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バッテリー充電

AGVの動力となるバッテリーにはいろいろな種類のものが使用されていますが、鉛蓄電池は広く世の中で使用されています。古くは、安価で導入のしやすい自動車で使うようなスタータバッテリーがよく使用されていました。エンジン始動時に瞬間的に大きな電流を流すことを目的に作られ、過度の放電状態になると再充電をしても回復できない特長があります。
また、内部に液体硫酸溶液が含まれており、メンテナンスが必要で課題が残るのですが、安価ゆえにこの液式バッテリーはアジアを中心とする海外ではAGV用として広く使用されています。

一方、日本国内や欧州、北米などでは、繰り返し放充電が可能なバッテリーが広く用いられています。
80%以上放電サイクルでの動作を前提に設計され、ディープサイクルバッテリーといわれ少量の電流を長時間供給する能力に優れています。スタータバッテリーよりも 厚い電極板を持っており、かつ、内部が液体でなく固体鉛板で構成され、従来の液式の課題が解消されたバッテリーです。設計上は深い放電深度まで使用できますが、50%以下の使用を続けると急激にバッテリーの劣化が進むため、50%以上の容量での使用サイクルで使用すると、寿命とコストパフォーマンスの兼ね合いが良いといわれています。

放電深度とサイクル回数

これはバッテリーをどれくらい使用したかを示す値です。
バッテリーが満タンの状態で0%、半分まで使っている状態を50%、完全に使い切った状態を100%と表現します。
この放電深度がバッテリーの寿命に大きく関係しており、バッテリーの放電深度が深いほど、バッテリーのサイクル回数が大きく減少し寿命が低減するといわれています。そのためできるだけ放電深度の浅い状態で、バッテリーを繰り返し使用することが、バッテリーの長寿命化につながると考えられています。

充電制御と充電電流

バッテリーの充電にはいくつかの方法があります。代表的な方式は以下です。

 

■定電圧充電(CV方式)
一定の電圧を印可し、それに準じた電流で充電する方法です。
バッテリーの残量が少なく内部抵抗が小さいときは大電流が流れ、
バッテリーが満充電に近づくと電流が少なくなる充電方式です。
バッテリー残量が少ない場合は過電流にならないように注意が必要です。

AGV充電シミュレーショングラフ

 

■定電流充電(CC方式)
一定の電流を供給し、充電する方法です。
安定した電流が流れるように、バッテリーの残量に
合わせ電圧を変化させていく方式です。
バッテリーが満充電に近くなると、一定の電流を流そうとするため、印加電圧が高くなり過電圧になる危険があります。
バッテリーが満充電になる手前で停止する必要があります。

 

AGV充電シミュレーショングラフ

 

 

■定電流定電圧充電(CCCV方式)
バッテリーの残量が少ないときはCC充電として一定の電流を供給して充電し、バッテリーが満充電に近づくとCV充電に切替えて電流を徐々に減少させていく、最も主流の充電方式です。

 

 

 

 

AGV充電シミュレーショングラフ

  

 

■パルス充電方式
充電中のごく短時間だけ、電圧値が規定値を超えるように電流値を流します。
バッテリーが完全に満充電になるような最後の充電制御に用いられます。制御が難しくあまり一般的ではありません。 

 

AGV充電シミュレーショングラフ

このように、いろいろな方式を用いてバッテリーは充電されますが、バッテリーで規定されている許容最大充電電圧や、最大充電電流はバッテリー毎に定義されています。一般的には、鉛バッテリーは詳細な記載がされていませんが、通常、普通充電電流という、バッテリー容量の1/5~1/10程度の電流容量がバッテリーの長寿命化につながるとして推奨されています。各バッテリーの専用充電器などはこの充電電流が用いられることが多くなっています。
バッテリーは、より多くの電流を流し急速充電として充電時間を短縮することが可能です。 運用用途や一時的な理由に
より、普通充電よりも高い電流量を用いて充電する場合も見られます。
このように、有効な充電方法及び、最適な充電電流がバッテリーの寿命改善に大きく関係してくると考えられています。
バッテリーはAGVの運用に欠かせないアイテムです。充電方法を意識することで大きく寿命を延ばし、より有効な活用へつなげることができます。

 

高純度バッテリーとLIバッテリー
バッテリーが自動化で重要な役割を担う中、技術革新が進んでいます。高純度の鉛バッテリーとリチウムイオンバッテリーは、放電深度や充電電流の課題を解消するため、より高寿命及び大電力の充電ができるバッテリーとして期待され活用されています。

高純度の鉛バッテリーは、高純度の鉛を用いることで通常の鉛蓄電池に比べて内部抵抗が非常に小さく、大電流での充放電が可能な鉛蓄電池です。また、サイクル寿命も通常の鉛蓄電池よりも高い非常に高性能の鉛蓄電池です。
リチウムイオンバッテリーは、電極に鉛を使う鉛蓄電池と異なり、電極にリチウムを含む酸化物を用いているバッテリーです。エネルギー密度の高い素材のため、大電流の充放電が可能な電池です。鉛バッテリーと比べると、エネルギー密度が高い素材であるため高価です。また、安全制御に課題があり、バッテリー内部を構成するセル間のバランス制御などが非常に重要となってきます。近年、BMS(バッテリーマネージメントシステム)が搭載されているリチウムバッテリーが標準化され、これにより内部のセル電圧や温度、過充電保護など各種保護機能が搭載され、AGVへの応用も増えてきています。
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