JPH1059261A - 電動車のバッテリ制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動車のバッテリの能力を十分に利用し、か
つ複数種類（容量）のバッテリを使用可能とする。 【解決手段】 通常は、自転車の入力トルクと車速に応
じた比率のトルク信号をマイコン３１はその内部メモリ
より読み出し、このトルク信号とトルク検出回路３５か
らの入力トルク信号に基づいてＦＥＴドライブ回路３３
をパルス幅変調してＦＥＴ素子３４を制御し、アシスト
用のモータ８を駆動制御する。また、マイコン３１のメ
モリにバッテリの終止電圧Ｖ−電流Ｉ標準値を記憶して
おき、モータ駆動中に抵抗Ｒ１，Ｒ２でバッテリ電圧を
検出し、また抵抗Ｒ３で電流を検出してマイコン３１に
入力し、電圧、電流が５．０Ａｈの標準値以下にあれば
ＦＥＴドライブ回路３３のパルス幅変調のデューティ比
を減少させて制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に人力の駆動力
をモータの駆動力によって補助する、所謂、アシスト型
自転車とも呼ばれる電気自転車を含む電動車に用いるに
適したバッテリ制御と、異なる容量のバッテリの共用化
を可能とする電動車のバッテリ制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、人力による人力駆動部とモータに
よる電動駆動部との両方を兼ね備え、人力による駆動力
の大きさに応じてモータを駆動し、人力の駆動力をモー
タの駆動力によって補助する電気自転車が人気を呼んで
いる。

【０００３】ここで、本出願人が提供してきた電動モー
タで後輪を直接回転させるタイプの電気自転車、所謂、
後輪直接駆動タイプのアシスト型電気自転車の例を図面
に基づいて説明する。

【０００４】図１は後輪直接駆動タイプの電気自転車の
全体斜視図であり、図中、１は電動自転車本体である。
電気自転車本体１には後述するモータ８が備えられてお
り、人力によるトルクの大きさに応じてモータ８の駆動
力を変化させ、人力による力をモータ８の力によって補
助して走行させるようになっている。

【０００５】電気自転車本体１のフレーム４には前輪
２、後輪３、ハンドル１３及びサドル２１が取付けてあ
り、前輪２はハンドル１３によって操舵されるようにな
っている。後輪３の回転軸の部分には盤状ケーシング５
が設けられている。

【０００６】盤状ケーシング５は回転側ケーシング６と
電気自転車本体１に固定される固定側ケーシング７とを
備えており、回転側ケーシング６が後輪３と一体になっ
て回転するようになっている。

【０００７】また、盤状ケーシング５にはモータ８が内
蔵されており、電動駆動が必要なときに駆動して、後述
する人力駆動部１０と共に前記回転側ケーシング６を回
転させる。この盤状ケーシング５を備える駆動部分が電
動駆動部９である。

【０００８】人力駆動部１０はペダル１１及びチェーン
１２を備えており、使用者がペダル１１を踏むことで、
チェーン１２を介して前記後輪３を回転させる。この例
ではチェーン１２を人力の伝達部材としたが、これに限
らずチェーン１２の代わりにベルト、回転軸等によるも
のでも構わない。

【０００９】前輪２の操舵をするハンドル１３の左右両
端にはブレーキレバ１４，１５が取付けてあり、また前
輪２及び後輪３にはブレーキ装置１８，１９が設けてあ
り、ブレーキレバ１４，１５とブレーキ装置１８，１９
とはワイヤ１６，１７によって連結されている。

【００１０】そして、ブレーキレバ１４，１５を引くこ
とでワイヤ１６，１７が引っ張られ、このワイヤ１６，
１７によってそれぞれ前後のブレーキ装置１８，１９が
動作するようになっている。また、ワイヤ１６，１７の
途中にはブレーキスイッチ２０が設けてあり、ブレーキ
レバ１４，１５を操作したときにモータ８への通電が停
止する機構になっている。

