控制装置和控制方法与流程

1.本技术涉及控制装置和控制方法，并且具体地涉及通过将用于辅助电力供应的电容器连接至电源线来控制要使用的电源系统的控制装置等。


背景技术：

2.例如，在执行有力操作(powerful operation)的机器人中，电池的瞬时电力供应能力可能变得不足。试图仅用电池来解决电池的瞬时电力供应能力的不足通常会倾向于使得电池的尺寸增大和劣化特性恶化。在这种情况下，劣化特性的恶化引起维护成本增加的问题。在移动机器人中，增加的电池尺寸引起诸如本体尺寸增加、本体重量增加和由于本体重量增加而导致功耗增加(操作时间减少)的问题。
3.为了抑制本体尺寸增加和本体重量增加，有时使用这样的方法，其中构造具有与电池并联连接的诸如edlc(双电层电容器)的具有优良瞬时电力输出特性的大电容电容器的电力供应辅助电路，以便辅助电池的电力供应。利用这种方法，当负载是电机并且要返回再生能量时，还存在的优点在于，由于电源线和电容器直接彼此连接，所以再生能量可以由电容器回收。
4.然而，当构造这种电力供应辅助电路时，当直接将电容器和电源线彼此连接时，根据电容器与电源线之间的电势差的浪涌电流经常成为问题。具体地，由于电容器的电容大，当电容器直接连接至电源线时，大的浪涌电流(电容器充电电流)流动，并且可能发生诸如生成火花、破坏电路元件以及由于检测到电源的过电流而导致的系统整体的瞬时中断和/或故障的问题。
5.例如，专利文献1公开了使用限流电阻器来防止电容器初始充电时的过电流。在这种情况下，电源线和电容器经由电阻器彼此连接，并且还可以在抑制浪涌电流的同时调整电压电平。
6.引用列表
7.专利文献
8.专利文献1：jp 2008-118828 a


技术实现要素：

9.技术问题
10.利用用于使用限流电阻器防止在对电容器初始充电时的过电流的技术，由于在用于机器人的高电压和高电容应用中在电阻器中发生大的热损耗，所以要使用具有大的可允许损耗额定值的电阻器，从而产生增加电阻元件尺寸的缺点。另外，根据应用，电阻器需要冷却机构，这可能导致本体尺寸进一步增加。此外，使用电阻器充电的缺点还在于，随着电容器充电的进行，充电电流减小并且使得充电时间延长。
11.本技术的目的是有利地防止用于辅助电力供应的电容器初始充电时的过电流。
12.问题的解决方案
13.本技术的概念由控制装置表示，该控制装置包括：
14.控制单元，其被配置成控制电源系统，在电源系统中，电源经由电源线连接至负载，用于辅助电力供应的电容器经由第一开关连接至电源线，并且电容器被配置成在由于使用电源作为输入的开关电源的间歇驱动而受到电流限制的同时被充电，其中，
15.控制单元被配置成：控制开关电源使得开关电源的输出电压变得等于电源线的电压，并且在完成对电容器的充电之后将第一开关从断开状态控制为接通状态。
16.在本技术中，提供了一种控制单元，该控制单元被配置成控制电源系统，在该电源系统中，电源经由电源线连接至负载，用于辅助电力供应的电容器经由第一开关连接至电源线，并且电容器被配置成在由于使用电源作为输入的开关电源的间歇驱动而受到电流限制的同时被充电。例如，电源可以是电池。另外，例如，电容器可以是edlc(双电层电容器)。此外，例如，负载可以包括构成机器人的电机。控制单元被配置成：控制开关电源使得开关电源的输出电压变得等于电源线的电压，并且在完成对电容器的充电之后将第一开关从断开状态控制为接通状态。
17.如上所述，在本技术中，电容器在由于使用电源作为输入的开关电源的间歇驱动而受到电流限制的同时被充电，并且与使用限流电阻器的方法不同，可以显著地降低热损失，并且由于不再需要用于充电电路的冷却机构或者小且重量轻的冷却机构就足够了，因此可以减小机器人的尺寸和重量，并且可以延长机器人的操作时间。另外，在本技术中，与使用限流电阻器的方法不同，由于即使在充电进行时电流也不减小，因此可以显著地缩短充电时间。
18.另外，在本技术中，由于控制开关电源使得开关电源的输出电压变得等于电源线的电压并且在完成对电容器的充电之后将第一开关从断开状态控制为接通状态，所以可以抑制在完成充电之后当将电容器连接至电源线时根据电势差的浪涌电流的发生，电容器可以安全地连接至电源线，并且可以有利地回收由负载生成的再生能量。
19.在本技术中，例如，电源系统可以具有在开关电源与电容器之间的第二开关，并且控制单元可以被配置成：当通过开关电源开始对电容器充电时将第二开关从断开状态控制为接通状态，并且当完成对电容器的充电时将第二开关从接通状态控制为断开状态。因此，当通过开关电源开始对电容器充电时，可以通过将开关电源连接至电容器来开始充电，并且另一方面，一旦完成对电容器的充电，则可以将电容器从开关电源断开，以防止从电容器到开关电源的逆电流。
20.在这种情况下，例如，控制单元可以被配置成：当通过开关电源开始对电容器充电时，在将第二开关从断开状态控制为接通状态之后，将开关电源的输出从断开状态控制为接通状态。因此，可以防止第二开关由于所施加的应力而被损坏。另外，在这种情况下，例如，控制单元可以被配置成：当完成对电容器的充电时，在将第二开关从接通状态控制为断开状态之后，将开关电源的输出从接通状态控制为断开状态。因此，可以可靠地防止从电容器到开关电源的逆电流。
