(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のサンプリング周期で、電池に流れる電流と、電池温度と、電池の残容量を検出し、検出した検出値からパラメータ値を特定し、特定されたパラメータ値を演算し、演算されたトータルパラメータ値から電池の寿命を判別する電動車両用二次電池の寿命判別方法。
【請求項２】
電池電流から電流パラメータ値を、電池温度から温度パラメータ値を、残容量から残容量パラメータ値を独立して特定する請求項１に記載される電動車両用二次電池の寿命判別方法。
【請求項３】
電流パラメータ値と温度パラメータ値と残容量パラメータ値とを積算してトータルパラメータ値を演算する請求項２に記載される電動車両用二次電池の寿命判別方法。
【請求項４】
電流パラメータ値と温度パラメータ値と残容量パラメータ値とを加算してトータルパラメータ値を演算する請求項２に記載される電動車両用二次電池の寿命判別方法。
【請求項５】
電池電流と電池温度と残容量の検出値から選択されるふたつの検出値を変数として複合パラメータ値を特定する請求項１に記載される電動車両用二次電池の寿命判別方法。
【請求項６】
電池電流と電池温度と残容量の検出値を変数として複合パラメータ値を特定する請求項１に記載される電動車両用二次電池の寿命判別方法。
【請求項７】
パラメータ値を特定する変数のひとつとして、電流の積算値を使用する請求項１に記載される電動車両用二次電池の寿命判別方法。
【請求項８】
パラメータ値を特定する変数のひとつとして、電流の変化率を使用する請求項１に記載される電動車両用二次電池の寿命判別方法。
【請求項９】
電池電流と電池温度と残容量を変数とする関数からパラメータ値を特定する請求項１に記載される電動車両用二次電池の寿命判別方法。
【請求項１０】
電池電流と電池温度と残容量を変数とするテーブルからパラメータ値を特定する請求項１に記載される電動車両用二次電池の寿命判別方法。
【請求項１１】
電池が複数の電池モジュールを備えており、各々の電池モジュールに流れる電流と、電池モジュールの温度と、電池モジュールの残容量を検出して、各々の電池モジュールの寿命を独立して判別する請求項１に記載される電動車両用二次電池の寿命判別方法。
【請求項１２】
外部からの要求で、トータルパラメータ値を外部に出力する請求項１に記載される電動車両用二次電池の寿命判別方法。
【請求項１３】
トータルパラメータ値が設定値になると、寿命信号を出力する請求項１に記載される電動車両用二次電池の寿命判別方法。
【請求項１４】
サンプリング周期を一定の周期とする請求項１に記載される電動車両用二次電池の寿命判別方法。
【請求項１５】
サンプリング周期を電池の使用状態で変化させる請求項１に記載される電動車両用二次電池の寿命判別方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動車両用二次電池の寿命を判別する方法に関し、とくに、電池の使用環境から寿命を判別する方法に関する。
本明細書において「電動車両用」とは、電池のみで走行する電気自動車や電動フォークリフト等の車両のみでなく、ハイブリッドカーのように電池とエンジンの両方で走行し、あるいは電池と人力で走行する電動自転車等も含む広い意味に使用する。
【０００２】
【従来の技術】
電動車両は、電池でモーターを駆動して走行する。このため、電池の寿命が尽きると、電気自動車は全く走行できなくなり、ハイブリッドカーは充分に加速できなくなって走行状態が極めて悪くなる弊害がある。この弊害は、電池の寿命を判別し、寿命が尽きる前にこのことを検出して防止できる。電池の寿命を判別する従来の方法は、電池に充電できる最大容量を検出する。この方法は、たとえば、電池の最大充電容量が規格容量の５０％以下になると寿命が尽きたと判定することができる。電池の最大充電容量は、完全に放電した状態から満充電するまでの充電容量を積算して演算できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電動車両用の二次電池、とくにハイブリッドカー用の二次電池は、この方法で最大充電容量を演算するのに好ましくない状態で充放電される。電池寿命をできるかぎり長くするために、完全に放電することなく、また、満充電しないように、満充電と完全放電の中間で使用されるからである。電池は、完全に放電され、あるいは満充電すると寿命が短くなる性質がある。このため、現実の使用状態で、電池の最大充電容量を頻繁に検出するのは難しい。
