JP2001176563A

JP2001176563A - バッテリ容量演算装置

Info

Publication number: JP2001176563A
Application number: JP2000304737A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Arai; 洋一荒井
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1999-10-08
Filing date: 2000-10-04
Publication date: 2001-06-29

Abstract

(57)【要約】【課題】前回の放電からの経過時間の長短によらず常
に精度の良い充電状態を得る。【解決手段】最大電流判定部１８と、近似直線算出指
令部１９と、完了判定部２０と、電圧推定部１４と、充
電状態推定部１５とを備えて、バッテリ６の電圧、電流
を監視し、該電流が、バッテリ６の分極発生が最大とな
る所定の大電流に到達した後に、この大電流以下の所定
電流値に減少するまでの戻りの期間の電圧、電流で近似
直線を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バッテリが放電し
ているときの電流、電圧で充電状態を得るバッテリ容量
演算装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車等のバッテリコントローラ
は、バッテリからの放電電流及びバッテリ電圧を一定時
間毎に、所定数収集して平均化し、この平均化データが
所定個、集まったときに、そのデータの相関係数ｒを求
める。次に、この相関係数ｒが強い負の相関を示してい
るときに、最小二乗法により、図４に示すようにそのデ
ータの回帰直線（近似直線ともいう）を求め、この近似
直線Ｙ（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）と基準電流Ｉｏとから現在のバ
ッテリの推定上の開回路電圧である推定電圧Ｖｎを推定
していた。

【０００３】すなわち、電気自動車においては、走行さ
せながら電圧、電流を収集して近似直線（Ｖ−Ｉ特性）
を求めて、あとどのくらい放電（走行）できるかを推定
するものである。このような方式は、電気自動車におい
ては非常に有効であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、バッテリの放
電可能容量（ある瞬間の放電状態がそのまま継続した場
合、あとどのくらい放電できるかを示す）というのは、
温度、放電電流（負荷）によっても変化する。

【０００５】このように変化していても、電気自動車に
おいては、走行中にバッテリに充電される電気量が放電
される電気量を上回ることがないので、電圧、電流を収
集して近似直線（Ｖ−Ｉ特性）を求めて、あとどのくら
い放電（走行）できるかを推定するだけであっても、あ
まり問題とならない。

【０００６】しかしながら、近年では高電圧車両、ハイ
ブリッドカー等が用いられてきている。このような車両
においては、走行中にバッテリに充電される電気量が放
電される電気量を上回ることがあり得るので、今、バッ
テリにあとどのくらい電気量（充電状態）があるかを知
るだけでなく、バッテリの過充電が発生しないように、
その残存容量を満充電容量から差し引いた充電可能容量
を正確に知る必要がある。

【０００７】この充電状態を正確に知るには、バッテリ
特性による分極の影響を知る必要がある。この分極とい
うのは、バッテリの電極付近における活性化現象や濃度
変化等によって発生する電圧降下であり、放電電流が大
きくなると電圧降下の発生量が増大し、逆に放電電流が
小さくなると電圧降下量が解消方向に向かって減少す
る。

【０００８】すなわち、充電状態（どのくらい電気量が
充電されているかを示す）は、分極の影響を考慮しなけ
ればならない。つまり、分極による電圧降下量を相殺し
なければ正確な充電状態を得られない。

【０００９】つまり、バッテリが平衝状態（分極による
電圧降下が残っていない状態）にあるときから、バッテ
リの電圧、電流を測定していくと、図５に示すように放
電電流が増加するのに伴って分極が増加して行き、バッ
テリの電圧もそれに伴って低下する。つまり、バッテリ
が平衝状態（動作停止状態）にあり分極が発生していな
いときのバッテリの電圧を開回路電圧（無負荷時）と
し、その後、放電電流を測定していくと図５に示すよう
に放電電流が増加する伴って分極が増加して行き、バッ
テリの電圧もそれに伴って低下する。

【００１０】また、放電電流が減少すると、分極が減少
して行きバッテリの電圧もそれに伴って戻っていくが、
この戻り時には、分極の解消に時間がかかるので、放電
が停止しても分極が同時に解消するには至らず、電流増
加に対する電圧降下量の増加のレスポンスと比べると、
電流減少に対する電圧降下量の減少のレスポンスが悪
い。このため、戻り（電流減少時）には、図５に示すよ
うに、行き（電流増加時）に生じた分極による電圧降下
がしばらく残る。

