JP4134192B2 - バッテリー作業車の過充電保護装置 - Google Patents

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Description

本発明は、フォークリフトや自走式リフトトラックや高所作業車等に搭載したバッテリーの電力を用いて、走行や作業を行うバッテリー作業車において、バッテリーの過充電を防止するための過充電保護装置に関する。
従来、工場等において、物品を搬送するためにフォークリフトやリフトトラックが利用されている。また、工場内で高所作業を行うために昇降装置を備えた高所作業車も知られている。これらフォークリフトやリフトトラックや高所作業車等は工場内の空気を汚さないようにするため、バッテリーからの電力により駆動する方式が多く採用されている。
このようなバッテリー式の自走式作業車は、毎日作業を行い、途中で充電する必要がないように、作業終了後に充電を行う。この充電作業は、商用電源が配備される場所まで車両本体を移動し、そのまま充電器のプラグを電源に差し込むことで行われる。その気軽さから、作業者にしてみれば、電池切れにより、バッテリー式の自走式作業車が使用不能となることを避ける為に、例えバッテリーに蓄電された電圧が、未だ満了状態に近くても、頻繁に充電作業を行う傾向があった。
ここで、充電器がバッテリーと直接接続されているバッテリー式の自走式作業車においては、電池が不完全な充放電が繰り替えされた場合、バッテリーの劣化が速くなることが知られている。
一方、蓄電池の残量を検知して、満充電の状態では充電せず、満充電ではないときに充電するようにした充電回路の技術が公知となっている(特許文献1参照)。
特開平8−70535号公報
しかし、従来の技術では、充電回路と検知回路が一体的となったものであり、バッテリー式自走作業車に元々取り付けられている充電器や充電器にバッテリーを接続するタイプの作業車には取り付けることはできない。つまり、充電器自体を交換する必要があり、後付けができない構成となっている。そこで、本発明においては、バッテリー式走行車両におけるバッテリーと充電器を有する従来型の作業車であっても、安価で簡単に過充電保護装置を取り付けられ、過充電を防止できるようにするものである。
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
バッテリー作業車の、バッテリー(21)と充電器(19)の間に配設する過充電保護装置(20)であって、バッテリー電圧判定部(32)と、充電制御部(33)と、バッテリー側接続端子(25a)と、充電器側接続端子(25b)とを備え、該電圧判定部(32)は、該バッテリー(21)の充電作業を行うか否かを判定する判定回路であり、該バッテリー(21)の電圧値と、予め設定された電圧値と比較して、設定電圧よりも低い場合にのみ、該充電制御部(33)に「充電許可信号」を送信し、前記充電が必要となる設定電圧は、該バッテリー(21)が充電不要である「満充電状態」の電圧よりも低く設定し、バッテリー(21)が「満充電状態」に近い場合には充電作業は実施せずに、該バッテリー(21)の「過充電」を防止すべく設定し、該充電制御部(33)は切換手段となる接点(26)を介して、該充電器(19)とバッテリー(21)とを繋ぐ回路を接続・切断し、前記電圧判定部(32)からの「充電許可信号」が送られると、リレーがONされ接点(26)を閉じ、該リレーは、充電制御部(33)に設けた自己保持回路により一旦通電されると、該接点(26)は閉じたままとし、充電により該バッテリー(21)の電圧が設定電圧以上となっても閉じられた状態を保持し、前記充電器(19)を電源から外すか、または、バッテリー作業車の本体側に配置され、作業者が「充電」「停止」「作動」の3パターンを選択する本体スイッチ(28)を「停止」「作動」側に切り換えるまで「接」とし、前記切換手段である接点(26)が「接」となると、設定電圧よりも高くなっても「接」の状態を維持するものである。
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
