JP2004079324A

JP2004079324A - 電動車両における放電終止制御装置および方法

Info

Publication number: JP2004079324A
Application number: JP2002237592A
Authority: JP
Inventors: Kimihisa Matsuyama; 松山　公久
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2002-08-16
Filing date: 2002-08-16
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】バッテリの総電圧のみでなく、各バッテリセルの電圧も用いて、バッテリの放電の終止制御を行うことにより各バッテリセルの劣化を防止し、バッテリ全体の長寿命化を図った電動車両における放電終止制御装置を提供する。
【解決手段】バッテリ１０の全出力電圧を全電圧測定部２７で測定し、全電圧比較部２９で所定の全出力電圧と比較し、この比較結果を放電終止制御部３１で識別して、所定の全出力電圧以下である場合、または各並列バッテリセルの電圧をリレー接点１１ａ，１１ｂ〜１７ａ，１７ｂを介して順次取り出してセル電圧測定部２３で測定し、セル電圧比較部２５で所定のセル電圧と比較し、この比較結果を放電終止制御部３１で識別して、所定のセル電圧以下である場合には放電終止制御部３１から車両コントローラ２００に放電終止指令を出力してバッテリ１０の放電を終止する。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動車両において用いられるバッテリにおける放電を監視し、その放電の終止を制御する電動車両における放電終止制御装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば電動アシスト自転車、電動バイク、ゴルフカートなどのような電動車両は、一般に複数のバッテリセルを組み合わせて構成される組電池であるバッテリを動力源として使用している。
【０００３】
このような動力用のバッテリとしては、従来、放電後、充電することにより繰り返し使用が可能な二次電池が用いられる。このバッテリの放電を制御するものとしては、バッテリ全体の出力電圧である総電圧を監視し、この総電圧が所定の出力電圧以下に低下した場合に、バッテリの放電を終止するものが知られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、電動車両の動力源を構成しているバッテリの放電制御を総電圧のみに基づいて行っていると、バッテリを構成する複数のバッテリセルのうちのある特定のバッテリセルの出力電圧が非常に低い電圧に低下していたとしても、バッテリの総電圧としては所定の出力電圧以上である場合があり、このような場合にも、従来は、総電圧が正常であるため、バッテリの放電を終止することはなかった。そのため、出力電圧が非常に低い電圧に低下した特定のバッテリセルは著しく劣化し、その寿命を早め、結果的にバッテリ全体の寿命を短くしてしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、バッテリの総電圧のみでなく、各バッテリセルの電圧も用いて、バッテリの放電の終止制御を行うことにより各バッテリセルの劣化を防止し、バッテリ全体の長寿命化を図った電動車両における放電終止制御装置および方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、複数のバッテリセルからなるバッテリの放電の終止を制御する電動車両における放電終止制御装置であって、前記バッテリの全体の出力電圧を測定する全電圧測定手段と、前記バッテリを構成する複数のバッテリセルの各々の電圧を測定するセル電圧測定手段と、前記全電圧測定手段で測定したバッテリの全体の出力電圧を所定の全出力電圧と比較する第１の比較手段と、前記セル電圧測定手段で測定した各バッテリセルの電圧を所定のセル電圧と比較する第２の比較手段と、前記第１、第２の比較手段による比較の結果、全体の出力電圧が所定の全出力電圧以下であるかまたは各バッテリセルの電圧が所定のセル電圧以下である場合には、前記バッテリの放電を終止するように制御する放電終止制御手段とを有することを要旨とする。
【０００７】
請求項１記載の本発明にあっては、バッテリの全体の出力電圧を所定の全出力電圧と比較するとともに、各バッテリセルの電圧を所定のセル電圧と比較し、全体の出力電圧が所定の全出力電圧以下であるかまたは各バッテリセルの電圧が所定のセル電圧以下である場合にバッテリの放電を終止するため、従来のようにバッテリの全体の出力電圧のみを使用した場合では、バッテリの全体の出力電圧が所定の出力電圧以上であって、正常に見える場合であっても、複数のバッテリセルのうちの特定のバッテリセルの電圧が異常に低下していて劣化するような恐れがある場合でもこれを回避し、特定のバッテリセルの劣化を適確に防止するようになっているものである。
