JPH04368401A - バッテリーの残存容量表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気自動車用バッテリ
ーの残存容量を精度良く把握しそれを表示するバッテリ
ーの残存容量表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電気自動車に使用するバッテリー
の残存容量を検知するために種々の方法が試みられてい
る。例えば、そのバッテリーの端子間電圧を測定するこ
とにより、バッテリーの残存容量を求める方法があるが
、この方法は、負荷によるバッテリー端子電圧の変動、
充電量による電圧の変動等により、該バッテリーの正確
な残存容量を把握することができない。そこで、それを
解決するための手段として、実開昭５４−４９９７５号
公報にはバッテリーの平均端子電圧により残存容量を判
断する方法、特開昭６１−１２００７４号公報には基準
負荷をバッテリーに接続して電圧を測定する方法が開示
されているが、前者の方法は精度が上がらず、後者の方
法は、常時、基準負荷を接続した場合、その負荷により
効率が悪くなり、また所定の時間だけ基準負荷を接続し
た場合は連続的にバッテリーの監視ができないという欠
点があった。

【０００３】また、バッテリー電圧をバッテリーの充放
電状態を監視することにより推定する手法も実開昭６０
−２３０１号、特開昭６３−７７３０２号公報に開示さ
れている。この場合、実開昭６０−２３０１号公報のも
のは、外気温と時計手段によりバッテリーの残存容量を
算出し、特開昭６３−７７３０２号のものはバッテリー
の充放電状態を監視することによりバッテリー電圧を推
定している。しかし、これとてもバッテリーの電圧の変
動要素が多岐にわたり、バッテリー端子電圧の正確な推
定ができないという欠点があった。そして、これらはい
ずれもバッテリーの充放電時の効率を考慮していない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、電気自
動車のモータ駆動用バッテリーの端子電圧を計測して表
示したり、残存容量を表示するだけでは精度が低く、そ
の表示からバッテリーの残存容量を把握していると、バ
ッテリーの残存容量を正確に把握できない。

【０００５】そこで本発明はバッテリーの放電時の利用
率および充電時の充電効率という考えを導入し、使用し
ているバッテリーの瞬時の残存容量を精度よく把握する
装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、電気自動車の駆動用バッテリーとその
負荷に流れる電流を検出する手段と、バッテリーの温度
を検出する手段と、前記負荷に流れる電流と前記バッテ
リーの温度からバッテリーの利用率を算出する手段と、
前回の残存容量と前記残存容量に対する利用率と電流と
から現在の残存容量を算出する手段と、算出された前記
現在の残存容量を表示する手段と、を有することを特徴
とする。

【０００７】さらに、本発明は、電気自動車の駆動用バ
ッテリーとその負荷に流れる電流を検出する手段と、バ
ッテリーの温度を検出する手段と、電流がバッテリーに
流入しているとき予め決められた充電効率を算出する手
段と、現在の残存容量を算出する手段と、前記算出され
た現在の残存容量を表示する手段と、を有することを特
徴とする。

【０００８】

【作用】本発明に係るバッテリーの残存容量表示装置で
は、バッテリーの負荷に流れる電流とバッテリーの温度
からバッテリーの利用率を計算し、前回の残存容量と該
残存容量に対する利用率と負荷に流れる電流とから現在
の残存容量を算出する。

【０００９】また、前記電流および温度から充電効率を
算出する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を添付の図を参
照して以下詳細に説明する。

【００１１】本発明に係るバッテリーの残存容量表示装
置は、図１に示すように、基本的には、バッテリー温度
検出回路２２と負荷電流検出回路２４とメモリ２６とメ
モリ３０とＣＰＵ（演算装置）２８を有するバッテリー
監視回路１８および表示装置２０から構成され、バッテ
リー監視回路１８には、充電器１０、バッテリー１２、
負荷制御装置１４が接続されている。

【００１２】前記バッテリー装置の残存容量表示装置は
以下のように構成されており、その動作について説明す
ると、バッテリー監視回路１８のバッテリー温度検出回
路２２はバッテリー１２の温度を検出する。検出した温
度データは、バッテリーの利用率、残存容量の計算、自
己放電電流の算出等に用いられる。

