JPH11326472A - 電池の残容量計 - Google Patents
電池の残容量計Info
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- JPH11326472A JPH11326472A JP10132183A JP13218398A JPH11326472A JP H11326472 A JPH11326472 A JP H11326472A JP 10132183 A JP10132183 A JP 10132183A JP 13218398 A JP13218398 A JP 13218398A JP H11326472 A JPH11326472 A JP H11326472A
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- G—PHYSICS
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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- G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 劣化の有無に関わらず電池の正確な残容量を
検出して表示する。 【解決手段】 電池の出力可能電力の低下率が所定値を
越える充電状態ＳＯＣ３をＳＯＣ１００％とするととも
に、入力可能電力と出力可能電力とが等しい充電状態Ｓ
ＯＣ４をＳＯＣ０％とし、電池のＳＯＣ１００％時の開
放端子電圧と、ＳＯＣ０％時の開放端子電圧と、電圧検
出器により検出した電池の開放端子電圧とに基づいて電
池のＳＯＣを求め、そのＳＯＣにより残容量を表示す
る。これにより、新品の電池の容量と劣化した電池の容
量とが見かけ上、ほぼ等しくなり、電池が劣化しても見
かけ上の容量が減少せず、電池のＳＯＣを開放端子電圧
で容易に検知できる上に、電池が劣化しても実際の残容
量が残容量表示値よりも少なくなるようなことがない。
検出して表示する。 【解決手段】 電池の出力可能電力の低下率が所定値を
越える充電状態ＳＯＣ３をＳＯＣ１００％とするととも
に、入力可能電力と出力可能電力とが等しい充電状態Ｓ
ＯＣ４をＳＯＣ０％とし、電池のＳＯＣ１００％時の開
放端子電圧と、ＳＯＣ０％時の開放端子電圧と、電圧検
出器により検出した電池の開放端子電圧とに基づいて電
池のＳＯＣを求め、そのＳＯＣにより残容量を表示す
る。これにより、新品の電池の容量と劣化した電池の容
量とが見かけ上、ほぼ等しくなり、電池が劣化しても見
かけ上の容量が減少せず、電池のＳＯＣを開放端子電圧
で容易に検知できる上に、電池が劣化しても実際の残容
量が残容量表示値よりも少なくなるようなことがない。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電池の残存容量を計
測する計測器に関する。
測する計測器に関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】電池の充電状態ＳＯＣ（St
ate Of Charge）を検出して残存容量を表示する電池の
残容量計が知られている。
ate Of Charge）を検出して残存容量を表示する電池の
残容量計が知られている。
【０００３】ところで、電池は劣化が進むにしたがって
容量が減少する性質がある。図８に、同一種類で同一形
式の新品の電池と充放電を繰り返して性能が劣化した電
池との、ＳＯＣに対する開放端子電圧の特性を示す。図
から明らかなように、満充電状態（ＳＯＣ１００％）か
ら放電終止電圧Ｖ１に達するまで放電を行った場合に、
新品の電池では、完全放電状態（ＳＯＣ１）から満充電
状態までＣ１の容量があるのに対し、劣化品の電池で
は、完全放電状態（ＳＯＣ２）から満充電状態までＣ２
の容量しかない。
容量が減少する性質がある。図８に、同一種類で同一形
式の新品の電池と充放電を繰り返して性能が劣化した電
池との、ＳＯＣに対する開放端子電圧の特性を示す。図
から明らかなように、満充電状態（ＳＯＣ１００％）か
ら放電終止電圧Ｖ１に達するまで放電を行った場合に、
新品の電池では、完全放電状態（ＳＯＣ１）から満充電
状態までＣ１の容量があるのに対し、劣化品の電池で
は、完全放電状態（ＳＯＣ２）から満充電状態までＣ２
の容量しかない。
【０００４】したがって、新品の電池の満充電状態にお
ける容量を基準にして残容量を表示すると、電池の劣化
が進むにしたがって残容量表示値よりも実際の残容量が
少なくなってしまう、という問題がある。
ける容量を基準にして残容量を表示すると、電池の劣化
が進むにしたがって残容量表示値よりも実際の残容量が
少なくなってしまう、という問題がある。
【０００５】このような電池の劣化にともなう残容量の
検出誤差をなくすためには、満充電（ＳＯＣ１００％）
になるまで充電した後、放電終止電圧まで完全に放電し