【０００８】
また、請求項２記載の本発明は、複数のバッテリセルからなるバッテリの放電の終止を制御する電動車両における放電終止制御方法であって、前記バッテリの全体の出力電圧を測定し、前記バッテリを構成する複数のバッテリセルの各々の電圧を測定し、前記測定したバッテリの全体の出力電圧を所定の全出力電圧と比較し、前記測定した各バッテリセルの電圧を所定のセル電圧と比較し、前記比較の結果、全体の出力電圧が所定の全出力電圧以下であるかまたは各バッテリセルの電圧が所定のセル電圧以下である場合には、前記バッテリの放電を終止することを要旨とする。
【０００９】
請求項２記載の本発明にあっては、バッテリの全体の出力電圧を所定の全出力電圧と比較するとともに、各バッテリセルの電圧を所定のセル電圧と比較し、全体の出力電圧が所定の全出力電圧以下であるかまたは各バッテリセルの電圧が所定のセル電圧以下である場合にバッテリの放電を終止するため、従来のようにバッテリの全体の出力電圧のみを使用した場合では、バッテリの全体の出力電圧が所定の出力電圧以上であって、正常に見える場合であっても、複数のバッテリセルのうちの特定のバッテリセルの電圧が異常に低下していて劣化するような恐れがある場合でもこれを回避し、特定のバッテリセルの劣化を適確に防止するようになっているものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電動車両における放電終止制御装置を適用した電動車両の制御部の構成を示す図である。同図に示す実施形態の放電終止制御装置は、例えば電動バイクのような電動車両のバッテリに適用されているものである。このような電動車両においては、動力源として複数のバッテリセルを組み合わせた組電池であるバッテリ（ＢＴＲＹ）１０を使用し、このバッテリ１０の出力電圧をヒューズ９および電源線９１ａ，９１ｂを介して電動車両の駆動系４００のモータ３００やエンコーダ３１０に供給して、電動車両を駆動するようになっている。
【００１１】
本実施の形態では、バッテリ１０としてリチウム系二次電池であるリチウムイオン電池を用いた場合を例に説明するが、アルカリ二次電池（例えばニッケル水素電池）等を用いた場合であっても同様に適用することができる。
【００１２】
また、バッテリ１０の各部の電圧、具体的にはバッテリ１０の全体の出力電圧、バッテリ１０を構成する複数のバッテリセルの各々の電圧は、バッテリマネージメントコントローラ（以下、ＢＭＣと略称する）１００に設けられている本実施形態の放電終止制御装置に供給されて監視され、この各電圧が所定の電圧以下になると、ＢＭＣ１００から車両コントローラ２００に放電終止指令が出力され、これにより車両コントローラ２００がバッテリ１０の放電を終止するとともにモータ３００への通電を停止し、車両を停止するようになっている。
【００１３】
なお、車両コントローラ２００にはメインスイッチ（ＳＷ）２０１やその他のスイッチ（ＳＷ）類２０３からオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）指令およびスロットル２０５からスロットル指令が供給され、これらの各指令により車両コントローラ２００はモータ３００に対してモータインバータ制御を行い、またエンコーダ３１０から磁極位置情報を受け取って、駆動系４００を制御するようになっている。また、車両コントローラ２００からＢＭＣ１００にはメインスイッチ（ＳＷ）２０１からの指令信号に応じてメインスイッチ（ＳＷ）信号が供給されるようになっている。
【００１４】
図２は、ＢＭＣ１００に設けられている本実施形態の放電終止制御装置の構成を詳細に示すブロック図である。同図に示すように、バッテリ１０は、複数（本実施形態では１４個）のバッテリセル１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，…７ａ，７ｂを組み合わせた組電池として構成されている。詳しくは、バッテリ１０は、バッテリセルを２個ずつ並列接続したもの（１ａと１ｂを並列接続、２ａと２ｂを並列接続、…７ａと７ｂを並列接続）を直列接続して構成されている。
【００１５】
なお、それぞれ並列接続された各２個のバッテリセルにおいて、バッテリセル１ａと１ｂを並列接続した２個のバッテリセルの組合せを第１の並列バッテリセル、バッテリセル２ａと２ｂを並列接続した組合せを第２の並列バッテリセル、…バッテリセル７ａと７ｂを並列接続した組合せを第７の並列バッテリセルと称することにする。
【００１６】
そして、第１の並列バッテリセル１ａ，１ｂの両端の電圧は、リレー接点１１ａ，１１ｂを介してセル電圧測定部２３に供給され、また第２の並列バッテリセル２ａ，２ｂの両端の電圧は、リレー接点１２ａ，１２ｂを介してセル電圧測定部２３に供給され、以下同様にして、第７の並列バッテリセル７ａ，７ｂの両端の電圧は、リレー接点１７ａ，１７ｂを介してセル電圧測定部２３に供給されている。
