JP3251502B2 - 電気自動車の電池残存容量測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走行中において、
電池から負荷に流れる電流と、端子電圧とが常に所定個
数以上得られたときに残存容量を求める電気自動車の電
池残存容量測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にバッテリというのは、負荷の特性
及び温度に応じて様々な放電特性を有する。

【０００３】また、バッテリは、負荷の変動に伴って放
電電流（Ｉ）及び端子電圧（Ｖ）は激しく変動する。

【０００４】このため、負荷の変動中において、バッテ
リの残存容量を特定することは容易ではない。そこで、
近年の電気自動車のバッテリの残存容量を測定する方式
は、例えば走行中に１ｍｓｅｃ毎に放電電流（Ｉ）、端
子電圧（Ｖ）をサンプリングし、１００ｍｓｅｃ経過し
たとの平均電流と平均電圧を求めてＩ―Ｖ座標軸に収集
する。このような処理を１０ｓｅｃ経過する毎に行う。

【０００５】そして、Ｉ―Ｖ座標軸上に収集した複数の
データの相関係数を求め、その相関係数が強い負の相関
（以下高い相関という）を示したときに、Ｉ―Ｖ座標軸
上に収集された複数のデータの傾向を示す近似直線（Ｉ
＝ａＶ＋ｂ）を求め、この近似直線から現在の残存容量
を特定して表示していた。

【０００６】すなわち、電気自動車の走行中に採集した
バッテリの電流と電圧とがＩ―Ｖ座標軸上で適当な「ば
らつき」を示している場合に、残存容量が求められる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電気自
動車は一定速度走行だけではなく、速度を速めたり遅く
しながら走行する。また、急激な登坂や下り坂も走行し
たり、フルアクセルで走行したりする場合もある。

【０００８】例えば、フルアクセルで走行した場合は、
バッテリの放電電流（以下電流という）と端子電圧（以
下電圧という）とはほとんど変化しないで図５に示すよ
うに一点に集中する傾向にある。

【０００９】このため、電気自動車の走行中に一定時間
毎の電流と電圧とを所定時間に渡って収集すると、図６
に示すようにＩ―Ｖ座標軸上にはデータが一点に集中し
た区間が発生する。

【００１０】また、急激な登り坂をフルアクセルで走行
した場合の１０ｓｅｃの間の電流と電圧とを収集した場
合は、図７に示すように、Ｉ―Ｖ座標軸上にはデータが
一点に集中する。

【００１１】ところが、従来の方式は、このようにデー
タが一点に集中した区間が発生しても、高い相関が得ら
れたと判定する場合があるという問題点があった。

【００１２】すなわち、相関係数だけでＩ―Ｖ座標軸上
に採集されたデータの「ばらつき」の精度を判定する
と、信頼性の低い近似直線で残存容量を特定してしまう
場合があるという問題点があった。

【００１３】本発明は以上の問題点を解決するためにな
されたもので、一定期間内にＩ―Ｖ座標軸上に採集した
データが全体に適当な「ばらつき」を示しているときの
近似直線によって残存容量を特定することができる電気
自動車の残存容量測定装置を得ることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、イグニッショ
ンの投入に伴って各手段を起動させて残存容量を求める
電気自動車の残存容量測定装置において、走行中におい
て、電池から負荷に流れる電流と前記電池の電圧とを一
定時間毎に電圧−電流軸上に収集し、該電流及び電圧と
が所定数集まる毎に平均化して前記電圧−電流軸上に複
数（ｎ）の平均データを得るデータ収集平均化手段と、
前記電圧−電流軸の電流軸を、予め設定されている区間
幅で所定数個に分割する区分け手段と、前記複数の平均
データが前記電圧−電流軸上に得られたとき、これらの
区間毎に基準個数（基準個数＜ｎ）以上の平均データが
存在するかどうかを判定し、いずれかの区間に前記基準
個数以上の平均データが存在していないときは前記電圧
−電流軸上に得られた複数の平均データを消去する区間
個数判定手段と、前記各区間に前記基準個数の平均デー
タが存在していると判定されたとき、前記電圧−電流軸
上に得られた複数の平均データを用いて相関係数を判定
する相関係数判定手段と、前記相関係数が高い相関を示
していると判定したとき、前記電圧−電流軸上の複数の
平均データを用いて近似直線を求める近似直線算出手段
と、前記近似直線が求められる毎に、この近似直線と基
準値とに基づいて現在の残存容量を求めて表示する残存
容量算出手段とを備えたことを要旨とする。

【００１５】イグニッションの投入後に走行を開始する
と、データ収集平均化手段によって電池から負荷に流れ
る電流と電池の電圧とを一定時間毎に電圧−電流軸に収
集され、該電流及び電圧とが所定数集まる毎に平均化さ
れ、電流及び電圧の組の平均化データを複数得る。この
とき、区分け手段によって電圧−電流軸が所定区間に分
割されており、前述の複数の平均データは、所定数に電
流軸を区分けした電圧−電流軸上に得られることにな
る。

