JP2818086B2 - バッテリ残量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バッテリ残量を検出す
るバッテリ残量計に関し、特に、簡単な構成に従いつつ
高精度にバッテリ残量を検出できるようにするバッテリ
残量計に関する。

【０００２】バッテリを駆動源とする電気自動車等のバ
ッテリ搭載装置では、バッテリ残量を検出するバッテリ
残量計を備えて、このバッテリ残量計の検出値に従っ
て、バッテリ切れによる動作不可能状態を回避する構成
を採っている。これから、このバッテリ残量計は、バッ
テリ搭載装置の動作不可能状態を確実に回避できるよう
にするためにも、バッテリ残量を高精度に検出していく
必要がある。

【０００３】

【従来の技術】電気自動車等の負荷の大きく変動するバ
ッテリ搭載装置では、この大きな負荷変動に追従するこ
とができないことから、電解比重の測定によるバッテリ
残量の検出という方法を用いることができない。

【０００４】これから、このような負荷変動の大きなバ
ッテリ搭載型装置の持つバッテリのバッテリ残量を検出
する場合には、従来では、予めバッテリ電圧とバッテリ
残量との対応関係を求めておいて、この対応関係に従っ
て測定されたバッテリ電圧の示すバッテリ残量を特定し
ていくことで、バッテリ残量を検出していくという方法
を採っている。

【０００５】また、他の従来技術として、バッテリの充
放電電力（電流のこともある）を積算していって、満充
電時の容量から差し引いていくことでバッテリ残量を検
出していくという方法を採ることもある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
従来技術に従っていると、簡単にバッテリ残量を検出で
きるものの、放置されているとバッテリ電圧が回復する
という特性があることから、バッテリ残量を正確に検出
できないという問題点がある。そして、負荷の大きさに
よってバッテリ電圧が変動してしまうことから、バッテ
リ残量を正確に検出できないという問題点もある。

【０００７】一方、後者の従来技術に従っていると、放
置時のバッテリ電圧回復特性には影響されないものの、
バッテリは出力電流が大きくなる程、熱損失等により取
り出せる容量が小さくなるという特性があるが、この特
性を考慮していないことからバッテリ残量を正確に検出
できないという問題点がある。これを解決する１つの方
法として、出力電流の大きさに応じて使用されたバッテ
リ量を大きなものに補正していくという方法を採ること
も考えられるが、この補正値を決定するための準備段階
の作業が大変なものになるとともに、演算処理が複雑に
なるという新たな問題点がでてくることになる。

【０００８】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、簡単な構成に従いつつ高精度にバッテリ残量
を検出できるようにする新たなバッテリ残量計の提供を
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】図１に本発明の原理構成
を図示する。図中、１はバッテリ、２はバッテリ１によ
り駆動される負荷装置、３はバッテリ１のバッテリ残量
を検出する本発明に係るバッテリ残量計である。バッテ
リ１は、放電中に充電される構成を採ることがある。

【００１０】本発明に係るバッテリ残量計３は、測定手
段４と、タイマ手段５と、管理手段６と、特定手段７
と、算出手段８とを備える。この測定手段４は、バッテ
リ１の出力電流を測定する。タイマ手段５は、バッテリ
残量の検出サイクルを発行する。管理手段６は、バッテ
リ１の示すバッテリ残量と適用電圧との対応関係データ
を管理する。特定手段７は、管理手段６の管理データを
参照することで対応の適用電圧を特定する。算出手段８
は、バッテリ残量を算出して外部に出力する。

【００１１】

【作用】本発明では、管理手段６は、規定の基準電流で
放電させていくときに示すバッテリ１のバッテリ残量と
バッテリ電圧との対応関係データを、バッテリ１の示す
バッテリ残量と適用電圧との対応関係データとして管理
する。ここで、この対応関係データの作成元となる基準
電流として、好ましくは、バッテリ１により駆動される
負荷装置２が平均的な動作状態にあるときに必要となる
バッテリ出力電流が用いられる。そして、この管理にあ
たって、管理手段６は、バッテリ残量としてバッテリ満
充電量に対してのパーセント表示値を用いて対応関係デ
ータを管理することがある。

