(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォークリフトのバッテリー電源から駆動源のモーターに対して電力を供給する際に用いられる電源装置であって、前記バッテリー電源に並列に接続され第１の時定数を有する電気二重層コンデンサーを備え、前記第１の時定数は最大過渡電流量に基づいて規定され、前記バッテリー電源は第２の時定数を有しており、前記第１の時定数は前記第２の時定数よりも小さく設定されて前記電気二重層コンデンサーの応答が前記バッテリーの応答よりも早くなるように構成され、さらに前記時定数の関係を保持しつつ前記電気二重層コンデンサーの内部抵抗値は内部抵抗による発熱量の許容範囲内で大きく設定されることを特徴とするフォークリフトの電源装置。
【請求項２】
前記第１の時定数は電気二重層コンデンサーの配線インダクタンスを含めた時定数である事を特徴とする請求項１に記載のフォークリフトの電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源から負荷に電力を供給するための電源装置に関し、特に、フォークリフトのバッテリーからモーター（直流モーター）に電力を供給する際に用いられる電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電源から負荷に電力を供給する際には電源装置が用いられており、電源装置から負荷に供給される電力量（単位時間当たりに消費される電力）は、負荷の状態に応じて異なる。例えば、負荷としてモーターを例に挙げると、モーターの加速時（例えば、始動時）には、電源装置からモーターに対して大電力が供給され、定常状態においては、電源装置からモーターに供給される電力は少ない（つまり、小電力である）。言い換えると、電源装置は、モーター等の負荷に対してその最大消費電力を供給できる能力を有している必要がある。
【０００３】
ところで、電気自動車（例えば、フォークリフト）等では、バッテリーを電源装置として用いており、前述のように、加速時等におけるモーターの最大消費電力を考慮すると、バッテリーの容量を極めて大きくする必要がある。ところが、バッテリーの容量を大きくすると、不可避的にバッテリー自体が大型化してしまい、フォークリフト等にバッテリーを搭載することが難しくなってしまう。
【０００４】
上述のような不具合を防止するため、例えば、特開平６−２７０６９５号公報に記載された電力供給装置が知られている（以下特開平６−２７０６９５号公報に記載された電力供給装置を従来例と呼ぶ）。
【０００５】
従来例では、バッテリーに対してコンデンサー（キャパシター）を並列に接続するとともに、例えば、パルス幅調整コントローラーを直流モーターとキャパシターとの間に直列に接続しており、制御入力に応じて電源（バッテリー）のパルス幅を調整するようにしている。
【０００６】
具体的には、従来例では、バッテリーとキャパシターとを並列に接続して、バッテリー及びキャパシターの内部抵抗値を予め規定された関係に設定し、直流モーターの必要最大電力をキャパシターによって満たして、その分、バッテリーの必要最大電力を小さくしている。
【０００７】
このように、従来例では、バッテリーに並列に接続されたキャパシターによって直流モーターの必要最大電力を満たし、バッテリーでは通常の作動モードでキャパシターを充電している。そして、上述のように、バッテリー及びキャパシターの内部抵抗値を予め規定された関係に設定することによって（バッテリーの内部抵抗値に対するキャパシターの内部抵抗値の比を１より小さくすることによって）、回生電流はキャパシターを充電することになるから、回生電流によってバッテリーが損傷することもないとしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、従来例では、バッテリーとキャパシターとを並列に接続して、バッテリー及びキャパシターの内部抵抗値を予め規定された関係に設定し（バッテリーの内部抵抗値に対するキャパシターの内部抵抗値の比を１より小さくする）、キャパシターによって直流モーターの必要最大電力を満たしているものの、従来例では、キャパシターの内部抵抗値がバッテリーの内部抵抗値より小さいから、不可避的にキャパシターの容量を大きくしなければならないという問題点がある。
【０００９】
加えて、キャパシターとしてエネルギー密度が高い電気二重層コンデンサーを用いた場合、電気二重層コンデンサーは内部抵抗値が大きく、この点を考慮すると、従来例のように、バッテリーの内部抵抗値に対するキャパシターの内部抵抗値の比を１より小さくすると、キャパシターとして電気二重層コンデンサーを採用できない場合がある。つまり、一般に、内部抵抗値を小さくすると、その損失は小さくなるが、体積（サイズ）が大きくなる。従って、従来例のように、バッテリーの内部抵抗値に対するキャパシターの内部抵抗値の比を１より小さくすると、必然的にキャパシターのサイズが大きくなってしまい、結果的に、電源装置自体が大型化してしまう。大型化を回避しようとすれば、キャパシターとして電気二重層コンデンサーを採用できず、その結果、良好な充放電特性が得られなくなってしまう。
