(57)【要約】【課題】既存の蓄電池に容易に安価に取付でき、車両稼働中に成層化現象の発生を確実に防止することのできる車載型電解液撹拌装置を提供することを課題とする【解決手段】車両に搭載された鉛蓄電池の電槽内に貯留された電解液をバブリングによって撹拌する装置であって、大気等のガスを供給するポンプと、前記ポンプから供給されるガスを蓄えるエヤーヘッダーと、一端が前記エヤーヘッダーに接続され、他端が、鉛蓄電池の液口栓に設けた挿通孔に挿通されて、電解液が貯留されている電槽内の底面近傍まで延出させる複数のホースと、前記鉛蓄電池からの電流の流れを又は前記鉛蓄電池の電圧の変化を検知して前記ポンプに作動信号を送る制御を行う制御部と、を備え、車両稼働時の放電中および車両停止時における充電時に、電解液内に常時または間欠的にバブリングさせる車載型電解液撹拌装置により課題解決できた。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された鉛蓄電池の電槽内に貯留された電解液をバブリングによって撹拌する装置であって、
大気等のガスを供給するポンプと、
前記ポンプから供給されるガスを蓄えるエヤーヘッダーと、
一端が前記エヤーヘッダーに接続され、他端が、鉛蓄電池の液口栓に設けた挿通孔に挿通されて、電解液が貯留されている電槽内の底面近傍まで延出させる複数のホースと、
前記鉛蓄電池からの電流の流れを又は前記鉛蓄電池の電圧の変化を検知して前記ポンプに作動信号を送る制御を行う制御部と、を備え、
車両稼働時の放電中および車両停止時における充電時に、電解液内に常時または間欠的にバブリングさせることを特徴とする車載型電解液撹拌装置。
【請求項２】
前記複数のホースのそれぞれの長さを略等しく設定したことを特徴とする請求項１に記載の車載型電解液撹拌装置。
【請求項３】
前記複数の液口栓のそれぞれに、前記挿通孔に加えてガス抜き孔を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の車載型電解液撹拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、フォークリフトなどの作業車両に搭載される複数の鉛蓄電池の電解液を、充放電効率を高めるために撹拌する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フォークリフトなどのいわゆる作業車両には複数の鉛蓄電池が搭載されており、また、当該複数の鉛蓄電池のそれぞれには電解液として希硫酸が使用されている。このような鉛蓄電池はフロート式と称され、硫酸イオンが正極と負極の双方から電解液中に移動することによって充電を行い、その逆に、硫酸イオンが正極および負極の双方に移動することによって放電を行う。また、電解液は、放電によってその比重が低下し、充電によって上昇する。
【０００３】
こうしたフロート式の鉛蓄電池をフォークリフトなどの作業車両に搭載した場合、当該作業車両を運転している間に放電がなされ、それを補充するために、主として運転を停止している間に充電器によって充電がなされる。また、この鉛蓄電池の電解液として使用する希硫酸はその比重が水よりも大きいことから、電解液の上部の比重が電解液の下部の比重よりも小さくなるという、いわゆる成層化現象が発生し易い。成層化現象が発生すると電極の全面で充放電することができなくなるため、結果的に電池の容量が短時間で減少してしまうという問題が発生する。
【０００４】
成層化現象の問題を解決するために、特許文献１には、蓄電池の電解液を攪拌する蓄電池用電解液の攪拌装置において、前記電解液の電解液槽内に、回動自在に攪拌部材を支持させ、前記攪拌部材に、該攪拌部材と非接触状態において回動力を付与する攪拌作動部材を電解液槽外に設け、前記攪拌作動部材の作動により前記攪拌部材が回動して電解液を攪拌する攪拌装置の技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、極板群と電槽内壁面との間隙部に極板群上端部より下端部に至る筒状体を設置し、電池外部より前記筒状体の内部中間部分にガスを導入して吹出すための細管を設置し、電