JP4048717B2 - 充電制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池に対する充電時において充電量を監視し、その監視充電量が所定の充電指令値に達したときに充電動作を停止させる制御を行うようにした充電制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自走する必要がある移動ロボットにおいては、少なくとも自走用負荷の電源を大容量の二次電池から得るようにしているが、このように反復充電される用途に供される大容量の二次電池にあっては、その寿命を延ばすために充電動作時の充電量を高精度に制御することが非常に重要になってくる。このため、移動ロボット用の充電制御装置においては、従来より、充電器を通じた二次電池への充電量及び二次電池の放電量を監視すると共に、その監視充電量が、例えば放電量に基づいて算出された所定の充電指令値に達したときに上記充電器に対し充電停止を指令して充電動作を終了させるという制御を行う充電コントローラを設けることが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような充電制御装置においては、二次電池に対し充電指令値に応じた量だけ充電された時点（充電器に対し充電停止が指令された時点）から充電器による充電動作が実際に終了するまでの間に、充電コントローラ内部での信号処理時間、充電コントローラから充電器への通信所要時間、充電器内部での応答時間などに起因した遅延時間（数秒程度以下）が発生することが避けられないため、その遅延時間中において充電指令値を越えた状態での充電が続行されることになる。ところが、このような遅延時間中の充電が各回の充電動作毎に反復されると、二次電池の過充電状態が慢性的に発生するため、その寿命が不用意に低下するなど、充電動作に対する信頼性が低くなるという問題点があった。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、二次電池に対する充電量の制御を常時において高精度に行うことができて、充電動作に対する信頼性の向上並びに充電対象の二次電池の寿命長期化を実現できるようになる充電制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載した手段を採用できる。この手段によれば、充電コントローラは、充電器を通じた二次電池への充電時において、その充電量を監視すると共に、その監視充電量が所定の充電指令値に達したときに充電器に対し充電停止を指令して充電動作を終了させる。この場合、充電コントローラは、上述のような充電停止指令の出力後において、前記充電器による充電動作が実際に終了するまでの期間における充電量を検出して過充電量として記憶すると共に、その後に二次電池に対する充電が行われたときに、前記充電指令値を上述のように記憶した過充電量だけ減少させる制御を行うようになる。この結果、二次電池に対する毎回の充電動作時において、その二次電池に対する充電量が過充電状態にならない範囲で高精度に制御されることになり、結果的に充電動作に対する信頼性が向上すると共に、充電対象の二次電池の寿命の長期化を実現できるようになる。
【０００６】
請求項２記載の手段によれば、少なくとも前記二次電池に対する充電終了前の所定期間は定電流充電が行われるため、前記充電コントローラにあっては、前記充電停止指令の出力後に充電器による充電動作が実際に終了するまでの期間の過充電量を、（定電流充電時の電流値）×（充電停止指令の出力後に充電動作が実際に終了するまでの時間）という演算により簡単且つ正確に検出できるようになる。この結果、充電コントローラに必要な制御用プログラムの簡単化を実現できるようになる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を移動ロボット用の充電制御装置に適用した一実施例について図面を参照しながら説明する。
図１には、移動ロボットに搭載される電源系統の概略的な構成が機能ブロックの組み合わせにより示されている。尚、この図１において、太めの破線で示すラインは交流の電源ライン、太めの実線で示すラインは直流の電源ライン、細めの破線で示すラインはシリアル信号ライン、細めの実線で示すラインはアナログ信号ラインである。
【０００８】
この図１において、移動ロボット１に設けられた受電カプラ２は、その移動ロボット１が作業ステーションや充電ステーションに停止された状態時に、当該ステーション側に設置された給電カプラと接続されるものであり、その接続状態では、給電カプラ側から交流電源（例えば２２０Ｖ）が供給される構成となっている。
【０００９】
