KR101250659B1 - 배터리 잔용량 산출 장치 - Google Patents

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Abstract

배터리 내의 셀의 온도의 차이에 기초하는 자기 방전량의 차이를 고려하여, 보다 정밀도가 높은 잔용량 산출을 가능하게 한 배터리 잔용량 산출 장치를 제공한다.
배터리(36) 내에서 고온이 예상되는 위치에 배치된 고온측 온도 센서(91U)와, 배터리(36) 내에서 저온이 예상되는 위치에 배치된 저온측 온도 센서(91L)를 구비한다. 고온측 온도 센서(91U)의 출력에 기초하여 도출되는 최대 자기 방전량(SHmax)으로부터, 저온측 센서(91L)의 출력에 기초하여 도출되는 최소 자기 방전량(SHmin)을 감산한 값을 배터리(36)의 용량 편차량의 금회값(Ft)으로서 산출하고, 용량 편차량의 금회값(Ft)과 전회의 잔용량 산출 시에 산출된 용량 편차량의 전회 값(F0)의 적산값인 용량 편차 감산량(F)을, 만충전 용량(A)으로부터의 감산 요소로서 이용한다. 양 온도 센서 출력 및 배터리 충전율의 값에 기초하여 용량 편차량의 금회값(Ft)을 도출하는 자기 방전량 맵(206m)을 구비한다.

Description

배터리 잔용량 산출 장치{APPARATUS FOR CALCULATING RESIDUAL QUANTITY OF BATTERY}
본 발명은, 배터리 잔용량 산출 장치에 관한 것으로, 특히, 2차 전지의 잔용량을 보다 정확하게 산출할 수 있도록 한 배터리 잔용량 산출 장치에 관한 것이다.
종래부터, 2차 전지의 잔용량(충전 용량)의 산출 정밀도를 높이기 위해서 다양한 파라미터를 고려하는 것이 알려져 있다.
특허 문헌 1에는, 온도 센서로 검지된 2차 전지의 온도에 기초하여 2차 전지의 자기 방전량을 추측 검지하여, 이 자기 방전량을 만충전 시의 충전 용량으로부터 감산함으로써, 잔용량의 산출 정밀도를 높이도록 한 배터리 잔용량 산출 장치가 개시되어 있다.
일본국 공개특허 2004-191151호 공보
그런데, 전동 이륜차 등의 동력원으로서 탑재되는 2차 전지(이하, 배터리로 나타내는 경우도 있다)는, 고전압이 요구되기 때문에, 복수의 셀이 결합된 모듈 구조를 가지는 것이 일반적이다. 이러한 모듈 구조를 가지는 배터리에 있어서는, 배터리 내의 어느 위치에 있는지에 따라 각 셀의 온도에 차이가 발생할 가능성이 있다. 예를 들면, 이 각 셀의 자기 방전량을 하나 하나 추측 검지하려고 하면, 셀의 수와 동일 수의 온도 센서가 필요해져, 센서 배치의 곤란성이나 코스트의 증대 등이 발생하게 된다. 또한, 특허 문헌 1에 기재된 기술은, 하나의 2차 전지의 내부 온도, 표면 온도 또는 분위기 온도 중 어느 하나를 측정하여 자기 방전량의 크기를 추측 검지하는 것이며, 각 셀의 자기 방전량의 차, 바꾸어 말하면, 각 셀의 「용량 편차」에 관해서는 고려되지 않았다.
본 발명의 목적은, 상기 종래 기술의 과제를 해결하고, 배터리 내의 셀의 온도차에 기초하는 자기 방전량의 차를 고려하여, 보다 정밀도가 높은 잔용량 산출을 가능하게 한 배터리 잔용량 산출 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 복수의 셀(2a)이 결합하여 이루어지는 배터리(36)의 소정 위치의 온도를 검출하는 온도 센서(91U, 91L)와, 상기 배터리(36)의 만충전 용량(A)으로부터 복수의 감산 요소를 감산함으로써 상기 배터리(36)의 잔용량(R)을 산출하는 제어부(200)를 가지는 배터리 잔용량 산출 장치에 있어서, 상기 온도 센서(91U, 91L)는, 상기 배터리(36) 내에서 고온이 예상되는 위치에 배치된 고온측 온도 센서(91U)와, 상기 배터리(36) 내에서 저온이 예상되는 위치에 배치된 저온측 온도 센서(91L)로 이루어지고, 상기 제어부(200)는, 상기 고온측 온도 센서(91U)의 출력에 기초하여 도출되는 최대 자기 방전량(SHmax)으로부터 상기 저온측 온도 센서(91L)의 출력에 기초하여 도출되는 최소 자기 방전량(SHmin)을 감산한 값을 상기 배터리(36)의 용량 편차량(Ft)으로서 산출하며, 상기 용량 편차량(Ft)을, 상기 잔용량(R)의 산출 시에 상기 만충전 용량(A)으로부터 감산하는 감산 요소에 포함시키는 점에 제1 특징이 있다.
또, 상기 용량 편차량(Ft)을 금회값으로 설정하고, 이 용량 편차량의 금회값(Ft)과 전회의 잔용량 산출 시에 산출된 용량 편차량의 전회값(F0)의 적산값인 용량 편차 감산량(F)을, 상기 잔용량(R)의 산출 시에 상기 만충전 용량(A)으로부터 감산하는 감산 요소로서 이용하는 점에 제2 특징이 있다.
또, 상기 저온측 온도 센서(91L) 및 고온측 온도 센서(91U)의 출력값과, 배터리(36)의 충전율(SOC)의 값에 기초하여, 상기 최대 자기 방전량(SHmax) 및 최소 자기 방전량(SHmin)을 도출하는 자기 방전량 맵(206m)을 구비하는 점에 제3 특징이 있다.
또, 상기 배터리(36)는, 차량(1)으로의 탑재 시에 그 천정면 및 바닥면이 대략 수평을 지향하는 대략 직방체로 형성되어 있으며, 상기 고온측 센서(91U)는, 상기 배터리(36)의 천정면측에 부착되고, 상기 저온측 센서(91L)는, 상기 배터리(36)의 바닥면측에 부착되는 점에 제4 특징이 있다.
또, 상기 저온측 온도 센서(91L) 및 고온측 온도 센서(91U)는, 각각, 상기 배터리(36)의 차체 전후 방향의 대략 중앙이며, 또한 차폭 방향의 대략 중앙에 부착되어 있는 점에 제5 특징이 있다.
또, 상기 제어부(200)는, 상기 배터리(36)의 기본 온도 시의 충전 특성과 저온 시의 충전 특성의 차이에 기초하여, 저온 충전 부족량(B) 및 저온 방전 부족량(C)을 산출하고, 충방전 전류 측정 유닛(90)의 측정값에 기초하여 상기 배터리(36)의 방전량의 적산값(D)을 산출하며, 상기 최대 자기 방전량(SHmax)을 금회값으로 설정하고, 이 최대 자기 방전량의 금회값(SHmax)과 전회의 잔용량 산출 시에 산출된 최대 자기 방전량의 전회값(SHmaxO)의 적산값(E)을 산출하며, 상기 산출된 용량 편차량(Ft)을 금회값으로 설정하고, 이 용량 편차량의 금회값(Ft)과 전회의 잔용량 산출 시에 산출된 용량 편차량의 전회값(F0)의 적산값인 용량 편차 감산량(F)을 산출하며, 상기 만충전 용량(A)으로부터, 상기 저온 충전 부족량(B)과, 상기 저온 방전 부족량(C)과, 상기 방전량의 적산값(D)과, 상기 최대 자기 방전량의 적산값(E)과, 상기 용량 편차 감산량(F)을 감산함으로써, 상기 잔용량(R)을 산출하는 점에 제6 특징이 있다.
