| 【発明の名称】 |
バッテリ残量計 |
| 【発明者】 |
【氏名】柴田 亮
|
| 【要約】 |
【課題】モータ発電により回生電流が流れている場合でも、バッテリの残存容量を正しく表示する。
【解決手段】本発明のバッテリ残量計１０は、バッテリＢの電力でモータＭを駆動して走行する電動車両に装備されものであり、バッテリＢの出力電圧Ｖoutを検出する電圧検出用配線１２と、モータＭの回生電流Ｉｒを検出するシャント抵抗器１４と、電圧検出用配線１２で検出された出力電圧Ｖout とシャント抵抗器１４で検出された回生電流Ｉｒとによってバッテリ１０の残存容量Ｗを決定する残量表示回路１６と、残量表示回路１６で決定された残存容量Ｗを表示する残量表示器１８とを備えたものである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 バッテリの電力でモータを駆動して走行する電動車両等に装備され、前記バッテリの残存容量を表示するバッテリ残量計において、前記バッテリの出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記モータの駆動電流又は回生電流を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段で検出された出力電圧と前記電流検出手段で検出された駆動電流又は回生電流とによって前記バッテリの残存容量を決定する残存容量決定手段と、この残存容量決定手段で決定された残存容量を表示する残存容量表示手段と、を備えたことを特徴とするバッテリ残量計。
【請求項２】 前記残存容量決定手段は、前記出力電圧及び前記駆動電流又は回生電流をパラメータとする前記残存容量のデータテーブルを記憶している、請求項１記載のバッテリ残量計。
【請求項３】 前記電流検出手段は、前記駆動電流又は回生電流の流路に設けられたシャント抵抗器からなる、請求項１又は２記載のバッテリ残量計。
【請求項４】 前記電流検出手段は、前記モータの正転時の前記駆動電流又は回生電流の流路に設けられた第一の電流検出手段と、前記モータの逆転時の前記駆動電流又は回生電流の流路に設けられた第二の電流検出手段とからなる、請求項１又は２記載のバッテリ残量計。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バッテリの電力でモータを駆動して走行する電動車両等に装備され、バッテリの残存容量を操作者に知らせるための、バッテリ残量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】バッテリの残存容量は、バッテリの出力電圧、バッテリの出力電流及びバッテリの温度の関数となっている。従来のバッテリ残量計は、これらの出力電圧、出力電流及び温度と残存容量との関係をデータテーブルとして予め記憶し、出力電圧、出力電流及び温度を検出しつつ、前記データテーブルによって残存容量を求めていた（特開平２−２４７５８８号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のバッテリ残量計は、バッテリの放電特性のみをデータテーブルとして用いており、下り坂でのモータ発電によるバッテリ電圧への影響は考慮されていない。そのため、従来のバッテリ残量計では、モータ発電によりバッテリ電圧が上昇すると、実際よりも多い残存容量が表示されていた。
【０００４】
【発明の目的】そこで、本発明の目的は、モータ発電により回生電流が流れている場合でも、残存容量を正しく表示できるバッテリ残量計を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者は、バッテリの出力電圧及びモータの回生電流とバッテリの残存容量との関係について研究を重ねた結果、これらの間には明確な対応関係があることを見い出した。本発明はこの知見に基づいてなされたものである。
【０００６】すなわち、本発明に係るバッテリ残量計は、バッテリの電力でモータを駆動して走行する電動車両等に装備され、前記バッテリの残存容量を表示するバッテリ残量計において、前記バッテリの出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記モータの駆動電流又は回生電流を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段で検出された出力電圧と前記電流検出手段で検出された駆動電流又は回生電流とによって前記バッテリの残存容量を決定する残存容量決定手段と、この残存容量決定手段で決定された残存容量を表示する残存容量表示手段とを備えたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るバッテリ残量計の一実施形態を示す回路図である。以下、この図面に基づき説明する。
