JP2004362949A - 電池装置、電池加温方法、及び電動アシスト自転車 - Google Patents
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Abstract
【課題】低温のために電池パックが適正に機能しない場合に、迅速に機能の回復を図る。
【解決手段】電池ユニット１４は、リチウムイオン２次電池等による充電池部１４１と、充電池部１４１の温度を検出する複数の温度センサ１４２と、充電池部の加温を行なう複数のヒータ１４３とを有している。電動アシスト自転車の起動時等に温度センサ１４２によって充電池部の温度を検出し、所定値以下（例えば０°Ｃ以下）である場合に、ヒータにモータユニット５０の駆動モータ５１から得られる逆起電力を供給し、充電池部の加温を開始する。そして、充電池部の温度を定期的に監視し、温度が所定値以上（例えば２０°Ｃ以上）になった場合に、加温を終了し、モータユニット５０の駆動モータ５１から得られる逆起電力を回生電力として充電池部に供給する。
【選択図】 図３
【解決手段】電池ユニット１４は、リチウムイオン２次電池等による充電池部１４１と、充電池部１４１の温度を検出する複数の温度センサ１４２と、充電池部の加温を行なう複数のヒータ１４３とを有している。電動アシスト自転車の起動時等に温度センサ１４２によって充電池部の温度を検出し、所定値以下（例えば０°Ｃ以下）である場合に、ヒータにモータユニット５０の駆動モータ５１から得られる逆起電力を供給し、充電池部の加温を開始する。そして、充電池部の温度を定期的に監視し、温度が所定値以上（例えば２０°Ｃ以上）になった場合に、加温を終了し、モータユニット５０の駆動モータ５１から得られる逆起電力を回生電力として充電池部に供給する。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばリチウムイオン電池等の継ぎ足し充電可能な２次電池を用いた電池装置、電池加温方法、及び電動アシスト自転車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、リチウムイオン電池を用いた充放電可能な電源パックが提供されている。ここで、リチウムイオン電池は電池の消耗に応じて随時充電（いわゆる継ぎ足し充電）が可能であり、例えば人力だけの走行とモータによるアシスト走行とを選択的に行ない、アシスト（放電）動作を行なわないときにはモータに生じた逆起電力によって回生（充電）動作を行なうような電動アシスト自転車の電源として利用することが可能である。
また、電源パックの構造は、複数の電池セルを直列に接続して組電池を構成し、これをパックケース内に配置したものである。
【０００３】
ところで、このようなリチウムイオン電池を用いた通常の電源パックでは、温度が低い時は放電能力が低く、例えば０°Ｃ以下の環境で起動すると、起動当初は放電能力が低下し、通常の半分程度の放電能力しか出ないため、電池が温まって有効に動作するのに時間がかかるという問題があった。
一方、電動アシスト自転車等は、寒冷地でも雪が深くなければ通常使用され、０°Ｃ程度でも使用できるようにすることが要請される。
そこで従来は、環境温度が低い場合に、電源に対して強制的に大きい電流を流させるように制御し、電池の温度上昇を促進して放電特性を改善するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２６０３２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように大電流を流して電池を加温する方法では、迅速な加熱を行なうこができず、正常な動作状態になるまで時間がかかるという問題があった。
【０００６】
そこで本発明の目的は、例えば寒冷地等において温度低下のためにバッテリ部の起動が困難な状況で迅速なバッテリ部の起動を図ることが可能な電池装置、電池加温方法、及び電動アシスト自転車を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、継ぎ足し充電可能な２次電池よりなるバッテリ部と、前記バッテリ部に配置された温度検出手段と、前記バッテリ部に配置された加温用のヒータと、前記バッテリ部によって供給される電力を外部の駆動モータに供給するとともに、前記駆動モータから得られる回生電力によって前記バッテリ部を充電するバッテリ制御部とを有し、前記バッテリ制御部は前記温度検出手段によって検出されるバッテリ部の温度が所定レベル以下である場合に、前記駆動モータから得られる回生電力を前記ヒータに供給して前記バッテリ部を加温することを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、継ぎ足し充電可能な２次電池よりなるバッテリ部と、前記バッテリ部に配置された温度検出手段と、前記バッテリ部に配置された加温用のヒータと、前記バッテリ部によって供給される電力を外部の駆動モータに供給するとともに、前記駆動モータから得られる回生電力によって前記バッテリ部を充電するバッテリ制御部とを有する電池装置の電池加温方法であって、前記温度検出手段によって検出されるバッテリ部の温度が所定レベル以下である場合に、前記駆動モータから得られる回生電力を前記ヒータに供給して前記バッテリ部を加温することを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、車輪駆動軸にアシストトルクを付与することによってペダル踏力を軽減する駆動モータを含むアシスト駆動部と、継ぎ足し充電可能な２次電池よりなるバッテリ部と、前記バッテリ部に配置された温度検出手段と、前記バッテリ部に配置された加温用のヒータと、前記バッテリ部によって供給される電力を前記駆動モータに供給するとともに、前記駆動モータから得られる回生電力によって前記バッテリ部を充電するバッテリ制御部とを有し、前記バッテリ制御部は前記温度検出手段によって検出されるバッテリ部の温度が所定レベル以下である場合に、前記駆動モータから得られる回生電力を前記ヒータに供給して前記バッテリ部を加温することを特徴とする。
