(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を直流電源に変換する直流電圧可変機能を有する整流回路と、この整流回路の出力電圧をバッテリーの充電状態に応じて可変調整する主制御装置と、前記整流回路に充電配線を介して接続したバッテリーと、前記充電配線と主制御装置との間に接続した、充電時に所定のバッテリー充電電流が流れるか否かを検出するバッテリー充電電流検出回路とよりなり、
前記主制御装置は、前記バッテリー充電電流検出回路より、充電時に前記所定のバッテリー充電電流が流れていないという検出信号の入力があると、サルフェーション状態のバッテリーと判定して、前記整流回路をその出力電圧が定電圧充電を行う所定の充電電圧より２０％以上から絶縁型変圧器容量の許容できる高電圧の間で制御することを特徴とするバッテリー充電装置。
【請求項２】
交流電源を直流電源に変換する直流電圧可変機能を有する整流回路と、この整流回路の出力電圧をバッテリーの充電状態に応じて可変調整する主制御装置と、前記整流回路に充電配線を介して接続したバッテリーと、このバッテリーに接続した溶接機と、前記充電配線と主制御装置との間に接続した、充電時に所定のバッテリー充電電流が流れるか否かを検出するバッテリー充電電流検出回路とよりなり、
前記主制御装置は、前記バッテリー充電電流検出回路より、充電時に前記所定のバッテリー充電電流が流れていないという検出信号の入力があると、サルフェーション状態のバッテリーと判定して、前記整流回路をその出力電圧が定電圧充電を行う所定の充電電圧より２０％以上から絶縁型変圧器容量の許容できる高電圧の間で制御することを特徴とするバッテリー溶接機。
【請求項３】
請求項１に記載の直流電圧可変機能を有する整流回路は、変圧器の２次巻線の両端にそれぞれサイリスタが接続され、このサイリスタのゲートに、その出力電圧が定電圧充電を行う所定の充電電圧より２０％以上から絶縁型変圧器容量の許容できる高電圧の間で制御することができる高い電圧になるように、サイリスタが点弧するゲート電流の点弧位相を制御する制御信号が前記主制御装置から印加されるように構成した、ことを特徴とするバッテリー充電装置。
【請求項４】
請求項２に記載の直流電圧可変機能を有する整流回路は、変圧器の２次巻線の両端にそれぞれサイリスタが接続され、このサイリスタのゲートに、その出力電圧が定電圧充電を行う所定の充電電圧より２０％以上から絶縁型変圧器容量の許容できる高電圧の間で制御することができる高い電圧になるように、サイリスタが点弧するゲート電流の点弧位相を制御する制御信号が前記主制御装置から印加されるように構成した、ことを特徴とするバッテリー溶接機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリーがサルフェーション現象を起こしていることを自動的に判定すると、バッテリーの通常の充電電圧（たとえば１４．５Ｖ）より２０％以上から絶縁型変圧器容量の許容できる高電圧の間で制御することができる電圧（たとえば１８Ｖ）を印加して充電できるようにしたバッテリー充電装置およびバッテリー溶接機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、バッテリー溶接機に搭載されているバッテリーにおいては、使用者の管理不注意などにより、バッテリーを長期間放置（すなわち、過放電＋放置）すると、バッテリー内部の極板がサルフェーション（硫酸鉛化）を起こして、内部抵抗が増す現象を起こす。
軽微なサルフェーション現象を起こしたバッテリーは、通常の充電電圧（たとえば１４．５Ｖ）より２０％以上から絶縁型変圧器容量の許容できる高電圧の間で制御することができる電圧、たとえば１８Ｖ程度の電圧をかけると充電可能になるが、サルフェーションの症状の進行の度合いによっては充電不能となり、新品のバッテリーと交換するしかなくなる。したがって、バッテリーの軽微なサルフェーションの症状のうちに、それを発見することが必要になる。
【０００３】
バッテリーの軽微なサルフェーション現象は、外観で判定することは難しく、バッテリーのサルフェーションの症状が進行してバッテリー内部の極板全体が白く変色すれば、使用者がバッテリー液の注入口栓を開けて確認することにより、サルフェーションの判定は可能となる。ただし、この場合には前述の通り充電不能となる可能性がある。
【０００４】
現状のバッテリー溶接機に搭載されているバッテリーでは、軽微なサルフェーションのバッテリーを通常の充電電圧で充電するため、内部抵抗が高いことによって充電不足となるが、使用者はそれに気づかず、そのバッテリーを使用して溶接（放電）を行い、バッテリーが過放電となり、サルフェーションの症状がさらに進行して、ついに充電不能となっているのが実状である。
