CN1531162A - 电动车辆用充电器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动车辆用充电器，是对将电力提供给驱动电动车辆车轮的电机的电池进行充电的电动车辆用充电器，可削减制造成本。充电器(100)包括：将电力给供给电池(50)而进行充电的电力提供部(102～120)；检测对电池(50)的充电状态和电池(50)的状态的状态检测部(71～77、123～132)；根据由该状态检测部检测出的充电状态和电池(50)的状态，对上述电力提供部进行控制的单一的控制部(CPU101)。

Description

电动车辆用充电器
技术领域
本发明涉及对将电力提供给驱动电动车辆的车轮的电机的电池进行充电的电动车辆用充电器。
背景技术
近年来，在地球环境问题和交通环境问题这样的背景下，由将电池作为电源的电机来驱动车轮的电动两轮车等电动车辆日益受到关注。
电动车辆以电池作为动力源，所以电池容量(电容量)因电池使用等的放电而下降。因此，通过将充电器连接到电池，从该充电器对电池进行充电，从而补充电池容量。
在这样的电动车辆中，管理电池的充放电状态是很重要的。而在电动车辆中，除了电机控制用的控制器以外，还单独设置用于管理电池的充放电状态的作为电池管理用控制器的BMC(电池管理控制器：Battery ManagementController)。
图5是表示以往(或更久已前)的充电器200、BMC250、以及电池199的之间关系的视图(参照专利文献1)。
以往，使用1.2V的Ni-Cd、Ni-MH等电池199，在内置CPU(中央处理器：Central Processing Unit)的BMC250和充电器200之间，通过利用充电控制用信号线，通过通/断(ON/OFF)控制来进行充放电。
可是，作为电池，在使用可进行电流和电压的可变控制的锂离子电池的情况下，与上述Ni-Cd、Ni-MH相比，需要精密的控制。因此，如图6～图8所示，本申请人在使用作为锂离子电池的电池299的情况下，在充电器300和BMC350之间，通过进行数据通信来进行精密的控制。再有，图7主要是说明充电器300的功能的功能框图，图8主要是说明BMC350的功能的功能框图。
如图7所示，在充电器300中，内置一个进行充电器300整体控制的CPU301a。在充电器300中，将火(+)线341和接地(-)线342进行布线。而且，将这些线341、342连接到AC插头349。
而且，在充电器300中，从AC插头349侧一直到连接于BMC350的输出连接器348侧，通过火线(ホット
Figure A20041000774000041
)341和接地线342，依次连接有高频对策扼流圈302、保险丝303、滤波器304、整流器305、FET(Field EffectTransistor：场效应晶体管)306、变压器DC/DC变换器307、电压检测电路308、充电SW(开关、Switch)309、保险丝310、以及分流电阻器311。
其中，高频对策扼流圈302是用于阻止特定频率以上的高频电流的线圈。滤波器304是分离不同频率的电信号的滤波器。整流器305是对AC(交流)电流进行整流并变换为DC(直流)电流的电路。FET306是进行电压放大的晶体管，由后述的开关IC输出控制电路313来控制开关的定时。变压器DC/DC变换器307是进行AC插头349侧(初级侧)和输出连接器348侧(次级侧)的绝缘、同时形成用于从DC(直流)输入对电池299进行充电的规定电压的变换器。电压检测电路308是检测电池299侧的电压的电路。充电SW309a是用于根据来自CPU301a的命令来开始或停止充电的开关。分流电阻器311是用于检测电池299侧的电流的电阻器。此外，电压检测电路312是将通过分流电阻器311检测出电流的结果传送到CPU301a的电路。