【０００８】本実施形態のバッテリ残量計１０は、バッテリＢの電力でモータＭを駆動して走行する電動車両（図示せず）に装備されるものであり、バッテリＢの出力電圧Ｖout を検出する電圧検出手段としての電圧検出用配線１２と、モータＭの駆動電流（図示せず）又は回生電流Ｉｒを検出する電流検出手段としてのシャント抵抗器１４と、電圧検出用配線１２で検出された出力電圧Ｖout とシャント抵抗器１４で検出された駆動電流又は回生電流Ｉｒとによってバッテリ１０の残存容量Ｗを決定する残存容量決定手段としての残量表示回路１６と、残量表示回路１６で決定された残存容量Ｗを表示する残存容量表示手段としての残量表示器１８とを備えたものである。以下、モータＭの駆動電流を「放電電流」という。
【０００９】電圧検出用配線１２は、バッテリＢの正極側に接続されている。シャント抵抗器１４は、モータＭを駆動するＨ型ブリッジに直列に接続されている。残量表示回路１６は、例えばマイクロコンピュータ及びその周辺回路により構成されており、出力電圧Ｖout 及び放電電流又は回生電流Ｉｒをパラメータとする残存容量Ｗのデータテーブルを記憶している。このデータテーブルのパラメータとして、バッテリＢの温度や気温等を加えてもよい。残量表示器１８は、ＬＣＤディスプレイやＬＥＤディスプレイである。モータＭは直流モータ、バッテリＢは鉛蓄電池である。
【００１０】また、電動車両には、バッテリ残量計１０の他に、アクセル回路３０、基準三角波発生器３２、コンパレータ３４、プルアップ抵抗器３６、アンド回路３８、電流制限回路４０、前後進切替スイッチ４２、信号処理回路４４、ＦＥＴ駆動回路４６、ＦＥＴＱ１〜Ｑ４、安定化電源回路４８、電源スイッチ５０等が設けられている。
【００１１】アクセル回路３０は、摺動抵抗器からなる。アクセル回路３０、前後進切替スイッチ４２及び電源スイッチ５０は、運転者によって操作される。基準三角波発生器３２、コンパレータ３４及びプルアップ抵抗器３６は、ＰＷＭ方式の駆動信号を生成する一般的なものであり、アクセル回路３０の出力電圧に比例するように駆動信号のオンオフ比を変化させる。アンド回路３８及び電流制限回路４０は、シャント抵抗器１４の電圧降下が過電流により一定以上となった場合に、駆動信号の出力を制限する。ＦＥＴＱ１〜Ｑ４は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴであり、モータＭを正逆回転させるためのＨ型ブリッジを構成している。信号処理回路４４は、例えばマイクロコンピュータ又は論理回路等によって構成され、アンド回路３８から出力された駆動信号と前後進切替スイッチ４２から出力された前後進信号とに基づき、ＦＥＴＱ１〜Ｑ４ごとの駆動信号を出力する。ＦＥＴ駆動回路４６は、信号処理回路４４から出力された駆動信号を、ＦＥＴＱ１〜Ｑ４がオンするレベルまで電圧増幅する。安定化電源回路４８は、三端子レギュレータ用ＩＣとその外付け部品とにより構成され、バッテリＢの出力電圧Ｖout を降圧して電源電圧Ｖccを得る。
【００１２】図２及び図３は、図１の電動車両の速度を６〔km/h〕となるように制御した場合の勾配依存性を示すグラフである。図２は、バッテリの放充電電流の勾配依存性である。図３は、電動車両の速度の勾配依存性である。図２及び図３の横軸の勾配は、上り坂が「＋」であり、下り坂が「−」である。図２の縦軸の電流は、放電が「＋」であり、充電が「−」である。以下、図１乃至図３に基づき説明する。
【００１３】図２において、登坂時におけるバッテリＢは、モータＭを駆動するために放電しており、勾配が急になるほど放電電流が大きくなる。登坂１０〔°〕以上では、電流制限回路４０が作動することにより、放電電流が一定となる。降坂時におけるバッテリＢは、モータＭの発電によって充電され、勾配が急になるほど充電電流すなわち回生電流が大きくなる。つまり、図２において、第一象限が駆動時を示し、第二象限及び第三象限が回生制動時を示している。
