CN102442217A - 以电容器及二次电池为电源的自行式输送系统 - Google Patents

Abstract

一种以电容器及二次电池为电源的自行式输送系统，再利用再生能量并抑制自行式运输工具的停止精度的偏移。在电容器及驱动控制装置之间连接双向DC-DC转换器，具备：控制电路，在电容器的输出电压是双向DC-DC转换器的输出电压以上时将开关断开，在输出电压不到DC-DC转换器的输出电压时将开关接通，并且在DC-DC转换器的输出侧电压是再生开始设定电压以上时将DC-DC转换器切换到再生侧，在DC-DC转换器的输出侧电压是再生完成设定电压以下时将DC-DC转换器向动力运行侧切换；以及整流机构，连接在开关及二次电池之间，使得从二次电池侧向驱动控制装置侧流过电流，向其相反侧不流过电流。

Description

以电容器及二次电池为电源的自行式输送系统

技术领域

本发明涉及在沿着规定路径移动而搬运输送物的自行式运输工具中具备电容器及二次电池、使用充电在它们中的电力驱动自行式运输工具的自行式输送系统。

背景技术

存在如下自行式输送系统(例如参照专利文献1的图1及图4)：在自动输送车中具备驱动驱动轮的电动机及其驱动控制装置、以及作为驱动用电源的电气双层电容器，通过将从设置在工厂内的适当位置的充电站的充电用电源对电气双层电容器充电的电力向驱动控制装置供给而驱动电动机，来使自动输送车移动，并以电气双层电容器为电源；还具有作为电气双层电容器的辅助能源而使用与电气双层电容器并联连接的铅二次电池的结构(参照专利文献1的图2)。

此外，还有如下结构(例如参照专利文献2)：在无人输送车中具备驱动驱动轮的电动机及其驱动控制装置、以及电池及并联连接在该电池上的电容器，从设置在工厂内的适当位置的充电站的充电用电源(供电装置)对电池及电容器充电，在快速充放电特性良好的电容器的充电完成时刻完成充电而解除无人输送车的约束。

专利文献1：日本特开平7-163016号公报(图1～图2、图4)

专利文献2：日本特开2008-137451号公报(图1)

在以电容器为电源的自行式输送系统中，自行式运输工具的数量比充电站的数量多，在使生产线在休息日的期间(例如作为每周的休息日的两天间)停止的情况下，存在在该停止期间中在充电站以外的地方待机的自行式运输工具。在将这样在充电站以外的地方待机的自行式运输工具在休息日结束后再开始运转时，有因电容器自然放电量较大以及上述停止期间中的待机电力而电容器的剩余电压成为额定值以下、因电池耗尽而不能再开始运转的情况。

作为这样的电池耗尽的对策，可以考虑设置许多充电站以使充电站的数量与自行式运输工具的数量一致、或者增大电容器的容量，但在前者的对策中成本增大，在后者的对策中成本增大并且电容器的体积及重量也增大，所以通过这些的哪种对策都变得不适合于实用。

如上所述，在专利文献2中公开了将电池及电容器并联连接的结构，将向电池及电容器的充电在电容器的充电完成时刻完成，例如仅在货物的装卸等的作业时的自行式运输工具的停止时间进行从充电用电源(供电装置)的充电，在自行式运输工具的移动时等，在电池的电压较低的情况下从电容器向电池进行充电。

这里，在通过专利文献2那样的结构从电容器向电池进行充电时，受到考虑到对寿命带来的影响而设定的充电电压的上下限电压的制约，并且在基本为定电压充电的电池的充电中，电容器的电压随着充电进行而下降，所以能够从电容器向电池充电的量非常少，所以不能有效地活用电容器的能量。

由此，在专利文献2那样的将电池及电容器并联连接的结构中，电池是主电源，并且从充电用电源(供电装置)的充电在快速充放电特性良好的电容器的充电完成时刻结束，所以对于电池而言充电时间较短，如上述那样能够从电容器向电池充电的量非常少，并且如果考虑到防止电池的耗尽则需要预先选择容量较大的电池，所以重量及成本增加。

而且，由于电池是主电源，所以自然电池的充放电时间增加，因为充放电周期寿命(通常放电深度50％下为500次左右)而仅能够短时间使用。

进而，如上所述，在专利文献1中公开了作为电气双层电容器的辅助能源而使用与电气双层电容器并联连接的铅二次电池的结构(参照图2及段落[0014])，对于电气双层电容器及铅二次电池怎样充电、怎样使用充电的电力是不清楚的，完全没有进行实用方面的研究。

