JP5146855B2 - 天井走行車システム - Google Patents

Description

この発明は天井走行車システムに関し、特に２次電池で走行する天井走行車のシステムに関する。

充電可能な２次電池を天井走行車、有軌道台車、無人搬送車等に搭載して、車載の電源とすることが行われている。この点に関して、特許文献１（JPH05-207611A）は、バッテリ交換機を設けて、天井走行車のバッテリを交換することを提案している。ところで２次電池を用いた天井走行車システムのためには、電池の残容量を確実に管理でき、搬送車の充電によるロスタイムを最小限にできるシステムが必要である。

JPH05-207611A

この発明の課題は、天井走行車に効率的に充電できるシステムを提供することにある。

この発明は、単セルもしくはセルユニットを複数直列に接続した２次電池を電源として走行する複数台の天井走行車を、所定の走行経路に沿って、地上側コントローラの制御下に走行させるシステムであって、
前記走行経路は、非接触給電線とその電源とから成る、天井走行車の２次電池への充電設備を、充電エリア及び充電エリア以外の走行経路での直線区間の一部とに備え、
天井走行車は、位置と２次電池の残容量とを地上側コントローラへ報告する手段を備え、 地上側コントローラは、２次電池の残容量が閾値以下の天井走行車を充電エリアへ走行させて２次電池に充電させると共に、２次電池の残容量が前記閾値以上の天井走行車を充電エリア以外の直線区間で充電させる充電管理部と、充電エリア内の天井走行車を充電エリア外の位置へ走行させる配車管理部、とを備えていることを特徴とする。

この発明では、２次電池の残容量が閾値以下になると充電エリアで充電し、搬送指令等に応じて充電エリア外に配車する。充電設備は充電エリアに集中的に設けられ、充電エリアは天井走行車への充電と天井走行車の待機とを行うエリアとなる。このようにして２次電池の残容量と天井走行車の待機とを一元的に管理できる。

好ましくは、充電管理部は、充電エリアから遠い位置にある天井走行車に対して閾値を大きくし、充電エリアから近い位置にある天井走行車に対して閾値を小さくする。このようにすると、充電エリアまで走行する間に、電池切れが生じることが無く、また電力不足により低速走行する天井走行車による渋滞が生じることもない。

好ましくは、前記天井走行車は、２次電池の残容量に加えて、単セルもしくはセルユニット毎の起電力と内部抵抗、及び２次電池の充放電量を地上側コントローラへ報告し、地上側コントローラは、メンテナンスが必要な２次電池を備えた天井走行車を検出する。起電力と内部抵抗に加えて、単セルもしくはセルユニットの温度も報告することが好ましい。残容量は、２次電池全体の残容量でも、単セルもしくはセルユニット毎の残容量でも良い。天井走行車が単セル毎の起電力と内部抵抗を充電時あるいは放電時に報告すると、異常な単セルもしくはセルユニットが有れば検出できる。さらにどれだけの充電量あるいは放電量に対し、２次電池、単セル、もしくはセルユニットの残容量がどれだけ変化したかを報告すると、２次電池の劣化の有無と程度とを検出できる。従ってメンテナンスが必要な２次電池を備えた天井走行車を確実に検出できる。

この発明では、天井走行車は２次電池の残容量が閾値以下で充電エリアで充電し、２次電池の残容量が閾値以上で充電エリア以外の直線区間で充電する。非接触給電線から急速充電すると、天井走行車は停止せずに充電できるので、天井走行車は充電エリア内のほぼ任意の位置で充電できる。また充電エリア外でも非接触給電線が設けられた区間で充電し、充電エリアでの充電をバックアップすると共に、電池容量が異常に低下した場合でも、充電エリアまで走行させることができる。そして充電エリアでは長い時間をかけて、配車が必要になるまでの範囲で、例えば残容量が100%に達するまで充電する。一方充電エリアの外部では、渋滞を起こさない範囲で充電する。残容量が閾値まで低下した際に充電エリアで充電し、閾値まで低下しない場合でも充電エリア外で充電する。なお残容量が大きい天井走行車は、充電エリア外での充電を行わないようにしても良い。

好ましくは、天井走行車は、走行モータからの回生電力で２次電池を充電する手段を備えている。天井走行車のモータからの回生電力により２次電池を充電すると、２次電池の残容量の低下を遅らせ、充電回数を減らすことができる。

好ましくは、地上側コントローラは、搬送指令の発生頻度が高い時期に前記閾値を小さくし、発生頻度が低い時期に前記閾値を大きくする。搬送指令の発生頻度が高い時期に充電エリアでの充電開始の閾値を小さくし、低い時期に閾値を大きくすると、搬送指令が少ない時期に充電することにより、搬送指令が多い時期に備えることができる。

