(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数のセルの全電圧と中間電圧とを異なる負荷に出力可能なバッテリーを充電する充電装置であって、
前記バッテリーに直流電圧を出力する出力回路と、前記出力回路の出力状態をオン状態とオフ状態とに制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、
前記全電圧を検出する全電圧検出手段と、
充電を開始してから前記全電圧検出手段で検出された前記全電圧の電圧値が所定の設定電圧値に達するまでの第１充電時間を測定する第１充電時間測定手段と、
前記全電圧の電圧値が前記設定電圧値に達してから充電が完了するまでの第２充電時間を算出する第２充電時間算出手段と、
前記第２充電時間が経過するまで前記出力状態をオン状態に維持させるとともに、前記第２充電時間が経過すると前記出力状態をオフ状態に切り替える切替手段と、
を有し、
前記設定電圧値は、前記中間電圧が転極点をむかえるときの前記全電圧の電圧値に設定されており、
前記第２充電時間は、前記全電圧の電圧値および充電時間の相互関係を示す充電特性と、前記第１充電時間とに基づいて算出されることを特徴とする充電装置。
【請求項２】
前記設定電圧値は、前記転極点の電圧値と、満充電状態における前記全電圧の電圧値に前記中間電圧を出力しないセルのセル数を乗算して全セル数で除算した値との和であることを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォークリフト等の車両に搭載されるバッテリーを充電するための充電装置に関し、特に、中間タップ付きのバッテリーを充電するための充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、フォークリフト等の車両に搭載されるバッテリーを充電するための充電装置として、特許文献１の従来技術に記載されているように、準定電圧方式のものが知られている。
【０００３】
図５に、準定電圧方式の充電装置１０１を示す。同図に示すように、この充電装置１０１は、直列接続された複数のセルからなるバッテリー１０３を充電するためのものであり、交流電源１０２からの交流電圧をオフ時に遮断するスイッチ１０６、該スイッチ１０６を介して供給された交流電圧を昇圧または降圧するトランス１０７、および該トランス１０７で昇圧または降圧された交流電圧を直流電圧に変換する整流器１０８を有する出力回路１０４と、該出力回路１０４の出力状態をオン状態とオフ状態とに制御する制御回路１０５とを備えている。
【０００４】
制御回路１０５は、不図示の電圧検出手段によりバッテリー電圧の電圧値Ｖを検出しつつ、図６に示す充電時間とバッテリー電圧との相互関係を示す充電特性に基づいて、電圧値Ｖが充電開始時（充電容量０％時）の電圧値Ｖ’1から転極点（電圧が急激に上昇し始める点）をむかえる電圧値（以下、転極点電圧値）Ｖ’Pに達するまでの第１充電時間Ｔ’1を測定し、該第１充電時間Ｔ’1を用いて電圧値Ｖが満充電状態における電圧値Ｖ’2に達するまでの第２充電時間Ｔ’2を算出する。
なお、転極点電圧値Ｖ’Pは、単セルの転極点電圧値（鉛バッテリーの場合は、２．４Ｖ）に全セル数を乗算した値に設定されている。
【０００５】
また、制御回路１０５は、第２充電時間Ｔ’2が経過するまでスイッチ１０６をオン状態に維持させる一方、第２充電時間Ｔ’2が経過するとスイッチ１０６をオン状態からオフ状態に切り替えて充電を停止させる。
【０００６】
これにより、充電装置１０１は、バッテリー１０３を過不足なく充電することができる。また、充電装置１０１は、検出対象がバッテリー電圧の電圧値Ｖだけであり、バッテリー１０３に供給される充電電流等を検出する必要がないため、比較的安価で簡易な構成とすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−７９２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、フォークリフト等の車両に搭載されるバッテリーとして、中間タップ付きのバッテリーが用いられることがある。この中間タップ付きのバッテリーは、バッテリーを構成する複数のセルの中間から引き出された中間タップを使用することで、バッテリーの両端電圧（以下、「全電圧」）よりも低い電圧（以下「中間電圧」）を出力することができる。フォークリフトでは、例えば、走行モータ等の駆動系には全電圧が出力され、照明装置等の補機には中間電圧が出力される。
