JP4848038B2 - 充電器及び充電装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載された二次電池（バッテリ）を充電する充電器、及び、この充電器を複数備えた充電装置に関し、特に、急速充電を実現する充電器及び充電装置に関する。

電気自動車やハイブリッドカーなどの車両には、動力用又は補機用のバッテリが搭載されている。このバッテリには、多数の蓄電池を直列に接続した組電池と呼ばれるものを用いることが多い。
また、車両には、バッテリを充電するための充電器を装備したものがある。充電器は、１００Ｖ又は２００Ｖの商用電源を所定の電圧に変換し、これをバッテリに供給して充電する。

この充電器を用いて組電池を充電する場合は、図９に示すように、その組電池２００の全体に所定の電圧を印加して充電を行っていた（例えば、特許文献１参照。）。
具体的には、例えば、１４Ｖの蓄電池ＢＴＴを十個連結した組電池２００に対し、１４０Ｖ用の充電器１１０を接続して充電を行っていた。

ところが、このような構成で組電池を充電すると、完了までに相当の時間を要していた。例えば、図１０に示すように、充電電圧をほぼ一定量で供給し続けると、充電時間が約八時間もかかっていた。これでは、次の走行まで八時間も待たされることとなり、実用的でなかった。
そこで、充電時間を短縮する技術が提案されている。
例えば、充電電流の供給と停止とを間歇的に制御してパルス状に流す技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
この技術にようにパルス充電を行えば、充電電圧を一定量で供給する場合に比べて、充電時間を短縮できる。

特開２００７−２７４８４６号公報（図３） 特開平０７−１１１１６５号公報

しかしながら、上述した特許文献２に記載の技術においては、次のような問題があった。
同技術は、充電電流の供給を一定時間行うと、続いてその供給を完全に停止し、その後に充電電流の供給を再開していた。つまり、供給時にはＩ[Ａ]の充電電流を流し、停止時には充電電流を流さず０[Ａ]とし、これを繰り返していた。そうすると、供給を再開するときには、充電電流が０[Ａ]からＩ[Ａ]に急激に増加し、しかも、この急激な増加が所定時間ごと（例えば１０秒ごと）に起こり、充電完了まで何度も繰り返されるため、バッテリの電極板に負担がかかり、耐圧の低下や機械的劣化の原因になるという問題があった。

また、特許文献１においては、多数の蓄電池を連結した組電池の全体に電圧を印加して充電していた。この場合、充電器からの充電電圧は、蓄電池一つの定格端子電圧に蓄電池の個数を乗算し、さらに所定倍した値を採用することとなり、非常に大きくなっていた。例えば、図９に示す例では、定格端子電圧１４Ｖの蓄電池を十個連結しているので、１４０Ｖ用の充電器を用いていた。そして、充電電圧は、１４０Ｖ×１.４＝１９６Ｖとしていた（図１０参照）。また、電源に商用電源を用いると、例えば１００Ｖから１９６Ｖに昇圧することとなり、充電電流が少なくなっていた。そうすると、一つの蓄電池に対して低電流で充電することとなり、これが充電時間を長くする原因となっていた。

本発明は、上記の事情にかんがみなされたものであり、バッテリ（二次電池）の電極板の耐圧の低下や機械的劣化を抑制するとともに、充電時間を大幅に短縮可能とする充電器及び充電装置の提供を目的とする。

この目的を達成するため、本発明の充電器は、二次電池を充電する充電器であって、第一電圧を出力する第一出力部と、第一電圧よりも高い電圧値を有した第二電圧を出力する第二出力部と、充電が開始されると、第一電圧と第二電圧を入力して交互に出力し、これを充電電圧として二次電池に供給する充電制御部と、二次電池の充電量を測定する充電量検出部と、二次電池への第一電圧の供給を開始するときの二次電池の充電量にもとづいて、当該第一電圧の出力時間を決定するとともに、二次電池への第二電圧の供給を開始するときの二次電池の充電量にもとづいて、当該第二電圧の出力時間を決定する出力制御部とを備え、この出力制御部は、充電量の増加にともなって、充電制御部における第二電圧の出力時間が次第に長くなるように制御する構成としてある。

また、本発明の充電装置は、複数の二次電池に対して充電を行う充電装置であって、前述の充電器を複数備え、各充電器が、二次電池に一対一で接続された構成としてある。

本発明の充電器及び充電装置によれば、所定の電圧値を有した第一電圧と第二電圧とを交互に供給することとしたので、０Ｖからの急激な供給がなくなることから、バッテリの電極板の耐圧の低下や機械的劣化を抑制できる。
また、充電器を複数備え、複数のバッテリと各充電器とを一対一で接続する構成としたので、充電電圧を低くして、充電電流を多く流すことができる。これにより、充電時間を大幅に短縮できる。

