专利名称：作业车的二次电池充电管理方法及作业车的二次电池充电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及作业车的二次电池充电管理方法及作业车的二次电池充电系统。
背景技术：
在电动铲车等的电动作业车中装载用的铅电池的情况下，不能快速充电(在几小时内完成满充电)，对于8小时左右为止的连续运转，进行需要8小时以上的缓充电(标准的、电池上理所当然的方式)。如果是缓充电，则对于满充电下的运转时间来说，充电时间需要与运转时间相同或是运转时间以上的时间。因此，在高运转的用户(满M小时或接近M小时的占有1天的、每1台的电动作业车的运转时间长的用户)中，在1台铲车上准备2 3个更换用铅电池组(pack)，在装载的电池组的电余量没有时，与预先充电完毕的电池组进行更换循环。在铅电池组与用于更换电动作业车中装载的电池组的合计为2个的情况下，需要将刚刚8小时充电之后的铅电池组立即装载在电动作业车上，但刚刚充电后的铅电池组过热，有进行放置冷却的必要性。不进行该冷却而直接装载在电动作业车上来使用时，电池组的寿命的劣化明显加快。因此，在许多用户(特别是欧美用户)中，在对小时的电动作业车的使用中，对于1台电动作业车准备3个铅电池组(装载中1个+更换用2个)，即，对于 8小时的电动作业车下的装载及使用准备1个、对于充电器下的8小时的充电准备1个、对于充电后8小时的冷却准备1个的合计3个的铅电池组，组成并运行每8小时的循环时间表。再有，就电动作业车即电动式铲车中所使用的电池或其更换管理来说，展示了在专利文献1 3中公开的技术。其中，例如，在引用文献1中所示的铲车用电池的充电系统中，包括用于对电池充电的充电器；检测进行了电池的拉出操作，输出该检测信号的检测装置；以及响应检测装置中的检测信号，控制充电器的控制装置，将电池拉出检测信号的检测后的第1次的充电作为均等充电，降低电池损坏。现有技术文献专利文献专利文献1 特开2009-118596号公报专利文献2 特开2004-266892号公报专利文献3 特开2004_3观69号公报
发明内容
发明要解决的课题可是，在上述电动作业车的驱动时，在使用了铅电池的情况下，在充电上需要长时间，并由于为铅电池，所以质量大，使用及管理麻烦。而且，在以上述那样的循环时间表运行了铅电池的情况下，对于具有4台电动作业车的用户来说，需要4台缓充电器(充电时间8小时以上)、4台(电动作业车)X3个/台=12个铅电池组，在这样的用户中，为了充电和电池保管，还产生昂贵的仓库面积被占有的问题。本发明鉴于这样的情况而完成，提供在电动作业车上安装的二次电池上例如作为例子使用锂离子电池那样的可快速充电的二次电池，将该二次电池的使用、更换、充电的循环(rotation)时间表高效化，从而高效率地进行该二次电池的运行的作业车的二次电池充电管理方法及充电系统。用于解决课题的方案在本发明的一形态中，作业车的二次电池充电管理方法包括取入向多台作业车分别供给电源的二次电池的余量的步骤；运算多台作业车的从当前至规定时间后的估计消耗电力的步骤；根据所述二次电池的余量和该估计消耗电力之差，运算用于确定所述多台作业车的电池更换优先顺序的指标值的步骤；以及基于所述指标值及所述二次电池的可接受充电的容许量，对于相应的作业车输出返回指令的步骤。此外，在本发明的另一形态中，作业车的二次电池充电系统包括多台作业车，装载二次电池，通过由该二次电池供给的电力进行工作；充电基地，与该作业车之间进行通信，并且对所述二次电池充电；电池余量传感器，在所述多台作业车的各台作业车中，测量对该作业车供给电源的二次电池的余量；消耗电力传感器，在多台作业车的各台作业车中， 测量该作业车的消耗电力；以及通信单元，将从这些电池余量传感器、消耗电力传感器获得的数据发送到所述充电基地，并且从所述充电基地向所述多台作业车发送用于使其进行充电的返回指令，所述充电基地包括控制单元，该控制单元根据从所述消耗电力传感器接收的数据和各作业车的作业预定数据，计算所述作业车的从当前经过规定时间后的估计消耗电力，并且根据运算的估计消耗电力和所述电池余量之差，确定所述多台作业车的电池更换优先顺序，按照该优先顺序对相应的作业车输出向所述充电基地返回的返回指令。