JP2013183553A - 小型電動車両用の充電器 - Google Patents

Abstract

【課題】 ユーザの経済的負担を大きくすることなく、バッテリの劣化を抑え長く利用できるようにする充電器を提供する。
【解決手段】 小型電動車両１２のバッテリ１１を充電する可搬式の充電器１３であって、バッテリ１１へ電力を供給可能な出力端子と、バッテリ１１の充電容量の上限値以下の、充電を終了する充電容量の設定上限値の情報を書き換え可能なメモリ３３と、を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、小型電動車両に搭載されるバッテリを充電する小型電動車両用の充電器に関する。

電動二輪車や、人力による駆動力を電動モータで補う電動自転車、あるいは電動車椅子等の小型電動車両に搭載されるバッテリは、大型の電動四輪車に搭載されるバッテリよりも小さい。このため、小型電動車両用のバッテリは、小型電動車両の耐用年数を迎えるよりも早く、その性能が劣化することが多い。

また、このようなバッテリを充電する充電器を、車両とは別体にすることが知られている（特許文献１参照）。充電器を車体と別体にすることにより、任意の場所で充電でき、ユーザの利便性を高めることができる。また、バッテリが搭載された車両を複数台保有したり、あるいは、一台の車両について複数のバッテリを保有してバッテリを交換しながら使うユーザがいる。このようなユーザにとっては、充電器が車両とは別体であるため、複数台のバッテリを一台の充電器で充電するという使い方ができる。

特開２００５−１０４２４９号公報

ところでバッテリは高価であり、特に前述のように複数台の車両やバッテリを保有しているユーザの経済的負担が大きい。このため、市場からはできるだけバッテリの性能を劣化しにくくすることが望まれている。
そこで本発明は、ユーザの経済的負担を大きくすることなく、バッテリの劣化を抑え長く利用できるようにする充電器を提供することを目的とする。

上記課題を解決することのできる本発明の充電器は、小型電動車両のバッテリを充電する可搬式の充電器であって、
前記バッテリへ電力を供給可能な出力端子と、
前記バッテリの充電容量の上限値以下の、充電を終了する充電容量の設定上限値の情報を書き換え可能なメモリと、を備えている。

本発明の充電器は、前記設定上限値の情報を書き換えるスイッチを備えていても良い。

本発明の充電器は、外部から入力される信号に基づいて前記設定上限値の情報を書き換えるものでも良い。

本発明の充電器は、前記バッテリの充電量が前記設定上限値に達したときに、前記出力端子からの出力を停止する充電停止部を備えていても良い。

本発明の充電器は、前記バッテリの充電量が前記設定上限値に達したときに、充電の停止信号を前記バッテリへ送信するものでも良い。

本発明に係る充電器によれば、予め定められた充電容量の上限値以下の、充電を終了する充電容量の設定上限値の情報を書き換え可能なメモリを設けたことにより、その情報に基づいて充電容量の上限値と同じか上限値より低い設定上限値で充電を終わらせることができる。したがって、充電容量の上限値より低い設定上限値の情報をメモリに書き込むことにより、バッテリ性能の劣化を抑制しながら充電することができ、バッテリを長く使用することができる。

また、この充電容量の設定上限値の情報を書き換え可能なメモリが充電器に設けられているため、本発明の充電器を使用すれば、車両に手を加えたりバッテリを交換することなく、バッテリの性能劣化を抑制することができる。したがって、複数台の車両やバッテリや保有するユーザにとって、車両やバッテリを交換せずにバッテリを長く使用することができるため、経済的負担を抑えることができる。

本実施形態に係る充電器、充電器が接続されるバッテリ及びバッテリが搭載される小型電動車両のシステム構成図である。 バッテリへの充電動作を説明するフローチャートである。

以下、本発明に係る小型電動車両の充電器の実施の形態の例を、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る充電器、充電器が接続されるバッテリ及びバッテリが搭載される小型電動車両のシステム構成図である。

図１に示すように、本実施形態に係る可搬型の充電器１３は、小型電動車両としての車両１２に搭載されるバッテリ１１を充電可能である。また、本実施形態の充電器１３で充電可能なバッテリ１１は、電動二輪車や、人力による駆動力を電動モータで補う電動自転車、あるいは電動車椅子等の小型電動車両に交換可能に搭載される。

