JP3934268B2

JP3934268B2 - Power supply system for electric vehicles

Info

Publication number: JP3934268B2
Application number: JP37409798A
Authority: JP
Inventors: 潤史寺田
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2018-12-28
Also published as: JP2000197212A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば電動自転車，電動車椅子，電動スクータ等にエネルギ源として採用されるＮｉ−Ｃｄ，Ｎｉ−ＭＨ等の充電式電池の状態の管理を行なう電池管理装置と、上記充電式電池を充電する充電装置とを備えた電動車両用電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
充電式電池を充電する充電装置には、充電開始温度の上限値及び下限値を固定的に設定し、電池温度がその範囲内であれば自動的に定電流で充電が開始されるものがある。
【０００３】
また、充電停止については−ΔＶ, ｄＴ／ｄｔ, Ｔｃｏ等の停止制御手法を単独または複数併用して制御するのが一般的である。上記−ΔＶは電池の最大電圧からの低下電圧値を、上記ｄＴ／ｄｔは充電時間に対する電池温度の変化率を、上記Ｔｃｏは電池の充電停止温度をそれぞれ示しており、各値に基づいて充電停止が行なわれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、Ｎｉ−ＭＨ電池は充電反応が発熱反応であることから、環境温度が高い場合等に、充電開始上限温度付近から充電を始めると満充電になる前にＴｃｏ（充電停止温度）を検知し充電が終了してしまう。なお、Ｔｃｏ値は電池の寿命性能を確保する為に極力低く設定される。
【０００５】
上述の、満充電になる前に充電が終了する問題を回避するためには、▲１▼充電レート（供給する充電電流値）を下げる，▲２▼充電開始温度を下げる，▲３▼Ｔｃｏ温度値を上げる等の策があるが、上記▲１▼では充電時間が長くなり、上記▲２▼では充電待機時間が長くなり、上記▲３▼では電池寿命性能に悪影響を及ぼすという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、環境温度が高いときに充電開始上限温度付近から充電を始めた場合でも、所定の充電容量を確保でき、電池寿命を確保できる電動車両の電源装置を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
図１９のクレーム構成図に示すように、請求項１の発明は、充電式電池４００と、該充電式電池４００を充電する充電手段４０４と、該充電手段４０４に上記充電式電池４００の残存容量及び温度を含む電池状態に応じた充電電流値を指令する充電指令手段４０５とを備え、該充電指令手段４０５は、上記充電電流値を、電池温度が、電池残存容量が小さいほど低い温度に設定された所定値以下のときは上記充電手段４０４の最大出力に対応した値とし、電池温度が上記所定値を越えるときは電池温度が高くなるほど小さい値とすることを特徴としている。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１において、上記充電指令手段４０５は、上記電池４００の残存容量及び温度を含む電池状態の管理を行なう電池管理装置４０１に備えられていることを特徴としている。
【０００９】
図２０のクレーム構成図に示すように、請求項３の発明は、請求項１において、上記充電指令手段４０５は上記充電式電池４００を充電する充電装置４０２に備えられており、該充電指令手段４０５は、上記電池４００の残存容量及び温度を含む電池状態の管理を行なう電池管理装置４０１からの電池状態に応じて上記充電電流値を決定することを特徴としている。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１ないし３の何れかにおいて、上記充電式電池４００が、単電池４０６を複数直列に接続してなる組電池４０７を複数組並列に接続して構成されており、上記充電指令手段４０５は、最も温度の高い組電池４０７の電池残存容量と、該組電池４０７の温度とに応じた充電電流値を上記充電手段４０４に指令することを特徴としている。
【００１４】
【発明の作用効果】請求項１の発明に係る電動車両用電源システム４０３では、充電指令手段４０５により、充電式電池４００を充電する充電手段４０４に、電池残存容量, 電池温度に応じた充電電流値を、電池温度が所定値以下のときは充電手段４０４の最大出力に対応した値とし、上記所定値以上のときは電池温度が高くなるほど小さい値とし、また上記電池温度の所定値を電池残存容量が小さいほど低い温度に設定する、というように自由に設定することができる。例えば、環境温度が高いときに充電開始上限温度付近から充電を始めた時には、残存容量が小さいほど電池温度が高くなる前から充電電流を小さくして温度上昇を抑制することができ、満充電になる前に電池温度がＴｃｏ（充電停止温度）となって充電が終了することを防止でき、充分に充電することができる。
また、充電中において充電電流値を、例えば図８に示すように、電池温度が所定値Ｔ 1 〜Ｔ 3 以下の期間は最大値に設定したので、充電時間を最短とすることができ、また上記所定値を越える期間は電池温度が高いほど充電電流を小さくしたので、電池温度の上昇を抑制でき、電池温度が充電停止温度に達するまでに充分な充電容量を確保できる。
さらにまた、例えば図８に示すように、上記電池温度の所定値を、電池残存容量が小さいほど低い温度に設定したので、残存容量が小さいほど電池温度の上昇を抑制でき、それだけ充電停止に至るまでの充電時間が長くなり、充電容量を確保できる。
【００１５】
請求項２の発明に係る電動車両用電源システム４０３では、電池の残存容量及び温度を含む電池状態の管理を行なう電池管理装置４０１に充電指令手段４０５を設けたので、電池残存容量, 電池温度に応じた充電電流値の演算時間を短縮することができる。
【００１６】
請求項３の発明に係る電動車両用電源システム４０３では、充電装置４０２に充電指令手段４０５を設け、該充電指令手段４０５により、電池管理装置４０１からの電池残存容量及び電池温度に応じて充電電流値を決定するようにしたので、電池管理装置４０１の構成を簡単にできる。
【００２０】
請求項４の発明に係る電動車両の電源装置４０３では、充電式電池４００を、単電池４０６を複数直列に接続してなる組電池４０７を複数組並列に接続して構成し、充電指令手段４０５により、最も温度の高い組電池４０７の電池残存容量と該組電池４０７の温度とに応じた充電電流値を充電手段４０４に指令するようにしたので、全ての組電池において温度上昇を抑制でき、電池の寿命性能を確保することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１ないし図１４は、本発明の第１実施形態による電動補助自転車用電源システムを説明するための図であり、図１は上記電動車両としての電動補助自転車の側面図、図２は上記電源システムのブロック構成図、図３は上記電源システムの変形例を示すブロック構成図、図４〜図６は上記電池管理装置と充電装置との間で送受信される信号データを説明するための図、図７は無段階電流制御による電池残存容量，充電電流，電池温度の関係を示す特性図、図８は多段階電流制御による電池残存容量，電池温度，充電電流の関係を示す特性図、図９は充電器出力パルス制御による放電深度（ＤＯＤ），電池温度の関係を示す特性図、図１０は電池残存容量と電池温度，電池電圧との関係を示す特性図、図１１は上記電池管理装置の動作を、図１２〜図１４は上記充電装置の動作を、それぞれ説明するためのフローチャート図である。
【００２２】
図において、１は本実施形態電源システムのうち充電装置を非車載とし、着脱式電池ケースを備えた電動車両としての電動補助自転車であり、これの車体フレーム２はヘッドパイプ３と、該ヘッドパイプ３から車体後方斜め下方に延びるダウンチューブ４と、該ダウンチューブ４の後端から上方に略起立して延びるシートチューブ５と、上記ダウンチューブ４の後端から後方に略水平に延びる左, 右一対のチェーンステー６と、該両チェーンステー６の後端部と上記シートチューブ５の上端部とを結合する左, 右一対のシートステー７と、上記ヘッドパイプ３とシートチューブ５とを接続するトップチューブ１１とを備えている。
【００２３】
上記ヘッドパイプ３にはフロントフォーク８が左右に回動可能に枢支されている。該フロントフォーク８の下端には前輪９が軸支されており、上端には操向ハンドル１０が固着されている。また上記シートチューブ５の上端にはサドル１２が装着されている。さらに上記チェーンステー６の後端には後輪（車輪）１３が軸支されている。
【００２４】
なお、図示していないが、上記操向ハンドル１０の中央には速度メータ等を備えた計器パネル（不図示）が設けられており、このパネル部分に、リフレッシュ放電が必要と判断された時にその旨が表示される表示装置を設けても良い。
【００２５】
上記車体フレーム２の下端部には、クランク軸１６の両端突出部に取り付けられたクランクアーム１６ａを介してペダル１６ｂに入力されたペダル踏力（人力）と、内蔵する電動モータ１７からの人力の大きさに比例した補助動力との合力を出力するパワーユニット１５が搭載されている。即ち、ペダル踏力の大きさがモータ駆動指令２８となる。上記パワーユニット１５からの出力はチェーン３０を介して上記後輪１３に伝達される。
