JP6007707B2 - ハイブリッド型荷役車両 - Google Patents

Description

この発明は、ハイブリッド型荷役車両に関する。

エンジンと発電電動機と荷役ポンプとが同一の駆動軸によって連結されると共に、発電電動機と走行モータがバッテリに接続される構成のハイブリッド型フォークリフトが知られている。

上記のような構成のハイブリッド型フォークリフトにおいて、例えば走行時に必要な電力を発電する場合には、エンジンの動力によって発電電動機が駆動されて発電が行われ、発電された電力が走行モータに供給される。この際、エンジンは出来る限り燃費効率のよい状態で動作するように制御され、発電電力が走行モータの要求電力を上回る場合には、余剰の電力がバッテリに充電され、発電電力が要求電力を下回る場合には、バッテリの放電が行われて不足の電力が補われる。

また、通常、バッテリには劣化を伴うことなく安全に充放電を行うことができる電力範囲（許容電力範囲）が定められており、一般的なハイブリッド型フォークリフトでは、エンジンを最大限燃費効率のよい状態で動作させると共に、バッテリの充放電電力が許容電力範囲内に収まるように制御が行われる。

また、特許文献１には、エンジンの燃費効率を維持しながら高温の動作環境におけるバッテリの温度上昇による劣化を防止することができる、ハイブリッド型フォークリフトが開示されている。

特開２００９−２６９７１８号公報

特許文献１に記載のハイブリッド型フォークリフトでは、エンジンの燃費効率を維持しながら高温の動作環境におけるバッテリの温度上昇による劣化を防止することができるが、低温の動作環境におけるバッテリの劣化を防止することはできない。すなわち、低温の動作環境においてはバッテリの内部抵抗が急激に増加するため、バッテリの充放電電力が許容電力範囲内であっても、その充放電電圧、すなわち閉回路端子電圧（ＣＣＶ）が所定の最大許容電圧を越えてしまい、あるいは最小許容電圧を下回ってしまい、バッテリが劣化してしまう可能性がある。

この発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、エンジンの燃費効率を維持しながら低温の動作環境におけるバッテリの劣化を防止することができる、ハイブリッド型荷役車両を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、この発明に係るハイブリッド型荷役車両は、エンジンと発電電動機とが機械的に連結されると共に、発電電動機および走行モータがバッテリに電気的に接続されるハイブリッド型荷役車両において、バッテリの温度が所定温度を上回る場合には、エンジンが最適燃費線上で動作すると共にバッテリの充放電電力が所定の許容電力範囲内に収まるように、エンジンおよび発電電動機を制御し、バッテリの温度が所定温度を下回る場合には、バッテリの充放電電圧が所定の許容電圧範囲内に収まるように、エンジンおよび発電電動機を制御する、制御手段を備え、
上記制御手段は、バッテリの温度が所定温度を下回る場合でも、バッテリの充放電電圧が所定の許容電圧範囲よりも狭く設定された所定電圧範囲内に収まる場合には、エンジンが最適燃費線上で動作すると共にバッテリの充放電電力が所定の許容電力範囲内に収まるように、エンジンおよび発電電動機を制御することを特徴とする。

発電電動機および走行モータとバッテリとの間の電力の授受を制御する電力制御手段をさらに備え、制御手段は、電力制御手段に含まれてもよい。

この発明に係るハイブリッド型荷役車両では、エンジンの燃費効率を維持しながら低温の動作環境におけるバッテリの劣化を防止することができる。

この発明の実施の形態に係るハイブリッド型フォークリフトの構成を模式的に示す図である。 この発明の実施の形態に係るハイブリッド型フォークリフトの走行時の制御フローである。 この発明の実施の形態に係るハイブリッド型フォークリフトのエンジンの効率マップである。

以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態．
この発明の実施の形態に係るハイブリッド型フォークリフト１００の構成を図１に模式的に示す。

ハイブリッド型フォークリフト１００は、エンジン１と、電動機および発電機として動作可能な発電電動機２と、荷役装置４を駆動する荷役ポンプ３とを備えており、エンジン１と発電電動機２と荷役ポンプ３とが同一の駆動軸によって機械的に連結されている。

また、フォークリフト１００は、直流電力を充放電可能なバッテリ５と、走行装置７を駆動する走行モータ６とを備えており、発電電動機２および走行モータ６は、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）８を介してバッテリ５に電気的に接続されている。

