JPH07159500A - バッテリ残存容量計 - Google Patents
バッテリ残存容量計Info
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- JPH07159500A JPH07159500A JP5302987A JP30298793A JPH07159500A JP H07159500 A JPH07159500 A JP H07159500A JP 5302987 A JP5302987 A JP 5302987A JP 30298793 A JP30298793 A JP 30298793A JP H07159500 A JPH07159500 A JP H07159500A
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- time
- capacity
- remaining capacity
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- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 連続的に機能し、測定したバッテリ残存容量
と実際のバッテリ残存容量との差が５％以下になるバッ
テリ残存容量計を実現する。 【構成】 バッテリ駆動装置のオペレーション中、バッ
テリ残存容量は、(1)バッテリの端子電圧を連続的に測
定する、(2)ある一定時間の電圧と時間の関係を示すデ
ータを解析し、そのデータを、時間に対して電圧が一定
な場合、指数関数的に上昇する場合、無作為に変化する
場合に分類し、分類した電圧と時間の関係を示すデータ
を解析し、バッテリ残存容量を算出する。
と実際のバッテリ残存容量との差が５％以下になるバッ
テリ残存容量計を実現する。 【構成】 バッテリ駆動装置のオペレーション中、バッ
テリ残存容量は、(1)バッテリの端子電圧を連続的に測
定する、(2)ある一定時間の電圧と時間の関係を示すデ
ータを解析し、そのデータを、時間に対して電圧が一定
な場合、指数関数的に上昇する場合、無作為に変化する
場合に分類し、分類した電圧と時間の関係を示すデータ
を解析し、バッテリ残存容量を算出する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特に電動車両の走行駆
動源として用いられるバッテリの残存容量検出に好適な
バッテリ残存容量計に関する。
動源として用いられるバッテリの残存容量検出に好適な
バッテリ残存容量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、電動車両の走行駆動源として用い
られるバッテリの残存容量を検出する手法としては、い
くつかの方法が知られている。簡単に分類すると、バッ
テリ残存容量計は、複合センサーを有するものと単一セ
ンサーを有するものとに分けられる。複合センサーバッ
テリ残存容量計は、複数のセンサーを用いて、端子電
圧、放電電流、充電電流、温度、電解液の屈折率等、複
数のバッテリ変動値を測定する。適切なアルゴリズムに
よりこの情報を処理し、バッテリ容量を推定する。この
タイプの例としては、U.S. 4,390,841とE.P. 0519,460
が挙げられる。これとは対照的に、単一センサーバッテ
リ残存容量計は、ただ１つのセンサーを用いて１つのバ
ッテリの変動値を測定し、適切なアルゴリズムによりこ
の情報を処理し、バッテリ容量を推測する。代表的な例
としてU.S. 4,193,026が挙げられる。
られるバッテリの残存容量を検出する手法としては、い
くつかの方法が知られている。簡単に分類すると、バッ
テリ残存容量計は、複合センサーを有するものと単一セ
ンサーを有するものとに分けられる。複合センサーバッ
テリ残存容量計は、複数のセンサーを用いて、端子電
圧、放電電流、充電電流、温度、電解液の屈折率等、複
数のバッテリ変動値を測定する。適切なアルゴリズムに
よりこの情報を処理し、バッテリ容量を推定する。この
タイプの例としては、U.S. 4,390,841とE.P. 0519,460
が挙げられる。これとは対照的に、単一センサーバッテ
リ残存容量計は、ただ１つのセンサーを用いて１つのバ
ッテリの変動値を測定し、適切なアルゴリズムによりこ
の情報を処理し、バッテリ容量を推測する。代表的な例
としてU.S. 4,193,026が挙げられる。
【０００３】放電/充電状態が適切で、特定のタイプの
バッテリを使用する場合には、複合センサーバッテリ残
存容量計でも単一センサーバッテリ残存容量計でも、適
当なバッテリ容量を求めることができる。
バッテリを使用する場合には、複合センサーバッテリ残
存容量計でも単一センサーバッテリ残存容量計でも、適
当なバッテリ容量を求めることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のどちら
のバッテリ残存容量計にも重大な欠点がある。複合セン
サータイプ容量計には複数のセンサーが必要なため、単
