(57)【要約】【課題】二次電池の劣化を抑制するモータの出力制御システムを提供する。【解決手段】１つ以上の組電池より、電力を供給されるモータの出力を制御する方法において、モータに入力される電圧データを検知する手段と、モータに通電する電流データを検知する手段と、前記電圧データと電流データからモータの消費電力を算出する手段と、前記消費電力を積算し総消費電力を算出する手段と、前記総消費電力と所定の判定値とを比較し、前記総消費電力が所定値より大きいか否かを判定する手段と、前記判定手段によって前記総消費電力が大きいと判断された場合、モータの出力を下げることを特徴とするモータの出力制御方法とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の電池からなる組電池より、電力を供給されるモータの出力を制御する方法において、モータに入力される電圧データを検知する手段と、モータに供給される電流データを検知する手段と、前記電圧データと電流データからモータの消費電力を算出する手段と、前記算出した消費電力を積算し総消費電力を算出する手段と、前記総消費電力と、前もってコントローラ内に設定してある所定の判定値とをコントローラ内で比較し、前記総消費電力が所定値より大きいか否かを判定する手段と、前記判定手段によって前記総消費電力が大きいと判断された場合、モータに供給される電力を制限する事により、出力を下げることを特徴とする組電池より電力を供給されるモータの出力制御方法。
【請求項２】
１つ以上の電池からなる組電池より電力を供給されるモータの出力を制御する方法において、モータに供給される電流データを検知する手段と、前記電流データより、電流の変化量を算出する手段と、前記電流値または電流の変化量と、前もってコントローラ内に設定してある所定の判定値とをコントローラ内で比較し、前記電流値または電流の変化量が所定値より大きいか否かを判定する手段と、前記判定手段によって前記電流値および電流の変化量が大きいと判断された場合、モータに供給される電力を制限する事により駆動力を下げることを特徴とする組電池から電力を供給されるモータの出力制御方法。
【請求項３】
１つ以上の電池からなる組電池より、電力を供給されるモータの出力を制御する方法において、モータに入力される電圧データを検知する手段と、前記電圧データから電圧の変化量を算出する手段と、前記電圧値または電圧の変化量と、前もってコントローラ内に設定してある所定の判定値とをコントローラ内で比較し、前記電圧値または電圧の変化量が所定値より大きいか否かを判定する手段と、前記判定手段によって大きいと判断された場合、モータに供給される電力を制限する事により駆動力を下げることを特徴とする組電池より電力を供給されるモータの出力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池からなる組電池を有効につかうモータによる電池制御方法である。
【０００２】
【従来の技術】
エレクトロ二クスの目覚しい発展により、電子機器の小型・軽量化が可能となり、コードレス化、ポータブル化が急速に進展した。これらの機器の進歩に伴い電子機器用電源も小型・軽量で高エネルギー密度の電池が要望されている。それらの用途としては、電動工具を中心とするパワー用途をはじめ、バックアップ用途など、ありとあらゆるものの電源として使われている。
【０００３】
これらの電源としては、従来、ニッケル−カドミウム蓄電池が幅広く使われてきた。高まる高容量化要望と、世界的な環境問題への高まりにより、ニッケル−カドミウム蓄電池に代る商品として、ニッケル−水素蓄電池が開発され、市場に浸透してきたが、さらなる高容量商品としてリチウムイオンも商品化された。
【０００４】
これらの二次電池を用いた電池パックは、充放電にともなって発熱する可能性がある。特に、充電中の温度上昇が大きく、電池に熱電対をつけて、充電中の電池温度を監視し、電池温度が上昇するにつれ、送風ファンの風量を段階的に増加させたり、充電完了時点の温度を推定して充電停止温度を超えないように冷却度合いを変えて充電を行っている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１８５８９８号公報（第２頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように冷却能力を高めて温度上昇を抑制する方法では、電池パック全体の温度上昇を抑制できるが、電池パック内で冷却にムラが発生し、冷却のバラツキを生じてしまう恐れがあった。このため電池パック内の電池温度バラツキが生じ、電池劣化を加速してしまうことが課題となっていた。
【０００７】
