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【発明の名称】 電池容量管理方法及びその装置、並びに車両動力用電池の容量管理装置
【発明者】 【氏名】大堀 徳子
【住所又は居所】静岡県磐田市新貝２５００番地 ヤマハ発動機株式会社内
【要約】 【課題】充放電を繰り返したバッテリの総実力容量を簡単に求める。

【解決手段】バッテリ容量管理装置は、バッテリの無負荷状態を検出する放電停止判定手段１１と、放電停止判定手段１１が検出した無負荷状態のバッテリの開放電圧を検出するバッテリ電圧検出手段３１と、開放電圧から、当該開放電圧に予め対応されているバッテリ５１の相対容量ＳＯＣを検出する相対容量算出手段１３と、無負荷状態に至るまでの負荷状態においてバッテリ５１の放電電流積算量を算出する放電電流量積算手段１７と、相対容量ＳＯＣと放電電流積算量とに基づいて、バッテリ５１の総実力容量を算出する総実力容量算出手段１４とを備える。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 電池の放電後の開放電圧により当該電池の相対容量値が一意的に定まることを利用して、無負荷状態の前記電池から得た前記開放電圧に対応する前記相対容量値を求め、この相対的容量値と、無負荷状態に至るまでの負荷状態において積算して得た前記電池の放電電流積算量とに基づいて、前記電池の総実力容量を算出することを特徴とする電池容量管理方法。
【請求項２】 前記放電電流積算量は、前記電池の満充電状態からの放電電流量の積算値である請求項１記載の電池容量管理方法。
【請求項３】 満充電状態の電池の第１の相対容量値をＳ１とし、前記無負荷状態の前記電池から得た前記開放電圧に対応する第２の相対容量値をＳ２とし、前記放電電流積算量をＸとした場合、前記総実力容量を、総実力容量＝（Ｓ１／（Ｓ１−Ｓ２）×Ｘ）
として算出する請求項１又は２に記載の電池容量管理方法。
【請求項４】 前記相対容量値が中間値付近になるように電池への充電も同時に制御する請求項１記載の電池容量管理方法。
【請求項５】 前記電池は、電動機へ電力を供給するとともに、前記電動機からの回生電力が供給されて充電されるようになっており、前記電動機から前記電池への電流の供給を制御する請求項４記載の電池容量管理方法。
【請求項６】 無負荷状態の前記電池から得た前記開放電圧に対応する第１の相対容量値をＳ１とし、その後の無負荷状態の前記電池から得た前記開放電圧に対応する第２の相対容量値をＳ２とし、前記第１の相対容量値Ｓ１と前記第２の相対容量値Ｓ２とを得る間の放電電流積算量をＸとした場合、前記総実力容量を、総実力容量＝（１００／（Ｓ１−Ｓ２）×Ｘ）
として算出する請求項４又は５に記載の電池容量管理方法。
【請求項７】 前記開放電圧は、前記無負荷状態が所定時間継続したときの値である請求項１乃至６のいずれかに記載の電池容量管理方法。
【請求項８】 前記総実力容量と所定のしきい値とを比較し、前記総実力容量が前記所定のしきい値以下の場合には、前記電池が劣化している旨を外部出力する請求項１乃至７のいずれかに記載の電池容量管理方法。
【請求項９】 前記電池が二次電池である請求項１乃至８のいずれかに記載の電池容量管理方法。
【請求項１０】 前記二次電池がリチウムイオン電池であることを特徴とする請求項９記載の電池容量管理方法。
【請求項１１】 電池の無負荷状態を検出する無負荷検出手段と、前記無負荷検出手段が検出した無負荷状態の前記電池の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧から、当該電圧に予め対応されている前記電池の相対容量値を検出する相対容量値検出手段と、前記無負荷状態に至るまでの負荷状態において前記電池の放電電流量を積算した放電電流積算量を算出する放電電流積算量算出手段と、前記相対容量値と放電電流積算量とに基づいて、前記電池の総実力容量を算出する総実力容量算出手段と、を備えていることを特徴とする電池容量管理装置。
【請求項１２】 前記電池の満充電状態を検出する満充電検出手段を備えるとともに、前記放電電流積算量算出手段は、前記満充電検出手段が検出した前記電池の満充電状態からの放電電流量を積算する請求項１１記載の電池容量管理装置。
【請求項１３】 満充電状態の電池の第１の相対容量値をＳ１とし、前記相対容量値件検出手段が検出した第２の相対容量値をＳ２とし、前記放電電流積算量をＸとした場合、前記総実力容量算出手段は、前記総実力容量を、総実力容量＝（Ｓ１／（Ｓ１−Ｓ２）×Ｘ）
として算出する請求項１１又は１２に記載の電池容量管理装置。
【請求項１４】 前記相対容量値が中間値付近になるように電池への充電を制御する充電制御手段を備えた請求項１１記載の電池容量管理装置。
【請求項１５】 前記電池は、電動機へ電力を供給するとともに、前記電動機からの回生電力が供給されて充電されるようになっており、前記充電制御手段は、前記電動機から前記電池への電流の供給を制御する請求項１４記載の電池容量管理装置。
【請求項１６】 前記相対容量値検出手段が検出した第１の相対容量値をＳ１とし、その後に前記前記相対容量値検出手段が検出した第２の相対容量値をＳ２とし、前記第１の相対容量値Ｓ１と前記第２の相対容量値Ｓ２とを得る間の放電電流積算量をＸとした場合、前記総実力容量算出手段は、前記総実力容量を、総実力容量＝（１００／（Ｓ１−Ｓ２）×Ｘ）
として算出する請求項１４又は１５に記載の電池容量管理装置。
【請求項１７】 前記電圧検出手段は、前記無負荷状態が所定時間継続したときの電圧を検出する請求項１１乃至１６のいずれかに記載の電池容量管理装置。
【請求項１８】 前記電圧と前記相対容量値とをテーブルとして記憶するテーブル記憶手段を備えるとともに、前記相対容量値検出手段は、前記テーブル記憶手段に記憶されている前記テーブルに基づいて、前記電圧に対応する前記相対容量値を得る請求項１１乃至１７のいずれかに記載の電池容量管理装置。
