JP2001186682A - 電池の放電制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池の過放電を防止しながら、メモリ効果で
電圧の低下した電池を充分に放電する。 【解決手段】 電池の放電制御方法は、電池の電圧を検
出しながら電池を放電させる。電池の電圧が放電下限電
圧に低下すると、過放電を防止するために放電を停止す
る。さらに、本発明の放電制御方法は、電池の放電電流
から電池電圧を演算する。演算した推測電池電圧は、実
際の電池電圧である測定電圧に比較される。測定電圧が
推測電池電圧から低くなるとき、推測電池電圧と測定電
圧の差によって、放電下限電圧を低く補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池電圧が放電下
限電圧まで低下すると放電を停止する放電制御方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】二次電池は過放電させると性能が著しく
低下する。過放電を防止するために、電池の電圧が放電
下限電圧まで低下すると放電を停止させる。放電下限電
圧は、電池の種類や用途により最適値に設定している。
放電下限電圧は、低すぎても高すぎても弊害がある。低
すぎると電池を過放電させて寿命が短くなり、高すぎる
と実質的に使用できる容量が少なくなる。このため、電
池の種類や用途を考慮して最適値に設定している。

【０００３】図１は、電池を放電させたときに電圧が次
第に低下する状態を示している。この特性で電圧が低下
するのは、ニッケル−水素電池またはニッケル−カドミ
ウム電池である。この図の電池は、残存容量がなくなっ
て完全に放電される状態になると急激に電圧が低下す
る。放電下限電圧を、電池電圧の低下が急峻になる電圧
に設定して、電池の過放電を防止できる。

【０００４】しかしながら、メモリ効果により実質的に
使用できる容量が少なくなった電池は、図の鎖線で示す
ように、完全に放電されるよりも前に電池電圧が一時的
に急峻な勾配で低下する。メモリ効果は、電池を完全に
放電させない状態で繰り返し充放電させるときに発生す
る。この状態で電圧が低下する電池は、完全に放電され
ないにもかかわらず電池電圧は放電下限電圧まで低下し
てしまう。このため、放電下限電圧まで放電させたので
は、電池を充分に放電できず、実質的に使用できる容量
が相当に減少してしまう。さらに、浅い放電を繰り返す
ことになって、メモリ効果を解消できない。このため、
実質的に使用できる容量が少なくなった状態から回復で
きない。メモリ効果による一時的な容量の減少は、電池
を深く放電させるリフレッシュ放電で解消できる。しか
しながら、メモリ効果が発生した電池は、深く放電され
る前に放電下限電圧まで電圧が低下して放電を停止させ
るので、常に浅い放電が繰り返されて、メモリ効果を解
消できなくなる。

【０００５】メモリ効果を解消するために、充電回数を
カウントして、リフレッシュする方法が開発されている
（特開平７−１４７１６６号公報）。この公報に記載さ
れる方法は、二次電池の充電回数をカウントして、カウ
ント値が設定値になるとリフレッシュすることを表示し
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この公報に記載される
方法により、二次電池のメモリ効果は解消される。しか
しながら、実際に電池を充放電させるときに、充電量と
放電量とが大幅に変動するので、どの程度の充電量と放
電量を１カウントとするかにより、カウント値から推測
されるメモリ効果の程度が変動する欠点がある。したが
って、カウント値からメモリ効果が発生したことを正確
に推測するのが難しい。

【０００７】さらにこの方法は、メモリ効果を検出でき
るが、メモリ効果により実質的に使用できる電池を、残
存容量がなくなるまで放電することができない。メモリ
効果の検出と、電池電圧がどの程度低下するまで放電さ
せるかは、別の技術であるからである。

【０００８】本発明は、このような欠点を解決すること
を目的に開発されたものである。本発明の重要な目的
は、電池の過放電を防止しながら、メモリ効果で電圧の
低下した電池を充分に放電できる電池の放電制御方法を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の電池の放電制御
方法は、電池の電圧を検出しながら電池を放電させる。
電池の電圧が放電下限電圧に低下すると、過放電を防止
するために放電を停止する。さらに、本発明の放電制御
方法は、電池の放電電流から電池電圧を演算する。演算
した推測電池電圧は、実際の電池電圧である測定電圧に
比較される。測定電圧が推測電池電圧から低くなると
き、推測電池電圧と測定電圧の差によって、放電下限電
圧を低く補正する。

