【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池からなる組電池を有効につかうモータによる電池制御方法である。
【０００２】
【従来の技術】
エレクトロ二クスの目覚しい発展により、電子機器の小型・軽量化が可能となり、コードレス化、ポータブル化が急速に進展した。これらの機器の進歩に伴い電子機器用電源も小型・軽量で高エネルギー密度の電池が要望されている。それらの用途としては、電動工具を中心とするパワー用途をはじめ、バックアップ用途など、ありとあらゆるものの電源として使われている。
【０００３】
これらの電源としては、従来、ニッケル−カドミウム蓄電池が幅広く使われてきた。高まる高容量化要望と、世界的な環境問題への高まりにより、ニッケル−カドミウム蓄電池に代る商品として、ニッケル−水素蓄電池が開発され、市場に浸透してきたが、さらなる高容量商品としてリチウムイオンも商品化された。
【０００４】
これらの二次電池を用いた電池パックは、充放電にともなって発熱する可能性がある。特に、充電中の温度上昇が大きく、電池に熱電対をつけて、充電中の電池温度を監視し、電池温度が上昇するにつれ、送風ファンの風量を段階的に増加させたり、充電完了時点の温度を推定して充電停止温度を超えないように冷却度合いを変えて充電を行っている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１８５８９８号公報（第２頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように冷却能力を高めて温度上昇を抑制する方法では、電池パック全体の温度上昇を抑制できるが、電池パック内で冷却にムラが発生し、冷却のバラツキを生じてしまう恐れがあった。このため電池パック内の電池温度バラツキが生じ、電池劣化を加速してしまうことが課題となっていた。
【０００７】
本発明は、温度バラツキによって生じる電池間の容量バラツキを発生することなく電池を充放電する事を可能とし、電池容量を有効に活用することを可能とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、１つ以上の組電池より電力を供給されるモータの出力を制御する方法において、モータに入力される電圧データを検知する手段と、モータに供給される電流データを検知する手段と、前記電圧データと電流データからモータの消費電力を算出する手段と、前記消費電力を積算し総消費電力を算出する手段と、前記総消費電力と、前もってコントローラ内に設定してある所定の判定値とをコントローラ内で比較し、前記総消費電力が所定値より大きいか否かを判定する手段と、前記判定手段によって総消費電力が大きいと判断された場合、モータに供給される電力を制限する事により駆動力を下げることを特徴とするモータの出力制御方法とした。
【０００９】
電池、および電池パックでは、電池が高温にさらされると、電池の構成材料が劣化し、寿命が短くなる。大電流を流すことが可能な電池、および電池パックに大電流を流した場合で、状態が放電末期であると急激に温度上昇が起きる。
【００１０】
電池、および電池パックの温度上昇は、電池の発熱量、冷却による放熱量、電池の熱伝導率、電池の熱容量、および電池の表面積によって決まる。上記の中で電池の熱伝導率、熱容量、表面積については、電池の仕様できまる。
【００１１】
特に放電時（機器を実際に使う場合）の電池発熱量は、実使用機器に供給する電力量で決まる。従って電池、および電池パックの温度上昇は、電力量をパラメータとして、計算することにより算出することが可能である。
【００１２】
従って、電力消費量を特定すれば、放電末期の電池温度を推測することが可能となる。これにより放電末期に所定温度を超えることなく、機器を使用することが可能となる。
【００１３】
本発明の方法においては、まず放電末期で所定の温度以下になる総消費電力量を算出した後、総電力量に応じて、単位時間あたりの電力量を設定して、実使用機器を使う。このような方法で機器をつかうことにより、放電末期の温度が所定値を超えることもなく、電池劣化も促進させない。
【００１４】
また電池、および電池パックより機器（モータ）に電力が供給される場合、モータに供給される電力が小さくなると、電池、および電池パックを放電する電流も小さくなる。このため電流値、および電流値の単位時間あたりの変化率により電池の状態の判別が可能となる。このように電流値、および単位時間あたりの電流値の変化率により電池、および電池パックの状態を把握することができる。また放電末期に供給電力が小さくなった場合には、モータの出力を下げて急激な出力低下を抑制することもできる。
【００１５】
これにより放電末期の急激な温度上昇がなくなり、発熱を抑制することも可能となる。
【００１６】
これと同様に機器使用時に、電池、および電池パックの電圧、および電圧変化率により、モータの出力を下げた場合でも急激な出力低下と、放電末期時の温度上昇による発熱も抑制することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、１つ以上の組電池より電力を供給されるモータの出力を制御する方法において、モータに入力される電圧データと通電する電流データにより消費電力量を算出し、この消費電力を積算して総消費電力を算出し、前もってコントローラ内に設定してある所定の判定値と比較して、総消費電力が所定値より大きい場合、モータの出力を下げることを特徴とするモータの出力制御方法とした。これにより電池、および電池パックの温度上昇を抑制することができ、電池、および電池パックを高温にさらすことが抑制できるため、長寿命化が図れる。
【００１８】
本発明の請求項２に記載の発明は、１つ以上の組電池より電力を供給されるモータの出力を制御する方法において、モータを通電する電流データの電流値、および電流の変化量を算出して、前もってコントローラ内に設定してある所定の判定値と比較し、電流値、および電流の変化量が所定値より大きい場合、モータの出力を下げることを特徴とするモータの出力制御方法とした。これにより電池、および電池パックの温度上昇が抑制でき、電池、および電池パックを高温にさらすことが抑制できるため、長寿命化が図れる。
【００１９】