【０００９】
このような中間タップ付きのバッテリーでは、バッテリーを構成する全セルのうち中間電圧を出力するセルは、全電圧を出力する際にも使用されるので、中間電圧を出力しないセルと比べて消費電力が大きくなり、充電開始時の電圧値が低くなる。
【００１０】
このため、中間タップ付きのバッテリーでは、中間電圧を出力するセルの電圧値が転極点電圧値に達するまでの時間と中間電圧を出力しないセルの電圧値が転極点電圧値に達するまでの時間とに差が生じ、転極点が２つ現れることになる。
【００１１】
しかしながら、従来の充電装置１０１は、転極点が１つのバッテリー１０３を充電することを前提として、バッテリー電圧の電圧値Ｖが転極点電圧値Ｖ’Pに達するまでの第１充電時間Ｔ’1を用いて転極点電圧値Ｖ’P到達後の第２充電時間Ｔ’2を算出するものであるため、転極点が２つ現れる中間タップ付きのバッテリーを充電する場合、従来の充電装置１０１をそのまま適用することができなかった。
【００１２】
なお、中間電圧を出力するセルと中間電圧を出力しないセルとの電圧差を解消するために、中間電圧を検出する電圧検出器を別途設け、中間電圧が所定の電圧値以下に低下した際に中間電圧を出力するセルのみを充電することも考えられるが、この場合、電圧検出器を別途設けたことによるコスト上昇といった新たな問題が発生する。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、新たな検出器等を追加することなく、中間タップ付きのバッテリーを過不足なく充電することができる充電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明に係る充電装置は、直列接続された複数のセルの全電圧と中間電圧とを異なる負荷に出力可能なバッテリーを充電する充電装置であって、
バッテリーに直流電圧を出力する出力回路と、出力回路の出力状態をオン状態とオフ状態とに制御する制御回路とを備え、制御回路は、全電圧を検出する全電圧検出手段と、充電を開始してから全電圧検出手段で検出された全電圧の電圧値が所定の設定電圧値に達するまでの第１充電時間を測定する第１充電時間測定手段と、全電圧の電圧値が設定電圧値に達してから充電が完了するまでの第２充電時間を算出する第２充電時間算出手段と、第２充電時間が経過するまで出力状態をオン状態に維持させるとともに、第２充電時間が経過すると出力状態をオフ状態に切り替える切替手段とを有し、
設定電圧値は、中間電圧が転極点をむかえるときの全電圧の電圧値に設定されており、
第２充電時間は、全電圧の電圧値および充電時間の相互関係を示す充電特性と、第１充電時間とに基づいて算出されることを特徴とする。
【００１５】
具体的には、上記設定電圧値は、中間電圧を出力するセルの転極点電圧値と、満充電状態における全電圧の電圧値に中間電圧を出力しないセルのセル数を乗算して全セル数で除算した値との和であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、新たな検出器等を追加することなく、中間タップ付きのバッテリーを過不足なく充電できる充電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る充電装置のブロック図である。
【図２】本発明における中間タップ付きバッテリーを説明するための図である。
【図３】本発明における中間タップ付きバッテリーの充電特性図であって、（Ａ）は全セルの充電特性図、（Ｂ）は中間電圧を出力しないセルの充電特性図、（Ｃ）は中間電圧を出力するセルの充電特性図である。
【図４】本発明に係る充電装置の充電方法を示すフローチャートである。
【図５】従来の充電装置のブロック図である。
【図６】中間タップのないバッテリーの充電特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る充電装置の好ましい実施形態について説明する。
【００１９】
［充電装置の構成］
図１に、本発明の一実施形態に係る充電装置１のブロック図を示す。同図に示すように、充電装置１は、準定電圧方式の充電装置であり、交流電源２から供給された交流電圧を直流電圧に変換して中間タップ付きのバッテリー３に出力する出力回路４と、該出力回路４の出力状態をオン状態とオフ状態とに制御する制御回路５とを備えている。
【００２０】
