JP2001122182A - 電動補助機能付小型電動車両の走行制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 二次電池の状態を監視して、電池容量を十分
に出し切った後に充電するようにして電池の寿命を伸ば
すことができる電動補助機能付小型電動車両の走行制御
装置を提供する。 【解決手段】 人力に応じた補助力を発生するモータ１
０６と、該モータ１０６に電力を供給する二次電池１０
０ｂと、該二次電池１００ｂから上記モータ１０６に供
給される放電電流値を予め設定された最大放電電流値の
範囲内で制御する車両コントローラ補助力制御手段１０
１ａとを備えた電動補助機能付小型電動車両の走行制御
装置において、上記二次電池１００ｂの電圧が所定の閾
値以下に低下したとき、上記電池マネージメントコント
ローラにより上記最大放電電流値を上記設定値より小さ
い値に変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動補助機能付小
型電動車両の走行制御装置に関し、特に電池残容量を確
実に利用できるようにした技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電動補助機能付小型電動車両の走
行制御装置では、人力に応じた所定の補助比率の補助力
が発生するようにモータへの電力供給を制御している。
このような小型電動車両の走行制御性を向上するために
さまざまな工夫が施されている。例えば、モータを効率
良く駆動するための通電制御、走行フィーリングを向上
させるための加減速制御、あるいは走行距離を伸ばすた
め制御等である。

【０００３】近年では上記のような走行制御に加えて、
商品性を高めるための工夫として電池の放電状態を監視
して残存容量を表示させたり、故障診断及びその表示に
より故障箇所の特定等を行ったり、電池保護のための最
大放電電流を制御したり、さらには過放電防止のための
電圧制御等を行ったりする電池マネージメント機能が提
案されている。

【０００４】そして上記電池の放電状態に応じた走行制
御として、従来、最大放電電流値を設定するとともに、
電池電圧が所定値以下に低下すると補助比率を漸減処理
して電池が残り少なくなったときに急に補助を打ち切る
ことのないような制御を行うようにしたものが提案され
ている（例えば特開平１０−１０９６８１号公報参
照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来装置で
は、電池電圧が上記所定値を１回下回っただけで直ちに
補助比率を漸減して最終的に補助を停止するようになっ
ている。従って負荷や踏力など使用状況如何によっては
電池容量を十分に出し切ることなく補助を停止する場合
があり、これが二次電池の寿命を短くする要因となって
いる。

【０００６】また、従来装置では車両の走行のためのモ
ータ制御や電池の状態管理等の処理を一つの制御装置に
よって行っており、電池から制御装置までを、配線ケー
ブルを介して配線していたため、その配線ケーブルを接
続するためのコネクタや配線ケーブル自体のインピーダ
ンス等の影響により、制御装置で検出される電池電圧が
実際の電圧値より低く検出されてしまい、電池電圧があ
るにもかかわらず補助を漸減，停止する場合があった。

【０００７】本発明は、二次電池の状態を監視して、電
池容量を十分に出し切った後に充電するようにして電池
の寿命を伸ばすことができる電動補助機能付小型電動車
両の走行制御装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、人力
に応じた補助力を発生するモータと、該モータに電力を
供給する二次電池と、該二次電池から上記モータに供給
される放電電流値を予め設定された最大放電電流値の範
囲内で制御する補助力制御手段とを備えた電動補助機能
付小型電動車両の走行制御装置において、上記補助力制
御手段は、上記二次電池の電圧が所定の閾値以下に低下
したとき上記最大放電電流値を上記設定値より小さい値
に変更することを特徴としている。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１において、上
記補助力制御手段は、上記二次電池の電圧が所定の閾値
以下に所定時間以上継続して低下したとき上記最大放電
電流値を上記設定値より小さい値に変更することを特徴
としている。

【００１０】請求項３の発明は、請求項１又は２におい
て、上記補助力制御手段は、上記最大放電電流値が最小
値に変更されている状態で電池電圧が上記閾値以下に低
下したとき上記補助力の人力に対する補助比率を漸減処
理することをを特徴としている。

【００１１】請求項４の発明は、請求項３において、上
記補助力制御手段は、上記補助比率の漸減処理を、モー
タ電流指令値を所定の保持時間又は走行距離となる毎に
段階的に減少させる処理としたことを特徴としている。