本発明の実施形態における充電装置の構成を示すブロック図である。 充電器の構成を示すブロック図である。 切替器の構成を示すブロック図である。 リレーの構成を示す正面外観図である。 切替制御手段の構成を示すブロック図である。 充電電圧、バッテリ充電量、充電電流の変化を示すグラフである。 蓄電池の充電量と切替時間との対応を示す図表である。 充電器と切替器を一つずつ備えた充電装置の構成を示すブロック図である。 従来の充電装置の構成を示すブロック図である。 従来の充電装置における充電電圧、バッテリ充電量の変化を示すグラフである。

以下、本発明に係る充電器及び充電装置の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。

［充電器及び充電装置の構成］
まず、本発明の充電器及び充電装置の構成について、図１を参照して説明する。
同図は、本実施形態の充電装置の構成を示すブロック図である。
同図に示すように、充電装置１は、複数の充電器１０（１０−１〜１０−ｎ）と、切替器２０（２０−１〜２０−ｎ）と、切替制御手段３０とを備えている。
ここで、充電器１０は、複数設けられている。特に、充電器１０は、充電の対象となるバッテリと同数あるいはそれ以上の数だけ設けることができる。例えば、蓄電池ＢＴＴ（ＢＴＴ１〜ＢＴＴｎ）を複数個（同図においては、十個）連結した組電池２００を充電の対象とするときは、充電器１０は、その蓄電池ＢＴＴと同数（同図の場合は十個）又はそれ以上の数だけ設けることができる。

なお、本実施形態においては、充電器１０又は充電装置１による充電の対象を蓄電池ＢＴＴ又は組電池２００としているが、充電の対象は、蓄電池ＢＴＴや組電池２００に限るものではなく、二次電池全般とすることができる。
また、本実施形態において、「バッテリ」とは、二次電池のうち車両に搭載可能なものをいう。つまり、「バッテリ」には、蓄電池ＢＴＴや組電池２００を含む。さらに、車両には、自動車（四輪、三輪、二輪を含む。また、ゴルフカート、リリーフカーなども含む。）、航空機、農業機械などが含まれる。

各充電器１０は、図２に示すように、インバータ電源１１と、整流器１２と、電流混合部１３と、充電量検出部１４と、タイミング発生器１５と、充電制御部１６とを有している。

インバータ電源１１は、外部から電源電圧を入力する。この入力される電圧には、例えば、１００Ｖ又は２００Ｖの商用交流電源を用いることができる。
また、インバータ電源１１は、入力電圧を、所定の電圧値を有する第一電圧（トリクル電圧）に変換して出力するとともに、入力電圧を、第一電圧とは異なる所定の電圧値を有した第二電圧（クイック電圧）に変換して出力する。

トリクル電圧は、充電電圧のうち低い方の電圧を構成するものである。このトリクル電圧は、蓄電池ＢＴＴの定格端子電圧の１．４倍程度とすることができる。具体的には、例えば、図１に示すように、蓄電池ＢＴＴの定格端子電圧が１４Ｖである場合、トリクル電圧は、１８．８Ｖ（１４Ｖの約１．３４倍）とすることができる。
クイック電圧は、充電電圧のうち高い方の電圧を構成するものである。このクイック電圧は、蓄電池ＢＴＴの定格端子電圧の２．３倍程度とすることができる。具体的には、例えば、図１に示すように、蓄電池ＢＴＴの定格端子電圧が１４Ｖである場合、クイック電圧は、３２．０Ｖ（１４Ｖの約２．２９倍）とすることができる。

このように、トリクル電圧とクイック電圧は、０Ｖではなく、それぞれ所定の電圧値を有した交流電圧である。
なお、インバータ電源１１は、第一電圧（トリクル電圧）を出力することから、「第一出力部」としての機能を有している。また、インバータ電源１１は、第二電圧（クイック電圧）を出力することから、「第二出力部」としての機能を有している。

整流器１２は、インバータ電源１１から出力された交流電圧（トリクル電圧又はクイック電圧）を整流して直流に変換する。
この整流器１２には、トリクル電圧用の整流器（第一整流器）１２−１１と、クイック電圧用の整流器（第二整流器）１２−１２がある。
第一整流器１２−１１は、インバータ電源１１との間が複数の入力側配線１２−２１（図２においては、四本）で接続されており、インバータ電源１１からの出力電流を各入力側配線１２−２１のそれぞれから入力する。そして、各入力側配線１２−２１に接続された整流回路１２−３１によって、トリクル電圧を整流し直流電圧に変換する。
第二整流器１２−１２は、インバータ電源１１との間が複数の入力側配線１２−２２（図２においては、四本）で接続されており、インバータ電源１１からの出力電流を各入力側配線１２−２２のそれぞれから入力する。そして、各入力側配線１２−２２に接続された整流回路１２−３２によって、クイック電圧を整流し直流電圧に変換する。

