JP2001309564A - 電気自動車の電池制御方法と制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力消費を少なくして電池を理想的な環境で
充放電する。 【解決手段】 電気自動車の電池制御方法は、走行用電
池１の電圧を検出して、検出した電池電圧をパラメータ
として走行用電池１の充放電を制御する。電池制御方法
は、電池電流を演算して電池の残容量を検出し、電池の
残容量が最小設定容量（Ｘ1）よりも小さく、あるいは
最大設定容量（Ｘ2）よりも大きいときに電池電圧を検
出して検出電圧をパラメータとして充放電を制御し、残
容量が最小設定容量（Ｘ1）よりも大きくて最大設定容
量（Ｘ2）よりも小さいときは、電池電圧を検出して電
池の充放電を制御するのを中断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車の電池
制御方法とその装置に関する。本明細書において、電気
自動車は、電池のみで走行する自動車のみでなく、電池
とエンジンの両方で走行するハイブリッドカーを含む意
味に使用する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車は、電池の過充電と過放電を
監視しながら、電池の残容量を理想的な範囲に制御して
充放電させる。過充電や過放電が、電池の特性を著しく
低下して、寿命を著しく短くするからである。

【０００３】従来の電気自動車は、電池電圧を検出し、
さらに、電池の残容量を演算して過充電や過放電を防止
しながら充放電を制御している。電池の残容量は、電池
の充電電流と放電電流を積算して演算できる。実質的な
充電容量から放電容量を減算して残容量を演算できる。

【０００４】従来の電気自動車は、このことを実現する
ために、電池の充放電を制御するバッテリーＥＣＵを搭
載している。バッテリーＥＣＵは、電池電圧と充放電電
流を検出し、検出した電池電圧や充放電電流をパラメー
タとして、電池の残容量を演算し、残容量や電池電圧か
ら電池の充放電を制御する。バッテリーＥＣＵは、電気
自動車を走行させる走行用電池、あるいは、電気自動車
の電装品に電力を供給する電装用バッテリーから電力を
供給している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】バッテリーＥＣＵは、
常に電池の状態を監視して、過充電や過放電を確実に防
止する必要がある。したがって、バッテリーＥＣＵは、
好ましくは、電気自動車を走行させない状態において
も、電池の残容量等を演算して監視する必要がある。そ
れは、電気自動車を走行させない状態にあっても、電池
の自己放電によって、残容量が次第に減少するからであ
る。

【０００６】常に電池の状態を監視するバッテリーＥＣ
Ｕは、連続して電力を消費するので常に電池を放電させ
る。このため、トータルの消費電力を無視できなくなる
ことがある。とくに、長い期間にわたって電気自動車を
走行させないとき、あるいは、長い期間に電池を充電し
ないとき、電池を過放電させる原因となる。また、電池
の状態を常時監視しないで、電気自動車を走行させる状
態にかぎって、たとえば、自動車のイグニッションスイ
ッチをオンにする状態でのみ、バッテリーＥＣＵで電池
の状態を監視するにしても、走行する状態ではバッテリ
ーＥＣＵが常に電力を消費する。電気自動車は、電気で
走行することから、いかに電力消費を少なくできるかが
極めて大切である。このことから、バッテリーＥＣＵ等
の電力消費をいかに極減できるかが、極めて大切であ
る。

【０００７】本発明は、このことを実現することを目的
に開発されたもので、本発明の重要な目的は、電力消費
を少なくして電池を理想的な環境で充放電できる電気自
動車の電池制御方法と装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の電気自動車の電
池制御方法は、走行用電池１の電圧を検出して、検出し
た電池電圧をパラメータとして走行用電池１の充放電を
制御する。さらに、電池制御方法は、電池電流を演算し
て電池の残容量を検出し、電池の残容量が最小設定容量
（Ｘ1）よりも小さく、あるいは最大設定容量（Ｘ2）よ
りも大きいときに電池電圧を検出して検出電圧をパラメ
ータとして充放電を制御し、残容量が最小設定容量（Ｘ
1）よりも大きくて最大設定容量（Ｘ2）よりも小さいと
きは、電池電圧を検出して電池の充放電を制御するのを
中断する。

