JPH0845560A - 自動充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 充電装置をその容量を目一杯に使用する。 【構成】 制御回路３２により、入力端子１１ｕ，１１
ｖ，１１ｗを降圧トランス１４の３つのタップのいずれ
かに選択接続できるようにし、降圧トランスの巻線の温
度が温度検出素子３４で検出され、その２次巻線の出力
を整流する整流器２８の温度が検出素子３５で検出さ
れ、これら検出温度は制御回路３２で監視され、その温
度が所定温度以下であれば、その入力端子と接続されて
いるタップを１段下げて１次巻線の有効巻数を小さくし
て、それだけ出力電圧を上げて蓄電池に対し急速充電
し、検出温度が所定値以上になれば入力端子を接続する
タップを１段上げて出力電圧を下げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばバッテリーフ
ォークリフト等のような電気自動車などの蓄電池を充電
する場合に、その降圧トランスとして漏洩磁路を備えた
物を用いる、いわゆる準定式自動充電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】準定式自動充電装置においては漏洩磁路
の降圧トランスが定電圧特性を持つため、過電流が流れ
ると自動的に電圧が降下する。この為、その充電の制御
が比較的簡単でよく、つまり、例えば定電圧制御を厳密
に制御する必要がなく、簡単に充電を行うことができ
る。

【０００３】また、従来において、その入力電圧や周波
数にかかわらず常に一様な充電を行うことができるよう
に、降圧トランスの１次巻線側に複数のタップを設け
て、その充電装置を納入する際に使用者側の交流電源電
圧の環境を測定して、これに応じた１次巻線側のタップ
に入力端子を接続していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この準定式自動充電装
置においては、過電流に対する保護のために入力端子と
降圧トランスとの間にサーマルリレーを挿入して、過電
流が流れるとサーマルリレーが動作して入力を断とする
ように構成されている。しかし、このサーマルリレーが
動作した場合は、それを再び動作させるにはリセットす
る必要がある。ちょいちょいサーマルリレーが動作する
ようであってはその充電装置の管理が大変であり、自動
充電とは言えない状態となってしまう。この為、従来に
おいては、その周囲温度や自動充電装置の発熱状態や入
力電圧や、出力許容充電電力などは少々の変動において
も異常なく動作するように設計され、つまり通常の使用
状態においてはかなりの余裕ある設計となっていた。こ
の為、必要以上に大型の構成としたり、高価なものとな
っていた。

【０００５】また従来において、出荷時における降圧ト
ランスのタップの選択を誤った場合や、電源の環境状態
が変化した場合は想定した最悪条件を上回ることにな
り、故障の原因となっていた。この発明の目的は、自動
充電装置が常にほぼその最大の能力を発揮できるように
構成し、よって小型大容量に構成することができる自動
充電装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明によれば、入力
端子と１次巻線の各タップとの間にそれぞれスイッチが
挿入され、充電装置内の充電に伴って温度が上昇する部
品の温度を検出する温度検出素子が設けられ、その温度
検出素子により検出した温度が所定値以下の場合は、入
力端子と接続するタップを１段下げて有効１次巻線数を
減少させ、検出温度が所定値以上の場合は入力端子と接
続するタップを１段上げて有効１次巻線数を増加させる
ように上記複数のスイッチが制御される。

【０００７】また、請求項２の発明によれば請求項１の
発明を前提として、充電開始時には所定時間、入力端子
と接続されたタップを１段下げるように構成されてい
る。更に請求項１又は請求項２の発明において、入力端
子の交流電圧が測定され、その測定電圧に応じたタップ
に入力端子が接続されるようにスイッチが制御される。

【０００８】

【実施例】図１にこの発明の実施例を示す。この実施例
は三相交流電力を入力とする場合を例としており、入力
端子１１ｕ，１１ｖ，１１ｗは三相交流電源１２と接続
されるべきものであり、三相交流電源１２は、例えば商
用三相交流電源である。入力端子１１ｕ，１１ｖ，１１
ｗは入力スイッチ１３ｕ，１３ｖ，１３ｗにの一端に接
続される。入力スイッチ他端はそれぞれ選択スイッチを
介して三相の降圧トランス１４の１次巻線１５ｕ，１５
ｖ，１５ｗに接続される。降圧トランス１４は漏洩磁路
を有するものであり、また、出力電圧を変えることがで
きるように、つまり高圧比を変えることができるよう
に、この例ではそれぞれ３つのタップを持っている。つ
まり１次巻線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗは一端は互いに接
続され、各他端が最も高いタップ１６ｕ，１６ｖ，１６
ｗであり、次に高いタップ１７ｕ，１７ｖ，１７ｗと、
最も低いタップ１８ｕ，１８ｖ，１８ｗとをもってい
る。

