电动自行车用的电池组和具备该电池组的电动自行车的制作方法

1.本发明涉及向电动自行车的行驶电动机供给电力的电池组和具备该电池组的电动自行车。


背景技术：

2.具备驱动车轮的行驶电动机的电动自行车能够从电池向行驶电动机供给电力而轻松地行驶。作为这样的电动自行车，开发了具备在制动时进行再生制动而对电池组进行充电的电路的电动自行车(参照专利文献1)。
3.专利文献1所记载的电动自行车为了在再生制动中无不适感地使自行车减速，要确保充电余地来对电池进行充电。由于留下充电余地而被充电的电池能够进行再生制动来进行充电直至满充电为止，因此例如能够在较长的下坡顺利地进行再生制动而行驶。
4.在先技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2017-103871号公报


技术实现要素：

[0007]-发明所要解决的课题-[0008]
留下充电余地地对电池进行充电的方式存在因不被满充电而缩短电池的行驶距离的缺点。进而，自行车以各种行驶状态使用，因此从行驶电动机对电池进行充电的电流大幅变动，有时瞬间以大电流充电。如果电池以大电流充电，则电压急剧上升，产生对电池造成各种危害的问题。
[0009]
本发明是以进一步消除以上的缺点为目的而开发的，本发明的目的之一在于提供一种电动自行车用的电池组和具备该电池组的电动自行车，其限制来自行驶电动机的充电电流引起的电压的上升，防止起因于电压上升的电池的劣化，进而能够确保充分的安全性。
[0010]-用于解决课题的手段-[0011]
第一发明所涉及的电池组具备：电池，能够充电；充电fet，具有与电池串联连接的并联二极管；以及控制电路，将充电fet控制为接通断开。控制电路具备判别电路和存储部，判别电路判别自行车设置状态和充电器连接状态，存储部存储电池的满充电电压。该控制电路在电池组被设置于自行车而判别电路检测到自行车设置状态的状态下，将充电fet设为断开状态，禁止利用行驶电动机的电动势对电池进行充电，在电池组与充电器连接而判别电路检测到充电器连接状态的状态下，如果由充电器充电的电池电压超过满充电电压，则将充电fet设为断开状态来停止充电。
[0012]
第二发明所涉及的电池组具备：电池，能够充电；充电fet，具有与电池串联连接的并联二极管的；以及控制电路，将充电fet控制为接通断开。控制电路具备判别电路和存储部，判别电路判别电池组被设置于自行车的自行车设置状态和电池组与充电器连接的充电器连接状态，存储部存储电池的满充电电压和设定得比满充电电压低的阈值电压。该控制
电路在判别电路检测到自行车设置状态的状态下，在电池电压比阈值电压高的状态下，将充电fet设为断开状态，阻止利用行驶电动机的电动势充电而成为比满充电电压高的电压。在电池电压低于阈值电压的状态下，能够防止利用行驶电动机的电动势充电而电池电压超过满充电电压，因此将充电fet设为接通状态而容许充电电流。判别电路在电池组与充电器连接的状态下，检测到充电器连接状态，若被充电的电池的电压超过满充电电压，则切换为断开状态而停止电池的充电。
[0013]
第三发明所涉及的电池组具备：电池，能够充电；充电fet，具有与电池串联连接的并联二极管；以及控制电路，将充电fet控制为接通断开。控制电路具备判别电路和存储部，判别电路判别电池组被设置于自行车的自行车设置状态和电池组与充电器连接的充电器连接状态，存储部存储电池的满充电电压和从电池向自行车供给的负载电流的阈值电流。该控制电路在判别电路检测到自行车设置状态的状态下，在负载电流小于阈值电流的状态下，将充电fet设为断开状态，阻止利用行驶电动机的电动势充电而成为比满充电电压高的电压。