JP2012249365A - Electric cart with lithium ion battery mounted thereon and method of charging lithium ion battery for electric cart - Google Patents

Electric cart with lithium ion battery mounted thereon and method of charging lithium ion battery for electric cart Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric cart and a charging method capable of performing the braking of the electric cart by maximally using a regeneration brake by a regeneration current, and capable of simultaneously charging the lithium ion battery safely.SOLUTION: In an electric cart 1 on which a lithium ion battery 3 obtained by connecting a plurality of cells is mounted and which comprises a braking control part 21 using both a regeneration brake obtained by controlling a regeneration current and a mechanical brake causing a mechanical brake device to be in an actuation state by generating a bake command, the braking control part 21 weakens the regeneration brake by reducing the regeneration current and also uses the mechanical brake by outputting the brake command when it is detected that a voltage between terminals of the cells of the lithium ion battery 3 charged by the regeneration current rises to a threshold voltage lower than a charging upper limit voltage.

Description

本発明は、リチウムイオン電池を搭載した電動カート及びリチウムイオン電池の充電方法に関するものである。   The present invention relates to an electric cart equipped with a lithium ion battery and a method for charging a lithium ion battery.

リチウムイオン電池は、小型・軽量・高容量・高出力であるという特徴があり、ゴルフカート等の電動カートの電源に用いることで、鉛蓄電池等に比べて軽量化ができ、長距離の走行が可能になる。そのため、最近では、多くの電動カートに搭載されるようになっている。   Lithium-ion batteries are characterized by their small size, light weight, high capacity, and high output. By using them as power sources for electric carts such as golf carts, they can be reduced in weight compared to lead-acid batteries, etc. It becomes possible. Therefore, recently, it has been installed in many electric carts.

電動カートは、電動モータを搭載しているため、制動時や斜面を降りているような場合に、電動モータが発電機として機能して発生する回生電流を用いて回生ブレーキを行うことが可能であり、同時に、回生電流によってリチウムイオン電池を充電することが可能である。しかしながら、リチウムイオン電池を充電上限電圧を超えて充電（過充電）することは、電池を急激に劣化させる原因となるだけでなく、発熱・発火を起こす原因ともなる。そのためリチウムイオン電池を充電する場合には、過充電にならないように充電を行って電池を保護する必要がある。   Since the electric cart is equipped with an electric motor, it is possible to perform regenerative braking using the regenerative current generated by the electric motor functioning as a generator when braking or downhill. At the same time, it is possible to charge the lithium ion battery with a regenerative current. However, charging (overcharging) the lithium ion battery beyond the upper limit charging voltage not only causes rapid deterioration of the battery but also causes heat generation and ignition. Therefore, when charging a lithium ion battery, it is necessary to protect the battery by charging it so as not to overcharge.

そこで、例えば、特開２００６−１１５５７１公報（特許文献１）には、１回目の充電量を充電上限電圧よりも低く設定し、走行時の電池電圧の測定結果に基づき、２回目以降のリチウムイオン電池の充電電圧を決定することで、充電上限電圧を超えて充電しないようにする技術が公開されている。   Therefore, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-115571 (Patent Document 1), the first charge amount is set to be lower than the upper limit charge voltage, and the second and subsequent lithium ions are determined based on the measurement result of the battery voltage during travel. A technology for preventing charging beyond the upper charging limit voltage by determining the charging voltage of the battery is disclosed.

特開２００６−１１５５７１公報JP 2006-115571 A

しかしながら、特開２００６−１１５５７１公報（特許文献１）の技術を採用するためには、リチウムイオン電池の充電量を低く抑える必要があり、リチウムイオン電池の特性を十分に生かし切れない。すなわち、リチウムイオン電池の定格容量を１００％とし、完全放電を０％と定義した場合の充電率（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：以後ＳＯＣ）を低く抑える必要がある。そのためリチウムイオン電池自体は高容量の特性を持つにもかかわらず、低いＳＯＣで使用することになり、ＳＯＣ１００％まで充電を行い走行した場合の理論走行距離と比べて、１充電あたりの走行距離が短くなる問題があった。また、充電電圧を低く設定していたとしても、走行方法等の条件が変わることで回生電流の発生量が変わり、充電上限電圧を超えてしまう可能性もある。   However, in order to employ the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-115571 (Patent Document 1), it is necessary to keep the charge amount of the lithium ion battery low, and the characteristics of the lithium ion battery cannot be fully utilized. That is, it is necessary to keep the state of charge (hereinafter referred to as SOC) low when the rated capacity of the lithium ion battery is 100% and complete discharge is defined as 0%. Therefore, the lithium ion battery itself is used with a low SOC despite having a high capacity characteristic, and the travel distance per charge is smaller than the theoretical travel distance when the battery is charged to 100% SOC and traveled. There was a problem of shortening. Even if the charging voltage is set low, the amount of regenerative current may change due to changes in conditions such as the driving method, and the charging upper limit voltage may be exceeded.

本発明の目的は、回生電流による回生ブレーキを最大限利用して電動カートの制動を行い、同時に、安全にリチウムイオン電池を充電することが可能な電動カート及び電動カート用リチウムイオン電池の充電方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an electric cart capable of braking an electric cart by making maximum use of a regenerative brake by a regenerative current, and at the same time, safely charging a lithium ion battery, and a method of charging a lithium ion battery for an electric cart. Is to provide.

本発明の他の目的は、大容量であるリチウムイオン電池の特性を生かして走行可能距離を延ばした電動カート及び電動カート用リチウムイオン電池の充電方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide an electric cart and a method for charging a lithium ion battery for an electric cart that extend the travelable distance by taking advantage of the characteristics of a lithium ion battery having a large capacity.

本発明の電動カートは、複数のセルが接続されてなるリチウムイオン電池と、リチウムイオン電池のセルの端子間電圧を個々に検出するセル電圧検出部と、リチウムイオン電池を電源とする電動モータと、電動モータを駆動する駆動信号を出力するアクセルと、駆動信号を入力として電動モータにモータ電流を供給し且つ電動モータの回生時に回生電流をリチウムイオン電池に流すモータ制御部と、ブレーキ指令に基づいて動作状態となる制動用機械ブレーキ装置と、回生電流を制御することにより得る回生ブレーキとブレーキ指令を発生して制動用機械ブレーキ装置を動作状態にすることによる機械ブレーキとを併用する制動制御部とを備えており、モータ制御部は、アクセルから駆動信号が出力されていないときに回生電流をリチウムイオン電池に流すように構成されている。そして、制動制御部は、回生電流により充電されるリチウムイオン電池のセルの端子間電圧が充電上限電圧よりも低い閾値電圧まで上昇したことを検知すると、回生電流を減少させて回生ブレーキを弱めるとともにブレーキ指令を出力して機械ブレーキを併用するように構成されている。このように構成することで、リチウムイオン電池のセルの端子間電圧が閾値電圧に達するまでは、回生ブレーキのみで制動を行い且つリチウムイオン電池を充電できる。そして、リチウムイオン電池のセルの端子間電圧が閾値電圧を超えた場合には、回生ブレーキを弱めて、機械ブレーキを併用することで、リチウムイオン電池を過充電から保護しながら充電し、且つ、電動カートの制動を行うことが可能になる。   An electric cart of the present invention includes a lithium ion battery in which a plurality of cells are connected, a cell voltage detection unit that individually detects a voltage between terminals of the cells of the lithium ion battery, an electric motor that uses the lithium ion battery as a power source, and An accelerator that outputs a drive signal for driving the electric motor, a motor control unit that supplies the motor current to the electric motor with the drive signal as an input, and flows the regenerative current to the lithium-ion battery during regeneration of the electric motor, and a brake command The braking control unit that uses both the braking mechanical brake device that is in the operating state and the regenerative braking that is obtained by controlling the regenerative current and the mechanical brake that generates the braking command and sets the braking mechanical braking device in the operating state. The motor control unit supplies the regenerative current to the lithium ion when no drive signal is output from the accelerator. And it is configured to flow to down the battery. When the braking control unit detects that the voltage between the terminals of the lithium ion battery cell charged by the regenerative current has risen to a threshold voltage lower than the charging upper limit voltage, it reduces the regenerative current and weakens the regenerative brake. A brake command is output and the mechanical brake is used together. By comprising in this way, it can brake only by regenerative braking and can charge a lithium ion battery until the voltage between the terminals of the cell of a lithium ion battery reaches a threshold voltage. And when the voltage between the terminals of the cells of the lithium ion battery exceeds the threshold voltage, by weakening the regenerative brake and using the mechanical brake together, charging the lithium ion battery while protecting it from overcharging, and It becomes possible to brake the electric cart.