【００１７】
また、第１の並列バッテリセル１ａ，１ｂの正極と第７の並列バッテリセル７ａ，７ｂの負極は、全電圧測定部２７の入力に接続され、これによりバッテリ１０の全体の出力電圧が全電圧測定部２７に供給されて測定されるようになっている。
【００１８】
各並列バッテリセルの両端に接続されている各リレー接点１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ，…１７ａ，１７ｂは、それぞれリレー１１Ｒ，１２Ｒ，…１７Ｒのメーク接点であり、これらのリレー１１Ｒ〜１７Ｒがセル選択制御部２１により駆動されることにより対応するリレー接点１１ａ，１１ｂ〜１７ａ，１７ｂが閉じ、この閉じたリレー接点を介して対応する並列バッテリセルの両端の電圧（セル出力電圧と称す）がセル電圧測定部２３に供給されて測定されるようになっている。具体的には、セル選択制御部２１は、複数のリレー１１Ｒ〜１７Ｒを順次１個ずつ駆動するようになっていて、この駆動された１個のリレー１１Ｒ〜１７Ｒに対応する１組のリレー接点１１ａ，１１ｂ〜１７ａ，１７ｂのみを閉じるように制御し、これによりこの閉じたリレー接点に対応する並列バッテリセルの両端の電圧のみをセル電圧測定部２３に供給して測定し得るようになっている。
【００１９】
更に詳しくは、セル選択制御部２１は、まず第１のリレー１１Ｒのみを駆動して、そのリレー接点１１ａ，１１ｂのみを閉じ、これにより第１の並列バッテリセル１ａ，１ｂの両端のセル出力電圧をセル電圧測定部２３に供給して測定する。
【００２０】
そして、この第１の並列バッテリセルに対する電圧測定が終了すると、第１のリレー１１Ｒの駆動を停止して、次に第２のリレー１２Ｒのみを駆動し、そのリレー接点１２ａ，１２ｂのみを閉じ、これにより第２の並列バッテリセル２ａ，２ｂの両端のセル出力電圧をセル電圧測定部２３に供給して測定する。
【００２１】
以下同様にして、最後に第７のリレー１７Ｒのみを駆動し、そのリレー接点１７ａ，１７ｂのみを閉じ、これにより第７の並列バッテリセル７ａ，７ｂの両端のセル出力電圧をセル電圧測定部２３に供給して測定するというようにリレー１１Ｒ〜１７Ｒを順次１個ずつ駆動することにより、第１〜第７の並列バッテリセルの両端のセル出力電圧を順次１つずつセル電圧測定部２３に供給して測定するようになっている。そして、このような動作を適当な周期で常時繰り返し実行し、これにより各並列バッテリセルの電圧を監視するようになっている。
【００２２】
セル電圧測定部２３は、上述したように、第１〜第７の並列バッテリセルの各々のセル出力電圧を各リレー接点を介して順次受け取ると、このセル出力電圧を測定し、この測定したセル出力電圧値をセル電圧比較部２５に供給する。セル電圧比較部２５は、各並列バッテリセルからのセル出力電圧を所定のセル電圧と順次比較し、この比較結果を放電終止制御部３１に順次供給するようになっている。
【００２３】
一方、全電圧測定部２７は、バッテリ１０の全体の出力電圧を測定すると、この測定した全出力電圧値を全電圧比較部２９に供給する。全電圧比較部２９は、全電圧測定部２７からのバッテリ１０の全出力電圧を所定の全出力電圧と比較し、この比較結果を放電終止制御部３１に供給するようになっている。
【００２４】
放電終止制御部３１は、セル電圧比較部２５からの比較結果および全電圧比較部２９からの比較結果を受け取り、この比較結果から各並列バッテリセルのセル出力電圧が所定のセル電圧以下であるか、またはバッテリ１０の全体の出力電圧が所定の全出力電圧以下であることを検出すると、放電終止指令を車両コントローラ２００に供給し、これによりバッテリ１０の放電を終止する。
【００２５】
上述したように構成される本実施形態の電動車両における放電終止制御装置においては、全電圧測定部２７がバッテリ１０の全体の出力電圧を測定し、この測定したバッテリの全出力電圧を全電圧比較部２９で所定の全出力電圧と比較し、この比較結果を放電終止制御部３１に供給する。放電終止制御部３１は、この比較結果からバッテリ１０の全体の出力電圧が所定の全出力電圧以下であることを検出すると、放電終止指令を車両コントローラ２００に供給し、これによりバッテリ１０の放電を終止する。
【００２６】
また、セル選択制御部２１は、適当な周期で各リレー１１Ｒ〜１７Ｒを順次１個ずつ駆動し、これにより対応するリレー接点１１ａ，１１ｂ〜１７ａ，１７ｂを介して各並列バッテリセルのセル出力電圧を順次１つずつセル電圧測定部２３に供給し、セル電圧測定部２３は、各並列バッテリセルの電圧を順次１つずつ測定し、その測定した各並列バッテリセルの電圧をセル電圧比較部２５で所定のセル電圧と比較し、この比較結果を放電終止制御部３１に供給する。
【００２７】
放電終止制御部３１は、この比較結果から複数の並列バッテリセルのうちの１つの並列バッテリセルの電圧でも所定のセル電圧以下であることを検出すると、放電終止指令を車両コントローラ２００に供給し、これによりバッテリ１０の放電を終止する。
