JPH11223665A - 電池の残存容量演算装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 常に正確な電池の残存容量を出力する。 【解決手段】 充放電電流検出値を積分して電池の残存
容量を演算するとともに、電池の開放端子電圧に基づい
て電池の残存容量を推定し、残存容量演算値と残存容量
推定値の差の変化率に基づいて残存容量演算値の演算方
法を補正する。これにより、常に正確な電池の残存容量
を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電池の残存容量を演
算する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術とその問題点】放電時の電池の電流Ｉと電
圧Ｖをサンプリングして電池のＶ−Ｉ特性を直線回帰に
より求め、回帰直線のＶ軸（電圧軸）切片から電池の開
放電圧Ｅｏを推定して残存容量を演算する装置が知られ
ている（例えば、特開平９−２１５１１１号公報参
照）。この種の装置では、正確な電池のＶ−Ｉ特性を得
るために、放電時の電流Ｉと電圧Ｖのサンプリング数を
十分に多くする必要がある。

【０００３】しかし、サンプリング数を多くすると残存
容量の演算時間がかかり、残存容量の更新周期が長くな
るため、次の更新までの間は正確な残存容量を出力する
ことができないという問題がある。

【０００４】本発明の目的は、常に正確な電池の残存容
量を出力する電池の残存容量演算装置を提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】（１） 請求項１の発明
は、電池の端子電圧を検出する電圧検出手段と、電池の
充放電電流を検出する電流検出手段と、充放電電流検出
値を積分して電池の残存容量を演算する残存容量演算手
段と、電池の開放端子電圧に基づいて電池の残存容量を
推定する残存容量推定手段と、残存容量演算値と残存容
量推定値の差の変化率に基づいて残存容量演算値の演算
方法を補正する残存容量更新手段とを備える。 （２） 請求項２の電池の残存容量演算装置は、残存容
量更新手段によって、残存容量の推定時点において残存
容量推定値で残存容量演算値を更新するようにしたもの
である。 （３） 請求項３の電池の残存容量演算装置は、残存容
量更新手段によって、残存容量演算値と残存容量推定値
の差が所定値より大きくなった場合に残存容量推定値で
残存容量演算値を更新するようにしたものである。 （４） 請求項４の電池の残存容量演算装置は、前記所
定値を、残存容量演算の演算方法の補正時間間隔に応じ
て可変としたものである。 （５） 請求項５の電池の残存容量演算装置は、残存容
量演算手段によって、所定時間ごとに演算を行い、前回
の残存容量演算値に充放電電流検出値と所定時間との積
を加算して残存容量を演算するようにしたものである。 （６） 請求項６の電池の残存容量演算装置は、電池の
開放端子電圧を、放電電流増加時にサンプリングされた
電圧と電流の複数のデータに基づいて電池の電圧−電流
特性を直線回帰し、その回帰直線の電圧軸切片から推定
した電圧としたものである。 （７） 請求項７の電池の残存容量演算装置は、電池の
開放端子電圧を、電池の端子開放状態において電圧検出
手段により検出した電圧としたものである。

