JP5880232B2 - Remaining amount detection unit - Google Patents
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Description
本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両に搭載される二次電池の残量検出のために好適な残量検出ユニットとに関する。 The present invention relates to a remaining amount detection unit suitable for detecting the remaining amount of a secondary battery mounted on an electric vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle.
特許文献1には、2次電池の残量の検出に当たって、現在の電池電流値と閾値との比較結果に応じて電圧法と電流積算法とを切り替える技術が開示されている。
電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両は、車両外部の外部電源によって充電可能であると共に、その充電モードも、AC100VもしくはAC200Vコンセントを用いて小電力容量で充電を実施する所謂「普通充電モード」と、短時間・大電力容量で充電を実施する所謂「急速充電モード」が存在する。 An electric vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle can be charged by an external power source outside the vehicle, and the charging mode is a so-called “normal charging mode” in which charging is performed with a small power capacity using an AC100V or AC200V outlet. There is a so-called “rapid charging mode” in which charging is performed in a short time with a large power capacity.
特許文献1の技術によると、これら充電モードの変更について考慮されておらず、例えば電池電圧の変動が長引く場合においても電圧法が採用されることとなり、残量検出の精度が悪化するおそれがあった。
According to the technique of
本発明は、電池の残量を従来よりも高精度に検出することを可能とすることを目的とする。 An object of the present invention is to make it possible to detect the remaining amount of a battery with higher accuracy than in the past.
請求項1に記載される発明の残量検出ユニットは、電池の電圧値を検出する電圧検出手段と、前記電池の電流値を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段が検出した電圧値に基づいて前記電池の残量を判定する第1の判定手段と、前記電流検出手段が検出した電流値の積算値に基づいて前記電池の残量を判定する第2の判定手段と、前記電池の充電モードを判定する充電モード判定手段と、前記充電モード判定手段の判定結果に基づいて前記第1の判定手段と前記第2の判定手段とのうちいずれか一方を選択する選択手段とを具備し、前記充電モードは、供給電力容量の異なる少なくとも2種類の充電モードを有し、前記選択手段は、前記充電モード判定手段が、供給電力容量の大きい急速充電モードの終了を判定してから所定時間経過後に前記第1の判定手段を選択し、前記充電モード判定手段が、前記急速充電モードを判定しているときは、前記第2の判定手段を選択することを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a remaining amount detection unit including a voltage detection unit that detects a voltage value of a battery, a current detection unit that detects a current value of the battery, and a voltage value detected by the voltage detection unit. A first determination unit that determines the remaining amount of the battery based on the second determination unit, a second determination unit that determines the remaining amount of the battery based on an integrated value of the current value detected by the current detection unit; comprising a charging mode determining means for determining a charging mode, and selection means for selecting one of said charging mode determining means determines based on the result from the first determination means and the second judging means The charging mode has at least two types of charging modes having different supply power capacities, and the selection means is a predetermined time after the charge mode determination means determines the end of the quick charge mode with a large supply power capacity. Progress Said first determination means select the charging mode determining means, when it is determined the rapid charging mode, and selects the second determining means.
本発明によれば、電池の残量を従来よりも高精度に検出することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to detect the remaining battery level with higher accuracy than in the past.