池内ガスを放出するための細管を電池電槽上部に設置してなる単電池複数個と、上記２本の細管を密封、大気開放あるいは他の単電池の細管と連結するための切換装置とから構成され、前記切換装置は、当該単電池のガス導入細管に第二の単電池のガス放出細管が連結される時には当該単電池のガス放出細管は大気開放あるいは第三の単電池のガス導入細管に連結され、当該単電池のガス放出細管が第二の単電池のガス導入細管に連結される時には当該単電池のガス導入細管は密封あるいは第三の単電池のガス放出細管と連結されるように切換制御されるものであり、当該単電池のガス放出細管が他の単電池のガス導入細管連結時には当該単電池の液口部は密封されてなる電解液撹拌装置付蓄電池の技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１８５７３０号公報
【特許文献２】特開平８−３３９７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の撹拌手段は、個々の蓄電池ごとに撹拌装置を設置しなければならず、１台の電動作業車に大型の蓄電池を複数組電池の形態で使用している場合には実用化が困難であるという問題があった。
【０００８】
また、蓄電池の電解液内に羽根車を設けるために、撹拌装置のない、現在使用中の蓄電池に特許文献１に記載の撹拌装置を新たに取りつけることは極めて困難であるという問題があった。したがって、特許文献１に記載の撹拌装置付蓄電池を新規に購入しなければならず、費用が高くつくという問題があった。
【０００９】
特許文献２に記載の電解液撹拌装置付蓄電池は、流通されている蓄電池の構造と異なるため現在使用中の蓄電池には導入が困難で、特許文献２に記載の電解液撹拌装置付蓄電池に取り換えなければ設置できないという問題があった。
【００１０】
また、特許文献２の段落[００２４]に記載されているように、二つの単電池を対として動作させる場合には充電時半分の蓄電池は必ず休止状態になると記載され、過充電によりガスを発生させる技術であることから、特許文献２に記載の電解液撹拌装置付蓄電池のバブリングは、車両が非稼働状態になる時間帯に、建屋内等に設置された充電装置に電解液撹拌装置付蓄電池を接続させて充電させながらバブリングさせているので、車両稼働中における蓄電池が放電されて電池容量が低下するときにバブリングさせることができないという問題があった。さらに、過充電により蓄電池の劣化が促進されるという問題もあった。
【００１１】
本発明はこうした問題に鑑み創案されたもので、フォークリフトなどの作業車両に搭載されるフロート式の鉛蓄電池において、既存の蓄電池に容易に安価に取付でき、成層化現象の発生を確実に防止することのできる車載型電解液撹拌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】
【００１２】
請求項１に記載の車載型電解液撹拌装置１は、車両に搭載された鉛蓄電池１１の電槽１２内に貯留された電解液１５をバブリングによって撹拌する装置であって、大気等のガスを供給するポンプと３、前記ポンプ３から供給されるガスを蓄えるエヤーヘッダー４と、一端が前記エヤーヘッダー４に接続され、他端が、鉛蓄電池１１の液口栓５に設けた挿通孔５ａに挿通されて、電解液１５が貯留されている電槽１２内の底面近傍まで延出させる複数のホース６と、前記鉛蓄電池１１からの電流の流れを又は前記鉛蓄電池１１の電圧の変化を検知して前記ポンプ３に作動信号を送る制御を行う制御部２と、を備え、車両稼働時の放電中および車両停止時における充電時に、電解液１５内に常時又は間欠的にバブリングさせることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の車載型電解液撹拌装置１は、請求項１に記載の発明において、複数のホース６のそれぞれの長さを略等しく設定したことを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の車載型電解液撹拌装置１は、請求項１又は２に記載の発明において、複数の液口栓５のそれぞれに、挿通孔５ａに加えてガス抜き孔５ｂを形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の車載型電解液撹拌装置１は、車両に搭載された複数の鉛蓄電池１１の各電槽１２に貯留された電解液１５を、鉛蓄電池１１からの電流の流れ、または鉛蓄電池１１の電圧の変化を検知して、鉛蓄電池１１が充放電状態のときに常時又は間欠的にバブリングによって撹拌することができ、車両を稼働中に電槽１２内の上部と下部における電解液１５のそれぞれの希硫酸の濃度が異なるという成層化現象を生じないようにすることができる。