(57)【要約】 【課題】  短時間のうちに何度も充電を繰り返す蓄電池に対しても、蓄電池の充電不足や過充電を防止し、蓄電池の寿命短縮および蓄電池の稼働率の向上を図る。【解決手段】  初期充電が選択されると、電池電圧Vｃは充電が開始されると上昇し、所定電圧Ｖｓになると自動的に充電を打ち切る。普通充電が選択されると、初期充電の完了後に引き続いて、これまでに繰り返し行われた初期充電に要した時間の累積時間を算出し、その累積時間Ｔ１に末期充電時間計数αを乗じベース加算時間βを加えた時間を末期充電時間Ｔ２として末期充電を実行する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
短時間のうちに何度も充電を繰り返す蓄電池の充電方法において、
所定電圧として変曲点電圧以下の電池電圧を設定し、
前記所定電圧になるまで充電を行った後、自動的に充電を停止、または前記所定電圧になる前に強制的に充電を停止する初期充電と、
普通充電とを選択して行う充電方法であって、
前記初期充電を選択した場合には、その充電を行う時間を算出すると共に、それまでに繰り返し行われた初期充電の時間を累積して初期充電累積時間を算出し、
前記普通充電を選択した場合には、前記初期充電累積時間に末期充電時間計数を乗じベース加算時間を加えた末期充電時間を算出し、
所定電圧になるまで充電を行った後、連続して前記末期充電時間だけ末期充電を行う、
ことを特徴とする充電方法。
【請求項２】
前記初期充電累積時間が、あらかじめ設定された所定時間を超えたとき、自動的に普通充電を選択することを特徴とする請求項1に記載の充電方法。  
【請求項３】
前記初期充電方法と前記普通充電とを選択して行うことができる充電装置であって、
前記初期充電を開始するための初期充電スイッチと、
普通充電を開始するための普通充電スイッチと、
を区別して設けたことを特徴とする請求項1または請求項２に記載の充電方法を実施するための充電装置。
【請求項４】
前記請求項３に記載の充電装置の構成に加えて、
前記初期充電または普通充電を停止するための充電停止スイッチ、
を設けたことを特徴とする充電装置。
【請求項５】
前記初期充電に要した時間を順次累積する累積時間算出手段と、
前記累積時間算出手段によって算出された累積時間に基づいて、前記末期充電時間を算出する末期充電時間算出手段と、
普通充電を行うごとに前記累積時間算出手段による累積時間と前記末期充電時間算出手段よる末期充電時間とをリセットする手段と、
を設けたことを特徴とする請求項1または請求項２に記載の充電方法を実施するための充電装置。
【請求項６】
前記請求項５に記載の充電装置の構成に加えて、
前記初期充電が行われた繰り返し回数を計数する計数手段と、
普通充電を行うごとに前記計数手段による計数値をリセットする手段と、
を設けたことを特徴とする充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、バッテリーフォークリフト等の電気自動車の蓄電池を充電する場合に適応され、始終充電と放電を繰り返す蓄電池に対し充電を行う充電方法及び充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、バッテリーフォークリフトにおいては、夜間に充電するという使用方法が一般的であり、充電は夜間８〜１２時間かけてゆっくりと充電を行っていた。このような充電を行う充電装置は、下記の文献において既に紹介されている。
【特許文献１】実開平５−４８５４４号公報の段落[０００６]〜[０００７]
【特許文献２】特開平８−４５５５５号公報の段落[０００９]
【０００３】