一センサータイプより複雑になる上に費用がかかる。電
流が流れた時に、僅かながら必ずバッテリ容量が低下す
るため、分路抵抗器を使用した電流の測定には問題が多
い。これに対して、バッテリケース内に挿入する必要の
あるセンサーもあるが、バッテリケースに挿入する際に
電解液漏れが起きる可能性がある。
のバッテリ残存容量計にも重大な欠点がある。複合セン
サータイプ容量計には複数のセンサーが必要なため、単
一センサータイプより複雑になる上に費用がかかる。電
流が流れた時に、僅かながら必ずバッテリ容量が低下す
るため、分路抵抗器を使用した電流の測定には問題が多
い。これに対して、バッテリケース内に挿入する必要の
あるセンサーもあるが、バッテリケースに挿入する際に
電解液漏れが起きる可能性がある。
【０００５】我々が知る限りでは、単一センサータイプ
のバッテリ残存容量計では、端子電圧の測定が一般的で
ある。経費と信頼性の面から見て、このタイプのセンサ
ーは大変望ましい。しかし、入力データを解析するため
のアルゴリズムが適切に作られていない場合は、推測し
たバッテリ残存容量値がバッテリのタイプや使用法によ
って実際の容量と大きく異なる可能性がある。
のバッテリ残存容量計では、端子電圧の測定が一般的で
ある。経費と信頼性の面から見て、このタイプのセンサ
ーは大変望ましい。しかし、入力データを解析するため
のアルゴリズムが適切に作られていない場合は、推測し
たバッテリ残存容量値がバッテリのタイプや使用法によ
って実際の容量と大きく異なる可能性がある。
【０００６】特に、単一センサータイプのバッテリ残存
容量計のデータ入力値を解析する既存の方法では、オペ
レーションの前にバッテリを高電圧で十分に充電し、リ
セットする必要がある場合が多い。バッテリの充電が不
十分な場合、リセット状態にならず重大なエラーが生ず
る可能性がある。これに対し、電流の方向を検知し、リ
セット機能がなくても正確に残存容量を算出するような
単一センサータイプのバッテリ残存容量計も考案されて
いる。しかしこれらの残存容量計は、充電/放電サイク
ル中のある時点でバッテリとバッテリ残存容量計との接
続を断つ場合、また他の機器で充電、放電する場合に
は、大きな誤りを発生する可能性がある。単一センサー
タイプのバッテリ残存容量計の多くが、バッテリの充電
が不十分であると現在の容量を定めることができないと
いうことが、設計面での基本的な短所である。最後に、
単一センサータイプのバッテリ残存容量計のほとんどが
鉛蓄電値のようなある程度傾斜した放電カーブを描くバ
ッテリ用に設計されており、ニッケルカドミウム電池の
ような平坦な放電カーブを描くバッテリに使用すると、
大きな誤差を生ずる。様々な形式のバッテリに対し、ア
ルゴリズム中のパラメーターをいかに調整した場合でも
この誤差は生じる。
容量計のデータ入力値を解析する既存の方法では、オペ
レーションの前にバッテリを高電圧で十分に充電し、リ
セットする必要がある場合が多い。バッテリの充電が不
十分な場合、リセット状態にならず重大なエラーが生ず
る可能性がある。これに対し、電流の方向を検知し、リ
セット機能がなくても正確に残存容量を算出するような
単一センサータイプのバッテリ残存容量計も考案されて
いる。しかしこれらの残存容量計は、充電/放電サイク
ル中のある時点でバッテリとバッテリ残存容量計との接
続を断つ場合、また他の機器で充電、放電する場合に
は、大きな誤りを発生する可能性がある。単一センサー
タイプのバッテリ残存容量計の多くが、バッテリの充電
が不十分であると現在の容量を定めることができないと
いうことが、設計面での基本的な短所である。最後に、
単一センサータイプのバッテリ残存容量計のほとんどが
鉛蓄電値のようなある程度傾斜した放電カーブを描くバ
ッテリ用に設計されており、ニッケルカドミウム電池の
ような平坦な放電カーブを描くバッテリに使用すると、
大きな誤差を生ずる。様々な形式のバッテリに対し、ア
ルゴリズム中のパラメーターをいかに調整した場合でも
この誤差は生じる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のバッテリ残存容
量計は、(1)(A)バッテリの端子電圧を連続的に測定す
る、(B)ある一定時間Ｔ0の電圧と時間の関係を表すデ-
タを解析し、電圧が時間に対して一定の場合、指数関数
的に上昇する場合、または無作為に変化する場合とに分
類する、(C)分類した電圧と時間の関係を表すデータを
さらに解析して、Ｔ0と開始時刻を同一とし長さがそれ
以下の一定時間T1で(a)電圧が一定の場合の静的容量、
(b)電圧が指数関数的に増加する場合の推測容量、(c)無
作為に変化する場合の容量の変化を求める、(D)既存の
残存容量と静的容量を入れ換える、または既存の残存容
量と推測容量を入れ換える、もしくは既存の残存容量か
ら容量の変化量をいて引くことにより、一定時間Ｔ1に
対する残存容量の値を更新する、以上の過程によりバッ
テリの残存容量を求める手段、(2)測定した電圧値と平
均の電圧値との差が所定の値以下である場合、ある一定