特に、車両の稼働中である放電時に一気に成層化現象が進むので、このタイミングを見逃さずにバブリングすることができるので、電池容量を最大限まで活用でき、かつ充放電の電力効率を向上させることができる。また、車載型電解液撹拌装置１は、車両稼働時の放電中および車両停止時における充電時のいずれにおいても、電解液１５内にバブリングさせることができる。
【００１６】
また、使用中の既存の鉛蓄電池１１に、使用中の一般的な形態の液口栓を、挿通孔５ａを穿孔した本発明で使用する液口栓５と取り換えることによって車載型電解液撹拌装置１を容易に後付けで取付られるという効果を奏する。このため、これから製造する鉛蓄電池１１に限らず、流通している鉛蓄電池１１の電池容量を最大限まで活用でき、かつ充放電の電力効率を向上させることができる。
【００１７】
請求項２に記載の車載型電解液撹拌装置１は、請求項１に記載の発明と同じ効果を奏する。また、複数のホース６のそれぞれの長さを略等しく設定したので、エヤーヘッダー４からのガスを各鉛蓄電池１１の電解液１５に偏ることなく均等に供給することができる。これにより、各鉛蓄電池１１の電解液１５を等しく撹拌して、その成層化を均等に防止することができる。
【００１８】
請求項３に記載の車載型電解液撹拌装置１は、請求項１又は２に記載の発明と同じ効果を奏する。また、複数の液口栓５のそれぞれに、挿通孔５ａに加えてガス抜き孔５ｂを形成したので、電解液１５に供給されたガスを電槽１２内に溜めずに当該ガス抜き孔５ｂから大気中に逃がすことができる。これにより、新たなガスを電解液１５に大量かつ連続的に供給することができるので、当該電解液１５を効果的に撹拌することができ、その成層化をさらに確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る車載型電解液撹拌装置の概要図である。
【図２】車載型電解液撹拌装置の液口栓を示斜視図で、（ａ）が本発明で使用する挿通孔を穿孔した液口栓を示す図で、（ｂ）が既存の一般的な液口栓を示す図である。
【図３】本発明に係る車載型電解液撹拌装置の実施形態を示す平面図である。
【図４】図３に示す車載型電解液撹拌装置の概略正面図である。
【図５】図３に示す車載型電解液撹拌装置の動作を示すフロー図である。
【図６】本発明に係る車載型電解液撹拌装置によるバブリングの効果を示す実験結果である。
【図７】本発明に係る車載型電解液撹拌装置によるバブリングの効果を示す実験結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係る車載型電解液撹拌装置１を、図１及び図２に示す。車載型電解液撹拌装置１は、フォークリフトや電動車などのいわゆる作業車両に搭載された複数の鉛蓄電池１１（いわゆる組電池１０）の電解液１５の希硫酸の濃度の成層化を、バブリングによる撹拌によって防止するために使用されるものであり、制御部２、ポンプ３、エヤーヘッダー４、複数の液口栓５および複数のホース６などを備える。
【００２１】
ポンプ３は、制御部２から送られた作動信号によって、大気中の空気等のガスを吸い込みエヤーヘッダー４にパイプ８を介して供給する。エヤーヘッダー４は、ポンプ３から供給された空気を貯留し、各鉛蓄電池１１へガスを供給するガス供給孔（図示なし）を設けている。
【００２２】
液口栓５はそれぞれ挿通孔５ａを有し、各液口栓５は鉛蓄電池１１の各電槽１２の上部に設けられた開口孔を閉じる。また、各液口栓５には挿通孔５ａに隣接してガス抜き孔５ｂを設けることもできる。なお、液口栓５はガス抜き孔５ｂを設けない構成とすることもできるが、その場合は、挿通孔５ａとそれに挿通されるホース６との間に僅かな隙間を形成し、その隙間からガスを逃がすことができる。
