JP2009284685A - 充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 そこで、本発明の目的は、トータル時間を短くすることが可能である充電装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 可変電圧制御において目標となる充電電圧値を降下する充電電流と比例関係となるように予め定めた演算式（Ｖａ＝Ｋ×Ａａ＋α）により求める構成となっているため、定電圧充電制御や定電圧断続充電制御に比較して、蓄電池を充電しながらも早く切替電流（Ｉｈ）に達することができるため、最終定電流制御に至るまでの時間を短縮させることができ、最終的に全充電時間を短縮することができる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、フォークリフト等の車両に使用される蓄電池において、交流電流を直流電力に変換して蓄電池に供給して充電を行う充電回路を備えた充電装置に関するものである。

従来の充電装置は、充電時間が長いという問題があった。そのため短時間で蓄電池を充電するための様々な制御が考えだされている。
その制御の一つとして、充電制御を開始してから規定電圧に達する毎に電流値を段階的に変えて行うような異なる複数の制御を経過して制御が行われるものがある。この制御においては、規定電圧に到達する毎の累計の時間を算出し、その後は充電電流を段階的に変えて充電を行うが、その累計の時間に基いて充電を打ち切る時間を算出し、蓄電池の充電を打ち切るように構成した充電の制御装置がある（例えば特許文献１）。
また、蓄電池の寿命や充電の時間効率を考慮して、定電流→定電圧→定電流、定電力→定電圧→定電流等の複数の異なる制御手段を経由して、最終的に定電流による充電を終える充電制御手段もある。
特許第２５１３３３９号公報 （図２（ロ））

図４は、従来の定電流→定電圧→定電流制御における充電装置の電池電圧及び充電電流と時間との関係を示す図である。従来のように初期の段階では、急速に充電を行うために大きな充電電流Ｉ１での一定の電流に保つ初期定電流制御により蓄電池を充電し、所定の電圧、例えば蓄電池の充電特性に見られる変曲点の電圧Ｖ１に達した場合に、この定電流制御を終了し、一定の電圧Ｖ１により充電する定電圧制御に切替えられる。そして、この定電圧制御により充電制御を行い、蓄電池の充電電流が初期の電流Ｉ１よりも低い所定の電流値Ｉ２にまで低下した場合に、この定電圧制御を終了し、一定の電流値Ｉ２に保つ最終定電流制御により蓄電池を充電する。そして、再び変曲点の電圧Ｖ１に達した場合に、この最終定電流制御を終了するのである。

この定電流→定電圧→定電流制御においては、初期に大きな充電電流で定電圧充電することにより、急速に充電がなされる。しかし、この定電圧制御においては、バッテリの温度などの影響を受け充電量が正確に管理できないという問題があった。

また、図５は、従来の定電力→定電圧→定電流制御における充電装置の電池電圧及び充電電流と時間との関係を示す図である。従来のように初期の段階では、急速に充電を行うために大きな充電電流Ｉ３で蓄電池を充電し、電力量が一定になるように充電電流と充電電圧を調整して制御される。一定の電力量に保つ初期定電力制御により蓄電池を充電し、所定の電圧、例えば蓄電池の充電特性に見られる変曲点の電圧Ｖ２に達した場合に、この初期定電力制御を終了し、一定の電圧Ｖ２により充電する定電圧制御に切替えられる。そして、この定電圧制御により充電制御を行い、蓄電池の充電電流が初期の電流Ｉ３よりも低い所定の電流値Ｉ４にまで低下した場合に、この定電圧制御を終了し、一定の電流値Ｉ４に保つ最終定電流制御により蓄電池を充電する。そして、予め定めた時間若しくは充電を開始してから最終定電流制御に至るまでの時間から演算した時間Ｔ１を設定し、時間Ｔ１を経過したら強制的に最終定電流制御を終了する。
この定電力→定電圧→定電流制御においては、初期に大きな充電電流で定電圧充電することにより、急速に充電がなされる。しかし、この定電圧制御においては、上述したようにバッテリの温度などの影響を受け充電量が正確に管理できないという問題があった。

また、図６は、従来の多段階定電流充電制御における充電装置の電池電圧及び充電電流と時間との関係を示す図である。急速に充電を行うために大きな充電電流で一定の電流Ｉ１１に保つ初期定電流制御により蓄電池を充電し、所定の電圧、例えば蓄電池の充電特性に見られる変曲点の電圧Ｖ３に達した場合に、この初期定電流制御を終了し、初期の電流Ｉ１１よりも低い一定の電流Ｉ１２により充電する中間定電流制御に切替えられる。そして、この中間定電流制御により充電制御を行い、蓄電池の充電電圧が再び所定の電圧、例えば蓄電池の充電特性に見られる変曲点の電圧Ｖ３に達した場合に、この中間定電流制御を終了し、定電流制御の電流Ｉ１２よりも低い一定の電流値Ｉ１３に保つ最終定電流制御により蓄電池を充電する。そして、充電を開始してから予め定めた時間Ｔ２が経過したとき強制的に最終定電流制御を終了する。

