(57)【要約】【課題】開回路電圧を短時間に精度良く算出することができる開放電圧検出装置の提供。【解決手段】無負荷状態の主バッテリ１の開回路電圧を検出する開放電圧検出装置であって、バッテリ１の端子電圧を電圧センサ５で検出し、主バッテリ１の端子電圧の時間変化率をコントローラ４において算出し、時間変化率が所定値以下となった時点で検出される端子電圧に所定の電圧値を加算して開回路電圧を算出する。その結果、開回路電圧を短時間に精度良く算出することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無負荷状態の電池の開回路電圧を検出する開放電圧検出装置において、
電池の端子電圧を検出する電圧検出手段と、
前記端子電圧の時間変化率を検出する変化率検出手段と、
前記時間変化率が所定値以下となった時点で、前記電圧検出手段により検出される端子電圧に所定の電圧値を加算して開回路電圧を算出する演算手段とを備えたことを特徴とする開放電圧検出装置。
【請求項２】
前記時間変化率は２mV/sec以下の予め定められた変化率であり、
前記端子電圧に加算する電圧値は、前記予め定められた変化率に対応する予め定められた電圧値であることを特徴とする請求項１に記載の開放電圧検出装置。
【請求項３】
無負荷状態の電池の開回路電圧を検出する開放電圧検出方法において、
電池の端子電圧の時間変化率を検出し、前記時間変化率が所定値以下となった時点で検出される端子電圧に所定の電圧値を加算して開回路電圧を算出することを特徴とする開放電圧検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の開回路電圧を検出する開放電圧検出装置および開放電圧検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池の充電状態を知るためには、開放電圧検出装置等により電池の開回路電圧（平衡状態における開放電圧）を検出する必要がある。そのため、電気自動車やハイブリッド自動車等の電気車両に搭載されている駆動用バッテリの場合には、負荷とバッテリとが電気的に切り離された時、例えば、イグニッションオフ後の充放電が行われていない無負荷時に開回路電圧を検出するようにしている。
【０００３】
しかし、充放電停止後に電池状態が平衡状態になるまで数時間から数日かかるため、検出時間短縮のために、バッテリが無負荷状態となってから経時的に３点の端子電圧を検出し、それらのデータから電圧変化の近似曲線を算出して平衡状態の開放電圧を推定する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１０９００７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような近似曲線を利用して開回路電圧を推定する方法では、必要な推定精度を得るためには長時間にわたって端子電圧を検出する必要がある。そのため、この方法を電気車両の駆動用バッテリに採用した場合、イグニッションオフ後の電圧検出および演算回路駆動のために、それらの電源である弱電系バッテリの電力を消費してしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、無負荷状態の電池の開回路電圧を検出する開放電圧検出装置に適用され、電池の端子電圧を検出する電圧検出手段と、端子電圧の時間変化率を検出する変化率検出手段と、時間変化率が所定値以下となった時点で、電圧検出手段により検出される端子電圧に所定の電圧値を加算して開回路電圧を算出する演算手段とを備えたことを特徴とする。
請求項３の発明は、無負荷状態の電池の開回路電圧を検出する開放電圧検出方法に適用され、電池の端子電圧の時間変化率を検出し、時間変化率が所定値以下となった時点で検出される端子電圧に所定の電圧値を加算して開回路電圧を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、検出された時間変化率が所定値以下となった時点で、端子電圧に所定の電圧値を加算して開回路電圧を算出するようにしたので、開回路電圧を短時間に精度良く算出することができ、測定や演算処理に要する電力消費を極力低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明による開放電圧検出装置の一実施の形態を示す図であり、電気自動車に適用した場合のブロック図を示す。３は車両走行用のモータであり、インバータ２を介して主バッテリ１に接続されている。走行時には、インバータ２により主バッテリ１の直流電力が３相交流電力に変換され、モータ３に供給される。制動時にはモータ３を回生発電させ、発生した３相交流電力をインバータ２にて直流電力に変換し、主バッテリ１を充電する。
