JP4064580B2

JP4064580B2 - 充電システム

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Publication number: JP4064580B2
Application number: JP26880199A
Authority: JP
Inventors: 敏雄松島; 哲郎村尾; 誠一室山
Original assignee: NTT Facilities Inc
Current assignee: NTT Facilities Inc
Priority date: 1999-09-22
Filing date: 1999-09-22
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2019-09-22
Also published as: JP2001095174A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電池を充電する充電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
使用（放電）後、充電することによって数１００〜１０００回程度の使用が可能な電池は２次電池と称され、小型の携帯機器用の電源をはじめとして、自動車の始動用や通信用等の各種の非常用予備電源として様々な種類のものが使用されている。
【０００３】
これらの２次電池は、電極材料と電解液の組み合わせによって種々のものが存在している。小型軽量が要求される携帯機器用の電池としては、Ｌｉ電池、Ｌｉイオン電池、また、ＮｉＣｄ電池が使用されている。大電流で長時間の放電が求められる用途には、鉛蓄電池が主に使用されている。近年、電池を主エネルギー源として走行する電気自動車の開発も進められており、走行後の電池の充電を太陽電池や商用電源で行っている。
【０００４】
電池の充電方法として代表的なのは、定電圧定電流法である。これは、図９に示すように、電池の電圧（端子電圧）Ｅが低い充電初期において充電器から最大電流を出力させて充電を行い、電池の電圧Ｅが設定値に到達した後、次第に充電電流を減少させて満充電に至らせるようにしている。放電が終了した後の電池を負荷から切り離して単独で充電させる場合に、このような充電方法が採用される。
【０００５】
一方、電気自動車に搭載された電池の充電を行う例として、特開平１１−１４６５０４号公報に示されるものがある。この例では、充電設備から電気自動車への供給電力および電気自動車側の受給電力を検知し、その検知に基づく充電効率から充電装置の性能評価を行う技術が開示されている。また、この例では、複数の電池が直列に接続された自動車用電池を充電の対象としており、電池の温度や電圧の上昇率を検知することで充電の満了を判断し、充電が満了した電池については並列に配置されたバイバス回路のスイッチを閉じることにより過充電を防止するようにしている。
【０００６】
また、特開平７−７８６３７号公報には、鉛蓄電池の充電方法として、２段階定電流充電方法が開示されている。これは、図１０に示すように、充電の進行に伴って電池の電圧Ｅが所定値に到達した時点で第１の充電プロセスを終了し、次に、充電電流を低下させた第２の充電プロセスに移行し、第１の充電プロセスの実施時間ｔ１に応じて第２の充電プロセスの実施時間ｔ２を決定するようにしている。
【０００７】
特開平１１−１３６８７６号公報の例では、第１の充電プロセスで供給された充電電気量と充電前の総放電電気量の関係を明らかにし、充電によって電池の電圧Ｅが設定値に到達するたびに、充電電流を低下させて次の段階の充電プロセスに移行させ、各段階の総充電電流が先に求めた放電電気量の計算値に一致した時点で、充電を終了させるようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
電池を使用する場合、電池の放電状態を把握し、その放電状態に見合う適切な充電を行う必要がある。そうでないと、充電に長い時間がかかったり、あるいは過充電を生じて電池の寿命に悪影響を及ぼし、期待される使用回数よりも短い回数で使用不可能に陥ってしまうなどの不具合を生じる。
【０００９】