【０００６】

【発明の効果】（１） 請求項１の発明によれば、充放
電電流検出値を積分して電池の残存容量を演算するとと
もに、電池の開放端子電圧に基づいて電池の残存容量を
推定し、残存容量演算値と残存容量推定値の差の変化率
に基づいて残存容量演算値の演算方法を補正するように
した。充放電電流の積分により残存容量を求める方法に
よれば、常に残存容量を更新することができる。また、
離散制御系においても、サンプリング時間間隔を短くす
れば必要に応じた短い周期で残存容量を更新することが
できる。しかし、充放電電流を検出する電流検出手段の
オフセットなどの測定誤差が累積され、時間の経過とと
もに演算精度が悪くなる。一方、電池の開放電圧から残
存容量を推定する方法によれば、推定結果に電流検出手
段のオフセット誤差が含まれないので、ほぼ実際の残存
容量を正確に知ることができる。ところが、高い推定精
度を維持するためには、電池の電圧と電流のサンプリン
グデータの数を多くして質を良くしなければならず、更
新周期が長くなる。したがって、次に更新されるまでの
間は実際の電池の残存容量が変化しているにも拘わら
ず、残存容量が更新されないことになる。請求項１の発
明によれば、上記２つの方法の欠点が互いに補完され、
常に正確な電池の残存容量を得ることができる。 （２） 請求項２の発明によれば、残存容量の推定時点
において残存容量推定値で残存容量演算値を更新するよ
うにしたので、残存容量の推定時点ごとに残存容量演算
値に含まれる測定誤差の累積分がリセットされ、正確な
残存容量が得られる。 （３） 請求項３および請求項４の発明によれば、残存
容量演算値と残存容量推定値の差が所定値より大きくな
った場合に残存容量推定値で残存容量演算値を更新する
ようにした。残存容量の推定時点ごとに行うと、残存容
量演算値と残存容量推定値の差が小さく、残存容量演算
値の更新が不要な場合でも更新処理が行われ、演算装置
の負担が大きくなる。そこで、残存容量演算値と残存容
量推定値の差が所定値より大きくなった場合にのみ残存
容量演算値の更新を行うことによって、常に正確な残存
容量を得ながら、演算装置の負担を軽減することができ
る。 （４） 請求項５の発明によれば、所定時間ごとに演算
を行い、前回の残存容量演算値に充放電電流検出値と所
定時間との積を加算して残存容量を演算するようにした
ので、離散制御系において、必要に応じた演算時間間隔
を設定することにより、残存容量の更新周期を任意の周
期にすることができる。 （５） 請求項６の発明によれば、電池の開放端子電圧
を、放電電流増加時にサンプリングされた電圧と電流の
複数のデータに基づいて電池の電圧−電流特性を直線回
帰し、その回帰直線の電圧軸切片から推定するようにし
たので、長い時間電池が開放状態にならない装置でも正
確な電池の開放電圧を得ることができ、その開放電圧に
より正確な電池の残存容量を得ることができる。 （６） 請求項７の発明によれば、電池の開放端子電圧
を、電池の端子開放状態において電圧検出手段により検
出した電圧としたので、電圧と電流のサンプリングデー
タに基づく回帰演算よらず、正確な電池の開放電圧を検
出することができ、それにより正確な電池の残存容量を
得ることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明を、低負荷時にはシリーズ
・ハイブリッド車両ＳＨＥＶとして走行し、高負荷時に
は内燃機関で走行するシリーズ・パラレルハイブリッド
車両ＳＰＨＶに応用した一実施の形態を説明する。な
お、本発明はシリーズ・パラレルハイブリッド車両ＳＰ
ＨＶに限定されず、電池の充電電力を利用するすべての
装置に適用することができる。

【０００８】図１に一実施の形態の構成を示す。なお、
図中の太い実線は機械力の伝達経路を示し、太い破線は
電力の伝達経路を示し、細い実線は制御線を示す。この
車両のパワートレインは、モーター１、エンジン２、ク
ラッチ３、モーター４、変速機５，動力伝達機構６から
構成される。モーター１の出力軸、エンジン２の出力軸
およびクラッチ３の入力軸は互いに連結されており、ま
た、クラッチ３の出力軸、モーター４の出力軸および変
速機５の入力軸は互いに連結されている。クラッチ３の
投入時はモーター１、エンジン２およびモーター４が車
両の推進源となり、クラッチ３の解放時はモーター４の
みが車両の推進源となる。

【０００９】モーター１および４には交流誘導電動機、
交流同期電動機あるいは直流電動機などを用いることが
できる。また、エンジン２にはガソリン・エンジンやデ
ィーゼル・エンジンなどを用いることができる。クラッ
チ３はパウダークラッチであり、伝達トルクを調節する
ことができる。なお、クラッチ３に乾式単板クラッチや
湿式多板クラッチなどを用いることもできる。変速機４
はベルト式変速機ＣＶＴであり、変速比を無段階に調節
することができる。なお、変速機４にギア式変速機を用
いることもできる。

