JPWO2004034074A1 - バッテリ管理方法および装置 - Google Patents

Abstract

バッテリ管理制御部１は、バッテリ電流及びバッテリ電圧の検知及び算出を行う。またバッテリ管理制御部１の比較手段は、充電器制御部１９が算出した充電器１１の充電電流とバッテリ電流、及び充電器制御部１９が算出した充電電圧とバッテリ電圧とをそれぞれ比較する。バッテリ管理制御部１は、電流値の比較結果、及び電圧値の比較結果に基づいて、電源１０の残存容量の算出、装置異常の検知等を行う。

Description

本発明は、例えば電動バイクのような電動車両などに動力源として搭載されるバッテリの残存容量などを管理するバッテリ管理方法および装置に関する。

例えば、電動バイクに搭載されるバッテリを管理する従来のバッテリ管理装置１１０は、図１に示すように、電動バイクの駆動用のモータ１０２に、動力源としての動作電圧を供給する電源１０１を管理するバッテリ管理制御部１００を具備する。バッテリ管理制御部１００が電源１０１を管理し、モータ制御部１０３を介してモータ１０２を制御する。また、電源１０１からの充電／放電電流は、電流センサ（ＣＴ）１０４で検知され、検知結果がバッテリ管理制御部１００に供給される。なお、電源１０１は、複数のバッテリセルからなるバッテリ１０１ａと、このバッテリ１０１ａに直列接続されたスイッチ１０５とから構成されている。
バッテリ管理制御部１００は、バッテリ１０１ａの全体の電圧の監視、バッテリ１０１ａを構成する複数のバッテリセルの個々の電圧の監視、及び電流センサ１０４が検知した電源１０１の充電／放電電流の検知結果を監視することにより電源１０１の管理を行う。より具体的には電源１０１の残存容量の算出などを行い、必要に応じて電源１０１の充電を行ったり、バッテリ１０１ａに直列接続されたスイッチ１０５を開放制御し、バッテリ１０１ａからモータ１０２への電流の供給を停止する。
従来のバッテリ管理制御部１００においては、図１に示すように電源１０１に直列接続された１個の電流センサ１０４により、電源１０１の充電電流と放電電流が検知され、検知した充電電流と放電電流に基づき電源１０１の残存電流が算出される（例えば、特開２００２−０１４１４７号公報参照）。なお充電電流と放電電流は、図１に電流センサ１０４の近傍に矢印ＡＲ１で示すように互いに逆方向に流れる。
電流センサ１０４が検知する充電／放電電流は、充電電流が例えば２０Ａであるのに対して放電電流は例えば８０Ａというように充電電流が放電電流よりも一般的に小さい。そのため、上述したように１個の電流センサ１０４で充電／放電電流の両方を検知するように設計すると、充電電流における誤差が放電電流に比較して大きくなる。具体的には、例えば２０Ａの放電電流が誤差を含んで２０．１Ａと測定され、また例えば７．５Ａの充電電流が誤差を含んで７．６Ａと測定されたとすると、０．１Ａという誤差は両者で同じであるが、割合に換算すると、０．１／２０と０．１／７．５となり、充電電流における誤差の割合が放電電流に比較して大きくなる。すなわち従来は、１個の電流センサ１０４で電源１０１の充電／放電電流の両方を検知しているため、充電電流の検知精度が放電電流に比較して悪くなり、電流センサ１０４の分解能も低くなるという問題がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、充電電流と放電電流とをそれぞれ別々の電流検知手段で検知することにより充電電流と放電電流の検知精度を向上させ、バッテリの残存容量の算出、劣化防止を含むバッテリの管理を適確に行い得るバッテリ管理方法および装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のバッテリ管理方法は、バッテリからの放電電流を検知する放電電流検知ステップと、この検知した放電電流を算出する放電電流算出ステップと、バッテリへの充電電流を充電器側に設けた電流センサで検知する充電電流検知ステップと、この検知した充電電流を算出する充電電流算出ステップと、前記放電電流算出ステップで算出された放電電流算出値と前記充電電流算出ステップで算出した充電電流算出値に基づきバッテリの管理を行うバッテリ管理ステップとを有することを要旨とする。