バッテリー作業車の、バッテリー(21)と充電器(19)の間に配設する過充電保護装置(20)であって、バッテリー電圧判定部(32)と、充電制御部(33)と、バッテリー側接続端子(25a)と、充電器側接続端子(25b)とを備え、該電圧判定部(32)は、該バッテリー(21)の充電作業を行うか否かを判定する判定回路であり、該バッテリー(21)の電圧値と、予め設定された電圧値と比較して、設定電圧よりも低い場合にのみ、該充電制御部(33)に「充電許可信号」を送信し、前記充電が必要となる設定電圧は、該バッテリー(21)が充電不要である「満充電状態」の電圧よりも低く設定し、バッテリー(21)が「満充電状態」に近い場合には充電作業は実施せずに、該バッテリー(21)の「過充電」を防止すべく設定し、該充電制御部(33)は切換手段となる接点(26)を介して、該充電器(19)とバッテリー(21)とを繋ぐ回路を接続・切断し、前記電圧判定部(32)からの「充電許可信号」が送られると、リレーがONされ接点(26)を閉じ、該リレーは、充電制御部(33)に設けた自己保持回路により一旦通電されると、該接点(26)は閉じたままとし、充電により該バッテリー(21)の電圧が設定電圧以上となっても閉じられた状態を保持し、前記充電器(19)を電源から外すか、または、バッテリー作業車の本体側に配置され、作業者が「充電」「停止」「作動」の3パターンを選択する本体スイッチ(28)を「停止」「作動」側に切り換えるまで「接」とし、前記切換手段である接点(26)が「接」となると、設定電圧よりも高くなっても「接」の状態を維持するので、過充電保護装置は簡単な構成で安価に構成することができ、一つのユニットとして独立して扱うことが可能となる。
そして、充電器とバッテリーの間に、接続端子により容易に接続することが可能となり、従来から使用しているバッテリー式作業車両に簡単に後付けすることができる。また、不要な場合には容易に取り外すこともできる。更に、過充電保護装置はバッテリーの過充電を防止して、バッテリーの劣化を早めることを防止できる。
また、バッテリーを充電するときに、バッテリーの残存容量を検知して、予め設定された設定電圧値以下である場合にのみ、充電作業を許可するので、バッテリーの残存量を検知してから充電作業をする必要がなく、バッテリーの充電能力の低下を防ぐことができる。
また、前記過充電保護装置は、一旦、バッテリーの充電作業を許可した場合、予め設定された設定電圧値を超えても、充電作業を停止させない機能を具備させたことにより、充電満了に至る前に充電作業が終了することがなく、充電器が元々備える停止機能を用いて充電を停止することができ、バッテリーの種類に合わせて充電終了設定を行う必要がない。よって、過充電保護装置は、回路構成は複雑とならず、安価に構成できる。
次に、発明の実施の形態を説明する。
図1は本発明の一実施例に係る、リフトトラックの全体的な構成を示した後方斜視図である。図2は本発明に係る過充電保護装置を含む、全体の回路構成を示した斜視図である。図3は本発明に係る過充電保護装置の回路構成を示すブロック図である。
図4は本発明に係る過充電保護装置の作動の流れを示すフローチャート(過充電保護装置の接続から「充電許可信号」の出力に至るまでのステップを示す。)である。図5は同じく作動の流れを示すフローチャート(「充電許可信号」の出力後から実際のバッテリー充電開始に至るまでのステップを示す。)である。図6は同じく作動の流れを示すフローチャート(充電作業の停止に至るまでのステップを示す。)である。
[リフトトラック1]
まず、本発明の過充電保護装置を取り付けたバッテリー式走行作業車としてのリフトトラック1を例として、全体構成について図1を用いて説明をする。(なお、図1に示す矢印Aの方向を前方とする。)リフトトラック1は主に、物品を搭載させる荷受け部2と、該荷受け部2の昇降手段や走行手段が配備された本体部3と、操作ハンドル等からなる操作部4等から構成され、例えば、前記走行手段として設けられる後輪6には駆動源としての電気モータ7が具備される、自走式リフトトラック1である。
荷受け部2には、平面視にて前後方向に並設される、2本のフォーク形荷台5・5が設けられている。前記荷台5は前端部において、枢支アーム8を介して、下方に突出自在に設けられる前輪9が軸支されており、対峙する後端部において、図示せぬ基端支持部材と連結される。
