WO1994017425A1 - Battery capacity meter - Google Patents

Description

糸田 »

バッテリ残存容量計

技術分野

本発明は、 電動車両の走行駆動源として用いられるバッテリの 残存容量計に関し、 特に、 バッテリ使用時の正確な使用可能容量 を容易に把握できるバッテリ残存容量計に関する。 背景技術

一般に、 電気自動車等の電動車両には、 その電気モータの駆動 源としてパッテリが用いられている。 このバッテリの残存容量を 検出する手法としては、 いくつかの異なった方法が知られている 。 これらの方法は、 残存容量の、 1) 直接検出、 2) 間接検出の どちらかに分類できる。

すなわち、 第 1の分類では、 以下に示す本質的なバッテリ特性 が、 バッテリ残存容量に関係していることを利用している。 この 特性とは、 開放電圧、 電解質密度、 一対の参照電極の電極電位、 電解質の PH、 セル中のさまざまな気体の分圧、 セルデッドスぺ ースの相対湿度、 電解質粘度、 電解質屈折率等である。

これらの特性と残存容量との関係を表わす数式は、 当然バッテ リのタイプにより異なる。 すなわち、 密封タイプの鉛蓄電池では 、 残存容量と開放電圧の間には、 一般的に 1次の相関関係が認め られる。 例えば、 30 Ahの密封型鉛蓄電池の場合には、 1 3V の開放電圧が 27 Ahに、 1 2. 4Vが 1 5Ah、 1 1. 8Vが 2Ahに、 相当している。 そして、 この相関関係を用いた残存容 量計は、 公開特許公報昭 57年一 149144号に詳説されてい る 0

また、 鉛蓄電池の硫酸電解質の濃度と屈折率の関係に基いた装 置もまた、 残存容量を検出するのに広く利用されている （例えば

、 公開特許公報 昭 63年一 274064号、 公開特許公報 平 1年一 260769号） 。 これは、 特殊なプローブをバッテリ内 に挿入し、 このプローブにより電解液の濃度と屈折率を測定し、 これらの検出値から残存容量を算出するものである。

第 2の分類である残存容量の間接検出法は、 バッテリがェネル ギ一源として使われている間、 このバッテリの出力電流、 又は出 力電流電圧の、 どちらか一方を測定することにより残存容量を算 出するものである。 この検出法は、 主に既知の P EUKE RTの 式、 InT = Cを利用している。 この式中、 Iは放電電流、 nは パッテリの種類により変化する 1よりも大きな指数、 tは放電時 間、 Cは定数である。 そして、 この P EUKE RTの式から、 電 流が増大するにつれて、 バッテリ容量は減少するという良く知ら れた現象が導かれる。 例えば、 30 Ahの密封型鉛蓄電池の場合 では、 10 Ahの定電流放電で 26. 6 Ahの容量、 50 で1 7. OAhの容量、 80Aで 14. 9 A hの容量が得られること になる。

そして、 パッテリ電流を計測し、 この検出された出力電流値を P EUKE RT公式を使って変換し、 この変換された値を時間に 対して積分する残存容量計がこれまでにもいくつか発表されてい る （例えば、 公開特許公報 昭和 59年一 561 77号、 NA S A ·テクニカル ' ノート D— 5773、 1 970) 。

また、 パッテリ残存容量の第 2の間接検出手法としては、 バッ テリの出力電流と電圧との両方を利用するものがある （例えば、 公開特許公報 平成 2年一 247588号） 。 すなわち、 横軸に 電流を、 また、 縦軸に電圧を、 示した表中に、 実際のバッテリの 残存容量に相当する値を記載し、 これらの値を記載した表を、 残 存容量計の一部を構成する記憶装置に記憶している。

しかしながら、 前記のバッテリの残存容量を測定する各手法は それぞれ、 実際の使用状況に適合しないばかりか、 精度、 コスト の面で解決すべき問題点が存在する。 すなわち、 開放電圧を利用する直接検出手法は、 平衡電圧に達 したときにのみ、 正確な値を示す。 他方、 長い静止期を経過した 後にのみバッテリは平衡電圧に達するようになつている。 しかし 、 実際の電気自動車等の電動車両において、 市街地の走行時には 、 パッテリが平衡電圧に達するほど車両は長時間停止しないので 、 正確な残存値が把握できない不都合を生じる。

また、 電解液の濃度及び屈折率をセンサ測定する方法において は、 この屈折率を測定するセンサーの挿入が、 コスト髙を招くと ともに、 センサ挿入部分から電解液漏れを生じる可能性が大きく なるという不具合が有る。 また、 適切なセンサ位置により代表値 を測定できるように、 センサーを設置することも困難である。 更に、 入力電流信号を P E U K E R Tの式を用いて変換し、 使 用したバッテリ容量を積分し、 この積算した使用量を全容量から 減算することにより、 残存容量を検出する方法では、 回路構成が 複雑となり、 装置がコスト高となる不都合が有る。