また、バッテリー溶接機の場合は、バッテリーを複数個直列に接続して使用することが多く、前記のような過放電のバッテリーを充電するには、バッテリー１個ずつ充電しなければならず、煩わしいばかりか、充電時間がバッテリーの個数分必要であった。
【０００５】
また、通常の定電流定電圧方式で、サルフェーション現象を起こしたバッテリーを充電した場合はどうなるかを説明する。
図５のフローチャートの点線で囲んだ部分が通常の定電流定電圧方式のフローであり、先ず、最初に定電流充電が行われるが、バッテリー電圧が所定の電圧となると定電圧充電に移行する。
サルフェーション現象を起こしたバッテリーを充電する場合は、そのバッテリーの内部抵抗が高く、バッテリー電圧が短時間で所定の電圧に達するため、所望の時間、定電流充電が行われず、充電不足のまま定電圧充電に移行される。
定電圧充電においても、内部抵抗が高いので、所定の充電電流が流れず、所定時間充電後に充電終了となるために充電不足となる、といった問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、サルフェーション状態のバッテリーであるということを自動的に判定した場合には、主制御装置が、通常の充電電圧（たとえば１４．５Ｖ）より２０％以上から絶縁型変圧器容量の許容できる高電圧の間で制御することができる充電電圧に自動的に設定して充電することにより、サルフェーション状態のバッテリーであっても充電が可能になるようにすることを目的としたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、交流電源１を直流電源に変換する直流電圧可変機能を有する整流回路２と、この整流回路２の出力電圧をバッテリーの充電状態に応じて可変調整する主制御装置３と、前記整流回路２に充電配線４を介して接続したバッテリー５と、前記充電配線４と主制御装置３との間に接続した、充電時に所定のバッテリー充電電流が流れるか否かを検出するバッテリー充電電流検出回路６とよりなり、前記主制御装置３は、前記バッテリー充電電流検出回路６より、充電時に前記所定のバッテリー充電電流が流れていないという検出信号の入力があると、サルフェーション状態のバッテリーと判定して、前記整流回路２をその出力電圧が定電圧充電を行う所定の充電電圧より２０％以上から絶縁型変圧器容量の許容できる高電圧の間で制御することを特徴とするバッテリー充電装置としたものである。
【０００８】
また、請求項２に係る発明は、交流電源１を直流電源に変換する直流電圧可変機能を有する整流回路２と、この整流回路２の出力電圧をバッテリーの充電状態に応じて可変調整する主制御装置３と、前記整流回路２に充電配線４を介して接続したバッテリー５と、このバッテリー５に接続した溶接機７と、前記充電配線４と主制御装置３との間に接続した、充電時に所定のバッテリー充電電流が流れるか否かを検出するバッテリー充電電流検出回路６とよりなり、前記主制御装置３は、前記バッテリー充電電流検出回路６より、充電時に前記所定のバッテリー充電電流が流れていないという検出信号の入力があると、サルフェーション状態のバッテリーと判定して、前記整流回路２をその出力電圧が定電圧充電を行う所定の充電電圧より２０％以上から絶縁型変圧器容量の許容できる高電圧の間で制御することを特徴とするバッテリー溶接機としたものである。
【０００９】
また、請求項３および請求項４に係る発明は、請求項１および請求項２に記載の直流電圧可変機能を有する整流回路２を、変圧器９の２次巻線の両端にそれぞれサイリスタ２ａ，２ａが接続され、サイリスタ２ａ，２ａのゲートに、サイリスタ２ａ，２ａの出力電圧が定電圧充電を行う所定の充電電圧より２０％以上から絶縁型変圧器容量の許容できる高電圧の間で制御することができる高い電圧になるように、サイリスタが点弧するゲート電流の点弧位相を制御する制御信号が前記主制御装置３から印加されるように構成したことを特徴とするバッテリー充電装置およびバッテリー溶接機としたものである。
【００１０】
このようなバッテリー充電装置およびバッテリー溶接機としたので、充電時に所定のバッテリー充電電流が流れていない場合には、前記主制御装置３が、サルフェーション状態のバッテリーと判定し、バッテリーの定電圧充電を行う所定の充電電圧より２０％以上から絶縁型変圧器容量の許容できる高電圧の間で制御することができる高い出力電圧が得られるように、前記整流回路２を制御して、その高い出力電圧（充電電圧）で充電を行うことにより、サルフェーション状態のバッテリーでも充電を行うことが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
