JPH10285809A - バッテリ残存容量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大型化及び回路の複雑化を伴わずにバッテリ
残容量の測定精度を格段に向上させること。 【解決手段】 バッテリ１１の放電の電流値を計測する
電流計測部２１と、バッテリ１１の電圧を計測する電圧
計測部２２と、この電圧計測部２２で計測された電圧値
と電流計測部２１で計測された電流値とに基づいてバッ
テリの残存容量を判定する残容量判定部２４とを備えて
いる。しかも、残容量判定部２４に、電流計測部２１に
よって計測された電流値が予め定められた範囲の低電流
であるときに当該低電流時の電圧値を抽出する低電流時
電圧値抽出部２３を併設している。さらに、残容量判定
部２４が、低電流時電圧値抽出部２４によって抽出され
た低電流時の電圧値に基づいてバッテリの残容量を判定
する低電流時判定機能を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バッテリ残存容量
検出装置に係り、特に、移動体に電力を供給するバッテ
リの残存容量を測定するバッテリ残存容量検出装置に関
する。

【０００２】本発明によるバッテリ残存容量検出装置
は、例えば、電動自転車、電動車椅子、電気自動車など
電動の移動体に好適に用いられる。

【０００３】

【従来の技術】バッテリーの残存容量はバッテリーの端
子電圧と深い相関性があり、電圧を検出することによっ
て残存容量を推定できる。このため、従来の電動自転車
においても、端子電圧を監視してそれに対応した残存容
量を求め、ランプ又はメータにて表示させるようになっ
ている。

【０００４】図１１は電動アシスト自転車でのバッテリ
残量表示例を示す説明図である。図１１に示すように、
バッテリ残量に応じて４段階の表示を行う。

【０００５】図１２はモータ電流値とその電圧値とから
バッテリ残量を判定する手法を示す説明図である。図１
２に示すように、バッテリの容量は端子電圧と深い関係
にあるものの、負荷電流に応じて変化する。このため、
モータ電流値とバッテリ電圧との関係からバッテリ残量
を求めるようにしていた。

【０００６】すなわち、図１２に示すモータ電流値ごと
のバッテリ電圧と残容量の特性から、図１１に示す表示
制御を行い、図１３に示す表示器５６に表示していた。
図１３に示すように、表示器５６は３つの表示用ＬＥＤ
５６ａ，５６ｂ，５６ｃを備え、３〜４段階の残量表示
を行う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
バッテリ残存容量検出装置は、３〜４段階程度の容量表
示を行うものであり、バッテリの残存容量検出の精度を
さら向上させることができない、という不都合があっ
た。

【０００８】すなわち、バッテリの劣化具合や、温度変
化などによってもバッテリ電圧値は変化するが、この影
響を考慮すると、従来例では、３〜４段階の残量判定し
かできなかった。

【０００９】一方、温度変化に応じて温度補償や劣化検
出を行うことも考えられるが、検出回路が複雑化し、大
型化するため、電動アシスト自転車などに用いられるバ
ッテリ残存容量検出装置には適さなかった。

【００１０】また、このような移動体に使用されるバッ
テリ残存容量検出装置では、移動体が停止して負荷がな
くなると一旦電圧が復帰してしまい、再運転を開始する
ときに電圧値が高くなり、精度良くバッテリ残量を測定
することができない、という不都合があった。

【００１１】

【発明の目的】本発明は、係る従来例の有する不都合を
改善し、特に、大型化及び回路の複雑化を伴わずに測定
精度を格段に向上させることのできるバッテリ残存容量
検出装置を提供することを、その目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、バ
ッテリの放電の電流値を計測する電流計測部と、バッテ
リの電圧を計測する電圧計測部と、この電圧計測部で計
測された電圧値と電流計測部で計測された電流値とに基
づいてバッテリの残存容量を判定する残容量判定部とを
備えている。しかも、残容量判定部に、電流計測部によ
って計測された電流値が予め定められた範囲の低電流で
あるときに当該低電流時の電圧値を抽出する低電流時電
圧値抽出部を併設している。さらに、残容量判定部が、
低電流時電圧値抽出部によって抽出された低電流時の電
圧値に基づいてバッテリの残容量を判定する低電流時判
定機能を備えた、という構成を採っている。これにより
前述した目的を達成しようとするものである。

【００１３】低電流時電圧値抽出部が、電流計測部によ
って計測された電流値が予め定められた範囲の低電流で
あるときに当該低電流時の電圧値を抽出し、残容量判定
部が、低電流時電圧値抽出部によって抽出された低電流
時の電圧値に基づいてバッテリの残容量を判定するた
め、温度変化の影響を受けずらい低電流値の電圧のみを
用いてバッテリ残量の測定がなされ、従って、温度補償
を行う必要が無くなり、このため、簡易な構成でバッテ
リ残量の精度良い測定が行われる。