【００１０】モーター１、エンジン２、クラッチ３、モ
ーター４および変速機５はそれぞれ、制御装置８〜１２
により駆動制御される。モーター１、４に交流電動機を
用いる場合にはモーター制御装置８、１１にインバータ
ーを用い、モーター１、４の回生交流電力を直流電力に
変換して高圧バッテリー１４を充電するとともに、高圧
バッテリー１４の直流電力を交流電力に変換してモータ
ー１、４へ供給する。モーター１、４に直流電動機を用
いる場合にはモーター制御装置８、１１にＤＣ／ＤＣコ
ンバーターを用い、モーター１、４の回生直流電力を所
定の電圧に調節して高圧バッテリー１４を充電するとと
もに、高圧バッテリー１４の直流電力を所定の電圧に調
節してモーター１、４へ供給する。いずれの場合も、モ
ーター制御装置８、１１はモーター１、４の回転速度、
出力トルクを制御することができる。

【００１１】エンジン制御装置９は各種アクチュエータ
や機器を備え、エンジン２の燃料噴射制御、点火制御、
燃焼気筒数制御などを行う。クラッチ制御装置３はパウ
ダークラッチ３の励磁電流を変えて伝達トルクを制御す
る。また、変速機制御装置１２は変速機５の変速比を制
御する。

【００１２】車両コントローラー１３はマイクロコンピ
ューターとその周辺部品から構成され、制御装置８〜１
２を制御して車両自体の動作、機能を制御する。車両コ
ントローラー１３には、図２に示すように、アクセルペ
ダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサー１
５、車両の走行速度を検出するための車速センサー１
６、エンジン２の回転速度を検出するための回転センサ
ー１７、エンジン２の冷却水温度を検出する温度センサ
ー１８、エンジン２のスロットルバルブ開度を検出する
スロットル開度センサー１９、ＥＧＲバルブ開度を検出
するＥＧＲ開度センサー２０が接続される。

【００１３】車両コントローラー１３にはまた、高圧バ
ッテリー１４の充放電電流Ｉを検出するための電流セン
サー２１と、高圧バッテリー１４の端子電圧Ｖを検出す
るための電圧センサー２２が接続される。なお、電流セ
ンサー２１による電流検出値Ｉは放電電流を正とし、充
電電流を負とする。

【００１４】図３は、この実施の形態による残存容量Ｃ
の更新例を示すタイムチャートである。この実施の形態
では、２つの異なる方法によりそれぞれ残存容量Ｃ１、
Ｃ２を演算し、演算ごとに残存容量出力値Ｃを更新す
る。第１の方法は、所定の時間間隔Ｔ１で充放電電流Ｉ
をサンプリングして電流時間積（Ｉ＊Ｔ１）を求め、こ
れを前回の残存容量演算値に加算して残存容量Ｃ１を演
算する。この実施の形態では、第１の方法による残存容
量の更新周期を１０ｍｓとし、図に実線で示すように１
０ｍｓごとに残存容量Ｃ１を演算して残存容量Ｃを更新
する。なお、電流Ｉのサンプリング間隔と異なる時間間
隔で残存容量Ｃ１を演算するようにしてもよい。

【００１５】この第１の方法により残存容量を更新する
と、短いサンプリング時間間隔で常に残存容量を更新す
ることができる。ところが、充放電電流を検出する電流
センサーにはオフセットがあり、このオフセットなどの
測定誤差が演算ごとに累積される。

【００１６】シリーズ・ハイブリッド車両ＳＨＥＶやシ
リーズ・パラレルハイブリッド車両ＳＰＨＶでは、特別
な場合を除いてバッテリーの充電を行わずに走行し続け
るので、外部の充電器による満充電時に残存容量をリセ
ットする機会がない。このような満充電リセットができ
ないバッテリーの残存容量を第１の方法により演算する
と、上述した測定誤差が累積されることになり、正確な
残存容量を出力することができない。そこで、この実施
の形態では、第２の方法によって累積誤差をリセット
し、満充電リセットと同様な効果を得る。

【００１７】第２の方法は、電池の電圧Ｖと電流Ｉの複
数のサンプリングデータに基づいて電池のＶ−Ｉ特性を
直線回帰し、回帰直線のＶ軸切片から電池の開放電圧Ｅ
ｏを推定し、さらにその開放電圧推定値Ｅｏから残存容
量Ｃ２を推定する。この第２の方法では、電池のＶ−Ｉ
特性を、電圧Ｖと電流Ｉのサンプリングデータから直線
回帰により求めるので、サンプリングデータの数と質に
よりＶ−Ｉ特性の正確さ、すなわち開放電圧Ｅｏの推定
精度が決まる。

