JP2017108522A - 充電電流設定方法、充電方法、充電装置及びアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】予め充電時に許容される発熱量を予測しておくことで二次電池の寿命の短縮を抑制するとともに、充電期間の短縮も図ることができる充電電流設定方法を提供する。【解決手段】充電電流設定方法は、二次電池１１の上限温度を認識する上限温度認識工程と、二次電池１１の実温度を認識する実温度認識工程と、上限温度と実温度との差、二次電池１１の熱抵抗、所定期間の長さ及び充電期間の長さに基づいて、該充電期間に二次電池１１が許容できる熱量に応じた最大電力を認識する最大電力認識工程と、電流に対する二次電池１１の吸発熱特性マップ及び最大電力に基づいて、二次電池１１に対する充電電流の上限値を認識し、該上限値以下となるように、充電電流を設定する電流設定工程とを備える。【選択図】図６

Description

本発明は、所定の充電期間と所定の放電期間とを含むサイクルを繰り返す二次電池の充電電流設定方法、充電方法、充電装置、及び、その充電装置を備えたアクチュエータに関する。

従来、所定の稼働時間と所定の休止時間とを含むサイクルを繰り返すエンドエフェクタを備えたアクチュエータが知られている。例えば、自動車の製造工場等において、搬送されてきたワークに種々の加工を行うためのアクチュエータ等である。

この種のアクチュエータとしては、給電用のケーブルを省略するために、エンドエフェクタ自体に充電可能な二次電池を搭載したものがある。このようなアクチュエータでは、ワークの入れ替え時間等のエンドエフェクタの休止時間が二次電池の充電期間となり、エンドエフェクタが所定の作業を行う稼働時間が二次電池の放電期間となる。

このようなアクチュエータに搭載される二次電池としては、リチウムイオンキャパシタが知られている。そして、リチウムイオンキャパシタの充電制御の方法としては、充電中にリチウムイオンキャパシタの温度が規定温度に達した場合、吸熱反応が生じるように充電電流を制御するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３５０９３８２号公報

しかし、充電電流を吸熱反応の起こる電流値まで下げるということは充電電流を小さくしなければいけないことであるので、電流値を下げなかった場合と同じ充電時間では充電が不十分になってしまう問題を抱えていた。

また、吸熱反応の生じるような小さな電流で充電を十分に行おうとすると、充電時間を長くしなければならない。つまり、電池の寿命は長くすることはできても決められた時間内で充電を完了させることはできないという問題が発生する。

一方で、充電時間を短くするために吸熱反応を生じない電流値で充電を行うと、リチウムイオンキャパシタの温度が上昇してしまい、二次電池の寿命が大幅に短くなってしまうという問題があった。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、予め充電時に許容される発熱量を予測しておくことで二次電池の寿命の短縮を抑制するとともに、充電期間の短縮も図ることができる充電電流設定方法、充電方法、充電装置、及び、その充電装置を備えたアクチュエータを提供することを目的とする。

本発明の充電電流設定方法は、放電期間と充電期間とを含む所定期間を繰り返す二次電池の充電電流設定方法であって、前記二次電池で許容される上限温度を認識する上限温度認識工程と、前記二次電池の実温度を認識する実温度認識工程と、前記上限温度と前記実温度との差、前記二次電池の熱抵抗、前記所定期間の長さ及び充電期間の長さに基づいて、該充電期間に前記二次電池が許容できる熱量に応じた最大電力を認識する最大電力認識工程と、電流に対する前記二次電池の発熱量又は吸熱量の関係を示す関係式又は吸発熱特性マップ及び前記最大電力に基づいて、前記二次電池に対する充電電流の上限値を認識し、該上限値以下であり、前記二次電池に充電する際に流す電流を設定する電流設定工程とを備えていることを特徴とする。

本発明の充電電流設定方法によって設定された充電電流は、認識された二次電池の上限温度及び１つの所定期間における充電期間の長さに基づいて上限値が定められたものとなる。そのため、その電流で充電を行った場合には、充電する対象が放電期間と充電期間とを含む所定期間を繰り返すような二次電池であっても、二次電池の温度が上限温度を超えることが防止される。したがって、本発明の充電電流設定方法によれば、二次電池の寿命の短縮を抑制しつつ、充電期間の短縮も図ることができる充電電流を設定することができる。

なお、ここで「所定期間」とは、その所定期間における充電期間及び放電期間が他の所定期間と同様のものであってもよいし、異なるものであってもよい。

また、「認識」とは、直接的な測定、関連するパラメータを用いた算出、予め得られているマップ等からの取得等の手段によって、対象となる値を得ることをいう。

また、「放電期間」とは、その期間の全てにおいて放電が行われる場合だけではなく、その期間の少なくとも一部において放電が行われ、その余において放電が停止されている場合も含む。また、「充電期間」とは、その期間の全てにおいて充電が行われる場合だけではなく、その期間の少なくとも一部において充電が行われ、その余において充電が停止されている場合も含む。

本発明の充電電流設定方法においては、前記電流設定工程で、前記上限値以下であり、且つ、前記二次電池で吸熱反応が生じる範囲内から優先的に電流を設定することが好ましい。

