(57)【要約】【課題】回生エネルギを高効率で回収でき、かつバッテリ及びキャパシタに負担を与えることなく充放電を実行可能な電源システムを備えた電動産業車両を提供する。【解決手段】電源システム２０は、バッテリ１２とキャパシタ１３の間に、コントローラ１１でオン／オフされる半導体スイッチ１５を備え、バッテリ等１２，１３に蓄積された電力をインバータ４ａ，４ｂを介して負荷３ａ，３ｂに給電し、負荷３ａ，３ｂの回生電力をインバータ４ａ，４ｂを介してバッテリ等１２，１３に充電する。コントローラ１１には、負荷３ａ，３ｂが消費又は回生する電力を予め推定し，推定した回生エネルギを全てキャパシタ１３に回収可能か判断する手段を備える。全回生エネルギをキャパシタ１３に回収できないと判断した場合には、バッテリ１２とキャパシタ１３に回収するエネルギ量を最適に配分するように、半導体スイッチ１５のオン／オフのタイミングを制御する。【選択図】図２
2011079637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電可能なバッテリと、前記バッテリと並列に接続された充放電可能なキャパシタと、前記バッテリと前記キャパシタを接続するスイッチング素子と、前記スイッチング素子を介して充放電する電力を制御するコントローラとを有し、前記バッテリ及び前記キャパシタに充電された電力をインバータを介して負荷に給電すると共に、前記負荷の回生電力を前記インバータを介して前記バッテリ及び前記キャパシタに充電する電源システムを備えた電動産業車両において、
前記コントローラは、前記負荷が消費又は回生する電力を推定するエネルギ推定部と、前記バッテリの充電状態及び前記キャパシタの充電状態を検出する充電状態検出部と、前記エネルギ推定部により推定された前記負荷の回生電力及び前記充電状態検出部にて検出された前記キャパシタの充電状態から、前記負荷の回生電力を全て前記キャパシタに充電可能か否かを判定すると共に、前記充電状態検出部にて検出された前記バッテリの充電状態及び前記キャパシタの充電状態から、前記バッテリへの充電が可能か否かを判定する回生エネルギ分配部とを有し、前記回生エネルギ分配部は、前記各判定結果に基づいて、前記負荷の回生電力を、前記バッテリ又は前記キャパシタの一方に優先的に充電するように前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御することを特徴とする電動産業車両。
【請求項２】
前記回生エネルギ分配部は、前記負荷の回生電力を全て前記キャパシタに充電可能であると判定したときには、前記負荷の回生電力を全て前記キャパシタに充電し、充電できないと判定したときには、前記バッテリの電圧値と前記キャパシタの電圧値との差が予め定められた範囲内にあるか否かを判定し、定められた範囲内にあると判定したときには、前記キャパシタを介して前記負荷の回生電力を前記バッテリに優先的に充電し、前記バッテリの電圧値と前記キャパシタの電圧値との差が予め定められた範囲を超えた段階で、前記負荷の回生電力が前記キャパシタに優先的に充電されるように、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御することを特徴とする請求項１に記載の電動産業車両。
【請求項３】
前記キャパシタとして、これに充電可能な最大電圧が、前記バッテリに充電可能な最大電圧よりも大きいものを用いることを特徴とする請求項１及び請求項１のいずれか１項に記載の電動産業車両。
【請求項４】
前記コントローラは、前記キャパシタが比較的高い電圧状態にあるとき、前記負荷の力行に合わせて前記バッテリ側に微少な電流を流し、前記キャパシタの充電電圧が最大電圧に達しないように前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電動産業車両。
【請求項５】
