JP7093958B2 - 充電器 - Google Patents
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Description
本発明は、充電器に関するものである。
無人飛行体（以下「ドローン」ともいう。）の利用が進んでいる。ドローンの重要な利用分野の一つとして、農地すなわち圃場への農薬や液肥などの薬剤散布がある（例えば、特許文献１参照）。欧米と比較して農地が狭い日本においては、有人の飛行機やヘリコプターによる薬剤散布よりも、ドローンによる薬剤散布が適しているケースが多い。
準天頂衛星システム（ＱＺＳＳ）やＲＴＫ－ＧＰＳなどの技術を利用することにより、ドローンが飛行中に自機の絶対位置をセンチメートル単位で正確に知ることができる。したがって、日本において典型的な、狭くて複雑な地形の農地においても、自律的な飛行によって人手による操縦を低減し、効率的かつ正確な薬剤散布が可能になっている。
その一方、例えば農業用の薬剤散布などに用いられる自律飛行型ドローンにおいては、安全性に対する考慮が必要である。薬剤を搭載したドローンの重量は数１０キログラムになるため、人の上に落下するなどの事故が起きた場合に重大な結果を招きかねない。また、ドローンの操作者はドローンに関する専門家ではないため、非専門家であっても安全性が確保されるフールプルーフの仕組みが必要である。今までに、人間による操縦を前提としたドローンの安全性技術は存在していたが（たとえば、特許文献２参照）、特に農業用の薬剤散布向けの自律飛行型ドローンに特有の安全性課題に対応するための技術は存在していなかった。
ドローンは一般に電動モータを駆動源としており、電動モータを駆動する電源としてバッテリが搭載されている。したがって、前述のように安全性が厳しく要求されるドローンにおいては、バッテリの機能障害を防止し、バッテリの機能障害がドローンとしての機能障害の要因になることを防止することが求められる。
本発明に係る充電器は、バッテリの機能障害を要因とする機能障害の発生を未然に防止することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一の観点に係る充電器は、無人飛行体に搭載可能なバッテリを充電する充電器であって、前記バッテリは、バッテリセルを有するバッテリパックと、バッテリの機能に障害をもたらす現象を検出するセンサと、を有し、当該充電器は、商用交流電源を整流して直流電圧に変換することで前記バッテリを充電する充電回路と、前記センサの検出信号とバッテリを個体ごとに識別するＩＤとを記憶するメモリと、を備え、当該充電器は、前記ＩＤで識別されるバッテリが出力を遮断した履歴を有するものである場合に、前記バッテリへの充電を禁止する。
前記バッテリへの充電を遮断する充電遮断回路をさらに備え、前記ＩＤで識別されるバッテリが出力を遮断した履歴を有するものである場合に、前記充電遮断回路を作動させ、前記バッテリへの充電を禁止するものとしてもよい。
前記バッテリは、前記バッテリへの充電を遮断する充電遮断回路をさらに有し、前記ＩＤで識別されるバッテリが出力を遮断した履歴を有するものである場合に、前記充電遮断回路を作動させ、前記バッテリへの充電を禁止するものとしてもよい。
本発明に係る充電器は、バッテリの機能に障害をもたらす現象が生じると、これをセンサで検出し、この検出信号をメモリに記憶するとともに前記検出信号でバッテリパックの出力を遮断する。したがって、以後、機能障害を生じる可能性の高い上記バッテリは使用不能となり、バッテリの障害が外部機器の機能に及ぶことを防止することができる。
以下、本発明に係る充電器の実施例を、図面を参照しながら説明する。
［無人飛行体（ドローン）の概要］
図７に示すように、ドローン２は、軸を中心に回転駆動される複数の（図示の例では４つの）回転翼１０１を有している。上記各回転翼１０１は個別のモータ２１によって回転駆動され、上記軸方向の空気の流れを発生することにより軸方向の推力を発生させる。上記各回転翼１０１は、ドローン２の本体１０４から延び出た４つのアームの先端部に、上記モータ２１とともに取り付けられている。
図７に示すように、ドローン２は、軸を中心に回転駆動される複数の（図示の例では４つの）回転翼１０１を有している。上記各回転翼１０１は個別のモータ２１によって回転駆動され、上記軸方向の空気の流れを発生することにより軸方向の推力を発生させる。上記各回転翼１０１は、ドローン２の本体１０４から延び出た４つのアームの先端部に、上記モータ２１とともに取り付けられている。
