(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
残存容量算出時から遡った所定電力量範囲における最新の負荷状態が予め設定された特定走行モードの負荷状態以上の場合には、前記特定走行モードにおける放電可能電力量と残存容量算出時までの放電電力量との差に、前記最新の負荷状態および前記特定走行モードの負荷状態に基づき定められる１以上の係数を乗算したものを残存容量とし、
前記最新の負荷状態が前記特定走行モードの負荷状態未満の場合には、前記特定走行モードにおける放電可能電力量と残存容量算出時までの放電電力量との差に、前記最新の負荷状態および前記特定走行モードの負荷状態に基づき定められる１未満の係数を乗算したものを残存容量とすることを特徴とする電気車用電池の残存容量演算方法。
【請求項２】
残存容量算出時から遡った所定電力量範囲の最新の負荷状態に応じて前記放電可能電力量を算出し、
前記算出された放電可能電力量と残存容量算出時までの放電電力量との差を残存容量とすることを特徴とする電気車用電池の残存容量演算方法。
【請求項３】
残存容量算出時から遡った所定電力量範囲における電流値および電圧値とから電池の放電パワー演算値の平均値を算出し、
前記算出された放電パワー演算値の平均値と電池の放電可能パワー対放電電力量特性とに基づいて放電可能電力量を算出し、
前記算出された放電可能電力量と残存容量算出時までの放電電力量との差を残存容量とすることを特徴とする電気車用電池の残存容量演算方法。
【請求項４】
放電可能電力量と放電電力量との差から残存容量を算出する電気車用電池の残存容量演算方法において、
（ａ）電池の放電深度が満充電状態から所定放電深度となるまでは、予め設定された所定放電可能電力量に基づいて残存容量を算出し、
（ｂ）電池の放電深度が所定放電深度以上に深くなった場合には、残存容量算出時から遡った所定電力量範囲の負荷状態に応じて前記放電可能電力量と放電電力量との差を補正して残存容量を算出するようにしたことを特徴とする電気車用電池の残存容量演算方法。
【請求項５】
放電可能電力量と放電電力量との差から残存容量を算出する電気車用電池の残存容量演算方法において、
（ａ）電池の放電深度が満充電状態から所定放電深度となるまでは、予め設定された所定放電可能電力量に基づいて残存容量を算出し、
（ｂ）電池の放電深度が所定放電深度以上に深くなった場合には、残存容量算出時から遡った所定電力量範囲の負荷状態に応じた放電可能電力量に基づいて残存容量を算出するようにしたことを特徴とする電気車用電池の残存容量演算方法。
【請求項６】
請求項５に記載の残存容量演算方法において、
電池の放電深度が所定放電深度以上に深くなった場合には、残存容量算出時から遡った所定電力量範囲における電流値および電圧値から算出される電池の放電パワー演算値の平均値と、電池の放電可能パワー対放電電力量特性とに基づいて算出された放電可能電力量を用いて残存容量を算出するようにしたことを特徴とする電気車用電池の残存容量演算方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車等の電気車に搭載される電池の残存容量演算方法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
図６は電気自動車等の電気車における電池の残存容量演算方法を説明する図であり、Ｐ（Ｗｈ）は電池のパワーＰ対放電電力量Ｗｈの関係を示している。残存容量は次式（１）のように表され、放電可能電力量としては満充電状態から代表的走行モード（ＬＡ４モード等）による走行を保証可能な最低限のパワーＰminまでの放電電力量が用いられる。
【数１】
（残存容量）＝（放電可能電力量）−（現在までの放電電力量）  …（１）
満充電状態から電池の放電可能パワーがＰminとなるまでの放電電力量をＷｈＲ、現在までの放電電力量として放電電力積算値ＩＷｈを用いた場合には、式（１）は次式（２）のようになる。
【数２】
（残存容量）＝ＷｈＲ−ＩＷｈ  …（２）
【０００３】