【００１６】そして、区間個数判定手段によって、各区
間に基準個数以上の平均データが存在しているかどうか
が判定され、いずれの区間においても基準個数以上の平
均データが存在しているときは、近似直線算出手段が全
部の区間の平均データに基づいて相関係数が判定する。

【００１７】また、区間個数判定手段が、いずれかの区
間が基準個数以下の平均データと判定したときは、前述
のデータ収集手段が得た複数の平均化データは全て削除
される。

【００１８】一方、区間個数判定手段が基準個数以上と
判定したときは、データ収集平均化手段で得た複数の平
均データに基づく相関関数が求められ、この相関関数が
高い相関を示すときに、複数の平均データを用いての近
似直線が求められ、残存容量算出手段が該近似直線と基
準電流値とから得られた電圧軸の電圧から残存容量を求
めて表示する。

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態の電気
自動車の電池残存容量測定装置の概略構成図である。

【００２５】図１の電池残存容量測定装置１は、予め横
軸（Ｉ軸）を所定区間に区分けされたＩ―Ｖ座標軸上
に、走行中における電圧と電流とを示すデータを採集
し、全部の区間に所定数以上の数のデータが散布してい
るときに相関係数を求める。そして、この相関係数が強
い相関を示しているときに、Ｉ―Ｖ座標軸上の複数のデ
ータに基づく近似直線を求めて現在の残存容量を特定す
るものである。

【００２６】この電池残存容量測定装置１は、電気自動
車の主モータ等からなる負荷２に電力を供給するバッテ
リ３に並列接続された電圧センサ５と、バッテリ３から
負荷２に流れる電流を検出する電流センサ７と、各セン
サの信号を入力して所定の変換を行うデータ読取回路部
１０と、区分けされたＩ―Ｖ座標軸上にデータを採集
し、全部の区間に所定数以上の数のデータが散布してい
るときの近似直線によって求めた現在の残存容量を表示
部１６に表示する残存容量演算部１５とから構成されて
いる。

【００２７】＜各部の詳細説明＞残存容量演算部１５
は、データ収集平均化手段１７と、メモリ１８と、相関
係数判定手段１９と、近似直線算出手段２１と、残存容
量算出手段２２と、区分手段２４と、区間個数判定手段
２６とを備え、イグニッションＯＮ後に電気自動車が走
行すると起動する。

【００２８】データ収集平均化手段１７は、データ読取
回路部１０に１ｍ（ｓｅｃ）毎にサンプリング信号を出
力して、データ読取回路部１０から電流データと電圧デ
ータとを送出させてメモリ１８に記憶し、１００ｍｓｅ
ｃ経過する毎に平均化してメモリ１８のＩ―Ｖ座標軸上
に収集する。この平均化は１０ｓｅｃ毎に行う。

【００２９】相関係数判定手段１９は、区間個数判定手
段２６がメモリ１８のＩ―Ｖ座標軸上にて、収集したデ
ータが所定区間毎に、それぞれ所定個数ちりばめられて
いると判定されると、これらのデータの相関係数が高い
相関を示しているかどうかを判定する。

【００３０】近似直線算出手段２１は、相関係数判定手
段１９が高い相関と判定すると、メモリ１８のＩ―Ｖ座
標軸上の各データの傾向を示す近似直線（Ｖ＝ａＩ＋
ｂ）を最小二乗法等を用いて求める。

【００３１】残存容量算出手段２２は、近似直線（Ｖ＝
ａＩ＋ｂ）が求められる毎に、メモリ１８に記憶されて
いる基準電流値との交点をバッテリ３の現在の電圧とし
て特定し、この特定電圧から残存容量を求めて表示部１
６に表示すると共に、メモリ１８に記憶する。

【００３２】区分け手段２４は、メモリ１８に予め設定
されている区間Ｌｏ、Ｍｉ、Ｈｉ（総称して区間ｋｉと
いう）に基づいてＩ―Ｖ座標軸の横軸であるＩ軸を分割
する。

【００３３】区間個数判定手段２６は、データ収集平均
化手段１７が１００ｍｓｅｃ当たりの平均電流と平均電
圧とをメモリ１８のＩ―Ｖ座標軸上に収集される毎に、
メモリ１８のＩ―Ｖ座標軸上の区間ｋｉ（Ｌｏ、Ｍｉ、
Ｈｉ）に、予め設定されている個数以上のデータが存在
したかどうかを判定する。