【００１０】
本発明では、温度検出手段によって検出されるバッテリ部の温度が所定レベル以下である場合に、駆動モータから得られる回生電力をヒータに供給してバッテリ部を加温するようにした。すなわち、例えばシステムの起動時には駆動モータを何らかの手段によって回転させ、発電機としてコイルに逆起電力を発生させ、これをヒータに流してバッテリ部を加温し、温度の上昇によって放電機能を正常化する。
例えば、電動アシスト自転車では、初期の段階で自力走行を行なうことにより、ペダルと連動して駆動モータが回り、逆起電力が発生するので、これをヒータに流してバッテリ部を加温し、温度の上昇によって放電機能を正常化することにより、駆動モータへのバッテリ部からの電力が徐々に増加し、短時間で常温時と同様のアシスト駆動が可能となる。
このように本発明では、例えば寒冷地等において温度低下のためにバッテリ部の起動が困難な状況でも迅速なバッテリ部の起動を図ることができ、利便性を向上することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による電池装置、電池加温方法、及び電動アシスト自転車の実施の形態例について説明する。
なお、以下の説明は本発明を電動アシスト自転車に適用した場合の例を中心について説明する。
図１は本発明の実施の形態例による電動アシスト自転車の外観を示す側面図である。
本例の電動アシスト自転車は、折り畳み構造のものであり、メインパイプ１と、前輪部２を支持したフロントフォーク８と、後輪部３を支持したリヤフォーク９と、シート５を支持したシートポスト１０と、ハンドル６を支持したスピンドル１１と、スピンドル１１を挿通支持したヘッドパイプ１２と、ペダル部１３と、バッテリ部としての電池ユニット１４等を有している。
【００１２】
そして、図１では図示を省略しているが、本例の電動アシスト自転車の各部には本例の制御を行うための以下のような各種部材が設けられている。
まず、メインパイプ１には、本例の電動アシスト自転車の状態を管理し、各種の制御を行うためのビークルコントローラが設けられている。また、メインパイプ１の折り畳み構造部には、折り畳みスイッチが設けられており、車体が折り畳まれたことを検出することによって折り畳み時にはモータ等の駆動を禁止し、安全を確保するようになっている。
また、ペダル部１３には、ペダルクランク１３Ａの周辺にトルクセンサ、クランク周波数発生器（ＦＧ）が設けられ、ペダルクランク１３Ａに発生するトルクの検出や回転数の検出を行うようになっている。
【００１３】
また、ハンドル６には、ＬＣＤ等による表示部、キー入力用の操作部、及びそれらを制御する表示部コントローラが設けられ、ユーザに各種表示を提供するとともに、キー入力による各種モード設定や選択等を行えるようになっている。
また、ヘッドパイプ１２には電池ユニット１４の電源オン、オフを切り替えるキースイッチが設けられている。
また、前輪部２には、アシスト駆動用のモータと、このモータの駆動を制御するモータドライバと、このモータドライバを制御するモータコントローラが設けられている。
また、後輪部３には、自動変速ユニットが設けられている。
【００１４】
図２は図１に示す電動アシスト自転車の制御系を示すブロック図である。
図示のように、本例の電動アシスト自転車は、ビークルコントローラユニット（制御手段）３０、表示部ユニット４０、モータユニット（アシスト駆動手段）５０、電池ユニット１４の主要な４つのユニットを有している。
ビークルコントローラユニット３０は、後述する各種制御を行うビークルコントローラ３１と、ユーザが電源のオン・オフを行うキースイッチ３２と、自転車が折り畳まれたことを検出する折り畳みスイッチ３３と、自動変速を行う自動変速ユニット３４と、ペダル部１３で生じるトルクを検出するトルクセンサ３５と、ペダル部１３の回転数を検出するクランクＦＧ３６とを有する。
【００１５】
また、表示部ユニット４０は、ＬＣＤ等の表示部４１と、各種操作キーよりなる操作スイッチ４２と、これらの制御を行う表示部コントローラ４３とを有する。
また、モータユニット５０は、前輪部２のアシスト駆動を行う駆動モータ５１と、この駆動モータ５１の駆動を制御するモータドライバ５２と、このモータドライバ５２を制御するモータコントローラ５３とを有する。
また、このモータユニット５０は、駆動モータ５１のコイルから得られる逆起電力を回生電力として電池ユニット１４に供給する機能を有しているが、特に本例では、通常は回生電力として用いる逆起電力を電池ユニット１４の起動時等における加温用に用いるようになっている。
【００１６】
また、電池ユニット１４は、リチウムイオン２次電池等による充電池部と、この充電池部の充放電を制御する電源コントローラと、充電池部の温度を検出する複数の温度センサと、充電池部の加温を行なう複数のヒータとを有している。なお、充電池部、温度センサ、及びヒータは電池パックのケース内に配置され、電源コントローラは電池パックの外部に接続されているものとする。
