JP3551767B2 - バッテリの放電量測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、測定誤差を精度よく補正して放電量を測定する放電量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放電量を測定して残存容量を演算する装置が電気自動車やハイブリッド車などで実用化されている。これらの従来の装置では、残存容量の演算精度を向上させるために、放電量の測定値を用いてバッテリの容量劣化についても演算するようになっている。例えば出力パワーと放電電力量の特性を用いる容量劣化測定では、初期特性を基本に、内部抵抗劣化を表すパラメータと容量劣化を表すパラメータを用いて出力パワー対放電電力量の特性を表現する。内部抵抗パラメータと容量劣化パラメータはそれぞれ図８、図９のように分離して求める。
【０００３】
図８は初期特性に対して容量劣化を分離して内部抵抗劣化を表示した図である。内部抵抗劣化係数γは実際の特性と容量劣化補正特性で算出される。すなわち実測によって電力積算値ＣＡＰＷＨｎを求める。そして容量劣化補正特性から出力可能パワーＰ（ＣＡＰＷＨｎ／β）を求める。一方バッテリに対して出力パワーを実測して実測値Ｐｎを得る。
【０００４】
バッテリの内部抵抗の劣化度合いを示す劣化係数γは下式のように演算して求める。
γｎ＝Ｐｎ／Ｐ（ＣＡＰＷＨｎ／β） （１）
γｎは図８に示すように放電の進行にしたがって求め、前回の検出値γｎ−１と平均値をとって内部抵抗劣化係数γとする。
式（２）はその演算式を表示する。
γ＝（γｎ−γｎ−１）／２ （２）
【０００５】
図９は、初期特性に対して内部抵抗劣化を分離して容量劣化を表示した図である。容量劣化係数βは実際の特性と内部抵抗劣化補正特性で算出される。すなわちバッテリの放電パワーＰｎと放電電力量ＣＡＰＷＨｎを実測して求める。そして放電パワーＰｎで内部抵抗劣化補正特性から放電電力量の推定値Ｗｈ（Ｐｎ／γ）を求める。
【０００６】
バッテリの容量の劣化度合いを示す容量劣化係数βは下式のように演算して求める。
βｎ＝ＣＡＰＷＨｎ／Ｗｈ（Ｐｎ／γ） （３）
βｎは図９のように放電の進行にしたがって求め、式（４）に示すように前回の検出値βｎ−１と平均値をとって容量劣化係数βとする。
β＝（βｎ−βｎ−１）／２ （４）
【０００７】
また内部抵抗劣化係数γは放電の初期に求め、そのとき、容量の劣化を無視して求めることができる。
容量劣化係数βは放電の末期に求め、そのとき、容量劣化が占める割合が大きく、抵抗劣化を無視して容量劣化係数を求めることができる。
【０００８】
このように容量劣化係数βと内部抵抗劣化係数γを求め、それを用いて図１０のように、初期特性に対する修正を行うことによって内部抵抗劣化補正特性と容量劣化補正特性が得られる。内部抵抗劣化と容量劣化それぞれを補正可能にしたバッテリの総合的推定劣化特性が得られる。この総合的推定劣化特性から、バッテリの推定放電電力量を演算可能になり、検出した放電電力量とにより残存容量を精度よく推定することが可能になる。
【０００９】
またバッテリには、最初から内部抵抗劣化と容量劣化を分離した状態で求めることができるバッテリも存在する。これらバッテリでは、図１１のように放電電圧と放電電流の特性を利用して、初期特性から演算する内部抵抗と、実測特性から演算する内部抵抗との比を演算して内部抵抗γを求める。
式（５）はその演算式である。但し、Ｖは出力電圧、Ｉは出力電流、Ｒは内部抵抗、Ｒ０は初期特性の抵抗、Ｒｄは実測特性の抵抗を表す。
Ｖ＝Ｅ−ＩＲ、
γ＝Ｒ０／Ｒｄ （５）
【００１０】
容量劣化係数は図１２のように開放電圧（無負荷出力電圧）と放電電気量の特性から求める。すなわち容量規定電圧Ｖｅにおいて初期特性から、放電開始時の電圧Ｖｆに対して電圧の変動量（Ｖｅ−Ｖｆ）から放電電気量Ｃ０を算出する。またこれと同じように実測の特性からＣｄを算出する。ＣｄとＣ０の比を容量劣化係数βとする。
【００１１】
式（６）は放電電気量Ｃ及び容量劣化係数βの数式表示式である。但し、Ｋは初期特性、実際の特性の傾きである。
Ｃ＝（Ｖｆ−Ｖｅ）／Ｋ
β＝Ｃｄ／Ｃ０ （６）
このように内部抵抗劣化と容量劣化を分離した求めるバッテリであっても、図１０のように総合的推定劣化特性を得ることができる。この総合的推定劣化特性から、バッテリの放電可能電力量を推定することが可能になり、放電電力量の実測値とで容量劣化を補正した残存容量の推定が可能になる。電気自動車やハイブリッド車では、バッテリの劣化に対応した車両制御や充放電制御を行うことが可能になる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バッテリの残存容量を推定するのに、放電量の検出が不可欠で、それを検出するときに、センサが用いられる。センサによる検出は誤差を伴い、その結果、残存容量の推定値に誤差が存在することになる。バッテリの充放電はその残存容量の推定値に基づいて行うため、充放電を繰り返して行う中で誤差が蓄積され拡大される。
【００１３】
電気自動車の場合は、バッテリについて満充電になったかどうかの検出を行い、満充電を検出すると、残存容量を１００％とし、放電量の検出出発点が新たに与えられるから、誤差の蓄積はその時点でリセットされる。しかし、充電状態が２０％〜８０％に維持され、満充電や完全放電を行う機会のないハイブリッド車では、そうしたリセットをすることがないので、誤差が広がり一方で、実態と離れた制御が行われる恐れがあるという問題点があった。
本発明は、上記の問題に鑑み、放電量検出値の検出誤差について検出するようにし、それを補正可能にした放電量測定装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
このため請求項１記載の発明は、バッテリの出力パワー対放電電力量の初期特性に関するデータを記憶する放電電力量初期特性記憶手段と、バッテリの放電パワーを検出するパワー検出手段と、バッテリの放電電力量を検出する放電電力量検出手段と、バッテリの内部抵抗の劣化を示す抵抗劣化係数を求める抵抗劣化係数演算手段と、抵抗劣化係数を用いて前記検出されたバッテリの放電パワーを初期状態に補正するパワー補正手段と、パワー補正手段によって初期状態に補正した放電パワーに基づいて前記放電電力量初期特性記憶手段から放電電力量の推定値を得る放電電力量推定手段と、放電電力量の推定値に容量劣化係数を乗じるとともに、放電電力量の検出値に検出誤差補正値を加え、両補正式を等しくさせた第１の演算式を求め、さらに放電が所定値以上に進行した点で第１の演算式と同じように第２の演算式を求め、第１の演算式と第２の演算式を連立させて、解くことによって、誤差補正値と容量劣化係数を演算し、検出誤差を補正した放電電力量検出値、あるいは容量劣化を補正した放電電力量の推定値を検出値とする容量劣化・オフセット補正演算手段とを有するものとした。
【００１５】
請求項２記載の発明は、抵抗劣化係数演算手段は、バッテリの初期特性としての内部抵抗を記憶し、実際の放電電圧と放電電流の変化率から演算した内部抵抗と初期特性の内部抵抗との比を演算することで内部抵抗劣化係数を求めるものとした。
【００１６】
請求項３記載の発明は、内部抵抗の演算をＳＯＣ２０％以上の充電状態で行うものとした。
【００１７】
請求項４記載の発明は、バッテリの温度と出力パワーの劣化関係を示す温度劣化係数を記憶する温度劣化係数記憶手段を設け、パワー補正手段は、温度劣化係数を用いて、バッテリの出力パワーを初期特性と同じ温度条件に補正するようにしたものとした。