また、 バッテリーを使用する通常の条件下では、 大きな誤差を 生じ易い不具合が有る。 すなわち、 原理的にパッテリを使用する 経過時間が増大すると、 測定誤差の蓄積も増大する傾向になる。 特に、 バッテリの使用条件が急激に且つ頻繁に変動する場合には 、 この傾向が著しくなる。

このため、 リセットスイッチを設け、 このスイッチにより満充 電時にユーザーが誤差を零とするリセット操作し、 補正するよう にしたものが知られている。 すなわち、 充電時には常に満充電状 態とするバッテリにおいては、 バッテリ残存容量計を、 再び積分 を開始する前に、 このリセットスィッチにより、 満充電であると して、 誤差が無い状態に初期化し、 誤差が蓄積されることを防止 している。 '

しかし、 例えば、 急速充電器により容量の 6 0 %まで充電され 、 バッテリが部分的に充電されている場合には、 逆電流の積分の 正確度がどれくらい誤差を生ずるかを決定する必要が有る。 しか し、 この逆電流積分を正確に実行することは非常に困難なので、 誤差を十分な許容範囲に収めることができない不具合がある。 こ の理由としては、 バッテリの充電効率は、 温度と充電状態によつ て一定ではなく、 様々に異なるので、 実際に何％充電されたかを 正確に把握できないからである。 そして、 このようにリセットで きないまま、 部分的な充電と放電が繰り返されると、 誤差が蓄積 されて非常に大きくなリ、 許容誤差を越えてしまうので、 残存容 量計として役立たなくなるおそれがある。

また、 ある使用電流において、 バッテリに残存容量が十分に残 つている場合にも、 電圧が低いため、 バッテリとして使用できな いことがある。 この場合、 その時点においては、 低電圧なので使 用できないが、 ある時間が経過すると、 電圧が回復して、 使用で きる場合がある。 この場合にも、 積算方式では、 残存容量がある と表示されるので、 ユーザーに故障であると誤認させたり混乱さ せることとなり、 また、 誤りではないにしても、 バッテリ残存状 態が適切に表示されていることにはならない。 つまり、 今現在の 電流の使用状況において、 この状況下での使用可能なバッテリ残 存容量が正確に把握できない不都合がある。

また、 前述した間接検出方法 （バッテリの出力電流値と電圧値 とを基本とした表を用いる方法） においては、 残存容量を極めて 正確に見積ることができる。 ところが、 表中の各値は、 実際の容 量値を表しているので、 P E U K E R Tの式で示されるように、 満充電表示と空充電表示の位置の間隔が、 使用電流の増減に伴い 変化してしまう。 従って、 この満充電状態か空充電状態かをどの ように定義するかによって、 表示装置は、 1 ) 使用電流の増減に 伴い容量を激しく変化させて表示する、 又は、 2 ) 利用不^!能な 場合にも残存容量を利用可能と表示する、 かのどちらか一方にな る。 これらの両方の場合においても、 ユーザーが表示を理解し、 バッテリ残存容量を容易に把握することは困難である。

本発明は、 このような状況に鑑みてなされたものであり、 その 目的とするところは、 食荷の有無に関わらず常時計測が可能であ り、 しかも放電電流値の大小による放電可能容量の差異を自動的 に補正し、 常に現在の放電電流値に対して放電可能な残存容量を 表示し、 バッテリ残存容量計を安価な回路構成にて提供すること にある。 更に、 バヅテリの残存容量計の容量表示は、 その表示動 作を、 従来の内燃機関自動車に使われている燃料計のものに類似 させるようにして、 ユーザーが簡単に理解できることを目的とし ている。 発明の開示

本発明は、 バッテリの放電電流及び端子電圧を検出する検出手 段と、

いくつかの異なる放電電流の電流値と端子電圧の電圧値との組 み合わせによって示され、 且つ、 これらの値が予め測定された実 測値に基いて用意された残存容量値のデータテーブルと、

前記データテーブルが記憶された記憶手段と、

パッテリ使用時の端子電流値と電圧値とに基き、 前記記憶手段 からの残存容量値を読み出して表示装置に指示する指示手段と、 を備え、

前記残存容量値は、 満充電状態の開始電圧から終止電圧までの 定電流放電が可能な全時間と、 検出された端子電圧値から終止電 圧に至るまでの、 前記定電流放電が可能な残存時間との割合とし て設定されるものであることを特徴とするバッテリ残存容量計で め 。 図面の簡単な説明

