JPH10289734A

JPH10289734A - 電池特性補正方法、および電池の残存容量推定方法

Info

Publication number: JPH10289734A
Application number: JP9191625A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Tsuji; 匡辻
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1996-09-05
Filing date: 1997-07-16
Publication date: 1998-10-27
Anticipated expiration: 2017-07-16
Also published as: JP3918238B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電池の劣化や温度を考慮したより正確な残存
容量推定方法や、残存容量計が零を示す前に電気車が走
行不能とならない残存容量推定方法の提供。【解決手段】電池の温度Ｔに基づいて算出した温度補
正係数αおよび電池の劣化に基づいて算出した劣化補正
係数γ，βにより初期電池特性を補正し、その補正され
た電池特性と放電中のリアルタイムな放電電流Ｉおよび
端子電圧Ｖに基づいて電池の残存容量を算出する。その
結果、より正確な残存容量を推定することができる。

Description

【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
気車に用いられる電池の電池特性補正方法および残存容
量推定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車の電池の残存容量計において
は、従来の内燃機関自動車の燃料計の表示イメージを標
準としてこれを踏襲したものが求められている。従来の
残存容量計では、（残存容量）＝（電池容量）−（現在
までの放電電力量）により残存容量を推定する際に、電
池容量として電池のパワーが零となるまでの放電可能量
あるいは定格の放電可能量が用いられる。例えば、図１
１はパワーＰと放電量Ｗｈとの関係Ｗｈ（Ｐ）を示す図
であり、この図を用いて残存容量を示すと、

【数１】（残存容量）＝Ｗｈ（０）−ＩＷｈ …（１）と表される。ここで、Ｗｈ（０）が放電可能量で、ＩＷ
ｈは現在までの放電電力積算値である。ただし、電池の
Ｉ，Ｖを所定の方式で積算して現在までの放電電力積算
値ＩＷｈが計算される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した残存容量の式
（１）における放電可能量Ｗｈ（０）は、常温における
電池の初期特性に基づいて算出されるものである。しか
しながら、Ｗｈ（０）は電池の温度変化や劣化等によっ
て変化するため、初期電値特性に基づいて求められたＷ
ｈ（０）を用いて算出される残存容量と実際の残存容量
との間の誤差が大きくなってしまい、残存容量計が正確
な残存容量を示さなくなるという問題点があった。ま
た、現在までの放電電力量を電力積算値により求めてい
るため、電池容量が大きいほどセンサ誤差等の積み上が
りにより残存容量推定精度が悪くなり、残存容量が０と
なる前に走行不能となったり、残存容量に余裕があるの
に残存容量計が０を指してしまうおそれがあった。

【０００４】また、電池容量としてパワーが零となるま
での放電電力量または単に放電電気量（Ａｈ）を用いて
いるが、電気自動車が通常走行するには最低限のパワー
Ｐminが必要であり、一瞬の電圧降下により残存容量計
が零を示す前に走行不能となるおそれがあった。

【０００５】本発明の目的は、電池の劣化や温度を考慮
することによってより正確な電池容量が推定できる電池
特性補正方法、およびその電池特性補正を用いてより正
確な残存容量推定方法や、残存容量計が零を示す前に電
気車が走行不能とならない残存容量推定方法を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