【００３４】＜全体の動作説明＞図２は本実施の形態の
電気自動車の残存容量測定装置の動作を説明するフロー
チャートである。

【００３５】イグニッションＯＮ後に電気自動車が走行
すると、データ収集平均化手段１７は１ｍｓｅｃ毎に、
放電電流と端子電圧とをサンプリングさせてメモリ１８
に記憶し、１００ｍｓｅｃ経過したとき平均化してメモ
リ１８のＩ―Ｖ座標軸上に収集する。このような処理を
１０ｓｅｃ毎に行う（Ｓ２０１）。

【００３６】また、メモリ１８は、図３に示すように、
１ｍｓｅｃ毎の放電電流ー端子電圧のデータが１００ｍ
ｓｅｃ間分記憶される電流ー電圧データ領域ｄａと、こ
の領域ｄａに格納された１００ｍｓｅｃ毎の平均電流と
平均電圧とが１０秒間分格納される電流ー電圧平均値領
域ｄｂと、この領域ｄｂの平均電圧及び平均電流の平均
値の積算値が格納される積算値領域ｄｃとが設けられて
いる。また、電流ー電圧平均値領域ｄｂは、横軸をＩ
軸、縦軸をＶ軸としたＩ―Ｖ座標軸を形成している。

【００３７】さらに、平均電流と平均電圧との積算値が
格納される領域ｄｅと、求められた相関係数ｒが格納さ
れる相関係数領域ｄｆと、近似直線の係数ａ，ｂが格納
される係数領域ｄｇ等が設けられている。

【００３８】これらの領域ｄａ〜ｄｇに格納される各種
データは、近似直線（Ｖ＝ａＸ＋ｂ）を求めるためのデ
ータＤである。

【００３９】また、メモリ１８には図３に示すように、
設定相関係数ｒｏ、残存容量決定手段１５で求められた
残存容量値ｑ、１０ｓｅｃ間のＩ―Ｖ座標軸の区分け区
間ｋｉ（Ｌｏ、Ｍｉ、ＨＩ）、区間ｋｉの個数ｆが格納
される領域を備えている。

【００４０】ステップＳ２０１でデータ収集平均化手段
１７が１００ｍｓｅｃ当たりのデータをメモリ１８のＩ
―Ｖ座標軸上に収集すると、区分け手段２４はメモリ１
８に記憶されている初めの区間ｋｉ（ｋｉ←Ｌｏ）を読
み、この区間ｋｉ（ｋｉ←Ｌｏ）を区間個数判定手段２
６に知らせる（Ｓ２０３）。

【００４１】次に、区間個数判定手段２６は区間ｋｉ
（ｋｉ←Ｌｏ）が知らせられると、メモリ１８に記憶さ
れている個数ｆを読み、この区間ｋｉ（ｋｉ←Ｌｏ）に
個数ｆ以上のデータがあるかどうかを判定する（Ｓ２０
５）。ステップＳ２０５で区間ｋｉに個数ｆ以上のデー
タが存在しないと判定したときは、処理をステップＳ２
０１に戻す。

【００４２】また、ステップＳ２０５で区間個数判定手
段２６が区間ｋｉに個数ｆ以上のデータが存在すると判
定したときは、区間個数判定手段２６は区間ｋｉは最後
の区間かどうかを判定する（Ｓ２０７）。

【００４３】ステップＳ２０７で最後の区間ｋｉではな
いと判定したときは、区分け手段２４に次の区間ｋｉ
（例えば、区間Ｍｉ、Ｈｉの順に更新する）を送出さ
せ、処理をステップＳ２０３に戻す。

【００４４】また、ステップＳ２０７で区間ｋｉは最後
の区間と判定したときは、相関係数判定手段１９が全部
の区間に渡るデータを用いて相関係数ｒを求め（Ｓ２１
１）、この相関係数ｒが強い負の相関を示しているかど
うかを判定する。そして、ステップＳ２１３で強い負の
相関ではないと判定したときは処理をステップＳ２０１
に戻す。

【００４５】また、ステップＳ２１３で強い負の相関を
示していると判定したときは、近似直線算出手段２１が
最小二乗法による近似直線（Ｖ＝ａＩ＋ｂ）を求める
（Ｓ２１５）。

【００４６】次に、残存容量算出手段２２は、近似直線
（Ｖ＝ａＩ＋ｂ）が求められる毎に、メモリ１８に記憶
されている所定電流値Ｉoを近似直線の式（Ｖ＝ａＩ＋
ｂ）に代入して（Ｓ２１７）、バッテリ３の現在の電圧
を特定し、この特定電圧から残存容量を求めて（Ｓ２１
９）、表示部１６に表示する（Ｓ２２１）。

【００４７】すなわち、ステップＳ２０３からステップ
Ｓ２０９の処理は、図４に示すようにＩ―Ｖ座標軸を３
区間（Ｌｏ、Ｍｉ、Ｈｉ）に渡って区分けし、これらの
区間に所定個数ｆ以上のデータが存在しているかどうか
を判定している。