【０００９】
主バッテリ１は、リチウムイオン電池のセルを複数直列接続して成る組電池である。主バッテリ１の端子電圧は電圧センサ５により検出され、充放電電流は電流センサ６により検出される。検出された電圧値および電流値はコントローラ４に入力される。コントローラ４は、主バッテリ１の充電状態を監視するとともに充放電制御を行う。主バッテリ１とインバータ２との間には、それらを接続および切り離すためのスイッチ７が設けられている。イグニッションスイッチ１０からイグニッションオンオフ信号がコントローラ４に入力されると、そのイグニッションオンオフ信号に応じてスイッチ７がオンオフされる。
【００１０】
車両には主バッテリ１とは別に弱電系の補機用バッテリ９が搭載されており、コントローラ４などの制御機器や補機（エアコンやオーディオ等）の電源として用いられる。補機用バッテリ９には鉛酸電池が用いられ、ＤＣ／ＤＣコンバータ８を介して主バッテリ１により充電される。
【００１１】
前述したように、従来は、イグニッションオフによりスイッチ７がオフされた後に、端子電圧が平衡状態になるのを待つか、端子電圧を３点検出して得られる電圧変化の近似曲線から平衡状態の開放電圧を推定する等して、主バッテリ１の開回路電圧を検出するようにしていた。以下では、この開回路電圧を、従来よりも短時間で精度良く検出する方法について説明する。
【００１２】
図２は、主バッテリ１に用いられているリチウムイオン電池の１セルを用いて実験した実験データを示したものであり、放電状態から無負荷状態とした後の電圧変化を示す図である。図２において、（ａ）は２０Ａで放電を行ったものであり、（ｂ）は４０Ａの場合を示し、（ｃ）は６０Ａの場合を示す。放電停止後、急激に電圧が上昇し、その後ゆっくりと上昇して平衡状態に近付く。開回路電圧は（ａ）〜（ｃ）の順に、３．５５０Ｖ、３．５０７Ｖ、３．６０２Ｖとなった。なお、電池温度は４０℃としている。
【００１３】
実際の車両に搭載されている主バッテリ１は、冷却ファン等の冷却装置を備えており、この冷却装置を制御することにより電池温度が所定の目標温度近傍となるように制御されているため、この目標温度近傍の温度で予め実験して求められたデータを用いるのが好ましい。本実施の形態の場合、目標温度近傍の温度は４０℃となる。
【００１４】
図３の（ａ）〜（ｃ）は、図２の（ａ）〜（ｃ）のグラフの２０秒までの部分を拡大して示したものである。また、図４の（ａ）〜（ｃ）は、図３の（ａ）〜（ｃ）のそれぞれに関して電圧変化率ΔV/t（mV/sec）を示したものである。図３（ａ）〜（ｂ）に示すように、２０秒までの時間範囲においては、端子電圧が変化し続けているのが分かる。一方、図４（ａ）〜（ｃ）に示す電圧変化率ΔV/t（mV/sec）の場合、時間の経過とともに急激に低下し、１０秒程度経過すると、その値は１mV/sec程度まで小さくなる。なお、図４に示した実験データでは、１０秒程度で１mV/secになったが、１mV/sec程度となるまでの経過時間は、バッテリの使用条件（充電量、電池温度、負荷等）によって異なる。
【００１５】
図５は、放電後、電圧変化率が５mV/secから１mV/secまで変化する間の、開回路電圧と端子電圧との電圧差ΔVを示したものであり、それぞれの経過時間を（  ）内に示した。また、電圧差ΔVの平均値および開回路電圧も併せて記載した。なお、図中で「−」を示した欄は、実験データが無い部分である。図５からも分かるように、同一の電圧変化率における電圧差ΔVは、放電電流値によって異なっているが、電圧変化率が小さくなるに従ってこの電圧差ΔVのバラツキが小さくなり、２mV/sec以下ではほぼ同一とみなすことができる。
【００１６】
そこで、本実施の形態では、電圧変化率が所定値以下となった時点の端子電圧に所定電圧ΔＶを加算したものを、開回路電圧とするようにした。図５に示した実験データの場合、電圧変化率＝２mV/secでの電圧差の平均値が３１mVなので、電圧変化率が２mV/sec以下となった時点の端子電圧に３０mVを加算したものを、開回路電圧とする。この場合、実際の開回路電圧３．５５〜３．６０２Vに対して、算出される開回路電圧のバラツキは０．１％程度（数mV）となり、非常に精度良く開回路電圧を算出することができる。なお、１mV/secとなった時点の端子電圧に２５mVを加算しても良く、電圧変化率が２mV/sec以下であればその電圧変化率に対応する電圧を端子電圧に加算すれば良い。
【００１７】