【００１８】
請求項５記載の発明は、バッテリの無負荷出力電圧対放電電気量の初期特性に関するデータを記憶する放電電気量初期特性記憶手段と、バッテリの無負荷出力電圧を検出する無負荷電圧検出手段と、バッテリの放電電気量を検出する放電電気量検出手段と、検出された無負荷出力電圧に基づいて前記放電電気量初期特性記憶手段から、放電電気量の推定値を得る放電電気量推定手段と、放電電気量推定手段によって推定された放電電気量に容量劣化係数を乗じるとともに、前記放電電気量の検出値に検出誤差補正値を加え、両補正式を等しくさせた第１の演算式を求め、さらに放電が所定値以上に進行した点で第１の演算式と同じように第２の演算式を求め、第１の演算式と第２の演算式を連立させて、解くことによって、誤差補正値と容量劣化係数を演算し、検出誤差を補正した放電電気量の検出値、あるいは容量劣化を補正した放電電力量の推定値を検出値とする容量劣化・オフセット補正演算手段とを有するものとした。
【００１９】
請求項６記載の発明は、無負荷電圧検出手段が検出された前記バッテリの出力電圧と出力電流の変化率から無負荷出力電圧を算出するものとした。
請求項７記載の発明は、放電量の検出を充電状態がＳＯＣ８０％以下になってから行うものとした。
【００２０】
【作用】
請求項１記載の発明では、バッテリの初期状態を示す出力パワー対放電電力量の初期特性が記憶される。バッテリの放電パワーと抵抗劣化係数をそれぞれ検出し、バッテリの放電パワーを抵抗劣化係数で初期状態に補正する。これによって初期特性から、放電電力量を求めることができる。この放電電力量に容量劣化係数を掛けると、実際の放電量になる。
【００２１】
一方放電量の検出値に検出誤差に相当する検出誤差補正値に加えると、実際の放電量になる。それらを等しくさせて、２つの未知数を含む第１の演算式を求める。また、放電が所定値以上に進行した点で得た第２の演算式からも、第１の演算式とほぼ同じ容量劣化係数と検出誤差が得られるので、両演算式を連立させることができる。この連立式を解くことで、容量劣化係数と検出誤差補正値が求まる。それらを用いて、検出値あるいは推定値を補正し、実際の放電量が検出される。
【００２２】
請求項２記載の発明では、バッテリの放電電圧と放電電流の検出値を用いて、その変化率で内部抵抗を演算して、内部抵抗劣化係数を求めるようにしたので、容量劣化と関わることなく、求めることができ、演算が簡単になる。
【００２３】
請求項３記載の発明では、ＳＯＣ２０％以下の放電電流、電圧が不安定な放電末期を避けて、内部抵抗劣化係数の演算を内部抵抗値の安定する時期に行う。
【００２４】
請求項４記載の発明では、温度の変化はバッテリの出力パワーの劣化に影響を及ぼす。温度と出力パワーの劣化係数を用いることによって、パワーの検出値をより初期特性に補正することが可能になり、高精度で放電電力量を推定することが可能になる。これによって、容量劣化の推定精度が向上する。
【００２５】
請求項５記載の発明では、バッテリの初期状態を示す無負荷電圧と放電電気量を記憶する。バッテリから検出された無負荷電圧によって、初期特性から放電電気量の推定値を得る。この推定値に容量劣化が含まないから、容量劣化係数を乗じて劣化後の放電電気量を推定する。
【００２６】
一方放電電気量の検出値に検出誤差に相当する検出誤差補正値を加えて補正を行うと、推定値と等しくなる。これを第１の演算式とする。
そして、放電が進行して、第２の演算式を得ると、容量劣化係数と検出誤差の補正値が殆ど変らないので、第１の演算式と第２の演算式を連立することができる。これを解くことで、容量劣化係数と検出誤差補正係数が得られる。容量劣化係数あるいは検出誤差補正を用いて推定値あるいは検出値を補正すると、実際の放電量が求まる。
【００２７】
請求項７記載の発明では、放電量の検出を充電状態が８０％になってから行うため、放電の進行に対して、容量劣化の影響が出現し、連立式の成立条件が満たされるので、演算精度が高くなる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、実施例により発明の実施の形態を説明する。
図１は実施例の構成を示す全体図である。電気自動車に搭載されるバッテリ１は駆動部７と接続し、電力が交流に変えられてモータ８に供給される。また、回生制動時、交流の電力が直流に変えられバッテリ１に回される。バッテリ１の出力端子に出力電圧と出力電流を検出する電圧計２、電流計３が接続されている。またバッテリ１の温度を測定するための温度計４もバッテリ１の近傍に設置されている。バッテリ１の出力電圧と出力電流及び温度検出値がそれぞれバッテリコントローラ５に出力されている。
【００２９】
バッテリコントローラ５では、バッテリ１の出力電圧と出力電流から放電電力量を積算して放電量を演算する。また出力電圧と出力電流の変化でバッテリ１の内部抵抗と出力パワーを演算して検出する。
バッテリコントローラ５には、バッテリの初期特性として出力パワー対放電電力量の特性が記憶されており、内部抵抗の検出値と初期特性から演算された内部抵抗とで内部抵抗劣化係数が演算される。その内部抵抗劣化係数で出力パワーを劣化前の初期状態に補正する。
これによって出力パワー対放電電力量の初期特性から容量劣化前の放電電力量が求められる。
【００３０】
出力電圧と出力電流の積算で検出した放電電力量に検出誤差補正値を加え、初期特性から得た放電電力量に容量劣化係数を乗じてそれぞれの補正式を得、等しくさせることによって第１の演算式を得る。
また放電が所定値以上に進行したら、上記と同じように第２の演算式を求め、第１の演算式と連立させることで、検出誤差補正値と容量劣化係数を求める。
測定誤差補正値を用いて放電電力量の積算値を補正して、放電電力量の検出値とする。
【００３１】
電気自動車には保証すべき出力パワーＰｍｉｎが設定されている。バッテリコントローラ５は、その出力パワーＰｍｉｎに対して、放電電力量を初期特性から求め、容量劣化係数で、保証すべき放電電気量Ｗｈ（Ｐｍｉｎ）を求める。この保証すべき放電量に対して、残存容量の度合いを示す充電状態を求める。その充電状態に対応してモータ８の出力パワーＰが演算され、モータコントローラ６に出力される。モータコントローラ６は出力パワーＰに対応する制御指令を駆動部７に出力し、所定の電力をモータ８に出力させる。
【００３２】
図２はバッテリコントローラ５における放電量及び充電状態を演算する機能をブロックで示す図である。
電圧計２、電流計３からの電圧検出値Ｖと電流検出値Ｉはそれぞれ電力積算容量演算部１１と瞬時パワー演算部１２に出力される。
電力積算容量演算部１１では、バッテリの端子電圧と電流値から電力量を積算して充放電された電力量を検出する。
【００３３】
瞬時パワー演算部１２では、バッテリの端子電圧と電流の変化で内部抵抗Ｒと無負荷端子電圧Ｅを演算する。その演算結果から式（７）に従ってさらにそのときの瞬間出力パワーＰを求める。パワーＰと内部抵抗Ｒはそれぞれパワー容量演算部１３と内部抵抗劣化補正演算部１４に出力される。
Ｐ＝Ｖ（Ｅ−Ｖ）／Ｒ （７）
但し、Ｖは放電停止電圧である。
【００３４】
内部抵抗劣化補正演算部１４は、瞬時パワー演算部１２からの内部抵抗Ｒと初期特性テーブルに記憶してある初期特性としての電流、電圧特性から演算した内部抵抗値との比を演算し、抵抗劣化係数γを求める。
温度補正テーブルはバッテリの温度検出値に対応した温度劣化係数αを内部抵抗劣化補正演算部１４、パワー容量演算部１３、容量劣化・オフセット補正演算部１５に出力する。
【００３５】