請求項１に係る発明のバッテリー充電装置は、図１に示す電気回路ブロック図を参照して説明すると、交流電源１を直流電源に変換する直流電圧可変機能を有する整流回路２と、この整流回路２の出力電圧をバッテリーの充電状態に応じて可変調整する主制御装置３と、前記整流回路２に充電配線４を介して接続したバッテリー５と、前記充電配線４と主制御装置３との間に接続した、充電時に通常の充電電流が流れるか否かを検出するバッテリー充電電流検出回路６とよりなり、前記主制御装置３は、前記バッテリー充電電流検出回路６より、充電時に所定のバッテリー充電電流が流れていないという検出信号の入力があると、サルフェーション状態のバッテリーと判定して、前記整流回路２をその出力電圧が通常の充電電圧より２０％以上から絶縁型変圧器容量の許容できる高電圧の間で制御することを特徴とするバッテリー充電装置としたものである。
【００１２】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載したバッテリー充電装置の構成要素のバッテリー５に溶接機７を接続したことを特徴とするバッテリー溶接機としたものである。
【００１３】
また、請求項３および請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項２に記載した直流電圧可変機能を有する整流回路２を、変圧器９の２次巻線の両端にそれぞれサイリスタ２ａ，２ａが接続され、サイリスタ２ａ，２ａのゲートに、サイリスタ２ａ，２ａの出力電圧が通常の充電電圧より２０％以上から絶縁型変圧器容量の許容できる高電圧の間で制御することができる高い電圧になるように、サイリスタが点弧するゲート電流の点弧位相を制御する制御信号が前記主制御装置３から印加されるように構成した、ことを特徴とするバッテリー充電装置およびバッテリー溶接機としたものである。
なお、符号８はバッテリー電圧検出回路である。
【００１４】
図２は本発明のバッテリー充電装置およびバッテリー溶接機の実施例を示す電気回路である。
商用電源のＡＣ１００Ｖが絶縁型の変圧器９の１次巻線に入力され、２次巻線に所望の電圧の交流電源１が出力され、この２次巻線の両端がそれぞれ前記直流電圧可変機能を有する整流回路２を構成するサイリスタ２ａ，２ａのアノードに接続され、カソードが充電配線４に接続され、ゲートに、サイリスタが点弧するゲート電流の点弧位相を制御する制御信号が前記主制御装置３から印加されるように構成されている。
前記直流電圧可変機能を有する整流回路２から得られる直流電圧は、前記主制御装置３からの制御信号（制御パルス）によってサイリスタが点弧（ターンオン）するゲート電流の点弧位相を制御することによって、可変調整することができる。
前記バッテリー充電電流検出回路６は、前記充電配線４に直列にインダクタンス素子６ａを接続し、このインダクタンス素子６ａの近傍にホール素子６ｂを設け、このホール素子６ｂが前記充電配線４に流れる電流に比例してインダクタンス素子６ａに発生する磁界を受けて発生するホール電圧を増幅回路６ｃで増幅して、充電電流に比例して得られる電圧を前記主制御装置３に印加するようになっている。
【００１５】
符号１０は、前記変圧器９の２次巻線側の交流電圧波形を正負半周期に対応した矩形波に変換する波形整形回路であり、サイリスタを点弧（ターンオン）させるタイミングの基点となる信号を生成する。たとえば、図３において、Ｖ１波形（図２の変圧器９の２次巻線側の交流電圧Ｖ１）の斜線部をサイリスタより出力する場合に、前記波形整形回路１０よりの出力波形Ｖ２の立ち下がりを基点として、ｔ時間後にＶ３波形の制御信号（制御パルス）を主制御装置３より出力してサイリスタのゲートに印加し、ゲート電流を流してサイリスタが点弧して、Ｖ１波形の斜線部が出力される。このＶ１波形の斜線部が多くなると、前記整流回路２から得られる直流電圧は高くなり、そのＶ１波形の斜線部が少なくなると、整流回路２から得られる直流電圧は低くなる。
【００１６】
前記バッテリー電圧検出回路８は、前記充電配線４から分圧回路を通して得られるバッテリー電圧に比例した電圧を、バッテリー電圧として得るようになっており、この電圧を前記主制御装置３に印加するようになっている。
バッテリー５には、スイッチ１１を介して、前記主制御装置３と、前記直流電圧可変機能を有する整流回路２と、バッテリー充電電流検出回路６と、波形整形回路１０とに所要の直流電圧を供給する電源回路１２が接続されている。
また、前記バッテリー５には、リアクトル１３を介して溶接機７が接続されている。
【００１７】
バッテリー溶接機のように、バッテリーを複数個直列に接続している場合は、仮にサルフェーションを起こしているバッテリーが１個であっても、他の正常なバッテリーに悪影響を与えることなく充電（例えば過充電）することができる。図４に示すように、例えばバッテリーを３個直列に接続したバッテリー溶接機において、バッテリーＢ１のみがサルフェーション現象を起こして、その内部抵抗Ｒ１が高くなっているとすると、内部抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３はそれぞれ次の関係式となる。
Ｒ１≫Ｒ２      （１）
