JP5605135B2 - キャパシタ及び二次電池を電源とした自走式搬送システム - Google Patents
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Description
また、無人搬送車に駆動輪を駆動する電動機及びその駆動制御装置並びにバッテリ及び該バッテリに並列接続されたキャパシタを備え、工場内の適宜位置に設置した充電ステーションの充電用電源(給電装置)からバッテリ及びキャパシタに充電し、急速充放電特性に優れたキャパシタの充電完了時点で充電を完了して無人搬送車の拘束を解くようにしたものがある(例えば、特許文献2参照。)。
このような電池切れ対策として、充電ステーションの数を自走式キャリアの数と一致させるように多くの充電ステーションを設置すること、又は、キャパシタの容量を大きくすることが考えられるが、前者の対策ではコストが増大し、後者の対策ではコストが増大するとともにキャパシタの体積及び重量も増大するため、これら何れの対策によっても実用に不向きなものになってしまう。
ここで、特許文献2のような構成によりキャパシタからバッテリへ充電を行う際には、寿命に及ぼす影響を考慮して設定された充電電圧の上下限電圧の制約を受けるとともに、定電圧充電が基本であるバッテリの充電においてキャパシタの電圧は充電が進むにつれて低下することから、キャパシタからバッテリへ充電できる量は非常に少なくなるため、キャパシタのエネルギを有効に活用することができないものである。
その上、バッテリが主電源であることから、自ずとバッテリの充放電時間が増加し、充放電サイクル寿命(通常放電深度50%で500回程度)から短時間しか使用することができない。
さらに、上述のとおり、特許文献1に電気二重層キャパシタの補助エネルギ源として電気二重層キャパシタと並列に接続した鉛二次電池を用いる構成の開示があるが(図2及び段落[0014]参照。)、電気二重層キャパシタ及び鉛二次電池に対してどのように充電をし、充電された電力をどのように使用するのか不明であり、実用面での検討が全くなされていない。
しかしながら、回生エネルギを蓄電することができる反面、自走式キャリアの停止位置が例えば200〜300mm程度ばらつく場合があるため、自走式キャリアの停止精度を向上するという観点からは改良の余地があった。
また、スイッチ及び二次電池の間に接続された、二次電池側から駆動制御装置側へは電流を流し、その反対方向へは電流を流さない整流手段を備えたので、スイッチがオンの状態であっても回生エネルギが二次電池に蓄電されることがない。
すなわち、スイッチがオフでキャパシタを電源としてモータを駆動している場合及びスイッチがオンで二次電池を電源としてモータを駆動している場合のいずれの場合においても、モータが減速停止する際に発生する回生エネルギをキャパシタのみに蓄電するため、キャパシタを電源としている場合又は二次電池を電源としている場合で自走式キャリアの停止精度がばらつくことがない。
ここで、キャパシタ7は急速充放電特性に優れるものであり、キャパシタ7には、電気二重層キャパシタ及びリチウムイオンキャパシタが含まれる他、急速充放電が可能な特性を持った2次電池も含まれる。
自動搬送車1が図1に示す充電ステーション2A又は2Bに停止して、図2のように充電端子6Aが受電端子6Bと接触結合した状態で、制御装置4により充電用電源3への指令値が演算され、この指令値が充電用電源3へ与えられ、充電電流が充電用電源3から充電端子6A及び受電端子6Bを経由してキャパシタ7へ供給される。
このようにキャパシタ7からの放電電力が双方向DC−DCコンバータ8を介して駆動制御装置13へ供給されるが(図4(a)の太線矢印A参照。)、その際の余剰電力が鉛蓄電池充電器9に供給され(図4(a)の太線矢印B参照。)、鉛蓄電池充電器9により一定の電圧(例えば27.3V〜29.1V)が鉛蓄電池10に供給されて鉛蓄電池10(例えば公称電圧24V)が充電される。
なお、鉛蓄電池10の場合、例えば数時間程度の充電時間を必要とするので、キャパシタ7の所定回数のサイクル放電における余剰電力により鉛蓄電池10を満充電することができるように、キャパシタ7の容量が選定される。
なお、鉛蓄電池10は、上記停止期間中において電圧検出部12Aの電圧Viが双方向DC−DCコンバータ8の出力電圧Vo未満となってから休日明けまで待機電力を供給し、停止位置から次の充電ステーションまで走行するだけの電力に対して、十分な容量を持ったものを選定している。
また、休日明けにおいてキャパシタ7の充電が再開された時点で鉛蓄電池充電器9も動作を再開するので、双方向DC−DCコンバータ8の出力側と鉛蓄電池充電器9の出力側とが並列接続にならないように制御回路12によりスイッチ11はオフにされる。
また、上述のとおり、電圧検出部12Aの電圧Viが双方向DC−DCコンバータ8の出力電圧Vo未満である場合には、制御回路12によりスイッチ11が入り、補助電源である鉛蓄電池10からの放電電力が駆動制御装置13へ供給されるため、例えば休日明けのようにラインが非稼働状態から稼働状態になる際において電池切れになることがない。
