(57)【要約】【課題】蓄電装置を用いた電動システムを、充電や放電を司るマネージメント装置を必要としない、安価で信頼性の高いものとする。【解決手段】電動システム１に、電動駆動装置２と蓄電装置７と発電装置６とドライバ５とを設ける。発電装置６の電圧上限制御機能により、蓄電装置７に供給する電圧の上限電圧Ｅ１を制御し、下限電圧検出機能を有するドライバ５により、蓄電装置７が下限電圧Ｅ２よりも低い電圧にならないように、発電装置６又は蓄電装置７からの電力を電動駆動装置２に供給する。【選択図】図１
2011030397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電装置と、電動駆動装置とを有し、該蓄電装置を充電する機能を備えた蓄電装置を用いた電動システムにおいて、
電圧上限制御機能を有し、上記蓄電装置に供給する電圧の上限を制御可能な発電装置又は電源と、
下限電圧検出機能を有し、上記蓄電装置が下限電圧よりも低い電圧にならないように上記発電装置若しくは電源又は上記蓄電装置からの電力を上記電動駆動装置に供給するドライバとを備えている
ことを特徴とする蓄電装置を用いた電動システム。
【請求項２】
請求項１に記載の蓄電装置を用いた電動システムにおいて、
上記蓄電装置は、電気二重層キャパシタである
ことを特徴とする蓄電装置を用いた電動システム。
【請求項３】
請求項１に記載の蓄電装置を用いた電動システムにおいて、
上記蓄電装置は、ニッケル水素バッテリである
ことを特徴とする蓄電装置を用いた電動システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の蓄電装置を用いた電動システムにおいて、
上記電動駆動装置は、回生制動可能に構成され、該電動駆動装置で発生した電圧は、上記ドライバで上限電圧以下に調整されて上記蓄電装置に供給されるように構成されている
ことを特徴とする蓄電装置を用いた電動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置を用いた電動システムに関し、特に蓄電装置の上限及び下限電圧の管理に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、バッテリフォークリフト、ハイブリットパワーショベル、電動高所作業車、ハイブリットクレーン、鉄道車両、ハイブリッド車両等において、蓄電装置を用いた電動システムは広く使用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、車両を走行駆動する動力を供給するエンジンと、回転駆動されるドラムとを備えるミキサ車において、エンジンによって駆動される発電装置と、発電装置の出力を蓄積する蓄電装置と、蓄電装置に蓄積された電力によって駆動される電動機からなる電動駆動装置とを備え、電動駆動装置によってドラムを回転させることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２２６１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の蓄電装置を用いた電動システムでは、図３に示すように、近年広く使用されているリチウムイオンバッテリ、リチウムイオンキャパシタ、鉛バッテリよりなる蓄電装置１０７は、上限電圧及び下限電圧を厳密に守らないと、加熱して火傷や発煙事故を起こす可能性がある。しかも、下限電圧の近傍の状態で保管すると、バッテリの自己放電現象によって電圧が下がり、気付かぬうちに下限電圧を下回ることになることもある。電圧管理の厳密度合いは計測器並みの高精度な電圧計測に基づき管理することが求められる。
【０００６】
このため、従来の蓄電装置１０７を用いた電動システム１０１では、高精度な電圧管理が可能なマネージメント装置１１０を用いて蓄電装置１０７の上限電圧及び下限電圧を厳密に管理する必要があり、システム全体が複雑化してコストがアップすると共に、信頼性の低下を招いていた。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、蓄電装置を用いた電動システムを、充電や放電を司るマネージメント装置を必要としない、安価で信頼性の高いものとすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、この発明では、発電装置又は電源及びドライバが本来有する機能を有効に利用した。
【０００９】
具体的には、第１の発明では、蓄電装置と、電動駆動装置とを有し、該蓄電装置を充電する機能を備えた蓄電装置を用いた電動システムを対象とし、
上記電動システムは、
電圧上限制御機能を有し、上記蓄電装置に供給する電圧の上限を制御可能な発電装置又は電源と、
