JP2009236800A - 残電池容量表示方法及び残電池容量表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】満充電時の電池パックの残電池容量を常に最大値として表示することが可能な残電池容量表示方法及び残電池容量表示装置を提供する。
【解決手段】電池パック６が満充電と判定された時に、複数の電池セル４のうち電圧が最も低い電池セル４を最低電圧電池セルとし、充電率マップから最低電圧電池セルの充電率Ｎを推定し、満充電時の最低電圧電池セルの充電率Ｎが残電池容量表示の最大値となるように補正するための補正係数ｋを算出し、残電池容量を表示する時点における最低電圧電池セルの充電率Ｎ´と補正係数ｋとを乗算して最低電圧電池セルの表示用の充電率ｎを算出し、電池パックの残電池容量として最低電圧電池セルの表示用の充電率ｎを表示した。
【選択図】図３

Description

本発明は、残電池容量表示方法及び残電池容量表示装置に関する。

電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載されるリチウムイオン二次電池の電池パックは、所望の起電力を得るために複数個の電池セルを直列に接続することにより構成されているのが一般的である。複数個の電池セルからなる電池パックを繰り返し充放電した場合、電池パック内の搭載位置の違いによる温度環境差や個体差などによって、各電池セルの劣化の進行度合いにばらつきが生じる。したがって、電池パックの充放電を繰り返すことによって各電池セル間の電圧にばらつきが生じることとなる。

ここで、リチウムイオン二次電池を用いた電池パックの一般的な特性について説明する。
図４は、リチウムイオン二次電池を用いた電池パックの満充電時の各電池セルの電圧を示した図である。
図４に示すように、リチウムイオン二次電池の電池パックを構成する各電池セルには、使用上限電圧や使用下限電圧が存在しており、この使用上限電圧を超えて充電した場合や、この使用下限電圧を下回って放電した場合には、電池セルの劣化が著しくなり寿命が短くなるという問題がある。

このため、リチウムイオン二次電池の電池パックの充電方法として、電池パックを監視するバッテリ・マネジメント・ユニット（以下、ＢＭＵという）によって、各電池セルの電圧が常に使用上限電圧と使用下限電圧との間に収まるように、充電時にある電池セル（以下、最高電圧電池セル（例えば、図４中においては第３番目のセル電池）という）の電圧が使用上限電圧に達した時点で電池パックの充電を完了し、この時点を電池パックの満充電とする方法が従来から知られている。

ところで、電気自動車やハイブリッド自動車等においては、電池パックの容量が後どれくらい残っているか、すなわち電池パックがあとどれくらい使用可能であるかを、運転者に対して残電池容量として表示する場合がある。電池パックの残電池容量を表示する方法として、満充電時の電池パック内の各電池セルのうち、最低電圧の電池セル（以下、最低電圧電池セル（例えば、図４中においては第ｎ−２番目のセル電池）という）の電圧に基き算出した充電率をもって電池パックの残電池容量として表示する残電池容量の表示方法が従来から知られている。

これは、上述したような従来の残電池容量の表示方法では、最低電圧電池セル以外の電池セルの充電率をもって電池パックの残電池容量を表示した場合、最低電圧電池セル以外の電池セルが使用可能範囲の最低使用可能電圧に達する前に最低電圧電池セルが使用可能範囲の最低使用可能電圧に達してしまうためである。このため、ＢＭＵにより電池パックの使用が停止された時点での電池パックの残電池容量表示が最低値とならなくなってしまう場合がある。なお、従来の残電池容量表示装置の一例が下記特許文献１に開示されている。

特許第３３９０５５９号公報

しかしながら、上述した従来の電池パックの残電池容量の表示方法では、最低電圧電池セルの電圧に基き算出した充電率を残電池容量として表示しているため、電池パックを構成する各電池セルの電圧に電圧差が生じた場合には、電池パックの満充電時の残電池容量表示が最大値とならない可能性がある。そして、各電池セルの電圧差が大きくなる程、残電池容量表示は最大値から離れた値を表示することとなってしまう。満充電になるのに十分と思われる時間をかけて充電を行ったにもかかわらず電池容量表示が最大にならなければ、使用者の車両に対する不満につながるおそれがある。

