JP4803810B2

JP4803810B2 - 小型電動車両

Info

Publication number: JP4803810B2
Application number: JP2006229151A
Authority: JP
Inventors: 善彦山岸; 勉御菩薩池; 好寿廣瀬; 真山中; 晋作中山; 義則増渕
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2026-08-25
Also published as: JP2008054441A

Description

本発明は、小型電動車両に関し、特に、電動機の駆動電源であるバッテリの充電状態を適正にすることができる制御機能を設けた小型電動車両に関する。

近年、高齢者や身体の不自由な人等が利用しやすいよう、低速走行に適した構造の小型電動車両が普及している。この小型電動車両は、電動機の電源としてバッテリを搭載しており、１回のバッテリ充電で電動車両をできるだけ長時間走行できるように種々工夫がなされている。例えば、特開２０００−１０２１１６号公報には、バッテリに蓄積されたエネルギーを効率よく使用するため、回生ブレーキで発生した電流で車載バッテリを充電するようにした小型電動車両が提案されている。この種の小型電動車両では降坂路を走行することが多い使用状況ではバッテリが過充電されるおそれがある。過充電は、バッテリの寿命を縮めたりバッテリ電圧を直接使用している電子機器に悪影響を与えたりする原因となる。そこで、車載バッテリの電圧が所定値を超えたと判断されたときに車両を減速させることが行われている。
特開２０００−１０２１１６号公報

しかし、車両を減速させるだけではバッテリの過充電に十分対応できない場合がある。例えば、走行地域によっては、バッテリを満充電にした直後に降坂走行に遭遇する場合がある、このような場合は、回生ブレーキによる充電で直ちに満充電になるので、減速によっても過充電を回避しきれない。また、満充電になったときに車両の走行を停止することも考えられるが、搭乗者に不便を強いることになり好ましくない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリ充電直後における回生ブレーキによる充電でバッテリが過充電となるのを回避することができる手段を備えた小型電動車両を提供することにある。

本発明は、車載のバッテリから供給される電流で車輪を駆動する電動モータの回生ブレーキで生じた電流で前記バッテリを充電する手段を有する小型電動車両において、前記バッテリの初期充電を終了させる基準となるバッテリ容量制限値を設定する手段と、車両の速度上限値を設定する手段とを具備し、前記バッテリ容量制限値を満充電に設定し、バッテリの端子電圧にかかわらず前記速度上限値を維持する通常運転モードと、前記バッテリ容量制限値を満充電未満に設定するとともに、前記バッテリの端子電圧が満充電に相当する予定の電圧値以上になったときに前記速度上限値を低下させる過電圧運転抑止モードとを設け、前記通常運転モードおよび前記過電圧運転抑止モードを選択可能に構成した点に第１の特徴がある。

また、本発明は、車載のバッテリから供給される電流で車輪を駆動する電動モータの回生ブレーキで生じた電流で前記バッテリを充電する手段を有する小型電動車両において、前記バッテリの初期充電を終了させる基準となるバッテリ容量制限値を設定する手段と、車両の速度上限値を２段階で設定する手段と、車速を指示するアクセルとを具備し、前記バッテリ容量制限値を満充電に設定し、バッテリの端子電圧にかかわらず前記速度上限値を前記２段階のうち上方の値にする通常運転モードと、前記バッテリ容量制限値を満充電未満に設定するとともに、前記バッテリの端子電圧が満充電に相当する予定の電圧値以上に予定時間維持されたときに前記アクセル操作にかかわらず前記速度上限値を前記２段階のうち下方の値まで徐々に低下させる過電圧運転抑止モードとを設け、前記通常運転モードおよび前記過電圧運転抑止モードを選択可能に構成した点に第２の特徴がある。