パワー容量演算部１３では、瞬時パワー演算部からのパワーＰを、内部抵抗劣化補正演算部１４からの内部抵抗劣化係数γと温度補正テーブルからの温度劣化係数αを用いて初期特性と同じ条件に補正し、出力パワー対放電電力量の初期特性を記憶してある初期特性テーブルから対応する放電電力量Ｗｈ（Ｐ）を求める。この放電電力量Ｗｈ（Ｐ）はバッテリの容量劣化が生じる前の放電電力量である。
【００３６】
容量劣化・オフセット補正演算部１６では、電力積算容量演算部１１からの積算値Ｗｈに検出誤差補正値ΔＷｈ、パワー容量演算部１３からの放電量推定値Ｗｈ（Ｐ）に容量劣化係数βでそれぞれ補正を行って等しくさせた第１の演算式を求める。そして規定以上の放電電力量が放電したと判定されれば、上記と同じように第２の演算式を求めて、第１の演算式と連立させて検出誤差補正値ΔＷｈと容量劣化係数βを求める。
このように放電の進行にしたがって、演算式を求め、前回で求めた演算式を連立させて容量劣化係数を演算する。そして演算された容量劣化係数は、前回の容量劣化係数と平均値をとり、新たに検出した容量劣化係数βとする。
【００３７】
電力積算容量演算部１１は、演算された検出誤差補正値ΔＷｈを用いて放電電力の積算値Ｗｈを補正し、実の放電電力量として実ＳＯＣ演算部１７に出力する。
パワー容量演算部１３は、容量劣化係数βを用いて、電気自動車の保証すべき出力パワーＰｍｉｎに対応する放電電力量Ｗｈ（Ｐｍｉｎ）を容量劣化補正して保証すべき放電電力量を演算する。
実ＳＯＣ演算部１７は保証すべき放電電力量Ｗｈ（Ｐｍｉｎ）・βに対して式（８）により充電状態ＳＯＣを演算する。
ＳＯＣ＝１−｛（Ｗｈ＋ΔＷｈ）／〔β・Ｗｈ（Ｐｍｉｎ）〕｝ （８）
【００３８】
次に、図３のフローチャートにしたがって瞬時パワー演算部１２及び内部抵抗劣化補正演算部１４における内部抵抗劣化係数の演算を説明する。
まず、ステップ１０１において、実ＳＯＣ演算部１７の演算値ＳＯＣが２０％、好ましくは３０％以上となったかを判断し、以上の場合はステップ１０２へ進む。
ステップ１０２においては、パワー演算条件が成立したかの判断を行う。これはまず、放電電力量の積算値から所定値以上の電力を放電したかどうかを判断する。所定値以上の電力を放電した場合は、所定の電流領域内で、３つ異なる電流検出領域から電流を検出できたかどうかを判断する。これら条件をすべて満足した場合は、瞬時パワー演算部１２で内部抵抗Ｒを演算する。これは図１１に示す従来と同じように、３つの領域全ての電流値と電圧値に対して直線回帰演算して内部抵抗Ｒ、無負荷電圧Ｅを演算して、ステップ１０３へ進む。
【００３９】
ステップ１０３において、内部抵抗劣化補正演算部１４は、瞬時パワー演算部１２から内部抵抗Ｒを入力する。
ステップ１０４において、初期特性として電流、電圧を用いて直線回帰を演算して内部抵抗Ｒ０を求める。
ステップ１０５においては、内部抵抗ＲとＲ０の比である抵抗劣化係数γを演算して記憶する。
【００４０】
ステップ１０６においては、記憶された過去の演算値との平均を演算する。
ステップ１０７において、演算値を更新してステップ１０１へ戻る。その後ステップ１０２で規定値以上の放電が判定され、そして３つの電流域から電流が検出されると、新たな内部抵抗劣化係数γが演算される。
図４は放電の進行に対して内部抵抗劣化係数の演算の過程を示す図である。充電状態の異なる状態で内部抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３をそれぞれ求め、初期特性として示されるＲ０との除算でそれぞれの内部抵抗劣化係数が算出される。それらの値を平均化処理して内部抵抗劣化係数とする。これによって、突発的な電流変動があっても内部抵抗劣化係数の算出にもたらす影響を小さく抑えることができる。
【００４１】
次に、容量劣化係数と放電電電力量の積算誤差補正値の演算を図５のフローチャートにしたがって説明する。
まず実ＳＯＣ演算部１７の演算値である充電状態ＳＯＣが８０％、好ましくは７０％以下であるかどうかを判断する。７０％以下の場合は、ステップ２０２へ進む。
【００４２】
ステップ２０２において、パワー演算条件が成立したかの判断を行う。これは、電力積算容量演算部１１の積算値から所定値以上の電力を放電したか、かつ所定電流領域内で、３つの異なる電流検出域から電流を検出しかの判断である。こられの判断条件をすべて満足した場合は、内部抵抗劣化係数が検出されるので、内部抵抗の劣化を補正可能でステップ２０３へ進む。
ステップ２０３において、電力積算容量演算部１１から放電電力量積算値Ｗｈ１を容量劣化・オフセット補正演算部１６に、瞬間パワー演算部１２からのパワー演算値Ｐ１をパワー容量演算部１３にそれぞれ記憶させる。
【００４３】
ステップ２０４において、温度補正テーブル１５から温度補正値α１、内部抵抗劣化補正演算部１４から内部抵抗劣化係数γ１をパワー容量演算部１３に記憶させる
ステップ２０５において、パワー演算条件が成立したかの判断を行う。これはステップ２０２と同じである。パワー演算条件が成立した場合は、ステップ２０６へ進む。
ステップ２０６において、放電電力量の積算値Ｗｈ２が前回の演算値Ｗｈ１に対して所定値ＳＡＭ以上の変化があったかどうかを判断し、変化があればステップ２０７へ進む。
【００４４】
ステップ２０７では、ステップ２０３と同様に放電電力量Ｗｈ２、パワーＰを容量劣化・オフセット補正演算部１６、パワー容量演算部１３に記憶させる。
ステップ２０８では、ステップ２０４と同様に温度劣化係数α、内部抵抗劣化係数γ２をパワー容量演算部１３に記憶させる。
【００４５】
ステップ２０９において、温度劣化係数α１と内部抵抗劣化係数γ１を用いてパワーＰ１を初期特性に補正する。温度劣化係数α２と内部抵抗劣化係数γ２を用いてパワーＰ２を初期特性に補正する。その補正値をもって、図６のように初期特性Ｃから対応する容量劣化前の電力量Ｗｈ（Ｐ１／α１・γ１）、Ｗｈ（Ｐ２／α２・γ２）を求める。
【００４６】
これに容量劣化係数を乗じると、Ｄ線で示す実際の放電電力量になる。一方電力量検出値Ｗｈ１、Ｗｈ２に検出誤差補正値ΔＷｈを加え実際の放電電力量に等しくさせると、以下のように連立式を立てられる。
Ｗｈ１−ΔＷｈ＝β・Ｗｈ（Ｐ１／α１・γ１）
Ｗｈ２−ΔＷｈ＝β・Ｗｈ（Ｐ１／α２・γ２）
そしてステップ２１０において、連立方程式を解くことによって容量劣化係数β、電力量積算値の検出誤差補正値ΔＷｈを求める。
【００４７】
ステップ２１１においては、容量劣化係数β、検出誤差補正値ΔＷｈを過去２回の検出値と平均値をとり、その平均値を新たに検出したものとして従来値を更新し、記憶する。
【００４８】
本実施例は以上のように構成され、温度劣化と内部抵抗劣化をそれぞれ補正して初期特性から放電電力量を求める。この放電電力量に容量劣化係数を乗じて実際の放電電力量の演算式を求める。
一方放電電力を積算して放電電力量の検出する。その積算値、検出誤差補正値を加えて実際の放電電力量の演算式を得る。この両式を等しくさせた第１の演算式に所定の放電が進行した点で、第１と同じように第２の演算式を求め、連立式を立てて容量劣化係数と検出誤差係数を演算する。これによって、容量劣化係数を高精度に求めることができる。そして放電電力量の検出値を検出誤差補正値で補正すると、高精度の放電量が検出される。また容量劣化が高精度補正されることで、充電状態が高精度に演算されることになる。
【００４９】
次に、第２の実施例について説明する。
第１の実施例では、放電電流と放電電圧を用いて内部抵抗を演算し、初期特性の内部抵抗との比からパワー比を演算し、温度と抵抗劣化の補正を行った。
