JPH0843505A

JPH0843505A - 二次電池の残存容量測定装置

Info

Publication number: JPH0843505A
Application number: JP6175555A
Authority: JP
Inventors: Takeji Tanjiyou; 雄児丹上
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-07-27
Filing date: 1994-07-27
Publication date: 1996-02-16

Abstract

(57)【要約】【目的】測定時の温度や劣化の程度に関わりなく、正確
に残存容量を測定することの出来る二次電池の残存容量
測定装置を提供する。【構成】放電時の内部抵抗Ｒdと充電時の内部抵抗Ｒcと
の比、すなわち内部抵抗比Ｒd／Ｒcが測定時の温度や劣
化の程度に関わりなく一定であることに着目し、演算手
段４において、二次電池１の充放電電流と充放電時の端
子電圧とから放電時の内部抵抗Ｒdと充電時の内部抵抗
Ｒcとを算出し、両者の比、すなわち内部抵抗比Ｒd／Ｒ
cを算出し、内部抵抗比と残存容量とについて予め定め
られた相関関係（例えば図２の特性）と上記の算出した
内部抵抗比とから、二次電池１の残存容量を算出するよ
うに構成した二次電池の残存容量測定装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、二次電池の残存容量を
測定する装置に関し、特にリチウム二次電池のような非
水系電解質二次電池に好適な残存容量測定装置に関す
る。

【０００２】

【従来技術】二次電池の残存容量、すなわち放電容量
（放電できる電気量）の残存量を測定する装置の従来例
としては、例えば、特開平５−１７２９１３号公報や特
開平５−２２３９０７号公報に記載されたものがある。
前者の装置においては、鉛蓄電池において、放電電流と
端子電圧から蓄電池の内部抵抗を測定し、内部抵抗と残
存容量との相関関係に基づいて残存容量を推定するもの
である。また、後者の装置は、ニッケル・カドミウム電
池において、充電電流と端子電圧から電池の内部抵抗を
測定し、内部抵抗と残存容量との相関関係に基づいて残
存容量を推定するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
残存容量測定装置においては、充電時または放電時の電
流と電圧とによって二次電池の内部抵抗を測定し、内部
抵抗と残存容量との相関関係に基づいて残存容量を推定
するようになっていた。しかし、内部抵抗と残存容量と
の関係は、常に一定となるものではなく、二次電池の劣
化や温度に応じて変化する。例えば、二次電池の温度と
内部抵抗との関係は、図３に示すように、温度が上昇す
るにつれて内部抵抗が低下する特性があり、また、内部
抵抗と充放電回数（劣化に対応）との関係は、図４に示
すように、充放電回数が多くなるにつれて内部抵抗が上
昇する特性がある。上記の特性は、リチウム二次電池の
ような非水系電解質二次電池の場合に特に顕著である。
したがって従来例のように、単に内部抵抗に応じて残存
容量を推定した場合には、測定時の温度や劣化の程度に
よって誤差が大きくなるという問題があった。

【０００４】本発明は、上記のような従来技術の問題を
解決するためになされたものであり、測定時の温度や劣
化の程度に関わりなく、正確に残存容量を測定すること
の出来る二次電池の残存容量測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】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、請求項１に記載の発明にお
いては、二次電池の充電電流および放電電流をそれぞれ
検出する電流検出手段と、上記二次電池の充電時と放電
時の端子電圧をそれぞれ検出する電圧検出手段と、上記
電流検出手段と電圧検出手段との検出結果に基づき、放
電時の内部抵抗と充電時の内部抵抗とを算出し、両者の
比、すなわち内部抵抗比を算出し、内部抵抗比と残存容
量とについて予め定められた相関関係と上記の算出した
内部抵抗比とから、上記二次電池の残存容量を算出する
演算手段と、を備えるように構成している。

【０００６】また、請求項２に記載のように、上記二次
電池は、電気自動車駆動用の二次電池であり、上記電流
検出手段は、充電電流として電気自動車の回生充電時に
おける充電電流を検出するものである。また、請求項３
に記載の発明は、上記演算手段で求めた内部抵抗比が所
定値から変化した場合に、残存容量低下を報知する報知
手段を備えたものである。また、請求項４に記載の発明
は、上記演算手段で求めた残存容量を表示する表示手段
を備えたものである。また、請求項５に記載のように、
上記二次電池は、例えば、リチウム二次電池のような非
水系電解質二次電池であるが、その他の形式の二次電
池、例えば鉛−酸二次電池であっても、同様に本発明を
適用することが出来る。

