JP2018117433A - 自動充電システム及び自動充電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自動移動体に対して、安全に、大電流充電が可能な自動充電システムの提供。
【解決手段】自動的に移動可能な自動移動体１０と、該自動移動体に対して給電をする自動充電装置２０を備える自動充電システム１であって、自動移動体１０は、電源となる充放電可能な蓄電池１１と、自動充電装置から給電され、蓄電池へ電力を供給する受電部１２とを備えており；自動充電装置２０は、自動移動体の受電部に接触給電する給電部２７，２８と、先端が給電部と接続され、伸縮することで給電部の位置を移動可能な接続機構２５，２８と、接続機構を制御駆動させる制御手段２３と、給電部の温度を検出する温度検出手段７４，８４と、温度検出手段により検出された温度から給電部と受電部の接触状態を検知する接触状態判別手段２２と、を備えており；制御手段２３は、接触状態判別手段２２で検知された接触状態に基づいて、大電流充電の前に、接続機構２５，２６を調整して、給電部２７，２８と受電部１２との接触ズレを補正する。
【選択図】図４

Description

本発明は、自動移動体の充電を行う自動充電システム及び自動充電方法に関する。

近年、二次電池を用いたアプリケーションが増えてきている。主なアプリケーションとしては、電気自動車、セグウェイの様な電動車両、荷物搬送車等の自動移動体がある。これらは、各アプリケーションに対して充電システムが開発されている。二次電池を充電する際には接触充電や非接触充電の２通りあるが、電気自動車や荷物搬送車等は待ち時間を少なくする為に大電流で充電を行う。大電流で充電するには非接触充電は効率の問題で不向きであるので接触充電が基本となる。

ここで、自動充電を行う場合は、充電する電流が大きくなるほど発熱しやすくなるため、接触不良や異物噛み込みによる接触不具合に起因する通常よりもさらに高い温度まで発熱することを防止する必要がある。

人の手が関与した場合であれば、アプリケーションの充電用接続部（端子）と充電器の接続部とを確実に接続させロック機構で外れないようにする作業を、目視を前提としてメカ的に確認しながら実施できる。

しかし、近年、車社会含め工場等では走行から充電まで全てにおいて自動化が進められ、充電自体も自動化が進みつつある。この際に、人の手を介さない自動充電を行う場合は、充電部分が接続されたか、外れたかなどの接触不具合を検知することが難しかった。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、自動移動体に対して、安全に、大電流充電が可能な自動充電システムの提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様では、自動的に移動可能な自動移動体と、該自動移動体に対して給電をする自動充電装置を備える自動充電システムであって、
前記自動移動体は、電源となる充放電可能な蓄電池と、前記自動充電装置から給電され、前記蓄電池へ電力を供給する受電部とを備えており、
前記自動充電装置は、
前記自動移動体の前記受電部に接触給電する給電部と、
先端が前記給電部と接続され、伸縮することで前記給電部の位置を移動可能な接続機構と、
前記接続機構を制御駆動させる制御手段と、
前記給電部の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段により検出された温度から前記給電部と前記受電部の接触状態を検知する接触状態判別手段と、を備えており、
前記制御手段は、前記接触状態判別手段で検知された接触状態に基づいて、大電流充電の前に、前記接続機構を調整して、前記給電部と前記受電部との接触ズレを補正する、
自動充電システムを提供する。

本発明の一態様によれば、自動充電システムにおいて、自動移動体に対して、安全に、大電流充電が可能になる。

本発明の一実施形態に係る充電システムにおいて自動移動体が充電中の全体概略図。 図１の充電システムに含まれる自動移動体が走行中の状態を示す図。 本発明の充電システムの接触充電に係る部分の回路例。 本発明の自動充電に係るフローチャート。 本発明の自動充電システムにおける、自動充電装置の給電部の電極と自動移動体の受電部の電極の構成の一例を示す図。 本発明の自動充電装置のアーム部及び給電部と、自動移動体の受電部の構成を示す概略図。 本発明の自動充電装置の給電部の電極と自動移動体の受電部の電極の構成の他の例を示す図。 本発明の自動充電装置のアーム部の説明図。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

＜自動充電システム＞
図１は本発明に係る自動充電システムにおいて自動移動体が充電中の概略図である。図１に示すように、本発明の充電システム１は、自動移動体１０と、自動充電装置２０とを備える。

図１に示す例では、自動移動体１０は、電池パック（蓄電池）１１、受電部１２、温度モニタ部１３、駆動部１４、移動体側通信部１５、及び表示部１６等を有する。

また、自動充電装置２０は、ホストコンピューター２１、充電制御部２２、接続機構制御部２３、充電側通信部２４、アーム部２５，２６、及び給電部２７，２８等を備えている。

図２は、本発明の自動充電システム１の移動可能な自動移動体１０が走行中の状態の例を示す図である。自動移動体１０は、二次電池を動力源として動作する大電流自動充電アプリケーションである。例えば、電気自動車、セグウェイの様な電動自動車、荷物搬送車、ロボット（掃除ロボット、ペットロボット、災害用ロボットなど）等のアプリケータ（アプリケーション）であって、自動移動可能な移動体である。

図２では、自動移動体１０は、地面や路面上を走行する自動走行体であって、設定された軌跡Ｔを走行する例を示す。なお、自動移動体１０がロボットの場合、自動移動体１０内の制御部の判断により、自動移動体内で移動（走行）ルートを状況に応じて自ら設定してもよい。あるいは、自動充電装置２０や、他のリモコン等から遠隔操作されることにより、自動移動体１０の移動ルートが指示されてもよい。

なお、自動移動体は飛行可能なラジコンや浮遊体等の空中を移動する自動飛翔体であってもよい。

図２に示す自動移動体１０は蓄電池１１の充電が必要になると、自動充電装置２０の近傍であって、自動充電装置２０によって充電可能なエリアＡ（充電ステーション、ホームベースともいう）に自分の判断で帰還する。あるいはその充電可能なエリアＡに、自動充電装置２０からの指示により、帰還させられる。

