JP2016025008A - 充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリが高温になるのを抑制できる充電システムを提供することである。
【解決手段】実施形態の充電システムは、充電部と、冷却機構と、を持つ。充電部は、車体に搭載された二次電池に対して充電を行う。冷却機構は、車体を介して二次電池を冷却する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、充電システムに関する。

工場や倉庫等で搬送物を搬送する手段として、ＡＧＶ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等の搬送台車が用いられている。搬送台車は、バッテリから供給される電力によりモータが駆動することで、所定の走行ルート上を自動走行するようになっている。

ところで、搬送台車の走行ルート上には、バッテリの充電を行う充電ステーションが設置されている。そして、搬送台車は、例えばバッテリの充電率が所定値以下になった場合に、充電ステーションに立ち寄るようになっており、充電ステーションでバッテリへの充電が行われる。

ここで、上述した搬送台車では、バッテリの充放電時等の発熱により、バッテリが高温になる可能性があった。

特開２０１４−１７９５０号公報

本発明が解決しようとする課題は、バッテリが高温になるのを抑制できる充電システムを提供することである。

実施形態の充電システムは、充電部と、冷却機構と、を持つ。充電部は、車体に搭載された二次電池に対して充電を行う。冷却機構は、車体を介して二次電池を冷却する。

第１の実施形態における充電システムの概略構成図。 第１の実施形態に係る変形例を説明するための充電システムの概略構成図。 第１の実施形態に係る変形例を説明するための充電システムの概略構成図。 第２の実施形態における充電システムの概略構成図。 第２の実施形態に係る変形例を説明するための充電システムの概略構成図。 第２の実施形態に係る変形例を説明するための充電システムの概略構成図。 第２の実施形態に係る変形例を説明するための充電システムの概略構成図。 第３の実施形態における充電システムの概略構成図。 第３の実施形態に係る変形例を説明するための充電システムの概略構成図。

以下、実施形態の充電システムを、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１に示すように、本実施形態の充電システム１は、例えばＡＧＶ等の搬送台車１１に搭載されたバッテリ（二次電池）１２に対して充電を行うものであって、搬送台車１１と、搬送台車１１の走行ルート１３上に設置された充電ステーション（充電部）１４と、を備えている。なお、以下の説明において、前後上下左右等の向きは、特に記載が無ければ搬送台車１１の向きと同一とする。

搬送台車１１は、所定の走行ルート１３上を自動走行可能とされ、搬送物が積載された状態で、走行ルート１３の各所に設けられた図示しない搬送ステーション間を巡回するとともに、各搬送ステーションで搬送物の受け渡しを行う。具体的に、搬送台車１１は、車体２１と、車体２１を走行可能に支持する複数の車輪２２と、車体２１に搭載されたモータ２３、ＥＣＵ（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）２４、バッテリ１２等の各種電装品と、を備えている。

車体２１は、例えばアルミニウム等、バッテリ１２よりも熱伝導性に優れた材料からなり、バッテリ１２等の電装品で発生した熱が伝達されるようになっている。なお、図示の例において、車体２１は、上述した各種電装品１２，２３，２４が搭載されたフロアパネル２５と、フロアパネル２５から立設され、各種電装品１２，２３，２４の周囲をまとめて取り囲む側壁部２６と、を備えている。

バッテリ１２は、例えばリチウムイオンバッテリ等の非水電解質二次電池からなり、図示しない車体側充電部を介して充電ステーション１４の図示しない設備側充電部から供給される電力が充電される。なお、車体側充電部としては、フロアパネル２５に設置されるとともに、設備側充電部から供給される電力を非接触給電方式で受け取る受電コイル等を備えている。

モータ２３は、バッテリ１２の電力が図示しないインバータを介して供給されることで駆動する。そして、モータ２３の駆動力が、図示しない動力伝達機構を介して車輪２２に伝達されることで、搬送台車１１が走行する。
ＥＣＵ２４は、図示しない各種センサ等による検出結果に基づいて搬送台車１１を統括的に制御するものであって、例えば車体温度やバッテリ温度、バッテリ電圧、充電率等の充電に関する充電情報や、搬送台車１１の走行に関する走行情報等が入力される。

充電ステーション１４は、上述したバッテリ１２に対して充電を行う設備側充電部と、車体２１を介してバッテリ１２を冷却する冷却機構３１と、を備えている。なお、充電ステーション１４は、充電制御部３２によって統括的に制御されている。
設備側充電部は、例えば外部電源と、充電ステーション１４の路面Ｔに設置されるとともに、上述した車体側充電部に電力を供給するための送電コイルと、を備えている。
冷却機構３１は、充電ステーション１４に停車した搬送台車１１に向けて冷気（外気）を送風するファン３１ａ等により構成されている。図示の例において、冷却機構３１は、充電ステーション１４に設置された充電スタンド３４に設置され、車体２１の側壁部２６に向けて冷気を送風する。