次にこのような従来の蓄電池の充電方法について図５を用いて説明する。電池電圧Vｃは充電が開始されると上昇し、満充電に比較的近くなると、充電時間に対する電池電圧Vｃの上昇曲線５０上において変曲点Ｐｓが現れる。ここで、充電開始から変曲点Ｐｓが現れるまでの充電を初期充電、変曲点Ｐｓから充電終了に至るまでの充電を末期充電と呼ぶ。この変曲点電圧Ｖｓを所定電圧とし、この所定電圧になるまでの初期充電時間Ｔ１によって、末期充電時間Ｔ２が次式によって算出される。
Ｔ２＝α×Ｔ１＋β  ・・・  (１)
ここに、α：末期充電時間係数、β：ベース加算時間、である。
その後、（１）式によって算出されたＴ２時間だけ末期充電が行われ充電終了となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、昼間の稼働率の上昇や残業による深夜までの稼動など、従来のフォークリフトの使われ方が変わることによって、蓄電池の充電不足や容量不足が問題になってきている。そのため、フォークリフトが使われないほんのわずかな時間や昼休みにも充電装置を接続し、常に蓄電池を充電させて稼働率を上げる運用が増加している。
【０００５】
このように何度も充電装置を接続し、その後外してフォークリフトを運転し、運転終了後、再度充電装置を接続するというサイクルを繰り返すと、変曲点Ｐｓに至るまでの時間Ｔ１が通常より短くなり、（１）式によって算出される末期充電時間Ｔ２が短くなる。その結果、末期充電の電圧が十分に上昇せず充電不足になる。この充電不足を補うため、何度も均等充電を行うと過充電になる（均等充電については、特許文献1参照）。一方、蓄電池が満充電に近く、極短時間の放電後、再度充電する場合には、末期充電時間のベース加算時間βの部分が大きくなるため、充電の都度その分が追加されて過充電になる。
【０００６】
図６に上述のような場合の充電状態を示す。蓄電池は、充電中、特に末期充電５１時に電解液の温度が上昇し、頻繁に充電されることによって末期充電が何度も行われる状態においては、電解液の温度が高温になり過ぎるため、蓄電池の劣化が激しくなっていた。
【０００７】
上述の問題は、本来、1日1回の充電を行うことを前提にして末期充電時間係数αやベース加算時間βが決定されているためである。実際、蓄電池の放電と充電の切替えの頻度などで適当な係数値（末期充電時間係数及びベース加算時間）が左右されるため、このような使われ方に対する係数の最適値を決定するのは非常に困難であった。
【０００８】
そこで本発明では、蓄電池の放電と充電の切替えが頻繁に行われる使用状況においても、充電不足や過充電を解消することが可能な充電方法及びその方法を使用する充電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載発明の充電方法は、
短時間のうちに何度も充電を繰り返す蓄電池の充電方法において、
所定電圧として変曲点電圧以下の電池電圧を設定し、
前記所定電圧になるまで充電を行った後、自動的に充電を停止、または前記所定電圧になる前に強制的に充電を停止する初期充電と、
普通充電とを選択して行う充電方法であって、
前記初期充電を選択した場合には、その充電を行う時間を算出すると共に、それまでに繰り返し行われた初期充電の時間を累積して初期充電累積時間を算出し、
前記普通充電を選択した場合には、前記初期充電累積時間に末期充電時間計数を乗じベース加算時間を加えた末期充電時間を算出し、
所定電圧になるまで充電を行った後、連続して前記末期充電時間だけ末期充電を行う、
ことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載発明の充電方法は、請求項1に記載の充電方法において、
前記初期充電に要した累積時間が、あらかじめ設定された所定時間を超えたとき、自動的に普通充電を選択することを特徴とする。  
【００１１】
また、請求項３に記載発明の充電装置は、請求項1または請求項２に記載の充電方法を実施するための充電装置であって、
前記初期充電方法と前記普通充電とを選択して行うために、
前記初期充電を開始するための初期充電スイッチと、
普通充電を開始するための普通充電スイッチと、