【図 1】 本発明の第 1実施例に係リ、 バッテリ残存容量計の全体の回路 構成を示す概略図である。

【図 2】

第 1実施例の表示装置の外観を示す正面図である。

【図 3】

本実施例の記憶手段である R O Mに記憶されているデ一タテー ブルである。

【図 4】

各電流値における放電曲線と、 本実施例のデータテーブルを現 わすグラフとの関係を示す説明図である。

【図 5】

本発明の第 2実施例に係り、 記憶手段である R 0 Mに記憶され ているデータテーブルである。

【図 6】

本発明の第 3実施例に係り、 記憶手段である R O Mに記憶され ているデータテーブルである。

【図 7】

本発明の第 4実施例に係り、 記憶手段である R 0 Mに記憶され ているデータテーブルである。

【図 8】

第 1比較例に係り、 記憶手段である R 0 Mに記憶されているデ ータテーブルである。

【図 9】

第 2比較例に係り、 実測された各電流値において使用不可能な 容量を含んだバッテリ絶対容量値のデータテーブルである。

【図 1 0】

第 2比較例に係り、 記憶手段である R O Mに記憶されでいるデ ータテーブルである。

【図 1 1】 一般的なバッテリの定電流放電特性を示す線図である。

【図 1 2】

異なる定電流放電時における各放電曲線を示す特性図である。

【図 1 3】

バッテリ放電電流値と放電可能容量との関係を示す特性図であ る o

【図 1 4】

ある定電流放電時の放電曲線に基づき、 バッテリ放電電圧と放 電可能容量との関係を示す特性図である。

【図 1 5】

本発明に係り、 実測された各電流値において使用可能なバッテ リ絶対容量値のデータテーブルである。 発明を実施するための最良の形態

実施例の説明に先立ち、 本発明の理解を容易にするため、 公知 のバッテリ放電特性について述べておく。

まず、 例えば、 公称容量 3 0 A hの密封型鉛蓄電池を、 ある一 定電流により満充電状態から放電末期まで放電させたときには、 放電時間の経過に従ってバッテリ端子電圧が変化し、 図 1 1に示 すようにな放電曲線を描く。 すなわち、 この図に示されるように 、 端子電圧は、 放電時間の大部分において徐々に減少し、 バッテ リの使用可能な容量が使い果たされた時点 Tにおいて急激に減少 している。 従って、 この放電状態のある時点における使用可能な 放電容量は、 放電電流と、 この時点から電圧降下点 Tまでの経過 時間との積により表わすことができる。

他方、 P E U K E R Tの式により、 定電流放電の値が増加する と、 放電時間が短くなることが知られている。 すなわち、 図 1 2 に示すように、 大きな定電流放電となるに従って、 急激な電圧降 下の始まる時点丁が、 速まる傾向にある。 また、 これらの時点 T の電圧も低下する傾向にある。 従って、 放電電流が増大するに応 じて、 放電可能容量も滅少すると共に、 放電曲線もそれぞれ異な るものになる。 これらの結果として、 満充電されたバッテリを、 いくつかの異なる定電流で放電する場合、 各電流により全体の放 電可能容量が変化し、 そして、 この容量変化は、 各定電流の関数 として決定できる。 すなわち、 図 1 3に示すように、 例えば 3〇 A hの公称容量を有する同一のパッテリにおいては、 ある放電電 流値に着目した場合に、 この放電電流値における放電可能な全体 容量を、 一義的に決定できることになる。

また、 ある一定の電流においては、 時間の代わりに容量を横軸 に、 前記と同様に電圧を縦軸にとって、 放電曲線を描くことがで きる。 そして、 この電圧軸を、 いくつかの小さな範囲にさらに分 割することによって、 ある時点における放電可能な残存容量を、 パッテリの端子電圧と放電電流とに関係付ける表の縦成分を生成 することができる。

すなわち、 図 1 4に示すように、 例えば 1 O Aの放電電流にお いて、 横軸の 0点から時点 Tまでの範囲を 5つに分割し、 この各 分割部分に対応する電圧範囲を求めることができる。 つまり、 こ の 1 O Aの放電電流値と、 横軸のある分割された時点までの経過 時間とから、 この時点における使用電流量 （A h ) を算出するこ とができる。 そして、 放電した全経過時間から算出される全体使 用電流値 （A h ) から、 各時点の使用電流値を減算することによ リ、 各時点の使用可能な絶対残存容量値を求めることができる。 このような操作を、 他の電流 A毎に行うことにより、 各放電電流 と測定電圧から使用可能な絶対残存容量を求める表を生成するこ とができる。

このようにして、 図 1 5に示すような、 容量 3 0 A hの'バッテ リに対して、 パッテリの使用可能な絶対容量値を求める表が得ら れる。 なお、 アステリスクのついた欄 （以降、 セルと称する） で は、 所定の電圧と電流との組合せが達成されなかった。

本発明では、 前記図 1 5中に使われている絶対容量値は、 相対 容量値に交換されている。 そして、 後述する実施例と比較例とか ら理解できるように、 この相対値を用いることによって、 結果的 に、 電流の値に基いて変化する使用可能な残存容量を、 スムーズ 且つ簡単に把握することができる装置が実現される。