【００２６】
なお、本実施形態自転車１は外部からモータ駆動指令２８を入力するための自走レバー１４をも備えており、該自走レバー１４を操作することにより、ペダル１６ｂに入力することなく電動モータ１７からの動力のみで走行することも可能となっている。
【００２７】
また上記電動モータ１７等の電源となる電池ケース１００は上記シートチューブ５の後面に沿うように、かつ左，右のシートステー７，７に挟まれるように車体に対して着脱自在に配設されている。上記電池ケース１００は、多数の単電池１０１を直列に接続してなる電池（充電式電池）１０２を収納しており、また上記電池１０２の温度を検出する温度センサ１０３と、該電池１０２の電流値を測定する電流計１０４とを備えている。さらに上記電池ケース１００は、上記電池１０２の管理等を行なう電池管理装置１０５と、所定のデータを記憶するＥＥＰＲＯＭ１０６とを備えている。このＥＥＰＲＯＭ１０６には、上記所定のデータとして、充電式電池の充電中の残存容量, 温度等が記憶される
【００２８】
また、上記電池ケース１００は車載時には、コネクタ１０７, １０８によりモータ駆動回路２２と、コネクタ１１０, １１１により上記電動補助自転車１の走行制御を行なう走行制御部１０９と通信Ｉ／Ｆ１２０ａ，１２０ｂを介して接続されている。
【００２９】
一方、上記電池ケース１００は、充電時には車体から取り外された状態で、あるいは車載状態のままで上記コネクタ１１３, １１４により非車載で全く独立に構成された充電装置１１２の出力側と接続され、コネクタ１１５, １１６により上記充電装置１１２の通信Ｉ／Ｆ１２７，１２０ｃを介して接続される。
【００３０】
ここで図１において、１００ａは電池ケース１００に設けられた充電口であり、該充電口１００ａに上記コネクタ１１３，１１４，１１５，１１６の電池ケース側端子が配置される。また１２１は充電装置１１２の充電プラグであり、この中に上記コネクタ１１３〜１１６の充電装置側端子が配置されており、上記充電口１００ａに差し込み自在となっている。上記電池ケース１００と充電装置１１２とで本実施形態における電源システム２１が構成される。
【００３１】
上記電池管理装置１０５は、上記温度センサ１０３からの電池温度データＴと、電流計１０４からの電流値データＩと、電池１０２の電圧データＶとが入力され、上記充電式電池１０２のリフレッシュ放電の制御等を行なう電池管理・制御部１１７と、所定のデータを記憶する上記ＥＥＰＲＯＭ１０６とを備えている。また、上記電池管理装置１０５は、上記電池管理・制御部１１７からの信号に基づいて、表示を必要とするときに表示ボタン１１８を押すことにより電池残存容量やリフレッシュお知らせ情報が表示される表示装置１１９と、上記充電装置１１２との通信を行なう通信Ｉ／Ｆ１２０ｃとを備えている。なお、上記表示装置１１９は、速度メータ等が設置される車両側の表示パネル部分, 又は上記充電装置１１２側に設けても良い。
【００３２】
そして、上記電池管理・制御部１１７は、上記充電中に充電式電池の残存容量及び温度に応じた充電電流を上記充電装置１１２に指令する充電指令手段として機能している。
【００３３】
上記充電装置１１２は、プラグ１２３をコンセントに接続することにより供給された交流電源を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ（充電手段）１２４と、該コンバータ１２４の出力の電圧値, 電流値を計測する電圧計１２５, 電流計１２６と、上記充電式電池１０２のリフレッシュ放電を行なう放電器１３５と、上記電圧計１２５, 電流計１２６からの計測値や上記通信Ｉ／Ｆ１２７からの所定の信号等が入力される充電／放電制御部１２８とを備えている。
【００３４】
また、上記充電装置１１２は、この充電装置１１２と上記電池ケース１００とが接続されていることを示す接続信号を、上記充電／放電制御部１２８に出力する電池接続検知部１２９を備えている。
【００３５】
さらにまた、上記充電装置１１２には、後述する表示装置１３３にリフレッシュ放電が必要な旨が表示されている場合に、ユーザが押すことによって上記充電／放電制御部１２８にリフレッシュ放電指示信号を出力するリフレッシュスイッチ１３１が設けられている。なお、図２に示すように、上記リフレッシュスイッチ１３１と同じ機能を有するリフレッシュスイッチ１３７を電池ケース１００側にも設けてもよい。
【００３６】
上記ＡＣ／ＤＣコンバータ１２４の出力は出力制御部１３２を介して上記充電／放電制御部１２８により制御される。また、表示装置１３３や上記放電器１３５は上記充電／放電制御部１２８により制御される。そして上記表示装置１３３には、充電待機中，充電中，充電完了，充電停止，リフレッシュお知らせ，リフレッシュ中，リフレッシュ終了等の情報が表示される。このうちリフレッシュお知らせを電池ケース側の表示装置１１９にも同時に表示させるようにしても良い。
【００３７】
なお、図３に示すように、電池１０２´として、複数の電池１０２・・１０２が並列に接続されたものを用いる場合、各電池１０２の温度を検出する複数の温度センサ１０３・・１０３が設けられ、各センサ１０３・・１０３の検出値Ｔ１・・Ｔｎが上記電池管理・制御部１１７に入力されるよう構成される。図３において、図２と同符号は同一または相当部分を示している。
【００３８】
次に、図４〜図６に基づいて、上記電動補助自転車１における電池管理装置１０５と充電装置１１２との間で送受信される信号データについて説明する。なお、図４〜図６は、信号データのナンバー（Ｎｏ），及び該ナンバーの内容を示している。
【００３９】
図４は、上記電池管理装置１０５から充電装置１１２にまとめて送信される充放電制御データを示しており、１として「リフレッシュお知らせ」が、２として「リフレッシュ放電電流値」が、３として「リフレッシュ放電停止電圧」が、４として「リフレッシュタイマー値」が、５として「充電開始下限温度」が、６として「充電開始上限温度」が含まれている。なお、上記「リフレッシュお知らせ」は、「有」又は「無」が示され、リフレッシュ放電の要否を知らせる信号として機能する。
【００４０】
図５は、上記電池管理装置１０５から充電装置１１２にまとめて送信される電池状態データを示しており、１として「充電電流値」が、２として「電池温度（１）」が、３として「電池温度（２）」が、４として「電池電圧」が、５として「現時点での電池残存容量」が、６として「電池実力容量、即ち現時点での容量学習値」が含まれている。なお、この容量学習値とは、充放電等を繰り返すうちに電池は次第に劣化しし、最大容量も次第に変化（低下）していく中で現時点での学習した最大の容量値のことである。
【００４１】
また、上記電池温度（１）は、図２に示すように上記充電式電池１０２を１組備える構成の電池温度を、上記電池温度（２）は２組備える構成の２組目の電池温度をそれぞれ意味している。また、図３に示すように上記充電式電池１０２を複数組備える場合には電池温度（１）〜（ｎ）まで含まれる。
【００４２】
図６は、上記充電装置１１２から電池管理装置１０５にまとめて送信される充電器状態データを示しており、１として「充放電制御データ要求」６が、２として「電池状態データ要求」が、３として「リフレッシュ中」が、４として「リフレッシュ終了」が、５として「充電中」が、６として「充電待機中」が、７として「充電完了」が、８として「充電停止」が含まれる。なお、「充電完了」とは１００％充電されたことを意味し、「充電停止」とはこれ以上充電を続けると危険である等の理由により充電を止めたことを意味している。
【００４３】
次に、図７〜図１０に基づいて、本実施形態で行われる充電制御について説明する。図７に示す無段階電流制御では、充電電流値は、電池温度が所定値以下のときは上記充電装置１１２の最大出力に対応した値（Ａｍａｘ）に設定され、上記所定値を越えたときは電池温度が高くなるほど小さい値に設定される。そして、上記電池温度の所定値は電池残存容量が小さいほど低い温度に設定される。
【００４４】
具体的には、電池残存容量ａ＝９０％, ｂ＝６０％, ｃ＝３０％とすると、電池温度が所定の充電開始下限温度（例えば０℃）から充電停止温度（例えば５０℃）まで変化する間に供給される充電電流は、上記残存容量ａ, ｂ, ｃの電池の温度が所定値（Ｔ１, Ｔ２, Ｔ３）以下のときは上記充電装置１１２の最大出力に対応した値（Ａｍａｘ）に設定されるとともに、上記所定値（Ｔ１, Ｔ２, Ｔ３）を越えると温度上昇に伴って小さい値に設定される。上記所定値Ｔ１〜Ｔ３は、電池残存容量が小さいほど低い温度に設定される。従って充電電流は、電池温度が同じ場合（例えば４５℃の時）には、残存容量の多い電池ほど大きい値に設定される。
【００４５】
上記電池残存容量とは、充電中においては充電容量を意味しており、充電の進行に伴って残存容量は増加する。従って充電電流は、無段階に変化することとなる。
【００４６】
また、上記多段階電流切替制御では、図８の特性図がマップデータとして用いられ、上記電池温度，電池残存容量が位置するハッチング領域に応じて、充電電流は、Ａ１又はＡ２又はＡ３の何れかに設定される。従って、充電電流は電池温度が同じ場合（例えば４５℃の時）には、残存容量の多い電池ほど大きい値に設定される。
【００４７】
