(57)【要約】【課題】小容量の外部電源を利用して、急速充電を行うことを目的とする。【解決手段】充電器１は、外部電源（商用電源３）からの電力を変換する第一の電力変換器（ＡＣ／ＤＣコンバータ１１）と、第一の電力変換器から出力される電力を蓄電する内部バッテリ１２ａと、内部バッテリ１２ａの残量を監視する監視部（電流センサ１２ｂ、温度センサ１２ｃおよび内部バッテリ管理基板１２ｄ）と、監視部で監視している内部バッテリ１２ａの残量に基づいて、第一の電力変換器から内部バッテリ１２ａへの電力を制御する内部バッテリ充電制御部（上流側出力制御基板１６）と、内部バッテリ１２ａから蓄電池２１ａへの電力を制御する出力制御部（下流側接続切換器１７）と、を備えている。【選択図】図１
2011259572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電対象が有する蓄電池を充電する充電器であって、
外部電源からの電力を変換する第一の電力変換器と、
前記第一の電力変換器から出力される電力を蓄電する内部バッテリと、
前記内部バッテリの残量を監視する監視部と、
前記監視部で監視している内部バッテリの残量に基づいて、前記第一の電力変換器から前記内部バッテリへの電力を制御する内部バッテリ充電制御部と、
前記蓄電池が接続されるコネクタと、
前記内部バッテリから前記コネクタを介して前記蓄電池へ供給する電力を制御する出力制御部と、を備えたことを特徴とする充電器。
【請求項２】
前記第一の電力変換器は、交流から直流へ電力変換するＡＣ／ＤＣコンバータであることを特徴とする請求項１に記載の充電器。
【請求項３】
前記第一の電力変換器は、直流から直流へ電力変換し、前記外部電源の電圧を変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータであることを特徴とする請求項１に記載の充電器。
【請求項４】
前記内部バッテリから前記蓄電池への電力を変換する第二の電力変換器をさらに備え、
前記第二の電力変換器は、直流から直流へ電力変換し、前記内部バッテリの電圧を変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の充電器。
【請求項５】
前記内部バッテリが複数設けられ、
前記複数の内部バッテリと前記第一の電力変換器との接続状態を切り換え可能な上流側接続切換器と、
前記複数の内部バッテリと前記蓄電池との接続状態を切り換え可能な下流側接続切換器と、を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の充電器。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の充電器と、
前記充電器のコネクタに着脱可能な蓄電池と、を備えたことを特徴とする充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池を充電するための充電器および充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、急速充電を行うための充電器が知られている（特許文献１参照）。このような充電器では、急速充電を可能にするために、大容量の商用電源を引き込む必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−７９３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、大容量の商用電源の導入・維持には、高いコストがかかることから、小容量の電源でも急速充電を可能にすることが求められている。
【０００５】
そこで、本発明は、小容量の外部電源を利用して、急速充電を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明に係る充電器は、充電対象が有する蓄電池を充電する充電器であって、外部電源からの電力を変換する第一の電力変換器と、前記第一の電力変換器から出力される電力を蓄電する内部バッテリと、前記内部バッテリの残量を監視する監視部と、前記監視部で監視している内部バッテリの残量に基づいて、前記第一の電力変換器から前記内部バッテリへの電力を制御する内部バッテリ充電制御部と、前記蓄電池が接続されるコネクタと、前記内部バッテリから前記コネクタを介して前記蓄電池へ供給する電力を制御する出力制御部と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、内部バッテリで第一の電力変換器から出力される電力を蓄電することができるので、外部電源の容量が小さい場合であっても、内部バッテリからの大きな電力によって蓄電池を急速充電することができる。
【０００８】
また、本発明は、前記第一の電力変換器が、交流から直流へ電力変換するＡＣ／ＤＣコンバータであってもよい。
【０００９】
これによれば、外部電源が交流である場合に、内部バッテリに適した条件で良好に充電することができる。
【００１０】
また、本発明は、前記第一の電力変換器が、直流から直流へ電力変換し、前記外部電源の電圧を変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータであってもよい。