【００１２】このようにして、管理手段６がバッテリ１
の示すバッテリ残量と適用電圧との対応関係データを管
理するときにあって、タイマ手段５が検出サイクルに達
することを発行すると、特定手段７は、管理手段６の管
理データを参照することで、算出手段８が前回の検出サ
イクル時に求めたバッテリ残量に対応付けられる適用電
圧を特定する。

【００１３】そして、タイマ手段５が検出サイクルに達
することを発行すると、算出手段８は、先ず最初に、測
定手段４の測定する出力電流と、検出サイクルの時間間
隔と、特定手段７の特定する適用電圧とから、前回の検
出サイクルから今回の検出サイクルまでの間のバッテリ
消費量を算出し、次に、前回の検出サイクル時に求めた
バッテリ残量からこの算出したバッテリ消費量を減算す
ることで、今回の検出サイクル時点のバッテリ残量を算
出して外部に出力していく。

【００１４】このとき、算出手段８は、前回の検出サイ
クルと今回の検出サイクルとの間に、バッテリ充電が実
行される場合には、そのバッテリ充電量を評価して、 （バッテリ消費量−バッテリ充電量）の算出式に従っ
て、バッテリ残量の算出処理に用いるバッテリ消費量
（バッテリ充電量の方が大きいときには、バッテリ残量
の増加を表す負のバッテリ消費量となる）を決定してい
くことになる。

【００１５】このようにして、本発明のバッテリ残量計
３では、バッテリ１の出力電流のみを測定するだけでバ
ッテリ残量を検出できるようになるとともに、管理手段
６に管理される１種類の対応関係データを用意するだけ
でもってバッテリ残量を検出できるようになることか
ら、簡単な構成でもってバッテリ残量を検出できるよう
になる。

【００１６】そして、バッテリ１の出力電流が基準電流
よりも大きいときには、本来のバッテリ電圧は管理手段
６の管理データを求めたときよりも小さな値を示すので
あるが、このときにあっても、本来のバッテリ電圧より
も大きな値を示す適用電圧を使ってバッテリ消費量を算
出していくことで、バッテリ消費量を自動的に大きめに
評価していくとともに、バッテリ１の出力電流が基準電
流よりも小さいときには、本来のバッテリ電圧は管理手
段６の管理データを求めたときよりも大きな値を示すの
であるが、このときにあっても、本来のバッテリ電圧よ
りも小さな値を示す適用電圧を使ってバッテリ消費量を
算出していくことで、バッテリ消費量を自動的に小さめ
に評価していくことになる。

【００１７】従って、バッテリ１の出力電流が基準電流
よりも大きいときには、熱損失が大きくなること等で基
準電流での評価よりも大きなバッテリ消費量を消費する
ことになるが、算出手段８は、適用電圧に従ってバッテ
リ消費量を自動的に大きめに評価していくことでこれを
自動的に吸収していくとともに、バッテリ１の出力電流
が基準電流よりも小さいときには、熱損失が小さくなる
こと等で基準電流での評価よりも小さなバッテリ消費量
を消費することになるが、算出手段８は、適用電圧に従
ってバッテリ消費量を自動的に小さめに評価していくこ
とでこれを自動的に吸収していくので、複雑な処理を実
行することなくバッテリ残量を高精度でもって検出でき
るようになる。

【００１８】このように、本発明に従うことで、簡単な
構成に従いつつ高精度にバッテリ残量を検出できるよう
になる。

【００１９】

【実施例】以下、バッテリにより駆動される電気自動車
に適用した実施例に従って本発明を詳細に説明する。

【００２０】図２に、本発明のバッテリ残量計を具備す
る電気自動車の装置構成を図示する。図中、１０は電気
自動車、１１はバッテリ、１２はモータ、１３はタイ
ヤ、１４はモータコントローラ、１５は本発明により構
成されるバッテリ残量計である。

