(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次電池と、該２次電池の残容量を表示する容量計と、前記２次電池の温度を検出する温度検出手段と、前記２次電池が放電可能な残容量を求めると共に所定温度で前記２次電池の出力を制限するバッテリコントローラとを備えた電気自動車において、
前記バッテリコントローラにより２次電池の出力制限が開始されるまでの間に前記２次電池が放電可能な残容量（第１残容量）を求める第１残容量算出手段と、
前記第１残容量算出手段が求めた第１残容量と前記バッテリコントローラが求めた前記２次電池が放電可能な残容量（第２残容量）とを比較する比較手段と、
該比較手段の比較結果が、前記第１残容量が前記第２残容量より小さい場合に、前記第１残容量を補正値として前記容量計に表示する補正表示手段と
を備えたことを特徴とする電気自動車用電池の容量計。
【請求項２】
前記第１残容量算出手段は、
前記２次電池の平均的な出力を求める平均出力算出手段と、
前記温度検出手段が検出した現在の２次電池温度が前記出力制限の開始される２次電池温度まで上昇するのに費やす時間を算出する時間算出手段と
を備えたことを特徴とする請求項１記載の電気自動車用電池の容量計。
【請求項３】
前記平均出力算出手段は、単位時間当りの電池温度上昇（温度上昇率）の最も高い電池を前記温度検出手段でサンプリングすることにより、放電深度（ＤＯＤ）をパラメータとして２次回帰演算して求める手段であることを特徴とする請求項２記載の電気自動車用電池の容量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車用電池の容量計に係り、特に電池内部が限界温度を超えないようにバッテリーコントローラが電池の出力を制限した場合にも、運転者に運転上の不満や不快感を与えないように表示する電気自動車用電池の容量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、２次電池を使用した電気自動車においては、２次電池の放電可能な容量（残容量）を運転者に知らせるための手段として、例えば電気自動車用電池の容量計を使用するのが一般的である。
この容量計は、例えば「へ」の字状にＬＥＤセグメントを横列配置し、残容量が満杯状態を「へ」の字の右端部とし、空（エンプティ）状態を左端部とし、ＬＥＤセグメントを点灯して残容量を表示する（図６参照）。
そして、２次電池の特性として、電池温度が低下すると（例えば、氷点下）放電可能容量が減少するが、この低温時の放電可能容量の減少のみを容量計に補正表示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えばリチウムイオン２次電池においては、電池内部温度がある限界温度以上の高温になると内圧の上昇，電解液の分解等が発生し、不安定な状態となるので、リチウムイオン２次電池がその限界温度を超えないように、使用し、制御する必要がある。
かかる制御の例としては、真夏の日中に放電深度の深い状態で、電気自動車の設計時に想定していないような高負荷走行を行う場合を想定する。この場合は電池温度が急激に上昇してしまうので、電池内部が限界温度を超えないようにバッテリーコントローラが電池の出力を制限する。
【０００４】
その結果、未だ電池容量が残っていて前記容量計はエンプティを指示していないにも拘らず（即ち、正常走行可能な表示）、前記バッテリコントローラの出力制限によりノロノロ運転しかできないような走行状態に制御され、運転者に不満や不快感が生じるという問題がある。これでは電気自動車の商品性の面から見ると好ましいことではない。
本発明は、前記問題点を鑑みてなされたものであって、外気温が高く放電深度が深い状態で高負荷走行を行った場合でも、運転者に不満や不快感を与えないようにし、電気自動車の商品性を向上させるようにした電気自動車用電池の容量計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】