図１に戻って、自動移動体１０は、電池パック１１を電源（メイン電源又はサブ電源）としている。自動移動体１０を動作させる電池パック１１の電力供給は、自動移動体１０内に備えられた受電部１２から行われる。受電部１２は、外部電源である自動充電装置２０から電力が供給される。

受電部１２には、正極電極１２１と、負極電極１２２とが設けられている。

電池パック１１へ供給された電力は、駆動部１４、移動体側通信部１５、表示部１６、温度モニタ部１７へと供給されることで、自動移動体１０を動作させる。

温度モニタ部１３は電池パック１１内の温度をモニタし、充放電中の温度異常を検出すると、自動移動体１０の充電又は放電を停止させる。例えば、テスト充電中に、移動体側の温度モニタ部１３が電池パック１１の温度を測定することで、二次電池が劣化しているかどうかを判定することができる。温度モニタ部１３は充放電の際の安全を確保する安全装置として機能する。

移動体側通信部１５は、自動移動体１０の電池電圧や温度情報等のデータを、自動充電装置２０の充電側通信部２４とやり取りする。

表示部１６は、自動移動体１０の状態を表示する。また、表示部１６は、タッチパネルなどの、ユーザーによって操作可能なユーザーインターフェースであると好ましい。

また、自動充電装置２０では、ホストコンピューター２１が自動充電装置２０の頭脳となり、充電制御部２２、接続機構制御部２３、及び充電側通信部２４に指示を送る。

また、自動移動体１０の受電部１２の電極１２１，１２２に対して自動充電装置２０から給電するため、アーム部２５，２６は自動充電装置２０の本体２９に対して突出するように伸縮可能である。

アーム部２５，２６は、アーム部２５，２６の先端に設けられる給電部２７，２８の位置を移動させる接続機構（給電部移動部）である。

伸縮可能なアーム部２５，２６は、図１に示すように、正極２７に対応する正極アーム２５及び負極２８に対応する負極アーム２６とで、夫々別々に２本備えていてもよいし、あるいは正極、負極をまとめて一本であってもよい。なお、正極アーム２５と負極アーム２６を区別する必要が無い場合はまとめてアーム部２５，２６と呼ぶ。

給電部２７，２８は、アーム部２５，２６の先端に接続されている。給電部２７，２８は、自動移動体１０の受電部１２と面接触して接触給電させる接点であって、接点接続部（接点接触部）として機能する。

給電部２７，２８には、受電部１２の電極１２１，１２２に対して接触して給電する電極部７１，８１が設けられている。さらに、給電部２７，２８には、電極７１，８１に取りつけられた温度センサ７４，８４と、近接センサ７５，８５が設けられている。

温度センサ（温度検出手段）７４，８４は、給電部２７，２８の電極７１，８１に取り付けられ、あるいは電極７１，８１と一体化して構成されており、電極７１，８１の温度を検知するものである。充電中（テスト充電中、大電流充電中）に、温度センサ７４，８４により電極７１，８１の温度を測定することで、充電装置側と移動体側の電極同士の接触状態（接触している面積がどのくらいか）を判定することができる。

近接センサ７５，８５は、給電部２７，２８、又は、アーム部２５，２６と給電部２７，２８との間（図６参照）に取り付けられ、充電側の給電部２７，２８の電極７１，８１の少なくとも一部が、移動体側の受電部１２の電極１２１，１２２に接触したことを検知する。近接センサ７５，８５は、検知した電極部分の接触の状態により、接続信号の接続/不接続の状態を切り替えて出力する。

自動充電装置２０のホストコンピューター２１は、自動移動体１０の状態を常時又は定期的に監視する。ホストコンピューター２１が自動移動体１０の電池電圧が下がったことを認識して、電池パック１１を充電させる必要がある場合は自動移動体１０に充電側通信部２４から指示を送り、自動移動体１０を自動充電装置２０で充電可能なエリアＡに帰還させる。

帰還後に、自動移動体１０が充電可能なエリアＡに帰還したことを通知するため、自動移動体１０の移動体側通信部１５から自動充電装置２０の充電側通信部２４に帰還完了信号を送る。

自動充電装置２０は接続機構制御部２３が作動し、帰還した自動移動体１０の受電部１２に目掛けて正極アーム２５及び負極アーム２６が伸長して、先端に設けられる給電部２７，２８を受電部１２と接続させる。

給電部２７，２８と受電部１２との接続は、近接センサ７５，８５が、接続又は非接続の２つの状態を択一的に認識する。

接続状態を示す接続信号を近接センサ７５，８５が出力すると、ホストコンピューター２１が受け取り、充電制御部２２経由で、自動移動体１０に搭載されている電池パック１１への充電を開始するように、受電部１２への電力の供給を開始する。

充電制御部２２は、給電部２７，２８への充電量（電力の供給量）及び充電の開始・停止のタイミングを指示する。さらに、充電制御部２２は、温度センサ７４，８４により検出された温度から給電部２７，２８の電極部７１，８１と受電部１２の電極部１２１，１２２の接触状態を検知して、充電の状態を把握する接触状態判別手段としても機能する。

接続機構制御部（制御手段）２３は、充電の前御のタイミングで、給電部２７，２８と受電部１２とが接続するように、接続機構であるアーム部２５，２６の伸縮を指示する。また、充電制御部２２（接触状態判別手段）で検知された電極部の接触状態や、自動移動体１０の温度モニタ部１３で検出された電池パック１１の温度に基づいて、大電流充電の前に、アーム部２５，２６を調整して（やり直しを指示し）、給電部２７，２８と受電部１２との接触ズレを補正する。

