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JP2001021628A - 温度センサを用いた充電可能容量算出機能付きバッテリ容量測定装置 - Google Patents

温度センサを用いた充電可能容量算出機能付きバッテリ容量測定装置

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Publication number
JP2001021628A
JP2001021628A JP11189547A JP18954799A JP2001021628A JP 2001021628 A JP2001021628 A JP 2001021628A JP 11189547 A JP11189547 A JP 11189547A JP 18954799 A JP18954799 A JP 18954799A JP 2001021628 A JP2001021628 A JP 2001021628A
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JP
Japan
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voltage
battery
capacity
temperature
temperature sensor
Prior art date
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JP11189547A
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Yoichi Arai
洋一 荒井
Tsutomu Saigo
勉 西郷
Hideaki Kanbara
英明 蒲原
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Yazaki Corp
Original Assignee
Yazaki Corp
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Publication date
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Priority to DE60018642T priority patent/DE60018642T2/de
Priority to EP00113192A priority patent/EP1065511B1/en
Priority to US09/609,768 priority patent/US6275008B1/en
Publication of JP2001021628A publication Critical patent/JP2001021628A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度を実際に検知し、この検知された温度を
用いて正確にバッテリの充電可能容量を得ることができ
る温度センサを用いた充電可能容量算出機能付きバッテ
リ容量測定装置を得る。 【解決手段】 満充電電圧算出処理部２３が、モータ３
の変動直後に、温度センサ１２が検出した温度を用い
て、バッテリ５の固有の温度を考慮した端子電圧を求め
る所定のパラメータからバッテリ５の満充電電圧Ｖｓを
求めて、残存容量算出処理部２２に設定する。残存容量
算出処理部２２は、バッテリ電圧推定処理部２１で求め
られた推定電圧Ｖｎと、放電終止電圧Ｖｅと、温度を考
慮して設定された満充電電圧Ｖｓとから残存容量を求
め、充電可能容量算出処理部２４がこの残存容量から充
電可能容量を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バッテリ容量測定
装置に関し、特に実際に検出された温度を用いて満充電
電圧を補正して、その時点での充電可能容量を求める温
度センサを用いた充電可能容量算出機能付きバッテリ容
量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気自動車はバッテリを用いた走行であ
るから残存容量は正確に予測することが重要である。
【０００３】例えば、特開平７ー２７８３５１号公報の
バッテリ残存容量装置においては、計算が容易なことか
ら、バッテリコントローラはイグニッションオン直後の
バッテリの残存容量ＳＯＣ（放電可能容量ともいう）