【０００９】この発明では、入力端子１１ｕ，１１ｖ，
１１ｗを１次巻線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗの各タップに
選択的に接合できるようにされている。つまり入力スイ
ッチ１３ｕ，１３ｖ，１３ｗはそれぞれ選択スイッチ１
９ｕ，１９ｖ，１９ｗを通じてタップ１６ｕ，１６ｖ，
１６ｗに接続され、また、選択スイッチ２１ｕ，２１
ｖ，２１ｗをそれぞれ通じてタップ１７ｕ，１７ｖ，１
７ｗに接続され、更に、選択スイッチ２２ｕ，２２ｖ，
２２ｗを通じてタップ１８ｕ，１８ｖ，１８ｗにそれぞ
れ接続される。これら選択スイッチ１９ｕ，１９ｖ，１
９ｗ乃至スイッチ２２ｕ，２２ｖ，２２ｗはそれぞれ電
磁接触器２３，２４，２５により制御される。入力スイ
ッチ１３ｕ，１３ｖ，１３ｗは電磁接触器２６により制
御される。

【００１０】降圧トランス１４の２次巻線２７ｕ，２７
ｖ，２７ｗの出力電力は三相整流器２８にて全波整流さ
れ、出力端子２９ａ，２９ｂ間に出力され、出力端子２
９ａ，２９ｂ間に充電されるべき蓄電池３１が接続され
る。制御回路３２により電磁接触器２６が制御され、ま
た、その出力端子２９ａ，２９ｂの電圧が制御回路３２
に入力されて蓄電池３１に対する充電が自動的に制御さ
れる。この実施例においては制御回路３２により電磁接
触器２３，２４，２５もそれぞれ格別に制御され、従っ
て、入力端子に接続される３つのタップのいずれか１つ
を自由に選ぶことができる。

【００１１】更に、充電状態において温度が上昇する部
品の温度を検出する温度検出素子として、この実施例に
おいては降圧トランス１４の巻線の温度を検出する温度
検出素子３４が設けられ、又、整流器２８の温度を検出
する温度検出素子３５が設けられる。整流器２８は通常
モジュールとして構成され、その構成ダイオードの発熱
を放熱するための放熱フィンが設けられているが、その
放熱フィンのダイオードとなるべく近い部分に温度検出
素子３５が取り付けられる。温度検出素子３４，３５と
しては、例えばサーミスタを使用することができる。こ
れら温度検出素子３４，３５の検出温度は制御回路３２
に供給される。

【００１２】またこの実施例では、入力端子の入力交流
電圧が検出される。このため、この例では、入力端子１
１ｕ，１１ｗがリード線３６，３７を通じて制御回路３
２に接続され、これらリード線３６，３７間の電圧が制
御回路３２により検出することができるようにされてい
る。入力端子１３ｕ、１３ｗとそれぞれ直列にサーマル
リレー３８、３９が挿入されている。

【００１３】従来においては予め端子間電圧を測定し
て、入力端子の入力電圧が２１０乃至２１９Ｖの場合は
最も上のタップ１６ｕ，１６ｖ，１６ｗに入力端子を接
続し、入力電圧が２００乃至２０９Ｖの場合はタップ１
７ｕ，１７ｖ，１７ｗに入力端子を接続し、入力電圧が
１９０乃至１９９Ｖの場合はタップ１８ｕ，１８ｖ，１
８ｗに入力端子を接続する。このようにすることによっ
て２次巻線２７ｕ，２７ｖ，２７ｗには、入力電圧に係
わりなくほぼ一定の出力電圧を得ている。つまり、入力
電圧が高い場合は１次巻線の巻数を多くして、即ち接続
タップを上げてその有効巻線を多くして２次側の電圧を
下げ、入力電圧が低い場合は接続されるタップを下げ
て、つまり有効１次巻線の巻数を少なくして２次巻線に
得られる電圧が高くなるようにし、２次巻線はほぼ一定
の電圧が得られるように、これら３つのタップの巻数が
選定されていた。従来においてはこのタップ選択接続
を、充電装置を最初に使用する時に１回行うのみで、従
って選択スイッチは設けられていなかったが、この発明
では常時タップの選択を行う。制御回路３２はいわゆる
マイクロコンピュータで構成されている。