【００１４】図３において、速度はアクセル全開での値である。降坂での速度は、６〔km/h〕を維持している。登坂１０〔°〕以上では、電流制限回路４０が作動することにより、速度が急減する。
【００１５】図４及び図５は、図１の電動車両のモータ周辺回路の第一例を示す説明図である。図４は正転駆動の場合を示し、図５は正転時の回生制動の場合を示す。以下、図１、図２、図４及び図５に基づき説明する。
【００１６】正転駆動の場合は、ＦＥＴＱ１，Ｑ４をオンにし、ＦＥＴＱ２，Ｑ３をオフにする。その結果、放電電流Ｉｆは、図４に示すように、バッテリＢ→ＦＥＴＱ１→モータＭ→ＦＥＴＱ４→シャント抵抗器１４→バッテリＢと流れる。このときの正転駆動は図２の第一象限に示す特性となる。放電電流Ｉｆによるシャント抵抗器１４両端の電圧Ｖａ，Ｖｂは、Ｖａ＞Ｖｂとなる。
【００１７】図１では省略したが、ＦＥＴＱ１〜Ｑ４にはそれぞれフリーホイールダイオードＤ１〜Ｄ４が内蔵されている。正転時の回生制動の場合は、ＦＥＴＱ１〜Ｑ４をオフにする。その結果、回生電流Ｉｒは、図５に示すように、モータＭ→フリーホイールダイオードＤ１→バッテリＢ→シャント抵抗器１４→フリーホイールダイオードＤ４→モータＭと流れる。このときの回生制動は、図２の第三象限に示す特性となる。回生電流Ｉｒによるシャント抵抗器１４両端の電圧Ｖａ，Ｖｂは、Ｖａ＜Ｖｂとなる。
【００１８】逆転駆動の場合は、ＦＥＴＱ１，Ｑ４をオフにし、ＦＥＴＱ２，Ｑ３をオンにする。逆転駆動及び逆転時の回生制動の動作は、正転駆動及び正転時の回生制動の場合に準ずる。また、電圧Ｖａ，Ｖｂの極性に基づき、駆動時と回生制動時とは判別できるが、正転時と逆転時とは判別できない。正転時と逆転時とは、前後進切替スイッチ４２の状態によって判別する。
【００１９】図６は、図１のバッテリ残量計における残量表示回路の一部を示す回路図である。以下、図１、図４、図５及び図６に基づき説明する。
【００２０】残量表示回路１６は、図示しないマイクロコンピュータの入力側に、オペアンプ１６Ａ，１６Ｂ及び抵抗器１６１Ａ，１６２Ａ，１６３Ａ，１６１Ｂ，１６２Ｂ，１６３Ｂを備えている。シャント抵抗器１４の一端の電圧Ｖａは、オペアンプ１６Ａの＋入力端子及びオペアンプ１６Ｂの−入力端子に入力される。シャント抵抗器１４の他端の電圧Ｖｂは、オペアンプ１６Ａの−入力端子及びオペアンプ１６Ｂの＋入力端子に入力される。
【００２１】正転時は、Ｖａ＞Ｖｂとなるので、オペアンプ１６Ａの出力端子から（Ｖａ−Ｖｂ）が増幅されて出力される。回生制動時は、Ｖａ＜Ｖｂとなるので、オペアンプ１６Ａの出力端子から（Ｖｂ−Ｖａ）が増幅されて出力される。換言すると、オペアンプ１６Ａ，１６Ｂの出力電圧ＶＡ，ＶＢは、正転時がＶＡ＞ＶＢ、回生制動時がＶＡ＜ＶＢとなるので、いずれか大きい値を読み取ってもよい。なお、シャント抵抗器１４の抵抗値は、例えば５〔ｍΩ〕である。そのため、シャント抵抗器１４に３０〔Ａ〕流れたとしても、オペアンプ１６Ａ，１６Ｂの入力電圧は１５０〔ｍＶ〕であり、オペアンプ１６Ａ，１６Ｂにとって問題のないレベルである。
【００２２】図７は、図１の電動車両におけるバッテリの出力電圧の放充電時間依存性を示すグラフである。以下、この図面に基づき説明する。
【００２３】図７のグラフは、残存容量のデータテーブルを作成するため、放電電流又は充電電流を一定にしたまま、バッテリの出力電圧の経時変化を測定したものである。放電電流は実線で、充電電流すなわち回生電流は破線でそれぞれ示している。回生電流の場合は、図２より１０〔Ａ〕以上流れることはないので、最大値を７〔Ａ〕とした。回生電流７〔Ａ〕の曲線は、放電電流７〔Ａ〕で５時間経過後に、充電電流７〔Ａ〕として測定したものである。回生電流３〔Ａ〕の曲線は、放電電流３〔Ａ〕で１５時間経過後に、充電電流３〔Ａ〕として測定したものである。したがって、回生電流の時間軸は図とは逆方向となる。放電電流の場合、図示していないが、３０〔Ａ〕程度まで細かなステップで特性を得ている。図中の点イは、放電電流２０〔Ａ〕での、残存容量が５０％となる位置を示す。同様に、点ロ〜へは、それぞれの電流値での残存容量が５０％となる位置である。
【００２４】放電電流２０〔Ａ〕でバッテリの容量を５０％消費したとき、出力電圧Ｖoutは点イの電圧値をとる。ここで、放電電流３〔Ａ〕に低下させたとすると、出力電圧Ｖout は点ニの電圧値になる。続いて、７〔°〕の降坂に移ったとすると、出力電圧Ｖout は点ヘの電圧値を示すことになる。このとき、出力電圧Ｖout が上昇しても残存容量は変化しないので、残存容量を変化させないように表示する必要がある。また、このまま長い下り坂を同条件で下ったとすると、点ヘは矢印トの方向に移る。すなわち、残存容量が増加するので、残存容量を増加させて表示する必要がある。