ドローン２は、上記各回転翼１０１の回転数および回転方向を個別に制御する飛行制御部３０（図８参照）を本体１０４内に有している。飛行制御部３０は、駆動ユニットを介して各回転翼１０１の回転を個別に制御することにより、ドローン２の離着陸、前進、後退、上昇、下降、左右への移動、ホバリングなど、ドローン２として必要な各種の動作を行わせることができる。
図８に示すフライトコントローラが上記飛行制御部３０を構成している。図８には、飛行制御部３０を中心に、飛行制御部３０への信号入力要素、飛行制御部３０の出力信号によって動作が制御される制御対象が示されている。以下、これらの信号入力要素および制御対象のうち、本願発明に直接的に関係のあるものを重点的に説明する。
図８において、飛行制御部３０には、タブレット４０から送信される指令信号、各種センサからの検出信号などが入力される。飛行制御部３０は、上記各種入力信号に基づいて、前記各回転翼１０１を回転駆動する各モータ２１への給電を制御し、各回転翼１０１の回転速度を制御する。ドローン２は、タブレット４０によって設定されたプログラムに従い、ＧＰＳデータなどによって位置を確認しながら、また、各種センサからの信号を確認しながら動作する自律型のドローンである。
図７では４個の回転翼１０１が示されているが、各回転翼１０１の回転軸の延長上にもう一つずつ回転翼が配置され、合計８個の回転翼が配置されている。図８には８個の回転翼を個別に回転駆動する８個のモータ２１が描かれている。同軸上に配置されている２個の回転翼は互いに逆向きに回転駆動され、推力は同一の向きに生じるように回転翼の捩じりの向きが互いに逆になっている。ただし、本発明では、回転翼１０１の数は任意であり、１軸の回転翼を単数とするか複数とするか否かは任意である。
図８に示すように、ドローン２は、各モータ２１を駆動するバッテリ１を搭載することができる。バッテリ１はバッテリパック１１を有し、飛行制御部３０によって制御される駆動ユニットを介して各モータ２１にバッテリパック１１から電源が供給される。
本発明の特徴の一つはバッテリ１にある。バッテリ１は、スイッチ１６とこのスイッチ１６のオン・オフを制御するスイッチ制御部を有する遮断回路２０を備えている。スイッチ１６はバッテリパック１１からの電源供給ラインに直列に接続された開閉スイッチで、通常は、スイッチ制御部によってオン状態を維持するように制御されている。バッテリパック１１は、例えばリチウムイオン型の充電可能な単数または複数のバッテリセルで構成されている。
図８には記載されていないが、バッテリ１は、バッテリ１の負荷であるドローン２などの機能に障害をもたらす現象が生じた場合にこれを検出して信号を出力する検出部を有している。遮断回路２０が備えている前記スイッチ制御部は、上記検出部の検出信号が入力されると、スイッチ１６をオフに切り替える。以下、バッテリ１の詳細な構成および電源制御部によるスイッチ１６のオン・オフ制御について説明する。
［バッテリの実施例］
図１において、符号１はバッテリを示す。バッテリ１は、例えばリチウムイオンバッテリなどの充電可能なバッテリである。バッテリ１は、単数または複数のバッテリセルを有してなるバッテリパック１１を有する。バッテリパック１１は各種の機器を駆動する駆動電源となるもので、バッテリパック１１からの電源出力ラインをオン、オフするスイッチ１６が設けられている。
図１において、符号１はバッテリを示す。バッテリ１は、例えばリチウムイオンバッテリなどの充電可能なバッテリである。バッテリ１は、単数または複数のバッテリセルを有してなるバッテリパック１１を有する。バッテリパック１１は各種の機器を駆動する駆動電源となるもので、バッテリパック１１からの電源出力ラインをオン、オフするスイッチ１６が設けられている。
図１に示すバッテリ１の特徴は、スイッチ１６とともに、バッテリ１の機能に障害をもたらす現象を検出するセンサ１２，１３と、メモリ１４と、スイッチ１６をオン、オフ制御するスイッチ制御部１５を有していることである。
