(57)【要約】【課題】電動装置から発生する回生エネルギーを、電池に充電することなく、放電させる回生エネルギー放電回路に関し、回生電流が漸次減少する過程で、放電用のスイッチがオン・オフを交互に繰り返し、パワーラインの電圧が動揺するのを防止する。【解決手段】電池５と電動装置１５との間で放電電流及び回生電流が流れるパワーライン１６の分圧電圧が、所定の基準電圧を越えた否かを検出する電圧比較手段１１と、パワーライン１６に送出される回生電流を回生電流放電用抵抗１３で放電させるスイッチ手段１４と、回生電流の存否を検出する回生電流検出手段２１，２３とを備え、回生電流によるパワーライン１６の電圧上昇を検出したときに、スイッチ手段１４をオン状態とし、回生電流検出手段２１，２３により回生電流の存在が検出される間、スイッチ手段１４のオン状態を維持させる論理制御手段２４，２５を備える。【選択図】図１
2014093856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池と電動装置との間で放電電流及び回生電流が流れるパワーラインの分圧電圧が、所定の基準電圧を越えた否かを検出する電圧比較手段と、
前記パワーラインに送出される回生電流を回生電流放電用抵抗で放電させる、該回生電流放電用抵抗と直列に接続されたスイッチ手段と、
前記回生電流の存否を検出する回生電流検出手段と、
前記電圧比較手段により、前記パワーラインの分圧電圧が所定の基準電圧を越えたことを検出したときに、前記スイッチ手段をオン状態とし、前記回生電流検出手段により前記回生電流の存在を検出している間、前記スイッチ手段のオン状態を維持させ、前記回生電流の消失の検出により、前記スイッチ手段をオフ状態にさせる論理制御手段と、
を備えたことを特徴とする回生エネルギー放電回路。
【請求項２】
前記論理制御手段は、前記電圧比較手段の出力と前記回生電流検出手段の出力とを入力する否定論理和回路と、前記電圧比較手段の出力をセット端子に入力し、前記否定論理和回路の出力をリセット端子に入力するＲＳ型フリップフロップ回路と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の回生エネルギー放電回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回生エネルギー放電回路に関し、より詳しくは、フォークリフト等の電動装置から発生する回生エネルギーを、電池に充電することなく、放電させる回生エネルギー放電回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉛電池を搭載したバッテリーフォークリフト等の電動装置は、駆動力として用いる電動機（モータ)を発電機として作動させ、電動機の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して鉛電池に回収することにより制動を掛ける、所謂回生ブレーキの機能を有している。
【０００３】
しかし、リチウムイオン電池を搭載したバッテリーフォークリフト等の電動装置では、低温度時にリチウムイオン電池の内部抵抗が上昇し、回生エネルギーの電流でリチウムイオン電池を充電しようとすると、リチウムイオン電池の電圧が急激に上昇し、リチウムイオン電池の劣化や発火に至る。従って、低温度時は、リチウムイオン電池を回生エネルギーで充電することができない。しかし、回生ブレーキを機能させるためには、回生エネルギーの放電先が必要である。
【０００４】
図２は、従来の電池で駆動される電動装置の回生エネルギー放電回路の構成例を示す。図２において、１はＣＰＵ、２は充電駆動回路、３は放電駆動回路、４は温度センサ、５は電池、６は第１のスイッチ、７は第２のスイッチ、８は電圧比較器、９はリレー、１０は第２のフォトカプラ駆動回路、１１は第２のフォトカプラ、１２は第１のフォトカプラ、１３は回生電流放電用抵抗、１４は第３のスイッチ、１５は電動装置、１６はパワーラインである。
【０００５】
温度センサ４は、電池５の温度を測定し、ＣＰＵ１に電池５の温度情報を送出する。ＣＰＵ１は、温度センサ４からの温度情報を基に、電池５が所定温度より低い低温度状態ではないと判定したときは、第１のスイッチ６及び第２のスイッチ７の両方がオン状態となるよう、充電駆動回路２及び放電駆動回路３を制御する。第１のスイッチ６及び第２のスイッチ７の両方がオン状態となることにより、電池５は、充電及び放電が可能となる。
【０００６】
