JP3692192B2 - 電池残容量検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、リチウムイオン二次電池を、例えば、動力源とする電気自動車に適用して好適な電池残容量検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、リチウムイオン二次電池は、その小型、高容量性が注目されて、電子機器を始めとして、種々の分野で使用されており、電池を動力源とする電気自動車においても、その使用が考えられている。例えば、車輪の回転駆動源としてモータ、すなわち走行用モータが採用される電気自動車においては、前記電池により前記走行用モータが回転するように構成される。
【０００３】
このような電気自動車においては、従来のガソリン自動車等の燃料計に相当する残容量表示計がダッシュボード上に配置され、その表示指針の位置に応じて、運転者に再充電を促すように構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、リチウムイオン二次電池は、ニッケル水素二次電池またはニッケルカドミウム二次電池等の他の二次電池とは異なり、充電時または充電後の放置時において、正負電極間の電圧が、定格電圧（公称電圧ともいい、通常、室温において、３．６Ｖ）よりも高電位状態になっている場合には、満充電容量が基準容量（標準容量または定格容量ともいい、通常、いわゆる新品時における容量）よりも小さくなってしまうことが確認された。なお、一般に、満充電容量は可逆容量とも称される。
【０００５】
このリチウムイオン二次電池における可逆容量の低下現象は、いわゆる自己放電現象による容量低下とは異なり、リチウムイオン二次電池の性能劣化となり、一般的には、回復不可能である。
【０００６】
なお、この劣化現象は、負極（炭素）の表面に炭酸リチウム（ＬｉＣＯ3 ）等のリチウム化合物の被膜ができるためと考えられている。リチウムイオン二次電池には、例えば、コバルト酸リチウムイオン二次電池、マンガン酸リチウムイオン二次電池等複数の種類があり、種類に応じて劣化の程度も異なるのであるが、上述の不可逆的劣化は、全てのリチウムイオン二次電池に共通する現象であり、特に高分子電解質を用いたポリマー型二次電池で顕著である。
【０００７】
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、リチウムイオン二次電池における不可逆劣化量を予測して電池の残容量を正確に検出する電池残容量検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、充放電のない放置時にリチウムイオン二次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、検出した電圧と前記リチウムイオン二次電池の定格電圧よりも高い所定電圧とを比較して比較結果信号を出力する比較手段と、前記比較結果信号が、放置時であって前記検出電圧が前記所定電圧を超える高電圧状態であることを表す状態であることを検出したときに、時間の計時を行う計時手段と、前記計時手段による高電圧状態にある時間の計時時間に基づき前記リチウムイオン二次電池の容量劣化量を計算する容量劣化計算手段と、前記リチウムイオン二次電池の満充電容量を基に少なくとも充電容量及び放電容量から前記リチウムイオン二次電池の残容量を求める残容量計算手段と、前記容量劣化量に基づいて前記満充電容量を再計算し、該満充電容量により前記残容量を補正する残容量補正手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、高精度に容量劣化量を計算することができ、したがって、リチウムイオン二次電池の残容量を正確に求めることができる。
【００１１】
この場合、前記容量劣化の計算は、前記電池の容量劣化量を、前記高電圧状態計時時間と前記検出電圧値に基づき計算することで、より高精度に容量劣化量を計算することができる。
【００１２】
また、前記容量劣化の計算は、前記電池の容量劣化量を、前記高電圧状態計時時間と前記電池の温度に基づき計算することで、同様に、より高精度に容量劣化量を計算することができる。
【００１３】
さらに、前記容量劣化の計算は、前記電池の容量劣化量を、前記高電圧状態計時時間と前記検出電圧値と前記電池の温度に基づき計算することで、一層高精度に容量劣化量を計算することができる。
【００１４】
この発明の装置は、ディスクリート部品により構成することが可能であり、ＣＰＵ等を利用したソフトウエアにより実現することも可能である。これらを併用して実施することも可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、この発明の一実施の形態が適用された電気自動車１０が、充電コネクタ１１の端子１１ａ、１１ｂ、１１ｃを介して車外の充電器１２の出力側に接続された構成を示している。充電器１２の入力側には、例えば、交流２００Ｖ電源１３が接続されている。
【００１７】
電気自動車１０には、リチウムイオン二次電池を直列接続して、例えば、２８８Ｖにした高電圧のバッテリ１５が搭載されている。バッテリ１５には、その端子間電圧（電圧信号ともいう。）Ｖｂを測定（検出）する電圧センサ（電圧計、電圧検出器、電圧測定手段、電圧検出手段）１６が接続されている。バッテリ１５には、コネクタ１１ａ、１１ｂを介して直流の充電電圧が供給され、その充電器１２の出力電流（電流信号または電流値ともいう。）Ｉ１が電流センサ（電流計、電流検出器、電流測定手段、電流検出手段）２１で測定（検出）される。
【００１８】
バッテリ１５の出力側には、出力電流（電流信号または電流値ともいう。）Ｉ２を測定（検出）する電流センサ（電流計、電流検出器、電流測定手段、電流検出手段）２２を介して、負荷である３相のモータ２４をＰＷＭ（パルス幅変調）制御により駆動するモータ駆動ユニット（Ｐｏｗｅｒ Ｄｒｉｖｅ Ｕｎｉｔ、以下、ＰＤＵともいう。）２３が接続されている。
【００１９】
また、電気自動車１０には、各々、制御、判断、計算、計時手段等として動作し、かつ必要に応じて、相互にデータのやりとりを行う管理用ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３１とモータ用ＥＣＵ３２が搭載されている。なお、管理用ＥＣＵ３１とモータ用ＥＣＵ３２は、各々、中央処理装置としてのＣＰＵと、システムプログラム等が記憶される記憶手段であるＲＯＭと、ワーク用等として使用される記憶手段であるＲＡＭと、計時用のタイマ（計時手段）、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力インタフェース等が含まれるマイクロコンピュータにより構成されている。計時用のタイマは、各種含まれているが、そのうち、後に詳細に説明する、バッテリ１５が高電位状態で放置されている時間を計時するタイマを放置タイマ１８という。