而且，在充电器300中设有开关IC输出控制电路313，用于控制FET306的开关定时，切换施加在变压器DC/DC变换器307上的电压。该开关IC输出控制电路313通过基于整流器305的输出DC电流的电源314进行工作。此外，开关IC输出控制电路313根据来自过热保护电路315、过电流保护电路316、以及过电压保护电路317的信号，控制FET306的开关定时。
其中，过热保护电路315被设置在FET306的附近，是在检测FET306的温度并且达到一定温度值以上时、将这种情况的信号发送到开关IC输出控制电路313的电路，FET306重复进行开关动作而发热，可使其不超过一定温度。过电流保护电路316是在检测FET306和变压器DC/DC变换器307之间的电流并达到一定电流值以上的情况下、将这种情况的信号发送到开关IC输出控制电路313的电路，用于抑制变压器DC/DC变换器307中流过的过电流。过电压保护电路317是在根据电压检测电路308的输出信号而施加在电池299上的电压达到一定电压值以上的情况下、将这种情况的信号发送到开关IC输出控制电路313的电路，用于保护电池299。
而且，在开关IC输出控制电路313的附近，设有温度检测传感器318，将有关检测出的温度的信号发送到CPU301a。此外，在充电器300中，设有AC检测电路319，通过检测滤波器304和整流器305之间的AC(交流)成分，检测将AC插头349连接到插座(外部电源)的情况，将这种情况的信号发送到CPU301a。
此外，在充电器300中，设有电压控制/电流控制电路320，根据来自电压检测电路308、电流检测电路312、以及温度检测传感器318等的信号，对开关IC输出控制电路313发送进行何种程度的电压控制和电流控制的信号。
此外，在充电器300中，设有将充电器300冷却的风扇321、通过CPU301a的控制可使风扇321通/断的SW322。
此外，在充电器300中，设有通信I/F360，用于CPU301a通过输出连接器348与BMC350进行数据通信。而且，在充电器300中，设有表示充电状态(充电中、待机中、异常等)的双色发光LED361，根据来自CPU301a的命令而发光。
此外，如图8所示，在BMC350中，内置进行BMC350整体控制的单一CPU301b，设有存储使该CPU301b按照规定的算法执行用的程序的EEPROM(电可擦除只读存贮器：Electrically Erasable and Programmable ReadOnly Memory)323。此外，通过通信I/F324、325，由PC(个人计算机)等进行EEPROM323的数据读取，同时可通过通信I/F370与用于驱动控制电机的MCU(电机控制器：Motor Control Unit)240进行通信。
在BMC350中，设有电流检测电路327，连接用于检测电池299中流过的电流的CT(Current Transformer：变流器)326，同时通过该CT326检测电池299中流过的电流，将有关检测结果的信号发送到CPU301b。
此外，在充电器300中，设有检测对电池299供给的电压并将有关检测结果的信号发送到CPU301b的总电压检测电路328、以及提供给驱动CPU301b的电力的电源329。该电源329有时在充电SW309a根据CPU301b的命令被导通时使用从外部电源供给的电力，有时在关断充电SW309b时使用从电池299供给的电力。
而且，电池299可从车辆中拆卸下来而进行充电，设有用于显示充电时和充电后使用时的电池容量(充电量)的多个LED组351。该LED组351通过LED驱动电路352点亮，通过CPU301b的命令控制点亮。此外，在BMC350中，设有用户可按压的SW353，通过将按压了该SW353的情况通知CPU301b的容量显示SW输入电路354，使上述LED驱动电路352动作。
另一方面，电池299是这样构成的：内置串联连接7个单元而构成的电池模块而形成。在各单元间，设有各个单元电压检测部271～277，检测各单元的电压，将有关检测结果的信号发送到CPU301b。此外，在任意的单元附近，设有用于检测单元温度的温度检测传感器331，将有关单元的温度结果的信号发送到CPU301b。