本発明の請求項３に記載の発明は、１つ以上の組電池より電力を供給されるモータの出力を制御する方法において、モータに入力される電圧データより電圧と電圧の変化量を算出して、前もってコントローラ内に設定してある所定の判定値と比較し、電圧値、および電圧の変化量が所定値より大きい場合、モータに供給される電力を制限する事により、出力を下げることを特徴とするモータの出力制御方法とした。これにより電池、および電池パックの温度上昇が抑制でき、電池、および電池パックを高温にさらすことが抑制できるため、長寿命化が図れる。
【００２０】
尚、使用機器の能力を急激に落とさないために、モータの出力を段階的に小さくすることも可能である。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例１について説明する。
【００２２】
図１は、本発明のモータ制御方法の具体的な制御回路を示す回路図である。図１は、モータ４を駆動用スイッチング素子６によってパルス幅を変化させるパルス幅変調（ＰＷＭ）制御をする制御回路である。
【００２３】
図１において、１は、直列に組み込まれた組電池であり、モータ４への入力の電圧を読みとる電池電圧検知部２と、モータ４に接続される電池電流検知部３からなる。電流値を検知するセンサとしては、例えばシャント抵抗等が挙げられる。
【００２４】
電池電流検知部２のデータをコントローラ５に入力して、このコントローラ５内で電流と電圧からモータの消費電力を算出し、この消費電力を積算して総消費電力を算出する。この総消費電力が所定値以上になるとＰＷＭデューティを下げて温度が上昇しないように制御している。
【００２５】
図２に一定モータ出力、かつ連続使用における総消費電力と電池の温度上昇の関係を示す。図２から明らかなように総消費電力が増加するにつれ電池の温度上昇は大きくなる。このため図３に示すように、連続使用において総消費電力が一定の値を超えた場合、ＰＷＭデューティを下げてモータの出力を下げる。これにより温度上昇勾配を低減でき、電池の温度上昇を大幅に低減できる。
【００２６】
図４は制御回路の演算処理を表している。使用機器のモータへの電力供給が開始された後、Ｓ１でモータに流れる電流を検出し、Ｓ２でモータにかかる電圧を取り込み、Ｓ３でモータの消費電力を計算し、この消費電力を積算し総消費電力Ｗ１を算出、Ｓ４で総消費電力Ｗ１が所定値Ｗ０を超えているか否かを判断し、超えていなければモータへの出力は維持される。Ｓ４で所定値を超えていると判断された場合、ＰＷＭデューティを下げてモータの出力を下げる。これにより放電末期の急激な温度上昇がなくなり、また設定値を超えることもなくなる。
【００２７】
次に実施例２について説明する。出力の制御回路は実施例１と同様の構成をしている。
【００２８】
図１において、モータ４に接続される電池電流検知部３により検出された電流データを、コントローラ５に入力して、このコントローラ５内でこれらの電流と単位時間あたりの電流変化量を算出する。この電流値、あるいは電流変化量が所定値以上になるとＰＷＭデューティを下げて温度が上昇しないように制御している。
【００２９】
図５は制御回路の演算処理を表している。使用機器のモータへの電力供給が開始された後、Ｓ５でモータに流れる電流Ｉ１を検出し、そのデータを読み取り、Ｓ６で電流変化量ΔＩ１を計算し、Ｓ７でこの電流値Ｉ１、あるいは電流変化量ΔＩ１が所定値Ｉ０あるいはΔＩ０を超えているか否かを判断し、超えていなければモータへの出力は維持される。Ｓ７で超えていると判断された場合ＰＷＭデューティを下げてモータ４の出力を下げる。これにより放電末期の急激な温度上昇がなくなり設定値を超えることなく機器を使用することができるため、電池、および電池パックの長寿命化が図れる。
【００３０】
次に実施例３ついて説明する。出力の制御回路は実施例１と同様の構成をしている。
【００３１】
図１においてモータ４への入力の電圧を読みとる電池電圧検知部２により、電圧を読み取り、このデータをコントローラ５に入力して、このコントローラ５内でこれらの電圧と単位時間あたりの電圧変化量を算出する。この電圧、あるいは電圧変化量が所定値以上になるとＰＷＭデューティを下げて温度が上昇しないように制御している。
【００３２】
図６は制御回路の演算処理を表している。使用機器のモータ４への電力供給が開始された後、Ｓ８でモータ４に流れる電圧Ｖ１を検出し、そのデータを読み取り、Ｓ９で電圧変化量ΔＶ１を算出し、Ｓ１０でこの電圧値Ｖ１あるいは電圧変化量ΔＶ１が所定値Ｖ０あるいはΔＶ０を超えているか否かを判断し、超えてなければモータ４への出力は維持される。Ｓ１０で超えていると判断された場合ＰＷＭデューティを下げてモータ４の出力を下げる。これにより放電末期の急激な温度上昇がなくなり設定値を超えることなく機器を使用することができるため電池、および電池パックの長寿命化が図れる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のモータ制御を用いると、二次電池および電池パックの温度上昇を抑制することが可能になり、長寿命化が図れ、補助的な使われ方（パワーアシスト）の機器や、さまざまな機器への適用も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御方法を用いた回路図
【図２】モータの総消費電力と電池温度の関係を示す図
【図３】モータの総消費電力とモータの出力の関係を示す図
【図４】本発明の実施例１の動作を示すフローチャート
【図５】本発明の実施例２の動作を示すフローチャート
【図６】本発明の実施例３の動作を示すフローチャート
【符号の説明】
１ 組電池
２ 電池電流検知部
３ 電池電圧検知部
４ モータ
５ コントローラ
６ スイッチング素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a battery control method using a motor that effectively uses an assembled battery including a secondary battery.
[0002]
[Prior art]