（ＳＯＣ０％）、使用時点の容量を知る必要がある。
検出誤差をなくすためには、満充電（ＳＯＣ１００％）
になるまで充電した後、放電終止電圧まで完全に放電し
（ＳＯＣ０％）、使用時点の容量を知る必要がある。
【０００６】ところが、エンジンおよび／またはモータ
ーを走行駆動限とするハイブリッド車両では、モーター
に電力を供給する電池のＳＯＣが低下すると、エンジン
駆動発電機により発電して電池の充電を行っており、通
常は完全放電状態まで放電することはない。また、ハイ
ブリッド車両では減速時にモーターにより回生制動を行
うので、回生時の充電能力を確保するために、通常はエ
ンジン駆動発電機で満充電状態まで充電することはな
い。つまり、ハイブリッド車両では、小型で小容量の電
池を用いて、常にＳＯＣが所定の範囲内に入るように充
放電制御が行われるので、電池が満充電状態および完全
放電状態になることがなく、したがって、使用時点の容
量を知ることができず、正確な残容量を検出できないと
いう問題がある。
ーを走行駆動限とするハイブリッド車両では、モーター
に電力を供給する電池のＳＯＣが低下すると、エンジン
駆動発電機により発電して電池の充電を行っており、通
常は完全放電状態まで放電することはない。また、ハイ
ブリッド車両では減速時にモーターにより回生制動を行
うので、回生時の充電能力を確保するために、通常はエ
ンジン駆動発電機で満充電状態まで充電することはな
い。つまり、ハイブリッド車両では、小型で小容量の電
池を用いて、常にＳＯＣが所定の範囲内に入るように充
放電制御が行われるので、電池が満充電状態および完全
放電状態になることがなく、したがって、使用時点の容
量を知ることができず、正確な残容量を検出できないと
いう問題がある。
【０００７】本発明の目的は、劣化の有無に関わらず電
池の正確な残容量を検出して表示することにある。
池の正確な残容量を検出して表示することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】（１） 一実施の形態を
示す図４に対応づけて請求項１の発明を説明すると、請
求項１の発明は、電池の出力可能電力の低下率が所定値
を越える充電状態（ＳＯＣ３）をＳＯＣ１００％とする
とともに、入力可能電力と出力可能電力とが等しい充電
状態（ＳＯＣ４）をＳＯＣ０％とし、電池のＳＯＣ１０
０％時の開放端子電圧と、ＳＯＣ０％時の開放端子電圧
と、電圧検出器により検出した電池の開放端子電圧とに
基づいて電池のＳＯＣを求め、そのＳＯＣにより残容量
を表示することにより、上記目的を達成する。 （２） 一実施の形態を示す図５に対応づけて請求項２
の発明を説明すると、請求項２の電池は複数のセルが直
列に接続されたリチウム・イオン組電池であり、セルの
開放電圧が略３．９Ｖの時の充電状態（ＳＯＣ５，ＳＯ
Ｃ７）をＳＯＣ１００％とするとともに、セルの開放電
圧が略３．５Ｖの時の充電状態（ＳＯＣ６，ＳＯＣ８）
をＳＯＣ０％とし、電圧検出器により検出した電池の開
放端子電圧に基づいてセルの開放電圧を算出し、算出し
たセルの開放電圧により電池のＳＯＣを求め、そのＳＯ
Ｃにより残容量を表示するようにしたものである。 （３） 請求項３の電池の残容量計は、ＳＯＣが１００
％を越えた時は、電流検出器により検出した電池の充放
電電流を積算してＳＯＣを求めるようにしたものであ
る。 （４） 請求項４の電池の残容量計は、１００％以上の
ＳＯＣに対する電池の開放端子電圧特性と予め設定した
劣化時の開放端子電圧特性とを比較して電池の寿命を判
定するようにしたものである。
示す図４に対応づけて請求項１の発明を説明すると、請
求項１の発明は、電池の出力可能電力の低下率が所定値
を越える充電状態（ＳＯＣ３）をＳＯＣ１００％とする
とともに、入力可能電力と出力可能電力とが等しい充電
状態（ＳＯＣ４）をＳＯＣ０％とし、電池のＳＯＣ１０
０％時の開放端子電圧と、ＳＯＣ０％時の開放端子電圧
と、電圧検出器により検出した電池の開放端子電圧とに
基づいて電池のＳＯＣを求め、そのＳＯＣにより残容量
を表示することにより、上記目的を達成する。 （２） 一実施の形態を示す図５に対応づけて請求項２
の発明を説明すると、請求項２の電池は複数のセルが直
列に接続されたリチウム・イオン組電池であり、セルの
開放電圧が略３．９Ｖの時の充電状態（ＳＯＣ５，ＳＯ
Ｃ７）をＳＯＣ１００％とするとともに、セルの開放電
圧が略３．５Ｖの時の充電状態（ＳＯＣ６，ＳＯＣ８）
をＳＯＣ０％とし、電圧検出器により検出した電池の開
放端子電圧に基づいてセルの開放電圧を算出し、算出し
たセルの開放電圧により電池のＳＯＣを求め、そのＳＯ
Ｃにより残容量を表示するようにしたものである。 （３） 請求項３の電池の残容量計は、ＳＯＣが１００
％を越えた時は、電流検出器により検出した電池の充放
電電流を積算してＳＯＣを求めるようにしたものであ
る。 （４） 請求項４の電池の残容量計は、１００％以上の