【０００４】
また、最大充電容量を検出するために、完全に放電し、あるいは満充電すると、寿命を検出するために電池寿命を短くする弊害が発生する。さらにまた、電池を完全に放電させると、電動車両を正常には走行できなくなるので、完全放電させるにはそのタイミングの設定も極めて難しい。
【０００５】
さらに、最大充電容量から電池寿命を判別する方法は、最大充電容量を検出したときに、電池に充電できる容量を検出するのであって、将来に向かって、電池をいつまで使用できるかを推測することはできない。また、電池の寿命は、使用環境によって大幅に変化するが、使用環境から電池寿命を判別することもできない。また、最大充電容量から電池寿命を推測する方法は、電池の寿命を間接的に推測するので、電池がどの程度のダメージを受けているかを検出できない。このため、寿命が将来どのように尽きるかを推測することができない。電動車両の二次電池は、たとえば車検のときに電池の寿命を正確に判別できると、電池を交換して、次の車検まで電池を有効に使用できる。このため、電池の寿命がどのようにして消耗されるかを正確に検出することが大切となる。
【０００６】
本発明は、このことを実現することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、電池の寿命を正確に判別して、電池寿命が尽きる前に電池の交換が可能である電動車両用二次電池の寿命判別方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動車両用二次電池の寿命判別方法は、所定のサンプリング周期で、電池に流れる電流と、電池温度と、電池の残容量を検出し、検出した検出値からパラメータ値を特定し、特定されたパラメータ値を演算し、演算されたトータルパラメータ値から電池の寿命を判別する。
【０００８】
本発明の寿命判別方法は、電池電流から電流パラメータ値を、電池温度から温度パラメータ値を、残容量から残容量パラメータ値を独立して特定することができる。この寿命判別方法は、独立して特定された電流パラメータ値と温度パラメータ値と残容量パラメータ値とを積算して、あるいは加算してトータルパラメータ値を演算することができる。
【０００９】
本発明の寿命判別方法は、電池電流と電池温度と残容量の検出値から選択されるふたつの検出値を変数として複合パラメータ値を特定することができる。複合パラメータ値は、電池電流と電池温度と残容量の検出値を変数として特定することもできる。さらにまた、本発明の寿命判別方法は、パラメータ値を特定する変数のひとつとして、電流の積算値、あるいは電流の変化率を使用することもできる。
【００１０】
パラメータ値は、電池電流と電池温度と残容量を変数とする関数からを特定することができる。さらに、パラメータ値は、電池電流と電池温度と残容量を変数とするテーブルから特定することもできる。
【００１１】
さらに、本発明の寿命判別方法は、電動車両用二次電池を複数の電池モジュールを備える電池として、各々の電池モジュールに流れる電流と、電池モジュールの温度と、電池モジュールの残容量を検出して、各々の電池モジュールの寿命を独立して判別することができる。
【００１２】
さらに、本発明の寿命判別方法は、外部からの要求で、トータルパラメータ値を外部に出力することができる。さらに、本発明の寿命判別方法は、好ましくは、トータルパラメータ値が設定値になると寿命信号を出力する。さらにまた、本発明の寿命判別方法は、サンプリング周期を一定の周期とすることも、電池の使用状態で変化させることもできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電動車両用二次電池の寿命判別方法を例示するものであって、本発明は寿命判別方法を以下のものに特定しない。