【００１１】後輪３上のフレーム４にはモータ８の電源
となるバッテリ部２２が取付けてある。このバッテリ部
２２は、フレーム４にスライド着脱可能に取付けられる
バッテリケース２３と、該バッテリケース２３に収納し
た単一型充電式電池によって構成されており、電源電圧
は略２４ボルトである。尚、バッテリケース２３はフレ
ーム４の他の場所に設けてもよい。

【００１２】次に、図２、図３に基づき、前記盤状ケー
シング５について説明する。図２は、図１に示した盤状
ケーシング５の構成を示す正面図であり、図中、７は電
気自転車本体に固定される固定側ケーシングである。

【００１３】固定側ケーシング７には制御基板、放熱板
からなる制御部（図示せず）、モータ８、モータ８の出
力軸２４の出力を伝達する第１プーリ、第２プーリのプ
ーリ組２５と最終段プーリ２８の３つのプーリ群からな
る減速機構２６、該減速機構２６の各プーリ間及び最終
段プーリ２８とを連結する伝達ベルト２７が配置されて
いる。

【００１４】前記最終段プーリ２８は回転側ケーシング
６に固定されており、前記モータ８が回転するとモータ
８の出力軸２４から最終段プーリ２８までが伝達ベルト
２７によって回転し、減速されて最終段プーリ２８と共
に回転側ケーシング６が回転する。

【００１５】また、最終段プーリ２８に連結される第２
プーリの小さいほうのプーリには、一方向クラッチ（図
示せず）が介入されており、ペダルからの力がかかった
ときにモータ８を回さないように、即ちペダルが軽いよ
うにしてある。２９は後輪の車軸である。

【００１６】図３は前記盤状ケーシング５内のモータ８
の配置状態を示す正面図であり、３０はステータ、４０
はマグネットである。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】このような電気自転車
においては、バッテリを如何に小型・軽量化するかとい
うことと、バッテリの能力を十分に利用しかつバッテリ
の互換性を高めることが求められている。これに対し、
従来、バッテリの電圧を監視し、所定値、例えば１５ボ
ルト以下になったときにモータへの通電を停止するとい
う制御が知られている。

【００１８】しかしながら、この制御においては、バツ
テリの残量が所定値以下になるとモータへの通電を停止
するため、急に補助力がなくなったりするため、非常に
乗り心地が悪いという問題があった。また、電流、電圧
値が所定の値になったときにモータの駆動を止めてしま
うので、バッテリを最大限に使用することが不可能であ
った。

【００１９】そこで、本発明は乗り心地がよく、バッテ
リを十分に使い切ることにより、バッテリの能力を十分
に利用し、かつ容量の異なるバッテリも使用できる互換
性のある電気自転車のバッテリ制御方式を提供するもの
である。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る電動車のバッテリ制御方式は、モータと、バッテリ電
圧、電流検出回路の検出値とを入力する電流制御回路と
を有する電動車において、 前記電流制御回路はバッテ
リの終止電圧−電流標準値を有し、その値を下回らない
ように電流値を制御するように構成したことを特徴とす
る。

【００２１】これにより、バッテリの寿命を損なわない
程度にバッテリを十分に使い切ることにより、バッテリ
の能力を十分に利用できる。

【００２２】この発明の請求項２に係る電動車のバッテ
リ制御方式は、モータと、バッテリ電圧、電流検出回路
の検出値とを入力するパルス幅変調型電流制御回路とを
有する電動車において、前記パルス幅変調型電流制御回
路はバッテリの終止電圧−電流標準値を有し、その値を
下回らないように電流値を制御するように構成したこと
を特徴とする。

【００２３】これにより、電流を徐々に減らしながら駆
動するので、急にモータ駆動がなくなることがなく乗り
心地がよく、バッテリの寿命を損なわない程度にバッテ
リを十分に使い切ることにより、バッテリの能力を十分
に利用できる。

【００２４】この発明の請求項３に係る電動車のバッテ
リ制御方式は、モータと、バッテリ電圧、電流検出回路
の検出値とを入力する電流制御回路またはパルス幅変調
型電流制御回路とを有する電動車において、前記それぞ
れの電流制御回路はバッテリの終止電圧−電流標準値を
有し、その値を下回らないように電流値を制御するよう
にし、容量の異なる複数個のバッテリのうちの任意の容
量のものを選択して取り付ける場合、大きい容量のバッ
テリの終止電圧−電流標準値にしたがって制御するよう
に構成したことを特徴とする。

