專利名稱：蓄電池剩余容量測量儀和殘余容量計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測定在各種機(jī)器上使用的蓄電池剩余容量的蓄電池剩余容量測量儀和該容量測量儀采用的剩余容量的計(jì)算方法，特別是涉及適合電動(dòng)車輛等行馳驅(qū)動(dòng)用蓄電池的剩余容量測量儀及其計(jì)算方法。
公知的計(jì)算蓄電池剩余容量的方法有以開路電壓檢測方式，累計(jì)方式為代表的計(jì)算方法。所謂開路電壓檢測方式是利用蓄電池的負(fù)載釋放時(shí)的端電壓隨著該蓄電池的剩余容量而變化的關(guān)系，預(yù)先準(zhǔn)備一個(gè)與負(fù)載釋放時(shí)的端電壓相應(yīng)的剩余容量的對應(yīng)表，根據(jù)端電壓便可直接計(jì)算出剩余容量。所謂累計(jì)方式是長時(shí)間測量蓄電池的放電電流或電功率并進(jìn)行累計(jì)，通過從蓄電池開始使用時(shí)的初始容量中減去已使用的累計(jì)量，便可計(jì)算出目前蓄電池的剩余容量。于是，以這兩種方式為基本方式產(chǎn)生了各種各樣的蓄電池剩余容量測量儀的實(shí)用化方案。
其中的開路電壓檢測方式由于必須測定負(fù)載釋放時(shí)的端電壓，所以不適合用于負(fù)載釋放機(jī)會少的場合。因此，在使用經(jīng)過長時(shí)間持續(xù)放電的例如電動(dòng)車輛行駛驅(qū)動(dòng)用的蓄電池等的場合下，應(yīng)該利用累計(jì)方式的蓄電池剩余容量測量儀。
但是，在累計(jì)方式的蓄電池剩余容量測量儀中，由于必需經(jīng)過長時(shí)間對蓄電池放電電流或電功率進(jìn)行正確的累計(jì)，需要用精度高的檢測手段，所以有成本高的缺點(diǎn)。
由于在蓄電池開始放電時(shí)刻的剩余容量(即初始容量)值中含有誤差的狀態(tài)將一直持續(xù)到理論上的放電結(jié)束為止，因此這種累計(jì)方式存在不能消除這個(gè)誤差的問題。另外，在當(dāng)前，正確地掌握這樣的初始容量在技術(shù)上也是困難的。而在例如利用開路電壓檢測方式確定初始容量時(shí)，由于在剛充放電之后蓄電池開路電壓不穩(wěn)定，所以必然會發(fā)生由于這個(gè)不穩(wěn)定電壓引起的測量誤差。
本發(fā)明鑒于上述的問題，而把提供一種成本低，精度高的累計(jì)方式的蓄電池剩余容量測量儀和利用該容量測量儀計(jì)算剩余容量的方法作為目的。
本發(fā)明的蓄電池剩余容量測量儀的特征在于，在計(jì)算蓄電池的電流或電功率的累計(jì)量，并由顯示單元分級顯示對應(yīng)該累計(jì)量計(jì)算值的剩余容量的蓄電池容量測量儀中，包括保持與在某個(gè)特定放電電流或放電電功率下蓄電池的端電壓和該蓄電池的剩余容量有關(guān)的至少一個(gè)數(shù)據(jù)表的存儲器；檢測蓄電池的放電輸出是否與上述特定的放電電流或放電電功率一致或在近似范圍的輸出判定單元；在上述輸出判定單元的檢測開始時(shí)刻通過上述的數(shù)據(jù)表獲得對應(yīng)所述時(shí)刻的端電壓的剩余容量的讀出單元；當(dāng)誤差被上述讀出單元獲得的剩余容量和顯示單元的指示值認(rèn)定時(shí)，在顯示單元的上述分級顯示不變的范圍內(nèi)，使上述累計(jì)量計(jì)算值增減的修正單元。
本發(fā)明的蓄電池剩余容量的計(jì)算方法的特征在于，在計(jì)算蓄電池的電流或電功率的累計(jì)量、并由顯示單元分級顯示對應(yīng)所述累計(jì)量計(jì)算值的剩余容量的蓄電池剩余容量測量儀的剩余容量計(jì)算方法中，包括在蓄電池的輸出與某個(gè)特定的放電電流或放電電功率一致或在近似范圍內(nèi)時(shí)參照在該放電電流或放電電功率下蓄電池端電壓與剩余容量關(guān)系的數(shù)據(jù)表，讀出對應(yīng)所述時(shí)刻端電壓的剩余容量，當(dāng)根據(jù)該讀出值和顯示單元的顯示值認(rèn)定有誤差時(shí)，在改變顯示單元的上述分級顯示的范圍內(nèi)，使上述累計(jì)量計(jì)算值增減。
