JPH0630532A - 充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】バッテリの使用時すなわち放電の開始時におい
て、充電状態やバッテリ温度等のバッテリの諸状態を最
適なものにすることができる充電装置を提供する。 【構成】マグネットスイッチ５が閉路すると、商用電源
３から充電プラグ１を介して入力された電源がサーマル
リレー６を介してトランス７に供給され、バッテリ１０
が充電される。バッテリ１０の充電状態は充電状態検出
開路１６によって検出される。外気温は外気温センサ１
７によって検出される。マイコン１２はバッテリ１０の
充電状態およびバッテリ温度に基づいて、任意に定めら
れた時刻にバッテリが完全充電状態になるような充電動
作の開始時刻を算出し、算出した充電動作の開始時刻に
駆動開路１１を介してマグネットスイッチ５を閉路して
バッテリ１０の充電動作を開始し、バッテリ１０が完全
充電状態になった時点で駆動開路１１を介してマグネッ
トスイッチ５を開路してバッテリの充電動作を終了す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は充電装置に係り、詳しく
は、バッテリ式電動車両に搭載されているバッテリを充
電する充電装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、バッテリ・フォークリフト等の
バッテリ式電動車両においては、大電力を供給すること
ができる鉛蓄電池がバッテリとして用いられている。そ
して、走行作業時間以外の時間にバッテリの充電を行う
ことによって作業の効率化を図るようになっており、そ
のための充電装置が各車両毎に搭載されている。

【０００３】従来、その充電装置には、充電動作の開始
時刻を任意に設定することができるタイマを設けたもの
がある。すなわち、予め任意な時刻にタイマをセットし
ておくことにより、そのセットされた時刻になると自動
的に充電動作が開始される。そして、バッテリの端子電
圧が転極点電圧になると、次いで、予め定められた時間
だけ充電を行った後、自動的に充電動作を終了する。こ
れにより、バッテリを完全充電状態にすると共に、過充
電を防止するようになっている。従って、一日の走行作
業が終了した時点でタイマをセットしておくだけで、次
の日の走行作業開始時までには所望の充電が行われ、走
行作業を速やかに開始することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、昼間の電力消費
を抑制するために深夜電力の利用が奨励されており、使
用料金も低く設定されている。また、労働時間の短縮化
に伴い、電動車両の走行作業は昼間に限られ、夜間の走
行作業は行われなくなっている。従って、電動車両のバ
ッテリの充電においても、深夜電力を利用すれば経済的
かつ効率的に行うことができる。

【０００５】ところで、昼間の走行作業量が少ないとき
にはバッテリの放電量も少なくなるため、走行作業終了
時におけるバッテリの放電深さは浅くなり（放電状態
（ＤＯＤ）は高くなり）、バッテリの充電に要する時間
は短くなる。

【０００６】ところが、従来、タイマによるバッテリの
充電開始時刻は、バッテリの放電深さに関係なく一定の
時刻に設定されていた。すなわち、深夜電力の契約時間
が午後１１時から翌日の午前７時までの８時間であった
場合、バッテリの放電深さが最も深い場合でも午前７時
までには十分な充電を行えるよう、午後１１〜１２時ま
での間に充電開始時刻を設定するのが普通である。そし
て、バッテリの放電深さが浅い場合でも、そのバッテリ
の放電深さが最も深い場合に基づいて設定した充電開始
時刻で充電が行われていた。

【０００７】そのため、走行作業終了時におけるバッテ
リの放電深さが浅いときには、充電開始時刻から３〜４
時間後の午前２〜３時には充電が完了してしまう。つま
り、午前７時より４〜５時間前に充電が完了することに
なり、例えば、午前８時から走行作業を開始する場合、
早朝の５〜６時間の間、バッテリには通電がなされな
い。

【０００８】すると、冬期または寒冷地において早朝の
冷え込みが厳しい場合には、走行作業の開始時までにバ
ッテリが完全に冷えきってしまうことになる。ところ
で、鉛蓄電池は外気温の低下に伴って電解液の温度が下
がると、出力電力の低下、放電時間の短縮化、バッテリ
寿命の低下等、諸性能の低下が甚だしくなる。

【０００９】従って、深夜電力を利用して夜間に十分な
充電を行っておいても、走行作業の開始前にバッテリが
冷えてしまうとバッテリの諸性能が低下して、せっかく
の充電が生かされず、効率的な走行作業が行えないとい
う問題があった。