【請求項１９】 前記総実力容量と所定のしきい値とを比較し、前記総実力容量が前記所定のしきい値以下の場合には、前記電池が劣化している旨を外部出力する電池劣化検出手段を備えている請求項１１乃至１８のいずれかに記載の電池容量管理装置。
【請求項２０】 前記請求項１１乃至１９のいずれかに記載の電池容量管理装置を備えるとともに、前記無負荷検出手段が、車両が所定時間継続停止した場合に、前記電池が無負荷状態であるとして検出することを特徴とする車両動力用電池の容量管理装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電池の容量を管理する電池容量管理方法及びその装置、並びに車両に動力用として搭載される車両動力用電池の容量管理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電動車両やハイブリッド車両のようにバッテリを動力源とする車両は、走行可能な距離がバッテリの容量に依存する。このため、充放電を繰り返してバッテリが劣化してきた場合でも、正確なバッテリの残存容量を求めることが必要となる。
【０００３】バッテリの残存容量を推定するシステムとしてはいくつかの方法がある。例えば、特許文献１や特許文献２に記載されているように、無負荷時の端子電圧から残存容量を推定し、充放電の電流量を積算することによって測定した残存容量の誤差を補正していくという方法等が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３３１７１４号公報【特許文献２】特開平１１−１３５１５９号公報【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述の方法では、電池を完全に充電した状態を１００％、完全に放電した状態を０％としたときの充電状態（相対容量値）を求めることはできるが、充放電を繰り返したバッテリの放電可能な容量、すなわち総実力容量を求めることができない。例えば、総実力容量を求めることができれば、総電池の劣化を知ることができるが、前述の方法ではできない。また、充放電を繰り返したバッテリの総実力容量を検出する方法として、一度完全に放電させ、その後満充電の状態まで充電し、その際の総充電量から総実力容量を求める方法がある。しかし、この方法では、完全に放電させるのには手間がかかり、また、完全に放電してしまうと、充電をしている間は車両を使用できなくなってしまうといった問題が生じる。
【０００６】そこで、本発明は、前述の問題に鑑みてなされたものであり、充放電を繰り返したバッテリの総実力容量を簡単に求めることができる電池容量管理方法及びその装置、並びに車両動力用電池の容量管理装置の提供を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記問題を解決するために、請求項１記載の電池容量管理方法は、電池の放電後の開放電圧により当該電池の相対容量値が一意的に定まることを利用して、無負荷状態の前記電池から得た前記開放電圧に対応する前記相対容量値を求め、この相対的容量値と、無負荷状態に至るまでの負荷状態において積算して得た前記電池の放電電流積算量とに基づいて、前記電池の総実力容量を算出することを特徴としている。
【０００８】また、請求項２記載の電池容量管理方法は、請求項１記載の電池容量管理方法において、前記放電電流積算量が、前記電池の満充電状態からの放電電流量の積算値であることを特徴としている。また、請求項３記載の電池容量管理方法は、請求項１又は２に記載の電池容量管理方法において、満充電状態の電池の第１の相対容量値をＳ１とし、前記無負荷状態の前記電池から得た前記開放電圧に対応する第２の相対容量値をＳ２とし、前記放電電流積算量をＸとした場合、前記総実力容量を、総実力容量＝（Ｓ１／（Ｓ１−Ｓ２）×Ｘ）
として算出することを特徴としている。
【０００９】また、請求項４記載の電池容量管理方法は、請求項１記載の電池容量管理方法において、前記相対容量値が中間値付近になるように電池への充電も同時に制御していることを特徴としている。また、請求項５記載の電池容量管理方法は、請求項４記載の電池容量管理方法において、前記電池が、電動機へ電力を供給するとともに、前記電動機からの回生電力が供給されて充電されるようになっており、前記電動機から前記電池への電流の供給を制御することを特徴としている。
【００１０】また、請求項６記載の電池容量管理方法は、請求項４又は５に記載の電池容量管理方法において、無負荷状態の前記電池から得た前記開放電圧に対応する第１の相対容量値をＳ１とし、その後の無負荷状態の前記電池から得た前記開放電圧に対応する第２の相対容量値をＳ２とし、前記第１の相対容量値Ｓ１と前記第２の相対容量値Ｓ２とを得る間の放電電流積算量をＸとした場合、前記総実力容量を、総実力容量＝（１００／（Ｓ１−Ｓ２）×Ｘ）
として算出することを特徴としている。
【００１１】また、請求項７記載の電池容量管理方法は、請求項１乃至６のいずれかに記載の電池容量管理方法において、前記開放電圧が、前記無負荷状態が所定時間継続したときの値であることを特徴としている。また、請求項８記載の電池容量管理方法は、請求項１乃至７のいずれかに記載の電池容量管理方法において、前記総実力容量と所定のしきい値とを比較し、前記総実力容量が前記所定のしきい値以下の場合には、前記電池が劣化している旨を外部出力することを特徴としている。
【００１２】また、請求項９記載の電池容量管理方法は、請求項１乃至８のいずれかに記載の電池容量管理方法において、前記電池が二次電池であることを特徴としている。また、請求項１０記載の電池容量管理方法は、請求項９記載の電池容量管理方法において、前記二次電池がリチウムイオン電池であることを特徴とする請求項６記載の電池容量管理方法。