21.另外，例如，电源系统可以具有第一电压检测单元，第一电压检测单元被配置成检测电源线的电压，并且控制单元可以被配置成基于第一电压检测单元的检测结果来控制开关电源，使得开关电源的输出电压变得等于电源线的电压。在这种情况下，例如，电源系统可以具有电流转换器，该电流转换器被配置成向开关电源的反馈线输入电流或从开关电源
的反馈线输出电流，并且控制单元可以被配置成基于第一电压检测单元的检测结果来计算第一开关电源的反馈线的电流操作量，并且指示电流转换器向反馈线输入电流操作量或从反馈线输出电流操作量。因此，可以适当地控制开关电源的输出电压以等于电源线的电压。
22.此外，在本技术中，例如，电源系统可以具有第二电压检测单元，第二电压检测单元被配置成检测电容器的充电电压，并且控制单元可以被配置成基于第二电压检测单元的检测结果来确定是否完成对电容器的充电。因此，可以更准确地确定对电容器充电的完成。
23.另外，在本技术中，例如，电源系统可以具有在电源线与开关电源之间的第三开关，并且控制单元可以被配置成：当通过开关电源开始对电容器充电时，将第三开关从断开状态控制为接通状态，并且当完成对电容器的充电时，将第三开关从接通状态控制到断开状态。因此，当通过开关电源开始对电容器充电时，可以将电力从电源线输入至开关电源，并且另一方面，当完成对电容器的充电时，可以将电源线从开关电源断开。
24.此外，在本技术中，例如，电源系统可以具有热交换电路，该热交换电路被配置成执行从第一电源连接至电源线作为电源的状态切换到第二电源连接至电源线作为电源的状态或者切换到第一电源和第二电源并联连接的状态的热交换，并且控制单元可以被配置为：当利用热交换电路执行热交换时，控制热交换电路以在将第一开关从接通状态控制为断开状态之后实际执行热交换，控制电容器以在由于开关电源的间歇驱动而受到电流限制的同时被充电，并且在完成对电容器的充电之后将第一开关从断开状态控制为接通状态。因此，当执行热交换时，可以防止根据电势差的浪涌电流(电容器充电电流)从电源线流向电容器。
25.另外，在本技术中，控制单元可以被配置成：当负载不需要电容器的电力供应辅助时，将第一开关从接通状态控制为断开状态；当负载需要电容器的电力供应辅助时，控制电容器以在由于开关电源的间歇驱动而受到电流限制的同时被充电；以及在完成对电容器的充电之后，将第一开关从断开状态控制为接通状态。因此，由于可以避免在不需要电力供应辅助时的电容器充电状态，所以可以减少由于电容器的泄漏而引起的功率损耗，并且可以延长电容器本身的使用寿命。
26.此外，在本技术中，电源系统可以具有被配置成将电源连接至电源线的第四开关和被配置成对电容器的电荷进行放电的放电电路，并且控制单元可以被配置成：当负载中发生异常时，将第四开关从接通状态控制为断开状态，将第一开关从接通状态控制为断开状态，并且控制放电电路以对电容器的电荷进行放电。因此，可以确保在诸如机器人的负载中发生某种异常时的安全性，并且可以避免由于无意地保持电容器的充电状态而导致的电容器的使用寿命的下降。
27.在这种情况下，例如，可以向控制单元并行供应经由电源线的来自电源的电力和来自电容器的电力。因此，即使当电源从电源线断开并且产生电源丧失的状态时，控制单元也可以使用来自电容器的电力来激活放电电路，并且以安全的方式对电容器的电荷进行放电。
附图说明
28.图1是呈现具有用于对电源系统辅助电力供应的电容器的电源系统的概况的图。
29.图2是示出作为第一实施方式的电源系统的配置示例的框图。
30.图3是示出电源系统的操作的示例的流程图。
31.图4是通过比较示出电容器在由于dc-dc转换器的间歇驱动而受到电流限制的同时被充电情况(第一方法)和使用限流电阻器对电容器充电的情况(第二方法)下功率损耗、充电电流和充电电压的转变的图。
32.图5是示出作为第二实施方式的电源系统的配置示例的框图。
33.图6是示出电源系统的操作的示例的流程图。
34.图7是示出作为第三实施方式的电源系统的配置示例的框图。
35.图8是示出电源系统的操作的示例的流程图。
36.图9是示出作为第四实施方式的电源系统的配置示例的框图。
37.图10是示出经由电源线来自电池的电力和来自电容器的电力作为mcu的操作电力被并联供应的图。
38.图11是示出电源系统的操作的示例的流程图。
具体实施方式
39.在下文中将描述用于执行本发明(在下文中称为“实施方式”)的模式。将按以下顺序给出描述。
40.1.第一实施方式
41.2.第二实施方式
42.3.第三实施方式
43.4.第三实施方式
44.5.修改例
45.《1.第一实施方式》
[0046]“具有用于辅助供应电力的电容器的电源系统的概况”[0047]
图1呈现具有用于对电源系统辅助电力供应的电容器的电源系统的概况。作为电源的电池经由电源线连接至负载。例如，负载包括构成机器人的电机。用于辅助电力供应的电容器连接至电源线。电容器具有大的电容，并且在本文中假定为edlc(双电层电容器)。
[0048]
在电源系统中，当负载所需的电力瞬间增加时，优选地从电容器向负载供应电力。在所示的示例中，箭头的宽度示意性地指示当负载所需的电力瞬时增加时流过每条线路的电流量。如上所述，具有用于对电源系统辅助电力供应的电容器能够避免电池尺寸的增加，并且例如能够避免机器人的本体尺寸和本体重量的增加。
[0049]“电源系统的配置示例”[0050]