リチウムイオンキャパシタ等の二次電池では、充電の際の電流に応じて発熱反応又は吸熱反応が生じる。そして、そのような二次電池に対して充電を行う場合に、その充電電流として、認識された上限値以下であり、且つ、二次電池で吸熱反応が生じる範囲内から優先的に電流を設定するようにすれば、その電流で二次電池に充電が行われた際に、二次電池に吸熱反応が生じやすくなる。その結果、吸熱反応によって二次電池の温度上昇をさらに抑制でき、二次電池の寿命の短縮を抑制することがさらに容易になる。

また、本発明の充電電流設定方法においては、前記上限温度認識工程で、前記二次電池の使用時の温度に対する前記二次電池の寿命の変化を示す関係式又はマップ及び前記二次電池の期待寿命に基づいて、前記二次電池の上限温度を認識することが好ましい。

二次電池の内部抵抗が使用不能となる高さまで上昇するまでの期間（すなわち、寿命）は、使用時の温度に影響される。そこで、使用時の温度に対する二次電池の寿命の変化を示す関係式又はマップ及び二次電池の期待寿命に基づいて上限温度を認識する（予め充電時に許容される発熱量を予測しておく）ようにすれば、二次電池の寿命が期待寿命以下に短縮されにくい上限温度を得やすくなる。その結果、二次電池の寿命が期待寿命以下に短縮されることを抑制しやすくなる。

また、本発明の充電電流設定方法においては、前記実温度認識工程で、前記所定期間における前記二次電池の消費電力及び前記熱抵抗に基づいて、前記二次電池の実温度を認識することが好ましい。

さらに、本発明の充電電流設定方法においては、前記実温度認識工程で、前記所定期間における前記二次電池の消費電力、前記熱抵抗及び前記二次電池の筐体の温度又は前記二次電池を冷却する冷却媒体の温度に基づいて、前記二次電池の実温度を認識することが好ましい。

所定期間における二次電池の消費電力及び熱抵抗に基づいて、さらに好ましくは、それらに加えて二次電池の筐体の温度又は二次電池を冷却する冷却媒体の温度に基づいて、二次電池の実温度を認識するようにすれば、より正確に二次電池の温度を認識できるようになる。そして、その認識された実温度を用いて設定される電流をさらに適切なものとできるようになる。その結果、さらに二次電池の寿命の短縮を抑制しやすく、充電期間の短縮も図りやすくなる。

また、本発明の充電方法は、放電期間と充電期間とを含む所定期間を繰り返す二次電池の充電方法であって、上記いずれかの充電電流設定方法で設定された電流で、前記二次電池に充電を行う充電工程を備えていることを特徴とする。

また、本発明の充電装置は、放電期間と充電期間とを含む所定期間を繰り返す二次電池の充電装置であって、前記二次電池に電流を供給して充電を行う充電部と、前記充電部の前記二次電池に供給する電流を制御する制御部と、入力部とを備え、前記制御部は、前記入力部に入力された値に基づいて、前記二次電池の上限温度を認識する上限温度認識部と、前記二次電池の状態を認識する状態認識部と、前記状態認識部が認識した前記二次電池の状態に基づいて、該二次電池の実温度を認識する実温度認識部と、前記上限温度と前記実温度との差、前記二次電池の熱抵抗、前記所定期間の長さ及び前記充電期間の長さに基づいて、該充電期間に前記二次電池が許容できる熱量に応じた最大電力を認識する最大電力認識部と、電流に対する前記二次電池の発熱量又は吸熱量の関係を示す関係式又は吸発熱特性マップを格納する吸発熱特性情報格納部と、前記関係式又は前記吸発熱特性マップ及び前記最大電力に基づいて、前記二次電池に対する充電電流の上限値を認識し、該上限値以下となるように、前記充電部から供給する電流を設定する電流設定部とを有していることを特徴とする。

本発明の充電装置で充電の際に供給される電流は、認識された二次電池の上限温度及び１つの所定期間における充電期間の長さに基づいて上限値が定められたものとなる。そのため、その電流で充電を行った場合には、充電する対象が放電期間とその放電期間に対応する充電期間とを含む所定期間を繰り返すような二次電池であっても、二次電池の温度が上限温度を超えることが防止される。したがって、本発明の充電装置によれば、二次電池の寿命の短縮を抑制しつつ、充電期間の短縮も図ることができる。

また、本発明のアクチュエータは、放電期間と充電期間とを含む所定期間を繰り返す二次電池を搭載したアクチュエータであって、前記二次電池に充電を行う上記の記載の充電装置と、前記二次電池が搭載され、該二次電池の前記放電期間に該二次電池から供給される電力によって稼働するエンドエフェクタとを備えていることを特徴とする。

本発明のアクチュエータは、上記の充電装置を備えているので、二次電池の寿命の短縮を抑制しつつ、二次電池の充電期間（すなわち、エンドエフェクタの休止時間）の短縮し、作業効率の向上を図ることができ、二次電源の寿命の短縮を抑制できる。そのため、本発明のアクチュエータによれば、作業コストの増加を抑制できる。

また、本発明のアクチュエータは、放電期間と充電期間とを含む所定期間を繰り返す二次電池を搭載したアクチュエータであって、第１の前記二次電池と、第２の前記二次電池と、前記第１の二次電池及び前記第２の二次電池に充電を行う上記の充電装置と、前記第１の二次電池が搭載され、該第１の二次電池の前記放電期間に該第１の二次電池から供給される電力によって稼働する第１のエンドエフェクタと、前記第２の二次電池が搭載され、該第２の二次電池の前記放電期間に該第２の二次電池から供給される電力によって稼働する第２のエンドエフェクタとを備え、前記第１の二次電池の放電期間に、前記第２の二次電池の充電が行われるとともに、前記第２の二次電池の放電期間に、前記第１の二次電池の充電が行われることを特徴とする。

