JP2002238170A - 充電制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 二次電池に対する充電制御を放電電流及び充
電電流を検出するように設けられた電流センサの出力を
利用して行う場合において、その充電制御を常時におい
て高精度に行うことにより、充電制御の信頼性の向上並
びに二次電池の寿命長期化を実現すること。 【解決手段】 充電コントローラ７は、充電器６を通じ
たバッテリ５への充電動作が終了したタイミングでの電
流センサ８による検出出力をオフセット電流値として記
憶する。また、充電コントローラ７は、電流センサ８に
よる検出電流値に基づいてバッテリ５の充電量及び放電
量を演算する際に、その充電電流及び放電電流の検出出
力を上記オフセット電流値により補正して使用し、この
ように演算された充電量及び放電量に基づいてバッテリ
５の残存電池容量を推測すると共に、その推測電池容量
に基づいて充電制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池の放電電
流及び充電電流を検出する電流センサを備え、その電流
センサによる検出電流値に基づいて二次電池に対する充
電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制御を高精度に行うことが非
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、二次電池の放電量及
び充電量を、電流センサにより検出した放電電流及び充
電電流とこれらの電流が流れている時間とに基づいて算
出することにより電池容量を推測すると共に、このよう
に推測した電池容量に基づいて充電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。具体的には、例
えば、推測した電池容量に基づいて二次電池に対する充
電動作時の充電指令値を演算すると共に、充電状態での
監視充電量が上記充電指令値に到達したときに充電動作
を終了させるという充電制御が行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、電流センサ
においては、電流の非検出状態でも検出信号として出力
されるオフセット電流値が存在し、また、充電コントロ
ーラの特性（内部回路素子の定数や電流センサからの出
力を演算処理に供するためのＡ／Ｄ変換機能の分解能な
ど）に起因したオフセット電流値も存在するため、電流
センサによる検出出力に基づいた演算処理を行う場合に
は、その処理対象データ中に、上記オフセット電流値に
相当した誤差成分が含まれることになる。この場合、二
次電池の放電量及び充電量は、電流センサの検出出力と
放電電流及び充電電流がそれぞれ流れている各時間との
積により算出することになるため、その時間が長い状態
時ほどオフセット電流値による影響が大きくなって誤差
が拡大し、前述した推測電池容量が不正確になってくる
という事情がある。この結果、二次電池の充放電動作が
繰り返されるのに伴い推測電池容量の誤差が増大する現
象が発生することになり、このため二次電池の充電制御
が不正確になって充電信頼性が低下し、電池寿命に悪影
響が出てく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制御を放電電
流及び充電電流を検出するように設けられた電流センサ
の出力を利用して行う場合において、その充電制御を常
時において高精度に行うことができて、充電制御の信頼
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の
充電制御を、その二次電池の充電電流及び放電電流を検
出するように設けられた電流センサによる検出電流値に
基づいて推測した電池容量を利用して行うようになる。
この場合、充電コントローラは、二次電池の充電電流及
び放電電流が流れていないタイミングでの電流センサに
よる検出出力をオフセット電流値として記憶すると共
に、その二次電池の充電制御時には電流センサによる検
出電流値を記憶したオフセット電流値により補正するよ
うになる。この結果、電流センサの出力に基づいて推測
する電池容量が常時において正確な状態となるため、二
次電池の充放電動作が繰り返された場合でも上記推測電
池容量の誤差が増大する恐れがなくなって、充電制御が
常時において高精度に行われることになる。この結果、
充電制御の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、充電コント
ローラは、前記オフセット電流値を記憶する動作を、二
次電池の充電電流及び放電電流が流れていないタイミン
グ毎に毎回実行するから、オフセット電流特性が経時的
に変化する場合であっても推測電池容量の誤差が拡大す
る事態を未然に防止できるようになり、充電制御の信頼
性をさらに高め得るようになる。

【０００７】請求項３記載の手段によれば、前記オフセ
ット電流値が予め設定された上限値を越えた場合、つま
り、充電制御装置においてハードウェア的な故障が発生
したと考えられる場合には、充電コントローラから異常
警報信号が出力されるから、ハードウェア的な故障に対
して迅速に対処可能になる。

【０００８】

【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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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による検出電流値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。

【００１２】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。

【００１３】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の放電量を監視す
る放電量監視ルーチンＡ１を実行する。このルーチンＡ
１では、バッテリ５から放電電流が流れた場合（入出力
コントローラ３或いは充電コントローラ７を通じて負荷
電流が流れた場合）に、電流センサ８による検出電流値
から後述のステップＡ１１において記憶した“オフセッ
ト電流値”を差し引いて得た補正後電流値の積分値をバ
ッテリ５の放電量として演算する動作を行うものであ
る。この後には、上記演算放電量とバッテリ５に対する
前回の充電動作時において演算した充電量など（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
いた演算により当該バッテリ５の残存電池容量（Ａｈ）
を推測する（ステップＡ２）。次いで、バッテリ５の推
測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）、その推測電池容量が充電必
要レベルを越えている状態では前記ステップＡ１及びＡ
２を反復実行する。

【００１４】バッテリ５の推測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の推測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。

【００１５】バッテリ５の推測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及び充電量監視ルーチンＡ７が順次行われ
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。