또한, 상기 배터리(36)는, 상자 형상의 배터리 케이스(37) 내에 수납되어 있으며, 상기 배터리 케이스(37)는, 한쪽측의 벽면에 설치된 개구(93)로부터 도입된 냉각풍이 다른쪽측의 벽면에 설치된 개구(94)로부터 도출되도록 구성되어 있으며, 상기 고온측 온도 센서(91U)는, 저온측 온도 센서(91L)보다 냉각풍의 하류측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 점에 제7 특징이 있다.
제1 특징에 의하면, 온도 센서는, 배터리 내에서 고온이 예상되는 위치에 배치된 고온측 온도 센서와, 배터리 내에서 저온이 예상되는 위치에 배치된 저온측 온도 센서로 이루어지고, 제어부는, 고온측 온도 센서의 출력에 기초하여 도출되는 최대 자기 방전량으로부터 저온측 온도 센서의 출력에 기초하여 도출되는 최소 자기 방전량을 감산한 값을 배터리의 용량 편차량으로서 산출하며, 용량 편차량을, 잔용량의 산출 시에 만충전 용량으로부터 감산하는 감산 요소에 포함시키므로, 2개의 온도 센서의 출력에 기초하여 배터리 모듈의 용량 편차량을 추측 검지하여, 이 용량 편차량을 이용함으로써, 잔용량의 검지 정밀도를 높이는 것이 가능해진다. 또, 복수의 셀의 각각에 온도 센서를 설치할 필요가 없기 때문에, 배터리 유닛의 부품 점수의 삭감과 코스트의 저감을 도모할 수 있다.
제2 특징에 의하면, 용량 편차량을 금회값으로 설정하고, 이 용량 편차량의 금회값과 전회의 잔용량 산출 시에 산출된 용량 편차량의 전회값의 적산값인 용량 편차 감산량을, 잔용량의 산출 시에 만충전 용량으로부터 감산하는 감산 요소로서 이용하므로, 용량 편차량을 적산값으로서 이용함으로써, 배터리 잔용량의 산출 정밀도를 높일 수 있다.
제3 특징에 의하면, 저온측 온도 센서 및 고온측 온도 센서의 출력값과, 배터리의 충전율의 값에 기초하여, 최대 자기 방전량 및 최소 자기 방전량을 도출하는 자기 방전량 맵을 구비하므로, 실험 등에 의해 미리 설정된 맵을 이용함으로써, 배터리 모듈의 용량 편차량을 용이하게 도출하는 것이 가능해진다.
제4 특징에 의하면, 배터리는, 차량으로의 탑재 시에 그 천정면 및 바닥면이 대략 수평을 지향하는 대략 직방체로 형성되어 있으며, 고온측 센서는 배터리의 천정면측에 부착되고, 저온측 센서는 배터리의 바닥면측에 부착되므로, 고온측의 배터리 온도와 저온측의 배터리 온도를 용이하게 검지하는 것이 가능해진다.
제5 특징에 의하면, 저온측 온도 센서 및 고온측 온도 센서는, 각각, 배터리의 차체 전후 방향의 대략 중앙이며, 또한 차폭 방향의 대략 중앙에 부착되어 있으므로, 각 센서의 부착 작업이 용이해진다.
제6 특징에 의하면, 제어부는, 배터리의 기본 온도 시의 충전 특성과 저온 시의 충전 특성의 차이에 기초하여, 저온 충전 부족량 및 저온 방전 부족량을 산출하고, 충방전 전류 측정 유닛의 측정값에 기초하여 배터리의 방전량의 적산값을 산출하며, 최대 자기 방전량을 금회값으로 설정하고, 이 최대 자기 방전량의 금회값과 전회의 잔용량 산출 시에 산출된 최대 자기 방전량의 전회값의 적산값을 산출하며, 산출된 용량 편차량을 금회값으로 설정하고, 이 용량 편차량의 금회값과 전회의 잔용량 산출 시에 산출된 용량 편차량의 전회값의 적산값인 용량 편차 감산량을 산출하며, 만충전 용량으로부터, 저온 충전 부족량과, 저온 방전 부족량과, 방전량의 적산값과, 최대 자기 방전량의 적산값과, 용량 편차 감산량을 감산함으로써 잔용량을 산출하므로, 5개의 감산 요소를 규정함으로써, 또한, 배터리의 잔용량의 산출 정밀도를 높일 수 있다.
제7 특징에 의하면, 배터리는, 상자 형상의 배터리 케이스 내에 수납되어 있으며, 배터리 케이스는, 한쪽측의 벽면에 설치된 개구로부터 도입된 냉각풍이 다른쪽측의 벽면에 설치된 개구로부터 도출되도록 구성되어 있으며, 고온측 온도 센서는, 저온측 온도 센서보다 냉각풍의 하류측에 배치되어 있으므로, 온도 검지의 정밀도를 보다 한층 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관련된 배터리 잔용량 산출 장치를 탑재한 전동 차량의 측면도이다.
도 2는 전동 차량의 사시도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 전동 차량의 주요부 사시도이다.
도 4는 전동 차량의 전기 계통도이다.
도 5는 메인 배터리의 사시도이다.
도 6은 메인 배터리의 분해 사시도이다.
도 7은 메인 배터리의 측면 단면도이다.
도 8은 배터리 잔용량 산출 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 9는 자기 방전량 맵이다.
도 10은 배터리 잔용량의 산출 방법을 나타낸 도이다.
도 11은 차량 정지 중의 배터리 잔용량 산출 처리의 순서를 나타낸 플로차트이다.
도 12는 차량 주행 중 또는 충전 중의 배터리 잔용량 산출 처리의 순서를 나타낸 플로차트이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시의 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 관련된 배터리 잔용량 산출 장치를 탑재한 전동 차량의 좌측면도, 도 2는 동일 좌측 전방 사시도이다. 전동 차량(1)은 저상(底床) 플로어를 가지는 스쿠터형 이륜차이며, 차체 프레임 F에 각 구성 부분이 직접 또는 다른 부재를 통하여 간접적으로 부착되어 있다.
도 1, 도 2에 있어서, 차체 프레임 F는, 전(前)부분인 헤드 파이프(26)와, 헤드 파이프(26)에 선단이 접합되고 후단이 하방으로 연장되어 있는 다운 프레임(27)과, 프레임(27)의 하부에 연결되어 차체 폭방향 좌우로 각각 분기하여 차체 후방 쪽으로 연장되어 있는 한 쌍의 언더 프레임(28)과, 언더 프레임(28)으로부터 차체 상측 후방으로 연장되어 있는 리어 프레임(29)으로 이루어진다. 헤드 파이프(26)는, 스티어링축(20)을 회동 가능하게 지지한다. 스티어링축(20)의 상부에는 스티어링 핸들(25)이 연결되고, 하부에는 전륜 WF를 지지하는 프론트 포크(24)가 연결된다.
헤드 파이프(26)의 전부에는 파이프로 이루어지는 프론트 스테이(50)가 결합되고, 이 프론트 스테이(50)의 전단부에는, 헤드 라이트(51)가 부착되며, 헤드 라이트(51)의 상방에는 브래킷(57)으로 지지되는 프론트 캐리어(19)가 설치된다.
