けられている。このフードスイッチ５０は所謂リミットスイッチである。リミットスイッチは公知であるため、ここでの詳細な説明を省略する。フードスイッチ５０は、適宜な支持部材５１を介して車体１１に取り付けられている。なお、開閉状態検出手段としては、リミットスイッチに限らず、近接センサ等であってもよい。

このフードスイッチ５０のローラアーム５２は、フードパネル２１が開放状態にあるとき、ヒンジ４０のヒンジアーム４２によって押圧される。押圧されたときにはスイッチがＯＮ状態となり、このときの通電による出力が電源コントローラ３３の制御部７７（図５）で認識される。つまり、フードパネル２１の開放動作に伴ってローラアーム５２がヒンジアーム４２の側面に接触するようになり、スイッチが入る。反対に、フードパネル２１が閉じた状態では、ローラアーム５２はいずれにも接触せず、戻された状態となってスイッチが切れる。

〔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。

メインコントローラ２３は、図示しない走行アクセル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。

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。

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。

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。

系統電圧ライン６２には、第１〜第３電源回路７４〜７６からの電力ラインがそれぞれ並列に接続されている。系統電圧ライン６２を通して入力した電力の充電、およびバッテリユニット本体３２から系統電圧ライン６２への放電は、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によって制御される。

制御部７７には、充放電を制御する各種の手段の他、本実施形態で特有の充電操作判定手段８１、フード開閉判定手段８２、充電停止信号生成手段８３、および警報信号生成手段８４が設けられている。これらの各手段８１〜８４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。

具体的に、充電操作判定手段８１は、制御部７７に接続された充電操作パネル９２からのスイッチ信号を監視しており、充電を開始しようとしているか否かを判定する。
フード開閉判定手段８２は、フードスイッチ５０での通電状態からフードパネル２１の開閉状態を判定する。

充電停止信号生成手段８３は、フード開閉判定手段８２によりフードパネル２１が閉まっていると判定された場合に、この判定に基づいて充電停止信号を生成し、充電ライン遮断用手段としてのチャージコンタクタ７１に出力して開放状態にする。つまり、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５０での通電状態に基づき、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している。

警報信号生成手段８３は、充電操作パネル９２の操作により充電を開始しようとしているにもかかわらず、フードパネル２１が閉じられている場合に警報信号を生成し、この警報信号を充電操作パネル９２および状態表示手段９３に出力する。充電操作パネル９２および状態表示手段９３には、フードパネル２１が閉まっていることを知らせる警告手段としての赤色ＬＥＤ９２Ａ，ＬＥＤ９３Ａが設けられ、出力された警報信号によってこれらの赤色ＬＥＤ９２Ａ，９３Ａが点灯し、フードパネル２１の開放を促す。なお、警告手段としては、ＬＥＤ等の発光素子の他、アラームや音声等利用した手段であってもよい。

本実施形態の電源コントローラ３３の制御部７７には、フードスイッチ５０の他、予充電スイッチ９１、前記充電操作パネル９２、および状態表示手段９３が接続されている。

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。

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。

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のであり、運転席１９から視認可能な位置に設けられている。この充電操作パネル９２の充電スイッチを操作することで、充電が開始される。この際のスイッチ信号の出力を充電操作判定手段８１が監視しているのである。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。また、フードパネル２１が閉められているなど、充電できない状態にある場合には、前述したように、異常を知らせる赤色ＬＥＤ９２Ａが点灯する。

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、その旨の信号を状態表示手段９３に出力し、赤色ＬＥＤ９３Ａの点灯等やアラーム等で表示する。さらに、外部電源による充電開始時にフードパネル２１が閉まっている場合の警告についても、赤色ＬＥＤ９３Ａによって行われる。

〔充電時のフロー〕
続いて、図６に基づき、外部電源によるバッテリユニット本体３２への充電時のフローを、充電操作判定手段８１、フード開閉判定手段８２、充電停止信号生成手段８３、および警報信号生成手段８４の各作用と共に説明する。

先ず、制御部７７では、交流入力部６９に外部電源からの電流ケーブルが接続された場合、充電操作判定手段８１が充電操作パネル９２からのスイッチ信号を監視し（Ｓ１）、スイッチ信号が入力されて、充電が開始されようとしていると判断した場合には、フード開閉判定手段８２がフードスイッチ５０の状態を判定する（Ｓ２）。フードスイッチ５０が通電状態にあり、フードパネル２１が開放していると判断した場合には、そのまま処理が終了する。

一方、Ｓ２において、フードスイッチ５０が開放状態にあり、フードパネル２１が閉まっていると判断した場合、充電停止信号生成手段８３は、充電停止信号を生成し、チャージコンタクタ７１に出力して開放し、充電できない状態にする（Ｓ３）。次いで、警報信号生成手段８４が警報信号を生成し、充電操作パネル９２および状態表示手段９３に出力して赤色ＬＥＤ９２Ａ，９３Ａを点灯させたりアラーム等を発報したりし、フードパネル２１が閉まっていることを警告して、フードパネル２１の開放を促進させる（Ｓ４）。

従って、以上のフローによれば、フードパネル２１が閉められている状態での充電を防止でき、バッテリ３４での発熱等を抑制して劣化を防止でき、また、充電操作パネル９２に表示された警告により、フードパネル２１の開放を確実に促進できる。

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。

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。

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。

本発明の一実施形態に係る作業車両全体を示す側面図。バッテリユニットの一部を分解して示す分解斜視図。作業車両のフードパネルを開放させた状態を示す斜視図。作業車両の要部を拡大して示す斜視図。作業車両のシステム全体を示すブロック図。充電時のフローを説明するためのフローチャート。

符号の説明

１０…作業車両であるフォークリフト、２１…フードパネル、３３…電源コントローラ、３４…バッテリ、５０…開閉状態検出手段であるフードスイッチ、６８…充電ライン、７１…充電ライン遮断用手段であるチャージコンタクタ、７７…制御部、８１…充電操作判定手段、８２…フード開閉判定手段、８３…充電停止信号生成手段、８４…警報信号生成手段、９２…充電操作パネル、９２Ａ，９３Ａ…警告手段であるＬＥＤ、９３…状態表示手段。

Claims

外部電源により充電されるとともに、開閉自在なフードパネルによって閉塞された状態で収容されるバッテリと、
前記外部電源および前記バッテリ間の充電ラインに設けられた充電ライン遮断用手段と、
前記フードパネルの開閉状態を検出する開閉状態検出手段と、
充電操作の有無を判定する充電操作判定手段と、
前記開閉状態検出手段での検出結果に基づいて前記フードパネルの開閉状態を判定するフード開閉判定手段と、
前記フード開閉判定手段により前記フードパネルが閉まっていると判定され、かつ前記充電操作判定手段により充電が行われると判定された場合に、充電停止信号を生成して前記充電ライン遮断用手段に出力する充電停止信号生成手段と、
前記フード開閉判定手段により前記フードパネルが閉まっていると判定され、かつ前記充電操作判定手段により充電が行われると判定された場合に、警報信号を生成して警告手段に出力する警報信号生成手段とを備えている
ことを特徴とする作業車両。
請求項１に記載の作業車両において、
前記バッテリでの充放電を制御する電源コントローラを備え、
前記充電操作判定手段、フード開閉判定手段、充電停止信号生成手段、および警報信号生成手段は、前記電源コントローラの制御部に設けられている
ことを特徴とする作業車両。