前記バッテリ１の機能に障害をもたらす現象を検出するセンサとして、図１に示す実施例では、衝撃センサ１２、水没センサ１３を有している。バッテリ１が例えばリチウムイオンバッテリの場合、衝撃力が加わってバッテリセルの構造に変化が生じると、温度の上昇、発火などの障害が生じる可能性がある。このような障害の要因を衝撃センサ１２で検出する。また、バッテリ１が水没すると、バッテリ１が十分な性能を発揮することができず、バッテリ１を駆動電源とする機器の動作に障害を生じる可能性がある。このような障害の要因を水没センサ１３で検出する。
バッテリ１の機能に障害をもたらす現象を検出するセンサは、衝撃センサ１２、水没センサ１３に限られるものではない。例えば、極端な高温や低温に晒された履歴を持つことによってバッテリ１の機能に障害をもたらすことがあるとすれば、温度センサを設けてもよい。
衝撃センサ１２および水没センサ１３の検出信号すなわちトラブルを示す信号は一旦メモリ１４に入力され、トラブルがバッテリ１の履歴としてメモリ１４に記録される。メモリ１４は、前記検出信号をスイッチ制御部１５に入力する。スイッチ制御部１５は、前記検出信号が入力されることによりスイッチ１６をオフに切り替える。
スイッチ制御部１５とスイッチ１６は、衝撃センサ１２および水没センサ１３の検出信号によってバッテリパック１１の出力を遮断する遮断回路を構成している。メモリ１４は、衝撃センサ１２および水没センサ１３の検出信号を記憶し、かつ、上記検出信号を前記遮断回路に入力する。前記センサ１２、１３の検出信号は、メモリ１４に入力するとともに、直接スイッチ制御部１５に入力するように構成してもよい。
通常、スイッチ１６はオンになっていて、電源出力ラインから外部機器に電源を供給することができるとともに、バッテリ１内のメモリ１４やスイッチ制御部１５に動作電源を供給する。スイッチ制御部１５は、通常の状態でスイッチ１６をオンに自己保持させ、前記衝撃センサ１２または水没センサ１３の検出信号でスイッチ１６の自己保持を解除する構成にしてもよい。
バッテリ１は各種機器に搭載して各種機器の電源として使用することができる。図１に示す例では、上記電源出力ラインに無人飛行体であるドローン２を接続してドローン２にその駆動電源を供給するようになっている。
上記電源出力ラインにはまた充電器３を接続することができる。図１に示す充電器３の例では交流電源を整流して所定の電圧の直流電源に変換し、バッテリパック１１を充電する構成になっている。充電器３の内部構成は既に知られている充電器の内部構成と同じく、整流回路のほか、必要に応じて例えば平滑回路、電圧制御回路、電流制御回路などを有している。充電器３の出力ラインには、逆流防止用のダイオード３１が接続されている。バッテリ１が正常な状態すなわちスイッチ１６がオンの状態で電源出力ラインに充電器３の出力ラインを接続することによりバッテリパック１１を充電することができる。
以上説明したバッテリ１によれば、バッテリ１の機能に障害をもたらす現象、例えば衝撃力が加わったり水没したりすると、バッテリパック１１からの出力ラインが遮断され、バッテリ１自身を使用不能になる。ドローン２の駆動電源として本来の性能を発揮することができないバッテリ１をドローン２に搭載したままバッテリ１を使用することができるとすると、ドローン２に重大なトラブルが発生することがあり得る。しかし、上記バッテリ１は、その機能に障害をもたらす可能性のある履歴を持っているとバッテリ１自身を使用不能にするため、これをドローン２に搭載してもドローン２は稼働することができず、ドローン２の重大なトラブルを未然に防止することができる。
前記衝撃センサ１２や水没センサ１３の検出信号でバッテリパック１１の出力を遮断する遮断回路を、ドローン２などの無人飛行体側に設けてもよい。以下、本発明に係る無人飛行体の実施例について説明する。
［無人飛行体の実施例１］
図２において、バッテリ１－１は、図１に示すバッテリ１と同様に、バッテリパック１１、衝撃センサ１２、水没センサ１３、メモリ１４を有し、これらはバッテリ１の場合と同様に接続されている。バッテリ１－１が図１に示すバッテリ１と異なる点は、ドローン２－１側にスイッチ制御部２５とスイッチ２６を有してなる遮断回路が設けられている点である。バッテリ１－１のメモリ１４に記憶されたデータはバッテリ１－１内のインターロック指令部１７に入力される。インターロック指令部１７の出力信号はドローン２－１側の受信部２７で受信されスイッチ制御部２５に入力されるように構成されている。