【００１８】そこで、この実施の形態では、例えば特開
平９−２１５１１１号公報に開示されているような方法
により電圧Ｖと電流Ｉをサンプリングする。すなわち、
電池は反応形態が異なると同一の電流でも電圧が異なる
ことがあり、また、放電電流の減少時には電流の変化に
対して電圧の変化が遅れるため、放電電流増加時の複数
の時点において電圧Ｖと電流Ｉをサンプリングする。サ
ンプリングデータは、放電電流Ｉの範囲を複数の領域に
分割して整理し、各領域ごとに所定個数の最新のデータ
を収集する。なお、電池の電圧Ｖと電流Ｉのサンプリン
グ方法は上述した方法に限定されない。

【００１９】すべての電流領域において所定個数のデー
タが収集されたら、それらのデータに基づいて電池のＶ
−Ｉ特性を直線回帰し、回帰直線のＶ軸（電圧軸）切片
から電池の開放電圧Ｅｏを推定する。そして、電池の開
放電圧に対する残存容量のマップから、開放電圧Ｅｏに
対応する残存容量を表引き演算して残存容量Ｃ２を求め
る。なお、電池の開放電圧に対する残存容量のマップは
予め測定してメモリに記憶しておく。

【００２０】この第２の方法では、すべての電流領域に
所定個数のデータが収集されてから残存容量Ｃ２の演算
を行うので、この残存容量Ｃ２の演算周期は一定になら
ず、通常１〜２分以上になる。もちろん、サンプリング
データの数を増して質を良くするほど、演算時間間隔が
長くなる。

【００２１】第２の方法の残存容量Ｃ２のみにより残存
容量Ｃを更新すると、その更新周期が長いので、図３に
破線で示すように、次に更新されるまでの間は実際には
残存容量が変化しているにも拘わらず、残存容量出力値
Ｃが変化しない。しかし、この第２の方法により演算し
た残存容量Ｃ２には、上述した電流センサーのオフセッ
トなどによる計測誤差の累積がないので、実際の残存容
量に近い値を示す。特に、リチウム・イオン電池では、
Ｖ−Ｉ特性の直線性がよく、開放電圧に対して残存容量
が一義に決まるので、第２の方法により正確な残存容量
を求めることができる。

【００２２】図３に示すように、第２の方法により残存
容量Ｃ２が演算された時点（ｔ１１、ｔ２０）におい
て、残存容量Ｃ１と残存容量Ｃ２との差ΔＥはほぼ第１
の演算方法による測定計測誤差の累積分であり、この時
点で第２の方法で求められた残存容量Ｃ２で残存容量出
力値Ｃを更新し、測定誤差の累積分をリセットする。ま
た、同時に、残存容量Ｃ１に残存容量Ｃ２を設定し、第
１の方法で用いる残存容量初期値を更新する。

【００２３】図４は第１の方法による残存容量の更新処
理を示すフローチャートであり、図５は第２の方法によ
る残存容量の更新処理を示すフローチャートである。こ
れらのフローチャートにより、一実施の形態の動作を説
明する。車両コントローラー１３は所定の時間間隔Ｔ
１、ここでは１０ｍｓごとにこれらの処理の実行を開始
する。まず、図４のステップ１において、電流Ｉを検出
する。続くステップ２で、更新時間間隔Ｔ１の間の容量
増減分ΔＣを次式により演算する。

【数１】ΔＣ＝Ｉ＊Ｔ１

【００２４】ステップ３で、更新時間間隔Ｔ１の間の、
第１と第２の方法の残存容量差の増減分Δｅを次式によ
り演算する。

【数２】Δｅ＝Δe/t＊Ｔ１ ここで、Δe/tは第１と第２の方法の残存容量差の、単
位時間当たりの変化率であり、その詳細については後述
する。さらに、ステップ４で次式により残存容量Ｃ１を
更新する。

