(57)【要約】【課題】出力電圧が不安定な電源に接続した場合であっても安定した状態で，且つ，比較的短時間で充電を行うことのできる充電方法を提供する。【解決手段】トランス３０の一次巻線３１を含み，交流電源に接続される一次側回路２ａと，トランス３０の二次巻線３２を含み，充電を行う蓄電池に接続される二次側回路２ｂと，前記二次側回路２ｂ内に設けられた整流手段３５を備え，交流電源からの電力を変圧すると共に直流に整流して出力する電源装置２を用いて行う蓄電池の充電方法であり，前記蓄電池に対する充電中，前記二次側回路２ｂ内を所定の充電電圧値（実施形態において２８Ｖ）未満に維持しつつ，所定の充電電流値（実施形態において２０〜２５Ａ）となるよう前記トランス３０の巻数比を変更する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスの一次巻線を含み，交流電源に接続される一次側回路と，トランスの二次巻線を含み，充電を行う蓄電池に接続される二次側回路と，前記二次側回路内に設けられた整流手段を備え，交流電源からの電力を変圧すると共に直流に整流して出力する電源装置を用いて行う蓄電池の充電方法において，
前記蓄電池に対する充電中，前記トランスの巻数比を変更して前記二次側回路内を所定の充電電圧値未満に維持しつつ，所定の充電電流値となるよう制御することを特徴とする蓄電池の充電方法。
【請求項２】
前記トランスの巻数比を変更しても前記二次側回路内の電圧値を前記充電電圧値未満に維持することができず，前記二次側回路内の電圧値が前記充電電圧値以上になったら，前記トランスの巻数比を変更して前記二次側回路内を前記充電電圧値に維持するよう制御することを特徴とする請求項１記載の蓄電池の充電方法。
【請求項３】
前記二次側回路内を前記充電電圧値に維持する制御により前記二次側回路内の電流値が，前記充電電流値に対して低い値に設定された所定の充電完了電流値未満となったときに，前記蓄電池に対する充電を完了することを特徴とする請求項２記載の蓄電池の充電方法。
【請求項４】
充電開始から所定時間が経過した時，前記二次側回路内の電流が前記充電完了電流値以上であっても充電を完了する請求項３記載の蓄電池の充電方法。
【請求項５】
前記蓄電池が鉛蓄電池であり，前記充電電圧値を２．３３〜２．４２Ｖ／セルとしたことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の蓄電池の充電方法。
【請求項６】
トランスの一次巻線を含み，交流電源に接続される一次側回路と，トランスの二次巻線を含み，充電を行う蓄電池に接続される二次側回路と，前記二次側回路内に設けられた整流手段を備え，交流電源からの電力を変圧すると共に直流に整流して出力する電源装置を備えた充電器において，
前記トランスを巻数比可変型のものとし，前記トランスの巻数比を変更する巻数比変更手段を設けると共に，
前記二次側回路内の電圧を検出する電圧検出手段と，前記二次側回路内の電流を検出する電流検出手段と，前記電圧検出手段が検出する電圧を所定の充電電圧値未満に維持しつつ，前記電流検出手段が検出する電流が所定の充電電流値の範囲となるように，前記巻数比変更手段を制御する制御回路を備えた制御装置を有することを特徴とする充電器。
【請求項７】
前記トランスの一次巻線に複数のタップを設けると共に，前記トランスの巻数比を変更可能に前記交流電源と前記タップ間の接続パターンを切り換えるスイッチング回路を前記巻数比変更手段として前記電源装置の前記一次側回路に設けたことを特徴とする充電器。
【請求項８】
前記制御回路は，前記電圧検出手段が検出する二次側回路内の電圧値が前記巻数比変更手段の制御による前記トランスの巻数比の変更によっても前記充電電圧値未満に維持することができず，前記電圧検出手段が検出する電圧値が前記充電電圧値以上になったら，前記電圧検出手段が検出する電圧を所定の充電電圧値に維持するように，前記巻数比変更手段を制御することを特徴とする請求項６又は７記載の充電器。
【請求項９】
前記二次側回路の前記二次巻線と前記蓄電池間に開閉器を設けると共に，
前記制御回路に，前記二次側回路内を前記充電電圧値に維持する制御後，前記電流検出手段が前記充電電流値に対して低い値に設定された所定の充電完了電流値未満となったことを検出したときに，前記開閉器を開く充電自動終了手段を設けたことを特徴とする請求項８記載の充電器。
【請求項１０】
前記充電自動終了手段が，前記制御回路に設けたタイマにより充電開始から所定時間の経過がカウントされた時，前記二次側回路内の電流が前記充電完了電流値以上であっても前記開閉器を開く充電強制終了手段を備えることを特徴とする請求項９記載の充電器。
【請求項１１】
前記制御回路が，前記電圧検出手段が検出した電圧が前記充電電圧値を越えるとき，及び前記電流検出手段が検出した電流が所定の充電電流値を超えるとき，前記トランスの巻数比が増加するように前記巻数比変更手段を制御し，
前記電圧検出手段が検出した電圧が前記充電電圧値未満かつ，前記電流検出手段が検出する電流が所定の充電電流値未満となったとき，前記トランスの巻数比が減少するように前記巻数比変更手段を制御することを特徴とする請求項６〜１０いずれか１項記載の充電器。
【請求項１２】
