CN101997336B - 以双电荷层电容器及二次电池为电源的自行式搬送系统 - Google Patents

Abstract

一种以双电荷层电容器及二次电池为电源的自行式搬送系统，在休息日结束等重新开始运转时不发生电池耗尽，寿命较长，能够抑制重量及成本增加，实用性较高。其具备：DC-DC转换器(8)，连接在电容器(7)及驱动控制装置(13)之间；铅蓄电池充电器(9)，对铅蓄电池(10)进行充电，在电容器(7)及驱动控制装置(13)之间，其输出侧经由开关(11)与DC-DC转换器(8)的输出侧连接；以及控制电路(12)，在电容器(7)的输出电压(Vi)为DC-DC转换器(8)的输出电压(Vo)以上时断开开关(11)，在电容器(7)的输出电压(Vi)小于DC-DC转换器(8)的输出电压(Vo)时接通开关(11)。

Description

以双电荷层电容器及二次电池为电源的自行式搬送系统

技术领域

本发明涉及一种自行式搬送系统，在沿着规定路径移动而搬运搬送物的自行式搬运工具中具备双电荷层电容器及二次电池、利用其中所充电的电力来驱动自行式搬运工具。

背景技术

存在一种以双电荷层电容器为电源的自行式搬送系统，在自动搬送车中具备对驱动轮进行驱动的电动机及其驱动控制装置、以及作为驱动用电源的双电荷层电容器，将从设置在工厂内适当位置的充电站的充电用电源对双电荷层电容器充电的电力向驱动控制装置供给而驱动电动机，由此使自动搬送车移动(例如参照专利文献1的图1及图4)；有的自行式搬送系统还使用与双电荷层电容器并联连接的铅二次电池来作为双电荷层电容器的辅助能量源(参照专利文献1的图2)。

另外，存在一种技术为，在无人搬送车中具备对驱动轮进行驱动的电动机及其驱动控制装置、电池、以及与该电池并联连接的双电荷层电容器，从设置在工厂内适当位置的充电站的充电用电源(供电装置)对电池及双电荷层电容器充电，在快速充放电特性良好的双电荷层电容器的充电完成时刻，完成充电而解除无人搬送车的约束(例如参照专利文献2)。

专利文献1：日本特开平7-163016号公报(图1-2、图4)

专利文献2：日本特开2008-137451号公报(图1)

在以双电荷层电容器为电源的自行式搬送系统中，在自行式搬运工具的数量比充电站的数量多、休息日期间(例如在每周的作为休息日的2天期间)使生产线停止的情况下，在该停止期间中存在在充电站以外的位置进行待机的自行式搬运工具。

在休息日结束后、使该在充电站以外的位置进行待机的自行式搬运工具重新开始运转时，由于双电荷层电容器的自然放电量较大并且在上述停止期间中的待机电力，因此双电荷层电容器的剩余电压成为额定值以下而电池耗尽，因此有时无法重新开始运转。

作为这种电池耗尽的对策，考虑到设置较多的充电站以使充电站的数量与自行式搬运工具的数量一致、或者增大双电荷层电容器的容量，但在前者的对策中成本增大，而在后者的对策中成本增大并且双电荷层电容器的体积及重量也增大，因此这些对策都不实用。

并且，如上所述，在专利文献2中公开了并联连接电池及双电荷层电容器的构成，在双电荷层电容器的充电完成时刻使对电池及双电荷层电容器的充电完成，例如仅在货物的装卸等操作时的、自行式搬运工具的停止时间中进行从充电用电源(供电装置)的充电，在自行式搬运工具的移动时等中在电池的电压降低的情况下，从双电荷层电容器对电池进行充电。

在此，在通过专利文献2那种构成从双电荷层电容器对电池进行充电时，受到考虑了对寿命产生的影响而设定的充电电压的上下限电压的限制，并且在基本为恒定电压充电的电池的充电中，双电荷层电容器的电压随着充电的进行而下降，因此能够从双电荷层电容器向电池进行充电的量变得非常少，所以无法有效地活用双电荷层电容器的能量。

