JPH06331714A

JPH06331714A - バッテリ残存容量計

Info

Publication number: JPH06331714A
Application number: JP5126310A
Authority: JP
Inventors: Maritsuto Uiriamu; マリットウィリアム; Toshihiko Yamagishi; 敏彦山岸; Minoru Kanzaki; 神崎　　実
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-05-27
Filing date: 1993-05-27
Publication date: 1994-12-02
Anticipated expiration: 2017-07-22
Also published as: JP3304507B2

Abstract

(57)【要約】【目的】継続的に機能し、バッテリ駆動装置の実際の残
存使用量を正確に表示するバッテリ残存容量計を実現す
る。【構成】バッテリ駆動装置の操作中、バッテリの電圧電
流及び温度が測定され、２つの手段つまり、１）一定時
間の間電流値がゼロの時のみに機能し、開回路電圧値を
測定しそれを基に現在バッテリ容量を算出する、２）放
電電流値がゼロでなく正の値の時に継続的に機能し、消
費容量を時間に対して積分し、この容量を現在のバッテ
リ容量から差し引くことにより次の瞬間のバッテリ容量
を算出する、により補完的に分析され現在バッテリ容量
値を算出しメモリデバイスに蓄積し指示装置に表示す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に電動車両等の走行
駆動源として用いられるバッテリの残存容量検出に好適
なバッテリ残存容量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電動車両の走行駆動源として用い
られるバッテリの残存容量を検出する手段としては、い
くつかの異なる方法が使われている。１つは単純な直線
或は２次関数でバッテリの容量と関連するバッテリの開
回路電圧を測定する方法である。この種の相互関係に基
づく残存容量計は公開特許公報昭和57-149144号に記載
されている。

【０００３】別の方法としては、バッテリをエネルギー
源として使用している間にバッテリの出力電流を測定す
るものである。このタイプの検出は通常周知のPeukert
式Ｉⁿｔ＝Ｃを活用する。ここでＩは放電電流、ｎはバ
ッテリタイプに基づく１より大きい値、ｔは放電時間、
Ｃは定数である。Peukert式はバッテリの容量が電流が
増加するに従って減少するという周知の現象を示したも
のである。公開特許公報昭和59-56177号、NASA 技術ノ
ートD-5773, 1970等では、バッテリ電流を測定し、その
信号をPeukert式を用いて変換、変換した信号を時間た
いして積算する方式の残存容量計がいくつか報告されて
いる。積算された使用容量はバッテリ容量の現在値か
ら継続的に控除される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のバッテ
リの残存容量を測定する２つの方法は重要な欠点を有し
ている。開回路電圧の測定に基づく残存容量計は、電流
が流れておらず、バッテリが平衡電圧に近づく時のみ正
確な値を示す。電動車両が典型的な都市部の走行パター
ンで走行する場合、開回路電圧を測定できる機会は非常
に少ない。なぜなら車両は常時動いているし、電流はバ
ッテリから流れているからである。車両がバッテリ容量
を使い果す前に一度も停留所で停止しないような最悪の
場合では、車両がスタートを開始した後、電池容量が無
くなるまで測定が行なわれなくなる。

【０００５】Peukert式を用い入力電流信号を時間たい
して積算できる値に変換する方法に基づく残存容量計
は、通常の操作状況において重要なエラーを起こすとし
て知られている。通常の方法で満充電されたバッテリで
は、リセットスイッチをいれることにより、スタート地
点から積算を再度始めることができる。しかし、もしバ
ッテリを部分的に充電するなら、たとえば急速充電装置
によって容量の60％を充電するとしたら、リセットがで
きないので、残存容量計は放電の反対方向の電流積算も
可能でなければならない。残念ながら、逆電流積算を正
確におこなうことは難しい。というのはバッテリの充電
効率が、温度、放電深度、そして充電状況により予知不
可能に変化するからである。もしバッテリの部分的な充
放電を継続的に行ない、リセットが継続的にできなけれ
ばエラーの程度はひどくなってしまう。

【０００６】さらに、良く知られている全てのタイプの
残存容量計では、バッテリの経時変化に対し補正できて
いない。その主な理由はバッテリの経時変化はバッテリ
が充電もしくは放電される状況に応じてかなり変化する
からである。周知の残存容量計に関する他の問題点とし
て、出力情報が表示される表示様式に関するものがあ
る。典型的な例としては、容量は分数或いはバッテリ容
量のパーセンテージで表示される。これはユーザーに対
し表示値と、バッテリ動力デバイスが表示された出力単
位ごとに放出する対応使用量との相互関係を知ることを
要求することである。ユーザーによりその相互関係が確
認される前にバッテリのゼロ容量への放電がユーザーの
予測より早く起こり、つまりこれがユーザーにとって非
常に不便な点となるものである。

