JP5553935B2 - 電動車両制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動車両制御装置に係り、特に、車載バッテリと車両の走行用モータ駆動回路の制御装置に電源を供給する回路とを簡素化するのに好適な電動車両制御装置に関する。

従来、電動車両において、該電動車両を駆動する走行用モータを制御するモータ制御装置と走行用モータ等の電力供給源であるバッテリを管理する装置とを備え、これらモータ制御装置とバッテリ管理装置にそれぞれ別個に電源装置を設けた構成が知られている。

例えば、特許文献１には、走行用モータを制御するＶＴＣマイコン（第１のコントローラ）と、バッテリを管理するＢＭＣマイコン（第２のコントローラ）とを有し、これら２つのコントローラの一方が起動されると、通信経路を経由して他方のコントローラを起動させる相互起動手段を備えた電動車両制御装置が提案されている。

特開２００４−１８７３２９号公報

特許文献１に記載された電動車両制御装置では、第１および第２のコントローラの双方が起動して初めてバッテリの充電が可能となるため、相互通信のフェール対応が必要となり、システムが複雑で高価なものとなってしまうという課題がある。

本発明の目的は、上記課題を解決し、車載バッテリと走行用モータ駆動回路の制御装置に電力を供給する電源回路とを簡素化することができる電動車両制御装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明はバッテリからの電力で車両走行用モータを駆動するモータ駆動回路と、前記バッテリの状態を監視するバッテリ監視装置と、前記モータ駆動回路を制御するメインＣＰＵとを有する電動車両制御装置において、前記バッテリの出力電圧を前記バッテリ監視装置の制御電圧に適合するように降圧して出力するＢＭＵ用電源装置と、前記バッテリの出力電圧を前記メインＣＰＵの制御電圧を形成するＣＰＵ用電源装置の入力に適合するように降圧して出力するダウンレギュレータと、前記バッテリと前記モータ駆動回路との間を接続するプラス側ライン上に設けられ、前記メインＣＰＵからの指令によって開閉されるコンタクタとを具備し、前記ダウンレギュレータの制御用電源を前記ＢＭＵ用電源装置によって形成する点に第１の特徴があり、前記制御用電源の電圧を前記ダウンレギュレータに入力する経路を開閉するメインスイッチをさらに具備している点に第２の特徴がある。

本発明は、前記ＢＭＵ用電源装置の出力が、メインスイッチを介して前記ダウンレギュレータの制御用電源として入力されるように構成されている点に第３の特徴がある。

本発明は、前記モータ駆動回路と、前記バッテリ監視装置と、前記メインＣＰＵと、前記ＢＭＵ用電源装置と、前記ダウンレギュレータと、前記コンタクタとが単一の基板上に実装されて制御モジュールを構成している点に第４の特徴がある。

本発明は、前記ダウンレギュレータが、フライバック方式またはフォワード方式に構成されている点に第５の特徴がある。

本発明は、車体フレームに対して上下方向に揺動自在に支持されたスイングアームで駆動輪を支持する構造を有する電動車両に適用される電動車両制御装置において、前記スイングアームが本体ケースを有し、前記車両走行用モータ、バッテリおよび前記制御モジュールが前記スイングアームの本体ケース内に組み込まれており、前記バッテリのプラス端子と前記制御モジュールのプラス端子との間にヒューズを設けているとともに、前記バッテリおよび前記制御モジュールのマイナス端子側が前記スイングアームの本体ケースに接地されている点に第６の特徴がある。

本発明は、前記基板が、アースラインを形成する導電体パターンを有しており、該導電体パターンと制御モジュールの導電材料からなるケースとがビスによって結合されて前記制御モジュールがケース本体に接地されている点に第７の特徴がある。

第１〜３の特徴を有する本発明によれば、バッテリの出力電圧からバッテリ監視装置用の電源を得てバッテリの状態を常時監視することができるので、メインスイッチが投入されれば、直ちにダウンレギュレータが動作してメインＣＰＵに電力を供給され、メインＣＰＵがコンタクタをオンにしてモータ駆動回路にバッテリ電圧を供給することができる。特に、第１の特徴によれば、バッテリの監視装置をメインＣＰＵとは切り離してバッテリの電源そのものでバッテリ監視装置を動かすことができる。

また、メインスイッチをオンにすることによりダウンレギュレータを動作させ、バッテリからの入力電圧を降圧してメインＣＰＵに動作電圧として供給することができる。したがって、充電時にメインＣＰＵを起動するための電源を充電器回路内に専用に設ける必要がなく、充電器回路を小型化することができる。第２の特徴によれば、メインスイッチが低電圧系統に設けられるので、メインスイッチ自体を低容量のものにできるし、配線保護も容易である。さらに、バッテリ充電時はダウンレギュレータからメインＣＰＵを起動してコンタクタをオンにするだけで充電でき、バッテリ監視装置はバッテリの充電状態を個別に監視することができる。

