JP2000012103A - 電池容量計の制御装置 - Google Patents
電池容量計の制御装置Info
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Abstract
計の精度向上に寄与することができる電池容量計の制御
装置を提供することにある。 【解決手段】 車両の走行時には、電池の放電可能出力
を表すパワー容量と、電池を充放電する際の積算容量を
求めておき(S30)、充電開始時には、放電深度DO
D毎に、パワー容量に応じて積算容量を補正するための
設定率sを予め内部ROMに記憶しておき、走行を停止
した時点での放電深度に対応する設定率sを内部ROM
から参照し(S90)、次に、この設定率sと、前もっ
て算出されたパワー容量に基づいて、電池の積算容量を
補正する(S95)ことで、補正後の積算容量を用いて
電力積算方式による電池の残存容量を算出する。
Description
電池の残存容量を算出し、メータパネル上の電池容量計
に提示する電池容量計の制御装置に関する。
なる電池の残存容量をメータパネル上の電池容量計に提
示していた。
pth Of Discharge)で表し、満充電時にはパワー容量と
積算容量をDOD=0%にリセット処理され、一方、全
放電時にはDOD=100%にリセット処理されるよう
に制御装置によって制御されていた。
に、電気自動車を運転する場合には、電池容量計に提示
されている残存容量が0%になる前の走行可能な容量が
ある内に充電を行うように使用されていた。
ット処理がなされない範囲で、補充電と走行による放電
を繰り返した場合には、電力積算値に誤差が蓄積され、
その結果、メータパネル上に提示される電池容量計が示
す値にズレが生じるといった問題があった。
その目的としては、電気自動車に搭載される電池容量計
の精度向上に寄与することができる電池容量計の制御装
置を提供することにある。
上記課題を解決するため、車両に搭載される電池の放電
電力量と前記電池の出カパワーとの関係から第1の容量
を算出するパワー容量算出手段と、前記電池が充放電す
る電力を積算して第2の容量を算出する積算容量算出手
段と、前記第1及び第2の容量に基づいて電池の残存容
量を算出する残存容量算出手段とを有し、算出した残存
容量を表示手段に表示する制御装置であって、車両走行
中に算出した電池の残存容量に基づいて充電開始時に前
記積算容量算出手段を補正する積算容量補正手段を有す
ることを要旨とする。
るため、前記残存容量算出手段は、前記第1及び第2の
容量の各々に所定の重み付けをして電池の残存容量を算
出し、前記第1及び前記第2の容量の重みを残存容量の
大きさに基づいて変更することを要旨とする。
るため、前記積算容量算出手段は、電池の残存容量毎に
第1の容量に応じて第2の容量を補正するための補正率
を予め記憶しておく設定率記憶手段と、車両走行中に算
出した電池の残存容量を記憶する残存容量記憶手段とを
有し、充電開始時に前記残存容量記憶手段に記憶された
最新の電池の残存容量を読み出し、読み出した電池の残
存容量に対応した補正率を前記設定率記憶手段から読み
出し、読み出した補定率に応じて前記積算容量算出手段
を補正することを要旨とする。
搭載される電池の放電電力量と電池の出カパワーとの関
係から第1の容量を算出しておき、電池が充放電する電
力を積算して第2の容量を算出しておく。次に、第1及
び第2の容量に基づいて電池の残存容量を算出し、この
残存容量を表示するようにしておき、車両走行中に算出
した電池の残存容量に基づいて充電開始時に、電池が充
放電する電力を積算して算出される第2の容量を補正す
ることで、前記第1の容量及び補正後の第2の容量に基
づいて正確に電池の残存容量を算出し、この正確な残存
容量を表示することができ、電池容量計の精度向上に寄
与することができる。
及び第2の容量の各々に所定の重み付けをして電池の残
存容量を算出し、前記第1及び第2の容量の重みを残存
容量の大きさに基づいて変更することで、正確に変更さ
れた第1及び第2の容量に基づいて電池の残存容量を算
出して表示することができ、電池容量計の精度向上に寄
与することができる。
存容量毎に第1の容量に応じて第2の容量を補正するた
めの補正率を予め記憶しておき、車両走行中に算出した