この多段階定電流制御においては、初期に大きな充電電流で定電圧充電することにより、急速に充電がなされる。しかし、次の定電流制御においては、Ｉ１１よりかなり小さい５０％の電流で充電するため、最終充電制御に移行するのに時間が掛かってしまい、充電制御のトータル時間として長いものとなってしまう恐れがある。

そこで、以上の問題を鑑みて本発明の目的は、適正な容量に充電することができ、かつトータル時間を短くすることが可能である充電装置を提供することを目的とする。

本課題を解決するために請求項１記載の本発明は、直流電力を蓄電池（蓄電池２０）へ供給して充電を行う充電制御手段（充電制御部１０）と、前記蓄電池（蓄電池２０）の電圧を検出する電圧検出手段（電圧検出部１７）と、充電電流を検出する電流検出手段（電流検出部１３）と、を備えた充電装置（充電装置１）であって、前記充電制御手段（充電制御部１０）は、初期に充電を開始する初期充電手段（初期定電流制御（Ｓ５３）又は図５に示す初期定電力制御）と、当該初期充電手段（初期定電流制御（Ｓ５３）又は図５に示す初期定電力制御）を終了すると共に、充電電圧を可変して充電の制御を行う可変電圧充電手段（可変電圧制御（Ｓ５７〜Ｓ５９））と、当該可変電圧充電手段（可変電圧制御（Ｓ５７〜Ｓ５９））を終了すると共に前記初期充電手段よりも低い電流値となる最終充電電流（最終充電電流Ｉｆ）で定電流充電を開始する最終定電流充電手段（最終定電流制御・Ｓ６５又は図５に示す最終定電流制御）とを設け、前記可変電圧充電手段（可変電圧制御（Ｓ５７〜Ｓ５９））は、降下する充電電流を前記電流検出手段（電流検出部１３）で検出し、その検出した充電電流と比例関係となるように充電する充電電圧（充電電圧値Ｖａ）を演算する可変電圧演算手段（可変電圧演算手段２１）と、当該可変電圧演算手段（可変電圧演算手段２１）で演算して求められた前記充電電圧に可変して出力する電圧出力手段（直流変換部５）と、を備えたことを特徴とする。

以上の構成により、充電装置は、充電電流とバッテリ内部のインピーダンスで制御の切替を行う基準値（例えば変曲点電圧やバッテリ温度）が変化するが、それに合わせて目標とする電圧を設定することができるので、蓄電池を充電しながらも早く切替電流に達するため、最終定電流充電手段に至るまでの時間を短縮させることができ、最終的に全充電時間を短縮することができる。

本課題を解決するために請求項２記載の本発明は、前記充電制御手段（充電制御部１０）は、前記初期充電手段（初期定電流制御（Ｓ５３））での充電中に前記蓄電池（蓄電池２０）が所定の電圧値に達したことに応じて前記初期充電手段（初期定電流制御（Ｓ５３））の充電を終了する設定電圧（設定電圧Ｖｏ）を設け、当該設定電圧（設定電圧Ｖｏ）は、変曲点電圧（変曲点電圧Ｖｈ）よりも低い電圧の値としたことを特徴とする。
以上の構成により、充電装置は、変曲点に達する前であれば、電解液が含浸されていないため、電解液が滞留することがなく、応答性が早くなり早い時間で充電することができると共にバッテリの上昇を抑えることが可能となる。従って、充電量を正確に管理することができると共に最終充電手段に至るまでの時間を短縮させ、最終的に全充電時間を短縮することができる。

本課題を解決するために請求項３記載の本発明は、前記充電制御手段（充電制御部１０）は、前記設定電圧（設定電圧Ｖｏ）から前記可変電圧充電手段（可変電圧制御（Ｓ５７〜Ｓ５９））を終了し最終定電流充電手段（最終定電流制御・Ｓ６５）に切り替える切替電圧までの関係を予め直線補間を行った値から定めた演算式（Ｖａ＝Ｋ×Ａａ＋α）を記憶する可変電圧演算記憶手段（可変電圧演算記憶領域２４）を備えたことを特徴とする。

以上の構成により、充電装置は、充電制御手段に記憶された演算式によって、この直線補間した式に合わせ比例的に電圧を変化させる最も簡単な演算であると共に、充電電流を早く切替電流まで達成させることができる。従って、充電量を正確に管理することができると共に最終定電流充電手段に至るまでの時間を短縮させ、最終的に全充電時間を短縮することができる。

本課題を解決するために請求項４記載の本発明は、前記充電制御手段（充電制御部１０）は、前記初期充電手段（初期定電流制御（Ｓ５３）又は図５に示す初期定電力制御）を開始してから前記蓄電池（蓄電池２０）を検出した電圧が前記設定電圧（設定電圧Ｖｏ）に達するまでの時間を計測するタイマー手段（タイマー手段Ａ）と、当該タイマー手段（タイマー手段Ａ）で計測したデータ値（データ値２５）を記憶するタイマー演算記憶手段（タイマー演算記憶領域２３）と、前記最終定電流充電手段（最終定電流制御・Ｓ６５）での充電中に前記蓄電池（蓄電池２０）を検出した電圧が前記設定電圧（設定電圧Ｖｏ）に達したことに応じて、前記タイマー演算記憶手段（タイマー演算記憶領域２３）に記憶された前記データ値（データ値２５）に基づいて充電を停止する時間を演算するタイマー演算手段（タイマー演算手段１８）と、当該タイマー演算手段（イマー演算手段１８）によって得られた時間（Ｔａ）の経過後に前記最終定電流充電手段（最終定電流制御・Ｓ７４）の充電を停止する充電停止手段（Ｓ７７）と、を備えたことを特徴とする。

