JP4347526B2

JP4347526B2 - 電動車両用電源システム

Info

Publication number: JP4347526B2
Application number: JP2000590873A
Authority: JP
Inventors: 潤史寺田; 聡山本
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2019-12-28
Also published as: TW553868B; US6456041B1; CN1182986C; WO2000038944A1; EP1059190A1; EP1059190A4; CN1291949A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、例えば電動自転車，電動車椅子，電動スクータ等にエネルギ源として使用されるＮｉ−Ｃｄ，Ｎｉ−ＭＨ等の充電式電池の現時点での最大容量である実力容量を求めることができるようにした電動車両用電源システムに関する。
【０００２】
【背景技術】
電池の残存容量を管理する場合、電池のサイクルユース（使用期間の長短，放電状態）による実力容量の変動を把握する必要がある。この実力容量の変動を把握することを容量学習と言い、その方法としては、満充電状態から、ある設定電圧（たとえば放電停止電圧）までの放電容量によって容量変動を学習するのが一般的な方法である。また、放電には、機器側の放電，リフレッシュによる放電，及びこれらの両放電がある。
【０００３】
ところで、機器側の放電により学習しようとした場合、電池を放電末期状態まで放電しなければならないが、特に電動車両の様に放電停止まで電池を使用してしまった時に不都合が起こる機器では、ユーザーが放電末期状態まで放電するといった頻度が大変少なく、ある一定のサイクルで正確に容量を学習していくのは困難である。
【０００４】
また、リフレッシュ放電を使用して実力容量を学習しようとした時には、定電流，定抵抗等の方式ではコスト，冷却能力の問題から放電電流値を機器（車両）の走行時の放電電流値に比べ大幅に低く設定せざるを得ず、電池の劣化（特に電池の内部抵抗が上昇するような劣化）状態によっては正確な実力容量を学習することは不可能になるという問題がある。例えば電動車両の走行時の電流は５Ａ〜２７Ａとなるが、上記リフレッシュ電流は０．５Ａ程度となる。なお、上記冷却能力を大きくすればリフレッシュ電流値を大きくできるのであるが、このようにするとコスト高となる。
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、実力容量の正確な学習を実施できる電動車両用電源システムを提供することを課題としている。
【０００６】
【発明の開示】
図１５のクレーム構成図に示すように、請求項１の発明は、充電式電池４００のサイクル使用した時の現時点での最大容量学習値である実力容量を求めるようにした電動車両用電源システム４０２において、上記充電式電池４００のリフレッシュ放電を行なう放電手段４０３と、該放電手段４０３によるリフレッシュ放電が、パルス波形をなす部分を含む放電電流により実施されるよう上記放電手段４０３を制御する放電制御手段４０４と、上記パルス波形電流によるリフレッシュ時放電容量を含む放電容量に基づいて上記電池４００の実力容量を求める実力容量学習手段４０５とを備え、該実力容量学習手段は、走行による走行時放電容量と上記リフレッシュ時放電容量との和に基づいて上記充電式電池の実力容量を求めることを特徴としている。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１において、リフレッシュ放電がパルス波形をなす部分と定電流をなす部分とからなる放電電流により実施されることを特徴としている。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、上記放電制御手段４０４は、上記リフレッシュ放電が２段階に分割され、その１段目の放電が２段目の放電に比べて高い電流値のパルス波形で実施され、２段目の放電が定電流で実施されるよう上記放電手段４０３を制御し、上記実力容量学習手段４０５は、上記１段目の放電の終了時までの放電容量により上記実力容量を求めることを特徴としている。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項３において、上記放電制御手段４０４は、上記１段目の放電における平均放電容量（電力）と、上記２段目の放電における放電容量（電力）とが略等しくなるよう上記放電手段４０３を制御することを特徴としている。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項３又は４において、上記放電制御手段４０４は、電池電圧が所定電圧に達したとき、上記１段目の放電から２段目の放電に切り替えることを特徴としている。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項３ないし５の何れかにおいて、上記実力容量学習手段４０５は、先回の充電が途中で停止することなく完了している場合及び電池の初期又は先回のリフレッシュ放電からの充放電サイクルが所定回数以内の場合に上記充電式電池の実力容量の学習を行なうことを特徴としている。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項１ないし６の何れかにおいて、上記放電手段４０３にリフレッシュ放電を実行させるリフレッシュ要信号を上記放電制御手段４０４に入力する外部スイッチ手段４０６を設けたことを特徴としている。