本発明のアクチュエータは、上記の充電装置を備えているので、二次電池の寿命の短縮を抑制しつつ、二次電池の充電期間（すなわち、エンドエフェクタの休止時間）の短縮し、作業効率の向上を図ることができ、二次電源の寿命の短縮を抑制できる。

また、本発明のアクチュエータは、エンドエフェクタを２つ備え、一方のエンドエフェクタに搭載されている二次電池の放電期間を、他方のエンドエフェクタに搭載されている二次電池の充電期間としている。

その結果、本発明のアクチュエータは、１つのエンドエフェクタ及び二次電池のみを備えた構成に比べ、充電期間に二次電池に流れる電流を小さくして、二次電池の温度上昇を抑制できる。また、一方のエンドエフェクタの休止時間が他方のエンドエフェクタの稼働時間となるので、アクチュエータ全体として、作業のできない時間が短くなる。

そのため、本発明のアクチュエータによれば、１つのエンドエフェクタ及び二次電池のみを備えた構成に比べ、さらに、作業効率の向上を図ることができ、二次電源の寿命の短縮を抑制できる。

本発明の第１実施形態に係るアクチュエータのエンドエフェクタ周辺の構成を示す斜視図であり、図１Ａは作業位置にある状態、図１Ｂは休止位置にある状態を示す。 図１のアクチュエータの電流プロファイル。 図１のアクチュエータの充電装置の構成を示すブロック図。 図１のアクチュエータのリチウムイオンキャパシタの使用温度と寿命との関係を示したグラフ。 図１のアクチュエータのリチウムイオンキャパシタの放電電流又は充電電流に対する発熱量又は吸熱量を示すグラフ。 図３の充電装置が充電電流を設定する際に行う処理を示すフローチャート。 第１実施形態の第１変形例に係るアクチュエータの負荷プロファイルであり、図７Ａは第１のリチウムイオンキャパシタの負荷プロファイル、図７Ｂは第２のリチウムイオンキャパシタの負荷プロファイル。 本発明の第２実施形態に係るアクチュエータのリチウムイオンキャパシタの休止時間における充電電流の変化を示すグラフ。

［第１実施形態］
以下、図１〜図７を参照して、第１実施形態に係るアクチュエータ１について説明する。

まず、図１及び図２を参照して、アクチュエータ１の概略構成について説明する。

アクチュエータ１は、エンドエフェクタ１０と、エンドエフェクタ１０に搭載されたリチウムイオンキャパシタ１１（二次電池）に充電を行う充電装置２０と、エンドエフェクタ１０を作業位置及び休止位置に移動させるアーム３０とを備えている。

エンドエフェクタ１０は、その内部に搭載されたリチウムイオンキャパシタ１１と、リチウムイオンキャパシタ１１に充電装置２０からの充電電流を供給するエンドエフェクタ側端子１２と、リチウムイオンキャパシタ１１から供給された電力で駆動する電動ツール１３と、リチウムイオンキャパシタ１１を覆うケース１４（筐体）と、リチウムイオンキャパシタ１１を冷却する不図示の冷却装置とを有している。

リチウムイオンキャパシタ１１は、負極材料としてリチウムイオンを吸蔵可能な炭素系材料を使ったものであり、電気二重層キャパシタとリチウムイオン二次電池の性格を併せ持つ。このリチウムイオンキャパシタ１１では、放電電流又は充電電流に応じて発熱反応又は吸熱反応が生じる（図５参照）。

なお、本実施形態においては、二次電池として、このようなリチウムイオンキャパシタ１１を採用しているが、本発明はリチウムイオンキャパシタ以外の二次電池にも採用できるものである。

エンドエフェクタ側端子１２は、充電装置側端子２１（充電部）と電気的に接続可能に構成されている。具体的には、エンドエフェクタ側端子１２は、エンドエフェクタ１０のアーム３０によって把持される部分の下面側に設けられた孔の内部に設けられた端子であり、その孔に充電装置側端子２１が挿入された際に、充電装置側端子２１と接触して電気的に接続される。

そのため、エンドエフェクタ側端子１２と充電装置側端子２１とは、アーム３０によってエンドエフェクタ１０が休止位置（図１Ｂの位置）に移動させられたときに、電気的に接続した状態となり、アーム３０によってエンドエフェクタ１０が作業位置（例えば、図１Ａの位置）に移動させられたときに、電気的に接続していない状態となる。

エンドエフェクタ側端子１２と充電装置側端子２１とが接続された状態で、充電装置側端子２１からエンドエフェクタ側端子１２を介してリチウムイオンキャパシタ１１に電流が供給されると、リチウムイオンキャパシタ１１の充電が行われる。

電動ツール１３は、リチウムイオンキャパシタ１１から電流が供給された際に稼働する。エンドエフェクタ１０は、この電動ツール１３の動作によって種々の作業（例えば、自動車生産時のボルト締め等）が可能となっている。