【００１３】また、請求項１１記載の電池容量管理装置は、電池の無負荷状態を検出する無負荷検出手段と、前記無負荷検出手段が検出した無負荷状態の前記電池の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧から、当該電圧に予め対応されている前記電池の相対容量値を検出する相対容量値検出手段と、前記無負荷状態に至るまでの負荷状態において前記電池の放電電流量を積算した放電電流積算量を算出する放電電流積算量算出手段と、前記相対容量値と放電電流積算量とに基づいて、前記電池の総実力容量を算出する総実力容量算出手段と、を備えていることを特徴としている。
【００１４】また、請求項１２記載の電池容量管理装置は、請求項１１記載の電池容量管理装置において、前記電池の満充電状態を検出する満充電検出手段を備えるとともに、前記放電電流積算量算出手段が、前記満充電検出手段が検出した前記電池の満充電状態からの放電電流量を積算することを特徴としている。また、請求項１３記載の電池容量管理装置は、請求項１１又は１２に記載の電池容量管理装置において、満充電状態の電池の第１の相対容量値をＳ１とし、前記相対容量値件検出手段が検出した第２の相対容量値をＳ２とし、前記放電電流積算量をＸとした場合、前記総実力容量算出手段が、前記総実力容量を、総実力容量＝（Ｓ１／（Ｓ１−Ｓ２）×Ｘ）
として算出することを特徴としている。
【００１５】また、請求項１４記載の電池容量管理装置は、請求項１１記載の電池容量管理装置において、前記相対容量値が中間値付近になるように電池への充電を制御する充電制御手段を備えたことを特徴としている。また、請求項１５記載の電池容量管理装置は、請求項１４記載の電池容量管理装置において、前記電池が、電動機へ電力を供給するとともに、前記電動機からの回生電力が供給されて充電されるようになっており、前記充電制御手段は、前記電動機から前記電池への電流の供給を制御することを特徴としている。
【００１６】また、請求項１６記載の電池容量管理装置は、請求項１４又は１５に記載の電池容量管理装置において、前記相対容量値検出手段が検出した第１の相対容量値をＳ１とし、その後に前記前記相対容量値検出手段が検出した第２の相対容量値をＳ２とし、前記第１の相対容量値Ｓ１と前記第２の相対容量値Ｓ２とを得る間の放電電流積算量をＸとした場合、前記総実力容量算出手段は、前記総実力容量を、総実力容量＝（１００／（Ｓ１−Ｓ２）×Ｘ）
として算出することを特徴としている。
【００１７】また、請求項１７記載の電池容量管理装置は、請求項１１乃至１６のいずれかに記載の電池容量管理装置において、前記電圧検出手段が、前記無負荷状態が所定時間継続したときの電圧を検出することを特徴としている。また、請求項１８記載の電池容量管理装置は、請求項１１乃至１７のいずれかに記載の電池容量管理装置において、前記電圧と前記相対容量値とをテーブルとして記憶するテーブル記憶手段を備えるとともに、前記相対容量値検出手段が、前記テーブル記憶手段に記憶されている前記テーブルに基づいて、前記電圧に対応する前記相対容量値を得ることを特徴としている。
【００１８】また、請求項１９記載の電池容量管理装置は、請求項１１乃至１８のいずれかに記載の電池容量管理装置において、前記総実力容量と所定のしきい値とを比較し、前記総実力容量が前記所定のしきい値以下の場合には、前記電池が劣化している旨を外部出力する電池劣化検出手段を備えていることを特徴としている。また、請求項２０記載の車両動力用電池の容量管理装置は、前記請求項１１乃至１９のいずれかに記載の電池容量管理装置を備えるとともに、前記無負荷検出手段が、車両が所定時間継続停止した場合に、前記電池が無負荷状態であるとして検出することを特徴としている。
【００１９】以上の請求項１及び請求項１１記載の発明では、無負荷状態の電池から得た開放電圧に対応する相対容量値を求め、この相対的容量値と、無負荷状態に至るまでの負荷状態において積算して得た前記電池の放電電流積算量とに基づいて、前記電池の総実力容量を算出している。ここで、電池の放電後の開放電圧により当該電池の相対容量値が一意的に定まる関係にあり、請求項１及び請求項１１記載の発明では、この関係を利用し、開放電圧から相対容量値を得て、この相対容量値に基づいて総実力容量を算出している。
【００２０】特に請求項２及び請求項１２記載の発明では、放電電流積算量が電池の満充電状態からの放電電流量の積算値であり、すなわち、総実容量の算出には電池が満充電にされることだけを要件にしている。また、請求項４及び請求項１４記載の発明では、電池の相対容量値が中間値付近になるように電池への充電を制御しつつも、この相対容量値に基づいて総実力容量を算出している。そして、請求項５及び請求項１５記載の発明では、電動機へ電力を供給するとともに、前記電動機からの回生電力が供給されて充電される電池の相対容量値を中間値付近になるように制御している。
【００２１】また、請求項８及び請求項１９記載の発明では、総実力容量に基づいて電池が劣化している旨を外部出力するようにしている。また、請求項２０記載の発明では、車両の停止時間を計測して、電池の無負荷状態を検出して、所定時間継続停止した場合を、無負荷状態としている。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。第１の実施の形態は、電動車両やハイブリッド車両の動力源に使用されるバッテリの容量を管理するバッテリ容量管理装置に本発明を適用したものである。図１に示すように、車両５０には、二次電池であるリチウムイオン電池からなるバッテリ５１及び充電器５２が搭載されている。そして、バッテリ５１及び充電器５２に、バッテリ容量管理装置が接続されている。
