JP2001037010A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 保温装置や冷却装置を用いることなくバッテ
リーの性能を高く保つことができるようにする。 【解決手段】 車輪駆動用モータ３に給電するバッテリ
ー２５に温度センサ３１を設ける。モータ３およびバッ
テリー２５に接続した発電機２２を統合制御コントロー
ラ２７で制御する構成とする。統合制御コントローラ２
７を、温度センサ３１が検出したバッテリー温度が相対
的に低いときに発電機２２の発電電力量を相対的に低減
させるとともに、バッテリー温度が相対的に高いときに
発電電力量を相対的に増大させる構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する利用分野】本発明は、車輪駆動用モータ
とバッテリーに発電機を接続した電動車両に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、車輪をモータで駆動する電動車両
としては、モータに給電するバッテリーを走行中に充電
できるように発電機を搭載したものがある。この種の電
動車両は、バッテリーの残存容量が予め定めた下限値に
達したときに発電機による充電を開始し、前記残存容量
が上限値に達したときに前記充電を停止する構造を採っ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上述したよ
うに構成した従来の電動車両においては、バッテリーの
温度が問題であった。これは、バッテリーの入出力特性
が温度に対応して変化するからである。すなわち、バッ
テリー温度が相対的に低温であるときには、出力性能が
低下し、高温であるときには、入力性能（充電効率）が
低下するからである。

【０００４】バッテリー温度が変化しても高い性能を維
持させるためには、バッテリーを保温する保温装置や、
バッテリーを冷却する冷却装置を装備することが考えら
れる。しかし、このように保温装置や冷却装置を装備す
ると、部品数が増大するとともに車重が重くなってしま
う。

【０００５】本発明はこのような問題点を解消するため
になされたもので、保温装置や冷却装置を用いることな
くバッテリーの性能を高く保つことができるようにする
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明に係る電動車両は、車輪駆動用モータに給電す
るバッテリーに温度センサを設け、前記モータおよびバ
ッテリーに接続した発電機を制御する発電制御装置を、
前記温度センサが検出したバッテリー温度が相対的に低
いときに発電機の発電電力量を相対的に低減させるとと
もに、バッテリー温度が相対的に高いときに発電電力量
を相対的に増大させる構成としたものである。

【０００７】本発明によれば、バッテリー温度が相対的
に低いときには、バッテリーからモータに電力が供給さ
れ易くなり、放電による温度上昇でバッテリー温度が上
昇する。また、バッテリー温度が相対的に高いときに
は、発電機からモータに電力が供給され易くなるから、
バッテリーの放電による温度上昇が抑制される。

【０００８】請求項２に記載した発明に係る電動車両
は、請求項１記載の発明に係る電動車両において、発電
制御装置にバッテリーの残存容量を検出する残存容量検
出手段を設け、発電制御装置を、残存容量検出手段が検
出したバッテリーの残存容量が相対的に少ないときに発
電機の発電電力量を相対的に増大させる構成としたもの
である。

【０００９】この発明によれば、バッテリーの残存容量
が相対的に少ないときであって、バッテリー温度が相対
的に低いときに充分にバッテリーを充電することがで
き、バッテリー温度が相対的に高いときにより一層バッ
テリーの放電が抑制される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る電動車両の一
実施の形態を図１ないし図５によって詳細に説明する。
ここでは、本発明を電動補助自転車に適用する場合に採
る形態について説明する。図１は本発明に係る電動車両
の構成図、図２は本発明に係る電動車両の構成を模式的
に示すブロック図、図３は同じく回路図、図４はバッテ
リーの充電状態と充放電電力との関係を示すグラフ、図
５はバッテリー温度とスロットル開度の関係を示すグラ
フである。

【００１１】これらの図において、符号１で示すもの
は、この実施の形態による電動補助自転車である。この
電動補助自転車１は、後輪２を人力のみで駆動する形態
と、図１中に符号３で示すモータの動力と人力との合力
によって駆動する形態を採ることができる構造を採って
いる。人力とモータ３の動力は、サドル４の下方に搭載
した動力ユニット５の合力軸（図示せず）からドライブ
シャフト６を介して後輪２に伝達する。

【００１２】動力ユニット５は、ペダル７およびクラン
ク８を有するペダルクランク軸９を回転自在に支持する
とともに、前記モータ３を支持しており、図２に示すよ
うに、人力の大きさを検出するためのトルク検出器１０
と、モータ３の動力を制御するためのモータコントロー
ラ１１と、車速を検出するための車速センサ１２とを装
備している。