ＳＯＣに対する電池の開放端子電圧特性と予め設定した
劣化時の開放端子電圧特性とを比較して電池の寿命を判
定するようにしたものである。
【０００９】上述した課題を解決するための手段の項で
は、説明を分かりやすくするために一実施の形態の図を
用いたが、これにより本発明が一実施の形態に限定され
るものではない。
は、説明を分かりやすくするために一実施の形態の図を
用いたが、これにより本発明が一実施の形態に限定され
るものではない。
【００１０】
【発明の効果】（１） 請求項１および請求項２の発明
によれば、新品の電池の容量と劣化した電池の容量とが
見かけ上、ほぼ等しくなり、電池が劣化しても見かけ上
の容量が減少せず、電池のＳＯＣを開放端子電圧で容易
に検知できる上に、電池が劣化しても実際の残容量が残
容量表示値よりも少なくなるようなことがない。 （２） 請求項３の発明によれば、ＳＯＣが１００％を
越えた場合でも残容量を表示することができる。 （３） 請求項４の発明によれば、電池の寿命を正確に
判定できる。
によれば、新品の電池の容量と劣化した電池の容量とが
見かけ上、ほぼ等しくなり、電池が劣化しても見かけ上
の容量が減少せず、電池のＳＯＣを開放端子電圧で容易
に検知できる上に、電池が劣化しても実際の残容量が残
容量表示値よりも少なくなるようなことがない。 （２） 請求項３の発明によれば、ＳＯＣが１００％を
越えた場合でも残容量を表示することができる。 （３） 請求項４の発明によれば、電池の寿命を正確に
判定できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明をハイブリッド車両に応用
した一実施の形態を説明する。図１は一実施の形態の構
成を示す図である。図において、太い実線は機械力の伝
達経路を示し、太い破線は電力線を示す。また、細い実
線は制御線を示し、二重線は油圧系統を示す。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、無段変速機５、減速装置６、差動装
置７および駆動輪８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の出力軸および無段変速機５の入力軸は互いに連
結されている。
した一実施の形態を説明する。図１は一実施の形態の構
成を示す図である。図において、太い実線は機械力の伝
達経路を示し、太い破線は電力線を示す。また、細い実
線は制御線を示し、二重線は油圧系統を示す。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、無段変速機５、減速装置６、差動装
置７および駆動輪８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の出力軸および無段変速機５の入力軸は互いに連
結されている。
【００１２】クラッチ３締結時はエンジン２とモーター
４が車両の推進源となり、クラッチ３解放時はモーター
４のみが車両の推進源となる。エンジン２および／また
はモーター４の駆動力は、無段変速機５、減速装置６お
よび差動装置７を介して駆動輪８へ伝達される。無段変
速機５には油圧装置９から圧油が供給され、ベルトのク
ランプと潤滑がなされる。油圧装置９のオイルポンプ
（不図示）はモーター１０により駆動される。
４が車両の推進源となり、クラッチ３解放時はモーター
４のみが車両の推進源となる。エンジン２および／また
はモーター４の駆動力は、無段変速機５、減速装置６お
よび差動装置７を介して駆動輪８へ伝達される。無段変
速機５には油圧装置９から圧油が供給され、ベルトのク
ランプと潤滑がなされる。油圧装置９のオイルポンプ
（不図示）はモーター１０により駆動される。
【００１３】モータ１，４，１０は三相同期電動機また
は三相誘導電動機などの交流機であり、モーター１は主
としてエンジン始動と発電に用いられ、モーター４は主
として車両の推進と制動に用いられる。また、モーター
１０は油圧装置９のオイルポンプ駆動用である。なお、
モーター１，４，１０には交流機に限らず直流電動機を
用いることもできる。また、クラッチ３締結時に、モー
ター１を車両の推進と制動に用いることもでき、モータ
ー４をエンジン始動や発電に用いることもできる。
は三相誘導電動機などの交流機であり、モーター１は主
としてエンジン始動と発電に用いられ、モーター４は主
として車両の推進と制動に用いられる。また、モーター
１０は油圧装置９のオイルポンプ駆動用である。なお、
モーター１，４，１０には交流機に限らず直流電動機を
用いることもできる。また、クラッチ３締結時に、モー
ター１を車両の推進と制動に用いることもでき、モータ
ー４をエンジン始動や発電に用いることもできる。
【００１４】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、このクラッチ