【００１１】
これによれば、外部電源が直流である場合に、内部バッテリに適した条件で良好に充電することができる。
【００１２】
また、本発明では、前記内部バッテリから前記蓄電池への電力を変換する第二の電力変換器をさらに備え、前記第二の電力変換器を、直流から直流へ電力変換し、前記内部バッテリの電圧を変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータとしてもよい。
【００１３】
これによれば、蓄電池を充電するための出力電圧を第二の電力変換器で変換できるので、蓄電池に適した電圧で蓄電池を良好に充電することができる。
【００１４】
また、本発明では、前記内部バッテリを複数設け、前記複数の内部バッテリと前記第一の電力変換器との接続状態を切り換え可能な上流側接続切換器と、前記複数の内部バッテリと前記蓄電池との接続状態を切り換え可能な下流側接続切換器をさらに設けてもよい。
【００１５】
これによれば、例えば蓄電池の充電中に一の内部バッテリが空になった場合には、下流側接続切換器を適宜制御して蓄電池と内部バッテリとの接続状態を切り換えることで、他の満充電されている内部バッテリを蓄電池に接続することができる。また、上流側接続切換器を適宜制御することで、空になった内部バッテリと第一の電力変換器を接続させ、効率良く内部バッテリの充電を行うことができる。
【００１６】
なお、充電システムとしては、前述したような充電器と、前記充電器のコネクタに着脱可能な蓄電池と、を備えたものを採用することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、小容量の外部電源を利用して、蓄電池を急速充電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る充電システムを示す説明図である。
【図２】内部バッテリを１つにした形態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明の一実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に示すように、充電システムＳは、充電器１と、充電対象の一例としての自立移動ロボット２（蓄電池２１ａ）とを備えて構成されている。
【００２０】
充電器１は、第一の電力変換器の一例としてのＡＣ／ＤＣコンバータ１１と、２つ（複数）の内部バッテリユニット１２，１３と、第二の電力変換器としてのＤＣ／ＤＣコンバータ１４とを主に備えている。
【００２１】
ＡＣ／ＤＣコンバータ１１は、外部電源の一例としての商用電源３からの電力を交流から直流に電力変換するものであり、商用電源３（コンセント）に充電器１のプラグ１ａが差し込まれると、プラグ１ａおよび配線１ｂを介して商用電源３から電力が供給されるようになっている。ＡＣ／ＤＣコンバータ１１は、上流側接続切換器１５を介して内部バッテリユニット１２，１３内の内部バッテリ１２ａ，１３ａに接続されている。そして、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１から各内部バッテリ１２ａ，１３ａへの出力電力は、内部バッテリ充電制御部としての上流側出力制御基板１６によって制御されるようになっている。
【００２２】
上流側接続切換器１５は、２つの内部バッテリ１２ａ，１３ａとＡＣ／ＤＣコンバータ１１との接続状態を切り換え可能なスイッチである。具体的に、上流側接続切換器１５は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１からの電力の出力先を、２つ（複数）の内部バッテリ１２ａ，１３ａのうちの１つに選択するスイッチである。
【００２３】
内部バッテリユニット１２は、内部バッテリ１２ａと、監視部の一例としての電流センサ１２ｂ、温度センサ１２ｃおよび内部バッテリ管理基板１２ｄと、充電遮断スイッチ１２ｅとを有している。なお、２つの内部バッテリユニット１２，１３は、同一の構造となっているため、以下の説明では、一方の内部バッテリユニット１２のみを説明し、他方の内部バッテリユニット１３については、対応する符号（１３ａ〜１３ｅ）を付すだけで、その説明は省略するものとする。また、自立移動ロボット２が有する蓄電池ユニット２１も、内部バッテリユニット１２と略同様の構造となっているので、対応する符号（２１ａ〜２１ｅ）を付すだけで、その説明は省略するものとする。
【００２４】
内部バッテリ１２ａは、商用電源からＡＣ／ＤＣコンバータ１１を介して充電されるように構成されている。なお、内部バッテリ１２ａとしては、例えばリチウムイオンバッテリ，ニッケル水素バッテリなどを採用することができる。また、内部バッテリ１２ａの容量は、蓄電池２１ａの容量よりも大きいことが望ましい。なお、内部バッテリ１２ａのセル数は蓄電池２１ａのセル数よりも多いこと（すなわち、高電圧）が望ましい。
従来のように、商用電源から直接電力を供給して蓄電池２１ａを充電する場合は、配線仕様上、電流容量が制限されるため急速充電を行うことができないが、これによれば、内部バッテリ１２ａに一旦蓄積された電力を蓄電池２１ａへ供給することで大容量の電流を流すことができるので充電時間の短縮を行うことができる。
