JP3715265B2 - バッテリ状態判定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はバッテリの充電分極あるいはバッテリの残存容量等のバッテリ状態を判定するバッテリ状態判定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
バッテリの残存使用時間を知る装置として、例えば特開平1−193675号公報には、バッテリの内部抵抗と放電時間の関係を予め記憶し、バッテリ使用中の検出内部抵抗値より放電時間を知って、残存使用時間を算出するものが提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電気自動車等に使用するバッテリは、走行中に頻繁に充放電がなされるため、内部抵抗の変化のみでは残存使用量の正確な判定は困難である。特に、頻繁な回生充電や充電スタンドでの急速充電等によりバッテリが充電分極を生じるため、これを確実に判定して、バッテリ残存容量を正確に把握することが求められている。
【0004】
本発明はかかる要請に鑑みたもので、バッテリの充電分極状態を確実に判定することができるとともに、その残存容量を正確に算出することが可能なバッテリ状態判定装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明では、バッテリからの放電電力量と該放電電力量下での所定電流放電時のバッテリ電圧との関係を記憶する第1の記憶手段と、バッテリの放電電流を検出する電流検出手段と、当該放電電流下でのバッテリ電圧を検出する電圧検出手段と、上記検出電流と検出電圧を記憶する第2の記憶手段と、該第2の記憶手段で記憶された所定数の検出電流と検出電圧より電圧ー電流直線式を得て、該直線式より所定電流放電時のバッテリ電圧を算出する電圧算出手段と、算出されたバッテリ電圧を、上記第1の記憶手段に記憶された、現在までの放電電力量と等しい放電電力量下での所定電流放電時のバッテリ電圧と比較して、算出バッテリ電圧が記憶バッテリ電圧よりも高い場合に、充電分極有りと判定する充電分極判定手段とを具備している。
【0006】
所定電流放電時のバッテリ電圧が直接検出できない場合にも、電圧ー電流直線式より所定電流放電時のバッテリ電圧を算出して、充電分極の有無が確実に判定される。
【0007】
本発明では、上記構成に加えて、上記充電分極判定手段により充電分極無しと判定された場合に、現在までの放電電力量と上記算出バッテリ電圧とを記憶する第3の記憶手段と、該第3の記憶手段により記憶された所定数の放電電力量と算出バッテリ電圧との関係に基づいて、上記第1の記憶手段に記憶された放電電力量とバッテリ電圧との関係を補正する補正手段と、補正された上記放電電力量とバッテリ電圧の関係より限界バッテリ電圧に達するまでの放電電力量を得て、該放電電力量と現在までの放電電力量の差よりバッテリの残存容量を算出する残存容量算出手段とをさらに具備している。
【0008】
所定数の放電電力量と算出バッテリ電圧との関係に基づいて、記憶された放電電力量とバッテリ電圧との関係を補正し、補正後の放電電力量とバッテリ電圧の関係に基づいてバッテリ残存容量が正確に算出される。
【0009】
【実施例】
以下、本発明を、電気自動車に搭載したバッテリの状態判定装置に具体化した一実施例について、図面に従い説明する。
【0010】
図1は、本実施例におけるバッテリ状態判定装置の概略構成図である。図において、バッテリ1の両極端子にはインバータ3を介して電気負荷としてのモータ2が接続されている。バッテリ1は例えば5時間率容量が150Ahの16個の鉛蓄電池で構成されている。電子制御装置(ECU)4は、CPU5aおよびメモリ5bを有するマイクロコンピュータ5と、上記モータ2の駆動を制御するためのモータ制御回路6とを備えている。検出部7は、バッテリ端子電圧を検出する電圧検出手段である電圧検出器8と、バッテリ1からのモータ2への放電電流、もしくはモータ2からバッテリ1への回生充電電流あるいは図示していない急速充電器からバッテリへ流れる充電電流を検出する電流検出手段である電流検出器9とからなり、各検出器8,9による検出結果がマイクロコンピュータ5に入力する。
【0011】
ここで、マイクロコンピュータ5のメモリ5bにより第1の記憶手段、第2の記憶手段、および第3の記憶手段が構成されており、同じくCPU5aにより電圧算出手段、充電分極判定手段、補正手段、および残存容量算出手段が構成されている。すなわち、CPU5aは、上記検出部7による検出結果からバッテリ内部抵抗値、あるいは所定の電流が流れた場合の電圧値、満充電状態からの放電電力量等のバッテリ状態を示すデータを演算する。また、CPU5aは、メモリ5bに記憶されているバッテリ特性を用い、バッテリ1に関する各種検出結果に応じてバッテリ残存使用量を演算し、その演算結果を表示装置10に表示する。さらに、CPU5aは、急速充電を行った場合に、バッテリ1に関する各検出結果とメモリ5bに記憶されたバッテリ特性から充電分極の影響を判定する。
【0012】