しかしながら、上述したように特定走行モードに関するＰminに基づいて算出される放電可能電力量を用いて残存容量を求めた場合には、次のような不都合が生じる。以下では、図７に示すように、放電末期において上述したＰminに対応する走行可能パワーＰa（ただしＰa＞Ｐmin）の高出力走行（走行パターンＡと呼ぶ）で走行した場合と、走行可能パワー Ｐb（ただしＰb＜Ｐmin）の低出力走行（走行パターンＢと呼ぶ）で走行した場合について考える。なお、満充電状態から電池の放電可能パワーがＰaとなるまでの放電電力量をＷｈＲa、放電可能パワーがＰbとなるまでの放電電力量をＷｈＲbとする。
【０００４】
例えば、式（２）で算出される残存容量を残存容量計で表示した場合、放電電力量がＩＷｈの時点では残存容量計の指示値は（ＷｈＲ−ＩＷｈ）となっている。しかし、放電末期に走行パターンＡで走行した場合には、指示値が（ＷｈＲ−ＷｈＲa）＝ΔＷｈａ≠０のときに突然走行不能となってしまうという不都合が生じる。一方、放電末期に走行パターンＢで走行した場合には、走行パターンＢを維持して走行すれば電力量（ＷｈＲb−ＷｈＲ）＝ΔＷｈｂ分だけ走行可能であるにもかかわらず、残存容量計の指示値が０となっているという欠点がある。
【０００５】
本発明の目的は、走行パターンに応じた残存容量を算出することができる電池の残存容量演算方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る電気車用電池の残存容量演算方法は、残存容量算出時から遡った所定電力量範囲における最新の負荷状態が予め設定された特定走行モードの負荷状態以上の場合には、特定走行モードにおける放電可能電力量と残存容量算出時までの放電電力量との差に、最新の負荷状態および特定走行モードの負荷状態に基づき定められる１以上の係数を乗算したものを残存容量とし、最新の負荷状態が特定走行モードの負荷状態未満の場合には、特定走行モードにおける放電可能電力量と残存容量算出時までの放電電力量との差に、最新の負荷状態および特定走行モードの負荷状態に基づき定められる１未満の係数を乗算したものを残存容量とすることにより、残存容量算出時における最新の走行状態が残存容量に反映されるようにした。
請求項２の発明に係る電気車用電池の残存容量演算方法は、残存容量算出時から遡った所定電力量範囲の最新の負荷状態に応じて放電可能電力量を算出し、算出された放電可能電力量と残存容量算出時までの放電電力量との差を残存容量とすることにより、残存容量算出時における最新の走行状態が残存容量に反映されるようにした。
請求項３の発明に係る電気車用電池の残存容量演算方法は、残存容量算出時から遡った所定電力量範囲における電流値および電圧値とから電池の放電パワー演算値の平均値を算出し、算出された放電パワー演算値の平均値と電池の放電可能パワー対放電電力量特性とに基づいて放電可能電力量を算出し、算出された放電可能電力量と残存容量算出時までの放電電力量との差を残存容量とすることにより、残存容量算出時における最新の走行状態が残存容量に反映されるようにした。
請求項４の発明は、放電可能電力量と放電電力量との差から残存容量を算出する電気車用電池の残存容量演算方法に適用され、（ａ）電池の放電深度が満充電状態から所定放電深度となるまでは、予め設定された所定放電可能電力量に基づいて残存容量を算出し、（ｂ）電池の放電深度が所定放電深度以上に深くなった場合には、残存容量算出時から遡った所定電力量範囲の負荷状態に応じて放電可能電力量と放電電力量との差を補正して残存容量を算出するようにした。
請求項５の発明は、放電可能電力量と放電電力量との差から残存容量を算出する電気車用電池の残存容量演算方法に適用され、
（ａ）電池の放電深度が満充電状態から所定放電深度となるまでは、予め設定された所定放電可能電力量に基づいて残存容量を算出し、（ｂ）電池の放電深度が所定放電深度以上に深くなった場合には、残存容量算出時から遡った所定電力量範囲の負荷状態に応じた放電可能電力量に基づいて残存容量を算出するようにした。
