JP2017077126A - 電動推進機およびバッテリユニット - Google Patents

Abstract

【課題】電動推進機において、管理者が設定した運転モードの変更を制限する技術を提供する。
【解決手段】電動推進機（電動二輪車）１は、電動モータ６と、電動モータ制御回路と、電動モータ６の出力から推進力を発生させる推進機構（後輪）４と、電動モータ６へ電力を供給するバッテリユニット２０とを備えている。バッテリユニット２０は、運転モードの指定を受け付けるモード設定操作子を有している。電動モータ制御回路は、複数の運転モードのうちから指定された運転モードに基づいて電動モータ６を制御するための制御信号を出力する。
【選択図】図６

Description

本発明は、電動推進機の運転モードの切り替えを行う技術に関する。

少なくとも電気を利用して推進力を得る乗り物において、推進力の出力設定を切り替える機構を設けることがある。

例えば、特許文献１は、エンジンとモータとを有するハイブリッド車において、走行モードの選択を可能とする技術を開示する。運転者は、運転席付近に備え付けられたスイッチ類や、タッチスクリーンディスプレイ装置に表示されたスイッチを操作することにより、走行モードの選択を行うことができる。走行モードとして、モータのみを利用するＥＶモード、燃費を重視するＥＣＯモード、ノーマルモード、エンジンおよびモータの両方を利用してより大きなパワーを得るパワーモードなどから選択する技術を開示する。運転席付近にモードを選択するためのスイッチ類を配置することで、操作性が向上する。

また、特許文献２は、電動アシスト３輪自転車において、電動モード、アシストモード、人力モードの切り替えを可能とする技術を開示する。乗車者は、ハンドル付近に配置されているスイッチを操作することにより、これらのモードを選択することができる。特許文献２においても、ハンドル付近にスイッチを配置することで操作性を向上している。

特開２０１３−１２６７８８号公報 特開平９−１９３８７７号公報

しかしながら、複数の走行モードを選択するためのスイッチ類が、乗車者によって容易に操作されないことがむしろ必要とされる場合があり得る。たとえば、子供および年配のユーザ向けの車両、ドライビングスクールの車両、運転初心者が乗車する車両は、管理者が設定したとおりに動作することが必要とされる場合がある。具体的には、駆動力の出力が制限されるよう管理者が予め設定しておき、その設定を容易には変更できないようにしておくことが必要とされる場合がある。

本発明は、少なくとも電気により推進力を得る電動推進機において、管理者が設定した運転モードの変更を制限する技術を提供する。

本発明の実施形態に係る電動推進機は、電動モータと、複数の運転モードのうちから指定された運転モードに基づいて前記電動モータを制御するための制御信号を出力する電動モータ制御回路と、前記電動モータの出力から推進力を発生させる推進機構と、前記電動モータへ電力を供給するバッテリユニットであって、前記運転モードの指定を受け付けるモード設定操作子を有するバッテリユニットとを備えている。

ある実施形態において、前記バッテリユニットは着脱可能であり、かつ、前記電動推進機に装着されたときに、前記バッテリユニットと、前記電動推進機の前記電動モータおよび前記電動モータ制御回路とを電気的に接続するコネクタを有している。

ある実施形態において、前記バッテリユニットは、前記電動推進機から取り外されている間に前記運転モードの指定を受け付ける。

ある実施形態において、前記バッテリユニットは、指定された前記運転モードを特定するモード情報を記憶する記憶装置を備えている。

ある実施形態において、前記バッテリユニットは、電気を蓄える蓄電部と、前記蓄電部の放電によって生じる電力を制御するバッテリ制御回路とをさらに備え、前記バッテリユニットが前記電動推進機に装着されたとき、前記バッテリ制御回路は前記記憶装置から前記モード情報を読み出して前記電動モータ制御回路に送信する。

ある実施形態において、前記電動推進機は、電源を投入するメインスイッチをさらに備え、前記バッテリユニットが前記電動推進機に装着されているときにおいて、前記バッテリ制御回路は、前記メインスイッチのオンに応答して前記記憶装置から前記モード情報を読み出す。

ある実施形態において、前記メインスイッチのオンに応答して、前記電動モータ制御回路はデータ要求を出力し、前記バッテリ制御回路は、前記データ要求の受信に応答して前記記憶装置から前記モード情報を読み出す。

ある実施形態において、前記バッテリユニットは、前記蓄電部に蓄えられた前記電気の残量を表示する表示装置をさらに備え、前記モード設定操作子が所定の操作を受け付けたとき、前記表示装置は前記電気の残量を表示する。

ある実施形態において、前記モード設定操作子はハードウェアのスイッチまたはボタンである。

ある実施形態において、前記バッテリユニットは、表示装置と、前記表示装置に、前記複数の運転モードの情報を表示させる制御回路と、前記表示装置に表示された前記複数の運転モードのうちから選択された１つの運転モードの指定を受け付けるタッチスクリーンパネルとをさらに備え、前記モード設定操作子は、前記表示装置および前記タッチスクリーンパネルによって構成されている。

ある実施形態において、電動推進機は着座のためのシートをさらに備え、前記バッテリユニットは前記シートの下に配置される。

ある実施形態において、前記複数の運転モードは、前記電動モータの出力トルクと回転数との関係が互いに異なる。

ある実施形態において、前記複数の運転モードは、前記電動モータの出力トルクと回転数との関係を記述したテーブルおよび関数の一方である。

ある実施形態において、電動推進機は、前記モード設定操作子とは異なる、複数の運転モードを選択するためのモード選択スイッチをさらに備え、前記電動モータ制御回路は、前記モード選択スイッチによって選択された運転モードと、前記モード設定操作子によって受け付けられた運転モードとが異なるときは、出力トルクがより低い運転モードを選択する。