制動制御部による回生電流の減少のさせ方は、リチウムイオン電池が早期に過充電状態にすることを抑制または防ぐことができれば任意である。例えば、セルの端子間電圧が閾値電圧まで上昇したことを検知すると、回生電流を１／２に減少させるように回生電流を制御してもよい。また、段階的に回生電流を減少させてもよく、その場合には、回生電流を減少させる割合に比例してブレーキ指令を増大させることが好ましい。このように回生電流を減少させ、ブレーキ指令を増大させることで、急激なブレーキの切換を防ぐことができ、制動時の乗員の乗り心地を損なうことを防止できる。   The method of reducing the regenerative current by the braking control unit is arbitrary as long as the lithium ion battery can be suppressed or prevented from being overcharged early. For example, the regenerative current may be controlled so as to reduce the regenerative current to 1/2 when detecting that the voltage between the terminals of the cell has increased to the threshold voltage. Further, the regenerative current may be decreased step by step, and in that case, it is preferable to increase the brake command in proportion to the rate of decreasing the regenerative current. By reducing the regenerative current and increasing the brake command in this way, it is possible to prevent sudden switching of the brake and to prevent the rider's ride comfort during braking from being impaired.

なお、セルの端子間電圧が閾値電圧まで上昇したことを検知して、回生電流を減少させることで、ほとんどの場合は、リチウムイオン電池を過充電から保護することができる。ただし、回生電流による充電が継続されると、１セルの端子間電圧が充電上限電圧に達してしまう可能性もある。そこで制動制御部を、リチウムイオン電池のセルが回生電流により充電上限電圧まで充電されたことを検知すると、回生電流が０になるように制御を行い、機械ブレーキのみで制動を行うように制御を行うようにしてもよい。このように制御すれば、リチウムイオン電池の各セルを充電上限電圧を超えて充電することを確実に防止できる。   In most cases, the lithium ion battery can be protected from overcharge by detecting that the voltage between the terminals of the cell has increased to the threshold voltage and reducing the regenerative current. However, if the charging by the regenerative current is continued, the voltage between terminals of one cell may reach the charging upper limit voltage. Therefore, when the braking control unit detects that the lithium ion battery cell is charged to the upper limit voltage by the regenerative current, the control is performed so that the regenerative current becomes 0, and the braking is performed only by the mechanical brake. You may make it perform. By controlling in this way, it is possible to reliably prevent each cell of the lithium ion battery from being charged exceeding the charging upper limit voltage.

本発明の電動カートは、搭載しているリチウムイオン電池を外部電源で充電するための充電器を備えていてもよい。充電器による充電電圧は、充電上限電圧を超えないようにすればよい。より好ましくは、充電器が充電電圧を設定する充電電圧設定部を備えていて、充電電圧設定部により充電電圧を閾値電圧よりも低い第１の充電電圧に設定して、外部電源によりリチウムイオン電池を充電するようにしてもよい。このように充電電圧を設定すれば、外部電源による充電完了時から、回生ブレーキを優先的に使用して充電と制動とを併用した制御を行うことができる。   The electric cart of the present invention may include a charger for charging the mounted lithium ion battery with an external power source. What is necessary is just to make the charging voltage by a charger not exceed a charging upper limit voltage. More preferably, the charger includes a charging voltage setting unit that sets a charging voltage, the charging voltage setting unit sets the charging voltage to a first charging voltage lower than the threshold voltage, and the lithium ion battery is supplied from an external power source. May be charged. If the charging voltage is set in this way, it is possible to perform control using both charging and braking by preferentially using the regenerative brake from the time when charging by the external power supply is completed.

ただし、第１の充電電圧で充電して実際にカートを走行した場合に、初めに設定した第１の充電電圧があまり高いと、機械ブレーキの使用比率が多くなってしまい回生ブレーキがあまり使用できない不適切な状態が発生することが考えられる。また、初めに設定した第１の充電電圧があまり低いと、ＳＯＣが低すぎて走行可能距離が短くなってしまうことが考えられる。そこで、走行した際のデータに基づいて外部電源による充電電圧（第１の充電電圧）を変更すれば、回生ブレーキを中心にして制動を実施するのに適切な充電電圧でリチウムイオン電池を充電できる。例えば、本発明の電動カートがゴルフカートである場合、多くの場合、走行するコースは共通しており、回生電流の発生傾向は共通することが多く、前回走行した際のデータに基づいて外部電源による充電電圧（第１の充電電圧）を変更すれば、適切な充電電圧でリチウムイオン電池を充電できる。そのため、電動カートに電動カートの走行時のリチウムイオン電池のセルの端子間電圧を記憶する電圧記憶部を備え、電圧記憶部に記憶された電動カートの走行時のリチウムイオン電池のセルの端子間電圧のピーク電圧が充電上限電圧よりも低い場合に、充電電圧を、充電上限電圧よりも低く、且つ、第１の充電電圧よりも高い第２の充電電圧に設定変更することが考えられる。走行時のリチウムイオン電池のセルの端子間電圧のピーク電圧が充電上限電圧よりも低い場合は、回生電流によって充電上限電圧を超えて充電される可能性が低いため、第１の充電電圧よりも高い第２の充電電圧で充電しても充電上限電圧を超える可能性が低い。そこで、許容可能な範囲で充電電圧を高くすることで、リチウムイオン電池の充電量を多くして走行可能距離を延ばすことが期待できる。   However, if the first charging voltage set at the beginning is too high when the car is actually driven by charging with the first charging voltage, the use ratio of the mechanical brake increases and the regenerative brake cannot be used much. An improper state may occur. Further, if the first charging voltage set at the beginning is too low, the SOC may be too low and the travelable distance may be shortened. Therefore, if the charging voltage (first charging voltage) by the external power source is changed based on the data at the time of traveling, the lithium ion battery can be charged with a charging voltage suitable for performing braking mainly on the regenerative brake. . For example, when the electric cart of the present invention is a golf cart, in many cases, the traveling course is common and the generation tendency of the regenerative current is often the same. If the charging voltage (first charging voltage) is changed, the lithium ion battery can be charged with an appropriate charging voltage. Therefore, the electric cart is provided with a voltage storage unit that stores the voltage between the terminals of the lithium ion battery cells when the electric cart is running, and between the terminals of the lithium ion battery cells when the electric cart is stored stored in the voltage storage unit. When the peak voltage of the voltage is lower than the charging upper limit voltage, it is conceivable to change the setting of the charging voltage to a second charging voltage that is lower than the charging upper limit voltage and higher than the first charging voltage. When the peak voltage of the voltage between the terminals of the lithium-ion battery cell during traveling is lower than the charging upper limit voltage, it is less likely to be charged beyond the charging upper limit voltage due to the regenerative current, and therefore, the first charging voltage is lower Even if charging is performed at a high second charging voltage, the possibility of exceeding the charging upper limit voltage is low. Therefore, by increasing the charging voltage within an allowable range, it can be expected to increase the charge amount of the lithium ion battery and extend the travelable distance.

