WO2013145903A1 - フォークリフト - Google Patents

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WO2013145903A1
WO2013145903A1 PCT/JP2013/053302 JP2013053302W WO2013145903A1 WO 2013145903 A1 WO2013145903 A1 WO 2013145903A1 JP 2013053302 W JP2013053302 W JP 2013053302W WO 2013145903 A1 WO2013145903 A1 WO 2013145903A1
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WO
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secondary battery
metal
electric drive
drive device
cargo handling
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PCT/JP2013/053302
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正典 湯村
一弘 平田
Original Assignee
住友重機械工業株式会社
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    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • the present invention relates to an electric forklift.
  • Patent Document 1 discloses an electric forklift.
  • a secondary battery such as a lead storage battery or a lithium ion battery is used.
  • An object of the present invention is to provide a forklift capable of extending the operating time without charging. Another object of the present invention is to provide a forklift capable of continuing the operation even when the charged state of the secondary battery becomes insufficient.
  • An electric drive for traveling; An electric drive for cargo handling; A forklift having a connection terminal connected to a metal-air battery for supplying electric power to at least one of the electric drive device for traveling and the electric drive device for cargo handling is provided.
  • a secondary battery may be connected to at least one of the traveling electric drive device and the cargo handling electric drive device.
  • the operating time of the forklift can be extended compared to the case where a secondary battery is used.
  • the metal-air battery may be connected to the connection terminal when the charged state of the secondary battery is lowered. it can. Compared with the case where the secondary battery is charged, the operation interruption time can be shortened.
  • FIG. 1A is a side view of the forklift according to the first embodiment
  • FIG. 1B is a front view of the power supply chamber.
  • FIG. 2 is a block diagram of the forklift according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the voltage converter.
  • FIG. 4 is a block diagram of a forklift according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a graph illustrating an example of a temporal change in power consumption during operation of the forklift.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating the flow of electric power of the forklift according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a flow of electric power of the forklift according to the second embodiment.
  • FIG. 1A is a side view of the forklift according to the first embodiment
  • FIG. 1B is a front view of the power supply chamber.
  • FIG. 2 is a block diagram of the forklift according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the voltage converter
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating the flow of electric power of the forklift according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating the flow of electric power of the forklift according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a block diagram of a forklift according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is a flowchart of a forklift driving method according to the fourth embodiment.
  • FIG. 12 is a graph showing time variation of the charging state of the secondary battery and metal-air battery of the forklift according to Example 4.
  • FIG. 13 is a graph showing the time variation of the charging state of the forklift secondary battery and the metal-air battery according to Example 5.
  • FIG. 14 is a graph showing the time variation of the state of charge of the forklift secondary battery and the metal-air battery according to Example 6.
  • FIG. 1A shows a side view of a forklift according to the first embodiment.
  • the forklift according to the first embodiment is a so-called counter-type forklift configured to balance the vehicle body by mounting a weight on the rear side of the vehicle body.
  • the driver sits on the driver's seat 10 and operates the operation device 14 such as a lever.
  • a front wheel 12 is disposed in front of the driver seat 10, and a rear wheel 13 is disposed in the rear of the driver seat 10.
  • the front wheel 12 is a driving wheel, and the rear wheel 13 is a steering wheel.
  • a fork 11 disposed in front of the driver's seat 10 raises and lowers the load.
  • a power supply chamber 20 is provided in the vehicle body.
  • FIG. 1B shows a front view of the inside of the power supply chamber 20.
  • a metal-air battery 21 is detachably mounted in the power supply chamber 20.
  • a connection terminal 22 for connecting to the metal-air battery 21 is prepared in the power supply chamber 20.
  • the connection terminal 22 is connected to the metal air battery 21.
  • the negative electrode of the metal-air battery 21 for example, Zn, Mg, Al, Fe, Li or the like is used.
  • FIG. 2 shows a block diagram of the forklift according to the first embodiment.
  • the travel motor 32 (travel electric drive device) drives the front wheels 12 (FIG. 1A).
  • a cargo handling motor 30 (electric handling device for cargo handling) moves the fork 11 (FIG. 1A) up and down.
  • the travel motor 32 and the cargo handling motor 30 are connected to the bus line 35 via the travel inverter 33 and the cargo handling inverter 31, respectively.
  • a metal-air battery 21 is connected to the bus line 35 via the connection terminal 22 and the voltage converter 23.
  • the control device 40 controls the voltage converter 23, the cargo handling inverter 31, and the traveling inverter 33 based on a command from the operation device 14.
  • the control device 40 acquires the measurement result of the discharge current from the voltage converter 23.
  • the state of charge (SOC) of the metal-air battery 21 can be calculated.
  • control device 40 controls the cargo handling inverter 31
  • electric power is supplied from the bus line 35 to the cargo handling motor 30, and the cargo handling motor 30 is driven.
  • control device 40 controls the traveling inverter 33
  • electric power is supplied from the bus line 35 to the traveling motor 32, and the traveling motor 32 is driven.
  • the output device 37 receives a control from the control device 40 and issues an alarm.
  • the output device 37 for example, a sounding device, a light emitting device, an image display device, or the like is used.
  • the control device 40 issues an alarm from the output device 37 and prompts the driver or maintenance personnel to replace the battery.
  • FIG. 3 shows an equivalent circuit diagram of the voltage converter 23.
  • a pair of terminals 50 and 51 are connected to the bus line 35 (FIG. 2).
  • a series circuit of a step-down insulated gate bipolar transistor (IGBT) 41 and a step-up IGBT 42 is connected between the terminals 50 and 51.
  • the collector of the step-down IGBT 41 is connected to the high-voltage side terminal 50, and the emitter of the step-up IGBT 42 is connected to the low-voltage side terminal 51.
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • a freewheeling diode 43 is connected between the emitter and collector of the step-down IGBT 41 with the direction from the emitter toward the collector as the forward direction.
  • a freewheeling diode 44 is connected between the emitter and collector of the boosting IGBT 42 with the direction from the emitter to the collector as the forward direction.
  • the interconnection point between the step-down IGBT 41 and the step-up IGBT 42 is connected to the positive electrode of the metal-air battery 21 through the reactor 45.
