TWI444641B - Battery residual capacity calculation device - Google Patents

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TWI444641B
TWI444641B TW100125137A TW100125137A TWI444641B TW I444641 B TWI444641 B TW I444641B TW 100125137 A TW100125137 A TW 100125137A TW 100125137 A TW100125137 A TW 100125137A TW I444641 B TWI444641 B TW I444641B
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Description

電池殘容量算出裝置
本發明，是有關於電池殘容量算出裝置，特別是，有關於可以更正確地算出二次電池的殘容量的電池殘容量算出裝置。
以往，為了提高二次電池的殘容量(充電容量)的算出精度，已知已考慮各式各樣的參數。
在專利文獻1中，依據由溫度感測器檢出的二次電池的溫度推測檢出二次電池的自我放電量，藉由將此自我放電量從充滿電時的充電容量減算，使提高殘容量的算出精度的方式的電池殘容量算出裝置已被揭示。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2004-191151號公報
但是作為電動二輪車等的動力源被搭載的二次電池(以下，也稱為電池)，因為要求高電壓，所以一般具有由複數單元結合而成的模組構造。在具有這種模組構造的電池中，具有因電池內的位置不同而使各單元的溫度發生差異的可能性。例如，欲分別將此各單元的自我放電量推測檢出的話，需要與單元的數量同數的溫度感測器，而會導致感測器配置的困難性和成本的增大等。進一步，專利文獻1的技術，是藉由測量一個二次電池的內部溫度、表面溫度或環境溫度的其中任一來推測檢出自我放電量的大小，各單元的自我放電量的差，換言之，有關各單元的「容量偏離」並未被考慮。
本發明的目的，是解決上述習知技術的課題，提供一種電池殘容量算出裝置，考慮由電池內的單元的溫度的差異所導致的自我放電量的差異，使可精度更高地算出殘容量。
為了達成前述目的，本發明的第1特徵，是一種電池殘容量算出裝置，具有：檢出複數單元(2a)結合而成的電池(36)的預定位置的溫度用的溫度感測器(91U、91L)、及藉由從前述電池(36)的充滿電容量(A)將複數減算要素減算而算出前述電池(36)的殘容量(R)用的控制部(200)，其特徵為：前述溫度感測器(91U、91L)，是由：在前述電池(36)內被配設於被預測為高溫位置的高溫側溫度感測器(91U)、及在前述電池(36)內被配設於被預測為低溫位置的低溫側溫度感測器(91L)所構成，前述控制部(200)，是將從由前述高溫側溫度感測器(91U)的輸出被導出的最大自我放電量(SHmax)減算由前述低溫側溫度感測器(91L)的輸出被導出的最小自我放電量(SHmin)的值，作為前述電池(36)的容量偏離量(Ft)算出，且前述容量偏離量(Ft)，包含在前述殘容量(R)的算出時從前述充滿電容量(A)減算的減算要素。
且第2特徵，是將前述容量偏離量(Ft)設定成這次值，將此容量偏離量的這次值(Ft)及在前次的殘容量算出時被算出的容量偏離量的前次值(F0)之累計值也就是容量偏離減算量(F)，在前述殘容量(R)的算出時作為從前述充滿電容量(A)減算的減算要素使用。
且第3特徵，是具備自我放電量圖(206m)，其是依據前述低溫側溫度感測器(91L)及高溫側溫度感測器(91U)的輸出值、及電池(36)的充電率(SOC)的值，將前述最大自我放電量(SHmax)及最小自我放電量(SHmin)導出。
且第4特徵，是前述電池(36)，是形成當朝車輛(1)的搭載時使其頂面及底面是朝大致水平定向的大致直方體，前述高溫側感測器(91U)，是被安裝於前述電池(36)的頂面側，前述低溫側感測器(91L)，是被安裝於前述電池(36)的底面側。
且第5特徵，是前述低溫側溫度感測器(91L)及高溫側溫度感測器(91U)，是各別被安裝於前述電池(36)的車體前後方向的大致中央，且車寬度方向的大致中央。
且第6特徵，是前述控制部(200)是：依據前述電池(36)的基本溫度時的充電特性及低溫時的充電特性之間的差異，將低溫充電不足量(B)及低溫放電不足量(C)算出，依據充放電電流測量組件(90)的測量值將前述電池(36)的放電量的累計值(D)算出，並將前述最大自我放電量(SHmax)設定成這次值，將此最大自我放電量的這次值(SHmax)及在前次的殘容量算出時被算出的最大自我放電量的前次值(SHmax0)之累計值(E)算出，將前述被算出的容量偏離量(Ft)設定成這次值，將此容量偏離量的這次值(Ft)及在前次的殘容量算出時被算出的容量偏離量的前次值(F0)之累計值也就是容量偏離減算量(F)算出，藉由從前述充滿電容量(A)，減算：前述低溫充電不足量(B)、及前述低溫放電不足量(C)、及前述放電量的累計值(D)、及前述最大自我放電量的累計值(E)、及前述容量偏離減算量(F)，而算出前述殘容量(R)。
