JP5009692B2

JP5009692B2 - 作業車両

Info

Publication number: JP5009692B2
Application number: JP2007154246A
Authority: JP
Inventors: 忠司神部; 能宏道願
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2027-06-11
Also published as: JP2008303058A

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に搭載されるバッテリは、作業車両専用に設計されており、単セルで構成されている。バッテリ１つの出力電圧は２Ｖ程度であり、通常は２４のバッテリを直列に接続して４８Ｖの電圧を得るようにしている。

しかしながら、作業車両用のバッテリは、１つの大きさが大きく、２４のバッテリを搭載するとなると、配置スペースを確保する必要性から、車両側のデザインを犠牲にせざるを得ないのが現状である。

一方、バッテリを駆動源とした車両に電気自動車がある（例えば、特許文献２）。電気自動車に搭載されているバッテリは、複数のセルで構成されたものが多く、バッテリ１つでは１２Ｖの電圧を出力する。従って、４つのバッテリを直列に接続して４８Ｖの電圧を得ることは可能であり、しかも、電気自動車のバッテリは、作業車両のバッテリと比較すると小型であるため、車両のデザイン上の自由度が増す。

特開２００６−２６４９４０号公報特開平５−１９３３６７号公報

しかし、電気自動車用のバッテリでは容量が少ないため、複数のバッテリを直列に接続して所定の電圧を得るようにしただけでは、作業車両に適用することはできない。すなわち、作業車両に適用するためには、複数のバッテリを直列に接続するだけではなく、さらに、必要な容量を得るために、バッテリを並列に接続する必要がある。そして、バッテリ駆動の車両では、放電と充電とを繰り返すため、そのような直並列のバッテリ接続に対応し、かつ放電と充電とを確実に制御する電源コントローラが要求される。

本発明の目的は、放電と充電とを確実に制御できる電源コントローラを搭載した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、少なくとも一対のバッテリモジュールと、これらのバッテリモジュールでの充放電を制御する電源コントローラとを備え、この電源コントローラは、前記一対のバッテリモジュールが接続される系統電圧ラインと、前記一対のバッテリモジュールを直列の関係で前記系統電圧ラインに接続するか、または並列の関係で前記系統電圧ラインに接続するかを切り替える電源回路と、前記一対のバッテリモジュールの充電を行う場合には、当該一対のバッテリモジュールの接続関係が並列となるように前記電源回路での切り替えを制御し、前記一対のバッテリモジュールの放電を行う場合には、当該一対のバッテリモジュールの合計電圧に応じた切替周期で前記電源回路での切り替えを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記一対のバッテリモジュールの放電時において、前記一対のバッテリモジュールの電圧を検出し、前記電源回路にて所定の大きさの電圧を作り、前記系統電圧ラインに供給して前記系統電圧ラインを前記所定の大きさの電圧に維持する制御を行い、前記一対のバッテリモジュールの電圧が下限の規定値を下回ったときに、当該制御を停止する放電電圧維持手段と、前記放電電圧維持手段による制御が停止したときに、前記一対のバッテリモジュールの充電が行われるように前記電源回路を切り替える回路切替指示手段とを有することを特徴とする。
ここで、「直列に接続」および「並列に接続」とは、各バッテリモジュール同士の電気的な接続のことをいう。

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、前記電源コントローラは、前記少なくとも一対のバッテリモジュールを含んで構成されたバッテリユニット本体の上部に取り付けられているとともに、前記バッテリモジュールは、複数のバッテリが直列に接続されて構成さ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２に記載の作業車両において、前記バッテリユニット本体内には、複数の前記バッテリモジュールが上下に積層配置されてい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、電源コントローラの制御部は、放電時および充電時において、各バッテリモジュールの系統電圧ラインに対する接続形態が適切になるよう電源回路を制御するので、各バッテリモジュールからの電圧を確実に系統電圧ラインに出力でき、かつ外部電源等からの充電電力をバッテリモジュール単位で確実に充電できる。しかも、バッテリモジュールでの合計電圧が低下した場合には、各バッテリモジュールを直列に接続する割合が大きくなるように電源回路を制御するので、互いの電圧を補填し合うことができ、長時間にわたって安定した電圧を出力できる。