【００１３】また、負荷電流検出回路２４は、負荷制御
装置１４を介して流れるバッテリー１２から負荷１６に
流れる電流、負荷から回生されバッテリー１２に流れる
充電電流を検出する。メモリ２６には、図３に示す残存
容量に対する利用率を求めるテーブル、図４、図５に示
す充電効果を求めるためのテーブル、図６に示す自己放
電電流を求めるためのテーブル、図７に示す放電深度と
サイクル数からバッテリーの容量を求めるテーブル、さ
らに、バッテリーの内部抵抗からバッテリーの寿命係数
を求めるテーブル等を記憶しており、また、メモリ３０
は不揮発性メモリーであり、バッテリー監視回路１８の
電源が切れたときの日付、時刻、バッテリー温度、バッ
テリーの残存容量を記憶させておく。演算装置２８はそ
れらの測定データおよびテーブルからバッテリーの利用
率、自己放電電流、充電効果を求め、バッテリーの残存
容量を算出し、さらに、算出した残存容量の状態を表示
装置２０で表示し、ドライバーに知らせる。

【００１４】次に、残存容量の算出方法について述べる
が、一例としてバッテリーがニッケルカドミュウム（Ｎ
ｉ−Ｃｄ）電池を用いた場合について説明する。

【００１５】以下の説明中に式に用いる記号は、以下の
通りである。

【００１６】Ｃ　　：バッテリーの初期容量　　［Ａｈ
ｒ］Ｃｎ　：Δｔ×ｎ時間後の残存容量　　［Ａｈｒ］
ＩＤ　：放電時の電流値　　［Ａ］ ＩＣ　：充電時の電流値　　［Ａ］ ＴＢ　：バッテリーの温度　　［℃］例えば、電気自動
車を走行させた結果、図２に示すグラフのようなバッテ
リーの充放電電流の曲線が得られたとする。

【００１７】この場合のバッテリーの残存容量を時々刻
々算出する方法は次の通りである。

【００１８】残存容量に対する放電時の利用率は、放電
時の電流値とバッテリーの温度に依存し、図３に示すよ
うな曲面を構成する。これを式で近似すると、

【００１
９】

【数１】

【００２０】となる。

【００２１】これより、ＵＤ　＝ｆＤ　（ＩＤ　，ＴＢ
　）とおき、図２に示すグラフの充放電電流をΔｔ時間
毎にサンプリングを行い、Δｔ×ｎ時間後の残存容量を
求めると、 Ｃ１　＝Ｃ・ｆＤ　（ＩＤ１，ＴＢ１）−ＩＤ１・Δｔ
… … Ｃｎ　＝Ｃｎ−１　・ｆＤ　（ＩＤｎ，ＴＢｎ）−ＩＤ
ｎ・Δｔとなる。

【００２２】次に、減速をし、回生ブレーキによるバッ
テリーへの充電が行われたとする（図２に示す電流がマ
イナスの部分）。このときの、Ｃｎ　（Δｔ×ｎ時間後
の残存容量）、ＩＣ　（充電時の電流値）、ＴＢ　（バ
ッテリーの温度）と充電効率ＥＣ　の関係を考えると、
図４並びに図５に示すような曲面になる。

【００２３】この充電効率を、 Ｅｃ＝ｆＣ　（ＩＣ　，ＴＢ　，Ｃｎ　）とおく。これ
より残存容量は、 Ｃｎ＋１　＝Ｃｎ　＋ＩＣ１・ｆＣ　（ＩＣ１，ＴＢ　
，Ｃｎ　）・ΔｔＣｎ＋２　＝Ｃｎ＋１　＋ＩＣ２・ｆ
Ｃ　（ＩＣ２，ＴＢ　，Ｃｎ＋１　）・Δｔとなる。

【００２４】以上のように、走行中にバッテリーに対す
る充放電の繰り返しを監視し、放電量、充電量の計算を
行うことで走行中の残存容量は計算でき、その値は単な
る電圧から推測する残存容量の精度よりはるかに高いも
のとなる。

【００２５】次に、一日の走行を終え夜間等に充電を行
うときのことを考える。この場合も、基本的には図４並
びに図５の曲線を用いて計算し、仮に満充電になる前に
故意に充電をやめても、残存容量は、