電池の残存容量を記憶しておく。ここで、充電開始時に
は記憶された最新の電池の残存容量を読み出し、読み出
した電池の残存容量に対応した補正率を読み出し、読み
出した補定率に応じて、電池が充放電する電力を積算し
て算出される第2の容量を補正することで、前記第1の
容量及び補正後の第2の容量に基づいて正確に電池の残
存容量を算出し、この正確な残存容量を表示することが
でき、電池容量計の精度向上に寄与することができる。
を参照して説明する。
容量計の制御装置1の構成を示す図である。
タ27を介して負荷となるモータ29が接続されてお
り、電池3からの直流電流がインバータ27によって所
望の三相交流電流に変換されモータ29が駆動される。
7に供給される直流電圧Vを検出する。電流検出器7
は、電池3からインバータ27に供給される直流電流I
を検出する。温度検出器8は、電池3の電池温度Tを検
出する。
(メモリ部)、タイマ等を有し、電流検出器7で検出さ
れる電池3の直流電流I、電圧検出器5で検出される電
池3両端の直流電圧Vに基づいて、電池3の出力パワー
演算やWh積算演算を行い残存容量を求め、メータパネ
ル上の電池容量計11に残存容量を出力する。
C100V又はAC200Vからの電力を直流に変換し
て電池3に供給し充電を行う。車速センサ15は、車輪
に取り付けられたロータリーエンコーダからなり、車速
パルス信号をモータ制御部25および電池制御部9に出
力する。
量としてアクセル21からのアクセル開度や変速レバー
23からのシフトポジションに対応するトルク指令値に
応じてPWM信号を生成してPWM(パルス幅変調)制
御を行う。インバータ27は、内部に複数のスイッチン
グ素子を有し、このスイッチング素子をモータ制御部2
5から出力されたPWM信号に応じてON・OFF制御
することで、電池3からの直流電流を三相交流電流に変
換するものであり、スイッチング素子の駆動制御により
モータ29の出力トルク等の制御を行うことができる。
このインバータ27には、モータ制御部25が接続され
ており、モータ制御部25からのPWM信号に応じてイ
ンバータ27内のスイッチング素子がON・OFF制御
され、所望の三相交流電流がモータ25に供給される。
モータ29は、インバータ27から供給される三相交流
電流に応じて車両を駆動する。なお、モータ29等は、
本実施の形態においては、単なる負荷として考えること
とし、詳細な説明を省略する。
3の放電特性について説明する。
(a)に示すように、電池3の放電可能出力Pに対し
て、現在の放電度合いを表す放電深度DODに依存す
る。
(b)に示すように、例えば放電深度DODが50%未
満の場合には、内部抵抗Rが小さく各放電深度DOD毎
の差が少ないため、信頼度が低くなっており、放電深度
DODが50%以上の場合には、内部抵抗Rが大きく各
放電深度DOD毎の差が大きいため、信頼度が高くな
る。
ODが50%未満の場合には、リセット後の積算誤差が
少ないため、信頼度が高く、放電深度DODが50%以
上の場合には、積算誤差が増加していくため、信頼度が
低くなってくる。
値の誤差について定性的に説明する。なお、図3(a)
はWh積算方式を用いた場合、図3(b)はパワー演算
方式を用いた場合を示す。図では縦軸に放電電力演算値
(Wh演算値)を、横軸に放電電力Whの真値をそれそ
れとり、a1,a2は誤差範囲を示している。
電力測定時の電流,電圧誤差の累積が誤差の要因である
ため、Wh演算値が大きくなるにつれて誤差がおおきく
なる。図の例でほWh演算値が大きいところ(放電深度
DODがほば100%となったところ)では誤差が±8
%程度となる。通常、この演算精度は、±5%程度が要
求される。そのため、放電深度DODが深いところ、す
なわち放電末期では要求精度を満たすことができない。
場合には、Wh演算値が小さい(放電深度が浅い)とこ
ろで誤差が大きく、Wh演算値が大きくなるにつれて誤
差が小さくなって行く。図の例ではWh演算値がほぼ零
の所では誤差が±10%程度となっており、放電深度D
ODの浅いところでは要求精度を満たしていないことが
分かる。
図5に示すフローチャートを用いて、電池容量計の制御
装置1の動作を説明する。なお、本フローチャートに示
す制御プログラムは、電池制御部9内部に設けられたR