因此，在专利文献2那样的并联连接电池及双电荷层电容器的构成中，电池为主电源，并且在快速充放电特性良好的双电荷层电容器的充电完成时刻、从充电用电源(供电装置)的充电结束，因此对电池来说充电时间较短，并如上所述能够从双电荷层电容器向电池充电的量非常少，并且当考虑到防止电池耗尽时，需要选择容量较大的电池，所以重量及成本增大。

进一步，由于电池为主电源，因此自然电池的充放电时间增加，根据充放电循环寿命(通常放电深度50％时为500次左右)而只能使用较短时间。

进而，如上所述，在专利文献1中公开了使用与双电荷层电容器并联连接的铅二次电池来作为双电荷层电容器的辅助能量源的构成(参照图2及[0014]段)，但如何对双电荷层电容器及铅二次电池进行充电、如何使用所充电的电力都不明确，完全没有实用方面的研究。

发明内容

因此，本发明鉴于上述情况，其要解决的问题为，提供一种实用性较高的以双电荷层电容器及二次电池为电源的自行式搬送系统，在休息日结束等重新开始运转时不发生电池耗尽，寿命比较长，而能够抑制重量及成本的增加。

本发明的以双电荷层电容器及二次电池为电源的自行式搬送系统，为了解决上述问题，在沿着规定路径移动而搬运搬送物的自行式搬运工具中，具备电动机及其驱动控制装置、作为上述电动机的驱动用电源的双电荷层电容器及二次电池、以及与上述双电荷层电容器连接的受电体；在设置于规定位置的充电站中，具备与上述受电体电连接的供电体及充电用电源；将上述双电荷层电容器及二次电池中所充电的电力向上述驱动控制装置供给而驱动上述电动机，由此使上述自行式搬运工具移动；在该以双电荷层电容器及二次电池为电源的自行式搬送系统中，具备：双向DC-DC转换器，连接在上述双电荷层电容器及上述驱动控制装置之间；二次电池充电器，对上述二次电池进行充电，在上述双电荷层电容器及上述驱动控制装置之间，其输出侧经由开关与上述双向DC-DC转换器的输出侧连接；以及控制电路，在上述双电荷层电容器的输出电压为上述双向DC-DC转换器的输出电压以上的情况下断开上述开关，在上述双电荷层电容器的输出电压小于上述双向DC-DC转换器的输出电压的情况下接通上述开关。

根据这种以双电荷层电容器及二次电池为电源的自行式搬送系统的构成，在自行式搬运工具的通常运转(例如平日的生产线运行时的运转)时，由于以具有非常大的静电容量且快速充放电特性良好的双电荷层电容器为电源，因此能够利用货物的装卸等操作时的、自行式搬运工具的停止时间，在短时间内完成充电。

在此，在自行式搬运工具的通常运转时，来自作为主电源的双电荷层电容器的放电电力，经由双向DC-DC转换器向驱动控制装置供给而驱动电动机，并且来自双电荷层电容器的放电电力的剩余电力供给至二次电池充电器，通过该二次电池充电器将电力供给至二次电池，而二次电池被充电，因此能够有效地活用双电荷层电容器的能量。

在此基础上，在双电荷层电容器的输出电压为双向DC-DC转换器的输出电压以上的情况下，通过控制电路断开上述开关，因此二次电池充电器及二次电池与驱动控制装置不连接，所以不会对驱动控制装置施加超过其电源电压的容许范围的电压，并且二次电池不会为了驱动电动机而放电。

另外，在休息日期间(例如每周的作为休息日的2天期间)使生产线停止时，在该停止时间中在充电站以外的位置进行待机的自行式搬运工具中，当双电荷层电容器的输出电压小于双向DC-DC转换器的输出电压时，从双向DC-DC转换器向驱动控制装置的电力供给被切断，但通过控制电路接通上述开关，所以来自作为辅助电源的二次电源的放电电力被供给至驱动控制装置，因此不会成为电池耗尽。

在此基础上，由于二次电池不是主电源而是辅助电源，所以相对于将二次电池作为主电源的构成，二次电池的充放电次数减少，所以即使是使用充放电循环寿命较短的二次电池的构成，也能够使用较长时间。