【００１４】温度検出素子３４，３５の検出温度が所定
値以下の場合では入力端子と接続するタップを１段下
げ、つまり、有効１次巻線の巻数を減少させ、一方、検
出温度が所定値以上の場合は入力端子と接続されるタッ
プを１段上げて有効１次巻線の巻数を増加させるように
制御回路３２は電磁接触器２３乃至２５を制御し選択ス
イッチを選択的に制御する。

【００１５】充電装置における２次電圧、つまり蓄電池
３１に印加される電圧と流れる電流との充電状態におけ
る特性は、図２に示すように、出力電圧は曲線４１に示
すように徐々に上昇し、満充電に近い状態で電圧が少し
急に上がった後、ほぼ一定電圧となり、充電電流は曲線
４２に示すように徐々に減少し、充電電圧が急に上昇す
るところで急に減少し、これよりまた徐々に減少する。
一方降圧トランス１４のコイルの温度は曲線４３に示す
ように徐々に上昇し、充電終了となるまでの真ん中付近
において最大となったのち、徐々に減少する。一方、整
流器２８の温度は曲線４４に示すように、充電初期にお
いて比較的急に上昇したのち徐々に降下する。これが従
来における十分安全を見越した場合における電圧電流特
性、また温度特性である。

【００１６】充電を開始するには入力スイッチ１３ｕ，
１３ｖ，１３ｗをオンとして充電を開始するが、この充
電開始に先立って入力端子１１ｕ，１１ｗの電圧を制御
回路３２で測定し、その測定電圧に応じて先に述べたよ
うに、従来設定された電圧範囲内に対応するように入力
端子を対応したタップに接続するように選択スイッチ、
つまり電磁接触器２３，２４，２５のいずれかを制御す
る。また、先に述べたように温度検出素子３４，３５の
温度を検出して、それが所定値を越えるか否かを監視す
るが、その所定値としては図２の曲線４３，４４よりい
ずれの場合においても、例えば１００℃を所定値とし、
例えば先に、入力電圧に応じて接続されたタップが中段
のタップ１７ｕ，１７ｖ，１７ｗであるとすると、検出
温度が所定値以下の場合はその１つ下のタップ１８ｕ，
１８ｖ，１８ｗに切り替えて２次巻線に出力電圧を従来
の適正選択タップよりも高くして充電を行い、一方、検
出温度が所定値、例えばこの例では１００℃を越えると
それまで接続していたタップ１７ｕ，１７ｖ，１７ｗか
ら１段高くしたタップ１６ｕ，１６ｖ，１６ｗに入力端
子を接続して、出力電圧を適正状態における値よりも下
げて充電する。この場合その所定値には幅をもたせ、例
えば１００℃を越えると先のようにタップを１段上げる
が、９０℃になるとタップを元に戻すように、その切替
えにはヒステリシスを持たせる。

【００１７】また、この実施例においては、充電開始時
において入力電圧を測定して従来における適正タップを
選択するが、その選択したタップよりも常に１段下げ
た、つまり有効巻数を少なくして、従って出力電圧を適
正電圧よりも上げた状態で充電する。１タップ分下げ
て、通常の適正タップを選択した場合よりも、例えば図
２に点線４５で示すように充電電流を、例えば１５Ａ程
度多くして一定時間、例えばほぼ１時間過大電流を流し
て急速充電する。その後タップを元に戻す。このように
しても、この曲線４３，４４の温度特性から理解される
ように充電初期においては温度はそれほど高い値になら
ず、例えば点線４６，４７に示すような程度の上昇であ
り、１時間程で適正タップに戻すため、部品が温度上昇
で損傷するような恐れは生じない。