インバータ電源１１と各整流器１２−１１、１２−１２との間が複数の入力側配線１２−２１、１２−２２で接続されているのは、大電流を確保するためである。
本実施形態の充電器１０においては、１４Ｖの蓄電池ＢＴＴを充電するのに充電電流が最大８０Ａになることを想定している。耐圧をその２．５倍とすると、整流器１２は、２００Ａに耐えるように設計するのが望ましい。例えば、定格電流が５０Ａの整流素子（ダイオード）を用いるとすると、４個並列にすることにより全体で２００Ａの電流を流せるようになる。このように、インバータ電源１１の出力電流を複数の入力側配線１２−２１、１２−２２に分流して入力することで、５０Ａの整流素子を用いつつ、２００Ａという大電流（充電電流）を確保するものである。

なお、図２においては、トリクル電圧用の整流器１２−１１とクイック電圧用の整流器１２−１２のそれぞれに、整流回路１２−３１、１２−３２を四つずつ配置し、これら整流回路１２−３１、１２−３２のそれぞれに入力側配線１２−２１、１２−２２を接続する構成としてあるが、整流回路１２−３１、１２−３２や入力側配線１２−２１、１２−２２は四つずつに限るものではなく、任意の数だけ設けることができる。
また、インバータ電源１１から出力されたトリクル電圧又はクイック電圧の電流を許容し得る定格電流を有した整流素子を使用可能なときは、トリクル電圧用の整流器１２−１１とクイック電圧用の整流器１２−１２のそれぞれに、その整流素子を有する整流回路１２−３を一つのみ設け、この整流回路１２−３に入力側配線１２−２を接続することができる。

電流混合部１３（１３−１、１３−２）は、整流器１２から出力された複数の電流を混合する。
この電流混合部１３には、トリクル電圧用の電流混合部（第一電流混合部）１３−１と、クイック電圧用の電流混合部（第二電流混合部）１３−２がある。
第一電流混合部１３−１は、第一整流器１２−１１との間が複数（整流回路１２−３１と同数）の出力側配線１２−４１（図２においては、四本）で接続されており、第一整流器１２−１１の出力電流を各出力側配線１２−４１から入力し、これらを混合して出力する。
第二電流混合部１３−２は、第二整流器１２−１２との間が複数（整流回路１２−３２と同数）の出力側配線１２−４２（図２においては、四本）で接続されており、第二整流器１２−１２の出力電流を各出力側配線１２−４２から入力し、これらを混合して出力する。

なお、各整流器１２−１１、１２−１２に整流回路１２−３が一つずつ設けられたときは、各整流器１２−１１、１２−１２の入力側配線１２−２と出力側配線１２−４は、それぞれ一本ずつとなる（単線図の場合）。この場合、インバータ電源１１からの出力電流は分流されないことから、その出力電流を混合する必要がない。よって、この場合は、電流混合部１３を省略できる。

充電量検出部１４は、蓄電池ＢＴＴの充電量を検出する。この検出した充電量は、タイミング発生器１５へ送られる。
また、充電量検出部１４は、充電量と閾値とを比較し、充電量が閾値に達していることを検出すると、充電停止信号を切替制御手段３０の停止信号送出部３２（後述）へ送る。
タイミング発生器（出力制御部）１５は、充電量検出部１４から送られてきた充電量にもとづいて、充電周期を決定し、切替信号を出力する。この切替信号の出力タイミングについては、後記の「充電電圧の出力制御」にて詳述する。

充電制御部１６は、トリクル電圧用電流混合部１３−１からトリクル電圧（第一電圧）を入力するとともに、クイック電圧用電流混合部１３−２からクイック電圧（第二電圧）を入力し、かつ、タイミング発生器１５から切替信号を入力する。そして、充電制御部１６は、切替信号の入力タイミングに応じて、トリクル電圧とクイック電圧を交互に出力し、これを充電電圧として蓄電池ＢＴＴに印加する。
また、充電制御部１６は、蓄電池ＢＴＴ（組電池２００）に取り付けられた温度センサ（図示せず）から測定温度を入力すると、この測定温度と閾値とを比較し、測定温度が閾値に達していることを検出すると、充電停止信号を切替制御手段３０の停止信号送出部３２（後述）へ送る。
なお、インバータ電源１１、タイミング発生器１５、充電制御部１６は、基板動作電源により動作させることができる。

