JPH06207973A - バッテリ残容量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 電流センサによってバッテリの放電電流を検
出してその放電量を積算することにより、また電流セン
サによってバッテリの充電電流を検出してその充電量を
積算することによりバッテリの残容量を求めるに際し
て、電流センサ個々の特性のばらつきに応じた、またそ
のときの温度に応じたセンサ出力のオフセット補正を、
実際に即して適正に行わせる。 ［構成］ バッテリを電源とする機器にバッテリが投入
するのに先がけて、また、チャージャーによりバッテリ
の充電が開始されるのに先がけて、電流センサに駆動用
電源を与えたときの電流センサの出力が零になるように
オフセット補正を行わせる手段をとるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バッテリの残容量を測
定するバッテリ残容量測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電気自動車にあっては、バッテ
リの残容量から走行可能距離または走行可能時間を把握
することができるように、常にその動力用電源となるバ
ッテリの残容量を測定して表示する必要があるものとな
っている。

【０００３】従来のバッテリ残容量測定装置では、バッ
テリの開路電圧に対するそのときの残容量を時間で示し
た常温時における既知のバッテリの放電特性を予めデー
タ化してメモリに格納しておき、実負荷時におけるバッ
テリの放電電流とそのときのバッテリの端子電圧とをそ
れぞれ検出してバッテリの開路電圧（内部起電力）を所
定の演算処理によって求めて、その求められた開路電圧
の値にしたがってメモリから対応するバッテリの残容量
を読み出すようにしている（特開平３−１８０７８４号
公報参照）。

【０００４】その場合、バッテリの開路電圧が温度によ
って変化するものであるために、演算処理部が検出され
たバッテリの放電電流と端子電圧とをＡ／Ｄ変換して読
みとる際に、温度によって抵抗値が変化する素子を用い
た回路によりＡ／Ｄ変換器に供給される比較基準電圧を
適宜変化させ、そのときのＡ／Ｄ変換された各デジタル
値から開路電圧を算出するようにして温度補償を行って
いる。

【０００５】しかして、このようなものでは、全体の構
成が複雑になるとともに、予め設定されたバッテリの放
電特性にしたがってその残容量を一率に求めるので、バ
ッテリ個々の特性に応じた適正な残容量の測定を精度良
く行わせることができないものとなっている。

【０００６】また、従来、電流センサによりバッテリの
充，放電電流を検出して、その充電量および放電量を積
算することによってバッテリの残容量を演算処理によっ
て求めるようにしているが、その場合、バッテリの残容
量の測定を精度良く行うには電流センサの検出精度に依
存する割合が大きい。

【０００７】ホール素子を用いた電流センサによってバ
ッテリの充，放電電流を検出する場合、その電流センサ
が雰囲気温度の変動の影響を受けやすく、温度変動分が
センサ誤差となり、特にバッテリを自動車に搭載する場
合にはその走行環境の変化が著しくて温度変動が例えば
−２０℃〜＋６０℃程度の広範囲にもわたり、センサ出
力の温度補償をなす必要があるものとなっている。

【０００８】そのため、従来では、予め種々温度でのオ
フセット値を一率に設定してメモリに記憶しておき、電
流検出時の測定温度に応じたオフセット値をメモリから
読み出して、そのときの電流検出値のオフセット補正を
なすことによって電流センサ出力の温度補償を行うよう
にしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、電流センサによりバッテリの充，放電電流を検出
して、その充電量および放電量を積算することによって
バッテリの残容量を演算処理によって求めるに際して、
メモリから電流検出時の温度に応じたオフセット値をメ
モリから読み出してそのときの電流検出値のオフセット
補正をなすのでは、そのオフセット補正の内容が一率で
あって、電流センサ個々の特性に応じた適正な温度補償
を行わせることができず、残容量の測定精度が悪くなっ
てしまうことである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、電流センサに
よってバッテリの放電電流を検出してその放電量を積算
することによりバッテリの残容量を求めるようにしたバ
ッテリ残容量測定装置において、バッテリを電源とする
機器の始動に際して、その機器にバッテリが投入される
のに先がけて電流センサにその駆動用電源を与えるよう
にしたうえで、駆動用電源を与えたときの電流センサの
出力を実オフセット値として捉えて、そのときのセンサ
出力が零になるようにオフセット補正を行わせるように
している。

