JPH09163501A - 電動車両のバッテリ監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】バッテリの片減りを確実に検出して短寿命とな
ることを回避する。 【解決手段】搭載したバッテリ１における全セル群の起
電力に基づく全電圧が主負荷２に印加され、一部セル群
の起電力に基づく中間電圧が副負荷３に印加されて動作
する電動車両において、主負荷２に印加される全電圧を
検出する全電圧検出回路６と、副負荷３に印加される中
間電圧を検出する中間電圧検出回路８とを設け、更に例
えば中間電圧の検出値Ｖｍに全セル群の個数に対する一
部セル群の個数の比率ｎの逆数を乗算して得られる演算
値Ｖｍ／ｎと全電圧の検出値Ｖｏとを比較し、Ｖｏに対
するＶｍ／ｎの割合が例えば９０％未満の場合にバッテ
リ異常と判断する電圧比較判断手段９を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バッテリの全電圧
と中間電圧とを電源とするバッテリフォークリフト等の
電動車両において、中間電圧を発生する一部セル群の片
減り現象を検出し警告したり所定の制御を行うようにし
た電動車両のバッテリ監視装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】バッテリを電源として動作する車両にお
いては、バッテリの全電圧（バッテリを構成する全セル
群による出力電圧）を使用する以外にタップ端子からの
中間電圧（一部セル群による出力電圧）を車両の補機類
の電源として使用している。例えばバッテリフォークリ
フトの仕様によれば、図４に示すように、バッテリ１の
高電位側より全電圧を導出する全電圧端子１ａは走行モ
ータ及び荷役モータ並びにこれらを制御するコントロー
ラ等からなる主負荷２の電源とし、タップ端子１ｂから
取出す中間電圧はヘッドランプ、ブザー等の補機からな
る副負荷３の電源としている。そして、主負荷２と副負
荷３の基準電位端ＧＮＤはバッテリ１の低電位側の全電
圧端子１ｃに接続している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上図のような電源供給
系統によると、上記副負荷３は、図５に示すように、バ
ッテリ１を構成する全セル群のうち一部セル群Ｅｃにお
よる充電電圧だけを中間電圧として使用するので、使用
状況によっては一部セル群Ｅｃのみ放電が進み（片減り
現象）、バッテリを短寿命とする虞れがある。

【０００４】特に、夜間等において、車両を停止した状
態でヘッドランプだけを使用する状況が続く場合は、回
生制動によるバッテリへの電力の返還が行われない因子
も働いて、一部セル群Ｅｃで電流が多く消費され、作用
物質の減少、電極板の腐食等が偏進行する。このような
電動車両におけるバッテリに対して、従来は、全電圧を
検出してバッテリの充電時期を認識させる手段はある
が、全電圧の低下は必ずしも片減り現象とは関係がない
ので、片減り現象を発見する場合は、保守や充電時に、
一部セル群Ｅｃと他のセル群の状態を比較するだけであ
る。

【０００５】また、中間電圧を検出し、この検出した中
間電圧値と、例えば予め判明している全電圧の公称電圧
との比の関係より片減りによる中間電圧の異常低下を判
断する方法が考えられる。しかし、主負荷２と副負荷３
の各負荷電流は互いに関係なく変化して全電圧及び中間
電圧を変動させており、単に検出した中間電圧値と全電
圧の公称電圧とを比較しただけでは正確に片減り現象か
否かを判断することはできない。

【０００６】本発明は上記従来技術の実情に鑑みてなさ
れたもので、バッテリを構成する全セル群による全電圧
とタップ端子より取り出す一部セル群による中間電圧と
を使用する電動車両において、全電圧と中間電圧とをそ
れぞれ検出する手段若しくは全セル群及び一部セル群の
残容量を計算する手段を設けることにより、両検出電圧
の比若しくは両残容量の比に基づいてバッテリの片減り
現象か否かを正確に判断し、バッテリの寿命を短命とす
る使用を回避するようにした電動車両のバッテリ監視装
置を提供することを解決すべき課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決した請求
項１に係る発明の要旨は、（ａ）主負荷に印加される閉
路電圧としての全電圧を検出する全電圧検出回路と、
（ｂ）副負荷に印加される閉路電圧としての中間電圧を
検出する中間電圧検出回路と、（ｃ）上記全電圧検出回
路の検出値と上記中間電圧検出回路からの検出値との比
と、予め規定される上記全電圧と上記中間電圧との比を
比較することにより、上記一部セル群での片減りの有無
を判断し、該判断結果をオペレータに認識させる電圧比
較判断手段とを設けたことにある。