图2示出了作为第一实施方式的电源系统10a的配置示例。电源系统10a包括电池101、电源线102、电容器(edlc)103、负载104、充电侧fet开关(充电侧fet sw3)105、放电侧fet开关(放电侧fet sw1)106、dc-dc转换器107、电压检测器108、电流转换器109、构成控制单元的mcu(微控制器单元)110、电压检测器111、开关电源输出侧fet开关(sw电源输出侧fet sw2)112以及电力供应fet开关(电力供应fet sw4)113。
[0051]
电池101经由电源线102连接至负载104并且向负载104供应电力。在本实施方式中，电池101构成机器人的主电源。在移动机器人的情况下，通常使用电池作为电源。对电池的供应容量存在限制，并且具有高供应能力的电池趋向于具有更大的尺寸。电力供应fet开
关113是用于将电池101连接至电源线102的开关。
[0052]
电容器103是通过与电池101并联连接来辅助向负载104供应电力的电力存储设备。电容器103经由放电侧fet开关106连接至电源线102。在本实施方式中，电容器103是edlc(双电层电容器)。
[0053]
edlc是与电池相比容量较小但与常规电容器(例如铝电解电容器)相比容量指数增大的电容器。另外，当与电池相比时，edlc具有高电力供应能力，并且是被优化用于辅助向机器人供应大瞬时电力的设备。通常，多个edlc根据机器人的电源电压串联连接(以实现作为模块的更高的击穿电压)，同时，多个edlc根据机器人的大瞬时电力并联连接(以提高作为模块的容量和供应能力)。
[0054]
在这种情况下，负载104是操作机器人所需的电力消耗设备，并且是cpu(中央处理单元)、电机等。在机器人的负载中具有最大电力消耗的设备通常是电机。当负载104是电机时，机器人在执行有力操作时往往需要大的瞬时电力。
[0055]
另外，当负载104是电机并且电机执行再生操作时，再生能量可以从电机侧(负载侧)返回(流回)至电源线102。当将电池101和电容器103相互比较时，电容器103在输入和输出瞬时电力的功能方面是优越的。因此，当再生能量返回至电源线102时，相比于电池101，再生能量更容易被电容器103吸收。
[0056]
充电侧fet开关105是控制电容器103的充电线的导通的开关。充电侧fet开关105设置在电源线102与dc-dc转换器107之间。
[0057]
当通过dc-dc转换器107开始对电容器103充电时，充电侧fet开关105从断开状态切换到接通状态，并且电源电压从电源线102输入到dc-dc转换器107。另外，当完成对电容器103的充电时，充电侧fet开关105从接通状态切换到断开状态，并且电源线102从dc-dc转换器107断开。
[0058]
尽管开关可以是机械开关，但是通常使用利用fet的电子开关。当可以通过将dc-dc转换器107切换到接通状态和断开状态来控制充电线的导通时，可以省略充电侧fet开关105。
[0059]
放电侧fet开关106是控制电容器103的放电线的导通的开关。放电侧fet开关106设置在电容器103与电源线102之间。虽然开关可以是机械开关，但是由于经常需要与电源线102的柔和连接，或者换言之，所谓的软接通，因此从断开状态到接通状态的转变时间容易控制的fet开关是优选的。当在电容器103的充电电压与电源线102的电压之间存在电势差时，同时当连接至该电势差时流动的电流产生功率损耗并且向放电侧fet开关106施加应力，可以通过软接通来抑制该应力。
[0060]
另外，放电侧fet开关106需要具有低阻抗，以使电容器103在辅助电力供应方面的性能最大化。此外，从在负载104是电机的情况下回收再生能量的观点来看，放电侧fet开关106必须在切换到接通状态时使电流能够在两个方向上流动。换言之，用使用二极管等的整流元件代替放电侧fet开关106防止再生能量被回收并且因此是不期望的。由于没有放电侧fet开关106产生经由放电线到电容器103的充电电流(浪涌电流)，所以放电侧fet开关106是必需的。
[0061]
dc-dc转换器107构成用于对电容器103充电的开关电源。dc-dc转换器107能够限制输出电流。电容器103在由于dc-dc转换器107的间歇驱动而受到电流限制的同时被充电。
[0062]
电压检测器108检测电源线102的电压或换言之电池101的电压(电池_vout)，并且将其检测结果(检测值)发送至mcu 110。电流转换器109根据来自mcu 110的命令值的指令向dc-dc转换器107的反馈线(未示出)输入电流(电流操作量)和从dc-dc转换器107的反馈线(未示出)输出电流(电流操作量)。因此，dc-dc转换器107的反馈线的电流被调整，并且dc-dc转换器107的输出电压被调整为等于电源线102的电压。因此，dc-dc转换器107的输出电压被适当地调整以等于电源线102的电压。
[0063]
在这种情况下，dc-dc转换器107的输出电压的调节器电路组由电压检测器108、mcu 110和电流转换器109构成。替选地，dc-dc转换器107本身可以配备有调节器电路组的功能。在这种情况下，不再需要电压检测器108和电流转换器109。
[0064]
