JPH08278355A - 電池残存容量測定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電池の電圧と電流とが大きく変化したときに
近似直線から残存容量を求めるようにした場合でも、表
示に違和感を与えない残存容量測定方法及びその装置を
得ることを目的とする。 【構成】 所定時間毎に電池から流れる電流と、電池の
端子電圧とからなるちりばりデータが電圧−電流変化傾
向算出部２１に収集されて、この収集データの特徴を示
す近似直線関数が電圧−電流近似直線算出部２５で求め
られ、基準値（電流０）に対応する電圧値に基づいて、
表示部１１の表示形態に対応するデータが残存容量算出
部２３より出力されると、表示データ決定部２７が今回
のデータとして前回のデータと比較し、比較結果に変化
があったときは、データを表示部１１の１％だけ増減し
た表示データにして表示更新する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電池残存容量測定方法及
びその装置に関し、特に電池の電流と電圧との相関が強
くないときの、残像容量の表示に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に電流と電圧というのは、負の相関
関係があるものであり、この相関関係を利用して、例え
ば、特願平６−２００９５３号に記載の電池残存容量測
定装置は、概略以下の処理を実施している。図５は従来
の電池残存容量測定装置の動作を説明するフローチャー
トである。特願平６−２００９５３号においては、相関
係数を判定した後に、最小二乗法による近似直線を求め
ているが相関係数を求める前に、最小二乗法による近似
直線を求めてよいので、この方式とした場合を例とした
フローとする。

【０００３】図５に示すように、バッテリーの端子電圧
及び負荷に流れる電流を、例えば１ｍｓ間毎にサンプリ
ングして読み（Ｓ５０１）、例えば１００ｍｓ経過する
までのデータを加算して平均化して記憶し（Ｓ５０
３）、この平均化された電圧と電流（以下ちりばりデー
タという）を１００個得て最小２乗法を用いて近似直線
を求める（Ｓ５０５）。次に、電圧と電流のちりばりデ
ータより相関係数ｒを求め（Ｓ５０７），求めた相関係
数ｒが−０．９以下かどうかを判定し（Ｓ５０９）、−
０．９以下の場合は、あらかじめ決められている所定の
放電電流に対応する電圧値を算出し、この電圧値に換算
した電池残存容量を求め（Ｓ５１１）、表示を更新する
（Ｓ５１３）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例え
ば、１％毎の残存容量表示ができるものを採用した場合
等においては、振動誤差、温度誤差、サンプリング誤差
等によって表示に、少なくとも±２％以上の誤差を発生
することがある。

【０００５】特に、特願平６−２００９５３号に記載の
電池残存容量測定装置においては、所定時間当たりのバ
ッテリーの端子電圧及び電流のちりばりデータに基づい
た近似直線から残存容量を求めるとき、図６に示すよう
に高速走行付近での放電電流を代入したときには、例え
走行のばらつき、サンプリングのばらつきがあっても、
近似直線の傾きの変化が小さいため、さほどの誤差は発
生しないが、放電特性の影響を無くすために例えば放電
電流を０にして近似直線から残存容量を求めるようにし
て場合は、図６に示すように電圧軸上では大きな誤差と
なり、レベル表示したときには、±２％〜数十％の誤差
で表示されることがあり、ドライバーに違和感を与える
ことがあった。このようなことは回生制動のときにも発
生していた。

【０００６】これをなくすには、一定時間毎の表示更新
のときに、ヒステリシスを持たせても防げるが、電気自
動車においては、バッテリの残存容量の表示は非常に重
要であり、１％毎に精度良く表示するのが望ましいた
め、不十分である。

【０００７】また、振動誤差、温度誤差、サンプリング
誤差等の影響をなくすために、過去のサンプリングデー
タと今回のデータとの平均値を取って表示させてもよい
がメモリを多く必要としたり、古いデータを捨てる等の
プログラム処理が必要となるから複雑なプログラム構成
になる。