(第 1実施例）

以下に、 本発明のバッテリ残存容量計を、 図 1及び図 3に示す 第 1実施例に基いて説明する。 図 1は、 本実施例のバッテリ残存 容量計を実現する装置の全体構成図であり、 同図においてバッテ リ残存容量計 1は、 検出回路ブロック 3と、 このブロックに接続 されたマイクロコンピュータ ·ブロック 5と、 このブロックに接 続された表示装置 2 1とから構成されている。

すなわち、 前記検出回路ブロック 3は、 図示を省略したパッテ リのパッテリ端子に接続され、 バッテリ電流及び電圧を検出する 検出回路 1 1 , 1 2と、 この回路 1 1， 1 2からの検出信号をフ ィルタ処理するフィルタ回路 1 3 , 1 4と、 フィルタ処理された 信号をホールドするホールド回路 1 5 , 1 6とから構成されてい る。 また、 マイクロコンピュータ · ブロック 5は、 検出回路から のアナログ信号をデジタル変換する AZ Dコンバータ 1 7と、 こ のデジタル信号に基づき、 R O M 1 9のテーブルを参照して、 バ ッテリ残存容量値を決定するマイクロコンピュータ 1 8と、 この 残存容量値を保持するラッチ回路とから構成されている。 なお、 本実施例のバッテリーは、 説明を簡略化するため前述した公称容 量 3 0 A hの密封型鉛蓄電池を用いることとする。

前記検出回路 1 1， 1 2は、 バッテリ端子に接続され、 それぞ れ、 バッテリ使用時のバッテリ端子電圧、 放電電流を検出するよ うになされている。 具体的には、 端子電圧の検出は、 抵抗分割に より行うのが簡単である。 他方、 放電電流の検出は、 バッテリの 食荷と直列に接続されたシャント抵抗による方法、 ホール素子を 用いた電流センサによる方法等が挙げられ、 いずれの方法も用い ることができる。

これらの検出された端子電圧、 放電電流は、 ローパスフィルタ 1 3 , 1 4によって交流成分が除去される。 これは、 バッテリの 放電特性が電解液の拡散という極めて変化の遅い現象に支配され ているので、 平均的な放電電流値に依存することによっている。

このように交流成分が除かれたアナログ検出信号は、 それぞれ サンプルホールド回路 1 5， 1 6を介し、 AZ Dコンバータ 1 7 によってデジタル信号に変換され、 マイクロコンピュータ 1 8に 出力される。

このマイクロコンピュータ 1 8は、 デジタル信号に変換された 端子電圧値及び放電電流値を読み込み、 その組合せに対応する残 存容量値を R O M 1 9から取得する。 この R O M (読み出し専用 メモリ） 1 9には、 後述する残存容量値のデータテーブルが、 予 め実測値に基いて用意され記憶されている。 そして、 マイクロコ ンピュータ 1 8は、 この取得した残存容量値に応じた 2値データ を、 ラッチ回路 2 0に出力する。 この 2値データとは、 例えば表 示装置を適切に增减表示させるためにデコードされたデータであ る。

このラッチ回路 2 0は、 更新データがマイクロコンピュータ 1 8から送られて来るまでの期間、 前回のデータが保持され、 表示 装置 2 1に出力するように構成されている。

この表示装置 2 1は、 ラッチ回路 2 0に保持されたデータによ つて、 残存容量値が増減表示される。 これは、 電動車両の走行駆 動用バッテリでは、 走行の途中において回生制動によリ充電が行 われることがある。 この充電中には、 当然バッテリ放電が行われ ず、 放電電流 ·電圧値が検出できなので、 残存容量値を R O M 1 9のデータテーブルから取得することができなくなる。 従って、 この回生期間中には、 マイクロコンピュータ 10からラッチ回路 2〇へのデータ出力が停止される。 このため、 回生制動の期間中 は、 この回生制動の直前の残存容量値が保持され、 この残存容量 値を表示装置 21に表示するように構成されている。

なお、 回生制動中であることの判断は、 放電電流値の正食で知 ることができるが、 別途電動車両の制御回路から回生制動中であ ることを示す回生信号を受信し判断しても構わない。

また、 この表示装置 21には、 図 2に示すように、 この実施例 の場合、 5個の LEDから構成された LEDモジュール 22が設 けられている。 これらの LEDは、 水平方向にならべて設けられ 、 前記ラッチ回路 20からのデコードデータに従って、 図中左側 から、 その点灯数を増減するようになっている。 すなわち、 残存 容量値が 80%以上を F (Fu l l) とし、 このとき表示装置は 、 その LEDモジュール 22の全 LED 5個を点灯させる。 そし て、 60%以上 80%未満では 4個という具合いに、 20%おき に点灯数を 1個ずつ減少させ、 0%以下を E (Emp t y) とし て、 全ての LEDを消灯させるようになつている。 従って、 この 図 2においては、 3個の L E Dが点灯しているので、 ある使用電 流時におけるバッテリ残存容量が 40%以上 60%未満であるこ とを示している。