【０００９】本発明の電気自動車の電池制御方法は、好
ましくは、電池に流れる電流を検出し、電池電流が設定
電流よりも大きいときは、残容量にかかわらず、電池電
圧を検出する。

【００１０】さらに、本発明の請求項３の電気自動車の
電池制御装置は、走行用電池１の電圧を検出する電圧検
出回路２と、走行用電池１の残容量を演算する演算処理
回路３と、電圧検出回路２と電池との間に接続されて、
演算処理回路３に制御されるスイッチ回路４とを備え
る。この装置は、演算処理回路３が電池の残容量を演算
し、演算した残容量が最小設定容量（Ｘ1）よりも小さ
く、あるいは最大設定容量（Ｘ2）よりも大きいときに
スイッチ回路４をオン状態として、電池電圧を電圧検出
回路２に出力し、残容量が最小設定容量（Ｘ1）と最大
設定容量（Ｘ2）との間にあるとき、スイッチ回路４を
オフにして、電池電圧を電圧検出回路２に出力しないよ
うに制御する。

【００１１】さらに、本発明の請求項４の電気自動車の
電池制御装置は、演算処理回路３に制御されるスイッチ
回路４を、電圧検出回路２の電源回路に接続している。
この装置は、演算処理回路３が電池の残容量を演算し、
演算した残容量が最小設定容量（Ｘ1）よりも小さく、
あるいは最大設定容量（Ｘ2）よりも大きいときにスイ
ッチ回路４をオン状態として、電圧検出回路２を動作状
態とし、残容量が最小設定容量（Ｘ1）と最大設定容量
（Ｘ2）との間にあるとき、スイッチ回路４をオフにし
て、電圧検出回路２に非動作状態とする。

【００１２】さらに、本発明の請求項５の電気自動車の
電池制御方法は、走行用電池１の電圧を検出し、電池電
圧が最低設定電圧（Ｖ1）よりも低く、あるいは最高設
定電圧（Ｖ2）よりも高いときに電池電圧を検出して、
検出した電池電圧をパラメータとして充放電を制御す
る。さらに、電池制御方法は、電池電圧が最低設定電圧
（Ｖ1）よりも高くて最高設定電圧（Ｖ2）よりも低いと
きに、電池電圧を検出して電池の充放電を制御するのを
中断する。

【００１３】さらに、本発明の請求項６の電気自動車の
電池制御装置は、走行用電池１の電圧を検出して、検出
した電池電圧を最低設定電圧（Ｖ1）と最高設定電圧
（Ｖ2）に比較する電圧比較回路１０と、電圧比較回路
１０の出力信号で電池の充放電を制御する演算処理回路
３とを備える。電圧比較回路１０は、検出した電池電圧
が、低設定電圧（Ｖ1）よりも低く、あるいは、最高設
定電圧（Ｖ2）より高いときに出力信号を演算処理回路
３に出力し、電池電圧が最低設定電圧（Ｖ1）よりも高
くて最高設定電圧（Ｖ2）よりも低いときに、演算処理
回路３に出力信号を出力しないようにしている。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明
の技術思想を具体化するための電気自動車の電池制御方
法と電池制御装置を例示するものであって、本発明は電
池制御方法と装置を以下のものに特定しない。

【００１５】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する
番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決
するための手段の欄」に示される部材に付記している。
ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材
に特定するものでは決してない。

【００１６】図１と図２に示す電気自動車の電池制御装
置は、電気自動車に搭載している走行用電池１の電圧を
検出する電圧検出回路２と、電池の過充電と過放電を防
止しながら充放電を制御する演算処理回路３と、この演
算処理回路３でオンオフに切り換えて制御されるスイッ
チ回路４とを備える。走行用電池１は、ニッケル−水素
電池、リチウムイオン二次電池、ニッケル−カドミウム
電池等の二次電池である。