冷却装置は、ケース１４とリチウムイオンキャパシタ１１との間に冷却媒体を流通することによって、ケース１４の内部に配置されたリチウムイオンキャパシタ１１の外周面を冷却する。なお、アクチュエータ１の使用状況によっては、冷却装置は省略してもよい。

充電装置２０は、充電部である充電装置側端子２１と、制御部２２（図３参照）と、入力部である入出力部２３（図３参照）とを有している。

充電装置側端子２１は、接続されたエンドエフェクタ側端子１２に対し、制御部２２によって設定された電流を供給する。

制御部２２は、充電装置側端子２１からリチウムイオンキャパシタ１１に供給する電流を後述する方法によって設定し、リチウムイオンキャパシタ１１の充電電流を制御する。

入出力部２３は、制御部２２によって電流を設定する際に、アクチュエータ１のユーザーが各種パラメータを入力するとともに、制御部２２から出力された情報をユーザーが確認するために使用される。

このように構成されたアクチュエータ１では、エンドエフェクタ１０が、アーム３０によって、所定の間隔で所定の作業位置（例えば、図１Ａの位置）と所定の休止位置（図１Ｂの位置）とに移動させられる。

そして、エンドエフェクタ１０が作業位置に位置している際には、電動ツール１３に対してリチウムイオンキャパシタ１１から電力が供給され、電動ツール１３が駆動される。他方、エンドエフェクタ１０が休止位置に位置している際には、リチウムイオンキャパシタ１１に対してエンドエフェクタ側端子１２を介して充電装置側端子２１から電流が供給されて、リチウムイオンキャパシタ１１が充電される。

なお、本実施形態のアクチュエータでは、エンドエフェクタ側端子１２及び充電装置側端子２１を用いて充電を行っている。しかし、本発明における充電装置はこのような構成に限定されるものではなく、二次電池を充電できるものであればよい。例えば、非接触式の充電機器を用いてもよい。

具体的には、図２に示すように、リチウムイオンキャパシタ１１から稼働時間に断続的に複数回にわたり放電がなされ（すなわち、電動ツール１３が断続的に複数回にわたり駆動され）、休止時間に充電がなされる。

すなわち、リチウムイオンキャパシタ１１は、放電期間（すなわち、エンドエフェクタ１０の稼働時間）と充電期間（すなわち、エンドエフェクタ１０の休止時間）とを含むサイクル（所定期間）を繰り返すように使用される。

次に、図３〜図５を参照して、充電装置２０の制御部２２の構成について説明する。

図３に示すように、制御部２２は、寿命マップ格納部２２ａと、キャパシタ情報格納部２２ｂと、吸発熱マップ格納部２２ｃ（吸発熱特性格納部）とを有している。

寿命マップ格納部２２ａには、予め得られているリチウムイオンキャパシタ１１の使用時の温度に対するリチウムイオンキャパシタ１１の寿命の変化を示すマップが格納されている。

本実施例では、寿命マップ格納部２２ａには、図４に示すようなマップが格納されている。しかし、寿命マップ格納部２２ａには、このようなマップに代わり、使用時の温度と寿命との関係を示す関係式を格納するようにしてもよい。

キャパシタ情報格納部２２ｂは、リチウムイオンキャパシタ１１のセル中心からの外周面までの熱抵抗、冷却媒体の温度、稼働時間に必要となる電流等、リチウムイオンキャパシタ１１の各種パラメータが格納されている。

吸発熱マップ格納部２２ｃには、予め得られているリチウムイオンキャパシタ１１の充電電流又は放電電流に対する発熱量又は吸熱量の関係を示す吸発熱特性マップが格納されている。

本実施例では、吸発熱マップ格納部２２ｃには、図５に示すようなマップが格納されている。しかし、吸発熱マップ格納部２２ｃには、このようなマップに代わり、電流に対する二次電池の発熱量又は吸熱量の関係を示す関係式を格納するようにしてもよい。

また、図３に示すように、制御部２２は、上限温度認識部２２ｄと、状態認識部２２ｅと、実温度認識部２２ｆと、最大電力認識部２２ｇと、電流設定部２２ｈとを有している。

上限温度認識部２２ｄは、入出力部２３に入力されたパラメータに基づいて、リチウムイオンキャパシタ１１の上限温度を認識する。

状態認識部２２ｅは、入出力部２３に入力されたパラメータ及びキャパシタ情報格納部２２ｂから取得したパラメータに基づいて、リチウムイオンキャパシタ１１のパラメータを認識する。

実温度認識部２２ｆは、状態認識部２２ｅが認識したリチウムイオンキャパシタ１１のパラメータに基づいて、リチウムイオンキャパシタ１１の実温度を認識する。

最大電力認識部２２ｇは、実温度認識部２２ｆで認識された実温度、上限温度認識部２２ｄで認識された上限温度及び状態認識部２２ｅが認識したリチウムイオンキャパシタ１１のパラメータに基づいて、充電期間にリチウムイオンキャパシタ１１が許容できる熱量に応じた最大電力を認識する。

電流設定部２２ｈは、吸発熱マップ格納部２２ｃに格納された吸発熱特性マップ及び最大電力認識部２２ｇで認識された最大電力に基づいて、リチウムイオンキャパシタ１１に対する充電電流の上限値を認識し、その上限値以下となるように、充電装置側端子２１から供給する電流を設定する。