さらに、電動カートの走行時間と、機械ブレーキの動作時間とを記憶する時間記憶部を備え、電動カートの走行時間に対する機械ブレーキの動作時間が所定の割合を超える場合には、充電電圧を、第１の充電電圧よりも低い第３の充電電圧に設定変更することが考えられる。電動カートの走行時間に対する機械ブレーキの動作時間が所定の割合を超える場合は、回生電流による充電が十分に行われていないことを意味しており、回生されているエネルギの多くが損失になっている。そこで、充電電圧を第１の充電電圧よりも低い第３の充電電圧に設定変更することで、機械ブレーキの比率を下げて、回生ブレーキの比率を上げて、効率的に回生電流によってリチウムイオン電池を充電することができる。   Furthermore, a time storage unit for storing the traveling time of the electric cart and the operating time of the mechanical brake is provided, and when the operating time of the mechanical brake with respect to the traveling time of the electric cart exceeds a predetermined ratio, the charging voltage is It is conceivable to change the setting to a third charging voltage lower than the charging voltage of 1. If the operating time of the mechanical brake with respect to the running time of the electric cart exceeds a predetermined ratio, it means that charging by the regenerative current is not sufficiently performed, and much of the regenerated energy is lost. Yes. Therefore, by changing the setting of the charging voltage to the third charging voltage lower than the first charging voltage, the ratio of the mechanical brake is lowered, the ratio of the regenerative brake is increased, and the lithium ion battery is efficiently generated by the regenerative current. Can be charged.

なお、機械ブレーキの動作時間には、機械ブレーキが動作した時の回生電流の値に応じた重み付けをすると、より適切に判定ができるようになる。すなわち、例えば、回生電流が最大で100[A]発生し、リチウムイオン電池のセルの端子間電圧が閾値電圧まで上昇すると回生電流を50[A]に制御し、充電上限電圧まで上昇すると回生電流を0[A]に制御するような場合には、機械ブレーキが動作した時の回生電流が0[A]の場合には機械ブレーキの動作時間の１倍、50[A]の場合には機械ブレーキの動作時間の０．５倍とするようにすれば、より適切に判定が可能である。   It should be noted that the operation time of the mechanical brake can be more appropriately determined by weighting according to the value of the regenerative current when the mechanical brake is operated. That is, for example, when the maximum regenerative current is 100 [A], the regenerative current is controlled to 50 [A] when the voltage between the terminals of the lithium ion battery cell rises to the threshold voltage, and the regenerative current is increased to the charging upper limit voltage. If the regenerative current when the mechanical brake is activated is 0 [A], the machine brake operating time is 1 time, and if it is 50 [A], the machine If it is set to 0.5 times the operation time of the brake, the determination can be made more appropriately.

本発明をゴルフカートに適用した実施の形態のブロック図である。1 is a block diagram of an embodiment in which the present invention is applied to a golf cart. 本実施の形態のゴルフカートで制動を行う際の制御のフロー図である。It is a flowchart of control at the time of braking with the golf cart of this Embodiment. 図２のフロー図に沿って制動制御を行った場合のリチウムイオン電池の１つのセルの端子間電圧及び充放電電流の波形の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the waveform of the voltage between terminals of one cell of a lithium ion battery at the time of performing braking control along the flowchart of FIG. 2, and charging / discharging electric current. リチウムイオン電池を外部電源で充電する際の充電電圧を決定する過程を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the process of determining the charging voltage at the time of charging a lithium ion battery with an external power supply.

以下、図面を参照して、本発明を電動カートの一例であるゴルフカートに適用した場合の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態のブロック図であり、図２は、本発明の実施の形態のゴルフカートで制動を行う際の制御のフロー図であり、図３は、図２のフロー図に沿って制動制御を行った場合のリチウムイオン電池の１つのセルの端子間電圧及び充放電電流の波形の一例を示した図であり、図４は、リチウムイオン電池を外部電源で充電する際の充電電圧を決定する過程を示すフロー図である。   Hereinafter, with reference to the drawings, an embodiment when the present invention is applied to a golf cart as an example of an electric cart will be described. FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a flowchart of control when braking is performed by the golf cart of the embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a flowchart of FIG. It is the figure which showed an example of the waveform of the voltage between terminals of one cell of a lithium ion battery at the time of braking control according to a figure, and the charge / discharge current, and FIG. 4 charges a lithium ion battery with an external power supply It is a flowchart which shows the process of determining the charging voltage at the time.

〈ゴルフカートの構成〉
図１に示すように、本実施の形態のゴルフカート（電動カート）１は、主に、複数のセルが接続されてなるリチウムイオン電池３と、制御部５と、電動モータ７と、駆動信号を出力するアクセルであるアクセルペダル９と、制動用機械ブレーキ装置１１とから構成されている。リチウムイオン電池３には複数のセルの端子間電圧を個々に検出するセル電圧検出部４が備えられている。図１においては、セル電圧検出部４の検出線の一部を簡略化して示してある。また図１において、制御部５の入出力部については、複数の入出力部がある場合でも図示の簡略化のために代表して１つの入出力部だけを示してある。複数のセルの端子間電圧を個々に検出するセル電圧検出部４の演算部は制御部５内のマイクロコンピュータ１７によって実現されている。セル電圧検出部４が検出する複数のセル電圧は、制御部５のセル電圧入力部５１に入力される。またリチウムイオン電池３の一端と制御部５の充電端子部５２と充放電端子部５３との間には、切り替え回路を構成するリレー１５が配置されている。またリチウムイオン電池３の他端と制御部５の入力端子部５４との間には、放電電流を検出する電流検出器１３が配置されている。電流検出器１３の一対の出力部は、制御部５の電流入力部５５に接続されている。 <Configuration of golf cart>
As shown in FIG. 1, the golf cart (electric cart) 1 of the present embodiment mainly includes a lithium ion battery 3 to which a plurality of cells are connected, a control unit 5, an electric motor 7, and a drive signal. Is composed of an accelerator pedal 9 that is an accelerator that outputs a brake and a mechanical brake device 11 for braking. The lithium ion battery 3 is provided with a cell voltage detection unit 4 that individually detects voltages between terminals of a plurality of cells. In FIG. 1, a part of the detection line of the cell voltage detector 4 is shown in a simplified manner. Further, in FIG. 1, only one input / output unit is shown as a representative of the input / output unit of the control unit 5 for simplification of illustration even when there are a plurality of input / output units. The calculation unit of the cell voltage detection unit 4 that individually detects the voltage between terminals of a plurality of cells is realized by a microcomputer 17 in the control unit 5. The plurality of cell voltages detected by the cell voltage detection unit 4 are input to the cell voltage input unit 51 of the control unit 5. Further, a relay 15 constituting a switching circuit is disposed between one end of the lithium ion battery 3 and the charging terminal portion 52 and the charging / discharging terminal portion 53 of the control unit 5. Further, a current detector 13 for detecting a discharge current is disposed between the other end of the lithium ion battery 3 and the input terminal portion 54 of the control unit 5. A pair of output units of the current detector 13 are connected to a current input unit 55 of the control unit 5.

制御部５は、マイクロコンピュータ１７を備えており、このマイクロコンピュータ１７はモータ制御部１９及び制動制御部２１の演算部として機能する。制御部５内のモータ制御部１９は、電動モータ７を駆動制御する駆動回路を備えており、この駆動回路に、電動モータ７の動力線が接続されている。なおこの駆動回路は、リチウムイオン電池３の直流電圧を交流電圧に変換するインバータ機能と、モータが発生する回生電流を直流に変換するコンバータ機能とを有するものである。また制御部５内の制動制御部２１は、制動用機械ブレーキ装置１１（機械ブレーキ）と回生ブレーキの併用を制御する。モータ制御部１９と制動制御部２１には、アクセルペダル９からの速度指令と車速センサ２３からの車速データとが入力される。   The control unit 5 includes a microcomputer 17, and the microcomputer 17 functions as a calculation unit of the motor control unit 19 and the braking control unit 21. The motor control unit 19 in the control unit 5 includes a drive circuit that drives and controls the electric motor 7, and a power line of the electric motor 7 is connected to the drive circuit. This drive circuit has an inverter function for converting the DC voltage of the lithium ion battery 3 into an AC voltage, and a converter function for converting the regenerative current generated by the motor into DC. The braking control unit 21 in the control unit 5 controls the combined use of the braking mechanical brake device 11 (mechanical brake) and the regenerative brake. A speed command from the accelerator pedal 9 and vehicle speed data from the vehicle speed sensor 23 are input to the motor control unit 19 and the braking control unit 21.