進一步第7特徵，是前述電池(36)，是被收納於箱狀的電池箱(37)內，前述電池箱(37)，是使冷卻風從設在一方側的壁面的開口(93)被導入並從設在另一方側的壁面的開口(94)被導出，前述高溫側溫度感測器(91U)，是被配設於低溫側溫度感測器(91L)的靠冷卻風的下流側。
依據第1特徵，因為溫度感測器，是由：在電池內被預測為高溫位置被配設的高溫側溫度感測器、及在電池內被配設於被預測為低溫位置的低溫側溫度感測器所構成，控制部，是將從由高溫側溫度感測器的輸出被導出的最大自我放電量減算由低溫側溫度感測器的輸出被導出的最小自我放電量的值作為電池的容量偏離量算出，並使容量偏離量，包含在殘容量的算出時從充滿電容量減算的減算要素，所以可依據2個溫度感測器的輸出推測檢出電池模組的容量偏離量，藉由使用此容量偏離量，可提高殘容量的檢出精度。且，因為不需要各別在複數單元設置溫度感測器，所以可以達成電池組件的零件點數的削減及成本的降低。
依據第2特徵，因為將容量偏離量設定成這次值，將此容量偏離量的這次值及在前次的殘容量算出時被算出的容量偏離量的前次值之累計值也就是容量偏離減算量，在殘容量的算出時作為從充滿電容量減算的減算要素使用，所以藉由將容量偏離量作為累計值使用，就可以提高電池殘容量的算出精度。
依據第3特徵，因為具備可依據低溫側溫度感測器及高溫側溫度感測器的輸出值、及電池的充電率的值，將最大自我放電量及最小自我放電量導出的自我放電量圖，所以藉由使用由實驗等預先被設定的圖，就可容易地將電池模組的容量偏離量導出。
依據第4特徵，因為電池，是形成當朝車輛的搭載時使其頂面及底面朝大致水平定向的大致直方體，高溫側感測器是被安裝於電池的頂面側，低溫側感測器是被安裝於電池的底面側，所以容易檢出高溫側的電池溫度及低溫側的電池溫度。
依據第5特徵，因為低溫側溫度感測器及高溫側溫度感測器，是各別被安裝於電池的車體前後方向的大致中央，且車寬度方向的大致中央，所以各感測器的安裝作業成為容易。
依據第6特徵，控制部，是依據電池的基本溫度時的充電特性及低溫時的充電特性之間的差異，將低溫充電不足量及低溫放電不足量算出，依據充放電電流測量組件的測量值將電池的放電量的累計值算出，將最大自我放電量設定成這次值，將此最大自我放電量的這次值及在前次的殘容量算出時被算出的最大自我放電量的前次值之累計值算出，將被算出的容量偏離量設定成這次值，將此容量偏離量的這次值及在前次的殘容量算出時被算出的容量偏離量的前次值之累計值也就是容量偏離減算量算出，因為藉由從充滿電容量，減算：低溫充電不足量、及低溫放電不足量、及放電量的累計值、及最大自我放電量的累計值、及容量偏離減算量，來算出殘容量，所以藉由限定5個減算要素，就可以進一步提高電池的殘容量的算出精度。
依據第7特徵，因為電池，是被收納於箱狀的電池箱內，電池箱，是使冷卻風從設在一方側的壁面的被開口導入並從設在另一方側的壁面的被開口導出，高溫側溫度感測器，是被配設於低溫側溫度感測器的靠冷卻風的下流側，所以可以更提高溫度檢出的精度。
以下，參照圖面詳細說明本發明的實施例。第1圖，是搭載了本發明的一實施例的電池殘容量算出裝置的電動車輛的左側視圖，第2圖是同左前方立體圖。電動車輛1是具有低底盤踏板的速克達型二輪車，各構成部分是直接或透過其他的構件間接地被安裝在車體車架F。
在第1圖、第2圖中，車體車架F，是由：前部分也就是前配管26、及先端是被接合在前配管26且後端是朝下方延伸的下降車架27、及與下降車架27的下部連結並朝車體寬度方向左右各別分岐並朝靠近車體後方延伸的一對的底車架28、及從底車架28朝車體上後方延伸的後車架29所構成。前配管26，是將轉向軸20可轉動自如地支撐。轉向手把25是被連結在轉向軸20的上部，將前輪WF支撐的前叉24是被連結在下部。
由配管所構成的前支撐架50是被結合在前配管26的前部，在此前支撐架50的前端部，安裝有頭燈51，在頭燈51的上方設有由托架57所支撐的前載物架19。
在車體車架F中的底車架28及後車架29之間的中間領域，接合有朝向車體後方延伸的旋轉軸托板30，在此旋轉軸托板30中，設有在車體寬度方向延伸的旋轉軸軸32，藉由此旋轉軸軸32使擺動臂22上下可擺動自如地被支撐。在擺動臂22中，設有作為車輛驅動源的電動馬達23，馬達23的輸出是朝後輪車軸21被傳達，使被支撐於後輪車軸21的後輪WR是被驅動。又，包含後輪車軸21的外殼及後車架29，是藉由後懸吊33被連結。在停車時將車體支撐的側支架台31是可轉動地被安裝在旋轉軸托板30的下方延長部分，在擺動臂22的下面安裝有主支架台34。
將複數電池單元內藏在電池箱37的高電壓(例如額定72伏特)的主電池36是被搭載於底車架28。將作為電池冷卻風的空氣朝電池箱37內導入的導管64是透過連接管65被連結在主電池36的前部，且在導管64的上方，透過連接管66設有空氣清淨器68。空氣清淨器68是設於與前配管26幾乎相同高度。導管64以及連接管65、66統合稱為前部連結管110(第7圖參照)。
