JPH1138107A - 二次電池の残存容量推定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放電電流が変動する電気自動車等の動力源と
して二次電池を使用した場合にも正確にその残存容量を
推定できる。 【解決手段】 二次電池の放電電流参考値Ｉｍを求め
（ステップ１０７〜１０９）、放電電流参考値Ｉｍをパ
ラメータとした、放電容量の変化に対する電池内部抵抗
値の変化マップ（マップ１）と、放電容量の変化に対す
る電池起電力の変化マップ（マップ２）とから、放電容
量の変化に対する電池端子電圧の変化マップ（マップ
３）を作り（ステップ１１１）、電池端子電圧が所定電
圧を切る時の放電容量を総容量として、当該総容量に基
づいて残存容量を推定する（ステップ１１３）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電気自動車等に使用
される二次電池の残存容量を正確に推定することができ
る残存容量推定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車等において、その動力源とし
て使用される二次電池の残存容量を表示して再充電を促
す等のために、残存容量を正確に推定する方法が求めら
れている。この二次電池の等価回路を図７に示し、起電
力Ｅに直列に内部抵抗Ｒが位置している。したがって、
二次電池の端子電圧Ｖは放電電流をＩとして、式（１）
で示される。残存容量とは、必要な放電電流を流した時
に端子電圧が所定値を切るようになるまでの放電可能容
量である。 Ｖ＝Ｅ−ＲＩ…（１）

【０００３】そこで、例えば特開平８−１７９０１８号
公報には、二次電池の内部抵抗値を算出して、この内部
抵抗値より、残存容量が０と見做せる電池電圧（端子電
圧）Ｖ0 を得、これに基づいて残存容量を算出し表示す
る残存容量表示装置が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記内部抵
抗値は電池の劣化度（放電容量）に応じて大きくなるも
のの、どの程度大きくなるかは放電電流をどの程度流す
かによって変動する。ここにおいて、上記公報に記載さ
れた残存容量表示装置では、放電電流の履歴を考慮して
いないため、電気自動車等のように走行状態に応じて電
気負荷の大きさ、すなわち放電電流の大きさが変化する
ものでは、算出された残存容量に大きな誤差を生じるお
それがある。

【０００５】そこで、本発明はこのような課題を解決す
るもので、二次電池を電気自動車等の動力源として使用
した場合にも正確にその残存容量を推定することができ
る二次電池の残存容量推定方法を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、二次電池の放電履歴から放電電流参考
値を求めるステップ（ステップ１０７〜１０９）と、放
電電流参考値をパラメータとして、放電容量の変化に対
する電池内部抵抗値の変化を求めるステップ（マップ
１）と、放電容量の変化に対する電池起電力の変化を求
めるステップ（マップ２）と、電池起電力の変化値か
ら、最大放電電流と電池内部抵抗値を乗じた値を引い
て、電池容量の変化に対する電池端子電圧の変化を求め
るステップ（マップ３，ステップ１１１）と、電池端子
電圧が所定電圧を切る時の放電容量を総容量として、当
該総容量に基づいて残存容量を推定するステップ（ステ
ップ１１３）とを具備している。

【０００７】本発明においては、放電電流参考値をパラ
メータとして、放電容量の変化に対する電池内部抵抗値
の変化を求め、この電池内部抵抗値に基づき総容量を求
めるとともに残存容量を求めている。こりように、残存
容量の推定に、放電履歴に基づく放電電流参考値を使用
しているから、二次電池を電気自動車等の動力源として
使用した場合のように、放電電流が大きく変化する場合
にも正確にその残存容量を推定することができる。

【０００８】放電電流参考値としては、現在に至るまで
の放電電流の平均値を使用することができる。また、
「放電電流参考値をパラメータとして、放電容量の変化
に対する電池内部抵抗値の変化を求めるステップ」およ
び「放電容量の変化に対する電池起電力の変化を求める
ステップ」は、それぞれ予め実験値を得て、これらをマ
ップデータとして記憶しておく方法が採用できる。

【０００９】また、電池内部抵抗値を二次電池の温度に
応じて補正するようにすれば、さらに正確に残存容量を
推定することができる。

【００１０】本発明は以下の構成を有する装置としても
実現できる。すなわち、二次電池の残存容量推定装置
は、二次電池の放電履歴から放電電流参考値を求める手
段と、放電電流参考値をパラメータとして、放電容量の
変化に対する電池内部抵抗値の変化を記憶する手段と、
放電容量の変化に対する電池起電力の変化を記憶する手
段と、電池起電力の変化値から、最大放電電流と電池内
部抵抗値を乗じた値を引いて、放電容量の変化に対する
電池端子電圧の変化を求める手段と、電池端子電圧が所
定電圧を切る時の放電容量を総容量として、当該総容量
に基づいて残存容量を推定する手段とを具備している。