【０００７】本発明の目的は、上述の２つのタイプの残
存容量計の便利な特徴を１つの残存容量計に組み込み、
両者の長所を活かしながら短所をなくすことにある。さ
らにバッテリの経時変化を補正する簡単な方法も残存容
量計に含む。最後に残存容量計の出力をバッテリ駆動装
置の残存使用量を示す値に変換する方法を含める。変換
出力は電気車両に対しキロメーター、また、ポータブル
コンピュータに対しては使用時間の形で成される。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のバッテリの残存
容量計は、バッテリの端子電圧を測定する手段、バッテ
リの端子電流を測定する手段、バッテリの温度を測定す
る手段、前記電圧・電流・温度より残存容量を計算する
手段、計算結果を記憶する手段、計算結果を表示する手
段を有し、（１）前記電流が一定の時間ゼロである場
合、測定電圧値より駆動デバイスの最低使用電流におい
て定義された開回路電圧と容量の関係を用い残存容量を
算出し（２）前記電流が電池の放電方向にゼロ以上流れ
ている場合、消費容量を時間に対して積分して、バッテ
リ残存容量の現在値から減ずることにより次の瞬間の残
存容量を算出する、（１）および（２）の手段を補完的
に使用する。（１）の手段によって得られる継続した２
値の残存容量の容量差は（２）の方法を用い消費容量を
時間に対して積分することによっても得られる。積分し
た消費容量を用い、（１）の手段における現在バッテリ
容量値の算出関数を調整し、２つの手段による容量計算
値が数字的に一致するようにする。また、一定時間電流
値がゼロの時機能する前記データ計算手段（１）におい
て、時間及び電圧データをメモリデバイスに蓄積し、蓄
積した時間と電圧データの組合せを対数関数で関係づ
け、その対数関数を用いて10³秒以上の時間値に対する
開回路電圧値を算出する。電流が電池の放電方向にゼロ
以上流れている場合機能する前記データ計算手段（２）
において、一定時間の平均電流及び温度を測定し、測定
温度に対応する指数を有するPeukert式を用い、電流値
で補正した使用可能な最も低い電流に対応する時間を算
出し、バッテリ容量を測定した時の温度を標準とする温
度補正関数を用いて、温度により補正した使用可能な最
も低い電流に対応する時間を算出し、標準温度での最低
使用可能電流値に電流及び温度による補正時間をかける
ことにより、ある一定時間での消耗容量を積算する手段
を有する。また、バッテリ駆動装置の動作中、バッテリ
の電圧電流及び温度を継続的に測定し、データを分析し
現存バッテリ容量を算出し、その値に単位バッテリ容量
当りの装置の最大駆動可能量をかけることにより、最大
残存使用量を算出し指示装置に示すことを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明においては、異なる計算原理を有する２
つの基本的な残存容量算出法を組合せることにより、両
算出法の最も良い特徴を具備する残存容量計を供給す
る。第１の基本的な残存容量算出法は開回路電圧を利用
する方式である。この方式では電流値がゼロである一定
時間で、開回路電圧を推定・算出する。この開回路電圧
値を用い、開回路電圧値とバッテリ容量の単純な関数よ
り現在バッテリ容量を計算する。電動車両において、そ
のような電流測定値がゼロとなるのは、車両の始動時も
しくは車両が渋滞で止まっている時或は信号で停止して
いる時のみである。これらのゼロ電流測定値が生ずる機
会は少なく、場合によってはそのような機会はほとんど
無い。従って全体の測定データ数は、連続的に応答する
残存容量計の基礎データーとしては不十分である、しか
しこの種の希な測定データは、下記に記載するようなあ
る状況下でバッテリ容量の実際の値からずれるという欠
点を有している別の基本的残存容量計に対し、正確に測
定された基準点を提供するのに用いることができる。

【００１０】本願で用いられている第２の基本的な残存
容量検出法は電量計を原理とするの残存容量算出方式で
ある。電量計方式の残存容量計はバッテリから流れる電
流を積算し、算出された積算消費容量を事前に計算ある
いは測定したバッテリ容量の値から定期的に控除する。
バッテリのよく知られた特性として使用電流が増加する
と消費容量が電流増加分よりさらに増加するという現象
がある。本発明ではこれを補正するために、Peukert式
の関係を使い積算電流を補正し積算、控除を行なう。温
度の補正もまた必要であり実施する。この消費積算容量
の控除を用いた電量計方式の残存容量計は、控除プロセ
スの開始時の残存容量値が正確な限り、実際のバッテリ
容量を正確に求めることができる。控除開始時での正確
な残存容量値、つまり基準点は、電流がゼロのとき機能
する上述の開回路電圧方式の残存容量計により提供され
る。

【００１１】本発明は２つの方式の残存容量計を用いる
ことにより、バッテリ容量の正確な値を継続的に提供す
るだけでなく、バッテリの経時変化に伴う容量変化も調
整している。バッテリの経時変化に関係なく、Peukert
式を用い電流補正及び温度補正した積算容量値を算出す
る残存容量計の電量計の部分は正確であり続けるだろ
う。

【００１２】このように積算容量は正確であるので、こ
の値を第１の方式中の開回路電圧と残存容量の関係を表
わす簡単な関数を補正するのに使うことができる。バッ
テリ容量の値は、最初に、例えば電動車両の始動時に、
開回路電圧による容量算出法の部分により測定算出され
る。次に車両がある距離を走行し、その間電流がほんの
短時間ゼロになる場合は、２回目の開回路電圧測定は行
なわれない。この間、残存容量は存容量計の電量計の部
分を用いて継続的に更新される。車両は例えば信号など
でか止まり、この時、新しい開回路電圧測定値が得られ
る。２つの開回路電圧測定値の差によるバッテリ容量の
差と、２つの開回路電圧測定時刻間での電量計による積
算容量は、もしバッテリが経時変化しないのなら等しく
なるべきである。経時変化によりバッテリ容量が変化し
た時には、電量計による２つの基準点間の積算容量値を
用い、第１の方式における開回路電圧と容量の関係を示
す関数を調整する。この２つの補完方法における調整の
結果、次の調整の必要性が検出され実行される迄全く数
字的に一致したものとなる。