また、充電ステーション１４には、充電ステーション１４内での搬送台車１１の有無を検出する、赤外線センサ等の台車検出部４１が配設されている。上述した充電制御部３２は、台車検出部４１の検出結果に基づいて、設備側充電部に向けて充電開始指令や充電終了指令を出力するとともに、冷却機構３１に向けて冷却開始指令や冷却終了指令を出力する。

次に、上述した充電システム１の作用について説明する。
搬送台車１１は、ＥＣＵ２４においてバッテリ１２の充電率が所定値以下になったことを判断すると、走行ルート１３上を充電ステーション１４に向かって走行する。

搬送台車１１が充電ステーション１４に到着すると、バッテリ１２への充電が開始される。具体的に、充電制御部３２は、台車検出部４１の検出結果に基づき、充電ステーション１４内に搬送台車１１が存在することを判断すると、設備側充電部に向けて充電開始指令を出力する。すると、設備側充電部から供給される電力が、車体側充電部を介してバッテリ１２に充電される。なお、バッテリ１２の充電時に発生する熱は、バッテリ１２自体から放熱されるのに加え、車体２１に伝達された後、車体２１からも放熱される。

ここで、充電制御部３２は、充電ステーション１４内に搬送台車１１が存在することを判断すると、冷却機構３１に向けて冷却開始指令を出力し、冷却機構３１を作動させる。冷却機構３１が作動すると、車体２１の側壁部２６に向けて冷気が送風されることで、車体２１と冷気との間で熱交換が行われ、車体２１が冷却される。これにより、車体２１を介してバッテリ１２が冷却される。

その後、ＥＣＵ２４は、バッテリ１２の充電率が所定値以上になったことを判断すると、搬送台車１１を再び搬送ステーションに向けて走行させる。これにより、搬送台車１１が充電ステーション１４から退避し、通常走行が再開される。また、充電制御部３２は、台車検出部４１の検出結果に基づいて搬送台車１１が充電ステーション１４から退避したことを判断すると、充電終了指令を設備側充電部に向けて出力するとともに、冷却終了指令を冷却機構３１に向けて出力する。これにより、設備側充電部から車体側充電部への電力の供給を終了するとともに、冷却機構３１による送風を終了する。

このように、本実施形態では、充電ステーション１４において、車体２１を介してバッテリ１２を冷却する冷却機構３１を備えているため、バッテリ１２を効率的に冷却することができる。そのため、例えばバッテリ１２に対して急速充電を行う場合であっても、充電時にバッテリ１２が高温になるのを抑制でき、発熱に伴う電池寿命の低下等を抑制できる。

また、本実施形態では、充電ステーション１４に冷却機構３１を設けることで、搬送台車１１自体にそれぞれファン３１ａ等を搭載する構成に比べて低コスト化を図ることができる。
しかも、本実施形態の冷却機構３１は、ファン３１ａによって車体２１の冷却を行うため、設備コストの増加を抑制し、簡素な構成でバッテリ１２を冷却することができる。

なお、上述した第１の実施形態では、車体側充電部及び設備側充電部としてコイル等を用いた非接触給電方式を採用する構成について説明したが、これに限られない。例えば、図２に示すように、設備側充電部５１と車体側充電部５２とをケーブル及びコネクタ等により構成し、設備側充電部５１及び車体側充電部５２間を有線で接続しても構わない。

また、設備側充電部５１及び車体側充電部５２の接続状態に基づいて、冷却機構３１のＯＮ／ＯＦＦを切り替えても構わない。すなわち、設備側充電部５１及び車体側充電部５２が接続された時点（充電が開始された時点）で、冷却機構３１を作動させ、設備側充電部５１及び車体側充電部５２の接続が解除された時点（充電が終了した時点）で、冷却機構３１を停止させても構わない。

また、充電時において、車体側通信部５３及び設備側通信部５４を介してＥＣＵ２４と充電制御部３２との間で通信を行い、ＥＣＵ２４に入力された充電情報に基づいて冷却機構３１のＯＮ／ＯＦＦを切り替えても構わない。例えば、充電制御部３２が、ＥＣＵ２４に入力された車体温度やバッテリ温度が所定値以上であると判断した場合に、冷却機構３１を作動させる構成としても構わない。