【００１２】請求項５の発明は、請求項１ないし４の何
れかにおいて、電池状態の管理及び制御を行なう電池マ
ネジメントコントローラと、車両の走行制御を行なう車
両コントローラとを備えており、上記電池マネジメント
コントローラが、上記最大放電電流値の変更処理を行な
うとともに、該処理結果を上記車両コントローラに送信
し、該車両コントローラは、モータへの電流値を送信さ
れた最大放電電流値の範囲内で制御することを特徴とし
ている。

【００１３】

【発明の作用効果】請求項１の発明によれば、二次電池
の電圧が所定の閾値以下に低下したとき最大放電電流値
を当初の設定値より小さい値に変更したので、例えば走
行開始時に大きな人力（ペダル踏力）の入力により放電
電流が大きくなって電池電圧が閾値以下に低下した場合
でも直ちにアシスト漸減〜アシスト停止とするのではな
く、モータに供給される放電電流値を新たな最大放電電
流値に制限しつつアシストを継続することとなり、電池
残容量を確実に利用でき、電池残容量が大きいまま充電
されるといった問題を回避でき、メモリ効果の発生を防
止して電池寿命を延長できる。

【００１４】請求項２の発明によれば、電池電圧が所定
の閾値以下に所定時間以上継続して低下したとき上記最
大放電電流値を上記設定値より小さい値に変更するよう
にしたので、電池電圧が極短時間低下し直ちに復帰した
場合には、十分なアシストを行いつつさらに走行可能で
あり、より一層確実に電池の残容量を利用できるととも
に、走行フィーリングの悪化を回避できる。

【００１５】請求項３の発明によれば上記最大放電電流
値が最小値に変更されている状態で電池電圧が上記閾値
以下に低下したときに、上記補助力の人力に対する補助
比率を漸減処理するようにしたので、電池残容量を有効
利用しながら急激なアシスト停止を防止でき、走行フィ
ーリングの悪化を回避できる。

【００１６】請求項４の発明によれば、モータ電流指令
値を所定の保持時間又は走行距離となる毎に段階的に減
少させることで上記補助比率の漸減処理を行ったので、
徐々に補助力が小さくなり、ユーザにとって体感的に電
池残容量が無くなっていることが理解でき、急激なアシ
スト停止による走行フィーリングの悪化を回避できる。

【００１７】請求項５の発明によれば、電池の直近に設
けられている電池管理マネジメントコントローラによっ
て最大放電電流値の変更処理を行なうようにしたので、
電池から離れた位置のコントローラで変更処理を行なう
場合のような配線のインピーダンス等の影響によって電
圧の検出精度が低下して電池電圧が高いにもかかわらず
アシスト漸減，停止となるのを防止できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。図１〜図１１は本発明の一実
施形態による電動補助自転車の走行制御装置を説明する
ための図であり、図１は電動補助自転車の側面図、図２
は走行制御装置のブロック構成図、図３はデータフロー
図、図４は送受信データを示す図、図５〜図９は動作説
明用フローチャート、図１０は動作説明用Ｉ−Ｖ特性
図、図１１はアシスト漸減説明図である。

【００１９】図１において、１は充電器１１２を非車載
とし、着脱式電池ボックス１００を車載とした電動補助
機能付小型電動車両としての電動補助自転車である。該
電動補助自転車１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。

【００２０】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１３が軸支されて
いる。

【００２１】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（図２の１０６）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。このパワーユニ
ット１５からの出力はチェン３０を介して上記後輪１３
に伝達される。

【００２２】また上記電動モータ等の電源となる電池ボ
ックス１００は上記シートチューブ５の背面に沿うよう
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。この電池ボッ
クス１００は、ケーシング内に多数の単電池を直列接続
してなる充電式電池１００ｂを収納した構成のものであ
る。また上記電池ボックス１００には充電口１００ａが
形成されており、ここに充電器１１２の充電プラグ１２
１が接続自在となっている。

【００２３】図２に示すように、上記電池ボックス１０
０は、充電式の電池１００ｂと、電池マネージメントコ
ントローラ１００ｃと、各種情報データを記憶する記憶
部１００ｇと、入出力用の各種Ｉ／Ｆ１００ｄ〜１００
ｆとを備えており、入力Ｉ／Ｆ１００ｄを介して外部の
オンオフ式切替スイッチ１０２が接続されており、表示
Ｉ／Ｆ１００ｅを介して外部の電池側表示器１０３が接
続されている。