【００１１】また、本発明は、電流センサによってバッ
テリの充電電流を検出してその充電量を積算することに
よりバッテリの残容量を求めるようにしたバッテリ残容
量測定装置において、バッテリの充電に際して、チャー
ジャーによりバッテリの充電が開始されるのに先がけて
電流センサにその駆動用電源を与えるようにしたうえ
で、電流センサにその駆動用電源を与えたときの電流セ
ンサの出力を実オフセット値として捉えて、そのときの
センサ出力が零になるようにオフセット補正を行わせる
ようにしている。

【００１２】

【実施例】図１は、電気自動車における駆動用モータＭ
の電源回路系統の一構成例を示している。

【００１３】その電源回路系統における動作状態につい
て、以下説明する。

【００１４】図２は、自動車の走行時における各部動作
のタイングを示している。

【００１５】自動車の走行に際して、ｔ１時点でメイン
スイッチＭ・ＳＷが閉じられると、１２Ｖの補助バッテ
リ３がコントローラ２に投入される。コントローラ２
は、１００ｍＳ程度の時間の経過ののち、ｔ３時点でリ
レー４を付勢してそのリレー接点Ｒ１−ａを閉成させる
ことによってＤＣ／ＤＣコンバータ５をオン状態にす
る。それにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、６０Ｖの
主バッテリ１の電圧を１２Ｖに低下して、その変換した
１２Ｖの電圧を補助バッテリ３に印加してその給電を行
う。次いで、コントローラ２は、電圧計６によって検出
した主バッテリ１の端子電圧とＤＣ／ＤＣコンバータ５
の出力電圧を読み込んで異常がないかのチエックを行っ
たのち、異常がなければｔ４時点でリレー７を付勢して
そのリレー接点Ｒ２−ａを閉成したのち、内部タイマに
よって設定された所定時間の経過ののち、ｔ５時点で主
電源回路に設けられた電磁式によるブレーカスイッチ８
をオン状態にする。それにより、主バッテリ１がドライ
バ９に投入されてモータＭが駆動可能な状態となる。

【００１６】なお、主電源回路に設けられたブレーカス
イッチ８のオンに先がけてリレー接点Ｒ２−ａを閉成す
ることによって、過大な突入電流がサージ吸収用の抵抗
Ｒに流れて吸収され、しかるのちブレーカスイッチ８を
オン状態にすることによってその接点の保護が図られて
いる。

【００１７】そして、自動車の走行が終了してメインス
イッチＭ・ＳＷが開かれると、コントローラ２の制御下
において、ドライバ９がオフ状態にされたうえで、リレ
ー７が消勢されてリレー接点Ｒ２−ａおよびブレーカス
イッチ８が開放され、次いでリレー４が消勢されてリレ
ー接点Ｒ１−ａが開放されてＤＣ／ＤＣコンバータ５が
オフ状態になる。