为了解决这样的问题，由本申请的发明者进行了关于自行式输送系统的发明(参照日本特愿2010-174977号。以下称作“先申请发明”)，该自行式输送系统具备：双向DC-DC转换器，连接在电气双层电容器及驱动控制装置之间；二次电池充电器，在上述电气双层电容器及上述驱动控制装置之间，其输出侧经由开关连接在上述双向DC-DC转换器的输出侧，对二次电池进行充电；以及控制电路，在上述电气双层电容器的输出电压是上述双向DC-DC转换器的输出电压以上的情况下将上述开关断开，在上述电气双层电容器的输出电压不到上述双向DC-DC转换器的输出电压的情况下将上述开关接通，并且在上述双向DC-DC转换器的输出侧的电压是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到再生侧，在上述双向DC-DC转换器的输出侧的电压是再生完成设定电压以下的情况下将上述内部电路向动力运行侧切换。

根据先申请发明，不会在休息日结束等的运转再开始时发生电池耗尽，寿命较长，能够抑制重量及成本的增大，并且由于在电气双层电容器与驱动控制装置之间连接着双向DC-DC转换器，所以能够将以往通过再生电阻单元变换为热能而损失的再生能量经由双向DC-DC转换器向电气双层电容器蓄电而再利用，能够消除能量的浪费。

但是，能够将再生能量蓄电的反面，存在自行式运输工具的停止位置以例如200～300mm左右偏移的情况，所以从提高自行式运输工具的停止精度的观点看还存在改进的余地。

发明内容

所以，本发明鉴于上述状况而做出的，要解决的问题在于如下一点：提供一种能够将再生能量蓄电而再利用、并且能够减小自行式运输工具的停止精度的偏移的以电容器及二次电池为电源的自行式输送系统。

本申请的发明者对自行式运输工具的停止精度偏移的情况进行了实验及研究，发现根据在将马达减速停止时产生的再生能量蓄电时的上述开关的状态、即在上述开关是关闭而以电容器作为电源运转的情况、和上述开关开启而以二次电池作为电源运转的情况下，停止精度的偏移变大，从而完成了本发明。

有关本发明的以电容器及二次电池为电源的自行式输送系统，为了解决上述问题，在沿着规定路径移动而搬运输送物的自行式运输工具中，具备马达及其驱动控制装置、作为上述马达的驱动用电源的电容器及二次电池、以及与上述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，通过将充电到上述电容器及二次电池中的电力向上述驱动控制装置供给而驱动上述马达，使上述自行式运输工具移动，该以电容器及二次电池为电源的自行式输送系统的特征在于，具备：双向DC-DC转换器，连接在上述电容器及上述驱动控制装置之间；二次电池充电器，在上述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，对上述二次电池充电；控制电路，在上述电容器的输出电压是上述双向DC-DC转换器的输出电压或规定阈值以上的情况下将上述开关断开，在上述电容器的输出电压不到上述双向DC-DC转换器的输出电压或规定阈值的情况下将上述开关接通，并且在上述双向DC-DC转换器的输出侧的电压是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到再生侧，在上述双向DC-DC转换器的输出侧的电压是再生完成设定电压以下的情况下将上述内部电路向动力运行侧切换；以及整流机构，连接在上述开关及上述二次电池之间，使得从上述二次电池侧向上述驱动控制装置侧流过电流、向其相反方向不流过电流。

根据这样的结构，由于在双向DC-DC转换器的输出侧的电压是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到再生侧，在双向DC-DC转换器的输出侧的电压是再生完成设定电压以下的情况下将上述内部电路向动力运行侧切换，所以在动力运行运转时从电气双层电容器经由双向DC-DC转换器向驱动控制装置供给电源，在马达减速停止时等、产生再生电力的情况下，能够将再生能量经由双向DC-DC转换器向电气双层电容器蓄电而进行再利用。

此外，由于具备连接在开关及二次电池之间的、使得从二次电池侧向驱动控制装置侧流过电流、向其相反方向不流过电流的整流机构，所以即使开关是开启的状态，也不会将再生能量蓄电到二次电池中。

即，在开关关闭、以电容器为电源驱动马达的情况及开关开启而以二次电池为电源驱动马达的情况的任一情况下，都将在马达减速停止时产生的再生能量仅蓄电到电容器中，所以在以电容器为电源的情况或以二次电池为电源的情况下，自行式运输工具的停止精度不会有偏移。