차체 프레임 F의, 언더 프레임(28)과 리어 프레임(29)의 중간 영역에, 차체 후방을 향하여 연장되는 피봇 플레이트(30)가 접합되어 있으며, 이 피봇 플레이트(30)에는, 차체 폭방향으로 연장되어 있는 피봇축(32)이 설치되고, 이 피봇축(32)에 의해 스윙 아암(22)이 상하 요동 가능하게 지지된다. 스윙 아암(22)에는, 차량 구동원으로서의 전동 모터(23)가 설치되고, 모터(23)의 출력은 후륜 차축(21)에 전달되고, 후륜 차축(21)에 지지된 후륜 WR이 구동된다. 또한, 후륜 차축(21)을 포함하는 하우징과 리어 프레임(29)은, 리어 서스펜션(33)에 의해 연결된다. 피봇 플레이트(30)의 하방 연장 부분에는, 정차 중에 차체를 지지하는 사이드 스탠드(31)가 회동 가능하게 부착되고, 스윙 아암(22)의 하면에는 메인 스탠드(34)가 부착되어 있다.
복수의 배터리 셀을 배터리 케이스(37)에 내장한 고전압(예를 들면, 72볼트 정격)의 메인 배터리(36)가 언더 프레임(28)에 탑재된다. 메인 배터리(36)의 전부에는, 배터리 냉각풍으로서의 공기를 배터리 케이스(37) 내에 도입하는 덕트(64)가 접속관(65)을 통하여 연결되고, 덕트(64)의 상방에는, 접속관(66)을 통하여 에어 크리너(68)가 설치된다. 에어 크리너(68)는 헤드 파이프(26)와 거의 동일한 높이에 설치된다. 덕트(64) 및 접속관(65, 66)을 통합적으로 전부 연결관(110)(도 7 참조)으로 부른다.
배터리 케이스(37)의 후부에는 덕트(이하, 「후부 연결관」으로 부른다)(69)가 연결되고, 이 후부 연결관(69)의 후부는, 송풍 수단인 냉각 팬(70)에 연결된다. 냉각 팬(70)은, 언더 프레임(28)으로부터 비스듬하게 상측 후방으로 연장되어 있는 리어 프레임(29)을 따라 배치된다. 냉각 팬(70)은, 바람직하게는 시로코 팬이며, 전부 연결관(110)이나 후부 연결관(69)을 통해서 배터리 케이스(37) 내에 송풍되는 공기의 흐름 방향을 반전시킬 수 있도록 회전 방향을 반전 가능하게 구성된다.
리어 프레임(29) 상에는 메인 배터리(36)를 충전하는 외부의 충전기로부터 연장되는 충전 케이블에 접속되는 급전측 커넥터(후술)를 결합할 수 있는 수전(受電)측 커넥터(78)가 설치된다. 리어 프레임(29)에는, 또한 리어 캐리어(59)나 테일 라이트(52)가 설치된다.
좌우 한 쌍의 리어 프레임(29)의 사이에는 짐칸(38)이 설치되고, 이 짐칸(38)으로부터 하부에 돌출되어 있는 짐칸 바닥부(38a)에는. 메인 배터리(36)로 충전되는 저전압(예를 들면, 12볼트 정격)의 서브 배터리(40)가 수용된다. 짐칸(38) 상에는, 짐칸(38)의 뚜껑을 겸용하는 운전자 시트(39)가 설치된다.
차체 프레임 F는, 합성 수지제의 차체 커버로 덮인다. 차체 커버는, 핸들 커버(56), 프론트 커버(42), 레그 쉴드(43), 저상 플로어(44), 플로어 사이드 커버(45), 언더 커버(46), 시트 하측 전부 커버(47), 사이드 커버(48), 및 리어 커버(49)를 구비한다.
프론트 커버(42)는, 헤드 파이프(26)나 프론트 스테이(50) 등을 전방으로부터 덮는다. 레그 쉴드(43)는 프론트 커버(42)에 이어져, 운전자 시트(39)에 앉은 운전자의 다리부의 전방에 위치하도록 배치되고, 헤드 파이프(26), 전부 연결관(110) 중, 덕트(64) 및 접속관(66)을 운전자 시트(39)측으로부터 덮는다. 저상 플로어(44)는 레그 쉴드(43)의 하부에 이어지고, 플로어 사이드 커버(45)는 저상 플로어(44)에 이어진다. 저상 플로어(44)는 배터리 케이스(37)를 상방으로부터 덮고, 플로어 사이드 커버(45)는 언더 프레임(28) 및 배터리 케이스(37)를 차체 좌우측으로부터 덮는다.
언더 커버(46)는 좌우의 플로어 사이드 커버(45)의 하측 가장자리 사이에 걸쳐진다. 시트 하측 전부 커버(47)는 짐칸(38)을 전방으로부터 덮도록 하여 저상 플로어(44)의 후단으로부터 상승한다. 좌우 한 쌍의 사이드 커버(48)는 짐칸(38)을 좌우로부터 덮도록 하여 상기 시트 하측 전부 커버(47)의 양측으로 이어진다. 리어 커버(49)는 후륜 WR을 상방으로부터 덮어 사이드 커버(48)에 이어진다.
도 3은, 전동 차량(1)의 주요부를 나타낸 주요부 사시도이다. 도 3에 있어서, 도 2에 나타낸 시트 하측 전부 커버(47)는 분리되어 있다. 시트 하측 전부 커버(47)를 분리한 전동 차량(1)의 내부에는, 냉각 팬(70)이나 짐칸(38)을 볼 수 있다. 짐칸(38)은, 리어 프레임(29, 29) 사이에 걸쳐진 서브 프레임(35)에 접합된 스테이(35a, 35b)에 의해 지지되어 있다. 냉각 팬(70)은, 차체의 우측으로 기울어져 위치하고 있으며, 팬 배기구(41)를 차체의 좌측을 향하게 하고 있다. 냉각 팬(70)은, 모터(23)를 구동하기 위한 파워·드라이브·유닛(PDU)의 케이스(71a)에 3개의 볼트(53)로 고정된다.
도 4는, 전동 차량의 전기 계통도이다. PDU(71)는 제어 유닛(ECU)을 포함한다. PDU(71)는 퓨즈(72) 및 제1 릴레이 스위치(73)를 통하여 메인 배터리(36)의 플러스측 단자에 접속된다. 제1 릴레이 스위치(73)에는 제2 릴레이 스위치(74) 및 저항(76)으로 이루어지는 직렬 회로가 병렬로 접속된다. 메인 배터리(36) 및 서브 배터리(40)는, 충전기(75)에 의해 외부 전원 PS로부터 공급되는 전력으로 충전할 수 있다. 충전기(75)는 급전측 커넥터(77)를 구비하고, 차량에 설치되는 수전측 커넥터(78)와 접속 가능하다. 수전측 커넥터(78)는 DC-DC 컨버터(79)에 접속된다.
DC-DC 컨버터(79)는, 수전측 커넥터(78)에 접속되는 한 쌍의 라인(L1, L2)의 한쪽(L1)에 끼워지는 전계 효과형 트랜지스터(FET)(80)와, 충전기(75)로부터의 전압을 저전압(예를 들면 12볼트)으로 강하시키기 위해서 라인(L1, L2)에 접속되는 전압 강하 회로(81)를 구비한다. 라인(L1, L2)은, 고전압의 충전 전류로 메인 배터리(36)를 충전하기 때문에, 제2 릴레이 스위치(74)(프리 차지 컨택터) 및 저항(76)으로 이루어지는 직렬 회로와, 제1 릴레이 스위치(73)(메인 콘택터)의 병렬 회로를 통하여 메인 배터리(36)에 접속된다. 전압 강하 회로(81)의 출력측은 서브 배터리(40)에 접속된다.
PDU(71)에 내장된 ECU에는 서브 배터리(40)가 메인 스위치(82)를 통하여 접속되고, 제어용 전력이 서브 배터리(40)로부터 공급된다. 서브 배터리(40)는 메인 스위치(82)를 통하여 배터리 관리 유닛(BMU)(83)에도 접속되며, BMU(83)는 제1 릴레이 스위치(73) 및 제2 릴레이 스위치(74)의 온 오프를 지시하는 기능을 가진다.
