JP2013203507A - フォークリフト、フォークリフト管理システム、及び情報端末 - Google Patents

Abstract

【課題】 操作者が、フォークリフトが待機している作業場所に到着してからフォークリフトを稼働させるまでの時間を短縮させることができるフォークリフトを提供する。
【解決手段】 蓄電装置から供給される電力によって電動機が駆動される。無線通信装置が、情報端末と通信を行う。制御装置が、無線通信装置を通じて暖機開始指令信号を受信すると、蓄電装置の暖機運転を行う。
【選択図】 図７

Description

本発明は、蓄電装置で電動機を駆動するフォークリフト、フォークリフト管理シムテム、及びフォークリフトの管理に用いられる情報端末に関する。

近年、フォークリフト等の作業車両に、地球環境に配慮した省燃費、低公害、低騒音等の性能が求められている。これらの要請を満たすために、内燃機関に代えて電動機を利用したフォークリフトが登場している。電動機は、蓄電装置に蓄積された電力で駆動される。蓄電装置には、例えば電気二重層キャパシタ、鉛蓄電池、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ等が用いられる。

蓄電装置の内部抵抗は温度に依存し、低温時には内部抵抗が高くなる。内部抵抗が高い状態で通常の放電を行うと、内部抵抗による電圧降下が発生し、蓄電装置の端子間電圧が急激に低下する。逆に、内部抵抗が高い状態で通常の充電を行うと、内部抵抗による電圧降下分が、蓄電装置の起電力に重畳され、蓄電装置の端子間電圧が急激に上昇する。このため、充放電の制御が困難になる。

特許文献１に、蓄電装置を効率的に温めることができるハイブリッド式建設機械が開示されている。

国際公開２０１０／０７９７９４号

蓄電装置の暖機を開始してから内部抵抗が十分低下するまで、作業機械を稼働させることができない。
本発明の目的は、操作者が、フォークリフトが待機している作業場所に到着してからフォークリフトを稼働させるまでの時間を短縮させることができるフォークリフトを提供することである。本発明の他の目的は、このフォークリフトの管理システム、及び管理するための情報端末を提供することである。

本発明の一観点によると、
蓄電装置と、
前記蓄電装置から供給される電力によって駆動される電動機と、
情報端末と通信を行う無線通信装置と、
前記無線通信装置を通じて暖機開始指令信号を受信すると、前記蓄電装置の暖機運転を行う制御装置と
を有するフォークリフトが提供される。

本発明の他の観点によると、
蓄電装置と、
前記蓄電装置から供給される電力によって駆動される電動機と、
無線通信装置と、
前記無線通信装置を通じて暖機開始指令信号を受信すると、前記蓄電装置の暖機運転を
行う制御装置と
を有するフォークリフトと、
前記無線通信装置を通して前記フォークリフトと通信を行い、操作者からの入力に基づいて前記フォークリフトに前記暖機開始指令信号を送信する情報端末と
を有するフォークリフト管理システムが提供される。

本発明のさらに他の観点によると、
フォークリフトと通信を行う無線通信装置と、
操作者が入力を行うための入力装置と、
制御装置と
を有し、
前記制御装置は、操作者から前記入力装置を通して暖機開始が指示されると、前記無線通信装置を通して前記フォークリフトに暖機開始指令信号を送出する情報端末が提供される。

操作者は、遠隔地からフォークリフトの蓄電装置の暖機運転を開始することができる。このため、操作者が、フォークリフトが待機している作業場所に到着してからフォークリフトを稼働させるまでの時間を短縮することができる。