この構成によれば、車体温度やバッテリ温度が所定値未満の場合には、冷却機構３１を作動させないので、バッテリ１２が低温になり過ぎるのを抑制できる。これにより、バッテリ１２が充電に最適な温度域に保持されるので、充電効率を向上させることができる。但し、充電方法や冷却機構３１のＯＮ／ＯＦＦのタイミングは、上述した実施形態に限らず、適宜変更が可能である。

なお、上述した実施形態では、充電スタンド３４に冷却機構３１を設置し、車体２１の側壁部２６に対して側方から冷気を送風する構成について説明したが、これに限られない。例えば、図３に示すように、充電ステーション１４の路面Ｔにファン５５ａ，５５ｂ等の冷却機構５５を配設し、フロアパネル２５に対して下方から冷気を送風しても構わない。この場合、フロアパネル２５に向けて冷気を送風することで、側壁部２６の一部に冷気を送風する構成に比べて冷気と車体２１との伝熱面積を確保でき、冷却性能の更なる向上を図ることができる。
さらに、上述した実施形態では、冷却機構３１，５５としてファン５５ａ，５５ｂを用いる構成について説明したが、これに限られない。例えば、冷却機構３１，５５として、工場内の各種設備から排気される工場用エア等を用いても構わない。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、車体２１を空冷以外の方法（例えば、液冷等）により冷却する点について上述した第１の実施形態と相違している。なお、以下の説明では、上述した第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
図４に示すように、本実施形態の冷却機構１００は、充電ステーション１４の路面Ｔに配設されて上方に向けて水等の液体を噴射する液体供給部１０１と、液体供給部１０１から噴射された液体を回収する液体回収部１０２と、を備えている。

また、本実施形態の車体２１には、液体供給部１０１から噴射される液体が車体２１の上面側へ回り込むのを防ぐ仕切壁１０３が配設されている。この仕切壁１０３は、フロアパネル２５から下方に向けて延設され、冷却機構１００と電装品１２，２３，２４との間を仕切っている。なお、仕切壁１０３は、液体の電装品１２，２３，２４への回り込みを防ぐ構成であれば、適宜設計変更が可能である。例えば、仕切壁１０３は、充電ステーション１４側に配設してもよい。

この構成によれば、充電ステーション１４内において、冷却機構１００の上方に搬送台車１１が停車した状態で、冷却機構１００を作動させる。すると、液体供給部１０１から車体２１のフロアパネル２５に向けて液体が噴射される。これにより、車体２１と液体との間で熱交換が行われ、車体２１を介してバッテリ１２を冷却することができる。この場合、上述した第１の実施形態と同様の作用効果を奏するとともに、液体によって車体２１を冷却することで、冷却性能の更なる向上を図ることができる。

なお、車体２１を液冷する手段として、例えば図５に示すように、液体が収容された浸漬槽１３０を充電ステーション１４に配設しても構わない。この構成によれば、充電時において、搬送台車１１が充電ステーション１４に到着すると、車体２１が浸漬槽１３０の液体に浸漬されることになる。これにより、車体２１と液体との間で熱交換が行われ、車体２１を介してバッテリ１２を冷却することができる。

また、図６に示す充電システム１において、冷却機構１５０は、搬送台車１１の車体２１に配設されて液体（冷却媒体）が貯留される液体タンク（冷却媒体保持部）１５１と、充電ステーション１４に配設されて液体タンク１５１との間で液体を循環させる液体循環部１５９と、を備えている。
液体タンク１５１の供給口１５１ａ及び排出口１５１ｂには、それぞれ車体側バルブ１５３，１５４が設けられ、供給口１５１ａ及び排出口１５１ｂを通した液体タンク１５１の内外の連通及び遮断が切り替えられるようになっている。

液体循環部１５９は、液体供給部１５２ａ及び液体排出部１５２ｂと、液体供給部１５２ａ及び液体排出部１５２ｂ間を接続する液体流路１５５と、液体流路１５５上に接続された液体ポンプ１５６及び予備タンク１５７と、を主に備えている。なお、予備タンク１５７内には、液体タンク１５１内の液体に比べて低温の液体が貯留される。

液体供給部１５２ａは、搬送台車１１のうち、液体タンク１５１の供給口１５１ａが車体側バルブ１５３を介して接続可能とされている。なお、液体供給部１５２ａは、図示しないステーション側バルブを備えている。車体側バルブ１５３及びステーション側バルブは、供給口１５１ａと液体供給部１５２ａとの接続に伴い開弁し、液体供給部１５２ａ内と液体タンク１５１内とを連通させる。