【００２５】
電流センサ１２ｂは、内部バッテリ１２ａの電流値を検出するセンサであり、検出した電流値を内部バッテリ管理基板１２ｄに出力している。温度センサ１２ｃは、内部バッテリ１２ａの温度を検出するセンサであり、検出した温度を内部バッテリ管理基板１２ｄに出力している。
【００２６】
内部バッテリ管理基板１２ｄは、電流センサ１２ｂおよび温度センサ１２ｃから出力されてくる情報（電流値、温度）や、これらの情報から算出する内部バッテリ１２ａの残量などを監視（管理）する基板であり、内部バッテリ１２ａの残量の情報を上流側出力制御基板１６に出力している。また、内部バッテリ管理基板１２ｄは、電流センサ１２ｂからの情報に基づいて、内部バッテリ１２ａが満充電になったか否かを判断し、満充電になった場合には内部バッテリ１２ａとＡＣ／ＤＣコンバータ１１との間に設けられる充電遮断スイッチ１２ｅを切る制御を実行する。これにより、過充電が防止されている。
【００２７】
さらに、内部バッテリ管理基板１２ｄは、温度センサ１２ｃからの情報に基づいて、内部バッテリ１２ａの温度が所定値以上になったか否かを判断し、所定値以上になった場合には、充電遮断スイッチ１２ｅを切る制御を実行する。これにより、内部バッテリ１２ａの温度が高くなりすぎることが防止されている。
【００２８】
上流側出力制御基板１６は、内部バッテリ管理基板１２ｄ，１３ｄから出力されてくる情報（内部バッテリ１２ａ，１３ａの残量）に基づいて、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１から内部バッテリ１２ａ，１３ａへの電力を、内部バッテリ１２ａ，１３ａの充電に適した電力（電圧・電流）に制御している。具体的には、例えば、上流側出力制御基板１６は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１から出力される電圧を１００Ｖ（商用電源３の電圧）よりも高い電圧に昇圧するとともに、電流を内部バッテリ１２ａ，１３ａの残量に適した電流値にしている。
【００２９】
また、上流側出力制御基板１６は、各内部バッテリ１２ａ，１３ａの残量に基づいて、上流側接続切換器１５の切り換えを制御している。具体的には、例えば、上流側出力制御基板１６は、内部バッテリ１２ａの残量が所定値以下になった（空になった）ときに、残量が所定値以下となった内部バッテリ１２ａとＡＣ／ＤＣコンバータ１１とを接続させる制御を行っている。これにより、空になった内部バッテリ１２ａを効率良く充電することが可能となっている。
【００３０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、内部バッテリ１２ａ，１３ａから蓄電池２１ａへの電力を直流から直流へ電力変換（降圧）するものであり、具体的には、内部バッテリ１２ａ，１３ａの電圧を変換して出力している。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、下流側接続切換器１７を介して各内部バッテリ１２ａ，１３ａに接続されるとともに、配線１ｃおよび端子１ｄを介して自立移動ロボット２の蓄電池ユニット２１に接続されている。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電力は、出力制御部の一例としての下流側出力制御基板１８によって制御されている。
【００３１】
下流側接続切換器１７は、２つの内部バッテリ１２ａ，１３ａと蓄電池２１ａとの接続状態を切り換え可能なスイッチである。具体的に、下流側接続切換器１７は、蓄電池２１ａへ電力を供給する内部バッテリを、２つ（複数）の内部バッテリ１２ａ，１３ａのうちの１つに選択するスイッチである。
【００３２】
下流側出力制御基板１８は、内部バッテリ１２ａ，１３ａから蓄電池２１ａへの電力を制御するものである。下流側出力制御基板１８は、図示せぬスイッチをＯＮ／ＯＦＦ制御することによって内部バッテリ１２ａ，１３ａから蓄電池２１ａへの電力の出力・停止を切り換える制御や、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を制御して出力電力を蓄電池２１ａの充電に適した電力に変換させる制御を行っている。
【００３３】
具体的に、下流側出力制御基板１８は、蓄電池ユニット２１の蓄電池管理基板２１ｄに端子１ｅを介して接続されている。すなわち、充電器１には、前述した一対の端子１ｄと端子１ｅとを有するコネクタ１ｆが設けられており、このコネクタ１ｆに対して自立移動ロボット２の蓄電池ユニット２１が着脱可能に接続されるようになっている。
【００３４】
下流側出力制御基板１８は、蓄電池管理基板２１ｄから出力されてくる蓄電池２１ａの残量に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４からの出力電力が商用電源３からの出力電力よりも大きくなるように電力を制御している。より詳しくは、下流側出力制御基板１８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４からの出力電力が前述したような大きな電力となるとともに、電圧および電流が蓄電池２１ａへの急速充電（蓄電池２１ａの残量）に適した値になるように、電力を制御している。