ＰＣＵ８は、インバータおよびコンバータを内部に含んでおり、発電電動機２および走行モータ６とバッテリ５との間の電力の授受を制御する機能を有すると共に、発電電動機２の動作状態を切り替えるドライバとしての機能も有している。ＰＣＵ８は、発電電動機２がエンジン１の動力によって駆動されて発電機として動作する際には、発電された交流電力を直流電力に変換して走行モータ６とバッテリ５に供給し、発電電動機２が電動機として動作してエンジン１による荷役ポンプ３の駆動をアシストする際には、バッテリ５に蓄えられている直流電力を交流電力に変換して発電電動機２に供給する。

また、フォークリフト１００は、マイクロコンピュータによって構成される電子制御ユニット（ＥＣＵ）９を備えている。ＥＣＵ９は、アクセルの開度を検出するアクセル開度センサ１０、バッテリ５の温度を検出するバッテリ温度センサ１１、バッテリ５の端子電圧を検出するバッテリ端子電圧センサ１２等の各種センサから取得される情報に基づいて、エンジン１およびＰＣＵ８の動作を制御すると共に、ＰＣＵ８を制御することによって間接的に発電電動機２の動作を制御する。

次に、この実施の形態に係るハイブリッド型フォークリフト１００の動作について、走行時を例に説明する。フォークリフト１００の走行時において、ＥＣＵ９は、図２の制御フローに示される処理を所定の時間間隔で実行する。

図２の制御フローにおいて、ＥＣＵ９は、まずステップＳ１において、エンジン１の最適動作点Ｐを決定し、当該最適動作点Ｐに対応する回転数ＮｅとトルクＮｅを算出する。詳細には、ＥＣＵ９は、図３に示されるようなエンジン１の効率マップを記憶しており、最適燃費線Ｃ上における最も高効率の動作点（最適動作点）Ｐを決定し、これに対応する回転数ＮｅとトルクＴｅを算出する。

次に、ステップＳ２において、ＥＣＵ９は、エンジン１が上記最適動作点Ｐに対応する回転数ＮｅとトルクＴｅで動作して発電電動機２を駆動する際に、当該発電電動機２で発電される電力（発電電力）Ｐｇを以下の式に従って算出する。

Ｐｇ＝Ｎｅ・Ｔｅ（２π／６０）

次に、ステップＳ３において、ＥＣＵ９は、アクセル開度センサ１０によって検出されるアクセルペダルの開度に基づいて、走行モータ６が出力すべき回転数ＮｍとトルクＴｍを決定し、当該回転数ＮｍとトルクＴｍを出力するために走行モータ６が必要とする電力（走行電力）Ｐｍを以下の式に従って算出する。

Ｐｍ＝Ｎｍ・Ｔｍ（２π／６０）

続いて、ステップＳ４において、ＥＣＵ９は、ステップＳ２で算出された発電電力ＰｇとステップＳ３で算出された走行電力Ｐｍとから、エンジン１を最適動作点Ｐで動作させた場合にバッテリ５に入出力される電力（充放電電力）Ｐｂを以下の式に従って算出する。

Ｐｂ＝Ｐｇ−Ｐｍ

上式において、Ｐｂの符号が正である場合には、図３に示されるように、発電電動機２の発電電力Ｐｇが走行モータ６の走行電力Ｐｍを上回ることを意味しており、この際、余剰の電力Ｐｂが発電電動機２からＰＣＵ８を介してバッテリ５に供給され、バッテリ５の充電が行われる。一方、Ｐｂの符号が負である場合には、発電電動機２の発電電力Ｐｇが走行モータ６の走行電力Ｐｍを下回ることを意味しており、この際、不足の電力を補うためにバッテリ５からＰＣＵ８を介して走行モータ６に電力が供給され、バッテリ５の放電が行われる。