前記課題を解決するために請求項１記載の発明は、２次電池と、該２次電池の残容量を表示する容量計と、前記２次電池の温度を検出する温度検出手段と、前記２次電池が放電可能な残容量を求めると共に所定温度で前記２次電池の出力を制限するバッテリコントローラとを備えた電気自動車において、前記バッテリコントローラにより２次電池の出力制限が開始されるまでの間に前記２次電池が放電可能な残容量（第１残容量）を求める第１残容量算出手段と、前記第１残容量算出手段が求めた第１残容量と前記バッテリコントローラが求めた前記２次電池が放電可能な残容量（第２残容量）とを比較する比較手段と、該比較手段の比較結果が、前記第１残容量が前記第２残容量より小さい場合に、前記第１残容量を補正値として前記容量計に表示する補正表示手段とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
請求項１記載の発明によれば、第１残容量算出手段は、バッテリコントローラが２次電池の出力制限を開始するまでの間に２次電池が放電可能な残容量（第１残容量）を求める。比較手段は、第１残容量算出手段が求めた第１残容量とバッテリコントローラが求めた２次電池が放電可能な残容量（第２残容量）とを比較する。補正表示手段は、比較手段の比較結果が、第１残容量が第２残容量より小さい場合に、第１残容量を補正値として前記容量計に表示する。
【０００７】
また、請求項２記載の発明は、前記第１残容量算出手段は、前記２次電池の平均的な出力を求める平均出力算出手段と、前記温度検出手段が検出した現在の２次電池温度が前記出力制限の開始される２次電池温度まで上昇するのに費やす時間を算出する温度上昇時間算出手段とを備えたことを特徴とする。
請求項２記載の発明によれば、第１残量算出手段を構成する平均出力算出手段は２次電池の平均的な出力を求め、同じく温度上昇時間算出手段は温度検出手段が検出した現在の２次電池温度が出力制限の開始される２次電池温度まで上昇するのに費やす時間を算出する。
【０００８】
また、請求項３記載の発明は、前記平均出力算出手段は、単位時間当りの電池温度上昇（温度上昇率）の最も高い電池を前記温度検出手段でサンプリングすることにより、放電深度（ＤＯＤ）をパラメータとして２次回帰演算して求める手段であることを特徴とする。
請求項３記載の発明によれば、平均出力算出手段は、単位時間当りの電池温度上昇（温度上昇率）の最も高い電池を温度検出手段でサンプリングすることにより、放電深度（ＤＯＤ）をパラメータとして２次回帰演算して求める。
【０００９】
【発明の効果】
各請求項記載の発明によれば、電池温度が急激に上昇し実際の容量が残っているうちに出力制限がかかって走行がほとんど不可能になることが予想される場合に、そのときの電池の冷却状態に対応し出力制限がかかるまでの残容量を予測し、容量計指示を補正することができるので、
運転者が残りの走行可能距離をより実際に合う形で知ることが可能となる。従って、運転者に不満や不快感を与えることがなく、電気自動車の商品性を向上させることができる。
また、残容量の予測を温度上昇率という非常に簡単なパラメータのみで算出できるので、新たに専用の検出手段や制御装置を増設する必要がないという効果がある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態例に基づいて説明する。
図１は本実施形態例のブロック図である。
図１に示すように、リチウムイオン２次電池は複数のモジュール２により組電池１として構成され、各モジュール２に電池の表面温度を検出する温度検出手段３が設置されている。
【００１１】
組電池１はバッテリーケース５内に収納され、電池冷却手段として冷却ファン６により電池に冷却風を流す構成である。なお、冷却手段としては、冷却水通路を設けてポンプで水を流す構成でもよい。
温度検出手段３で検出された温度に関する信号はバッテリーコントローラ４に入力され、様々な電池制御に用いられる。
【００１２】
バッテリーコントローラ４は、電池の電圧，電流，温度等を常に監視し、そのとき出力可能な電池出力を演算してモータ７を制御するモータコントローラ８へ信号を送り、更に電池を冷却するファン６の制御も行うと共に、その他電池に係わる全ての制御を行う。即ち、バッテリーコントローラ４は次に説明する図２のフローチャートの制御をも行う。
