JPH09312901A

JPH09312901A - 電気自動車の電力制御装置

Info

Publication number: JPH09312901A
Application number: JP8127399A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Tsuji; 匡辻; Naoki Amada; 直樹天田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1996-05-22
Filing date: 1996-05-22
Publication date: 1997-12-02
Anticipated expiration: 2016-05-22
Also published as: JP3385845B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電池の充放電電力を最適に制御する。【解決手段】放電電流増加時に測定した電池の電圧と
電流に基づいて電池の第１の電圧における放電電流を推
定し、この推定放電電流に基づいて電池の最大放電電力
を演算するとともに、推定放電電流よりも小さい所定の
放電電流に基づいて電池の放電電力を演算し、これらの
電力演算結果の内の小さい値に電池の放電電力を制限す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車に搭載
される電池の放電電力と回生充電電力を制御する装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車のエネルギー源となる電池
は、放電反応あるいは充電反応の時間経過につれて放電
または充電可能な電力が変動するという特性を有してい
る。一方、電気自動車において、走行負荷に応じて必要
な充放電電力は走行パターンに応じて時々刻々変化す
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】電気自動車の走行パタ
ーンに応じて必要な電力を常に電池から供給できれば問
題はないが、電池の放電深度、充放電電流、充放電時間
などの条件によっては走行パターンに応じた電力を供給
できないことがある。このような場合には、電池の端子
電圧が最大許容電圧Ｖmaxを越えたり、放電終止電圧Ｖm
inより低くならないように、充放電電力を制御する必要
がある。

【０００４】本発明の目的は、電池の充放電電力を最適
に制御する電気自動車の電力制御装置を提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

（１）請求項１の発明は、電池の電圧を測定する電圧
測定手段と、電池に流れる電流を測定する電流測定手段
と、電圧測定手段と電流測定手段により測定された放電
電流増加時の電圧と電流に基づいて、電池の第１の電圧
における放電電流を推定する電流推定手段と、第１の電
圧における放電電流に基づいて電池の放電電力を演算す
る第１の演算手段と、第１の電圧における放電電流より
も小さい所定の放電電流に基づいて電池の放電電力を演
算する第２の演算手段と、電池の放電電力を、第１およ
び第２の演算手段により演算された電力の内の小さい方
に制限する電力制御手段とを備える。放電電流増加時に
測定した電池の電圧と電流に基づいて電池の第１の電圧
における放電電流を推定し、この推定放電電流に基づい
て電池の放電電力を演算するとともに、推定放電電流よ
りも小さい所定の放電電流に基づいて電池の放電電力を
演算し、これらの電力演算結果の内の小さい値に電池の
放電電力を制限する。（２）請求項２の電気自動車の電力制御装置は、電流
推定手段によって、電圧測定手段と電流測定手段により
測定された放電電流増加時の電圧と電流に基づいて、電
池の第２の電圧における充電電流を推定し、第１の演算
手段によって、第２の電圧における充電電流に基づいて
電池の充電電力を演算し、第２の演算手段によって、第
２の電圧における充電電流よりも小さい所定の充電電流
に基づいて電池の充電電力を演算し、電力制御手段によ
って、電池の充電電力を、第１および第２の演算手段に
より演算された電力の内の小さい値に制限する。放電電
流増加時に測定した電池の電圧と電流に基づいて電池の
第２の電圧における充電電流を推定し、この推定充電電
流に基づいて電池の充電電力を演算するとともに、推定
充電電流よりも小さい所定の充電電流に基づいて電池の
充電電力を演算し、これらの電力演算結果の内の小さい
値に電池の充電電力を制限する。（３）請求項３の電気自動車の電力制御装置は、所定
の放電電流と所定の充電電流を電気自動車の電動機の最
大定格電流に基づいて決定するようにしたものである。（４）請求項４の電気自動車の電力制御装置は、第１
の電圧を電池の放電終止電圧としたものである。（５）請求項５の電気自動車の電力制御装置は、第２
の電圧を前記電池の最大許容電圧としたものである。

【０００６】

【発明の効果】

（１）請求項１の発明によれば、電動機の最大定格電
流を低減することができるから、電動機およびインバー
タを小型化することができ、モータおよびインバータの
コストおよび重量を低減できる。（２）請求項２の発明によれば、請求項１と同様な効
果が得られる。（３）請求項３の発明によれば、請求項１の効果に加
え、電池が放電末期状態になっても電動機の最大定格電
流いっぱいまで放電することができ、大きな出力を維持
できる。（４）請求項４の発明によれば、電池の最大放電電流
を推定でき、正確な最大放電電力を求めることができ
る。（５）請求項５の発明によれば、電池の最大充電電流
を推定でき、正確な最大充電電力を求めることができ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は、一実施形態の電気自動車
の走行駆動機構の構成を示すブロック図である。力行時
には、電池１１が放電してインバータ１２に直流電力を
供給し、インバータ１２は直流電力を交流電力に変換し
てモータ１３に印加する。これにより、モータ１３が走
行エネルギーを発生して車両が走行する。一方、回生時
には、車両の走行エネルギーがモータ１３およびインバ
ータ１２を介して電気エネルギーに逆変換され、電池１
１が充電されるとともに、車両に回生ブレーキがかか
る。電圧センサー１４は電池１１の両端電圧Ｖを検出
し、電流センサー１５は電池１１に流れる電流Ｉを検出
する。なお、電流Ｉは、モータ駆動時に電池１１からイ
ンバータ１２へ流れる方向を正とし、回生充電時にイン
バータ１２から電池１１へ流れる方向を負とする。コン
トローラ１６は、電圧センサー１４および電流センサー
１５により検出された電圧Ｖと電流Ｉとに基づいて、電
池１１の最大放電電力と最大充電電力を演算し、演算結
果に基づいてインバータ１２の出力制御および回生制御
を行なう。