【００００】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）図１には本発明の方法を実行する装置
の全体構成を示す。二次電池１は複数の単電池が直列に
接続されて組電池となり、メインスイッチ２を介して電
気自動車のモータ等の電気負荷３へ接続され、これに放
電電流を供給する。なお、二次電池１は適宜充電器４に
接続されて充電される。充放電線Ｌには電流センサ５が
設けられて、その電流信号がＣＰＵおよびメモリ等を内
蔵する処理装置６に入力している。処理装置６には二次
電池の温度を検出する温度センサ７が接続されるととも
に、表示器８が接続されて、後述の処理により算出され
た二次電池１の残存容量が表示される。なお、電気負荷
３が上記モータ等である場合には回生電流によって二次
電池１が充電されることもある。

【００１１】図２には上記処理装置６内のＣＰＵで実行
される残存容量推定プログラムのフローチャートを示
す。図２（Ａ）の初期処理のステップ１０１で二次電池
１を満充電まで充電しておき、続くステップ１０２で
は、電流積算値Ｑｉ、放電電流積算値Ｑｄおよび放電時
間積算値ｔｄをリセットする。そして、ステップ１０３
で、放電電流参考値Ｉｍを標準値にセットする。この放
電電流参考値Ｉｍは本実施形態では後述のように放電電
流の平均値である。また、標準値とは、後述する通常ル
ーチンの１サイクル目で、検出電流Ｉが０の時に、求め
る総容量Ｑmax が公称容量となるような値で、例えば
０．２ＣＡである。

【００１２】図２（Ｂ）の通常ルーチンは例えば０．１
秒程度のサイクル周期Δｔで繰り返し実行されるもの
で、ステップ１０４では、電流センサ５および温度セン
サ７からの信号により、充放電線Ｌを流れる電流Ｉと二
次電池１の温度Ｔを検出する。続いてステップ１０５で
は、それまでの電流積算値Ｑｉに本サイクル周期中の電
流積算値Ｉ＊Δｔを加えて新たな電流積算値Ｑｉとす
る。ステップ１０６で電流Ｉの正負を確認し、Ｉ＞０で
あれば放電電流が流れたものとしてステップ１０７以下
へ進む。Ｉ≦０の場合はステップ１１０へ進む。

【００１３】ステップ１０７では、それまでの放電電流
積算値Ｑｄに上記電流積算値Ｉ＊Δｔを加えて新たな放
電電流積算値Ｑｄとし、続いて、それまでの放電時間積
算値ｔｄに本サイクル周期Δｔを加えて新たな放電時間
積算値ｔｄとする（ステップ１０８）。ステップ１０９
では放電電流参考値Ｉｍとして、全放電時間中の放電電
流の平均値Ｑｄ／ｔｄを求める。

【００１４】ステップ１１０では二次電池１の内部抵抗
変化率Ｋを式（２）で求める。すなわち、温度Ｔによる
二次電池１の内部抵抗Ｒの変化は、使用されている電解
質の温度依存性が支配的であり、内部抵抗Ｒと温度Ｔと
の間にはｌｏｇＲ＝ａ／Ｔ＋ｂ（ａ，ｂは実験的に求め
られる定数）の関係がある。したがって、基準温度Ｔｏ
の時の内部抵抗値をＲｏとして、上記内部抵抗変化率Ｋ
は式（２）のようになる。

【００１５】 Ｋ＝Ｒ／Ｒｏ＝ｅｘｐ（ａ＊（１／Ｔ−１／Ｔｏ）…（２）

【００１６】ここで、図３には放電容量の変化に伴う内
部抵抗値Ｒｏの変化を示す。図に示すように、内部抵抗
値Ｒｏは放電容量Ｑが増大すると非線形的に増大する
が、その増大の程度は放電電流参考値（本実施形態では
既述のように平均値）Ｉｍに依存している。すなわち、
放電電流参考値Ｉｍが小さい場合には内部抵抗値Ｒｏの
増大の程度は大きく、反対に、放電電流参考値Ｉｍが大
きい場合には内部抵抗値Ｒｏの増大の程度は小さくな
る。このように、内部抵抗値Ｒｏは放電容量Ｑに対する
その変化量が放電電流履歴に依存して異なっている。そ
こで、本実施形態では、図３の、Ｉｍをパラメータとす
る内部抵抗変化グラフをマップ１として処理装置６内の
メモリに予め記憶させている。

【００１７】一方、二次電池１の起電力Ｅは図４に示す
ように、放電容量Ｑの増大に伴って非線形的に下降す
る。そこで、本実施形態では、図４の起電力変化グラフ
をマップ２として処理装置６内のメモリに予め記憶させ
ている。そこで、図２のステップ１１１では、上記マッ
プ１とマップ２から式（３）を使用して、図５に示すよ
うな、放電容量Ｑに対する端子電圧Ｖの変化グラフをマ
ップ３として算出する。なお、式（３）におけるＩmax
は、電気負荷３が要求する最大の放電電流である。

