JP2013158109A - 電動車両の電源装置及び電動車両の補機用電力供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特定のバッテリセル群の劣化を防止してバッテリの寿命を延ばすことが可能な電動車両の電源装置及び電動車両の補機用電力供給方法を提供する。
【解決手段】直列に接続された複数のバッテリセルにて電動モータと一般電装品（補機）５２とに電力を供給可能とするバッテリ２１を備え、複数のバッテリセルを複数のバッテリセル群６３Ａ〜６３Ｄに分け、一般電装品５２に電力を供給するために特定のバッテリセル群としてより充電率の高いバッテリセル群を選択するＢＭＵ５４を備えた電動車両１０の電源装置５１において、ＢＭＵ５４に備える制御装置８６は、一般電装品５２へ電力供給可能な複数のバッテリセル群６３Ａ〜６３Ｄの各充電率及び各使用頻度をモニターして、複数のバッテリセル群６３Ａ〜６３Ｄのうちの特定のバッテリセル群として、充電率が最高で且つ使用頻度が所定値未満のバッテリセル群を選択する。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動機と補機とでバッテリを共用可能な電動車両の電源装置及び電動車両の補機用電力供給方法に関する。

複数の２次電池が直列に接続されたバッテリから電動機と補機の両方に電力を供給する電動車両の電源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
上記電源装置では、複数の２次電池の中から充電率がより高い高充電率のものを選択して、その電池により補機に電力を供給する。

特開２００６−２０４２４号公報

特許文献１では、複数の２次電池の中から常に高充電率のものを選択する場合に、特定の２次電池だけが選択されると、その２次電池の劣化を早めることになる。
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、特定の電池群の劣化を防止してバッテリの寿命を延ばすことが可能な電動車両の電源装置及び電動車両の補機用電力供給方法を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するため、本発明は、直列に接続された複数の二次電池（６１）にて電動機（１８）と補機（５２）とに電力を供給可能とするバッテリ（２１）を備え、該バッテリ（２１）は、前記複数の二次電池（６１）全体で前記電動機（１８）の定格電圧となり、前記複数の二次電池（６１）を複数の電池群（６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄ）に分けたときに、これらの複数の電池群（６３Ａ〜６３Ｄ）のうちの特定の電池群で前記電動機（１８）の定格電圧以下となるようにし、前記補機（５２）に電力を供給するために前記特定の電池群として充電率のより高い電池群を選択する選択手段（５４）を備えた電動車両の電源装置において、前記選択手段（５４）に備える制御手段（８６）は、前記補機（５２）へ電力供給可能な前記複数の電池群（６３Ａ〜６３Ｄ）の各充電率及び各使用頻度をモニターして、前記複数の電池群（６３Ａ〜６３Ｄ）のうちの特定の電池群として、充電率が最高で且つ使用頻度が所定値未満の電池群を選択することを特徴とする。
この構成によれば、補機用として特定の電池群を選択する際に、過去の使用履歴を加味することで、特定の電池群の劣化を防止してバッテリの寿命を延ばすことができ、更に均等化回路等を使わず且つ補機専用のバッテリが不要になり、シンプルな構成とすることができる。

また、本発明は、直列に接続された複数の二次電池（６１）より構成されるバッテリ（２１）から電動機（１８）の他に補機（５２）へ電力を供給する電動車両の補機用電力供給方法であって、前記複数の二次電池（６１）を複数の電池群（６３Ａ〜６３Ｄ）に分けてそれぞれの電池群（６３Ａ〜６３Ｄ）の充電率を求める第１ステップと、複数の電池群（６３Ａ〜６３Ｄ）の中で最高充電率の電池群に関して、前記補機（５２）への電力供給に使用された回数が所定回数に達したかどうかを判定する第２ステップと、該第２ステップにて、前記最高充電率の電池群の使用回数が所定回数に達していない場合には、その電池群を前記補機（５２）に電力を供給する電池群として選択する第３ステップと、前記第２ステップにて、前記最高充電率の電池群の使用回数が所定回数に達した場合には、この電池群を除いて他の最高充電率の電池群の使用回数が所定回数に達したかどうかを判定する第４ステップと、を含むことを特徴とする。
この構成によれば、補機用として特定の電池群を選択する際に、過去の使用履歴を加味することで、特定の電池群の劣化を防止してバッテリの寿命を延ばすことができ、更に均等化回路等を使わず且つ補機専用のバッテリが不要になり、シンプルな構成とすることができる。

