JPH11109004A - バッテリ残存容量計及び複数バッテリの残存容量計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 変動要因の多いパラメータを用いることな
く、精度の高い計測が可能なバッテリ残存容量計を得る
こと。 【解決手段】 内部抵抗演算部４２に、入力回路部３２
を介してバッテリに接続された計測用抵抗の電圧Ｖが入
力されると、この電圧ＶとＲＯＭ３６から読み出された
計測用抵抗の値及びバッテリの起電圧とに基づいて内部
抵抗ｒが演算され、この演算結果は残存容量計算部４３
へ入力される。そして、残存容量計算部４３において
は、内部抵抗ｒとＲＯＭ３６から読み出された実負荷の
抵抗値とに基づいて残存容量が演算され、その結果は表
示器３８に表示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の車両等に搭
載されるバッテリの残存容量を計測するバッテリ残存容
量計に係り、特に、計測値の変動原因となるパラメータ
を用いることなく高精度の計測を可能としたバッテリ残
存容量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両等に搭載されるバッテリにとって、
適切な時期に充電やバッテリ液を交換すことは、早期の
劣化を抑圧し、バッテリを良好な状態で使用する上で重
要である。そこで、充電やバッテリ液の補充さらにバッ
テリ自体の交換を行うに際し適切な時期を判断するため
に、バッテリの残存容量を計測する装置が種々提案され
ている。例えば、バッテリの端子間電圧、放電電流及び
液温を測定し、この測定値からバッテリの内部抵抗を算
出し、この内部抵抗と放電電流との関係から残存容量を
推定し、さらにこの推定値を計測時の液温により補正し
て、絶対値としての残存容量値を計測結果として得られ
るようにしたものが提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記容量計において
は、内部抵抗を算出するため負荷に電流を流す前の電圧
と電流を流した後の電圧との電圧差を計測するようにし
ているが、計測直前のバッテリ端子間電圧ＶＨは充放電
の影響を強く受けるので、連続に負荷を使用しているよ
うな場合には、誤差の大きな計測結果となる虞が大き
く、このため信頼性が十分ではない。

【０００４】ところで、計測直前のバッテリ端子間電圧
ＶＨは、電解液濃度が平均化したときの活性電圧を示す
起電圧であり、安定するまでには通常１０００秒以上を
要する。また、内部抵抗から比重を算出し残存容量と対
応させる場合には、内部抵抗のバラツキが有ると、真の
比重値の算出が出来ないことになる。さらに、バッテリ
の液温は主に槽内の対流により平均化されるまでの長い
拡散時定数を持つため、液温の測温箇所、時間を十分に
考慮しなければ、正確な液温を得ることができず、液温
により比重を校正しようとする場合、信頼性のある校正
値が得られない虞がある。

【０００５】特に、充放電が繰り返され、温度が刻々変
化しているような状態、急速大電流放電のように部分的
に温度上昇が発生する場合等では誤差がさらに拡大する
虞がある。上記従来例においては、液温の測定において
このような点が考慮されておらず、十分に信頼性の高い
液温が測定されるとは言い難い。

【０００６】ここで、計測された内部抵抗をＲ、残存容
量０％時の内部抵抗をＲ０、１００％充電時の内部抵抗
をＲ１００とすると、残存容量は（Ｒ１００−Ｒ）／
（Ｒ１００−Ｒ０）×１００（％）と表示されるが、新
品バッテリ等の内部抵抗はバラツキが大きく、Ｒ１０
０、Ｒ０に差が発生するばかりか、放電末期のＲ０はさ
らにバラツキが大きいため残存容量の絶対値を計測しよ
うとするとバッテリ液温の計測の仕方、拡散時定数など
の補正係数の選択のしかた等により計測精度が変動する
という問題がある。

【０００７】本発明は、上記実情に鑑みなされたもので
あり、その目的は、計測精度が高く信頼性、安定性のあ
る計測が可能なバッテリ残存容量計、並びに簡易な構成
で複数のバッテリの残存容量を計測することのできる方
法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係るバッテリ残存容量計は、計測時にバ
ッテリの端子間に接続される計測用抵抗と、前記バッテ
リの端子間に対する前記計測用抵抗の接続状態を制御す
る接続制御手段と、前記バッテリにより電源供給される
実負荷が非動作時と判断された場合であって、前記接続
制御手段により前記バッテリに計測用抵抗が接続された
ときに、バッテリ端子間の電圧を計測する計測用抵抗電
圧計測手段と、前記バッテリのフル充電時における放電
電圧、前記計測用抵抗の抵抗値及び前記実負荷の抵抗値
を記憶する記憶手段と、前記計測用抵抗電圧計測手段に
よる計測結果と、前記記憶手段のデータとに基づいて前
記バッテリの残存容量を前記実負荷との関係における相
対値として演算する残存容量演算手段と、前記残存容量
演算手段の演算結果を表示する表示手段と、を具備して
いる。

【０００９】請求項２に係るバッテリ残存容量計は、特
に、残存容量演算手段が、前記計測用抵抗電圧計測手段
による計測結果と、記憶手段に記憶されたバッテリのフ
ル充電時における放電電圧及び計測用抵抗の抵抗値とか
ら、バッテリの内部抵抗の抵抗値を演算する内部抵抗演
算手段と、前記内部抵抗演算手段により算出された内部
抵抗の抵抗値と、記憶手段に記憶された実負荷の抵抗値
とから、実負荷の抵抗値に対する実負荷の抵抗値と内部
抵抗の抵抗値との差の割合を残存容量として算出する相
対容量演算手段と、を具備している。

【００１０】請求項３に係るバッテリ残存容量計は、計
測用抵抗と直列に配設される校正用抵抗と、前記校正用
抵抗の前記計測用抵抗に対する接続を制御する校正抵抗
接続制御手段と、前記校正用抵抗の抵抗値と、前記校正
用抵抗における電圧と、計測用抵抗電圧計測手段の計測
結果とに基づいて、計測用抵抗の抵抗値を校正する校正
手段とを具備している。

【００１１】請求項４に係るバッテリ残存容量計は、実
負荷である抵抗加熱型触媒ヒータが計測用抵抗を兼ねる
ようにしたものである。

【００１２】請求項５に係るバッテリ残存容量計は、バ
ッテリ液温度を検出する液温センサと、前記液温センサ
により検出されたバッテリ液温に基づいてバッテリの残
存容量を補正する残存容量補正手段と、を具備してい
る。

【００１３】請求項６に係るバッテリ残存容量計は、バ
ッテリの放電電流を検出する電流センサと、所定時間毎
に放電電流を積算する放電電流積算手段と、放電電流積
算手段にて積算された積算電流値が所定の値になる期
間、バッテリの内部抵抗を記憶する最小内部抵抗値記憶
手段と、前記最小内部抵抗値記憶手段に記憶されたデー
タから最小内部抵抗を算出する最小内部抵抗算出手段
と、前記最小内部抵抗算出手段により算出された最小内
部抵抗値からバッテリ寿命の予測値を演算する寿命演算
手段と、を具備している。

【００１４】請求項７に係るバッテリ残存容量計は、実
負荷であるセラミックヒータが計測用抵抗を兼ねると共
に、前記セラミックヒータの基板表面に回路部品を配設
して一体化して構成している。

【００１５】請求項８に係るバッテリ残存容量計は、計
測用抵抗を電気自動車の減速時の減速エネルギ回生用抵
抗としている。

【００１６】請求項９に係る複数バッテリの残存容量計
測方法は、バッテリが複数個直列に接続されているとき
には個々に残存容量を計測するとともに、各バッテリ端
子電圧を請求項１記載の一台のバッテリ残存容量計へ入
力するようにしたものである。

【００１７】

【作用】請求項１に係るバッテリ残存容量計によれば、
実負荷にバッテリからの電源供給が行われていない間に
接続制御手段により計測用抵抗がバッテリへ接続され、
このときのバッテリ端子の電圧が計測用抵抗電圧計測手
段により計測され、残存容量演算手段へ入力される。残
存容量演算手段においては、計測用抵抗電圧計測手段に
よる計測電圧と、予め記憶手段に記憶され、この記憶手
段から読み出されたバッテリのフル充電時における放電
電圧と、計測用抵抗の抵抗値及び実負荷の抵抗値とに基
づいて、実負荷の抵抗値に対するバッテリの内部抵抗の
大きさの割合がバッテリの残存容量として算出され、こ
の算出結果が、バッテリの残存容量を表す相対値として
表示手段により表示されることとなる。