发明效果

如以上那样，根据有关本发明的以电容器及二次电池为电源的自行式输送系统，在休息日结束等的运转再开始时不会发生电池耗尽，寿命较长，能够抑制重量及成本的增大，并且由于在电容器与驱动控制装置之间连接着双向DC-DC转换器，所以能够将以往通过再生电阻单元变换为热能而损失的再生能量经由双向DC-DC转换器向电容器蓄电而再利用，能够消除能量的浪费，在开关关闭以电容器作为电源而驱动马达的情况以及开关开启而以二次电池作为电源而驱动马达的情况的任一种情况下，都将在马达减速停止时产生的再生能量仅蓄电到电容器中，所以起到在以电容器为电源的情况或以二次电池为电源的情况下自行式运输工具的停止精度不会偏移的显著的效果。

附图说明

图1是表示有关本发明的实施方式的以电容器及二次电池为电源的自行式输送系统的整体结构的一例的概略俯视图。

图2是表示对停止在充电站的自动输送车进行充电的状态的框图。

图3是更详细地表示图2的双向DC-DC转换器及驱动控制装置等的框图。

图4中，(a)是表示电容器的输出电压Vi是双向DC-DC转换器的输出电压Vo以上的情况下的能量的流动的框图，(b)是表示输出电压Vi不到输出电压Vo的情况下的能量的流动的框图。

图5是表示双向DC-DC转换器的输出侧的电压是再生开始设定电压Vs以上的情况下的能量的流动的框图，其中，(a)表示开关为关闭的状态，(b)表示开关为开启的状态。

标记说明

R规定路径

Vi电容器的输出电压

Vo双向DC-DC转换器的输出电压

Vs再生开始设定电压

Ve再生完成设定电压

1自动输送车(自行式运输工具)

2A、2B充电站

3充电用电源

4控制装置

5汽缸

6A充电端子(供电体)

6B受电端子(受电体)

7电容器

8双向DC-DC转换器

8A动力运行转换器

8B再生转换器

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马达

15驱动轮

16从动轮

17二极管(整流机构)

具体实施方式

接着，基于附图详细地说明本发明的实施方式，但本发明并不限定于附图所示的实施方式，而包括满足权利要求书中记载的要件的全部实施方式。

图1所示的有关本发明的实施方式的以电容器及二次电池为电源的自行式输送系统，例如由如下部分构成：作为自行式运输工具的无人的自动输送车1、1、…，沿着由磁导引带形成的工厂内的规定路径R，一边检测上述导引带(ガイドテ一プ)的位置一边自行驶而搬运输送物；充电站2A、2B，设在规定路径R的中途，由作为供电体的充电端子6A及充电用电源3等构成；未图示的堆入升降台或卸下升降台，设置在充电站2A、2B的位置处，进行输送物的装卸；以及控制装置等，控制各设备的动作并且控制作为恒流电源的充电用电源3；在规定路径R上具备比充电站2A、2B的数量(两处)多的自动输送车1、1、…。

在充电站2A、2B的设置位置处，如上所述，有堆入升降台或卸下升降台，如果自动输送车1来到这些位置，则自动输送车1停止而被定位，由堆入升降台或卸下升降台进行输送物的装卸作业，利用与该作业时间相当的自动输送车1的停止时间，由充电用电源3进行向自动输送车1上的电容器7(参照图2)的充电。

这里，电容器7的快速充放电特性良好，在电容器7中，除了包括电气双层电容器及锂离子电容器以外，还包括具有能够快速充放电的特性的2次电池。

如图2所示，作为自行式运输工具的自动输送车1在其基体上具备：驱动轮15、15及从动轮16、16；驱动驱动轮15、15的马达14及其驱动控制装置13；作为马达14的驱动用电源的作为主电源的电容器7；连接在电容器7上的、与充电端子A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，连接在电容器7与驱动控制装置13之间，将电容器7的直流输出电压(例如54V以下)匹配于负荷而向别的一定直流电压(例如24V)变换；铅蓄电池充电器9，在电容器7与驱动控制装置13之间，其输出侧经由例如作为晶闸管的开关11连接在双向DC-DC转换器8的输出侧，对作为辅助电源的铅蓄电池10进行充电；和控制电路12等，在电压检测部12A的电压Vi是双向DC-DC转换器8的输出电压Vo(例如24V)以上的情况下将开关11断开(将开关11关闭)，在电压Vi不到电压Vo的情况下将开关11接通(将开关11开启)。

