(57)【要約】【課題】  中間タップを備えた車両用バッテリを充電するに当って、全ての電池セルを過不足なく十分充電できるようにするバッテリの充電装置を提供する。【解決手段】  充電装置１０を、交流電源６から電源供給を受けて充電電圧を生成する漏えいトランス１２及び整流器１４と、バッテリ２の両端の電極間に供給する第１の充電電圧と、中間タップ４と中間タップ４を使って電気負荷に電源供給を行う側の電極との間に供給する第２の充電電圧と、の何れかに切換える電圧切換スイッチ１６と、第１の充電電圧および第２の充電電圧の充電経路を切換える充電経路切換スイッチ１８と、バッテリ２のバッテリ電圧を検出する電圧検出部２４と、バッテリ２を予め設定された充電条件で充電させる制御部２０とで構成し、第１の充電電圧による充電後、第２の充電電圧による充電を行い、バッテリ２の全ての電池セルを過不足なく充電する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された複数の電池セルからなり、該電池セルのうちの一部を使って電気負荷に電源供給を行うための中間タップを備えた車両用バッテリの充電方法であって、
バッテリの両端の電極間に第１の充電電圧を印加することによって、前記バッテリの両極間の電圧が少なくとも予め設定された転極点電圧となり、その後、第１のタイマ時間が経過するまで充電し、
次に、前記中間タップと前記中間タップを使って電気負荷に電源供給を行う側の電極との間に前記第１の充電電圧よりも低い第２の充電電圧を印加することによって、前記中間タップを予め設定された第２のタイマ時間が経過するまで充電することを特徴とする車両用バッテリの充電方法。
【請求項２】
直列に接続された複数の電池セルからなり、該電池セルのうちの一部を使って電気負荷に電源供給を行うための中間タップを備えた車両用バッテリの充電装置であって、
外部電源から電源供給を受けて充電電圧を生成する充電電圧生成手段と、
該充電電圧生成手段によって生成される充電電圧を、第１の充電電圧と、該第１の充電電圧よりも低い第２の充電電圧との何れかに切換える電圧切換手段と、
バッテリへの充電経路を、前記充電電圧をバッテリの両端の電極間に供給する経路と、前記中間タップと前記中間タップを使って電気負荷に電源供給を行う側の電極との間に供給する経路との何れかに切換える充電経路切換手段と、
該充電経路切換手段を介してバッテリ電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧切換手段を介して前記充電電圧を前記第１の充電電圧に設定すると共に、前記充電経路切換手段を介して前記第１の充電電圧を前記バッテリの両端の電極間に印加させ、その後、前記電圧検出手段によって検出されたバッテリ電圧が少なくとも予め設定された転極点電圧になると、第１のタイマを作動させ、前記第１のタイマ時間が経過すると前記第２のタイマ時間を設定すると共に、前記充電経路切換手段を介して前記第２の充電電圧を前記バッテリの前記中間タップと前記電極間に印加させ、その後、前記第２のタイマ時間が経過すると前記充電電圧の印加を停止させる制御手段と、
を備えたことを特徴とする車両用バッテリの充電装置。
【請求項３】
当該充電装置は、前記バッテリを搭載した車両とは別体で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の車両用バッテリの充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の動力源となるバッテリを充電するための充電方法およびその充電方法を用いた充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、バッテリの充電装置としては、トランスの特性を利用した準定電圧方式のもの、充電開始時には充電電流が高く、充電終了時には低くなるように、充電電流を段階的に切換えてバッテリを充電する多段定電流方式のもの、あるいは、充電開始時にはバッテリへの充電電流を一定電流に制御し、その後、バッテリ電圧が目標電圧（一般には充電時にバッテリ液からガスが発生し始める電圧である転極電圧）に達すると、バッテリへの充電電圧をその目標電圧に制御する定電流−定電圧方式のもの等、種々の方式のものが知られているが、何れも、バッテリへの接続端子として正負一対の端子を備え、その端子をバッテリの両端に接続することにより、バッテリの両端から充電電圧を印加し、バッテリを充電するようにされている（例えば、特許文献１等参照。）。
【０００３】
一方、車両用のバッテリには、車両に搭載された各種電気負荷に給電できるようにするために、バッテリを構成している複数の電池セルの接続点の１つから中間タップを引き出し、この中間タップを使って、バッテリの両端電圧よりも低い中間電圧を電気負荷に供給できるようにしたものが知られている。