【００１７】演算処理回路３は、電池を過充電させない
で充電するために、また、過放電させないで放電するた
めに、電池の残容量を演算し、残容量で充放電を制御す
る。演算処理回路３は、電池の残容量が少なくなると、
放電を制限または停止して充電のみさせるように制御
し、反対に残容量が満充電に近付くと、充電を制限また
は停止して放電のみさせるように制御する。電池の残容
量は、電池に流れる電流を積算して演算される。充電電
流の積算値である充電容量から、放電電流の積算値であ
る放電容量を減算して残容量は演算される。充電容量
は、正確には、充電電流の積算値に充電効率を乗算する
ことにより演算される。

【００１８】さらに、演算処理回路３は、電池電圧を検
出して、演算した残容量を補正する。充電電流と放電電
流を積算して演算される残容量を、実質的な電池の残容
量と正確に一致させることは極めて難しい。演算される
残容量は演算するにしたがって誤差が累積する。演算さ
れた残容量は、電池電圧を検出して補正できる。電池を
完全に放電し、あるいは満充電するとき、電池電圧が特
定の電圧値となるからである。したがって、演算処理回
路３は、電池が完全に放電されるか完全放電に近い状態
となるときと、満充電されるかあるいは満充電に近い状
態まで充電されるときに、電池電圧で残容量を補正す
る。

【００１９】以上の演算処理回路３は、電池電圧をパラ
メータとして演算した残容量を補正し、補正された残容
量で電池の充放電を制御する。ただ、演算処理回路は、
電池電圧で直接に充放電を制御することもできる。この
演算処理回路は、電池電圧が最低設定電圧まで低下する
と放電を禁止し、電池電圧が最高設定電圧まで上昇する
と充電を禁止するように充放電を制御する。さらに、演
算処理回路は、電池電圧で残容量を補正しながら、電池
電圧と残容量の両方で充放電を制御することもできる。
この演算処理回路は、たとえば、残容量の大きさによっ
て、充放電させる最大電流を制限し、電池電圧で充電と
放電を禁止する。

【００２０】さらに、演算処理回路３は、スイッチ回路
４をオンオフに切り換える。図１のスイッチ回路４は、
電池と電圧検出回路２との間に接続されて、オンになる
と電池電圧を電圧検出回路２に入力し、オフになると電
池電圧を電圧検出回路２に入力しないようにする。図２
のスイッチ回路４は、電源回路に接続されて、オンにな
ると電圧検出回路２に電源電圧を供給して動作状態と
し、オフになると電源電圧を供給しなくして、電圧検出
回路２を非動作状態とする。このスイッチ回路４は、電
圧検出回路２と電装用電池９との間の電源回路に接続さ
れる。

【００２１】図３は、演算処理回路３が、スイッチ回路
４をオンにする領域とオフにする領域を示している。演
算処理回路３は、電池の残容量が最小設定容量（Ｘ1）
よりも小さいときと、最大設定容量（Ｘ2）よりも大き
いときに、スイッチ回路４をオンにする。スイッチ回路
４がオンになると、図１の装置は、電池電圧を電圧検出
回路２に入力して、電圧検出回路２で電池電圧を検出す
る。図２の装置は、スイッチ回路４がオンになると、電
装用電池９に電源を供給して動作状態とする。

【００２２】電池の残容量が最小設定容量よりも大きく
て最大設定容量よりも小さいときは、スイッチ回路４を
オフに切り換える。オフ状態に切り換えれた図１のスイ
ッチ回路４は、電池電圧を電圧検出回路２に出力しな
い。したがって、この状態では、電圧検出回路２は電池
電圧の検出を中断する。図２のスイッチ回路４は、オフ
になると、電装用電池９に電源電圧が供給されず、非動
作状態となって、電池電圧の検出を中断する。この状態
になると、電圧検出回路２が電池電圧を検出しなくなる
ので、演算処理回路３は電池電圧をパラメータとして、
電池の充放電を制御しなくなる。

【００２３】電圧検出回路２が、電池電圧の検出を中断
するのは、電池の残容量が最小設定容量と最大設定容量
の間である。残容量をこの領域とする電池は、過充電す
ることも、また過放電することもない。このため、この
領域で電池電圧の検出を中断しても、電池に悪い影響を
与えることはない。