図１は、実施例１によるフォークリフトと情報端末との概略図である。 図２は、実施例１によるフォークリフトのブロック図である。 図３は、実施例１の変形例１によるフォークリフトのブロック図である。 図４は、実施例１の変形例２によるフォークリフトのブロック図である。 図５Ａは、蓄電装置を放電させるときの端子間電圧の時間変化の一例を示すグラフであり、図５Ｂは、蓄電装置の等価回路図である。 図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは、それぞれ実施例１によるフォークリフトの蓄電装置の暖機運転期間中の充放電電流の時間変化、蓄電装置の充電状態の時間変化、及び蓄電装置の温度の時間変化を示すグラフである。 図７は、実施例１によるフォークリフトと情報端末との間の信号送受信のシーケンスを示すグラフである。 図８Ａ〜図８Ｆは、フォークリフトの情報が表示された情報端末の平面図である。 図９は、フォークリフトの位置が表示された情報端末の平面図である。 図１０は、実施例２によるフォークリフトのブロック図である。 図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃは、それぞれ実施例２によるフォークリフトの蓄電装置の暖機運転期間中の充放電電流の時間変化、蓄電装置の充電状態の時間変化、及び蓄電装置の温度の時間変化を示すグラフである。

［実施例１］
図１に、実施例１によるフォークリフト管理システムの概略図を示す。情報端末１１が、少なくとも１台のフォークリフト１０と信号情報の送受信を行う。フォークリフト１０の各々に、無線通信装置１３及び蓄電装置２３が搭載されている。情報端末１１には、入力装置１２及び無線通信装置１９が搭載されている。入力装置１２には、例えばタッチパネル等が用いられる。無線通信方式として、例えば無線ＬＡＮの一般的な通信方式を採用することができる。

図２に、フォークリフト１０のブロック図を示す。走行モータ１５がフォークリフト１
０の駆動輪を駆動する。通常、フォークリフト１０の前輪が駆動輪となる。荷役モータ１６が、フォークの昇降を行う。走行モータ１５及び荷役モータ１６が、それぞれインバータ１７、１８を介して直流（ＤＣ）のバスライン２０に接続されている。

蓄電装置２３が、昇降圧コンバータ２４を介してバスライン２０に接続されている。昇降圧コンバータ２４は、蓄電装置２３の出力電圧を昇圧して、蓄電装置２３からバスライン２０に電力を供給する。バスライン２０に供給された電力により、走行モータ１５及び荷役モータ１６が駆動される。

蓄電装置２３の近傍にヒータ２５が設置されている。ヒータ２５は、スイッチ２６を介して蓄電装置２３の出力端子に接続されている。スイッチ２６を導通させると、蓄電装置２３の放電電流がヒータ２６を流れる。蓄電装置２３から放電させると、蓄電装置２３の内部抵抗による発熱、及びヒータ２６からの発熱により、蓄電装置２３が温められる。

温度センサ２８が蓄電装置２３の温度を測定する。測定結果が制御装置３０に入力される。制御装置３０は、インバータ１７、１８、昇降圧コンバータ２４、及びスイッチ２６を制御する。さらに、制御装置３０は、無線通信装置１３を介して情報端末１１（図１）と信号の送受信を行う。

現在位置検知装置１４が、フォークリフトの現在位置を検出し、現在位置情報を制御装置３０に入力する。現在位置検知装置１４には、例えば全地球測位システム（ＧＰＳ）用の端末が用いられる。フォークリフトの現在位置情報が、無線通信装置１３を介して情報端末１１（図１）に送信される。

図３に、実施例１の変形例１によるフォークリフトのブロック図を示す。この変形例１では、スイッチ２６（図２）に代えて降圧コンバータ２７が用いられている。降圧コンバータ２７を用いることにより、ヒータ２５に流す電流を、より細かく制御することができる。降圧コンバータ２７は制御装置３０により制御される。

図４に、実施例１の変形例２によるフォークリフトのブロック図を示す。この変形例２では、エンジン３１がトルク伝達機構３２を介して走行モータ１５に連結されている。エンジン１０には、例えばディーゼルエンジンのような内燃機関が用いられる。走行モータ１５は、加速時にエンジン３１のアシストを行い、減速時に発電を行う。アシスト運転時には、蓄電装置２３から昇降圧コンバータ２４、バスライン２０、及びインバータ１７を介して走行モータ１５に電力が供給される。発電運転時には走行モータ１５で発電された電力により、蓄電装置２３が充電される。