mcu 110从电压检测器108接收检测结果(检测值)，并且基于检测结果计算用于调整dc-dc转换器107的输出电压以等于电源线102的电压所需的电流操作量。另外，mcu 110向电流转换器109发送命令值，该命令值用于指示要被输入到dc-dc转换器107的反馈线和从dc-dc转换器107的反馈线输出的电流操作量。
[0065]
另外，mcu 110监视并管理构成电源系统10a的每个fet开关的接通/断开状态、dc-dc转换器107的启动和停止、电容器103的充电和放电水平等。
[0066]
电压检测器111检测电容器103的充电电压(edlc_vout)，并且将其检测结果(检测值)发送至mcu 110。虽然mcu 110可以基于从充电开始起的时间来确定对电容器103的充电完成，但是可以通过基于来自电压检测器111的检测结果的确定来更准确地确定对电容器103的充电完成。
[0067]
开关电源输出侧fet开关112是用于防止电流从电容器103流回到dc-dc转换器107的开关。开关电源输出侧fet开关112置于dc-dc转换器107与电容器103之间。
[0068]
通过将开关电源输出侧fet开关112从断开状态切换到接通状态并将dc-dc转换器107连接至电容器103来通过dc-dc转换器107开始对电容器充电。另外，当完成对电容器103的充电时，开关电源输出侧fet开关112从接通状态切换到断开状态，电容器103从dc-dc转换器107断开，并且防止从电容器103到dc-dc转换器107的逆电流。
[0069]
在这种情况下，当通过dc-dc转换器107开始对电容器103充电时，在开关电源输出侧fet开关112从断开状态切换到接通状态之后，dc-dc转换器107的输出从断开状态切换到接通状态。因此，防止了开关电源输出侧fet开关112由于施加的应力而被损坏。另外，在这种情况下，当完成对电容器103的充电时，在开关电源输出侧fet开关112从接通状态切换到断开状态之后，dc-dc转换器107的输出从接通状态切换到断开状态。因此，可靠地防止了从电容器103到dc-dc转换器107的逆电流。
[0070]
图3中的流程图示出了图2中所示的电源系统10a的操作的示例。首先，在步骤s1中，将每个fet开关的初始状态设置为断开状态。接下来，在步骤s2中，电力供应fet开关113从断开状态切换到接通状态，并且开始来自电池101的电力供应。在这种情况下，电源线102的电压(电池_vout)根据电池101的规格和充电水平而不同。
[0071]
接下来，在步骤s3中，充电侧fet开关105从断开状态切换到接通状态。在这种情况下，将电源电压从电源线102输入到dc-dc转换器107。接下来，在步骤s4中，激活dc-dc转换器107。此时，dc-dc转换器107尚未开始切换，并且输出被设置为断开状态。
[0072]
接下来，在步骤s5中，电压检测器108检测电源线102的电压。将该电压检测器的检
测结果(检测值)发送至mcu 110。接下来，在步骤s6中，基于电源线102的电压的检测结果，mcu 110计算用于使得dc-dc转换器107的输出电压等于电源线102的电压的dc-dc转换器107的反馈线的电流操作量。在这种情况下，计算公式根据dc-dc转换器107的反馈规格而变化。
[0073]
接下来，在步骤s7中，将用于指示要被输入到dc-dc转换器107的反馈线和要从dc-dc转换器107的反馈线输出的计算的电流操作量的命令值从mcu 110发送至电流转换器109。接下来，在步骤s8中，在电流转换器109中，实现向dc-dc转换器109的反馈线输入电流(电流操作量)和从dc-dc转换器109的反馈线输出电流(电流操作量)。因此，调整dc-dc转换器107以使其输出电压等于电源线102的电压。
[0074]
接下来，在步骤s9中，将开关电源输出侧开关112从断开状态切换到接通状态。在这种情况下，dc-dc转换器107连接至电容器103。接下来，在步骤s10中，将dc-dc转换器107设置为输出接通。另外，在步骤s11中，在电容器103处开始充电。如上所述，由于当开始对电容器103充电时，在开关电源输出侧fet开关112从断开状态切换到接通状态之后，将dc-dc转换器107设置为输出接通，所以可以防止开关电源输出侧fet开关112由于施加的应力而被损坏。
[0075]
接下来，在步骤st12中，mcu 110监视电容器103的充电电压(edlc_vout)。在这种情况下，由电压检测器111检测电容器103的充电电压(edlc_vout)，并且该电压检测器的检测结果(检测值)被发送至mcu 110。另外，在步骤s13中，mcu 110确定是否已经完成充电。在这种情况下，当电容器103的充电电压(edlc_vout)变得近似等于电源线102的电压(电池_vout)时，例如当电容器103的充电电压达到电源线102的电压的95％时，确定已经完成充电。
[0076]
当确定尚未完成充电时，返回至步骤s12以继续对电容器103的充电。另一方面，当确定已经完成充电时，操作前进至步骤s14。在步骤s14中，开关电源输出侧fet开关112从接通状态切换到断开状态。因此，电容器103从dc-dc转换器107断开，并且防止从电容器103到dc-dc转换器107的逆电流。
[0077]