次に、ステップＳ５において、ＥＣＵ９は、バッテリ温度センサ１１によって検出されるバッテリ５の温度Ｔが所定温度Ｔｔｈを上回っているか否かを調べる。この所定温度Ｔｔｈは、予め実験的に決定されるものであり、バッテリ５の温度がこれを下回る場合には、バッテリ５の充放電電力Ｐｂが許容電力範囲Ｐｍｉｎ〜Ｐｍａｘ内であっても、バッテリ５の温度低下に伴ってその内部抵抗が急激に増加することに起因して、その充放電電圧Ｖｂの変動が大きくなり、充放電電圧Ｖｂが所定の許容電圧範囲Ｖｍｉｎ〜Ｖｍａｘにおける最大許容電圧Ｖｍａｘを超える、あるいは最小許容電圧Ｖｍｉｎを下回る可能性のある温度として定義される。

上記ステップＳ５において、バッテリ５の温度Ｔが所定温度Ｔｔｈを上回っている場合には、バッテリ５の内部抵抗は十分に小さく、その充放電電圧Ｖｂが所定の許容電圧範囲Ｖｍｉｎ〜Ｖｍａｘを外れる可能性はないと考えられる。そのため、ＥＣＵ９は、ステップＳ６〜Ｓ８に示されるように、バッテリ５の充放電電力Ｐｂが許容電力範囲Ｐｍｉｎ〜Ｐｍａｘ内に収まるように、フォークリフト１００の走行動作を制御する。

詳細には、ステップＳ６において、ＥＣＵ９は、エンジン１を最適動作点Ｐで動作させた場合におけるバッテリ５の充放電電力Ｐｂが、許容電力範囲Ｐｍｉｎ〜Ｐｍａｘ内にあるか否かを調べ、範囲内に収まる場合には、ステップＳ７において、エンジン１をステップＳ１で算出した最適動作点Ｐに対応する回転数ＮｅとトルクＴｅで動作させる。一方、最適動作点Ｐにおける充放電電力Ｐｂが許容電力範囲Ｐｍｉｎ〜Ｐｍａｘ内に収まらない場合には、ステップＳ８において、エンジン１の動作点を最適燃費線Ｃ上で変化させることによって、発電電動機２の発電電力Ｐｇを調整する。例えば、図３の例においては、バッテリ５に充電される電力Ｐｂが最大許容電力Ｐｍａｘ未満になるようにエンジン１の動作点をＰ→Ｐ’に移動させ、当該動作点Ｐ’に対応する回転数Ｎｅ’とトルクＴｅ’でエンジン１を動作させる。

一方、上記ステップＳ５において、バッテリ５の温度Ｔが所定温度Ｔｔｈを下回っている場合には、バッテリ５の内部抵抗が急激に大きくなるため、充放電電圧Ｖｂの変動が大きくなり、その充放電電力Ｐｂが許容電力範囲Ｐｍｉｎ〜Ｐｍａｘ内に収まる場合でも、その充放電電圧Ｖｂが最大許容電圧Ｖｍａｘを超える、あるいは最小許容電圧Ｖｍｉｎを下回る可能性があると考えられる。そのため、ＥＣＵ９は、ステップＳ９〜Ｓ１３に示されるように、バッテリ５の充放電電圧Ｖｂが許容電圧範囲Ｖｍｉｎ〜Ｖｍａｘ内に収まるように、フォークリフト１００の走行動作を制御する。

詳細には、ステップＳ９において、ＥＣＵ９は、バッテリ端子電圧センサ１２によって検出されるバッテリ５の充放電電圧Ｖｂが、許容電圧範囲Ｖｍｉｎ〜Ｖｍａｘよりも僅かに狭く設定された所定電圧範囲Ｖｍｉｎ’〜Ｖｍａｘ’（ただし、Ｖｍｉｎ＜Ｖｍｉｎ’，Ｖｍａｘ’＜Ｖｍａｘ）内に収まっているか否かを調べ、収まっている場合には、充放電電圧Ｖｂと許容電圧Ｖｍｉｎ，Ｖｍａｘとの間にまだ十分な余裕があると考えられるため、ステップＳ１０〜Ｓ１２において、ステップＳ６〜Ｓ８と同様にバッテリ５の充放電電力Ｐｂが許容電力範囲Ｐｍｉｎ〜Ｐｍａｘ内に収まるように制御する。一方、バッテリ５の充放電電圧Ｖｂが所定電圧範囲Ｖｍｉｎ’〜Ｖｍａｘ’内に収まっていない場合には、ステップＳ１３において、充放電電圧Ｖｂが所定電圧範囲Ｖｍｉｎ’〜Ｖｍａｘ’内に収まるように調整する。例えば、充放電電圧Ｖｂが最大所定電圧Ｖｍａｘ’を上回っている場合には、エンジン１を停止させると共にバッテリ５からＰＣＵ８を介して発電電動機２に電力を供給して電動機として動作させ、発電電動機２がエンジン１を駆動する状態、いわゆるエンジンブレーキの状態を作り出す。これにより、バッテリ５に蓄えられている電力を消費させて充放電電圧Ｖｂを低下させ、最大所定電圧Ｖｍａｘ’を下回るようにする。