図１は、従来のバッテリ管理装置の構成を示すブロック図である。
図２は、本発明の一実施形態に係るバッテリ管理装置の構成を示すブロック図である。

以下、図２を参照して本発明の一実施形態を説明する。
バッテリ管理装置２００は、例えば電動バイクなどに動力源として搭載されている電源１０の残存容量の算出や劣化防止などの管理を行うものであり、電源１０を管理するバッテリ管理制御部１から成る車両本体側と、後述する充電器制御部１９から成る充電器側とから構成される。
まず車両本体側の各構成要素ついて説明する。
バッテリ管理制御部１は、モータ制御部３を介して電動バイクなどの駆動用のモータ２を制御する。なお、電源１０は複数のバッテリセルからなるバッテリ１０ａと、このバッテリ１０ａに直列接続されたスイッチ１５とから構成されている。
また、電源１０には電流センサ（ＣＴ）４がモータ２との間で直列に接続されている。電流センサ４は、電源１０からモータ２に供給される放電電流を高精度に検知し、この検知した放電電流値をバッテリ管理制御部１に供給する。更に、バッテリ管理制御部１は、種々の計算を行う計算手段を有し、電源１０からの供給値をもとに電源１０の電圧の算出等を行う。また更に、バッテリ管理制御手段１には、後述する比較手段（図示せず）を具備している。
比較手段は、電流センサ４から供給される電源１０の放電電流値と後述する充電器側から供給される充電電流値との比較、及び上記算出された電源１０の電圧値と後述する充電器から供給された充電器側の電圧値との比較を行う。
またバッテリ管理制御部１は、電源１０の全体の電圧、電源１０を構成する複数のバッテリセル１０ａの個々の電圧、及び電流センサ４からの充電電流値や充電器側からの放電電流値を監視することによって電源１０の管理を行う。具体的には、電源１０の残存容量の算出や、電源１０の劣化防止などの管理を行い、必要に応じて電源１０への充電を行ったり、電源１０に直列接続されたスイッチ１５を開放制御したり、電源１０からのモータ２への電流供給を停止したりする。
電源１０の全体電圧が正常であるような場合であっても、複数のバッテリセル１０ａのうち例えばあるバッテリセル１０ａの電圧が異常に低下しているような場合には、電源１０が劣化する恐れがある。そこで、このような状態を回避するために、バッテリ管理制御部１は電源１０の全体電圧のみならず、各バッテリセル１０ａの電圧も監視する。
次に、充電器側の各構成要素について説明する。
充電器側に設けられた充電器１１は、電源１０の両端に端子Ｔａ、Ｔｂを介して電源１０に接続され、この端子Ｔａ、Ｔｂを経由して充電電流を供給して電源１０を充電する。なお、両端の端子Ｔａ、Ｔｂは、これに限定されるものでなく、切り替えスイッチのようなもので電源１０と充電器１１を接続／遮断してもよい。
充電器１１は、プラグ９を介して供給される交流電源（図示せず）からの交流電力を整流して安定化された直流電流を生成し、この直流電流を充電電流として電源１０に供給して充電する交直変換電源部（ＡＣ／ＤＣコンバータ）１３を有する。