本実施の形態では、リチウムイオン電池３を外部電源で充電するための充電器２５が備えられている。充電器２５は、商用電源（外部電源）２７からの交流電圧を直流電圧に変換し、リチウムイオン電池３の充電に必要な直流電圧に電圧調整する。充電器２５の出力は制御部５内を経由して充電端子部５２から出力される。後述する操作パネル２９からの切り替え指令によりリレー１５が充放電端子部５３から充電端子部５２に接続を切り替えることにより、リチウムイオン電池３の充電が行われる。リレー１５は操作パネル２９を操作することによって切り換えることができる。接点をＡ側（充電端子部５２側）に切り換えることでリチウムイオン電池３と充電器２５とが接続されて、商用電源２７を利用した充電が行われる。リレー１５の接点をＢ側（充放電端子部５３側）に切り換えることで、リチウムイオン電池３と電動モータ７とが制御部５内のモータ制御部１９を介して接続される。   In the present embodiment, a charger 25 for charging the lithium ion battery 3 with an external power source is provided. The charger 25 converts an AC voltage from a commercial power source (external power source) 27 into a DC voltage, and adjusts the voltage to a DC voltage necessary for charging the lithium ion battery 3. The output of the charger 25 is output from the charging terminal unit 52 via the control unit 5. When the relay 15 switches the connection from the charge / discharge terminal portion 53 to the charge terminal portion 52 in accordance with a switching command from the operation panel 29 described later, the lithium ion battery 3 is charged. The relay 15 can be switched by operating the operation panel 29. By switching the contact to the A side (charging terminal portion 52 side), the lithium ion battery 3 and the charger 25 are connected, and charging using the commercial power source 27 is performed. By switching the contact of the relay 15 to the B side (charge / discharge terminal portion 53 side), the lithium ion battery 3 and the electric motor 7 are connected via the motor control unit 19 in the control unit 5.

ゴルフカート１の走行時には、制御部５のモータ制御部１９を介して、リチウムイオン電池３と電動モータ７の間では、双方向で電流が流れるため、以降の説明では、リチウムイオン電池３から電動モータ７に流れる電流を放電電流とし、電動モータ７からリチウムイオン電池３に流れる電流を充電電流とする。   When the golf cart 1 travels, current flows in both directions between the lithium ion battery 3 and the electric motor 7 via the motor control unit 19 of the control unit 5. Therefore, in the following description, electric power is supplied from the lithium ion battery 3. The current flowing through the motor 7 is a discharge current, and the current flowing from the electric motor 7 to the lithium ion battery 3 is a charging current.

さらに、本実施の形態では、記憶部３１が備えられており、この記憶部３１には商用電源２７によってリチウムイオン電池３を充電する際の充電電圧を設定するための情報を記憶している。詳細については、後述する。   Furthermore, in the present embodiment, a storage unit 31 is provided, and information for setting a charging voltage when charging the lithium ion battery 3 by the commercial power supply 27 is stored in the storage unit 31. Details will be described later.

なお、図１は各構成要素の動作を説明するブロック図のため、走行用のタイヤ、ハンドル、乗員の着座するシートなどは図示していない。   Note that FIG. 1 is a block diagram for explaining the operation of each component, and therefore, a tire for traveling, a steering wheel, a seat on which an occupant is seated, and the like are not shown.

〈リチウムイオン電池の充放電電流及び電池電圧の測定〉
リチウムイオン電池３の充放電時の電流値は、電流検出部１３で電圧値に変換されて制御部５に入力されている。一方、リチウムイオン電池の複数のセルの端子間電圧は、そのまま制御部５に入力されている。これらの電圧値は、制御部５内に内蔵されている図示しないＡ／Ｄ変換器を通して、デジタル信号に変換された後、マイクロコンピュータ１７に入力されて演算処理に使用する。 <Measurement of charge / discharge current and battery voltage of lithium ion battery>
The current value at the time of charging / discharging of the lithium ion battery 3 is converted into a voltage value by the current detection unit 13 and input to the control unit 5. On the other hand, the voltage between the terminals of the plurality of cells of the lithium ion battery is input to the control unit 5 as it is. These voltage values are converted into digital signals through an A / D converter (not shown) built in the control unit 5 and then input to the microcomputer 17 for use in arithmetic processing.

〈ゴルフカートの走行、制動〉
運転者がアクセルペダル９を踏み込むと、速度指令がモータ制御部１９に入力される。モータ制御部１９は、速度指令に応じてインバータ動作を行って電動モータ７に対して駆動電流を出力する。アクセルペダル９が離されると、速度指令がゼロとなり、モータ制御部１９は電動モータ７から回生される回生電流をリチウムイオン電池３へ回生するためのコンバータ動作を行う。リチウムイオン電池３から電動モータ７に直流電流が供給されて電動モータ７が回転すると、図示しないクラッチ、車軸を介して駆動力を走行用のタイヤに伝達し、ゴルフカート１が走行を開始する。 <Golf cart running and braking>
When the driver depresses the accelerator pedal 9, a speed command is input to the motor control unit 19. The motor control unit 19 performs an inverter operation according to the speed command and outputs a drive current to the electric motor 7. When the accelerator pedal 9 is released, the speed command becomes zero, and the motor control unit 19 performs a converter operation for regenerating the regenerative current regenerated from the electric motor 7 to the lithium ion battery 3. When a direct current is supplied from the lithium ion battery 3 to the electric motor 7 and the electric motor 7 rotates, the driving force is transmitted to the running tire via a clutch and an axle (not shown), and the golf cart 1 starts running.

ゴルフカート１の加速は、運転者がアクセルペダル９を踏み込んだ量に応じて出力される速度指令を制御部５のモータ制御部１９内でトルク指令及び電流指令に変換することにより実行される。減速は、アクセルペダル９を離すことで速度指令がゼロとなるか、または、車速センサ２３により検出されたゴルフカート１の速度が走行時の制限速度（例えば、２０[km/h]）を超える場合、モータ制御部１９内の駆動回路がコンバータ動作を行う状態となり、主として電動モータ７から回生される回生電流をリチウムイオン電池３側に回生することにより生じる回生ブレーキと、制動制御部２１からの指令で動作する機械ブレーキの併用で実施される。制動制御部２１が自動で行う制動以上の減速を行いたい場合は、図示しないブレーキペダルを運転者が踏み込むことによって、制動用機械ブレーキ装置１１を強制的に動作させることにより減速が可能である。ブレーキペダルを踏み込んだ量に応じて、制動制御部２１が機械ブレーキをかける。   The acceleration of the golf cart 1 is executed by converting a speed command output according to the amount by which the driver has depressed the accelerator pedal 9 into a torque command and a current command in the motor control unit 19 of the control unit 5. For deceleration, the speed command becomes zero when the accelerator pedal 9 is released, or the speed of the golf cart 1 detected by the vehicle speed sensor 23 exceeds the speed limit during travel (for example, 20 [km / h]). In this case, the drive circuit in the motor control unit 19 is in a state of performing a converter operation, a regenerative brake mainly generated by regenerating a regenerative current regenerated from the electric motor 7 to the lithium ion battery 3 side, It is implemented in combination with a mechanical brake that operates according to a command. When it is desired to decelerate more than the braking that is automatically performed by the braking control unit 21, the driver can decelerate by forcibly operating the braking mechanical brake device 11 by depressing a brake pedal (not shown). The braking control unit 21 applies mechanical braking according to the amount of depression of the brake pedal.

ゴルフカート１が、ゴルフ場の平坦路や上り斜面を走行する時には、リチウムイオン電池３から電動モータ７に放電電流が流れる。リチウムイオン電池３が放電すると、リチウムイオン電池の電圧は低下する。なおモータ制御部１９は、電動モータの減速時にも、電動モータが発生する回生電流をリチウムイオン電池３側に回生する。   When the golf cart 1 travels on a flat road or an uphill slope of a golf course, a discharge current flows from the lithium ion battery 3 to the electric motor 7. When the lithium ion battery 3 is discharged, the voltage of the lithium ion battery decreases. The motor control unit 19 regenerates the regenerative current generated by the electric motor to the lithium ion battery 3 side even when the electric motor is decelerated.