【００２３】バッテリ容量管理装置は、コントローラ１０、表示部２１及び温度センサ２２を備えている。コントローラ１０は、バッテリ容量管理装置の各部を制御するように構成されている。具体的には、図１に示すように、コントローラ１０は、バッテリ状態検出手段３０、放電停止判定手段１１、記憶手段１２、相対容量算出手段１３、総実力容量算出手段１４、バッテリ劣化度判定手段１５、満充電検出手段１６、放電電流量積算手段１７及び積算電流記憶手段１８を備えている。
【００２４】バッテリ状態検出手段３０は、バッテリ５１の状態を検出するような構成をなしている。具体的には、バッテリ状態検出手段３０は、バッテリ電圧検出手段３１、バッテリ電流検出手段３２及びバッテリ温度検出手段３３を備えている。バッテリ電圧検出手段３１は、バッテリ５１の電圧を検出し、バッテリ電流検出手段３２は、バッテリ５１の充放電電流を検出し、バッテリ温度検出手段３３は、バッテリ５１の温度を温度センサ２２を介して検出している。そして、バッテリ状態検出手段３０は、バッテリ温度検出手段３３により得たバッテリ５１の温度により、それら電圧値及び放電電流値を温度補償をする。それから、バッテリ状態検出手段３０は、電圧値を相対容量算出手段１３に出力し、放電電流値を放電電流量積算手段１７に出力する。
【００２５】放電停止判定手段１１は、バッテリ５１の放電を判定する。具体的には、放電停止判定手段１１は、車両の停止状態からバッテリ５１の放電の停止を判定する。放電停止判定手段１１は、この判定結果を相対容量算出手段１３に出力する。相対容量算出手段１３は、前記バッテリ状態検出手段３０からのバッテリ５１の電圧値に基づいて、バッテリ５１の相対容量ＳＯＣを算出する。ここで、バッテリ５１の無負荷時の端子電圧（開放電圧）に基づいてバッテリ５１の相対容量ＳＯＣ（％）を算出する。
【００２６】ここで、リチウムイオン電池の特性を説明する。図２は、横軸に相対容量ＳＯＣをとり、縦軸に開放電圧（ＯＣＶ）をとり、開放電圧と相対容量ＳＯＣとの関係を示す。また、図３に示すように、初期状態の結果と、充放電を１００サイクル繰り返した後の結果と、充放電を２００サイクル繰り返した後の結果とを比較してもわかるように、開放電圧と相対容量ＳＯＣとの関係は充放電に依らずに維持される。本発明は、このようなリチウムイオン電池における特性、すなわち充放電のサイクルに依らずに一定の関係を有する開放電圧と相対容量ＳＯＣとの関係を利用して、開放電圧から相対容量ＳＯＣを求めている。
【００２７】相対容量算出手段１３は、このような特性に基づいて、開放電圧から相対容量ＳＯＣを求めている。例えば、図４中（Ａ）はその導出手順を示し、前述したような開放電圧と相対容量との関係から、開放電圧■に対応する相対容量■を得ている。具体的には、次のようにして開放電圧と相対容量との関係から相対容量を得ている。
【００２８】例えば、図２に示した特性図を離散化されたデータからなるテーブルとして持っている。そして、そのテーブルを記憶手段１２にマップデータとして記憶している。そして、テーブルが持たない値については、下記（１）式により補完して求めている。
求める相対容量ＳＯＣ＝（ＳＯＣｎ＋１−ＳＯＣｎ）
×（Ｖ−Ｖｎ）／（Ｖｎ＋１−Ｖｎ）
＋ＳＯＣｎ ・・・（１）
ここで、ｎは任意の整数値である。例えば、テーブルにない開放電圧として２８を得ており、その一方で、そのようにして得た開放電圧の前後の値のテーブルのデータとして、ＳＯＣｎ＝４０でＶｎ＝２７．９５、ＳＯＣｎ＋１＝６０でＶｎ＋１＝２８．２２、がそれぞれ予め与えられていたとする。この場合、前記（１）式により、次のように相対容量ＳＯＣを算出する。
【００２９】求める相対容量ＳＯＣ＝（６０−５０）×（２８−２７．９５）／（２８．２２−２７．９５）＋５０これにより、開放電圧Ｖ＝２８の場合、求める相対容量ＳＯＣは約５６．５になる。満充電検出手段１６は、充電器５２からバッテリ５１が満充電状態になったか否かを検出する。この満放電検出手段１６は、検出結果を放電電流量積算手段１７に出力する。
【００３０】放電電流量積算手段１７は、満放電検出手段１６及びバッテリ電流検出手段３２からの検出信号に基づいて放電電流積算量Ｘを得る。具体的には、放電電流量積算手段１７は、満充電検出手段１６にて満充電が検出された時から、バッテリ電流検出手段３２にて検出される放電電流量を積算して、放電電流積算量Ｘを求める。この放電電流量積算手段１７は、放電電流積算量を放電電流積算量記憶手段１８に出力し、放電電流積算量記憶手段１８は、この放電電流積算量Ｘを記憶する。
【００３１】総実力容量算出手段１４は、相対容量算出手段１３からの相対容量ＳＯＣと、放電電流積算量記憶手段１８に記憶された放電電流積算量Ｘとから、総実力容量（トータル容量）を算出する。具体的には、総実力容量ＴＳＯＣを下記（２）式により求める。
総実力容量ＴＳＯＣ＝（１００／（１００−ＳＯＣ））×Ｘ ・・・（２）
総実力容量算出手段１４は、求めた総実力容量ＴＳＯＣをバッテリ劣化度合判定手段１５に出力する。なお、ここで、「１００」（％）は、満充電状態の電池の第１の相対容量値Ｓ１をなし、相対容量ＳＯＣは、無負荷状態のバッテリ５１から得た開放電圧に対応する第２の相対容量値Ｓ２をなしている。
【００３２】バッテリ劣化度合判定手段１５は、バッテリ５１の公称容量と総実力容量ＴＳＯＣとを比較して、バッテリ５１が劣化しているか否か判定する。具体的には、バッテリ劣化度合判定手段１５は、総実力容量ＴＳＯＣが公称容量以下である場合、バッテリ５１が劣化していると判定する。バッテリ５１が劣化している場合、例えば図４中（Ｂ）に示すように、求められるあらゆる相対容量ＳＯＣにおいて総実力容量が公称容量を下回る結果になり、このような関係からバッテリ５１が劣化していると判定する。