を、以下の数１に示すようにして求め、これを表示して
いた。
【０００４】
【数１】 この満充電電圧Ｖｓは、バッテリが劣化が進んでいない
新品であり、温度が２０℃で充電が行われて１００％の
満充電にされたときの電圧である。すなわち、固定値で
ある。
【０００５】そして、電気自動車の走行中においては、
バッテリからの放電電流及び端子電圧を電圧ー電流軸に
所定数収集して平均化し、この平均化データが所定個、
集まったときに、そのデータの相関係数ｒを求める。次
に、この相関係数ｒが強い負の相関を示しているとき
に、最小二乗法により、そのデータの回帰直線（近似直
線ともいう）を求め、この近似直線Ｙ（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）
と基準電流Ｉｏとから現在のバッテリの推定電圧Ｖｎを
推定する。
【０００６】そして、この推定電圧Ｖｎを用いて上記の
数１に示す式によって走行中における現在の残存容量Ｓ
ＯＣを求めて表示させていた。
【０００７】すなわち、このような方式は、温度を測定
しないでも、残存容量（放電可能容量）を知ることがで
きる。
【０００８】このようなことから、近年はエンジン又は
モータで車を駆動するハイブリット車両においても、上
記のようなバッテリの残存容量測定装置が用いれてい
る。このような、ハイブリット車両に用いられるバッテ
リの残存容量測定装置でも、回生によるエネルギーを充
電させている。
【０００９】この充電に当たっては、走行中におけるバ
ッテリの残存容量を求め、この残存容量と満充電での残
存容量との差から充電可能容量を求め、充電可能であれ
ば回生等による充電を行う場合もある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バッテ
リというのは、フル充電（１００％）であっても、低温
時においては、容量が低下して表示される。
【００１１】つまり、図６に示すように、高温時（例え
ば夏）の残存容量特性に対して、低温時（例えば冬）に
は、満充電になっているのにも係わらすバッテリの電圧
が低下して残存容量が低く表示される。
【００１２】このため、バッテリが満充電になっていな
いとして、再度充電を行うが、低温時には初期残存容量
１００％と表示することがないので、充電を続けること
になり、結果としてバッテリを劣化させてしまう場合が
あるという課題があった。
【００１３】例えば、温度が２０℃のときに、残存容量
が９０％と計算された場合は、充電可能として充電を行
うが、温度が０℃になったときには、バッテリは既に満
充電になっている。
【００１４】すなわち、従来は、温度によってバッテリ
の特性が相違していても、上記の様に電流積算方式によ
る残存容量の算出方式は、温度による影響を考慮したも
のとしているが、実際は温度による影響分を厳密に考慮
してはいない。
【００１５】このため、温度が著しく変化した場合は、
正確な充電可能容量を求めることができないので、例え
ば温度０℃では過充電されるという課題があった。
【００１６】本発明は以上の課題を解決するためになさ
れたもので、温度を実際に検知し、この検知された温度
を用いて正確にバッテリの充電可能容量を得ることがで
きる温度センサを用いた充電可能容量算出機能付きバッ
テリ容量測定装置を得ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は、負荷に接続さ
れたバッテリの端子電圧を検出する電圧センサとバッテ
リから負荷に流れる電流を検出する電流センサとを有
し、この電流及び電圧に基づいて得られた近似直線と基
準電流とからバッテリの電圧を推定し、この推定電圧
と、設定されている満充電電圧と放電終止電圧とからバ
ッテリの容量を求めるバッテリの容量測定装置におい
て、バッテリの温度を検出する温度センサと、負荷の変
動直後に、温度センサが検出した温度を用いて、バッテ
リの固有の温度を考慮した端子電圧を求める所定のパラ
メータからバッテリの満充電電圧を求めて、設定する満
充電電圧算出理部とを備えたことを要旨とする。
【００１８】このため、温度センサからの温度Ｔによっ
て、満充電電圧Ｖｓが以下の数２に示すように求められ
る。
【００１９】
【数２】 そして、この満充電電圧Ｖｓと、放電終止電圧と、近似
直線に基づいて得た減算の推定電圧とから現在の残存容
量が求められ、この現在の残存容量から充電可能容量を
計算することが可能となる。すなわち、温度を考慮した
充電可能容量を算出させることが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１は本実施の形態の温度センサ
