JP2004320923A

JP2004320923A - バッテリ寿命判定方法

Info

Publication number: JP2004320923A
Application number: JP2003113070A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Morita; 忠森田; Hifumi Yokoyama; 一二三横山; Haruo Ito; 治夫伊藤; Shin Takasugi; 伸高杉; Akio Ikehata; 昭夫池畠
Original assignee: Tsubakimoto Chain Co
Current assignee: Tsubakimoto Chain Co
Priority date: 2003-04-17
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】負荷変動の大きな搬送車においても、搬送車の運行を停止することなく、正確にバッテリの寿命が判定でき、しかも、バッテリのエネルギー利用効率を高めることが可能なバッテリ寿命判定方法を提供すること。
【解決手段】バッテリに負荷が掛かっている時に、所定の負荷が掛かった時点から所定時間経過後のバッテリの端子間電圧及び放電電流を測定し、基準電圧から前記端子間電圧を減算して算出された電圧降下値を、前記放電電流から基準電流を減算して算出された電流増加値で除して寿命判定値を求め、この寿命判定値が、所定の判定基準値より大きい場合、バッテリは、寿命のため交換必要と判断する。
【選択図】図１１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、搬送車に搭載されているバッテリの寿命を判定する方法に関し、さらに詳しくは、主として工場や倉庫内において使用され、物品の積み降ろし時に、物品を持ち上げたり降ろしたりする移載用駆動装置と、走行動力としての走行用駆動装置とを備えた自走式搬送車に搭載されたバッテリの寿命を判定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工場や倉庫内の床面を無人走行して物品を搬送する自走式搬送車には、走行用駆動装置の他に、物品の積み降ろし時に、物品を持ち上げたり降ろしたりする移載用駆動装置を備えたものが知られている。このような自走式搬送車では、充放電サイクルの回数が増えるにつれて、バッテリが劣化し、バッテリ容量が減少する。そして、バッテリ容量の減少に伴い、一回の充電により使用可能な時間が短くなり、最後には、一回の充電では、一連の運行が遂行できず、運用上支障を来すことになる。
【０００３】
そのため、バッテリの寿命を事前にチェックする方法として、バッテリを満充電の後、一定電流にて放電し、放電終止電圧に達するまでの時間を測定することにより、バッテリ容量を求め、このバッテリ容量が基準値（例えば、公称容量の８０％）以下になった場合に、バッテリが寿命に達したと判断しバッテリの交換を警告するバッテリ寿命判定方法が知られている。また、標準的な充放電電流特性と劣化の程度に応じた充放電電流特性をあらかじめ記憶しておいて、これらの充放電電流特性と実測で得られた充放電電流特性とを比較することにより、バッテリの劣化の程度、交換時期を表示させるバッテリ寿命判定方法も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３２８８９２７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したようなバッテリ寿命判定方法では、負荷変動が少ない自走式搬送車の場合には、かなり正確にバッテリの劣化の程度を判定できるものの、物品の積み降ろし時に、物品を持ち上げたり降ろしたりする移載用駆動装置を有する自走式搬送車のように、バッテリに掛かる負荷が大きく変動するものの場合、正確な判定ができなかった。そのため、運行の途中でバッテリがダウンしたり、あるいは、まだ十分に使用できるバッテリを寿命であると誤認して交換してしまうなどの支障を来していた。
【０００６】
