(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリからの放電電力量と該放電電力量下での所定電流放電時のバッテリ電圧との関係を記憶する第１の記憶手段と、バッテリの放電電流を検出する電流検出手段と、当該放電電流下でのバッテリ電圧を検出する電圧検出手段と、上記検出電流と検出電圧を記憶する第２の記憶手段と、該第２の記憶手段で記憶された所定数の検出電流と検出電圧より電圧ー電流直線式を得て、該直線式より所定電流放電時のバッテリ電圧を算出する電圧算出手段と、算出されたバッテリ電圧を、上記第１の記憶手段に記憶された、現在までの放電電力量と等しい放電電力量下での所定電流放電時のバッテリ電圧と比較して、算出バッテリ電圧が記憶バッテリ電圧よりも高い場合に、充電分極有りと判定する充電分極判定手段とを具備し、
上記充電分極判定手段により充電分極無しと判定された場合に、現在までの放電電力量と上記算出バッテリ電圧とを記憶する第３の記憶手段と、該第３の記憶手段により記憶された所定数の放電電力量と算出バッテリ電圧との関係に基づいて、上記第１の記憶手段に記憶された放電電力量とバッテリ電圧との関係を補正する補正手段と、補正された上記放電電力量とバッテリ電圧の関係より限界バッテリ電圧に達するまでの放電電力量を得て、該放電電力量と現在までの放電電力量の差よりバッテリの残存容量を算出する残存容量算出手段とをさらに具備するバッテリ状態判定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバッテリの充電分極あるいはバッテリの残存容量等のバッテリ状態を判定するバッテリ状態判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バッテリの残存使用時間を知る装置として、例えば特開平１−１９３６７５号公報には、バッテリの内部抵抗と放電時間の関係を予め記憶し、バッテリ使用中の検出内部抵抗値より放電時間を知って、残存使用時間を算出するものが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電気自動車等に使用するバッテリは、走行中に頻繁に充放電がなされるため、内部抵抗の変化のみでは残存使用量の正確な判定は困難である。特に、頻繁な回生充電や充電スタンドでの急速充電等によりバッテリが充電分極を生じるため、これを確実に判定して、バッテリ残存容量を正確に把握することが求められている。
【０００４】
本発明はかかる要請に鑑みたもので、バッテリの充電分極状態を確実に判定することができるとともに、その残存容量を正確に算出することが可能なバッテリ状態判定装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、バッテリからの放電電力量と該放電電力量下での所定電流放電時のバッテリ電圧との関係を記憶する第１の記憶手段と、バッテリの放電電流を検出する電流検出手段と、当該放電電流下でのバッテリ電圧を検出する電圧検出手段と、上記検出電流と検出電圧を記憶する第２の記憶手段と、該第２の記憶手段で記憶された所定数の検出電流と検出電圧より電圧ー電流直線式を得て、該直線式より所定電流放電時のバッテリ電圧を算出する電圧算出手段と、算出されたバッテリ電圧を、上記第１の記憶手段に記憶された、現在までの放電電力量と等しい放電電力量下での所定電流放電時のバッテリ電圧と比較して、算出バッテリ電圧が記憶バッテリ電圧よりも高い場合に、充電分極有りと判定する充電分極判定手段とを具備している。
【０００６】
所定電流放電時のバッテリ電圧が直接検出できない場合にも、電圧ー電流直線式より所定電流放電時のバッテリ電圧を算出して、充電分極の有無が確実に判定される。
【０００７】