【００１８】請求項２に係るバッテリ残存容量計によれ
ば、計測用抵抗電圧計測手段による計測結果と、記憶手
段に予め記憶され、この記憶手段から読み出されたバッ
テリのフル充電時における放電電圧及び計測用抵抗の抵
抗値とから、計測時におけるバッテリの内部抵抗の大き
さが内部抵抗演算手段により算出される。そして、この
算出結果と記憶手段から読み出された実負荷の抵抗値と
から、実負荷の抵抗値と内部抵抗の抵抗値との差が実負
荷の抵抗値に対して如何なる割合かが相対値としてのバ
ッテリの残存容量として算出されるようになっている。

【００１９】請求項３に係るバッテリ残存容量計によれ
ば、校正抵抗接続制御手段により校正用抵抗が計測用抵
抗と直列に接続され、計測用抵抗の両端の電圧の計測時
に校正用抵抗の電圧も計測され、校正手段において計測
用抵抗の電圧と校正用抵抗の電圧とを比較することで、
測定用抵抗の校正抵抗値からのずれが算出され、その大
きさに応じて測定用抵抗の抵抗値の校正がなされること
となる。

【００２０】請求項４に係るバッテリ残存容量計によれ
ば、実負荷としての抵抗加熱型触媒ヒータが、計測用抵
抗を兼ねるため、別個に計測用抵抗を設ける必要がなく
なり、構成を簡易にすることができることとなる。

【００２１】請求項５に係るバッテリ残存容量計によれ
ば、液温センサによりバッテリの液温が検出され、残存
容量補正手段において、バッテリ液温を用いて、残存容
量演算手段において求められた残存容量の補正が行われ
ることとなる。

【００２２】請求項６に係るバッテリ残存容量計によれ
ば、電流センサによりバッテリの放電電流が検出され、
この放電電流は放電電流積算手段に入力され所定時間毎
にこの放電電流の積算値が算出される。同時に最小内部
抵抗値記憶手段には放電電流積算手段により算出された
積算値が所定の値になるまでの間、バッテリの内部抵抗
値が所定のサンプリング間隔で記憶されてゆき、最小内
部抵抗算出手段において最小内部抵抗値記憶手段に記憶
されたデータに基づいて最小内部抵抗の抵抗値が算出さ
れ、さらに、この最小内部抵抗の抵抗値に基づいて寿命
演算手段によりバッテリ寿命が演算されることとなる。

【００２３】請求項７に係るバッテリ残存容量計によれ
ば、実負荷であるセラミックヒータが計測抵抗を兼ねて
おり、更にこのセラミックヒータの基板表面に回路が形
成されて実負荷と残存容量計とが一体化されるので、軽
量小型になるものである。

【００２４】請求項８に係るバッテリ残存容量計によれ
ば、電気自動車の減速エネルギ回生用抵抗を計測用抵抗
としているので、電気自動車が減速状態にある場合、減
速エネルギ回生用抵抗によりエネルギの回生が行われる
一方、この減速エネルギ回生用抵抗の両端の電圧を計測
することで、別個に計測用抵抗を設けたと同様となり、
構成の簡素化が図れることとなる。

【００２５】請求項９に係るバッテリ残存容量計によれ
ば、一台のバッテリ残存容量計により複数のバッテリの
残存容量を計測するに必要なデータを順に入力するよう
にし、複数のバッテリの残存容量を順に計測するように
したので、一台の残存容量計で複数のバッテリの残存容
量の計測が可能となる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明に係るバッテリ残存容量計の実
施例について、図１乃至図２９を参照しつつ説明する。

【００２７】先ず、本実施例におけるバッテリ残存容量
計を説明するに先立ち、バッテリの内部抵抗等と残存容
量との関係について説明する。図１には、バッテリ１に
外部抵抗Ｒを接続した状態における等価回路が示されて
いる。バッテリ１は、起電圧Ｅ00と抵抗値ｒを有する内
部抵抗３とが直列接続された状態として表すことができ
る。ここで、内部抵抗３は、過電圧換算抵抗、極板抵
抗、セパレータ抵抗、電解液抵抗に大別される。

【００２８】一方、一般にバッテリの残存容量は比重と
相関性を有し、寿命は構成要素の劣化と相関性があるこ
とが明らかにされている。例えば、１００％の残存容量
を示す比重が有っても、内部抵抗等の他の影響のために
１００％の残存容量を出力できるとは限らない。したが
って、実用的な残存容量表示を行うためには、バッテリ
液の比重に内部抵抗等の他の多くの要因を含めた換算値
として定量化されなければならない。例えば、バッテリ
に接続された負荷に後どれだけのエネルギーを供給でき
るかを表示するようにした残存容量計が実用的である。

【００２９】図２には、バッテリの定電流放電による放
電電圧特性とバッテリ液比重特性とが示されているが、
この図２からは、放電が深くなるに伴いバッテリの端子
電圧降下率が大きくなる傾向にあるということが言え
る。なお、図２において、放電電圧特性は実線により、
バッテリ液比重特性は点線により示されている。また、
同図において、特性線の近傍に０．２Ｃ、０．２８Ｃ等
と記載された数値の意味するところは、例えば、０．２
Ｃであれば、２０Ａｈの容量を有するバッテリが、その
有する容量の２０％で放電がなされるということを示す
ものである。

【００３０】上述のように放電が深くなると端子電圧降
下率が大きくなるのは、例えば、放電の進行に伴って極
板内の硫酸鉛等が増加したり、電解液の比重低下により
起電圧が低下し、さらには内部抵抗が増加するためであ
る。例えば、定電流ｉに対する放電電圧特性から、単位
時間△ｔでのバッテリ端子電圧変化を△ｅ、内部抵抗変
化を△γとすると、△ｅは△ｅ＝−△γ・ｉ・△ｔと表
すことができる。

【００３１】そして、バッテリを１００％充電すなわち
フル充電した状態からある時間に渡って放電した場合の
電圧は、単位時間△ｔにおける端子電圧変化△ｅの加算
和として表すことができるる。すなわち、Σ△ｅ・△ｔ
＝Σ−△γ・ｉ・△ｔとして算出することができる。と
ころで、バッテリの実用範囲において、内部抵抗変化△
γは、ほぼ一定と近似できる。

【００３２】したがって、残存容量１００％での内部抵
抗値をＲ１００とすれば、バッテリ端子電圧ＶはＶ＝Ｅ
０−（Ｒ１００＋△γ・ｔ）・ｉとして求めることがで
きる。ここで、Ｅ０はフル充電時のバッテリ端子電圧で
ある。さらに、Ｒ≧Ｒ１００＋△γ・ｔの線形近似でき
る範囲内であれば外部負荷機能を満足させ、バッテリか
ら１００％の電流の供給が可能となる。

【００３３】上述したバッテリ端子電圧Ｖを算出する式
において、線形近似部（Ｒ１００＋△γ・ｔ）のトータ
ル時間をＴとすると、バッテリ端子電圧はＶ＝Ｅ０−
（Ｒ１００＋△γ・Ｔ）・ｉとなり、上述した外部抵抗
値Ｒと線形近似部（Ｒ１００＋△γ・ｔ）との関係か
ら、放電特性は近似的にＶ＝Ｅ０−Ｒ・Ｔ・ｉと表すこ
とができる。一方、バッテリの起電圧はバッテリ液の比
重により変わり得るものであるが、図３にはバッテリの
起電圧と比重との関係が示されいる。この特性線は、液
温が２５℃における比重の変化に対する起電圧の変化を
表したものである。

【００３４】図１に示すように抵抗値Ｒが予め明らかな
外部抵抗４を接続する場合には、起電圧に相当する内部
抵抗が算出可能となる。すなわち、図１において、計測
されたバッテリ端子電圧をＶとすれば、バッテリ１の内
部抵抗ｒは、Ｖ＝Ｅ００−ｒ・ｉ及びｉ＝Ｖ／Ｒの関係
からｒ＝（Ｅ００−Ｖ）・Ｒ／Ｖと求められる。バッテ
リ１の起電力Ｅ００は、イオン濃度が槽内で均等である
ことの保証が必要になるが、実際の動作状態では計測直
前の放電電流の大きさに左右されており、過大な電流を
流す程、起電力は小さくなり測定が難しくなる。