前記交流電源の電圧を検出する入力電圧検出手段を設け，前記入力電圧検出手段が検出した電圧が，所定の始動許可電圧の範囲内であるとき，前記開閉器を閉じる充電開始手段を前記制御回路に設けたことを特徴とする請求項９記載の充電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蓄電池の充電方法及び前記方法を実現する充電器に関し，より詳細には交流電源からの電力をトランスにより変圧すると共に直流に整流して出力する電源装置を使用して行う，鉛蓄電池の充電に適した蓄電池の充電方法及び充電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
充電器の電源装置
充電により繰り返し使用できる蓄電池は，電力によって駆動される各種機器の電源として広く使用されており，このような蓄電池の一種である鉛蓄電池は，自動車のバッテリーとして広く利用されている他，商用電源の供給停止時に使用されるバックアップ電源，フォークリフトやゴルフカート，昇降可能な作業台を搭載した高所作業車等，各種の電動車用の電源としても広く用いられている。
【０００３】
このような鉛蓄電池において，自動車に搭載された鉛蓄電池ではエンジンに設けたオルタネータによって充電が行われるが，フォークリフトやゴルフカート，高所作業車等の電動車の電源として使用されている鉛蓄電池では，電動車の使用後，搭載されている蓄電池を充電器を介して電源に接続し，走行等によって放電した電力を充電によって補う必要がある。
【０００４】
この鉛蓄電池に対する充電は，一般に商用電源からのＡＣ１００Ｖを変圧，整流して入力することにより行われ，このような充電に使用される充電器には，商用交流電源からの電圧を蓄電池に対応した電圧に変圧すると共に，直流に整流する電源装置が設けられている。
【０００５】
このような電源装置２の一例として，高周波トランス３０’の一次側と交流電源間に整流ブリッジ７１を設けると共に，整流された信号を半導体スイッチング素子７２の高速ＯＮ，ＯＦＦにより高周波信号を発生する高周波発振回路７を設け，半導体スイッチング素子７２のＯＮ／ＯＦＦタイミングを制御して高周波トランス３０’の二次側で一定の電圧を取り出すと共に整流して所望の直流電流を得ることができるように構成したものがある（図３参照）。
【０００６】
また，充電式電気かみそりの充電等に使用する充電器に関し，トランスの一次巻線に中間タップを設け，一次側に接続される商用交流電源の電圧を検出し，検出された電圧に応じて前記一次巻線の使用巻回数を自動で切り換え可能としたものも提案されており（特許文献１の請求項１），具体的には，一次巻線の両端にタップを設けると共に，中間に中間タップを設け，トランスの一次巻線と商用交流電源間に，所定の閾値を越える電圧でＯＮとなる半導体スイッチング素子を備えたスイッチング回路を設け，商用交流電源からの電圧が前記閾値以下である場合に，前記トランスの一端と中間タップとを前記商用交流電源に接続すると共に，商用交流電源からの電圧が前記閾値を越えると，トランスの一次巻線の両端に商用交流電源を接続して，トランスの二次側電圧で一定の電圧を取り出すことができるように構成したものも提案されている（特許文献１の第１図，第２図参照）。
【０００７】
鉛蓄電池に対する充電方法一般
なお，鉛蓄電池の充電方法としては，一般に定電流充電法，段別充電法，定電圧充電法，準定電圧充電法等が知られている（非特許文献１参照）。
【０００８】
（１）定電流充電法
このうちの定電流充電法は，終始一定の電流で充電を行う方法である。回路の内部抵抗を無視して，電源装置より供給される電圧をＶout，蓄電池の電圧をＶＢ，蓄電池の内部抵抗をｒ，充電電流をＩとすると，充電電流Ｉは，
Ｉ＝（Ｖout−ＶＢ）／ｒ
によって表すことができ，充電電流Ｉは充電に伴う蓄電池の電圧ＶＢの上昇につれて減少する。従って，この定電流充電法では充電の進行と共に回路内に設けた抵抗の抵抗値を減少させて充電電流Ｉを一定値に保ちながら行われる充電法である。
【０００９】
この定電流充電法では，充電の終期に電流のほとんどが電解液の分解又は熱の発生に消費されるという不利がある。
【００１０】
（２）段別充電法
段別充電法は，前述した定電流充電法の一種であるが，この方法では充電中の電流を２又は３段に逓減する。初期には３〜５時間率電流を用い，電圧がガスの発生する電圧に達すると電流を下げ，再度この電圧に達すると電流をさらに下げ，最終的には１０〜２０時間率の電流まで低下させる。
【００１１】
この方法では，ガスの発生電圧に達すると電流を下げることから，前掲の定電流充電法で生じていたガスの発生という問題を解消することができるものとなっているが，充電の進行と共に電流値を低下させるため，初期充電の時間率で終始充電を行う場合に比較して充電完了時間が遅れる。
【００１２】
（３）定電圧充電法
定電圧充電法は，終始一定の電圧を加えながら充電を行う方法である。前掲の定電流充電法の説明中に示した式からも明らかなように，電源装置より供給される電圧をＶoutを一定にして充電を行う場合，充電電流Ｉは蓄電池の電圧ＶＢが低い充電の開始時には非常に大きいが，電池電圧ＶＢの上昇につれて減少し，この充電電流Ｉの減少によって充電の終期で生じやすいガスの発生を減少させることができるものとなっている。
【００１３】
