JP2019115137A

JP2019115137A - 電動車

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Publication number: JP2019115137A
Application number: JP2017245853A
Authority: JP
Inventors: 真基仲田; Sanemoto Nakada; 木村　治和; Harukazu Kimura; 治和木村
Original assignee: Mitsubishi Logisnext Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Logisnext Co Ltd
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-07-11
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: JP6483796B1

Abstract

【課題】降坂時に速度を十分に抑制しつつ過充電を防ぐことができる電動車を提供する。【解決手段】電動車１Ａは、バッテリ２と、走行輪３を駆動する走行モータ４と、双方向の電力変換を行う走行インバータ５と、バッテリ電圧値を出力するバッテリ監視部１２と、バッテリ電圧値に基づいて走行インバータ５を制御する制御部１４とを備える。制御部１４は、（１）バッテリ電圧値が予め設定された閾値よりも低い第１回生時においては、走行モータ４の滑り量が予め設定された第１目標滑り量となるように走行インバータ５を制御し、（２）バッテリ電圧値が閾値よりも高い第２回生時においては、滑り量が予め設定された第２目標滑り量となるように走行インバータ５を制御する。また、滑り量が第２目標滑り量とされた走行モータ４の効率は、滑り量が第１目標滑り量とされた走行モータ４の効率よりも低く、滑り量が第２目標滑り量とされた走行モータ４のトルクは、滑り量が第１目標滑り量とされた走行モータ４のトルクと実質的に同一である。【選択図】図１

Description

本発明は、回生制動機能を有する電動車に関する。

フォークリフトのような荷役車には、ガソリン式のものとバッテリ式のものとがあり、これらは、用途（荷役作業内容）および使用環境に応じて使い分けられている。例えば、建屋内では、静粛性に優れ、比較的小型で、かつ排気ガスを排出しないバッテリ式の荷役車が好んで使われている。なお、以下では、荷役車を含むバッテリ式の車両を「電動車」と呼ぶこととする。

特許文献１等にみられるように、電動車は、通常、降坂時の速度上昇を抑制するための回生制動機能を有している。回生制動機能とは、降坂時の走行輪の回転に伴って走行モータが発電した電力をバッテリに回生し、該バッテリを充電する機能である。この機能によれば、電動車の稼働時間を延ばすこともできる。

特開２００１−１３９２９５号公報

しかしながら、従来の電動車は、１階に荷役作業場所があり、２階に充電場所があり、かつ１階と２階がスロープで接続された建屋内で使用される場合、２階から１階への移動の際に充電済みのバッテリが回生制動機能によってさらに充電され、過充電状態となるという問題があった。これを解決するための手段としては、バッテリが過充電状態に近づいたことを検知して回生制動機能の制動トルクを低下させることが考えられるが、このような手段をとると、スロープを下る際に速度を十分に抑制することができなくなる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、降坂時に速度を十分に抑制しつつ過充電を防ぐことができる電動車を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る電動車は、充放電可能なバッテリと、走行輪を駆動する走行モータと、バッテリと走行モータとの間で双方向の電力変換を行う走行インバータと、バッテリの電圧に関するバッテリ電圧値を出力するバッテリ監視部と、出力されたバッテリ電圧値に基づいて走行インバータを制御する制御部とを備え、制御部は、走行輪の回転に伴って走行モータが発電した電力がバッテリに供給される回生時のうち、（１）バッテリ電圧値が予め設定された閾値よりも低い第１回生時においては、走行モータの滑り量が予め設定された第１目標滑り量となるように走行インバータを制御し、（２）バッテリ電圧値が閾値よりも高い第２回生時においては、滑り量が予め設定された第２目標滑り量となるように走行インバータを制御するよう構成され、滑り量が第２目標滑り量とされた走行モータの効率は、滑り量が第１目標滑り量とされた走行モータの効率よりも低く、滑り量が第２目標滑り量とされた走行モータのトルクは、滑り量が第１目標滑り量とされた走行モータのトルクと実質的に同一である、ことを特徴とする。

上記電動車は、油圧式の操舵装置に作動油を供給するための操舵モータと、バッテリから操舵モータへの一方向の電力変換を行う操舵インバータとをさらに備えていてもよい。この場合、制御部は、出力されたバッテリ電圧値に基づいてさらに操舵インバータを制御するよう構成され、制御部は、（１）第１回生時においては、操舵モータの滑り量が予め設定された第３目標滑り量となるように操舵インバータを制御し、（２）第２回生時においては、滑り量が予め設定された第４目標滑り量となるように操舵インバータを制御するよう構成され、滑り量が第４目標滑り量とされた操舵モータの効率は、滑り量が第３目標滑り量とされた操舵モータの効率よりも低い。