【００１３】前記モータコントローラ１１は、前記トル
ク検出器１０が検出した人力の大きさに略比例するよう
にモータ３の動力を制御する回路を採っている。また、
このモータコントローラ１１は、車速センサ１２が検出
した車速が予め定めた値を上回っている高速時には、モ
ータ３への給電を絶つ回路を採っている。

【００１４】前記動力ユニット５の後方にはエンジン２
１と発電機２２を搭載し、動力ユニット５の前方であっ
て車体フレーム２３のダウンチューブ２４には、モータ
３に給電するためのバッテリー２５を搭載している。

【００１５】前記エンジン２１は、２サイクル空冷単気
筒型のもので、図２に示すように、発電機２２のモータ
発電機２６を駆動する構造を採っている。また、このエ
ンジン２１のスロットル弁２１ａは、図示していないア
クチュエータによって駆動する構造を採っている。この
アクチュエータは、図２中に符号２７で示す統合制御コ
ントローラが制御する。なお、このエンジン２１の始動
は、モータ発電機２６でエンジン２１のクランク軸２１
ｂを駆動することによって実施し、エンジン２１の停止
は、統合制御コントローラ２７が点火回路を開くことに
よって実施する。

【００１６】前記発電機２２は、モータ発電機２６とモ
ータ発電機コントローラ２８とから構成している。モー
タ発電機２６は、モータと発電機の両方の機能を有し、
エンジン２１を始動するときにモータとして使用し、発
電するときに発電機として使用する。発電機として使用
するときには、エンジン２１の回転数に略比例する発電
電力量をもって発電する構造を採っている。

【００１７】モータ発電機コントローラ２８は、前記統
合制御コントローラ２７に接続し、統合制御コントロー
ラ２７から送出された制御信号に基づいてエンジン２１
の始動・停止を制御するとともに、モータ発電機２６が
発電した電力を動力ユニット５およびバッテリー２５に
供給する回路を採っている。

【００１８】前記バッテリー２５は、図２および図３に
示すように、多数のバッテリーセル２９と、バッテリー
残量計３０と、バッテリーセル２９の温度を検出するた
めの温度センサ３１とを備えている。

【００１９】前記バッテリーセル２９は、従来からよく
知られているＮｉ-ＭＨ単電池またはＮｉ-Ｃｄ単電池な
どからなり、それぞれを直列に接続している。このバッ
テリーセル２９の入出力特性は図４に示すようになって
いる。ここで、バッテリーセル２９の入出力特性につい
て説明する。

【００２０】図４の横軸はバッテリー２５の充電状態
｛残存容量ＳＯＣ（％）｝を示し、縦軸は出力・入力電
力（Ｗ）を示している。縦軸に示すＷinは発電機２２か
らバッテリー２５に供給される電力（要求入力）を示
し、Ｗout はモータ３を駆動するために必要な電力（要
求出力）を示す。また、同図においては、バッテリー２
５の低温時の入力特性を曲線Ａで示し、出力特性を曲線
Ｂで示す。また、常温時の入力特性を曲線Ｃで示し、常
温時の出力特性を曲線Ｄで示す。さらに、高温時の入力
特性を曲線Ｅで示し、高温時の出力特性を曲線Ｆで示
す。

【００２１】入力特性（充電特性）を示す曲線Ａ，Ｃ，
Ｅは、残存容量が少ないときには相対的に大きな電力で
も充電可能で、残存容量が増大するにしたがって充電可
能な電力が除々に低下することを示している。また、充
電可能な電力は、バッテリー温度が低いほど大きくなる
ことを示している。出力特性（放電特性）を示す曲線
Ｂ，Ｄ，Ｆは、残存容量が少ないときには相対的に出力
電力が小さく、残存容量が増大するにしたがって出力電
力が除々に増大することを示している。また、出力電力
は、バッテリー温度が高いほど大きくなることを示して
いる。

【００２２】このような特性を有するバッテリー２５に
おいて、入力電力Ｗinと出力電力Ｗout が同図に示した
値であるときには、常温時には残存容量が下限値近傍の
ＳＯＣ１を下回ると出力電力が不足し、残存容量がＳＯ
Ｃ４を上回ると入力電力が不足する。すなわち、常温時
には、使用できる残存容量ＳＯＣの範囲が下限値近傍の
ＳＯＣ１と上限値近傍のＳＯＣ４との間になる。

【００２３】また、低温時には、残存容量がＳＯＣ２を
下回ると出力電力が不足し、残存容量が上限値に達して
も充電可能であるから、低温時に使用できる残存容量Ｓ
ＯＣの範囲は、ＳＯＣ２と上限値との間になる。すなわ
ち、低温時には残存容量が少ないと出力電力が不足す
る。

