JPH06342047A - 蓄電池の残存容量計測装置及び保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 蓄電池の適切な維持管理のために残存容量を
正確に検出する。 【構成】 電流センサ６，７で検出された充電電流ある
いは放電電流を、演算部５ｂでその電流と蓄電池温度及
び前回計測時の残存容量に応じて補正し、これを積分し
て得た値を前回計測時の残存容量に加減算して今回計測
時の残存容量を算出する。 【効果】 経年変化による蓄電池容量の変化、あるいは
測定誤差や演算誤差の累積等の影響が除去され、高い精
度で残存容量を検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、充放電が頻繁に行わ
れる蓄電池に適した残存容量計測装置及び保護装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】蓄電池を用いた電源装置においては蓄電
池の維持管理が必要である。特に電気自動車などの蓄電
池やレジャー用蓄電池のように頻繁に充放電されるもの
では適切な維持管理は重要であり、そのためには残存容
量を正確に把握しながら使用することと、過充電や過放
電から蓄電池を保護することが必要となる。

【０００３】従来、蓄電池の残存容量を電気的に検出す
る手段としては充放電時の電流値を積算する方法が一般
的であるが、使用条件によって使用可能な容量が変化
し、また誤差が累積されるために精度の高い検出が困難
であった。また一定の電流を流した時の端子電圧から残
存容量を算出する方法もあるが、やはり経年変化等のた
めに精度を維持することは困難であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明はこれらの点
に着目し、残存容量を正確に検出すると共に過充電や過
放電を防止して蓄電池の維持管理を適切に行えるように
することを課題としてなされたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、この発明の残存容量計測装置では、蓄電池の流入
電流と流出電流を検出する電流検出手段と、蓄電池の温
度を検出する温度検出手段と、検出された電流が充電の
時には、検出された電流をその充電電流と蓄電池温度及
び前回計測時の残存容量に応じて補正する充電電流補正
手段と、補正された充電電流を時間に関して積分する第
１の積分手段と、検出された電流が放電の時には、検出
された電流をその放電電流と蓄電池温度及び前回計測時
の残存容量に応じて補正する放電電流補正手段と、補正
された放電電流を時間に関して積分する第２の積分手段
と、上記第１の積分手段または第２の積分手段の出力値
を前回計測時の残存容量に加減算して今回計測時の残存
容量を算出する積算手段、とを備えている。

【０００６】また、流入電流及び流出電流が無い時には
蓄電池の無負荷端子電圧を検出し、検出された電圧が残
存容量の推定可能な値の場合にこの端子電圧と蓄電池の
温度及び使用期間に応じて推定残存容量を算出する残存
容量推定手段を備え、この推定残存容量と前回計測時の
残存容量とを比較し、両者に基準値以上の差がある場合
には前回計測時の残存容量を推定残存容量に置換して今
回計測時の残存容量とするようにしている。

【０００７】更に、検出された電流が充電の時には蓄電
池の端子電圧を検出し、検出された電圧が充電末電圧で
あるか否かを充電電流と蓄電池の温度及び使用期間に応
じて判定する判定手段と、充電末電圧である場合には蓄
電池温度と使用期間に応じて充電末残存容量を算出する
充電末残存容量算出手段とを備え、この充電末残存容量
と前回計測時の残存容量とを比較し、両者に基準値以上
の差がある場合には前回計測時の残存容量を充電末残存
容量に置換して上記積算手段による算出を行うようにし
ている。

【０００８】またこの発明の保護装置では、蓄電池の残
存容量を検出する手段と、残存容量が満充電状態である
か、蓄電池温度が基準値以上であるか、あるいは充電電
流が基準値以上であるかのいずれかの時に充電を中止さ
せる過充電防止手段、とを備えている。

【０００９】また、上記のような過充電防止手段を備え
ると共に残存容量が基準値以下の時に放電を中止させる
過放電防止手段を備えることもできる。

【００１０】

【作用】検出された充電電流あるいは放電電流をその電
流と蓄電池の温度及び前回計測時の残存容量に応じて補
正し、これを積分してその出力値を前回計測時の残存容
量に加減算して今回計測時の残存容量を算出するため、
使用可能な容量の変化や誤差の累積等の影響が除去さ
れ、精度の高い検出が可能となる。

【００１１】また充放電が行われていない時には、無負
荷端子電圧と蓄電池の温度及びその使用期間に応じて推
定残存容量を算出することにより、経年変化の影響が除
去されて精度の高い検出が可能となる。更に、充電時に
充電電流と蓄電池の温度及びその使用期間に応じて充電
末残存容量を算出することによって、精度はより向上さ
れる。

