JP2000324604A - 電動車両の充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】１充電走行距離を飛躍的に伸ばせるようなシス
テムを提案する。 【解決手段】電動アシスト自転車の荷台に設置される充
電装置１の発電機２は自転車後輪の回転により発電し、
その出力が定電圧回路３へ送られる。定電圧回路３は発
電機２の出力を昇圧して充電に使用可能なレベルへ高
め、その出力が充電回路４へ送られ、二次電池１１が充
電される。充電回路４と二次電池１１との間にはスイッ
チ６が設けられ、このスイッチ６により、二次電池１１
への接続が充電回路４と放電回路５との間で切り換えら
れるようになっている。充電回路４、放電回路５、スイ
ッチ６の動作は、コントローラ７により制御される。こ
のコントローラ７は、アシスト装置１０のコントローラ
１２と通信しており、二次電池１１の残量、アシスト機
能のＯＮ・ＯＦＦを感知して制御を実施するようになっ
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動アシスト自転
車や電気自動車などの電動車両において動作電源として
使用される二次電池を充電する充電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば電導アシスト自転車は、ペダル
を踏み込む力（踏力）をトルクセンサで検知するととも
に車速を回転センサで検知し、これら「人力」と「車
速」を表す２つの電気信号に基づいて電動モータを制御
することにより、自転車を前に進める推進力を発生して
人力のアシストを行うアシスト装置を備えたハイブリッ
ド自転車である。この種の電動アシスト自転車に備えら
れるアシスト装置では、モータの動作電源を二次電池か
ら得ており、その充電は、家庭電源から行うようになっ
ている。

【０００３】また、周知のごとく二次電池を電源とした
電動モータを１００％推進力とする電気自動車でも、そ
の二次電池は、別途の交流電源から充電するようになっ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】現在の電動アシスト自
転車で一回の充電により走行可能な距離は、だいたい３
０ｋｍほどであるが、これをさらに伸ばすことが消費者
にとって好ましいことはもちろんである。この１充電走
行距離の延長は、電気自動車などその他の電動車両にと
っても共通する課題である。そこで本発明は、１充電走
行距離を飛躍的に伸ばせるようなシステムを提案する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、二次電
池で動作する電動モータにより推進力を発生する電動車
両において、車輪の回転により発電する発電機と、この
発電機の出力を昇圧する定電圧回路と、この定電圧回路
の出力により二次電池を充電する充電回路と、からなる
充電装置を備えることを特徴とする。すなわち、車両の
車輪の回転で発電を行い、これにより二次電池を走行中
に充電するものである。したがって、１充電走行距離を
大幅に伸ばすことができる。

【０００６】一例として電動アシスト自転車のアシスト
装置には、ペダルの踏力と車速に応じてアシスト力を調
整するコントローラが備えられており、スピードが出て
いるとき（２０ｋｍ／ｈ以上など）や下り坂ではモータ
への電力供給をＯＦＦにする機能を有している。また、
このアシスト装置のコントローラは、動作モード選択ス
イッチ（アシストＯＦＦ、アシストモード、省エネモー
ドなどの動作モードの選択）に応じてモータへの電力供
給制御を行い、二次電池の残量も検出するようになって
いる。そこで、上記本発明の充電装置において、たとえ
ばそのアシスト装置のコントローラと通信するなどして
二次電池の残量を感知し、感知された二次電池の残量に
応じて充電回路による充電を制御するコントローラを設
けるようにしておくとよい。これによると、二次電池の
残量がたとえば１／３以下にならなければ充電を開始し
ないような機能を付加することができ、二次電池の充電
につきものの「メモリ効果」を防ぐうえで有用である。