동작 시, 메인 스위치(82)를 온으로 하면, BMU(83)는 제2 릴레이 스위치(74)를 온으로 하여 메인 배터리(36)로부터 제2 릴레이 스위치(74), 저항(76) 및 퓨즈(72)를 통하여 PDU(71)에 전류를 흐르게 하고, 그 후, 제1 릴레이 스위치(73)를 온으로 한다. 이와 같이, 제2 릴레이 스위치(74)를 온으로 한 후에 제1 릴레이 스위치(73)를 온으로 하는 것은, PDU(71)에 설치되어 있는 콘덴서로의 돌입 전류가 제1 릴레이 스위치(73)에 흐르는 것을 방지하기 위해서이다.
또한, 제1 릴레이 스위치(73), 제2 릴레이 스위치(74) 및 BMU(83)는, 메인 배터리(36)와 함께 배터리 케이스(37)에 수납할 수 있다.
도 5는 메인 배터리의 구성을 나타낸 차체 좌측 전방으로부터의 사시도, 도 6은 메인 배터리를 구성하는 모듈의 분해 사시도이다. 도 5, 도 6에 있어서, 부호 FR은, 차체 전방 방향을 나타내고, 부호 L은 차체 좌방향을 나타낸다. 메인 배터리(36)는, 차체 전후 방향으로 나란히 배치되는 3개의 배터리 모듈(2)을 구비한다. 단, 도 6에는, 3개의 모듈 중 1개를 나타낸다. 각 배터리 모듈(2)은, 상하 2단으로 배치되어 차체 폭방향으로 소정의 극간을 설치하고 늘어 놓아진 복수의(여기에서는 15세트의) 배터리 셀(2a)로 이루어지는 셀 유닛(3)과, 셀 유닛(3)에 대해 차체 전후 방향에 각각 배치되는 전벽(4) 및 후벽(5)과, 전벽(4)의 전방에 배치되는 커버(6)로 이루어진다. 전벽(4) 및 후벽(5)에는, 각각 높이 방향 중앙부에 차폭 방향으로 연장되는 리브(4a, 5a)가 각각 설치된다.
셀 유닛(3)의 상면에는, 차체 폭방향으로 소정 간격으로 배치되어, 차체 전후 방향으로 연장되는 보강 리브(7a)를 가지는 상벽(7)이 설치된다. 상벽(7)의 각 보강 리브(7a) 간에는 차체 전후 방향으로 긴 슬롯(7b)이 형성된다. 셀 유닛(3)의 하면에는 상벽(7)과 동일한 형상을 가지는 하벽(보강 리브(7a) 만이 도시되어 있다)이 설치된다. 또한, 셀 유닛(3)은, 차체 폭방향 양측에 배치되는 측벽(8)을 가진다.
각 배터리 셀(이하, 간단히 셀로 나타내는 경우도 있다)(2a)은, 차체 전방을 향하여 배열된 전극 D를 구비하고, 각 배터리 셀의 2개의 전극 D 간에는 내압 개방 밸브(9)가 설치된다. 전벽(4)의, 내압 개방 밸브(9)에 대향하는 위치에는 상하 2단에 걸쳐 차체 폭방향 수평으로 연장되는 전해액 안내로(10)가 설치되고, 이 전해액 안내로(10)는 상하 방향으로 연장되는 전해액 드레인(11)에 연통 접속된다. 이 전해액 드레인(11)은 차체 폭방향의 한쪽측(이 예에서는 좌측)에 집약되어 배치되어, 메인트넌스를 하기 쉽게 되어 있다.
커버(6)의 차폭 방향 양단 하부에는 각각 볼록부(6a, 6a)가 형성된다. 이 양단의 볼록부(6a, 6a) 간의 공간 영역(12)은, 메인 배터리(36)가 배터리 케이스(37)에 수용되었을 때에 배터리 케이스(37)의 바닥부와의 사이에 접촉되지 않는 부분이다. 따라서, 배터리 케이스(37)에 수용된 상태에서는, 이 공간 영역(12)은, 메인 배터리(36)의 하면과 배터리 케이스(37)의 사이에 차체 전후 방향에 관통하는 극간을 형성한다.
인접하는 배터리 모듈(2)의 사이에는 간극(13)이 형성되지만, 이 간극(13)은 상기 리브(4a, 5a)에 의해 상하로 2분할된다. 따라서, 리브(4a, 5a)에 의해 상하 2개의 부분으로 분할된 간극(13)의 각 부분 간에서의 공기의 유통이 저지된다. 따라서, 메인 배터리(36)의 하부와 상부 사이에서는, 공기는 간극(13)을 흐르는 일 없이, 상기 슬롯(7b)을 지나 유통된다.
각 배터리 모듈(2)의 측벽(8) 중, 차체 좌측의 측벽(8)에는 양극 접속 단자(14), 음극 접속 단자(15), 양극 케이블(16), 음극 케이블(17), 전압·온도 감시 기판(18), 및 통신 커넥터(67)가 설치된다. 양극 케이블(16) 및 음극 케이블(17)은, 측벽(8)에 고정되는 케이블 가이드(84, 85)로 유지된다.
배터리는, 병렬 접속되는 3개의 모듈을 1세트로 하여, 각 세트를 직렬 접속하여 소정의 배터리 전압(예를 들면 72볼트)을 얻도록 구성된다. 화살표(86)에 의해 배터리 셀의 접속 라인을 모식적으로 나타냈다. 이 접속 라인(86)의 일단은 양극 접속 단자(14)에 접속되고, 타단은 음극 접속 단자(15)에 접속된다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 양극 케이블(16)의 단부는, 3개의 배터리 모듈(2) 중, 차체 전방측의 것인 양극 접속 단자(14)에 접속되고, 음극 케이블(17)의 선단은, 3개의 배터리 모듈(2) 중, 차체 후방측의 것인 음극 접속 단자(15)에 접속된다. 그리고, 차체 전방측의 배터리 모듈(2)의 음극 접속 단자(15)는, 인접하는 중앙 배터리 모듈(2)의 양극 접속 단자(14)에 접속되고, 중앙 배터리 모듈(2)의 음극 접속 단자(15)는, 차체 후방측의 배터리 모듈(2)의 양극 접속 단자(14)에 접속된다. 즉, 각 배터리 모듈(2)은 직렬로 접속된다.
3개의 배터리 모듈(2)의 전압·온도 감시 기판(18)은, 만곡시켜 배선된 패널(87)에 의해 서로 접속된다. 차체 후방측 배터리 모듈(2)의, 상벽(7)의 차체 우측에는 충방전 관리를 행하는 균등화 유닛(88)이 설치되고, 균등화 유닛(88)으로부터 연장된 하네스(89)는, 전압·온도 감시 기판(18)에 접속된다. 균등화 유닛(88)에는, 전류 측정 기준을 설정하는 션트 기판과 퓨즈가 일체화된 충방전 전류 측정 유닛(90)이 병설된다.
수지 몰드되는 전압·온도 감시 기판(18)은, 배터리 모듈마다, 전압 및 온도를 감시한다. 구체적인 온도 검지는, 각 배터리 모듈(2)의 상하에 각각 배치되는 상부(고온측) 온도 센서(91U) 및 하부(저온측) 온도 센서(91L)에 의해 행해진다. 양 온도 센서(91U, 91L)는, 공기류에 직접 영향을 받지 않게 하기 위해, 상벽(7) 및 하벽(도시하지 않음)의 차폭 방향 중앙에, 상기 슬롯(7b)으로부터 이간하여 설치하는 것이 좋다. 양 온도 센서(91U, 91L)는, 각 배터리 모듈(2)에 설치되고, 그 배터리 모듈(2)의 상부 영역 및 하부 영역의 온도를 대표한다. 그리고, 상부 영역 및 하부 영역 각각에 설치되는 2개의 온도 센서(91U, 91L)에 의한 검출값의 평균으로 메인 배터리(36)의 상부 및 하부의 온도를 대표하게 할 수 있다.