バッテリー３は、図２に示すように、複数（本実施形態では、２４個）の鉛バッテリーセルが直列接続された鉛バッテリーであり、中間電圧（セル電圧ＶB）を出力するセル３ｂのセル数Ｎ1と中間電圧を出力しない（セル電圧ＶAを出力する）セル３ａのセル数Ｎ2とが同数（Ｎ1＝Ｎ2＝１２）になるように、該２４個のセルの中間から中間タップ３ｃが引き出されている。セル３ａおよびセル３ｂから出力される全電圧Ｖは、走行モータ等の駆動系（負荷１）に供給され、セル３ｂから出力される中間電圧ＶBは、照明装置等の補機（負荷２）に供給される。
鉛バッテリーの場合、単セルのセル電圧が転極点をむかえる電圧値（以下、転極点電圧値）は２．４Ｖであり、単セルの満充電時における電圧値は２．７５Ｖである。また、バッテリー３の満充電時における電圧値は、２．７５Ｖ×２４＝６６Ｖである。
【００２１】
出力回路４は、オフ時に交流電圧の供給を遮断するスイッチ６と、該スイッチ６を介して交流電圧を昇圧または降圧するトランス７と、該トランス７で昇圧または降圧された交流電圧を直流電圧に変換する整流器８とを有している。
【００２２】
制御回路５は、データ格納手段９と、全電圧検出手段１０と、第１充電時間測定手段１１と、第２充電時間算出手段１２と、切替手段１３とを有している。
【００２３】
データ格納手段９は、図３（Ａ）に示す充電時間と全電圧との相互関係を示す充電特性に関するデータを格納するためのものである。具体的には、データ格納手段９は、充電開始時（充電容量０％時）の全電圧の電圧値Ｖ1、第１充電時間Ｔ1の測定を終了させる電圧値である設定電圧値ＶQおよび満充電状態における全電圧の電圧値Ｖ2等に関するデータを格納している。
なお、設定電圧値ＶQや電圧値Ｖ2は、バッテリー３の種類等により異なるので、バッテリー３の種類等に応じた複数の値をデータ格納手段９に格納しておき、充電開始時にデータ格納手段９を参照して適宜選択することが好ましい。
【００２４】
第１充電時間測定手段１１は、充電を開始してから全電圧検出手段１０で検出された全電圧の電圧値Ｖが設定電圧値ＶQに達するまでの第１充電時間Ｔ1を測定するためのものである。
【００２５】
本実施形態に係る充電装置１では、設定電圧値ＶQを、セル電圧ＶBが転極点電圧値ＶQBに達したときの電圧値（＝ＶQ）に設定している（図３（Ａ）および（Ｃ）参照）。すなわち、設定電圧値ＶQは、転極点電圧値ＶQB（ＶQB＝単セルの転極点電圧値（２．４Ｖ）×Ｎ1）に、セル電圧ＶBが転極点電圧値ＶQBに達したときのセル電圧ＶAの電圧値ＶQAを加算した値となる。
【００２６】
セル電圧ＶBが転極点電圧値ＶQBに達したときにセル３ａが満充電状態である場合、電圧値ＶQAは、満充電状態における全電圧の電圧値Ｖ2にセル３ａのセル数Ｎ2を乗算して全セル数Ｎで除算した値となるので、設定電圧値ＶQは、ＶQ＝ＶQB＋ＶQA＝（２．４Ｖ×１２）＋（６６Ｖ×１２／２４）＝６１．８Ｖとなる。
【００２７】
第２充電時間算出手段１２は、第１充電時間測定手段１１で測定された第１充電時間Ｔ1を用いて、電圧値Ｖが設定電圧値ＶQに達してから充電が完了する（電圧値Ｖ2に達する）までの第２充電時間Ｔ2を算出するためのものである。
図３（Ａ）に示す充電特性は、図３（Ｂ）に示す充電特性と図３（Ｃ）に示す充電特性とを足し合わせたものであるため、図３（Ａ）に示す充電特性においてセル３ｂに着目すると、第１充電時間Ｔ1と第２充電時間Ｔ2との関係は、次式で表わすことができる。
【数１】
0005311424.tif 000002
上記（１）式において、αはバッテリー３の種類に応じて決定される定数であり、βは温度等の充電条件に応じて決定される定数（補正係数）である。αおよびβは、予めデータ格納手段９に複数の値が格納されており、充電開始時にバッテリー３の種類や充電条件に応じて適宜選択される。
【００２８】
切替手段１３は、スイッチ６のオン／オフ状態を切り替えて出力回路４の出力状態をオン状態とオフ状態とに制御するためのものである。具体的には、切替手段１３は、第２充電時間算出手段１２により算出された第２充電時間Ｔ2が経過するまでスイッチ６をオン状態に維持させることで、出力回路４の出力状態をオン状態に維持させる一方、第２充電時間Ｔ2が経過するとスイッチ６をオン状態からオフ状態に切り替えることで、出力回路４の出力状態をオフ状態に切り替えて充電を停止させる。
【００２９】
本実施形態に係る充電装置１によれば、第１充電時間Ｔ1の測定を終了させる設定電圧値ＶQを、セル電圧ＶBが転極点電圧値ＶQBに達したときの電圧値（＝ＶQ）に設定して第１充電時間Ｔ1を測定し、該第１充電時間Ｔ1を用いて算出した第２充電時間Ｔ2が経過するまで充電を継続させることで、セル電圧ＶBを検出するための電圧検出器等を新たに設けることなく、バッテリー３を過不足なく充電することができ、特に、セル３ｂが充電不足となるのを防ぐことができる。