  • the emitter of the boosting IGBT 42 is connected to the negative electrode of the metal-air battery 21.
  • An ammeter 46 measures the discharge current of the metal-air battery 21.
  • the measurement result is input to the control device 40.
  • a pulse width modulation (PWM) control signal is input from the control device 40 to the gates of the step-down IGBT 41 and the step-up IGBT 42.
  • the discharge control of the metal-air battery 21 is performed by the PWM control signal.
  • a smoothing capacitor 47 is connected between the terminals 50 and 51.
  • the voltage converter 23 shown in FIG. 3 is generally used for a secondary battery that performs charging and discharging.
  • the metal-air battery 21 is used as the power storage device as in the first embodiment, usually only discharge is performed.
  • the voltage converter 23 boosts the voltage of the metal-air battery 21 and supplies power to the bus line 35. For this reason, even when the voltage between the terminals of the metal-air battery 21 decreases from the rated value, the voltage of the bus line 35 can be kept constant. Thereby, the output fall of the traveling motor 32 and the cargo handling motor 30 can be suppressed.
  • the metal air battery 21 may be directly connected to the bus line 35. In this case, it is preferable to replace the metal air battery 21 with a new metal air battery 21 before the voltage between the terminals of the metal air battery 21 becomes lower than the target voltage of the bus line 35.
  • the metal-air battery 21 such as a zinc-air battery theoretically has a high energy density that is several tens of times higher than that of a lead-acid battery. For this reason, compared with the case where a lead storage battery is used, the time which operates without charge can be lengthened. For example, when the metal-air battery 21 is fully charged, it is possible to operate for more than a day without replacing the battery in a normal use state. When the state of charge of the metal-air battery 21 decreases and the remaining movable time becomes less than one day, the metal-air battery 21 may be replaced with a new battery after a long period of work. In this way, by replacing the battery after completion of the long-time work, it is possible to avoid the work being interrupted due to the battery running out during the work.
  • the metal-air battery 21 is configured to supply power to both the travel motor 32 and the cargo handling motor 30, but may be configured to supply power to either one. In this case, electric power is supplied from another power source to the motor that is not supplied with electric power from the metal-air battery 21.
  • FIG. 4 shows a block diagram of a forklift according to the second embodiment.
  • a secondary battery 24 is connected to the bus line 35 via the voltage converter 25.
  • the secondary battery 24 for example, a lead storage battery, a lithium ion secondary battery, an electric double layer capacitor, a lithium ion capacitor, or the like is used.
  • the circuit configuration of the voltage converter 25 connected to the secondary battery 24 is the same as the circuit configuration of the voltage converter 23 (FIG. 3) connected to the metal-air battery 21.
  • a secondary battery 24 is connected to the voltage converter 25 in place of the metal-air battery 21 shown in FIG.
  • the voltage converter 25 for the secondary battery is controlled by the control device 40.
  • the secondary battery 24 can be charged / discharged by the control device 40 controlling the voltage converter 25.
  • the electric power discharged from the secondary battery 24 is supplied to the bus line 35.
  • Electric power for charging the secondary battery 24 is supplied from the bus line 35.
  • the control device 40 acquires the measurement result of the charge / discharge current from the voltage converter 25. By integrating the measurement results of the charge / discharge current, the state of charge (SOC) of the secondary battery 24 can be calculated.
  • FIG. 5 shows a graph of an example of time change of power consumption.
  • the vehicle is running normally and the power consumption is P2.
  • P1 when approaching the load to be transported, slower running state, power consumption is reduced to P1.
  • Period from time t 1 to t 2 by low-speed running, to insert a fork 11 (FIG. 1A) under the load to be transported.
  • the fork 11 supports the load and raises the fork 11.
  • power consumption rises to P5.
  • Time t 3 or later do the running while holding the luggage.
  • the power consumption P3 at this time is slightly larger than the power consumption P2 when the vehicle travels normally without holding a load.
  • the metal-air battery 21 is not suitable for applications that require a large amount of power in a short time.
  • a large electric power P5 is required, such as when the fork 11 is lifted while supporting the load with the fork 11, the secondary battery 24 (FIG. 4) is discharged and the output of the metal-air battery 21 is output. It is preferable to compensate for the shortage.
  • the control device 40 (FIG. 4) controls the voltage converter 25 (FIG. 4) so that the secondary battery 24 is discharged.
  • FIG. 6 shows the power flow during the period from time t 0 to t 2 (FIG. 5).
  • Electric power is supplied from the metal-air battery 21 to the bus line 35 via the voltage converter 23.
  • the control device 40 controls the travel inverter 33 to drive the travel motor 32. Furthermore, the control device 40 controls the voltage converter 25 to charge the secondary battery 24.
  • the secondary battery 24 is charged with a part of the electric energy discharged from the metal-air battery 21.
  • the secondary battery 24 is in a fully charged state, as shown in FIG. 7, power is supplied only from the metal-air battery 21 to the traveling motor 32, and the secondary battery 24 is not charged.
  • FIG. 8 shows the power flow during the period from time t 2 to t 3 (FIG. 5).
  • the control device 40 receives an instruction to raise the fork 11 from the operating device 14 or detects that the voltage of the bus line 35 has fallen below the reference value, the control device 40 controls the voltage converters 23 and 25 to control the metal-air battery 21 and Both the secondary batteries 24 are discharged.
  • the discharged electric power is supplied to the cargo handling motor 30 via the bus line 35 and the cargo handling inverter 31. Since electric power is supplied from the secondary battery 24 in addition to the metal-air battery 21, a sufficient output of the cargo handling motor 30 can be ensured. Note that when the charged state of the secondary battery 24 is sufficient to support the load and raise the fork 11, only the secondary battery 24 may be discharged.
  • FIG. 9 shows the flow of regenerative power generated by the travel motor 32 and the cargo handling motor 30.
  • the control device 40 controls the traveling inverter 33 to cause the traveling motor 32 to generate a braking force.
  • regenerative electric power is generated by the traveling motor 32.
  • the generated regenerative power is supplied to the bus line 35.