次に、図６のフローチャートを参照して、充電装置２０の制御部２２が、充電装置側端子２１からエンドエフェクタ側端子１２に対して供給する電流を決定する際に行う処理について説明する。

まず、ＳＴＥＰ０１において、制御部２２の上限温度認識部２２ｄは、入出力部２３にアクチュエータ１のユーザーが入力したリチウムイオンキャパシタ１１の期待寿命を認識する。

次に、ＳＴＥＰ０２において、上限温度認識部２２ｄは、寿命マップ格納部２２ａに格納されているリチウムイオンキャパシタ１１の使用時の温度に対するリチウムイオンキャパシタ１１の寿命の変化を示すマップ（図４参照）を参照し、リチウムイオンキャパシタ１１の上限温度Ｔｍａｘ［℃］を取得する。

具体的には、図４に示すマップにおける、期待寿命に相当する時間（本実施形態では７年）と、リチウムイオンキャパシタ１１が使用不能となる内部直流抵抗の値（使用限界抵抗値）との交点を求め、その交点を通る温度を上限温度Ｔｍａｘとして取得する。

このＳＴＥＰ０１〜ＳＴＥＰ０２が上限温度認識工程である。なお、上限温度Ｔｍａｘは、必ずしもマップを参照して取得する必要はなく、ユーザーが入出力部２３に直接入力した値を用いてもよい。また、寿命マップ格納部２２ａにマップではなく、算出式が格納されている場合には、入力された期待寿命に基づいて算出するようにしてもよい。また、本実施形態では、上限温度認識工程を２つのステップに分割して行っているが、１つの工程で一括して演算して行うようにしてもよい。

次に、ＳＴＥＰ０３において、状態認識部２２ｅは、入出力部２３にアクチュエータ１のユーザーが入力した値に基づいてエンドエフェクタ１０の稼働時間の長さｔ１［ｓ］、休止時間の長さｔ２［ｓ］及びサイクルの長さｔ３［ｓ］、並びに、稼働時間に行う作業に必要な作業電流Ｉｎ［Ａ］を認識する。

具体的には、このＳＴＥＰ０３においては、状態認識部２２ｅは、ユーザーによって入力されたエンドエフェクタ１０の行う作業の種類や回数等に基づいて、作業そのものに必要な時間や移動に必要な時間等をキャパシタ情報格納部２２ｂから取得して、稼働時間の長さｔ１、休止時間の長さｔ２及びサイクルの長さｔ３を算出する。また、状態認識部２２ｅは、入力されたエンドエフェクタ１０の行う作業の種類や回数等に基づいて、稼働時間ｔ１に行う作業に必要な作業電流Ｉｎを算出する。

次に、ＳＴＥＰ０４において、状態認識部２２ｅは、キャパシタ情報格納部２２ｂから、リチウムイオンキャパシタ１１の抵抗Ｒ［Ω］、冷却媒体の温度である冷却媒体温度Ｔｃ［℃］、及び、リチウムイオンキャパシタ１１のセル中心から外周面（冷却媒体）までの熱抵抗ＴＲ［℃／Ｗ］を取得する。

次に、ＳＴＥＰ０５において、状態認識部２２ｅは、リチウムイオンキャパシタ１１の抵抗Ｒ、作業電流Ｉｎに基づいて、１サイクルにリチウムイオンキャパシタ１１で消費される消費電力Ｐｃ［Ｗ］を算出する。

なお、ＳＴＥＰ０３〜ＳＴＥＰ０５で状態認識部２２ｅが認識する値は、必ずしも算出や取得によって得る必要はなく、ユーザーが入出力部２３に直接入力した値を用いてもよい。

次に、ＳＴＥＰ０６において、制御部２２の実温度認識部２２ｆは、状態認識部２２ｅが認識した１サイクル（すなわち、サイクルの長さｔ３）にリチウムイオンキャパシタ１１で消費される消費電力Ｐｃ及びリチウムイオンキャパシタ１１のセル中心から外周面までの熱抵抗ＴＲに基づいて、リチウムイオンキャパシタ１１のセル中心の１サイクルにおける温度上昇量ΔＴ［℃］を算出する。具体的には、消費電力Ｐｃ［Ｗ］と熱抵抗ＴＲ［℃／Ｗ］とを掛け合わせ、温度上昇量ΔＴ［℃］を算出する。

次に、ＳＴＥＰ０７において、実温度認識部２２ｆは、算出した温度上昇量ΔＴ及び状態認識部２２ｅが認識した冷却媒体温度Ｔｃに基づいて、リチウムイオンキャパシタ１１のセル中心の実温度Ｔｔ［℃］を算出する。具体的には、温度上昇量ΔＴ［℃］と冷却媒体温度Ｔｃ［℃］とを足し合わせ、実温度Ｔｔ［℃］を算出する。

なお、冷却媒体を備えない構成の場合には、算出した温度上昇量及びリチウムイオンキャパシタ１１の外周面の温度やケース１４の表面温度等に基づいて、実温度Ｔｔを算出する。

このＳＴＥＰ０６〜ＳＴＥＰ０７が実温度認識工程である。なお、ＳＴＥＰ０６の温度上昇量やＳＴＥＰ０７の実温度Ｔｔ、冷却媒体温度Ｔｃは、必ずしも算出や状態認識部２２ｅからの取得によって得る必要はなく、試験的に作業を行い、別途設けたセンサによって測定してもよい。また、本実施形態では、実温度認識工程を２つのステップに分割して行っているが、１つの工程で一括して演算して行うようにしてもよい。