電極同士の接続状態を考慮した、受電部１２への給電の制御について、図４のフローを用いて詳述する。

＜アーム部と受電部との接触回路＞
図３は本発明の一実施形態に係る自動充電システム１の接触充電に係る部分の回路例を示す。

図３を参照して、自動移動体１０側では、電池パック１１と、サーミスタ１３１と、受電部１２とが設けられている。

電池パック１１は、複数の蓄電池（図３では４つの蓄電池）が直列して構成されている。

受電部１２は、正極電極１２１と、負極電極１２２を含み、夫々の電極は電流用の電極部と電圧用の電極部を含んでいる。詳しくは、正極電極１２１は、正極用電流電極部１２１ｉ、正極用電圧電極部１２１ｖを備え、負極電極１２２は、負極用電流電極１２２ｉ、負極用電圧電極部１２２ｖを備えている。

温度モニタ部１３は、例えば、サーミスタ１３１によって構成されており、電池パック１１内の複数の蓄電池の温度を検出する。サーミスタ１３１は電池パック１１の近傍に配置されている。

一方、自動充電装置２０側では、充電に係る回路として、給電部２７，２８と、充電制御部２２とを備えている。

充電装置側の給電部２７，２８は、正極電極７１と負極電極８１とを備えており、正極用、負極用の夫々の電極７１，８１では、図中外側に示す電流用電極部７１ｉ，８１ｉと図中内側に示す電圧用電極部７１ｖ，８１ｖとを備えている。

ここで、充電装置側で、温度センサ７４，８４は、電流用電極部７１ｉ，８１ｉの温度を検知可能に設けられている。

充電制御部２２は、充電用の主制御部である、５Ｖのマイクロプロセッサ（図３では５ＶμＰと示す、マイコンともいう）２２１、変圧用のＤＣＤＣコンバータ２２２、微充電用のテスト電源回路２２３と、スイッチ２２４と、抵抗２２５と、コンデンサ２２６等とを備えている。

このような充電制御部２２では、ＤＣＤＣコンバータ２２２が、大電流用の電力を生成し、テスト電源回路２２３が、充電用の大電流よりも小さい、テスト用の微電流の電力を生成する。

マイコン２２１が指示することにより、スイッチ２２４の接続先を切り替えて、給電に用いる電力を、大電流用とテスト用（微電流用）とで切り替えることができる。

抵抗２２５、コンデンサ２２６はノイズ対策用の回路である。

ここで、電力（Ｐ）は「Ｐ＝Ｉ×Ｒ^２」の関係により、電流と抵抗に依存する。したがって、大電流充電（Ｉ＝大）をすることで、時間短縮はできるが発熱の要因にもなる。

また、接触部である、充電装置側の電極７１，８１と、移動体側の電極１２１，１２２とが不完全な状態で接触していると、接触面積が小さくなり、電極間に接続される抵抗値は上がり（Ｒ＝大）、さらなる発熱要因となる。

よって、大電流で充電する前に、微電流充電であるテスト充電を行って抵抗値と連動して変化する電極の温度を測定することで、充電装置側と移動体側の電極間の接触が完全かどうかを確認することができる。

そのために、自動充電装置２０の給電部２７，２８には、一対の電極７１，８１の電流用電極部７１ｉ，８１ｉに取り付けられた温度センサ（温度検出回路）７４，８４を搭載しており、電極同士の接触温度の検出が可能である。

自動移動体１０の受電部１２の電極１２１，１２２と自動充電装置２０の給電部２７，２８の電極７１，８１が接触した状態で充電が開始される。

そのため、充電中は常に接触部である充電装置側の給電部２７，２８の電極７１，８１の温度を監視し、電極の温度が、ある閾値を越えた場合は、温度センサ７４，８４は温度情報をマイコン２２１に送り、充電を停止させる。

また、移動体側で検出されるサーミスタ１３１で検知される電池パック１１の温度情報も、マイコン２２１に送られるものとする。

そして、テスト充電の期間中、電極部の温度の上昇が正常の範囲内であることを確認し、さらにサーミスタ１３１で検知される電池パック１１の温度上昇が正常の範囲内であることが確認したら、マイコン２２１はテスト充電から大電流充電へと移行させる。詳しくは、マイコン２２１は、スイッチ２２４の接続先をテスト電源回路２２３からＤＣＤＣコンバータ２２２に切り替えて、テスト充電を終了させ、大電流充電へと移行させる。

＜フロー＞
図４は本発明に係る自動充電システム１のフローチャートである。

まず、自動移動体１０が充電可能エリアに帰還したら自動移動体１０から送信される移動体帰還信号を、自動充電装置２０のホストコンピューター２１が受信すると、充電動作フローを開始する（ＳＴＡＲＴ）。

自動移動体１０が充電可能エリア内で確実に停止していることを認識すると（ステップＳ１）、自動充電ステーションにおいて、電極（給電部）が先端に設けられている接続機構のアーム部２５，２６を稼動させ、移動可能な状態にする（ステップＳ２）。

そして、給電部２７，２８を、自動移動体１０の受電部１２に接続させるために、アーム部２５，２６を待機位置から伸長させる（ステップＳ３）。

アーム部２５，２６を伸長させた後、給電部２７，２８が、自動移動体１０の受電部１２に接続しているかどうか判断する（ステップＳ４）。上述のように、この給電部２７，２８と受電部１２との接続、未接続はアーム部２５，２６の先端又は給電部２７，２８に搭載されている近接センサ（近接検出手段）７５，８５が判断し、接触/非接触を示す接続信号を出力するものとする。

ステップＳ４で、近接センサ７５，８５の接続信号のセンサ値が非接続であることを検知する場合は（Ｎｏ）、一旦アーム部２５，２６を引っ込めた後、再度アーム部２５，２６を伸長させて、給電部２７，２８を受電部１２に接続しにいく（ステップＳ５，Ｓ３）。

このようにアーム部２５，２６の伸長動作をリトライすることで、アーム部２５，２６の先端に設けられた給電部２７，２８の位置を調整することになり、給電部２７，２８と受電部１２との接触ズレを補正させる。