ある実施形態において、電動推進機は、前記モード設定操作子とは異なる、複数の運転モードを選択するためのモード選択スイッチをさらに備え、前記電動モータ制御回路は、前記モード設定操作子によって運転モードが設定されていない場合、または、前記モード設定操作子によって、運転モードの自由な切り替えを許容するフリーモードが設定されている場合には、前記モード選択スイッチによって選択された運転モードを選択する。

本発明の実施形態に係るバッテリユニットは、電動推進機に装着されて電力を供給するバッテリユニットであって、電気を蓄える蓄電部と、前記蓄電部の放電によって生じる電力を出力するコネクタと、前記コネクタから出力される電力を制御するバッテリ制御回路と、前記電動推進機の運転モードの指定を受け付けるモード設定操作子と、前記蓄電部および前記バッテリ制御回路を収容し、前記コネクタおよび前記モード設定操作子が設けられたケースとを備えている。

ある実施形態において、前記コネクタが前記電動推進機と電気的に接続されているとき、前記バッテリ制御回路は、指定された前記運転モードを特定するモード情報を前記コネクタから出力する。

ある実施形態において、前記バッテリ制御回路は、前記電動推進機のメインスイッチのオンに応答して前記モード情報を出力する。

ある実施形態において、前記バッテリユニットは記憶装置をさらに備え、前記記憶装置は、前記モード設定操作子によって受け付けられた前記運転モードを特定するモード情報を記憶する。

ある実施形態において、前記バッテリユニットは、前記蓄電部に蓄えられた前記電気の残量を表示する表示装置をさらに備え、前記モード設定操作子が所定の操作を受け付けたとき、前記表示装置は前記電気の残量を表示する。

電動推進機に装着されるバッテリユニットが運転モードの指定を受け付けるモード設定操作子を有している。バッテリユニットが電動推進機に装着されることにより、電動推進機に運転モードが設定される。電動推進機の乗車者は乗車中にバッテリユニットに触れことはできないため、乗車者はモード設定操作子を操作して運転モードを変更することはできない。これにより、管理者は、自らが設定した運転モードを自由に変更されることなく、電動推進機を使用させることができる。

本発明の実施形態に係る電動推進機によれば、バッテリユニットが、運転モードの指定を受け付けるモード設定操作子を有している。モード設定操作子は、たとえば、ハードウェア的および／または表示画面上にソフトウェア的に設けられたスイッチ、ボタンである。電動推進機に乗車している間は、乗車者は通常、バッテリユニットに触れないため、モード設定操作子を操作して運転モードが変更されることはない。これにより、管理者が設定した運転モードの変更を制限することができる。

本発明の例示的な実施形態１に係る電動二輪車１の外観側面図である。 本発明の例示的な実施形態１に係るバッテリユニット２０の外観斜視図である。 本発明の例示的な実施形態１に係るバッテリユニット２０の外観上面図である。 本発明の例示的な実施形態１に係るバッテリユニット２０のコネクタ２２の模式図である。 本発明の例示的な実施形態１に係るバッテリユニット２０の操作パネル２４の模式図である。 本発明の例示的な実施形態１に係る電動二輪車１を駆動機構に関するハードウェア構成図である。 モータ制御ユニット（ＭＣＵ）１０およびバッテリユニット２０に関する内部回路構成図である。 本発明の例示的な実施形態１にかかるバッテリユニット２０を利用して運転モードの指定を受け付ける処理の手順を示すフローチャートである。 表示スイッチ２４ａの押下時間に応じた運転モードの設定方法を説明するための図である。 本発明の例示的な実施形態１にかかる電動二輪車１のメインスイッチオン時のモータ制御ユニット（ＭＣＵ）およびバッテリ管理システム（ＢＭＳ）においてそれぞれ行われる処理の手順と、双方の間で行われる通信とを示す図である。 複数の運転モードに対応する、回転数ＮとトルクＴとの関係を示すマップ（Ｎ−Ｔマップ）の例を示す図である。 本発明の例示的な実施形態２にかかる、運転モード設定スイッチをさらに備えた電動二輪車２のハードウェア構成図である。 主として、バッテリユニット２０を用いて設定された運転モード、および運転モード設定スイッチを用いて設定された運転モードの一方を採用する、モータ制御ユニット（ＭＣＵ）の処理の例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。同様の構成要素には同様の参照符号を付し、重複する場合にはその説明を省略する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

以下、本明細書において説明される技術は、バッテリユニットからの電力を利用して推進力を得る乗り物（以下「電動推進機」と記述する。）に適用され得る。電動推進機として、たとえばバッテリユニットおよび電動モータを備えた、二輪車、四輪車、電動アシスト自転車、スノーモービル、ヘリコプター、船外機、ジェット推進機が挙げられる。これらは、エンジン等の他の推進機関をさらに備えていてもよい。以下の実施形態の説明では、電動推進機として、主として電動二輪車を例示するが、適宜、他の種類の電動推進機にも言及する場合がある。

（実施形態１）
図１は、本実施形態に係る電動二輪車１の外観側面図である。

以下、本実施形態による電動二輪車１の構成と共に、電動二輪車１の概要を説明する。

電動二輪車１は、車体フレーム２、前輪３、後輪４、アクセル５、電動モータ６、およびシート７を備えている。電動二輪車１はさらに、モータ制御ユニット１０、およびバッテリユニット２０を備えている。モータ制御ユニットは、「ＭＣＵ」（Ｍｏｔｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）とも呼ばれる。以下では「ＭＣＵ１０」とも記述する。

車体フレーム２はシート７を支持している。電動二輪車１のシート７に着座した乗車者は、ステアリングハンドルの右手側に設けられたアクセル５を操作して電動二輪車１の速度を調整する。アクセル５には後に説明するアクセルポジションセンサ３２（図６）が設けられており、アクセル５の操作量を検知する。ＭＣＵ１０はアクセル５の操作量に応じた電力をバッテリユニット２０から電動モータ６に供給して、電動モータ６の回転を制御する。電動モータ６が回転することにより、図示されないチェーンおよびギヤと、後輪４は、電動モータ６の回転力を推進力に変換して、電動二輪車１を走行させる。これにより、電動二輪車１は乗車者の所望の速度で走行する。