下限電圧検出機能を有し、上記蓄電装置が下限電圧よりも低い電圧にならないように上記発電装置若しくは電源又は上記蓄電装置からの電力を上記電動駆動装置に供給するドライバとを備えている。
【００１０】
上記の構成によると、発電装置又は電源が本来有する電圧上限制御機能によって、蓄電装置に供給する電圧の上限が制御可能であり、また、ドライバが本来有する下限電圧検出機能を利用し、蓄電装置が下限電圧の近傍に近付くと、下限電圧よりも低い電圧にならないように、蓄電装置からの電力を電動駆動装置に供給するのを停止し、発電装置又は電源からの電力を電動駆動装置に供給するようにすればよいので、従来のような充電や放電を司るマネージメント装置を設けなくても、蓄電装置の上限電圧及び下限電圧の管理が可能である。
【００１１】
第２の発明では、第１の発明において、
上記蓄電装置は、電気二重層キャパシタである。
【００１２】
上記の構成によると、電気二重層キャパシタは、その上限電圧を超えても、異常発熱が起こらず安全であり、また、下限電圧は特になく、０Ｖまで使用可能であるため、厳密な電圧管理は必要ではない。このため、電動システムの構成を簡単なものにすることができる。
【００１３】
第３の発明では、第１の発明において、
上記蓄電装置は、ニッケル水素バッテリである。
【００１４】
上記の構成によると、ニッケル水素バッテリは、その上限電圧を超えても、異常発熱が起こらず安全であり、また、下限電圧は特になく、０Ｖまで使用可能であるため、厳密な電圧管理は必要ではない。このため、電動システムの構成を簡単なものにすることができる。
【００１５】
第４の発明では、第１乃至第３のいずれか１つの発明において、
上記電動駆動装置は、回生制動可能に構成され、該電動駆動装置で発生した電圧は、上記ドライバで上限電圧以下に調整されて上記蓄電装置に供給されるように構成されている。
【００１６】
上記の構成によると、電動駆動装置で回生制動を行う場合にも、回生制動により発生した電圧は、ドライバによって上限電圧以下に調整することで、蓄電装置の寿命が短くなることなく、回生エネルギーが効果的に蓄積される。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、発電装置又は電源の電圧上限制御機能によって、蓄電装置に供給する電圧の上限を制御し、ドライバの下限電圧検出機能を利用して蓄電装置が下限電圧よりも低い電圧にならないようにしたことにより、蓄電装置を用いた電動システムを、充電や放電を司るマネージメント装置を必要としない、安価で信頼性の高いものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態にかかる蓄電装置を用いた電動システムのブロック図である。
【図２】蓄電装置の上限電圧及び下限電圧を示すグラフである。
【図３】従来の蓄電装置を用いた電動システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は本発明の実施形態の蓄電装置を用いた電動システム１を示し、この電動システム１は、サーボモータなどの電動駆動装置２を備える。この電動システム１は、さらに、図示しないバッテリフォークリフト、ハイブリットパワーショベル、電動高所作業車、ハイブリットクレーン、鉄道車両、ハイブリッド車両等の車体に搭載した操作表示部３と、コントローラ４とを備えている。操作表示部３を見ながらオペレータがコントローラ４を操作すると、その信号がインバータなどのドライバ５に伝達されるように構成されている。
【００２１】
電動システム１は、発電装置６を備えている。車体にエンジンなどの内燃機関が備えられているときには、内燃機関による回転により、この発電装置６が回転され、電力が発生するようになっている。発電装置６は、公知の電圧上限制御機能を有している。
【００２２】
電動システム１は、さらに、電気二重層キャパシタ又はニッケル水素バッテリよりなる蓄電装置７を有している。この蓄電装置７は、上記発電装置６からの電力を充電可能となっている。そして、発電装置６の電圧上限制御機能により、所定の電圧を超える電圧が蓄電装置７に供給されることがないようになっている。
【００２３】
また、電動駆動装置２は、回生制動可能に構成されている。この電動駆動装置２で発生した電圧は、ドライバ５で上限電圧Ｅ１以下に調整された後、蓄電装置７に供給されるようになっている。
【００２４】
さらに、ドライバ５は、下限電圧検出機能を有している。このため、蓄電装置７が下限電圧Ｅ２よりも低い電圧にならないように、発電装置６又は蓄電装置７からの電力を電動駆動装置２に供給するように構成されている。
【００２５】
−作動−
次に、本実施形態にかかる蓄電装置７を用いた電動システム１の作動について説明する。
【００２６】