【００２１】このバッテリ残量計１５は、バッテリ１１
の出力電流を測定する電流計１６と、電流計１６の検出
する出力電流をＡ／Ｄ変換するＡＤ変換部１７と、バッ
テリ残量の算出プログラムを格納するとともに、図１で
説明した対応関係データを格納するメモリ部１８と、タ
イマクロック信号を発生するタイマ部１９と、メモリ部
１８に格納されるバッテリ残量算出プログラムを実行す
ることでバッテリ残量を算出するＣＰＵ部２０と、ＣＰ
Ｕ部２０の算出するバッテリ残量を表示する表示部２１
とを備える。

【００２２】図１で説明したように、バッテリ残量計１
５のメモリ部１８に格納される対応関係データは、バッ
テリ１１を規定の基準電流で放電させていくときに示す
バッテリ残量とバッテリ電圧との対応関係を示すもので
ある。この対応関係データを収集するための基準電流と
しては、電気自動車１０の平均的な走行状態時のバッテ
リ１１の出力電流を用いることが好ましく、例えば、電
気自動車１０が平坦路を４０〜５０ｋｍ／ｈの速度で走
行するときのバッテリ１１の出力電流３.5Ａを用いるこ
とになる。

【００２３】図３に、基準電流として３.5Ａを採用した
ときに示すバッテリ１１の放電特性を示す。ここで、横
軸は放電時間を表しており、縦軸は放電電圧（適用電圧
になるもの）を表している。

【００２４】この図３に示すように、バッテリ１１は、
３.5Ａで放電すると、満充電状態の14.2Ｖから放電を開
始していって、11.0Ｖで急激に低下する放電特性を示す
ことになる。放電電圧がｖのときのバッテリ残量Ｓ(v)
を、「今後、バッテリ１１から３.5Ａの出力電流でもっ
て電力を取り出していく場合に取り出せることになる電
力量」として定義し、更に、この11.0Ｖ時のバッテリ残
量を０％と定義するならば、放電電圧がｖのときのバッ
テリ残量Ｓ(v) は、

【００２５】

【数１】

【００２６】で表されることになる。ここで、Ｔ₀ は放
電電圧が11.0Ｖになるまでの放電時間、Ｔは放電電圧が
ｖになるまでの放電時間を表している。また、この式の
バッテリ残量Ｓ(v) のディメンションは％であり、電力
への換算は、満充電時に持つバッテリ１１の電力量を乗
算することで実現される。

【００２７】このようにして求まるバッテリ残量Ｓ(v)
に対して、そのときの放電電圧ｖをプロットしたものが
バッテリ残量と適用電圧との対応関係データとなる。図
４に、図３に示したバッテリ１１の放電特性から求めら
れる対応関係データを図示する。

【００２８】メモリ部１８に格納されるバッテリ残量算
出プログラムは、このバッテリ残量と適用電圧との対応
関係データを使って、現時点におけるバッテリ１１のバ
ッテリ残量を算出するよう処理するものである。

【００２９】図５に、ＣＰＵ部２０が実行することにな
るこのバッテリ残量算出プログラムの処理フローの一実
施例を図示する。次に、この処理フローに従って、バッ
テリ残量計１５の実行するバッテリ残量算出処理につい
て詳細に説明する。

【００３０】電気自動車１０が走行を開始すると、バッ
テリ残量計１５のＣＰＵ部２０は、バッテリ残量算出プ
ログラムの実行に入って、図５の処理フローに示すよう
に、先ず最初に、ステップ１で、タイマ部１９を起動
し、続くステップ２で、このタイマ部１９の発生するタ
イマクロック信号を計時することで、前回の測定時から
規定の測定間隔時間が経過したか否かを判断していく。
このとき設定される測定間隔時間は、例えば１００ｍｓ
というように、バッテリ１１の出力電流の変化時間より
も充分小さく設定しておくことが好ましい。

【００３１】このステップ２で、前回の測定時からの規
定の測定間隔時間経過を判断すると、ステップ３に進ん
で、電流計１６の検出するバッテリ１１の出力電流をサ
ンプリングし、続くステップ４で、メモリ部１８に格納
される図４の対応関係データを参照することで、前回の
測定時に求めたバッテリ残量（％）に対応付けられる適
用電圧を特定する。ここで、バッテリ１１の満充電状態
から電気自動車１０が走行を開始するときには、バッテ
リ残量の初期値として１００％を使用し、また、使用途
中の充電状態から電気自動車１０が走行を開始するとき
には、バッテリ残量の初期値として前回の走行終了時の
バッテリ残量（％）を使用することになる。