【０００８】《電池の特性について》ここで、電池の特
性について説明する。ある種類の電池、例えばリチウム
イオン電池やニッケル水素電池は次のような特性を有し
ている。（１）図２に示すように、電池の放電深度（以下、Ｄ
ＯＤ(Depth of Discharge)と呼ぶ）が低い状態（〜６０
％）では充電時と放電時の内部抵抗がほぼ一致する。（２）充放電時の電圧Ｖ−電流Ｉ特性の直線性がよ
い。この種の電池のこのような特性を利用すれば、ＤＯ
Ｄや温度などの電池の状態に応じた正確な最大放電電力
と最大充電電力を演算することが可能である。なお、電
池はリチウムイオン電池やニッケル水素電池に限定され
ず、上記特性を有する電池であればよい。

【０００９】一般に、電池は、一定電流で放電した時に
放電反応の時間経過につれて電圧が低下し、一定電流で
充電した時に充電反応の時間経過につれて電圧が上昇す
るという特性を有している。図３は一定電流で放電した
時の電池の端子電圧Ｖの変化を示す。時刻ｔ１からｔ３
までの期間、一定電流Ｉ１で放電を行なうと端子電圧Ｖ
は図のように変化する。放電開始時刻ｔ１において、端
子電圧ＶはＶ0からＶ1まで０．１ｍＳ以下の瞬時に低下
する。この過渡電圧ＶXは電池の液抵抗や接触抵抗など
による電圧降下である。次に、時刻ｔ１からｔ２までの
期間Ｔ１において、端子電圧ＶはＶ1からＶ2まで急激に
低下する。この低下時間は１００ｍＳ以下であり、過渡
電圧ＶYは電池の電荷移動抵抗による電圧降下である。
さらに、時刻ｔ２からｔ３までの期間Ｔ２において、端
子電圧ＶはＶ2からＶ3まで緩やかに低下する。この過渡
電圧ＶZは電解液の濃度分極による電圧降下であり、一
般にこの領域は拡散領域と呼ばれる。その後、放電停止
時刻ｔ３を過ぎると、端子電圧Ｖは急激に回復する。期
間Ｔ１とＴ３は短時間に推移する過渡状態であり、期間
Ｔ２は電池の通常の使用状態である。このように、電池
の端子電圧は、放電電流に応じて変化するとともに、放
電反応の時間経過にともなって変化する。したがって、
放電反応の過渡状態における端子電圧に基づいて電池の
最大放電電力を演算すると誤差を生じ、場合によっては
放電時の端子電圧が電池の放電終止電圧以下に低下する
おそれがある。なお、放電終止電圧とは、これ以上放電
を継続できない電池の許容最小電圧である。

【００１０】《最大充放電電力の演算方法》次に、電池
の最大放電電力と最大充電電力の演算方法を説明する。
まず、放電中の電池のＶ−Ｉ特性をサンプリングし、図
４に示すように、サンプリング結果をＶ−Ｉグラフにプ
ロットする（図中に×印で示す）。上述したように、こ
の種の電池では充放電時の内部抵抗がほぼ一致し、且つ
Ｖ−Ｉ特性の直線性がよいので、サンプリング結果のＶ
−Ｉ特性を直線回帰することができ、さらに回帰直線を
充電側および放電側に延長することができる。図におい
て、回帰直線のＶ軸切片Ｅｏは電池の開放電圧を表わ
し、回帰直線の傾きは電池の内部抵抗Ｒを表わす。回帰
直線は、

【数１】Ｖ＝Ｅｏ−Ｉ・Ｒと表わすことができる。

【００１１】回帰直線と充電時の最大許容電圧Ｖmaxと
の交点Ａの電流ＩCmaxは充電許容値を与え、交点Ａでは
次式が成立する。

【数２】Ｖmax＝Ｅｏ−ＩCmax・Ｒ同様に、回帰直線と放電時の放電終止電圧Ｖminとの交
点Ｂの電流ＩDmaxは放電許容値を与え、交点Ｂでは次式
が成立する。

【数３】Ｖmin＝Ｅｏ−ＩDmax・Ｒ

【００１２】最大充電電力ＰCは、上記数式２により、

【数４】ＰC＝Ｖmax・ＩCmax＝Ｖmax・（Ｅｏ−Ｖmax）／Ｒまた、最大放電電力ＰDは、数式３により、

【数５】ＰD＝Ｖmin・ＩDmax＝Ｖmin・（Ｅｏ−Ｖmin）／Ｒとなる。放電中のＶ−Ｉ特性のサンプリング値は、電池
のＤＯＤや温度などの電池の状態に応じた値であり、こ
のようなサンプリング値を直線回帰して求められる最大
充電電力ＰCと最大放電電力ＰDは、当然ながらＤＯＤや
温度などの電池の状態に応じた電力である。

【００１３】ところで、電気自動車に搭載される電池の
放電終止電圧Ｖminは、通常、

【数６】Ｖmin≧Ｅｏ／２の関係にある。一方、一般に電池の最大出力Ｐ、すなわ
ち最大放電電力Ｐは、

【数７】Ｖ＝Ｅｏ／２にて得られることが知られている。このため、電気自動
車用電池の放電終止電圧Ｖminが、

【数８】Ｖmin＞Ｅｏ／２の範囲に設定されると、上述した方法で演算された最大
放電電力ＰDは、一般の電池の最大放電電力よりも小さ
くなる。この明細書では、放電終止電圧Ｖminを数式６
の範囲内で設定し、設定した放電終止電圧Ｖminに対し
て演算された放電電力を電池の最大放電電力とする。

【００１４】ところで、電気自動車のモータ１３は、最
大定格電圧と最大定格電流を供給した時に最大出力を発
生し、電圧または電流が小さくなるにつれて出力が低下
する。電池１１の端子電圧Ｖが放電終止電圧Ｖmin近く
まで低下した時には、最大出力を維持するために電圧が
低下した分だけ電流を増加する必要がある。ところが、
無制限に電流を増加することはできず、モータ１３の最
大定格電流以下に制限しなければならない。このような
放電末期まで電池１１を放電することは、実際には頻繁
に起きることではないと考えられるから、放電末期に一
次的に出力を制限することは十分に許容されることであ
る。その出力制限によって、モータ１３の最大定格電流
を低減することができるから、モータ１３およびインバ
ータ１２を小型化することができ、コストおよび重量が
低減される。そこで、この実施形態では、最大充放電電
力の演算に際して最大充放電電流ＩDmaxをＩDmax’に低
減する。