時間Ｔ0の電圧と時間の関係が一定と分類する手段、定
数Ｋ1とＫ2が負の値である数式 電圧＝Ｋ0＋Ｋ1×exp
（Ｋ2×時間）の描く曲線を実験データにフィッティン
グして、測定した電圧値とフィッティングした数式より
得られる電圧値の差が所定の値以下になる場合、ある一
定時間T0の電圧と時間の関係を表すデータを指数関数的
に上昇すると分類する手段、(4)ある一定時間Ｔ0で電圧
が時間に対して一定とも指数関数的に上昇するとも分類
しない場合に、電圧は時間に対して無作為に変化すると
分類する手段、(5)電圧が時間に対して一定であると分
類したある一定時間Ｔ0のデータに対して、平均電圧値
を電圧と容量の関係を示す方程式に代入することにより
ある一定時間Ｔ1の静的容量を算出する手段、(6)電圧が
時間に対して指数関数的に上昇すると分類したある一定
時間T0のデータに対して、フィッティングの結果得られ
るＫ0を電圧と容量の関係を示す方程式に代入すること
によりある一定時間Ｔ1の推測容量を算出する手段、(7)
(A)方程式 電流＝Ｅ−電圧×Ｒ（Ｒはバッテリの内部抵
抗であり、Ｅは電圧と容量の関係を示す方程式に既存の
容量値を代入して求める電圧値である）を用い、電圧の
関数として電流を求め、(B)一定時間にわたって算出し
た電流を積分することにより、電圧が時間に対して無作
為に変化すると分類したある一定時間Ｔ0のデータに対
して、一定時間Ｔ1の容量の変化を算出する手段を有す
ることを特徴とする。また、(1)電圧センサー、(2)Ａ/
Ｄコンバーター、(3)マイクロプロセッサー、(4)読出し
専用記憶装置(ROM)、(5)読取り書込み記憶装置(RAM)、
(6)表示装置、以上で構成されることを特徴とする。
量計は、(1)(A)バッテリの端子電圧を連続的に測定す
る、(B)ある一定時間Ｔ0の電圧と時間の関係を表すデ-
タを解析し、電圧が時間に対して一定の場合、指数関数
的に上昇する場合、または無作為に変化する場合とに分
類する、(C)分類した電圧と時間の関係を表すデータを
さらに解析して、Ｔ0と開始時刻を同一とし長さがそれ
以下の一定時間T1で(a)電圧が一定の場合の静的容量、
(b)電圧が指数関数的に増加する場合の推測容量、(c)無
作為に変化する場合の容量の変化を求める、(D)既存の
残存容量と静的容量を入れ換える、または既存の残存容
量と推測容量を入れ換える、もしくは既存の残存容量か
ら容量の変化量をいて引くことにより、一定時間Ｔ1に
対する残存容量の値を更新する、以上の過程によりバッ
テリの残存容量を求める手段、(2)測定した電圧値と平
均の電圧値との差が所定の値以下である場合、ある一定
時間Ｔ0の電圧と時間の関係が一定と分類する手段、定
数Ｋ1とＫ2が負の値である数式 電圧＝Ｋ0＋Ｋ1×exp
（Ｋ2×時間）の描く曲線を実験データにフィッティン
グして、測定した電圧値とフィッティングした数式より
得られる電圧値の差が所定の値以下になる場合、ある一
定時間T0の電圧と時間の関係を表すデータを指数関数的
に上昇すると分類する手段、(4)ある一定時間Ｔ0で電圧
が時間に対して一定とも指数関数的に上昇するとも分類
しない場合に、電圧は時間に対して無作為に変化すると
分類する手段、(5)電圧が時間に対して一定であると分
類したある一定時間Ｔ0のデータに対して、平均電圧値
を電圧と容量の関係を示す方程式に代入することにより
ある一定時間Ｔ1の静的容量を算出する手段、(6)電圧が
時間に対して指数関数的に上昇すると分類したある一定
時間T0のデータに対して、フィッティングの結果得られ
るＫ0を電圧と容量の関係を示す方程式に代入すること
によりある一定時間Ｔ1の推測容量を算出する手段、(7)
(A)方程式 電流＝Ｅ−電圧×Ｒ（Ｒはバッテリの内部抵
抗であり、Ｅは電圧と容量の関係を示す方程式に既存の
容量値を代入して求める電圧値である）を用い、電圧の
関数として電流を求め、(B)一定時間にわたって算出し
た電流を積分することにより、電圧が時間に対して無作
為に変化すると分類したある一定時間Ｔ0のデータに対
して、一定時間Ｔ1の容量の変化を算出する手段を有す
ることを特徴とする。また、(1)電圧センサー、(2)Ａ/
Ｄコンバーター、(3)マイクロプロセッサー、(4)読出し
専用記憶装置(ROM)、(5)読取り書込み記憶装置(RAM)、
(6)表示装置、以上で構成されることを特徴とする。
【０００８】
【作用】本発明では、端子電圧を単一センサーで連続的
に測定する。上述のように、経費と信頼性の面からみ
て、１つの変動値を測定するこのタイプの残存容量計が
非常に望ましい。負荷回路と並列に連続的な測定でごく
わずかな量の電流が流れるような回路を設け、端子電圧
の測定を行う。
に測定する。上述のように、経費と信頼性の面からみ
て、１つの変動値を測定するこのタイプの残存容量計が
非常に望ましい。負荷回路と並列に連続的な測定でごく
わずかな量の電流が流れるような回路を設け、端子電圧
の測定を行う。
【０００９】本発明中のバッテリの端子電圧変動の３つ
の状態は、どのような型式のバッテリでも普遍的に検出