この電池ユニットの詳細は後述するが、本例では、電動アシスト自転車の起動時等に温度センサによって充電池部の温度を検出し、所定値以下（例えば０°Ｃ以下）である場合に、ヒータに上述したモータユニット５０の駆動モータ５１から得られる逆起電力を供給し、充電池部の加温を開始する。そして、充電池部の温度を定期的に監視し、温度が所定値以上（例えば２０°Ｃ以上）になった場合に、加温を終了し、モータユニット５０の駆動モータ５１から得られる逆起電力を回生電力として充電池部に供給する。なお、この段階では、充電池部の放電機能が通常の状態に復帰しており、通常はアシスト駆動状態に切り替わっているため、充電動作でなく、放電動作が行なわれることが想定されるが、場合によってはアシスト走行が選択されないこともあり、その場合には、回生動作が行なわれることになる。
【００１７】
ビークルコントローラ３１では、トルクセンサ３５によりペダル部１３からの踏力を検出して、それに応じたアシスト力をモータユニット５０にシリアル通信ラインによって送出する。また、表示部ユニット４０の操作スイッチ４２からの入力によって、自転車のモードをさまざまに変えることが可能である。また、自転車の速度や電池の残量などのさまざまな情報を表示部４１に表示することができる。
【００１８】
次に、本例の電動アシスト自転車の特徴となる電池ユニット１４について説明する。
まず、本例の充電池部に用いるリチウムイオン電池の組電池は、それぞれのセルが温度により放電特性が変わるため、セルに温度差をもたせてはならない制限があり、さらに全セルを均一に温度制御できないと、過放電、過充電等につながるため、細かい計測、制御が必要とされる。そこで、本例では、複数の温度センサとヒータを用いて、電池パック内の各部の温度を細かく検出し、全体として均一で安定的な加温を行なうようになっている。
図３は本例における電池ユニット１４の制御回路の構成例を示すブロック図である。
図示のように、本例の電池ユニット１４は、充電池部１４１、温度センサ１４２、ヒータ１４３、加温回路１４４、回生回路１４５、スイッチ１４６、及び電源コントローラ１４７を有する。
【００１９】
充電池部１４１は、リチウムイオン２次電池のセルよりなる組み電池であり、例えば図７に示すように、３つ１組で並列接続したセル１５１を直列に８組接続したものである。なお、各組みのセル１５１には、それぞれ制御端子（図示せず）が設けられ、電流や電圧の管理を行なう構成となっている。
また、温度センサ１４２は、充電池部１４１を設けた電池パックのケース内に複数個所配置されており、充電池部１４１の温度を検出して、電源コントローラ１４７に出力する。
また、ヒータ１４３も充電池部１４１を設けた電池パックのケース内に複数個所配置されており、充電池部１４１の各セルを全体的に加温するようになっている。
加温回路１４４は、電源コントローラ１４７からの制御によってヒータ１４３への電力供給を制御するものである。
回生回路１４５は、モータ５１からの逆起電力を回生電力として取り出す回路である。
【００２０】
スイッチ１４６は、電源コントローラ１４７の制御に基づいて回生回路１４５からの回生電力の供給先を加温回路１４４と充電池部１４１とに選択的に切り替えるものである。
電源コントローラ１４７は、電池ユニット１４の全体の制御を行なうものであるが、特に本例では充電池部１４１の温度管理と加温処理の制御を行なう。
すなわち、例えば自転車の起動時等に温度センサ１４２からの温度情報を取り込み、充電池部１４１が所定の温度（例えば０°Ｃ）以下の場合には、スイッチ１４６を加温回路１４４側に切り替えて、回生電力をヒータ１４３に供給し、充電池部１４１の加温を行なう。そして、この加温動作中に定期定期に温度を監視し、充電池部１４１が所定の温度（例えば２０°Ｃ）になった時点で、スイッチ１４６を充電池部１４１側に切り替えて加温動作を終了し、通常の回生動作を含むアシスト自転車の動作状態に移行する。
【００２１】
図４は充電池部１４１等が設けられた電池パックの具体例を示す斜視図である。図示のように本例の電池パックは長手直方体型のケース１５０を有し、このケース１５０内に上述した直列８組のセル１５１が４組ずつ折り返されて配置され、ケース１５０の一方の端部に入出力端子を配置した構造となっている。
このような電池パックでは、一般に入出力端子のうちの＋電圧が印加される部分が最も温度が高く、また入出力端子から最も遠い、ケース１５０の他方の端部側が最も温度が低くなる。また、周囲に回路基板等がある場合、その基板に搭載された発熱素子によって電池パックが加熱される場合があり、さらにヒータとの位置関係にも影響されるので、その部分の温度は高くなる。
一方、充電池部１４１が適正に動作するためには、全てのセルの温度が適正に維持される必要がある。
【００２２】
そこで、本例では、ケース１５０の両方の端部近傍を含む複数個所に温度センサ１４２を設け、各温度センサ１４２の検出値のうち最も低い温度を基準に加温動作を行なうことで、全てのセルが適正に動作できるようにする。
また、ヒータ１４３についても、充電池部１４１全体をまんべんなく加温するような構造が望ましい。
図５はヒータ１４３の具体例を示す説明図である。
図５（Ａ）は線状のヒータ１４３Ａをセル１５１の間隙に挿入した例であり、図５（Ｂ）は帯状のヒータ１４３Ｂをセル１５１の外周に巻き付けた例である。このような各種形態のヒータを用いて充電池部１４１を全体的に加温し、できるだけ安定的な温度上昇を促進し、迅速な機能回復を達成するものである。
なお、温度センサの具体的配置やヒータの具体的構成については、種々の変形が考えられ、本例に特に限定されないものとする。
【００２３】
図６は本例の電動アシスト自転車における起動時（電源オン時）の動作を示すフローチャートである。