詳しくは、ステップＳ４で、近接センサ値が非接続状態を示す場合は（Ｎｏ）、ステップＳ５に進み、リトライ回数が所定回数（ｎ回）以下かどうか判定する。

ステップＳ５の前提として、再接続には予めリトライができる回数（所定回数：ｎ回）を設定しておき、複数回リトライしても近接センサ値の確実な検知ができない場合は（ステップＳ５，Ｎｏ）、一旦走行モードにすることで充電可能エリア外に自動移動体１０を誘導するか、走行停止とする。

リトライ回数が所定回数（ｎ回）以下の場合は、ステップＳ３に戻って、アーム部２５，２６の伸長による、先端にある給電部２７，２８の受電部１２への接続動作をやり直す。

一方、ステップＳ４で、近接センサ値が接続していると検知している場合は（Ｙｅｓ）、給電部２７，２８と受電部１２の電極が接続されたと判断し、ステップＳ６で、接続状態（ＯＮ）を示す接続信号を、ホストコンピューター２１から充電制御部２２に送信する。

そして、ステップＳ７で、充電制御部２２によって微電流充電であるテスト充電を開始する。ここで、テスト充電では、後段の大電流充電と比較して、非常に小さい数十ｍＡ程度の電流を流す。

そして、テスト充電が行われているときに、流れる電流及び抵抗値に起因する、温度を測定することで、電極部が正常に接続されたかを確認する。

詳しくは、Ｓ４の近接センサ７５，８５による接続検知では、給電部２７，２８の電極７１，８１の少なくとも一部が、自動移動体１０の受電部１２の電極１２１，１２２と接触したら検知ＯＮとなる。そのため、給電部２７，２８と受電部１２の電極同士が接触している部位がどのくらいの面積であるのかまでの判別はできない。

そこで、充電中、電極同士の接触面積が広く正常の接触状態（面接触）である場合は温度の上昇が少ないのに対して、導電部の接触面積が小さい場合（点接触）は温度が急激に上昇する特性を利用して、テスト充電中の電極部の温度を測定することで接触面積を把握することができる。

ステップＳ８で、充電制御部２２のマイコン２２１は、温度センサ７４，８４で検出された電極部の温度に応じて、電極部同士が正常に接続されているかどうか判断する。これにより、給電部２７，２８と受電部１２の電極同士の接触面積が正常の範囲内かどうかを判断する。

上述のように電極部の温度の上昇が大きい場合、接触面積が小さく、接触不良や異物の噛み込み等があると考えられるため、Ｓ５でリトライ回数を確認した後、ステップＳ３に戻って、アーム部２５，２６の伸長による、先端にある給電部２７，２８の受電部１２への接続動作をやり直す。これにより、電極部の接触面積に基づいて、給電部２７，２８と受電部１２との接触ズレを補正させる。

このように、受電部、給電部間に異物が挟まっていたり、完全な接触がされていなかったりすることによる接触面積の減少による抵抗成分の増加による発熱を、大電流充電の前に検知して不具合が無いことを確認する。

したがって、給電側で事前に、外部との短絡等を防ぎ、ズレ分を補正や吸収することができるため、安全に、安定的な大電流による充電が可能となる。

さらに、ステップＳ９で、充電制御部２２のマイコン２２１は、テスト充電中の、移動体側の電池パック１１の近傍に設けられた、サーミスタ１３１の温度に応じて、正常な電池かどうかを判断する。

上記の接触面積の違いに起因する、温度の上昇の際は電極部で発生するが、電池パック１１を構成する二次電池自体が劣化している場合は、電池の温度が上昇する。

したがって、テスト充電の際に、温度モニタ部１３を構成するサーミスタ１３１が電池パック１１の温度を検出することで、電池の劣化を判断することができる。

なお、予め、大電流充電の許容回数を設定しておき、閾値に達した場合は、異常電池と判断してもよい。なお、本フローはＳ９でテスト充電中に検知される電池パック１１の温度を用いて、異常電池か判断する例を示しているが、許容回数で充電を判断する場合は、フローが始まる前にフローを開始するか否かを判断してもよい。

そして、テスト充電により、正常に接続されている（ステップＳ８、Ｙｅｓ）、且つ正常電池と判断した場合（ステップＳ９、Ｙｅｓ）、ステップＳ１０で、自動移動体１０の電池パック１１に対して、正常充電を実施する。

詳しくは、図３に示した充電制御部２２のマイコン２２１は、スイッチ２２４を切り替えて、電力の供給源を、テスト電源回路２２３からＤＣＤＣコンバータ２２２へ切り替えて、大電流充電を開始させる。

充電中は、温度センサ７４，８４は、接触部である電極７１，８１の温度を随時検知し、異常が無いかを確認する（ステップＳ１１）。この監視により、安定した充電を確認できる。

充電開始時に異常がなくても、充電中に、例えば、風や振動などの外的要因により、受電部の電極と、接続機構の先端にある給電部の電極の位置関係がズレると、接触不良等や異物の噛み込み等で接触部の接触面積が小さくなり、抵抗が大きくなることが考えられる。よって、大電流充電中は、常に接触部の温度を検知し、監視し続けることで、安定充電を確保できる。

しかし、例えば、上記の位置ズレにより接触部の抵抗が大きくなることで、通常の温度上昇範囲（上限閾値Ｘ℃）を超えて、温度が上昇すると（Ｔ≧Ｘ℃）（ステップＳ１１，Ｙｅｓ）、充電を停止する（ステップＳ１２）。

なお、ユーザーは、ユーザーインターフェース（表示部１６、図１参照）を介して、接続機構のリトライの回数、給電部の上昇閾値温度、冷却閾値温度の少なくともいずれか一つを変更できる。ここで、充電を実施する場合の給電部での温度上昇及びそれに伴う閾値は、給電部を構成する素材の耐熱の程度により大きく異なることから、ユーザーインターフェースにて、個々の温度設定を適宜行うことができると好適である。