を区別して設けたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載発明の充電装置は、請求項1または請求項２に記載の充電方法を実施するための充電装置であって、前記請求項３に記載の充電装置の構成に加えて、
前記初期充電または普通充電を停止するための充電停止スイッチ、
を設けたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５に記載発明の充電装置は、請求項1または請求項２に記載の充電方法を実施するための充電装置であって、
前記初期充電に要した時間を順次累積する累積時間算出手段と、
前記累積時間算出手段によって算出された累積時間に基づいて、前記末期充電時間を算出する末期充電時間算出手段と、
普通充電を行うごとに前記累積時間算出手段による累積時間と前記末期充電時間算出手段よる末期充電時間とをリセットする手段と、
を設けたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６に記載発明の充電装置は、請求項1または請求項２に記載の充電方法を実施するための充電装置であって、前記請求項５に記載の充電装置の構成に加えて、
前記初期充電が行われた繰り返し回数を計数する計数手段と、
普通充電を行うごとに前記計数手段による計数値をリセットする手段と、
を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載発明の充電方法によれば、
前記初期充電が選択された場合には、初期充電しか行われないので、従来の充電方法と比較して、末期充電の回数を減らすことができる。また、末期充電時間を初期充電の充電時間に応じて設定できるため、従来の末期充電の設定時間とほぼ同様にすることができる。
【００１６】
また、請求項２に記載発明の充電方法によれば、
前記初期充電に要した累積時間が、あらかじめ設定された所定時間を超えたとき、自動的に普通充電を選択することとしたので、自動で満充電を実施することができる。
【００１７】
また、請求項３に記載発明の充電装置によれば、
初期充電スイッチと普通充電スイッチとを区別して設けたので、操作員が、蓄電池の実施状況等を判断しながら適宜、これらの充電方法を選択することができる。
【００１８】
また、請求項４に記載発明の充電装置によれば、
初期充電または普通充電を停止するための充電停止スイッチを設けたので、操作員が必要に応じてこれらの充電を停止することができる。本発明の実施状況のように、短時間のうちに何度も充電を繰り返すような使用方法においては、十分その効果を発揮する構成要素となる。
【００１９】
また、請求項５に記載発明の充電装置によれば、
前記初期充電に要した時間を順次累積する累積時間算出手段と、
前記累積時間算出手段によって算出された累積時間に基づいて、前記末期充電時間を算出する末期充電時間算出手段と、
普通充電を行うごとに前記累積時間算出手段による累積時間と前記末期充電時間算出手段よる末期充電時間とをリセットする手段と、
を設けたことによって、請求項１または請求項２に記載の充電方法を実施することができる。
【００２０】
また、請求項６に記載発明の充電装置によれば、請求項５に記載の充電の充電装置の構成に加えて、
前記初期充電が行われた繰り返し回数を計数する計数手段と、
普通充電を行うごとに前記計数手段による計数値をリセットする手段と、
を設けたので、初期充電回数を算出しているために、例えば、初期充電回数表示部にこの回数を表示させ、操作員がこれを監視することができる。
【００２１】
以上の発明の充電方法及び充電装置の作用によって、蓄電池の電解液の温度上昇の起因となる末期充電の回数を減らし、末期充電の時間を初期充電の充電量に応じて設定できるため、蓄電池の充電不足や過充電を防止することが可能となり、蓄電池の寿命短縮の防止及び蓄電池の稼働率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