The remarkable development of electronics has made it possible to reduce the size and weight of electronic devices, and the development of cordless and portable devices has rapidly progressed. Along with the progress of these devices, there is a demand for power sources for electronic devices that are compact, lightweight and have a high energy density. These are used as a power source for all sorts of applications, including power applications centered on electric tools and backup applications.
[0003]
Conventionally, nickel-cadmium storage batteries have been widely used as these power sources. Nickel-hydrogen storage batteries have been developed and penetrated the market as a replacement for nickel-cadmium storage batteries due to the increasing demand for higher capacity and increasing global environmental problems. It was commercialized.
[0004]
Battery packs using these secondary batteries may generate heat during charging and discharging. In particular, the temperature rise during charging is large, a thermocouple is attached to the battery, the battery temperature during charging is monitored, and as the battery temperature rises, the air flow of the blower fan is increased stepwise, The charging is performed by changing the degree of cooling so that the temperature is estimated and the charging stop temperature is not exceeded (see, for example, Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-8-185898 (2nd page)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this method of increasing the cooling capacity and suppressing the temperature rise, the temperature rise of the entire battery pack can be suppressed, but there is a risk that uneven cooling occurs in the battery pack, resulting in variations in cooling. It was. For this reason, the battery temperature variation in a battery pack arises, and it has been a subject to accelerate battery deterioration.
[0007]
The present invention makes it possible to charge and discharge a battery without generating a capacity variation between batteries caused by a temperature variation, and to make effective use of the battery capacity.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, according to the present invention, in a method for controlling the output of a motor supplied with power from one or more assembled batteries, means for detecting voltage data input to the motor, Means for detecting current data, means for calculating power consumption of the motor from the voltage data and current data, means for integrating the power consumption and calculating total power consumption, the total power consumption, and a controller in advance A predetermined determination value that is set in the controller and determining whether or not the total power consumption is greater than a predetermined value; and when the determination means determines that the total power consumption is large, The motor output control method is characterized in that the driving force is reduced by limiting the power supplied to the motor.