さらにまた、鉛蓄電池10は主電源ではなく、休日明けに自動搬送車1を充電ステーション2A又は2Bまで移動させることができる容量を備えればよいので、重量及びコストの増大を抑制することができる。
また、充電ステーションの数を自動搬送車1,1,…の数と一致させるように多くの充電ステーションを設置する構成と比較してコストを低減することができ、キャパシタ7の容量を大きくする構成と比較してコスト並びにキャパシタ7の体積及び重量を低減することができる。
図2及び図3に示すように、キャパシタ7と駆動制御装置13との間に双方向DC−DCコンバータ8が接続されているとともに、電圧検出部12Bにより双方向DC−DCコンバータ8の出力側(駆動制御装置13側)の電圧を検出することができる。
したがって、電圧検出部12Bにより検出した電圧に応じて、制御回路12は、電圧検出部12Bの電圧が所定の回生開始設定電圧Vs(例えば、28V)以上である場合に双方向DC−DCコンバータ8の内部回路を回生側(図3の回生コンバータ8B参照。)に切り替え、電圧検出部12Bの電圧が所定の回生完了設定電圧Ve(例えば、24V)以下である場合に前記内部回路を力行側(図3の力行コンバータ8A参照。)へ切り替える。
また、このように回生エネルギを利用する際において、図2及び図3に示すようにスイッチ11と鉛蓄電池10との間に、鉛蓄電池10側から駆動制御装置13側へは電流を流し、その反対方向へは電流を流さない整流手段であるダイオード17を備えているため、
図5(b)のようにスイッチ11がオンの場合であっても回生エネルギが鉛蓄電池10に蓄電されることがない。
すなわち、スイッチ11がオフでキャパシタ7を電源としてモータ14を駆動している場合及びスイッチ11がオンで鉛蓄電池10を電源としてモータ14を駆動している場合のいずれの場合においても、図5(a)及び(b)に示すように、モータ14が減速停止する際に発生する回生エネルギをキャパシタ7のみに蓄電するため、キャパシタ7を電源としている場合又は鉛蓄電池10を電源としている場合で自動搬送車1の停止精度がばらつくことがない。
Vi キャパシタの出力電圧
Vo 双方向DC−DCコンバータの出力電圧
Vs 回生開始設定電圧
Ve 回生完了設定電圧
1 自動搬送車(自走式キャリア)
2A,2B 充電ステーション
3 充電用電源
4 制御装置
5 シリンダ
6A 充電端子(給電体)
6B 受電端子(受電体)
7 キャパシタ
8 双方向DC−DCコンバータ
8A 力行コンバータ
8B 回生コンバータ
9 鉛蓄電池充電器(二次電池充電器)
10 鉛蓄電池(二次電池)
11 スイッチ
12 制御回路
12A,12B 電圧検出部
13 駆動制御装置
14 モータ
15 駆動輪
16 従動輪
17 ダイオード(整流手段)
Claims (1)
- 所定経路に沿って移動して搬送物を運搬する自走式キャリアに、モータ及びその駆動制御装置、前記モータの駆動用電源としてのキャパシタ及び二次電池並びに前記キャパシタに接続された受電体を備え、所定位置に設置した充電ステーションに前記受電体に電気的に接続される給電体及び充電用電源を備え、前記キャパシタ及び二次電池に充電された電力を前記駆動制御装置へ供給して前記モータを駆動することにより前記自走式キャリアを移動させる、キャパシタ及び二次電池を電源とした自走式搬送システムであって、
前記キャパシタ及び前記駆動制御装置の間に接続された双方向DC−DCコンバータと、
前記キャパシタ及び前記駆動制御装置の間にあり、前記双方向DC−DCコンバータの出力側に、スイッチを介して出力側が接続された、前記二次電池を充電する二次電池充電器と、
前記キャパシタの出力電圧が前記双方向DC−DCコンバータの出力電圧又は所定閾値以上である場合には前記スイッチを切り、前記キャパシタの出力電圧が前記双方向DC−DCコンバータの出力電圧又は所定閾値未満である場合には前記スイッチを入れるとともに、前記双方向DC−DCコンバータの出力側の電圧が回生開始設定電圧以上である場合に前記双方向DC−DCコンバータの内部回路を回生側に切り替え、前記双方向DC−DCコンバータの出力側の電圧が回生完了設定電圧以下である場合に前記内部回路を力行側へ切り替える制御回路と、
前記スイッチ及び前記二次電池の間に接続された、前記二次電池側から前記駆動制御装置側へは電流を流し、その反対方向へは電流を流さない整流手段と、
を備え、
前記整流手段により、前記スイッチがオフで前記キャパシタを電源として前記モータを駆動している場合及び前記スイッチがオンで前記二次電池を電源として前記モータを駆動している場合のいずれの場合においても、前記モータが減速停止する際に発生する回生エネルギを前記キャパシタのみに蓄電するようにしたことを特徴とするキャパシタ及び二次電池を電源とした自走式搬送システム。
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