第４の特徴を有する本発明によれば、単一の基板上に要素を配置して制御モジュールを構成したので、個別の要素間の配線を短縮して小型を図れるし、電動車両への組み付け作業も簡単になる。

第５の特徴を有する本発明によれば、前記ダウンレギュレータが、フライバック方式またはフォワード方式に構成されているので絶縁性に優れる。

第６の特徴を有する本発明によれば、制御モジュールのプラス端子とバッテリとの間にヒューズを設けているとともに、バッテリおよび制御モジュールのマイナス端子側を前記スイングアームの本体ケースに接地したので、バッテリ電圧を外部に対して遮断することができる。

第７の特徴を有する本発明によれば、基板上の導電体パターンと制御モジュールの導電材料からなるケースとをビスによってスイングアームの本体ケースに接続する構成によって接地構造を簡素化できる。

本発明の一実施形態に係る電動車両制御装置を有する電動車両の側面図である。 スイングアームの本体ケースからスイングアームカバーが取り外されている状態を示す斜視図である。 本体ケースからさらにＰＣＵおよび電動モータが取り外されている状態を示す斜視図である。 本体ケースからさらにバッテリモジュールが取り外されている状態を示す斜視図である。 電動車両制御装置の電力系統の全体概略図である。 ＰＣＵの正面図である。 図６のＡ−Ａ断面図である。 冷却フィンを有するＰＣＵケースを取り外したＰＣＵ本体の正面図である。 電動車両制御装置の要部回路図である。 ダウンレギュレータの回路例を示す図である。 ダウンレギュレータの要部のより具体的な回路図である。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電動車両制御装置を有する電動車両の側面図である。電動車両１は低床フロア１６を有するスクータ型の鞍乗型２輪車両であり、スイングアーム（スイングユニット）３０に収納された電動モータＭによって後輪ＷＲを駆動する。車体フレーム２の前部には、ステムシャフト（不図示）を回転自在に軸支するヘッドパイプ３が結合されている。ステムシャフトの一端である上部には、ハンドルカバー１１で覆われる操向ハンドル８が結合されており、他端である下部には、車軸７によって前輪ＷＦを回動自在に軸支する左右一対のフロントフォーク６が結合されている。

車体フレーム２は、ヘッドパイプ３の後部から下方に延びるメインパイプ４と、メインパイプ４の後端部に連結されて車体後部上方へ延びるリヤフレーム５とを備える。低床フロア１６の下部で車体前後方向に指向する部分のメインパイプ４には、低床フロア１６を支持するフロアフレーム１５が取り付けられている。メインパイプ４とリヤフレーム５との結合部には、左右一対のピボットプレート１７が取り付けられている。

スイングアーム３０は、車幅方向左側のみにアーム部を有する片持ち式であり、ピボットプレート１７に取り付けられたリンク１８を車幅方向に貫通する揺動軸１９を介して、車体フレーム２に揺動自在に軸支されている。スイングアーム３０は、アルミ等の金属からなる一部中空構造体であり、本体ケース３１の車幅方向左側にスイングアームカバー３５を取り付けた構成とされている。スイングアーム３０の内部には、車軸３２の近傍に電動モータＭが収納され、電動モータＭの車体前方側には、電動モータＭの制御装置としてのメインＣＰＵやバッテリ管理装置（ＢＭＵ）を有する電力制御装置（ＰＣＵ）５０が配設されている。電動モータＭ等に電力を供給するバッテリを構成するバッテリモジュール４０ａ、４０ｂは、スイングアーム３０の車体前方寄りの位置で、ＰＣＵ５０の車幅方向右側に配設されている。

後輪ＷＲは、車軸３２によってスイングアーム３０に回転自在に軸支されており、スイングアーム３０の後端部は、リヤクッション２６を介してリヤフレーム５に吊り下げられている。シート２０の下部には、荷物入れスペースとなる収納ボックス２１が、左右一対のリヤフレーム５に挟まれるように配設されている。

車体フレーム２のメインパイプ４は、車体前方側からフロントカウル１３で覆われ、車体後方側からレッグシールド１２で覆われている。ハンドルカバー１１の上部には、メータ装置９が配設されており、メータ装置９の車体前方側には前照灯１０が配置されている。フロントフォーク６の上部には、前輪ＷＦを覆うフロントフェンダ１４が固定されている。

リヤフレーム５の車幅方向外側はシートカウル２３で覆われており、シートカウル２３の後端部には尾灯装置２４が取り付けられている。尾灯装置２４の上方には、リヤフレーム５に結合されたリヤキャリア２２が突出しており、尾灯装置２４の下方には、後輪ＷＲの後方上方を覆うリヤフェンダ２５が設けられている。

