JP5846309B2

JP5846309B2 - 無人搬送車のバッテリー管理システム

Info

Publication number: JP5846309B2
Application number: JP2014528216A
Authority: JP
Inventors: 敏人福井; 満平山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2012-08-02
Filing date: 2013-08-01
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2033-08-01
Also published as: WO2014021414A1; JPWO2014021414A1

Description

この発明は、無人搬送車のバッテリー管理システムに関する。

ＪＰ２００２−１９１１３０Ａの無人搬送車は、部分充放電でも使用可能なニッケル水素バッテリーやリチウムイオンバッテリーを駆動電源とする。

このようなバッテリーは、過放電に至ると劣化するおそれがある。そこで、過放電しないように、ＪＰ２００２−１９１１３０Ａのように、バッテリー残容量、またはバッテリー電圧に応じて充放電容量を制御することが重要であり、放電を完全に停止させたいときは、無人搬送車自体をシャットダウン（異常停止）することがある。

しかしながら、例えばシャットダウンが組立ステーションを通過中に実行されると、組立て作業者が組み立て作業を一時中止しなければならず、作業者への負荷、生産タクトに大きな影響を与えることが懸念される。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた。本発明の目的は、バッテリーの過放電を回避できる無人搬送車のバッテリー管理システムを提供することである。

本発明による無人搬送車のバッテリー管理システムのひとつの実施態様は、所定の走行ルートを循環走行する無人搬送車の駆動源であるバッテリーの過放電を防止するために無人搬送車をシャットダウンする無人搬送車のバッテリー管理システムに関する。そして、無人搬送車が予め設定したシャットダウン回避エリアにあるか否かを判定するエリア判定部と、無人搬送車がシャットダウン回避エリアにあるときは、ないときに比べて、シャットダウン閾値を小さく設定する基準値設定部と、バッテリー状態値がシャットダウン閾値を下回るときに無人搬送車をシャットダウンするシャットダウン実行部と、を含むことを特徴とする。

図１は、本発明による無人搬送車のバッテリー管理システムの一実施形態を示す全体図である。図２は、無人搬送車の概要及び充電作業を説明する図である。図３は、バッテリーボックスの概要及び充電作業を説明する図である。図４は、無人搬送車のコントローラーが実行する制御フローチャートである。

以下、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明による無人搬送車のバッテリー管理システムの一実施形態を示す全体図である。

無人搬送車のバッテリー管理システムＳは、無人搬送車(Automated Guided Vehicle；ＡＧＶ)１と、充電装置２と、地上局３１と、地上局３２と、制御設備５と、を含む。

無人搬送車１は、走行ルートＲを循環走行して部品を搬送する。走行ルートＲは、ピッキングステーションＰＳと、組立ステーションＢＳと、充電ステーションＣＳと、を経由する周回軌道である。無人搬送車１は、ピッキングステーションＰＳで部品を積む。そして無人搬送車１は、走行ルートＲを走行して部品を組立ステーションＢＳに搬送する。そして無人搬送車１は、組立ステーションＢＳで部品を下ろす。そして無人搬送車１は、再び走行ルートＲ上を走行してピッキングステーションＰＳに戻る。また必要であれば、無人搬送車１は、充電ステーションＣＳで充電される。なお図１には、４台の無人搬送車１が走行ルートＲを走行しているが、これには限られない。少なくとも１台あればよく、また５台以上であってもよい。無人搬送車１の具体的な構成は後述される。

充電装置２は、無人搬送車１を充電する。充電装置２は、充電ステーションＣＳに設置される。充電ステーションＣＳは、たとえば図１に示されるように、組立ステーションＢＳの手前に設けられる。充電装置２は、制御設備５によって制御される。

地上局３１及び地上局３２は、無人搬送車１と信号を授受する。地上局３１は、組立ステーションＢＳの入口に設置される。地上局３２は、組立ステーションＢＳの出口に設置される。

制御設備５は、地上局３１及び地上局３２を介して、無人搬送車１と信号を授受する。また制御設備５は、充電装置２を制御する。

図２は、無人搬送車の概要及び充電作業を説明する図である。

無人搬送車１は、たとえば車両中央に、バッテリーＢなどを収容するバッテリーボックス１１を装備する。無人搬送車１は、バッテリーＢを駆動電源として走行する。バッテリーＢは、充電装置２の給電コンタクター２２ａが接続されて充電される。