以上の構成により、上記効果に加え、充電装置は、特に可変電圧制御においても時間的な管理すなわちタイマーによる計測を行う必要が無いので、その後の煩雑な時間管理を必要としない。すなわち１期間での計測で済むのである。
また、初期の充電状態に応じて充電制御の停止する時間を演算して設定することができるので、最後に満充電まで達する時間が長くなったり短くなったりと、蓄電池の状態（初期）に合わせて演算して求められるので、適正な状態で蓄電池を充電することができる。

本課題を解決するために請求項５記載の本発明は、直流電力を蓄電池（蓄電池２０）へ供給して充電を行う充電制御手段（充電制御部１０）と、前記蓄電池（蓄電池２０）の電圧を検出する電圧検出手段（電圧検出部１７）と、充電電流を検出する電流検出手段（電流検出部１３）と、を備えた充電装置（充電装置１）であって、前記充電制御手段（充電制御部１０）は、初期に充電を開始する初期充電手段（初期定電流制御（Ｓ５３）又は図５に示す初期定電力制御）と、前記初期充電手段（初期定電流制御（Ｓ５３）又は図５に示す初期定電力制御）での充電中に前記蓄電池（蓄電池２０）が設定電圧（設定電圧Ｖｏ又は変曲点電圧Ｖｈ）に達したことに応じて前記初期充電手段（初期定電流制御（Ｓ５３）又は図５に示す初期定電力制御）の充電を終了し、他の充電制御手段（可変電圧制御手段、定電流制御、定電力制御）を経過した後に前記初期充電手段（初期定電流制御（Ｓ５３）又は図５に示す初期定電力制御）よりも低い電流値となる最終充電電流（最終充電電流Ｉｆ）で定電流充電を開始する最終定電流充電手段（最終定電流制御・Ｓ６５）とを設け、 前記初期充電手段（初期定電流制御（Ｓ５３）又は図５に示す初期定電力制御）を開始してから前記蓄電池（蓄電池２０）を検出した電圧が前記設定電圧（設定電圧Ｖｏ）に達するまでの時間を計測するタイマー手段（タイマー手段Ａ）と、当該タイマー手段（タイマー手段Ａ）で計測したデータ値（データ値２５）を記憶するタイマー演算記憶手段（タイマー演算記憶領域２３）と、前記最終定電流充電手段（最終定電流制御・Ｓ６５）での充電中に前記蓄電池（蓄電池２０）を検出した電圧が前記設定電圧（設定電圧Ｖｏ又は変曲点電圧Ｖｈ）に達したことに応じて、前記タイマー演算記憶手段（タイマー演算記憶領域２３）に記憶された前記データ値（データ値２５）に基づいて充電を停止する時間を演算するタイマー演算手段（タイマー演算手段１８）と、当該タイマー演算手段（タイマー演算手段１８）によって得られた時間（Ｔａ）の経過後に前記最終定電流充電手段（最終定電流制御・Ｓ７４）の充電を停止する充電停止手段（Ｓ７７）と、を備えたことを特徴とする。

以上の構成により、充電装置は、中間の制御においても時間的な管理すなわちタイマーによる計測を行う必要が無いので、その後の煩雑な時間管理を必要としない。すなわち１期間での計測で済むのである。
また、初期の充電状態に応じて充電制御の停止する時間を演算して設定することができるので、最後に満充電まで達する時間が長くなったり短くなったりと、蓄電池の状態（初期）に合わせて演算して求められるので、適正な状態で蓄電池を充電することができる。

本発明の充電装置によれば、トータル時間を短くすることが可能であり、かつ適正な容量に蓄電池を充電することが可能となる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を、図１に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態における充電装置１の機能ブロック図である。
図１に示す充電装置１は、商用の交流電源２を電源として全波整流部３に入力される。そして、全波整流部３に接続される直流変換部５は、交流から直流に変換された直流電力
を電流検出部１３を介して蓄電池２０に供給している。蓄電池２０はクラッド式鉛蓄電池が使用され、３２０（Ａｈ）の蓄電池の一例を示している。

電圧出力手段として直流変換部５は、インバータ７とトランス９と整流部１１とから構成されている。インバータ７は、全波整流部３で直流に変換された電力をトランス９を介して降圧した電力に変換しており、インバータ制御部１５によって制御され、その制御に合わせ蓄電池２０に電力（所望する電流や所望する電圧）を出力している。

電流検出部１３は、直流変換部５から出力される充電電流を計測し、その計測した値を充電制御部１０に与えている。充電制御部１０は、その得られた値からインバータ制御部１５を通じて、直流変換部５から出力される電流や電圧が、所定の電流値又は電圧値となるように制御を行っている。