  • the control device 40 controls the voltage converter 25 to supply the regenerative power supplied to the bus line 35 to the secondary battery 24 and charge the secondary battery 24.
  • the cargo handling motor 30 generates regenerative power.
  • the secondary battery 24 is charged by the regenerative power.
  • Example 2 as in Example 1, the operation time can be extended as compared with the case where only a secondary battery such as a lead storage battery is used. In addition, when it is necessary to consume a large amount of power in a short time, since the secondary battery 24 is discharged, sufficient power can be secured.
  • FIG. 10 shows a block diagram of a forklift according to the third embodiment.
  • the voltage converter 23 for the metal-air battery 21 is connected to the traveling inverter 33 and is not connected to the cargo handling inverter 31.
  • the voltage converter 25 for the secondary battery 24 is connected to the cargo handling inverter 31 and is not connected to the traveling inverter 33.
  • the traveling motor 32 is driven only by the metal-air battery 21, and the cargo handling motor 30 is driven only by the secondary battery 24.
  • the secondary battery 24 is charged with the power of the metal-air battery 21, but in Example 3, the secondary battery 24 is charged using an external power source.
  • Example 2 as shown in FIG. 8, when the fork 11 is raised while supporting the load, power is supplied from both the metal-air battery 21 and the secondary battery 24 to the cargo handling motor 30.
  • power is supplied to the cargo handling motor 30 only from the secondary battery 24.
  • Example 2 the secondary battery 24 was charged by the regenerative power generated by the traveling motor 32.
  • the secondary battery 24 is charged by the regenerative power generated by the cargo handling motor 30, but the secondary battery 24 is not charged by the regenerative power generated by the traveling motor 32.
  • the regenerative power generated by the travel motor 32 is consumed by, for example, a regenerative resistor.
  • the secondary battery 24 is used to drive the cargo handling motor 30, but is not used to drive the traveling motor 32. Compared with a configuration in which both the travel motor 32 and the cargo handling motor 30 are driven by the secondary battery, it is possible to suppress a decrease in the charged state of the secondary battery 24. For this reason, it is possible to continue the work without charging the secondary battery 24 from the start of the day work to the end of the work. When the charged state of the secondary battery 24 is lowered, the secondary battery 24 may be charged using an external power source after the work for one day is finished and before the work for the next day is started.
  • Example 4 A forklift according to a fourth embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the block diagram of the forklift according to the fourth embodiment is the same as the block diagram (FIG. 4) of the forklift according to the second embodiment.
  • FIG. 11 shows a flowchart of processing related to the power supply of the forklift according to the fourth embodiment
  • FIG. The horizontal axis of FIG. 12 represents elapsed time, and the vertical axis represents the state of charge (SOC).
  • a solid line a indicates the charged state of the secondary battery 24, and a broken line b indicates the charged state of the metal-air battery 21.
  • the metal-air battery 21 (FIG. 4) is not mounted on the forklift. For this reason, the traveling motor 32 and the cargo handling motor 30 are driven by the secondary battery 24 (FIG. 4) (step SA1). During the period (t 0 to t 1 ) during which the secondary battery 24 is driven, the state of charge of the secondary battery 24 is lowered according to the operating condition of the forklift.
  • the control device 40 (FIG. 4) periodically monitors the state of charge of the secondary battery 24 (step SA2). When it is detected at time t 1 that the state of charge of the secondary battery 24 has become equal to or less than the threshold value Sth, the control device 40 stops discharging from the secondary battery 24 and outputs the output device 37 (FIG. 4). Issues a warning (step SA3). When the alarm is issued, the driver or maintenance personnel mounts the metal-air battery 21 in the power supply room 20 (FIG. 1B) (step SA4).
  • the control unit 40 drives the traveling motor 32 and the cargo handling motor 30 using a metal-air battery 21 (step SA5). For this reason, the charging state of the secondary battery 24 maintains a constant value, and the charging state of the metal-air battery 21 is lowered.
  • step SA6 When at time t 3 the working day is finished (step SA6), the driver or maintenance personnel, remove the metal-air battery 21 from the power supply chamber 20 (step SA7). Further, the secondary battery 24 is charged using an external power supply (step SA8). Thereby, the charge state of the secondary battery 24 rises. At time t 4, when the battery 24 is fully charged state, to stop charging. Thereafter, the charged state of the secondary battery 24 is maintained until the next day's work starts.
  • Example 4 when the charged state of the secondary battery 24 becomes equal to or lower than the threshold value, the work can be resumed immediately by mounting the metal-air battery 21. Compared to the case where the secondary battery 24 is charged, the operation interruption time can be shortened. The secondary battery 24 whose charged state has been lowered is charged to a fully charged state by the start of work on the next day after the end of the day's work. When the amount of work per day is small and the charged state of the secondary battery 24 does not fall below the threshold value, it is not necessary to mount the metal air battery 21.
  • Example 5 With reference to FIG. 13, processing related to the power supply during the operation of the forklift according to the fifth embodiment will be described.
  • FIG. 13 the time change of the charge condition (SOC) of the secondary battery 24 and the metal air battery 21 is shown.
  • the horizontal and vertical axes in FIG. 13 are the same as the horizontal and vertical axes in FIG.
  • differences from the fourth embodiment shown in FIGS. 11 and 12 will be described, and description of the same configuration will be omitted.
  • step SA5 i.e. the period from time t 2 in FIG. 12 to t 3 in FIG. 11, driving the travel motor 32 and the cargo handling motor 30 only in metal-air battery 21.
  • the traveling motor 32 and the cargo handling motor 30 are driven by both the secondary battery 24 and the metal-air battery 21 during this period. Therefore, the period from the time t 2 shown in FIG. 13 to t 3, not only the metal-air battery 21, also decreases the state of charge of the secondary battery 24.
  • the determination threshold used in step SA2 in FIG. 11 is set to a value higher than the threshold in the fourth embodiment. Specifically, considering the decrease of the state of charge of the secondary battery 24 during the period from time t 2 to t 3, so that the charged state of the secondary battery 24 at time t 3 is within the allowable range In addition, a determination threshold is set.