図５Ａ及び図５Ｂを参照して、フォークリフトの稼動前に蓄電装置２３を暖める効果について説明する。

図５Ａに、蓄電装置２３の端子間電圧の時間変動の一例を示す。横軸は経過時間を表し、左縦軸は端子間電圧を表し、右縦軸は放電電流を表す。蓄電装置２３に鉛蓄電池、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ等の二次電池を用いる場合、蓄電装置２３の端子間電圧が下限値Ｖ_ＬＬと上限値Ｖ_ＵＬとの間に収まるように充放電の制御が行われる。

図５Ｂに、蓄電装置２３の等価回路図を示す。蓄電装置２３の起電力をＥ_０、内部抵抗をＲｉで表す。電圧計２９が蓄電装置２３の端子間電圧を測定する。

図５Ａに示すように、時刻ｔ_０からｔ_１までの期間、電流値Ｉ_１の放電電流が流れる。
蓄電装置２３に電気二重層キャパシタを用いた場合には、一定の放電電流が流れることにより、蓄電装置２３の端子間電圧Ｖがほぼ直線的に低下する。蓄電装置２３に、鉛蓄電池等を用いた場合には、端子間電圧は充電状態に依存する。時刻ｔ_１で放電を停止させると、内部抵抗Ｒｉによる電圧降下がなくなるため、端子間電圧Ｖが開放電圧まで上昇する。時刻ｔ_２において、運転を再開する。

時刻ｔ_１からｔ_２までの時間が長い場合、例えば時刻ｔ_１からｔ_２までの期間が、作業終了時から翌日の作業開始時までの期間に相当する場合、蓄電装置２３の温度が外気温とほぼ等しくなるまで低下する。例えば、外気温が０℃程度のとき、内部抵抗Ｒｉの増加が顕著になる。時刻ｔ_２で電流値Ｉ_１の放電電流を流すと、内部抵抗Ｒｉにより、Ｒｉ×Ｉ_１の電圧降下が生じる。内部抵抗Ｒｉが、時刻ｔ_１の時点の内部抵抗Ｒｉより大きくなっているため、端子間電圧が大きく低下する。外気温や、現時点の充電状態によっては、端子間電圧が電圧許容範囲の下限値Ｖ_ＬＬを下回る場合もある。端子間電圧が電圧許容範囲の下限値Ｖ_ＬＬを下回ると、蓄電装置２３、走行モータ１５、荷役モータ１６等の制御が不安定になる。

時刻ｔ_２の時点で流す放電電流の大きさをＩ_１より小さいＩ_２に設定する。このときの電圧降下Ｒｉ×Ｉ_２は、電圧降下Ｒｉ×Ｉ_１より小さい。端子間電圧が電圧許容範囲の下限値Ｖ_ＬＬを下回らないように、放電電流の大きさＩ_２を設定することにより、蓄電装置２３の制御の安定性を維持することができる。

大きさＩ_２の放電電流をヒータ２５（図２、図３）に流すと、蓄電装置２３の内部抵抗Ｒｉからの発熱、及びヒータ２５からの発熱により、蓄電装置２３を加温することができる。蓄電装置２３の温度が上昇し、内部抵抗Ｒｉが低下すると、端子間電圧が電圧許容範囲の下限値Ｖ_ＬＬを下回らないという条件で、大きな放電電流を流すことができる。図２に示した例では、ヒータ２５の抵抗値により放電電流の大きさを抑制することができる。図３に示した例では、降圧コンバータ２７を制御することにより、放電電流の大きさを制御することができる。

一般的に、鉛蓄電池等の二次電池は、電解液の温度によってサイクル寿命が変化するため、適正な温度範囲で使用することが好ましい。フォークリフト稼働前に、蓄電装置２３の暖機運転を行なっておくことにより、蓄電装置２３のサイクル寿命の劣化を抑制することができる。

図６Ａに、暖機運転中の充放電電流の時間変化の一例を示す。暖機運転中は、昇降圧コンバータ２４（図２〜図４）の制御は行われない。すなわち、蓄電装置２３とバスライン２５との間で電力の送受は行われない。放電電流を正、充電電流を負とする。実施例１では、暖機運転中に蓄電装置２３が放電される。放電電流の大きさＩａは、図５Ａに示したように、内部抵抗による電圧降下が十分小さくなるように設定される。

