JP4992738B2 - 充電ユニット - Google Patents

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Description

本発明は、荷の昇降動作に用いられる荷役機構と、車両の走行動作に用いられる走行機構と、を有するバッテリ式産業車両に用いられる充電ユニットに関する。
従来の電動車両用モータの制御装置の一例が、特許文献1に開示されている。特許文献1に開示された制御装置は、出力指令器からのトルク信号およびモータの回転速度信号に応じて交流指令信号を生成し、該交流指令信号のパルス幅変調信号によってインバータ回路を制御してバッテリからの直流電圧を交流電圧に変換し、当該交流電圧により前記モータを駆動する電動車両用モータの制御装置において、前記バッテリの電圧値を検出するバッテリ電圧検出手段と、検出されたバッテリ電圧値が所定値より低くなった状態では、前記交流指令信号の電圧値を低下させる補正手段とを有する。そして、この構成により、出力指令器の操作に対応するレベルよりもバッテリからの出力電流が抑制されるので、出力指令器が多目に操作された場合にもバッテリ電圧がその放電終止電圧などを越えて下がり過ぎてしまうことがない。そして、バッテリ容量が残っている限り、アクセルの踏み込み過ぎによって車両が走行不能になってしまうことがない。
特開平5−328531号公報
ところで、バッテリ車に用いられるバッテリ(鉛蓄電池等)において、バッテリの電圧が低くなっている状態で、大電流で放電すると、その電圧値が非常に低くなってしまう場合があり、このような電圧降下が繰り返されると、バッテリとしての寿命は著しく低下してしまう。例えば、バッテリ式産業車両について、一日の作業終了後に産業車両の充電を開始して、次の日の朝に作業を開始する時点でまだ充電が完了していない場合には、充電が未完了の状態であっても充電を強制終了させて作業を開始することになる。例えば、作業開始時点(朝)において、バッテリの電圧が所定の設定電圧(例えば転極点電圧)に到達していない場合には、作業開始からある程度の作業時間が経過した頃(作業が終了する夕方頃)には、深放電によってバッテリの電圧値が非常に低くなってしまうおそれがある。そして、このような電圧降下の繰り返しにより、バッテリがダメージを受け、バッテリとしての寿命は著しく低下してしまう。この問題は、荷役動作及び走行動作の両方を行なうバッテリ式の産業車両において顕著である。
一方、上記の特許文献1の技術は、バッテリ容量がまだ残っている場合にも車両が走行不能に陥ってしまうことを防止する観点により構成されており、上記のような、電圧が低くなった状態からの深い放電によるダメージに着目したものではない。また、特許文献1に記載された技術において、バッテリは走行動作のみについての駆動用電源となっており、荷役動作及び走行動作の両方を行なうバッテリ式産業車両のバッテリに比べて、想定される最大放電量が小さい。すなわち、特許文献1の技術においては、バッテリの電圧が低くなっているときに、深い放電によりバッテリがダメージを受けるという上記のような課題が認識されていない。そして、バッテリの寿命低下を効率的に防止する観点からは、バッテリ電圧を充電時に検知しておき、充電終了直後(放電開始直後)からその動作を制限することが、バッテリ電圧が低い場合における極端な電圧降下を効率的に抑制できるので望ましい。
そこで、本発明の目的は、バッテリ式産業車両におけるバッテリの寿命低下を効率的に防止できる充電ユニットを提供することである。
課題を解決するための手段及び効果
上記の目的を達成するために、本発明に係る充電ユニットは、荷の昇降動作に用いられる荷役機構と、車両の走行動作に用いられる走行機構と、を有するバッテリ式産業車両に用いられる充電ユニットであって、前記荷役機構及び前記走行機構のための駆動用電源となるバッテリと、前記バッテリの充電を行なうために操作者によって操作される充電用スイッチと、前記バッテリの充電時には外部電源に対して接続可能であり、且つ、前記充電用スイッチのオン操作により前記バッテリに対する充電動作を行なう充電器と、前記バッテリの電圧値を検知するための電圧検知手段と、現在の時刻を把握するための時刻把握手段と、前記電圧検知手段において検知された前記電圧値が所定値以下であって、且つ、前記充電用スイッチのオフ操作により前記充電動作が強制終了した場合において、前記時刻把握手段において把握された当該強制終了の時点における前記時刻が、前記バッテリ式産業車両を使用する作業における、その日の作業開始時間帯に含まれるときには、前記荷役機構による荷役性能、及び、前記走行機構による走行性能の少なくともいずれか一方を、通常運転状態よりも低下させる性能低下制御を行ない、前記時刻が前記作業開始時間帯に含まれないときには、前記荷役性能及び前記走行性能を、通常運転状態における荷役性能及び走行性能とする通常運転制御を行なう制御手段と、を有する。
この構成によると、検知されたバッテリの電圧値が所定値以下であって、且つ、充電用スイッチのオフ操作により充電動作が強制終了した場合には、荷役性能及び走行性能の少なくともいずれか一方が、通常運転状態における荷役性能及び走行性能よりも低下するので、充電の強制終了後の作業において、電圧が低くなっているバッテリが、深い放電によりダメージを受けることを抑止することができる。また、この構成では、バッテリの電圧値を充電時に検知しており、充電終了直後(放電開始直後)からその動作に伴う放電が制限されるので、バッテリがダメージを受けることを効率的に抑止することができる。以上により、バッテリ式産業車両におけるバッテリの寿命低下を効率的に防止できる。
また、本構成によると、充電動作が強制終了した後、作業開始時点から走行性能及び荷役性能のいずれか一方を低下させることにより、産業車両の稼働時間が長くても(例えば朝から夕方まで作業をしたとしても)バッテリの深放電を抑制できる。
また、上記の特許文献1の技術は、充電動作が強制終了した時間帯にかかわらず、電圧値が低くなった状態では放電量を制限するものである。しかし、作業開始時間を過ぎた後に充電を強制終了した場合(例えば、昼休みの時間帯を利用した充電を強制終了した場合)には、その後の、作業終了時間(例えば夕方)までの産業車両の稼動時間は比較的短いため、作業終了時間帯に深放電に至らない可能性が高く、性能低下制御を行なう必要性は低い。そして、本構成によると、例えば、昼の休み時間を利用して充電を行なう場合に、午後の作業開始時間に充電を強制終了し且つバッテリ電圧が所定値以下であっても、動作を制限しない。それにより、バッテリ式産業車両による作業を効率的なものとしつつ、バッテリ式産業車両におけるバッテリの寿命低下を効率的に防止できる。また、バッテリ残量を有効に利用することができる。
