JP5051100B2 - バッテリの充電装置 - Google Patents

Description

この発明は、バッテリに充電を行うための充電装置に係り、特に普通充電と均等充電の切替が可能なバッテリの充電装置に関する。

フォークリフトには、車載のバッテリに蓄えられた電力によって駆動されるバッテリ式フォークリフトがある。バッテリ式フォークリフトは、外部の交流電源を車載の充電器に接続することによりバッテリに対して充電を行っている。
バッテリへの充電方式には普通充電と均等充電があり、均等充電は、普通充電の充電不足を補う目的と、バッテリを構成している複数のバッテリセル間における充電量のばらつきを解消する目的で行われる。
充電器は、バッテリの充電時にバッテリの電圧を監視しており、バッテリの電圧がある設定電圧になると、充電器を制御する制御装置に備えられたタイマーを作動させる。そして、一定時間充電を行った後にバッテリの充電を終了させて、充電完了としている。普通充電と均等充電の違いは、このタイマーの作動をから充電終了までの時間が異なる点であり、均等充電の方がタイマーの作動から充電終了までの時間が長い。具体的には、充電完了までに、均等充電の方が普通充電よりも２時間程度長く充電が行われる。
普通充電を行うか均等充電を行うのかは充電を行う作業者が選択出来るようになっているが、普通充電ばかり行うとバッテリの劣化が早く進んでしまうため、通常は、充電器が前回の均等充電から何回普通充電が行われたかをカウントし、その普通充電の回数が所定回数以上になった時には、作業者が普通充電を選択したとしても、充電方式を自動的に切替えて均等充電を行うように制御している。
また、普通充電が行われた回数をカウントすること以外に、普通充電の充電時間をカウントすることで普通充電と均等充電とを自動的に切替える技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
さらに、過去の普通充電の充電時におけるバッテリの温度の履歴を充電方式の自動切替のための判断材料として用いることにより、均等充電の適正化を計る技術が提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。
特開平４−３５１４３３号公報 特開平４−３５５６３２号公報

しかしながら、バッテリの使用年数が長くなると、充電と、放電が繰り返されることにより、バッテリの劣化が進み、充電時のバッテリの電圧特性が変化する。具体的には、劣化が進んだバッテリは新品のバッテリと比較して、放電が深い状態から充電した場合、充電時におけるバッテリの電圧が電圧計にて高く検出されてしまう。したがって、劣化が進んだバッテリは、新品のバッテリを充電する場合と比較して早く設定電圧に達してしまうこととなり早く充電が終わってしまう。この結果、同一のバッテリ容量、同一の充電条件で充電を行った新品のバッテリと比較して、劣化が進んだバッテリでは、バッテリの容量が少ない状態で充電が完了してしまうという問題がある。
バッテリの容量が少ない状態での繰り返し使用はバッテリの劣化をさらに早く進めることにつながる。このため、容量不足の状態が長く続かないように、適切な頻度で均等充電を行う必要がある。
このように、劣化が進んだバッテリでは、新品のバッテリに比べて均等充電を行う頻度を高くしなければならない。

本件発明は上記課題に省みてなされたもので、その目的は、バッテリの寿命低下を抑えるために、劣化が進んだバッテリに対して適切な頻度で均等充電が行われるバッテリ充電装置を提供することにある。