車両１２は、バッテリ１１からの電力により駆動されるモータ６３と、モータ６３を駆動するモータ駆動回路６１と、モータ駆動回路６１へ制御指令を送信するモータ駆動指令部６２を有している。モータ駆動指令部６２は、例えば、アクセルの開度等に応じてモータ駆動回路６１へ駆動指令信号を送信する。これにより、モータ駆動回路６１は、駆動指令信号に基づいてバッテリ１１からの電力をモータ６３へ出力し、モータ６３を駆動させて車両１２を走行させる。

この車両１２は、モータ駆動回路６１に繋がる電源ラインＬｖ及び通信ラインＬｃｖを備えている。電源ラインＬｖはバッテリ１１の電源ラインＬｂに接続される。また、通信ラインＬｃｖはバッテリ１１の通信インターフェース５２に接続される。電源ラインＬｂと電源ラインＬｖが互いに接続されると、モータ６３へバッテリ１１からの電力供給が可能となる。また、通信ラインＬｃｖと通信インターフェース５２とが接続されることで、バッテリ１１と車両１２との通信が可能となる。

バッテリ１１は、車両１２に交換可能に搭載されている。このバッテリ１１は、複数のバッテリセル２４、遮断回路２２及びバッテリＣＰＵ２３を備えている。

蓄電可能なバッテリセル２４は、例えば、リチウムイオンセルやニッケル水素セルなどを採用することができる。このバッテリセル２４は、その両極が電源ラインＬｂに接続されている。

遮断回路２２は、電源ラインＬｂに設けられている。非充電状態では、この遮断回路２２によってバッテリセル２４と充電器１３との接続が遮断され、充電時のみ接続の遮断が解除される。

また、バッテリ１１の電源ラインＬｂには、電圧検出部２５及び電流検出部２６が設けられている。電圧検出部２５はバッテリセル２４の電圧を検出する。また、電流検出部２６は電源ラインＬｂを流れる電流を検出する。これらの電圧検出部２５及び電流検出部２６の検出信号は、それぞれバッテリＣＰＵ２３へ送信される。

バッテリ１１には、表示装置５１、通信インターフェース５２，５３が設けられている。これらの表示装置５１、通信インターフェース５２，５３は、バッテリＣＰＵ２３に接続されている。表示装置５１には、バッテリＣＰＵ２３からの表示信号が送信され、バッテリセル２４の充電状態等が表示される。また、通信インターフェース５２，５３は、車両１２及び充電器１３に接続された際に、これらの車両１２及び充電器１３との通信を可能とする。

本実施形態に係る充電器１３は、車両１２のバッテリ１１を充電する可搬式の充電器である。充電器１３に備えられた出力端子７３がバッテリ１１と接続されることにより、バッテリ１１へ電力が供給可能とされている。

充電器１３は、ＡＣ／ＤＣコンバータ７０、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１及び充電器ＣＰＵ７２を備えている。ＡＣ／ＤＣコンバータ７０には、図示せぬ外部電源に接続可能なプラグ７４が設けられている。

ＡＣ／ＤＣコンバータ７０及びＤＣ／ＤＣコンバータ７１には、電源ラインＬｃが接続されている。この電源ラインＬｃには、電圧検出部７５及び電流検出部７６が設けられている。これらの電圧検出部７５及び電流検出部７６は、電源ラインＬｃを流れる充電電圧及び充電電流を検出するもので、それぞれの検出信号は充電器ＣＰＵ７２へ送信される。また、この電源ラインＬｃは出力端子７３に接続されており、バッテリ１１のバッテリセル２４へ接続可能とされている。

充電器ＣＰＵ７２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１へ出力制御信号を送信し、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。ＤＣ／ＤＣコンバータ７１は、充電器ＣＰＵ７２からの出力制御信号に基づいて電源ラインＬｃへ出力する充電電圧及び充電電流を所定値とする。