【００２４】電圧検出回路２は、スイッチ回路４がオン
のときに電池電圧を検出するが、スイッチ回路４がオフ
になると電池電圧を検出しない休止状態となる。図に示
す電圧検出回路２は、直列に接続している各々の電池電
圧を独立して検出する。図示しないが、電圧検出回路
は、直列に接続している電池を複数のブロックに分割し
て、各々の電池ブロックの電圧を検出し、あるいは、走
行用電池全体の電圧を検出することもできる。各々の電
池電圧を検出する電圧検出回路は、全ての電池電圧を監
視しながら、充放電できる。

【００２５】図１と図２の電圧検出回路２は、電池電圧
を分圧して降圧する分圧回路５と、この分圧回路５の出
力電圧を一時的に記憶するバッファ６と、バッファ６と
に記憶される電池電圧を設定電圧に比較する差動増幅回
路７とを備える。

【００２６】差動増幅回路７は、バッファ６から入力さ
れる電池電圧を、図４に示すように、過放電警告電圧と
過充電警告電圧とに比較し、入力される電圧が過放電警
告電圧よりも低いときに過放電警告信号を出力し、過充
電警告電圧よりも高いときに過充電警告信号を演算処理
回路３に出力する。図に示す電圧検出回路２は、差動増
幅回路７から過放電警告信号と過充電警告信号を演算処
理回路３に出力しているが、電圧検出回路が電池電圧を
示す信号を演算処理回路に出力し、演算処理回路で電池
の過充電と過放電を判定することもできる。

【００２７】図１と図２の電池制御装置は、図５に示す
ように、以下のフローチャートで電池の充放電を制御す
る。ただし、以下のフローチャートは、スイッチ回路４
を常時オフ状態として、演算処理回路３からオンに切り
換える信号が入力されるとオン状態に切り換える方法を
示している。演算処理回路は、スイッチ回路をオンにす
る信号とオフにする信号の両方を出力するようにもでき
る。

【００２８】［ｎ＝１のステップ］演算処理回路３は、
電流検出回路８からの信号で、電池に流れる電流を検出
する。 ［ｎ＝２のステップ］演算処理回路３は、電池の電流値
が設定電流（Ｉr）よりも大きいかどうかを判定する。
電池電流が設定電流よりも小さいと、次のステップに進
む。電池電流が設定電流よりも大きいと、ｎ＝６のステ
ップにジャンプして、スイッチ回路４をオンに切り換え
る。このステップは、電池に設定電流よりも大きな電流
が流れるときに、残容量に関係なくスイッチ回路４をオ
ンにして、電池電圧を検出する。この方法は、過大な電
流によって電池が劣化するのを有効に防止できる。

【００２９】［ｎ＝３のステップ］演算処理回路３は、
充電電流と放電電流を積算して残容量を演算する。 ［ｎ＝４のステップ］演算した直流の残容量を最小設定
容量に比較し、残容量が最小設定容量（Ｘ1）よりも小
さいかどうかを判定する。残容量が最小設定容量よりも
小さいとｎ＝６のステップにジャンプし、残容量が最小
設定容量（Ｘ1）よりも大きいとｎ＝５のステップに進
む。 ［ｎ＝５のステップ］電池の残容量が最小容量設定容量
（Ｘ1）よりも大きいと、残容量が最大設定容量（Ｘ2）
よりも大きいかどうかを判定する。残容量が最大設定容
量（Ｘ2）よりも大きいと、ｎ＝６のステップに進み、
残容量が最大設定容量（Ｘ2）よりも小さいとｎ＝１の
ステップにジャンプする。 ［ｎ＝６のステップ］残容量が最小設定容量（Ｘ1）よ
りも小さく、あるいは、最大設定容量（Ｘ2）よりも大
きいと、このステップでスイッチ回路４をオンにする。 ［ｎ＝７のステップ］スイッチ回路４がオンになると、
電圧検出回路２が電池電圧を検出する。電圧検出回路２
が電池電圧を検出する状態になると、電圧検出回路２
は、電池電圧を過放電警告電圧と過充電警告電圧に比較
し、あるいは、電池電圧で残容量を補正する信号を演算
処理回路３に出力する。