【数３】Ｃ１＝Ｃ１＋ΔＣ＋Δｅ 数式３において、右辺のＣ１は前回の演算時の残存容
量、または、後述する第２の方法により更新された残存
容量である。ステップ５において、演算結果の残存容量
Ｃ１を現時点の残存容量Ｃとして出力する。

【００２５】図５のステップ１１において、上述したサ
ンプリング方法により測定された電圧Ｖと電流Ｉのサン
プリングデータが、各電流領域に所定個数ずつ収集され
ているかどうかを確認し、収集されていればステップ２
へ進み、収集が完了していなければ処理を終了する。図
５に示す残存容量更新処理は図４に示す処理と同様に１
０ｍｓごとに開始されるが、所定のサンプリングデータ
の収集が完了していなければ実際に更新処理が行われな
いので、上述したように第２の方法による残存容量の更
新周期は不定であり、第１の方法による更新周期に比べ
て長い周期になる。なお、電圧Ｖと電流Ｉのサンプリン
グ処理については、例えば特開平９−２１５１１１号公
報などに開示されているので、説明を省略する。

【００２６】ステップ１２で、サンプリングデータに基
づいてバッテリー１４のＶ−Ｉ特性を直線回帰し、回帰
直線を延長してＶ軸（電圧軸）との交点を求め、その交
点をバッテリー１４の開放電圧Ｅｏとする。続くステッ
プ１３では、バッテリー１４の開放電圧に対する残存容
量の特性マップから開放電圧Ｅｏに対応する残存容量を
表引き演算し、残存容量Ｃ２とする。そして、ステップ
１４で残存容量Ｃ２を現時点の残存容量Ｃとして出力す
る。

【００２７】ステップ１５において、前回の第２の方法
による更新時刻からの経過時間、すなわち今回の更新時
間間隔Ｔ２を計時する。この計時には、第２の方法で残
存容量Ｃ２を演算するたびにリセット／スタートするタ
イマーを用いる。ステップ１６では、第２の方法による
残存容量演算時点における、残存容量Ｃ１とＣ２の差Δ
Ｅを求める。

【数４】ΔＥ＝Ｃ１−Ｃ２ 上述したように、この差ΔＥは、第１の方法による電流
センサーのオフセットなどによる測定誤差の累積分であ
る。ステップ１７で、残存容量Ｃ１とＣ２の差ΔＥの単
位時間当たりの変化率Δe/tを次式により演算する。

【数５】Δe/t＝ΔＥ／Ｔ２

【００２８】以上の一実施の形態の構成において、電圧
センサー２２が電圧検出手段を、電流センサー２１が電
流検出手段を、車両コントローラー１３が残存容量演算
手段、残存容量推定手段、残存容量更新手段、時間増加
率演算手段、誤差の増加分演算手段および残存容量演算
値補正手段をそれぞれ構成する。

【００２９】なお、上述した実施の形態では、放電時の
電流Ｉと電圧Ｖのサンプリングデータに基づいて電池の
Ｖ−Ｉ特性を直線回帰し、回帰直線のＶ軸切片から電池
の開放電圧Ｅｏを推定する例を示したが、少なくとも数
分間に一度は開放状態にされる電池に対しては電圧セン
サーにより開放電圧を直接、検出するようにしてもよ
い。あるいはまた、開放状態になる時間間隔が長い場合
には上述した推定方法により開放電圧を求め、開放状態
になる時間間隔が短い場合には開放電圧を直接、検出す
るようにしてもよい。

【００３０】−発明の一実施の形態の変形例− 上述した一実施の形態では、第２の方法により残存容量
Ｃ２を推定するたびに、この残存容量Ｃ２で第１の方法
による残存容量Ｃ１を更新する例を示したが、第１と第
２の方法の残存容量差ΔＥに基づいて更新を行うか否か
を判断するようにしてもよい。すなわち、今回のサンプ
リング時点における第１と第２の方法の残存容量差ΔＥ
nの絶対値が所定値Ｋ１より小さく、且つ今回の残存容
量差ΔＥnが前回の残存容量差ΔＥn-1よりも所定値Ｋ２
以上大きくなっていない場合には、更新を行わない。す
なわち、残存容量の更新条件を次のようにする。