スイングアーム３０の車体前方寄りの上面には、中空パイプ状のダクト６０の一端部が取り付けられている。ダクト６０の他端部は、車体側接続部としての収納ボックス２１の底部に接続されている。また、スイングアーム３０の内部からは、スロットル開度センサ（図３参照）に接続されるスロットルケーブル４９が突出している。スロットルケーブル４９の端部は、車体フレーム２に沿って車体前方に取り回されて、操向ハンドル８の右端に取り付けられるスロットルグリップ（不図示）に接続される。

図２、３、４は、スイングアーム３０の分解斜視図である。図２は、スイングアームの本体ケース３１からスイングアームカバー３５が取り外されている状態を示し、図３は本体ケース３１からさらにＰＣＵ５０および電動モータＭが取り外されている状態を示し、図４は、またさらに本体ケース３１からバッテリモジュール４０ａ、４０ｂが取り外されている状態を示す。

スイングアーム３０は前述のようにアルミ等の金属からなる一部中空構造体であり、後輪ＷＲを車幅方向左側のアーム部３３で支持する片持ち式とされる。図４において、本体ケース３１の車体前方側下部には、揺動軸１９（図１参照）が貫通される貫通孔１９ａが形成された左右一対のピボットフランジ３７が設けられている。

図４において、互いに同一構造とされるバッテリモジュール４０ａ、４０ｂは、それぞれ、本体ケース３１の車体前方側に形成された幅広ケース部３４の内部に車幅方向左側から挿入される。リチウムイオンを用いたバッテリモジュール４０ａ、４０ｂは、複数のセルからなり、例えば、車幅方向に５つのセルを並べて１つのモジュールが構成される。

バッテリモジュール４０ａ、４０ｂには、それぞれ、車幅方向左側の側面にプラス端子４１ａ、４１ｂおよびマイナス端子４２ａ、４２ｂが設けられている。導電体としてのバスバー４３は、バッテリモジュール４０ａのプラス端子４１ａとマイナス端子４２ｂとを接続することで、両バッテリモジュール４０ａ、４０ｂを直列接続する。マイナス側配線４４の一端側は、バッテリモジュール４０ａのマイナス端子４２ａに接続される。

後輪ＷＲの車軸３２には、不図示の減速機構を介して、電動モータＭのロータ４５が連結されている。本体ケース３１の後端上部には、リヤクッション２６（図１参照）を取り付けるための取付孔２６ａが形成されている。

図２、図３において、バッテリモジュール４０ａ、４０ｂは本体ケース３１内に収納されており、本体ケース３１には、バッテリモジュール４０ａ、４０ｂの車幅方向左側面を覆って、樹脂等の絶縁部材からなる仕切板３４ａが複数のボルト等によって取り付けられる。図３に示すように、一端側がバッテリモジュール４０ａのマイナス端子４２ａに接続されたマイナス側配線４４の他端側と、一端側がバッテリモジュール４０ｂのプラス端子４１ｂに接続されたプラス側配線４７の他端側とが、仕切板３４ａの上下に形成される隙間からそれぞれ車幅方向左側に突出している。

電動モータＭのステータ４６は、ロータ４５を車幅方向左側から覆うようにして本体ケース３１に固定される。ステータ４６に対して車体前方側にはＰＣＵ５０が配設される。ＰＣＵ５０はアルミニューム等、熱伝導性のよいＰＣＵケース（後述）を有しており、該ＰＣＵケースの車幅方向左側には多数の冷却フィン５１が設けられている。ＰＣＵ５０の、車体前方側の端部には、車体側に取り回されるハーネス５２ａ、５３ａをそれぞれ接続するためのコネクタ５２、５３がＰＣＵケースとは電気的に絶縁されて設けられている。

電気配線としてのハーネス５２ａ、５３ａには、バッテリモジュール４０ａ、４０ｂを外部電源（例えば、１００Ｖの商用電源）に接続して充電するための配線のほか、前輪ＷＦの回転速度を検知する車速センサ信号、イグニッションスイッチの操作信号等の配線を含めることができる。

ＰＣＵ５０の車体前方側には、スロットルケーブル４９によって駆動されるスロットル開度センサ４８が配設される。スロットル開度センサ４８は、ボルト等で仕切板３４ａに固定される。また、ＰＣＵ５０は、その車体前方側が仕切板３４ａに固定されると共に、車体後方側は本体ケース３１にボルト等で固定される。ここで、ＰＣＵ５０の車体後方側は、車体側面視でアーム部３３とオーバーラップする位置まで伸びているため、ＰＣＵ５０をボルトで固定することにより、ＰＣＵケースを本体ケース３１の剛性メンバーとして利用し、アーム部３３の剛性を高めることを可能としている。