図６Ｂに、蓄電装置２３の充電状態（ＳＯＣ）の時間変化を示す。放電期間中は充電状態が徐々に低下する。

図６Ｃに、蓄電装置２３の温度の時間変化を示す。蓄電装置２３が放電されることにより、蓄電装置２３の温度が上昇する。制御装置３０（図２）が、蓄電装置２３の温度を周期的に監視する。蓄電装置２３の温度が判定閾値Ｔｔｈに到達すると、制御装置は暖機運転を停止させる。

図７に、フォークリフト１０と情報端末１１と信号送受信のシーケンスを示す。図８Ａ〜図８Ｆに、情報端末１１に表示される図表の一例を示す。

情報端末１１のアプリケーションソフトウェアを起動すると、図８Ａに示すように、情報端末１１の画面に「問い合わせ」を行うためのボタンが表示される。操作者が「問い合わせ」ボタンに触れると、情報端末１１は、複数のフォークリフトに対して、現状問い合わせ信号を送出する（図７）。問い合わせるべきフォークリフトの機番は、予め情報端末１１に登録されている。情報端末１１に、機番＃１〜＃３のフォークリフトが登録されている場合について説明する。図７では、機番＃１及び＃３のフォークリフトから応答があり、機番＃２のフォークリフトからは応答がない場合を示す。

図８Ｂに示すように、複数のフォークリフトに対応するボタンが表示される。機番＃１と＃３のフォークリフトのボタンには、「使用可」が表示され、機番＃２のフォークリフトのボタンには、「使用不可」が表示される。さらに、フォークリフトの位置を表示するための「地図表示」ボタンが表示される。操作者が「地図表示」ボタンに触れると、操作者及びフォークリフトの現在位置を示す地図（図９）が表示される。操作者は、使用可能なフォークリフトの現在位置を確認することができる。操作者は、使用可能なフォークリフトの中から１つのフォークリフトを選択し、選択した機番のフォークリフトのボタン（図８Ｂ、図９）に触れる。一例として、機番＃１のフォークリフトを選択した場合について説明する。

図８Ｃに示すように、情報端末１１は機番＃１のフォークリフトの現状の状態を表示する。この状態は、フォークリフトからの応答信号に含まれている。図８Ｃは、暖機運転が行われておらず、施錠がされておらず、故障事故診断が稼働中であり、充電状態が７８％であることを示している。また、機体識別番号が４１ＦＢ１５Ｐであり、管理者が住友太郎であり、運転状態が停止中であり、電池温度が０℃であり、外気温度が０℃であることを示している。

操作者は、電池温度が０℃であることを認識すると、電池（蓄電装置２３）の暖機が必要であると判断する。図８Ｄに示すように、操作者は、蓄電装置２３の暖機を行うために、情報端末１１に表示された暖機の「ＯＮ」ボタンに触れる。

図７に示すように、情報端末１１は、機番＃１のフォークリフトに、暖機開始指令の信号を送信する。機番＃１のフォークリフトは、暖機開始指令の信号を受信すると、情報端末１１に応答信号を送信するとともに、暖機運転を開始する。具体的には、図２に示した制御装置３０がスイッチ２６を導通させることにより、ヒータ２５に放電電流を流す。図３に示した例では、制御装置３０が降圧コンバータ２７を制御して、ヒータ２５に放電電流を流す。制御装置３０は、温度センサ２８で測定された蓄電装置２３の温度を、一定周期、例えば１０秒周期で監視する。

暖機運転を行っている期間、フォークリフトは情報端末１１に、一定周期、例えば１０秒周期で、蓄電装置２３の温度情報を送信する。情報端末１１は、フォークリフトから温度情報を受信すると、蓄電装置の温度を表示する。図８Ｅに、電池温度が１０℃まで上昇した時に、情報端末１１に表示された図表の一例を示す。暖機が「ＯＮ」状態であり、電池温度が１０℃であることがわかる。さらに、暖機完了までの残り時間が表示される。残り時間は、現時点までの電池温度の時間変化から予測することができる。残り時間の予測は、フォークリフトの制御装置３０が行なってもよいし、情報端末１１のアプリケーションソフトウェアが行なってもよい。