実施例の天井走行車システムのレイアウトを示す平面図 実施例での天井走行車のブロック図 実施例での地上側コントローラのブロック図 実施例での２次電池の管理を示すブロック図 実施例での充電のルールを示す図 実施例での電池寿命の管理アルゴリズムを示す図 変形例の天井走行車システムのレイアウトを示す平面図

以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。この発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づき、明細書の記載とこの分野での周知技術とを参酌し、当業者の理解に従って定められるべきである。

図１〜図６に、実施例の天井走行車システム２を示すが、地上走行の有軌道台車システム、あるいは無軌道の無人搬送車システムなどに適用してもよい。各図において、４はインターベイルート、６はイントラベイルート、８は充電ベイルート、１０はメンテナンスベイルートで、１２は例えばルート４，６に設けたショートカットである。イントラベイルート６，６間をインターベイルート４で接続し、全てのルート４〜１０間に渡って天井走行車が走行できる。なお充電ベイルート８とメンテナンスベイルート１０を兼用しても良い。またインターベイルート４，イントラベイルート６等の一部に、例えばルート４，６と平行に、入口側でルート４，６から分岐し、出口側でルート４，６と合流する、充電と退避専用のルート９を設け、ルート９に沿って急速充電対応の非接触給電線１４を設けて、充電専用のエリアとしてもよい。ルート８，９に関して重要な点は、充電と退避の専用ルートを設け、天井走行車１６が長時間ルート８，９を塞いでも、搬送指令の妨げとならないようにすることである。充電ベイルート８と専用のルート９の何れか一方を設ければ良く、実施例では充電ベイルート８を設けるものとして説明する。

充電ベイルート８は天井走行車１６の２次電池への充電と、配車前の待機等を行うルートで、受電が難しいカーブ区間と分岐部及び合流部を除いて、急速充電対応の非接触給電線１４を走行レール内に設置する。なおカーブ区間等にも非接触給電線１４を設けても良い。メンテナンスベイルート１０は天井走行車１６のメンテナンスを行うルートで、メンテナンスを待つ間、あるいはメンテナンス後の試験走行時等に充電できるように、メンテナンスベイルート１０の一部に急速充電対応の非接触給電線１４を設ける。な天井走行車１６を昇降させるリフター、作業者が天井走行車１６を整備するエリア、及びカーブ区間と分岐合流部には非接触給電線１４を設けない。ルート８，１０の他にルート４，６の直線区間に非接触給電線１４を設け、天井走行車１６の２次電池を急速充電する。なお２次電池に代えてキャパシタを用いても良く、２次電池の種類は好ましくはリチウムイオン２次電池とする。

２０は地上側コントローラで、天井走行車１６と通信し、搬送指令を割り付ける他に、充電ベイルート８での充電、メンテナンスベイルート１０への走行、充電ベイルート８以外の直線区間での充電、ルート４，６への配車、などを指令する。また天井走行車１６はルート４，６を走行しながら、直線区間で非接触給電線１４から充電すると共に、減速時に走行モータあるいは移載用の昇降モータなどのモータからの回生電力で２次電池を充電する。天井走行車１６は、２次電池の残容量が所定の閾値以下に低下すると、コントローラ２０からの指示で充電ベイルート８へ走行し充電する。さらに、２次電池の異常、その他のトラブル、及び定期の診断の際に、コントローラ２０の指示により、メンテナンスベイルート１０へ走行しメンテナンスを受ける。

図２に天井走行車１６の構成を示す。機上コントローラ２２は、地上側コントローラ２０と通信すると共に、天井走行車１６の全体を制御する。走行モータ等を備えた走行部２４により、天井走行車１６は天井空間に設けた走行レールに沿って走行する。天井走行車１６の移載部２６は、図示しない昇降駆動部の横移動、昇降駆動部の鉛直軸回りの回動、昇降駆動部による昇降台の昇降、昇降台に設けたチャックの開閉などにより、図示しないロードポート、バッファ，ストッカなどとの間で、物品を移載する。そして走行部２４，移載部２６での回生電力で、２次電池２８を充電する。２次電池２８は例えばリチウムイオン２次電池で、これ以外にニッケル水素電池などでもよく、充電器３２とインバータ３６とを介して、非接触給電線１４から充電され、同様にインバータ３６を介して走行部２４，移載部２６を駆動し、回生電力により充電される。位置センサ３４は天井走行車１６のルート４〜１０に沿った位置を求め、走行部２４，移載部２６は位置データに基づいて走行や移載の制御を行う。