【００１０】また、長期休暇や作業場の改修等で長期
間、電動車両を使用しない場合には、最後に電動車両を
使用した後に十分な充電を行っておいても、次に電動車
両を使用するまでの間にバッテリが自然放電してしまう
という問題があった。特に、近年の電動車両はマイクロ
コンピュータを搭載しているため、走行していないとき
でも常時若干の電力を消費しており、バッテリの放電が
促進されることになる。さらに、正月休暇等、冬期にお
いて長期間、電動車両を使用しない場合には、前記の
「バッテリが冷える」問題が加わり、電動車両を使用を
再開した時点での走行作業の効率はさらに低下すること
になる。

【００１１】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は、バッテリの使用時すな
わち放電の開始時において、充電状態やバッテリ温度等
のバッテリの諸状態を最適なものにすることができる充
電装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するため、商用電源の電圧をバッテリの充電に適した
電圧まで降圧するトランスと、前記トランスの出力を整
流してバッテリに印加する整流回路と、商用電源と前記
トランスの間に設けられ、閉路することによって商用電
源からの電源をトランスに供給し、開路することによっ
て商用電源からのトランスに供給される電源を遮断する
スイッチと、バッテリの充電状態およびバッテリ温度に
基づいて、任意に定められた時刻にバッテリが完全充電
状態になるような充電動作の開始時刻を算出する演算手
段と、前記演算手段が算出した充電動作の開始時刻に前
記スイッチを閉路してバッテリの充電動作を開始し、バ
ッテリが完全充電状態になった時点で前記スイッチを開
路してバッテリの充電動作を終了する制御手段とを備え
たことをその要旨とする。

【００１３】

【作用】従って本発明によれば、バッテリが完全充電状
態になって欲しい時刻を定めると、演算手段はその時刻
にバッテリが完全充電状態になるような充電動作の開始
時刻を算出する。そして、制御手段は、演算手段が算出
した充電動作の開始時刻にスイッチを閉路してバッテリ
の充電動作を開始し、バッテリが完全充電状態になった
時点でスイッチを開路してバッテリの充電動作を終了す
る。そのため、定めた時刻にはバッテリを確実に完全充
電状態にすることができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図１，
図２に従って説明する。図１に本実施例の充電装置の回
路図を示す。

【００１５】この充電装置はバッテリ式電動車両に搭載
されている。そして、充電装置の充電プラグ１を作業場
内に設置された深夜電力用給電プラグ２に接続すること
により、商用電源（本実施例では３相２２０Ｖ）３から
電源が供給されるようになっている。尚、深夜電力用給
電プラグ２と商用電源３の給電線の間には、電力会社か
ら貸与される深夜電力用タイマリレー４が接続されてお
り、契約時間の間だけ電源が供給されるようになってい
る。

【００１６】商用電源３から供給された電源は、充電プ
ラグ１とマグネットスイッチ５およびサーマルリレー６
を介してトランス７の１次側に供給され、トランス７の
２次側から整流回路８およびヒューズ９を介してバッテ
リ１０に供給される。

【００１７】バッテリ１０は鉛蓄電池であって、電動車
両の走行モータ（図示略）を駆動できる電圧および電流
を生成できるように複数個、直列および並列に接続され
ている。

【００１８】マグネットスイッチ５は常時開放してお
り、駆動回路１１によって閉成制御される。そして、マ
グネットスイッチ５は閉成時に充電プラグ１からの電源
をサーマルリレー６に供給し、開放時にその電源供給を
遮断する。

【００１９】サーマルリレー６は、何らかの原因によっ
てトランス７の１次側に供給される電流が過大になった
場合、その電流を遮断してトランス７および後段の装置
（整流回路８、ヒューズ９、バッテリ１０）を保護す
る。

【００２０】トランス７は、商用電源３の電圧をバッテ
リ１１を充電するための適宜な電圧まで降圧する。整流
回路８は３相ブリッジ回路であって、トランス７からの
３相交流を直流に変換する。

【００２１】ヒューズ９は、何らかの原因によってバッ
テリ１０に供給される電流が過大になった場合、その電
流を遮断してバッテリ１０を保護する。このように本実
施例では、マグネットスイッチ５を閉成するとバッテリ
１０に適宜な電圧が印加されて充電されるようになって
いるが、そのマグネットスイッチ５の閉成制御を行う駆
動回路１１は、演算手段および制御手段としてのマイク
ロコンピュータ１２によって制御されている。すなわ
ち、本実施例の全ての制御はマイクロコンピュータ（以
下、マイコンと略す）１２によって行われている。

【００２２】そのマイコン１２は、中央処理装置（ＣＰ
Ｕ）、制御プログラムを記憶した読み出し専用メモリ
（ＲＯＭ）、制御データを一時記憶する読み出しおよび
書き込み可能なメモリ（ＲＡＭ）、入出力インターフェ
イスから構成される。