Ｒ１≫Ｒ３      （２）
Ｒ２≒Ｒ３      （３）
ここで、通常の電圧より２０％以上から絶縁型変圧器容量の許容できる高電圧の間で制御することができる高い電圧（例えば１８Ｖ×３＝５４Ｖ）をかけると、（１）および（２）式より、バッテリーＢ１には５４Ｖに近い電圧が印加される。このように通常の電圧より高い電圧の印加により、充電電流が徐徐に増加し、正常な充電電流がバッテリーＢ１に流れるようになるまでのバッテリーＢ２，Ｂ３に流れる電流は、３個のバッテリーが直列接続されているためにバッテリーＢ１に流れる電流と同一である。したがって、正常なバッテリーＢ２，Ｂ３に過充電などの悪影響を与えることはない。
【００１８】
以下、本発明の作用を図５に示すフローチャートに従って説明すると、充電をスタートし（ステップ１）、定電流充電を行い（ステップ２）、所定の電圧（１４．５Ｖ）になったか否かを判定し（ステップ３）、所定の電圧（１４．５Ｖ）になっておれば（ＹＥＳ）、定電圧充電を行い（ステップ４）、バッテリー充電電流検出回路６によって所定の電流（たとえば３Ａ以上）が流れているか否が判定され（ステップ５）、所定の電流が流れていなければ（ＮＯ）、バッテリーがサルフェーション状態であると判定され（ステップ６）、前記主制御装置３が、直流電圧可変機能を有する整流回路２に対して通常の充電電圧より高い高電圧をバッテリーに印加するように制御し（ステップ７）、この高電圧印加によって正常な充電電流（たとえば３Ａ以上）が流れたか否が判定され（ステップ８）、正常な充電電流が流れていれば（ＹＥＳ）、（ステップ２）に戻り定電流充電を行う。
【００１９】
前記（ステップ８）の判定において、正常な充電電流が流れていなければ（ＮＯ）、高電圧をバッテリーに印加し続け高電圧を規定時間印加（たとえば３時間以上）したか否が判定され（ステップ９）、高電圧を規定時間印加していなければ（ＮＯ）（ステップ８）に戻り、高電圧を規定時間印加しておれば（ＹＥＳ）、回復不能なバッテリーと判断し（ステップ１０）、充電停止を行う（ステップ１１）。前記（ステップ５）の判定において、所定の電流が流れておれば（ＹＥＳ）、所定の時間充電（たとえば３時間）したか否か判定され（ステップ１２）、所定の時間充電しておれば（ＹＥＳ）、充電を停止する（ステップ１３）。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の請求項１、請求項２、請求項３および請求項４に係る発明によれば、充電時に所定のバッテリー充電電流が流れていない場合には、主制御装置が、サルフェーション状態のバッテリーと判定し、通常のバッテリーの充電電圧より２０％以上から絶縁型変圧器容量の許容できる高電圧の間で制御することができる高い電圧が得られるように、前記整流回路を制御して、その高い充電電圧で充電を行うことにより、サルフェーション状態のバッテリーでも充電を行うことが可能となる。特にバッテリー溶接機のように、バッテリーが複数個直列に接続されている場合には、たとえば、そのうちの１個のバッテリーがサルフェーション状態であって、その内部抵抗が高くても、通常の充電電圧より高い充電電圧を、複数個直列に接続されているバッテリーの両端に印加することにより、充電電流が徐徐に増加して、正常な充電電流が流れるようになり、したがって、正常なバッテリーに過電流が流れるようなことはなく、サルフェーション状態のバッテリーでも正常に充電を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバッテリー充電装置およびバッテリー溶接機の電気回路ブロック図である。
【図２】本発明のバッテリー充電装置およびバッテリー溶接機の実施例の電気回路図である。
【図３】本発明のバッテリー充電装置およびバッテリー溶接機の整流回路から得られる出力電圧の可変作用の説明図である。
【図４】本発明のバッテリー溶接機のように複数個直列に接続されたバッテリーに充電を行う場合の説明図である。
【図５】本発明のバッテリー溶接機の作用を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１        交流電源
２        直流電圧可変機能を有する整流回路
３        主制御装置
４        充電配線
５        バッテリー
６        バッテリー充電電流検出回路
７        溶接機
８        バッテリー電圧検出回路
９        絶縁型変圧器
１０        波形整形回路
１１        スイッチ
１２        電源回路
１３        リアクトル
【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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