ゴルフカート１が、ゴルフ場の下り斜面を走行する時、アクセルペダル９を離す、または、車速センサ２３により検出されたゴルフカート１の速度が走行時の制限速度を超えている場合、制動制御部２１が回生ブレーキと機械ブレーキを併用した制動を行う。このとき、ゴルフカート１の制動時の運動エネルギを、タイヤから車軸を介して電動モータ７に伝達し、電動モータ７の発電機能によって電気エネルギに変換して、リチウムイオン電池３に戻す、いわゆる回生充電が行われる。このような制動方式を回生ブレーキと称する。回生充電により、リチウムイオン電池３は充電されるため、リチウムイオン電池３の電圧は上昇する。   When the golf cart 1 travels on the down slope of the golf course, the accelerator pedal 9 is released, or when the speed of the golf cart 1 detected by the vehicle speed sensor 23 exceeds the speed limit during traveling, the braking control unit 21 performs braking using both regenerative braking and mechanical braking. At this time, the kinetic energy at the time of braking of the golf cart 1 is transmitted from the tire to the electric motor 7 via the axle, converted into electric energy by the power generation function of the electric motor 7, and returned to the lithium ion battery 3, so-called regeneration. Charging is performed. Such a braking system is called regenerative braking. Since the lithium ion battery 3 is charged by regenerative charging, the voltage of the lithium ion battery 3 rises.

〈ゴルフカートの運用パターン〉
一般的なゴルフカートの運用パターンは、次の通りである。 <Operation pattern of golf cart>
A general golf cart operation pattern is as follows.

（１）充電状態：ゴルフカート車庫で、ゴルフカート１を充電する。本実施の形態では、充電上限電圧Vf[V]以下の値V1[V]（第１の充電電圧）まで充電を行う。例えば、充電上限電圧Vf=4.2[V/セル]に対して、V1=4.13[V/セル]になるまで充電を行う。 (1) Charge state: The golf cart 1 is charged in the golf cart garage. In the present embodiment, charging is performed up to a value V 1 [V] (first charging voltage) that is equal to or lower than the charging upper limit voltage V f [V]. For example, charging is performed until V 1 = 4.13 [V / cell] with respect to the charging upper limit voltage V f = 4.2 [V / cell].

（２）停車状態：充電器の充電電圧に達すると、充電が終了する。その後、走行開始までゴルフカート１は停車している。 (2) Stop state: When the charging voltage of the charger is reached, charging is terminated. Thereafter, the golf cart 1 is stopped until the start of traveling.

（３）走行状態：運転者が乗車し、ゴルフコースを走行している状態である。ゴルフ場によって、コース中には、(i)平坦路、(ii)上り斜面、(iii)下り斜面が存在する。 (3) Traveling state: A state in which the driver gets on and travels on the golf course. Depending on the golf course, there are (i) flat roads, (ii) uphill slopes, and (iii) downhill slopes in the course.

（４）停車状態：ゴルフコースの走行が終了すると、ゴルフカート１はゴルフカート車庫で停車する。 (4) Stop state: When the travel of the golf course is completed, the golf cart 1 stops at the golf cart garage.

ゴルフカート１は（１）〜（４）の状態を１サイクルとする運用パターンで運用される。   The golf cart 1 is operated in an operation pattern in which the states (1) to (4) are one cycle.

以下特に、上記（３）の走行状態における制動制御と上記（１）の充電状態における充電制御について説明する。   Hereinafter, the braking control in the traveling state (3) and the charging control in the charging state (1) will be described in particular.

〈制動制御〉
図２を用いて、本実施の形態におけるゴルフカート１の制動制御を説明する。本実施の形態では、ゴルフカート１のアクセルペダル９が離されているか否かによって制限速度が切り換わるように設定されている（ステップＳＴ１）。アクセルペダル９を離すことによって速度指令が０になると、ゴルフカート１が停止するように制限速度が０[km/h]に設定され（ステップＳＴ２）、アクセルペダル９が踏み込まれている場合には走行時の制限速度が２０[km/h]に設定される（ステップＳＴ３）。アクセルペダル９が離されたときには、当然にして速度指令は０[km/h]であり、ゴルフカート１が停止するまで回生状態は継続される。またアクセルペダル９が操作されている状態で、ゴルフカート１の速度が制限速度を超える場合は、典型的には、坂道を下っている場合である。したがってこのときには、ゴルフカートが走行中でも、回生状態が発生することになる。そこでいずれの場合であっても、実際の速度が制限速度（０[km/h]または２０[km/h]）を超えていると（ステップＳＴ４）、リチウムイオン電池３の各セルの電圧を測定し（ステップＳＴ５）、そのうち最大の電圧を示したセルの電圧を最大セル電圧Vb[V]として（ステップＳＴ６）、閾値電圧Vref[V]（本実施の形態ではVref=4.15[V]）と比較を行う（ステップＳＴ７）。最大セル電圧Vb[V]が、閾値電圧Vref[V]に達しない場合には、電動モータ７の最大電流以下（例えば、100[A]）になるように電動モータ７を制御し、機械ブレーキをかけないで回生ブレーキだけで制動を行う（ステップＳＴ８）。最大セル電圧Vb[V]が閾値電圧Vref[V]を超えている場合には、リチウムイオン電池が過充電にならないようにするために回生電流を減少させる。本実施の形態では、最大セル電圧Vb[V]を充電上限電圧Vf[V]と比較し（ステップＳＴ９）、充電上限電圧Vf[V]に達しない場合には、回生電流が50[A]以下になるように、モータ制御部１９のコンバータ機能が回生電流の回生を制御する。ただし、回生電流を減少させることで回生ブレーキを弱めることになるため、併せて、機械ブレーキを作動させ、制動のバランスをとるようにする（ステップＳＴ１０）。最大セル電圧Vb[V]が充電上限電圧Vf[V]以上の場合には、回生電流がリチウムイオン電池３側に回生しないようにモータ制御部１９のコンバータ機能が変換動作を停止する。その結果、機械ブレーキのみで制動を行う（ステップＳＴ１１）。機械ブレーキを用いて制動を行う場合（ステップＳＴ１０及びステップＳＴ１１）には、ゴルフカート１が制限速度以下になるかを監視し（ステップＳＴ１２）、制限速度以下にならない場合には、機械ブレーキの割合を増加させる（ステップＳＴ１３）。その後、ゴルフカート１が停止するまで、ステップＳＴ１〜ステップＳＴ１４を繰り返す（ステップＳＴ１４）。本実施の形態では、5[ms]の間隔でステップＳＴ１〜ステップＳＴ１４を繰り返している。ステップＳＴ１４でゴルフカート１の停止が検出されると動作は終了する。アクセルペダル９が離されていない状態では、ステップＳＴ１４で、ゴルフカート１が停止することはないため、アクセルペダル９が離されない限り、常にステップＳＴ１へ戻ることになる。 <Brake control>
The braking control of the golf cart 1 in the present embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the speed limit is set so as to be switched depending on whether or not the accelerator pedal 9 of the golf cart 1 is released (step ST1). When the speed command becomes 0 by releasing the accelerator pedal 9, the speed limit is set to 0 [km / h] so that the golf cart 1 stops (step ST2), and the accelerator pedal 9 is depressed. The speed limit during travel is set to 20 [km / h] (step ST3). When the accelerator pedal 9 is released, the speed command is naturally 0 [km / h], and the regenerative state is continued until the golf cart 1 stops. When the accelerator pedal 9 is being operated and the speed of the golf cart 1 exceeds the speed limit, it is typically a case where the golf cart 1 is going down a slope. Therefore, at this time, the regenerative state occurs even while the golf cart is running. Therefore, in any case, if the actual speed exceeds the speed limit (0 [km / h] or 20 [km / h]) (step ST4), the voltage of each cell of the lithium ion battery 3 is set. Measurement is performed (step ST5), and the voltage of the cell showing the maximum voltage is set as the maximum cell voltage V b [V] (step ST6), and the threshold voltage V ref [V] (in this embodiment, V ref = 4.15 [ V]) and comparison (step ST7). When the maximum cell voltage V b [V] does not reach the threshold voltage V ref [V], the electric motor 7 is controlled to be equal to or less than the maximum current of the electric motor 7 (for example, 100 [A]), Braking is performed only with regenerative braking without applying mechanical braking (step ST8). When the maximum cell voltage V b [V] exceeds the threshold voltage V ref [V], the regenerative current is reduced to prevent the lithium ion battery from being overcharged. In the present embodiment, the maximum cell voltage V b [V] is compared with the charging upper limit voltage V f [V] (step ST9), and if the charging upper limit voltage V f [V] is not reached, the regenerative current is 50 [A] The converter function of the motor control unit 19 controls the regeneration of the regenerative current so as to be as follows. However, since the regenerative brake is weakened by reducing the regenerative current, the mechanical brake is also operated to balance the braking (step ST10). When the maximum cell voltage V b [V] is equal to or higher than the charging upper limit voltage V f [V], the converter function of the motor control unit 19 stops the conversion operation so that the regenerative current is not regenerated to the lithium ion battery 3 side. As a result, braking is performed only with the mechanical brake (step ST11). When braking is performed using the mechanical brake (step ST10 and step ST11), it is monitored whether the golf cart 1 is below the speed limit (step ST12). Is increased (step ST13). Thereafter, steps ST1 to ST14 are repeated until the golf cart 1 stops (step ST14). In the present embodiment, steps ST1 to ST14 are repeated at intervals of 5 [ms]. When the stop of the golf cart 1 is detected in step ST14, the operation ends. In a state where the accelerator pedal 9 is not released, the golf cart 1 is not stopped in step ST14. Therefore, unless the accelerator pedal 9 is released, the process always returns to step ST1.