【０００８】即ち、請求項１に係る発明の電圧比較判断
手段は、運転中の電動車両における主負荷への全電圧と
副負荷への中間電圧との各検出値とを、両者の比が予め
設定される正規の比、例えば全セル群と一部セル群との
個数の比又は公称電圧の比に基づいて比較し、正常範囲
の比から外れているか否かにより、バッテリが正常か片
減りかを判断する。

【０００９】請求項２に係る発明の要旨は、（ａ）全電
圧により主負荷に供給される電流を検出する第１電流検
出回路と、（ｂ）中間電圧により副負荷に供給される電
流を検出する第２電流検出回路と、（ｃ）上記第１及び
第２電流検出手段からの各検出値をそれぞれ積算して上
記全電圧及び中間電圧が放電終止電圧に達するまでの各
残容量を計算する第１及び第２残容量計算手段と、
（ｄ）上記第１残容量計算手段で算出した残容量と上記
第２残容量計算手段で算出した残容量とを、予め設定さ
れる上記全セル群と一部セル群との容量の比に基づいて
比較することにより、上記一部セル群での片減りの有無
を判断し、該判断結果をオペレータに認識させる残容量
比較判断手段とを設けたことにある。

【００１０】即ち、請求項２に係る発明の残容量比較判
断手段は、バッテリを構成する全セル群の残容量と中間
電圧を発生する一部セル群の残容量とを、両者の比が予
め設定される容量の比に基づいて比較し、正常範囲より
外れているか否かにより片減りの有無を判断し、片減り
がある場合にオペレータに認識させるようにしている。

【００１１】請求項３の発明の要旨は、上記電圧比較判
断手段又は残容量比較判断手段が、上記一部セル群での
片減りを判断した場合に、上記副負荷の一部若しくは全
部の動作を制限又は禁止し、副負荷での電流の消費を強
制的に低下させるものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】

第１実施形態 本発明の第１実施形態に係る電動車両のバッテリ監視装
置は、図１に示すように、主負荷２がバッテリ１の例え
ば高電位側の全電圧端子１ａと低電位側の全電圧端子１
ｄとの間に接続され、副負荷３が同バッテリ１の中間電
圧を取出すタップ端子１ｂと上記低電位側の全電圧端子
１ｄとの間に接続されている。フォークリフトの場合、
主負荷２は走行モータ及び荷役モータ並びにこれらを制
御するコントローラ等にて構成され、副負荷３はヘッド
ランプ、ブザー等から構成される。なお、副負荷３は、
各補機３Ａ、３Ｂ毎に電磁リレー等の電源遮断スイッチ
４Ａ、４Ｂが設けられている。

【００１３】しかして、上記全電圧端子１ａと主負荷２
の電源ライン５との間には、同全電圧端子１ａから主負
荷２に印加されるバッテリ１の全電圧（閉路電圧）を例
えば検出抵抗により検出する全電圧検出回路６が設けら
れている。また、上記タップ端子１ｂと副負荷３の電源
ライン７との間には、同タップ端子１ｂから副負荷３に
印加される中間電圧（閉路電圧）を同様に検出抵抗によ
り検出する中間電圧検出回路８が設けられている。

【００１４】上記各電圧検出回路６，８からの各検出電
圧６ａ、８ａは、本発明の電圧比較判断手段９に導出さ
れている。電圧比較判断手段９は例えば主負荷２として
の上記コントローラ内に搭載されたマイコン回路にて構
成され、上記各検出電圧６ａ（＝Ｖｏ）及び８ａ（＝Ｖ
ｍ）をそれぞれデジタル値に変換し、検出電圧６ａの検
出値Ｖｏと検出電圧８ａの検出値Ｖｍを得て、両検出値
の比を例えば全セル群に対する一部セル群の個数の比ｎ
（全セル群の個数を１とした場合の一部セル群の個数の
比率とする）と比較する。具体的には、上記比ｎの逆数
を検出値Ｖｍに乗算し、更に、この乗算により得られる
演算値Ｖｍ／ｎと検出値Ｖｏとを比較する。この比較
は、例えばＶｏに対するＶｍ／ｎの割合を予め定めた百
分率値、例えば９０％以内か否かを判断するものであ
る。