【０００７】

【作用】図３および図４の特性に示すように、二次電池
の内部抵抗は、二次電池の温度または充放電回数（劣化
の程度）に応じて変化する。しかし、放電時の内部抵抗
と充電時の内部抵抗との比、すなわち内部抵抗値Ｒd／
Ｒc（Ｒc／Ｒdでも可）は、図３および図４に示すよう
に、温度や充放電回数が変化しても一定である。なお、
図３および図４においては、残存容量１０％の場合の特
性を示す。そして内部抵抗比は、図２に示すように、残
存容量に応じて変化する。なお、図２において、実線は
リチウム二次電池の特性、破線は通常の鉛−酸二次電池
の特性である。ただし、リチウム二次電池としては、負
極として炭素材料、正極活物質としてＬiＣoＯ₂を用
い、電解液として非水電解液を用いて構成したリチウム
二次電池を用いた。図２に示すように、リチウム二次電
池の場合には、残存容量が約３０％以上の範囲では、内
部抵抗比Ｒd／Ｒcが常に１.０であるが、残存容量がそ
れよりも低下すると、内部抵抗比Ｒd／Ｒcがほぼ比例的
に増加する。したがって、内部抵抗比Ｒd／Ｒc＝１.０
の場合には、残存容量が３０％以上であることを示し、
残存容量が３０％以下の場合には、残存容量が内部抵抗
比Ｒd／Ｒcに応じた値となる。そして、その値は、前記
のように温度や劣化の程度に影響されない。したがって
内部抵抗比を測定することにより、残存容量の値を常に
正確に測定することが出来る。なお、上記のように、リ
チウム二次電池の場合には、残存容量約３０％以上で
は、内部抵抗比Ｒd／Ｒcは常に１.０になるので、その
範囲では残存容量を測定することが出来ない。しかし、
残存容量が問題となるのは、残存容量がかなり低下した
範囲、例えば電気自動車の場合には残りの電気量で自宅
や充電ステーションまで走行可能か否かが問題となるよ
うな範囲であり、残存容量の大きな範囲では単に残存容
量が十分であることを表示しておけば実用上は差し支え
ない。また、上記の正確に測定できる範囲ではその測定
値を表示し、上記の測定不能な範囲では、電池の電圧や
走行距離等から残存容量の概略値を推定して表示するよ
うに構成することもできる。

【０００８】また、鉛−酸二次電池の場合には、図２に
破線で示すように、残存容量が低下するにつれて内部抵
抗比はやや増加し、内部抵抗比と残存容量との相関関係
は、ほぼ直線に近い緩い弓形（下に凸）の二次曲線とな
る。そして残存容量が０％に近い範囲では急激に内部抵
抗比が増加する。この場合にも、図２の特性は温度や劣
化の程度に影響されない。したがって内部抵抗比を測定
することにより、残存容量の値を常に正確に測定するこ
とが出来る。

【０００９】本発明は、上記の知見に基づいたものであ
り、請求項１の発明においては、二次電池の充電電流と
放電電流および充電時と放電時の端子電圧を検出し、そ
れらの値から放電時の内部抵抗と充電時の内部抵抗を算
出し、その結果から内部抵抗比を算出し、図２に示すよ
うな内部抵抗比と残存容量との相関関係から、残存容量
を算出するものである。また、請求項２の発明において
は、電気自動車駆動用の二次電池の場合に本発明を適用
したものである。すなわち、走行中は通常の充電は行な
われないので、充電電流の検出が困難である。そのた
め、充電電流として電気自動車の回生充電時における充
電電流を検出するように構成している。このように構成
することにより、走行中でも残存容量を測定することが
可能になる。