本体ケース３１へのステータ４６、ＰＣＵ５０およびスロットル開度センサ４８の取り付けが完了すると、ＰＣＵ５０からステータ４６に電力を供給するための３相バスバー５４と中空パイプ状のダクト６０が取り付けられる。ＰＣＵ５０とステータ４６とが近接配置されるので、３相バスバー５４の全長は短くてよい。

ダクト６０は、幅広ケース部３４の車幅方向左側の端面に形成されたダクト用切欠６０ａ（図３参照）を利用して取り付けられる。また、スロットル開度センサ４８のスロットルケーブル４９は、ダクト用切欠６０ａの車体前方側に隣接するケーブル用切欠４９ａ（図３参照）に収まるように構成されている。

一端がヒューズ１０５（図５、図９等に関して後述）を介してバッテリモジュール４０ｂのプラス端子４１ｂに接続され、他端がＰＣＵ５０の上面に形成されるＰＣＵ側のプラス端子５５ａと接続されるプラス側配線４７が設けられる。ＰＣＵ５０の下面には、同様のＰＣＵ側マイナス端子５６ａ（図８に関して後述）が設けられており、このマイナス端子５６ａは前記マイナス側配線４４（図４参照）と接続される。

図２に示すスイングアームカバー３５は、外部からの水分や埃等の浸入を防ぐため、本体ケース３１を密閉するように取り付けられる。これにより、車両の走行時には、バッテリモジュール４０ａ、４０ｂ、ＰＣＵ５０および電動モータＭから発生する熱でスイングアーム３０の内部空間の温度が上昇した場合でも、この熱は走行風により本体ケース３１の表面で放熱されるだけでなく、ダクト６０を介してスイングアーム３０の外部へ効果的に放出されることができる。本実施形態では、このダクト６０に、車体側に取り回されるハーネス５２ａ、５３ａを通すことで、電動モータＭ等の発熱部材の冷却構造として機能するダクト６０を、ハーネス５２ａ、５３ａの保護部材として兼用させることもできる。

また、電動モータＭだけでなく、バッテリモジュール４０ａ、４０ｂおよびＰＣＵ５０もスイングアーム３０の内部に配置したので、ダクト６０の他には冷却構造を設ける必要がなく、車体構造の簡略化および部品点数の低減を図ることができる。

ダクト６０の上端部は、収納ボックス２１（図１参照）の底部に接続するのに限らず、車体側の種々の接続部に接続してもよい。例えば、電動ファンが収納された冷却用ボックスを設け、この冷却ボックスにダクト６０を接続するようにしてもよい。また、ダクト６０の上端開口部の指向方向も種々の変形が可能であり、例えば、車体前方側や後方側に指向させてもよい。

図５は電動車両制御装置の電力系統の全体概略図であり、図２〜図４と同符号は同一または同等部分を示す。図５において、バッテリモジュール４０ａ、４０ｂはヒューズ１０５を介してＰＣＵ５０内のダウンレギュレータ８０に高電圧（例えば、４８ボルト）を印加する。バッテリモジュール４０ａのマイナス側は、アースラインＧＮＤを介してスイングアーム３０の本体ケース３１に接続される。

ダウンレギュレータ８０は一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２とを備え、一次側コイルＬ１のマイナス側はスイッチング素子（ＦＥＴ）８２を介してアースラインＧＮＤに接続される。二次側コイルＬ２にはダイオードＤ５が直列に接続され、コンデンサ８１が並列に接続されている。ダウンレギュレータ８０の出力側は、スイングアーム３０の本体ケース３１を通って車体フレーム２側に設けられる補助制御回路１０６に接続される。つまり、ダウンレギュレータ８０で低電圧（例えば、１４ボルト）に降圧されたバッテリモジュール４０ａ、４０ｂの電圧が補助制御回路１０６に入力される。補助制御回路１０６は、電動モータＭやバッテリモジュール４０ａ、４０ｂの制御以外の、前照灯１０や尾灯装置等の灯火装置等、一般電装部品の制御やメータ装置９の表示制御等を行う。

図５に示した構造によれば、本体ケース３１内にバッテリモジュール４０ａ、４０ｂ、ヒューズ１０５、およびモータＭを配置しているので、高電圧領域を外部から遮断できる。また、仮にバッテリ電圧（例えば、４８ボルト）が本体ケース３１に落ちた状態があっても、アースラインＧＮＤは本体ケース３１に接続されているので、外部に流れる電流を十分に低くするだけの抵抗値を本体ケース３１によって確保できる。

図６はＰＣＵ５０の正面図、図７は図６のＡ−Ａ断面図であり、図８は冷却フィン５１を有するＰＣＵケースを取り外したＰＣＵ本体の正面図である。図６〜図８において、図２〜図５と同一符号は、同一または同等部分を示す。