发明效果根据本发明，根据从多台作业车取入的二次电池的余量和该作业车的从当前起至规定时间后的估计消耗电力之差，运算用于确定该作业车的电池更换优先顺序的指标值， 基于该指标值及二次电池的可接受充电的容许量，对于相应的作业车，输出返回指令。而且，根据这样的作业车的运行及二次电池的充电顺序，将作业车上安装的二次电池的使用、 更换、充电的循环时间表高效率化，从而可以高效率地进行该二次电池的运行，其结果，不需要如以往那样多余地准备备用电池，可进行二次电池的高效运行。此外，根据本发明，基于多台作业车上分别装填的二次电池的可使用时间、以及该充电器进行的该二次电池的可接受充电的容许量，预先确定这些多台作业车的运行及二次电池的充电时间表，根据该时间表，执行该作业车的作业。而且，根据这样的作业车的二次电池充电系统及充电管理方法，将作业车上安装的二次电池的使用、更换、充电的循环时间表高效率化，从而可以高效率地进行该二次电池的运行，其结果，不需要如以往那样多余地准备备用电池，可进行二次电池的高效运行。
图1是实施例1的二次电池充电系统的整体图。图2是以图1的控制单元为中心的控制框图。
图3是表示控制单元的控制内容的流程图。图4是具体地表示实施例1的铲车的运行及锂离子电池的充电时间表的时序图。图5是实施例2的二次电池充电系统的整体图。图6是以图5的控制单元为中心的控制框图。图7是表示控制单元的控制内容的流程图。图8是具体地表示实施例2的铲车的运行及锂离子电池的充电时间表的时序图。标号说明1铲车(作业车1)2铲车(作业车2)3铲车(作业车3)4铲车(作业车4)IA 4A电池余量传感器IB 4B消耗电力传感器Cl控制单元C2控制单元A锂离子电池B锂离子电池C锂离子电池D锂离子电池E锂离子电池(备用电池)
具体实施例方式[实施方式1]参照图1 图4说明作为本发明的实施方式1所示的充电管理方法及使用了该充电管理方法的二次电池充电系统。在本实施方式中，如图1及图2所示，使用4台电动作业车即铲车(在图中，表示为作业车1、作业车2、作业车3、作业车4)，使用5个可快速充电的锂离子电池作为二次电池(电池A E)，使用1台电池充电器。再有，在5个锂离子电池中，4个为完成了充电并分别装填在4台铲车上，一个被作为备用电池使用。此外，电池充电器可将锂离子电池(电池A E)快速充电，通常，通过对于使用4 小时的锂离子电池进行1小时的快速充电，可再次使用4小时。在这样的锂离子电池中，在运转了 4小时的情况下以1小时完成充电，在运转了 8小时的情况下以2小时完成充电，但在本例中，说明将锂离子电池(最大)使用4小时，然后，以1小时完成充电的‘快速充电’ 的情况。图1是表示本发明的二次电池充电系统的整体的概略图，标号1 4是作为电动作业车(作业车1、作业车2、作业车3、作业车4)的铲车。在该铲车1 4中，分别装填上述锂离子电池(电池A E 后述)，并且如图2中详细地所示那样，分别设置了测量该锂离子电池的余量的电池余量传感器IA 4A、测量该铲车1 4的消耗电力的消耗电力传感器IB 4B、表示该铲车1 4的位置的位置传感器IC 4C。此外，图1中标号10所示的是基地站，在该基地站10中，设置了用于控制铲车1 4的控制单元Cl、用于将被装填在铲车1 4中的锂离子电池充电的1台电池充电器11。此外，在该基地站10和铲车1 4之间，设置了通信装置12，通过该通信装置12， 铲车1 4的电池余量传感器IA 4A、消耗电力传感器IB 4B、以及位置传感器IC 4C 的检测数据被供给到控制单元Cl，另一方面，从控制单元Cl向铲车1 4输出用于将锂离子电池充电的返回指令。