【数９】ＩDmax’＜ＩDmax この低減電流ＩDmax’は、モータ１３の最大定格電流に
基づいて決定する。

【００１５】図５、図６は最大放電電力ＰDの演算に際
して最大放電電流ＩDmaxを低減しなかった場合のＶ−Ｉ
特性および最大電力特性を表わし、図７、図８は最大放
電電流ＩDmaxを低減した場合のＶ−Ｉ特性および最大電
力特性を表わす。これらの図において、ＰDは数式５に
より演算した最大放電電力であり、電池の能力を表わ
す。ＰI，ＰI’はそれぞれ最大放電電流ＩDmax，ＩDma
x’に基づいて次式により演算した最大放電電力であ
り、モータの能力を表わす。

【数１０】ＰI＝ＩDmax（Ｅｏ−ＩDmax・Ｒ），ＰI’＝ＩDmax’（Ｅｏ−ＩDmax’・Ｒ）また、ＰMはモータ１３の最大出力を表わし、ＰM’は規
定モード走行を保証可能なモータ出力を表わす。電流Ｉ
Dmaxを低減せずに電力ＰDを演算した場合には、図６に
示すＪ１点周辺において、モータ能力ＰＩが電池能力Ｐ
Dより大きくなるようにして、電池能力ＰDいっぱいまで
出力を維持しようとすると、上述したようにモータ電流
を大きくしなければならず、モータおよびインバータが
大型になって重量およびコストが増加する。

【００１６】しかし、図７に示すように電流ＩDmaxをＩ
Dmax’まで低減して電力ＰDを演算した場合には、図８
に示すＪ２点からＪ３点までの範囲の放電末期領域にお
いて出力がわずかに制限されるだけで、モータおよびイ
ンバータのコスト、重量、大きさを増加させずにすむ。
もちろん、規定モード走行を保証するためのモータ出力
ＰM’は確保される。この実施形態では、数式５により
最大放電電力ＰDを演算するとともに、数式１０により
最大放電電力ＰI’を演算し、いずれか小さい方を最終
的な最大放電電力ＰD’とする。なお、最大充電電力の
演算においても同様に、最大充電電流ＩCmaxをモータ１
３の最大定格電流に基づいて決定した電流ＩCmax’に低
減し、これらの最大充電電流ＩCmax，ＩCmax’に基づい
て演算した最大放電電力（モータ能力）を演算するとと
もに、上記数式４により最大充電電力ＰC（電池能力）
を演算する。そして、いずれか小さい方を最終的な最大
充電電力ＰC’とする。

【００１７】《電池のＶ−Ｉ特性のサンプリング方法》
次に、電池のＶ−Ｉ特性のサンプリング方法を説明す
る。電池の電圧Ｖと電流Ｉとの関係は上記数式１により
表わされる。ところが、上述したように、電池の端子電
圧Ｖは放電反応の時間経過につれて変化し、同一の放電
電流において電圧をサンプリングしても反応段階が違え
ば同一の電圧が得られない。逆に、同一の電圧において
電流をサンプリングしても反応段階が違えば同一の電流
は得られない。つまり、電池自体の化学反応の段階によ
って端子電圧Ｖと放電電流Ｉが変化するので、時々刻々
の電池の能力を正確に推定するためには、電池の反応段
階を考慮してＶ−Ｉ特性のサンプリングを行なう必要が
ある。

【００１８】図９は、放電中の端子電圧Ｖと放電電流Ｉ
のサンプリングタイミングを説明する図である。一般
に、電池は、放電電流の減少時には電流の変化に対して
電圧の変化が遅れるという性質がある。そのため、端子
電圧Ｖと放電電流Ｉのサンプリングに際しては放電反応
から充電反応、放電反応から放電停止、あるいは平衡状
態から放電反応または充電反応というような、異なる反
応形態間の過渡現象と放電電流の減少時とを除くため
に、放電電流の立ち上がりを検出し、放電電流増加時の
端子電圧Ｖと放電電流Ｉをサンプリングする。また、過
渡領域（図３の過度電圧ＶX，ＶYを生じる期間Ｔ１）に
おける不安定な端子電圧Ｖと放電電流Ｉのサンプリング
を避けるために、放電電流の立ち上がりから所定時間Δ
ｔ後の端子電圧Ｖと放電電流Ｉをサンプリングする。

【００１９】ここで、放電電流の立ち上がりは電流Ｉと
その変化率ｄＩ／ｄｔが共に正となった時点とする。な
お、この放電電流の立ち上がり点は電池の放電反応の開
始点である。図９の例では、ｔ１，ｔ３，ｔ５が放電電
流の立ち上がり点になり、それらの時点から所定時間Δ
ｔ後のｔ２，ｔ４，ｔ６時点においてそれぞれ、端子電
圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３と放電電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３をサン
プリングする。これにより、電池の状態が急激に変化す
る不安定な過渡領域における測定が避けられ、安定な拡
散領域における電池の端子電圧Ｖと放電電流Ｉを測定す
ることができる。なお、Ｖ−Ｉ特性のサンプリングに際
しては、放電電流の立ち上がりから所定時間内に新たに
放電電流の立ち上がりがあった場合には、その時点から
改めて計時を開始し、所定時間後に端子電圧Ｖと放電電
流Ｉをサンプリングする。

【００２０】ところで、Ｖ−Ｉ特性のサンプリングタイ
ミングを放電電流の立ち上がりから所定時間後の１点だ
けにすると、次のような問題が生じる。図１０は、放電
電流の立ち上がりから所定時間Δｔ後に放電電流Ｉと端
子電圧Ｖをサンプリングした時の様子を示す。また、図
１１はサンプリング結果をＶ−Ｉグラフにプロットし、
直線回帰したものである。この電池の最大放電電力Ｐ
D’は上述した方法により求められる。演算された最大
放電電力ＰD’は、放電電流の立ち上がりから所定時間
Δｔ後のサンプリング結果に基づいて得られたものであ
るから、所定時間Δｔだけ放電可能な最大電力である。
ところが、この最大放電電力ＰD’でΔｔ時間を越える
放電を行なうと、図１１に直線Ｃで示すように、放電途
中で端子電圧Ｖが放電終止電圧Ｖmin以下になってしま
う。