【００１３】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１ないし図１３は、本発明の第１実施形態による電動補助自転車用電源システムを説明するための図であり、図１は上記電源システムのうち充電装置を非車載とし、着脱式電池ケースを車載した電動車両としての電動補助自転車の側面図、図２は上記電源システムのブロック構成図、図３は上記電源システムの変形例を示すブロック構成図、図４〜図６は上記電源システムの電池管理装置と充電装置との間で送受信される信号データを説明するための図、図７，８は放電による充電式電池の放電電流と電圧との関係を示す特性図、図９，１０は上記電池管理装置の動作を、図１１〜図１３は上記充電装置の動作を、それぞれ説明するためのフローチャート図である。
【００１５】
図において、１は本実施形態電源システムのうち充電装置１１２を非車載とし、着脱式電池ケース１００を車載した電動車両としての電動補助自転車であり、これの車体フレーム２はヘッドパイプ３と、該ヘッドパイプ３から車体後方斜め下方に延びるダウンチューブ４と、該ダウンチューブ４の後端から上方に略起立して延びるシートチューブ５と、上記ダウンチューブ４の後端から後方に略水平に延びる左，右一対のチェーンステー６と、該両チェーンステー６の後端部と上記シートチューブ５の上端部とを結合する左，右一対のシートステー７と、上記ヘッドパイプ３とシートチューブ５とを接続するトップチューブ１１とを備えている。
【００１６】
上記ヘッドパイプ３にはフロントフォーク８が左右に回動可能に枢支されている。該フロントフォーク８の下端には前輪９が軸支されており、上端には操向ハンドル１０が固着されている。また上記シートチューブ５の上端にはサドル１２が装着されている。さらに上記チェーンステー６の後端には後輪（車輪）１３が軸支されている。
【００１７】
なお、図示していないが、上記操向ハンドル１０の中央には速度メータ等を備えた計器パネル（不図示）が設けられており、このパネル部分に、リフレッシュ放電が必要と判断された時にその旨が表示される表示装置を設けても良い。
【００１８】
上記車体フレーム２の下端部には、クランク軸１６の両端突出部に取り付けられたクランクアーム１６ａを介してペダル１６ｂに入力されたペダル踏力（人力）と、内蔵する電動モータ１７からの人力の大きさに比例した補助動力との合力を出力するパワーユニット１５が搭載されている。即ち、ペダル踏力の大きさがモータ駆動指令２８となる。このパワーユニット１５からの出力はチェーン３０を介して上記後輪１３に伝達される。
【００１９】
なお、本実施形態自転車１は外部からモータ駆動指令２８を入力するための自走レバー１４をも備えており、該自走レバー１４を操作することにより、ペダル１６ｂに入力することなく電動モータ１７からの動力のみで走行することも可能となっている。
【００２０】
また上記電動モータ１７等の電源となる電池ケース１００は、上記シートチューブ５の後面に沿うようにかつ左，右のシートステー７，７に挟まれるように車体に対して着脱自在に配設されている。上記電池ケース１００は、多数の単電池１０１を直列に接続してなる電池（充電式電池）１０２を収納しており、また上記電池１０２の温度を検出する温度センサ１０３と、該電池１０２の電流値を測定する電流計１０４とを備えている。さらにまた、上記電池ケース１００は、上記電池１０２の管理等を行なう電池管理装置１０５を備えている。
【００２１】
また、上記電池ケース１００は、車載時にはコネクタ１０７，１０８によりモータ駆動回路２２と装着と同時に自動接続され、コネクタ１１０，１１１により上記電動補助自転車１の走行制御を行なう走行制御部１０９と通信Ｉ／Ｆ１２０ａ，１２０ｂを介して自動接続される。
【００２２】
一方、上記電池ケース１００は、充電時には、車体から取り外された状態で、あるいは車載状態のままでコネクタ１１３，１１４により非車載で全く独立に構成された充電装置１１２の出力側と接続され、またコネクタ１１５，１１６により上記充電装置１１２の通信Ｉ／Ｆ１２７，１２０ｃを介して接続される。ここで図１において、１００ａは電池ケース１００に設けられたた充電口であり、ここに上記コネクタ１１３，１１４，１１５，１１６の電池ケース側端子が配置される。また１２１は上記充電装置１１２の充電プラグであり、この中に上記コネクタ１１３〜１１６の充電装置側端子が配置されており、上記充電口１００ａに差し込み自在となっている。上記電池ケース１００と充電装置１１２とで本実施形態における電源システム２１が構成される。なお、上記コネクタ１０７，１０８と１１３，１１４、及びコネクタ１１０，１１１と１１５，１１６は共通にしても良い。
【００２３】