本発明では、上記構成に加えて、上記充電分極判定手段により充電分極無しと判定された場合に、現在までの放電電力量と上記算出バッテリ電圧とを記憶する第３の記憶手段と、該第３の記憶手段により記憶された所定数の放電電力量と算出バッテリ電圧との関係に基づいて、上記第１の記憶手段に記憶された放電電力量とバッテリ電圧との関係を補正する補正手段と、補正された上記放電電力量とバッテリ電圧の関係より限界バッテリ電圧に達するまでの放電電力量を得て、該放電電力量と現在までの放電電力量の差よりバッテリの残存容量を算出する残存容量算出手段とをさらに具備している。
【０００８】
所定数の放電電力量と算出バッテリ電圧との関係に基づいて、記憶された放電電力量とバッテリ電圧との関係を補正し、補正後の放電電力量とバッテリ電圧の関係に基づいてバッテリ残存容量が正確に算出される。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明を、電気自動車に搭載したバッテリの状態判定装置に具体化した一実施例について、図面に従い説明する。
【００１０】
図１は、本実施例におけるバッテリ状態判定装置の概略構成図である。図において、バッテリ１の両極端子にはインバータ３を介して電気負荷としてのモータ２が接続されている。バッテリ１は例えば５時間率容量が１５０Ａｈの１６個の鉛蓄電池で構成されている。電子制御装置（ＥＣＵ）４は、ＣＰＵ５ａおよびメモリ５ｂを有するマイクロコンピュータ５と、上記モータ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。検出部７は、バッテリ端子電圧を検出する電圧検出手段である電圧検出器８と、バッテリ１からのモータ２への放電電流、もしくはモータ２からバッテリ１への回生充電電流あるいは図示していない急速充電器からバッテリへ流れる充電電流を検出する電流検出手段である電流検出器９とからなり、各検出器８，９による検出結果がマイクロコンピュータ５に入力する。
【００１１】
ここで、マイクロコンピュータ５のメモリ５ｂにより第１の記憶手段、第２の記憶手段、および第３の記憶手段が構成されており、同じくＣＰＵ５ａにより電圧算出手段、充電分極判定手段、補正手段、および残存容量算出手段が構成されている。すなわち、ＣＰＵ５ａは、上記検出部７による検出結果からバッテリ内部抵抗値、あるいは所定の電流が流れた場合の電圧値、満充電状態からの放電電力量等のバッテリ状態を示すデータを演算する。また、ＣＰＵ５ａは、メモリ５ｂに記憶されているバッテリ特性を用い、バッテリ１に関する各種検出結果に応じてバッテリ残存使用量を演算し、その演算結果を表示装置１０に表示する。さらに、ＣＰＵ５ａは、急速充電を行った場合に、バッテリ１に関する各検出結果とメモリ５ｂに記憶されたバッテリ特性から充電分極の影響を判定する。
【００１２】
以下、メモリ５ｂに記憶されているバッテリ特性と、ＣＰＵ５ａによる残存使用量判定処理および充電分極判定処理について詳述する。
【００１３】
メモリ５ｂには、バッテリ特性としてバッテリ放電電力量と、所定の放電電流（本実施例では２００Ａ）が流れた場合のバッテリ１個当たりの端子電圧との関係が記憶されており、この関係を図２に示す。この図は、バッテリを満充電状態から途中で急速充電をすることなく放電終止電圧まで放電させた時の、上記検出部７による検出結果から、ＣＰＵ５ａにて演算されたバッテリ放電電力量および２００Ａ放電時のバッテリ電圧の両データを図示したものである。これは、予め使用バッテリの２００Ａ放電バッテリ単体試験等によりこの関係を求め、このバッテリ特性を上記メモリ５ｂに記憶しておく。なお、この放電電力量−２００Ａ放電電圧の関係を多項式あるいは指数関数により表現して、この関係式を記憶しておいても良い。すなわち、バッテリ使用中の放電電力量と２００Ａ放電電圧によって、バッテリ消費状態に対応するバッテリ１の残存使用評価データが求められることになる。
【００１４】