【００２０】
モータ用ＥＣＵ３２には、モータ２４の回転数信号（単に、回転数ともいう。）Ｎｍ、アクセルペダル３４からのアクセル開度信号（単に、開度ともいう。）θｐ、電流センサ２２からの電流信号Ｉ２、電圧センサ１６からの電圧信号Ｖｂが供給され、さらにイグニッションスイッチ４１が接続され、これらの信号に基づいてモータ駆動ユニット２３を制御する。
【００２１】
管理用ＥＣＵ３１には、電流センサ２１からの電流信号（の値）Ｉ１、電流センサ２２からの電流信号（の値）Ｉ２、電圧センサ１６からの電圧信号（の値）Ｖｂ、バッテリ１５に取り付けられた温度センサ（温度計、温度検出器、温度検出手段）４４からの温度信号（温度）Ｔｂが供給され、さらに、充電スイッチ４３が接続され、これらの信号に基づいて充電器１２を制御するとともに、表示器４５上の残容量表示を制御する。なお、図１中、符号Ｉｃｈｇは、バッテリ１５に供給される充電電流（値または信号）を表し、この充電電流Ｉｃｈｇは、Ｉｃｈｇ＝Ｉ１−Ｉ２により管理用ＥＣＵ３１で計算することができる。
【００２２】
次に、上述の実施の形態の動作について説明する。なお、この発明の要旨は、管理用ＥＣＵ３１によるバッテリ１５の残容量検出処理にあるので、これについて詳しく説明し、モータ用ＥＣＵ３２によるモータ駆動ユニット２３の制御については、簡潔に説明する。以下の順序で動作を説明する。
【００２３】
Ａ．モータ用ＥＣＵ３２による制御動作の説明
Ｂ．残容量検出処理のための可逆容量（満充電容量）の低下現象の説明と管理用ＥＣＵ３１による制御動作の総括的な説明
Ｃ．管理用ＥＣＵ３１による制御動作の説明
まず、Ａ．モータ用ＥＣＵ３２による制御動作について、図２に示すフローチャートをも参照して説明する。
【００２４】
モータ用ＥＣＵ３２は、充電器１２が切り離されていて、かつイグニッションスイッチ４１が閉状態（オン状態）にされていることを条件に、モータ２４の回転制御処理（図２に示すフローチャートによる処理）を行う。
【００２５】
この場合、まず、モータ２４の回転数Ｎｍを取り込む（ステップＳ１）とともに、アクセルペダル３４の踏力に応じたアクセル開度θｐを取り込む（ステップＳ２）。
【００２６】
次に、回転数Ｎｍとアクセル開度θｐとに基づいて要求トルクＴＲＱをルックアップテーブルまたは関数、例えば、ＴＲＱ＝ｆ（θｐ，Ｎｍ）として求める（ステップＳ３）。
【００２７】
次に要求電力Ｐｃを求める（ステップＳ４）。要求電力Ｐｃは、要求トルクＴＲＱと回転数Ｎｍの積、すなわち、Ｐｃ＝ＴＲＱ×Ｎｍにより計算することができる。
【００２８】
さらに、ＰＤＵ２３に供給される電圧、すなわち端子間電圧Ｖｂと供給される電流Ｉ２を取り込む（ステップＳ５、Ｓ６）。電流Ｉ２は、バッテリ１５から見れば、放電電流である。
【００２９】
次いで、実電力Ｐｅを計算する（ステップＳ７）。この実電力Ｐｅは、ＰＤＵ２３に供給される電圧Ｖｂと電流Ｉ２の積に効率ηを掛けた値、Ｐｅ＝Ｖｂ×Ｉ２×ηで得られる。
【００３０】
次に、ステップＳ４で求めた要求電力ＰｃとステップＳ７で求めた実電力Ｐｅの値の大きさを比較する（ステップＳ８）。
【００３１】
実電力Ｐｅの値が要求電力Ｐｃの値より大きい場合には、実電力Ｐｅを低下させる必要があるので、モータ用ＥＣＵ３２からＰＤＵ２３へ供給されるＰＷＭ信号のデューティを小さくする（ステップＳ９）。
【００３２】
反対に、実電力Ｐｅの値が要求電力Ｐｃの値より小さい場合には、実電力Ｐｅを増加させる必要があるので、モータ用ＥＣＵ３２からＰＤＵ２３に供給されるＰＷＭ信号のデューティを大きくする（ステップＳ１０）。
【００３３】
実電力Ｐｅの値と要求電力Ｐｃとの値が同一である場合には、デューティを変化させない。
【００３４】
ステップＳ８〜Ｓ１０の判定処理が終了した場合には、ステップＳ１にもどり、ルーチンを繰り返す。
【００３５】
以上の説明が、Ａ．モータ用ＥＣＵ３２による制御動作についての説明であり、次に、Ｂ．残容量検出処理のための可逆容量（満充電容量）の低下現象についての説明と、管理用ＥＣＵ３１による制御動作についての総括的な説明を行う。
【００３６】
まず、管理用ＥＣＵ３１による制御動作について総括的に説明する。
【００３７】
バッテリ１５を構成するセルである単電池としてのリチウムイオン二次電池の定格電圧ＶｒはＶｒ＝３．６Ｖである。
【００３８】
これに対して、従来の技術の項で述べたように、正負電極端子間の端子間電圧Ｖｂ（なお、単電池の端子間電圧は、正確には、バッテリ１５の端子間電圧を直列個数で割った値として得られるが、繁雑であるので、リチウムイオン二次電池１個の端子間電圧も符号Ｖｂで表し、以下、バッテリ１５は、単電池であるものとして説明する。）が、定格電圧Ｖｒより高い高電圧状態になっている場合には、換言すれば、高電位にさらされている場合には、満充電容量（可逆容量）が低下するという劣化が起こる。そこで、この実施の形態では、この劣化が起こり始まる閾値電圧（所定電圧、所定高電圧または高電圧放置判断電圧ともいう。）Ｖｔｈを、仮に、Ｖｔｈ＝３．９Ｖに設定している。
【００３９】
バッテリ１５の充電時には、バッテリ１５を満充電まで充電するため、定格電圧Ｖｒよりかなり高い電圧（例えば、４．２Ｖ）で充電する場合が多い。充電電圧が低い場合には、この充電により蓄えられる電力が少なくなってしまうからである。したがって、そのような電圧、例えば、Ｖｂ＝４．２Ｖで充電して満充電状態にあるとしても、端子間電圧ＶｂがＶｂ＝４．２Ｖの状態になったまま、充電器１２を外した状態で長時間放置した場合には、劣化量（容量劣化量または劣化容量ともいう。）が大きくなる。
【００４０】
そこで、バッテリ１５の劣化を防止するためには、閾値電圧Ｖｔｈより低い電圧で充電すればよいが、完全な満充電状態とならず、換言すれば、残容量が最大値とならないので、結果として、完全な満充電状態に比較して、１回の充電で走行させた場合の電気自動車１０の走行距離が短くなってしまう。なお、上述の高電圧Ｖｂ＝４．２Ｖで充電した場合には、長時間放置せずに放電（走行）して端子間電圧Ｖｂを、例えば、Ｖｂ＝３．９Ｖ以下まで低下させれば劣化を防止できるが、走行する必要のない場合等においては、そのような訳にはいかない。
【００４１】
劣化量のその他の特徴について検討した結果、以下の特徴事項を見出した。
（１） 劣化量は、高電圧放置に伴い、最大定格容量の２０％程度まで進行する。換言すれば、定格容量が初期値の８０％になってしまう。
（２） 劣化は、高電圧放置であっても、１〜２日程度では発生しないが、３０日を超えると最大定格の１５％程度まで進行する。
（３） 図３に示すように、劣化の進行速度（単位時間当たりの劣化量）ΔＡｈ（アンペアアワー）／ｈ（アワー）は、バッテリ電圧（放置電位、放置電圧）Ｖｂに比例して速くなる。すなわち、高電圧ほど早く劣化する。