并且，由于二次电池不是主电源，具备能够在休息日结束后使自行式搬运工具移动至充电站的容量即可，因此能够抑制重量及成本的增加。

另外，与设置较多的充电站以使充电站的数量与自行式搬运工具的数量一致的构成相比较，能够减少成本，与增大双电荷层电容器的容量的构成相比较，能够减少成本以及双电荷层电容器的体积和重量。

此处，上述控制电路优选具有下述功能：在上述双向DC-DC转换器的输出侧的电压为再生开始设定电压以上的情况下，将上述双向DC-DC转换器的内部电路切换至再生侧，在上述双向DC-DC转换器的输出侧的电压为再生结束设定电压以下的情况下，将上述内部电路切换至动力运行侧。

即，本发明的以双电荷层电容器及二次电池为电源的自行式搬送系统中，因为在双电荷层电容器及驱动控制装置之间连接有双向DC-DC转换器，所以容易使上述控制电路具有下述功能：在双向DC-DC转换器的输出侧的电压为再生开始设定电压以上的情况下，将双向DC-DC转换器的内部电路切换至再生侧，在双向DC-DC转换器的输出侧的电压为再生结束设定电压以下的情况下，将上述内部电路切换至动力运行侧，因此，通过对上述控制电路添加这样的功能，能够在动力(运行)运转时从双电荷层电容器经由双向DC-DC转换器向驱动控制装置供给电源，而在电动机减速停止时等产生再生电力的情况下，将再生能量经由双向DC-DC转换器向双电荷层电容器中蓄电而加以再利用。

发明的效果为：如上所述，根据本发明的以双电荷层电容器及二次电池为电源的自行式搬送系统，发挥如下的显著效果：在休息日结束等重新开始运转时不发生电池耗尽，寿命比较长，能够抑制重量及成本的增加，并且，由于在双电荷层电容器及驱动控制装置之间连接有双向DC-DC转换器，能够使一直以来因再生电阻单元转换为热能而舍弃的再生能量经由双向DC-DC转换器向双电荷层电容器中蓄电而加以再利用，消除能量的浪费。

附图说明

图1是表示本发明实施方式的以双电荷层电容器及二次电池为电源的自行式搬送系统的整体构成的一个例子的概略俯视图。

图2是表示对停止在充电站的自动搬送车进行充电的状态的框图。

图3(a)是表示双电荷层电容器7的输出电压Vi为双向DC-DC转换器的输出电压Vo以上时的能量的流动的框图，图3(b)是表示输出电压Vi小于输出电压Vo时的能量的流动的框图。

图4是表示对停止在充电站的自动搬送车进行充电的状态的框图，表示用于利用再生能量的构成例。

图5是表示将再生能量蓄电的状态下的能量的流动的框图，(a)表示开关11关断的情况，(b)表示开关11导通的情况。

符号的说明：

R规定路径

1自动搬送车(自行式搬运工具)

2A、2B充电站

3充电用电源

4控制装置

5气缸

6A充电端子(供电体)

6B受电端子(受电体)

7双电荷层电容器

8双向DC-DC转换器

9铅蓄电池充电器(二次电池充电器)

10铅蓄电池(二次电池)

11开关

12控制电路

12A、12B电压检测部

13驱动控制装置

14电动机

15驱动轮

16从动轮

具体实施方式

下面根据附图详细说明本发明的实施方式，但本发明不限定于附图所示的方式，而包括满足专利请求范围中所记载的特征的全部实施方式。

图1所示的本发明实施方式的以双电荷层电容器及二次电池为电源的自行式搬送系统构成为，包括：作为自行式搬运工具的无人自动搬送车1、1、……，沿着例如由磁引导带形成的工厂内的规定路径R，一边检测上述引导带的位置一边自行而搬运搬送物；充电站2A、2B，设置在规定路径R的途中，由作为供电体的充电端子6A及充电用电源3等构成；未图示的装入台升降机或卸出台升降机，设置在充电站2A、2B的位置上，进行搬送物的装卸；以及控制装置4，控制各设备的动作并且控制作为恒定电流电源的充电用电源3；该自行式搬送系统在规定路径R上具备比充电站2A、2B的数量(2处)多的自动搬送车1、1、……。