ＣＰＵ１は、電池５が低温度状態であると判定すると、充電駆動回路２に対して第１のスイッチ６をオフ状態とするよう制御し、放電駆動回路３に対して第２のスイッチ７をオン状態とするよう制御する。こうすることにより、第１のスイッチ６に並列に接続されたダイオードと第２のスイッチ７とを通して放電電流は流れるが、その逆方向には電流が流れないので、電池５は、放電のみが可能となるが、充電は不可能となる。なお、第１のスイッチ６及び第２のスイッチ７は、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチを用いることができるが、該スイッチはこれに限定されるものではなく種々の形態のスイッチを用いることができる。
【０００７】
このように充電を不可能にした状態で、フォークリフト等の電動装置１５から回生電流が発生すると、パワーライン１６の電圧を抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とで分圧しているＡ点の電圧が上昇し、該Ａ点の電圧が基準電圧であるＢ点の電圧を超えると、電圧比較器８はローレベルを出力する。
【０００８】
電圧比較器８のローレベルの出力により、第１のフォトカプラ１２の発光ダイオードが発光し、第１のフォトカプラ１２のフォトトランジスタがオン状態となり、第１のフォトカプラ１２からハイレベルが出力される。第１のフォトカプラ１２のハイレベルの出力により、第３のスイッチ（ＭＯＳＦＥＴ）１４はオン状態となり、回生電流は、回生電流放電用抵抗１３と第３のスイッチ１４との直列回路に流れ、回生電流放電用抵抗１３により回生エネルギーが消費される。なお、第３のスイッチ１４はＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチのみならず、種々の形態のスイッチを用いることができる。
【０００９】
電動装置１５からの回生エネルギーが減少し、パワーライン１６の電圧の分圧点であるＡ点の電圧が低下して基準電圧のＢ点の電圧より低くなると、電圧比較器８の出力はハイレベルとなり、第１のフォトカプラ１２の発光ダイオードは消灯し、第１のフォトカプラ１２のフォトトランジスタはオフ状態となり、第１のフォトカプラ１２からローレベルが出力され、該ローレベル電圧の出力により、第３のスイッチ（ＭＯＳＦＥＴ）１４はオフ状態となる。第３のスイッチ１４をオフ状態とすることにより、電池５からの放電時に、放電電流が回生電流放電用抵抗１３へ流れて、エネルギーが無駄に消費されるのを防ぐ。
【００１０】
また、電池５が低温度状態のとき以外でも、電池５の異常時等に、パワーライン１６を遮断するリレー９をオフ状態にした場合や、電池５への充電を中断する必要がある場合などでも、回生ブレーキの機能を維持し得るよう、ＣＰＵ１は、第２のフォトカプラ１１の出力がローレベルとなるよう、第２のフォトカプラ駆動回路１０にハイレベルの信号を送出する。
【００１１】
第２のフォトカプラ駆動回路１０は該信号により、第２のフォトカプラ１１の発光ダイオードを発光させ、第２のフォトカプラ１１のフォトトランジスタをオン状態にし、第２のフォトカプラ１１からローレベルを出力させる。第２のフォトカプラ１１のローレベル出力により、電圧比較器８からのローレベル出力のときと同様に、第３のスイッチ（ＭＯＳＦＥＴ）１４はオン状態となり、回生電流は、回生電流放電用抵抗１３と第３のスイッチ１４との直列回路により放電される。そのほか、回生エネルギーの放電回路については、下記の特許文献等に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平５−３３６７７８号公報
【特許文献２】特開２００８−９２７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述した従来の回生エネルギー放電回路では、第３のスイッチ１４をオン状態にすると、回生電流の大部分は、回生電流放電用抵抗１３に流れ、パワーライン１６の電圧を分圧するＡ点の電圧が低下し、その結果、第３のスイッチ１４がオフ状態となる。このとき、回生電流がまだ発生している状態であれば、回生電流がＡ点の分圧用抵抗Ｒ１及びＲ２に流れ込み、再度、Ａ点の電圧が上昇し、第３のスイッチ１４をオン状態にさせる。つまり、回生電流が漸次減少する過程で、第３のスイッチ１４がオン状態とオフ状態とを交互に繰り返すこととなる。
【００１４】