【００１１】一方、行き（電流増加時）については、前
回の放電からの経過時間の長短によっては、次の（今回
の）放電開始の時点において、前回の放電によって発生
した分極が完全に解消しきれておらず、その残存した分
極の影響によって、今回の放電中に測定されるバッテリ
の電圧が、バッテリの現在の残存容量に見合った電圧よ
りも低い値でしか現れないことがあり、従って、従来の
行き（放電電流の増加中）の電圧、電流データを用いて
近似直線を求めるのは、その近似直線の精度に課題があ
った。

【００１２】本発明は以上の課題を解決するためになさ
れたもので、バッテリが放電しているときの電圧、電流
を収集し、この収集した電圧、電流の近似直線を求めて
バッテリの現在の充電状態を求めるに当たり、前回の放
電からの経過時間の長短によらず常に精度の良い充電状
態（どのくらい電気量が充電されているか）を得ること
のできるバッテリ容量演算装置を得ることを目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明はバッテリが放電
しているときの電圧、電流を収集し、この収集した電
圧、電流の近似直線を求めてバッテリの現在の推定電圧
を推定し、この推定電圧からバッテリの充電状態を求め
るバッテリ容量演算装置において、バッテリの電圧、電
流を監視し、該電流がバッテリの分極発生が最大となる
所定の大電流に到達した後に、電流が大電流以下の所定
電流値に減少するまでの期間の電圧、電流で近似直線を
求めることを要旨とする。

【００１４】このバッテリ容量演算装置は、収集した電
流が予め設定されている最大電流に到達した後に、該最
大電流よりわずかに低い電流を検出したとき、バッテリ
の放電電流の減少開始と判定する最大電流判定部と、放
電電流の減少開始と判定したときは、近似直線の算出開
始指令を送出する近似直線算出指令部と、放電電流の減
少開始と判定したとき、収集した電流が所定電流に到達
したかどうかを判定し、所定電流に到達したときは、近
似直線の算出を停止させる完了判定部と、算出開始指令
の送出に伴って、収集した電流、電圧に基づいて最小二
乗法によって近似直線を求め、該近似直線と基準電流と
からバッテリの現在の推定電圧を推定する電圧推定部と
を備えたことを要旨とする。

【００１５】また、完了判定部は、バッテリの予め設定
された満充電電圧と推定された推定電圧、放電終止電圧
を用いてバッテリの充電状態を算出する充電状態推定部
を備えたことを要旨とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明のバッテリ演算装置
の概略構成図である。

【００１７】この図１に示すバッテリ容量演算装置１
は、エンジン２とタイヤ３のシャフト機構４に連結され
たモータジェネレータ５、このモータジェネレータ５か
らの電力を所定電圧（例えば４２Ｖ）にして充電電流と
してバッテリ６に供給し、又はモータジェネレータ５に
バッテリ６からの所定の電力を供給する充放電回路部７
等からなるハイブリッド機構８に用いられるもので、バ
ッテリ６の充電状態を演算する。

【００１８】このバッテリ６には図１に示すように、電
流センサ９及び電圧センサ１０が設けられている。

【００１９】また、バッテリ容量演算装置１は、電流セ
ンサ９及び電圧センサ１０からの検出電流Ｉ及び検出電
圧Ｖを波形整形する入力回路部１２に接続され、少なく
とも以下のプログラム構成を備えている。

【００２０】バッテリ容量演算装置（マイコン）１は、
図１に示すように、Ｉ−Ｖ特性算出部１３と、電圧推定
部１４と、充電状態推定部１５と、最大電流判定部１８
と、近似直線算出指令部１９と、完了判定部２０とを備
えている。

【００２１】Ｉ−Ｖ特性算出部１３は、入力回路部１２
からの検出電流（放電）と電圧を一定時間毎（１ｍｓｅ
ｃ）に、電流−電圧軸に収集し、この電流と電圧が所定
個（例えば８個又は１００個）集まる毎に、平均化し、
この平均化データを電流−電圧軸上に定義する。