なお、 このように表示装置 21の L E D点灯数の増減表示に限 らず、 表示範囲の增滅、 輝度変化による增滅、 色彩変化による増 减を構成してもよい。

また、 以上の回路構成はあくまでも一例に過ぎず、 例えば、 マ イク口コンピュータ 18に読み込まれた検出データにデジタル口 一パスフィルタ処理を行うことにより、 ローパスフィルタ ' 1 3， 14を不要にして、 より簡略な回路構成とすることも可能である 。 更に、 サンプルホールド回路 15, 16は、 単一のサンプルホ ールド回路を時分割で切換えて使用することにより、 より簡素化 することも可能である。

更に、 表示装置による增滅表示としては、 ラッチ回路の後段に D / Aコンバータを用いることにより、 表示装置としてアナログ 電圧計を用いることもできる。

また更に、 残存容量が 0 %に至る以前に表示装置がバッテリ消 耗状態 E ( E m p t y ) を表示することにより、 表示に余裕をも たせて安全性を確保する等、 表示方法に変更を加えることも本発 明を逸脱するものでないことは勿論である。

前記 R O M 1 9に記憶されているデータテーブルは、 図 1 5に 示される実測データから作製されているが、 絶対容量値の代わり に相対化された値を用いていることに特徴を有している。

すなわち、 図 3に示すようなデータテーブルにおいて、 各列の 最大容量値を 1 0 0 %と定義した後、 同じ列中の下段に示される 他の値は、 この最大容量値に対する百分率として定義し設定して いる。 つまり、 各放電電流における最大容量値を 1 0 0 %とし、 この電流値と、 その時点の検出電圧とから決定される残存容量値 を、 この最大容量値に対する％として表記している。 これは、 図 1 4に示すような、 バッテリーから実測された、 電流値により異 なる電圧一時間の放電曲線に基づき、 時間軸の全体経過を表示パ 一セントに応じて区分し、 この区分に対応する電圧範囲を求めて いる。 換言すれば、 図 4に示すように、 各放電電流により使用可 能な全体容量が変化するので、 この変化する全体容量に応じて、 その時点の放電電流における残存容量値を、 この容量に対する百 分率として、 相対的に定義している。

次に、 このように相対的容量値を用いたバッテリ残存容量計の 利点を、 以下に示す動作例に基いて説明する。 ' まず、 最初に満充電したバッテリを 1 O Aの低放電電流で放電 使用し、 次に 8 O Aの放電電流に増加させると、 電圧検出値は減 少し、 図 3のデータテーブル上では 1 OA— 1 2. 3 Vのセルか ら 80 A— 1 1. 2〜1 1. 39 Vのセルに移動するが、 いずれ のセルの残存容量値も 1 00%の値を有し、 本残存容量計は 1 0 0%を示す。 これは、 残存容量が満充電状態であるため、 残存容 量計の表示は放電電流の大小に関係なく一定だからである。 従つ て、 再び放電電流を急速に 1 OAに戻しても残存容量表示は変化 せずに、 1 00%の表示が維持される。 そして、 この放電状態で 所定の時間が経過した後、 検出電流一電圧値が 1 OA— 1 2. 1 〜1 2. 3 Vになると残存容量表示が 80%に減少するが、 電流 を 8 OAに増加させると電圧は 1 1. 0〜1 1. 1 9Vに減少し 、 対応する残存容量値は 80%と同じままである。 このように、 一方の放電電流から他方の放電電流へ移っても、 80%容量の表 示が同じく 80%容量の表示となるので、 表示自体は連続的に表 示されることとなる。 以下、 同様に、 いかなる放電電流でも、 い つたん 0%に達すると、 そのセルの表示値は 0%となり、 そして 放電電流を変化させると、 電圧範囲 （電圧） も同時に変化し、 残 存容量を示すセルは移動するがそのセルの表示値は 0%のまま維 持される。 すなわち、 この図 3に示されるように、 縦横に隣接す るセル間、 又は対角線上に隣接したセル間での移動による表示値 の変化は、 連続的になめらかで、 急激に表示が変化することがな いので、 ユーザーを無用に混乱させることが回避される。

以上述べた本発明の構成によれば、 食荷の有無に関わらず、 常 時計測が可能となる。

また、 バッテリ放電電流値の大小による放電可能容量の差異が 自動的に補正され、 常に現在の放電電流値に対して放電可能な残 存容量を正確に表示することができる。 また、 バッテリを過放電 することがないので、 不注意な誤使用によるバッテリ性能の劣化 が未然に防止でき、 バヅテリ性能を十分に発揮することができる 更に、 バッテリ残存容量計が簡素な回路構成により実現できる ので、 低コストになり、 経済性を向上することができる。