そして、ステップＳ１２で温度の上昇により充電を一旦停止した場合は、アーム部２５，２６を短くして、給電部２７，２８を、受電部１２から離間させ、格納位置まで格納する（ステップＳ１３）。この制御により、高温になっている接点部である給電部２７，２８を自動充電装置２０の外に放置することなく安全に運用できる。

アーム部２５，２６格納後も電極同士の接点部温度を常に検知しておき、ある閾値以下まで下がった場合は（ステップＳ１４）、接点部リトライ信号を送り（ステップＳ１５）、ステップＳ２へ戻って、再度アーム部２５，２６を接触させる充電シーケンスに移行する。

このように、電極の温度をモニタし充電可能温度まで低下してから、再度充電を実施しにいくので、安全な状態での再充電が可能となる。

Ｓ２に戻った後は、アーム部２５，２６を稼働し、伸長しての接続からやり直しとする。そして、このアーム部２５，２６の接続に関してもリトライ回数が設定されている。なお、途中で中断した場合のリトライ回数は、積算ではなく、途中停止した場合はゼロからカウントし直すものとする。ここで、上記と同様に、設定回数以上リトライを続けると（ステップＳ５でＮｏ）、一旦走行モードか、走行停止とする。

そして、再度、ステップＳ４での近接センサ７５，８５による接触検知、テスト充電中の電極部及び電池パックの温度確認（ステップＳ８，Ｓ９）を再度行って、リトライした状態で、充電を再開できる。

一方、通常の充電である大電流充電の期間中に、接触部温度が異常温度まで上がらない場合は（Ｔ＜Ｘ℃、ステップＳ１６でＹｅｓ）、満充電まで充電を行い、正常に充電停止を行う（ステップＳ１７）。

このような、大電流充電の前のテスト充電の温度監視、及び大電流充電の最中の温度監視により、安全に安定的な大電流による充電が可能となる。

≪アーム部及び給電部と受電部の構成≫
図５〜図８を用いて、自動充電装置２０側のアーム部２５，２６及び給電部２７，２８と、自動移動体１０の受電部１２の複数の構成例を説明する。

＜接触面の構成例１＞
図５は、本発明の自動充電システム１における、自動充電装置２０の給電部２７，２８での電極７１，８１と自動移動体１０の受電部１２の電極１２１，１２２の構成の一例を示す図である。

自動充電装置２０のアーム部２５，２６の先端にある給電部２７，２８と、自動移動体１０の受電部１２との接触を確実にするために、充電装置側の給電部２７，２８に設けられる電極７１，８１は先端が細くなっている凸状形状であることが望ましい。そこで、図５に示すように、給電部２７Ａ，２８Ａの先端面に設けられる電極７１Ａ，８１Ａは、受電部の各電極１２１Ａ，１２２Ａに対応する逆Ｖ型の凸形状である。

図５の例では、自動移動体１０の受電部１２側の電極１２１Ａ，１２２Ａの、給電部２７Ａ，２８Ａとの接触面は、隣り合う２つの平面（１２３Ａ，１２４Ａ），（１２５Ａ，１２６Ａ）で構成されるＶ型の凹み形状である。図５では、電極（電極凹部）１２１Ａ，１２２Ａの凹み形状が鋭角な例を示している。

なお、図５の例では、充電装置側のアーム部（接続機構）が、２つの給電部２７Ａ，２８Ａに対して共通となる１本である例を示している。

このように、給電部２７Ａ，２８Ａにおける電極部７１Ａ，８１Ａの先端が細くなって嵌合することにより、受電部１２の電極部１２１Ａ，１２２Ａに対してアーム部２５Ａ，２６Ａの先端の給電部２７Ａ，２８Ａを、押し込んだ際に位置補正も容易にできる。自動移動体１０側の正極側の給電部２７Ａ、負極側の給電部２８Ａの電極凹部の窪み内の２面は電極端子となっている。そして、電極部７１Ａ，８１Ａの周りは、絶縁部材７６Ａ，８６Ａとする。

横からの押し当ての場合でも、接触により、自動移動体１０が動かないことが必須となる。そのため、自動移動体１０の車輪等は固定されているものとする。

＜接触面の構成例２＞
図６は、本発明の一実施形態に係る自動充電装置のアーム部２５Ｂ，２６Ｂ及び給電部２７Ｂ，２８Ｂと、自動移動体１０の受電部１２Ｂの構成を示す概略図である。

図６の例では、自動移動体１０の受電部１２側の電極１２１Ｂ，１２２Ｂでの、給電部２７Ｂ，２８Ｂとの接触面は、隣り合う２つの平面（１２３Ｂ，１２４Ｂ），（１２５Ｂ，１２６Ｂ）で構成されるＶ型の凹み形状である。図６では、電極（電極凹部）１２１Ｂ，１２２Ｂの凹み形状が鈍角である例を示している。

また、自動充電装置２０の給電部２７Ｂ，２８Ｂは、受電部１２のＶ型の凹み形状の電極１２１Ｂ，１２２Ｂの２つの平面と密接可能な、２つの平面（７２Ｂ，７３Ｂ）、（８２Ｂ，８３Ｂ）を側面とする三角柱形状で構成されている。

即ち、給電部２７Ｂ，２８Ｂの先端面に設けられる電極７１Ｂ，８１Ｂは、Ｖ型の凹み形状である、受電部１２Ｂの各電極１２１Ｂ，１２２Ｂに対して逆Ｖ型の２面（７２Ｂ，７３Ｂ）、（８２Ｂ，８３Ｂ）を有する凸形状である。