請求項２の発明によれば、バッテリモジュールが複数のバッテリで構成されているが、本発明でのバッテリとしては、電気自動車用のものを適用できる。従って、このようなバッテリを複数直列接続して各バッテリモジュールを構成しても、バッテリユニット本体の大きさとしては過度に大きくならず、バッテリユニット本体の上部に電源コントローラを確実に取り付けることができる。さらに、バッテリの数等を変更して仕様を変える場合には、電源コントローラ側の仕様も変更する必要があるが、バッテリユニット本体と電源コントローラとが一体に設けられているので、車体に対してそれらを一体で容易に着脱でき、メンテナンス等を容易にできる。

請求項３の発明によれば、バッテリモジュールを上下に積層することで、平面的にはより少ない配置スペースでよいことになり、例えば、従来のバッテリフォークでのバッテリ収容空間内にバッテリユニット本体および電源コントローラを一体で収容でき、車体のデザインを大幅に変更せずに本発明を適用できる。換言すると、バッテリユニット本体および電源コントローラ用の配置スペースを小さくできるので、その分車体側のデザインの自由度を高めることができる。

〔フォークリフトの概略構成〕
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５）や作業機１４用の電動モータ２６（図５）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。

〔バッテリユニットの構成〕
以下には、車体１１内に収容されるバッテリユニット３０について詳説する。図２は、バッテリユニット３０の一部を分解して示す分解斜視図、図３は、バッテリユニット３０の全体を分解して示す分解斜視図である。図４は、バッテリユニット３０におけるバッテリ３４の収容状態および接続状態を示す模式図である。

バッテリユニット３０は、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。このようなバッテリユニット３０は、従来のバッテリフォークリフトのバッテリ収容室に収容される形状および大きさを有している。従って、車体１１としては、従来からの車体をそのまま流用することが可能である。勿論、車体１１として、バッテリユニット３０を搭載するために専用にデザインしてもよい。また、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。

バッテリユニット本体３２は、内部に合計２４個のバッテリ３４が収容される構造である。ただし、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。図２、図３において、バッテリ３４は、２点鎖線で示してある。２４個のバッテリ３４は、具体的には、図３に示すように、上下３段に積層されて収容される。すなわち、バッテリユニット本体３２の内部には、上段に位置する上段ブラケット３５、中段に位置する中段ブラケット３６、および下段に位置する下段ブラケット３７が収容される。各ブラケット３５〜３７には、８つのバッテリ３４が収容される。

上段ブラケット３５は、平面矩形状をとされ、四周を囲う有底の枠体３８と、この枠体３８内を長辺方向に沿って仕切る仕切パネル３９とで構成され、仕切パネル３９により内部が短辺方向に沿った第１収容空間４１および第２収容空間４２に区画されている。第１収容空間４１および第２収容空間４２内にはそれぞれ、４つのバッテリ３４が収容される。第１収容空間４１に収容されたバッテリ３４にて第１バッテリモジュール４３が形成され、第２収容空間に収容されたバッテリ３４にて第２バッテリモジュール４４が形成される。

同様に、中段ブラケット３６は、四周を囲う枠体４５と、この枠体４５内を長辺方向に沿って仕切る仕切パネル４６とで構成され、この仕切パネル４６により内部が第３、第４収容空間４７，４８に区画されている。第３、第４収容空間４７，４８内にもそれぞれ、４つのバッテリ３４が収容される。第３収容空間４７に収容されたバッテリ３４にて第３バッテリモジュール４９が形成され、第４収容空間４８に収容されたバッテリ３４にて第４バッテリモジュール５１が形成される。