【００１０】図２は、メモリ効果により電圧が低下する
電池の放電下限電圧を低下させる状態を一点鎖線Ｂで示
している。この図において、直線Ａは、メモリ効果によ
り設定電圧を変化させない電圧値を示している。本発明
の放電制御方法は、図の鎖線で示すように、メモリ効果
によって電池電圧が低下すると、実線で示す推測電池電
圧と測定電圧の誤差電圧（ΔＶ）により、放電下限電圧
を低下させる。誤差電圧（ΔＶ）が大きくなるにしたが
って、放電下限電圧を低下させる。このため、メモリ効
果で電圧が低下した電池を、残存容量がなくなるまで、
あるいは残存容量がほぼなくなるまで放電できる。そし
て、メモリ効果により電圧が低下した電池のみ、放電下
限電圧を低くして放電させるので、メモリ効果のない電
池は過放電されることがない。

【００１１】本発明の放電制御方法は、たとえば、推測
電池電圧と測定電圧の電圧差である誤差電圧（ΔＶ）に
定数をかけた値を補正値とし、誤差電圧（ΔＶ）に比例
して、補正値を大きくする。

【００１２】さらに、本発明の放電制御方法は、電池の
推測電池電圧を演算するパラメータとして、放電電流に
加えて、電池の内部抵抗と電池温度を測定する。このよ
うに、多くのパラメータで推測電池電圧を演算する方法
は、より正確に正常な電池の電圧を計算できる。

【００１３】本発明の放電制御方法は、主として、ニッ
ケル−水素電池とニッケル−カドミウム電池のいずれか
の電池の放電を制御するのに適している。このタイプの
電池が、明確にメモリ効果を示すからである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明
の技術思想を具体化するための放電制御方法を例示する
ものであって、本発明は放電制御方法を以下のものに特
定しない。

【００１５】本発明の電池の放電制御方法は、エンジン
とモータの両方で車輪を駆動するハイブリッドカー、あ
るいは、エンジンを搭載しない電気自動車に使用され
る。ただ、本発明の放電制御方法は、ハイブリッドカー
に最適である。それは、ハイブリッドカーに搭載される
電池は、エンジンで駆動さる発電機で充電され、モータ
を駆動して放電して、充放電されるからである。

【００１６】以下、電気自動車がハイブリッドカーであ
る実施例について詳述する。図３は、本発明の放電制御
方法に使用する放電制御回路を示す。この図の放電制御
回路は、モータに電力を供給して自動車を走行させる電
池群１と、この電池群１をモータと発電機に接続して、
充放電させる充放電制御回路２と、この充放電制御回路
２を制御するコントロールユニット３と、このコントロ
ールユニット３に接続された電池の劣化データーを記憶
している記憶装置４と、コントロールユニット３に接続
されて、電池の残存容量を表示する残存容量表示装置５
とを備える。

【００１７】電池群１は、充電と放電を繰り返すと、メ
モリ効果によって、実際に放電できる放電容量が少なく
なるタイプの二次電池を内蔵している。ニッケル−カド
ミウム電池とニッケル−水素電池は、メモリ効果によっ
て放電容量が少なくなる二次電池である。ただし、本発
明は、パック電池に内蔵する二次電池を、ニッケル−カ
ドミウム電池とニッケル−水素電池には特定しない。こ
れ等の二次電池以外の電池であって、メモリ効果により
放電容量が少なくなる電池が開発される可能性が充分に
あるからである。

【００１８】電池群１は、複数の二次電池を直列に接続
し、あるいは並列に接続している。ハイブリッドカーに
使用される電池群は、複数の電池モジュールを直列また
は並列に接続している。電池モジュールは、複数の二次
電池を直列に接続している。この電池群は、全体の出力
電圧を検出して、放電下限電圧に比較する。ただし、各
々の電池モジュールの電圧を放電下限電圧に比較し、あ
るいはまた、全ての二次電池の電圧を放電下限電圧に比
較して放電を停止させることもできる。

【００１９】電池群１は、電池の温度を検出するために
温度センサー（図示せず）を電池の表面に固定してい
る。複数の電池モジュールを内蔵する電池群１は、好ま
しくは、各々の電池モジュールに温度センサーを固定す
る。さらに、電池モジュールを構成している各々の二次
電池に温度センサーを固定して、全ての二次電池の温度
を検出することもできる。温度センサーは、コントロー
ルユニット３に接続されて、コントロールユニット３に
電池の温度の信号を出力する。電池の表面に固定される
温度センサーは、電池温度を正確に検出できる。ただ
し、温度センサーは、電池から多少離して配設すること
もできる。この温度センサーは、電池の周囲の温度を検
出して間接的に電池温度を検出する。

