(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷による放電と充電器による充電とを繰り返すバッテリの充放電制御方法であって、
前記放電による放電量と、前記充電器による充電量とに差を設けることによって、充放電が実施されるＳＯＣの範囲内で、放電後および充電後のＳＯＣの範囲をそれぞれ段階的に変動させることを特徴とするバッテリの充放電制御方法。
【請求項２】
前記充放電が実施されるＳＯＣの範囲および充放電後のＳＯＣの範囲が、１０〜１００％の範囲において変動される請求項１に記載のバッテリの充放電制御方法。
【請求項３】
前記充放電が実施されるＳＯＣの範囲および充放電後のＳＯＣの範囲が、それぞれ、低ＳＯＣ値から高ＳＯＣ値へ段階的に変動される請求項１に記載のバッテリの充放電制御方法。
【請求項４】
前記充放電後のＳＯＣが４０〜１００％になると、ＳＯＣが段階的に低下するように、充放電が実施される請求項１に記載のバッテリの充放電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車、電動式搬送車両等に搭載されるバッテリの充放電制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バッテリを動力源の少なくとも一部として使用する電動車両の一つとして、ＡＧＶと呼ばれる無人搬送車がある。この無人搬送車は、各種製品の組立工場等において、部品の自動搬送等に使用されるようになっており、そのバッテリとして、充電可能な複数個の単電池を直列に接続して構成された高電圧の組電池が搭載されている。
【０００３】
この無人搬送車は、通常、使用される工場内において、ステーションを起点として、予め設定された１つの経路に沿って走行した後に、ステーションに戻り、ステーションにおいてバッテリが充電されるという一連の動作を繰り返す。所定の経路に沿った１回の走行によって消費される電力は、通常、バッテリの容量の１０％程度と僅かである。また、安全等のために、バッテリが満充電されないようになっており、従って、バッテリは、ＳＯＣ（State  of  Charge：充電状態）が、例えば５０〜６０％程度の範囲において、充放電を繰り返すことになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ＳＯＣが比較的狭い範囲になるように充放電を繰り返すバッテリでは、充電メモリー効果が生じることが知られている。充電メモリー効果とは、ＳＯＣの浅いところで充放電を繰り返すと充電末期に電圧が上昇する現象であり、特定のＳＯＣにおいて充電メモリー効果が発生すると、そのＳＯＣ値よりも高いＳＯＣ値になると電池電圧が上昇し、充電効率が低下する等の現象が発生する。
【０００５】
バッテリのＳＯＣと電池電圧の関係は、基本的には、ＳＯＣの増加に伴って電池電圧も上昇する傾向になっているが、ＳＯＣが０％近傍の低ＳＯＣの範囲、および１００％近傍の高ＳＯＣの範囲において顕著な上昇になっているが、それらの間においては、ＳＯＣの増加に対して電池電圧はあまり増加しない傾向にある。
【０００６】
前述した無人搬送車では、過大な充電電圧を検知した場合には、安全のために強制的に放電して、ＳＯＣが、充放電が実施されるＳＯＣの範囲の下限値とするシステムが設けられている。例えば、充放電が実施されるＳＯＣの範囲が５０〜６０％、充電に際しての上限電圧として、７０％のＳＯＣに対応した電池電圧が設定されている場合には、通常は、ＳＯＣが５０〜６０％の範囲になるように、充放電が実施されるが、充電電圧が設定された上限値に達すると、ＳＯＣが充放電が実施される範囲の下限値である５０％になるように、強制的に放電される。
【０００７】
しかしながら、バッテリに充電メモリー効果が発生し、充電メモリー効果が発生したＳＯＣよりも高くなると、電池電圧が急激に上昇するために、バッテリが充電上限電圧になっていると誤検知して、電池電圧が、充電上限電圧よりも低くなっているにもかかわらず、強制的に放電されることになる。これにより、ＳＯＣは、充放電が実施される範囲の下限値とされる。このように、バッテリは、十分に充電されることなく、ＳＯＣが強制的に低下されるために、このような動作が繰り返されることにより、無人搬送車のバッテリは、十分に充電されない状態になるおそれがある。
【０００８】