充電器制御部１９は、種々の計算を行う算出手段を有し、交直変換電源部１７の正極からの供給値に基づいて充電器側の電圧値を算出する。
更に充電器１１の交直変換電源部１３から電源１０に供給される充電電流値は、シャント抵抗１５および電圧計１７を介して充電器制御部１９に供給され、充電器制御部１９で算出される。
更に詳しくは、交直変換電源部１３から電源１０に供給される充電電流値は、低抵抗値を有するシャント抵抗１５を介することにより充電電流値に比例した電圧降下としてシャント抵抗１５の両端に生成され、シャント抵抗１５の両端の電圧が電圧計１７で測定され、充電器制御部１９に供給され、充電器制御部１９で算出される。
上記のようにして算出された、充電器側の電圧値及び電流値が、充電器制御部１９からバッテリ管理制御部１の比較手段に供給される。
以上のような構成により、本実施形態のバッテリ管理装置２００では、電流センサ４で検知した電源１０の放電電流値及び算出された電源１０の電圧値と、シャント抵抗１５などにより検知された充電器側電流値及び算出された充電器側電圧値が、それぞれバッテリ管理制御部１の比較手段に供給される。
バッテリ管理制御部１の比較手段では、上記供給された各値を比較する。すなわち、電源１０の電圧値と充電器１１の電圧値の比較、及び電源１０の電流値と充電器１１の電流値の比較をそれぞれ個別に行う。
このように、バッテリ管理制御部１の比較手段は、放電電流の検知と充電電流の検知を従来のように１個の電流センサ１０４で行うのでなく、別々に行うことにより放電電流と充電電流を高精度に検知する。更に、検知結果に基づき電源１０及び充電器１１の電流値と、電源１０及び充電器１１の電圧値とが個別かつ高精度に算出及び比較される。バッテリ管理制御部１では、比較結果をもとにバッテリ管理や、バッテリ残存容量を高い分解能をもって高精度に算出することができる。
またバッテリ管理制御部１は、上記電流値と電圧値の比較結果に基づいて、装置異常を検出することができる。ここで装置異常とは、接触不良や、断線等を含む各種装置異常である。
装置異常が検出された場合には、例えばモータ制御部３がバッテリ管理制御部１により制御されてモータ２の動作が停止するとともに、スイッチ１５が開放されて、電源１０からモータ２への充電電流の供給が停止される。また電源１０の残存容量が低減したことが検知された場合には、充電器１１により電源１０が充電され、電源１０が過放電などにより劣化することが防止される。
なお、分解能について説明すると、図１で示す従来の方法において、例えば１００Ａ用の電流センサ４を放電側に＋８０Ａ、充電側に−２０Ａに振り分け、充電／放電共用で使用すると、従来の分解能は１００ｍＡ／ビットであるのに対して、本実施形態のようにシャント抵抗１５を例えば０〜１０Ａ用のものとして使用すると、分解能は１０ｍＡ／ビットとなって、精度を著しく向上することができる。