【００１４】
図１は、電動車両用二次電池の寿命判別方法に使用する、電動車両用二次電池の電源装置を示す回路図である。この電源装置の電池は、複数の電池モジュール１を直列に接続して、出力電圧を高くしている。電池モジュール１は、複数の素電池を直列に接続している。素電池は、ニッケル−水素電池やリチウムイオン二次電池である。ただ、この素電池には、鉛電池やニッケル−カドミウム電池も使用できる。図の電源装置は、複数の素電池を直列に接続して電池モジュール１とし、電池モジュール１の単位で電池寿命を判別するが、複数の素電池を直列に接続してなる電池は、素電池の単位で電池の寿命を判別することもできる。電池モジュール１の単位で電池寿命を判別する寿命判別方法は、各々の電池モジュール１に流れる電流、温度、残容量を検出し、素電池の単位で寿命を判別する方法は、各々の素電池に流れる電流、温度、残容量を検出する。
【００１５】
図の電源装置は、各々の電池モジュール１の単位で電池の寿命を判別する。直列に接続している複数の電池モジュール１は、充放電する電流は同じであっても、寿命は必ずしも同じにはならない。それは、電池モジュール１によって使用される温度環境等が異なり、これによって充電できる最大容量等が変化し、残容量にも差ができるからである。
【００１６】
図の電源装置は、各々の電池モジュール１に、電圧と温度と残容量を検出する検出回路２を備えている。検出回路２は、検出した電圧と、温度と、残容量を通信バス４を介してメインコントロール３に伝送する。検出回路２は、各々の電池モジュール１の残容量を演算し、演算した残容量を通信バス４でメインコントロール３に伝送する。複数の素電池を直列に接続している電池モジュール１は、代表としてひとつの素電池の温度を検出し、あるいは全ての素電池の温度を検出して、その平均値や最大値を通信バス４でメインコントロール３に伝送する。電圧を検出する回路も、電池モジュール１全体の電圧を検出して、メインコントロール３の電圧信号として伝送する。ただ、素電池の電圧を検出して、その平均値を電圧信号としてメインコントロール３に伝送することもできる。
【００１７】
検出回路２は、電圧と温度と残容量をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを内蔵している。Ａ／Ｄコンバータは、検出したアナログ信号をデジタル信号に変換してメインコントロール３に伝送する。検出回路２は、一定のサンプリング周期で、検出した信号をデジタル信号に変換してメインコントロール３に伝送する。サンプリング周期は、好ましくは１００ｍｓｅｃである。ただし、サンプリング周期は１０ｍｓｅｃ〜１ｓｅｃとすることもできる。サンプリング周期を短くすると、より正確に電圧と温度と残容量をメインコントロール３に伝送できる。サンプリング周期を長くすると、消費電力を少なくできると共に、安価なＡ／Ｄコンバータを使用できる。検出回路２は、常に一定のサンプリング周期でデジタル信号をメインコントロール３に伝送する必要はない。たとえば、電動車両を走行しているときのサンプリング周期を短くして、走行していないときにはサンプリング周期を長くして、無駄な電力消費を少なくすることもできる。検出回路２は、電圧と温度と残容量を検出してデジタル信号としてメインコントロール３に出力するときにのみ電力を消費するようにして、トータルの消費電力を少なくできる。各々の電池モジュール１に接続している各々の検出回路２は、互いに時間をずらせて、検出した温度、電圧、残容量の信号をメインコントロール３に伝送する。
【００１８】
各々の電池モジュール１は直列に接続しているので、流れる電流は同じである。したがって、図の電源装置はひとつの電流検出回路５を設けている。この電流検出回路５も、Ａ／Ｄコンバータを内蔵している。したがって、検出された電流信号はデジタル信号に変換されて、通信バス４を介してメインコントロール３に伝送される。このＡ／Ｄコンバータも、所定のサンプリング周期で電流信号をデジタル信号に変換する。電動車両が走行しているとき、電池に流れる電流は、短い時間で大きく変動する。したがって、電流検出回路５は、できるかぎり短いサンプリング周期、たとえば１００ｍｓｅｃの周期で、電流信号をデジタル信号に変換して、メインコントロール３に伝送する。さらに、サンプリング周期を短くすることもできる。