本発明は、温度バラツキによって生じる電池間の容量バラツキを発生することなく電池を充放電する事を可能とし、電池容量を有効に活用することを可能とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、１つ以上の組電池より電力を供給されるモータの出力を制御する方法において、モータに入力される電圧データを検知する手段と、モータに供給される電流データを検知する手段と、前記電圧データと電流データからモータの消費電力を算出する手段と、前記消費電力を積算し総消費電力を算出する手段と、前記総消費電力と、前もってコントローラ内に設定してある所定の判定値とをコントローラ内で比較し、前記総消費電力が所定値より大きいか否かを判定する手段と、前記判定手段によって総消費電力が大きいと判断された場合、モータに供給される電力を制限する事により駆動力を下げることを特徴とするモータの出力制御方法とした。
【０００９】
電池、および電池パックでは、電池が高温にさらされると、電池の構成材料が劣化し、寿命が短くなる。大電流を流すことが可能な電池、および電池パックに大電流を流した場合で、状態が放電末期であると急激に温度上昇が起きる。
【００１０】
電池、および電池パックの温度上昇は、電池の発熱量、冷却による放熱量、電池の熱伝導率、電池の熱容量、および電池の表面積によって決まる。上記の中で電池の熱伝導率、熱容量、表面積については、電池の仕様できまる。
【００１１】
特に放電時（機器を実際に使う場合）の電池発熱量は、実使用機器に供給する電力量で決まる。従って電池、および電池パックの温度上昇は、電力量をパラメータとして、計算することにより算出することが可能である。
【００１２】
従って、電力消費量を特定すれば、放電末期の電池温度を推測することが可能となる。これにより放電末期に所定温度を超えることなく、機器を使用することが可能となる。
【００１３】
本発明の方法においては、まず放電末期で所定の温度以下になる総消費電力量を算出した後、総電力量に応じて、単位時間あたりの電力量を設定して、実使用機器を使う。このような方法で機器をつかうことにより、放電末期の温度が所定値を超えることもなく、電池劣化も促進させない。
【００１４】
また電池、および電池パックより機器（モータ）に電力が供給される場合、モータに供給される電力が小さくなると、電池、および電池パックを放電する電流も小さくなる。このため電流値、および電流値の単位時間あたりの変化率により電池の状態の判別が可能となる。このように電流値、および単位時間あたりの電流値の変化率により電池、および電池パックの状態を把握することができる。また放電末期に供給電力が小さくなった場合には、モータの出力を下げて急激な出力低下を抑制することもできる。
【００１５】
これにより放電末期の急激な温度上昇がなくなり、発熱を抑制することも可能となる。
【００１６】
これと同様に機器使用時に、電池、および電池パックの電圧、および電圧変化率により、モータの出力を下げた場合でも急激な出力低下と、放電末期時の温度上昇による発熱も抑制することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、１つ以上の組電池より電力を供給されるモータの出力を制御する方法において、モータに入力される電圧データと通電する電流データにより消費電力量を算出し、この消費電力を積算して総消費電力を算出し、前もってコントローラ内に設定してある所定の判定値と比較して、総消費電力が所定値より大きい場合、モータの出力を下げることを特徴とするモータの出力制御方法とした。これにより電池、および電池パックの温度上昇を抑制することができ、電池、および電池パックを高温にさらすことが抑制できるため、長寿命化が図れる。
【００１８】
本発明の請求項２に記載の発明は、１つ以上の組電池より電力を供給されるモータの出力を制御する方法において、モータを通電する電流データの電流値、および電流の変化量を算出して、前もってコントローラ内に設定してある所定の判定値と比較し、電流値、および電流の変化量が所定値より大きい場合、モータの出力を下げることを特徴とするモータの出力制御方法とした。これにより電池、および電池パックの温度上昇が抑制でき、電池、および電池パックを高温にさらすことが抑制できるため、長寿命化が図れる。
【００１９】
本発明の請求項３に記載の発明は、１つ以上の組電池より電力を供給されるモータの出力を制御する方法において、モータに入力される電圧データより電圧と電圧の変化量を算出して、前もってコントローラ内に設定してある所定の判定値と比較し、電圧値、および電圧の変化量が所定値より大きい場合、モータに供給される電力を制限する事により、出力を下げることを特徴とするモータの出力制御方法とした。これにより電池、および電池パックの温度上昇が抑制でき、電池、および電池パックを高温にさらすことが抑制できるため、長寿命化が図れる。
【００２０】
尚、使用機器の能力を急激に落とさないために、モータの出力を段階的に小さくすることも可能である。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例１について説明する。
【００２２】
図１は、本発明のモータ制御方法の具体的な制御回路を示す回路図である。図１は、モータ４を駆動用スイッチング素子６によってパルス幅を変化させるパルス幅変調（ＰＷＭ）制御をする制御回路である。