【００１８】 Ｖ（Ｑ）＝Ｅ（Ｑ）−Ｋ＊Ｒｏ（Ｑ）＊Ｉmax …（３）

【００１９】ステップ１１２では、上記マップ３（図
５）から、放電電流Ｉmax を維持した時の、端子電圧Ｖ
が放電終止電圧Ｖend まで低下する時の放電容量Ｑを推
定し、これを二次電池の総容量Ｑmax とする。そして、
ステップ１１３で、式（４）により、総容量Ｑmax から
電流積算値Ｑｉを引いて残存容量Ｑｒとし、これを表示
器８上に表示する。

【００２０】Ｑｒ＝Ｑmax −Ｑｉ…（４）

【００２１】（第２実施形態）上記第１実施形態では、
残存容量推定プログラムの実行開始から現在に至るまで
の平均放電電流Ｑｄ／ｔｄを放電電流参考値Ｉｍとして
使用したが、本実施形態では、現在に至るまでの最新の
所定数の放電電流の平均値を放電電流参考値Ｉｍとして
使用する。本実施形態における残存容量推定プログラム
は、図２（Ａ）のステップ１０２，１０３に代えて、図
６（Ａ）のステップ２０１，２０２を使用し、また、図
６（Ｂ）のステップ１０７〜１０９に代えて、図６
（Ｂ）のステップ２０３〜２０９を使用する。他のステ
ップは第１実施形態と同様である。

【００２２】すなわち、図６（Ａ）の初期処理におい
て、二次電池１を満充電にした後、ステップ２０１で電
流積算値Ｑｉおよび放電電流サンプル数ｎｄをリセット
し、続くステップ２０２で放電電流参考値Ｉｍを第１実
施形態におけると同様の標準値にセットする。図６
（Ｂ）に示す通常ルーチン中のステップ２０３では、放
電電流サンプル数ｎｄをインクリメントし、続くステッ
プ２０４で本サイクルでサンプルされた放電電流ＩをＩ
0 として記憶する。ステップ２０５で放電電流サンプル
数ｎｄがＭより大きいか否かを確認し、ｎｄ＞Ｍであれ
ばステップ２０６で、最新の（Ｍ＋１）回の各サイクル
中にサンプルされた放電電流の平均値を式（５）より算
出して、これを放電電流参考値Ｉｍとする。ステップ２
０７では、最も古い（Ｍ＋１）サイクル前の放電電流デ
ータＩM を捨てて、ＩM-1 〜Ｉ0 の各放電電流データを
順次繰り上げる。

【００２３】

【数１】

【００２４】上記ステップ２０５で、通常ルーチンが開
始されてから十分時間がたっておらず、ｎｄ≦Ｍである
場合には、最新のｎｄ回の各サイクル中にサンプルされ
た各放電電流の平均値を式（６）より算出して、これを
放電電流参考値Ｉｍとする（ステップ２０８）。そし
て、ステップ２０９では、Ｉnd-1〜Ｉ0 の各放電電流デ
ータを順次繰り上げる。

【００２５】

【数２】

【００２６】このようにして、通常は、最新の（Ｍ＋
１）個の放電電流の平均値が放電電流参考値Ｉｍとして
使用されるから、最新の放電電流履歴に基づいて二次電
池１の残存容量をより正確に推定することができる。

【００２７】なお、上記各実施形態では、放電電流参考
値Ｉｍとして平均値を使用したが、放電電流履歴を良く
示すものであれば他の指標値を使用することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明の二次電池の残存
容量推定方法によれば、二次電池を放電電流の変動が大
きい電気自動車等の動力源として使用した場合にも正確
にその残存容量を推定することができる

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施する装置の全体ブロック構
成図である。

【図２】本発明の第１実施形態における、処理装置内の
ＣＰＵで実行される残存容量推定プログラムのフローチ
ャートである。

【図３】内部抵抗値の変化を示すグラフである。

【図４】起電力の変化を示すグラフである。

【図５】端子電圧の変化を示すグラフである。

【図６】本発明の第２実施形態における、処理装置内の
ＣＰＵで実行される残存容量推定プログラムの部分的フ
ローチャートである。

【図７】二次電池の等価回路である。

【符号の説明】

１…二次電池、３…電気負荷、５…電流センサ、６…処
理装置、７…温度センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二次電池の放電履歴から放電電流参考値
   を求めるステップと、 放電電流参考値をパラメータとして、放電容量の変化に
   対する電池内部抵抗値の変化を求めるステップと、 放電容量の変化に対する電池起電力の変化を求めるステ
   ップと、 電池起電力の変化値から、最大放電電流と電池内部抵抗
   値を乗じた値を引いて、電池容量の変化に対する電池端
   子電圧の変化を求めるステップと、 電池端子電圧が所定電圧を切る時の放電容量を総容量と
   して、当該総容量に基づいて残存容量を推定するステッ
   プとを具備する二次電池の残存容量推定方法。