【００１８】また、図３は、主バッテリ１の充電時にお
ける各部動作のタイングを示している。

【００１９】メインスイッチＭ・ＳＷが開かれて自動車
が停止状態にあるときに主バッテリ１の充電を行わせる
に際して、ｔ１時点で電源プラグ１０をＡＣ１００Ｖの
コンセントに差し込むと、チャージャー１１が主バッテ
リ１に電流が供給されない程度の第１段階の出力電圧５
０Ｖにまで立ち上がる。主バッテリ１としては、それが
フル充電状態にあるときには端子電圧が６５Ｖとなり、
それが半分の充電状態にあるときには端子電圧が６２．
５Ｖとなり、それが空充電状態のときには端子電圧が５
５Ｖ以上となっている。そして、チャージャー１１の出
力電圧が５０Ｖに立ち上がったｔ２時点でＤＣ／ＤＣコ
ンバータ５がオンし、その出力が所定に立ち上がったｔ
３時点でＤＣ／ＤＣコンバータ５から１２Ｖの出力電圧
がコントローラ２に与えられる。次いで、コントローラ
２は、チャージャー１１およびＤＣ／ＤＣコンバータ５
がともにオン状態に立ち上がっていることをチエックし
たうえで、ｔ５時点で主バッテリ１の充電を開始させる
べくチャージャー１１の出力電圧を８５Ｖにまで徐々に
高めて、定電流制御をなすことによって主バッテリ１の
充電を行わせる。

【００２０】本発明では、このような電気自動車におけ
る駆動用モータＭの電源回路系統にあって、チャージャ
ー１１による主バッテリ１の充電回路に電流センサ１２
と、走行時に主バッテリ１が接続される主電源回路に電
流センサ１３とを設け、コントローラ２において、電流
センサ１２によって検出した主バッテリ１の充電電流を
積算することにより得られる充電量と電流センサ１３に
よって検出した主バッテリ１の放電電流を積算すること
により得られる放電量とから、主バッテリ１の残容量を
求めるようにしている。

【００２１】すなわち、コントローラ２は、主バッテリ
１の充電時に、電流センサ１２からのセンサ出力を読み
込んで主バッテリ１の充電電流の値を検出し、その充電
量を積算して、その積算された充電量を、その充電前に
おける主バッテリ１の残容量に加えた結果を内部メモリ
に記憶する。そして、コントローラ２は、その後の自動
車の走行時に、電流センサ１３からのセンサ出力を読み
込んで主バッテリ１の放電電流の値を検出し、その放電
量を積算して、内部メモリに記憶されている充電量から
それまで積算された放電量を減じていくことにより主バ
ッテリ１の残容量を逐次求めていく。

【００２２】その際、前述したように、主バッテリ１の
残容量を精度良く求めるためには電流センサ１２，１３
における各センサ出力の温度補償を行わせる必要がある
ものとなっている。

【００２３】例えば、自動車の走行環境の変化が著しく
て温度変動が例えば−２０℃〜＋６０℃程度の範囲にわ
たる場合には、８０度の温度変動分をセンサ誤差として
考慮する必要がある。

【００２４】図６は、電流センサの入出力特性を示して
いる。

【００２５】いま、例えば、自動車の走行時に、電流セ
ンサ１３の入力電流Ｉが−５０Ａ〜＋１００Ａの範囲で
変化するとき、その入力電流Ｉの変動範囲が１５０Ａと
なり、出力電圧Ｅの変動範囲が４．５Ｖ−０．５Ｖ＝４
Ｖとなり、そのときの出力電圧Ｅは次式によって与えら
れる。

【００２６】 Ｅ＝（４Ｖ／１５０Ａ）Ｉ＋ａ …（１） ここで、αはオフセット電圧であり、常温（２０℃）の
ときのオフセット電圧をα（ｓ），ｔ℃のときのオフセ
ット電圧をα（ｔ）としたとき、α＝α（ｓ）＋α
（ｔ）となる。また、α（ｓ）は１．８３３Ｖ程度とな
るが、センサ個々によってばらつきがある。

【００２７】同様に、主バッテリ１の充電時に、電流セ
ンサ１２の入力電流Ｉが−１０Ａ〜＋２０Ａの範囲で変
化するとき、電流センサ１２の出力電圧Ｅは次式によっ
て与えられる。