３に乾式単板クラッチや湿式多板クラッチを用いること
もできる。無段変速機５はベルト式やトロイダル式など
の無段変速機であり、変速比を無段階に調節することが
できる。
達トルクを調節することができる。なお、このクラッチ
３に乾式単板クラッチや湿式多板クラッチを用いること
もできる。無段変速機５はベルト式やトロイダル式など
の無段変速機であり、変速比を無段階に調節することが
できる。
【００１５】モーター１，４，１０はそれぞれ、インバ
ーター１１，１２，１３により駆動される。なお、モー
ター１，４，１０に直流電動機を用いる場合には、イン
バーターの代わりにＤＣ／ＤＣコンバーターを用いる。
インバーター１１〜１３は共通のＤＣリンク１４を介し
てメインバッテリー１５に接続されており、メインバッ
テリー１５の直流充電電力を交流電力に変換してモータ
ー１，４，１０へ供給するとともに、モーター１，４の
交流発電電力を直流電力に変換してメインバッテリー１
５を充電する。インバーター１１〜１３は互いにＤＣリ
ンク１４を介して接続されているので、回生運転中のモ
ーターにより発電された電力をメインバッテリー１５を
介さずに直接、力行運転中のモーターへ供給することが
できる。なお、この明細書では電池とバッテリーとを同
義として用いる。
ーター１１，１２，１３により駆動される。なお、モー
ター１，４，１０に直流電動機を用いる場合には、イン
バーターの代わりにＤＣ／ＤＣコンバーターを用いる。
インバーター１１〜１３は共通のＤＣリンク１４を介し
てメインバッテリー１５に接続されており、メインバッ
テリー１５の直流充電電力を交流電力に変換してモータ
ー１，４，１０へ供給するとともに、モーター１，４の
交流発電電力を直流電力に変換してメインバッテリー１
５を充電する。インバーター１１〜１３は互いにＤＣリ
ンク１４を介して接続されているので、回生運転中のモ
ーターにより発電された電力をメインバッテリー１５を
介さずに直接、力行運転中のモーターへ供給することが
できる。なお、この明細書では電池とバッテリーとを同
義として用いる。
【００１６】コントローラー１６は、マイクロコンピュ
ーターとその周辺部品や各種アクチュエータなどを備
え、エンジン２の回転速度、出力およびトルク、クラッ
チ３の伝達トルク、モーター１，４，１０の回転速度お
よびトルク、無段変速機５の変速比、メインバッテリー
１５の充放電などを制御する。コントローラー１６に
は、図２に示すように、電圧センサー１７、電流センサ
ー１８、残容量計１９などが接続されている。電圧セン
サー１７はメインバッテリー１５の端子ａ、ｂ間の電圧
ＶBを検出し、電流センサー１８はメインバッテリー１
５の充放電電流ＩBを検出する。また、残容量計１９は
メインバッテリー１５の残容量を表示する。
ーターとその周辺部品や各種アクチュエータなどを備
え、エンジン２の回転速度、出力およびトルク、クラッ
チ３の伝達トルク、モーター１，４，１０の回転速度お
よびトルク、無段変速機５の変速比、メインバッテリー
１５の充放電などを制御する。コントローラー１６に
は、図２に示すように、電圧センサー１７、電流センサ
ー１８、残容量計１９などが接続されている。電圧セン
サー１７はメインバッテリー１５の端子ａ、ｂ間の電圧
ＶBを検出し、電流センサー１８はメインバッテリー１
５の充放電電流ＩBを検出する。また、残容量計１９は
メインバッテリー１５の残容量を表示する。
【００１７】この実施の形態では、電池のＳＯＣを次の
ように定義する。図３に、電池のＳＯＣに対する出力
（放電）可能電力の特性を示す。一般に電池は、ＳＯＣ
に比例して出力可能電力が増加するが、あるＳＯＣを越
えると出力可能電力が飽和する性質がある。この実施の
形態では、ＳＯＣの変化率に対して出力可能電力の変化
率が急に変化する屈曲点の充電状態、換言すれば、電池
の出力可能電力の低下率が所定値を越える充電状態をＳ
ＯＣ１００％と定義する。図３に示す例では、ＳＯＣ３
の前後で出力可能電力の変化率が急変しており、ＳＯＣ
３を１００％とする。
ように定義する。図３に、電池のＳＯＣに対する出力
（放電）可能電力の特性を示す。一般に電池は、ＳＯＣ
に比例して出力可能電力が増加するが、あるＳＯＣを越
えると出力可能電力が飽和する性質がある。この実施の
形態では、ＳＯＣの変化率に対して出力可能電力の変化
率が急に変化する屈曲点の充電状態、換言すれば、電池
の出力可能電力の低下率が所定値を越える充電状態をＳ
ＯＣ１００％と定義する。図３に示す例では、ＳＯＣ３
の前後で出力可能電力の変化率が急変しており、ＳＯＣ
３を１００％とする。
【００１８】リチウム・イオン電池では、組電池を構成
するセルの開放電圧が３．９Ｖ付近に上記屈曲点がある
ので、電池セルの開放電圧が３．９Ｖの充電状態をＳＯ
Ｃ１００％とする。
するセルの開放電圧が３．９Ｖ付近に上記屈曲点がある
ので、電池セルの開放電圧が３．９Ｖの充電状態をＳＯ
Ｃ１００％とする。