上記電池管理装置１０５は、上記温度センサ１０３からの電池温度データＴと、電流計１０４からの電流値データＩと、電池１０２の電圧データＶとが入力され、上記充電式電池１０２のリフレッシュ放電の制御等を行なう電池管理・制御部１１７と所定のデータを記憶するＥＥＰＲＯＭ１０６を備えており、また、該電池管理・制御部１１７からの信号に基づいて表示を必要とする時に表示ボタン１１８を押すことにより電池残存容量やリフレッシュお知らせ情報が表示される表示装置１１９と、上記充電装置１１２や走行制御部１０９との通信を行なう通信Ｉ／Ｆ１２０ｃや１２０ａとを備えている。なお、上記表示装置１１９は、速度メータ等が設置される車両側の表示パネル部分に設けても良い。
【００２４】
なお、上記ＥＥＰＲＯＭ１０６には、上記所定のデータとして、初期もしくは先回のリフレッシュ放電からの充電回数，放電回数，充放電サイクル数や、上記電池１０２の電池実力容量，放電時の放電容量や、リフレッシュ放電必要の表示後のリフレッシュ放電の実施の有無等が記憶される。
【００２５】
また上記電池管理・制御部１１７は、上記充電式電池１０２の、例えば電池温度，電圧，残存容量等の電池状態、初期もしくは先回のリフレッシュ放電からの充電回数，放電回数，充放電サイクル数，電池実力容量と放電容量との差，リフレッシュ放電必要表示後のリフレッシュ放電の有無等の電池履歴等に基づいてリフレッシュ放電の要否を判断し、また電池残存容量を上記表示装置１１９に表示させるように機能する。なお、リフレッシュ放電が必要であることを上記表示装置１１９に表示させるようにしてもよい。
【００２６】
さらにまた上記電池管理・制御部１１７は、機器による放電、即ち走行時放電容量と後述の１段目の放電の終了時までのリフレッシュ時放電容量とを合計した放電容量により上記充電式電池１０２の現時点での最大の実力容量を求める実力容量学習手段として機能する。
【００２７】
上記充電装置１１２は、プラグ１２３をコンセントに接続することにより供給された交流電源を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ１２４と、該コンバータ１２４の出力の電圧値，電流値を計測する電圧計１２５，電流計１２６と、上記充電式電池１０２のリフレッシュ放電を行なう放電器（放電手段）１３５と、上記電圧計１２５，電流計１２６からの計測値や上記通信Ｉ／Ｆ１２７からの所定の信号等が入力される充電／放電制御部１２８とを備えている。
【００２８】
また、上記充電装置１１２は、この充電装置１１２と上記電池ケース１００とが接続されていることを示す接続信号を、上記充電／放電制御部１２８に出力する電池接続検知部１２９を備えている。
【００２９】
さらにまた、上記充電装置１１２には、後述する表示装置１３３にリフレッシュ放電が必要な旨が表示されている場合に、ユーザーが押すことによって上記充電／放電制御部１２８にリフレッシュ放電指令を出力するリフレッシュスイッチ１３１が設けられている。なお、リフレッシュスイッチを図２に符号１３７で示すように電池ケース１００側にも設けても良い。
【００３０】
上記ＡＣ／ＤＣコンバータ１２４の出力は出力制御部１３２を介して上記充電／放電制御部１２８により制御される。また表示装置１３３や上記放電器１３５は上記充電／放電制御部（放電制御手段）１２８により制御される。そして上記表示装置１３３には、充電待機中、充電中、充電完了、充電停止、リフレッシュお知らせ、リフレッシュ中、リフレッシュ終了等の情報が表示される。このうちリフレッシュお知らせを電池ケース１００側の表示装置１１９にも同時に表示させても良い。
【００３１】
なお、図３に示すように、電池１０２´として、複数の電池１０２・・１０２が並列に接続されたものを用いる場合、各電池１０２の温度を検出する複数の温度センサ１０３・・１０３が設けられ、各センサ１０３・・１０３の検出値Ｔ１・・Ｔｎが上記電池管理・制御部１１７に入力されるよう構成される。図３において、図２と同符号は同一または相当部分を示している。
【００３２】
次に、図４〜図６に基づいて、上記電動補助自転車１における電池管理装置１０５と充電装置１１２との間で送受信される信号データについて説明する。なお、図４〜図６は、信号データのナンバー（Ｎｏ），及び該ナンバーの内容を示している。
【００３３】
図４は、上記電池管理装置１０５から充電装置１１２にまとめて送信される充放電制御データを示しており、１として「リフレッシュお知らせ」が、２として「１段目リフレッシュ放電電流値」が、３として「１段目リフレッシュパルス値」が、４として「１段目リフレッシュ放電停止電圧」が、５として［２段目リフレッシュ放電電流値」が、６として「２段目リフレッシュ放電停止電圧」が、７として「リフレッシュタイマー値」が、８として「充電開始下限温度」が、９として「充電開始上限温度」が含まれている。なお、上記「リフレッシュお知らせ」は、具体的には「有」又は「無」が示され、リフレッシュ放電の要否を知らせる信号として機能する。
【００３４】
図５は、上記電池管理装置１０５から充電装置１１２にまとめて送信される電池状態データを示しており、１として「電池温度（１）」が、２として「電池温度（２）」が、３として「電池電圧」が、４として「現時点での電池残存容量」が、５として「電池実力容量、即ち、現時点での最大容量学習値」が含まれる。なお、この最大容量学習値とは、充放電を繰り返すうちに電池は次第に劣化し、最大容量も次第に変化（低下）していく中で現在の時点での最大容量値のことである。