本発明は、選択手段に備える制御手段が、補機へ電力供給可能な複数の電池群の各充電率及び各使用頻度をモニターして、複数の電池群のうちの特定の電池群として、充電率が最高で且つ使用頻度が所定値未満の電池群を選択するので、補機用として特定の電池群を選択する際に、過去の使用履歴を加味することで、特定の電池群の劣化を防止してバッテリの寿命を延ばすことができ、更に均等化回路等を使わず且つ補機専用のバッテリが不要になり、シンプルな構成とすることができる。

また、本発明は、複数の二次電池を複数の電池群に分けてそれぞれの電池群の充電率を求める第１ステップと、複数の電池群の中で最高充電率の電池群に関して、補機への電力供給に使用された回数が所定回数に達したかどうかを判定する第２ステップと、該第２ステップにて、最高充電率の電池群の使用回数が所定回数に達していない場合には、その電池群を補機に電力を供給する電池群として選択する第３ステップと、第２ステップにて、最高充電率の電池群の使用回数が所定回数に達した場合には、この電池群を除いて他の最高充電率の電池群の使用回数が所定回数に達したかどうかを判定する第４ステップと、を含むので、補機用として特定の電池群を選択する際に、過去の使用履歴を加味することで、特定の電池群の劣化を防止してバッテリの寿命を延ばすことができ、更に均等化回路等を使わず且つ補機専用のバッテリが不要になり、シンプルな構成とすることができる。

本発明の電源装置を備えた電動車両を示す左側面図である。 電動車両の電力供給装置を示すブロック図である。 バッテリを示す断面図である。 電源装置を示すブロック図である。 一般電装品への電力供給時のスイッチ切換えバターンを示す図である。 一般電装品への電力供給の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
図１は、本発明の電源装置を備えた電動車両１０を示す左側面図である。
電動車両１０は、車体フレーム（不図示）、前輪１２、この前輪１２を操舵するバーハンドル１３、シート１４、このシート１４に着座した乗員が足を載せるフロアステップ１６、後輪１７、この後輪１７の駆動源となる電動モータ１８、この電動モータ１８の駆動制御を行うパワードライブユニット（ＰＤＵ）１９、電動モータ１８に電力を供給するバッテリ２１を主要な構成として備えるスクータ型の自動二輪車である。

詳しくは、電動車両１０は、バーハンドル１３と、このバーハンドル１３で操舵されるフロントフォーク２２と、このフロントフォーク２２の下端に車軸２３を介して回転自在に支持された前輪１２と、フロアステップ１６と、このフロアステップ１６の下方に配置されたバッテリ２１と、車体フレームの下部に上下揺動自在に支持されたスイングアーム２７と、このスイングアーム２７に内蔵された電動モータ１８およびＰＤＵ１９と、スイングアーム２７の後端部に車軸２８を介して回転自在に支持された後輪１７と、車体フレーム及びスイングアーム２７のそれぞれの後端に渡されたリヤクッションユニット２９と、シート１４と、車体各部を覆う車体カバー３１とを備える。

車体カバー３１は、バーハンドル１３の中央部を覆うハンドルカバー３２と、車体の前部を覆うフロントカバー３３と、このフロントカバー３３の左右及び左右の下方に延びて運転者の脚部を前方から覆うレッグシールド３４と、このレッグシールド３４の下端から後方に延びるフロアステップ１６と、このフロアステップ１６の左右下方を覆うフロアサイドカバー３６と、シート１４の前部及び両側部の下方を覆うサイドカバー３７と、このサイドカバー３７に連なるように後方へ延びる左右一対のリヤサイドカバー３８，３８（手前側の符号３８のみ図示）とからなる。
図中の符号４０はヘッドランプ、４１は前輪１２を上方から覆うフロントフェンダ、４２はサイドスタンド、４３は荷台、４４はテールランプ、４６は後輪１７を上方から覆うリヤフェンダである。

図２は、電動車両の電力供給装置５０を示すブロック図である。
電動車両１０（図１参照）に備える電力供給装置５０は、電力供給源となる電源装置５１と、この電源装置５１から電動モータ１８へ供給する電力を制御して三相交流式の電動モータ１８を駆動制御するＰＤＵ１９とからなり、この電力供給装置５０では、電動車両に備えるランプ類、ホーン等の一般電装品５２への電力供給も行っている。
電源装置５１は、複数のバッテリセル（２次電池）からなるバッテリ２１と、このバッテリ２１を構成する複数のバッテリセルの中から特定のバッテリセルの群を選択する等のバッテリ２１の管理を行うバッテリマネジメントユニット（ＢＭＵ）５４とを備える。