【００３２】ステップ４で適用電圧を特定すると、続い
て、ステップ５で、ステップ３で検出した出力電流と、
ステップ４で特定した適用電圧と、設定されている規定
の測定間隔時間との３つの乗算値を算出することで、前
回の測定時と今回の測定時との間のバッテリ消費量を算
出する。

【００３３】続いて、ステップ６で、前回の測定時に求
めたバッテリ残量（％）にバッテリ１１の満充電電力量
を乗算することで、前回の測定時のバッテリ残量を電力
量で求めて、この求めたバッテリ残量からステップ５で
算出したバッテリ消費量を減算することで、今回の測定
時のバッテリ残量（電力量で表現される）を算出する。
このとき、次回の測定時のために、この求めたバッテリ
残量を％表示に換算しておく。

【００３４】そして、ステップ７で、ステップ６で求め
た電力量表現のバッテリ残量（％表現のものでもよい）
を表示部２１に表示することで、ドライバに対して、平
均走行したときに使用可能なバッテリ残量を通知してか
ら、ステップ２に戻っていくことで、バッテリ残量の算
出・表示処理を続行していく。

【００３５】このようにして、バッテリ残量計１５は、
バッテリ出力電流のみを測定するだけでもって、バッテ
リ１１のバッテリ残量を算出していくことを実現するの
である。

【００３６】本発明者が実験により確認した所では、こ
のようにして検出するバッテリ残量は、従来のバッテリ
残量検出方法で検出されるよりも高精度にバッテリ残量
を検出できることが確認された。これは以下の理由によ
る。

【００３７】すなわち、バッテリ１１の出力電流が基準
電流よりも大きいときには、本来のバッテリ電圧は対応
関係データを求めたときよりも小さな値を示すのである
が、このときにあっても、本来のバッテリ電圧よりも大
きな値を示す適用電圧を使ってバッテリ消費量を算出し
ていくことで、バッテリ消費量を自動的に大きめに評価
していくとともに、バッテリ１１の出力電流が基準電流
よりも小さいときには、本来のバッテリ電圧は対応関係
データを求めたときよりも大きな値を示すのであるが、
このときにあっても、本来のバッテリ電圧よりも小さな
値を示す適用電圧を使ってバッテリ消費量を算出してい
くことで、バッテリ消費量を自動的に小さめに評価して
いくことになる。

【００３８】従って、バッテリ１１の出力電流が基準電
流よりも大きいときには、熱損失が大きくなること等で
基準電流での評価よりも大きなバッテリ消費量を消費す
ることになるが、適用電圧に従ってバッテリ消費量を自
動的に大きめに評価していくことでこれを自動的に吸収
していくとともに、バッテリ１１の出力電流が基準電流
よりも小さいときには、熱損失が小さくなること等で基
準電流での評価よりも小さなバッテリ消費量を消費する
ことになるが、適用電圧に従ってバッテリ消費量を自動
的に小さめに評価していくことでこれを自動的に吸収し
ていくよう処理するので、バッテリ残量を高精度でもっ
て検出できるようになるのである。

【００３９】本発明は、ソーラカーに対しても適用可能
である。図６に、本発明のバッテリ残量計１５を具備す
るソーラカーの装置構成を図示する。図中、図２で説明
したものと同じものについては同一の記号で示してあ
る。３０はソーラカー、２２はソーラカー３０の備える
太陽電池であって、電力を発電してバッテリ１１／モー
タコントローラ１４に供給するもの、２３はバッテリ残
量計１５の備える電圧計であって、バッテリ１１の出力
電圧を測定するものである。ここで、この構成にあっ
て、電流計１６は、バッテリ１１が充電される状態にな
るときには、バッテリ充電電流を測定するよう動作する
ことになる。