【００２５】これにより、電流を徐々に減らしながら駆
動するので、急にモータ駆動がなくなることがなく乗り
心地がよく、バッテリの寿命を損なわない程度にバッテ
リを十分に使い切ることにより、バッテリの能力を十分
に利用できると共に電気自転車の駆動用バッテリとして
１種類に限定せず複数種類（容量）のバッテリが使用で
き、モータ制御回路もそのまま利用できる。

【００２６】この発明の請求項４に係る電動車のバッテ
リ制御方式は、モータと、バッテリ電圧、電流検出回路
の検出値とを入力する電流制御回路またはパルス幅変調
型電流制御回路とを有する電動車において、前記それぞ
れの電流制御回路はバッテリの終止電圧−電流標準値を
有し、通常はその値を下回らないように電流値を制御
し、終止電圧−電流標準値を下回ったときにモータへの
通電を停止するように構成したことを特徴とする。

【００２７】これにより、バッテリの寿命を損なわない
でバッテリを十分に使い切ることにより、バッテリの能
力を十分に利用できる。

【００２８】この発明の請求項５に係る電動車のバッテ
リ制御方式は、モータと、バッテリ電圧、電流検出回路
の検出値とを入力する電流制御回路またはパルス幅変調
型電流制御回路とを有する電動車において、前記それぞ
れの電流制御回路はバッテリの終止電圧−電流標準値を
有し、通常はその値を下回らないように電流値を制御
し、容量の異なる複数個のバッテリのうちの任意の容量
のものを選択して取り付ける場合、大きい容量のバッテ
リの終止電圧−電流標準値を下回ったときにモータへの
通電を停止するように構成したことを特徴とする。

【００２９】これにより、電気自転車の駆動用バッテリ
として１種類に限定せず複数種類（容量）のバッテリを
使用した場合でも、バッテリの寿命を損なわないでバッ
テリを十分に使い切ることにより、バッテリの能力を十
分に利用できる。

【００３０】

【発明の実施の形態】次に、本発明を図を参照して実施
例にもとづいて説明する。図４は本発明の電気自転車の
モータ駆動回路の構成図を示す。

【００３１】図４において、図１〜図３と同じものには
同一の番号を付しているが、８はアシスト用のモータ、
２２はバッテリ、３１はマイコン、３２は定電圧回路、
３３はＦＥＴドライブ回路、３４はＦＥＴ素子、３５は
トルク検出回路であり、抵抗Ｒ１，Ｒ２でバッテリ電圧
を検出し、また抵抗Ｒ３で電流を検出する。

【００３２】マイコン３１はバッテリ２２の電圧を定電
圧回路３２で安定化した電圧が供給されると共に、バッ
テリ電圧、電流の信号およびトルク検出回路３５からの
モータトルク信号が入力される。

【００３３】このように構成された駆動回路は、通常
は、トルク検出回路３５からの入力トルクと自転車の車
速に応じた比率でモータの出力とし要求されるトルク信
号をマイコン３１はその内部メモリより読み出し、この
トルク信号に基づいてＦＥＴドライブ回路３３をパルス
幅変調してＦＥＴ素子３４を制御し、アシスト用のモー
タ８を駆動制御する。

【００３４】一般にバッテリはその容量によって放電終
止電圧Ｖと電流Ｉとの関係は図５に示すようになってい
る。即ち、例えば５．０Ａｈの容量のバッテリのＶ−Ｉ
特性は直線Ａのようになり、２．５Ａｈの容量のバッテ
リのＶ−Ｉ特性は直線Ｂのようになる。

【００３５】従って、バッテリの寿命を損なわない程度
に使用できる範囲は各直線Ａ，Ｂより上方でなければな
らない。これに対し従来は、２４ボルトのバッテリを使
用したとき、バッテリ電圧を監視していて例えば１５ボ
ルト以下になったらモータへの通電を停止していた。