される。この３つの状態がどのような型式のバッテリで
も検出されるため、使用するバッテリの型式に応じて本
発明バッテリの残存容量計を修正し使用することは容易
である。電圧が時間に対し一定の状態と指数関数的に上
昇する状態とでは、絶対容量値を求めることができるた
め、この２つの状態であれば、充電/放電サイクル中の
いずれの時点においても容量を求めることができる。
の状態は、どのような型式のバッテリでも普遍的に検出
される。この３つの状態がどのような型式のバッテリで
も検出されるため、使用するバッテリの型式に応じて本
発明バッテリの残存容量計を修正し使用することは容易
である。電圧が時間に対し一定の状態と指数関数的に上
昇する状態とでは、絶対容量値を求めることができるた
め、この２つの状態であれば、充電/放電サイクル中の
いずれの時点においても容量を求めることができる。
【００１０】第１の状態は電圧が時間に対して一定の状
態であり、バッテリを比較的長い間使用せずに放置して
おいた場合に観測される。このような状況で、バッテリ
は平衡状態に達する。電気自動車を停止させ、おおよそ
１時間かそれ以上駐車する場合に、この状態に達する。
態であり、バッテリを比較的長い間使用せずに放置して
おいた場合に観測される。このような状況で、バッテリ
は平衡状態に達する。電気自動車を停止させ、おおよそ
１時間かそれ以上駐車する場合に、この状態に達する。
【００１１】端子電圧をある一定時間Ｔ0の間何回かに
わたり測定することによって、この状態を確認できる。
ある一定時間の電圧データの平均値を求め、次にその平
均電圧値と測定した電圧値との差を求める。平均電圧値
と測定した電圧値との差が所定の値以下であれば、その
データは一定とみなすことができる。
わたり測定することによって、この状態を確認できる。
ある一定時間の電圧データの平均値を求め、次にその平
均電圧値と測定した電圧値との差を求める。平均電圧値
と測定した電圧値との差が所定の値以下であれば、その
データは一定とみなすことができる。
【００１２】第２の状態は電圧が時間に対して指数関数
的に上昇する状態であり、負荷中のバッテリが電流ゼロ
かあるいは非常に小さな値まで急速に負荷を減じる場合
にこの状態になる。バッテリに再度負荷をかけない限
り、このような状況下で、電圧はバッテリが平衡な状態
（数時間後に達する）になるまで指数関数的に上昇す
る。交差点や交通の激しい場所で短時間、つまり１分程
度、電気自動車を停止させた場合にこの状態になる。
的に上昇する状態であり、負荷中のバッテリが電流ゼロ
かあるいは非常に小さな値まで急速に負荷を減じる場合
にこの状態になる。バッテリに再度負荷をかけない限
り、このような状況下で、電圧はバッテリが平衡な状態
（数時間後に達する）になるまで指数関数的に上昇す
る。交差点や交通の激しい場所で短時間、つまり１分程
度、電気自動車を停止させた場合にこの状態になる。
【００１３】端子電圧をある一定時間Ｔ0の間何回かに
わたり測定することによって、この状態を確認できる。
Ｋ1とＫ2が負の定数である数式 電圧＝Ｋ0＋Ｋ1×exp
（Ｋ2×時間）が描く曲線を、ある一定時間Ｔ0の電圧デ
ータにフッティングさせる。測定値とフィッティングし
た値との差が所定値以下であれば、その一定時間の電圧
データは指数関数的に上昇するものとみなすことができ
る。
わたり測定することによって、この状態を確認できる。
Ｋ1とＫ2が負の定数である数式 電圧＝Ｋ0＋Ｋ1×exp
（Ｋ2×時間）が描く曲線を、ある一定時間Ｔ0の電圧デ
ータにフッティングさせる。測定値とフィッティングし
た値との差が所定値以下であれば、その一定時間の電圧
データは指数関数的に上昇するものとみなすことができ
る。
【００１４】第３の状態は電圧が時間に対して無作為に
変化する場合であり、バッテリが負荷中の場合、特にそ
の負荷が変動負荷の場合にこの状態になる。この状態
は、電気自動車を道路上で加速/減速させる場合に見ら
れる。
変化する場合であり、バッテリが負荷中の場合、特にそ
の負荷が変動負荷の場合にこの状態になる。この状態
は、電気自動車を道路上で加速/減速させる場合に見ら
れる。
【００１５】端子電圧をある一定時間Ｔ0の間何回かに
わたり測定することによって、この状態を確認できる。
一連の電圧データが前記のように一定もしくは指数関数
的に上昇するものと分類できない場合、そのある一定時
間のデータは無作為に変化するものと見なすことができ
る。
わたり測定することによって、この状態を確認できる。
一連の電圧データが前記のように一定もしくは指数関数
的に上昇するものと分類できない場合、そのある一定時
間のデータは無作為に変化するものと見なすことができ
る。
【００１６】本発明における重要点は、端子電圧データ
をある一定時間Ｔ0の間何回かにわたり測定し、分類す
ることにある。しかし残存容量の計算は、Ｔ0と開始時
刻を同一とし長さがそれ以下の一定時間Ｔ1にて行う。
電圧が時間に対して一定の分類におけるＴ0とＴ1の関係
を図１に、指数関数的に上昇する分類での関係を図２