以上説明したように、この実施の形態に係るハイブリッド型フォークリフト１００では、ＥＣＵ９は、バッテリ５の温度Ｔが所定温度Ｔｔｈを上回る場合には、エンジン１が最適燃費線Ｃ上で動作すると共にバッテリ５の充放電電力Ｐｂが所定の許容電力範囲Ｐｍｉｎ〜Ｐｍａｘ内に収まるように、エンジン１および発電電動機２を制御し、バッテリ５の温度Ｔが所定温度Ｔｔｈを下回る場合には、バッテリ５の充放電電圧Ｖｂが所定の許容電圧範囲Ｖｍｉｎ〜Ｖｍａｘ内に収まるように、エンジン１および発電電動機２を制御する。これにより、エンジン１の燃費効率を維持しながら、低温の動作環境においてバッテリ５の充放電電圧Ｖｂが最大許容電圧Ｖｍａｘを超えたり、最小許容電圧Ｖｍｉｎを下回ったりするのを防止することができ、バッテリ５の劣化を防止することができる。

その他の実施の形態．
上記の実施の形態においては、ＥＣＵ９がエンジン１、発電電動機２、およびＰＣＵ８の各種動作を制御していたが、ＥＣＵ９の機能をＰＣＵ８の内部に含め、ＰＣＵ８が各種動作を制御するようにしてもよい。

また、上記の実施の形態においては、バッテリ５の充放電電圧Ｖｂをバッテリ５の端子電圧から直接検出していたが、例えば発電電動機２の出力電圧、あるいは発電電動機２からＰＣＵ８に入力される電圧に基づいて、バッテリ５の充放電電圧Ｖｂを推定してもよい。

１００ ハイブリッド型フォークリフト（ハイブリッド型荷役車両）、１ エンジン、２ 発電電動機、３ 荷役ポンプ、５ バッテリ、６ 走行モータ、８ ＰＣＵ（電力制御手段）、９ ＥＣＵ（制御手段）、Ｔ バッテリの温度、Ｔｔｈ 所定温度、Ｐｂ バッテリの充放電電力、Ｐｍｉｎ〜Ｐｍａｘ 許容電力範囲、Ｖｂ バッテリの充放電電圧、Ｖｍｉｎ〜Ｖｍａｘ 許容電圧範囲、Ｖｍｉｎ’〜Ｖｍａｘ’ 所定電圧範囲。

Claims (2)

1. エンジンと発電電動機とが機械的に連結されると共に、前記発電電動機および走行モータがバッテリに電気的に接続されるハイブリッド型荷役車両において、
   前記バッテリの温度が所定温度を上回る場合には、前記エンジンが最適燃費線上で動作すると共に前記バッテリの充放電電力が所定の許容電力範囲内に収まるように、前記エンジンおよび前記発電電動機を制御し、前記バッテリの温度が前記所定温度を下回る場合には、前記バッテリの充放電電圧が所定の許容電圧範囲内に収まるように、前記エンジンおよび前記発電電動機を制御する、制御手段を備え、
   前記制御手段は、前記バッテリの温度が前記所定温度を下回る場合でも、前記バッテリの前記充放電電圧が前記所定の許容電圧範囲よりも狭く設定された所定電圧範囲内に収まる場合には、前記エンジンが最適燃費線上で動作すると共に前記バッテリの前記充放電電力が前記所定の許容電力範囲内に収まるように、前記エンジンおよび前記発電電動機を制御することを特徴とする、ハイブリッド型荷役車両。
2. 前記発電電動機および前記走行モータと前記バッテリとの間の電力の授受を制御する電力制御手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記電力制御手段に含まれることを特徴とする、請求項１に記載のハイブリッド型荷役車両。

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