上記の定電圧定電流法による充電では、電池の放電電気量が不明でも充電器を接続するだけで充電が行われるという利点がある反面、充電に要する時間が不明であり、また、電池が負荷に接続された状態では負荷の電圧によって電池の電圧が決定されてしまうことから、負荷の許容する電圧以上に充電電圧の設定ができないという問題がある。さらに、充電器からの電流が全て電池に供給される訳ではないので、充電の効率が悪いという問題もある。
【００１０】
第１，第２の充電プロセスによる充電を行うものでは、電池の放電電気量と第１の充電プロセスにおける充電電気量との相関関係の把握がキーポイントになるが、電池の種類が多いことに加えて種々の使用（放電）状態が存在するという事実が、その把握をほとんど不可能にしている。
【００１１】
この発明は上記の事情を考慮したもので、その目的とするところは、電池に対する常に効率の良い最適な充電を可能として電池寿命の向上などが図れる信頼性にすぐれた充電システムを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明の充電システムは、電池に対する充電用電圧を出力する充電器と、上記電池から負荷への放電電気量を検出する放電電気量検出手段と、上記充電器から上記電池への充電電気量を検出する充電電気量検出手段と、上記放電電気量検出手段の検出結果および上記充電電気量検出手段の検出結果に応じて上記充電器を制御する制御手段と、を備える。とくに、上記放電電気量検出手段は、所定の一定時間ごとに上記電池から上記負荷への放電電流の平均値を求め、この平均値と上記一定時間との積を放電電気量としてその一定時間ごとに求めるとともに、この一定時間ごとの放電電気量を、“電池を一定の電流で放電させた際の放電特性”から求まる“電池を任意の電流で所定の電圧まで放電させた際の電流値と放電持続時間の関係”に基づき、任意の電流で完全放電させた際の放電電気量と上記放電特性に基づいて定まる標準放電電流で完全放電させた際の放電電気量との比から、その標準放電電流における放電電気量にそれぞれ換算した後、この換算した各放電電気量を積算して総放電電気量を求め、この総放電電気量を検出結果とする。さらに、上記制御手段は、電池の充電時、充電電気量検出手段で検出される充電電気量が放電電気量検出手段で検出された総放電電気量またはその総放電電気量に基づく所定値に達したとき、充電器の出力を停止する。
【００１６】
請求項２に係る発明の充電システムは、請求項１に係る発明において、放電電気量検出手段が、所定の一定時間ごとに上記電池から上記負荷への放電電流の平均値を求め、この平均値と上記一定時間との積を放電電気量としてその一定時間ごとに求めるとともに、この一定時間ごとの放電電気量を、“電池を一定の電流で放電させた際の放電特性”から求まる“電池を任意の電流で所定の電圧まで放電させた際の電流値と放電持続時間の関係”に基づき、任意の電流で完全放電させた際の放電電気量と上記放電特性に基づいて定まる標準放電電流で完全放電させた際の放電電気量との比から、その標準放電電流における放電電気量にそれぞれ換算した後、この換算した各放電電気量を積算して総放電電気量を求め、さらに、上記一定時間ごとの放電電気量を電池の放電特性に基づく１０時間放電電流での放電電気量にそれぞれ換算し、この換算した各放電電気量の総和を標準時間率換算放電電気量として求め、この求めた標準時間率換算放電電気量を上記求めた総放電電気量とともに検出結果とする。さらに、上記放電電気量検出手段で検出される標準時間率換算放電電気量に応じて上記電池の残存容量を検出する残存容量検出手段と、この残存容量検出手段の検出結果を報知する報知手段と、上記電池の充電時、上記充電器から上記電池へ流れる充電電流および上記放電電気量検出手段で検出された総放電電気量に基づき、充電完了までの残り時間を検出する残り時間検出手段と、この残り時間検出手段の検出結果を報知する報知手段と、を備える。
【００１７】
請求項３に係る発明の充電システムは、請求項２に係る発明における残存容量検出手段の構成について限定したものである。すなわち、残存容量検出手段は、放電電気量検出手段で検出される標準時間率換算放電電気量を所定回数の放電について相互比較してその最大値を保持し、その最大値から同放電電気量検出手段によって求められる放電中の標準時間率換算放電電気量の検出結果を減算することにより、電池の残存容量を求める。
【００１８】