充電器ＣＰＵ７２は、情報記憶部３１および充電制御部３２を備えている。この充電制御部３２には、書換可能なメモリ３３が設けられている。メモリ３３には、バッテリセル２４への充電を停止するときのバッテリセル２４の電圧（設定上限電圧）が書き込まれる。

情報記憶部３１は、例えば、不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）から構成される。情報記憶部３１は、第一の設定上限電圧Ｖ１及び第二の設定上限電圧Ｖ２が記憶された上限値記憶部４１と、容量情報記憶部４２と、履歴記憶部４３と、を有している。これら上限値記憶部４１、容量情報記憶部４２、履歴記憶部４３に記憶された情報は、充電制御部３２によって引き出し可能とされている。

容量情報記憶部４２は、バッテリセル２４の予め定められた充電容量の上限値まで充電した時の充電電圧が記憶されている。例えばバッテリセル２４としてリチウムイオンセルを用いた場合には、この予め定められた充電容量の上限値まで充電した時の充電電圧は４．２Ｖである。また、履歴記憶部４３は、バッテリセル２４の充放電の履歴が記憶されている。

上限値記憶部４１に記憶される第一の設定上限電圧Ｖ１及び第二の設定上限電圧Ｖ２は、バッテリセル２４を充電容量の上限まで充電した場合の上限値以下の値である。例えば、バッテリセル２４としてリチウムイオンセルを採用した場合には、第一の設定上限電圧Ｖ１を４．２Ｖ、第二の設定上限電圧Ｖ２を３．８Ｖとすることができる。

充電器ＣＰＵ７２は、充電時に、メモリ３３に書き込まれた設定上限電圧に基づいて充電動作を停止する。具体的には、電圧検出部７５からの出力が、メモリ３３の設定上限電圧と等しくなった場合に、出力を停止するようにＤＣ／ＤＣコンバータ７１へ制御信号を送信し、バッテリセル２４への充電を停止する。つまり、バッテリセル２４は、メモリ３３に書き込まれた設定上限電圧までしか充電されない。

充電制御部３２には、切替スイッチ４５が接続されている。この切替スイッチ４５によって、メモリ３３に入力されていた値を、上限値記憶部４１に記憶された第一の設定上限電圧Ｖ１または第二の設定上限電圧Ｖ２のいずれか一方の値に書き換えることができる。つまり、切替スイッチ４５によって、バッテリセル２４を第一の設定上限電圧Ｖ１まで充電するか、あるいは第二の設定上限電圧Ｖ２まで充電するかを選択することができる。

また、充電器１３には、表示ドライバ７７、表示部７８及び通信インターフェース７９が設けられている。表示ドライバ７７及び通信インターフェース７９は、充電器制御部７２に接続されている。通信インターフェース７９は、バッテリ１１に接続された際に、バッテリ１１との通信を可能とする。

表示部７８は表示ドライバ７７に接続されている。充電器ＣＰＵ７２からの表示信号が表示ドライバ７７を介して表示部７８に入力される。表示部７８には、ＬＥＤランプを採用することができ、例えばＬＥＤランプの点灯／非点灯によって充電中および充電完了といった充電状態を表示することができる。

次に、本実施形態に係る充電器１３によるバッテリ１１への充電動作について、図２に示すフローチャートに沿って説明する。

充電器１３が外部電源およびバッテリ１１と接続されると、バッテリ１１への充電が可能となる。まず、充電器ＣＰＵ７２は、充電器１３がバッテリ１１に接続されると、バッテリ１１の種類等を識別するバッテリＩＤをバッテリ１１から読み出し、このバッテリＩＤに対応したバッテリセル２４の予め定められた充電容量の上限値を容量情報記憶部４２から読み出す。そして、この予め定められた充電容量の上限値以下の、第一の設定上限電圧Ｖ１および第二の設定上限電圧Ｖ２を上限値記憶部４１に記憶する。

次に、充電器ＣＰＵ７２の充電制御部３２は、切替スイッチ４５からの信号を読み込み、設定上限電圧として第一の設定上限電圧Ｖ１が設定されているか、第二の設定上限電圧Ｖ２が設定されているかを判定する（ステップＳ０１）。