【００２３】
また、図２（ａ）に示すように当該液口栓５はねじ込み式であり、図２（ｂ）に示す既存の鉛蓄電池１１の液口栓と同じ大きさおよび同じピッチの螺条を備えている。従って、既存の鉛蓄電池の液口栓と交換して使用することができる。
【００２４】
複数のホース６は、図３又は図４に示すように、それらの一端がエヤーヘッダー４に接続され、他端が、各ホース６は対応する液口栓５の挿通孔５ａに挿通されて、電槽１２の底部近傍に達する。これにより、エヤーヘッダー４からのガスを電解液１５が貯留されている電槽１２の底部近傍で曝気させる。なお、当該複数のホース６の長さはほぼ等しく設定されている。
【００２５】
制御部２は、組電池１０（複数の鉛蓄電池１１）からの電流の流れを又は前記鉛蓄電池１１の電圧の変化を検知して前記ポンプ３に作動信号を送り、前記ポンプ３を作動させる制御を行う。電流の流れ又は電圧変化を検知しているときにポンプ３を作動させることは、車両稼働中である放電時および車両停止時における充電時のいずれにおいても、ポンプ３を作動させ、鉛蓄電池１１の電解液１５中に気泡２０を曝気させてバブリングさせることである。充放電中において常時又は間欠的にバブリングをさせる制御もすることができる。制御部２はマイクロコンピューターで構成することができる。
【００２６】
本実施形態に係る車載型電解液撹拌装置１は、鉛蓄電池１１の製造段階から取付可能であり、さらに次のように既存の使用中の鉛蓄電池１１に容易に取り付けることができる。
【００２７】
図２（ｂ）に示すような鉛蓄電池１１の既存の液口栓を、図２（ａ）に示すような挿通孔５ａを穿孔した液口栓５と取り換える。そして、図３又は図４に示すように、鉛蓄電池１１の上側にポンプ３及びエヤーヘッダー４を載設し、制御部２は蓄電池１１の側面又は上面に取り付ける。そして制御部２とポンプ３とは配線され、鉛蓄電池１１のプラス極又はマイナス極と車両の構成部品の電気端子（図示なし）とを結ぶ配線に電流又は電圧検出器１６を取り付け、この電流又は電圧検出器１６と制御部２とを配線する。
【００２８】
次に、エヤーヘッダー４から延出されたホース６を、挿通孔５ａを挿通させて、前記ホース６の先端が電解液１５が貯留されている電槽１２内の底面近傍まで垂下させる。これで車載型電解液撹拌装置の鉛蓄電池１１への取付が完了する。このように極めて容易に既存の使用中の鉛蓄電池１１に取り付けることができる。前記ホース６は、それぞれの長さがほぼ同じ長さになるようにするのがよい。
【００２９】
次に、図５に示すフロー図に従い、本実施形態に係る車載型電解液撹拌装置１の作動ステップについて説明する。
【００３０】
まず、複数の鉛蓄電池１１（組電池１０）を搭載した作業用車両の運転を開始する（開始Ｓ１）。次に、鉛蓄電池１１が充放電状態にあるか、又は、不使用状態にあるかを測定する（Ｓ２）。
【００３１】
その測定結果が、充放電状態にあるときは制御部２からポンプ３へガスを供給する作動指示が出され、ポンプ３が作動しガスがパイプ８を経由してエヤーヘッダー４内に流入され貯留される。そして、ガスが、エヤーヘッダー４から各ホース６内を流動して電槽１２内の底部近傍にホース６先端から気泡２０となって曝気され、電解液１５内でバブリングが発生して電解液１５がバブリングにより撹拌されて電解液１５内の成層化現象が抑制される（Ｓ３）。
【００３２】
一方、その測定結果が非充放電状態であることを検知したときは、制御部２からはポンプ３への作動指示は出ず、バブリングされない（Ｓ２２）。そして、鉛蓄電池１１が充放電状態になるまで待機状態が続く（Ｓ２３）。
【００３３】
したがって、本発明の車載型電解液撹拌装置を使用すると、鉛蓄電池１１からの電流の流れを又は鉛蓄電池１１の電圧の変化を検知してバブリングを開始させる制御であるので、車両稼働中である放電時および車両停止時における充電時のいずれにおいても、常時又は間欠的にバブリングが継続され、電解液１５の成層化現象を抑制させることができる。特に、電解液１５の成層化現象が著しく発生する放電時に電解液１５内にバブリングできることは顕著な効果である。