前記負荷の回生電力は、電動産業車両の走行に用いられる走行用モータの回生電力と、電動産業車両に備えられた作業部材の駆動に用いられる作業用モータの回生電力の合計であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電動産業車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリフォークリフトなどの電動産業車両に係り、特に、それに搭載される電源システムの構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題や原油高騰の問題などに対処するため、各工業製品に対して省エネ志向が強まっている。これを受けて、これまでエンジンによる油圧駆動システム装置が中心であった建設や荷役などの各種産業分野で使用される産業車両についても、電動化による高効率化、省エネルギ化の事例が増加してきている。産業車両を電動化した場合、即ち、産業車両の動力源として電動モータを用いた場合、排気ガスの低減のほか、エンジンの高効率駆動（ハイブリッドの場合）、伝達効率の向上、回生電力の回収などの省エネルギ効果が期待できる。
【０００３】
産業車両の中では、倉庫内や工場内で使用されることが多く、排ガスを出さないことが要求されるフォークリフトの電動化がいち早く進んでおり、バッテリの電力を用いて走行用モータを駆動するバッテリフォークリフトが他の産業車両に先駆けて実用化されている。従来のバッテリフォークリフトは、電源に鉛バッテリを使用し、この鉛バッテリの電力を用いて直接走行用モータを駆動し、走行を行う。また、荷物の昇降作業を行う荷役装置部分（リフト）においては、電動油圧システム装置が採用されており、専用の荷役用モータで油圧ポンプを駆動し、発生した油圧でマスト部に設置された左右の油圧シリンダを作動させる構成となっている。
【０００４】
バッテリフォークリフトは、一般車両に比べて走行動作時の加減速が頻繁に繰り返されると共に、リフトを用いた荷物の昇降が頻繁に繰り返されるという動作上の特徴がある。そして、走行動作中の制動時には、走行用モータにより電気ブレーキがかけられるので、走行用モータには、かなりの量の回生電力が発生する。また、荷役動作中の荷物の下降時には、リフトに蓄えられた位置エネルギが荷役用モータに作用するので、荷役用モータにも、かなりの量の回生電力が発生する。
【０００５】
しかるに、鉛バッテリは、走行用モータや荷役用モータの回生電力のような短時間大電流に対する充電特性には優れていないので、これらの回生電力を直接鉛バッテリに印加しても、ほとんどが損失になってしまい、これを有効に利用することができない。そこで、最近では、鉛バッテリの低急速充電特性を補うために、バッテリフォークリフトの電源システムに大容量のキャパシタを備え、荷物下降時に発生する荷役用モータの回生エネルギをキャパシタに優先的に充電する技術が提案されている（特許文献１参照。）。この特許文献１に記載の技術によれば、荷物下降時の回生エネルギがキャパシタに優先的に充電されるので、鉛バッテリに優先的に充電する場合に比べて、回生エネルギを効率良く利用することができる。また、揚高センサや荷重センサなどにより取得される車両の状況から回生エネルギを推定すると共にキャパシタの充電状態を検出し、推定された回生エネルギがキャパシタに充電可能なエネルギよりも大きい場合には、キャパシタのエネルギを走行用モータに送って力行エネルギとして消費するので、キャパシタへの回生エネルギの充電を効率良く行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２９７１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、荷役下降時に発生する荷役用モータの回生エネルギの回収にのみ関するものであり、走行用モータの回生エネルギの回収については何ら考慮されていないので、この点に改善の余地がある。即ち、上述したように、バッテリフォークリフトは、走行動作時においてもかなりの量の回生電力を発生しているので、これを回収すれば、より大きな省エネ効果を得ることができる。
【０００８】
また、特許文献１に記載の技術は、上述したように、推定された回生エネルギがキャパシタに充電可能なエネルギよりも大きい場合、キャパシタのエネルギを走行用モータに送って力行エネルギとして消費するという構成であるので、走行停止中においてはキャパシタのエネルギを消費することができず、損失が大きくなると共に、キャパシタが満充電になった後に、スイッチを制御してバッテリに充電することになるため、バッテリに大電流が流れてしまい、充電効率が低下すると共に、バッテリ寿命に悪影響を与える虞がある。