JPH0996665A - 電池残存容量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は電池残存容量計に関し、（Ｖ−Ｉ）
特性比較方式の不都合を解消した電池残存容量計を提供
することを目的とする。 【解決手段】 電池M1の放電電流を検出する電流検出手
段M2と、電流検出手段M2で検出された放電電流の時間的
な変化状態を検出する変化状態検出手段M3と、電池M1の
放電時における放電電圧を検出する電圧検出手段M4と、
電流検出手段M2及び変化状態検出手段M3の検出結果に基
づき、放電電流が所定値以上であり、かつ増加している
ときに、その増加率を算出する増加率演算手段M5と、増
加率演算手段M5により算出された増加率における放電電
圧及び放電電流の関係と、予め放電電圧と放電電流に対
する電池残存容量の関係を記録したマップに基づいて、
電池残存容量を検出する残存容量検出手段M6と、残存容
量検出結果を表示する表示手段M7で構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電池の残存容量を測
定する電池残存容量計に関し、特に、電気自動車用電池
の電池残存容量計において、放電電圧─電流（Ｖ−Ｉ）
特性比較方式を利用した電池残存容量計における充電状
態検出結果を補正し、正確な電池残存容量を可能とした
電池残存容量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電池の残存容量を測定する１つの
方法として、電気量積算方式による測定方法がある。こ
の電気量積算方式では、満充電状態から使用した電気量
を減じていくことにより、電池の充電状態を算出する。
また、他の方法として、放電電圧─電流（Ｖ−Ｉ）特性
比較方式による測定方法がある。この方式では、電気自
動車の走行中の放電電流と放電電圧を測定し、予めメモ
リに格納した種々の充電状態でのＶ−Ｉ特性テーブルと
測定結果を比較し、電池の残存容量を推測する。

【０００３】後者の方式として、例えば、特開平６─５
９００３号公報に開示の方法では、放電電流が所定値以
上であり、この電流が所定値以上の増加率で増加してい
る状態（高負荷状態）にある場合に、その時の電流と電
圧を取り入れてＶ−Ｉ特性を検出している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前者の電気
量積算方式において、通常、多数回の充放電が可能な鉛
電池であっても、充放電を繰り返すことによりその性能
が劣化する。電池性能が劣化すると満充電状態での電池
容量が減少する。このように劣化して電池容量が減少し
た状態で電気量積算方式を用いると、電池残存容量の測
定精度に誤差が生じ、この測定精度の誤差は電池性能の
劣化度が進行するに伴い増大していく。さらに、電池の
実使用上においても、電池性能が劣化すると低電流では
放電可能であっても大電流では放電ができない、という
問題もある。従って、この電気量積算方式では電池性能
の劣化に対して充分に対応することができず、電気自動
車のエネルギ源としての電池の残存容量を測定するには
適切とは言えない。

【０００５】一方、後者の上記文献に開示されたＶ−Ｉ
特性比較方式では、種々の増加率の相違について考慮さ
れていない。即ち、電池の充電状態が一定であっても放
電電流の増加率に従ってＶ−Ｉ特性の検出結果に種々の
影響を与えることが実験等で明らかになった。従って、
この従来方式では、種々の時間間隔における放電電流の
増加率の相違によりＶ−Ｉ特性の検出結果に誤差を生じ
ることになる。また、電池の満充電付近では電圧変化が
緩やかであるが、上述の誤差は満充電付近ほど大きく、
このときに誤差が増大することも明らかになっている。