  • the metal-air battery 21 has a higher energy density per weight than a secondary battery, but is unsuitable for applications in which large electric power is discharged in a short time. For example, when a heavy load is lifted while being held by the fork 11, a large amount of power is consumed in a short time.
  • the metal-air battery 21 can be used as power for driving the travel motor 32. Further, the metal-air battery 21 can also be used as power for driving the cargo handling motor 30 when the cargo is lowered.
  • Example 5 when the charged state of the secondary battery 24 falls below the threshold, the work can be resumed immediately by mounting the metal-air battery 21.
  • the determination threshold value used in step SA2 (FIG. 11) is set with a margin more than the determination threshold value used in the fourth embodiment, the frequency of issuing an alarm prompting the mounting of the metal-air battery 21 is increased. .
  • Example 6 With reference to FIG. 14, the process related to the power supply during the operation of the forklift according to the sixth embodiment will be described.
  • FIG. 14 the time change of the charge condition (SOC) of the secondary battery 24 and the metal air battery 21 is shown.
  • SOC charge condition
  • the horizontal and vertical axes in FIG. 14 are the same as the horizontal and vertical axes in FIG.
  • differences from the fourth embodiment shown in FIGS. 11 and 12 will be described, and description of the same configuration will be omitted.
  • Example 6 after the metal-air battery 21 is mounted in the time t 2, the control unit 40 (FIG. 4) controls the voltage converter 23 to discharge the metal-air battery 21, and controls the voltage converter 25
  • the secondary battery 24 is charged. If a large amount of power is required during charging of the secondary battery 24, the charging is interrupted and the necessary power is discharged from the secondary battery 24. When the state of charge of the secondary battery 24 is restored to the fully charged state at time t 5, then stops discharging, and charging the secondary battery 24 from the metal-air battery 21. After time t 5, the travel motor 32 and the cargo handling motor 30 is driven only by the secondary battery 24.
  • Example 6 when the charged state of the secondary battery 24 becomes equal to or lower than the threshold value, the work can be resumed immediately by mounting the metal-air battery 21. Furthermore, the determination threshold value used in step SA2 (FIG. 11) is set to a value approximately the same as the determination threshold value used in the fourth embodiment. For this reason, the frequency with which the warning which prompts mounting of the metal air battery 21 is issued is the same grade as the case of Example 4. FIG. Further, when a large amount of electric power is required in a short time, the secondary battery 24 is discharged, so that, similarly to the case of the fifth embodiment, even after the metal-air battery 21 is mounted, it is equivalent to immediately after the start of work. Operability can be maintained.