さらに、バッテリの寿命を判定するためには、バッテリを満充電した後に、搬送車の運行を停止して、一定の負荷の下でバッテリを数時間放電させる必要があるため、搬送車の稼働率の低下とエネルギーのロスを招いていた。また、放電用に大容量の負荷を別途搭載する必要があるため、搬送車のコスト削減とダウンサイジングを妨げていた。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、前述したような従来技術の問題点を解消し、移載用駆動装置を有する自走式搬送車のように負荷変動の大きな搬送車においても、搬送車の運行を停止することなく、正確にバッテリの寿命が判定でき、しかも、バッテリのエネルギー利用効率を高めることが可能なバッテリ寿命判定方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、走行用駆動装置及び移載用駆動装置を備えた搬送車に搭載されたバッテリの寿命を判定するためのバッテリ寿命判定方法において、バッテリに対する充電操作終了後であり、且つ、バッテリに走行用駆動装置又は移載用駆動装置が負荷されている場合に、移載用駆動装置の動作状態が停止状態から駆動状態に変化した時点から所定時間経過後のバッテリの端子間電圧及び放電電流を測定し、基準電圧から前記端子間電圧を減算して電圧降下値を求め、前記放電電流から基準電流を減算して電流増加値を求め、前記電圧降下値を前記電流増加値で除して寿命判定値を求め、この寿命判定値が、所定の判定基準値より大きい場合、バッテリは、寿命のため交換必要と判断する方法を採用している。
【０００９】
【作用】
本発明のバッテリ寿命判定方法によれば、バッテリに対する充電操作終了後であり、且つ、バッテリに走行用駆動装置又は移載用駆動装置が負荷されている場合に、移載用駆動装置の動作状態が停止状態から駆動状態に変化した時点から所定時間経過後のバッテリの端子間電圧及び放電電流を測定し、基準電圧から前記端子間電圧を減算して電圧降下値を求め、前記放電電流から基準電流を減算して電流増加値を求め、前記電圧降下値を前記電流増加値で除して寿命判定値を求め、この寿命判定値が、所定の判定基準値より大きい場合にバッテリの交換が必要であると判断しているため、寿命判断時における測定条件の統一が図られると共に、負荷変動による電圧降下、電流増加への影響が相殺される。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面に基づき説明する。図１は、本発明のバッテリ寿命判定方法を適用した自走式搬送車（１）が、新聞印刷用の輪転機に装着される巻取紙（２）を運搬している様子を示す斜視図である。この自走式搬送車（１）は、走行ルートに沿って床面に貼付けられた磁気テープ（４）を検知して走行する磁気誘導方式の搬送車であり、（図示はされていないが）走行用駆動装置として搭載された電動機が、駆動輪（５）を駆動している。さらに、搬送物である巻取紙（２）を輪転機に装着する場合に、巻取紙の上げ下ろしを行うための移載用昇降機（３）を有しており、この移載用昇降機（３）の動力として、（図示はされていないが）移載用駆動装置が搭載されている。そして、走行用駆動装置及び移載用駆動装置の動力源として、充電可能なバッテリを搭載している。このバッテリは、劣化して性能が低下した時に、運行サイクルに支障を来すことなく迅速にバッテリの取り替えができるように、ユニット化され脱着自在に搭載されている。バッテリの劣化状態については、以下に詳述されるような方法で判定され、バッテリ交換時期の到来が使用者に確実に通告される。
【００１１】
次に、本発明によるバッテリ寿命判定方法の原理について、新品バッテリ、２年使用後バッテリ及び劣化バッテリについて、負荷試験を行った結果に基づき説明する。負荷試験は、自走式搬送車に搭載されるバッテリと同じ公称電圧４８Ｖのバッテリに、自走式搬送車の移載用駆動装置の定格と同じ２．４ｋＷの負荷を５．５秒間、接続したときの電圧及び電流の変化を計測した。電圧降下及び電流増加を求める際の基準電圧及び基準電流は、負荷を接続する前の電圧値及び電流値を用いている。なお、公称電圧４８Ｖのバッテリは、満充電時のおいて、開放端子間電圧として、通常、５０．５〜５１．５Ｖの値を示す。本発明の場合、バッテリ寿命判定を行うための制御回路の電源も同じバッテリから供給している。そのため、制御回路のみ動作している状態における端子間電圧を測定し、その値が、所定値（４９〜５０Ｖ）以上であるときに充電操作が終了したと判断している。