【００１９】図４に、電池のＳＯＣに対する出力（放
電）可能電力と入力（充電）可能電力の特性を示す。一
般に電池は、ＳＯＣに比例して出力可能電力が増加する
とともに、ＳＯＣに反比例して入力可能電力が減少す
る。この実施の形態では、電池の出力可能電力と入力可
能電力とが等しい充電状態をＳＯＣ０％と定義する。図
４に示す例では、ＳＯＣ４の点で出力可能電力と入力可
能電力とが等しく、ＳＯＣ４を０％とする。
電）可能電力と入力（充電）可能電力の特性を示す。一
般に電池は、ＳＯＣに比例して出力可能電力が増加する
とともに、ＳＯＣに反比例して入力可能電力が減少す
る。この実施の形態では、電池の出力可能電力と入力可
能電力とが等しい充電状態をＳＯＣ０％と定義する。図
４に示す例では、ＳＯＣ４の点で出力可能電力と入力可
能電力とが等しく、ＳＯＣ４を０％とする。
【００２０】リチウム・イオン電池では、電池を構成す
るセルの開放電圧が３．５Ｖ付近に、上述した入出力可
能電力が等しい点があるので、電池セルの開放電圧が
３．５Ｖの充電状態をＳＯＣ０％とする。
るセルの開放電圧が３．５Ｖ付近に、上述した入出力可
能電力が等しい点があるので、電池セルの開放電圧が
３．５Ｖの充電状態をＳＯＣ０％とする。
【００２１】図５は、新品と劣化品のリチウム・イオン
組電池の、ＳＯＣに対するセル電圧特性を示す。新品の
リチウム・イオン組電池では、セルの開放電圧が３．９
Ｖの充電状態ＳＯＣ５を１００％にするとともに、セル
の開放電圧が３．５Ｖの充電状態ＳＯＣ６を０％にす
る。したがって、新品状態の電池容量は（ＳＯＣ５−Ｓ
ＯＣ６）で、Ｃ３となる。
組電池の、ＳＯＣに対するセル電圧特性を示す。新品の
リチウム・イオン組電池では、セルの開放電圧が３．９
Ｖの充電状態ＳＯＣ５を１００％にするとともに、セル
の開放電圧が３．５Ｖの充電状態ＳＯＣ６を０％にす
る。したがって、新品状態の電池容量は（ＳＯＣ５−Ｓ
ＯＣ６）で、Ｃ３となる。
【００２２】一方、劣化品のリチウム・イオン組電池で
は、セルの開放電圧が３．９Ｖの充電状態ＳＯＣ７を１
００％にするとともに、セルの開放電圧が３．５Ｖの充
電状態ＳＯＣ８を０％にする。したがって、劣化状態の
電池容量は（ＳＯＣ７−ＳＯＣ８）で、Ｃ４となる。
は、セルの開放電圧が３．９Ｖの充電状態ＳＯＣ７を１
００％にするとともに、セルの開放電圧が３．５Ｖの充
電状態ＳＯＣ８を０％にする。したがって、劣化状態の
電池容量は（ＳＯＣ７−ＳＯＣ８）で、Ｃ４となる。
【００２３】なお、ＳＯＣ０％と１００％との間のＳＯ
Ｃは、新品、劣化品とも、ＳＯＣ−セル開放電圧特性か
らセル開放電圧検出値に対応するＳＯＣを求める。
Ｃは、新品、劣化品とも、ＳＯＣ−セル開放電圧特性か
らセル開放電圧検出値に対応するＳＯＣを求める。
【００２４】図５から明らかなように、この実施の形態
のＳＯＣの定義方法によれば、新品の電池の容量Ｃ３
と、劣化状態の電池の容量Ｃ４とが見かけ上、ほぼ等し
くなり、電池が劣化しても見かけ上の容量が減少しな
い。これにより、電池のＳＯＣをセルの開放電圧で容易
に検知できる上に、電池が劣化しても実際の残容量が残
容量表示値よりも少なくなるようなことはない。
のＳＯＣの定義方法によれば、新品の電池の容量Ｃ３
と、劣化状態の電池の容量Ｃ４とが見かけ上、ほぼ等し
くなり、電池が劣化しても見かけ上の容量が減少しな
い。これにより、電池のＳＯＣをセルの開放電圧で容易
に検知できる上に、電池が劣化しても実際の残容量が残
容量表示値よりも少なくなるようなことはない。
【００２５】電池セルの開放電圧は次のようにして検出
する。車両の通常の走行では、メインバッテリー１５は
インバーター１１〜１３を介して充放電が行われるの
で、まず、インバーター１１〜１３によりメインバッテ
リー１５の充放電が停止された期間に、メインバッテリ
ー１５の端子ａ，ｂ間の電圧ＶBを電圧センサー１７に
より検出する。この端子電圧ＶBの検出値はメインバッ
テリー１５の開放端子電圧ＶB0である。次に、このメイ
ンバッテリー１５の開放端子電圧ＶB0を直列に接続され
るセル数ｎで除し、セルの開放電圧ＶC0を求める。
する。車両の通常の走行では、メインバッテリー１５は
インバーター１１〜１３を介して充放電が行われるの
で、まず、インバーター１１〜１３によりメインバッテ
リー１５の充放電が停止された期間に、メインバッテリ
ー１５の端子ａ，ｂ間の電圧ＶBを電圧センサー１７に
より検出する。この端子電圧ＶBの検出値はメインバッ
テリー１５の開放端子電圧ＶB0である。次に、このメイ
ンバッテリー１５の開放端子電圧ＶB0を直列に接続され
るセル数ｎで除し、セルの開放電圧ＶC0を求める。
【数１】ＶC0＝ＶB0／ｎ
【００２６】なお、メインバッテリー１５の充放電が停
止される期間が限られた期間しかなく、メインバッテリ
ー１５の開放端子電圧ＶB0を頻繁に検出できない場合に
は、充放電電流ＩBが所定範囲内（−Ｉｋ≦ＩB≦＋Ｉ
ｋ）にある時の端子電圧を開放端子電圧ＶB0としても、