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、バッテリ寿命に悪影響を与えることなく、走行用モータ及び荷役用モータの回生エネルギの回収を高効率に行うことができる電源システムを備えた電動産業車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる目的を達成するため、本発明は、充電可能なバッテリと、前記バッテリと並列に接続された充放電可能なキャパシタと、前記バッテリと前記キャパシタを接続するスイッチング素子と、前記スイッチング素子を介して充放電する電力を制御するコントローラとを有し、前記バッテリ及び前記キャパシタに充電された電力をインバータを介して負荷に給電すると共に、前記負荷の回生電力を前記インバータを介して前記バッテリ及び前記キャパシタに充電する電源システムを備えた電動産業車両において、前記コントローラは、前記負荷が消費又は回生する電力を推定するエネルギ推定部と、前記バッテリの充電状態及び前記キャパシタの充電状態を検出する充電状態検出部と、前記エネルギ推定部により推定された前記負荷の回生電力及び前記充電状態検出部にて検出された前記キャパシタの充電状態から、前記負荷の回生電力を全て前記キャパシタに充電可能か否かを判定すると共に、前記充電状態検出部にて検出された前記バッテリの充電状態及び前記キャパシタの充電状態から、前記バッテリへの充電が可能か否かを判定する回生エネルギ分配部とを有し、前記回生エネルギ分配部は、前記各判定結果に基づいて、前記負荷の回生電力を、前記バッテリ又は前記キャパシタの一方に優先的に充電するように前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御するという構成にした。
【００１１】
かかる構成によると、バッテリの充電状態及びキャパシタの充電状態に応じて、バッテリ又はキャパシタのいずれか一方に優先的に充電するので、バッテリの充電状態及びキャパシタの充電状態に関わりなく、キャパシタに優先的に充電する場合に比べて、負荷からの回生電力を効率良く回収することができる。
【００１２】
また本発明は、前記の構成において、前記回生エネルギ分配部は、前記負荷の回生電力を全て前記キャパシタに充電可能であると判定したときには、前記負荷の回生電力を全て前記キャパシタに充電し、充電できないと判定したときには、前記バッテリの電圧値と前記キャパシタの電圧値との差が予め定められた範囲内にあるか否かを判定し、定められた範囲内にあると判定したときには、前記キャパシタを介して前記負荷の回生電力を前記バッテリに優先的に充電し、前記バッテリの電圧値と前記キャパシタの電圧値との差が予め定められた範囲を超えた段階で、前記負荷の回生電力が前記キャパシタに優先的に充電されるように、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御するという構成にした。
【００１３】
かかる構成によると、バッテリの電圧値とキャパシタの電圧値との差が小さいうちに、バッテリに優先的に充電するので、バッテリへの大電流の流入を防止できて、充電効率を高められると共に、バッテリ寿命への悪影響を防止することができる。
【００１４】
また本発明は、前記の構成において、前記キャパシタとして、これに充電可能な最大電圧が、前記バッテリに充電可能な最大電圧よりも大きいものを用いるという構成にした。
【００１５】
かかる構成によると、キャパシタの充電及びキャパシタからの放電が優先的に行われるので、バッテリに充電される状況を少なくでき、充電効率の低下を極力抑制することができる。
【００１６】
また本発明は、前記の構成において、前記コントローラは、前記キャパシタが比較的高い電圧状態にあるとき、前記負荷の力行に合わせて前記バッテリ側に微少な電流を流し、前記キャパシタの充電電圧が最大電圧に達しないように前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御するという構成にした。
【００１７】
かかる構成によると、キャパシタに回生電力を回収するための余裕を常に持たせておくことができるので、回収電力の充電を効率良く行うことができる。
【００１８】
また本発明は、前記の構成において、前記負荷の回生電力は、電動産業車両の走行に用いられる走行用モータの回生電力と、電動産業車両に備えられた作業部材の駆動に用いられる作業用モータの回生電力の合計であるという構成にした。