在负载电流大于阈值电流的状态下，电池组处于放电状态，能够防止利用行驶电动机的电动势对电池进行充电而电压超过满充电电压，因此将充电fet设为接通状态，电池经由fet向行驶电动机供给电流。充电fet即使在断开状态下也能够经由并联二极管向行驶电动机供给电流，但并联二极管的电压降大，在大电流流过的状态下电力损失变大。控制电路在从电池向行驶电动机供给的负载电流超过阈值电流时，将充电fet设为接通状态，经由低电阻的充电fet从电池向自行车供给负载电流。在从电池向负载的行驶电动机供给大电流的状态下，充电fet与并联二极管相比，接通状态的内部电阻小，在大电流流动的状态下电压降小，能够从电池向行驶电动机供给大电流而减小电力损失。判别电路在电池组与充电器连接的状态下，检测到充电器连接状态，如果被充电的电池的电压超过满充电电压，则切换为断开状态而停止电池的充电。
[0014]
本发明的一个方式所涉及的电动自行车具备以上任一项的电池组；和行驶电动机，经由控制转换器与电池组连接，在自行车的再生制动时使充电电流流过电池组。
[0015]
本发明的另一方式所涉及的电动自行车具备：以上任一项的电池组；行驶电动机，经由控制转换器与电池组连接；以及再生制动发电机构，利用行驶电动机的电动势对电池组进行充电。
[0016]-发明效果-[0017]
本发明的电动自行车用的电池组限制来自行驶电动机的充电电流引起的电压的上升，防止起因于电压上升的电池的劣化，进而能够确保充分的安全性。
附图说明
[0018]
图1是本发明的一实施方式所涉及的电动自行车用的电池组的框图。
具体实施方式
[0019]
本发明的实施方式也可以通过以下的结构来确定。
[0020]
本发明的第一实施方式所涉及的电动自行车用的电池组具备：电池，能够充电；充电fet，具有与电池串联连接而成的并联二极管；以及控制电路，将充电fet控制为接通断开。控制电路具备：判别电路，判别自行车设置状态和充电器连接状态；以及存储部，存储电
池的满充电电压。控制电路在判别电路检测到自行车设置状态的状态下，使充电fet为断开状态，在判别电路检测到充电器连接状态的状态下，检测由充电器充电而得到的电池电压高于满充电电压的情况，将充电fet切换为断开状态，结束电池的充电。
[0021]
以上的电动自行车用的电池组在设置于自行车的自行车设置状态下使充电fet为断开状态。由于充电fet连接寄生二极管等并联二极管，所以即使在断开状态下也从电池向行驶电动机供给电力。该电池组在设置于自行车的状态下，设为能够向行驶电动机供给电力的状态，并且禁止利用行驶电动机的电动势对电池进行充电。电池组被设置于自行车，利用行驶电动机的电动势进行充电，当电池的电压超过满充电电压时，会促进电池的劣化，安全性降低。在设置于自行车的状态下将充电fet设为断开状态的电池组在设置于白行车的状态下禁止基于行驶电动机的电动势的充电。因此，能够防止设置于自行车并由行驶电动机的电动势引起的电池的劣化，确保安全性。
[0022]
本发明的第二实施方式所涉及的电动自行车用的电池组具备：电池，能够充电；充电fet，具有与电池串联连接而成的并联二极管；以及控制电路，将充电fet控制为接通断开。控制电路具备：判别电路，判别自行车设置状态和充电器连接状态；以及存储部，除了电池的满充电电压以外，还存储设定得低于满充电电压的阈值电压。控制电路在判别电路检测到自行车设置状态的状态下，在电池电压比阈值电压高的状态下使充电fet为断开状态，在比阈值电压低的状态下使充电fet为接通状态，在判别电路检测到充电器连接状态的状态下，检测由充电器充电而得到的电池电压高于满充电电压的情况，将充电fet切换为断开状态并结束电池的充电。
[0023]