在電池箱37的後部連結有導管(以下，稱為「後部連結管」)69，此後部連結管69的後部，是與送風手段也就是冷卻風扇70連結。冷卻風扇70，是從底車架28沿著朝傾斜上後方延伸的後車架29被配置。冷卻風扇70，較佳是多翼風扇，使可以通過前部連結管110和後部連結管69使朝電池箱37內將被送風的空氣的流動方向反轉的方式可將旋轉方向反轉地構成。
在後車架29上設有受電側連接器78，其可以結合從將主電池36充電的外部的充電器延伸的充電纜線連接的供電側連接器(後述)。在後車架29中，進一步設有後載體59和尾燈52。
左右一對的後車架29之間是設有置物室38，在從此置物室38朝下部突出的置物室底部38a中，收容有由主電池36被充電的低電壓(例如額定12伏特)的副電池40。在置物室38上，設有兼用置物室38的蓋的駕駛者坐墊39。
車體車架F，是由合成樹脂製的車體蓋覆蓋。車體蓋，是具備手把蓋56、前蓋42、腳護罩43、低底盤踏板44、踏板側蓋45、底蓋46、坐墊下前部蓋47、側蓋48、及後蓋49。
前蓋42，是將前配管26和前支撐架50等從前方覆蓋。腳護罩43是與前蓋42連接，並被配置位於坐在駕駛者坐墊39的駕駛者的腳部的前方，在前配管26、前部連結管110之中，將導管64及連接管66從駕駛者坐墊39側覆蓋。低底盤踏板44是與腳護罩43的下部連接，踏板側蓋45是與低底盤踏板44連結。低底盤踏板44是將電池箱37從上方覆蓋，踏板側蓋45是將底車架28及電池箱37從車體左右側覆蓋。
底蓋46是橫跨左右的踏板側蓋45的下緣之間。坐墊下前部蓋47是將置物室38從前方覆蓋的方式從低底盤踏板44的後端立起。左右一對的側蓋48是將置物室38從左右覆蓋的方式與前述坐墊下前部蓋47的兩側連結。後蓋49是將後輪WR從上方覆蓋地與側蓋48連結。
第3圖，是顯示電動車輛1的主要部分的主要部分立體圖。在第3圖中，如第2圖所示的坐墊下前部蓋47是被取下。在將坐墊下前部蓋47取下的電動車輛1的內部中，可看見冷卻風扇70和置物室38。置物室38，是藉由與被架設於後車架29、29之間的副車架35被接合的支撐架35a、35b被支撐。冷卻風扇70，是位於朝車體的右側偏倚的位置，並將風扇排氣口41朝向車體的左側。冷卻風扇70，是由3根螺栓53被固定在將馬達23驅動用的動力驅動組件(PDU)的箱71a。
第4圖，是電動車輛的電氣系統圖。PDU71是包含控制組件(ECU)。PDU71是透過保險絲72及第1繼電器開關73與主電池36的+側端子連接。在第1繼電器開關73中由第2繼電器開關74及電阻76所構成的串聯電路是被並列地連接。主電池36及副電池40，是可以藉由充電器75從外部電源PS被供給的電力進行充電。充電器75是具備供電側連接器77，且可與設於車輛的受電側連接器78連接。受電側連接器78是與DC-DC轉換器79連接。
DC-DC轉換器79，具備：被插入與受電側連接器78連接的一對的線L1、L2的一方L1的電場效果型晶體管(FET)80、及為了將來自充電器75的電壓降下至低電壓(例如12伏特)而與線L1、L2連接的電壓降下電路81。線L1、L2，是為了由高電壓的充電電流將主電池36充電，而透過：由第2繼電器開關74(預充電接頭)及電阻76構成的串聯電路、及第1繼電器開關73(主接頭)的並列電路與主電池36連接。電壓降下電路81的輸出側是與副電池40連接。
再被內藏在PDU71的ECU中，副電池40是透過主開關82被連接，控制用電力是從副電池40被供給。副電池40也是透過主開關82與電池管理組件(BMU)83連接，BMU83是具有指示第1繼電器開關73及第2繼電器開關74的通斷(ON/OFF)的功能。
動作時，將主開關82成為導通(ON)的話，BMU83是將第2繼電器開關74作為導通(ON)從主電池36透過第2繼電器開關74、電阻76及保險絲72將電流朝PDU71流動，其後，將第1繼電器開關73成為導通(ON)。如此，將第2繼電器開關74朝導通(ON)之後將第1繼電器開關73成為導通(ON)，是為了防止朝被設在PDU71的電容器的突入電流會流動至第1繼電器開關73。
又，第1繼電器開關73、第2繼電器開關74及BMU83，可以與主電池36一起被收納在電池箱37。
第5圖是顯示主電池的構成的從車體左前方的立體圖，第6圖是構成主電池的模組的分解立體圖。在第5圖、第6圖中，符號FR，是顯示車體前方方向，符號L是顯示車體左方向。主電池36，具備朝車體前後方向被並列配置的3個電池模組2。但是，在第6圖中，顯示3個模組之中的1個。各電池模組2，是由：被配置於上下2段且在車體寬度方向隔有預定的間隙並列設置的複數(在此為15組)電池單元2a所構成的單元組件3、及對於單元組件3車體朝前後方向各別被配置的前壁4及後壁5、及被配置於前壁4的前方的蓋6所構成。在前壁4及後壁5中，在高度方向中央部設有各別朝車寬度方向延伸的肋4a、5a。
在單元組件3的上面，設有上壁7，其是在車體寬度方向隔有預定間隔地被配置，具有朝車體前後方向延伸的補強肋7a。在上壁7的各補強肋7a之間形成有車體前後方向較長的槽7b。在單元組件3的下面，設有具有與上壁7同樣的形狀的下壁(只有圖示補強肋7a)。進一步，單元組件3，是具有被配置於車體寬度方向兩側的側壁8。