【００２２】電圧推定部１４は、後述する近似直線算出
指令部１９からの算出指令の送出に伴って起動する。

【００２３】そして、Ｉ−Ｖ特性算出部１３で収集され
た電流Ｉ及び電圧Ｖの平均値が所定個（例えば１００
個）、集まったときに、そのデータの相関係数ｒを求
め、この相関係数ｒが強い負の相関を示しているとき
に、最小二乗法により、そのデータの回帰直線（近似直
線ともいう）を求め、この近似直線Ｙ（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）
と基準電流Ｉｏ（−１０Ａ）とから現在のバッテリ６の
推定電圧Ｖｎを推定する。

【００２４】容量推定部１５は、推定電圧Ｖｎが求めら
れる毎に、そのバッテリの推定電圧Ｖｎと、予め設定さ
れている放電終止電圧Ｖｅと、満充電電圧Ｖｓとを読
み、充電状態ＳＯＣを求める。

【００２５】最大電流判定部１８は、Ｉ−Ｖ特性算出部
１３で得られた平均電流が予め記憶されているセルモー
タスタートに伴う分極発生が最大となる最大電流Ｉｍａ
ｘ以上（例えば２５０Ａ）に到達したとき、バッテリ６
の分極発生及びそれに伴うバッテリ６の電圧降下量が最
大と判断し、以後のＩ−Ｖ特性算出部１３の電圧、電流
の平均は、放電の増加の停止によって、放電電流が減少
してバッテリ６の分極が解消する方向に向かって行く過
程のデータと判断する。つまり、戻りのデータと判断す
る。

【００２６】近似直線算出指令部１９は、最大電流判定
部１８が、検出した電流、電圧が戻りのデータと判断し
たとき、直ちに電圧推定部１４に算出指令信号を送出し
続ける。

【００２７】完了判定部２０は、最大電流判定部１８が
戻りと判定及び近似直線算出指令部１９が算出指示を送
出している間は、Ｉ−Ｖ特性算出指令部１３での平均化
された電流を読み、この電流が予め記憶している最小電
流Ｉｍｉｎ（例えば３５Ａ）に到達したかどうかを判定
する。尚、この最小電流Ｉｍｉｎは、バッテリ６の放電
によって発生する分極（活性化分極や濃度分極）が、放
電電流の減少に追従して全て即座に解消する訳ではな
く、一部の分極成分は放電電流が減少しても即座に追従
して解消せずに残存し、１００％分極解消状態に至るま
でに、放電の停止からさらなる時間（例えば１日）を費
やさせることに着目して設定されるものである。そし
て、最小電流Ｉｍｉｎの具体的な値は、そのバッテリ６
のスペックに応じて実験的に求めた電流値に設定され
る。

【００２８】そして、最小電流Ｉｍｉｎに到達したと判
定したとき、電圧推定部１４に算出停止を指示する。

【００２９】すなわち、上記のように構成されたバッテ
リ容量演算装置１は、図２に示すように、放電開始直後
から最大電流に到達するまでの間のＩ−Ｖ特性算出部１
３における平均化された電流、電圧については、電圧推
定部１４で使用させないようにし、バッテリ６が復帰し
て行く過程の最大電流から最小電流の間の電流、電圧を
用いて電圧推定部１４が近似直線を求め、この近似直線
と基準電流とからバッテリ６の現在の電圧Ｖｎを推定さ
せるようにしている。

【００３０】ここで、図３に示すように、モータジェネ
レータ５の起動停止（無負荷、バッテリは平衝状態）状
態からセルモータが起動を開始していくような場合は、
Ｉ−Ｖ特性は開回路電圧ＯＣＶからは、放電電流が増加
するに従って分極の影響によって直線的に序々に低下す
る。

【００３１】そして、分極が最大となる点での電流値が
最大（最大電流；例えば図３においては５６０Ａ）とな
る。そして、放電電流の増加が停止（容量がほとんど変
化しない放電の場合）して放電電流が低下すると、最大
の分極による影響を残したまま電圧は序々に直線的に復
帰（戻り）する。

【００３２】この戻り時には、分極の解消乃至それによ
る電圧降下の解消のレスポンスが悪い。例えば、分極の
影響による電圧降下は、放電電流が減少し始めると放電
の停止に至るまでの間にかなり解消されるが、分極の影
響による電圧降下が１００％解消するには１日程度かか
るとされている。