（１）請求項１の発明による電池特性補正方法は、電池
の温度に基づいて算出した温度補正係数および電池の劣
化に基づいて算出した劣化補正係数により初期電池特性
を補正して実際の電池特性を求めることにより上述の目
的を達成する。（２）請求項２の発明は、請求項１に記載の電池特性補
正方法において、劣化補正係数は、電池の内部抵抗変化
に関係する内部抵抗劣化補正係数と、電池容量変化に関
係する容量劣化補正係数とから成る。（３）請求項３の発明は、請求項２に記載の電池特性補
正方法において、満充電時の放電電流および端子電圧に
基づいて算出される満充電パワーと、電池温度および初
期電池特性に基づいて算出される温度補正パワーとに基
づいて内部抵抗劣化補正係数を算出する。（４）請求項４の発明は、請求項２または請求項３に記
載の電池特性補正方法において、電池の容量変化および
出力劣化に基づいて内部抵抗劣化補正係数と容量劣化補
正係数との相関を算出し、その相関と内部抵抗劣化補正
係数とから容量劣化補正係数を算出する。（５）請求項５の発明は、請求項２〜４のいずれかに記
載の電池特性補正方法において、初期電池特性の補正を
行う際には、算出された内部抵抗劣化補正係数とそれ以
前に算出された内部抵抗劣化補正係数とに基づいて補正
を行うようにした。（６）請求項６の発明は、請求項５に記載の電池特性補
正方法において、算出された内部抵抗劣化補正係数とそ
れ以前に算出された内部抵抗劣化補正係数の規定回数の
平均値とを用いて初期電池特性の補正を行うようにし
た。（７）請求項７の発明は、放電電流および端子電圧に基
づきリアルタイムに算出される放電電力積算値とパワー
演算値とに基づいて内部抵抗劣化補正係数および容量劣
化補正係数をそれぞれ複数算出し、それらの内部抵抗劣
化補正係数および容量劣化補正係数に基づいて初期電池
特性の補正を行うことにより上述の目的を達成する。（８）請求項８の発明は、請求項７に記載の電池特性補
正方法において、内部抵抗劣化補正係数を電池の放電初
期領域において算出し、容量劣化補正係数を電池の放電
末期領域において算出するようにした。（９）請求項９の発明は、請求項７または８に記載の電
池特性補正方法において、複数の内部抵抗劣化補正係数
に関する平均値と、複数の容量劣化補正係数に関する平
均値とに基づいて初期電池特性の補正を行う。（１０）請求項１０の発明は、請求項７〜９のいずれか
に記載の電池特性補正方法により補正された電池特性か
ら電池の放電可能量を算出し、算出された放電可能量お
よび前記放電電力積算値に基づいて電池の残存容量を算
出することによって上述の目的を達成する。（１１）請求項１１の発明は、請求項１〜６のいずれか
に記載の電池特性補正方法により補正された電池特性
と、放電中のリアルタイムな放電電流および端子電圧に
基づいて電池の残存容量を算出することにより上述の目
的を達成する。（１２）請求項１２の発明は、請求項１〜６のいずれか
に記載の電池特性補正方法により補正された電池特性か
ら電池の放電可能量および放電電力量を算出し、算出さ
れた前記放電可能量および放電電力量から電池の残存容
量を算出することにより上述の目的を達成する。（１３）請求項１３の発明による残存容量推定方法は、
電池の放電電力量とパワーとの相関関係から電池の残存
容量を算出する電気車の電池の残存容量推定方法に適用
され、（残存容量）＝（電池の放電可能量）−（放電電
力量）としたときに、満充電状態から電気車の規定モー
ド走行を保証可能な最低限のパワーまでの放電電力量を
電池の放電可能量に設定したことにより上述の目的を達
成する。（１４）請求項１４の発明による残存容量推定方法は、
電池の放電電力量とパワーとの相関関係から電池の残存
容量を算出する電気車の電池の残存容量推定方法に適用
され、（残存容量）＝（電池の放電可能量）−（放電電
力量）としたときに、満充電状態から前記電気車の規定
モード走行を保証可能な最低限のパワーまでの放電電力
量より小さな放電電力量を前記電池の放電可能量に設定
した。

【０００７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜６の発
明によれば電池の温度やそれまでの放電から得た劣化度
合を考慮することにより補正された電池特性（パワー対
放電電力量特性）を任意に設定することができるため、
満充電の状態でも（通常は放電してみないと電池容量は
わからない）正確な電池容量を推定することができる。
特に、請求項４の発明によれば、容量劣化補正係数を算
出する際に、容量変化と出力劣化との関係から得られる
内部抵抗劣化補正係数と容量劣化補正係数との相関を用
い算出しているため、満充電時でもより正確な電池容量
を推定することができる。また、請求項５および６の発
明によれば、放電電力量とパワーとの相関関係の補正を
複数回行う際にそれ以前の劣化補正係数も考慮している
ためさらに正確な電池容量を満充電時でも推定できる。
請求項７〜９の発明によれば、リアルタイムに算出され
る放電電力積算値およびパワーに基づいて内部抵抗劣化
補正係数および容量劣化補正係数が演算され、その都度
各係数が修正されて電池特性補正が行われるため、電池
劣化時においてもより正確な電池容量を推定することが
できる。請求項１０の発明によれば、電池の放電可能量
を算出する際に、電池特性補正に用いられる内部抵抗劣
化補正係数および容量劣化補正係数はリアルタイムに算
出される放電電力積算値およびパワーに基づいて求めら
れ、算出の度に各補正係数が修正されるため、電池の劣
化状態がリアルタイムに電池特性に反映され、正確な残
存容量推定を行うことができる。請求項１１の発明によ
れば、電池の温度やそれまでの放電から得た劣化度合を
考慮しているため、満充電の状態であっても（通常は放
電してみないと電池容量はわからない）正確な残存容量
を推定できる。さらに、リアルタイムな放電電流，電
圧，温度に基づいて（パワーなど）放電容量を算出する
ため、過去の演算誤差を引きずらず、特に重要な残存容
量計の零を示す付近での演算精度を高めることができ
る。その結果として、電池の温度変化や劣化度合いによ
らず、規定モード走行時において走行距離に対して容量
計表示がリニアに推移するとともに容量計の一目盛が常
に同一距離を示すという性能を恒久的に維持することが
できる。さらに、請求項１２の発明によれば、「現在ま
での放電電力量」と「電池の放電可能量」の双方を同一
の特性を用いて算出するため、規定モード走行を保証可
能な最低限のパワー以下では電池の変化によらず残存容
量は必ず零以下となり、残存容量が零になる前に走行不
能となることはない。請求項１３および１４の発明によ
れば、残存容量が零となる前に電気車が走行不能となる
おそれがないので、いつも規定モード走行可能かどうか
を正確に把握できる。さらに、請求項１４の発明によれ
ば、残存容量が零となった場合でも、電気車はさらに走
行する余裕を常に残しておくことができるという利点を
有する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図１５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３（ａ）〜図３（ｃ）は本発明による残存容量推定方
法における温度補正および劣化補正を説明する図であっ
て、それぞれパワー特性対放電電力量の関係Ｗｈ（Ｐ）
を示している。図３（ａ）の曲線Ｌ1は初期電池の特性
から求められるＷｈ（Ｐ）の基本式を示す。ここで、通
常、Ｗｈ（Ｐ）は走行時に測定可能なパワー演算値Ｐの
ｎ次式で近似することができる。以下、リチウムイオン
電池の場合について説明すると、基本式は次式（２）で
近似することができる。なお、パワー演算値Ｐそれ自体
の測定方法もしくは演算方法は周知でありここでは説明
を省略するが、パワー演算値Ｐは車両システムの最低電
圧を保証できる電池の放電可能パワーを表す。