【００１９】
かかる構成によると、作業用モータの回生電力のみならず、走行用モータの回生電力についてもキャパシタ又はバッテリに充電できるので、回生電力の無駄を防止することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、コントローラに、負荷が消費又は回生する電力を推定するエネルギ推定部と、バッテリの充電状態及びキャパシタの充電状態を検出する充電状態検出部と、エネルギ推定部により推定された負荷の回生電力及び充電状態検出部にて検出されたキャパシタの充電状態から、負荷の回生電力を全てキャパシタに充電可能か否かを判定すると共に、充電状態検出部にて検出されたバッテリの充電状態及びキャパシタの充電状態から、バッテリへの充電が可能か否かを判定する回生エネルギ分配部とを備え、回生エネルギ分配部は、各判定結果に基づいて、負荷の回生電力を、バッテリ又はキャパシタの一方に優先的に充電するようにスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御するので、バッテリの充電状態及びキャパシタの充電状態に応じて、バッテリ又はキャパシタのいずれか一方に対する優先的な充電を可能とすることができ、バッテリの充電状態及びキャパシタの充電状態に関わりなく、キャパシタに優先的に充電する場合に比べて、負荷からの回生電力を効率良く回収することができる。また、バッテリの電圧値とキャパシタの電圧値との差が小さいうちに、バッテリに優先的に充電することが可能になるので、バッテリへの大電流の流入を防止できて、充電効率の向上及びバッテリ寿命の延長を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態に係るバッテリフォークリフトの構成図である。
【図２】実施形態に係るバッテリフォークリフトに備えられる電源システムの構成図である。
【図３】実施形態に係るバッテリフォークリフトに備えられる電源システムの放電時の状態を示す図である。
【図４】実施形態に係るバッテリフォークリフトに備えられる電源システムの充電時の状態を示す図である。
【図５】実施形態に係るバッテリフォークリフトに備えられるコントローラの内部構成を示す図である。
【図６】実施形態に係るバッテリフォークリフトに備えられるコントローラの処理手順を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
まず、実施形態に係る電動産業車両の構成につき、バッテリフォークリフトを例にとって説明する。
【００２３】
図１に示すように、本例のバッテリフォークリフト１は、駆動輪１０により走行される車体２と、車体２の前方に設けられたマスト７と、マスト７に昇降可能に取り付けられ、電動油圧システム装置５により昇降されるフォーク８とを備えている。駆動輪１０の駆動及び停止は、車体２の運転室内に備えられたアクセルペダル及びブレーキペダル等のペダル類９を操作することによって行われる。また、マスト７のチルト及びフォーク８の昇降は、運転室内に備えられた操作レバー６を操作することによって行われる。なお、マスト７には、これをチルト操作するための駆動装置が別途備えられるが、本実施形態においては、記載を省略する。
【００２４】
車体２内には、図２に示す電源システム２０を構成するコントローラ１１と、バッテリ１２と、キャパシタ１３と、これらバッテリ１２とキャパシタ１３の接続を断続する半導体スイッチ（スイッチング素子）１５とが搭載されている。また、この車体２内には、駆動輪１０を駆動するための走行用モータ３ａ及びこの走行用モータ３ａで発生する動力を任意に制御するインバータ４ａと、フォーク８を昇降するための電動油圧システム装置５に備えられた荷役用モータ３ｂ及びこの荷役用モータ３ｂで発生する動力を任意に制御するインバータ４ｂとが搭載されている。走行用モータ３ａ及び荷役用モータ３ｂは、いわゆるモータ・ジェネレータであり、力行動作する場合（走行用モータ３ａについては駆動輪１０の駆動時、荷役用モータ３ｂについてはフォーク８の上昇時）には、モータとして動作して駆動力を発生し、回生動作する場合（走行用モータ３ａについては駆動輪１０の制動時、荷役用モータ３ｂについてはフォーク８の下降時）には、発電機として動作して電力を回生する。なお、図１及び図２の例においては、走行用モータ３ａ及び荷役用モータ３ｂがそれぞれ１つずつだけ備えられているが、これら各モータ３ａ，３ｂの数量についてはこれに限定されるものではなく、必要に応じて任意の数のモータを備えることができる。勿論、インバータの数量についても、モータの数量に応じて適宜増減可能である。また、走行用モータ３ａは、駆動輪１０に直接接続することもできるし、所要の変速機構を介して駆動輪１０に接続することもできる。
