JP2005006461A - 無人搬送車用二次電池の充放電制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】リフレッシュ充放電の時期を正確に判断し、頻度を最低限にできる、無人搬送車用二次電池の充放電制御方法を提供する。
【解決手段】本発明の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法は、二次電池に無人搬送車を駆動させて所定の電気量放電させる第１の放電ステップと、前記第１の放電ステップ終了時に前記二次電池の放電終了時電圧を測定する電圧測定ステップと、前記放電終了時電圧が設定下限電圧より高い場合には、第１の充電電流値で前記二次電池を不完全に充電する第１の充電ステップを実行し、前記放電終了時電圧が前記設定下限電圧以下の場合には、前記二次電池を完全放電し、引き続き前記第１の充電電流値より小さい第２の充電電流値で前記二次電池を完全充電する第２の充電ステップを実行する充電ステップと、を有する。
【選択図】 図２
【解決手段】本発明の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法は、二次電池に無人搬送車を駆動させて所定の電気量放電させる第１の放電ステップと、前記第１の放電ステップ終了時に前記二次電池の放電終了時電圧を測定する電圧測定ステップと、前記放電終了時電圧が設定下限電圧より高い場合には、第１の充電電流値で前記二次電池を不完全に充電する第１の充電ステップを実行し、前記放電終了時電圧が前記設定下限電圧以下の場合には、前記二次電池を完全放電し、引き続き前記第１の充電電流値より小さい第２の充電電流値で前記二次電池を完全充電する第２の充電ステップを実行する充電ステップと、を有する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無人搬送車用二次電池の充放電制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工場や倉庫などでの物品の搬送の自動化及び省力化を目的として、無人搬送車が使用されている。無人搬送車は、走行用電動モータの動力源及びその他の負荷の駆動源としての二次電池（バッテリ）を搭載し、工場や倉庫などの床面に粘着された誘導テープなどによる誘導ラインに沿って、種々の走行経路を自動走行するように制御される。無人搬送車は、バッテリに対する充電の必要が生じた場合や、運行管理ステーションからの物品の搬送要求がない場合に、走行経路の内側などに設けられた充電ステーションを目的地として移動し、充電ステーションにおいて充電器と接続されて二次電池が充電される。
【０００３】
このような無人搬送車に搭載される二次電池として、従来は鉛蓄電池が使用されていた。しかし、鉛蓄電池は充電に要する時間が長く、電池を充電したり積み替えるための設備及び電池を保守するための人員が必要であった。そこで近年は、鉛蓄電池に替わって、充電ステーションにおいて短時間の急速充電が可能で、保守の必要がない、ニッケル−金属水素化物電池などのアルカリ蓄電池が用いられるようになってきた。
【０００４】
一般に工場設置する無人搬送車システムは、トータルコストを削減するため及び無人搬送車システムが無駄な面積を占有しないようにするため、目的の仕事を遂行させるために必要な最小限の数の無人搬送車及び充電装置で構成される。無人搬送車に搭載された二次電池が数時間程度の負荷への電力供給を行った後（無人搬送車が走行経路上を自動走行した後）、中央制御装置の指令に従って無人搬送車は充電器の所に自動走行する。充電器は二次電池を数分程度で急速充電する。ニッケル−金属水素化物電池を急速充電によって完全充電すると、内圧が上昇し危険であるため、急速充電時には完全充電されない。従って、二次電池は不完全充電と不完全放電とを繰り返す。ニッケル−金属水素化物電池やニッケル−カドミウム電池は、完全に放電させずに不完全な充放電を繰り返すと、放電時の電圧降下が大きくなるメモリ効果が発生する。メモリ効果を有する二次電池を放電終止電圧を一定に設定した機器に使用する場合は、電圧低下に伴って見かけ上の容量が低下する。複数の単電池からなる二次電池では、放電量の累積値に比例して単電池間の電圧の不均一化が進み、二次電池の見かけの容量及び端子電圧の低下が起きる。
【０００５】
このような見かけ容量及び端子電圧の減少は、二次電池を完全放電した後に、完全充電又は過充電する、リフレッシュ充放電を行うことで解消できる。特許文献１（特許第２５６０８７８号公報）に開示された、無人搬送車のバッテリーの充電制御装置は、バッテリーの充電回数及び充電容量の累積値を記憶し、放電量の積算値を計算する。放電量の積算値が所定量に達した時に、使用者にバッテリーの均等充電を要求する。
特許文献２（特開２００２−１９１１０３号公報）の無人搬送車の二次電池充放電方法は、無人搬送車側で二次電池の放電量を積算し、放電量積算値が所定量に達した時に、電池管理システムにメンテナンス充放電（リフレッシュ充放電）を要求する。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２５６０８７８号公報
【特許文献２】
特開平２００２−１９１１０３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方法は単に不完全な充電（又は放電）の回数又は総放電量を測定し、リフレッシュ充放電の時期を判定するものである。従って、メモリ効果又は単電池間の電圧の不均一が実際に発生していなくてもリフレッシュ充放電が必要と判定してしまい、充電ステーションが混雑し、無人搬送車を備えた工場の稼働に支障を来す可能性があった。メモリ効果又は単電池間の電圧の不均一があっても検出できない可能性があり、突然無人搬送車が止まってしまうという問題点があった。