一方、Ｌｉ−ｉｏｎ電池のように放電電気量と開放電圧の相関に再現性のある電池では、容量劣化が抵抗劣化と分離し直接容量比を用いることができる。したがって、図２の構成では、瞬間パワー演算部１２で演算される無負荷電圧Ｅを容量劣化・オフセット補正演算部１６’に出力すれば、容量劣化・オフセット補正演算部１６’はパワー検出値Ｐなしでも容量劣化と無負荷電圧の検出誤差補正値を演算できる。これによって、パワー演算に関わる処理を省略でき、装置の構成が簡単になる。
【００５０】
すなわち、図７に示すように異なる充電状態で無負荷電圧Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３を得た場合、実測値Ａｈ１、Ａｈ２、Ａｈ３では、放電電気量の積算誤差が含まれる。その他の無負荷電圧に対してもＣ線から実測値を得ることができる。これらの値に、ΔＣを用いて補正すると、バッテリの実際の放電特性を示すＢ線になる。一方初期特性Ａからは初期の放電電気量Ｃ（Ｅ１）、Ｃ（Ｅ２）、Ｃ（Ｅ３）が得られる。これを容量劣化係数βで補正すると、同じ実際の放電特性が得られる。これを等しくさせると、第１の演算式が得られる。そして容量劣化と検出誤差は放電電気量の変化が所定範囲内では、同じ値を示すものとみなすことができるから、放電を進んだ状態で、新たに第２の演算式を求め、第１の演算式と連立させることで、容量劣化係数と検出誤差を補正する検出誤差補正値を求めることができる。その後は第１の実施例と同じように残存容量を示す充電状態を演算することができる。
【００５１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明では、バッテリの初期状態を示す出力パワー対放電電力量の初期特性が記憶される。バッテリの放電パワーと抵抗劣化係数をそれぞれ検出し、バッテリの放電パワーを抵抗劣化係数で初期状態に補正する。これによって初期特性から、放電電力量を求めることができる。この放電電力量に容量劣化係数を掛けると、実際の放電量になる。
【００５２】
一方放電量の検出値に検出誤差に相当する検出誤差補正値に加えると、実際の放電量になる。それらを等しくさせて、２つの未知数を含む第１の演算式を求める。また、放電が所定値以上に進行した点で得た第２の演算式からも、第１の演算式とほぼ同じ容量劣化係数と検出誤差が得られるので、両演算式を連立させることができる。この連立式を解くことで、容量劣化係数と検出誤差補正値が求まる。それらを用いて、検出値あるいは推定値を補正し、実際の放電量が検出される。
【００５３】
請求項２記載の発明では、バッテリの放電電圧と放電電流の検出値を用いて、その変化率で内部抵抗を演算して、内部抵抗劣化係数を求めるようにしたので、容量劣化と関わることなく、求めることができ、演算が簡単になる。
【００５４】
請求項３記載の発明では、放電電流、電圧が不安定な放電末期を避けて、内部抵抗劣化係数の演算を内部抵抗値の安定する時期に行う。
【００５５】
請求項４記載の発明では、温度の変化はバッテリの出力パワーの劣化に影響を及ぼす。温度と出力パワーの劣化係数を用いることによって、パワーの検出値をより初期特性に補正することが可能になり、高精度で放電電力量を推定することが可能になる。これによって、容量劣化の推定精度が向上する。
【００５６】
請求項５記載の発明では、バッテリの初期状態を示す無負荷電圧と放電電気量を記憶する。バッテリから検出された無負荷電圧によって、初期特性から放電電気量の推定値を得る。この推定値に容量劣化が含まないから、容量劣化係数を乗じて劣化後の放電電気量を推定する。
【００５７】
一方放電電気量の検出値に検出誤差に相当する検出誤差補正値を加えて補正を行うと、推定値と等しくなる。これを第１の演算式とする。
そして、放電が進行して、第２の演算式を得ると、容量劣化係数と検出誤差の補正値が殆ど変らないので、第１の演算式と第２の演算式を連立することができる。これを解くことで、容量劣化係数と検出誤差補正係数が得られる。容量劣化係数あるいは検出誤差補正を用いて推定値あるいは検出値を補正すると、実際の放電量が求まる。
【００５８】
請求項７記載の発明では、放電量の検出を充電状態がＳＯＣ８０％になってから行うため、放電の進行に対して、容量劣化の影響が出現する領域で、連立式の成立条件が満たされるので、高い演算精度が安定して得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の全体の構成を示す図である。
【図２】発明に関わる構成を示す図である。
【図３】内部抵抗劣化の演算流れを示すフローチャートである。
【図４】内部抵抗劣化後の特性（実際の特性）と初期特性の関係を示す図である。
【図５】容量劣化係数および検出誤差補正値の演算の流れを示す図である。
【図６】容量劣化係数と検出誤差補正値の演算原理を示す図である。
【図７】第２の実施例を示す図である。
【図８】従来例における内部抵抗劣化係数の演算を示す説明図である。
【図９】従来例における容量劣化係数の演算を示す説明図である。
【図１０】総合的推定劣化特性を示す図である。
【図１１】他の内部抵抗劣化係数の演算の説明図である。
【図１２】他の容量劣化係数の演算の説明図である。
【符号の説明】１ バッテリ
２ 電圧計
３ 電流計
４ 温度計
５ バッテリコントローラ
６ モータコントローラ
７ 駆動部
８ モータ
１１ 電力積算容量演算部（放電電力量検出手段、放電電気量検出手段）
１２ 瞬間パワー演算部（パワー検出手段、無負荷電圧検出手段）
１３ パワー容量演算部（放電電力量初期特性記憶手段、パワー補正手段、放電電力量推定手段、放電電気量初期特性記憶手段、放電電気量推定手段）
１４ 内部抵抗劣化補正演算部（抵抗劣化係数演算手段）
１５ 温度補正テーブル（温度劣化係数記憶手段）
１６、１６’ 容量劣化・オフセット補正演算部（容量劣化・オフセット補正演算手段）
１７ 実ＳＯＣ演算部
【発明の属する技術分野】
この発明は、測定誤差を精度よく補正して放電量を測定する放電量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放電量を測定して残存容量を演算する装置が電気自動車やハイブリッド車などで実用化されている。これらの従来の装置では、残存容量の演算精度を向上させるために、放電量の測定値を用いてバッテリの容量劣化についても演算するようになっている。例えば出力パワーと放電電力量の特性を用いる容量劣化測定では、初期特性を基本に、内部抵抗劣化を表すパラメータと容量劣化を表すパラメータを用いて出力パワー対放電電力量の特性を表現する。内部抵抗パラメータと容量劣化パラメータはそれぞれ図８、図９のように分離して求める。
【０００３】
図８は初期特性に対して容量劣化を分離して内部抵抗劣化を表示した図である。内部抵抗劣化係数γは実際の特性と容量劣化補正特性で算出される。すなわち実測によって電力積算値ＣＡＰＷＨｎを求める。そして容量劣化補正特性から出力可能パワーＰ（ＣＡＰＷＨｎ／β）を求める。一方バッテリに対して出力パワーを実測して実測値Ｐｎを得る。
【０００４】
バッテリの内部抵抗の劣化度合いを示す劣化係数γは下式のように演算して求める。
γｎ＝Ｐｎ／Ｐ（ＣＡＰＷＨｎ／β） （１）
γｎは図８に示すように放電の進行にしたがって求め、前回の検出値γｎ−１と平均値をとって内部抵抗劣化係数γとする。
式（２）はその演算式を表示する。
γ＝（γｎ−γｎ−１）／２ （２）
【０００５】