まず、キースイッチ３２によって電源がオンされると（ステップＳ１）、電源コントローラ１４７は、温度センサ１４２から充電池部１４１の温度を検出し（ステップＳ２）、所定の第１の温度ｔ１（例えば０°Ｃ）以下であれば（ステップＳ３）、回生回路１４５からの電力を用いてヒータ１４３を動作させ、充電池部１４１を加温する（ステップＳ４）。そして、温度センサ１４２からの温度を継続的に監視し、所定の第２の温度ｔ２（例えば２０°Ｃ）以上になると（ステップＳ５）、加温動作を終了し（ステップＳ６）、通常の動作（ステップＳ７）に移行する。
また、ステップＳ３で充電池部１４１の温度が第１の温度ｔ１以下でなければ、加温動作は行なわず、そのまま通常の動作（ステップＳ７）に移行する。
なお、この場合の温度検出の基準となる温度ｔ１、ｔ２の値は適宜変更が可能であり、本例に限定されないものとする。
以上のようにして、例えば寒冷地においても有効な電源ユニットの起動を行なうことができ、使い良い電動アシスト自転車を提供することが可能となる。
【００２４】
なお、以上の例では、電池パックの加温用の電力を回生電力だけに頼る方法について説明したが、回生電力と電池自体の電力の両方を用いてヒータを加温するようにしてもよい。
また、自転車の起動時に電源パックを加温する動作について説明したが、自転車の走行中においても、電池パック内の温度を適宜監視し、温度低下が検出された場合には、ヒータを動作させて電池パックを加熱するような方法を用いることも可能である。
また、バッテリ部の電池としては、リチウムイオン２次電池を用いたが、継ぎ足し充電可能な２次電池であれば、他のものを用いてもよい。
また、本発明の電池装置及び電池加温方法は、上述のような電動アシスト自転車に限らず、例えば手や足等の人力操作で回転させて逆起電力を発生させることが可能な駆動モータを搭載し、このモータを発電機として利用できるようなシステムに広く応用できるものである。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の電池装置、電池加温方法、及び電動アシスト自転車では、温度検出手段によって検出されるバッテリ部の温度が所定レベル以下である場合に、駆動モータから得られる回生電力をヒータに供給してバッテリ部を加温するようにしたことから、例えば寒冷地等において温度低下のためにバッテリ部の正常な動作が困難な状況でも、迅速なバッテリ部の加温により、機能の回復を図ることができ、利便性を向上することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例による電動アシスト自転車の外観を示す側面図である。
【図２】図１に示す電動アシスト自転車の制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す電動アシスト自転車の電池ユニットの制御回路の構成例を示すブロック図である。
【図４】図１に示す電動アシスト自転車の電池ユニットの外観を示す斜視図である。
【図５】図３に示す電源ユニットのヒータの具体例を示す説明図である。
【図６】図１に示す電動アシスト自転車の起動時における電池加温動作を示すフローチャートである。
【図７】図３に示す電池ユニットのセル構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１……メインパイプ、２……前輪部、３……後輪部、５……シートポスト、６……ハンドル、８……フロントフォーク、９……リヤフォーク、１０……シートポスト、１１……スピンドル、１２……ヘッドパイプ、１３……ペダル部、１４……電池ユニット、１４１……充電池部、１４２……温度センサ、１４３……ヒータ、１４４……加温回路、１４５……回生回路、１４６……スイッチ、１４７……電源コントローラ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばリチウムイオン電池等の継ぎ足し充電可能な２次電池を用いた電池装置、電池加温方法、及び電動アシスト自転車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、リチウムイオン電池を用いた充放電可能な電源パックが提供されている。ここで、リチウムイオン電池は電池の消耗に応じて随時充電（いわゆる継ぎ足し充電）が可能であり、例えば人力だけの走行とモータによるアシスト走行とを選択的に行ない、アシスト（放電）動作を行なわないときにはモータに生じた逆起電力によって回生（充電）動作を行なうような電動アシスト自転車の電源として利用することが可能である。
また、電源パックの構造は、複数の電池セルを直列に接続して組電池を構成し、これをパックケース内に配置したものである。
【０００３】
ところで、このようなリチウムイオン電池を用いた通常の電源パックでは、温度が低い時は放電能力が低く、例えば０°Ｃ以下の環境で起動すると、起動当初は放電能力が低下し、通常の半分程度の放電能力しか出ないため、電池が温まって有効に動作するのに時間がかかるという問題があった。
一方、電動アシスト自転車等は、寒冷地でも雪が深くなければ通常使用され、０°Ｃ程度でも使用できるようにすることが要請される。
そこで従来は、環境温度が低い場合に、電源に対して強制的に大きい電流を流させるように制御し、電池の温度上昇を促進して放電特性を改善するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２６０３２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように大電流を流して電池を加温する方法では、迅速な加熱を行なうこができず、正常な動作状態になるまで時間がかかるという問題があった。