（４） 同様に、図３に示すように、劣化の進行速度ΔＡｈ／ｈは、バッテリ温度Ｔｂにも比例する。例えば、バッテリ温度ＴｂがＴｂ＝２５℃に比較して、Ｔｂ＝４５℃の高温度であるほど早く劣化する。
（５） また、劣化現象は高電位放置時にかぎらず、充電中であっても放電中であっても、バッテリ電圧Ｖｂが高電位であれば発生する。
【００４２】
なお、充電時間および放電時間そのものは、劣化が発生する時間オーダーでの放置時間に比較すればはるかに短い時間であるので、以下に説明する実施の形態では、充電中と放電中以外の劣化予測処理、すなわち放置中の劣化量のみを推定（予測）することとする。以上の知見に基づいて、管理用ＥＣＵ３１で制御動作を行う。
【００４３】
Ｃ．管理用ＥＣＵ３１による制御動作の説明
管理用ＥＣＵ３１による電池残容量検出制御処理について図４に示すフローチャートをも参照して説明する。この場合、予め、実際に電気自動車１０に搭載するバッテリ１５の種類に応じて、積算された放置時間Ｔａの所定時間毎に、図３に示した放置電位（Ｖ）対単位時間当たりの劣化量（ΔＡｈ／ｈ）の特性を測定しておき、管理用ＥＣＵ３１内にルックアップテーブルまたは関数として格納しておく。この実施の形態では、所定温度毎に、例えば、０℃から５℃きざみで４０℃まで測定した、図３のテーブルを劣化速度テーブル５１として格納する。同様に、図５に示すように、前記バッテリ１５の種類に応じて、高電位下の最大劣化量Ｃｄｍａｘを測定して、記憶手段に格納しておく。さらに、前記バッテリ１５の種類に応じて、バッテリ１５が、いわゆる新品である場合の基準容量（定格容量、標準容量ともいう。）を測定しておき基準容量Ｃｒとして記憶手段に記憶しておく。
【００４４】
このような準備のもとに、まず、バッテリ１５の動作モード（動作状態）について判定する（ステップＳ１１）。イグニッションスイッチ４１が閉じられた状態（オン状態）であれば、放電モードの制御を行い、充電スイッチ４３が閉じられた状態（オン状態）であれば、充電モードの制御を行い、イグニッションスイッチ４１および充電スイッチ４３がともに開かれた状態（オフ状態）であれば、放置モードの制御を行う。なお、イグニッションスイッチ４１と充電スイッチ４３がともに閉じられる状態はない。
【００４５】
充電モードにおいては、充電コネクタ１１が接続されていることを確認した後、充電器１２をオン状態にする（ステップＳ２１）。
【００４６】
次に、充電容量Ｃｃｈｇを検出する（ステップＳ２２）。充電容量Ｃｃｈｇは、電流センサ２１および電流センサ２２により検出した充電電流Ｉｃｈｇ（Ｉ１−Ｉ２）に充電時間Ｔｃｈｇを掛けた値として計算できる。
【００４７】
次に、残容量Ｃｃを計算する（ステップＳ２３）。残容量Ｃｃは、次の（１）式に示すように、前回計算時の残容量Ｃｃ′に、ステップＳ２２で計算した充電容量Ｃｃｈｇに充電効率ηｃｈｇを掛けた値を加えた値に等しい。
【００４８】
なお、図４に示すフローチャートにおいては繁雑になるので省略しているが、残容量Ｃｃを計算した場合には、表示器４５上の残容量Ｃｃの表示を更新する処理を行うようにしている。
【００４９】
次いで、この残容量Ｃｃが満充電容量Ｃｆになったかどうかを確認し（ステップＳ２４）、そうでない場合には、ステップＳ１１、Ｓ２１〜Ｓ２４までの処理を繰り返す。
【００５０】
ステップＳ２４の判断が肯定的となったときには、充電器１２をオフ状態とし（ステップＳ２５）、残容量Ｃｃを満充電容量Ｃｆ（Ｃｃ＝Ｃｆ）とする（ステップＳ２６）。この場合、表示器４５上の残容量表示が更新される。
【００５１】
次に、放電モードにおいては、放電容量（放電量）Ｃｄｉｓを検出する（ステップＳ３１）。放電容量Ｃｄｉｓは、電流センサ２２により検出した電流を放電電流Ｉ２として、この値に放電時間Ｔｄｉｓを掛けた値として得られる。
【００５２】
このとき、残容量Ｃｃは、次の（２）式に示すように、前回の残容量Ｃｃ′から、計算した放電容量Ｃｄｉｓを引いた値として計算すればよい（ステップＳ３２）。なお、前回の残容量Ｃｃ′が、ステップＳ２６の処理後の満充電容量Ｃｆであった場合には、この満充電容量Ｃｆから、計算した放電容量Ｃｄｉｓを引いた値として計算すればよいことはもちろんである。
【００５３】
Ｃｃ＝Ｃｃ′−Ｃｄｉｓ …（２）
次に、放置モードにおいては、バッテリ１５の端子間電圧Ｖｂが、劣化の発生する所定高電圧Ｖｔｈ（Ｖｔｈ＝３．９Ｖ）を超えているかどうかを判断する（ステップＳ４１）。超えていない場合には、劣化が進行しないのでステップＳ１１にもどる。
【００５４】
一方、端子間電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｔｈを超えていた場合には（Ｖｂ＞Ｖｔｈ）、放置タイマ１８によりその状態が所定時間（例：３０分）継続したかどうかを判断する（ステップＳ４２）。該所定時間が継続した時は、放置タイマ１８をいったんリセットし（ステップＳ４３）、劣化速度テーブル５１を検索する（ステップＳ４４）。劣化速度テーブル５１は、図３の劣化特性を考慮して、バッテリ１５の状態（温度、電圧）がステップＳ４２で設定した所定時間（３０分）継続した時のバッテリの劣化速度（ΔＡｈ／ｈ）として記憶されている。
【００５５】
次に、バッテリ１５の劣化量（高電圧劣化補正量）Ｃｄを計算する（ステップＳ４５）。この劣化量Ｃｄは前回の劣化量Ｃｄ′に新たな劣化分、すなわち、劣化速度Δ×放置時間Ｔｎで表される劣化分を加えることで計算される。よって、劣化量Ｃｄは次の（３）式で求められる。
【００５６】
Ｃｄ＝Ｃｄ′＋Δ×Ｔｎ …（３）
図４のフローチャートでは、劣化量はステップＳ４２で設定した所定時間（３０分）毎に計算されるので、放置時間Ｔｎは該所定時間（３０分）になる。
【００５７】
次に、この劣化量Ｃｄと高電位最大劣化量（リミット量、リミット値）Ｃｄｍａｘ（図５参照）とを比較する（ステップＳ４６）。
【００５８】
劣化量Ｃｄが高電位最大劣化量Ｃｄｍａｘよりも大きい場合には、劣化量Ｃｄの値をその高電位最大劣化量Ｃｄｍａｘとし（ステップＳ４７）、そうでない場合には、ステップＳ４６で計算した劣化量Ｃｄを劣化量Ｃｄの値として、満充電容量Ｃｆを次の（４）式により計算する（ステップＳ４８）。
【００５９】
Ｃｆ＝Ｃｒ−Ｃｄ …（４）
この（４）式において、符号Ｃｒは、上述したように、バッテリ１５が新品である場合の基準容量であり、したがって、（４）式は満充電容量Ｃｆが劣化量Ｃｄ分だけ小さくなったことを意味している。もし、次に、充電モードに入った場合に、前記ステップＳ２６における満充電容量Ｃｆの値は、このステップＳ４８で計算した値が用いられる。
【００６０】