切替器２０は、充電器１０と同数設けられている。また、切替器２０は、充電の対象となる蓄電池ＢＴＴと同数あるいはそれ以上の数だけ設けることができる。例えば、１４Ｖの蓄電池ＢＴＴを十個連結した組電池２００を充電の対象とするときは、切替器２０を十個又はそれ以上の数だけ設けることができる。
また、複数の切替器２０は、複数の充電器１０に対して一対一で接続されている。さらに、複数の切替器２０は、複数の蓄電池ＢＴＴに対して一対一で接続される。よって、一つの切替器２０を介して、一つの充電器１０が一つの蓄電池ＢＴＴに対して充電を行う。

この切替器２０は、図３に示すように、マイナスリレー２１−１（２１−１１〜２１−１ｎ）と、プラスリレー２１−２（２１−２１〜２１−２ｎ）とを有している。
マイナスリレー２１−１は、充電器１０や蓄電池ＢＴＴのマイナス側に接続されるリレー（継電器）であって、接点Ａ、接点Ｂ、接点Ｃを有している。
接点Ａは、充電器１０のマイナス側に接続されている。
接点Ｂは、コモン端子であり、蓄電池ＢＴＴのマイナス側に接続されている。
接点Ｃは、走行電源のマイナス側に隣接する切替器２０に設けられたプラスリレー２１−２の接点Ｃに接続されている。なお、走行電源のマイナス側に隣接する切替器２０がないときは、接点Ｃは、該充電装置１が搭載された車両の電気回路における走行電源のマイナス端子に接続される。

プラスリレー２１−２は、充電器１０や蓄電池ＢＴＴのプラス側に接続されるリレー（継電器）であって、接点Ａ、接点Ｂ、接点Ｃを有している。
接点Ａは、充電器１０のプラス側に接続されている。
接点Ｂは、コモン端子であり、蓄電池ＢＴＴのプラス側に接続されている。
接点Ｃは、走行電源のプラス側に隣接する切替器２０に設けられたマイナスリレー２１−１の接点Ｃに接続されている。なお、走行電源のプラス側に隣接する切替器２０がないときは、接点Ｃは、該充電装置１が搭載された車両の電気回路における走行電源のプラス端子に接続される。

ここで、各リレー２１（２１−１、２１−２）が接点Ａに切り替えられると、充電器１０と蓄電池ＢＴＴが接続され、蓄電池ＢＴＴの各間が切り離された経路（第一経路）が形成される。具体的には、充電器１０のプラス側→プラスリレー２１−２の接点Ａ→プラスリレー２１−２の接点Ｂ→蓄電池ＢＴＴのプラス側→蓄電池ＢＴＴのマイナス側→マイナスリレー２１−１の接点Ｂ→マイナスリレー２１−１の接点Ａ→充電器１０のマイナス側を通る経路が形成される。

一方、各リレー２１が接点Ｃに切り替えられると、充電器１０と蓄電池ＢＴＴが切り離され、蓄電池ＢＴＴの各間が接続された経路（第二経路）が形成される。具体的には、走行電源のマイナス側→マイナスリレー２１−１の接点Ｃ→マイナスリレー２１−１の接点Ｂ→蓄電池ＢＴＴのマイナス側→蓄電池ＢＴＴのプラス側→プラスリレー２１−２の接点Ｂ→プラスリレー２１−２の接点Ｃ→隣接する切替器２０のマイナスリレー２１−１の接点Ｃ→マイナスリレー２１−１の接点Ｂ→蓄電池ＢＴＴのマイナス側→蓄電池ＢＴＴのプラス側→プラスリレー２１−２の接点Ｂ→プラスリレー２１−２の接点Ｃ→隣接する切替器２０のマイナスリレー２１−１の接点Ｃ→・・・→プラスリレー２１−２の接点Ｃ→走行電源のプラス側を通る経路が形成される。
このように、リレー２１（及び、これを有する切替器２０）は、第一経路と第二経路を切り替えることができる。
なお、各リレー２１の接点Ａは、第一経路に接続されていることから、「第一接点」としての機能を有している。また、接点Ｃは、第二経路に接続されていることから、「第二接点」としての機能を有している。

リレー２１は、例えば、方向リミット型のドラムスイッチを用いることができる。
具体的には、リレー２１は、図４に示すように、ウォームギヤＷを用いた構成とすることができる。
ウォームギヤＷは、円柱形状の部材の表面に螺旋状に歯が形成されたウォーム部２１１と、円板状の部材の周縁に歯が形成された歯車部（ギヤドラム）２１２とを有している。そして、ウォーム部２１１の軸方向と歯車部２１２の軸方向が直交するように、それらの各歯を噛み合わせて配置する。これにより、ウォーム部２１１を回転させることで歯車部２１２が回動又は回転する。