なお、リチウムイオン電池全体の電圧ではなく、最大セル電圧Vb[V]を比較対象にしているのは、リチウムイオン電池を構成するセルの特性にはバラツキがあるのが通常であるためである。１つのセルでも充電上限電圧に達してしまうと、リチウムイオン電池３の特性に影響が出てしまうため、最も早く充電上限電圧に達してしまうセルを基準に電圧を制御することが望ましいため、最大セル電圧Vb[V]を比較対象にしている。 The reason why the maximum cell voltage V b [V] is compared rather than the voltage of the entire lithium ion battery is that the characteristics of the cells constituting the lithium ion battery usually vary. . If the charging upper limit voltage is reached even in one cell, the characteristics of the lithium ion battery 3 will be affected. Therefore, it is desirable to control the voltage based on the cell that reaches the charging upper limit voltage earliest. The cell voltage V b [V] is a comparison target.

図３は、図２のフロー図に沿って制動制御を行った場合の一例である。なお、(a)の実線が最大セル電圧Vb[V]、(b)の実線がリチウムイオン電池３の充放電電流であり、図３において、充電電流は正極性、放電電流は負極性で描かれている。 FIG. 3 is an example of a case where braking control is performed along the flowchart of FIG. The solid line (a) is the maximum cell voltage V b [V], and the solid line (b) is the charge / discharge current of the lithium ion battery 3. In FIG. 3, the charge current is positive and the discharge current is negative. It is drawn.

図３の例では、時間t0で下り斜面を降り始めてアクセルペダル９を踏み込んだ状態である。時間t1まで、リチウムイオン電池からは放電が行われ、セル電圧は第１の充電電圧V1[V]から下降している。本例では、時間t1において、閾値電圧Vref[V]よりも最大セル電圧Vb[V]が低くなっているため、機械ブレーキを用いることなく、回生ブレーキでのみ制動が行われている（ステップＳＴ８）。その後、回生電流によって充電が行われ、時間t2において、最大セル電圧Vb[V]が閾値電圧Vref[V]に達したため、回生電流を減少させ、機械ブレーキを併用して制動が行われている（ステップＳＴ１０）。回生電流が減少したため、最大セル電圧Vb[V]の上昇を示す傾きが小さくなっている。さらに、その後、時間t3において、最大セル電圧Vb[V]が充電上限電圧Vf[V]に達したため、回生電流を0[A]にして、機械ブレーキでのみ制動が行われている（ステップＳＴ１１）。回生電流が0[A]であるため、充電は行われず、最大セル電圧Vb[V]は上昇しなくなっている。 In the example of FIG. 3, the accelerator pedal 9 is depressed after starting to descend the down slope at time t 0 . Until the time t 1 , the lithium ion battery is discharged, and the cell voltage drops from the first charging voltage V 1 [V]. In this example, since the maximum cell voltage V b [V] is lower than the threshold voltage V ref [V] at time t 1 , braking is performed only with regenerative braking without using mechanical braking. (Step ST8). Thereafter, the charging by the regenerative current is made at time t 2, since the maximum cell voltage V b [V] has reached the threshold voltage V ref [V], reduces the regenerative current, braking line in combination of the mechanical brake (Step ST10). Since the regenerative current has decreased, the slope indicating the increase in the maximum cell voltage V b [V] has decreased. Furthermore, after that, at time t 3 , the maximum cell voltage V b [V] has reached the charging upper limit voltage V f [V], so that the regenerative current is set to 0 [A] and braking is performed only with the mechanical brake. (Step ST11). Since the regenerative current is 0 [A], charging is not performed and the maximum cell voltage V b [V] does not increase.

以上のように、本発明を適用したゴルフカート１では、リチウムイオン電池の電圧を測定し、閾値電圧Vref[V]及び充電上限電圧Vf[V]と比較を行い、回生ブレーキと機械ブレーキを併用した制動制御を行うことで、リチウムイオン電池を過充電から保護しながら充電し、且つ、ゴルフカートの制動を行うことが可能になる。 As described above, in the golf cart 1 to which the present invention is applied, the voltage of the lithium ion battery is measured and compared with the threshold voltage V ref [V] and the charging upper limit voltage V f [V]. By performing braking control using both, the lithium ion battery can be charged while being protected from overcharging, and the golf cart can be braked.

〈充電電圧の決定〉
本実施の形態では、充電電圧を第１の充電電圧（V1=4.13[V/セル]）としている。しかしながら、走行コースの起伏の程度や長さに応じて、より適切な充電電圧で充電することが望ましい場合がある。特に、ゴルフカートの場合、多くの場合、走行するコースは共通しており、回生電流の発生傾向は共通することが多く、前回走行した際のデータに基づいて外部電源による充電電圧を変更すれば、より適切な充電電圧でリチウムイオン電池を充電できる。そこで、本実施の形態では、ゴルフカート１の走行時のリチウムイオン電池３のセルの端子間電圧を記憶する電圧記憶部３３と、ゴルフカート１の走行時間と機械ブレーキの動作時間とを記憶する時間記憶部３５を備えた記憶部３１を備えており、記憶された情報に基づいて商用電源２７で充電を開始する前に制御部５が充電器２５の充電電圧を設定している。 <Determination of charging voltage>
In the present embodiment, the charging voltage is the first charging voltage (V 1 = 4.13 [V / cell]). However, it may be desirable to charge with a more appropriate charging voltage depending on the degree of undulation and length of the traveling course. In particular, in the case of golf carts, in many cases, the traveling course is common, and the generation tendency of the regenerative current is often common, and if the charging voltage by the external power source is changed based on the data at the previous driving The lithium ion battery can be charged with a more appropriate charging voltage. Therefore, in the present embodiment, the voltage storage unit 33 that stores the voltage between the terminals of the lithium ion battery 3 when the golf cart 1 travels, and the travel time of the golf cart 1 and the operation time of the mechanical brake are stored. A storage unit 31 including a time storage unit 35 is provided, and the control unit 5 sets the charging voltage of the charger 25 before starting charging with the commercial power supply 27 based on the stored information.

図４は、充電電圧を設定するまでの過程を示すフロー図である。まず、前提として、ゴルフカート１は、上記〈ゴルフカートの運用パターン〉に従い、第１の充電電圧（V1=4.13[V/セル]）まで充電され、ゴルフ場のコースを走行し、（４）の停車状態にあるとする。 FIG. 4 is a flowchart showing a process until the charging voltage is set. First, as a premise, the golf cart 1 is charged up to the first charging voltage (V 1 = 4.13 [V / cell]) in accordance with the above <Golf cart operation pattern>, and runs on the course of the golf course. ).

