JP2005312224A - バッテリ充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 急速充電モードにおいてもバッテリの液温や、トランス、整流部等の温度が過度に上昇することを抑制するとともに、急速充電で供給すべき必要な電気量を安定して確保可能なバッテリ充電装置を提供する。
【解決手段】 所定の充電電流でバッテリを充電する普通充電モードと、その所定の充電電流よりも大きな充電電流でバッテリを急速充電する急速充電モードとのうちから選択されたいずれか一方の充電モードによりバッテリを充電可能に構成する。そして、急速充電モードによる充電が開始されてからの急速充電中における充電された電気量を電流の積算値として求める（Ｓ３４）。さらに、急速充電モードによる急速充電中に、求められた積算値が予め設定された値である電流積算量限界値以上となったときには、急速充電期間を終了させる（Ｓ３５）。
【選択図】 図４

Description

本発明は、バッテリ充電装置に関し、特に、バッテリ式電動車両用のバッテリ充電装置に関する。

従来より、電動式フォークリフト等の産業用電動車両に搭載されたバッテリを充電するバッテリ充電装置は、充電電流を制御しないでトランスとダイオードブリッジの整流回路で構成された、準定電圧充電方式の充電器であることが多い。しかし、充電電流を制御するバッテリ充電装置の場合には、比較的低い電流をバッテリに供給して充電する普通充電期間を有する普通充電モードと、この普通充電モードのときよりも大きな充電電流をバッテリに供給して短時間で急速充電を行う急速充電期間を有する急速充電モードとのいずれか一方を選択可能に構成されたものがある。普通充電モードでは、比較的小さい充電電流で充電するため、バッテリの液温等が急激に上昇するのを抑えながら充電することができるが、完全に充電するまでの充電時間は長くなる。一方、急速充電モードは、例えば、作業時間中にフォークリフト等を使用したときのバッテリの放電量を休憩時間中などに補充する場合に選択される。そして、この急速充電モードにおいては、普通充電モードのときよりも大きな充電電流をバッテリに供給することにより短時間でバッテリを充電することができる。

このようなバッテリ充電装置を用いれば、例えば、１日の終業後においては、普通充電モードにより翌朝までバッテリを完全に充電し、一方、昼休み等の休憩時間の間には、急速充電モードによりバッテリを急速充電してそれまでの作業における放電量を補うことが可能になる。

ところで、前述のバッテリ充電装置には、定電流・定電圧方式により充電するものが多い。この定電流・定電圧方式は、充電初期においてはバッテリに比較的大きな一定の充電電流を供給し、バッテリ電圧が予め設定された所定の電圧（例えば、バッテリの転極点電圧）に達したときには、バッテリ電圧をその所定の電圧に維持することにより充電電流を緩やかに減少させて充電するものである。その他、充電完了直前の充電電流を抑制することが可能な２段定電流・定電圧方式も採用されている。

しかし、急速充電モードにおいては、普通充電モードに比べて充電電流が大きく、充電初期にはバッテリにかなり大きな充電電流が供給されることになるため、バッテリの状態によってはバッテリの液温やバッテリ充電装置内のトランスや整流部等の温度が過度に上昇してしまう虞がある。とくに、前述の定電流・定電圧方式や２段定電流・定電圧方式で急速充電を行う場合、充電開始から予め設定された所定の電圧に達するまで、バッテリには大きな充電電流が供給され、バッテリやバッテリ充電装置の温度が上昇する。さらに、バッテリ電圧が所定の電圧に到達した後も続いて定電圧充電が行われるため、充電電流と充電時間等の条件によっては、バッテリ液温の上昇により極板が劣化したりしてバッテリ寿命が低下する虞がある。また、バッテリ充電装置内のトランスや整流部等の温度が過度に上昇するのを防止するためには、発生した熱をより効果的に放散させる必要があり、バッテリ充電装置の構造が複雑化したりあるいは大型化してしまう。

そこで、急速充電モードにおいて、充電開始から一定の充電電流で充電しているときに、バッテリ電圧が所定の電圧に達していない場合でも、充電開始から所定の時間が経過したときには、急速充電モードから普通充電モードに切り換えて充電電流を低下させるように構成されたものも提案されている（特許文献１参照）。
また、電動ゴルフカート用の急速充電装置として、急速充電中にバッテリ電圧が所定の電圧に達していない場合でも、充電開始から所定の時間が経過したときには、充電を停止するものも知られている（特許文献２参照）。