例えば、充電上限電圧として、７０％のＳＯＣに対応した電池電圧が設定されている場合に、充電メモリー効果によって、６０％のＳＯＣに対応した電池電圧であるにもかかわらず、充電上限電圧に達したものとみなされると、ＳＯＣが５０％になるように強制的に放電される。その結果、バッテリは、十分に充電されていない状態で、充放電が実施されることになり、このような状態で、再び充電メモリー効果が発生すると、バッテリは、さらに、強制的に放電されて、十分に充電されない状態で、充放電が実施されることになる。このように、充電メモリー効果によって、低いＳＯＣ値において強制的に放電されると、最終的には、無人搬送車両のバッテリは、十分に充電されず、走行することができなくなるおそれがある。
【０００９】
また、充電メモリー効果は、ＳＯＣが０％になるように強制的に放電し、ＳＯＣが１００％になるように満充電するリフレッシュ充放電を、数回のサイクルにわたって実施するすることによって解消することができるが、通常、数回のサイクルにわたるリフレッシュ充放電を繰り返さなければ、充電メモリー効果を解消することができない。
【００１０】
図４は、リフレッシュ充放電のサイクル数と、充電メモリー効果の関係を示すグラフである。図４（ａ）は、１サイクルのリフレッシュ充放電を実施した場合におけるＳＯＣと電池電圧との関係を示しており、ＳＯＣが５０〜６０％において、充電メモリー効果が発生している。また、図４（ｂ）は、２サイクルのリフレッシュ充放電を実施した場合におけるＳＯＣと電池電圧との関係を示しており、ＳＯＣが６０〜８０％において、充電メモリー効果が発生している。図４（ｃ）は、５サイクルのリフレッシュ充放電を実施した場合におけるＳＯＣと電池電圧との関係を示しており、ＳＯＣが８０〜１００％、において、充電メモリー効果が発生している。
【００１１】
図４（ｄ）は、６サイクルのリフレッシュ充放電を実施した場合におけるＳＯＣと電池電圧との関係、図４（ｅ）は、７および８サイクルのリフレッシュ充放電を実施した場合におけるＳＯＣと電池電圧との関係をそれぞれ示しており、充電メモリー効果はほとんど発生していない。従って、リフレッシュ充放電を、少なくとも６回以上にわたって実施しなければ、充電メモリー効果を解消することができない。
【００１２】
同様の問題は、ＨＥＶと呼ばれるハイブリッド電気自動車に搭載されるバッテリにおいても発生する。ハイブリッド車両用のバッテリは、電動機を駆動するための電力を貯蔵するだけでなく、回生時には発電された電力を貯蔵し、さらには、搭載された熱機関による充電も受ける。このために、急激に充電されることを防止するために、前述した無人搬送車におけるバッテリの場合と同様に、ＳＯＣが所定の範囲になるように、充放電が実施される。従って、このようなＨＥＶのバッテリにおいても、充電メモリー効果が発生すると、バッテリの充電効率が低下するおそれがある。
【００１３】
本発明は、このような問題を解決するものであり、その目的は、充電メモリー効果によるバッテリの充電効率が低下することを防止することができるバッテリの充放電制御方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明のバッテリの充放電制御方法は、バッテリのＳＯＣが、予め設定された範囲になると、所定範囲のＳＯＣになるように、充放電を実施するバッテリの充放電制御方法であって、充放電が実施されるＳＯＣの範囲が、順次変動されるとともに、充放電後のＳＯＣの範囲も順次変動されることを特徴とする。
【００１５】
前記充放電が実施されるＳＯＣの範囲および充放電後のＳＯＣの範囲が、１０〜１００％の範囲において変動される。
【００１６】
前記充放電が実施されるＳＯＣの範囲および充放電後のＳＯＣの範囲が、それぞれ、低ＳＯＣ値から高ＳＯＣ値へ段階的に変動される。
【００１７】
前記充放電後のＳＯＣが４０〜１００％になると、ＳＯＣが段階的に低下するように、充放電が実施される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
図１は、本発明のバッテリの充放電制御方法を用いる無人搬送車（ＡＧＶ）と、その無人搬送車の充電器のブロック図である。
【００２０】
無人搬送車１０は、工場、倉庫等において、予め設定された経路に沿って走行するようになっており、動力源としてのバッテリ１１と、バッテリ１１の放電等を制御する電池制御部１２とを搭載している。バッテリ１１は、複数個の単電池を直列に接続して構成された組電池であり、単電池としては、例えば密閉型ニッケル水素電池が使用されている。電池制御部１２には、バッテリ１１のＳＯＣ、温度等の各種情報も入力されている。