図９は、初期特性に対して内部抵抗劣化を分離して容量劣化を表示した図である。容量劣化係数βは実際の特性と内部抵抗劣化補正特性で算出される。すなわちバッテリの放電パワーＰｎと放電電力量ＣＡＰＷＨｎを実測して求める。そして放電パワーＰｎで内部抵抗劣化補正特性から放電電力量の推定値Ｗｈ（Ｐｎ／γ）を求める。
【０００６】
バッテリの容量の劣化度合いを示す容量劣化係数βは下式のように演算して求める。
βｎ＝ＣＡＰＷＨｎ／Ｗｈ（Ｐｎ／γ） （３）
βｎは図９のように放電の進行にしたがって求め、式（４）に示すように前回の検出値βｎ−１と平均値をとって容量劣化係数βとする。
β＝（βｎ−βｎ−１）／２ （４）
【０００７】
また内部抵抗劣化係数γは放電の初期に求め、そのとき、容量の劣化を無視して求めることができる。
容量劣化係数βは放電の末期に求め、そのとき、容量劣化が占める割合が大きく、抵抗劣化を無視して容量劣化係数を求めることができる。
【０００８】
このように容量劣化係数βと内部抵抗劣化係数γを求め、それを用いて図１０のように、初期特性に対する修正を行うことによって内部抵抗劣化補正特性と容量劣化補正特性が得られる。内部抵抗劣化と容量劣化それぞれを補正可能にしたバッテリの総合的推定劣化特性が得られる。この総合的推定劣化特性から、バッテリの推定放電電力量を演算可能になり、検出した放電電力量とにより残存容量を精度よく推定することが可能になる。
【０００９】
またバッテリには、最初から内部抵抗劣化と容量劣化を分離した状態で求めることができるバッテリも存在する。これらバッテリでは、図１１のように放電電圧と放電電流の特性を利用して、初期特性から演算する内部抵抗と、実測特性から演算する内部抵抗との比を演算して内部抵抗γを求める。
式（５）はその演算式である。但し、Ｖは出力電圧、Ｉは出力電流、Ｒは内部抵抗、Ｒ０は初期特性の抵抗、Ｒｄは実測特性の抵抗を表す。
Ｖ＝Ｅ−ＩＲ、
γ＝Ｒ０／Ｒｄ （５）
【００１０】
容量劣化係数は図１２のように開放電圧（無負荷出力電圧）と放電電気量の特性から求める。すなわち容量規定電圧Ｖｅにおいて初期特性から、放電開始時の電圧Ｖｆに対して電圧の変動量（Ｖｅ−Ｖｆ）から放電電気量Ｃ０を算出する。またこれと同じように実測の特性からＣｄを算出する。ＣｄとＣ０の比を容量劣化係数βとする。
【００１１】
式（６）は放電電気量Ｃ及び容量劣化係数βの数式表示式である。但し、Ｋは初期特性、実際の特性の傾きである。
Ｃ＝（Ｖｆ−Ｖｅ）／Ｋ
β＝Ｃｄ／Ｃ０ （６）
このように内部抵抗劣化と容量劣化を分離した求めるバッテリであっても、図１０のように総合的推定劣化特性を得ることができる。この総合的推定劣化特性から、バッテリの放電可能電力量を推定することが可能になり、放電電力量の実測値とで容量劣化を補正した残存容量の推定が可能になる。電気自動車やハイブリッド車では、バッテリの劣化に対応した車両制御や充放電制御を行うことが可能になる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バッテリの残存容量を推定するのに、放電量の検出が不可欠で、それを検出するときに、センサが用いられる。センサによる検出は誤差を伴い、その結果、残存容量の推定値に誤差が存在することになる。バッテリの充放電はその残存容量の推定値に基づいて行うため、充放電を繰り返して行う中で誤差が蓄積され拡大される。
【００１３】
電気自動車の場合は、バッテリについて満充電になったかどうかの検出を行い、満充電を検出すると、残存容量を１００％とし、放電量の検出出発点が新たに与えられるから、誤差の蓄積はその時点でリセットされる。しかし、充電状態が２０％〜８０％に維持され、満充電や完全放電を行う機会のないハイブリッド車では、そうしたリセットをすることがないので、誤差が広がり一方で、実態と離れた制御が行われる恐れがあるという問題点があった。
本発明は、上記の問題に鑑み、放電量検出値の検出誤差について検出するようにし、それを補正可能にした放電量測定装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
このため請求項１記載の発明は、バッテリの出力パワー対放電電力量の初期特性に関するデータを記憶する放電電力量初期特性記憶手段と、バッテリの放電パワーを検出するパワー検出手段と、バッテリの放電電力量を検出する放電電力量検出手段と、バッテリの内部抵抗の劣化を示す抵抗劣化係数を求める抵抗劣化係数演算手段と、抵抗劣化係数を用いて前記検出されたバッテリの放電パワーを初期状態に補正するパワー補正手段と、パワー補正手段によって初期状態に補正した放電パワーに基づいて前記放電電力量初期特性記憶手段から放電電力量の推定値を得る放電電力量推定手段と、放電電力量の推定値に容量劣化係数を乗じるとともに、放電電力量の検出値に検出誤差補正値を加え、両補正式を等しくさせた第１の演算式を求め、さらに放電が所定値以上に進行した点で第１の演算式と同じように第２の演算式を求め、第１の演算式と第２の演算式を連立させて、解くことによって、誤差補正値と容量劣化係数を演算し、検出誤差を補正した放電電力量検出値、あるいは容量劣化を補正した放電電力量の推定値を検出値とする容量劣化・オフセット補正演算手段とを有するものとした。
【００１５】
請求項２記載の発明は、抵抗劣化係数演算手段は、バッテリの初期特性としての内部抵抗を記憶し、実際の放電電圧と放電電流の変化率から演算した内部抵抗と初期特性の内部抵抗との比を演算することで内部抵抗劣化係数を求めるものとした。
【００１６】
請求項３記載の発明は、内部抵抗の演算をＳＯＣ２０％以上の充電状態で行うものとした。
【００１７】
請求項４記載の発明は、バッテリの温度と出力パワーの劣化関係を示す温度劣化係数を記憶する温度劣化係数記憶手段を設け、パワー補正手段は、温度劣化係数を用いて、バッテリの出力パワーを初期特性と同じ温度条件に補正するようにしたものとした。
【００１８】
請求項５記載の発明は、バッテリの無負荷出力電圧対放電電気量の初期特性に関するデータを記憶する放電電気量初期特性記憶手段と、バッテリの無負荷出力電圧を検出する無負荷電圧検出手段と、バッテリの放電電気量を検出する放電電気量検出手段と、検出された無負荷出力電圧に基づいて前記放電電気量初期特性記憶手段から、放電電気量の推定値を得る放電電気量推定手段と、放電電気量推定手段によって推定された放電電気量に容量劣化係数を乗じるとともに、前記放電電気量の検出値に検出誤差補正値を加え、両補正式を等しくさせた第１の演算式を求め、さらに放電が所定値以上に進行した点で第１の演算式と同じように第２の演算式を求め、第１の演算式と第２の演算式を連立させて、解くことによって、誤差補正値と容量劣化係数を演算し、検出誤差を補正した放電電気量の検出値、あるいは容量劣化を補正した放電電力量の推定値を検出値とする容量劣化・オフセット補正演算手段とを有するものとした。
【００１９】
請求項６記載の発明は、無負荷電圧検出手段が検出された前記バッテリの出力電圧と出力電流の変化率から無負荷出力電圧を算出するものとした。
請求項７記載の発明は、放電量の検出を充電状態がＳＯＣ８０％以下になってから行うものとした。
【００２０】
【作用】
請求項１記載の発明では、バッテリの初期状態を示す出力パワー対放電電力量の初期特性が記憶される。バッテリの放電パワーと抵抗劣化係数をそれぞれ検出し、バッテリの放電パワーを抵抗劣化係数で初期状態に補正する。これによって初期特性から、放電電力量を求めることができる。この放電電力量に容量劣化係数を掛けると、実際の放電量になる。
【００２１】