【００１９】
メインコントロール３はバッテリＥＣＵであって、各々の電池モジュール１に接続している検出回路２と、ひとつの電流検出回路５から伝送されてくるデジタル信号を演算して、各々の電池モジュール１の寿命を判別する。メインコントロール３は、所定のサンプリング周期で、電池モジュール１に流れる電流と、電池モジュール１の温度と、電池モジュール１の残容量を検出して、検出した検出値からパラメータ値を特定し、特定されたパラメータ値を演算して、演算されたトータルパラメータ値から電池の寿命を判別する。
【００２０】
メインコントロール３は、電池が寿命に達すると、通信バス７を介して電動車両の総合コントローラ６であるＶＣＳにこのことを通信する。さらに、図の電源装置は、ダウンロード機器８を接続するための通信バス９をメインコントロール３に接続している。ダウンロード機器８は、メインコントロール３で演算されたトータルパラメータ値をダウンロードする機器である。ダウンロード機器８は、ダウンロードされたトータルパラメータ値を設定値に比較して、電池寿命を判定する。たとえば、トータルパラメータ値が設定値の８０％であるとき、電池寿命の残りは２０％であると判別する。このように、ダウンロード機器８で電池寿命の残りを判別できる装置は、定期検査や車検のときに、電池の残り寿命を検出して、電池をいつ交換するのがよいか判別できる。たとえば、寿命が残り少ない電池は、定期検査や車検の後、短い期間で使用できなくなるので、検査のときに交換する。
【００２１】
図２は、メインコントロール３が電池モジュール１の寿命を判別するフローチャートを示している。この方法は、以下のようにして電池モジュール１の寿命を演算する。
［ｎ＝１〜２のステップ］
メインコントロール３は、寿命判別以外の処理もするので、寿命解析以外の処理が終了した後、サンプリング周期である１００ｍｓｅｃが経過したかどうかを判別する。
【００２２】
［ｎ＝３のステップ］
サンプリング周期である１００ｍｓｅｃが経過すると、通信バス４を介して検出回路２から伝送される温度信号および残容量信号と、電流検出回路５から伝送される電流信号から、パラメータ値を特定し、パラメータ値から電池モジュール１の寿命を判別する。メインコントロール３は、演算されたトータルパラメータ値から電池の寿命を判別する。トータルパラメータ値が設定値になると、寿命が尽きたと判定する。すなわち、電池を使用するにしたがって、演算されるトータルパラメータ値が大きくなり、これが設定値になると寿命と判定する。
【００２３】
メインコントロール３は、電流、温度、残容量からパラメータ値を特定するためのデーターを記憶している。電流、温度、残容量からパラメータ値を特定するデーターは、電池の種類により異なる。したがって、メインコントロール３は、電源装置の電池に対応する、電流、温度、残容量に対するパラメータ値を特定するデーターをあらかじめ記憶している。図３ないし図５は、電流、温度、残容量に対するパラメータ値の一例を示す。図３は、電池モジュール１に流れる電流値に対するパラメータ値を示す。この図に示すパラメータ値は、電流が増加するに従って増加する。電池は、大電流で充放電するほど電池の寿命が短くなるからである。図４は、電池温度に対するパラメータ値を示す。電池は、温度が高くなるほど寿命が短くなるので、温度が高くなるにしたがってパラメータ値を大きくしている。さらに、図５は、残容量に対するパラメータ値を示している。電池は、残容量が大きくなると寿命が短くなる、とくに満充電に近付くにしたがって寿命が短くなるので、残容量が１００％に近くなるとパラメータ値を大きくしている。
【００２４】
メインコントロール３は、電流、温度、残容量からパラメータ値を特定するためのデーターを関数として記憶し、あるいは、テーブルとして記憶する。たとえば、電流のパラメータ値ＰAと、電池温度のパラメータ値ＰTと残容量のパラメータ値ＰSOCは、以下のように、電流（Ａ）、温度（Ｔ）、残容量（ＳＯＣ）を変数として特定される関数（ｆ）として記憶される。