【００１２】更に、蓄電池の残存容量を検出すると共
に、残存容量が満充電状態であるか、蓄電池温度が基準
値以上であるか、あるいは充電電流が基準値以上である
かのいずれかの時に充電を中止させることにより、判断
が適切に行われて過充電が防止される。また残存容量が
基準値以下の時に放電を中止させることにより過放電が
防止され、過充電の防止と相まって蓄電池の保護が適切
に行われる。

【００１３】

【実施例１】次に、図１乃至図４により残存容量計測装
置の一実施例について説明する。この実施例は太陽電池
で蓄電池を充電する電源システムにおけるものであり、
例えばソーラーカーにおける電源装置などに用いられる
ものである。

【００１４】図１はブロック図であり、１は太陽電池、
２は太陽電池１の出力を最も効率よく利用するためのＭ
ＰＰＴ(最大出力点追尾)制御回路、３は蓄電池、４は負
荷、５はコントローラ、６は充電電流センサ、７は放電
電流センサ、８は電圧センサ、９は温度センサである。
太陽電池１の出力はＭＰＰＴ制御回路２によって制御さ
れながら蓄電池３に充電され、負荷４は蓄電池３から出
力される電力で駆動される。コントローラ５は主要部が
例えばマイコンで構成されたもので、各センサの信号を
デジタル変換するＡ／Ｄ変換回路や出力回路などを含む
入出力部５ａ、演算部５ｂ、ディスプレイ５ｃ等を備え
ており、この発明に関する制御のほか装置全般の制御に
も使用されるものである。

【００１５】図２及び図３は動作手順のフローチャー
ト、図４はコントローラ５の演算部５ｂに記憶させてあ
る演算用テーブルデータである。図４の(a)はこのデー
タの形式を例示したもので、(b)のような表１乃至表７
としてそれぞれＸ，ＹまたはＸ，Ｙ，Ｚの変数からＡの
値を求める多次元グラフの形で記憶させてあり、これら
のデータは事前の実験等によって適切な値に設定されて
いる。以下図２乃至図４を参照しながら残存容量の計測
動作を説明する。

【００１６】まず、図２のステップＳ１で各センサのア
ナログ信号が入出力部５ａに入力されてデジタル信号に
変換され、ステップＳ２で演算部５ａによって電流の状
態が判定され、放電状態であればステップＳ３に、充電
状態であればステップＳ１１に、また入出力電流がゼロ
であればステップＳ２１にそれぞれ進む。

【００１７】ステップＳ３では、図４に示す表１のデー
タを使用して検出された放電電流、温度及び前回の計測
で得られた残存容量から放電電流の補正値を算出し、こ
の補正された放電電流を前回の計測から今回の計測まで
の経過時間について積分してその間の放電量を計算し、
この放電量を次のステップＳ４で前回の計測で得られた
残存容量から減算して今回の計測による残存容量を算出
する。請求項１の記載内容はここまでの手順に対応した
ものであってこの発明の基本的な考え方であるが、この
実施例では更にステップＳ５で次のような補正を行って
いる。

【００１８】すなわち、まず図４に示す表４により経過
時間、温度及び使用年数から自己放電率を算出してステ
ップＳ４で求めた残存容量を補正し、これを更に表５に
より経過時間と充放電のサイクル数から求めた経年変化
に伴う容量補正量で補正して今回の計測による最終的な
残存容量とする。ステップＳ６ではこの最終的な残存容
量をディスプレイ５ｃに表示するのであり、更にステッ
プＳ７で制御信号が出力されて所定の制御が行われる。

【００１９】一方、ステップＳ２からステップＳ１１に
進んだ場合は、図４の表２を使用して検出された充電電
流、温度及び前回の計測で得られた残存容量から充電電
流の補正値を算出し、この補正された充電電流を前回の
計測から今回の計測までの経過時間について積分してそ
の間の充電量を計算する。請求項１による基本的な手順
ではここからステップＳ４に進むのであるが、この実施
例では更にステップＳ１２に進んで蓄電池３の端子電圧
を検出し、図４の表６を使用して検出された充電電流、
温度及び使用年数から充電末電圧が算出される。なお、
このステップＳ１２から以下に述べるステップＳ１６ま
では請求項３に対応した手順である。

【００２０】次のステップＳ１３では端子電圧が充電末
電圧であるか否かが判断され、充電末電圧でないと判定
されるとステップＳ４に進む。また、ステップＳ１３で
端子電圧が充電末電圧であると判定されるとステップＳ
１４に進み、図４の表７を使用して検出された温度と使
用年数から充電末残存容量が算出される。そして次のス
テップＳ１５でこの充電末残存容量と前回の計測で得ら
れた残存容量とが比較され、両者の差があらかじめ設定
された基準値以上の場合には、ステップＳ１６に進んで
前回の計測による残存容量が充電末残存容量と置換され
てステップＳ４に進み、両者に基準値以上の差がない場
合にはこの置換を行わないでステップＳ４に進むのであ
る。