接下来，在步骤s15中，dc-dc转换器107置于停止状态。在这种情况下，停止状态是指输出断开状态或激活之前的状态。如上所述，通过在将开关电源输出侧fet开关112从接通状态切换到断开状态之后将dc-dc转换器107置于停止状态，可靠地防止了从电容器103到dc-dc转换器107的逆电流。具体地，一些dc-dc转换器107在停止状态下从输出侧吸收电流，并且当使用这种dc-dc转换器107时，必须在将dc-dc转换器107置于停止状态之前将电容器103从dc-dc转换器107断开。
[0078]
接下来，在步骤s16中，充电侧fet开关105从接通状态切换到断开状态。因此，dc-dc转换器107从电源线102断开并且完成充电侧电路的断开。接下来，在步骤s17中，放电侧fet开关106从断开状态切换到接通状态。因此，电容器103连接至电源线102。
[0079]
接下来，在步骤s18中，电容器103进入放电开始状态(可供电状态)。因此，可以从电池101和电容器103两者向负载104供应电力。另外，当负载104是电机并且再生能量被返回时，再生能量可以被电容器103回收。
[0080]
如上所述，在图2所示的电源系统10a中，电容器103在由于使用电池101作为输入的dc-dc转换器107的间歇驱动而受到电流限制的同时被充电。因此，与使用限流电阻器的
方法不同，可以显著地减少热损失，并且由于不再需要用于充电电路的冷却机构或者小且重量轻的冷却机构就足够了，所以可以减小机器人的尺寸和重量，并且可以延长机器人的操作时间。与使用限流电阻器的方法不同，由于即使在充电进行时也不减小电流，所以可以显著地缩短充电时间。
[0081]
图4(a)示出了在如本技术中那样电容器由于dc-dc转换器107的间歇驱动而受到电流限制的同时被充电的情况(第一方法)和使用限流电阻器对电容器进行充电的情况(第二方法)下功率损耗的转变的示例。在第二方法的情况下，由于在开始充电后大的充电电流立即经由电阻器流动，所以产生大的功率损耗，并且由于电容器的充电电流随后随着电容器的充电而减小，所以功率损耗也减小。通过比较，在第一方法的情况下，功率损耗从开始充电后立即保持在低水平。
[0082]
另外，图4(b)示出第一方法和第二方法中的充电电流和充电电压的转变的示例。在第二方法的情况下，充电电流在开始充电之后立即增大，并且随后随着充电的进行而减小，并且充电电压从开始充电之后立即逐渐增大，但是由于充电电流随后随着充电的进行而减小，因此直到完成充电的时间增加。通过比较，在第一方法的情况下，充电电流在开始充电之后立即增大并且保持在增大的状态，充电电压从开始充电之后立即线性地上升，并且在相对短的时间段内完成充电。
[0083]
另外，在图2所示的电源系统10a中，将dc-dc转换器107的输出电压控制为等于电源线102的电压，并且在完成对电容器103的充电之后，将放电侧fet开关106从断开状态控制为接通状态。因此，可以抑制当在完成充电之后将电容器103连接至电源线102时根据电势差的浪涌电流的发生，电容器103可以安全地连接至电源线102，并且可以以优选的方式回收在负载104中生成的再生能量。
[0084]
另外，在图2所示的电源系统10a中，在dc-dc转换器107与电容器103之间设置有开关电源输出侧fet开关112，当通过dc-dc转换器107开始对电容器103充电时，将开关电源输出侧fet开关112从断开状态控制为接通状态，并且当完成对电容器103的充电时，将开关电源输出侧fet开关112从接通状态控制为断开状态。因此，当通过dc-dc转换器107开始对电容器103充电时，可以通过将dc-dc转换器107连接至电容器103来开始充电，但是另一方面，当完成对电容器103的充电时，可以将电容器103从dc-dc转换器107断开，以防止从电容器103到dc-dc转换器107的逆电流。
[0085]
另外，在图2所示的电源系统10a中，当通过dc-dc转换器107开始对电容器103充电时，在将开关电源输出侧fet开关112从断开状态控制为接通状态之后，将dc-dc转换器107的输出从断开状态控制为接通状态。因此，可以防止开关电源输出侧fet开关112由于施加的应力而被损坏。
[0086]
另外，在图2所示的电源系统10a中，当完成对电容器103的充电时，在将开关电源输出侧fet开关112从接通状态控制为断开状态之后，将dc-dc转换器107的输出从接通状态控制为断开状态。因此，可以可靠地防止从电容器103到dc-dc转换器107的逆电流。
[0087]
另外，图2所示的电源系统10a包括电压检测器108，该电压检测器被配置成检测电源线102的电压，并且基于电压检测器108的检测结果执行控制以使得dc-dc转换器107的输出电压变得等于电源线102的电压。因此，可以适当地控制dc-dc转换器107的输出电压，使其变得等于电源线102的电压。
[0088]
另外，图2所示的电源系统10a包括电压检测器111，该电压检测器被配置成检测电容器103的充电电压，并且基于电压检测器111的检测结果来确定电容器103的充电完成。因此，可以以更高的准确性确定电容器103的充电完成。
[0089]