또한, 고온측 온도 센서(91U)는, 배터리 내에서 가장 고온이 되는 것이 예상되는 위치에 배치되고, 한쪽의 저온측 온도 센서(91L)는, 배터리 내에서 가장 저온이 되는 것이 예상되는 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 온도 센서(91U, 91L)의 배치는 이것에 한정되지 않고, 배터리 케이스(37) 내에서의 상부 영역과 하부 영역에 있어서의 각각의 온도가 개별적으로 측정될 수 있으면 된다. 따라서, 온도 센서(91U, 91L)는, 3개의 배터리 모듈(2)의 각각에 설치하는 방식에 한정되지 않고, 예를 들면, 상부 영역 및 하부 영역에 1개씩으로 하여, 차체 전후 방향의 중앙 또한 차폭 방향의 중앙의 위치에 배치할 수 있다.
도 7은, 배터리 케이스(37)에 수용된 상태의 메인 배터리(36)를 나타낸 측면 단면도이다. 도 7에 있어서, 배터리 케이스(37)는, 케이스 전판(37f), 케이스 후판(37r), 케이스 상판(37u), 케이스 바닥판(37b), 및 케이스 측판(37s)으로 이루어지며, 배터리 모듈(2)을 수용하는 공간을 형성한다. 차체 전방측의 배터리 모듈(2)에는 점선으로 배터리 셀(92)의 외형을 나타낸다. 나머지의 2개의 배터리 모듈(2)에도, 마찬가지로 배터리 셀(92)이 상하 2단으로 배치된다.
배터리 케이스(37)의 차체 전방측의 벽(케이스 전판)(37f)에는, 접속관(65)을 접속하여, 접속관(65)과 배터리 케이스(37) 내에서 공기의 유통을 가능하게 하기 위한 개구(흡기구)(93)가 형성된다. 한편, 배터리 케이스(37)의 차체 후방측의 벽(케이스 후판)(37r)에는, 후부 연결관(69)과 배터리 케이스(37) 내에서 공기의 유통을 가능하게 하기 위한 개구(배기구)(94)가 형성된다.
케이스 전판(37f)의 내면에는, 흡기구(93)보다 상방에, 차폭 방향으로 연장되는 리브(37a)가 설치되고, 케이스 전판(37f)과 차체 전방측 배터리 모듈(2)의 커버(6)의 사이에 생기는 간극을 이 리브(37a)로 상하로 2분하고 있다. 한편, 케이스 후판(37r)에도 마찬가지로, 배기구(94)보다 하방에, 차폭 방향으로 연장되는 리브(37c)가 설치되고, 케이스 후판(37r)과 차체 후방측 배터리 모듈(2)의 후벽(5)의 사이에 생기는 간극을 이 리브(37c)로 상하로 2분하고 있다.
냉각 팬(70)의 회전에 의한 냉각풍의 통로는, 에어 크리너(68), 전부 연결관(110), 배터리 케이스(37), 및 후부 연결관(69)으로 이루어진다.
냉각 팬(70)은, 후술하는 온도 조건 및 전동 차량(1)의 주행 상태(예를 들면, 주행 속도)에 의해 구동 개시, 구동 정지한다. 그리고, 냉각 팬(70)이 회전되면, 에어 크리너(68)로부터 공기가 흡입되고, 그 공기는, 전부 연결관(110)을 지나 흡기구(93)로부터 배터리 케이스(37) 내에 도입된다. 배터리 케이스(37) 내에 도입된 공기는 리브(37a)에 의해 상방으로 흐르는 것이 저지되므로, 화살표 A1을 따라 하방으로 안내되고, 상기 볼록부(6a)에 의해 형성된 영역(간극)(12)을 지나 배터리 모듈(2)의 하부(12a)로 돈다. 그리고, 화살표 A2~A4로 나타내는 바와 같이, 배터리 셀(92)의 사이를 지나, 슬롯(7b)을 빠져 나와 배터리 케이스(37)의 상부 공간(37d)에 이른다. 상부 공간(37d)에 흘러 든 공기는 리브(37c)에 의해, 하방으로 흐르는 것이 저지되므로, 배기구(94)로부터 후부 연결관(69)에 흘러 들어, 냉각 팬(70)으로 배기된다.
여기서, 2차 전지에 있어서는, 축적되어 있는 전기의 양이 시간의 경과와 함께 서서히 감소하는 자기 방전의 정도가 크고, 또한, 복수의 셀로 이루어지는 모듈 구조를 가지는 경우에는, 각 셀의 자기 방전량의 차가 문제가 된다. 구체적으로는, 셀마다의 자기 방전량의 차에 기인하여 셀마다의 잔용량에 차가 발생한 경우에, 자기 방전량이 작은 셀에 맞추어 방전되어 버리면, 자기 방전량이 큰 셀이 과방전이 될 가능성이 있다. 이것을 방지하려면, 자기 방전량이 큰 셀에 맞추어 방전 제어를 실행할 필요가 있지만, 이러한 방전 제어를 실행하기 위해서는, 각 셀의 자기 방전량의 차를 고려하여 모듈 전체의 잔용량을 산출하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 상기한 상부(고온측) 온도 센서(91U) 및 하부(저온측) 온도 센서(91L)의 출력값에 기초하여, 이 자기 방전량의 차를 추측 검지할 수 있도록 한 점에 특징이 있다.
도 8은, 본 실시 형태에 관련된 배터리 잔용량 산출 장치의 구성을 나타낸 블럭도이다. 배터리 잔용량 산출 장치의 제어부(200)에 포함되는 배터리 잔용량 산출 수단(201)은, 만충전 상태 검지 수단(202), 방전량 검지 수단(203), 저온 충전 부족량 검지 수단(204), 저온 방전 부족량 검지 수단(205), 용량 편차량 산출 수단(206)으로부터 입력되는 각 정보에 기초하여, 메인 배터리(36)의 잔용량(충전 용량)을 검지한다.
만충전 상태 검지 수단(202)은, 메인 배터리(36)의 전압을 검지하는 배터리 전압 센서(202a)의 검출값이 소정 전압(예를 들면, 72V)에 이른 것에 기초하여 만충전 상태를 검지한다. 또, 방전량 검지 수단(203)은, 충방전 전류 측정 유닛(90)의 검출값에 기초하여, 만충전 상태로부터의 전류 적산값을 산출하여 방전량을 검지한다.
저온 충전 부족량 검지 수단(204) 및 저온 방전 부족량 검지 수단(205)에는, 저온측의 하부 온도 센서(91L)의 출력이 각각 입력된다. 또, 용량 편차량 산출 수단(206)에는, 상부 온도 센서(91U) 및 하부 온도 센서(91L)의 출력이 각각 입력된다.
여기서, 리튬 이온 배터리 등의 2차 전지는, 배터리의 온도가 표준 온도(예를 들면, 25℃)이면, 소정 전압에 이르면(예를 들면, 1셀에서 2.8V) 충전 용량이 100%가 되는 경우에도, 배터리의 온도가 표준 온도보다 낮으면 이 소정 전압에 이르렀음에도 불구하고 충전 용량이 100%에 도달하지 않는, 즉, 충전 부족이 생겨 버린다(예를 들면, 80% 밖에 충전되지 않는다)는 성질을 가진다. 저온 충전 부족량 검지 수단(204)은, 실험 등에서 미리 정해진 충전 특성 맵(m)을 이용하여, 이 저온 시에 있어서의 충전량의 부족량을 도출할 수 있다.