上記電動車は、油圧式の荷役装置をさらに備えた荷役車であってもよい。

すなわち、上記電動車は、荷役装置と、荷役装置に作動油を供給するための荷役モータと、バッテリから荷役モータへの一方向の電力変換を行う荷役インバータとをさらに備えていてもよい。この場合、制御部は、出力されたバッテリ電圧値に基づいてさらに荷役インバータを制御するよう構成され、制御部は、（１）第１回生時においては、荷役モータの滑り量が予め設定された第５目標滑り量となるように荷役インバータを制御し、（２）第２回生時においては、滑り量が予め設定された第６目標滑り量となるように荷役インバータを制御するよう構成され、滑り量が第６目標滑り量とされた荷役モータの効率は、滑り量が第５目標滑り量とされた荷役モータの効率よりも低い。

本発明によれば、降坂時に速度を十分に抑制しつつ過充電を防ぐことができる電動車を提供することができる。

本発明の実施例に係る電動車のブロック図である。図１に示された各モータの滑り量と効率の関係を示すグラフである。図１に示された制御部の制御フロー図である。本発明の変形例に係る電動車のブロック図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係る電動車の実施例について説明する。

図１に、本発明の実施例に係る電動車１Ａを示す。同図に示すように、電動車１Ａは、バッテリ２と、走行輪３、走行モータ４および走行インバータ５からなる走行系と、操舵装置６、操舵モータ７および操舵インバータ８からなる操舵系と、荷役装置９、荷役モータ１０および荷役インバータ１１からなる荷役系と、バッテリ監視部１２、速度監視部１３および制御部１４からなる制御系と、アクセルペダル１５、ステアリング１６および荷役レバー１７からなる操作系とを備えている。

バッテリ２は、充放電可能な大容量のリチウムイオン電池または鉛電池からなる。

走行モータ４は、誘導モータである。走行モータ４は、その出力軸がギアボックス等を介して走行輪３に連結されている。すなわち、走行モータ４および走行輪３は、相互にトルクを伝達することができる。

走行インバータ５は、バッテリ２と走行モータ４との間で双方向の電力変換を行う。より詳しくは、走行インバータ５は、走行モータ４を走行輪３の動力源として使用する「力行時」に、バッテリ２が出力する直流電力を所望の交流電力に変換して走行モータ４に供給する。一方、走行インバータ５は、走行モータ４を発電機として使用する「回生時」に、走行モータ４が発電した交流電力を所望の直流電力に変換してバッテリ２に回生する。

操舵装置６は、電動車１Ａの進行方向を決定づける操舵輪と、伸縮することにより操舵輪の操舵角を変化させる操舵用油圧シリンダと、操舵用油圧シリンダに接続されたオービットロールとを含んでいる。

操舵モータ７は、誘導モータである。操舵モータ７は、タンクに蓄えられた作動油を操舵装置６のオービットロールに送る。なお、ステアリング１６が中立位置にある場合、オービットロールに送られた作動油は操舵用油圧シリンダに送られることなく回収される。一方、ステアリング１６が中立位置にない場合、オービットロールに送られた作動油は操舵用油圧シリンダに送られ、これにより操舵輪の操舵角が変化する。

操舵インバータ８は、バッテリ２から操舵モータ７への一方向の電力変換を行う。より詳しくは、操舵インバータ８は、バッテリ２が出力する直流電力を所望の交流電力に変換して操舵モータ７に供給する。この電力変換は、ステアリング１６が操作されているか否かに関わらず、常に行われている。

荷役装置９は、フォークと、フォークを支持するマスト装置と、フォークをマスト装置に沿って昇降させる昇降用油圧シリンダと、車両本体に対してマスト装置を傾動させるティルト用油圧シリンダと、各油圧シリンダへの作動油の流れを制御する制御バルブとを含んでいる。

荷役モータ１０は、誘導モータである。荷役モータ１０は、タンクに蓄えられた作動油を荷役装置９の制御バルブを介して各油圧シリンダに送る。

荷役インバータ１１は、バッテリ２から荷役モータ１０への一方向の電力変換を行う。より詳しくは、荷役インバータ１１は、バッテリ２が出力する直流電力を所望の交流電力に変換して荷役モータ１０に供給する。この電力変換は、フォークの昇降やマスト装置の傾動に関する荷役レバー１７が操作されたときに行われる。