  • both the traveling motor 32 and the cargo handling motor 30 are connected to the common bus line 35 (FIG. 4). Only at least one of the traveling motor 32 and the cargo handling motor 30 may be connected to the bus line 35. A dedicated power source is prepared for the motor that is not connected to the bus line 35.

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Abstract

走行用電動駆動装置（３２）及び荷役用電動駆動装置（３０）の少なくとも一方に電力を供給するための金属空気電池（２１）に接続される接続端子（２２）が設けられている。金属空気電池（２１）を接続することにより、鉛蓄電池等の二次電池（２４）を用いる場合に比べて、充電を行うことなく、運転可能時間を長くすることができる。二次電池（２４）で駆動している場合には、二次電池（２４）の充電状態が不十分になった時点で、金属空気電池（２１）を接続することにより、二次電池（２４）を充電する場合に比べて、作業中断時間を短くすることができる。

Description

フォークリフト
　本発明は、電動のフォークリフトに関する。
　　特許文献１に、電動フォークリフトが開示されている。電動フォークリフトの電源として、鉛蓄電池、リチウムイオン電池等の二次電池が用いられる。
特開２０１１－５４３５３号公報
　フォークリフトを長時間駆動するには、現時点で入手可能な二次電池の、重量または体積あたりのエネルギ密度が十分であるとはいえない。フォークリフトの運転中に二次電池の充電状態が低下すると、作業を中断して充電を行わなければならない場合がある。
　本発明の目的は、充電を行うことなく、運転可能時間を長くすることが可能なフォークリフトを提供することである。本発明の他の目的は、二次電池の充電状態が不十分になっても作業を継続することが可能なフォークリフトを提供することである。
　本発明の一観点によると、
　走行用電動駆動装置と、
　荷役用電動駆動装置と、
　前記走行用電動駆動装置及び前記荷役用電動駆動装置の少なくとも一方に電力を供給するための金属空気電池に接続される接続端子と
を有するフォークリフトが提供される。
　前記走行用電動駆動装置及び前記荷役用電動駆動装置の少なくとも一方に二次電池を接続しておいてもよい。
　金属空気電池を用いることにより、二次電池を用いる場合に比べて、フォークリフトの稼働時間を長くすることができる。走行用電動駆動装置及び荷役用電動駆動装置の少なくとも一方に二次電池を接続しておく場合には、二次電池の充電状態が低下した時点で、接続端子に金属空気電池を接続することができる。二次電池を充電する場合に比べて、作業の中断時間を短くすることができる。
図１Ａは、実施例１によるフォークリフトの側面図であり、図１Ｂは、電源室の正面図である。 図２は、実施例１によるフォークリフトのブロック図である。 図３は、電圧コンバータの等価回路図である。 図４は、実施例２によるフォークリフトのブロック図である。 図５は、フォークリフトの運転中の消費電力の時間変化の一例を示すグラフである。 図６は、実施例２によるフォークリフトの電力の流れを示すブロック図である。 図７は、実施例２によるフォークリフトの電力の流れを示すブロック図である。 図８は、実施例２によるフォークリフトの電力の流れを示すブロック図である。 図９は、実施例２によるフォークリフトの電力の流れを示すブロック図である。 図１０は、実施例３によるフォークリフトのブロック図である。 図１１は、実施例４によるフォークリフトの駆動方法のフローチャートである。 図１２は、実施例４によるフォークリフトの二次電池及び金属空気電池の充電状態の時間変動を示すグラフである。 図１３は、実施例５によるフォークリフトの二次電池及び金属空気電池の充電状態の時間変動を示すグラフである。 図１４は、実施例６によるフォークリフトの二次電池及び金属空気電池の充電状態の時間変動を示すグラフである。
　［実施例１］
　図１Ａに、実施例１によるフォークリフトの側面図を示す。実施例１によるフォークリフトは、車体後方に重りを搭載することにより車体のバランスをとるように構成された所謂カウンタ式のフォークリフトである。運転者が運転席１０に着座して、レバー等の操作器１４を操作する。運転席１０よりも前方に前輪１２が配置され、運転席１０よりも後方に後輪１３が配置されている。前輪１２は駆動用の車輪であり、後輪１３は操舵用の車輪である。運転席１０の前方に配置されたフォーク１１が、荷物を昇降させる。車体に電源室２０が設けられている。
　図１Ｂに、電源室２０の内部の正面図を示す。電源室２０内に金属空気電池２１が着脱可能な状態で搭載される。電源室２０内に、金属空気電池２１に接続するための接続端子２２が準備されている。電源室２０に金属空気電池２１を搭載した場合に、接続端子２２が金属空気電池２１に接続される。金属空気電池２１の負極には、例えばＺｎ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｌｉ等が用いられる。
　図２に、実施例１によるフォークリフトのブロック図を示す。走行モータ３２（走行用電動駆動装置）が前輪１２（図１Ａ）を駆動する。荷役モータ３０（荷役用電動駆動装置）がフォーク１１（図１Ａ）の昇降を行う。走行モータ３２及び荷役モータ３０は、それぞれ走行用インバータ３３及び荷役用インバータ３１を介してバスライン３５に接続されている。金属空気電池２１が、接続端子２２及び電圧コンバータ２３を介してバスライン３５に接続されている。
　制御装置４０が、操作器１４からの指令に基づき、電圧コンバータ２３、荷役用インバータ３１、及び走行用インバータ３３を制御する。電圧コンバータ２３を制御することにより、金属空気電池２１を放電させて、バスライン３５に電力を供給することができる。さらに、制御装置４０は、電圧コンバータ２３から放電電流の測定結果を取得する。放電電流の測定結果を積算することにより、金属空気電池２１の充電状態（ＳＯＣ）を算出することができる。
　制御装置４０が荷役用インバータ３１を制御することにより、バスライン３５から荷役モータ３０に電力が供給され、荷役モータ３０が駆動される。制御装置４０が走行用インバータ３３を制御することにより、バスライン３５から走行モータ３２に電力が供給され、走行モータ３２が駆動される。
　出力装置３７が、制御装置４０からの制御を受けて、警報を発出する。出力装置３７には、例えば発音装置、発光装置、画像表示装置等が用いられる。制御装置４０は、金属空気電池２１の充電状態が閾値を下回ると、出力装置３７から警報を発出し、運転者または保守要員に電池交換を促す。
　図３に、電圧コンバータ２３の等価回路図を示す。一対の端子５０、５１がバスライン３５（図２）に接続される。端子５０、５１の間に、降圧用絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）４１と、昇圧用ＩＧＢＴ４２との直列回路が接続されている。降圧用ＩＧＢＴ４１のコレクタが高圧側の端子５０に接続され、昇圧用ＩＧＢＴ４２のエミッタが低圧側の端子５１に接続される。
