JP3178315B2

JP3178315B2 - バッテリ残存容量計及び残存容量算出方法

Info

Publication number: JP3178315B2
Application number: JP30176795A
Authority: JP
Inventors: 神崎　　実; 敏彦山▲崎▼
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1994-11-21
Filing date: 1995-11-20
Publication date: 2001-06-18
Anticipated expiration: 2015-11-20
Also published as: JPH09171065A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種機器に用いら
れるバッテリの残存容量を測定するバッテリ残存容量計
及びそれに用いる残存容量算出方法に関し、特に、電動
車両等の走行駆動用バッテリに好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、バッテリの残存容量を算出する
手法としては、開路電圧検出方式、積算方式等が代表的
なものとして知られている。この開路電圧検出方式と
は、バッテリの負荷開放時の端子電圧が、そのバッテリ
の残存容量に応じて変化することを利用したものであ
り、負荷開放時の端子電圧に対応する残存容量の対応表
を予め用意しておいて、端子電圧から直接的に残存容量
を算出するものである。また、積算方式とは、バッテリ
の放電電流又は電力を常時、計測して積算し、この使用
積算量をバッテリ使用開始時の初期容量から減算するこ
とによって、現在のバッテリ残存容量を算出するもので
ある。そして、これらを基本的な方式として、様々なバ
ッテリ残存容量計が提案され実用化されている。

【０００３】このうち開路電圧検出方式は、負荷開放時
の端子電圧を測定する必要があるので、負荷が開放され
る機会の少ない用途には不向きである。従って、長時間
に渡って放電が継続されるもの、例えば、電動車両の走
行駆動用バッテリ等に用いる場合には、積算方式のバッ
テリ残存容量計を用いることになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、積算方式の
バッテリ残存容量計においては、バッテリ放電電流又は
電力を長時間に渡って正確に積算する必要があるので、
精度の高い検出手段を用いることになり、高価になる不
都合が有った。

【０００５】また、この種の積算方式は、バッテリが放
電を開始した時点での残存容量、すなわち、初期容量の
値に誤差が含まれた場合、原理的に放電末期に至るま
で、その誤差を解消することができないという課題を抱
えている。また、現在においては、このような初期容量
を正確に把握することは技術的に困難である。これは、
例えば、開路電圧検出方式を用いて初期容量を決定する
場合においては、充放電の直後にバッテリ開路電圧が安
定しないことにより、この不安定な電圧による測定誤差
を生じることは免れ得ない。

【０００６】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、安価で高精度な積算方式のバッテリ残存容量
計及びそれに用いる残存容量算出方法を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のバッテリ残存容
量計は、バッテリの電流又は電力の積算量を算出し、該
積算量算出値に応じた残存容量を表示部にて段階表示す
るバッテリ残存容量計において、ある特定な放電電流又
は放電電力でのバッテリの端子電圧と、該バッテリの残
存容量とを関係付けた、少なくとも１つのデータテーブ
ルを保持する記憶手段と、バッテリの放電出力が、前記
特定な放電電流又は放電電力に一致したこと或いは近似
範囲となったことを検知する出力判定手段と、前記出力
判定手段の検知が生起した時点で、前記データテーブル
よりこの時点の端子電圧に対応した残存容量を取得する
読み出し手段と、前記読み出し手段が取得した残存容量
と表示部の指示値とに誤差が認められると、表示部の前
記段階表示が変化しない範囲で、前記積算量算出値を増
減させる補正手段と、を備えたバッテリ残存容量計であ
る。

【０００８】更に、本発明のバッテリ残存容量算出方式
は、バッテリの電流又は電力の積算量を算出し、該積算
量算出値に応じた残存容量を表示部にて段階表示するバ
ッテリ残存容量計の残存容量算出方法において、バッテ
リの出力がある特定な放電電流又は放電電力に一致した
或いは近似範囲となった時点で、該放電電流又は放電電
力でのバッテリの端子電圧と残存容量とを関係付けたデ
ータテーブルを参照して、この時点の端子電圧に対応し
た残存容量を読み出し、この読み出された値と、表示部
の指示値とに誤差が認められると、表示部の前記段階表
示が変化しない範囲で、前記積算量算出値を増減させる
ようにしたバッテリ残存容量算出方法である。

【０００９】前述したように、積算方式のバッテリ残存
容量計は、積算値の誤差の累積を抑制するために、高度
な検出回路が不可欠であった。更に、初期容量を正確に
把握することが現状の技術では困難であるため、その誤
差が動作中にすべての精度に影響を及ぼしてしまい、精
度を上げることが容易でなかった。

【００１０】しかし、本発明によるバッテリの残存容量
計及び残存容量算出方法によれば、放電電流又は放電電
力がある特定の値に一致し又は近似範囲となった際に、
その時点の端子電圧の値に応じて、予めデータテーブル
に記憶された残存容量を読み出し、電流又は電力の積算
量算出に補正が加えられる。すなわち、検出回路の精度
が高くなくても誤差の累積を抑制することができる。更
に、補正の量は現在の表示部の表示を変化させない範囲
に限られているため、補正を施すことによって急激に表
示の段階が低下する方向に変化したり、或いは放電中で
あるのに表示の段階が上昇する方向に変化したりといっ
た不自然な挙動は回避され、あくまでも表示の段階の増
減はバッテリの容量の増減に一致したものとなる。この
ため、積算方式のバッテリ残存容量計の本質を損なうこ
となく、高い信頼性が確保される。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明を、図１ないし図１０に示
す第１具体例に基づいて、詳細に説明する。