【００２６】

【数２】

【００２７】で求められる。

【００２８】また、バッテリー内部の圧力を監視し十分
充電終了と判断されたときは充電器をリセットし、Ｃｎ
　＝Ｃ とする。

【００２９】次に、充電も放電もせず、単に放置してい
るときの場合を考える。

【００３０】これはバッテリー監視回路の電源が切れた
とき、その瞬間の日付と時刻、温度およびＣを記録し、
次に電源が入った時刻と比較し、その間の経過時間と平
均温度と図５に示す温度と自己放電電流のグラフより、
Ｃｎ＋１　＝Ｃｎ　−ＩＤＭ・ＴＤ　　　　　（ＴＤ　
は経過時間）が求められ、電源をいれた瞬間の残存容量
はＣｎ＋１　となる。

【００３１】しかしこれらはどれもバッテリーの寿命を
考慮しておらず、初期に満充電にすると、Ｃという容量
が得られるが、５０％程度のＤＯＤ（放電深度）で充放
電を繰り返した場合、２０００乃至３０００回で容量が
殆ど得られなくなる。図７はＤＯＤとサイクル数と放電
容量の関係を示すものであるが、諒解され、ＤＯＤの大
きいサイクルはバッテリーに対して大きなダメージを与
え、バッテリーが短期間に寿命となる。

【００３２】しかし、仮にこの曲面を Ｃ＝ｆＣｙ（Ｄｏ　，Ｃｙ　） とし、毎回充電器で充電する際にＤｏ　とＣｙ　をメモ
リしたとしても、バッテリーの残存容量がどの程度かに
よってＤｏ　値が毎回違うため精度良くＣを求めること
はできない。

【００３３】従って、別の方法で寿命を推測しなくては
ならない。そのためには、電池の内部抵抗の増加（また
は分極による電圧降下の増加）を監視し、その値が一定
以上になった時点から、該値から算出する寿命係数を上
述した方法で求めた残存容量に乗じる方法が妥当である
。

【００３４】以上のような動作の手順をフローチャート
と共に説明する。

【００３５】図９に示す走行中の充放電による容量変化
の推測のためのフローチャートにおいて、電源スイッチ
をＯＮすると、ステップＳ１においてバッテリーの残存
容量ＣＲ　を計算する。ステップＳ２においてバッテリ
ーの残存容量が、搭載したバッテリーの初期の満充電時
容量と比較して大か否かを判定する。それが、大ならば
、ステップＳ１３でバッテリーの初期の満充電容量Ｃｏ
　をＣＲ　に置き換えステップＳ３に移る。それが小な
らば、ステップＳ３において一定時間毎にバッテリーに
流れ込む電流値を観測する。ステップＳ４において、ス
テップＳ３で観測した結果に基づき分岐をする。もし電
流が負（放電）であれば、ステップＳ５でバッテリーの
温度を計測し、ステップＳ６で図２に基づきバッテリー
の利用率を求める。そしてステップＳ７でΔｔｏ後のバ
ッテリーの残存容量を計算し、ステップＳ１１でそれを
表示する。

【００３６】ステップＳ４において、電流値が０であれ
ば、ステップＳ１１でバッテリーの残存容量を表示し、
次のステップに移る。そして、電流値が正（充電）であ
れば、ステップＳ８でバッテリーの温度を計測し、ステ
ップＳ９において、図４並びに図５に基づき充電効率を
求める。次いで、ステップＳ１０でΔｔｏ後の残存容量
を計算し、それをステップＳ１１で表示して次のステッ
プに移る。ステップＳ１１でバッテリーの残存容量を表
示した後に、ステップＳ１２において、電源スイッチが
ＯＮか否かを判定する。

【００３７】次に、充電器による充電中の容量増加の推
測のためのフローチャートについて図１０と共に説明す
る。

【００３８】充電器が接続またはＯＮされると、ステッ
プＳ１において、今までの残存容量を計算する。計算の
結果、その残存容量が搭載バッテリーの初期満充電容量
よりも大きければ、バッテリーの初期満充電容量Ｃｏ　
をＣＲ　に置き換え次のステージに移り、それが小さい
場合にはステップＳ３において一定時間間隔でバッテリ
ーへ流れ込む電流値を測定する。そして、ステップＳ４
でバッテリーの温度を測定し、ステップＳ５で図４並び
に図５から充電効率を求める。その後、ステップＳ６で
Δｔ１　後の残存容量を計算する。ステップＳ７におい
て充電器がＯＮであれば、ステップＳ２に戻り、充電器
がＯＦＦであれば、次のステージに移る。