なお、通常運転状態とは、荷役機構、又は(及び)走行機構が、その性能を制限されていない状態のことである。すなわち、始動時などの非定常的状態を除く運転状態のことをいう。
また、本発明にかかる充電ユニットにおいて、前記荷役機構は、荷役用モータを備え、前記走行機構は、走行用モータを備え、前記制御手段は、前記昇降動作における前記荷役用モータの回転数の上限値を設定する荷役側上限値設定手段と、前記走行動作における前記走行用モータの回転数の上限値を設定する走行側上限値設定手段と、を含んで構成され、前記制御手段は、前記荷役側上限値設定手段において前記荷役用モータの回転数の上限値を通常運転状態における上限値よりも低く制限することで、前記荷役性能を通常運転状態よりも低下させ、前記制御手段は、前記走行側上限値設定手段において前記走行用モータの回転数の上限値を通常運転状態における上限値よりも低く制限することで、前記走行性能を通常運転状態よりも低下させてもよい。これによると、荷役性能及び走行性能の少なくともいずれか一方を低下させる構成を簡易に実現することができる。そのため、バッテリ式産業車両におけるバッテリの寿命低下を効率的に、且つ、簡易な構成により防止できる。
また、本発明にかかる充電ユニットにおいて、前記性能低下制御は、前記荷役機構及び前記走行機構の同時動作を制限していずれか一方のみの動作を許容することで、前記荷役機構による荷役性能、及び、前記走行機構による走行性能の少なくともいずれか一方を、通常運転状態よりも低下させるものであってもよい。これによると、荷役性能及び走行性能の少なくともいずれか一方を低下させる構成を簡易に実現することができる。そのため、バッテリ式産業車両におけるバッテリの寿命低下を効率的に、且つ、簡易な構成により防止できる。
以下、図を参照しつつ、本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る充電ユニットを含むフォークリフトの側面視概略図である。図2は、本発明の第1実施形態に係る充電ユニットの構成をフォークリフトの一部及び商用電源と共に示す概略構成図である。図3は、図2の充電ユニットにおける通常運転状態及び性能低下状態を概略的に示すグラフである。図4は、図2に示す充電ユニットによる制御動作の一例を示す制御フローチャートである。
(全体構成)
まず、本発明の第1実施形態に係る充電ユニットを含む産業車両の全体構成について説明する。図1及び図2に示すように、フォークリフト(バッテリ式産業車両)10は、荷の昇降動作に用いられる荷役機構14と、車両の走行動作に用いられる走行機構13と、を有している。そして、フォークリフト10には、バッテリ2を含む充電ユニット1が搭載されており、フォークリフト10は、駆動用電源としてのバッテリ2を有するバッテリ車として構成されている。
フォークリフト10は、充電ユニット1の他、車体10b、キャビン10c、シート10s、操作機構、荷役機構14、走行機構13等を有する。そして、フォークリフト10は、バッテリ2を駆動用電源として、走行動作及び荷役動作を行なうように構成されている。以下、各部の詳細について説明する。
(走行機構)
走行機構13は、走行用モータ13mを有して構成されている。そして、バッテリ2の動力が走行用モータ13mに伝達されることにより(図2参照)、前輪側に配置された走行機構13が駆動するようになっている。即ち、フォークリフト10は、前輪駆動・後輪操舵の四輪車として構成されている。
(荷役機構)
荷役機構14は、荷(図1の荷80参照)の昇降動作に用いられるものであり、荷役機構14は、左右一対のアウタマスト14aと、その間において昇降可能に配置されたインナマスト(図示せず)と、荷役用モータ14mと、フォーク14bと、油圧式のリフトシリンダ(図示せず)と、油圧式のティルトシリンダ(図示せず)と、を有して構成される(図1参照)。ティルトシリンダは、荷役機構14のティルト動作のために用いられる。
以下、荷役機構14についてより詳細に説明する。インナマストは、その上部のスプロケットに掛装されたチェーン(図示せず)を介して、フォーク14bを昇降可能となるように支持している。アウタマスト14aは、フォークリフト10の車体フレームに対して、油圧式のティルトシリンダ(図示せず)を介してティルト可能(傾動可能)となるように連結されている。そして、リフトシリンダ(図示せず)の伸縮動作に伴ってインナマストが昇降し、このインナマストの昇降動作に伴ってフォーク14bが昇降するようになっている。またフォーク14bの上面には、荷80が設置される被設置面が形成されている。
また、荷役機構14は、荷役用モータ14mにより駆動する。具体的には、バッテリ2の動力が荷役用モータ14mに伝達され(図2参照)、荷役用モータ14mが図示しない油圧ポンプを駆動させ、それによりリフトシリンダ又は(及び)ティルトシリンダが伸縮動作して、荷役機構14が駆動するようになっている。
(操作機構)
フォークリフト10には、図1、図2に示すように、操作機構として、作業者(操作者)の運転席に面する箇所に配置されるリフトレバー26、ティルトレバー27、アクセルペダル28、ブレーキペダル29、ハンドル31、充電用スイッチ4などが設けられている。
リフトレバー26は、リフトシリンダを操作してフォーク14bの昇降動作を行なうための操作手段であり、ティルトレバー27は、ティルトシリンダを操作してアウタマスト14aの前傾動作、後傾動作を行なうための操作手段である。また、アクセルペダル28はフォークリフト10の走行速度の変更に用いられ、ブレーキペダル29は走行中のフォークリフト10に制動力を付与するために用いられる。充電用スイッチ4の詳細については後述する。
(充電ユニット)
上記のように、充電ユニット1は、バッテリ車であるフォークリフト10に搭載されるものである。そして、図2に示すように、充電ユニット1は、バッテリ2、充電器3、充電用スイッチ4、電圧センサ6、時刻把握部8、コントローラ70を有して構成されており、商用電源である外部電源20に充電器3を接続することで、バッテリ2を充電できるようになっている。なお、図2において、破線で囲まれた部分が充電ユニット1である。以下、各部の構成について説明する。