バッテリ監視部１２は、バッテリ２の電圧を監視し、該電圧に関するバッテリ電圧値を制御部１４に向けて出力する。

速度監視部１３は、走行輪３および走行モータ４のいずれか一方または両方の回転数を監視し、該回転数から算出した電動車１Ａの走行速度に関する走行速度値を制御部１４に向けて出力する。

制御部１４は、バッテリ監視部１２から出力されたバッテリ電圧値、速度監視部１３から出力された走行速度値、および操作系（１５，１６，１７）の操作量に基づいて、走行インバータ５、操舵インバータ８および荷役インバータ１１を制御する。

［走行インバータ５の制御］
制御部１４は、アクセルペダル１５が操作されている場合は、その操作量に応じた速度で電動車１Ａが走行するように走行インバータ５を制御し、走行モータ４を動作させる。このとき、制御部１４は、走行モータ４の滑り量が予め設定された第１目標滑り量となるように走行インバータ５を制御する。

また、制御部１４は、アクセルペダル１５が未操作で、かつ走行速度値がゼロではないとき、すなわち降坂時に、走行輪３の回転に伴って走行モータ４が発電した電力がバッテリ２に回生されるように走行インバータ５を制御する。このとき、制御部１４は、バッテリ電圧値が予め設定された閾値よりも低い場合（以下、この場合を「第１回生時」という）は、力行時と同様、走行モータ４の滑り量が予め設定された第１目標滑り量となるように走行インバータ５を制御する。一方、制御部１４は、バッテリ電圧値が予め設定された閾値よりも高い場合（以下、この場合を「第２回生時」という）は、走行モータ４の滑り量が予め設定された第２目標滑り量となるように走行インバータ５を制御する。

滑り量が第１目標滑り量とされているとき、走行モータ４の効率は最大のη１となり、滑り量が第２目標滑り量とされているとき、走行モータ４の効率はη１よりも低いη２となる（図２（Ａ）参照）。したがって、バッテリ電圧値が過電圧状態であること（または、過電圧状態に近づいていること）を示している場合に、滑り量を第１目標滑り量から第２目標滑り量に変化させると、走行モータ４の発電量が低下し、過電圧状態の悪化が防がれる。

効率η２が効率η１よりも低い限りにおいて、第２目標滑り量は任意に設定することができる。ただし、滑り量が第２目標滑り量とされた走行モータ４のトルクは、滑り量が第１目標滑り量とされた走行モータ４のトルクと実質的に同一でなければならない。降坂中に、搭乗者が意図しないタイミングで制動力が変化するのは好ましくないからである。

なお、トルクを維持しながら効率を低下させるためには、例えば、走行モータ４の励磁電流やトルク電流を増大させればよい。

［操舵インバータ８の制御］
制御部１４は、力行時および第１回生時に、操舵モータ７の滑り量が予め設定された第３目標滑り量となるように操舵インバータ８を制御する。一方、制御部１４は、第２回生時に、操舵モータ７の滑り量が予め設定された第４目標滑り量となるように操舵インバータ８を制御する。

滑り量が第３目標滑り量とされているとき、操舵モータ７の効率は最大のη３となり、滑り量が第４目標滑り量とされているとき、操舵モータ７の効率はη３よりも低いη４となる（図２（Ｂ）参照）。したがって、バッテリ２が過電圧状態になっている（または、過電圧状態に近づいている）第２回生時において、滑り量を第３目標滑り量から第４目標滑り量に変化させると、操舵モータ７の電力消費量が増大し、過電圧状態が解消されやすくなる。

効率η４が効率η３よりも低い限りにおいて、第４目標滑り量は任意に設定することができる。

［荷役インバータ１１の制御］
制御部１４は、荷役レバー１７が操作されている場合は、フォーク等がその操作量に応じた動きをするように荷役インバータ１１を制御し、荷役モータ１０を動作させる。ただし、制御部１４は、力行時および第１回生時に、荷役モータ１０の滑り量が予め設定された第５目標滑り量となるように荷役インバータ１１を制御する。一方、制御部１４は、第２回生時に、荷役モータ１０の滑り量が予め設定された第６目標滑り量となるように荷役インバータ１１を制御する。

滑り量が第５目標滑り量とされているとき、荷役モータ１０の効率は最大のη５となり、滑り量が第６目標滑り量とされているとき、荷役モータ１０の効率はη５よりも低いη６となる（図２（Ｃ）参照）。したがって、バッテリ２が過電圧状態になっている（または、過電圧状態に近づいている）第２回生時において、滑り量を第５目標滑り量から第６目標滑り量に変化させると、荷役モータ１０の電力消費量が増大し、過電圧状態が解消されやすくなる。