【０００８】従って、残存容量を表示する場合に放電電
流を０にして近似直線から残存容量を求めるようにした
場合でも表示に違和感を与えない残存容量測定方法及び
その装置を得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる電池残存
容量測定方法は、電池から流れる電流と、電池の端子電
圧とを、所定時間になるまで収集されて、近似直線関数
が求められると、この近似直線関数から基準値に対応す
る電圧に基づいた残存容量を表示値として表示部に出力
する工程を有する電池残存容量測定方法であって、表示
値が出力される毎に、今回の表示値として、前回の表示
値と比較し、この比較結果に基づいて、表示値を単位率
毎に更新して表示部に出力する工程とを備える。

【００１０】本発明に係わる電池残存容量測定装置は、
電池の残存容量を示す表示データが出力される毎に、表
示データに対応する発光素子を点灯させる表示部と、電
池から流れる電流と、電池の端子電圧とを所定時間にな
るまで収集し、ちりばりデータとして記憶する電圧−電
流変化傾向算出部と、ちりばりデータに基づいて、電圧
軸と電流軸上における収集データの特徴を示す近似直線
関数を求める電圧−電流近似直線算出部と、近似直線関
数が求められる毎に、基準値に対応する電圧値を求め、
電圧値に基づいて、表示部の表示形態に対応するデータ
を求めて出力する残存容量算出部と、データを一時記憶
し、今回のデータとして前回のデータと比較し、比較結
果に変化があったときは、データを表示部の単位率分だ
け増減した表示データにして残存容量算出部に出力する
表示データ決定部とを備えたものである。

【００１１】さらに、表示データ決定部は、今回のデー
タを記憶するレジスタと前回のデータを記憶するレジス
タとを有し、前回のデータと今回データとが変化してい
るかどうかを知らせるデータ比較手段と、データ比較手
段から今回のデータが変化していることが知らせられる
と、現在点灯させている発光素子群を一個、多く又は少
なく点灯させる表示データを出力する表示更新手段を備
えるものである。

【００１２】さらに、ちりばりデータの相関係数を求
め、相関係数が所定の強い負の相関係数を示していると
きに、電圧ー電流近似直線算出部に電圧−電流近似直線
関数を求めさせる判定部とを備えたものである。

【００１３】

【作用】本発明の電池残存容量測定方法においては、電
池から流れる電流と、電池の端子電圧とを、所定時間に
なるまで収集されて、近似直線関数が求めら、この近似
直線関数から基準値に対応する電圧に基づいた残存容量
が表示値として出力されたとき、前回の表示値と比較さ
れ、この比較結果に基づいて、表示値が単位率毎に更新
されて表示部に表示される。

【００１４】本発明の残存容量測定装置においては、所
定時間毎に電池から流れる電流と、電池の端子電圧とか
らなるちりばりデータが電圧−電流変化傾向算出部に収
集される。そして、この収集データの特徴を示す近似直
線関数が電圧−電流近似直線算出部で求められ、基準値
に対応する電圧値に基づいて、表示部の表示形態に対応
するデータが残存容量算出部より出力されると、表示デ
ータ決定部が今回のデータとして前回のデータと比較
し、比較結果に変化があったときは、データを表示部の
単位率分（１％）だけ増減した表示データにして表示更
新される。

【００１５】さらに、表示データ決定部のデータ比較手
段は、今回のデータを記憶するレジスタと前回のデータ
を記憶するレジスタとを有し、前回のデータと今回デー
タとが変化しているかどうかを知らせ、表示更新手段が
今回のデータが変化していることが知らせられると、現
在点灯させている発光素子群を一個、多く又は少なく点
灯させる表示データにして出力する。

【００１６】さらに、判定部を有したときは、ちりばり
データの相関係数が求められ、相関係数が所定の強い負
の相関係数を示しているときに、電圧ー電流近似直線算
出部に電圧−電流近似直線関数が求められる。