(バッテリ)
バッテリ2は、具体的には鉛蓄電池であり、荷役機構14及び走行機構13の駆動用電源となるものである。また、バッテリ2は、複数のセル2aを備えて構成されており(図1参照)、フォークリフト10において、シート10sの下部スペースに配置されている。そして、一つのセル2aの公称電圧が2Vであり、そのセル2aを24個直列に接続することで、バッテリ2の公称電圧は全体として48Vとなっている。なお、バッテリ車におけるバッテリは鉛蓄電池以外でもよく、例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池であってもよい。また、バッテリの公称電圧は48Vには限られない。
(充電器)
充電器3は、バッテリ2の充電時に用いられ、バッテリ2の充電時には外部電源20に対して接続可能なものである。そして、充電器3は、充電用スイッチ4のオン操作により、バッテリ2に対する充電動作を行なう。また、充電器3は、トランスとダイオードブリッジ整流回路で構成された準定電圧充電方式の充電器である。なお、本実施形態においては、外部電源20は3相200V、30Aの商用電源であり、充電器3においては、外部電源20との接続により、バッテリ2の充電に必要な直流が生成されるようになっている。外部電源の相数は単相でも可能である。また、充電器3はコントローラ70に接続されており、適宜その動作が制御されるようになっている。なお、充電器はこのようなものには限られず、例えば、充電電流を制御する方式(定電流-定電圧-定電流方式)の充電器のようなものであってもよい。
(充電用スイッチ)
充電用スイッチ4は、バッテリ2の充電を行なうために操作者によって操作されるものである。そして、充電用スイッチ4を押すとオン状態となり、バッテリ2の普通充電が行なわれる。充電用スイッチ4は、オン状態から再度押すことでオン状態が解除され、オフ状態となるように構成されている。なお、スイッチのオン操作とは、スイッチをオン状態にすることであり、オフ操作とは、スイッチをオフ状態にすることである。なお、本実施形態において、充電用スイッチは押しボタンタイプのものであるが、スイッチはこのようなものには限られず、オン操作、オフ操作が可能なものであればよく、例えば、レバータイプのものや、ダイヤルタイプのものであってもよい。また、本実施形態において、充電用スイッチ4は普通充電を行なうためのものであるが、これは一例であり、充電ユニットは、充電用スイッチを操作することにより均等充電を行なうように構成されていてもよい。また、普通充電用のスイッチの他に、均等充電用のスイッチが設けられていてもよい。
(電圧センサ)
電圧センサ(電圧検知手段)6は、バッテリ2の電圧値を検知するためのものである。電圧センサ6において検知された電圧値はコントローラ70へと伝達される。
(時刻把握部)
時刻把握部(時刻把握手段)8は、現在の時刻を把握するためのものである。具体的には、時刻把握部8は、時計部を内蔵しており、この時計部によって現在時刻を検知・把握している。そして、時刻把握部8において検知・把握された時刻の値は、コントローラ70へと伝達される。
(コントローラ)
コントローラ70は、主制御部71、充電制御部(制御手段)7、記憶部(記憶手段)9を有して構成されている。なお、本実施形態においては、コントローラ70が充電ユニット1の一部となっているが、コントローラ70は、フォークリフト10に含まれる各部(荷役装置等)を総括的に制御するものであり、充電ユニット1以外の部分の制御も行なう。すなわち、コントローラ70は、フォークリフト10全体に共通のものである。コントローラ70は、図示しないCPU(Central Processing Unit)やメモリ(ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory))などを備えて構成されている。メモリには、各部の制御プログラムを含む各種ソフトウェアが格納されている。これらのハードウェア及びソフトウェアが組み合わされることによって、主制御部71等がコントローラ70内に構築される。
主制御部71は、走行機構13、荷役機構14等の制御を行なう。以下、具体的に説明する。主制御部71は、フォークリフト10の作業者によるアクセルペダル28の操作量(踏込み量)に基づいて、走行用モータ13mを制御する。これにより、アクセルペダル28の操作量に応じた速度でフォークリフト10の走行動作が行なわれることになる。また、主制御部71は、リフトレバー26、ティルトレバー27の動作に応じて、荷役用モータ14mを制御する。これにより、リフトレバー26、ティルトレバー27の動作に応じた荷役動作が行なわれることになる。
記憶部9には、TRUE(1)/FALSE(0)の2値からなる条件判定変数Daが記憶される。すなわち、条件判定変数Daは、TRUE又はFALSE(1又は0)の2値をとるものであり、Daは、2値のうちいずれかの形で記憶部9に格納される。また、記憶部9における条件判定変数Daは、フォークリフト10の始動時にはFALSE(0)となっている。なお、本実施形態において、フォークリフト10の始動時とは、フォークリフト10の電源投入時のことであるが、始動時はこれ以外のタイミングとして設定されていてもよい。また、記憶部9には、必要に応じて、荷役用モータ14m、走行用モータ13mの回転数の上限値が格納される。また、記憶部9には、必要に応じて、その日の作業開始時間帯が格納される。
充電制御部(制御手段)7は、各種の判断、計算、設定処理や、総括的な制御処理を行なうものであり、昇降動作における荷役用モータ14mの回転数の上限値を設定する荷役側上限値設定部7rと、走行動作における走行用モータ13mの回転数の上限値を設定する走行側上限値設定部7sと、を含んで構成されている(図2参照)。また、充電制御部7は、必要に応じて、充電器3の動作を制御する。
以下、充電制御部7による制御について説明する。充電制御部7は、一定の条件が満たされると、荷役機構14による荷役性能、及び、走行機構13による走行性能の少なくともいずれか一方を、通常運転状態よりも低下させる性能低下制御を行なう。以下、その詳細について説明する。