最初に請求項1に記載発明の充電方法について図1を用いて説明する。前記初期充電を選択・開始すると、電池電圧Vｃは上昇し、満充電に比較的近くなると、充電時間に対する電池電圧Vｃの上昇曲線1上において変曲点Ｐｓが現れる。なお、この変曲点電圧Ｖｓはあらかじめ所定電圧として決定されているが、必ずしも変曲点電圧Ｖｓである必要はなく、その電圧よりも少し低い電圧（所定電圧＜変曲点電圧）であっても良い。この所定電圧Ｖｓになると自動的に充電を打ち切り放電が開始される（曲線1）。または、初期充電の最中に電池電圧が所定電圧のなる前に強制的に充電を停止させ放電を開始する（曲線1´）。放電時間経過後、再度、上記初期充電を行う。なお、放電時間内には、充電器を外してフォークリフトを運転しても良いし、そのまま、自然放電をさせても良い。
【００２３】
このよう初期充電を繰り返えした後、普通充電が選択されると、充電電圧が所定電圧Ｖｓになった時点において、繰り返し行われた初期充電において順次算出された累積時間を初期充電累積時間として定める。すなわち、累積時間をＴ１、一回あたりの初期充電に要した時間をΔＴ１、ΔＴ２、・・・、ΔＴｎとすると、
Ｔ１＝ΔＴ１＋ΔＴ２＋・・・＋ΔＴｎ＝ΣΔＴｊ  ・・・（２）
ここに、ｊ＝１〜ｎ、である。
そして、累積時間Ｔ１から末期充電時間Ｔ２が算出される。
Ｔ２＝α×Ｔ１＋β＝α×ΣΔＴｊ＋β  ・・・・（３）
ここに、α：末期充電時間係数、β：ベース加算時間、である。
所定電圧Ｖｓになった時点、すなわち初期充電が完了した時点から引き続いて、（１）式によって算出されたＴ２時間だけ末期充電（上昇曲線２）が行われ充電終了となる。
【実施例１】
【００２４】
次に本発明の実施例1について説明する。図２は本実施例を構成する充電装置のブロック図である。この充電装置は、バッテリーフォークリフト等の電気自動車に搭載され、コネクタ３により商用電源４に接続することができる。コネクタ３は電磁開閉器５、変圧器６を通じて整流回路７に接続され、整流回路７は充電されるべき電気自動車の蓄電池８に接続される。蓄電池８の電力が電源回路９へ供給され、電源回路の出力により、この充電装置が動作可能、すなわち、電源回路９の出力はマイクロコンピュータよりなる制御部１０に動作電源電力として供給される。
【００２５】
蓄電池８の電圧は電圧検出回路１１で検出されて制御部１０へ供給される。コネクタ３に交流検出回路１２が接続され、コネクタ３が交流電源４に接続されているか否かが交流検出回路１２で検出され、その検出出力は制御部１０へ供給される。制御部１０には普通充電スイッチ２３と初期充電スイッチ１３とが接続され、普通充電スイッチ２３を操作すると制御部１０はインターフェイス１４を介して電磁開閉器５を制御し、電圧検出回路１１の検出電圧を参照して蓄電池８に対し普通充電を行ない、その充電が完了すると、インターフェイス２７を介して普通充電完了表示部１６を点灯する。初期充電スイッチ１３を操作すると、制御部１０はインターフェイス１４を介して電磁開閉器５を制御し、電圧検出回路１１の検出電圧を参照して蓄電池８に対し初期充電のみを行ない、その後停止し、インターフェイス２７を介して初期充電完了表示部１５を点灯する。また、強制的に充電を停止させるために、制御部１０には充電停止スイッチ２８が接続されている。
【００２６】
本実施例において、初期充電の回数が計数手段１８によって計数され、この計数手段１８は普通充電を行う毎にリセットされ、かつその回数はインターフェイス２７を介して初期充電回数表示部１７に表示される。また、初期充電が行われた回数分の時間の累積が累積時間算出手段１９によって算出され、この累計時間算出手段１９は、普通充電を行う毎にリセットされ、かつその累積時間はインターフェイス２７を介して初期充電累積時間表示部２4に表示される。また、普通充電が選択された場合には、累積時間算出手段１９によって算出された初期充電累積時間に基づいて、（３）式によって算出される末期充電時間が末期充電算出手段２０によって算出される。また、記憶部２６には、所定電圧Ｖｓが記憶されている。また、制御部１０には、初期充電時間を算出するために、初期充電開始時刻と終了時刻とを読み取るために、時計２５が接続されている。