【００１３】最後に本発明の残存容量計の出力はユーザ
ーがわかり易いように、バッテリ駆動装置の使用量を表
示単位とする。残存バッテリ容量では将来使用できる距
離は明らかに予測できない。従って、本願においてはバ
ッテリ単位容量当りにデバイスが使用できる量の任意の
値を用いることにより表示を行なう。本発明ではこの任
意の値として、最も実際に使用する可能性の高い単位バ
ッテリ容量当りのデバイス使用可能量を選択した。たと
えば、満充電した30Ahのバッテリを有する電動車両で、
平坦な風のない道を最大値で６０ｋｍ走行すると、バッ
テリ単位容量当りの最大使用量は２ｋｍ／Ａｈである。
この時バッテリに５Ａｈの残存容量が残っていたとした
ら表示装置は１０ｋｍと示す。実際問題としては、使用
者はアクセルをエネルギー消費の点で最適に制御しない
し、また地形が平坦で無かったりするので、１０ｋｍ走
行させることはできないかも知れない。しかし表示出力
値はバッテリ容量が消費されるに従い、スムーズに単調
に減少していく。他の例としてはラップトップコンピュ
ータがもし満充電した2Ahバッテリで最大120分操作でき
るとしたら、最大使用率は60分/Ahである。これはもし
0.25Ahの残存容量が残っていたとしたら、表示装置が15
分と示すということである。本発明ではこのようにし
て、ユーザーが初めてバッテリ駆動デバイスを使った時
点から、デバイスの使用に関する簡単に理解し易い情報
を得ることができるのである。

【００１４】

【実施例】実施例の説明に先立ち、本発明の理解を容易
にするため、公知の事実であるバッテリの放電特性につ
いて述べておく。図２は満充電された30Ah公称容量を有
する密閉型鉛酸性バッテリを定電流で放電末期まで放電
させた時の端子電圧と放電時間の関係を示すものであ
る。図に示すように電圧は放電期間の大部分にわたって
除々に減少し、そして使用可能な容量が使い果たされる
時急に減少する。この放電状態での電池容量は、放電電
流及び急に電圧が降下する迄の経過時間を掛け合わせる
ことにより得られる。放電電流が増加するにつれ放電時
間がPeukert式（Ｉⁿｔ＝Ｃ）に従い減少する。ここでＩ
は放電電流、ｎはバッテリタイプにより異なる１より大
きい値、そしてＣは定数である。放電持続時間（分）
と、放電電流（Ａ）の関係を両対数表で図３に示す。こ
の図のデーターの直線回帰式からｎ、ｃの値は各々1.31
3及び3.386×10³となる。放電終了迄の時間は放電電流
が増加するにつれて減少するので容量もまた当然の結果
として減少する。もし満充電されたバッテリがいくつか
の異なる定電流で放電されたら、前記の関数に従い容量
も変化する。図４においては、３０Ａｈ公称容量バッテ
リの放電電流値と放電可能容量との関係を示す。さらに
定電流放電でのバッテリの容量はサイクル数が増加する
に伴い次第に変化する。大体の場合サイクル数の増加に
伴い容量は減少することがよく知られている。２８Ａｈ
公称容量の密閉型鉛酸性バッテリにおけるこのような変
動の１例を図５に示す。最後にサイクル寿命の早い時期
における３０Ａｈ公称容量バッテリの開回路電圧と残存
容量の関係を図６に示す。残存容量と開回路電圧との関
係はこのバッテリに対し次の式で表わされる。

【００１５】残存容量＝20.685×（開回路電圧−11.7）もし30Ah公称容量バッテリが図５に示されるように28Ah
公称容量バッテリと同様に経時変化をするとしたら、2
0.685という係数はまず最大まで増加しその後バッテリ
のサイクルと共に単調に減少していく。

【００１６】（実施例１）図１は本発明のバッテリ残存
容量計を実現する一実施例の回路構成図である。１およ
び２はそれぞれバッテリの端子電圧、放電電流の検出回
路である。具体的には、端子電圧の検出は抵抗分割によ
る方法が簡単である。また、放電電流の検出はバッテリ
の負荷と直列に接続されたシャント抵抗による方法、ホ
ール素子を用いた電流センサによる方法などが挙げら
れ、いずれの方法も可である。デバイスの電流検出部が
放電電流のみが正の値として測定されるように構成さ
れ、そのとき逆電流つまり充電電流は測定されない。３
はバッテリの温度の検出回路である。検出された端子電
圧、放電電流はローパスフィルタ４，５によって交流成
分が除去される。これは、バッテリの放電特性が電解液
の拡散という極めて変化の遅い現象に支配されており、
平均的な放電電流値に依存することによっている。交流
成分が除かれた信号と温度の検出の信号はそれぞれサン
プルホールド回路６，７，８を通してＡ／Ｄコンバータ
９によってデジタル信号に変換される。以下の各種のプ
ログラムステップがＲＯＭ（読み出し専用メモリ）１１
に記憶されており、バッテリの残存容量が算出される。