電池管理部３０は２次電池２８の状態を管理する。２次電池２８は単セル、あるいは単セルを複数個直列に接続したセルユニットを、複数個直列に接続したものである。例えば各単セル毎、もしくはセルユニット毎の起電力と内部抵抗及び温度を測定する。内部抵抗は例えば負荷をオン/オフした際、もしくは充電をオン/オフした際の、各電圧変化から測定できる。また直列に接続した複数の単セル、あるいはセルユニットの合計電圧を、２次電池２８の出力電圧とする。電池管理部３０は、単セル毎もしくはセルユニット毎の状態（起電力、内部抵抗、温度）の他に、２次電池２８全体の出力電圧、もしくはセルユニット毎の出力電圧を監視している。電池管理部３０はさらに、２次電池２８から充放電する際に、充電電流の積算値あるいは放電電流の積算値を記憶し、これに伴う各単セルもしくはセルユニットの状態の変化と、２次電池の出力電圧の変化などを記憶する。２次電池の出力電圧は、電池全体の電圧として管理しても、セルユニット単位の電圧として加算しても良い。温度は単セルあるいはセルユニット毎のデータとして管理しても、２次電池全体のデータとして管理しても良い。

２次電池２８のトラブルの多くは電池全体の問題ではなく、いずれかの単セル、もしくはセルユニットの問題である。問題の生じた単セルあるいはセルユニットを、メンテナンスベイルート１０で点検し、交換等を行う。このため、どの単セルあるいはどのセルユニットのメンテナンスが必要かを特定する。問題のある単セルでは起電力が低下する、内部抵抗が増加する、温度が上昇する、容量が減少する。などの兆候がある。このような単セルを含むセルユニットでも起電力の低下、内部抵抗の増加、温度の上昇、容量の減少などの兆候が生じる。２次電池２８の残容量（実際の容量と最大限充電した際の容量の比）は、出力電圧あるいは起電力と、内部抵抗、温度、過去の充電電流の積算値と放電電流の積算値などから推定できる。２次電池に最大限に充電した際の容量（最大容量）は、充電電流の積算値あるいは放電電流の積算値に対して、残容量がどのように変化したかから推定できる。即ち最大容量が低下すると、充電量あるいは放電量当たりの残容量の変化が大きくなり、残容量の変化は起電力の変化、内部抵抗の変化等から求めることができる。なお充電電流あるいは放電電流を積算する代わりに、定電流で充放電が行われているものとして、充電時間などを用いてもよい。

図３は地上側コントローラ２０の構成を示す。搬送指令管理部４０は図示しない上位コントローラからの搬送要求に応じて、天井走行車１６に搬送指令を割り当て、その実行状況を管理する。充電管理部４２は、天井走行車１６毎に、２次電池の残容量を管理し、残容量が所定の閾値P1以下で充電ベイルート８へ走行し充電することを指令し、閾値P2以下でルート４，６の直線区間に設けた非接触給電線１４から充電することを指示する。なお閾値P1は例えば２０〜４０％程度、閾値P2は例えば３０〜６０％程度で、閾値P2は閾値P1よりも大きな値とする。好ましくは閾値P1を充電ベイルート８から離れた位置ほど高くし、充電ベイルート８に近い位置ほど低くする。また閾値P2を１００％とし、ルート４，６に面した非接触給電線１４があれば、常時充電するものとしてもよい。

配車管理部４４は充電ベイルート８から天井走行車１６を、ルート４，６へ配車し、搬送指令を割り付け可能にする。例えば先に充電ベイルート８に入った天井走行車１６から先に配車すると、充電の進んだ天井走行車１６から配車できる。充電ベイルート８を図１のように周回ルートで構成すると、２次電池の残容量が所定値以上の天井走行車１６を選択的に配車できる。充電ベイルート８での充電の目標値は残容量が100%であるが、残容量が100%未満でも、必要に応じて配車する。充電電源管理部４６は非接触給電線１４への電源を管理し、特にルート４，６に設けた非接触給電線１４に、天井走行車１６が走行して充電を受ける時のみ、給電するように制御する。

電池寿命管理部４８は２次電池の寿命を管理する。天井走行車１６の電池管理部３０は単セル毎、あるいはセルユニット毎の起電力、内部抵抗、温度を求め、また残容量と充電量及び放電量の関係を求める。これらのデータは、機上コントローラ２２等を介して電池寿命管理部４８へ入力され、メンテナンスが必要な単セル、あるいはセルユニットを特定する。また２次電池全体としての最大容量の変化等から、電池の寿命を検出する。なお充電量と放電量の双方を管理せずに、一方のみを管理してもよい。これらのことから、２次電池の単セル毎、もしくはセルユニット毎のメンテナンスの必要性と、２次電池全体としてのメンテナンスの必要性を求めることができる。これらのデータに基づいて、電池寿命管理部４８は、メンテナンスが必要な２次電池を備えた天井走行車１６を、メンテナンスベイルート１０へ走行させる。