液体排出部１５２ｂは、搬送台車１１のうち、液体タンク１５１の排出口１５１ｂが車体側バルブ１５４を介して接続可能とされている。なお、液体排出部１５２ｂは、図示しないステーション側バルブを備えている。車体側バルブ１５４及びステーション側バルブは、排出口１５１ｂと液体排出部１５２ｂとの接続に伴い開弁し、液体排出部１５２ｂ内と液体タンク１５１内とを連通させる。

この構成によれば、搬送台車１１が充電ステーション１４に停車し、液体タンク１５１の供給口１５１ａ及び排出口１５１ｂが液体循環部１５９の液体供給部１５２ａ及び液体排出部１５２ｂにそれぞれ接続されると、液体ポンプ１５６が作動する。液体ポンプ１５６が作動すると、液体タンク１５１の排出口１５１ｂ及び液体循環部１５９の液体排出部１５２ｂを通して液体タンク１５１内の液体が液体循環部１５９内に流入する。さらに、液体供給部１５２ａ及び液体タンク１５１の供給口１５１ａを通して予備タンク１５７の液体が液体タンク１５１内に流入する。これにより、液体タンク１５１内の液体が入れ替えられる。そして、液体タンク１５１内に充填された液体と、バッテリ１２と、が車体２１を介して熱交換されることで、バッテリ１２を冷却することができる。

また、充電の終了後、搬送台車１１が充電ステーション１４から退避すると、供給口１５１ａ及び排出口１５１ｂと、液体供給部１５２ａ及び液体排出部１５２ｂと、の接続が解除される。これに伴い、供給口１５１ａ及び排出口１５１ｂが車体側バルブ１５３，１５４により閉弁される。そして、搬送台車１１は、液体タンク１５１内に液体が貯留された状態で走行ルート１３上を走行する。そのため、搬送台車１１は、走行時（放電時）において、液体タンク１５１内に充填された液体と、バッテリ１２と、が車体２１を介して熱交換される。

このように、本実施形態によれば、上述した各実施形態と同様の作用効果を奏するとともに、液体を貯留する液体タンク１５１が車体２１に設けられているため、液体タンク１５１を含む車体２１全体での熱容量を増加させることができる。したがって、バッテリ１２の熱を車体２１に効果的に放熱できる。なお、液体流路１５５上に放熱器等を接続しても構わない。

さらに、図７に示す冷却機構１６０は、搬送台車１１に搭載されて冷却媒体を収容する冷却媒体保持部１６１と、充電スタンド３４に配設されて冷却媒体保持部１６１内に冷却媒体を供給する冷却媒体供給部１６２と、を備えている。

冷却媒体保持部１６１は、フロアパネル２５上における電装品１２，２３，２４の周囲に配設され、車体２１や電装品１２，２３，２４との間で熱伝達可能とされている。
冷却媒体供給部１６２内には、冷却媒体が貯留されている。冷却媒体供給部１６２には、供給ノズル１６３が接続され、この供給ノズル１６３を通して搬送台車１１の冷却媒体保持部１６１内に冷却媒体が供給される。なお、冷却媒体供給部１６２内に貯留される冷却媒体としては、ドライアイスや氷、蓄冷材等が好適に用いられている。

この構成によれば、充電時において、搬送台車１１が充電ステーション１４に到着すると、冷却媒体供給部１６２から冷却媒体保持部１６１に向けて冷却媒体が供給される。具体的に、冷却媒体供給部１６２から供給される冷却媒体は、供給ノズル１６３を通して搬送台車１１の冷却媒体保持部１６１内に充填される。充電の終了後、搬送台車１１は、冷却媒体保持部１６１内に冷却媒体が充填された状態で走行ルート１３上を走行する。そのため、搬送台車１１は、走行時において、冷却媒体保持部１６１内に充填された冷却媒体と、車体２１と、の間で熱交換が行われることで、車体２１を介してバッテリ１２が冷却される。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、冷却プレート２００を介して車体２１を冷却する点で上述した各実施形態と相違している。なお、以下の説明では、上述した各実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図８に示す充電システム１において、冷却機構２０１は、充電ステーション１４の路面Ｔに設置された冷却プレート２００と、冷却プレート２００を冷却する図示しない冷却部と、を備えている。

冷却プレート２００は、アルミニウム等の熱伝導性に優れた材料からなり、図示しない駆動装置によりフロアパネル２５の下面に接離可能に構成されている。なお、冷却プレート２００は、下降端位置で上面が充電ステーション１４の路面Ｔと面一に配置される。一方、冷却プレート２００は、上昇端位置で搬送台車１１におけるフロアパネル２５の下面よりも上方に配置され、搬送台車１１を上方に持ち上げるように構成される（図８における鎖線参照）。