以上的电动自行车用的电池组在设置于自行车的自行车设置状态下，在电池的电压比预先设定得比满充电电压低的电压的阈值电压高的状态下，将充电fet设为断开状态，禁止基于行驶电动机的电动势的充电。因此，在电池的电压低的状态下，利用行驶电动机的电动势进行充电，但在该状态下，电池的电压不会超过满充电电压，能够防止电池的劣化，并且能够确保安全性。在电池电压比阈值电压低的状态下，将充电fet设为接通状态，容许基于行驶电动机的电动势的充电，但由于阈值电压能够设定为利用电动势充电而不超过满充电电压的电压，因此即使在电池的电压比阈值电压低的状态下，行驶电动机的电动势对电池进行充电，电池的电压也不会超过满充电电压，能够确保电池的劣化和安全性。
[0024]
本发明的第三实施方式所涉及的电动自行车用的电池组具备：电池，能够充电；充电fet，具有与电池串联连接而成的并联二极管；以及控制电路，将充电fet控制为接通断开。控制电路具备：判别电路，判别自行车设置状态和充电器连接状态；以及存储部，存储电池的满充电电压和负载电流的阈值电流。控制电路在判别电路检测到自行车设置状态的状态下，在负载电流小于阈值电流的状态下将充电fet设为断开状态，在负载电流大于阈值电流的状态下将充电fet设为接通状态，在判别电路检测到充电器连接状态的状态下，检测由充电器充电而得到的电池电压高于满充电电压的情况，将充电fet切换为断开状态，结束电池的充电。
[0025]
以上的电动自行车用的电池组在设置于自行车的自行车设置状态下，在负载电流小于阈值电流的状态下将充电fet控制为断开状态，但在负载电流大于阈值电流的状态下将充电fet控制为接通状态。由于充电fet连接并联二极管，因此在断开状态下，经由并联二极管从电池向行驶电动机供给电力。在充电fet的断开状态下从并联二极管向行驶电动机
供给电力的状态下，产生并联二极管的电压降。并联二极管的电压降大于fet的接通状态下的电压降，一般的二极管的电压降成为约0.6v左右。与此相对，接通状态的fet的内部电阻为数mω，极小，流过电流而产生的电压降比并联二极管小。电压降大的并联二极管由于电力损失与电流成比例地变大，因此在从电池向行驶电动机供给大电流的状态下，断开状态的充电fet的电力损失变大。以上的电池组在负载电流大于阈值电流的状态下，使充电fet为接通状态，因此在从电池向行驶电动机供给大电流的状态下，能够减小充电fet的电力损失。
[0026]
本发明的第四实施方式所涉及的电动自行车用的电池组中，控制电路具备将电池电压转换为数字信号的a/d转换器，运算由a/d转换器转换后的数字信号，来运算电池电压。
[0027]
本发明的第五实施方式所涉及的电动自行车用的电池组中，充电fet是以并联二极管为寄生二极管的mosfet。
[0028]
本发明的第六实施方式所涉及的电动自行车用的电池组中，将能够充电的电池设为锂离子电池。
[0029]
本发明的第七实施方式所涉及的电动自行车具备：以上任一项所述的电池组；行驶电动机，经由控制转换器与电池组连接；以及再生制动充电机构，利用行驶电动机的电动势对电池组进行充电。
[0030]
以下，基于附图对本发明进行详细地说明。另外，在以下的说明中，根据需要而使用表示特定的方向、位置的用语(例如，“上”、“下”、以及包括这些用语的其他用语)，但这些用语的使用是为了使参照附图的发明的理解变得容易，并不根据这些用语的含义来限制本发明的技术范围。此外，多个附图中出现的相同附图标记的部分表示相同或同等的部分或者构件。
[0031]
进而，以下所示的实施方式表示本发明的技术思想的具体例，以下并不限定本发明。此外，以下所记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等只要没有特定的记载，则并不是将本发明的范围仅限定于此的意思，意在进行例示。此外，在一个实施方式、实施例中说明的内容也能够应用于其他实施方式、实施例。此外，附图所示的构件的大小、位置关系等为了明确说明而存在夸张的情况。