【００１７】１）バッテリ駆動デバイスにとって最も低
い駆動電流で定義したバッテリ容量と開回路電圧とを関
係付ける関数。

【００１８】２）時間に対して積算された消費容量を決
定するPeukert式の関数。

【００１９】計算に必要な各種定数もＲＯＭに記憶され
ている。指示装置マイクロコンピュータ10はデジタル信
号に変換された端子電圧値、放電電流値、バッテリの温
度を読み込み、ROM11からのプログラムコマンドを実行
し残存容量値を計算し、算出した残存容量値に応じた２
値データをラッチ回路12に出力する。２値データとは例
えば指示装置の駆動のためにデコードされたデータであ
る。ラッチ回路12では、新しいデータがマイクロコンピ
ュータ10から送られて来るまでの期間、前回のデータが
保持される。指示装置13には、ラッチ回路12に保持され
たデータによって残存容量値が指示される。

【００２０】なお以上の回路構成はあくまでも一例にす
ぎず、例えばローパスフィルタ４，５に代えて、マイコ
ン１０に読み込まれたデータにデジタルローパスフィル
タを用いることも可能であるし、サンプルホールド回路
６，７，８は１つのサンプルホールド回路を時分割で使
用することも可能である。また、Ｄ／Ａコンバータを用
いれば指示装置としてアナログ電圧計を用いることもで
きる。さらに出力表示手段を上述の実施例に限定するこ
とは発明者の意図するものではない。

【００２１】請求項１に記載されたバッテリ残存容量計
のマイコン部分で実行されるプログラム化された関数ス
テップの代表的フローチャートを図７に示す。図７から
わかるよに、残存容量はバッテリ駆動デバイスが駆動開
始時から停止する迄継続的に算出さる。プログラムには
２つの分岐がある。左側の分岐（開回路電圧分岐）は一
定時間ｔ_SETの全期間で電流値がゼロの時作動し、バッ
テリ容量の新しい値（言い換えると新容量）を算出す
る。右側の主要分岐（電量計分岐）では、電流が放電方
向にゼロ以上流れている時作動し、時間に対して電流を
積算した消費容量（以後△容量と表わす）を算出する。
バッテリ容量の現在値から△容量を引くことによりバッ
テリ容量の新しい値（言い換えると新容量)を算出す
る。

【００２２】図７における左側の分岐の略フローチャー
トを図８の上側の示す。この開回路電圧分岐におけるプ
ログラムステップのさらに詳しいフローチャートを図８
の下側に示す。この分岐に入った後の第１ステップで
は、一定時間ｔ_SETの間継続的に測定される電圧と時刻
のデータ対(Ｖ_N,ｔ_N)を蓄積するためにマイコン中のメ
モリ空間の初期化を行なう。次のステップでは、１つの
データ対を測定し、メモリスペースに記憶する。次に、
バッテリ電流値がゼロかつ経過時間がまだｔ_SETに達し
ていないかどうかの条件判断を行なう。もし電流が一定
時間ｔ_SETの期間中ゼロであり続けたら、電圧と時刻の
データ対は、充分にメモリースペースに蓄積・記憶され
引き続く計算に提供される。もしｔ_SETに達する前に電
流値がゼロでない値になるとしたら、次の条件判断部
（経過ｔ≧ｔ_SET？）でもＮｏが選択されバッテリ容量
の値を更新しないまま、計算は開回路電圧分岐から抜け
でる。もしｔ_SETに達する迄の全期間電流がゼロであり
続けたら、次の条件判断部（経過ｔ≧ｔ_SET？）でＹＥ
Ｓが選択され、メモリー空間に記憶されている電圧と時
刻のデータ対にたいして指数関数をフィッティングす
る。フィッティングした指数関数の形はＶ＝Ａｌｏｇ
（ｔ）＋Ｂである。ここでＡとＢは定数である。次のス
テップでは１０³秒以上の時間値をＶ＝Ａｌｏｇ（ｔ）
＋Ｂに代入し、開回路電圧によく近似するＶ_OCV値を求
める。

【００２３】この分岐での最終ステップでは、この開回
路電圧値を、バッテリ駆動デバイスを駆動可能な最少電
流で定義した開回路電圧とバッテリ容量の関係を現わす
式に代入する。この式は一般的に、容量＝Ｍ［ａ＋ｂＶ
_OCV＋ｃ（Ｖ_OCV）²＋．．．］と現わされ、ａ，ｂ，
ｃ，等は定数である。またこの例において、Ｍは定数で
ある。しかし、もし繰り返し使用にともなうバッテリ容
量の変化について有効な情報が得られるのなら、Ｍを繰
り返し使用で変化する変数として扱うことができる。新
容量が、容量＝Ｍ［ａ＋ｂＶ_OCV ＋ｃ（Ｖ_OCV）
²＋．．．］により算出された後、その値は適切なレジ
スターに記憶され、上述の表示回路により表示される。