請求項６の発明は、請求項５に記載の残存容量演算方法において、電池の放電深度が所定放電深度以上に深くなった場合には、残存容量算出時から遡った所定電力量範囲における電流値および電圧値から算出される電池の放電パワーの平均値と、電池の放電可能パワー対放電電力量特性とに基づいて算出された放電可能電力量を用いて残存容量を算出するようにした。
【０００７】
【発明の効果】
以上説明したように、
▲１▼請求項１〜６の発明によれば、残存容量算出時から遡った所定電力量範囲の負荷状態に応じて残存容量を算出するため、電気車の最新の走行パターンに応じた残存容量を算出することができ、残存容量＝０付近における算出精度が向上する。そのため、残存容量不足により走行途中に突然走行不能となることが無いとともに、運転者はその後の走行可能距離を容易に推測することが可能となる。
▲２▼請求項４〜６の発明では、電池の放電深度が所定放電深度より浅い場合には、予め設定された所定放電可能電力量、例えば、予め設定された所定走行モードに必要なパワーとなるまでの放電可能電力量に基づいて残存容量を算出するため、放電末期ほど残存容量精度を必要とされない放電深度領域における演算処理が簡略化される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図５を参照して本発明の実施の形態を説明する。
−第１の実施の形態−
図１は、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。電池１１はインバータ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へ電力を供給する。また、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１１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１４は電池１１の両端電圧Ｖを検出し、電流センサ１５は電池１１に流れる電流Ｉを検出する。１７は電池１１の温度Ｔを検出する温度センサである。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１４および電流センサ１５により検出された電圧Ｖと電流Ｉとに基づいて放電可能パワーを演算し、演算結果に基づいてインバータ１２の出力制御を行なう。メモリ１８には各センサ１４，１５，１７からのデータやコントローラ１６の演算結果等が記憶される。
【０００９】
図２は本実施の形態における残存容量演算方法を説明するための図であり、電池の放電可能パワー対放電電力量の関係を表す電池特性Ｗｈ（Ｐ）を示す。図２に示すような電池特性Ｗｈ（Ｐ）は、初期電池の特性を温度補正や劣化補正することによって得られる。例えば、放電電力量ＷｈがパワーＰの３次式で表されるとした場合には、初期特性Ｗｈ0（Ｐ）は次式（３）のように表される。ここで、係数ａ，ｂ，ｃ，ｄは初期状態の電池特性に基づいて決定される。
【数３】
Ｗｈ0（Ｐ）＝ａＰ3＋ｂＰ2＋ｃＰ＋ｄ  …（３）
次いで、温度補正係数をα、電気容量変化に関する劣化係数をβ、内部抵抗変化に関する劣化係数をγとしたとき、補正後の特性をＷｈ（Ｐ）を次式（４）により求める。
【数４】
Ｗｈ（Ｐ）＝Ｗｈ0（Ｐ×１／αγ）×β  …（４）
【００１０】
本発明による残存容量演算方法では、残存容量算出時から放電電力量でΔＷｈに相当する時間だけ遡り、遡った時刻から算出時までの走行パターンに基づいて放電可能電力量を算出し、その放電可能電力量と現在までの放電電力量とから残存容量を算出する。図２において曲線Ｌ１は現時点（放電電力量ＩＷｈ時点）までの走行パターンの一部分を概念的に示す図であり、放電時の電流値および電圧値から求められる放電パワーの変化を放電電力量に関して示したものである。Ｐaveは放電電力量（ＩＷｈ−ΔＷｈ）からＩＷｈまでの実際に出力した放電パワーの平均値であり、ＷｈＲ1は電池の放電可能パワーがＰaveとなるまでの放電可能電力量である。上述したような電池特性Ｗｈ（Ｐ）が得られる場合にはＷｈＲ1＝Ｗｈ（Ｐave）で求められる。そして、この時点での残存容量は次式（５）で算出される。
【数５】
（残存容量）＝Ｗｈ（Ｐave）−ＩＷｈ  …（５）
【００１１】