此外，在控制单元Cl中，设置了用于显示该控制单元Cl中的运算结果的显示单元 13、用于输入各种数据的输入装置14。如图2所示，上述控制单元Cl包括信号发送接收单元20、指标值运算单元21、充电时间表决定单元22，在信号发送接收单元20中，通过通信装置12，从铲车1 4接收电池余量传感器IA 4A、消耗电力传感器IB 4B、位置传感器IC 4C的检测数据，此外， 对于铲车1 4发送用于充电的返回信号。此外，在上述控制单元Cl的指标值运算单元21中，基于电池余量传感器IA 4A、 消耗电力传感器IB 4B以及位置传感器IC 4C的检测数据，计算作为是否使任何一个铲车1 4返回到基地站10，由电池充电器11进行锂离子电池(电池A E)的充电的判断因子的指标值(Zn)。这样的指标值(Zn)的计算，例如使用‘Zn = Qn-(Ln+f (Wn) ’这类计算式进行。其中，‘Qn’是表示基于电池余量传感器IA 4A的检测数据的锂离子电池(电池A E)的电池余量的值。‘Ln’是表示外出的铲车1 4回到基地站10为止所需要电力量的值，根据来自位置传感器IC 4C的检测数据和预先存储的每单位时间的消耗电力值来计算。此外，‘f (Wn) ’是表示直至预先确定的最近点(例如10分钟前)为止的电力消耗量的值，基于来自消耗电力传感器IB 4B的检测数据来计算。此外，在上述控制单元Cl的充电时间表决定单元22中，将由指标值运算单元21 算出的指标值(Zn)与对铲车1 4的每一个算出的指标值(Zn)进行比较，根据锂离子电池(电池A E)的消耗程度附加电池更换的优先顺序，并且按照该优先顺序，输出使指标值(Zn)最小的铲车1 4返回到基地站10的指示。然后，基于这样的返回指示，进行将该铲车1 4上装载的锂离子电池与通过电池充电器11充电完毕的锂离子电池进行更换的作业。这里，有关铲车1 4的作业内容、以及锂离子电池A E的更换步骤，参照图3 所示的上述控制单元Cl的处理步骤和图4所示的时序图进行说明。再有，在图4的时序图中，规定为锂离子电池A D首先装载在各自的铲车1 4 上，锂离子电池E准备为备用。此外，以每当铲车1 4开始货物装卸作业时(开始时间为8时)，各锂离子电池A E被预先满充电为前提。此外，图4的流程图所示的锂离子电池的更换处理基于，[1]电池充电器11中的锂离子电池A E的充电时间(在本例中为1 小时)，[2]铲车1 4的台数(在本例中为4台)，[3]备用电池及电池充电器11的个数 (在本例中为各1个)，W](锂离子电池A D的)用于铲车的标准运行的最大可使用时间(在本例中为4小时)，这样的[1] W]的数据通过输入装置14预先输入到控制单元 Cl。< 步骤 1>
在全车早上8点出发后，每隔预定的一定的时间间隔(例如，5分钟间隔)，从铲车 1 4接收来自电池余量传感器IA 4A、消耗电力传感器IB 4B、位置传感器IC 4C的检测数据。< 步骤 2>基于步骤1中的数据接收，根据前面的运算式每隔预定的一定时间(例如5分钟间隔)运算各铲车1 4中的指标值(Zn)。<步骤3> < 步骤4>将步骤2中算出的各铲车1 4的每台的指标值(Zn)进行比较，在根据锂离子电池(电池A E)的消耗程度附加了电池更换的优先顺序后(步骤幻，使优先顺序高的1台铲车1 4返回到基地站10，更换该锂离子电池(步骤4)。具体地说，如图4的时序图所示，例如在9点的时刻，铲车1进行负载极大的作业， 在锂离子电池A与其他的锂离子电池B E进行比较而判断为极大地消耗了的情况下，使铲车1返回到基地站10，与预先从8点起充电的备用电池即锂离子电池E进行更换。然后， 这里从铲车1拆下的锂离子电池A用电池充电器11进行充电。然后，在10点的时刻，铲车3进行负载大的作业，在锂离子电池C与其他的锂离子电池进行比较而判断为极大地消耗了的情况下，使铲车3返回到基地站10，与预先充电的前面的锂离子电池A进行更换。