まず、電気二重層キャパシタ又はニッケル水素バッテリである蓄電装置７の使用可能電圧について図２を用いて説明する。電気二重層キャパシタ又はニッケル水素バッテリは、通常、上限電圧Ｅ１が設定されている。しかし、電気二重層キャパシタ又はニッケル水素バッテリは、その上限電圧Ｅ１を超えても、異常発熱が起こらず安全である。上限電圧Ｅ１を超えた場合には、寿命が縮まるにとどまる。しかも、電気二重層キャパシタ又はニッケル水素バッテリ自体に実質的に下限電圧Ｅ２はなく、０Ｖまで使用可能であるため、厳密な電圧管理は必要ではない。
【００２７】
電動駆動装置２は、発電装置６又は蓄電装置７からの電力で駆動される。例えば、オペレータがコントローラ４を操作して電動駆動装置２を駆動する場合、蓄電装置７の電力と、発電装置６からの電力との少なくとも一方の電力がドライバ５を介して電動駆動装置２に供給される。発電装置６を駆動せず、蓄電装置７のみの電力で電動駆動装置２を駆動させている場合には、蓄電装置７の電圧は徐々に低下する。
【００２８】
蓄電装置７の電圧が、下限電圧Ｅ２の近傍に近付くと、ドライバ５の下限電圧検出機能が蓄電装置７の電圧が下限電圧Ｅ２近傍まで低下したと検知する。電気二重層キャパシタ又はニッケル水素バッテリよりなる蓄電装置７は、実質的には下限電圧Ｅ２がないので、理論上は、下限電圧Ｅ２は０Ｖとしてもよい。
【００２９】
しかし、ドライバ５自体は、下限電圧検出機能を有し、蓄電装置７からの電圧が下限電圧Ｅ２以下になると、蓄電装置７からの電力供給をストップさせる。
【００３０】
このため、実際には、蓄電装置７の電圧が０Ｖになるまで蓄電装置７から電力が供給され続けることはない。
【００３１】
ドライバ５が下限電圧Ｅ２に近付いたことを検出すると、例えば、その信号をコントローラ４に伝達し、操作表示部３に表示する。それを見たオペレータが発電装置６を駆動し、発電装置６からの電力により電動駆動装置２を駆動させる。
【００３２】
又は、信号を受けたコントローラ４が、電動駆動装置２が停止しないように、自動的に発電装置６を駆動し、発電装置６からの電力により電動駆動装置２を駆動させてもよい。
【００３３】
さらに、発電装置６からの電力を蓄電装置７に供給して充電を行うときには、発電装置６の電圧上限制御機能によって、蓄電装置７に供給する電圧の上限が上限電圧Ｅ１以下に制御される。このため、蓄電装置７が上限電圧Ｅ１を超えることはないので、その寿命が短くなることはない。
【００３４】
一方、電動駆動装置２が回生制動を行う場合には、発生した電力がドライバ５を介して蓄電装置７に供給される。回生制動により発生した電圧は、ドライバ５によって上限電圧Ｅ１以下に調整された後に蓄電装置７に供給されて蓄積されるので、蓄電装置７の寿命が短くなることなく、回生エネルギーが効果的に蓄積される。
【００３５】
このように、従来のような充電や放電を司るマネージメント装置１１０を設けなくても、蓄電装置７の上限電圧Ｅ１及び下限電圧Ｅ２の管理が可能である。
【００３６】
−実施形態の効果−
したがって、本実施形態にかかる蓄電装置７を用いた電動システム１によると、発電装置６の電圧上限制御機能によって、蓄電装置７に供給する上限電圧Ｅ１を制御し、ドライバ５の下限電圧検出機能を利用して蓄電装置７が下限電圧Ｅ２よりも低い電圧にならないようにしたことにより、蓄電装置７を用いた電動システム１を、充電や放電を司るマネージメント装置１１０を必要としない、安価で信頼性の高いものとすることができる。
【００３７】
（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００３８】
すなわち、上記実施形態では、電力供給源は、発電装置としたが、外部電力などの電源でもよい。この場合、外部電力は通常、定格の１００Ｖ〜２００Ｖで上限電圧Ｅ１や下限電圧Ｅ２が定まっている。このため、この上限電圧Ｅ１に対応した電気二重層キャパシタ又はニッケル水素バッテリよりなる蓄電装置７を選択すればよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、電動システム１は、回生制動可能としているが、必ずしも回生制動は必要ではなく、その場合には、蓄電装置７は、発電装置６又は外部電力により充電すればよい。
【００４０】
なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【符号の説明】
【００４１】
１      電動システム
２      電動駆動装置
３      操作表示部
４      コントローラ
５      ドライバ
６      発電装置
７      蓄電装置
【図１】
2011030397.tif 000003
【図２】
2011030397.tif 000004
【図３】
2011030397.tif 000005