【００１２】図１のシステム構成図に示すように、本発
明に係るバッテリ残存容量計１は、測定対象のバッテリ
２のマイナス端子から電動モータ等の負荷Ｍに接続され
た給電ラインに接続された電流センサ３と、この電流セ
ンサ３に接続された演算増幅器４と、バッテリ２に並列
接続されバッテリ端子電圧を検出する演算増幅器５と、
これらの演算増幅器４，５の出力を択一的に切換えて、
それぞれのアナログ出力を得るアナログマルチプレクサ
６と、このアナログ出力をデジタル出力に変換するＡ／
Ｄコンバータ７と、水晶発振子９及びＲＯＭ（読み出し
専用メモリ）１０等を備えたマイクロコンピュータ８
と、このマイクロコンピュータ８に接続された表示部１
１と、各回路群に所定の駆動電流を供給するＤＣ／ＤＣ
コンバータ１２とから構成されている。

【００１３】すなわち、前記バッテリ２は、所定の容量
を有する蓄電池が用いられ、このバッテリ２からの供給
電力により駆動される負荷Ｍ、つまり、このバッテリ２
を搭載した機器に、十分な作動時間を確保できるように
している。また、このバッテリ２は、図示を省略した充
電器に接続され、この充電器により充電されるものであ
り、また、例えば、電動車両に用いられたものは、この
電動車両の回生ブレーキによって、機器としての動作中
に、充電動作が可能なものである。

【００１４】前記電流センサ３は、バッテリ２から負荷
Ｍまでの給電ライン上に接続され、この給電ライン上に
流れているバッテリ放電電流又は充電電流を検出し、こ
の電流の大小を高低の電圧値を持つ電流値信号に変換し
て、演算増幅器４に出力している。尚、このバッテリ放
電電流の検出は、バッテリと直列に接続されたシャント
抵抗による方法や、ホール素子を用いた電流センサによ
る方法等が挙げられ、いずれの方法も用いることができ
る。

【００１５】また、この電流センサ３に接続された演算
増幅器４、及び、バッテリ２に並列接続された演算増幅
器５は、それぞれ、検出して入力されたバッテリ電流
値、及び、バッテリ端子電圧を、後段のＡ／Ｄコンバー
タ７の入力許容電圧に合った電圧に増幅し、アナログマ
ルチプレクサ６に出力している。

【００１６】このアナログマルチプレクサ６は、マイク
ロコンピュータ８の指令信号により、その接続状態を切
り換えて、演算増幅器４或いは演算増幅器５のアナログ
出力信号を、択一的に適宜Ａ／Ｄコンバータ７に出力し
ている。

【００１７】このＡ／Ｄコンバータ７は、入力された演
算増幅器４或いは演算増幅器５のアナログ出力信号をデ
ジタル変換して、各デジタル信号をマイクロコンピュー
タ８に出力している。

【００１８】このマイクロコンピュータ８は、Ａ／Ｄコ
ンバータ７から出力されたデジタル信号をメモリ空間に
読込む入力ポートと、この読込んだデジタル・データ信
号に基づいて所定の処理・決定を行うＣＰＵと、この所
定処理に用いる各種のデータやテーブルが記憶されたＲ
ＯＭ１０等を備えている。また、このマイクロコンピュ
ータ８に接続された専用の水晶発振子９の発振動作によ
り、そのコンピュータ・システムとしての動作クロック
が供給されている。そして、このマイクロコンピュータ
８に内蔵されたプログラム及びデータテーブルにより、
後述する本例の積算方式の残存容量算出方法に、端子電
圧からの残存容量算出方式による所定の補正処理を組合
せた残存容量算出方法が実現されている。

【００１９】また、このマイクロコンピュータ８には、
表示部１１が接続されており、表示部１１に、所定の補
正処理が行われた表示レベル信号を出力している。

【００２０】尚、バッテリの電流値は、端子電圧と残存
容量から、逆算し類推することも可能である。このよう
にした場合には、電流検出が不要になるので、電流セン
サ３、演算増幅器５、アナログマルチプレクサ６を省略
することができ、残存容量計１として回路を簡素化でき
る。

【００２１】この表示部１１は、機器の使用者が視認し
やすい箇所に配設され、図２に正面外観の一例を示すよ
うに、パネル上に１０個のＬＥＤ（発光ダイオード）を
水平方向にならべたＬＥＤモジュール１３を配置してい
る。そして、マイクロコンピュータから出力される表示
レベル数に応じて、その点灯個数を増減させ、その時点
でのバッテリの残存容量を、段階表示により明確に使用
者に示している。すなわち、バッテリが満充電状態の場
合には、これらの１０個全てのＬＥＤが点灯し、残存容
量が減少するに伴ない点灯個数が漸次減少し、放電末期
にはすべてのＬＥＤが消灯する。従って、この図２にお
いては、６個のＬＥＤが点灯しているので、ある使用時
点におけるバッテリ残存容量が５０％以上６０％未満で
あることを示している。

【００２２】尚、表示部による容量表示としては、マイ
クロコンピュータ８の後段にＤ／Ａコンバータを接続す
ることにより、アナログ式電圧計を用いることもでき
る。また、表示方式としては、表示部のＬＥＤ点灯数の
増減に限らず、表示範囲の増減、輝度変化、色彩変化に
よる増減表示等の段階表示を用いても良い。

【００２３】前記ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、バッテ
リ２の放電動作に伴ない変動するバッテリ供給電圧を降
圧したりして、適当なレベルの安定電圧に変換し、前述
した各回路群に駆動電流を分配供給している。

【００２４】このように構成されたバッテリ残存容量計
１に用いる本例の残存容量算出方法は、積算方式の残存
容量算出方法に、端子電圧からの残存容量算出方式によ
る所定の補正処理を組合せて、より一層の精度の向上を
図ったものである。