【００２８】 Ｅ＝（４Ｖ／３０Ａ）Ｉ＋α …（２）

【００２９】したがって、（１），（２）式におけるα
項が、センサ個々のばらつきと温度変化によって変動す
るものとなり、そのオフセット補正を行わせる必栗があ
る。

【００３０】そのため、本発明では、自動車の走行が開
始されるたびごとに、その走行に際して、コントローラ
２の制御下において、ブレーカスイッチ８が閉じられて
主バッテリ１がモータＭのドライバ２に投入されるのに
先がけて電流センサ１３にその駆動用電源を与えて、そ
の駆動用電源が与えられたときのセンサ出力が零になる
ようなオフセット補正をその都度行わせるようにしてい
る。

【００３１】また、本発明では、主バッテリ１の充電が
行われるたびごとに、その充電に際して、コントローラ
２の制御下において、チャージャー１１により主バッテ
リ１の充電が開始されるのに先がけて電流センサ１２に
その駆動用電源を与えて、その駆動用電源が与えられた
ときのセンサ出力が零になるようなオフセット補正をそ
の都度行わせるようにしている。

【００３２】具体的には、図２に示すように、自動車の
走行に際して、メインスイッチＭ・ＳＷが閉じられてコ
ントローラ２に補助バッテリ３が投入されたｔ１時点
で、そのコントローラ２からの指令によって電流センサ
１３に駆動用電源が与えられるようにして、その駆動用
電源の投入によって電流センサ１３が１０ｍＳ程度の時
間の経過後に動作状態に立ち上がったｔ２時点で、コン
トローラ２が電流センサ１３の出力電圧値を読み込ん
で、ＤＣ／ＤＣコンバータ５がオン状態になるｔ３時点
までのあいだにそれをオフセット値として内部メモリに
記憶する。

【００３３】そして、コントローラ２は、ブレーカスイ
ッチ８が閉成されて主バッテリ１がモータＭのドライバ
９に投入されるｔ５時点以後において、所定の周期をも
って電流センサ１３から逐次読み込んだ各出力電圧値か
ら、先に記憶されているオフセット値をそれぞれ差し引
いてセンサ出力のオフセット補正を行う。

【００３４】図４に、自動車走行時にその駆動用モータ
Ｍに主バッテリ１が投入されるまでのコントローラ２に
おける制御内容のフローを示している。

【００３５】また、図３に示すように、主バッテリ１の
充電に際して、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電圧が所
定に立ち上がつてコントローラ２がオン状態になったｔ
３時点で、そのコントローラ２からの指令によって電流
センサ１２に駆動用電源が与えられるようにして、その
駆動用電源の投入によって電流センサ１２が１０ｍＳ程
度の時間の経過後に動作状態に立ち上がったｔ４時点
で、コントローラ２が電流センサ１２の出力電圧値を読
み込んで、チャージャー１１による主バッテリ１の充電
が開始されるｔ５時点までのあいだにそれをオフセット
補正値として内部メモリに記憶する。

【００３６】そして、コントローラ２は、ｔ５時点以後
の主バッテリ１の充電時において、所定の周期をもって
電流センサ１２から逐次読み込んだ各出力電圧値から、
先に記憶されているオフセット値をそれぞれ差し引いて
センサ出力のオフセット補正を行う。

【００３７】図５に、主バッテリ１の充電が開始される
までのコントローラ２による制御内容のフローを示して
いる。

【００３８】ここで、コントローラ２は、チャージャー
１１またはＤＣ／ＤＣコンバータ５がオン状態に立ち上
がっているか否かをチェックして、それが立ち上がって
いないときには、チャージャー１１またはＤＣ／ＤＣコ
ンバータ５に異常をきたしているものとみなして、その
旨の警報を発するなどの異常処理を実行する。

【００３９】また、コントローラ２は、主バッテリ１の
端子電圧を読み込んで、それが５０Ｖ以下であるか否か
をチェックして、５０Ｖ以下であれば主バッテリ１がシ
ョートしているものとみなして、その旨の警報を発する
などの異常処理を実行する。