【００３５】
一例を挙げるとすると、下流側出力制御基板１８は、１００Ｖ（商用電源３の電圧）よりも低い電圧、１５Ａ（商用電源３の電流）よりも高い電流値、および１５００Ｗ（商用電源３の電力）よりも高い電力となるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４からの出力電力を制御している。これにより、商用電源から蓄電池を直接充電するよりも、内部バッテリからＤＣ／ＤＣコンバータを介して充電する方が安定した電力かつ大きな電流により蓄電池を充電することができる。
【００３６】
また、下流側出力制御基板１８は、蓄電池２１ａの残量に基づいて、下流側接続切換器１７の切り換えを制御している。具体的に、下流側出力制御基板１８は、２つの内部バッテリ１２ａ，１３ａの一方と蓄電池２１ａとを接続させている状態において、一方の内部バッテリ（例えば１２ａ）の残量が所定値以下になった場合には、一方の内部バッテリ（例えば１２ａ）と蓄電池２１ａとの接続を切るとともに、他方の内部バッテリ（例えば１３ａ）と蓄電池２１ａとを接続させる。これによれば、例えば一方の内部バッテリ１２ａで蓄電池２１ａを充電している際に、一方の内部バッテリ１２ａが空（所定値以下）になった場合であっても、残りの内部バッテリ１３ａによって蓄電池２１ａを充電することができる。
【００３７】
以上によれば、本実施形態において以下のような効果を得ることができる。
内部バッテリ１２ａ，１３ａで、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１から出力される電力よりも大きな電力を出力することができるので、商用電源３の容量が小さい場合であっても、内部バッテリ１２ａ，１３ａに蓄えられた大きな電力によって蓄電池２１ａを急速充電することができる。
【００３８】
下流側接続切換器１７を適宜制御することで、蓄電池２１ａの充電中に一方の内部バッテリ１２ａが空になった場合には、他の満充電されている内部バッテリ１３ａを蓄電池２１ａに接続することができる。また、上流側接続切換器１５を適宜制御することで、空になった内部バッテリ１２ａとＡＣ／ＤＣコンバータ１１を迅速に接続させることができるので、効率良く内部バッテリ１２ａの充電を行うことができる。
【００３９】
さらに、このように複数の内部バッテリ１２ａ，１３ａと、蓄電池２１ａまたはＡＣ／ＤＣコンバータ１１との接続を切り換えることができるので、例えば複数台の自立移動ロボット２の蓄電池２１ａを連続して順次充電を行う場合であっても、１台目の蓄電池２１ａを満充電された一方の内部バッテリ１２ａで充電し、２台目の蓄電池２１ａを満充電された他方の内部バッテリ１３ａで充電することができる。また、２台目の蓄電池２１ａを充電している間に、空の内部バッテリ１２ａをＡＣ／ＤＣコンバータ１１に接続させて充電させておくこともできる。
【００４０】
なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、以下に例示するように様々な形態で利用できる。以下の説明において参照する図２においては、前記実施形態と略同様の構成については、同一符号を付し、その説明は省略する。
【００４１】
前記実施形態では、内部バッテリを複数設けることとしたが、本発明はこれに限定されず、例えば図２に示すように、充電器１内に内部バッテリ１２ａを１つだけ設けるようにしてもよい。
【００４２】
また、図２に示すように、第一の電力変換器として、直流から直流へ電力変換し、外部電源３１の電圧を変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータ１１１を採用してもよい。すなわち、外部電源３１が直流給電方式である場合には、第一の電力変換器をＤＣ／ＤＣコンバータ１１１とすることで、内部バッテリ１２ａを良好に充電することができる。
【００４３】
前記実施形態では、充電対象として自立移動ロボット２を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば電動自転車や電気自動車などであってもよい。
【００４４】
前記実施形態では、内部バッテリの残量を監視する監視部を、電流センサ１２ｂ、温度センサ１２ｃおよび内部バッテリ管理基板１２ｄで構成したが、本発明はこれに限定されず、例えば温度センサを除いて監視部を構成してもよいし、電流センサを電圧センサに代えて監視部を構成してもよい。なお、温度センサを除く場合には、電流センサまたは電圧センサからの情報のみに基づいて内部バッテリの残量を算出すればよい。
【符号の説明】
【００４５】
Ｓ      充電システム
１      充電器
２      自立移動ロボット
３      商用電源
１１    ＡＣ／ＤＣコンバータ
１２ａ  内部バッテリ
１２ｂ  電流センサ
１２ｃ  温度センサ
１２ｄ  内部バッテリ管理基板
１４    ＤＣ／ＤＣコンバータ
１５    上流側接続切換器
１６    上流側出力制御基板
１７    下流側接続切換器
１８    下流側出力制御基板
２１ａ  蓄電池
【図１】
2011259572.tif 000003
【図２】
2011259572.tif 000004