しかし，この方法による場合には電源電圧が比較的低く設定されるために完全に充電を行えないという問題があり，充電の終期に電圧を上げて２０時間率程度の電流で充電を完了させる等の措置を講じる必要がある。
【００１４】
（４）準定電圧充電法
準定電圧充電法は，前述した定電圧充電法の欠点を解消するために回路に抵抗を入れて電源電圧を高く設定しつつ初期の充電電流に制限を加えるものであり，これにより，前記定電圧充電法における充電不足発生の解消が図られている。
【００１５】
この発明の先行技術文献情報としては次のものがある。
【特許文献１】特開昭５８−３５３９号公報
【非特許文献１】株式会社電気書院発行「電池ハンドブック」（3-61頁〜3-62頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
電源電圧の変化に伴う課題
ところで，フォークリフト，高所作業車等の電動車は，商用交流電源を確保できない工事現場等において使用される場合も多い。
【００１７】
このような商用交流電源が確保されていない工事現場等では，仮設電源，例えばエンジン駆動発電機等を交流電源として蓄電池に対する充電が行われる場合も多く，この場合，充電器に入力される交流電圧は商用交流電源に比べて不安定である。
【００１８】
しかも，このような工事現場等では，共通の電源から複数の機器に対する電力の供給が同時に行われる場合も多く，例えば電源である発電機に，複数のコンセントを備えたコードリールを接続して，このコードリールのコンセントに他の機器と共に充電器を接続したり，また，このコードリールのコンセントにさらにコードリールを接続して延長し，延長された末端のコードリールのコンセントに他の機器等と共に充電器を接続することもしばしば行われる（図４参照）。
【００１９】
そのため，このようにコードリールを直列につないで電源から離れたところまで電線を延長すると，電源から離れるに従って電線の抵抗による電圧降下が生じ，末端の充電器に供給される電圧が低くなるという現象が生じる。
【００２０】
その結果，電源である発電機の出力電圧がＡＣ１００Ｖに維持されていたとしても，末端の機器に印加される電圧は，これに満たない電圧（例えばＡＣ９０Ｖ）となってしまう。
【００２１】
さらに，発電機等の電源に消費電力の比較的大きい機器，例えばモータ駆動型の空気圧縮機を接続して使用すると，空気圧縮機の運転や停止，運転状態の変化に伴って末端に接続された充電器に入力される電圧が大きく変化する。
【００２２】
そのために，このような不安定な電源からの電力供給を受けて使用される充電器では，安定した電圧の直流電流を蓄電池に入力することができない。
【００２３】
このように，不安定な電圧を出力する交流電源からの電力が入力される場合，図３を参照して説明した電源装置を備えた充電器では，高周波信号発振回路７に設けた半導体スイッチング素子７２は，一般に大きな電圧変動に弱く，入力電圧に対して±１５％程度しか対応できない。
【００２４】
しかも，入力電圧が下がった場合には半導体スイッチング素子のＯＮ時間を長くとると共に，ＯＦＦ時間を短くして出力電圧や電流を制御するが，ＯＮ時間がＯＦＦ時間を越えるような制御を行うと，半導体スイッチング素子が発熱し破損してしまう。
【００２５】
そのため，発電機が単相ＡＣ１００Ｖの交流を出力するものであったとしても，実際の出力がＡＣ８５Ｖを下回ったり，ＡＣ１１５Ｖを越えてしまう等，±１５％を越える場合がある以上，このような半導体スイッチング素子を使用した電源装置を備えた充電器を使用することができない。
【００２６】
一方，前述した特許文献１に記載の発明も，充電式電気かみそり等の充電に使用する充電器のように，商用交流電源（例えば単相ＡＣ１００Ｖ，又は単相ＡＣ２００Ｖ）からの電力供給を前提とするものであり，実施例においても商用交流電源としてＶ１，Ｖ２の２種類間での切り換えを前提とする（特許文献１の実施例及び第２図参照）。
【００２７】
そのため，例えば設定電圧Ｖ１，Ｖ２をＡＣ１００Ｖ，ＡＣ２００Ｖの商用交流電源に対応して設定して，ＡＣ１００Ｖ電源に接続して使用した場合，電源電圧がＡＣ１００Ｖを下回る場合にはトランスの二次側では予定した電圧より低い電圧しか取り出すことができず，また，ＡＣ２００Ｖ電源に接続して使用した場合，電源電圧がＡＣ２００Ｖを越える場合にはトランスの二次側電圧では予定した電圧より高い電圧が出力されることとなり，電源電圧の変化によってトランスの二次側で取り出される電圧も不安定となる。
【００２８】
充電方式に伴う課題
さらに特許文献１の充電器では，電源電圧を検出して一次巻線の巻数を切り替えることでトランスの二次電圧を一定にしようというものであるから，これを前述した鉛蓄電池の一般的な充電方法に照らした場合，定電圧充電法に対応した充電が行われることとなる。
【００２９】
その結果，充電が進むにつれて鉛蓄電池の電圧ＶＢが上昇すると充電電流Ｉが減少する。この充電電流Ｉの減少は，充電終期における水素ガスの発生防止に役立つものではあるが，充電電流Ｉの減少により充電時間が長くなり，また，充電電圧を低く設定する必要があり鉛蓄電池の充電を完全に行うことができないという，定電圧充電法の持つ欠点をそのまま受け継ぐものとなる。
【００３０】
しかも，特許文献１に記載の充電器にあっては，商用交流電源の電圧を検出してその変化に対処しようという発想はあるが，トランスの二次側における充電電圧や充電電流に対応して蓄電池に対する充電状況を変化させようとする発想はない。