さらにまた、上記電流出力パルス制御では、図９の特性図がマップデータとして用いられ、上記電池温度，放電深度（ＤＯＤ）が位置するハッチング領域に応じて、定電流出力の充電電流のパルス幅が、Ｉ又はII又はIII の何れかに設定される。なお、パルス幅とは出力オン時の時間を意味し、パルス幅が大きい程平均充電電流が大きくなる。従って、充電電流は電池温度が同じ場合（例えば４５℃の時）には、放電深度（ＤＯＤ）の大きい電池ほど大きい幅のパルスが設定される。
【００４８】
図１０は充電中における電池の残存容量（充電容量）と、電池温度，電池電圧の関係を示す。充電を開始すると電池電圧Ｖの上昇に伴って電池温度Ｔも上昇する。この電池温度Ｔは、充電電流が大きいほど急上昇する（Ｔ１，Ｔ２参照）。なお、図中における充電電流はＴ１＞Ｔ＞Ｔ２に設定されている。そのため、充電開始時電池温度，環境温度の如何及び充電電流の設定如何によっては、電池残存容量（ＳＯＣ）が満充電Ｑに達する前に電池温度Ｔが充電停止温度ＴＣＯに達してしまうおそれがある。上記図８，図９は電池温度がこのような満充電前に充電停止温度に達するのを防止できる充電電流を予め実験等で求めたものである。
【００４９】
次に、図１１〜図１４のフローチャート図に基づいて、本電源システム２１における電池管理装置１０５及び充電装置１１２の動作を説明する。図１１は上記電池管理装置１０５の動作を、図１２〜図１４は上記充電装置１１２の動作をそれぞれ示している
【００５０】
まず、図１１に基づいて電池管理装置における充電電流値の決定処理動作を説明する。
上記電池管理装置１０５が待機モードであって（ステップＣ１）、後述の接続信号（Ｄ９）の割込により、充電器接続信号が検出され（ステップＣ２）、上記充電装置１１２から送信された図６のＮｏ１に示す「充放電制御データ要求」信号（Ｄ１０）が受信されると（ステップＣ３）、上記電池管理装置１０５はリフレッシュ放電要否判定を実施し（ステップＣ４）、充放電制御データを作成し（ステップＣ５）、電池管理装置１０５から充電装置１１２に図４に示す充放電制御データが送信される（ステップＣ６）。
【００５１】
なお、上記ステップＣ４におけるリフレッシュ放電の要否判定は、初期もしくは先回のリフレッシュ放電からの充電回数，放電回数，又は充放電サイクル数や、先回のリフレッシュ放電必要の表示後のリフレッシュ放電実行の有無、あるいは放電停止電圧が検出されるまでの放電容量と実力容量との差に基づいて行われる。例えば上記充放電サイクル数が２０回以上の場合、及びリフレッシュ放電必要表示後のリフレッシュ放電不実行時にリフレッシュ放電要と判定される。
【００５２】
次に、図６の「充電器状態データ」信号の受信が待機され（ステップＣ７）、この信号が正常に受信されると（ステップＣ８）、電池温度, 電圧, 電流が計測される（ステップＣ９）。そして、電池の残存容量が計算されて（ステップＣ１０）、図７〜図９に基づいて充電電流値が決定され（ステップＣ１１）、図５に示す電池状態データが上記充電装置１１２に送信される（ステップＣ１２）。
【００５３】
そして、この電池管理装置１０５に上記充電装置１１２が接続されており（ステップＣ１３）、上記「充電器状態データ」から充電完了信号が検出されると（ステップＣ１４）、上記ステップＣ１の待機モードに処理が移行する。なお、上記ステップＣ１３において、この電池管理装置１０５と上記充電装置１１２との接続が検出されない時も上記ステップＣ１の待機モードに処理が移行する。
【００５４】
また、上記ステップＣ８において、「充電器状態データ」信号が正常に受信されない時は、通信異常として（ステップＣ１５）、異常表示２として上記表示装置１３３に交互点滅表示が行われる（ステップＣ１６）。
【００５５】
次に、図１２に基づいて充電準備段階にある上記充電装置１１２のＡＣプラグ接続後の動作を説明する。上記充電装置１１２のプラグ１２３がコンセントに接続されると（ステップＤ１）、上記電池ケース１００の接続検知が待機される（ステップＤ２。）
【００５６】
上記接続が検知され（ステップＤ２）、充電式電池１０２の電圧Ｖが２０Ｖ未満であることが検出されると（ステップＤ３）、充電電流０. ５Ａによる予備充電が開始され（ステップＤ４）、上記ＬＥＤ１３３が点灯されて充電中であることが表示され（ステップＤ５）、タイマーがオンされて充電時間が計測される（ステップＤ６）。
【００５７】
そして、上記充電式電池１０２の電圧Ｖが２０Ｖ以上になると（ステップＤ７）、上記充電出力が停止され（ステップＤ８）、この充電装置１１２から上記電池管理装置１０５に、上記ステップＣ２で受信される充電器接続信号が送信され（ステップＤ９）、また、上記ステップＣ３で受信される図６に示す「充放電制御データ要求」信号の送信が開始され（ステップＤ１０）、上記ステップＣ６で送信された上記充放電制御データが正常に受信されれば（ステップＤ１１）、後述のリフレッシュ放電モードへ移行する。
【００５８】
また、上記ステップＤ１１において、上記充放電制御データが正常に受信されない時は、通信異常として（ステップＤ１２）、異常表示２が表示装置１３３に表示され（ステップＤ１３）、この処理が終了する。
【００５９】
また、上記ステップＤ７において上記電圧が２０Ｖ以上ではない状態が６０分継続されると（ステップＤ１４）、異常表示１が表示装置１３３に表示され（ステップＤ１５）、この処理が終了する。
【００６０】
次に、図１３に基づいて上記充電装置１１２のリフレッシュ放電処理動作を説明する。
上記充電装置１１２がリフレッシュ放電モードであって（ステップＥ１）、上記ステップＣ５で作成された充放電制御データに「リフレッシュお知らせ」信号が含まれておれば（ステップＥ２）、上記表示装置１３３を構成する例えばＬＥＤが一定時間点滅してリフレッシュ放電操作が必要であることを示すリフレッシュお知らせ表示が行われるとともに（ステップＥ３）、タイマーがオンされて経過時間の計測が開始される（ステップＥ４）。なお、上記ステップＥ２において、上記「リフレッシュお知らせ」信号が含まれて以内場合は、後述の充電モードへ処理が移行する。
【００６１】
上記ステップＥ４の計測開始から所定時間内に、上記リフレッシュスイッチ１３１がオンされない時は、タイムオーバーとして（ステップＥ５, Ｅ６）、上記リフレッシュお知らせ表示が消灯され（ステップＥ７）、後述の充電モードに移行する。これによって急いでいる場合等にはリフレッシュ放電を省略して充電時間を短縮できる。
【００６２】
上記ステップＥ５において、所定時間内に上記リフレッシュスイッチ１３１がオンされると、リフレッシュお知らせ表示が行われ（ステップＥ８）、この充電装置１１２から上記電池管理装置１０５に「充放電制御データ要求」信号を含む充電器状態データが送信開始され（ステップＥ９）、上記充電式電池のリフレッシュ放電が開始される（ステップＥ１０）。
【００６３】
そして、上記ステップＣ１２にて送信された図５に示す電池状態データが正常に受信され（ステップＥ１１）、該データ内容に基づいてリフレッシュ放電を終了する判定がなされれば（ステップＥ１２）、充電器状態データとしてリフレッシュ終了（図６Ｎｏ４）を送信し（ステップＥ１３）、リフレッシュお知らせ表示が消灯され（ステップＥ１４）、上記ステップＥ９において送信開始された「充電器状態データ」の送信が停止されて（ステップＥ１５）、リフレッシュ放電が終了され（ステップＥ１６）、後述の充電モードに移行する。
【００６４】
なお、上記ステップＥ１１において、上記電池状態データが正常に受信されない時は、通信異常として（ステップＥ１６）、異常表示２の処理が行なわれ（ステップＥ１７）、この処理が終了する。また上記ステップＥ１２においてリフレッシュ放電を終了する判定がなされないときはリフレッシュ中（図６Ｎｏ３）を送信する（ステップＥ１３′）。
【００６５】
次に、図１４に基づいて上記充電装置１１２の充電動作を説明する。
この充電装置１１２が充電モードに移行すると（ステップＦ１）、該充電装置１１２から電池管理装置１０５に図６に示す「電池状態データ要求」信号を含む充電器状態データが送信開始される（ステップＦ２）。上記ステップＣ１２にて上記電池管理装置１０５から送信された図５に示す電池状態データが正常に受信されると（ステップＦ３）、この電池状態データ内の電池温度が充放電制御データ内に設定されている充電開始下限温度と充電開始上限温度との間の充電開始温度かどうか判定され（ステップＦ４）、該充電開始温度でない時は充電は待機され（ステップＦ５）、上記表示装置１３３が充電待機表示として点滅されて（ステップＦ６）、上記ステップＦ３に処理が移行する。
【００６６】
上記ステップＦ４において電池温度が充電開始温度と判定されると、充電が開始され（ステップＦ７）、トータルタイマーによる経過時間の計測が開始され（ステップＦ８）、この充電装置１１２から上記電池管理装置１０５に図６に示す「電池状態データ要求」信号を含む充電器状態データが送信される（ステップＦ９）。上記ステップＣ１２にて上記電池管理装置１０５から送信された図５に示す電池状態データが正常に受信されれば（ステップＦ１０）、充電の終了判定が行なわれる（ステップＦ１１）。
【００６７】
上記ステップＦ１１において電池状態データより充電終了と判定された時は、この充電装置１１２から上記電池管理装置１０５に、上記ステップＣ２０にて受信される図６に示すＮｏ７の「充電完了」信号, 又はＮｏ８の「充電停止」信号の何れかを含む充電器状態データが送信されるとともに（ステップＦ１２）、補充電タイマーによる経過時間の計測が開始され（ステップＦ１３）、補充電（例えば０．５Ａ×２ｈ）が開始され（ステップＦ１４）、所定時間を経過すると補充電が停止されて（ステップＦ１５）、この処理が終了となる。
【００６８】