以上のことから、本発明は、満充電判定時の電池パックの残電池容量を常に残電池容量メータの最大値として表示することが可能な残電池容量表示方法及び残電池容量表示装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る残電池容量表示方法は、
複数の電池セルを直列に接続して構成する電池パックの残電池容量を表示する方法において、
前記複数の電池セルの少なくとも電圧を監視するセル監視装置と、
前記セル監視装置から出力される前記複数の電池セルの電圧情報に基づいて前記複数の電池セルの充電率を推定可能な充電率マップと、
前記電池パックが充電される際に満充電の判定をする満充電判定部とを有し、
前記電池パックが満充電と判定された時に、前記複数の電池セルのうち電圧が最も低い電池セルを最低電圧電池セルとし、
前記充電率マップから前記最低電圧電池セルの充電率Ｎを推定し、
前記満充電時の最低電圧電池セルの充電率Ｎが残電池容量表示の最大値となるように補正するための補正係数ｋを算出し、
前記残電池容量を表示する時点における前記最低電圧電池セルの充電率Ｎ´と前記補正係数ｋとを乗算して前記最低電圧電池セルの表示用の充電率ｎを算出し、
前記電池パックの残電池容量として前記最低電圧電池セルの表示用の充電率ｎを表示する
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第２の発明に係る残電池容量表示装置は、
複数の電池セルを直列に接続して構成する電池パックの残電池容量表示装置において、
前記複数の電池セルの少なくとも電圧を監視するセル監視装置と、
前記セル監視装置から出力される前記複数の電池セルの電圧情報に基づいて前記複数の電池セルの充電率を推定可能な充電率マップと、
前記電池パックが充電される際に満充電の判定をする満充電判定部とを有し、
前記電池パックが満充電と判定された時に、前記複数の電池セルのうち電圧が最も低い電池セルを最低電圧電池セルとし、
前記充電率マップから前記最低電圧電池セルの充電率Ｎを推定し、
前記満充電時の最低電圧電池セルの充電率Ｎが残電池容量表示の最大値となるように補正するための補正係数ｋを算出し、
前記残電離容量を表示する時点における前記最低電圧電池セルの充電率Ｎ´と前記補正係数ｋとを乗算して前記最低電圧電池セルの表示用の充電率ｎを算出し、
前記電池パックの残電池容量として前記最低電圧電池セルの表示用の充電率ｎを表示する表示手段と
を備える
ことを特徴とする。

本発明によれば、満充電判定時の電池パックの残電池容量を常に残電池容量メータの最大値として表示することが可能な残電池容量表示方法及び残電池容量表示装置を実現することが可能である。

以下、本発明に係る残電池容量表示方法及び残電池容量表示装置の実施形態について図を用いて説明する。ここで、図１は本発明に係る残電池容量表示装置の要部の構成を示した図、図２は本発明に係る残電池容量表示装置及びその周辺装置の構成を示した図、図３は本発明に係る残電池容量表示方法及び残電池容量表示装置における残電池容量表示の補正処理の手順を示したフロー図である。

はじめに、本発明に係る残電池容量表示装置及びその周辺装置の構成について説明する。
図２に示すように、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両１は、車両１を駆動するインバータ及びモータ（以下、インバータ‐モータという）２が搭載されている。また、車両１には、インバータ‐モータ２に電力を供給するバッテリ装置３が搭載されている。

バッテリ装置３は、複数の電池セル４とこの電池セル４を監視するセル・モニタリング・ユニット（以下、ＣＭＵという）５とにより構成される電池パック６と、この電池パック６を制御するＢＭＵ７とにより構成されている。なお、電池パック６は、通常剛性の高い容器であるバッテリケースに収納されている。そして、バッテリ装置３及びインバータ‐モータ２は、主に車両１全体を制御しているエレクトロニック・コントロールド・ユニット（以下、ＥＣＵという）８によって制御されている。なお、本実施形態においては、ＣＭＵ５が本発明におけるセル監視装置に相当し、ＢＭＵ７又はＥＣＵ８が本発明における満充電判定部に相当している。

また、ＥＣＵ８には、車両１の各種情報を表示するコンビネーション・メータ９や、エア・コンディショナー（以下、Ａ／Ｃという）１０や、車両１を操作するための各種の操作ペダル１１等が電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ８は、車両１の各種の情報をバッテリ装置３、インバータ‐モータ２、Ａ／Ｃ１０、操作ペダル１１等から取得し、この情報に基きバッテリ装置３、インバータ‐モータ２、コンビネーション・メータ９及びＡ／Ｃ１０等が適切に動作するように制御している。