に、無作為に変化する分類での関係を図３に示す。デー
タをこのように処理するのは、電圧が時間に対して一
定、また指数関数的に上昇するという分類を正確に行う
ためには、かなり多くのデータが必要となるためであ
る。
をある一定時間Ｔ0の間何回かにわたり測定し、分類す
ることにある。しかし残存容量の計算は、Ｔ0と開始時
刻を同一とし長さがそれ以下の一定時間Ｔ1にて行う。
電圧が時間に対して一定の分類におけるＴ0とＴ1の関係
を図１に、指数関数的に上昇する分類での関係を図２
に、無作為に変化する分類での関係を図３に示す。デー
タをこのように処理するのは、電圧が時間に対して一
定、また指数関数的に上昇するという分類を正確に行う
ためには、かなり多くのデータが必要となるためであ
る。
【００１７】ある一定時間Ｔ0におけるバッテリ状態を
判定した後、３つの特定の状態に対応する電圧情報を用
いて一定時間Ｔ1に対するバッテリ残存容量を求める。
電圧情報に適用される正確な方程式の型と定数はバッテ
リのタイプによって異なると考えられるが、この方程式
の一般的な形式はバッテリのタイプに関係なく同一であ
る。
判定した後、３つの特定の状態に対応する電圧情報を用
いて一定時間Ｔ1に対するバッテリ残存容量を求める。
電圧情報に適用される正確な方程式の型と定数はバッテ
リのタイプによって異なると考えられるが、この方程式
の一般的な形式はバッテリのタイプに関係なく同一であ
る。
【００１８】電圧が時間に対して一定の状態を示す場
合、電圧と容量の関係を示す方程式を使用することによ
り静的容量を算出する。あらゆるタイプのバッテリで、
平衡開回路電圧と容量の関係を表す線を描くとほぼ直線
となる。バッテリによっては二次方程式を使ってより正
確にこの関係を表すことができるが、一般的には一次方
程式で十分関係を示すことができる。電圧と容量の関係
を示す方程式に平衡開回路電圧に相当する所定の平均電
圧値を代入して、静的容量を算出する。
合、電圧と容量の関係を示す方程式を使用することによ
り静的容量を算出する。あらゆるタイプのバッテリで、
平衡開回路電圧と容量の関係を表す線を描くとほぼ直線
となる。バッテリによっては二次方程式を使ってより正
確にこの関係を表すことができるが、一般的には一次方
程式で十分関係を示すことができる。電圧と容量の関係
を示す方程式に平衡開回路電圧に相当する所定の平均電
圧値を代入して、静的容量を算出する。
【００１９】電圧が時間に対して指数関数的に上昇する
場合、電圧と容量の関係を示す方程式を使用し推測容量
を算出する。電圧が時間に対して指数関数的に上昇する
状態ではバッテリは平衡でないため、方程式に代入する
電圧は、時間に対する測定電圧のデータを外挿して推測
するしかない。この外挿は 数式 電圧＝Ｋ0＋Ｋ1×exp
（Ｋ2×時間）で表される測定データへフィッテイング
した曲線を用いて行う。Ｋ2は負の値であるため、時間
が無限大になる時の推測電圧値は、フィッティングの結
果得られた定数Ｋ0の値である。前記の時間に対する電
圧が一定の事例と同様に、平衡開回路電圧と容量の一次
的な関係を用いて推測容量を算出する。従って、フィッ
ティングの結果得られた定数Ｋ0（つまり平衡開回路電
圧の推測値）を電圧と容量の関係を示す方程式に代入し
て、推測容量を算出する。
場合、電圧と容量の関係を示す方程式を使用し推測容量
を算出する。電圧が時間に対して指数関数的に上昇する
状態ではバッテリは平衡でないため、方程式に代入する
電圧は、時間に対する測定電圧のデータを外挿して推測
するしかない。この外挿は 数式 電圧＝Ｋ0＋Ｋ1×exp
（Ｋ2×時間）で表される測定データへフィッテイング
した曲線を用いて行う。Ｋ2は負の値であるため、時間
が無限大になる時の推測電圧値は、フィッティングの結
果得られた定数Ｋ0の値である。前記の時間に対する電
圧が一定の事例と同様に、平衡開回路電圧と容量の一次
的な関係を用いて推測容量を算出する。従って、フィッ
ティングの結果得られた定数Ｋ0（つまり平衡開回路電
圧の推測値）を電圧と容量の関係を示す方程式に代入し
て、推測容量を算出する。
【００２０】電圧が時間に対して無作為に変化する場
合、バッテリは負荷中であり、消費された容量しか計算
できない。言い換えると、電圧が時間に対して無作為に
変化する状態にバッテリがある場合に容量の変化量を算
出するということである。一定時間Ｔ1で測定した各電
圧値に対して、電流を電圧の関数として求めることによ
りこの容量変化を算出する。電流は、数式 電流＝Ｅ−
電圧×Ｒ（Ｒはバッテリの内部抵抗）を用いて算出す
る。現在の容量値を容量と電圧の関係を示す方程式に代
入してＥを求める。注意すべき点は、容量と電圧の関係
を示す方程式は、前記の平衡開回路電圧と容量に関係す
る方程式の逆関数になるこということである。一定時間
Ｔ1で各電圧値に対して電流を算出した後、一定時間Ｔ1
にわたり電流を積分する。ほとんどの場合、積分に先立
ち、Peukert方程式のような式を用いて電流値を標準の
電流値に修正することが必要である。既存の残存容量か
ら積分した容量変化分を引いて、新しい残存容量を算出