【００２４】そして開回路電圧分岐を抜けでて、プログ
ラムのメインルーチンへ移る。

【００２５】図７における右側の分岐の略フローチャー
トを図９の上側に示す。この電量計分岐におけるプログ
ラムステップのさらに詳しいフローチャートを図９の下
側に示す。この分岐に入った後の第１のステップでは、
一定の測定時間間隔△ｔ間の平均電流ｉ、温度Ｔを測定
する。測定した温度ＴはPeukert式△ｔ₂=△ｔ₁（ｉ₁／
ｉ₂）ⁿ で用いられる指数ｎを算出するのに使用され
る。指数ｎを算出する温度の関数は一般式ｎ＝Α＋
Β（Ｔ）＋Γ（Ｔ²）＋．．．で表わされる。Α，Β，
Γ，等は定数である。次にPeukert式を用い、駆動デバ
イスにとり最も低い使用可能電流でバッテリを放電した
間に経過した時間間隔に対応する補正△tを算出する。
バッテリ動力デバイスにとり最も低い使用可能な電流を
標準ｉとし、前記の一般的なPeukert式を以下のように
用い算出する。

【００２６】補正△ｔ=△ｔ（ｉ／標準ｉ）ⁿ 次のステップで、バッテリ容量を測定・定義した時の温
度を基準とする温度補正関数を用いて、補正△ｔを温度
による２次補正を行なう。新補正△ｔを算出する関数は
以下の一般式によって表わされる。

【００２７】新補正△t＝補正△t＋α(T−標準T)＋β(T
−標準T)²＋γ(T−標準T)³＋．．．ここでα, β, γ, などは定数である。つまり新補正△
ｔは、バッテリを、１）動力デバイスにとって最も低い
使用可能電流で、また２）バッテリ容量を測定・定義し
た基準温度で、放電した間に経過した時間間隔に対応す
る。次のステップでは、最も低い使用可能電流（標準
ｉ）と電流及び温度補正を行なった時間間隔（新補正△
ｔ）をかけることにより、一定の測定間隔で積算された
消費容量（△容量）が算出される。この分岐の最終ステ
ップで、△容量を今までのバッテリ容量から差し引きそ
の結果を新容量とし、次に前述の表示回路によって適切
な表示用レジスターに記憶する。電量計の分岐は終了し
プログラムのメインルーチンに移りプログラムは再び初
期状態のステップ電流電流＝０？に戻る。

【００２８】上述の明細により構成された装置を満充電
状態なら３０Ａｈの容量を有するバッテリを搭載するス
クータに接続した。バッテリは密閉型鉛酸電池で完全に
充電されていない。表示装置のスケールは、例えば満充
電状態を３０Ａｈ、半分の状態を１５Ａｈ、空の状態を
０Ａｈで示す。スクータの始動時に、バッテリ容量はプ
ログラムの開回路電圧分岐により計算され２１Ａｈとな
った。

【００２９】車両は継続的に約２０ｋｍ走行し、その間
表示値は少しずつ安定して９Ａｈに減少した。スクータ
を停止し、バッテリを約１時間部分的に充電した。バッ
テリを充電装置からはずした後、スクーターで再び走行
した。充電後のバッテリ容量は１８Ａｈであった。さら
に継続的に約２０ｋｍ走行したが、その間表示装置は少
しずつ安定して４Ａｈに減少した。車両を停止すると、
その間プログラムでは開回路電圧の分岐が動作した。そ
のとき表示出力は４Ａｈのままであった。バッテリを車
両からはずし、実験室において特殊に設計された電池の
充放電特性測定装置上で放電実験した。実験室で確認さ
れた実際の残存容量は４．３Ａｈであった。このことは
ＲＯＭに記憶されプログラム中で使用された定数が、こ
の形式のバッテリに適切であったことを示している。

【００３０】（実施例２）実施例１の図１に示したもの
と同じバッテリ残存容量計の回路構成を、この実施例に
も用いる。請求項２記載のバッテリ残存容量計のマイコ
ン部分で実行されるプログラムの代表的フローチャート
を図１０に示す。図１０からもわかるように容量はバッ
テリ動力デバイスが操作を開示した時からデバイスの操
作が終了する迄継続的に測定される。プログラムには３
つの分岐がある、左側の分岐（開回路電圧分岐）は一定
期間ｔ_SETの全期間中で電流値がゼロの時動作し、バッ
テリ容量の新しい値（言い換えれば新容量）を算出す
る。開回路電圧分岐の下側の部分では、時系列で隣接す
る２つのバッテリ容量算出値を比較し減少したかどうか
を判断する。もし容量値が減少したらこの２つの値は記
憶され、フラグ（ＦＬＡＧ）が１となりプログラムの右
側分岐でこの２値を分析するように指示する。中央のメ
インルーチン（電量計分岐）は放電電流がゼロでない正
の値の時作動し、時間に関し電流を積算し消費容量△容
量を算出する。そして今までのバッテリ容量値から△容
量を差し引くことにより、バッテリ容量の新しい値（言
い換えれば新容量）を算出する。プログラムの電量計分
岐では、開回路電圧分岐で算出される時系列で隣接し減
少する２つのバッテリ容量測定時刻間に消費容量、容量
_SUBを時間に関して積算する。右側の分岐（標準化分
岐）は電流値がゼロでなく正の値でかつ信号ＦＬＡＧが
データの存在を示し右側分岐で分析を行なう準備がある
時作動する。標準化分岐では、開回路電圧法により算出
される時系列で隣接しかつ減少した２つのバッテリ容量
値の容量差と、隣接する測定時刻の間に時間に対して積
算した消費容量、容量_SUBとを比較する。積算された消
費容量つまり容量_S _UBの値は、プログラムの開回路電圧
分岐におけるバッテリ容量値の算出関数を調整する根拠
として用いられる。その結果２つの方法は数字的に一貫
したものとなる。

