WO1996019859A1 - Dispositif de prevention des surintensites d'alimentation - Google Patents

Description

明 細 書 過 ¾流取出防止装置 技 術 分 野 この発明は、 密閉型鉛電池、 密閉型ニツカド電池等の充電可能な蓄電池から過 電流が取り出されるのを防止することができる過電流取出防止装置に関する。

技 背 景 周知のように、 密閉型鉛電池、 密閉型ニツカド電池等の充電可能な蓄電池は、 各種機器の電源として広く使用されている。 一般に、 この種の蓄電池は、 瞬時に 大きな 流 （過電流） を取り出すと発熱や劣化等を起こしサイクル寿命が短くな ることから、 各々の電池容量に応じて取り出しが許容される電流の限界値がある _c 従来、 こうした蓄電池を、 例えば搬送 4ϊ、 電気自動車、 補助動力付き人力車両等 の電励車両の膨 j力源として使用する場合には、 必要とされる電力が一定ではなく 時問的に変化することから、 想定される必要最大電力を十分に上回る電池容量の ものを用意する必要があった。

しかしながら、 上述したように、 過電流を考慮して必要以上に大容量の蓄電池 を使用することは、 機器の大型化や製造コス卜高という新たな問題を生じさせる ことになる。 発明の開示 この発明は、 上述した事情に鑑みてなされたもので、 大容量の蓄電池を使用す る必要が無く、 しかも過電流の取り出しによる蓄電池のサイクル寿命の短縮化を 防止することができる過電流取出防止袋 を提供することを目的としている。 上 を解決するために、 請求项 1記載の発明においては、 供給される P W M波のデューティ比に対応した電流を蓄電池から取り出し、 該電流をモータへ供 ^する jill li乎段と、 前記モータへ供^される？E流を検出し、 この検出結果を出力 する 流検出手段と、 前記 ¾流検出手段の検出結果が前記モータへ供^すべき 流の I I 値に一致するよう 丁正励作を行い、 電流指合値に相当するデューティ比 を算出するデューティ比算出手段と、 前記デューティ比算出手段が算出したデュ ーティ比を有する P WM波を生成し、 該 P WM波を前記通電手段へ出力する P W M波^成手段と 具備してなる 流制御装^に接続される過電流取出防止装置で あって、 前記蓄^池から取り出し可能な^流限界値を前記目標値で除算し、 該除 をデューテ ί比のリ ミ ッ 卜俯として出力するリ ミ ッ 卜算出手段と、 前^デ ユーテ ί比^出^段が算出したデューティ比と前 リ ミ ッ 卜 とを比較し、 前^ デューテ ί比が前記リ ミ ッ 卜侦より小さい場合、 当該デューティ比を前 d P WM 波生成手段へ出力し、 前記デューティ比が前記リ ミ ッ 卜値より大きい場合、 当該 リ ミ ッ ト値を前記 P WM波生成手段へ出力する選択手段とを具備することを特徴 とする。

また、 請求項 2に記載の発明においては、 供給される P WM波のデューティ比 に対 した 流を蓄電池から取り出し、 該¾流をモータへ供給する通 ¾手段と、 ^記モータへ供給される' 流を検出し、 この検出結果を出力する電流検出手段と、 結果が前記モータへ供給すべき電流の目標値に一致する よう 了正動作を行 ί、、 ^流指令値に相当するデューティ比を算出するデューティ 比算出手段と、 前記デューティ比算出手段が算出したデューティ比を有する P W Μ波を生成し、 ' P 波を前記迎¾手段へ出力する P WM波生成手段とを具備 してなる ^流制御装 に接続される過 ¾流取出防止装置であって、 前記蓄電池か ら り出し可能な ^流限界他を前; ;12流検出手段の検出値で除算し、 該除算結果 をデューテ 比のリ ミ 、、, ト値として出力するリ ミ ッ ト算出手段と、 前記デューテ ί比^出手-段が算出したデューティ比と前記リ ミ ッ I、値とを比較し、 前記デュー ティ比が前記り ミ ッ 卜値より小さい場合、 当該デューティ比を前記 P WM波生成 手段へ出力し、 ！)!/記デューティ比が前記リ ミ ッ 卜値より大きい場合、 当該リ ミ ッ 卜値を前記 P WM波生成手段へ出力する選択手段とを具備することを特徴とする。 O 6/1 8

また、 ^求項 3に記載の発明にあっては、 前記デューティ比算出手段は第 1の 周期 45にデューティ比を算出し、 前記リ ミッ 卜算出手段は第 2の周期毎にリ ミ ッ 卜値を算出し、 前記第 2の周期を前記第 1の周期よりも長く設定したことを特徴 とする。

'■作 .'