式（５）では、Ｐaveは残存容量算出時からΔＷｈだけ遡った時点から算出時までの走行パターンに基づいて算出されるため残存容量算出毎にＰaveが異なっており、常に最新の走行パターンに依存した残存容量が得られる。例えば、図３に示すような走行パターンＬ2では、放電電力量ＩＷｈ1における残存容量は放電電力量ＩＷｈ1−ΔＷｈからＩＷｈ1までの走行パターンに基づいて算出されるため、その範囲における放電パワーの平均値をＰave1とすれば式（６）で表される。
【数６】
（残存容量）＝Ｗｈ（Ｐave1）−ＩＷｈ1  …（６）
一方、放電電力量ＩＷｈ2における残存容量は式（７）で表される。
【数７】
（残存容量）＝Ｗｈ（Ｐave2）−ＩＷｈ2  …（７）
【００１２】
このように、本実施の形態では、最新の走行パターンに基づいて残存容量を算出しているため、どのような走行パターンで走行していても、現在の走行パターンでどの程度走行可能かを容易に推定することができる。特に、放電末期においては前述したように突然走行不能となるような事態を避けるため残存容量算出の正確さが求められるが、本実施の形態による演算方法によれば残存容量＝０における算出値の信頼性が向上し、放電末期にどのような走行パターンで走行していても残存容量算出値＝０となる以前に走行不能となることがない。なお、満充電時から上述した方法で残存容量を算出してもよいが、上述したように残存容量算出の正確さは放電末期において特に重要となるので、次のように制御するようにしても良い。すなわち、満充電状態から放電深度（ＤＯＤ）が所定の値になるまでは特定走行モードに基づいて残存容量を算出し、ＤＯＤが所定値以上になったならば本発明による演算方法で残存容量の算出を行う。
【００１３】
図４はコントローラ１６による残存容量演算処理を説明するためのフローチャートであり、この図を参照しながら残存容量の算出手順を説明する。コントローラ１６は、走行中はこの制御プログラムを繰返し実行する。なお、以下では放電深度が５０％以上となったときに特定走行モードに基づく残存容量演算から本発明による演算に切換えるように制御する。また、上述したパワー演算は放電電力量ΔＷｈ1毎に行われるとし、ΔＷｈ＝ｎ・ΔＷｈ1を満たしているとする。すなわち、ΔＷｈ1の間にｎ回のパワー演算が行われる。
【００１４】
図４に示すプログラムは電気自動車の走行開始によりスタートする。ステップＳ１においてｘ（ΔＷｈ）は放電電力量ΔＷｈに相当する放電深度（ＤＯＤ）を表しており、ステップＳ１では電池のＤＯＤが｛５０％−ｘ（ΔＷｈ）｝以上か否かを判断し、判断が肯定された場合にはステップＳ２に進んで変数ｉを１と設定した後に、ステップＳ３において実際に出力しているパワーＰiを算出する。すなわち、ＤＯＤ≧｛５０％−ｘ（ΔＷｈ）｝となったときにステップ２以降の動作を開始する。一方、ステップＳ１において判断が否定された場合には、ステップＳ１３に進んで次式（８）により残存容量を算出し、ステップＳ９へ進む。
【数８】
（残存容量）＝Ｗｈ（Ｐmin）−ＩＷｈ  …（８）
なお、式（８）において、ＩＷｈは現在までの放電電力積算値であり、Ｐminは前述したように特定走行モードにおけるパワーの平均値である。
【００１５】
ステップＳ４では、メモリ１８に確保されたメモリ領域Ｍiの内容を算出されたパワーＰiに書換える。なお、メモリ１８にはパワーＰiが記憶されるメモリ領域Ｍ1，Ｍ2，…，Ｍnおよび後述する残存容量が記憶されるメモリ領域Ｍn+1が確保されており、各領域とも初期値＝０である。ステップＳ５では実際に出力しているパワーＰiの平均Ｐave＝Ｍ1＋Ｍ2＋…＋Ｍnを算出し、続くステップＳ６では算出されたＰaveを用いて放電可能電力量Ｗｈ（Ｐave）を算出する。ステップＳ７は電池のＤＯＤが５０％以上となったか否かを判断するステップであり、５０％以上の場合にはステップＳ８へ進み、それ以外の場合にはステップＳ１３へ進む。ステップＳ８では、現時点（ＩＷｈ算出時）の残存容量を次式（９）により算出し、ステップＳ８へ進む。
【数９】
（残存容量）＝Ｗｈ（Ｐave）−ＩＷｈ  …（９）
【００１６】