第１の特徴を有する本発明によれば、過電圧運転抑止モードでは、小型電動車両の使用に先立ってバッテリを充電する際（本明細書では小型電動車両の使用に先立って行われるバッテリ充電を「初期充電」と呼ぶ）に、バッテリが満充電未満の容量制限値まで充電されれば、初期充電が終了する。このように充電されたバッテリを使用して小型電動車両が走行中にバッテリ電圧が満充電に相当する電圧値以上になったときには、速度上限値を低下させて車速を落とし、充電量を低下させる。この過電圧運転抑止モードによれば、走行開始直後の長い下り坂等、回生ブレーキを多用する使用環境でもバッテリ満充電まで余裕があるので、過充電から防止することができる。また、このようにしていても、バッテリの端子電圧が上昇して過充電となりそうなときは回生電力量が制限されるので、バッテリの過充電は回避される。したがって、過充電によってバッテリの耐久性を損なうことをなくせるし、バッテリ電圧を直接使用している周辺装置に悪影響を及ばさないようにすることができる。また、一般に過電圧保護の観点で設けられる保護装置を動作させないので、小型電動車両が保護装置の動作に応じて停止するという不具合も解消できる。

第２の特徴を有する本発明によれば、アクセル操作に無関係に速度上限値を徐々に低下させるので、走行速度が大きいときに確実に減速させて充電電圧を低下させることができる。また、バッテリの端子電圧が定常的に高くなっていることを検出して徐々に減速を開始するため、強制的な減速発生を極力回避でき、かつ急速な減速に伴う一時的な電圧上昇を招くことを防止することができる。

さらに、第１および第２の特徴を有する本発明によれば、通常の比較的平坦地の走行に適した運転と、回生ブレーキ動作を伴うバッテリ過充電が発生しやすい山間部等での走行に適した運転とを適宜選択して運転することができる。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図２は本発明の一実施形態に係る小型電動車両の斜視図、図３は側面図である。図２，図３において、小型電動車両１は、主としてパイプからなる車体フレーム２を備える。車体フレーム２は、前端から後下がりに傾斜して延びる前部フレーム２ａと、前部フレーム２ａの後端から後方に延びる中間フレーム２ｂと、中間フレーム２ｂから後上がりに傾斜して延びる後部フレーム２ｃとからなる。前部フレーム２ａの前端部には、後方にやや傾いた支柱３の下端が溶接されている。

前部フレーム２ａ、中間フレーム２ｂ、後部フレーム２ｃ、および支柱３は、それぞれ、車体の幅方向左右にそれぞれ設けられ、これら左右の各フレームは、車幅方向に延びたサブフレーム４とクロスメンバ５とで互いに連結される。左右一対の中間フレーム２ｂには、フロアパネル６が掛け渡されて溶接されている。

左右一対の支柱３の間にはハンドルコラム７が配設され、このハンドルコラム７の上部にはハンドル８が設けられる。ハンドルコラム７は支柱３とサブフレーム４とで支持され、図示しないステアリング機構を介して左右一対の前輪９に連結される。後部フレーム２ｃの上端にはシートフレーム１０が溶接され、シートフレーム１０の上には搭乗者用のシート１１が取り付けられる。

車体後部には左右一対の後輪１２が設けられ、後輪１２を車体フレームに支持する懸架装置は、後部フレーム２ｃの後端に設けられた軸受（ブッシュ）１３と、この軸受１３によって前端部が支持されて上下方向に揺動自在に設けられたリアサスペンションアーム１４と、後部フレーム２ｃの後端で上部が支持された伸縮型のリアダンパ１５とを含んでいる。左右一対のリアサスペンションアーム１４上には支持台１６が溶接されており、支持台１６上にパワーユニット１７が搭載される。パワーユニット１７はモータ１８と、モータ１８の回転を減速して後輪軸１２ａに伝達する減速装置１９とからなる。なお、後輪軸１２ａと減速装置１９との間には図示しない差動装置が設けられる。

車体フレーム２は、フロントカバー２０、レッグシールド２１、補助カバー２２、フロアパネル２３、およびリアカバー２４で覆われ、前輪９は個別の可動フェンダ２５でカバーされている。