図２において、バッテリ１－１は、図１に示すバッテリ１と同様に、バッテリパック１１、衝撃センサ１２、水没センサ１３、メモリ１４を有し、これらはバッテリ１の場合と同様に接続されている。バッテリ１－１が図１に示すバッテリ１と異なる点は、ドローン２－１側にスイッチ制御部２５とスイッチ２６を有してなる遮断回路が設けられている点である。バッテリ１－１のメモリ１４に記憶されたデータはバッテリ１－１内のインターロック指令部１７に入力される。インターロック指令部１７の出力信号はドローン２－１側の受信部２７で受信されスイッチ制御部２５に入力されるように構成されている。
インターロック指令部１７は、メモリ１４に前記衝撃センサ１２や水没センサ１３の検出信号が記憶されると、この記憶データによってインターロック指令信号を生成する。インターロック指令信号は、バッテリパック１１からの出力を遮断してバッテリ１－１の使用を不可能にするための信号である。
バッテリパック１１からの出力ラインは適宜のコネクタを介してドローン２－１側に接続され、ドローン２－１の駆動ユニット２２に電力が供給されるようになっている。駆動ユニット２２は、既に説明したように、前記各モータ２１への給電を制御して、ドローン２－１としての機能を発揮させる。ドローン２－１側におけるバッテリパック１１からの出力ライン上に上記遮断回路を構成するスイッチ２６が配置されている。インターロック指令部１７で生成されるインターロック指令信号は、適宜のコネクタを介して、ドローン２－１の受信部２７で受信され、スイッチ制御部２５に入力される。
図２に示す実施例のように、バッテリとドローンとの間の信号伝達をインターロック指令部１７と受信部２７で行うことにより信号の伝達を簡略化できる。仮にメモリのデータを伝達しようとすると、データの構造が複雑になる難点がある。
バッテリ１－１のバッテリパック１１からの出力ラインには、適宜のコネクタを介して、ドローン２－１に代えて充電器３を接続することができる。充電器３の出力ラインには逆流防止用のダイオード３１が接続されている。バッテリ１－１に充電器３を接続することにより、バッテリパック１１を充電することができる。
以上説明した無人飛行体としてのドローンの実施例によれば、ドローンとしての機能に不具合を生じるようなバッテリ１－１をドローン２－１に接続すると、ドローン２－１側の遮断回路がバッテリパック１１からの出力ラインを遮断する。すなわち、バッテリ１－１側のメモリ１４に、センサ１２やセンサ１３からの検出信号が記録されており、この検出信号によってドローン２－１側の遮断回路がバッテリパック１１からドローン２－１への電力供給を遮断する。よって、不具合のあるバッテリ１－１の再使用が禁止され、バッテリ１－１の不具合に基づくドローン２－１の墜落や制御不能による事故を未然に防止することができる。
上記実施例におけるバッテリ１－１は、図１について説明したバッテリパックからの遮断回路を有するものではなく、外部に向かってインターロック指令信号を出力するインターロック指令部１７を有している。インターロック指令部１７は、バッテリパック１１からの出力を遮断すべき旨の指令信号出力部を構成していて、特定のバッテリが使用するのに不適である場合、そのバッテリの再使用を禁止する。このような構成にすることにより、バッテリ１－１に遮断回路を設ける必要はなくなる。農業用ドローンの場合、一つのドローンにつき複数のバッテリが用意されるため、上記のようにバッテリの構成を簡略化することにより、コストの削減および省スペースを図ることができる。
［無人飛行体の実施例２］
図３は、無人飛行体であるドローンの第２実施例を示す。この実施例の特徴は、バッテリ１－２が充電記録部１８を有していることである。バッテリ１－２に充電器が接続されて充電電圧が印加され充電電流が流れてバッテリ１－２が充電されると、充電記録部１８は充電回数をカウントし記録する。充電記録部１８は、バッテリ１の寿命に影響のある予め定められた所定の充電回数に達すると、ドローン２－２側の前記遮断回路を構成するスイッチ制御部２５を作動させ、スイッチ２６をオフに切り替える。
図３は、無人飛行体であるドローンの第２実施例を示す。この実施例の特徴は、バッテリ１－２が充電記録部１８を有していることである。バッテリ１－２に充電器が接続されて充電電圧が印加され充電電流が流れてバッテリ１－２が充電されると、充電記録部１８は充電回数をカウントし記録する。充電記録部１８は、バッテリ１の寿命に影響のある予め定められた所定の充電回数に達すると、ドローン２－２側の前記遮断回路を構成するスイッチ制御部２５を作動させ、スイッチ２６をオフに切り替える。