ここで、切替スイッチ４５で第一の設定上限電圧Ｖ１が選択されている場合には（ステップＳ０１：Ｙｅｓ）、充電制御部３２はメモリ３３に第一の設定上限電圧Ｖ１として例えば４．２Ｖを書き込む（ステップＳ０２）。これに対して、切替スイッチ４５で第二の設定上限電圧Ｖ２が選択されている場合には（ステップＳ０１：Ｎｏ）、充電制御部３２はメモリ３３に第二の設定上限電圧Ｖ２として３．８Ｖを書き込む（ステップＳ０３）。このようにして、充電時の充電を停止する上限電圧である設定上限電圧がメモリ３３に書き込まれる。

次に、充電器ＣＰＵ７２は、充電器１３とバッテリセル２４との接続の遮断を解除するように、バッテリ１１の遮断回路２２に遮断解除の指令を送信し、バッテリセル２４の充電を開始する。なお、本実施形態では、定電流で充電後に定電圧でバッテリ１１を充電する。

まず、充電制御部３２は、定電流を出力するようにＤＣ／ＤＣコンバータ７１を制御し、バッテリセル２４に定電流を供給する（ステップＳ０４）。そして充電制御部３２は、メモリ３３に記憶された設定上限電圧と、電圧検出部２５から入力されるバッテリセル２４の電圧とを比較し、バッテリセル２４の電圧が設定上限電圧となるまで充電する。

充電制御部３２は、バッテリセル２４の電圧が設定上限電圧未満の場合には充電を継続する（ステップＳ０５：Ｎｏ）。バッテリセル２４の電圧が設定上限電圧に到達したら、充電制御部３２は定電流の出力を停止するようにＤＣ／ＤＣコンバータ７１を制御する（ステップＳ０５：Ｙｅｓ）。

次に充電制御部３２は、定電圧を出力するようにＤＣ／ＤＣコンバータ７１を制御し、バッテリセル２４に定電圧を供給する（ステップＳ０６）。充電制御部３２は、バッテリセル２４に流れ込む電流が所定の閾値以上の場合には充電を継続する（ステップＳ０７：Ｎｏ）。バッテリセル２４に流れ込む電流が所定の閾値未満となったら、充電制御部３２は定電圧の出力を停止するようにＤＣ／ＤＣコンバータ７１を制御し、バッテリ１１の充電を終了する（ステップＳ０７：Ｙｅｓ）。このようにして、本実施形態に係る充電器１３によれば、バッテリセル２４に予め定められた充電容量の上限値に対して、この上限値以下の設定上限値にて充電を終了することができる。

このように、本実施形態に係る充電器１３には、予め定められた充電容量の上限値と同じまたは上限値より小さい、充電を終了する充電容量の設定上限値の情報を書き換え可能なメモリ３３が設けられている。これにより、設定上限値として予め定められた充電容量の上限値より低い設定上限値（第二設定充電電圧Ｖ２）を選択することにより、バッテリセル２４本来の充電容量の上限値よりも低い充電容量で充電を終えることができる。一般に、バッテリセルを本来の予め定められた充電容量の上限値いっぱいまで充電した場合、バッテリ容量などの性能が劣化しやすい。これに対して、本実施形態に係る充電器１３によれば、上限値まで充電しないで充電を終了することを選択できるため、バッテリ１１の性能を劣化しにくいように使うことができる。

また、本実施形態に係る充電器１３を用いてバッテリ１１を充電することにより、通常は第二の設定上限電圧Ｖ２である３．８Ｖで充電し、性能が劣化しにくい状態でバッテリ１１を使用し、一方で、特に通常より長距離移動することが想定される場合には、第一の設定上限電圧Ｖ１である４．２Ｖで充電し、走行可能距離を大きくする、といった使い分けをすることが簡単にできる。したがって、ユーザのその時の要望に応じて、性能劣化防止を優先させたり、走行距離を大きくして利便性を高める、といった使い方を提供することができる。

また、この充電容量の設定上限値の情報を書き換え可能なメモリ３３が充電器１３に設けられているため、充電器を買い換えるだけで、既存のバッテリや車両を用いつつ、既存のバッテリを長く使用することができる。したがって、新聞店や宅配店舗など複数台の小型電動車両を保有しているユーザ、一家庭が複数台の小型電動車両を保有している場合、あるいは、複数台のバッテリを交換しながら使用するユーザにとって、経済的負担を大きくすることなく、長く使用できるバッテリを提供することができる。