【数６】 ｜ΔＥn｜＜Ｋ１ 且つ （ΔＥn−ΔＥn-1）＜Ｋ２ なお、残存容量の更新条件を、

【数７】 ｜ΔＥn｜＜Ｋ１ 且つ （ΔＥn／ΔＥn-1）＜Ｋ２ としてもよい。

【００３１】図６は、一実施の形態の変形例の残存容量
の更新例を示すタイムチャートである。時刻ｔ１では、
上記の数式６または数式７の更新条件を満たし、残存容
量を更新する。しかし、時刻ｔ２と時刻ｔ３では上記更
新条件を満たさないので残存容量の更新を行わない。こ
こで、時刻ｔ２では残存容量が更新されていないので、
時刻ｔ３における第１と第２の方法の残存容量差の時間
変化率Δe/tは、

【数８】（ΔＥ3−ΔＥ2）／（ｔ３−ｔ２） となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一実施の形態の構成を示す図である。

【図２】 図１に続く、一実施の形態の構成を示す図で
ある。

【図３】 残存容量の更新例を示すタイムチャートであ
る。

【図４】 第１の方法による残存容量更新処理を示すフ
ローチャートである。

【図５】 第２の方法による残存容量更新処理を示すフ
ローチャートである。

【図６】 残存容量の他の更新例を示すタイムチャート
である。

【符号の説明】

１，４ モーター ２ エンジン ３ クラッチ ５ 変速機 ６ 動力伝達機構 ７ 駆動輪 ８，１１ モーター制御装置 ９ エンジン制御装置 １０ クラッチ制御装置 １２ 変速機制御装置 １３ 車両コントローラー １４ 高圧バッテリー １５ アクセル開度センサー １６ 車速センサー １７ エンジン回転センサー １８ エンジン冷却水温度センサー １９ スロットルバルブ開度センサー ２０ ＥＧＲバルブ開度センサー ２１ 電流センサー ２２ 電圧センサー

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電池の端子電圧を検出する電圧検出手段
   と、 前記電池の充放電電流を検出する電流検出手段と、 前記充放電電流検出値を積分して前記電池の残存容量を
   演算する残存容量演算手段と、 前記電池の開放端子電圧に基づいて前記電池の残存容量
   を推定する残存容量推定手段と、 前記残存容量演算値と前記残存容量推定値の差の変化率
   に基づいて前記残存容量演算値の演算方法を補正する残
   存容量更新手段とを備えることを特徴とする電池の残存
   容量演算装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電池の残存容量演算装
   置において、 前記残存容量更新手段は、前記残存容量の推定時点にお
   いて前記残存容量推定値で前記残存容量演算値を更新す
   ることを特徴とする電池の残存容量演算装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の電池の残存容量演算装
   置において、 前記残存容量更新手段は、前記残存容量演算値と前記残
   存容量推定値の差が所定値より大きくなった場合に前記
   残存容量推定値で前記残存容量演算値を更新することを
   特徴とする電池の残存容量演算装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の電池の残存容量演算装
   置において、 前記所定値は、前記残存容量演算値の演算方法の補正時
   間間隔に応じて可変とすることを特徴とする電池の残存
   容量演算装置。
5. 【請求項５】 請求項１から請求項４のいずれかの項に
   記載の電池の残存容量演算装置において、 前記残存容量演算手段は、所定時間ごとに演算を行い、
   前回の残存容量演算値に前記充放電電流検出値と前記所
   定時間との積を加算して残存容量を演算することを特徴
   とする電池の残存容量演算装置。
6. 【請求項６】 請求項１から請求項５のいずれかの項に
   記載の電池の残存容量演算装置において、 前記電池の開放端子電圧は、放電電流増加時にサンプリ
   ングされた電圧と電流の複数のデータに基づいて前記電
   池の電圧−電流特性を直線回帰し、その回帰直線の電圧
   軸切片から推定された電圧であることを特徴とする電池
   の残存容量演算装置。
7. 【請求項７】 請求項１から請求項６のいずれかの項に
   記載の電池の残存容量演算装置において、 前記電池の開放端子電圧は、前記電池の端子開放状態に
   おいて前記電圧検出手段により検出された電圧であるこ
   とを特徴とする電池の残存容量演算装置。