JP2530074B2 - 鉛蓄電池の残存容量推定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】この発明は、電気自動車の電源として使用
される鉛蓄電池の残存容量推定装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、電気自動車用の電源として、鉛蓄
電池が使用されている。

【０００３】この鉛蓄電池は、寿命と価格の面で優れて
いる半面、一回の充電における蓄電容量が少ないことか
ら、電気自動車用の電源として使用した場合、走行距離
が短くなってしまう上に、充電場所が限られているので
容易に充電できないのが現状である。

【０００４】従って、鉛蓄電池を使用するに際しては、
所望時点において走行可能距離を的確に推定できること
が必要であり、そのために、鉛蓄電池の残存容量を正確
に把握することが重要となる。

【０００５】この残存容量の正確な把握のために、鉛蓄
電池の性能を表す指標の一つであり、電池の起電力に対
応している開路電圧が目安として用いられている。

【０００６】ところで、鉛蓄電池は、放電による電圧降
下が大きい上に、化学反応及び拡散現象等のため電圧降
下後の電圧回復までに長時間を要することから、開路電
圧を測定するには、電圧降下を止めるために一旦放電を
中止した後、電圧が徐々に回復するまで長時間待つこと
が必要であった。

【０００７】そこで、先に電池回路を遮断して、放電中
断後の短時間の端子電圧の変化を測定して開路電圧の推
定を行い、更にその推定結果から鉛蓄電池の残存容量を
推定することが考えられる。

【０００８】ところが、測定に際しては、実際に電池回
路を遮断することが必要であり遮断により自動車が停止
してしまうことから、例えば交通量の多い場所では測定
することができない等、測定に際しての制約があった。

【０００９】このため、電池回路を遮断せずに開路電圧
の推定ができることが望まれる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電池回
路を遮断しない場合には、放電中の電流の影響により測
定した端子電圧は不規則に変動することが多く、これら
の不規則データから開路電圧を推定するのは困難であ
り、ついては鉛蓄電池の残存容量の推定も困難であると
いう問題点があった。

【００１１】この発明は、上記問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、電池回路を遮断
することなく、通電中の電圧及び電流の測定データから
開路電圧を推定し、この推定開路電圧に基づき鉛蓄電池
の残存容量を推定する鉛蓄電池の残存容量推定装置を提
供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明に係る鉛蓄電池の残存容量推定装置は、負
荷が接続された状態の鉛蓄電池の放電電流と放電電圧と
を実測する検出手段と、検出手段からの放電電流および
放電電圧の現在までの値を記憶する記憶手段と、記憶手
段が記憶する放電電流の各実測値に対して、この放電電
流の各実測値に重みを与える重み係数をそれぞれ掛けた
値に、負荷を外した状態の鉛蓄電池の開路電圧の推定値
を加えて、鉛蓄電池の放電電圧の推定値を算出する第一
演算回路と、第一演算回路が算出した放電電圧の推定値
に対する、実測した放電電圧の誤差を算出する比較回路
と、比較回路が算出した誤差が最小であるかどうかを判
断する判断回路とを備え、第一演算回路は、判断回路の
判断結果が最小でない場合、算出した誤差と放電電流の
実測値とに基づいて各重み係数を修正すると共に、算出
した誤差に基づいて開路電圧を修正し、修正した各重み
係数と開路電圧とを用いて鉛蓄電池の放電電圧の推定値
の算出を繰り返し、判断回路の判断結果が最小になった
ときの開路電圧の値を出力し、放電量と開路電圧との関
係を示す関係式が設定され、この関係式から得た開路電
圧と、第一演算回路からの開路電圧との誤差が最小にな
るように、関係式を修正し、誤差が最小になるときの放
電量を鉛蓄電池の放電量とし、誤差を最小にする関係式
を用いて、開路電圧の制限値に対応する放電量と、第一
演算回路から受け取った開路電圧に対応する放電量との
差を算出し、この放電量の差を残存容量として出力する
第二演算回路を備える。