また、上記ステップＦ３，Ｆ１０において、上記電池管理装置１０５からの電池状態データが正常に受信されないときは、通信異常として（ステップＦ１６）、異常表示２が表示装置１３３に表示され（ステップＦ１７）、この処理が終了する。
【００６９】
上記ステップＦ１１において充電終了と判定されない時は、充電電流のデータが変更されたかどうかが判断され（ステップＦ１８）、変更されていればトータルタイマーが再設定され（ステップＦ１９）、充電電流が変更されて上記ステップＦ９に処理が戻る（ステップＦ２０）。なお、上記ステップＦ１８において充電電流データが変更されていない時は充電電流を変更することなく上記ステップＦ９に処理が戻る。
【００７０】
このように本実施形態では、電池管理装置１０５から充電装置１１２に、充電中の電池残存容量，電池温度に応じた充電電流を指令するようにしたので、充電時間を最短にしながら、環境温度が高い場合でも満充電になる前に電池温度が充電停止温度に達して充電が終了することを防止でき、充電容量を確保できる。
【００７１】
即ち、上記充電電流を設定するにあたり、図７，図８に示すように、電池温度が所定値Ｔ１〜Ｔ３に達するまでは充電器最大出力に相当する充電電流としたので充電時間を最短にすることができる。また上記所定温度Ｔ１〜Ｔ３を越えた後は、充電電流値を電池温度が高くなるほど小さくしたので、電池温度の上昇が抑えられ、その結果電池温度が充電停止温度に達しにくくなり充電量が増加する。
【００７２】
また、上記ステップＦ１９において、充電電流値を変更した場合には充電時間をトータルタイマで再設定するようにしたので、充電時間の管理を正確に行なうことができ、充電時間が不足することで充電量が少なくなるといった問題を回避できる。
【００７３】
次に、請求項１, ３ないし７の発明の第２実施形態による電動補助自転車の電源装置を、図１５〜図１７に基づいて説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態において電池管理装置１０５に設けた充電指令手段を充電装置１１２に設けたものであり、上記第１実施形態と異なる点のみを説明する。図１５は電池管理装置から充電装置に送信される電池状態データを示す図、図１６は電池管理装置の動作を、図１７は充電装置の動作をそれぞれ説明するためのフローチャート図である。
【００７４】
本第２実施形態では、図２に示す上記充電／放電制御部１２８が充電指令手段として機能している。また、図１５に示すように、上記電池管理装置１０５から充電装置１１２に送信される電池状態データは、上記第１実施形態における図５のＮｏ２〜Ｎｏ６が、Ｎｏ１〜Ｎｏ５として送信される。
【００７５】
次に、図１６に基づいて上記電池管理装置１０５の動作を説明する。
本第２実施形態の電池管理装置１０５の動作は、上記第１実施形態で行なわれていた図１１ステップＣ１１の充電電流決定処理が行なわれないこと以外は上記第１実施形態と同様である。
【００７６】
次に、図１７に基づいて上記充電装置１１２の充電動作を説明する。
本第２実施形態の充電装置１１２では、ステップＦ１１において充電終了判定が行なわれない時は、図１５の電池状態データに基づいて充電電流データ変更の判断が行なわれる（ステップＦ２１）。そして、上記充電電流データの変更がある場合は上記図７〜９に基づいて新たな充電電流値が設定され（ステップＦ２２）、さらにトータルタイマーの再設定が行なわれ（ステップＦ２３）、充電電流が変更されて（ステップＦ２４）、上記ステップＦ９に処理が戻る。
【００７７】
このように、本第２実施形態では、上記充電装置１１２において、充電中の電池残存容量，電池温度に応じた充電電流を指令するようにしたので、上記第１実施形態と比べて上記電池管理装置１０５の構成を簡単にできる。また、電池の残存容量と温度とに応じて充電することができるため、環境温度が高いときに満充電になる前に充電が終了することを防止でき、所定の充電容量を確保できる。
【００７８】
また、充電電流が変更された時に計測時間を再設定して計測を再開するようにしたので、充電時間の管理を正確に行なうことができる。
【００７９】
なお、上記第１, 第２実施形態では、電源システム２１が電池ケース１００と充電装置１１２とを別体とし、充電装置１１２を非車載とし、電池ケース１００を着脱式に車載した場合を示したが、充電装置１１２と電池ケース１００とを分離可能にユニット化し、このユニットを車体に着脱自在としてもよい。何れの場合も充電装置１１２と電池ケース１００とはコネクタで接続することになるが、本発明の電源システムは電池ケースと充電装置とを完全一体化して車体に対して着脱自在としても良い。また、充電式電池と充電装置を車体に固定式に搭載し（常時搭載）とし、充電時には単にプラグをコンセントに接続するだけとしてもよい。
【００８０】
図１８は充電式電池と充電装置を車体に固定式に搭載（常時搭載）した、例えば電動スクータのような場合の第３実施形態を示す。本第３実施形態の電源システム２００は、多数の単電池１０１を直列接続してなる電池１０２を備えた電池部２１２と、該電池１０２を充電する充電部２１４と、該充電部２１４による充電制御、及びリフレッシュ放電の制御を行なう制御部（ＥＣＵ）２１５と、モータの駆動制御を行う駆動部２１６とを備えている。
【００８１】
上記制御部２１５は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２４の出力側に接続された電流計１２６, 電圧計１２５からの各計測値や上記リフレッシュスイッチ１３１からの放電指令が入力され、出力制御部１３２，放電器１３５を制御する充電／放電制御部１２８と、上記電池１０２の電圧値Ｖ, 温度センサ１０３からの温度検出値Ｔ, 電流計１０４からのバッテリ電流値Ｉが入力される電池管理・制御部１１７とを有する。また上記駆動部２１６は、外部からの駆動指令２８、例えばスロットルグリップからの指令が入力され、上記モータ駆動回路２２を制御する走行制御部１０９を備えている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による電動補助自転車の側面図である。
【図２】上記第１実施形態による電源システムのブロック構成図である。
【図３】上記電源システムの変形例を示すブロック構成図である。
【図４】上記電池管理装置と充電装置との間で送受信される信号データを説明するための図である。
【図５】上記電池管理装置と充電装置との間で送受信される信号データを説明するための図である。
【図６】上記電池管理装置と充電装置との間で送受信される信号データを説明するための図である。
【図７】無段階電流制御による充電電流と電池残存容量，電池温度との関係を示す特性図である。
【図８】多段階電流制御による充電電流と電池残存容量，電池温度との関係を示す特性図である。
【図９】充電器出力パルス制御による充電電流パルス幅と電池放電深度，電池温度との関係を示す特性図である。
【図１０】電池残存容量と電池温度，電池電圧との関係を示す特性図である。
【図１１】上記電池管理装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図１２】上記充電装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図１３】上記充電装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図１４】上記充電装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図１５】本発明の第２実施形態による電源システムの電池管理装置から充電装置に送信される電池状態データを示す図である。
【図１６】上記第２実施形態の電池管理装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図１７】上記第２実施形態の充電装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図１８】本発明の第３実施形態による電源システムのブロック構成図である。
【図１９】請求項１，２，４〜７の発明のクレーム構成図である。
【図２０】請求項１，３〜７の発明のクレーム構成図である。
【符号の説明】
１電動車両
２１電源システム
１０１単電池
１０２組電池, 電池（充電式電池）
１０５電池管理装置
１１２充電装置
１１７電池管理・制御部（充電指令手段）
１２４ＡＣ／ＤＣコンバータ（充電手段）
１２８充電／放電制御部（充電制御手段, 充電指令手段）
２００電源装置[0001]
[Industrial application fields]
The present invention provides, for example, a battery management device for managing the state of a rechargeable battery such as Ni-Cd or Ni-MH, which is employed as an energy source in an electric bicycle, an electric wheelchair, an electric scooter, etc., and charging the rechargeable battery. The present invention relates to a power supply system for an electric vehicle including a charging device.