또, 2차 전지는, 배터리의 온도가 표준 온도(예를 들면, 25℃)이면 충전 용량을 100% 방전할 수 있는 경우에도, 배터리의 온도가 표준 온도보다 낮으면, 방전량이 100%에 도달하지 않는, 즉, 방전 부족이 생겨 버린다(예를 들면, 80% 밖에 방전할 수 없다)는 성질을 가진다. 저온 방전 부족량 검지 수단(205)은, 실험 등에서 미리 정해진 충전 특성 맵(m)을 이용하여, 이 저온 시에 있어서의 방전량의 부족량을 도출할 수 있다.
또한, 용량 편차량 산출 수단(206)에는, 자기 방전량 산출 수단(207) 및 자기 방전량 맵(206m)이 포함된다. 실험 등에서 미리 정해진 자기 방전량 맵(206m)에는, 배터리 온도 및 배터리 충전율과, 자기 방전량의 관계가 규정되어 있다.
2차 전지는, 사용되고 있지 않는 방치 상태에서도 자기 방전에 의해 잔용량이 감소하며, 그 자기 방전량의 크기는, 배터리의 온도 및 배터리 충전율(SOC: state of charge)에 의거하는 것이 알려져 있다. 자기 방전량 산출 수단(207)은 자기 방전 량 맵(206m)에 기초하여, 상부 온도 센서(91U)의 출력에 의한 고온측 셀의 최대 자기 방전량(SHmax)과, 하부 온도 센서(91L)의 출력에 기초하는 저온측 셀의 최소 자기 방전량(SHmin)을 각각 도출한다. 자기 방전량은, 저온 시보다 고온 시 쪽이 커져, 고온측 셀의 최대 자기 방전량(SHmax)으로부터 저온측 셀의 최소 자기 방전량(SHmin)을 감산하면, 셀의 온도차에 기인하는 용량 편차량의 현재값(금회값)이 구해진다.
배터리에 있어서의 용량 편차란, 예를 들면, 동일한 충전 용량의 셀 A와 B를 접속했을 때에, 자기 방전량에 개체차가 있음으로써, 시간의 경과와 함께 셀 A 및 셀 B의 충전 용량(잔용량)에 발생하는 차이이다. 용량 편차가 발생한 배터리 모듈을 방전시키면, 자기 방전량이 큰 셀에 맞추어 메인 배터리(36)의 과방전 방지 회로가 작동하게 되어, 자기 방전량이 작은 셀의 방전이 충분히 행해지지 않은 채 방전이 정지된다. 한편, 용량 편차가 발생한 배터리를 충전하면, 자기 방전량이 큰 셀 쪽이 먼저 소정 전압에 도달하여 과충전 방지 회로가 작동해 버려, 다른쪽의 셀의 충전이 충분히 행해지지 않은 채 충전이 정지되어 버린다는 문제가 발생한다.
그래서, 균등화 처리 수단(208)은, 자기 방전량의 차에 의해 발생하는 용량 편차를 수복하기 위해서, 메인 배터리(36)의 각 셀에 대해 소정의 주기로 균등화 처리를 실행한다. 메인 배터리(36)의 각 셀에는, 이 처리를 가능하게 하는 균등화 처리 회로가 장착되어 있다.
각 셀에 장착된 균등화 처리 회로는, 예를 들면, 방전 말기에 전압이 낮은 셀을 바이패스하여 방전을 금지하거나, 충전 말기에 전압이 높은 셀을 바이패스하여 전압이 낮은 셀만 충전함으로써, 용량 편차를 실질적으로 보정하는 것이다. 또한, 균등화 처리에는 어느 정도의 시간을 필요로 하기 때문에, 예를 들면, 충전 100회에 1회 등의 주기로 실행된다. 본 발명에 관련된 배터리 잔용량 산출 장치는, 다음의 균등화 처리가 실행되기까지의 기간이어도, 용량 편차량을 추측 검지함으로써 배터리 잔용량의 산출 정밀도를 높이려고 하는 것이다.
도 9에, 용량 편차량 산출 수단(206)에 포함되는 자기 방전량 맵(206m)의 개요를 나타낸다. 상기한 바와 같이, 자기 방전량은, 배터리의 온도 및 배터리 충전율에 의거한다. 이 도면에서는, SOC가 100%, 75%, 50%일 때의 그래프만을 나타내고 있지만, 보다 세밀한, 예를 들면, 1% 피치의 그래프를 설정해도 된다. 이 도면의 예에서는, SOC 75%에 대응하는 곡선에 있어서, 고온측 온도 센서(91U)의 출력값(Tmax)에 대응하는 자기 방전량이 최대 자기 방전량(SHmax)으로서 도출되고, 또, 저온측 온도 센서(91L)의 출력값(Tmin)에 대응하는 자기 방전량이 최소 자기 방전량(SHmin)으로서 도출되어 있다. 그리고, 최대 자기 방전량(SHmax)으로부터 최소 자기 방전량(SHmin)을 뺀 것이, 용량 편차량의 금회값(Ft)로서 적용된다.
도 10은, 배터리 잔용량 산출 수단(201)(도 8 참조)에 의한 배터리 잔용량의 산출 방법을 도식화한 것이다. 도시하는 바와 같이, A: 만충전 용량, B: 저온 충전 부족량, C: 저온 방전 부족량, D: 방전량의 적산값, E: 자기 방전량의 적산값, F: 용량 편차 감산량으로 했을 때, 배터리 잔용량(R)은, A-(B＋C＋D＋E＋F)의 식에 의해 나타낼 수 있다. 즉, 잔용량(R)을 산출할 때에, B~F의 각 값은, 만충전 용량(A)에 대한 감산 요소가 된다.
도시 상측의 (a)의 그래프는, 기본 온도(25℃)에서의 충전 특성(실선)과 저온 시의 충전 특성(파선)의 차를 나타낸 「충전 특성 맵」이다(도 8에 나타낸 충전 특성 맵(m)). 배터리 모듈의 각 셀의 전압은, 과충전 방지 회로 및 과방전 방지 회로에 의해, 만충전 상태에 대응하는 소정 전압 V2(예를 들면, 2.8V)와 방전 한계에 대응하는 소정 전압 V1(예를 들면, 1.8V)의 사이에 들어가도록 설정되어 있다.
그러나, 셀 전압이 동일한 소정 전압 V2인 경우에도, 배터리 온도가 기본 온도이면 배터리 용량 a1(예를 들면, 100%)까지 충전되는 바, 배터리 온도가 낮은 경우에는, 배터리 용량 a2(예를 들면, 80%)까지 밖에 충전되지 않게 된다. 이 충전 용량의 차가, 저온 충전 부족량(B)에 상당한다.
또, 배터리 셀 전압이 동일한 소정 전압 V1인 경우에도, 배터리 온도가 기본 온도이면 배터리 용량이 a4(예를 들면, 0%)까지 방전되는 바, 배터리 온도가 낮은 경우에는, 배터리 용량이 a3(예를 들면, 20%)까지 밖에 방전되지 않게 된다. 이 충전 용량의 차가, 저온 방전 부족량(C)에 상당한다.
도시 하측의 (b)의 그래프는, 기본 온도(25℃)에서의 충전 특성(실선)과 용량 편차가 발생한 경우의 충전 특성의 차를 나타낸 「용량 편차 특성 맵」이다. 그래프를 참조하면, 배터리 셀 전압이 동일한 소정 전압 V2인 경우에도, 배터리 온도가 기본 온도이면 배터리 용량 a5(예를 들면, 100%)까지 충전되는 바, 용량 편차가 발생한 경우에는, 배터리 용량 a6(예를 들면, 80%)까지 밖에 충전되지 않게 된다.
