(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルを直列接続してなるバッテリであって、該複数のセルの全電圧と中間電圧のそれぞれをバッテリ電圧として供給可能なバッテリを充電するためのバッテリ充電装置において、
バッテリ充電用の直流電圧を前記バッテリに供給する充電手段と、
前記バッテリの前記中間電圧を検出する電圧検出手段と、
該電圧検出手段で検出された中間電圧と前記バッテリの所定の基準電圧とを比較し、該中間電圧が該所定の基準電圧以上になった時点から前記バッテリの満充電までの推定時間を必要充電時間として算出し、該必要充電時間が経過した時点で前記充電手段による前記バッテリへの電圧供給を停止する演算制御手段と、を備え、
前記所定の基準電圧は、前記中間電圧が前記所定の基準電圧に到達してからは前記必要充電時間と前記バッテリのセル数および不足電圧との関係が単純な線形関係となるような電圧値に設定されることを特徴とするバッテリ充電装置。
【請求項２】
複数のセルを直列接続してなるバッテリであって、該複数のセルの全電圧と中間電圧のそれぞれをバッテリ電圧として供給可能なバッテリを充電するためのバッテリ充電装置において、
バッテリ充電用の直流電圧を前記バッテリに供給する充電手段と、
前記バッテリの前記中間電圧を検出する電圧検出手段と、
前記中間電圧が前記バッテリの所定の基準電圧以上になってから前記バッテリの満充電に要する推定時間を必要充電時間として予め記憶しておき、前記電圧検出手段で検出された中間電圧を前記所定の基準電圧と比較し、該中間電圧が該所定の基準電圧以上になったら、その時点から前記必要充電時間が経過した時点で前記充電手段による前記バッテリへの電圧供給を停止する充電制御手段と、を備え、
前記所定の基準電圧は、前記中間電圧が前記所定の基準電圧に到達してからは前記必要充電時間と前記バッテリのセル数および不足電圧との関係が単純な線形関係となるような電圧値に設定されることを特徴とするバッテリ充電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動車両に使用し、複数のセルで構成するバッテリの充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、バッテリ・フォークリフト等の電動車両に使用するバッテリは複数の同一セルを直列に接続して構成し、また接続回路中においては車両走行モータ、荷役モータ及びこれらを制御するコントローラ用の主電源としてセル列の両端の電極から取り出す全電圧と、補機類駆動用の補助電源としてセル列の中間に位置する電極と一端の電極から取り出す中間電圧の２通りの出力形態を兼ねる構成となっている。
【０００３】
図３はバッテリフォークリフトなどのバッテリ使用電気回路の概略図であり、例えば走行用モータ、荷役モータ及びこれらを制御するコントローラ等の主負荷２の駆動電圧となるバッテリ１の全電圧が７２Ｖ、補機類等の副負荷３の駆動電圧となる中間電圧は４８Ｖとなる。
【０００４】
ここで上記補機類としては、ヘッドライトやウィンカー等のライト類等があり、従って全電圧の負荷に加えて中間電圧を供給するセル部分（以降、中間電圧セル６という）の電力の消耗は大きく、バッテリ１全体で見た片減り状態の度合いは格段に大きいものとなっていた。
【０００５】
そしてこのような構成にあるバッテリ１及び接続回路において、同図左側に示すように従来より利用されている充電構成としては、まず検出部７が充電初期時の全電圧を検出して満充電までの不足電圧を算出し、それに基づいて開始から完了までの一括した必要充電時間が算定される。そして、その時間分だけタイマーユニット８の制御によりリレースイッチ９がオン制御され、それにより外部の３相交流電源１０が接続され、トランス１１及び整流回路１２で構成する充電器を介してバッテリ１の両端電極間に充電圧が供給される構成となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の必要充電時間の算定は検出した全電圧に基づくものであり、また充電時間と回復電圧は完全な線形の関係にないため、中間電圧セルの片減りの度合いまで判定することは困難であり、従って上記従来の充電方法では片減りした中間電圧セルが満充電に達することなく充電が完了してしまう結果となっていた。