【００１３】

【作用】上記構成を有する鉛蓄電池の残存容量推定装置
は、検出手段により、放電中の鉛蓄電池から電流と端子
電圧とを実測し、記憶手段により、検出手段からの放電
電流および放電電圧の現在までの値を記憶する。第一演
算回路により、記憶手段が記憶する放電電流の各実測値
に対して、この放電電流の各実測値に重みを与える重み
係数をそれぞれ掛けた値に、負荷を外した状態の鉛蓄電
池の開路電圧の推定値を加えて、鉛蓄電池の放電電圧の
推定値を算出し、比較回路により、第一演算回路が算出
した放電電圧の推定値に対する、実測した放電電圧の誤
差を算出し、判断回路により、比較回路が算出した誤差
が最小であるかどうかを判断する。そして、第一演算回
路は、判断回路の判断結果が最小でない場合、算出した
誤差と放電電流の実測値とに基づいて各重み係数を修正
すると共に、算出した誤差に基づいて開路電圧を修正
し、修正した各重み係数と開路電圧とを用いて鉛蓄電池
の放電電圧の推定値の算出を繰り返し、判断回路の判断
結果が最小になったときの開路電圧の値を出力する。さ
らに、第二演算回路により、放電量と開路電圧との関係
を示す関係式が設定され、この関係式から得た開路電圧
と、第一演算回路からの開路電圧との誤差が最小になる
ように、関係式を修正し、誤差が最小になるときの放電
量を鉛蓄電池の放電量とし、誤差を最小にする関係式を
用いて、開路電圧の制限値に対応する放電量と、第一演
算回路から受け取った開路電圧に対応する放電量との差
を算出し、この放電量の差を残存容量として出力する。

【００１４】

【実施例】以下に、この発明に係る鉛蓄電池の残存容量
推定装置の実施例を、図面を参照しつつ説明する。

【００１５】図１４に示す鉛蓄電池の残存容量推定装置
１０は、図１に示す鉛蓄電池の開路電圧推定装置２０に
より得られた開路電圧に基づき、鉛蓄電池の残存容量を
推定するものである。

【００１６】図１に示す鉛蓄電池の開路電圧推定装置２
０は、適応ディジタルフィルタ（以下、ADFと略記す
る）１１を適用して鉛蓄電池PBの開路電圧を推定する。

【００１７】その図１において、Ｒは負荷であり、この
負荷Ｒには、電気自動車に搭載される電動機等の各種の
電気部品が対応しているが、ここでは電気自動車の代わ
りに等価モデルを用いて説明することにする。

【００１８】図２は、その等価モデルによる実験システ
ムの主要構成を示すものである。

【００１９】（実験システムの概要）実験システムは、
走行抵抗を模擬負荷とする試験装置であり、パーソナル
コンピュータを介した制御・計測装置を有している。こ
こでは、鉛蓄電池PBを10個直列に接続したものを試験装
置の駆動用電源（以後EV駆動テスタと呼ぶ）としてお
り、EV駆動テスタは、電動機Ｍの発電機運転による発電
機の負荷で走行抵抗を模擬している。

【００２０】電動機Ｍは、二台の直流電動機（DCM）M1,
M2と一台の交流電動機（ACM）M3が備えられており、各
々の電動機M1,M2,M3は、ダイレクトディジタルコントロ
ール装置（DDC）を介して、ユニバーサルFAシステム（U
FAS）によりそれぞれ制御されている。Ｔはトルクメー
タである。

【００２１】この実験において想定した車両モデル及び
走行パターンを、以下に示す。

【００２２】車両モデル：重量が1000kgの普通乗用車ク
ラスの電気自動車で、電動機Ｍ四台を搭載した車輌の1/
4モデルである。

【００２３】走行パターン：市街地走行を代表する走行
パターンを基準とした以下のパターンを繰り返し用いて
いる。

【００２４】加速域 加速度は４km/h/sとする。

【００２５】定速域 走行速度は10,20,…,60km/hの値
から適宜選び、走行時間は30秒とする。

【００２６】減速域 ２km/h/sの割合で減速する。

【００２７】停止期間 走行と走行との間に30秒間停止
する。

【００２８】（適応ディジタルフィルタの概要）次に、
適応ディジタルフィルタの基本モデルを、図３に示す。

【００２９】図３において、ｘj，ｙjはADF１１の入出
力信号、ｅjは目標値ｄjとの誤差信号を示し、ｊは時間
添字を表している。ここで用いられるのは、(1)式で与
えられる非巡回形（non-recursive）モデルである。