【００３５】そこで、図４に示すようにバッテリ１の外
部にスイッチ１０を設け、固定抵抗１１と可変抵抗負荷
１２とをスイッチ１０の切替によって、バッテリ１へ選
択的に接続可能な回路構成として次述するような充放電
を行った場合のバッテリ端子電圧について考えてみる。
すなわち、放電電流ｉが時間と共に図５に示されたよう
な変化を示すように可変抵抗負荷１２の抵抗値を変化さ
せてバッテリ１の放電を行い、任意の時刻に短時間の間
スイッチ１０を切り替えることによって可変抵抗負荷１
２に代わって固定抵抗１１をバッテリ１に接続し、再び
可変抵抗負荷１２をバッテリ１に接続するようにした場
合において、固定抵抗１１に印加されたバッテリ端子電
圧特性は図６に示された如く、時間の経過と共に徐々に
低下することとなるが、顕著な変動を示すことはないと
いうことができる。

【００３６】ここで、固定抵抗１１に放電電流ｉを流し
た場合にバッテリ端子からみた固定抵抗１１の両端に生
ずる電圧ＶはＶ＝Ｅ００−ｒ・ｉとなり、内部抵抗はｒ
＝（Ｅ００−Ｖ）／ｉ＝（Ｅ００−Ｖ）・Ｒ／Ｖとなる
ことは、既に述べた通りである。一方、図６の電圧特性
はＶ＝Ｅ０−Ｒ・Ｔ・ｉと近似できることから、Ｒ・Ｔ
＝（Ｅ０−Ｖ）／ｉ＝（Ｅ０−Ｖ）・Ｒ／Ｖとなり、Ｒ
・Ｔは内部抵抗に等価と考えられるので、Ｒ・Ｔ＝ｒと
なる。

【００３７】残存容量が１００％のとき、所定の電流値
ｉを生ずる固定抵抗１１の値Ｒを選定し、Ｅ００を初期
放電電圧Ｅ０に置き換えると、任意の放電時間では内部
抵抗ｒはｒ＝（Ｅ０−Ｖ）・Ｒ／Ｖと書き換えて表すこ
とができる。例えば、モータ制御用電源を初めとして、
電源から効率良く負荷に電力を供給する場合には、電源
と負荷とのいわゆるインピーダンスマッチングを行うこ
とが基本となる。すなわち、負荷に最大電力を供給しよ
うとすれば、電源インピーダンスを負荷と同等以下にす
ることで、電源の損失を最小限にして負荷に最大電力を
供給できる。

【００３８】したがって、負荷の機能を最大限満足させ
るためには、電源の出力電圧特性と、負荷の入力電圧性
能の最適化が必須条件となる。例えば、外部負荷の入力
電圧特性をＶ＝ＥＥ０−ＲＲ・ｉとし、バッテリの出力
電圧特性をＶ＝Ｅ０−Ｒ・Ｔ・ｉとすると、ＲＲ≧Ｒ・
Ｔが負荷の機能を最大限満足させるため絶対条件とな
る。なお、ここで、ＲＲは実負荷抵抗である。一方、Ｒ
Ｒ＜ＲＴでは負荷の機能を満足しないことになるため、
ＲＲ＞ＲＴの時のバッテリの残存容量を０％以上とし、
ＲＲ＝ＲＴのときのバッテリの残存容量を０％とするこ
とができる。

【００３９】したがって、固定された負荷のインピーダ
ンスに対し、変化するバッテリ内部抵抗の比をバッテリ
の残存容量とすることにより、負荷の機能性を後どれだ
け補償できるかを示すバッテリ残存容量Ｑとして、Ｑ＝
（ＲＲ−ｒ）／（ＲＲ ｏｒＲＴ）・１００（％）とす
る表示が可能となる。負荷の内部抵抗が解らないときは
実用領域での最大負荷より所定の電流値を決定し、負荷
の内部抵抗を決定すればよい。そして、近似的に図６に
示すバッテリ放電特性より、１００％充電時の端子電圧
をＥ０、直線近似した最終電圧をＶとし、ＲＲ＝Ｒ・Ｔ
と近似できる電圧をＶ１とすれば、バッテリの残存容量
はＱ＝（Ｅ０−Ｖ）／（Ｅ０−Ｖ１）×１００（％）と
表示することもできる。

【００４０】以上説明したことは、外部負荷が純抵抗で
ある場合に言えることであるが、外部負荷がインダクタ
ンスやキャパシタンスを有する場合にはバッテリ端子電
圧と負荷電流との間に位相差が生じ、このため内部抵抗
の見かけ上の値が異なることとなり、上述したバッテリ
残存容量の算出式による値も当然ならが不正確なものと
なってしまう。また、同様なことは、負荷が変動した
り、バッテリと負荷との接続部分に接触不良が生じた場
合にも生ずる。

【００４１】そこで、このような不都合を解消すること
ができるようにしたバッテリ残存容量計の構成例が図７
に示されており、以下、同図を参照しつつその構成、動
作等について説明する。本実施例におけるバッテリ残存
容量計は、コントローラ２８と、バッテリ２１に接続さ
れた計測用負荷抵抗２６と、実負荷２５に流れる電流を
検出するための電流センサ２７と、液温センサ２３と、
残存容量を表示する表示器３８と、を主たる構成要素と
してなるものである。

【００４２】測定対象であるバッテリ２１は、負荷制御
スイッチ２４を介して実負荷２５に接続されると共に、
発電機２０にも接続されており、この発電機２０により
充電されつつ、実負荷２５に対して負荷電流を供給する
ようになっている。尚、バッテリ２１へ充電を行うもの
としては、発電機２０に限らず、他の充電機器であって
もよい。計測用負荷抵抗２６は、後述するコントローラ
２８に設けられたスイッチ回路部３０の計測負荷制御用
トランジスタ２９を介してバッテリ２１の正極及び負極
端子間に接続されるようになっている。

【００４３】特に、この計測用負荷抵抗２６は、配線抵
抗を減らすためバッテリ２１の正極及び負極端子間に極
力短い距離で配線されている。そして、この計測用負荷
抵抗２６は、実負荷２５が動作してないときに計測負荷
制御用トランジスタ２９の導通によりバッテリ２１に接
続され、バッテリ２１の端子間電圧を測定するために使
用されるようになっている（詳細は後述）。

【００４４】一方、本実施例の実負荷２５は、負荷制御
スイッチ２４を介してバッテリ２１から電源供給される
ようになっており、負荷制御スイッチ２４はいわゆる電
子スイッチでその動作制御はコントローラ２８のＣＰＵ
３３により行われるようになっている。なお、本実施例
においては、実負荷２５が動作していない間（負荷制御
スイッチ２４を介してバッテリ２１からの電源供給がな
されていない間）に、計測用負荷抵抗２６をバッテリ２
１に接続してその端子電圧を計測して残存容量を算出す
るものである（詳細は後述）。したがって、残存容量の
計測においては、実負荷２５にバッテリ２１から電源供
給がなされているか否かが解ればよく、コントローラ２
８により負荷制御スイッチ２４が如何なるタイミングで
動作制御されるのかは、本質的に無関係であるのでその
制御内容についての説明は省略することとする。

【００４５】コントローラ２８は、バッテリ２１への実
負荷２５及び計測用負荷抵抗２６の接続を制御しつつバ
ッテリ端子間電圧の計測を行い、表示器３８への残存容
量等の表示を制御するためのものである。本実施例にお
けるコントローラ２８は、マイクロコンピュータの中央
演算装置であるＣＰＵ３３を主体に構成されており、Ｃ
ＰＵ３３に信号入力する入力回路部３２と、ＣＰＵ３３
のドライバであるＰＷＭ（Pulse Width Modulator）３
１を介し駆動されるスイッチング回路部３０と、ＣＰＵ
３３及びＰＷＭ３１との間でデータの授受を行うＲＯＭ
（Read Only Memory）３６、ＲＡＭ（Random AccssMemo
ry）３４及びＥＥＲＡＭ（Electrically Erasable Rand
om Accss Memory）３５とを有してなるものである。