【０００７】
本来バッテリは満放電と満充電を繰り返すディープサイクルでの使用により安定した出力を維持し、適切な寿命が得られるところ、このような片減り状態のままで充放電を繰り返した場合、バッテリ内の片減り状態の悪化が進み、ひいてはバッテリ全体の使用寿命の短命化を招くといった問題があった。
【０００８】
しかしまた複数のセルを直列接続した構成のバッテリにおいては、その電圧がバッテリ充電行程における所定の基準電圧以下にある場合は、電気的に不安定な状態にあって、その時点では満充電までに必要な充電時間の算定が困難であり、その上で満充電に達するために必要以上の時間の過充電が行われる結果となっていた。
【０００９】
上記問題点に鑑み、本発明はバッテリ・セル列中の中間電圧セルをも最短の時間で満充電させることで片減り充電または過充電によるバッテリ内の電気的損傷をできるだけ回避し、ディープサイクル使用による安定した充電圧の供給およびバッテリの長命化を可能とするバッテリ充電装置の提供を課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために以下のように構成する。まず本発明は、複数のセルを直列接続してなるバッテリであって、該複数のセルの全電圧と中間電圧のそれぞれをバッテリ電圧として供給可能なバッテリを充電するためのバッテリ充電装置に適用され、バッテリ充電用の直流電圧を前記バッテリに供給する充電手段と、前記バッテリの前記中間電圧を検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段で検出された中間電圧と前記バッテリの所定の基準電圧とを比較し、該中間電圧が該所定の基準電圧以上になった時点から前記バッテリの満充電までの推定時間を必要充電時間として算出し、該必要充電時間が経過した時点で前記充電手段による前記バッテリへの電圧供給を停止する演算制御手段とを備え、前記所定の基準電圧は、前記中間電圧が前記所定の基準電圧に到達してからは前記必要充電時間と前記バッテリのセル数および不足電圧との関係が単純な線形関係となるような電圧値に設定されるよう構成される。
【００１１】
これにより、バッテリ・セル列中の中間電圧セルを基準とした充電時間が設定され、それにより短時間で効率よくバッテリ全体の満充電が行われるため、従来の片減り充電または過充電が回避され、ディープサイクルでの使用、ひいてはバッテリの安定した電圧供給の維持およびバッテリの延命が可能となる。
【００１３】
また、本発明は、複数のセルを直列接続してなるバッテリであって、該複数のセルの全電圧と中間電圧のそれぞれをバッテリ電圧として供給可能なバッテリを充電するためのバッテリ充電装置において、バッテリ充電用の直流電圧を前記バッテリに供給する充電手段と、前記バッテリの前記中間電圧を検出する電圧検出手段と、前記中間電圧が前記バッテリの所定の基準電圧以上になってから前記バッテリの満充電に要する推定時間を必要充電時間として予め記憶しておき、前記電圧検出手段で検出された中間電圧を前記所定の基準電圧と比較し、該中間電圧が該所定の基準電圧以上になったら、その時点から前記必要充電時間が経過した時点で前記充電手段による前記バッテリへの電圧供給を停止する充電制御手段と、を備え、前記所定の基準電圧は、前記中間電圧が前記所定の基準電圧に到達してからは前記必要充電時間と前記バッテリのセル数および不足電圧との関係が単純な線形関係となるような電圧値に設定されるよう構成される。
【００１４】
このように、中間電圧が基準電圧に達してからバッテリが満充電になるまでの必要充電時間を予め記憶しておくようにしても、この記憶された必要充電時間に基づいた同様な充電制御が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
まず図１は、本発明の第１の実施形態にあるバッテリ充電装置１３の回路図である。またこの図はバッテリ１および接続する充電装置１３の周辺のみを拡大した回路図であり、図中右側の延長位置には図３に示すような走行用モータ、荷役モータ及びこれらを制御するコントローラ等の主負荷２およびその他補機類等の副負荷３が接続する。