図３は、バッテリーボックスの概要及び充電作業を説明する図である。

バッテリーボックス１１は、バッテリーＢと、充放電モニター１１１と、受電コンタクター１１２と、通信ポート１１３と、を収容する。

バッテリーＢは、たとえばリチウムイオン二次電池である。バッテリーＢは、バスバーＢＢで直列接続された電池モジュールＢＭを含む。図３では、３個の電池モジュールＢＭが直列接続される。

複数のリチウムイオン単電池（セル）が並列又は直列に接続されて電池モジュールＢＭが構成される。この電池モジュールＢＭの電圧は、充電状態で約８Ｖ強である。バッテリーＢには、３個の電池モジュールＢＭが直列接続されているので、バッテリーＢの出力電圧は、２５Ｖ程度となる。

バッテリーＢは、過充電や過放電に至ると劣化するおそれがある。そこで、過充電や過放電しないように、充放電容量を制御することが重要である。

充放電モニター１１１は、バッテリーＢの状態を監視する。充放電モニター１１１は、バッテリーＢの充放電容量(バッテリー電圧)及びセル電圧、バッテリーＢの入出力の電流量(アンペアアワー、Ａｈ)、バッテリーＢの異状履歴等を所定時間(たとえば１０ミリ秒)毎に監視し記憶する。充放電モニター１１１の情報は、通信ポート１１３(たとえば、光通信)から出力される。この情報は、地上局３１や地上局３２及び充電装置２の通信ポート２３を介して制御設備５に送られる。

受電コンタクター１１２は、バッテリーボックス１１の外面に露出する。受電コンタクター１１２は、給電線１１４を介して、バッテリーＢに接続される。受電コンタクター１１２には、充電装置２の給電コンタクター２２ａが接続される。この状態で、バッテリーＢが充電される。

充電装置２は、直流電源２１と、給電アーム２２と、通信ポート２３と、制御器２５と、を含む。

直流電源２１は、バッテリーＢを充電する電源である。直流電源２１は、バッテリーＢの上限電圧まで昇圧可能である。

給電アーム２２は、先端に給電コンタクター２２ａが設けられる。給電コンタクター２２ａは、電線２４を介して直流電源２１に接続される。無人搬送車１のバッテリーＢを充電するときには、給電アーム２２が伸びて給電コンタクター２２ａを受電コンタクター１１２に接続する。この状態で、直流電源２１の電力がバッテリーＢに供給され、バッテリーＢが充電される。

通信ポート２３は、無人搬送車１の通信ポート１１３との間で、バッテリーＢの充放電容量(電圧)、バッテリーＢの入出力の電流量(アンペアアワー、Ａｈ)、バッテリーＢの異状履歴、その他の指令信号等を通信する。

制御器２５は、直流電源２１よってバッテリーＢへ供給する電流値及び電圧値を制御する。

無人搬送車１は、バッテリーＢを駆動電源として走行する。無人搬送車１が走行するにつれて、バッテリーＢの充放電容量(電圧)が低下する。そこで、適宜、無人搬送車１は、充電ステーションＣＳで充電される。

具体的には、無人搬送車１は、充電ステーションＣＳで一時停止する。そして無人搬送車１のバッテリーＢの充放電容量のデータが、通信ポート１１３及び通信ポート２３を介して、充電装置２に送られる。バッテリーＢの充放電容量(電圧)が、充電判定電圧を下回っていれば、充電装置２よって充電される。

なお搬送工程の途中の充電ステーションＣＳで充電するには、定電流・定電圧方式が望ましい。すなわち、充電初期には定電流の充電電流を供給する(定電流充電；ＣＣ充電)。そして、バッテリー電圧が充電上限電圧まで上昇したら、その充電電圧を、所定時間印加し続ける(定電圧充電；ＣＶ充電)。このような方式で充電すれば、急速充電可能である。

なお、バッテリー電圧が充電上限電圧まで上昇したら、充電を終了して、定電圧充電(ＣＶ充電)を省略してもよい。このようにすれば、充電時間がさらに短縮される。

また、予め設定された時間だけＣＣ充電して、充電を完了してもよい。このようにすれば、無人搬送車１のバッテリー電圧が充電時間分だけ上昇する。このようにすれば、限られた時間で、相応に充電される。

