JP3164998B2

JP3164998B2 - 電池残存容量測定装置

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Publication number: JP3164998B2
Application number: JP08237295A
Authority: JP
Inventors: 洋一荒井; 勉西郷
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1995-04-07
Filing date: 1995-04-07
Publication date: 2001-05-14
Anticipated expiration: 2016-05-14
Also published as: JPH08278351A; US5672973A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電池残存容量測定装置に
関し、特にバッテリを採用した装置の補助電源からの電
源が停止又は投入されたときの制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に電気自動車は、バッテリによって
動くため、バッテリの残存容量の予測については、正確
な予測が要求される。この、バッテリの残存容量を測定
する方式は以下のような方式がある。（１）実際にバッテリから負荷側に供給される電流量
を測定して積算し、この電流積算値と充電時の電流量か
ら残存容量を予測する電流積算方式。（２）バッテリの端子から負荷側に放電電流が流れた
ときの端子電圧を測定することにより残存容量を予測す
る電圧検出方式。（３）バッテリ内の電解液の比重を測定することによ
り、残存容量を予測する電解液比重方式。（４）バッテリを負荷より解放し、開路状態における
端子電圧を測定することにより残存容量を予測する開路
電圧検出方式。（５）バッテリの内部抵抗の変化を測定して残存容量
を予測する内部抵抗測定方式。等がある。

【０００３】例えば、（２）の電圧検出方式を採用した
特願平６−２００９５３号の電池残存容量測定装置は、
バッテリーの端子電圧及び負荷に流れる電流を、例えば
１ｍｓ間毎にサンプリングして読み、例えば１００ｍｓ
経過するまでのデータを集めて平均化して、この平均化
された電圧と電流（以下ちりばりデータという）を１０
０個集めて最小２乗法を用いて近似直線を求める。

【０００４】次に、電圧と電流のちりばりデータより相
関係数ｒを求め，求めた相関係数ｒが−０．９以下かど
うかを判定し、−０．９以下の場合は、あらかじめ決め
られている所定の放電電流に対応する電圧値を算出し、
この電圧値に換算した電池残存容量を求め、表示を更新
する。

【０００５】また、バッテリーというのは、温度によっ
て放電特性も相違する。このため、特願平６−２００９
５３号の電池残存容量測定装置においては、温度センサ
をバッテリ（メインバッテリとは異なる補助バッテリ）
に取付け、この温度センサからの温度値に基づいた残存
容量を算出している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電圧検
出方式は電圧が常に変動するため、データの収集は容易
ではない。また開路電圧検出方式は、走行中は開路には
ならないし、電流積算方式は蓄積して平均するため、計
算が複雑、さらに内部抵抗測定方式及び電解液比重測定
方式は走行中の測定が困難であり、かつ精度、価格等の
点から好ましくなかった。

【０００７】また、バッテリーというのは、一般に電源
の供給停止直後は、その電圧は直ぐには開路電圧を示さ
ないものである。

【０００８】このため、イグニッションをオフ後に、直
ぐに再度オンにした場合は、開路電圧を示していないの
にもかかわらず、バッテリーの端子電圧から初期残存容
量を求めることになる。

【０００９】すなわち、イグニッションオフ直後におい
て開路電圧を求めたとしても、正確ではなかった。

【００１０】また、バッテリーの電源投入停止直後に再
度バッテリーの電源を投入された場合は、そのときの残
存容量である初期残存容量を正確に表示することは困難
であった。