【００３３】そして、Ｉ−Ｖ特性算出部１３で得られた
平均電流が最大電流Ｉｍａｘから最小電流Ｉｍｉｎに減
少する戻りの期間には、バッテリ６の電流が著しく大幅
に変動するので、バッテリ６の現状に応じた、バッテリ
６の電圧、電流の相関を示す多くのデータを採取でき
る。

【００３４】すなわち、この期間の電流、電圧で近似直
線を求めると、より正確な近似直線が得られることにな
る。

【００３５】そして、大電流が流れた後の方が前回の放
電によって生じた分極の未解消分を上回る分極が発生す
ることから、大電流が流れた後のデータ（電圧、電流）
を用いた方がより正確な近似直線を得ることができる。

【００３６】さらに、充電状態推定部１５は、電圧推定
部１４でバッテリ６の現在の電圧が推定される毎に、数
１に示す式で充電状態ＳＯＣを求めることになる。

【００３７】

【数１】ＳＯＣ＝〔（Ｖｎ²−Ｖｅ²）〕／（Ｖｓ²−
Ｖｅ²）〕×１００％但し、Ｖｎ：バッテリの推定電圧Ｖｅ；放電終止電圧Ｖｓ；満充電電圧従って、最も顕著なバッテリ６の電流、電圧に基づく近
似直線を得ることになり、この近似直線と基準値とから
推定電圧Ｖｎが求められ、ＳＯＣを求めるときには、バ
ッテリ６が平衝状態に復帰したときの電圧Ｖｓを用いて
求められるので、より正確である。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、車両のバ
ッテリの電圧、電流を監視し、該電流が所定の大電流に
到達した後に、電流が大電流以下の所定電流値に減少す
るまでの期間（戻り）の電圧、電流で近似直線を求め
る。

【００３９】すなわち、放電電流が減少してバッテリの
分極が解消する方向に向かって行く過程での電圧、電流
を用いて近似直線を求めているので、正確な近似直線を
得ることができるという効果が得られている。

【００４０】また、バッテリの予め設定された満充電電
圧と推定された推定電圧、放電終止電圧を用いてバッテ
リの充電状態、放電可能容量を算出するので、求めた充
電状態は非常に精度が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態のバッテリ容量演算装置の概略構
成図である。

【図２】本実施の形態の平衝状態に復帰するデータの採
用を説明する説明図である。

【図３】本実施の形態の平衝状態に復帰するデータの採
用の作用効果を説明する説明図である。

【図４】バッテリ電圧及び電流の収集を説明する説明図
である。

【図５】課題を説明する説明図である。

【符号の説明】

２エンジン３タイヤ５モータジェネレータ８ハイブリッド機構１３Ｉ−Ｖ特性算出部１４電圧推定部１５充電状態推定部１８最大電流判定部１９近似直線算出指令部２０完了判定部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バッテリが放電しているときの電圧、電
流を収集し、この収集した電圧、電流の近似直線を求め
て前記バッテリの現在の推定電圧を推定し、この推定電
圧から前記バッテリの充電状態を求めるバッテリ容量演
算装置において、前記バッテリの電圧、電流を監視し、該電流が前記バッ
テリの分極発生が最大となる所定の大電流に到達した後
に、前記電流が前記大電流以下の所定電流値に減少する
までの期間の前記電圧、電流で前記近似直線を求めるバ
ッテリ容量演算装置。
【請求項２】前記収集した電流が予め設定されている
最大電流に到達した後に、該最大電流よりわずかに低い
電流を検出したとき、前記バッテリの放電電流の減少開
始と判定する最大電流判定部と、前記放電電流の減少開始と判定したときは、前記近似直
線の算出開始指令を送出する近似直線算出指令部と、前記放電電流の減少開始と判定したとき、前記収集した
電流が前記所定電流に到達したかどうかを判定し、前記
所定電流に到達したときは、前記近似直線の算出を停止
させる完了判定部と、前記算出開始指令の送出に伴って、前記収集した電流、
電圧に基づいて最小二乗法によって近似直線を求め、該
近似直線と基準電流とから前記バッテリの現在の前記推
定電圧を推定する電圧推定部とからなる請求項１記載の
バッテリ容量演算装置。
【請求項３】前記完了判定部は、前記バッテリの予め設定された満充電電圧と前記推定さ
れた推定電圧、放電終止電圧を用いて前記バッテリの充
電状態を算出する充電状態推定部を有することを特徴と
する請求項１又は２記載のバッテリ容量演算装置。