これにより、パワーライン１６のＣ点の電圧が動揺し、該動揺によりノイズを放射し、また、パワーライン１６接続されている他の電気機器に悪影響を及ぼすこととなる。本発明は、このような課題に鑑み、回生電流が漸次減少する過程で、第３のスイッチ１４がオン状態とオフ状態とを交互に繰り返すことを防ぎ、パワーライン１６の電圧の動揺を防止することができる回生エネルギー放電回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る回生エネルギー放電回路は、電池と電動装置との間で放電電流及び回生電流が流れるパワーラインの分圧電圧が、所定の基準電圧を越えた否かを検出する電圧比較手段と、前記パワーラインに送出される回生電流を回生電流放電用抵抗で放電させる、該回生電流放電用抵抗と直列に接続されたスイッチ手段と、前記回生電流の存否を検出する回生電流検出手段と、前記電圧比較手段により、前記パワーラインの分圧電圧が所定の基準電圧を越えたことを検出したときに、前記スイッチ手段をオン状態とし、前記回生電流検出手段により前記回生電流の存在を検出している間、前記スイッチ手段のオン状態を維持させ、前記回生電流の消失の検出により、前記スイッチ手段をオフ状態にさせる論理制御手段と、を備えたものである。
【００１６】
また、前記論理制御手段は、前記電圧比較手段の出力と前記回生電流検出手段の出力とを入力する否定論理和回路と、前記電圧比較手段の出力をセット端子に入力し、前記否定論理和回路の出力をリセット端子に入力するＲＳ型フリップフロップ回路と、を備えたものである。
【００１７】
前記電圧比較手段は、後述する第１の電圧比較器２２に対応し、前記スイッチ手段は、後述する第３のスイッチ１４に対応し、前記回生電流検出手段は、後述する電流センサ２１及び第２の電圧比較器２３に対応し、前記論理制御手段は、後述するノア回路２４及びＲＳフリップフロップ回路２５に対応する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、回生電流の存否を検出し、回生電流が発生している限り、回生電流放電用抵抗と直列に接続されたスイッチ手段（第３のスイッチ１４）のオン状態を継続させるよう制御することにより、回生電流が緩やかに減少する過程で、スイッチ手段（第３のスイッチ１４）がオン状態とオフ状態とを交互に繰り返すことを防ぐことができる。
【００１９】
その結果、パワーライン１６の電圧の動揺を防止することができ、ノイズの放射を防ぎ、また、パワーライン１６接続されている他の電気機器への悪影響を回避することができるとともに、リチウムイオン等の電池を保護しつつ、電動装置の回生ブレーキの機能を保持させることが可能となる。また、本発明による回生エネルギー放電回路は、電流センサ、電圧比較器、否定論理和回路及びフリップフロップ回路等、簡素な回路を追加するだけで、低コストで構成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の回生エネルギー放電回路の構成例を示す図である。
【図２】従来の回生エネルギー放電回路の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照して説明する。図１は本発明の回生エネルギー放電回路の構成例を示す。図１において、２１は電流センサ（回生電流検出手段）、２２は第１の電圧比較器（電圧比較手段）、２３は第２の電圧比較器、２４はノア回路（否定論理和回路）、２５はＲＳ型フリップフロップ回路である。図１において、図２における同一の構成要素には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２２】
ＣＰＵ１は、温度センサ４からの温度情報により、電池５の低温度状態を検出していないときは、第１及び第２のスイッチ６，７を両方オン状態とするよう、充電駆動回路２及び放電駆動回路３を制御し、電池５を充放電が可能な状態にする。
【００２３】
ＣＰＵ１は、温度センサ４からの温度情報により、電池５の低温度状態を検出すると、充電駆動回路２に対して第１のスイッチ６をオフ状態にするよう制御し、放電駆動回路３に対して第２のスイッチをオン状態とするよう制御する。これにより電池５は放電可能であるが、充電は不可能となる。
【００２４】
フォークリフト等の電動装置１５から回生電流が発生すると、パワーライン１６の電圧を抵抗Ｒ１，Ｒ２により分圧するＡ点の電圧が上昇し、Ａ点の電圧が基準電圧であるＢ点の電圧を超えると、第１の電圧比較器２２はハイレベルを出力する。第１の電圧比較器２２のハイレベルの出力により、ノア回路２４はローレベルを出力し、ＲＳ型フリップフロップ回路２５のセット端子Ｓはハイレベル、リセット端子Ｒはローレベルが入力され、ＲＳ型フリップフロップ回路２５はセット状態となり、出力端子Ｑからハイレベルが出力される。
【００２５】
ＲＳ型フリップフロップ回路２５の出力端子Ｑからのハイレベル出力により、第３のスイッチ（ＭＯＳＦＥＴ）１４はオン状態となり、回生電流は、回生電流放電用抵抗１３と第３のスイッチ１４との直列回路に流れ、回生電流放電用抵抗１３により回生エネルギーが放電される。
【００２６】