【００１２】
図２〜図４に、新品バッテリに対して負荷試験を行った結果を示す。図２は、電圧及び電流の変化であり、図３は、基準電圧値から電圧の実測値を減算して算出された電圧降下値（電圧降下値＝基準電圧値−電圧の実測値）と、電流の実測値から基準電流値を減算して算出された電流増加値（電流増加値＝電流の実測値−基準電流値）を示している。また、図４は、電圧降下値を電流増加値で割って算出される寿命判定値（寿命判定値＝電圧降下値／電流増加値）を示している。
【００１３】
同様に、図５〜図７に、２年使用後のバッテリに対して負荷試験を行った時の電圧及び電流の変化、電圧降下値及び電流増加値、寿命判定値をそれぞれ示しており、図８〜図１０に、劣化して寿命に達したバッテリに対して負荷試験を行った時の電圧及び電流の変化、電圧降下値及び電流増加値、寿命判定値をそれぞれ示している。
【００１４】
図４、図７、図１０を比較すると分かるように、いずれの場合も、負荷を接続した直後は、急激な突入電流が流れるため、寿命判定値は、急激に立ち上がる。しかしながら、負荷を接続して１秒経過後は、時間の経過と共にほぼ直線的に増加する。そして、新品バッテリでは、負荷を接続して５秒後における寿命判定値が約０．０５８であるのに対して、２年使用後のバッテリでは、約０．０７５に増加し、更に、劣化して寿命に達したバッテリでは、約０．０９５に増加する。したがって、バッテリに負荷を接続して一定時間経過後の寿命判定値を求めて、それを判定基準値と比較することにより、バッテリの劣化を検出することが可能になる。上述の例では、判定基準値を０．０８に設定することによって、寿命判定値がこれより大きいバッテリ、すなわち、図８〜図１０の負荷試験に用いたバッテリを交換時期であると判定することができる。
【００１５】
なお、図２〜図１０に示した例では、２．４ｋＷ、すなわち負荷電流が５０Ａの一定負荷を用いて負荷試験を行った結果を示しているが、寿命判定値は、電圧降下値を電流増加値で除した値であるため、バッテリの劣化状態が同じ場合、負荷の大きさを変えた場合にも、寿命判定値としては、ほぼ同じ値を示す。
【００１６】
次に、上記に示した本発明のバッテリ寿命判定方法の原理に基づいて、マイクロコンピュータを用いて、実際に自走式搬送車に搭載されたバッテリの寿命を判定する方法について、図１１に示したフローチャートに従って説明する。
【００１７】
バッテリの寿命判定プログラムがスタートすると、充電実施フラグがリセット（０にセット）され（Ｓｔｅｐ１）、バッテリの端子間電圧及び放電電流が読み込まれる（Ｓｔｅｐ２）。そして、放電電流が負、すなわち充電中である場合に充電実施フラグが１にセットされ（Ｓｔｅｐ３）、充電終了になるまで、すなわち、放電電流が０以上になるまで、Ｓｔｅｐ２とＳｔｅｐ３が、繰り返される。充電終了の判定は、上述のように、Ｓｔｅｐ３で「放電電流が負である」ことを判定する代わりに、「バッテリの端子間電圧が充電完了電圧よりも大きい」ことを判定しても構わない。
【００１８】
充電が終了すると、自走式搬送車が「走行中でなく、かつ移載装置が停止している状態」すなわち、完全停止状態又はアイドリング中（待機状態）であるか否かを判定し、待機状態である場合には、その時点における端子間電圧及び放電電流を、それぞれ基準電圧及び基準電流としてメモリに記憶する（Ｓｔｅｐ５）。
【００１９】
そして、待機状態でなくなるまで、すなわち、自走式搬送車が走行中になるか移載装置が駆動中になるまでＳｔｅｐ２からＳｔｅｐ５までが、繰り返される。待機状態でなくなると、移載装置が駆動中になった時点からの時間が計測され、一定時間経過後（例えば、５秒後）のバッテリ端子間電圧及び放電電流が読み込まれ、メモリに記憶された基準電圧及び基準電流との差から、電圧降下値及び電流増加値が算出される（Ｓｔｅｐ６〜Ｓｔｅｐ８）。
【００２０】
そして、充電実施フラグをリセットし（Ｓｔｅｐ９）、電圧降下値を電流増加値で除して寿命判定値を算出し、その値が判定基準値より大きいか否かを判定する（Ｓｔｅｐ１０）。寿命判定値が、判定基準値より小さい場合には、バッテリは正常であるので、再び、Ｓｔｅｐ２に戻してバッテリの寿命判定を継続する。一方、寿命判定値が、判定基準値より大きい場合には、バッテリは寿命に達しているため、アラームを鳴らしてバッテリの交換を使用者に促す（Ｓｔｅｐ１１）。バッテリが新品のバッテリに交換されると、Ｓｔｅｐ２に戻してバッテリの寿命判定を継続する。