上述のように、バッテリーＢは、過充電や過放電に至ると劣化するおそれがある。そこで、過充電や過放電しないように、充放電容量を制御することが必要である。過充電を防止するには、上述のように、充電装置２による充電量を制御すればよい。また過放電を防止するには、充放電容量が閾値を下回ったら、強制的にシャットダウンして、放電しないようにすればよい。そこで、たとえば、充放電モニター１１１で、バッテリＢを構成する各電池モジュールＢＭのセル（単電池）電圧をモニターしておき、シャットダウン閾値を下回ったら、無人搬送車１をシャットダウン(異常停止)させるとよい。

しかしながら、たとえば無人搬送車１が組立ステーションＢＳを通過中にシャットダウンしては、シャットダウンが発見されにくいおそれがある。すなわち、無人搬送車１が一時停止しながら、組立ステーションＢＳを通過する場合には、無人搬送車１の停止が一時停止なのか、シャットダウン(異常停止)なのかが判りにくく、発見が遅れるおそれがある。また組立ステーションＢＳを通過中にシャットダウンしては、組み立て作業者が組み立て作業を一時中止しなければならず、組み立て作業者への影響が大きい。

これに対して、組立ステーションＢＳを抜けて、ピッキングステーションＰＳへ移動する途中であれば(図１の左から右への移動中)、シャットダウンが発見されやすい。また組み立て作業者への影響も少ない。

このように、走行ルートＲのエリアによって、シャットダウンを回避したいエリア、シャットダウンを許容できるエリアがある。

そこで、本実施形態では、エリアによって、シャットダウン閾値を変更するようにした。以下では、具体的な制御内容について説明する。

図４は、無人搬送車のコントローラーが実行する制御フローチャートである。なおこの処理は、微小時間(たとえば１０ミリ秒)サイクルで繰り返し実行される。

ステップＳ１においてコントローラーは、シャットダウン回避エリアを走行中であるか否かを判定する。具体的には、入口地上局３１からシャットダウン回避コマンドを受けて、出口地上局３２からシャットダウン許容コマンドを受けるまでは、シャットダウン回避エリアを走行中であると判定される。このような方式の他にも、走行ルートに設けられたコマンドマーカーをセンサーで読み取って、判定してもよい。コントローラーは、判定結果が否であればステップＳ２へ処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ３へ処理を移行する。

ステップＳ２においてコントローラーは、許容エリアシャットダウン閾値を設定する。

ステップＳ３においてコントローラーは、回避エリアシャットダウン閾値を設定する。なお回避エリアシャットダウン閾値は、許容エリアシャットダウン閾値よりも小さい。

ステップＳ４においてコントローラーは、セル電圧がシャットダウン閾値(許容エリアシャットダウン閾値又は回避エリアシャットダウン閾値)よりも小さいか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否であれば一旦処理を抜け、判定結果が肯であればステップＳ５へ処理を移行する。

ステップＳ５においてコントローラーは、無人搬送車のシャットダウン(異常停止)を実行する。

本実施形態によれば、セル電圧が、シャットダウン閾値を下回ったら、無人搬送車がシャットダウン(異常停止)されるので、バッテリーの過放電が防止される。

またエリアによって、シャットダウン閾値が変更される。すなわち、回避エリアシャットダウン閾値は、許容エリアシャットダウン閾値よりも小さく設定される。このようにしたので、回避エリアでは、許容エリアに比べてシャットダウンが発生しにくくなる。すなわち、回避エリアではシャットダウンが発生しにくくなる分、バッテリーに負荷がかかることとなるが、回避エリアでは、作業者への影響低減を優先したのである。つまり、本実施形態では、無人搬送車が組立ステーションエリアにあるときに、無人搬送車がシャットダウン回避エリアにあると判定するので、組立ステーションを通過中のシャットダウンが回避される。そのため、万一、無人搬送車がシャットダウンしても、シャットダウンが発見されやすい。また組み立て作業者への影響も少ない。