また、電圧検出部１７は、蓄電池２０の端子の電圧を計測し、その計測した値を充電制御部１０に与えている。充電制御部１０は、その得られた値からインバータ制御部１５を通じて、直流変換部５から出力される充電電圧が一定の定められた電圧値となるように制御を行っている。
充電制御部１０には、記憶手段２２として書換可能なＥＥＰＲＯＭ・ＲＡＭが内蔵されたＣＰＵ１９と、充電制御処理のプログラムと、充電制御処理に使用されるタイマーＡ・タイマーＢと、予め納められたデータ値とタイマーＡにより時間計測した値に基づき演算処理するためのタイマー演算手段１８が設けられている。また、タイマーＡにより計測されたデータ値２５は記憶手段２２のタイマー演算記憶領域２３に格納記憶される。
また、可変電圧制御処理に使用される後述する演算式（Ｖａ＝Ｋ×Ａａ＋α）が記憶手段２２の可変電圧記憶領域２４に格納記憶され、測定された充電電流値に基づいて演算処理する可変電圧演算手段２１が設けられている。

（本実施形態における充電制御の動作）
本実施形態における充電装置１の動作について、図２及び図３に基づいて説明する。図２は、本実施形態における充電装置の電池電圧及び充電電流と時間との関係を示す図である。図３は、本発明の実施の形態における充電装置の動作を示すフローチャート図である。

充電が開始されると（Ｓ５１）、一定の定電流となる初期充電電流Ｉｉで蓄電池２０を充電するように初期定電流手段としての初期定電流制御が行われる（Ｓ５３）。このときの初期充電電流Ｉｉの値は例えば９６Ａである。この初期定電流制御では、電流検出部１３で検出された値に基づいて、充電制御部１０は、出力される充電電流を一定の初期充電電流Ｉｉとなるように維持し、蓄電池２０を充電している。この初期定電流制御中においては蓄電池２０の電圧は上昇する。

そして、電圧検出部１７が測定した蓄電池２０の電圧が、設定電圧Ｖｏに達したとき（Ｓ５５）、可変電圧充電手段（他の充電制御手段）としての可変電圧制御に切り替えられる（Ｓ５７）。このとき初期充電電流Ｉｉの値が例えば９６Ａであるとき、設定電圧Ｖｏの値は変曲点電圧Ｖｈ（６２Ｖ）よりも低い、例えば６０Ｖである。
この可変電圧制御では、予め定めた切替電流Ｉｈに達したとき最終定電流制御に切り替えられるが、電圧値も予め定めた切替電圧値Ｖｋで切り替えることができるように電圧と電流との関係を電流検出部１３で検出された充電電流値Ａａを基に常に充電電圧Ｖａを演算し、その演算された充電電圧値Ｖａとなるように電圧を出力して制御が行われる。
そのため電流検出部１３で検出された充電電流値Ａａを基に電圧値は常に可変して出力されるのである。
すなわち、図２の充電電流と蓄電池２０の内部インピーダンスによって変化する変曲点に関し充電装置１から出力される電圧値を可変させて制御を行うものである。

例えば、切替電流Ｉｈ及び予め定めた切替電圧Ｖｋは、２０Ａ及び５７Ｖとなるように電圧と電流との関係を予め定めた演算式によって算出する（Ｓ５８）。
ここでの演算式は、Ｖａ（出力電圧）＝Ｋ（係数）×Ａａ（計測電流）＋α（定数）で現すことができる。Ｖａは充電装置１が目標とする充電電圧値の値であり、Ａａは電圧検出部１７で検出された充電電流の値である。また、Ｋは係数であり、例えば０．０４のであり、αは定数であり、初期に定められる電圧値、例えば、切替電圧値Ｖｋ（５７Ｖ）である。また、図２に示すように６０Ｖから５７Ｖまでの関係を予め直線補間を行い定数を定めている。そして、可変電圧演算手段２１によって絶えず演算で求められた目標の電圧値Ｖａとなるように出力電圧を制御している（Ｓ５９）。そして、蓄電池２０の充電電流及び充電電圧は時間と共に降下する。

降下した充電電流が定められた切替電流Ｉｈに達した場合には（Ｓ６０）、タイマー手段としてのタイマーＡが作動し（Ｓ６１）、タイマーＡにより時間（ｔ）が計測される（Ｓ６３）。このときの切替電流Ｉｈの値は例えば２０Ａである。同時に、最終定電流充電手段としての最終定電流制御が行われる（Ｓ６５）。この最終定電流制御では、電流検出部１３で検出された値に基づいて、充電制御部１０は、出力される充電電流を切替電流Ｉｈと同じか切替電流Ｉｈよりも小さく、インピーダンスの影響が少ない例えば２０Ａ又は１９Ａの一定の値の最終充電電流Ｉｆとなるように維持し、蓄電池２０を充電している。この最終定電流制御中においては蓄電池２０の電圧は上昇する。