本明細書では、電動モータ６の出力（回転力）から推進力を発生させる機構、たとえば電動二輪車１の駆動輪である後輪４、および／または電動モータ６から後輪４へ推進力を伝達するチェーンまたはベルト（図示せず）を「推進機構」と呼ぶことがある。電動二輪車１以外の乗り物、たとえばスノーモービルに関してはトラックベルトが、ヘリコプターおよび船外機に関してはプロペラが、ジェット推進機に関しては動翼および静翼が、推進機構全部またはその一部に該当する。

電動二輪車１には、複数の運転モードが設けられている。複数の運転モードは、電動モータの出力トルクと回転数との関係が互いに相違する。本実施形態では、複数の運転モードとして、初心者向けのビギナーモード、一般ユーザ向けのノーマルモード、および高出力が可能なパワーモードが選択可能に設けられているとする。ＭＣＵ１０は、複数の運転モードのうちから指定された運転モードに基づいて、電動モータ６を制御するための制御信号を出力する。これにより、電動モータ６が同じ回転数で回転していても、運転モードが異なると、電動モータ６の出力トルクを相違させることができる。

上述した運転モードの設定はバッテリユニット２０を利用して行われる。本実施形態では、バッテリユニット２０はシート７の下方に配置されており、着脱可能である。バッテリユニット２０が電動二輪車１から取り外されている時に、管理者または乗車者（以下、「管理者等」と記述する。）がバッテリユニット２０に運転モードを設定する。バッテリユニット２０は設定された運転モードを示すモード情報を記憶しておき、電動二輪車１に装着されたタイミングでそのモード情報を電動二輪車１に送信する。その結果、電動二輪車１に所望の運転モードが設定される。

以下、運転モードの設定に関連するバッテリユニット２０および電動二輪車１の構成を詳細に説明する。

図２は、本実施形態に係るバッテリユニット２０の外観斜視図である。また図３は、本実施形態に係るバッテリユニット２０の外観上面図である。バッテリユニット２０はケース２６によって保護されている。ケース２６は、後述する電気回路、たとえば電気を蓄えるバッテリセル等の蓄電部、バッテリ制御回路（ＣＰＵ）を収容する。図２および図３に示されるように、バッテリユニット２０のケース２６の表面には、コネクタ２２および操作パネル２４が設けられている。

図３では、コネクタ２２にはキャップが被せられている。キャップを外したコネクタ２２には複数の接続端子が設けられている。

図４は、本実施形態に係るバッテリユニット２０のコネクタ２２を模式的に示す。コネクタ２２には７つのピンが設けられており、便宜的にそれぞれにピン番号Ｐ１〜Ｐ７を付している。本実施形態では、ピン番号Ｐ１、Ｐ２およびＰ６のピンのみを説明する。

ピン番号Ｐ１のピンは、放電に利用されるプラスの電力ラインである。ピン番号Ｐ２のピンは放電に利用されるマイナス（グランド）の電力ラインである。ピン番号Ｐ６のピンは、電動二輪車１のＭＣＵ１０と通信を行う際に利用されるデータラインである。

図５は、本実施形態に係るバッテリユニット２０の操作パネル２４を模式的に示す。操作パネル２４は、ハードウェアの表示スイッチ２４ａを有している。操作パネル２４はさらに、５つのＬＥＤから構成されるＬＥＤ群２４ｂを有する。ＬＥＤ群２４ｂは、バッテリユニット２０に蓄えられた電気の残量を表示する表示装置として機能する。ゲージ２４ｃは、電気の残量の多寡を示す目安として設けられている。図５では、残量が多いほど、図面右方向のＬＥＤが点灯する。

一般に、バッテリユニット２０に設けられる表示スイッチ２４ａは、バッテリユニット２０に蓄えられた電気の残量を表示させるために設けられる。本実施形態では、そのような用途で設けられている表示スイッチ２４ａを、複数の運転モードから所望の運転モードを指定するための入力装置としても利用する。

本実施形態では、管理者等が表示スイッチ２４ａを押下し続けている時間長に応じて、ＬＥＤ群２４ｂの点灯の意味を変えている。具体的には、表示スイッチ２４ａが押下されて一定期間が経過するまでは、ＬＥＤ群２４ｂのうちの点灯するＬＥＤの数は、バッテリユニット２０内の電気の残量を表す。一方、表示スイッチ２４ａが一定期間以上継続して押下され続けると、ＬＥＤ群２４ｂの点灯は、選択し得る運転モードを表す。本実施形態では、表示スイッチ２４ａの押下継続時間が長くなるほど、ビギナーモードから順に、ノーマルモード、パワーモードを選択できるようになる。

以下で、運転モードの選択方法の詳細、および、バッテリユニット２０が電動二輪車１に装着されたときのＭＣＵ１０およびＭＣＵ１０の動作を説明する。

図６は、本実施形態に係る電動二輪車１を駆動機構に関するハードウェア構成図である。

電動二輪車１は、既に説明したとおり、後輪４、アクセル５、電動モータ６、ＭＣＵ１０、バッテリユニット２０を有している。ＭＣＵ１０とバッテリユニット２０との接続は、バッテリユニット２０のコネクタ２２とＭＣＵ１０のコネクタ３５とが電気的かつ機械的に契合することにより、確立される。バッテリユニット２０には、操作パネル２４およびバッテリ管理システム４０が設けられる。バッテリ管理システムは、「ＢＭＳ」（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）とも呼ばれる。以下では「ＢＭＳ４０」とも記述する。ＢＭＳ４０を含むバッテリユニット２０の内部回路の構成は、図７に示されており、その内容は後述する。