[0002]
[Prior art]
Some charging devices for charging a rechargeable battery have fixed upper limit and lower limit values of the charging start temperature, and if the battery temperature is within the range, charging is automatically started at a constant current. .
[0003]
Further, the charge stop is generally controlled by using stop control methods such as −ΔV, dT / dt, and Tco alone or in combination. The above-mentioned -ΔV indicates the voltage drop from the maximum voltage of the battery, the above dT / dt indicates the rate of change of the battery temperature with respect to the charging time, and the above Tco indicates the charging stop temperature of the battery. A stop is made.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, Ni-MH batteries have an exothermic charge reaction, so when the ambient temperature is high, etc., if charging starts near the charge start upper limit temperature, Tco (charge stop temperature) is detected before full charge occurs. Charging ends. The Tco value is set as low as possible in order to ensure the battery life performance.
[0005]
In order to avoid the above-mentioned problem that the charging is terminated before full charging, (1) lower the charging rate (charging current value to be supplied), (2) lower the charging start temperature, and (3) Tco temperature. Although there is a measure such as increasing the value, there is a problem that the charging time becomes longer in the above (1), the charging standby time becomes longer in the above (2), and the battery life performance is adversely affected in the above (3).
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and even when charging is started from around the charging start upper limit temperature when the environmental temperature is high, a power supply for an electric vehicle that can ensure a predetermined charging capacity and ensure battery life. An object is to provide an apparatus.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  As shown in the claim configuration diagram of FIG. 19, the invention of claim 1 includes a rechargeable battery 400, a charging means 404 for charging the rechargeable battery 400, and a remaining capacity of the rechargeable battery 400 in the charging means 404. Charging instruction means 405 for instructing a charging current value corresponding to the battery state including temperatureThe charging command means 405 sets the charging current value to a value corresponding to the maximum output of the charging means 404 when the battery temperature is lower than a predetermined value set to a lower temperature as the remaining battery capacity is lower. When the battery temperature exceeds the above-mentioned predetermined value, the value is reduced as the battery temperature increases.
[0008]
The invention of claim 2 is characterized in that, in claim 1, the charge command means 405 is provided in a battery management device 401 for managing a battery state including a remaining capacity and temperature of the battery 400.
[0009]
As shown in the claim configuration diagram of FIG. 20, the invention of claim 3 is that, in claim 1, the charging command means 405 is provided in the charging device 402 for charging the rechargeable battery 400, and the charging command means is provided. 405 is characterized in that the charging current value is determined according to the battery state from the battery management device 401 that manages the battery state including the remaining capacity and temperature of the battery 400.
[0013]
Claim4The invention of claim 1 to claim 13In any of the above, the rechargeable battery 400 is configured by connecting a plurality of battery packs 407 formed by connecting a plurality of cells 406 in series, and the charge command means 405 has the highest temperature. The charging unit 404 is instructed with a charging current value corresponding to the remaining battery capacity of the assembled battery 407 and the temperature of the assembled battery 407.
[0014]
In the electric vehicle power supply system 403 according to the first aspect of the present invention, the charging command means 405 causes the charging means 404 for charging the rechargeable battery 400 to be charged with a charging current corresponding to the remaining battery capacity and the battery temperature. When the battery temperature is equal to or lower than the predetermined value, the value corresponds to the maximum output of the charging means 404. When the battery temperature is equal to or higher than the predetermined value, the value is decreased as the battery temperature increases. It can be set freely such that the lower the capacity, the lower the temperature. For example, when charging is started from around the charging start upper limit temperature when the environmental temperature is high, the charging current can be reduced before the battery temperature becomes higher as the remaining capacity becomes smaller, and the temperature rise can be suppressed. Before the battery temperature reaches Tco (charging stop temperature), charging can be prevented and charging can be sufficiently performed.
  Further, during charging, the charging current value is set to a predetermined value T as shown in FIG. 1 ~ T Three Since the following period is set to the maximum value, the charging time can be minimized, and during the period exceeding the predetermined value, the charging current is reduced as the battery temperature is higher. Sufficient charge capacity can be secured before the temperature reaches the charge stop temperature.
  Furthermore, for example, as shown in FIG. 8, since the predetermined value of the battery temperature is set to a lower temperature as the remaining battery capacity is smaller, the increase in the battery temperature can be suppressed as the remaining capacity is smaller, and the charging is stopped accordingly. Charging time is increased and the charging capacity can be secured.
[0015]
In the electric vehicle power supply system 403 according to the second aspect of the present invention, the charge command means 405 is provided in the battery management device 401 for managing the battery state including the remaining capacity and temperature of the battery. The calculation time of the corresponding charging current value can be shortened.
[0016]
In the electric vehicle power supply system 403 according to the invention of claim 3, the charging command unit 405 is provided in the charging device 402, and the charging command unit 405 causes the charging current according to the remaining battery capacity and the battery temperature from the battery management device 401. Since the value is determined, the configuration of the battery management device 401 can be simplified.
[0020]
  Claim4In the power supply device 403 for an electric vehicle according to the invention, the rechargeable battery 400 is configured by connecting a plurality of battery packs 407 formed by connecting a plurality of battery cells 406 in series. Since the charging means 404 is commanded to the charging means 404 according to the battery remaining capacity of the assembled battery 407 having a high temperature and the temperature of the assembled battery 407, the temperature rise can be suppressed in all assembled batteries, and the battery life Performance can be ensured.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 1 to FIG.Of the present inventionFIG. 1 is a diagram for explaining a power supply system for a battery-assisted bicycle according to a first embodiment, FIG. 1 is a side view of the battery-assisted bicycle as the electric vehicle, FIG. 2 is a block diagram of the power supply system, and FIG. FIG. 4 to FIG. 6 are diagrams for explaining signal data transmitted and received between the battery management device and the charging device, and FIG. 7 is a remaining battery by stepless current control. FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the remaining battery capacity, the battery temperature, and the charging current by multi-step current control, and FIG. 9 is the discharge depth (by the charger output pulse control). 10 is a characteristic diagram showing the relationship between the remaining battery capacity, the battery temperature, and the battery voltage, FIG. 11 is the operation of the battery management device, and FIGS. Charger operation The is a flowchart for explaining respectively.
[0022]
In the figure, reference numeral 1 denotes a battery-assisted bicycle as an electric vehicle in which a charging device is not mounted in the power supply system of the present embodiment and is provided with a detachable battery case, and a body frame 2 of the body frame 2 includes a head pipe 3 and the head pipe. 3, a down tube 4 that extends obliquely downward from the rear of the vehicle body, a seat tube 5 that extends substantially upward from the rear end of the down tube 4, and a left, right that extends substantially horizontally rearward from the rear end of the down tube 4. A pair of chain stays 6, a pair of left and right seat stays 7 that join the rear ends of both chain stays 6 and the upper end of the seat tube 5, and the head pipe 3 and the seat tube 5 are connected. The top tube 11 is provided.