【００３０】さらに、本発明の電気自動車の電池制御装
置は、残容量で電池電圧を検出する状態を制御するので
はなく、電池電圧を最低設定電圧と最高設定電圧に比較
し、電池電圧が最低設定電圧よりも低いときと、最高設
定電圧よりも高いときにかぎって電池電圧を検出し、電
池電圧が最低設定電圧と最高設定電圧の間にあるときに
は、電池電圧を検出しないようにすることもできる。

【００３１】このことを実現する電池制御装置を図６に
示す。この装置は、走行用電池１の電圧を検出して、検
出した電池電圧を最低設定電圧と最高設定電圧に比較す
る電圧比較回路１０と、電圧比較回路１０の出力信号で
電池の充放電を制御する演算処理回路３とを備える。

【００３２】電圧比較回路１０は、図７に示すように、
電池電圧を最低設定電圧（Ｖ1）と最高設定電圧（Ｖ2）
とに比較し、電池電圧が最低設定電圧（Ｖ1）と最高設
定電圧（Ｖ2）との間においては演算処理回路３に出力
せず、電池電圧が最低設定電圧（Ｖ1）よりも低いとき
に過放電警告信号を演算処理回路３に出力して、最高設
定電圧（Ｖ2）より高いときには過充電警告信号を演算
処理回路３に出力する。

【００３３】図６の装置は、図８に示す以下のフローチ
ャートで電池電圧を検出する。 ［ｎ＝１のステップ］このステップで電圧比較回路１０
は、検出した電池電圧を最低設定電圧と最高設定電圧と
に比較する。 ［ｎ＝２、３のステップ］電圧比較回路１０は、最初に
電圧値が最低設定電圧（Ｖ1）よりも低いかどうかを判
定し、電圧値が最低設定電圧（Ｖ1）よりも低いと過放
電警告信号を演算処理回路３に出力する。このステップ
で、過放電警告信号が入力される演算処理回路３は、電
池が過放電しないように放電を制限あるいは禁止して、
充電のみできるように制御する。電圧値が最低設定電圧
（Ｖ1）よりも高いときは、次のｎ＝４のステップに進
む。 ［ｎ＝４、５のステップ］つぎに、電圧比較回路１０
は、電圧値が最高設定電圧（Ｖ2）よりも高いかどうか
を判定し、電圧値が最高設定電圧（Ｖ2）よりも高いと
過充電警告信号を演算処理回路３に出力する。このステ
ップで、過充電警告信号が入力される演算処理回路３
は、電池を過充電しないように充電を制限あるいは禁止
して、放電のみできるように制御する。電圧電圧値が最
高設定電圧（Ｖ2）よりも低いときは、ｎ＝１のステッ
プにジャンプする。

【００３４】

【発明の効果】本発明の電気自動車の電池制御方法と電
池制御装置は、電力消費を少なくして電池を理想的な環
境で充放電できる特長がある。それは、本発明の電池制
御方法と装置が、電池の残存量が最小設定容量と最大設
定容量の間にあるとき、あるいは、電池電圧が最低設定
電圧と最高設定電圧の間にあるときは、電圧を検出して
電池の充放電を制御するのを中断しているからである。
本発明の電池制御方法と装置は、残容量や電池電圧が所
定の範囲内にあるときは電圧を検出しないので、常に電
圧検出をする必要がなく、電圧検出回路での電力消費を
少なくして、電池の放電量を低減しながら理想的に充放
電できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の電池制御装置の回路構成を示
すブロック図

【図２】本発明の他の実施例の電池制御装置の回路構成
を示すブロック図

【図３】電池の残容量で電池の充放電を制御する状態を
示すグラフ

【図４】電池電圧で電池の充放電を制御する状態を示す
グラフ

【図５】電池の充放電を制御する状態を示すフローチャ
ート図

【図６】本発明の他の実施例の電池制御装置の回路構成
を示すブロック図

【図７】図６に示す電池制御装置の電圧比較回路の回路
図

【図８】電池の充放電を制御する状態を示すフローチャ
ート図

【符号の説明】 １…走行用電池 ２…電圧検出回路 ３…演算処理回路 ４…スイッチ回路 ５…分圧回路 ６…バッファ ７…差動増幅回路 ８…電流検出回路 ９…電装用電池 １０…電圧比較回路