この場合、現在の残容量ＣｃがステップＳ４８で計算した満充電容量Ｃｆを超える値であった場合には（ステップＳ４９：ＹＥＳ）、そのようなことはあり得ないので、現在の残容量Ｃｃの値を、計算した満充電容量Ｃｆの値とする（ステップＳ５０）。換言すれば、計算された満充電容量Ｃｆの値が、計算される残容量Ｃｃの値を超えないようにする。すなわち、放置モードでは、基本的にはバッテリ１５は放電しないので残容量Ｃｃは低下しない。しかし、高電圧放置を長時間続けて劣化量Ｃｄが増加した場合は満充電容量Ｃｆが低下しているので、計算上、残容量＞満充電容量（ステップＳ４９：ＹＥＳ）になることがある。しかし物理的には残容量Ｃｃは満充電容量Ｃｆを超えないのでステップＳ４９、Ｓ５０の処理が必要になる。
【００６１】
なお、表示器４５上に表示する残容量を表示残容量Ｃｃ（％）として、次の（５）式で得られる値に対応する表示を行う。
【００６２】
Ｃｃ（％）＝（残容量Ｃｃ／基準容量Ｃｒ）×１００ …（５）
図６は、この（５）式に基づく表示器４５上の棒グラフ表示例を示している。この棒グラフ表示は、例えば、発光ダイオードを利用して、バッテリ１５が新品時には、残容量ＣｃがＣｃ＝Ｃｒとされ、基準容量Ｃｒ分の、例えば、緑色発光表示の棒グラフ６１とされ、劣化時の満充電時には、残容量ＣｃがＣｃ＝Ｃｆとされて、満充電容量Ｃｆ分の緑色発光表示の棒グラフ６２とされる。また、この劣化時において、走行して放電させた場合には、残容量Ｃｃ部分を緑色発光表示とし、放電量Ｃｄｉｓの部分を、例えば、黄色発光表示として棒グラフ６３を表示する。なお、バッテリ１５の高電位放置劣化後の棒グラフ６２、６３において、点線で示す劣化量部分は表示しない。
【００６３】
上述した動作について、図７に示すタイムチャートにより概略的に説明する。
【００６４】
すなわち、時点ｔ１１〜ｔ１２の走行期間においては、バッテリ電圧Ｖｂが降下するとともに、積算された放電量（負の傾斜で表された部分）分だけ、表示残容量Ｃｃ（％）が低下する。そして、時点ｔ１２〜時点ｔ１３の放置時間の後に、時点ｔ１３〜ｔ１４の間で充電を行う。この期間では、充電量（正の傾斜で表された部分）が積算され、かつバッテリ電圧Ｖｂが高電位劣化が始まる閾値電圧Ｖｔｈを超える。時点ｔ１４において、充電器１２が切り放されて、その時点ｔ１４以降時点ｔ１５まで高電位状態で放置されたものとする。
【００６５】
時点ｔ１５〜ｔ１６において、再び走行が開始され、放電量が積算される。また、時点ｔ１６〜ｔ１７において、走行が停止され、その状態で放置される。時点ｔ１７において、再び充電が開始されるが、時点ｔ１８において充電が停止され、時点ｔ１８〜ｔ１９の間放置されたものとする。時点ｔ１９では、放置電圧Ｖｂが補正が必要となる高電圧放置判断電圧Ｖｔｈに達していないので、標準容量Ｃｒに対する劣化補正を行わない。
【００６６】
このように、上述の実施の形態によれば、リチウムイオン二次電池からなるバッテリ１５の電圧Ｖｂを検出し、検出電圧Ｖｂが高電圧状態（Ｖｂ＞Ｖｔｈ）である場合には、劣化補正量Ｃｄを計算し、満充電容量Ｃｆを低減することで、正確な残容量Ｃｃを算出することができるという効果が達成される。
【００６７】
さらに具体的に説明すれば、検出したバッテリ電圧Ｖｂが、バッテリ１５の定格電圧（リチウムイオン二次電池のセル換算では、３．６Ｖ）よりも高い所定電圧Ｖｔｈ（例えば、同３．９Ｖ）を超える値で放置されていた場合、例えば、満充電後の放置状態にある場合には、その高電圧状態である時間を放置タイマ１８により計時し、この計時時間（放置時間）Ｔｎに基づきバッテリの容量劣化量Ｃｄを計算する。図６に示すように、計算した容量劣化量Ｃｄを基準容量（新品時の容量）Ｃｒから引いた値を、以降の満充電容量Ｃｆとする。この満充電容量Ｃｆから放電量Ｃｄｉｓを引いた値を残容量Ｃｃとする。
【００６８】
この場合、前記劣化補正量Ｃｄを計算する際に、バッテリ温度Ｔｂと高電位の検出電圧値と放置時間Ｔｎに基づいて、劣化速度ΔＡｈ／ｈの最も正確な値を選択するようにしているので、きわめて、高精度に劣化容量Ｃｄを計算することができる。
【００６９】
なお、上述の実施の形態では、管理用ＥＣＵ３１とこれにインストールされたソフトウエアを利用してこの発明を実現しているが、この発明は、そのソフトウエアによる処理の一部または全部をディスクリート部品、例えば、電圧検出手段としての電圧計、比較手段としての比較器、計時手段としてのタイマ、容量劣化計算手段（または残容量補正手段）としてのコンデンサ（記憶手段）を含む加減乗除器とにより構成することも可能である。
【００７０】
また、この発明は上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、リチウムイオン二次電池の端子間電圧を検出し、検出した電圧が、電池の定格電圧よりも高い予め決定した所定電圧を超える高電圧状態であった場合には、高電圧状態にある計時時間に基づく容量劣化量を計算し、電池の残容量を補正するようにしている。
【００７２】
このため、リチウムイオン二次電池における高電圧下における不可逆劣化量による電池の容量減を精度良く予測計算することが可能となり、結果として、電池の残容量を正確に検出することができるという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態が適用された電気自動車に充電器が接続された構成を示すブロック図である。
【図２】図１例中、モータによる走行制御の説明に供されるフローチャートである。
【図３】温度と高電位放置電位に対する単位時間劣化量の関係を示す特性図である。
【図４】図１例中、電池残容量検出制御の説明に供されるフローチャートである。
【図５】高電位放置時間と劣化量（容量減）との関係を示す特性図である。
【図６】残容量の棒グラフ表示の説明に供されるグラフである。
【図７】図１例中、電池残容量検出制御の説明に供されるタイムチャートである。
【符号の説明】
１０…電気自動車 １５…バッテリ
１８…（高電位）放置タイマ ３１…管理用ＥＣＵ
４１…イグニッションスイッチ ４３…充電スイッチ
４４…温度センサ
Ｖｂ…端子間電圧 Ｔｂ…バッテリ温度
Ｃｃ…計算される現在の残容量 Ｃｃ′…前回計算時の残容量
Ｃｄ…高電位劣化量 Ｃｄｉｓ…放電容量
Ｃｒ…基準容量
【発明の属する技術分野】
この発明は、リチウムイオン二次電池を、例えば、動力源とする電気自動車に適用して好適な電池残容量検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、リチウムイオン二次電池は、その小型、高容量性が注目されて、電子機器を始めとして、種々の分野で使用されており、電池を動力源とする電気自動車においても、その使用が考えられている。例えば、車輪の回転駆動源としてモータ、すなわち走行用モータが採用される電気自動車においては、前記電池により前記走行用モータが回転するように構成される。
【０００３】