[0009]
In the battery and the battery pack, when the battery is exposed to a high temperature, the constituent material of the battery is deteriorated and the life is shortened. When a large current is passed through a battery capable of passing a large current and a battery pack, if the state is at the end of discharge, the temperature rises rapidly.
[0010]
The temperature rise of the battery and the battery pack is determined by the amount of heat generated by the battery, the amount of heat released by cooling, the thermal conductivity of the battery, the heat capacity of the battery, and the surface area of the battery. Among the above, the battery thermal conductivity, heat capacity, and surface area can be determined by the battery specifications.
[0011]
In particular, the amount of heat generated by the battery during discharge (when the device is actually used) is determined by the amount of power supplied to the device actually used. Therefore, the temperature rise of the battery and the battery pack can be calculated by calculating using the electric energy as a parameter.
[0012]
Therefore, if the power consumption is specified, the battery temperature at the end of discharge can be estimated. This makes it possible to use the device without exceeding a predetermined temperature at the end of discharge.
[0013]
In the method of the present invention, first, after calculating the total power consumption at a predetermined temperature or less at the end of discharge, the power consumption per unit time is set according to the total power consumption, and the actually used equipment is used. By using the device in this way, the temperature at the end of discharge does not exceed a predetermined value, and battery deterioration is not promoted.
[0014]
Further, when electric power is supplied to the device (motor) from the battery and the battery pack, when the electric power supplied to the motor is reduced, the current for discharging the battery and the battery pack is also reduced. For this reason, the state of the battery can be determined based on the current value and the rate of change of the current value per unit time. Thus, the state of the battery and the battery pack can be grasped from the current value and the rate of change of the current value per unit time. In addition, when the supply power becomes small at the end of discharge, the output of the motor can be lowered to suppress a rapid output drop.
[0015]
As a result, there is no sudden temperature rise at the end of discharge, and heat generation can be suppressed.
[0016]
Similarly, when the device is used, the output of the battery and the battery pack, and the voltage change rate, even if the output of the motor is lowered, it is possible to suppress sudden output drop and heat generation due to temperature rise at the end of discharge. .
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to a first aspect of the present invention, in a method for controlling the output of a motor supplied with power from one or more assembled batteries, the amount of power consumption is determined by voltage data input to the motor and current data supplied to the motor. Calculate and integrate this power consumption to calculate the total power consumption. If the total power consumption is greater than the predetermined value, the motor output is reduced as compared with a predetermined judgment value set in the controller in advance. A motor output control method characterized by the above. Thereby, the temperature rise of a battery and a battery pack can be suppressed, and since it can suppress that a battery and a battery pack are exposed to high temperature, lifetime improvement can be achieved.
[0018]
According to a second aspect of the present invention, in a method for controlling the output of a motor supplied with electric power from one or more assembled batteries, a current value of current data for energizing the motor and a change amount of the current are calculated. A motor output control method, wherein the motor output is reduced when the current value and the amount of change in current are larger than a predetermined value compared with a predetermined determination value set in the controller in advance. did. Thereby, the temperature rise of a battery and a battery pack can be suppressed, and since it can suppress that a battery and a battery pack are exposed to high temperature, lifetime improvement can be achieved.
[0019]
According to a third aspect of the present invention, in a method for controlling the output of a motor supplied with power from one or more assembled batteries, the voltage and the amount of change in voltage are calculated from voltage data input to the motor. Compared with a predetermined judgment value set in the controller in advance, if the voltage value and the amount of change in voltage are larger than the predetermined value, the output is reduced by limiting the power supplied to the motor. The motor output control method is a feature. Thereby, the temperature rise of a battery and a battery pack can be suppressed, and since it can suppress that a battery and a battery pack are exposed to high temperature, lifetime improvement can be achieved.
[0020]
Note that the output of the motor can be reduced stepwise so as not to drastically reduce the capability of the equipment used.
[0021]
【Example】
Embodiment 1 of the present invention will be described below.
[0022]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a specific control circuit of the motor control method of the present invention. FIG. 1 is a control circuit that performs pulse width modulation (PWM) control for changing the pulse width of the motor 4 by the driving switching element 6.
