JP2001186669A - バッテリ装置及びバッテリの残量検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、バッテリ装置及びバッテリの残量
検出方法に関し、例えばいわゆる駆動源にバッテリを採
用した電気自動車に適用して、著しく負荷が変化し、ま
た温度変化の激しい屋外で使用される場合であっても、
正しく放電可能残量を検出することができるようにす
る。 【解決手段】 本発明は、充電の場合は、充放電効率を
所定の値に設定し、また放電の場合は、放電電流、温度
に応じて充放電効率を設定し、このようにして設定した
充放電効率により放電可能残量を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バッテリ装置及び
バッテリの残量検出方法に関し、例えばいわゆる駆動源
にバッテリを採用した電動自動車に適用することができ
る。本発明は、充電の場合は、充放電効率を所定の値に
設定し、また放電の場合は、放電電流、温度に応じて充
放電効率を設定し、このようにして設定した充放電効率
により放電可能残量を検出することにより、著しく負荷
が変化し、また温度変化の激しい屋外で使用される場合
であっても、正しく放電可能残量を検出することができ
るようにする。

【０００２】

【従来の技術】従来、パーソナルコンピュータ等の機器
においては、バッテリにより使用できるようになされて
おり、このバッテリの残量を表示してユーザーによる使
い勝手を向上するようになされている。

【０００３】すなわちパーソナルコンピュータ等におい
ては、例えば室内でほぼ一定の負荷により使用されるこ
とにより、負荷電流と使用時間との積算によりバッテリ
の使用量を計算することができ、この計算結果よりバッ
テリの残量を検出するようになされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところでバッテリにお
いては、負荷電流、周囲温度により内部抵抗、内部電圧
降下が変化することにより、バッテリに残存する容量
（以下、残存容量と呼ぶ）に対して放電可能な容量（以
下、放電可能残量と呼ぶ）が変化する。これにより従来
の残量検出においては、負荷電流の変化が著しい電動機
を駆動する場合、さらには温度変化の激しい屋外使用の
機器に適用した場合等に、残量の検出結果に著しい誤差
が発生する問題があった。

【０００５】具体的には、バッテリに残量が残っている
との残量検出結果が得られる場合でも、実際にはバッテ
リを使用することが困難であったり、またこれとは逆
に、残量検出結果ではバッテリを使い切っているにも係
わらず、バッテリを使用できることがあった。

【０００６】この問題を解決する１つの方法として、例
えば特開平５−１６６５４４号公報においては、充電装
置より取り外されて機器に装着された場合には、処理の
モードを切り換え、放電効率により残存容量を補正して
放電可能残量を表示することにより、正しく放電可能容
量を表示する方法が提案されている。なおここで放電効
率は、残存容量に対する放電可能残量の割合を示す数値
である。

【０００７】しかしながら実際上、著しく負荷が変動
し、また温度変化の激しい屋外で使用される例えば電動
自動車、電動アシスト付き自転車、電動工具等の電動機
器においては、この方法でも実用上未だ不十分な問題が
ある。すなわちこのような機器においては、機器にバッ
テリを装着したままで使用して、始動時には極めて大き
な突入電流が流れ、トルク制御する場合には、パルス状
の駆動電流が流れ、さらに減速時には回生制動により充
電電流が供給される。これらにより実際の使用時におい
ては、放電時と充電時とで処理のモードを切り換えて処
理していたのでは、正しく放電可能残量を検出すること
が困難になる。

【０００８】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、著しく負荷が変化し、また温度変化の激しい屋外で
使用される場合であっても、正しく放電可能残量を検出
することができるバッテリ装置及びバッテリの残量検出
方法を提案しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め請求項１又は請求項２の発明においては、バッテリ装
置又はバッテリの残量検出方法に適用して、バッテリの
充放電経路の電流と、バッテリの温度とを基準にして充
放電効率を設定し、この充放電効率によりバッテリの放
電可能残量を計算するようにし、このとき充放電経路の
電流が充電電流の場合、充放電効率を所定の値に設定
し、充放電経路の電流が放電電流の場合、温度検出結果
及び電流検出結果に基づいて、所定の記録手段に記録さ
れたデータをアクセスして充放電効率を設定する。