【００３０】

【数１】

【００３１】ここで、Ｎはフィルタの次数、ｂk,jは時
間ステップｊにおけるフィルタの重み係数である。係数
の推定は、次式で与えられるFeintuchのアルゴリズムを
用いる。

【００３２】

【数２】

【００３３】ここで、ｖは十分小さい正の定数であり、
最急勾配法におけるステップ幅を示している。

【００３４】従って、ADF１１の計算アルゴリズムは、
以下のようなStep1〜7で与えられる。

【００３５】 Step1．ｖ，ｂk,0（ｋ＝０，…，Ｎ）の初期設定 Step2．ｊ＝０（初期時刻の設定） Step3．ｘj，ｄjの読み込み Step4．ｙj＝ｂ0,j・ｘj＋ｂ1,j・ｘj-1＋…＋ｂN,j・
ｘj-N（予測値の計算） Step5．ｅj＝ｄj−ｙj（誤差の計算） Step6．ｂk,j+1＝ｂk,j＋ｖ・ｅj・ｘj-k（パラメータ
の更新） Step7．ｊ＝ｊ＋１，Step3へ戻る。

【００３６】（ADFによる開路電圧予測モデル）図４及
び図５に示すように、鉛蓄電池PBの電流ＩjをADF１１の
入力デジタル値ｘj、端子電圧ＶjをADF１１の目標デジ
タル値ｙjとする。なお、走行条件に応じて電流Ｉjが変
動すると共に端子電圧Ｖjが変動する。

【００３７】図４は、EV駆動テスタに電源として使用す
る鉛蓄電池PBの等価回路を示しており、ｒは鉛蓄電池PB
の内部抵抗、Ｅは起電力である。図５は、ADF１１によ
る鉛蓄電池モデルの同定の説明に使用するチャートであ
り、ｘjは、ここでは入力電流Ｉjのデジタル情報であ
る。

【００３８】図６は、このときの電流Ｉjと鉛蓄電池PB
一個当りの端子電圧Ｖjの実測例であり、電気自動車の
加速、定速、減速、停止の各走行局面に対応する、電流
が増加、一定、減少、０値の場合の様相がそれぞれ示さ
れている。ここで、鉛蓄電池PBの内部抵抗ｒ等の影響に
より、端子電圧Ｖjが電流の増減とは逆の様相で変動し
ていることが分かる。

【００３９】但し、Ｉj＝Ｉ（jT）及びＶj＝Ｖ（jT）と
し、サンプリング間隔Ｔは、Ｔ＝0.756秒である。

【００４０】上述のように、電流Ｉjと電圧ＶjをADF１
１の入力及び目標値として、電流Ｉjと電圧Ｖjに関する
ADFモデルを次式のように構成する。

【００４１】

【数３】

【００４２】

【数４】

【００４３】

【数５】

【００４４】但し、ｅj＝Ｖj−Ｖj´とし、Ｖj´はＶj
の予測値を示す。

【００４５】なお、この実施例においては、電圧及び電
流の平均値が０でないことを考慮して、(1)式に定数項
Ｃjを新たに加えることとする。但し、ｗはＣjに対する
ステップ幅を示す。

【００４６】Ｃjは、(3)式から分かるように、電流Ｉ＝
０のときの電圧値、即ち時刻jTにおける鉛蓄電池PBの開
路電圧の推定値に相当している。以後、このＣjを推定
開路電圧と見なすこととする。

【００４７】次に、モデルの次数Ｎを決めるため、鉛蓄
電池PBの放電が62サイクル目のデータを用いて分散及び
AICを計算し、その結果を表１に示す。

【００４８】

【表１】

【００４９】なお、AICは赤池情報量規範を示してお
り、ＡＩＣ＝ＤＮ・log（分散）＋２・（次数）で表さ
れる。ＤＮはデータ数であり、分散はΣｅj2／ＤＮ、次
数はＮでそれぞれ表される。