【００２４】上記切替スイッチ１０２は電池マネージメ
ントコントローラ１００ｃを通常制御モードか故障診断
モードかに切り替えるモード切り替え手段として機能
し、電池ボックス１００の外表面に配設されている。ま
た上記電池側表示器１０３は、例えば７個の表示灯（Ｌ
ＥＤ）１０３ａを有し、該各表示灯の表示パターンによ
り各種情報を表示するものであり、電池ボックス１００
の外表面の上記切替スイッチ１０２に隣接して配設され
ている。

【００２５】上記電池１００ｂは電動モータ１０６の電
源となるもので、多数の単電池（Ｎｉ−Ｃｄ，Ｎｉ−Ｍ
Ｈ電池等）を直列接続した構成のものである。また電池
マネージメントコントローラ１００ｃは、図３に示すよ
うに、上記電池１００ｂの状態を常時監視し、該電池１
００ｂの種類判別，電池残容量計算処理，電池保護のた
めの最大放電電流値計算処理，放電停止判断，放電禁止
判断，及び故障診断のためのダイアグ情報処理，その他
各種の演算処理を行う。

【００２６】１０１は上記パワーユニット１５付近に搭
載された車両走行制御装置であり、該装置１５は、各種
の演算処理を行う車両コントローラ１０１ａと、各種情
報データを記憶する記憶部１０１ｂと、入出力用各種の
Ｉ／Ｆ１０１ｃ〜１０１ｇとを備えており、センサＩ／
Ｆ１０１ｃを介して電流センサ，トルクセンサ等の各種
センサ１０４が、入力Ｉ／Ｆ１０１ｄを介してメインス
イッチ１０５が、出力Ｉ／Ｆ１０１ｅを介して電動モー
タ１０６が、さらに表示Ｉ／Ｆ１０１ｆを介して外部の
車両側表示器１０７がそれぞれ接続されている。

【００２７】上記車両側表示器１０７は、例えば３個の
表示灯（ＬＥＤ）１０７ａを有し、該各表示灯の表示パ
ターンにより各種情報を表示するものであり、上述の操
向ハンドル１０に配設されている。

【００２８】上記車両コントローラ１０１ａは、図３に
示すように、上記電池マネージメントコントローラ１０
０ｃからの電池状態情報，電池容量，最大放電電流値等
の各種情報に基づいて、電池マップ判別処理，アシスト
電流指令値演算処理，電池電流制限処理，放電停止処
理，電池容量演算処理，ダイアグ情報処理，その他各種
の演算処理を行う。

【００２９】そして上記車両コントローラ１０１ａと電
池マネージメントコントローラ１００ｃとは通信Ｉ／Ｆ
１０１ｇ，１００ｆ及び通信回線ａにより相互に通信可
能に接続されている。これにより図４に示すように、電
池マネージメントコントローラ１００ｃ側から電池マネ
ージメント情報、例えば電池残存容量，最高放電電流
値，電池種類，放電停止信号，放電禁止信号，ダイアグ
情報送信指示信号等が車両コントローラ１０１ａ側に送
信され、また車両コントローラ１０１ａ側から情報要求
信号，車両コントローラダイアグ情報等が電池マネージ
メントコントローラ１００ｃ側に送信される。

【００３０】次に上記車両コントローラ１０１ａ及び電
池マネージメントコントローラ１００ｃの動作を図５〜
１１に沿って説明する。図５は車両コントローラ１０１
ａで行われる各種の処理を示している。即ち、電池マネ
ージメントコントローラ１００ｃとの間で各種情報を送
受信する通信処理Ｍ１、各種スイッチの入出力，各種セ
ンサの検出値の読み込み等のスイッチ入出力処理Ｍ２、
上記表示器１０７に各種情報を表示させるＬＥＤ表示処
理Ｍ３、アシストモード又はアシスト停止モード等のモ
ード処理Ｍ４、上記電動モータ１０６に供給すべきアシ
スト電流値の演算処理Ｍ５、補助比率漸減，アシスト停
止等の異常時処理Ｍ６等が繰り返し行われる。

【００３１】上記車両コントローラ１０１ａにおけるア
シスト電流値演算処理では図６に示す各種の処理が行わ
れる。即ち、トルクセンサによる人力トルク検出値に応
じたアシスト電流値を演算するトルク電流演算Ｔ１、車
速センサによる車速検出値に応じたアシスト電流値を演
算する速度電流演算Ｔ２、車速が所定値以上の場合に補
助比率を漸減する高速漸減処理Ｔ３、放電電流値を所定
の最大放電電流値以下に制限するバッテリ電流制限処理
Ｔ４、電池電圧が所定値以下になった場合にアシスト比
率を徐々に減じていってアシストを終了するアシスト終
了漸減演算Ｔ５等が行われる。