【数２】Ｗｈ（Ｐ）＝ａＰ³＋ｂＰ²＋ｃＰ＋ｄ …（２）ここで、係数ａ，ｂ，ｃ，ｄは初期電池の特性から決定
される。

【０００９】次に、図３（ｂ）に示すように基本式
（２）に対して温度補正を行う。基本式に対する温度補
正係数をαとすると、温度補正後の式は次式（３）のよ
うに表され、

【数３】Ｗｈ（Ｐ）＝Ｗｈ（Ｐ／α）＝ａ（Ｐ／α）³＋ｂ（Ｐ／α）²＋ｃ（Ｐ／α）＋ｄ…（３）図３（ｂ）の曲線Ｌ2のようになる。図からも分かるよ
うにαはパワーに対する比例分であって、温度補正式の
Ｐ切片ＰrefはＰref＝Ｐ0×αとなる。なお、αは電池
の内部抵抗変化を表すパラメータであり、温度に応じた
テーブル参照値である。また、Ｐ0は基本式（２）のＰ
切片である。

【００１０】さらに、温度補正された式（３）に対して
式（４）で表されるような劣化補正を行うことによっ
て、温度補正および劣化補正が行われた関係式Ｗｈ
（Ｐ）が求められる。

【数４】Ｗｈ（Ｐ）＝Ｗｈ（Ｐ／αγ）×β ＝ａβ（Ｐ／αγ）³＋ｂβ（Ｐ／αγ）²＋ｃβ（Ｐ／αγ）＋ｄβ …（４）ここで、γは電池の内部抵抗変化を、βは電気容量変化
を表すパラメータであり、β＝γを基本とするが、実際
には温度に応じた補正係数η（テーブル参照値）を用い
てβ＝γ×ηで与えられる。式（４）で表されるＷｈ
（Ｐ）は図３（ｃ）の曲線Ｌ3のようになる。なお、上
述した方法はパワー特性対放電電力量の関係に上記のよ
うなパラメータで表現可能な相関があれば適用可能であ
り、鉛酸，Ｎｉ−ＭＨなどの電池種を問わず使用でき
る。ただし、温度補正，劣化補正をどの係数（α、β、
γ）に当てはめるかについては各電池毎に検討をする必
要がある。なお、必ずしもＷｈ（Ｐ）はＰのｎ次式で近
似する必要はなく、例えば、ＰとＷｈの関係をテーブル
として持てば、補間計算用いることによって上述した計
算手順と同様に解を求めることができる。

【００１１】ここで、内部抵抗劣化補正係数γの算出方
法について説明する。内部抵抗劣化補正係数γは、電池
の満充電定義区間（残存容量計の満充電ランプ点灯条件
が満たされる区間など、図３（ｃ）のＥで示す区間）に
おいてパワー演算値が得られる度に次式（５）を用いて
演算し、バックアップメモリ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ）
に蓄積しておく。

【数５】 γ＝Ｐful／Ｐref＝Ｐful／（Ｐ0×α） …（５）ここで、Ｐfulは満充電定義区間で得られたパワー演算
値の平均値である。パワー演算誤差の影響を少なくする
ため、例えば蓄積したＮ個の演算値γの平均処理を行
い、さらに前回劣化補正式を算出したときに得たγの値
との平均を算出し更新する。すなわち、｛（前回得た
γ）＋（蓄積されたＮ個のγの平均値）｝／２を算出す
る。

【００１２】このように温度補正や劣化補正を行うと、
低温時や劣化時の残存容量をより正確に推定することが
できる。図４は常温初期時（曲線Ｌ1）、低温時（曲線
Ｌ2）、低温劣化時（曲線Ｌ3）における残存容量を説明
する図である。図においてＷｈＲは現在までの放電電力
量、Ｐminは車両として最低限必要な最低保証出力であ
り、温度，劣化によらず常に一定の値を与える。ここで
は電池容量をパワーがＰminとなる放電電力量であると
して説明する。なお、電池容量の設定方法については後
述する。各曲線Ｌ1〜Ｌ3においてＰminとなる放電電力
量をそれぞれＷｈ1，Ｗｈ2，Ｗｈ3とすると、常温初期
時の残存容量はＷｈ1−ＷｈＲ、低温時の残存容量はＷ
ｈ2−ＷｈＲ、低温劣化時の残存容量はＷｈ3−ＷｈＲと
なりそれぞれ異なることが分かる。