[0032]
(实施方式1)
[0033]
图1的框图所示的电动自行车用的电池组100具备：电池1，能够充电；充电fet3，具有与电池1串联连接的并联二极管7；以及控制电路2，将充电fet3控制为接通断开。图的框图也一并示出了连接电池组100的自行车20和对电池组100进行充电的充电器30。电池组100在设置于自行车20的状态下，向使自行车20行驶的行驶电动机21供给电力，在与充电器30连接的状态下，从自行车20卸下而与充电器30连接。电池组100在设置于自行车20的状态下，向行驶电动机21供给电力而对自行车20赋予驱动力。
[0034]
图1的电池组100除了充电fet3以外，还具备控制电池1的放电的放电fet4。充电fet3和放电fet4由控制电路2控制为接通断开。控制电路2具备判别电路5和存储部6。判别电路5判别电池组100被设置于自行车20的自行车设置状态和与充电器30连接的充电器连接状态。存储部6例如是半导体存储器，存储满充电电压，该满充电电压是检测充电而电压上升的电池1成为满充电从而停止充电的电压。
[0035]
充电fet3和放电fet4是连接寄生二极管作为并联二极管7的mosfet。其中，充电
fet3和放电fet4也能够与没有寄生二极管的fet并联地连接不同部件的大电流二极管，或者与寄生二极管并联地连接大电流的二极管。为了能够从电池1向行驶电动机21供给大电流，使用大电流特性优异的二极管。特别是，电压降小的二极管是适合的。其中，在从电池1向行驶电动机21供给大电流的状态下，在将充电fet3设为接通状态而从fet向行驶电动机21供给大电流的电池组中，将大电流从fet向行驶电动机供给，因此，并联二极管7不一定要求大电流特性。图1所示的电池组100在充电fet3和放电fet4中均使用n沟道的fet。其中，也可以在充电fet和放电fet中使用p沟道的fet。
[0036]
图1的框图所示的判别电路5经由连接端子12与白行车20连接。自行车侧的连接端子22经由电阻器23与地线24连接。电池组100将连接端子12经由上拉电阻13与电源14连接，判别电路5检测连接端子12的电压，判别自行车设置状态和充电器连接状态。判别电路5在电池组100与白行车20连接的状态下，连接端子12的电压成为比在上拉电阻13和自行车侧的电阻器23分压的电源电压低的电压，在与充电器30连接的状态下成为连接端子12不与地线24连接的状态，因此连接端子12的电压成为电源电压。因此，该判别电路5在连接端子12的电压比电源电压低的状态下判定为自行车设置状态，在比电源电压低的状态下判定为充电器连接状态。
[0037]
电池组100在被设置于自行车20的状态下，例如在再生制动等状态下，有时行驶电动机21成为发电机而对电池组100进行充电。由于电池组100被充电而电压上升，因此当利用行驶电动机21的电动势充电时，电压上升。如果电池组100的电压上升高于设定值，则电特性降低，进而成为使安全性降低的原因。例如，由于轻且紧凑，能够增大充放电容量，因此在电池组100中优选使用锂离子电池。锂离子电池将最大电压设定为4.1v～4.2v而进行充电，但如果超过最大电压进行充电，则电特性和安全性这两者降低。
[0038]