ウォーム部２１１は、モータ２１３の軸部２１４に結合しており、軸部２１４の回転にともなって回転する。
モータ２１３は、切替制御手段３０の制御により駆動し、軸部２１４を回転させる。また、モータ２１３は、切替制御手段３０の制動制御により駆動を停止し、軸部２１４の回転を停止させる。
これらより、ウォーム部２１１は、モータ２１３の回転動力を歯車部２１２に伝達する役割を有している。そして、モータ２１３の回転を制御することにより、歯車部２１２の回転又は回動を制御できる。

歯車部２１２の円形面の近傍には、平板状に形成された接点Ａ２１５、接点Ｂ２１６、接点Ｃ２１７が平行して配置されている。
これらのうち、接点Ｂ２１６の端部２１６−１には、孔２１６−２が穿設されており、歯車部２１２の中心に穿設された孔（図示せず）と連通している。これら接点Ｂ２１６の孔２１６−２と歯車部２１２の孔には、回転軸２１８を通してある。歯車部２１２は、その回転軸２１８を中心として回転又は回動する。

歯車部２１２の円形面（接点Ａ２１５等に対向する面）には、回転接点（接続部材）２１９が絶縁物（図示せず）を介して取り付けられている。
回転接点２１９は、一端が、歯車部２１２の中心付近で接点Ｂ２１６に接している。この回転接点２１９は、歯車部２１２が回転又は回動してどの角度に位置しても、常に接点Ｂ２１６と接している。これにより、接点Ｂ２１６は、コモンとしての役割を果たす。
回転接点２１９の他端は、歯車部２１２の周縁付近に達している。このため、歯車部２１２が回転又は回動すると、回転接点２１９の他端は、回転軸２１８を中心とする円上を移動する。

この回転接点２１９は、歯車部２１２の回転又は回動に伴って、接点Ａ２１５又は接点Ｃ２１７に接するようになっている。
例えば、図４に示すように、接点Ａ２１５の端部２１５−１と接点Ｂ２１６の端部２１６−１と接点Ｃ２１７の端部２１７−１が並べて配置してあり、接点Ａ２１５の端部２１５−１と接点Ｃ２１７の端部２１７−１が歯車部２１２の周縁の近傍に位置しているとき、回転接点２１９の他端が接点Ａ２１５の端部２１５−１に接近すると、回転接点２１９の他端に形成された凸部（図示せず）が接点Ａ２１５の端部２１５−１の裏面に接触する。これにより、回転接点２１９を介して接点Ｂ２１６と接点Ａ２１５が接続され、電気的に導通する。

また、歯車部２１２が回転又は回動して、回転接点２１９の他端が接点Ｃ２１７の端部２１７−１に接近すると、回転接点２１９の他端に形成された凸部（図示せず）が接点Ｃ２１７の端部２１７−１の裏面に接触する。これにより、回転接点２１９を介して接点Ｂ２１６と接点Ｃ２１７が接続され、電気的に導通する。
このように、回転接点２１９は、二つの接点（接点Ｂ２１６と接点Ａ２１５、又は、接点Ｂ２１６と接点Ｃ２１７）を接続する。

なお、回転接点２１９が接点Ａ２１５に接しているときは、接点Ｃ２１７には接しないようになっている。一方、回転接点２１９が接点Ｃ２１７に接しているときは、接点Ａ２１５には接しないようになっている。これにより、回路のショートを防止している。
また、接点Ａ２１５や接点Ｃ２１７の各端部２１５−１、２１７−１の裏面には、回転接点２１９に接するための凸部（図示せず）を形成することができる。
さらに、歯車部２１２の回転又は回動方向は、右回り（時計回り）であってもよく、左回り（反時計回り）であってもよい。

切替制御手段３０は、各切替器２０のリレー２１に対して、接点Ａ２１５と接点Ｃ２１７との間の切り替えを指示する。つまり、切替制御手段３０は、複数の切替器２０を一斉に動作させることで、各充電器１０−１〜１０−ｎから蓄電池ＢＴＴ−１〜ＢＴＴ−ｎへの充電の開始及び停止を一斉に切り替える機能を有している。
この切替制御手段３０は、図５に示すように、スイッチ部３１と、停止信号送出部３２と、歯車動作検出部３３と、モータ制御部３４とを有している。