【００２５】すなわち、まず、本例における残存容量と
は、満充電状態から放電終了までの全放電可能容量に対
して、現時点の充電状態から放電終了までの放電可能容
量の比率を示している。つまり、満充電時には、表示部
１１の全ＬＥＤ数を点灯させ、残存容量の減少に伴な
い、ＬＥＤ点灯数を減少させて、使用者にバッテリ放電
可能容量の残り具合を示している。

【００２６】従って、この表示部のＬＥＤ数に対応し
て、本例の方法に用いられている内部演算処理用の容量
表示値Ｃは、０から１０までの１１段階の整数に設定さ
れ、図３に示すように、この容量表示値Ｃに応じた数
に、バッテリ全放電可能容量を容量軸上において、複数
の区間に等分割している。そして、バッテリの放電使用
開始時には、その時点での、バッテリの残存容量を初期
化処理により推定し、この残存容量に応じた表示レベル
区間を決定する。次に、この決定された表示レベル区間
から、バッテリが放電した電流を積算し、表示レベルを
更新処理している。

【００２７】この本例の電流積算方式は、これらの各区
間毎に、バッテリから放電使用した電流を積算し、各区
間を越えたかを判別して、越えた場合には容量表示値Ｃ
を１段階低下させて更新している。

【００２８】すなわち、バッテリの放電開始時に行われ
る初期化処理によって、初期残存容量値が推定され、こ
の初期容量値に基づいて、まず、表示容量値Ｃが設定さ
れると共に、その表示レベル区間内の電流積算値Ｑも設
定される。そして、バッテリの放電動作に伴う電流積算
処理により、電流積算値Ｑが、その区間を越えた次の区
間に入った場合には、容量表示値Ｃを次の区間の容量表
示値Ｃに変更すると共に、電流積算値Ｑの以前の区間に
相当する部分を切捨てて、新たな区間において、同様に
電流積算値Ｑの積算処理が行われる。従って、実際には
容量表示値Ｃが変化しない間にも、バッテリ残存容量は
放電消費され、事実上の残存容量は減少していく。その
減少程度を、電流積算値Ｑとして積算し、電流積算値Ｑ
がその表示レベル区間の区間全量値ΔＱを越えた場合に
は、容量表示値Ｃを一段階低下させ、電流積算値Ｑを新
たな表示レベル区間用に再設定している。また、このよ
うに各区間毎に積算処理を行っていることにより、後述
する本例の補正処理を容易に行えるようにしている。

【００２９】このように、本例に用いられる容量表示値
Ｃは、ＬＥＤモジュール１３の点灯個数に対応した０か
ら１０までの整数値に設定され、その時点でのバッテリ
残存容量を容易に把握できるような段階表示となってい
る。一方、電流積算値Ｑは、各表示レベル区間毎に、放
電開始から現在までの放電電流を積算した量であり、所
定の間隔Ｔ毎に、バッテリの給電ラインから放電電流Ｉ
を検出し、この放電電流ＩをＴ秒前の電流積算値Ｑに加
算し、新たな電流積算値Ｑを算出している。

【００３０】このような積算処理を補正する補正値は、
バッテリ放電使用中に、バッテリ電流が特定電流Ｉｒに
一致し又は近似範囲となった時の端子電圧から決定され
た検出容量値Ｃｒを用いて、行われている。

【００３１】すなわち、一般に、バッテリを定電流によ
り放電させると、図４に示されるような端子電圧の変化
曲線が観測される。つまり、放電時間の経過に従ってバ
ッテリ端子電圧は、放電時間の大部分において徐々に減
少し、バッテリの使用可能な容量が使い果たされた放電
終末時点において急激に減少している。また、この放電
曲線は、温度等の諸条件が同じであれば、同一型式のバ
ッテリを用いた場合には、同一な電流に対して、ほぼ同
一のものとなる。従って、あるバッテリの特定放電電流
に対する前記曲線を、予め計測し記録しておくことによ
り、機器動作中に、バッテリ放電電流がその特定な電流
値に一致した時点で、バッテリの端子電圧の値を検出す
ることにより、その時点での残存容量を知ることができ
る。

【００３２】従って、本例においては、図５に示すよう
に、バッテリの特定な放電電流（特定電流値）Ｉｒに対
して、バッテリ端子電圧Ｖと残存容量（検出容量値）Ｃ
ｒとの相関を、データテーブルとして予め用意すること
ができる。すなわち、このデータテーブルは、表示容量
値Ｃに応じて０レベルを含めた１１レベルの行から構成
され、これらの区分された各行には、残存容量の比率で
ある１１段階の検出容量値Ｃｒと、この検出容量値Ｃｒ
に対応した端子電圧値Ｖの上限／下限値とが対応付けら
れている。従って、その時点に検出された検出電流値Ｉ
が特定電流値Ｉｒに近似された場合におけるバッテリ端
子電圧値Ｖから、このテーブルを参照して、該当する検
出容量値Ｃｒを決定することができる。

【００３３】また、この特定電流Ｉｒは、そのバッテリ
が最も放電使用する可能性が大きな電流値を選択するこ
とにより、検出する機会を増加させて、テーブル数を減
少すると共に、効率的に端子電圧Ｖから検出容量値Ｃｒ
を決定することができるようにしている。

【００３４】そして、本例においては、この検出容量値
Ｃｒを用いて、容量表示値Ｃを直接的にではなく、電流
積算値Ｑを、その表示区間内の範囲に留まるように修正
し、間接的に容量表示値Ｃを補正することにより、結果
として表示部１１の残存容量表示が急激に変動すること
を防止している。