そして、電圧が変曲点電圧Ｖｈに達した場合には（Ｓ６７）、タイマー演算手段１８によって演算処理を行う（Ｓ６９）。このときの変曲点電圧Ｖｈの値は、最終充電電流Ｉｆが２０Ａの時、例えば６２Ｖである。また、最終充電電流Ｉｆを１９Ａの時には６０Ｖにするとよい。このように最終充電電流Ｉｆに合わせて可変しても良い。
この演算処理は、時間（ｔ）の計測値に基づいて、Ｔａの時間を算出する。そして、Ｔａの値を設定した後、タイマーＢが作動し（Ｓ７１）、タイマーＢにより時間（Ｔａ）が計測される（Ｓ７３）。また、最終定電流制御は、そのまま維持されている（Ｓ７４）。
次に、タイマーＢが設定値Ｔａに達した場合には（Ｓ７５）、充電は停止され充電制御は終了する（Ｓ７７）
以上の制御により蓄電池２０は、適正な値に充電される。

また、次のように別の実施形態も考えられる図２に示すようにタイマーＡの時間（ｔ）の代わりに、初期定電流制御の充電を開始してから最初の設定電圧Ｖｏ（若しくは変曲点電圧Ｖｈ）に達するまでの時間（ｔｏ）をタイマーＡにより計測する。そして、計測されたデータ値２５はタイマー演算記憶領域２３に記憶される。そして、可変電圧制御の処理を終えた後（Ｓ５７〜Ｓ６０に相当）、最終定電流制御に移行する（Ｓ６５に相当）。最終定電流制御に移行した後は、設定電圧Ｖｏ（若しくは変曲点電圧Ｖｈ）に達した場合に、タイマー演算記憶領域２３に記憶されたデータ値２５となる時間（ｔｏ）の計測値に基づいて、Ｔａの時間を算出する。そして、この後は図３フローチャートのＳ７４〜Ｓ７７と同様の処理がこのなわれる。

それは以下のようになる、Ｔａの値を設定した後は、タイマーＢが作動し（Ｓ７１）、タイマーＢにより時間（Ｔａ）が計測される（Ｓ７３）。また、最終定電流制御は、そのまま維持されている（Ｓ７４）。次に、タイマーＢが設定値Ｔａに達した場合には（Ｓ７５）、充電は停止され充電制御は終了する（Ｓ７７）。
このときの演算式は、Ｔａ（時間）＝ＫＴ（係数）×ｔｏ（計測時間）＋β（定数）となり、ＫＴ（係数）は０．６であり、β（定数）は、０．１となる値でＴａが求められる。また、この演算式は、タイマー演算記憶領域２３に記憶されている。
以上の制御により蓄電池２０は、適正な値に充電される。
（本実施形態から想定される効果）

（１）本発明は、最終充電電流Ｉｆとしてインピーダンスの影響の少ない小さな電流値で定電流充電を行うことで、充電制御を停止するのに使用される検出の誤差が生じにくくなる。そのため、過充電又は不足充電が発生することがなく、蓄電池２０は、適正な値に充電される。

（２）本発明は、最終充電制御における時間ｔを計測した場合には、最終充電制御において停止する時間を算出するのに、従来のように大きな電流となる初期充電のインピーダンスの影響をうけやすい時間を使用することなく、電圧値の誤差が少ない制御での時間（ｔ）を計測し（Ｓ６３）、その計測した値から制御を停止するための時間（Ｔａ）を算出することができるので（Ｓ６９）、適正な状態で蓄電池２０を充電することができる。そのため、過充電又は不足充電が発生することはない。

（３）本発明は、最終充電制御における時間ｔを計測した場合には、最終定電流制御においてのみ（Ｓ６５〜Ｓ７５）、時間（ｔ）を計測すれば良く複雑な処理を必要としない。そのため最終定電流制御においてのみ時間の管理をすれば良く、時間管理がしやすく、ソフト制御が簡単になりＣＰＵの記憶容量が少なくて済むことになる。また、ノイズ等による誤差やインピーダンスによる誤差が積み重なるような累積的に発生する誤差も生じない。また、一期間だけでのタイマー計測（ｔ）であるためインピーダンスの影響を受けにくくなる。

（４）特に携帯電話の小型の蓄電池と比較しフォークリフト等の大型の蓄電池であればある程、電流容量の値が大きく初期充電のインピーダンスの影響をうけやすく、充電制御を停止するのに使用される検出電圧の誤差が生じやすいが、本発明によれば、インピーダンスの影響を受けにくい小さな電流値で電圧の検出を行うため、使用される検出電圧の測定誤差を少なくし、適正な容量に蓄電池２０を充電することができる。

（５）従来の図５に示すように定電力→定電圧→定電流制御においては、最終の蓄電池の状態に関わらず時間の経過により強制的に充電を終了するため、充分に充電されないという恐れもあった。また、従来の図６に示すように多段階定電流制御のように充電制御のトータル時間として長いものとなってしまう恐れがあるため、上述のように充電開始から予め定めた時間経過後に強制的に最終定電流制御を終了する方法があるが、最終充電制御において蓄電池の状態に関わらず時間の経過により強制的に充電を終了するため、充分に充電されないか又は逆に過充電であっても充電制御を終了しないという恐れもあった。
しかし、本発明は、最終定電流制御においてのみ蓄電池２０の状態に応じて制御の停止する時間を演算して設定することができるので、適正な状態で蓄電池２０を充電することができる。