【００３９】次に、バッテリーの自己放電による容量減
少の推測のためのフローチャートについて図１１と共に
説明する。

【００４０】電源スイッチをＯＦＦするか充電器を外す
と、ステップＳ１においてそのときの日付、時刻、電池
温度を記憶する。

【００４１】次いで、ステップＳ２においてバッテリー
の残存容量を計算し記録する。

【００４２】再度電源スイッチがＯＮされるか充電器が
接続されると、ステップＳ３において、ＯＮしたときの
日付、時刻、電池温度を測定し記録する。そして、ステ
ップＳ４において、電源スイッチがＯＦＦになっていた
時間を算出する。そのとき、その間のバッテリーの温度
を推測する。ステップＳ５において、図６の温度と自己
放電のグラフから、自己放電電流を求める。ステップＳ
６において、自己放電によって減少した容量を求める。 ステップＳ７においてバッテリーの残存容量を計算する
。

【００４３】次に、バッテリーの寿命係数を求めるフロ
ーチャートについて図１３と共に説明する。

【００４４】電源スイッチがＯＮされると、ステップＳ
１において、バッテリーが放電中であるかどうかを判断
し、放電中の場合は、ステップＳ２において放電電流と
バッテリー電圧を測定する。ステップＳ３でそれを記憶
し、ステップＳ４でΔｔ２時間計測し、その後、ステッ
プＳ５で放電電流とバッテリー電圧を再度計測し、ステ
ップＳ６で前回の計測結果と比較する。そのとき、電流
に変化がなければ、ステップＳ７で判断してステップＳ
１に戻り、変化があれば、ステップＳ８で電流の大小関
係によって、分岐し、ステップＳ９、ステップＳ１０で
バッテリーの内部抵抗を計算する。そして、ステップＳ
１１において、図１３の内部抵抗と寿命係数のグラフか
ら寿命係数を求める。その寿命係数が所定の値かどうか
をステップＳ１２で判断し、所定値より小ならば、ステ
ップＳ１３でバッテリーの交換をドライバーに促す。ま
た、所定値よりも大ならばバッテリーの残存容量を計算
する。

【００４５】最後に、バッテリーの残存容量を監視する
ための総合的なフローチャート図１４について説明する
。

【００４６】ステップＳ１において、バッテリー監視回
路を立ち上げる。ステップＳ２において、日付、時刻を
初期化する。ステップＳ３においてバッテリー温度を記
録する。そして、ステップＳ４でバッテリーの残存容量
を求める。ステップＳ５でバッテリー監視回路がＯＦＦ
されると、図１１で示した自己放電フローをステップＳ
６で実行する。次いでステップＳ７において、電源スイ
ッチがＯＮであるかどうかを判定し、ＯＮであれば、バ
ッテリー監視回路をステップＳ８でＯＮし、ステップＳ
９でバッテリーのチャージフラグが立っているかどうか
を確認し、それが立っていれば、ステップＳ１０におい
て図１２に示した寿命係数を求めるフローを実行し、ス
テップＳ１１でチャージフラグをリセットしステップＳ
１２へ移行する。

【００４７】一方、ステップＳ９において、チャージフ
ラグが立っていなければ、ステップＳ１２の、図１０で
示した走行モードのフローを実行する。ステップＳ１３
では、電源スイッチがＯＮかどうかを判定し、ＯＮであ
れば、ステップＳ９へ戻り、ＯＮでなければ、ステップ
Ｓ１４でバッテリー監視回路を０ＦＦし、ステップＳ１
５で自己放電フローを実行し、ステップＳ７へ戻る。ま
た、ステップＳ７において、電源スイッチがＯＦＦであ
れば、ステップＳ１６において、充電器が接続されたか
どうかを判定し、接続されていなければ、ステップＳ６
に戻り、接続されていれば、ステップＳ１７で電源監視
回路をＯＮし、ステップＳ１８でチャージフラグを立て
る。そして、先に図１０で示した充電器による充電フロ
ーを実行する。ステップＳ２０において、充電器が外さ
れたかどうかを判定し、外されていなければ、ステップ
Ｓ１９に戻り、外されていれば、ステップＳ２１でバッ
テリー監視回路をＯＦＦする。そして、ステップＳ２２
において自己放電フローを実行し、ステップＳ７へ戻る
。