이 충전 용량의 차가, 용량 편차 감산량(F)에 상당하며, 용량 편차 감산량(F)는, 용량 편차량의 금회값(Ft)과, 전회의 잔용량 산출 시에 산출된 용량 편차량의 전회값(F0)을 합산한 값이 된다. 도 9에 나타낸 자기 방전량 맵(206m)은, 이 용량 편차량의 금회값(Ft)을 도출하는 것이다.
도 11은, 차량 정지 중의 배터리 잔용량 산출 처리의 순서를 나타낸 플로차트이다. 단계 S1에서는, 제어부(200) 내의 메모리로부터, 저온 충전 부족량(B), 저온 방전 부족량(C), 방전량의 적산값(D), 만충전 용량(A), 최대 자기 방전량의 적산값의 전회값(E0), 용량 편차량의 적산값의 전회값(FS0)이 각각 읽어 들여진다. 또한, 「전회값」이란, 전회의 잔용량 산출 시에 산출된 값인 것을 의미하여, 또, 만충전 용량(A)은 미리 정해진 고정값이다.
단계 S2에서는, 상부(고온측) 온도 센서(91U) 및 하부(저온측) 온도 센서(91L)에 의해, 배터리(36)의 천정면측과 바닥면측의 2개소의 온도가 검지된다. 단계 S3에서는, 배터리 잔용량(R)이 산출된다. 배터리 잔용량(R)은, 도 10에 나타낸 바와 같이, 만충전 용량(A)으로부터, 저온 충전 부족량(B)과, 저온 방전 부족량(C)과, 방전량의 적산값(D)과, 최대 자기 방전량의 적산값(E)과, 용량 편차 감산량(F)을 감산함으로써 산출된다.
다음에, 단계 S4에서는, SOC(배터리 충전율)가, SOC=잔용량의 전회값 RO÷만충전 시 용량 A×100의 산출식에 의해 산출된다. 이어지는 단계 S5에서는, 고온측 셀 온도에 플러스 2℃의 값(예를 들면, 52℃) 및 산출된 SOC(예를 들면, 75%)의 값을 도 9의 자기 방전량 맵(m)에 각각 적용하여, 최대 자기 방전량의 금회값(SHmax)이 도출된다. 여기서, 저온측 셀 온도 플러스 2℃의 값을 이용하는 것은, 온도 검지 오차를 허용하기 때문이다.
단계 S6에서는, 최대 자기 방전량의 적산값(E)이, E=최대 자기 방전량의 적산값의 전회값(E0)＋최대 자기 방전량의 금회값(SHmax)의 산출식에 의해 산출된다.
단계 S7에서는, 저온측 셀 온도 마이너스 2℃의 값(예를 들면, 38℃) 및 산출된 SOC의 값을, 도 9에 나타낸 자기 방전량 맵(m)에 각각 적용하여, 최소 자기 방전량(SHmin)이 도출된다. 여기서, 저온측 셀 온도 마이너스 2℃의 값을 이용하는 것은, 고온측과 마찬가지로 온도 검지 오차를 허용하기 때문이다. 이어지는 단계 S8에서는, 용량 편차량의 적산값(FS)이, FS=용량 편차량의 적산값의 전회값(FS0)＋(최대 자기 방전량의 금회값(SHmax)-최소 자기 방전량(SHmin))의 산출식에 의해 산출되고, 단계 S9로 진행한다.
그리고, 단계 S9에서는, 금회 산출된, 배터리 잔용량(R), 최대 자기 방전량의 적산값(E) 및 용량 편차의 적산값(FS)을 각각 메모리에 기억시키고, 일련의 제어를 종료한다. 다음에 배터리 잔용량을 산출할 때에는, 메모리에 기억된 배터리 잔용량, 최대 자기 방전량의 적산값 및 용량 편차 감산량이, 각각 전회값으로서 이용된다.
도 12는, 차량 주행 중 또는 충전 중의 배터리 잔용량 산출 처리의 순서를 나타낸 플로차트이다. 단계 S11에서는, 제어부(200) 내의 메모리로부터, 저온 충전 부족량(B), 방전량의 전회값(D0), 최대 자기 방전량의 적산값(E) 및 용량 편차량의 적산값(FS), 용량 편차 감산량(F)이 각각 읽어 들여진다.
단계 S12에서는, 상부(고온측) 온도 센서(91U) 및 하부(저온측) 온도 센서(91L)에 의해 배터리 모듈의 2개소의 온도가 검지된다. 단계 S13에서는, 저온측 셀 온도 마이너스 2℃의 값(예를 들면, 38℃)을 도 10의 (a)에 나타낸 충전 특성 맵(m)에 적용하여, 저온 방전 부족량(C)이 도출된다.
단계 S14에서는, 제어부(200)의 만충전 상태 검지 수단(202)에 의해 배터리(36)가 만충전 상태인지 아닌지가 판정되고, 부정 판정되는, 즉 만충전 상태가 아닌 것으로 판정되면, 단계 S15로 진행한다. 단계 S15에서는, 방전량의 적산값(D)이, D=방전량의 전회값(D0)+방전량의 금회값(Dt)의 산출식에 의해 산출되고, 단계 S16으로 진행한다. 방전량의 금회값(Dt)은, 충방전 전류 측정 유닛(90)에 의한 측정값이다.
한편, 단계 S14에서 긍정 판정되는, 즉, 배터리가 만충전 상태라고 판정되면, 단계 S19로 진행하고, 저온측 셀 온도 마이너스 2℃의 값(예를 들면, 38℃)을 도 10의 (a)에 나타낸 맵(m)에 적용하여, 저온 충전 부족량(B)이 도출된다. 그리고, 단계 S20에서 방전량의 적산값(D)을 0(제로)으로 설정하고, 또한 단계 S21에서 최대 자기 방전량의 적산값(E)을 0(제로)으로 설정하면, 단계 S22로 진행한다.
단계 S22에서는, 균등화 처리 수단(208)에 의한 균등화 처리가 종료했는지 아닌지가 판정되고, 단계 S22에서 부정 판정되는, 즉, 균등화 처리가 아직 종료되어 있지 않다고 판정되면, 단계 S23으로 진행한다. 단계 S23에서는, 용량 편차 감산량(F)이, F=용량 편차량의 적산값(FS)＋균등화 처리 잔용량(K)의 연산식으로 산출된다. 여기서, 균등화 처리 잔용량(K)이란, 균등화 처리를 실시해도 여전히 남는 용량 오차를 고려한 보정 계수이다. 이어지는 단계 S24에서는, 용량 편차량의 적산값(FS)을 미리 정해진 고정값(예를 들면, 0.5Ah)으로 설정함과 함께, 균등화 종료 정보를 리셋하고, 단계 S16으로 진행한다. 또한, 상기 단계 S22에서 긍정 판정되는, 즉 균등화 처리에 의해 용량 편차량이 보정되었다고 판정되면, 단계 S25로 진행하고, 용량 편차 감산량(F)을 용량 편차량의 적산값(FS)으로 설정하여, 단계 S24로 진행한다.
그리고, 단계 S16에서는, 배터리 잔용량(R)이, 만충전 용량(A)-(저온 충전 부족량(B)＋저온 방전 부족량(C)＋방전량의 적산값(D)＋최대 자기 방전량의 적산값(E)＋용량 편차 감산량(F))의 산출식에 의해 산출된다. 이어지는 단계 S17에서는, 전동 차량(1)의 시스템이 정지했는지 아닌지가 판정되고, 부정 판정되면 단계 S12로 되돌아온다. 이것에 의해, 차량이 주행 중 또는 충전 중일 때는, 항상 배터리 잔용량(R)의 산출 처리가 계속되게 된다.