【００５０】ここで、放電が一サイクルであるとは、電
気自動車の作動による放電によって、鉛蓄電池PBを電源
として使用することが困難になるまでのプロセスを意味
している。特に62サイクル目のデータを選んだ理由は、
種々の実験データ中でこのサイクルの放電電流がかなり
大きい値を示し、ADF１１の予測精度を検証するのが容
易なためである。

【００５１】表１から分かるように、次数Ｎ＝２の場合
が分散とAICが何れも最小となるので、(6)式（第一関係
式）で与えられる二次モデルを採用する。

【００５２】

【数６】

【００５３】つまり、ある時刻jの推定端子電圧値であ
る予測値Ｖj´は、時刻j-2における電流値Ｉj-2、時刻j
-1における電流値Ｉj-1、時刻jにおける電流値Ｉjに基
づき演算される。

【００５４】但し、Ｃjの初期値は、実測可能である開
路電圧の初期値（12.598V）とし、ｖ＝0.0001，ｗ＝0.0
007と設定した。

【００５５】このモデルにより端子電圧Ｖjを予測した
場合の係数ｂk,j及び定数項Ｃjの推移を、図７に示す。
また、その推定値と推定誤差を、それぞれ図８（ａ）
（0〜100秒間の結果）,（ｂ）（900〜1000秒間の結果）
に示す。

【００５６】これらの図から、係数は若干の変動がある
ものの、ADFモデルは端子電圧を精度良く推定している
ことが分かる。

【００５７】（ADFによる開路電圧の推定）(6)式の定数
項Ｃjが推定開路電圧として妥当であることを、放電62
サイクル目のデータを用いて検証する。

【００５８】図９は、推定開路電圧Ｃjを、放電中の実
測した端子電圧と共に、その時間推移に従って示したも
のである。ここに、●は300ステップ内における実測端
子電圧の最大値を、○は300ステップ毎の推定開路電圧
をそれぞれ示している。

【００５９】推定開路電圧は、放電時間の経過と共に測
定電圧より高いレベルで単調に減少しており、一般に言
われている放電に伴う開路電圧の推移傾向と充分合致し
ている。

【００６０】また、放電62サイクル目における最終の開
路電圧の測定値と計算値との比較は、表１の最終開路電
圧の欄に示す通りであり、実測値が12.101Vであること
から略一致していることが分かる。

【００６１】このように、ADF１１を適用して鉛蓄電池P
Bの性能を表す指標となる開路電圧を推定し、更に、実
験データを用いて、それらの有効性を定量的に検証し
た。

【００６２】その結果、ADF１１を用いることにより、
鉛蓄電池PBの放電を中断することなく開路電圧の推定が
できることが判明した。

【００６３】次に、上記ADFによる開路電圧予測モデル
に基づく鉛蓄電池の開路電圧推定装置２０の実施例を、
具体的構成により説明する。

【００６４】鉛蓄電池の開路電圧推定装置２０は、ADF
１１と、ADF１１への入力情報としての鉛蓄電池PBの放
電データを検出する検出回路を有している。

【００６５】検出回路は、電動機Ｍを作動させて放電中
の鉛蓄電池PBから放電データを実測しており、電流Ｉj
を検出する電流検出回路１２ａと端子電圧Ｖjを検出す
る電圧検出回路１２ｂとを有している。

【００６６】電流検出回路１２ａにより検出された電流
Ｉjは、A/Dコンバータ１３ａを介してデジタル変換され
た後、ADF１１へと出力され、電圧検出回路１２ｂによ
り検出された端子電圧Ｖjは、A/Dコンバータ１３ｂを介
してデジタル変換された後、ADF１１へと出力される。

【００６７】ADF１１は、第一演算回路（第一演算手
段）１４、比較回路１５、判断回路１６及びメモリ１７
ａ，１７ｂを有している。

【００６８】ADF１１へと出力された放電データの内、A
/Dコンバータ１３ａから出力された電流Ｉjに基づく電
流情報は、メモリ１７ｂを経て入力信号ｘjとして第一
演算回路１４へと入力される。