誤差は少ないと考えられる。
止される期間が限られた期間しかなく、メインバッテリ
ー１５の開放端子電圧ＶB0を頻繁に検出できない場合に
は、充放電電流ＩBが所定範囲内（−Ｉｋ≦ＩB≦＋Ｉ
ｋ）にある時の端子電圧を開放端子電圧ＶB0としても、
誤差は少ないと考えられる。
【００２７】また、上述したセル開放電圧ＶCOの検出方
法では、組電池全体の開放電圧ＶBOをセル数ｎで除して
求める例を示したが、セルごとに開放電圧を検出するセ
ンサーを設けてそれらの平均値をセル開放電圧ＶCOとす
るか、あるいは最大値または最小値をセル開放電圧ＶCO
としてもよい。最大値を選択した場合には過充電を防止
することができ、最小値を選択した場合には過放電を防
止することができる。
法では、組電池全体の開放電圧ＶBOをセル数ｎで除して
求める例を示したが、セルごとに開放電圧を検出するセ
ンサーを設けてそれらの平均値をセル開放電圧ＶCOとす
るか、あるいは最大値または最小値をセル開放電圧ＶCO
としてもよい。最大値を選択した場合には過充電を防止
することができ、最小値を選択した場合には過放電を防
止することができる。
【００２８】しかし、充放電中のバッテリーの開放端子
電圧ＶB0をさらに正確に検出するには、メインバッテリ
ー１５の放電中に端子電圧ＶBと放電電流ＩBをサンプリ
ングし、サンプリングデータの直線回帰によりメインバ
ッテリー１５のＶ−Ｉ特性を算出して開放端子電圧ＶB0
を推定する。この方法によれば、車両の運航中、常にメ
インバッテリー１５の充放電が行われていても、メイン
バッテリー１５の正確な開放端子電圧ＶB0を求めること
ができ、これにより正確なバッテリー残容量を検出でき
る。
電圧ＶB0をさらに正確に検出するには、メインバッテリ
ー１５の放電中に端子電圧ＶBと放電電流ＩBをサンプリ
ングし、サンプリングデータの直線回帰によりメインバ
ッテリー１５のＶ−Ｉ特性を算出して開放端子電圧ＶB0
を推定する。この方法によれば、車両の運航中、常にメ
インバッテリー１５の充放電が行われていても、メイン
バッテリー１５の正確な開放端子電圧ＶB0を求めること
ができ、これにより正確なバッテリー残容量を検出でき
る。
【００２９】ところで、ハイブリッド車両に用いられる
バッテリーは端子電圧が高く、多くのセルが直列に接続
されている。通常、これらのセル間の電圧を均一にする
ために、各セルに電圧検出回路とバイパス回路から成る
電圧バランス回路が接続されている。この実施の形態で
は、上記方法により決定したＳＯＣ１００％と０％に基
づいてバッテリーの充放電制御を行うとともに、電圧バ
ランス回路による電圧調整をＳＯＣ１００％に対応する
セル電圧以下で行う。例えば、リチウム・イオン電池で
は、３．９Ｖ以下でセル間の電圧のばらつきを調整す
る。
バッテリーは端子電圧が高く、多くのセルが直列に接続
されている。通常、これらのセル間の電圧を均一にする
ために、各セルに電圧検出回路とバイパス回路から成る
電圧バランス回路が接続されている。この実施の形態で
は、上記方法により決定したＳＯＣ１００％と０％に基
づいてバッテリーの充放電制御を行うとともに、電圧バ
ランス回路による電圧調整をＳＯＣ１００％に対応する
セル電圧以下で行う。例えば、リチウム・イオン電池で
は、３．９Ｖ以下でセル間の電圧のばらつきを調整す
る。
【００３０】次に、ＳＯＣが１００％を越えた場合のＳ
ＯＣの決定方法を、リチウム・イオン組電池を例に上げ
て説明する。図６は、ＳＯＣが１００％を越えた場合の
新品と劣化品の電池セルの開放電圧特性を示す。上述し
たように、セル電圧が３．５Ｖの充電状態をＳＯＣ０％
とし、セル電圧が３．９Ｖの充電状態をＳＯＣ１００％
とするので、ＳＯＣ１００％までは新品と劣化品の特性
差がない。電池セルの開放電圧が３．９Ｖを越えた場合
には、それ以後のメインバッテリー１５の充放電電流Ｉ
Bを積算し、それによりＳＯＣを算出する。ＳＯＣが１
００％を越えると、新品と劣化品との容量差が現れ、同
一のＳＯＣでも劣化の程度が大きいほどセルの開放電圧
が高くなる。
ＯＣの決定方法を、リチウム・イオン組電池を例に上げ
て説明する。図６は、ＳＯＣが１００％を越えた場合の
新品と劣化品の電池セルの開放電圧特性を示す。上述し
たように、セル電圧が３．５Ｖの充電状態をＳＯＣ０％
とし、セル電圧が３．９Ｖの充電状態をＳＯＣ１００％
とするので、ＳＯＣ１００％までは新品と劣化品の特性
差がない。電池セルの開放電圧が３．９Ｖを越えた場合
には、それ以後のメインバッテリー１５の充放電電流Ｉ
Bを積算し、それによりＳＯＣを算出する。ＳＯＣが１
００％を越えると、新品と劣化品との容量差が現れ、同
一のＳＯＣでも劣化の程度が大きいほどセルの開放電圧
が高くなる。
【００３１】この電流積算方法により算出したＳＯＣの
精度は、電流センサー１８の電流検出精度に依存し、Ｓ
ＯＣ算出値が大きくなるほど誤差が累積する。したがっ