本発明は上記従来の課題を解決するもので、無人搬送車用二次電池のリフレッシュ充放電の時期を正確に判断し、リフレッシュ充放電の頻度を最低限にできる、無人搬送車用二次電池の充放電制御方法を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。請求項１に記載の発明は、二次電池に無人搬送車を駆動させて所定の電気量放電させる第１の放電ステップと、前記第１の放電ステップ終了時に前記二次電池の放電終了時電圧を測定する電圧測定ステップと、前記放電終了時電圧が設定下限電圧より高い場合には、第１の充電電流値で前記二次電池を不完全に充電する第１の充電ステップを実行し、前記放電終了時電圧が前記設定下限電圧以下の場合には、前記二次電池を完全放電し、引き続き前記第１の充電電流値より小さい第２の充電電流値で前記二次電池を完全充電する第２の充電ステップを実行する充電ステップと、を有することを特徴とする無人搬送車用二次電池の充放電制御方法である。
【０００９】
本発明は、無人搬送車用二次電池のリフレッシュ充放電の時期を正確に判断し、リフレッシュ充放電の頻度を最低限にする無人搬送車用二次電池の充放電制御方法を実現できるという作用を有する。
二次電池は、単電池又は複数の単電池からなる組電池である。単電池は好ましくは、ニッケル−金属水素化物電池又はニッケル−カドミウム蓄電池である。
【００１０】
第１の充電ステップは、好ましくは、大電流（第１の充電電流値）による二次電池の急速充電である。設定下限電圧は、二次電池を動力源とする無人搬送車が動作可能な下限電圧に近い値である。無人搬送車用二次電池が負荷への電力供給（放電）した時の放電終了時電圧が、設定下限電圧より高い間は、二次電池を急速充電（第１の充電ステップ）と放電（第１の放電ステップ）とを繰り返して使用できる。
第１の充電ステップと第１の放電ステップとの繰り返しに伴い、放電終了時電圧はメモリ効果及び単電池間の容量の不均一化によって低下する。充電開始時電圧が設定下限電圧より小さくなった時に、二次電池を完全放電し、第１の充電電流値より小さい第２の充電電流値で完全充電（第２の充電ステップ）する。これにより、メモリ効果及び単電池間の容量の不均一化によって低下した端子電圧を回復できる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記第１の充電ステップにおいて、前記二次電池の電圧と温度とを連続的にモニターし、前記温度に基づいて充電終了設定電圧を決定し、前記電圧が前記充電終了設定電圧以上になった時に充電終了することを特徴とする請求項１に記載の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法である。
二次電池の温度が上昇するとその内部抵抗が小さくなる。本発明は、温度が高い時ほど急速充電を停止させるための充電終了設定電圧を低下させることにより、充電の制御精度を高めることができる（充電終了時の放電容量が目標値に一致する。）。二次電池を必要以上に充電してその寿命を縮めたり、不十分に充電して無人搬送車が仕事を遂行する上で支障が起きたりすることを防止できる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記第１の充電電流値及び前記温度に基づいて前記充電終了設定電圧を決定することを特徴とする請求項２に記載の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法である。
本発明は、温度が高く、充電電流値が小さい時ほど急速充電を停止させるための充電終了設定電圧を低下させることにより、充電の制御精度を高めることができる（充電終了時の放電容量が目標値に一致する。）。二次電池を必要以上に充電してその寿命を縮めたり、不十分に充電して無人搬送車が仕事を遂行する上で支障が起きたりすることを防止できる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記第２の充電ステップは充電開始から所定時間経過後に終了することを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法である。
第２の充電ステップは好ましくは、定容量充電である。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、前記第２の充電ステップは、前記二次電池の温度を連続的にモニターし、前記温度の単位時間あたりの上昇率が所定値以上になった時に終了することを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法である。
二次電池の温度は完全充電完了直前に急激に上昇する。第２の充電ステップで、温度の上昇率か所定値以上になった時に充電終了とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、前記二次電池が、ニッケル−金属水素化物電池であることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれかの請求項に記載の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法である。
本発明は、特に無人搬送車に搭載されるニッケル−金属水素化物電池の充放電制御方法として有用である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施の形態について、図面とともに記載する。
【００１７】
《実施の形態１》
図１〜図４を用いて、本発明の実施の形態１の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法を説明する。
図１は、本発明の実施の形態１の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法が適用される、無人搬送車の充放電制御システムの構成図である。１０は無人搬送車である。２０は充電ステーション（図示しない。）に設置された充放電器である。