【００１６】
そしてこの図１において、バッテリ１は複数の同一バッテリ・セルを直列に接続し、そのセル列の両端およびセル列中のある一箇所のセル間の接続箇所に中間電極１４を設けた構成となり、本実施形態においては例えば満充電時での両端電極間の全電圧が７２Ｖ、中間電極１４と一端電極（図中では下端の電極）との間の補機類用中間電圧が４８Ｖとなる。
【００１７】
そして充電電圧の供給源である３相交流電源１０からオン・オフ制御を行うリレースイッチ９および降圧用のトランス１１を介して整流回路１２が接続され、そこからの直流電圧出力がバッテリ全電圧の充電電圧源を構成すべくバッテリ１の両端電極に接続する。
【００１８】
また本実施形態における上記整流回路１２は具体的に３相全波型ブリッジを備える構成となり、３相交流を低損失で直流に整流する。
また一方中間電圧を取り出す中間電極１４と図中の下端の電極との間には充電時の中間電圧を検出する検出部１５が接続し、その出力が中間電圧に関する情報として演算制御部１６へ入力され、該演算制御部１６がその中間電圧に関する情報を基に前記リレー・スイッチ９に対してのオン・オフ制御を行う構成となる。
【００１９】
そして本実施形態における検出部１５および演算制御部１６はそれぞれ具体的にＡ／ＤコンバータおよびＣＰＵ制御のコンピュータで構成され、演算および制御動作は該コンピュータに備える入力部からの操作入力とさらに内部に備える記憶装置内に予め格納しているプログラムに従って実行される構成となる（入力部および記憶装置は共に不図示）。
【００２０】
次に図２は本実施形態にある充電装置１３の作動行程を概略的に示すフローチャートであり、順を追ってその作動行程を以下に説明する。
まず充電前の状態としては３相交流電源と直接接続するリレー・スイッチ９が開いており、充電装置１３全体に電圧が供給されてないオフの状態にある。そして作業者が演算制御部１６に備える入力部に対して充電を開始するよう指示入力を行うことで  演算制御部１６の制御出力によりリレースイッチ９が接続され、３相交流電源１０からの電圧がトランス１１により適切な充電圧（例えば満充電時のバッテリ全電圧７２Ｖの場合およそ７５Ｖ程度）にまで降圧した上で整流回路１２により直流化し、バッテリ・セル列の両端電極間に全電圧用の充電電圧として供給される（以上、充電開始として図２中のＳ１に相当）。
【００２１】
なお、充電の開始は、必ずしも、上記のように作業者の指示入力により行われる必要はない。すなわち、例えば、作業者は単に充電装置１３に外部電源を接続するか、或いは充電装置１３をバッテリに接続する等の作業だけを行い、その後は、充電装置１３側がバッテリ電圧を検出して充電の要／不要を判断し、必要な場合（すなわち、バッテリ電圧が不足していると判断した場合）に充電を開始するようにしてもよい。
【００２２】
次に、この時点では、中間電圧セル６が他のセルと比較して低電圧にある片減り状態にあり、充電中には検出部１５がこの中間電圧Ｖのみを検出し、その電圧値Ｖを情報としてデジタル信号に変換した上で演算制御部１６に入力する（Ｓ２）。
【００２３】
そして、その中間電圧信号を受けた演算制御部１６は、予め中間電圧セル６のセル数等の条件に基づき設定した基準電圧（本実施形態では例えば４８Ｖ）と、実際に検出した中間電圧Ｖとを比較し（Ｓ３）、中間電圧Ｖが基準電圧以上になるまで検出・比較が繰り返され、その間充電が継続されることになる。
【００２４】
そして、中間電圧Ｖが上記基準電圧に到達した結果、バッテリ１の性質としてそれまで温度等のさまざまな他の要因の影響を受けて算定の困難であった満充電までの必要充電時間が、それ以降においてはセル数および不足電圧との単純な線形関係となるため、残りの必要充電時間Ｔｓが容易に算定可能となり（Ｓ４）、この時点で充電時間タイマＴをリセットした上でスタートさせ（Ｓ５）、残りの必要充電時間Ｔｓに到達するまで充電を継続する（Ｓ６）。なお、上述のように、中間電圧Ｖが上記基準電圧に到達してからは必要充電時間とセル数および不足電圧との関係が単純な線形関係となるわけであるが、言い換えれば、そのような関係が得られるように上記基準電圧が予め設定されることになる。そして、中間電圧Ｖが基準電圧に到達した時点で、予め入力されているセル数および不足電圧等に基づいて必要充電時間が算出される。