さらに、図６の例では、接触機構であるアーム部２５Ｂ，２６Ｂの伸縮方向が水平方向である場合を示している。

この構成では、受電部１２の夫々の電極１２１Ｂ，１２２Ｂの２つの平面（１２３Ｂ，１２４Ｂ），（１２５Ｂ，１２６Ｂ）は、伸縮方向に対して均等に傾斜している。また、上記電極１２１Ｂでの２つの平面（１２３Ｂ，１２４Ｂ）と、電極１２２Ｂでの２つの平面（１２５Ｂ，１２６Ｂ）は水平方向の上辺、下辺の長さが夫々等しく、合同の形なので、給電部２７Ｂ，２８Ｂは、図６中、上面と下面が二等辺三角形である、二等辺三角柱形状で構成される。

図６の構成では、接続機構としてのアーム部は、２つのアーム２５Ｂ，２６Ｂによって構成されているが、給電部２７Ｂ，２８Ｂの先端が細くなる逆Ｖ型の２面を有する凸形状で、受電部１２Ｂと嵌合することにより、２つのアーム２５Ｂ，２６Ｂの軸のバラツキを吸収することができる。

ここで、アーム部２５Ｂ，２６Ｂは、図６に示すように、複数の大きさの違う筒Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が重なり合うテレスコピック構造によって、伸縮が可能になっている。

また給電部２７，２８Ｂは、接触面とは反対側の背面側が板状の支持部材５３，６３によって支持されており、支持部材５３，６３は、アーム部２５，２６Ｂの最も先端側の筒Ｐ３と、ジョイント５４，６４を介して連結されている。

また、アーム部２５Ｂ，２６Ｂと、給電部２７Ｂ，２８Ｂとの間には、１８０度可動するジョイント５４，６４が設けられている。よって、ジョイント５４，６４によって、アーム部２５，２６に対して、給電部２７Ｂ，２８Ｂの角度を、図６の白矢印方向に１８０度調整することができる。

さらに、ジョイント５４，６４の両サイドから支持部材５３，６３が、バネ（５５ｌ，５５ｒ）、（６５ｌ，６５ｒ）で引っ張られることで、給電部２６Ｂ，２８Ｂの平行度を保っている。

また、図６に示すように、ジョイント５４，６４の近傍に、近接センサ７５，８５を設けてもよい。何も触れていない状態から、ジョイント５４，６４の角度が少しでも変更されると、近接センサ７５，８５がジョイント５４，６４の角度の変更を検知して、給電部２７Ｂ，２８Ｂの少なくとも一部が、受電部１２の電極１２１Ｂ，１２２Ｂに接触したと感知する。

この構成では、アーム部２５Ｂ，２６Ｂを受電部１２Ｂに向かって伸長させると、先端の給電部２７Ｂ，２８Ｂの電極凸部７１Ｂ，８１Ｂに、自動移動体１０の受電部１２Ｂが接触した後、逆Ｖ状の凸状形状の先端凸部を、Ｖ状の２面間に滑り込ませる。

そして、滑り込んだ後は、１８０度可動のジョイント５４，６４を補助するように、バネ（５５ｌ，５５ｒ）、（６５ｌ，６５ｒ）の弾性力を使い、電極同士を２面で密接させるように、給電部２７Ｂ，２８Ｂの位置（角度）を調整して接触させる。

なお、図６では見えないが、温度センサ７４，８４は例えば夫々給電部２７，２８の内部であって電極７１，８１の内側近傍に設けられている。

＜接触面の構成例３＞
図７は本発明の自動充電装置２０の給電部２７Ｃ，２８Ｃの電極７１Ｃ，８１Ｃと自動移動体１０の受電部１２Ｃの電極１２１Ｃ，１２２Ｃの構成の他の例を示す図である。図７の接続方法は、例えば、自動移動体１０自体に重さが少ない飛翔体や軽量の移動体など、横からの押圧で動いてしまう自動移動体１０に用いられる。

図７は、接触機構であるアーム部２５Ｃ，２６Ｃの伸縮方向が水平方向に対して傾斜して、斜め下方向に伸長する場合を示している。

図７の例では、自動移動体１０の受電部１２の電極１２１Ｃ，１２２Ｃの接触面を構成する２つの平面のうちどちらか一方の面１２３Ｃ，１２５Ｃが伸縮方向と同一方向に延伸しており、どちらか他方の面１２４Ｃ，１２６Ｃが伸縮方向に対して傾斜している。

そして、給電部２７Ｃ，２８Ｃの電極凸部７１Ｃ，８１Ｃは伸縮方向と同一方向に延伸している面７２Ｃ，８２Ｃと、その他の平面７３Ｃ，８３Ｃを含む２面を有している。そして、電極７１Ｃ，８１Ｃの周りは、絶縁部材７６Ｃ，８６Ｃとする。

この構成では、接続のためにアーム部２５Ｃ，２６Ｃが伸長する際、給電部２７Ｃ，２８Ｃの電極凸部７１Ｃ，８１Ｃで同一方向に延伸している面７２Ｃ，８２Ｃが、受電部１２Ｃの電極１２１Ｃ，１２２Ｃの一方の面１２３Ｃ，１２５Ｃに沿って凹み形状の奥部に案内される。

このような構成により、横方向からではなく、斜め方向の力を利用して押し当てることで接触度（密着度）を高めることができる。

ここで、一般的な電気自動車を駐車可能にした車両に設置されている充電システムで使用される頂面を有するコネクタ（プラグ）と比較すると、上記の図５〜図７に示す２面で接触する接触構造では、すべての接触面（二面）の接触面積（接点）を大きくすることができる。

したがって、接触部における温度の部分的な上昇を抑えることができるため、所定の閾値（例えば、３０℃）に達するまでの時間が長くなり、大電流充電の長時間の充電が可能になる。