【００６９】一方、A/Dコンバータ１３ｂから出力され
た電圧情報は、メモリ１７ａを経て目標値ｄjとして比
較回路１５へと入力される。

【００７０】第一演算回路１４は、入力信号ｘjに基づ
き、鉛蓄電池PBの開路電圧に対応する定数項と電流Ｉj
に係わる係数項とを含む第一関係式（上述の(6)式）に
より端子電圧を推定する。推定された端子電圧は、第一
演算回路１４の出力信号ｙjとして比較回路１５へと出
力される。

【００７１】比較回路１５は、第一演算回路１４の出力
信号ｙjであり推定された端子電圧である予測値Ｖj´
と、実測された端子電圧である目標値ｄjとを比較し、
その差である誤差信号ｅjを判断回路１６及び第一演算
回路１４へと出力する。

【００７２】第一演算回路１４へとフィードバックされ
た誤差信号ｅjに基づき、第一演算回路１４は、予測値
Ｖj´を目標値ｄjに近似させるべく係数項を変更して演
算し、予測値Ｖj´は、第一演算回路１４の出力信号ｙj
として比較回路１５へと出力される。

【００７３】また、入力された誤差信号ｅjに基づき、
判断回路１６は、予測値Ｖj´と目標値ｄjとが一致する
か否かを判断する。

【００７４】そして、比較回路１５から第一演算回路１
４へのフィードバックを繰り返し、予測値Ｖj´と目標
値ｄjとが略一致した場合に、第一演算回路１４は、定
数分Ｃjを鉛蓄電池PBの開路電圧とみなして出力する。

【００７５】（開路電圧と放電量の関係）ところで、推
定された開路電圧を鉛蓄電池PBの残存容量（Wh）と関係
付けるためには、この開路電圧と放電量との関係を調べ
ることが必要である。

【００７６】図１０は、ADF１１による推定開路電圧と
放電量との関係を表示したものである。推定開路電圧
は、放電が進むに連れて単調に減少している。この放電
量と推定開路電圧の関係を表す推定式を求めるため、回
帰分析法及びADFモデル化法によるデータ分析を行う。

【００７７】以下に示す各係数の値は、放電量の単位が
kWh、電圧の単位がVに対するものである。

【００７８】ａ：回帰分析法 図１０の放電量と推定開
路電圧の傾向を勘案して、放電量を予測するために次の
二次回帰式を採用する。

【００７９】

【数７】

【００８０】ここで、ｘは放電量、ｙは推定開路電圧を
示しており、αj，βj，γjは、時刻jTまでのデータに
より推定した回帰係数であり、次の正規方程式を解くこ
とにより求められる。

【００８１】

【数８】

【００８２】

【数９】

【００８３】

【数１０】

【００８４】ここで、ｘi，ｙiは、それぞれ時刻iTでの
放電量及び推定開路電圧を表す。

【００８５】この方法により回帰分析した結果につき、
その回帰曲線を図１０の曲線Ａに示す。また、各時刻で
の回帰係数及び推定誤差をそれぞれ図１１（ａ），
（ｂ）に示す。

【００８６】この結果から、放電量と推定開路電圧の関
係は、二次回帰式で略近似できることが分かる。放電終
了時（J＝5290）での放電量の実測値は1488Whであり、
二次回帰式による放電量の計算値は1545Whとなってい
る。

【００８７】但し、この回帰分析法では、(8)〜(10)式
を各ｊ毎に解くことが必要であり、かなりの計算時間を
要している。

【００８８】この点を改良するため、ADFモデル化法に
よる逐次計算法を以下に提案する。

【００８９】ｂ：ADFモデル化法 前項での検討の結
果、放電量と推定開路電圧の関係が二次回帰式で略近似
できることが分かった。この結果を踏まえ、逐次計算に
適した次のADFモデルを適用した方法を提案する。

【００９０】

【数１１】

【００９１】

【数１２】

【００９２】

【数１３】

【００９３】

【数１４】

【００９４】

【数１５】

【００９５】ここで、Ｃj´は時刻jTにおける推定開路
電圧の予測値、Ｗｈjは時刻jTにおける放電量、ｆj，ｇ
j，ｈjは重み係数、ｐ，ｑ，ｒは重み係数更新時のステ
ップ幅をそれぞれ示している。