【００１７】

【実施例】実施例では、電気自動車に搭載されたバッテ
リーの残存容量を測定する場合に本発明の電池残存容量
測定装置を用いた例を説明する。

【００１８】図１は実施例の概略構成図である。図にお
いて、１はバッテリー３に接続された電気自動車負荷
（例えばモータ）、７は電気自動車負荷（以下単に負荷
という）に流れる電流を検出する電流センサ、９はバッ
テリ３の端子電圧を検出する電圧センサである。

【００１９】１２は検出値入力回路部である。検出値入
力回路部１２は、Ｉ／Ｏ１３、ＬＰＦ１５、Ａ／Ｄ１７
より構成され、電圧センサ９及び電流センサ７からバッ
テリーの放電電流及び端子電圧を検出電圧及び検出電流
として入力し、ノイズを除去してデジタル変換する。

【００２０】１９はコンピュータである。コンピュータ
１９のプログラム構成は、電圧−電流変化傾向算出部２
１、残存容量算出部２３、電圧−電流近似直線算出部２
５、表示データ決定部２７等よりなり、イグニションキ
ーの操作に伴って、サブバッテリーからの電力によって
動作状態となる。

【００２１】電圧−電流変化傾向算出部２１は、検出値
入力回路部１２からバッテリー３のデジタルの検出電流
及び電圧を入力し、１ｍｓ毎に、検出電流及び検出電圧
をサンプリングし、サンプリング毎にメモリ３１に記憶
し、１００ｍｓ毎に、メモリ３１の電圧−電流近似直線
算出部２５に記憶内容を出力する。

【００２２】電圧−電流近似直線算出部２５は、メモリ
３１から複数の電圧値と電流値とを読み、両方の誤差の
二乗総和をとり、誤差を最小にするためのａ、ｂを求
め、このａ、ｂに基づいて、１０秒間の電圧ー電流近似
直線関数（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）を求める。

【００２３】残存容量算出部２３は、電圧−電流近似直
線算出部２５で電圧ー電流近似直線関数が求められる毎
に、予め決められている放電電流値Ｙから一次式（Ｙ＝
ａＸ＋ｂ）に基づいて、電圧軸−電流軸上の電圧値Ｘを
特定し、この電圧値Ｘに対応する残存容量をパーセント
で求める。

【００２４】表示データ決定部２７は、少なくともデー
タ比較手段２８と表示更新手段２９とよりなり、データ
比較手段２８は残存容量が求められると、表示レジスタ
に記憶し、前回のデータと今回のデータを比較し、この
比較結果を表示更新手段２９に知らせる。

【００２５】表示更新手段２９は、残存容量算出部２３
が求めた残存容量を入力し、比較結果に基づいて、表示
データを増減して表示部１１に出力して表示させると共
に、表示データ比較部２７に設けられている表示レジス
タ（前回用）の値をこの表示データに更新する。この表
示部１１は例えばセグメント表示を採用している。

【００２６】上記のように構成された電池残存容量測定
装置について、概略動作と詳細動作を以下に説明する。

【００２７】図２は、概略動作を説明するフローチャー
トである。イグニッションオンを検出すると（Ｓ２０
１）、この直後に電圧センサ９が検出した開路電圧を検
出値入力回路１２を介して読み、予め設定されている初
期残存容量を残存容量算出部にセットしてパーセントで
表示させる（Ｓ２０３）。

【００２８】この開路電圧とは、イグニッションオン直
後の車両がまだ停止しているとき（負荷が変動していな
いとき）の開路の電圧であり、初期残存容量とはこのと
きの電圧に基づいた残存容量である。従って、正確な残
存容量である。

【００２９】次に、走行し始めると、電圧センサ９が検
出したバッテリ３の端子電圧及び電流センサ７が検出し
た電流（放電電流ともいう）を例えば１ｍｓ毎にサンプ
リングして、近似直線を求めて基準の放電電流を０とし
て残存容量の単位はパーセントであるから、パーセント
で求める（Ｓ２０３）。