バッテリ２１は、複数のバッテリセルを直列に接続したものであり、バッテリセルの全個数から得られる電圧は、電動モータ１８の定格電圧（例えば、７２Ｖ）となり、ＢＭＵ５４によって選択された特定のバッテリセルの群の電圧は、一般電装品５２の定格電圧（例えば、１２Ｖ）となる。
ＰＤＵ１９は、バッテリ２１の直流電力を交流電力に変換して電動モータ１８に供給するインバータ回路、及び電動モータ１８で発電された交流電力を直流電力に変換するとともに整流してバッテリ２１に供給する充電回路等からなる電力変換部５６と、この電力変換部５６を制御する制御部５７とを備える。

図３は、バッテリ２１を示す断面図である。
バッテリ２１は、バッテリセル６１がバッテリケース６２に複数個収容された電源であり、複数個のバッテリセル６１が、所定個数毎にバッテリセル群６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄ，・・・にグループ分けされている。ここでは、各バッテリセル群６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄ，・・・は、例えば、４個のバッテリセル６１から構成されている。
バッテリセル群６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄ，・・・は、それぞれ電圧センサ６５を備え、電圧センサ６５によって、直列にされた所定個数の直流電圧が計測され、それぞれ計測された直流電圧がＢＭＵ５４（図２参照）に入力される。
ここで、各バッテリセル群の電圧を測定することで、電圧と所定の関係にあるバッテリセル群の充電率を求めることができる。複数のバッテリセル群のうちで最も電圧が高いバッテリセル群は、充電率も最高になる。

図４は、電源装置５１を示すブロック図である。
ここで、説明の便宜上、バッテリ２１の複数のバッテリセル群のうち、４つのバッテリセル群６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄ（ＢＣＧ１〜ＢＣＧ４）を代表させて、これらのうちの特定のバッテリセル群を選択する構成及び作用を図４、図５で説明する。
ＢＭＵ５４は、ＢＣＧ１（バッテリセル群６３Ａ）、ＢＣＧ２（バッテリセル群６３Ｂ）、ＢＣＧ３（バッテリセル群６３Ｃ）、ＢＣＧ４（バッテリセル群６３Ｄ）に接続された複数のスイッチ７１（ＳＷ１）〜８１（ＳＷ１１）からなるスイッチ群８３と、ＢＣＧ１〜ＢＣＧ４にそれぞれ接続された電圧センサ６５から入力された電圧値、及びＢＣＧ１〜ＢＣＧ４における一般電装品５２のための電源としての使用頻度（使用回数）を記憶し管理する電圧・使用頻度管理部８５と、この電圧・使用頻度管理部８５から入力された電圧値及び使用頻度に基づいて一般電装品５２に電力を供給するための特定のバッテリセル群を決定する制御装置８６と、この制御装置８６からの指令に基づいて特定のバッテリセル群と一般電装品５２とを接続するためにスイッチ群８３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ１１の所定の組み合わせを選択するスイッチ選択部８７とからなる。

ＳＷ１〜ＳＷ１１は、トランジスタ等のスイッチング素子からなり、スイッチ群８３の出力端子９１，９２は一般電装品５２に接続されている。
制御装置８６は、電圧・使用頻度管理部８５に記憶された各バッテリセル群ＢＣＧ１〜ＢＣＧ４の電圧値から最も高い電圧値のバッテリセル群（最高電圧バッテリセル群）を選択する。そして、その最高電圧バッテリセル群の電圧値から充電率を求める。この充電率は、バッテリセル群ＢＣＧ１〜ＢＣＧ４のうちで最高充電率となる。ここで充電率とは、各バッテリセル群ＢＣＧ１〜ＢＣＧ４において、全容量に対する残存容量の割合である。
また、制御装置８６は、最高電圧バッテリセル群（最高充電率バッテリセル群）に関して、電圧・使用頻度管理部８５からそれまで一般電装品５２への電力供給に使用された回数を取得し、その使用回数が所定回数に達したかどうかを判定し、使用回数が所定回数に達していない場合には、その最高電圧バッテリセル群を、一般電装品５２へ電力を供給する特定のバッテリセル群として選択するようにスイッチ群８３に指令を発し、使用回数が所定回数に達した場合には、この最高電圧バッテリセル群を除いて他の複数のバッテリセル群の中の最高電圧バッテリセル群を選択し、この最高電圧バッテリセル群の使用回数が所定回数に達したかどうかを再度判定する。ここで使用回数が所定回数に達した場合には、上記処理を繰り返す。
スイッチ選択部８７は、スイッチ群８３の中から複数個を選択してオンにすることにより、バッテリセル群６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄの中から特定のバッテリセル群を選択して、その特定のバッテリセル群を一般電装品５２に接続する電力供給路切り換え手段である。