【００３１】
そのため，トランスの二次側における充電電圧Ｖが高すぎると充電電流Ｉが多くなり蓄電池が発熱したり，蓄電池の電解液が電気分解されて電解液の比重不足，液減りが生じ，短期間でメンテナンスが必要となると共に，電気分解によって生じる水素ガスは非常に引火しやすく，爆発等の危険性がある。
【００３２】
そこで，本発明は上記従来技術における欠点を解消するためになされたものであり，工事現場の仮設電源等，出力電圧が不安定な電源に接続した場合であっても故障，破損等を生じることなく，また，このような電圧変化によっても蓄電池の過充電や充電不足が生じることなく，しかも，過充電，及びこの過充電に伴う水素ガスの発生を防止して安全かつ確実な充電を行うことのできると共に，比較的短時間で充電を完了することのできる蓄電池の充電方法及び充電器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】
【００３３】
上記目的を達成するために，本発明の蓄電池の充電方法は，トランス３０の一次巻線３１を含み，交流電源に接続される一次側回路２ａと，トランス３０の二次巻線３２を含み，充電を行う蓄電池に接続される二次側回路２ｂと，前記二次側回路２ｂ内に設けられた整流手段３５を備え，交流電源からの電力を変圧すると共に直流に整流して出力する電源装置２を用いて行う蓄電池の充電方法において，
前記蓄電池に対する充電中，前記トランス３０の巻数比を変更して前記二次側回路２ｂ内を所定の充電電圧値未満（充電電圧値が２８〜２９Ｖである実施形態において下限の２８Ｖ未満）に維持しつつ，所定の充電電流値（実施形態において２０〜２５Ａ）となるよう制御することを特徴とする（請求項１）。
【００３４】
前述の充電方法において，前記トランス３０の巻数比を変更しても前記二次側回路２ｂ内の電圧値を前記充電電圧値未満（実施形態において２８Ｖ未満）に維持することができず，前記二次側回路２ｂ内の電圧値が前記充電電圧値以上（実施形態において２８Ｖ以上）になったら，前記トランス３０の巻数比を変更して前記二次側回路２ｂ内を前記充電電圧値（実施形態において２８〜２９Ｖ）に維持するよう制御するように構成することができる（請求項２）。
【００３５】
また，前記充電方法において，前記二次側回路２ｂ内を前記充電電圧値（実施形態において２８〜２９Ｖ）に維持する制御により前記二次側回路２ｂ内の電流値が，前記充電電流値に対して低い値に設定された所定の充電完了電流値（実施形態において３Ａ）未満となったときに，前記蓄電池に対する充電を完了するように構成しても良い（請求項３）。
【００３６】
さらに，前記充電の終了は，充電開始から所定時間が経過した時，前記二次側回路内の電流が前記充電完了電流値（実施形態において３Ａ）以上であっても充電を完了するようにしても良い（請求項４）。
【００３７】
なお，前記蓄電池が鉛蓄電池である場合，前記充電電圧値を２．３３〜２．４２Ｖ／セルとすることが好ましい（請求項５）。
【００３８】
また，本発明の充電器は，トランス３０の一次巻線３１を含み，交流電源に接続される一次側回路２ａと，トランス３０の二次巻線３２を含み，充電を行う蓄電池に接続される二次側回路２ｂと，前記二次側回路２ｂ内に設けられた整流手段３５を備え，交流電源からの電力を変圧すると共に直流に整流して出力する電源装置２を備えた充電器１において，
前記トランス３０を巻数比可変型のものとし，前記トランス３０の巻数比を変更する巻数比変更手段（実施形態においてスイッチング回路４０）を設けると共に，
前記二次側回路２ｂ内の電圧を検出する電圧検出手段５１と，前記二次側回路２ｂ内の電流を検出する電流検出手段５２と，前記電圧検出手段が検出する電圧を所定の充電電圧値（実施形態において２８Ｖ）未満に維持しつつ，前記電流検出手段が検出する電流が所定の充電電流値（実施形態において２０〜２５Ａ）の範囲となるように，前記巻数比変更手段を制御する制御回路５４を備えた制御装置５を有することを特徴とする（請求項６）。
【００３９】
前記構成の充電器において，前記トランス３０の一次巻線３１に複数のタップＴ０〜Ｔ５を設けると共に，前記トランス３０の巻数比を変更可能に前記交流電源と前記タップＴ０〜Ｔ５間の接続パターンを切り換えるスイッチング回路４０を前記巻数比変更手段として前記電源装置２の前記一次側回路２ａに設けたものとしても良い（請求項７）。
【００４０】
また，前記制御回路５４には，前記電圧検出手段５１が検出する二次側回路２ｂ内の電圧値が前記巻数比変更手段（実施形態においてスイッチング回路４０）の制御による前記トランス３０の巻数比の変更によっても前記充電電圧値未満（実施形態において２８Ｖ未満）に維持することができず，前記電圧検出手段が検出する電圧値が前記充電電圧値以上（実施形態において２９Ｖ以上）になったら，前記電圧検出手段５１が検出する電圧を所定の充電電圧値（実施形態において２８〜２９Ｖの範囲）に維持するように，前記巻数比変更手段を制御するようにしても良い（請求項８）。
【００４１】
更に，前記二次側回路２ｂの前記二次巻線３２と前記蓄電池間に開閉器ＲＹ２を設けると共に，
前記制御回路５４に，前記二次側回路内を前記充電電圧値の範囲に維持する制御後，前記電流検出手段５２が前記充電電流値に対して低い値に設定された所定の充電完了電流値（実施形態において３Ａ）未満となったことを検出したときに，前記開閉器ＲＹ２を開く充電自動終了手段５４２を設けるものとしても良い（請求項９）。