【００２７】
次に本実施例の動作について図３を用いて説明する。充電器が交流電源に接続されたかを調べ（Ｓ１）、接続されていると、計数手段１８から初期充電回数Ｎを読みだし（Ｓ２）、この回数Ｎを初期充電回数表示部１７に表示する（Ｓ３）。そして、累積時間算出手段１９から累積時間Ｔｎを読み出し（Ｓ４）、この累積時間Ｔｎを初期充電累積時間表示部２4に表示する（Ｓ５）。操作員は、この表示された初期充電回数Ｎや累積時間Ｔｎを参照し、その後使用する蓄電池８の使用計画や、充放電の深浅の履歴、蓄電池８の古さ、季節などを考慮して、初期充電のみが適当か、普通充電が適当かの判断をして、スイッチ１３若しくは２３をＯＮにする。
【００２８】
初期充電スイッチ１３がＯＮされると（Ｓ６）、初期充電を開始し（Ｓ８）、時計２５より初期充電開始時刻ｔａを読み取り記憶して（Ｓ９）、充電電圧が所定電圧になったかどうかを調べ（Ｓ１０）、所定電圧になると初期充電を終了する（Ｓ１１）。所定電圧になる前に、充電停止スイッチがＯＮされると（Ｓ１８）、初期充電を終了する（Ｓ１１）。ＯＮでなければ、充電電圧が所定電圧になるのを待つ。
初期充電終了後、初期充電終了時刻ｔｂを読み取り記憶して（Ｓ１２）、初期充電に要した時間ΔＴ＝ｔｂ−ｔａを算出する(Ｓ１３)。次に、計数手段１８による初期充電の計数値Ｎを＋１し、そのＮ＋１をＮとし（Ｓ１４）、累計時間算出手段１９による累積時間値Ｔｎに＋ΔＴを加えた値Ｔｎ＋ΔＴをＴｎとする（Ｓ１５）その後普通充電スイッチがＯＮされていたかどうかを調べ（Ｓ１６）、ＯＮでない場合には、初期充電完了表示部１５を点灯し（Ｓ１７）終了する。
【００２９】
ステップＳ６で初期充電スイッチ１３がＯＮされていないと、普通充電スイッチ２３がＯＮかどうかを調べ（Ｓ７）、ＯＮであれば、上述のステップＳ８〜Ｓ１５（Ｓ１８を含む）の動作を行い、ステップＳ１６で普通充電スイッチがＯＮであるので、初期充電累積時間Ｔ１を決定し（Ｓ１９）、末期充電時間算出手段２０によって、このＴ１に末期充電時間計数αを乗じベース加算時間βを加えられ末期充電時間Ｔ２＝α×Ｔ１＋βが算出される（Ｓ２０）。
【００３０】
その後、末期充電を開始し（Ｓ２１）、末期充電開始時刻ｔｃを記憶し（Ｓ２２）、末期充電終了時刻ｔｄ＝ｔｃ＋Ｔ２を算出する（Ｓ２３）。時刻が末期充電時刻ｔｄになれば（Ｓ２４）、末期充電を終了し（Ｓ２５）、末期充電完了表示部１６に末期充電終了を点灯する（Ｓ２７）。時刻が末期充電時刻ｔｄになる前に、充電停止スイッチがＯＮされると、途中で末期充電を終了する（Ｓ２５）。
最後に計数手段１８、累計時間算出手段１９および末期充電時間算出手段２０をリセット、すなわち、Ｎ＝０、Ｔｎ＝０、Ｔ１＝０、Ｔ２＝０を実施して（Ｓ２８）終了する。
【実施例２】
【００３１】
次に実施例２の動作について図４を用いて説明する。図２は本実施例を構成する充電装置のブロック図である。
本実施例は、実施例1の動作に加えて、普通充電スイッチをＯＮしない場合においても、普通充電が必要とされる所定時間Ｔｍを経過すれば自動的に普通充電を実行するようにしたものである。本実施例の場合、記憶部２６にあらかじめ所定時間Ｔｍを記憶しておく。図４は、図３に示した動作に加え、ステップＳ１の後に、所定時間Ｔｍを読み出すステップ（Ｓ２９）を加えており、ステップＳ１６の後に、累積時間Ｔｎが所定時間Ｔｍを超えているかどうかを調べ（Ｓ３０）、超えている場合には、ステップＳ１９以降の動作に移り初期充電に引き続いて末期充電を行う、すなわち普通充電を実行する。その他の動作は上述した実施例1の動作と同様である。