【００１６】上記充電制御ルーチン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。また、上記充電量監視ル
ーチンＡ７では、電流センサ８による検出電流値（充電
電流に対応）から後述のステップＡ１１において記憶し
た“オフセット電流値”を差し引いて得た補正後電流値
の積分値をバッテリ５の充電量として演算する動作を行
うものである。そして、これらの充電制御ルーチンＡ６
及び充電量監視ルーチンＡ７は、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Ａ
８）。

【００１７】バッテリ５の充電量が充電指令値に到達し
たときには、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Ａ９を順次実行した後に、バッ
テリ５に対する充電電流の変化率が零になるまで待機す
る（ステップＡ１０）。尚、このステップＡ１０は、充
電器６を通じた充電動作が実際に終了したか否かを判断
するためのものであるから、理論的には充電電流が零に
なったか否かを判断すれば良い。しかし、電流センサ８
においては、電流の非検出状態でも検出信号として出力
されるオフセット電流値が存在し、また、充電コントロ
ーラ７の特性（内部回路素子の定数や電流センサからの
出力を演算処理に供するためのＡ／Ｄ変換機能の分解能
など）に起因したオフセット電流値が存在するため、充
電コントローラ７による処理対象データ中には、上記オ
フセット電流値に相当した誤差成分が含まれることにな
る。このような誤差成分の存在に対処するため、ステッ
プＡ１０では充電電流の変化率を観測している。

【００１８】上記のように充電器６に対し充電停止指令
を与えた状態から、充電電流の変化率が零になったとき
には、その時点での電流センサ８による検出出力を“オ
フセット電流値”として記憶する（ステップＡ１１）。
この後には、記憶した“オフセット電流値”が予め設定
された上限値以上になったか否かを判断し（ステップＡ
１２）、当該上限値未満であった場合には、ステップＡ
１以降の制御を実行するものであり、これにより、放電
量監視ルーチンＡ１並びに充電監視ルーチンＡ７では、
前述した補正後電流値を算出する動作を上記“オフセッ
ト電流値”に基づいて実行することになる。

【００１９】また、記憶した“オフセット電流値”が前
記上限値以上であった場合には、異常警報信号を出力す
るステップＡ１３を実行した後に、前記ステップＡ１以
降の制御ルーチンの実行を停止する。ここで、上記上限
値は、例えば常識的に考え得る“オフセット電流値”の
最大値より若干大きいレベルに設定されるものであり、
その“オフセット電流値”が上限値を以上ある状態は、
充電制御装置においてハードウェア的な故障が発生した
ものと想定できる。従って、上記異常警報信号が出力さ
れたときには、移動ロボット１のユーザーは、充電制御
装置にハードウェア的な故障が発生したものとして所定
のメンテナンスを行うことになる。

【００２０】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の推測電池容量の演算に反映させる構成となってい
る。

【００２１】要するに、上記した本実施例の構成によれ
ば、充電コントローラ７は、バッテリ５の充電電流及び
放電電流が流れていないタイミング（バッテリ５の充電
動作が終了したタイミング）での電流センサ８による検
出出力を“オフセット電流値”として記憶すると共に、
バッテリ５の充電制御に必要となる放電量及び充電量の
演算時には、その演算に必要となる電流センサ８による
検出電流値を上記“オフセット電流値”により補正する
ようになる。この結果、上記のような演算放電量及び演
算充電量に基づいて行われるバッテリ５の残存電池容量
の推測が常時において正確な状態となるため、バッテリ
５の充放電動作が繰り返された場合でも上記推測電池容
量の誤差が増大する恐れがなくなって、充電制御が常時
において高精度に行われることになる。この結果、充電
コントローラ７による充電制御の信頼性が向上すると共
に、充電対象のバッテリ５の寿命の長期化を実現できる
ようになる。

【００２２】また、充電コントローラ７は、“オフセッ
ト電流値”を記憶する動作を、バッテリ５の充電動作が
終了したタイミング毎に毎回実行するから、オフセット
電流特性が経時的に変化するような場合であっても、前
記推測電池容量の誤差が拡大する事態を未然に防止でき
るようになり、結果的に、充電コントローラ７による充
電制御の信頼性をさらに高め得るようになる。しかも、
上記“オフセット電流値”が予め設定された上限値を越
えた場合、つまり、充電制御装置においてハードウェア
的な故障が発生したと考えられる場合には、充電コント
ローラ７から異常警報信号が出力されるから、ハードウ
ェア的な故障に対して迅速に対処可能になる。

【００２３】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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 充電器を通じた二次電池への充電電流及
   び当該二次電池の放電電流を検出する電流センサを備
   え、その電流センサによる検出電流値に基づいて前記二
   次電池の容量を推測すると共に推測した電池容量を利用
   して二次電池に対する充電制御を行う充電コントローラ
   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、前記二次電池の充電電流及び
   放電電流が流れていないタイミングでの前記電流センサ
   による検出出力をオフセット電流値として記憶すると共
   に、当該電流センサによる前記二次電池の充電電流及び
   放電電流の検出出力を前記オフセット電流値により補正
   することを特徴とする充電制御装置。
2. 【請求項２】 前記充電コントローラは、前記オフセッ
   ト電流値を記憶する動作を、前記二次電池の充電電流及
   び放電電流が流れていないタイミング毎に毎回実行する
   ことを特徴とする請求項１記載の充電制御装置。
3. 【請求項３】 前記充電コントローラは、前記オフセッ
   ト電流値が予め設定された上限値を越えたときに異常警
   報信号を出力することを特徴とする請求項１または２記
   載の充電制御装置。