電動二輪車１は、さらにメインスイッチ３０、インジケータ３１、アクセルポジションセンサ３２、ランスイッチ３３、傾斜角センサ３４を備えている。

メインスイッチ３０は、電動二輪車１の電源をオン／オフするためのスイッチである。バッテリユニット２０に電気が蓄えられている状態でメインスイッチ３０によって電源がオンされると、ＭＣＵ１０にはたとえば１２Ｖの電源電圧が供給される。これにより、ＭＣＵ１０その他の電装品に電力が供給され、動作可能になる。一方、電源がオフされると内部電圧は０Ｖに落ちる。

インジケータ３１は、車両の動作状態に応じて点灯する、１または複数のランプであり、たとえばステアリングハンドル中央部などの、乗車者が視認しやすい位置に設けられている。

アクセルポジションセンサ３２は、アクセルグリップの位置（アクセル操作量）を検知する。アクセルポジションセンサ３２は、アクセル操作量を示す情報をＭＣＵ１０に送る。これによりＭＣＵ１０はアクセル操作量に応じて電動モータ６の回転を制御できる。

ランスイッチ３３は、スタータースイッチである。メインスイッチ３０による電源オンの後、ランスイッチ３３がさらに押下されたことを検知すると、ＭＣＵ１０は電動モータ６を動作させて電動二輪車１を発進させる。

傾斜角センサ３４は、電動二輪車１が走行する道路の傾斜角を検知する。検知された傾斜角を示す情報はＭＣＵ１０に送られる。ＭＣＵ１０は、たとえばその情報に基づいて車両姿勢を知ることができる。車両姿勢が転倒状態の時には、ＭＣＵ１０は、電動モータ６の回転数を抑制する。これにより電動二輪車１の走行速度を制御することができる。

次に、図７を参照しながら１０およびバッテリユニット２０の内部回路の構成を詳細に説明する。

図７は、ＭＣＵ１０およびバッテリユニット２０に関する内部回路構成図である。

ＭＣＵ１０およびバッテリユニット２０は、ＭＣＵ１０のコネクタ２２、およびバッテリユニット２０のコネクタ３５を介して互いに電気的に接続されている。ピン番号Ｐ１およびＰ２のピンは、バッテリユニット２０からの電力が供給される電源ラインであり、ピン番号Ｐ６のピンは相互通信を行うためのデータラインである。

なお図７では、データラインがバッテリユニット２０による車両検出および車両通信に利用されることを明確にするために、便宜的に複数本で示されている。車両検出は、たとえばバッテリユニット２０がＭＣＵ１０と通信可能かどうかを判断することによって実現される。車両通信は上述したモード情報の通信を含む。

まずバッテリユニット２０を説明する。

バッテリユニット２０は、操作パネル２４と、ＢＭＳ４０とを有する。上述のように操作パネル２４は表示スイッチ２４ａおよびＬＥＤ群２４ｂを有する。

ＢＭＳ４０は、信号処理回路（ＣＰＵ）４１と、電流センサ４２と、メモリ４３と、集積回路（ＩＣ）４４と、電池温度センサ４５と、バッテリセル群４６とを有する。

ＣＰＵ４１は、バッテリユニット２０の全体の動作を制御する。ＣＰＵ４１の動作により、たとえば過充電、過放電、セルバランシングなどの保護機能が実現される。ＣＰＵ４１によって実現される他の機能として、たとえば電池容量管理機能、回生制限/禁止/遮断などの保護制御機能、充電器制御機能がある。本実施形態の動作に関連するＣＰＵ４１の主要な処理の詳細は後述する。本明細書では、ＣＰＵ４１を「バッテリ制御回路」と呼ぶことがある。

電流センサ４２は、バッテリユニット２０からＭＣＵ１０に流れる電流を検出する。検知結果はＣＰＵ４１に送られる。ＣＰＵ４１は、電流値に基づいてバッテリユニット２０から供給される電力が適正かどうかを判断できる。

メモリ４３は記憶装置であり、たとえばＥＥＰＲＯＭである。メモリ４３は、管理者等によって指定された運転モードを特定するモード情報を記憶し、保持する。

ＩＣ４４は、バッテリセル群４６に蓄えられている電気量を、たとえば各バッテリセルの電圧値に基づいて監視する。

電池温度センサ４５は、バッテリセル群４６の温度を検知するセンサである。検知結果はＣＰＵ４１に送られる。ＣＰＵ４１は、温度値に基づいてバッテリユニット２０が過熱状態にあるか否かを判断できる。

バッテリセル群４６は、電気を蓄える蓄電部である。バッテリセル群４６は、たとえばリチウムイオン二次電池のセルである。バッテリセル群４６からは、パワーラインが引き出されてピン番号Ｐ１のピンに接続され、グランドラインが引き出されてピン番号Ｐ２のピンに接続されている。

ＭＣＵ１０は、信号処理回路（ＣＰＵ）５１と、インバータ回路５２と、電流センサ５３とを有する。

ＣＰＵ５１は、複数の運転モードのうちから指定された運転モードを示すモード情報をデータラインを介して受け取り、当該モード情報に基づいて、電動モータ６を制御するための制御信号をインバータ回路５２に出力する。制御信号は、たとえばパルス幅変調されたＰＷＭ信号である。これにより電動モータ６は所望の回転数で回転する。ＣＰＵ５１は電動モータ６の動作を制御する制御回路として機能する。本明細書では、ＣＰＵ５１を「電動モータ制御回路」と呼ぶことがある。

インバータ回路５２には、バッテリユニット２０からの電源ラインが接続されている。インバータ回路５２は、バッテリ２２の直流の電力を交流に変換する。インバータ回路５２は、ＣＰＵ５１から受け取った制御信号に基づいて、電動モータ６に流す電流量を調整する。インバータ回路５２の具体的な構成は周知であるため、本明細書では詳細な説明は省略する。電流センサ５３は、電動モータ６に流れる電流量を監視し、電流量を示す信号をＣＰＵ５１に送る。