本実施形態においては、コンビネーション・メータ９は電池パックの使用可能な残電池容量を表示させる機能を備えている。なお、残電池容量の表示方法は、アナログ的又はデジタル的なゲージによりに表示してもよいし、百分率等により直接数値をデジタル表示するようにしてもよいし、これら以外の表示方法としてもよい。

次に、本発明に係る残電池容量表示装置の要部の構成について説明する。
図１に示すように、電池パック６は、複数の電池セル４を直列に接続することにより構成されている。各電池セル４には、それぞれＣＭＵ５が並列に接続されている。そして、ＣＭＵ５は、各電池セル４の電圧を測定している。なお、ＣＭＵ５には、各電池セル４の電圧以外の値、例えば電流等を計測させることも可能である。

各ＣＭＵ５は、計測した各電池セル４の電圧を残電池容量表示の補正処理を行う中央演算処理装置（以下、ＣＰＵという）１２に出力する。ＣＰＵ１２には、各種の値を記憶することが可能な汎用的なメモリ１３が併設されている。なお、本実施形態においては、ＣＰＵ１２及びメモリ１３は、ＢＭＵ７又はＥＣＵ８に備えられているＣＰＵ及びメモリを用いるものとし、残電池容量表示の補正処理をＢＭＵ７又はＥＣＵ８のどちらに担わせるかにより、ＢＭＵ７又はＥＣＵ８のどちらのＣＰＵ及びメモリを用いるのかを適宜選択するものとする。

次に、本発明に係る残電池容量表示方法における残電池容量表示の補正処理の手順について説明する。
図３に示すように、はじめに、ＣＰＵ１２（図２参照）は、ステップＳ１において、ＣＭＵ５による各電池セル４の電圧の監視を開始する。ＣＰＵ１２は、ステップＳ１の実行後、ステップ２を実行する。

次に、ＣＰＵ１２は、ステップＳ２において、満充電作業が完了したかどうかを判断する。満充電作業が完了した場合、ＣＰＵ１２はステップ３を実行する。また、満充電作業が完了していない場合、ＣＰＵ１２はステップ１を再度実行する。

なお、満充電作業が完了したかどうかを判定する方法としては、定電流充電で充電し最高電圧電池セルが所定電圧に達した後に、定電圧充電で所定時間充電して完了とする方法や、充電時間を指定し、所定時間経過した時点で完了とする方法や、所定の電気量(Ａｈ)を設定し、通電した電流の積算が指定の電気量になった時点で完了とする方法や、流れている電流が所定の下限値に達した時点で完了とする方法等の様々な方法があり、満充電作業が完了したかどうかを判定する方法については任意に選択することが可能である。ちなみに、定電圧充電を行った場合、当然のことながら、各電池セル４の電圧上昇とともに充電電流値は低下する。

このように、満充電作業が完了したかどうかを判定する方法については、より詳細には、定電流充電で充電し最高電圧電池セルが所定電圧に達した後に、定電圧充電で所定時間充電した時点で満充電作業が完了したかどうかの判断を行うなどの様々な方法があるが、ここでは簡便のため最高電圧電池セルが所定電圧に達した時点で満充電作業が完了したものとして以降の説明を行う。

次に、ＣＰＵ１２は、ステップＳ３において、メモリ１３に予め記憶させておいた最低電圧電池セルの電圧から充電率を推定するための充電率推定マップを読み込む。ＣＰＵ１２は、ステップＳ３の実行後、ステップＳ４を実行する。

次に、ＣＰＵ１２は、ステップＳ４において、電池パック６の各電池セル４の電圧を参照して最低電圧セル電池を見出し、その最低電圧電池セルの電圧から充電率推定マップに基き最低電圧電池セルの満充電時の充電率Ｎを推定する。ＣＰＵ１２は、ステップＳ４の実行後、ステップＳ５を実行する。

次に、ＣＰＵ１２は、ステップＳ５において、満充電時の最低電圧電池セルの充電率Ｎが残電池容量表示の最大値となるように補正するための補正係数ｋを下記式（１）により算出し、算出した補正係数ｋをメモリ１３に記憶する。ＣＰＵ１２は、ステップＳ５の実行後、ステップＳ６を実行する。