OMに記憶されており、タイマによる所定のサンプリン
グ時間毎に処理されることとする。
は、車速センサ15から出力される車速パルス信号が
「0」となり車両が停車したか否かを判断する。車両が
停車中ではなく、走行中の場合にはステップS20に進
む。一方、車両が停車中の場合にはステップS50に進
む。
は、残存容量算出処理を行うため、サブルーチンS20
0をコールする。図5に移り、サブルーチンS200の
各ステップが処理される。
池の電流変化を捉えて放電電流Iおよび放電電圧Vをサ
ンプリングして、内部RAMに格納する。
放電電流I,放電電圧Vに基づいて、電池の最大出力P
maxを算出する。
電流I,放電電圧Vから図6(a)に示すようにIV特
性を一次回帰演算してそのIV特性と放電終止電圧Vmin
との交点からその時の電池の最大出力Pmaxを算出す
る。
と、図6(b)に示すように、回帰直線から得られる電
流Imaxに誤差±△Imaxが生じることになり、その結
果、最大出力Pmaxに誤差として、
池の内部抵抗Rは、直線B2で示される電池の内部抵抗
Rより小さく電池性能が良いが、図からもわかるように
内部抵抗Rが小さいほど誤差±△Imaxが大きくなる。
誤差±△Imaxが生じると、図6(c)に示すように、
Wh−P特性から得られる放電電力にも誤差△Pに応じ
て誤差△Whが生じる。ここで、放電深度DODが浅い
領域C1と深い領域C2とを比較すると、DODが浅い
方が誤差△Whが大きいことが分かる。
放電可能パワー(パワー演算値)のことであり、電池単
独での最大出力P’maxとは同義ではない。すなわち、
電池のパワーは、放電電流Iと放電電圧Vにより次式で
表される。
る。
2におけるパワー P’max=E2/4R で一義的に決定される。
E/2以上とし、電池の最大出力P’maxを使用しない
こととする。しかし、車両としての使用電圧の下限値V
minが、(a)電池の寿命を考慮した使用電圧範囲の下
限電圧(放電終止電圧)、(b)車両搭載ユニットの性
能,機能を保証可能な使用電圧範囲の下限電圧、という
要因から決定されており、この電圧Vminに到達するパ
ワーが車両としての最大出力、 Pmax=Imax × Vmin となる。ただし、ImaxはVmin時の電流値である。
に応じて放電電力Whのパワー演算値Pmaxに対する特
性式Wh(Pmax)が算出される。なお、放電電力量W
h(Pmax)を算出する際には、電池の充電および回生
充電の場合を考慮して次式(3)により算出する。
基準値として、充電分を減算する。式(3)において第
2項の積分は充電電流積算であってVecは放電電力換算
用電圧(放電深度に応じた定数)、φは充放電効率(電
流に応じた定数)である。なお、充電時の放電電力量W
h(Pmax)は暫定値である。
パワーPminが算出されるとともに、フル容量Wh(Pm
in)が算出される。
示すWh−P特性を表す式Wh(P)に最低保証パワー
Pminを代入した値である。
計のEMPTYランプ点灯時の容量WhCを次式(4)
のように算出する。
図7,図8に示す△WhだけEMPTY点灯後に保証す
る電力量である。
を実測積算して現在までの放電電力量WhRを積算す
る。
max1が得られる毎に特性式Wh(Pmax)に代入して現
在までの放電電力量Wh(Pmaxl)を算出する。
る際には、電池の充電および回生充電の場合を考慮して
上述した式(3)により算出する。また、充電時の放電
電力量Wh(Pmax)は暫定値であり、再度放電開婚後
パワー演算が得られた時点で更新(リセット)される。
また、車両が停止した際の充電時に、満充電条件を終了
した場合には、 Wh(Pmax)=0 として残存容量計をリセットすることとする。
された放電電力量WhEが算出される。なお、放電電力
量WhEは、Wh積算方式で求められた放電電力量WhR
とパワー演算方式で算出されたWh(Pmax)とを併用
して、次式(5)のように算出される。
り、Wh(Pmax)はパワー演算方式で算出された現在
までの放電電力量である。例えば、
ODが深くなるにつれて1から零へと小さくなり、図9
(b)のように放電電力量WhEはWhRからWh(Pma
x)へと移行する。
力量、横軸はパワーPである。また、図9(c)は図1