冷却部は、冷却プレート２００内に配設され、水等の液体が流通するようになっている。なお、冷却部として、充電ステーション１４の地下に液体を流通させ、冷却プレート２００の下降端位置において冷却プレート２００を冷却する構成にしても構わない。

この構成によれば、充電時において、搬送台車１１が充電ステーション１４内に停車すると、冷却プレート２００が上昇する。すると、冷却プレート２００は、上面が搬送台車１１のフロアパネル２５に下面に当接するとともに、搬送台車１１を上方に向けて持ち上げる。これにより、冷却プレート２００と車体２１との間で熱交換が行われることで、バッテリ１２が車体２１を介して冷却される。また、冷却プレート２００により搬送台車１１を持ち上げることで、冷却プレート２００と車体２１との密着性を向上させ、冷却プレート２００と車体２１との間での熱引きを効率的に行うことができる。

なお、上述した第３の実施形態では、冷却プレート２００をフロアパネル２５の下面に当接させる構成について説明したが、これに限らず、図９に示す冷却機構２１０のように、冷却プレート２１１を側壁部２６に接離可能に構成しても構わない。この場合、冷却プレート２１１は、充電スタンド３４のうち、搬送台車１１の側壁部２６と対向する位置にダンパー２１２を介して連結されている。

この構成によれば、充電時において、搬送台車１１が充電ステーション１４に到着する際、車体２１の側壁部２６が冷却プレート２１１に当接する。これにより、冷却プレート２１１と車体２１との間で熱交換が行われることで、バッテリ１２が車体２１を介して冷却される。このとき、側壁部２６に冷却プレート２１１を当接させた状態で、ダンパー２１２を収縮させる位置で搬送台車１１を停車させることで、冷却プレート２１１と車体２１との密着性を向上させ、冷却プレート２１１と車体２１との間での熱引きを効率的に行うことができる。

なお、上述した各実施形態では、本実施形態の充電システムをＡＧＶに採用する構成について説明したが、これに限られない。例えば、電気自動車等の種々の車両に本実施形態の構成を採用することが可能である。

さらに、上述した冷却機構は、車体２１を介してバッテリ１２を冷却する構成であれば、適宜設計変更が可能である。
また、搬送台車１１に搭載される電装品１２，２３，２４のレイアウト等は、適宜設計変更が可能である。
また、上述した各実施形態を適宜組み合わせても構わない。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、充電ステーションにおいて、車体を介してバッテリを冷却する冷却機構を備えているため、バッテリを効率的に冷却することができる。そのため、バッテリが高温になるのを抑制でき、発熱に伴う電池寿命の低下等を抑制できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…充電システム、１２…バッテリ（二次電池）、１４…充電ステーション（充電部）、２１…車体、３１，５５，１００，１５０，１６０，２０１，２１０…冷却機構、３１ａ，５５ａ，５５ｂ…ファン、１０１…液体供給部、１３０…浸漬槽、１５１…液体タンク（冷却媒体保持部）、１６１…冷却媒体保持部、２００，２１１…冷却プレート

Claims (9)

1. 車体に搭載された二次電池に対して充電を行う充電部と、
   前記車体を介して前記二次電池を冷却する冷却機構と、を備えている、充電システム。
2. 前記冷却機構は、前記車体に向けて送風するファンを備えている、請求項１に記載の充電システム。
3. 前記冷却機構は、前記車体に向けて液体を噴射する液体供給部を備えている、請求項１または請求項２に記載の充電システム。
4. 前記冷却機構は、前記車体を液体に浸漬させる浸漬槽を備えている、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の充電システム。
5. 前記冷却機構は、前記車体に冷却媒体を保持させる冷却媒体保持部を備えている、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の充電システム。
6. 前記冷却機構は、前記車体に接離可能に設けられた冷却プレートを備えている、請求項１から請求項５の何れか１項に記載の充電システム。
7. 前記冷却機構は、前記車体が前記充電部に到達した場合に、前記車体の冷却を開始する、請求項１から請求項６の何れか１項に記載の充電システム。
8. 前記冷却機構は、前記二次電池への充電が開始した場合に、前記車体の冷却を開始する、請求項１から請求項７の何れか１項に記載の充電システム。
9. 前記冷却機構は、前記車体または前記二次電池の温度が所定値以上の場合に、前記車体の冷却を開始する、請求項１から請求項８の何れか１項に記載の充電システム。

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