上記の課題を達成するため、請求項１の発明では、普通充電と均等充電に充電方式を切替可能なバッテリの充電装置において、前記充電方式の切替を判断するための充電カウント値を記憶する充電カウント値記憶手段と、普通充電の完了ごとに前記充電カウント値にその普通充電の充電時間に応じた普通充電加算値を加算する普通充電加算手段と、前記充電カウント値が均等充電切替値以上の場合に、自動で、充電方式を普通充電から均等充電へと切替る充電方式切替手段と、均等充電の完了ごとに前記充電カウント値をリセットするカウントリセット手段と、バッテリの劣化の状態を示す劣化カウント値を記憶する劣化カウント値記憶手段と、普通充電の完了ごと又は均等充電の完了ごとに充電時のバッテリの状態に応じたバッテリ劣化加算値を劣化カウント値に加算するバッテリ劣化加算手段と、普通充電の完了ごと又は均等充電の完了ごとに前記バッテリ劣化加算値が加算された劣化カウント値に応じた劣化充電加算値を前記充電カウント値に加算する劣化充電加算手段と、を備えたことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、普通充電から均等充電への充電方式の自動切替を判断する指標として、普通充電の完了ごとに普通充電加算値が加算されて増加し、均等充電が行われることによりリセットされる充電カウント値を使用している。そして、バッテリの劣化の状態を劣化カウント値により管理している。この劣化カウント値には、充電が行われるごとにバッテリ状態に応じたバッテリ劣化加算値が加算されるので、劣化カウント値はリセットされることなく充電回数に応じて増加していく。そして、充電が行われるごとに劣化カウント値に応じた劣化充電加算値を、充電カウント値に加算して、次回のバッテリの充電時における充電方式の自動切替判断指標としている。
このように、バッテリの充電が行われるごとに、バッテリの劣化の状態に応じた値である劣化充電加算値が充電カウント値に加算されるので、バッテリの劣化が進むに従い、充電カウント値の増加が早くなり、普通充電から均等充電への充電方式の自動切替の頻度が高くなる。
したがって、バッテリの劣化が進んだ場合であっても、適切な頻度で均等充電が行われることとなり、バッテリの寿命低下を抑えることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記バッテリ劣化加算値は、バッテリの放電量、普通充電又は均等充電の充電時間、バッテリの温度、バッテリの液量の少なくとも１つのバッテリ情報に基づいて定められることを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、バッテリの状態に密接に関係している、バッテリの放電量、普通充電又は均等充電の充電時間、バッテリの温度、バッテリの液量等の少なくとも１つのバッテリ情報に基づいて、バッテリの劣化の状態を反映させたバッテリ劣化加算値を設定し、それを劣化カウント値に加算している。これにより、劣化カウント値はより正確にバッテリの劣化の状態を示し、その劣化カウント値に基づいて充電カウント値にバッテリの劣化の状態に応じた値を加算することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記劣化充電加算手段は、前記劣化カウント値の増加に応じて前記充電カウント値に加算する前記劣化充電加算値を段階的に増加させることを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、劣化カウント値の増加に対応するように劣化充電加算値を段階的に増加させているので、バッテリの劣化が進んだ場合には充電カウント値に加算される値が大きくなり、これによりバッテリの均等充電の頻度を高くすることができる。

この発明によれば、普通充電と均等充電の切替可能な充電装置において、バッテリの劣化の状態に応じて適切な頻度で均等充電を行うように切替えるため、バッテリの寿命低下を抑えることができる。

以下本件発明の実施形態について図１、図２、図３を用いて説明する。
図１に示すように、バッテリ２を充電するためのバッテリ充電装置１は、バッテリ２と、バッテリ２に外部の交流電源３からの電力を供給するための充電器４と、充電器４を制御するための制御装置５とを備えている。
バッテリ２は、１つの出力電圧が２Ｖのセルを複数個直列に接続して、２４Ｖ若しくは４８Ｖの出力電圧となるようにした鉛バッテリである。バッテリ２には、バッテリ２の液量を測定するための液面センサ８、バッテリ２の電圧を測定するための電圧計９が設けられている。また、バッテリ２は、コントローラ７を介して負荷に接続されており、この実施形態では負荷は車両を駆動するモータ６である。車両の駆動時には、バッテリ２からモータ６に電力が供給される。