【００４２】
この場合，前記充電自動終了手段５４２に，前記制御回路５４に設けたタイマにより充電開始から所定時間の経過がカウントされた時，前記二次側回路２ｂ内の電流が前記充電完了電流値（実施形態において３Ａ）以上であっても前記開閉器ＲＹ２を開く充電強制終了手段５４３を備えるものとしても良い（請求項１０）。
【００４３】
さらに，前記制御回路５４は，前記電圧検出手段５１が検出した電圧が前記充電電圧値（実施形態において２９Ｖ）を越えるとき，及び前記電流検出手段５２が検出する電流が所定の充電電流値（実施形態において２５Ａ）を超えるとき，前記トランス３０の巻数比が増加するように前記巻数比変更手段を制御し，
前記電流検出手段５２が検出する電流が所定の充電電流値（実施形態において２０Ａ）未満となったとき，前記トランス３０の巻数比が減少するように前記巻数比変更手段を制御するように構成する（請求項１１）。
【００４４】
さらに，前記交流電源の電圧を検出する入力電圧検出手段５３を設け，前記入力電圧検出手段５３が検出した電圧が，所定の始動許可電圧（実施形態において８０〜１３０Ｖ）の範囲内であるとき，前記開閉器ＲＹ２を閉じる充電開始手段５４４を前記制御回路５４に設けるものとしても良い（請求項１２）。
【発明の効果】
【００４５】
以上説明した本発明の構成により，本発明の充電方法及びこの充電方法を実施する充電器によれば，以下の顕著な効果を得ることができた。
【００４６】
二次側回路２ｂ内の電圧を，所定の充電電圧値未満に維持しつつ，電流を所定の充電電流値としたことにより，交流電源からの入力電圧の変化によっても二次回路２ｂ内の充電電圧Ｖ及び充電電流Ｉを安定させることができた。
【００４７】
その結果，蓄電池の充電不足や過充電，過充電による電解液の電気分解によって生じる液減り，比重不足，危険な水素ガスの発生等を好適に防止できた。
【００４８】
また，既知の定電圧法による充電では，蓄電池の電圧ＶＢの上昇に伴って二次回路２ｂ内の電流である充電電流Ｉが減少するものとなっていたが，本発明の方法では充電の進展と共に低下しようとする充電電流Ｉを所定の充電電流値に維持する制御が行われるために，充電完了までの時間を短縮することができた。
【００４９】
しかも充電電圧Ｖを，電解液の過剰な電気分解が生じない範囲に制御しておくことにより，液減り，比重不足，危険な水素ガスの発生等を防止することができた。
【００５０】
さらに，このような二次側回路２ｂ内の電圧Ｖ，電流Ｉの制御をトランス３０の巻数比を変化させることにより行うものであることから，図３を参照して説明した半導体スイッチング素子７２を含む高周波信号発振回路７を備えた電源装置２に比較して，変動幅の大きな電源電圧の変動にも対処し得ると共に，発熱等による破損等も生じ難いものとすることができた。
【００５１】
二次側回路２ｂ内の電圧Ｖが上昇して，トランス３０の巻数比の変更によっても所定の充電電圧値未満に維持することができず，充電電圧値以上になったとき，充電電圧Ｖが所定の充電電圧値となるように制御したことにより，充電電流Ｉを蓄電池の電圧ＶＢの上昇に伴い低下させることができ，これにより，水素ガスの発生が最も生じやすい充電終期における充電電流Ｉを低く設定することができ，これにより危険な水素ガスの発生を可及的に減少させることができた。
【００５２】
また，前記構成に加え，蓄電池の電圧ＶＢの上昇に伴い低下した充電電流Ｉが，所定の充電完了電流値となったときに充電を終了するようにしたため，電源電圧の変動によっても蓄電池に対する十分な充電を行うことができた。
【００５３】
さらに，二次側回路内の電流が前記充電終了電流値未満となる前であっても，タイマによる所定時間のカウントによって充電を強制終了させることとしたことにより，例えば放電状態にばらつきがある直列に接続された複数の蓄電池を同時に充電する場合においても過充電となることを防止できた。
【００５４】
すなわち，直列接続の蓄電池に対して同時に充電を行う場合，一方の蓄電池が満充電となっても他方の蓄電池が満充電とならない場合には，充電電流Ｉが減少しない場合が生じ，この状態で充電を継続すると満充電となっている蓄電池に対しては過充電となり，そのため前述のようにタイマによる設定時間で充電を強制的に終了することで，このような過充電を防止することができる。
【００５５】
充電対象とする蓄電池が鉛蓄電池である場合，各セル当たりの充電電圧値を２．４２Ｖとすることで，電解液の電気分解を好適に抑制することができ，液減り，比重の低下，水素ガスの発生を好適に防止できた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
次に本発明の実施形態を，添付図面を参照しながら以下に説明する。
【００５７】
〔充電器〕
図１中の符号１は，本発明の充電器であり，この充電器１は，図示せざる発電機等の交流電源に接続するための入力端子２１（２１ａ，２１ｂ），充電を行う蓄電池を接続する出力端子２２を備え，前記入，出力端子２１，２２間に，交流電源からの出力を変圧するトランス３０，変圧されたトランス３０からの出力を直流に整流する整流手段３５を備えた電源装置２を有する点では，既知の充電器１と同様の構成である。