ハンドルコラム７の上部のハンドル８の中央には操作部２６と表示パネル２７とが設けられる。操作部２６には、電源スイッチ２６ａ、制限速度切り換えスイッチ２６ｂ、前後進切り換えスイッチ２６ｃ、運転モード切り換えスイッチ２６ｄ、ウィンカスイッチ２６ｅ等が設けられている。表示パネル２７の左右にはアクセルレバー２８が突出している。アクセルレバー２８は搭乗者がハンドル８に手のひらを置いた状態で指を掛けて操作できるように配置される。アクセルレバー２８は、手を放した状態では車両前方寄りのニュートラル位置に復帰するように図示しないばねで付勢されており、このばねに抗してアクセルレバー２８を手前に回動させると車両が加速される。アクセルレバー２８の回動角度は図示しないポテンショメータ等の角度センサ（アクセルセンサ）で検出でき、その検出角度に応じてモータ１８に供給する電圧が制御される。

なお、ハンドル８とともにアクセルレバー２８を手で握り込んで手前に引き寄せると、モータ１８に連結されている電磁ブレーキが作動して車両は緊急停止させることができる。ハンドル８上には、パーキングブレーキレバー８Ａが設けられる。パーキングブレーキ８Ａは、減速装置１９まで延長されるブレーキケーブル８Ｂ（一部分のみ図示）を介して、減速装置１９に設けられるドラム式ブレーキに接続されている。

後輪１２の駆動用電源としてバッテリ２９が搭載される。バッテリ２９は後部フレーム２ｃに取り付けたブラケット等、適宜の支持部材で車体フレーム２に搭載される。モータ１８は直流ブラシレスモータであり、電磁ブレーキを備える。モータ１８を制御する電子制御ユニット（サブＥＣＵ）は、例えば、バッテリ２９に隣接して配置される。

図４は、上記小型電動車両の制御系統図である。この制御系統は、モータ制御部３０およびパネル制御部３１からなる。モータ制御部３０は、モータ１８およびモータ１８に連結される電磁ブレーキ３２を制御するサブＥＣＵ３３を備える。さらにサブＥＣＵ３３には、入力装置としての電源スイッチ２６ａ、シートスイッチ３４、アクセルセンサ３５、および運転モード切り換えスイッチ２６ｄ等からの操作情報が入力され、ウィンカランプ３６、ヘッドライト３７、およびパワーリレー３８等へ駆動指令が出力される。

モータ１８は回生ブレーキ作動中に発電機として作用する。この回生ブレーキによる発電電流でバッテリ２９を充電できるように、サブＥＣＵ３３にバッテリ２９が接続されている。また、バッテリ２９には、外部の交流電源から供給される電流で充電できるように充電器３９を設ける。

パネル制御部３１は、メインＥＣＵ４０を備え、メインＥＣＵ４０には、パーキングスイッチ４１、握り込みスイッチ４２、ウィンカスイッチ２６ｅ、前後進スイッチ２６ｃ等からの操作情報が入力される。またメインＥＣＵ４０には、車速センサ４２による検出情報が入力される。

メインＥＣＵ４０で前記操作情報や検出情報に基づいて処理された結果は、表示パネル２７に表示される。表示項目としては、バッテリの残存容量、ウィンカ動作中、充電勧告、および駐車ブレーキ作動中を示す表示等である。

メインＥＣＵ４０およびサブＥＣＵ３３は、シリアルバスで接続されたシリアルバスシステムを構成している。

サブＥＣＵ３３は、操作パネル２６上に配置される電源スイッチ２６ａおよびシート１１内に設けられるシートスイッチ３４がいずれもオンになったときに、アクセルセンサ３５つまりアクセルレバー２８の操作角度を検出する角度センサの角度を読みとってモータ１８および電磁ブレーキ３２を制御する。アクセルレバー２８が無負荷位置にあるときは、電磁ブレーキ３２を作動状態にして小型電動車両１を停車状態に保持する。そして、アクセルレバー２８が加速方向に回動されると、電磁ブレーキ３２を不作動状態にするとともにモータ１８の出力を増大して、小型電動車両１を発進、加速させる。サブＥＣＵ３３は、モータ１８の駆動回路として６個のＦＥＴからなるブリッジ回路（図示せず）を具備し、ＰＷＭ制御によってＦＥＴのデューティ比を決定してモータ１８を駆動する。