商用電源２７とゴルフカート１の給電口を給電ケーブルで接続し、充電開始の指示を操作パネル２９から入力すると、制御部５は、電圧記憶部３３から前回の走行時の最大セル電圧Vb[V]のピーク電圧Vp[V]を読み出す（ステップＳＴ２１）。そして、ピーク電圧Vp[V]と充電上限電圧Vf[V]とを比較し（ステップＳＴ２２）、ピーク電圧Vp[V]が充電上限電圧Vf[V]に満たない場合には、充電電圧を充電上限電圧よりも低く、且つ、第１の充電電圧よりも高い第２の充電電圧V2[V]に設定変更する（ステップＳＴ２３）。例えば、4.13[V]に0.02[V]を加えた4.15[V]を第２の充電電圧とする。第１の充電電圧よりも高い電圧で充電しても充電上限電圧を超えることはないと判断できるためである。充電電圧の設定変更は、充電器２５の充電電圧設定部２６を用いて行う。ピーク電圧Vp[V]が充電上限電圧Vf[V]を超える場合には、更に走行時の機械ブレーキの動作時間Tm[s]を算出する（ステップＳＴ２４）。動作時間は単純に動作時間を積算しても良いが、本実施の形態では、回生電流の0[A]、50[A]、100[A]の３つの場合で機械ブレーキの動作時間に対して重み付けを行っている。すなわち、
Tm=（回生電流0[A]のときの機械ブレーキ動作時間×1.0）＋（回生電流50[A]のときの機械ブレーキ動作時間×0.5）
で求まる（なお、回生電流100[A]のときは、機械ブレーキが作動していないので、算入していない。）。このようにして求まった動作時間Tm[s]がゴルフカート１の走行時間T[s]に対して所定の割合を超えている場合には（ステップＳＴ２５）、第１の充電電圧よりも低い第３の充電電圧V3[V]に設定変更する（ステップＳＴ２６）例えば、4.13[V]から0.02[V]を減じた4.11[V]を第３の充電電圧とする。機械ブレーキが作動している割合が増えているため、このようにすることで、回生ブレーキで制動を行う割合を増やすことができる。動作時間Tm[s]がゴルフカート１の走行時間T[s]に対して所定の割合を超えていない場合には、第１の充電電圧V1[V]が適切な値であったとして、改めて第１の充電電圧V1[V]を用いて充電を行う。充電電圧の判定は充電の度に行ってもよいし、希望する場合にのみ実行できるようにしておいてもよいのはもちろんである。 When the commercial power supply 27 and the power supply port of the golf cart 1 are connected by a power supply cable and an instruction to start charging is input from the operation panel 29, the control unit 5 reads from the voltage storage unit 33 the maximum cell voltage V b [ The peak voltage V p [V] of V] is read (step ST21). Then, the peak voltage V p [V] is compared with the charge upper limit voltage V f [V] (step ST22). When the peak voltage V p [V] is less than the charge upper limit voltage V f [V], The charging voltage is changed to a second charging voltage V 2 [V] that is lower than the charging upper limit voltage and higher than the first charging voltage (step ST23). For example, 4.15 [V] obtained by adding 0.02 [V] to 4.13 [V] is set as the second charging voltage. This is because it can be determined that even if charging is performed at a voltage higher than the first charging voltage, the charging upper limit voltage is not exceeded. The setting change of the charging voltage is performed using the charging voltage setting unit 26 of the charger 25. When the peak voltage V p [V] exceeds the charge upper limit voltage V f [V], the operation time T m [s] of the mechanical brake during traveling is further calculated (step ST24). The operation time may be simply accumulated, but in this embodiment, the regenerative current is 0 [A], 50 [A], and 100 [A] in the case of the mechanical brake operation time. Weighting. That is,
T m = (mechanical brake operation time when regenerative current is 0 [A] x 1.0) + (mechanical brake operation time when regenerative current is 50 [A] x 0.5)
(Note that when the regenerative current is 100 [A], it is not counted because the mechanical brake is not operating.) When the operation time T m [s] obtained in this way exceeds a predetermined ratio with respect to the travel time T [s] of the golf cart 1 (step ST25), it is lower than the first charging voltage. The setting is changed to the third charging voltage V 3 [V] (step ST26). For example, 4.11 [V] obtained by subtracting 0.02 [V] from 4.13 [V] is set as the third charging voltage. Since the rate at which the mechanical brake is operating is increasing, the rate at which braking is performed with the regenerative brake can be increased by doing so. When the operation time T m [s] does not exceed a predetermined ratio with respect to the travel time T [s] of the golf cart 1, it is assumed that the first charging voltage V 1 [V] is an appropriate value. Then, charging is performed again using the first charging voltage V 1 [V]. Needless to say, the determination of the charging voltage may be performed each time the battery is charged, or may be executed only when desired.

なお、上記回生電流の設定値、閾値などは一例として示したものであり、実施の形態によって適宜変更されるものである。   Note that the set value, threshold value, and the like of the regenerative current are shown as examples, and may be changed as appropriate according to the embodiment.

本発明によれば、回生電流による回生ブレーキを最大限利用して電動カートの制動を行い、同時に、安全にリチウムイオン電池を充電することができる。また、回生ブレーキと機械ブレーキを併用する電動カートで、回生ブレーキの比率を増やすことができる。そのため、リチウムイオン電池を電源とした電動カートにおいて、リチウムイオン電池の特性を最大限生かすことができる。   According to the present invention, the electric cart can be braked using the regenerative brake by the regenerative current to the maximum, and at the same time, the lithium ion battery can be safely charged. In addition, the ratio of the regenerative brake can be increased with an electric cart that uses both the regenerative brake and the mechanical brake. Therefore, in the electric cart using a lithium ion battery as a power source, the characteristics of the lithium ion battery can be fully utilized.

１ ゴルフカート
３ リチウムイオン電池
５ 制御部
７ 電動モータ
９ アクセルペダル
１１ 制動用機械ブレーキ装置
１３ 電流検出器
１５ リレー
１７ マイクロコンピュータ
１９ モータ制御部
２１ 制動制御部
２３ 車速センサ
２５ 充電器
２７ 商用電源
２９ 操作パネル
３１ 記憶部
３３ 電圧記憶部
３５ 時間記憶部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Golf cart 3 Lithium ion battery 5 Control part 7 Electric motor 9 Accelerator pedal 11 Braking mechanical brake device 13 Current detector 15 Relay 17 Microcomputer 19 Motor control part 21 Braking control part 23 Vehicle speed sensor 25 Charger 27 Commercial power supply 29 Operation Panel 31 Storage unit 33 Voltage storage unit 35 Time storage unit

Claims (12)