【００１４】また、本発明は、移動体に電力を供給する
バッテリの放電の電流値を計測する電流計測部と、バッ
テリの電圧を計測する電圧計測部と、この電圧計測部で
計測された電圧値と電流計測部で計測された電流値とに
基づいてバッテリの残存容量を判定する残容量判定部と
を備えている。しかも、残容量判定部が、移動体が停止
するときに当該運転時における最終電圧を格納する停止
時電圧格納機能と、移動体が再び動作するときに停止時
電圧格納機能によって格納された電圧値を読み出す再動
時読み出し機能とを備えた、という構成を採っている。
これによっても、前述した目的を達成しようとするもの
である。

【００１５】本発明では、停止時電圧格納機能が、移動
体が停止するときに当該運転時における最終電圧を所定
の記憶部等に格納し、再動時読み出し機能が、移動体が
再び動作するときに停止時電圧格納機能によって格納さ
れた電圧値を読み出す。このため、移動体が一旦停止し
て電圧値が復帰した後、再び動作を開始する時には、バ
ッテリ電圧は高くなっているが、バッテリ残量測定に用
いる電圧値は、この再動時読み出し機能によって読み出
された運転時における最終電圧の電圧値となる。従っ
て、停止時の一時的な電圧の復帰によってバッテリ残量
を誤測定することがない。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１７】図１は、第１の実施形態によるバッテリ残
存容量検出装置の構成を示すブロック図である。バッテ
リ残存容量検出装置は、バッテリ１１の放電の電流値を
計測する電流計測部２１と、バッテリ１１の電圧を計測
する電圧計測部２２と、この電圧計測部２２で計測され
た電圧値と電流計測部２１で計測された電流値とに基づ
いてバッテリの残存容量を判定する残容量判定部２４と
を備えている。

【００１８】しかも、残容量判定部２４に、電流計測部
２１によって計測された電流値が予め定められた範囲の
低電流であるときに当該低電流時の電圧値を抽出する低
電流時電圧値抽出部２３を併設している。

【００１９】さらに、残容量判定部２４が、低電流時電
圧値抽出部２４によって抽出された低電流時の電圧値に
基づいてバッテリの残容量を判定する低電流時判定機能
を備えている。

【００２０】低電流時電圧値抽出部２３は、電流計測部
２１によって計測された電流値が予め定められた範囲の
低電流であるときに当該低電流時の電圧値を抽出する。
この低電流とする範囲は、例えば、バッテリ１１の温度
が低いときの放電特性が大きく変化しない低電流の範囲
とする。例えば、５ＡＨバッテリーの場合、０Ａ〜５Ａ
の範囲とする。従って、低電流とする範囲は、放電率０
〜１Ｃの低電流の範囲と定義される。ここで、Ｃは公称
容量であり、１Ｃは、５ＡＨバッテリーの場合、５Ａ放
電を示す。

【００２１】このように、本実施形態では、低電流のと
きの電圧値は温度変化の影響が少ないため、低電流のと
きの電圧値に基づいてバッテリ残量を判定することで、
温度変化の補正を行うことなく精度良くバッテリ残量の
判定を行う。

【００２２】すなわち、電圧−容量特性は負荷電流が大
きく温度が低いほど変化が大きく、この減少はバッテリ
ーが劣化するに従って大きくなる傾向にあるため、本実
施形態では、電圧−容量特性の変化の少ない負荷電流の
ときの電圧値を用いることで、バッテリ残量の判定精度
を向上させている。

【００２３】したがって、通常、精度を確保するには、
温度保証や劣化検出を行う必要があり、検出回路の複雑
化に伴ってコストアップが問題となるが、本実施形態に
よると、このような不都合を生ぜずにバッテリ残量の判
定の精度を向上させることができる。

【００２４】

【実施例】次に、電動アシスト自転車に搭載される場合
を例に本発明の実施例を説明する。図２は電動アシスト
自転車の概略構成を示すブロック図である。

【００２５】電動アシスト自転車は、ペダリング１３に
よるペダル側からの走行力と、モータ１２からの補助動
力とを合力装置１６にて合力し、後輪１７を駆動する。
ペダリング１３による走行力は回転センサ１４によって
捕捉され、コントローラ２０に入力される。コントロー
ラ２０は、ペダル側からの入力トルクと、モータ側から
のアシストトルクとの差をトルクセンサ１５にて相対ト
ルクとして検出し、基本的に入力対アシスト力の比率が
常に１：１（相対トルクが：０）になるようにモータ１
２を駆動するモータ電流（アシスト力）を制御する。