【００３１】請求項２に記載のバッテリ残存容量計のマ
イコン部分により実行されるプログラムステップのさら
に詳しい説明をおこなう。図１０からわかるように、バ
ッテリ動力デバイスが操作を開始した後、１）プログラ
ム信号変数、ＦＬＡＧ、２）時間に対し積算した小計消
費容量、容量_SUB、３）電圧値、Ｖ_OLD、を保存するマイ
コン中のメモリースペースを初期化する。これらの３値
は全て初期化の工程においてゼロにセットされる。次の
ステップでは、電流がゼロかゼロでないかを条件判断す
る。もし電流がゼロならプログラムは開回路電圧分岐に
入る。この分岐の最初の２つのステップは、実施例１の
図７、図８に即した説明で述べた。もしｔ_SETに達する
前に電流値がゼロでない値に変化したら、この分岐の最
初の条件判断文でＮＯと判断され、開回路電圧分岐から
バッテリ容量値が変化せず抜けでる。しかし電流が一定
の時間ｔ_SETの全期間ゼロであり続けたら、バッテリ駆
動デバイスにとって最も低い使用可能電流により定義し
たバッテリ容量と開回路電圧との関係式によって、バッ
テリ容量の新しい値（言い換えれば新容量）を算出す
る。

【００３２】この式は一般的な型容量＝Ｍ［ａ＋ｂＶ
_OCV＋ｃ（Ｖ_OCV）²＋．．．］で示されここでａ，ｂ，
ｃなどは定数である。この例でＭは、繰り返し使用に伴
い変化するバッテリ容量を標準化する標準化分岐におい
て調整される変数である。新容量が容量＝Ｍ［ａ＋ｂ
Ｖ_OCV ＋ｃ（Ｖ_OCV）²＋．．．］により算出された
後、この値は実施例１に記載されたのと同じ方法で表示
回路により表示用の適切なレジスタに蓄積される。

【００３３】新容量を容量＝Ｍ［ａ＋ｂＶ_OCV＋ｃ（Ｖ
_OCV）² ＋．．．］から算出した後の次のステップは
条件判断ステップである。メモリースペースに蓄積され
た電圧値Ｖ_OLDが容量＝Ｍ［ａ＋ｂＶ_OCV＋ｃ
（Ｖ_OCV）²＋．．．］に代入された電圧値V_OCV以下で
ある場合、１）Ｖ_OCVの値が新しいＶ_OLDとして蓄積さ
れ、２）積算された消費容量、容量_SUBの小計はゼロ値
に初期化され、３）開回路電圧分岐はプログラムのメイ
ンルーチンに移行する。もし電圧値Ｖ_OLDがＶ_OCVより大
きい値だと信号変数ＦＬＡＧが１に変更されプログラム
の標準化分岐に対し分析を行なうデータが存在すること
を示し、開回路電圧分岐はプログラムのメインルーチン
に移行する。信号変数ＦＬＡＧが１となる条件判断ステ
ップは、時系列で隣接し減少する２つのバッテリ容量値
が開回路電圧法により測定されたことを意味する。２つ
の値の高い方はＶ_OLDに蓄積された値により計算され
る。低い方の値は現在のＶ_OCVにより計算される。

【００３４】もし電流がゼロ値からゼロでない値に変化
すると、プログラムの初頭の条件判断文でＮｏが選択さ
れ、プログラムは中央のメインルーチン（電量計分岐）
に入る。もし信号変数ＦＬＡＧがゼロに等しければ電量
計分岐は図７、図９を用い説明した実施例１と同じプロ
グラムステップを有するメインルーチンに移行する。唯
一の違いは最終ステップである。そこではプログラムは
現在のバッテリ容量とは異なる消費容量の積算小計、容
量_SUBを算出する。積算消費容量の小計、容量_S _UBは、時
間にたいして漸増的に積算された消費容量、Δ容量を、
メモリスペースに記憶されている容量_SUBの現在値に加
算することにより算出される。この工程の完了後、計算
は、電量計分岐の先頭の条件判断ステップ（電流＝０
？）へと戻る。

【００３５】プログラムの中央メインルーチンに移行
後、信号変数ＦＬＡＧが１になると、メインルーチンを
抜けでて、右側分岐（標準化分岐）に移行する。前述の
通り信号変数ＦＬＡＧが１に等しいということは、２つ
の時系列で隣接し減少するバッテリ容量値が開回路電圧
法により測定されまたメモリスペースに保存されたこと
を表わす。信号変数ＦＬＡＧが１に等しくなる時には、
また２つの時系列で隣接し減少しているバッテリ容量値
間の測定間隔の間に容量_SUBの現在値が決定されたこと
を意味する。この標準化分岐において最初のステップで
は、積算された消費容量の小計、容量_SUBと、開回路電
圧法により得られる２つの連続的に減少する現在バッテ
リ容量値間の差位とを等しくなるようにＭの新しい値の
計算を実行する。これは数学的に以下のように表わされ
る。

【００３６】容量_SUB = M[a + bV_OLD + c(V_OLD)² +
...] - M[a + bV_OCV + c(V_OCV)² + ...] この式を並び変えると簡単にＭが求められる。新しいＭ
の値はバッテリ容量（言い換えれば新容量）を算出する
のに用いられる。