【００１０】
本発明の第１の目的は、フォークリフト用のバッテリー等の電源の容量を少なくして、しかもキャパシターの容量が小さくても所望の必要最大電力を負荷に供給することのできるフォークリフトの電源装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の第２の目的は、小型で良好な充放電特性が得られるフォークリフトの電源装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、フォークリフトのバッテリー電源から駆動源のモーターに対して電力を供給する際に用いられる電源装置であって、前記バッテリー電源に並列に接続され第１の時定数を有する電気二重層コンデンサーを備え、前記第１の時定数は最大過渡電流量に基づいて規定され、前記バッテリー電源は第２の時定数を有しており、前記第１の時定数は前記第２の時定数よりも小さく設定されて前記電気二重層コンデンサーの応答が前記バッテリーの応答よりも早くなるように構成され、さらに前記時定数の関係を保持しつつ前記電気二重層コンデンサーの内部抵抗値は内部抵抗による発熱量の許容範囲内で大きく設定されることを特徴とするフォークリフトの電源装置が得られる。この場合、前記第１の時定数は電気二重層コンデンサーの配線インダクタンスを含めた時定数として設定するのがよい。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明について実施の形態に基づいて説明する。なお、この実施の形態では、電源としてバッテリーを用い、負荷として直流モーターを用いた電源装置について説明するが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。
【００１６】
図１を参照して、図示のフォークリフト用電源装置では、電源としてバッテリー１１が用いられており、バッテリー１１に並列にキャパシター１２が接続されている。図示の例では、キャパシター１２として電気二重層コンデンサーが用いられている。図示のようにバッテリー１１はコントローラー１３に接続されており、コントローラー１３には直流モーター１４が接続されている。なお、図示されていないが、コントローラー１３には、例えば、制御操作部（制御レバー等）が接続されており、この制御操作部を操作することによって、コントローラー１３を介して直流モーター１４が駆動制御される。つまり、制御操作部の操作に応じてコントローラー１３は直流モーター１４に流れる電流を制御する。
【００１７】
図示の例では、キャパシター１２は内部抵抗（第１の内部抵抗）を有しており、一方、バッテリー１１は内部抵抗（第２の内部抵抗）を有しており、図１においては、キャパシター１２の内部抵抗と配線の抵抗との合成抵抗が符号１２１で表され、その抵抗値がＲ２で表されている。さらに、キャパシター１２側配線のインダクタンス（Ｌ２）１２２が存在している。つまり、キャパシター１２（容量Ｃ）には合成抵抗１２１及びインダクタンス１２２が直列に接続されていることになる。同様に、バッテリー１１の内部抵抗と配線との合成抵抗が符号１１１で表され、その抵抗値がＲ１で表されている。さらに、バッテリー１１側配線のインダクタンス（Ｌ１）１１２が存在している。つまり、バッテリー１１には合成抵抗１１１及びインダクタンス１１２が直列に接続されていることになる。
【００１８】
いま、直流モーター１４を駆動（始動）する際には、制御操作部からコントローラー１３に駆動指令が与えられる。この駆動指令に応答して、コントローラー１３では、モーター電源ライン１４ａをバッテリー電源ライン１１ａに接続する。直流モーター１４の始動時には、大電流が必要となり（一般には直流モーター１４の必要最大電流が必要となる）、上述のように、モーター電源ライン１４ａがバッテリー電源ライン１１ａに接続されると、キャパシター１２に蓄積された電荷が放電され、電流（以下この電流をキャパシター電流と呼ぶ）としてバッテリー電源ライン１１ａに供給される。
【００１９】
一方、バッテリー１１からは電源ライン１１ａを介して電流（以下この電流をバッテリー電流と呼ぶ）が供給されており、前述のキャパシター電流とバッテリー電流とが合流してモーター電流としてコントローラー１３から直流モーター１４に供給される。
【００２０】
直流モーター１４の始動後所定の時間が経過すると、つまり、過渡状態から定常状態となると、バッテリー１１のみからモーター電流が供給されることになる。つまり、バッテリー電流に応じてモーター電流が直流モーター１４に供給されることになる。