【００１０】充放電経路の電流が充電電流の場合、充放
電効率を所定の値に設定し、充放電経路の電流が放電電
流の場合、温度検出結果及び電流検出結果に基づいて、
所定の記録手段に記録されたデータをアクセスして充放
電効率を設定し、この充放電効率によりバッテリの放電
可能残量を計算すれば、充電の場合と放電の場合とで同
一の処理を繰り返して放電可能残量を計算することがで
き、これにより充放電を不規則に繰り返して著しく負荷
が変化する場合でも、また温度変化の激しい屋外で使用
される場合であっても、リアルタイムで正しく放電可能
残量を計算することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、適宜図面を参照しながら本
発明の実施の形態を詳述する。

【００１２】（１）実施の形態の構成 図２は、本発明の実施の形態に係る電動自動車を示すブ
ロック図である。この電動自動車１において、インバー
タ２は、充放電制御回路５を介してバッテリユニット３
より電源の供給を受け、上位のコントローラの指示に従
ってこの電源によりモータＭを駆動する。これにより電
動自動車１は、このモータＭの駆動力により移動できる
ようになされている。またインバータ２は、減速時、こ
のモータＭを回生制動し、その結果得られるモータＭの
起電力による電力を充放電制御回路５を介してバッテリ
ユニット３に供給する。これにより電動自動車１は、電
力を有効に利用できるようになされている。かくするに
つきモータＭは、例えば駆動輪に配置されて、駆動力に
より車輪を駆動するようになされている。

【００１３】充放電制御回路５は、上位のコントローラ
の制御により、駆動時、バッテリユニット３の電力をイ
ンバータ２に供給する。またこれとは逆に回生制動によ
り発生する電力をインバータ２より入力し、図示しない
燃料電池の電力を入力し、これらの電力によりバッテリ
ユニット３を充電する。このとき充放電制御回路５は、
例えば定電圧、定電流、さらにはこれらの組み合わせ等
の所定の特性によりバッテリユニット３を充電する。さ
らに充放電制御回路５は、これら充電電流、放電電流の
制御において、後述する電圧検出回路８で検出される各
種電圧によりバッテリセルの異常等が検出されると、充
放電の処理を中止する。

【００１４】バッテリユニット３は、１組のリチウムイ
ン型電池によるバッテリセル４を並列接続して１つのブ
ロックが構成され、このブロックが所定個数だけ直列に
接続されて構成される。

【００１５】電流検出回路６は、このバッテリユニット
３の充放電経路に配置され、この充放電経路に流れる電
流をその極性と共に検出して演算回路１０に出力する。
なお電流検出回路６は、例えば充放電経路に配置された
抵抗の両端電位差を検出することにより、この充放電経
路に流れる電流をその極性と共に検出する。これにより
電動自動車１では、この充放電経路に流れる電流の極性
よりバッテリユニット３の充放電を検出できるようにな
され、さらには充電電流の値、放電電流を検出するよう
になされている。

【００１６】電池温度検出回路７は、バッテリユニット
３を構成する各バッテリセル４の温度を検出して演算回
路１０に出力する。

【００１７】電圧検出回路８は、バッテリセル４による
各ブロックの端子電圧、バッテリユニット３全体の端子
電圧を検出して充放電制御回路５に出力する。

【００１８】記録回路９は、充放電効率のテーブル、演
算回路１０における処理に必要なデータを保持する記録
手段であり、演算回路１０からのアクセスによりこの放
電効率のテーブルから充放電効率のデータを出力する。
ここで充放電効率のテーブルは、図３（Ｂ）に示すよう
に、所定の温度差により設定された温度毎に、また所定
の放電電流毎に、実際に測定した充放電効率のデータを
記録して構成される。なお図３（Ａ）は、このようにし
て記録された放電効率を特性曲線図により示すものであ
る。またここで充放電効率は、放電効率の概念を充電時
にまで拡張したものであり、放電時にあっては、放電効
率を意味し、充電時にあっては充電された電力を残存容
量で割り算した値であり、リチウムイオン電池では値１
である。