上記受電カプラ２から給電される入出力制御コントローラ３は、交流入力を整流・平滑する直流電源回路を内蔵しており、受電カプラ２が給電カプラに接続された状態では、当該直流電源回路の出力をロボットコントローラ４を通じて走行用負荷及びロボット作業用負荷に与え、また、受電カプラ２が給電カプラから切り離された状態（移動ロボット１の自走状態）では、バッテリ５（二次電池）からの直流出力をロボットコントローラ４を通じて走行用負荷及びロボット作業用負荷に与える構成となっている。尚、バッテリ５は、例えばニッケルカドミウム電池より成るもので２８８Ｖ（２４０セル）の定格出力のものである。この入出力制御コントローラ３は、受電カプラ２が給電カプラに接続された状態では、バッテリ５との間の電気的接続を遮断した状態に切り替えると共に、受電カプラ２を通じて供給される交流電源出力を充電器６に与える構成となっている。
【００１０】
上記充電器６は、交流入力を整流・平滑した出力によりバッテリ５の定充電充電を行うためのものであり、その充電動作の開始及び停止時期、並びに充電電流の大きさが充電コントローラ７により制御される構成となっている。この場合、バッテリ５に接続された電源ラインには、当該バッテリ５の放電電流及び充電電流を検出するための電流センサ８が設けられており、この電流センサ８による検出出力は充電コントローラ７の電流検出端子に与えられるようになっている。また、充電コントローラ７には、バッテリ５の端子電圧が印加される高入力インピーダンスの電圧検出端子が設けられている。尚、図示しないが、充電コントローラ７の電源は、受電カプラ２が給電カプラに接続されている状態時には、例えば入出力制御コントローラ３内の直流電源回路から降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータを通じて与えられ、受電カプラ２の非接続状態ではバッテリ５から上記ＤＣ−ＤＣコンバータを通じて与えられる構成となっている。また、充電コントローラ７には、電流センサ８による検出電流やバッテリ５の端子電圧を、演算処理に供するためのＡ／Ｄ変換機能が設けられている。
【００１１】
図２には上記充電コントローラ７による制御内容の一例が示されており、以下これについて説明する。尚、この図２のフローチャートは、本発明の要旨を把握できる範囲で簡略化したものであり、実際にはさらに複雑な制御内容或いは図示とは異なる制御内容となるものである。
【００１２】
即ち、図２において、まず、電流センサ８による検出出力に基づいてバッテリ５の放電量（放電電流の積分値）を監視し（ステップＡ１）、その放電量とバッテリ５に対する前回の充電動作時における充電量など（必要に応じてバッテリ５の経年劣化特性も加味される）に基づいて当該バッテリ５の残存電池容量（Ａｈ）を演算する（ステップＡ２）。次いで、バッテリ５の残存電池容量が予め設定された充電必要レベル以下か否かを判断し（ステップＡ３）、その残存電池容量が充電必要レベルを越えている状態では前記ステップＡ１及びＡ２を反復実行する。
【００１３】
バッテリ５の残存電池容量が充電必要レベル以下に下がったときには、そのバッテリ５に対する充電が可能な状態になったか否か（つまり、受電カプラ２が給電カプラに接続されたか否か）を判断し（ステップＡ４）、充電可能状態にない場合には前記ステップＡ１以降の制御を繰り返す。尚、ここでは図示しなかったが、バッテリ５の残存電池容量が下限レベル（放電が限度以上に進んだレベル）となったときには、移動ロボット１が給電プラグがあるステーションまで移動されて後述する充電動作が優先的に実行される構成となっている。
【００１４】
バッテリ５の残存電池容量が充電必要レベル以下に下がった後において充電可能な状態となったとき（ステップＡ４で「ＹＥＳ」）には、充電指令値の演算が行われる（ステップＡ５）。このステップＡ５では、例えば、その時点でのバッテリ５の放電量から後述する“過充電量”（初期値は零）を差し引くという演算を行い、その演算結果を充電指令値として記憶するものであり、この後に、充電制御ルーチンＡ６が行われる。尚、上記充電指令値の演算時にバッテリ５の経年劣化特性を加味することも可能である。また、上記ステップＡ５での処理により、本発明でいう充電量補正機能が実現されている。
【００１５】
この充電制御ルーチンＡ６では、充電器６を動作させてバッテリ５に対する定電流充電を開始するものであるが、この充電動作時には、バッテリ５の端子電圧が上昇するのに伴い充電電流を段階的に低減させる制御を行うようになっている。このような充電制御ルーチンＡ６は、バッテリの充電量（充電電流の積分値）を電流センサ８による検出出力に基づいて監視するステップＡ７を実行しながらバッテリ５の充電量が前記充電指令値に到達するまで実行される（ステップＡ８）。
【００１６】