0に示したように所定の放電深度DODでWh積算方式
からパワー演算方式に切り換えた場合のDODとM(DO
D)の関係を示している。
では、パワー演算方式とWh積算方式とを併用して放電
電力量を算出する。
(DOD)が50%を境にWh積算方式からパワー演算
方式に切り換える。すなわち、放電深度(DOD)が0
〜50%までをWh積算方式で算出し、放電深度(DO
D)が50〜100%まではパワー演算方式で算出す
る。図10のように算出方式を切り換えることにより、
Wh演算値の誤差を一番大きいところでも目標とする±
5%程度に抑えることができる。
を境にWh積算方式からパワー演算方式に切り換えた
が、この2つの方式を併用する際のそれぞれの重み付け
は、各方式の誤差の状況に応じて選択される。このと
き、切り換えの要因として以下の2つの要因が考えられ
る。
存容量を次式(7)により算出し、本サブルーチンから
メインルーチンに復帰する。
は、普通充電制御の正常終了条件成立時(これを浦充電
と定義する)に放電電力量を WhR=0 にして滞充電ランプを点灯し、WhR>規定放電電力量
となった時に消灯する。ここで、WhRを用いる理由
は、満充電に近い状態ではパワー演算方式を用いるWh
(Pmax)では分解能不足だからである。
度DODを算出して内部RAMに記憶する。
算処理方法に従って演算される値である。即ち、電池3
が放電しているときの直流電流Iと直流電圧Vおよび放
電時間tとに基づいて積算演算を行って、その電池温度
Tによって定まる満充電容量Efullから、
70で求められた現在までの放電電力量Wh(Pmax
1)をパワー容量とし、ステップS260で求められた
現在までの放電電力量WhRを積算容量として内部RA
Mに記憶する。
9は、パネルメータ上に設けられた電池容量計11にス
テップS290で算出された残存容量を出力して提示さ
せた後、ステップS10に戻る。
0では、充電器13を用いて電池3に補充電を行うため
に充電開始スイッチ14が押されSW信号がオン状態か
否かを判断する。SW信号がオン状態となった場合に
は、ステップS60では、充電器13により電池3に補
充電が開始される。
9は、充電器13を用いて電池3に補充電が開始される
直前の電池3の充電状態として、全放電状態か否かを判
断するために残存容量を演算する。電池3の残存容量Z
は、電池3の完全充電容量Fと、放電深度DODにより
決定される比率Xと、現在出力可能なパワー容量Pと、
電力積算容量Dとに基づいて、
パワー容量Pの信頼度が高い状態なっているため、ステ
ップS100に進む。一方、Z≠0の場合には全放電状
態ではないので、ステップS80に進む。
9の内部RAM(メモリ部)に記憶されている車両を停
止した時点での最新の放電深度DODを読み出して参照
し、放電深度DODが、図11に示すように、例えば、 50≦DOD の範囲中にあるか否かを判断する。放電深度DODがこ
の範囲外にある場合にはステップS100に進む。
場合にはステップS90に進む。ステップS90では、
放電深度DODに対応して積算容量を補正するための設
定率sを内部ROMから参照する。なお、設定率sは、
電池制御部9の内部ROMに予め変換テーブルとして記
憶されていることとする。
電深度DODが例えば50〜70%の範囲になった場合
に、 0≦s≦1 となり、放電深度DODが例えば70%以上になった場
合に、 s=1 となる。
記憶されている最新のパワー容量および積算容量を読み
出し、この設定率sとパワー容量に基づいて、電池の積
算容量を補正する。
D1 は、現在出力可能な補正前のパワー容量P0 と、補
正前の電力積算容量D0 とに基づいて、
量P、電力積算容量Dが新たに補正され、電池制御部9
の内部RAMに記憶される。
部9は、電流検出器7で検出される電池3の直流電流
I、電圧検出器5で検出される電池3両端の直流電圧V
に基づいて、電池3の電力積算演算を行い内部RAMに
記憶する。そして、ステップS110に進み、放電深度
DODが0%となり充電が終了したか否かを判断する。
充電が終了していない場合にはステップS100に戻
り、終了するまでこの処理を繰り返す。
されている電力積算容量Dは、補充電時に新たに補正さ
れた値を用いているので、図12に示すように、誤差