前記基端支持部材は正面視において、下方を開放部とする横「コの字」形状を有した部材であり、並設される各々の荷台5・5の後端部から上方に一端延出され、その先端部において水平方向に連結された形状を有している。そして、その連結部の中央部下面には、図示せぬ昇降シリンダーがロッドを介して垂設され、荷台5・5の昇降駆動を担っている。
また、前記枢支アーム8の後部一端には、昇降アーム10が連結され、該昇降アーム10は、前記枢支アーム8の対峙される一端で、軸受けフレーム11と連結されている。そしてテコの作用により、昇降アーム10を揺動させることにより、容易に荷台5の略垂直方向の昇降動作を可能としている。
本体部3には、前記昇降シリンダー等からなる昇降手段や、駆動源が具備される後輪6等からなる走行手段や、これら電気機器に電力を供給するバッテリー21等が設けられており、これら構成部品類がフレーム14に具備されて構成される。
フレーム14は正面視にてリフトトラック1の中央、かつ、側面視にて荷台5の後方上部に配設されており、上部に具備される上部フレーム13と、該上部フレーム13の下部において、水平方向に延出される板部材12を介して垂下される軸受けフレーム11と、により構成される。
板部材12の略中央部には、旋回モータ16が軸方向を垂直にして挿嵌されており、前記旋回モータ16には、車軸フレーム15の上部に設けられる枢支軸15cが軸止され、さらに、前記車軸フレーム15の一側部には後輪6を介して、電気モータ7が、軸方向を水平にして具備されている。
このような構成により、後輪6は電気モータ7と一体となって水平旋回自由とされ、リフトトラック1の進行方向の転換は、全て前記旋回モータ16により行われる。また、軸受けフレーム11の外側両側部には、部材を介して補助車輪18・18が設けられており、正面視において、後輪6の左右両側方に位置するように配設される。補助車輪18は、水平旋回自由に軸止される自由車輪であり、物品の運搬時等におけるリフトトラック1の左右方向の重量バランスを保持するために設けられたものである。
上部フレーム13の両側部には、前記電気モータ7等への電力を供給するバッテリー21・21が並設される。即ち、板部材12は正面視において、上部フレーム13及び軸受けフレーム11の幅寸法より、幾分、左右両外側へ突出して設けられており、この突出部の上面を用いて、前記バッテリー21・21が、上部フレーム13を挟んで並設されている。また、前記突出部の一方の下面には、充電器19が配備されており、前記上部フレーム13の内側左右両側面の一端には、過充電保護装置20が配備されている。
また、本体部3の操作側に、本実施例では上部フレーム13の上部後面の中央に、後述の本体スイッチ28が設けられており、作業者はこのスイッチを用いて、バッテリー21の接続状態を「充電状態」或いは「負荷状態」に、切り換えられるようにしている。ここで「充電状態」とは、後述のとおり、充電する時に過充電保護装置20を経由して、充電器19によってバッテリー21の充電を行うことが可能な状態を示し、また、「負荷状態」とは、後輪6に具備される電気モータ7や、旋回モータ16等からなる各負荷装置35を駆動させるために、過充電保護装置20とは切り離してバッテリー21と接続して作業可能な状態を示す。
なお、バッテリー21・21と、充電器19と、過充電保護装置20の配備される場所は、上述に示す場所に限定されるものではない。即ち、本実施例においては、各機器19・20・21の外形寸法や配線の取り回し等を考慮して、リフトトラック1のレイアウト上の空きスペースを利用したに過ぎず、例えば、別途フレームを継ぎ足して、これら各機器19・20・21をまとめて配備してもよい。
また、本体スイッチ28の取り付け位置においても、上述に示す場所に限定されるものではなく、作業者の操作性や取り付けスペース等を考慮して、別途取り付け位置を設けても良い。
操作部4は上部フレーム13の上面略中央に、水平及び上下回動自由に立設されるハンドル支柱22と、該ハンドル支柱22の上端部に水平に取付けられた、円筒形の左右の握部23・23とにより、「T字」形状に形成される。そして、左右の握部23・23の間には操作スイッチ本体24が設けられており、前記操作スイッチ本体24には、後輪6の前進・後退や、低速・高速等の各種切換えスイッチ等が具備されている。このような構成を有することにより、作業者は、握部23・23から手を離すこと無く、リフトトラック1の前進・後退等の切換え操作を安全に行うことが可能となる。
[過充電保護装置20の回路構成]