【００１１】従って、イグニッションオンオフ時におい
ては、簡単な構成でかつ、複雑な演算することなく、正
確な初期残存容量を得ることができる残存容量測定装置
を得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１は、負荷に第１
の電力を供給する主電池に接続されたサブ電池からの第
２の電力を、前記主電池の放電電流、端子電圧を所定時
間間隔で収集して平均化し、これらの平均した放電電流
データ、電圧データ毎に、最小二乗法を用いて電圧ー電
流軸上に近似直線関数を求める手段を有するコンピュー
タに供給する電源供給制御回路を備えた残存容量測定装
置である。前記電源供給制御回路は、イグニッションの
オンに伴って前記第２の電力を前記コンピュータに供給
し、前記イグニッションがオフにされたときは、前記主
電池が開路電圧に到達する時間の経過後に前記第２の電
力の供給を停止する手段を備えている。前記コンピュー
タは、起動されている間は、前記近似直線関数と基準電
流値とから前記主電池の現在の電圧を求め、この電圧に
基づく前記主電池の残存容量を表示させる閉路残存容量
算出手段と、起動されたとき、その起動時の前記収集さ
れた前記端子電圧が前記開路電圧として読み込み、この
開路電圧に基づく予め決められている前記主電池の残存
容量を表示させる開路残存容量算出手段と、からなる残
存容量算出部を備えると共に、前記イグニッションのオ
ン後は、前記閉路残存容量算出手段を起動させ、また前
記イグニッションのオフ直後は、所定後に前記開路残存
容量算出手段を起動させる起動判定部とを備えたことを
要旨とする。

【００１３】請求項２は、前記起動判定手段は、前記イ
グニッションのオン直後は、前記電圧、放電電流データ
が変動してきたときに前記閉路残存容量算出手段を起動
させることを要旨とする。

【００１４】請求項３は、前記電源供給制御部は、前記
イグニッションのオンに伴って、前記第２の電力を充電
して前記第２の電力を前記コンピュータに供給させ、前
記イグニッションがオフになったときに、開路電圧に到
達する時間に対応する時定数で前記第２の電力の供給を
停止する回路を構成していることを要旨とする。

【００１５】

【００１６】

【作用】請求項１においては、イグニッションオンにさ
れると電源供給制御回路は、主電池に接続されたサブ電
池からの第２の電力をコンピュータに供給する。コンピ
ュータは、サブ電池からの第２の電力が供給されている
間は、主電池から流れる放電電流とその端子電圧とを所
定時間間隔で収集して平均化し、これらの平均した放電
電流データ、電圧データ毎に、最小二乗法を用いて近似
直線関数を電圧ー電流軸に求め、この近似直線関数と基
準値とが交わる電圧軸上の点を主電池の現在の残存容量
電圧とし、この残存容量電圧に基づく容量（表示は％）
を表示する。また、電源供給制御回路は、イグニッショ
ンオフにされると、主電池が開路電圧に復帰する時間経
過後に、第２の電池の第２の電力の供給を停止する。こ
のとき、起動判定部は所定後に開路残存容量算出手段を
起動させ、この開路残存容量算出手段が起動時における
主電池の端子電圧を開路電圧として読み込み、この開路
電圧に対応する予め決められている残存容量（％）を表
示する。すなわち、コンピュータには、イグニッション
がオフにされても、主電池が開路電圧に復帰するまでの
間は、第２の電力が供給され続けられ、所定後（主電池
の安定後）に主電池の端子電圧が開路電圧として読み込
まれるので、正確な開路電圧を得ることになる。

【００１７】また、起動判定部はイグニッションオンに
された直後には、主電池の端子電圧、放電電流が変動し
てきたときに、閉路残存容量算出手段を起動させるの
で、求められた近似直線は正確になり、基準電流値とこ
の近似直線とから求められるイグニッションオン直後の
残存容量も正確になる。

【００１８】また、電源供給制御部は、イグニッション
のオンに伴って、第２の電力を充電して第２の電力をコ
ンピュータに供給させ、イグニッションがオフになった
ときに、開路電圧に到達する時間に対応する時定数で第
２の電力の供給を停止する回路を構成しているので、イ
グニッションオフになったときは、この時定数の放電時
間だけ第２の電力を供給させ続けることになる。