【００２４】さらに、高温時には、残存容量が下限値に
達しても出力電力が不足することはなく、残存容量がＳ
ＯＣ３を上回ると入力電力が不足するから、高温時に使
用できる残存容量ＳＯＣの範囲は、ＳＯＣ１とＳＯＣ３
との間になる。すなわち、高温時には残存容量が多いと
入力電力が不足する。

【００２５】前記バッテリー残量計３０は、バッテリー
２５の残存容量を検出するためのもので、電流計３２と
電圧計３３とを備え、バッテリー２５の充電電流値、放
電電流値と、端子間の電圧とを検出する回路を採ってい
る。なお、各検出値は統合制御コントローラ２７に送出
する。

【００２６】前記統合制御コントローラ２７は、バッテ
リー２５の充放電とエンジン２１の回転数（発電機２２
の発電電力量）とを制御するためのもので、図３に示す
ように、前記温度センサ３１の出力値に基づいてバッテ
リー温度を検出するバッテリー温度検出手段４１と、前
記バッテリー残量計３０が検出した放電電流値、充電電
流値および電圧に基づいてバッテリー２５の残存容量を
求める残存容量検出手段４２と、エンジン２１のスロッ
トル弁駆動用アクチュエータを制御するスロットル制御
手段４３とを備えている。この統合制御コントローラ２
７が本発明に係る発電制御装置を構成している。

【００２７】前記スロットル制御手段４３は、前記残存
容量検出手段４２が求めた残存容量が予め定めた下限値
を下回ったときにエンジン２１を始動して発電機２２に
よる発電を開始させ、残存容量が予め定めた上限値に達
したときにエンジン２１を停止して発電機２２による発
電を中止する回路を採っている。すなわち、バッテリー
２５の残存容量が下限値を下回ったときには、残存容量
が上限値に達するまでエンジン２１によって発電機２２
を駆動し、発電機２２が発電する電力でバッテリー２５
を充電する。

【００２８】スロットル制御手段４３は、充電中には下
記のようにスロットル弁２１ａを制御する。すなわち、
前記温度センサ３１が検出したバッテリー温度が相対的
に低いときには、エンジン２１のスロットル弁開度を相
対的に低減させて発電機２２の発電電力量を相対的に低
減させる。また、バッテリー温度が相対的に高いときに
は、スロットル弁開度を相対的に増大させて発電機２２
の発電電力量を相対的に増大させる。さらに、前記残存
容量検出手段４２が検出したバッテリー２５の残存容量
が相対的に少ないときには、スロットル開度を相対的に
増大させた状態で上述したバッテリー温度に対応するス
ロットル制御を実施する。

【００２９】なお、スロットル制御手段４３は、バッテ
リー２５の残存容量が下限値より少ないときには、バッ
テリー温度とは無関係にスロットル開度を所定の最大開
度に設定し、残存容量が予め定めた充電停止値を上回っ
ているときであって上限値に達していないときには、ス
ロットル開度を充電が可能な最低開度に設定する。

【００３０】次に、統合制御コントローラ２７の動作を
図５によって詳細に説明する。バッテリー２５の残存容
量ＳＯＣが下限値ＳＯＣＬＬより小さいときには、図５
中に実線Ｔｈ１で示すように、スロットル開度を所定の
最大開度に設定する。バッテリー２５がこのような状態
にあるときには、バッテリー温度に関係なくスロットル
開度を一定に保つ。

【００３１】バッテリー２５の残存容量が下限値ＳＯＣ
ＬＬより大きいときであって中間値ＳＯＣｍ以下である
ときには、実線Ｔｈ２で示すように、バッテリー温度に
対応させてスロットル開度を制御する。すなわち、バッ
テリー温度が高くなるにしたがってスロットル開度を次
第に増大させ、発電機２２の発電電力量を増大させる。

【００３２】バッテリー２５の残存容量が中間値ＳＯＣ
ｍより大きいときであって上限近傍の充電停止値ＳＯＣ
ＵＬ以下であるときには、実線Ｔｈ３で示すように、相
対的にスロットル開度が小さくなる状態でバッテリー温
度に対応させてスロットル開度を制御する。すなわち、
前記実線Ｔｈ２で示すスロットル制御を実施するときよ
りスロットル開度を低く設定しながら、バッテリー温度
が高くなるにしたがってスロットル開度を次第に増大さ
せる。