【００５８】
なお，本明細書において，前記入力端子２１（２１ａ，２１ｂ）からトランス３０の一次巻線３１迄の回路（一次巻線３１を含む）を電源装置２の一次側回路２ａとして説明し，前記トランス３の二次巻線３２から出力端子２２までの回路（二次巻線３２を含む）を電源装置２の二次側回路２ｂとして説明する。
【００５９】
この電源装置２の一次側回路２ａ内に設けられた一次巻線３１には，複数のタップ，図示の実施形態にあってはＴ０〜Ｔ５の６つのタップが設けられている。
【００６０】
そして，入力端子２１の一方２１ａを一次巻線３１の一端に設けたタップＴ０に接続すると共に，他方の端子２１ｂに対してタップＴ１〜Ｔ５を並列に接続する分岐回路Ｒ１〜Ｒ５を設け，各分岐回路Ｒ１〜Ｒ５のそれぞれに，該分岐回路Ｒ１〜Ｒ５を開閉する，本実施例ではトライアックであるスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ５を設け，分岐回路Ｒ１〜Ｒ５とスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ５によって，トランス３０の巻数比を変更する巻数比変更手段であるスイッチング回路４０が構成されている。
【００６１】
このスイッチング回路４０によって入力端子２１の他方２１ｂといずれかのタップＴ１〜Ｔ５が選択的に接続され，接続されるタップがＴ１，Ｔ２，・・・Ｔ５と番号が多くなるに従い一次巻線の巻数が増加するように構成されている。
【００６２】
なお，図示の実施形態では上述のようにトランス３０の一次巻線３１に複数のタップＴ０〜Ｔ５を設けて巻数比を可変と成すと共に，巻数比変更手段としてスイッチング回路４０を設ける例を説明したが，例えばトランス３０の巻線上を摺動する摺動接点を設け，この摺動接点の摺動によって巻数比を可変としたトランス３０を採用しても良く，この場合には前記スイッチング回路４０に代えて，後述する制御回路５４からの制御信号によって前記摺動接点を所定の位置に移動する，例えばサーボモータ等を前記巻数比変更手段として設けても良い。
【００６３】
前記トランス３０の二次巻線３２を含む前記電源装置２の二次側回路２ｂには，ダイオードによって構成された整流ブリッジが整流手段３５として設けられており，この整流手段３５によってトランス３０の二次側で得られた交流出力を，直流に整流して出力端子２２より出力することができるように構成されている。
【００６４】
この整流手段３５と出力端子２２間には，両者間を開閉する開閉器ＲＹ２が設けられており，この開閉器ＲＹ２の開閉によって出力端子２２に対する出力を開始／停止することができるように構成されている。
【００６５】
前述のスイッチング回路４０及び開閉器ＲＹ２を制御するために，本発明の充電器にあっては前記電源装置２の他にこれを制御するための制御装置５を備えている。
【００６６】
この制御装置５は，前記電源装置２の二次側回路２ｂ内の電圧を検出する電圧検出手段５１，同じく電源装置２の二次側回路２ｂ内の電流を検出する電流検出手段５２，及び交流電源からの入力電圧を検出する入力電圧検出手段５３を備え，各検出手段５１〜５３の検出信号に基づいて，前述のスイッチング回路４０に設けたスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ５及び開閉器ＲＹ２を制御する制御回路５４が設けられている。
【００６７】
この制御回路５４は，予めＲＯＭ等に記憶されたプログラムに従い，前記各検出手段５１〜５３の検出信号に基づいてスイッチング回路４０，開閉器ＲＹ２の動作を制御する制御信号を出力するマイクロコンピュータ等の電子制御装置によって構成されており，前記プログラムの実行により前述のスイッチング回路４０を制御する充電電圧・充電電流制御手段５４１，開閉器ＲＹ２を制御して充電を自動で終了させる充電自動終了手段５４２，タイマのカウント終了により前記開閉器ＲＹ２を制御して充電を強制終了させる充電強制終了手段５４３，及び充電開始時に前記開閉器ＲＹ２を閉じる充電開始手段５４４が実現されている。
【００６８】
図示の実施形態にあっては，交流電源と接続される入力端子２１に接続された，前記電源装置２と並列の回路を設け，この回路内に変圧器５５と整流ブリッジ５６を設けて前記制御回路５４の電源回路５７としている。
【００６９】
なお，図示の実施形態にあっては，交流電源の電圧を検出する入力電圧検出手段５３を，変圧器５５の二次側における制御装置５の電源回路５７内に設けているが，交流電源の電圧を検出可能であればいずれの位置に設けても良い。
【００７０】
〔動作〕
以上で説明した本発明の充電器１によって実行される充電方法を，前述の制御回路５４による制御動作と共に図２のフローチャートに従い説明する。
【００７１】
充電器１の出力端子２２に蓄電池を接続すると共に，入力端子２１を発電機等の交流電源の出力端子（図示せず）に接続して，制御回路５４に対する電力の供給が行われると（フロー中の「開始」），制御回路５４は入力電圧検出手段５３が検出した入力電圧が設定された始動許可電圧の範囲内にあるか否かを判定する（Ｓ１）。
【００７２】
本実施形態にあっては，ＡＣ１００Ｖの交流電源電圧の設定に対し，制御回路が検出した電源電圧が始動許可電圧であるＡＣ８０〜１３０Ｖの範囲内にあるか否かを判定し，判定の結果，電源電圧が８０Ｖ未満，又は１３０Ｖを越える場合には，例えば警告灯の点灯，警告音の発生等，図示せざる警告表示装置にエラー出力を行い，以後の動作を行わない（Ｓ２）。