【０００６】
そこで本発明の目的は、例えば寒冷地等において温度低下のためにバッテリ部の起動が困難な状況で迅速なバッテリ部の起動を図ることが可能な電池装置、電池加温方法、及び電動アシスト自転車を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、継ぎ足し充電可能な２次電池よりなるバッテリ部と、前記バッテリ部に配置された温度検出手段と、前記バッテリ部に配置された加温用のヒータと、前記バッテリ部によって供給される電力を外部の駆動モータに供給するとともに、前記駆動モータから得られる回生電力によって前記バッテリ部を充電するバッテリ制御部とを有し、前記バッテリ制御部は前記温度検出手段によって検出されるバッテリ部の温度が所定レベル以下である場合に、前記駆動モータから得られる回生電力を前記ヒータに供給して前記バッテリ部を加温することを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、継ぎ足し充電可能な２次電池よりなるバッテリ部と、前記バッテリ部に配置された温度検出手段と、前記バッテリ部に配置された加温用のヒータと、前記バッテリ部によって供給される電力を外部の駆動モータに供給するとともに、前記駆動モータから得られる回生電力によって前記バッテリ部を充電するバッテリ制御部とを有する電池装置の電池加温方法であって、前記温度検出手段によって検出されるバッテリ部の温度が所定レベル以下である場合に、前記駆動モータから得られる回生電力を前記ヒータに供給して前記バッテリ部を加温することを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、車輪駆動軸にアシストトルクを付与することによってペダル踏力を軽減する駆動モータを含むアシスト駆動部と、継ぎ足し充電可能な２次電池よりなるバッテリ部と、前記バッテリ部に配置された温度検出手段と、前記バッテリ部に配置された加温用のヒータと、前記バッテリ部によって供給される電力を前記駆動モータに供給するとともに、前記駆動モータから得られる回生電力によって前記バッテリ部を充電するバッテリ制御部とを有し、前記バッテリ制御部は前記温度検出手段によって検出されるバッテリ部の温度が所定レベル以下である場合に、前記駆動モータから得られる回生電力を前記ヒータに供給して前記バッテリ部を加温することを特徴とする。
【００１０】
本発明では、温度検出手段によって検出されるバッテリ部の温度が所定レベル以下である場合に、駆動モータから得られる回生電力をヒータに供給してバッテリ部を加温するようにした。すなわち、例えばシステムの起動時には駆動モータを何らかの手段によって回転させ、発電機としてコイルに逆起電力を発生させ、これをヒータに流してバッテリ部を加温し、温度の上昇によって放電機能を正常化する。
例えば、電動アシスト自転車では、初期の段階で自力走行を行なうことにより、ペダルと連動して駆動モータが回り、逆起電力が発生するので、これをヒータに流してバッテリ部を加温し、温度の上昇によって放電機能を正常化することにより、駆動モータへのバッテリ部からの電力が徐々に増加し、短時間で常温時と同様のアシスト駆動が可能となる。
このように本発明では、例えば寒冷地等において温度低下のためにバッテリ部の起動が困難な状況でも迅速なバッテリ部の起動を図ることができ、利便性を向上することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による電池装置、電池加温方法、及び電動アシスト自転車の実施の形態例について説明する。
なお、以下の説明は本発明を電動アシスト自転車に適用した場合の例を中心について説明する。
図１は本発明の実施の形態例による電動アシスト自転車の外観を示す側面図である。
本例の電動アシスト自転車は、折り畳み構造のものであり、メインパイプ１と、前輪部２を支持したフロントフォーク８と、後輪部３を支持したリヤフォーク９と、シート５を支持したシートポスト１０と、ハンドル６を支持したスピンドル１１と、スピンドル１１を挿通支持したヘッドパイプ１２と、ペダル部１３と、バッテリ部としての電池ユニット１４等を有している。
【００１２】
そして、図１では図示を省略しているが、本例の電動アシスト自転車の各部には本例の制御を行うための以下のような各種部材が設けられている。
まず、メインパイプ１には、本例の電動アシスト自転車の状態を管理し、各種の制御を行うためのビークルコントローラが設けられている。また、メインパイプ１の折り畳み構造部には、折り畳みスイッチが設けられており、車体が折り畳まれたことを検出することによって折り畳み時にはモータ等の駆動を禁止し、安全を確保するようになっている。
また、ペダル部１３には、ペダルクランク１３Ａの周辺にトルクセンサ、クランク周波数発生器（ＦＧ）が設けられ、ペダルクランク１３Ａに発生するトルクの検出や回転数の検出を行うようになっている。
【００１３】
また、ハンドル６には、ＬＣＤ等による表示部、キー入力用の操作部、及びそれらを制御する表示部コントローラが設けられ、ユーザに各種表示を提供するとともに、キー入力による各種モード設定や選択等を行えるようになっている。
また、ヘッドパイプ１２には電池ユニット１４の電源オン、オフを切り替えるキースイッチが設けられている。
また、前輪部２には、アシスト駆動用のモータと、このモータの駆動を制御するモータドライバと、このモータドライバを制御するモータコントローラが設けられている。