【００３５】
また、上記電池温度（１）は、図２に示すように上記充電式電池１０２を１組備える構成の電池温度を、上記電池温度（２）は、２個備える構成の２組目の電池温度をそれぞれ意味している。また図３に示すように上記充電式電池１０２を複数組備える場合には、電池温度（１）〜（ｎ）まで含まれる。
【００３６】
図６は、上記充電装置１１２から電池管理装置１０５にまとめて送信される充電器状態データを示しており、１として「充放電制御データ要求」が、２として「電池状態データ要求」が、３として「１段目リフレッシュ中」が、４として「１段目リフレッシュ終了」が、５として「２段目リフレッシュ中」が、６として「２段目リフレッシュ終了」が、７として「充電中」が、８として「充電待機中」が、９として「充電完了」が、１０として「充電停止」が含まれる。なお「充電完了」とは１００％充電されたことを意味し、「充電停止」とはこれ以上充電を続けると危険である等の理由で充電を止めたことを意味する。
【００３７】
次に、図７，８に基づいて、本実施形態で行われる上記２段階のリフレッシュ放電について説明する。
【００３８】
図７に示すように、１段目の放電は、電流Ｉ１を通電時間ａ，遮断時間ｂのパルス波形で流すことにより実施され、２段目の放電は、一定電流Ｉ０で所定時間継続される。この場合、上記時間ａ，ｂは、Ｉ０＝Ｉ１×（ａ／ａ＋ｂ）となるように、即ち、上記１段目，２段目の放電における消費電力が略等しくなるよう設定される。なお、上記１段目の放電電流値Ｉ１としては車両走行時のモータによる放電電流値例えば５Ａが用いられ、上記２段目の放電電流値Ｉ０としてはＩ１の１／１０の大きさの０．５Ａが用いられる。
【００３９】
また、図８に示すように、上記１段目の放電において上記電池電圧が所定の放電停止電圧Ｖ１まで低下すると上記２段目の放電に切り替えられ、該２段目の放電は上記電池電圧が放電停止電圧Ｖ２に低下するまで行われる。なお、上記電池電圧Ｖ１，Ｖ２にはそれぞれ図４に示す充放電制御データ内のＮｏ４「１段目リフレッシュ放電停止電圧」，及びＮｏ６「２段目リフレッシュ放電停止電圧」が用いられる。
【００４０】
次に、図９〜図１３のフローチャート図に基づいて、本電源システム２１における電池管理装置１０５及び充電装置１１２の動作を説明する。図９，１０は上記電池管理装置１０５の動作を、図１１〜図１３は上記充電装置１１２の動作をそれぞれ示しており、図９は電池容量学習判定の処理を示している。
【００４１】
１段目リフレッシュ放電において、１段目停止電圧を検出した時点で容量学習判定の処理を実施する。図９に示すように、上記充電式電池１０２の充放電の回数を示すサイクルカウンターが２０以下で、上記充電式電池１０２の充電が完了しており、自己放電量が所定の設定値以下であれば（ステップＡ１〜Ａ３）、電池実力容量の学習が行なわれる（ステップＡ４）。一方、上記カウンターが２０以下でないか、又は、充電が完了していないか、又は、自己放電量が所定の設定値より大であれば、電池実力容量の学習は見送られてこの処理を終了する。なお、上記ステップＡ３における自己放電量とは、時間の経過により自然に放電する電気量のことである。
【００４２】
次に、図１０に基づいて電池管理装置のリフレッシュお知らせ処理動作を説明する。
【００４３】
上記電池管理装置１０５が待機モードであって（ステップＣ１）、後述の接続信号（Ｄ９）の割込により、充電器接続信号が検出され（ステップＣ２）、上記充電装置１１２から送信された図６のＮｏ１に示す「充放電制御データ要求」信号（Ｄ１０）が受信されると（ステップＣ３）、上記電池管理装置１０５はリフレッシュ放電要否判定を実施し（ステップＣ４）、充放電制御データを作成し（ステップＣ５）、電池管理装置１０５から充電装置１１２に図４に示す充放電制御データが送信される（ステップＣ６）。
【００４４】
なお、上記ステップＣ４におけるリフレッシュ放電の要否判定は、初期もしくは先回のリフレッシュ放電からの充電回数，放電回数，又は充放電サイクル数や、先回のリフレッシュ放電必要の表示後のリフレッシュ放電実行の有無、あるいは放電停止電圧が検出されるまでの放電容量と実力容量との差に基づいて行われる。例えば上記充放電サイクル数が２０回以上の場合、及びリフレッシュ放電必要表示後のリフレッシュ放電不実行時にリフレッシュ放電要と判定される。
【００４５】
次に、図６の「充電器状態データ」信号の受信が待機され（ステップＣ７）、この信号が正常に受信されると（ステップＣ８）、充電器状態データ内にリフレッシュ放電中の信号が含まれているか否かが判定され（ステップＣ９）、リフレッシュ中であれば、電池温度，電圧，電流が計測され（ステップＣ１０）、電池の残存容量が計算され（ステップＣ１１）、図５に示す電池状態データが上記充電装置１１２に送信される（ステップＣ１２）。
【００４６】