【００４６】計測用抵抗電圧計測手段としての入力回路
部３２にはバッテリ端子電圧値Ｖ、アクセサリスイッチ
電圧ＶA，実負荷２５のバイアス電圧ＶL、液温センサ２
３からの液温θ、電流検出センサ２７からの電流値Ｉが
アナログ信号入力として入力されるようになっている。
入力回路部３２は、これらアナログ入力信号をデジタル
信号に変換した後に、ＣＰＵ３３に出力するようになっ
ているものである。

【００４７】接続制御手段としてのスイッチング回路部
３０は、計測用負荷抵抗２６のバッテリ２１への接続を
断続するためのもので、本実施例においては、計測負荷
制御用トランジスタ２９を有して構成されている。この
計測用負荷制御用トランジスタ２９はエミッタ側がバッ
テリ２１の負極端子へ、コレクタ側が計測用負荷抵抗２
６の一端にそれぞれ接続されている。この計測用負荷制
御用トランジスタ２９は、ＣＰＵ３３により実負荷２５
にバイアス電圧ＶLが無いと判断されたとき、ＣＰＵ３
３から出力された制御信号に応じてＰＷＭ３１が出力す
る駆動信号により微小時間だけ導通状態とされ、この微
小時間経過後は非導通状態となるように駆動制御される
ものである。

【００４８】本実施例のＣＰＵ３３は、図８に示すよう
に等価的に内部抵抗演算手段としての内部抵抗値演算部
４２、想定容量演算手段としての残存容量計算部４３が
構成されているものである。また、記憶手段としてのＲ
ＯＭ３６には、残存容量の算出基準となる実負荷抵抗値
データが記憶されたメモリ領域３６ａ、計測用抵抗値デ
ータが記憶されたメモリ領域３６ｂ、残存容量１００％
での放電電圧値データが記憶されたメモリ領域３６ｃ
が、それぞれ形成されている。

【００４９】スイッチング回路部３０は、ＰＷＭ３１を
介してＣＰＵ３３により、１００乃至２００μsecの間
計測負荷制御用トランジスタ２９を導通状態とするよう
に動作制御されるようになっており、この結果、計測用
負荷抵抗２６は計測負荷制御用トランジスタ２９の導通
期間に渡ってバッテリ２１に接続されることとなる。図
９には、計測負荷制御用トランジスタ２９を介して計測
用負荷抵抗２６がバッテリ２１に接続された場合のバッ
テリ端子間電圧の変化が示されている。

【００５０】バッテリ端子間電圧は、計測負荷制御用ト
ランジスタ２９を介して計測用負荷抵抗２６が接続され
ると、浮遊インピーダンスの影響により徐々に低下して
ゆき、暫くした後に安定することとなる。そして、計測
負荷制御用トランジスタ２９が非導通状態となって計測
用負荷抵抗２６がバッテリ２１から切り放されると、バ
ッテリ端子電圧は再び徐々に上昇してゆき、計測用負荷
抵抗２６が接続される前と略同一の値に達することとな
る。尚、計測用負荷抵抗２６がバッテリ２１から切り放
されてバッテリ端子電圧が徐々に上昇している間は、バ
ッテリ２１の電解液の濃度が拡散されている時間でもあ
る。

【００５１】内部抵抗値演算部４２は、上述のようにし
てスイッチング回路部３０が動作して計測用負荷抵抗２
６がバッテリ２１に接続された場合において、バッテリ
端子間電圧Ｖを入力回路部３２を介して入力し、このバ
ッテリ端子間電圧ＶとＲＯＭ３６に格納されたデータを
用いて次述するようにしてバッテリ２１の内部抵抗ｒを
演算する。すなわち、内部抵抗値演算部４２は、上述の
バッテリ端子間電圧Ｖを入力すると共に、ＲＯＭ３６の
メモリ領域３６ｂに記憶されている計測用抵抗値Ｒのデ
ータと、ＲＯＭ３６のメモリ領域３６ｃに記憶されてい
る残存容量１００％での放電電圧値Ｅ０のデータを入力
し、ｒ＝（Ｅ０−Ｖ）・Ｒ／Ｖの式により内部抵抗ｒを
算出する。

【００５２】そして、上述のようにして内部抵抗値演算
部４２により算出された内部抵抗ｒは、残存容量計算部
４３に入力される。残存容量計算部４３においては、こ
の内部抵抗ｒと、ＲＯＭ３６のメモリ領域３６ａから読
み出された実負荷抵抗値ＲＲのデータとから、Ｑ＝（Ｒ
Ｒ−ｒ）／ＲＲх１００の式により残存容量Ｑを演算
し、これを表示器３８へ出力するようになっている。

【００５３】次に、上記構成におけるバッテリ残存容量
計の動作について、図１０に示されたフローチャートを
参照しつつ説明する。先ず、ＣＰＵ３３の指令により実
負荷２５のバイアス電圧ＶLが入力回路部３２を介して
入力され、その電圧ＶLが所定の値以下であれば、実負
荷２５が動作していない（電源供給がなされていない）
と判断されて、ＰＷＭ３１を介してスイッチング回路部
３０が例えば０．１ｍ秒程度の微小時間だけ動作状態と
される。そして、先に図９を参照しつつ説明したように
安定状態にあるバッテリ端子間電圧Ｖが入力回路部３２
を介して内部抵抗演算部４２へ入力されることとなる
（図１０のステップ１）。

【００５４】ここで、実負荷２５のバイアス電圧ＶLの
測定は、実負荷２５にバッテリ２１からの電源供給がな
されているか否かを判断するためのもので、本実施例に
おけるバイアス電圧ＶLは、負荷制御スイッチ２４を介
して実負荷２５に印加される電源電圧である。

【００５５】次に、ＲＯＭ３６内のメモリ領域３６ｂ，
３６ｃからＥ０、Ｒが参照され、内部抵抗ｒがｒ＝（Ｅ
０−Ｖ）・Ｒ／Ｖの式により算出される（図１０のステ
ップ２）。続いて、ＲＯＭ３６のメモリ領域３６ａに格
納された実負荷２５の抵抗値ＲＲが参照されて、残存容
量Ｑ＝（ＲＲ−ｒ）／ＲＲの式により残存容量Ｑが算出
される（図１０のステップ３）。そして、算出された残
存容量Ｑは、ＣＰＵ３３から表示器３８へ出力され、例
えば数値表示されることとなる（図１０のステップ
４）。

【００５６】結局、本実施例によれば、従来の残存容量
算出における計測前の変動要因を多く含むバッテリ端子
電圧を用いることなく、また、残存容量の基準をバッテ
リの内部抵抗が外部抵抗と等しくなった時を残存容量ゼ
ロ％と定義することにより、残存容量計算の誤差が低減
され、残存容量の精度が向上することとなるものであ
る。

【００５７】なお、上述の実施例において、実負荷２５
がバッテリ２１の内部抵抗に近い純抵抗値を有する例え
ば、抵抗加熱用触媒ヒータである場合は、計測用負荷抵
抗２６を用いずに、実負荷２５を計測用を兼ねるように
して、実負荷動作前にバッテリ残存容量を計測するよう
にしてもよい。

【００５８】上述の実施例においては、計測用負荷抵抗
２６を用いてバッテリ２１の内部抵抗ｒを算出するよう
にしたが、この計測用負荷抵抗２６は純抵抗であるが、
計測用負荷抵抗２６が温度特性を有しているために、そ
の抵抗値が安定性を欠くような場合、上述の計測におい
て精度の高い結果を得ることが難しくなる。そこで、計
測用負荷抵抗２６の抵抗値の精度が十分保たれない場合
であっても、上述したような計測手順での計測を可能と
した構成が図１１に示されている。

【００５９】なお、図７における構成要素と同一の構成
要素については、同一の符号を付することとし、その詳
細は説明は省略することとし、以下、異なる点を中心に
説明することとする。すなわち、図１１に示された構成
においては、抵抗値が明らかで且つ温度に対する抵抗変
化が極力小さい校正用抵抗６２と、この校正用抵抗６２
の接続を制御するためのスイッチングトランジスタ６１
が設けられている。