充電制御部7は、電圧センサ6において検知された電圧値Vが所定値Vs以下であって、且つ、充電用スイッチ4のオフ操作により充電動作が強制終了した場合において、時刻把握部8において把握された当該強制終了の時点における時刻が、フォークリフト10を使用する作業における、その日の作業開始時間帯に含まれるときには、荷役性能、及び、走行性能の少なくともいずれか一方を、通常運転状態よりも低下させる性能低下制御を行ない、その時刻が作業開始時間帯に含まれないときには、荷役性能及び走行性能を、通常運転状態における荷役性能及び走行性能とする通常運転制御を行なう。本実施形態においては、その日の作業開始時間帯を、7時から10時までの時間帯として設定されているものとする。なお、その日の作業開始時間はこのようなものには限られず、午後や夜の時間帯に設定されていてもよい。
充電制御部7は、荷役側上限値設定部7rにおいて荷役用モータ14mの回転数の上限値を通常運転状態における上限値よりも低く制限することで、荷役性能を通常運転状態よりも低下させる。また、充電制御部7は、走行側上限値設定部7sにおいて走行用モータ13mの回転数の上限値を通常運転状態における上限値よりも低く制限することで、走行性能を通常運転状態よりも低下させる。以上のようにして、充電制御部7は、荷役機構14による荷役性能、及び、走行機構13による走行性能の少なくともいずれか一方を、通常運転状態よりも低下させる。なお、本実施形態においてはこのような制御が行なわれるが、荷役性能、及び、走行性能の少なくともいずれか一方を、通常運転状態よりも低下させるための制御は、このようなものには限られない(例えば、後述する第3実施形態参照)。
荷役側上限値設定部7r、走行側上限値設定部7sによる回転数の制限について、図3を参照しつつより具体的に説明する。図3は、横軸がトルク(負荷トルク)となっており、縦軸は、各トルクに対応するモータの回転数を示している。そして、このグラフには、通常運転状態における、モータの回転数の上限値(実線)、及び、性能低下状態におけるモータの回転数の上限値(破線)の両方を示している。なお、本実施形態におけるモータの回転数の上限値の制限については、荷役用モータ14m、及び、走行用モータ13mのモータの両方について同様に説明できるものであるため、図3には一つの図のみ示し、これによりそれぞれのモータにおける回転数の制限について説明する。
ここで、モータの通常運転状態とは、荷役機構14(走行機構13)について、その性能を制限されていない状態のことである。そして、図3における通常運転状態における回転数の上限値は、各トルクに対応させて示したものとなっている。一例として、図3における矢印Zの範囲に示すように、通常運転状態においては、モータは、あるトルク(この例では図3のTz)に対して、実線で示された上限値までの回転数の範囲内において運転可能となる。
そして、荷役側上限値設定部7r(走行側上限値設定部7s)により、荷役用モータ14m(走行用モータ13m)の回転数の上限値を低く制限された性能低下状態においては、図3の破線に示すように、その回転数の上限値が、ある同一のトルクに対して、通常運転状態における上限値よりも低く制限されている(図3参照)。例として、図3における矢印A,B,Cの範囲に示すように、性能低下状態においては、モータは、あるトルク(この例では、図3のTa,Tb,Tc)に対して、通常運転状態よりも制限された上限値(破線部参照)までの回転数の範囲内において運転可能となる。
また、上記の制御についてさらに具体的に説明すると、充電制御部7は、電圧センサ6において検知された電圧値Vが所定値Vs以下であって、且つ、充電用スイッチ4のオフ操作により充電動作が強制終了した場合において、強制終了の時点における時刻が作業開始時間帯に含まれるときは、条件判定変数DaをTRUE(1)として記憶部9に格納する。そして、充電制御部7は、記憶部9における条件判定変数DaがTRUE(1)の場合には、荷役機構14による荷役性能、及び、走行機構13による走行性能の少なくともいずれか一方を、通常運転状態よりも低下させる性能低下制御を行なう。一方、条件判定変数Daはフォークリフト10の始動時にはFALSE(0)となっており、充電制御部7は、記憶部9における条件判定変数DaがFALSE(0)の場合(すなわち、充電の強制終了の時点における時刻が作業開始時間帯に含まれない場合など)には、荷役性能及び走行性能を、通常運転状態における荷役性能及び走行性能とする通常運転制御を行なう。すなわち、充電制御部7は、電圧センサ6において検知された電圧値Vが所定値Vs以下であって、且つ、充電用スイッチ4のオフ操作により充電動作が強制終了した場合において、時刻把握部8において把握された当該強制終了の時点における時刻が、フォークリフト10を使用する作業における、その日の作業開始時間帯に含まれるときには、フラグを立てる制御を行なうことになり、そのフラグ(条件判定変数Da)の状態に応じて、その後の制御を行なう。
(充電動作)
次に、以上のように構成される充電ユニット1による充電動作について、図4を参照しながら説明する。当初(フォークリフトの始動時)、記憶部9における条件判定変数DaはFALSE(0)となっているものとする。また、フォークリフト10の充電時には、外部電源20に接続するための接続用コンセント20cの近くでフォークリフト10を停止させ(図1参照)、図示しない接続ケーブルにより、フォークリフト10と接続用コンセント20cとを接続することで、充電器3と外部電源20とを接続する。また、図4の動作フローは、コントローラ70における制御について説明したものである。なお、充電動作の終了には、強制終了と、充電完了と、の二種類がある。強制終了とは、充電用スイッチ4のオフ操作により、充電動作が終了することをいう。充電完了とは、満充電状態であって、且つ、充電動作が強制終了されていない状態をいう。
まず、充電用スイッチ4がオン操作されているかどうかが判断される(ステップS101)。充電用スイッチ4がオン操作されている場合(ステップS101:YES)、バッテリ2に対して充電が開始される(ステップS102)。すなわち、以下の動作(S101〜S111までの動作)は、充電時における動作となる。