【００９６】この方法を用いて、ステップ幅と係数の初
期値を種々に変更し、放電量と推定開路電圧の関係を精
度良く近似する推定曲線を求めた。その推定曲線が以下
のように求められた。

【００９７】

【数１６】

【００９８】(16)式で与えられた曲線を用いた予測結果
を、図１０の曲線Ｂに示す。また、係数及び誤差の推移
の各々を、図１２（ａ），（ｂ）に示す。

【００９９】図１０の曲線ＡとＢ、及び(8)〜(10)式と
(11)〜(14)式を比較すると、ADFモデル化法による放電
量推定法の方が、回帰分析による方法よりも計算時間及
び精度の点で優れていることが分かる。

【０１００】（開路電圧による残存容量の推定）上記に
おける検討により、推定開路電圧と放電量の関係は、放
電量の二次式で略近似できることが明らかになった。そ
こで、この二次式を用いることにより、図１３に示すよ
うに、推定開路電圧の現在値とその制限値との差に相当
する放電量を、残りの可能放電量（残存容量）として、
推定することができる。

【０１０１】そこで、前述のように計算が簡単なADFモ
デル化法を適用し、残存容量の推定を行う。この場合、
図１２（ａ）に示すように、放電の初期においては、モ
デルの係数が安定していないために推定精度が悪いこと
が予想される。

【０１０２】従って、この放電初期を含む前半の期間
は、推定式として過去の放電の繰り返しで得られた平均
的な二次回帰式（以後基準式と呼ぶ）を用い、後半の期
間はADFモデル化法を用いることとする。

【０１０３】即ち、以下の（Ａ）と（Ｂ）の二段階推定
法により、残存容量を予測する。

【０１０４】（Ａ）放電前期の推定 前期での推定式は次式（第二関係式）とする。

【０１０５】

【数１７】

【０１０６】ここで、Ｖ0及びＷｈはそれぞれ推定開路
電圧及び放電量を表わし、α，β，γは回帰係数を示し
ている。

【０１０７】開路電圧の制限値をＶ1としたとき、開路
電圧がこの制限値に達したときの総放電量Ｗｈtは、(1
7)式においてＶO＝Ｖ1を代入し、

【０１０８】

【数１８】

【０１０９】により求められる。

【０１１０】ここで、現在の放電量をＷｈnとすれば、
残存容量Ｗｈrは次式で与えられる。

【０１１１】

【数１９】

【０１１２】（Ｂ）放電後期の推定 後期での推定式は、推定計算時刻jTまでに、(11)〜(14)
式により推定したADFモデルに基づき、次式（第三関係
式）とし、

【０１１３】

【数２０】

【０１１４】(A)と同様に残存容量を次式により求め
る。

【０１１５】

【数２１】

【０１１６】

【数２２】

【０１１７】なお、前期と後期の区分は、残存容量の推
定値が区分の境界で急激に変化しないよう選ぶ必要があ
り、この実施例では表２で与えられた放電期区分による
ものとする。

【０１１８】

【表２】

【０１１９】次に、上記二段階推定法により、残存容量
を予測する鉛蓄電池の残存容量推定装置１０の具体的構
成例を説明する。

【０１２０】図１４に示す鉛蓄電池の残存容量推定装置
１０は、鉛蓄電池の開路電圧推定装置２０に加えて、第
一演算回路１４により出力された推定開路電圧に基づ
き、鉛蓄電池PBの放電初期の残存容量を第二関係式（(1
7)式）により推定すると共に、鉛蓄電池の放電後期の残
存容量を第三関係式（(20)式）により推定し、残存容量
Ｗｈrを出力する第二演算回路２１（第二演算手段）を
有している。

【０１２１】（残存容量推定結果）ここでは、電気自動
車の代表的市街地走行パターンを模擬して、鉛蓄電池PB
の放電を行った場合の三つのケース（ケースＡ，Ｂ，
Ｃ）の実験データに対して、上記で提案した方法を用い
た推定を行い、その有効性を検証する。なお、各ケース
の放電条件及び計算に使用した定数を表２に示す。