（６）本発明は、フォークリフト等で使用される様な電解液が含浸された蓄電池は、変曲点電圧Ｖｈを超えてから満充電になるまで、電解液が滞留していることにより直ぐには満充電には達せず、有る一定の時間を必要とする。
そのため、最終定電流制御において、電圧値の誤差が少ない制御での時間（ｔ）を計測し（Ｓ６３）、その計測した値から制御を停止するための時間（Ｔａ）を算出することができるので（Ｓ６９）、満充電まで達する適正な時間を算出することが可能となる。そのため適正な状態で蓄電池２０を充電することができ、不足充電が発生することはない。

（７）本発明は、初期定電流制御から可変電圧制御などの他の制御へ切り替える初期の段階での設定電圧を変曲点電圧よりも低くい電圧値に設定（図２の設定電圧Ｖｏ）した構成である。そのため、変曲点に達する前であれば、電解液が含浸されなく、電解液が滞留することがないので、応答性が早く、バッテリの温度上昇を抑え早い時間で充電することが可能となる。従って、充電量を正確に管理することができると共に最終充電制御に至るまでの時間を短縮させ、最終的に全充電時間を短縮することが出来る。

（８）本発明は、初期定電流制御で定電流で充電した後、降下する充電電流と比例関係となる充電電圧値となるように電圧出力を可変して制御する可変電圧制御（可変電圧制御手段）を設けたことにより、末期の充電電圧に合わせた変曲点電圧Ｖｈに応じた定電圧制御や定電流制御が、最終定電流制御に至るまでの時間を短縮させることができ、最終的に全充電時間を短縮することができる。

（９）本発明は、可変電圧制御において目標となる充電電圧値を降下する充電電流と比例関係となるように予め定めた演算式（Ｖａ＝Ｋ×Ａａ＋α）により求める構成となっているため、蓄電池を充電しながらも早く切替電流（Ｉｈ）に達することができるため、インピーダンスの影響を受けにくくし、最終定電流制御に至るまでの時間を短縮させることができ、最終的に全充電時間を短縮することができる。

（１０）本発明は、図２に示すように予め定めた設定電圧Ｖｏ（６０Ｖ）から予め定めた所望する切替電圧Ｖｋ（５７Ｖ）までの関係を予め直線補間を行い、関係式の係数と定数を定めているので、この直線補間した式に合わせ比例的に電圧を変化させる最も簡単な演算であると共に、充電電流を早く切替電流まで達成させることができる。従って、最終定電流制御に至るまでの時間を短縮させることができ、最終的に全充電時間を短縮することができる。

（１１）本発明は、降下する充電電流と比例関係となる充電電圧値となるように電圧出力を可変して制御する可変電圧制御（可変電圧制御手段）を設けたことにより、充電しながら大きな電流から徐々に電流が降下し、蓄電池２０や配線等のインピーダンスの影響をうけにくくなってゆくため、インピーダンスの影響の少ない電流又は電圧値を電流検出部１３や電圧検出部１７で測定することができるので検出の誤差が少なく、適正な状態で蓄電池２０を充電することができる。そのため、過充電又は不足充電が発生することはない。

（１２）初期定電流制御の充電を開始してから最初の設定電圧Ｖｏ（若しくは変曲点電圧Ｖｈ）に達するまでの時間（ｔｏ）を計測する。そして、計測されたデータ値２５はタイマー演算記憶領域２３に記憶される。その後は、特に可変電圧制御においても時間的な管理すなわちタイマーＡによる計測を行う必要が無いので、その後の煩雑な時間管理を必要としない。すなわち１期間での計測で済むのである。また、一期間だけでのタイマー計測（ｔｏ）であるためインピーダンスの影響を受けにくくなる。
そして、最終定電流制御に移行した後は、設定電圧Ｖｏ（若しくは変曲点電圧Ｖｈ）に達した場合に、タイマー演算記憶領域２３に記憶されたデータ値２５となる時間（ｔｏ）の計測値に基づいて、Ｔａの時間を算出し、Ｔａの時間経過後にこの最終定電流制御を終了する。

以上のことから、初期の充電状態に応じて充電制御の停止する時間を演算して設定することができるので、最後に満充電まで達する時間が長くなったり短くなったりと、蓄電池の状態（初期の状態）に合わせて演算して求められるので、適正な状態で蓄電池を充電することができる。
また、中間にどのような制御を制御を行ったととしても適正な状態で蓄電池を充電することができる。特に本実施の形態のように可変電圧制御を行うことでよりインピーダンスに影響を受けることなく時間を短縮させることができる。
（本実施の形態から考えられる他の技術的思想）