各電池單元(以下，也只稱為單元)2a，是具備朝向車體前方被配列的電極D，在各電池單元的2個電極D之間設有內壓開放閥9。在前壁4的相面對於內壓開放閥9的位置設有呈上下2段橫跨並朝車體寬度方向水平延伸的電解液導引路10，此電解液導引路10是與朝上下方向延伸的電解液排出管11連通地連接。此電解液排出管11是被集約配置在車體寬度方向的一方側(此例為左側)，使維修容易。
在蓋6的車寬度方向兩端下部各別形成有凸部6a、6a。此兩端的凸部6a、6a之間的空間領域12，是當主電池36被收容於電池箱37時在與電池箱37的底部之間不接觸的部分。因此，在被收容於電池箱37的狀態下，此空間領域12，是在主電池36的下面及電池箱37之間形成朝車體前後方向貫通的間隙。
相鄰接的電池模組2之間雖形成有間隙13，但是此間隙13是藉由前述肋4a、5a呈上下2被分割。因此，藉由肋4a、5a呈上下2個部分被分割的間隙13的各部分之間的空氣的流通被阻止。因此，在主電池36的下部及上部之間，空氣不會流動於間隙13，而是通過前述槽7b流通。
各電池模組2的側壁8之中，在車體左側的側壁8設有陽極連接端子14、陰極連接端子15、陽極纜線16、陰極纜線17、電壓、溫度監視基板18、及通訊連接器67。陽極纜線16及陰極纜線17，是由被固定於側壁8的纜線導引84、85被保持。
電池，是將被並列連接的3個的模組作為1組，使各組串聯連接而獲得預定的電池電壓(例如72伏特)。藉由箭頭86意示電池單元的連接線。此連接線86的一端是與陽極連接端子14連接，另一端是與陰極連接端子15連接。
如第5圖所示，陽極纜線16的端部，是與3個電池模組2之中的車體前方側者的陽極連接端子14連接，陰極纜線17的先端，是與3個電池模組2之中的車體後方側者的陰極連接端子15連接。且，車體前方側的電池模組2的陰極連接端子15，是與相鄰接的中央電池模組2的陽極連接端子14連接，中央電池模組2的陰極連接端子15，是與車體後方側的電池模組2的陽極連接端子14連接。即，各電池模組2是串聯地被連接。
3個電池模組2的電壓、溫度監視基板18，是藉由彎曲被配線的線束87使彼此連接。在車體後方側電池模組2的上壁7的車體右側中設有進行充放電管理的均等化組件88，從均等化組件88延伸的線束89，是與電壓、溫度監視基板18連接。在均等化組件88中，設定電流測量基準的分路基板及保險絲被一體化的充放電電流測量組件90是被併設。
被樹脂壓模的電壓、溫度監視基板18，是監視各電池模組的電壓及溫度。具體的溫度檢出，是藉由各別被配置在各電池模組2上下的上部(高溫側)溫度感測器91U及下部(低溫側)溫度感測器91L進行。兩溫度感測器91U、91L，是為了不受到空氣流的直接影響，而在上壁7及下壁(無圖示)的車寬度方向中央，遠離前述槽7b地設置較佳。兩溫度感測器91U、91L，是設在各電池模組2，並各代表該電池模組2的上部領域及下部領域的溫度。且，由各別設於上部領域及下部領域的2個溫度感測器91U、91L所產生的檢出值的平均可以代表主電池36的上部及下部的溫度。
又，高溫側溫度感測器91U，是在電池內被配設於被預測成為最高溫的位置，一方的低溫側溫度感測器91L，是在電池內被配設於被預測成為最低溫的位置較佳。
又，溫度感測器91U、91L的配置不限定於此，電池箱37內中的上部領域及下部領域中的各溫度是可以個別測量即可。因此，溫度感測器91U、91L，不限定於各別設在3個電池模組2，例如，可以在上部領域及下部領域各1個地配設在車體前後方向中央且車寬度方向中央的位置。
第7圖，是顯示被收容於電池箱37的狀態的主電池36的側面剖面圖。在第7圖中，電池箱37，是由箱前板37f、箱後板37r、箱上板37u、箱底板37b、及箱側板37s所構成，形成收容電池模組2的空間。在車體前方側的電池模組2中由點線顯示電池單元92的外形。在餘下的2個電池模組2，也同樣地電池單元92是被配置於上下2段。
在電池箱37的車體前方側的壁(箱前板)37f中，形成有開口(吸氣口)93，其是將連接管65連接，使空氣可在連接管65及電池箱37內流通。另一方面，在電池箱37的車體後方側的壁(箱後板)37r中形成有開口(排氣口)94，其是使空氣可在後部連結管69及電池箱37內流通。
在箱前板37f的內面，且在吸氣口93上方，設有朝車寬度方向延伸的肋37a，將在箱前板37f及車體前方側電池模組2的蓋6之間形成的間隙由此肋37a被上下2分割。另一方面，在箱後板37r也同樣地，在排氣口94下方，設有朝車寬度方向延伸的肋37c，在由箱後板37r及車體後方側電池模組2的後壁5之間形成的間隙由此肋37c被上下2分割。
由冷卻風扇70的旋轉所產生的冷卻風的通路，是由空氣清淨器68、前部連結管110、電池箱37、及後部連結管69所構成。
冷卻風扇70，是藉由後述的溫度條件及電動車輛1的行走狀態(例如行走速度)進行驅動開始、驅動停止。且，冷卻風扇70若旋轉的話，空氣是從空氣清淨器68被吸入，該空氣，是通過前部連結管110從吸氣口93朝電池箱37內被導入。朝電池箱37內被導入的空氣因為是藉由肋37a被阻止朝上方流動，所以沿著箭頭A1朝下方被導引，通過藉由前述凸部6a形成的領域(間隙)12繞過電池模組2的下部12a。且，如箭頭A2～A4所示，通過電池單元92之間，穿過槽7b至電池箱37的上部空間37d。流入上部空間37d的空氣因為是藉由肋37c，被阻止朝下方流動，所以從排氣口94流入後部連結管69，由冷卻風扇70被排氣。