【００２６】図２に示す例では、バッテリ残量測定装置
は、コントローラ２０により実現する。このため、ハー
ドウエア資源をなんら追加することなく実施することが
できる。

【００２７】図３乃至図５は電動アシスト自転車に搭載
するバッテリ１１の温度毎の放電特性の一例を示す説明
図である。以下のグラフは一例であり、バッテリの特性
は多様であるため、各数値はこれに限定されるものでは
ない。

【００２８】図３は０℃の場合の放電特性を示す説明図
である。図３に示すように、バッテリ容量が減少するに
つれて、どのような放電電流であっても電圧が減少して
いくが、特に、放電電流が高い場合には、その変化が大
きい。この変化は温度が低いほど大きく現れるため、図
３に示す０℃の場合の変化が一番顕著で、図４に示す２
０℃や図４に示す４０℃の場合にはその放電電流毎の変
化が少なくなっていく。

【００２９】図７乃至図９は放電電流ごとの放電特性の
一例を示す説明図である。図７に示すように、５Ａの低
電流の場合には、温度変化による放電特性の変化が小さ
い。一方、図８及び図９に示すように、放電電流が１５
Ａや２５Ａとなると、０℃〜４０℃の間の変化が著しく
なる。

【００３０】このため、０〜５Ａ程度の低電流領域の特
性は温度変化や提要領域でも安定しており、検出範囲と
しては適している。本実施例では、この安定した領域の
データのみをバッテリ残量判定用の検出データとして用
いる。

【００３１】図３乃至図８に示す例では、０〜５Ａの範
囲で温度による変動が少なく、このため、低電流の範囲
は０〜５Ａとなるが、バッテリーの種類によって電圧−
放電特性が異なる。一般的には、放電率０〜１Ｃ以内の
電流を低電流の範囲とするとよい。

【００３２】コントローラ２０は、バッテリ電圧とモー
タ電流とを常時測定し、このバッテリ電圧値の中から低
電流の範囲とされる電流のときの電圧値を抽出し、この
電圧値に基づいてバッテリ残量を測定する。図３に示す
ように、電流値が大きい場合にはバッテリ残量が３０％
未満の時の変化が大きくなるが、本実施例によると、低
電流時の電圧を用いるため、バッテリ容量が３０％未満
のときでも大きく変化しないため、本実施例では、バッ
テリ残量が少なくなったときにより精度良く測定するこ
とができる。

【００３３】また、移動体は高電流で長時間運転するこ
とは少なく、負荷が変化し、また、小刻みに停止するた
め、低電流となりやすいため、本実施形態によって、移
動体のバッテリの残量を良好に測定することができる。

【００３４】次に、第２の実施形態について図面を参照
して説明する。本実施形態では、移動体に電力を供給す
るバッテリ１１の放電の電流値を計測する電流計測部２
１と、バッテリの電圧を計測する電圧計測部２２と、こ
の電圧計測部２２で計測された電圧値と電流計測部２１
で計測された電流値とに基づいてバッテリの残存容量を
判定する残容量判定部２４とを備えている。

【００３５】しかも、残容量判定部が、移動体が停止す
るときに当該運転時における最終電圧を格納する停止時
電圧格納機能２４Ａと、移動体が再び動作するときに停
止時電圧格納機能によって格納された電圧値を読み出す
再動時読み出し機能２４Ｂとを備えた。

【００３６】一般に、バッテリー電圧は、図１０に示す
ように、バッテリの使用により低下し、使用停止した時
点から時間と共に徐々に回復し解放電圧に戻る。この傾
向は残存容量の少ない場合や劣化するに従い大きくな
る。

【００３７】残存容量系がランプ表示の場合には、運転
時と再運転時の電圧の変化により表示が変化するため、
容量に食い違いが発生する。具体的には、運転中の表示
がランプ１灯点灯であったが、電圧が回復したことによ
り再運転時にランプ２灯点灯になることがあり、使用後
まもなく１灯に戻って、容量が急に減ってしまった認識
を与える。

【００３８】本実施形態では、停止時に回復した電圧を
検出電圧として使わず、運転中における最終電圧を記憶
して、この値を再運転所器の容量判定に使うようにし
た。従って、運転前後の電圧変化にかかわらず安定した
表示を行うことができる。データのバックアップは、Ｅ
ＥＰＲＯＭを用いることにより解決できる。

【００３９】上述したように本実施形態によると、バッ
テリの残存容量表示の精度向上が期待できる。運転前後
の容量の誤判定が防止できる。補正回路を追加すること
なくソフトのみで対応できるため、コストの上昇を抑え
ることができる。