【００２３】そして、マイコン１２は、操作パネル１３
によって作業者が行う指示に従い、ＡＣ電圧検出回路１
４、バッテリ電圧検出回路１５、充電状態検出回路１
６、外気温センサ１７からの各検出信号と、計時回路１
８からの計時信号とに基づき、駆動回路１１を制御する
と共に、その制御内容や制御結果を表示パネル１９に表
示する。

【００２４】操作パネル１３上には、シートタイプスイ
ッチやキーボード等が設けられ、作業者が簡単な操作を
行うことにより、後記する充電動作の終了時刻ＴEND の
設定および充電動作開始の指令を確実にできるようにな
っている。

【００２５】ＡＣ電圧検出回路１４は、充電プラグ１と
マグネットスイッチ５間の３本の電源線の内、２線間の
電圧を検出することによって充電プラグ１に印加されて
いる電圧を検出する。そして、ＡＣ電圧検出回路１４
は、充電プラグ１に電圧が印加されていれば検出信号を
マイコン１２に出力する。

【００２６】バッテリ電圧検出回路１５はバッテリ１０
の端子電圧を検出し、その端子電圧に対応した検出信号
をマイコン１２に出力する。充電状態検出回路１６は、
バッテリ１０の電解液の比重やバッテリ電圧検出回路１
５の検出したバッテリ１０の端子電圧等から充電状態
（放電状態（ＤＯＤ）または残存容量、放電深さ）を検
出する。そして、充電状態検出回路１６は、バッテリ１
０の充電状態に対応した検出信号をマイコン１２に出力
する。

【００２７】外気温センサ１７は外気温を検出し、その
外気温に対応した検出信号をマイコン１２に出力する。
計時回路１８は水晶発振子１８ａの発振を基準にして計
時動作を行い、計時信号をマイコン１２に出力する。

【００２８】表示パネル１９は液晶（ＬＣＤ）ディスプ
レイ等によって構成され、後記するように充電動作に伴
う諸情報を作業者に通知するようになっている。次に、
このように構成された本実施例の充電装置の動作につい
て、図２の動作例に従って説明する。

【００２９】図２は、時刻に対する充電装置の動作を示
したものであって、この例では、電動車両の走行作業の
終了が午後５時、走行作業の開始が午前８時、深夜電力
の契約時間が午後１１時から翌日の午後７時までの間
に、それぞれ設定されている。

【００３０】まず、作業者は一日の走行作業が終了した
時点（午後５時）で、充電装置の充電プラグ１を作業場
内に設置された給電プラグ２に差し込む。そして、作業
者は操作パネル１３によって充電動作の終了時刻ＴEND
を設定する。この充電動作の終了時刻ＴEND は、深夜電
力の契約時間内であるのは無論の事、走行作業の開始
（午前８時）までにバッテリ１０が冷えない程度の時間
である必要がある。この例では、充電動作の終了時刻Ｔ
END を午前６時３０分に設定している。

【００３１】次に、作業者は操作パネル１３によって充
電動作の開始を指令する。すると、マイコン２２は充電
待機モードとなって電動車両の走行や荷役等の制御を中
止し、自動的に充電動作を行う。従って、作業者は充電
動作の開始を指令した後はその場を離れても差し支えな
い。

【００３２】以下に、マイコン２２の動作を順序立てて
説明する。 １）外気温センサ１７および充電状態検出回路１６の各
検出信号と、充電動作の終了時刻ＴEND 、さらに補正時
間Δｅとに基づいて、充電動作の開始時刻ＴSTを算出す
る。

【００３３】すなわち、放電深さや電解液の温度によっ
てバッテリ１０の充電特性は変化するため、放電深さ及
び外気温に対するバッテリ１０の充電に要する時間CT
を、予め実験により求めてテーブル化しマイコン１２内
のＲＯＭに記憶しておく。そして、外気温センサ１７が
検出した外気温と、充電状態検出回路１６が検出したバ
ッテリの充電状態（放電深さ）とに基づいて、バッテリ
１０の充電に要する時間CTをＲＯＭのテーブルから検索
し、充電動作の終了時刻ＴEND から遡った時刻を算出す
る。その算出した時刻を充電動作の開始時刻ＴSTとす
る。

【００３４】２）計時回路１８の計時信号に基づき、現
在時刻が充電動作の開始時刻ＴSTになった時点で、ＡＣ
電圧検出回路１４から検出信号が出力されているかどう
かを判定する。