然后，这里从铲车3拆下的锂离子电池C用电池充电器11 进行充电。然后，在11点的时刻，铲车4进行负载大的作业，在锂离子电池D与其他的锂离子电池进行比较而判断为极大地消耗了的情况下，使铲车4返回到基地站10，与预先充电的前面的锂离子电池C进行更换。然后，这里从铲车4拆下的锂离子电池D用电池充电器11 进行充电。然后，通过重复以上那样的与锂离子电池的消耗对应的更换，进行铲车1 4的连续的作业。然后，这样的电池充电器11中的充电处理受到该电池充电器11的台数及充电时间的左右，因此，在上述步骤中，基于这样的电池充电器11中的锂离子电池的可接受的容许量(1小时中能够充电1个锂离子电池的可接受的容许量)，决定上述锂离子电池A E 的更换顺序(参照图4的下段)。此外，在铲车1 4的货物装卸作业结束后，如充电处理的末尾所示，准备明日的处理而将全部的锂离子电池A E进行满充电。如以上详细地说明那样，根据本发明的实施例1所示的电动作业车的二次电池充电系统及充电管理方法，在根据多台铲车1 4的当前起至规定时间后的估计消耗电力和锂离子电池A E的余量之差，运算了用于决定上述多台铲车1 4的锂离子电池A E 的更换优先顺序的指标值后，基于该指标值和上述电池充电器11中的锂离子电池A E的可接受充电的容许量，对于相应的铲车1 4，输出返回指令。即，根据这样的电动作业车的二次电池充电系统及充电管理方法，将铲车1 4上安装的锂离子电池A E的使用、更换、充电这类的循环时间表高效率化，可以高效率地进行该锂离子电池A E的运行。不需要以往那样多余地准备备用电池，可进行二次电池的高效率的运行。再有，图4的时序图所示的锂离子电池A E的更换顺序中，电池充电器11中的锂离子电池的可接受的容许量(1小时中能够充电1个锂离子电池的可接受的容许量)受到限制，所以还根据状况而估计多个锂离子电池A E顺序等待，但该情况下，例如也可以以不进行满充电而仅部分充电来应对、暂停其中1台铲车1 4的运转、使作为备用电池的锂离子电池/电池充电器11再增加1台等进行应对。此外，在步骤2中算出的各铲车1 4中的指标值(Zn)为负、即判断出因电池容量的余量不足而使完成当前的作业出现障碍的情况下，采取中止该作业、变更时间表(等待至预定时间为止)等措施，例如，也可以由没有电池余量不足的后备的铲车1 4继续进行作业。此外，在上述实施例1中，以铲车1 4为例来列举，但不限于此，也可以适用于电动汽车、电动式二轮车等电动作业车。此时，在适用于前往至几十公里、几百公里远处来运输货物的电动汽车的情况下， 通过始终监视上述指标值(&1)，以使电动汽车上装载的锂离子电池不在行驶中途耗尽，可以将这样的作业中途的行驶停止的麻烦防患于未然。此外，图4所示的多台铲车1 4的运行及锂离子电池A E的充电顺序表示一例，不用说，可根据上述[1] [4]的数据内容、以及因作业负荷时刻变化的指标值(Zn)而被适当变更。[实施例2]参照图5 图8说明作为本发明的实施例2表示的充电管理方法及使用了该充电管理方法的二次电池充电系统。实施例2与实施例1不同的方面是，不是基于铲车1 4 上装载的传感器的检测值来确定电池更换顺序，而是根据预先设定的电池更换时间表进行电池更换。此外，与实施例1共同的技术事项是，基于电池充电器11进行的锂离子电池A E 的可接受的容许量(例如，1小时中能够充电1个锂离子电池的可接受的容许量)，预先确定这些多台铲车1 4的运行及锂离子电池A E。图5是表示实施例2的整体结构图，与图1的不同方面是，除了标号C2所示的控制单元的控制内容之外，在铲车1 4中不包括传感器类。