JP2020022262A

JP2020022262A - 産業車両用充電システム

Info

Publication number: JP2020022262A
Application number: JP2018143926A
Authority: JP
Inventors: 泰城岩田; Taijo Iwata; 森　昌吾; Shogo Mori; 昌吾森; 義昭石原; Yoshiaki Ishihara
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2018-07-31
Filing date: 2018-07-31
Publication date: 2020-02-06
Also published as: EP3832837A4; US20210261014A1; WO2020026900A1; EP3832837A1

Abstract

【課題】適切に充電することができる産業車両用充電システムを提供する。【解決手段】管理装置６０は、フォークリフト５１，５２，５３の充電スケジュール及び次回充電までの稼働負荷を記憶する管理装置記憶部６５と、充電スケジュール及び稼働負荷と充電情報とに基づき、充電器３１，３２，３３に接続されたフォークリフト５１，５２，５３の必要充電量を算出する必要充電量算出部６６と、を有する。充電コントローラ４０は、必要充電量と、契約電力および設備容量および利用可能電力の少なくとも一つとに基づき、充電器３１，３２，３３への充電電力値を算出する充電電力値算出部４６を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、産業車両用充電システムに関するものである。

特許文献１に開示の移動体の充給電管理装置においては、複数の移動体のうち充放電器に接続された移動体の識別情報、現在の充電残量を含む電池状態、および次回稼働予定時刻を含む移動体情報を取得して、移動体の充給電スケジュールを作成して、充給電スケジュールに従って移動体に搭載される二次電池の充電または放電を制御する。また、契約電力を超過すると判断した場合にピークカット設定を行うようにしている。

特開２０１３−１７２４８８号公報

ところで、系統電源に接続された複数の充電器を有する産業車両用充電システムにおいて、複数台を同時に充電する際に、電力値が規定値を超えないようにすべくピーク電力値をカットするように各車両の充電量を決定するだけでは充電後の産業車両の作業開始時に適切に充電できていないことが懸念される。

本発明の目的は、適切に充電することができる産業車両用充電システムを提供することにある。

上記問題点を解決するための産業車両用充電システムは、系統電源に接続された複数の充電器を有する産業車両用充電システムであって、前記複数の充電器の充電電力値を指示する充電コントローラと、前記充電コントローラを介して、前記充電器に接続された産業車両の充電情報を受信する管理装置と、を備え、前記充電器は、接続された前記産業車両から前記充電情報を受信して、前記充電コントローラに送信する通信部を有し、前記管理装置は、前記産業車両の充電スケジュール、及び次回充電までの稼働負荷を記憶する記憶部と、前記充電スケジュール及び前記稼働負荷と前記充電情報とに基づき、前記充電器に接続された前記産業車両の必要充電量を算出する必要充電量算出部と、を有し、前記充電コントローラは、前記必要充電量と、契約電力および設備容量および利用可能電力の少なくとも一つとに基づき、前記充電器への前記充電電力値を算出する充電電力値算出部を有することを要旨とする。

これによれば、必要充電量算出部により、充電スケジュール及び稼働負荷と充電情報とに基づき、充電器に接続された産業車両の必要充電量が算出される。充電電力値算出部により、必要充電量と、契約電力および設備容量および利用可能電力の少なくとも一つとに基づき、充電器への充電電力値が算出される。よって、下位の充電コントローラに対し上位の管理装置を用いて一括管理しつつ稼動負荷に基づいて充電電力値を算出することにより、適切に充電することができる。

また、産業車両用充電システムについて、前記充電コントローラは、充電器での利用可能電力を算出する利用可能電力算出部を更に有するのが好ましい。
また、産業車両用充電システムについて、前記充電コントローラは、充電器での充電可能時間を算出する充電可能時間算出部を更に有し、前記充電可能時間に基づき、前記充電器への前記充電電力値を算出するのが好ましい。

本発明によれば、適切に充電することができる。

実施形態における産業車両用充電システムの構成を示すブロック図。産業車両用充電システムの構成を示すブロック図。産業車両用充電システムの構成を示すブロック図。フォークリフトの側面図。充電情報の説明図。稼動情報の説明図。稼動負荷と実消費電力の関係を説明するための図。利用可能電力を説明するための図。充電の際の電力量を説明するための図。制御フロー図。制御フロー図。充電の際の電力量を説明するための図。充電の際の電力量を説明するための図。充電の際の電力量を説明するための図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１，２，３に示すように、産業車両用充電システム１０は、系統電源３０（図３参照）に接続された複数の充電器３１，３２，３３を有する。充電器３１，３２，３３に産業車両としてのフォークリフト５１，５２，５３（図１，２参照）が接続される。