图1的电池组100的控制电路2在判别电路5检测到自行车设置状态的状态下，将充电fet3设为断开状态，禁止利用来自行驶电动机21的电动势对电池1进行充电。该电池组100在设置于自行车20的状态下，断开状态的充电fet3禁止行驶电动机21的电动势对电池1进行充电，因此，不会因来自自行车20的行驶电动机21的电动势而被充电，在该状态下电池组100的电压不会上升，能够防止电源电压上升而电池1劣化，或者电池1的安全性降低的危害。由于放电fet4是从电池1向行驶电动机21供给电力的开关元件，因此当该开关元件成为断开状态时，无法经由fet从电池1向行驶电动机21供给电力。电池组100在设置于自行车20的状态下，以从电池1向行驶电动机21供给电力为必要条件。以上的电池组100在充电fet3的断开状态下，经由并联二极管7从电池1向行驶电动机21供给电力。并联二极管7连接成使得电流向与fet的正向相反的方向流动，在fet的断开状态下从电池1向行驶电动机21供给电流。因此，图1的电池组100在设置于自行车20的状态下，一边从电池1向行驶电动机21供给电力，一边禁止利用行驶电动机21的电动势对电池1进行充电，从而防止电池1的劣化，确保安全性。
[0039]
控制电路2能够在电池组100被设置于白行车20的状态下始终将充电fet3设为断开状态，但也能够通过电池电压将充电fet3切换为接通断开，防止电池1的异常的电压上升引起的劣化和安全性的降低，并且从电池1向行驶电动机21供给大电流来减小电力损失。该电池组100在控制电路2的存储部6中存储设定得比满充电电压低的阈值电压。考虑控制电路2将充电fet3切换为断开状态的时间延迟的定时来设定阈值电压。
[0040]
控制电路2将电池1的电压与设定得比满充电电压低的电压的阈值电压进行比较，当电池1的电压超过阈值电压时将充电fet3切换为断开状态，因此在原理上电池电压不会超过阈值电压。其中，控制电路2检测电池电压，判定检测电压是否高于阈值电压，如果判定为检测电压比阈值电压高，则将充电fet3切换为断开状态，因此在从电池1的电压超过阈值电压后到将充电fet3切换为断开状态之前产生时间延迟。特别是，a/d转换器将检测的电池电压的模拟信号转换为数字信号，对转换后的数字信号进行运算处理，判定电池电压是否超过阈值电压，从而在将充电fet3切换为断开状态之前能够做出时滞。进而，电池组100为了减少噪声等中的误差而高精度地检测电池电压，对a/d转换器以给定的采样周期进行转换的多个数字信号进行平均来运算电池电压，因此在电池电压的检测中产生时滞。阈值电压被设定为例如比电池1的满充电电压低0.1v～0.3v的电压，使得在检测电池电压而将充电fet3切换为断开状态为止的时滞期间，电池1被行驶电动机21充电并不超过阈值电压。
[0041]
在存储部6中存储了阈值电压的控制电路2在电池组100被设置于自行车20的状态下，始终不使充电fet3成为断开状态。该控制电路2在判别电路5检测到自行车设置状态的状态下，在电池电压比阈值电压高的状态下使充电fet3成为断开状态，但在电池电压比阈值电压低的状态下成为接通状态。接通状态的充电fet3不经由并联二极管7，而是经由接通状态的fet从电池1向行驶电动机21供给电力。虽然并联二极管7的电压降大，但接通状态的fet的接通电阻为mω级，极小，即使从电池1向行驶电动机21供给大电流，充电fet3的电力损失也极小。因此，即使在从电池组100向行驶电动机21供给大电流的状态下，也能够减小充电fet3的电力损失，从电池1高效地向行驶电动机21供给电力，进而，能够减小由充电fet3的焦耳热引起的发热量从而减少充电fet3的温度上升。
[0042]
进而，由于充电fet3仅在电池电压比设定得比满充电电压低的电压的阈值电压低的状态下切换为接通状态，所以即使在充电fet3为接通状态下行驶电动机21的电动势对电池1进行充电而电池电压上升，控制电路2也能够检测电池电压的上升，使得在直到将充电fet3切换为断开状态为止的时滞的时间内，电池电压不会上升到满充电电压，也能够防止电池电压超过满充电电压而劣化、安全性降低的危害。
[0043]