【０００６】従って、本発明の目的は、上述の従来の問
題を解消した、電気自動車に好適な電池残存容量計を提
供することにあり、特に、電池残存容量測定の１つの方
法である放電電圧─放電電流（Ｖ−Ｉ）特性比較方式に
おける上述した不都合を解消した電池残存容量計を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理構成
図である。本発明の電池残存容量計は、電池Ｍ１の放電
電流を検出する電流検出手段Ｍ２と、電流検出手段Ｍ２
で検出された放電電流の時間的な変化状態を検出する変
化状態検出手段Ｍ３と、電池Ｍ１の放電時における放電
電圧を検出する電圧検出手段Ｍ４と、電流検出手段Ｍ２
及び変化状態検出手段Ｍ３の検出結果に基づき、放電電
流が所定値以上であり、かつ増加しているときに、その
増加率を算出する増加率演算手段Ｍ５と、増加率演算手
段Ｍ５により算出された増加率における放電電圧及び放
電電流の関係と予め放電電圧と放電電流に対する電池残
存容量の関係を記録したマップに基づいて、電池残存容
量を検出する残存容量検出手段Ｍ６と、残存容量検出結
果を表示する表示手段Ｍ７と、で構成される。

【０００８】このような構成により、放電電流の時間的
な変化に基づき算出した放電電流増加率をパラメーター
とし、特に放電電流が所定値以上であり、かつ増加して
いるときに、そのときの放電電流と放電電圧と、所定の
マップに基づいて電池残存容量を補正し正確な電池残存
容量を検出するものである。本発明では、電気自動車な
ど充放電電流の大きさが不定である場合に、Ｖ−Ｉ特性
が放電電流の増加率の影響を受けるという点に着目して
いる。これにより、上記の如き放電電流の条件のもと
で、電池残存容量をマップにより補正することにより電
池残存容量の検出精度を向上させることができ、その結
果、上述の構成を備えた本発明の電池残存容量計におい
ては、従来のＶ−Ｉ特性比較方式に比べて所定のタイミ
ングにて正確に電池残存容量を検出することができる。

【０００９】なお、増加率演算手段Ｍ５は、放電を所定
時間以上停止した場合には、放電電流の増加率の算出条
件が満足される場合でも、放電停止後、１回目の増加率
の算出を停止する。これにより、所定時間以上停止した
場合に、上述のＶ−Ｉ特性への影響がさらに大きくなる
のを回避することができる。さらに、増加率演算手段Ｍ
５は、回生充電等において放電途中に短時間の微少充電
を行った場合に、充電した電気量を放電するまでは増加
率の算出を停止する。これにより、電池残存容量の誤検
出が防止され、さらに電池残存容量の測定精度を向上さ
せることができる。

【００１０】そして、残存容量検出手段Ｍ６は増加率が
所定の範囲内にあるときのみ電池残存容量を算出する。
これにより、増加率及び電池残存容量毎の補正マップを
簡略化でき記憶容量を減らすことができる。これらか
ら、本発明によれば、Ｖ−Ｉ特性検出に影響を与える、
電流の増加率、車両の停止及び充電分極の影響を考慮し
てＶ−Ｉ特性を検出しているので、Ｖ−Ｉ特性比較方式
を利用した電池の充電状態検出において電池残存容量の
測定精度を向上させることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面に沿って説明する。図２は本発明の一実施形態
における電気自動車用の電池残存容量計の要部構成図で
ある。図示のように、電池１の両極端子１には、インバ
ータ３を介して交流モータ２が接続されている。電池１
は、例えば、１６個の鉛蓄電池にて構成されている。電
子制御装置（ＥＣＵ）４は、ＣＰＵ５ａ及びメモリ５ｂ
を有するマイクロコンピュータ５と、交流モータ２の駆
動を制御するためのモータ制御回路６とを備えている。

【００１２】さらに、この電池残存容量液は検出器ユニ
ット７を備える。検出器ユニット７は、電流検出器
（Ａ）８と電圧検出器（Ｖ）９と温度検出器（Ｔ）１０
とを備える。電流検出器（Ａ）８は電池１から交流モー
タ２への放電電流、交流モータ２から電池１への回生充
電若しくは図示しない充電器又はエンジン駆動による発
電機から電池１に流れる充電電流、等を検出する。電圧
検出器（Ｖ）９は電池１の端子電圧を検出する。温度検
出器（Ｔ）１０は熱電対１０ａにより電池１のケース温
度を検出する。そして、各検出器８〜１０による検出結
果はマクロコンピュータ５に入力される。