专利文献1为(日本)特开2001-119801号公报。
但是，在图6所示的充电方式中，为了在作为单体的充电器300和BMC350之间进行数据通信，而在充电器300和BMC350双方中分别内置CPU，同时因是单体造成部件数目增大，存在成本高的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述情况的发明，其目的在于提供一种电动车辆用充电器，对将电力提供给驱动电动车辆车轮的电机的电池进行充电，可削减制造成本。
为了实现上述目的，本发明提供一种电动车辆用充电器，是对将电力提供给驱动电动车辆车轮的电机的电池进行充电的电动车辆用充电器，具有：电力提供装置，将电力提供给所述电池而进行充电；状态检测装置，检测对所述电池的充电状态和电池的状态；单一控制装置，根据由所述状态检测装置检测出的充电状态和电池的状态中的至少一个状态的检测结果，控制所述电力提供装置。
本发明所述的电动车辆用充电器，其中，所述电池是可进行电流和电压的可变控制的电池。
本发明所述的电动车辆用充电器，其中，所述电池由将单元串联连接而构成的单一电池模块形成。
这里，在本发明的“单一电池模块”中，存在多个将单元串联连接而构成的电池模块，不包含将这些多个电池模块并联连接而构成的复合电池模块。
附图说明
图1是本发明实施方式的装载了轴向间隔(axle gap)式旋转电机的装置的一例的电动两轮车的侧面图；
图2是电池箱14的内部结构图；
图3是主要说明图2中充电器100的功能框图；
图4是主要说明图2中电池50的结构图；
图5是表示以往的充电器200、BMC250、以及电池199之间关系的视图；
图6是表示现有的充电器300、BMC350、以及电池299之间关系的视图；
图7是主要说明图6中充电器300的功能框图；
图8是主要说明图6中BMC350的功能框图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的电动车辆、特别是电动两轮车的实施方式。
图1是本发明的实施方式的电动两轮车1的侧面图。
如图1所示，电动两轮车1在其车身前方上部配有前管2，在该前管内，可自由转动地插通有车体方向变更用的未图示的转向轴。在该转向轴的上端，安装有固定了方向柄3a的方向柄支撑部3，在该方向柄3a的两端安装有把套4。此外，未图示的右侧(图1的里侧)的把套G构成可转动的节流阀把套。
而且，从前管2的下端向下方安装有左右一对的前叉5。在各个前叉5的下端，通过前车轴7安装有前轮6，前轮6通过前叉5在缓冲悬架的状态下由前车轴7可自由旋转地轴支撑着。
在方向柄支撑部3的方向柄3a的前方，配置包仪表8a的显示操作部(也总称为仪表)8，该仪表8a包括：用于显示后述的电池的充电状态、电动两轮车1的行驶状态、行驶模式等的例如液晶的显示部；报警音(电子蜂鸣器等)的报警音输出部；以及包含数值、字符信息等信息输入用的多个开关(例如，三个开关)的输入部等，并将它们一体化；在方向柄支撑部3的仪表8a的下方，固定有作为辅机(包含点火器类、报警器类、其操作用的开关等)的前大灯9，在该前大灯9的两侧，分别设有作为辅机的闪光转向信号灯10(在图1中仅示出一方)。
从前管2侧面观察形成大致L字形的左右一对的车架11向车体后方延伸。该车架11为圆管状，在从前管2向车体后方斜下方延伸后，向后方向水平方向延伸，侧面观察成大致L字形。
在这对车架11的后方侧端部，在从该后方侧端部向后方斜上方延伸设置有左右一对车座导轨12，该车座导轨12的后方端部12a按照车座13的形状向后方侧弯曲。而且，在该左右一对的车座导轨12之间，设有电池箱14。在该电池箱14中，如图2所示，内置电池盒50和带有BMC(BatteryManagement Controller)的充电器(以下，简称为‘充电器’)100。
此外，在左右一对的车座导轨12的弯曲部附近，将形成反U字形的车座支撑部15向车体前方斜上方倾斜而焊接着，在由该车座支撑部15和左右的车座导轨12包围的部分上，配置着车座13，该车座13可开闭、即车座13的前端部可上下转动。
