JP2002315109A

JP2002315109A - 電源装置

Info

Publication number: JP2002315109A
Application number: JP2001109175A
Authority: JP
Inventors: Munetsune Uchida; 宗恒内田; Fumihiro Akaha; 史博赤羽; Takao Sakurai; 貴夫桜井; Shinichi Kobayashi; 真一小林
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-04-06
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2002-10-25
Anticipated expiration: 2021-04-06
Also published as: JP3842984B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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
が得られるようにする。【解決手段】バッテリー１１には第１の時定数を有す
るキャパシター１２が並列に接続されており、この第１
の時定数は最大過渡電流量に基づいて規定されている。
例えば、バッテリーが第２の時定数を有しているとする
と、第１の時定数は第２の時定数よりも小さく設定され
る。さらに、キャパシターが第１の内部抵抗を有してい
る場合、第１の内部抵抗の値は予め規定された許容損失
に応じて設定されている（例えば、第１の内部抵抗は、
許容損失に見合う抵抗値に設定される）。なお、キャパ
シターとして電気二重層コンデンサーを用いることが望
ましい。

Description

【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へを搭載することが
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大きいから、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、電源か
ら負荷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、前記電源に並列に接続され第１の時定数を有
するキャパシターを備え、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ていることを特徴とする電源
装置が得られる。この場合、前記時定数は配線インダク
タンスを含めた時定数として設定するのがよい。

【００１３】例えば、前記電源は第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
い。そして、前記キャパシターは第１の内部抵抗を有し
ており、該第１の内部抵抗の値は予め規定された許容損
失に応じて設定されている（例えば、第１の内部抵抗
は、許容損失に見合う抵抗値に設定される）。さらに、
前記キャパシターとして電気二重層コンデンサーを用い
ることが望ましい。

【００１４】なお、この電源装置には、前記負荷に流れ
る電流を制御するコントローラーが備えられており、前
記負荷がフォークリフト用モーターである場合には、前
記コントローラーは前記モーターを制動する際回生制動
を行う。

【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Ｒ_２
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（Ｌ_２）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Ｒ_１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（Ｌ_１）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１
４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１
１ａ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１
１）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Ｖ_Ｂ、キ
ャパシター１２の電圧をＶ_Ｃとすると、Ｖ_Ｂ＞Ｖ_Ｃ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、Ｖ_Ｂ≦Ｖ_Ｃ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Ｔ _１＝｛（ω×Ｌ_２）２＋Ｒ_２｝^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Ｔ_２（第２の時定数）
とすると、図示の例では、Ｔ_１＜Ｔ_２となっている。こ
のように、時定数Ｔ_１及びＴ_２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、Ｔ_１＜Ｔ_２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Ｔ_１＜Ｔ_２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、Ｔ_１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
ンデンサーを用いれば、キャパシターの容量を小さくす
ることができ、この結果、許容損失の範囲で内部抵抗値
を大きすることができる。従って、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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者桜井貴夫名古屋市中村区岩塚町字高道１番地三菱重工業株式会社産業機器事業部内 (72)発明者小林真一名古屋市中村区岩塚町字高道１番地三菱重工業株式会社産業機器事業部内Ｆターム(参考） 3D035 AA00 5G003 BA04 CC02 DA02 DA18 FA08 5H115 PA00 PC06 PG05 PI16 PU02 QE01 QE10 QI04 SE03 SE06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電源から負荷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、前記電源に並列に接続
され第１の時定数を有するキャパシターを備え、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ている
ことを特徴とする電源装置。
【請求項２】前記電源は第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いこと
を特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】前記キャパシターは第１の内部抵抗を有
しており、該第１の内部抵抗の値は予め規定された許容
損失に応じて設定されていることを特徴とする請求項２
に記載の電源装置。
【請求項４】前記キャパシターは電気二重層コンデン
サーであることを特徴とする請求項２又は３に記載の電
源装置。
【請求項５】さらに、前記負荷に流れる電流を制御す
るコントローラーを有することを特徴とする請求項１乃
至４のいずれかに記載の電源装置。
【請求項６】前記負荷はフォークリフトのモーターで
あり、前記コントローラーは前記モーターを制動する際
回生制動を行うようにしたことを特徴とする請求項５に
記載の電源装置。
【請求項７】前記第１の時定数はキャパシターの配線
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記載の電源装置。