如上所述，為了減少累計(jì)值的誤差累積，累計(jì)方式的蓄電池剩余容量測量儀必須用高精度的檢測電路。另外，由于正確地掌握初始容量在目前的技術(shù)中是困難的，而在該誤差操作中整個(gè)精度一旦受到影響，就難于提高精度。
按照本發(fā)明的蓄電池剩余容量測量儀和剩余容量計(jì)算方法，在放電電流或放電電功率與某一特定值一致或在近似范圍內(nèi)時(shí)，對應(yīng)所述時(shí)刻的端電壓值，讀出預(yù)先存儲在數(shù)據(jù)表中的剩余容量，并在電流或電功率的累計(jì)量計(jì)算中加上修正量。也就是說，即使檢測電路的精度不高，也能限制誤差的積累。另外，由于修正量被限制在不使現(xiàn)在的顯示單元的顯示發(fā)生變化的范圍內(nèi)，所以，通過進(jìn)行修正防止了顯示等級的急劇下降的方向變化或在放電中的顯示等級向上升方向變化等不自然情況，使顯示等級的增減與蓄電池的容量增減變成完全一致。因此不會損害累計(jì)方式的蓄電池剩余容量測量儀的本質(zhì)性能，保證了高的可靠性。


圖1是與本發(fā)明的第一具體例有關(guān)的蓄電池剩余容量測量儀的系統(tǒng)構(gòu)成圖。
圖2是與該實(shí)施例有關(guān)的蓄電池剩余容量測量儀的顯示單元的正面外觀圖。
圖3是說明該例的電流累計(jì)操作與顯示的關(guān)系的原理說明圖。
圖4是表示一般的蓄電池以定電流放電時(shí)端電壓的下降特性的示圖。
圖5是表示確定該例的檢測容量值Cr時(shí)使用的數(shù)據(jù)表的概要示圖。
圖6是表示該例的蓄電池剩余容量計(jì)算方法的概要流程圖。
圖7是表示該例的蓄電池剩余容量計(jì)算方法的內(nèi)部運(yùn)算操作流程圖。
圖8是表示使該例的累計(jì)電流值減少的修正處理說明圖。
圖9是表示使該例的累計(jì)電流值增加的處理說明圖。
圖10是表示對該例通常的蓄電池電流累計(jì)操作進(jìn)行更新處理的說明圖。
圖11是表示與本發(fā)明的第二具體例子有關(guān)的蓄電池剩余容量計(jì)算方法的內(nèi)部運(yùn)算操作的流程圖。
圖12是表示第二具體例的蓄電池充電時(shí)對累計(jì)操作進(jìn)行更新處理的說明圖。
圖中1 蓄電池剩余容量測量儀2 被測定的蓄電池3 電流檢測器4 運(yùn)算放大器(蓄電池電流檢測用)5 運(yùn)算放大器(蓄電池電壓檢測用)6 模擬多路轉(zhuǎn)換器7 A/D轉(zhuǎn)換器8 微型計(jì)算機(jī)9 晶體振蕩器(微型計(jì)算機(jī)用)10 ROM(微型計(jì)算機(jī)用)11 顯示單元12 DC/DC轉(zhuǎn)換器13 顯示單元的發(fā)光二極管組件M 負(fù)載(行駛用電動(dòng)機(jī))C 容量顯示值T 修正和累計(jì)操作的執(zhí)行間隔時(shí)間Ir 特定電流值I 檢測電流值V 檢測電壓值Cr 根據(jù)蓄電池端電壓檢測的檢測剩余容量值K 修正系數(shù)Q 各剩余容量電平區(qū)間的每個(gè)電流累計(jì)值A(chǔ)Q 與各剩余容量電平區(qū)間相同的區(qū)間全量電流值下面就圖1至圖10所示的第一具體例子對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
如圖1的系統(tǒng)構(gòu)成圖所示那樣，與發(fā)明有關(guān)的蓄電池剩余容量測量儀1的構(gòu)成如下與從作為測量對象的蓄電池2的正極端子連接到電動(dòng)機(jī)等負(fù)載M上的供電線相連的電流檢測器3、與該電流檢測器3相連的運(yùn)算放大器4、與蓄電池2并連、檢測蓄電池端電壓的運(yùn)算放大器5、選擇轉(zhuǎn)換這些運(yùn)算放大器4、5的輸出之一、獲得各個(gè)模擬輸出的模擬多路轉(zhuǎn)換器6、把該模擬輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出的A/D轉(zhuǎn)換器7、帶有晶體振蕩器9和ROM(讀出專用存儲器)10的微型計(jì)算機(jī)8；和與該微型計(jì)算機(jī)8相連的顯示單元11，向各電路組提供確定驅(qū)動(dòng)電流的DC/DC轉(zhuǎn)換器12。