そして、上記電池管理装置１０５に上記充電装置１１２が接続されており（ステップＣ１３）、現在のリフレッシュ放電が２段目ではなく（ステップＣ１４）、１段目のリフレッシュ放電が終了すると（ステップＣ１５）、電池実力容量の学習が行なわれ（ステップＣ１６）、上記ステップＣ７に処理が戻る。上記ステップＣ１６では、機器による放電、即ち走行時放電容量と上記１段目の放電の終了時までのリフレッシュ時放電容量との合計の放電容量により電池の現時点での最大容量学習値である実力容量が求められる。
【００４７】
上記ステップＣ１４において現在のリフレッシュ放電が２段目であって、この２段目の放電が終了した時は（ステップＣ１７）、上記サイクルカウンターがクリアされて（ステップＣ１８）、上記ステップＣ７に処理が戻る。なお、上記ステップＣ１７において２段目の放電が終了していない時は直ちに上記ステップＣ７に処理が戻る。
【００４８】
上記ステップＣ９においてリフレッシュ放電中以外であると判定された場合は、電池温度，電圧，電流が計測され（ステップＣ１９）、電池の残存容量が計算されて（ステップＣ２０）、図５に示す電池状態データが充電装置１１２に送信される（ステップＣ２１）。
【００４９】
そして、この電池管理装置１０５に上記充電装置１１２が接続されており（ステップＣ２２）、上記「充電器状態データ」から充電完了信号が検出されると（ステップＣ２３）、上記ステップＣ１の待機モードに処理が移行する。なお、上記ステップＣ１３．ステップＣ２２において、この電池管理装置１０５と上記充電装置１１２との接続が検出されない時も上記ステップＣ１の待機モードに処理が移行する。
【００５０】
また、上記ステップＣ８において、「充電器状態データ」信号が正常に受信されない時は、通信異常として（ステップＣ２４）、異常表示２として上記表示装置１３３に交互点滅表示が行なわれる（ステップＣ２５）。
【００５１】
次に、図１１に基づいて充電準備段階にある上記充電装置１１２のＡＣプラグ接続後の動作を説明する。上記充電装置１１２のブラグ１２３がコンセントに接続されると（ステップＤ１）、上記電池ケース１００の接続検知が待機される（ステップＤ２）。
【００５２】
上記接続が検知され（ステップＤ２）、充電式電池１０２の電圧Ｖが２０Ｖ未満であることが検出されると（ステップＤ３）、充電電流０．５Ａによる予備充電が開始され（ステップＤ４）、上記表示装置１３３に充電中であることが表示され（ステップＤ５）、タイマーがオンされて充電時間が計測される（ステップＤ６）。
【００５３】
そして、上記充電式電池１０２の電圧Ｖが２０Ｖ以上になると（ステップＤ７）、上記充電出力が停止され（ステップＤ８）、この充電装置１１２から上記電池管理装置１０５に、上記ステップＣ２で受信される充電器接続信号が送信され（ステップＤ９）、また、上記ステップＣ３で受信される図６に示す「充放電制御データ要求」信号の送信が開始され（ステップＤ１０）、上記ステップＣ６で送信された上記充放電制御データが正常に受信されれば（ステップＤ１１）、後述のリフレッシュ放電モードに移行する。
【００５４】
また、上記ステップＤ１１において、上記充放電制御データが正常に受信されない時は、通信異常として（ステップＤ１２）、異常表示２が表示装置１３３に表示され（ステップＤ１３）、この処理が終了する。
【００５５】
また、上記ステップＤ７において上記電圧が２０Ｖ以上ではない状態が６０分継続されると（ステップＤ１４）、異常表示１が表示装置１３３に表示され（ステップＤ１５）、この処理が終了する。
【００５６】
次に、図１２に基づいて上記充電装置１１２のリフレッシュ放電処理動作を説明する。
【００５７】
上記充電装置１１２がリフレッシュ放電モードであって（ステップＥ１）、上記ステップＣ５で作成された充放電制御データに「リフレッシュお知らせ」信号が含まれていれば（ステップＥ２）、上記表示装置１３３を構成する例えばＬＥＤが一定時間点滅してリフレッシュ放電操作が必要であることを示すリフレッシュお知らせ表示が行われるとともに（ステップＥ３）、タイマーがオンされて経過時間の計測が開始される（ステップＥ４）。なお、上記ステップＥ２において、上記「リフレッシュお知らせ」信号が含まれていない場合は、後述の充電モードへ処理が移行する。
【００５８】
上記ステップＥ４の計測開始から所定時間内に、上記リフレッシュスイッチ１３１がオンされない時は、タイムオーバーとして（ステップＥ５，Ｅ６）、上記リフレッシュお知らせ表示が消灯され（ステップＥ７）、後述の充電モードに移行する。これによって急いでいる場合等にはリフレッシュ放電を省略して充電時間を短縮できる。
【００５９】
上記ステップＥ５において、所定時間内に上記リフレッシュスイッチ１３１がオンされると、リフレッシュお知らせ表示が点灯に変わり（ステップＥ８）、この充電装置１１２から上記電池管理装置１０５に「充放電制御データ要求」信号を含む充電器状態データが送信開始され（ステップＥ９）、上記充電式電池の１段目のリフレッシュ放電が開始される（ステップＥ１０）。
【００６０】
そして、上記ステップＣ１２にて送信される図５に示す電池状態データが正常に受信され（ステップＥ１１）、該データ内容に基づいて１段目のリフレッシュ放電を終了する判定がなされれば（ステップＥ１２）、２段目のリフレッシュ放電が開始される（ステップＥ１３）。上記１段目のリフレッシュ放電は、電池電圧が１段目放電停止電圧Ｖ１に達した時に、上記１段目の放電から２段目の放電に切り替えられる。
【００６１】