本課題を解決するための発明は、直流電力を蓄電池（蓄電池２０）へ供給して充電を行う充電制御手段（充電制御部１０）と、前記蓄電池の電圧を検出する電圧検出手段（電圧検出部１７）と、充電電流を検出する電流検出手段（電流検出部１３）と、を備えた充電装置（充電装置１）であって、前記充電制御手段（充電制御部１０）は、初期充電電流（初期充電電流Ｉｉ）で定電流充電を開始する初期定電流充電手段（初期定電流制御（Ｓ５３））と、当該初期定電流充電手段（初期定電流制御（Ｓ５３））での充電中に前記蓄電池（蓄電池２０）が第１の設定値（設定電圧Ｖｏ又は変曲点電圧Ｖｈ又は基準温度）に達したことに応じて前記初期定電流充電手段（初期定電流制御（Ｓ５３））での充電を終了する（Ｓ５５）と共に、降下する充電電流を前記電流検出手段（電流検出部１３）で検出し、その検出した充電電流と比例関係（演算式：Ｖａ＝Ｋ×Ａａ＋α）となるように演算した充電電圧値（充電電圧値Ｖａ）を目標として出力電圧を可変させて充電する可変電圧充電手段（可変電圧制御（Ｓ５７〜Ｓ５９））と、当該可変電圧充電手段（可変電圧制御（Ｓ５７〜Ｓ５９））での充電中に充電電流が、前記初期充電電流（初期充電電流Ｉｉ）より低い値である切替電流（切替電流Ｉｈ）に達したことに応じて前記可変電圧充電手段（可変電圧制御（Ｓ５７〜Ｓ５９））での充電を終了して、前記切替電流（切替電流Ｉｈ）より低い最終充電電流（最終充電電流Ｉｆ）で定電流充電を開始する最終定電流充電手段（最終定電流制御・Ｓ６０）と、当該最終定電流充電手段（最終定電流制御・Ｓ６５）を開始してからの時間を計測するタイマー手段（タイマーＡ・Ｓ６１）と、前記最終定電流充電手段（最終定電流制御・Ｓ６５）での充電中に前記蓄電池（蓄電池２０）を検出した電圧が基準電圧（変曲点電圧Ｖｈ）に達したことに応じて（Ｓ６７）、前記タイマー手段（タイマーＡ・Ｓ６１）で計測された時間（ｔ）に基づいて充電を停止する時間（Ｔａ）を演算するタイマー演算手段（タイマー演算手段１８・Ｓ６９・ＣＰＵ）と、当該タイマー演算手段（タイマー演算手段１８・Ｓ６９・ＣＰＵ）によって得られた時間の経過後に前記最終定電流充電手段（最終定電流制御・Ｓ７４）の充電を停止する充電停止手段（Ｓ７７）と、を備えたことを特徴とする。

以上の構成により、充電電流とバッテリ内部のインピーダンスで変曲点電圧が変化するためそれに合わせて目標とする電圧を設定することができるので、蓄電池を充電しながらも早く切替電流に達するため、最終定電流充電手段に至るまでの時間を短縮させることができ、最終的に全充電時間を短縮することができる。
また、本発明は、最終定電流充電手段においてのみ蓄電池の状態に応じて制御の停止する時間を演算して設定することが出来るので、適正な状態で蓄電池を充電することができる。
（他の実施形態への変更例）

以上説明した実施形態を他の実施形態へ変更した例を以下に示す。
・第１の設定値は、変曲点電圧Ｖｈや設定電圧Ｖｏに替えて、サーミスター等の温度検出手段によりバッテリの温度や充電装置における周囲温度を測定した検出値を予め設定された基準温度により判断しても良く、基準値として電圧に換算した設定値なども考えられる。
・インバータの方式は特に限定する必要はなく、チョッパー式、フルブリッジ式等がある。
・タイマーＡ及びタイマーＢとタイマーを２つ設けて説明したが、タイマーは１つで時間ｔ及び時間Ｔの計測を兼ねるものであっても良い。
・初期充電手段や他の充電制御手段としては、可変電圧制御だけでなく、定電流制御や定電圧制御や定電力制御のうちいずれかを含むものである。
・定電流充電の多段階充電においては特に３段階だけでなく４段階や５段階であっても良い。

・初期充電手段は、初期定電流制御として定電流充電の制御で説明したが、電力を一定する定電力での充電を行う従来例の図５に説明したような初期定電力制御制御であっても良く、最終低電流よりも大きく急速に充電可能な電流又は電圧値であれば、定電流、定電力又は定電力に制御形態を限定する必要はない。
・電池電圧は特に限定することもなく、ＤＣ４８Ｖ・ＤＣ８０Ｖであっても良い。
・定電圧制御においては、電圧を一定にするとは、温度変化により電圧の値を変化させながら補正して最適な状態を保つことも含まれる。
・可変電圧制御の演算式はバッテリ容量や充電特性によって変更しても良く、充電電流の降下に従って電圧を降下させるような演算式であれば、本実施例の切替電圧Ｖｋ（５７Ｖ）や設定電圧Ｖｏ（６０Ｖ）、切替電流Ｉｆ（２０Ａ）や係数（０．０４）をこの値に限定する必要もなく、バッテリ容量や充電する時間等を考慮して定めてもよい。
・タイマー演算手段の演算式のＫＴ（係数）やβ（定数）は、本実施の形態に限定する必要もなく、バッテリ容量や充電特性等によって変更しても良い。