【００４８】次に、残存容量の表示方法および走行可能
距離の表示について述べる。

【００４９】上記のように求めた残存容量を表示する方
法は、容量の値を電圧に変換し、電圧計で表示すること
ができる。ただ、電圧計であると急激な加減速により、
針がふらつくので、それがふらつかないように緩衝装置
を取り付ける必要がある。図８ａに示すように満充電の
場合、針はＦを指示する。図８ｂはＤＯＤ７０％程度で
、図８ｃはＤＯＤ８０％とする。

【００５０】そして、電池の深放電はサイクル寿命を短
くする原因であるから、図８ｂに示すようにＤＯＤ７０
％程度でほぼＥを指示し、ＤＯＤ８０％程度で残容量を
零と表示し、走行不可能にさせる。

【００５１】また、寿命係数を乗じた後の残存容量が規
定値を下回ったら、図８ｃに示すようにＥＸＣＨＡＮＧ
Ｅ　　ＢＡＴＴのランプを点灯させてバッテリーの交換
をドライバーに促す。

【００５２】

【発明の効果】本発明に係るバッテリーの残存容量表示
装置によれば、バッテリーの負荷電流、バッテリーの温
度、利用率、バッテリーの自己放電電流、バッテリーの
充電効率等から残存容量を算出するようにしたので、正
確な残存容量を把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るバッテリーの残存容量表示装置の
ブロック図である。

【図２】電気自動車の走行時の電流を示す図である。

【図３】バッテリー放電時の残存容量に対する利用率を
示す図である。

【図４】バッテリー温度が高いときのチャージ電流と充
電効率と残存容量の関係を示す図である。

【図５】バッテリー温度が低いときのチャージ電流と充
電効率と残存容量の関係を示す図である。

【図６】バッテリーの温度と自己放電電流の関係を示す
図である。

【図７】バッテリーの放電深度とサイクル数と放電容量
の関係を示す図である。

【図８】バッテリーの残存容量を指示するためのメータ
を示す図である。

【図９】電気自動車の走行中の充放電による容量変化の
推測のためのフローチャートである。

【図１０】バッテリーの充電器による充電中の容量増加
の推測のためのフローチャートである。

【図１１】バッテリーの自己放電による容量減少の推測
のためのフロチャートである。

【図１２】バッテリーの寿命係数を求めるフローチャー
トである。

【図１３】バッテリーの内部抵抗と寿命係数の関係を示
すグラフである。

【図１４】本発明に係るバッテリーの残存容量表示装置
の動作を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０…充電器 １２…バッテリー １４…負荷制御装置 １６…負荷 １８…バッテリー監視回路 ２０…表示装置 ２２…バッテリー温度検出回路 ２４…負荷電流検出回路 ２６…メモリ ２８…演算装置 ３０…メモリ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気自動車の駆動用バッテリーとその負荷
   に流れる電流を検出する手段と、バッテリーの温度を検
   出する手段と、前記負荷に流れる電流と前記バッテリー
   の温度からバッテリーの利用率を算出する手段と、前回
   の残存容量と前記残存容量に対する利用率と電流とから
   現在の残存容量を算出する手段と、算出された前記現在
   の残存容量を表示する手段と、を有することを特徴とす
   るバッテリーの残存容量表示装置。
2. 【請求項２】電気自動車の駆動用バッテリーとその負荷
   に流れる電流を検出する手段と、バッテリーの温度を検
   出する手段と、電流がバッテリーに流入しているとき予
   め決められた充電効率を算出する手段と、現在の残存容
   量を算出する手段と、前記算出された現在の残存容量を
   表示する手段と、を有することを特徴とするバッテリー
   の残存容量表示装置。