【００１９】表示装置１１は、例えばこの電動自動車の
操作パネルに配置され、演算回路１０の指示により放電
可能残量を表示する。

【００２０】演算回路１０は、電流検出回路６による検
出結果、電池温度検出回路７による温度検出結果に基づ
いて、図１に示す処理手順を実行することにより、放電
可能残量を計算し、この計算結果により表示装置１１に
残量の表示を指示する。

【００２１】すなわち演算回路１０は、ユーザーにより
この電動自動車１の動作が立ち上げられると、上位のコ
ントローラからの指示により動作を立ち上げ、ステップ
ＳＰ１からステップＳＰ２に移る。ここで演算回路１０
は、記録回路９をアクセスし、直前の処理で記録回路９
に記録した残存容量Ｑｂｅｆをロードする。ここでこの
残存容量は、バッテリユニット３に充電されている容量
であり、バッテリユニット３では、この残存容量に放電
効率を乗算した値が実際に電力として取り出すことが可
能な放電可能残量となる。

【００２２】続いて演算回路１０は、ステップＳＰ３に
移り、電池温度検出回路７、電流検出回路６で検出され
た温度Ｔｎｏｗ、電流値Ｉｎｏｗを取り込む。なお演算
回路１０は、各バッテリセル４の温度を平均化して取り
込む。

【００２３】続いて演算回路１０は、ステップＳＰ４に
移り、ステップＳＰ３で取り込んだ電流値Ｉｎｏｗの極
性を判定することにより、バッテリユニット３が放電中
か否か判断する。なおここでこの実施の形態では、バッ
テリユニット３より放電電流が出力されている場合、電
流値Ｉｎｏｗの極性が正極性となるように構成され、こ
れにより演算回路１０は、ステップＳＰ３で取り込んだ
電流値Ｉｎｏｗが負極性の場合、ステップＳＰ４におい
て否定結果が得られ、ステップＳＰ５に移る。

【００２４】ここで演算回路１０は、充放電効率Ｓｎｏ
ｗを値１に設定する。続いて演算回路１０は、ステップ
ＳＰ６に移り、電流検出回路６におけるサンプリング周
期ｔとステップＳＰ３で取り込んだ電流値Ｉｎｏｗとを
乗算することにより、この１サンプリング周期の期間に
おける充放電量Ｑｎｏｗを計算する。

【００２５】続いて演算回路１０は、ステップＳＰ７に
移り、ステップＳＰ２でロードした残存容量Ｑｂｅｆに
ステップＳＰ５で設定した充放電効率Ｓｎｏｗを乗算
し、これにより放電可能残量の初期値Ｑｉｎｔを計算す
る。続いて演算回路１０は、ステップＳＰ８に移り、ス
テップＳＰ６で計算した充放電量Ｑｎｏｗを放電可能残
量の初期値Ｑｉｎｔに加算して初期値Ｑｉｎｔを更新す
る。

【００２６】続いて演算回路１０は、ステップＳＰ９に
移り、このようにして計算した放電可能残量の初期値Ｑ
ｉｎｔによる表示を表示装置１１に指示する。続いて演
算回路１０は、ステップＳＰ１０に移り、放電可能残量
の初期値Ｑｉｎｔを充放電効率Ｓｎｏｗにより割り算し
て残存容量Ｑｂｅｆを算出し、この残存容量を記録回路
９に記録する。

【００２７】続いて演算回路１０は、ステップＳＰ１１
に移り、上位のコントローラより動作の終了が指示され
たか否か判断し、ここで否定結果が得られると、ステッ
プＳＰ２に戻る。これにより演算回路１０は、バッテリ
ユニット３の充電が継続されている場合には、ステップ
ＳＰ２−ＳＰ３−ＳＰ４−ＳＰ５−ＳＰ６−ＳＰ７−Ｓ
Ｐ８−ＳＰ９−ＳＰ１０−ＳＰ１１−ＳＰ２の処理手順
を繰り返し、バッテリユニット３の放電可能残量Ｑｉｎ
ｔを順次検出して表示を切り換えると共に、残存容量Ｑ
ｂｅｆを順次更新する。