在车座导轨12的后端部安装有后防护板16，在该后防护板16的后面，安装有作为辅机的尾灯17。而且，在尾灯17的左右，安装有作为辅机的闪光转向信号灯18(图1中仅示出一方)。
另一方面，在左右一对的车架11的车座13下方的水平部，分别焊接有后臂托架19(图1中仅图示一方)，在左右一对的后臂托架19上，后臂20的前端通过枢轴21可自由摆动地被支撑着。而且，在该后臂20的后端部20a上，作为驱动轮的后轮22可自由旋转地被轴支撑着，该后臂20和后轮22通过后减震器23被缓冲悬架着。
在左右一对的车架11的水平部后方侧，侧支架25通过轴26可转动地支撑在左侧的后臂20上，侧支架25通过返回弹簧27而趋向于关闭侧。
而且，在后臂20的后端部20a内，分别安装有：与后轮22连接的、用于旋转驱动该后轮22的轴向间隔式电动机(以下，简称为“电动机”)28；以及与该电动机28电连接的、用于驱动控制电动机28的(在图1中未示出，在图3中图示)MCU(Motor Control Unit)40。
此外，显示操作部8配有包含仪表微计算机(以下，略记为仪表微机)的仪表控制器，该仪表微机用于进行仪表8a的显示部的显示状况、以及辅机的驱动控制等。在仪表8a的附近，设有用于通过驱动器的操作使MCU40进行通/断操作的未图示的主开关。
另一方面，节流阀把套G在其轴心周围可自由转动，在该节流阀把套G内部，设有未图示的全闭开关，用于在节流阀把套G转动到全闭位置时接通开关而将全闭信号发送到MCU40。此外，设有未图示的电位计，用导线连接到节流阀把套G，根据该节流阀把套G的转动来检测转动操作量，作为节流阀电位值发送到MCU40。再有，由全闭开关和电位计构成节流阀部。
接着，说明本实施方式的充电器100。
以往，BMC和充电器为单体，而如图2所示，本实施方式的充电器100是BMC和充电器成为一体而构成充电器100，将电力提供给电池50而进行充电，同时检测对电池50的充电(容量)状态(供给电力(电流、电压))等及电池50的状态(电压、电流、温度等)，根据该检测出的充电状态和电池的状态中至少一个状态的检测结果，可进行电池50的容量管理和电池50的充放电控制。
图3是主要说明图2中充电器100的视图，图4是主要说明图2中电池50的视图。
如图3所示，在充电器100上，将火(+)线141a和接地(-)线142a进行布线。而且，将这些线141a、142a连接到AC插头149。此外，在充电器100中，内置进行充电器100整体的控制的单一CPU(Central ProcessingUnit)101。
而且，在充电器100中，从AC插头149侧到电池50侧，通过火线141a和接地线142a，依次连接有高频对策扼流圈102、保险丝(Fuse)103、滤波器104、整流器105、FET(Field Effect Transistor：场效应晶体管)106、变压器DC/DC变换器107、电压检测电路108、充电SW109、保险丝110、以及分流电阻器111。
其中，高频对策扼流圈102是阻止特定频率以上的高频电流的线圈。滤波器104是分离不同频率的电信号的滤波器。整流器105对AC(交流)电流进行整流并变换为DC(直流)电流的电路。FET106是进行电压放大的晶体管，由后述的开关IC输出控制电路113来控制开关的定时。变压器DC/DC变换器107是进行AC插头149侧(初级侧)和电池50侧(次级侧)的绝缘，同时形成用于从DC(直流)输入对电池50进行充电的规定电压的变换器。电压检测电路108是检测电池50侧的电压的电路。充电SW109是用于根据CPU101的命令来开始或停止充电的开关。分流电阻器111是用于检测电池50侧的电流的电阻器。此外，电压检测电路112是将通过分流电阻器111检测出电流的结果传送到CPU的电路。
而且，在充电器100中设有开关IC输出控制电路113，用于控制FET106的开关定时，切换施加在变压器DC/DC变换器107上的电压。该开关IC输出控制电路113由基于整流器105的输出DC电流的电源114进行工作。此外，开关IC输出控制电路113根据来自过热保护电路115、过电流保护电路116、以及过电压保护电路117的信号，控制FET106的开关的定时。