【００１３】図５は電池容量の設定方法を説明する図で
あり、図５（ａ）は第１の設定方法を、図５（ｂ）は第
２の設定方法をそれぞれ示す図である。従来は出力が零
となるまでの放電可能量Ｗｈ（０）を電池容量としてい
るが、実際にはパワーが最低保証出力Ｐmin以下となる
所では使用することができないので、Ｗｈ（０）−Ｗｈ
（Ｐmin）は実際には使用できない電力量となり、電池
容量をＷｈ（０）と設定すると実用上不便であった。そ
こで、図５（ａ）に示す第１の設定方法では、パワーが
Ｐminになるまでの放電可能電力量Ｗｈ（Ｐmin）を実用
上の電池容量としている。図５（ｂ）に示す第２の設定
方法では、ΔＷｈは最大出力がＰminの規定モード走行
でｘ（ｋｍ）走行可能な電力量であり、実用上の電池容
量としてＷｈ（Ｐmin）−ΔＷｈと設定する。このよう
に設定することにより、走行途中で残存容量計のメモリ
がＥＭＰＴＹ、すなわち残存容量が零となった場合でも
規定モード走行でさらにｘ（ｋｍ）走行可能であり、途
中で走行不能となるおそれが無いという利点がある。な
お、規定走行モードとは、例えば、実際に電気自動車が
市街地を走行するときとほぼ同様のパターンで走行する
走行モード等（１０モード、ＳＦＵＤＳなど）のことで
ある。

【００１４】図１はこのような残存容量演算を行って残
存容量計を駆動するための残存容量演算装置の機能ブロ
ック図、図２は残存容量計制御のフローチャートであ
り、これらの図を参照しながら上述した温度補正および
劣化補正を含む残存容量計の制御について説明する。図
１において、１は残存容量計制御演算部で放電容量演算
部１１，温度補正係数α演算部１２，内部抵抗劣化補正
係数γ演算部１３，容量劣化補正係数β演算部１４，電
力積算容量演算部１５，最低保証パワーＰmin演算部１
６，フル容量Ｗｈ（Ｐmin）演算部１７，残存容量演算
部１８を備えている。２はパワー演算部、３は電圧検出
部、４は電流検出部、５は温度検出部であり、６は残存
容量計制御演算部１の演算結果に基づいて出力制限制御
やメーター出力制御等を行う制御部である。

【００１５】図２のフローチャートにおいて、ステップ
Ｓ１では電池の電流変化を捉えて電流Ｉおよび電圧Ｖを
サンプリングしてストックする。そして、そのＩ，Ｖか
ら図６のようにパワー演算部２によって規定の放電電流
毎にＩＶ特性を一次回帰演算して、そのＩＶ特性と放電
下限電圧（車両システムとしての使用下限電圧）Ｖmin
との交点からその時の電池の最大出力Ｐmaxを算出す
る。

【００１６】ここで最大出力Ｐmaxとは車両における放
電可能パワー（パワー演算値）のことであり、電池単独
での最大出力Ｐ’maxとは同義ではない。すなわち電池
のパワーは、放電電流Ｉと放電電圧Ｖにより次式で表さ
れる。

【数６】Ｐ＝ＩＶ＝Ｉ（Ｅ−Ｖ）／Ｒ＝−（Ｖ²−ＥＶ）／Ｒ＝｛−Ｉ（Ｖ−Ｅ／２）²／Ｒ｝＋Ｅ²／４Ｒ …（６）ただし、Ｅは電池の開放電圧、Ｒは電池の内部抵抗であ
る。よって、電池単独の最大出力は、Ｖ＝Ｅ／２におけ
るパワーＰ’max＝Ｅ²／４Ｒで一義的に決定される。一
方、車両での電池の使用電圧範囲はＶ＝Ｅ／２以上であ
るが電池の最大出力Ｐ’maxは使用しない。しかし、車
両としての使用電圧の下限値Ｖminが以下の（ａ），
（ｂ）の要因から決定されており、この電圧Ｖminに到
達したときのパワーが車両としての最大出力Ｐmax＝Ｉm
ax×Ｖminとなる。ただし、ＩmaxはＶmin時の電流値で
ある。（ａ）電池の寿命を考慮した使用電圧範囲の下限電圧
（放電終止電圧）（ｂ）車両搭載ユニットの性能，機能を保証可能な使用
電圧範囲の下限電圧

【００１７】ステップＳ２では、満充電時パワーＰful
と、温度検出部５で検出した電池の温度Ｔに基づいて算
出される温度補正パワーＰrefとに基づいて内部抵抗劣
化補正係数γが演算部１３で算出される。なお、満充電
時パワーＰfulは前述したように満充電定義区間で得ら
れたパワー演算値の平均値であり、ステップＳ２のγの
算出は満充電後の放電初期に行われる。

【００１８】ステップＳ３では、（１）温度検出部５で
検出した電池の温度Ｔに基づいて演算部１２により温度
補正係数αを算出し、（２）温度Ｔに応じたテーブル参
照値である劣化時温度補正係数ηおよび算出された内部
抵抗劣化補正係数γに基づいて演算部１４により容量劣
化補正係数βを算出する。ステップＳ４では、放電容量
演算部１１により補正係数α，βおよびγに応じて放電
電力量ＷｈとパワーＰの相関を示す特性式Ｗｈ（Ｐ）が
算出される。

【００１９】ステップＳ５では、演算部１６により最低
保証パワーＰminが設定されるとともに、演算部１７に
よりＰminに到達するまでの電池容量Ｗｈ（Ｐmin）が算
出される。ステップＳ６では、演算部１８により残存容
量計のＥＭＰＴＹランプ点灯時の容量ＷｈＣを次式
（７）のように算出する。

