(57)【要約】【課題】直列接続した二次電池群を過充電や充電不足させることなく満充電させる二次電池リコンディション装置を提供する。【解決手段】充電部と、放電部と、放電回路用スイッチと、回路接続用スイッチと、二次電池用スイッチと、直列回路形成用スイッチと、電圧測定用接続部と、全スイッチのオン・オフを制御し、短時間放電時における個々の二次電池の経時変化及び／又は全電流検出部からの充放電に伴う全電流の積分値によって個々の二次電池の性能を診断する制御をし、常時個々の二次電池の端子間電圧を測定する制御をし、前記端子間電圧の測定により満充電に到達した二次電池の回路のみに接続された前記二次電池用スイッチをオフさせかつ満充電となった二次電池の前記直列回路形成用スイッチをオンさせて、前記満充電となった二次電池への充電回路を遮断させながら未充電である他の二次電池間を直列に接続させる回路を形成する制御をする制御部とを備えることにより課題解決できた。【選択図】      図１
2014180091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続した複数の二次電池を同時に充電するリコンディション装置であって、
前記複数の二次電池をすべて同時に充電可能な充電部と、
前記複数の二次電池をすべて同時にあらかじめ設定した経過時間ごとに複数回任意の時間放電する放電部と、
充電部からの充電全回路をオン・オフさせる充電回路用スイッチと、放電部からの放電全回路をオン・オフさせる放電回路用スイッチと、個々の二次電池ごとに配設され、前記充電部又は前記放電部と個々の二次電池との充電又は放電回路をオン・オフさせる回路接続用スイッチと、前記回路接続用スイッチの二次電池側に個々の二次電池ごとに配設され、個々の二次電池の端子への充電又は放電回路をオン・オフさせる二次電池用スイッチと、前記回路接続用スイッチと前記二次電池用スイッチとの間に配設され、任意の少なくとも１以上の二次電池への充電回路遮断に拘わらず充電対象の二次電池間を直列で接続する回路を形成する直列回路形成用スイッチと、
個々の二次電池の端子に接続された電圧測定用接続部と、
前記充電回路用スイッチ及び前記放電回路用スイッチと前記回路接続用スイッチとの間に配設され全電流を測定する全電流検出部と、
前記充電回路用スイッチ、前記放電回路用スイッチ、前記回路接続用スイッチ、前記二次電池用スイッチ及び前記直列回路形成用スイッチのオン・オフを制御し、充放電時における個々の二次電池の電圧測定用接続部の端子間電圧の経時変化及び／又は全電流検出部からの充放電に伴う全電流の積分値によって個々の二次電池の性能を診断する制御をし、常時個々の二次電池の端子間電圧を測定する制御をし、前記端子間電圧の測定により満充電に到達した二次電池の回路のみに接続された前記二次電池用スイッチをオフさせかつ満充電となった二次電池の前記直列回路形成用スイッチをオンさせて、前記満充電となった二次電池への充電回路を遮断させて未充電である他の二次電池間を直列に接続させる回路を形成する制御をする制御部と、
を備えることを特徴とする二次電池リコンディション装置。
【請求項２】
画面に、充電中情報、放電中情報、個々の二次電池ごとの充電状況情報及び／又は個々の二次電池ごとの満充電到達情報を、文字表示、グラフ表示、ランプ表示、並びに／あるいは、警報発信することが可能な情報機器を備えたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池リコンディション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直列に接続された複数の二次電池を充電するための二次電池リコンディション装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、乗用車、高所作業車あるいは電動フォークリフトなどの各種自動車には二次電池が使用されている。この二次電池は、一定期間使用後に再充電を行うことによって再生させることができるといった特徴を有する。
【０００３】