【００２０】充放電制御回路２は、コントロールユニッ
ト３に制御される。充放電制御回路２は、充電スイッチ
と放電スイッチを備えている。充電スイッチは、電池を
充電するときにオン、充電を停止するときにオフに切り
変えられる。放電スイッチは、電池を放電するときにオ
ン、放電を停止するときにオフに切り変えられる。充電
スイッチは、充電している電池群１が満充電になると、
オフに切り換えられる。また、放電している電池群１の
電圧が、放電下限電圧の基準値まで低下し、あるいは、
補正された放電下限電圧まで低下すると、放電スイッチ
がオフに切り換えられて過放電を防止する。充電スイッ
チと放電スイッチは、ＦＥＴやトランジスタ等の半導体
スイッチング素子である。

【００２１】モータと発電機は、電気自動車のエンジン
と車輪に連結される。モータは車輪を回転して自動車を
走行させる。発電機はエンジンに回転され、あるいは回
生ブレーキの状態では車輪に回転されて発電する。モー
タは、発電機に併用できる。このタイプは、モータと発
電機が一体化される。モータと発電機を別々に設けるこ
ともできる。

【００２２】コントロールユニット３は、電池群１の電
圧と電流と温度を検出する。コントロールユニット３
は、放電電流の積算値から電池電圧を演算して推測電池
電圧を想定する。電池の電圧が、放電されるにしたがっ
て低下する特性は、記憶装置４に記憶される。放電する
にしたがって電圧が低下する程度は、放電電流の積算値
のみでなく、電池温度や電池が劣化した程度によりも多
少は変化する。したがって、より正確に推測電池電圧を
演算するには、放電電流の積算値のみでなく、電池温度
や劣化の状態で電圧が低下する特性を記憶装置４に記憶
させる。

【００２３】電池の劣化は、内部抵抗で検出できる。電
池が劣化するにしたがって、内部抵抗が増加するからで
ある。内部抵抗は、電池に流れる電流と電圧から演算で
きる。内部抵抗による電圧降下が、電池群１の出力電圧
を低下させるからである。内部抵抗による電圧降下は、
電池群１に電流を流さないときの開放出力電圧と、電池
群１に大電流を流す状態における大負荷出力電圧との差
電圧で検出できる。（差電圧）／（大電流値）が内部抵
抗の値となる。電池群１の開放出力電圧は、イグニッシ
ョンスイッチをオンにしてモータを駆動しない状態で検
出できる。大負荷出力電圧は、自動車を急加速してモー
タに大電流を流す状態で検出することもできる。

【００２４】放電電流に加えて、電池温度と内部抵抗か
ら推測電池電圧を演算するコントロールユニット３は、
極めて正確に電池の電圧を推測できる。ただ、本発明の
放電制御方法は、電池の内部抵抗や温度をパラメータと
して考慮することなく、放電電流のみで推測電池電圧を
演算することもできる。それは、放電電流が最も大きく
電池電圧に影響を与えるからである。

【００２５】コントロールユニット３は、検出したパラ
メータを、記憶装置４に記憶している値に比較して、電
池群１の推測電池電圧を演算する。電池群１にメモリ効
果が発生すると、測定した電池の測定電圧が推測電池電
圧よりも低くなる。メモリ効果が出力電圧を低下させる
からである。したがって、コントロールユニット３は、
推測電池電圧と実際の電池電圧である測定電圧との差電
圧である誤差電圧（ΔＶ）から、電池群１のメモリ効果
を判定する。

【００２６】メモリ効果が原因で実質放電容量が低下す
るにしたがって、電池の測定電圧は、推測電池電圧より
も低くなる。したがって、誤差電圧（ΔＶ）から、メモ
リ効果の程度を推測できる。メモリ効果で実質放電容量
が低下した電池は、図２に示すように電池電圧が低くな
る。したがって、メモリ効果で実質放電容量が低下した
電池群１を放電させるときは、放電下限電圧を基準値か
ら補正値（δＶ）だけ低くする。

【００２７】放電下限電圧の基準値は、メモリ効果で実
質放電容量が低下しない電池を放電して、電池性能が低
下しない電圧に設定する。たとえば、ニッケル−水素電
池やニッケル−カドミウム電池の場合、放電下限電圧の
基準値は、１〜１．１Ｖに設定する。