ドローン２－２側の構成は、図２に示すドローン２－１の構成とほぼ同じであるが、充電記録部１８の出力信号が、コネクタ等を介してドローン２－２側のスイッチ制御部２５に入力される点が異なる。また、充電器３の出力端子からバッテリ１－２側の充電記録部１８に充電電圧が印加されることにより、充電記録部１８は充電回数をカウントし、カウント値を記録する。充電記録部１８のカウント値が、バッテリ１－２の寿命を判定するために定められた閾値を越えると、充電記録部１８はドローン２－２側のスイッチ制御部２５に信号を送る。スイッチ制御部２５は充電記録部１８からの信号が入力されると、スイッチ２６をオフに切り替え、バッテリパック１１からの出力ラインを遮断する。
こうしてバッテリ１－２の寿命近くになると、バッテリパック１１の出力ラインが遮断され、バッテリ１－２の使用を不可能にする。これにより、バッテリ１が搭載された機器の使用中にバッテリ１－２の性能が低下することによるドローン２－２のトラブルを未然に防止することができる。
図３には記載されていないが、図２に示す実施例におけるインターロック指令部１７をバッテリ１－２側に、受信部２７をドローン側に設けるとよい。
［無人飛行体の実施例３］
次に、前述のバッテリを搭載した無人飛行体すなわちドローンの第３実施例について図４を参照しながら説明する。
次に、前述のバッテリを搭載した無人飛行体すなわちドローンの第３実施例について図４を参照しながら説明する。
図４に示すドローン２－３が、図３に示すドローン２－２と異なる点は、ドローン２－３自体がバッテリの機能に障害をもたらす現象を検出するセンサとして衝撃センサ２３、水没センサ２４を有している点である。衝撃センサ２３、水没センサ２４は、バッテリ側に設けられている前記衝撃センサ１２、水没センサ１３と同様のセンサである。ドローン２－３側の衝撃センサ２３、水没センサ２４の検出信号はスイッチ制御部２５に入力される。スイッチ制御部２５はバッテリ１－３のバッテリパック１１からの出力ラインをオン・オフ制御する。
上記衝撃センサ２３および飛行体側水没センサ２４の検出信号は、バッテリ１－３が有しているメモリ１４に伝達される。バッテリパック１１の機能に障害をもたらす現象、例えば衝撃力が加わり、あるいは水没した場合に、上記センサ２３または上記センサ２４から検出信号が出力され、この検出信号をメモリ１４が記録する。すなわち、メモリ１４は、トラブルを記録するもので、記録した上記センサ２３または上記センサ２４の検出信号を、ドローン２－３側のスイッチ制御部２５に入力する。スイッチ制御部２５は、上記検出信号が入力されるとバッテリ１－３のバッテリパック１１からの出力ライン上のスイッチ２６をオフにし、電力供給ラインを遮断する。
ドローン２－３は周知のとおり複数のプロペラを有し、各プロペラを個別に回転駆動する複数のモータ２１を有している。各モータ２１はモータ駆動ユニット２２を介してバッテリ１－３から電源が供給される。本実施例におけるモータ２１の数は４個であるが、これに限定されるものではなく、４個以上でも４個以下でもよい。また、１軸に２枚のプロペラを設けてプロペラの回転方向を互いに逆にする場合は、モータの数は軸の数の２倍になる。
モータ駆動ユニット２２は、例えば予め設定されたプログラムなどによって各モータ２１の回転を制御し、ドローン２－３の上昇、下降、前進、後退、ホバリングなど、ドローンとして必要な動作を行わせる。
バッテリ1－３からドローン２－３への電源の供給、双方での信号の伝達は、適宜のコネクタおよびスイッチ２６を介して行われる。
ドローン２－３には、姿勢を制御するために通常６軸加速度センサが搭載されている。ロール軸とピッチ軸とヨー軸の３軸に関してそれぞれに加速度センサと角速度センサが搭載され、これらを合わせて６軸加速度センサと呼ばれている。これらの加速度センサおよび角速度センサは、ドローン２－３に通常の飛行ではありえない異常な衝撃力が加わると、これに応じた異常な信号を出力する。この異常な信号を衝撃検出信号として出力することにより、６軸加速度センサを無人飛行体側衝撃センサ２３として利用することができる。
また、ドローン２－３には、プロペラが障害物に接触するのを防止するとともに、プロペラが人体などに接触して人体などに損傷を与えることを防止するために、プロペラガードを備えている。このプロペラガードに異常な衝撃力が加わった場合に、この衝撃力によって動作するセンサを設けると、このセンサを無人飛行体側衝撃センサ２３として利用することができる。