充電器４は、バッテリ２の充電時には外部の交流電源３と接続され、交流電源３からの電力を整流しバッテリ２に供給する。また、充電器４には、後述する普通充電と均等充電の充電方式を選択するための普通充電スイッチ１０と均等充電スイッチ１１が設けられている。
制御装置５には、普通充電や均等充電の制御を行うための制御プログラム、タイマーを作動させるための設定電圧値、タイマーの設定時間などの充電に関する各種設定値が記憶されている。また、後述するバッテリ充電装置１の充電動作を制御するための制御プログラムも記憶されている。制御装置５には、交流電源３が充電器４に接続されて主スイッチがオンされたという情報や、普通充電スイッチ１０の操作信号又は、均等充電スイッチ１１の操作信号が入力される。そして、バッテリ２から、液面センサ８によるバッテリ２の液量の情報や、電圧計９によるバッテリ２の電圧の情報が入力される。また、コントローラ７から、モータ６の使用時におけるバッテリ２の放電量の情報が入力される。
さらに、制御装置５には、バッテリ２の近傍に配置されたバッテリ２の周囲のバッテリ環境温度を測定する温度センサ１２が接続されている。温度センサ１２から入力されるバッテリ環境温度は、制御装置５にてバッテリ２の液温を推定するために用いられる。この実施形態では、温度センサ１２は、バッテリ２の周囲のバッテリ環境温度を測定しているが、バッテリ２の液温を直接測定するように構成してもよい。
ここで、本件発明における、充電カウント値記憶手段、充電方式切替手段、普通充電加算手段、カウントリセット手段、劣化カウント値記憶手段、バッテリ劣化加算手段、劣化充電加算手段は、制御装置５に含まれている。

次に、本件発明におけるバッテリ充電装置１の充電動作について図２を用いて説明する。
まず、充電器４に外部の交流電源３が接続され、不図示の主スイッチがオンされると充電のための動作が開始される（ステップＳ１）。次に、制御装置５の劣化カウント値記憶手段に記憶されている劣化カウント値を読み出す（ステップＳ２）。そして、作業者により均等充電スイッチ１１が操作されたかどうかを検出する（ステップＳ３）。均等充電スイッチ１１が操作された場合には均等充電モードに移行し、均等充電が行われる（ステップＳ１２）。均等充電スイッチ１１が操作されていない場合には、普通充電スイッチ１０が操作されたかどうかを検出する（ステップＳ４）。普通充電スイッチ１０が操作されていない場合には、均等充電スイッチ１１又は普通充電スイッチ１０が操作されるまで、ステップＳ３、ステップＳ４、を繰り返す。

そして、普通充電スイッチ１０が操作された場合には、普通充電を行うか均等充電を行うかの、充電方式の判断がなされる（ステップＳ５）。この判断は、制御装置５に設けられた充電カウント値記憶手段に記憶された充電カウント値Ｘと制御装置５に予め記憶されている均等充電切替値ＸＡとを均等充電切替手段にて比較することによって行われる。具体的には、充電方式切替手段は、充電カウント値Ｘが均等充電切替値ＸＡ以上の場合（Ｘ≧ＸＡ）には均等充電を行うように充電方式を切替え、充電カウント値Ｘが均等充電切替値ＸＡ未満の場合には普通充電を行うように判断する。
ここで、充電カウント値Ｘは、普通充電を行うか均等充電を行うかの、充電方式の切替を判断するための値であり、後述するように、その値は所定値が加算されることで増加し、また、リセットされることで０になる。
充電カウント値Ｘと比較される均等充電切替値ＸＡは、充電方式を均等充電に切替るための基準値であり、予め設定されている。
そして、充電方式切替手段にて、普通充電をする判断となった場合には、普通充電が行われる（ステップＳ６）。
普通充電によるバッテリ２の充電では、バッテリ電圧が設定電圧に達した後、所定時間の充電がおこなわれると普通充電が完了する（ステップＳ７）。このとき、普通充電の充電開始から充電終了までの充電時間は制御装置５に記録される。
普通充電が終了すると、制御装置５に設けられた普通充電加算手段は、充電カウント値記憶手段に記憶された充電カウント値Ｘに、今回行った普通充電の充電時間に応じた普通充電加算値Ａを加算する（ステップＳ８）。普通充電加算値Ａは、例えば、充電時間が２時間以上だったら１ポイント、充電時間が３時間以上だったら２ポイントというように、充電時間が長いほどポイントが大きくなるように、予め普通充電の充電時間に応じたポイントが設定されている。
そして、普通充電加算手段によって普通充電加算値Ａが加算された新たな充電カウント値Ｘは、充電カウント値記憶手段に記憶される。