を用いた充電可能容量算出機能付きバッテリ容量測定装
置の概略構成図である。
【００２１】図１に示すバッテリコントローラ１は、エ
ンジン２、モータ３（オールタネータ）で駆動するハイ
ブリット機構部４に用いられるバッテリ５の残存容量、
充電可能容量を求める。前述のモータ３とバッテリ５と
の充電電力、放電電力はコンバータ６によって行われ
る。
【００２２】また、バッテリ５とコンバータ６との間に
電流センサ１０が設けられ、電圧センサ１１が並列接続
されている。さらに、バッテリ５の近傍には温度センサ
１２が設けれ、バッテリ５の温度をバッファ１３を介し
てバッテリコントローラ１に送出する。
【００２３】一方、バッテリコントローラ１は、電流セ
ンサ１０からの検出電流、電圧センサ１１の検出電圧及
び温度センサ１２からの温度を所定の信号に波形整形す
る入力回路１６と、満充電電圧を温度に基づいて補正し
て正確な残存容量、充電可能容量を求めるバッテリ容量
測定装置１５（マイコン）とを備えている。
【００２４】バッテリ容量測定装置１５は、図１に示す
ように、収集停止処理部２０と、バッテリ電圧推定処理
部２１と、残存容量算出処理部２２と、満充電電圧補正
処理部２３と、充電可能容量算出処理部２４とを備えて
いる。
【００２５】収集停止処理部２０は、入力回路１６と、
バッテリ電圧推定処理部２１との間に設けられ、バッテ
リ５の活性化分極と濃度分極による電圧降下Ｖｆを無視
できるようなサンプリング時間ｔｏで入力回路１６から
の電流Ｉ、電圧Ｖを収集する。つまり、時間ｔｏの時の
み電流Ｉ、電圧Ｖのデータを読み込み、バッテリ電圧推
定処理部２１に送出する。
【００２６】バッテリ電圧推定処理部２１は、バッテリ
５の電流Ｉ及び電圧Ｖを電圧ー電流軸に所定数収集して
平均化し、この平均化データが所定個、集まったとき
に、そのデータの相関係数ｒを求め、この相関係数ｒが
強い負の相関を示しているときに、最小二乗法により、
そのデータの回帰直線（近似直線ともいう）を求め、こ
の近似直線Ｙ（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）と基準電流Ｉｏとから現
在のバッテリの推定電圧Ｖｎを推定する。
【００２７】残存容量算出処理部２２は、バッテリ電圧
推定処理部２１で推定電圧Ｖｎ（又はＶｎｏ）が求めら
れる毎に、そのバッテリの推定電圧Ｖｎと、予め設定さ
れている放電終止電圧Ｖｅと、後述する満充電電圧算出
処理部２３によって設定された満充電電圧Ｖｓとを読
み、上記の数２に基づいて残存容量ＳＯＣを求め、これ
を表示させる。
【００２８】満充電電圧算出処理部２３は、イグニッシ
ョンオンに伴って、満充電電圧Ｖｓが記憶されるレジス
タ２５をクリアにする。
【００２９】そして、検出された温度Ｔを読み、この温
度Ｔを所定の式に入力して満充電電圧Ｖｓを求めてレジ
スタ２５に設定する。
【００３０】充電可能容量算出処理部２４は、残存容量
算出処理部２２で求められた現在の残存容量ＳＯＣと、
満充電電圧Ｖｓに基づく残存容量ＳＯＣ（温度を考量し
たフル充電時の容量）との差を、現在の充電可能容量と
して求め、この充電可能容量をコンバータ６の充放電回
路（図示せず）に送出して充電させる。
【００３１】上記のように構成された温度センサを用い
た充電可能容量算出機能付きバッテリ容量測定装置の動
作を説明する。
【００３２】初めに温度によって満充電電圧Ｖｓを補正
する理由を説明する。一般に鉛バッテリの等価回路は図
２に示すように、電源Ｅｏ、抵抗Ｒ、コンデンサＣと活
性化分極Ｚ（並列回路）等からなり、このようなことか
らバッテリの端子電圧Ｖは以下に示す数３に示されるよ
うに求められる。
【００３３】
【数３】 すなわち、電圧降下Ｖｆは、活性化分極と濃度分極によ
る電圧降下であり、このＶｆを無視できるように、電
流、電圧をサンプリングを行うと、ＲＩ＝０のとき（つ
まり、無負荷時）、Ｖ＝Ｅｏとなるので、開回路電圧
（無負荷時）が求められる。
【００３４】また、数３の式においては、ＲＴ成分があ
り、開回路電圧が温度特性を持つことを示している。
【００３５】例えば、
【数４】 とし、またバッテリの実用使用温度範囲を２５℃±４０
℃±とすると、低温側及び高温側は以下の数５に示すよ
うに求められる。
【００３６】
【数５】 このような、数５に基づく結果を図３に示すと、温度と
開回路電圧との関係は、温度の変化に追従して開回路電
圧も変化しているので以下の数６のように示される。
【００３７】
【数６】 従って、バッテリ５の温度を検出できれば、正確に開回