スイッチ部３１は、商用電源が入力された時点で切替可能なリモート機能を有している。これにより、手動による切り替え忘れを防止できる。
また、スイッチ部３１は、ユーザが手動で切り替え操作を行うＯＮ−ＯＦＦスイッチとすることができる。このスイッチ部３１をＯＮ側にすると、充電装置１が充電を開始する。一方、このスイッチ部３１をＯＦＦ側にすると、充電を停止する。
なお、蓄電池ＢＴＴが満充電になると、充電自体は、自動的に停止する。ただし、スイッチ部３１は、ＯＮ側に切り替えられたままの状態となっているので、ユーザが手動でＯＦＦ側に切り替える。

停止信号送出部３２は、充電量検出部１４から充電停止信号を受け取ると、モータ制御部３４に停止信号を送る。
また、停止信号送出部３２は、充電制御部１６から充電停止信号を受け取ると、モータ制御部３４に停止信号を送る。

歯車動作検出部３３は、歯車部２１２が回転又は回動したことを検出すると、検出信号をモータ制御部３４へ送る。
ここで、本実施形態のリレー２１は、リミット型のドラムスイッチを採用しており、ワイパーのモータのように同じ位置で接点を切り替えていることから、リターンサーボ回路により自由にコントロールできるようになっている。また、歯車部２１２の動作としては、接点Ａから接点Ｃまで約１８０°の間を行き来すればよいので、歯車部２１２が回転又は回動したことを検知する手段を少なくとも一箇所設ければ、同じ動作を繰り返すことができる。
例えば、この歯車部２１２の回転又は回動の検出には、リミットスイッチやフォトカプラなどの検知手段を用いることができる。具体的には、歯車部２１２の裏面に突起部を立設形成しておき、歯車部２１２が回転又は回動する途中で突起部を検出可能な位置に検知手段を設けておく。そして、検知手段は、突起部を検知すると、検知信号を歯車動作検出部３３へ送る。歯車動作検出部３３は、検知信号を受けると、検出信号をモータ制御部３４へ送る。
なお、検知手段には、前記の他に、例えば、インクリメンタルエンコーダやアブソリュートエンコーダなどを用いることができる。

モータ制御部３４は、スイッチ部３１がＯＮ側に切り替えられたことを検出すると（又は、商用電源が入力されると）、接点Ｂ２１６と接点Ａ２１５が接続されるように、各切替器２０のモータ２１３を駆動させる。このモータ２１３の駆動により、ウォーム部２１１が回転して歯車部２１２が回転又は回動し、回転接点２１９を介して接点Ｂ２１６と接点Ａ２１５が接続されると、充電器１０が蓄電池ＢＴＴに対して充電を開始する。
また、モータ制御部３４は、スイッチがＯＦＦ側に切り替えられたことを検出すると、接点Ｂ２１６と接点Ｃ２１７が接続されるように、各切替器２０のモータ２１３を駆動させる。このモータ２１３の駆動により、ウォーム部２１１が回転して歯車部２１２が回転又は回動し、回転接点２１９と接点Ａ２１５との接続が外れると、充電器１０による蓄電池ＢＴＴの充電が停止する。そして、回転接点２１９を介して接点Ｂ２１６と接点Ｃ２１７が接続されると、蓄電池ＢＴＴによる車内の電気回路（図示せず）への電力供給が開始する。

さらに、モータ制御部３４は、停止信号送出部３２から送られてきた停止信号を受けると、接点Ｂ２１６と接点Ｃ２１７が接続されるように、各切替器２０のモータ２１３を駆動させる。これにより、歯車部２１２が回転又は回動して、回転接点２１９と接点Ａ２１５との接続が外れると、充電器１０による蓄電池ＢＴＴの充電が停止する。よって、バッテリが満充電になったときに、充電を自動的に停止できる。また、満充電後の過充電を防止できる。さらに、蓄電池ＢＴＴの温度異常が発生すると、ただちに充電を停止することができる。

（充電電圧の出力制御）
次に、充電制御部における充電電圧の出力制御について、図６、図７を参照して説明する。
図６は、充電電圧、充電電流、バッテリ充電量の変化を示すグラフである。図７は、蓄電池ＢＴＴの充電量と第一電圧又は第二電圧の印加時間（切替時間）とを対応付けた充電量−切替時間対応表である。

スイッチ部３１がＯＮ側に切り替えられて（又は、商用電源が入力されて）充電が開始されると、充電量検出部１４は、蓄電池ＢＴＴの充電量を検出し、タイミング発生器１５へ送る。
タイミング発生器１５は、充電量−切替時間対応表を参照し、充電量検出部１４から送られてきた充電量にもとづいて、切替信号の出力タイミング（切替時間）を決定する。例えば、充電量が１１［Ａｈ］付近にあるときは、切替時間を例えば５［ｓｅｃ］とすることができる。