【００２５】
この時点までにバッテリ１中の中間電圧セル６以外の全電圧専用のセルは先に満充電の状態に達するが、中間電圧セル６には何ら影響を及ぼすことなく充電が継続されることになる。実際には全部のセルが満充電に達してバッテリ構成全体における充電電圧の付加余地分がなくなった後に全電圧を長時間供給することで過充電状態となり電気的損傷を招くのに対し、この程度の間の充電時間であれば供給された充電圧の付加は満充電に達していない中間電圧セルにほぼ集中するため、中間電圧セル６以外の全電圧専用のセルにおいても過充電には及ばないことになる。
【００２６】
そして、タイマＴのカウント時間が必要充電時間Ｔｓに到達したと判断した時点で、演算制御部１６は制御出力によりリレースイッチ９の接続を開放し充電作動が完了となる（Ｓ７）。
【００２７】
そして上記充電行程の結果、中間電圧セル６とその他のセルともにバッテリ１中の各セルは全て満充電に達した状態となり、すなわち従来問題となっていた片減り状態が解消され、また充電時間が最短となるためバッテリ全体の満充電となった後での長時間の全電圧供給による過充電も回避されることになり、従ってバッテリ１内の電気的損傷を防ぎ、安定した電圧供給の維持が可能となる。
【００２８】
なお、上記の算定処理（ステップＳ４）は、図２において、ステップＳ５の前であればどの時点で行ってもよい。例えば、予めステップＳ１とステップＳ２の間で上記ステップＳ４と同様な算定処理を行って、その算定値を記憶しておき、その記憶された算定値をステップＳ５で利用するようにしてもよい。
【００２９】
また、上記基準電圧の設定は、一般的にバッテリ・セルの種類および接続する数によりほぼ決定されるものであり、予め各セル列形態別に充電特性を測定すること等により実験的に設定されるものである。
【００３０】
また、本発明のバッテリ充電装置１３はバッテリ周辺の接続構成および作動行程プログラムをわずかに変更することで、例えば４８Ｖ単出力の形態にあるバッテリの全電圧充電にも適用することが可能である。
【００３１】
また、作動行程プログラム中の各種パラメータを変更することで、多様なバッテリの種類や構成に対応して最適な充電作動をも可能にする。
もし、一定機種（セル数や満電圧等の予め決まっているバッテリを有する機種）のみを充電の対象とするのであれば、中間電圧が基準電圧に達してから所望の満充電状態となるまでに必要な時間は一定となる。そのため、この一定の時間を必要充電時間としてメモリ等に予め記憶しておくようにしてもよい。このようにすれば、充電の度に必要充電時間を算出する必要はなくなる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の充電装置によれば、充電中の基準電圧の到達を検出し、それ以降の満充電までに必要な充電時間を適切に算定して継続充電を行うことで、バッテリ・セル列中の中間電圧セルをも最短の時間で効率よく満充電させることが可能となり、それにより片減り充電または過充電によるバッテリ内の電気的損傷を回避し、さらにディープサイクルでの使用による安定した充電圧の供給およびバッテリの長命化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にあるバッテリ充電装置の概略的な回路構成図である。
【図２】本発明の実施形態にあるバッテリ充電装置の作動行程を概略的に示すフローチャートである。
【図３】従来の充電装置を含む、バッテリ・フォークリフトの場合のバッテリ使用電気回路の概略図である。
【符号の説明】
１  バッテリ
２  主負荷
３  副負荷
６  中間電圧セル
７  検出部
８  タイマユニット
９  リレー・スイッチ
１０  ３相交流電源
１１  トランス
１２  整流回路
１３  本発明のバッテリ充電装置
１４  中間電極
１５  検出部
１６  演算制御部
【図１】
0004006899.tif 000002
【図２】
0004006899.tif 000003
【図３】
0004006899.tif 000004