【数７】ＷｈＣ＝Ｗｈ（Ｐmin）−ΔＷｈ …（７） ΔＷｈは前述したようにＥＭＰＴＹ点灯後に保証する電
力量である。

【００２０】ステップＳ７では、算出されたパワー演算
値Ｐmaxと特性式Ｗｈ（Ｐ）とから現在までの放電電力
量ＷｈＲ＝Ｗｈ（Ｐmax）を算出する。次いで、ステッ
プＳ８では、演算部１８により電池の残存容量を次式
（８）により算出する。

【数８】（残存容量）＝ＷｈＣ−ＷｈＲ …（８）図７は上述したフローで算出される量（ＷｈＣ等）の関
係をパワー特性対放電電力量の図で示したものである。
なお、容量計の満充電ランプ点・消灯に関しては、普通
充電制御の正常終了条件成立時（これを満充電と定義す
る）に放電電力量をＷｈＲ＝０にして満充電ランプを点
灯し、ＷｈＲ＞規定放電電力量となった時に消灯する。

【００２１】本実施の形態の方法のように電池の温度や
劣化に応じて補正を行うことにより、容量計表示と放電
電力量との関係は図８に示すようになる。すなわち、初
期電池状態では直線Ｌ10のような関係にあったものが、
低温時や劣化時には直線Ｌ11やＬ12のように変化するが
各直線同士は平行であるため、規定モード走行時に走行
距離に対して容量計表示がリニアに推移するとともに、
容量計の一目盛は常に同一距離を示すことになる。図９
は残存容量計のメータ表示の一例を説明する図であり、
（ａ）はメータ表示、（ｂ）はメータ表示の動作を説明
する図である。図９（ａ）のメータ表示では８個のＬＥ
Ｄで残存容量が表示され、ＬＥＤ１個当りの電力量が等
しくなるように設定されている。図９（ａ）ではＬＥＤ
が６個点灯している。また、容量演算値の変動や回生充
電による容量復帰によるＬＥＤ切り替わり点での点滅を
防止するために、図９（ｂ）のようなヒステリシスを設
定した。例えば、残存容量がＡからＢに変化するとＬＥ
Ｄの点灯個数が６から５になるが、回生充電等により残
存容量が増加した場合においても残存容量がＢからＣま
で変化しない限りは点灯数が５から６に変化しないよう
に設定されている。なお、図９（ｂ）では、参考として
リチウムイオン電池の初期低温時容量と初期常温時容量
を示した。

【００２２】ところで、上述した劣化補正では、容量変
化を表すパラメータβは補正係数ηを用いてβ＝γ×η
で与えられるとしたが、通常、βがγ（内部抵抗変化を
表すパラメータ）とほぼ１対１の相関があるとしてβ＝
γとされていた。しかしながら、実際にはβとγとでは
劣化傾向が異なるため、容量計のリニアリティーが損わ
れるという欠点があった。そこで、実験データに基づい
て考察した結果、βとγとの間に以下に述べるような相
関があることが解った。

【００２３】図１０はβとγとの相関を示す図であり、
この相関は電池の容量変化と出力劣化との関係から求め
ることができる。図１０において、縦軸はβを横軸はγ
をそれぞれ表し、数値は％を表している。図１０の破線
Ｌ21は、β＝γと仮定したときのβとγの相関を示して
おり、実線Ｌ22は実験に基づいて得られた相関を示して
いる。時間の経過とともにβ，γはＬ22上を矢印の方向
に変化する。図から分かるように、初期状態ではβ＝γ
＝１００％であって、時間の経過とともにγは減少する
が、βはγが１００〜約８０％のときには１００％のま
ま一定に保たれる。γが約８０％より小さくなるとβも
減少するようになる。図１０に示したような相関から相
関係数δ（＝β／γ）を求めることができ、βはβ＝γ
×δと算出することができる。このようにすることによ
り、容量計のリニアリティーを保つことができる。

【００２４】−第２の実施の形態− 上述した第１の実施の形態では、電池特性を表す式
（４）に含まれる劣化補正係数β，γを次のように決定
していた。劣化による内部抵抗変化を表すパラメータγ
については、満充電後に式（５）を用いて算出して前回
に得られたγと平均するという方法により、満充電時に
学習したものを用いていた。一方、劣化による容量変化
を表すパラメータβに関しては、β＝γとするか、また
は、図１０に示すようなβとγとの相関δを予め求め記
憶しておき、上記のようにして得られたγと相関δとか
ら算出されたβを用いていた。

【００２５】ところで、図１０のような相関を用いる場
合、予め記憶された相関と実際の相関との間にズレが生
じた場合、そのような相関に基づいて算出された電池の
推定容量と実際の容量との間にもズレが生じることにな
る。図１１，１２は、相関δにズレが生じた場合の推定
容量と実際の容量との関係を説明する図である。図１１
はβとγの相関を示す図であり、δは実際の相関を、δ
1，δ2は実験データ等から推定した相関を示しており、
相関δ1は相関δに対して図の左方向にズレて推定した
場合を、相関δ2は右方向にズレて推定した場合をそれ
ぞれ示している。