【００１８】
無人搬送車１０には二次電池１１が搭載され、二次電池１１の制御を行う電池制御部１２が設けられている。１３は電池温度検出部、１４は電圧検出部である。
二次電池１１は、走行用電動モータ及びその他の負荷（図示しない。）に電力を供給する。二次電池１１は、ニッケル−金属水素化物電池からなる単電池を複数個直列及び並列に接続したものである。
【００１９】
電池温度検出部１３は、二次電池１１の内部温度、二次電池１１の表面温度又は雰囲気温度のいずれかを測定し、電池制御部１２に送信する。実施の形態１において電池温度検出部１３は、二次電池１１の表面温度Ｔｂを測定する。以下、二次電池１１の表面温度Ｔｂを「電池温度Ｔｂ」と言う。電圧検出部１４は二次電池１１の電圧を測定し、電池制御部１２に送信する。
【００２０】
電池制御部１２は、運行管理ステーション（図示しない。）からの発車要求や搬送要求に応じて、二次電池１１から走行用電動モータ及びその他の負荷への電力供給を開始させる。無人搬送車１０が充電ステーションに移動し、充放電ライン３１及び制御信号ライン３２を介して充放電器２０に接続した場合、電池制御部１２は二次電池１１から走行用電動モータ及びその他の負荷への電力供給を中断する。更に、制御信号ライン３２を介して電池温度Ｔｂ及び電池電圧Ｖのデータを充放電器２０に送信する。
【００２１】
充放電器２０は、充放電端子２１、制御端子２２、電源端子２３、整流フィルタ２４、充放電部２５、電流検出部２７及び充放電制御部２８を有する。充放電端子２１には、充放電ライン３１が接続される。制御端子２２には、制御信号ライン３２が接続される。電源端子２３には、交流電源が接続される。整流フィルタ２４は、電源端子２３からの交流電源電圧を整流し、直流電源電圧に変換し、充放電部２５に供給する。電流検出部２７は、二次電池１１への充放電電流を検出する。
【００２２】
充放電制御部２８は、無人搬送車１０から受信した電池温度Ｔｂ及び電圧、電流検出部２７から受信した電流に基づき、充放電部２５を制御する。充放電部２５は、充放電制御部２８からの制御信号に基づき、二次電池１１を充電又は放電する。
【００２３】
無人搬送車１０は、二次電池１１の放電により走行し、動作を行い、予め設定されたプログラムに従った所定のタイミング毎（例えば１時間毎）に、充電ステーションに移動し、充放電器２０で第１の充電制御方法（後述）によって急速充電される。急速充電は、二次電池１１の充電状態（完全充電時の放電容量に対する、現在の放電容量の割合（％））が６５％程度の時に行われるように、設定されている。急速充電は、二次電池１１の充電状態が７５％で終了する。第１の充電制御方法による急速充電においては、二次電池１１を完全充電しないので、二次電池１１の内圧の上昇を防ぐことができる。二次電池１１は、充電状態が６５％〜７５％の間で使用される。
【００２４】
図３は、急速充電（不完全充電）と浅い放電の充放電サイクルのサイクル数に対する放電終了時（無人搬送車１０が充放電器２０に接続された時）の電圧Ｖｅｎｄの変化を示すグラフである。各サイクルにおいて、二次電池１１は、一定の電気量を充電されて６５％の充電状態から７５％の充電状態になり、一定の電気量を放電して７５％の充電状態から６５％の充電状態になる。二次電池１１は、充放電サイクルの繰り返しに伴い、放電終了時電圧Ｖｅｎｄが低下して設定下限電圧Ｖｒ（実施の形態１では１２．０）を下回ると、負荷に十分な電力を供給できない。放電終了時電圧Ｖｅｎｄの低下要因の１つは、メモリ効果である。放電開始から放電終了までの放電電気量が毎回ほぼ一定（毎回、７５％の充電状態から６５％の充電状態まで放電する。）であるので、メモリ効果による放電電圧降下が累積し、徐々に放電終了時電圧が低下する。二次電池１１を構成する単電池間の電圧の不均一化によっても放電終了時電圧は低下する。実施の形態１では、放電終了時電圧Ｖｅｎｄが設定下限電圧Ｖｒ以下になった時に、二次電池１１を完全放電し、低電流で完全充電し、電圧低下を解消する。
【００２５】
図２は、本発明の実施の形態１の二次電池の充放電制御方法のフローチャートである。好ましくは、無人搬送車１０は、ほぼ一定の電気量を放電する毎に、充電器２０に接続される。電池制御部１２は、電圧検出部１４を介し常時二次電池１１の電圧をモニタしている（ステップ２０１）。ステップ２０２で放電終了時電圧Ｖｅｎｄを取得する。ステップ２０３で放電終了時電圧Ｖｅｎｄが設定下限電圧Ｖｒ以上か否か判断する。放電終了時電圧Ｖｅｎｄが設定下限電圧Ｖｒ以上の場合、ステップ２１０に進む。
【００２６】
充放電制御部２８は充放電部２５を充電器に切り替え、電流検出部２７から受信した充電電流値Ｉ１が２００Ａになるように制御し、急速充電を開始する（ステップ２１０）。ステップ２１１で充放電制御部２８は、電圧検出部１４からの二次電池１１の電圧Ｖを電池制御部１２から制御信号ライン３２を介して取得する。ステップ２１２で充放電制御部２８は、電池制御部１２から制御信号ライン３２を介して電池温度Ｔｂを取得する。
【００２７】
図４は、充電電流値Ｉ１が１６０Ａ、１８０Ａ、２００Ａで充電を行った場合の二次電池温度Ｔｂに対する充電終了設定電圧Ｖｃの関数式を表すグラフである。関数式は、充電終了時の充電状態が７５％となるように設定されている。充電終了設定電圧Ｖｃは、充電電流値Ｉ１をパラメータとする、電池温度Ｔｂの一次関数である。電池温度Ｔｂが高く、充電電流値Ｉ１が低いほど、充電終了設定電圧Ｖｃは低い。充放電制御部２８は、充電電流値Ｉ１毎に図４の関数式を記憶している。
【００２８】
二次電池１１は、電池温度Ｔｂが高く、充電電流値Ｉ１が小さい時ほど急速充電を停止させるための充電終了設定電圧Ｖｃを低下させることにより（図４の関数式に従って充電終了設定電圧Ｖｃを決定することにより）、充電の制御精度を高めることができる（充電終了時の放電容量が目標値に一致する。）。二次電池１１を必要以上に充電してその寿命を縮めたり、不十分に充電して無人搬送車が仕事を遂行する上で支障が起きたりすることを防止できる。