【００１５】なお、上記両検出値の比をセルの個数の比
と比較する手法は、検出値Ｖｏにｎを乗算し、ｎＶｏと
Ｖｍとを比較しても同じである。そして、上記電圧比較
判断手段９は、検出値Ｖｏ（又はＶｍ）に対する演算値
Ｖｍ／ｎ（又はｎＶｏ）の割合が、９０％以内にあれ
ば、バッテリ正常を意味する例えば低電位の信号９ａを
出力し、９０％未満であれば、バッテリ異常を示す例え
ば高電位の信号９ａを出力する。

【００１６】上記電圧比較判断手段９からの判断結果を
示す信号９ａは、視覚的若しくは聴覚的にバッテリ異常
をオペレータに認識させる警告手段７に出力される。警
告手段７は、例えば音声ＩＣ若しくは可聴域発振器とス
ピーカとからなる発音手段若しくはバッテリ異常のメッ
セージを記憶した記憶手段及びディスプレイからなる表
示手段の少なくとも一方を有し、これら発音手段若しく
は表示手段を信号９ａが高電位のときに駆動するもので
ある。

【００１７】上記構成において、主負荷２への全電圧及
び副負荷３への中間電圧は、作業中の車両により刻々と
何らの関係なく変化する各負荷電流によって変動してお
り、全電圧検出回路６及び中間電圧検出回路８からの各
検出電圧６ａ、８ａも上記変動に応じた検出値Ｖｏ，Ｖ
ｍをとる。しかし、バッテリ１は電圧源であるため、両
負荷電流が変化しても全電圧と中間電圧との比の関係
は、例えばほぼ全セル群に対する一部セル群Ｅｃとの個
数の比ｎに近い値をとる。

【００１８】そこで、電圧比較判断手段９はある時間の
検出値Ｖｍに上記比ｎの逆数を乗算して得られる演算値
Ｖｍ／ｎと検出値Ｖｏとを比較する。そして、Ｖｏに対
するＶｍ／ｎの割合が例えば９０％以内にあれば、電圧
比較判断手段９はバッテリ正常を意味する例えば低電位
の信号９ａを出力し、９０％未満であれば、バッテリ異
常を示す例えば高電位の信号９ａを出力するのである。

【００１９】つまり、全セル群と一部セル群の個数関係
（又は公称電圧で全電圧と中間電圧の関係）が例えば２
対１とすると、検出値Ｖｍを２倍した値がほぼ検出値Ｖ
ｏになれば、上記２対１の関係が保たれているものとし
てバッテリ正常と判断し、検出値Ｖｍを２倍した値が検
出値Ｖｏから相当ずれていれば、一部セル群Ｅｃで片減
り現象が生じているものと判断する。

【００２０】そして、片減り現象が生じていると判断し
た場合、電圧比較判断手段９は高電位の信号６ａにより
警告手段１０を動作させ、その発音手段若しくは表示手
段によってオペレータに認識させる。こうしてバッテリ
１の片減りを認識したオペレータが、ブザーやヘッドラ
ンプの使用を控えると、走行モータの回生制動時にバッ
テリ１に回生電流が流れ、バッテリ１は片減りが解消さ
れ、片減りによる充電の回数が減って長寿命化を図るこ
とができる。

【００２１】なお、上記実施形態のように検出値Ｖｍ／
ｎと演算値Ｖｏとの比較でなく、上記各検出電圧６ａ、
８ａの比（Ｖｏ：Ｖｍ）を全セル群と一部セル群Ｅｃと
の比（１：ｎ）と直接に比較し、例えばＶｏ／Ｖｍ（又
はＶｍ／Ｖｏ）が１／ｎ（又はｎ）を中心としたある範
囲の上限から外れた場合に、バッテリの片減りと判断し
てもよい。

【００２２】次に図２に示す実施形態は、片減り現象が
生じていると判断した場合の対応策として、電圧比較判
断手段９より副負荷３の動作を自動的に制限する信号を
発するようにしたものである。この第２実施形態では、
片減りの程度によって副負荷３の動作を段階的に制限す
るようにしている。即ち、図２の構成では、副負荷３お
ける各補機３Ａ、３Ｂに対し中間電圧を遮断する電磁リ
レー等のノーマル導通型のスイッチ４Ａ、４Ｂを設け、
電圧比較判断手段９は、片減りの程度によって動作制限
信号９ｂだけを発してスイッチ４Ａを非導通とする状態
と、動作制限信号９ｂ，９ｃを発してスイッチ４Ａ，４
Ｂ共に非導通とする状態とに副負荷３の動作を制限して
いる。