以上的控制电路2在电池电压比阈值电压低的状态下将充电fet3切换为接通状态，但控制电路2也能够仅在从电池1向行驶电动机21供给的负载电流超过阈值电流的状态下将充电fet3切换为接通状态。该控制电路2在存储部6中存储负载电流的阈值电流，在判别电路5检测到自行车设置状态的状态下，在负载电流小于阈值电流的状态下将充电fet3设为断开状态，在负载电流大于阈值电流的状态下将充电fet3切换为接通状态。该电池组100在从电池1向自行车20供给的负载电流小于阈值电流的状态下，不将充电fet3切换为接通状态，仅在比阈值电流大的负载电流从电池1向自行车20供给的状态下将充电fet3切换为接通状态，因此能够可靠地防止电池1的电压超过满充电电压，并且减小充电fet3的电力损失，从而从电池1高效地向行驶电动机21供给电力。负载电流超过阈值电流的状态是从电池1向行驶电动机21供给电力的放电状态，电池1不会通过再生制动而被充电。因此，即使在该状态下将充电fet3切换为接通状态，电池1也不会因行驶电动机21的电动势而被充电，电池电压不会超过满充电电压，能够确保电池1的安全性。此外，通过在负载电流大于阈值电流的状态下使充电fet3成为接通状态，能够减小从电池1向行驶电动机21供给大电流的状态下的充电fet3的电力损失，并且能够防止大电流流过并联二极管而保护充电fet3。
[0044]
在将电池组100从自行车20卸下而与充电器30连接的状态下，判别电路5检测到充电器连接状态，在由充电器30充电的电池电压低于满充电电压的状态下，将充电fet3设为接通状态对电池1进行充电，如果检测到被充电的电池1的电压变得高于满充电电压，则将充电fet3切换为断开状态而结束电池1的充电。
[0045]
以上的电池组100设置于自行车20，作为向搭载于自行车20的行驶电动机21供给电力的电源使用。图1所示的电动自行车200具备电池组100和连接在该电池组100与行驶电动机21之间的控制转换器25。控制转换器25控制从电池组100向行驶电动机21供给的电力。
[0046]
行驶电动机21利用从电池组100供给的电力来驱动车轮(未图示)。行驶电动机21经由控制转换器25与电池组100连接，从电池组100供给的电力被控制转换器25控制，车轮的旋转转矩被调整。控制转换器25将自行车的速度和用户对踏板的旋转转矩作为参数，来调整向行驶电动机21的供给电力。控制转换器25例如控制行驶电动机21的供给电力，以使得行驶电动机21使车轮旋转的转矩与踏板的旋转转矩成为给定的比率。
[0047]
利用行驶电动机21进行再生制动的自行车20利用行驶电动机21的发电电力对电池组100进行充电而进行制动，因此在再生制动时充电电流流过电池组100。充电电流成为对电池组100的电池1造成危害的原因，因此电池组100内置限制基于自行车的再生制动的充电电流的电路。
[0048]
产业上的可利用性
[0049]
本发明作为向电动自行车的行驶电动机供给电力的电池组，特别适合用于具备在制动时进行再生制动而对电池组进行充电的机构的电动自行车。
[0050]-附图标记说明-[0051]
100
…
电池组
[0052]
200
…
电动自行车
[0053]1…
电池
[0054]2…
控制电路
[0055]3…
充电fet
[0056]4…
放电fet
[0057]5…
判别电路
[0058]6…
存储部
[0059]7…
并联二极管
[0060]
12
…
连接端子
[0061]
13
…
上拉电阻
[0062]
14
…
电源
[0063]
20
…
自行车
[0064]
21
…
行驶电动机
[0065]
22
…
连接端子
[0066]
23
…
电阻器
[0067]
24
…
地线
[0068]
25
…
控制转换器
[0069]
30
…
充电器。