【０００４】
例えば、電動式の車両では、駆動系では大電力が必要であるが、照明装置や制御装置は駆動系に比べて消費電力が低いことから、中間タップ付きのバッテリを使って、駆動系には、バッテリの両端から高電圧を供給し、照明装置や制御装置には、バッテリの中間タップと負極側（又は正極側）端子との間の中間電圧を供給することで、車両に搭載された各種電気負荷に対して必要な電力を効率よく供給するようにしている。
【特許文献１】特開２００３−８７９９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、こうした中間タップ付きのバッテリを充電する場合、従来では、上述した充電装置を利用して、バッテリの両端に充電電圧を印加するようにしていたことから、中間タップを介して電気負荷が接続される側の電池セルを十分充電できないという問題があった。
【０００６】
つまり、中間タップ付きのバッテリは、中間タップを介して電気負荷に電源供給を行うことができることから、その電気負荷が接続される中間タップと負極側（又は正極側）端子との間の電池セルは、他の電池セルに比べて消費電力が大きくなる。このため、従来のようにバッテリの両端に充電電圧を印加してバッテリを充電する方法では、中間タップ付きのバッテリを構成する電池セルの一部が電力不足となり、電気負荷に対する電力供給を良好に行うことができなくなってしまう。
【０００７】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、中間タップを備えた車両用バッテリを充電するに当って、全ての電池セルを過不足なく十分充電できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の車両用バッテリの充電方法は、直列に接続された複数の電池セルからなり、該電池セルのうちの一部を使って電気負荷に電源供給を行うための中間タップを備えた車両用バッテリの充電方法であって、バッテリの両端の電極間に第１の充電電圧を印加することによって、前記バッテリの両極間の電圧が少なくとも予め設定された転極点電圧となり、その後、第１のタイマ時間が経過するまで充電し、次に、前記中間タップと前記中間タップを使って電気負荷に電源供給を行う側の電極との間に前記第１の充電電圧よりも低い第２の充電電圧を印加することによって、前記中間タップを予め設定された第２のタイマ時間が経過するまで充電することを特徴とする。
【０００９】
このような方法によると、先ず、バッテリの両端の電極間に第１の充電電圧を印加することによって、バッテリの両端の電極間の電圧が少なくとも転極点電圧になるまで充電され、その後、第１のタイマ時間が経過するまで充電し、次に、中間タップと中間タップを使って電気負荷に電源供給を行う側の電極との間に第１の充電電圧よりも低い第２の充電電圧を印加することによって、中間タップを第２のタイマ時間が経過するまで充電する。
【００１０】
つまり、本発明方法では、バッテリを構成している全ての電池セルに対する充電を行った後、中間タップと中間タップを使って電気負荷に電源供給を行う側の電極との間に第２の充電電圧を印加することによって、その間の電池セルに対して補足充電を行うことになる。
【００１１】
この結果、本発明方法によれば、中間タップと中間タップを使って電気負荷に電源供給を行う側の電池セルが充電不足になることがなく、全ての電池セルを満充電状態になるまで充電することができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の車両用バッテリの充電装置は、直列に接続された複数の電池セルからなり、該電池セルのうちの一部を使って電気負荷に電源供給を行うための中間タップを備えた車両用バッテリの充電装置であって、外部電源から電源供給を受けて充電電圧を生成する充電電圧生成手段と、該充電電圧生成手段によって生成される充電電圧を、第１の充電電圧と、該第１の充電電圧よりも低い第２の充電電圧との何れかに切換える電圧切換手段と、バッテリへの充電経路を、前記充電電圧をバッテリの両端の電極間に供給する経路と、前記中間タップと前記中間タップを使って電気負荷に電源供給を行う側の電極との間に供給する経路との何れかに切換える充電経路切換手段と、該充電経路切換手段を介してバッテリ電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧切換手段を介して前記充電電圧を前記第１の充電電圧に設定すると共に、前記充電経路切換手段を介して前記第１の充電電圧を前記バッテリの両端の電極間に印加させ、その後、前記電圧検出手段によって検出されたバッテリ電圧が少なくとも転極点電圧になると、第１のタイマを作動させ、前記第１のタイマ時間が経過すると前記第２のタイマ時間を設定すると共に、前記充電経路切換手段を介して前記第２の充電電圧を前記バッテリの前記中間タップと前記電極間に印加させ、その後、前記第２のタイマ時間が経過すると前記充電電圧の印加を停止させる制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