次に、上記ステップＣ１２にて送信される図５に示す電池状態データが正常に受信され（ステップＥ１４）、該データ内容に基づいて２段目のリフレッシュ放電を終了する判定がなされれば（ステップＥ１５）、上記リフレッシュお知らせ表示が消灯され（ステップＥ１６）、上記ステップＥ９において送信開始された「充電器状態データ」信号の送信が停止されて（ステップＥ１７）、リフレッシュ放電が終了され（ステップＥ１８）、後述の充電モードに移行する。なお、ステップＥ１５で２段目のリフレッシュ放電を終了する判定がなされていない場合は、ステップＥ１４，Ｅ１５の処理が繰り返えされる。
【００６２】
また、上記ステップＥ１１，Ｅ１４において、上記電池状態データが正常に受信されない時は、通信異常として（ステップＥ１９，Ｅ２１）、異常表示２が表示装置１３３に表示され（ステップＥ２０，Ｅ２２）、この処理が終了する。
【００６３】
上記ステップＥ１０，Ｅ１３における２段階のリフレッシュ放電では、上記図７，８に示すように、１段目の放電は２段目の電流値Ｉ０に比べて高い電流値Ｉ１のパルス波形で行われ、２段目は定電流，又は定抵抗で行われる。そして、上記１段目と２段目との放電における消費電力が略等しくなるよう行なわれ、さらにまた、上記１段目と２段目との切り替えは電池電圧が１段目リフレッシュ放電停止電圧に達した時に行われる。
【００６４】
次に、図１３に基づいて上記充電装置１１２の充電処理動作を説明する。
【００６５】
この充電装置１１２が充電モードに移行すると（ステップＦ１）、該充電装置１１２から電池管理装置１０５に図６に示す「電池状態データ要求」信号を含む充電器状態データが送信開始される（ステップＦ２）。上記ステップＣ２１にて上記電池管理装置１０５から送信される図５に示す電池状態データが正常に受信されると（ステップＦ３）、この電池状態データ内の電池温度が充放電制御データ内に設定されている充電開始下限温度と充電開始上限温度との間の充電開始温度内かどうか判定され（ステップＦ４）、該充電開始温度内でない時は充電は待機され（ステップＦ５）、上記表示装置１３３のＬＥＤが充電待機表示として点滅されて（ステップＦ６）、上記ステップＦ３に処理が移行する。
【００６６】
上記ステップＦ４において電池温度が充電開始温度内と判定されると、充電が開始され（ステップＦ７）、トータルタイマーによる経過時間の計測が開始され（ステップＦ８）、この充電装置１１２から上記電池管理装置１０５に図６に示す「電池状態データ要求」信号を含む充電器状態データが送信される（ステップＦ９）。上記ステップＣ２１にて上記電池管理装置１０５から送信された図５に示す電池状態データが正常に受信されれば（ステップＦ１０）、充電の終了判定が行なわれ（ステップＦ１１）、充電終了と判定されない時は上記ステップＦ９に処理が戻り、上記ステップＦ９〜Ｆ１１が繰り返される。
【００６７】
上記受信された電池状態データよりステップＦ１１において充電終了と判定された時は、この充電装置１１２から上記電池管理装置１０５に、上記ステップＣ２３にて受信される図６に示すＮｏ９の「充電完了」信号，又はＮｏ１０の「充電停止」信号の何れかを含む充電器状態データが送信されるとともに（ステップＦ１２）、補充電タイマーによる経過時間の計測が開始され（ステップＦ１３）、補充電（例えば０．５Ａ×２ｈ）が開始され（ステップＦ１４）、所定時間を経過すると補充電が停止されて、この処理が終了となる。
【００６８】
また、上記ステップＦ３又はＦ１０において、上記電池管理装置１０５からの図５に示す電池状態データが正常に受信されないと、通信異常として（ステップＦ１６．Ｆ１８）、異常表示２が表示装置１３３に表示され（ステップＦ１７．Ｆ１９）、この処理が終了する。
【００６９】
このように本実施形態の電源システム２１では、図７，８に示すように、１段目をパルス波形をなす放電電流Ｉ１で放電するようにしたので、放電電流Ｉ１を車両走行時の放電電流、例えば５Ａに近づけることができ、必要な冷却能力を増大することなく低コストで実力容量を正確に学習することができる。また、２段目を走行時放電電流の１／１０程度の低電流で放電するようにしたので冷却能力の問題を生じることなくリフレッシュ放電を行なうことができ、メモリー効果を解消することができる。
【００７０】
また、上記１段目と２段目とにおける消費電力を略等しくしたので、１段目と２段目との発熱量が略等しくなるため、上記０．５Ａで連続放電する時に発生する熱に対する冷却を行なうだけで良く、必要な冷却能力を増大する必要がない分コストを低減できる。
【００７１】
また、上記電池電圧Ｖが、図４に示す充放電制御データ内の１段目リフレッシュ放電停止電圧に達した時に１段目と２段目との放電を切り替えるようにしたので、１段目の高い放電電流による放電と２段目の低い放電電流による放電とを確実に切り替えることができる。
【００７２】
また、上記ステップＡ４において、１段目の放電終了時までのリフレッシュ時放電容量と機器による放電時の放電容量、つまり走行時放電容量との合計に基づいて電池実力容量を学習するようにしたので、この点からも実力容量を正確に学習することができる。
【００７３】