【００３５】すなわち、その表示区間における電流積算
値Ｑを、その区間境界までの電流積算量のｋ倍に相当す
る分だけ、加算又は減算している。つまり、この補正係
数ｋの値は、１未満の値、０＜ｋ＜１の範囲の値に設定
され、この範囲で一定であっても、或いは適宜変化させ
てもよい。従って、このように１未満の補正係数ｋによ
って、常に電流積算値Ｑを補正処理していることによ
り、この補正処理によっては、電流積算値Ｑは、決して
現在の表示区間を越えることは無いことになる。従っ
て、急激にバッテリ残存容量表示が変動することを回避
することができる。

【００３６】尚、本例においては、電動車両に搭載され
た走行駆動源用バッテリに用いられたバッテリ残存容量
計１について説明することとし、上述した各設定値を具
体的に設定して、以下に説明することにする。

【００３７】すなわち、例えば、電動スクータ等の電動
車両においては、バッテリとして公称容量或いは実容量
が３０Ａｈの密閉型鉛蓄電池が搭載されている。また、
この車両が常用する走行速度として、３０ｋｍ／ｈが設
定されていることから、車両の車体重量やモータ出力等
も加味して特定電流Ｉｒを、１５Ａ（アンペア）に設定
することにする。

【００３８】また、このバッテリの全容量が３０Ａｈで
あることと、容量表示値Ｃが全体を１０段階に分けてい
ることから、３０Ａｈの１／１０の３Ａｈ放電が一段階
の変化となり、区間全量値ΔＱは、３Ａｈに設定するこ
とになる。しかし、電流積算の間隔Ｔを０．５秒に設定
すると、この間隔時間毎に検出される放電電流を、無換
算で積算させるために、区間全量値ΔＱを、時間換算し
次式より求められる値に再設定する。

【００３９】ΔＱ＝３Ａｈ／（０．５／６０／６０）ｈ
＝２１６００Ａ従って、区間全量値ΔＱは、２１６００Ａに設定される
ことになる。また、例えば、間隔Ｔを２秒に設定する
と、前記式によって、区間全量値ΔＱは、５４００Ａに
設定することになる。すなわち、各間隔Ｔの間、検出し
た電流値が持続するとみなしている。

【００４０】また、電流積算値Ｑを補正処理する補正係
数ｋは、０．５に設定することにする。

【００４１】このように設定された各値を用いて、図６
に示すようなフローチャートにより、バッテリ残存容量
計１における残存容量算出方法が実行されている。すな
わち、本フローチャートは、バッテリ放電開始時に、開
始時の残存容量を決定する初期化手順Ｐ１００と、バッ
テリ放電電流Ｉが特定電流Ｉｒに近似された場合に、端
子電圧Ｖを検出しデータテーブルを参照して、端子電圧
Ｖから検出容量値Ｃｒを設定する検出手順Ｐ２００と、
所定期間毎に、最新の検出容量値Ｃｒと容量表示値Ｃを
比較して、所定に電流積算値Ｑを補正係数ｋを用いて補
正する補正手順Ｐ３００と、通常の電流積算値Ｑに検出
電流Ｉを積算する積算手順Ｐ４００と、この積算処理に
より電流積算値Ｑが区間全量値ΔＱを越えたかを判定し
て容量表示値Ｃと電流積算値Ｑを適切に再設定する更新
手順Ｐ５００とから構成され、機器が動作する限り、Ｐ
２００〜Ｐ５００までの一連の処理が繰り返されるよう
になっている。

【００４２】すなわち、より具体的には、図７のフロー
チャートに示すように、各処理が行われる。このフロー
チャートにおいて、初期化手順Ｐ１００は、ステップＰ
１０１〜Ｐ１０２により、検出手順Ｐ２００は、ステッ
プＰ２０１〜Ｐ２０５により、補正手順Ｐ３００は、ス
テップＰ３０１〜Ｐ３０４により、積算動作手順Ｐ４０
０は、ステップＰ４０１により、更新手順Ｐ５００は、
ステップＰ５０１〜Ｐ５０３により、構成されている。

【００４３】まず、バッテリの放電使用の開始に先立
ち、ステップＰ１０１おいて、容量表示値Ｃ及び電流積
算値Ｑに、初期値を設定する初期化処理が行われる。こ
の初期化処理は、バッテリの負荷開放時の端子電圧が、
残存容量に応じて変化することに基づいた開路電圧検出
方式等の既存の手法を用いて、バッテリ放電開始時の初
期残存容量を推定し、この初期残存容量に基づき、容量
表示値Ｃと電流積算値Ｑが設定される。尚、この初期残
存容量は、バッテリの充電や交換が行われない場合に
は、前回のバッテリ放電使用終了時の、容量表示値Ｃと
電流積算値Ｑをマイクロコンピュータ８のメモリに記憶
保持しておき、この値を用いるようにしてもよい。ま
た、後述するように、この初期化処理が不正確なものに
対しても、本例によれば、十分に機器の作動中に、適正
な残存容量値に補正が可能なので、バッテリ残存容量計
１としての信頼性や精度が確保できる。更に、これらの
値の設定と同時に、特定電流値Ｉｒが１５（Ａ）に、間
隔時間Ｔが０．５（秒）に、補正係数ｋが０．５に、区
間全量値ΔＱが２１６００（Ａ）に設定される。

【００４４】次に、ステップＰ１０２においては、検出
容量値Ｃｒが、先に決定された容量表示値Ｃと一致した
値に設定され、後述するステップＰ２０２〜ステップＰ
２０４によって、新たに検出容量値Ｃｒが設定されない
限り、補正処理が行われないようにしている。