【００１９】このとき、コンピュータの起動判定部は、
請求項３に示すように、放電電流データ、電圧も監視し
ているので、放電電流データ、電圧が変動している場合
（走行中）は、第１の残存容量算出手段を起動させ続け
るので、近似直線に基づく電圧の残存容量が表示される
ことになる。

【００２０】

【実施例】実施例では、電気自動車に搭載されたバッテ
リーの残存容量を測定する場合に本発明の電池残存容量
測定装置を用いた例とし、開路とは、負荷が動作してい
ない状態として説明する。

【００２１】図１は実施例の概略構成図である。図にお
いて、１はバッテリー３に接続された電気自動車負荷
（例えばモータ）、７は電気自動車負荷（以下単に負荷
という）に流れる電流を検出する電流センサ、９はバッ
テリ３の端子電圧を検出する電圧センサーである。

【００２２】１２は検出値入力回路部である。検出値入
力回路部１２は、Ｉ／Ｏ１３、ＬＰＦ１５、Ａ／Ｄ１７
より構成され、電圧センサ９及び電流センサ７からバッ
テリーの放電電流及び端子電圧を検出電圧及び検出電流
として入力し、ノイズを除去してデジタル変換する。

【００２３】１９はコンピュータである。コンピュータ
１９のプログラム構成は、電圧−電流変化傾向算出部２
１、電圧−電流近似直線算出部２５、起動判定部３０、
残存容量算出部３２等よりなり、電源供給制御回路４０
が接続されている。

【００２４】電圧−電流変化傾向算出部２１は、検出値
入力回路部１２からバッテリー３のデジタルの検出電流
及び電圧を入力し、１ｍｓ毎に、検出電流及び検出電圧
をサンプリングし、１００ｍｓ毎に平均化したデータを
計算し、１０秒毎に、メモリ３１の電圧−電流近似直線
算出部２５に記憶内容を出力する。

【００２５】電圧−電流近似直線算出部２５は、メモリ
３１から複数の電圧値と電流値とを読み、両方の誤差の
二乗総和をとり、誤差を最小にするためのａ、ｂを求
め、このａ、ｂに基づいて、電圧ー電流近似直線関数
（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）を求める。

【００２６】起動判定部３０は、イグニッションオンに
され、バッテリー３の電圧、電流が変動していないとき
は、電源供給制御部４０からの電力供給があった直後
は、バッテリー３が安定するまでは残存容量算出部３２
の開路残存容量算出手段３５を起動させ、変動してきた
ときは閉路残存容量算出手段３４を起動させる。またイ
グニッションオフにされた直後は、バッテリー３の安定
後に開路残存容量算出手段３５を起動させた後に、各部
の動作を停止させる。

【００２７】残存容量算出部３２は、閉路残存容量算出
手段３４と開路残存容量算出手段３５よりなる。

【００２８】閉路残存容量算出手段３４は、電圧−電流
近似直線算出部２５で電圧ー電流近似直線関数が求めら
れる毎に、予め決められている放電電流値Ｙから一次式
（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）に基づいて、電圧軸−電流軸上の電圧
値Ｘを特定し、この電圧値Ｘに対応する残存容量をパー
セント（１％〜１００％）で求める。

【００２９】開路残存容量算出手段３５は、起動に伴っ
て検出値入力回路１２からのデータ（イグニッションオ
ン直後に負荷が停止しているときの電圧）を読み、残存
容量を求め、そのパーセントデータを表示部１１に出力
する。

【００３０】電源供給制御回路４０は、サブバッテリ４
１とパワーＭＯＳＦＥＴ４３並びに、イグニッションキ
ースイッチ４４、ダイオード４５、抵抗４６からなる直
列回路と、コンデンサ４７と抵抗４８（放電用）より構
成され、パワーＭＯＳＦＥＴ４３のドレインはサブバッ
テリ４１に接続され、ソースがコンピュータ１９に接続
されている。そして、直列回路の一方はサブバッテリ４
１に、他方がパワーＭＯＳＦＥＴ４３のゲートに接続さ
れ、コンデンサ４７がゲートに接続されている。