路電圧が検出できる。開回路電圧というのは無負荷時で
あり、ＲＩ＝０で、Ｖ＝Ｅｏとなるので、開回路電圧を
満充電電圧Ｖｓとすると、温度を考慮した正確な満充電
電圧を得ることが可能となる。
【００３８】以下に本実施の形態の動作を図４のフロー
チャートを用いて説明する。イグニッションオンに伴っ
て、満充電電圧算出処理部２３は満充電電圧Ｖｓが設定
されるレジスタ２５をクリアする（Ｓ４０１）。次に、
温度センサ１２が計測した温度値を読み込む（Ｓ４０
３）。
【００３９】一方、収集停止処理部２０は、Ｖｆを無視
できるような時間でサンプリングした電流Ｉ、電圧Ｖを
バッテリ電圧推定処理部２１に送出し、バッテリ電圧推
定処理部２１は、電流Ｉ及び電圧Ｖを、電圧ー電流軸に
所定数収集して平均化し、この平均化データが所定個、
集まったときに、そのデータの相関係数ｒを求める。次
に、この相関係数ｒが強い負の相関を示しているとき
に、最小二乗法により、そのデータの回帰直線（近似直
線ともいう）を求め、この近似直線Ｙ（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）
と基準電流Ｉｏとから現在のバッテリの推定電圧Ｖｎ
（以下推定電圧Ｖｎｏという）を推定する（Ｓ４０
５）。つまり、開回路電圧に相当する推定電圧Ｖｎを得
たことになる。
【００４０】この推定電圧Ｖｎの算出の詳細は、特開平
８ー６２３１０号公報、特開平８ー２４０６４７号公
報、特願平１１ー１４７２０１号、特願平１１ー１４７
２０２号等においても詳細に述べている。
【００４１】次に、満充電電圧算出処理部２３は、ステ
ップＳ４０３で得られたバッテリ５の温度Ｔを用いて数
４に代入して満充電電圧Ｖｓを求める（Ｓ４０７）。例
えば、温度Ｔがー１０℃の場合は、数７に示すようにな
る。
【００４２】
【数７】 そして、ステップＳ４０７で求めた温度を考慮した満充
電電圧Ｖｓをレジスタ２５に設定する（Ｓ４０９）。
【００４３】この設定に伴って、残存容量算出処理部２
２は、現在の残存容量を求めると共に、充電可能容量算
出処理部２４は現在の充電可能容量を求める（Ｓ４１
１）。
【００４４】残存容量算出処理部２２は、この満充電電
圧Ｖｓ用いて、以下の数８に示す式で残存容量ＳＯＣを
求める。
【００４５】
【数８】 また、充電可能容量算出処理部２４は、残存容量算出処
理部２２で求められた現在の残存容量ＳＯＣと、満充電
電圧Ｖｓに基づく残存容量ＳＯＣ（温度を考量したフル
充電時の容量）との差を、現在の充電可能容量として求
め、この充電可能容量をコンバータ６の充放電回路（図
示せず）に送出して充電させる。
【００４６】従って、温度による影響を考慮してその温
度当たりの充電可能容量を求めているので、求めた充電
可能容量は正確である。
【００４７】このため、従来は低温で充電可能容量が１
００％に満たないときに充電を行った場合は、過充電と
なっていたが、低温で充電可能容量が１００％に満たな
いときに充電しても、この充電可能容量が信頼できるも
のであるから、過充電となることはない。
【００４８】なお、上記実施の形態では、バッテリ５の
近傍に温度センサを設け、この温度に基づいて満充電電
圧を求めたが、図５に示すように、多重通信（ＣＡＮ、
ＳＡＥ Ｊ１８５０等）を用いて車両雰囲気温度を検出
している他のユニットからの温度を用いてもよい。
【００４９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、満充電電
圧算出部が負荷の変動直後に、温度センサが検出した温
度を用いて、バッテリの固有の温度を考慮した端子電圧
を求める所定のパラメータからバッテリの満充電電圧を
求めて、この満充電電圧の設定に伴って、現在のバッテ
リの推定電圧と、放電終止電圧とから残存容量を求め
る。
【００５０】このため、求められた満充電容量は実際の
温度を考慮した容量であるから、信頼できる容量であ
る。
【００５１】従って、低温時に求められた容量が１００
％以下であっても、その容量は信頼できるものであるか
ら過充電とはならないという効果が得られている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態のバッテリ容量測定装置の概略構
成図である。
【図２】バッテリの等価回路を説明する説明図である。
【図３】開回路電圧と温度の関係を説明する説明図であ
る。
【図４】本実施の形態の動作を説明するフローチャート
である。
【図５】温度収集の他の実施例の概略構成図である。
【図６】課題を説明する説明図である。
【符号の説明】