【００２９】
図２に戻り、ステップ２１３で充放電制御部２８は、充電電流値Ｉ１と電池温度Ｔｂから（図４の関数式に従って）、充電終了設定電圧Ｖｃを取得する。二次電池１１の電圧Ｖが充電終了設定電圧Ｖｃ以上か否か判断する（ステップ２１４）。二次電池１１の電圧Ｖが充電終了設定電圧Ｖｃ以下の場合、ステップ２１１に戻り急速充電を続ける。二次電池１１の電圧Ｖが充電終了設定電圧Ｖｃより高い場合、急速充電を終了する（ステップ２１５）。無人搬送車１０は走行を始め、充電ステーションを離れる。ステップ２０１に戻る。ステップ２１０〜ステップ２１５は、第１の充電制御方法による充電である。上記の様に、第１の充電制御方法による急速充電においては、二次電池１１を完全充電しないので、二次電池１１の内圧の上昇を防ぐことができる。第１の充電制御方法においては大電流で二次電池１１を充電するので、短時間で充電を完了することができる（少数の充放電器で多数の無人搬送車搭載用二次電池をメンテナンスすることができる。）。
【００３０】
ステップ２０３の判断で、放電終了時電圧Ｖｅｎｄが設定下限電圧Ｖｒより小さい場合、ステップ２２０に進む。充放電制御部２８は充放電部２５を放電器に切り替え、電池制御部１２から取得した電圧が放電終止電圧に達するまで放電（完全放電）する（ステップ２２０）。充放電制御部２８は充放電部２５を充電器に切り替え、電流検出部２７から受信した充電電流値Ｉ２が１０Ａになるように制御し、充電を開始する（ステップ２２１）。充電電流値Ｉ２は、第１の充電制御方法における充電電流値Ｉ１よりも小さい。所定時間経過するまで充電を続ける（ステップ２２２）。ステップ２２２における所定時間は、二次電池１１を満充電するのに必要な時間に設定している。ステップ２２３で充電を終了する。ステップ２０１に戻る。ステップ２２０〜ステップ２２３は、第２の充電制御方法である。
【００３１】
ステップ２２０で二次電池１１を完全放電し、第２の充電制御方式で完全充電するので、二次電池へのメモリ効果の影響及び単電池間の電圧のバラツキを均等化することができる。第２の充電制御方法による充電においては、比較的低電流で二次電池１１を完全充電するので、二次電池１１の内圧が急速に上昇して二次電池１１が破損することを防止できる。
【００３２】
《実施の形態２》
図１及び図５を用いて、本発明の実施の形態２の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法を説明する。実施の形態２の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法を、実施の形態１と同じ無人搬送車１０の充放電制御システム（図１）に適用する。図１は既に説明した。
実施の形態２の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法は、第２の充電制御方法のみが実施の形態１と異なる。具体的には図２のステップ２２１〜ステップ２２３（第２の充電制御方法）を図５のステップ２２０、ステップ２２１、ステップ５０１〜ステップ５０３に置き換えたものである。以下、実施の形態１と異なる点のみ説明する。
【００３３】
図５は、本発明の実施の形態２の第２の充電制御方法のフローチャートである。完全放電（ステップ２２０）後、充放電制御部２８は充放電部２５を充電器に切り替え、電流検出部２７から受信した充電電流値Ｉ２が１０Ａになるように制御し、充電を開始する（ステップ２２１）。充電電流値Ｉ２は、第１の充電制御方法における充電電流値Ｉ１よりも小さい。ステップ５０１で充放電制御部２８は、電池制御部１２から制御信号ライン３２を介して電池温度Ｔｂを取得する。ステップ５０２で充放電制御部２８は、電池温度Ｔｂの時間変化率ｄＴｂ／ｄｔを計算し（ｔは時間である。）、閾値以上か否か判断する。閾値より小さい場合はステップ５０１に戻り充電を継続する。閾値以上の場合はステップ５０３に進み充電を終了する。
【００３４】
二次電池１１の温度Ｔｂは充電が進むにつれて上昇し、その単位時間あたりの上昇率は完全充電完了直前に急激に大きくなる。従って、電池温度Ｔｂの上昇率から完全充電を検出できる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、無人搬送車用二次電池のリフレッシュ充放電の時期を正確に判断し、リフレッシュ充放電の頻度を最低限にする無人搬送車用二次電池の充放電制御方法を実現できるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１及び実施の形態２の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法が適用される、無人搬送車の充放電制御システムの構成図
【図２】本発明の実施の形態１の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法のフローチャート
【図３】充放電サイクル数に対する放電終了時電圧Ｖｅｎｄの変化を示すグラフ
【図４】充電電流値Ｉ１が１６０Ａ、１８０Ａ、２００Ａで充電を行った場合の二次電池温度Ｔｂに対する充電終了設定電圧Ｖｃの関数式を表すグラフ
【図５】本発明の実施の形態２の第２の充電制御方法のフローチャート
【符号の説明】
１０ 無人搬送車
１１ 二次電池
１２ 電池制御部
１３ 電池温度検出部
１４ 電圧検出部
２０ 充放電器
２１ 充放電端子
２２ 制御端子
２３ 電源端子
２４ 整流フィルタ
２５ 充放電部
２７ 電流検出部
２８ 充放電制御部
３１ 充放電ライン
３２ 制御信号ライン
【発明の属する技術分野】