小型電動車両１が走行中に、アクセルレバー２８を減速方向に回動させるとモータ１８は減速される。モータ１８を減速して惰性走行している間、特に、降坂中は減速されたモータ１８が発電機として作用し、回生ブレーキがかかる。回生ブレーキによる発電電流はバッテリ２９に供給されてバッテリ２９は充電される。この回生ブレーキによるバッテリ充電でバッテリ２９が過充電とならないように、サブＥＣＵ３３には、過電圧運転抑止機能が設けられている。

図１は、過電圧運転抑止機能の構成を示すサブＥＣＵ３３の要部機能ブロック図である。充電器３９が外部の交流電源５１に接続されると、バッテリ２９に充電が開始される。サブＥＣＵ３３内の電圧検出部５２は、バッテリ２９の端子電圧を検出し、バッテリ２９の充電容量を検出する。検出された充電容量は容量判定部５３で、初期バッテリ容量制限値と比較される。バッテリ容量が初期バッテリ容量制限値になったときに充電終了を表示パネル２７上の充電終了表示部５４で報知する。例えば、表示パネル２７上に充電終了表示専用のＬＥＤを設けてもよいし、充電勧告表示用のＬＥＤを、充電勧告時には点滅するように構成しておき、このＬＥＤを充電終了時には連続点灯に切り換わるように構成しておいてもよい。このＬＥＤの連続点灯により充電終了を表示できる。初期バッテリ容量制限値は、予め設定しておく値であり、満充電に相当する値（１００％）未満で任意に設定できる。例えば、バッテリ２９の過充電を防止するために満充電の８０％に相当する値を設定しておく。

さらに、バッテリ２９の端子電圧を検出する電圧判断部５５を設ける。この電圧判断部５５では小型電動車両１が走行中のバッテリ電圧が予定の過充電電圧値以上か否かを判断する。過充電電圧値はバッテリ２９が過充電かどうかを判断する基準値であり、予め設定しておく。電圧判断部５５は、電圧検出部５２で検出したバッテリ電圧が過充電電圧値以上になったときに過充電検出信号を出力する。過充電検出信号は車速上限値変更部５６に入力され、車速上限値変更部５６は車速の上限値を低下させる。一般に、小型電動車両１は車速の上限値を例えば毎時６ｋｍに設定し、この上限値を超えると、モータを回生ブレーキとして作動させて車速を低下させている。本実施形態では、この上限値を低下させて例えば毎時４ｋｍとすることにより、例えば降坂時に車速が毎時４ｋｍ以上になったときにモータを回生ブレーキとして作動させて車速を制限し、単位時間あたりの発電量を低減することができる。その結果、充電量が抑制されるので、降坂走行が多い使用状況でもバッテリ２９が過充電になるのを防止できる。

図１に示した過電圧運転抑止機能を使用するモード（過電圧運転抑止モード）と通常運転モードとを任意に選択できるようにしてもよい。運転モードの選択は運転モード切り換えスイッチ２６ｄによって行うことができる。通常運転モードが選択された場合は、初期バッテリ容量制限値は１００％に切り替わり、満充電になったところで充電終了が報知される。また、通常運転モードでは、車速の上限値は毎時６ｋｍに設定される。

運転モード毎の充電制御について図５のフローチャートを参照しながら説明する。図５において、ステップＳ１で充電器３９を起動する。ステップＳ２では、運転モードが過電圧運転抑止モードおよび通常運転モードのいずれであるかを判断する。この運転モードの判断は、運転モード切り換えスイッチ２６ｄの状態に基づいて行う。運転モードが過電圧運転抑止モードならばステップＳ３に進み、運転モードが通常運転モードであればステップＳ４に進む。

ステップＳ３では、初期バッテリ容量制限値を満充電未満の予定値（例えば８０％）に設定する。ステップＳ４では、初期バッテリ容量制限値を満充電に相当する値（１００％）に設定する。ステップＳ３，Ｓ４で初期バッテリ容量制限値が設定されたならば、ステップＳ５に進んで充電を開始する。