【０１２２】Ａ，Ｂ，Ｃの各ケースについての残存容量
の推定結果を、それぞれ図１５〜１７に示す。

【０１２３】これらの図から分かるように、各ケースと
も残存容量は放電経過と共に漸減している一方、既に消
費した放電量をこれに加えた総放電容量は、後期におい
ては各ケースとも略最終測定値の±５％の範囲内で推移
している。

【０１２４】実際の市街地走行に近いと考えられるラン
ダム走行パターンのケースＡ（図１５参照）では、特に
その精度が良好であることが分かる。又、高速運転時に
対するケースＣ（図１７参照）の場合にも、略同様の予
測精度を得られることが示されている。

【０１２５】ケースＢ（図１６参照）の場合は、比較的
ゆっくりした放電であり、開路電圧の変化が平均的な基
準式の傾向に比べて緩やかである。従って、基準式を推
定に適用する前期において残存容量が小さめに計算さ
れ、総放電量は約−10％まで低下している。

【０１２６】ところで、電気自動車の走行においては、
放電後期の精度が重要であり、前期における10％の誤差
は実用上あまり重要な問題ではない。

【０１２７】従って、この発明に係る鉛蓄電池の残存容
量推定装置による残存容量の推定は、種々の走行パター
ンに対しても有効であると思われる。

【０１２８】このように、鉛蓄電池の残存容量を把握す
るために、ADF１１を適用して、鉛蓄電池PBの性能を表
す指標となる開路電圧を推定し、更に、実験データを用
いて、それらの有効性を定量的に検証した。

【０１２９】その内容を要約すると、以下のようにな
る。

【０１３０】１．ADF法を用いることにより、鉛蓄電池
の放電を中断することなく開路電圧が推定できる。

【０１３１】２．推定した開路電圧は、鉛蓄電池の放電
量と相関関係があり、二次式で略近似できる。

【０１３２】３．２の二次式を用いて、放電中の推定開
路電圧及び放電量から、鉛蓄電池の使用限界までの残存
容量が精度良く推定できる。

【０１３３】

【発明の効果】この発明に係る鉛蓄電池の残存容量推定
装置は、負荷が接続された状態の鉛蓄電池の放電電流と
放電電圧とを実測する検出手段と、検出手段からの放電
電流および放電電圧の現在までの値を記憶する記憶手段
と、記憶手段が記憶する放電電流の各実測値に対して、
この放電電流の各実測値に重みを与える重み係数をそれ
ぞれ掛けた値に、負荷を外した状態の鉛蓄電池の開路電
圧の推定値を加えて、鉛蓄電池の放電電圧の推定値を算
出する第一演算回路と、第一演算回路が算出した放電電
圧の推定値に対する、実測した放電電圧の誤差を算出す
る比較回路と、比較回路が算出した誤差が最小であるか
どうかを判断する判断回路とを備え、第一演算回路は、
判断回路の判断結果が最小でない場合、算出した誤差と
放電電流の実測値とに基づいて各重み係数を修正すると
共に、算出した誤差に基づいて開路電圧を修正し、修正
した各重み係数と開路電圧とを用いて鉛蓄電池の放電電
圧の推定値の算出を繰り返し、判断回路の判断結果が最
小になったときの開路電圧の値を出力し、放電量と開路
電圧との関係を示す関係式が設定され、この関係式から
得た開路電圧と、第一演算回路からの開路電圧との誤差
が最小になるように、関係式を修正し、誤差が最小にな
るときの放電量を鉛蓄電池の放電量とし、誤差を最小に
する関係式を用いて、開路電圧の制限値に対応する放電
量と、第一演算回路から受け取った開路電圧に対応する
放電量との差を算出し、この放電量の差を残存容量とし
て出力する第二演算回路を備える。

【０１３４】このため、電池回路を遮断することなく、
通電中の電圧及び電流の測定データから開路電圧を推定
し、この推定開路電圧に基づき鉛蓄電池の残存容量を推
定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】鉛蓄電池の開路電圧推定装置を示すブロック図
である。