特開２００２−１９１１３６号公報（第５−７頁、図２、図４） 特開２００２−３１５２１６号公報（第５頁、図５、図７）

上記特許文献１や特許文献２に記載のバッテリ充電装置では、急速充電をある一定時間のみ実施するため、その一定時間を短く設定すれば、長い時間を設定する場合に比べて、バッテリ充電装置内のトランス等の温度やバッテリ液の温度が上昇することを抑制できることになる。
しかしながら、例えば、バッテリ充電装置が接続されている外部電源に接続されている他の装置があって、その装置に一時的に過大な負荷が発生して過電流により外部電源が一時的に遮断されていたような場合など、外部電源から供給される電流が一時的に低下してしまうような場合が発生することがある。このように一時的な供給電流の低下が生じていたような場合、その間は急速充電中における設定された充電電流でバッテリを充電することができないことになる。このため、急速充電において供給すべき必要な電気量を確保できないまま、普通充電モードに切り換わったり、充電が停止されてしまったりすることになる虞がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、急速充電モードにおいてもバッテリの液温や、トランス、整流部等の温度が過度に上昇することを抑制するとともに、急速充電で供給すべき必要な電気量を安定して確保可能なバッテリ充電装置を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

第１の発明のバッテリ充電装置は、外部電源に接続され、所定の充電電流でバッテリを充電する普通充電期間を有する普通充電モードと、前記所定の充電電流よりも大きな充電電流でバッテリを急速充電する急速充電期間を有する急速充電モードとのうちから選択されたいずれか一方の充電モードによりバッテリを充電可能なバッテリ充電装置であって、前記急速充電モードによる充電が開始されてからの急速充電中における充電された電気量を電流の積算値として求める電流積算手段と、前記急速充電モードによる急速充電中に、前記電流積算手段で求められた積算値が、予め設定された値である電流積算量限界値以上となったときには、前記急速充電期間を終了させる急速充電終了手段と、を備えていることを特徴とするものである。

この構成によると、急速充電中における充電された電気量が電流の積算値として求められ、この積算値が予め設定された電流積算量限界値以上となったときには、急速充電期間が終了されることになる。このため、電流積算量限界値の設定の仕方に応じて、バッテリ充電装置内のトランス等の温度やバッテリ液の温度が過度に上昇することを抑制できる。そして、電流積算量限界値を急速充電で供給すべき必要な電気量に応じて設定することで、外部電源から供給される電流が一時的に低下してしまうような場合が発生しても、バッテリ電圧が所定の電圧に達したため急速充電を停止する等の他の要因がない限り、急速充電において供給すべき必要な電気量が確保されるまでは、急速充電が継続されることになる。従って、急速充電モードにおいてもバッテリの液温や、トランス、整流部等の温度が過度に上昇することを抑制するとともに、急速充電で供給すべき必要な電気量を安定して確保することができる。

第２の発明のバッテリ充電装置は、上記第１の発明において、前記電流積算手段は、予め設定された単位時間毎に検出される電流値と前記単位時間との積によって求められる値を積算していくことで前記積算値を算出することを特徴とするものである。

この構成によると、単位時間毎に検出される電流値と単位時間との積の値を積算することで、急速充電中において充電された電気量を容易に算出することができる。

本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、電動式フォークリフトのバッテリを充電するバッテリ充電装置に本発明を適用した一例である。なお、本発明は、電動式フォークリフトのバッテリ以外のバッテリを充電するバッテリ充電装置として用いられる場合であっても適用でき、より広範な用途に対して適用できる。

まず、バッテリ充電装置１について図１を参照して簡単に説明する。
図１に示すように、バッテリ充電装置１においては、外部電源である３相交流電源２に電源プラグ３、オン・オフ制御を行う電磁開閉器４及びトランス５を介して、サイリスタやトランジスタ等で構成された整流部６が接続される。そして、この整流部６にバッテリ７の両端電極が接続され、整流部６からの出力によりバッテリ７が充電されるようになっている。

バッテリ７のバッテリ電圧Ｖは、バッテリ７の両端電極に接続された電圧検出部８により検出され、一方、バッテリ７に供給される充電電流Ｉは、電流センサ９により検出される。そして、このバッテリ充電装置１は、電圧検出部８及び電流センサ９からの検出信号に基づいて、コントローラ１０により整流部６を制御して、３相交流電源２とバッテリ７との間を適宜接続／遮断することにより、バッテリ電圧Ｖ及び充電電流Ｉを制御してバッテリ７を充電する。さらに、後述するように、バッテリ充電装置１は、比較的低い所定の充電電流をバッテリ７に供給する普通充電期間として長時間（例えば、８時間以上）の普通充電を行う期間を有する普通充電モードと、この普通充電モードにおける所定の充電電流よりも大きな充電電流をバッテリ７に供給する急速充電期間として短時間（例えば、１時間程度）の急速充電を行う期間を有する急速充電モードと、のうちから選択されたいずれか一方の充電モードによりバッテリを充電可能に構成されている。