【００３０】そして、前回のパーセント表示したデータ
と今回のパーセント表示のデータの大小を比較する（Ｓ
２０５）。次に、前回のデータと今回のデータとが同じ
ときは、前回において表示したデータは更新しないで
（Ｓ２０７）、表示する（Ｓ２０９）。つまり、前回の
データの表示のままとする。

【００３１】また、ステップＳ２０５で前回のデータが
今回のデータより、小さいと判定したときは、前回の表
示データより、表示形態がパーセントとなっているから
１パーセントを減算して（Ｓ２１１）、ステップＳ２０
９に移して、この減算したデータを表示部１１に出力し
てセグメント表示する。

【００３２】つまり、前回の残存容量が例えば９５％で
今回のデータが９７％であったときは、９７ー１＝９６
とするのである。

【００３３】さらに、ステップＳ２０５で前回のデータ
が今回のデータより、大きいと判定したときは、前回の
表示データに１パーセントを加算して（Ｓ２１３）、ス
テップＳ２０９に移して、この加算したデータを表示す
る。

【００３４】つまり、前回の残存容量が例えば９７％で
今回のデータが９５％であったときは、９５＋１＝９６
とするのである。

【００３５】すなわち、例え近似直線を求めたときに誤
差があっても、２％以上変化することはないため、必ず
±１％毎の増減にされた残存容量で表示される。

【００３６】また、もし本当に非常に大きく増減した場
合は、電気自動車は少なくと１０秒以内で容量が変化す
ることはないので、表示の更新を１０秒間隔で実施して
いる以上、測定データと表示データとは大きくなること
はない。

【００３７】次に、詳細動作を説明する。図３及び図４
は詳細動作を説明するフローチャートである。初めに、
コンピュータの残存容量算出部２３はイグニッションキ
ーの操作に伴うサブバッテリからの電力の供給に伴っ
て、各部をチェックし、ＲＯＭのプログラムをＲＡＭに
記憶する等の初期設定をすると共に、無負荷時の電圧値
を読込んで、この電圧値に対応する残存容量を初期残存
容量として表示部１１により表示させる（Ｓ３０１）。

【００３８】次に、電圧−電流変化傾向算出部２１は１
ｍｓ経過したかどうかを判断し（Ｓ３０５）、１ｍｓ経
過したときは、検出値入力回路部１２からのバッテリー
電圧（ＶＯＬＴ）、放電電流（ＣＵＲＲ）を読み（Ｓ３
０７）、１ｍｓのときのサンプリングデータ（放電電
流、電圧）をメモリ３１に記憶して、記憶回数をカウン
トする（Ｓ３０９）。

【００３９】次に、カウント値Ｎが１００か、つまり１
００ｍｓ経過したかどうかを判断し（Ｓ３１１）、１０
０ｍｓ経過していないときは、制御をステップＳ３０５
に移して上記のように、１００ｍｓ間毎の放電電流と電
圧とを加算させて、加算回数をカウントする。

【００４０】そして、電圧−電流近似直線算出部２５
は、最小二乗法により電圧−電流近似直線関数を下記の
式により求める（Ｓ３１５）。

【００４１】

【数１】 次に、残存容量算出部２３は、図４に示すように、求め
られた電圧−電流近似直線関数と予め決められている放
電電流（この場合は放電電流＝０）に対応する電圧値を
求め、この電圧値を残存容量のパーセントに換算して表
示データ決定部の表示レジスタに設定する（Ｓ４０
１）。そして、表示データ決定部のデータ比較手段は前
回の表示データ（パーセントデータ）と今回の表示デー
タの大小を比較し、この判定結果を表示更新手段にしら
せる（Ｓ４０３）。