另外，除了将作为电容器7的输出电压(双向DC-DC转换器8的输入电压)的电压检测部12A的电压Vi与双向DC-DC转换器8的输出电压Vo(例如24V)比较而通过控制电路12进行开关11的切换控制的结构以外，也可以构成为，将电压Vi与不同于双向DC-DC转换器8的输出电压Vo的规定阈值(例如23V)比较，在电压Vi是规定阈值以上的情况下将开关11断开，在电压Vi不到规定阈值的情况下将开关11接通。

图2所示的连接在充电用电源3上的作为供电体的充电端子6A能够通过由控制装置4控制的汽缸(シリンダ)5向接近于受电端子6B的方向以及远离的方向移动，以使其能够与自动输送车1侧的作为受电体的受电端子6B进行接触结合，并且能够将该结合解除。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、通过非接触供电将电容器7充电的结构。

在自动输送车1停止在图1所示的充电站2A或2B、如图2那样充电端子6A与受电端子6B接触结合的状态下，通过控制装置4运算向充电用电源3的指令值，将该指令值向充电用电源3发出，将充电电流从充电用电源3经由充电端子6A及受电端子6B向电容器7供给。

向电容器7的充电完成后的自动输送车1，在通过由控制装置4控制的汽缸5将充电端子6A及受电端子6B的接触结合解除后，来自电容器7的放电电力经由双向DC-DC转换器8被向驱动控制装置13供给，通过由驱动控制装置13驱动控制的马达14的驱动转矩驱动驱动轮15、15，所以沿着规定路径R移动。

这样来自电容器7的放电电力经由双向DC-DC转换器8被向驱动控制装置13供给(参照图4(a)的粗线箭头A)，但此时的剩余电力被供给到铅蓄电池充电器9中(参照图4(a)的粗线箭头B)，由蓄电池充电器9将一定的电压(例如27.3V～29.1V)供给到铅蓄电池10中，对铅蓄电池10(例如额定电压24V)充电。

以上说明的铅蓄电池10也可以是镍氢电池或锂离子电池等其他二次电池。

另外，在铅蓄电池10的情况下，由于需要例如几小时左右的充电时间，所以选择电容器7的电容，以便能够通过电容器7的规定次数的循环放电的剩余电力能够将铅蓄电池10满充电。

此外，虽然铅蓄电池10的充电电压(例如27.3V～29.1V)超过驱动控制装置13的电源电压的容许范围(例如24V±10％)，但在对铅蓄电池10充电时，即在自动输送车1的通常运转(例如平日的生产线工作时的运转)时，由于通过控制电路12将开关11断开，所以铅蓄电池充电器9及铅蓄电池10与驱动控制装置13没有连接，所以不会对驱动控制装置13施加超过其电源电压的容许范围的电压，并且铅蓄电池10不会为了驱动马达14而放电。

如上所述，由于自动输送车1、1、…的数量比充电站2A、2B的数量(两处)多，所以在使生产线在休息日的期间(例如作为每周的休息日的两天间)停止时，在该停止期间中存在在充电站2A、2B以外的地方待机的自动输送车1、1、…，所以在将在充电站2A、2B以外的地方待机的自动输送车1、1、…在休息日结束后再开始运转时，有作为电容器7的输出电压(双向DC-DC转换器8的输入电压)的电压检测部12A的电压Vi不到双向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的电力供给被切断的情况。

在此情况下，由于电压检测部12A的电压Vi不到双向DC-DC转换器8的输出电压Vo，所以如上述那样通过控制电路12将开关11接通，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4(b)的粗线箭头C)。

另外，铅蓄电池10选择对于如下电力具有充分的容量的铅蓄电池，该电力是在上述停止期间中从电压检测部12A的电压Vi成为不到双向DC-DC转换器8的输出电压Vo到休息日结束后供给待机电力、从停止位置行驶到下个充电站的电力。

此外，在休息日结束后再开始电容器7的充电的时刻，铅蓄电池充电器9也再开始动作，所以通过控制电路12将开关11关闭，以使双向DC-DC转换器8的输出侧与铅蓄电池充电器9的输出侧不并联连接。

根据以上那样的结构，在自动输送车1的通常运转时，来自作为主电源的电容器7的放电电力经由双向DC-DC转换器8被向驱动控制装置13供给而驱动马达14，并且来自电容器7的放电电力的剩余电力被供给到铅蓄电池充电器9中，通过铅蓄电池充电器9将一定的电压供给到铅蓄电池10中，对铅蓄电池10充电，所以能够有效地活用电容器7的能量。

此外，如上所述，在电压检测部12A的电压Vi不到双向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，将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，所以在例如如休息日结束那样生产线从非工作状态变为工作状态时不会成为电池耗尽。