二の発叨によれば、 リ ミ ッ 卜算出手段は、 蓄電池から取り出し可能な電流限界 値をモータへ供給すべき電流の目標値または電流検出手段の検出値で除算して、 ,ί亥除 結果をデューティ比のリ ミ ッ 卜値として出力し、 選択手段は、 デューティ 比^出 ·段が 出したデューティ比とリ ミ 1、算出手段が算出したリ ミ ッ I、値と を比^し、 デューティ比がリ ミ ッ ト値より小さい場合、 当該デューティ比を P W Μ波^成 段へ出力し、 デューティ比がリ ミ ッ ト値より大きい場合、 当該リ ミ ッ 卜 ίιϋを P WM波生成手段へ出力する。 これにより、 生成される P WM波のデュー ティ比がリ ミ ッ ト他を越えることがないので、 電池電流の限界値を越える過電流 か ϋ池から取り出されるのを防止することができる。 図面の簡単な説明

|¾1 1は、 この允叨が適用される¾施例の 流制御装置の全体構成を示すプロッ ク^である。

1 2は、 Μ¾施例の励作を説明するためのフローチヤ一トである。

図 3は、 ¾施例の動作を説明するためのフローチャートである。

図 4は、 Ι,Γ 施例と特許請求の範囲との対応関係を示す機能プロック図である。 図 5は、 他の ¾；施例と特許請求の範囲との対応関係を示す機能プロック図であ る。 明を実施するための最良の形態

以ド、 図而を参照し、 この発明の実施例について説明する。

図 1は、 この 叨が適用される ¾流制御装置の全体構成を示すブロック図であ る。 この電流制御装置は、 補助動力付き自転車 （図示略） に適用されるものであ る。 補助動力付き自転車では、 ペダルの踏力にほぼ比例した電流を密閉型鉛電池、 密閉型二ッ力ド Έ池等の蓄電池からモータへ供給し、 モー夕の！;力と人力との合 成駆励力によって自転車を走行させるようになつている。

図 1において、 Eは充電可能な蓄電池であり、 密閉型鉛電池、 密閉型ニツカド 電池等の複数の電池セルを直列に接続してなる 2次電池として構成されている。 1は 流供給部であり、 コントローラ 2 (後述する ) から供給される P WM ( Pu l se l i dl h M⁽)cki la Uunリ波のデューティ比 （電流指合値に相当する） に対応し た^流を蒂 Ui池 Eから取り出し、 該^流をモータ Mへ供給する。 3は電流センサ であり、 モー夕 Mへ供給される実電流を検出し、 該 流の大きさに応じた^出 をコントローラ 2へ出力する。

コン 卜ローラ 2は、 図示しない C P U (中央処理装置） 、 メモリ、 A D (ァ ナログ 'ディジタル） 変換器、 D (ディジタル ζアナログ） 変換器等から栊 成されている。 このコントローラ 2は、 目標電流値と上記電流センサ 3から帰還 される 流検出値との差に応じた訂正動作を行い （すなわち、 フィードパック制 御を行 、 .' 、 L指令値に相当するデューティ比を有した P WM波を出力する。 上 Πι2 Ι標 ΐ{£流値は、 トルク計 （図示略） によるペダルの踏力の検出結果と $速セ ンサ （図示略） による車速の検出結果とに基づきコントローラ 2が算出する。 ま た、 コン 卜ローラ 2は、 上記フィ―ドパック制御に加え、 後 する過 ¾流取出防 止制御を行う。

次に、 図 2および図 3を参照し、 本実施例の動作について説明する。 図 2は、 コントローラ 2が 5 m sの時問間隔で実行する目標値算出ルーチンを示すフ口一 チャートであり、 1¾1 3は、 コントローラ 2が 6 4 ^ sの時間間隔で実行する 流 制御ルーチンを示すフローチャートである。 コントローラ 2は、 これらのル一チ ンをそれぞれの時 fI3 ( I隔で繰り返し実行することにより電流のフィ一ドパック制 御および過 流取出防止制御を行う。

まず図 2を参!! し、 EI標値算出ルーチンについて説明する。 同図に示すように、 コン 卜ローラ 2は、 トルク計および車速センサの出力を A D変換して C P Uへ 取り込み （ステップ S a 1 , S a 2 , これらの検出値に Sづきモー夕 Mへ供給 すべき電流の目標値を算出し、 これを (il標電流値としてメモリに記憶する （ステ ップ S a 3 .) o