本発明は、無人搬送車用二次電池の充放電制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工場や倉庫などでの物品の搬送の自動化及び省力化を目的として、無人搬送車が使用されている。無人搬送車は、走行用電動モータの動力源及びその他の負荷の駆動源としての二次電池（バッテリ）を搭載し、工場や倉庫などの床面に粘着された誘導テープなどによる誘導ラインに沿って、種々の走行経路を自動走行するように制御される。無人搬送車は、バッテリに対する充電の必要が生じた場合や、運行管理ステーションからの物品の搬送要求がない場合に、走行経路の内側などに設けられた充電ステーションを目的地として移動し、充電ステーションにおいて充電器と接続されて二次電池が充電される。
【０００３】
このような無人搬送車に搭載される二次電池として、従来は鉛蓄電池が使用されていた。しかし、鉛蓄電池は充電に要する時間が長く、電池を充電したり積み替えるための設備及び電池を保守するための人員が必要であった。そこで近年は、鉛蓄電池に替わって、充電ステーションにおいて短時間の急速充電が可能で、保守の必要がない、ニッケル−金属水素化物電池などのアルカリ蓄電池が用いられるようになってきた。
【０００４】
一般に工場設置する無人搬送車システムは、トータルコストを削減するため及び無人搬送車システムが無駄な面積を占有しないようにするため、目的の仕事を遂行させるために必要な最小限の数の無人搬送車及び充電装置で構成される。無人搬送車に搭載された二次電池が数時間程度の負荷への電力供給を行った後（無人搬送車が走行経路上を自動走行した後）、中央制御装置の指令に従って無人搬送車は充電器の所に自動走行する。充電器は二次電池を数分程度で急速充電する。ニッケル−金属水素化物電池を急速充電によって完全充電すると、内圧が上昇し危険であるため、急速充電時には完全充電されない。従って、二次電池は不完全充電と不完全放電とを繰り返す。ニッケル−金属水素化物電池やニッケル−カドミウム電池は、完全に放電させずに不完全な充放電を繰り返すと、放電時の電圧降下が大きくなるメモリ効果が発生する。メモリ効果を有する二次電池を放電終止電圧を一定に設定した機器に使用する場合は、電圧低下に伴って見かけ上の容量が低下する。複数の単電池からなる二次電池では、放電量の累積値に比例して単電池間の電圧の不均一化が進み、二次電池の見かけの容量及び端子電圧の低下が起きる。
【０００５】
このような見かけ容量及び端子電圧の減少は、二次電池を完全放電した後に、完全充電又は過充電する、リフレッシュ充放電を行うことで解消できる。特許文献１（特許第２５６０８７８号公報）に開示された、無人搬送車のバッテリーの充電制御装置は、バッテリーの充電回数及び充電容量の累積値を記憶し、放電量の積算値を計算する。放電量の積算値が所定量に達した時に、使用者にバッテリーの均等充電を要求する。
特許文献２（特開２００２−１９１１０３号公報）の無人搬送車の二次電池充放電方法は、無人搬送車側で二次電池の放電量を積算し、放電量積算値が所定量に達した時に、電池管理システムにメンテナンス充放電（リフレッシュ充放電）を要求する。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２５６０８７８号公報
【特許文献２】
特開平２００２−１９１１０３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方法は単に不完全な充電（又は放電）の回数又は総放電量を測定し、リフレッシュ充放電の時期を判定するものである。従って、メモリ効果又は単電池間の電圧の不均一が実際に発生していなくてもリフレッシュ充放電が必要と判定してしまい、充電ステーションが混雑し、無人搬送車を備えた工場の稼働に支障を来す可能性があった。メモリ効果又は単電池間の電圧の不均一があっても検出できない可能性があり、突然無人搬送車が止まってしまうという問題点があった。
本発明は上記従来の課題を解決するもので、無人搬送車用二次電池のリフレッシュ充放電の時期を正確に判断し、リフレッシュ充放電の頻度を最低限にできる、無人搬送車用二次電池の充放電制御方法を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。請求項１に記載の発明は、二次電池に無人搬送車を駆動させて所定の電気量放電させる第１の放電ステップと、前記第１の放電ステップ終了時に前記二次電池の放電終了時電圧を測定する電圧測定ステップと、前記放電終了時電圧が設定下限電圧より高い場合には、第１の充電電流値で前記二次電池を不完全に充電する第１の充電ステップを実行し、前記放電終了時電圧が前記設定下限電圧以下の場合には、前記二次電池を完全放電し、引き続き前記第１の充電電流値より小さい第２の充電電流値で前記二次電池を完全充電する第２の充電ステップを実行する充電ステップと、を有することを特徴とする無人搬送車用二次電池の充放電制御方法である。
【０００９】
本発明は、無人搬送車用二次電池のリフレッシュ充放電の時期を正確に判断し、リフレッシュ充放電の頻度を最低限にする無人搬送車用二次電池の充放電制御方法を実現できるという作用を有する。
二次電池は、単電池又は複数の単電池からなる組電池である。単電池は好ましくは、ニッケル−金属水素化物電池又はニッケル−カドミウム蓄電池である。
【００１０】
第１の充電ステップは、好ましくは、大電流（第１の充電電流値）による二次電池の急速充電である。設定下限電圧は、二次電池を動力源とする無人搬送車が動作可能な下限電圧に近い値である。無人搬送車用二次電池が負荷への電力供給（放電）した時の放電終了時電圧が、設定下限電圧より高い間は、二次電池を急速充電（第１の充電ステップ）と放電（第１の放電ステップ）とを繰り返して使用できる。