ステップＳ９では、メモリ１８のメモリ領域Ｍn+1の内容をステップＳ８またはステップＳ１３で算出された残存容量に書換える。ステップＳ１０は変数ｉがｎに等しいか否かを判断するステップであり、ｉ＝ｎの場合にはステップＳ１１でｉ＝０とした後にステップＳ１２へ進み、その他の場合にはステップＳ１１をスキップしてステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２では変数ｉをｉ＝ｉ＋１とした後にステップＳ３へ戻り、走行をストップするまでステップＳ３〜Ｓ１２までの一連の動作を繰返す。
【００１７】
なお、パワーＰiの平均をする際のデータの範囲を決めるΔＷｈの設定方法としては、例えば、初期電池容量の５％程度や放電深度で５％に相当する放電電力量等のように全体容量に対する所定の割合で設定する方法がある。さらに、遡る範囲を放電電力量で設定する代りに、現在から遡って過去所定時間の間のパワー値に基づいて残存容量を算出するようにしても良い。
【００１８】
また、上述した実施の形態では、現在（残存容量算出時）までの放電電力量として放電電力積算値を用いたが、放電中の電流値および電圧値に基づいて算出される放電可能パワー演算値Ｐmaxを電池特性Ｗｈ（Ｐ）に代入して得られるＷｈ（Ｐmax）を用いても良い。さらには、Ｗｈ（Ｐ）のような関数としてではなく、テーブルとしてメモリ１８に記憶したものを用いるようにしても良い。
【００１９】
なお、上述した放電可能パワー演算値は以下のようにして求められる。図５に示すように、放電中の電池のＶ−Ｉ特性をサンプリング（図中に×印で示す）する。サンプリングデータからＶ−Ｉ特性を回帰演算し、図に示すような回帰直線を求める。回帰直線のＶ切片Ｅ0は電池の開放電圧を表し、回帰直線の傾きは電池の内部抵抗Ｒを表している。回帰直線と放電時の許容最小電圧Ｖminとの交点Ｂの電流ＩＤmaxは次式（１０）を満たしており、放電可能パワー演算値Ｐmaxは式（１１）により算出される。
【数１０】
Ｖmin＝Ｅ0−ＩＤmax・Ｒ  …（１０）
Ｐmax＝Ｖmin・ＩＤmax＝Ｖmin・（Ｅ0−Ｖmin）／Ｒ…（１１）
【００２０】
上述した実施の形態では、放電可能電力量の算出において放電パワーの平均値Ｐaveを用いたが、所定範囲の走行パターンを表す放電パワーを適当に選び放電可能電力量を算出するようにすれば良い。
【００２１】
−第２の実施の形態−
上述した第１の実施の形態では、放電可能電力量を残存容量算出時から遡った放電電力量ΔＷｈの範囲の負荷状態（走行パターン）に応じて変更することにより、残存容量算出精度を向上させた。しかし、本実施の形態では、特定走行モードに基づく放電可能容量ＷｈＲを用いて次式（１２）で算出される残存容量を式（１３）のように補正係数ｋで補正し、このようにして得られたものを残存容量として用いる。
【数１１】
0003775000.tif 000002
ここで、補正係数ｋは、残存容量算出時から遡った放電電力量ΔＷｈの範囲における負荷状態に応じて決定される。当然ながら、負荷状態が特定走行モードと同じであればｋ＝１となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気自動車の走行駆動機構の構成を示すブロック図。
【図２】電池のパワー対放電電力量の関係を表す電池特性Ｗｈ（Ｐ）を示す図。
【図３】異なる放電電力量における残存容量算出例を説明する図。
【図４】残存容量演算処理を説明するためのフローチャート。
【図５】放電可能パワー演算を説明する図。
【図６】電池の残存容量演算方法を説明する図。
【図７】異なる走行パターンにおける残存容量を説明する図。
【符号の説明】
１１  電池
１３  モータ
１４  電圧センサ
１５  電流センサ
１６  コントローラ
１７  温度センサ
１８  メモリ
【図１】
0003775000.tif 000003
【図２】
0003775000.tif 000004
【図３】
0003775000.tif 000005
【図４】
0003775000.tif 000006
【図５】
0003775000.tif 000007
【図６】
0003775000.tif 000008
【図７】
0003775000.tif 000009