【０００７】あるいは上記本発明の充電装置において、
二次電池の放電を行う放電回路と、上記のような走行状
況や動作モードに応じた電動モータの作動状態（二次電
池からモータへの電力供給状態）を、たとえばアシスト
装置のコントローラとの通信などで感知し、その作動状
態に応じて二次電池と放電回路及び充電回路との接続を
制御するコントローラと、を設けることも可能である。
これによれば、アシストＯＦＦ、つまりモータへの電力
供給ＯＦＦを充電装置のコントローラで感知し、そのＯ
ＦＦの間に、二次電池を放電回路へ接続して電池残量の
放電を行ってから充電回路へ接続を切り換えて充電を行
うという制御を行うようにすることができ、メモリ効果
防止にとってより有利である。このコントローラも、二
次電池の残量に応じて充電回路による充電及び放電回路
による放電を制御できるようにしておくと、二次電池の
残量が半分以上ある場合など充放電の不要なときには充
電を行わない構成とすることができる。

【０００８】一方、複数（予備）の二次電池を設ける構
成とし、１つの残量が少なくなったときに他へ切り換え
て使用する方式としてある電動車両であれば、この場合
の本発明の充電装置は、車輪の回転により発電する発電
機と、この発電機の出力を昇圧する定電圧回路と、この
定電圧回路の出力により二次電池を充電する充電回路
と、たとえば上記の例ではアシスト装置のコントローラ
と通信するなどで電池切り換えを感知し、切り換え後の
使用済み二次電池を充電回路へ接続するコントローラ
と、からなることを特徴とする。これによれば、使用さ
れていない二次電池を常にフル充電状態に維持すること
が可能で、飛躍的に走行可距離を伸ばすことができる。
この場合にも、メモリ効果防止のため、二次電池の放電
を行う放電回路を設け、コントローラが使用済み二次電
池と放電回路及び充電回路との接続を制御するものとす
ることができる。

【０００９】また、さらに別の態様として、充電装置自
体に予備の二次電池を搭載する構成とすることも可能で
ある。すなわち、二次電池を動作電源とする電動モータ
により推進力を発生する電動車両において、予備二次電
池と、車輪の回転により発電する発電機と、この発電機
の出力を昇圧する定電圧回路と、この定電圧回路の出力
により予備二次電池を充電する充電回路と、使用中の二
次電池残量をたとえば上記同様にして感知し、その残量
に応じて予備二次電池へモータの動作電源を切り換える
コントローラと、からなる充電装置を備えることを特徴
とする。この場合にも、メモリ効果抑制のために放電回
路を設ける構成とすることが可能である。加えてこの場
合、コントローラが、切り換え後の使用済み二次電池を
充電回路（及び放電回路）へ接続して充電する構成とし
ておけば、予備二次電池がなくなってきたときには再充
電した二次電池へ切り換えなおして使用することがで
き、よりいっそう走行距離を伸ばすことができる。

【００１０】この予備の二次電池を別途搭載する充電装
置の場合、より単純に、充電装置で充電した二次電池
を、残量の少なくなった二次電池と手動交換（切り換
え）する方式も可能である。すなわち、交換可能な二次
電池で動作する電動モータにより推進力を発生する電動
車両において、予備二次電池と、車輪の回転により発電
する発電機と、この発電機の出力を昇圧する定電圧回路
と、この定電圧回路の出力により予備二次電池を充電す
る充電回路と、からなる充電装置を備えることを特徴と
する。この場合も、予備二次電池の放電を行う放電回路
と、予備二次電池と放電回路及び充電回路との接続を制
御するコントローラと、を設けてメモリ効果を抑止する
のがよい。この手動交換方式によれば、残量の少なくな
った二次電池を、走行中に充電装置で充電した予備二次
電池と交換（切り換え）することで、走行距離を伸ばす
ことができる。交換後の使用済み二次電池は、充電装置
へセットすることにより今度は予備二次電池となって、
再使用される。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１に、電動アシスト自転車にお
ける充電装置の一例をブロック図で示してある。

【００１２】本例の充電装置１は、発電機２、定電圧回
路３、充電回路４、放電回路５、スイッチ６、そしてコ
ントローラ７から構成されている。これらは１ユニット
として適当なハウジング内に収容され、昔のウインカー
装置のようにして荷台の下に格納される。

【００１３】発電機２は自転車後輪の回転により発電
し、その出力は、逆流を防ぐダイオードＤを通して定電
圧回路３へ送られる。定電圧回路３は昇圧回路であり、
発電機２の出力を昇圧して充電に使用可能なレベルへ高
める役割をもつ。すなわち、一般にライト用に備えられ
るダイナモでは発電力が低くて充電などにはとても使え
ないが、本例の発電機＋定電圧回路の構成は十分な充電
能力をもつ。また、定電圧回路３は、車速（車輪の回転
速度）により変化する発電機２の出力を一定のレベルに
保つ働きももつ。