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Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行用電池(1)の電圧を検出して、検出
   した電池電圧をパラメータとして走行用電池(1)の充放
   電を制御する電気自動車の電池制御方法において、 電池電流を演算して電池の残容量を検出し、電池の残容
   量が最小設定容量(X1)よりも小さく、あるいは最大設定
   容量(X2)よりも大きいときに電池電圧を検出して検出電
   圧をパラメータとして充放電を制御し、 残容量が最小設定容量(X1)よりも大きくて最大設定容量
   (X2)よりも小さいときは、電池電圧を検出して電池の充
   放電を制御するのを中断することを特徴とする電気自動
   車の電池制御方法。
2. 【請求項２】 電池に流れる電流を検出し、電池電流が
   設定電流よりも大きいときは、残容量にかかわらず、電
   池電圧を検出する請求項１に記載の電気自動車の電池制
   御方法。
3. 【請求項３】 走行用電池(1)の電圧を検出する電圧検
   出回路(2)と、走行用電池(1)の残容量を演算する演算処
   理回路(3)と、電圧検出回路(2)と電池との間に接続され
   て、演算処理回路(3)に制御されるスイッチ回路(4)とを
   備え、 演算処理回路(3)が電池の残容量を演算し、演算した残
   容量が最小設定容量(X1)よりも小さく、あるいは最大設
   定容量(X2)よりも大きいときにスイッチ回路(4)をオン
   状態として、電池電圧を電圧検出回路(2)に出力し、残
   容量が最小設定容量(X1)と最大設定容量(X2)との間にあ
   るとき、スイッチ回路(4)をオフにして、電池電圧を電
   圧検出回路(2)に出力しないように制御する電気自動車
   の電池制御装置。
4. 【請求項４】 走行用電池(1)の電圧を検出する電圧検
   出回路(2)と、走行用電池(1)の残容量を演算する演算処
   理回路(3)と、電圧検出回路(2)の電源回路に接続され
   て、演算処理回路(3)に制御されるスイッチ回路(4)とを
   備え、 演算処理回路(3)が電池の残容量を演算し、演算した残
   容量が最小設定容量(X1)よりも小さく、あるいは最大設
   定容量(X2)よりも大きいときにスイッチ回路(4)をオン
   状態として、電圧検出回路(2)を動作状態とし、残容量
   が最小設定容量(X1)と最大設定容量(X2)との間にあると
   き、スイッチ回路(4)をオフにして、電圧検出回路(2)を
   非動作状態とする電気自動車の電池制御装置。
5. 【請求項５】 走行用電池(1)の電圧を検出して、検出
   した電池電圧をパラメータとして走行用電池(1)の充放
   電を制御する電気自動車の電池制御方法において、 電池電圧を検出し、電池電圧が最低設定電圧(V1)よりも
   低く、あるいは最高設定電圧(V2)よりも高いときに電池
   電圧を検出して、検出した電池電圧をパラメータとして
   充放電を制御し、 電池電圧が最低設定電圧(V1)よりも高くて最高設定電圧
   (V2)よりも低いときに、電池電圧を検出して電池の充放
   電を制御するのを中断することを特徴とする電気自動車
   の電池制御方法。
6. 【請求項６】 走行用電池(1)の電圧を検出して、検出
   した電池電圧を最低設定電圧(V1)と最高設定電圧(V2)に
   比較する電圧比較回路(10)と、電圧比較回路(10)の出力
   信号で電池の充放電を制御する演算処理回路(3)とを備
   え、 電圧比較回路(10)は、検出した電池電圧が、最低設定電
   圧(V1)よりも低く、あるいは、最高設定電圧(V2)より高
   いときに出力信号を演算処理回路(3)に出力し、電池電
   圧が最低設定電圧(V1)よりも高くて最高設定電圧(V2)よ
   りも低いときに、演算処理回路(3)に出力信号を出力し
   ないようにしてなる電気自動車の電池制御装置。