【００３１】上記のように構成された電池残存容量測定
装置について、以下に説明する。図２は、実施例の動作
を説明するフローチャートである。本例では電源供給制
御部４０の動作もフローにして説明し、またイグニッシ
ョンオフ後に再度オンにしたときの動作として説明す
る。

【００３２】例えばイグニッション４４がオンにされる
と、ダイオード４５、抵抗４６、コンデンサ４７を介し
てパワーＭＯＳＦＥＴ４３に制御信号が出力され、パワ
ーＭＯＳＦＥＴ４３がオンになり、サブバッテリ４１の
電力がコンピュータ１９に供給される。

【００３３】コンピュータ１９の起動判定部３０は、電
源供給制御回路４０から電流が供給された直後（イグニ
ッションオン直後）は、残存容量算出部３２の開路残存
容量算出手段３５を動作させ、電圧センサ９が検出した
開路電圧を読み（Ｓ２０１）、初期残存容量をパーセン
トに換算して表示部１１より表示させる（Ｓ２０３）。
この開路残存容量算出手段３５の処理については後述す
る。

【００３４】この開路電圧とは、イグニッションオン直
後の車両がまだ停止しているとき（負荷が変動していな
いとき）の開路の電圧であり、初期残存容量とはこのと
きの電圧に基づいた残存容量である。従って、正確な残
存容量である。

【００３５】次に、コンデンサ４７の充電が終わり走行
し始めると、パワーＭＯＳＦＥＴ４３からの電力は多く
なり、起動判定部３０は電力供給量が多くなると開路残
存容量算出手段３０を除く各部を動作させる。この電力
が多くなったとする判定は、電圧又は電流値に基づいて
いる。

【００３６】これにより、電圧−電流変化傾向算出部２
１が電圧センサ９が検出したバッテリ３の端子電圧及び
電流センサ７が検出した電流（放電電流ともいう）を読
込み（Ｓ２０５）、このサンプリングデータを平均化す
る（Ｓ２０７）。そして、これらの平均化データより、
近似直線を求めて基準の放電電流（Ｉ＝０）としたとき
の電圧軸上の交点を最小二乗法による残存容量として算
出し（Ｓ２０９）、この残存容量を残存容量算出部３２
の閉路残存容量算出手段３４がパーセントに換算して
（Ｓ２１１）、表示させる（Ｓ２１３）。この表示は例
えば、１パーセント毎に変化させる。

【００３７】このときの、電源供給制御回路４０は、コ
ンデンサ４７と抵抗４６、ＦＥＴ４３によりハード的
に、イグニッションはオフかどうかを判定し（Ｓ２１
５）、オフになっていないときは制御をステップＳ２０
５に移して、最小２乗法により残存容量を算出させる。
また、イグニッションがオフになったときは、開路電圧
になったかどうかを判定し（Ｓ２１７）、開路電圧にな
っていないときは、イグニッションがオフになるまで、
制御をステップＳ２０５に移して、最小２乗法により残
存容量を算出させる。

【００３８】そして、開路電圧になったときは、コンピ
ュータ１９の電力の供給を停止する電源オフにする（Ｓ
２１９）。

【００３９】このステップＳ２１５〜Ｓ２１９について
説明を補足する。例えば電気自動車が走行して停止し、
イグニッションをオフにしたときは、バッテリーという
のは直ぐに開路電圧を示さないで、ゆっくりと開路電圧
に復帰する。