　降圧用ＩＧＢＴ４１のエミッタとコレクタとの間に、エミッタからコレクタに向かう向きを順方向とする向きで、フリーホイーリングダイオード４３が接続されている。同様に、昇圧用ＩＧＢＴ４２のエミッタとコレクタとの間に、エミッタからコレクタに向かう向きを順方向とする向きで、フリーホイーリングダイオード４４が接続されている。
　降圧用ＩＧＢＴ４１と昇圧用ＩＧＢＴ４２との相互接続点が、リアクトル４５を介して金属空気電池２１の正極に接続される。昇圧用ＩＧＢＴ４２のエミッタが、金属空気電池２１の負極に接続される。電流計４６が、金属空気電池２１の放電電流を測定する。測定結果が制御装置４０に入力される。降圧用ＩＧＢＴ４１及び昇圧用ＩＧＢＴ４２のゲートに、制御装置４０からパルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号が入力される。ＰＷＭ制御信号により、金属空気電池２１の放電制御が行われる。端子５０と５１との間に、平滑コンデンサ４７が接続されている。
　図３に示した電圧コンバータ２３は、一般に、充電及び放電を行う二次電池用に用いられる。実施例１のように、蓄電装置として金属空気電池２１が用いられる場合には、通常、放電のみが行われる。
　電圧コンバータ２３は、金属空気電池２１の電圧を昇圧して、バスライン３５に電力を供給する。このため、金属空気電池２１の端子間電圧が定格値から低下した場合でも、バスライン３５の電圧を一定に維持することができる。これにより、走行モータ３２及び荷役モータ３０の出力低下を抑制することができる。なお、金属空気電池２１をバスライン３５に直結してもよい。この場合には、金属空気電池２１の端子間電圧がバスライン３５の目標電圧より低くなる前に、金属空気電池２１を新しい金属空気電池２１に交換することが好ましい。
　亜鉛空気電池等の金属空気電池２１は、鉛蓄電池に比べて、理論上、数十倍以上の高いエネルギ密度を有する。このため、鉛蓄電池を用いる場合に比べて、無充電で稼働する時間を長くすることができる。例えば、金属空気電池２１を満充電にすると、通常の使用状態において、電池を交換することなく、一日以上の運転が可能である。金属空気電池２１の充電状態が低下して、残りの可動時間が一日未満になると、長時間の作業終了後に、金属空気電池２１を新しい電池に交換すればよい。このように、長時間の作業終了後に電池交換を行うことにより、作業中に、電池切れによって作業が中断することを回避できる。
　実施例１では、金属空気電池２１が走行モータ３２と荷役モータ３０との両方に電力を供給する構成を採用したが、いずれか一方に電力を供給する構成としてもよい。この場合、金属空気電池２１から電力を供給されない方のモータには、他の電源から電力が供給される。
　［実施例２］
　図４に、実施例２によるフォークリフトのブロック図を示す。以下、図２に示した実施例１との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。実施例２では、金属空気電池２１の他に、二次電池２４が、電圧コンバータ２５を介してバスライン３５に接続されている。二次電池２４として、例えば鉛蓄電池、リチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等が用いられる。
　二次電池２４に接続された電圧コンバータ２５の回路構成は、金属空気電池２１に接続される電圧コンバータ２３（図３）の回路構成と同一である。電圧コンバータ２５には、図３に示した金属空気電池２１に代えて、二次電池２４が接続される。二次電池用の電圧コンバータ２５も、金属空気電池用の電圧コンバータ２３と同様に、制御装置４０により制御される。
　制御装置４０が電圧コンバータ２５を制御することにより、二次電池２４を充放電することができる。二次電池２４から放電された電力は、バスライン３５に供給される。二次電池２４を充電するための電力は、バスライン３５から供給される。さらに、制御装置４０は、電圧コンバータ２５から充放電電流の測定結果を取得する。充放電電流の測定結果を積算することにより、二次電池２４の充電状態（ＳＯＣ）を算出することができる。
　図５～図９を参照して、実施例２によるフォークリフトの運転中の電力の流れについて説明する。
　図５に、電力消費の時間変化の一例のグラフを示す。時刻ｔ０からｔ１までの期間は、通常走行を行なっており、消費電力はＰ２である。時刻ｔ１において、運搬すべき荷物に近づくと、低速走行状態になり、消費電力がＰ１まで低下する。時刻ｔ１からｔ２までの期間は、低速走行することにより、運搬すべき荷物の下にフォーク１１（図１Ａ）を挿入する。時刻ｔ２からｔ３までの期間、フォーク１１で荷物を支持して、フォーク１１を上昇させる。この期間は、消費電力がＰ５まで上昇する。時刻ｔ３以降は、荷物を保持した状態で走行を行う。このときの消費電力Ｐ３は、荷物を保持しない状態で通常走行を行なっているときの消費電力Ｐ２よりもやや大きい。
　一般的に、金属空気電池２１は、短時間に大きな電力を必要とする用途には不向きである。例えば、フォーク１１で荷物を支持してフォーク１１を上昇させるときのように、大きな電力Ｐ５が必要とされるときに、二次電池２４（図４）を放電させて、金属空気電池２１の出力の不足分を補うことが好ましい。一例として、消費電力が閾値ＰＵＬ以上になると、二次電池２４からの放電を行うように、制御装置４０（図４）が電圧コンバータ２５（図４）を制御する。
　図６に、時刻ｔ０からｔ２（図５）までの期間の電力の流れを示す。金属空気電池２１から電圧コンバータ２３を経由して、バスライン３５に電力が供給される。制御装置４０は、走行用インバータ３３を制御して、走行モータ３２を駆動する。さらに、制御装置４０は、電圧コンバータ２５を制御して、二次電池２４を充電する。このように、金属空気電池２１の出力に余裕があるときに、金属空気電池２１から放電された電気エネルギの一部を、二次電池２４に充電する。二次電池２４が満充電状態になっている場合には、図７に示すように、金属空気電池２１から走行モータ３２にのみ電力が供給され、二次電池２４の充電は行われない。
　図８に、時刻ｔ２からｔ３（図５）までの期間の電力の流れを示す。制御装置４０は、操作器１４からフォーク１１の上昇指令を受信するか、バスライン３５の電圧が基準値を下回ったことを検出すると、電圧コンバータ２３、２５を制御して、金属空気電池２１及び二次電池２４の両方を放電させる。放電された電力は、バスライン３５及び荷役用インバータ３１を経由して荷役モータ３０に供給される。金属空気電池２１に加えて二次電池２４からも電力が供給されるため、荷役モータ３０の十分な出力を確保することができる。なお、二次電池２４の充電状態が、荷物を支持してフォーク１１を上昇させるのに十分である場合には、二次電池２４のみを放電させてもよい。
　図９に、走行モータ３２及び荷役モータ３０で発生した回生電力の流れを示す。フォークリフトを減速するときには、制御装置４０が走行用インバータ３３を制御して、走行モータ３２に制動力を発生させる。このとき、走行モータ３２で回生電力が発生する。発生した回生電力は、バスライン３５に供給される。制御装置４０は、電圧コンバータ２５を制御して、バスライン３５に供給された回生電力を、二次電池２４に供給し、二次電池２４を充電する。同様に、荷物を支持したフォーク１１（図１Ａ）を下降させるときには、荷役モータ３０が回生電力を発生する。この回生電力により、二次電池２４が充電される。