【００６０】校正用抵抗６２の一端は計測負荷制御用ト
ランジスタ２９と計測用負荷抵抗２６との接続点ａに接
続される一方、他端はスイッチングトランジスタ６１の
コレクタに接続されている。そして、スイッチングトラ
ンジスタ６１のエミッタは、バッテリ２１の負極端子へ
接続されるようになっている。スイッチングトランジス
タ６１は、スイッチング回路部３０に設けられるもの
で、先の計測負荷制御用トランジスタ２９同様にＰＷＭ
３１を介してＣＰＵ３３により、その動作が制御される
ようになっているものである。

【００６１】したがって、スイッチングトランジスタ６
１が導通状態となると、計測用負荷抵抗２６と校正用抵
抗６２とがスイッチングトランジスタ６１を介してバッ
テリ２１の正極及び負極端子間で直列接続状態となるよ
うになっている。入力回路部３２には、校正用抵抗６２
に生ずる電圧である校正電圧Ｖkと、計測用負荷抵抗２
６に印加された電圧である計測抵抗電圧ＶKKと、バイア
ス電圧ＶLとを入力するようになっている。ここで、計
測抵抗電圧ＶKKは、バッテリ２１の正極端子からの電圧
を入力するようにしてある。

【００６２】本実施例のＣＰＵ３３には、図８に示され
た内部抵抗演算部４２と残存容量計算部４３に加えて図
１２に示されるように校正抵抗を演算する校正演算部７
０と、計測用抵抗を演算する校正手段としての計測抵抗
補正部７１とが形成されている。尚、図１２において
は、図示を簡単にするため内部抵抗演算部４２及び残存
容量計算部４３を省略してある。また、ＲＯＭ３６に
は、計測用負荷抵抗２６の抵抗値Ｒが記憶されたメモリ
領域３６ｂと、校正用抵抗６２の抵抗値Ｒ０が記憶され
たメモリ領域３６ｄとが形成されている。

【００６３】そして、校正演算部７０は、ＲＯＭ３６の
メモリ領域３６ｄに格納された校正用抵抗値Ｒ０と、入
力回路部３２からの電圧Ｖｋ，Ｖｋｋを基にして、校正
抵抗ＲKをＲｋ＝Ｖｋｋ・Ｒ０／（Ｖｋ−Ｖｋｋ）の式
により算出する。さらに、ＲＯＭ３６のメモリ領域３６
ｂに格納された計測用抵抗値Ｒを読み出して校正割合を
Ｒｋ／Ｒ×１００（％）として算出する。

【００６４】計測抵抗補正部７１においては、上述のよ
うにして校正演算部７０で算出された校正割合が、±数
％以下である場合には、ＲＯＭ３６のメモリ領域３６ｂ
に格納された計測用抵抗値Ｒを内部抵抗演算部４２にお
ける内部抵抗ｒの演算に用いられる計測用抵抗値Ｒの値
とする一方、±数％より大きい場合には校正演算部７０
で算出された校正抵抗ＲKを内部抵抗演算部４２におけ
る内部抵抗ｒの演算に用いられる計測用抵抗値Ｒの値と
する。

【００６５】図１３には、上記構成における動作手順を
示すフローチャートが示されており、以下、同図を参照
しつつ本実施例におけるバッテリ残存容量計の動作につ
いて説明する。先ず、入力回路部３２を介して実負荷２
５のバイアス電圧ＶLがＣＰＵ３３に入力され、バイア
ス電圧ＶLが所定の電圧以下であるか否かが判断され
る。そして、バイアス電圧ＶLが所定電圧以下と判断さ
れると、ＣＰＵ３３からの制御信号に応じてＰＷＭ３１
を介してスイッチング回路部３０のスイッチングトラン
ジスタ６１の動作が制御されて、校正用抵抗６２を通し
て計測用負荷抵抗２６に所定の低電流が流される。

【００６６】そして、この状態において入力回路部３２
を介して、校正電圧Ｖk及び計測抵抗電圧ＶkkがＣＰＵ
３３に読み込まれることとなる（図１３のステップ１
０）。そして、校正演算部７０において、先に説明した
ように校正抵抗ＲｋがＲｋ＝Ｖｋｋ・Ｒ０／（Ｖｋ−Ｖ
ｋｋ）の式により算出される（図１３のステップ２
０）。また、この際、校正割合がＲｋ／Ｒ×１００
（％）として算出される。続いて、ステップ３０で計測
抵抗補正部７１において、校正割合（Ｒｋ／Ｒ×１００
（％））の値が±数％以下であるか否かが判断され、±
数％以下と判断された場合には図１０で説明したステッ
プ１へ進み、以下図１０に示された処理手順に従って残
存容量が算出、表示されることとなる。すなわち、この
場合には計測用負荷抵抗２６の値が校正用抵抗６２の値
と殆ど違いがなく、計測用負荷抵抗２６が十分信頼でき
る状態にあるとして、その抵抗値が図１０で説明したよ
うにして内部抵抗ｒの演算に用いられることとなる。

【００６７】一方、校正割合が±数％より大であると判
断された場合には、計測用負荷抵抗２６の値が本来の値
から変動しており、そのままでは内部抵抗ｒの演算に用
いることができない状態であるので、校正演算部７０で
算出された校正抵抗Ｒkが計測用負荷抵抗２６の抵抗値
ＲとしてＲＡＭ３４に記憶される（図１３のステップ４
０）。そして、この後は図１０に示されたステップ２へ
進み内部抵抗ｒの演算を始めとして以下、図１０で説明
したようにして残存容量が算出、表示されることとな
る。すなわち、この場合には内部抵抗ｒの演算におい
て、ＲＡＭ３４から計測用抵抗値Ｒが読み出されて内部
抵抗ｒの演算に用いられることとなる。

【００６８】ところで、一般にバッテリ液温が低い場合
には、バッテリから取り出せる電力は液温が高い場合に
比して小さくなる。また、バッテリの内部抵抗はバッテ
リ液温の影響を受け、温度が低い場合には大きくなり、
実際より残存容量が小さく検出されてしまう。このよう
な不都合を解決するには、負荷を使用することによるバ
ッテリ液温の上昇、環境温度の上昇による液温の上昇を
予測することにより、計測された内部抵抗を予測温度で
補正することにより、見かけ上の残存容量を補正し、真
に取り出せる残存容量を算出し、計測の信頼性を向上さ
せることが出来る。

【００６９】図１４には、上述のようなバッテリ液温の
変化による補正を行うようにした場合の構成例が示され
ている。すなわち、この実施例は、全体構成は図１１及
び図１２に示された構成を前提とし、液温センサ２３が
設けられ、さらにＣＰＵ３３に上昇温度予測演算部８０
と残存容量補正手段としての内部抵抗補正演算部８１と
が設けられているものである。上昇温度予測演算部８０
は、所定時間間隔におけるバッテリ液温θの温度差を演
算するものである。また、内部抵抗補正演算部８１は上
昇温度予測演算部８０の演算結果を用いて残存容量Ｑを
補正するものである。

【００７０】図１５には、上記構成における動作を説明
するフローチャートが示されており、以下、同図を参照
しつつこのバッテリ液温による補正動作について説明す
る。先ず、前提として図１０及び図１３で説明した処理
手順にしたがって、残存容量Ｑが算出されている状態で
あるとする。次に、入力回路部３２を介して液温センサ
２３からの液温θがＣＰＵ３３に入力され、さらにＲＡ
Ｍ３４に記憶される。すなわち、本実施例では、液温は
所定の時間間隔Ｔで２度計測されθ1、θ2としてＲＡＭ
３４に記憶される（図１５のステップ１００）。

【００７１】次に、上昇温度予測演算部８０において、
ＲＡＭ３４に記憶された上述のθ1、θ2が読み込まれ、
Δθ＝θ1−θ2が算出されることとなる（図１５のステ
ップ１１０）。続いて、内部抵抗補正演算部８１におい
ては、液温を考慮せずに既に算出された残存容量Ｑ、上
昇温度予測演算部８０により算出されたΔθと、予めＲ
ＯＭ３４に記憶されている温度星絵係数Ｋｓとから、温
度補正残存容量ＱcがＱc＝ Ｋs・Δθ・Ｑとして算出さ
れ、表示器３８に表示されることとなる（図１５のステ
ップ１２０）。