コントローラ１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とＲＯＭ（Read Only Memory）とＲＡＭ（Random Access Memory）等を含むマイクロコンピュータを有するものであり、そのＲＯＭには、バッテリ電圧Ｖや充電電流Ｉを制御してバッテリ７を充電する後述のバッテリ充電処理（図２〜図４参照）を行うための制御プログラムや、そのバッテリ充電処理で用いられる後述の設定電圧Ｖ１、電流値Ｉ１、Ｉ２、及び設定時間Ｔ１、電流積算量限界値ＡＨ１等の各種設定値のデータが格納されている。また、図１に示すように、コントローラ１０には、普通充電モード選択用の普通充電スイッチ１１と、急速充電モード選択用の急速充電スイッチ１２とが夫々接続されており、これら普通充電スイッチ１１と急速充電スイッチ１２とのうちの何れか一方が操作されたときには、その操作されたスイッチに対応する充電モードによりバッテリ７の充電が開始される。

従って、例えば、フォークリフトの使用を終えた１日の終業後には、電源プラグ３を３相交流電源２に接続してから普通充電スイッチ１１を操作して、普通充電モードにより翌朝までバッテリ７を完全に充電し、一方、昼休み等の休憩時間の間には、急速充電スイッチ１２を操作して、急速充電モードによりバッテリ７を急速充電してそれまでの作業における放電量を補うことが可能になる。

また、コントローラ１０においては、ＣＰＵ、ＲＯＭ内の制御プログラム、及びＲＡＭ等が組み合わされることで、後述のバッテリ充電処理における各種機能（図２〜図７を用いて説明する各種機能）を果たすための部分が、それぞれ構築される。そして、そのような部分のうちの一部として、電流積算部（電流積算手段）１３及び急速充電終了部（急速充電終了手段）１４を備えている。

電流積算部１３は、急速充電スイッチ１２が操作されて急速充電モードによる充電が開始されてからの急速充電中における充電された電気量を電流の積算値ＡＨとして算出する。具体的には、予め設定された時間Ｔ０（例えば、Ｔ０＝１秒）毎に電流センサ９にて検出される電流値Ｉと、その単位時間Ｔ０との積によって求められる値（Ｉ×Ｔ０）を積算（検出される電流値Ｉを単位時間Ｔ０毎に積分）していくことで積算値ＡＨを算出する。

また、急速充電終了部１４は、急速充電モードによる急速充電中に、電流積算部１３で求められた積算値が、予め設定された値である電流積算量限界値ＡＨ１以上となったときには、急速充電処理を終了させる。コントローラ１０においては、この電流積算量限界値ＡＨ１は、適宜所望の値を設定することができるようになっており、電流積算量限界値を急速充電で供給すべき必要な電気量に応じて設定するなど、任意に設定することができる。なお、バッテリ充電装置１では、急速充電終了部１４によって急速充電処理が終了されると、後述するように、普通充電処理が自動的に開始されるようになっている。

次に、本実施形態のバッテリ充電装置１によるバッテリ充電処理について、図２〜図４のフローチャートと図５〜図７を参照して説明する。尚、以下の説明において、Ｓｉ（ｉ＝１０、１１、１２・・・）は各ステップｉを示す。
図２に示すように、電源プラグ３が３相交流電源２に接続された状態で（Ｓ１０：ＹＥＳ）、普通充電スイッチ１１が操作された場合には（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ステップ１４の普通充電処理が実行されて普通充電モードによりバッテリ７が充電される。この普通充電処理では、図５に示すような、定電流・定電圧方式によりバッテリ７の充電が行われる。この定電流・定電圧方式は一般的な充電方式であるので、簡単に説明する。

図３、図５に示すように、この普通充電処理においては、充電初期には、一定の充電電流Ｉ１によりバッテリ７を充電し（Ｓ２０、Ｓ２１）、この定電流充電が進行するにつれてバッテリ電圧Ｖが上昇する。そして、電圧検出部８で検出されたバッテリ電圧Ｖが設定電圧Ｖ１に達すると（Ｓ２０：ＮＯ）、定電圧充電に切り換えて（Ｓ２２）、バッテリ電圧Ｖを予め設定された設定電圧Ｖ１に維持した状態でバッテリ７を充電する。設定電圧Ｖ１は、任意に設定でき、例えば、転極点電圧等を考慮して設定することができる。そして、この定電圧充電（Ｓ２３）が進行して定電圧充電開始からの時間が予め設定された充電終了時間Ｔ１に達したときには、（Ｓ２３：ＹＥＳ）、図２のメインルーチンへリターンして充電を終了する。なお、所定の充電電流Ｉ１でバッテリが充電されている期間が普通充電期間となる。