【００３５】すなわち、深夜電力の契約時間中には深夜
電力用タイマリレー４が遮断されていないため充電プラ
グ１には商用電源３の電圧が印加されている。一方、深
夜電力の契約時間外には、深夜電力用タイマリレー４が
遮断されるため充電プラグ１には電圧が印加されない。
従って、充電プラグ１に電圧が印加されていれば深夜電
力の契約時間中であることがわかり、充電プラグ１に電
圧が印加されていなければ深夜電力の契約時間外である
ことがわかる。

【００３６】ここで、充電動作の開始時刻ＴSTが深夜電
力の契約時間外であるということは、作業者の設定が誤
っていたということであるため、その旨を表示パネル１
９に表示して充電動作を中止する。

【００３７】そして、ＡＣ電圧検出回路１４から検出信
号が出力されていれば、現在時刻は深夜電力の契約時間
内であって正常な充電動作を行うことができると判断
し、充電待機モードを解除して充電モードに移行する。
すなわち、駆動回路１１を制御してマグネットスイッチ
５を閉成させる。すると、バッテリ１０には適宜な電圧
が印加され充電が開始される。

【００３８】３）バッテリ電圧検出回路１５の検出信号
に基づき、バッテリ１０の端子電圧の上昇を確認する。
すなわち、マグネットスイッチ５を閉成したにも関わら
ずバッテリ１０の端子電圧が上昇しないということは、
マグネットスイッチ５の後段の装置（サーマルリレー
６、トランス７、整流回路８、ヒューズ９、バッテリ１
０）のいずれかが故障しているということである。従っ
て、その旨を表示パネル１９に表示して充電動作を中止
する。

【００３９】４）バッテリ電圧検出回路１５の検出信号
に基づき、バッテリ１０の端子電圧が予め実験によって
求めておいたバッテリ１０の転極点電圧に達しているか
どうかを判定する。

【００４０】そして、バッテリ１０の端子電圧が転極点
電圧に達した時点（図２に示す時刻ＴC ）で、充電動作
の開始時刻ＴSTから時刻ＴC までの時間t1を算出する。
次に、外気温センサ１７および充電状態検出回路１６の
各検出信号と、時間t1とに基づいて、転極点電圧になっ
てからバッテリ１０が完全充電状態になるまでに要する
時間t2を算出する。そして、時刻ＴC にその時間t2を加
えて、充電動作の実際の終了時刻ＴENDaを算出する。

【００４１】すなわち、上記したように作業者の設定し
た充電動作の終了時刻ＴEND に基づいて充電動作の開始
時刻ＴSTを算出した場合、いかに巧妙にテーブルを設定
したとしても、実際の充電動作においては、何らかの外
因によって必ず誤差が生じてしまう。その誤差ができる
だけ小さくなるように、充電動作の実際の終了時刻ＴEN
Daを、充電を開始してからバッテリ１０が実際に転極点
電圧に達するまでの時間t1に基づいて補正するわけであ
る。

【００４２】すなわち、バッテリ１０の放電状態（放電
深さ）を５段階程度（一例として、１００〜９５、９４
〜８１、８０〜６６、６５〜５１、５０〜０〔％〕の５
段階）に分け、各段階毎に過去の充電動作の誤差の平均
値から補正時間Δｅを求める。そして、過去の充電動作
の誤差をＲＡＭに記憶し、充電動作を行う度に誤差の平
均値から補正時間Δｅを算出するようにする。その補正
時間Δｅによって、充電動作の実際の終了時刻ＴENDaを
補正する。

【００４３】従って、時間t1が予想していたよりも長い
場合には時間t2も長くなり、時間t1が予想していたより
も短い場合には時間t2も短くなる。 ５）計時回路１８の計時信号に基づき、現在時刻が充電
動作の実際の終了時刻ＴENDaになった時点で、駆動回路
１１を制御してマグネットスイッチ５を開放させる。す
ると、バッテリ１０への電圧の印加は停止して充電は終
了する。

【００４４】また、その時点でＡＣ電圧検出回路１４か
ら検出信号が出力されているかどうかを判定する。ここ
で、ＡＣ電圧検出回路１４から検出信号が出力されてい
ない場合は、深夜電力の契約時間を既に過ぎていること
になり、バッテリ１０に十分な充電がなされていないこ
とになる。その原因としては、作業者の設定が誤ってい
たか又は充電動作の実際の終了時刻ＴENDaの算出が誤っ
ていた等が考えられるため、その旨を表示パネル１９に
表示して作業者に警告を与える。

【００４５】このように本実施例においては、従来例の
ように作業者が充電動作の開始時刻を設定するのではな
く、終了時刻ＴEND のみを設定し、開始時刻ＴSTは外気
温およびバッテリ１０の充電状態に基づいてマイコン１
２が自動的に算出している。