这里，实施例2的控制单元C2包括时间表生成单元30，基于多台铲车1 4上各自装填的锂离子电池A E的可使用时间、电池充电器11进行的该锂离子电池A E的可接受充电的容许量，预先确定这些多台铲车1 4的运行及上述锂离子电池A E的充电时间表；以及时间表发送单元31，根据由该时间表生成单元30生成的铲车1 4的运行及锂离子电池A E的充电时间表，执行上述铲车1 4的作业。而且，将这样的控制单元C2的控制内容以步骤表示时，如图7所示。< 步骤 1>首先，在步骤1中，通过输入装置14输入为了预先确定铲车1 4的运行及上述锂离子电池A E的充电时间表所需要的各种数据。这里，作为输入的数据是，[1]电池充电器11中的锂离子电池A E的充电时间(在本例中为1小时)，[2]铲车1 4的台数 (在本例中为4台)，[3]备用电池及电池充电器11的个数(在本例中为各1个)，W](锂离子电池A D的)铲车的标准运行中的最大可使用时间(在本例中为4小时)。< 步骤 2>接着，在时间表生成单元30中，基于多台铲车1 4中各自装填的锂离子电池A E的可使用时间、以及电池充电器11进行的该锂离子电池A E的可接受充电的容许量(基于步骤ι中输入的数据)，预先确定这些多台铲车1 4的运行及锂离子电池A E的充电时间表(参照图8)。具体地说，如图8所示，为了每隔1小时，由电池充电器11可每次一个顺序地接受锂离子电池A E，首先，从作业开始1小时前的早上7时起开始铲车1上装填的锂离子电池A的充电，然后，在8时，将该锂离子电池A装填在铲车1上出发后，开始下个铲车2使用的锂离子电池B的充电。然后，在9时，将该锂离子电池B装填在铲车2上出发后，开始下个铲车3使用的锂离子电池C的充电。然后，在10时，将该锂离子电池C装填在铲车3上出发后，开始下个铲车4使用的锂离子电池D的充电。然后，在11时，将该锂离子电池D装载在铲车4上出发后，开始前面出发并且12 时预定返回的用于铲车1使用的锂离子电池E(作为备用电池)的充电。然后，在12时，将该锂离子电池E装填在经过4小时返回的铲车1上出发，并且决定开始从该铲车1上拆下的锂离子电池A的充电的时间表。而且，通过依次重复这样的处理，可以不中断而连续地进行铲车1 4进行的货物装卸作业和电池充电器11进行的锂离子电池A E的充电。< 步骤 3>在作业开始前，通过通信装置12，将在由前面的步骤决定的图8所示的、铲车1 4的运行及锂离子电池A E的充电时间表发送到各铲车1 4，根据该时间表，使铲车1 4执行货物装卸及锂离子电池A E的充电作业。如以上详细地说明那样，根据本发明的实施例2所示的电动作业车的二次电池充电系统及充电管理方法，基于多台铲车1 4上各自装填的锂离子电池A E的可使用时间、充电器进行的该锂离子电池A E的可接受充电的容许量，预先确定这些多台铲车1 4的运行及锂离子电池A E的充电时间表，根据该时间表，使该铲车1 4执行货物装卸作业及锂离子电池A E的充电作业。即，根据这样的作业车的二次电池充电系统及充电管理方法，将铲车1 4上安装的锂离子电池A E的使用、更换、充电这类的循环时间表高效率化，可以高效率地进行该锂离子电池A E的运行，不需要以往那样多余地准备备用电池，可进行二次电池的高效率的运行。再有，图8所示的多台铲车1 4的运行及锂离子电池A E的充电顺序表示一例，不用说，根据上述[1] W]的数据内容而被适当变更。再有，在上述实施例2中，以铲车1 4为例来列举，但不限于此，也可以适用于电动汽车、电动式二轮车等电动作业车。以上，参照附图详述了本发明的实施方式，但本发明的具体结构不限于该实施方式，也包含在不脱离本发明的宗旨的范围内的设计变更等。本申请基于2010年1月5日在日本提交的专利申请特愿2010-000423号，其内容引用于本申请。工业实用性本发明涉及铲车、电动汽车、电动式的二轮车等由充电电池驱动的电动作业车，特别地谋求在电动作业车上安装的充电电池的使用、更换和充电的循环时间表的高效率。
权利要求