【００３４】
次に、バブリングを停止させる制御方法として種々の制御方法が考えられるが、車両稼働中にバブリングを停止させない制御方法であればいずれでもよい。
【００３５】
例えば、バブリングを停止させる制御方法としては、ポンプ３作動開始時からあらかじめ任意に設定した時間分を無条件にポンプ３を作動させてバブリングさせ、設定された時間到達時に充放電状態か否かを測定し、充放電状態ならばさらにポンプ３の作動を継続させバブリングを継続させ、あらかじめタイマーなどで設定された時間に到達したら、充放電状態か否かを測定し、充放電状態でないときにポンプ３の作動を停止させバブリングを停止させる。そして充放電状態か否かを測定し充放電状態を検知したらポンプ３を作動させバブリングさせるという制御を実施する。
【００３６】
作業用車両の稼働は、作動と停止を頻繁に繰り返しているから、ある一定時間は継続してバブリングをさせるようにした方が、ポンプ３の作動を頻繁に入り切するよりも放電容量を高めるのに効果的である。
【００３７】
本発明者らは本発明に係る車載型電解液撹拌装置１の性能を確認すべく実験を行った。その結果を示すグラフを図６および図７に示す。図６に示すグラフは、電解液１５に大気によるバブリングを行った際の容量を示すものである。
【００３８】
まず、図６における■印は、初期に８５％程度であった鉛蓄電池１１を通常の充電法にて充電し容量を計測したもので、７サイクルを経ても容量はほとんど変化していない。この■印の結果を得た鉛蓄電池１１に外部から大気によるバブリングを行いながら充放電を行ったときのデータが●印であり、７サイクルの間９５％以上に改善された効果が示されている。次に、●印のバブリングをした後の鉛蓄電池１１をバブリングを停止させて容量を測定したのが▲印で示されており、７サイクルの内ほとんどで容量が初期の８５％からの改善が示されている。
【００３９】
図６から、バブリングによる撹拌の効果が高いことが示されている。そして、充電法による放電時の容量が、放電時にバブリングを実施した場合（●印）が、放電時にバブリングをしない場合（■印）に比較して極めて改善されることが示されている。
【００４０】
また、図７に示すグラフは、電解液１５に大気によるバブリングを行った際の充放電効率を示すものである。図７は充電と放電の効率を示しており、日々の充電に費やされる電力効率と考えてもよい。図７において、線Ｒはバブリングさせない場合の充放電効率の平均値ラインで、線Ｐは線Ｒの結果を得た鉛蓄電池を充電時および放電時にバブリングさせた場合の充放電効率の平均値ラインで、線Ｑは線Ｐの結果を得た鉛蓄電池を充電法でバブリングさせない場合の充放電効率の平均値ラインを示している。
【００４１】
図７から、バブリングによる撹拌を行った場合の充放電効率（●印）は初期の８６〜８７％から９５％程度まで達するのに対して、そうした撹拌を行なわない場合の充放電効率（■印）は初期の８６〜８７％程度に留まることがわかる。また、▲印よりバブリングの効果はその時限りではなく，バブリングを行なった後も残存する事が分かる。容量の改善および電力効率を高めるためにはバブリングは放電時と充電時の双方で行なうことが肝要である。 
【００４２】
図６及び図７の実験データから、バブリングによる撹拌によって、鉛蓄電池１１の容量と充放電効率を確実に向上させることが示されている。  
【符号の説明】
【００４３】
１      車載型電解液撹拌装置
２      制御部
３      ポンプ
４      エヤーヘッダー
５      液口栓
５ａ    挿通孔
５ｂ    ガス抜き孔
６      ホース
８      パイプ
１０    組電池
１１    鉛蓄電池
１２    電槽
１５    電解液
１６    電流又は電圧検出器
２０      気泡
【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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【図７】
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