【００４２】次に、表示更新手段は前回の表示データの
（ｆｘａ）と今回のデータ（ｘａ）とが同じときは、こ
の今回のデータ（ｘａ）を表示データ（ｆｘａ）として
（Ｓ４０５）、表示部に出力して表示させる（Ｓ４０
７）。次に、イグニッションのオフかどうかを判定し
（Ｓ４０９）、イグニッションオフでないときは図３の
ステップＳ３０５に制御を移して上記の処理をさせる。

【００４３】また、ステップＳ４０３で前回のデータが
今回のデータより、小さいと判定したときは、前回の表
示データより１パーセントを減算して（Ｓ４１１）、ス
テップＳ４０７に移して、この減算したデータを表示さ
せる。

【００４４】さらに、ステップＳ４０３で前回のデータ
が今回のデータより、大きいと判定したときは、前回の
表示データに１パーセントを加算して（Ｓ４１３）、ス
テップＳ４０７に移して、この加算したデータを表示さ
せる。

【００４５】すなわち、例え近似直線を求めたときに誤
差があっても、２％以上変化することはないため、必ず
±１％毎の増減にされた残存容量で表示されるし、従来
のように１０ｓの間の１００個の検出電流と電圧とを加
算し、加算回数に基づいた平均値を１００個求めてもい
ないので、メモリが小さくなっている。

【００４６】なお、上記実施例では電気自動車に用いら
れる電池残存容量測定装置として説明したが、放電電流
が激しく変動したり、変動が安定したりする装置に使用
してもよい。

【００４７】また、上記実施例では収集時間を１０秒と
したが、装置によってはより短くとも長くともよい。

【００４８】さらに、上記実施例では、１０秒経過した
ときに、直ちに電圧−電流近似直線関数を求めたが、こ
れら収集した電圧と電流から相関係数を求めて、この相
関係数が例えば−０．９以下のときに、上記ステップＳ
３１５以下の処理をさせる判定部を有してもよい。

【００４９】さらに、上記実施例では、表示をセグメン
ト表示したが、装置によっては、ＬＥＤを用いたレベル
表示であってもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上のように本発明の電池残存容量測定
方法によれば、電池から流れる電流と、電池の端子電圧
とを、所定時間になるまで収集されて、近似直線関数が
求められ、この近似直線関数から基準値に対応する電圧
に基づいた残存容量が表示値として出力されたとき、前
回の表示値と比較し、この比較結果に基づいて、表示値
を単位率毎に更新して表示部に出力することにより、例
えば基準値を０にして近似直線から残存容量を求めるよ
うにしても、表示するデータは単位率（１％）づつ変化
するので、回生制動があってサンプリングした今回のデ
ータが大きく変化したとしても、表示は急激に変化しな
いから違和感を与えないとと共に、単位率毎の精度のよ
い表示ができるという効果が得られている。また、平均
を求めていないので、メモリを小さくできる。

【００５１】本発明の残存容量測定装置によれば、所定
時間毎に電池から流れる電流と、電池の端子電圧とから
なるちりばりデータが電圧−電流変化傾向算出部に収集
されて、この収集データの特徴を示す近似直線関数が電
圧−電流近似直線算出部で求められ、基準値に対応する
電圧値に基づいて、表示部の表示形態に対応するデータ
が残存容量算出部より出力されると、表示データ決定部
が今回のデータとして前回のデータと比較し、比較結果
に変化があったときは、データを表示部の単位率分（１
％）だけ増減した表示データにして表示更新するように
したことにより、例えば基準値を０にして近似直線から
残存容量を求めるようにしても、表示するデータは単位
率（１％）づつ変化するので、回生制動があってサンプ
リングした今回のデータが大きく変化したとしても、表
示は急激に変化しないから違和感を与えないとと共に、
単位率毎の精度のよい表示ができるという効果が得られ
ている。また、平均を求めていないので、メモリを小さ
くできる。