て、電流積算方法によるＳＯＣの算出は所定のＳＯＣを
上限とし、それ以上はＳＯＣの算出を行わないようにし
てもよい。
精度は、電流センサー１８の電流検出精度に依存し、Ｓ
ＯＣ算出値が大きくなるほど誤差が累積する。したがっ
て、電流積算方法によるＳＯＣの算出は所定のＳＯＣを
上限とし、それ以上はＳＯＣの算出を行わないようにし
てもよい。
【００３２】同一種類で同一形式のバッテリーであれ
ば、ＳＯＣが１００％を越えた後のＳＯＣに対する開放
電圧の特性は同様になるので、予め劣化状態のＳＯＣ−
開放電圧特性を測定しておき、使用中のバッテリーのＳ
ＯＣ−開放電圧特性が予め測定した特性と一致したら、
そのバッテリーが寿命に達したと判断してもよい。
ば、ＳＯＣが１００％を越えた後のＳＯＣに対する開放
電圧の特性は同様になるので、予め劣化状態のＳＯＣ−
開放電圧特性を測定しておき、使用中のバッテリーのＳ
ＯＣ−開放電圧特性が予め測定した特性と一致したら、
そのバッテリーが寿命に達したと判断してもよい。
【００３３】図７は一実施の形態の残容量検出処理を示
すフローチャートである。こ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。コントローラー１６
は、車両のキースイッチ（不図示）がオンされるとこの
残容量検出処理を所定時間ごとに繰り返し実行する。ま
ずステップ１において、電圧センサー１７によりメイン
バッテリー１５の開放端子電圧ＶB0を検出する。上述し
たように、メインバッテリー１５の充放電が行われてい
る時には、充放電電流ＩBが所定範囲内にある時の端子
電圧ＶBを開放端子電圧ＶB0とするか、あるいは放電中
の端子電圧ＶBと電流ＩBのサンプリング値から直線回帰
により開放端子電圧ＶB0を推定してもよい。
すフローチャートである。こ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。コントローラー１６
は、車両のキースイッチ（不図示）がオンされるとこの
残容量検出処理を所定時間ごとに繰り返し実行する。ま
ずステップ１において、電圧センサー１７によりメイン
バッテリー１５の開放端子電圧ＶB0を検出する。上述し
たように、メインバッテリー１５の充放電が行われてい
る時には、充放電電流ＩBが所定範囲内にある時の端子
電圧ＶBを開放端子電圧ＶB0とするか、あるいは放電中
の端子電圧ＶBと電流ＩBのサンプリング値から直線回帰
により開放端子電圧ＶB0を推定してもよい。
【００３４】ステップ２で、数式１により開放端子電圧
ＶB0から電池セルの開放電圧Ｖcを算出し、セル開放電
圧Ｖcが３．９Ｖを越えているかどうかを判定する。セ
ル開放電圧Ｖcが３．９Ｖ以下の時はステップ３へ進
み、予め測定されたＳＯＣ−セル開放電圧特性からセル
開放電圧ＶCに対応するＳＯＣを表引き演算し、メイン
バッテリー１５のＳＯＣを推定する。一方、セル開放電
圧ＶCが３．９Ｖを越えている時はステップ４へ進み、
電流センサー１８により検出した充放電電流ＩBを積算
してＳＯＣを算出する。ステップ５で、推定もしくは算
出したＳＯＣによりメインバッテリー１５の残容量を残
容量計１９に表示する。
ＶB0から電池セルの開放電圧Ｖcを算出し、セル開放電
圧Ｖcが３．９Ｖを越えているかどうかを判定する。セ
ル開放電圧Ｖcが３．９Ｖ以下の時はステップ３へ進
み、予め測定されたＳＯＣ−セル開放電圧特性からセル
開放電圧ＶCに対応するＳＯＣを表引き演算し、メイン
バッテリー１５のＳＯＣを推定する。一方、セル開放電
圧ＶCが３．９Ｖを越えている時はステップ４へ進み、
電流センサー１８により検出した充放電電流ＩBを積算
してＳＯＣを算出する。ステップ５で、推定もしくは算
出したＳＯＣによりメインバッテリー１５の残容量を残
容量計１９に表示する。
【００３５】なお、上述した一実施の形態ではハイブリ
ッド車両に本発明を適用した例を説明したが、本発明は
上記以外の種類のハイブリッド車両を含む各種電気自動
車の電池に適用することができる。もちろん、電気自動
車以外の電池にも適用することができる。
ッド車両に本発明を適用した例を説明したが、本発明は
上記以外の種類のハイブリッド車両を含む各種電気自動
車の電池に適用することができる。もちろん、電気自動
車以外の電池にも適用することができる。
【００３６】また、上述した一実施の形態ではリチウム
・イオン電池を例に上げて説明したが、本発明は、例え
ばニッケル・水素電池やリチウム・ポリマー電池など
の、リチウム・イオン電池以外の種類の電池にも適用す
ることができる。
・イオン電池を例に上げて説明したが、本発明は、例え
ばニッケル・水素電池やリチウム・ポリマー電池など
の、リチウム・イオン電池以外の種類の電池にも適用す
ることができる。
【図１】 発明の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。
ある。
【図３】 一実施の形態のＳＯＣ１００％の定義を説明