【００４０】すなわち、走行停止してイグニッションオ
フし、直ぐに再びイグニッションをオンした場合は、バ
ッテリ４１の電圧はイグニッションオフ時後とほとんど
変化しない。そこで、ステップＳ２１５〜Ｓ２１７に示
すように、イグニッションオフしたときは、直ぐに電源
オフとしないで、ハード的にコンデンサ４７（イグニッ
ションオフしたときに開路電圧に到達する時間に対応す
る時定数にされている）によってＦＥＴ４３を制御する
ことによって開路電圧に到達したかどうかを判断した後
に、電源オフとするようにしている。このため、開路電
圧に到達するまでは、イグニッションオフ直前の残存容
量が表示される。

【００４１】次に、イグニッション４４がオフされバッ
テリ４１が開路電圧に到達する時間の経過後（例えば車
庫に置かれて一日経過した場合）に、イグニッション４
４がオンにされると、起動判定部３０は開路残存容量算
出手段３５を動作させる。

【００４２】開路残存容量算出手段３５は起動に伴っ
て、開路電圧Ｖｎを読み、この開路電圧Ｖｎに対応する
残存容量をメモリ３６から求めて、表示させる。

【００４３】これは、負荷が閉じられて（自動車が停止
しているとき）いるときのバッテリの開路電圧と残存容
量というのは、一般に図３の（ａ）に示すように直線的
な関係となっている。

【００４４】このようなことから、図３の（ｂ）に示す
ように満充電での電圧と放電終始電圧を決めておけば、
開路電圧Ｖｎはこの図３の（ｂ）の直線上に位置するわ
けであるから、このＶｎに対応する残存容量（％）は容
易に求まる。すなわち、初期残存容量は容易に正確に求
められる。

【００４５】例えば、数１に示すようにこの直線の関数
式をメモリ３６に記憶して、得られた残存容量を代入す
ると、表１に示すように容易に求められる。

【００４６】

【数１】

【表１】また、バッテリの電圧というのは周囲温度が高温のとき
は高くなり、逆に低温のときは、低くなるものである
が、開路状態における開路電圧と残存容量の傾向とした
直線として、単にこのときの電圧値に対応する残存容量
としても正確な残存容量であるから、温度センサは必要
としない。

【００４７】なお、上記実施例では電気自動車に用いら
れる電池残存容量測定装置として説明したが、放電電流
が激しく変動したり、変動が安定したりする装置に使用
してもよい。

【００４８】さらに、回生制動があったときには、バッ
テリにはこの回生電流が充電されるが、開路状態では単
に電圧を検出して対応する残存容量を表示するだけであ
るから回生充電による残存容量の復活等については考慮
しなくとも正確な残存容量が求められる。

【００４９】

【発明の効果】以上のように請求項１によれば、イグニ
ッションオンにされると電源供給制御回路は、主電池に
接続されたサブ電池からの第２の電力をコンピュータに
供給する。コンピュータは、サブ電池からの第２の電力
が供給されている間は、主電池から流れる放電電流とそ
の端子電圧とを所定時間間隔で収集して平均化し、これ
らの平均した放電電流データ、電圧データ毎に、最小二
乗法を用いて近似直線関数を電圧ー電流軸に求め、この
近似直線関数と基準値とが交わる電圧軸上の点を主電池
の現在の残存容量電圧とし、この残存容量電圧に基づく
容量（表示は％）を表示する。また、電源供給制御回路
は、イグニッションオフにされると、主電池が開路電圧
に復帰する時間経過後に、第２の電池の第２の電力の供
給を停止する。このとき、起動判定部は所定後に開路残
存容量算出手段を起動させ、この開路残存容量算出手段
が起動時における主電池の端子電圧を開路電圧として読
み込み、この開路電圧に対応する予め決められている残
存容量（％）を表示する。すなわち、コンピュータに
は、イグニッションがオフにされても、主電池が開路電
圧に復帰するまでの間は、第２の電力が供給され続けら
れ、所定後（主電池の安定後）に主電池の端子電圧が開
路電圧として読み込まれるので、正確な開路電圧を得る
ことができるという効果が得れている。このため、使用
者は車両を停止してイグニッションをオフにしたとき
は、後どのぐらいの残存容量があるかを正確に分かる。