【００７２】この温度補正残存容量Ｑcは、将来予測さ
れる液温に対する残存容量を示すもので、より効率的な
バッテリの活用を可能とする。また、同時に液温を予測
することにより、バッテリの限界温度を事前に表示器を
使い、警告することも可能になるものである。

【００７３】ところで、先に示した図２及び図６の特性
線図から導出されるバッテリの放電特性Ｖ＝Ｅ０−Ｒ・
Ｔ・ｉにおいて、バッテリが１００％充電状態からの放
電による放電電圧Ｅ０は分極の影響が強く、非線形であ
り、その傾向はグリーンバッテリであるほど顕著であ
る。したがって、このような状態におけるＥ０を用いる
と、見かけの残存容量は大きくなる虞れがある。そこ
で、このような虞を回避するための方策として、Ｅ０の
設定は数サイクルの充放電を繰り返した後に、図６に破
線で示す近似直線と電圧軸の交点の電圧をＥ０とするこ
とにより、残存容量の精度が向上できる。また、残存容
量Ｑ＝（ＲＲ−ｒ／ＲＲｘ１００（％）の値が１００％
を越えるときは、１００％と表示するようにしてもよ
い。

【００７４】また、バッテリに接続される実負荷が電動
機のようにインピーダンスマッチングを前提としない、
高抵抗負荷の場合には、負荷毎にＲＯＭ３４内のパラメ
ータＥ０、ＲＲ等の再設定を必要とせず、より低い抵抗
値で代表させるようにしてもよい。

【００７５】次に、計測時に実負荷が作動していて計測
が出来ない場合の例について説明する。先ず、前提とし
て、全体構成は図７に示された構成であり、さらにＣＰ
Ｕ３３には図１６に示された電流積算部９０及び残存容
量補間演算部９１が付加された構成となっている。かか
る構成において、入力回路部３２を介して電流センサ２
７による電流Ｉｓ（ｔ）が入力され、電流積算部９０に
おいて単位時間あたりの電流が積算算出され、積算電流
ＡＴ（ｔ）＝ΣＩｓ（ｔ）・△ｔが求められる。

【００７６】残存容量補間演算部９１においては、上述
したＡＴ（ｔ）とＲＯＭ３６に予め記憶されている電流
容量ＡＨとから、△Ｑ＝（ＡＴ（ｔ）／ＡＨ）ｘ１００
（％）を算出する。ここで、電流容量ＡＨは、１００％
充電状態にあるバッテリ２１の内部抵抗ｒが所定値にな
るまでに放電可能な電流容量を示すものである。そし
て、図１０のステップ１乃至ステップ３の処理手順にし
たがって既に算出された前回の測定結果としての残存容
量Ｑから△Ｑを減算し、Ｑ＝Ｑ−△Ｑをそのときの残存
容量として表示器３８に表示するようになっている。

【００７７】次に、バッテリに接続される負荷が解放さ
れている時間が長いと、解放電圧はバッテリの比重に依
存した起電圧Ｅ００を示す。一方、このバッテリの起電
圧Ｅ００はバッテリ液の比重、液温と比例関係にあるこ
とから残存容量の絶対値を示すことが解っている。起電
圧が予め明らかであれば、ｒ＝（Ｅ００−Ｖ）・Ｒ／Ｖ
より内部抵抗は正確に測定可能になる。例えば、自動車
用バッテリのような場合には少なくともエンジン始動前
であれば、活性濃度が安定した時間が確保できるため正
確な起電圧が測定可能となる。そこで、このような場合
の計測に適する構成について以下に説明する。全体構成
は、図７に示された構成が前提である。そして、ＣＰＵ
３３には図１７に示されたように初期残存容量計測部１
００が付加されたものである。

【００７８】この実施例では、キースイッチ（図示せ
ず）にスイッチが差し込まれ、自動車のアクセサリスイ
ッチ３７が入った時点で起電圧Ｅ００を計測し、その後
バッテリ端子電圧Ｖを測定するようにして、正確な内部
抵抗計測を可能としたものである。このため、より精度
よい残存容量計が得られるだけでなく、始動時のスター
タ動作に伴う大電流放電による起電圧低下状態での残存
容量計測の誤動作をも防止できる。また、電気自動車の
ように外部電源で充電し、初期残存容量の値が不明の時
にはより有効になるものである。

【００７９】具体的動作は、次述する通りである。先
ず、入力回路部３２を介してアクセサリ電圧ＶAを初期
残存容量計算部１００へ入力する。そして、今回入力さ
れたＶAと、既に所定時間前の計測時に入力されてＲＡ
Ｍ３４に記憶されていた前回測定時におけるアクセサリ
電圧ＶAとを比較し、所定の値以上の差がある場合には
図示されないキースイッチが挿入され、アクセサリスイ
ッチ３７が入った（閉成状態となった）と判断して入力
回路部３２よりバッテリ端子電圧Ｖを入力して、Ｅ００
＝Ｖ（初期値）とする。

【００８０】そして、図１０で説明した処理手順にした
がって計測処理を行い、バッテリ端子電圧Ｖを求め、ｒ
＝（Ｅ００−Ｖ）・（Ｒ／Ｖ）の演算により、内部抵抗
ｒを求め、残存容量（ＲＲ−ｒ）／ＲＲｘ１００（％）
の演算を行い、残存容量を表示する。但し、処理は一回
だけとする。但し、今回入力されたアクセサリ電圧ＶA
と前回測定時のアクセサリ電圧ＶA との差が所定値以下
であれば、実行しない。

【００８１】図１８には、バッテリ寿命の表示を行うよ
うにした実施例が示されている。この実施例は、図１７
で説明した実施例を基にしてさらに図１８に示された要
素を付加した構成からなるものである。すなわち、ＣＰ
Ｕ３３には１００％充電判定演算部１１０が設けらる一
方、ＲＯＭ３６には図１９に示されたようなバッテリ液
温θと起電圧Ｅ００との関係を表した起電圧マップが記
憶されている。

【００８２】かかる構成において、入力回路部３２を介
してバッテリ液温θと、図１７で説明したようにして得
られた起電圧Ｅ００とが１００％充電判定演算部１１０
へ入力されると、１００％充電判定演算部１１０におい
ては、ＲＯＭ３６に記憶された起電圧マップを参照して
入力されたバッテリ液温θに対する起電圧ＥＲＯＭ００
が求められ、この起電圧マップから求められた起電圧Ｅ
ＲＯＭ００と入力された起電圧Ｅ００との比較が行われ
る。

【００８３】そして、少なくともＥ００≧ＥＲＯＭ００
であれば、バッテリ２１に１００％の残存容量があると
判断し、このときの残存容量Ｑを寿命係数ＫＪとし、Ｋ
Ｊが所定の値以上であれば、バッテリ２１が寿命と判断
し、表示器３８にその旨するようになっている。

【００８４】一般に、バッテリの寿命は深い充放電の繰
り返しサイクルによって決定されているが、実用的には
このような充放電を繰り返すことはなく、そのため正確
な寿命評価が難しい。通常のバッテリの寿命は蓄積され
た電力がどれだけの割合、実際にどれほどの放電電力が
取り出せるかにより寿命が決定される。例えば１００％
充電状態のバッテリが２０％しか取り出せなければ、寿
命は（２０／１００）ｘ１００（％）と表される。

【００８５】また、グリーンバッテリ状態での残存容量
に対するバッテリの内部抵抗の変化は、図２０に示すよ
うに、バッテリの劣化が進む程同じ残存容量であっても
内部抵抗は大きくなる傾向がある。

【００８６】図２２には、このような内部抵抗の変化を
考慮した実施例における構成が示されている。すなわ
ち、ＣＰＵ３３には放電電流積算手段としての内部抵抗
変化率演算部１２０と最小内部抵抗算出手段及び寿命演
算手段としての寿命演算部１２とが設けられている。
尚、図示されない他の部分は、図７及び図８に示された
構成を有することが前提である。