【００２８】これに対してユーザーにより加速が指示さ
れた場合等にあっては、ステップＳＰ４において肯定結
果が得られることにより、演算回路１０は、ステップＳ
Ｐ４からステップＳＰ１２に移る。ここで演算回路１０
は、充放電効率のテーブルをアクセスして対応する充放
電効率Ｓｎｏｗを検出する。このとき演算回路１０は、
電流検出回路６で検出した放電電流、電池温度検出回路
７で検出した温度に対応する充放電効率が記録されてい
ない場合、値の近い放電電流、温度に対応する充放電効
率をロードし、このロードした充放電効率を用いた補間
演算処理により、検出された温度、放電電流による充放
電効率Ｓｎｏｗを計算する。

【００２９】これにより演算回路１０は、充放電経路に
流れる電流の極性により充放電効率Ｓｎｏｗを設定し、
続くステップＳＰ７において、ステップＳＰ６で計算し
た１サンプリング周期の期間における充放電量Ｑｎｏｗ
にこの充放電効率Ｓｎｏｗを乗算し、続くステップＳＰ
８において、放電可能残量Ｑｉｎｔを更新する。これに
より演算回路１０は、放電電流、温度に応じて変化する
放電効率により放電可能残量を計算し、この放電可能残
量を表示する。

【００３０】これに対して上位のコントローラより動作
の終了が指示されると、演算回路１０は、ステップＳＰ
１１からステップＳＰ１３に移り、この処理手順を終了
する。

【００３１】（２）実施の形態の動作 以上の構成において、電動自動車１においては（図
１）、ユーザーの操作により上位のコントローラより起
動が指示されると、充放電制御回路５、インバータ２を
介してバッテリユニット３の電力がモータＭに供給さ
れ、これによりこのモータＭの駆動力により動作を開始
する。またユーザーにより減速が指示されると、モータ
Ｍが回生制動され、その結果得られる電力がインバータ
２、充放電制御回路５を介してバッテリユニット３に供
給され、これによりバッテリユニット３が充電される。
また燃料電池等による電力が充放電制御回路５を介して
バッテリユニット３に供給され、これによりバッテリユ
ニット３が充電される。

【００３２】このようにしてバッテリユニット３を充放
電する電動自動車１においては、所定周期によりバッテ
リユニット３の放電可能残量が繰り返し計算され、この
放電可能残量が表示装置１１で表示される。

【００３３】この各繰り返しにおいて、電動自動車１で
は、充放電経路を流れる電流が電流検出回路６により検
出され、また各バッテリセル４の温度が電池温度検出回
路７により検出される。電動自動車１においては、この
充放電経路を流れる電流の極性よりバッテリユニット３
の充電、放電が検出され（図１、ステップＳＰ４）、充
電の場合、充放電効率が値１に設定される（図１、ステ
ップＳＰ５）。これに対して放電の場合、検出された放
電電流、温度を基準にした記録回路９に記録された充放
電変換テーブルのアクセスにより充放電効率が設定され
る（図１、ステップＳＰ１２）。

【００３４】電動自動車１では、このようにして設定さ
れた充放電効率によりバッテリユニット３の放電可能残
量が補正され、さらに各繰り返し周期でバッテリユニッ
ト３に入出力する電力が補正され、これらが加減算され
て放電可能残量が更新される。

【００３５】これにより電動自動車１では、充放電経路
に流れる電流の極性に応じて、充電の場合は、充放電効
率を値１に設定し、また放電の場合は放電電流、温度に
応じて充放電効率を設定し、このようにして設定した充
放電効率によりバッテリユニットの放電可能残量を検出
する。従って電動自動車１では、充放電を不規則に繰り
返して著しく負荷が変化する場合でも、単に充放電効率
の設定により、充電の場合と放電の場合とで同一の処理
を繰り返して放電可能残量を計算することができる。こ
れにより電動自動車では、充放電の不規則な繰り返しに
よる負荷が激しく変化する場合でも、また温度変化の激
しい屋外で使用される場合であっても、リアルタイムで
正しく放電可能残量を計算することができる。