次に、電圧センサ6においてバッテリ2の電圧値が検知される(ステップS103)。そして、コントローラ70において、電圧センサ6において検知された電圧値Vが所定値Vs以下かどうかについて判断される(ステップS104)。検知された電圧値Vが所定値Vs以下であれば(ステップS104:YES)、次に、充電用スイッチ4がオフ操作されているがどうかが判断される(ステップS105)。充電用スイッチ4がオフ操作されている場合(ステップS105:YES)には、充電動作が強制終了することになる。そして、次に、充電用スイッチをオフ操作したタイミングが、作業開始時間帯に含まれるかどうかが判断される(ステップS106)。具体的には、時刻把握部8において把握された強制終了の時点における時刻が、フォークリフト10を使用する作業における、その日の作業における作業開始時間帯に含まれるかどうかが判断される。そして、強制終了の時点における時刻が、当該作業開始時間帯に含まれる場合(ステップS106:YES)、条件判定変数DaがTRUE(1)として記憶部9に格納され(ステップS107)、その後、放電モード(ステップS112以降)へと移行することになる。放電モードについては後述する。
一方、強制終了の時点における時刻が、作業開始時間帯に含まれない場合には(ステップS106:NO)、条件判定変数DaはFALSE(0)として記憶部9に格納され(ステップS110)、その後、放電モード(ステップS112以降)へと移行することになる。
一方、ステップS105において、充電用スイッチ4がオフ操作されていない場合には(ステップS105:NO)、再びステップS102に戻り、充電が繰り返される。
また、ステップS104において、検知された電圧値Vが所定値Vsよりも大きければ(ステップS104:NO)、次に、バッテリ2が満充電状態かどうかが判断される(ステップS108)。ここで、バッテリ2が満充電状態である場合(ステップS108:YES)、次に、充電用スイッチ4がオフ操作されているがどうかが判断される(ステップS109)。充電用スイッチ4がオフ操作されている場合(ステップS109:YES)には、充電動作が強制終了することになる。そして、条件判定変数DaはFALSE(0)として記憶部9に格納され(ステップS110)、その後、放電モード(ステップS112以降)へと移行することになる。一方、ステップS109において充電用スイッチ4がオフ操作されていない場合には(ステップS109:NO)、バッテリ2は充電完了状態となり(ステップS111)、その後、開始状態へ戻ることになる(このとき、記憶部9における条件判定変数DaはFALSE(0)となる)。ステップS111は、通常、夜間や早朝など、作業時間帯以外における動作となる。
また、一方で、ステップS108においてバッテリ2が満充電状態ではない場合には(ステップS108:NO)、再びステップS102に戻り、充電が繰り返される。
次に、ステップS112以降の放電モードについて説明する。なお、放電モードは、操作者の判断により、バッテリ2の充電動作が行なわれない場合、又は、充電動作を強制終了した後の運転状態のことをいい、放電モードにおいては、必ずしもバッテリ2の放電、すなわち、フォークリフト10による荷役動作又は走行動作が行なわれなくてもよい。つまり、放電モードとは、フォークリフト10により荷役動作、走行動作が行なわれ得る通常の状態のことである。
ステップS101において、充電用スイッチ4がオン操作されていない場合(ステップS101:NO)、又は、充電動作が強制終了した場合(ステップS105:YES、ステップS109:YES)には、放電モードへと移行する。まず、記憶部9における条件判定変数DaがFALSE(0)であるかどうかが判断される(ステップS112)。条件判定変数DaがFALSE(0)である場合には(ステップS112:YES)、通常運転制御が行なわれ(ステップS114)、フォークリフト10の荷役性能及び走行性能が、通常運転状態における荷役性能及び走行性能となる(ステップS114)。すなわち、モータの回転数の上限値が、通常運転状態における回転数の上限値となる。
一方、ステップS112において、条件判定変数DaがFALSE(0)でない場合、すなわち、条件判定変数DaがTRUE(1)である場合には(ステップS112:NO)、性能低下制御が行なわれる(ステップS113)。性能低下制御は、上記のように、荷役機構14による荷役性能、及び、走行機構13による走行性能の少なくともいずれか一方を、通常運転状態よりも低下させる制御である。そして、性能低下制御についてより具体的に説明すると、荷役側上限値設定部7rにおいて荷役用モータ14mの回転数の上限値を通常運転状態における上限値よりも低く制限する制御、及び、走行側上限値設定部7sにおいて走行用モータ13mの回転数の上限値を通常運転状態における上限値よりも低く制限する制御により、荷役性能を通常運転状態よりも低下させ、また、走行性能を通常運転状態よりも低下させるものである。すなわち、モータの回転数の上限値が、通常運転状態における回転通の上限値よりも低いものとなる(図3参照)。これにより、バッテリ2の放電が通常運転状態に比べて制限される。
なお、本実施形態では、性能低下制御は、荷役性能及び走行性能の少なくともいずれか一方を、通常運転状態よりも低下させる制御であるが、このようなものには限られず、荷役性能及び走行性能の両方を通常運転状態よりも低下させるような制御であってもよいし、荷役性能のみ、又は、走行性能のみを、通常運転状態よりも低下させるような制御であってもよい。
そして、ステップS113、ステップS114の後は、再びステップS101に戻ることになる。以上をまとめると、充電ユニット1において、充電制御部7は、電圧センサ6において検知された電圧値Vが所定値Vs以下であって、且つ、充電用スイッチ4のオフ操作により充電動作が強制終了した場合において、時刻把握部8において把握された当該強制終了の時点における時刻が、フォークリフト10を使用する作業における、その日の作業開始時間帯に含まれるときには、荷役性能、及び、走行性能の少なくともいずれか一方を、通常運転状態よりも低下させる性能低下制御を行ない、時刻が作業開始時間帯に含まれないときには、荷役性能及び走行性能を、通常運転状態における荷役性能及び走行性能とする通常運転制御を行なう。
フォークリフト10の充電ユニット1においては、以上のような制御フローが繰り返される。なお、通常、放電モードにおいては(ステップS112以降)、フォークリフト10を使った作業(放電)が行なわれることになる(この場合には、接続ケーブルは外される)。放電(荷役、走行作業)については、図4のフローチャートでは省略している。
(効果)