複数のセルが接続されてなるリチウムイオン電池と、
前記リチウムイオン電池の前記セルの端子間電圧を個々に検出するセル電圧検出部と、
前記リチウムイオン電池を電源とする電動モータと、
前記電動モータを駆動する駆動信号を出力するアクセルと、
前記駆動信号を入力として前記電動モータにモータ電流を供給し且つ前記電動モータの回生時に回生電流を前記リチウムイオン電池に流すモータ制御部と、
ブレーキ指令に基づいて動作状態となる制動用機械ブレーキ装置と、
前記回生電流を制御することにより得る回生ブレーキと前記ブレーキ指令を発生して前記制動用機械ブレーキ装置を動作状態にすることによる機械ブレーキとを併用する制動制御部とを備え、
前記モータ制御部が、前記アクセルから前記駆動信号が出力されていないときに前記回生電流を前記リチウムイオン電池に流すように構成されている電動カートであって、
前記制動制御部は、前記回生電流により充電される前記リチウムイオン電池の前記セルの端子間電圧が充電上限電圧よりも低い閾値電圧まで上昇したことを検知すると、前記回生電流を減少させて前記回生ブレーキを弱めるとともに前記ブレーキ指令を出力して前記機械ブレーキを併用することを特徴とする電動カート。 A lithium ion battery in which a plurality of cells are connected;
A cell voltage detection unit for individually detecting a voltage between terminals of the cell of the lithium ion battery;
An electric motor powered by the lithium ion battery;
An accelerator that outputs a drive signal for driving the electric motor;
A motor controller for supplying a motor current to the electric motor as an input of the drive signal and flowing the regenerative current to the lithium ion battery during regeneration of the electric motor;
A braking mechanical brake device that is activated based on a brake command;
A braking control unit that uses both a regenerative brake obtained by controlling the regenerative current and a mechanical brake generated by generating the brake command and setting the mechanical brake device for braking to an operating state;
The motor control unit is an electric cart configured to flow the regenerative current to the lithium ion battery when the drive signal is not output from the accelerator,
When the braking control unit detects that the voltage between the terminals of the lithium ion battery charged by the regenerative current has risen to a threshold voltage lower than a charging upper limit voltage, the braking control unit decreases the regenerative current to reduce the regenerative current. An electric cart characterized by weakening a brake and outputting the brake command together with the mechanical brake. 前記制動制御部は、前記セルの端子間電圧が前記閾値電圧まで上昇したことを検知すると、前記回生電流を１／２に減少させるように前記回生電流を制御することを特徴とする請求項１に記載の電動カート。   The brake control unit, when detecting that the voltage between the terminals of the cell has increased to the threshold voltage, controls the regenerative current so as to reduce the regenerative current to ½. The electric cart as described in. 前記制動制御部は、前記リチウムイオン電池が前記閾値電圧まで充電されたことを検知すると、前記回生電流を減少させる割合に比例して前記ブレーキ指令を増大させることを特徴とする請求項１に記載の電動カート。   2. The brake control unit according to claim 1, wherein when the braking control unit detects that the lithium ion battery is charged to the threshold voltage, the brake control unit increases the brake command in proportion to a rate of decreasing the regenerative current. Electric cart. 前記制動制御部は、前記リチウムイオン電池の前記セルが前記回生電流により前記充電上限電圧まで充電されたことを検知すると、前記回生電流が０になるように制御を行い、前記機械ブレーキのみで制動を行うように制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３に記載のいずれか１項に記載の電動カート。   When the braking control unit detects that the cell of the lithium ion battery is charged to the charging upper limit voltage by the regenerative current, the braking control unit performs control so that the regenerative current becomes 0, and the braking is performed only by the mechanical brake. The electric cart according to any one of claims 1 to 3, wherein control is performed so as to perform. 前記電動カートは、前記リチウムイオン電池を外部電源により充電するための充電器を備えており、
前記充電器は、充電電圧を設定する充電電圧設定部を備えており、前記充電電圧を前記閾値電圧よりも低い第１の充電電圧に設定してあることを特徴とする請求項１に記載の電動カート。 The electric cart includes a charger for charging the lithium ion battery with an external power source,
The said charger is provided with the charging voltage setting part which sets a charging voltage, The said charging voltage is set to the 1st charging voltage lower than the said threshold voltage, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Electric cart. 前記電動カートは、更に、前記電動カートの走行時の前記リチウムイオン電池の前記セルの端子間電圧を記憶する電圧記憶部を備えており、
前記充電器は、前記電圧記憶部に記憶された前記電動カートの走行時の前記リチウムイオン電池の前記セルの端子間電圧のピーク電圧が前記充電上限電圧よりも低い場合には、前記充電電圧を、前記充電上限電圧よりも低く、且つ、前記第１の充電電圧よりも高い第２の充電電圧に設定変更することを特徴とする請求項５に記載の電動カート。 The electric cart further includes a voltage storage unit that stores a voltage between terminals of the cells of the lithium ion battery when the electric cart is running.
When the peak voltage of the voltage between the terminals of the lithium ion battery when the electric cart is running stored in the voltage storage unit is lower than the charging upper limit voltage, the charger stores the charging voltage. The electric cart according to claim 5, wherein the setting is changed to a second charging voltage that is lower than the upper limit charging voltage and higher than the first charging voltage. 前記電動カートは、更に、前記電動カートの走行時間と、前記機械ブレーキの動作時間とを記憶する時間記憶部を備えており、
前記充電器は、前記電動カートの走行時間に対する前記機械ブレーキの動作時間が所定の割合を超える場合には、前記充電電圧を、前記第１の充電電圧よりも低い第３の充電電圧に設定変更することを特徴とする請求項５または６に記載の電動カート。 The electric cart further includes a time storage unit that stores a travel time of the electric cart and an operation time of the mechanical brake,
The charger changes the charging voltage to a third charging voltage lower than the first charging voltage when the operating time of the mechanical brake with respect to the traveling time of the electric cart exceeds a predetermined ratio. The electric cart according to claim 5 or 6, characterized in that: 前記機械ブレーキの動作時間には、前記機械ブレーキが動作した時の回生電流の値に応じた重み付けがされていることを特徴とする請求項７に記載の電動カート。   The electric cart according to claim 7, wherein the operation time of the mechanical brake is weighted according to a value of a regenerative current when the mechanical brake is operated. 請求項１に記載の電動カートに搭載したリチウムイオン電池を外部電源によって充電する方法であって、
前記電動カートは、前記リチウムイオン電池を外部電源により充電するための充電器を備えており、
前記充電器は、充電電圧を設定する充電電圧設定部を備えており、
前記充電電圧を前記閾値電圧よりも低い第１の充電電圧に設定し、前記リチウムイオン電池の充電を行うことを特徴とする電動カート用リチウムイオン電池の充電方法。 A method of charging a lithium ion battery mounted on the electric cart according to claim 1 by an external power source,
The electric cart includes a charger for charging the lithium ion battery with an external power source,
The charger includes a charging voltage setting unit for setting a charging voltage,
A charging method for a lithium ion battery for an electric cart, wherein the charging voltage is set to a first charging voltage lower than the threshold voltage, and the lithium ion battery is charged. 前記電動カートには、更に、前記電動カートの走行時の前記リチウムイオン電池の端子間電圧を記憶する電圧記憶部が備えられており、
前記電圧記憶部に記憶された前記電動カートの走行時の前記リチウムイオン電池の端子間電圧のピーク電圧が前記充電上限電圧よりも低い場合には、前記充電電圧を、前記充電上限電圧よりも低く、且つ、前記第１の充電電圧よりも高い第２の充電電圧に設定変更し、前記リチウムイオン電池の充電を行うことを特徴とする請求項９に記載の電動カート用リチウムイオン電池の充電方法。 The electric cart is further provided with a voltage storage unit for storing a voltage between terminals of the lithium ion battery when the electric cart is running.
When the peak voltage of the voltage between the terminals of the lithium ion battery stored in the voltage storage unit is lower than the charging upper limit voltage, the charging voltage is set lower than the charging upper limit voltage. 10. The method of charging a lithium ion battery for an electric cart according to claim 9, wherein the setting is changed to a second charging voltage higher than the first charging voltage, and the lithium ion battery is charged. . 前記電動カートには、更に、前記電動カートの走行時間と、前記機械ブレーキの動作時間とを記憶する時間記憶部が備えられており、
前記電動カートの走行時間に対する前記機械ブレーキの動作時間が所定の割合を超える場合には、前記充電電圧を、前記第１の充電電圧よりも低い第３の充電電圧に設定変更し、前記リチウムイオン電池の充電を行うことを特徴とする請求項９に記載の電動カート用リチウムイオン電池の充電方法。 The electric cart is further provided with a time storage unit for storing the traveling time of the electric cart and the operation time of the mechanical brake,
When the operation time of the mechanical brake with respect to the travel time of the electric cart exceeds a predetermined ratio, the charging voltage is changed to a third charging voltage lower than the first charging voltage, and the lithium ion The method of charging a lithium ion battery for an electric cart according to claim 9, wherein the battery is charged. 前記機械ブレーキの動作時間には、前記機械ブレーキが動作した時の回生電流の値に応じた重み付けがされていることを特徴とする請求項１１に記載の電動カート用リチウムイオン電池の充電方法。   The method for charging a lithium ion battery for an electric cart according to claim 11, wherein the operation time of the mechanical brake is weighted according to a value of a regenerative current when the mechanical brake is operated.
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