其中，过热保护电路115设置在FET106的附近，是在检测FET106的温度并且达到一定温度值以上时、将这种情况的信号发送到开关IC输出控制电路113的电路，FET106因重复进行开关动作而发热，可不超过一定温度。过电流保护电路116是在检测FET106和变压器DC/DC变换器107之间的电流并达到一定电流值以上的情况下、将这种情况的信号发送到开关IC输出控制电路113的电路，用于抑制变压器DC/DC变换器107中流过的过电流。过电压保护电路117是在根据电压检测电路108的输出信号而施加在电池50上的电压达到一定电压值以上的情况下、将这种情况的信号发送到开关IC输出控制电路113的电路，用于保护电池50。
而且，在开关IC输出控制电路113的附近，设有温度检测传感器118，将有关检测出的温度的信号发送到CPU101。此外，在充电器100中，设有AC检测电路119，通过检测滤波器104和整流器105之间的AC(交流)成分，检测出将AC插头149连接到插座(外部电源)上的情况，将这种情况的信号发送到CPU101。
而且，在充电器100中，设有电压控制/电流控制电路120，根据来自电压检测电路108、电流检测电路112、以及温度检测传感器118等的信号，对开关IC输出控制电路113发送进行何种程度的电压控制和电流控制的信号。
而且，在充电器100中，设有将充电器100和电池50(后述的电池模块53)同时冷却的风扇121、通过CPU101的控制可进行风扇121的通/断切换的SW122。
而且，在充电器100中，设有存储使CPU101按照规定的算法而执行的程序(p)和下述各种数据的EEPROM(Electrically Erasable and ProgrammableRead Only Memory)123。而且，通过通信I/F124、125，由PC(个人计算机)等可进行充电器100内的未图示的RAM监视、RAM重写、EEPROM123的数据读取、EEPROM123内的数据重写、记录。再有，通信I/F124设置在充电器100的底座上，通信I/F125在与PC等的通信中使电压变化。此外，还设有用于与MCU40进行通信的通信I/F126。
而且，在充电器100中，将从火线141a分支的火线141b、以及从接地线142a分支的接地线142b进行布线。而且，火线141b通过保险丝132连接到电池箱14外部的MCU40的正(+)端子。
此外，在火线141b上连接有用于检测电池50中流过的电流的CT(Current Transformer：变流器)126，同时还设置有电流检测电路127，该电流检测电路127通过该CT126检测电池50中流过的电流，将有关检测结果的信号发送到CPU101。
此外，在充电器100中，设有检测对电池50供给的电压并将有关检测结果的信号发送到CPU101的总电压检测电路128、以及通过连接于火线141b而提供给驱动CPU101的电力的电源129。该电源129有时在充电SW109根据CPU101的命令被导通时利用从AC插头149供给的电力，有时在关断充电SW109时利用从电池50供给的电力。
另一方面，如图4所示，电池50由电池盒51构成，在该电池盒51内，内置有被布线屏蔽(电池模块组件)52覆盖的电池模块。在本实施方式中，该电池模块串联连接有7个单元(cell)61～67而构成。此外，单元61是将三个单个单元61a、61b、61c并联连接而构成。有关这样的三个单个单元的并联连接，其他单元62～67也是同样的。
再有，也可以使用将多个电池模块并联连接而构成的复合的电池模块。此外，单个单元可以是一个或两个，也可以是四个或四个以上。
而且，在各单元61～67之间，分别设有单元电压检测部71～77，检测各单元61～67的电压，将有关检测结果的信号发送到CPU101。此外，在任意的单元(这里为单元66)附近，设有用于检测单元温度的温度检测传感器131，并将有关单元66的温度结果的信号发送到CPU101。