以下、メモリ5bに記憶されているバッテリ特性と、CPU5aによる残存使用量判定処理および充電分極判定処理について詳述する。
【0013】
メモリ5bには、バッテリ特性としてバッテリ放電電力量と、所定の放電電流(本実施例では200A)が流れた場合のバッテリ1個当たりの端子電圧との関係が記憶されており、この関係を図2に示す。この図は、バッテリを満充電状態から途中で急速充電をすることなく放電終止電圧まで放電させた時の、上記検出部7による検出結果から、CPU5aにて演算されたバッテリ放電電力量および200A放電時のバッテリ電圧の両データを図示したものである。これは、予め使用バッテリの200A放電バッテリ単体試験等によりこの関係を求め、このバッテリ特性を上記メモリ5bに記憶しておく。なお、この放電電力量−200A放電電圧の関係を多項式あるいは指数関数により表現して、この関係式を記憶しておいても良い。すなわち、バッテリ使用中の放電電力量と200A放電電圧によって、バッテリ消費状態に対応するバッテリ1の残存使用評価データが求められることになる。
【0014】
次に、CPU5aによる処理動作について図3、図4に示すフローチャートを用いて説明する。図3においてはバッテリ満充電状態でルーチンが開始され、CPU5aは先ずステップ100で初期化処理を実行する。すなわち、CPU5aは、放電電力量Wqを「0」にクリアし、CPU5a内のタイマをスタートさせる。次にCPU5aは、ステップ101で、バッテリ端子電圧、バッテリ電流の0.2秒毎の検出データを取り込み、各々1秒間の平均値を算出する。続くステップ102では、その時までの放電電力量Wqおよび下式▲1▼で残存エネルギーS0Cwを算出し、残存エネルギーSOCwを表示装置10に表示する。
【0015】
SOCw=(Wnow −Wq)/Wb・100(%)……▲1▼
【0016】
ここで、Wnow は現在の走行状態における当該バッテリ1のバッテリ満充電状態からの放電終止電圧までの利用可能電力量(放電電力量)である。Wnow の初期値は、バッテリ特性を記憶した時のバッテリ満充電状態から限界バッテリ電圧たる放電終止電圧に至るまでに使用した放電電力量であり、走行中は後述するステップ112で算出する。WbはWnow の初期値に等しい。
【0017】
ステップ103では検出電流の大きさを判別する。すなわち、検出電流が30Aより大きい場合はステップ104に進み、検出電圧、電流をメモリ5bの中のMe1領域に記憶する。ここで、記憶のためのバッファ数は各々60個であり、バッファが一杯になった場合は不用データから新しいデータに書き換えていく。これによりメモリ領域Me1には最新の検出電圧、電流データが記憶されていることになる。次に、ステップ105で、上記記憶データでバッファが一杯であるか、記憶データの電流値に偏りはないか判別する。そして、ステップ105が肯定判定されれば、ステップ106で上記記憶データから電圧−電流間の関係式を算出する。
【0018】
その後、CPU4aは図4に示すステップ107、108で、ステップ109の判別で使用する2つの電圧値Vn、Vmを算出する。すなわち、ステップ107ではステップ106で算出した関係式を用いて200A放電電圧値Vnを算出し、続くステップ108で、メモリ5bに記憶してあるバッテリ特性を用いて、現在までの放電電力量に等しい放電電力量下での200A放電電圧値Vmを算出する。そして、ステップ109でこの両者の大小から充電分極の影響を判別する。つまり、VnがVmより小さい場合は、CPU5aは充電分極の影響はないと判断し、ステップ110で放電電力量Wqと電圧値Vnをメモリ5bの領域Me2に記憶する。そしてステップ111で領域Me2に記憶したデータ数が10以上あるかどうかを判定し、ステップ111が肯定された場合は、ステップ112に進んで、メモリ5bに記憶されたバッテリ記憶特性(図2参照)と領域Me2に記憶された最新の10個のデ−タを用いて、現在の走行状態における当該バッテリ1の満充電状態から放電終止電圧までの使用可能電力量Wnow を算出する。
【0019】
上記使用可能電力量Wnow の算出動作について図5、図6を用いて説明する。なお、図5で、当該バッテリ1の放電終止電圧はバッテリ1個当たり9ボルトであり、バッテリ1個当たりの放電電力量を横軸にとっている。車両走行中にメモリ5bのMe2領域に記憶された放電電力量Wqと200A放電電圧Vnが図5の各「○」点のように得られた場合、メモリ5bに記憶されたバッテリ記憶特性が、「○」点デ−タの最小放電電力量に対する電圧値の関係(点C)を満足するように、点bを固定して点aを点a’まで移動する。次に、下式▲2▼に示す誤差関数(評価関数)Jが最小となるように、図6に示す如く、点cを固定して点bを点b’まで移動する。このとき点b’が現時点での使用可能放電電力量Wnow を表す。
【0020】
【0021】
ここで、上記処理を最適化法を用いて数学的に行ってもよい。
【0022】
次に、CPU5aは、図4のステップ113で電気自動車の走行が終了し、バッテリの通常充電が開始されたかどうかを判別し、開始でなければ図3のステップ100にリターンする。
【0023】