１ バッテリコントローラ ２ エンジン ３ モータ ５ バッテリ １０ 電流センサ １１ 電圧センサ １２ 温度センサ １５ バッテリ容量測定装置 ２０ 収集停止処理部 ２１ バッテリ電圧推定処理部 ２２ 残存容量算出処理部 ２３ 満充電電圧算出処理部 ２４ 充電可能容量算出処理部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 蒲原 英明 静岡県裾野市御宿1500 矢崎総業株式会社 内 Ｆターム(参考） 2G016 CA03 CB12 CB13 CB21 CB31 CC01 CC04 CC06 CC13 CC27 CC28 CE00

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 負荷に接続されたバッテリの端子電圧を
    検出する電圧センサと前記バッテリから前記負荷に流れ
    る電流を検出する電流センサとを有し、この電流及び電
    圧に基づいて得られた近似直線と基準電流とから前記バ
    ッテリの電圧を推定し、この推定電圧と、設定されてい
    る満充電電圧と放電終止電圧とから前記バッテリの容量
    を求めるバッテリの容量測定装置において、 前記バッテリの温度を検出する温度センサと、 前記負荷の変動直後に、前記温度センサが検出した温度
    を用いて、前記バッテリの固有の温度を考慮した端子電
    圧を求める所定のパラメータから前記バッテリの満充電
    電圧を求めて、設定する満充電電圧算出理部とを有する
    ことを特徴とする温度センサを用いた充電可能容量算出
    機能付きバッテリ容量測定装置。
  2. 【請求項２】 前記残存容量が求められる毎に、前記設
    定された満充電電圧に基づく最大残存容量の差を充電可
    能容量として求める充電可能容量算出部とを有すること
    を特徴とする温度センサを用いた充電可能容量算出機能
    付きバッテリ容量測定装置。
  3. 【請求項３】 前記負荷は、車を駆動するために用いら
    れるモータであり、前記バッテリは、 前記充電可能容量に余裕があるときは、前記負荷からの
    電力を充電させる充電回路に接続されていることを特徴
    とする請求項１又は２記載の温度センサを用いた充電可
    能容量算出機能付きバッテリ容量測定装置。
  4. 【請求項４】 前記推定電圧からの残存容量の算出は、 前記電流と電圧とを所定個収集して平均化し、該平均化
    データが一定数個集まったときの相関が強い相関を示し
    ているとき、これらの平均化データの近似直線を求め、
    この近似直線と基準電流とから前記推定電圧を推定する
    バッテリ電圧推定処理部と、 前記推定電圧が求められる毎に、設定されたを満充電電
    圧及び放電終止電圧を用いて、前記満充電電圧での総容
    量を求めると共に前記推定電圧と放電終止電圧とから推
    定電圧を算出した時点での前記バッテリの容量を求め、
    この容量と前記総容量とから残存容量を求める残存容量
    算出処理部とを用いて算出していることを特徴とする請
    求項１、２又は３記載の温度センサを用いた充電可能容
    量算出機能付きバッテリ容量測定装置。
JP11189547A 1999-07-02 1999-07-02 温度センサを用いた充電可能容量算出機能付きバッテリ容量測定装置 Pending JP2001021628A (ja)

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JP11189547A JP2001021628A (ja) 1999-07-02 1999-07-02 温度センサを用いた充電可能容量算出機能付きバッテリ容量測定装置
DE60018642T DE60018642T2 (de) 1999-07-02 2000-07-03 Batteriekapazitätdetektionssystem
EP00113192A EP1065511B1 (en) 1999-07-02 2000-07-03 Battery capacity detection system
US09/609,768 US6275008B1 (en) 1999-07-02 2000-07-03 Battery capacity detection system with temperature correction

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