本実施形態にかかる充電ユニット1の効果について説明する。本実施形態に係る充電ユニット1によると、検知されたバッテリ2の電圧値Vが所定値Vs以下であって、且つ、充電用スイッチ4のオフ操作により充電動作が強制終了した場合には、荷役性能及び走行性能の少なくともいずれか一方が、通常運転状態における荷役性能及び走行性能よりも低下するので、充電の強制終了後の作業において、電圧が低くなっているバッテリ2が、深い放電によりダメージを受けることを抑止することができる。また、この構成では、バッテリ2の電圧値を充電時に検知しており、充電終了直後(放電開始直後)からその動作に伴う放電が制限されるので、バッテリ2がダメージを受けることを効率的に抑止することができる。以上により、バッテリ式産業車両におけるバッテリの寿命低下を効率的に防止できる。
また、本構成によると、充電動作が強制終了した後、作業開始時点から走行性能及び荷役性能のいずれか一方を低下させることにより、フォークリフト10の稼働時間が長くても(例えば朝から夕方まで作業をしたとしても)バッテリの深放電を抑制できる。
また、上記の特許文献1の技術は、充電動作が強制終了した時間帯にかかわらず、電圧値が低くなった状態では放電量を制限するものである。しかし、作業開始時間を過ぎた後に充電を強制終了した場合(例えば、昼休みの時間帯を利用した充電を強制終了した場合)には、その後の、作業終了時間(例えば夕方)までの産業車両の稼動時間は比較的短いため、作業終了時間帯に深放電に至らない可能性が高く、性能低下制御を行なう必要性は低い。そして、充電ユニット1の構成によると、例えば、昼の休み時間を利用して充電を行なう場合に、午後の作業開始時間に充電を強制終了し且つバッテリ電圧が所定値以下であっても、動作を制限しない。それにより、一日の作業の中で、荷役性能及び走行性能のいずれか一方が変更されてしまうことがないので、バッテリ式産業車両による作業を効率的なものとしつつ、バッテリ式産業車両におけるバッテリの寿命低下を効率的に防止できる。また、バッテリ残量を有効に利用することができる。
また、本実施形態にかかる充電ユニット1において、荷役機構14は、荷役用モータ14mを備え、走行機構13は、走行用モータ13mを備え、充電制御部7は、昇降動作における荷役用モータ14mの回転数の上限値を設定する荷役側上限値設定部7rと、走行動作における走行用モータ13mの回転数の上限値を設定する走行側上限値設定部7sと、を含んで構成され、充電制御部7は、荷役側上限値設定部7rにおいて荷役用モータ14mの回転数の上限値を通常運転状態における上限値よりも低く制限することで、荷役性能を通常運転状態よりも低下させ、充電制御部7は、走行側上限値設定部7sにおいて走行用モータ13mの回転数の上限値を通常運転状態における上限値よりも低く制限することで、走行性能を通常運転状態よりも低下させる。これにより、荷役性能及び走行性能の少なくともいずれか一方を低下させる構成を簡易に実現することができる。そのため、バッテリ式産業車両におけるバッテリの寿命低下を効率的に、且つ、簡易な構成により防止できる。
なお、ここでのバッテリの電圧値における“所定値”Vsは、例えば、バッテリ2の転極点電圧にすることが考えられる。
また、放電時には、バッテリの転極点電圧は判断することはできない。そのため、バッテリ電圧における“所定値”Vsを転極点電圧とし、転極点電圧を基準としてバッテリの電圧を判断することは、充電時にのみ可能となる。そのため、バッテリの電圧値における所定値Vsを、充電時にのみ検知できる転極点電圧とすることは、充電時にバッテリ電圧を把握する本構成において特に有効なものとなる。それにより、より確実にバッテリのダメージを抑えることができる。具体的には、転極点電圧の電圧値は、図11に示すような、バッテリ電圧Vと充電電流Iとの関係により定義される(図11のVrが転極点電圧に相当する)。図11は、バッテリ式車両に使用する一般的なバッテリの充電特性のグラフである(バッテリ電圧V及び充電電流Iは、充電時にモニタリングしておく)。この図に示すように、完全放電状態において充電を開始してから完全充電状態となるまでの間の、ほぼ中間時点において、電圧Vの上昇率がほぼ最大となり、且つ、流入電流Iの減少率がほぼ最大となる。そして、その時点での電圧を転極点電圧Vrという。
(第2実施形態)
次に、本発明にかかる充電ユニットの第2実施形態について、上記の実施形態と異なる部分を中心に説明する。なお、上記の実施形態と同様の部分については、図に同一の符号を付してその説明を省略する。図5は、第2実施形態に係る充電ユニットの構成をフォークリフトの一部及び商用電源と共に示す概略構成図である。図6は、図5に示す第2実施形態に係る充電ユニットによる制御動作の一例を示す制御フローチャートである。
上記の実施形態に係る充電ユニット1は記憶部9に格納された条件判定変数Daを変更することでフラグを立てるように構成されているが、本実施形態に係る充電ユニット101においては、上記の実施形態とは異なり、コントローラ170の記憶部9には条件判定変数は格納されず、充電制御部107は、条件判定変数に関連した制御を行なわない。
そして、充電ユニット101では、電圧センサ6において検知された電圧値Vが所定値Vs以下であって(ステップS204:YES)、且つ、充電用スイッチ4のオフ操作により充電動作が強制終了した場合において(ステップS205:YES)、時刻把握部8において把握された当該強制終了の時点における時刻が、フォークリフト10を使用する作業における、その日の作業開始時間帯に含まれるときには(ステップS206:YES)、性能低下制御が行なわれ(ステップS207)、強制終了の時点における時刻が、作業開始時間帯に含まれないときには(ステップS206:NO)、通常運転制御が行なわれるようになっている(ステップS208)。また、電圧センサ6において検知された電圧値Vが所定値Vsよりも大きく(ステップS204:NO)、且つ、バッテリ2が満充電状態であり(ステップS209:YES)、充電用スイッチ4のオフ操作により充電動作が強制終了した場合(ステップS210:YES)にも、通常運転制御が行なわれる(ステップS211)。そして、ステップS207,S208,S211の後は、放電モードとなり(図では省略している)、その後再びステップS201へと戻ることになる。
以上をまとめると、充電ユニット101において、充電制御部107は、電圧センサ6において検知された電圧値Vが所定値Vs以下であって、且つ、充電用スイッチ4のオフ操作により充電動作が強制終了した場合において、時刻把握部8において把握された当該強制終了の時点における時刻が、フォークリフト10を使用する作業における、その日の作業開始時間帯に含まれるときには、荷役性能、及び、走行性能の少なくともいずれか一方を、通常運転状態よりも低下させる性能低下制御を行ない、時刻が作業開始時間帯に含まれないときには、荷役性能及び走行性能を、通常運転状態における荷役性能及び走行性能とする通常運転制御を行なう。充電ユニットの構成はこのように簡易なものであってもよい。