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお本実施形態は、電動車両の一例としての電気自動車100に関するものとする。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this embodiment shall be related with the
図1は電気自動車100の構成を示す図である。なお、電気自動車100は既存の別の電気自動車が備えるのと同様な多数の要素を備えるが、図1においてはそれらの要素のうちの一部の要素のみを示している。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of the
電気自動車100は、本体1、前輪2、後輪3、モータ4、減速機5、電池6、インバータ7、給電線8、コンタクタ9,10、ヒューズ11、充電プラグ12、ECU(electric control unit)13および残量検出ユニット14を含む。
The
本体1は、車台および車体などを含み、他の各要素を支持するとともに、乗員が搭乗するための空間を形成する。
The
前輪2は、図1における奥行方向に並ぶ2つを有し、回転自在に本体1に支持されている。
The front wheel 2 has two arranged in the depth direction in FIG. 1 and is rotatably supported by the
後輪3は、図1における奥行方向に並ぶ2つを有し、回転自在に本体1に支持されている。
The
前輪2および後輪3は、電気自動車100の通常の使用状態においてはそれぞれ接地し、本体1を支持するとともに、回転して本体1を移動させる。
The front wheel 2 and the
モータ4は、インバータ7から供給される交流電力で動作し、出力軸を回転する。
The
減速機5は、モータ4の出力軸に連結されており、当該出力軸の回転を減速して後輪3に伝達する。
The
電池6は、多数のバッテリセル6aが直列に接続されて構成される。電池6は、高電圧の直流電圧を発生する。電池6は、外部からの電力供給により充電可能である。つまり電池6は、二次電池である。
The battery 6 includes a large number of
インバータ7は、電池6が発生する直流電圧を交流電圧に変換する。インバータ7は、交流電圧をモータ4に印加することにより、モータ4に交流電力を供給する。インバータ7は、ECU13の制御の下に、発生する交流電圧の電圧値を変更できる。
The
給電線8は、電池6が発生する直流電圧をインバータ7に印加する。
The
コンタクタ9は、電池6の正極と給電線8との間に介挿されている。コンタクタ9は、ECU13の制御の下に電池6の正極と給電線8との電気的接続をオン/オフする。
The
コンタクタ10は、電池6の負極と給電線8との間に介挿されている。コンタクタ10は、ECU13の制御の下に電池6の負極と給電線8との電気的接続をオン/オフする。
The
ヒューズ11は、2つのバッテリセル6aの間に介挿されている。ヒューズ11は、定格以上の過大な電流によって溶断し、電池6からインバータ7への給電を遮断する。
The
充電プラグ12は、2つのバッテリセル6aの間に介挿されており、外部電源(図示せず)からの電力供給を受けるための充電ケーブル(図示せず)が必要に応じて接続できる。充電プラグ12は、充電ケーブルが接続されていないときには、2つのバッテリセル6aを直列に接続し、充電ケーブルが接続されているときには、充電ケーブルを介して供給される電力を電池6に与える。
The
尚、図1では充電プラグ12は一つしか図示しておらず、普通充電モードと急速充電モードなど複数の充電モードに対応することとしているが、それぞれの充電モードに対応する充電プラグを複数設けてもよい。
In FIG. 1, only one
また、充電プラグ12の位置も2つのバッテリセル6aの間に介挿することに限定されず、車載充電器を介して充電プラグ12とバッテリセル6aを接続し、外部電源からの電力供給を充電ケーブルを介して受けるよう、公知技術の範囲で変更しても良い。
Further, the position of the
ECU13は、インバータ7およびコンタクタ9,10などの一部の制御対象要素の動作を制御する。
The ECU 13 controls the operation of some control target elements such as the
残量検出ユニット14は、電池6に対してインバータ7と並列に接続されている。残量検出ユニット14は、電池6の残量を検出する。残量検出ユニット14は、検出した残量を表す残量情報をECU13に送信する。
The remaining
図2は残量検出ユニット14のブロック図である。なお、図2に示される要素のうちで図1に示されるのと同一の要素には同一の符号を付して示している。
FIG. 2 is a block diagram of the remaining
残量検出ユニット14は、電圧検出回路14a、電流検出回路14b、CPU(central processing unit)14c、ROM(read-only memory)14d、RAM(random-access memory)14eおよびインタフェースユニット(I/F)14f,14gを含む。そしてこれらの各要素のうちのCPU14c、ROM14d、RAM14eおよびインタフェースユニット14f,14gは、バス14hにそれぞれ接続されている。
The remaining
電圧検出回路14aは、電池6の正負の両極の間の電圧、すなわち電池電圧を検出する。電圧検出回路14aは、検出した電池電圧を表した電圧情報を出力する。
The
電流検出回路14bは、電流変化により発生した磁界変化を測定し、電流値に変換する電流センサを有し、この電流センサに基づいて電池電流を検出する。電流検出回路14bは、検出した電池電流を表した電流情報を出力する。
The
CPU14cは、ROM14dおよびRAM14eに記憶されたオペレーティングシステムおよびアプリケーションプログラムに基づいて、ECU13の制御対象となる各要素の動作を制御するための情報処理を行う。CPU14cは、後述する処理を実行することで、第1および第2の判定手段、充電モード判定手段および選択手段として機能する。
The
ROM14dは、上記のオペレーティングシステムを記憶する。ROM14dは、上記のアプリケーションプログラムを記憶する場合もある。またROM14dは、CPU14cが各種の処理を行う上で参照するデータを記憶する。なお、CPU14cが各種の処理を行う上で参照するデータの全てまたは一部は、RAM14eが記憶しても良い。また、EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory)を残量検出ユニット14に備えて、このEEPROMがCPU14cが各種の処理を行う上で参照するデータの全てまたは一部を記憶しても良い。
The
RAM14eは、CPU14cが各種の処理を行う上で一時的に使用するデータを記憶しておく、いわゆるワークエリアとして利用される。RAM14eは、上記のアプリケーションプログラムを記憶する場合がある。
The
なお、上記のアプリケーションプログラムは、上記のEEPROMが記憶しても良い。 The application program may be stored in the EEPROM.