これに対して下段のブラケット３７は、平面異形の矩形状とされ、枠体５２の内部が長辺方向に沿った中央の仕切パネル５３と、仕切パネル５３の両端に接するように短辺方向に沿って配置された一対の仕切パネル５４とで構成され、これらの仕切パネル５３，５４により内部が第５〜第８収容空間５５〜５８に区画されている。第５〜第８収容空間５５〜５８内にはそれぞれ、２つのバッテリ３４が収容される。そして、第５、第６収容空間５５，５６内のバッテリ３４にて第５バッテリモジュール５９が形成され、第７、第８収容空間５７，５８内のバッテリ３４にて第６バッテリモジュール６１が形成される。

ここで、バッテリ３４は、作業車両専用のバッテリよりも格段に小さい電気自動車用のものであり、１つのバッテリ３４は１２Ｖの出力電圧を有するとともに、短時間での急速充電に対応可能である。バッテリ３４の上下寸法は、各ブラケット３５〜３７の上下寸法と同程度である。バッテリ３４が収容された各ブラケット３５〜３７は、下段ブラケット３７から順にバッテリケース３１内に収容され、上下に積層される。この際、ブラケット３５〜３７相互のズレを防止する手段を適宜設けてもよい。

図４において、第１バッテリモジュール４３では、４つのバッテリ３４が短辺および長辺に沿ってそれぞれ一対ずつ配置され、直列に接続されている。このような配置および接続は、第２〜第４バッテリモジュール４４，４９，５１でも同様である。一方、第５、第６バッテリモジュール５９，６１は平面鉤状とされる。第５、第６バッテリモジュール５９，６１内の４つのバッテリ３４はやはり直列に接続されている。

このように、下段の第５、第６バッテリモジュール５９，６１でのバッテリ配置が、中段および上段のバッテリ配置と異なるのは、車体１１側の構造に対応させるためである。バッテリ３４自身の大きさが小さいため、配置を工夫することで車体１１の構造に容易に対応できるのである。逆に、車体１１としては、バッテリ３４の配置にとらわれない自由度の大きい構造設計が可能である。なお、各第１〜第６バッテリモジュール４３，４４，４９，５１，５９，６１のバッテリ配置を全て同じにしてもよい。このような場合には、用いられるブラケット３５〜３７として、同形状のものを使用できる。ブラケット３５〜３７の形状自身も、図示したような有底の枠体３８，４５，５２を備えたものに限らず、任意である。

〔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５は、システム全体を示すブロック図、図６は、システムの要部の回路を示す回路図である。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、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。

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に入力した電力のバッテリユニット本体３２への充電、およびバッテリユニット本体３２からの放電は、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での放電電圧維持手段７８、回路切替指示手段７９によって制御される。これらの放電電圧維持手段７８および回路切替指示手段７９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。

第１〜第３電源回路７４〜７６からの電力ラインは、系統電圧ライン６２に対して互いに並列の関係で接続されている。第１電源回路７４には第１、第２バッテリモジュール４３，４４からの電源ケーブルが、第２電源回路７５には第３、第４バッテリモジュール４９，５１からの電源ケーブルが、第３電源回路７６には第５、第６バッテリモジュール５９，６１からの電源ケーブルが、それぞれ図示しないコネクタを介して着脱自在に接続されている。

第１〜第３電源回路７４〜７６は、図６に第１電源回路７４を代表して示すように、第１、第２バッテリモジュール４３，４４相互の並列接続を直列接続に切り替えるための制御回路である。図６に示す第１電源回路７４内においては、第１、第２バッテリモジュール４３，４４がそれぞれ、系統電圧ライン６２に対して互いに並列の関係で接続されているうえ、第１、第２バッテリモジュール４３，４４同士を直列に接続するバイパスライン８１が設けられている。そして、このバイパスライン８１には、トランジスタ８２が設けられている。トランジスタ８２は、直並列チョッパ回路のオンオフスイッチとして機能する。