制御装置３０は、蓄電装置２３の現時点の温度と判定閾値とを比較し、現時点の温度が判定閾値以上になったときに、暖機完了と判断する。判定閾値は、蓄電装置２３の内部抵抗や寿命の温度依存性に基づいて、適切な値に設定される。暖機が完了すると、制御装置
３０は、暖機運転を停止するとともに、情報端末１１に暖機完了通知信号を送信する。

図８Ｆに示すように、情報端末１１は、暖機完了通知信号を受信すると、暖機完了を表示する。例えば、暖機残り時間の欄に、「完了」を表示する。このとき、電池温度は、例えば２５℃になっており、暖機は「ＯＦＦ」になっている。なお、暖機運転を行ったため、例えば充電状態が７７％まで低下している。なお、暖機完了信号を受信すると、通知音等により、操作者に暖機完了を通知してもよい。

操作者は、図８Ｂに示す使用可の複数のフォークリフトの状況を表示させて、充電状態、電池温度等の情報に基づいて、最適なフォークリフトを選択することができる。例えば、なるべく早く作業に着手したい場合には、電池温度の高いフォークリフトを選択すればよい。これにより、暖機運転の時間を短くし、早期に作業に着手することができる。また、長時間の連続作業を行う予定の場合には、なるべく充電状態の高いフォークリフトを選択することが好ましい。これにより、作業中の電池切れを回避することができる。

さらに、操作者は、図９に示すように、フォークリフトの現在位置を表示させることにより、最も近くに待機しているフォークリフトを選択することができる。

実施例１では、フォークリフトから離れた場所にいる操作者が、フォークリフトに対して蓄電装置の暖機運転を開始させることができる。このため、作業者が作業現場に到着してからフォークリフト稼働までの待ち時間を短くすることができる。または、作業者が作業現場に到着してから直ちにフォークリフトを稼働させることができる。

［実施例２］
図１０に、実施例２によるフォークリフトのブロック図を示す。以下、実施例１との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。実施例２では、走行モータ１５の回転軸に、トクル伝達機構３２を介してエンジン３１の回転軸が連結されている。エンジン３１には、ディーゼルエンジン等の内燃機関が用いられる。実施例２では、ヒータ２５及びスイッチ２６（図２）は設けられていない。

エンジン３１で発生した動力により走行モータ１５を駆動すると、走行モータ１５が発電機として動作する。走行モータ１５で発電された電力が、インバータ１７、バスライン２０、昇降圧コンバータ２４を介して、蓄電装置２３に供給されることにより、蓄電装置２３が充電される。実施例１では、蓄電装置２３からの放電電流をヒータ２５に流すことにより、蓄電装置２３の暖機を行った。実施例２では、蓄電装置２３からの放電と、蓄電装置２３の充電とを交互に繰り返すことにより、暖機を行う。

図１１Ａに、暖機運転中の充放電電流の時間変化の一例を示す。放電電流を正、充電電流を負とする。充電電流及び放電電流の大きさは、例えばＩａである。一例として、１０秒おきに放電と充電とが切り替えられる。充電と放電との切り替えは、制御装置３０（図１０）がインバータ１７及び昇降圧コンバータ２４を制御することにより行われる。放電された電力は、一時的にバスライン２０に蓄積される。

放電電流は、図５Ａに示した実施例１の場合と同様に、内部抵抗による電圧降下が十分小さくなるように設定される。蓄電装置２３の充電時の端子間電圧は、起電力に、内部抵抗による電圧降下分が重畳された値になる。内部抵抗が大きいときに、通常動作時と同程度の充電電流を流すと、端子間電圧が大きくなり過ぎる。端子間電圧の過度の上昇を回避するために、充電電流も、放電電流と同様に、十分小さな値に設定される。