【００３２】電池マネージメントコントローラ１００ｃ
からのアシスト漸減指令は、図７に示すフローに沿って
以下のようにして出力される。電池状態（電池電圧，電
流，温度）が検出され、各種情報の送受信処理が行われ
る（ステップＤ１，Ｄ２）。そして電池のＩ−Ｖ特性
（図１０における点ａ，ｂ等、以下電池電圧と記す）が
設定値（同図の閾値Ｚ１）以下となったか否かが常時監
視される（ステップＤ３）。

【００３３】そして上記電池電圧が上記閾値Ｚ１以下と
なった場合（図１０の点ｂ）、タイマカウントが開始さ
れ（ステップＤ４）、タイマカウント値が設定値を越え
た時点で、つまり上記電池電圧が上記閾値Ｚ１以下の値
に所定時間以上保持された時点で、上記最大放電電流値
（制限値）がＩ１からＩ２に変更される（ステップＤ４
〜Ｄ６）。このようにして上記制限値を変更していき、
該制限値が最小値Ｉ３となった時点で上記アシスト漸減
指令が出力される（ステップＤ７，Ｄ８）。なお、タイ
マカウントが設定値を越える前に上記電池電圧が上記閾
値Ｚ１以上の値に復帰した場合にはタイマがクリアされ
（ステップＤ３′）、最大放電電流値は変更されない。

【００３４】電池電流を上記各最大放電電流値Ｉ１〜Ｉ
３の何れかに制限する処理は、上記車両コントローラ１
０１ａにより図８に示すフローに沿って以下のように成
される。まず、電池マネージメントコントローラ１００
ｃで指示された最大放電電流値（制限値，Ｉ１，Ｉ２，
Ｉ３の何れか）が読み込まれるとともに、車両コントロ
ーラ側で検出された放電電流検出値が読み込まれ（ステ
ップＢ１，Ｂ2 ）、この放電電流検出値が上記制限値よ
り大か否かが判断される（ステップＢ３）。

【００３５】上記放電電流検出値が上記制限値より大の
場合にはモータ電流指示値が上記図５のアシスト電流値
演算処理Ｍ５で求められた演算値より小さい値に減少さ
れる（ステップＢ４）。上記放電電流検出値が上記制限
値より大でない場合には、放電電流検出値が上記制限値
より小か否かが判断され（ステップＢ５）、小でない場
合、即ち放電電流検出値と制限値とが一致している場合
にはそのときの放電電流検出値が保持される。また放電
電流検出値が制限値より小の場合には、モータ電流指示
値が上記演算値とされる（ステップＢ６）。

【００３６】そしてアシストを終了する際の漸減処理
は、上記車両コントローラ１０１ａにより図９に示すフ
ローに沿って以下のように成される。まず、アシスト漸
減指令の有無が判断され（ステップＣ１）、アシスト漸
減指令有りの場合には、図１１に示すように、モータ電
流指示値が８０％に減少され１０秒経過しかつ２０ｍ走
行するのを待ち（ステップＣ２〜Ｃ４）、以下同様にモ
ータ電流指令値が順次６０％，４０％，２０％とされ、
最終的に０％、即ちアシスト停止とされる（ステップＣ
５〜Ｃ１４）。

【００３７】このように本実施形態では、電池電圧が閾
値Ｚ１以下に低下したとき最大放電電流値を当初の設定
値Ｉ１より小さい値Ｉ２に変更したので、例えば走行開
始時に大きなペダル踏力の入力により放電電流が大きく
なって電池電圧が閾値以下に低下した場合でも直ちにア
シスト漸減〜アシスト停止とするのではなく、モータに
供給される放電電流値を新たな最大放電電流値Ｉ２に制
限しつつアシストを継続することとなり、電池残容量を
確実に利用でき、電池残容量が大きいまま充電されると
いった問題を回避でき、メモリ効果の発生を防止して電
池寿命を延長できる。

【００３８】この点を図１０を用いて具体的に説明す
る。例えば人力が極小さい場合の電池の電流−電圧が図
１０中の点ａにある場合に、大きなペダル踏力が入力さ
れると、これに伴って放電電流値が増加されるとともに
電池電圧が同図の点ｂにまで低下する場合がある。この
場合、電池電圧が閾値Ｚ１を下回り、これにより従来は
補助比率漸減処理を経てアシスト停止処理がとられてい
た。本実施形態では、最大放電電流値がＩ１からＩ２に
変更される。すると、上記と同様のペダル踏力が入力さ
れた場合、電池電圧はｂ′となり、閾値Ｚ１を下回るこ
とはなく、電池残容量を引き出すことが可能となる。