ＰA＝ｆ（A）
ＰT＝ｆ（T）
ＰSOC＝ｆ（SOC）
【００２５】
メインコントロール３は、記憶する関数から、あるいはテーブルから電流、温度、残容量に対するパラメータ値を特定する。その後、メインコントロール３は、特定された電流、温度、残容量のパラメータ値をかけた値を積算してトータルパラメータ値を演算する。メインコントロール３は、所定のサンプリング周期で電流、温度、残容量が入力されるので、これ等の信号が入力される毎に、パラメータ値を特定し、これを掛けて積算する。すなわち、サンプリング周期が経過する毎に、前回のトータルパラメータ値に、次回のパラメータ値の積が加算される。したがって、トータルパラメータ値は次第に増加する。
【００２６】
電流、温度、残容量のパラメータ値の積を積算してトータルパラメータ値を演算する方法は、たとえば、高温環境で大電流放電される電池の劣化を、理想に近い状態で判別できる。それは、高温環境で大電流放電されるとき、電池の劣化が加速度的に増加するからである。ただ、本発明の寿命判別方法は、電流、温度、残容量のパラメータ値を独立して特定し、特定されたパラメータ値をかけることなく加算してトータルパラメータ値を演算することもできる。この方法は、電流、温度、残容量から特定されるパラメータ値を加算して電池寿命を判別できるように特定する。
【００２７】
さらに、本発明の寿命判別方法の第２の方法として、電流、温度、残容量の３つを変数としてひとつの複合パラメータ値を特定し、この複合パラメータ値を加算してトータルパラメータ値を演算することもできる。この方法で電池の寿命を判別する電源装置のメインコントロール３は、たとえば複合パラメータ値（ＰALL）を、以下の関数ｆ（A、T、SOC）として記憶し、あるいは、電流、温度、残容量を３つの変数としてひとつの複合パラメータ値を特定するテーブルを記憶している。
ＰALL＝ｆ（A、T、SOC）
この関数［ｆ（A、T、SOC）］は、電流、温度、残容量の３つを変数として、複合パラメータ値を演算する関数である。この関数［ｆ（A、T、SOC）］は、電流、温度、残容量から電池の寿命を特定できる関数として、あらかじめ測定されてメインコントロール３に記憶される。この関数［ｆ（A、T、SOC）］は、電池の種類により変化する。したがって、電源装置の電池の種類に適合する関数［ｆ（A、T、SOC）］が予め測定され、測定された関数がメインコントロール３に記憶される。
【００２８】
このメインコントロール３は、サンプリング周期で、検出回路２と電流検出回路５から電流、温度、残容量のデジタル信号が入力されるので、これ等のデジタル信号が入力される毎に、電流、温度、残容量から複合パラメータ値（ＰALL）を特定する。特定された複合パラメータ値（ＰALL）は、前回のトータルパラメータ値に加算される。この方法も、トータルパラメータ値を設定値に比較して、電池の寿命を判別する。
【００２９】
さらに、メインコントロール３は、電流、温度、残容量のふたつをパラメータとして複合パラメータ値を特定し、特定された複合パラメータ値を加算し、あるいは複合パラメータ値をかけた値を積算してトータルパラメータ値を演算することもできる。この第３の寿命判別方法は、電流と温度から複合パラメータ値（ＰA、T）を特定し、さらに電流と残容量からも複合パラメータ値（ＰA、SOC）を特定し、さらに温度と残容量からも複合パラメータ値（ＰT、SOC）を特定する。これ等の複合パラメータ値は、以下に示す関数として、あるいはテーブルとしてメインコントロール３に記憶される。
ＰA、T  ＝ｆ（A、T）
この関数は、電流と温度を変数として複合パラメータ値を特定する。
ＰA、SOC＝ｆ（A、SOC）
この関数は、電流と残容量を変数として複合パラメータ値を特定する。
ＰT、SOC＝ｆ（T、SOC）
この関数は、温度と残容量を変数として複合パラメータ値を特定する。
【００３０】