【００４５】また、ステップＰ２０１において、バッテ
リ２の放電電流が電流センサ３により計測され、この計
測された検出電流値Ｉが、マイクロコンピュータ８に読
み込まれる。

【００４６】更に、ステップＰ２０２において、特定電
流値Ｉｒと検出電流値Ｉとが比較判定され、計測された
検出電流値Ｉが、特定電流値Ｉｒに十分に近い値と判定
された場合には、ステップＰ２０３〜Ｐ２０４の処理に
進み、判定されない場合には、これらの処理をスキップ
してステップＰ２０５に進む。

【００４７】そして、検出電流値Ｉが特定電流値Ｉｒに
十分に近いと判定された、ステップＰ２０３において
は、更に、該時点におけるバッテリの端子電圧Ｖが測定
され、このバッテリ端子電圧Ｖがマイクロコンピュータ
８に読み込まれる。

【００４８】次に、ステップＰ２０４においては、この
バッテリ端子電圧Ｖに基づき、前述したデータテーブル
を参照して、この時点での検出容量値Ｃｒが新たに決定
される。例えば、端子電圧値が４７．５Ｖの場合には、
このテーブルを用いて、検出容量値Ｃｒが５レベルであ
ると決定することができる。

【００４９】次に、ステップＰ２０５おいては、所定の
間隔Ｔ秒が経過したかが、判定され、経過しない場合に
は、ステップＰ２０１に復帰し、ステップＰ２０１〜Ｐ
２０４の検出処理が繰り返される一方、経過した場合に
は、ステップＰ３０１以降の補正処理に進む。従って、
間隔時間Ｔ秒が経過するまでは、バッテリ放電電流Ｉが
特定電流Ｉｒになった場合の端子電圧Ｖに基づく検出容
量値Ｃｒの設定手順が繰り返されるので、可能な限り検
出容量値Ｃｒが、最新の値の更新されることになる。

【００５０】尚、この間隔時間Ｔ秒のタイムカウント
は、マイクロコンピュータ８に内蔵されている水晶発振
子９に基づく、タイマ処理により行われている。

【００５１】従って、このタイマよりＴ秒の経過が確認
されると、電流積算値ＱにＴ秒間の放電電流Ｉを加算し
て、放電電流の積算処理が行われ、この積算使用電流を
初期容量から減算して現時点での残存容量が算出される
が、本例のバッテリ残存容量計１においては、この処理
に先立って、最新の検出容量値Ｃｒが容量表示値Ｃと不
一致な場合には、この検出容量値Ｃｒに基づいて、電流
積算値Ｑに補正を加える。すなわち、この補正処理にお
いては、容量表示値Ｃを直接的に補正せずに、１未満に
設定された補正係数ｋを用いて、容量表示値Ｃの値が変
わらない範囲で電流積算値Ｑのみに補正を行い、表示部
１１の表示が急激に変化したり不安定となることを防止
している。

【００５２】すなわち、まず、ステップＰ３０１におい
て、容量表示値Ｃと検出容量値Ｃｒとが比較され、この
比較結果により、３方向に分岐する。

【００５３】そして、容量表示値Ｃが検出容量値Ｃｒよ
り小さいと判定した場合に、ステップＰ３０２に進み、
電流積算値ＱをＱの何割かにあたるｋＱだけ減少させ
る。すなわち、このステップＰ３０２においては、例え
ば、容量表示値Ｃが５、検出容量値Ｃｒが６〜１０の場
合には、図８の上段に示すように、第５表示レベル区間
の範囲内にある電流積算値Ｑが、同図中に破線により示
す電流積算値Ｑの何割かにあたるｋＱを減算することに
より、同図中の下段に示すように、検出容量値Ｃｒ寄り
に修正された電流積算値Ｑ’となる。また、この場合に
は、容量表示値Ｃと検出容量値Ｃｒとがどれほど離れて
いても、補正処理された電流積算値Ｑ’は、第５表示レ
ベル区間の範囲内に留まることになる。

【００５４】従って、このような減少補正がなされるの
で、電流積算値Ｑ自体は変更されても、同一の容量表示
値Ｃ区間範囲内に留まり、容量表示値Ｃは変更されずに
済み、表示部１１による容量表示が、急激に変更される
ことを防止することができる。

【００５５】また、このような補正をしない場合には、
容量表示値Ｃと、端子電圧から推定した検出容量値Ｃｒ
とに大差がある場合等には、不安定な表示が行われるこ
とになり、使用者等にバッテリの充電状況を正確に通知
できないことになる。これは、例えば、電動車両の走行
中に、１分前に容量レベル５の表示が行われ、現在時点
において、急激にレベル２又は３の表示になることにな
り、運転者としては、更に１分後には、ゼロレベル付近
になると誤認させ、間近に走行不能になる等の危惧感を
与えることになる。これに対して、本例によれば、最終
的には、レベル２又は３の表示がされるが、段階的に中
間の表示を経て、一定の緩やかな表示変更が行われるの
で、このような事態を回避することができる。

【００５６】また、ステップＰ３０１において、容量表
示値Ｃと検出容量値Ｃｒとが等しいと判定した場合に
は、ステップＰ３０４に進み、補正処理は行われない。

【００５７】更に、ステップＰ３０１において、容量表
示値Ｃが検出容量値Ｃｒより大きいと判定した場合に
は、ステップＰ３０３に進み、電流積算値Ｑを、区間全
量値ΔＱから電流積算値Ｑを引いた値の何割かにあたる
ｋ（ΔＱ−Ｑ）だけ増加させる。