加えて、第１バッテリモジュール４３のマイナス側と系統電圧ライン６２のマイナス接点６２Ｂとの間には、マイナス接点６２Ｂ側から第１バッテリモジュール４３側への方向を順方向とする第１ダイオード８５が設けられている。第２バッテリモジュール４４のプラス側と系統電圧ライン６２のプラス接点６２Ａとの間には、第２バッテリモジュール４４側からプラス接点６２Ａ側への方向を順方向とする第２ダイオード８６が設けられている。

また、トランジスタ８２のコレクタ−エミッタ間には第３ダイオード８７が接続されている。第３ダイオード８７は、第１バッテリモジュール４３側から第２バッテリモジュール４３側への方向が順方向とされている。つまり、トランジスタ８２と第３ダイオード８７では、電流の流れる向きが逆に設定されている。

さらに、第１ダイオード８５の前後にはトランジスタ８３が接続され、第２ダイオード８６の前後にもトランジスタ８４が接続されている。第１ダイオード８５とトランジスタ８３とでは電流の流れる方向は逆であり、第２ダイオード８６とトランジスタ８４とにおいても電流の流れる向きは逆である。

第１バッテリモジュール４３とプラス接点６２Ａとの間には、インダクタンス（コイル）８８が設けられ、第２バッテリモジュール４４とマイナス接点６２Ｂとの間には、インダクタンス（コイル）８９が設けられている。

制御部７７内の放電電圧維持手段７８は、第１〜第６バッテリモジュール４３，４４，４９，５１，５９，６１での電圧を検出しているとともに、放電時において、第１〜第３電源回路７４〜７６にて常時４８Ｖ（実際には余裕を考慮して５０数Ｖであるが、ここでは説明の便宜上４８Ｖで統一する）の電圧を作り、系統電圧ライン６２に供給して系統電圧ライン６２を４８Ｖに維持するよう制御している。また、第１〜第６バッテリモジュール４３，４４，４９，５１，５９，６１の放電が進み、各電圧が下限の規定値を下回ったことを検出したら、当該制御を停止する。

具体的に、図６、図７に基づいていえば、放電制御において放電電圧維持手段７８は、トランジスタ８３，８４をオフにするとともに、第１、第２バッテリモジュール４３，４４での合計電圧に基づいて決められるオン信号の割合でトランジスタ８２のチョッパ制御を行う。つまり、トランジスタ８２のベースに対してオンオフ動作を繰り返す信号を所定の周期（切替周期）で出力するのであるが、合計電圧が十分に大きい場合には、１周期内でのオン信号の割合（１周期内でのオン信号の割合）を小さくするのである。こうすることで、全てのトランジスタ８２，８３，８４をオフにする時間が長くなるので、第１、第２バッテリモジュール４３，４４は、互いに並列関係で系統電圧ライン６２に接続されることになる。従って、第１、第２バッテリモジュール４３，４４での各電圧（たとえば、４８Ｖ）はそのまま、系統電圧ライン６２に出力されることになる。

これに対して、第１、第２バッテリモジュール４３，４４での各電圧が低下すると、放電電圧維持手段７８は、トランジスタ８２のベースに対してオンオフ動作を繰り返す信号でのオン信号の割合を大きくする。オン信号が出力されている状態では、第１、第２バッテリモジュール４３，４４は互いに直列接続されることになるため、互いの電圧が補填され、補填された電圧が系統電圧ライン６２に出力される。従って、各電圧が低下した場合には、それらの合計電圧に見合ったオン信号の割合のオンオフ信号を出力すればよく、第１電源回路７４からは、互いに補填されて得られる４８Ｖを確実に出力できる。つまり、電圧低下が著しい場合には、オン信号の割合をより大きくすることで、４８Ｖを確実に出力できるのである。そして、第１、第２バッテリモジュール４３，４４の各電圧が規定値を下回った場合には、充電が必要であるため、放電制御を停止する。