【００２１】つまり、電池の放電可能な電力は反応段階
により異なるので、必要な放電時間に応じたＶ−Ｉデー
タのサンプリングを行なう必要がある。そこで、放電電
流の立ち上がり後、複数の時点でＶ−Ｉ特性のサンプリ
ングを行なうことにする。図１２は、放電電流の立ち上
がりから所定時間Δｔ１後とΔｔ２後に放電電流Ｉと端
子電圧Ｖをサンプリングした時の様子を示す。また、図
１３はサンプリング結果をＶ−Ｉグラフにプロットし、
直線回帰したものである。図１３において、直線Ｄは放
電電流の立ち上がりから所定時間Δｔ１後のサンプリン
グデータ（×印）に基づく回帰直線であり、直線Ｅは放
電電流の立ち上がりから所定時間Δｔ２後のサンプリン
グデータ（○印）に基づく回帰直線である。また、直線
Ｆは、放電電流の立ち上がりから所定時間Δｔ１後とΔ
ｔ２後のサンプリングデータ（×と○の両方）に基づく
回帰直線である。この回帰直線Ｆにより最大放電電力Ｐ
D’を求めれば、放電電流と放電時間が異なる種々の放
電形態に対する平均的な最大電力を得ることができる。

【００２２】図１４は、電気自動車の通常の走行パター
ンにおいて複数の時点でＶ−Ｉ特性のサンプリングをし
た例を示す。この例では、放電電流の立ち上がりから１
秒後と３秒後にサンプリングを行なう。また、図１５は
サンプリング結果をＶ−Ｉグラフにプロットし、直線回
帰したものである。図１５において、直線Ｇは放電電流
の立ち上がりから１秒後のサンプリングデータ（×印）
に基づく回帰直線であり、直線Ｈは放電電流の立ち上が
りから３秒後のサンプリングデータ（○印）に基づく回
帰直線である。また、直線Ｊは、放電電流の立ち上がり
から１秒後と３秒後のサンプリングデータ（×と○の両
方）に基づく回帰直線である。

【００２３】図１６は、図１４と図１５に示すサンプリ
ングデータをサンプリングタイミングΔｔと放電電流Ｉ
により分類したものである。１秒後のサンプリングでは
５個のデータが採取され、３秒後のサンプリングでは３
個のデータが採取された。しかし、図１５に示すよう
に、Δｔが小さい１秒後のサンプリングデータは低電流
領域に集中しやすく、したがってこれらのデータによる
回帰演算精度は低い。一方、Δｔが大きい３秒後のサン
プリングデータは広い電流範囲に分布するものの、デー
タ数が少なくなりやすく、やはり回帰演算精度が低い。
ところが、放電電流の立ち上がりから複数の時点、すな
わち１秒後と３秒後のサンプリングデータは当然データ
数が多く、また電流Ｉと電圧Ｖの広い範囲に分布してい
るので、回帰演算精度が高くなる。したがって、これら
のデータによる回帰直線Ｊから最大放電電力ＰD’を演
算すれば、放電電流と放電時間が異なる種々の放電形態
に対する理想的な平均最大電力を得ることができる。ま
た、複数の時点のサンプリングデータに基づいて回帰演
算精度が向上すれば、図４に示すように、算出された回
帰直線を充電側に延長して正確な最大充電電力ＰC’を
求めることができる。

【００２４】なお、図１２〜図１５に示すサンプリング
例では、放電電流の立ち上がり後の２時点でサンプリン
グを行なう例を示したが、サンプリングタイミングは３
つ以上としてもよい。また、Ｖ−Ｉ特性のサンプリング
に際しては、放電電流の立ち上がりから所定時間内に新
たに放電電流の立ち上がりがあった場合には、その時点
から改めて計時を開始し、所定時間後に端子電圧Ｖと放
電電流Ｉをサンプリングする。

【００２５】《Ｖ−Ｉ特性のサンプリングデータの記憶
方法》上述した複数のタイミングでサンプリングしたデ
ータは、次の方法でストックする。放電電流Ｉの範囲を
複数の領域に分割し、各領域ごとに所定個数のストック
メモリを用意する。例えば図１７に示すように、放電電
流の範囲を５つの領域に分割し、各領域ごとに３個ずつ
ストックメモリを用意する。そして、所定のサンプリン
グ時間中に、上述したタイミングで電流ｉｎと電圧ｖｎ
（ｎはサンプリング順位を示す）とをサンプリングし、
電流領域ごとに分類してストックする。電流領域におけ
るデータが所定個数に達したら、最も古いデータを消去
して最新のデータをストックする。例えば図１７の例に
おいて、（ｉ8，ｖ8）のデータがサンプリングされ、そ
のデータがＩ2〜Ｉ3領域に含まれる場合には、その領域
の最も古いデータ（ｉ3，ｖ3）を消去し、代りに最新の
データ（ｉ8，ｖ8）を記憶する。このサンプリングデー
タのストック方法によれば、各分割電流領域ごとに一次
回帰するのに充分な所定個数のデータしかストックしな
いので、特定の分割電流領域に集中したサンプリングデ
ータに基づくＶ−Ｉ特性の直線回帰が避けられ、端子電
圧と放電電流の広い範囲のサンプリングデータに基づい
て正確な直線回帰が可能となり、正確な最大充放電電力
ＰD’，ＰC’を推定できる。また、分割電流領域ごとに
所定個数のサンプリングデータをストックするので、放
電電流範囲内の広い範囲のサンプリングデータを用いて
正確な直線回帰を行なうことができ、正確な最大充放電
電力ＰD’，ＰC’を推定できる上に、コントローラに膨
大なメモリ容量を確保する必要もなくなる。

【００２６】Ｖ−Ｉ特性のサンプリングは所定時間内ま
たは所定の放電電気量ごとに行ない、上記方法でストッ
クしたデータに基づいて最大放電電力ＰD’と最大充電
電力ＰC’を演算する。最大放電電力ＰD’と最大充電電
力ＰC’の演算を終了したらメモリにストックされてい
るサンプリングデータをすべて消去し、次のサンプリン
グ時間には改めてデータをストックする。これにより、
電池の最新の状態における端子電圧Ｖと放電電流Ｉをサ
ンプリングすることができ、最新の電池状態におけるサ
ンプリングデータに基づいて正確な最大放電電力ＰD’
と最大充電電力ＰC’を演算できる。