このように構成された本発明の充電装置においては、充電電圧生成手段が、外部電源から電源供給を受けて充電電圧を生成し、電圧切換手段が、その充電電圧を、第１の充電電圧および第２の充電電圧の何れかに切換える。また、充電電圧生成手段からバッテリへの充電経路は、充電経路切換手段が、充電電圧をバッテリの両端の電極間に供給する経路と、中間タップとこの中間タップを使って電気負荷に電源供給を行う側の電極との間に供給する経路との何れかに切換える。
【００１４】
そして、バッテリへの充電時には、制御手段が、まず、電圧切換手段を介して充電電圧を第１の充電電圧に設定すると共に、充電経路切換手段を介して第１の充電電圧をバッテリの両端の電極間に印加させることにより、バッテリを構成する全電池セルを充電し、その後、電圧検出手段を介して検出されるバッテリ電圧が少なくとも転極点電圧になると第１のタイマが作動し、第１のタイマ時間が経過して、全電池セルへの充電が完了すると、電圧切換手段を介して充電電圧を第２の充電電圧に設定すると共に、充電経路切換手段を介して第２の充電電圧をバッテリの中間タップとこの中間タップを使って電気負荷に電源供給を行う側の電極との間に印加させることにより、この中間タップと電極との間の電池セルを充電し、その後、第２のタイマ時間が経過すると、バッテリへの充電電圧の印加を停止する。
【００１５】
つまり、本発明の充電装置においては、中間タップを備えた車両用バッテリを充電するに当って、まず、バッテリの両端の電極間に第１の充電電圧を印加することにより、バッテリを構成している全ての電池セルに対する充電を行い、その後、中間タップと中間タップを使って電気負荷に電源供給を行う側の電極との間に第２の充電電圧を印加することにより、その間の電池セルに対する補充充電を行う。従って、この充電装置によれば請求項１に記載の充電方法を実現でき、請求項１と同様の効果を得ることができる。
【００１６】
一方、本発明は、バッテリと共に車両に搭載される充電装置に適用してもよいが、請求項３に記載のように、バッテリを搭載した車両とは別体で構成された所謂据置型の充電装置に適用すれば、より効果を発揮することができる。
【００１７】
即ち、車両とは別体で構成された据置型の充電装置は、複数の車両に搭載されたバッテリを順次連続的に充電するのに用いることができるので、複数の車両の中間タップ付きバッテリを効率よく充電することができる。
【００１８】
なお、この場合、据置型の充電装置は、バッテリを搭載した車両が侵入可能な充電エリアに設置し、その充電エリア内で、車両に搭載されたバッテリを直接充電するようにしてもよく、或いは、その充電エリア内で、車両に搭載されたバッテリを充電済みのものと交換し、その交換により車両から外したバッテリを充電装置に接続して、バッテリを充電するようにしてもよい。また、据置型の充電装置は、必ずしも車両が侵入可能な充電エリアに設置する必要はなく、車両が侵入することのできないエリアに設置し、車両から外したバッテリをそのエリアまで運んで充電するようにしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明が適用された実施形態の車両用バッテリの充電装置（以下、単に充電装置という）１０の全体構成を表す図である。
【００２０】
本実施形態の充電装置１０は、外部の商用電源（交流電源６）から電源供給を受けて動作し、バッテリ式フォークリフト等の電動車両に搭載された鉛蓄電池等からなるバッテリ２を充電するためのものであり、例えば、バッテリ式フォークリフトが使用される工場内の所定の充電エリアに設置される。
【００２１】
そして、本実施形態の充電装置１０は、メインスイッチ２６、漏えいトランス１２、電圧切換スイッチ１６、整流器１４、充電経路切換スイッチ１８および制御部２０を備える。
【００２２】
充電装置１０の外部には、図１に示すように、中間タップ４を有するバッテリ２が充電経路切換スイッチ１８に接続されている。
メインスイッチ２６は、工場内の電気設備から供給される交流電源６を漏えいトランス１２に導くスイッチである。メインスイッチ２６には、通常の接触器（コンタクタ）が使用される。
【００２３】