図１１Ｂに、蓄電装置２３の充電状態（ＳＯＣ）の時間変化を示す。放電期間中は充電
状態が低下し、充電期間中は充電状態が上昇する。

図１１Ｃに、蓄電装置２３の温度の時間変化を示す。蓄電装置２３が充放電されることにより、蓄電装置２３の温度が上昇する。制御装置３０（図１０）が、蓄電装置２３の温度を周期的に監視する。蓄電装置２３の温度が判定閾値Ｔｔｈに到達すると、制御装置は暖機運転を停止させる。

エンジン３１を備えたハイブリッド型フォークリフトにおいては、蓄電装置２３の放電のみならず、充電も行うことにより、蓄電装置２３の暖機を行う。これにより、暖機運転中における充電状態の低下が防止される。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１０ フォークリフト
１１ 情報端末
１２ 入力装置
１３ 無線通信装置
１４ 現在位置検知装置
１５ 走行モータ
１６ 荷役モータ
１７、１８ インバータ
１９ 無線通信装置
２０ バスライン
２３ 蓄電装置
２４ 昇降圧コンバータ
２５ ヒータ
２６ スイッチ
２７ 降圧コンバータ
２８ 温度センサ
２９ 電圧計
３０ 制御装置
３１ エンジン
３２ トルク伝達機構

Claims (10)

1. 蓄電装置と、
   前記蓄電装置から供給される電力によって駆動される電動機と、
   情報端末と通信を行う無線通信装置と、
   前記無線通信装置を通じて暖機開始指令信号を受信すると、前記蓄電装置の暖機運転を行う制御装置と
   を有するフォークリフト。
2. 前記制御装置は、前記蓄電装置の暖機運転が終了すると、前記無線通信装置を通して、前記情報端末に暖機完了通知信号を送出する請求項１に記載のフォークリフト。
3. さらに、前記蓄電装置の温度を測定する温度センサを有し、
   前記制御装置は、前記温度センサで測定された前記蓄電装置の温度の情報を、前記無線通信装置を通して前記情報端末に送信する請求項１または２に記載のフォークリフト。
4. さらに、現在位置検知装置を有し、
   前記制御装置は、前記現在位置検知装置で検知された現在位置の情報を、前記無線通信装置を通して前記情報端末に送信する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のフォークリフト。
5. 前記制御装置は、前記蓄電装置から、予め定められた閾値以下の放電電流を流すことにより前記暖機運転を行う請求項１乃至４のいずれか１項に記載のフォークリフト。
6. さらに、
   燃料で駆動されるエンジンと、
   前記エンジンによって駆動される電動発電機と
   を有し、
   前記制御装置は、さらに、前記電動発電機で発電された電力によって前記蓄電装置を充電することにより前記暖機運転を行う請求項５に記載のフォークリフト。
7. 蓄電装置と、
   前記蓄電装置から供給される電力によって駆動される電動機と、
   無線通信装置と、
   前記無線通信装置を通じて暖機開始指令信号を受信すると、前記蓄電装置の暖機運転を行う制御装置と
   を有するフォークリフトと、
   前記無線通信装置を通して前記フォークリフトと通信を行い、操作者からの入力に基づいて前記フォークリフトに前記暖機開始指令信号を送信する情報端末と
   を有するフォークリフト管理システム。
8. 前記情報端末は、
   前記フォークリフトから受信した前記蓄電装置の温度情報に基づいて、前記蓄電装置の温度を表示する請求項７に記載のフォークリフト管理システム。
9. 前記制御装置は、前記蓄電装置の暖機運転が終了すると、前記無線通信装置を通して、前記情報端末に暖機完了通知信号を送出し、
   前記情報端末は、前記暖機完了通知信号を受信すると、操作者に暖機完了を通知する請求項７または８に記載のフォークリフト管理システム。
10. フォークリフトと通信を行う無線通信装置と、
    操作者が入力を行うための入力装置と、
    制御装置と
    を有し、
    前記制御装置は、操作者から前記入力装置を通して暖機開始が指示されると、前記無線通信装置を通して前記フォークリフトに暖機開始指令信号を送出する情報端末。

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