【００４０】すなわち、ソーラカー３０では、バッテリ
１１が太陽電池２２により充電される構成が採られるの
で、バッテリ残量１５は、新たに電圧計２３を備える構
成を採って、電流計１６により検出されるバッテリ１１
への充電電流と、この電圧計２３により検出されるバッ
テリ電圧とから、前回と今回のバッテリ残量の測定時の
間に流入するバッテリ充電量を評価して、このバッテリ
充電量に従って、前回と今回のバッテリ残量の測定時の
間のバッテリ消費量を補正していくことで、正確なバッ
テリ残量を検出していく構成を採るのである。

【００４１】この補正処理を正確なものとするために
は、充電電流の大きさにより異なることになる充電効率
を考慮していく必要がある。本発明者が検討した所によ
ると、バッテリ残量が８０％程度以下となるときには、
図７に示すような直線関係の充電効率を使うことで充分
な精度を実現できるとともに、バッテリ残量が１００％
〜８０％程度のときには、この直線関係から特定される
充電効率の約１／４の値を使うことで充分な精度を実現
できることが確認された。

【００４２】図示実施例について説明したが、本発明は
これに限定されるものではない。例えば、実施例では、
バッテリ残量の測定周期を固定のものとして本発明を開
示したが、本発明はこれに限られることなく、バッテリ
出力電流が大きく変化するときには短い測定周期に設定
するというように、バッテリ残量の測定周期を可変的に
変更していく構成を採ってもよい。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡単な構成に従いつつ高精度にバッテリ残量を検出でき
るようになる。これにより、バッテリを駆動源とするバ
ッテリ搭載装置を実用的なものとすることができるよう
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成図である。

【図２】本発明のバッテリ残量計を具備する電気自動車
の装置構成図である。

【図３】バッテリの放電特性の説明図である。

【図４】対応関係データの一例である。

【図５】バッテリ残量算出プログラムの処理フローの一
実施例である。

【図６】本発明のバッテリ残量計を具備するソーラカー
の装置構成図である。

【図７】充電効率の説明図である。

【符号の説明】

１ バッテリ ２ 負荷装置 ３ バッテリ残量計 ４ 測定手段 ５ タイマ手段 ６ 管理手段 ７ 特定手段 ８ 算出手段

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バッテリ残量を検出するためのバッテリ
   残量計であって、 バッテリの出力電流を測定する測定手段(4) と、 規定の基準電流で放電させていくときに示すバッテリ残
   量とバッテリ電圧との対応関係データを、バッテリ残量
   と適用電圧との対応関係データとして管理する管理手段
   (6) と、 検出サイクルに達するときに、上記管理手段(6) の管理
   する対応関係データを参照することで、前回の検出サイ
   クル時に求められたバッテリ残量に対応付けられる適用
   電圧を特定する特定手段(7) と、 検出サイクルに達するときに、上記測定手段(4) の測定
   する出力電流と、検出サイクルの時間間隔と、上記特定
   手段(7) の特定する適用電圧とからバッテリ消費量を算
   出して、該バッテリ消費量と前回の検出サイクル時に求
   めたバッテリ残量とから今回の検出サイクル時点のバッ
   テリ残量を算出して外部に出力する算出手段(8) とを備
   えることを、 特徴とするバッテリ残量計。
2. 【請求項２】 請求項１記載のバッテリ残量計におい
   て、 算出手段(8) は、前回の検出サイクルと今回の検出サイ
   クルとの間にバッテリ充電が実行される場合には、その
   バッテリ充電量分、バッテリ消費量を小さく評価してい
   くことでバッテリ残量を算出していくよう処理すること
   を、 特徴とするバッテリ残量計。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のバッテリ残量計に
   おいて、 管理手段(6) の管理する対応関係データの作成元となる
   基準電流として、バッテリにより駆動されるシステムが
   平均的な動作状態にあるときに必要となるバッテリ出力
   電流を用いるよう構成されることを、 特徴とするバッテリ残量計。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３記載のバッテリ残量
   計において、 管理手段(6) は、バッテリ残量としてバッテリ満充電量
   に対してのパーセント表示値を用いて対応関係データを
   管理するよう構成されることを、 特徴とするバッテリ残量計。