【００２６】先ず、相関δを用いて電池の劣化進行によ
る特性の変化について説明する。電池の劣化が進行する
と、β，γは図１１の相関δ上をＦ1→Ｆ2→Ｆ3→Ｆ4→
Ｆ５→Ｆ６のように変化する。すなわち、初期状態Ｆ1
ではβ＝γ＝１であるが、劣化の進行とともにγは１→
０．８→０．６５→０．５→０．４→０．３のように変
化し、そのときβは１→１→１→０．８→０．６５→
０．５のように変化する。このような劣化進行による特
性の変化を図１２に示した。図１２のＬ31は初期状態Ｆ
1のときの電池特性を表しており、Ｆ2→Ｆ3→Ｆ4→Ｆ5
→Ｆ6と劣化が進行するにつれて、特性曲線はＬ32→Ｌ3
3→Ｌ34→Ｌ35→Ｌ36のように変化する。なお、図１２
では縦軸にパワーＰを取り、横軸に放電電力量Ｗｈを取
った。

【００２７】図１２の各特性曲線Ｌ31〜Ｌ36の図からも
分るように、電池の劣化に伴う内部抵抗増加によりγが
減少するとパワーを表すＰ軸の切片が小さくなり、電池
容量変化によりβが減少すると放電電力量を表すＷｈ軸
の切片が小さくなる。このとき、Ｗｈ軸の切片はパワー
Ｐ＝０となるまでの放電可能量Ｗｈ（０）を表してい
る。Ｆ２およびＦ３では、βの値は温度補正後の初期状
態でＦ１と同じ１であるので放電可能量Ｗｈ（０）は変
化することがなく全てＷｈ1である。一方、Ｆ４〜Ｆ６
では順にβが減少しているため放電可能量Ｗｈ（０）も
それぞれＷｈ4〜Ｗｈ6と変化し、大きさはＷｈ1＞Ｗｈ4
＞Ｗｈ5＞Ｗｈ6となっている。

【００２８】次に、図１１のδ1，δ2のように推定相関
が実際の相関δからズレた場合について説明する。γ＝
０．４の場合について考えると、実際の相関δではＦ5
の状態であるが、推定相関δ1およびδ2ではそれぞれ状
態Ｆ15およびＦ25となる。状態Ｆ15におけるβの値はＦ
5より大きいので特性曲線は図１３のＬ15のようにな
り、一方、状態Ｆ25のβはＦ5より小さいので特性曲線
はＬ25のようになる。状態Ｆ5，Ｆ15，Ｆ25はいずれの
場合もγが等しいので、特性曲線Ｌ35，Ｌ15，Ｌ25のＰ
軸切片は同一となる。しかし、Ｆ5，Ｆ15，Ｆ25におけ
るβの値β5，β15，β25はβ25＜β5＜β15となってい
るので、特性曲線Ｌ5，Ｌ15，Ｌ25のＷｈ軸切片Ｗｈ5，
Ｗｈ15，Ｗｈ25はＷｈ25＜Ｗｈ5＜Ｗｈ15となる。

【００２９】そのため、推定相関δ2を用いた場合に
は、特性曲線Ｌ25から推定される容量は実際の容量より
小さく算出されるので実際の残存容量は容量計の指示値
より大きく、安全サイドの特性であると言える。しか
し、推定相関δ1を用いた場合には、特性曲線Ｌ15から
推定される容量は実際の容量より大きく算出されるた
め、例えば、残存容量計のＥＭＰＴＹ点灯前に走行不能
となる可能性がある。

【００３０】そこで、本実施の形態では、第１の実施の
形態でγを満充電区間における放電データからγを算出
したように、放電末期の放電データからβを算出し、そ
のようにして得られたβおよびγを用いて劣化補正した
電池特性に基づいて電池の容量を算出する。

【００３１】先ず、図１４を参照しながらγの算出方法
について説明する。図１４では、電池の初期特性をＰ
（Ｗｈ）の形で表すことにする。Ｌ41はＰ（Ｗｈ）で表
される初期特性曲線を容量劣化補正係数βで補正した後
の特性曲線であり、Ｌ42は実際の電池特性を表す曲線で
ある。なお、βについては後述するが、ここでは満充電
前のβを用いるとする。走行中にパワー演算を行い、そ
のときの放電電力積算値をＩＷＨn、算出されたパワー
をＰnとすると、点Ｇ1（ＩＷＨｎ，Ｐn）は曲線Ｌ42上
の点となる。曲線Ｌ41上の点Ｇ2はＷｈ座標が点Ｇ1と同
一な点であり、曲線Ｐ（Ｗｈ）上の点Ｇ3はＰ座標が点
Ｇ2と同一な点を示している。このとき、点Ｇ3のＷｈ座
標はＩＷＨｎ／βとなり、そのときのＰ座標はＰ（ＩＷ
Ｈn／β）と表される。その結果、次式（９）で算出さ
れるγnを用いて曲線Ｌ41を補正することにより曲線Ｌ4
2を得ることができる。

【数９】γn＝Ｐn／Ｐ（ＩＷＨn／β） …（９）

【００３２】ところで、図１４からも分るように、放電
末期においては点Ｇ1と点Ｇ2のＰ座標の差は小さくなる
ので、（９）式で算出されるγnの誤差に対する放電電
力積算値ＩＷＨnおよびパワー演算値Ｐnの各誤差の影響
が大きくなる。そこで、γnの算出は放電初期（例え
ば、放電深度ＤＯＤが０〜５０％の間）において行うこ
とにする。例えば、満充電区間でγ1を、その後の放電
深度ＤＯＤが０〜５０％の間で随時γ2〜γnをそれぞれ
算出し、平均値γ’＝（γ1＋γ2＋…＋γn）／ｎを内
部抵抗変化を表す内部抵抗劣化補正係数として用いる。