此外，最后的单元67连接到从充电器100延伸出的接地线142a，同时通过保险丝53还连接到从MCU40延伸出的接地线142c。
通过上述这样的充电器100和电池50的结构、以及CPU101的控制动作，可以实现以下所示这样的处理。
充电器100检测电池50的电压、电流、温度，避免过充电、过放电、高温时充放电、低温时充电等缩短电池寿命，通过这种使用方法来保护电池(电池管理功能)。
此外，通过对充放电电流进行累计来管理电池的剩余容量(电池容量管理功能)。导出充电效率，进行充电时容量累计的修正。根据充电状况、电池电压进行充电完成修正。根据充电结束时的温度进行充电完成修正。导出放电效率，进行放电时容量累计的修正。根据电池电压、电流、温度进行容量学习。根据电池数据来控制充电开始、温度待机、CC充电、CV充电、涓流充电、预备充电、满充电等(充电功能)。进行与车辆的通信、与服务仪器的通信(通信功能)。将充电结束条件、总充电时间、充电次数、充电停止次数、充电器异常、0℃以下放电次数、学习次数、学习容量、自身断路次数、容量飞跳次数等的电池50的使用状况的历史存储在EEPROM123中。通过输出短路、无负载输出电压、通信接点短路、其他保护功能等来保护电池50和充电器100(保护功能)。通过冷却风扇121防止充电器100内部和电池50的加热(附属功能)。进行通信异常、输入线路断线、充电器异常、充电电流异常、放电电流异常、低电压电池异常、电池高温异常、电池低温异常、上限电压检测异常、上限温度检测异常、通信异常、充电器高温异常、充电器电流异常、半导体加热异常等的异常检测(异常处理功能)。
如以上说明，根据本发明，通过使BMC和充电器为一体来构成充电器100，可以实现制造成本下降。此外，由于可以消除BMC和充电器之间的通信(信号)线路，所以可以实现可靠性的进一步提高。特别是在进行需要恒定电流充电、恒定电压充电的锂离子电池的充电的情况下，也不需要在充电控制中特别增加装备。
此外，通过通信I/F125与外部的PC进行数据发送接收，重写EEPROM123内的程序(p)或数据，还可应对电池种类的变更。而且，通过具有各种电池专用的参数，可以进行更精细的充放电控制。此外，通过变更各种电池专用的参数，在更换电池的情况下，可以将充电器内部的电池专用参数变更为最适合更换后的电池的参数，可以实施更精细的充放电控制。
此外，通过充电器100具有BMC的功能，可以进行电池50的容量管理、电池50的使用历史保存、电池50的充放电历史保存、电池50的异常历史保存。而且，通过通信I/F125，可从外部的PC对上述历史进行存取，由此可以确认有关电池50和充电器100的异常的历史。
此外，在本实施方式中，如上述那样，也可以不使用单一的电池模块，而使用复合的电池模块，特别是在使用单一的电池模块的情况下，由于布线少并可构成简单结构的电池，所以可以实现进一步的制造成本下降。
根据以上说明的本发明，在对将电力提供给使电动车辆的车轮驱动的电机的电池进行充电的电动车辆用充电器中，在一体的充电车辆用充电器中包括将电力提供给电池而进行充电的电力提供装置、检测对电池的充电状态和电池的状态的状态检测装置，通过单一形成对电力提供装置进行控制的控制桩装置，具有可以削减制造成本的效果。

Claims (3)

1、一种电动车辆用充电器，是对将电力提供给驱动电动车辆车轮的电机的电池进行充电的电动车辆用充电器，其特征在于，具有：
电力提供装置，将电力提供给所述电池而进行充电；
状态检测装置，检测对所述电池的充电状态和电池的状态；
单一控制装置，根据由所述状态检测装置检测出的充电状态和电池的状态中的至少一个状态的检测结果，控制所述电力提供装置。
2、如权利要求1所述的电动车辆用充电器，其特征在于，所述电池是可进行电流和电压的可变控制的电池。
3、如权利要求1或2所述的电动车辆用充电器，其特征在于，所述电池由将单元串联连接而构成的单一电池模块形成。
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