【００２１】
無人搬送車１０は、工場内におけるステーションを起点として、工場内部の予め設定された１つの経路を走行するとステーションに戻り、ステーションに戻る度に、ステーションに設置された充電器２０によって充電されるようになっている。
【００２２】
バッテリ１１には、ステーションに設けられた充電器２０によって充電される際に、充電器２０に接続される充電ライン３１が接続されている。また、電池制御部１２には、充電器２０によってバッテリ１１が充電される際に、充電器２０に対して各種情報を入出力する充電制御信号ライン３２も接続されている。
【００２３】
充電器２０は、バッテリ１１に対して充電を行う充電部２１と、充電部２１を制御する充電制御部２２とを備えている。充電部２１には、整流フィルター２３が接続されており、入力端子２４から入力される三相交流電流（ＡＣ２００Ｖ）が、整流フィルター２３を介して充電部２１に与えられている。
【００２４】
充電部２１には、無人搬送車１０のバッテリ１１を充電する際に、充電ライン３１と接続される充電端子２５が設けられており、また、充電制御部２２には、無人搬送車１０のバッテリ１１を充電する際に、充電制御信号ライン３２に接続される制御信号端子２６が設けられている。充電端子２５には、無人搬送車１０のバッテリ１１に充電される電圧を検出する電圧計２７が接続されており、また、充電部２１と充電端子２５との間に、無人搬送車１０のバッテリ１１に対する充電電流を検出する電流計２８が接続されている。
【００２５】
このような構成の無人搬送車１０は、ステーションに設けられた充電器２０によって、以下のようにして、バッテリ１１が充電される。
【００２６】
無人搬送車１０に搭載されたバッテリ１１が、所定経路を１回の走行によって消費する電力量（放電量）は、通常、ほぼ一定になっている。充電器２０の充電部２１は、無人搬送車１０が所定経路を１回走行する毎に、無人搬送車１０の充電ライン３１および充電制御信号ライン３２が、充電器２０の充電端子２５および制御信号端子２６に、それぞれ接続される。充電器２０の充電部２１には、入力端子２４から入力される三相交流電流が、整流フィルター２３によって整流されて与えられており、充電部２１は、与えられる電流を、充電制御部２２によって制御して、無人搬送車１０のバッテリ１１に対して、充電ライン３１を介して充電する。充電制御部２２は、充電制御信号ライン３２によって電池制御部１２から出力される信号に基づいて、充電部を制御する。
【００２７】
この場合、無人搬送車１０のバッテリ１１に対する充電量は、無人搬送車１０が所定の経路を１回走行することによって放電される電気量よりも多く設定されており、これにより、バッテリ１１のＳＯＣは、充電によって、一定量だけ増加する。例えば、無人搬送車１０の１回の走行によるバッテリ１１の放電量が、ＳＯＣの１０％に相当する電気量であれば、バッテリ１１に対する充電量は、ＳＯＣの２０％に相当する電気量とされる。これにより、バッテリ１１のＳＯＣは、１回の走行が終了する毎に実施される充電器２０の充電によって、１０％ずつ高くなる。
【００２８】
このように、バッテリ１１は、充電器２０によって充電が実施される度に、ＳＯＣが高くなるようになっている。そして、バッテリ１１のＳＯＣが４０〜１００％に到達すると、充電制御部２２は、充電部２１による充電量を０として、充電器２０によるバッテリ１１の充電が中止された状態とされる。従って、バッテリ１１は、無人搬送車１０の走行によって放電され、ＳＯＣが１０％になるまで、順次低下される。
【００２９】
あるいは、充電部２１による充電量をＳＯＣの１０％に相当する量に設定するとともに、放電量をＳＯＣの２０％に相当する量とする。これにより、バッテリ１１のＳＯＣは、充電部２１によって充電される度に、ＳＯＣが１０％ずつ強制的に低下され、例えば、ＳＯＣが１０％になるまで、強制的に低下される。
【００３０】
ＳＯＣが１０％に低下すると、前述したように、充電器２０による充電量が、ＳＯＣの２０％に相当する量とされて、充電が実施される。
【００３１】
このように、充放電が実施されるＳＯＣの範囲が順次変動されるとともに、充放電後のＳＯＣの範囲も順次変動されるために、一定のＳＯＣの範囲において充放電を繰り返すことによる充電メモリー効果が発生することが防止される。その結果、充電メモリー効果による電池電圧の上昇が抑制され、強制的に放電が実施される充電上限電圧が誤検知されるおそれがない。