在充电站2A、2B的设置位置上，如上所述存在装入台升降机或卸出台升降机，当自动搬送车1来到这些位置时，自动搬送车1停止而被定位，通过装入台升降机或卸出台升降机进行搬送物的装卸操作，利用与该操作时间相当的自动搬送车1的停止时间，通过充电用电源3对自动搬送车1上的双电荷层电容器7(参照图2)进行充电。

如图2所示，作为自行式搬运工具的自动搬送车1为，在其基体上具备：驱动轮15、15以及从动轮16、16；对驱动轮15、15进行驱动的电动机及其驱动控制装置13；电动机14的驱动用电源、即作为主电源的双电荷层电容器7；与双电荷层电容器7连接的、与上述充电端子6A接触结合的作为受电体的受电端子6B；以及双向DC-DC转换器8，连接在双电荷层电容器7与驱动控制装置13之间，与负载相对应而将双电荷层电容器7的直流输出电压(例如54V以下)转换为其他的恒定直流电压(例如24V)；铅蓄电池充电器9，在双电荷层电容器7与驱动控制装置13之间，其输出侧例如经由作为晶闸管的开关11与双向DC-DC转换器8的输出侧连接，对作为辅助电源的铅蓄电池10进行充电；以及控制电路12，根据双电荷层电容器7的输出电压(双向DC-DC转换器8的输入电压)即电压检测部12A的电压Vi，在该电压Vi为双向DC-DC转换器8的输出电压Vo(例如24V)以上的情况下，断开开关11(使开关11关断)，在上述电压Vi小于上述电压Vo的情况下，接通开关11(使开关11导通)。

另外，与上述充电用电源3连接的作为供电体的充电端子6A，通过由控制装置4控制的气缸5，能够向接近及离开受电端子6B的方向移动，以便能够与自动搬送车1侧的作为受电体的受电端子6B进行接触结合，并且能够解除该结合。另外，供电体及受电体，既可以是电连接的一对连接器等，也可以是通过电磁感应作用从供电体(供电侧线圈)向受电体(受电侧线圈)传递电力的、通过非接触供电来对双电荷层电容器7进行充电的部件。

在自动搬送车1停止在充电站2A或2B、并如图2那样充电端子6A与受电端子6B接触结合了的状态下，通过控制装置4运算向充电用电源3的指令值，并将该指令值赋予给充电用电源3，充电电流从充电用电源3经由充电端子6A及受电端子6B供给至双电荷层电容器7。

向双电荷层电容器7的充电完成了的自动搬送车1，在通过由控制装置4控制的气缸5解除了充电端子6A及受电端子6B的接触结合之后，来自双电荷层电容器7的放电电力经由双向DC-DC转换器8向驱动控制装置13供给，通过由驱动控制装置13驱动控制的电动机14的驱动转矩，驱动轮15、15被驱动，因此自动搬送车1沿着规定路径R移动。

这样，来自双电荷层电容器7的放电电力经由双向DC-DC转换器8向驱动控制装置13供给(参照图3(a)的粗线箭头A)，但此时的剩余电力向铅蓄电池充电器9供给(参照图3(a)的粗线箭头B)，通过该铅蓄电池充电器9将一定的电压(例如27.3V～29.1V)供给至铅蓄电池10，而铅蓄电池10(例如公称电压24V)被充电。

以上说明中的铅蓄电池10，也可以是镍氢电池或者锂离子电池等其他的二次电池。

另外，在铅蓄电池10的情况下，例如需要几个小时程度的充电时间，因此以能够通过双电荷层电容器7的规定次数的循环放电中的剩余电力将铅蓄电池10充满电的方式，选定双电荷层电容器7的容量。

并且，虽然铅蓄电池10的充电电压(例如27.3V～29.1V)超过了驱动控制装置13的电源电压的允许范围(例如24V±10％)，但在对铅蓄电池10进行充电时，即在自动搬送车1的通常运转(例如平日的生产线运行时的运转)时，通过控制电路12断开开关11，所以铅蓄电池充电器9及铅蓄电池10与驱动控制装置13不连接，因此不会对驱动控制装置13施加超过其电源电压的允许范围的电压，而且铅蓄电池10不会为了驱动电动机14而放电。