更にまた、 本発明のバッテリ残存容量計は、 原理的に電解液温 度の変動による温度補償が不必要であるといった長所を有してい る。 この電解液温度が低下すると、 起電力の低下及び内部抵抗の 増加により、 パッテリ端子電圧が低下するとともに、 電解液拡散 が困難となるために、 定電流放電においては、 端子電圧の降下速 度が速まる。 本発明のバッテリ残存容量計においては、 これらの 現象は、 残存容量値の低下及び下降速度の上昇として組込まれて おり、 自動的に補正していることになる。 また、 バッテリの通常 使用による性能劣化も、 満充電時の残存容量の低下として、 認識 することが可能である。

また、 バッテリへ電流が流入する期間は電流の流入直前の計測 値を保持して、 表示しているので、 電動車両の走行駆動用バッテ リでの回生充電にも対応することができ、 広範囲に適用すること ができる。

前述したように、 バッテリ放電電流が増大するに従って、 使用 可能なバッテリ残存容量は減少するので、 この残存容量を決定す るいくつかの変数の 1つとして電流値を用いるような残存容量計 においては、 電流の増減に対応して、 残存容量表示を補正するよ うな機能を組み込まなければならない。 本発明では、 放電電流と バッテリの端子電圧との両方を測定して、 残存容量を決定してい る。 この測定された電流値と電圧値との組合せにより、 記憶装置 の表形式に記憶されている残存容量値を参照して、 その電流値に おける使用可能な残存容量の割合を決定している。 すなわち、 本 発明のデータテーブルに記憶されている残存容量値は、 相対値に 相当する。 この相対残存容量の表示範囲は、 バッテリの状態が満 充電になる 1 0 0 %から空充電状態の 0 %までである。 各放電電 流での放電可能容量は、 バッテリを満充電状態から空充電状態時 のカツトオフ電圧に至るまで放電し、 これにより各放電電流にお ける全容量が決定される。 この各電流での放電可能な容量を、 例 えば、 1 00%、 90%、 80%、 70%、 60⁰/₀、 50%、 4 0%、 30%、 20%、 10%、 0%というように等間隔に分割 する。 これらの各等分割点での測定電圧と、 それに相当する放電 電流とにより、 図 3の縦の 1列が作製されている。 従って、 本発 明における相対残存容量値 （0〜100%) を用いると、 電流を 関数とした残存容量計の表示変化は、 電流が増加するに従い表示 値が 1 00%から 0%へと減少する速度が速くなることは、 明ら かに予測できる。 このように、 電流による容量変化を残存容量表 示値の変化速度により補正する方法を、 バッテリの容量計中に組 み込んでいるので、 バッテリ残存容量値として表示される値は、 従来の内燃機関自動車に使われている燃料計と機能が極めて類似 し、 ユーザ一が容易に理解して把握することができる。

(第 2実施例）

次に、 本発明のパッテリ残存容量計を、 図 5に示す第 2実施例 に基いて説明する。 本実施例のパッテリ残存容量計は、 前記第 1 実施例と同一の構成とされ、 記憶手段である ROMに記憶されて いるデータテーブルのみが変更されているものである。

すなわち、 図 5に示すように、 このデータテーブルは、 前記第 1実施例に用いられている図 3のデータテーブルを変形すること により作製され、 横方向のバッテリ使用時の電流値と、 縦方向の 表示手段の表示区分に対応するパーセント区分とから構成されて いる。 そして、 これらの電流値及びパーセントにより区分された 各欄は、 前記図 5のデータテーブルから、 各電流におけるパーセ ント条件を満たす電圧範囲となっている。 そして、 バッテリ使用 時には、 その使用電流において検出された電圧値から、 このテー ブルを参照して、 バッテリ残存容量が求められる。 つまり、 使用 電流からこのテーブルの参照列が決定され、 この参照列にて該当 する検出電圧値から、 欄が決定され、 最後に、 この欄に対応する 残存容量パーセント行が求められるように構成されている。

従って、 前記実施例と同様な効果を奏するのみならず、 データ 数が削減でき、 簡素化を図ることができる。

(第 3実施例）

更に、 本発明のパッテリ残存容量計を、 図 6に示す第 3実施例 に基いて説明する。 本実施例のバッテリ残存容量計は、 前記第 2 実施例と同様に、 前記第 1実施例と同一な回路構成とされ、 記憶 手段である R O Mに記憶されているデータテーブルのみが変更さ れているものである。

すなわち、 図 6に示すように、 このデータテーブルは、 前記第 2実施例のデータテーブルと同一な構成とされ、 各欄の電圧値は 、 第 2実施例のデータテーブルから対応する各欄の下限値のみを 抽出したものとなっている。 そして、 パヅテリ使用時には、 その 使用電流において検出された電圧値から、 このテーブルを参照し て、 バッテリ残存容量が求められる。 つまり、 まず、 使用電流か らこのテーブルの参照列が決定される。 次に、 この参照列におい て、 検出電圧値と各欄の電圧値との比較判定が行われ、 ？11≤検 出電圧値く P n+1の条件を満たす P n欄が、 該当欄であると決定さ る。 最後に、 この該当欄に対応する残存容量パーセントが求めら れ、 表示装置に、 このパーセントに対応した增减表示をするよう に構成されている。