【００７３】
一方，検出された入力電圧が８０〜１３０Ｖの範囲内である場合，制御回路５４において実現される充電開始手段５４４が開閉器ＲＹ２を閉じる制御信号を出力して，蓄電池が接続された出力端子２２がトランス３０の二次側に接続される（Ｓ３）。
【００７４】
また，制御回路５４は，スイッチング回路４０の分岐回路Ｒ５に設けたスイッチング素子ＴＲ５をＯＮと成す制御信号，例えばトライアックであるスイッチング素子ＴＲ５のゲートトリガーにトリガ電圧を印加する制御信号を出力して，トランス３０の一次巻線３１の巻数を最大と成すタップＴ５を介して交流電源との接続を行う（Ｓ４）。
【００７５】
前記トランス３０の一次巻線３１に対する交流電源の接続は，最大の巻数であるタップＴ０−Ｔ５間において行われ，この一次巻数Ｎinと二次巻線の巻数Ｎout間の巻数比（Ｎout／Ｎin）に対応して交流電源の電圧Ｖinが変圧されてトランス３０の二次側には電圧Ｖout〔Ｖout＝Ｖin（Ｎout／Ｎin）〕が出力される。
【００７６】
このように，充電の開始時において一次巻線３１の巻数Ｎinを最大とすることで，交流電源から最大値（本実施形態において１３０Ｖ）の電圧が入力された場合であっても，トランスの二次側電圧が過大に上昇して蓄電池に高電圧が入力されることを防止している。
【００７７】
このようにして，電源装置２の二次側回路２ｂに対し，トランスより出力された電圧Ｖoutが印加されると，電源装置２の二次側回路２ｂ内の電流（充電電流）をＩ，二次側回路２ｂ内の抵抗をＲとすると，この二次側回路２ｂ内には充電電圧Ｖ（Ｖ＝Ｖout−ＩＲ）が生じる。
【００７８】
また，充電電流Ｉは，蓄電池の電圧をＶＢ，蓄電池の抵抗をｒとすると，
Ｉ＝（Ｖout−ＶＢ）／（Ｒ＋ｒ）
となり，この充電電流Ｉが電流検出手段５２によって検出される。
【００７９】
充電電流Ｉを検出した電流検出手段５２からの検出信号を受信した制御回路５４は，制御回路５４において実現される充電電圧・充電電流制御手段５４１によってこの充電電流Ｉが予め設定した充電電流値の範囲内にあるか否かを判定し（Ｓ５），所定の充電電流値の範囲内にない場合，これを所定の充電電流値の範囲内とするように，スイッチング回路４０を制御して，一次巻線３１の巻数を対応する巻数と成すタップＴ１〜Ｔ５に接続された分岐回路Ｒ１〜Ｒ５のスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ５のいずれかをＯＮと成す。
【００８０】
それぞれが出力電圧１２Ｖ，時間率１００Ah(５時間率容量)である鉛蓄電池を直列に接続した１組の鉛蓄電池を２組並列に接続して２４Ｖ，２００Ahとした状態で充電を行う本実施形態にあっては，この充電電流値を５時間率容量の１／１０となる２０〜２５Ａの範囲と設定し，電流検出手段５２が検出した充電電流Ｉが２０Ａ未満である場合にはタップＴ１〜Ｔ５を巻数を減少させる側に切り換える操作を行い（Ｓ６），２５Ａを越える場合にはタップを巻数を増加させる側に切り換える操作を行って（Ｓ７），電流検出手段によって検出される電流が，２０〜２５Ａの範囲となるように制御する。
【００８１】
電流検出手段が検出する充電電流値が，２０〜２５Ａの範囲となると，このときのタップを維持する（Ｓ８）。
【００８２】
この電源装置２の二次側回路２ｂには，該回路２ｂ内の電圧（充電電圧Ｖ）を検出する電圧検出手段５１も設けられており，制御回路５４はさらにこの電圧検出手段５１からの検出信号に基づいて充電電圧Ｖが予め設定した充電電圧値の範囲内にあるか否かを判定し（Ｓ９），この判定に基づいてスイッチング回路４０を制御する。
【００８３】
本実施形態にあっては，各蓄電池のセル当たりの充電電圧値を２．３３〜２．４２Ｖと設定し，前述のように直列に接続した１組の鉛蓄電池を２組並列に接続した状態で充電を行うことから，制御回路５４は電源装置２の二次側回路２ｂ内の電圧である前記充電電圧Ｖが２８〜２９Ｖ（２．３３〜２．４２Ｖに直列分の１２セルを掛けた値）未満であるか否かを判定し（Ｓ９），充電電圧が２８Ｖ未満であるとき，前記充電電流を２０〜２５Ａの範囲に維持する動作を繰り返し，これにより，充電電圧を，蓄電池の電解液が過剰に電気分解されることを抑制できる２９Ｖ以下に維持した状態で，充電電流を２０〜２５Ａの範囲として充電が行われるように構成されている。
【００８４】
このような操作を繰り返しながら充電を行うと，充電の進展に伴って蓄電池の電圧ＶＢが上昇し，電圧検出手段が検出する充電電圧値が，２８〜２９Ｖの範囲となると，このときのタップを維持し（Ｓ１０），充電電圧が２９Ｖを超えると前記制御回路５４がスイッチング回路４０を制御して巻数を増加する方向にタップを切り換える（Ｓ１１）。前掲の式：Ｉ＝（Ｖout−ＶＢ）／（Ｒ＋ｒ）より，トランスより出力された電圧Ｖoutが低下し，蓄電池の電圧ＶＢが上昇すると充電電流Ｉは低下する。
【００８５】
このようにして充電電流Ｉが減少すると，制御回路５４は充電電流Ｉが所定の充電完了電流値（本実施形態では３Ａ）未満か否かを判定し（Ｓ１２），充電完了電流値以上であると，再び充電電圧Ｖが２８〜２９Ｖであるかを判定（Ｓ９）し，一方，充電電流Ｉが充電完了電流値未満になると，制御回路５４において実現される充電自動終了手段５４２は開閉器ＲＹ２を開き（Ｓ１３），トランス３０の二次側と出力端子２２間の接続を切断して充電を終了させる（フロー中の「停止」）。