請求項４に係る発明の充電システムは、請求項２に係る発明における残り時間検出手段の構成について限定したものである。すなわち、残り時間検出手段は、充電開始に際し、放電電気量検出手段で検出される総放電電気量またはその総放電電気量に基づく所定値を充電器から電池への充電電流初期値で除算することにより充電完了までの所要時間を検出し、以後、この所要時間から充電中の経過時間を減算することにより充電完了までの残り時間を求める第１検出手段と、充電器から電池への充電電流に変化があったとき、放電電気量検出手段で検出される総放電電気量またはその総放電電気量に基づく所定値から充電電気量検出手段で検出される充電電気量を減算することにより未充電電気量を検出し、この未充電電気量を変化後の充電電流で除算することにより充電完了までの所要時間を検出し、以後、この所要時間から充電中の経過時間を減算することにより充電完了までの残り時間を求める第２検出手段とから成る。
【００１９】
請求項５に係る発明の充電システムは、請求項１に係る発明において、さらに、上記電池の電圧を検知する電圧検知手段と、上記電池の温度を検知する温度検知手段と、上記電池の充電時、上記電圧検知手段の検知電圧が設定値に達するごとに上記充電器の出力電流を低減する制御手段と、上記電池の充電時、上記温度検知手段の検知温度が所定値に達したとき上記充電器の出力を停止する制御手段と、を備える。
【００２０】
【発明の実施の形態】
［１］以下、この発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
図１に示すように、交流電源１に運転機器２の電源コネクタ３が接続される。電源コネクタ３には充電器４の入力端が接続され、その充電器４の出力端に電池５が接続される。そして、電池５にスイッチ６を介して負荷７が接続される。
【００２２】
運転機器２は、電池５を主電源とし、負荷７の運転終了に際しスイッチ６をオフして電池５と負荷７との間の通電路を遮断し、これに伴う充電器４の出力により電池５を充電するもので、例えばフオークリフトや電気自動車がこれにあたる。
【００２３】
充電器４は、交流電源１の電圧を所定レベルの電圧に変圧し、それを整流して電池５に対する充電用電圧として出力する。電池５は、たとえば、Ｌｉ電池、Ｌｉイオン電池、ＮｉＣｄ電池、鉛蓄電池など、そのいずれでもよい。スイッチ６は、運転機器２の制御部（図示しない）の指令に基づき、負荷７の運転時にオンされ、負荷７の非運転時にオフされる。
【００２４】
このような運転機器２において、電池５から負荷７にかけての通電路において、スイッチ６の上流側に放電電流Ｉｂ検知用の電流センサ１１が設けられ、その電流センサ１１に放電電気量検出部１２が接続される。
【００２５】
放電電気量検出部１２は、電池５から負荷７へ放電された電気量を算出する。具体的には、まず所定の一定時間毎に電池５から負荷７への放電電流（電流センサ１１の検知電流）Ｉｂの平均値を求め、これと上記一定時間との積を放電電気量Ｍとして求める。次に、ここでは、この一定時間ごとの放電電気量Ｍをそのまま積算した総放電電気量Ｍｓと、この放電電気量Ｍを電池５の放電特性に基づく標準放電電流における放電電気量（いわゆる標準時間率換算放電電気量）Ｎにそれぞれ換算し、この換算した各放電電気量Ｎを積算した標準時間率換算放電電気量Ｎｓを求める。
【００２６】
充電器４から電池５にかけての通電路に、充電電流Ｉａ検知用の電流センサ１３が設けられ、その電流センサ１３に充電電気量検出部１４が接続される。
【００２７】
充電電気量検出部１４は、充電器４から電池５への充電電気量Ｌを検出する。具体的には、充電器４から電池５への充電電流（電流センサ１３の検知電流）Ｉａと充電持続時間との積を充電電気量Ｌとして求める。
【００２８】
１５は充電制御部で、これに放電電気量検出部１２および充電電気量検出部１４が接続されるとともに、電圧センサ２１および温度センサ２２が接続される。
【００２９】
電圧センサ２１は、電池５に取付けられ、電池５の電圧（端子電圧）Ｅを検知する。温度センサ２２は、電池５に取付けられ、電池５の温度Ｔを検知する。
【００３０】
充電制御部１５は、放電電気量検出部１２の検出結果および充電電気量検出部１４の検出結果に応じて充電器４を制御するもので、表示部１６を有するとともに、主要な機能として次の（１）〜（７）の手段を備える。
【００３１】