一方、上記ステップ109が否定された場合、CPU5aは、ステップ110〜112を通過してステップ113を実行する。つまり、充電分極の影響が残っていると判断した場合には、使用可能放電電力量Wnow の算出は行われない。
【0024】
図7は、電気自動車走行途中に急速充電(T2→T3)を行った場合の路上走行試験結果(T1→T2→T3→T4)を示す線図である。図は放電電力量と上記メモリ領域Me2に記憶されたデ−タ「+」、およびメモリ5bに記憶したバッテリ記憶特性を同時に示したものであり、この図から判るように、急速充電直後の走行では充電分極の影響から放電電圧値が高めに検出される。また、図8のx線(破線で示す)は実際のバッテリ残存使用量を、線y(実線で示す)は充電分極の判定を行った後に求めたバッテリ残存使用量を、線z(二点鎖線で示す)は充電分極の判定を行わないで求めたバッテリ残存使用量を、それぞれ示している。この図から判るように、充電分極の判定を行わない場合(線zの場合)は充電分極によりバッテリ特性の変化に応答することができず、急速充電直後に図示の如く常時誤差を生じる。これに対して、充電分極の判定を行った場合(線yの場合)は急速充電直後にも、より正確に実際のバッテリ残存使用量を求めることができる。なお、図には急速充電中のバッテリ残存使用量は図示していない。
【0025】
そして、以上詳述したバッテリ状態判定装置によれば、以下に示す効果を得ることができる。
【0026】
つまり、本実施例の判定装置では、バッテリ特性記憶データと検出データから充電分極の影響を判定し、充電分極の影響がある場合には、検出電圧値によるバッテリ残存使用量の判定を中止した(図4のステップ109)。したがって、急速充電等による充電分極の影響による誤検出が防止され常に正確な判定結果が得られる。
【0027】
また、電気自動車の走行状態に応じた使用可能量を逐次算出した(図4のステップ112)から、走行状態の変化あるいはバッテリの劣化によっても常に正確な判定を行うことができる。
【0028】
使用電力量をもとにバッテリ残存使用量を判定した(図4のステップ102等)から、電気自動車の走行エネルギに即した表示が容易に行える。
【0029】
バッテリ内部抵抗値(走行中の電圧電流関係式)を検出し、所定の電流が流れた場合の電圧値を算出した(図3のステップ106、図4のステップ107)。したがって、車両の仕様に応じて評価電流を決定できる。さらに、放電電流の変動があっても常に正確にバッテリ残存使用量の判定が行える。
【0030】
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、バッテリを使用する全ての装置において、バッテリの残存使用量を判定する装置に具体化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】バッテリ状態判定装置の全体構成図である。
【図2】メモリに記憶される放電電力量と200A放電電圧の関係を示すグラフである。
【図3】バッテリ状態判定手順を示すコンピュータのプログラムフローチャートである。
【図4】バッテリ状態判定手順を示すコンピュータのプログラムフローチャートである。
【図5】バッテリ記憶特性の補正手順を示すグラフである。
【図6】バッテリ記憶特性の補正手順を示すグラフである。
【図7】充電分極の影響を示すグラフである。
【図8】充電分極によるバッテリ残存使用量の誤差を示すグラフである。
【符号の説明】
1 バッテリ
5a CPU(電圧算出手段、充電分極判定手段、補正手段、残存容量算出手段)
5b メモリ(第1の記憶手段、第2の記憶手段、第3の記憶手段)
8 電圧検出器(電圧検出手段)
9 電流検出器(電流検出手段)
Claims (1)
- バッテリからの放電電力量と該放電電力量下での所定電流放電時のバッテリ電圧との関係を記憶する第1の記憶手段と、バッテリの放電電流を検出する電流検出手段と、当該放電電流下でのバッテリ電圧を検出する電圧検出手段と、上記検出電流と検出電圧を記憶する第2の記憶手段と、該第2の記憶手段で記憶された所定数の検出電流と検出電圧より電圧ー電流直線式を得て、該直線式より所定電流放電時のバッテリ電圧を算出する電圧算出手段と、算出されたバッテリ電圧を、上記第1の記憶手段に記憶された、現在までの放電電力量と等しい放電電力量下での所定電流放電時のバッテリ電圧と比較して、算出バッテリ電圧が記憶バッテリ電圧よりも高い場合に、充電分極有りと判定する充電分極判定手段とを具備し、
上記充電分極判定手段により充電分極無しと判定された場合に、現在までの放電電力量と上記算出バッテリ電圧とを記憶する第3の記憶手段と、該第3の記憶手段により記憶された所定数の放電電力量と算出バッテリ電圧との関係に基づいて、上記第1の記憶手段に記憶された放電電力量とバッテリ電圧との関係を補正する補正手段と、補正された上記放電電力量とバッテリ電圧の関係より限界バッテリ電圧に達するまでの放電電力量を得て、該放電電力量と現在までの放電電力量の差よりバッテリの残存容量を算出する残存容量算出手段とをさらに具備するバッテリ状態判定装置。
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