【００２３】
図１において、１は、直列に組み込まれた組電池であり、モータ４への入力の電圧を読みとる電池電圧検知部２と、モータ４に接続される電池電流検知部３からなる。電流値を検知するセンサとしては、例えばシャント抵抗等が挙げられる。
【００２４】
電池電流検知部２のデータをコントローラ５に入力して、このコントローラ５内で電流と電圧からモータの消費電力を算出し、この消費電力を積算して総消費電力を算出する。この総消費電力が所定値以上になるとＰＷＭデューティを下げて温度が上昇しないように制御している。
【００２５】
図２に一定モータ出力、かつ連続使用における総消費電力と電池の温度上昇の関係を示す。図２から明らかなように総消費電力が増加するにつれ電池の温度上昇は大きくなる。このため図３に示すように、連続使用において総消費電力が一定の値を超えた場合、ＰＷＭデューティを下げてモータの出力を下げる。これにより温度上昇勾配を低減でき、電池の温度上昇を大幅に低減できる。
【００２６】
図４は制御回路の演算処理を表している。使用機器のモータへの電力供給が開始された後、Ｓ１でモータに流れる電流を検出し、Ｓ２でモータにかかる電圧を取り込み、Ｓ３でモータの消費電力を計算し、この消費電力を積算し総消費電力Ｗ１を算出、Ｓ４で総消費電力Ｗ１が所定値Ｗ０を超えているか否かを判断し、超えていなければモータへの出力は維持される。Ｓ４で所定値を超えていると判断された場合、ＰＷＭデューティを下げてモータの出力を下げる。これにより放電末期の急激な温度上昇がなくなり、また設定値を超えることもなくなる。
【００２７】
次に実施例２について説明する。出力の制御回路は実施例１と同様の構成をしている。
【００２８】
図１において、モータ４に接続される電池電流検知部３により検出された電流データを、コントローラ５に入力して、このコントローラ５内でこれらの電流と単位時間あたりの電流変化量を算出する。この電流値、あるいは電流変化量が所定値以上になるとＰＷＭデューティを下げて温度が上昇しないように制御している。
【００２９】
図５は制御回路の演算処理を表している。使用機器のモータへの電力供給が開始された後、Ｓ５でモータに流れる電流Ｉ１を検出し、そのデータを読み取り、Ｓ６で電流変化量ΔＩ１を計算し、Ｓ７でこの電流値Ｉ１、あるいは電流変化量ΔＩ１が所定値Ｉ０あるいはΔＩ０を超えているか否かを判断し、超えていなければモータへの出力は維持される。Ｓ７で超えていると判断された場合ＰＷＭデューティを下げてモータ４の出力を下げる。これにより放電末期の急激な温度上昇がなくなり設定値を超えることなく機器を使用することができるため、電池、および電池パックの長寿命化が図れる。
【００３０】
次に実施例３ついて説明する。出力の制御回路は実施例１と同様の構成をしている。
【００３１】
図１においてモータ４への入力の電圧を読みとる電池電圧検知部２により、電圧を読み取り、このデータをコントローラ５に入力して、このコントローラ５内でこれらの電圧と単位時間あたりの電圧変化量を算出する。この電圧、あるいは電圧変化量が所定値以上になるとＰＷＭデューティを下げて温度が上昇しないように制御している。
【００３２】
図６は制御回路の演算処理を表している。使用機器のモータ４への電力供給が開始された後、Ｓ８でモータ４に流れる電圧Ｖ１を検出し、そのデータを読み取り、Ｓ９で電圧変化量ΔＶ１を算出し、Ｓ１０でこの電圧値Ｖ１あるいは電圧変化量ΔＶ１が所定値Ｖ０あるいはΔＶ０を超えているか否かを判断し、超えてなければモータ４への出力は維持される。Ｓ１０で超えていると判断された場合ＰＷＭデューティを下げてモータ４の出力を下げる。これにより放電末期の急激な温度上昇がなくなり設定値を超えることなく機器を使用することができるため電池、および電池パックの長寿命化が図れる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のモータ制御を用いると、二次電池および電池パックの温度上昇を抑制することが可能になり、長寿命化が図れ、補助的な使われ方（パワーアシスト）の機器や、さまざまな機器への適用も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御方法を用いた回路図
【図２】モータの総消費電力と電池温度の関係を示す図
【図３】モータの総消費電力とモータの出力の関係を示す図
【図４】本発明の実施例１の動作を示すフローチャート
【図５】本発明の実施例２の動作を示すフローチャート
【図６】本発明の実施例３の動作を示すフローチャート
【符号の説明】
１  組電池
２  電池電流検知部
３  電池電圧検知部
４  モータ
５  コントローラ
６  スイッチング素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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