バッテリ５の充電量が充電指令値に到達したときには、内部タイマのタイマ動作を開始させるステップＡ９、充電器６に対し充電停止指令を与えて充電動作を呈させるステップＡ１０を順次実行した後に、バッテリ５に対する充電電流が零になるまで待機する（ステップＡ１１）。尚、このように充電器６に対し充電停止指令を与えた後においても充電電流が流れるのは、充電コントローラ７内部での充電停止指令の出力のための処理時間、充電コントローラ７から充電器６へのシリアル通信の所要時間、充電器６内部での応答時間などに起因した遅延時間（数秒程度以下）が存在するためである。この状態から、充電電流が零になったときには、前記内部タイマのタイマ動作を停止させるステップＡ１２を実行した後に、過充電量判定ルーチンＡ１３へ移行する。従って、上記内部タイマによる計時時間は、バッテリ５に対する充電量が充電指令値に到達した時点から充電器６による充電動作が実際に終了するまでの遅延時間に相当することになる。
【００１７】
上記過充電量判定ルーチンＡ１３では、内部タイマの計時時間とその時点での充電電流（定電流）との積を演算することにより、バッテリ５に対する充電量が充電指令値に到達した時点以降の遅延時間に起因した充電量（Ａｈ）を算出すると共に、その算出値を“過充電量”として記憶する動作を行うものである（本発明でいう過充電量記憶機能に相当）。
【００１８】
そして、過充電量判定ルーチンＡ１３の実行後にはステップＡ１以降の制御を実行するものであり、これにより、バッテリ５に対する次回の充電動作時には、当該判定ルーチンＡ１３で記憶された“過充電量”が前記ステップＡ５での充電指令値の演算に利用されることになる。
【００１９】
尚、バッテリ５に対する充電が完了していないタイミングで、移動ロボット１の移動などにより受電プラグ２が給電プラグから切り離されたときには、割り込み処理が行われて充電動作途中停止時点での充電量を記憶し、その記憶充電量をステップＡ２でのバッテリ５の残存電池容量の演算に反映させる構成となっている。
【００２０】
以上のように、充電コントローラ７において、バッテリ５の充電量が充電指令値に到達したことに伴う充電停止指令の出力後において、充電器６による充電動作が実際に終了するまでの期間における充電量を検出して“過充電量”として記憶すると共に、その後にバッテリ５に対する充電が行われたときに、上記充電指令値を上記“過充電量”だけ減少させる制御が行われる結果、バッテリ５に対する毎回の充電動作時において、そのバッテリ５に対する充電量が過充電状態にならない範囲で高精度に制御されることになり、結果的にバッテリ５の充電動作に対する信頼性が向上すると共に、充電対象の二次電池の寿命の長期化を実現できるようになる。
【００２１】
また、バッテリ５の充電動作は定電流充電により行われ、充電コントローラ７にあっては、前記充電停止指令の出力後に充電器６による充電動作が実際に終了するまでの遅延期間の“過充電量”を、（定電流充電時の電流値）×（内部タイマにより計時した遅延時間）という演算により簡単且つ正確に検出できるようになる。この結果、充電コントローラ７に必要な制御用プログラムの簡単化を実現できるようになる。
【００２２】
尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、例えば、移動ロボット１の電源用バッテリ５に限らず、他の機器の電源用バッテリのための充電制御装置全般に広く適用できるなど、種々変形することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の電気的構成を示す機能ブロック図
【図２】充電コントローラの制御内容を示すフローチャート
【符号の説明】
１は移動ロボット、２は受電カプラ、３は入出力制御コントローラ、５はバッテリ（二次電池）、６は充電器、７は充電コントローラ、８は電流センサを示す。

Claims (2)

1. 二次電池に対し充電電流を供給する充電器と、この充電器を通じた前記二次電池への充電量を監視すると共にその監視充電量が所定の充電指令値に達したときに前記充電器に対し充電停止を指令する充電コントローラとを備えた充電制御装置において、
   前記充電コントローラは、前記充電停止指令の出力後に前記充電器による充電動作が実際に終了するまでの期間における充電量を検出した結果を過充電量として記憶する過充電量記憶機能、並びに前記二次電池に対する次回の充電時において前記充電指令値を前記過充電量記憶機能により記憶した過充電量だけ減少させる充電量補正機能を備えた構成とされることを特徴とする充電制御装置。
2. 少なくとも前記二次電池に対する充電終了前の所定期間は定電流充電を行うように構成され、前記充電コントローラは、前記充電停止指令の出力後に前記充電器による充電動作が実際に終了するまでの時間に基づいて前記過充電量を検出して記憶することを特徴とする請求項１記載の充電制御装置。

Images