電動モータ６は、ＭＣＵ１０から供給される電流量に応じて、回転数が変化する。電動モータ６に付随して、電動モータ６の回転数や回転位置を検知するためのエンコーダ５３が設けられている。エンコーダ５３の出力はＣＰＵ５１に送られ、ＣＰＵ５１は電動モータ６の現在の回転数等を知ることができる。

次に、ＭＣＵ１０、およびバッテリユニット２０のＢＭＳ４０の動作を説明する。まず、ＢＭＳ４０が運転モードの指定を受け付ける処理を説明する。

図８は、本実施形態にかかるバッテリユニット２０を利用して運転モードの指定を受け付ける処理の手順を示すフローチャートである。図８に示す処理は、バッテリユニット２０が電動二輪車１から取り外されている状況下で行われる。なお、バッテリユニット２０の内部には電源となるバッテリセル群４６が存在するため、ＣＰＵ４１はその電力を利用して動作することができる。

まず、管理者等が操作パネルの表示スイッチ２４ａを押下する。

ステップＳ１１において、ＣＰＵ４１は表示スイッチ２４ａの押下を検知する。ステップＳ１２において、ＣＰＵ４１は、押下される時間に応じた運転モードを特定する。 ステップＳ１３において、ＣＰＵ４１は、メモリ４３に、運転モードを特定するモード情報を記憶させる。

以下、ＣＰＵ４１のステップＳ１２の処理を、図９を参照しながら詳細に説明する。

図９は、表示スイッチ２４ａの押下時間に応じて割り当てられる運転モードを示す。横軸は、表示スイッチ２４ａが押下された時刻を基準とした、押下継続時間（秒）Ｔである。

（ａ）は表示スイッチ２４ａが押下されている（Ｏｎ）か、押下されていない（Ｏｆｆ）か、を示す。図９の例では、表示スイッチ２４ａは約３１秒間押下され続けていることを示す。

（ｂ）はＬＥＤ群２４ｂが点灯している（Ｏｎ）か、消灯している（Ｏｆｆ）か、を示す。表示スイッチ２４ａが押下されて５秒が経過するまでは（０≦Ｔ＜５）、ＬＥＤ群２４ｂはバッテリユニット２０に蓄えられた電気の残量を示している。このとき、残量に応じた個数のＬＥＤが点灯する。

時刻Ｔが、５≦Ｔ＜１０の期間中は、ＬＥＤ群２４ｂは消灯する。ＬＥＤ群２４ｂは、この後、５秒間隔ごとに点灯と消灯とを繰り返す。図９の例では、ＬＥＤ群２４ｂは、１０≦Ｔ＜１５の期間では点灯し、１５≦Ｔ＜２０の期間では消灯し、２０≦Ｔ＜２５の期間では点灯し、２５≦Ｔ＜３０の期間では消灯し、３０≦Ｔ＜３５の期間では点灯する。

（ｃ）に示されるように、本実施形態では、ＬＥＤ群２４ｂが点灯する３つの期間（１０≦Ｔ＜１５、２０≦Ｔ＜２５、３０≦Ｔ＜３５）には順に、ビギナーモード、ノーマルモードおよびパワーモードが割り当てられている。ＬＥＤ群２４ｂが点灯しているいずれかの期間で表示スイッチ２４ａがオフされたことを検知すると、ＣＰＵ４１はその期間に対応する運転モードが指定されたとして、その指定を受け付ける。

図９の例では、表示スイッチ２４ａは時刻Ｔ＝３１でオフされている。よって、ＣＰＵ４１は、時刻Ｔ＝３１を含む期間３０≦Ｔ＜３５に対応するパワーモードの指定を受け付ける。

なお、時刻Ｔ＝４０以降も表示スイッチ２４ａが押下され続けている場合には、たとえば時刻ＴをリセットしてＴ＝０に変更し、上述の処理を繰り返してもよい。

なお、図９および上述の説明は、運転モードを指定するための一例に過ぎない。５秒毎にＬＥＤ群２４ｂの点灯および消灯が繰り返される必要はないし、運転モードの指定方法は表示スイッチ２４ａの継続的な押下に限られない。後者に関して、他の例として、連続して押下される回数によって、運転モードを指定してもよい。たとえば表示スイッチ２４ａが１回押下された場合にはＬＥＤ群２４ｂで残量を表示し、２回連続して素早く押下された場合にはビギナーモードを設定し、３回連続して素早く押下された場合にはノーマルモードを設定し、４回連続して素早く押下された場合にはパワーモードを設定してもよい。たとえばＣＰＵ４１は、押下間隔が５００ミリ秒以内かどうかで複数回押下されたかどうかを判断すればよい。

上述した方法により、バッテリユニット２０には、管理者等によって指定された運転モードを特定するモード情報が記憶される。バッテリユニット２０のメモリ４３に記憶されるモード情報の形式は任意である。たとえば、３つの運転モードに対応する３つの数値（たとえば１〜３）であってもよいし、３つの運転モードの各々を特定可能な２桁の２進数表記であってもよい。

なお、管理者等が運転モードを指定していない場合も考えられる。たとえば電動二輪車１の購入直後である。そのような場合があり得ることを想定して、メモリ４３には、最も低出力なビギナーモードを示すモード情報が予め初期値として記憶されていてもよい。または、メモリ４３にモード情報が記憶されていない場合には、ＭＣＵ１０のＣＰＵ５１が、初期運転モードとしてビギナーモードを設定してもよい。

次に、バッテリユニット２０のメモリ４３にモード情報が記憶されている状況下で、バッテリユニット２０が電動二輪車１に装着されたときの、ＭＣＵ１０およびバッテリユニット２０の動作を説明する。