充電制御部１６は、トリクル電圧用の電流混合部１３−１からトリクル電圧を入力するとともに、クイック電圧用の電流混合部１３−２からクイック電圧を入力する。そして、最初は、トリクル電圧を蓄電池ＢＴＴに供給して充電を開始する（図６(ａ)）。
タイミング発生器１５は、充電の開始から５［ｓｅｃ］経過すると、切替信号を充電制御部１６へ送る。
充電制御部１６は、切替信号を受けると、トリクル電圧の供給を停止し、次いで、クイック電圧を蓄電池ＢＴＴに供給する（図６(ｂ)）。

タイミング発生器１５は、切替信号を出力すると、充電量検出部１４から充電量を受け取るとともに、充電量−切替時間対応表を参照し、その充電量にもとづいて切替時間を決定する。例えば、充電量が２２［Ａｈ］付近にあるとすると、切替時間を例えば６［ｓｅｃ］とすることができる。
タイミング発生器１５は、前回の切替信号の出力から６［ｓｅｃ］経過すると、切替信号を充電制御部１６へ送る。
充電制御部１６は、切替信号を受けると、クイック電圧の供給を停止し、次いで、トリクル電圧を蓄電池ＢＴＴに供給する（図６(ｃ)）。

ここで、蓄電池ＢＴＴがリチウム電池の場合には、例えば１００Ａｈの容量の製品が市販されている。このリチウム電池を充電すると、充電開始にともなって充電量が急激に立ち上がり、約１０分くらいで充電電圧が約８０％復帰する。そして、残りの２０％の復帰に時間を要しフル充電に至る傾向にある。
充電開始から約１０分後、タイミング発生器１５が、充電量検出部１４から８３［Ａｈ］を示す充電量を受け取ったとすると、充電量−切替時間対応表を参照し、その充電量にもとづいて切替時間を９［ｓｅｃ］として決定する。
タイミング発生器１５は、前回の切替信号の出力から９［ｓｅｃ］経過すると、切替信号を充電制御部１６へ送る。
充電制御部１６は、切替信号を受けると、クイック電圧（又はトリクル電圧）の供給を停止し、次いで、トリクル電圧（又はクイック電圧）を蓄電池ＢＴＴに供給する。

このように、タイミング発生器１５は、蓄電池ＢＴＴの充電量にもとづいて、切替時間、すなわち、トリクル電圧又はクイック電圧の供給時間を決定する。そして、充電制御部１６は、その決定された切替時間にしたがって、トリクル電圧とクイック電圧とを交互に蓄電池ＢＴＴに供給する。

このような動作を行うことにより、充電装置１は、所定の電圧値を有したトリクル電圧とクイック電圧を交互に出力して、蓄電池ＢＴＴに一定電圧値以上の電圧値で充電をすることができる。
また、図７に示すように、蓄電池ＢＴＴの充電量の増加にともなって、切替時間を長くすることができる。つまり、充電電圧の電圧変動周期（図６参照）が次第に長くなる。これにより、充電電流が多くなるので、充電時間を短縮できる。
例えば、図６に示す場合、１４Ｖの蓄電池ＢＴＴの有効電圧範囲は、１１Ｖから１６．８Ｖの補充時間（充電）の範囲であり、約３５分で充電が完了するものと見込まれる。図６では、便宜上、０Ｖから１１Ｖの間も示しているが、自動車などで蓄電池ＢＴＴの電圧が０Ｖになることは余程の事情がない限り起こり得ないため、充電時間に含める必要がないものと考えられる。

なお、図７に示す「切替時間」は、トリクル電圧とクイック電圧との共通の切替時間としているが、これに限るものではなく、トリクル電圧の切替時間とクイック電圧の切替時間を個別に設定することもできる。例えば、同じ「蓄電池ＢＴＴの充電量」において、トリクル電圧の切替時間を長くし、クイック電圧の切替時間を短くすることができる。あるいは、同じ「蓄電池ＢＴＴの充電量」において、トリクル電圧の切替時間を短くし、クイック電圧の切替時間を長くすることもできる。
また、図７に示す「蓄電池ＢＴＴの充電量」と「切替時間」の各値は、本実施形態の「充電電圧の出力制御」を説明するために便宜的に設定した値である。このため、それら「蓄電池ＢＴＴの充電量」と「切替時間」の各値は、図７に示す値に限るものではなく、充電対象となるバッテリの性能等に応じて任意に設定することができる。