【００３３】なお、バッテリ５１が劣化しているとの判断は、総実力容量ＴＳＯＣが公称容量以下になっている場合に限定されるものではなく、例えば、総実力容量ＴＳＯＣが所定値以下になっている場合にバッテリ５１が劣化していると判断してもよい。ここで、所定値は、例えば公称容量の何割か（例えば８割）の値や初期容量の何割かの値等である。
【００３４】そして、コントローラ１０は、このバッテリ劣化度合判定手段１５の判定結果に基づいて表示部を制御して、バッテリ５１の劣化の有無を外部表示する。また、車両５０、バッテリ５１及び充電器５２それぞれの間には、スイッチ４１，４２が適宜配置されており、バッテリ５１の充放電に応じて適宜オン及びオフされるようになされている。
【００３５】なお、以上の構成において、放電停止判定手段１１は、電池の無負荷状態を検出する無負荷検出手段をなし、バッテリ電圧検出手段３１は、無負荷検出手段が検出した無負荷状態の電池の電圧を検出する電圧検出手段をなし、相対容量算出手段１３は、電圧から、当該電圧に予め対応されている電池の相対容量値を検出する相対容量値検出手段をなし、放電電流量積算手段１７は、無負荷状態に至るまでの負荷状態において電池の放電電流量を積算した放電電流積算量を算出する放電電流積算量算出手段をなし、総実力容量算出手段は、相対容量値と放電電流積算量とに基づいて、電池の総実力容量を算出する総実力容量算出手段をなす。また、満充電検出手段１６は、電池の満充電状態を検出する満充電検出手段をなし、記憶手段１２は、電圧と相対容量値とをテーブルとして記憶するテーブル記憶手段をなし、バッテリ劣化度合判定手段１５は、総実力容量と所定のしきい値とを比較し、総実力容量が前記所定のしきい値以下の場合には、電池が劣化している旨を外部出力する電池劣化検出手段をなす。
【００３６】図５は、コントローラ５１の各構成部による処理のフローチャートを示す。先ずステップＳ１において、放電電流量積算手段１７により、バッテリ電流検出手段３２が検出した放電電流量を積算しており、続くステップＳ２にて放電停止を検出するまで、その積算をする。例えば、放電停止の検出は、放電停止判定手段１１による車両の停止状態の検出を参照して行う。また、放電停止を検出するまで積算された放電電流積算量Ｘは、放電電流積算量記憶手段１８に記憶される。
【００３７】ステップＳ２において放電停止を検出すると、満充電検出手段１６により、前回の充電で満充電になされているか否かを判定して、前回の充電において満充電とされている場合、ステップＳ４に進み、そうでない場合、当該図５に示す処理を処理を終了する。ステップＳ４では、放電停止判定手段１１により、放電停止、すなわち車両停止の経過時間（継続時間）ｔをカウントし、続くステップＳ５においてそのカウントした経過時間ｔが所定時間以上か否かを判定する。ステップＳ５において車両停止の経過時間ｔが所定時間以上になった場合、ステップＳ６に進む。
【００３８】ステップＳ６では、バッテリ電圧検出手段３１により開放電圧Ｖを計測し、続くステップＳ７において、相対容量算出手段１３により、その計測した開放電圧Ｖから前述のテーブルと（１）式とを用いて相対容量ＳＯＣを算出する。続いてステップＳ８において、総実力容量算出手段１４により、その相対容量ＳＯＣと放電電流積算量記憶手段１８に記憶した放電電流積算量Ｘに基づいて、前記（２）式により、総実力容量ＴＳＯＣを算出する。
【００３９】続いてステップＳ９において、総実力容量ＴＳＯＣが所定値（公称容量）以下であるか否かを判定して、総実力容量ＴＳＯＣが所定値（公称容量）以下の場合、当該図５に示す処理を終了し、そうでない場合、ステップＳ１０に進み、表示部２１による劣化である旨の表示を行い、当該図５に示す処理を終了する。なお、前述したように、バッテリ５１が劣化しているとの判断は、総実力容量ＴＳＯＣが所定値以下になっている場合にバッテリ５１が劣化していると判断してもよい。
【００４０】このようなバッテリ容量管理装置の動作は次のようになる。バッテリ容量管理装置は、放電停止を検出するまでバッテリ５１の放電電流を積算し、放電電流積算量Ｘを得る（前記ステップＳ１）。そして、バッテリ容量管理装置は、放電停止を検出し（前記ステップＳ２）、前回の充電が満充電であった場合には（前記ステップＳ３）、当該放電停止が所定時間経過した後に（前記ステップＳ４及びステップＳ５）、開放電圧Ｖの計測を行う（前記ステップＳ６）。なお、所定時間経過前に再び放電を検出した場合、当該処理を終了するようにしてもよい。
【００４１】そして、バッテリ容量管理装置は、計測した開放電圧Ｖに基づいて相対容量ＳＯＣを求めて（前記ステップＳ７）、この相対容量ＳＯＣと先に得ている放電電流積算量Ｘとに基づいて総実力容量ＴＳＯＣを求める（前記ステップＳ８）。この総実力容量ＴＳＯＣが公称容量よりも小さい場合、表示部２１によりバッテリ５１が劣化している旨を表示する（前記ステップＳ９及びステップＳ１０）。
【００４２】次に効果を説明する。以上のように、バッテリ容量管理装置は、繰り返して充放電されたバッテリ５１の総実力容量を求め、この求めた総実力容量に基づいてバッテリ５１の劣化を検出することができる。また、バッテリ容量管理装置は、前述したように、バッテリ５１が満充電とされることを条件としており、その満充電からの放電電流積算量に基づいて総実力容量を求めている。これにより、バッテリ容量管理装置は、バッテリ５１を完全に放電することを要することなく、総実力容量を求めることを実現している。
【００４３】また、開放電圧と相対容量との関係（ＳＯＣ）は、図３に示したように、放電後の開放電圧から相対的な容量が一意的に定まり、また、図４に示したように、充放電を繰り返すことによっても変化しない。本発明はこのような特性を利用して、開放電圧から相対容量を求めているので、前記総実力容量を簡単かつ精度よく求めることができる。