従って、 前記実施例と同様な効果を奏するのみならず、 さらに データ数を削减でき、 簡素化を図れコンパクトにできる。

(第 4実施例）

更にまた、 本発明のバッテリ残存容量計を、 図 7に示す第 4実 施例に基いて説明する。 本実施例のバッテリ残存容量計は、 前記 第 1実施例と同一な回路構成とされ、 R O M 1 9に記憶されてい るデータテーブルのみが変更されているものである。

すなわち、 図 7に示すように、 このデータテーブルは、 前記第 2実施例のデータテーブルと同一な構成とされ、 各欄の電圧値は 、 第 2実施例のデータテーブルから対応する各欄の上限値のみを 抽出したものとなっている。 そして、 バッテリ使用時には、 その 使用電流において検出された電圧値から、 このテーブルを参照し て、 バッテリ残存容量が求められる。 つまり、 まず、 使用電流か らこのテーブルの参照列が決定される。 次に、 この参照列におい て、 検出電圧値と各欄の電圧値との比較判定が行われ、 ？11 <検 出電圧値≤P n+lの条件を満たす P n欄が、 該当欄であると決定さ る。 最後に、 この該当欄から、 対応する残存容量パーセントが求 められ、 このパーセントに対応した増減表示を、 表示装置が行う ように構成されている。

従って、 前記第 3実施例と同様に、 データ数が削減でき、 さら に簡素化を図ることができる。

(比較例 1 )

次に、 第 1比較例を図 8に基いて説明する。 この第 1比較例は 、 本発明の実施例中の図 1に示したものと同一なバヅテリ残存容 量計の回路構成が用いられている。 また、 第 1実施例に用いた図 5に示す表示装置と同一の表示装置が、 用いられている。 更に、 第 1実施例にて説明しているように、 回生制動中は回生制動の直 前の残存容量値を保持する構成を本第 1比較例でも採用する。

すなわち、 記憶装置の R O M 1 9に記憶されているデータテー ブルは、 図 1 5の絶対容量データに基いて、 作製されている。 し かし、 5個の L E Dモジュールを使用して残存表示するためには 、 得られた絶対容量値を 0 %から 1 ◦ 0 %の範囲の百分率で、 区 切らなければならない。 すなわち、 絶対容量の最大値 （1 OAh 定放電率で 26. 6 Ah) を 100%と定義する場合、 表中のそ の他の値は、 この単一の最大容量値からの百分率として、 設定さ れている。 このようにして得られ、 実際 ROM1 9に記憶されて いるデータ表を図 8に示す。

このように単一の絶対容量値を用いる場合の不利な点を、 以下 に示す使用時の動作状況により説明する。 まず、 最初に満充電さ れたバッテリを 1 OAの低放電率で放電し、 それから 8 OAの放 電率に増加させたとする。 この場合には、 絶対容量の値は放電電 流に応じて変化するので、 残存容量計の表示は、 1 OAの放電で 100%から、 8 OAで 60%の表示に切換わってしまう。 また 、 放電電流を急速に 10Aに戻すと、 残存表示は 80%の状態を 通過して、 急激に 100%に戻ってしまう。 更に、 放電により所 定の時間が経過した後、 表示は一単位 （20%) 下がり、 この場 合でもまた、 相対容量値を用いれば表示は同じであるのに、 絶対 容量値が用いられているので、 表示装置は、 測定電流一電圧にそ れぞれ対応し、 10A— 12. 1-12. 3Vで 80%、 8 OA 一 1 1. 0〜1 1. 1 9 Vで 40%を示してしまう。 そして、 放 電電流に無関係に 0 %限度に達した後のみ、 すべての電流レベル で表示が 0%を示すことになる。 これらの結果として、 表示装置 はバッテリが満充電状態に、 又はそれに近い状態になったときに は、 容量表示値に急激な変化を示すことになる。 バッテリが空状 態に近付くにつれてのみ、 電流値の変化に伴う容量表示値の激変 が緩和される。 このように、 全体的に見た場合、 ユーザーが表示 装置から電池の状態を判断して理解することは困難である。

(比較例 2) ' また、 第 2比較例を図 9及び図 10に基いて説明する。 この第 2比較例は、 前記第 1比較例と同様に、 本発明の第 1実施例と同 一な回路構成及び表示装置が用いられている。 従って、 回生制動 中は回生制動の直前の残存容量値を保持するようになされている

0

すなわち、 ROM1 9に記憶されているデータテーブルは、 図 9の絶対容量データから作製されている。 まず、 各放電電流での 最大容量を 26. 6 Ahと再び定義する。 この値は、 実用上に利 用される電流の範囲内では、 最大容量である。 このように定義さ れた絶対容量データでは、 放電電流が大きい場合、 カットオフ電 圧に達し、 この大電流におけるバッテリ使用が不可能となっても 、 残存容量があるということが示されてしまう。