【００２５】
インバータ４ａ，４ｂは、走行用モータ３ａ及び荷役用モータ３ｂの力行動作時には、電源システム１０に蓄えられた直流電力を交流電力に変換して走行用モータ３ａ及び荷役用モータ３ｂに供給し、走行用モータ３ａ及び荷役用モータ３ｂの回生動作時には、走行用モータ３ａ及び荷役用モータ３ｂにより回生された交流電力を直流電力に変換し、電源システム１０に供給する。
【００２６】
コントローラ１１は、図５に示すように、走行用モータ３ａ及び荷役用モータ３ｂのモータトルク、これら各モータ３ａ，３ｂの回転数、インバータ４ａ，４ｂの電流値、ドライバによって操作される操作レバー６及びペダル類９の操作量それに車速などの車両情報、フォーク８によって保持された荷物の重量及びその差し上げ高さ、バッテリ１２の電流値及び電圧値、キャパシタ１３の電流値及び電圧値等を入力し、半導体スイッチ１５のＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する。コントローラ１１の内部構成は、走行用モータ３ａ及び荷役用モータ３ｂが消費又は回生する電力を推定するエネルギ推定部１６と、バッテリ１２の充電状態及びキャパシタ１３の充電状態を検出する充電状態検出部１７と、エネルギ推定部１６により推定された走行用モータ３ａ及び荷役用モータ３ｂの回生電力及び充電状態検出部１７にて検出されたキャパシタ１３の充電状態から、走行用モータ３ａ及び荷役用モータ３ｂの回生電力を全てキャパシタ１３に充電可能か否かを判定すると共に、充電状態検出部１７にて検出されたバッテリ１２の充電状態及びキャパシタ１３の充電状態から、バッテリ１２への充電が可能か否かを判定する回生エネルギ分配部１８とを有する構成となっている。また、このコントローラ１１は、前記各入力信号に基づいて、走行用モータ３ａ及び荷役用モータ３ｂへのトルク指令を計算する機能も備えている。このコントローラ１１からの指令信号は、ＣＡＮ（Controller Area Network）などの通信手段を介してコントローラ１１と接続されたモータコントローラ及びバッテリコントローラをより、インバータ４ａ，４ｂ並びに半導体スイッチ１５に伝送される。
【００２７】
バッテリ１２としては、鉛蓄電池又はリチウムイオン電池などの充電可能なバッテリが用いられ、本実施形態においては、最大電圧が４８Ｖの鉛蓄電池を想定している。これに対して、キャパシタ１３としては、電気二重層コンデンサなどが用いられ、本実施形態においては、４８Ｖ〜６０Ｖで動作し、容量が１００Ｆ程度のものを想定している。図２に示すように、バッテリ１２とキャパシタ１３は、半導体スイッチ１５を介して並列に接続されている。
【００２８】
走行用モータ３ａ及び荷役用モータ３ｂは、それぞれ走行用インバータ４ａ及び荷役用インバータ４ｂを介して、キャパシタ１３に接続されている。よって、インバータ４ａ、４ｂの受電電圧は、キャパシタ１３の電圧Ｖｃとなる。
【００２９】
インバータ４ａ，４ｂには、通常１５０Ａ程度の電流が流れ、負荷が大きい場合には３００Ａ〜４００Ａ程度の電流が流れることもある。バッテリ１２として最大電圧が４８Ｖの鉛蓄電池を用いる場合、フォークリフトの作業量及び１日の作業時間にもよるが、４００Ａｈ程度の容量が必要である。なお、鉛蓄電池は充電時における損失が大きいため、回生エネルギを効率よく回収することができない。また，鉛蓄電池への充放電を大電流で繰り返すと、劣化を進めてしまい寿命が短くなる傾向にある。このため、走行あるいは荷役動作時において、モータによる力行と回生を繰返し行う場合には、可能な限りキャパシタ１３による充放電を利用することが望ましい。これにより充電によるエネルギ効率を向上させることができる。
【００３０】