一方、電流センサ２１は、パワーライン１６の電流を検出し、パワーライン１６に電動装置１５からの回生電流が流れているときに、プラスの電圧を出力し、電動装置５への駆動電流が流れているときにマイナスの電圧を出力する。電流センサ２１の出力は、第２の電圧比較２３に入力され、所定の基準電圧（０Ｖ）と比較される。
【００２７】
第２の電圧比較２３は、電流センサ２１からプラスの電圧が出力されているとき、即ち、回生電流が流れているとき、ノア回路２４にハイレベルを出力し、ノア回路２４は該ハイレベルの入力によりローレベルを出力する。
【００２８】
そのため、Ａ点の電圧が低下し、第１の電圧比較回路２２からローレベルが出力され、ＲＳ型フリップフロップ回路２５のセット端子Ｓにローレベルが入力されても、リセット端子Ｒにはローレベルが入力されているため、ＲＳ型フリップフロップ回路２５は、前のセット状態を維持し、出力端子Ｑからハイレベルを出力したままの状態となる。
【００２９】
従って、Ａ点の電圧が低下しても、回生電流が流れ続けている限り、第３のスイッチ（ＭＯＳＦＥＴ）１４は、オン状態を継続し、回生電流は、回生電流放電用抵抗１３に継続して流れ、パワーライン１６の電圧が第３のスイッチ（ＭＯＳＦＥＴ）１４の断続によって振動することはない。
【００３０】
回生電流が消失し、それによってＡ点の電圧が低下すると、第１及び第２の電圧比較回路２２及び２３からローレベルが出力される。第１及び第２の電圧比較回路２２及び２３からローレベルが出力されると、ノア回路２４はハイレベルを出力し、ＲＳ型フリップフロップ回路２５のセット端子Ｓにローレベル、リセット端子Ｒにハイレベルが入力される。
【００３１】
ＲＳ型フリップフロップ回路２５は、セット端子Ｓにローレベル、リセット端子Ｒにハイレベルが入力されることにより、リセット状態となり、出力端子Ｑからローレベルを出力する。ＲＳ型フリップフロップ回路２５の出力端子Ｑがローレベルを出力することにより、第３のスイッチ（ＭＯＳＦＥＴ）１４はオフ状態となる。
【００３２】
第３のスイッチ１４をオフ状態とすることにより、二次電池５から電動装置１５への駆動電流の送出時に、該駆動電流が回生電流放電用抵抗１３へ流れて、二次電池５からの給電エネルギーが、回生電流放電用抵抗１３で無駄に消費されるのを防ぐことができる。
【００３３】
このように、パワーライン１６のＣ点における電流の流れる方向が、回生方向から駆動方向へ変わらない限り、第３のスイッチ１４は、オフ状態にならない。第３のスイッチ１４がオフ状態となった時点では、回生電流は発生していないので、パワーライン１６の電圧は上昇することはなく、第３のスイッチ１４がオン状態とオフ状態とを繰り返すことはない。
【００３４】
更に、二次電池５が低温度状態のとき以外でも、二次電池５の異常時等に、パワーライン１６を遮断するリレー９をオフ状態にした場合や、電池５への充電を中断する必要がある場合などでも、回生ブレーキの機能を維持し得るよう、ＣＰＵ１は、ＲＳフリップフロップ回路２５のセット端子Ｓ及びノア回路の入力にハイレベルの信号を送出する構成とすることができる。
【００３５】
このＣＰＵ１からのハイレベル信号は、第１の電圧比較器２２からのハイレベル出力と同様に、ＲＳフリップフロップ回路２５をセット状態にし、その出力端子Ｑをハイレベルとする。これにより第３のスイッチ（ＭＯＳＦＥＴ）１４はオン状態となり、回生電流は、回生電流放電用抵抗１３と第３のスイッチ１４との直列回路により放電される。
【００３６】
以上、本発明の実施の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定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成または実施形態を取ることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１      ＣＰＵ
２      充電駆動回路
３      放電駆動回路
４      温度センサ
５      リチウムイオン電池
６      第１のスイッチ
７      第２のスイッチ
８      電圧比較器
９      リレー
１０      第２のフォトカプラ駆動回路
１１      第２のフォトカプラ
１２      第１のフォトカプラ
１３      回生電流放電用抵抗
１４      第３のスイッチ
１５      電動装置
１６      パワーライン
２１      電流センサ
２２      第１の電圧比較器
２３      第２の電圧比較器
２４      ノア回路
２５      ＲＳ型フリップフロップ回路
【図１】
2014093856.tif 000003
【図２】
2014093856.tif 000004