【００２３】この構成では、電圧比較判断手段９は、片
減りの程度が比較的軽微なとき（例えばＶｍに対するｎ
Ｖｏの割合が例えば９５％以内にあるとき）、補機３Ａ
に中間電圧の供給を断って片減り進行を抑え、片減りの
程度が比較的大きいとき（例えばＶｍに対するｎＶｏの
割合が例えば９５〜９０％以内にあるとき）は、補機３
Ａ、３Ｂ共に中間電圧の供給を断って更に片減り進行を
抑える。これにより、オペレータの意思によることなく
自動的に片減りの進行が抑制される効果がある。 第３実施形態 次に図３に示す第３実施形態は、主負荷２への電源ライ
ン５に負荷電流を検出する第１電流検出回路１１を設
け、副負荷３への電源ライン７に負荷電流を検出する第
２電流検出回路１２を設けるとともに、第１電流検出回
路１１の検出電流１１ａを積算し残容量を計算する残容
量計算手段１３と、第２電流検出回路１２の検出電流１
２ａを積算し残容量を計算する残容量計算手段１４とを
設け、更に、これら残容量計算手段１３，１４で演算し
て得られる残容量値１３ａ，１４ａの比に基づいて片減
りを判断する残容量比較判断手段１５を設けたものであ
る。残容量比較判断手段１５は、第１実施形態と同様
に、警告手段１０に警告動作を行わせるか否かの信号１
５ａを出力するとともに、動作制限信号１５ｂを副負荷
３に導出している。

【００２４】上記各電流検出回路１１、１２は、例えば
変流器や磁界検出器等の電流センサを用い、第１電流検
出回路１１は全電圧端子１ａから主負荷２に流れる負荷
電流を、第２電流検出回路１１、１２タップ端子１ｂか
ら副負荷３へ流れる負荷電流を検出する。第１、第２残
容量計算手段１３，１４は、電源投入時より定期的（例
えば１ｓｅｃ間隔）に各電流検出回路１１、１２からの
検出電流１１ａ，１２ａをそれぞれ電圧化してデジタル
量に変換し、そのデジタル量を積算する各アナログデジ
タル変換器と、バッテリ１を連続放電した場合の容量
（Ａｈ）を表す容量値のデジタル量を記憶した第１メモ
リと、一部セル群Ｅｃを連続放電した場合の容量（Ａ
ｈ）を表す容量値のデジタル量を記憶した第２メモリ
と、該各メモリの容量値から対応した上記アナログデジ
タル変換器の積算値を減算する各アキュムレータより構
成される。

【００２５】上記構成によれば、第１残容量計算手段１
３は、単位時間に主負荷２に流れる電流の積算値を予め
判明しているバッテリ１の容量値（全セル群の容量値）
から減算して全セル群の残容量値を演算する。第２残容
量計算手段１４は、同じく単位時間に副負荷３に流れる
電流の積算値を予め判明している一部セル群Ｅｃの容量
値から減算して一部セル群の残容量値を演算する。

【００２６】そして、残容量比較判断手段１５は、電源
投入時より経過時間毎に全セル群の残容量と一部セル群
Ｅｃの残容量とを比較することができる。従って、上記
全セル群の残容量と一部セル群Ｅｃの残容量との比が、
例えば全セル群の個数と一部セル群Ｅｃの個数との比を
中心とするある範囲内の場合、残容量比較判断手段１５
はバッテリ正常と判断し、前者の比が上記範囲より外れ
た場合、片減りと判断することができる。

【００２７】この第３実施形態によれば、実際の各負荷
電流を積算し、各残容量を求めてこれらの比を計算して
いるので、電圧の比を対象とする第１実施形態より正確
な判断が可能となる。なお、第３実施形態において、全
セル群の容量値及び一部セル群Ｅｃの容量値は、電源投
入時に前回までの使用時間に応じて補正してもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、特
許請求の範囲の各請求項に記載された構成の採用によ
り、全セル群による全電圧若しくは残容量と一部セル群
による中間電圧若しくは残容量との比を判断対象として
いるので、一部セル群の片減りを確実に判断し、バッテ
リの延命化を図ることができる。

【００２９】とりわけ、請求項３の発明によれば、上記
一部セル群での片減りを判断した場合に、副負荷の一部
若しくは全部の動作を制限ないし禁止し、オペレータに
よる意図的な制限動作によることなく、バッテリの片減
りを防止してバッテリの延命化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る電動車両のバッテ
リ監視装置を示す構成図である。