メインコントロール３は、特定された複合パラメータ値（ＰA、T）、（ＰA、SOC）、（ＰT、SOC）を加算してトータルパラメータ値を演算する。また、特定された複合パラメータ値（ＰA、T）、（ＰA、SOC）、（ＰT、SOC）の積を積算してトータルパラメータ値を演算することもできる。ただし、特定された複合パラメータ値（ＰA、T）、（ＰA、SOC）、（ＰT、SOC）の積を積算してトータルパラメータ値を演算する方法は、これ等の複合パラメータ値の積を演算してトータルパラメータ値を演算して寿命を判別できるように複合パラメータ値を特定する。
【００３１】
さらに、第４の寿命判別方法は、パラメータ値を特定する変数のひとつとして、電流積算値を使用する。この方法は、電流積算値からパラメータ値を特定する関数やテーブルをメインコントロール３に記憶させる。また、パラメータ値を特定する変数のひとつに、電流の変化率を使用することもできる。この方法は、電流の変化率からパラメータ値を特定する関数やテーブルをメインコントロール３に記憶させる。記憶する関数やテーブルから、電流の変化率に対するパラメータ値が特定される。電流積算値や電流変化率から特定されたパラメータ値は、電流、温度、残容量から演算されたトータルパラメータ値に加算される。また、電流積算値や電流変化率から特定されたパラメータ値を、電流、温度、残容量から特定されたパラメータ値にかけてトータルパラメータ値を演算することもできる。
【００３２】
［ｎ＝４のステップ］
トータルパラメータ値を設定値に比較して、電池寿命に達したかどうか判別する。このステップは、トータルパラメータ値を設定値に比較し、トータルパラメータ値が設定値になると電池寿命に達したと判定する。
［ｎ＝５のステップ］
トータルパラメータ値が設定値になって、電池寿命が達した場合、このステップでメインコントロール３は、電動車両の総合コントローラ６であるＶＣＳに、電池寿命が切れたことを通信バス７を介して通信する。
［ｎ＝６〜７のステップ］
その後、ダウンロードする要求をダウンロード機器８から受けると、メインコントロール３はダウンロード機器８にトータルパラメータ値を送信する。ダウンロード要求を受けないときは、ｎ＝１のステップにジャンプする。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の電動車両用二次電池の寿命判別方法は、電池の寿命を正確に判別できる特長がある。それは、本発明の寿命判別方法が、所定のサンプリング周期で検出した電池電流と電池温度と電池の残容量からパラメータ値を特定し、特定されたパラメータ値から演算されたトータルパラメータ値で電池の寿命を判別しているからである。本発明の寿命判別方法は、従来のように、電池を完全放電や満充電して最大充電容量を演算することなく、いいかえると電池に悪影響を与えることなく電池寿命を判別できるので、電動車両用の二次電池、とくにハイブリッドカー用の二次電池のように、満充電と完全放電の中間で使用される電池の電池寿命を判別するのに好都合である。
【００３４】
さらに、本発明の寿命判別方法は、電池電流と電池温度と残容量の複数のパラメータ値から電池寿命を判別するので、電池の使用環境や電池が受けているダメージ等を考慮して、これらの要因で大幅に変化する電池寿命をも有効に判別できる。このように、本発明の寿命判別方法は、複数のパラメータ値で電池の寿命を直接的に推測するので、電池寿命を正確に判別して、電池寿命が尽きる前に理想的な電池の交換が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例にかかる電動車両用二次電池の寿命判別方法に使用する電源装置の回路図
【図２】メインコントロールが電池の寿命を判別するフローチャート
【図３】電池に流れる電流値に対するパラメータ値の一例を示すグラフ
【図４】電池温度に対するパラメータ値の一例を示すグラフ
【図５】残容量に対するパラメータ値の一例を示すグラフ
【符号の説明】
１…電池モジュール
２…検出回路
３…メインコントロール
４…通信バス
５…電流検出回路
６…総合コントローラ
７…通信バス
８…ダウンロード機器
９…通信バス
【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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