ROM14d、RAM14eまたはEEPROMに記憶されるアプリケーションプログラムには、後述する処理に関して記述した制御プログラムを含む。この制御プログラムがRAM14eまたはEEPROMに記憶される場合、ECU13、ECU13を含んだユニット、あるいは電気自動車100の譲渡は、一般的に上記の制御プログラムがRAM14eまたはEEPROMに記憶された状態にて行われる。しかし、ECU13、ECU13を含んだユニット、あるいは電気自動車100が上記の制御プログラムがRAM14eまたはEEPROMに記憶されない状態で譲渡されるとともに、磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリなどのようなリムーバブルな記録媒体に記録して、あるいはネットワークを介して上記の制御プログラムが譲渡され、この制御プログラムがRAM14eまたはEEPROMに書き込まれても良い。
The application program stored in the
インタフェースユニット14fは、電圧検出回路14aおよび電流検出回路14bを物理的に接続する。インタフェースユニット14fは、電圧検出回路14aが出力する電圧情報と電流検出回路14bが出力する電流情報とを、CPU14cからの指示の下に取り込んで、CPU14cに渡す。
The
インタフェースユニット14gは、ECU13を物理的に接続する。インタフェースユニット14gは、CPU14cのからの指示の下に、電池6の残量を表した残量情報をECU13に向けて送信する。
The
次に以上のように構成された電気自動車100の動作について説明する。なお、電気自動車100は既存の別の電動車が備えるのと同様な様々な機能を備えるが、それらの機能に関する動作は既存の別の電動車と同様であるので、その詳細な説明は省略する。そして以下においては、残量検出ユニット14の動作に関して詳細に説明する。
Next, the operation of the
CPU14cは、第1および第2の判定処理を並列的に実行する。第1の判定処理においてCPU14cは、電圧検出回路14aが出力する電圧情報をインタフェースユニット14fを介して定期的に取得して、この電圧情報が表す電池電圧に基づいて周知の電圧法によって電池6の残量を判定する。また第2の判定処理においてCPU14cは、電流検出回路14bが出力する電流情報をインタフェースユニット14fを介して定期的に取得して、この電流情報が表す電池電流に基づいて周知の電流積算法によって電池6の残量を判定する。
The
CPU14cは上記の第1および第2の判定処理とは別に、図3に示す処理を実行する。なお、CPU14cは図3に示す処理を、予め定められた実行タイミング毎に繰り返し実行する。実行タイミングは例えば、一定の時間間隔毎のタイミングである。
The
ステップSa1においてCPU14cは、電圧検出回路14aが出力する電圧情報、及び電流検出回路14bが出力する電流情報を取得する。
In step Sa1, the
ステップSa2においてCPU14cは、充電モードが「急速充電モード」であるか否かを判定する。そしてここでYES(「急速充電モード」)と判定したならばCPU14cは、ステップSa3へと進む。
In step Sa2, the
ステップSa3においてCPU14cは、急速充電が終了したか否かを確認する。そしてここでYESと判定したならばCPU14cは、ステップSa4へ進む。
In step Sa3, the
ステップSa4においてCPU14cは、タイマを起動する。そしてこののちにCPU14cは、ステップSa5へ進む。
In step Sa4, the
一方、ステップSa2でNO(「急速充電モード 否」)と判定した場合にCPU14cは、ステップSa7へ進む。
Meanwhile,
また、ステップSa3でNO(「急速充電継続」)と判定した場合にCPU14cは、ステップSa9へ進む。
On the other hand, if it is determined as NO (“continuation of quick charge”) in step Sa3, the
ステップSa5においてCPU14cは、タイマがタイムアップしたか否かを確認する。そしてここで所定時間Tの経過を意味するタイムアップが行われたとしてYESと判定したならば、CPU14cはステップSa6へ進む。
In step Sa5, the
所定時間Tは任意に設定可能であるが、望ましくは電圧が安定するまでの待機時間として設定するのが良い。大電力容量で充電を実施する「急速充電モード」の直後は電圧が不安定となり、その状態で電圧値に基づく所謂「電圧法」により判定した残量を検出しても精度良く検出することが困難となるためである。 The predetermined time T can be arbitrarily set, but is desirably set as a standby time until the voltage is stabilized. Immediately after the “rapid charging mode” in which charging is performed with a large power capacity, the voltage becomes unstable, and even if the remaining amount determined by the so-called “voltage method” based on the voltage value is detected in that state, it can be detected accurately. This is because it becomes difficult.