次に、ＣＰＵ５ａによる処理動作について図３、図４に示すフローチャートを用いて説明する。図３においてはバッテリ満充電状態でルーチンが開始され、ＣＰＵ５ａは先ずステップ１００で初期化処理を実行する。すなわち、ＣＰＵ５ａは、放電電力量Ｗｑを「０」にクリアし、ＣＰＵ５ａ内のタイマをスタートさせる。次にＣＰＵ５ａは、ステップ１０１で、バッテリ端子電圧、バッテリ電流の０．２秒毎の検出データを取り込み、各々１秒間の平均値を算出する。続くステップ１０２では、その時までの放電電力量Ｗｑおよび下式▲１▼で残存エネルギーＳ０Ｃｗを算出し、残存エネルギーＳＯＣｗを表示装置１０に表示する。
【００１５】
ＳＯＣｗ＝（Ｗnow −Ｗｑ）／Ｗｂ・１００（％）……▲１▼
【００１６】
ここで、Ｗnow は現在の走行状態における当該バッテリ１のバッテリ満充電状態からの放電終止電圧までの利用可能電力量（放電電力量）である。Ｗnow の初期値は、バッテリ特性を記憶した時のバッテリ満充電状態から限界バッテリ電圧たる放電終止電圧に至るまでに使用した放電電力量であり、走行中は後述するステップ１１２で算出する。ＷｂはＷnow の初期値に等しい。
【００１７】
ステップ１０３では検出電流の大きさを判別する。すなわち、検出電流が３０Ａより大きい場合はステップ１０４に進み、検出電圧、電流をメモリ５ｂの中のＭe1領域に記憶する。ここで、記憶のためのバッファ数は各々６０個であり、バッファが一杯になった場合は不用データから新しいデータに書き換えていく。これによりメモリ領域Ｍe1には最新の検出電圧、電流データが記憶されていることになる。次に、ステップ１０５で、上記記憶データでバッファが一杯であるか、記憶データの電流値に偏りはないか判別する。そして、ステップ１０５が肯定判定されれば、ステップ１０６で上記記憶データから電圧−電流間の関係式を算出する。
【００１８】
その後、ＣＰＵ４ａは図４に示すステップ１０７、１０８で、ステップ１０９の判別で使用する２つの電圧値Ｖｎ、Ｖｍを算出する。すなわち、ステップ１０７ではステップ１０６で算出した関係式を用いて２００Ａ放電電圧値Ｖｎを算出し、続くステップ１０８で、メモリ５ｂに記憶してあるバッテリ特性を用いて、現在までの放電電力量に等しい放電電力量下での２００Ａ放電電圧値Ｖｍを算出する。そして、ステップ１０９でこの両者の大小から充電分極の影響を判別する。つまり、ＶｎがＶｍより小さい場合は、ＣＰＵ５ａは充電分極の影響はないと判断し、ステップ１１０で放電電力量Ｗｑと電圧値Ｖｎをメモリ５ｂの領域Ｍe2に記憶する。そしてステップ１１１で領域Ｍe2に記憶したデータ数が１０以上あるかどうかを判定し、ステップ１１１が肯定された場合は、ステップ１１２に進んで、メモリ５ｂに記憶されたバッテリ記憶特性（図２参照）と領域Ｍe2に記憶された最新の１０個のデ−タを用いて、現在の走行状態における当該バッテリ１の満充電状態から放電終止電圧までの使用可能電力量Ｗnow を算出する。
【００１９】
上記使用可能電力量Ｗnow の算出動作について図５、図６を用いて説明する。なお、図５で、当該バッテリ１の放電終止電圧はバッテリ１個当たり９ボルトであり、バッテリ１個当たりの放電電力量を横軸にとっている。車両走行中にメモリ５ｂのＭe2領域に記憶された放電電力量Ｗｑと２００Ａ放電電圧Ｖｎが図５の各「○」点のように得られた場合、メモリ５ｂに記憶されたバッテリ記憶特性が、「○」点デ−タの最小放電電力量に対する電圧値の関係（点Ｃ）を満足するように、点ｂを固定して点ａを点ａ’まで移動する。次に、下式▲２▼に示す誤差関数（評価関数）Ｊが最小となるように、図６に示す如く、点ｃを固定して点ｂを点ｂ’まで移動する。このとき点ｂ’が現時点での使用可能放電電力量Ｗnow を表す。
【００２０】
0003715265.tif 000002
【００２１】
ここで、上記処理を最適化法を用いて数学的に行ってもよい。
【００２２】
次に、ＣＰＵ５ａは、図４のステップ１１３で電気自動車の走行が終了し、バッテリの通常充電が開始されたかどうかを判別し、開始でなければ図３のステップ１００にリターンする。
【００２３】
一方、上記ステップ１０９が否定された場合、ＣＰＵ５ａは、ステップ１１０〜１１２を通過してステップ１１３を実行する。つまり、充電分極の影響が残っていると判断した場合には、使用可能放電電力量Ｗnow の算出は行われない。