【００３６】しかし、この方法ではバッテリの能力を最
大限に利用することが不可能であるので、本発明の駆動
方式では、マイコン３１のメモリに図５に示す電圧Ｖ−
電流Ｉ標準値を記憶しておき、モータ駆動中に抵抗Ｒ
１，Ｒ２でバッテリ電圧を検出し、また抵抗Ｒ３で電流
を検出してマイコン３１に入力し、電圧、電流が５．０
Ａｈの標準値以上、即ち直線Ａより上方にあればＦＥＴ
ドライブ回路３３のパルス幅変調を通常通りのデューテ
ィ比で制御する。

【００３７】一旦、バッテリ残量が少なくなり５．０Ａ
ｈの標準値以下になると、デューティ比を所定値ａ（例
えば１０％とする）だけ小さくしてＦＥＴドライブ回路
３３を制御して減じられた電流をモータに供給する。

【００３８】これによってモータ電流は小さくなり、従
ってバッテリ電圧は元の大きさに戻ろうとするので、図
５の矢印で示すように５Ａｈ直線Ａよりも大きくなる。
そして、更にこの状態で駆動を行い、５．０Ａｈ直線Ａ
よりも下方になった場合、更にａだけＦＥＴドライブ回
路３３のデューティ比を小さくしてモータ電流を減じて
駆動する。

【００３９】このように制御を繰り返し行って、デュー
ティ比を下げても５．０Ａｈ直線Ａよりも上方に電圧が
回復しない場合にはバッテリ電源を切ってアシストモー
タの駆動を停止する。

【００４０】上述した例ではパルス幅変調するＦＥＴド
ライブ回路を使用してデューティ比を制御することを前
提に説明したが、必ずしもパルス幅変調に限らず、５．
０Ａｈ直線Ａよりも下方になった場合にモータへの駆動
電流を減じるように制御する手段であれば他の手段でも
良い。

【００４１】また、電気自転車の駆動用バッテリとして
１種類に限定せず複数種類（容量）のバッテリが使用で
きることは互換性の点で利用者にとって便利である。従
ってバッテリ容量が５．０Ａｈのものに限らず、２．５
Ａｈの容量のバッテリを使用する場合であっても、２．
５Ａｈのバッテリの電圧Ｖ−電流Ｉ標準値は５．０Ａｈ
のそれより下方に存在するので、アシストモータの駆動
回路はバッテリ容量が５．０Ａｈのものをものまま用い
て、２．５Ａｈのバッテリの場合も５．０Ａｈのバッテ
リの電圧Ｖ−電流Ｉ標準値に従って上述と同様な制御を
行うことができる。

【００４２】このように制御することにより、急にモー
タ駆動がなくなることがなく、また、電流を徐々に減ら
しながら駆動するので乗り心地がよく、バッテリを最後
まで有効に使用することができる。

【００４３】次に、本発明の制御のフローを図６を参照
して説明する。制御が開始されると、ステップ６１で検
出されたモータの電流値がマイコンに入力される。同様
に、ステップ６２で検出されたバッテリの電圧値がマイ
コンに入力される。

【００４４】次にステップ６３では入力された電流、電
圧の値が、予めメモリに記憶されている図５に示す電圧
Ｖ−電流Ｉ標準値から、５．０ライン以下に存在するも
のであるかどうかが判断される。もし、５．０ライン以
下に存在しない、即ち５．０ライン以上に存在するもの
であれば、ステップ６４に至り、いままでのデューティ
ＤでＦＥＴドライブ回路の制御を継続しモータを駆動す
る。

【００４５】入力された電流、電圧の値が５．０ライン
以下に存在するものであれば、ステップ６５で、デュー
ティＤ＝Ｄ−ａに設定し、ステップ６６で変更されたデ
ューティＤでＦＥＴドライブ回路を制御しモータを駆動
する。

【００４６】再び、ステップ６７で電流、電圧の値が入
力され、ステップ６８において５．０ライン以下に存在
するものであるかどうかが判断される。もし５．０ライ
ン以下に存在しない、即ち５．０ライン以上に存在する
ものであれば、ステップ６１に戻り、同様な動作を繰り
返す。