本実施形態では、産業車両は電動式のフォークリフト５１，５２，５３である。つまり、図４に示すように、フォークリフト１００はバッテリフォークリフトであって、電動モータにて搬送・荷役作業を行うフォークリフトである。

車体１０１にはバッテリ１１７、走行モータ（走行用電動モータ）１１８および荷役モータ（荷役用電動モータ）１１９が搭載されている。バッテリ１１７により走行モータ１１８を駆動させ、駆動輪１０２ａが駆動されるようになっている。詳しくは、走行モータ１１８の出力軸が駆動輪１０２ａの回転軸と減速機を介して連結されており、走行モータ１１８の駆動により出力軸が回転するとその回転に伴って駆動輪１０２ａの回転軸が回転して駆動輪１０２ａが駆動される。

また、バッテリ１１７により荷役モータ１１９が駆動され、この荷役モータ１１９の駆動により油圧ポンプ（図示略）が駆動される。この油圧ポンプの駆動に基づいてリフトシリンダ１０５やティルトシリンダ１０８を伸縮動作してフォーク１０６の上下動やティルト動作を行うことができるようになっている。

このように、フォークリフト５１，５２，５３は二次電池としてのバッテリ１１７として例えばリチウムイオン二次電池が搭載され、二次電池としてのバッテリ１１７の電力にて走行や荷役を行うことができる。

図１に示すように、産業車両用充電システム１０は、複数の充電コントローラ４０と、管理装置６０と、を備える。管理装置６０は複数の充電コントローラ４０とネットワーク接続されたサーバである。

各充電コントローラ４０は、充電器３１，３２，３３の充電電力値を指示する。管理装置６０は、充電コントローラ４０を介して、充電器３１，３２，３３に接続されたフォークリフト５１，５２，５３の充電情報（後記する図５参照）を受信する。

下位の充電コントローラ４０に対し上位の管理装置６０を備え、上位の管理装置６０において一括管理しており、上位の管理装置６０を用いて、充電コントローラ４０に接続された複数の充電器を管理する。つまり、充電コントローラ４０で情報の蓄積や解析を行うのではなく管理装置６０において情報の蓄積や解析を行い、充電コントローラ４０に情報を与えて充電コントローラ４０が電力の制御を行う。つまり、充電情報が充電コントローラ４０に送られ、管理装置６０は充電コントローラ４０から充電情報が送られ、管理装置６０は充電情報をデータベース化するとともに稼動情報（稼動時刻、物流量等）を保持し、充電コントローラ４０に対し必要充電量を送り、充電コントローラ４０は契約電力や設備容量や利用可能電力についての情報から充電器３１，３２，３３に充電電力値を指示する。

図２に示すように、充電コントローラ４０は、通信部４７を有する。各充電器３１，３２，３３は、通信部３５を有する。充電コントローラ４０の通信部４７には各充電器３１，３２，３３の通信部３５が接続されている。充電コントローラ４０の通信部４７には管理装置６０が接続されている。

各充電器３１，３２，３３の通信部３５は、接続されたフォークリフト５１，５２，５３から充電情報（現在のＳＯＣ、識別情報等）を受信して、充電コントローラ４０に送信する。さらに、充電情報（現在のＳＯＣ、識別情報等）は通信部４７を介して管理装置６０に送信される。

図５を用いて充電情報の例を示す。図５において、充電情報はフォークリフトの機台番号、二次電池管理番号、二次電池のＳＯＣ（充電状態）、充電器の最大充電電力値等を含んでいる。具体的には、図５の例では、機台番号が♯１、♯２、♯３、二次電池管理番号がＮｏ１、Ｎｏ２、Ｎｏ３、二次電池のＳＯＣがａ％、ｂ％、ｃ％、充電器の最大充電電力値がα、β、γである。

図２の管理装置６０は、記憶部としての管理装置記憶部６５と必要充電量算出部６６とを有する。管理装置記憶部６５は、フォークリフト５１，５２，５３の充電スケジュール（後記する図６参照）、及び次回充電までの稼働負荷（後記する図７参照）を記憶する。