一方、充電方式切替手段にて、普通充電から均等充電への充電方式の切替がなされた場合には、作業者により普通充電スイッチ１０が操作されていても、自動的に均等充電が行われる（ステップ１２）。
そして、バッテリ電圧が設定電圧に達した後、普通充電よりも長い所定時間の充電が行われると均等充電が完了する（ステップＳ１３）。
このとき、均等充電の充電開始から充電完了までのバッテリの充電時間は制御装置５に記憶される。
均等充電が完了すると、制御装置５に設けられたカウントリセット手段により、充電カウント値記憶手段に記憶された充電カウント値Ｘをリセット（Ｘ＝０）とする（ステップＳ１４）。

普通充電の完了ごと又は、均等充電の完了ごと、制御装置５に設けられたバッテリ劣化加算手段は、劣化カウント値記憶手段に記憶されている劣化カウント値Ｎの値に、普通充電又は均等充電時のバッテリ２の状態に応じたバッテリ劣化加算値Ｂを加算する。バッテリ劣化加算値Ｂが加算された新たな劣化カウント値Ｎは、劣化カウント値記憶手段に記憶される。
ここで、劣化カウント値Ｎはバッテリ２の劣化の状態を示す値であり、バッテリ２の充電が完了するごとにバッテリ劣化加算値Ｂが加算され増加する。なお、劣化カウント値Ｎは、バッテリ２が交換されない限り、リセットされない値である。
バッテリ劣化加算値Ｂは、例えば、充電回数ポイントと、劣化ポイントとの合計値として構成される。充電回数ポイントは、１回の充電に対して１ポイントとして設定されている。また、劣化ポイントは、充放電時における各種バッテリ情報から推定されるバッテリ２の劣化度合いに対応するように、予めポイントが設定されている。即ち、推定されたバッテリ２の劣化の度合いが高いほど劣化ポイントは高くなる。
ここで、劣化ポイントを決定するためのバッテリ情報としては、バッテリ２の放電量、普通充電又は均等充電の充電時間、バッテリ２の温度、バッテリ２の液量のうち少なくとも１つの情報が使用される。例えば、充電時におけるバッテリ２の温度情報に対する劣化ポイントとしては、バッテリ２の温度が３０度から４０度の間であれば１ポイント、４０度から５０度の間であれば２ポイントのように、温度情報から推定されるバッテリの劣化度合いに対応してポイントが設定されている。なお、それぞれの情報から得られた各劣化ポイントに対してバッテリ２の劣化に及ぼす影響を加味した係数をかけた後、それらの情報の和をとることによりバッテリ劣化加算値Ｂを決定するようにしてもよい。

次に、バッテリ劣化加算値Ｂが加算された劣化カウント値Ｎに基づいて、劣化充電加算手段は、充電カウント値Ｘに加算する劣化充電加算値Ｃを決定する。劣化カウント値Ｎに対する劣化充電加算値Ｃは、図３に示すように劣化カウント値Ｎが増加するにしたがって、段階的に増加する値となっている。したがって、劣化カウント値Ｎの値が大きくなると、劣化充電加算値Ｃも大きくなる。
そして、充電カウント値Ｘには、劣化充電加算手段によって劣化充電加算値Ｃが加算される（ステップＳ１１）。
劣化充電加算値Ｃが加算された新たな充電カウント値Ｘは、充電カウント記憶手段に記憶され、次回の充電時における充電方式の判断に使用される（ステップＳ１５）。