効率η６が効率η５よりも低い限りにおいて、第６目標滑り量は任意に設定することができる。

上記制御部１４の動作をまとめると、図３に示したフロー図の通りとなる。

ステップＳ１において、制御部１４は、アクセルペダル１５の操作量および走行速度値に基づいて、回生中であるか否かを判定する。その後、制御部１４は、回生中であればステップＳ２を実行し、回生中でなければステップＳ３を実行する。

ステップＳ２において、制御部１４は、バッテリ電圧値が予め設定された閾値よりも高いか否かを判定する。その後、制御部１４は、バッテリ電圧値が閾値よりも高ければステップＳ４を実行し、バッテリ電圧値が閾値よりも低ければステップＳ３を実行する。

結局、制御部１４は、力行時および第１回生時にステップＳ３を実行し、第２回生時にステップＳ４を実行する。

ステップＳ３およびステップＳ５において、制御部１４は、滑り量が第１目標滑り量となるように走行モータ４を制御し、滑り量が第３目標滑り量となるように操舵モータ７を制御し、さらに滑り量が第５目標滑り量となるように荷役モータ１０を制御する。これにより、走行モータ４、操舵モータ７および荷役モータ１０を少ない電力消費量で効率的に動作させることができるとともに、走行モータ４の発電量を増大させることができる。

一方、ステップＳ４およびステップＳ５において、制御部１４は、滑り量が第２目標滑り量となるように走行モータ４を制御し、滑り量が第４目標滑り量となるように操舵モータ７を制御し、さらに滑り量が第６目標滑り量となるように荷役モータ１０を制御する。これにより、走行モータ４の発電量が低下して過電圧状態の悪化が防がれるとともに、操舵モータ７および荷役モータ１０の電力消費量が増大して過電圧状態が解消されやすくなる。

以上、本発明に係る電動車の実施例について説明してきたが、本発明はこれに限定されない。

例えば、電動車１Ａの制御部１４は、第２回生時であると判定したときに、走行モータ４の滑り量のみを変更してもよいし、走行モータ４と操舵モータ７の滑り量を変更してもよいし、走行モータ４と荷役モータ１０の滑り量を変更してもよい。

また、本発明に係る電動車は、図４に示す電動車１Ｂのように、荷役系（荷役装置９、荷役モータ１０および荷役インバータ１１）および荷役レバー１７を備えていなくてもよい。この場合、制御部１４は、第２回生時であると判定したときに、走行モータ４の滑り量のみを変更してもよいし、走行モータ４と操舵モータ７の滑り量を変更してもよい。

１Ａ電動車（実施例）
１Ｂ電動車（変形例）
２バッテリ
３走行輪
４走行モータ
５走行インバータ
６操舵装置
７操舵モータ
８操舵インバータ
９荷役装置
１０荷役モータ
１１荷役インバータ
１２バッテリ監視部
１３速度監視部
１４制御部
１５アクセルペダル
１６ステアリング
１７荷役レバー