在此，在二次電池中，被儲存的電量的隨著時間的經過漸漸地減少的自我放電的程度會變大，進一步，具有由複數單元所構成的模組構造的情況時，各單元的自我放電量的差會成為問題。具體而言，由各單元的自我放電量的差所起因的各單元的殘容量差若發生的情況時，會配合自我放電量較小的單元放電，而具有使自我放電量較大的單元過放電的可能性。為了防止此問題，有需要配合自我放電量較大的單元實行放電控制，但是為了實行這種放電控制，是考慮各單元的自我放電量的差來算出模組整體的殘容量較佳。本實施例的特徵，是只要依據前述的上部(高溫側)溫度感測器91U及下部(低溫側)溫度感測器91L的輸出值，就可以推測檢出該自我放電量的差。
第8圖，是顯示本實施例的電池殘容量算出裝置的構成的方塊圖。被包含於電池殘容量算出裝置的控制部200的電池殘容量算出手段201，是依據從充滿電狀態檢出手段202、放電量檢出手段203、低溫充電不足量檢出手段204、低溫放電不足量檢出手段205、容量偏離量算出手段206被輸入的各資訊，檢出主電池36的殘容量(充電容量)。
充滿電狀態檢出手段202，是依據將主電池36的電壓檢出的電池電壓感測器202a的檢出值有到達預定電壓(例如72V)來檢出充滿電狀態。且，放電量檢出手段203，是依據充放電電流測量組件90的檢出值，將來自充滿電狀態的電流累計值算出並將放電量檢出。
在低溫充電不足量檢出手段204及低溫放電不足量檢出手段205中，低溫側的下部溫度感測器91L的輸出是各別被輸入。且，在容量偏離量算出手段206中，上部溫度感測器91U及下部溫度感測器91L的輸出是各別被輸入。
在此，鋰離子電池等的二次電池，若電池的溫度為標準溫度(例如25℃)的話，即使到達預定電壓(例如1單元2.8V)而使充電容量成為100%的情況，電池的溫度仍是比標準溫度更低的話，雖到達此預定電壓，充電容量仍未到達100%，即，具有充電不足(例如，只有80%被充電)的性質。低溫充電不足量檢出手段204，是使用由實驗等預先決定的充電特性圖m，就可以將此低溫時中的充電量的不足量導出。
且二次電池，即使電池的溫度為標準溫度(例如25℃)的話充電容量可以100%放電的情況，若電池的溫度是比標準溫度更低的話，放電量不會到達100%，即，具有放電不足(例如只80%放電)的性質。低溫放電不足量檢出手段205，是使用由實驗等預先決定的充電特性圖m，就可以將此低溫時中的放電量的不足量導出。
進一步，在容量偏離量算出手段206中，包含自我放電量算出手段207及自我放電量圖206m。在由實驗等預先決定的自我放電量圖206m中，電池溫度及電池充電率、及自我放電量的關係是被限定。
二次電池，即使在未使用的放置狀態下也會藉由自我放電而使殘容量減少，該自我放電量的大小，已知依據電池的溫度及電池充電率(SOC：state of charge)。自我放電量算出手段207，是依據自我放電量圖206m，各別導出：由上部溫度感測器91U的輸出所產生的高溫側單元的最大自我放電量SHmax、及依據下部溫度感測器91L的輸出的低溫側單元的最小自我放電量SHmin。自我放電量，是高溫時比低溫時大，從高溫側單元的最大自我放電量SHmax將低溫側單元的最小自我放電量SHmin減算的話，就可求得起因於單元的溫度差的容量偏離量的現在值(這次值)。
電池中的容量偏離，是例如，將相同充電容量的單元A及B連接時，藉由自我放電量的個體差異，而隨著時間的經過使單元A及單元B的充電容量(殘容量)發生的差異。將容量偏離發生的電池模組放電的話，主電池36的過放電防止電路是配合自我放電量較大的單元而作動，自我放電量較小的單元的放電會還未被充分放電就被停止。另一方面，將容量偏離發生的電池充電的話，自我放電量較大的單元會先到達預定電壓而使過充電防止電路作動，另一方的單元的充電會未被充分進行就被停止的問題會發生。
在此，均等化處理手段208，為了修復由自我放電量的差以發生的容量偏離，而對於主電池36的各單元由預定的周期實行均等化處理。在主電池36的各單元中，組入可進行此處理的均等化處理電路。
被組入各單元的均等化處理電路，是例如，藉由在放電末期禁止將電壓較低的單元分流放電，且在充電末期將電壓的較高的單元分流只有電壓較低的單元充電，來實質修正容量偏離。又，在均等化處理中因為需要某程度的時間，例如，每充電100次實行1次等的周期。本發明的電池殘容量算出裝置，是直到下次的均等化處理被實行為止之間，也可藉由推測檢出容量偏離量來提高電池殘容量的算出精度。
在第9圖中，顯示被包含於容量偏離量算出手段206的自我放電量圖206m的概要。如前述，自我放電量，是依據電池的溫度及電池充電率。在此圖中，SOC雖只有顯示100%、75%、50%時的圖表，但是設定更細的例如1%刻度的圖表也可以。在此圖的例中，在對應SOC75%的曲線，對應高溫側溫度感測器91U的輸出值(Tmax)的自我放電量是作為最大自我放電量SHmax被導出，且，對應低溫側溫度感測器91L的輸出值(Tmin)的自我放電量是作為最小自我放電量SHmin被導出。且，從最大自我放電量SHmax減少最小自我放電量SHmin者，是被適用作為容量偏離量的這次值Ft。