本実施形態における充電装置は、フォークリフト用に限定する必要はなく、車両用や電気自動車等の様々な車両用の蓄電池の充電装置やＵＰＳ若しくは電動工具又は携帯電話等の容量の小さなバッテリに合わせても充電装置の変更が可能であり、このような分野にも利用が考えられる。

本発明の実施の形態における充電装置の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態における充電装置の電池電圧及び充電電流と時間との関係を示す図である。 本発明の実施の形態における充電装置の動作を示すフローチャート図である。 従来の定電流→定電圧→定電流制御における充電装置の電池電圧及び充電電流と時間との関係を示す図である。 従来の定電力→定電圧→定電流制御における充電装置の電池電圧及び充電電流と時間との関係を示す図である。 従来の多段階定電流充電制御における充電装置の電池電圧及び充電電流と時間との関係を示す図である。

符号の説明

１・・・充電装置、２・・・交流電源、３・・・全波整流部、
５・・・電圧出力手段としての直流変換部、７・・・インバータ、９・・・トランス、
１０・・・充電制御部、１１・・・整流部、 １３・・・電流検出部（電流検出手段）、 １５・・・インバータ制御部、１７・・・電圧検出部（電圧検出手段）、
１８・・・タイマー演算手段、ＣＰＵ・・・１９、
２０・・・蓄電池、２１・・・可変電圧演算手段、２２・・・記憶手段、
２３・・・タイマー演算記憶領域、２４・・・可変電圧演算記憶領域、
Ａ・・・タイマーＡ（タイマー手段）、Ｂ・・・タイマーＢ（タイマー手段）、
Ｖｏ・・・設定電圧、Ｖｈ・・・変曲点電圧（基準電圧）、Ｖｋ・・・切替電圧、
Ｉｉ・・・初期充電電流、Ｉｈ・・・切替電流、Ｉｆ・・・最終充電電流。

Claims (5)

1. 直流電力を蓄電池へ供給して充電を行う充電制御手段と、前記蓄電池の電圧を検出する電圧検出手段と、充電電流を検出する電流検出手段と、を備えた充電装置であって、
   前記充電制御手段は、
   初期に充電を開始する初期充電手段と、当該初期充電手段を終了すると共に、充電電圧を可変して充電の制御を行う可変電圧充電手段と、当該可変電圧充電手段を終了すると共に前記初期充電手段よりも低い電流値となる最終充電電流で定電流充電を開始する最終定電流充電手段とを設け、
   前記可変電圧充電手段は、降下する充電電流を前記電流検出手段で検出し、その検出した充電電流と比例関係となるように充電する充電電圧を演算する可変電圧演算手段と、
   当該可変電圧演算手段で演算して求められた前記充電電圧に可変して出力する電圧出力手段と、
   を備えたことを特徴とする充電装置。
2. 前記充電制御手段は、前記初期充電手段での充電中に前記蓄電池が所定の電圧値に達したことに応じて前記初期充電手段の充電を終了する設定電圧を設け、
   当該設定電圧は、変曲点電圧よりも低い電圧の値としたことを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
3. 前記充電制御手段は、前記設定電圧から前記可変電圧充電手段を終了し最終定電流充電手段に切り替える切替電圧までの関係を予め直線補間を行った値から定めた演算式を記憶する可変電圧演算記憶手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の充電装置。
4. 前記充電制御手段は、前記初期充電手段を開始してから前記蓄電池を検出した電圧が前記設定電圧に達するまでの時間を計測するタイマー手段と、当該タイマー手段で計測したデータ値を記憶するタイマー演算記憶手段と、前記最終定電流充電手段での充電中に前記蓄電池を検出した電圧が前記設定電圧に達したことに応じて、前記タイマー演算記憶手段に記憶された前記データ値に基づいて充電を停止する時間を演算するタイマー演算手段と、当該タイマー演算手段によって得られた時間の経過後に前記最終定電流充電手段の充電を停止する充電停止手段と、を備えたことを特徴とする請求項３に記載の充電装置。
5. 直流電力を蓄電池へ供給して充電を行う充電制御手段と、前記蓄電池の電圧を検出する電圧検出手段と、充電電流を検出する電流検出手段と、を備えた充電装置であって、
   前記充電制御手段は、
   初期に充電を開始する初期充電手段と、前記初期充電手段での充電中に前記蓄電池が設定電圧に達したことに応じて前記初期充電手段の充電を終了し、他の充電制御手段を経過した後に前記初期充電手段よりも低い電流値となる最終充電電流で定電流充電を開始する最終定電流充電手段とを設け、
   前記初期充電手段を開始してから前記蓄電池を検出した電圧が前記設定電圧に達するまでの時間を計測するタイマー手段と、当該タイマー手段で計測したデータ値を記憶するタイマー演算記憶手段と、前記最終定電流充電手段での充電中に前記蓄電池を検出した電圧が前記設定電圧に達したことに応じて、前記タイマー演算記憶手段に記憶された前記データ値に基づいて充電を停止する時間を演算するタイマー演算手段と、当該タイマー演算手段によって得られた時間の経過後に前記最終定電流充電手段の充電を停止する充電停止手段と、を備えたことを特徴とする充電装置。

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