ステップSa6においてCPU14cは、タイマを停止する。
In step Sa6, the
ステップSa7においてCPU14cは、フラグをオフとする。こののちにCPU14cは、ステップSa8へ進む。
In step Sa7, the
ステップSa8においてCPU14cは、第1の判定処理により、すなわち電圧法により判定した残量を検出値としてECU13へと送信する。
In step Sa8, the
一方、ステップSa5でNOと判定した場合にCPU14cは、ステップSa9へ進む。
On the other hand, when it is determined NO in step Sa5, the
ステップSa9においてCPU14cは、フラグをオンとする。こののちにCPU14cは、ステップSa10へ進む。
In step Sa9, the
ステップSa10においてCPU14cは、第2の判定処理により、すなわち電流積算法により判定した残量を検出値としてECU13へと送信する。
In step Sa10, the
そしてCPU14cは、CPU14cは、残量検出値の送信をもって、図3に示す処理を終了する。 And CPU14c complete | finishes the process shown in FIG. 3 with transmission of residual amount detection value.
図4は残量検出方法と充電モードとの関係の一例を示す図である。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the relationship between the remaining amount detection method and the charging mode.
急速充電モード中は電流積算法を実施し、急速充電終了直後も電流積算法を継続する。 The current integration method is performed during the quick charge mode, and the current integration method is continued immediately after the end of the quick charge.
急速充電終了後、所定時間T(例えば電圧が安定する待機時間)の経過後に残量検出方法を電流積算法から電圧法に切り替える。 After the rapid charging is completed, the remaining amount detection method is switched from the current integration method to the voltage method after a predetermined time T (for example, a standby time for voltage stabilization) has elapsed.
その後、車両走行中や普通充電中などは引き続き電圧法により残量検出を行い、次に急速充電を開始したときに、残量検出方法を電圧法から電流積算法に切り替える。 Thereafter, the remaining amount is detected by the voltage method while the vehicle is running or during normal charging, and when the quick charge is started next, the remaining amount detection method is switched from the voltage method to the current integration method.
この実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。 This embodiment can be variously modified as follows.
ハイブリッド自動車、電動二輪車、あるいは電動アシスト自転車などの他の種類の電動車両にも本発明を適用可能である。上述した実施の形態での電気自動車も含めて、このような電動車両においては、航続可能距離や充電タイミングを把握するために、より精度良く車両駆動用の二次電池の残量を検出する必要があるので本発明は好適である。 The present invention can also be applied to other types of electric vehicles such as hybrid vehicles, electric motorcycles, and electric assist bicycles. In such an electric vehicle including the electric vehicle in the above-described embodiment, it is necessary to detect the remaining amount of the secondary battery for driving the vehicle more accurately in order to grasp the cruising range and the charging timing. Therefore, the present invention is preferable.