第10圖，是將由電池殘容量算出手段201(第8圖參照)所產生的電池殘容量的算出方法圖式化者。如圖示，A：充滿電容量，B：低溫充電不足量，C：低溫放電不足量，D：放電量的累計值，E：自我放電量的累計值，F：容量偏離減算量時，電池殘容量R，可以藉由A-(B+C+D+E+F)的式表示。即，算出殘容量R時，B～F的各值，是成為對於充滿電容量的A的減算要素。
圖示上側(a)的圖表，是顯示基本溫度(25℃)中的充電特性(實線)及低溫時的充電特性(虛線)之間的差的「充電特性圖」(第8圖所示的充電特性圖m)。電池模組的各單元的電壓，是藉由過充電防止電路及過放電防止電路，使縮小至對應充滿電狀態的預定電壓V2(例如2.8V)及對應放電上限的預定電壓V1(例如1.8V)之間的方式被設定。
但是即使單元電壓是相同預定電壓V2的情況，若電池溫度是基本溫度的話，直到被充電至電池容量a1(例如100%)為止處，在電池溫度較低的情況中，只會被充電至電池容量a2(例如80%)為止。此充電容量的差，是相當於低溫充電不足量B。
且即使電池單元電壓同樣為預定電壓V1的情況，若電池溫度是基本溫度的話，直到電池容量被放電至a4(例如0%)為止處，在電池溫度較低的情況中，電池容量只會被放電至a3(例如20%)為止。此充電容量的差，是相當於低溫放電不足量C。
圖示下側(b)的圖表，是顯示基本溫度(25℃)中的充電特性(實線)及容量偏離發生的情況的充電特性之間的差的「容量偏離特性圖」。參照圖表的話，即使電池單元電壓是相同預定電壓V2的情況，若電池溫度是基本溫度的話，直到電池容量被充電至a5(例如100%)為止處，若容量偏離發生的情況時，電池容量只會被充電至a6(例如80%)為止。
此充電容量的差，是相當於容量偏離減算量F，容量偏離減算量F，是成為將容量偏離量的這次值Ft、及在前次的殘容量算出時被算出的容量偏離量的前次值F0合算的值。如第9圖所示的自我放電量圖206m，是將此容量偏離量的這次值Ft導出者。
第11圖，是顯示車輛停止中的電池殘容量算出處理的程序的流程圖。在步驟S1中，從控制部200內的記憶體，各別讀入：低溫充電不足量B、低溫放電不足量C、放電量的累計值D、充滿電容量A、最大自我放電量的累計值的前次值E0、容量偏離量的累計值的前次值F0。又，「前次值」，是指在前次的殘容量算出時被算出的值，且，充滿電容量A是預先決定的固定值。
在步驟S2中，藉由上部(高溫側)溫度感測器91U及下部(低溫側)溫度感測器91L，使電池36的頂面側及底面側的2處的溫度被檢出。在步驟S3中，電池殘容量R被算出。電池殘容量R，是如第10圖所示，藉由從充滿電容量A，減算：低溫充電不足量B、及低溫放電不足量C、及放電量的累計值D、及最大自我放電量的累計值E、及容量偏離減算量F而被算出。
接著，在步驟S4中，SOC(電池充電率)，是藉由SOC=殘容量的前次值R0÷充滿電時容量A×100的算式被算出。接著在步驟S5中，使在高溫側單元溫度為+2℃的值(例如52℃)及被算出的SOC(例如75%)的值各別適用第9圖的自我放電量圖m，使最大自我放電量的這次值SHmax被導出。在此，使用低溫側單元溫度+2℃的值，是為了容許溫度檢出誤差。
在步驟S6中，最大自我放電量的累計值E，是藉由E=最大自我放電量的累計值的前次值E0+最大自我放電量的這次值SHmax的算式被算出。
在步驟S7中，將低溫側單元溫度-2℃的值(例如38℃)及被算出的SOC的值各別適用如第9圖所示的自我放電量圖m，使最小自我放電量SHmin被導出。在此，使用低溫側單元溫度-2℃的值，是與高溫側容許同樣為了溫度檢出誤差。接著在步驟S8中，容量偏離量的累計值FS，是藉由FS=容量偏離量的累計值之前次值FS0+(最大自我放電量的這次值SHmax-最小自我放電量SHmin)的算式被算出，朝步驟S9前進。
且在步驟S9中，將這次被算出的電池殘容量R、最大自我放電量的累計值E及容量偏離量的累計值FS，各別記憶於記憶體，終了一連的控制。接著算出電池殘容量時，是將被記憶在記憶體的電池殘容量、最大自我放電量的累計值及容量偏離減算量，各別作為前次值使用。
第12圖，是顯示車輛行走中或充電中的電池殘容量算出處理的程序的流程圖。在步驟S11中，從控制部200內的記憶體，各別讀入：低溫充電不足量B、放電量的前次值D0、最大自我放電量的累計值E及容量偏離量的累計值FS、容量偏離減算量F。
在步驟S12中，藉由上部(高溫側)溫度感測器91U及下部(低溫側)使溫度感測器91L電池模組的2處的溫度被檢出。在步驟S13中，將低溫側單元溫度-2℃的值(例如38℃)適用如第10圖(a)所示的充電特性圖m，使低溫放電不足量C被導出。
在步驟S14中，藉由控制部200的充滿電狀態檢出手段202判別電池36是否為充滿電狀態，若被否定判別，即被判別為在非充滿電狀態下的話，朝步驟S15前進。在步驟S15中，放電量的累計值D，是藉由D=放電量的前次值D0+放電量的這次值Dt的算式被算出，朝步驟S16前進。放電量的這次值Dt，是由充放電電流測量組件90所測量的測量值。