複数の二次電池を充電する技術に関しては、特許文献１に、蓄電池を複数直列接続してなる電池ブロックと、前記電池ブロックを複数直列接続してなる組電池と、前記電池ブロックの電池電圧を検出する単一の電圧検出回路と、前記電池ブロックを充電する充電用電源と、前記電圧検出回路からの信号を判定して前記充電用電源を制御する制御回路とを備え、それぞれの前記電池ブロックと前記電圧検出回路とがスイッチを介して接続され、単一の前記電池ブロックにつながるスイッチのみがＯＮのときに前記単一の電池ブロックの電池電圧検出と充電を行うことを全ての前記電池ブロックに順次行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２００２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の技術は、多数の二次電池を複数の二次電池からなるいくつかの電池ブロックに分け、そのブロックごとに決められた総電圧以上になると電池ブロックへの充電を停止したり、電圧の高い電池ブロックの放電を実施するという技術であり、同一電池ブロック内のすべての二次電池を同一時間で充電したり放電したりする技術である。したがって、個々の二次電池単位では残存する充電量や充電特性の違いによって、一部の二次電池が過充電となり、他の一部の二次電池に充電不足が生じるなどの問題が発生していた。
【０００６】
本発明はこうした問題に鑑み創案されたもので、複数の二次電池をすべて直列に接続して二次電池すべてを同時に充電しながら、個々の二次電池に対して過充電あるいは充電不足を引き起こすとなく、満充電させることのできる二次電池リコンディション装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の二次電池リコンディション装置１は、直列接続した複数の二次電池６を同時に充電するリコンディション装置１であって、前記複数の二次電池６をすべて同時に充電可能な充電部３と、前記複数の二次電池６をすべて同時にあらかじめ設定した経過時間ごとに複数回任意の時間放電する放電部４と、充電部３からの充電全回路をオン・オフさせる充電回路用スイッチ１０と、放電部４からの放電全回路をオン・オフさせる放電回路用スイッチ１１と、個々の二次電池６ごとに配設され、前記充電部３又は前記放電部４と個々の二次電池６との充電又は放電回路をオン・オフさせる回路接続用スイッチ１２と、前記回路接続用スイッチ１２の二次電池６側に個々の二次電池６ごとに配設され、個々の二次電池６の端子への充電又は放電回路をオン・オフさせる二次電池用スイッチ１４と、前記回路接続用スイッチ１２と前記二次電池用スイッチ１４との間に配設され、任意の少なくとも１以上の二次電池６への充電回路遮断に拘わらず充電対象の二次電池６間を直列で接続する回路を形成する直列回路形成用スイッチ１３と、個々の二次電池６の端子に接続された電圧測定用接続部１５と、前記充電回路用スイッチ１０及び前記放電回路用スイッチ１１と前記回路接続用スイッチ１２との間に配設され全電流を測定する全電流検出部１６と、前記充電回路用スイッチ１０、前記放電回路用スイッチ１１、前記回路接続用スイッチ１２、前記二次電池用スイッチ１４及び前記直列回路形成用スイッチ１３のオン・オフを制御し、充放電時における個々の二次電池６の電圧測定用接続部１５の端子間電圧の経時変化及び／又は全電流検出部１６からの充放電に伴う全電流の積分値によって個々の二次電池６の性能を診断する制御をし、常時個々の二次電池６の端子間電圧を測定する制御をし、前記端子間電圧の測定により満充電に到達した二次電池６の回路のみに接続された前記二次電池用スイッチ１４をオフさせかつ満充電となった二次電池の前記直列回路形成用スイッチ１３をオンさせて、前記満充電となった二次電池６への充電回路を遮断させて未充電である他の二次電池６間を直列に接続させる回路を形成する制御をする制御部２と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の二次電池リコンディション装置１は、請求項１において、画面に、充電中情報、放電中情報、個々の二次電池ごとの充電状況情報及び／又は個々の二次電池ごとの満充電到達情報を、文字表示、グラフ表示、ランプ表示、並びに／あるいは、警報発信することが可能な情報機器を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の二次電池リコンディション装置１は、制御部２、充電部３、放電部４、充電回路用スイッチ１０、放電回路用スイッチ１１、回路接続用スイッチ１２、二次電池用スイッチ１４、直列回路形成用スイッチ１３、電圧測定用接続部１５、全電流検出部１６を備えるので、複数の二次電池を同時に充電することができると共に、個々の二次電池に対して個別に充電状況を把握して過充電及び充電不足を生じさせず、全ての二次電池を満充電状態で充電完了させることができる。
【００１０】