ドローン２－３が異常な衝撃力を受けあるいは水没した場合、バッテリパック１１の機能に障害をもたらす可能性がある。そこで、本実施例に係るドローン２－３では、ドローン２－３側の衝撃センサ２３または水没センサ２４の検出信号をバッテリ１－３側に伝達し、バッテリパック１１の出力ラインを遮断する。以後、バッテリ１－３を使用することができなくなり、バッテリ１－３の機能障害を要因とするドローン２の機能障害を未然に防止することができる。
本実施例においても、図２に示す実施例におけるインターロック指令部１７をバッテリ１－２側に、受信部２７をドローン側に設けるとよい。
［無人飛行体の実施例４］
図５は、無人飛行体としてのドローンの第４実施例を示す。本実施例が前記実施例と異なる点の一つは、バッテリ１－４に個体ごとに識別するＩＤが付され、このＩＤ信号をドローン２－４側に伝達するように構成されている点である。また、ドローン２－４側には飛行体側メモリ２８が設けられている。バッテリ１－４側からドローン２－４側に伝達されるＩＤ信号は、飛行体側メモリ２８に記録される。
図５は、無人飛行体としてのドローンの第４実施例を示す。本実施例が前記実施例と異なる点の一つは、バッテリ１－４に個体ごとに識別するＩＤが付され、このＩＤ信号をドローン２－４側に伝達するように構成されている点である。また、ドローン２－４側には飛行体側メモリ２８が設けられている。バッテリ１－４側からドローン２－４側に伝達されるＩＤ信号は、飛行体側メモリ２８に記録される。
飛行体側メモリ２８は、飛行体側衝撃センサ２３および飛行体側水没センサ２４による検出信号も記録する。飛行体側メモリ２８は、上記各センサ２３，２４の検出信号とそのとき使用されているバッテリ１－４のＩＤとを関連付けて記憶することにより、ＩＤで識別される特定のバッテリ１－４が、出力を遮断したものであるかどうかの履歴を記録することができる。仮に、使用されているバッテリ１－４が過去に遮断されたものであることが判明した場合、メモリ２８はバッテリ１－４のスイッチ制御部１５に信号を伝達する。この信号を受けたスイッチ制御部１５は、スイッチ１６をオフに切り替え、バッテリ１－４を使用不可能にする。
このように、図５に示すドローンの実施例は、機能に障害をもたらす現象が生じたことを履歴に有するバッテリ１－４をドローン２－４に搭載すると、バッテリ１－４の遮断回路がバッテリパック１１の出力を遮断する。したがって、ドローン２－４の稼働中に、バッテリ１－４の障害を要因とするドローン２－４の機能障害を未然に防止することができる。
本実施例においても、図２に示す実施例におけるインターロック指令部１７をバッテリ１－２側に、受信部２７をドローン側に設けるとよい。
スイッチ制御部１５とスイッチ１６を有してなる遮断回路と同様の遮断回路をドローン２－４側に設け、不具合のあるバッテリがドローン２－４に搭載されると、ドローン２－４の遮断回路で電源供給ラインを遮断するようにしてもよい。
スイッチ制御部とこのスイッチ制御部によって開閉されるスイッチ、およびメモリはドローン側にのみ設け、バッテリ側に設けることを省略してもよい。農業用ドローンはできるだけ多くの薬剤などを搭載できるようにかなり大きく、バッテリ容量もそれに応じてかなり大きく、コストも高くなる。したがって、バッテリに付属する部材はできるだけ少なくして小型化し、コストも削減できることが望ましい。上記のように、スイッチ制御部、スイッチ、およびメモリをバッテリ側に設けることを省略することにより、バッテリの小型化およびコストの低減を図ることができる。
［充電器の実施例］
図６は、本発明に係るバッテリを充電する際に、そのバッテリが正常なものであるか否かを自動診断する機能を備えた充電器の実施例を示す。図６において、充電器３は充電回路３２と診断回路３３を有している。充電回路３２は、商用交流電源４を整流し平滑して適宜の直流電圧に変換し、逆流防止ダイオード３１を介してバッテリ１－５のバッテリパック１１に充電電流を供給する。
図６は、本発明に係るバッテリを充電する際に、そのバッテリが正常なものであるか否かを自動診断する機能を備えた充電器の実施例を示す。図６において、充電器３は充電回路３２と診断回路３３を有している。充電回路３２は、商用交流電源４を整流し平滑して適宜の直流電圧に変換し、逆流防止ダイオード３１を介してバッテリ１－５のバッテリパック１１に充電電流を供給する。