【００１３】
次に、本実施形態例の動作を図２のフローチャートを参照しつつ説明する。
【００１４】
本実施形態例の制御手段は、複数のモジュール２の内、電池表面温度（以下、Ｔｂと記すことがある）の最も高いものが２０℃以上であり、放電深度（以下、ＤＯＤと記す）が５０％以上の場合にのみ適用される（図３参照）。
【００１５】
図２において、先ず、電池表面温度検出手段３により電池表面温度Ｔｂが適当なサンプリングタイムτsam 毎に検出され、或る時間に同時に検出されるＴｂのうち最も高いＴｂを［Ｔbmax,n］とする（ステップＳ１）。
この最高値より一回前に検出された電池表面温度の最も高いものを［Ｔbmax,n-1］とし、次式により温度上昇率（ΔＴ／Δτ）ｎを求め、適当な回数（Ｋ回）繰り返してバッテリーコントローラ４内のメモリ（図示せず）にストアする（ステップＳ２）。
【００１６】
【数１】
（ΔＴ／Δτ）ｎ＝（Ｔbmax,n−Ｔbmax,n-1）／τsam
そして、図３に示すように、前記メモリにストアされたＫ個の温度上昇率（ΔＴ／Δτ）ｎを、横軸ＤＯＤ、縦軸ΔＴ／Δτと考えて２次回帰し、ＤＯＤをパラメータとする２次式の係数を求める。
【００１７】
ここに、リチウムイオン電池においては、ＤＯＤ５０％以上の領域で温度上昇率ΔＴ／ΔτがＤＯＤをパラメータとする以下の２次式で近似できる（図３は実験により求めたグラフであり、同図におけるＤＯＤが５０％以上の部分が２次曲線に近似可能）。
【００１８】
【数２】
ΔＴ／Δτ＝Ａ×Ｂ×［（ＤＯＤ）2 ＋Ｃ×（ＤＯＤ）＋Ｄ］
Ａ：電池の出力によって決まる係数
Ｂ：電池冷却手段の作用により決まる係数
Ｃ，Ｄ：電池の発熱特性により決まる係数
Ｃ，Ｄは電池特性から予め定まる定数であり、Ａは電池出力に対応し、Ｂは電池冷却手段の作用（例えば、冷却風速）に対応してそれぞれ一義的に定まり、図４に示すようにテーブルとして与えられる。
【００１９】
また、ＤＯＤは予め電池特性から開放電圧に対して一義的に与えられており、図示しない電池電圧検出手段と電池電流検出手段により、適当な電流域に跨がってサンプリングされた電圧と電流の、横軸を電流，縦軸を電圧として一次回帰された電圧軸の切片として与えられる開放電圧から演算される（このときの傾きが内部抵抗となる。図５（Ａ）参照）。
【００２０】
つまり、ある風速で冷却風が流れているときにサンプリングした或るＤＯＤでの（ΔＴ／Δτ）ｎを２次回帰して求めた２次式の係数を、与えられているテーブルの数字と比較して（数値の中間は直線補間）、時間τsam ×Ｋでの平均的な出力が求められる（ステップＳ３）。以下、この平均出力をＰave と記す。以降Ｐave で走行が続くと仮定して、出力制限がかかり始める電池温度Ｔlim と、現在のＴbmaxとの差
ΔＴlim ＝Ｔlim −Ｔbmax
だけ温度上昇するのに費やす時間τlim が求めたΔＴ／Δτに対するＤＯＤの２次式から逆算される（ステップＳ４）。
【００２１】
そして、バッテリーコントローラ４によって常に演算される残容量Ｃｒ（次に説明する）と、電池温度により出力制限がかかり始めるまでの残容量Ｐave ×τlim を比較し、Ｐave ×τlim がＣｒより小さい場合にＣｒに代えてＰave ×τlim を残容量とし、容量計指示を補正する（ステップＳ５；ｙｅｓ）。ここに、残容量Ｃｒの求め方は、例えば、リチウムイオン２次電池においてＤＯＤ演算中に求めた電池開放電圧と内部抵抗（図５（Ａ））とにより演算される、その状態で出力可能なパワーに対し放電電力量が一義的に与えられるという特性（図５（Ｂ））を持つことを利用する。そして、電力積算による放電電力量と演算された出力可能パワーから求められる放電電力量とを様々なパラメータにより重みづけて放電量を演算し、満充電状態のフル容量から差し引いた残容量を求める。
【００２２】
但し、図６に示すような容量計１０が搭載されている場合には、例えば実際の残容量があと３セグメント分残っているとして（●３個で示す）、前記Ｐave ×τlim が１セグメント分しか残っていないとき、一度に２セグメント分は減らさず、１セグメントだけ減らして次回のＰave 演算時に再び１セグメント減らす、というように繰り返して運転者が急な容量計の変化に不安感を感じさせないように制御する（ステップＳ６）。