【００２１】この時のステップＳ４以下の手順は放電の
場合に準じたものであるが、今回は充電の場合であるか
らステップＳ１１で算出された充電量を前回の計測で得
られた残存容量に加算して今回の計測による残存容量を
算出するのであり、この点が放電の場合とは異なってい
る。

【００２２】ステップＳ２１からステップＳ２４までは
請求項２に対応した手順である。すなわち、入出力電流
がゼロであってステップＳ２からステップＳ２１に進ん
だ場合には、端子電圧すなわちオープン電圧が安定状態
になっているか否かが判定され、安定状態であればステ
ップＳ２２に進む。安定状態でなければそのままステッ
プＳ５に進み、前回の計測で得られた残存容量に自己放
電と経年変化の補正が行われて今回の計測による残存容
量が得られる。なおオープン電圧の安定は、例えば、１
時間以上充放電が行われておらず、且つ前回計測時の残
存容量が６０％以上のような基準で判定される。

【００２３】ステップＳ２２では図４の表３を使用して
オープン電圧と温度及び使用年数から推定残存容量が算
出され、ステップＳ２３でこの推定残存容量が前回の計
測で得られた残存容量と比較される。ここで両者にあら
かじめ設定された基準値以上の差がある場合にはステッ
プＳ２４に進み、前回の計測による残存容量が推定残存
容量と置換されてステップＳ５に進むのであり、両者に
基準値以上の差がない場合にはこの置換を行わないでス
テップＳ５に進む。

【００２４】

【実施例２】以上はこの発明に係る残存容量計測装置の
実施例に関する説明であるが、このような装置で残存容
量を正確に検出しても、蓄電池の過充電や過放電などを
防止しないと蓄電池の適切な維持管理はできない。次に
この発明に係る蓄電池の保護装置の実施例について図５
及び図６により説明する。

【００２５】図５はブロック図であり、図１のものにお
いて、蓄電池３の入力側に過充電防止手段としての開閉
器１１が挿入され、また出力側に過放電防止手段として
の開閉器１２が挿入されたものとなっている。なお開閉
器１１及び１２としては、例えば半導体スイッチング素
子など適宜のものが使用可能である。

【００２６】これらの開閉器１１及び１２は図６のよう
な手順に従ってコントローラ５により制御されるが、図
６の手順は図２のステップＳ７における制御ルーチンの
一つとして行われるものであって、図２に示す残存容量
計測のステップＳ６に続いて実施される。すなわち、図
２のステップＳ６で今回の計測による残存容量が表示さ
れると共にステップＳ７で制御信号が出力されると、ス
テップＳ７１に進んで残存容量が満充電状態であるか否
かが判定される。

【００２７】そして満充電状態であれば、ステップＳ７
２に進んでコントローラ５からオフ信号が出力されて入
力側の開閉器１１がオフとなり、満充電状態でなけれ
ば、ステップＳ７３に進んで蓄電池５の温度が基準値以
下であるか否かが判定され、基準値以下でなければステ
ップＳ７２に進んで開閉器１１がオフとなる。また温度
が基準値以下の場合には、ステップＳ７４に進んで充電
電流が基準値以下であるか否かが判定され、基準値以下
でなければステップＳ７２に進んで開閉器１１がオフと
なる。ここで、温度と充電電流の各基準値はそれぞれ充
電を中止すべき状態であることを判断するためにあらか
じめ設定されたものであり、このような手順により過充
電が防止されるのである。

【００２８】更に、ステップＳ７４で充電電流が基準値
以下であればステップＳ７５に進んで残存容量の有無が
判定され、残存容量がない場合にはステップＳ７６に進
んで出力側の開閉器１２がオフとなり、過放電が防止さ
れる。またステップＳ７５で残存容量がある場合にはス
テップＳ７７に進んで過充電と過放電の防止機能がリセ
ットされ、開閉器１１，１２がオフされていた場合には
これが再びオンされて充電あるいは放電の可能な状態に
戻るのである。

【００２９】なお、この実施例は図２の手順に続いて図
６の手順が実施されるようになっているが、図６の手順
自体は図２の手順とは独立したものであり、他の方法に
よる残存容量計測装置と組み合わせて実施することがで
きる。また、各実施例において判定に用いられる基準値
はその内容や蓄電池の種類などに応じて適宜設定される
ものであり、例えば２０％以上の数値が使用される。