また、接触面が大きいため、無人の移動体で自動充電を行う際に、コンセントと嵌合するコネクタ形状よりも、嵌合の精度を向上させることができる。

＜アーム部構成例＞
図８は、本発明の自動充電装置のアーム部の説明図である。

図８において、（ａ）は、アーム部２５Ｂ，２６Ｂの斜視図であり、（ｂ）は、アーム部２５Ｂ，２６Ｂにおける導電体５２（６２）の部分を示し、（ｃ）はアーム部２５（２６）における、略筒状絶縁体５１（６１）の部分を示し、（ｄ）は、（ａ）のＸ面断面図を示す。

図６、図８（ａ）に示す例では、接続機構であるアーム部２５Ｂ，２６Ｂは、複数の大きさの違う筒Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が重なり合った、テレスコピック構造により伸縮が可能である。

図８（ａ），（ｃ）に示すように、アーム部２５Ｂ（２６Ｂ）において、アーム状の略筒状絶縁体５１（６１）には、内側に埋め込む導電体５２（６２）と同等サイズの窪みを設ける。例えば３連の筒で構成されるアームであればそれぞれ３連分の窪みを設ける。

そして、その窪みに合う導電体５２（６２）（図８（ｂ））を、図８（ｄ）に示すように、アーム状の略筒状絶縁体５１（６１）の窪みに嵌め込む。

即ち、その導電体は、複数の筒Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の側面の一部には伸縮方向に延在している組み込まれる配線領域である。このようアーム部２５Ｂ，２６Ｂ内の配線領域によって、自動充電装置２０の本体にある制御部と、先端である給電部２７Ｂ，２８Ｂの電極凸部７１Ｂ，８１Ｂとを接続する。嵌め込んだ導電体５２（６２）は、アーム部２５Ｂ，２７Ｂが伸長、縮短しても導通を維持し続ける。

このように、給電部２７，２８と自動充電装置２０の本体２９とを繋ぐのに、アーム部２５，２６内に導電体を設け連結させ電流を流し電流経路として線材を使わない方式をとることで線材の挟み込みによる断線を無くすことができる。

そして、電流量に応じて導電体５２（６２）の厚み幅を変えることで大電流にも対応できる。

更に、大電流に対応するとなると配線を相当太くする必要がある。仮に配線を別に設ける場合では、配線が太くなるとアームの圧縮、縮小において線材を自由に制御するのが困難になるが、本発明では、図８に示すように、アーム部２５Ｂ，２６Ｂにおいて、略筒状絶縁体５１（５２）の内部に配線領域である導電体５２（６２）を埋め込んでいる。したがって、従来例などで発生した、太い配線を設けることに起因してその配線の弾性によってアーム部が変形すること等、を気にする必要が、本発明ではなくなる。

また、電流経路以外にもアーム部のスペースを活用することで信号ラインも設けることができる。導電体以外のアーム部を放熱特性の良い素材を活用することで大電流による発熱を抑えることができる。さらに、長期使用することに起因して導電膜の周囲に酸化膜形成が発生しても、アーム部が可動することで酸化膜を削ることができる。

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１ 自動充電システム
１０ 自動充電装置
１１ 電池パック
１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ 受電部
１２１，１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃ 電極（正極電極）
１２１ｉ 正極用電流電極部
１２１ｖ 正極用電圧電極部
１２２，１２２Ａ，１２２Ｂ，１２２Ｃ 電極（負極電極）
１２２ｉ 負極用電流電極部
１２２ｖ 負極用電圧電極部
１２３Ａ，１２４Ａ，１２３Ｂ，１２４Ｂ，１２３Ｃ，１２４Ｃ 正極を構成する平面
１２５Ａ，１２６Ａ，１２５Ｂ，１２６Ｂ，１２５Ｃ，１２６Ｃ 負極を構成する平面
１３ 温度モニタ部
１４ 駆動部
１５ 移動体側通信部
１６ 表示部（ユーザーインターフェース）
１７ 温度モニタ部
１８ 車輪（移動部）
２０ 自動移動体
２１ ホストコンピューター
２２ 充電制御部（接触状態判別手段）
２３ 接続機構制御部（制御手段）
２４ 充電側通信部
２５ 正極アーム（アーム部、接続機構）
２６ 負極アーム（アーム部、接続機構）
５１，６１ 略筒状絶縁体
５２，６２ 導電体（配線領域）
５３，６３ 支持部材
５４，６４ ジョイント
５５ｌ，５５ｒ、６５ｌ，６５ｒ バネ
２７，２８，２７Ａ，２８Ａ，２７Ｂ，２８Ｂ，２７Ｃ，２８Ｃ 給電部（接点接続部）
７１ 電極部（正極電極、電極凸部）
７１ｉ 正極用電流電極部
７１ｖ 正極用電圧電極部
７２Ａ，７３Ａ，７２Ｂ，７３Ｂ，７２Ｃ，７３Ｃ 正極を構成する平面
８１ 電極部（負極電極、電極凸部）
８１ｉ 負極用電流電極部
８１ｖ 負極用電圧電極部
８２Ａ，８３Ａ，８２Ｂ，８３Ｂ，８２Ｃ，８３Ｃ 負極を構成する平面
７４，８４ 温度センサ（温度検出手段）
７５，８５ 近接センサ（近接検出手段）
７６，８６ 絶縁部
Ｐ１，Ｐ２、Ｐ３ 筒部
Ｔ 軌跡（走路）

特許第５８５５８９４号公報

Claims (14)