【００３０】
［充電方法］
続いて、図４を参照しつつ、本実施形態に係る充電装置１を用いた充電方法について説明する。
なお、以下の説明において、データ格納手段９には、設定電圧値ＶQ、満充電状態における全電圧の電圧値Ｖ2、上記（１）式におけるαおよびβに関する複数の値が格納されており、これら設定電圧値ＶQ、電圧値Ｖ2、αおよびβの値は、充電開始時に第１充電時間測定手段１１や第２充電時間算出手段１２において適宜選択されるものとする。
また、セル３ｂのセル電圧ＶBが転極点電圧値ＶQBに達したとき、セル３ａは満充電状態であるものとする。
【００３１】
充電装置１において、切替手段１３によりスイッチ６がオンされて充電が開始されると、第１充電時間測定手段１１により第１充電時間Ｔ1の測定が開始される（Ｓ１）。
【００３２】
第１充電時間測定手段１１では、第１充電時間Ｔ1の測定と並行して、全電圧検出手段１０により一定周期で検出された全電圧の電圧値Ｖと（Ｓ２）、充電開始時に選択した設定電圧値ＶQとの比較が行われる（Ｓ３）。
【００３３】
設定電圧値ＶQは、図２に示すように、セル電圧ＶBが転極点電圧値ＶQBに達したときの電圧値（＝ＶQ）に設定されており、具体的には、転極点電圧値ＶQBと、電圧値Ｖ2にセル数Ｎ2を乗算して全セル数Ｎで除算した値ＶQAとを加算した値に設定されている。
【００３４】
電圧値Ｖと設定電圧値ＶQとの比較において、電圧値Ｖが設定電圧値ＶQ以上になると（Ｓ３でＹＥＳ）、第１充電時間Ｔ1の測定が終了する（Ｓ４）。
【００３５】
第１充電時間Ｔ1の測定が終了すると（Ｓ４）、第２充電時間算出手段１２により第２充電時間Ｔ2が算出される（Ｓ５）。具体的には、第２充電時間Ｔ2は、第１充電時間測定手段１１により算出された第１充電時間Ｔ1を用いて、充電開始時に選択したαおよびβを係数とする上記（１）式から算出される。
【００３６】
そして、第２充電時間算出手段１２により第２充電時間Ｔ2が算出されると（Ｓ５）、切替手段１３により該第２充電時間Ｔ2が経過するまでスイッチ６のオン状態が維持されて充電が継続される（Ｓ６でＮＯ）。
【００３７】
一方、第２充電時間Ｔ2が経過すると（Ｓ６でＹＥＳ）、切替手段１３によりスイッチ６がオン状態からオフ状態に切り替えられて（Ｓ７）、出力回路４の出力状態がオフ状態となり充電が完了する。
【００３８】
以上、本発明に係る充電装置の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではない。
【００３９】
例えば、上記実施形態では、バッテリー３として２４個の鉛バッテリーセルが直列接続された鉛バッテリーを用いているが、バッテリー３の全セル数Ｎおよびセルの種類は任意に変更することができる。また、鉛バッテリーを用いる場合であっても、転極点電圧値が２．４Ｖであり、満充電時における電圧値が２．７５Ｖの鉛バッテリーセルに限定されるものではない。
【００４０】
さらに、上記実施形態では、セル３ｂのセル数Ｎ1とセル３ａのセル数Ｎ2とを同数（Ｎ1＝Ｎ2＝１２）にしているが、セル数Ｎ1、Ｎ2は中間タップ３ｃの引き出し位置を変えることにより任意に変更することができる。
【００４１】
また、満充電状態における全電圧の電圧値Ｖ2は充電回数や温度等の充電条件によって異なるので、全電圧検出手段１０により充電完了時における電圧値Ｖ2を検出するとともに、該電圧値Ｖ2をデータ格納手段９に格納しておき、次回の充電開始時に設定電圧値ＶQを設定する際に、該電圧値Ｖ2を満充電状態における全電圧の電圧値Ｖ2として用いることが好ましい。
【符号の説明】
【００４２】
１    充電装置
２    交流電源
３    バッテリー
４    出力回路
５    制御回路
６    スイッチ
７    トランス
８    整流器
９    データ格納手段
１０    全電圧検出手段
１１    第１充電時間測定手段
１２    第２充電時間算出手段
１３    切替手段
【図１】
0005311424.tif 000003
【図２】
0005311424.tif 000004
【図３】
0005311424.tif 000005
【図４】
0005311424.tif 000006
【図５】
0005311424.tif 000007
【図６】
0005311424.tif 000008