【００４４】さらに、図６は、横軸に放電停止経過時間をとり、縦軸に放電後の無負荷時の開放電圧Ｖをとり、開放電圧Ｖの放電停止経過時間による変化を示している。この関係にも示すように、開放電圧Ｖは、短時間で一定値に収束或いは安定するようになるので、このような関係を利用して、相対容量ＳＯＣを求める開放電圧Ｖを決定することで（前記ステップＳ４〜ステップＳ６）、前記総実力容量を精度よく求めることができる。
【００４５】また、バッテリ容量管理装置は、そのようにして求めた総実力容量に基づいて得たバッテリの劣化状況を外部出力している。これにより、運転者等には、精度が高い総実力容量に基づくことで、有用な情報としてのバッテリの劣化情報が提供されるようになる。なお、バッテリの経時劣化という現象が長期においてみられる現象であることから、前述したような図５の処理手順によるバッテリの管理は、比較的長い時間をサイクルとして行うようにしてもよい。或いは、比較的短い時間のサイクルで行ってもよいが、バッテリの劣化が以前よりも変化したときにのみ、その旨を外部出力するようにしてもよい。
【００４６】次に第２の実施の形態を説明する。第２の実施の形態は、電動車両やハイブリッド車両の動力源に使用されるバッテリの容量を最適に管理するとともに、そのバッテリの総実容量を求めるように構成したバッテリ容量管理装置である。第２の実施の形態でも、図７に示すように、車両５０は、二次電池であるリチウムイオン電池からなるバッテリ５１を搭載している。そして、バッテリ５１及び充電器５２に、バッテリ容量管理装置が接続されている。ここで、バッテリ５１は、電動機をなす車両５０に電力を供給するとともに、車両５０からの回生電力が供給されて充電されるようになっている。
【００４７】バッテリ容量管理装置は、第２の実施の形態でも第１の実施の形態と同様に、コントローラ１０、表示部２１及び温度センサ２２を備えている。そして、図７に示すように、コントローラ１０は、前記図１に示した第１の実施の形態の構成に加えて、相対容量記憶手段６１、容量判定手段６２、並びに充電開始及び停止指令手段６３を備えている。
【００４８】相対容量記憶手段６１は、相対容量算出手段１３が算出した相対容量を記憶する。容量判断手段６２は、その相対容量算出手段１３に記憶されている相対容量に基づいて容量判定を行う。例えば、相対容量として５０％、６０％のしきい値を用いて容量判定を行う。この容量判定手段６２は、容量判定結果を充電開始及び停止指令手段６３に出力する。
【００４９】充電開始及び停止指令手段６３は、前記容量判定手段６２の容量判定結果に基づいて車両５０に充電開始や充電停止の指令を出力する。なお、この充電開始及び停止指令手段６３は、相対容量値が中間値付近になるように電池への充電を制御する充電制御手段をなす。また、第２の実施の形態では、第１の実施の形態における放電電流積算手段１７に換えて、充放電電流積算手段６４を備え、この充放電電流積算手段６４により、充電量も積算できるようにしている。
【００５０】このような構成を備えたコントローラ５１の処理手順を図８及び図９に示す。先ず、図８を用いてコントローラ５１の処理手順を説明する。この図８に示す処理は、バッテリ容量を一定容量に管理するための処理である。先ずステップＳ２１において車両停止を判定する。例えば、車両停止の検出は、放電停止判定手段１１による放電停止状態の検出を参照して行う。
【００５１】ステップＳ２１において車両停止を検出すると、続くステップＳ２２において車両停止時間の経過時間（継続時間）ｔをカウントし、さらに続くステップＳ２３においてそのカウントした経過時間ｔが所定時間以上か否かを判定する。ステップＳ２３において車両停止の経過時間ｔが所定時間以上になった場合、ステップＳ２４に進む。
【００５２】ステップＳ２４では、バッテリ電圧検出手段３１により開放電圧Ｖ１を計測し、続くステップＳ２５において、相対容量算出手段１３により、その計測した開放電圧Ｖ１から前述のテーブルと（１）式とを用いて、相対容量ＳＯＣ１を算出する。算出した相対容量ＳＯＣ１は、相対容量記憶手段６１に記憶される。続いてステップＳ２６において、車両が走行開始したか否かを判定する。例えば、車両の走行開始の検出は、放電停止判定手段１１による放電停止状態の検出を参照して行う。すなわち、放電開始された場合、車両が走行開始したことを検出する。このステップＳ２６において車両が走行開始したことを検出した場合、容量判定手段６２により、相対容量記憶手段６１に記憶されている相対容量ＳＯＣ１が６０％以上か否か、或いは相対容量ＳＯＣ１が５０％以下か否かを判定する。
【００５３】すなわち、ステップＳ２７において、容量判定手段６２により、相対容量記憶手段６１に記憶されている相対容量ＳＯＣ１が６０％以上か否かを判定する。ここで、相対容量ＳＯＣ１が６０％以上の場合、ステップＳ２８に進み、相対容量ＳＯＣ１が６０％未満の場合、ステップＳ２９に進む。ステップＳ２８では、充電開始及び停止指令手段６３により、車両５０へ充電停止の指令を出す。
【００５４】ステップＳ２９では、容量判定手段６２により、相対容量記憶手段６１に記憶されている相対容量ＳＯＣ１が５０％以下か否かを判定する。ここで、相対容量ＳＯＣ１が５０％以下の場合、ステップＳ３０に進み、充電開始及び停止指令手段６３により、車両５０へ充電指令を出す。このように、ステップＳ２７〜ステップＳ３０の処理により、相対容量ＳＯＣ１が６０％以上の場合、車両５０へ充電停止の指令を出し、また、相対容量ＳＯＣ１が５０％以下の場合、車両５０へ充電指令（充電開始指令）を出す。このような車両５０への充電停止や充電開始の指令を出すなどして、コントローラ５１は、当該図８に示す処理を終了する。
【００５５】次に、図９を用いてコントローラ５１の処理手順を説明する。この図９に示す処理は、バッテリの総実力容量を求めるための処理である。コントローラ５１は、前述の図８に示す処理で得た相対容量ＳＯＣ１をもとにバッテリの総実力容量を求めている。すなわち、図９に示すステップＳ３１〜ステップＳ４５の処理は、図８に示したステップＳ２１〜ステップＳ２５の処理と同様な処理であり、相対容量（以下、第１の相対容量という。）ＳＯＣ１を得ている。この第１の相対容量ＳＯＣ１は、相対容量記憶手段６１に記憶される。