また、上記ステップＡ１，Ａ２において、電池の初期又は先回のリフレッシュ放電からの充放電サイクルが一定回数以内の時や、先回の充電の完了時にのみ、電池実力容量の学習を行なうようにしたので、電池実力容量をより一層正確に学習することができる。
【００７４】
なお、上記第１実施形態では、電源システム２１が電池ケース１００と充電装置１１２とを別体とし、充電装置１１２を非車載、電池ケース１００を着脱可能に車載した場合を示したが、上記充電装置１１２と電池ケース１００とを分離可能にユニット化し、このユニットを車体に着脱可能に搭載しても良い。何れの場合にも充電装置１１２と電池ケース１００とはコネクタで接続することとなるが、本発明の電源システムは電池ケースと充電装置とを完全一体化して車体に対し、着脱自在としても良い。また電池ケースと充電装置とを車体に常時搭載しておき、充電時には充電装置側のプラグを電源側のコンセントに差し込むだけとしても良い。
【００７５】
図１４は電池ケースと充電装置とを車体に常時搭載した、例えば電動スクータの場合の第２実施形態を示し、図１，図２と同一符号は同一又は相当部分を示す。本第２実施形態の電源システム２００は、多数の単電池１０１を直列接続してなる電池１０２を備えた電池部２１２と、該電池１０２を充電する充電部２１４と、該充電部２１４による充電制御、及びリフレッシュ放電の制御を行なう制御部（ＥＣＵ）２１５、モータ１７の駆動制御を行う駆動部２１７とを備えている。
【００７６】
上記制御部２１５は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２４の出力側に接続された電流計１２６，電圧計１２５からの各計測値や上記リフレッシュスイッチ１３１からの放電指令が入力され、出力制御部１３２，放電器１３５を制御する充電／放電制御部１２８と、上記電池１０２の電圧値Ｖ，温度センサ１０３からの温度検出値Ｔ，電流計１０４からのバッテリ電流値Ｉが入力される電池管理・制御部１１７とを有する。また駆動部２１７は、外部からの駆動指令２８、例えばスロットルグリップからの指令が入力され、上記モータ駆動回路２２を制御する走行制御部１０９とを備えている。
【００７７】
なお、上記各実施形態では、リフレッシュ放電を２段階に分割したが、本発明によるリフレッシュ放電は必ずしも２段階に限定されるものではなく、要は、パルス波形電流による放電と、定電流による放電との組み合わせでリフレッシュ放電を行えば良い。
【００７８】
また上記各実施形態では、リフレッシュ要判断条件が満足されたときにリフレッシュお知らせ表示がなされ、この表示がなされている間の所定時間内にユーザーがリフレッシュスイッチ１３１をオンした時にリフレッシュ放電が実行されるようにしたが、請求項７の実施形態では、上記放電器（放電手段）１３５にリフレッシュ放電を強制的に実行させるリフレッシュ要信号を上記電池管理・制御部（放電制御手段）１１７に入力するリフレッシュ強制スイッチ（外部スイッチ手段）１３８を設けている（図２，図３参照）。
【００７９】
上記リフレッシュ強制スイッチ１３８は、乱用を防止するために、比較的長時間（例えば４０秒程度）押し続けることにより有効となるように構成されている。このリフレッシュ強制スイッチ１３８が有効に押されると、図１０のステップＣ４においてリフレッシュ放電要否判断の如何に関わらずリフレッシュ要と判断され、ステップＣ５，Ｃ６においてリフレッシュ強制信号を含む充放電制御データが作成され送信される。そして充電装置１１２側ではリフレッシュスイッチ１３１のオンオフの如何に関わらず自動的にリフレッシュ放電が実行される。なお、リフレッシュ放電の内容は上記各実施例と同様とする。
【００８０】
このように請求項７の実施形態では、リフレッシュ強制スイッチ１３８を設け、該スイッチ１３８が有効に押されると、自動的にリフレッシュ放電が実行されるようにしたので、例えばリフレッシュ要判断条件を満足していない時点であってかつ電池の実力容量を学習する必要のある場合に、リフレッシュ放電を外部から強制的に実行でき、該リフレッシュ放電時の放電容量により実力容量を精度良く学習することができる。
【００８１】
【産業上の利用可能性】
請求項１の発明に係る電動車両用電源システム４０２によれば、リフレッシュ放電をパルス波形をなす部分を含む放電電流で行い、パルス波形電流によるリフレッシュ時放電容量を含む放電容量に基づいて実力容量を学習し、走行時放電容量とリフレッシュ時放電容量との和によって、また請求項２の発明では、パルス波形をなす部分と定電流をなす部分とでリフレッシュ放電を行ない、さらにまた請求項３の発明では、リフレッシュ放電を２段階に分割し、その１段目の放電を２段目の放電に比べて高い電流値のパルス波形で実施し、２段目の放電を定電流，又は定抵抗で実施するとともに、上記１段目の放電の終了時までの放電容量により実力容量を求めるようにしたので、上記充電式電池の実力容量を正確に学習することができる。
【００８２】
また、リフレッシュ放電をパルス波形をなす放電電流で行うようにしたので、冷却能力からの制約が小さくなり、上記パルス電流値を例えば５Ａ程度と車両走行時の電流値に近づけることが可能であり、その結果電池の実力容量を低コストで正確に学習することができる。また、２段目を低電流で放電するようにしたので、冷却能力の問題を生じることなくリフレッシュ放電を行なうことができ、メモリー効果を解消することができる。