【００１３】マイクロコンピュータ５のＣＰＵ５ａは、
検出器ユニット７からの検出結果を取り入れる。そし
て、放電電流の値が所定値以上であり、かつ放電電流が
増加しているときに、放電電流の増加率を算出し、この
増加率が所定値を超えた場合に、電池１の放電電圧─放
電電流（Ｖ−Ｉ）特性を検出し、検出結果を予めメモリ
５ｂに記憶したＶ−Ｉ特性テーブルと比較して、電池１
の残存容量を演算し、演算し電池残存容量を表示装置１
１に表示する。

【００１４】メモリ５ｂには、上述の予め記憶したＶ−
Ｉ特性テーブルの他に、放電電流の増加率と電池残存容
量に応じて算出されたＶ−Ｉ特性を補正するための補正
データが予め記憶されている。図３（Ａ），（Ｂ）は電
池１の残存容量が一定の時の放電電流の増加率とＶ−Ｉ
特性検出結果との関係を示すグラフである。（Ａ）は放
電電流と時間との関係、即ち、放電電流の増加率を示
し、（Ｂ）は放電電圧と放電電流との関係、即ち、Ｖ−
Ｉ特性を示す。なお、このグラフでは、電池の一定残存
容量として約５０％の場合を例として示す。

【００１５】（Ａ）に示すように、時間２sec ，５sec
，１０sec ，２０sec の各々の放電時間により放電電
流の増加率が相違することが分かる。なお、各２ｈは放
電停止時間である。また、（Ｂ）に示すように、電池１
の残存容量が５０％と一定であっても、〇，□，×，△
（上記４種類の放電時間）で示す曲線の傾きから明らか
なように、（Ａ）に示す各放電時間での放電電流の増加
率の相違によりＶ−Ｉ特性検出結果が相違することが分
かる。

【００１６】さらに、図示しないが、このＶ−Ｉ特性検
出結果の相違は電池１の残存容量が大きい満充電付近ほ
ど大きいことが実験により確認されている。なお、図示
しないが、（Ａ）に示すような各２ｈの放電停止を行わ
なずに、放電電流の増加率を変化させながら連続して放
電した場合は、放電電流の増加率の相違によるＶ−Ｉ特
性検出結果の相違は見られなかった。

【００１７】図４（Ａ），（Ｂ）は放電電流の増加率が
一定の時の放電停止時間とＶ−Ｉ特性検出結果との関係
を示すグラフである。（Ａ）は放電時間が一定、即ち、
放電電流の増加率が一定で、放電停止時間を変化させた
場合（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７は各放電停止時間間隔）であ
り、（Ｂ）はＶ−Ｉ特性のグラフである。このグラフで
は電池の一定残存容量として残量４５％の場合を例とし
て示す。

【００１８】（Ｂ）に示すように、電池１の残存容量が
一定（４５％）であっても、〇，■，▼，×，□，△，
＋（上記の７種類の放電停止時間）で示す曲線の傾きか
ら明らかなように、Ｖ−Ｉ特性検出前の放電停止時間の
相違によりＶ−Ｉ特性検出結果に相違を生じる。ところ
で、このような図３（Ｂ）及び図４（Ｂ）に示す増加率
の変化及び放電停止時間の変化に基づくＶ−Ｉ特性検出
結果の相違は、電池１の電極付近での濃度勾配が原因で
あると考察される。

【００１９】本実施形態では、上述した実験結果を考慮
して、電池残存容量を演算するときに、放電電流の増加
率の範囲を限定するようにしている。さらに、放電停止
時間が所定値を超えた場合は、放電電流の増加率の算出
条件が満足される場合でも、放電停止後、１回目の増加
率の算出処理を停止する。また、放電途中に、回生充電
やエンジン駆動による充電が行われた場合には、充電分
極により放電電圧が高めに検出されるため、本実施形態
では充電された容量を放電するまで放電電流の増加率の
算出処理を停止する。