【００２１】
上記に説明したように、本発明のバッテリ寿命判定方法は、通常の制御用マイクロコンピュータを利用すれば、きわめて簡単に実現することが可能である。しかも、バッテリの寿命判定時に使用する負荷として、自走式搬送車に搭載されている移載装置をそのまま利用しているので、装置を小型化することができるだけでなく、モジュール化あるいは１チップ化して既存の自走式搬送車内の隙間に組み込むことも可能である。
【００２２】
なお、上述の実施例では、本発明のバッテリ寿命判定方法を自走式搬送車に適用した例について説明しているが、適用対象は、これに限られることはない。例えば、リクライニング装置や昇降装置を有する電動車椅子や、電動フォークリフトなど、走行用駆動装置の他に高負荷の駆動装置（本発明においては、移載用駆動装置という名称で総称している）を有する全ての搬送車に適用可能である。
【００２３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のバッテリ寿命判定方法によれば、バッテリに対する充電操作終了後であり、且つ、バッテリに走行用駆動装置又は移載用駆動装置が負荷されている場合に、移載用駆動装置の動作状態が停止状態から駆動状態に変化した時点からの所定時間経過後のバッテリの端子間電圧及び放電電流を測定し、それらの値とあらかじめ記憶しておいた基準電圧値、基準電流値から電圧降下値及び電流増加値を求め、そして電圧降下値と電流増加値から寿命判定値を求め、この寿命判定値が、所定の判定基準値より大きい場合にバッテリの交換が必要であると判断しているため、寿命判断時における測定条件の統一が図られ正確な寿命判断が可能になる。しかも、負荷変動による電圧降下、電流増加への影響が、両者の比を取ることによって相殺されるため、負荷変動の大きな装置への適用が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバッテリ寿命判定方法によるバッテリ交換警告機能を搭載した自走式搬送車の概念図である。
【図２】本発明のバッテリ寿命判定方法の原理を示す負荷試験の結果であり新品バッテリに対して負荷試験を行った際の電圧及び電流変化を示す図である。
【図３】図２の結果に基づき算出された電圧降下値と電流増加値の変化を示す図である。
【図４】図３の結果に基づき算出された寿命判定値の変化を示す図である。
【図５】２年使用後のバッテリに対して負荷試験を行った際の電圧及び電流の変化を示す図である。
【図６】図５の結果に基づき算出された電圧降下値と電流増加値の変化を示す図である。
【図７】図６の結果に基づき算出された寿命判定値の変化を示す図である。
【図８】劣化して寿命に達したバッテリに対して負荷試験を行った際の電圧及び電流の変化を示す図である。
【図９】図８の結果に基づき算出された電圧降下値と電流増加値の変化を示す図である。
【図１０】図９の結果に基づき算出された寿命判定値の変化を示す図である。
【図１１】本発明のバッテリ寿命判定方法のフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
１・・・自走式搬送車
２・・・巻取紙（搬送物）
３・・・移載用昇降機
４・・・磁気テープ
５・・・駆動輪

Claims

走行用駆動装置及び移載用駆動装置を備えた搬送車に搭載されたバッテリの寿命を判定するためのバッテリ寿命判定方法において、
前記バッテリに対する充電操作終了後であり、且つ、前記バッテリに前記走行用駆動装置又は前記移載用駆動装置が負荷されている場合に、
前記移載用駆動装置の動作状態が、停止状態から駆動状態に変化した時点から所定時間経過後の前記バッテリの端子間電圧及び放電電流を測定し、
基準電圧から前記端子間電圧を減算して電圧降下値を求め、
前記放電電流から基準電流を減算して電流増加値を求め、
前記電圧降下値を前記電流増加値で除して寿命判定値を求め、
前記寿命判定値が、所定の判定基準値より大きい場合、
前記バッテリは、寿命のため交換必要であると判断すること、
を特徴とするバッテリ寿命判定方法。