【００２８】放電下限電圧の補正値（δＶ）は、誤差電
圧（ΔＶ）に定数（ａ）を掛けた値、すなわち、補正値
（δＶ）＝ａ×誤差電圧（ΔＶ）で演算する。ただし、
ａは１以下の数値であって、補正値（δＶ）で補正した
放電下限電圧まで電池を放電して、メモリ効果により電
圧が低下した電池を劣化させない電圧に設定する。この
方法は、誤差電圧（ΔＶ）に比例して補正値（δＶ）を
変化させるので、メモリ効果の程度によって、放電下限
電圧を最適な値に修正できる。このため、電池性能を低
下させることなく、メモリ効果の発生した電池を充分に
放電できる特長がある。ただ、本発明は、必ずしも放電
下限電圧の補正値（δＶ）を、ａ×ΔＶとして演算する
必要はない。たとえば、誤差電圧（ΔＶ）が大きくなる
にしたがって、補正値（δＶ）を非直線的に、あるいは
段階的に増加させることもできる。また、誤差電圧（Δ
Ｖ）が一定の値よりも大きくなるときに、補正値（δ
Ｖ）を決められた一定の値とすることもできる。誤差電
圧（ΔＶ）が大きくなると補正値（δＶ）が多くなるよ
うに補正できる。

【００２９】補正値（δＶ）が演算されると、図２の一
点鎖線で示す補正された放電下限電圧は、以下の式で演
算される。 補正した放電下限電圧＝放電下限電圧の基準値−補正値
（δＶ）

【００３０】さらに、コントロールユニット３は、残存
容量を演算して、残存容量の演算値を残存容量表示装置
５に出力する。残存容量は、充電容量から放電容量を減
算して演算する。充電容量は、充電電流の積算値に充電
効率をかけて演算する。放電容量は、放電電流の積算値
から演算する。

【００３１】図３に示す放電制御回路は、電池群１の電
圧が放電下限電圧に低下すると、コントロールユニット
３が充放電制御回路２を制御して放電を停止する。放電
を停止する放電下限電圧は、電池の放電電流や温度から
推測電池電圧を演算し、この推測電池電圧を測定電圧に
比較してこの誤差電圧（ΔＶ）から補正値（δＶ）を演
算する。補正値（δＶ）で補正された放電下限電圧まで
電池電圧が低下する状態になると、電池の放電が停止さ
れる。

【００３２】

【発明の効果】本発明の放電制御方法は、電池の過放電
を防止しながら、メモリ効果によって電圧が低下した電
池を充分に放電できる特長がある。それは、本発明の電
池の放電制御方法が、電池の放電電流から電池電圧を演
算して想定し、想定した推測電池電圧を実際の電池電圧
である測定電圧に比較して、測定電圧が推測電池電圧か
ら低くなると、放電下限電圧を基準値から補正値（δ
Ｖ）だけ低くするからである。メモリ効果で電圧が低下
した電池は、完全に放電しないときに、電池電圧が放電
下限電圧まで低下することがある。したがって、電池電
圧が放電下限電圧に低下したときに、放電を停止させる
と、メモリ効果で電圧が低下した電池を充分に放電でき
なくなる。本発明の放電方法は、電池の放電電流から電
池電圧を演算して想定し、この推測電池電圧よりも電池
の測定電圧が低くなると、メモリ効果により電圧が低下
したと判定し、この電池を放電させるときは、放電下限
電圧を基準値から補正値（δＶ）だけ低くする。このた
め、メモリ効果で電圧が低下した電池と、メモリ効果で
電圧の低下しない全ての電池を過放電させることなく、
充分に放電できる特長がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の放電制御方法で電池を放電させる状態を
示すグラフ

【図２】本発明の実施例の放電制御方法で電池を放電さ
せる状態を示すグラフ

【図３】本発明の実施例の放電制御方法に使用する放電
制御回路を示すブロック線図

【符号の説明】

１…電池群 ２…充放電制御回路 ３…コントロールユニット ４…記憶装置 ５…残存容量表示装置

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電池の電圧が放電下限電圧に低下すると
   放電を停止する放電制御方法において、 電池の放電電流から電池電圧を演算して想定し、想定し
   た推測電池電圧を実際の電池電圧である測定電圧に比較
   し、測定電圧が推測電池電圧から低くなると、放電下限
   電圧を基準値から補正値（δＶ）だけ低くすることを特
   徴とする電池の放電制御方法。
2. 【請求項２】 補正値（δＶ）を、推測電池電圧と測定
   電圧の誤差電圧（ΔＶ）が大きくなると大きくする請求
   項１に記載される電池の放電制御方法。
3. 【請求項３】 補正値（δＶ）を、誤差電圧（ΔＶ）に
   定数をかけた値とする請求項２に記載される電池の放電
   制御方法。
4. 【請求項４】 電池の推測電池電圧を演算するパラメー
   タとして、放電電流に加えて、電池の内部抵抗と電池温
   度を測定する請求項１に記載される電池の放電制御方
   法。
5. 【請求項５】 電池がニッケル−水素電池とニッケル−
   カドミウム電池のいずれかである請求項１に記載される
   電池の放電制御方法。