　実施例２においても、実施例１と同様に、鉛蓄電池等の二次電池のみを用いる場合に比べて、稼働時間を延ばすことができる。また、短時間に大きな電力を消費する必要がある場合には、二次電池２４から放電を行うため、十分な電力を確保することができる。
　［実施例３］
　図１０に、実施例３によるフォークリフトのブロック図を示す。以下、図４に示した実施例２との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。実施例３では、金属空気電池２１用の電圧コンバータ２３は、走行用インバータ３３に接続されており、荷役用インバータ３１には接続されていない。逆に、二次電池２４用の電圧コンバータ２５は、荷役用インバータ３１に接続されており、走行用インバータ３３には接続されていない。
　走行モータ３２は、金属空気電池２１のみによって駆動され、荷役モータ３０は、二次電池２４のみによって駆動される。実施例２では、図６に示したように、金属空気電池２１の電力によって二次電池２４を充電したが、実施例３では、外部電源を用いて二次電池２４を充電する。また、実施例２では、図８に示したように、荷物を支持してフォーク１１を上昇させるときに、金属空気電池２１及び二次電池２４の両方から荷役モータ３０に電力を供給した。実施例３では、二次電池２４のみから荷役モータ３０に電力を供給する。
　実施例２では、走行モータ３２が発生した回生電力によって、二次電池２４の充電を行った。実施例３では、荷役モータ３０が発生した回生電力によって二次電池２４の充電を行うが、走行モータ３２が発生した回生電力によっては、二次電池２４の充電を行わない。走行モータ３２が発生した回生電力は、例えば回生抵抗器で消費される。
　実施例３では、二次電池２４が荷役モータ３０の駆動に用いられるが、走行モータ３２の駆動には用いられない。二次電池で走行モータ３２と荷役モータ３０との両方を駆動する構成に比べて、二次電池２４の充電状態の低下を抑制することができる。このため、一日の作業開始から作業終了まで、二次電池２４の充電を行うことなく、作業を継続して行うことが可能になる。二次電池２４の充電状態が低下している場合には、一日の作業が終了した後、翌日の作業開始までに、外部電源を用いて二次電池２４を充電すればよい。
　［実施例４］
　図１１及び図１２を参照して、実施例４によるフォークリフトついて説明する。実施例４によるフォークリフトのブロック図は、実施例２によるフォークリフトのブロック図（図４）と同一である。
　図１１に、実施例４によるフォークリフトの電源に関わる処理のフローチャートを示し、図１２に、二次電池２４及び金属空気電池２１の充電状態（ＳＯＣ）の時間変化を示す。図１２の横軸は経過時間を表し、縦軸は充電状態（ＳＯＣ）を表す。実線ａは、二次電池２４の充電状態を示し、破線ｂは、金属空気電池２１の充電状態を示す。
　作業開始当初（時刻ｔ０）は、フォークリフトに金属空気電池２１（図４）は搭載されていない。このため、走行モータ３２及び荷役モータ３０は、二次電池２４（図４）で駆動される（ステップＳＡ１）。二次電池２４で駆動されている期間（ｔ０～ｔ１）に、フォークリフトの運転状況に応じて二次電池２４の充電状態が低下する。
　制御装置４０（図４）は、二次電池２４の充電状態を定期的に監視している（ステップＳＡ２）。時刻ｔ１において、二次電池２４の充電状態が閾値Ｓｔｈ以下になったことが検出されると、制御装置４０は、二次電池２４からの放電を停止させると共に、出力装置３７（図４）から警報を発出する（ステップＳＡ３）。警報が発出されると、運転者または保守要員が、電源室２０（図１Ｂ）に金属空気電池２１を搭載する（ステップＳＡ４）。
　時刻ｔ２において金属空気電池２１の搭載が完了すると、制御装置４０は、金属空気電池２１を用いて走行モータ３２及び荷役モータ３０を駆動する（ステップＳＡ５）。このため、二次電池２４の充電状態は一定値を維持し、金属空気電池２１の充電状態が低下する。
　時刻ｔ３で一日の作業が終了すると（ステップＳＡ６）、運転者または保守要員が、電源室２０から金属空気電池２１を取り外す（ステップＳＡ７）。さらに、外部電源を用いて、二次電池２４を充電する（ステップＳＡ８）。これにより、二次電池２４の充電状態が上昇する。時刻ｔ４において、二次電池２４が満充電状態になると、充電を停止させる。その後、翌日の作業開始まで、二次電池２４の充電状態が維持される。
　実施例４では、二次電池２４の充電状態が閾値以下になったとき、金属空気電池２１を搭載することにより、直ちに作業を再開することができる。二次電池２４を充電する場合に比べて、作業の中断時間を短くすることができる。充電状態が低下した二次電池２４は、一日の作業が終了した後、翌日の作業開始までに満充電状態まで充電される。一日の作業量が少なく、二次電池２４の充電状態が閾値を下回らない場合には、金属空気電池２１を搭載する必要はない。
　［実施例５］
　図１３を参照して、実施例５によるフォークリフトの運転中における電源関連の処理について説明する。図１３に、二次電池２４及び金属空気電池２１の充電状態（ＳＯＣ）の時間変化を示す。図１３の横軸及び縦軸は、図１２の横軸及び縦軸と同一である。以下、図１１、図１２に示した実施例４との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。
　実施例４では、図１１のステップＳＡ５、すなわち図１２の時刻ｔ２からｔ３までの期間は、金属空気電池２１のみで走行モータ３２及び荷役モータ３０を駆動した。実施例５では、この期間、二次電池２４と金属空気電池２１との両方で、走行モータ３２及び荷役モータ３０を駆動する。このため、図１３に示した時刻ｔ２からｔ３までの期間に、金属空気電池２１のみならず、二次電池２４の充電状態も低下する。
　実施例５では、図１１のステップＳＡ２で用いる判定閾値が、実施例４の閾値よりも高い値に設定される。具体的には、時刻ｔ２からｔ３までの期間における二次電池２４の充電状態の低下量を考慮して、時刻ｔ３の時点で二次電池２４の充電状態が許容範囲内に収まるように、判定閾値が設定される。一般的に、金属空気電池２１は、二次電池に比べて、重量あたりのエネルギ密度は大きいが、大きな電力を短時間に放電する用途には不向きである。例えば、重い荷物をフォーク１１で保持して上昇させる場合、短時間に大きな電力が消費される。このように、短時間に大きな電力が必要とされる場合には、二次電池２４から放電を行う。走行モータ３２の駆動用電力としては、金属空気電池２１を用いることができる。また、荷物を下降させるときの荷役モータ３０の駆動用電力としても、金属空気電池２１を用いることができる。
　実施例５においても、実施例４と同様に、二次電池２４の充電状態が閾値以下になったとき、金属空気電池２１を搭載することにより、直ちに作業を再開することができる。短時間に大電力が必要になった場合には、二次電池２４から電力を供給するため、金属空気電池２１を搭載した後も、作業開始直後と同等の操作性を維持することができる。ただし、ステップＳＡ２（図１１）で用いる判定閾値を、実施例４で用いる判定しきい値より余裕を持って設定しているため、金属空気電池２１の搭載を促す警報を発出する頻度は高くなる。