【００３３】次いで、容量変化を表す容量劣化補正係数
βの算出方法を図１５を参照しながら説明する。図１５
では初期特性をＷｈ（Ｐ）と表し、Ｌ43はＷｈ（Ｐ）で
表される初期特性曲線を上述の内部抵抗劣化補正係数
γ’で補正した後の特性曲線であり、Ｌ42は実際の電池
特性を表す曲線である。γ’の場合と同様に、放電電力
積算値ＩＷＨnのときにパワーＰnが得られたとすると、
点Ｇ1（ＩＷＨｎ，Ｐn）は曲線Ｌ42上の点となる。曲線
Ｌ43上の点Ｇ4はＷｈ座標が点Ｇ1と同一な点であり、曲
線Ｗｈ（Ｐ）上の点Ｇ5はＷｈ座標が点Ｇ4と同一な点を
示している。このとき、曲線Ｌ43は曲線Ｗｈ（Ｐ）を
γ’補正した曲線なので、点Ｇ5のＰ座標はＰn／γ’と
なり、そのときのＷｈ座標はＷｈ（Ｐn／γ’）と表さ
れる。その結果、次式（１０）で算出されるβnを用い
て曲線Ｌ43を補正することにより曲線Ｌ42を得ることが
できる。

【数１０】 βn＝ＩＷＨn／Ｗｈ（Ｐn／γ’） …（１０）

【００３４】容量劣化補正係数βの場合には、点Ｇ1と
点Ｇ4のＷｈ座標の差は放電初期においては小さいの
で、βnの誤差に対する放電電力積算値ＩＷＨnおよびパ
ワー演算値Ｐnの各誤差の影響はγ’とは逆に放電初期
において大きくなる。そこで、βnの算出は放電末期
（例えば、放電深度ＤＯＤが５０〜１００％の間）にお
いて行うことにする。例えば、放電深度ＤＯＤが５０〜
１００％の間で随時β1〜βnをそれぞれ算出し、平均値
β’＝（β1＋β2＋…＋βn）／ｎを容量変化を表す容
量劣化補正係数として用いる。なお、前述したγ’を求
める際に用いたβには、このようにして得られたβ’が
用いられる。

【００３５】次の満充電後走行時には、このようにして
得られたβ’を用いて放電初期時のγ’を算出する。な
お、上述した例では、γ’、β’ともｎ個の値に対して
平均を行ったが、次式（１１）のように最新の算出デー
タと直近のデータとの平均を用いても良い。

【数１１】 γ’＝（γn-1＋γn）／２ β’＝（βn-1＋βn）／２ …（１１）

【００３６】よって、内部抵抗の変化および容量の変化
に対して劣化補正が施された最終的な特性Ｗｈ（Ｐ）’
は、得られたγ’，β’および初期特性Ｗｈ（Ｐ）を用
いて次式（１２）のように表すことができる。

【数１２】Ｗｈ（Ｐ）’＝Ｗｈ（Ｐ／γ’）×β’ …（１２）また、残存容量については、放電電力積算値ＩＷＨと特
性Ｗｈ（Ｐ）’に基づいて推定される電池容量とを用い
て次式（１３）のように算出される。

【数１３】（残存容量）＝（推定電池容量）−（放電電力積算値）＝｛Ｗｈ（Ｐmin）−ΔＷｈ｝−ＩＷＨ …（１３）なお、式（１３）におけるＰminおよびΔＷｈは式
（７）の場合と同様のものである。

【００３７】上述したように、第２の実施の形態では、
放電の最中にも劣化補正係数γおよびβを算出して修正
を施しているのでより高精度に電池特性を算出すること
ができ、特に容量算出精度が向上する。その結果、精度
良く残存容量を推定することができ、特に、電池の劣化
が進行した場合には効果的である。なお、上述した実施
の形態では第１の実施の形態で出てきた温度補正係数α
について説明しなかったが、初期特性Ｗｈ（Ｐ）をγ’
で補正した際に温度補正も含まれており、γ’は式
（４）のαγに相当している。

【００３８】以上説明した実施の形態と特許請求の範囲
の要素との対応において、相関係数δは内部抵抗劣化補
正係数と容量劣化補正係数との相関に、関係Ｗｈ（Ｐ）
は放電電力量とパワーとの相関関係にそれぞれ対応す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】残存容量演算装置の機能ブロック図。

【図２】残存容量計制御のフローチャート。

【図３】本発明による残存容量推定方法における温度補
正および劣化補正を説明する図であり、（ａ）は基本式
の場合、（ｂ）は温度補正をした場合、（ｃ）は（ｂ）
に加えて劣化補正をした場合をそれぞれ示す。