次に、ＳＴＥＰ０８において、制御部２２の最大電力認識部２２ｇは、上限温度認識部２２ｄで認識された上限温度Ｔｍａｘ及び実温度認識部２２ｆで認識された実温度Ｔｔに基づいて、リチウムイオンキャパシタ１１が、その寿命が期待寿命以下とならない範囲で許容できる許容温度上昇量ΔＴａ［℃］を算出する。具体的には、上限温度Ｔｍａｘ［℃］から実温度Ｔｔ［℃］を引いて、許容温度上昇量ΔＴａ［℃］を算出する。

次に、ＳＴＥＰ０９において、最大電力認識部２２ｇは、算出した許容温度上昇量ΔＴａ及び状態認識部２２ｅが認識したリチウムイオンキャパシタ１１のセル中心から外周面までの熱抵抗ＴＲに基づいて、リチウムイオンキャパシタ１１が、その寿命が期待寿命以下とならない範囲でサイクル中に許容できる許容電力Ｐａ［Ｗ］を算出する。具体的には、許容温度上昇量ΔＴａ［℃］を熱抵抗ＴＲ［℃／Ｗ］で除して許容電力Ｐａ［Ｗ］を算出する。

次に、ＳＴＥＰ１０において、最大電力認識部２２ｇは、算出した許容電力Ｐａ並びに、状態認識部２２ｅが認識した休止時間の長さｔ２及びサイクルの長さｔ３に基づいて、リチウムイオンキャパシタ１１が、その温度が上限温度Ｔｍａｘを超えない範囲で１サイクルに最大限許容できる最大電力Ｐｍａｘ［Ｗ］を算出する。具体的には、許容電力Ｐａ［Ｗ］にサイクルの長さｔ３［ｓ］を乗じた値を、休止時間の長さｔ２［ｓ］で除して、最大電力Ｐｍａｘ［Ｗ］を算出する。

このＳＴＥＰ０８〜ＳＴＥＰ１０が最大電力認識工程である。また、本実施形態では、最大電力認識工程を３つのステップに分割して行っているが、１つの工程で一括して演算して行うようにしてもよい。

次に、ＳＴＥＰ１１において、制御部２２の電流設定部２２ｈは、最大電力認識部２２ｇで算出された最大電力Ｐｍａｘを、吸発熱マップ格納部２２ｃに格納されているリチウムイオンキャパシタ１１の充電電流又は放電電流に対する発熱量又は吸熱量の関係を示す吸発熱特性マップに照らし合わせ、リチウムイオンキャパシタ１１が、その寿命が期待寿命以下とならない範囲で１サイクルに許容できる最大電流Ｉｍａｘ［Ａ］（電流の上限値）を取得する。具体的には、図５におけるＡ領域とＣ領域との境界線に重なる値が最大電流Ｉｍａｘとなる。

次に、ＳＴＥＰ１２において、電流設定部２２ｈは、状態認識部２２ｅが認識した消費電力Ｐｃ及び休止時間の長さｔ２に基づいて、リチウムイオンキャパシタ１１を充電するために最低限必要な最小充電電流Ｉｍｉｎ［Ａ］（電流の下限値）を算出する。

次に、ＳＴＥＰ１３において、電流設定部２２ｈは、算出した電流の上限値と下限値とを比較する。

ここで、電流の下限値が上限値を上回っていた場合（ＳＴＥＰ１３でＮＯ場合。図５で下限値がＡ領域又はＢ領域にある場合。）には、制御部２２は入出力部２３に期待寿命又は休止時間の変更を促す旨の表示を行う。この表示に従い、ユーザーが期待寿命の変更又は休止時間の変更を行った際には、再度、ＳＴＥＰ０１〜ＳＴＥＰ１３の処理又はＳＴＥＰ０３〜ＳＴＥＰ１３の処理を行う。一方、電流の下限値が上限値を下回っていた場合（ＳＴＥＰ１３でＹＥＳの場合。図５で下限値がＣ領域にある場合。）には、ＳＴＥＰ１４に進む。

次に、ＳＴＥＰ１４において、電流設定部２２ｈは、その上限値及び下限値で規定された範囲内からリチウムイオンキャパシタ１１の充電の際に流す電流の値を設定する。このＳＴＥＰ１４が電流設定工程である。

このとき、設定される電流は、設定された範囲内であればどのような値でもよいが、リチウムイオンキャパシタ１１の寿命のさらなる長期化を図る場合には、リチウムイオンキャパシタ１１の特性上もっとも吸熱反応が大きい値（図５におけるＡ領域とＢ領域の境界線に重なる値）に近い値を選択するようにするとよい。一方、休止時間の短縮化を図る場合には、範囲内において最も大きい値である上限値（図５におけるＡ領域とＣ領域との境界線に重なる値）を選択すればよい。

このようにして充電電流の値が設定された場合には、制御部２２は今回の処理を終了し、その充電部である充電装置側端子２１を介して、設定された電流でリチウムイオンキャパシタ１１の充電を行う（充電工程）。

以上説明したように、本実施形態のアクチュエータ１では、リチウムイオンキャパシタ１１に充電の際に供給される電流の値は、リチウムイオンキャパシタ１１の上限温度Ｔｍａｘ及び１サイクルにおける充電期間の長さ（すなわち、休止時間の長さｔ２）に基づいて上限値が定められたものとなっている。