【００３３】バッテリー２５の残存容量が充電停止値Ｓ
ＯＣＵＬより大きいときには、実線Ｔｈ４で示すよう
に、スロットル開度を充電可能な最低開度に設定する。
この状態で充電が進行して残存容量が上限値に達したと
きに、エンジン２１を停止させる。

【００３４】上述したように構成した電動補助自転車１
においては、温度センサ３１が検出したバッテリー温度
が相対的に低いときにエンジン２１のスロットル開度を
低下させて発電機２２の発電電力量を相対的に低減させ
るから、バッテリー２５は充電量より放電量の方が多く
なり、バッテリー２５からモータ３に電力が供給され易
くなる。このため、バッテリー温度が相対的に低いとき
に放電による温度上昇でバッテリー温度が上昇する。

【００３５】一方、バッテリー温度が相対的に高いとき
にエンジン２１のスロットル開度を増大させて発電機２
２の発電電力量を相対的に増大させているから、発電機
２２からモータ３に電力が供給され易くなる。このた
め、バッテリー温度が相対的に高いときにはバッテリー
２５の放電による温度上昇が抑制される。

【００３６】したがって、保温装置や冷却装置を用いる
ことなくバッテリー２５の温度を適温に維持することが
できる。

【００３７】また、バッテリー２５の残存容量が相対的
に少ないときにエンジン２１のスロットル開度を増大さ
せて発電機２２の発電電力量を相対的に増大させている
から、バッテリー２５の残存容量が相対的に少ないとき
であって、バッテリー温度が相対的に低いときに充分に
バッテリー２５を充電することができ、バッテリー温度
が相対的に高いときにより一層バッテリー２５の放電が
抑制されるようになる。

【００３８】このため、バッテリー２５の残存容量が少
なくてもバッテリー温度による悪影響を受けることなく
走行することができる。

【００３９】なお、この実施の形態では電動補助自転車
に本発明を適用する例を示したが、本発明は、モータ３
の動力でのみ走行する電動自動二輪車や、電動自動車な
どの他の電動車両にも適用することができる。

【００４０】また、バッテリーを充電する電力源は、エ
ンジンと発電機を使用する構造を採る他に、例えば水素
と大気中の酸素を使用して発電する燃料電池でもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、バ
ッテリー温度が相対的に低いときには、バッテリー２５
からモータ３に電力が供給され易くなり、放電による温
度上昇でバッテリー温度が上昇する。また、バッテリー
温度が相対的に高いときには、発電機２２からモータ３
に電力が供給され易くなるから、バッテリー２５の放電
による温度上昇が抑制される。

【００４２】したがって、保温装置や冷却装置を用いる
ことなくバッテリー２５の温度を適温に維持することが
でき、バッテリー２５の性能を高く保つことができる。

【００４３】請求項２記載の発明によれば、バッテリー
２５の残存容量が相対的に少ないときであって、バッテ
リー温度が相対的に低いときに充分にバッテリー２５を
充電することができ、バッテリー温度が相対的に高いと
きにより一層バッテリー２５の放電が抑制される。

【００４４】このため、バッテリー２５の残存容量が少
なくてもバッテリー温度による悪影響を受けることなく
走行することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る電動車両の構成図である。

【図２】 本発明に係る電動車両の構成を模式的に示す
ブロック図である。

【図３】 本発明に係る電動車両の構成を示す回路図で
ある。

【図４】 バッテリーの充電状態と充放電電力との関係
を示すグラフである。

【図５】 バッテリー温度とスロットル開度の関係を示
すグラフである。

【符号の説明】

１…電動補助自転車、３…モータ、２１…エンジン、２
２…発電機、２５…バッテリー、２７…統合制御コント
ローラ、４１…バッテリー温度検出手段、４２…残存容
量検出手段、４３…スロットル制御手段。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車輪を駆動するモータと、このモータに
   給電するバッテリーと、前記モータおよびバッテリーに
   接続した発電機と、この発電機を制御する発電制御装置
   とを備えた電動車両であって、前記バッテリーに温度セ
   ンサを設け、前記発電制御装置を、前記温度センサが検
   出したバッテリー温度が相対的に低いときに前記発電機
   の発電電力量を相対的に低減させるとともに、前記バッ
   テリー温度が相対的に高いときに前記発電電力量を相対
   的に増大させる構成としたことを特徴とする電動車両。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電動車両において、発電
   制御装置にバッテリーの残存容量を検出する残存容量検
   出手段を設け、発電制御装置を、前記残存容量検出手段
   が検出したバッテリーの残存容量が相対的に少ないとき
   に発電機の発電電力量を相対的に増大させる構成とした
   ことを特徴とする電動車両。