回路切替指示手段７９は、第１〜第３電源回路７４〜７６を第１〜第６バッテリモジュール４３，４４，４９，５１，５９，６１への充電用に切り替える機能を有している。充電する場合としては第１に、キャパシタ２４側が所定電圧以上に蓄電されている場合であって、さらに生じた回生エネルギを、下限の規定値を下回ることで放電制御が停止されている第１〜第６バッテリモジュール４３，４４，４９，５１，５９，６１のいずれかに充電する場合である。

例えば、図６において、第１、第２バッテリモジュール４３，４４の各電圧が下限の規定値より低下して放電制御を停止した場合では、キャパシタ２４で余剰となった回生エネルギは、系統電圧ライン６２に出力される。そこで、回路切替指示手段７９は、トランジスタ８２をオフ、トランジスタ８３，８４をそれぞれオンにする。すると、第１バッテリモジュール４３側では、電流がプラス接点６２Ａから第１バッテリモジュール４３、トランジスタ８３を通ってマイナス接点６２Ｂに流れ、第１バッテリモジュール４３で充電が行われる。また、第２バッテリモジュール４４側では、電流がプラス接点６２Ａからトランジスタ８４、第２バッテリモジュール４４を通ってマイナス接点６２Ｂに流れ、第２バッテリモジュール４４で充電が行われる。従って、このような充電では、第１〜第６バッテリモジュール４３，４４，４９，５１，５９，６１単位での充電が可能である。

第２の充電は、交流入力部６９を通して行われる外部電源からの急速充電である。この場合も、回路切替指示手段７９は、トランジスタ８２をオフ、トランジスタ８３，８４をそれぞれオンにする。すると同様に、第１バッテリモジュール４３側では、電流がプラス接点６２Ａから第１バッテリモジュール４３、トランジスタ８３を通ってマイナス接点６２Ｂに流れ、第１バッテリモジュール４３で急速充電が行われる。また、第２バッテリモジュール４４側でも、電流がプラス接点６２Ａからトランジスタ８４、第２バッテリモジュール４４を通ってマイナス接点６２Ｂに流れ、第２バッテリモジュール４４で急速充電が行われる。従って、このような充電でも、第１〜第６バッテリモジュール４３，４４，４９，５１，５９，６１単位での急速充電が可能である。

ここで、電源コントローラ３３は、第１〜第３電源回路７４〜７６を有した３チャンネル型であるため、最大で６つのバッテリモジュール（第１〜第６バッテリモジュール４３，４４，４９，５１，５９，６１）を接続できるようになっている。本実施形態では、３チャンネル全てを使用した場合について例示されている。しかし、電源コントローラ３３では、フォークリフト１０の仕様上の最大荷重等によって分けられる機種（クラス）に応じて、バッテリモジュールの接続数を可変できるのである。

例えば、最大荷重としては本実施形態のフォークリフト１０とは変わらないが、専ら短時間の荷役作業に用いられる機種では、バッテリユニット本体３２の上段および中段を利用して第１〜第４バッテリモジュール４３，４４，４９，５１のみを搭載し、これらを第１、第２電源回路７４，７５に接続すればよい。このような場合は、１，２チャンネルの使用となり、３チャンネル目は使用されない。下段ブラケット３７にはバッテリ３４が収容されず、空きスペースが存在することになる。また、上段の第１バッテリモジュール４３，４４のみを搭載し、これを第１電源回路７４に接続して利用することもできる。この場合は、１チャンネルのみの使用となり、中段、下段ブラケット３６，３７にはバッテリ３４が収容されない。