一方放電量の検出値に検出誤差に相当する検出誤差補正値に加えると、実際の放電量になる。それらを等しくさせて、２つの未知数を含む第１の演算式を求める。また、放電が所定値以上に進行した点で得た第２の演算式からも、第１の演算式とほぼ同じ容量劣化係数と検出誤差が得られるので、両演算式を連立させることができる。この連立式を解くことで、容量劣化係数と検出誤差補正値が求まる。それらを用いて、検出値あるいは推定値を補正し、実際の放電量が検出される。
【００２２】
請求項２記載の発明では、バッテリの放電電圧と放電電流の検出値を用いて、その変化率で内部抵抗を演算して、内部抵抗劣化係数を求めるようにしたので、容量劣化と関わることなく、求めることができ、演算が簡単になる。
【００２３】
請求項３記載の発明では、ＳＯＣ２０％以下の放電電流、電圧が不安定な放電末期を避けて、内部抵抗劣化係数の演算を内部抵抗値の安定する時期に行う。
【００２４】
請求項４記載の発明では、温度の変化はバッテリの出力パワーの劣化に影響を及ぼす。温度と出力パワーの劣化係数を用いることによって、パワーの検出値をより初期特性に補正することが可能になり、高精度で放電電力量を推定することが可能になる。これによって、容量劣化の推定精度が向上する。
【００２５】
請求項５記載の発明では、バッテリの初期状態を示す無負荷電圧と放電電気量を記憶する。バッテリから検出された無負荷電圧によって、初期特性から放電電気量の推定値を得る。この推定値に容量劣化が含まないから、容量劣化係数を乗じて劣化後の放電電気量を推定する。
【００２６】
一方放電電気量の検出値に検出誤差に相当する検出誤差補正値を加えて補正を行うと、推定値と等しくなる。これを第１の演算式とする。
そして、放電が進行して、第２の演算式を得ると、容量劣化係数と検出誤差の補正値が殆ど変らないので、第１の演算式と第２の演算式を連立することができる。これを解くことで、容量劣化係数と検出誤差補正係数が得られる。容量劣化係数あるいは検出誤差補正を用いて推定値あるいは検出値を補正すると、実際の放電量が求まる。
【００２７】
請求項７記載の発明では、放電量の検出を充電状態が８０％になってから行うため、放電の進行に対して、容量劣化の影響が出現し、連立式の成立条件が満たされるので、演算精度が高くなる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、実施例により発明の実施の形態を説明する。
図１は実施例の構成を示す全体図である。電気自動車に搭載されるバッテリ１は駆動部７と接続し、電力が交流に変えられてモータ８に供給される。また、回生制動時、交流の電力が直流に変えられバッテリ１に回される。バッテリ１の出力端子に出力電圧と出力電流を検出する電圧計２、電流計３が接続されている。またバッテリ１の温度を測定するための温度計４もバッテリ１の近傍に設置されている。バッテリ１の出力電圧と出力電流及び温度検出値がそれぞれバッテリコントローラ５に出力されている。
【００２９】
バッテリコントローラ５では、バッテリ１の出力電圧と出力電流から放電電力量を積算して放電量を演算する。また出力電圧と出力電流の変化でバッテリ１の内部抵抗と出力パワーを演算して検出する。
バッテリコントローラ５には、バッテリの初期特性として出力パワー対放電電力量の特性が記憶されており、内部抵抗の検出値と初期特性から演算された内部抵抗とで内部抵抗劣化係数が演算される。その内部抵抗劣化係数で出力パワーを劣化前の初期状態に補正する。
これによって出力パワー対放電電力量の初期特性から容量劣化前の放電電力量が求められる。
【００３０】
出力電圧と出力電流の積算で検出した放電電力量に検出誤差補正値を加え、初期特性から得た放電電力量に容量劣化係数を乗じてそれぞれの補正式を得、等しくさせることによって第１の演算式を得る。
また放電が所定値以上に進行したら、上記と同じように第２の演算式を求め、第１の演算式と連立させることで、検出誤差補正値と容量劣化係数を求める。
測定誤差補正値を用いて放電電力量の積算値を補正して、放電電力量の検出値とする。
【００３１】
電気自動車には保証すべき出力パワーＰｍｉｎが設定されている。バッテリコントローラ５は、その出力パワーＰｍｉｎに対して、放電電力量を初期特性から求め、容量劣化係数で、保証すべき放電電気量Ｗｈ（Ｐｍｉｎ）を求める。この保証すべき放電量に対して、残存容量の度合いを示す充電状態を求める。その充電状態に対応してモータ８の出力パワーＰが演算され、モータコントローラ６に出力される。モータコントローラ６は出力パワーＰに対応する制御指令を駆動部７に出力し、所定の電力をモータ８に出力させる。
【００３２】
図２はバッテリコントローラ５における放電量及び充電状態を演算する機能をブロックで示す図である。
電圧計２、電流計３からの電圧検出値Ｖと電流検出値Ｉはそれぞれ電力積算容量演算部１１と瞬時パワー演算部１２に出力される。
電力積算容量演算部１１では、バッテリの端子電圧と電流値から電力量を積算して充放電された電力量を検出する。
【００３３】
瞬時パワー演算部１２では、バッテリの端子電圧と電流の変化で内部抵抗Ｒと無負荷端子電圧Ｅを演算する。その演算結果から式（７）に従ってさらにそのときの瞬間出力パワーＰを求める。パワーＰと内部抵抗Ｒはそれぞれパワー容量演算部１３と内部抵抗劣化補正演算部１４に出力される。
Ｐ＝Ｖ（Ｅ−Ｖ）／Ｒ （７）
但し、Ｖは放電停止電圧である。
【００３４】
内部抵抗劣化補正演算部１４は、瞬時パワー演算部１２からの内部抵抗Ｒと初期特性テーブルに記憶してある初期特性としての電流、電圧特性から演算した内部抵抗値との比を演算し、抵抗劣化係数γを求める。
温度補正テーブルはバッテリの温度検出値に対応した温度劣化係数αを内部抵抗劣化補正演算部１４、パワー容量演算部１３、容量劣化・オフセット補正演算部１５に出力する。
【００３５】
パワー容量演算部１３では、瞬時パワー演算部からのパワーＰを、内部抵抗劣化補正演算部１４からの内部抵抗劣化係数γと温度補正テーブルからの温度劣化係数αを用いて初期特性と同じ条件に補正し、出力パワー対放電電力量の初期特性を記憶してある初期特性テーブルから対応する放電電力量Ｗｈ（Ｐ）を求める。この放電電力量Ｗｈ（Ｐ）はバッテリの容量劣化が生じる前の放電電力量である。
【００３６】
容量劣化・オフセット補正演算部１６では、電力積算容量演算部１１からの積算値Ｗｈに検出誤差補正値ΔＷｈ、パワー容量演算部１３からの放電量推定値Ｗｈ（Ｐ）に容量劣化係数βでそれぞれ補正を行って等しくさせた第１の演算式を求める。そして規定以上の放電電力量が放電したと判定されれば、上記と同じように第２の演算式を求めて、第１の演算式と連立させて検出誤差補正値ΔＷｈと容量劣化係数βを求める。
このように放電の進行にしたがって、演算式を求め、前回で求めた演算式を連立させて容量劣化係数を演算する。そして演算された容量劣化係数は、前回の容量劣化係数と平均値をとり、新たに検出した容量劣化係数βとする。
【００３７】
電力積算容量演算部１１は、演算された検出誤差補正値ΔＷｈを用いて放電電力の積算値Ｗｈを補正し、実の放電電力量として実ＳＯＣ演算部１７に出力する。
パワー容量演算部１３は、容量劣化係数βを用いて、電気自動車の保証すべき出力パワーＰｍｉｎに対応する放電電力量Ｗｈ（Ｐｍｉｎ）を容量劣化補正して保証すべき放電電力量を演算する。
実ＳＯＣ演算部１７は保証すべき放電電力量Ｗｈ（Ｐｍｉｎ）・βに対して式（８）により充電状態ＳＯＣを演算する。
ＳＯＣ＝１−｛（Ｗｈ＋ΔＷｈ）／〔β・Ｗｈ（Ｐｍｉｎ）〕｝ （８）
【００３８】
次に、図３のフローチャートにしたがって瞬時パワー演算部１２及び内部抵抗劣化補正演算部１４における内部抵抗劣化係数の演算を説明する。