【００５０】また、イグニッションがオフにされると、
放電電流、電圧に変化が少ない場合は、近似直線を用い
ての残存容量の算出を停止して、第２の開路電圧を用い
て残存容量を表示させる。従って、イグニッションのオ
ンからオフまでの期間にわたって精度の高い残存容量を
得ることができるという効果が得られている。

【００５１】また、起動判定部はイグニッションオンに
された直後には、主電池の端子電圧、放電電流が変動し
てきたときに、閉路残存容量算出手段を起動させるの
で、求められた近似直線は正確になり、基準電流値とこ
の近似直線とから求められるイグニッションオン直後の
残存容量も正確になる。

【００５２】さらに、電源供給制御部は、イグニッショ
ンのオンに伴って、第２の電力を充電して第２の電力を
コンピュータに供給させ、イグニッションがオフになっ
たときに、開路電圧に到達する時間に対応する時定数で
第２の電力の供給を停止する回路を構成しているので、
イグニッションオフになったときは、この時定数の放電
時間だけ第２の電力を供給させ続けることになるので、
主電池が開路電圧に到達するまでの時間だけ待って主電
池の端子電圧が測定されるので、正確な開路電圧を得る
ことができるという効果が得られている。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の概略構成図である。

【図２】実施例の動作を説明するフローチャートであ
る。

【図３】本実施例の開路電圧に対応する残存容量の求め
方を説明する説明図である。

【符号の説明】

１電気自動車負荷３バッテリ７電流センサ９電圧センサ１２検出値入力回路部１９コンピュータ２１電圧−電流変化傾向算出部２９電圧−電流近似直線算出部３２残存容量算出部３１メモリ３４開路残存容量算出手段３５開路残存容量算出手段４０電源供給制御回路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】負荷に第１の電力を供給する主電池に接
続されたサブ電池からの第２の電力を、前記主電池の放
電電流、端子電圧を所定時間間隔で収集して平均化し、
これらの平均した放電電流データ、電圧データ毎に、最
小二乗法を用いて電圧ー電流軸上に近似直線関数を求め
る手段を有するコンピュータに供給する電源供給制御回
路を備えた残存容量測定装置であって、前記電源供給制御回路は、イグニッションのオンに伴って前記第２の電力を前記コ
ンピュータに供給し、前記イグニッションがオフにされ
たときは、前記主電池が開路電圧に到達する時間の経過
後に前記第２の電力の供給を停止する手段を備え、前記コンピュータは、起動されている間は、前記近似直線関数と基準電流値と
から前記主電池の現在の電圧を求め、この電圧に基づく
前記主電池の残存容量を表示させる閉路残存容量算出手
段と、起動されたとき、その起動時の前記収集された前記端子
電圧を前記開路電圧として読み込み、この開路電圧に基
づく予め決められている前記主電池の残存容量を表示さ
せる開路残存容量算出手段と、からなる残存容量算出部を備えると共に、前記イグニッションのオン後は、前記閉路残存容量算出
手段を起動させ、また前記イグニッションのオフ直後
は、所定後に前記開路残存容量算出手段を起動させる起
動判定部とを有することを特徴とする電池残存容量測定
装置。
【請求項２】前記起動判定手段は、前記イグニッションのオン直後は、前記電圧、放電電流
データが変動してきたときに前記閉路残存容量算出手段
を起動させることを特徴とする請求項１記載の電池残存
容量測定装置。
【請求項３】前記電源供給制御部は、前記イグニッションのオンに伴って、前記第２の電力を
充電して前記第２の電力を前記コンピュータに供給さ
せ、前記イグニッションがオフになったときに、開路電
圧に到達する時間に対応する時定数で前記第２の電力の
供給を停止する回路を構成していることを特徴とする請
求項１又は２記載の電池残存容量測定装置。