このような電気自動車においては、従来のガソリン自動車等の燃料計に相当する残容量表示計がダッシュボード上に配置され、その表示指針の位置に応じて、運転者に再充電を促すように構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、リチウムイオン二次電池は、ニッケル水素二次電池またはニッケルカドミウム二次電池等の他の二次電池とは異なり、充電時または充電後の放置時において、正負電極間の電圧が、定格電圧（公称電圧ともいい、通常、室温において、３．６Ｖ）よりも高電位状態になっている場合には、満充電容量が基準容量（標準容量または定格容量ともいい、通常、いわゆる新品時における容量）よりも小さくなってしまうことが確認された。なお、一般に、満充電容量は可逆容量とも称される。
【０００５】
このリチウムイオン二次電池における可逆容量の低下現象は、いわゆる自己放電現象による容量低下とは異なり、リチウムイオン二次電池の性能劣化となり、一般的には、回復不可能である。
【０００６】
なお、この劣化現象は、負極（炭素）の表面に炭酸リチウム（ＬｉＣＯ3 ）等のリチウム化合物の被膜ができるためと考えられている。リチウムイオン二次電池には、例えば、コバルト酸リチウムイオン二次電池、マンガン酸リチウムイオン二次電池等複数の種類があり、種類に応じて劣化の程度も異なるのであるが、上述の不可逆的劣化は、全てのリチウムイオン二次電池に共通する現象であり、特に高分子電解質を用いたポリマー型二次電池で顕著である。
【０００７】
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、リチウムイオン二次電池における不可逆劣化量を予測して電池の残容量を正確に検出する電池残容量検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、充放電のない放置時にリチウムイオン二次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、検出した電圧と前記リチウムイオン二次電池の定格電圧よりも高い所定電圧とを比較して比較結果信号を出力する比較手段と、前記比較結果信号が、放置時であって前記検出電圧が前記所定電圧を超える高電圧状態であることを表す状態であることを検出したときに、時間の計時を行う計時手段と、前記計時手段による高電圧状態にある時間の計時時間に基づき前記リチウムイオン二次電池の容量劣化量を計算する容量劣化計算手段と、前記リチウムイオン二次電池の満充電容量を基に少なくとも充電容量及び放電容量から前記リチウムイオン二次電池の残容量を求める残容量計算手段と、前記容量劣化量に基づいて前記満充電容量を再計算し、該満充電容量により前記残容量を補正する残容量補正手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、高精度に容量劣化量を計算することができ、したがって、リチウムイオン二次電池の残容量を正確に求めることができる。
【００１１】
この場合、前記容量劣化の計算は、前記電池の容量劣化量を、前記高電圧状態計時時間と前記検出電圧値に基づき計算することで、より高精度に容量劣化量を計算することができる。
【００１２】
また、前記容量劣化の計算は、前記電池の容量劣化量を、前記高電圧状態計時時間と前記電池の温度に基づき計算することで、同様に、より高精度に容量劣化量を計算することができる。
【００１３】
さらに、前記容量劣化の計算は、前記電池の容量劣化量を、前記高電圧状態計時時間と前記検出電圧値と前記電池の温度に基づき計算することで、一層高精度に容量劣化量を計算することができる。
【００１４】
この発明の装置は、ディスクリート部品により構成することが可能であり、ＣＰＵ等を利用したソフトウエアにより実現することも可能である。これらを併用して実施することも可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、この発明の一実施の形態が適用された電気自動車１０が、充電コネクタ１１の端子１１ａ、１１ｂ、１１ｃを介して車外の充電器１２の出力側に接続された構成を示している。充電器１２の入力側には、例えば、交流２００Ｖ電源１３が接続されている。
【００１７】
電気自動車１０には、リチウムイオン二次電池を直列接続して、例えば、２８８Ｖにした高電圧のバッテリ１５が搭載されている。バッテリ１５には、その端子間電圧（電圧信号ともいう。）Ｖｂを測定（検出）する電圧センサ（電圧計、電圧検出器、電圧測定手段、電圧検出手段）１６が接続されている。バッテリ１５には、コネクタ１１ａ、１１ｂを介して直流の充電電圧が供給され、その充電器１２の出力電流（電流信号または電流値ともいう。）Ｉ１が電流センサ（電流計、電流検出器、電流測定手段、電流検出手段）２１で測定（検出）される。
【００１８】
バッテリ１５の出力側には、出力電流（電流信号または電流値ともいう。）Ｉ２を測定（検出）する電流センサ（電流計、電流検出器、電流測定手段、電流検出手段）２２を介して、負荷である３相のモータ２４をＰＷＭ（パルス幅変調）制御により駆動するモータ駆動ユニット（Ｐｏｗｅｒ Ｄｒｉｖｅ Ｕｎｉｔ、以下、ＰＤＵともいう。）２３が接続されている。
【００１９】
また、電気自動車１０には、各々、制御、判断、計算、計時手段等として動作し、かつ必要に応じて、相互にデータのやりとりを行う管理用ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３１とモータ用ＥＣＵ３２が搭載されている。なお、管理用ＥＣＵ３１とモータ用ＥＣＵ３２は、各々、中央処理装置としてのＣＰＵと、システムプログラム等が記憶される記憶手段であるＲＯＭと、ワーク用等として使用される記憶手段であるＲＡＭと、計時用のタイマ（計時手段）、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力インタフェース等が含まれるマイクロコンピュータにより構成されている。計時用のタイマは、各種含まれているが、そのうち、後に詳細に説明する、バッテリ１５が高電位状態で放置されている時間を計時するタイマを放置タイマ１８という。
【００２０】
モータ用ＥＣＵ３２には、モータ２４の回転数信号（単に、回転数ともいう。）Ｎｍ、アクセルペダル３４からのアクセル開度信号（単に、開度ともいう。）θｐ、電流センサ２２からの電流信号Ｉ２、電圧センサ１６からの電圧信号Ｖｂが供給され、さらにイグニッションスイッチ４１が接続され、これらの信号に基づいてモータ駆動ユニット２３を制御する。
【００２１】
管理用ＥＣＵ３１には、電流センサ２１からの電流信号（の値）Ｉ１、電流センサ２２からの電流信号（の値）Ｉ２、電圧センサ１６からの電圧信号（の値）Ｖｂ、バッテリ１５に取り付けられた温度センサ（温度計、温度検出器、温度検出手段）４４からの温度信号（温度）Ｔｂが供給され、さらに、充電スイッチ４３が接続され、これらの信号に基づいて充電器１２を制御するとともに、表示器４５上の残容量表示を制御する。なお、図１中、符号Ｉｃｈｇは、バッテリ１５に供給される充電電流（値または信号）を表し、この充電電流Ｉｃｈｇは、Ｉｃｈｇ＝Ｉ１−Ｉ２により管理用ＥＣＵ３１で計算することができる。