【００１４】定電圧回路３により昇圧された出力は、充
電回路４へ送られ、アシスト装置１０の二次電池１１が
充電される。二次電池１１としてはニカドやニッケル水
素電池が使用され、充電回路４はその充電制御器として
適した構成をもつ。この充電回路４と二次電池１１との
間にスイッチ６が設けられ、このスイッチ６により、二
次電池１１への接続が充電回路４と放電回路５との間で
切り換えられるようになっている。

【００１５】充電回路４、放電回路５、スイッチ６の動
作は、コントローラ７により制御される。このコントロ
ーラ７は、アシスト装置１０のコントローラ１２と通信
しており、二次電池１１の残量、アシスト機能のＯＮ・
ＯＦＦを感知して制御を実施するようになっている。

【００１６】たとえば、動作モード選択スイッチ（図示
略）によりアシストＯＦＦのモードが選択されている場
合、アシスト装置１０のモータ（図示略）には電力供給
が行われず停止しており、したがって二次電池１１は使
われていないことになる。そこで、このアシストＯＦＦ
モードを充電装置１のコントローラ７が感知すると、ア
シスト装置１０のコントローラ１２から二次電池１１の
残量を読み出し、その残量に基づいて充電回路４、放電
回路５、スイッチ６を最適制御する。すなわち、たとえ
ば電池容量の１／３を基準として、それ以上のときには
走行に支障のない残量があるとして充放電は行わず、１
／３未満になったときに充放電を行う。そして、この１
／３を下回ったときの制御では、電池容量の１／５以上
残量があれば、スイッチ６を放電回路５へつないで充電
前に放電を行い、残量分を空にしてからスイッチ６を充
電回路４へつないで充電を実施する。一方、１／５未満
となっていれば、スイッチ６を充電回路４へつないでそ
のまま充電を実行する（放電の必要はない）。

【００１７】このような動作モード選択スイッチに従っ
た制御の他に、走行状況（下り坂やスピードが出ている
とき）によりアシスト装置１０が自動的にアシストＯＦ
Ｆとなっている場合、電池残量が少なくて自動的にアシ
ストＯＦＦとなっている場合などにも、同様の充放電制
御が実行される。

【００１８】二次電池１１は、上記のようにアシスト装
置１０のメインバッテリーとして使用されるものでもよ
いが、アシスト装置１０に予備として備えられたもの、
あるいは、充電装置１内に予備として別途設けたものと
することもできる。アシスト装置１０に予備として備え
られた二次電池である場合、スイッチ６の接続先をメイ
ン／予備の二次電池間で選択接続する選択器を設けて、
アシスト装置のコントローラ１２から得られる電池切り
換え情報に応じてコントローラ７がその選択器を切り換
え、使用済みのほうのメイン又は予備の二次電池の充放
電制御を行うようにしておけばよい。

【００１９】一方、充電装置１内に予備として別途設け
た二次電池である場合は、該予備二次電池１１の残量に
応じてコントローラ７が充放電制御を実施するようにし
ておき、アシスト装置のコントローラ１２からのメイン
電池残量に従って、予備二次電池１１をアシスト装置１
０が使用するようにコントローラ７が（又はコントロー
ラ１２が）切り換える構成とする。またこの場合、切り
換え後の使用済み二次電池へスイッチ６を接続する選択
器を設けておけば、使用済みのメイン二次電池の充放電
制御も走行中に行える。