反対に、４８Ｖよりも高出力電圧が要求されたり、より低出力電圧が要求されたりする場合にも対応可能である。例えば、下段の第５、第６バッテリモジュール５９，６１を構成する８つのバッテリ３４の２つずつをそれぞれ、第１〜第４バッテリモジュール４３，４４，４９，５１に直列に接続すれば、第１〜第４バッテリモジュール４３，４４，４９，５１はそれぞれ、６つのバッテリ３４で構成されることになり、７２Ｖの出力電圧を得ることができる。この場合でも、１，２チャンネルの使用となり、３チャンネル目は使用されない。勿論５つのバッテリ３４で第１〜第４バッテリモジュール４３，４４，４９，５１を構成すれば６０Ｖを得ることができ、この場合にも、３チャンネル目は使用されないうえ、下段ブラケット３７の半分は空きスペースとなる。

より低出力電圧を実現するためには単に、直列に接続されたバッテリ３４の数を減らせばよく。減らした数に応じた空きスペースが各ブラケット３５〜３７に生じることになる。例えば、第１〜第６バッテリモジュール４３，４４，４９，５１，５９，６１のそれぞれは、本実施形態では最大数である４つのバッテリ３４で構成されていたが、３つ以下のバッテリ３４で構成されていてもよく、こうすることで１２Ｖ、２４Ｖ、３６Ｖの出力電圧を得ることができる。そして、このような場合でも、要求される容量に応じて並列接続を行い、使用するチャンネル数を決定すればよい。

すなわち、本実施形態の電源コントローラ３３には３チャンネル用に第１〜第３電源回路７４，７５，７６が設けられているが、これらの全てを使用するのか、あるいは一部を使用するのかはやはり、必要とされる出力電圧および容量に応じて決められる。なお、最大で幾つの電源回路を電源コントローラ３３に設けておけばよいかは任意であり、本実施形態のような３に限らず、４つ以上または、２つであってもよく、要するに複数あればよい。

図５に戻り、本実施形態のフォークリフト１０ではまた、電源コントローラ３３の制御部７７には、予充電スイッチ９１、充電操作パネル９２、状態表示手段９３、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。

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。外部電源を交流入力部６９接続し、充電操作パネル９２を操作することで、充電が開始される。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。

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を含む一部のみが起動し、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ＬＥＤの点滅等で表示する。また、制御部７７は、その他の異常として、例えば、コネクタ６３の嵌合不良等に関しても検出しており、嵌合不良である場合には、制御部７７はその旨の信号を状態表示手段９３に出力し、赤色ＬＥＤの点灯等で表示する。状態を告知する手段としては、ＬＥＤ等の発光素子の他、アラームや音声等を利用した手段であってもよい。

フードスイッチ９４は、フードパネル２１開閉用のヒンジ部分に取り付けられたリミットスイッチであり、フードパネル２１の開閉状態に応じた出力が制御部７７で認識される。外部電源によってバッテリユニット本体３２へ充電する場合には、バッテリユニット３０回りの換気を行う必要性から、フードパネル２１を開いた状態にしておかなければならない。このため、制御部７７では、フードスイッチ９４でのオンオフ状態に基づき、フードパネル２１が閉じていると判断した場合には、チャージコンタクタ７１を開放させる制御を行い、充電できないようにするとともに、状態表示手段９３の赤色ＬＥＤを点灯させる。

〔充放電制御のフロー〕
続いて、図６、図７に基づき、バッテリユニット本体３２からの放電時の制御について説明する。以下には、第１、第２バッテリモジュール４３，４４からの放電の場合にいて説明するが、第３〜第６バッテリモジュール４９，５１，５９，６１についても同様である。

放電中の電源コントローラ３３において、制御部７７の放電電圧維持手段７８は第１制御回路７４のトランジスタ８２，８３，８４を全てオフにしておくとともに、常時、第１バッテリモジュール４３および第２バッテリモジュール４４での電圧Ｖ_Ｍ１，Ｖ_Ｍ２を取得し（Ｓ１）、電圧Ｖ_Ｍ１，Ｖ_Ｍ２が下限の規定値Ｖ_Ｌよりも小さいかを比較し（Ｓ２）、小さい場合には処理を停止するが、そうでない場合には、両方の合計電圧を算出する（Ｓ３）。