（１）電池５の放電時（スイッチ６がオン）、放電電気量検出部１２で検出される標準時間率換算放電電気量Ｎｓに応じて電池５の残存容量Ｎｘを検出する残存容量検出手段。
具体的には、放電電気量検出部１２で検出される標準時間率換算放電電気量Ｎｓを所定回数の放電について相互比較してその最大値Ｎmaxを保持し、その最大値Ｎmaxから同放電電気量検出部１２の検出結果Ｎｓを減算することにより、電池５の残存容量Ｎｘ（＝Ｎmax−Ｎｓ）を求める。
【００３２】
（２）上記検出される残存容量Ｎｘを表示部１６での文字表示により報知する報知手段。
【００３３】
（３）電池５の充電時（スイッチ６がオフ）、充電電気量検出部１４で検出される充電電気量Ｌが放電電気量検出部１２で検出された総放電電気量Ｍｓまたはその総放電電気量Ｍｓに基づく所定値（Ｍｓ＋α）に達したとき、充電器４の出力を停止する制御手段。
【００３４】
（４）電池５の充電時、電圧センサ２１の検知電圧（電池５の電圧）Ｅが設定値Ｅｓに達するごとに充電器４の出力電流（充電電流）Ｉａを低減する制御手段。
【００３５】
（５）電池５の充電時、温度センサ２２の検知温度（電池５の温度）Ｔが所定値に達したとき、温度異常ありとの判断の下に充電器４の出力を強制的に停止する制御手段。
【００３６】
（６）電池５の充電時、充電器４から電池５への充電電流Ｉａおよび放電電気量検出部１２で検出された総放電電気量Ｍｓに基づき、充電完了までの残り時間ｔｘを検出する残り時間検出手段。
具体的には、充電開始に際し、放電電気量検出部１２で検出される総放電電気量Ｍｓまたはその総放電電気量Ｍｓに基づく所定値（Ｍｓ＋α）を充電器４から電池５への充電電流初期値（予め定められている一定値）で除算することにより充電完了までの所要時間ｔを検出し、以後、この所要時間ｔから充電中の経過時間（タイムカウント）ｔ１を減算することにより充電完了までの残り時間ｔｘ（＝ｔ−ｔ１）を求める第１検出手段と、充電器４から電池５への充電電流Ｉａに変化があったとき、放電電気量検出部１２で検出される総放電電気量Ｍｓまたはその総放電電気量Ｍｓに基づく所定値（Ｍｓ＋α）から充電電気量検出部１４で検出される充電電気量Ｌを減算することにより未充電電気量（充電すべき残りの電気量）を検出し、この未充電電気量を変化後の充電電流Ｉａで除算することにより充電完了までの所要時間ｔを検出し、以後、この所要時間ｔから充電中の経過時間（タイムカウント）ｔ１を減算することにより充電完了までの残り時間ｔｘ（＝ｔ−ｔ１）を求める第２検出手段とから成る。
【００３７】
（７）上記検出される残り時間ｔｘを表示部１６での文字表示により報知する報知手段。
【００３８】
つぎに、作用について図２のフローチャートを参照して説明する。
負荷７の運転に際し、スイッチ６がオンされ、電池５が放電してその電力が負荷７に供給される。この放電時（ステップ１０１のＹＥＳ）、電池５から負荷７に流れる放電電流Ｉｂが電流センサ１１により検知される（ステップ１０２）。
【００３９】
そして、放電電気量検出部１２において、電流センサ１１で検知された放電電流Ｉｂに基づき、電池５から負荷７へ放電された電気量が検出される。
【００４０】
すなわち、所定の一定時間毎に放電電流Ｉｂの平均値を求め、これと先の一定時間との積によって放電電気量Ｍを求め、さらにその総和が総放電電気量Ｍｓとして算出される（ステップ１０３）。次に、この一定時間ごとの放電電気量Ｍが電池５の放電特性に基づく標準放電電流における放電電気量（いわゆる標準時間率換算放電電気量）Ｎにそれぞれ換算され、この換算された各放電電気量Ｎの総和が最終的な検出結果である標準時間率換算放電電気量Ｎｓとして求められる（ステップ１０４）。求められた総放電電気量Ｍｓと標準時間率換算放電電気量Ｎｓは充電制御部１６の内部メモリに記憶保持される。
【００４１】
次に、任意の電流で放電させた際の電気量を基準とする他の電流における電気量に換算する方法について述べる。
【００４２】
図３は鉛蓄電池を一定の電流で放電させた際の放電特性を示しており、放電中の電流が一定であれば電池電圧（端子電圧）Ｅは本図に示した曲線に沿って経時的に変化する。各放電電圧曲線において放電が終了している電圧は放電終止電圧といわれるもので、一般的に、定電流放電の場合、その値に達した時点で放電を終了させる。これは、その電圧値以下の領域まで放電させても電圧の低下が大きくなり、もはや取り出す電気量がさほど得られないからである。このような定電流放電において、放電電気量は、電流（一定値）と放電持続時間の単純な積として求められる。