【００２７】《充放電電力の演算処理》図１８は、コン
トローラ１６の電力演算処理を示すフローチャートであ
る。コントローラ１６は、電気自動車の運行中はこの処
理を繰り返し実行する。ステップ１において、放電電流
増加時の複数の時点で電圧Ｖと電流Ｉをサンプリング
し、上述した方法でサンプリングデータをストックす
る。このサンプリングは所定時間内、または所定の放電
電気量ごとに行なう。サンプリングが終了したら、ステ
ップ２で狭い電流範囲における回帰演算を防止して演算
精度を上げるため、３つ以上の分割電流領域にサンプリ
ングデータがストックされているか否かを確認する。３
つ以上の領域にデータがストックされていればステップ
３へ進み、ストックデータによりＶ−Ｉ特性を直線回帰
する。一方、ステップ２において３つ以上の分割電流領
域にサンプリングデータがストックされていなかった時
は、最大充放電電力ＰD’，ＰC’の演算は行なわない。
ステップ４において、回帰直線により放電終止電圧Ｖmi
nにおける電流ＩDmaxを求め、上記数式５により最大放
電電力ＰDを演算するとともに、低減した電流ＩDmax’
に基づいて数式１０により最大放電電力ＰI’を演算
し、いずれか小さい方を最終的な最大放電電力ＰD’と
する。また、最大許容電圧Ｖmaxにおける電流ＩCmaxを
求め、上記数式４により最大充電電力ＰCを演算すると
ともに、低減した電流ＩCmax’に基づいて最大放電電力
を演算し、いずれか小さい方を最終的な最大放電電力Ｐ
C’とする。

【００２８】《出力制限処理》力行時の車両の走行パタ
ーンによっては、最大放電電力ＰD’を越える走行負荷
がかかることがある。最大放電電力ＰD’は、放電電流
の立ち上がりから比較的、短時間の間にサンプリングさ
れたデータに基づいて演算された電力であり、短時間に
放電可能な電力ということができる。例えば、電力演算
時のサンプリング間隔よりも長い時間、大電流の放電が
行なわれると、最大放電電力ＰD’を越えてしまい、端
子電圧Ｖが放電終止電圧Ｖmin以下になる。また、放電
深度ＤＯＤが増加すれば最大放電電力ＰD’は低下する
ので、最大放電電力ＰD’の演算間隔よりも長い時間、
大電流の放電が行なわれた時も同様な結果になる。な
お、放電電流の立ち上がりから所定時間後、長時間にわ
たって複数の時点でＶ−Ｉ特性をサンプリングし、その
ようなサンプリング結果に基づいて最大放電電力ＰDを
演算すれば、長時間の放電に対する最大放電電力ＰD’
を演算することができる。しかし、長時間の放電が行な
われることは少ないので、放電電流の立ち上がりから長
時間後のデータの数は少なくなり、そのようなデータを
含めて回帰直線の演算を行なうと回帰直線の精度を低下
させるおそれがあり、好ましくない。一方、演算された
最大放電電力ＰD’は多少の誤差を含むことがある。車
両の走行パターンに応じて最大出力が要求され、最大放
電電力ＰD’まで放電を行なった時に、最大放電電力Ｐ
D’に誤差があるとその分だけ端子電圧Ｖが放電終止電
圧Ｖminを下回ってしまう。

【００２９】そこで、図１９に示すように、端子電圧Ｖ
が基準電圧Ｖ1以下になった時に制限係数Ｋにより最大
放電電力ＰD’を補正し、出力制限を行なう。この出力
制限は所定時間Ｔ２ごとに繰り返し、端子電圧Ｖが基準
電圧Ｖ1以上になるまで行なう。図１９において、時刻
ｔ１で放電を開始し、放電電力が最大放電電力ＰD’を
越えたとする。端子電圧Ｖが基準電圧Ｖ1以下になった
時刻ｔ２で、制限係数Ｋを１からｋに更新する。制御遅
延時間Ｔ１後の時刻ｔ３で、最大放電電力はｋ・ＰD’
に制限される。この結果、放電電流Ｉが減少し、端子電
圧Ｖが増加する。時刻ｔ２からＴ２時間後の時刻ｔ４に
おいて、端子電圧Ｖと基準電圧Ｖ1を比較し、Ｖ＜Ｖ1で
あれば制限係数Ｋを更新して出力を制限し、Ｖ≧Ｖ1で
あれば制限係数Ｋおよび最大放電電力ＰD’を変更しな
い。この例では、時刻ｔ４でＶ＜Ｖ1であるから、制限
係数Ｋをｋ²とする。制御遅延時間Ｔ１後の時刻ｔ５
で、最大放電電力がｋ²・ＰD’に制限され、放電電流Ｉ
が減少し、端子電圧Ｖが増加する。次に、時刻ｔ４から
Ｔ２時間後の時刻ｔ６においても、Ｖ＜Ｖ1であるから
制限係数Ｋをｋ³に更新する。制御遅延時間Ｔ１後の時
刻ｔ７で、最大放電電力がｋ³・ＰD’に制限される。そ
の結果、放電電流Ｉが減少し、端子電圧Ｖが増加する。
時刻ｔ６からＴ２時間後の時刻ｔ８では、端子電圧Ｖが
基準電圧Ｖ１よりも高く、したがって制限係数Ｋを更新
しない。

【００３０】放電開始直後の時刻ｔ１からｔ８までの期
間は、放電電力がオーバーシュートし、最大放電電力Ｐ
D’がＴ２時間ごとに頻繁に制限されている。上述した
ように、この放電開始直後の放電電力のオーバーシュー
トは最大放電電力ＰD’の演算誤差に起因するものであ
る。一方、定常状態になった時刻ｔ９において、ふたた
びＶ＜Ｖ1が検出され、制限係数Ｋがｋ⁴に更新される。
制御遅延時間Ｔ１後の時刻ｔ１０で、最大放電電力Ｐ
D’がｋ⁴・ＰD’に制限され、放電電流Ｉが減少し、端
子電圧Ｖが増加する。この定常状態における放電電力の
超過は、上述したように長時間にわたって放電が継続し
たためである。時刻ｔ１２において放電モードから回生
充電モードに切り換わると、端子電圧Ｖは急激に上昇
し、この時点において制限係数Ｋを１にリセットする。