図８を参照して、ＰＣＵ５０は、板状の基板５７の表面に各種の電子機器を実装して構成される。図８に示すように、基板５７には、大きく分けて、充電器回路７０、ダウンレギュレータ８０、半導体式コンタクタ９０、モータドライブ回路１００からなる４群の電子機器が実装されている。

充電器回路７０は、ＦＥＴ素子７１、トランス７２、７３、およびコンデンサ７４を含んでおり、車体前方寄りに配設される。ダウンレギュレータ８０は、コンデンサ８１と、２つのＦＥＴ素子８２およびトランス８３を含んでいる。半導体式コンタクタ９０は、３つのＦＥＴ素子９１で構成されるＦＥＴコンタクタである。そして、車体後方寄りに配設されるモータ駆動回路１００は、６つのＦＥＴ素子１０１、３つのコンデンサ１０３および６つのＦＥＴ素子１０２で構成されている。

ＰＣＵ５０の車体への取り付け姿勢において充電器回路７０の前方側の上下には、端子カバー５５、５６を有するＰＣＵ側プラス端子５５ａおよびＰＣＵ側マイナス端子５６ａがそれぞれ取り付けられている。基板５７の前端部には、ハーネス５２ａ、５３ａ（図２、図３参照）を接続するためのコネクタ５２、５３が取り付けられ、基板５７の後端部には、３本のバスバー５４（図３参照）が接続されるＵ相電極５４ａ、Ｖ相電極５４ｂ、およびＷ相電極５４ｃが設けられている。

Ｕ相電極５４ａ、Ｖ相電極５４ｂ、およびＷ相電極５４ｃは電気絶縁性の電極カバー５４ｄを有している。図６に示すように、ＰＣＵケース５８の４隅にはＰＣＵ５０を仕切板３４ａ（図３参照）および本体ケース３１に取り付けるボルトが貫通可能なボルト通し孔５９が設けられる。基板５７には、アースラインＧＮＤを形成する導電体パターンを有しており、図７に示すように、この導電体パターンとＰＣＵケース５８とがＣＰＵケース５８の裏側つまりスイングアーム３０側でビス６１によって連結されることにより、ＰＣＵ５０のアースがケース本体３１に落とされている。

図９は、電動車両制御装置の要部回路図である。ＰＣＵ５０は、すでに述べたように充電器回路７０、ダウンレギュレータ８０、コンタクタ（ＦＥＴコンタクタ）９０、およびモータ駆動回路１００を有する他、メインＣＰＵ１０８およびＢＭＵ（ＢＭＵ−ＣＰＵ）１０９ならびに２つの降圧回路を備える。降圧回路の一つは、バッテリモジュール４０ａ、４０ｂの充電状態を監視し、充電・放電を管理するＢＭＵ１０９に、バッテリ４０の出力電圧を降圧して供給するＢＭＵ用電源装置１１０であり、他の一つはダウンレギュレータ８０の出力電圧を降圧してメインＣＰＵ１０８に制御電圧Ｖｃｃとして供給するＣＰＵ用電源装置（５Ｖ−ＲＥＧ）１１１である。ＢＭＵ用電源装置１１０およびＣＰＵ用電源装置１１１は３端子レギュレータによって構成することができる。なお、以下の説明では、バッテリモジュール４０ａ、４０ｂを統合して示す場合、「バッテリ４０」と呼称する。

充電器回路７０は、実質的にはＡＣ／ＤＣコンバータであり、３０ボルトの交流電圧ＡＣが入力されて４８ボルトの直流電圧を出力する。ＢＭＵ用電源装置１１０は、バッテリ４０からバッテリ電圧Ｖｂ０（４８ボルト）を入力されてＢＭＵ制御用電圧（５ボルト）に降圧してＢＭＵ１０９に供給する。バッテリ電圧は、ＢＭＵ用電源装置１１０に入力されると共に、ダウンレギュレータ８０にも供給される。ダウンレギュレータ８０にはバッテリ４０からバッテリ電圧Ｖｂ０が直接印加されるとともに、コンタクタ９０を介して間接的にバッテリ電圧Ｖｂ１が印加される。電圧Ｖｂ１を印加する経路には、充電時に、充電器回路７０から入力される電圧も印加されることができる。

コンタクタ９０はバッテリ４０のプラスライン上に設けられ、コンタクタ９０の一端がＰＣＵ側のプラス端子５５ａとプラス側配線４７およびヒューズ１０５を介してバッテリのプラス端子４１ｂに接続される。コンタクタ９０の他端はダウンレギュレータ８０の入力側および充電器回路７０の出力側に接続される。さらに、コンタクタ９０の前記他端はモータ駆動回路１００にも入力される。モータ駆動回路１００は複数のＦＥＴ素子からなるインバータとインバータを駆動するプリドライバとからなる。