本実施形態では、バッテリ１２とキャパシタ１３の間に配置された半導体スイッチ１５をＯＮ／ＯＦＦすることにより、キャパシタ１３に蓄積したエネルギや負荷である走行用モータ３ａ及び荷役用モータ３ｂ側から回生したエネルギを、バッテリ１２に供給できる状態とできない状態とに切り換えるようにしている。即ち、半導体スイッチ１５が開いた状態においては、バッテリ１２からは放電のみしかできず、半導体スイッチ１５がＯＮの状態においては、バッテリ１２に充電することが可能となる。また、力行時において、キャパシタ１３の電圧Ｖｃがバッテリ電圧Ｖｂと同等以下になった場合には、半導体スイッチ１５をＯＦＦにしたままでもダイオードを通してバッテリ１２から放電した電流が流れる。したがって、この電源システム１では、キャパシタ１３の容量が不足しているときにはバッテリ１２から放電し、キャパシタ１３の充電状態が高いときにはバッテリ１２へ充電するように半導体スイッチ１５を制御することで、バッテリ１２に充電される状況を少なくし充電による効率の低下を防ぐことができる。
【００３１】
コントローラ１１は、検出したバッテリ１２の電圧Ｖｂとキャパシタ１３の電圧Ｖｃより、各車両状態に基づいて、スイッチ１５をＯＮ／ＯＦＦするよう制御することで、インバータ４ａ，４ｂに供給するエネルギ又はインバータ４ａ，４ｂから回生するエネルギを伝達する経路とそのタイミングを制御する。本実施形態において、基本的には、バッテリ１２は放電のみをおこない、回生時のエネルギはキャパシタ１３が全て受け入れることにする。
【００３２】
走行用モータ３ａ及び荷役用モータ３ｂの力行時においては、図３に示すように、可能な限りキャパシタ１３からのエネルギを消費させるため、半導体スイッチ１５をＯＦＦとして、走行用モータ３ａ及び荷役用モータ３ｂ側への電流Ｉｄｃは全てキャパシタ１３から供給する。キャパシタ電圧Ｖｃがバッテリ電圧Ｖｂがよりも高い間は、バッテリ電流Ｉｂ＝０であるが、キャパシタ１３の電圧Ｖｃが低くなり、キャパシタ電圧Ｖｃがバッテリ電圧Ｖｂと同等になった場合には、バッテリ１２から放電が始まる。コントローラ１１は、バッテリ１２から放電が始まるのを検知した後に、半導体スイッチ１５をＯＮに制御することで、半導体スイッチ１５をＯＦＦのままにしておくよりも放電効率を向上する。
【００３３】
モータの回生時においては、図４に示すように、回生エネルギを可能な限りキャパシタ１３に充電する。この場合、キャパシタ電圧Ｖｃが、バッテリ電圧Ｖｂよりも大きく、キャパシタ１３の最大電圧Ｖｃｍａｘ（ここではＶｃｍａｘ＝５４Ｖ〜６０Ｖと設定する）よりも小さい場合には、半導体スイッチ１５をＯＦＦにし、負荷側の電流Ｉｄｃを全てキャパシタ１３で受け入れるように制御する。即ち、バッテリ１２への回生電流Ｉｂ＝０となるようにする。これにより、回生時には、バッテリ１２を大電流で充電することなく、全てのエネルギをキャパシタ１３で受け入れることが可能となり、エネルギ効率を向上することができる。
【００３４】
キャパシタ１３の電圧Ｖｃが最大電圧Ｖｃｍａｘに達した場合、半導体スイッチ１５をＯＮにし、バッテリ１２に充電できるようにする。この際、半導体スイッチ１５をＯＮにした瞬間にキャパシタ１３に蓄積したエネルギが、バッテリ１２に供給されることになり、バッテリ１２に瞬間的に大電流Ｉｂが流れ込む可能性がある。例えば、バッテリ１２の電圧が低く、Ｖｂ＝４３Ｖの状態でキャパシタ１３の電圧が上昇し、Ｖｃ＝６０Ｖにて半導体スイッチ１５をＯＮに制御すると、瞬間的に５００Ａ程度の電流がバッテリ１２に充電されることになり、バッテリ１２にとっては、充電効率と寿命の観点より厳しい状態となる。このため、本実施形態においては、車両状態を把握し、予め動作を予測して推定した回生エネルギに対して、スイッチング素子１５を制御することにより、前述した問題を回避する。
【００３５】
以下、図６に基づいて、バッテリ１２の充電時における半導体スイッチ１５の制御手順を説明する。図６に示す半導体スイッチ１５の制御手順は、フォークリフト１を構成する各部の動作状態に応じて、バッテリ１２への回生エネルギの充電タイミング及びキャパシタ１３への回生エネルギの充電タイミングを最適化し、バッテリ１２に過大な電流が印加されないようにするものである。
【００３６】