【００４３】
ただし、実際の負荷では、上記のような一定の電流で放電されることは少なく、例え、一定の電流で放電が開始されたとしても、放電の進行による電池電圧Ｅの低下に伴い、放電の後半では放電電流Ｉｂが増加する。むしろ、多くの負荷においては、消費電力が運転機器の動作に応じて時間的に大きく変動する。時間的に変化する放電電流Ｉｂの一例を図４に示している。
【００４４】
このような放電電流Ｉｂの変動に対処するため、上記のように、放電電気量Ｍを一定時間ごとに求め、その一定時間ごとの放電電気量Ｍを電池５の放電特性に基づく標準放電電流における放電電気量（いわゆる標準時間率換算放電電気量）Ｎにそれぞれ換算し、この換算した各放電電気量Ｎの総和を最終的な検出結果である標準時間率換算放電電気量Ｎｓとして求めている。
【００４５】
任意の電流で所定の電圧まで放電させた際の電流値と放電持続時間の関係の例を図５に示している。これは、図３の放電特性に基づいて作成したもので、任意の電流Ｉｂで放電させた際の電気量は、本図の関係によって１０時間率の電流（標準放電電流）で放電させた際の電気量に変換することができる。なお、１０時間率の電流とは、鉛蓄電池においては放電終止電圧である１．８Ｖまで放電させる場合に、放電が１０時間継続することのできる放電電流の値である。具体的には、この図５において、放電終止電圧が１．８Ｖの場合、１０時間率電流Ｉ₁₀で放電させると放電持続時間は１０時間であるが、電流を５時間率の値Ｉ₅（Ｉ₁₀の１．６倍）にすると放電持続時間は５時間となり、放電電気量は０．８倍になる。これらにおいて、両者の放電電気量は異なるものの、いずれも放電は終了した状態にある。従って、各放電電気量は便宜的に等価と見なすことができる。
【００４６】
すなわち、Ｉ₅（Ｉ₁₀の１．６倍）の電流で、２．５時間放電（放電量５０％）させると、Ｉ₁₀での放電においても５０％の電気量が放電されたと同じと見なすことができる。そこで、このような関係に基づいて、任意の電流Ｉｂにおける放電電気量を１０時間率電流での放電電気量（標準時間率換算放電電気量）Ｎにそれぞれ換算し、この換算した各放電電気量Ｎの総和を最終的な検出結果である標準時間率換算放電電気量Ｎｓとして求めている。
【００４７】
こうして、標準時間率換算放電電気量Ｎｓが求まると、前回までの放電における標準時間率換算放電電気量Ｎｓの最大値Ｎmax（充電制御部１６の内部メモリに記憶されている）から今回放電時の標準時間率換算放電電気量Ｎｓが減算され、電池５の放電可能な残存容量Ｎｘ（＝Ｎmax−Ｎｓ）が求められる（ステップ１０５）。そして、求められた残存容量Ｎｘが表示部１６で文字表示される（ステップ１０６）。表示の単位として、たとえば百分率表示（％表示）が用いられる。
【００４８】
この表示を見ることにより、負荷７の運転をあとどのくらいの時間続けることができるか、それをリアルタイムで適切に把握することができる。運転継続時間が不足の場合は、電池５を交換するなど、適切な処置をとることができる。
【００４９】
さらに、今回の標準時間率換算放電電気量Ｎｓと最大値Ｎmaxとが比較され（ステップ１０７）、標準時間率換算放電電気量Ｎｓが最大値Ｎmaxより大きくなると（ステップ１０７のＹＥＳ）、そのときの標準時間率換算放電電気量Ｎｓが新たな最大値Ｎmaxとして充電制御部１６の内部メモリに更新記憶される（ステップ１０８）。
【００５０】
交互に充放電を行う場合、上記のように、所定回数（たとえば１０回程度）の放電について確認した最大値Ｎmaxを電池５の容量として採用するのが最適である。各回の放電において、常に電池５が完全放電されるとは限らないためで、また、電池５には使用期間に応じて劣化が進行し、新品状態のものに比べて放電し得る容量も変化（低下）するためである。
【００５１】
一方、負荷７の運転停止に際し、スイッチ６がオフされ、電池５の放電が終了する。これに伴い、電池５の充電が開始される（ステップ１０１のＮＯ）。
この充電時、充電器４から電池５に流れる充電電流Ｉａが電流センサ１３によって検知される（ステップ１０９）。
【００５２】
