JP4863123B2

JP4863123B2 - 作業車両

Info

Publication number: JP4863123B2
Application number: JP2007150630A
Authority: JP
Inventors: 忠司神部; 能宏道願
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2007-06-06
Filing date: 2007-06-06
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2027-06-06
Also published as: JP2008303018A

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は、制動時に回生エネルギを生成する回生制動装置を備えており、回生エネルギをバッテリに戻して蓄電させている。ただし、バッテリとしては、回生エネルギを必ずしも効率よく蓄電できる訳ではなく、発熱により損失する割合が多い。このため、効率よく蓄電できるキャパシタをバッテリとは別に搭載しておき、回生エネルギを専らキャパシタに蓄電することが提案されている。

また、このようなキャパシタには、回生制動装置からの回生エネルギの他、外部電源からの電力も蓄電される。具体的に、外部電源からの電力は一旦、バッテリに充電され、このバッテリからの予充電という形でキャパシタに自動的に蓄電される。

特開２００６−２６４９４０号公報

しかし、キャパシタは、バッテリに対し、バッテリコネクタを介して電気的に接続されているため、このコネクタが外れたりしていると、例えば、作業前日に外部電源を接続して充電するような場合では、バッテリへの充電は行われるが、バッテリからキャパシタへの予充電が行われず、翌日にはキャパシタからの電力で起動するはずのシステムが起動しないという事態に陥る。また、バッテリコネクタが正確に嵌合していないと、コネクタ内部の端子が損傷し、早期に劣化するという問題がある。

本発明の目的は、外部電源からの充電を確実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バッテリと、バッテリに対してバッテリコネクタを介して電気的に接続されるキャパシタと、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、前記バッテリコネクタの接続状態を検出するコネクタ接続検出手段と、充電操作の有無を判定する充電操作判定手段と、前記コネクタ接続検出手段での検出結果に基づいて前記バッテリコネクタの接続状態を判定するコネクタ接続判定手段と、前記コネクタ接続判定手段により前記バッテリコネクタが接続されていないと判定され、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、前記コネクタ接続判定手段により前記バッテリコネクタが接続されていないと判定され、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、コネクタ接続判定手段、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。

請求項３に係る作業車両は、請求項１または請求項２に記載の作業車両において、前記コネクタ接続判定手段は、前記バッテリから前記キャパシタへの予充電が行われる場合に前記コネクタ接続検出手段での検出結果に基づいて前記バッテリコネクタの接続状態を判定す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、バッテリコネクタが接続されていない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。従って、バッテリコネクタの端子（ターミナルやプラグ）部分に電力が供給されることはなく、バッテリコネクタ内で接触不良が生じていても、熱による劣化等が生じない。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、バッテリコネクタが接続されていないことをオペレータに警告することができ、充電を確実に行える。

請求項２の発明によれば、前記充電操作判定手段、コネクタ接続判定手段、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。

請求項３の発明によれば、予充電を行う場合でもバッテリコネクタの接続状態を検出するため、予充電を確実に実施できる。従って、キャパシタを十分に蓄電された状態に維持でき、作業開始時にシステムが起動しないといった不都合が生じない。

〔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３）や作業機１４用の電動モータ２６（図３）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、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。

〔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３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、バッテリコネクタ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。

バッテリコネクタ６３は、図４に示すように、キャパシタ２４側の雄型ハウジング４１と、バッテリ本体６２側の雌型ハウジング４２とを備えている。雄型ハウジング４１には、プラス側のプラグ４３およびマイナス側のプラグ４４が設けられている他、各プラグ４３，４４の間には突出量が僅かに少ない信号線用の小さな雄型ターミナル４５が設けられている。そして、この雄側ターミナル４５は、ジャンパーケーブル４６により雄型ハウジング４１内でマイナス蛾のプラグ４４に導通している。

一方の雌型ハウジング４２には、プラグ４３、４４のそれぞれと嵌合する雌型ターミナル４７，４８が設けられ、これらの雌型ターミナル４７，４８の間には、雄型ターミナル４５と嵌合する小さな雌型ターミナル４９が設けられている。雌型ターミナル４９には信号ケーブル５１が接続され、電源コントローラ３３の制御部７７と導通している。

このようなバッテリコネクタ６３においては、ハウジング４１，４２同士の接続により先ず、プラグ４３，４４と雌型ターミナル４７，４８とが互いに嵌合し、最終的には小型の雄型ターミナル４５と雌型ターミナル４９とが嵌合する。この際、信号ケーブル５１末端の雌型ターミナル４９と、マイナス側との間（系統電圧ライン６２のマイナス側との間であって、雌型ターミナル４８との間）には、所定の検出電圧が印加されており、小型のターミナル４５，４９が電気的に接続されていない状態、すなわち、バッテリコネクタ６３が正確に接続されていない状態では、この検出電圧は制御部７７によりハイレベルと判断され、バッテリコネクタ６３が接続されていないと判断される。

反対に、小型のターミナル４５，４９が嵌合している状態、すなわち、バッテリコネクタ６３が正しく接続されている状態では、ジャンパーケーブル４６を介して短絡することになるため、検出電圧が０Ｖを示し、接続されていると判断される。そして、本実施形態では、信号ラインを形成する小型のターミナル４５，４９およびジャンパーケーブル４６を含んで本発明に係るコネクタ接続検出手段５２が形成されている。

図３に戻って、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、コネクタ接続判定手段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。
コネクタ接続判定手段８２は、前述した検出電圧からバッテリコネクタ６３が正しく接続されているか否かを判定する。