上記課題を解決するために、本発明に係る第１の電動車は、充放電可能なバッテリと、走行輪を駆動する走行モータと、バッテリと走行モータとの間で双方向の電力変換を行う走行インバータと、油圧式の操舵装置に作動油を供給するための操舵モータと、バッテリから操舵モータへの一方向の電力変換を行う操舵インバータと、バッテリの電圧に関するバッテリ電圧値を出力するバッテリ監視部と、出力されたバッテリ電圧値に基づいて走行インバータおよび操舵インバータを制御する制御部とを備え、制御部は、走行輪の回転に伴って走行モータが発電した電力がバッテリに供給される回生時のうち、（１）バッテリ電圧値が予め設定された閾値よりも低い第１回生時においては、走行モータの滑り量が予め設定された第１目標滑り量となるように走行インバータを制御するとともに、操舵モータの滑り量が予め設定された第３目標滑り量となるように操舵インバータを制御し、（２）バッテリ電圧値が上記閾値よりも高い第２回生時においては、走行モータの滑り量が予め設定された第２目標滑り量となるように走行インバータを制御するとともに、操舵モータの滑り量が予め設定された第４目標滑り量となるように操舵インバータを制御するよう構成され、滑り量が第２目標滑り量とされた走行モータの効率は、滑り量が第１目標滑り量とされた走行モータの効率よりも低く、滑り量が第２目標滑り量とされた走行モータのトルクは、滑り量が第１目標滑り量とされた走行モータのトルクと実質的に同一であり、滑り量が第４目標滑り量とされた操舵モータの効率は、滑り量が第３目標滑り量とされた操舵モータの効率よりも低い、ことを特徴とする。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る第２の電動車は、充放電可能なバッテリと、走行輪を駆動する走行モータと、バッテリと走行モータとの間で双方向の電力変換を行う走行インバータと、油圧式の荷役装置に作動油を供給するための荷役モータと、バッテリから荷役モータへの一方向の電力変換を行う荷役インバータと、バッテリの電圧に関するバッテリ電圧値を出力するバッテリ監視部と、出力されたバッテリ電圧値に基づいて走行インバータおよび荷役インバータを制御する制御部とを備え、制御部は、走行輪の回転に伴って走行モータが発電した電力がバッテリに供給される回生時のうち、（１）バッテリ電圧値が予め設定された閾値よりも低い第１回生時においては、走行モータの滑り量が予め設定された第１目標滑り量となるように走行インバータを制御するとともに、荷役モータの滑り量が予め設定された第５目標滑り量となるように荷役インバータを制御し、（２）バッテリ電圧値が上記閾値よりも高い第２回生時においては、走行モータの滑り量が予め設定された第２目標滑り量となるように走行インバータを制御するとともに、荷役モータの滑り量が予め設定された第６目標滑り量となるように荷役インバータを制御するよう構成され、滑り量が第２目標滑り量とされた走行モータの効率は、滑り量が第１目標滑り量とされた走行モータの効率よりも低く、滑り量が第２目標滑り量とされた走行モータのトルクは、滑り量が第１目標滑り量とされた走行モータのトルクと実質的に同一であり、滑り量が第６目標滑り量とされた荷役モータの効率は、滑り量が第５目標滑り量とされた荷役モータの効率よりも低い、ことを特徴とする。

Claims

充放電可能なバッテリと、
走行輪を駆動する走行モータと、
前記バッテリと前記走行モータとの間で双方向の電力変換を行う走行インバータと、
前記バッテリの電圧に関するバッテリ電圧値を出力するバッテリ監視部と、
出力された前記バッテリ電圧値に基づいて前記走行インバータを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記走行輪の回転に伴って前記走行モータが発電した電力が前記バッテリに供給される回生時のうち、（１）前記バッテリ電圧値が予め設定された閾値よりも低い第１回生時においては、前記走行モータの滑り量が予め設定された第１目標滑り量となるように前記走行インバータを制御し、（２）前記バッテリ電圧値が前記閾値よりも高い第２回生時においては、前記滑り量が予め設定された第２目標滑り量となるように前記走行インバータを制御するよう構成され、
前記滑り量が前記第２目標滑り量とされた前記走行モータの効率は、前記滑り量が前記第１目標滑り量とされた前記走行モータの効率よりも低く、
前記滑り量が前記第２目標滑り量とされた前記走行モータのトルクは、前記滑り量が前記第１目標滑り量とされた前記走行モータのトルクと実質的に同一である、
ことを特徴とする電動車。
油圧式の操舵装置に作動油を供給するための操舵モータと、
前記バッテリから前記操舵モータへの一方向の電力変換を行う操舵インバータと、
をさらに備え、
前記制御部は、出力された前記バッテリ電圧値に基づいてさらに前記操舵インバータを制御するよう構成され、
前記制御部は、（１）前記第１回生時においては、前記操舵モータの滑り量が予め設定された第３目標滑り量となるように前記操舵インバータを制御し、（２）前記第２回生時においては、前記滑り量が予め設定された第４目標滑り量となるように前記操舵インバータを制御するよう構成され、
前記滑り量が前記第４目標滑り量とされた前記操舵モータの効率は、前記滑り量が前記第３目標滑り量とされた前記操舵モータの効率よりも低い、
ことを特徴とする請求項１に記載の電動車。
油圧式の荷役装置をさらに備えた荷役車である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動車。
前記荷役装置に作動油を供給するための荷役モータと、
前記バッテリから前記荷役モータへの一方向の電力変換を行う荷役インバータと、
をさらに備え、
前記制御部は、出力された前記バッテリ電圧値に基づいてさらに前記荷役インバータを制御するよう構成され、
前記制御部は、（１）前記第１回生時においては、前記荷役モータの滑り量が予め設定された第５目標滑り量となるように前記荷役インバータを制御し、（２）前記第２回生時においては、前記滑り量が予め設定された第６目標滑り量となるように前記荷役インバータを制御するよう構成され、
前記滑り量が前記第６目標滑り量とされた前記荷役モータの効率は、前記滑り量が前記第５目標滑り量とされた前記荷役モータの効率よりも低い、
ことを特徴とする請求項３に記載の電動車。