また、充電開始に際し、充電制御部１６の内部メモリに記憶されている前回放電時の総放電電気量Ｍｓに基づく所定値（Ｍｓ＋α；例えばＭｓの１１０％〜１２０％値）が、充電器４から出力される充電電流Ｉａの初期値（予め定められている一定値）で除算され、これにより電池５の充電完了までの所要時間ｔが算出される（ステップ１１０）。以後、充電中の経過時間つまり充電持続時間ｔ１がカウントされ（ステップ１１１）、その充電持続時間ｔ１が上記所要時間ｔから減算されることにより、充電完了までの残り時間ｔｘ（＝ｔ−ｔ１）が求められる（ステップ１１２）。そして、求められた残り時間ｔｘが表示部１６で文字表示される（ステップ１１３）。
【００５３】
この表示を見ることにより、充電完了までの残り時間ｔｘをリアルタイムで適切に把握することができる。これにより、負荷７をはじめとする運転機器２の運転再開のタイミングを適切に設定することができるなど、運転計画策定等の面で大きなメリットが得られる。
【００５４】
充電電気量検出部１４では、電流センサ１３で検知された充電電流Ｉａと充電持続時間ｔ１との積が、充電器４から電池５への充電電気量Ｌとして求められる（ステップ１１４）。
【００５５】
この充電電気量Ｌは、充電制御部１６の内部メモリに記憶されている前回放電時の総放電電気量Ｍｓに基づく所定値（Ｍｓの１１０％〜１２０％値）と比較される（ステップ１１９）。充電電気量Ｌが所定値（Ｍｓ＋α）に達すると（ステップ１１９のＹＥＳ）、充電器４の出力が停止され、充電終了（完了）となる（ステップ１２０）。この充電終了までの電池電圧Ｅと充電電流Ｉａとの関係を図６に示しており、電池電圧Ｅが特段上昇しなければ、充電終了まで一定の電流が供給される。
【００５６】
充電電流Ｉａの初期値が大きいなどの理由で、電圧センサ２１の検知電圧（電池５の電圧）Ｅが設定値Ｅｓに達した場合には（ステップ１１５のＹＥＳ）、その都度、充電器４の出力電流つまり充電電流Ｉａが所定値ずつ低減される（ステップ１１６）。この場合の電池電圧Ｅと充電電流Ｉａとの関係を図７に示している。
【００５７】
このような充電電流Ｉａの変化があった場合には、充電制御部１６の内部メモリに記憶されている前回放電時の総放電電気量Ｍｓに基づく所定値（Ｍｓの１１０％〜１２０％値）から、充電電気量検出部１４で検出される充電電気量Ｌが減算され、これにより未充電電気量（充電すべき残りの電気量）が算出される。そして、この未充電電気量が、変化後の充電電流Ｉａで除算され、これにより電池５の充電完了までの所要時間ｔが検出される（ステップ１１０）。以後、充電中の経過時間つまり充電持続時間ｔ１がカウントされ（ステップ１１１）、その充電持続時間ｔ１が上記所要時間ｔから減算されることにより、充電完了までの残り時間ｔｘ（＝ｔ−ｔ１）が求められる（ステップ１１２）。そして、求められた残り時間ｔｘが表示部１６で文字表示される（ステップ１１３）。
【００５８】
変化後の充電電流Ｉａについては、電流センサ１３で検知される充電電流Ｉａの実測値であっても、充電制御部１６から充電器４に対し送出される充電電流指令値であっても、そのいずれでもよい。
【００５９】
充電電気量Ｌの目標値として、前回放電時の総放電電気量Ｍｓの１１０％〜１２０％値を採用しているが、これは、電池５の電極表面での充電反応の効率等で定まる全体の充電効率等を勘案し、定めている。なお、充電電気量Ｌの目標値としては、総放電電気量Ｍｓの１１０％〜１２０％値に限らず、総放電電気量Ｍｓそのものとしてもよい。
【００６０】
また、充電中は、温度センサ２２によって電池５の温度Ｔが検知されており、その検知温度Ｔが所定値に達すると、温度異常ありとの判断の下に（ステップ１１７のＹＥＳ）、充電器４の出力が強制的に停止される（ステップ１１８）。この停止により、電池５の安全が確保される。
【００６１】
以上のように、電池５から負荷７への総放電電気量Ｍｓを求め、さらに、充電器４から電池５への充電電気量Ｌを求め、この総放電電気量Ｍｓおよび充電電気量Ｌに応じて充電器４を制御することにより、充電に不要に長い時間がかかることなく、過充電を生じることもなく、電池５に対する常に効率の良い最適な充電を行うことができ、電池５の寿命向上などが図れる。
【００６２】
しかも、放電時には、電池５の残存容量Ｎｘを求め、それを表示部１６で表示するので、運転継続状況の把握が可能である。
【００６３】