【００３９】また本実施形態では、電池電圧が閾値Ｚ１
以下に所定時間以上継続して低下した時に、最大放電電
流値を小さい値に変更するようにしたので、電池電圧が
極短時間低下し直ちに復帰した場合には、最大放電電流
値は元のままに保持されるので、ペダル踏力に比例した
補助力の供給が可能であり、より一層確実に電池の残容
量を利用できるとともに、走行フィーリングの悪化を回
避できる。

【００４０】また本実施形態では、上記補助力の人力に
対する補助比率を漸減処理する場合に、モータ電流指令
値を、所定の保持時間経過し所定距離走行した毎に段階
的に減少させるようにしたので、徐々に補助力が小さく
なり、そのためユーザは体感的に電池残容量が無くなっ
ていることを理解でき、急激なアシスト停止による走行
フィーリングの悪化を回避できる。

【００４１】また、本実施形態では、最大放電電流値を
電池１００ｂの直近にある電池マネジメントコントロー
ラ１００ｃによって求めるようにしたので、電池電圧の
検出等において、配線やコネクタ等のインピーダンスの
影響により実際の電圧より低くなるといった問題を回避
でき、電池電圧が高いにもかかわらずアシスト漸減，停
止となるのを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による走行制御装置を備え
た電動補助自転車の側面図である。

【図２】上記実施形態における走行制御装置のブロック
構成図である。

【図３】上記走行制御装置のデータフロー図である。

【図４】上記走行制御装置のデータの内容を示す図であ
る。

【図５】上記走行制御装置の動作説明用フローチャート
図である。

【図６】上記走行制御装置の動作説明用フローチャート
図である。

【図７】上記走行制御装置の動作説明用フローチャート
図である。

【図８】上記走行制御装置の動作説明用フローチャート
図である。

【図９】上記走行制御装置の動作説明用フローチャート
図である。

【図１０】上記走行制御装置の動作説明用閾値を示すＩ
−Ｖ特性図である。

【図１１】上記走行制御装置のアシスト漸減動作を説明
するための図である。

【符号の説明】

１ 電動補助自転車 １００ｂ 電池 １０１ａ 車両コントローラ（補助力制御手段） １０６ モータ Ｉ１〜Ｉ３ 最大放電電流値 Ｚ１ 閾値

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人力に応じた補助力を発生するモータ
   と、該モータに電力を供給する二次電池と、該二次電池
   から上記モータに供給される放電電流値を予め設定され
   た最大放電電流値の範囲内で制御する補助力制御手段と
   を備えた電動補助機能付小型電動車両の走行制御装置に
   おいて、上記補助力制御手段は、上記二次電池の電圧が
   所定の閾値以下に低下したとき上記最大放電電流値を上
   記設定値より小さい値に変更することを特徴とする電動
   補助機能付小型電動車両の走行制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、上記補助力制御手段
   は、上記二次電池の電圧が所定の閾値以下に所定時間以
   上継続して低下したとき上記最大放電電流値を上記設定
   値より小さい値に変更することを特徴とする電動補助機
   能付小型電動車両の走行制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、上記補助力制
   御手段は、上記最大放電電流値が最小値に変更されてい
   る状態で電池電圧が上記閾値以下に低下したとき上記補
   助力の人力に対する補助比率を漸減処理することをを特
   徴とする電動補助機能付小型電動車両の走行制御装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、上記補助力制御手段
   は、上記補助比率の漸減処理を、モータ電流指令値を所
   定の保持時間又は走行距離となる毎に段階的に減少させ
   る処理としたことを特徴とする電動補助機能付小型電動
   車両の走行制御装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４の何れかにおいて、電
   池状態の管理及び制御を行なう電池マネジメントコント
   ローラと、車両の走行制御を行なう車両コントローラと
   を備えており、上記電池マネジメントコントローラが、
   上記最大放電電流値の変更処理を行なうとともに、該処
   理結果を上記車両コントローラに送信し、該車両コント
   ローラは、モータへの電流値を送信された最大放電電流
   値の範囲内で制御することを特徴とする電動補助機能付
   小型電動車両の走行制御装置。