また、後輪部３には、自動変速ユニットが設けられている。
【００１４】
図２は図１に示す電動アシスト自転車の制御系を示すブロック図である。
図示のように、本例の電動アシスト自転車は、ビークルコントローラユニット（制御手段）３０、表示部ユニット４０、モータユニット（アシスト駆動手段）５０、電池ユニット１４の主要な４つのユニットを有している。
ビークルコントローラユニット３０は、後述する各種制御を行うビークルコントローラ３１と、ユーザが電源のオン・オフを行うキースイッチ３２と、自転車が折り畳まれたことを検出する折り畳みスイッチ３３と、自動変速を行う自動変速ユニット３４と、ペダル部１３で生じるトルクを検出するトルクセンサ３５と、ペダル部１３の回転数を検出するクランクＦＧ３６とを有する。
【００１５】
また、表示部ユニット４０は、ＬＣＤ等の表示部４１と、各種操作キーよりなる操作スイッチ４２と、これらの制御を行う表示部コントローラ４３とを有する。
また、モータユニット５０は、前輪部２のアシスト駆動を行う駆動モータ５１と、この駆動モータ５１の駆動を制御するモータドライバ５２と、このモータドライバ５２を制御するモータコントローラ５３とを有する。
また、このモータユニット５０は、駆動モータ５１のコイルから得られる逆起電力を回生電力として電池ユニット１４に供給する機能を有しているが、特に本例では、通常は回生電力として用いる逆起電力を電池ユニット１４の起動時等における加温用に用いるようになっている。
【００１６】
また、電池ユニット１４は、リチウムイオン２次電池等による充電池部と、この充電池部の充放電を制御する電源コントローラと、充電池部の温度を検出する複数の温度センサと、充電池部の加温を行なう複数のヒータとを有している。なお、充電池部、温度センサ、及びヒータは電池パックのケース内に配置され、電源コントローラは電池パックの外部に接続されているものとする。
この電池ユニットの詳細は後述するが、本例では、電動アシスト自転車の起動時等に温度センサによって充電池部の温度を検出し、所定値以下（例えば０°Ｃ以下）である場合に、ヒータに上述したモータユニット５０の駆動モータ５１から得られる逆起電力を供給し、充電池部の加温を開始する。そして、充電池部の温度を定期的に監視し、温度が所定値以上（例えば２０°Ｃ以上）になった場合に、加温を終了し、モータユニット５０の駆動モータ５１から得られる逆起電力を回生電力として充電池部に供給する。なお、この段階では、充電池部の放電機能が通常の状態に復帰しており、通常はアシスト駆動状態に切り替わっているため、充電動作でなく、放電動作が行なわれることが想定されるが、場合によってはアシスト走行が選択されないこともあり、その場合には、回生動作が行なわれることになる。
【００１７】
ビークルコントローラ３１では、トルクセンサ３５によりペダル部１３からの踏力を検出して、それに応じたアシスト力をモータユニット５０にシリアル通信ラインによって送出する。また、表示部ユニット４０の操作スイッチ４２からの入力によって、自転車のモードをさまざまに変えることが可能である。また、自転車の速度や電池の残量などのさまざまな情報を表示部４１に表示することができる。
【００１８】
次に、本例の電動アシスト自転車の特徴となる電池ユニット１４について説明する。
まず、本例の充電池部に用いるリチウムイオン電池の組電池は、それぞれのセルが温度により放電特性が変わるため、セルに温度差をもたせてはならない制限があり、さらに全セルを均一に温度制御できないと、過放電、過充電等につながるため、細かい計測、制御が必要とされる。そこで、本例では、複数の温度センサとヒータを用いて、電池パック内の各部の温度を細かく検出し、全体として均一で安定的な加温を行なうようになっている。
図３は本例における電池ユニット１４の制御回路の構成例を示すブロック図である。
図示のように、本例の電池ユニット１４は、充電池部１４１、温度センサ１４２、ヒータ１４３、加温回路１４４、回生回路１４５、スイッチ１４６、及び電源コントローラ１４７を有する。
【００１９】
充電池部１４１は、リチウムイオン２次電池のセルよりなる組み電池であり、例えば図７に示すように、３つ１組で並列接続したセル１５１を直列に８組接続したものである。なお、各組みのセル１５１には、それぞれ制御端子（図示せず）が設けられ、電流や電圧の管理を行なう構成となっている。
また、温度センサ１４２は、充電池部１４１を設けた電池パックのケース内に複数個所配置されており、充電池部１４１の温度を検出して、電源コントローラ１４７に出力する。
また、ヒータ１４３も充電池部１４１を設けた電池パックのケース内に複数個所配置されており、充電池部１４１の各セルを全体的に加温するようになっている。
加温回路１４４は、電源コントローラ１４７からの制御によってヒータ１４３への電力供給を制御するものである。
回生回路１４５は、モータ５１からの逆起電力を回生電力として取り出す回路である。
【００２０】
スイッチ１４６は、電源コントローラ１４７の制御に基づいて回生回路１４５からの回生電力の供給先を加温回路１４４と充電池部１４１とに選択的に切り替えるものである。
電源コントローラ１４７は、電池ユニット１４の全体の制御を行なうものであるが、特に本例では充電池部１４１の温度管理と加温処理の制御を行なう。
すなわち、例えば自転車の起動時等に温度センサ１４２からの温度情報を取り込み、充電池部１４１が所定の温度（例えば０°Ｃ）以下の場合には、スイッチ１４６を加温回路１４４側に切り替えて、回生電力をヒータ１４３に供給し、充電池部１４１の加温を行なう。そして、この加温動作中に定期定期に温度を監視し、充電池部１４１が所定の温度（例えば２０°Ｃ）になった時点で、スイッチ１４６を充電池部１４１側に切り替えて加温動作を終了し、通常の回生動作を含むアシスト自転車の動作状態に移行する。