モータ駆動回路１００の３相出力は３相バスバー５４を介して電動モータＭのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各巻線に接続される。電動モータＭにはロータ４５（図２、３等参照）の回転角度を検出する磁極センサ（アングルセンサ）１１２が設けられる。

スイングアーム３０内の外側つまり車体フレーム２側には、メインスイッチ１１３、一般電装部品１１４、スロットル開度センサ４８、メータ装置９等が設けられ、メインスイッチ１１３はＢＭＵ用電源装置１１０とダウンレギュレータ８０との間に介在させられる。一般電装品１１４には、ダウンレギュレータ８０で降圧された電圧（１４ボルト）が印加される。スロットル開度センサ４８は電動車両のスロットル操作（アクセル操作）の操作量（スロットル量）を検出し、検出信号をメインＣＰＵ１０８に入力する。また、メータ装置９はメインＣＰＵ１０８によって駆動される。アングルセンサ１１２の検出信号はメインＣＰＵ１０８に入力され、モータ駆動回路１００の制御のために使用される。

マイナス側配線４４を介してバッテリモジュール４０ａのマイナス端子４２ａと接続されるアースラインＧＮＤには、シャント１１６、１１７が設けられる。一方のシャント１１６で検出される電流はＢＭＵ１０９に入力され、他方のシャント１１７で検出される電流はメインＣＰＵ１０８およびモータ駆動回路１００のプリドライバに入力される。シャント１１６と１１７との間には、コンデンサ１１８が設けられる。

メインスイッチ１１３とＢＭＵ用電源装置１１０との間には制限抵抗として抵抗器Ｒ１が接続され、抵抗器Ｒ１とメインスイッチ１１３との間からアースラインＧＮＤに分岐するラインには定電圧ダイオードＺＤが接続される。抵抗器Ｒ１と定電圧ダイオードＺＤとを設けていることにより、メインスイッチ１１３とＢＭＵ用電源装置１１０との間の電圧および電流を制限することができる。さらにＣＰＵ用電源装置１１１の出力側とＢＭＵ１０９との間にはダイオードＤ１が接続される。

図１０は、ダウンレギュレータ８０の回路例を示す図である。ダウンレギュレータ８０は、一次側コイルＬ１とアースラインＧＮＤとの間に設けられた第１のＦＥＴ８２を駆動するための出力を形成する制御ＩＣ１１９を有する。一次側コイルＬ１には、ダイオードＤ２を介してバッテリ４０からバッテリ電圧Ｖｂ０が入力されるとともに、ダイオードＤ３を介してコンタクタ９０を経由したバッテリ電圧Ｖｂ１が入力される（電圧Ｖｂ０およびＶｂ１はいずれも４８ボルト）。

ダイオードＤ２、Ｄ３のカソード側が一次側コイルＬ１に接続されるとともに、ダイオードＤ２、Ｄ３と一次側コイルＬ１との間を接続するラインから分岐して制御ＩＣ１１９の入力側に接続される分岐ラインにはダイオードＤ４および抵抗器Ｒ２と第２のＦＥＴ１２０とが設けられる。第２のＦＥＴ１２０のゲートにはメインスイッチ１１３が接続される。

二次側コイルＬ２の出力ラインに直列にダイオードＤ５が接続され、ダイオードＤ５のカソード側には二次コイルＬ２と並列にコンデンサ８１が接続される。このように、ダウンレギュレータ８０はフライバック方式のレギュレータを構成している。ダウンレギュレータ８０はフライバック方式に限らずフォワード方式であってもよい。

図１１は、図１０の要部のより具体的な回路図である。図１１において、メインスイッチ１１３の入力は抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ４に接続され、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との接続点が第１のトランジスタ（バイポーラトランジスタ）８６のベースに接続される。第１のトランジスタ８６のエミッタはアースされ、コレクタは抵抗Ｒ５を介して第２のＦＥＴ１２０のゲートに接続される。バッテリ電圧Ｖｂ０はダイオードＤ２、Ｄ４および抵抗Ｒ２を介して第２のＦＥＴ１２０のドレインに接続され、第２のＦＥＴ１２０のソースは制御ＩＣ１１９（図１０）の電源端子に接続される。さらに、第２のＦＥＴ１２０のゲートおよびドレインには、ダイオードＤ６および抵抗Ｒ６を介して駆動電圧（１４ボルト）が接続される。

バッテリ電圧Ｖｂ１はツェナーダイオード８４および抵抗Ｒ７を介して第２のトランジスタ（バイポーラトランジスタ）８７のベースに接続され、第２のトランジスタ８７のエミッタはアースされ、コレクタは抵抗Ｒ５を介して第２のＦＥＴ１２０に接続される。抵抗Ｒ７と第２のトランジスタ８７のベースとの接続点は抵抗Ｒ８を介してアースされる。ツェナーダイオード８４、抵抗Ｒ７、Ｒ８、および第２のトランジスタ８７によって充電時起動回路８８を構成する。