図１０は、本実施形態にかかる電動二輪車１のメインスイッチオン時のＭＣＵ１０およびバッテリユニット２０においてそれぞれ行われる処理の手順と、双方の間で行われる通信とを示す図である。ＭＣＵ１０の欄は主としてＭＣＵ１０のＣＰＵ５１（図７）の処理に対応し、ＢＭＳ４０の欄は主としてＢＭＳ４０のＣＰＵ４１（図７）の処理に対応する。また、ステップＳ２２およびステップＳ２３、ステップＳ２５およびステップＳ２６は、ＭＣＵ１０およびＢＭＳ４０間の通信である。

ステップＳ２１において、ＭＣＵ１０のＣＰＵ５１はメインスイッチ３０のオンを検知する。ＣＰＵ５１が動作する前提として、バッテリユニット２０が電動二輪車１に装着され、バッテリユニット２０から電力が供給されていることが必要である。

ステップＳ２２において、ＣＰＵ５１は、メインスイッチ３０のオンの検知に応答して、ピン番号Ｐ６のデータラインを用いてＢＭＳ４０にデータ要求を送信する。本実施形態は、データ要求としてモード情報の要求を含む。他に、電気の残量の情報の要求等を含んでもよい。

ステップＳ２３において、ＢＭＳ４０のＣＰＵ４１は、ＭＣＵ１０から送信されたデータ要求を、ピン番号Ｐ６のデータラインを介して受信する。

ステップＳ２４において、ＣＰＵ４１はＭＣＵ１０に送信すべきデータ（通信データ）を収集する。具体的にはＣＰＵ４１は、通信データとしてメモリ４３からモード情報を読み出す。ＣＰＵ４１は、演算を行うことにより、他のデータを通信データとして生成してもよい。

ステップＳ２５において、データ要求への応答として、ＣＰＵ４１は、ピン番号Ｐ６のデータラインを用いて通信データを送信する。

ステップＳ２６において、ＭＣＵ１０のＣＰＵ５１は、ピン番号Ｐ６のデータラインを介して通信データを受信する。

ステップＳ２７において、ＣＰＵ５１は通信データからモード情報を抽出し、モード情報に応じたＮ−Ｔマップを設定する。

図１１は、複数の運転モードに対応する、回転数ＮとトルクＴとの関係を示すＮ−Ｔマップａ〜ｃの例を示す図である。Ｎ−Ｔマップａはビギナーモードに対応し、Ｎ−Ｔマップｂはノーマルモードに対応し、Ｎ−Ｔマップｃはパワーモードに対応する。図１１から理解されるように、運転モードが変わると、電動モータ６が同じ回転数で回転していても、電動モータ６の出力トルクが相違する。出力トルクおよび回転数の上限は、ビギナーモード、ノーマルモード、パワーモードの順に高くなる。

なお、図１１は、説明の便宜上、アクセル５の開度が最も大きいときの回転数ＮとトルクＴとの関係を示している。アクセル５の開度に応じた回転数とトルクとの関係も規定され得ることに留意されたい。

回転数ＮとトルクＴとの関係を記述する形式は任意である。図１１に示すグラフに代えて、マップごとに、複数の回転数と、各回転数に対応するトルク値との関係を記述した数値テーブルが設けられ得る。または、回転数ＮとトルクＴとの関係を記述した関数が用意されてもよい。

上述の処理により、バッテリユニット２０が取り外されたときに管理者等が予め設定していた運転モードが電動二輪車１のＭＣＵ１０に設定され、電動モータ６が制御される。これにより、特に管理者と乗車者とが異なる場合には、管理者の意図に反して乗車者が運転モードの設定を変更することがなくなる。

上述の説明では、バッテリユニット２０が電動二輪車１から取り外されている間に、バッテリユニット２０に運転モードを指定できるとして説明した。しかしながら、電動二輪車１に装着されている場合であっても、たとえば電動二輪車１の停止中に上述した操作を行うことにより、新たな運転モードをバッテリユニット２０に設定してもよい。ＢＭＳ４０のＣＰＵ４１は、新たに設定された運転モードを随時ＭＣＵ１０のＣＰＵ５１に通知することにより、ＭＣＵ１０は新たな運転モードで動作することができる。なお、バッテリユニット２０はシート７の下方に配置されているため、電動二輪車１の走行時に運転モードの指定を変更することは実際上困難である。したがって、管理者により設定された運転モードを走行中に変更されてしまうことを防止することができる。

ＭＣＵ１０のＣＰＵ５１は、メインスイッチ３０が一旦オフされるまでは現在設定されている運転モードを変更せず固定し、メインスイッチ３０が一旦オフされ、再度オンされたタイミングで新たな運転モードを反映してもよい。またはＣＰＵ５１は、電動二輪車１が停止しているタイミングでのみ新たな運転モードを反映し、電動二輪車１が走行している間は運転モードを固定してもよい。

上述の例では、通常、電気の残量を表示させるための表示スイッチ２４ａを、運転モードの指定のために利用するとした。バッテリユニット２０に、他のスイッチまたはボタンが設けられている場合には、当該スイッチまたはボタンを運転モードの指定に利用してもよい。たとえば、故障を診断するためのボタン（操作子）がバッテリユニット２０に設けられている場合には、当該操作子を運転モードの指定に利用してもよいし、運転モードの指定用の専用操作子を設けてもよい。

（実施形態２）
図１２は、本実施形態にかかる、運転モード設定スイッチをさらに備えた電動二輪車１００のハードウェア構成図である。

電動二輪車１００が、図６に示す電動二輪車１と異なる点は、電動二輪車１００には運転モード設定スイッチ６０が設けられている点にある。電動二輪車１００の他のハードウェア構成は電動二輪車１と同じである。よってそれらの再度の説明は省略する。なお、実施形態１による電動二輪車１と同様、電動二輪車１００においても、バッテリユニット２０を用いた運転モードの指定が行われる。