[0023]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an assembled battery incorporated in series, which includes a battery voltage detection unit 2 that reads a voltage input to the motor 4 and a battery current detection unit 3 connected to the motor 4. Examples of the sensor that detects the current value include a shunt resistor.
[0024]
Data of the battery current detection unit 2 is input to the controller 5, the power consumption of the motor is calculated from the current and voltage in the controller 5, and the total power consumption is calculated by integrating the power consumption. When the total power consumption exceeds a predetermined value, the PWM duty is reduced to control the temperature so as not to rise.
[0025]
FIG. 2 shows the relationship between the total power consumption and battery temperature rise in constant motor output and continuous use. As is apparent from FIG. 2, the temperature rise of the battery increases as the total power consumption increases. For this reason, as shown in FIG. 3, when the total power consumption exceeds a certain value in continuous use, the PWM duty is lowered to lower the motor output. Thereby, a temperature rise gradient can be reduced and the temperature rise of a battery can be reduced significantly.
[0026]
FIG. 4 shows a calculation process of the control circuit. After the power supply to the motor of the device used is started, the current flowing to the motor is detected in S1, the voltage applied to the motor is captured in S2, the power consumption of the motor is calculated in S3, and this power consumption is integrated and totaled. The power consumption W1 is calculated. In S4, it is determined whether or not the total power consumption W1 exceeds a predetermined value W0. If not, the output to the motor is maintained. If it is determined in S4 that the value exceeds the predetermined value, the PWM duty is reduced to reduce the motor output. As a result, there is no sudden temperature rise at the end of discharge and the set value is not exceeded.
[0027]
Next, Example 2 will be described. The output control circuit has the same configuration as that of the first embodiment.
[0028]
In FIG. 1, current data detected by the battery current detection unit 3 connected to the motor 4 is input to the controller 5, and these currents and a current change amount per unit time are calculated in the controller 5. When this current value or current change amount exceeds a predetermined value, the PWM duty is reduced to control the temperature so as not to rise.
[0029]
FIG. 5 shows a calculation process of the control circuit. After power supply to the motor of the device used is started, the current I1 flowing through the motor is detected in S5, the data is read, the current change amount ΔI1 is calculated in S6, and the current value I1 or current change is calculated in S7. It is determined whether or not the amount ΔI1 exceeds a predetermined value I0 or ΔI0. If not, the output to the motor is maintained. If it is determined in S7, the PWM duty is decreased and the output of the motor 4 is decreased. This eliminates a rapid temperature rise at the end of discharge and allows the device to be used without exceeding the set value, thereby extending the life of the battery and the battery pack.
[0030]
Next, Example 3 will be described. The output control circuit has the same configuration as that of the first embodiment.
[0031]
In FIG. 1, the battery voltage detector 2 that reads the voltage input to the motor 4 reads the voltage, inputs this data to the controller 5, and calculates the voltage and the amount of voltage change per unit time in the controller 5. calculate. When this voltage or voltage change amount exceeds a predetermined value, the PWM duty is decreased to control the temperature so as not to rise.
[0032]
FIG. 6 shows the arithmetic processing of the control circuit. After the power supply to the motor 4 of the device used is started, the voltage V1 flowing through the motor 4 is detected in S8, the data is read, the voltage change ΔV1 is calculated in S9, and this voltage value V1 or voltage is calculated in S10. It is determined whether or not the change amount ΔV1 exceeds a predetermined value V0 or ΔV0. If not, the output to the motor 4 is maintained. If it is determined in S10 that the value is exceeded, the PWM duty is lowered to lower the output of the motor 4. This eliminates a rapid temperature rise at the end of discharge and allows the device to be used without exceeding the set value, thereby extending the life of the battery and the battery pack.
[0033]
【The invention's effect】
By using the motor control of the present invention, it becomes possible to suppress the temperature rise of the secondary battery and the battery pack, and it is possible to extend the service life, and to use auxiliary power (power assist) devices and various devices. Application to is also possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram using the control method of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a relationship between total motor power consumption and battery temperature. FIG. 3 is a diagram showing a relationship between total motor power consumption and motor output. 4 is a flowchart showing the operation of the first embodiment of the present invention. FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the third embodiment of the present invention.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery assembly 2 Battery current detection part 3 Battery voltage detection part 4 Motor 5 Controller 6 Switching element