【００１０】また、請求項３の発明は、内部抵抗比が所
定値から変化した場合に、残存容量低下を報知する報知
手段を備えるように構成したものである。前記図２の特
性に示すように、リチウム二次電池の場合には、残存容
量が所定値（約３０％）以上では内部抵抗比が一定値に
なり、所定値以下になると変化する。したがって内部抵
抗比が上記の一定値から変化した場合には、残存容量が
所定値以下に低下したことを示すから、それを報知する
ことにより、残存容量が少ないことを乗員等に知らせ、
充電等の処置を促すことが出来る。また、請求項４の発
明は、残存容量を表示する表示手段を備えたものであ
る。前記図２の特性に示すように、リチウム二次電池の
場合には残存容量が約３０％以下の範囲、鉛−酸二次電
池の場合には１００％付近を除くほぼ全範囲で、残存容
量を正確に測定することが出来る。したがって、それを
表示する手段、例えば通常のアナログ式メータや液晶デ
ィジタル表示器等を設けることにより、残存容量を容易
に表示することが出来る。また、本発明を適用する二次
電池は、例えば、請求項５に記載するように、非水系電
解質二次電池（リチウム二次電池等）であるが、前記図
２の特性からも判るように、通常の鉛−酸二次電池でも
内部抵抗比と残存容量との相関関係が異なるだけであっ
て、同様に本発明を適用することが出来る。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。図１は本発明の第１の実施例のブロック図であ
る。図１において、１は二次電池であり、例えば、リチ
ウム二次電池である。また、２は二次電池１の充電電流
および放電電流をそれぞれ検出する電流検出手段、３は
二次電池１の端子電圧を検出する電圧検出手段である。
また、４は演算手段（詳細後述）であり、例えば記憶装
置を有するコンピュータやアナログ回路などで構成され
る。なお、電流検出手段２および電圧検出手段３は、単
に放電回路や充電回路の電流や電圧を演算装置４に送る
抵抗と結線からなる回路とし、演算手段４において入力
した電流値、電圧値を判断するようにしてもよい。ま
た、５は演算手段４で求めた残存容量を表示する表示手
段（詳細後述）である。この他に、残存容量低下を報知
する報知手段を設けてもよい。また、演算手段４で求め
た残存容量の値は、表示手段５で表示して乗員等に示す
以外に、例えば、電気自動車の制御手段（図示せず）に
送り、残存容量が低下した場合に駆動電流を制限した
り、回生充電量を増加させる等の制御に用いることもで
きる。

【００１２】図５は、演算手段４における処理内容を示
すフローチャートの一実施例図であり、前記図２の実線
で示すごとき特性を有するリチウム二次電池の場合の処
理フローを示す。図５において、まず、ステップＳ１で
は、放電電流Ｉdと放電時の端子電圧Ｅdから放電時の内
部抵抗Ｒd＝Ｅd／Ｉdを算出する。次に、ステップＳ２
では、充電電流Ｉcと充電時の端子電圧Ｅcから充電時の
内部抵抗Ｒc＝Ｅc／Ｉcを算出する。上記のＥd、Ｉd、
Ｅc、Ｉcは、それぞれリチウム二次電池を所定時間のあ
いだ放電または充電した際の値を求めればよい。しか
し、電気自動車の走行中においては、通常の充電を行な
うことはないので、充電電流電圧を検出することが出来
ない。そのため、制動時における回生充電時に充電電流
電圧を検出するように構成する。回生充電は、電気自動
車の減速や制動時に、駆動用モータを発電機として作動
させ、車両から駆動されるエネルギーによって発電した
電力で充電するものである。このように構成すれば、電
気自動車の走行中でも減速や制動を行なう毎に残存容量
を測定することが出来る。

【００１３】次に、ステップＳ３では、上記二つの内部
抵抗ＲdとＲcから、内部抵抗比Ｒd／Ｒcを算出する。次
に、ステップＳ４では、内部抵抗比Ｒd／Ｒcが所定値
（＝１.０）から変化したか否かを判断する。ステップ
Ｓ４で“ＮＯ”の場合は、図２の特性から残存容量が３
０％以上であることが判るので、ステップＳ７へ行って
残存容量が所定値以上であることを表示する。この表示
は、例えば緑色等のＬＥＤやランプを点灯させればよ
い。なお、ステップＳ７で、残存容量が所定値以上であ
ることを表示する代わりに、別途に電池の電圧や充電後
の電気自動車走行距離等から残存容量の概略値を推定
し、ステップＳ４で“ＮＯ”の場合に、上記の概略値を
表示するように構成することもできる。ステップＳ４で
“ＹＥＳ”の場合には、ステップＳ５に行き、内部抵抗
比Ｒd／Ｒcと残存容量との関係（図２の実線の特性）か
ら残存容量を算出する。この場合、内部抵抗比Ｒd／Ｒc
と残存容量との関係は、予め演算手段４内の記憶装置に
データテーブル等の形で記憶しておいた値を用いる。