【００２５】図８は、図７のグラフに基づき作成した、残存容量のデータテーブルの一例を示す図表である。図９は、残存容量のデータテーブルを一般化した図表である。以下、これらの図面に基づき説明する。
【００２６】図８及び図９において、残存容量は、五段階で表示し、数字が大きいほど多い。残存容量が「−」の表示は、正常時にはあり得ない値であるので、何らかの異常が発生していることを示している。残存容量は、出力電圧が高いほど多く、図７から明らかなように、出力電圧及び電流値が同じであれば放電時の方が回生時よりも多い。図８において、例えば８〜１０〔Ａ〕のように、パラメータとして無視されている電流値がある。この無視されている電流値になったときは、その以前の電流値である１０〜１３〔Ａ〕又は６〜８〔Ａ〕における残存容量を表示するか、又は、１０〜１３〔Ａ〕と６〜８〔Ａ〕とにおける残存容量の中間の値を自動補正して表示する。このように、パラメータとしての電流値を飛び飛びの値とすることにより、データ量を大幅に削減できる。
【００２７】図１０及び図１１は、図１の電動車両のモータ周辺回路の第二例を示す説明図である。図１０は正転時の回生制動の場合を示し、図１１は逆転時の回生制動の場合を示す。以下、これらのに基づき説明する。
【００２８】本例における電流検出手段は、モータＭの正転時の回生電流Ｉｆｒの流路に設けられたシャント抵抗器１４１と、モータＭの逆転時の回生電流Ｉｒｒの流路に設けられたシャント抵抗器１４２とからなる。
【００２９】正転時の回生制動の場合は、ＦＥＴＱ１〜Ｑ４をオフにする。その結果、回生電流Ｉｆｒは、図１０に示すように、モータＭ→フリーホイールダイオードＤ１→バッテリＢ→シャント抵抗器１４２→フリーホイールダイオードＤ４→モータＭと流れる。回生電流Ｉｆｒによるシャント抵抗器１４２両端の電圧Ｖａ２，Ｖｂ２は、Ｖａ２＜Ｖｂ２となる。
【００３０】逆転時の回生制動の場合は、ＦＥＴＱ１〜Ｑ４をオフにする。その結果、回生電流Ｉｒｒは、図１１に示すように、モータＭ→フリーホイールダイオードＤ３→バッテリＢ→シャント抵抗器１４１→フリーホイールダイオードＤ２→モータＭと流れる。回生電流Ｉｒｒによるシャント抵抗器１４１両端の電圧Ｖａ１，Ｖｂ１は、Ｖａ１＜Ｖｂ１となる。
【００３１】このように、シャント抵抗器１４１，１４２は前進側と後進側とがそれぞれ独立しているから、前進のときはシャント抵抗器１４２、後進のときはシャント抵抗器１４１のそれぞれの電圧降下を読み取る。また、電圧Ｖａ１，Ｖａ２とを、それぞれ図６に示す電圧Ｖａ，Ｖｂとなるように接続すれば、図６に示す回路は一つでよい。
【００３２】なお、本発明は、いうまでもなく、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、電流検出手段は電流検出コイル等でもよく、電圧検出手段は電圧計等でもよい。また、電動車両としては、電動車椅子、電動三輪車、電動アシスト自転車、電気自動車、ハイブリッド車等が挙げられる。更に、本発明は、電動車両の他にも、バッテリの電力でモータを駆動する電気機器であって回生制動を行うものであれば、適用することができる。
【００３３】
【発明の効果】本発明に係るバッテリ残量計によれば、バッテリの出力電圧とモータの回生電流とによってバッテリの残存容量を決定するようにしたので、回生制動時の残存容量を正確に表示できる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２０８２
【氏名又は名称】スズキ株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）４月２１日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 勇
|
| 【公開番号】 |
特開平１１−３０８７０１ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１１月５日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１２６７９２ |
|