次に、過充電保護装置20の回路構成について、図2及び図3を用いて説明する。過充電保護装置20は、充電器19とバッテリー21との間に接続され、前記バッテリー21に蓄電された電池の残存容量によって、充電作業の可否を判断し過充電とならないようにする装置であり、主に回路用電源部31と、バッテリー電圧判定手段となる電圧判定部32と、充電切換制御手段となる充電制御部33と、充電用プラグ(バッテリー側接続端子)25aと、充電器側接続端子25bと、により構成されている。以下の説明において、バッテリー21が充電不要である状態を「満充電状態」とする。
回路用電源部31は、後述の電圧判定部32、及び、充電制御部33に電圧を供給するための回路である。電圧判定部32は、バッテリー21の充電作業を行うか否かを判定する判定回路として機能される。即ち、電圧判定部32は、バッテリー21の電圧値と、予め設定された電圧値と比較して、設定電圧よりも低い場合にのみ、後述の充電制御部33に出力信号(充電許可信号)が送信されるように回路構成されている。
充電制御部33は、切換手段となる接点26を介して、充電器19とバッテリー21とを繋ぐ回路の、接続・切断を制御する制御回路として機能される。即ち、充電制御部33は、前記電圧判定部32に接続されるリレー作動回路と、リレーと該リレーの接点26等から構成されており、電圧判定部32からの「充電許可信号」が送られると、リレーがONされ、接点26が閉じられる。
ここで、前記リレーは、充電制御部33に設けた自己保持回路により一旦通電されると、接点26は閉じたままとされ、充電によりバッテリー21の電圧が設定電圧以上となっても閉じられた状態が保持され、充電用プラグ25aを外すか、または、本体スイッチ28を「負荷状態」側に切り換えるまで「接」とされる。
即ち、バッテリー21の電圧が設定電圧以下では充電作業を開始するが、充電が進むに従ってバッテリー電圧は上昇し、設定電圧に達する。このとき接点26を開くと、「満充電状態」となっていないにも関わらず充電は停止されてしまう。そこで、バッテリー21の電圧が設定電圧以上となっても充電を続けるために接点26は閉じたままとなるように自己保持回路を備えているのである。なお、充電が必要となる設定電圧は、「満充電状態」となって充電を停止する電圧よりも低く設定されている。また、前記設定電圧は可変抵抗器等を用いてダイヤル等を回動して変更可能に構成することができる。このように回路を構成することにより、過充電保護装置20は、複数の電池容量を有するバッテリー21に対応することが可能となる。また、接点26は過充電保護装置20のプラス端子とバッテリー21のプラス端子を接続する配線上、または、過充電保護装置20のマイナス端子とバッテリー21のマイナス端子を接続する配線上、または、両方の配線上に設けられる。
過充電保護装置20と充電器19との接続には、コネクタからなる充電器側接続端子25bが用いられ、両装置19・20が一旦リフトトラック1に組付けられ、配線された後は、通常、脱着行為は行われない。これに対して、過充電保護装置20とバッテリー21との接続には、劣化や容量の変更等による、バッテリー21の交換作業が伴うため、より脱着作業を容易にするべく、プラグからなる充電用プラグ(バッテリー側接続端子)25aが用いられる。
また、過充電保護装置20とバッテリー21との配線の途中には、本体スイッチ28が設けられており、前記充電用プラグ25aの脱着作業を要することなく、スイッチの切り換え操作により、バッテリー21との接続先を、過充電保護装置20、或いは負荷装置35へと容易に切り換えることができる。
ここで、前記本体スイッチ28は、「充電」「停止」「作動」の3パターンを選択することができるセレクトスイッチにより構成されており、一方の端子は常時バッテリー21と接続され、他方の2つの端子は、それぞれ過充電保護装置20、及び、負荷装置35と接続されることとしたものである。
即ち、本体スイッチ28のツマミ部分を「充電」或いは「作動」に切り換えると、バッテリー21は、過充電保護装置20、または負荷装置35と接続されることとなり、前記ツマミ部分を「停止」に合わせると、バッテリー21は、過充電保護装置20、及び負荷装置35のいずれとも、接続が遮断された状態となる。