【００８６】
なお，図２のフロー中への記載は省略しているが，各タップの切り換え動作（Ｓ６，Ｓ７，Ｓ１１）後にタイマによる設定時間のカウントを行い，このカウントが終了する迄タップの切り換えを行わないようにしてタップが頻繁に切り替わることを防止しても良い。
【００８７】
また，上記の実施形態にあっては，充電の終了を，充電電流Ｉが充電完了電流値である３Ａ未満となったときに行うものとしたが，例えば充電の開始から所定時間の経過をタイマによりカウントし，前記タイマによるカウントが完了したとき，制御回路５４において実現する充電強制終了手段５４３によって充電電流Ｉが所定の充電完了電流値未満であるか否かに拘わらず，充電を終了させるように構成しても良い。
【００８８】
更に，充電開始から充電電圧Ｖを充電電圧値２８〜２９Ｖの下限である２８Ｖ未満に維持して行う充電を初期充電とし，この初期充電を充電電圧が前述のようにタップの切り換えによっても２８Ｖ未満に維持できなくなった時点，又は，タイマによる所定時間（一例として７時間）のカウントのいずれかの条件が満たされたときに打ち切るものとしても良く，また，充電電圧を２８〜２９Ｖの定電圧に維持して行う充電を終期充電とし，この終期充電を，前記充電電流Ｉが充電終了電流値である３Ａ未満，又は，終期充電開始後，タイマによる所定の充電時間のカウント（一例として３．５時間）完了のいずれかの条件が満たされたときに終了するように構成しても良い。
【００８９】
以上のように，本発明の充電器１にあっては，電源装置２の二次側回路２ｂ内の電圧である充電電圧Ｖを，所定値（実施形態において２８Ｖ）未満に維持しつつ，電流（充電電流Ｉ）が所定の数値範囲（実施形態において２０〜２５Ａ）となるように継続的にタップＴ１〜Ｔ５の切り換え制御を行うものとしたことから，発電機等の交流電源の出力電圧が安定しない場合においても過充電や充電不足を生じさせることなく，しかも，電解液の電気分解に基づく水素ガスの発生を防止しながら充電を比較的早期に完了させることができるものとなっている。
【００９０】
すなわち，タップＴ１〜Ｔ５の切り換えが行われていない状態において充電電圧Ｖが変化する要因としては，図示せざる発電機等の交流電源が出力する電圧の変化に対応した変化と，充電の進行に伴い蓄電池の電圧ＶＢが上昇することにより生じる低下が考えられる。
【００９１】
また，前掲の式：Ｉ＝（Ｖout−ＶＢ）／（Ｒ＋ｒ）より，充電電流Ｉは，前記充電電圧Ｖの変化に対応して増減する。
【００９２】
従って，タップＴ１〜Ｔ５の切り換えによって充電電圧Ｖを所定の電圧値未満となるように制御することで，交流電源の出力電圧の上昇に伴う過充電が防止される。その結果，電解液の過剰な電気分解によって生じる液減り，比重の低下，危険な水素ガスの発生を確実に防止することができる。
【００９３】
また，充電電流Ｉを所定の充電電流値の範囲内とするようにタップＴ１〜Ｔ５の切り換えを制御することで，前述の電圧制御と共に過充電の発生を防止することができるだけでなく，充電の進行に伴って蓄電池の電圧ＶＢが上昇して低下しようとする充電電流Ｉを所定の範囲内に維持することが行われるために，交流電源の出力電圧が低いことによって生じる充電不足を解消でき，かつ，充電を効率的に短時間で行うことができるものとなっている。
【００９４】
しかも，このような制御を，トランスのタップ切り換えによって行うものであることから，図３を参照して従来技術として説明した高周波発振回路に設けた半導体スイッチング素子に比較して，大きな電圧変化に対しても対応することができるものであると共に，故障等が生じにくい。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の充電器の一実施形態を示す構成図。
【図２】本発明の充電方法の一実施形態を示すフロー図。
【図３】充電器に設けられる電源装置の構成図（従来）。
【図４】工事現場における充電器の配線状態を示す説明図。
【符号の説明】
【００９６】
１  充電器
２  電源装置
２ａ  一次側回路（電源装置の）
２ｂ  二次側回路（電源装置の）
２１  入力端子
２２  出力端子
３０  トランス
３０’  高周波トランス
３１  一次巻線
３２  二次巻線
３５  整流手段（整流ブリッジ）
４０  スイッチング回路
５  制御装置
５１  電圧検出手段
５２  電流検出手段
５３  入力電圧検出手段
５４  制御回路
５４１  充電電圧・充電電流制御手段
５４２  充電自動終了手段
５４３  充電強制終了手段
５４４  充電開始手段
５５  変圧器
５６  整流ブリッジ
５７  制御回路の電源回路
７  高周波信号発振回路
７１  整流ブリッジ
７２  半導体スイッチング素子
Ｔ０〜Ｔ５  タップ
Ｒ１〜Ｒ５  分岐回路
ＴＲ１〜ＴＲ５  スイッチング素子（トライアック）
ＲＹ２  開閉器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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