【００１８】このように所定時間だけ強制的にタップを
下げることを充電初期に行わなくても、先の場合に述べ
たように、温度が所定値以下ではタップを下げるように
すれば充電初期においては当然適正タップよりも１タッ
プ下げて充電が自動的に行われることになる。なお、充
電の終了の制御については従来の準定方式と同様に、出
力電圧が変曲点、先に述べたように曲線４１が比較的急
に上昇する電圧点になると、充電開始からそれまでの時
間に応じて決まる時間だけ充電して終了する。従って、
先のように部品温度を検出して、その検出温度が低い場
合はタップを下げて充電するように制御したり、最初の
充電開始時には一定時間だけタップを下げて充電するよ
うにするとそれだけに急速に充電されて、先の電圧変曲
点もそれだけ短時間で現れ、充電終了となる時間もこれ
に応じて短くなる。

【００１９】上述においては、降圧トランス１４の巻線
の温度の検出と、整流器の温度の検出を行ったが、その
一方のみを用いてもよい。その場合のタップ切替えの設
定温度は図２から明らかなように、先の場合より低い電
圧に選ばれることになる。この図２から明らかなように
曲線４３と４４は、そのピーク位置がずれているから、
両温度検出素子３４，３５を設けたほうがより良い制御
が可能となる。また、上述においては三相交流電源電力
を整流して充電電流を供給したが、単相交流電源を用い
てもよい。なお、この降圧トランスとして漏洩磁路をも
たない普通のトランスを用いた場合は、前述のようなタ
ップの切替え制御を行うと出力が大きく変動するため、
先のような有効な制御が行われなくなる。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば充
電装置の温度を検出して、その温度に応じて降圧トラン
スのタップを常に、なるべく有効な、つまり高い電圧電
流で充電するように制御しているため、従来より高速に
充電することができ、かつ、その使用する充電装置の温
度特性や容量を十分利用することができ、それだけ従来
と同様の充電を行う場合は、従来よりも小型に充電装置
を構成することができ、また、安価に作ることができ
る。逆に従来と同様の規模の充電装置を用いれば、これ
を目一杯利用でき、それだけ従来よりも速く充電するこ
とが可能となる。

【００２１】さらに、充電初期において従来の適正タッ
プよりも１タップ下げて所定時間充電するようにする
と、これにより急速充電が行われ、例えば充電時間が従
来８時間程度必要としていたものを６．５時間程度に短
くすることが可能である。また、従来納入時に人が測定
してタップの接続を行っているため、間違って接続する
恐れがあったが、この発明では入力電圧に応じてその適
正タップを設定しているため、そのようなことがなく常
に正しい、適正なタップに接続される。しかも、常時入
力電圧を監視して対応したタップ選択を行うことにする
と、入力電圧が比較的変動しているような状態において
有効な制御が行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示すブロック図。

【図２】充電時の電圧、電流特性及び部品の温度特性を
示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇都宮 正章 栃木県小山市横倉新田110 小松フォーク リフト株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 漏洩磁路を持つ高圧トランスの１次巻線
   に複数の切替えタップが設けられ、入力交流電圧に応じ
   て入力端子と接続する上記タップを選択することを可能
   とされ、上記降圧トランスの２次巻線の出力を整流器で
   整流して蓄電池へ供給する自動充電装置において、 上記入力端子と上記各タップとの間にそれぞれ挿入され
   た複数のスイッチと、 上記充電に伴い温度が上昇する上記自動充電装置の部品
   の温度を検出する温度検出素子と、 上記温度検出素子の検出温度が所定値以下で、上記入力
   端子と接続する上記タップを１段下げて有効１次巻線数
   を減少させ、上記検出温度が上記所定値以上で上記入力
   端子と接続するタップを１段上げて有効１次巻線数を増
   加させるように上記複数のスイッチを制御する手段とを
   具備することを特徴とする自動充電器。
2. 【請求項２】 充電開始時に所定時間は上記入力端子と
   接続されたタップを１段下げる手段が設けられているこ
   とを特徴とする請求項１記載の自動充電装置。
3. 【請求項３】 上記入力端子の交流電圧を測定する手段
   と、その測定された電圧に応じた上記タップに上記入力
   端子を接続するようにスイッチを制御する手段を具備す
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の自動充電装
   置。