【００２１】
図４は充電池部１４１等が設けられた電池パックの具体例を示す斜視図である。図示のように本例の電池パックは長手直方体型のケース１５０を有し、このケース１５０内に上述した直列８組のセル１５１が４組ずつ折り返されて配置され、ケース１５０の一方の端部に入出力端子を配置した構造となっている。
このような電池パックでは、一般に入出力端子のうちの＋電圧が印加される部分が最も温度が高く、また入出力端子から最も遠い、ケース１５０の他方の端部側が最も温度が低くなる。また、周囲に回路基板等がある場合、その基板に搭載された発熱素子によって電池パックが加熱される場合があり、さらにヒータとの位置関係にも影響されるので、その部分の温度は高くなる。
一方、充電池部１４１が適正に動作するためには、全てのセルの温度が適正に維持される必要がある。
【００２２】
そこで、本例では、ケース１５０の両方の端部近傍を含む複数個所に温度センサ１４２を設け、各温度センサ１４２の検出値のうち最も低い温度を基準に加温動作を行なうことで、全てのセルが適正に動作できるようにする。
また、ヒータ１４３についても、充電池部１４１全体をまんべんなく加温するような構造が望ましい。
図５はヒータ１４３の具体例を示す説明図である。
図５（Ａ）は線状のヒータ１４３Ａをセル１５１の間隙に挿入した例であり、図５（Ｂ）は帯状のヒータ１４３Ｂをセル１５１の外周に巻き付けた例である。このような各種形態のヒータを用いて充電池部１４１を全体的に加温し、できるだけ安定的な温度上昇を促進し、迅速な機能回復を達成するものである。
なお、温度センサの具体的配置やヒータの具体的構成については、種々の変形が考えられ、本例に特に限定されないものとする。
【００２３】
図６は本例の電動アシスト自転車における起動時（電源オン時）の動作を示すフローチャートである。
まず、キースイッチ３２によって電源がオンされると（ステップＳ１）、電源コントローラ１４７は、温度センサ１４２から充電池部１４１の温度を検出し（ステップＳ２）、所定の第１の温度ｔ１（例えば０°Ｃ）以下であれば（ステップＳ３）、回生回路１４５からの電力を用いてヒータ１４３を動作させ、充電池部１４１を加温する（ステップＳ４）。そして、温度センサ１４２からの温度を継続的に監視し、所定の第２の温度ｔ２（例えば２０°Ｃ）以上になると（ステップＳ５）、加温動作を終了し（ステップＳ６）、通常の動作（ステップＳ７）に移行する。
また、ステップＳ３で充電池部１４１の温度が第１の温度ｔ１以下でなければ、加温動作は行なわず、そのまま通常の動作（ステップＳ７）に移行する。
なお、この場合の温度検出の基準となる温度ｔ１、ｔ２の値は適宜変更が可能であり、本例に限定されないものとする。
以上のようにして、例えば寒冷地においても有効な電源ユニットの起動を行なうことができ、使い良い電動アシスト自転車を提供することが可能となる。
【００２４】
なお、以上の例では、電池パックの加温用の電力を回生電力だけに頼る方法について説明したが、回生電力と電池自体の電力の両方を用いてヒータを加温するようにしてもよい。
また、自転車の起動時に電源パックを加温する動作について説明したが、自転車の走行中においても、電池パック内の温度を適宜監視し、温度低下が検出された場合には、ヒータを動作させて電池パックを加熱するような方法を用いることも可能である。
また、バッテリ部の電池としては、リチウムイオン２次電池を用いたが、継ぎ足し充電可能な２次電池であれば、他のものを用いてもよい。
また、本発明の電池装置及び電池加温方法は、上述のような電動アシスト自転車に限らず、例えば手や足等の人力操作で回転させて逆起電力を発生させることが可能な駆動モータを搭載し、このモータを発電機として利用できるようなシステムに広く応用できるものである。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の電池装置、電池加温方法、及び電動アシスト自転車では、温度検出手段によって検出されるバッテリ部の温度が所定レベル以下である場合に、駆動モータから得られる回生電力をヒータに供給してバッテリ部を加温するようにしたことから、例えば寒冷地等において温度低下のためにバッテリ部の正常な動作が困難な状況でも、迅速なバッテリ部の加温により、機能の回復を図ることができ、利便性を向上することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例による電動アシスト自転車の外観を示す側面図である。
【図２】図１に示す電動アシスト自転車の制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す電動アシスト自転車の電池ユニットの制御回路の構成例を示すブロック図である。
【図４】図１に示す電動アシスト自転車の電池ユニットの外観を示す斜視図である。
【図５】図３に示す電源ユニットのヒータの具体例を示す説明図である。
【図６】図１に示す電動アシスト自転車の起動時における電池加温動作を示すフローチャートである。
【図７】図３に示す電池ユニットのセル構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１……メインパイプ、２……前輪部、３……後輪部、５……シートポスト、６……ハンドル、８……フロントフォーク、９……リヤフォーク、１０……シートポスト、１１……スピンドル、１２……ヘッドパイプ、１３……ペダル部、１４……電池ユニット、１４１……充電池部、１４２……温度センサ、１４３……ヒータ、１４４……加温回路、１４５……回生回路、１４６……スイッチ、１４７……電源コントローラ。