以上説明したように、本発明によれば、電源１０及び充電器１１の電流値と、電源１０及び充電器１１の電圧値をそれぞれ別個に検知し、この検知結果に基づいて、電流値、電圧値の算出及び比較を行うことを特徴とする。この比較結果に基づきバッテリの管理を行っているので、バッテリの残存容量の算出やバッテリの異常検知などのようなバッテリの管理を高い分解能をもって高精度かつ経済的に行うことができる。更に、バッテリの劣化や装置の損傷などを未然に回避し、信頼性を向上することができる。
また、本発明によれば、バッテリ側に設けた電流センサで放電電流を検知するので、従来のように充電／放電共用でないので、充電電流の検知と別に放電電流の検知を行うことができ、高い分解能をもって高精度に放電電流を測定でき、バッテリの管理を適確に行うことができる。
更に、本発明によれば、バッテリが過放電する前の適正な時期にバッテリの充電を適確に行うことができ、バッテリの劣化を防止することができる。
本発明によれば、電流比較の結果と電圧比較の結果に基づいて装置の異常を検知するので、異常を適確かつ経済的に検知でき、バッテリの劣化や装置の損傷を未然に防止することができる。

Claims (12)

1. バッテリ管理方法であって、
   バッテリの充電を行う充電器側に設けた電流センサで充電電流を検知する充電電流検知ステップと、
   前記充電電流検知ステップの検知結果から充電電流を算出する充電電流算出ステップと、
   前記充電電流算出ステップで算出された充電電流算出値に基づきバッテリの管理を行うバッテリ管理ステップと、
   を有することを特徴とする方法。
2. バッテリ管理方法であって、
   バッテリからの放電電流を検知する放電電流検知ステップと、
   前記充電電流検知ステップの検知結果から放電電流を算出する放電電流算出ステップと、
   前記バッテリの充電電流を充電器側に設けた第１の検出器で検知する充電電流検知ステップと、
   前記充電電流検知ステップの検知結果から充電電流を算出する充電電流算出ステップと、
   前記放電電流算出ステップで算出された放電電流算出値と前記充電電流算出ステップで算出された充電電流算出値に基づきバッテリの管理を行うバッテリ管理ステップと、
   を有することを特徴とする方法。
3. 請求項２記載のバッテリ管理方法であって、
   前記放電電流検知ステップは、バッテリ側に設けた第２の検出器で前記バッテリの放電電流を検知することを特徴とする方法。
4. 請求項２または３記載のバッテリ管理方法であってさらに、
   前記放電電流算出ステップで算出された放電電流算出値と、前記充電電流算出ステップで算出された充電電流算出値に基づき前記バッテリの残存容量を算出する残存容量算出ステップを有することを特徴とする方法。
5. 請求項２乃至４のいずれかに記載のバッテリ管理方法であってさらに、
   前記充電器の電圧を算出する充電器電圧算出ステップと、
   前記バッテリの電圧を算出するバッテリ電圧算出ステップと、
   前記放電電流算出ステップで算出された放電電流算出値と、前記充電電流算出ステップで算出された充電電流算出値との比較結果、及び前記充電器電圧値と前記バッテリ電圧値の比較結果に基づいて異常を検知する異常検出ステップを有していることを特徴とする方法。
6. 請求項５記載のバッテリ管理方法であって、前記バッテリ側に設けられた前記第２の検知器が、前記バッテリの電流及び電圧を検知することを特徴とする方法。
7. バッテリ管理装置であって、
   バッテリの充電を行う充電器側に設けられ、充電電流を検知する充電電流検知手段と、
   前記充電電流検知手段の検知結果から充電電流を算出する充電電流算出手段と、
   前記充電電流算出手段で算出された充電電流算出値に基づきバッテリの管理を行うバッテリ管理手段と、
   を有することを特徴とするもの。
8. バッテリ管理装置であって、
   バッテリからの放電電流を検知する放電電流検知手段と、
   前記放電電流検知手段の検知結果から放電電流を算出する放電電流算出手段と、
   前記バッテリの充電を行う充電器側に設けられ、充電電流を検知する充電電流検知手段と、
   前記充電電流検知手段の検知結果から充電電流を算出する充電電流算出手段と、
   前記放電電流算出手段で算出された放電電流算出値と、前記充電電流算出手段で算出された充電電流算出値に基づき前記バッテリの管理を行うバッテリ管理手段と、
   を有することを特徴とするもの。
9. 請求項８記載のバッテリ管理装置であって、
   前記放電電流検知手段は、バッテリ側に設けられ前記バッテリからの放電電流を検知する電流センサを有することを特徴とするもの。
10. 請求項８または９記載のバッテリ管理装置であってさらに、
    前記放電電流算出手段で算出された放電電流算出値と、前記充電電流算出手段で算出された充電電流算出値に基づきバッテリの残存容量を算出する残存容量算出手段を有することを特徴とするもの。
11. 請求項８乃至１０のいずれかに記載のバッテリ管理装置であってさらに、
    前記充電器の電圧を算出する充電器電圧算出手段と、
    前記バッテリの電圧を算出するバッテリ電圧算出手段と、
    前記放電電流算出手段で算出された放電電流算出値と前記充電電流算出手段で算出された充電電流算出値との比較結果、及び前記充電器電圧値と前記バッテリ電圧値との比較結果に基づいて異常を検知する異常検出手段を有することを特徴とするもの。
12. 請求項１１記載のバッテリ管理装置であって、
    前記バッテリ側に設けられた前記第２の検出器が、前記バッテリの電流及び電圧を検知することを特徴とするもの。

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