【００５８】すなわち、このステップＰ３０３において
は、例えば、図９の上段に示すように、第５表示レベル
区間の範囲内にある電流積算値Ｑに、同図中に破線によ
り示す電流積算値Ｑと区間全量値ΔＱの差の何割かにあ
たるｋ（ΔＱ−Ｑ）を加算することにより、同図中の下
段に示すように、検出容量値Ｃｒ寄りに修正された電流
積算値Ｑ’となる。また、この場合には、容量表示値Ｃ
と検出容量値Ｃｒとがどれほど離れていても、前記ステ
ップＰ３０２と同様に、電流積算値Ｑ’は、第５表示レ
ベル区間の範囲内に留まることになる。

【００５９】従って、このような増加補正がされるの
で、電流積算値Ｑ自体は変更されても、同一の容量表示
値Ｃの区間範囲内に留まり、容量表示値Ｃは変更されず
に済み、表示部による表示レベルが、急激に変更される
ことを防止することができる。

【００６０】このような加減算補正の実行、未実行に拘
らず、ステップＰ３０４においては、検出容量値Ｃｒ
が、容量表示値Ｃに等しく設定され、不要な補正処理が
行われないようにしている。

【００６１】次に、ステップＰ４０１において、通常の
使用電流の積算動作が行われ、電流積算値Ｑに計測した
検出電流値Ｉが、加算される。

【００６２】更に、ステップＰ５０１において、電流積
算値Ｑが区間全量値ΔＱに比較され、電流積算値Ｑが区
間全量値ΔＱ以下ならば、容量表示値Ｃを変更せずに、
ステップＰ２０１に進み、このステップＰ２０１以降の
処理が繰り返される。他方、電流積算値Ｑが区間全量値
ΔＱを上回れば、ステップＰ５０２以降の更新処理に進
む。

【００６３】すなわち、電流積算値Ｑが区間全量値ΔＱ
を上回ったと判定された場合には、まず、ステップＰ５
０２において、容量表示値Ｃを一段階減少させ、次に、
ステップＰ５０３において、電流積算値Ｑから区間全量
値ΔＱを減算して、次の表示レベル区間用に新たな電流
積算値Ｑが設定され、次の表示レベル区間で、この新た
な電流積算値Ｑに対して、検出電流値Ｉの積算処理が行
われることになる。

【００６４】これは、例えば、図１０の上段に示すよう
に、第５表示レベル区間内にある電流積算値Ｑが、同図
中に破線により示す検出電流値Ｉを積算することによ
り、同図中の中段に示すように区間全量値ΔＱを上回る
電流積算値Ｑ’となり、この電流積算値Ｑ’の積算値位
置は、区間境界を越えて第４表示レベル区間内に有るこ
とになる（ステップＰ４０１を終了した状態に対応）。
そこで、まず、この状態をステップＰ５０１で判別し
て、ステップＰ５０２において、容量表示値Ｃを一段階
減少させ、表示レベルを５から４に低下させる。次に、
ステップＰ５０３において、同図中の下段に示すように
電流積算値Ｑ’から以前の第５表示レベル区間内の部分
である区間全量値ΔＱを減算して切捨て、この第４表示
レベル区間内の新たな電流積算値Ｑ”が設定される。

【００６５】そして、ステップＰ５０３を終了すると、
ステップＰ２０１に処理が復帰し、再び、このステップ
Ｐ２０１以降の一連処理が繰り返される。

【００６６】このような動作が、バッテリが放電動作す
る限り繰り返され、バッテリ放電動作に伴ないバッテリ
容量表示値Ｃは適宜補正を加えられつつ減少する。すな
わち、表示部のＬＥＤモジュール１３の点灯個数が、容
量表示値Ｃの変化に一致して漸次、減少していく。

【００６７】以上説明したように、本例のバッテリ残存
容量計によれば、予めそのバッテリの放電特性に応じた
特定電流値に対して、端子電圧と、残存容量を相関させ
たデータテーブルを用意し、バッテリ放電電流が特定値
に一致又は近似できる範囲となった際に、その時点の端
子電圧の値に応じて、データテーブルに記憶された残存
容量を読み出し、電流の積算量に、現在の表示部の指示
値を変化させない範囲の補正を行ったことにより、補正
処理を施すことによって急激に指示値が低下したり、或
いは放電中であるのに指示値が上昇したりといった不自
然な挙動は回避され、あくまでも指示値の増減はバッテ
リの容量の増減に一致したものとなる。また、このよう
に補正処理しているので、バッテリ放電開始時の残存容
量を決定する初期化処理や、検出回路の精度が高くない
場合にも、バッテリ残存容量計として誤差の累積を抑制
することができる。このため、積算方式のバッテリ残存
容量計の本質を損なうことなく、高い信頼性を確保する
ことができる。

【００６８】次に、本発明を、図１１及び図１２に示す
第２具体例に基づいて、詳細に説明する。尚、本例にお
いても前記第１具体例と同様に、電動車両に適用した例
について説明し、各設定値も同一とする。

【００６９】本例のバッテリ残存容量計１は、バッテリ
を用いた機器の動作中に、バッテリ放電動作のみではな
く、充電動作を行うものに対応したものである。

【００７０】例えば、一般にバッテリを走行駆動源とす
る電動車両においては、回生ブレーキが用いられてい
る。この回生ブレーキは、車両の減速時に削減すべき運
動エネルギーを、走行用モータを発電動作させることに
より電気エネルギーに変換し、この電気エネルギーによ
りバッテリを充電するものである。