またこのように、シャットダウン回避エリアが設定されれば、シャットダウン回避エリアを出た直後にシャットダウンする確率が高まる。そこで、シャットダウン回避エリアを出た直後のエリアに、補助バッテリーなどを設置しておけば、補助バッテリーを駆動電源として使用できるので、シャットダウンした無人搬送車を移動させることが容易である。

以上、説明した無人搬送車（１）の駆動源であるバッテリー（Ｂ）の過放電を防止するために無人搬送車（１）をシャットダウンする無人搬送車のバッテリー管理システムは、無人搬送車（１）がシャットダウン回避エリアにあるか否かを判定するエリア判定部（ステップＳ１）と、無人搬送車（１）がシャットダウン回避エリアにあるときは、ないときに比べて、シャットダウン閾値を小さく設定する基準値設定部（ステップＳ３）と、バッテリー状態値がシャットダウン基準値を下回るときに無人搬送車（１）をシャットダウンするシャットダウン実行部（ステップＳ５）と、を含む。これによって、回避エリアでは、許容エリアに比べてシャットダウンが発生しにくくなる。すなわち、回避エリアではシャットダウンが発生しにくくなる分、バッテリーに負荷がかかることとなるが、回避エリアでは、作業者への影響低減を優先したのである。つまり、本実施形態では、無人搬送車が組立ステーションエリアにあるときに、無人搬送車がシャットダウン回避エリアにあると判定するので、組立ステーションを通過中のシャットダウンが回避される。そのため、万一、無人搬送車がシャットダウンしても、シャットダウンが発見されやすい。また組み立て作業者への影響も少ない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

たとえば、上記実施形態では、組立ステーションエリアが、シャットダウン回避エリアとされたが、これには限られない。ピッキングステーションエリアが、シャットダウン回避エリアとされてもよい。またその他のエリアが、シャットダウン回避エリアとされてもよい。適宜設定されればよい。

また上記実施形態では、バッテリーの状態を見るバッテリー状態値として、セル電圧を用いたが、バッテリー充電率ＳＯＣなどを用いてもよい。

本願は、２０１２年８月２日に日本国特許庁に出願された特願２０１２−１７１７２０に基づく優先権を主張し、これらの出願の全ての内容は参照によって本明細書に組み込まれる。

Claims

所定の走行ルートを循環走行する無人搬送車の駆動源であるバッテリーの過放電を防止するために無人搬送車をシャットダウンする無人搬送車のバッテリー管理システムであって、
無人搬送車が予め設定したシャットダウン回避エリアにあるか否かを判定するエリア判定部と、
無人搬送車がシャットダウン回避エリアにあるときは、ないときに比べて、シャットダウン閾値を小さく設定する基準値設定部と、
バッテリー状態値がシャットダウン閾値を下回るときに無人搬送車をシャットダウンするシャットダウン実行部と、
を含む無人搬送車のバッテリー管理システム。
請求項１に記載の無人搬送車のバッテリー管理システムにおいて、
エリア判定部は、無人搬送車が部品を積むエリア、または、部品を降ろすエリアにあるときに、無人搬送車がシャットダウン回避エリアにあると判定する、
無人搬送車のバッテリー管理システム。
請求項１又は請求項２に記載の無人搬送車のバッテリー管理システムにおいて、
エリア判定部は、無人搬送車が組立ステーションエリアにあるときに、無人搬送車がシャットダウン回避エリアにあると判定する、
無人搬送車のバッテリー管理システム。
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の無人搬送車のバッテリー管理システムにおいて、
シャットダウン回避エリアの入口に設けられた入口地上局と、
シャットダウン回避エリアの出口に設けられた出口地上局と、
を含み、
エリア判定部は、前記無人搬送車が入口地上局からシャットダウン回避コマンドを受けてから出口地上局からシャットダウン許容コマンドを受けるまでは前記無人搬送車がシャットダウン回避エリアにあると判定する、
無人搬送車のバッテリー管理システム。
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の無人搬送車のバッテリー管理システムにおいて、
シャットダウン実行部は、バッテリー状態値が前記小さく設定する前のシャットダウン閾値を下回る場合には、無人搬送車がシャットダウン回避エリアを出た直後に無人搬送車をシャットダウンする、
無人搬送車のバッテリー管理システム。