【００３０】

【発明の効果】上述の実施例から明らかなように、この
発明の蓄電池の残存容量計測装置は、検出された充電電
流あるいは放電電流をその電流と蓄電池温度及び前回計
測時の残存容量に応じて補正し、これを積分して得た値
を前回計測時の残存容量に加減算して今回計測時の残存
容量を算出するようにしたものである。

【００３１】従って、補正に用いるデータを適切に設定
しておくことにより、経年変化による蓄電池容量の変
化、あるいは測定誤差や演算誤差の累積等の影響を除去
して、高い精度で残存容量を検出することが可能となる
のであり、特に充放電が頻繁に行われる用途の蓄電池を
用いた電源装置において、蓄電池の維持管理を適切に行
うことが容易となる。

【００３２】また、充放電が行われていない時に、無負
荷端子電圧と蓄電池の温度及びその使用期間に応じて推
定残存容量を算出し、あるいは充電時に充電電流と蓄電
池の温度及びその使用期間に応じて充電末残存容量を算
出することによって、計測精度はより向上される。

【００３３】またこの発明の蓄電池の保護装置は、蓄電
池の残存容量を検出すると共に、満充電状態、蓄電池温
度、あるいは充電電流を判定して充電を中止させ、また
残存容量を判定して放電を中止させるようにしたもので
あり、判断を適切に行って過充電や過放電から蓄電池を
保護することができ、蓄電池の適切な維持管理に有効で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例のブロック図である。

【図２】同実施例の制御の手順を示すフローチャートで
ある。

【図３】同じく制御の手順を示すフローチャートであ
る。

【図４】同実施例における演算用テーブルデータを示す
図である。

【図５】他の実施例のブロック図である。

【図６】同実施例の制御の手順を示すフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１ 太陽電池 ３ 蓄電池 ４ 負荷 ５ コントローラ ５ｂ 演算部 ６ 充電電流センサ ７ 放電電流センサ ８ 電圧センサ ９ 温度センサ １１，１２ 開閉器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樋口 種男 滋賀県八日市市蛇溝町長谷野1166番地の６ 京セラ株式会社滋賀工場内 (72)発明者 白井 哲之 滋賀県八日市市蛇溝町長谷野1166番地の６ 京セラ株式会社滋賀工場内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄電池の流入電流と流出電流を検出する
   電流検出手段と、蓄電池の温度を検出する温度検出手段
   と、検出された電流が充電の時には、検出された電流を
   その充電電流と蓄電池温度及び前回計測時の残存容量に
   応じて補正する充電電流補正手段と、補正された充電電
   流を時間に関して積分する第１の積分手段と、検出され
   た電流が放電の時には、検出された電流をその放電電流
   と蓄電池温度及び前回計測時の残存容量に応じて補正す
   る放電電流補正手段と、補正された放電電流を時間に関
   して積分する第２の積分手段と、上記第１の積分手段ま
   たは第２の積分手段の出力値を前回計測時の残存容量に
   加減算して今回計測時の残存容量を算出する積算手段、
   とを備えたことを特徴とする蓄電池の残存容量計測装
   置。
2. 【請求項２】 流入電流及び流出電流が無い時には蓄電
   池の無負荷端子電圧を検出し、検出された電圧が残存容
   量の推定可能な値の場合にこの端子電圧と蓄電池温度及
   び蓄電池の使用期間に応じて推定残存容量を算出する残
   存容量推定手段を備え、この推定残存容量と前回計測時
   の残存容量とを比較し、両者に基準値以上の差がある場
   合には前回計測時の残存容量を推定残存容量に置換して
   今回計測時の残存容量とする請求項１記載の蓄電池の残
   存容量計測装置。
3. 【請求項３】 検出された電流が充電の時には蓄電池の
   端子電圧を検出し、検出された電圧が充電末電圧である
   か否かを充電電流と蓄電池温度及び蓄電池の使用期間に
   応じて判定する判定手段と、充電末電圧である場合には
   蓄電池温度と使用期間に応じて充電末残存容量を算出す
   る充電末残存容量算出手段とを備え、この充電末残存容
   量と前回計測時の残存容量とを比較し、両者に基準値以
   上の差がある場合には前回計測時の残存容量を充電末残
   存容量に置換して上記積算手段による算出を行う請求項
   １記載の蓄電池の残存容量計測装置。
4. 【請求項４】 蓄電池の残存容量を検出する手段と、残
   存容量が満充電状態であるか、蓄電池温度が基準値以上
   であるか、あるいは充電電流が基準値以上であるかのい
   ずれかの時に充電を中止させる過充電防止手段、とを備
   えたことを特徴とする蓄電池の保護装置。
5. 【請求項５】 残存容量が基準値以下の時に放電を中止
   させる過放電防止手段を備えた請求項４記載の蓄電池の
   保護装置。