運転モード設定スイッチ６０は、乗車者による運転モードの選択を可能にするスイッチである。実施形態１と同様、本実施形態においても運転モードは、ビギナーモード、ノーマルモード、パワーモードのいずれかを選択可能である。運転モード設定スイッチ６０は、たとえばステアリングハンドル近傍の、乗車者が操作しやすい位置に配置され得る。たとえば特許文献１および２に開示された、走行モードを選択するためのスイッチと同等の位置に配置され得る。

運転モード設定スイッチ６０を設けることにより、電動二輪車１００のＭＣＵ１０は、バッテリユニット２０を用いた運転モードの指定と、運転モード設定スイッチ６０を用いた運転モードの指定とを受け付けることになる。このときの処理を、図１３を参照しながら説明する。

図１３は、主として、バッテリユニット２０を用いて設定された運転モード、および運転モード設定スイッチ６０を用いて設定された運転モードの一方を採用する、ＭＣＵ１０の処理の例を示すフローチャートである。

図１３に示されているステップＳ２５〜Ｓ２７は、図１０における同じステップ番号の処理と同じである。これらの処理の前には、たとえば図８による処理、および図１０のステップＳ２１〜Ｓ２４までの処理も行われていることに留意されたい。これらの内容については、実施形態１の説明を援用する。

まずステップＳ３１において、乗車者が運転モード設定スイッチ６０を操作して、所望の運転モードを設定する。この処理は、バッテリユニット２０を含む電動二輪車１００の動作ではないが、理解の便宜のために図１３に含めている。

ステップＳ３２において、ＭＣＵ１０のＣＰＵ５１は、乗車者による運転モード設定スイッチ６０の操作を検知し、設定された運転モードを特定する。

ステップＳ３３において、ＣＰＵ５１は、ステップＳ２７において設定したＮ−Ｔマップの運転モードと、運転モード設定スイッチ６０の操作によって指定された運転モードとが一致するかどうかを判定する。相違する場合には、ＣＰＵ５１は、出力トルクがより低いＮ−Ｔマップを選択し、一致する場合には、現在のＮ−Ｔマップをそのまま維持する。

相違する場合の処理をより具体的に説明する。まず、既に設定された運転モードを基準として、運転モード設定スイッチ６０を用いて設定された運転モードがより低出力である場合を考える。「より低出力である」とは、パワーモードを基準とした場合にはビギナーモードまたはノーマルモードであることを意味し、ノーマルモードを基準とした場合にはビギナーモードであることを意味する。このときＣＰＵ５１は、運転モード設定スイッチ６０を用いて設定された運転モードに対応するＮ−Ｔマップを採用する。

次に、既に設定された運転モードを基準として、運転モード設定スイッチ６０を用いて設定された運転モードがより高出力である場合を考える。「より高出力である」とは、ビギナーモードを基準とした場合にはノーマルモードまたはパワーモードであることを意味し、ノーマルモードを基準とした場合にはパワーモードであることを意味する。このときＣＰＵ５１は、運転モード設定スイッチ６０を用いて設定された運転モードを無視し、現在のＮ−Ｔマップをそのまま維持する。

上述の処理によれば、バッテリユニット２０を用いて予め設定された運転モードよりも高出力な運転モードを乗車者が選択したとしても、その運転モードが選択されることはない。

一方、バッテリユニット２０を用いて予め設定された運転モードよりも低出力な運転モードを乗車者が選択した場合には、その低出力の運転モードに変更される。

バッテリユニット２０に操作パネル２４を設け、かつ電動二輪車１に運転モード設定スイッチ６０を設けることにより、さらに運転モードの設定方法を多様化できる。たとえば、実施形態１では管理者等が運転モードを指定していない場合には初期運転モードとしてビギナーモードが設定され得ると説明した。しかしながら本実施形態では、バッテリユニット２０側で運転モードが設定されていない場合には、ＣＰＵ５１はそのまま「設定なし」として取り扱い、運転モード設定スイッチ６０の操作に応答して運転モードの指定を受け付けてもよい。管理者による運転モードの管理が不要とされる場合において、乗車者が自ら運転モードを決定することができる。

乗車者が自ら運転モードを決定できることを明示的に許容するモードとして、「フリーモード」を設けてもよい。「フリーモード」では、乗車者は、電動二輪車１の運転モード設定スイッチ６０を利用して運転モードを自由に切り替えることができる。

さらに、「制限モード」を設けてもよい。「制限モード」は、運転モードの固定を意味する。具体的には、バッテリユニット２０の操作パネル２４を利用して運転モードが設定された場合には、ＣＰＵ５１はその運転モードにしたがって電動二輪車１を制御し、運転モード設定スイッチ６０による操作を受け付けない。

上述した「フリーモード」および「制限モード」はいずれも、バッテリユニット２０の操作パネル２４を利用して選択することができる。つまり、これらは運転モードの一つとして含まれ得る。

上述の実施形態１および２の説明では、バッテリユニット２０として、二次電池を採用した態様を想定して説明したが、二次電池ではなく燃料電池が採用されてもよい。なお、燃料電池で動作する乗り物においても、発生させた電気を二次電池に蓄えるバッテリユニット２０が搭載され得る。その場合には、燃料電池および／またはバッテリユニット２０に、上述のモード設定操作子（ボタン、スイッチ等）が設けられればよい。

本発明は、バッテリユニット２０からの電力を利用して推進力を得る乗り物、たとえばバッテリユニット２０および電動モータを備えた、二輪車、四輪車、電動アシスト自転車、スノーモービル、ヘリ、船外機、ジェット推進機などに特に有用である。