まず、ステップ１０１において、実ＳＯＣ演算部１７の演算値ＳＯＣが２０％、好ましくは３０％以上となったかを判断し、以上の場合はステップ１０２へ進む。
ステップ１０２においては、パワー演算条件が成立したかの判断を行う。これはまず、放電電力量の積算値から所定値以上の電力を放電したかどうかを判断する。所定値以上の電力を放電した場合は、所定の電流領域内で、３つ異なる電流検出領域から電流を検出できたかどうかを判断する。これら条件をすべて満足した場合は、瞬時パワー演算部１２で内部抵抗Ｒを演算する。これは図１１に示す従来と同じように、３つの領域全ての電流値と電圧値に対して直線回帰演算して内部抵抗Ｒ、無負荷電圧Ｅを演算して、ステップ１０３へ進む。
【００３９】
ステップ１０３において、内部抵抗劣化補正演算部１４は、瞬時パワー演算部１２から内部抵抗Ｒを入力する。
ステップ１０４において、初期特性として電流、電圧を用いて直線回帰を演算して内部抵抗Ｒ０を求める。
ステップ１０５においては、内部抵抗ＲとＲ０の比である抵抗劣化係数γを演算して記憶する。
【００４０】
ステップ１０６においては、記憶された過去の演算値との平均を演算する。
ステップ１０７において、演算値を更新してステップ１０１へ戻る。その後ステップ１０２で規定値以上の放電が判定され、そして３つの電流域から電流が検出されると、新たな内部抵抗劣化係数γが演算される。
図４は放電の進行に対して内部抵抗劣化係数の演算の過程を示す図である。充電状態の異なる状態で内部抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３をそれぞれ求め、初期特性として示されるＲ０との除算でそれぞれの内部抵抗劣化係数が算出される。それらの値を平均化処理して内部抵抗劣化係数とする。これによって、突発的な電流変動があっても内部抵抗劣化係数の算出にもたらす影響を小さく抑えることができる。
【００４１】
次に、容量劣化係数と放電電電力量の積算誤差補正値の演算を図５のフローチャートにしたがって説明する。
まず実ＳＯＣ演算部１７の演算値である充電状態ＳＯＣが８０％、好ましくは７０％以下であるかどうかを判断する。７０％以下の場合は、ステップ２０２へ進む。
【００４２】
ステップ２０２において、パワー演算条件が成立したかの判断を行う。これは、電力積算容量演算部１１の積算値から所定値以上の電力を放電したか、かつ所定電流領域内で、３つの異なる電流検出域から電流を検出しかの判断である。こられの判断条件をすべて満足した場合は、内部抵抗劣化係数が検出されるので、内部抵抗の劣化を補正可能でステップ２０３へ進む。
ステップ２０３において、電力積算容量演算部１１から放電電力量積算値Ｗｈ１を容量劣化・オフセット補正演算部１６に、瞬間パワー演算部１２からのパワー演算値Ｐ１をパワー容量演算部１３にそれぞれ記憶させる。
【００４３】
ステップ２０４において、温度補正テーブル１５から温度補正値α１、内部抵抗劣化補正演算部１４から内部抵抗劣化係数γ１をパワー容量演算部１３に記憶させる
ステップ２０５において、パワー演算条件が成立したかの判断を行う。これはステップ２０２と同じである。パワー演算条件が成立した場合は、ステップ２０６へ進む。
ステップ２０６において、放電電力量の積算値Ｗｈ２が前回の演算値Ｗｈ１に対して所定値ＳＡＭ以上の変化があったかどうかを判断し、変化があればステップ２０７へ進む。
【００４４】
ステップ２０７では、ステップ２０３と同様に放電電力量Ｗｈ２、パワーＰを容量劣化・オフセット補正演算部１６、パワー容量演算部１３に記憶させる。
ステップ２０８では、ステップ２０４と同様に温度劣化係数α、内部抵抗劣化係数γ２をパワー容量演算部１３に記憶させる。
【００４５】
ステップ２０９において、温度劣化係数α１と内部抵抗劣化係数γ１を用いてパワーＰ１を初期特性に補正する。温度劣化係数α２と内部抵抗劣化係数γ２を用いてパワーＰ２を初期特性に補正する。その補正値をもって、図６のように初期特性Ｃから対応する容量劣化前の電力量Ｗｈ（Ｐ１／α１・γ１）、Ｗｈ（Ｐ２／α２・γ２）を求める。
【００４６】
これに容量劣化係数を乗じると、Ｄ線で示す実際の放電電力量になる。一方電力量検出値Ｗｈ１、Ｗｈ２に検出誤差補正値ΔＷｈを加え実際の放電電力量に等しくさせると、以下のように連立式を立てられる。
Ｗｈ１−ΔＷｈ＝β・Ｗｈ（Ｐ１／α１・γ１）
Ｗｈ２−ΔＷｈ＝β・Ｗｈ（Ｐ１／α２・γ２）
そしてステップ２１０において、連立方程式を解くことによって容量劣化係数β、電力量積算値の検出誤差補正値ΔＷｈを求める。
【００４７】
ステップ２１１においては、容量劣化係数β、検出誤差補正値ΔＷｈを過去２回の検出値と平均値をとり、その平均値を新たに検出したものとして従来値を更新し、記憶する。
【００４８】
本実施例は以上のように構成され、温度劣化と内部抵抗劣化をそれぞれ補正して初期特性から放電電力量を求める。この放電電力量に容量劣化係数を乗じて実際の放電電力量の演算式を求める。
一方放電電力を積算して放電電力量の検出する。その積算値、検出誤差補正値を加えて実際の放電電力量の演算式を得る。この両式を等しくさせた第１の演算式に所定の放電が進行した点で、第１と同じように第２の演算式を求め、連立式を立てて容量劣化係数と検出誤差係数を演算する。これによって、容量劣化係数を高精度に求めることができる。そして放電電力量の検出値を検出誤差補正値で補正すると、高精度の放電量が検出される。また容量劣化が高精度補正されることで、充電状態が高精度に演算されることになる。
【００４９】
次に、第２の実施例について説明する。
第１の実施例では、放電電流と放電電圧を用いて内部抵抗を演算し、初期特性の内部抵抗との比からパワー比を演算し、温度と抵抗劣化の補正を行った。
一方、Ｌｉ−ｉｏｎ電池のように放電電気量と開放電圧の相関に再現性のある電池では、容量劣化が抵抗劣化と分離し直接容量比を用いることができる。したがって、図２の構成では、瞬間パワー演算部１２で演算される無負荷電圧Ｅを容量劣化・オフセット補正演算部１６’に出力すれば、容量劣化・オフセット補正演算部１６’はパワー検出値Ｐなしでも容量劣化と無負荷電圧の検出誤差補正値を演算できる。これによって、パワー演算に関わる処理を省略でき、装置の構成が簡単になる。
【００５０】
すなわち、図７に示すように異なる充電状態で無負荷電圧Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３を得た場合、実測値Ａｈ１、Ａｈ２、Ａｈ３では、放電電気量の積算誤差が含まれる。その他の無負荷電圧に対してもＣ線から実測値を得ることができる。これらの値に、ΔＣを用いて補正すると、バッテリの実際の放電特性を示すＢ線になる。一方初期特性Ａからは初期の放電電気量Ｃ（Ｅ１）、Ｃ（Ｅ２）、Ｃ（Ｅ３）が得られる。これを容量劣化係数βで補正すると、同じ実際の放電特性が得られる。これを等しくさせると、第１の演算式が得られる。そして容量劣化と検出誤差は放電電気量の変化が所定範囲内では、同じ値を示すものとみなすことができるから、放電を進んだ状態で、新たに第２の演算式を求め、第１の演算式と連立させることで、容量劣化係数と検出誤差を補正する検出誤差補正値を求めることができる。その後は第１の実施例と同じように残存容量を示す充電状態を演算することができる。