診断回路３３には、上記バッテリパック１１の電圧が印加され、また、バッテリ１－５のメモリ１４に記憶されているバッテリ１－５の履歴データが、バッテリ１－５側のインターロック指令部１７と充電器３側の受信部２７を介して入力される。診断回路３３の診断データは上記メモリ１４に入力され記憶される。診断回路３３はまた、バッテリ１－５の診断に必要な温度センサ、インピーダンスを用いた解析のための周期的な電圧振幅発生回路などを有している。バッテリ１－５を充電器３に装填することにより、またはドローンなどに搭載されている状態でバッテリ１－５のコネクタに充電器３のコネクタを接続することにより、バッテリ１－５が充電器３に接続される。
診断回路３３による診断手法の例として以下のものがある。
１．衝撃回数、水没回数：前記メモリ１４に記憶されている履歴データによる
２．劣化：充放電回数、内部抵抗、バッテリ温度と電圧と充電量との相互関係による
３．インピーダンス解析：周期的な電圧信号をバッテリに印加して行う
バッテリ温度の計測は、診断回路３３に内蔵した温度計のバッテリ１-５への接触、あるいは赤外線による測定などによって行うことができる。
１．衝撃回数、水没回数：前記メモリ１４に記憶されている履歴データによる
２．劣化：充放電回数、内部抵抗、バッテリ温度と電圧と充電量との相互関係による
３．インピーダンス解析：周期的な電圧信号をバッテリに印加して行う
バッテリ温度の計測は、診断回路３３に内蔵した温度計のバッテリ１-５への接触、あるいは赤外線による測定などによって行うことができる。
診断回路３３による上記診断により、一つでも正常ではないとの結果が出た場合、充電を拒否するとともに、診断データをバッテリ１－５のメモリ１４に入力し記憶させる。メモリ１４に記憶されたこのデータに基づいて、スイッチ制御部１５とスイッチ１６からなる遮断回路がバッテリパック１１からの出力ラインを遮断し、そのバッテリ１－５を使用不可とする。すなわち、バッテリ１－５にインターロックが掛けられ、バッテリ１－５は再使用不可の状態になる。
診断回路３３が正常と判断すると、バッテリ１－５を充電するとともに、正常である旨の診断データをバッテリ１－５のメモリ１４に入力し記憶させる。このメモリ１４の診断データに基づいてスイッチ制御部１５とスイッチ１６からなる遮断回路がバッテリパック１１からの出力ラインをオンにしてバッテリ１－５の使用を許可する。
診断回路３３による診断項目によっては、バッテリ１－５の根本的な不具合ではなく、充電によって回復する項目もある。例えば、前述の内部抵抗や、バッテリ温度と電圧と充電量との相互関係による場合、あるいはインピーダンス解析による診断などである。充電を行った結果バッテリ１－５の不具合が解消すると、診断回路３３がそのバッテリ１－５は正常である旨の診断データをバッテリ１－５のメモリ１４に送信する。
メモリ１４は上記診断データが入力されることにより、バッテリ１－５の使用を不可としていたデータをクリアする。メモリ１４の診断データがクリアされることにより、遮断回路を構成するスイッチ制御部１５がスイッチ１６をオンに復帰させ、バッテリ１－５を使用可能にする。
ドローンのメンテナンスやサービスを行う拠点ないしは部署に、前記診断回路３３と同様の診断機能を持った診断機を設置しておき、使用前に、あるいは定期的にバッテリを診断するようにするとよい。
バッテリが、バッテリの機能に障害をもたらす現象を検出する前記衝撃センサや水没センサのようなセンサを有するものである場合、このセンサの検出信号を記憶するメモリを充電器側に設けてもよい。このメモリには、バッテリを個体ごとに識別するＩＤも記憶するようにし、前記ＩＤで識別されるバッテリが出力を遮断した履歴を有するものである場合に、前記バッテリの充電を禁止するようにするとよい。
バッテリが、衝撃や水没などのダメージを受けた履歴がある場合、このバッテリを充電し、あるいは負荷をかけて放電すると、バッテリが過熱あるいは発火などの不具合を生じることがある。充電器を上に述べたような構成にすることにより、不具合を生じる可能性のあるバッテリの再使用を実質的に禁止することができ、バッテリの不具合によるドローンの不具合を未然に防止することができる。
［変形例］
本発明に係るバッテリ、無人飛行体および充電器は、以下のように変形したものであってもよい。