【００３１】なお、基準電圧Ｖ1は、

【数１１】Ｖ1≧Ｖmin を満たす任意の値を選択することができる。また、出力
制限処理の繰り返し時間Ｔ２は制御遅延時間Ｔ１よりも
長い時間とし、定数ｋは放電電力のオーバーシュートが
所定の収束時間内に０になる最適な値を設定する。制限
係数Ｋの最小値を０．１とし、それ以下は０と見なす。
例えば収束時間を３Ｓとする。ｋ＝０．８とした場合、
ｎ＝１０でＫが０．１よりも小さくなるから、繰り返し
時間Ｔ２を３００ｍＳに選べば３Ｓで制限係数Ｋが０と
なり、出力電力が０となる。

【００３２】図２０は出力制限処理を示すフローチャー
トである。コントローラ１６は放電が開始されるとこの
処理を実行する。ステップ１１において、端子電圧Ｖを
基準電圧Ｖ1と比較し、Ｖ＜Ｖ1であればステップ１２へ
進み、Ｖ≧Ｖ1であればステップ１８へ進む。Ｖ≧Ｖ1の
時は、ステップ１８で電流Ｉが負か、すなわち放電モー
ドから回生充電モードに切り換わったかどうかを確認す
る。放電モードのままであればステップ１１へ戻り、回
生充電モードに切り換わるとステップ１７へ進む。ステ
ップ１７では、出力制限回数を示す変数ｎに０を設定し
て処理を終了する。一方、Ｖ＜Ｖ1の時は、ステップ１
２で出力制限回数を示す変数ｎをインクリメントする。
なお、変数ｎの初期値は０である。ステップ１３で制限
係数Ｋを設定する。第１回目の出力制限時にはｎ＝１で
あるから、制限係数Ｋはｋである。ステップ１４で、演
算された最大放電電力ＰD’に制限係数Ｋを乗じて補正
する。ステップ１５では、タイマーにＴ２時間を設定し
てスタートさせる。このＴ２時間は、図１５で説明した
出力制限処理の繰り返し時間である。ステップ１６で、
電流Ｉが負か、すなわち放電モードから回生充電モード
に切り換わったかどうかを確認し、回生充電モードに切
り換わったらステップ１７へ進み、変数ｎに０を設定し
て処理を終了する。一方、放電モードが継続している時
はステップ１９へ進み、タイマーがタイムアップしてＴ
２時間が経過したかどうかを確認する。Ｔ２時間が経過
したらステップ１１へ戻り、上記処理を繰り返す。

【００３３】《回生制限処理》力行時と同様に回生充電
時においても、車両の走行パターンによっては最大充電
電力ＰC’を越える回生電力が発生することがある。最
大充電電力ＰC’は、放電電流の立ち上がりから比較
的、短時間の間にサンプリングされたデータに基づいて
演算された電力であり、短時間に回生充電可能な電力と
いうことができる。例えば、電力演算時のサンプリング
間隔よりも長い時間、大電流の回生充電が行なわれる
と、最大充電電力ＰC’を越えてしまい、端子電圧Ｖが
最大許容電圧Ｖmaxを越える。また、演算された最大充
電電力ＰC’は多少の誤差を含むことがある。車両の走
行パターンに応じて最大回生ブレーキ力が要求され、最
大充電電力ＰC’で充電を行なった時に、最大充電電力
ＰC’に誤差があるとその分だけ端子電圧Ｖが最大許容
電圧Ｖmaxを越えてしまう。

【００３４】そこで、図２１に示すように、端子電圧Ｖ
が基準電圧Ｖ2を越えた時に制限係数Ｋにより最大充電
電力ＰC’を補正し、回生制限を行なう。この回生制限
は所定時間Ｔ２ごとに繰り返し、端子電圧Ｖが基準電圧
Ｖ2以下になるまで行なう。図２１において、時刻ｔ１
で回生充電を開始し、充電電力が最大充電電力ＰC’を
越えたとする。端子電圧Ｖが基準電圧Ｖ2を越えた時刻
ｔ２で、制限係数Ｋを１からｋに更新する。制御遅延時
間Ｔ１後の時刻ｔ３で、最大充電電力ＰC’がｋ・ＰC’
に制限される。この結果、充電電流Ｉおよび端子電圧Ｖ
が減少する。時刻ｔ２からＴ２時間後の時刻ｔ４におい
て、端子電圧Ｖと基準電圧Ｖ2を比較し、Ｖ＞Ｖ2であれ
ば制限係数Ｋを更新して出力を制限し、Ｖ≦Ｖ2であれ
ば制限係数Ｋおよび最大充電電力ＰC’を変更しない。
この例では、時刻ｔ４でＶ＞Ｖ2であるから、制限係数
Ｋをｋ²とする。制御遅延時間Ｔ１後の時刻ｔ５で、最
大充電電力がｋ²・ＰC’に制限され、充電電流Ｉおよび
端子電圧Ｖが減少する。次に、時刻ｔ４からＴ２時間後
の時刻ｔ６においても、Ｖ＞Ｖ2であるから制限係数Ｋ
をｋ³に更新する。遅延時間Ｔ１後の時刻ｔ７で最大充
電電力がｋ³・ＰC’に制限され、放電電流Ｉおよび端子
電圧Ｂが減少する。時刻ｔ６からＴ２時間後の時刻ｔ８
では、端子電圧Ｖが基準電圧Ｖ２よりも低く、したがっ
て制限係数Ｋを更新しない。