図５は、一般電装品への電力供給時のスイッチ切換えバターンを示す図である。図では各列に各スイッチＳＷ１〜ＳＷ１１を示し、図の行において、ＢＣＧ１，ＢＣＧ２，ＢＣＧ３，ＢＣＧ４を選択するための各スイッチＳＷ１〜ＳＷ１１のＯＮ・ＯＦＦの状態を示している。
ＢＣＧ１を選択する場合には、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ１１をＯＮにし、その他をＯＦＦにする。この結果、特定のバッテリセル群としてＢＣＧ１が選択され、ＢＣＧ１だけが一般電装品５２に接続される。
ＢＣＧ２を選択する場合には、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ８、ＳＷ１０をＯＮにし、その他をＯＦＦにする。この結果、特定のバッテリセル群としてＢＣＧ２が選択され、ＢＣＧ２だけが一般電装品５２に接続される。

ＢＣＧ３を選択する場合には、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ７、ＳＷ９をＯＮにし、その他をＯＦＦにする。この結果、特定のバッテリセル群としてＢＣＧ３が選択され、ＢＣＧ３だけが一般電装品５２に接続される。
ＢＣＧ４を選択する場合には、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６をＯＮにし、その他をＯＦＦにする。この結果、特定のバッテリセル群としてＢＣＧ４が選択され、ＢＣＧ４だけが一般電装品５２に接続される。

図６は、一般電装品への電力供給の流れを示すフローチャートである。
ステップＳ１では、各バッテリセル群の電圧を測定する。
ステップＳ２では、最高電圧（最高充電率）のバッテリセル群の使用回数が所定回数に達したかどうかを判断する。
使用回数が所定回数に達していない（ＮＯ）場合は、ステップＳ３の処理を実行し、使用回数が所定回数に達した（ＹＥＳ）場合は、ステップＳ４の処理を実行する。
ステップＳ３では、スイッチ群の中から所定のスイッチをオンにする。

ステップＳ４では、使用回数が所定回数に達したバッテリセル群を除き、他のバッテリセル群の中で最高電圧（最高充電率）のバッテリセル群の使用回数が所定回数に達したかどうかを判断する。
使用回数が所定回数に達していない（ＮＯ）場合は、ステップＳ３の処理を実行し、使用回数が所定回数に達した（ＹＥＳ）場合は、再度ステップＳ４の処理を実行する。
ステップＳ５では、選択された特定のバッテリセル群から一般電装品へ電力を供給する。
上記の選択されたバッテリセル群の電圧が所定値まで下がった場合には、バッテリ２１（図４参照）の充電後に再度ステップＳ１から処理が行われる。

以上の図１、図２、図３及び図４に示したように、直列に接続された複数の二次電池としてのバッテリセル６１にて電動機としての電動モータ１８と補機としての一般電装品５２とに電力を供給可能とするバッテリ２１を備え、このバッテリ２１は、複数のバッテリセル６１全体で電動モータ１８の定格電圧となり、複数のバッテリセル６１を複数のバッテリセル群６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄに分けたときに、これらの複数のバッテリセル群６３Ａ〜６３Ｄのうちの特定のバッテリセル群で電動モータ１８の定格電圧以下となるようにし、一般電装品５２に電力を供給するために特定のバッテリセル群として充電率のより高いバッテリセル群を選択する選択手段としてのＢＭＵ５４を備えた電動車両１０の電源装置５１において、ＢＭＵ５４に備える制御手段としての制御装置８６は、一般電装品５２へ電力供給可能な複数のバッテリセル群６３Ａ〜６３Ｄの各充電率及び各使用頻度をモニターして、複数のバッテリセル群６３Ａ〜６３Ｄのうちの特定のバッテリセル群として、充電率が最高で且つ使用頻度が所定値未満のバッテリセル群を選択する。