【００４６】従って、充電動作の終了時刻ＴEND を適宜
に設定すれば、走行作業の開始前にバッテリ１０が冷え
てしまってバッテリの諸性能が低下して、せっかくの充
電が生かされず、効率的な走行作業が行えないという問
題は生じなくなる。

【００４７】また、バッテリ１０の端子電圧が転極点電
圧に達した時点で、外気温、バッテリ１０の充電状態、
充電開始から転極点電圧に達するまでの時間t1のそれぞ
れに基づいて、充電動作の実際の終了時刻ＴENDaをマイ
コン１２が自動的に算出する。そして、マイコン１２
は、その終了時刻ＴENDaになると充電動作を終了する。

【００４８】従って、実際の充電は適切に補正されるこ
とになり、充電動作の終了時にはバッテリ１０を完全充
電状態にすると共に、過充電を防止することができる。
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例
えば、以下のように実施してもよい。

【００４９】１）充電動作の設定を毎日の走行作業終了
時にではなく、１週間または数ヵ月間等、長期にわたっ
て行うようにする。これはマイコン２２のプログラムを
変更することによって容易に実施可能である。

【００５０】例えば、毎日の午前６時３０分を充電動作
の終了時刻ＴEND と設定しておけば、走行作業終了時に
一々終了時刻ＴEND の設定を行わなくてもよくなる。こ
の場合は、長期間にわたって電動車両を使用しなくて
も、最後に電動車両を使用したときに充電プラグ１を給
電プラグ２に差し込んで充電動作の開始を指令しておく
だけで、毎日確実に充電が行われるため、バッテリ１０
は常時完全充電状態に保たれることになる。従って、電
動車両の使用を再開した時点で、走行作業の効率が低下
することはない。

【００５１】また、バッテリ１０の容量が大きく１日の
走行作業量も多いときには、深夜電力による８時間の充
電では、完全充電状態にできない場合がある。その場合
でも、毎日の午前６時３０分を充電動作の終了時刻ＴEN
D と設定しておけば、日曜日等の走行作業を行わない日
に十分な充電（均等充電）を行うことができるため、バ
ッテリ寿命が低下する等の問題は生じない。

【００５２】さらに、長期間にわたって電動車両を使用
しない場合には、充電動作の終了時刻ＴEND が電動車両
の使用を再開する日の早朝になるように設定し、その日
にだけ充電動作が行われるようにしてもよい。この場合
も、毎日充電動作を行った場合と同様に、電動車両の使
用を再開した時点で、走行作業の効率が低下することは
ない。

【００５３】また、マイコン１２が走行や荷役に対応す
る制御を行わなかった日には、予め設定された終了時刻
ＴEND に従って自動的に充電動作が行われるようにして
もよい。この場合も、上記と同様の効果を得ることがで
きる。

【００５４】２）上記実施例において、充電動作が終了
した後、一定時間（例えば、３０分）が経過したらＡＣ
電圧検出回路１４から検出信号が出力されているかどう
かを判定する。ここで、ＡＣ電圧検出回路１４から検出
信号が出力されていない場合は、深夜電力の契約時間に
対する充電時間のマージンが過少であるとして、補正時
間Δｅの修正を行う。

【００５５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、バ
ッテリの使用時すなわち放電の開始時において、充電状
態やバッテリ温度等のバッテリの諸状態を最適なものに
することができる充電装置を提供することができる優れ
た効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施例の充電装置の回路
図である。

【図２】時刻に対する一実施例の充電装置の動作を説明
するための図である。

【符号の説明】

５…マグネットスイッチ、７…トランス、１０…バッテ
リ、１２…演算手段および制御手段としてのマイクロコ
ンピュータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用電源の電圧をバッテリの充電に適し
   た電圧まで降圧するトランスと、 前記トランスの出力を整流してバッテリに印加する整流
   回路と、 商用電源と前記トランスの間に設けられ、閉路すること
   によって商用電源からの電源をトランスに供給し、開路
   することによって商用電源からのトランスに供給される
   電源を遮断するスイッチとからなる充電装置において、 バッテリの充電状態およびバッテリ温度に基づいて、任
   意に定められた時刻にバッテリが完全充電状態になるよ
   うな充電動作の開始時刻を算出する演算手段と、 前記演算手段が算出した充電動作の開始時刻に前記スイ
   ッチを閉路してバッテリの充電動作を開始し、バッテリ
   が完全充電状態になった時点で前記スイッチを開路して
   バッテリの充電動作を終了する制御手段とを備えたこと
   を特徴とする充電装置。