(第3実施形態)
次に、本発明に係る充電ユニットの第3実施形態について、上記の実施形態と異なる部分を中心に説明する。なお、上記の実施形態と同様の部分については図に同一の符号を付してその説明を省略する。図7は、第3実施形態に係る充電ユニットの構成をフォークリフトの一部及び商用電源と共に示す概略構成図である。
本実施形態に係る充電ユニット201においては、充電制御部207の構成が、上記の充電ユニット101における充電制御部107の構成と異なっている。具体的に説明すると、充電制御部207に、荷役側上限値設定部、走行側上限値設定部は含まれず、充電制御部207における性能低下制御は、上記の実施形態における性能低下制御とは異なる。具体的には、本実施形態における性能低下制御は、荷役機構14及び走行機構13の同時動作を制限していずれか一方のみの動作を許容することで、荷役機構14による荷役性能、及び、走行機構13による走行性能の少なくともいずれか一方を、通常運転状態よりも低下させるものであり、充電制御部207は、そのような性能低下制御を行なうように構成されている。
充電ユニット201においては、例えば、アクセルペダル28と荷役レバー(リフトレバー26)とが同時に操作されても、主制御部271は荷役用モータ14mの方を動作させない。また、走行中に荷役レバー(リフトレバー26)が操作されても、主制御部271は荷役用モータ14mを動作させない。このように、充電ユニット201においては、走行を優先させるような性能低下制御が行なわれる。なお、これとは反対に、荷役を優先させるような性能低下制御が行なわれてもよい。
本実施形態にかかる充電ユニット201においては、性能低下制御は、荷役機構14及び走行機構13の同時動作を制限していずれか一方のみの動作を許容することで、荷役機構14による荷役性能、及び、走行機構13による走行性能の少なくともいずれか一方を、通常運転状態よりも低下させるものであるので、荷役性能及び走行性能の少なくともいずれか一方を低下させる構成を簡易に実現することができる。そのため、バッテリ式産業車両におけるバッテリの寿命低下を効率的に、且つ、簡易な構成により防止できる。
(第4実施形態)
次に、上記の実施形態に係る充電ユニットの第4実施形態について、上記の実施形態と異なる部分を中心に説明する。なお、上記の実施形態と同様の部分については図に同一の符号を付してその説明を省略する。図8は、第4実施形態に係る充電ユニットの構成をフォークリフトの一部及び商用電源と共に示す概略構成図である。図9は、図8に示す第4実施形態に係る充電ユニットによる制御動作の一例を示す制御フローチャートである。
本実施形態にかかる充電ユニット301においては、充電制御部307の構成が上記の実施形態とは異なる。具体的には、充電制御部307は、電圧センサ6において検知された電圧値Vが所定値Vs以下であって、且つ、充電用スイッチ4のオフ操作により充電動作が強制終了した場合には、荷役機構14による荷役性能、及び、走行機構13による走行性能の少なくともいずれか一方を、通常運転状態よりも低下させる性能低下制御を行なうように構成されている。すなわち、充電ユニット301においては、上記の実施形態とは異なり、強制終了の時点における時刻が、作業開始時刻に含まれるかどうかの判断は行なわれない。
充電ユニット301の動作は図9のフローチャートのようになる。本実施形態の動作フローは、電圧センサ6において検知された電圧値Vが所定値Vs以下であって、且つ、充電用スイッチ4のオフ操作により充電動作が強制終了した場合には(ステップS305:YES)、時刻の判断は行なわれずに、条件判定変数DaがTRUE(1)として記憶部309に格納されるところが、上記の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態においては、上記の実施形態におけるステップS106(図4参照)に対応するステップがない。また、検知された電圧値Vが所定値Vsよりも大きく(ステップS304:NO)、且つ、バッテリ2の充電が完了している場合には(ステップS307:YES)、次に、充電用スイッチ4がオフ操作されているがどうかが判断され(ステップS308)、ここで、充電用スイッチ4がオフ操作されている場合(ステップS308:YES)には、充電動作が強制終了し、条件判定変数DaはFALSE(0)として記憶部9に格納される(ステップS309)。
この構成により、検知されたバッテリ2の電圧値Vが所定値Vs以下であって、且つ、充電用スイッチ4のオフ操作により充電動作が強制終了した場合には、荷役性能及び走行性能の少なくともいずれか一方が、通常運転状態における荷役性能及び走行性能よりも低下するので、充電の強制終了後の作業において、電圧が低くなっているバッテリ2が、深い放電によりダメージを受けることを抑止することができる。また、この構成では、バッテリ2の電圧値を充電時に検知しており、充電終了直後(放電開始直後)からその動作に伴う放電が制限されるので、バッテリ2がダメージを受けることを効率的に抑止することができる。以上により、バッテリ式産業車両におけるバッテリの寿命低下を効率的に防止できる。また、バッテリ残量を有効に利用することができる。
(第5実施形態)
次に、上記の実施形態に係る充電ユニットの第5実施形態について、上記の第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。図10は、第5実施形態に係る充電ユニットによる制御動作の一例を示す制御フローチャートである。