図６を用いて充電スケジュールの例を示す。図６において、稼動情報は、稼動、充電時刻を含んでいる。具体的には、図６の例では、０〜８時は充電、８〜１２時は稼動、１２〜１３時は充電、１３〜１７時は稼動、１７〜２４時は充電である。

図２の必要充電量算出部６６は、充電スケジュール及び稼働負荷と充電情報とに基づき、充電器３１，３２，３３に接続されたフォークリフト５１，５２，５３の必要充電量を算出する。

管理装置６０において、例えば図７に示すような稼動負荷と実消費電力（仕事量）の関係が予め決められている。具体的には、図７の例では、稼動負荷（搬入・搬出を行う荷の搬送個数）が大きくなればなるほど実消費電力（必要ＳＯＣ）も大きくなる。例えば、稼動負荷（搬入・搬出を行う荷の搬送個数）が「１」ならば実消費電力（必要ＳＯＣ）は１３パーセント、稼動負荷（搬入・搬出を行う荷の搬送個数）が「２」ならば実消費電力（必要ＳＯＣ）は１６パーセント、稼動負荷（搬入・搬出を行う荷の搬送個数）が「３」ならば実消費電力（必要ＳＯＣ）は１９パーセントである。このように、稼動負荷は物流量（又は生産量）に応じたものとなる。

そして、稼働負荷と実消費電力とを対応付けしてデータとして蓄積し、必要充電量を算出する。
図２の充電コントローラ４０は、コントローラ記憶部４５と充電電力値算出部４６を有する。コントローラ記憶部４５は、契約電力および設備容量および利用可能電力の少なくとも一つを記憶する。充電電力値算出部４６は、必要充電量と、契約電力および設備容量および利用可能電力の少なくとも一つとに基づき、充電器３１，３２，３３への充電電力値を算出する。

充電コントローラ４０は、充電可能時間算出部４８を有する。充電可能時間とは、フォークリフトと充電器とをコネクタで接続したときの接続時刻と稼動開始時刻の差であり、実際に充電することができる実充電時間である。充電可能時間算出部４８は、充電器３１，３２，３３においてフォークリフト５１，５２，５３を充電することができる充電可能時間を算出する。充電コントローラ４０は充電可能時間に基づき、充電器への充電電力値を算出する。

管理装置６０は利用可能電力算出部６７を有する。利用可能電力算出部６７において、例えば図８に示したように、設備容量に対し、設備７０，７１以外の電力が充電器３１，３２，３３で充電に利用できる電力（利用可能電力）として算出される。図８においてパターン（２）に比べパターン（１）の方が設備７０，７１で使用する電力が多くなっており、充電に供する電力である利用可能電力が少なくなっている。

なお、図８で設備容量について説明したが契約電力（図３参照）についても同様であり、利用可能電力算出部６７において、図３での契約電力に対し、設備７０，７１，８０，８１以外の電力が充電器３１，３２，３３で充電に利用できる電力（利用可能電力）として算出される。

次に、産業車両用充電システム１０の作用について説明する。
図５で例示したごとく、充電情報は機台番号、二次電池管理番号、二次電池のＳＯＣ（充電状態）、充電器の最大充電電力値等を含んでいる。図６で例示したごく、稼動情報は、稼動、充電時刻を含んでいる。具体的には、図６の例では、０〜８時は充電、８〜１２時は稼動、１２〜１３時は充電、１３〜１７時は稼動、１７〜２４時は充電である。

そして、図９に示すように、充電の際のスケジュールが決定される。具体的には、図９の例では、１２時〜１３時において３台のフォークリフトを充電し、１３時から１７時まで稼働する。車両Ａは充電前のＳＯＣが１０％、車両Ｂは充電前のＳＯＣが２０％、車両Ｃは充電前のＳＯＣが５０％である。図７で例示したごとく、稼動負荷と実消費電力の関係が予め決められている。

図９において、１３時〜１７時の稼動により、１７時において車両Ａは稼動負荷から図７を参照することによりＳＯＣが７０％となる。その結果、必要充電量が６０％、充電電力値が１００Ｗとなる。同様に、１３時〜１７時の稼動により、１７時において車両Ｂは稼動負荷から図７を参照することによりＳＯＣが５０％となる。その結果、必要充電量が３０％、充電電力値が６０Ｗとなる。１３時〜１７時の稼動により、１７時において車両Ｃは稼動負荷から図７を参照することによりＳＯＣが６０％となる。その結果、必要充電量が１０％、充電電力値が３０Ｗとなる。