第１の充電ステップと第１の放電ステップとの繰り返しに伴い、放電終了時電圧はメモリ効果及び単電池間の容量の不均一化によって低下する。充電開始時電圧が設定下限電圧より小さくなった時に、二次電池を完全放電し、第１の充電電流値より小さい第２の充電電流値で完全充電（第２の充電ステップ）する。これにより、メモリ効果及び単電池間の容量の不均一化によって低下した端子電圧を回復できる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記第１の充電ステップにおいて、前記二次電池の電圧と温度とを連続的にモニターし、前記温度に基づいて充電終了設定電圧を決定し、前記電圧が前記充電終了設定電圧以上になった時に充電終了することを特徴とする請求項１に記載の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法である。
二次電池の温度が上昇するとその内部抵抗が小さくなる。本発明は、温度が高い時ほど急速充電を停止させるための充電終了設定電圧を低下させることにより、充電の制御精度を高めることができる（充電終了時の放電容量が目標値に一致する。）。二次電池を必要以上に充電してその寿命を縮めたり、不十分に充電して無人搬送車が仕事を遂行する上で支障が起きたりすることを防止できる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記第１の充電電流値及び前記温度に基づいて前記充電終了設定電圧を決定することを特徴とする請求項２に記載の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法である。
本発明は、温度が高く、充電電流値が小さい時ほど急速充電を停止させるための充電終了設定電圧を低下させることにより、充電の制御精度を高めることができる（充電終了時の放電容量が目標値に一致する。）。二次電池を必要以上に充電してその寿命を縮めたり、不十分に充電して無人搬送車が仕事を遂行する上で支障が起きたりすることを防止できる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記第２の充電ステップは充電開始から所定時間経過後に終了することを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法である。
第２の充電ステップは好ましくは、定容量充電である。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、前記第２の充電ステップは、前記二次電池の温度を連続的にモニターし、前記温度の単位時間あたりの上昇率が所定値以上になった時に終了することを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法である。
二次電池の温度は完全充電完了直前に急激に上昇する。第２の充電ステップで、温度の上昇率か所定値以上になった時に充電終了とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、前記二次電池が、ニッケル−金属水素化物電池であることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれかの請求項に記載の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法である。
本発明は、特に無人搬送車に搭載されるニッケル−金属水素化物電池の充放電制御方法として有用である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施の形態について、図面とともに記載する。
【００１７】
《実施の形態１》
図１〜図４を用いて、本発明の実施の形態１の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法を説明する。
図１は、本発明の実施の形態１の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法が適用される、無人搬送車の充放電制御システムの構成図である。１０は無人搬送車である。２０は充電ステーション（図示しない。）に設置された充放電器である。
【００１８】
無人搬送車１０には二次電池１１が搭載され、二次電池１１の制御を行う電池制御部１２が設けられている。１３は電池温度検出部、１４は電圧検出部である。
二次電池１１は、走行用電動モータ及びその他の負荷（図示しない。）に電力を供給する。二次電池１１は、ニッケル−金属水素化物電池からなる単電池を複数個直列及び並列に接続したものである。
【００１９】
電池温度検出部１３は、二次電池１１の内部温度、二次電池１１の表面温度又は雰囲気温度のいずれかを測定し、電池制御部１２に送信する。実施の形態１において電池温度検出部１３は、二次電池１１の表面温度Ｔｂを測定する。以下、二次電池１１の表面温度Ｔｂを「電池温度Ｔｂ」と言う。電圧検出部１４は二次電池１１の電圧を測定し、電池制御部１２に送信する。
【００２０】
電池制御部１２は、運行管理ステーション（図示しない。）からの発車要求や搬送要求に応じて、二次電池１１から走行用電動モータ及びその他の負荷への電力供給を開始させる。無人搬送車１０が充電ステーションに移動し、充放電ライン３１及び制御信号ライン３２を介して充放電器２０に接続した場合、電池制御部１２は二次電池１１から走行用電動モータ及びその他の負荷への電力供給を中断する。更に、制御信号ライン３２を介して電池温度Ｔｂ及び電池電圧Ｖのデータを充放電器２０に送信する。
【００２１】
充放電器２０は、充放電端子２１、制御端子２２、電源端子２３、整流フィルタ２４、充放電部２５、電流検出部２７及び充放電制御部２８を有する。充放電端子２１には、充放電ライン３１が接続される。制御端子２２には、制御信号ライン３２が接続される。電源端子２３には、交流電源が接続される。整流フィルタ２４は、電源端子２３からの交流電源電圧を整流し、直流電源電圧に変換し、充放電部２５に供給する。電流検出部２７は、二次電池１１への充放電電流を検出する。
【００２２】