本実施形態にかかる充電ユニットは、上記の第1実施形態と、充電制御部における制御内容が異なる(充電ユニットの図示は省略する)。そして、本実施形態に係る充電ユニットは、その動作において、図10におけるステップS408、ステップS413が追加されていることが、第1実施形態とは異なる。以下、第1実施形態と異なる部分について具体的に説明する。図10に示すように、ステップS404で、電圧センサ6において検知された電圧値Vが所定値Vs以下かどうかについて判断される(ステップS404)。そして、ステップS404において、検知された電圧値Vが所定値Vsよりも大きければ(ステップS404:NO)、次に、充電用スイッチ4がオフ操作されているがどうかが判断される(ステップS408)。充電用スイッチ4がオフ操作されている場合(ステップS408:YES)には、充電動作が強制終了することになる。そして、条件判定変数DaはFALSE(0)として記憶部に格納され(ステップS413)、その後、放電モード(ステップS414以降)へと移行することになる。一方、ステップS408において充電用スイッチ4がオフ操作されていない場合には(ステップS408:NO)、次に、バッテリ2が満充電状態かどうかが判断される(ステップS409)。ここで、バッテリ2が満充電状態である場合(ステップS409:YES)、次に、充電用スイッチ4がオフ操作されているがどうかが判断される(ステップS410)。充電用スイッチ4がオフ操作されている場合(ステップS410:YES)には、充電動作が強制終了することになる。そして、条件判定変数DaはFALSE(0)として記憶部に格納され(ステップS411)、その後、放電モード(ステップS414以降)へと移行することになる。一方、ステップS410において充電用スイッチ4がオフ操作されていない場合には(ステップS410:NO)、バッテリ2は充電完了状態となり(ステップS412)、その後、開始状態へ戻ることになる。その他の動作については、図4と同様である。充電ユニットはこのような動作を行なうように構成されていてもよい。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施できるものである。
例えば、上記の実施形態では、フォークリフトへの適用について説明しているが、バッテリ車であればフォークリフト以外の産業車両にも適用でき、また、産業車両以外のバッテリ車にも適用できる。
なお、充電器は充電用スイッチのオン操作により充電動作を行なうように構成されているが、充電器は、充電用スイッチのオン操作によりバッテリに対する充電動作を行なうものであればよく、例えば、充電スイッチのオン操作に加えて、充電制御部から適宜制御されることによって(充電制御部による制御を介して)充電動作を行なうものであってもよい。
本発明の第1実施形態に係る充電ユニットを含むフォークリフトの側面視概略図である。 本発明の第1実施形態に係る充電ユニットの構成をフォークリフトの一部及び商用電源と共に示す概略構成図である。 図2の充電ユニットにおける通常運転状態及び性能低下状態を概略的に示すグラフである。 図2に示す充電ユニットによる制御動作の一例を示す制御フローチャートである。 第2実施形態に係る充電ユニットの構成をフォークリフトの一部及び商用電源と共に示す概略構成図である。 図5に示す第2実施形態に係る充電ユニットによる制御動作の一例を示す制御フローチャートである。 第3実施形態に係る充電ユニットの構成をフォークリフトの一部及び商用電源と共に示す概略構成図である。 第4実施形態に係る充電ユニットの構成をフォークリフトの一部及び商用電源と共に示す概略構成図である。 図8に示す第4実施形態に係る充電ユニットによる制御動作の一例を示す制御フローチャートである。 第5実施形態に係る充電ユニットによる制御動作の一例を示す制御フローチャートである。 転極点電圧の検知について示すグラフである。
符号の説明
1,101,201,301 充電ユニット
2 バッテリ
3 充電器
4 充電用スイッチ
6 電圧センサ(電圧検知手段)
7,107,207,307 充電制御部(制御手段)
7r,307r 荷役側上限値設定部(荷役側上限値設定手段)
7s,307s 走行側上限値設定部(走行側上限値設定手段)
8 時刻把握部(時刻把握手段)
10 フォークリフト(バッテリ式産業車両)
13 走行機構
14 荷役機構
20 外部電源

Claims (3)

  1. 荷の昇降動作に用いられる荷役機構と、車両の走行動作に用いられる走行機構と、を有するバッテリ式産業車両に用いられる充電ユニットであって、
    前記荷役機構及び前記走行機構のための駆動用電源となるバッテリと、
    前記バッテリの充電を行なうために操作者によって操作される充電用スイッチと、
    前記バッテリの充電時には外部電源に対して接続可能であり、且つ、前記充電用スイッチのオン操作により前記バッテリに対する充電動作を行なう充電器と、
    前記バッテリの電圧値を検知するための電圧検知手段と、
    現在の時刻を把握するための時刻把握手段と、
    前記電圧検知手段において検知された前記電圧値が所定値以下であって、且つ、前記充電用スイッチのオフ操作により前記充電動作が強制終了した場合において、前記時刻把握手段において把握された当該強制終了の時点における前記時刻が、前記バッテリ式産業車両を使用する作業における、その日の作業開始時間帯に含まれるときには、前記荷役機構による荷役性能、及び、前記走行機構による走行性能の少なくともいずれか一方を、通常運転状態よりも低下させる性能低下制御を行ない、前記時刻が前記作業開始時間帯に含まれないときには、前記荷役性能及び前記走行性能を、通常運転状態における荷役性能及び走行性能とする通常運転制御を行なう制御手段と、を有することを特徴とする充電ユニット。
  2. 前記荷役機構は、荷役用モータを備え、
    前記走行機構は、走行用モータを備え、
    前記制御手段は、前記昇降動作における前記荷役用モータの回転数の上限値を設定する荷役側上限値設定手段と、前記走行動作における前記走行用モータの回転数の上限値を設定する走行側上限値設定手段と、を含んで構成され、
    前記制御手段は、前記荷役側上限値設定手段において前記荷役用モータの回転数の上限値を通常運転状態における上限値よりも低く制限することで、前記荷役性能を通常運転状態よりも低下させ、
    前記制御手段は、前記走行側上限値設定手段において前記走行用モータの回転数の上限値を通常運転状態における上限値よりも低く制限することで、前記走行性能を通常運転状態よりも低下させることを特徴とする請求項1に記載の充電ユニット。
  3. 前記性能低下制御は、前記荷役機構及び前記走行機構の同時動作を制限していずれか一方のみの動作を許容することで、前記荷役機構による荷役性能、及び、前記走行機構による走行性能の少なくともいずれか一方を、通常運転状態よりも低下させるものであることを特徴とする請求項1に記載の充電ユニット。
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