【図２】鉛蓄電池の開路電圧推定装置を有する実験シス
テムの主要構成を示す説明図である。

【図３】ADFの基本モデルを示す説明図である。

【図４】鉛蓄電池の等価回路図である。

【図５】ADFによる鉛蓄電池モデルの同定の説明に使用
するチャートである。

【図６】図３に示す電流と電池一個当りの端子電圧の実
測例を示す図である。

【図７】ADFを用いた開路電圧モデルにより端子電圧を
予測した場合の係数及び定数項の推移を示す図である。

【図８】ADFを用いた開路電圧モデルにより端子電圧を
予測した場合を示しており、（ａ）は予測値の図、
（ｂ）は予測誤差の図である。

【図９】推定開路電圧と電圧実測値の時間推移を示す図
である。

【図１０】鉛蓄電池の開路電圧推定装置を有する実験シ
ステムの主要構成を示す説明図である。

【図１１】ADFの基本モデルを示す説明図である。

【図１２】鉛蓄電池の等価回路図である。

【図１３】ADFによる鉛蓄電池モデルの同定の説明に使
用するチャートである。

【図１４】この発明に係る鉛蓄電池の残存容量推定装置
を示すブロック図である。

【図１５】図３に示す電流と電池一個当りの端子電圧の
実測例を示す図である。

【図１６】ADFを用いた開路電圧モデルにより端子電圧
を予測した場合の係数及び定数項の推移を示す図であ
る。

【図１７】ADFを用いた開路電圧モデルにより端子電圧
を予測した場合を示しており、（ａ）は予測値の図、
（ｂ）は予測誤差の図である。

【符号の説明】

１０ 鉛蓄電池の残存容量推定装置 １２ａ 検出回路（検出手段） １２ｂ 検出回路（検出手段） １４ 第一演算回路（第一演算手段） ２０ 鉛蓄電池の開路電圧推定装置 ２１ 第二演算回路（第二演算手段） ＰＢ 鉛蓄電池 Ｉj 電流 Ｖj 端子電圧

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松村 茂憲 香川県高松市上之町２丁目12−26 (72)発明者 丸井 孝夫 大阪府豊中市曽根西町２丁目10番40 (72)発明者 稲倉 正道 大阪府三島郡島本町広瀬１丁目33−15 (72)発明者 大松 繁 徳島県徳島市中常三島町２丁目９

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負荷が接続された状態の鉛蓄電池の放電
   電流と放電電圧とを実測する検出手段と、 検出手段からの放電電流および放電電圧の現在までの値
   を記憶する記憶手段と、 記憶手段が記憶する放電電流の各実測値に対して、この
   放電電流の各実測値に重みを与える重み係数をそれぞれ
   掛けた値に、負荷を外した状態の鉛蓄電池の開路電圧の
   推定値を加えて、鉛蓄電池の放電電圧の推定値を算出す
   る第一演算回路と、 第一演算回路が算出した放電電圧の推定値に対する、実
   測した放電電圧の誤差を算出する比較回路と、 比較回路が算出した誤差が最小であるかどうかを判断す
   る判断回路とを備え、 第一演算回路は、判断回路の判断結果が最小でない場
   合、算出した誤差と放電電流の実測値とに基づいて各重
   み係数を修正すると共に、算出した誤差に基づいて開路
   電圧を修正し、修正した各重み係数と開路電圧とを用い
   て鉛蓄電池の放電電圧の推定値の算出を繰り返し、判断
   回路の判断結果が最小になったときの開路電圧の値を出
   力し、放電量と開路電圧との関係を示す関係式が設定され、こ
   の関係式から得た開路電圧と、第一演算回路からの開路
   電圧との誤差が最小になるように、関係式を修正し、誤
   差が最小になるときの放電量を鉛蓄電池の放電量とし、
   誤差を最小にする関係式を用いて、開路電圧の制限値に
   対応する放電量と、第一演算回路から受け取った開路電
   圧に対応する放電量との差を算出し、この放電量の差を
   残存容量として出力する 第二演算回路を備える鉛蓄電池
   の残存容量推定装置。