【００１４】次に、ステップＳ６では、上記の算出した
残存容量を表示する。この際の表示器としては、例え
ば、残存容量を満充電時に対する％でディジタル表示す
る液晶表示器などを用いることが出来る。また、ステッ
プＳ４で“ＹＥＳ”の場合には、図２の特性から判るよ
うに、残存容量が約３０％以下に低下したことを示すか
ら、残存容量が低下したことを表示するように構成して
もよい。この場合の表示器としては、例えば黄色のＬＥ
Ｄを点灯させる。そして、ステップＳ６で求めた残存容
量がさらに低下して所定値以下（例えば満充電時の１０
％以下）になった場合には、赤色のＬＥＤを点灯させ、
残存容量が少ないことを報知するように構成してもよ
い。

【００１５】次に、図６は、鉛−酸二次電池の場合にお
ける処理を示すフローチャートである。図６のフロー
は、図５のフローからステップＳ４とＳ７を削除したも
のである。前記図２の破線特性に示すように、鉛−酸二
次電池の場合には、リチウム二次電池のような内部抵抗
比一定の範囲がなく、ほぼ内部抵抗比に応じて残存容量
が変化する。したがって内部抵抗比Ｒd／Ｒcと残存容量
との関係（図２の破線の特性）から算出した残存容量の
値を表示すればよい。なお、この場合においても、走行
中の充電電流電圧は、回生充電時の値を用いればよい。
また、残存容量が所定値以下に低下したことを示す報知
器を設けてもよい。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したごとく、本発明において
は、内部抵抗比によって残存容量を測定するように構成
したことにより、温度や劣化の程度に関わりなく、正確
に残存容量を測定することが出来る。そのため、電気自
動車において電池切れによる走行不能が生じるのを有効
に防止することが出来る、という効果が得られる。ま
た、電気自動車の回生充電時における充電電流を検出す
ることによって充電時の内部抵抗を測定するように構成
したものにおいては、電気自動車の走行時でも残存容量
を測定することが出来る。また、内部抵抗比が所定値か
ら変化した場合に、残存容量低下を報知する報知手段を
備えたものにおいては、リチウム電池のような特性の二
次電池の場合に、残存容量が少なくなったことを簡単に
報知することが出来る、等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック図。

【図２】内部抵抗比と残存容量との関係を示す特性図。

【図３】内部抵抗および内部抵抗比と電池の温度との関
係を示す特性図。

【図４】内部抵抗および内部抵抗比と充放電回数との関
係を示す特性図。

【図５】リチウム二次電池の場合における処理内容を示
すフローチャート。

【図６】鉛−酸二次電池の場合における処理内容を示す
フローチャート。

【符号の説明】

１…二次電池２…電流検出手段３…電圧検出手段４…演算手段５…表示手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二次電池の充電電流および放電電流をそれ
ぞれ検出する電流検出手段と、上記二次電池の充電時と放電時の端子電圧をそれぞれ検
出する電圧検出手段と、上記電流検出手段と電圧検出手段との検出結果に基づ
き、放電時の内部抵抗と充電時の内部抵抗とを算出し、
両者の比、すなわち内部抵抗比を算出し、内部抵抗比と
残存容量とについて予め定められた相関関係と上記の算
出した内部抵抗比とから、上記二次電池の残存容量を算
出する演算手段と、を備えたことを特徴とする二次電池の残存容量測定装
置。
【請求項２】上記二次電池は、電気自動車駆動用の二次
電池であり、上記電流検出手段は、充電電流として電気
自動車の回生充電時における充電電流を検出するもので
ある、ことを特徴とする請求項１に記載の二次電池の残
存容量測定装置。
【請求項３】上記演算手段で求めた内部抵抗比が所定値
から変化した場合に、残存容量低下を報知する報知手段
を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記
載の二次電池の残存容量測定装置。
【請求項４】上記演算手段で求めた残存容量を表示する
表示手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項
３の何れかに記載の二次電池の残存容量測定装置。
【請求項５】上記二次電池は、非水系電解質二次電池で
あることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに
記載の二次電池の残存容量測定装置。