进而，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为主电源的结构，铅蓄电池10的充放电次数变少，所以虽然是使用充放电周期寿命较短的铅蓄电池10，但能够实现长时间的使用。

进而，铅蓄电池10不是主电源，只要具备在休息日结束后能够将自动输送车1移动到充电站2A或2B的容量就可以，所以能够抑制重量及成本的增大。

此外，与设置许多充电站以使充电站的数量与自动输送车1、1、…的数量一致的结构相比能够降低成本，与增大电容器7的电容的结构相比能够降低成本以及电容器7的体积及重量。

以上，对在待机于充电站2A、2B以外的地方的自动输送车1、1、…中，电压检测部12A的电压Vi不到双向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休息日结束后的运转再开始时的情况进行了说明，但即使不是休息日结束后的运转再开始时，而是例如在规定路径R内的储藏部中在没有充电器的位置处长时间待机的情况等也同样，在从双向DC-DC转换器8向驱动控制装置13的电力供给被切断时，通过控制电路12接通开关11，所以将来自铅蓄电池10的放电电力向驱动控制装置13供给，所以能够避免电池耗尽。

接着，对用来利用再生能量的结构例及其动作进行说明。

如图2及图3所示，在电容器7与驱动控制装置13之间连接着双向DC-DC转换器8，并且能够通过电压检测部12B检测双向DC-DC转换器8的输出侧(驱动控制装置13侧)的电压。

因而，根据由电压检测部12B检测到的电压，控制电路12在电压检测部12B的电压是规定的再生开始设定电压Vs(例如28V)以上的情况下，将双向DC-DC转换器8的内部电路切换到再生侧(参照图3的再生转换器8B)，在电压检测部12B的电压是规定的再生完成设定电压Ve(例如24V)以下的情况下，将上述内部电路向动力运行侧(参照图3的动力运行转换器(力行コンバ一タ)8A)切换。

通过这样的结构及动作，在动力运行运转时从电容器7经由双向DC-DC转换器8的动力运行转换器8A向驱动控制装置13供给电源，在马达14减速停止时等，在产生再生电力的情况下将再生能量经由双向DC-DC转换器8的再生转换器8B向电容器7蓄电而能够进行再利用(参照图5的粗线箭头D)。

此外，在这样利用再生能量时，如图2及图3所示，由于在开关11与铅蓄电池10之间具备使得从铅蓄电池10侧向驱动控制装置13侧流过电流、向其相反方向不流过电流的作为整流机构的二极管17，所以即使在如图5(b)那样开关11是开启的情况下也不会将再生能量蓄电到铅蓄电池10中。

即，在开关11关闭而以电容器7为电源驱动马达14的情况以及开关11开启而以铅蓄电池10为电源驱动马达14的情况的任一情况下，都如图5(a)及图5(b)所示，将在马达14减速停止时产生的再生能量仅蓄电到电容器7中，所以在以电容器7为电源的情况或以铅蓄电池10为电源的情况下自动输送车1的停止精度不会有偏移。

在以上的说明中，表示了自行式输送系统的自行式运输工具是沿着导引带移动的自动输送车1的情况，但自行式运输工具也可以是沿着导轨移动的架空式或落地式的结构。

Claims (1)

1.一种以电容器及二次电池为电源的自行式输送系统，在沿着规定路径移动而搬运输送物的自行式运输工具中，具备马达及其驱动控制装置、作为上述马达的驱动用电源的电容器及二次电池、以及与上述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，通过将充电到上述电容器及二次电池中的电力向上述驱动控制装置供给而驱动上述马达，使上述自行式运输工具移动，该以电容器及二次电池为电源的自行式输送系统的特征在于，具备：

双向DC-DC转换器，连接在上述电容器及上述驱动控制装置之间；

二次电池充电器，在上述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，对上述二次电池充电；

控制电路，在上述电容器的输出电压是上述双向DC-DC转换器的输出电压或规定阈值以上的情况下将上述开关断开，在上述电容器的输出电压不到上述双向DC-DC转换器的输出电压或规定阈值的情况下将上述开关接通，并且在上述双向DC-DC转换器的输出侧的电压是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到再生侧，在上述双向DC-DC转换器的输出侧的电压是再生完成设定电压以下的情况下将上述内部电路向动力运行侧切换；以及

整流机构，连接在上述开关及上述二次电池之间，使得从上述二次电池侧向上述驱动控制装置侧流过电流、向其相反方向不流过电流。

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