【００２０】あるいは、二次電池１１が充電装置１内に
予備として設けられたものである場合、単純に、この充
電済の二次電池１１をアシスト装置１０内で使用中の二
次電池（図示略）と手動交換する方式とすることもでき
る。すなわち、アシスト装置１０で使用中の二次電池が
残り少なくなった、あるいはエンプティとなったとき
に、それまでの走行により充電装置１で充電されている
予備の二次電池１１を取り出して、アシスト装置１０内
の使用済み二次電池と交換し、今度はこの使用済み二次
電池を予備二次電池１１として充電装置１にセットして
充電する。このようにしておけば、わざわざ家庭電源で
充電しなくとも、走行しさえすれば予備二次電池１１が
充電されるので、走行距離は飛躍的に伸びることにな
る。電気自動車の場合であれば電池の取り外しは困難な
ので、手動選択器などで切り換えるだけの構成としてお
けばよい。

【００２１】

【発明の効果】本発明の充電装置を備えることにより、
走行中に自動的に充電が実施されるので、交流電源によ
る１回のフル充電以降に走行可能な距離を大幅に伸ばす
ことができる。また、二次電池残量に応じた最適充電制
御を行えるので、メモリ効果の発生を抑制することがで
き、電池寿命の点でも有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の充電装置の一例を示したブロック図。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二次電池で動作する電動モータにより推
   進力を発生する電動車両において、 車輪の回転により発電する発電機と、この発電機の出力
   を昇圧する定電圧回路と、この定電圧回路の出力により
   前記二次電池を充電する充電回路と、からなる充電装置
   を備えることを特徴とする電動車両。
2. 【請求項２】 二次電池の残量に応じて充電回路による
   充電を制御するコントローラを充電装置にもつ請求項１
   記載の電動車両。
3. 【請求項３】 二次電池の放電を行う放電回路と、電動
   モータの作動状態に応じて前記二次電池と前記放電回路
   及び充電回路との接続を制御するコントローラと、を充
   電装置にもつ請求項１記載の電動車両。
4. 【請求項４】 コントローラは、二次電池の残量に応じ
   て充電回路による充電及び放電回路による放電を制御す
   る請求項３記載の電動車両。
5. 【請求項５】 複数の二次電池を残量に応じ切り換え使
   用して電動モータを動作させ推進力を発生する電動車両
   において、 車輪の回転により発電する発電機と、この発電機の出力
   を昇圧する定電圧回路と、この定電圧回路の出力により
   前記二次電池を充電する充電回路と、前記二次電池の使
   用切り換えを感知し、切り換え後の使用済み二次電池を
   前記充電回路へ接続するコントローラと、からなる充電
   装置を備えることを特徴とする電動車両。
6. 【請求項６】 二次電池の放電を行う放電回路を充電装
   置にさらに設け、コントローラが使用済み二次電池と前
   記放電回路及び充電回路との接続を制御する請求項５記
   載の電動車両。
7. 【請求項７】 二次電池を動作電源とする電動モータに
   より推進力を発生する電動車両において、 予備二次電池と、車輪の回転により発電する発電機と、
   この発電機の出力を昇圧する定電圧回路と、この定電圧
   回路の出力により前記予備二次電池を充電する充電回路
   と、前記二次電池の残量に応じて前記予備二次電池へ前
   記電動モータの動作電源を切り換えるコントローラと、
   からなる充電装置を備えることを特徴とする電動車両。
8. 【請求項８】 コントローラは、切り換え後の使用済み
   二次電池を充電回路へ接続する請求項７記載の電動車
   両。
9. 【請求項９】 予備二次電池の放電を行う放電回路を充
   電装置にさらに設け、コントローラが前記予備二次電池
   と前記放電回路及び充電回路との接続を制御する請求項
   ７記載の電動車両。
10. 【請求項１０】 コントローラは、切り換え後の使用済
    み二次電池と放電回路及び充電回路との接続制御を行う
    請求項９記載の電動車両。
11. 【請求項１１】 交換可能な二次電池で動作する電動モ
    ータにより推進力を発生する電動車両において、 予備二次電池と、車輪の回転により発電する発電機と、
    この発電機の出力を昇圧する定電圧回路と、この定電圧
    回路の出力により前記予備二次電池を充電する充電回路
    と、からなる充電装置を備えることを特徴とする電動車
    両。
12. 【請求項１２】 予備二次電池の放電を行う放電回路
    と、前記予備二次電池と前記放電回路及び充電回路との
    接続を制御するコントローラと、を充電装置にもつ請求
    項１１記載の電動車両。