【００４７】入力された電流、電圧の値が５．０ライン
以下に存在するものであれば、ステップ６９に至り、デ
ューティＤ＝０であるかどうかが判断され、デューティ
Ｄ＝０であればステップ７０でモータの運転を停止す
る。即ち、バッテリを最後まで有効に使用したこととな
る。

【００４８】もし、デューティＤ＝０でなかったら、再
びステップ６５に戻りデューティＤ＝Ｄ−ａに設定し直
して動作を繰り返す。

【００４９】以上の説明はバッテリ容量５．０Ａｈのも
のを用いたことを前提に行ったが、異なる容量バッテ
リ、例えば２．０Ａｈのものであってもマイコンのメモ
リに記憶されている容量５．０Ａｈの電圧Ｖ−電流Ｉ標
準値をものまま利用して、同様な制御を行っても２．５
Ａｈのバッテリの電圧Ｖ−電流Ｉ標準値は５．０Ａｈの
それより下方に存在するので、制御回路に何ら変更を加
えることなく本発明の目的は十分に達成できる。

【００５０】

【発明の効果】以上のように、本発明は、電流を徐々に
減らしながら駆動するので、急にモータ駆動がなくなる
ことがなく乗り心地がよく、バッテリの寿命を損なわな
い程度にバッテリを十分に使い切ることにより、バッテ
リの能力を十分に利用できる。

【００５１】また、電動車の駆動用バッテリとして１種
類に限定せず複数種類（容量）のバッテリが使用できる
と共にモータ制御回路もそのまま利用できるので互換性
の点でも利用者にとって便利な電動車のバッテリ制御方
式を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電気自転車の全体斜視図。

【図２】盤状ケーシングの構成を示す正面図および側面
図。

【図３】盤状ケーシング上でのモータの配置図。

【図４】本発明のモータ制御回路の構成図。

【図５】バッテリの電圧Ｖ−電流Ｉ標準値の特性図。

【図６】本発明の制御フローチャート。

【符号の説明】

１ 電気自転車本体 ２ 前輪 ３ 後輪 ４ フレーム ５ 盤状ケーシング ６ 回転側ケーシング ７ 固定側ケーシング ８ モータ ９ 電動駆動部 １０ 人力駆動部 １１ ペダル １２ チェーン １３ ハンドル １４，１５ ブレーキレバ １６，１７ ワイヤ １８，１９ ブレーキ装置 ２０ ブレーキスイッチ ２１ サドル ２２ バッテリ部 ２３ バッテリケース ２４ モータ出力軸 ２５ プーリ組 ２６ 減速機構 ２７ 伝達ベルト ２８ 最終段プーリ ２９ 後輪の車軸 ３０ ステータ ３１ マイコン ３２ 定電圧回路 ３３ ＦＥＴドライブ回路 ３４ ＦＥＴ素子 ３５ トルク検出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 敏宏 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 前田 好彦 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 松本 和久 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータと、バッテリ電圧、電流検出回路
   の検出値とを入力する電流制御回路とを有する電動車に
   おいて、前記電流制御回路はバッテリの終止電圧−電流
   標準値を有し、その値を下回らないように電流値を制御
   することを特徴とする電動車のバッテリ制御方式。
2. 【請求項２】 前記電流制御回路はパルス幅変調制御型
   で構成されることを特徴とする請求項１記載の電動車の
   バッテリ制御方式。
3. 【請求項３】 容量の異なる複数個のバッテリのうちの
   任意の容量のものを選択して取り付ける場合、大きい容
   量のバッテリの終止電圧−電流標準値にしたがって制御
   することを特徴とする請求項１または請求項２記載の電
   動車のバッテリ制御方式。
4. 【請求項４】 終止電圧−電流標準値を下回ったときに
   モータへの通電を停止することを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２記載の電動車のバッテリ制御方式。
5. 【請求項５】 バッテリを選択して取り付ける場合、大
   きい容量のバッテリの終止電圧−電流標準値を下回った
   ときにモータへの通電を停止することを特徴とする請求
   項３記載の電動車のバッテリ制御方式。