図９〜図１１に示した回路構成を有する電動車両制御装置の動作を説明する。初期状態ではメインスイッチ１１３およびコンタクタ９０は開いており、メインＣＰＵ１０８とモータ駆動回路１００には制御用電圧が供給されていない。一方、ＢＭＵ用電源装置１１０にはバッテリ電圧Ｖｂ０が印加されており、ＢＭＵ用電源装置１１０はバッテリ電圧Ｖｂ０をＢＭＵ用電圧ＢＭＵ−ＶＣＣに変圧してＢＭＵ１０９に定電圧を印加している。したがって、ＢＭＵ１０９は動作電源を得て、バッテリ４０の状態を常時監視することができる。ダイオードＤ１を設けているのでＢＭＵ用電源装置１１０の出力がメインＣＰＵ１０８に印加されるのは阻止される。

メインスイッチ１１３をオンにすると、抵抗器Ｒ１およびメインスイッチ１１３を介して第１のトランジスタ８６のベースにバッテリ電圧Ｖｂ０が印加されると第１のトランジスタ８６は駆動されて第２のＦＥＴ１２０のゲート電圧がローになってオンとなる。これにより、バッテリ電圧Ｖｂ０が制御ＩＣ１１９に電圧電源Ｖｃｃとして印加されて制御ＩＣ１１９が動作可能になる。制御ＩＣ１１９は予定のオン・オフ時間比で第１のＦＥＴ８２をオン・オフする。一次側コイルＬ１の電流は、第１のＦＥＴ８２がオンの間に増加し、第１のＦＥＴ８２がオフになると、二次側コイルＬ２に電流が流れ、ダイオードＤ５を介して出力コンデンサ８１が充電される。二次側コイルＬ２によってコンデンサ８１に充電される電圧、つまりダウンレギュレータ８０の出力電圧は、例えば１４ボルトに降圧される。ダウンレギュレータ８０で降圧された電圧はＣＰＵ用電源装置１１１で５ボルトに降圧され、ＣＰＵ制御用電圧ＶＣＣとしてメインＣＰＵ１０８に入力される。

メインＣＰＵ１０８はＣＰＵ制御用電圧ＶＣＣが入力されると、動作を開始し、コンタクタ９０にオン信号を供給する。コンタクタ９０にはダウンレギュレータ８０からの電圧がかかっており、メインＣＰＵ１０８からのオン信号に応答してオンになる。コンタクタ９０がオンになると、モータ駆動回路１００にバッテリ４０からバッテリ電圧Ｖｂ１が印加されてメインＣＰＵ１０８が起動される。モータ駆動回路１００はメインＣＰＵ１０８から動作指示が入力されると、内部のインバータが応答して動作し、電動モータＭに駆動電流が供給される。電動モータＭの駆動電流はスロットル開度センサ４８から入力されるスロットル量に応じて決定される。電動モータＭのＵ相、Ｖ相、Ｗ相への電流供給切り換えのタイミングは、アングルセンサ１１２の検出信号に基づいて決定される。

バッテリ４０の充電時には、充電器回路７０が図示しない交流電源に接続される。充電器回路７０は、例えば商用１００ボルトの交流電圧が図示しない変圧器で（例えば、３０ボルトに）変圧されて入力されると、その交流を直流（４８ボルト）にＡＣ／ＤＣ変換してコンタクタ９０およびダウンレギュレータ８０に供給する。充電時、メインスイッチ１１３のオンによってダウンレギュレータ８０は、メインＣＰＵ１０８を起動し、メインＣＰＵ１０８はコンタクタ９０をオンにし、バッテリ４０の充電が開始される。ＢＭＵ１０９は常にバッテリの充電状態等を監視しているので、メインＣＰＵ１０８はＢＭＵ１０９から入力されるバッテリ状態により充電不足の場合にコンタクタ９０をオンにし、満充電の場合、あるいは所定のバッテリ電圧を検出した場合は、コンタクタ９０をオフにして充電を停止する。

充電時には充電時起動回路８８が作動し、バッテリ電圧Ｖｂ１がツェナーダイオード８４で設定される所定電圧（Ｖｂ２とする）以上である間は、第２のトランジスタ８７のオン状態が維持される。これにより、第２のＦＥＴ１２０のオン状態が保持される。

このように、本実施形態によれば、バッテリ４０の制御要素を単一の基板上に実装したＰＣＵ５０として構成しているので、電動車両制御装置の構成を極めて簡単にすることができる。なお、充電器回路７０はＰＣＵ５０に一体化させるのに限らず、別に設けてもよい。