する。
合、バッテリは負荷中であり、消費された容量しか計算
できない。言い換えると、電圧が時間に対して無作為に
変化する状態にバッテリがある場合に容量の変化量を算
出するということである。一定時間Ｔ1で測定した各電
圧値に対して、電流を電圧の関数として求めることによ
りこの容量変化を算出する。電流は、数式 電流＝Ｅ−
電圧×Ｒ（Ｒはバッテリの内部抵抗）を用いて算出す
る。現在の容量値を容量と電圧の関係を示す方程式に代
入してＥを求める。注意すべき点は、容量と電圧の関係
を示す方程式は、前記の平衡開回路電圧と容量に関係す
る方程式の逆関数になるこということである。一定時間
Ｔ1で各電圧値に対して電流を算出した後、一定時間Ｔ1
にわたり電流を積分する。ほとんどの場合、積分に先立
ち、Peukert方程式のような式を用いて電流値を標準の
電流値に修正することが必要である。既存の残存容量か
ら積分した容量変化分を引いて、新しい残存容量を算出
する。
【００２１】本発明の残存容量計は、電圧が時間に対し
て一定、指数関数的に上昇する、無作為に変化するとい
う、あらゆるタイプのバッテリの使用時において見られ
る３つの状態を認識し残存容量を算出する機能を有する
ため、既存の単一センサータイプのバッテリ残存容量計
をさらに改良したものになる。傾斜した放電カーブを描
くバッテリと平坦な放電カーブを描くバッテリの両方に
対して、電圧が時間に対して一定、また指数関数的に上
昇する状態の分類ができるため、残存容量を容易に求め
られる。また、バッテリの充電が十分でも不十分でも、
電圧が時間に対して一定、指数関数的に上昇する状態の
分類ができ、残存容量を容易に求められる。従って、残
存容量型を適正に作動させるためにリセット状態にする
必要はない。さらに、充電／放電サイクルにおけるある
時点でバッテリとバッテリ残存容量計との接続を断った
場合でも、バッテリを他の機器で充電／放電する場合で
も、電圧が時間に対して一定、指数関数的に上昇する状
態の分類ができ、残存容量を容易に求められる。
て一定、指数関数的に上昇する、無作為に変化するとい
う、あらゆるタイプのバッテリの使用時において見られ
る３つの状態を認識し残存容量を算出する機能を有する
ため、既存の単一センサータイプのバッテリ残存容量計
をさらに改良したものになる。傾斜した放電カーブを描
くバッテリと平坦な放電カーブを描くバッテリの両方に
対して、電圧が時間に対して一定、また指数関数的に上
昇する状態の分類ができるため、残存容量を容易に求め
られる。また、バッテリの充電が十分でも不十分でも、
電圧が時間に対して一定、指数関数的に上昇する状態の
分類ができ、残存容量を容易に求められる。従って、残
存容量型を適正に作動させるためにリセット状態にする
必要はない。さらに、充電／放電サイクルにおけるある
時点でバッテリとバッテリ残存容量計との接続を断った
場合でも、バッテリを他の機器で充電／放電する場合で
も、電圧が時間に対して一定、指数関数的に上昇する状
態の分類ができ、残存容量を容易に求められる。
【００２２】本発明が先行技術より優っている点は、電
圧が時間に対して一定もしくは指数関数的に上昇する状
態になれば、充電／放電サイクルにおけるどの時点でも
現在の容量を定めることができる点である。実際に電気
自動車を使用して集めたデータによれば、電気自動車で
作動するバッテリに関しては、このような三状態を状態
を観測する機会は豊富にある。
圧が時間に対して一定もしくは指数関数的に上昇する状
態になれば、充電／放電サイクルにおけるどの時点でも
現在の容量を定めることができる点である。実際に電気
自動車を使用して集めたデータによれば、電気自動車で
作動するバッテリに関しては、このような三状態を状態
を観測する機会は豊富にある。
【００２３】
【実施例】本発明を実行するための装置は、(1)電圧セ
ンサー、(2)Ａ/Ｄコンバーター、(3)マイクロプロセッ
サー、(4)読出し専用記憶装置(ROM)、(5)読取り書込み
記憶装置(RAM)、(6)表示装置、で構成される。読出し専
用記憶装置に記憶されたオペレーションプログラムのフ
ローチャートを図４に示す。直列に接続された４つの密
閉型鉛蓄電池で駆動する電気スクーターに本装置を接続
した。スクーターを数週間の間、様々な条件のもとで駆
動した。
ンサー、(2)Ａ/Ｄコンバーター、(3)マイクロプロセッ
サー、(4)読出し専用記憶装置(ROM)、(5)読取り書込み
記憶装置(RAM)、(6)表示装置、で構成される。読出し専
用記憶装置に記憶されたオペレーションプログラムのフ
ローチャートを図４に示す。直列に接続された４つの密
閉型鉛蓄電池で駆動する電気スクーターに本装置を接続
した。スクーターを数週間の間、様々な条件のもとで駆
動した。
【００２４】定期的にメーターの容量を記録し、バッテ
リパックをスクーターから取り外し独立した容量試験を
行い、記録と試験結果を照合した。独立した試験では、
クローンメーターを通して、２Ａの定電流にてカットオ
フ電圧４０Ｖまでバッテリを放電し、バッテリの残存容