請求項２に記載の二次電池リコンディション装置１は、請求項１に記載の発明と同じ効果を奏するとともに、二次電池リコンディション装置１が正常に作動しているかを担当者は常時監視することができ、二次電池の充電状況をパソコンや携帯情報端末などの情報機器５に表示するので担当者は満充電した二次電池のみを安全に取り換えることができる。さらに、満充電された二次電池のあとに新たな二次電池を迅速に接続することができるので、より効果的に複数の二次電池を連続的に満充電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る二次電池リコンディション装置の実施形態を示す構成図である。
【図２】二次電池リコンディション装置の充電時の回路説明図である。
【図３】二次電池リコンディション装置の放電時の回路説明図である。
【図４】二次電池リコンディション装置の満充電二次電池切り離した場合の回路説明図である。
【図５】放電による二次電池の電圧変化を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係る二次電池リコンディション装置１の実施形態を、図１に示す。このリコンディション装置１は、直列接続した複数の二次電池６を同時に充電して自動的に再生するためのものであり、制御部２、充電部３、放電部４、充電回路用スイッチ１０、放電回路用スイッチ１１、回路接続用スイッチ１２、直列回路形成用スイッチ１３、二次電池用スイッチ１４、電圧測定用接続部１５、全電流検出部１６を備える。さらに、画面に、充電中情報、放電中情報、個々の二次電池ごとの充電状況情報及び／又は個々の二次電池ごとの満充電到達情報を、文字表示、グラフ表示、ランプ表示、並びに／あるいは、警報発信することが可能な情報機器５を備える。
【００１３】
前記二次電池６は、主に自動車用などに使用されるいわゆる産業用バッテリーであるが、これに限定されるものではない。充電が必要になった複数の二次電池６を直列に接続させて充電を実施する。
【００１４】
前記充電部３は、例えば直流電源装置３で構成されており、複数の二次電池６を直列に接続するので、少ない充電部３で対応することができる。これにより、製造コストを抑えて、二次電池リコンディション装置１の小型化を図ることができる。
【００１５】
放電部４は、例えば電子負荷装置４で構成されており、二次電池６の充電開始直前、及び充電中に任意に設定した一定時間間隔で任意の時間放電させてそれぞれの二次電池６の性能を診断する。二次電池の性能診断の方法として、電圧、内部抵抗、内部インピーダンス、コンダクタンス又は放電試験などがあるがいずれでもよい。
【００１６】
前記直流電源装置３から二次電池６側の回路に充電回路用スイッチ１０が設けられている。充電回路用スイッチ１０をオンさせると電流は二次電池６へ流れ充電され、充電回路用スイッチ１０をオフさせると電流は二次電池６へ流れず充電がされない。
【００１７】
前記電子負荷装置４から二次電池６側の回路に放電回路用スイッチ１１が設けられている。充電回路用スイッチ１０と放電回路用スイッチ１１とは同時にオンしないように制御される。放電回路用スイッチ１１をオンさせると二次電池６を放電させ、放電回路用スイッチ１１をオフさせると二次電池６の放電がされない。
【００１８】
前記充電回路用スイッチ１０から二次電池６側に向かって順に、回路接続用スイッチ１２、直列回路形成用スイッチ１３、二次電池用スイッチ１４が配設されている。回路接続用スイッチ１２は、それぞれの二次電池ごとにプラス電流用とマイナス電流用の２箇所ずつ配設され、プラス電流用とマイナス電流用の回路接続用スイッチ１２はそれぞれ別々にオン・オフできる。直列に複数の二次電池６を接続した二次電池群に対しては、回路接続用スイッチ１２は前記二次電池群に対して、プラス側で１箇所、マイナス側で１箇所をオンさせ、他の回路接続用スイッチ１２はオフさせた状態で使用する。図２において、箇所イ及び箇所ロで示された回路接続用スイッチ１２のみをオンさせている。
【００１９】
直列回路形成用スイッチ１３は、前記回路接続用スイッチ１２の二次電池６側にそれぞれの二次電池６別に配設される。直列回路形成用スイッチ１３は、直列に配設させた異なる二次電池６同士を接続する回路に配設するとともに、同一の二次電池６に対するプラス電流用回路とマイナス電流用回路を短絡させる回路に配設する。異なる二次電池６同士を接続する回路に配設した直列回路形成用スイッチ１３をオンさせると直列に配設した二次電池６間に電流を流すことができ、同一の二次電池６に対するプラス電流用回路とマイナス電流用回路を短絡させる回路に配設した直列回路形成用スイッチ１３をオンさせると特定の二次電池６への電流を遮断させた状態で他の二次電池６に電流を流すことができる。