[0023]
A front fork 8 is pivotally supported on the head pipe 3 so as to be rotatable left and right. A front wheel 9 is pivotally supported at the lower end of the front fork 8, and a steering handle 10 is fixed to the upper end. A saddle 12 is mounted on the upper end of the seat tube 5. Further, a rear wheel (wheel) 13 is pivotally supported at the rear end of the chain stay 6.
[0024]
Although not shown, an instrument panel (not shown) provided with a speed meter or the like is provided in the center of the steering handle 10, and when it is determined that a refresh discharge is necessary, You may provide the display apparatus which displays that.
[0025]
At the lower end of the vehicle body frame 2, the pedal depression force (human power) input to the pedal 16 b via the crank arm 16 a attached to the protruding portions at both ends of the crankshaft 16 and the large amount of human power from the built-in electric motor 17. A power unit 15 that outputs a resultant force with auxiliary power proportional to the height is mounted. That is, the magnitude of the pedal depression force becomes the motor drive command 28. The output from the power unit 15 is transmitted to the rear wheel 13 through the chain 30.
[0026]
The bicycle 1 of the present embodiment also includes a self-propelled lever 14 for inputting a motor drive command 28 from the outside. By operating the self-propelled lever 14, the electric motor 17 is not input to the pedal 16b. It is also possible to run with only the power from.
[0027]
A battery case 100 serving as a power source for the electric motor 17 and the like is detachably attached to the vehicle body along the rear surface of the seat tube 5 and sandwiched between the left and right seat stays 7 and 7. ing. The battery case 100 houses a battery (rechargeable battery) 102 formed by connecting a large number of single cells 101 in series, a temperature sensor 103 for detecting the temperature of the battery 102, and the current of the battery 102. And an ammeter 104 for measuring the value. The battery case 100 further includes a battery management device 105 that manages the battery 102 and the like, and an EEPROM 106 that stores predetermined data. The EEPROM 106 stores the remaining capacity, temperature, etc. during charging of the rechargeable battery as the predetermined data.
[0028]
When the battery case 100 is mounted on the vehicle, the motor drive circuit 22 is connected by the connectors 107 and 108, the travel control unit 109 that controls the travel of the battery-assisted bicycle 1 by the connectors 110 and 111, and the communication I / Fs 120a and 120b. It is connected.
[0029]
On the other hand, the battery case 100 is connected to the output side of the charging device 112 that is completely separated from the vehicle body by the connectors 113 and 114 while being removed from the vehicle body during charging or in an in-vehicle state. 115 and 116 are connected via the communication I / F 127 and 120c of the charging device 112.
[0030]
In FIG. 1, reference numeral 100a denotes a charging port provided in the battery case 100, and the battery case side terminals of the connectors 113, 114, 115, and 116 are arranged in the charging port 100a. Reference numeral 121 denotes a charging plug of the charging device 112, in which charging device side terminals of the connectors 113 to 116 are disposed, and can be freely inserted into the charging port 100a. The battery case 100 and the charging device 112 constitute the power supply system 21 in the present embodiment.
[0031]
The battery management device 105 receives battery temperature data T from the temperature sensor 103, current value data I from the ammeter 104, and voltage data V of the battery 102, and performs refresh discharge of the rechargeable battery 102. A battery management / control unit 117 that performs control and the like, and the EEPROM 106 that stores predetermined data are provided. The battery management device 105 is a display device that displays the remaining battery capacity and refresh notification information by pressing the display button 118 when display is required based on a signal from the battery management / control unit 117. 119 and a communication I / F 120c that performs communication with the charging device 112. The display device 119 may be provided on a display panel portion on the vehicle side where a speed meter or the like is installed, or on the charging device 112 side.
[0032]
The battery management / control unit 117 functions as a charge command unit that commands the charging device 112 to charge current according to the remaining capacity and temperature of the rechargeable battery during the charging.
[0033]
The charging device 112 measures an AC / DC converter (charging means) 124 that converts AC power supplied by connecting a plug 123 to an outlet into direct current, and an output voltage value and current value of the converter 124. A voltmeter 125, ammeter 126, a discharger 135 that performs refresh discharge of the rechargeable battery 102, measurement values from the voltmeter 125, ammeter 126, predetermined signals from the communication I / F 127, and the like are input. The charge / discharge control unit 128 is provided.
[0034]
The charging device 112 includes a battery connection detection unit 129 that outputs a connection signal indicating that the charging device 112 and the battery case 100 are connected to the charging / discharging control unit 128.
[0035]
Furthermore, when the display unit 133 (to be described later) indicates that refresh discharge is necessary, the charging device 112 outputs a refresh discharge instruction signal to the charge / discharge control unit 128 when pressed by the user. A refresh switch 131 is provided. As shown in FIG. 2, a refresh switch 137 having the same function as the refresh switch 131 may be provided on the battery case 100 side.
[0036]
The output of the AC / DC converter 124 is controlled by the charge / discharge control unit 128 via the output control unit 132. The display device 133 and the discharger 135 are controlled by the charge / discharge control unit 128. The display device 133 displays information such as waiting for charging, charging, charging completion, charging stop, refresh notification, refreshing, refresh end, and the like. Of these, the refresh notification may be displayed on the display device 119 on the battery case side at the same time.
[0037]
As shown in FIG. 3, when a battery 102 ′ having a plurality of batteries 102, 102 connected in parallel is used, a plurality of temperature sensors 103, 103 for detecting the temperature of each battery 102 are provided. The detection values T 1... Tn of the sensors 103... 103 are input to the battery management / control unit 117. 3, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same or corresponding parts.
[0038]
Next, signal data transmitted and received between the battery management device 105 and the charging device 112 in the battery-assisted bicycle 1 will be described with reference to FIGS. 4 to 6 show the number (No) of the signal data and the contents of the number.
[0039]
FIG. 4 shows the charge / discharge control data collectively transmitted from the battery management device 105 to the charging device 112. “Refresh notification” as 1, “Refresh discharge current value” as 2, “Refresh” as “3” “Discharge stop voltage” includes 4 as “refresh timer value”, 5 includes “charge start lower limit temperature”, and 6 includes “charge start upper limit temperature”. The “refresh notification” indicates “present” or “not present” and functions as a signal notifying whether or not refresh discharge is necessary.
[0040]
FIG. 5 shows battery state data collectively transmitted from the battery management device 105 to the charging device 112, where “charging current value” is 1 and “battery temperature (1)” is 2 and 3 is “ “Battery temperature (2)” includes 4 as “battery voltage”, 5 as “current battery remaining capacity”, and 6 includes “battery actual capacity, that is, current capacity learning value”. Note that the capacity learning value is the maximum capacity value learned at the present time as the battery gradually deteriorates and the maximum capacity gradually changes (decreases) while charging and discharging are repeated.
[0041]
Further, as shown in FIG. 2, the battery temperature (1) is a battery temperature of a configuration including one set of the rechargeable battery 102, and the battery temperature (2) is a second set of battery temperatures of a configuration including two sets. Each means. In addition, as shown in FIG. 3, when a plurality of sets of the rechargeable batteries 102 are provided, the battery temperatures (1) to (n) are included.
[0042]
FIG. 6 shows charger status data collectively transmitted from the charging device 112 to the battery management device 105. “Charge / discharge control data request” 6 as 1, “Battery status data request” as 2, 3 includes “refreshing”, 4 includes “refreshing end”, 5 includes “charging”, 6 includes “charging standby”, 7 includes “charging complete”, and 8 includes “charging stop”. . “Charging completed” means 100% charged. “Charging stopped” means that charging has been stopped due to the danger of continuing charging further.
[0043]
Next, based on FIGS. 7-10, the charge control performed in this embodiment is demonstrated. In the stepless current control shown in FIG. 7, the charging current value is set to a value (Amax) corresponding to the maximum output of the charging device 112 when the battery temperature is equal to or lower than a predetermined value, and when the battery temperature exceeds the predetermined value, A smaller value is set as the battery temperature increases. The predetermined value of the battery temperature is set to a lower temperature as the remaining battery capacity is smaller.
[0044]
Specifically, assuming that the remaining battery capacity a = 90%, b = 60%, and c = 30%, the battery temperature changes from a predetermined charge start lower limit temperature (for example, 0 ° C.) to a charge stop temperature (for example, 50 ° C.). The charging current supplied during the operation is a value (Amax) corresponding to the maximum output of the charging device 112 when the temperature of the batteries having the remaining capacities a, b, c is equal to or lower than a predetermined value (T1, T2, T3). In addition, when the predetermined value (T1, T2, T3) is exceeded, the value is set to a smaller value as the temperature rises. The predetermined values T1 to T3 are set to lower temperatures as the battery remaining capacity is smaller. Therefore, when the battery temperature is the same (for example, at 45 ° C.), the charging current is set to a larger value as the battery has a larger remaining capacity.