まず、コントローラ１１は、図５に示すエネルギ推定部１６により、車両各部の現在の作業状態と、ドライバによって操作される操作レバー６及びペダル類９の操作情報を用いて、フォークリフト１の次の動作を推定し（手順Ｓ１）、推定した動作に応じたキャパシタ１３に入出力可能なエネルギを演算する（手順Ｓ２）。フォークリフトやパワーショベルなどの産業車両は、作業パターンがほぼ決まっているため、その動作をもとに必要な駆動力などを推定しやすい。例えばアクセルを踏んでいる場合は走行中であり、次の動作は停車するための回生動作であると推定できる。また、レバー６の操作でフォーク８が上昇中の場合、次の動作はフォーク８が下降する動作であるため回生動作であると推定できる。このように走行時には加減速を、荷役動作時にはリフトの上げ下げ動作を把握することで、次に回生動作がおこなわれることを判断することが可能である。さらに、回生動作により得られる回生エネルギは、制動により得られる回生エネルギについては、車体２の重量及び走行速度等から演算により求めることができ、フォーク８の下降動作により得られる回生エネルギについては、フォーク８の差し上げ高さ及び荷物の重量等から演算により求めることができる。
【００３７】
リフト降下時に得られる回生エネルギの推定について、より詳細に説明すると、ドライバが操作する操作レバー６のレバー情報より、リフトの上昇が終了したことを把握し、そのときのフォーク８の位置（高さ情報）を検出する。また、荷重センサなどの情報より、フォークに搭載している荷物の荷重を算出する。これらの情報を用いて、位置エネルギを計算することで、リフト降下時において得られる全回生エネルギＥａｌｌ［Ｗｈ］を推定できる。
【００３８】
次に、コントローラ１１の充電状態検知部１７は、現在のキャパシタ電圧値Ｖｃより、キャパシタ１３に回生可能なエネルギ量Ｅｃｍａｘ［Ｗｈ］を算出する（手順Ｓ３）。
【００３９】
次に、コントローラ１１の回生エネルギ分配部１８は、推定した全回生エネルギＥａｌｌをキャパシタ１３に全て充電可能か否かを判断する（手順Ｓ４）。即ち、キャパシタ１３で回生可能なエネルギ量Ｅｃｍａｘが、全回生エネルギＥａｌｌ以上である場合には、全ての回生エネルギをキャパシタ１３に回収できる（Ｙｅｓ）と判断し、半導体スイッチ１５をＯＦＦのまま保持する（手順Ｓ５）。
【００４０】
これに対して、キャパシタ１３で回生可能なエネルギ量Ｅｃｍａｘが、全回生エネルギＥａｌｌよりも小さい場合には、全ての回生エネルギをキャパシタ１３に回収できない（Ｎｏ）と判断し、キャパシタ１３に回収できないエネルギ量ΔＥ（＝Ｅｃｍａｘ−Ｅａｌｌ）［Ｗｈ］をバッテリ１２で回収するルーチンに進む。しかし、バッテリ１２に充電される電流Ｉｂは、キャパシタ電圧Ｖｃとバッテリ電圧Ｖｂの差（Ｖｃ−Ｖｂ）で決まるため、この差（Ｖｃ−Ｖｂ）が小さいうちに、半導体スイッチ１５をＯＮにし、キャパシタ１３からバッテリ１２へエネルギを供給することが望ましい。
【００４１】
そこで、手順Ｓ４で全ての回生エネルギをキャパシタ１３に回収できない（Ｎｏ）と判断した場合には、半導体スイッチ１５をＯＮに切り換え（手順Ｓ６）、バッテリ１２への回生エネルギの供給を行う。
【００４２】
次いで、ΔＥ＝０となるキャパシタ１３の目標電圧値Ｖｃ＊を算出し（手順Ｓ７）、キャパシタＶｃ＝Ｖｃ＊であるか否かを判定する（手順Ｓ８）。手順Ｓ８において、キャパシタＶｃ＝Ｖｃ＊ではない（Ｎｏ）と判定したときには、半導体スイッチ１５をＯＮのまま維持し（手順Ｓ９）、キャパシタＶｃ＝Ｖｃ＊である（Ｙｅｓ）と判定したときには、半導体スイッチ１５をＯＦＦに切り換える（手順Ｓ１０）。それ以降は、残りの回生エネルギを全てキャパシタ１３に回収する。このようにすることで、キャパシタ１３を最大限に利用することができ、回生エネルギの回収効率を向上することができる。
【００４３】
なお、キャパシタ電圧値Ｖｃが比較的高い状態にあるときには、キャパシタ１３に回生電力を回収するための余裕を常に持たせておき、回収エネルギの回収を効率良く行うことができるようにするため、キャパシタ電圧Ｖｃが最大電圧Ｖｃｍａｘ（５４Ｖ）に達しないよう、コントローラ１１は、モータ力行時に半導体スイッチ１５のＯＮ／ＯＦＦを制御して、バッテリ１２側へバッテリ寿命に悪影響を与えない程度の微少な電流を流しておくことが望ましい。
【００４４】
前記実施形態においては、リフト８の下降時に得られる回生エネルギの回収を例にとって説明したが、駆動輪１０の走行時に得られる回生エネルギの回収についても同様に行われる。また、前記実施形態においては、フォークリフトに適用した場合を例にとって説明したが、パワーショベルやホイールローダなどの他の産業車両にも同様に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、フォークリフトやパワーショベル等の電気駆動車両に利用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１    フォークリフト