電圧Ｖ_Ｍ１，Ｖ_Ｍ２の合計電圧を算出した後に放電電圧維持手段７８は、当該合計電圧に応じてトランジスタ８２のオン信号の割合を算出し（Ｓ４）、この割合のオンオフ信号を高速周期でトランジスタ８２に出力し、駆動する（Ｓ５）。

これにより、第１、第２バッテリモジュール４３，４４の電圧が４８Ｖよりも下がっていても、電圧が互いに補填されるため、系統電圧ライン６２へ４８Ｖを確実に供給できる。

次いで、図８に基づき、外部電源を利用した場合のバッテリユニット本体３２への充電制御について説明する。以下にはやはり、第１、第２バッテリモジュール４３，４４への充電の場合について説明するが、第３〜第６バッテリモジュール４９，５１，５９，６１についても同様である。

充電操作パネル９２を操作すると電源コントローラ３３では、制御部７７の回路切替指示手段７９が先ず、バイパスライン８１でのトランジスタ８２をオフにし、他のトランジスタ８３，８４をオンにし（Ｓ１１）、この状態で、第１、第２バッテリモジュール４３，４４での電圧Ｖ_Ｍ１，Ｖ_Ｍ２を検出しながら、共に上限の既定値Ｖ_Ｕを越えるまで充電を継続させる（Ｓ１２）。

これにより、第１〜第６バッテリモジュール４３，４４，４９，５１，５９，６１を構成するバッテリ３４への充電を、当該バッテリモジュール単位で確実に、かつ短時間で実施できる。

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。バッテリユニットの全体を分解して示す分解斜視図。バッテリユニットにおけるバッテリの収容状態および接続状態を示す模式図。前記実施形態の作業車両のシステム全体を示すブロック図。システムの要部の回路を示す回路図。放電制御を説明するためのフローチャート。充電制御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、３２…バッテリユニット本体、３３…電源コントローラ、３４…バッテリ、４３，４４，４９，５１，５９，６１…バッテリモジュールである第１〜第６バッテリモジュール、６２…系統電圧ライン、７７…制御部、７８…放電電圧維持手段、７９…回路切替指示手段。

Claims

少なくとも一対のバッテリモジュールと、
これらのバッテリモジュールでの充放電を制御する電源コントローラとを備え、
この電源コントローラは、前記一対のバッテリモジュールが接続される系統電圧ラインと、
前記一対のバッテリモジュールを直列の関係で前記系統電圧ラインに接続するか、または並列の関係で前記系統電圧ラインに接続するかを切り替える電源回路と、
前記一対のバッテリモジュールの充電を行う場合には、当該一対のバッテリモジュールの接続関係が並列となるように前記電源回路での切り替えを制御し、前記一対のバッテリモジュールの放電を行う場合には、当該一対のバッテリモジュールの合計電圧に応じた切替周期で前記電源回路での切り替えを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記一対のバッテリモジュールの放電時において、前記一対のバッテリモジュールの電圧を検出し、前記電源回路にて所定の大きさの電圧を作り、前記系統電圧ラインに供給して前記系統電圧ラインを前記所定の大きさの電圧に維持する制御を行い、前記一対のバッテリモジュールの電圧が下限の規定値を下回ったときに、当該制御を停止する放電電圧維持手段と、前記放電電圧維持手段による制御が停止したときに、前記一対のバッテリモジュールの充電が行われるように前記電源回路を切り替える回路切替指示手段とを有する
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、
前記電源コントローラは、前記少なくとも一対のバッテリモジュールを含んで構成されたバッテリユニット本体に一体に取り付けられているとともに、
前記バッテリモジュールは、複数のバッテリが直列に接続されて構成されている
ことを特徴とする作業車両。
請求項２に記載の作業車両において、
前記バッテリユニット本体内には、複数の前記バッテリモジュールが上下に積層配置されている
ことを特徴とする作業車両。