【００４０】

【発明の効果】本発明は以上のように構成され機能する
ので、これによると、請求項１に係る発明では、低電流
時電圧値抽出部が、電流計測部によって計測された電流
値が予め定められた範囲の、例えば放電率が０〜１Ｃの
低電流であるときに電圧値を抽出し、残容量判定部が、
低電流時電圧値抽出部によって抽出された低電流時の電
圧値に基づいてバッテリの残容量を判定するため、温度
変化の影響を受けずらい低電流値の電圧のみを用いてバ
ッテリ残量の測定を行うことができ、従って、温度補償
を行わずに高精度でバッテリ残量を電圧から判定するこ
とができ、このため、複雑な温度補償回路を必要としな
い簡易な構成で精度良くバッテリ残量を測定することが
できる従来にない優れたバッテリ残量検出装置を提供す
ることができる。

【００４１】さらに、請求項２に係る発明では、停止時
電圧格納機能が、移動体が停止するときに当該運転時に
おける最終電圧を所定の記憶部等に格納し、再動時読み
出し機能が、移動体が再び動作するときに停止時電圧格
納機能によって格納された電圧値を読み出すため、移動
体が一旦停止して電圧値が復帰した後、再び動作を開始
する時には、再動時読み出し機能によって読み出された
運転時における最終電圧の電圧値に基づいてバッテリ残
量を判定するため、停止時の一時的な電圧の復帰によっ
てバッテリ残量を誤測定することがなく、従って、バッ
テリ電圧から精度良くバッテリ残量を計測することがで
き、さらに、請求項１に係る発明と共に用いることで、
低電流時に誤計測が生ずる可能性を請求項２に係る発明
によって解決し、これにより、簡易な構成で精度良くバ
ッテリ残量を測定することができる従来にない優れたバ
ッテリ残存容量検出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図で
ある。

【図２】電動アシスト自転車の概略構成を示すブロック
図である。

【図３】図２に示すバッテリの０℃のときの放電特性の
一例を示す説明図である。

【図４】図２に示すバッテリの２０℃のときの放電特性
の一例を示す説明図である。

【図５】図２に示すバッテリの４０℃のときの放電特性
の一例を示す説明図である。

【図６】図２に示すバッテリの５Ａのときの放電特性の
一例を示す説明図である。

【図７】図２に示すバッテリの１５Ａのときの放電特性
の一例を示す説明図である。

【図８】図２に示すバッテリの２５Ａのときの放電特性
の一例を示す説明図である。

【図９】本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック
図である。

【図１０】移動体の停止時のバッテリ電圧の復帰を例示
する説明図である。

【図１１】従来のバッテリ残量表示の一例を示す説明図
である。

【図１２】従来のバッテリ電圧とモータ電流値との特性
の一例を示す説明図である。

【図１３】従来の表示器の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

２１ 電流計測部 ２２ 電圧計測部 ２３ 低電流時電圧抽出部 ２４ 残容量判定部 ２４Ａ 停止時電圧格納機能 ２４Ｂ 再動時読み出し機能 ２５ 記憶部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バッテリの放電の電流値を計測する電流
   計測部と、前記バッテリの電圧を計測する電圧計測部
   と、この電圧計測部で計測された電圧値と前記電流計測
   部で計測された電流値とに基づいて前記バッテリの残存
   容量を判定する残容量判定部とを備えたバッテリ残存容
   量検出装置において、 前記残容量判定部に、前記電流計測部によって計測され
   た電流値が予め定められた範囲の低電流であるときに当
   該低電流時の電圧値を抽出する低電流時電圧値抽出部を
   併設し、 前記残容量判定部が、前記低電流時電圧値抽出部によっ
   て抽出された低電流時の電圧値に基づいて前記バッテリ
   の残容量を判定する低電流時判定機能を備えたことを特
   徴とするバッテリ残存容量検出装置。
2. 【請求項２】 移動体に電力を供給するバッテリの放電
   の電流値を計測する電流計測部と、前記バッテリの電圧
   を計測する電圧計測部と、この電圧計測部で計測された
   電圧値と前記電流計測部で計測された電流値とに基づい
   て前記バッテリの残存容量を判定する残容量判定部とを
   備えたバッテリ残存容量検出装置において、 前記残容量判定部が、前記移動体が停止するときに当該
   運転時における最終電圧を格納する停止時電圧格納機能
   と、前記移動体が再び動作するときに前記停止時電圧格
   納機能によって格納された電圧値を読み出す再動時読み
   出し機能とを備えたことを特徴とするバッテリ残存容量
   検出装置。