一方、図２において、急速充電スイッチ１２が操作された場合には（Ｓ１２：ＹＥＳ）、ステップ１３の急速充電処理（図４の処理）が実行されて普通充電モードよりも大きな充電電流によりバッテリ７が急速充電される。なお、この急速充電処理においても、図６に示すように、定電流・定電圧方式によりバッテリ７の充電が行われる。

図４及び図６において、急速充電処理が開始されると、まず、電流積算部１３により積算値ＡＨを求める電流積算処理がスタートし、最初に、その積算値ＡＨの初期値が０と設定される（Ｓ３０）。そして、引き続き、定電流充電が行われる（Ｓ３１）。定電流充電では、普通充電モードにおける普通充電期間の充電電流Ｉ１よりも大きな充電電流Ｉ２をバッテリ７に供給して急速充電を行う。この充電電流Ｉ２で定電流充電を行っている期間が急速充電期間となる。急速充電期間においては、急速充電（充電電流Ｉ２での充電）を継続しながら、単位時間Ｔ０が経過したか否かが判断される。

電流積算開始（Ｓ３０）後から単位時間Ｔ０が経過していると判断されると（Ｓ３２：ＹＥＳ）、続いて、電圧検出部８で検出されるバッテリ電圧Ｖが設定電圧Ｖ１未満であるか否かが判断される（Ｓ３３）。なお、後述のステップ３５にて積算値ＡＨが電流積算量限界値ＡＨ１未満であると判断されたとき（Ｓ３５：ＮＯ）も同様に、電流積算量限界値ＡＨ１未満であると判断された後から単位時間Ｔ０が経過していると判断されると（Ｓ３２：ＹＥＳ）、バッテリ電圧Ｖが設定電圧Ｖ１未満であるか否かが判断される（Ｓ３３）。

ステップ３３にて、バッテリ電圧Ｖが設定電圧Ｖ１にまだ達していないと判断された場合（Ｓ３３：ＹＥＳ）は、積算値ＡＨの値の記憶内容が更新され、それまでの積算値ＡＨの値に対して、電流センサ９で検出される電流値Ｉと単位時間Ｔ０との積の値（Ｉ×Ｔ０）が更に加算されて（積算されて）、新たな積算値ＡＨが算出されて記憶されることになる（Ｓ３４）。そして、次に、ステップ３４にて新たに算出された積算値ＡＨが、電流積算量限界値ＡＨ１以上であるか否かが判断される（Ｓ３５）。このステップ３５にて、積算値ＡＨが電流積算量限界値ＡＨ１未満であると判断された場合（Ｓ３５：ＮＯ）は、再びステップ３１以下の処理が繰り返されることになる。一方、積算値ＡＨが電流積算量限界値ＡＨ１以上であると判断された場合（Ｓ３５：ＹＥＳ）は、急速充電処理を終了させて、即ち図４に示す処理を終了させて図２のメインルーチンへとリターンする。そして、引き続き、ステップ１４の普通充電処理が行われる。なお、この場合、充電電流Ｉ及びバッテリ電圧Ｖと充電時間との関係は図７に示すようになる。即ち、充電電流Ｉ２で急速充電が行われて積算値ＡＨが電流積算量限界値ＡＨ１に達した後、充電電流Ｉ１での普通充電期間へと移行する。そして、バッテリ電圧Ｖが設定電圧Ｖ１に達して以降は、定電圧充電が行われることになる。

また、ステップ３３にて、バッテリ電圧Ｖが設定電圧Ｖ１以上であると判断された場合（Ｓ３３：ＮＯ）、即ち、バッテリ電圧Ｖが設定電圧Ｖ１に達した場合には、前述の普通充電処理と同様に定電圧充電に切り換えて（図６参照）、バッテリ電圧Ｖを設定電圧Ｖ１に維持した状態でバッテリ７を充電する（Ｓ３６）。そして、定電圧充電が進行して定電圧充電開始からの時間が予め設定された充電終了時間Ｔ１に達したときには（Ｓ３７：ＹＥＳ）、図２のメインルーチンへリターンして充電を終了する。