図１の主バッテリ１のようにセルを直列に複数接続した組電池の場合、各々のセルの放電電流値は同一となるので、各セルの電圧差ΔVは同一であるとみなすことができる。そのため、直列接続のセル数がＮであれば、電圧変化率はＮ倍にすれば良く、加算する電圧値もＮ倍とすれば良い。すなわち、電圧変化率が２Ｎ（mV/sec）以下となった時点で、端子電圧に３０Ｎ（mV）を加算すれば良いことになる。
【００１８】
図６は開回路電圧の検出方法を説明するフローチャートである。図６に示した処理は、イグニッションスイッチ１０からイグニッションオフ信号をコントローラ４が受信するとスタートする。ステップＳ１では、スイッチ７をオフして主バッテリ１を無負荷状態とする。ステップＳ２では、電圧センサ５により主バッテリ１の端子電圧を検出し、検出された電圧値を記憶する。ステップＳ３では、検出された端子電圧に基づいて電圧変化率ΔV/t（mV/sec）を算出する。例えば、前回検出された端子電圧と今回検出された端子電圧とを比較して、電圧変化率ΔV/t（mV/sec）を算出する。
【００１９】
ステップＳ４では、電圧変化率ΔV/t（mV/sec）が所定値α以下か否かを判定する。ＮＯと判定された場合にはステップＳ２へ戻り、ＹＥＳと判定された場合にはステップＳ５へ進む。ここで、所定値αは、上述した組電池の場合の電圧変化率＝２Ｎ（mV/sec）である。
【００２０】
ステップＳ５では、ステップＳ２で検出された端子電圧値に予め設定されている電圧差Δを加算して、開回路電圧とする。ここでは、上述した３０Ｎ（mV）を加算する。算出された開回路電圧は記憶され、主バッテリ１の電池状態の算出等に用いられる。その後、ステップＳ６において測定系の電源をオフして一連の処理を終了する。
【００２１】
このように、本実施の形態では。無負荷状態の電池（主バッテリ１）の開回路電圧を検出する開放電圧検出装置において、電池１の端子電圧を検出する電圧検出手段（電圧センサ５）と、端子電圧の時間変化率を検出する変化率検出手段（コントローラ４）と、時間変化率が所定値以下となった時点で、電圧検出手段５により検出される端子電圧に所定の電圧値αを加算して開回路電圧を算出する演算手段（コントローラ４）とを備えたので、開回路電圧を短時間に精度良く算出することができ、測定や演算処理に要する電力消費を極力低減することができる。
【００２２】
なお、上述した実施の形態では、主バッテリ１の総電圧を用いて開回路電圧の検出方法を説明したが、各セル毎に電圧変化率を検出して開回路電圧をそれぞれ算出するようにしても構わない。その場合、各セル毎に電圧検出回路を設けて、端子電圧を各々検出するようにすれば良い。また、リチウムイオン型の電池を例に説明したが、上述したリチウムイオン電池と同様な特性を有する電池であれば、本発明を適用することができる。さらに、電気自動車の主バッテリ１の開放電圧検出装置を例に説明したが、電気自動車の主バッテリに限らず種々のバッテリの開放電圧検出装置に適用することができる。
【００２３】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、電圧センサ５は電圧検出手段を、コントローラ４は変化率検出手段および演算手段をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による開放電圧検出装置の一実施の形態を示す図であり、電気自動車に適用した場合のブロック図を示す。
【図２】放電状態から無負荷状態とした後の電圧変化を示す図であり、（ａ）は放電電流値＝２０Ａの場合を、（ｂ）は放電電流値＝４０Ａの場合を、（ｃ）は放電電流値＝６０Ａの場合を示す。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、図２（ａ）〜（ｃ）の一部をそれぞれを拡大した図である。
【図４】電圧変化率の時間変化を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）は、図２（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ対応する。
【図５】放電後、電圧変化率が５mV/secから１mV/secまで変化する間の、開回路電圧と端子電圧との電圧差ΔVを示したものである。
【図６】開回路電圧の検出方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００２５】
１：主バッテリ、２：インバータ、３：モータ、４：コントローラ、５：電圧センサ、６：電流センサ、７：スイッチ、８：DC/DCコンバータ、９：補機用バッテリ、１０：イグニッションスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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