【図２】本発明の第２実施形態に係る電動車両のバッテ
リ監視装置を示す構成図である。

【図３】本発明の第３実施形態に係る電動車両のバッテ
リ監視装置を示す構成図である。

【図４】従来の電動車両における負荷の構成を示す説明
図である。

【図５】バッテリの各セルと各負荷の関係を示す説明図
である。

【符号の説明】

１はバッテリ、１ａは全電圧端子、１ｂはタップ端子、
２は主負荷、３は副負荷、６は全電圧検出回路、８は中
間電圧検出回路、９は電圧比較判断手段、１１、１２は
第１及び第２電流検出回路、Ｅｃは一部セル群であり、
各図において、同一の要素には共通の符号を付す。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年２月７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】

【従来の技術】バッテリを電源として動作する車両にお
いては、バッテリの全電圧（バッテリを構成する全セル
群による出力電圧）を使用する以外にタップ端子からの
中間電圧（一部セル群による出力電圧）を車両の補機類
の電源として使用している。例えばバッテリフォークリ
フトの仕様によれば、図４に示すように、バッテリ１の
高電位側より全電圧を導出する全電圧端子１ａは走行モ
ータ及び荷役モータ並びにこれらを制御するコントロー
ラ等からなる主負荷２の電源とし、タップ端子１ｂから
取出す中間電圧はヘッドランプ、ブザー等の補機からな
る副負荷３の電源としている。そして、主負荷２と副負
荷３の基準電位端ＧＮＤはバッテリ１の低電位側の全電
圧端子１ｄに接続している。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】上記構成によれば、第１残容量計算手段１
３は、単位時間に主負荷２に流れる電流の積算値を予め
判明しているバッテリ１の容量値（全セル群の容量値）
から減算して全セル群の残容量値を演算する。第２残容
量計算手段１４は、同じく単位時間に副負荷３に流れる
電流の積算値と、主負荷２に流れる電流の積算値を予め
判明している一部セル群Ｅｃの容量値から減算して一部
セル群の残容量値を演算する。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】そして、残容量比較判断手段１５は、電源
投入時より経過時間毎に全セル群の残容量と一部セル群
Ｅｃの残容量とを比較することができる。従って、上記
全セル群の残容量と一部セル群Ｅｃの残容量との比が、
例えば全セル群の容量値と一部セル群Ｅｃの容量値との
比を中心とするある範囲内の場合、残容量比較判断手段
１５はバッテリ正常と判断し、前者の比が上記範囲より
外れた場合、片減りと判断することができる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 搭載したバッテリにおける全セル群の起
   電力に基づく全電圧が主負荷に印加され、一部セル群の
   起電力に基づく中間電圧が副負荷に印加されて動作する
   電動車両において、 上記主負荷に印加される閉路電圧としての上記全電圧を
   検出する全電圧検出回路と、 上記副負荷に印加される閉路電圧としての上記中間電圧
   を検出する中間電圧検出回路と、 上記全電圧検出回路の検出値と上記中間電圧検出回路か
   らの検出値との比と、予め設定される上記全電圧と上記
   中間電圧との比とを比較することにより、上記一部セル
   群での片減りの有無を判断し、片減りの場合にオペレー
   タに認識させる電圧比較判断手段とを具備したことを特
   徴とする電動車両のバッテリ監視装置。
2. 【請求項２】 搭載したバッテリにおける全セル群の起
   電力に基づく全電圧が主負荷に印加され、一部セル群の
   起電力に基づく中間電圧が副負荷に印加されて動作する
   電動車両において、 上記全電圧により上記主負荷に供給される電流を検出す
   る第１電流検出回路と、 上記中間電圧により上記副負荷に供給される電流を検出
   する第２電流検出回路と、 上記第１及び第２電流検出回路からの各検出値をそれぞ
   れ積算して上記全電圧及び中間電圧が放電終止電圧に達
   するまでの各残容量を計算する第１及び第２残容量計算
   手段と、 上記第１残容量計算手段で算出した残容量と上記第２残
   容量計算手段で算出した残容量との比と、予め設定され
   る上記全セル群と一部セル群との容量の比とを比較する
   ことにより、上記一部セル群での片減りの有無を判断
   し、該判断結果をオペレータに認識させる残容量比較判
   断手段とを具備したことを特徴とする電動車両のバッテ
   リ監視装置。
3. 【請求項３】 上記電圧比較判断手段又は残容量比較判
   断手段は、上記一部セル群での片減りを判断した場合
   に、上記副負荷の一部若しくは全部の動作を制限ないし
   禁止することを特徴とする請求項１又は２記載の電動車
   両のバッテリ監視装置。