如上所述，由于自动搬送车1、1、……的数量比充电站2A、2B的数量(2处)多，所以在休息日期间(例如每周的作为休息日的2天期间)使生产线停止时，由于在该停止期间中存在在充电站2A、2B以外的位置进行待机的自动搬送车1、1、……，因此在休息日结束后使在充电站2A、2B以外的位置进行待机的自动搬送车1、1、……重新开始运转时，有时双电荷层电容器7的输出电压(双向DC-DC转换器8的输入电压)即电压检测部12A的电压Vi，变得小于双向DC-DC转换器8的输出电压Vo(例如24V)，从双向DC-DC转换器8向驱动控制装置13的电力供给被切断。

在该情况下，由于电压检测部12A的电压Vi小于双向DC-DC转换器8的输出电压Vo，所以如上所述通过控制电路12接通开关11，将来自铅蓄电池10的放电电力向驱动控制装置13供给(参照图3(b)的粗线箭头C)。

另外，选定如下的铅蓄电池10：相对于在上述停止期间中从电压检测部12A的电压Vi变得小于双向DC-DC转换器8的输出电压Vo开始到休息日结束为止供给的待机电力、及从停止位置行驶到下一个充电站为止的电力，具有足够的容量。

并且，在休息日结束后重新开始双电荷层电容器7的充电的时刻，铅蓄电池充电器9也重新开始动作，因此通过控制电路12将开关11关断，以便双向DC-DC转换器8的输出侧与铅蓄电池充电器9的输出侧不会成为并联连接。

根据以上那样的本发明实施方式的以双电荷层电容器及二次电池为电源的自行式搬送系统，在自动搬送车1的通常运转时，来自作为主电源的双电荷层电容器7的放电电力经由双向DC-DC转换器8向驱动控制装置13供给而驱动电动机14，并且来自双电荷层电容器7的放电电力的剩余电力供给至铅蓄电池充电器9，并通过该铅蓄电池充电器9将一定的电压供给至铅蓄电池10而对铅蓄电池10进行充电，因此能够有效地活用双电荷层电容器7的能量。

并且，如上所述，在电压检测部12A的电压Vi小于双向DC-DC转换器8的输出电压Vo的情况下，通过控制电路12接通开关11，而来自作为辅助电源的铅蓄电池10的放电电力向驱动控制装置13供给，因此例如在休息日结束那样生产线从非运行状态成为运行状态时，不会发生电池耗尽。

而且，由于铅蓄电池10不是主电源而是辅助电源，所以相对于以铅蓄电池10为主电源的构成，铅蓄电池10的充放电次数减少，所以即使是使用充放电循环寿命较短的铅蓄电池10的构成，也能够使用较长时间。

进而，由于铅蓄电池10不是主电源、而具备在休息日结束后能够使自动搬送车1移动至充电站2A或2B的容量即可，因此能够抑制重量及成本的增大。

并且，与设置较多的充电站以使充电站的数量与自动搬送车1、1、……的数量一致的构成相比较，能够降低成本，与增大双电荷层电容器7的容量的构成相比，能够减少成本以及双电荷层电容器7的体积和重量。

接着，对用于利用再生能量的构成例及其动作进行说明。

如上所述，本发明实施方式的以双电荷层电容器及二次电池为电源的自行式搬送系统中，在双电荷层电容器7及驱动控制装置13之间连接有双向DC-DC转换器8。

于是，能够容易地使控制电路12具有下述功能：在双向DC-DC转换器8的输出侧(驱动控制装置13侧)的电压为规定的再生开始设定电压以上的情况下，将双向DC-DC转换器8的内部电路切换至再生侧，在双向DC-DC转换器8的输出侧的电压为规定的再生结束设定电压以下的情况下，将双向DC-DC转换器8的内部电路切换至动力运行侧。