　［実施例６］
　図１４を参照して、実施例６によるフォークリフトの運転中における電源関連の処理について説明する。図１４に、二次電池２４及び金属空気電池２１の充電状態（ＳＯＣ）の時間変化を示す。図１４の横軸及び縦軸は、図１２の横軸及び縦軸と同一である。以下、図１１、図１２に示した実施例４との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。
　実施例６においては、時刻ｔ２で金属空気電池２１が搭載された後、制御装置４０（図４）が電圧コンバータ２３を制御して金属空気電池２１を放電させ、電圧コンバータ２５を制御して二次電池２４を充電する。二次電池２４の充電中に、大電力が必要になった場合には、充電を中断して二次電池２４から必要な電力を放電させる。二次電池２４の充電状態が時刻ｔ５において満充電状態まで回復したら、その後は金属空気電池２１からの放電、及び二次電池２４の充電を停止させる。時刻ｔ５以降は、二次電池２４のみで走行モータ３２及び荷役モータ３０が駆動される。
　実施例６においても、実施例４と同様に、二次電池２４の充電状態が閾値以下になったとき、金属空気電池２１を搭載することにより、直ちに作業を再開することができる。さらに、ステップＳＡ２（図１１）で用いる判定閾値は、実施例４で用いる判定閾値と同程度の値に設定される。このため、金属空気電池２１の搭載を促す警報が発出される頻度は、実施例４の場合と同程度である。また、短時間に大きな電力が必要とされる場合には、二次電池２４から放電を行うため、実施例５の場合と同様に、金属空気電池２１を搭載した後も、作業開始直後と同等の操作性を維持することができる。
　上記実施例４～実施例６では、走行モータ３２及び荷役モータ３０の両方が共通のバスライン３５（図４）に接続されていた。走行モータ３２及び荷役モータ３０の少なくとも一方のみを、バスライン３５に接続してもよい。バスライン３５に接続されない方のモータには、専用の電源が準備される。
　以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
１０　運転席
１１　フォーク
１２　前輪
１３　後輪
１４　操作器
２０　電源室
２１　金属空気電池
２２　接続端子
２３　電圧コンバータ
２４　二次電池
２５　電圧コンバータ
３０　荷役モータ
３１　荷役用インバータ
３２　走行モータ
３３　走行用インバータ
３５　バスライン
３７　出力装置
４０　制御装置
４１　高圧用絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）
４２　昇圧用絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）
４３、４４　ダイオード
４５　リアクトル
４６　電流計
４７　平滑コンデンサ
５０、５１　端子

Claims (14)

  1. 　走行用電動駆動装置と、
    　荷役用電動駆動装置と、
    　前記走行用電動駆動装置及び前記荷役用電動駆動装置の少なくとも一方に電力を供給するための金属空気電池に接続される接続端子と
    を有するフォークリフト。
  2. 　前記接続端子に金属空気電池が接続されており、前記金属空気電池の負極に、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム、鉄、リチウムからなる群より選択された１つの金属が用いられている請求項１に記載のフォークリフト。
  3. 　さらに、
    　前記金属空気電池、前記走行用電動駆動装置、及び前記荷役用電動駆動装置が接続されたバスラインと、
    　前記バスラインに接続された二次電池と
    を有する請求項２に記載のフォークリフト。
  4. 　さらに、
    　前記走行用電動駆動装置と前記バスラインとの間に挿入され、前記走行用電動駆動装置の動作を制御する走行用インバータと、
    　前記荷役用電動駆動装置と前記バスラインとの間に挿入され、前記荷役用電動駆動装置の動作を制御する荷役用インバータと、
    　前記二次電池と前記バスラインとの間に挿入され、前記二次電池の充放電制御を行う電圧コンバータと、
    　制御装置と
    を有し、
    　前記制御装置は、前記電圧コンバータを制御して前記二次電池を充電する請求項３に記載のフォークリフト。
  5. 　さらに、前記荷役用電動駆動装置による荷物の上昇及び下降を指令する操作器を有し、
    　前記制御装置は、前記操作器からの上昇指令を受信するか、前記バスラインの電圧が基準値を下回ったことを検出すると、前記電圧コンバータを制御して前記二次電池の放電を行うとともに、前記荷役用インバータを制御して前記荷役用電動駆動装置を駆動する請求項４に記載のフォークリフト。
  6. 　前記金属空気電池は前記走行用電動駆動装置に電力を供給し、
    　さらに、前記荷役用電動駆動装置に電力を供給する二次電池を有する請求項１または２に記載のフォークリフト。
  7. 　さらに、前記走行用電動駆動装置及び前記荷役用電動駆動装置の少なくとも一方に接続された二次電池を有する請求項１に記載のフォークリフト。
  8. 　さらに、
    　前記二次電池の充電状態を監視する制御装置と、
    　警報を発出する出力装置と
    を有し、
    　前記制御装置は、前記二次電池の充電状態が閾値以下になったことを検出すると、前記出力装置から警報を発出させる請求項７に記載のフォークリフト。
  9. 　前記走行用電動駆動装置及び前記荷役用電動駆動装置の少なくとも一方は、前記二次電池及び前記接続端子の両方に接続されている請求項７または８に記載のフォークリフト。
  10. 　さらに、前記走行用電動駆動装置及び前記荷役用電動駆動装置の少なくとも一方と、前記二次電池との間に挿入され、前記二次電池の放電を制御する第１の電圧コンバータを有する請求項９に記載のフォークリフト。
  11. 　さらに、前記走行用電動駆動装置及び前記荷役用電動駆動装置の少なくとも一方と、前記接続端子との間に挿入され、前記接続端子に接続される金属空気電池の放電を制御する第２の電圧コンバータを有する請求項１０に記載のフォークリフト。
  12. 　さらに、前記接続端子に金属空気電池が接続されると、前記第１及び第２の電圧コンバータを制御して、前記金属空気電池を放電させ、前記二次電池からの放電を停止させる制御装置を有する請求項１１に記載のフォークリフト。
  13. 　さらに、前記接続端子に金属空気電池が接続されると、前記第１及び第２の電圧コンバータを制御して、前記金属空気電池及び前記二次電池の両方を放電させる制御装置を有する請求項１１に記載のフォークリフト。
  14. 　さらに、前記接続端子に金属空気電池が接続されると、前記第１及び第２の電圧コンバータを制御して、前記金属空気電池を放電させ、前記金属空気電池から放電された電力を、前記二次電池に充電する制御装置を有する請求項１１に記載のフォークリフト。
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