另外，在图2所示的电源系统10a中，充电侧fet开关105设置在电源线102与dc-dc转换器107之间，当通过dc-dc转换器107开始对电容器103充电时，将充电侧fet开关105从断开状态控制为接通状态，并且当对电容器103的充电完成时，将充电侧fet开关105从接通状态控制为断开状态。因此，当通过dc-dc转换器107开始对电容器103充电时，电力可以从电源线102输入至dc-dc转换器107，另一方面，当完成对电容器103的充电时，电源线102可以从dc-dc转换器107断开。
[0090]
《2.第二实施方式》
[0091]
因为通过电池操作的机器人由于连续操作时间而受到操作约束，因此可以执行其中在保持导电状态的同时更换电池的热交换，作为延长连续操作时间的方法。热交换也称为热线插入/抽出或热线插入。
[0092]
在执行热交换时，电源线的电压从具有低剩余电池水平的电池的低电压上升到完全充电的电池的高电压。由于在电池更换之前电容器以与具有低剩余电池水平的电池相同的电压连接至电源线，所以电容器的电压也低。当在这种状态下将完全充电的电池连接至电源线时，生成根据电势差的浪涌电流。因此，当检测到要执行热交换时，必须根据完全充电的电池电平再次对电容器充电。
[0093]“电源系统的配置示例”[0094]
图5示出了作为第二实施方式的电源系统10b的配置示例。在图5中，与图2中的部分相对应的部分由相同的附图标记表示，并且将适当地省略其详细描述。电池101-1和电池101-2经由热交换电路121连接至电源线102。其他部件与图2所示的电源系统10a的部件类似。
[0095]
电池101-1是具有低剩余电池水平且将被更换的电池。电池101-2是作为替代的完全充电的电池。
[0096]
热交换电路121是被配置成对电池101-1和电池101-2的充电水平进行比较并且在保持导通的同时或者换言之在保持对负载104供应电力的同时在连接的电池之间切换的电路。当在通过热交换电路121保持从电池101-1到负载104的电力供应的状态下将电池101-2连接至热交换电路121时，热交换电路121自动地或根据用户的操作执行热交换(在连接的电池之间切换的操作)。
[0097]
在这种情况下，切换到仅连接电池101-2的状态或电池101-1和电池101-2并联连接的状态。在任何情况下，电源线102的电压(电池_vout)从仅连接了电池101-1的状态改变。
[0098]
在电源系统10b中，mcu 110监视热交换电路121，并且当热交换电路121将要执行热交换时，mcu 110将放电侧fet开关106从接通状态控制为断开状态，随后控制热交换电路121以实际执行热交换，并且在基于改变后的电源线102的电压对电容器103重新充电之后，将放电侧fet开关106从断开状态控制为接通状态。
[0099]
因此，当通过热交换电路121执行热交换时电源线102的电压(电池_vout)突然改变的情况下，可以防止大的浪涌电流(电容器浪涌电流)从电源线102流向电容器103，并且
可以避免诸如生成火花、破坏电路元件以及由于检测到电源的过电流而导致的系统整体的瞬时中断和/或故障的问题的发生。
[0100]
图6的流程图示出了图5所示的电源系统10b的操作的示例。在图6中，与图3所示的流程图中的步骤相对应的步骤由相同的附图标记表示，并且将适当地省略其详细描述。
[0101]
在步骤s18中电容器103进入放电开始状态(可供电状态)之后，在步骤s19中，mcu 110确定热交换电路121是否要执行热交换。在确定不执行热交换的情况下，返回步骤s18，并且保持电容器103的放电开始状态(可供电状态)。
[0102]
另一方面，当确定要执行热交换时，在步骤s20中，将放电侧fet开关106从导通状态切换到关断状态，并且在预期根据热交换的电源线102的电压改变时，将电容器103从电源线102断开。此后，返回至步骤s2的处理。
[0103]
在本步骤s2中，实际上由热交换电路121执行热交换，并且将仅电池101-1连接至电源线102的状态切换到仅电池101-2连接至电源线102的状态或电池101-1和电池101-2并联连接至电源线102的状态以开始电力供应。在图5所示的电源系统10b的情况下，在步骤s1之后的步骤s2中，在热交换电路121中将电池101-1连接至电源线102，并且开始从电池101供应电力。
[0104]
在步骤s2中执行热交换之后，执行与参照图3的流程图描述的处理类似的处理。具体地，根据热交换之后的电源线102的电压对电容器103充电，在完成充电之后将放电侧fet开关106从断开状态切换到接通状态，并且将电容器103连接至电源线102(步骤s17)，并且电容器103进入放电开始状态(可供电状态)(步骤s18)。
[0105]
在图5所示的电源系统10b中，可以获得与图2所示的电源系统10a的效果类似的效果。另外，在图5所示的电源系统10b中，当执行热交换时，可以防止根据电势差的浪涌电流(电容器充电电流)从电源线102流向电容器103，并且可以避免诸如生成火花、破坏电路元件以及由于检测到电源的过电流而导致的系统整体的瞬时中断和/或故障的问题的发生。
[0106]
《3.第三实施方式》
[0107]