【００２０】また、電池電圧と電池残存容量の関係は温
度依存性を有する。このため、このような温度依存性を
利用し、温度検出器１０により検出された温度に基づい
て演算された残存容量を補正することとする。ところ
で、図３（Ｂ）及び図４（Ｂ）に示すＶ−Ｉ特性検出結
果に対する補正データを予め各電池残存容量毎にメモリ
５ｂに記憶し、この記憶された補正データを利用して電
池残存容量を補正する。しかし、この場合にはメモリ５
ｂの記憶容量が膨大となる。

【００２１】図５及び図６は本発明の処理フローチャー
トである。以下に、ＣＰＵ５ａによる電池残存容量の演
算処理についてフローチャートを用いて説明する。ま
ず、マイクロコンピュータ５への電源投入に伴い、演算
処理ルーチンが開始される。ステップＳ１０１におい
て、ＣＰＵ５ａは先ず初期化処理を実行する。即ち、図
示しない一時記憶データカウンターのカウント値(m) 、
及び図示しない車両の停止時間カウンターのカウント値
(count) を「０」に設定し、積算使用容量Ｑを「０」に
設定し、電圧Ｖと電流Ｉのデータ一時記憶判定フラグ(f
lag)を「オフ」に設定し、充電分極判定フラグ(flag-ch
a)を「オフ」に設定し、所定の時間以上の走行停止を判
定するための走行停止判定フラグ(flag-sleep)を「オ
フ」に設定し、ＣＰＵ５ａ内のタイマーをスタートさせ
る。

【００２２】ステップＳ１０２において、ＣＰＵ５ａ
は、電池１の充放電電流Ｉのデータを０．１秒毎に読み
込む。ステップＳ１０３において、ＣＰＵ５ａは電流Ｉ
＝０で、かつ一時記憶判定フラグ(flag)が「オフ」か否
か判別する。即ち、車両は停止中であり、かつ電圧Ｖ及
び電流Ｉの一時記憶データがないか否か判別する。

【００２３】ステップＳ１０３が否定された場合（Ｎ
Ｏ）は、ステップＳ１０４でカウント値(count) を
「０」にクリアし、ステップＳ１０８に進む。一方、ス
テップＳ１０３が肯定された場合（ＹＥＳ）は、ＣＰＵ
５ａはステップＳ１０５でカウント値(count) を１つ増
加し、ステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６にお
いて、ＣＰＵ５ａはカウント値(count) が「１００」よ
り大きいか否か、即ち、車両が停止してから１０秒経過
したか否か判定する。なお、この１０秒の値は図４に示
した実験結果を考慮した。

【００２４】１０秒経過したか否かの判別が否定された
場合（ＮＯ）は、ステップＳ１０８に進み、肯定された
場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ１０７で走行停止判定フ
ラグ(fkag-sleep)を「オン」に設定し、ステップＳ１０
８に進む。ステップＳ１０８において、ＣＰＵ５ａは充
電分極判定フラグ(flag-cha)が「オフ」であるか、又
は、電流Ｉ＜０であり、かつ一時記憶判定フラグ(flag)
が「オン」であるか否かを判別する。即ち、充電分極の
影響がないか、又は電流が負値であり、かつ、一時記憶
データがあるか否かを判別する。ステップＳ１０８が否
定された場合（ＮＯ）は、ステップＳ１０９に進む。

【００２５】ステップＳ１０９において、充電分極判定
フラグ(flag-cha)を「オン」に設定し、積算使用量Ｑに
電流Ｉの値を加算する。続くステップＳ１１０におい
て、ＣＰＵ５ａは積算使用量Ｑが「０」以上であるか否
か、即ち、充電された量を放電したか否かを判定する。
ここで、充電された量よりも多くの放電がされたか否か
を判別するようにしてもよい。