【００２１】
一例として、フォークリフトを例に挙げると、制御操作部からコントローラー１３に制御指令が与えられており、コントローラー１３では、この制御指令に基づいてモーター電流を調整・制御する。フォークリフトにかかる負荷が少ないときには、つまり、直流モーター１４にかかる負荷が少ないときには、モーター電流は小さく制御され、一方、直流モーター１４にかかる負荷が大きいときには、モーター電流は大きくなる。そして、モーター電流がバッテリー電流を越えると、再び、キャパシター１２に蓄積された電荷が放電され、キャパシター電流としてバッテリー電源ライン１１ａに供給されることになる。
【００２２】
ところで、図示の例では、例えば、フォークリフトを制動する際には、つまり、直流モーター１４を制動する際には、所謂回生制動を用いており、制御操作部から制動指令が与えられると、コントローラー１２は直流モーター１４が発電機として動作するように結線を切り換える。その結果、直流モーター１４からの電流、つまり、回生電流はキャパシター１２に与えられ、回生電流によってキャパシター１２（及びバッテリー１１）が充電されることになる。
【００２３】
具体的には、バッテリーの電圧をＶＢ、キャパシター１２の電圧をＶＣとすると、ＶＢ＞ＶＣの際には、回生電流によってキャパシター１２が充電される。一方、ＶＢ≦ＶＣの際には、回生電流によってバッテリーが充電される。
【００２４】
図示の例では、最大過渡電流量に基づいて配線インダクタンスを含めたキャパシター１２の時定数が設定される。具体的には、キャパシター１２の時定数をＴ１＝｛（ω×Ｌ２）２＋Ｒ２｝１／２（第１の時定数：ω＝２πｆであり、ｆは過渡応答時の周波数である）、バッテリー１１の時定数をＴ２（第２の時定数）とすると、図示の例では、Ｔ１＜Ｔ２となっている。このように、時定数Ｔ１及びＴ２を設定すると、電流過渡応答の際の分担を振り分ける際、バッテリー１１にかかる負荷を小さくすることができ、過渡応答の際、バッテリー１１に過負荷がかかることがなく、バッテリー１１の寿命を延ばすことができる。
【００２５】
さらに、Ｔ１＜Ｔ２とすることによって、キャパシター１２から素早く放電が行われ、始動時又は加速時のように高負荷状態の際、加速性能を良好にすることができるばかりでなく、回生制動の際、過渡電流の大部分がキャパシター１２に与えられることになる。
【００２６】
また、キャパシター１２の内部抵抗値は大きく設定される。具体的には、前述のＴ１＜Ｔ２の関係を保って、出来得る限り（つまり、許容できる損失の範囲で）内部抵抗値を大きくする。つまり、同一の時定数では内部抵抗値を小さくすると損失は減るがその体積（サイズ）が大きくなるので、許容損失の範囲でキャパシター１２の内部抵抗値を大きくすれば、キャパシター１２の体積が減り、結果的に電源装置自体を小型化できる。
【００２７】
さらに、前述のように、キャパシター１２として電気二重層コンデンサーを用いれば、エネルギー密度が高くなるので、キャパシター１２の容量Ｃを小さくすることができ、この結果、Ｔ１が同一であれば、キャパシターの内部抵抗値を大きくすることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、キャパシターの応答がフォークリフトの電源（バッテリー）の応答よりも早くなるように、キャパシターの時定数を設定するようにしたから、加速時等キャパシターの放電の際、キャパシターからの電流が効果的に使用され、その結果、電源電流の消費が抑えられるばかりでなく、回生制動の際にも、キャパシターを効果的に充電できるという効果がある。つまり、本発明では、フォークリフト用バッテリー等の電源の容量を少なくして、所望の必要最大電力を負荷（モーター）に供給することができ、良好な充放電特性が得られるという効果がある。
【００２９】
さらに、本発明によれば、過大な電流がフォークリフト用バッテリー等の電源に流れることがなく、電源の寿命を延ばすことができるという効果がある。
【００３０】
そして、キャパシターとして電気二重層コンデンサーを用い、前記時定数の関係を保持しつつ前記電気二重層コンデンサーの内部抵抗値は内部抵抗による発熱量の許容範囲内で大きく設定されるため、キャパシターの容量を小さくすることができ、キャパシターの体積が減り、結果的に電源装置自体を小型化できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による電源装置の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１    バッテリー
１１ａ  バッテリー電源ライン
１２    キャパシター（電気二重層コンデンサー）
１３    コントローラー
１４    直流モーター
１４ａ  モーター電源ライン
【図１】
0003842984.tif 000002