【００２０】
二次電池用スイッチ１４は、直列回路形成用スイッチ１３と二次電池６との間に、それぞれの二次電池６ごとにプラス電流用とマイナス電流用の２箇所ずつ配設され、プラス電流用とマイナス電流用の二次電池用スイッチ１４はそれぞれ別々にオン・オフできる。通常は、プラス電流用とマイナス電流用の二次電池用スイッチ１４は同時にオン・オフされ、図２及び図３に示すように、すべての二次電池６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｘに充電又は放電する場合は、すべての二次電池用スイッチ１４をオンさせる。また、図４に示すように、例えば満充電となった二次電池６ｂのみに充電をしない場合は、二次電池６ｂ用の二次電池用スイッチ１４を２箇所ともオフさせ、他の二次電池６ａ、６ｃ及び６ｘ
はオンさせる。
【００２１】
電圧測定用接続部１５は、二次電池６のプラス側端子及びマイナス側端子にそれぞれ制御部２からの回路を接続させるもので、それぞれの二次電池６の端子間電圧を取り出す回路を形成する。
【００２２】
全電流検出部１６は、充電回路用スイッチ１０及び前記放電回路用スイッチ１１と前記回路接続用スイッチ１２との間に配設され、充電時又は放電時における全電流値を検出するもので、充電開始時からの充電状況に応じて変化する電流値を検出している。例えば、充電が進むと電流値が低下してくるので、この電流値の時間経過による変化から充電時間の進み具合を把握して充電性能を判断するための情報を得る。
【００２３】
制御部２は、充電回路用スイッチ１０、放電回路用スイッチ１１、回路接続用スイッチ１２、直列回路形成用スイッチ１３及び二次電池用スイッチ１４のオン・オフを制御し、それぞれの二次電池６の端子間電圧から充電状況を監視し、それぞれの二次電池６の性能を診断する。前記性能として、充電時間が長くなってきているか、及び放電しやすくなってきているかを診断する。そして、情報機器５に、充電中情報、放電中情報、個々の二次電池ごとの充電状況情報及び／又は個々の二次電池ごとの満充電到達情報を送信する。
【００２４】
二次電池６の性能を診断するときは、例えば短時間放電であれば最大数秒程度の短時間で定格の５０％〜１００％の大電流を流して放電させ、電圧の変化を示す曲線から診断する。図５において、前記曲線の下がりは小さい場合は二次電池の劣化が進んでいないことを示し、前記曲線の下がりが大きいと二次電池の劣化が進んでいることを示す。また、長時間の負荷放電試験によっては実際に蓄積された電荷の総量即ち蓄電池の実容量を正確に算出できる。
【００２５】
情報機器５のディスプレイに満充電となった二次電池を表示するので、担当者は満充電となった二次電池を容易に把握することができ、満充電となった二次電池を切り離して新たな二次電池を接続することができる。これにより効果的に複数の二次電池を連続的に充電させることができる。
【００２６】
本実施形態に係る二次電池リコンディション装置１は、次のように使用することができる。まず、図１に示すように、複数の二次電池６を直列に接続すると共に、電圧測定用接続部１５を介して二次電池リコンディション装置１の充電部３及び放電部４に接続する。なお、図１では、充電回路用スイッチ１０、放電回路用スイッチ１１、回路接続用スイッチ１２、直列回路形成用スイッチ１３及び二次電池用スイッチ１４をすべてオフさせた状態を示している。
【００２７】
直列接続させた二次電池６群に充電させるときは、図２に示すように、充電回路用スイッチ１０をオンさせ、回路接続用スイッチ１２の箇所イ及び箇所ロの２箇所のみオンさせ、二次電池用スイッチ１４をすべてオンさせ、直列回路用スイッチ１３は直列に配設させた異なる二次電池６同士を接続する回路に配設したスイッチのみをオンさせ、他のスイッチをオフさせる制御が制御部２によりされる。
【００２８】
この充電回路により、充電部（直流電源装置）３からの電流は、例えば図２において、直流電源装置３から順に、回路接続用スイッチ１２の箇所ロ、二次電池用スイッチ１４、電圧測定用接続部１５、二次電池６ａ、電圧測定用接続部１５、二次電池用スイッチ１４、直列回路用スイッチ１３、二次電池用スイッチ１４、電圧測定用接続部１５、二次電池６ｂ、電圧測定用接続部１５、二次電池用スイッチ１４、直列回路用スイッチ１３、二次電池用スイッチ１４、電圧測定用接続部１５、二次電池６ｃというように流れてすべての二次電池６に充電される。