한편, 단계 S17에서 긍정 판정되는, 즉, 차량의 전원이 오프로 되어 충전 회로도 작동되고 있지 않는 정차 상태로 이행하면, 단계 S18로 진행하고, 제어부(200)의 메모리에, 저온 충전 부족량(B), 방전량의 적산값(D), 최대 자기 방전량의 적산값(E), 용량 편차 감산량(F), 용량 편차량의 적산값(FS)을 각각 기억하여, 일련의 제어를 종료한다. 또한, 다음에 배터리 잔용량을 산출할 때에는, 단계 S18에서 메모리에 기억된 저온 충전 부족량(B), 방전량의 적산값(D), 최대 자기 방전량의 적산값(E)이, 각각 전회값으로서 이용되게 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 관련된 배터리 잔용량 산출 장치에 의하면, 배터리 내에서 가장 고온이 되는 위치(고온이 되는 것이 예상되는 위치)에 배치된 고온측 온도 센서와, 배터리 내에서 가장 저온이 되는 위치(저온이 되는 것이 예상되는 위치)에 배치된 저온측 온도 센서를 구비하고, 저온측 온도 센서 및 고온측 온도 센서의 출력값과, 배터리의 충전율의 값에 기초하여, 배터리의 최대 자기 방전량 및 최소 자기 방전량을 각각 도출하여, 최대 자기 방전량으로부터 최소 자기 방전량을 뺀 값을 각 셀의 용량 편차량으로서 산출하도록 했으므로, 이 용량 편차량을 고려함으로써 배터리의 잔용량의 검지 정밀도를 높이는 것이 가능해진다.
또한, 배터리의 용량이나 구조, 제어부의 구성, 충전 특성 맵, 용량 편차 특성 맵, 자기 방전량 맵의 설정, 잔용량 산출 처리나 균등화 처리의 실시 타이밍 등은, 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 다양한 변경이 가능하다. 본 발명에 관련된 배터리 잔용량 산출 장치는, 전동 차량의 동력원으로서 이용되는 배터리 외에, 다양한 용도에 이용되는 2차 전지에 적용하는 것이 가능하다.
2a 배터리 셀 36 메인 배터리(배터리)
90 충방전 전류 측정 유닛 91U 상측(고온측) 온도 센서
91L 하측(저온측) 온도 센서 200 제어부
202 만충전 상태 검지 수단 202a 배터리 전압 센서
203 방전량 검지 수단 204 저온 충전 부족량 검지 수단
205 저온 방전 부족량 검지 수단 206 용량 편차량 산출 수단
207 자기 방전량 산출 수단 206m 자기 방전량 맵
208 균등화 처리 수단 m 충전 특성 맵
A 만충전 용량 B 저온 충전 부족량
C 저온 방전 부족량 D 방전량의 적산값
E 최대 자기 방전량의 적산값 F 용량 편차 감산량
FS 용량 편차량의 적산값 SHmax 최대 자기 방전량의 금회값
SHmax0 최대 자기 방전량의 전회값 SHmin 최소 자기 방전량
Ft 용량 편차량의 금회값 F0 용량 편차량의 전회값

Claims (7)

  1. 복수의 셀(2a)이 결합하여 이루어지는 배터리(36)의 소정 위치의 온도를 검출하는 온도 센서(91U, 91L)와,
    상기 배터리(36)의 만충전 용량(A)으로부터 복수의 감산 요소를 감산함으로써 상기 배터리(36)의 잔용량(R)을 산출하는 제어부(200)를 가지는 배터리 잔용량 산출 장치에 있어서,
    상기 온도 센서(91U, 91L)는, 상기 배터리(36) 내에서 고온이 예상되는 위치에 배치된 고온측 온도 센서(91U)와, 상기 배터리(36) 내에서 저온이 예상되는 위치에 배치된 저온측 온도 센서(91L)로 이루어지고,
    상기 제어부(200)는, 상기 고온측 온도 센서(91U)의 출력에 기초하여 도출되는 최대 자기 방전량(SHmax)으로부터 상기 저온측 온도 센서(91L)의 출력에 기초하여 도출되는 최소 자기 방전량(SHmin)을 감산한 값을 상기 배터리(36)의 용량 편차량(Ft)으로서 산출하고, 상기 용량 편차량(Ft)을, 상기 잔용량(R)의 산출 시에 상기 만충전 용량(A)으로부터 감산하는 감산 요소에 포함시키는 것을 특징으로 하는 배터리 잔용량 산출 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 용량 편차량(Ft)을 금회값으로 설정하고, 이 용량 편차량의 금회값(Ft)과 전회의 잔용량 산출 시에 산출된 용량 편차량의 전회값(F0)의 적산값인 용량 편차 감산량(F)을, 상기 잔용량(R)의 산출 시에 상기 만충전 용량(A)으로부터 감산하는 감산 요소로서 이용하는 것을 특징으로 하는 배터리 잔용량 산출 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 저온측 온도 센서(91L) 및 고온측 온도 센서(91U)의 출력값과, 배터리(36)의 충전율(SOC)의 값에 기초하여, 상기 최대 자기 방전량(SHmax) 및 최소 자기 방전량(SHmin)을 도출하는 자기 방전량 맵(206m)을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 잔용량 산출 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 배터리(36)는, 차량(1)으로의 탑재 시에 그 천정면 및 바닥면이 수평을 지향하는 직방체로 형성되어 있으며,
    상기 고온측 센서(91U)는, 상기 배터리(36)의 천정면측에 부착되고,
    상기 저온측 센서(91L)는, 상기 배터리(36)의 바닥면측에 부착되는 것을 특징으로 하는 배터리 잔용량 산출 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 저온측 온도 센서(91L) 및 고온측 온도 센서(91U)는, 각각, 상기 배터리(36)의 차체 전후 방향의 중앙이며, 또한 차폭 방향의 중앙에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 잔용량 산출 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(200)는,
    상기 배터리(36)의 기본 온도 시의 충전 특성과 저온 시의 충전 특성의 차이에 기초하여, 저온 충전 부족량(B) 및 저온 방전 부족량(C)을 산출하고,
    충방전 전류 측정 유닛(90)의 측정값에 기초하여 상기 배터리(36)의 방전량의 적산값(D)을 산출하며,
    상기 최대 자기 방전량(SHmax)을 금회값으로 설정하고, 이 최대 자기 방전량의 금회값(SHmax)과 전회의 잔용량 산출 시에 산출된 최대 자기 방전량의 전회값(SHmax0)의 적산값(E)을 산출하며,
    상기 산출된 용량 편차량(Ft)을 금회값으로 설정하고, 이 용량 편차량의 금회값(Ft)과 전회의 잔용량 산출 시에 산출된 용량 편차량의 전회값(F0)의 적산값인 용량 편차 감산량(F)을 산출하며,
    상기 만충전 용량(A)으로부터, 상기 저온 충전 부족량(B)과, 상기 저온 방전 부족량(C)과, 상기 방전량의 적산값(D)과, 상기 최대 자기 방전량의 적산값(E)과, 상기 용량 편차 감산량(F)을 감산함으로써, 상기 잔용량(R)을 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 잔용량 산출 장치.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 배터리(36)는, 상자 형상의 배터리 케이스(37) 내에 수납되어 있으며,
    상기 배터리 케이스(37)는, 한쪽측의 벽면에 설치된 개구(93)로부터 도입된 냉각풍이 다른쪽측의 벽면에 설치된 개구(94)로부터 도출되도록 구성되어 있으며,
    상기 고온측 온도 센서(91U)는, 저온측 온도 센서(91L)보다 냉각풍의 하류측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 잔용량 산출 장치.
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