前記第 2比較例において述べたように、 5個の L E Dモジユー ルにより残存容量表示をするためには、 絶対容量値を 0%から 1 00%の範囲の百分率として区分しなければならない。 すなわち 、 最大絶対容量値、 26. 6 Ahを 100%と定義する場合、 図 中のその他の値は最大容量値の百分率として決められる。 実際に ROM1 9に記憶されている前記の結果得られるデータは下記の 図 10に示される。

この図 10に示される絶対容量値の百分率表示を用いる場合の 不利な点を、 以下に示す使用時の動作状況により説明する。 まず 、 最初に満充電されたパッテリを 1 OAの小電流放電で放電し、 それから 8 OAの大電流放電に増加させる。 この場合には、 この 放電電流の大小に関係なく、 表中の各列にある絶対容量の最高値 を 100%と定義することにより、 残存容量計の表示値を 1 OA 放電と 8 OA放電の両方で 100%にすることができる。 すなわ ち、 8 OA放電から急速に 1 OAに戻しても、 表示値は変化せず 100%を保持している。 そして、 一定の時間が経過した後、 表 示値は放電によって一単位 （20%) 滅少する。 この時点では、 電流の関数である残存容量表示出力に激変が見られないことは、 容易に理解できる。 ここでもまた、 この原因は絶対容量データの 定義され方に存在する。

しかし、 バッテリが長期間、 髙放電率で連続放電され、 次に低 い率で放電される場合、 この電流が低い率に下がった際に、 容量 がー単位減少することが認められる。 このように図 1 0に基く絶 対容量値を用いる場合の主要な欠点は、 バッテリが空状態に近付 くにつれて大きくなる。 すなわち、 図 1 0から理解できるように 、 髙電流率での放電では、 4 0 %の残存容量値が表示装置に示さ れているにもかかわらず、 実際の電池容量は空状態に達してしま つている。 また、 中間放電率での放電では 2 0 %の残存容量値が 表示装置に示されているにもかかわらず、 バッテリは空状態に達 してしまっている。 このように表示装置がバッテリ中に有効容量 が存在すると示していても、 実際そのような容量は利用可能では ないのである。 結果として、 バッテリが空状態に、 又はそれに近 い状態になったとき、 表示装置は放電電流の変化に伴い容量表示 値を激変させてしまう。 そして、 バヅテリが満充電状態に近付き つつあるときのみ、 電流の変化に伴う容量の激変が緩和される。 全体的な結果として、 本比較例の残存容量計を使用する場合、 ュ 一ザ一が残存容量の表示値を判断して理解するのは、 困難である と んる o 産業上の利用可能性

以上のように構成される本発明は、 電気自動車等の電動車両の 走行駆動源として用いられるバッテリの残存容量計に好適である

Claims

請求の範囲

1 . バッテリの放電電流及び端子電圧を検出する検出手段と、 いくつかの異なる放電電流の電流値と端子電圧の電圧値との組 み合わせによって示され、 且つ、 これらの値が予め測定された実 測値に基いて用意された残存容量値のデータテーブルと、

前記データテーブルが記憶された記憶手段と、

パッテリ使用時の端子電流値と電圧値とに基き、 前記記憶手段 からの残存容量値を読み出して表示装置に指示する指示手段と、 を備え、

前記残存容量値は、 満充電状態の開始電圧から終止電圧までの 定電流放電が可能な全時間と、 検出された端子電圧値から終止電 圧に至るまでの、 前記定電流放電が可能な残存時間との割合とし て設定されるものであることを特徴とするバッテリ残存容量計。

2 . 前記記憶手段に記憶されているテーブルは、 一方の列が、 使 用条件に応じた各電流値であり、 他方の列が、 前記各電流値の列 に対応する、 幾つかの小さな範囲に分割された電圧値区分である ことを特徴とする請求項 1記載のバッテリ残存容量計。

3 . 前記テーブル内の各電流値の列における残存容量値は、 前記 各列の最大容量値を 1 0 0 %として規定するとともに、 同じ列中 の他の値は、 その最大容量値に対する百分率の割合として規定さ れていることを特徴とする請求項 2記載のバッテリ残存容量計。

4 . 前記表示手段は、 所定個数の発光素子を備え、 更に、 前記残 存容量値の大小に対応させて、 前記発光素子の表示を増減させる ようにしたことを特徴とする請求項 3記載のパッテリ残存容量計

5 . 0から 1 0 0 %までの前記残存容量値を複数のグループに分 けるとともに、 前記グループの数と前記発光素子の個数を一致さ せ、 前記残存容量値の大小に対応させて、 前記発光素子の表示を 増減させるようにしたことを特徵とする請求項 4記載のバッテリ 残存容量計。

6 . バッテリへ電力回生等によって電流が流入する期間は、 前記 電流が流入する直前の端子電流及び電圧値により残存容量値を決 定す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。