【００５２】さらに、表示データ決定部のデータ比較手
段は、今回のデータを記憶するレジスタと前回のデータ
を記憶するレジスタとを有し、前回のデータと今回デー
タとが変化しているかどうかを知らせ、表示更新手段が
今回のデータが変化していることが知らせられると、現
在点灯させている発光素子群を一個、多く又は少なく点
灯させる表示データにして出力することにより、例えば
１００個の素子で１００％を示す表示形態においては、
ヒステリス処理をしなくとも回生制動があってサンプリ
ングした今回のデータが大きく変化したとしても、表示
は急激に変化しないから違和感を与えないとと共に、単
位率毎の精度のよい表示ができるという効果が得られて
いる。

【００５３】さらに、ちりばりデータの相関係数を求
め、該相関係数が所定の強い負の相関係数を示している
ときに、前記電圧ー電流近似直線算出部に電圧−電流近
似直線関数を求めさせる判定部を有したときは、相関が
ないデータにおいては、無駄な算出を行わないので、電
力消費を低減できると共に、単位率毎の精度のよい表示
ができるという効果が得られている。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の概略構成図である。

【図２】概略動作を説明するフローチャートである。

【図３】詳細動作を説明するフローチャートである。

【図４】詳細動作を説明するフローチャートである。

【図５】従来の電池残存容量測定装置の動作を説明する
フローチャートである。

【図６】問題点を説明する説明図である。

【符号の説明】

１ 電気自動車負荷 ３ バッテリ ７ 電流センサ ９ 電圧センサ １２ 検出値入力回路部 １９ コンピュータ ２１ 電圧−電流変化傾向算出部 ２３ 残存容量算出部 ２５ 電圧−電流近似直線算出部 ２７ 表示データ決定部 ３１ メモリ ２８ データ比較手段 ２９ 表示更新手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電池から流れる電流と、前記電池の端子
   電圧とを、所定時間になるまで収集されて、近似直線関
   数が求められると、この近似直線関数から基準値に対応
   する電圧に基づいた残存容量を表示値として表示部に出
   力する工程を有する電池残存容量測定方法であって、 前記表示値が出力される毎に、今回の表示値として、前
   回の表示値と比較し、この比較結果に基づいて、前記表
   示値を単位率毎に更新して前記表示部に出力する工程と
   を有することを特徴とする電池残存容量測定方法。
2. 【請求項２】 電池の残存容量を示す表示データが出力
   される毎に、前記表示データに対応する発光素子を点灯
   させる表示部と、 電池から流れる電流と、前記電池の端子電圧とを所定時
   間になるまで収集し、ちりばりデータとして記憶する電
   圧−電流変化傾向算出部と、 前記ちりばりデータに基づいて、電圧軸と電流軸上にお
   ける前記収集データの特徴を示す近似直線関数を求める
   電圧−電流近似直線算出部と、 前記近似直線関数が求められる毎に、基準値に対応する
   電圧値を求め、該電圧値に基づいて、前記表示部の表示
   形態に対応するデータを求めて出力する残存容量算出部
   と、 前記データを一時記憶し、今回のデータとして前回のデ
   ータと比較し、該比較結果に変化があったときは、前記
   データを前記表示部の単位率分だけ増減した表示データ
   にして前記残存容量算出部に出力する表示データ決定部
   とを有することを特徴とする電池残存容量測定装置。
3. 【請求項３】 前記表示データ決定部は、今回のデータ
   を記憶するレジスタと前回のデータを記憶するレジスタ
   とを有し、前回のデータと今回データとが変化している
   かどうかを知らせるデータ比較手段と、 前記データ比較手段から今回のデータが変化しているこ
   とが知らせられると、現在点灯させている発光素子群を
   一個、多く又は少なく点灯させる表示データにして出力
   する表示更新手段とを有することを特徴とする請求項２
   記載の電池残存容量測定装置。
4. 【請求項４】 前記ちりばりデータの相関係数を求め、
   該相関係数が所定の強い負の相関係数を示しているとき
   に、前記電圧ー電流近似直線算出部に電圧−電流近似直
   線関数を求めさせる判定部とを有することを特徴とする
   請求項２又は３記載の電池残存容量測定装置。