充電停止信号生成手段８３は、コネクタ接続判定手段８２によりバッテリコネクタ６３が接続されていない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、外部電源によってキャパシタ２４に蓄電するためには先ず、バッテリユニット本体３２へ充電する必要があるが、本実施形態では、バッテリコネクタ６３が正しく接続されていない場合、チャージコンタクタ７１を開放させ、バッテリユニット本体３２への充電すら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、バッテリコネクタ６３が接続されていない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に出力する。充電操作パネル９２には、バッテリコネクタ６３が接続されていないことを知らせる警告手段としての赤色ＬＥＤ９２Ａが設けられ、出力された警報信号によってこのＬＥＤ９２Ａが点灯し、バッテリコネクタ６３の接続を促す。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。また、バッテリコネクタ６３が接続されていない場合、警報信号生成手段８３は、生成した警報信号を後述の状態表示手段９３にも出力し、状態表示手段９３に設けられた赤色ＬＥＤ９３Ａを点灯させて警告する。

本実施形態の電源コントローラ３３の制御部７７には、予充電スイッチ９１、前記充電操作パネル９２、状態表示手段９３、およびフードスイッチ９４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。また、予充電スイッチ９１は、予充電をオペレータの判断で実施するときに扱われるのであり、通常予充電は、電圧が比較された段階で、必要と判断された場合に自動的に開始される。オペレータの判断で実施する場合とは、例えば、電圧差にかかわらずバッテリユニット本体３２からキャパシタ２４へ意図的に蓄電させる場合等である。

また、本実施形態では、予充電スイッチ９１を操作した段階においても、コネクタ接続判定手段８２は、バッテリコネクタ６３の接続状態を前述した検出信号により判定しており、接続されていないと判定された場合には、警報信号生成手段８４は状態表示手段９３に警報信号を出力し、状態表示手段９３に設けられた赤色ＬＥＤ９３Ａを点灯させる。これは、予充電が自動的に行われる場合でも同様である。

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。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、バッテリコネクタ６３が接続されていないときなど、キャパシタ２４へ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自動的に開始させ、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ＬＥＤ９３Ｂの点滅等で表示する。状態表示手段９３には、バッテリコネクタ６３が接続されていないときに点灯する赤色ＬＥＤ９３Ａが設けられているのは前述の通りである。

フードスイッチ９４は、フードパネル２１の開閉状態を検出するスイッチであり、開閉させるためのヒンジの動きに応じて動作するリミットスイッチや近接センサ等で構成される。フードスイッチ９４がオンの状態にある場合は、フードパネル２１が開放していると判断され、バッテリユニット本体３２への外部電源からの充電が許可される。反対に、フードスイッチ９４がオフの状態にある場合は、フードパネル２１が閉められていると判断されるため、換気が良好に行われないことから、制御部７７はチャージコンタクタ７１に遮断信号を出力して充電をできなくするとともに、警報信号生成手段８４が状態表示手段９３に警報信号を出力し、やはり赤色ＬＥＤ９３Ａを点灯させる。

〔充電時のフロー〕
続いて、図５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、コネクタ接続判定手段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、コネクタ接続判定手段８２がコネクタ接続検出手段５２の状態を判定する（Ｓ２）。コネクタ接続検出手段５２が短絡状態にあり（検出電圧０Ｖ）、バッテリコネクタ６３が接続され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、コネクタ接続検出手段５２が開放状態にあり、バッテリコネクタ６３が接続されていないと判断した場合、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、バッテリコネクタ６３が接続されていないことを警告して、その接続を促進させる（Ｓ４）。

予充電時にバッテリコネクタ６３が外れていると判定された場合のフローは、充電操作判定手段８１が予充電スイッチ９１の操作の有無を判定する。ただし、予充電が自動的に行われる場合には、充電操作判定手段８１での判定はスキップされる。また、予充電の場合には、充電停止信号生成手段８３からチャージコンタクタ７１への停止信号の出力もスキップされ、さらに、警報信号生成手段８４からの警報信号は、状態表示手段９３に対してのみ出力される。その他のフローは図５に示した通りである。

従って、以上のフローによれば、バッテリコネクタ６３が接続されていないことを、充電操作パネル９２や状態表示手段９３に表示された警告によりオペレータに知らせることができ、バッテリコネクタ６３の未接続や嵌合不良を防止でき、バッテリ６４への充電やキャパシタ２４への充電を確実に実施できる。

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。作業車両のシステム全体を示すブロック図。作業車両のバッテリコネクタを示す図。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、２４…キャパシタ、３３…電源コントローラ、３４…バッテリ、５２…コネクタ接続検出手段、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…コネクタ接続判定手段、８３…充電停止信号生成手段、８４…警報信号生成手段、９１…予充電スイッチ、９２…充電操作パネル、９３…状態表示手段、９２Ａ，９３Ａ…警告手段であるＬＥＤ。

Claims

外部電源により充電されるバッテリと、
バッテリに対してバッテリコネクタを介して電気的に接続されるキャパシタと、
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、
前記バッテリコネクタの接続状態を検出するコネクタ接続検出手段と、
充電操作の有無を判定する充電操作判定手段と、
前記コネクタ接続検出手段での検出結果に基づいて前記バッテリコネクタの接続状態を判定するコネクタ接続判定手段と、
前記コネクタ接続判定手段により前記バッテリコネクタが接続されていないと判定され、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、
前記コネクタ接続判定手段により前記バッテリコネクタが接続されていないと判定され、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、コネクタ接続判定手段、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。
請求項１または請求項２に記載の作業車両において、
前記コネクタ接続判定手段は、前記バッテリから前記キャパシタへの予充電が行われる場合に前記コネクタ接続検出手段での検出結果に基づいて前記バッテリコネクタの接続状態を判定する
ことを特徴とする作業車両。