【００３５】回生充電開始直後の時刻ｔ１からｔ８まで
の期間は、充電電力がオーバーシュートし、最大充電電
力ＰC’がＴ２時間ごとに頻繁に制限されている。上述
したように、この回生充電開始直後の充電電力のオーバ
ーシュートは最大充電電力ＰC’の演算誤差に起因する
ものである。一方、定常状態になった時刻ｔ９におい
て、ふたたびＶ＞Ｖ2が検出され、制限係数Ｋがｋ⁴に更
新される。制御遅延時間Ｔ１後の時刻ｔ１０で、最大充
電電力がｋ⁴・ＰC’に制限され、充電電流Ｉおよび端子
電圧Ｖが減少する。この定常状態における充電電力の超
過は、上述したように長時間にわたって充電が継続した
ためである。時刻ｔ１２において回生充電モードから放
電モードに切り換わると、端子電圧Ｖは急激に低下し、
この時点において制限係数Ｋを１にリセットする。

【００３６】なお、基準電圧Ｖ2は、

【数１２】Ｖ2≦Ｖmax を満たす任意の値を選択することができる。また、回生
制限処理の繰り返し時間Ｔ２は制御遅延時間Ｔ１よりも
長い時間とし、定数ｋは充電電力のオーバーシュートが
所定の収束時間内に０になる最適な値を設定する。制限
係数Ｋの最小値を０．１とし、それ以下は０と見なす。
例えば、収束時間を３Ｓとする。ｋ＝０．８とした場
合、ｎ＝１０でＫが０．１よりも小さくなるから、繰り
返し時間Ｔ２を３００ｍＳに選べば３Ｓで制限係数Ｋが
０となり、回生電力が０となる。上述した出力制限処理
と回生制限処理では、同一の時間間隔Ｔ２で制限処理を
行なう例を示したが、出力制限と回生制限においてそれ
ぞれ別個の時間間隔でそれぞれの制限処理を行なうよう
にしてもよい。

【００３７】図２２は回生制限処理を示すフローチャー
トである。コントローラ１６は回生充電が開始されると
この処理を実行する。ステップ２１において、端子電圧
Ｖを基準電圧Ｖ2と比較し、Ｖ＞Ｖ2であればステップ２
２へ進み、Ｖ≦Ｖ2であればステップ２８へ進む。Ｖ≦
Ｖ2の時は、ステップ２８で電流Ｉが正か、すなわち回
生充電モードから放電モードに切り換わったかどうかを
確認する。回生充電モードのままであればステップ２１
へ戻り、放電モードに切り換わるとステップ２７へ進
む。ステップ２７では、回生制限回数を示す変数ｎに０
を設定して処理を終了する。一方、Ｖ＞Ｖ2の時は、ス
テップ２２で回生制限回数を示す変数ｎをインクリメン
トする。なお、変数ｎの初期値は０である。ステップ２
３で制限係数Ｋを設定する。第１回目の出力制限時には
ｎ＝１であるから、制限係数Ｋはｋである。ステップ２
４で、演算された最大充電電力ＰC’に制限係数Ｋを乗
じて補正する。ステップ２５では、タイマーにＴ２時間
を設定してスタートさせる。このＴ２時間は、図２１で
説明した回生制限処理の繰り返し時間である。ステップ
２６で、電流Ｉが負か、すなわち回生充電モードから放
電モードに切り換わったかどうかを確認し、放電モード
に切り換わったらステップ２７へ進み、変数ｎに０を設
定して処理を終了する。一方、回生充電モードが継続し
ている時はステップ２９へ進み、タイマーがタイムアッ
プしてＴ２時間が経過したかどうかを確認する。Ｔ２時
間が経過したらステップ２１へ戻り、上記処理を繰り返
す。

【００３８】なお、図２に示すように、ＤＯＤが６０％
を越えると、放電時の内部抵抗Ｒと充電時の内部抵抗Ｒ
の差が大きくなり、演算される最大充電電力ＰC’は大
きな誤差を含む。しかし、ＤＯＤが６０％を越える状態
では、電池の真の最大充電電力がインバーター１２から
回生される最大電力よりも十分に大きいため、最大充電
電力の演算値ＰC’に大きな誤差があっても問題になら
ない。

【００３９】−発明の実施の形態の変形例− 上述した実施形態では、電圧センサー１４により電池１
１の両端の端子電圧Ｖを測定し、電力演算、出力制限お
よび回生制限を行なう例を示した。通常、電気自動車に
は複数の単セルを直列に接続した組電池が用いられるの
で、各単セルの両端電圧（以下、セル電圧と呼ぶ）を測
定し、セル電圧に基づいて電力演算、出力制限および回
生制限を行なうようにしてもよい。図２３は、セル電圧
に基づいて充放電電力の演算と出力制限および回生制限
を行なう場合の変形例の構成を示す。電池１１Ａはｎ個
の単セル１１１〜１１ｎが直列に接続されており、各単
セルには電圧センサー１４１〜１４ｎが並列に接続され
る。これらの電圧センサー１４１〜１４ｎの出力はコン
トローラ１６Ａに接続される。その他の構成は図１に示
す構成と同様である。

【００４０】最大充放電電力ＰD’，ＰC’の演算に際し
ては、各電圧センサー１４１〜１４ｎの検出電圧を加算
して電池１１Ａの両端の端子電圧Ｖとし、上述した方法
で最大充放電電力ＰD’，ＰC’を演算する。出力制限処
理に際しては、上述した基準電圧Ｖ1に相当する単セル
の基準電圧Ｖ1’を設定し、電圧センサー１４１〜１４
ｎで検出される最小のセル電圧と基準電圧Ｖ1’を比較
しながら上述した方法で出力制限を行なう。また、回生
制限処理に際しては、上述した基準電圧Ｖ2に相当する
単セルの基準電圧Ｖ2’を設定し、電圧センサー１４１
〜１４ｎで検出される最大のセル電圧と基準電圧Ｖ2’
を比較しながら上述した方法で回生制限を行なう。