【００８３】
請求項４の発明によれば、１段目の放電における消費電力と２段目の放電における消費電力とを略等しくしたので、１段目と２段目との発熱量を略等しくでき、１段目と２段目とで同じ冷却を用いることができ、能力上のアンバランスが生じることがなく、最小限の冷却能力でのリフレッシュ放電を実現できる。
【００８４】
請求項５の発明によれば、電池電圧が所定電圧に達したとき、１段目の放電から２段目の放電に切り替えるようにしたので、電池の実力容量を正確に学習することができる。
【００８５】
請求項６の発明によれば、先回の充電が途中で停止することなく完了している場合及び電池の初期又は先回のリフレッシュ放電からの充放電サイクルが所定回数以内の場合にのみ実力容量の学習を行なうようにしたので、電池の実力容量を正確に学習することができる。
【００８６】
請求項７の発明によれば、外部スイッチ手段によりリフレッシュ要信号を入力することにより必要に応じてリフレッシュ放電を強制的に実行できるようにしたので、例えばリフレッシュ要判断条件を満足していない時点であってかつ電池の実力容量を学習する必要のある場合に、リフレッシュ放電を実行させることができ、該リフレッシュ放電における放電容量により実力容量を精度良く学習することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による電動補助自転車の側面図である。
【図２】上記第１実施形態における電源システムのブロック構成図である。
【図３】上記電源システムの変形例を示すブロック構成図である。
【図４】上記電源システムの電池管理装置と充電装置との間で送受信される信号データを説明するための図である。
【図５】上記電源システムの電池管理装置と充電装置との間で送受信される信号データを説明するための図である。
【図６】上記電源システムの電池管理装置と充電装置との間で送受信される信号データを説明するための図である。
【図７】上記充電式電池のリフレッシュ放電時の放電電流の変化を示す特性図である。
【図８】上記充電式電池のリフレッシュ放電時の電池電圧の変化を示す特性図である。
【図９】上記電池管理装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図１０】上記電池管理装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図１１】上記充電装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図１２】上記充電装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図１３】上記充電装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図１４】本発明の第２実施形態による電源システムのブロック構成図である。
【図１５】本発明のブロック構成図である。

Claims

充電式電池のサイクル使用した時の現時点での電池の実力容量を求めるようにした電動車両用電源システムにおいて、上記充電式電池のリフレッシュ放電を行なう放電手段と、該放電手段によるリフレッシュ放電が、パルス波形をなす部分を含む放電電流により実施されるよう上記放電手段を制御する放電制御手段と、上記パルス波形電流によるリフレッシュ時放電容量を含む放電容量に基づいて上記充電式電池の実力容量を求める実力容量学習手段とを備え、該実力容量学習手段は、走行による走行時放電容量と上記リフレッシュ時放電容量との和に基づいて上記充電式電池の実力容量を求めることを特徴とする電動車両用電源システム。
請求項１において、上記リフレッシュ放電がパルス波形をなす部分と定電流をなす部分とからなる放電電流により実施されることを特徴とする電動車両用電源システム。
請求項１又は２において、上記放電制御手段は、上記放電手段によるリフレッシュ放電が、２段階に分割され、その１段目の放電が２段目の放電に比べて高い電流値のパルス波形電流で実施され、２段目の放電が定電流で実施されるよう上記放電手段を制御し、上記実力容量学習手段は、上記１段目の放電の終了時までの放電容量により上記実力容量を求めることを特徴とする電動車両用電源システム。
請求項３において、上記放電制御手段は、上記１段目の放電における平均放電容量（電力）と、上記２段目の放電における放電容量（電力）とが略等しくなるよう上記放電手段を制御することを特徴とする電動車両用電源システム。
請求項３又は４において、上記放電制御手段は、電池電圧が所定電圧に達したとき、上記１段目の放電から２段目の放電に切り替えることを特徴とする電動車両用電源システム。
請求項３ないし５の何れかにおいて、上記実力容量学習手段は、先回の充電が途中で停止することなく完了している場合及び電池の初期又は先回のリフレッシュ放電からの充放電サイクルが所定回数以内の場合に上記電池の実力容量の学習を行なうことを特徴とする電動車両用電源システム。
請求項１ないし６の何れかにおいて、上記放電手段にリフレッシュ放電を実行させるリフレッシュ要信号を上記放電制御手段に入力する外部スイッチ手段を設けたことを特徴とする電動車両用電源システム。