【００７１】前述した第１具体例においては、このよう
な回生ブレーキによるバッテリへの電流流入を検出する
ことがなくても、自ずと積算値の補正動作に吸収され
る。しかしバッテリ残存容量計１の指示値は、一段階づ
つ減少していくのみである。従って、充電による補正動
作は、指示値の減少を抑制するが、指示値が増加するこ
とはない。比較的に短時間の回生ブレーキによる電流の
流入であれば、これでよいことになる。ところが、車両
が長い下り坂を下降する等で、回生ブレーキが長期的に
作動してバッテリ充電が行われ、かなりの残存容量の上
昇が見込めるのであれば、バッテリ残存容量計１の指示
値を上昇させ、運転者に、その事実を積極的に認識させ
ることが望まれる。

【００７２】そこで、本例においては、図１１に示すよ
うに、図３のフローチャートのステップＰ５０１以降の
処理を、ステップＰ５０１〜Ｐ５０５の処理ルーチンに
置き換えたものである。すなわち、回生ブレーキ等のよ
うに機器の使用中にバッテリ充電が行われ、バッテリ残
存容量が増大した場合に対応して、容量表示値Ｃの増加
手順を、新たに追加している。

【００７３】従って、ステップＰ１０１からステップＰ
３０４までは、前記具体例と同様な処理が行われるの
で、簡略化のため説明を省略する。

【００７４】尚、回生ブレーキ等によるバッテリ充電動
作中は、検出電流Ｉがマイナス値になり特定電流Ｉｒと
一致することはないので、新たに検出容量値Ｃｒが設定
されることがなくなり、上述した補正処理は行われない
ことになる。

【００７５】すなわち、ステップＰ４０１においては、
前記具体例と同様に、電流積算値Ｑに、検出電流Ｉが積
算されるが、回生ブレーキ等により充電される場合に
は、この検出電流Ｉがマイナス値となるので、この充電
状態が長時間維持されたときには、このマイナス値の検
出電流Ｉを繰り返し積算された電流積算値Ｑもマイナス
値になる。

【００７６】そして、ステップＰ５０１において、電流
積算値Ｑが区間全量値ΔＱに比較され、この比較結果に
より３方向に分岐する。

【００７７】すなわち、ステップＰ５０１で、前記具体
例と同様に、電流積算値Ｑが区間全量値ΔＱを上回ると
判定した場合には、ステップＰ５０２〜Ｐ５０３に処理
が進み、容量表示値Ｃの１段階低下処理と、新たな表示
レベル区間に対応した電流積算値Ｑの再設定が行われ、
この更新処理後には、ステップＰ２０１に戻る。

【００７８】また、ステップＰ５０１において、電流積
算値Ｑが区間全量値ΔＱ以下で、且つ０以上と判定され
た場合には、更新処理を行なわずに、ステップＰ２０１
に戻る。

【００７９】更に、ステップＰ５０１において、回生ブ
レーキ等により長期間バッテリ充電され、電流積算値Ｑ
がゼロより小さいマイナス値の場合には、ステップＰ５
０４〜Ｐ５０５に進み、容量表示値Ｃを１段階上昇する
処理と、前段の表示レベル区間に対応した電流積算値Ｑ
の再設定が行われ、この更新処理後には、ステップＰ２
０１に戻る。

【００８０】これは、例えば、図１２の上段に示すよう
に、第５表示レベル区間内にある電流積算値Ｑが、同図
中に破線により示す充電電流を現わすマイナスの検出電
流値Ｉを積算することにより、同図中の中段に示すよう
に０を下回る電流積算値Ｑ’となり、この電流積算値
Ｑ’の積算値位置は、区間境界を越えて第６表示レベル
区間内に有ることになる（ステップＰ４０１を終了した
状態に対応）。そこで、まず、この状態をステップＰ５
０１で判定して、ステップＰ５０４において、容量表示
値Ｃを一段階増加させ、表示レベルを５から６に上昇さ
せる。次に、ステップＰ５０５において、同図中の下段
に示すように電流積算値Ｑ’に区間全量値ΔＱを加算し
て、この第６表示レベル区間内の新たな電流積算値Ｑ”
に設定する。

【００８１】従って、充電により増大したバッテリ容量
は、表示部の指示値に反映され、その増減は容量の上下
と必ず一致しているため、積算値の補正によって、表示
部の指示値が不自然な挙動を示すことはない。

【００８２】以上説明したように、本例のバッテリ残存
容量計によれば、前記第１具体例と同様な効果を奏する
のみならず、電動車両の回生ブレーキ等のように、バッ
テリ使用時に、放電だけではなく充電が行われる機器に
使用することができ、適用範囲を広げることができる。

【００８３】尚、以上いずれの具体例においても、容量
表示値Ｃの値が最大の１０であるときには、容量表示値
Ｃが検出容量値Ｃｒより小さくなることは有り得ず、従
って、この１０レベル表示の場合には、充電動作が行わ
れても、電流積算値Ｑを減少させる方向への補正は一切
行われないことになる。この問題は容易に解決可能であ
るので、簡単にその方法について記しておく。つまり、
表示部は１０段階表示のままとし、容量表示値Ｃ及び検
出容量値Ｃｒを、この１０レベル表示のみの部分的或い
は全体的に細分化すればよい。こうすることにより、外
部的な表示が１０レベルのままであっても、内部的に
は、補正処理が実施されることになる。すなわち、表示
部で見る限り指示値が最大の１０であっても、マイクロ
コンピュータの内部では、常に、細かな補正処理が行わ
れる。言及するまでもなく、このような具体例の細部に
わたる変更は、本願請求の範囲を逸脱するものではな
い。

【００８４】更に、以上の具体例では電流の積算を対象
としているが、端子電圧を掛け合わせ、電力を積算して
も構わない。同様に、ＲＯＭに記憶されたデータテーブ
ルも、定電力放電で測定された特定の放電電力に対する
データであっても構わない。