漏えいトランス１２の二次巻線１２ａには、二つの端子である第１の端子１２ｂと第２の端子１２ｃとが設けられている。第１の端子１２ｂは二次巻線１２ａの終端から取り出され電圧切換スイッチ１６の入力側端子に接続されている。第２の端子１２ｃは二次巻線１２ａの途中から取り出され電圧切換スイッチ１６の別の入力側端子に接続されている。
【００２４】
電圧切換スイッチ１６は、漏えいトランス１２の二次巻線１２ａの終端から取り出された第１の端子１２ｂを整流器１４の入力側端子に接続するか、あるいは漏えいトランス１２の二次巻線１２ａの途中から取り出された第２の端子１２ｃを整流器１４の入力側端子に接続するかを切換えるスイッチである。
【００２５】
従って、漏えいトランス１２の二次巻線１２ａの終端から取り出された第１の端子１２ｂが電圧切換スイッチ１６の入力側端子に接続された場合には漏えいトランス１２と整流器１４とで第１の充電電圧を生成することができ、漏えいトランス１２の二次巻線１２ａの途中から取り出された第２の端子１２ｃが電圧切換スイッチ１６の別の端子に接続された場合には漏えいトランス１２と整流器１４とで、第１の充電電圧よりも低い第２の充電電圧を生成することができる。
【００２６】
整流器１４の入力側配線は、電圧切換スイッチ１６の端子からの配線によって接続され、整流器１４からの出力側配線は正極側の配線が充電経路切換スイッチ１８に接続され、負極側の配線がバッテリ２の負極に接続されている。
【００２７】
整流器１４は、漏えいトランス１２にて降圧された交流電源を整流素子にて整流して、直流の充電電圧を生成し、その生成した充電電圧を後述の充電経路切換スイッチ１８を介してバッテリ２に供給するように構成されている。
【００２８】
充電経路切換スイッチ１８は、整流器１４からバッテリ２への充電電圧を、バッテリ２の両端の電極間に印加させる第１の充電経路と、中間タップ４と中間タップ４を使って電気負荷に電源供給を行う側の電極（図１では負極２ｂ）間に充電電圧を印加させる第２の充電経路と、の何れかに切り換えるスイッチである。尚、充電経路切換スイッチ１８は、通常は、第１の充電経路側に切り替えられており、制御部２０から切り換え指令を受けたときにだけ、第２の充電経路側に切り換えられる。
【００２９】
充電経路切換スイッチ１８の入力側端子は、整流器１４の正極側からの配線に接続され、出力側端子はバッテリ２の正極２ａの端子とバッテリ２の中間タップ４の端子の何れかに接続されるように形成されている。
【００３０】
従って、充電経路切換スイッチ１８の入力側端子がバッテリ２の正極２ａに接続された場合は、漏えいトランス１２と整流器１４とによって生成される充電電圧がバッテリ２の両端の電極間の電池セルに印加され、充電経路切換スイッチ１８の入力側端子がバッテリ２の中間タップ４に接続された場合は、漏えいトランス１２と整流器１４とによって生成される充電電圧が中間タップ４とバッテリ２の負極間の電池セルに印加される。
【００３１】
制御部２０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備えるマイクロコンピュータにより構成され、バッテリ２の電圧を監視するための電圧検出部２４を備える。
操作パネル２２は、制御部２０に付設されている。この操作パネル２２は、使用者が手動操作によって充電開始指令や充電条件を入力するためのものであり、本実施形態では、充電条件として、バッテリ２の中間タップ４の有無等を設定できるようにされている。
【００３２】
電圧検出部２４は、整流器１４の正極側の端子と充電経路切換スイッチ１８の入力側端子とを接続する配線の途中に接続され、充電経路切換スイッチ１８がバッテリ２の正極２ａに接続された場合は、バッテリ２の両端の電極２ａ−２ｂ間の電圧を検出し、充電経路切換スイッチ１８がバッテリ２の中間タップ４に接続された場合は、中間タップ４とバッテリ２の負極２ｂとの間の電圧を検出する。
【００３３】
次に、バッテリ２を充電するために制御部２０にて実行される充電制御処理を、図２に示すフローチャートに沿って説明する。
図２に示すように、使用者が操作パネル２２上の開始スイッチ（図示なし）を押すと、制御部２０は充電制御を開始し、まずＳ１０２（Ｓはステップを表す）にて、充電条件（上述した中間タップ４の有無等）の受付処理を実行し、続くＳ１０４に移行する。
【００３４】
Ｓ１０４では、メインスイッチ２６をオンし、続くＳ１０６にて、電圧切換スイッチ１６の入力側端子を漏えいトランス１２の二次巻線１２ａの終端から取り出された第１の端子１２ｂに接続することにより、整流器１４から出力される充電電圧を第１の充電電圧に設定する。そして、第１の充電電圧が設定されることにより、バッテリ２は、その両端の電極２ａ−２ｂ間に第１の充電電圧が印加されて、バッテリ２の全ての電池セルに対する充電が開始されることになる。