そのため、その電流でリチウムイオンキャパシタ１１に充電を行う本実施形態のアクチュエータ１では、放電期間と充電期間とを含むサイクルを繰り返すようにリチウムイオンキャパシタ１１を使用したとしても、リチウムイオンキャパシタ１１の温度は上限温度Ｔｍａｘを超えることが防止される。

したがって、本実施形態のアクチュエータ１によれば、リチウムイオンキャパシタ１１の寿命の短縮を抑制しつつ、充電期間の短縮も図ることができる。

ここで、図７を参照して、本実施形態のアクチュエータ１の変形例について説明する。

上記実施形態のアクチュエータ１では、１つのアーム３０によって、１つのエンドエフェクタ１０を作業位置と休止位置に移動させ、休止位置に移動した際に、そのエンドエフェクタ１０に搭載されているリチウムイオンキャパシタ１１に充電を行っている。

これに対し、変形例に係るアクチュエータでは、１つのアームによって、２つのエンドエフェクタを交互に把持し、一方のエンドエフェクタを作業位置に移動させて作業を行っている間に、他方のエンドエフェクタを休止位置に位置させ、搭載されたリチウムイオンキャパシタに充電を行うように構成している。

その際の各エンドエフェクタに搭載されているリチウムイオンキャパシタの充電及び放電のプロファイルは、図７に示すようなプロファイルとなる。

この図７からも明らかなように、変形例に係るアクチュエータでは、第１のリチウムイオンキャパシタの稼働時間を第２のリチウムイオンキャパシタの休止時間にすることができるので、１つのエンドエフェクタを用いた上記の実施形態に比べ、リチウムイオンキャパシタの充電時間を十分に長く確保することができる（図２参照）。

そのため、本変形例のアクチュエータは、１つのエンドエフェクタ及びリチウムイオンキャパシのみを備えた上記実施形態のアクチュエータに比べ、充電期間に二次電池に流れる電流を小さくして、二次電池の温度上昇を抑制できる。また、一方のエンドエフェクタの休止時間が他方のエンドエフェクタの稼働時間となるので、アクチュエータ全体として、作業のできない時間が短くなる。

［第２実施形態］
以下、図８を参照して、第２実施形態に係るアクチュエータについて説明する。ただし、本実施形態のアクチュエータは、充電装置２０の制御部２２の電流設定部２２ｈで行われる処理のみが第１実施形態のアクチュエータ１と異なるものである。そこで、その処理についてのみ詳細に説明する。

リチウムイオンキャパシタ１１の充電方式としては、定電流充電方式（上記第１実施形態における充電方式。Ｃ．Ｃ充電。）の他、電圧が一定値に上昇するまでは定電流で充電し、それ以後は定電圧で充電する（すなわち、電流を変化させて充電する）定電流定電圧充電方式（Ｃ．Ｃ．Ｃ．Ｖ充電）が採用される。

そのような定電流定電圧充電方式を採用した本実施形態のアクチュエータでは、充電の際の電流の値は時間に応じて変化することになる。

具体的には、図８に示すように、本実施形態のアクチュエータでは、リチウムイオンキャパシタに対して充電を行う休止時間中の所定の時間ｔ４（電圧が一定値に上昇する時間）までは、充電電流が定電流充電方式の場合よりも高い電流となる。そして、所定の時間ｔ４以降（すなわち、電圧が一定値に上昇した後）は、充電電流が低下する。

このような定電流定電圧充電方式を採用した場合、その充電電流は、一時的に、電流設定工程で算出した電流の上限値を超えることがある（例えば、図８における０〜ｔ５までの期間）。

しかし、休止時間における熱量の総量と稼働時間における熱量との総量との和が、充電期間にリチウムイオンキャパシタ１１が許容できる熱量以下となるのであれば、リチウムイオンキャパシタの寿命の短縮は抑制される。

そのため、定電流定電圧充電方式で充電するような（すなわち、充電電流が一時的に電流設定工程で算出した電流の上限値を超えることがある）アクチュエータにも、本発明は採用し得る。

そして、定電流定電圧充電方式を採用した場合には、定電流充電方式を採用した場合に比べ、比較的短時間に効率よく充電することができるようになる。

このように構成した本実施形態のアクチュエータによっても、第１実施形態と同様に、リチウムイオンキャパシタ１１の寿命の短縮を抑制しつつ、充電期間の短縮も図ることができる。

［その他の実施形態］
以上、図示の実施形態について説明したが、本発明はこのような形態に限られるものではない。

例えば、上記実施形態は、二次電池を搭載したエンドエフェクタ備えたアクチュエータに係るものである。しかし、本発明は、エンドエフェクタ備えたアクチュエータに限定されるものではなく、放電期間と充電期間とを含む所定期間を繰り返すように二次電池を使用するものであれば、他の装置にも適用可能なものである。

また、上記実施形態では、実際にアクチュエータによる作業を開始する前に、各種パラメータを入力し、充電電流の範囲を設定している。しかし、本発明はそのような形態に限定されるものではない。例えば、各種パラメータを予め入力するとともに作業中に二次電池の温度や消費電力等を測定し、その測定したデータを用いて、エンドエフェクタを作業位置から休止位置に移動させる時間の間に、適切な電流値の範囲を算出するようにしてもよい。