次に、ＣＰＵ１２は、ステップＳ６において、残電池容量を表示する時点における最低電圧電池セルの充電率Ｎ´とメモリ１３に記憶した補正係数ｋとを乗算して、電池パック６の残電池容量の表示用の充電率ｎを算出する。ＣＰＵ１２は、ステップＳ６の実行後、ステップＳ７を実行する。

最後に、ＣＰＵ１２は、ステップＳ７において、最低電圧電池セルの表示用の充電率ｎに基きコンビネーション・メータ９に残電池容量を表示する。なお、以降、次回の満充電時までは、ＣＰＵ１２は、メモリ１３に記憶した補正係数ｋを用いて最低電圧電池セルの表示用の充電率ｎを算出し、この最低電圧電池セルの表示用の充電率ｎに基きコンビネーション・メータ１３に残電池容量を表示する。

以上のように、本実施形態に係る残電池容量表示方法及び残電池容量表示装置によれば、電池パック６内の各電池セル４間の電圧にばらつきが生じた場合であっても、満充電判定時の電池パック６の残電池容量を常に残電池容量メータの最大値として表示することができる。

本発明は、複数個の電池セルを直列に接続することにより構成される電池パックの残電池容量を表示する残電池容量表示方法及び残電池容量表示装置に利用することが可能である。

本発明に係る残電池容量表示装置の要部の構成を示した図である。 本発明に係る残電池容量表示装置及びその周辺装置の構成を示した図である。 本発明に係る残電池容量表示方法及び残電池容量表示装置における残電池容量表示の補正処理の手順を示したフロー図である。 リチウムイオン二次電池を用いた電池パックの満充電時の各電池セルの電圧を示した図である。

符号の説明

１ 車両
２ インバータ‐モータ
３ バッテリ装置
４ 電池セル
５ セル・モニタリング・ユニット（ＣＭＵ）
６ 電池パック
７ バッテリ・マネジメント・ユニット（ＢＭＵ）
８ エレクトロニック・コントロールド・ユニット（ＥＣＵ）
９ コンビネーション・メータ
１０ エア・コンディショナー（Ａ／Ｃ）
１１ 操作ペダル
１２ 中央演算処理装置（ＣＰＵ）
１３ メモリ

Claims (2)

1. 複数の電池セルを直列に接続して構成する電池パックの残電池容量を表示する方法において、
   前記複数の電池セルの少なくとも電圧を監視するセル監視装置と、
   前記セル監視装置から出力される前記複数の電池セルの電圧情報に基づいて前記複数の電池セルの充電率を推定可能な充電率マップと、
   前記電池パックが充電される際に満充電の判定をする満充電判定部とを有し、
   前記電池パックが満充電と判定された時に、前記複数の電池セルのうち電圧が最も低い電池セルを最低電圧電池セルとし、
   前記充電率マップから前記最低電圧電池セルの充電率Ｎを推定し、
   前記満充電時の最低電圧電池セルの充電率Ｎが残電池容量表示の最大値となるように補正するための補正係数ｋを算出し、
   前記残電池容量を表示する時点における前記最低電圧電池セルの充電率Ｎ´と前記補正係数ｋとを乗算して前記最低電圧電池セルの表示用の充電率ｎを算出し、
   前記電池パックの残電池容量として前記最低電圧電池セルの表示用の充電率ｎを表示する
   ことを特徴とする残電池容量表示方法。
2. 複数の電池セルを直列に接続して構成する電池パックの残電池容量表示装置において、
   前記複数の電池セルの少なくとも電圧を監視するセル監視装置と、
   前記セル監視装置から出力される前記複数の電池セルの電圧情報に基づいて前記複数の電池セルの充電率を推定可能な充電率マップと、
   前記電池パックが充電される際に満充電の判定をする満充電判定部とを有し、
   前記電池パックが満充電と判定された時に、前記複数の電池セルのうち電圧が最も低い電池セルを最低電圧電池セルとし、
   前記充電率マップから前記最低電圧電池セルの充電率Ｎを推定し、
   前記満充電時の最低電圧電池セルの充電率Ｎが残電池容量表示の最大値となるように補正するための補正係数ｋを算出し、
   前記残電池容量を表示する時点における前記最低電圧電池セルの充電率Ｎ´と前記補正係数ｋとを乗算して前記最低電圧電池セルの表示用の充電率ｎを算出し、
   前記電池パックの残電池容量として前記最低電圧電池セルの表示用の充電率ｎを表示する表示手段と
   を備える
   ことを特徴とする残電池容量表示装置。

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