在机器人的操作中，并不总是需要电容器辅助电力供应。根据由管理机器人的操作的高级cpu基于机器人的驱动计划信息计算出的、电力供应辅助变得必要的定时对电容器进行充电和放电。因此，由于能够避免在不需要电力供应辅助的定时的电容器充电状态，所以能够减少由于电容器的泄漏而导致的功率损耗，并且能够延长电容器本身的使用寿命。
[0108]“电源系统的配置示例”[0109]
图7示出了作为第三实施方式的电源系统10c的配置示例。在图7中，与图2中的部分相对应的部分由相同的附图标记表示，并且将适当地省略其详细描述。
[0110]
高级cpu 122是主cpu，其被配置成控制机器人并且确定如何驱动机器人的每个致动器。高级cpu 122根据驱动计划预测必要的电力，并且计算电力供应辅助变得必要的定时和电力供应辅助变得不必要的定时。另外，高级cpu 122向mcu 110通知已经到达电力供应辅助变得必要的定时或者已经到达电力供应辅助变得不必要的定时。mcu 110根据这样的定时通知执行对电容器103的充电/放电控制。其他部件与图2所示的电源系统10a的那些部件类似。
[0111]
图8中的流程图示出了图7中所示的电源系统10c的操作的示例。在图8中，与图3所
110确定是否发生紧急停止。在这种情况下，mcu 110基于关于机器人中是否发生了某种异常的检测结果进行确定。通常，机器人配备有这种监视功能作为机器人的安全功能设计。在确定未发生紧急停止的情况下，返回步骤s18，并且保持电容器103的可供电状态(放电开始状态)。
[0125]
另一方面，当确定发生紧急停止时，在步骤s25中，停止电池输出。换言之，电力供应fet开关113从接通状态切换到断开状态，并且电池101从电源线102断开，并且因此与负载104断开。考虑到保持电池101的导通是危险的，这是从安全的角度进行的。以这种方式，即使当电池输出停止时，也从电容器103(参照图10)向mcu 110供应操作电力，并且mcu 110继续操作。
[0126]
接下来，在步骤s26中，放电侧fet开关106从接通状态切换到断开状态，并且电容器103从电源线102断开，因此从负载104断开。随后，在步骤s27中，在mcu 110的控制下驱动放电电路123，使电容器103的电荷放电，并且电容器103的电力被丢弃。
[0127]
在图9所示的电源系统10d中，可以获得与图2所示的电源系统10a的效果类似的效果。另外，在图9所示的电源系统10d中，当在诸如机器人的负载104中发生某种异常时，电池101从负载104断开，通过放电电路123使电容器103的电荷放电，可以确保安全性，并且可以避免由于电容器的充电状态被无意地保持而导致的电容器的使用寿命的缩短。
[0128]
另外，在图9所示的电源系统10d中，经由电源线102的来自电池101的电力和来自电容器103的电力被并行供应作为mcu 110的操作电力，并且即使当电池101从电源线102断开并且产生电源丧失的状态时，mcu 110可以使用来自电容器103的电力来激活放电电路123等，并且以安全的方式对电容器103的电荷进行放电。
[0129]
《5.修改例》
[0130]
虽然在上述实施方式中已经示出了其中电源是电池的示例，但是电源不限于电池，并且可以是有线电源，例如经由电源线从插座提供的电源。
[0131]
虽然已经参照如上所述的附图详细描述了本公开内容的优选实施方式，但是本公开内容的技术范围不限于这样的示例。明显的是，本公开内容的技术领域中的普通技术人员可以在权利要求中阐述的技术思想的范围内构思各种修改示例或改变示例，并且应当理解，这些自然也落入本公开内容的技术范围内。
[0132]
此外，在本说明书中描述的效果仅是解释性的或示例性的，而不是限制性的。即，根据本公开内容的技术可以表现出除了上述效果之外或代替上述效果的对于本领域技术人员从本文的描述中明显的其他效果。
[0133]
另外，本技术还可以采用以下配置。
[0134]
(1)一种控制装置，包括：
[0135]
控制单元，其被配置成控制电源系统，所述电源系统具有如下配置：电源经由电源线连接至负载，用于辅助电力供应的电容器经由第一开关连接至所述电源线，并且所述电容器在由于使用所述电源作为输入的开关电源的间歇驱动而受到电流限制的同时被充电，其中，
[0136]
所述控制单元被配置成：执行控制以使得所述开关电源的输出电压变得等于所述电源线的电压，并且在完成对所述电容器的充电之后将所述第一开关从断开状态控制为接通状态。
[0137]
(2)根据(1)所述的控制装置，其中，
[0138]
所述电源系统具有在所述开关电源与所述电容器之间的第二开关，并且
[0139]
所述控制单元被配置成：当通过所述开关电源开始对所述电容器充电时，将所述第二开关从断开状态控制为接通状态，并且当完成对所述电容器的充电时，将所述第二开关从接通状态控制为断开状态。
[0140]
(3)根据(2)所述的控制装置，其中，
[0141]
所述控制单元被配置成：当通过所述开关电源开始对所述电容器充电时，在将所述第二开关从断开状态控制为接通状态之后，将所述开关电源的输出从断开状态控制为接通状态。
[0142]
(4)根据(2)或(3)所述的控制装置，其中，
[0143]
所述控制单元被配置成：当完成对所述电容器的充电时，在将所述第二开关从接通状态控制为断开状态之后，将所述开关电源的输出从接通状态控制为断开状态。
[0144]