【００２６】この判別が否定された場合（ＮＯ）は、図
６のステップＳ１２５に進む。肯定された場合（ＹＥ
Ｓ）は、ステップＳ１１１において充電分極判定フラグ
(flag-cha)を「オフ」に設定し、積算使用量Ｑを「０」
にクリアし、図６のステップＳ１２５に進む。一方、ス
テップＳ１０８が肯定された場合（ＹＥＳ）は、ステッ
プＳ１１２で充電分極判定フラグ(flag-cha)を「オフ」
に設定し、続くステップＳ１１３で電流Ｉが所定値以上
か、又は一時記憶判定フラグ(flag)が「オン」であるか
否かを判別する。この場合、所定値としては、例えば、
０．７５Ｃ（Ａ）が採用される（Ｃは５時間率容量を示
す）。

【００２７】ステップＳ１１３が否定された場合（Ｎ
Ｏ）は、図６のステップＳ１２３に進み、肯定された場
合（ＹＥＳ）は、図６のステップＳ１１４に進む。図６
のステップＳ１１４において、Ｖ─Ｉ特性データがメモ
リ５ｂに一時的に記憶され、一時記憶判定フラグ(flag)
が「オン」に設定される。ステップＳ１１５において、
ＣＰＵ５ａは一時記憶データカウンターのカウント値
(m) が「０」よりも大きいか否かを判別する。この判別
が否定された場合（ＮＯ）は、ステップＳ１２４に進
み、肯定された場合（ＹＥＳ）は、続くステップＳ１１
６で電流Ｉm ＜Ｉm −１であるか否か、即ち、電流が減
少中であるか否か判別される。

【００２８】電流が減少中であるか否かの判別が否定さ
れた場合（ＮＯ）は、ステップＳ１２４に進み、肯定さ
れた場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ１１７において一時
記憶判定フラグ(flag)が「オフ」に設定され、ＣＰＵ５
ａは放電電流の増加率ｄＩ／ｄｔ (CA/sec) を算出す
る。ステップＳ１１８においては、ＣＰＵ５ａは走行停
止判定フラグ(flag-sleep)が「オフ」であるか否か、即
ち、走行停止による影響がないか否かを判別する。この
判別が否定された場合（ＮＯ）、ステップＳ１１９にお
いて走行停止判定フラグ(flag-sleep)を「オフ」に設定
し、ステップＳ１２３に進む。

【００２９】肯定された場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ
１２０において、ＣＰＵ５ａは電流Ｉm −１が所定値以
上で、かつカウント値 m＞４、かつ増加率０．５＜ｄＩ
／ｄｔ＜１．０であるか否かを判別する。この所定値と
しては、例えば、１．２Ｃ（Ａ）が採用される。また、
電流増加率の値及び範囲は、車両の仕様や搭載電池の能
力により変更してもよい。

【００３０】ステップＳ１２０の判別が否定された場合
（ＮＯ）は、ステップＳ１２４に進み、肯定された場合
（ＹＥＳ）は、続くステップＳ１２１において、メモリ
５ｂに一時的に記憶したデータからＶ−Ｉ特性を算出す
る。次に、ステップＳ１２２において、所定の電流値の
ときの電圧Ｖの値（ステップＳ１２１で算出したＶ−Ｉ
特性から任意の電流値における電圧値を求めることがで
きる）を、予めメモリ５ｂに格納した、所定の電流値を
放電したときの電圧値と電池残存容量のマップに入力
し、電池の残存容量を求め表示装置１１に表示する。こ
の所定の電流値としては、例えば、１．３Ｃ（Ａ）が採
用される。

【００３１】ステップＳ１２３においては、メモリ５ｂ
に一時的に記憶したデータをクリアし、カウンタ値(m)
を「−１」に設定する。ステップＳ１２４においては、
カウンタ値(m) の値を１つ増加してステップＳ１２５に
進む。ステップＳ１２５においては、ＣＰＵ５ａは車両
の走行が終了したか否かを判定する。車両の走行が終了
したか否かの判定が否定された場合（ＮＯ）は、図５の
ステップＳ１０１に戻り、ステップ１０１から上述の処
理を繰り返す。肯定された場合（ＹＥＳ）は、このルー
チンを終了する。