量を求めた。個別の試験を１０回行った結果、バッテリ
残存容量計で測定した容量と、クローンメーターを使用
して測定した容量との差は最大で５％以下であった。解
析プログラムのパラメーターのいくつかを調整した後、
直列に接続された４つの密閉型ニッケルカドミウム電池
で駆動する電気スクーターで実験を繰り返した。スクー
ターはまた、数週間の間、様々な条件のもとで駆動し
た。鉛蓄電池を搭載するスクーターで行った実験と同様
に、定期的にメーターの容量を記録し、バッテリパック
をスクーターから取り外しクローンメーターを用いて独
立した容量試験を行い、記録と試験結果を照合した。個
別の試験を８回行った結果、バッテリ残存容量計で測定
した容量とクローンメーターを使用して測定した容量と
の差は最大でも５％以下であった。
リパックをスクーターから取り外し独立した容量試験を
行い、記録と試験結果を照合した。独立した試験では、
クローンメーターを通して、２Ａの定電流にてカットオ
フ電圧４０Ｖまでバッテリを放電し、バッテリの残存容
量を求めた。個別の試験を１０回行った結果、バッテリ
残存容量計で測定した容量と、クローンメーターを使用
して測定した容量との差は最大で５％以下であった。解
析プログラムのパラメーターのいくつかを調整した後、
直列に接続された４つの密閉型ニッケルカドミウム電池
で駆動する電気スクーターで実験を繰り返した。スクー
ターはまた、数週間の間、様々な条件のもとで駆動し
た。鉛蓄電池を搭載するスクーターで行った実験と同様
に、定期的にメーターの容量を記録し、バッテリパック
をスクーターから取り外しクローンメーターを用いて独
立した容量試験を行い、記録と試験結果を照合した。個
別の試験を８回行った結果、バッテリ残存容量計で測定
した容量とクローンメーターを使用して測定した容量と
の差は最大でも５％以下であった。
【００２５】
【発明の効果】前記の通り本発明は、あらゆるタイプの
バッテリのオペレーションで生じると予測される、時間
に対して電圧が一定、指数関数的に上昇する、無作為に
変化するという3つの状態を認識し、解析する。これ
は、連続的にデータを得る単一センサーを使用して行わ
れる。本発明のバッテリ残存容量計は、(1)バッテリの
放電カーブの形状に関係なく機能する、(2)バッテリの
充電が十分でも不十分でも同様に満足に機能する、(3)
バッテリを充電／放電サイクルにおいて残存容量計から
接続を断った場合、また他の機器で充電／放電した場合
でも機能する、以上の理由から既存の単一センサータイ
プのバッテリ残存容量計に比べ大きく改良されたもので
ある。
バッテリのオペレーションで生じると予測される、時間
に対して電圧が一定、指数関数的に上昇する、無作為に
変化するという3つの状態を認識し、解析する。これ
は、連続的にデータを得る単一センサーを使用して行わ
れる。本発明のバッテリ残存容量計は、(1)バッテリの
放電カーブの形状に関係なく機能する、(2)バッテリの
充電が十分でも不十分でも同様に満足に機能する、(3)
バッテリを充電／放電サイクルにおいて残存容量計から
接続を断った場合、また他の機器で充電／放電した場合
でも機能する、以上の理由から既存の単一センサータイ
プのバッテリ残存容量計に比べ大きく改良されたもので
ある。
【図１】 電圧が一定の場合における、データの分類の
ための一定時間Ｔ0と解析のための一定時間Ｔ1を示す
図。
ための一定時間Ｔ0と解析のための一定時間Ｔ1を示す
図。
【図２】 電圧が指数関数的に上昇する場合における、
データ分類のための一定時間T0と解析のための一定時間
Ｔ1を示す図。
データ分類のための一定時間T0と解析のための一定時間
Ｔ1を示す図。
【図３】 電圧が無作為に変化する場合における、デー
タ分類のための一定時間Ｔ0と解析のための一定時間Ｔ1
を示す図。
タ分類のための一定時間Ｔ0と解析のための一定時間Ｔ1
を示す図。
【図４】 本発明のバッテリ残存容量計のマイクロコン
ピュータでのプログラム制御のフローチャート。
ピュータでのプログラム制御のフローチャート。
Claims (8)
- 【請求項１】 (1)バッテリの端子電圧を連続的に測定
する、(2)ある一定時間Ｔ0の電圧と時間の関係を表すデ
ータを解析し、電圧が時間に対して一定の場合、指数関
数的に上昇する場合、または無作為に変化する場合に分
類する、(3)分類した電圧と時間の関係を表すデータを
さらに解析して、Ｔ0と開始時刻を同一とし長さがそれ
以下の一定時間Ｔ1で(a)電圧が一定の場合の静的容量、
(b)電圧が指数関数的に増加する場合の推測容量、(c)電
圧が無作為に変化する場合の容量の変化を求める、(4)
既存の残存容量と静的容量を入れ換える、または(b)既
存の残存容量と推測容量を入れ換える、もしくは既存の
残存容量から容量の変化量を引くことにより、一定時間
Ｔ1に対する残存容量の値を更新する、以上の過程によ
りバッテリの残存容量を求める手段を有することを特徴
とするバッテリ残存容量計。 - 【請求項２】 測定した電圧値と平均の電圧値との差が
所定の値以下である場合、ある一定時間Ｔ0の電圧と時