また、既存の充電器は、充電制御のための制御回路を備えている。そこで本実施形態に係る充電器１３は、この制御回路にメモリ３３を追加するという簡単な手法で、バッテリの性能を劣化しにくくできる。つまり、低コストでバッテリを長く使うことができる充電器１３を提供することができる。したがって、既にバッテリを保有しているユーザに限らず、新規に充電器とともにバッテリおよび小型電動車両を購入するユーザにとっても、低コストで長くバッテリを使用することができる。

また、本実施形態に係る充電器１３は車両１２に対して持ち運び可能に搭載されている。これにより、充電器１３を車両１２から取り外してバッテリ１１の充電を行っても、性能が劣化しにくい設定上限値でバッテリ１１を充電することができる。なおバッテリ１１の充電は、充電器１３を車両１２に搭載したまま行ってもよい。なお、充電器１３は、持ち運び可能であれば車両に搭載しないものであってもよい。

また、本実施形態に係る充電器１３によれば、充電を制御する充電制御部３２が充電器１３に設けられているため、充電器１３とバッテリ１１とに通電すれば、車両１２に通電しなくても充電が可能である。したがって、充電中に車両１２へ通電することによる電力ロスをなくすことができる。

また、切替スイッチ４５が充電器１３に設けられているため、充電器１３単体で充電容量の設定上限値を切り替えてこの設定上限値で充電を終了することができる。これにより、充電器１３を車両１２から取り外してバッテリ１１の充電を行っても、車両１２を操作することなく、性能が劣化しにくい設定上限値でバッテリ１１を充電することができる。つまり、車両１２やバッテリ１１に設定上限値の情報の切り替え機能を持たせなくても良い。

なお、上記の実施形態では、切替スイッチ４５を充電器１３に設けた例を挙げて説明したが、本発明はこの例に限られない。例えば、この切替スイッチ４５を車両１２またはバッテリ１１に設け、外部から入力される信号に基づいて設定上限値の情報を書き換えても良い。また、充電の制御を行う制御回路や情報記憶部３１も、車両１２またはバッテリ１１に設けても良い。

また、上記の実施形態では、充電を終了する設定上限値として充電電圧を用いた場合を挙げて説明したが、本発明はこの例に限られない。例えば、設定上限値としてバッテリセル２４に蓄えられた電気量［Ａｈ］を用いることができる。

この場合は、充電器１３の容量情報記憶部４２に記録されている、バッテリセル２４に予め定められている充電容量の上限値（例えば１０Ａｈ）以下の、充電を終了する充電容量の設定上限値（例えば１０Ａｈまたは８Ａｈ）をメモリ３３に書き込むことができる。

これにより、設定上限値として８Ａｈを選択した場合には、充電制御部３２は、履歴記憶部４３の蓄電量とメモリ３３の設定上限値（８Ａｈ）とを比較しながら充電し、バッテリセル２４の蓄電量がメモリ３３の設定上限値に到達したときに充電を終了する。これによっても、充電容量の上限値より小さい設定上限値で充電を行うことが選択的に可能となり、性能が劣化しにくいようにバッテリ１１を充電することができる。

また、上述した例では、４．２Ｖや３．８Ｖ、あるいは１０Ａｈ、８Ａｈといった具体的な数値をメモリ３３に記憶させた例を挙げて説明したが、本発明はこの例に限られない。例えば、それぞれ性能を劣化させない場合と走行可能距離を長くする場合とを０，１で符号化し、この符号を記憶するといったように、設定上限値に関する情報を書き換え可能なメモリ３３に記憶させても良い。