図１０の制御フローを用いて、フォークリフトと、充電器と、充電コントローラ４０と、管理装置６０での処理を説明する。
フォークリフトと充電器とをコネクタで接続することによりフォークリフトから充電情報が充電器に送られる。更に充電情報が充電器から充電コントローラ４０に送られるとともに充電コントローラ４０から管理装置６０に送られる。管理装置６０において稼動データ（稼動時刻データ）を保持している。管理装置６０から充電可能時刻が充電コントローラ４０に送られる。充電コントローラ４０の充電可能時間算出部４８（図２参照）において充電可能時間が算出される。管理装置６０において必要電力量が過去充電データや物流量から推定される。必要電力値が管理装置６０から充電コントローラ４０に送られるとともに充電コントローラ４０において他のフォークリフトの充電器から充電情報が送られて充電コントローラ４０で情報が収集される。

管理装置６０において契約電力や設備容量情報が保持されているとともに、利用可能電力算出部６７（図２参照）において利用可能電力が算出される。算出された利用可能電力が充電コントローラ４０に送られる。充電コントローラ４０の充電電力値算出部４６（図２参照）において各充電器での充電電力値が算出される。算出された充電電力値が各充電器に送られる。

そして、各充電器３１，３２，３３においてフォークリフト５１，５２，５３に対し充電電力値での充電が行われる。
以下、詳しく説明する。

従来、複数の電動フォークリフトを使っている事業所において、図１２に示すように、フォークリフトを充電するタイミングは多くの場合、休憩時間や業務終了後になる。この時、複数の充電が同時に開始されるので、電力が一気に使われて、電気設備（配電盤、配線）の容量を超えてしまうおそれがある。また、電力会社との契約電力を超えてしまい、契約料金の増加になってしまう。

そこで、フォークリフトの作業者が同時に休憩に入るときに充電を開始しても、実際に充電が始まるタイミングをずらしたり、充電電力をしぼったりして、図１３に示すように、電力のピークを抑えることが考えられる。ところが、充電電力のピークを契約電力や電気設備に合わせて抑制すると、例えば図１３において１２時〜１３時２０分まで充電を行うとフォークリフトの稼動開始時間の１３時になっても充電しており、図１３でハッチングを付した時間帯においてフォークリフトの稼動に影響を及ぼす可能性がある。

本実施形態においては、電動フォークリフトの充電情報を充電コントローラ４０から管理装置６０に送付する。管理装置６０は過去データも含めて、充電情報データベースを持つ。また、管理装置６０には稼動（稼動時刻・物流量）データも持つ。管理装置６０は、自らのデータを元に、次の稼動に必要な電力量の予測や充電可能な時刻情報を、充電コントローラ４０に送信する。充電コントローラ４０は、図１４に示すように、契約電力、設備容量等の情報から充電に利用可能な充電電力を算出し、管理装置６０からの情報を元に、利用可能な充電電力内に収まるように各充電器３１，３２，３３の充電電力値を算出し、指示を出す。

これにより、図１３においては１２時〜１３時２０分まで充電を行うことによりフォークリフトの稼動開始時間の１３時になっても充電しておりフォークリフトの稼動に影響を及ぼす可能性があったが、図１４の本実施形態においては、車両Ａへの充電を多くし車両Ｃへの充電を少なくするといったように充電を細分化することにより充電電力のピークを契約電力や電気設備に合わせて抑制しつつ１２時〜１３時まで充電を行う。このようにして、フォークリフトの稼動への影響を低減しながら電力抑制を図ることが可能となる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）産業車両用充電システム１０の構成として、系統電源３０に接続された複数の充電器３１，３２，３３を有する。複数の充電器３１，３２，３３の充電電力値を指示する充電コントローラ４０と、充電コントローラ４０を介して、充電器３１，３２，３３に接続された産業車両としてのフォークリフト５１，５２，５３の充電情報を受信する管理装置６０と、を備える。充電器３１，３２，３３は、接続されたフォークリフト５１，５２，５３から充電情報（現在のＳＯＣ、識別情報等）を受信して、充電コントローラ４０に送信する通信部３５を有する。管理装置６０は、フォークリフト５１，５２，５３の充電スケジュール（稼働時間、次回充電開始時刻等）、及び次回充電までの稼働負荷（物流量、生産量等）を記憶する記憶部としての管理装置記憶部６５と、充電スケジュール及び稼働負荷と充電情報とに基づき、充電器３１，３２，３３に接続されたフォークリフト５１，５２，５３の必要充電量を算出する必要充電量算出部６６と、を有する。充電コントローラ４０は、必要充電量と、契約電力および設備容量および利用可能電力の少なくとも一つとに基づき、充電器３１，３２，３３への充電電力値を算出する充電電力値算出部４６を有する。よって、下位の充電コントローラ４０に対し上位の管理装置６０を用いて一括管理しつつ稼動負荷（必要電力量）に基づいて充電電力値を算出することにより、適切に充電することができる。これにより充電の不足（電欠）を回避しつつ稼動への影響を低減しながらの電力抑制が図られる。