以上説明したバッテリ充電装置１によると、急速充電中における充電された電気量が電流の積算値ＡＨとして求められ、この積算値ＡＨが予め設定された電流積算量限界値ＡＨ１以上となったときには、急速充電期間が終了されることになる。このため、電流積算量限界値ＡＨ１の設定の仕方に応じて、バッテリ充電装置１内のトランス等の温度やバッテリ液の温度が過度に上昇することを抑制できる。そして、電流積算量限界値ＡＨ１を急速充電で供給すべき必要な電気量に応じて設定することで、外部電源から供給される電流が一時的に低下してしまうような場合が発生しても、バッテリ電圧Ｖが設定電圧Ｖ１に達したため急速充電を停止するような他の要因がない限り、急速充電において供給すべき必要な電気量が確保されるまでは、急速充電が継続されることになる。従って、急速充電モードにおいてもバッテリの液温や、トランス、整流部等の温度が過度に上昇することを抑制するとともに、急速充電で供給すべき必要な電気量を安定して確保することができる。また、単位時間Ｔ０毎に検出される電流値Ｉと単位時間Ｔ０との積の値を積算して積算値ＡＨを算出することで、急速充電中において充電された電気量を容易に算出することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、次のように変更して実施してもよい。

（１）本実施形態においては、積算値が電流積算量限界値以上となったときに急速充電の充電電流から普通充電の充電電流に切り換えるものについて説明したが、これに限らなくてもよい。例えば、普通充電の充電電流値以下の電流値に切り換えて充電するようにしてもよい。また、その電流値に切り換えて一定時間充電した後に、普通充電の充電電流に更に切り換えるようにしてもよい。

（２）本実施形態においては、積算値の計算は、単位時間毎に検出される電流値と単位時間との積を積算するものを説明したが、必ずしもこの通りでなくてもよい。例えば、単位時間を１秒に固定し、その１秒毎に電流値を単純に加算するように積算していくものなどであってもよい。

（３）本実施形態においては、定電流・定電圧方式を採用したバッテリ充電装置の場合を例にとって説明したが、その他の方式であってもよい。例えば、図８に示すように、充電末期の充電電流を抑制することが可能な、いわゆる２段定電流・定電圧方式を採用したバッテリ充電装置にも、本発明を適用することができる。

（４）本実施形態においては、電動式フォークリフトのバッテリを充電するバッテリ充電装置を例にとって説明したが、フォークリフト以外のバッテリ式電動車両用のバッテリ充電装置にも、本発明を適用することができる。

本発明の一実施形態に係るバッテリ充電装置を例示した概略的な回路図である。 図１に示すバッテリ充電装置におけるバッテリ充電処理のメインルーチンのフローチャートである。 図２に示すバッテリ充電処理における普通充電処理のフローチャートである。 図２に示すバッテリ充電処理における急速充電処理のフローチャートである。 定電流・定電圧方式の普通充電モードにおけるバッテリ電圧及び充電電流の時間変化を説明する説明図である。 急速充電中にバッテリ電圧が設定電圧に到達する場合のバッテリ電圧及び充電電流の時間変化を説明する説明図である。 急速充電中にバッテリ電圧が設定電圧に到達しない場合のバッテリ電圧及び充電電流の時間変化を説明する説明図である。 変更形態に係る２段定電流・定電圧方式の普通充電モードにおけるバッテリ電圧及び充電電流の時間変化を説明する説明図である。

符号の説明

１ バッテリ充電装置
２ ３相交流電源
３ 電源プラグ
７ バッテリ
１０ コントローラ
１３ 電流積算部（電流積算手段）
１４ 急速充電終了部（急速充電終了手段）

Claims (2)

1. 外部電源に接続され、所定の充電電流でバッテリを充電する普通充電期間を有する普通充電モードと、前記所定の充電電流よりも大きな充電電流でバッテリを急速充電する急速充電期間を有する急速充電モードとのうちから選択されたいずれか一方の充電モードによりバッテリを充電可能なバッテリ充電装置であって、
   前記急速充電モードによる充電が開始されてからの急速充電中における充電された電気量を電流の積算値として求める電流積算手段と、
   前記急速充電モードによる急速充電中に、前記電流積算手段で求められた積算値が、予め設定された値である電流積算量限界値以上となったときには、前記急速充電期間を終了させる急速充電終了手段と、
   を備えていることを特徴とするバッテリ充電装置。
2. 前記電流積算手段は、予め設定された単位時間毎に検出される電流値と前記単位時間との積によって求められる値を積算していくことで前記積算値を算出することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ充電装置。

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