【００２２】
次に、上述の実施の形態の動作について説明する。なお、この発明の要旨は、管理用ＥＣＵ３１によるバッテリ１５の残容量検出処理にあるので、これについて詳しく説明し、モータ用ＥＣＵ３２によるモータ駆動ユニット２３の制御については、簡潔に説明する。以下の順序で動作を説明する。
【００２３】
Ａ．モータ用ＥＣＵ３２による制御動作の説明
Ｂ．残容量検出処理のための可逆容量（満充電容量）の低下現象の説明と管理用ＥＣＵ３１による制御動作の総括的な説明
Ｃ．管理用ＥＣＵ３１による制御動作の説明
まず、Ａ．モータ用ＥＣＵ３２による制御動作について、図２に示すフローチャートをも参照して説明する。
【００２４】
モータ用ＥＣＵ３２は、充電器１２が切り離されていて、かつイグニッションスイッチ４１が閉状態（オン状態）にされていることを条件に、モータ２４の回転制御処理（図２に示すフローチャートによる処理）を行う。
【００２５】
この場合、まず、モータ２４の回転数Ｎｍを取り込む（ステップＳ１）とともに、アクセルペダル３４の踏力に応じたアクセル開度θｐを取り込む（ステップＳ２）。
【００２６】
次に、回転数Ｎｍとアクセル開度θｐとに基づいて要求トルクＴＲＱをルックアップテーブルまたは関数、例えば、ＴＲＱ＝ｆ（θｐ，Ｎｍ）として求める（ステップＳ３）。
【００２７】
次に要求電力Ｐｃを求める（ステップＳ４）。要求電力Ｐｃは、要求トルクＴＲＱと回転数Ｎｍの積、すなわち、Ｐｃ＝ＴＲＱ×Ｎｍにより計算することができる。
【００２８】
さらに、ＰＤＵ２３に供給される電圧、すなわち端子間電圧Ｖｂと供給される電流Ｉ２を取り込む（ステップＳ５、Ｓ６）。電流Ｉ２は、バッテリ１５から見れば、放電電流である。
【００２９】
次いで、実電力Ｐｅを計算する（ステップＳ７）。この実電力Ｐｅは、ＰＤＵ２３に供給される電圧Ｖｂと電流Ｉ２の積に効率ηを掛けた値、Ｐｅ＝Ｖｂ×Ｉ２×ηで得られる。
【００３０】
次に、ステップＳ４で求めた要求電力ＰｃとステップＳ７で求めた実電力Ｐｅの値の大きさを比較する（ステップＳ８）。
【００３１】
実電力Ｐｅの値が要求電力Ｐｃの値より大きい場合には、実電力Ｐｅを低下させる必要があるので、モータ用ＥＣＵ３２からＰＤＵ２３へ供給されるＰＷＭ信号のデューティを小さくする（ステップＳ９）。
【００３２】
反対に、実電力Ｐｅの値が要求電力Ｐｃの値より小さい場合には、実電力Ｐｅを増加させる必要があるので、モータ用ＥＣＵ３２からＰＤＵ２３に供給されるＰＷＭ信号のデューティを大きくする（ステップＳ１０）。
【００３３】
実電力Ｐｅの値と要求電力Ｐｃとの値が同一である場合には、デューティを変化させない。
【００３４】
ステップＳ８〜Ｓ１０の判定処理が終了した場合には、ステップＳ１にもどり、ルーチンを繰り返す。
【００３５】
以上の説明が、Ａ．モータ用ＥＣＵ３２による制御動作についての説明であり、次に、Ｂ．残容量検出処理のための可逆容量（満充電容量）の低下現象についての説明と、管理用ＥＣＵ３１による制御動作についての総括的な説明を行う。
【００３６】
まず、管理用ＥＣＵ３１による制御動作について総括的に説明する。
【００３７】
バッテリ１５を構成するセルである単電池としてのリチウムイオン二次電池の定格電圧ＶｒはＶｒ＝３．６Ｖである。
【００３８】
これに対して、従来の技術の項で述べたように、正負電極端子間の端子間電圧Ｖｂ（なお、単電池の端子間電圧は、正確には、バッテリ１５の端子間電圧を直列個数で割った値として得られるが、繁雑であるので、リチウムイオン二次電池１個の端子間電圧も符号Ｖｂで表し、以下、バッテリ１５は、単電池であるものとして説明する。）が、定格電圧Ｖｒより高い高電圧状態になっている場合には、換言すれば、高電位にさらされている場合には、満充電容量（可逆容量）が低下するという劣化が起こる。そこで、この実施の形態では、この劣化が起こり始まる閾値電圧（所定電圧、所定高電圧または高電圧放置判断電圧ともいう。）Ｖｔｈを、仮に、Ｖｔｈ＝３．９Ｖに設定している。
【００３９】
バッテリ１５の充電時には、バッテリ１５を満充電まで充電するため、定格電圧Ｖｒよりかなり高い電圧（例えば、４．２Ｖ）で充電する場合が多い。充電電圧が低い場合には、この充電により蓄えられる電力が少なくなってしまうからである。したがって、そのような電圧、例えば、Ｖｂ＝４．２Ｖで充電して満充電状態にあるとしても、端子間電圧ＶｂがＶｂ＝４．２Ｖの状態になったまま、充電器１２を外した状態で長時間放置した場合には、劣化量（容量劣化量または劣化容量ともいう。）が大きくなる。
【００４０】
そこで、バッテリ１５の劣化を防止するためには、閾値電圧Ｖｔｈより低い電圧で充電すればよいが、完全な満充電状態とならず、換言すれば、残容量が最大値とならないので、結果として、完全な満充電状態に比較して、１回の充電で走行させた場合の電気自動車１０の走行距離が短くなってしまう。なお、上述の高電圧Ｖｂ＝４．２Ｖで充電した場合には、長時間放置せずに放電（走行）して端子間電圧Ｖｂを、例えば、Ｖｂ＝３．９Ｖ以下まで低下させれば劣化を防止できるが、走行する必要のない場合等においては、そのような訳にはいかない。
【００４１】
劣化量のその他の特徴について検討した結果、以下の特徴事項を見出した。
（１） 劣化量は、高電圧放置に伴い、最大定格容量の２０％程度まで進行する。換言すれば、定格容量が初期値の８０％になってしまう。
（２） 劣化は、高電圧放置であっても、１〜２日程度では発生しないが、３０日を超えると最大定格の１５％程度まで進行する。
（３） 図３に示すように、劣化の進行速度（単位時間当たりの劣化量）ΔＡｈ（アンペアアワー）／ｈ（アワー）は、バッテリ電圧（放置電位、放置電圧）Ｖｂに比例して速くなる。すなわち、高電圧ほど早く劣化する。
（４） 同様に、図３に示すように、劣化の進行速度ΔＡｈ／ｈは、バッテリ温度Ｔｂにも比例する。例えば、バッテリ温度ＴｂがＴｂ＝２５℃に比較して、Ｔｂ＝４５℃の高温度であるほど早く劣化する。
（５） また、劣化現象は高電位放置時にかぎらず、充電中であっても放電中であっても、バッテリ電圧Ｖｂが高電位であれば発生する。
【００４２】
なお、充電時間および放電時間そのものは、劣化が発生する時間オーダーでの放置時間に比較すればはるかに短い時間であるので、以下に説明する実施の形態では、充電中と放電中以外の劣化予測処理、すなわち放置中の劣化量のみを推定（予測）することとする。以上の知見に基づいて、管理用ＥＣＵ３１で制御動作を行う。
【００４３】
Ｃ．管理用ＥＣＵ３１による制御動作の説明