１…アクチュエータ、１０…エンドエフェクタ、１１…リチウムイオンキャパシタ（二次電池）、１２…エンドエフェクタ側端子、１３…電動ツール、１４…ケース（筐体）、２０…充電装置、２１…充電装置側端子（充電部）、２２…制御部、２２ａ…寿命マップ格納部、２２ｂ…キャパシタ情報格納部、２２ｃ…吸発熱マップ格納部（吸発熱特性格納部）、２２ｄ…上限温度認識部、２２ｅ…状態認識部、２２ｆ…実温度認識部、２２ｇ…最大電力認識部、２２ｈ…電流設定部、２３…入出力部（入力部）、３０…アーム、

Claims (9)

1. 放電期間と充電期間とを含む所定期間を繰り返す二次電池の充電電流設定方法であって、
   前記二次電池で許容される上限温度を認識する上限温度認識工程と、
   前記二次電池の実温度を認識する実温度認識工程と、
   前記上限温度と前記実温度との差、前記二次電池の熱抵抗、前記所定期間の長さ及び前記充電期間の長さに基づいて、該充電期間に前記二次電池が許容できる熱量に応じた最大電力を認識する最大電力認識工程と、
   電流に対する前記二次電池の発熱量又は吸熱量の関係を示す関係式又は吸発熱特性マップ及び前記最大電力に基づいて、前記二次電池に対する充電電流の上限値を認識し、該上限値以下となるように、前記二次電池に充電する際に流す電流を設定する電流設定工程とを備えていることを特徴とする充電電流設定方法。
2. 請求項１に記載の充電電流設定方法であって、
   前記電流設定工程で、前記上限値以下であり、且つ、前記二次電池で吸熱反応が生じる範囲内から優先的に電流を設定することを特徴とする充電電流設定方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の充電電流設定方法であって、
   前記上限温度認識工程で、前記二次電池の使用時の温度に対する前記二次電池の寿命の変化を示す関係式又はマップ及び前記二次電池の期待寿命に基づいて、前記二次電池の上限温度を認識することを特徴とする充電電流設定方法。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の充電電流設定方法であって、
   前記実温度認識工程で、前記所定期間における前記二次電池の消費電力及び前記熱抵抗に基づいて、前記二次電池の実温度を認識することを特徴とする充電電流設定方法。
5. 請求項４に記載の充電電流設定方法であって、
   前記実温度認識工程で、前記所定期間における前記二次電池の消費電力、前記熱抵抗及び前記二次電池の筐体の温度又は前記二次電池を冷却する冷却媒体の温度に基づいて、前記二次電池の実温度を認識することを特徴とする充電電流設定方法。
6. 放電期間と充電期間とを含む所定期間を繰り返す二次電池の充電方法であって、
   請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の充電電流設定方法で設定された電流で、前記二次電池に充電を行う充電工程を備えていることを特徴とする充電方法。
7. 放電期間と充電期間とを含む所定期間を繰り返す二次電池の充電装置であって、
   前記二次電池に電流を供給して充電を行う充電部と、
   前記充電部の前記二次電池に供給する電流を制御する制御部と、
   入力部とを備え、
   前記制御部は、
   前記入力部に入力された値に基づいて、前記二次電池の上限温度を認識する上限温度認識部と、
   前記二次電池の状態を認識する状態認識部と、
   前記状態認識部が認識した前記二次電池の状態に基づいて、該二次電池の実温度を認識する実温度認識部と、
   前記上限温度と前記実温度との差、前記二次電池の熱抵抗、前記所定期間の長さ及び前記充電期間の長さに基づいて、該充電期間に前記二次電池が許容できる熱量に応じた最大電力を認識する最大電力認識部と、
   電流に対する前記二次電池の発熱量又は吸熱量の関係を示す関係式又は吸発熱特性マップを格納する吸発熱特性情報格納部と、
   前記関係式又は前記吸発熱特性マップ及び前記最大電力に基づいて、前記二次電池に対する充電電流の上限値を認識し、該上限値以下となるように、前記充電部から供給する電流を設定する電流設定部とを有していることを特徴とする充電装置。
8. 放電期間と充電期間とを含む所定期間を繰り返す二次電池を搭載したアクチュエータであって、
   前記二次電池に充電を行う請求項７に記載の充電装置と、
   前記二次電池が搭載され、該二次電池の前記放電期間に該二次電池から供給される電力によって稼働するエンドエフェクタとを備えていることを特徴とするアクチュエータ。
9. 放電期間と充電期間とを含む所定期間を繰り返す二次電池を搭載したアクチュエータであって、
   第１の前記二次電池と、
   第２の前記二次電池と、
   前記第１の二次電池及び前記第２の二次電池に充電を行う請求項７に記載の充電装置と、
   前記第１の二次電池が搭載され、該第１の二次電池の前記放電期間に該第１の二次電池から供給される電力によって稼働する第１のエンドエフェクタと、
   前記第２の二次電池が搭載され、該第２の二次電池の前記放電期間に該第２の二次電池から供給される電力によって稼働する第２のエンドエフェクタとを備え、
   前記充電装置は、前記第１の二次電池の放電期間に、前記第２の二次電池の充電が行うとともに、前記第２の二次電池の放電期間に、前記第１の二次電池の充電が行うことを特徴とするアクチュエータ。