１、１００ 電動二輪車
２ 車体フレーム
３ 前輪
４ 後輪
５ アクセル
６ 電動モータ
１０ モータ制御ユニット（ＭＣＵ）
２０ バッテリユニット
２２、３５ コネクタ
２４ 操作パネル
２４ａ 表示スイッチ
２４ｂ ＬＥＤ群（表示装置）
２６ ケース
４０ バッテリ管理システム（ＢＭＳ）
４１ ＣＰＵ（バッテリ制御回路）
４３ メモリ（記憶装置）
４６ バッテリセル群（蓄電部）
５１ ＣＰＵ（電動モータ制御回路）

Claims (20)

1. 電動モータと、
   複数の運転モードのうちから指定された運転モードに基づいて前記電動モータを制御するための制御信号を出力する電動モータ制御回路と、
   前記電動モータの出力から推進力を発生させる推進機構と、
   前記電動モータへ電力を供給するバッテリユニットであって、前記運転モードの指定を受け付けるモード設定操作子を有するバッテリユニットと
   を備えた電動推進機。
2. 前記バッテリユニットは着脱可能であり、かつ、前記電動推進機に装着されたときに、前記バッテリユニットと、前記電動推進機の前記電動モータおよび前記電動モータ制御回路とを電気的に接続するコネクタを有している、請求項１に記載の電動推進機。
3. 前記バッテリユニットは、前記電動推進機から取り外されている間に前記運転モードの指定を受け付ける、請求項２に記載の電動推進機。
4. 前記バッテリユニットは、指定された前記運転モードを特定するモード情報を記憶する記憶装置を備える、請求項３に記載の電動推進機。
5. 前記バッテリユニットは、
   電気を蓄える蓄電部と、
   前記蓄電部の放電によって生じる電力を制御するバッテリ制御回路と
   をさらに備え、
   前記バッテリユニットが前記電動推進機に装着されたとき、前記バッテリ制御回路は前記記憶装置から前記モード情報を読み出して前記電動モータ制御回路に送信する、請求項４に記載の電動推進機。
6. 前記電動推進機は、電源を投入するメインスイッチをさらに備え、
   前記バッテリユニットが前記電動推進機に装着されているときにおいて、前記バッテリ制御回路は、前記メインスイッチのオンに応答して前記記憶装置から前記モード情報を読み出す、請求項５に記載の電動推進機。
7. 前記メインスイッチのオンに応答して、前記電動モータ制御回路はデータ要求を出力し、
   前記バッテリ制御回路は、前記データ要求の受信に応答して前記記憶装置から前記モード情報を読み出す、請求項６に記載の電動推進機。
8. 前記バッテリユニットは、前記蓄電部に蓄えられた前記電気の残量を表示する表示装置をさらに備え、
   前記モード設定操作子が所定の操作を受け付けたとき、前記表示装置は前記電気の残量を表示する、請求項５に記載の電動推進機。
9. 前記モード設定操作子はハードウェアのスイッチまたはボタンである、請求項１に記載の電動推進機。
10. 前記バッテリユニットは、
    表示装置と、
    前記表示装置に、前記複数の運転モードの情報を表示させる制御回路と、
    前記表示装置に表示された前記複数の運転モードのうちから選択された１つの運転モードの指定を受け付けるタッチスクリーンパネルと
    をさらに備え、
    前記モード設定操作子は、前記表示装置および前記タッチスクリーンパネルによって構成されている、請求項１に記載の電動推進機。
11. 着座のためのシートをさらに備え、
    前記バッテリユニットは前記シートの下に配置される、請求項１に記載の電動推進機。
12. 前記複数の運転モードは、前記電動モータの出力トルクと回転数との関係が互いに異なる、請求項１に記載の電動推進機。
13. 前記複数の運転モードは、前記電動モータの出力トルクと回転数との関係を記述したテーブルおよび関数の一方である、請求項１２に記載の電動推進機。
14. 前記モード設定操作子とは異なる、複数の運転モードを選択するためのモード選択スイッチをさらに備え、
    前記電動モータ制御回路は、前記モード選択スイッチによって選択された運転モードと、前記モード設定操作子によって受け付けられた運転モードとが異なるときは、出力トルクがより低い運転モードを選択する、請求項１２に記載の電動推進機。
15. 前記モード設定操作子とは異なる、複数の運転モードを選択するためのモード選択スイッチをさらに備え、
    前記電動モータ制御回路は、前記モード設定操作子によって運転モードが設定されていない場合、または、前記モード設定操作子によって、運転モードの自由な切り替えを許容するフリーモードが設定されている場合には、前記モード選択スイッチによって選択された運転モードを選択する、請求項１２に記載の電動推進機。
16. 電動推進機に装着されて電力を供給するバッテリユニットであって、
    電気を蓄える蓄電部と、
    前記蓄電部の放電によって生じる電力を出力するコネクタと、
    前記コネクタから出力される電力を制御するバッテリ制御回路と、
    前記電動推進機の運転モードの指定を受け付けるモード設定操作子と、
    前記蓄電部および前記バッテリ制御回路を収容し、前記コネクタおよび前記モード設定操作子が設けられたケースと
    を備えたバッテリユニット。
17. 前記コネクタが前記電動推進機と電気的に接続されているとき、前記バッテリ制御回路は、指定された前記運転モードを特定するモード情報を前記コネクタから出力する、請求項１６に記載のバッテリユニット。
18. 前記バッテリ制御回路は、前記電動推進機のメインスイッチのオンに応答して前記モード情報を出力する、請求項１７に記載のバッテリユニット。
19. 前記バッテリユニットは記憶装置をさらに備え、
    前記記憶装置は、前記モード設定操作子によって受け付けられた前記運転モードを特定するモード情報を記憶する、請求項１６に記載のバッテリユニット。
20. 前記蓄電部に蓄えられた前記電気の残量を表示する表示装置をさらに備え、
    前記モード設定操作子が所定の操作を受け付けたとき、前記表示装置は前記電気の残量を表示する、請求項１６に記載のバッテリユニット。

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