間の関係が一定と分類する手段を有することを特徴とす
る請求項１記載のバッテリ残存容量計。 - 【請求項３】 定数Ｋ1とＫ2が負の値である数式 電圧
＝Ｋ0＋Ｋ1×exp（Ｋ2×時間）の描く曲線を実験データ
にフィッティングして、測定した電圧値とフィッティン
グした数式より得られる電圧値の差が所定の値以下にな
る場合、ある一定時間Ｔ0の電圧と時間の関係を表すデ
ータを指数関数的に上昇すると分類する手段を有するこ
とを特徴とする請求項１記載のバッテリ残存容量計。 - 【請求項４】 ある一定時間Ｔ0で電圧が時間に対して
一定とも指数関数的に上昇するとも分類しない場合に、
電圧は時間に対して無作為に変化すると分類する手段を
有する請求項１記載のバッテリ残存容量計。 - 【請求項５】 電圧が時間に対して一定であると分類し
たある一定時間Ｔ0のデータに対して、平均電圧値を電
圧と容量の関係を示す方程式に代入することによりある
一定時間Ｔ1の静的容量を算出する手段を有することを
特徴とする請求項１記載のバッテリ残存容量計。 - 【請求項６】 電圧が時間に対して指数関数的に上昇す
ると分類したある一定時間Ｔ0のデータに対して、フィ
ッティングの結果得られるＫ0を電圧と容量の関係を示
す方程式に代入することによりある一定時間Ｔ1の推測
容量を算出する手段を有することを特徴とする請求項１
記載のバッテリ残存容量計。 - 【請求項７】 (1)方程式 電流＝Ｅ−電圧×Ｒ（Ｒはバ
ッテリの内部抵抗であり、Ｅは電圧と容量の関係を示す
方程式に既存の容量値を代入して求める電圧値である）
を用い、電圧の関数として電流を求め、(2)一定時間に
わたって算出した電流を積分することにより、電圧が時
間に対して無作為に変化すると分類したある一定時間Ｔ
0のデータに対して、一定時間T1の容量の変化を算出す
る手段を有することを特徴とする請求項１記載のバッテ
リ残存容量計。 - 【請求項８】 (1)電圧センサー、(2)Ａ/Ｄコンバータ
ー、(3)マイクロプロセッサー、(4)読出し専用記憶装置
(ROM)、(5)読取り書込み記憶装置(RAM)、(6)表示装置、
以上で構成される請求項１記載のバッテリ残存容量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5302987A JPH07159500A (ja) | 1993-12-02 | 1993-12-02 | バッテリ残存容量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5302987A JPH07159500A (ja) | 1993-12-02 | 1993-12-02 | バッテリ残存容量計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07159500A true JPH07159500A (ja) | 1995-06-23 |
Family
ID=17915575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5302987A Pending JPH07159500A (ja) | 1993-12-02 | 1993-12-02 | バッテリ残存容量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07159500A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108089136A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-05-29 | 上海神力科技有限公司 | 一种燃料电池电堆极化曲线测试数据自动切片方法 |
| CN114397592A (zh) * | 2022-01-07 | 2022-04-26 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种电动汽车动力电池的健康度预测方法和装置 |
-
1993
- 1993-12-02 JP JP5302987A patent/JPH07159500A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108089136A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-05-29 | 上海神力科技有限公司 | 一种燃料电池电堆极化曲线测试数据自动切片方法 |
| CN114397592A (zh) * | 2022-01-07 | 2022-04-26 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种电动汽车动力电池的健康度预测方法和装置 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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