（２）充電コントローラ４０は、充電器３１，３２，３３での充電可能時間を算出する充電可能時間算出部４８を更に有し、充電可能時間に基づき、充電器３１，３２，３３への充電電力値を算出する。よって、上位の管理装置６０で行う場合には充電器の台数分の処理を行う必要があるのに比べ充電コントローラ４０で行うことで処理負荷の軽減が図られる。

（３）特許文献１ではコントローラが必要な電力を算出するのに対し、本実施形態では、上位の管理装置６０を用いて一括管理することとし、充電制御をしない管理装置が必要充電量を算出する。つまり、充電コントローラ４０ではなく上位の管理装置６０で管理することにより管理が容易となる。

（４）稼働時間に加え稼動負荷を用いて必要充電量を算出する。つまり、走行距離以外の情報がないと産業車両は稼働情報（稼働時間、稼働負荷）が推定できないが、本実施形態では稼働負荷は物流量や生産量を使って算出する。稼働情報は管理装置が有する。

なお、フォークリフトと充電器とが接続される度に図１０の処理（演算）が行われる。また、図７における稼動負荷と必要充電量との関係は変わらない。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。

○ 図２において管理装置６０は利用可能電力算出部６７を有していたが、図２において仮想線で示すように充電コントローラ４０は利用可能電力算出部４９を有する構成としてもよい。そして、図１０に代わり図１１に示すように、充電コントローラ４０において、利用可能電力の算出を行うようにしてもよい。この場合、管理装置６０に利用可能電力算出部６７が不要となる。

このように、充電コントローラ４０は、充電器３１，３２，３３での利用可能電力を算出する利用可能電力算出部４９を更に有する。よって、充電以外の電力については充電コントローラ４０が把握しているので充電器以外の設備での電力を把握する上で好ましい。

○ 図１では充電コントローラ４０は２つ用いているが、充電コントローラ４０の数は問わない。充電コントローラ４０の数は「１」でも「３」以上でもよい。
○ 産業車両としてフォークリフトを用いたが、産業車両はフォークリフト以外の産業車両であってもよい。

１０…産業車両用充電システム、３０…系統電源、３１…充電器、３２…充電器、３３…充電器、３５…通信部、４０…充電コントローラ、４５…コントローラ記憶部、４６…充電電力値算出部、４８…充電可能時間算出部、４９…利用可能電力算出部、５１…フォークリフト、５２…フォークリフト、５３…フォークリフト、６０…管理装置、６５…管理装置記憶部、６６…必要充電量算出部。

Claims

系統電源に接続された複数の充電器を有する産業車両用充電システムであって、
前記複数の充電器の充電電力値を指示する充電コントローラと、
前記充電コントローラを介して、前記充電器に接続された産業車両の充電情報を受信する管理装置と、
を備え、
前記充電器は、接続された前記産業車両から前記充電情報を受信して、前記充電コントローラに送信する通信部を有し、
前記管理装置は、
前記産業車両の充電スケジュール、及び次回充電までの稼働負荷を記憶する記憶部と、
前記充電スケジュール及び前記稼働負荷と前記充電情報とに基づき、前記充電器に接続された前記産業車両の必要充電量を算出する必要充電量算出部と、
を有し、
前記充電コントローラは、
前記必要充電量と、契約電力および設備容量および利用可能電力の少なくとも一つとに基づき、前記充電器への前記充電電力値を算出する充電電力値算出部を有する
ことを特徴とする産業車両用充電システム。
前記充電コントローラは、充電器での利用可能電力を算出する利用可能電力算出部を更に有することを特徴とする請求項１に記載の産業車両用充電システム。
前記充電コントローラは、充電器での充電可能時間を算出する充電可能時間算出部を更に有し、前記充電可能時間に基づき、前記充電器への前記充電電力値を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の産業車両用充電システム。