このような回路構成において、従来より既に使用されている本機に搭載されたバッテリーの端子に、充電器を接続して充電するような場合や、本機にバッテリーの充電器を備えて、充電器19のプラグ27を電源に差し込むだけで充電できるようにした作業車両の場合には、バッテリーと充電器を接続する端子の間に過充電保護装置20を介装するだけで、容易に後付けが可能となる。そして、この過充電保護装置20を取り付けた場合には、充電器19のプラグ27を商用電源に接続されたコンセントに差し込むことで、バッテリー21が「満充電状態」に近い場合には、充電作業は実施されず、バッテリー21の「過充電」を防止することができる。また、充電器19は市販の充電器であってよく、バッテリーの種類に合わせた充電器が使用される。つまり、充電器19は商用電源に接続するプラグ27と、充電電圧に変換する変圧手段(この変圧手段は複数の電圧に切り換えられるようにすることも可能である)と、交流を直流に変換する整流回路と、電流を制御する手段と、バッテリーが満充電電圧に達すると充電回路を「断」とする手段と、出力するための端子を備えている。
[過充電保護装置20の作動の流れ]
次に、過充電保護装置20の作動の流れを図4乃至図6に示すフローチャートを用いて説明する。まず、ステップS1において、バッテリー21、過充電保護装置20、充電器19が、充電用プラグ25a、及び、充電器側接続端子25bを介してそれぞれ直列に接続され、前記充電器19のプラグ27が電源に接続されることにより、バッテリー21の充電作業が可能な状態となる。ここで、実際にはバッテリー21と、過充電保護装置20と、充電器19については、既にリフトトラック1に組み付けられる際に、互いの接続作業は完了されているため、作業者にとっては、リフトトラック1を、電源が設けられている所定の個所まで移動させて、充電器19のプラグ27を電源に接続する作業のみで足りる。
充電器19のプラグ27が電源に接続され、本体スイッチ28を「充電状態」に切り換えると、過充電保護装置20に電流が通電される。即ち、ステップS2において、本体スイッチ28のツマミ部分を「充電」に切り換え、ステップS3において、過充電保護装置20に設けられる回路用電源部31、電圧判定部32、充電制御部33のそれぞれに電流が通電され、ステップS4において、前記電圧判定部32が作動開始され、その後、バッテリー21の電池容量の確認が実行されることになる。
即ち、ステップS5においては、予め設定された電圧判定用の「しきい値」としての設定電圧値(V0)と、バッテリー21に蓄電される電池の電圧値(V1)と、が比較考慮される。そして、バッテリー21の電圧値(V1)が設定電圧値(V0)よりも小さな値であれば、前記バッテリー21の充電作業が必要ありと判断され、ステップS7において、充電制御部33に対して、「充電許可信号」が出力される。また、バッテリー21の電圧値(V1)が設定電圧値(V0)よりも大きな値であれば、前記バッテリー21の充電作業は必要なしと判断され、ステップS6において、接点26が閉じられることは無く、バッテリー21と充電器19との接続については、遮断状態が保持されることになり前記ステップS4の状態に戻り、充電作業は実施されない。
電圧判定部32から「充電許可信号」が送られた充電制御部33は、ステップS11において、リレー回路を介して接点26が閉じ、その結果、ステップS12において、バッテリー21と、充電器19とが通電されて、ステップS13に示す、充電作業が開始される。なお、上述の通り、電圧判定部32に設けられるリレー回路は、自己保持回路として構成されており、一旦接点26が閉じられると、充電器19のプラグ27が電源から離脱されない限り、前記接点26は閉じ続け、充電器19の充電作業が完了するまで、バッテリー21は、充電され続ける。
ステップS21において、バッテリー21の充電作業が進むと、前記バッテリー21は蓄電され、徐々に回復されていく。その結果、バッテリー21の電圧値(V1)が前記「しきい値」としての設定電圧値(V0)を、充電作業の途中で超えてしまうが、充電作業は停止することなく継続し、ステップS22において、充電器19に設けられる判断手段により、充電作業は完了する。即ち、充電作業の終了は、充電器19に係る固有の処理により行われる。これは、バッテリー21の「満充電状態」における電圧値が、前記バッテリー21の種類や、サイズ等によって個々に異なり、作業車に搭載されるバッテリーに合わせて充電器が使用されるため、あえて「満充電状態」における電圧値を予め別途設定し、バッテリー21と充電器19との接続を遮断する制御とはしていない。しかし、本実施例に限定されること無く、「満充電状態」における電圧値を予め別途設定し、バッテリー21と充電器19との接続を強制的に遮断する制御としてもよい。このようにするためには、満充電設定電圧調節手段を設ける。