ステップＳ６では、バッテリ２９の充電量が初期バッテリ容量制限値になったか否かを判断する。ステップＳ６が肯定ならば、初期の充電が完了したとしてステップＳ７で充電器３９を停止する。

図６は、過電圧運転抑止モードにおいてなお走行中に過電圧となったときの車速上限値更新を含む上限車速設定制御の処理を示すフローチャートである。ステップＳ１０では、バッテリ２９の端子電圧を読み込む。ステップＳ１１ではバッテリ２９の端子電圧が予め設定した過充電相当の電圧値（過充電電圧値）以上であるか否かを判断する。端子電圧が過充電電圧値以上と判断されれば、ステップＳ１２に進んで小型電動車両１の車速上限値を所定値に低下させる。例えば毎時６ｋｍを毎時４ｋｍに変更する。前記端子電圧が過充電電圧値以上と判断されなかったときは、車速上限値をデフォルトに維持する。

こうして、電圧運転抑止モードで初期バッテリ容量制限値に充電されたバッテリ２９は、上記例では、満充電までさらに２０％分の容量を充電可能である。したがって、充電完了後に走行を開始し、すぐに長い下り坂を回生ブレーキを掛けながら走行するような使用状況があっても、バッテリ２９は過充電されるおそれがない。また、そのようにしても、過充電になりそうな場合には車速を低下させて回生ブレーキによる発電量を低減することができる。

なお、前記バッテリ２９の端子電圧に基づく過充電か否かの判断は、端子電圧が予定時間連続して過充電電圧値以上であるか否か、つまり定常的に過充電電圧値以上であるか否かに基づいて行ってもよい。そして、バッテリ２９が過充電であると判断された場合に、車速上限値は一度に所定値まで低下させるのではなく、徐々に段階的に低下させるのがよい。急激な減速によって回生ブレーキが作用し、一時的に電圧上昇を招くのを防止することができるからである。

図７は、過電圧運転抑止モードにおける動作の例を示すタイミングチャートである。同図において、タイミングｔ０でアクセル指示がオン（アクセル比＝１００％）になると、モータ１８が増速を開始し、車速も上昇する。タイミングｔ１で車速がデフォルトの車速上限値（毎時６ｋｍ）に相当するモータ回転数に到達すると、その後、モータ速度は車速上限値を超えないように制御され、車速は車速上限値で推移する。走行が継続されていると、バッテリ端子電圧が次第に上昇し、タイミングｔ２で過充電電圧値（例えば３４．７ボルト）以上になり、かつその電圧が予定時間（５００ミリ秒）維持されたときに過充電を示す警報（アラート）が発せられる（タイミングｔ３）。

警報を発した後、車速上限値が徐々に（例えば１０ミリ秒毎に０．００５％減速）ごと低下され、これに従い、モータ回転速度が徐々に低下する。そして、タイミングｔ４で下方に設定されている車速上限値（毎時４ｋｍ）に相当する値までモータ回転数が下がると、そこからは車速をこの車速上限値に維持するようにモータ回転数が制御される。このように、車速を下方の車速上限値に制限して小型電動車両１を走行させると、バッテリ２９の端子電圧は過充電電圧値以上にならず、バッテリ２９の過充電が防止される。

図８は、前記過充電警告解除の動作例を示すタイミングチャートである。同図において、タイミングｔ０でアクセル指示がオンになると、アクセルレバー２８
の操作量に応じて車速（モータ回転数）が上昇し、タイミングｔ１でデフォルトの車速上限値（毎時６ｋｍ）に相当するモータ回転数に達すると、バッテリ２９の端子電圧が過充電電圧値（例えば３４ボルト）以上になる。そうすると、過充電を示す警報が発せられるとともに車速上限値が徐々に低下され、これに従ってモータ回転数が低下し、車速が徐々に低下する。下方の車速上限値（毎時４ｋｍ）に相当する値までモータ回転数が低下すると、バッテリ２９の端子電圧も低下する。そして、タイミングｔ２でバッテリの端子電圧が警報解除電圧値（例えば３３ボルト）に下がり、その値が予定時間（５００ミリ秒）維持されたときに警報が停止される（タイミングｔ３）。