【図４】常温初期時、低温時、低温劣化時の残存容量を
説明する図。

【図５】電池容量の設定方法を説明する図であり、
（ａ）は第１の設定方法、（ｂ）は第２の設定方法を示
す図。

【図６】Ｐmaxを求める際の一次回帰演算を説明する
図。

【図７】パワー特性対放電電力量を示す図。

【図８】容量計表示と放電電力量との関係を示す図。

【図９】残存容量計のメータ表示の一例を説明する図で
あり、（ａ）はメータ表示を示し、（ｂ）はメータ表示
の動作を説明する図である。

【図１０】βとγの相関を示す図。

【図１１】推定容量と実際の容量との関係を説明する図
であり、βとγの相関を示す図。

【図１２】電池の劣化進行に伴う特性の変化を示す図。

【図１３】推定相関δ1，δ2に対応する特性曲線を示す
図。

【図１４】内部抵抗劣化補正係数γの算出方法を説明す
る図。

【図１５】容量劣化補正係数βの算出方法を説明する
図。

【図１６】従来の残存容量を説明する図。

【符号の説明】

１残存容量計制御演算部２パワー演算部３電圧検出部４電流検出部５温度検出部６制御部１１放電容量演算部１２温度補正係数α演算部１３内部抵抗劣化補正係数γ演算部１４容量劣化補正係数β演算部１５電力積算容量演算部１６最低保証パワーＰmin演算部１７フル容量Ｗｈ（Ｐmin）演算部１８残存容量演算部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電池の温度に基づいて算出した温度補正
係数および電池の劣化に基づいて算出した劣化補正係数
により初期電池特性を補正することを特徴とする電池特
性補正方法。
【請求項２】請求項１に記載の電池特性補正方法にお
いて、前記劣化補正係数は、電池の内部抵抗変化に関係する内
部抵抗劣化補正係数と、電池容量変化に関係する容量劣
化補正係数とから成ることを特徴とする電池特性補正方
法。
【請求項３】請求項２に記載の電池特性補正方法にお
いて、満充電時の放電電流および端子電圧に基づいて算出され
る満充電パワーと、電池温度および初期電池特性に基づ
いて算出される温度補正パワーとに基づいて前記内部抵
抗劣化補正係数を算出することを特徴とする電池特性補
正方法。
【請求項４】請求項２または請求項３に記載の電池特
性補正方法において、電池の容量変化および出力劣化に基づいて前記内部抵抗
劣化補正係数と前記容量劣化補正係数との相関を算出
し、前記相関と前記内部抵抗劣化補正係数とから前記容
量劣化補正係数を算出することを特徴とする電池特性補
正方法。
【請求項５】請求項２〜４のいずれかに記載の電池特
性補正方法において、前記初期電池特性の補正を行う際には、算出された内部
抵抗劣化補正係数とそれ以前に算出された内部抵抗劣化
補正係数とに基づいて補正を行うようにしたことを特徴
とする電池特性補正方法。
【請求項６】請求項５に記載の電池特性補正方法にお
いて、算出された内部抵抗劣化補正係数とそれ以前に算出され
た内部抵抗劣化補正係数の規定回数の平均値とを用いて
前記初期電池特性の補正を行うようにしたことを特徴と
する電池特性補正方法。
【請求項７】放電電流および端子電圧に基づき算出さ
れる放電電力積算値とパワー演算値とに基づいて内部抵
抗劣化補正係数および容量劣化補正係数をそれぞれ複数
算出し、前記複数の内部抵抗劣化補正係数および容量劣
化補正係数に基づいて初期電池特性を補正することを特
徴とする電池特性補正方法。
【請求項８】請求項７に記載の電池特性補正方法にお
いて、前記内部抵抗劣化補正係数を電池の放電初期領域におい
て算出し、前記容量劣化補正係数を電池の放電末期領域
において算出するようにしたことを特徴とする電池特性
補正方法。
【請求項９】請求項７または８に記載の電池特性補正
方法において、前記複数の内部抵抗劣化補正係数に関する平均値と、前
記複数の容量劣化補正係数に関する平均値とに基づいて
初期電池特性を補正することを特徴とする電池特性補正
方法。
【請求項１０】請求項７〜９のいずれかに記載の電池
特性補正方法により補正された電池特性から電池の放電
可能量を算出し、算出された放電可能量および前記放電
電力積算値に基づいて電池の残存容量を算出することを
特徴とする残存容量推定方法。
【請求項１１】請求項１〜６のいずれかに記載の電池
特性補正方法により補正された電池特性と、放電中の放
電電流および端子電圧に基づいて電池の残存容量を算出
することを特徴とする残存容量推定方法。
【請求項１２】請求項１〜６のいずれかに記載の電池
特性補正方法により補正された電池特性から電池の放電
可能量および放電電力量を算出し、算出された前記放電
可能量および放電電力量から電池の残存容量を算出する
ことを特徴とする残存容量推定方法。
【請求項１３】電池の放電電力量とパワーとの相関関
係から電池の残存容量を算出する電気車の電池の残存容
量推定方法において、（残存容量）＝（電池の放電可能量）−（放電電力量）
としたときに、満充電状態から前記電気車の規定モード
走行を保証可能な最低限のパワーまでの放電電力量を前
記電池の放電可能量に設定したことを特徴とする残存容
量推定方法。
【請求項１４】電池の放電電力量とパワーとの相関関
係から電池の残存容量を算出する電気車の電池の残存容
量推定方法において、（残存容量）＝（電池の放電可能量）−（放電電力量）
としたときに、満充電状態から前記電気車の規定モード
走行を保証可能な最低限のパワーまでの放電電力量より
小さな放電電力量を前記電池の放電可能量に設定したこ
とを特徴とする残存容量推定方法。