充放電制御部２８は、無人搬送車１０から受信した電池温度Ｔｂ及び電圧、電流検出部２７から受信した電流に基づき、充放電部２５を制御する。充放電部２５は、充放電制御部２８からの制御信号に基づき、二次電池１１を充電又は放電する。
【００２３】
無人搬送車１０は、二次電池１１の放電により走行し、動作を行い、予め設定されたプログラムに従った所定のタイミング毎（例えば１時間毎）に、充電ステーションに移動し、充放電器２０で第１の充電制御方法（後述）によって急速充電される。急速充電は、二次電池１１の充電状態（完全充電時の放電容量に対する、現在の放電容量の割合（％））が６５％程度の時に行われるように、設定されている。急速充電は、二次電池１１の充電状態が７５％で終了する。第１の充電制御方法による急速充電においては、二次電池１１を完全充電しないので、二次電池１１の内圧の上昇を防ぐことができる。二次電池１１は、充電状態が６５％〜７５％の間で使用される。
【００２４】
図３は、急速充電（不完全充電）と浅い放電の充放電サイクルのサイクル数に対する放電終了時（無人搬送車１０が充放電器２０に接続された時）の電圧Ｖｅｎｄの変化を示すグラフである。各サイクルにおいて、二次電池１１は、一定の電気量を充電されて６５％の充電状態から７５％の充電状態になり、一定の電気量を放電して７５％の充電状態から６５％の充電状態になる。二次電池１１は、充放電サイクルの繰り返しに伴い、放電終了時電圧Ｖｅｎｄが低下して設定下限電圧Ｖｒ（実施の形態１では１２．０）を下回ると、負荷に十分な電力を供給できない。放電終了時電圧Ｖｅｎｄの低下要因の１つは、メモリ効果である。放電開始から放電終了までの放電電気量が毎回ほぼ一定（毎回、７５％の充電状態から６５％の充電状態まで放電する。）であるので、メモリ効果による放電電圧降下が累積し、徐々に放電終了時電圧が低下する。二次電池１１を構成する単電池間の電圧の不均一化によっても放電終了時電圧は低下する。実施の形態１では、放電終了時電圧Ｖｅｎｄが設定下限電圧Ｖｒ以下になった時に、二次電池１１を完全放電し、低電流で完全充電し、電圧低下を解消する。
【００２５】
図２は、本発明の実施の形態１の二次電池の充放電制御方法のフローチャートである。好ましくは、無人搬送車１０は、ほぼ一定の電気量を放電する毎に、充電器２０に接続される。電池制御部１２は、電圧検出部１４を介し常時二次電池１１の電圧をモニタしている（ステップ２０１）。ステップ２０２で放電終了時電圧Ｖｅｎｄを取得する。ステップ２０３で放電終了時電圧Ｖｅｎｄが設定下限電圧Ｖｒ以上か否か判断する。放電終了時電圧Ｖｅｎｄが設定下限電圧Ｖｒ以上の場合、ステップ２１０に進む。
【００２６】
充放電制御部２８は充放電部２５を充電器に切り替え、電流検出部２７から受信した充電電流値Ｉ１が２００Ａになるように制御し、急速充電を開始する（ステップ２１０）。ステップ２１１で充放電制御部２８は、電圧検出部１４からの二次電池１１の電圧Ｖを電池制御部１２から制御信号ライン３２を介して取得する。ステップ２１２で充放電制御部２８は、電池制御部１２から制御信号ライン３２を介して電池温度Ｔｂを取得する。
【００２７】
図４は、充電電流値Ｉ１が１６０Ａ、１８０Ａ、２００Ａで充電を行った場合の二次電池温度Ｔｂに対する充電終了設定電圧Ｖｃの関数式を表すグラフである。関数式は、充電終了時の充電状態が７５％となるように設定されている。充電終了設定電圧Ｖｃは、充電電流値Ｉ１をパラメータとする、電池温度Ｔｂの一次関数である。電池温度Ｔｂが高く、充電電流値Ｉ１が低いほど、充電終了設定電圧Ｖｃは低い。充放電制御部２８は、充電電流値Ｉ１毎に図４の関数式を記憶している。
【００２８】
二次電池１１は、電池温度Ｔｂが高く、充電電流値Ｉ１が小さい時ほど急速充電を停止させるための充電終了設定電圧Ｖｃを低下させることにより（図４の関数式に従って充電終了設定電圧Ｖｃを決定することにより）、充電の制御精度を高めることができる（充電終了時の放電容量が目標値に一致する。）。二次電池１１を必要以上に充電してその寿命を縮めたり、不十分に充電して無人搬送車が仕事を遂行する上で支障が起きたりすることを防止できる。
【００２９】
図２に戻り、ステップ２１３で充放電制御部２８は、充電電流値Ｉ１と電池温度Ｔｂから（図４の関数式に従って）、充電終了設定電圧Ｖｃを取得する。二次電池１１の電圧Ｖが充電終了設定電圧Ｖｃ以上か否か判断する（ステップ２１４）。二次電池１１の電圧Ｖが充電終了設定電圧Ｖｃ以下の場合、ステップ２１１に戻り急速充電を続ける。二次電池１１の電圧Ｖが充電終了設定電圧Ｖｃより高い場合、急速充電を終了する（ステップ２１５）。無人搬送車１０は走行を始め、充電ステーションを離れる。ステップ２０１に戻る。ステップ２１０〜ステップ２１５は、第１の充電制御方法による充電である。上記の様に、第１の充電制御方法による急速充電においては、二次電池１１を完全充電しないので、二次電池１１の内圧の上昇を防ぐことができる。第１の充電制御方法においては大電流で二次電池１１を充電するので、短時間で充電を完了することができる（少数の充放電器で多数の無人搬送車搭載用二次電池をメンテナンスすることができる。）。
【００３０】
ステップ２０３の判断で、放電終了時電圧Ｖｅｎｄが設定下限電圧Ｖｒより小さい場合、ステップ２２０に進む。充放電制御部２８は充放電部２５を放電器に切り替え、電池制御部１２から取得した電圧が放電終止電圧に達するまで放電（完全放電）する（ステップ２２０）。充放電制御部２８は充放電部２５を充電器に切り替え、電流検出部２７から受信した充電電流値Ｉ２が１０Ａになるように制御し、充電を開始する（ステップ２２１）。充電電流値Ｉ２は、第１の充電制御方法における充電電流値Ｉ１よりも小さい。所定時間経過するまで充電を続ける（ステップ２２２）。ステップ２２２における所定時間は、二次電池１１を満充電するのに必要な時間に設定している。ステップ２２３で充電を終了する。ステップ２０１に戻る。ステップ２２０〜ステップ２２３は、第２の充電制御方法である。