另一方面，在步驟S14中被肯定判別，即，被判別為電池是在充滿電狀態下的話，朝步驟S19前進，將低溫側單元溫度-2℃的值(例如38℃)的值適用如第10圖(a)所示的圖m，使低溫充電不足量B被導出。且，由步驟S20將放電量的累計值D設定成0(零)，且由步驟S21將最大自我放電量的累計值E設定成0(零)的話，朝步驟S22前進。
在步驟S22中，判別由均等化處理手段208所進行的均等化處理是否終了，由步驟S22被否定判別，即被判別為均等化處理未終了的話，朝步驟S23前進。在步驟S23中，容量偏離減算量F，是由F=容量偏離量的累計值FS+均等化處理殘容量K的算式被算出。在此，均等化處理殘容量K，是考慮了即使施加均等化處理仍殘留的容量誤差的修正係數。接著在步驟S24中，將容量偏離量的累計值FS設定成預先決定的固定值(例如0.5Ah)，並且將均等化終了資訊重設，朝步驟S16前進。又，在前述步驟S22中被肯定判別，即被判別為藉由均等化處理使容量偏離量被修正的話，朝步驟S25前進，將容量偏離減算量F設定成容量偏離量的累計值FS，朝步驟S24前進。
且在步驟S16中，電池殘容量R，是藉由充滿電容量A-(低溫充電不足量B+低溫放電不足量C+放電量的累計值D+最大自我放電量的累計值E+容量偏離減算量F)的算式被算出。接著在步驟S17中，判別電動車輛1的系統是否停止，被否定判別的話返回至步驟S12。由此，車輛是行走中或充電中時，是持續進行電池殘容量R的算出處理。
另一方面，由步驟S17被肯定判別，即，移行至車輛的電源被斷開(OFF)且充電電路也不作動的停車狀態的話，朝步驟S18前進，在控制部200的記憶體，各別記憶：低溫充電不足量B、放電量的累計值D、最大自我放電量的累計值E、容量偏離減算量F、容量偏離量的累計值FS，終了一連的控制。又，接著在算出電池殘容量時，在步驟S18中，被記憶於記憶體低溫充電不足量B、放電量的累計值D、最大自我放電量的累計值E，是各別作為前次值使用。
如上述，依據本發明的電池殘容量算出裝置，因為具備：在電池內被配設於成為最高溫的位置(被預測為成為高溫的位置)的高溫側溫度感測器、及在電池內被配設於成為最低溫的位置(被預測為成為低溫的位置)的低溫側溫度感測器，並依據低溫側溫度感測器及高溫側溫度感測器的輸出值、及電池的充電率的值，各別將電池的最大自我放電量及最小自我放電量導出，將從最大自我放電量減少最小自我放電量的值作為各單元的容量偏離量算出，所以可藉由考慮此容量偏離量來提高電池的殘容量的檢出精度。
又，電池的容量和構造、控制部的構成、充電特性圖、容量偏離特性圖、自我放電量圖的設定、殘容量算出處理和均等化處理的實施時間點等，不限定於上述實施例，可進行各種變更。本發明的電池殘容量算出裝置，除了作為電動車輛的動力源使用的電池之外，可適用於各種的用途所使用的二次電池。
1．．．電動車輛
2．．．電池模組
2a．．．電池單元
3．．．單元組件
4．．．前壁
4a，5a．．．肋
5．．．後壁
6．．．蓋
6a，6a．．．凸部
7．．．上壁
7a．．．補強肋
7b．．．槽
8．．．側壁
9．．．內壓開放閥
10．．．電解液導引路
11．．．電解液排出管
12．．．空間領域
12a．．．下部
13．．．間隙
14．．．陽極連接端子
15．．．陰極連接端子
16．．．陽極纜線
17．．．陰極纜線
18．．．電壓、溫度監視基板
19．．．前載物架
20．．．轉向軸
21．．．後輪車軸
22．．．擺動臂
23．．．電動馬達
24．．．前叉
25．．．轉向手把
26．．．前配管
27．．．下降車架
28．．．底車架
29．．．後車架
30．．．旋轉軸托板
31．．．側支架台
32．．．旋轉軸軸
33．．．後懸吊
34．．．主支架台
35．．．副車架
35a，35b．．．支撐架
36．．．主電池(電池)
37．．．電池箱
37a．．．肋
37b．．．箱底板
37c．．．肋
37d．．．上部空間
37f．．．箱前板
37r．．．箱後板
37s．．．箱側板
37u．．．箱上板
38．．．置物室
38a．．．置物室底部
39．．．駕駛者坐墊
40．．．副電池
41．．．風扇排氣口
42．．．前蓋
43．．．腳護罩
44．．．低底盤踏板
45．．．踏板側蓋
46．．．底蓋
47．．．坐墊下前部蓋
48．．．側蓋
49．．．後蓋
50．．．前支撐架
51．．．頭燈
52．．．尾燈
53．．．螺栓
56．．．手把蓋
57．．．托架
59．．．後載體
64．．．導管
65．．．連接管
66．．．連接管
67．．．通訊連接器
68．．．空氣清淨器
69．．．後部連結管
70．．．冷卻風扇
71a．．．箱
72．．．保險絲
73．．．第1繼電器開關
74．．．第2繼電器開關
75．．．充電器
76．．．電阻
77．．．供電側連接器
78．．．受電側連接器
81．．．電壓降下電路
82．．．主開關
84，85．．．纜線導引
86．．．連接線
87．．．線束
88．．．均等化組件
89．．．線束
90．．．充放電電流測量組件
91L．．．下部(低溫側)溫度感測器
91U．．．上部(高溫側)溫度感測器
92．．．電池單元
93．．．吸氣口
94．．．排氣口
110．．．前部連結管
200．．．控制部
201．．．電池殘容量算出手段
202．．．充滿電狀態檢出手段
202a．．．電池電壓感測器