【００４０】このように、本発明によれば、自動車の走
行または主バッテリ１の充電が開始されるたびごとに、
その走行または充電の制御に何ら支障をきたすことな
く、主バッテリ１の放電電流または充電電流を検出する
電流センサ１３または１２におけるセンサ個々のばらつ
きに起因し、またその検出時の温度に依存するオフセッ
ト値をその都度実際に求めて、その開始後におけるセン
サ出力のオフセット補正を適正に行わせることができ
る。

【００４１】したがって、自動車の走行中または主バッ
テリ１の充電中における温度変動分のみがセンサ出力の
誤差要因となるが、実際には、その走行中の温度変動分
は使用温度範囲からみると少ないので、主バッテリ１の
残容量を精度良く求めることができるようになる。

【００４２】特に、自動車はそれが１日中停止すること
なく走行していることは少ないので、停止後の再走行開
始のたびに電流センサ１３のオフセット値を求めて、温
度変化に応じたセンサ出力のオフセット補正を頻繁に行
わせることができる。

【００４３】なお、自動車の走行途中にあっても、コン
トローラ２において自動車の駆動状態を監視して、信号
待ちなどで自動車が一時的に停車したことを検知して、
その検知時に主バッテリ１をモータＭのドライバ９から
引き外したうえで、前述した走行開始のための制御を行
わせるようにして、その際に電流センサ１３のオフセッ
ト値を求めるようにすることも可能である。

【００４４】この場合、変動に対してすぐに補正するの
ではなく、内部の温度計の温度変化をみたうえで、補正
するか否かの判定を行わせるようにしてもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上、本発明によるバッテリ残容量測定
装置にあっては、電流センサによってバッテリの放電電
流を検出してその放電量を積算することにより、また電
流センサによってバッテリの充電電流を検出してその充
電量を積算することによりバッテリの残容量を求めるに
際して、電流センサ個々の特性のばらつきに応じた、ま
たそのときの温度に応じたセンサ出力のオフセット補正
を、実際に即して適正になすことができ、バッテリの残
容量の測定を精度良く求めることができるという利点を
有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】電気自動車における駆動用モータの電源回路系
統の一例を示す回路構成図である。

【図２】自動車走行時における各部動作のタイミングチ
ャートである。

【図３】主バッテリの充電時における各部動作のタイミ
ングチャートである。

【図４】自動車走行時にその駆動用モータに主バッテリ
が投入されるまでのコントローラにおける制御内容を示
すフローチャートである。

【図５】主バッテリの充電が開始されるまでのコントロ
ーラによる制御内容を示すフローチャートである。

【図６】電流センサの入出力特性を示す図である。

【符号の説明】

１ 主バッテリ ２ コントローラ ３ 補助バッテリ ５ ＤＣ／ＤＣコンバータ ８ ブレーカスイッチ ９ ドライバ １１ チャージャー １２ 電流センサ １３ 電流センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電流センサによってバッテリの放電電流
   を検出してその放電量を積算することによりバッテリの
   残容量を求めるようにしたバッテリ残容量測定装置にお
   いて、バッテリを電源とする機器の始動に際して、その
   機器にバッテリが投入されるのに先がけて電流センサに
   その駆動用電源を与える手段と、電流センサにその駆動
   用電源を与えたときの電流センサの出力が零になるよう
   にオフセット補正を行わせる手段とをとるようにしたこ
   とを特徴とするバッテリ残容量測定方法。
2. 【請求項２】 電流センサによってバッテリの充電電流
   を検出してその充電量を積算することによりバッテリの
   残容量を求めるようにしたバッテリ残容量測定装置にお
   いて、バッテリの充電に際して、チャージャーによりバ
   ッテリの充電が開始されるのに先がけて電流センサにそ
   の駆動用電源を与える手段と、電流センサにその駆動用
   電源を与えたときの電流センサの出力が零になるように
   オフセット補正を行わせる手段とをとるようにしたこと
   を特徴とするバッテリ残容量測定装置。