[0045]
The battery remaining capacity means a charging capacity during charging, and the remaining capacity increases as charging progresses. Accordingly, the charging current changes steplessly.
[0046]
In the multi-stage current switching control, the characteristic diagram of FIG. 8 is used as map data, and the charging current is either A1, A2, or A3 depending on the hatching region where the battery temperature and the battery remaining capacity are located. Set to Therefore, when the battery temperature is the same (for example, at 45 ° C.), the charging current is set to a larger value as the battery has a larger remaining capacity.
[0047]
Furthermore, in the current output pulse control, the characteristic diagram of FIG. 9 is used as map data, and the charging current pulse width of the constant current output is changed according to the hatching region where the battery temperature and the depth of discharge (DOD) are located. , I or II or III. The pulse width means the time when the output is on, and the average charging current increases as the pulse width increases. Therefore, when the battery temperature is the same (for example, at 45 ° C.), the charging current is set to a pulse having a larger width as the battery has a larger discharge depth (DOD).
[0048]
FIG. 10 shows the relationship between the remaining battery capacity (charge capacity), battery temperature, and battery voltage during charging. When charging is started, the battery temperature T increases as the battery voltage V increases. The battery temperature T increases rapidly as the charging current increases (see T1 and T2). In the figure, the charging current is set to T1> T> T2. Therefore, the battery temperature T may reach the charge stop temperature TCO before the remaining battery capacity (SOC) reaches the full charge Q depending on the battery temperature at the start of charging, the environmental temperature, and the setting of the charging current. . FIG. 8 and FIG. 9 are obtained in advance through experiments and the like to determine the charging current that can prevent the battery temperature from reaching the charging stop temperature before such full charging.
[0049]
Next, operations of the battery management device 105 and the charging device 112 in the power supply system 21 will be described based on the flowcharts of FIGS. 11 shows the operation of the battery management device 105, and FIGS. 12 to 14 show the operation of the charging device 112, respectively.
[0050]
First, the charging current value determination processing operation in the battery management device will be described with reference to FIG.
The battery management device 105 is in the standby mode (step C1), and a charger connection signal is detected by interruption of a connection signal (D9), which will be described later (step C2). When the “charge / discharge control data request” signal (D10) shown in No. 1 is received (step C3), the battery management device 105 performs a refresh discharge necessity determination (step C4) and creates charge / discharge control data. Then, the charge / discharge control data shown in FIG. 4 is transmitted from the battery management device 105 to the charging device 112 (step C6).
[0051]
Whether or not the refresh discharge is necessary in step C4 is determined by executing the refresh discharge after the display indicating the number of charges, the number of discharges, or the number of charge / discharge cycles from the initial or previous refresh discharge or the need for the previous refresh discharge. It is performed based on the presence / absence or the difference between the discharge capacity and the capacity until the discharge stop voltage is detected. For example, when the number of charge / discharge cycles is 20 or more, and when the refresh discharge is not performed after the display indicating that the refresh discharge is necessary, it is determined that the refresh discharge is necessary.
[0052]
Next, reception of the “charger state data” signal of FIG. 6 is waited (step C7), and when this signal is normally received (step C8), the battery temperature, voltage, and current are measured (step C9). ). Then, the remaining capacity of the battery is calculated (step C10), the charging current value is determined based on FIGS. 7 to 9 (step C11), and the battery state data shown in FIG. 5 is transmitted to the charging device 112. (Step C12).
[0053]
Then, the charging device 112 is connected to the battery management device 105 (step C13), and when a charging completion signal is detected from the “charger state data” (step C14), the standby mode of the step C1 is entered. Processing shifts. In step C13, when the connection between the battery management device 105 and the charging device 112 is not detected, the process shifts to the standby mode in step C1.
[0054]
In Step C8, when the “charger state data” signal is not normally received, a communication abnormality (Step C15) is performed, and an alternate blinking display is performed on the display device 133 as an abnormality display 2 (Step C16).
[0055]
Next, the operation after the AC plug of the charging device 112 in the charge preparation stage will be described with reference to FIG. When plug 123 of charging device 112 is connected to an outlet (step D1), connection detection of battery case 100 is waited (step D2).
[0056]
When the connection is detected (step D2) and it is detected that the voltage V of the rechargeable battery 102 is less than 20V (step D3), precharging with a charging current of 0.5A is started (step D4). The LED 133 is turned on to indicate that charging is in progress (step D5), the timer is turned on, and the charging time is measured (step D6).
[0057]
When the voltage V of the rechargeable battery 102 becomes 20 V or higher (step D7), the charging output is stopped (step D8), and is received from the charging device 112 to the battery management device 105 in the step C2. The charger connection signal is transmitted (step D9), and the transmission of the “charge / discharge control data request” signal shown in FIG. 6 received in step C3 is started (step D10), and is transmitted in step C6. If the charge / discharge control data is normally received (step D11), the process proceeds to a refresh discharge mode described later.
[0058]
In Step D11, when the charge / discharge control data is not normally received, an abnormality display 2 is displayed on the display device 133 (Step D13) as a communication abnormality (Step D12), and this process ends.
[0059]
Further, when the state in which the voltage is not 20 V or more is continued for 60 minutes in the step D7 (step D14), the abnormality display 1 is displayed on the display device 133 (step D15), and this process is finished.
[0060]
Next, the refresh discharge processing operation of the charging device 112 will be described with reference to FIG.
When the charging device 112 is in the refresh discharge mode (step E1) and the “refresh notification” signal is included in the charge / discharge control data created in step C5 (step E2), the display device 133 is configured. For example, the LED blinks for a certain period of time to display a refresh notification indicating that a refresh discharge operation is necessary (step E3), and the timer is turned on to start measuring elapsed time (step E4). In step E2, if the “refresh notification” signal is not included, the process proceeds to a charging mode described later.
[0061]
When the refresh switch 131 is not turned on within a predetermined time from the start of the measurement in step E4, the time is over (steps E5 and E6), the refresh notification display is turned off (step E7), and the process proceeds to a charging mode described later. . As a result, when the user is in a hurry, the charging time can be reduced by omitting the refresh discharge.
[0062]
In step E5, when the refresh switch 131 is turned on within a predetermined time, a refresh notification is displayed (step E8), and a “charge / discharge control data request” signal is sent from the charging device 112 to the battery management device 105. Including the charger state data is started (step E9), and refresh discharge of the rechargeable battery is started (step E10).
[0063]
If the battery state data shown in FIG. 5 transmitted in step C12 is normally received (step E11) and it is determined that the refresh discharge is terminated based on the data contents (step E12), the charger The refresh end (No. 4 in FIG. 6) is transmitted as the status data (Step E13), the refresh notification display is turned off (Step E14), and the transmission of the “charger status data” started at Step E9 is stopped (Step S14). E15) The refresh discharge is completed (step E16), and the mode is changed to a charging mode described later.
[0064]
In step E11, when the battery status data is not normally received, a communication abnormality (step E16) is performed, and an abnormality display 2 process is performed (step E17), and this process ends. If it is not determined in step E12 that the refresh discharge is terminated, a refreshing (No. 3 in FIG. 6) is transmitted (step E13 ′).
[0065]
Next, the charging operation of the charging device 112 will be described with reference to FIG.
When the charging device 112 shifts to the charging mode (step F1), the charging device 112 starts transmitting the charger status data including the “battery status data request” signal shown in FIG. 6 to the battery management device 105 (step F2). ). When the battery state data shown in FIG. 5 transmitted from the battery management device 105 in step C12 is normally received (step F3), the battery temperature in the battery state data is set in the charge / discharge control data. It is determined whether the charging start temperature is between the charging start lower limit temperature and the charging start upper limit temperature (step F4). When the charging start temperature is not reached, charging is waited (step F5), and the display device 133 waits for charging. The display blinks (step F6), and the process proceeds to step F3.
[0066]
When the battery temperature is determined to be the charging start temperature in step F4, charging is started (step F7), the elapsed time measurement by the total timer is started (step F8), and the battery management device 105 from the charging device 112 is started. The charger status data including the “battery status data request” signal shown in FIG. 6 is transmitted (step F9). If the battery status data shown in FIG. 5 transmitted from the battery management device 105 in step C12 is normally received (step F10), the end of charging is determined (step F11).
[0067]
When it is determined in step F11 that the charging is completed based on the battery state data, the “charging completion” signal of No. 7 shown in FIG. 6 received in step C20 from the charging device 112 to the battery management device 105, or Charger state data including any of the “charge stop” signals of No. 8 is transmitted (step F12), the measurement of elapsed time by the auxiliary charging timer is started (step F13), and auxiliary charging (for example, 0.5 A × 2h) is started (step F14), and when a predetermined time elapses, the auxiliary charging is stopped (step F15), and this process ends.