さらに、タイミング発生器１５は、蓄電池ＢＴＴの充電量の増加にともなって、充電制御部１６における第一電圧（トリクル電圧）と第二電圧（クイック電圧）の出力時間（供給時間）が長くなるように制御することから、「出力制御部」としての機能を有している。
また、図６においては、クイック電圧の印加が四回、トリクル電圧の印加が五回となっている。ただし、クイック電圧とトリクル電圧の切替制御は、図７に示す切替時間にしたがって行うので、それらクイック電圧とトリクル電圧の印加回数は、四回又は五回に限るものではなく、充電する間に相当回数行われることになる。
さらに、図６においては、充電電流の縦軸を省略してあるが、充電電流は、同図のグラフ線に示すように、バッテリの充電量の増加にともなって減少するものである。

以上説明したように、本実施形態の充電器及び充電装置によれば、所定の電圧値を有したトリクル電圧と、このトリクル電圧とは異なる所定の電圧値を有したクイック電圧とを交互に出力してバッテリの充電を行うこととしたので、充電電圧が０Ｖから急激に供給されるのではなく、所定の電圧値から上昇した電圧として供給される。これにより、バッテリの電極板の負担を軽減でき、電極板の絶縁体の耐圧の低下や機械的劣化を抑制できる。

また、充電器を複数備え、複数のバッテリ（蓄電池）のそれぞれに専用の充電器を接続して充電させる構成としたので、充電電圧を低くして、充電電流を多く流すことができる。よって、個々のバッテリの充電時間を短くでき、組電池全体の充電時間を大幅に短縮することができる。

以上、本発明の充電器及び充電装置の好ましい実施形態について説明したが、本発明に係る充電器及び充電装置は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した実施形態では、充電装置が充電器を複数備えた構成を示したが、充電器を複数備えることに限定されるものではなく、例えば、図８に示すように、充電装置が充電器と切替器をそれぞれ一つずつ備えることもできる。この場合、充電器は、図２に示すような構成にして、図６に示す推移で充電電圧、充電電流を制御することにより、充電時間を短縮できる。また、切替器は、図３に示すような構成にすることで、バッテリへの充電のＯＮ−ＯＦＦを切り替えることができる。

本発明は、バッテリへの充電に関する発明であるので、充電を行う機器や装置に利用可能である。

１ 充電装置
１０ 充電器
１１ インバータ電源（第一出力部、第二出力部）
１４ 充電量検出部
１５ タイミング発生器（出力制御部）
１６ 充電制御部
２０ 切替器
２１ リレー（継電器）
２１１ ウォーム部
２１２ 歯車部
２１５ 接点Ａ（第一接点）
２１７ 接点Ｃ（第二接点）
２１９ 回転接点（接続部材）
３０ 切替制御手段
ＢＴＴ 蓄電池

Claims (4)

1. 二次電池を充電する充電器であって、
   第一電圧を出力する第一出力部と、
   前記第一電圧よりも高い電圧値を有した第二電圧を出力する第二出力部と、
   充電が開始されると、前記第一電圧と前記第二電圧を入力して交互に出力し、これを充電電圧として前記二次電池に供給する充電制御部と、
   前記二次電池の充電量を測定する充電量検出部と、
   前記二次電池への前記第一電圧の供給を開始するときの前記二次電池の充電量にもとづいて、当該第一電圧の出力時間を決定するとともに、前記二次電池への前記第二電圧の供給を開始するときの前記二次電池の充電量にもとづいて、当該第二電圧の出力時間を決定する出力制御部とを備え、
   この出力制御部は、前記充電量の増加にともなって、前記充電制御部における前記第二電圧の出力時間が次第に長くなるように制御する
   ことを特徴とする充電器。
2. 複数の二次電池に対して充電を行う充電装置であって、
   前記請求項１記載の充電器を複数備え、
   各充電器が、前記二次電池に一対一で接続された
   ことを特徴とする充電装置。
3. 前記二次電池と前記充電器との間に切替器を備え、
   この切替器が、前記複数の二次電池の各間を切り離して前記充電器と前記二次電池とを接続する第一経路と、前記充電器と前記二次電池とを切り離して前記複数の二次電池の各間を連結する第二経路とを切り替える
   ことを特徴とする請求項２記載の充電装置。
4. 前記切替器が、前記第一経路と前記第二経路とを切り替える継電器を有し、
   この継電器が、
   前記第一経路に接続された第一接点と、
   前記第二経路に接続された第二接点と、
   これら第一接点又は第二接点のいずれか一方に接続する接続部材と、
   回転又は回動により前記接続部材を移動させる歯車部と、
   この歯車部を回転又は回動させるウォーム部とを有した
   ことを特徴とする請求項３記載の充電装置。

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