地上側コントローラ２０内の搬送指令ファイル５０は、搬送指令とその実行状況とを記憶する。台車情報ファイル５２は、各天井走行車１６の現在位置と速度、行先、搬送指令の割付の有無、その他の台車情報を記憶する。電池履歴ファイル５４は、天井走行車１６毎に、単セルまたはセルユニット毎の起電力、内部抵抗、温度の履歴と、充放電量と残容量の変化の履歴等を記憶する。これらのデータは天井走行車１６の台車情報の一部で、台車状態ファイル５２に記憶しても良い。

図４は２次電池２８とその管理とを示し、２次電池２８へは非接触給電線１４から充電器３２を介し、インバータ３６により充電が行われる。６３は非接触給電線１４への高周波電源である。インバータ３６は２次電池２８の出力により、また非接触給電線１４のある区間では給電線１４からの電力により、走行モータ６０と昇降モータなどの移載系モータ６１を駆動し、それらの回生電力により２次電池２８を充電する。２次電池２８の単セル毎、もしくはセルユニット毎の起電力、内部抵抗、温度、２次電池全体の残容量と充放電量などを電池管理部３０が求め、これらを充電管理部４２と電池寿命管理部４８とに報告する。充電管理部４２は２次電池の残容量に基づき、充電エリアでの充電、あるいは走行中の充電とを指令する。また電池寿命管理部４８はメンテナンスベイルートでのメンテナンスを指令し、地上側コントローラ２０のモニターには、どの天井走行車１６に対し、２次電池にどのようなメンテナンスを施すかが表示され、係員がメンテナンスを行う。充電電源管理部４６は台車の位置と電池の残容量などに基づき、ルート４，６の直線区間に設けた非接触給電線１４への給電をオン/オフさせる。

図５に充電の制御ルールを示す。天井走行車システム２の全体の状態を表すパラメータとして、搬送負荷の大小がある。これは例えば搬送指令の発生頻度、あるいはその予測値である。搬送負荷が大きい場合、充電ベイルート８での充電よりも搬送を優先し、搬送負荷が小さい場合、なるべく多くの天井走行車１６を充電ベイルート８で充電する。このようにして、搬送負荷が小さい際に充電して、搬送負荷が大きい期間を乗り切る。このため充電ベイルート（充電エリア）での充電開始の閾値P1を、搬送負荷が大きい場合には小さくし、例えば下限の２０％程度とし、搬送負荷が小さい場合には大きくし、例えば上限の４０％程度とする。充電エリアでの充電の終了レベルは例えば残容量が１００％であるが、配車管理部４４は、充電ベイルート８から、残容量が所定値以上、例えば６０％以上、８０％以上等、の天井走行車１６を配車できる。従って搬送負荷が大きい際には、充電レベルがやや低くても配車され、搬送負荷が小さい際には１００％まで充電される。

図６は電池寿命の管理アルゴリズムを示し、ステップ１で単セル毎の起電力、内部抵抗、温度などをモニターし、異常のある単セルもしくはセルユニットが発生していれば検出する。ステップ２で、電池の充放電履歴と起電力、内部抵抗、温度等から、最大容量の変化を検出する。そして異常な単セルもしくはセルユニットが発生、あるいは電池の最大容量が全体として低下しているなどの際に、メンテナンスベイルート１０への走行を指令し、メンテナンスを受けるようにする。

実施例では以下の効果が得られる。
(1) ２次電池への充電と天井走行車の待機及び配車の問題を一括して処理できる。
(2) 充電ベイルート８での充電を行うので、台車がルート４，６などで停止して充電する場合と異なり、渋滞を引き起こさない。また１回充電を開始すると容量が充分高くなるまで充電するので、効率的である。
(3) 一般のルート４，６でも直線区間に非接触給電線１４を配置するので、天井走行車１６が走行する過程で充電でき、また万一電池切れを起こした際でも、充電ベイルート８まで走行できるようにバックアップできる。非接触給電線１４は直線区間にのみ設ければ良く、また走行台数の多い区間にのみ設ければよい。
(4) ２次電池２８の状態を単セル毎にあるいはセルユニット毎に監視し、２次電池全体の最大容量の変化も監視する。このようにして的確なメンテナンスを行い、かつ電池切れで走行できない天井走行車が生じないようにする。