とくに、電池５の残存容量Ｎｘを算出するにあたっては、電池５の放電特性を考慮し、放電電流と放電持続時間との積である放電電気量を単にそのまま用いることはせず、放電電気量を電池５の放電特性に基づく標準時間率換算放電電気量に換算し、つまり放電電気量を常に同一基準の標準時間率換算放電電気量に規格化し、その標準時間率換算放電電気量を残存容量Ｎｘの算出に用いるようにしているので、残存容量Ｎｘを電池５の放電特性などにかかわらず常に適切に捕らえることができ、信頼性の向上が図れる。
【００６４】
充電時には、充電完了までの残り時間ｔｘを求め、それを表示部１６で表示するので、運転計画の策定が可能である。
【００６５】
なお、充電完了までの残り時間ｔｘを算出するにあたっては、放電電流と放電持続時間との積である放電電気量と同等（もしくはこれに＋α）の電気量の通電によって電池５の充電を完了できることから、放電電気量を標準時間率換算放電電気量に換算するような処置は行っていない。
【００６６】
［２］第２の実施形態について説明する。
図８に示すように、充電器４および充電制御部１５が運転機器２の外に設けられ、その充電器４と充電制御部１５とで充電ユニット３０が構成される。
【００６７】
運転機器２においては、充電器４および充電制御部１５の代わりにデータ記憶部２０が設けられ、そのデータ記憶部２０に放電電気量検出部１２および充電電気量検出部１４が接続される。そして、電池５、電流センサ１１，１３、放電電気量検出部１２、充電電気量検出部１４、データ記憶部２０、電圧センサ２１、および温度センサ２２により、電源ユニット４０が構成される。
【００６８】
充電ユニット３０の充電器４は、入力端が交流電源１に接続され、出力端が電源コネクタ３１に接続される。そして、電源コネクタ３１に対して着脱自在な電源コネクタ４２が運転機器２から導出され、その電源コネクタ４１にスイッチ６を介して負荷７が接続される。
【００６９】
充電ユニット３０の充電制御部１５は信号コネクタ３２に接続され、その信号コネクタ３２に対して着脱自在な信号コネクタ４２が運転機器２から導出される。信号コネクタ４２には上記データ記憶部２０が接続される。
【００７０】
データ記憶部２０は、放電電気量検出部１２および充電電気量検出部１４のそれぞれの検出結果を記憶する。この記憶内容がコネクタ３２，４２を介して充電制御部１５に伝送される。
【００７１】
他の構成および作用は第１の実施形態と同じである。
このように、充電システムが充電ユニット３０と電源ユニット４０とに分かれる構成においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００７２】
［３］なお、この発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、要旨を変えない範囲で種々変形実施可能である。
【００７３】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、電池に対する常に効率の良い最適な充電を可能として電池寿命の向上などが図れる信頼性にすぐれた充電システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】各実施形態の作用を説明するためのフローチャート。
【図３】各実施形態における電池の放電特性について説明するための図。
【図４】各実施形態における放電電流の時間的変化を示す図。
【図５】各実施形態における放電電流と放電持続時間との関係を示す図。
【図６】各実施形態における電池電圧と充電電流との関係を示す図。
【図７】各実施形態における電池電圧と充電電流との関係を電池電圧が変化した場合を例に示す図。
【図８】第２の実施形態の構成を示すブロック図。
【図９】一般的な定電圧定電流法を説明するための図。
【図１０】一般的な２段階定電流充電方法を説明するための図。
【符号の説明】
１…交流電源
２…運転機器
４…充電器
５…電池
６…スイッチ
７…負荷
１１，１３…電流センサ
１２…放電電気量検出部
１４…充電電気量検出部
１５…充電制御部
１６…表示部

Claims

電池に対する充電用電圧を出力する充電器と、
前記電池から負荷への放電電気量を検出する放電電気量検出手段と、
前記充電器から前記電池への充電電気量を検出する充電電気量検出手段と、
前記放電電気量検出手段の検出結果および前記充電電気量検出手段の検出結果に応じて前記充電器を制御する制御手段と、