Claims (18)
- 継ぎ足し充電可能な２次電池よりなるバッテリ部と、
前記バッテリ部に配置された温度検出手段と、
前記バッテリ部に配置された加温用のヒータと、
前記バッテリ部によって供給される電力を外部の駆動モータに供給するとともに、前記駆動モータから得られる回生電力によって前記バッテリ部を充電するバッテリ制御部とを有し、
前記バッテリ制御部は前記温度検出手段によって検出されるバッテリ部の温度が所定レベル以下である場合に、前記駆動モータから得られる回生電力を前記ヒータに供給して前記バッテリ部を加温する、
ことを特徴とする電池装置。 - 前記バッテリ制御部はシステムの起動を検出する起動検出手段を有し、前記起動検出手段によってシステムの起動が検出された場合に、前記温度検出手段によってバッテリ部の温度を検出し、バッテリ部の温度が所定レベル以下である場合に、前記駆動モータから得られる回生電力を前記ヒータに供給して前記バッテリ部を加温することを特徴とする請求項１記載の電池装置。
- 前記２次電池がリチウムイオン電池であることを特徴とする請求項１記載の電池装置。
- 前記温度検出手段が前記バッテリ部の複数個所に配置され、最も低い検出温度を基準としてバッテリ部の加温を行なうか否かを判定することを特徴とする請求項１記載の電池装置。
- 前記ヒータが前記バッテリ部の複数個所に配置されていることを特徴とする請求項１記載の電池装置。
- 前記バッテリ制御部は前記ヒータによってバッテリ部の加温を開始した後、定期的に検出温度を監視し、バッテリ部の温度が所定レベルを超えた場合に、バッテリ部の加温を終了し、前記駆動モータから得られる回生電力をバッテリ部に供給して充電を行なうことを特徴とする請求項１記載の電池装置。
- 継ぎ足し充電可能な２次電池よりなるバッテリ部と、
前記バッテリ部に配置された温度検出手段と、
前記バッテリ部に配置された加温用のヒータと、
前記バッテリ部によって供給される電力を外部の駆動モータに供給するとともに、前記駆動モータから得られる回生電力によって前記バッテリ部を充電するバッテリ制御部とを有する電池装置の電池加温方法であって、
前記温度検出手段によって検出されるバッテリ部の温度が所定レベル以下である場合に、前記駆動モータから得られる回生電力を前記ヒータに供給して前記バッテリ部を加温する、
ことを特徴とする電池加温方法。 - 前記電池装置の起動時に前記温度検出手段によってバッテリ部の温度を検出し、バッテリ部の温度が所定レベル以下である場合に、前記駆動モータから得られる回生電力を前記ヒータに供給して前記バッテリ部を加温することを特徴とする請求項７記載の電池加温方法。
- 前記２次電池がリチウムイオン電池であることを特徴とする請求項７記載の電池加温方法。
- 前記バッテリ部の複数個所に温度検出手段を配置して温度検出を行ない、最も低い検出温度を基準としてバッテリ部の加温を行なうか否かを判定することを特徴とする請求項７記載の電池加温方法。
- 前記バッテリ部の複数個所にヒータを配置してバッテリ部を加温することを特徴とする請求項７記載の電池加温方法。
- 前記ヒータによってバッテリ部の加温を開始した後、定期的に検出温度を監視し、バッテリ部の温度が所定レベルを超えた場合に、バッテリ部の加温を終了し、前記駆動モータから得られる回生電力をバッテリ部に供給して充電を行なうことを特徴とする請求項７記載の電池加温方法。
- 車輪駆動軸にアシストトルクを付与することによってペダル踏力を軽減する駆動モータを含むアシスト駆動部と、
継ぎ足し充電可能な２次電池よりなるバッテリ部と、
前記バッテリ部に配置された温度検出手段と、
前記バッテリ部に配置された加温用のヒータと、
前記バッテリ部によって供給される電力を前記駆動モータに供給するとともに、前記駆動モータから得られる回生電力によって前記バッテリ部を充電するバッテリ制御部とを有し、
前記バッテリ制御部は前記温度検出手段によって検出されるバッテリ部の温度が所定レベル以下である場合に、前記駆動モータから得られる回生電力を前記ヒータに供給して前記バッテリ部を加温する、
ことを特徴とする電動アシスト自転車。 - 前記バッテリ制御部は前記アシスト駆動部の起動を検出する起動検出手段を有し、前記起動検出手段によってアシスト駆動部の起動が検出された場合に、前記温度検出手段によってバッテリ部の温度を検出し、バッテリ部の温度が所定レベル以下である場合に、前記駆動モータから得られる回生電力を前記ヒータに供給して前記バッテリ部を加温することを特徴とする請求項１３記載の電動アシスト自転車。
- 前記２次電池がリチウムイオン電池であることを特徴とする請求項１３記載の電動アシスト自転車。
- 前記温度検出手段が前記バッテリ部の複数個所に配置され、最も低い検出温度を基準としてバッテリ部の加温を行なうか否かを判定することを特徴とする請求項１３記載の電動アシスト自転車。
- 前記ヒータが前記バッテリ部の複数個所に配置されていることを特徴とする請求項１３記載の電動アシスト自転車。
- 前記バッテリ制御部は前記ヒータによってバッテリ部の加温を開始した後、定期的に検出温度を監視し、バッテリ部の温度が所定レベルを超えた場合に、バッテリ部の加温を終了し、前記駆動モータから得られる回生電力をバッテリ部に供給して充電を行なうことを特徴とする請求項１３記載の電動アシスト自転車。
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