管理用ＥＣＵ３１による電池残容量検出制御処理について図４に示すフローチャートをも参照して説明する。この場合、予め、実際に電気自動車１０に搭載するバッテリ１５の種類に応じて、積算された放置時間Ｔａの所定時間毎に、図３に示した放置電位（Ｖ）対単位時間当たりの劣化量（ΔＡｈ／ｈ）の特性を測定しておき、管理用ＥＣＵ３１内にルックアップテーブルまたは関数として格納しておく。この実施の形態では、所定温度毎に、例えば、０℃から５℃きざみで４０℃まで測定した、図３のテーブルを劣化速度テーブル５１として格納する。同様に、図５に示すように、前記バッテリ１５の種類に応じて、高電位下の最大劣化量Ｃｄｍａｘを測定して、記憶手段に格納しておく。さらに、前記バッテリ１５の種類に応じて、バッテリ１５が、いわゆる新品である場合の基準容量（定格容量、標準容量ともいう。）を測定しておき基準容量Ｃｒとして記憶手段に記憶しておく。
【００４４】
このような準備のもとに、まず、バッテリ１５の動作モード（動作状態）について判定する（ステップＳ１１）。イグニッションスイッチ４１が閉じられた状態（オン状態）であれば、放電モードの制御を行い、充電スイッチ４３が閉じられた状態（オン状態）であれば、充電モードの制御を行い、イグニッションスイッチ４１および充電スイッチ４３がともに開かれた状態（オフ状態）であれば、放置モードの制御を行う。なお、イグニッションスイッチ４１と充電スイッチ４３がともに閉じられる状態はない。
【００４５】
充電モードにおいては、充電コネクタ１１が接続されていることを確認した後、充電器１２をオン状態にする（ステップＳ２１）。
【００４６】
次に、充電容量Ｃｃｈｇを検出する（ステップＳ２２）。充電容量Ｃｃｈｇは、電流センサ２１および電流センサ２２により検出した充電電流Ｉｃｈｇ（Ｉ１−Ｉ２）に充電時間Ｔｃｈｇを掛けた値として計算できる。
【００４７】
次に、残容量Ｃｃを計算する（ステップＳ２３）。残容量Ｃｃは、次の（１）式に示すように、前回計算時の残容量Ｃｃ′に、ステップＳ２２で計算した充電容量Ｃｃｈｇに充電効率ηｃｈｇを掛けた値を加えた値に等しい。
【００４８】
【００４９】
次いで、この残容量Ｃｃが満充電容量Ｃｆになったかどうかを確認し（ステップＳ２４）、そうでない場合には、ステップＳ１１、Ｓ２１〜Ｓ２４までの処理を繰り返す。
【００５０】
ステップＳ２４の判断が肯定的となったときには、充電器１２をオフ状態とし（ステップＳ２５）、残容量Ｃｃを満充電容量Ｃｆ（Ｃｃ＝Ｃｆ）とする（ステップＳ２６）。この場合、表示器４５上の残容量表示が更新される。
【００５１】
次に、放電モードにおいては、放電容量（放電量）Ｃｄｉｓを検出する（ステップＳ３１）。放電容量Ｃｄｉｓは、電流センサ２２により検出した電流を放電電流Ｉ２として、この値に放電時間Ｔｄｉｓを掛けた値として得られる。
【００５２】
このとき、残容量Ｃｃは、次の（２）式に示すように、前回の残容量Ｃｃ′から、計算した放電容量Ｃｄｉｓを引いた値として計算すればよい（ステップＳ３２）。なお、前回の残容量Ｃｃ′が、ステップＳ２６の処理後の満充電容量Ｃｆであった場合には、この満充電容量Ｃｆから、計算した放電容量Ｃｄｉｓを引いた値として計算すればよいことはもちろんである。
【００５３】
Ｃｃ＝Ｃｃ′−Ｃｄｉｓ …（２）
次に、放置モードにおいては、バッテリ１５の端子間電圧Ｖｂが、劣化の発生する所定高電圧Ｖｔｈ（Ｖｔｈ＝３．９Ｖ）を超えているかどうかを判断する（ステップＳ４１）。超えていない場合には、劣化が進行しないのでステップＳ１１にもどる。
【００５４】
一方、端子間電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｔｈを超えていた場合には（Ｖｂ＞Ｖｔｈ）、放置タイマ１８によりその状態が所定時間（例：３０分）継続したかどうかを判断する（ステップＳ４２）。該所定時間が継続した時は、放置タイマ１８をいったんリセットし（ステップＳ４３）、劣化速度テーブル５１を検索する（ステップＳ４４）。劣化速度テーブル５１は、図３の劣化特性を考慮して、バッテリ１５の状態（温度、電圧）がステップＳ４２で設定した所定時間（３０分）継続した時のバッテリの劣化速度（ΔＡｈ／ｈ）として記憶されている。
【００５５】
次に、バッテリ１５の劣化量（高電圧劣化補正量）Ｃｄを計算する（ステップＳ４５）。この劣化量Ｃｄは前回の劣化量Ｃｄ′に新たな劣化分、すなわち、劣化速度Δ×放置時間Ｔｎで表される劣化分を加えることで計算される。よって、劣化量Ｃｄは次の（３）式で求められる。
【００５６】
Ｃｄ＝Ｃｄ′＋Δ×Ｔｎ …（３）
図４のフローチャートでは、劣化量はステップＳ４２で設定した所定時間（３０分）毎に計算されるので、放置時間Ｔｎは該所定時間（３０分）になる。
【００５７】
次に、この劣化量Ｃｄと高電位最大劣化量（リミット量、リミット値）Ｃｄｍａｘ（図５参照）とを比較する（ステップＳ４６）。
【００５８】
劣化量Ｃｄが高電位最大劣化量Ｃｄｍａｘよりも大きい場合には、劣化量Ｃｄの値をその高電位最大劣化量Ｃｄｍａｘとし（ステップＳ４７）、そうでない場合には、ステップＳ４６で計算した劣化量Ｃｄを劣化量Ｃｄの値として、満充電容量Ｃｆを次の（４）式により計算する（ステップＳ４８）。
【００５９】
Ｃｆ＝Ｃｒ−Ｃｄ …（４）
この（４）式において、符号Ｃｒは、上述したように、バッテリ１５が新品である場合の基準容量であり、したがって、（４）式は満充電容量Ｃｆが劣化量Ｃｄ分だけ小さくなったことを意味している。もし、次に、充電モードに入った場合に、前記ステップＳ２６における満充電容量Ｃｆの値は、このステップＳ４８で計算した値が用いられる。
【００６０】
この場合、現在の残容量ＣｃがステップＳ４８で計算した満充電容量Ｃｆを超える値であった場合には（ステップＳ４９：ＹＥＳ）、そのようなことはあり得ないので、現在の残容量Ｃｃの値を、計算した満充電容量Ｃｆの値とする（ステップＳ５０）。換言すれば、計算された満充電容量Ｃｆの値が、計算される残容量Ｃｃの値を超えないようにする。すなわち、放置モードでは、基本的にはバッテリ１５は放電しないので残容量Ｃｃは低下しない。しかし、高電圧放置を長時間続けて劣化量Ｃｄが増加した場合は満充電容量Ｃｆが低下しているので、計算上、残容量＞満充電容量（ステップＳ４９：ＹＥＳ）になることがある。しかし物理的には残容量Ｃｃは満充電容量Ｃｆを超えないのでステップＳ４９、Ｓ５０の処理が必要になる。
【００６１】
なお、表示器４５上に表示する残容量を表示残容量Ｃｃ（％）として、次の（５）式で得られる値に対応する表示を行う。
【００６２】
Ｃｃ（％）＝（残容量Ｃｃ／基準容量Ｃｒ）×１００ …（５）
図６は、この（５）式に基づく表示器４５上の棒グラフ表示例を示している。この棒グラフ表示は、例えば、発光ダイオードを利用して、バッテリ１５が新品時には、残容量ＣｃがＣｃ＝Ｃｒとされ、基準容量Ｃｒ分の、例えば、緑色発光表示の棒グラフ６１とされ、劣化時の満充電時には、残容量ＣｃがＣｃ＝Ｃｆとされて、満充電容量Ｃｆ分の緑色発光表示の棒グラフ６２とされる。また、この劣化時において、走行して放電させた場合には、残容量Ｃｃ部分を緑色発光表示とし、放電量Ｃｄｉｓの部分を、例えば、黄色発光表示として棒グラフ６３を表示する。なお、バッテリ１５の高電位放置劣化後の棒グラフ６２、６３において、点線で示す劣化量部分は表示しない。