を備え、
前記放電電気量検出手段は、所定の一定時間ごとに前記電池から前記負荷への放電電流の平均値を求め、この平均値と前記一定時間との積を放電電気量としてその一定時間ごとに求めるとともに、この一定時間ごとの放電電気量を、“前記電池を一定の電流で放電させた際の放電特性”から求まる“前記電池を任意の電流で所定の電圧まで放電させた際の電流値と放電持続時間の関係”に基づき、任意の電流で完全放電させた際の放電電気量と前記放電特性に基づいて定まる標準放電電流で完全放電させた際の放電電気量との比から、その標準放電電流における放電電気量にそれぞれ換算した後、この換算した各放電電気量を積算して総放電電気量を求め、この総放電電気量を検出結果とし、
前記制御手段は、前記電池の充電時、前記充電電気量検出手段で検出される充電電気量が前記放電電気量検出手段で検出された総放電電気量またはその総放電電気量に基づく所定値に達したとき、前記充電器の出力を停止する、
ことを特徴とする充電システム。
前記放電電気量検出手段は、所定の一定時間ごとに前記電池から前記負荷への放電電流の平均値を求め、この平均値と前記一定時間との積を放電電気量としてその一定時間ごとに求めるとともに、この一定時間ごとの放電電気量を、“前記電池を一定の電流で放電させた際の放電特性”から求まる“前記電池を任意の電流で所定の電圧まで放電させた際の電流値と放電持続時間の関係”に基づき、任意の電流で完全放電させた際の放電電気量と前記放電特性に基づいて定まる標準放電電流で完全放電させた際の放電電気量との比から、その標準放電電流における放電電気量にそれぞれ換算した後、この換算した各放電電気量を積算して総放電電気量を求め、さらに、前記一定時間ごとの放電電気量を前記電池の放電特性に基づく１０時間放電電流での放電電気量にそれぞれ換算し、この換算した各放電電気量の総和を標準時間率換算放電電気量として求め、この求めた標準時間率換算放電電気量を前記求めた総放電電気量とともに検出結果とするもので、
前記放電電気量検出手段で検出される標準時間率換算放電電気量に応じて前記電池の残存容量を検出する残存容量検出手段と、
この残存容量検出手段の検出結果を報知する報知手段と、
前記電池の充電時、前記充電器から前記電池への充電電流および前記放電電気量検出手段で検出された総放電電気量に基づき、充電完了までの残り時間を検出する残り時間検出手段と、
この残り時間検出手段の検出結果を報知する報知手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の充電システム。
前記残存容量検出手段は、前記放電電気量検出手段で検出される標準時間率換算放電電気量を所定回数の放電について相互比較してその最大値を保持し、その最大値から同放電電気量検出手段によって求められる放電中の標準時間率換算放電電気量の検出結果を減算することにより、電池の残存容量を求めることを特徴とする請求項２に記載の充電システム。
前記残り時間検出手段は、充電開始に際し、前記放電電気量検出手段で検出される総放電電気量またはその総放電電気量に基づく所定値を前記充電器から前記電池への充電電流初期値で除算することにより充電完了までの所要時間を検出し、以後、この所要時間から充電中の経過時間を減算することにより充電完了までの残り時間を求める第１検出手段と、前記充電器から前記電池への充電電流に変化があったとき、前記放電電気量検出手段で検出される総放電電気量またはその総放電電気量に基づく所定値から前記充電電気量検出手段で検出される充電電気量を減算することにより未充電電気量を検出し、この未充電電気量を変化後の充電電流で除算することにより充電完了までの所要時間を検出し、以後、この所要時間から充電中の経過時間を減算することにより充電完了までの残り時間を求める第２検出手段とから成ることを特徴とする請求項２に記載の充電システム。
前記電池の電圧を検知する電圧検知手段と、
前記電池の温度を検知する温度検知手段と、
前記電池の充電時、前記電圧検知手段の検知電圧が設定値に達するごとに前記充電器の出力電流を低減する制御手段と、
前記電池の充電時、前記温度検知手段の検知温度が所定値に達したとき前記充電器の出力を停止する制御手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の充電システム。