タイミングｔ４でアクセル指示が一旦オフになったときに、車速上限値を再びデフォルト値に復帰させると、アクセル指示が再びオンになって車速が上昇してくるが、バッテリ２９の端子電圧は過充電電圧値未満に維持されており、バッテリ２９の過充電は防止されている。

本発明を一実施形態に従って説明したが、本発明はこれに限定されず、適宜変形可能である。例えば、過電圧運転抑止モードにおけるバッテリ容量制限値は満充電の８０％に限らず、適宜満充電未満の値を選択して設定することができるし、過電圧運転抑止モードおよび通常運転モードを選択する手段は、運転モード切り換えスイッチ２６ｄに限らず、運転者にモードを意識させないようデフォルト値で選択できるようにしておいてもよい。また、小型電動車両も４輪車に限らず、小型電動車両全般に広く適用できる。

過電圧運転抑止機能の構成を示すサブＥＣＵの要部機能ブロック図である。本発明の一実施形態に係る小型電動車両の斜視図である。本発明の一実施形態に係る小型電動車両の側面図である。小型電動車両の制御系統図である。本発明の一実施形態に係る充電制御のフローチャートである。過電圧運転抑止モードにおいて過電圧となったときの上限車速設定制御の処理を示すフローチャートである。過電圧運転抑止モードにおける動作の例を示すタイミングチャートである。過充電警告解除の動作例を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１…小型電動車両、１８…モータ、２６…操作部、２７…表示パネル、２８…アクセルレバー、２９…バッテリ、３０…モータ制御部、３１…パネル制御部、３２…電磁ブレーキ、３３…サブＥＣＵ、３５…アクセルセンサ、３９…充電器、５１…交流電源、５３…容量判定部、５４…充電終了表示部、５５…電圧判断部

Claims

車載のバッテリから供給される電流で車輪を駆動する電動モータの回生ブレーキで生じた電流で前記バッテリを充電する手段を有する小型電動車両において、
前記バッテリの初期充電を終了させる基準となるバッテリ容量制限値を設定する手段と、
車両の速度上限値を設定する手段とを具備し、
前記バッテリ容量制限値を満充電に設定し、バッテリの端子電圧にかかわらず前記速度上限値を維持する通常運転モードと、
前記バッテリ容量制限値を満充電未満に設定するとともに、前記バッテリの端子電圧が満充電に相当する予定の電圧値以上になったときに前記速度上限値を低下させる過電圧運転抑止モードとを設け、
前記通常運転モードおよび前記過電圧運転抑止モードを選択可能に構成したことを特徴とする小型電動車両。
前記速度上限値を設定する手段が、２段階で速度上限値を設定するように構成され、
前記通常運転モードでは、速度上限値を前記２段階のうち上方の値とし、
前記過電圧運転抑止モードでは、前記バッテリの端子電圧が満充電に相当する予定の電圧値以上になったときに前記速度上限値を前記２段階のうち下方の値とするように構成したことを特徴とする請求項１記載の小型電動車両。
車載のバッテリから供給される電流で車輪を駆動する電動モータの回生ブレーキで生じた電流で前記バッテリを充電する手段を有する小型電動車両において、
前記バッテリの初期充電を終了させる基準となるバッテリ容量制限値を設定する手段と、
車両の速度上限値を２段階で設定する手段と、
車速を指示するアクセルとを具備し、
前記バッテリ容量制限値を満充電に設定し、バッテリの端子電圧にかかわらず前記速度上限値を前記２段階のうち上方の値にする通常運転モードと、
前記バッテリ容量制限値を満充電未満に設定するとともに、前記バッテリの端子電圧が満充電に相当する予定の電圧値以上に予定時間維持されたときに前記アクセル操作にかかわらず前記速度上限値を前記２段階のうち下方の値まで徐々に低下させる過電圧運転抑止モードとを設け、
前記通常運転モードおよび前記過電圧運転抑止モードを選択可能に構成したことを特徴とする小型電動車両。