【００３２】なお、本実施形態では、車両停止の判定を
電流Ｉ＝０として行っているが、これを、例えば、−
０．０５＜Ｉ＜０．０５の小電流の範囲で行うようにし
てもよい。図７（Ａ），（Ｂ）は本発明と従来の効果の
比較説明図である。（Ａ）は本発明における１．３Ｃ
（Ａ）放電時のＶ値検出結果のグラフであり、（Ｂ）は
従来における１．３Ｃ（Ａ）放電時のＶ値検出結果のグ
ラフである。いずれも縦軸は電圧（Ｖ）、横軸は電池残
存容量（％）である。図示のような本発明の効果を確認
するために次の試験を行った。即ち、電気自動車で、電
池満充電状態から放電終止電圧を検出するまで市街地を
走行し、この間の電圧、電流データを、０．１秒毎にパ
ーソナルコンピュータに記憶した。次に、この記憶デー
タを使用して１．３Ｃ（Ａ）放電時の電圧値を本発明と
従来方式により検出した。その結果は、グラフの“×”
マークのバラツキから明らかなように、本発明では従来
に比べて、各残存容量における電圧値検出のバラツキを
小幅に押さえることができる。従って、Ｖ−Ｉ特性比較
方式による電池残存容量の検出精度を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成図である。

【図２】本発明の一実施形態における電気自動車用の電
池残存容量計の要部構成図である。

【図３】電池の残存容量が一定の時の放電電流の増加率
（Ａ）と、Ｖ−Ｉ特性検出結果（Ｂ）のグラフである。

【図４】放電電流の増加率が一定の時の放電停止時間
（Ａ）と、Ｖ−Ｉ特性検出結果（Ｂ）のグラフである。

【図５】本発明の処理フローチャート（その１）であ
る。

【図６】本発明の処理フローチャート（その２）であ
る。

【図７】本発明（Ａ）と従来（Ｂ）の効果の比較説明図
である。

【符号の説明】

１…電池 ２…モータ ３…インバータ ４…電子制御装置 ５…マイクロコンピュータ ５ａ…ＣＰＵ ５ｂ…メモリ ６…モータ制御回路 ７…検出器ユニット ８…電流検出器 ９…電圧検出器 １０…温度検出器 １０ａ…熱電対 １１…表示装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲垣 光夫 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電池の残存容量を測定する電池残存容量
   計であって、 前記電池（Ｍ１）の放電電流を検出する電流検出手段
   （Ｍ２）と、 前記電流検出手段（Ｍ２）で検出された放電電流の時間
   的な変化状態を検出する変化状態検出手段（Ｍ３）と、 前記電池（Ｍ１）の放電時における放電電圧を検出する
   電圧検出手段（Ｍ４）と、 前記電流検出手段（Ｍ２）及び前記変化状態検出手段
   （Ｍ３）の検出結果に基づき、放電電流が所定値以上で
   あり、かつ増加しているときに、その増加率を算出する
   増加率演算手段（Ｍ５）と、 前記増加率演算手段（Ｍ５）により算出された増加率に
   おける放電電圧及び放電電流の関係と、予め放電電圧と
   放電電流に対する電池残存容量の関係を記録したマップ
   に基づいて、電池残存容量を検出する残存容量検出手段
   （Ｍ６）と、 前記残存容量検出結果を表示する表示手段（Ｍ７）と、 を具備する電池残存容量計。
2. 【請求項２】 前記増加率演算手段（Ｍ５）は、放電を
   所定時間以上停止した場合には、放電電流の増加率の算
   出条件が満足される場合でも、放電停止後、１回目の増
   加率の算出を停止することを特徴とする請求項１に記載
   の電池残存容量計。
3. 【請求項３】 前記増加率演算手段（Ｍ５）は、放電途
   中に短時間の微少充電を行った場合に、充電した電気量
   を放電するまでは増加率の算出を停止することを特徴と
   する請求項１又は２に記載の電池残存容量計。
4. 【請求項４】 前記残存容量検出手段（Ｍ６）は、放電
   電流の増加率が所定の範囲内にあるときのみ電池残存容
   量を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか
   に記載の電池残存容量計。