この発明では、以下のような効果を有する。
（１）普通充電から均等充電に充電方式を自動的に切替えるための指標として、普通充電の完了ごとに普通充電加算値が加算されて増加し、均等充電が行われることによりセットされる充電カウント値Ｘを使用している。そして、バッテリの劣化の状態を劣化カウント値Ｎにより管理している。劣化カウント値Ｎには、充電が行われるごとにバッテリ２の状態に応じたバッテリ劣化加算値Ｂが加算されるので、充電回数に応じて増加する。そして、充電が行われるごとに劣化カウント値Ｎに応じた劣化充電加算値Ｃが充電カウント値Ｘに加算され、これを次回のバッテリ充電時における充電方式の自動切替の指標としている。
このように、バッテリ２の充電が行われるごとにバッテリ２の劣化の状態に応じた値が充電カウント値Ｘに加算されるので、バッテリ２の劣化が進むにつれて充電カウント値Ｘの増加が早くなり、均等充電が行われる頻度が高くなる。
その結果、バッテリ２の劣化が進んだ場合には、適切な頻度で均等充電が行われるのでバッテリ２の寿命低下を抑えることができる。
（２）バッテリ２の状態に密接に関係する、バッテリ２の放電量、普通充電又は均等充電の充電時間、バッテリ２の温度、バッテリ２の液量の少なくとも１つの情報に基づいて、バッテリ２の劣化の状態を反映させたバッテリ劣化加算値Ｂを劣化カウントＮに加算するため、劣化カウント値Ｎはより正確にバッテリ２の劣化の状態を示す。その結果、劣化カウント値Ｎに基づいて充電カウント値Ｘにバッテリ２の劣化に応じた値を加算することができ、バッテリ２の劣化の状態に応じて均等充電が行われる頻度を高くすることができる。
（３）劣化カウント値Ｎの増加に応じて劣化充電加算値Ｃを段階的に増加させているので、バッテリ２の劣化が進むにつれて均等充電が行われる頻度を高くすることができる。

本件実施形態は前記に限定されるものではなく、以下のように具体化しても良い。
制御装置５は充電時におけるバッテリ２の容量や充電の状態や劣化カウント値Ｎを表示装置１３に表示させ、作業者がバッテリ２の劣化の状態を認識できるようにしてもよい。この場合、作業者は、表示装置１３に表示された劣化カウント値Ｎを確認し、その劣化カウント値Ｎが大きい場合にはバッテリ２の劣化が進んでいると認識し、充電時に均等充電を選択する。
また、本件実施形態は、バッテリ式フォークリフトに適応した例について説明したが、バッテリ式の牽引車や無人搬送車などのバッテリを有した車両の、バッテリ充電装置に対して適応することができる。

本件発明の実施形態にかかるバッテリ充電装置の概略構成図である。 本件発明の実施形態にかかるバッテリ充電装置の作用を示すフローチャート図である。 本件発明の実施形態にかかるバッテリ充電装置の劣化カウント値と劣化充電加算値の関係を示したグラフである。

符号の説明

１、バッテリ充電装置
２、バッテリ
５、制御装置
Ｘ、充電カウント値
Ａ、普通充電加算値
Ｂ、バッテリ劣化加算値
Ｃ、劣化充電加算値
Ｎ、劣化カウント値

Claims (3)

1. 普通充電と均等充電に充電方式を切替可能なバッテリの充電装置において、
   前記充電方式の切替を判断するための充電カウント値を記憶する充電カウント値記憶手段と、
   普通充電の完了ごとに前記充電カウント値にその普通充電の充電時間に応じた普通充電加算値を加算する普通充電加算手段と、
   前記充電カウント値が均等充電切替値以上の場合に、自動で、充電方式を普通充電から均等充電へと切替る充電方式切替手段と、
   均等充電の完了ごとに前記充電カウント値をリセットするカウントリセット手段と、
   バッテリの劣化の状態を示す劣化カウント値を記憶する劣化カウント値記憶手段と、
   普通充電の完了ごと又は均等充電の完了ごとに充電時のバッテリの状態に応じたバッテリ劣化加算値を前記劣化カウント値に加算するバッテリ劣化加算手段と、
   普通充電の完了ごと又は均等充電の完了ごとに前記バッテリ劣化加算値が加算された劣化カウント値に応じた劣化充電加算値を前記充電カウント値に加算する劣化充電加算手段と、を
   備えたことを特徴とするバッテリの充電装置。
2. 前記バッテリ劣化加算値は、バッテリの放電量、普通充電又は均等充電の充電時間、バッテリの温度、バッテリの液量の少なくとも１つのバッテリ情報に基づいて定められることを特徴とする請求項１記載のバッテリの充電装置。
3. 前記劣化充電加算手段は、前記劣化カウント値の増加に応じて前記充電カウント値に加算する前記劣化充電加算値を段階的に増加させることを特徴とする請求項１又は２記載のバッテリの充電装置。