【００２３】
また、容量計１０で半分となる残容量が４セグメント以上残っている状態で、外気温が異常に高くかつ非常に高負荷な走行をして、演算されたＰave ×τlim が０に近いような演算結果になった場合には（ステップＳ７，ステップＳ８）、容量計補正は行わず、ノロノロ走行を意味する亀形状の警告灯９で出力制限がかかることを運転者に知らせ（ステップＳ９）、商品性上不適当となる急激な容量計の変化をさせないよう制御する。
【００２４】
加えて電池温度による出力制限により、実際の電池容量が残っているうちに残容量をエンプティと指示した後（ステップＳ１０）、極低負荷の走行あるいは停車して電池温度が下がって出力制限領域から外れた場合には演算上の残容量をＣｒに復帰させるが、容量計指示はＩＧＮｏｆｆ（電気自動車を走行可能状態にするためのスイッチをオフ）するか充電されるまでは復帰させないよう制御する。
【００２５】
例えば、外気温が３５℃以上で箱根のターンパイクを５０〜６０ｋｍ／ｈで連続登坂走行するような状況を考えた場合、容量フルからエンプティまでに電池温度が２０℃程度上昇するような性能の電池と冷却手段との組合わせであったとき、電池温度による出力制限により、図７および図８（Ａ）に示すように、従来の容量計指示制御では２セグメントを残してだいたいＤＯＤ７０％程度でノロノロ走行しかできなくなる。ここに、図７は真夏に連続登坂走行した場合の電池温度上昇の一例を示した図である。
【００２６】
しかし、本実施形態例による容量計補正制御では、図８（Ｂ）に示すように、ＤＯＤ５０％以降で温度上昇率による残容量の補正により実際の残容量よりも表示が減らされ（図８（Ａ）のＰと、図８（Ｂ）のＱとを比較）、丁度、出力制限がかかるところ（ＤＯＤ７０％）でエンプティＥとなる（Ｑ1 参照）。このようにすれば、運転者は感覚的に残りの走行距離を知ることができ、容量が未だ残っているのに走行不能となって立ち往生してしまうような事態を事前に防止することが可能となる。
【００２７】
また、前記ステップＳ５において［残容量Ｃｒ＞残容量Ｐave ×τlim ］でない場合には（ステップＳ５；ＮＯ）、Ｃｒ＝０であれば（ステップＳ１１；ＹＥＳ）終了し、Ｃｒ＝０でなければ（ステップＳ１１；ＮＯ）、ステップＳ１に戻る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例のブロック図である。
【図２】同実施形態例のフローチャートである。
【図３】同実施形態例に使用するリチウムイオン２次電池におけるＤＯＤ５０％以降および電池温度２０℃以上でのΔＴ／ΔτとＤＯＤの関係が２次式で近似できることを利用して、サンプリングしたΔＴ／Δτから２次回帰により２次式の係数を求める処理を示したグラフである。
【図４】同実施形態例に使用するテーブルであって、電池の特性から与えられる出力に対応する係数のテーブルと電池冷却手段の特性から与えられる係数のテーブルを示した図である。
【図５】同実施形態例における２次電池の残容量の演算の例を示す説明図である。
【図６】同実施形態例における容量計を示す図である。
【図７】同実施形態例において、真夏に連続登坂走行した場合の電池温度上昇の一例を示した図である。
【図８】従来例と本実施形態例による容量計の補正制御の比較を示した図である。
【符号の説明】
１  組電池
２  モジュール
３  電池温度検出手段
４  バッテリーコントローラ
５  バッテリーケース
６  冷却ファン
７  モータ
８  モータコントローラ
９  出力制限警告灯
【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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【図７】
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【図８】
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