また、上述した例では、充電器ＣＰＵ７２は、バッテリ１１の個々のバッテリセル２４の充電時の電圧を取得し、個々のバッテリセル２４の電圧と設定上限値とを比較しながら充電する例を挙げて説明したが、本発明はこの例に限られない。例えば、バッテリセル２４が１０個直列に接続されている場合、１０個のバッテリセル２４の総電圧と、設定上限値とを比較しながら充電してもよい。この場合、例えばバッテリセル２４全体に予め定められている充電容量の上限値は４２（１０×４．２）Ｖとなり、設定上限値としては、４２Ｖまたは３８（１０×３．８）Ｖを選択することができる。この場合、個々のバッテリセル２４の電圧を取得するために、充電制御部３２はバッテリ１１のバッテリＣＰＵ２３と通信しなくてもよい。

なお、上述した４．２Ｖ、３．８Ｖ、１０Ａｈ、８Ａｈ、４２Ｖ、３８Ｖといった数値は単なる例示であって、本発明はこれらの数値に限定されない。

なお、上述の実施形態では、バッテリセル２４の充電量が設定上限値に達したときに、充電制御部３２は定電圧の充電を停止するようにＤＣ／ＤＣコンバータ７１を制御する例を挙げて説明したが、本発明はこの例に限られない。例えば、バッテリセル２４の充電を定電圧充電のみで充電を行い、バッテリセル２４の充電量が設定上限値に達したときに、充電制御部３２は出力を停止するようにＤＣ／ＤＣコンバータ７１を制御してもよい。

また、上述の実施形態では、バッテリセル２４の充電量が設定上限値に達したときに出力端子７３からの出力を停止する充電停止部として、充電制御部３２がＤＣ／ＤＣコンバータ７１を制御する例を挙げて説明したが、本発明はこの例に限られない。例えば、バッテリセル２４の充電量が設定上限値に達したときに、バッテリ１１のバッテリＣＰＵ２３へ遮断回路２２を遮断させるように、充電の停止信号を送信するように構成してもよい。

また、上述の実施形態では、設定上限値として第一設定上限値と第二設定上限値のいずれか一方をメモリ３３に書き込む例を挙げて説明したが、本発明はこの例に限られない。設定上限値として、予め定められた充電容量の上限値以下の、２つ以上の複数の設定上限値から、いずれか一つの値を設定上限値としてメモリ３３に書き込んでも良い。

また、上述の実施形態では、バッテリ１１から種類を識別するバッテリＩＤを読み込み、バッテリ種類に応じて予め定められた充電容量の上限値を容量情報記憶部４２から読み出す例を挙げて説明したが、本発明はこの例に限られない。例えばコネクタ形状を工夫して充電器１３を特定種類のバッテリ１１とのみ接続できるように設定することにより、バッテリ１１からバッテリＩＤを読み込まなくてもバッテリ種類に応じて予め定められた充電容量の上限値以下の設定上限値を設定することができる。

なお、上述の実施形態では充電の開始時に選択された設定上限値で充電する例を挙げて説明したが、本発明はこの例に限られない。例えば、充電途中に切替スイッチ４５を操作して設定上限値を変更し、この設定上限値で充電を終了するように構成してもよい。これにより、充電器１３を用いてバッテリ１１を充電している途中でも、バッテリセル２４本来の充電容量の上限値よりも低い設定上限値を選択し、性能が劣化しにくいようにバッテリ１１を充電することができる。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１１：バッテリ、１２：小型電動車両、１３：充電器、３２：充電制御部、３３：メモリ、４５：切替スイッチ

Claims (5)

1. 小型電動車両のバッテリを充電する可搬式の充電器であって、
   前記バッテリへ電力を供給可能な出力端子と、
   前記バッテリの充電容量の上限値以下の、充電を終了する充電容量の設定上限値の情報を書き換え可能なメモリと、を備えた、充電器。
2. 前記充電器は、前記設定上限値の情報を書き換えるスイッチを備える、請求項１に記載の充電器。
3. 前記充電器は、外部から入力される信号に基づいて前記設定上限値の情報を書き換える、請求項１に記載の充電器。
4. 前記バッテリの充電量が前記設定上限値に達したときに、前記出力端子からの出力を停止する充電停止部を備えた、請求項１から３のいずれか一項に記載の充電器。
5. 前記バッテリの充電量が前記設定上限値に達したときに、充電の停止信号を前記バッテリへ送信する、請求項１から３のいずれか一項に記載の充電器。
   
   

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