【００４１】−発明の実施の形態の他の変形例− 上述した図２３に示す変形例では、電池のセル電圧と電
流に基づいて最大充放電電力の演算と出力／回生制限を
行なう例を示したが、電池のセル電圧、端子電圧および
電流に基づいて最大充放電電力の演算と出力／回生制限
を行なう他の変形例を説明する。この変形例では、図２
４に示すように、上述した図２３に示す変形例の構成に
電池１１Ａの端子電圧Ｖを測定する電圧センサー１４を
付加する。最大充放電電力ＰD’，ＰC’の演算に際して
は、端子電圧センサー１４により測定した端子電圧Ｖと
放電電流Ｉとに基づいて上述した方法で最大充放電電力
ＰD’，ＰC’を演算する。また、出力制限処理に際して
は、基準電圧Ｖ1に相当する単セルの基準電圧Ｖ1’を設
定し、セル電圧センサー１４１〜１４ｎで検出される最
小のセル電圧と基準電圧Ｖ1’を比較しながら上述した
方法で出力制限を行なう。回生制限処理に際しては、基
準電圧Ｖ2に相当する単セルの基準電圧Ｖ2’を設定し、
セル電圧センサー１４１〜１４ｎで検出される最大のセ
ル電圧と基準電圧Ｖ2’を比較しながら上述した方法で
回生制限を行なう。

【００４２】なお、端子電圧センサー１４により測定し
た端子電圧に基づいて最大充放電電力ＰD’，ＰC’を演
算した後、セル電圧センサー１４１〜１４ｎで検出され
る最小のセル電圧と端子電圧センサー１４により測定し
た端子電圧の内のいずれかが基準電圧（Ｖ1またはＶ
1’）以下になった時に出力制限を行なうとともに、端
子電圧または最大のセル電圧が基準電圧（Ｖ2またはＶ
2’）以上になった時に回生制限を行なうようにしても
よい。

【００４３】以上の一実施形態の構成において、電圧セ
ンサー１４が電圧測定手段を、電流センサー１５が電流
測定手段を、コントローラ１６が電流推定手段、第１の
演算手段、第２の演算手段および電力制御手段をそれぞ
れ構成する。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態の電気自動車の構成を示すブロッ
ク図。

【図２】電池の放電深度（ＤＯＤ）と内部抵抗との関
係を示す図。

【図３】一定電流で放電した時の電池の端子電圧の変
化を示す図

【図４】放電時の端子電圧と放電電流のサンプリング
データによる回帰直線を示す図。

【図５】最大放電電流を低減せずに最大放電電力を演
算する場合のＶ−Ｉ特性を示す図。

【図６】最大放電電流を低減せずに最大放電電力を演
算する場合の最大電力特性を示す図。

【図７】最大放電電流を低減して最大放電電力を演算
する場合のＶ−Ｉ特性を示す図。

【図８】最大放電電流を低減して最大放電電力を演算
する場合の最大電力特性を示す図。

【図９】放電中の端子電圧と放電電流のサンプリング
タイミングを説明する図。

【図１０】放電電流の立ち上がりから所定時間後に放
電電流と端子電圧をサンプリングした場合を示す図。

【図１１】図１０に示すサンプリングデータをＶ−Ｉ
グラフにプロットし、直線回帰した図。

【図１２】放電電流の立ち上がりから所定時間Δｔ１
後とΔｔ２後に放電電流と端子電圧をサンプリングした
場合を示す図。

【図１３】図１２に示すサンプリングデータをＶ−Ｉ
グラフにプロットし、直線回帰した図。

【図１４】電気自動車の通常の走行パターンにおいて
複数の時点でＶ−Ｉ特性のサンプリングをした例を示す
図。

【図１５】図１４に示すサンプリングデータをＶ−Ｉ
グラフにプロットし、直線回帰した図。

【図１６】図１４に示すサンプリングデータをサンプ
リングタイミングと放電電流により分類した図。

【図１７】サンプリングデータのストック方法を説明
する図。

【図１８】電力演算処理を示すフローチャート。

【図１９】出力制限を説明する図。

【図２０】出力制限処理を示すフローチャート。

【図２１】回生制限処理を示す図。

【図２２】回生制限処理を示すフローチャート。

【図２３】電池のセル電圧と電流を測定し、最大充放
電電力の演算と、出力制限および回生制限を行なう変形
例の構成を示す図。

【図２４】電池のセル電圧、端子電圧および電流を測
定し、最大充放電電力の演算と、出力制限および回生制
限を行なう他の変形例の構成を示す図。

【符号の説明】

１１，１１Ａ電池１２インバータ１３モータ１４，１４１〜１４ｎ電圧センサー１５電流センサー１６，１６Ａ，１６Ｂコントローラ１１１〜１１ｎ単セル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０２Ｊ 7/10 Ｈ０２Ｊ 7/10 Ｈ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電池の電圧を測定する電圧測定手段と、前記電池に流れる電流を測定する電流測定手段と、前記電圧測定手段と前記電流測定手段により測定された
放電電流増加時の電圧と電流に基づいて、前記電池の第
１の電圧における放電電流を推定する電流推定手段と、前記第１の電圧における放電電流に基づいて前記電池の
放電電力を演算する第１の演算手段と、前記第１の電圧における放電電流よりも小さい所定の放
電電流に基づいて前記電池の放電電力を演算する第２の
演算手段と、前記電池の放電電力を、前記第１および第２の演算手段
により演算された電力の内の小さい値に制限する電力制
御手段とを備えることを特徴とする電気自動車の電力制
御装置。
【請求項２】請求項１に記載の電気自動車の電力制御
装置において、前記電流推定手段は、前記電圧測定手段と前記電流測定
手段により測定された放電電流増加時の電圧と電流に基
づいて、前記電池の第２の電圧における充電電流を推定
し、前記第１の演算手段は、前記第２の電圧における充電電
流に基づいて前記電池の充電電力を演算し、前記第２の演算手段は、前記第２の電圧における充電電
流よりも小さい所定の充電電流に基づいて前記電池の充
電電力を演算し、前記電力制御手段は、前記電池の充電電力を、前記第１
および第２の演算手段により演算された電力の内の小さ
い値に制限することを特徴とする電気自動車の電力制御
装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の電気自
動車の電力制御装置において、前記所定の放電電流と前記所定の充電電流を電気自動車
の電動機の最大定格電流に基づいて決定することを特徴
とする電気自動車の電力制御装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかの項に記載の電
気自動車の電力制御装置において、前記第１の電圧を前記電池の放電終止電圧とすることを
特徴とする電気自動車の電力制御装置。
【請求項５】請求項２〜４のいずれかの項に記載の電
気自動車の電力制御装置において、前記第２の電圧を前記電池の最大許容電圧とすることを
特徴とする電気自動車の電力制御装置。