203．．．放電量檢出手段
204．．．低溫充電不足量檢出手段
205．．．低溫放電不足量檢出手段
206．．．容量偏離量算出手段
206m．．．自我放電量圖
207．．．自我放電量算出手段
208．．．均等化處理手段
m‧‧‧充電特性圖
A‧‧‧充滿電容量
B‧‧‧低溫充電不足量
C‧‧‧低溫放電不足量
D‧‧‧放電量的累計值
E‧‧‧最大自我放電量的累計值
F‧‧‧容量偏離減算量
FS‧‧‧容量偏離量的累計值
SHmax‧‧‧最大自我放電量的這次值
SHmax0‧‧‧最大自我放電量的前次值
SHmin‧‧‧最小自我放電量
Ft‧‧‧容量偏離量的這次值
F0‧‧‧容量偏離量的前次值
[第1圖]將本發明的一實施例的電池殘容量算出裝置搭載的電動車輛的側面圖。
[第2圖]電動車輛的立體圖。
[第3圖]如第2圖所示的電動車輛的主要部分立體圖。
[第4圖]電動車輛的電氣系統圖。
[第5圖]主電池的立體圖。
[第6圖]主電池的分解立體圖。
[第7圖]主電池的側面剖面圖。
[第8圖]顯示電池殘容量算出裝置的構成的方塊圖。
[第9圖]自我放電量圖。
[第10圖]顯示電池殘容量的算出方法的圖。
[第11圖]顯示車輛停止中的電池殘容量算出處理的程序的流程圖。
[第12圖]顯示車輛行走中或充電中的電池殘容量算出處理的程序的流程圖。
A．．．充滿電容量
B．．．低溫充電不足量
C．．．低溫放電不足量
D．．．放電量的累計值
E．．．最大自我放電量的累計值
F．．．容量偏離減算量
V1、V2．．．預定電壓
a1、a2．．．電池容量

Claims (6)

  1. 一種電池殘容量算出裝置，具有：檢出複數單元(2a)結合而成的電池(36)的預定位置的溫度用的溫度感測器(91U、91L)、及藉由從前述電池(36)的充滿電容量(A)將複數減算要素減算而算出前述電池(36)的殘容量(R)用的控制部(200)，其特徵為：前述溫度感測器(91U、91L)，是由：在前述電池(36)內被配設於被預測為高溫位置的高溫側溫度感測器(91U)、及在前述電池(36)內被配設於被預測為低溫位置的低溫側溫度感測器(91L)所構成，前述控制部(200)，是將從由前述高溫側溫度感測器(91U)的輸出被導出的最大自我放電量(SHmax)減算由前述低溫側溫度感測器(91L)的輸出被導出的最小自我放電量(SHmin)的值，作為前述電池(36)的容量偏離量(Ft)算出，且前述容量偏離量(Ft)，包含在前述殘容量(R)的算出時從前述充滿電容量(A)減算的減算要素，將前述容量偏離量(Ft)設定成這次值，將此容量偏離量的這次值(Ft)及在前次的殘容量算出時被算出的容量偏離量的前次值(F0)之累計值也就是容量偏離減算量(F)，在前述殘容量(R)的算出時作為從前述充滿電容量(A)減算的減算要素使用。
  2. 如申請專利範圍第1項的電池殘容量算出裝置， 其中，具備自我放電量圖(206m)，其是依據前述低溫側溫度感測器(91L)及高溫側溫度感測器(91U)的輸出值、及電池(36)的充電率(SOC)的值，將前述最大自我放電量(SHmax)及最小自我放電量(SHmin)導出。
  3. 如申請專利範圍第1或2項的電池殘容量算出裝置，其中，前述電池(36)，是形成當朝車輛(1)的搭載時使其頂面及底面是朝大致水平定向的大致直方體，前述高溫側感測器(91U)，是被安裝於前述電池(36)的頂面側，前述低溫側感測器(91L)，是被安裝於前述電池(36)的底面側。
  4. 如申請專利範圍第3項的電池殘容量算出裝置，其中，前述低溫側溫度感測器(91L)及高溫側溫度感測器(91U)，是各別被安裝於前述電池(36)的車體前後方向的大致中央，且車寬度方向的大致中央。
  5. 如申請專利範圍第1項的電池殘容量算出裝置，其中，前述控制部(200)是：依據前述電池(36)的基本溫度時的充電特性及低溫時的充電特性之間的差異，將低溫充電不足量(B)及低溫放電不足量(C)算出，依據充放電電流測量組件(90)的測量值將前述電池(36)的放電量的累計值(D)算出，並將前述最大自我放電量(SHmax)設定成這次值，將此最大自我放電量的這次值(SHmax)及在前次的殘容 量算出時被算出的最大自我放電量的前次值(SHmax0)之累計值(E)算出，將前述被算出的容量偏離量(Ft)設定成這次值，將此容量偏離量的這次值(Ft)及在前次的殘容量算出時被算出的容量偏離量的前次值(F0)之累計值也就是容量偏離減算量(F)算出，藉由從前述充滿電容量(A)，減算：前述低溫充電不足量(B)、及前述低溫放電不足量(C)、及前述放電量的累計值(D)、及前述最大自我放電量的累計值(E)、及前述容量偏離減算量(F)，而算出前述殘容量(R)。
  6. 如申請專利範圍第1或2項的電池殘容量算出裝置，其中，前述電池(36)，是被收納於箱狀的電池箱(37)內，前述電池箱(37)，是使冷卻風從設在一方側的壁面的開口(93)被導入並從設在另一方側的壁面的開口(94)被導出，前述高溫側溫度感測器(91U)，是被配設於低溫側溫度感測器(91L)的靠冷卻風的下流側。
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