1. 自動的に移動可能な自動移動体と、該自動移動体に対して給電をする自動充電装置を備える自動充電システムであって、
   前記自動移動体は、電源となる充放電可能な蓄電池と、前記自動充電装置から給電され、前記蓄電池へ電力を供給する受電部とを備えており、
   前記自動充電装置は、
   前記自動移動体の前記受電部に接触給電する給電部と、
   先端が前記給電部と接続され、伸縮することで前記給電部の位置を移動可能な接続機構と、
   前記接続機構を制御駆動させる制御手段と、
   前記給電部の温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段により検出された温度から前記給電部と前記受電部の接触状態を検知する接触状態判別手段と、を備えており、
   前記制御手段は、前記接触状態判別手段で検知された前記接触状態に基づいて、大電流充電の前に、前記接続機構を調整して、前記給電部と前記受電部との接触ズレを補正する、
   自動充電システム。
2. 前記自動充電装置は、大電流充電の前に、微電流充電を行って前記温度検出手段によって前記給電部の温度を検出し、
   前記接触状態判別手段は、前記微電流充電での前記給電部の温度に応じて、前記給電部と前記受電部との接触状態で接触面積が正常範囲内かどうかを検知し、
   前記接触状態判別手段が前記接触状態で接触面積が小さいと検知した場合は、前記制御手段は、前記接続機構の位置を調整して、前記給電部と前記受電部との接触ズレを補正させる、
   請求項１に記載の自動充電システム。
3. 前記自動充電装置は、前記給電部と前記自動移動体の前記受電部との接触状態を検知して、接触/非接触を示す接続信号を出力する近接検出手段を備えており、
   前記接続機構により前記給電部が前記自動移動体の前記受電部と接触可能な位置に移動した後、前記近接検出手段が前記接触が無しと検知すると、前記制御手段は、前記接続機構を調整して、前記給電部と前記受電部との接触ズレを補正させる、
   請求項１又は２に記載の自動充電システム。
4. 前記制御手段は、前記接続機構の位置を調整して、前記給電部と前記受電部との接触ズレを補正させる場合、前記接続機構の伸縮の調整のリトライ回数に閾値を設定し、
   前記リトライ回数の閾値に達しても、接触ズレが補正できない場合は、前記自動移動体を前記自動充電装置から離間させてから近接させることで前記自動移動体の位置を調整する、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の自動充電システム。
5. 前記給電部が先端に設けられる前記接続機構は、前記自動充電装置において、前記自動移動体の前記受電部と接触可能な位置と、充電を行わない場合の格納位置との間で、前記給電部の位置を、伸縮により移動可能なアーム部を含む、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の自動充電システム。
6. 前記接触状態判別手段は、大電流充電を実施中、前記温度検出手段で検出される前記給電部の温度情報を監視し、温度が上昇閾値よりも高く上昇したときには前記大電流充電を停止し、前記制御手段は、前記アーム部を前記格納位置に格納する、
   請求項５記載の自動充電システム。
7. 前記制御手段は、充電による温度上昇のために前記大電流充電を停止させたとき、前記アーム部を前記格納位置に格納させた状態で、前記給電部の温度が所定の温度まで低下するまで待機させ、温度が前記所定の温度まで低下したら、前記アーム部を接触位置へと移動させて、再充電を開始させる、
   請求項６記載の自動充電システム。
8. 前記接続機構の前記アーム部は、複数の大きさの違う筒が重なり合ったテレスコピック構造により伸縮が可能であり、
   前記複数の筒の側面の一部には伸縮方向に延在している配線領域が組み込まれ、前記配線領域によって、前記自動充電装置の本体と前記給電部とを接続する、
   請求項５乃至７のいずれか一項に記載の自動充電システム。
9. 前記自動移動体の前記受電部の前記給電部との接触する面は隣り合う２つの平面で構成されるＶ型の凹み形状であり、
   前記自動充電装置の前記アーム部の先端に設けられる前記給電部は、前記受電部の前記Ｖ型の凹み形状と密接可能な２つの平面が、前記受電部に対して逆Ｖ型の凸形状である、
   請求項５乃至８のいずれか一項に記載の自動充電システム。
10. 前記接続機構において、前記給電部は支持部材で背面側が支持され、伸縮可能な前記アーム部と、前記支持部材と間には、前記アーム部に対する前記給電部の角度を可動にするジョイントが設けられ、
    前記ジョイントの両側に、前記給電部を支持する支持部材を引っ張ることで、前記給電部と前記受電部との接触状態を保つバネが配置されている、
    請求項９に記載の自動充電システム。
11. 前記接続機構の伸縮方向が水平方向である場合、
    前記受電部の前記２つの平面は、前記伸縮方向に対して均等に傾斜しており、
    前記給電部は、２つの平面を側面とする二等辺三角柱形状である、
    請求項９又は１０に記載の自動充電システム。
12. 前記接続機構の伸縮方向が水平方向に対して傾斜している場合、
    前記受電部の前記２つの平面のうちどちらか一方が前記伸縮方向と同一方向に延伸しており、どちらか他方が前記伸縮方向に対して傾斜しており、
    前記給電部は前記伸縮方向と同一方向に延伸している面を有し、
    前記接続機構が伸長する際、前記給電部の前記同一方向に延伸している面が、前記受電部の前記一方の面に沿って前記受電部の前記凹み形状の奥部に案内される、
    請求項９又は１０に記載の自動充電システム。
13. 前記自動充電装置は、前記接続機構のリトライの回数、前記給電部の上昇閾値温度、冷却閾値温度の少なくともいずれか一つを変更できるユーザーインターフェースを備えている、
    請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の自動充電システム。
14. 自動的に移動可能な自動移動体と、該自動移動体に対して給電をする自動充電装置を備える自動充電システムの自動充電方法であって、
    前記自動移動体は、電源となる充放電可能な蓄電池と、前記自動充電装置から給電され、前記蓄電池へ電力を供給する受電部とを備えており、
    前記自動移動体の前記受電部に接触給電する給電部が先端に接続される接続機構を前記受電部に対して接近させるステップと、
    微電流充電を行って、前記給電部の温度を検出する温度検出ステップと、
    前記微電流充電での前記給電部の温度に応じて、前記給電部と前記受電部との接触状態で接触不具合の有無を判断するステップと、
    前記接触状態で接触不具合があると判断した場合は、前記接続機構の位置を調整して、前記給電部と前記受電部との接触ズレを補正させるステップと、
    前記接触ズレの補正後に、大電流充電を行うステップと、を有する、
    自動充電方法。

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