即，参照图4的说明，利用控制电路12，在由电压检测部12B检测出的双向DC-DC转换器8的输出侧(驱动控制装置13侧)的电压为再生开始设定电压以上的情况下，将双向DC-DC转换器8的内部电路切换至再生侧，在由电压检测部12B检测出的双向DC-DC转换器8的输出侧的电压为再生结束设定电压以下的情况下，将双向DC-DC转换器8的内部电路切换至动力运行侧。

通过这样的控制电路12的动作，能够在动力(运行)运转时从双电荷层电容器7经由双向DC-DC转换器8向驱动控制装置13供给电源，而在电动机14减速停止时等产生再生电力的情况下，将再生能量蓄电而加以再利用。即，在开关11关断的情况下，如图5(a)的粗线箭头D所示，再生能量被蓄电到双电荷层电容器7中，而在开关11导通的情况下，如图5(b)的粗线箭头E所示，再生能量被蓄电到双电荷层电容器7和铅蓄电池10中。

以上，说明了如下情况：在充电站2A、2B以外的位置进行待机的自动搬送车1、1、……中，电压检测部12A的电压Vi变得小于双向DC-DC转换器8的输出电压Vo，从双向DC-DC转换器8向驱动控制装置13的电力供给被切断，是在休息日结束后重新开始运转时；但即使不是休息日结束后的重新开始运转时，例如在规定路径R内的存储部中在没有充电器的位置上进行长时间待机的情况下等，也同样在从双向DC-DC转换器8对驱动控制装置13的电力供给被切断时，由控制电路12接通开关11，因此来自铅蓄电池10的放电电力向驱动控制装置13供给，因此能够避免电池耗尽。

在以上说明中，示出了自行式搬送系统的自行式搬运工具是沿着引导带移动的自动搬送车1的情况，但自行式搬运工具也可以是沿着导轨移动的桥式或地面式。

Claims (2)

1.一种以双电荷层电容器及二次电池为电源的自行式搬送系统，在沿着规定路径移动而搬运搬送物的自行式搬运工具中，具备电动机及其驱动控制装置、作为所述电动机的驱动用电源的双电荷层电容器及二次电池、以及与所述双电荷层电容器连接的受电体；在设置于规定位置的充电站中，具备与所述受电体电连接的供电体及充电用电源；将所述双电荷层电容器及二次电池中所充电的电力向所述驱动控制装置供给而驱动所述电动机，由此使所述自行式搬运工具移动；该以双电荷层电容器及二次电池为电源的自行式搬送系统的特征在于：

所述自行式搬运工具的数量比所述充电站的数量多，并且在休息日期间使生产线停止，

所述自行式搬送系统包括：

双向DC-DC转换器，连接在所述双电荷层电容器及所述驱动控制装置之间；

二次电池充电器，对所述二次电池进行充电，在所述双电荷层电容器及所述驱动控制装置之间，其输出侧经由开关与所述双向DC-DC转换器的输出侧连接；以及

控制电路，在所述双电荷层电容器的输出电压为所述双向DC-DC转换器的输出电压以上的情况下断开所述开关，在所述双电荷层电容器的输出电压小于所述双向DC-DC转换器的输出电压的情况下接通所述开关，其中，

所述双电荷层电容器的容量被选定为，能够使所述自行式搬运工具从所述充电站中的一个行驶至下一个所述充电站，并且能够通过所述双电荷层电容器的规定次数的循环放电中的剩余电力将所述二次电池充满电，

所述二次电池具有能够在所述休息日中的所述自行式搬运工具的非运行状态下，从所述双电荷层电容器的输出电压变得小于所述双向DC-DC转换器的输出电压开始到所述休息日结束、所述自行式搬运工具成为运行状态为止供给待机电力，并且在所述休息日结束时使所述自行式搬运工具从所述非运行状态时的停止位置行驶到下一个所述充电站的电力。

2.如权利要求1所述的以双电荷层电容器及二次电池为电源的自行式搬送系统，其特征在于：

所述控制电路具有下述功能：在所述双向DC-DC转换器的输出侧的电压为再生开始设定电压以上的情况下，将上述双向DC-DC转换器的内部电路切换至再生侧，在所述双向DC-DC转换器的输出侧的电压为再生结束设定电压以下的情况下，将上述内部电路切换至动力运行侧。