【００３６】（３）実施の形態の効果 以上の構成によれば、充電の場合は、充放電効率を値１
に設定し、また放電の場合は放電電流、温度に応じて充
放電効率を設定し、このようにして設定した充放電効率
によりバッテリユニットの放電可能残量を検出すること
により、負荷が激しく変化する場合でも、また温度変化
の激しい屋外で使用される場合であっても、リアルタイ
ムで正しく放電可能残量を計算することができる。

【００３７】また放電電流、温度に応じて充放電効率の
変換テーブルをアクセスし、必要に応じた補間演算処理
により充放電効率を設定することにより、小型の変換テ
ーブルにより高い精度で放電可能残量を計算することが
でき、その分簡易な構成で、正しく放電可能残量を計算
することができる。

【００３８】（４）他の実施の形態 なお上述の実施の形態においては、リチウムイオン電池
による二次電池を充放電する場合について述べたが、本
発明はこれに限らず、種々の電池による二次電池を充放
電する場合に広く適用することができる。なお電池の種
類によっては、充電時、充放電効率が値１より小さくな
ることが考えられることにより、リチウムイオン電池以
外の二次電池に適用する場合には、充電時、充放電効率
は、それぞれ実測した値等により所定の値に設定するこ
とが必要となる。

【００３９】また上述の実施の形態においては、本発明
を電動自動車に適用する場合について述べたが、本発明
はこれに限らず、電動アシスト付き自転車、電動工具等
の電動機を使用した装置に適用しても良く、さらには電
動機以外を負荷にしてなる装置に広く適用することがで
きる。

【００４０】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、充電の場
合は、充放電効率を所定の値に設定し、また放電の場合
は、放電電流、温度に応じて充放電効率を設定し、この
ようにして設定した充放電効率により放電可能残量を検
出することにより、負荷が激しく変化する場合でも、ま
た温度変化の激しい屋外で使用される場合であっても、
正しく放電可能残量を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る電動自動車における
演算回路の処理手順を示すフローチャートである。

【図２】図１の演算回路が適用される電動自動車を示す
ブロック図である。

【図３】図１の電動自動車の充放電効率変換テーブルを
示す図表である。

【符号の説明】

１……電動自動車、３……バッテリユニット、４……バ
ッテリセル、６……電流検出回路、７……電池温度検出
回路、９……記録回路、１０……演算回路、１１……表
示装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G016 CA03 CB12 CB21 CB31 CC02 CC03 CC04 CC06 CC23 CF06 3D035 AA05 5G003 AA07 BA01 DA07 EA05 FA06 GB06 GC05 5H030 AA00 AS08 AS12 FF22 FF42 5H115 PG04 PI16 PI18 PU01 QE10 QI04 QN02 SE06 TI02 TI05 TI06 TI10 TR19 UB20

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バッテリの充放電経路の電流を検出して電
   流検出結果を出力する電流検出手段と、 前記バッテリの温度を検出して温度検出結果を出力する
   温度検出手段と、 前記温度検出結果及び前記電流検出結果に基づいて、前
   記バッテリの充放電効率を設定する充放電効率設定手段
   と、 前記充放電効率により前記バッテリの放電可能残量を計
   算する演算手段とを有し、 前記充放電効率設定手段は、 前記電流検出結果により前記充放電経路の電流が充電電
   流の場合、 前記充放電効率を所定の値に設定し、 前記電流検出結果により前記充放電経路の電流が放電電
   流の場合、 前記温度検出結果及び前記電流検出結果に基づいて、所
   定の記録手段に記録されたデータをアクセスして前記充
   放電効率を設定することを特徴とするバッテリ装置。
2. 【請求項２】バッテリの充放電経路の電流と、前記バッ
   テリの温度とを基準にして前記バッテリの充放電効率を
   設定し、 前記充放電効率により前記バッテリの放電可能残量を計
   算するバッテリの残量検出方法であって、 前記充放電経路の電流が充電電流の場合、 前記充放電効率を所定の値に設定し、 前記充放電経路の電流が放電電流の場合、 前記温度検出結果及び前記電流検出結果に基づいて、所
   定の記録手段に記録されたデータをアクセスして前記充
   放電効率を設定することを特徴とするバッテリの残量検
   出方法。