【００２４】
図７は、電気自動車走行途中に急速充電（Ｔ２→Ｔ３）を行った場合の路上走行試験結果（Ｔ１→Ｔ２→Ｔ３→Ｔ４）を示す線図である。図は放電電力量と上記メモリ領域Ｍe2に記憶されたデ−タ「＋」、およびメモリ５ｂに記憶したバッテリ記憶特性を同時に示したものであり、この図から判るように、急速充電直後の走行では充電分極の影響から放電電圧値が高めに検出される。また、図８のｘ線（破線で示す）は実際のバッテリ残存使用量を、線ｙ（実線で示す）は充電分極の判定を行った後に求めたバッテリ残存使用量を、線ｚ（二点鎖線で示す）は充電分極の判定を行わないで求めたバッテリ残存使用量を、それぞれ示している。この図から判るように、充電分極の判定を行わない場合（線ｚの場合）は充電分極によりバッテリ特性の変化に応答することができず、急速充電直後に図示の如く常時誤差を生じる。これに対して、充電分極の判定を行った場合（線ｙの場合）は急速充電直後にも、より正確に実際のバッテリ残存使用量を求めることができる。なお、図には急速充電中のバッテリ残存使用量は図示していない。
【００２５】
そして、以上詳述したバッテリ状態判定装置によれば、以下に示す効果を得ることができる。
【００２６】
つまり、本実施例の判定装置では、バッテリ特性記憶データと検出データから充電分極の影響を判定し、充電分極の影響がある場合には、検出電圧値によるバッテリ残存使用量の判定を中止した（図４のステップ１０９）。したがって、急速充電等による充電分極の影響による誤検出が防止され常に正確な判定結果が得られる。
【００２７】
また、電気自動車の走行状態に応じた使用可能量を逐次算出した（図４のステップ１１２）から、走行状態の変化あるいはバッテリの劣化によっても常に正確な判定を行うことができる。
【００２８】
使用電力量をもとにバッテリ残存使用量を判定した（図４のステップ１０２等）から、電気自動車の走行エネルギに即した表示が容易に行える。
【００２９】
バッテリ内部抵抗値（走行中の電圧電流関係式）を検出し、所定の電流が流れた場合の電圧値を算出した（図３のステップ１０６、図４のステップ１０７）。したがって、車両の仕様に応じて評価電流を決定できる。さらに、放電電流の変動があっても常に正確にバッテリ残存使用量の判定が行える。
【００３０】
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、バッテリを使用する全ての装置において、バッテリの残存使用量を判定する装置に具体化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】バッテリ状態判定装置の全体構成図である。
【図２】メモリに記憶される放電電力量と２００Ａ放電電圧の関係を示すグラフである。
【図３】バッテリ状態判定手順を示すコンピュータのプログラムフローチャートである。
【図４】バッテリ状態判定手順を示すコンピュータのプログラムフローチャートである。
【図５】バッテリ記憶特性の補正手順を示すグラフである。
【図６】バッテリ記憶特性の補正手順を示すグラフである。
【図７】充電分極の影響を示すグラフである。
【図８】充電分極によるバッテリ残存使用量の誤差を示すグラフである。
【符号の説明】
１  バッテリ
５ａ  ＣＰＵ（電圧算出手段、充電分極判定手段、補正手段、残存容量算出手段）
５ｂ  メモリ（第１の記憶手段、第２の記憶手段、第３の記憶手段）
８  電圧検出器（電圧検出手段）
９  電流検出器（電流検出手段）
【図１】
0003715265.tif 000003
【図２】
0003715265.tif 000004
【図３】
0003715265.tif 000005
【図４】
0003715265.tif 000006
【図５】
0003715265.tif 000007
【図６】
0003715265.tif 000008
【図７】
0003715265.tif 000009
【図８】
0003715265.tif 000010