【００２８】
なお、このセル選択制御部２１によるリレー１１Ｒ〜１７Ｒの駆動、セル電圧測定部２３によるセル電圧の測定、セル電圧比較部２５による比較および放電終止制御部３１による比較結果の識別処理はセル選択制御部２１がリレー１１Ｒ〜１７Ｒを駆動する適当な周期に同期して繰り返し常時行われるようになっている。
【００２９】
以上の処理により、バッテリ１０の全体の出力電圧が所定の全出力電圧以下になるかまたは複数の並列バッテリセルのうちのいずれかの並列バッテリセルのセル電圧が所定のセル電圧以下になることを放電終止制御部３１が検出すると、放電終止制御部３１は、放電終止指令を車両コントローラ２００に供給し、これによりバッテリ１０の放電を終止するとともにモータ３００への通電を停止し、車両を停止する。
【００３０】
この結果、バッテリ１０の全体の出力電圧が所定の出力電圧以上であって、正常に見える場合であっても、複数のバッテリセルのうちの特定のバッテリセルの電圧が異常に低下していて劣化するような恐れがある場合でもこれを回避し、特定のバッテリセルの劣化を適確に防止するようになっているものである。なお、上述したように、バッテリ１０の放電を終止し、車両を停止した後は、図２に示すように充電装置３５を電源線９１ａ，９１ｂを介してバッテリ１０に接続して、バッテリ１０を充電することになる。
【００３１】
なお、上記実施形態においては、バッテリ１０は、２個のバッテリセルを並列接続したものを７組直列接続した構成とされているが、本発明は、これに限定されるものでなく、例えば並列接続することなく、単に１個ずつのバッテリセルを直列接続したものであってもよいし、または３個以上のバッテリセルを並列接続したものを任意の複数組直列接続してもよいものである。
【００３２】
また、上記実施形態においては、バッテリ１０を構成する複数のバッテリセルの各電圧をセル電圧測定部２３に供給するために、リレー接点を使用しているが、本発明は、これに限定されるものでなく、例えば電子的なスイッチやロータリスイッチまたは同様な機械スイッチを用いてもよいものである。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、バッテリ全体の出力電圧を所定の全出力電圧と比較するとともに、各バッテリセルの電圧を所定のセル電圧と比較し、全体の出力電圧が所定の全出力電圧以下であるかまたは各バッテリセルの電圧が所定のセル電圧以下である場合にバッテリの放電を終止するので、従来のようにバッテリの全体の出力電圧のみを使用した場合に比較して、特定のバッテリセルの劣化を適確に防止し、バッテリ全体の寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動車両における放電終止制御装置を適用した電動車両の制御部の構成を示す図である。
【図２】図１に示す制御部のＢＭＣに設けられている本実施形態の放電終止制御装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，…７ａ，７ｂ　バッテリセル
１０　バッテリ
１１Ｒ，１２Ｒ，…１７Ｒ　リレー
１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ，…１７ａ，１７ｂ　リレー接点
２１　セル選択制御部
２３　セル電圧測定部
２５　セル電圧比較部
２７　全電圧測定部
２９　全電圧比較部
３１　放電終止制御部
１００　ＢＭＣ
２００　車両コントローラ
３００　モータ
４００　駆動系

Claims

複数のバッテリセルからなるバッテリの放電の終止を制御する電動車両における放電終止制御装置であって、
前記バッテリの全体の出力電圧を測定する全電圧測定手段と、
前記バッテリを構成する複数のバッテリセルの各々の電圧を測定するセル電圧測定手段と、
前記全電圧測定手段で測定したバッテリの全体の出力電圧を所定の全出力電圧と比較する第１の比較手段と、
前記セル電圧測定手段で測定した各バッテリセルの電圧を所定のセル電圧と比較する第２の比較手段と、
前記第１、第２の比較手段による比較の結果、全体の出力電圧が所定の全出力電圧以下であるかまたは各バッテリセルの電圧が所定のセル電圧以下である場合には、前記バッテリの放電を終止するように制御する放電終止制御手段と
を有することを特徴とする電動車両における放電終止制御装置。
複数のバッテリセルからなるバッテリの放電の終止を制御する電動車両における放電終止制御方法であって、
前記バッテリの全体の出力電圧を測定し、
前記バッテリを構成する複数のバッテリセルの各々の電圧を測定し、
前記測定したバッテリの全体の出力電圧を所定の全出力電圧と比較し、
前記測定した各バッテリセルの電圧を所定のセル電圧と比較し、
前記比較の結果、全体の出力電圧が所定の全出力電圧以下であるかまたは各バッテリセルの電圧が所定のセル電圧以下である場合には、前記バッテリの放電を終止すること
を特徴とする電動車両における放電終止制御方法。