【００８７】かかる構成において、電流センサ２７によ
り検出されたバッテリ２１の放電電流ｉ（ｔ）が入力回
路部３２を介して内部抵抗変化率演算部１２０へ入力さ
れると、所定のサンプリング時間△ｔ毎に電流値Ｉが積
算され、残存容量が所定の値以上を示す範囲において、
集計積算電流Ｉ・Ｔ＝Σｉ（ｔ）・△ｔが求められる。

【００８８】一方、最小内部抵抗値記憶手段としてのＥ
ＥＲＡＭ３５には、この集計積算電流値が所定の値にな
るまでの間、最小内部抵抗値が各計測時ごとに記憶され
るようになっている。その結果、ＥＥＲＡＭ３５に記憶
されるデータは、図２１において実線で示されたような
ものとなる。そして、このＥＥＲＡＭ３５に記憶される
データを基に、データが減少から増大を示す切り替わり
点のデータ、すなわち図２１の変動のミニマム値（図２
１において点線で表示された部分）を寿命演算部１２１
において最小自乗法で演算し、得られた結果すなわちｒ
を用いて、Ｒｊ＝（１−（ＲＲ−ｒ））／ＲＲｘ１００
（％）を演算し、この演算結果を寿命として表示器３８
に表示するようになっている。尚、ＥＥＲＡＭ３５のデ
ータ数が少ない場合には、回数が所定の値以下では寿命
１００％と表示するようにする。

【００８９】ところで、バッテリの内部抵抗は数ｍオー
ムから数十オームと比較的小さく、残存容量の変化は更
に小さくなる。したがって、精度良く測定を行おうとす
ると計測用の抵抗Ｒの値を小さくしなければならない。
一方、大電流を制御するスイッチング回路部３０のトラ
ンジスタには、電流容量の大きなものが必要となるが、
このように大電流を扱う部品においては熱的な故障等が
考えられるため、通常のものよりより信頼性の高いもの
が必要となる。また、熱による安全性等の対策のための
コストアップ要因となる。

【００９０】このような問題解決の方策の一つとして、
計測用の抵抗Ｒを大きくする一方、変化の小さいバッテ
リ端子電圧をアナログ・ディジタル変換する変換器とし
て、１２ビット以上の高分解能Ａ／Ｄ変換器を用いるよ
うにするとことが考えられる。ところで、Ａ／Ｄ変換器
には積分型と逐次比較型が一般的である。積分型は、変
換速度が０．１ｍ秒以下と短い場合には活用できず、逐
次比較型はさらに短い変換時間でも対応が可能である
が、１２ビット以上の変換器では高コストになるため、
単電源で動作し、低価格なＭＡＳＨ方式によるＡ／Ｄ変
換器を使用するのがよい。

【００９１】一方、１２ビット以下の変換器を用いる場
合には、図２３に示されたような増幅回路を入力回路部
３２の前段に設置するようにするとよい。すなわち、図
２３に示された増幅回路は、演算増幅器１３０による差
動増幅回路と、演算増幅器１３１による差動増幅回路と
を有してなるものである。この増幅回路においては、初
段の演算増幅器１３０の反転入力端子にカットする基本
電圧分を予めバイアス電圧として印加しておき、非反転
入力端子にはバイアスされたバッテリ端子電圧を印加す
ることにより基本電圧分が減算され、出力には変化分だ
けが得られるようになっている。この初段の出力電圧を
次段の演算増幅器１３１を中心に構成された差動増幅回
路によりＮ倍に増幅し、得られた電圧をバッテリ端子電
圧Ｖとして入力回路部３２へ入力するようにすればよ
い。

【００９２】かかる構成において、予め計測用の抵抗Ｒ
を決定すれば図９に示されたように直流電圧が明らかと
なるから、変化分だけが増幅され、その増幅電圧が入力
回路部３２に入力することで、例えば、入力回路部３２
におけるＡ／Ｄ変換の分解能が１０ビットで、図２３に
示された回路の増幅率をＮ倍とすれば１０＋Ｎビットの
Ａ／Ｄ変換器に相当する分解能が得られることとなる。

【００９３】次に、複数のバッテリを使用する場合につ
いて説明する。例えば、電気自動車のように１２Ｖのバ
ッテリを直列接続により高い電圧を得る高電圧電源シス
テムにおいては、負荷に対するバッテリの供給性能は、
個々のバッテリ性能の累積値として定まる。一方、シス
テムのバッテリ電源としての信頼性は、個数分だけ低下
するため、個々のバッテリ信頼性を向上させる必要があ
るが、本来バッテリは特性バラツキが大きく、その信頼
性を管理することが難しい。

【００９４】そこで、上述したような残存容量計１４１
を、図２４に示すように個々のバッテリ１４０毎に設置
し、個々のバッテリ１４０から得られたデータをホスト
コンピュータ１４４で管理することにより、性能の低下
したバッテリの特定を行い、保全管理を確実にするとよ
い。

【００９５】図２４に示された計測システムではバッテ
リ台数分の残存容量計が必要となるため、図２５に示す
ように一台の残存容量計１４１を設け、計測用抵抗も一
箇所に設けて計測制御を一箇所で行い、各バッテリ端子
電圧を入力回路部３２へ入力することにより、各バッテ
リ毎の残存容量計測を一台の残存容量計１４１で行うよ
うにしてもよい。

【００９６】図２５に示された計測システムにおいて
は、高い電圧を入力回路部３２に入力すると、一番下位
の電圧検出レベルを基準として入力回路部３２のＡ／Ｄ
変換の分解能を設定すると、Ｍ段目の電圧はＭ倍にな
り、分解能をＭ倍にする必要があるが、これは現実には
不可能である。そこで、図２６に示すように各バッテリ
の正極端子からの電圧を、マイクロリレースイッチ１６
０により隣合うバッテリ毎に選択できるようにし、各端
子電圧の差動電圧を得、入力回路部３２に入力するよう
な構成とする。

【００９７】マイクロリレースイッチ１６０は、コント
ローラ２８のスイッチング回路部３０を介してＣＰＵ３
３の指令により直接動作させるようにする。そして、マ
イクロリレースイッチ１６０の動作と同時に残存容量検
出を行う。この構成では、同時にＭ個のバッテリの残存
容量計測を行うことはできないが、計測を繰り返すよう
にすればよい。

【００９８】また、内部抵抗計測用の抵抗Ｒの消費電力
は、この抵抗に通電する時間がミリ秒以下と短いため、
瞬時電力が大きくても、平均電力は比較的小さい。この
ため、電流値さえ確保できれば消費電力の小さい抵抗体
を用いることが可能である。

【００９９】このような用途に適する抵抗の例が図２７
に示されている。すなわち、セラミックヒータの原理に
従い、セラミックの表面にタングステン等の抵抗体で電
路を形成し、計測用抵抗Ｒとしたものである。本実施例
においては、タングステンからなる環状の抵抗体２００
を形成し、この抵抗体２００の表面にセラミックを蒸着
してセラミック放熱板２０１を形成してある。なお、一
個当たりの電流に制限があるときには、並列に接続し、
トータルの電流値を達成させることができる。また、セ
メント抵抗を用いるようにしてもよい。

【０１００】計測用の抵抗は平均消費電力が小さいこと
により発熱を数度に抑えることができる。また、上述の
ようにタングステン抵抗の表面にセラミック材により放
熱板を形成した構成とした場合、このセラミック材はハ
イブリットＩＣに用いられるものと基本的に同一である
ので、このセラミック放熱板を基板として用いるように
してもよい。図２８には計測用の抵抗のセラミック放熱
板を基板として流用した一例が示されている。

【０１０１】すなわち、内部にタングステン抵抗体が形
成されたセラミック基板３００上には、ＣＰＵ３０１、
スイッチング回路部等のインターフェース回路が設置さ
れている。このような構成とすることにより、コントロ
ーラの小型軽量化、計測のための配線等によるノイズの
心配がなく信頼性の高い計測ができ、コストの削減が可
能になる。なお、図２８においては、基板寸法の一例が
ｍｍ単位で示されている。