【００５１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明では、バッテリの初期状態を示す出力パワー対放電電力量の初期特性が記憶される。バッテリの放電パワーと抵抗劣化係数をそれぞれ検出し、バッテリの放電パワーを抵抗劣化係数で初期状態に補正する。これによって初期特性から、放電電力量を求めることができる。この放電電力量に容量劣化係数を掛けると、実際の放電量になる。
【００５２】
一方放電量の検出値に検出誤差に相当する検出誤差補正値に加えると、実際の放電量になる。それらを等しくさせて、２つの未知数を含む第１の演算式を求める。また、放電が所定値以上に進行した点で得た第２の演算式からも、第１の演算式とほぼ同じ容量劣化係数と検出誤差が得られるので、両演算式を連立させることができる。この連立式を解くことで、容量劣化係数と検出誤差補正値が求まる。それらを用いて、検出値あるいは推定値を補正し、実際の放電量が検出される。
【００５３】
請求項２記載の発明では、バッテリの放電電圧と放電電流の検出値を用いて、その変化率で内部抵抗を演算して、内部抵抗劣化係数を求めるようにしたので、容量劣化と関わることなく、求めることができ、演算が簡単になる。
【００５４】
請求項３記載の発明では、放電電流、電圧が不安定な放電末期を避けて、内部抵抗劣化係数の演算を内部抵抗値の安定する時期に行う。
【００５５】
請求項４記載の発明では、温度の変化はバッテリの出力パワーの劣化に影響を及ぼす。温度と出力パワーの劣化係数を用いることによって、パワーの検出値をより初期特性に補正することが可能になり、高精度で放電電力量を推定することが可能になる。これによって、容量劣化の推定精度が向上する。
【００５６】
請求項５記載の発明では、バッテリの初期状態を示す無負荷電圧と放電電気量を記憶する。バッテリから検出された無負荷電圧によって、初期特性から放電電気量の推定値を得る。この推定値に容量劣化が含まないから、容量劣化係数を乗じて劣化後の放電電気量を推定する。
【００５７】
一方放電電気量の検出値に検出誤差に相当する検出誤差補正値を加えて補正を行うと、推定値と等しくなる。これを第１の演算式とする。
そして、放電が進行して、第２の演算式を得ると、容量劣化係数と検出誤差の補正値が殆ど変らないので、第１の演算式と第２の演算式を連立することができる。これを解くことで、容量劣化係数と検出誤差補正係数が得られる。容量劣化係数あるいは検出誤差補正を用いて推定値あるいは検出値を補正すると、実際の放電量が求まる。
【００５８】
請求項７記載の発明では、放電量の検出を充電状態がＳＯＣ８０％になってから行うため、放電の進行に対して、容量劣化の影響が出現する領域で、連立式の成立条件が満たされるので、高い演算精度が安定して得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の全体の構成を示す図である。
【図２】発明に関わる構成を示す図である。
【図３】内部抵抗劣化の演算流れを示すフローチャートである。
【図４】内部抵抗劣化後の特性（実際の特性）と初期特性の関係を示す図である。
【図５】容量劣化係数および検出誤差補正値の演算の流れを示す図である。
【図６】容量劣化係数と検出誤差補正値の演算原理を示す図である。
【図７】第２の実施例を示す図である。
【図８】従来例における内部抵抗劣化係数の演算を示す説明図である。
【図９】従来例における容量劣化係数の演算を示す説明図である。
【図１０】総合的推定劣化特性を示す図である。
【図１１】他の内部抵抗劣化係数の演算の説明図である。
【図１２】他の容量劣化係数の演算の説明図である。
【符号の説明】１ バッテリ
２ 電圧計
３ 電流計
４ 温度計
５ バッテリコントローラ
６ モータコントローラ
７ 駆動部
８ モータ
１１ 電力積算容量演算部（放電電力量検出手段、放電電気量検出手段）
１２ 瞬間パワー演算部（パワー検出手段、無負荷電圧検出手段）
１３ パワー容量演算部（放電電力量初期特性記憶手段、パワー補正手段、放電電力量推定手段、放電電気量初期特性記憶手段、放電電気量推定手段）
１４ 内部抵抗劣化補正演算部（抵抗劣化係数演算手段）
１５ 温度補正テーブル（温度劣化係数記憶手段）
１６、１６’ 容量劣化・オフセット補正演算部（容量劣化・オフセット補正演算手段）
１７ 実ＳＯＣ演算部
Claims (7)
- バッテリの出力パワー対放電電力量の初期特性に関するデータを記憶する放電電力量初期特性記憶手段と、
前記バッテリの放電パワーを検出するパワー検出手段と、
前記バッテリの放電電力量を検出する放電電力量検出手段と、
前記バッテリの内部抵抗の劣化を示す抵抗劣化係数を求める抵抗劣化係数演算手段と、
前記抵抗劣化係数を用いて前記検出されたバッテリの放電パワーを初期状態に補正するパワー補正手段と、
前記パワー補正手段によって初期状態に補正した放電パワーに基づいて前記放電電力量初期特性記憶手段から放電電力量の推定値を得る放電電力量推定手段と、前記放電電力量の推定値に容量劣化係数を乗じるとともに、放電電力量の検出値に検出誤差補正値を加え、両補正式を等しくさせた第１の演算式を求め、さらに放電が所定値以上に進行した点で第１の演算式と同じように第２の演算式を求め、第１の演算式と第２の演算式を連立させて、解くことによって、検出誤差補正値と容量劣化係数を演算し、検出誤差を補正した放電電力量検出値、あるいは容量劣化を補正した放電電力量の推定値を検出値とする容量劣化・オフセット補正演算手段とを有することを特徴とするバッテリの放電量測定装置。 - 前記抵抗劣化係数演算手段は、前記バッテリの初期特性としての電流、電圧内部抵抗を記憶し、実際の放電電圧と放電電流の変化率から演算した内部抵抗と初期特性の内部抵抗との比を演算することで内部抵抗劣化係数を求めることを特徴とする請求項１記載のバッテリの放電量測定装置。
- 前記内部抵抗の演算は、ＳＯＣ２０％以上の充電状態で行うことを特徴とする請求項２記載のバッテリの放電量測定装置。
- バッテリの温度と出力パワーの劣化関係を示す温度劣化係数を記憶する温度劣化係数記憶手段を設け、前記パワー補正手段は、温度劣化係数を用いて、バッテリの出力パワーを前記初期特性と同じ温度条件に補正するようにしたことを特徴とする請求項１記載のバッテリの放電量測定装置。
- バッテリの無負荷出力電圧対放電電気量の初期特性に関するデータを記憶する放電電気量初期特性記憶手段と、前記バッテリの無負荷出力電圧を検出する無負荷電圧検出手段と、前記バッテリの放電電気量を検出する放電電気量検出手段と、前記検出された無負荷出力電圧に基づいて前記放電電気量初期特性記憶手段から、放電電気量の推定値を得る放電電気量推定手段と、前記放電電気量推定手段によって推定された放電電気量に容量劣化係数を乗じるとともに、前記放電電気量の検出値に検出誤差補正値を加え、両補正式を等しくさせた第１の演算式を求め、さらに放電が所定値以上に進行した点で第１の演算式と同じように第２の演算式を求め、第１の演算式と第２の演算式を連立させて、解くことによって、誤差補正値と容量劣化係数を演算し、検出誤差を補正した放電電気量の検出値、あるいは容量劣化を補正した放電電気量の推定値を放電量の検出値とする容量劣化・オフセット補正演算手段とを有することを特徴とするバッテリの放電量測定装置。
- 前記無負荷電圧検出手段は、検出された前記バッテリの出力電圧と出力電流の変化率から無負荷出力電圧を算出することを特徴とする請求項５記載のバッテリの放電量測定装置。
- 前記放電量の検出は、充電状態がＳＯＣ８０％以下になってから行うことを特徴とする請求項１または５記載のバッテリの放電量測定装置。
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