本発明に係るバッテリ、無人飛行体および充電器は、以下のように変形したものであってもよい。
本発明に係るバッテリの用途として、無人飛行体の実施例について説明したが、これに限定されない。例えば、陸上や水上、水中の移動体であってもよい。有人の移動体であってもよい。
バッテリの出力を遮断するスイッチは、バッテリと無人飛行体の両側に設けてもよい。この場合のスイッチ制御部は、バッテリと無人飛行体の両側に設けてもよいし、一方側に設けたスイッチ制御部で両側のスイッチを制御するようにしてもよい。
充電可能なバッテリは、過充電または過放電によって寿命が短くなる傾向にある。そこで、過充電または過放電を検出してメモリに記録し、過充電または過放電の履歴のあるバッテリについては、許容する充電回数を少なくする。これにより、バッテリのトラブルを要因とする各種機器のトラブル発生確率を低減することができる。
充電器は、バッテリの過充電を防止する回路を備えているものがある。そこで、充電器の過充電防止回路を利用して、過充電の履歴をバッテリのメモリに記憶させてもよい。
ドローン用のバッテリからは比較的高い端子電圧でドローン側のＰＭＵ（降圧分電機）に電源が供給される。ＰＭＵは、バッテリの端子電圧をドローンの各部位に適した電圧に降圧して各部位に電源を分配するようになっている。そこで、各部位への電源分配を遮断する遮断回路としての機能をＰＭＵに持たせてもよい。すなわち、ドローンに装着されているバッテリが不適切なものであることが検出された場合、ＰＭＵの上記遮断回路としての機能によってバッテリパックからの出力ラインを遮断し、上記バッテリを実質的に使用できないようにする。
バッテリ自体が表示部を備え、メモリに記憶されているそのバッテリの履歴ないしは記憶内容を表示部で表示するようにしてもよい。この表示部による表示は、そのバッテリが、「正常である」、「故障している」、「自己保護（インターロック）中である」といった現状を、表示素子によって、点灯、点滅、色分けなどで表示するとよい。表示素子の例としては、ＬＥＤ、有機ＥＬ素子、液晶表示素子などがある。
バッテリがドローンまたは充電器に搭載されているか否かにかかわらず、すべての場合において、バッテリの履歴やバッテリの状態に関するデータを記憶するメモリを設けるとよい。メモリに記憶されているデータが、特定のバッテリが使用するのに不適であるとするデータである場合は、バッテリパックからの出力を遮断して、そのバッテリを使用不可能にする。
１ バッテリ
２ ドローン（無人飛行体）
３ 充電器
１１ バッテリパック
１２ 衝撃センサ
１３ 水没センサ
１４ メモリ
１５ スイッチ制御部
１６ スイッチ
１７ 充電記録部
２１ モータ
２２ モータユニット
２３ 衝撃センサ（無人飛行体側）
２４ 水没センサ（無人飛行体側）
２５ メモリ（無人飛行体側）
２ ドローン（無人飛行体）
３ 充電器
１１ バッテリパック
１２ 衝撃センサ
１３ 水没センサ
１４ メモリ
１５ スイッチ制御部
１６ スイッチ
１７ 充電記録部
２１ モータ
２２ モータユニット
２３ 衝撃センサ（無人飛行体側）
２４ 水没センサ（無人飛行体側）
２５ メモリ（無人飛行体側）
Claims (3)
- 無人飛行体に搭載可能なバッテリを充電する充電器であって、
前記バッテリは、バッテリセルを有するバッテリパックと、バッテリの機能に障害をもたらす現象を検出するセンサと、を有し、
当該充電器は、商用交流電源を整流して直流電圧に変換することで前記バッテリを充電する充電回路と、前記センサの検出信号とバッテリを個体ごとに識別するＩＤとを記憶するメモリと、を備え、
当該充電器は、前記ＩＤで識別されるバッテリが出力を遮断した履歴を有するものである場合に、前記バッテリへの充電を禁止する、
ことを特徴とする充電器。 - 前記バッテリへの充電を遮断する充電遮断回路をさらに備え、
前記ＩＤで識別されるバッテリが出力を遮断した履歴を有するものである場合に、前記充電遮断回路を作動させ、前記バッテリへの充電を禁止する
請求項１記載の充電器。 - 前記バッテリは、前記バッテリへの充電を遮断する充電遮断回路をさらに有し、
前記ＩＤで識別されるバッテリが出力を遮断した履歴を有するものである場合に、前記充電遮断回路を作動させ、前記バッテリへの充電を禁止する、
請求項１記載の充電器。
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