【０１０２】電気自動車ではブレーキング時に電動機に
よる電力回生を行い、回生電流を電源のバッテリに流
し、減速エネルギーを回収するようにしてある。バッテ
リが１００％充電状態にあるときや、受け入れ電流が大
き過ぎ、余剰電力が発生するときには、電源と並列に接
続した回生抵抗に吸収させる。残存容量計測のための計
測抵抗Ｒを回生抵抗と共用させることにより、計測回路
のコストの削減が可能になる。回生用抵抗が無いシステ
ムにおいては暖房用の電熱ヒータと共用させるようにし
てもよい。なお、本発明は上記実施例の構成に限定され
るものではなく、本発明の趣旨の範囲内で部材、配置等
種々の変形が可能である。

【０１０３】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明に係るバ
ッテリ残存容量計によれば、バッテリの内部抵抗値と実
負荷の抵抗値により表わした相対値としてのバッテリ残
存容量を算出し、これを表示するような構成とすること
により、変動要因の多いパラメータを用いることなく、
精度の高い安定したバッテリ残存容量の計測を行うこと
ができる。また、本発明に係るバッテリ残存容量の計測
法によれば、複数のバッテリ残存容量計を用いることな
く簡易な構成で複数のバッテリの残存容量を知ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】バッテリに外部抵抗を接続した状態における等
価回路図である。

【図２】バッテリの放電時間と端子電圧との関係及びバ
ッテリの放電時間と電解液の比重との関係を示す特性線
図である。

【図３】バッテリ液の比重と起電力との関係と示す特性
線図である。

【図４】本発明に係るバッテリ残存容量計の基本概念を
説明するための等価回路図である。

【図５】図４における外部抵抗と可変抵抗負荷との切替
タイミングを示すタイミング図である。

【図６】図４に示された回路構成におけるバッテリの端
子電圧の変化を表す特性線図である。

【図７】本発明に係るバッテリ残存容量計の一実施例を
示す構成図である。

【図８】図７におけるバッテリ残存容量計に用いられる
ＣＰＵの一構成例を示す構成図である。

【図９】図７に示された構成において、計測用負荷抵抗
が接続された状態におけるバッテリ端子電圧の変化を示
す特性線図である。

【図１０】図７に示された構成における動作を説明する
ためのフローチャートである。

【図１１】本発明に係るバッテリ残存容量計の他の実施
例を示す構成図である。

【図１２】図１１に示された構成におけるＣＰＵの構成
例を示す構成図である。

【図１３】図１１に示された構成における動作を説明す
るためのフローチャートである。

【図１４】ＣＰＵの他の構成例を示す構成図である。

【図１５】図１４に示された構成のＣＰＵによる動作を
説明するためのフローチャートである。

【図１６】ＣＰＵの他の構成例を示す構成図である。

【図１７】図１６に示された構成のＣＰＵによる動作を
説明するためのフローチャートである。

【図１８】ＣＰＵの他の構成例を示す構成図である。

【図１９】バッテリ液温と起電圧との関係を示す特性線
図である。

【図２０】残存容量と内部抵抗との関係をバッテリの劣
化程度をパラメータとし表した特性線図である。

【図２１】図１８に示された構成においてＲＡＭに記憶
されるデータの一例を示す特性線図である。

【図２２】ＣＰＵの他の構成例を示す構成図である。

【図２３】入力回路部の前段に設ける増幅回路の一例を
示す回路図である。

【図２４】複数のバッテリの管理を効率よく行うために
好適な構成例を示す構成図である。

【図２５】複数のバッテリを一台のバッテリ残存容量計
で計測するための構成例を示す構成図である。

【図２６】入力回路部のアナログ・ディジタル変換の分
解能を高くすることなく複数のバッテリの計測を可能と
するための構成例を示す構成図である。

【図２７】計測用抵抗の一例を示す説明図である。

【図２８】本発明に係るバッテリ残存容量計の基板配置
の一例を示す平面図である。

【符号の説明】

２１…バッテリ ２３…液温センサ ２４…負荷制御スイッチ ２５…実負荷 ２６…計測用負荷抵抗 ２７…電流センサ ２８…コントローラ ３０…スイッチング回路部 ３１…ＰＷＭ ３３…ＣＰＵ ３４…ＲＡＭ ３５…ＥＥＲＡＭ ３６…ＲＯＭ ３７…アクセサリスイッチ ３８…表示器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｍ 10/48 Ｈ０１Ｍ 10/48 Ｐ Ｈ０２Ｊ 7/00 Ｈ０２Ｊ 7/00 Ｘ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 計測時にバッテリの端子間に接続される
   計測用抵抗と、 前記バッテリの端子間に対する前記計測用抵抗の接続状
   態を制御する接続制御手段と、 前記バッテリにより電源供給される実負荷が非動作時と
   判断された場合であって、前記接続制御手段により前記
   バッテリに計測用抵抗が接続されたときに、バッテリ端
   子間の電圧を計測する計測用抵抗電圧計測手段と、 前記バッテリのフル充電時における放電電圧、前記計測
   用抵抗の抵抗値及び前記実負荷の抵抗値を記憶する記憶
   手段と、 前記計測用抵抗電圧計測手段による計測結果と、前記記
   憶手段のデータとに基づいて前記バッテリの残存容量を
   前記実負荷との関係における相対値として演算する残存
   容量演算手段と、 前記残存容量演算手段の演算結果を表示する表示手段
   と、 を備えたことを特徴とするバッテリ残存容量計。
2. 【請求項２】 残存容量演算手段は、前記計測用抵抗電
   圧計測手段による計測結果と、記憶手段に記憶されたバ
   ッテリのフル充電時における放電電圧及び計測用抵抗の
   抵抗値とから、バッテリの内部抵抗の抵抗値を演算する
   内部抵抗演算手段と、 前記内部抵抗演算手段により算出された内部抵抗の抵抗
   値と、記憶手段に記憶された実負荷の抵抗値とから、実
   負荷の抵抗値に対する実負荷の抵抗値と内部抵抗の抵抗
   値との差の割合を残存容量として算出する相対容量演算
   手段と、 を備えたことを特徴とする請求項２記載のバッテリ残存
   容量計。
3. 【請求項３】 計測用抵抗と直列に配設される校正用抵
   抗と、 前記校正用抵抗の前記計測用抵抗に対する接続を制御す
   る校正抵抗接続制御手段と、 前記校正用抵抗の抵抗値と、前記校正用抵抗における電
   圧と、計測用抵抗電圧計測手段の計測結果とに基づい
   て、計測用抵抗の抵抗値を校正する校正手段と、 を備えたことを特徴とする請求項１記載のバッテリ残存
   容量計。
4. 【請求項４】 実負荷である抵抗過熱型触媒ヒータが計
   測用抵抗を兼ね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。
5. 【請求項５】 バッテリ液温度を検出する液温センサ
   と、 前記液温センサにより検出されたバッテリ液温に基づい
   てバッテリの残存容量を補正する残存容量補正手段と、 を備えたことを特徴とする請求項１記載のバッテリ残存
   容量計。
6. 【請求項６】 バッテリの放電電流を検出する電流セン
   サと、 所定時間毎に放電電流を積算する放電電流積算手段と、 放電電流積算手段にて積算された積算電流値が所定の値
   になる期間、バッテリの内部抵抗を記憶する最小内部抵
   抗値記憶手段と、 前記最小内部抵抗値記憶手段に記憶されたデータから最
   小内部抵抗を算出する最小内部抵抗算出手段と、 前記最小内部抵抗算出手段により算出された最小内部抵
   抗値からバッテリの寿命を予測値を演算する寿命演算手
   段と、 を備えたことを特徴とする請求項１記載のバッテリ残存
   容量計。
7. 【請求項７】 実負荷であるセラミックヒータが計測用
   抵抗を兼ねると共に、 前記セラミックヒータの基板表面に回路部品を配設して
   一体化してなること、 を特徴とする請求項１記載のバッテリ残存容量計。
8. 【請求項８】 計測用抵抗が電気自動車の減速時の減速
   エネルギ回生用抵抗であ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。
9. 【請求項９】 バッテリが複数個直列に接続されている
   ときには個々に残存容量を計測するとともに、 各バッテリ端子電圧を請求項１記載の一台のバッテリ残
   存容量計へ入力するようにしたことを特徴とする複数バ
   ッテリの残存容量計測方法。