残量検出ユニット14を本体1から取り外し可能とし、電動車両から独立したモジュールとして実現することもできる。なお、このような残量検出ユニット14は、電動車両以外の電気装置において使用することも可能である。そしてこの場合には、一次電池の残量を検出するために使用することも可能である。
The remaining
この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
(1)電池の電圧値を検出する電圧検出手段と、前記電池の電流値を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段が検出した電圧値に基づいて前記電池の残量を判定する第1の判定手段と、前記電流検出手段が検出した電流値の積算値に基づいて前記電池の残量を判定する第2の判定手段と、前記電池の充電モードを判定する充電モード判定手段と、前記充電モード判定手段の判定結果に基づいて前記第1の判定手段と前記第2の判定手段とのうちいずれか一方を選択する選択手段とを具備する残量検出ユニット。
(2)前記充電モードは、供給電力容量の異なる少なくとも2種類の充電モードを有し、前記選択手段は、前記充電モード判定手段が、供給電力容量の大きい急速充電モードの終了を判定してから所定時間経過後に前記第1の判定手段を選択することを特徴とする(1)に記載の残量検出ユニット。
(3)前記選択手段は、前記充電モード判定手段が、前記急速充電モードを判定しているときは、前記第2の判定手段を選択することを特徴とする(2)に記載の残量検出ユニット。
The present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above-described embodiments. For example, you may delete some components from all the components shown by embodiment mentioned above. Furthermore, you may combine the component covering different embodiment suitably.
Hereinafter, the invention described in the scope of claims of the present application will be appended.
(1) Voltage detection means for detecting the voltage value of the battery, current detection means for detecting the current value of the battery, and first for determining the remaining amount of the battery based on the voltage value detected by the voltage detection means Determination means; second determination means for determining the remaining amount of the battery based on an integrated value of the current value detected by the current detection means; charge mode determination means for determining the charge mode of the battery; A remaining amount detection unit comprising: a selection unit that selects one of the first determination unit and the second determination unit based on a determination result of a charging mode determination unit.
(2) The charging mode has at least two types of charging modes with different supply power capacities, and the selection unit determines that the charging mode determination unit determines the end of the quick charge mode with a large supply power capacity. The remaining amount detection unit according to (1), wherein the first determination unit is selected after a predetermined time has elapsed.
(3) The remaining amount detection according to (2), wherein the selection unit selects the second determination unit when the charge mode determination unit determines the quick charge mode. unit.
1…本体、2…前輪、3…後輪、4…モータ、5…減速機、6…電池、6a…バッテリセル、7…インバータ、8…給電線、9,10…コンタクタ、11…ヒューズ、12…充電プラグ、13…ECU、14…残量検出ユニット、14a…電圧検出回路、14b…電流検出回路、14c…CPU、14d…ROM、14e…RAM、14f,14g…インタフェースユニット、14h…バス、100…電気自動車。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記電池の電流値を検出する電流検出手段と、
前記電圧検出手段が検出した電圧値に基づいて前記電池の残量を判定する第1の判定手段と、
前記電流検出手段が検出した電流値の積算値に基づいて前記電池の残量を判定する第2の判定手段と、
前記電池の充電モードを判定する充電モード判定手段と、
前記充電モード判定手段の判定結果に基づいて前記第1の判定手段と前記第2の判定手段とのうちいずれか一方を選択する選択手段と
を具備し、
前記充電モードは、供給電力容量の異なる少なくとも2種類の充電モードを有し、
前記選択手段は、前記充電モード判定手段が、供給電力容量の大きい急速充電モードの終了を判定してから所定時間経過後に前記第1の判定手段を選択し、前記充電モード判定手段が、前記急速充電モードを判定しているときは、前記第2の判定手段を選択する
ことを特徴とする残量検出ユニット。 Voltage detection means for detecting the voltage value of the battery;
Current detection means for detecting the current value of the battery;
First determination means for determining the remaining amount of the battery based on the voltage value detected by the voltage detection means;
Second determination means for determining the remaining amount of the battery based on an integrated value of the current value detected by the current detection means;
Charging mode determining means for determining a charging mode of the battery;
A selection unit that selects one of the first determination unit and the second determination unit based on a determination result of the charge mode determination unit ;
The charging mode has at least two types of charging modes with different supply power capacities,
The selection unit selects the first determination unit after a lapse of a predetermined time after the charge mode determination unit determines the end of the quick charge mode with a large supply power capacity, and the charge mode determination unit The remaining amount detection unit , wherein the second determination unit is selected when the charging mode is determined .
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