【００３７】新容量＝Ｍ［ａ＋ｂＶ_OCV＋ｃ（Ｖ_OCV）²＋．．．］プログラム中のこの時点で、２つの方法は数字的に一貫
したものとなる。この分岐の最後にプログラム中の変数
は以下のように再度初期化される。つまり１）Ｖ_OCVの
値がＶ_OLDに蓄積され、２）信号変数ＦＬＡＧはゼロに
リセットされ、３）時間に関し積算された消耗容量、容
量_SUBの小計がゼロにリセットされる。標準化分岐は、
その後終了しプログラムのメインルーチンへ移行する。

【００３８】上述の明細により構成された装置を満充電
状態なら３０Ａｈの容量を有するバッテリを搭載するス
クータに接続した。バッテリは密閉型鉛酸電池で完全に
充電されていない。表示装置のスケールは、例えば満充
電状態を３０Ａｈ、半分の状態を１５Ａｈ、空の状態を
０Ａｈで示す。スクータの始動時に、バッテリ容量はプ
ログラムの開回路電圧分岐により計算され２６Ａｈとな
った。

【００３９】車両を継続的に約３０ｋｍ走行したとこ
ろ、その間表示値は少しずつ安定して９Ａｈに減少し
た。スクータを停止し、バッテリを約２時間部分的に充
電した。バッテリを充電装置からはずした後、スクータ
ーで再び走行した。充電後のバッテリ容量は２４Ａｈで
あった。さらに継続的に約２０ｋｍ走行したが、その間
表示装置は少しずつ安定して６Ａｈに減少した。車両を
停止すると、その間プログラムでは開回路電圧の分岐が
動作した。そのとき表示出力は６Ａｈのままであった。
バッテリを車両からはずし、実験室において特殊に設計
された電池の充放電特性測定装置上で放電実験した。実
験室で確認された実際の残存容量は６．１Ａｈであっ
た。このことはＲＯＭに記憶されプログラム中で使用さ
れた定数が、この形式のバッテリに適切であったことを
示している。

【００４０】スクータはその後、通常の条件下で数カ月
間走行され、上述と同様のテストが繰り返された。満充
電状態のバッテリ容量は２５Ａｈに減少した。２度目の
テストの最初では容量はプログラムの開回路電圧部によ
り２３Ａｈと計測された。

【００４１】車両を継続的に約１０ｋｍ走行したとこ
ろ、その間表示値は少しずつ安定して１７Ａｈに減少し
た。車両を停止すると、その間プログラムでは開回路電
圧の分岐が動作した。そのとき表示出力は１７Ａｈのま
まであった。バッテリを車両からはずし、実験室におい
て特殊に設計された電池の充放電特性測定装置上で放電
実験した。実験室で確認された実際の残存容量は１６．
９Ａｈであった。このことはプログラムで使用されるＲ
ＯＭ中に蓄積された定数がバッテリによく適合したこと
を意味しまたプログラムの標準化分岐が期待通り機能し
たことを示している。

【００４２】（実施例３）実施例１記載の一般的仕様に
より構成された装置を、満充電容量が３０Ａｈの電池を
搭載する電気スクーターに接続した。スクーターは風の
ない試験用トラック上を異なる一定速度で走行し、単位
バッテリ容量当りの最大使用可能量を測定した。何回か
行なった後、定速３２ｋｍ／時で単位容量当りの最大使
用可能量１．９３ｋｍ／Ａｈが得られた。３０Ａｈの満
充電されたバッテリにとって、この率は５７．９ｋｍの
最大使用可能量に相当する。表示装置をわかり易くする
ため、実際に得られない距離ではあるが、表示最大目盛
りを６０ｋｍとした。そして目盛りの半分では３０ｋｍ
で、最終点（空状態）では０ｋｍとなる。付加的な計算
ステップを実施例１のバッテリ残存容量計のマイコンで
実行されるプログラムに付加し、算出された容量値、新
容量に１．９３ｋｍ／Ａｈをかける。このように表示装
置は、ユーザーにとってわかり易い最大残存使用量を示
す。

【００４３】スクターの始動時に満充電状態のバッテリ
は、残存容量計の表示値５７ｋｍを示す。車両で市街地
を２０ｋｍ連続的に走行すると、その間表示値は着実に
２９ｋｍまで減少した。残存容量計によるバッテリ容量
（走行可能距離）の減少は２８ｋｍ（５７−２９＝２
８）だったが、実際に走行した距離は２０ｋｍであっ
た。この値のずれの原因は、市街地の走行状態は、バッ
テリの使用量を最大にするために最適でないからであ
る。スクーターをテスト用トラックに移動して定速３２
ｋｍ／時でさらに４０分間走行した。この間表示値は着
実に８ｋｍまで減少した。この残存使用可能量における
２１ｋｍの減少は、車両がバッテリの最大容量使用状況
下で操作されたので予測通りだった。市街地走行及びテ
スト用トラック上での走行の２つの形態の使用に対し、
表示装置は着実にスムースに動作し、出力値が急に下が
ることはなかった。

【００４４】

【発明の効果】上述の通り本願は、一定時間の間電流値
がゼロの時のみに機能する開回路電圧方式のバッテリ残
存容量計と電流が放電方向にゼロでなく正の値の時継続
的に機能する電量計方式のバッテリ残存容量計の有益な
特徴を組合せて、両者の短所を相互に打ち消し合い、か
つ両者の長所を兼ね備える単一のバッテリ残存容量計を
提供する。