1.作业车的二次电池充电管理方法，包括取入向多台作业车分别供给电源的二次电池的余量的步骤； 运算多台作业车的从当前至规定时间后的估计消耗电力的步骤； 根据所述二次电池的余量和该估计消耗电力之差，运算用于确定所述多台作业车的电池更换优先顺序的指标值的步骤；以及基于所述指标值及所述二次电池的可接受充电的容许量，对于相应的作业车输出返回指令的步骤。
2.如权利要求1所述的作业车的二次电池充电管理方法，还包括判断出因所述二次电池的余量不足，使完成当前的作业出现障碍的情况下，进行中止该作业、变更时间表的步马聚ο
3.如权利要求1所述的作业车的二次电池充电管理方法，所述估计消耗电力包含作业车返回到基地为止的电力消耗量。
4.作业车的二次电池充电管理方法，包括基于对多台作业车分别装填的二次电池的可使用时间和充电器进行的该二次电池的可接受充电的容许量，预先确定这些多台作业车的运行及所述二次电池的充电时间表的步骤·’以及根据所述作业车的运行及所述二次电池的充电时间表，使所述作业车执行作业的步马聚ο
5.如权利要求4所述的作业车的二次电池充电管理方法，还包括基于所述作业车的运行及所述二次电池的充电时间表，使所述作业车每隔一定时间出发的步骤。
6.如权利要求1所述的作业车的二次电池充电管理方法，所述二次电池是锂离子电池。
7.如权利要求1所述的作业车的二次电池充电管理方法，所述作业车是电动铲车。
8.作业车的二次电池充电系统，包括多台作业车，装载二次电池，通过由该二次电池供给的电力进行工作； 充电基地，与该作业车之间进行通信，并且对所述二次电池充电； 电池余量传感器，在所述多台作业车的各台作业车中，测量对该作业车供给电源的二次电池的余量；消耗电力传感器，在多台作业车的各台作业车中，测量该作业车的消耗电力；以及通信单元，将从这些电池余量传感器、消耗电力传感器获得的数据发送到所述充电基地，并且从所述充电基地向所述多台作业车发送用于使其进行充电的返回指令，所述充电基地包括控制单元，该控制单元根据从所述消耗电力传感器接收的数据和各作业车的作业预定数据，计算所述作业车的从当前经过规定时间后的估计消耗电力，并且根据运算出的估计消耗电力和所述电池余量之差，确定所述多台作业车的电池更换优先顺序，按照该优先顺序对相应的作业车输出向所述充电基地返回的返回指令。
9.如权利要求8所述的作业车的二次电池充电系统，在判断出因所述二次电池的余量不足而在完成当前的作业上出现障碍的情况下，中止该作业，变更时间表。
10.如权利要求8所述的作业车的二次电池充电系统，所述估计消耗电力包含作业车返回到基地为止的电力消耗量。
11.作业车的二次电池充电系统，包括时间表生成单元，基于多台作业车上分别装填的二次电池的可使用时间和充电器进行的该二次电池的可接受充电的容许量，预先确定这些多台作业车的运行及所述二次电池的充电时间表；以及时间表发送单元，根据所述作业车的运行及所述二次电池的充电时间表，使所述作业车执行作业。
12.如权利要求11所述的作业车的二次电池充电系统，基于所述作业车的运行及所述二次电池的充电时间表，使所述作业车每隔一定时间出发。
13.如权利要求8所述的作业车的二次电池充电系统，所述二次电池是锂离子电池。
14.如权利要求8所述的作业车的二次电池充电系统，所述作业车是电动铲车。
全文摘要
公开了作业车的二次电池充电管理方法，包括取入向多台作业车分别供给电源的二次电池的余量的步骤；运算多台作业车的从当前至规定时间后的估计消耗电力的步骤；根据所述二次电池的余量和该估计消耗电力之差，运算用于确定所述多台作业车的电池更换优先顺序的指标值的步骤；以及基于所述指标值及所述二次电池的可接受充电的容许量，对于相应的作业车输出返回指令的步骤。
文档编号B60L11/18GK102474121SQ20108003230
公开日2012年5月23日 申请日期2010年10月28日 优先权日2010年1月5日
发明者妻木俊道, 赤羽史博 申请人:三菱重工业株式会社