【００２９】
直列接続させた二次電池６群に放電させるときは、図３に示すように、放電回路用スイッチ１０をオンさせ、回路接続用スイッチ１２の箇所イ及び箇所ロの２箇所のみオンさせ、二次電池用スイッチ１４をすべてオンさせ、直列回路用スイッチ１３は直列に配設させた異なる二次電池６同士を接続する回路に配設したスイッチのみをオンさせ、他のスイッチをオフさせる制御が制御部２によりされる。
【００３０】
この放電回路により、放電部（電子負荷装置）４への電流は、例えば図３において、二次電池６ａ、電圧測定用接続部１５、二次電池用スイッチ１４、直列回路用スイッチ１３、二次電池用スイッチ１４、電圧測定用接続部１５、二次電池６ｂ、電圧測定用接続部１５、二次電池用スイッチ１４、直列回路用スイッチ１３、二次電池用スイッチ１４、電圧測定用接続部１５、二次電池６ｃ、そして中間部を省略して、最語尾の二次電池６ｘ、電圧測定用接続部１５、二次電池用スイッチ１４、回路接続用スイッチ１２の箇所イ、放電回路用スイッチ１０、電子負荷装置４というように流れてすべての二次電池６が放電される。
【００３１】
前記放電は、二次電池６設置時や設定した時間間隔ごとに、任意の時間の放電を実施することが可能であり、例えば短時間放電であれば最大数秒程度の短時間で定格の５０％〜１００％の大電流を流して実施され、自動的に把握した電圧の変化から二次電池６の性能を診断する。短時間放電試験において電圧降下が大きいなど劣化が相当に進んだ二次電池６は使用対象から外し廃棄処理をすることもある。
【００３２】
また、電圧測定用接続部１５を介して常時二次電池６の端子間電圧を測定しており、前記端子間電圧が満充電に到達した二次電池６が生じたときは、制御部２により自動的に前記満充電した二次電池６を充電回路から切り離す作動とともに他の二次電池６群に電流を継続して流す作動を実施し、制御部２から情報機器５に満充電情報が通知されるので情報機器５のディスプレイ等の表示等から担当者は満充電を速やかに知ることができる。
【００３３】
自動的に満充電した二次電池６を充電回路から切り離すとともに他の二次電池６群に電流を継続して流すことは以下の回路を制御部２により各スイッチをオン・オフさせることにより実施される。図４に示すように、例えば二次電池６ｂが満充電に到達した場合とすると、図２に示す充電回路の状態から、箇所ニの二次電池用スイッチをオフさせ、箇所ハの同一の二次電池６に対するプラス電流用回路とマイナス電流用回路を短絡させる回路に配設した直列回路形成用スイッチ１３を追加でオンさせる制御を制御部２が実施する。
【００３４】
上記制御により形成された充電回路により、二次電池６ａからの電流は二次電池６ｃに二次電池６ｂを経由させずに流れさせることができる。
【００３５】
そして、満充電された二次電池６ｂは充電回路から遮断されているので取り外し作業を安全に行うことができる。担当者により電圧測定用接続部１５から取り外され、それに代えて新たな二次電池が設置され電圧測定用接続部１５に接続されて、担当者が箇所ニの二次電池用スイッチをオンさせ、箇所ハの同一の二次電池６に対するプラス電流用回路とマイナス電流用回路を短絡させる回路に配設した直列回路形成用スイッチ１３をオフさせる指示を制御部２に手動ですれば、制御部２は同時に前記二次電池用スイッチのオンと前記直列回路形成用スイッチ１３のオフをさせる。
【００３６】
上記した過程を繰り返すことによって、満充電となった二次電池を個別に新たな二次電池と取り替え、連続的に複数の二次電池を充電してリコンディション（再生）することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１      二次電池リコンディション装置
２      制御部    
３      充電部（直流電源装置）
４      放電部（電子負荷装置）
５      情報機器
６      二次電池
１０    充電回路用スイッチ
１１    放電回路用スイッチ
１２    回路接続用スイッチ
１３    直列回路形成用スイッチ
１４    二次電池用スイッチ
１５    電圧測定用接続部
１６    全電流検出部
【図１】
2014180091.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2014180091.tif 000006
【図５】
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