次に、 コン トローラ 2は、 電流佻給部 1へ供給する P WM波のデューティ比と して指? iT可能なリ ミ ッ 卜値を算出する （ステップ S a 4ノ 。 すなわち、 P WM波 一周期の問に蓄電池 Eから取り出される電流 （以下、 電池電流〉 は、 目標電流値 と P WM波のデユーティ比との積によって与えられることから、 蓄電池 Eの容量 に対応して予めメモリに記憶された 池 流の限界値を目標 ¾流値で除算すれば、 リ ミ ッ Ι、 ίιϊ (が^られる。 そして、 この f られたリ ミ ッ 卜値をメモリに す る ステ ブ■ ύ a 0 ) 。

こうして、 5 m s 1¾に図 2に示す | I標値^出ルーチンが繰り返され、 師 流 値とデューテ '比のリ ミ ッ 卜値が 新される。

次に、 図 3を参照し、 電流制御ルーチンについて説明する。 同図に示すように、 コントローラ 2は、 ¾流センサ 3の検出結果を A D変換して C P Uへ取り込み (ステップ S b 1 ) 、 この電流検出値と前述のステップ S a 3でメモリに記憶し た□標 ill流値との に応じた訂正励作を行い （すなわち、 フィードバック制御を 行い' 、 ^流指合値に相当する P WM波のデューティ比を算出する （ステップ S b 2 ) 0

次に、 コントローラ 2は、 上記ステップ S b 2で算出したデューティ比の値と、 前述のステップ S a 5でメモリに記 tSしたリ ミ ッ 卜値とを比較する （ステップ S b 3 ) o

ここで、 上 J ステップ S b 2で算出したデューティ比がリ ミ ッ 卜値より小さい 場合、 該算出したデューティ比によって P WM波を生成し、 これを 流佻給部 1へ出力する .ステップ S b 4 0

一方、 上記ステップ S b 2で算出したデューティ比がリ ミッ ト値より大きい場 合、 当該り ミ ッ ト値をデューティ比とする PWM波を生成し、 これを電流供給部 1へ出力する 、ステップ S b 5 .) 。

こうして、 6 J s毎に図 3に示す ¾流制御ルーチンが繰り返されることによ り、 モーク Mへめ供給電流がフィードパック制御されるとともに、 蓄電池 Eから 取り出される ¾ϊ; が過電流とならないようリ ミ ッ 卜制御される。 このように、 上述した実施例によれば、 電池電流の限界値を越えて蓄電池 Eか ら過 流が取り出されることがなくなり、 蓄電池 Eの発熱や劣化によるサイクル ¾命の ¾化を防止することができる。

また、 本' 施例においては、 比較的 い時間間隔 ( 5 m s ) で実行される目標 1ιΏΏ:出ルーチン (図 2 ) で、 I"!標 i流値に越づいてリ ミ ッ 卜値を算出しておき、 より feH、1 irjl l ( 6 4 ^ s ) で实行される電流制御ルーチン (図 3 ) では、 1¾：- に^られたリ ミ ッ ト値とデューティ比との比蛟のみを行うようにしているので、 12流制御ルーチンで' 流センサ 3の出力に ¾づき全てのリ ミ ッ 卜制御を行う場合 と比較して、 C P Uの負担が軽減され、 処理効率を上げることができる。

また、 標^流値に Sづいてリ ミ ッ ト俯を算出しているので、 電池電流を検出 するための ΐ流 R¾を別途設ける必要がなく、 装 i 構成を簡単化することが できる。

ここで、 図 4を参 ! し、 上述した実施例と特許請求の範囲の構成の主要部との 対^ 1¾係を説明する。 同図において、 リ ミ ッ ト算出手段 2 1は、 ステップ S a 4 に対 しており、 蓄 池 Εから取り出し可能な電流限界値を目標電流値で除算し、 その : ¾をデューティ比のリ ミ ッ 卜値として出力する。 選択手段 2 2は、 ステツ ブ S b 3 〜 S b 5に対応しており、 デューティ比算出手段 2 3 (ステップ S b 2 が ^流検出手段 2 4の^出結果に ¾づき算出したデューティ比とリ ミ ッ ト算出手 段 2 1か ;':出したリ ミッ 卜値とを比較し、 デューティ比がリ ミ ッ ト値より小さい 場合、 当該デューティ比を P WM波生成手段 2 5 (コン トローラ 2の一部機能） へ出力し、 デューティ比がリ ミッ 卜値より大きい場合、 当該リ ミッ 卜値を P WM 波生成手段 2 5へ出力する。 これにより、 P WM波生成手段 2 5へ出力されるデ ュ一ティ比がリ ミ ッ 卜値を越えることがなく、 通電手段 2 6 (電流供給部 1 ) は、 l£^ 流の限 の H内でモー夕 Mを する。