なお実施例では充電に非接触給電線１４を用いたが、接触式の充電器を地上側に、充電カプラを天井走行車側に設けても良い。この場合、天井走行車を停止させ、充電カプラを充電器に接続して充電する。接触式の充電器の利点は、非接触給電に比べ大きな電流で充電できることにある。しかし充電器を設けると、充電ベイルート８内で天井走行車１６の前詰めを行うため、頻繁に充電を中断する必要がある。また充電カプラをルート４，６に設置すると、天井走行車１６が停止するため渋滞の原因となる。

図７に変形例の天井走行車システム７０を示し、特に指摘した点以外は図１〜図６の実施例と同様で、天井走行車１６，地上側コントローラ２０等は説明を省略する。専用の充電ベイルート８を設ける変わりに、多数の充電ルート７７を配置する。各充電ルート７７は両端がインターベイルート４あるいはイントラベイルート６，７８に接続されてループを構成し、充電器８０が多数設けられている。充電ルート７７はルート４，６の内部に設けても、外側に設けても良い。また天井走行車には接触式の充電カプラを設ける。そして充電ルート７７を他のルート４，６よりも多数配置したイントラベイルート７８を、実施例での充電ベイルート８として運用する。なおイントラベイルート７８は、通常のロードポート等を備えたイントラベイルートとしても運用する。このようにして、充電専用のルート８を設けることができない場合に対応する。

容量が閾値以下に低下した際の充電は基本的にイントラベイルート７８で行い、ルート７８には充電ルート７７が多数有るので、複数のルート７７の先端の天井走行車の内で、最も充電が進んだ天井走行車から通常の作業へ復帰させ、いずれかの空きのあるルート７７で新たな天井走行車の充電を開始する。またルート７７内に新たな天井走行車が進入すると、充電器８０を前詰めで使用するように、停止位置を変える。そしてイントラベイルート７８は天井走行車の待機ルートを兼ねる。

ルート４，６に設けた充電ルート７７は、例えば充電容量とは関わりなく、天井走行車の待機場所として使用し、待機中に充電する。また充電の必要がある天井走行車が発生すると、地上側コントローラ２０からの追い出し指令により、充電中の天井走行車を移動させて、空きの充電器を発生させる。

２，７０ 天井走行車システム
４ インターベイルート
６，７８ イントラベイルート
８ 充電ベイルート
９ ルート
１０ メンテナンスベイルート
１２ ショートカット
１４ 非接触給電線
１６ 天井走行車
２０ 地上側コントローラ
２２ 機上コントローラ
２４ 走行部
２６ 移載部
２８ ２次電池
３０ 電池管理部
３２ 充電器
３４ 位置センサ
３６ インバータ
４０ 搬送指令管理部
４２ 充電管理部
４４ 配車管理部
４６ 充電電源管理部
４８ 電池寿命管理部
５０ 搬送指令ファイル
５２ 台車状態ファイル
５４ 電池履歴ファイル
６０ 走行モータ
６１ 移載系モータ
６３ 電源
７７ 充電ルート
８０ 充電器

Claims (3)

1. 単セルもしくはセルユニットを複数直列に接続した２次電池を電源として走行する複数台の天井走行車を、所定の走行経路に沿って、地上側コントローラの制御下に走行させるシステムであって、
   前記走行経路は、非接触給電線とその電源とから成る、天井走行車の２次電池への充電設備を、充電エリア及び充電エリア以外の走行経路での直線区間の一部とに備え、
   天井走行車は、位置と２次電池の残容量とを地上側コントローラへ報告する手段を備え、 地上側コントローラは、２次電池の残容量が閾値以下の天井走行車を充電エリアへ走行させて２次電池に充電させると共に、２次電池の残容量が前記閾値以上の天井走行車を充電エリア以外の直線区間で充電させる充電管理部と、充電エリア内の天井走行車を充電エリア外の位置へ走行させる配車管理部、とを備えていることを特徴とする、天井走行車システム。
2. 前記天井走行車は、２次電池の残容量に加えて、単セルもしくはセルユニット毎の起電力と内部抵抗、及び２次電池の充放電量を地上側コントローラへ報告し、
   地上側コントローラは、メンテナンスが必要な２次電池を備えた天井走行車を検出することを特徴とする、請求項１の天井走行車システム。
3. 前記地上側コントローラは、搬送指令の発生頻度が高い時期に前記閾値を小さくし、発生頻度が低い時期に前記閾値を大きくすることを特徴とする、請求項１または２の天井走行車システム。

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