【００３１】
ステップ２２０で二次電池１１を完全放電し、第２の充電制御方式で完全充電するので、二次電池へのメモリ効果の影響及び単電池間の電圧のバラツキを均等化することができる。第２の充電制御方法による充電においては、比較的低電流で二次電池１１を完全充電するので、二次電池１１の内圧が急速に上昇して二次電池１１が破損することを防止できる。
【００３２】
《実施の形態２》
図１及び図５を用いて、本発明の実施の形態２の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法を説明する。実施の形態２の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法を、実施の形態１と同じ無人搬送車１０の充放電制御システム（図１）に適用する。図１は既に説明した。
実施の形態２の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法は、第２の充電制御方法のみが実施の形態１と異なる。具体的には図２のステップ２２１〜ステップ２２３（第２の充電制御方法）を図５のステップ２２０、ステップ２２１、ステップ５０１〜ステップ５０３に置き換えたものである。以下、実施の形態１と異なる点のみ説明する。
【００３３】
図５は、本発明の実施の形態２の第２の充電制御方法のフローチャートである。完全放電（ステップ２２０）後、充放電制御部２８は充放電部２５を充電器に切り替え、電流検出部２７から受信した充電電流値Ｉ２が１０Ａになるように制御し、充電を開始する（ステップ２２１）。充電電流値Ｉ２は、第１の充電制御方法における充電電流値Ｉ１よりも小さい。ステップ５０１で充放電制御部２８は、電池制御部１２から制御信号ライン３２を介して電池温度Ｔｂを取得する。ステップ５０２で充放電制御部２８は、電池温度Ｔｂの時間変化率ｄＴｂ／ｄｔを計算し（ｔは時間である。）、閾値以上か否か判断する。閾値より小さい場合はステップ５０１に戻り充電を継続する。閾値以上の場合はステップ５０３に進み充電を終了する。
【００３４】
二次電池１１の温度Ｔｂは充電が進むにつれて上昇し、その単位時間あたりの上昇率は完全充電完了直前に急激に大きくなる。従って、電池温度Ｔｂの上昇率から完全充電を検出できる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、無人搬送車用二次電池のリフレッシュ充放電の時期を正確に判断し、リフレッシュ充放電の頻度を最低限にする無人搬送車用二次電池の充放電制御方法を実現できるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１及び実施の形態２の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法が適用される、無人搬送車の充放電制御システムの構成図
【図２】本発明の実施の形態１の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法のフローチャート
【図３】充放電サイクル数に対する放電終了時電圧Ｖｅｎｄの変化を示すグラフ
【図４】充電電流値Ｉ１が１６０Ａ、１８０Ａ、２００Ａで充電を行った場合の二次電池温度Ｔｂに対する充電終了設定電圧Ｖｃの関数式を表すグラフ
【図５】本発明の実施の形態２の第２の充電制御方法のフローチャート
【符号の説明】
１０ 無人搬送車
１１ 二次電池
１２ 電池制御部
１３ 電池温度検出部
１４ 電圧検出部
２０ 充放電器
２１ 充放電端子
２２ 制御端子
２３ 電源端子
２４ 整流フィルタ
２５ 充放電部
２７ 電流検出部
２８ 充放電制御部
３１ 充放電ライン
３２ 制御信号ライン
Claims (6)
- 二次電池に無人搬送車を駆動させて所定の電気量放電させる第１の放電ステップと、
前記第１の放電ステップ終了時に前記二次電池の放電終了時電圧を測定する電圧測定ステップと、
前記放電終了時電圧が設定下限電圧より高い場合には、第１の充電電流値で前記二次電池を不完全に充電する第１の充電ステップを実行し、前記放電終了時電圧が前記設定下限電圧以下の場合には、前記二次電池を完全放電し、引き続き前記第１の充電電流値より小さい第２の充電電流値で前記二次電池を完全充電する第２の充電ステップを実行する充電ステップと、
を有することを特徴とする無人搬送車用二次電池の充放電制御方法。 - 前記第１の充電ステップにおいて、前記二次電池の電圧と温度とを連続的にモニターし、前記温度に基づいて充電終了設定電圧を決定し、前記電圧が前記充電終了設定電圧以上になった時に充電終了することを特徴とする請求項１に記載の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法。
- 前記第１の充電電流値及び前記温度に基づいて前記充電終了設定電圧を決定することを特徴とする請求項２に記載の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法。
- 前記第２の充電ステップは充電開始から所定時間経過後に終了することを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法。
- 前記第２の充電ステップは、前記二次電池の温度を連続的にモニターし、前記温度の単位時間あたりの上昇率が所定値以上になった時に終了することを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法。
- 前記二次電池が、ニッケル−金属水素化物電池であることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれかの請求項に記載の無人搬送車用二次電池の充放電制御方法。
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