【００８５】また、異なる放電電流、放電電力或いは温
度等に対し、それぞれに対応した複数のデータテーブル
と区間全量値ΔＱを用意し、精度の向上を図ることも可
能である。すなわち、例えば、バッテリは温度環境によ
って、その放電性能が約１０〜２０％程度変動するの
で、各温度温度により変化するバッテリ放電曲線に対応
したデータテーブルと区間全量値ΔＱを予め用意すると
共に、バッテリ近傍に温度センサを設け、検出した温度
によって、これらのテーブル、設定値を温度に応じた適
切なものに再設定して、バッテリ残存容量計としての精
度の向上を図ることができる。例えば、電動車両に用い
た場合においては、冬季等の低温環境時には、バッテリ
が低温になり、全放電可能容量が大幅に低下するが、バ
ッテリ温度変化に応じてデータテーブルと区間全量値Δ
Ｑを適切に切換えることにより、このような状況にも対
応できることになる。

【００８６】これらいずれの変更も、本発明の意図する
ところに包含されるものである。

【００８７】

【発明の効果】本発明によるバッテリの残存容量計及び
残存容量算出方法によれば、放電電流又は放電電力があ
る特定の値に一致し又は近似範囲となった際に、その時
点の端子電圧の値に応じて、予めデータテーブルに記憶
された残存容量を読み出し、電流又は電力の積算量算出
値に補正が加えられるものである。すなわち、検出回路
の精度が高くなくても誤差の累積を抑制することができ
る。更に、補正の量は現在の表示部の表示を変化させな
い範囲に限られているため、補正を施すことによって急
激に表示の段階が低下する方向に変化したり、或いは放
電中であるのに表示の段階が上昇する方向に変化したり
といった不自然な挙動は回避され、あくまでも表示の段
階の増減はバッテリの容量の増減に一致したものとな
る。このため、積算方式のバッテリ残存容量計の本質を
損なうことなく、高い信頼性が確保されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１具体例に係り、バッテリ残存容量
計のシステム構成図である。

【図２】本例に係るバッテリ残存容量計の表示部の正面
外観図である。

【図３】本例の電流積算動作と表示の関係を説明する概
念説明図である。

【図４】一般的なバッテリの定電流放電時における端子
電圧の降下特性を示した図である。

【図５】本例の検出容量値Ｃｒ決定用のデータテーブル
の概要を示した図である。

【図６】本例のバッテリ残存容量算出方法の概略を示す
フローチャートである。

【図７】本例のバッテリ残存容量算出方法の内部演算動
作を示すフローチャートである。

【図８】本例の電流積算値Ｑの減少補正処理を示す説明
図である。

【図９】本例の電流積算値Ｑの増大補正処理を示す説明
図である。

【図１０】本例の通常のバッテリ電流積算動作による更
新処理を示す説明図である。

【図１１】本発明の第２具体例に係り、バッテリ残存容
量算出方法の内部演算動作を示すフローチャートであ
る。

【図１２】第２具体例のバッテリ充電時の積算動作によ
る更新処理を示す説明図である。

【符号の説明】

１バッテリ残存容量計２被測定バッテリ３電流センサ４演算増幅器（バッテリ電流検出用）５演算増幅器（バッテリ電圧検出用）６アナログマルチプレクサ７Ａ／Ｄコンバータ８マイクロコンピュータ９水晶発振子（マイクロコンピュータ用）１０ＲＯＭ（マイクロコンピュータ用）１１表示部１２ＤＣ／ＤＣコンバータ１３表示部のＬＥＤモジュールＭ負荷（走行用電動モータ）Ｃ容量表示値Ｔ補正及び積算動作の実行間隔時間Ｉｒ特定電流値Ｉ検出電流値Ｖ検出電圧値Ｃｒバッテリ端子電圧から検出された検出残存容量
値ｋ補正係数Ｑ各残存容量レベル区間毎の電流積算値 ΔＱ各残存容量レベル区間に同一な区間全量電流量
値

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】バッテリの電流又は電力の積算量を算出
し、該積算量算出値に応じた残存容量を表示部にて段階
表示するバッテリ残存容量計において、ある特定な放電電流又は放電電力でのバッテリの端子電
圧と、該バッテリの残存容量とを関係付けた、少なくと
も１つのデータテーブルを保持する記憶手段と、バッテリの放電出力が、前記特定な放電電流又は放電電
力に一致したこと或いは近似範囲となったことを検知す
る出力判定手段と、前記出力判定手段の検知が生起した時点で、前記データ
テーブルよりこの時点の端子電圧に対応した残存容量を
取得する読み出し手段と、前記読み出し手段が取得した残存容量と表示部の指示値
とに誤差が認められると、表示部の前記段階表示が変化
しない範囲で、前記積算量算出値を増減させる補正手段
と、を備えたことを特徴とするバッテリ残存容量計。
【請求項２】バッテリの電流又は電力の積算量を算出
し、該積算量算出値に応じた残存容量を表示部にて段階
表示するバッテリ残存容量計の残存容量算出方法におい
て、バッテリの出力がある特定な放電電流又は放電電力に一
致した或いは近似範囲となった時点で、該放電電流又は
放電電力でのバッテリの端子電圧と残存容量とを関係付
けたデータテーブルを参照して、この時点の端子電圧に
対応した残存容量を読み出し、この読み出された値と、
表示部の指示値とに誤差が認められると、表示部の前記
段階表示が変化しない範囲で、前記積算量算出値を増減
させるようにしたことを特徴とするバッテリ残存容量算
出方法。