【００３２】
また、このように、ＳＯＣが１０〜１００％の範囲において、充放電を繰り返した場合に、１回程度のリフレッシュ充放電を実施することにより、大きなリフレッシュ効果が得られ、これによっても、充電メモリー効果が発生することが確実に防止される。
【００３３】
図２（ａ）は、ＳＯＣが１０〜１００％の範囲において、ＳＯＣの範囲を順次変動させて充放電制御を実施して、ＳＯＣが９０％に上昇した時点で、強制的に残存放電を行って満充電とするリフレッシュ充放電を、１サイクル実施した場合におけるＳＯＣと電池電圧の関係を示すグラフ、図２（ｂ）は、そのリフレッシュ充放電を２サイクル実施した場合におけるＳＯＣと電池電圧の関係を示すグラフである。１サイクルまたは２サイクルのリフレッシュ充電によって、充電メモリー効果は発生せず、優れたリフレッシュ効果が発揮されている。
【００３４】
図３（ａ）は、ＳＯＣが１０〜１００％の範囲において、ＳＯＣの範囲を順次変動させて充放電制御を実施して、ＳＯＣが１０％に低下した時点で、強制的に残存放電を行って満充電とするリフレッシュ充放電を１サイクル実施した場合におけるＳＯＣと電池電圧の関係を示すグラフ、図３（ｂ）は、そのリフレッシュ充放電を２サイクル実施多場合のＳＯＣと電池電圧の関係を示すグラフである。この場合にも、１サイクルまたは２サイクルのリフレッシュ充放電によって、充電メモリー効果は発生せず、優れたリフレッシュ効果が発揮されている。
【００３５】
充放電が実施されるＳＯＣの範囲、および、充電されるＳＯＣの範囲は、１０〜１００％が好ましく、特に、２０〜８０％が好ましい。
【００３６】
なお、このように、予め設定されたバッテリ１１のＳＯＣの上限に達するまで過剰に充電を行い、予め設定されたバッテリ１１のＳＯＣの下限に達するまで、充電量を０、あるいは、充電量よりも過剰に放電を行う構成に限らず、例えば、上限電圧、上限温度、単位時間当りの温度上昇（ｄＴ／ｄｔ）、或いは電池電流−電圧（Ｉ−Ｖ）の上限に達するまでは、過剰に充電し、これらの上限値に達した後は、予め設定されたバッテリ１１の下限電圧、下限温度、単位時間当りの温度上昇（ｄＴ／ｄｔ）、或いは、電池電流−電圧（Ｉ−Ｖ）の下限に達するまで、充電量より過剰に放電を行うようにしてもよい。いずれの場合にも、バッテリ１１についての必要な情報は、電池制御部１２を介して、適宜、充電制御部２２に取り込まれる。
【００３７】
さらに、上記実施形態は、無人搬送車１０に搭載されるバッテリ１１の充放電制御について説明したが、本発明は、これに限らず、１００％よりも小さな予め設定されたＳＯＣの範囲において充放電が実施されるＨＥＶ用バッテリにおいても、本発明は適用できる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明のバッテリの充放電制御方法は、このように、充放電が実施されるＳＯＣの範囲および充放電後のＳＯＣの範囲が順次変動されるために、バッテリに充電メモリー効果が発生するおそれがなく、従って、充電メモリー効果の発生に伴う充電電圧の上昇による充電上限電圧の誤検知を回避することができる。また、充電メモリー効果を解消するために必要とされるリフレッシュ充放電のサイクル数も低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバッテリの充放電制御方法の実施に使用される無人搬送車と、その無人搬送車の充電に使用される充電器の構成を示すブロック図である。
【図２】その充電器による充電制御を実施した場合における無人搬送車のバッテリに対してリフレッシュ充放電を行ったときの充電特性の変化を示すグラフである。
【図３】その充電器による充電制御を実施した場合における無人搬送車のバッテリに対して、異なる条件でリフレッシュ充放電を行ったときの充電特性の変化を示すグラフである。
【図４】従来の充放電制御方法によって充放電制御されたバッテリをリフレッシュ充放電した場合の充電特性の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  無人搬送車
１１  バッテリ
１２  制御部
２０  充電器
２１  充電部
２２  制御部
２３  整流フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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