充電作業が完了すると、ステップS23において、充電器19のプラグ27を電源から抜き、ステップS24において、本体スイッチ28のツマミ部分を、「停止」或いは「作動」に切り換えることによって、過充電保護装置20は完全にバッテリー21との接続を遮断される。その結果、ステップS25において、過充電保護装置20に設けられる充電制御部33の自己保持回路は解除され、接点26が開き、バッテリー21と充電器19とは遮断される。
但し、過充電保護装置20と充電器19は別体として、過充電保護装置20の接続端子とバッテリー21から延設した接続端子を接続して充電するように構成することもできる。この場合、過充電保護装置20と充電器19はコンセントが配置される所に設置しておき、作業車による作業が終了して充電するときに、車両本体を充電器が設置される場所まで移動して、過充電保護装置20の接続端子25aと、バッテリー21から延設した接続端子を接続手段となるコネクタ等により接続することで、前記同様の制御により充電することができる。この場合、作業車両に過充電保護装置20と充電器19を搭載する必要がなく、作業車両本体の価格を低減することができ、載置するためのスペース等も低減できる。
本発明の一実施例に係る、リフトトラックの全体的な構成を示した後方斜視図。 本発明に係る過充電保護装置を含む、全体の回路構成を示した斜視図。 本発明に係る過充電保護装置の回路構成を示すブロック図。 本発明に係る過充電保護装置の作動の流れを示すフローチャート(過充電保護装置の接続から「充電許可信号」の出力に至るまでのステップを示す。)。 同じく作動の流れを示すフローチャート(「充電許可信号」の出力後から実際のバッテリー充電開始に至るまでのステップを示す。)。 同じく作動の流れを示すフローチャート(充電作業の停止に至るまでのステップを示す。)。
符号の説明
19 充電器
20 過充電保護装置
21 バッテリー
25a 充電用プラグ(バッテリー側接続端子)
25b 充電器側接続端子
26 接点
27 プラグ
28 本体スイッチ
31 回路用電源部
32 電圧判定部
33 充電制御部
35 負荷装置

Claims (1)

  1. バッテリー作業車の、バッテリー(21)と充電器(19)の間に配設する過充電保護装置(20)であって、バッテリー電圧判定部(32)と、充電制御部(33)と、バッテリー側接続端子(25a)と、充電器側接続端子(25b)とを備え、該電圧判定部(32)は、該バッテリー(21)の充電作業を行うか否かを判定する判定回路であり、該バッテリー(21)の電圧値と、予め設定された電圧値と比較して、設定電圧よりも低い場合にのみ、該充電制御部(33)に「充電許可信号」を送信し、前記充電が必要となる設定電圧は、該バッテリー(21)が充電不要である「満充電状態」の電圧よりも低く設定し、バッテリー(21)が「満充電状態」に近い場合には充電作業は実施せずに、該バッテリー(21)の「過充電」を防止すべく設定し、該充電制御部(33)は切換手段となる接点(26)を介して、該充電器(19)とバッテリー(21)とを繋ぐ回路を接続・切断し、前記電圧判定部(32)からの「充電許可信号」が送られると、リレーがONされ接点(26)を閉じ、該リレーは、充電制御部(33)に設けた自己保持回路により一旦通電されると、該接点(26)は閉じたままとし、充電により該バッテリー(21)の電圧が設定電圧以上となっても閉じられた状態を保持し、前記充電器(19)を電源から外すか、または、バッテリー作業車の本体側に配置され、作業者が「充電」「停止」「作動」の3パターンを選択する本体スイッチ(28)を「停止」「作動」側に切り換えるまで「接」とし、前記切換手段である接点(26)が「接」となると、設定電圧よりも高くなっても「接」の状態を維持することを特徴とするバッテリー作業車の過充電保護装置。
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