也就是說，上述蓄電池2使用的是具有確定容量的蓄電池，應(yīng)該使被該蓄電池2的供給電功率驅(qū)動(dòng)的負(fù)載M最終在搭載該蓄電池2的機(jī)器上可以保持充分的操作時(shí)間。另外，該蓄電池2與圖中省略的充電器相連，通過使該充電器充電，例如供電動(dòng)車輛使用并在電動(dòng)車輛再生制動(dòng)時(shí)和在機(jī)器的運(yùn)行中可以進(jìn)行充電操作。
將上述電流檢測器3連接在從蓄電池2到負(fù)載M的供電線上，并檢測流過該供電線的蓄電池放電電流或充電電流，把該電流的大小轉(zhuǎn)換成具有高低電壓值的電流值信號，輸出給運(yùn)算放大器4。關(guān)于檢測該蓄電池放電電流的方法可以舉出用與蓄電池串聯(lián)的分流器電阻法，利用霍爾元件的電流檢測器方法，也可以用任何適合的方法。
與該電流檢測器3相連的運(yùn)算放大器4和與蓄電池2并聯(lián)的運(yùn)算放大器5分別把檢測到的和輸入的蓄電池電流值及蓄電池端電壓放大成與后級A/D轉(zhuǎn)換器7的容許電壓相適合的電壓，并輸出給模擬多路轉(zhuǎn)換器6。
該模擬多路轉(zhuǎn)換器6根據(jù)微型計(jì)算機(jī)8的指令信號轉(zhuǎn)換到接通狀態(tài)，把運(yùn)算放大器4或運(yùn)算放大器5的模擬輸出信號擇-地輸出給合適的A/D轉(zhuǎn)換器7。
該A/D轉(zhuǎn)換器7把輸入的運(yùn)算放大器4和運(yùn)算放大器5的模擬輸出信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并將該數(shù)字信號輸送給微型計(jì)算機(jī)8。
該微型計(jì)算機(jī)8裝備有把由A/D轉(zhuǎn)換器7輸出的數(shù)字信號讀入存儲空間的輸入接口，根據(jù)該讀出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號進(jìn)行一定處理/確定的CPU和存儲該處理中用的各種數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)表等的ROM10。此外，通過與該微型計(jì)算機(jī)8相連的專用晶體振蕩器的振動(dòng)操作，為該微型計(jì)算機(jī)提供操作時(shí)鐘。于是，利用內(nèi)裝在該微型計(jì)算機(jī)8內(nèi)的程序和數(shù)據(jù)表，在下述本例的累計(jì)方式剩余容量計(jì)算方法中實(shí)現(xiàn)了把根據(jù)端電壓計(jì)算剩余容量方式中確定的修正處理進(jìn)行組合的剩余容量計(jì)算方法。
顯示單元11與該微型計(jì)算機(jī)8相連接，計(jì)算機(jī)把進(jìn)行確定的修正處理的顯示電平信號輸出給顯示單元11。
另外，也可以根據(jù)端電壓和剩余容量通過逆運(yùn)算推算出蓄電池的電流值。在這種情況下，由于不需要檢測電流，所以可以節(jié)省電流檢測器3，運(yùn)算放大器5和模擬多路轉(zhuǎn)換器6，從而簡化作為剩余容量測量儀1的電路。
顯示單元11配置在使機(jī)器的使用者容易觀察到的位置上，如圖2所示的正面外形的一個(gè)例子那樣，在面板上配置由沿水平方向排列的10個(gè)LED(發(fā)光二極管)構(gòu)成的LED組件13。于是，對應(yīng)從微型計(jì)算機(jī)輸出的顯示電平數(shù)使其發(fā)光個(gè)數(shù)增減，通過分級顯示向使用者明確地顯示在該時(shí)刻蓄電池的剩余容量。也就是說，在蓄電池滿充電狀態(tài)的情況下，這10個(gè)LED全部發(fā)光，隨著剩余容量的減少，發(fā)光個(gè)數(shù)逐漸減少，在放電末期所有的LED全部熄滅。因此，在圖2中，由于有六個(gè)LED發(fā)光，所以顯示出在該使用時(shí)刻蓄電池的剩余容量在50％以上而在60％以下。