また、図１、図２、図３、図４及び図６に示したように、直列に接続された複数のバッテリセル６１より構成されるバッテリ２１から電動モータ１８の他に一般電装品５２へ電力を供給する電動車両１０の一般電装品（補機）５２用電力供給方法であって、複数のバッテリセル６１を複数のバッテリセル群６３Ａ〜６３Ｄに分けてそれぞれのバッテリセル群６３Ａ〜６３Ｄの電圧、即ち充電率を求める第１ステップ（ステップＳ１）と、複数のバッテリセル群６３Ａ〜６３Ｄの中で最高電圧、即ち最高充電率のバッテリセル群に関して、一般電装品５２への電力供給に使用された回数が所定回数に達したかどうかを判定する第２ステップ（ステップＳ２）と、このステップＳ２にて、最高充電率のバッテリセル群の使用回数が所定回数に達していない場合には、そのバッテリセル群を一般電装品５２に電力を供給するバッテリセル群として選択する第３ステップ（ステップＳ３）と、ステップＳ２にて、最高充電率のバッテリセル群の使用回数が所定回数に達した場合には、このバッテリセル群を除いて他の最高充電率のバッテリセル群の使用回数が所定回数に達したかどうかを判定する第４ステップ（ステップＳ４）と、を含む。

上記した電動車両１０の電源装置５１、及び電動車両１０の一般電装品用電力供給方法の効果としては、一般電装品２５用として特定のバッテリセル群を選択する際に、過去の使用履歴を加味することで、特定のバッテリセル群の劣化を防止してバッテリの寿命を延ばすことができ、更に均等化回路等を使わず且つ一般電装品５２に専用のバッテリが不要になり、シンプルな構成とすることができる。

上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の主旨を逸脱しない範囲で任意に変形及び応用が可能である。
例えば、上記実施形態において、図４に示したＢＭＵ５４に制御装置８６を備えるようにしたが、これに限らず、図２に示したＰＤＵ１９の制御部５７に制御装置８６が含まれるようにしても良い。
また、図２に示したように、一般電装品に電力を供給するバッテリセル群６３Ａ〜６３Ｄは、それぞれ４個のバッテリセル６１で構成されるようにしたが、バッテリセル６１の個数はこれに限らない。
また、図４に示したスイッチＳＷ１〜ＳＷ１１は、バッテリセル群の数に応じて個数が増減される。

また、本発明は、自動二輪車に適用する場合に限らず、自動二輪車以外も含む鞍乗り型車両や自動車にも適用可能である。なお、鞍乗り型車両とは、車体に跨って乗車する車両全般を含み、自動二輪車（原動機付き自転車も含む）のみならず、ＡＴＶ（不整地走行車両）に分類される三輪車両や四輪車両を含む車両である。

１０ 電動車両
１８ 電動モータ（電動機）
２１ バッテリ
５１ 電源装置
５２ 一般電装品（補機）
５４ バッテリマネジメントユニット、ＢＭＵ（選択手段）
６１ バッテリセル（二次電池）
８６ 制御装置（制御手段）

Claims (2)

1. 直列に接続された複数の二次電池（６１）にて電動機（１８）と補機（５２）とに電力を供給可能とするバッテリ（２１）を備え、該バッテリ（２１）は、前記複数の二次電池（６１）全体で前記電動機（１８）の定格電圧となり、前記複数の二次電池（６１）を複数の電池群（６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄ）に分けたときに、これらの複数の電池群（６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄ）のうちの特定の電池群で前記電動機（１８）の定格電圧以下となるようにし、前記補機（５２）に電力を供給するために前記特定の電池群として充電率のより高い電池群を選択する選択手段（５４）を備えた電動車両の電源装置において、
   前記選択手段（５４）に備える制御手段（８６）は、前記補機（５２）へ電力供給可能な前記複数の電池群（６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄ）の各充電率及び各使用頻度をモニターして、前記複数の電池群（６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄ）のうちの特定の電池群として、充電率が最高で且つ使用頻度が所定値未満の電池群を選択することを特徴とする電動車両の電源装置。
2. 直列に接続された複数の二次電池（６１）より構成されるバッテリ（２１）から電動機（１８）の他に補機（５２）へ電力を供給する電動車両の補機用電力供給方法であって、
   前記複数の二次電池（６１）を複数の電池群（６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄ）に分けてそれぞれの電池群（６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄ）の充電率を求める第１ステップと、
   複数の電池群（６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄ）の中で最高充電率の電池群に関して、前記補機（５２）への電力供給に使用された回数が所定回数に達したかどうかを判定する第２ステップと、
   該第２ステップにて、前記最高充電率の電池群の使用回数が所定回数に達していない場合には、その電池群を前記補機（５２）に電力を供給する電池群として選択する第３ステップと、
   前記第２ステップにて、前記最高充電率の電池群の使用回数が所定回数に達した場合には、この電池群を除いて他の最高充電率の電池群の使用回数が所定回数に達したかどうかを判定する第４ステップと、
   を含むことを特徴とする電動車両の補機用電力供給方法。

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