本実施形態に係る電動車両制御装置は構成を簡単にしたので、スイングアームの内部に、電動モータ、バッテリおよび電動車両制御装置を収納した電動二輪車において、省スペースと組み立て容易性、ならびに低コスト化を図ることができる。

なお、本実施形態は、本発明の一実施形態であって、当業者は周知技術を適用して変形することができる。例えば、バッテリ４０は二つのバッテリモジュールによって４８ボルトのバッテリ電圧を発生させるようにしたが、バッテリ４０の電圧は４８ボルトに限らず３つのバッテリモジュールによって７２ボルトの電圧を発生させるようにしてもよい。また、電動車両は電動二輪車に限られず、スイングアームを有する鞍乗型の三／四輪車等の各種車両であってもよい。

１…電動車両、 ２…車体フレーム、 １９…揺動軸、 ３０…スイングアーム、 ３１…本体ケース、 ３５…スイングアームカバー、 ４０…バッテリ、 ４０ａ、４０ｂ…バッテリモジュール、 ４８…スロットル開度センサ、 ４９…スロットルケーブル、 ５０…ＰＣＵ、 ５７…基板、 ６１…ビス、 ７０…充電器回路、 ８０…ダウンレギュレータ、 ８３…トランス、 ９０…コンタクタ、 １００…モータ駆動回路、 １０５…ヒューズ、 １０８…メインＣＰＵ、 １０９…ＢＭＵ、 １１０…ＢＭＵ用電源装置、 １１１…ＣＰＵ用電源装置

Claims (7)

1. バッテリ（４０）からの電力で車両走行用モータ（Ｍ）を駆動するモータ駆動回路（１００）と、前記バッテリ（４０）の状態を監視するバッテリ監視装置（１０９）と、前記モータ駆動回路（１００）を制御するメインＣＰＵ（１０８）とを有する電動車両制御装置において、
   前記バッテリ（４０）の出力電圧を前記バッテリ監視装置（１０９）の制御電圧に適合するように降圧して出力するＢＭＵ用電源装置（１１０）と、
   前記バッテリ（４０）の出力電圧を前記メインＣＰＵ（１０８）の制御電圧を形成するＣＰＵ用電源装置（１１１）の入力に適合するように降圧して出力するダウンレギュレータ（８０）と、
   前記バッテリ（４０）と前記モータ駆動回路（１００）との間を接続するプラス側ライン上に設けられ、前記メインＣＰＵ（１０８）からの指令によって開閉されるコンタクタ（９０）とを具備し、
   前記ダウンレギュレータ（８０）の制御用電源を前記ＢＭＵ用電源装置（１１０）によって形成する電動車両制御装置。
2. 前記制御用電源の電圧を前記ダウンレギュレータ（８０）に入力する経路を開閉するメインスイッチ（１１３）をさらに具備していることを特徴とする請求項１記載の電動車両用制御装置。
3. 前記ＢＭＵ用電源装置（１１０）の出力が、前記メインスイッチ（１１３）を介して前記ダウンレギュレータ（８０）の制御用電源として入力されるように構成されていることを特徴とする請求項２記載の電動車両制御装置。
4. 前記モータ駆動回路（１００）と、前記バッテリ監視装置（１０９）と、前記メインＣＰＵ（１０８）と、前記ＢＭＵ用電源装置（１１０）と、前記ダウンレギュレータ（８０）と、前記コンタクタ（９０）とが単一の基板（５７）上に実装されて制御モジュール（５０）を構成していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動車両制御装置。
5. 前記ダウンレギュレータ（８０）が、フライバック方式またはフォワード方式に構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動車両制御装置。
6. 車体フレーム（２）に対して上下方向に揺動自在に支持されたスイングアーム（３０）で駆動輪（ＷＲ）を支持する構造を有する電動車両に適用される前記請求項１〜５のいずれかに記載の電動車両制御装置において、
   前記スイングアーム（３０）が本体ケース（３１）を有し、
   前記車両走行用モータ（Ｍ）、バッテリ（４０）および前記制御モジュール（５０）が前記スイングアーム（３０）の本体ケース（３１）内に組み込まれており、
   前記バッテリ（４０）のプラス端子（４１ｂ）と前記制御モジュール（５０）のプラス端子（５５ａ）との間にヒューズ（１０５）を設けているとともに、
   前記バッテリ（４０）および前記制御モジュール（５０）のマイナス端子（４２ａ、５６ａ）側が前記スイングアーム（３０）の本体ケース（３１）に接地されていることを特徴とする電動車両制御装置。
7. 前記基板（５７）が、アースライン（ＧＮＤ）を形成する導電体パターンを有しており、該導電体パターンと制御モジュールの導電材料からなるケース（５８）とがビス（６１）によって結合されて前記制御モジュール（５０）がケース本体（３１）に接地されていることを特徴とする請求項６記載の電動車両制御装置。