２    電源システム
３ａ    走行用モータ
３ｂ    荷役用モータ
４ａ    走行用インバータ
４ｂ    荷役用インバータ
５    電動油圧システム装置
６    操作レバー
７    マスト
８    フォーク
９    ペダル類
１０    駆動輪
１２    バッテリ
１３    キャパシタ
１５    半導体スイッチ
１６    エネルギ推定部
１７    充電状態検出部
１８    回生エネルギ分配部
２０    電源システム
【図１】
2011079637.tif 000003
【図２】
2011079637.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年5月18日(2010.5.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電可能なバッテリと、前記バッテリと並列に接続された充放電可能なキャパシタと、前記バッテリと前記キャパシタを接続するスイッチング素子と、前記スイッチング素子を介して充放電する電力を制御するコントローラとを有し、前記バッテリ及び前記キャパシタに充電された電力をインバータを介して負荷に給電すると共に、前記負荷の回生電力を前記インバータを介して前記バッテリ及び前記キャパシタに充電する電源システムを備えた電動産業車両において、
前記コントローラは、前記負荷が消費又は回生する電力を推定するエネルギ推定部と、前記バッテリの充電状態及び前記キャパシタの充電状態を検出する充電状態検出部と、前記エネルギ推定部により推定された前記負荷の回生電力及び前記充電状態検出部にて検出された前記キャパシタの充電状態から、前記負荷の回生電力を全て前記キャパシタに充電可能か否かを判定すると共に、前記充電状態検出部にて検出された前記バッテリの充電状態及び前記キャパシタの充電状態から、前記バッテリへの充電が可能か否かを判定する回生エネルギ分配部とを有し、前記回生エネルギ分配部は、前記各判定結果に基づいて、前記負荷の回生電力を、前記バッテリ又は前記キャパシタの一方に優先的に充電するように前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御することを特徴とする電動産業車両。
【請求項２】
前記回生エネルギ分配部は、前記負荷の回生電力を全て前記キャパシタに充電可能であると判定したときには、前記負荷の回生電力を全て前記キャパシタに充電し、充電できないと判定したときには、前記バッテリの電圧値と前記キャパシタの電圧値との差が予め定められた範囲内にあるか否かを判定し、定められた範囲内にあると判定したときには、前記キャパシタを介して前記負荷の回生電力を前記バッテリに優先的に充電し、前記バッテリの電圧値と前記キャパシタの電圧値との差が予め定められた範囲を超えた段階で、前記負荷の回生電力が前記キャパシタに優先的に充電されるように、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御することを特徴とする請求項１に記載の電動産業車両。
【請求項３】
前記キャパシタとして、これに充電可能な最大電圧が、前記バッテリに充電可能な最大電圧よりも大きいものを用いることを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載の電動産業車両。
【請求項４】
前記コントローラは、前記キャパシタが比較的高い電圧状態にあるとき、前記負荷の力行に合わせて前記バッテリ側に微少な電流を流し、前記キャパシタの充電電圧が最大電圧に達しないように前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電動産業車両。
【請求項５】
前記負荷の回生電力は、電動産業車両の走行に用いられる走行用モータの回生電力と、電動産業車両に備えられた作業部材の駆動に用いられる作業用モータの回生電力の合計であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電動産業車両。