【００５６】そして、図９に示すステップＳ４６において、図８に示したステップＳ２６の処理と同様に、車両が走行開始したか否かを判定する。このステップＳ４６において車両が走行開始したことを検出した場合、ステップＳ４７に進む。ステップＳ４７では、充放電電流積算量Ｘのカウントを開始する。具体的には、充放電電流量積算手段６４により、バッテリ電流検出手段３２が検出した充放電電流量を積算する。具体的には、第１の相対容量ＳＯＣ１を検出したタイミングＴ１から充放電電流量を積算する。放電時の電流量を正の値とし、充電時の電流量を負の値として、充放電電流量を積算する。つまり、この第２の実施の形態では、前述の第１の実施の形態と異なり、車両５０からの回生電力によりバッテリ５１が充電されることから、充電電流量を加味して、実質的には放電電流積算量を得る。
【００５７】そして、ステップＳ４８において、充放電電流量積算手段６４により得た充放電電流量Ｘを放電電流積算量記憶手段１８に記憶していく。例えば、各サンプリング時間毎に得た充放電電流積算量Ｘを上書きして記憶していく。続いてステップＳ４９において車両停止を判定する。例えば、車両停止の検出は、放電停止判定手段１１による放電停止状態の検出を参照して行う。
【００５８】ステップＳ４９において車両停止を検出すると、続くステップＳ５０において車両停止時間の経過時間（継続時間）ｔをカウントし、さらに続くステップＳ５１においてそのカウントした経過時間ｔが所定時間以上か否かを判定する。ステップＳ５１において車両停止の経過時間ｔが所定時間以上になった場合、ステップＳ５２に進む。
【００５９】ステップＳ５２では、バッテリ電圧検出手段３１により開放電圧Ｖ２を計測し、続くステップＳ５３において、相対容量算出手段１３により、その計測した開放電圧Ｖ２から前述のテーブルと（１）式とを用いて、第２の相対容量ＳＯＣ２を算出する。ここでの第２の相対容量ＳＯＣ２の算出は、タイミングＴ２での算出となる。算出した第２の相対容量ＳＯＣ２は、相対容量記憶手段６１に記憶される。
【００６０】続いてステップＳ５４において、総実力容量算出手段１４により、相対容量記憶手段６１に記憶されている第１の相対容量ＳＯＣ１及び第２の相対容量ＳＯＣ２、並びに放電電流積算量記憶手段１８に記憶した充放電電流積算量Ｘに基づいて、下記（３）式により、総実力容量ＴＳＯＣを算出する。前述したように、前記ステップＳ４７では、充放電電流積算量Ｘのカウントを開始するとともに、前記ステップＳ４８では、その充放電電流量積算手段６４により得た充放電電流量Ｘを放電電流積算量記憶手段１８に順次記憶している。そして、このような充放電電流積算量Ｘのカウントやその充放電電流積算量Ｘの記憶は、前記ステップＳ５３或いはステップＳ５４の処理直前まで行っている。すなわち、ステップＳ５４で計算で使用する充放電電流積算量Ｘは、第２の相対容量ＳＯＣ２を得たタイミングＴ２までの充放電電流量を積算した値である。
【００６１】
総実力容量ＴＳＯＣ＝（１００／（ＳＯＣ１−ＳＯＣ２））×Ｘ ・・・（３）
続いてステップＳ５５において、総実力容量ＴＳＯＣが所定値（公称容量）以下であるか否かを判定して、総実力容量ＴＳＯＣが所定値（公称容量）以下の場合、当該図９に示す処理を終了し、そうでない場合、ステップＳ５６に進み、表示部２１による劣化である旨の表示を行い、当該図９に示す処理を終了する。
【００６２】なお、前述したように、バッテリ５１が劣化しているとの判断は、総実力容量ＴＳＯＣが所定値以下になっている場合にバッテリ５１が劣化していると判断してもよい。このようなバッテリ容量管理装置の動作は次のようになる。バッテリ容量管理装置は、車両停止を検出してかつ当該停止時間が所定時間経過した後に（前記ステップＳ２１、ステップＳ２２及びステップＳ２３）、開放電圧Ｖ１を計測し（前記ステップＳ２４）、さらに、この計測した開放電圧Ｖ１に基づいて相対容量ＳＯＣ１を求める（前記ステップＳ２５）。
【００６３】そして、バッテリ容量管理装置は、車両５０が走行開始した場合（前記ステップＳ２６）、相対容量ＳＯＣ１に基づいて車両５０に充電停止又は充電開始の命令を出力する（前記ステップＳ２７〜ステップＳ３０）。具体的には、相対容量ＳＯＣ１が６０％以上の場合には、車両５０へ充電停止の指令を出し（前記ステップＳ２７及びステップＳ２８）、相対容量ＳＯＣ１が５０％以下の場合には、車両５０へ充電開始の指令を出す（前記ステップＳ２９及びステップＳ３０）。これにより、車両５０による充電が制限されて、相対容量ＳＯＣ１でみた場合、バッテリ容量が５０％〜６０％の範囲内に制御される。
【００６４】このように、バッテリ容量管理装置は、バッテリ容量を一定容量に管理する。そして、その一方で、バッテリ容量管理装置は、バッテリ５１の総実力容量を求めるための処理を行う。すなわち、バッテリ容量管理装置は、第１の相対容量ＳＯＣ１を得て（前記ステップＳ４１〜ステップＳ４５）、車両が走行開始したことを検出した場合（前記ステップＳ４６）、充放電電流積算量Ｘのカウントを開始し（前記ステップＳ４７）、その充放電電流積算量Ｘを順次記憶していく（前記ステップＳ４８）。
【００６５】その後、バッテリ容量管理装置は、車両停止を検出してかつ当該停止時間が所定時間経過したとき（前記ステップＳ４９〜ステップＳ５１）、開放電圧Ｖ２を計測し（前記ステップＳ５２）、さらに、この計測した開放電圧Ｖ２に基づいて第２の相対容量ＳＯＣ２を求める（前記ステップＳ５３）。バッテリ容量管理装置は、この第２の相対容量ＳＯＣ２と、先に求めている第１の相対容ＳＯＣ１と、放電電流積算量記憶手段１８に記憶されている充放電電流積算量Ｘ（第２の相対容量ＳＯＣ２の計測タイミングＴ２で得ている充放電電流積算量Ｘ）とに基づいて総実力容量ＴＳＯＣを求める（前記ステップＳ５４）。この総実力容量ＴＳＯＣが公称容量よりも小さい場合、表示部２１によりバッテリ５１が劣化している旨を表示する（前記ステップＳ５５及びステップＳ５６）。