する図である。
する図である。
【図４】 一実施の形態のＳＯＣ０％の定義を説明する
図である。
図である。
【図５】 一実施の形態の電池セルの容量を示す図であ
る。
る。
【図６】 ＳＯＣが１００％を越えた場合の一実施の形
態のＳＯＣの算出方法を説明する図である。
態のＳＯＣの算出方法を説明する図である。
【図７】 一実施の形態の残容量検出処理を示すフロー
チャートである。
チャートである。
【図８】 従来のＳＯＣの決定方法を示す図である。
１、４、１０ モーター ２ エンジン ３ クラッチ ５ 無段変速機 ６ 減速装置 ７ 差動装置 ８ 駆動輪 ９ 油圧装置 １１〜１３ インバーター １４ ＤＣリンク １５ メインバッテリー １６ コントローラー １７ 電圧センサー １８ 電流センサー １９ 残容量計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安部 孝昭 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動 車株式会社内 (72)発明者 岩井 健 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動 車株式会社内 (72)発明者 川合 幹夫 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動 車株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 電池の出力可能電力の低下率が所定値を
越える充電状態をＳＯＣ１００％とするとともに、入力
可能電力と出力可能電力とが等しい充電状態をＳＯＣ０
％とし、前記電池のＳＯＣ１００％時の開放端子電圧
と、ＳＯＣ０％時の開放端子電圧と、電圧検出器により
検出した前記電池の開放端子電圧とに基づいて前記電池
のＳＯＣを求め、そのＳＯＣにより残容量を表示するこ
とを特徴とする電池の残容量計。 - 【請求項２】 請求項１に記載の電池の残容量計におい
て、 前記電池は複数のセルが直列に接続されたリチウム・イ
オン組電池であり、セルの開放電圧が略３．９Ｖの時の
充電状態をＳＯＣ１００％とするとともに、セルの開放
電圧が略３．５Ｖの時の充電状態をＳＯＣ０％とし、前
記電圧検出器により検出した前記電池の開放端子電圧に
基づいてセルの開放電圧を算出し、算出したセルの開放
電圧により前記電池のＳＯＣを求めることを特徴とする
電池の残容量計。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の電池の
残容量計において、 前記ＳＯＣが１００％を越えた時は、電流検出器により
検出した前記電池の充放電電流を積算してＳＯＣを求め
ることを特徴とする電池の残容量計。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかの項に記載の電
池の残容量計において、 １００％以上のＳＯＣに対する前記電池の開放端子電圧
特性と予め設定した劣化時の開放端子電圧特性とを比較
して前記電池の寿命を判定することを特徴とする電池の
残容量計。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13218398A JP3716619B2 (ja) | 1998-05-14 | 1998-05-14 | 電池の残容量計 |
| US09/311,884 US6127806A (en) | 1998-05-14 | 1999-05-14 | State of charge indicator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13218398A JP3716619B2 (ja) | 1998-05-14 | 1998-05-14 | 電池の残容量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11326472A true JPH11326472A (ja) | 1999-11-26 |
| JP3716619B2 JP3716619B2 (ja) | 2005-11-16 |
Family
ID=15075339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13218398A Expired - Fee Related JP3716619B2 (ja) | 1998-05-14 | 1998-05-14 | 電池の残容量計 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6127806A (ja) |
| JP (1) | JP3716619B2 (ja) |
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