【００３２】
なお、本発明は上記の実施例に限定するものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々な実施が可能である。例えば、実施例２においては、スイッチ操作による充電方法の手動選択と所定時間経過後に自動的に普通充電が行われる充電方法の自動選択を併用しているが、自動選択のみ実行させるようにすることも可能である。また、操作員が初期充電の回数や累積時間を参照するために、計数手段１８や初期充電回数表示部１７、初期充電累積時間表示部２４を設けたが、必要に応じて省略することも可能である。また、充電を強制停止するために、充電停止スイッチ２８を設置したが、省略することも可能である。
【００３３】
また、リセットボタンを制御部に接続し、Ｎ、Ｔｎ、Ｔ１、Ｔ２をその実施状況に応じていつでもリセットできるようにしてもよい。また、蓄電池の充電不足や容量不足を補うために、これらの機能加えて、均等充電スイッチを制御部に接続し、均等充電をできるようにしてもよい。さらに均等充電を実行した場合にも、本発明における初期充電の実施回数をリセットする機能を付け加えてもよい。
また、記憶部に繰り返し必要回数Ｍを設定・記憶させておき、初期充電回数ＮがＭになったとき（Ｎ＝Ｍ）、自動的に普通充電を実行するようにしてもよい。
【００３４】
また、本発明では、始終充電と放電を繰り返す蓄電池に対する充電に関して適用されるが、従来のように1日1回の充電を行うことを前提としたモードに対しても実施可能である。すなわち、例えば実施例１においては、普通充電スイッチを最初からＯＮとすることによってそれが可能となる。また、実施例２においては、所定時間ＴｍをＴｍ＝０として記憶させることによって、同様の作用を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、始終充電と放電を繰り返す蓄電池に対し充電を行う充電方法及び充電装置に関して、バッテリーフォークリフト等の電気自動車の蓄電池を充電する場合に適応されるために発明されたものであるが、本発明はこの分野に限るものではなく、特に安価な液式の鉛蓄電池に応用する分野の使用においては格別にその効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の充電の基本概念を説明する図である。
【図２】本発明の実施例1および２の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例1の動作を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の実施例２の動作を説明するフローチャートである。
【図５】従来の充電の基本概念を説明する図である。
【図６】従来の充電の実施状況を説明する図である。
【符号の説明】
【００３７】
１５・・・初期充電完了表示部、１６・・・末期充電完了表示部、１７・・・初期充電回数表示部、１８・・・計数手段、１９・・・累積時間算出手段、２０・・・末期充電時間算出手段、２６・・・記憶部、２２・・・所定電圧検出部、２５・・・時計、２４・・・初期充電累積時間表示部、１３・・・初期充電スイッチ、２３・・・普通充電スイッチ
【００３８】
Ｖｓ・・・所定電圧、Ｐｓ・・・変曲点、ｔ０・・・充電開始時刻、ｔａ・・・初期充電開始時刻、ｔｂ・・・初期充電終了時刻、Ｔ１・・・初期充電時間あるいは初期充電累積時間、Ｔｎ・・・累積時間、Ｔ２・・・末期充電時間、Ｔｍ・・・所定時間、ｔｃ・・・末期充電開始時刻、ｔｄ・・・末期充電終了時刻、Ｎ・・・初期充電回数、ΔＴｊ・・・初期充電時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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