【００３５】
次に、続くＳ１１０では、電圧検出部２４を介して、バッテリ２の両端の電極２ａ−２ｂ間の電圧（バッテリ電圧ＶＢ１）を監視し、そのバッテリ電圧ＶＢ１が予め設定された転極点電圧ＶＴ１に達すると、その後、予め設定された第１のタイマ時間Ｔ１が経過するまで充電を継続する、といった手順で、第１の充電制御を実行する。
【００３６】
なお、転極点電圧ＶＴ１には、充電によってバッテリ２の電池セルからガスが発生し始める転極電圧が設定されている。
こうしてＳ１１０による第１の充電制御が完了すると（つまり、バッテリ電圧ＶＢ１が転極点電圧ＶＴ１に達して第１のタイマ時間Ｔ１が経過すると）、Ｓ１１２に移行して、上述した充電条件に基づき、充電対象となるバッテリ２には中間タップ４があるか否かを判断する。
【００３７】
そして、バッテリ２に中間タップ４が無ければ、バッテリ２への充電を継続する必要がないため、Ｓ１２０にてメインスイッチ２６をオフ（遮断）した後、当該充電制御処理を終了し、逆に、バッテリ２に中間タップ４が有れば、続くＳ１１４に移行する。
【００３８】
Ｓ１１４では、電圧切換スイッチ１６の入力側端子を漏えいトランス１２の二次巻線１２ａの途中から取り出された第２の端子１２ｃに接続することにより、整流器１４から出力される充電電圧を第２の充電電圧に設定する。
【００３９】
また、続くＳ１１６では、充電経路切換スイッチ１８の出力側端子を、バッテリ２の中間タップ４に接続することにより、バッテリ２への充電経路を、バッテリ２の中間タップ４と負極側の電極２ｂとの間に印加する第２の充電経路に設定する。
【００４０】
この結果、バッテリ２は、中間タップ４−電極２ｂ間に第２の充電電圧が印加されて、その間の電池セルに対する充電が開始されることになる。
そこで、続くＳ１１８では、予め設定された第２のタイマ時間Ｔ２が経過するまで充電を継続する第２の充電制御を実行する。
【００４１】
そして、このようにＳ１１８による第２の充電制御が完了すると（つまり、第２のタイマ時間Ｔ２が経過すると）、中間タップ付きバッテリへの充電が完了したとして、Ｓ１２０にてメインスイッチ２６をオフ（遮断）し、当該充電制御処理を終了する。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態の充電装置１０においては、中間タップ４を備えた車両用バッテリ２を充電するに当って、まず、バッテリ２の両端の電極２ａ−２ｂ間に第１の充電電圧を印加することにより、バッテリ２を構成している全ての電池セルに対する充電を行い、その後、バッテリ２の中間タップ４と負極側の電極２ｂとの間に第２の充電電圧を印加することにより、その間の電池セルに対する補充充電を行う。このように本実施形態の充電装置１０によれば、中間タップ４を有するバッテリ２の全ての電池セルを過不足なく十分充電することができる。
【００４３】
なお、本実施形態においては、漏えいトランス１２及び整流器１４が本発明の充電電圧生成手段に相当し、電圧切換スイッチ１６が本発明の電圧切換手段に相当し、充電経路切換スイッチ１８が本発明の充電経路切換手段に相当し、電圧検出部２４が本発明の電圧検出手段に相当し、制御部２０が本発明の制御手段に相当する。
【００４４】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想から逸脱しない範囲において種々の態様を採ることができる。
【００４５】
例えば、上記実施形態では、充電装置は、車両とは別に設けられる据置型のものであるとして説明したが、本発明は、バッテリと一緒に車両に搭載される車載型の充電装置であっても適用できる。そうすると、充電の際バッテリを車両から取り外す必要がないので、バッテリを車両から積み下ろしする時間だけ充電作業時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施形態の充電装置の全体構成を表す図である。
【図２】実施形態の充電装置の制御手段にて実行される充電制御を表すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４７】
２…バッテリ、２ａ…正極、２ｂ…負極、４…中間タップ、６…交流電源、１０…充電装置、１２…漏えいトランス、１２ａ…二次巻線、１２ｂ…第１の端子、１２ｃ…第２の端子、１４…整流器、１６…電圧切換スイッチ、１８…充電経路切換スイッチ、２０…制御部、２２…操作パネル、２４…電圧検出部、２６…メインスイッチ
【図１】
2006304426.tif 000003
【図２】
2006304426.tif 000004