【００６６】次に第２の実施の形態における効果を説明する。前述したように、車両５０による充電を制御して、バッテリ容量を相対容量ＳＯＣ１で５０％〜６０％の範囲内に維持している。ハイブリッド車両においては、バッテリが車両（電動機）からの回生電力を受け入れられるように、さらには、要求があればバッテリから車両（電動機）に電力を供給できるように、満充電の状態（１００％）と、全く充電されていない状態（０％）との中間値付近（５０％〜６０％）に制御されることが望ましい。
【００６７】よって、本発明により、バッテリ容量を相対容量ＳＯＣ１で５０％〜６０％の範囲内に制御することで、バッテリ５１が車両５０からの回生電力を受け入れられるように、且つ要求があればバッテリ５１から車両５０に電力を供給できるように、バッテリ容量を管理することができる。そして、このようにバッテリ容量を管理しつつも、総実力容量を求めることを実現している。
【００６８】また、総実力容量の算出では、完全に放電することなく、その算出を実現している。前述したように、バッテリ容量は、要求があればバッテリから車両（電動機）に電力を供給できるような状態にしておくことが望ましいことから、このような要望を満たしつつ、総実力容量の算出を実現している。また、前述の第１の実施の形態では、満充電を前提とした総実力容量の算出を行っているが、これでは、総実力容量を算出しようとした場合、前述した要請としてのバッテリが回生電力を受け入れられるようにするといったことを満足できない。しかし、第２の実施の形態では、前記（３）式に示すように、満充電を前提としないで総実力容量を求めることができ、これにより、バッテリが回生電力を受け入れられるようにすることの要請を満足しつつ、総実力容量を求めることができる。
【００６９】さらに、第２の実施の形態における効果は、第１の実施の形態の場合と効果なもある。すなわち、開放電圧と相対容量との関係（ＳＯＣ）は、図３に示したように、放電後の開放電圧から相対的な容量が一意的に定まり、また、図４に示したように、充放電を繰り返すことによっても変化しない。本発明をこのような特性を利用して、開放電圧から相対容量を求めているので、前記総実力容量を簡単かつ精度よく求めることができる。
【００７０】さらに、前記図６の関係に示すように、開放電圧は、短時間で一定値に収束或いは安定するようになるので、このような関係を利用して、相対容量ＳＯＣを求める開放電圧を決定することで、前記総実力容量を精度よく求めることができる。また、バッテリ容量管理装置は、そのようにして求めた総実力容量に基づいて得たバッテリの劣化状況を外部出力している。これにより、運転者等には、精度が高い総実力容量に基づくことで、有用な情報としてのバッテリの劣化情報が提供されるようになる。
【００７１】以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明が前述の実施の形態に適用されることに限定されないことはいうまでもない。前述の実施の形態は、二次電池であるリチウムイオン電池の容量を管理する場合について説明したが、他の電池の容量の管理をするようにしてもよい。すなわち、電圧により相対容量値が一意的に定まる電池でありさえすれば、本発明を適用して構成した容量管理装置によりその容量を管理することができる。
【００７２】また、前述の実施の形態では、車両動力用の電池の容量を管理する場合について説明したが、本発明は、車両動力用の電池に限定されない他の電池の容量を管理する場合にも適用してもよい。また、前述の情実施の形態において、バッテリ５１の容量を管理するための各手段がソフトウェアプログラムとして実現されるものでもよい。
【００７３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、電池の放電後の開放電圧により当該電池の相対容量値が一意的に定まる関係を利用し、開放電圧から相対容量値を得て、相対容量値に基づいて総実容量を算出しており、簡単かつ精度よく総実容量を算出できるという効果がある。
【００７４】特に請求項２及び請求項１２記載の発明によれば、総実容量の算出には電池が満充電にされることだけが要件であるので、完全に放電するといった手間をなくして、総実容量を算出することができるという効果がある。また、請求項４及び請求項１４記載の発明によれば、電池の相対容量値が中間値付近になるように電池への充電を制御しつつも、この相対容量値に基づいて総実力容量を算出しており、これにより、電池から電力を供給可能にするとともに、回生電力により電池への充電可能としつつ、相対容量値に基づいて総実力容量を算出することができる。
【００７５】また、請求項８及び請求項１９記載の発明によれば、総実力容量に基づいて電池が劣化している旨を外部出力するようにしており、使用者に電池状態に関する有用な情報を提供できる効果がある。また、請求項２０記載の発明によれば、車両の停止を参照して、電池の無負荷状態を検出することができる。
【出願人】 【識別番号】００００１００７６
【氏名又は名称】ヤマハ発動機株式会社
【住所又は居所】静岡県磐田市新貝２５００番地
【出願日】 平成１４年１０月１５日（２００２．１０．１５）
【代理人】 【識別番号】１０００６６９８０
【弁理士】
【氏名又は名称】森 哲也 （外２名）
【公開番号】 特開２００３−２２４９０１（Ｐ２００３−２２４９０１Ａ）
【公開日】 平成１５年８月８日（２００３．８．８）
【出願番号】 特願２００２−３００７８５（Ｐ２００２−３００７８５）