【００４８】従って、電気自動車の走行中において、図
５に示すようにＩ―Ｖ座標軸上にデータが一点に集中し
た区間が発生している場合は、このときの収集データに
基づいて相関係数が求められることはない。すなわち、
データが一点に集中した区間が発生している場合には、
高い相関が得られることはない。

【００４９】さらに、各区間において収集データが所定
個数のときは、相関係数を判定させている。このため、
１０ｓｅｃ経過しなくとも、各区間の収集データが所定
個数になると、相関係数が求められて近似直線が得られ
る。

【００５０】なお、上記実施の形態の説明では、近似直
線の式を、Ｖ＝ａＩ＋ｂとしたが、Ｉ＝ａＶ＋ｂで示さ
れるものであってもよい。

【００５１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、 イグニ
ッションの投入後に走行を開始すると、データ収集平均
化手段によって電池から負荷に流れる電流と電池の電圧
とを一定時間毎に電圧−電流軸に収集され、該電流及び
電圧とが所定数集まる毎に平均化され、電流及び電圧の
組の平均化データを複数得る。このとき、区分け手段に
よって電圧−電流軸が所定区間に分割されており、前述
の複数の平均データは、所定数に電流軸を区分けした電
圧−電流軸上に得られることになる。そして、区間個数
判定手段によって、各区間に基準個数以上の平均データ
が存在しているかどうかが判定され、いずれの区間にお
いても基準個数以上の平均データが存在しているとき
は、近似直線算出手段が全部の区間の平均データに基づ
いて相関係数が判定する。また、区間個数判定手段が、
いずれかの区間が基準個数以下の平均データと判定した
ときは、前述のデータ収集手段が得た複数の平均化デー
タは全て削除される。一方、区間個数判定手段が基準個
数以上と判定したときは、データ収集平均化手段で得た
複数の平均データに基づく相関関数が求められ、この相
関関数が高い相関を示すときに、複数の平均データを用
いての近似直線が求められ、残存容量算出手段が該近似
直線と基準電流値とから得られた電圧軸の電圧から残存
容量を求めて表示する。

【００５２】これによって、電圧−電流軸上に一点に集
中した平均データがあった場合は、個数が基準個数に到
達しないことになるからフルアクセル走行等における回
生があると、この回生時の複数の平均データに対しては
近似直線を求めることが無くなる。従って精度の高い残
存容量が得られることになる。

【００５３】

【００５４】

【００５５】

【００５６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態の電気自動車の電池残存容量測定
装置の概略構成図である。

【図２】本発明の実施の形態の電気自動車の電池残存容
量測定装置の動作を説明するフローチャートである。

【図３】メモリ１８を説明する説明図である。

【図４】本発明に係わる電流―電圧軸の区分けを説明す
る説明図である。

【図５】一点にデータが集中したときの本発明の効果を
説明する説明図である。

【図６】従来の問題点を説明する説明図である。

【図７】従来の問題点を説明する説明図である。

【符号の説明】

２ 負荷 ３ バッテリ ５ 電流センサ ７ 電圧センサ １０ データ読取回路部 １５ 残存容量演算部 １７ データ収集平均化手段 １８ メモリ １９ 相関係数判定手段 ２１ 近似直線算出手段 ２２ 残存容量算出手段 ２４ 区分け手段 ２６ 区間個数判定手段

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イグニッションの投入に伴って各手段を
   起動させて残存容量を求める電気自動車の残存容量測定
   装置において、 走行中において、電池から負荷に流れる電流と前記電池
   の電圧とを一定時間毎に電圧−電流軸上に収集し、該電
   流及び電圧とが所定数集まる毎に平均化して前 記電圧−電流軸上に複数（ｎ）の平均データを得るデー
   タ収集平均化手段と、前記電圧−電流軸の電流軸を、予
   め設定されている区間幅で所定数個に分割する区分け手
   段と、 前記複数の平均データが前記電圧−電流軸上に得られた
   とき、これらの区間毎に基準個数（基準個数＜ｎ）以上
   の平均データが存在するかどうかを判定し、いずれかの
   区間に前記基準個数以上の平均データが存在していない
   ときは前記電圧−電流軸上に得られた複数の平均データ
   を消去する区間個数判定手段と、 前記各区間に前記基準個数の平均データが存在している
   と判定されたとき、前記電圧−電流軸上に得られた複数
   の平均データを用いて相関係数を判定する相関係数判定
   手段と、 前記相関係数が高い相関を示していると判定したとき、
   前記電圧−電流軸上の複数の平均データを用いて近似直
   線を求める近似直線算出手段と、 前記近似直線が求められる毎に、この近似直線と基準値
   とに基づいて現在の残存容量を求めて表示する残存容量
   算出手段とを有することを特徴とする電気自動車の電池
   残存容量測定装置。