(ロ)の蓄積は防止されている。なお、図5に示す誤差
(イ)は、従来例のように誤差が補充電毎に蓄積される
場合を示すグラフである。
充電時の出力パワーPに対して、現在の放電度合いを表
す放電深度DODを求めておき、放電深度DODに応じ
て積算容量Dを補正するための設定率sを電池制御部9
の内部ROMに記憶しておく。ここで、車両が停車して
補充電を開始する時には、算出された放電深度DODに
対応する設定率sを読み出し、この設定率sとパワー容
量に基づいて、電池の積算容量Dを補正することで、正
確に新たに電池の積算容量Zを算出してメータパネル上
の電池容量計11に出力することができ、電池容量計の
精度向上に寄与することができる。
電深度DODが50%未満の場合には、内部抵抗が小さ
くなっているため、電池3の出力パワーPは信頼度が低
くなっている反面、電池3のWh積算量は信頼度が高く
なっているので、この領域では電池3のWh積算量を採
用するように補正する。一方、放電深度DODが50%
以上の場合には、内部抵抗が小さくなっているため、電
池3の出力パワーPは信頼度が高くなる反面、電池3の
Wh積算量の信頼度が低くなってくるので、この領域で
は電池3の出力パワーPを採用するように補正する。
電池容量計の制御装置を適応した場合について説明した
が、本発明はこのような電気自動車に限られることな
く、充電と放電を繰り返し行う一般の電池にも同様に適
応することができる。
装置の構成を示す図である。
ー容量と電力積算量との信頼性を説明するための図
(b)である。
り、(a)はWh積算方式を用いた場合、(b)はパワ
ー演算方式を用いた場合を示す。
フローチャートである。
チンを示すフローチャートである。
り、(a)はIV特性の一次回帰直線を示す図、(b)
は誤差△Pを説明する図、(c)は誤差△Whを説明す
る図である。
る。
との関係を示す図である。
度DODと重みMとの関係を示し、(b)はWhEの変
化を定性的に示す図、(c)は放電深度DODと重みM
との関係の他の例を示す。
放電電力量を説明するための図である。
ラフ(マップ)である。
すグラフと、従来例のように誤差(イ)が補充電毎に蓄
積される様子を示すグラフである。
Claims (3)
- 【請求項1】 車両に搭載される電池の放電電力量と前
記電池の出カパワーとの関係から第1の容量を算出する
パワー容量算出手段と、 前記電池が充放電する電力を積算して第2の容量を算出
する積算容量算出手段と、 前記第1及び第2の容量に基づいて電池の残存容量を算
出する残存容量算出手段とを有し、算出した残存容量を
表示手段に表示する制御装置であって、 車両走行中に算出した電池の残存容量に基づいて充電開
始時に前記積算容量算出手段を補正する積算容量補正手
段を有することを特徴とする電池容量計の制御装置。 - 【請求項2】 前記残存容量算出手段は、 前記第1及び第2の容量の各々に所定の重み付けをして
電池の残存容量を算出し、前記第1及び第2の容量の重
みを残存容量の大きさに基づいて変更することを特徴と
する請求項1記載の電池容量計の制御装置。 - 【請求項3】 前記積算容量算出手段は、 電池の残存容量毎に第1の容量に応じて第2の容量を補
正するための補正率を予め記憶しておく設定率記憶手段
と、 車両走行中に算出した電池の残存容量を記憶する残存容
量記憶手段とを有し、 充電開始時に前記残存容量記憶手段に記憶された最新の
電池の残存容量を読み出し、読み出した電池の残存容量
に対応した補正率を前記設定率記憶手段から読み出し、
読み出した補定率に応じて前記積算容量算出手段を補正
することを特徴とする請求項1または請求項2記載の電
池容量計の制御装置。
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---|---|---|---|
JP17488498A JP3879261B2 (ja) | 1998-06-22 | 1998-06-22 | 電池容量計の制御装置 |
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JP3879261B2 (ja) | 2007-02-07 |
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