なお、 上;] ^施例では、 目標 流値に Sづいてリ ミ ッ ト値を算出している力、 これに らず、 lil標侦 ^出ルーチンと同じ 5 ni sのサイクルでサンプリングした ΐ流^出値によって ^池 ^流の限界値を除算し、 リ ミ ッ ト値を算出するようにし てもよい。 この ィ 、 図 4に示すリ ミッ 卜算出手段 2 1には電流検出手段 2 4の ^出結 ¾が入力される誠となり、 その機能ブロック図は図 5に示すものとなる。 また、 上記実施例は本発明を補助動力付き自転車に適用したものであるが、 本 発明はこれに限らず、 蓄^池を動力源とするその他の機器にも適用可能である。 以上説明したように、 この発叨によれば、 生成される P WM波のデューティ比 がリ ミ ッ 卜値を越えることがないので、 電池電流の限界値を越えて通電が行われ るのを防止することができる。 この結果、 過電流の取り出しによる蓄電池のサイ クル寿命の短縮化を防止することができ、 また過電流を回避するために大容量の 蒂 池を使 fflする必要もなくなる。

^業上の利用可能性 この ½明は、 密 型鉛電池、 密閉型ニツカド電池等の充^可能な 池から過 剁な 流を取り出すことを防止するのに好適であり、 過 流取出防止装置に適 ffl できる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 供給される P WM波のデューティ比に対応した電流を蓄電池から取り出し、 該電流をモー夕へ供給する通電手段と、 前記モ一夕へ供給される電流を検出し、 この検出結果を出力する電流検出手段と、 前記電流検出手段の検出結果が前記モ 一夕へ供給すべき電流の目標値に一致するよう訂正動作を行 L、、 電流指令値に相 当するデューティ比を算出するデューティ比算出手段と、 前記デューティ比算出 手段が算出したデューティ比を有する P WM波を生成し、 該 P WM波を前記通電 手段へ出力する P 波生成手段とを具備してなる電流制御装置に接続される過 電流取出防止装置であって、

前記蓄電池から取り出し可能な ¾流限界値を前記目標値で除算し、 該除算結果 をデューティ比のリ ミッ 卜値として出力するリ ミ ッ ト算出手段と、

前記デューテ ί比算出手段力算出したデューティ比と前記り ミッ 卜値とを比較 し、 前記デューティ比が前記リ ミ ッ ト値より小さい場合、 当該デューティ比を前 記 P WM波生成手段へ出力し、 前記デューティ比が前記リ ミ ッ ト値より大き t、場 合、 当該リ ミッ 卜値を前記 P WM波生成手段へ出力する選択手段と

を具備することを特徴とする過電流取出防止装置。

2 . 供給される P WM波のデュ一ティ比に対応した電流を蓄電池から取り出し、 該電流をモータへ供給する通電手段と、 前記モータへ供給される電流を検出し、 この検出結果を出力する電流検出手段と、 前記電流検出手段の検出結果が前記モ ータへ供給すべき ¾流の目標値に一致するよう訂正動作を行 L、、 電流指令値に相 当するデューティ比を算出するデューティ比算出手段と、 前記デューティ比算出 手段が算出したデューティ比を有する P WM波を生成し、 該 P WM波を前記通電 手段へ出力する P WM波生成手段とを具備してなる電流制御装置に接続される過 電流取出防止装 Sであって、

fli:記蓄電池から取り出し可能な電流限界値を前記電流検出手段の検出値で除算 し、 該除算結果をデューティ比のリ ミ ッ 卜値として出力するリ ミッ ト算出手段と、 前記デューティ比算出手段が算出したデューティ比と前記リ ミッ 卜値とを比較 し、 前記デューティ比が前記リ ミ ッ ト値より小さい場合、 当該デューティ比を前 記 P WM波生成手段へ出力し、 前記デューティ比が前記リ ミ ッ ト値より大きい場 合、 当該リ ミ ッ 卜値を前記 P WM波生成手段へ出力する選択手段と

を 備することを特徴とする過'！:流取出防止装置。

3 . 前記デューティ比算出手段は第 1の周期毎にデューティ比を算出し、 前記リ ミ ッ 卜算出手段は第 2の周期毎にリ ミ ッ ト値を算出し、

前記第 2の周期を前記第 1の周期よりも長く設定したことを特徴とする請求項

1または 2に の過電流取出防止装置。