[0068]
In Steps F3 and F10, when the battery status data from the battery management device 105 is not normally received, the abnormality display 2 is displayed on the display device 133 as a communication abnormality (Step F16) (Step F17). This process ends.
[0069]
If it is not determined in step F11 that charging has ended, it is determined whether or not charging current data has been changed (step F18). If changed, the total timer is reset (step F19) and the charging current is changed. Then, the process returns to step F9 (step F20). When the charging current data is not changed in step F18, the process returns to step F9 without changing the charging current.
[0070]
As described above, in this embodiment, the battery management device 105 is instructed to the charging device 112 with the charging current corresponding to the remaining battery capacity and the battery temperature during charging. Even when the charging is high, it is possible to prevent the battery temperature from reaching the charging stop temperature before the battery is fully charged and the charging is finished, and to secure a charging capacity.
[0071]
That is, in setting the charging current, as shown in FIGS. 7 and 8, since the charging current corresponding to the maximum output of the charger is used until the battery temperature reaches a predetermined value T1 to T3, the charging time is minimized. be able to. Further, after the temperature exceeds the predetermined temperature T1 to T3, the charging current value is decreased as the battery temperature becomes higher, so that the increase in the battery temperature is suppressed. As a result, the battery temperature hardly reaches the charge stop temperature and the amount of charge increases. To do.
[0072]
In step F19, when the charging current value is changed, the charging time is reset by the total timer, so that the charging time can be managed accurately, and charging is performed due to insufficient charging time. The problem that the amount is reduced can be avoided.
[0073]
Next, a power supply device for a battery-assisted bicycle according to a second embodiment of the inventions of claims 1, 3 to 7 will be described with reference to FIGS. 15 to 17. In the second embodiment, the charging command means provided in the battery management device 105 in the first embodiment is provided in the charging device 112, and only differences from the first embodiment will be described. FIG. 15 is a diagram showing battery state data transmitted from the battery management device to the charging device, FIG. 16 is a flowchart for explaining the operation of the battery management device, and FIG. 17 is a flowchart for explaining the operation of the charging device.
[0074]
In the second embodiment, the charge / discharge control unit 128 shown in FIG. 2 functions as a charge command unit. Moreover, as shown in FIG. 15, No2-No6 of FIG. 5 in the said 1st Embodiment is transmitted as No1-No5 as the battery state data transmitted to the charging device 112 from the said battery management apparatus 105. FIG.
[0075]
Next, the operation of the battery management device 105 will be described with reference to FIG.
The operation of the battery management apparatus 105 of the second embodiment is the same as that of the first embodiment except that the charging current determination process of step C11 of FIG. 11 performed in the first embodiment is not performed.
[0076]
Next, the charging operation of the charging device 112 will be described with reference to FIG.
In the charging device 112 of the second embodiment, when the charging end determination is not performed in Step F11, the charging current data change determination is performed based on the battery state data of FIG. 15 (Step F21). If the charging current data is changed, a new charging current value is set based on FIGS. 7 to 9 (step F22), the total timer is reset (step F23), and the charging current is changed. After the change (step F24), the process returns to step F9.
[0077]
As described above, in the second embodiment, since the charging device 112 commands the charging current according to the remaining battery capacity and the battery temperature during charging, the battery management compared to the first embodiment. The configuration of the device 105 can be simplified. Further, since the battery can be charged according to the remaining capacity and temperature of the battery, the charging can be prevented from being completed before the battery is fully charged when the environmental temperature is high, and a predetermined charging capacity can be secured.
[0078]
Moreover, since the measurement time is reset and the measurement is restarted when the charging current is changed, the charging time can be managed accurately.
[0079]
In the first and second embodiments, the case where the power supply system 21 has the battery case 100 and the charging device 112 as separate bodies, the charging device 112 is not mounted on the vehicle, and the battery case 100 is mounted in a detachable manner. However, the charging device 112 and the battery case 100 may be separated into a unit, and this unit may be detachable from the vehicle body. In any case, the charging device 112 and the battery case 100 are connected by a connector. However, the power supply system of the present invention may be detachably attached to the vehicle body by completely integrating the battery case and the charging device. Alternatively, the rechargeable battery and the charging device may be fixedly mounted on the vehicle body (constantly mounted), and the plug may be simply connected to the outlet during charging.
[0080]
FIG. 18 shows a third embodiment in the case of, for example, an electric scooter in which a rechargeable battery and a charging device are fixedly mounted (always mounted) on a vehicle body. The power supply system 200 of the third embodiment includes a battery unit 212 including a battery 102 formed by connecting a large number of single cells 101 in series, a charging unit 214 that charges the battery 102, and charging control by the charging unit 214. And a control unit (ECU) 215 that controls refresh discharge and a drive unit 216 that controls drive of the motor.
[0081]
The control unit 215 receives the measurement values from the ammeter 126 and voltmeter 125 connected to the output side of the AC / DC converter 124 and the discharge command from the refresh switch 131, and outputs the output control unit 132 and the discharger. 135, a battery management / control unit 117 to which the voltage value V of the battery 102, the temperature detection value T from the temperature sensor 103, and the battery current value I from the ammeter 104 are input. Have The drive unit 216 includes a travel control unit 109 that receives an external drive command 28, for example, a command from a throttle grip, and controls the motor drive circuit 22.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a battery-assisted bicycle according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block configuration diagram of the power supply system according to the first embodiment.
FIG. 3 is a block diagram showing a modification of the power supply system.
FIG. 4 is a diagram for explaining signal data transmitted and received between the battery management device and the charging device.
FIG. 5 is a diagram for explaining signal data transmitted and received between the battery management device and the charging device.
FIG. 6 is a diagram for explaining signal data transmitted and received between the battery management device and the charging device.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the charging current by the stepless current control, the battery remaining capacity, and the battery temperature.
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between charging current, battery remaining capacity, and battery temperature by multi-step current control.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the charging current pulse width by the charger output pulse control, the battery discharge depth, and the battery temperature.
FIG. 10 is a characteristic diagram showing the relationship between battery remaining capacity, battery temperature, and battery voltage.
FIG. 11 is a flowchart for explaining the operation of the battery management apparatus.
FIG. 12 is a flowchart for explaining the operation of the charging apparatus.
FIG. 13 is a flowchart for explaining the operation of the charging apparatus.
FIG. 14 is a flowchart for explaining the operation of the charging apparatus.
FIG. 15 is a diagram illustrating battery state data transmitted from the battery management device of the power supply system according to the second embodiment of the present invention to the charging device.
FIG. 16 is a flowchart for explaining the operation of the battery management apparatus of the second embodiment.
FIG. 17 is a flowchart for explaining the operation of the charging apparatus of the second embodiment.
FIG. 18 is a block diagram of a power supply system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a constitutional diagram of claims according to the first, second, fourth and seventh aspects of the present invention.
FIG. 20 is a block diagram showing the structure of claims 1, 3-7.
[Explanation of symbols]
1 Electric vehicle
21 Power supply system
101 cell
102 assembled battery, battery (rechargeable battery)
105 Battery management device
112 Charging device
117 Battery management / control unit (charging command means)
124 AC / DC converter (charging means)
128 Charge / discharge control unit (charge control means, charge command means)
200 Power supply

Claims

A rechargeable battery, charging means for charging the rechargeable battery, and charging instruction means for instructing the charging means a charging current value corresponding to a battery state including a remaining capacity and temperature of the rechargeable battery,
The charging command means sets the charging current value to a value corresponding to the maximum output of the charging means when the battery temperature is equal to or lower than a predetermined value set to a lower temperature as the remaining battery capacity is smaller. An electric vehicle power supply system characterized in that when the battery temperature exceeds a predetermined value, the value is decreased as the battery temperature increases .

2. The electric vehicle power supply system according to claim 1, wherein the charge command means is provided in a battery management device that manages a battery state including a remaining capacity and a temperature of the rechargeable battery.

2. The battery according to claim 1, wherein the charging command means is provided in a charging device for charging the rechargeable battery, and the charging command means manages the battery state including the remaining capacity and temperature of the rechargeable battery. An electric vehicle power supply system, wherein the charging current value is determined according to a battery state from a management device.

The rechargeable battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the rechargeable battery is configured by connecting a plurality of battery packs formed by connecting a plurality of battery cells in series, and the charge command means has the highest temperature. A power supply system for an electric vehicle characterized by instructing a charging current value corresponding to a battery remaining capacity of a high assembled battery and a temperature of the assembled battery to the charging means.