【００６３】
上述した動作について、図７に示すタイムチャートにより概略的に説明する。
【００６４】
すなわち、時点ｔ１１〜ｔ１２の走行期間においては、バッテリ電圧Ｖｂが降下するとともに、積算された放電量（負の傾斜で表された部分）分だけ、表示残容量Ｃｃ（％）が低下する。そして、時点ｔ１２〜時点ｔ１３の放置時間の後に、時点ｔ１３〜ｔ１４の間で充電を行う。この期間では、充電量（正の傾斜で表された部分）が積算され、かつバッテリ電圧Ｖｂが高電位劣化が始まる閾値電圧Ｖｔｈを超える。時点ｔ１４において、充電器１２が切り放されて、その時点ｔ１４以降時点ｔ１５まで高電位状態で放置されたものとする。
【００６５】
時点ｔ１５〜ｔ１６において、再び走行が開始され、放電量が積算される。また、時点ｔ１６〜ｔ１７において、走行が停止され、その状態で放置される。時点ｔ１７において、再び充電が開始されるが、時点ｔ１８において充電が停止され、時点ｔ１８〜ｔ１９の間放置されたものとする。時点ｔ１９では、放置電圧Ｖｂが補正が必要となる高電圧放置判断電圧Ｖｔｈに達していないので、標準容量Ｃｒに対する劣化補正を行わない。
【００６６】
このように、上述の実施の形態によれば、リチウムイオン二次電池からなるバッテリ１５の電圧Ｖｂを検出し、検出電圧Ｖｂが高電圧状態（Ｖｂ＞Ｖｔｈ）である場合には、劣化補正量Ｃｄを計算し、満充電容量Ｃｆを低減することで、正確な残容量Ｃｃを算出することができるという効果が達成される。
【００６７】
さらに具体的に説明すれば、検出したバッテリ電圧Ｖｂが、バッテリ１５の定格電圧（リチウムイオン二次電池のセル換算では、３．６Ｖ）よりも高い所定電圧Ｖｔｈ（例えば、同３．９Ｖ）を超える値で放置されていた場合、例えば、満充電後の放置状態にある場合には、その高電圧状態である時間を放置タイマ１８により計時し、この計時時間（放置時間）Ｔｎに基づきバッテリの容量劣化量Ｃｄを計算する。図６に示すように、計算した容量劣化量Ｃｄを基準容量（新品時の容量）Ｃｒから引いた値を、以降の満充電容量Ｃｆとする。この満充電容量Ｃｆから放電量Ｃｄｉｓを引いた値を残容量Ｃｃとする。
【００６８】
この場合、前記劣化補正量Ｃｄを計算する際に、バッテリ温度Ｔｂと高電位の検出電圧値と放置時間Ｔｎに基づいて、劣化速度ΔＡｈ／ｈの最も正確な値を選択するようにしているので、きわめて、高精度に劣化容量Ｃｄを計算することができる。
【００６９】
なお、上述の実施の形態では、管理用ＥＣＵ３１とこれにインストールされたソフトウエアを利用してこの発明を実現しているが、この発明は、そのソフトウエアによる処理の一部または全部をディスクリート部品、例えば、電圧検出手段としての電圧計、比較手段としての比較器、計時手段としてのタイマ、容量劣化計算手段（または残容量補正手段）としてのコンデンサ（記憶手段）を含む加減乗除器とにより構成することも可能である。
【００７０】
また、この発明は上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、リチウムイオン二次電池の端子間電圧を検出し、検出した電圧が、電池の定格電圧よりも高い予め決定した所定電圧を超える高電圧状態であった場合には、高電圧状態にある計時時間に基づく容量劣化量を計算し、電池の残容量を補正するようにしている。
【００７２】
このため、リチウムイオン二次電池における高電圧下における不可逆劣化量による電池の容量減を精度良く予測計算することが可能となり、結果として、電池の残容量を正確に検出することができるという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態が適用された電気自動車に充電器が接続された構成を示すブロック図である。
【図２】図１例中、モータによる走行制御の説明に供されるフローチャートである。
【図３】温度と高電位放置電位に対する単位時間劣化量の関係を示す特性図である。
【図４】図１例中、電池残容量検出制御の説明に供されるフローチャートである。
【図５】高電位放置時間と劣化量（容量減）との関係を示す特性図である。
【図６】残容量の棒グラフ表示の説明に供されるグラフである。
【図７】図１例中、電池残容量検出制御の説明に供されるタイムチャートである。
【符号の説明】
１０…電気自動車 １５…バッテリ
１８…（高電位）放置タイマ ３１…管理用ＥＣＵ
４１…イグニッションスイッチ ４３…充電スイッチ
４４…温度センサ
Ｖｂ…端子間電圧 Ｔｂ…バッテリ温度
Ｃｃ…計算される現在の残容量 Ｃｃ′…前回計算時の残容量
Ｃｄ…高電位劣化量 Ｃｄｉｓ…放電容量
Ｃｒ…基準容量
Claims (3)
- 充放電のない放置時にリチウムイオン二次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、
検出した電圧と前記リチウムイオン二次電池の定格電圧よりも高い所定電圧とを比較して比較結果信号を出力する比較手段と、
前記比較結果信号が、放置時であって前記検出電圧が前記所定電圧を超える高電圧状態であることを表す状態であることを検出したときに、時間の計時を行う計時手段と、
前記計時手段による高電圧状態にある時間の計時時間に基づき前記リチウムイオン二次電池の容量劣化量を計算する容量劣化計算手段と、
前記リチウムイオン二次電池の満充電容量を基に少なくとも充電容量及び放電容量から前記リチウムイオン二次電池の残容量を求める残容量計算手段と、
前記容量劣化量に基づいて前記満充電容量を再計算し、該満充電容量により前記残容量を補正する残容量補正手段と、
を有することを特徴とする電池残容量検出装置。 - 請求項１記載の装置において、
前記容量劣化計算手段は、前記リチウムイオン二次電池の容量劣化量を、前記高電圧状態計時時間と前記検出電圧値に基づき計算することを特徴とする電池残容量検出装置。 - 請求項１記載の装置において、
前記容量劣化計算手段は、前記リチウムイオン二次電池の容量劣化量を、前記高電圧状態計時時間と前記リチウムイオン二次電池の温度に基づき計算することを特徴とする電池残容量検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30217196A JP3692192B2 (ja) | 1996-11-13 | 1996-11-13 | 電池残容量検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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