【００４５】さらにバッテリの経時変化を補償する簡単
な手段をバッテリ残存容量計に含む。最後に、バッテ
リ残存容量計の出力をバッテリ駆動デバイスの実際の残
存使用量を表わす値に変換する手段を含む。変換された
出力は、電動車両に対しては距離の形つまりキロメータ
ーで、またポータブルコンピュータに対しては使用時間
の形で表示される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のバッテリ残存容量計の回路構成図。

【図２】バッテリの定電流放電特性を示す図。

【図３】放電電流の常用対数と放電持続時間の常用対数
との関係を示す図。

【図４】放電電流値と放電可能容量との関係を示す図。

【図５】サイクル番号と放電可能容量との関係を示す
図。

【図６】開回路放電圧と放電可能容量との関係を示す
図。

【図７】本発明のバッテリ残存容量計のマイクロコンピ
ュータでのプログラム制御（請求項１）のフローチャー
ト。

【図８】本発明のバッテリ残存容量計のマイクロコンピ
ュータでのプログラム制御（請求項３）のフローチャー
ト。

【図９】本発明のバッテリ残存容量計のマイクロコンピ
ュータでのプログラム制御（請求項４）のフローチャー
ト。

【図１０】本発明のバッテリ残存容量計のマイクロコン
ピュータでのプログラム制御（請求項２）のフローチャ
ート。

【符号の説明】

１バッテリ端子電圧検出回路２バッテリ放電電流検出回路３バッテリ温度検出回路４，５ローパスフィルタ６，７，８サンプルホールド９Ａ／Ｄコンバータ１０マイクロコンピュータ１１ＲＯＭ１２ラッチ１３指示装置１４ＬＥＤモジュール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バッテリの端子電圧を測定する手段、バ
ッテリの端子電流を測定する手段、バッテリの温度を測
定する手段、前記電圧・電流・温度より残存容量を計算
する手段、計算結果を記憶する手段、計算結果を表示す
る手段を有するバッテリ駆動デバイスのバッテリ残存容
量計において、（１）前記電流が一定の時間ゼロである
場合、測定電圧値より駆動デバイスの最低使用電流にお
いて定義された開回路電圧と容量の関係を用い残存容量
を算出し（２）前記電流が電池の放電方向にゼロ以上流
れている場合、消費容量を時間に対して積分して、バッ
テリ残存容量の現在値から減ずることにより次の瞬間の
残存容量を算出する、（１）および（２）の手段を補完
的に使用することを特徴とするバッテリ残存容量計。
【請求項２】バッテリの電圧を測定する手段、バッテリ
の端子電流を測定する手段、バッテリの温度を測定する
手段、前記電圧・電流・温度より残存容量を計算する手
段、計算結果を記憶する手段、計算結果を表示する手段
を有するバッテリ駆動デバイスのバッテリ残存容量計に
おいて、（１）前記電流が一定の時間ゼロである場合、
測定電圧値より駆動デバイスの最低使用電流において定
義された開回路電圧と容量の関係を用い残存容量を算出
し（２）前記電流が電池の放電方向にゼロ以上流れてい
る場合、消費容量を時間に対して積分して、バッテリ残
存容量の現在値から減ずることにより次の瞬間の残存容
量を算出する、（１）および（２）の手段を補完的に使
用し残存容量を算出する。（１）の手段によって得られ
る継続した２値の残存容量の容量差は（２）の方法を用
い消費容量を時間に対して積分することによっても得ら
れる。積分した消費容量を用い、（１）の手段における
現在バッテリ容量値の算出関数を調整し、２つの手段に
よる容量計算値が数字的に一致するようにしたことを特
徴とするバッテリ残存容量計。
【請求項３】一定時間電流値がゼロの時機能する請求項
１及び請求項２のデータ計算手段において１）時間及び
電圧データをメモリデバイスに蓄積し、２）蓄積した時
間と電圧データの組合せを対数関数で関係づけ３）その
対数関数を用いて10³秒以上の時間値に対する開回路電
圧値を算出する手段を有することを特徴とする請求項１
記載叉は請求項２記載のバッテリ残存容量計。
【請求項４】電流が電池の放電方向にゼロ以上流れてい
る場合機能する請求項１及び請求項２のデータ計算手段
において、１）一定時間の平均電流及び温度を測定し、
２）測定温度に対応する指数を有するPeukert式を用
い、電流値で補正した使用可能な最も低い電流に対応す
る時間を算出し、３）バッテリ容量を測定した時の温度
を標準とする温度補正関数を用いて、温度により補正し
た使用可能な最も低い電流に対応する時間を算出し、
４）標準温度での最低使用可能電流値に電流及び温度に
よる補正時間をかけることにより、ある一定時間での消
耗容量を積算する手段を有することを特徴とする請求項
１または請求項２記載のバッテリ残存容量計。
【請求項５】バッテリ駆動装置の動作中、バッテリの電
圧電流及び温度を継続的に測定し、データを分析し現存
バッテリ容量を算出し、その値に単位バッテリ容量当り
の装置の最大駆動可能量をかけることにより、最大残存
使用量を算出し指示装置に示すことを特徴とするバッテ
リ残存容量計。