(5)根据(1)至(4)中任一项所述的控制装置，其中，
[0145]
所述电源系统具有第一电压检测单元，所述第一电压检测单元被配置成检测所述电源线的电压，并且
[0146]
所述控制单元被配置成：基于所述第一电压检测单元的检测结果来执行控制，以使得所述开关电源的输出电压变得等于所述电源线的电压。
[0147]
(6)根据(5)所述的控制装置，其中，
[0148]
所述电源系统具有电流转换器，所述电流转换器被配置成向所述开关电源的反馈线输入电流或从所述开关电源的反馈线输出电流，并且
[0149]
所述控制单元被配置成：基于所述第一电压检测单元的检测结果来计算所述第一开关电源的反馈线的电流操作量，并且指示所述电流转换器向所述反馈线输入所述电流操作量或从所述反馈线输出所述电流操作量。
[0150]
(7)根据(1)至(6)中任一项所述的控制装置，其中，
[0151]
所述电源系统具有第二电压检测单元，所述第二电压检测单元被配置成检测所述电容器的充电电压，并且
[0152]
所述控制单元被配置成基于所述第二电压检测单元的检测结果来确定已完成对所述电容器的充电。
[0153]
(8)根据(1)至(7)中任一项所述的控制装置，其中，
[0154]
所述电源系统具有在所述电源线与所述开关电源之间的第三开关，并且
[0155]
所述控制单元被配置成：当通过所述开关电源开始对所述电容器充电时，将所述第三开关从断开状态控制为接通状态，并且当完成对所述电容器的充电时，将所述第三开关从接通状态控制为断开状态。
[0156]
(9)根据(1)至(8)中任一项所述的控制装置，其中，
[0157]
所述电源系统具有热交换电路，所述热交换电路被配置成：执行从作为所述电源的第一电源连接至所述电源线的状态切换到作为所述电源的第二电源连接至所述电源线的状态或切换到所述第一电源和所述第二电源并联连接的状态的热交换，并且
[0158]
所述控制单元被配置成：
[0159]
当利用所述热交换电路执行所述热交换时，
[0160]
执行控制以使得在将所述第一开关从接通状态控制为断开状态之后所述热交换电路实际执行所述热交换，并且执行控制以使得所述电容器在由于所述开关电源的间歇驱动而受到电流限制的同时被充电，以及
[0161]
在完成对所述电容器的充电之后，将所述第一开关从断开状态控制为接通状态。
[0162]
(10)根据(1)至(9)中任一项所述的控制装置，其中，
[0163]
所述控制单元被配置成：
[0164]
当所述负载不需要所述电容器的电力供应辅助时，执行控制以将所述第一开关从接通状态到断开状态，
[0165]
当所述负载需要所述电容器的电力供应辅助时，执行控制以使得所述电容器在由于所述开关电源的间歇驱动而受到电流限制的同时被充电，并且在完成对所述电容器的充电之后，将所述第一开关从断开状态控制为接通状态。
[0166]
(11)根据(1)至(10)中任一项所述的控制装置，其中，
[0167]
所述电源系统具有：第四开关，其被配置成将所述电源连接至所述电源线；以及放电电路，其被配置成对所述电容器的电荷进行放电；并且
[0168]
所述控制单元被配置成：当所述负载中发生异常时，将所述第四开关从接通状态控制为断开状态，将所述第一开关从接通状态控制为断开状态，并且执行控制以使得通过所述放电电路对所述电容器的电荷进行放电。
[0169]
(12)根据(11)所述的控制装置，其中，
[0170]
所述控制单元被并行地供应有经由所述电源线的来自所述电源的电力和来自所述电容器的电力。
[0171]
(13)根据(1)至(12)中任一项所述的控制装置，其中，
[0172]
所述电源是电池。
[0173]
(14)根据(1)至(13)中任一项所述的控制装置，其中，
[0174]
所述电容器是edlc(双电层电容器)。
[0175]
(15)根据(1)至(14)中任一项所述的控制装置，其中，
[0176]
所述负载包括构成机器人的电机。
[0177]
(16)一种控制电源系统的控制方法，所述电源系统具有如下配置：电源经由电源线连接至负载，用于辅助电力供应的电容器经由第一开关连接至所述电源线，并且所述电容器在由于使用所述电源作为输入的开关电源的间歇驱动而受到电流限制的同时被充电，所述控制方法包括以下步骤：
[0178]
执行控制以使得所述开关电源的输出电压等于所述电源线的电压；以及
[0179]
在完成对所述电容器的充电之后，将所述第一开关从断开状态控制为接通状态。
[0180]
附图标记列表
[0181]
10a,10b,10c,10d
…
电源系统
[0182]
101,101-1,101-2
…
电池
[0183]
102
…
电源线
[0184]
103
…
电容器
[0185]
104
…
负载
[0186]
105
…
充电侧fet开关
[0187]
106
…
放电侧fet开关
[0188]
107
…
dc-dc转换器
[0189]
108
…
电压检测器
[0190]
109
…
电流转换器
[0191]
110
…
mcu
[0192]
111
…
电压检测器
[0193]
112
…
开关电源输出侧fet开关
[0194]
113
…
电源侧fet开关
[0195]
121
…
热交换电路
[0196]
122
…
高级cpu
[0197]
123
…
放电电路