也可以通過使D/A轉(zhuǎn)換器同微型計(jì)算機(jī)8的后級相連利用模擬式電壓表作為顯示單元進(jìn)行容量顯示。此外，作為顯示方法，不限于利用顯示單元的LED發(fā)光數(shù)目的增減，也可以利用顯示范圍的增減，輝復(fù)變化顏色變化的增減顯示等的分級顯示。
上述DC/DC轉(zhuǎn)換器12在使隨著蓄電池2的放電操作變動(dòng)的蓄電池供給電壓降壓的同時(shí)，變換成適當(dāng)電平的穩(wěn)定電壓，然后向上述各電路組分配供給驅(qū)動(dòng)電流。
在這樣構(gòu)成的蓄電池剩余容量測量儀1中使用本例的剩余容量計(jì)算方法，在累計(jì)方式的剩余容量計(jì)算法中，把根據(jù)端電壓的剩余容量計(jì)算方式獲得的一定修正處理進(jìn)行組合，可以使精度提高一個(gè)層次。
也就是說，首先，本例的剩余容量對應(yīng)于從滿充電狀態(tài)到放電結(jié)束的全放電的可能容量，顯示出從現(xiàn)時(shí)刻的充電狀態(tài)到放電結(jié)束的放電可能容量的百分比，即，在滿充電時(shí)，使顯示單元11的LED全部發(fā)光，隨著剩余容量減少，使LED的發(fā)光個(gè)數(shù)減少，向使用者顯示出蓄電池放電時(shí)的容量剩余狀態(tài)。
因此，對應(yīng)該顯示單元中LED的數(shù)目，把在本例方法中使用的內(nèi)部計(jì)算處理用的容量顯示值C設(shè)定為從0至10的11個(gè)段的整數(shù)，如圖3所示那樣，對應(yīng)于該容量顯示值的數(shù)值，在容量軸上，把蓄電池的全放電可能容量分割成若干個(gè)區(qū)間。于是，在蓄電池的放電使用開始時(shí)，通過初始化處理對這個(gè)時(shí)刻的蓄電池剩余容量進(jìn)行推算，確定對應(yīng)所述剩余容量的顯示電平區(qū)間。然后根據(jù)這個(gè)確定的顯示電平區(qū)間累計(jì)計(jì)算蓄電池的放電電流，更新處理顯示電平。
本例的電流累計(jì)方式是在這些區(qū)間的每個(gè)區(qū)間內(nèi)累計(jì)計(jì)算從蓄電池放電使用的電流，然后判斷是否超越各區(qū)間，在超越場合下使容量顯示值C降低一個(gè)等級從而進(jìn)行更新。
即，通過在蓄電池放電開始時(shí)進(jìn)行的初始化處理，可以推算初始剩余容量值，根據(jù)該初始容量值，首先，在設(shè)定顯示容量值C的同時(shí)，再設(shè)計(jì)該顯示電平區(qū)間內(nèi)的累計(jì)電流值Q。接著，通過隨蓄電池放電操作所進(jìn)行的電流累計(jì)處理，在電流累計(jì)值C超過該區(qū)間落入下一個(gè)區(qū)間的場合下，把容量顯示值C變更為下一個(gè)區(qū)間的容量顯示值C，同時(shí)舍去電流累計(jì)值Q以前的區(qū)間相應(yīng)的部分，在新的區(qū)間內(nèi)，進(jìn)行同樣的電流累計(jì)值Q的累計(jì)處理。因此，即使在容量顯示值不變化的時(shí)間，蓄電池剩余容量仍放電消耗，剩余容量事實(shí)上會減少。把其減少程度作為電流累計(jì)值Q累計(jì)，在電流累計(jì)值Q超過其顯示電平區(qū)間的區(qū)間全量值△Q的情況下，使容量顯示值C降低一個(gè)等級，再用電流累計(jì)值Q設(shè)定新的顯示電平區(qū)間。另外，如上所述，通過對逐個(gè)區(qū)間進(jìn)行累計(jì)處理，就可以容易地進(jìn)行后述本例的修正處理。
如上所述，對應(yīng)于LED組件13的發(fā)光個(gè)數(shù)把本例中用的容量顯示值C設(shè)計(jì)成從0到10的整數(shù)值，并對其進(jìn)行容易把握該時(shí)刻蓄電池剩余容量的分級顯示。電流累計(jì)值Q是對各個(gè)顯示電平的每個(gè)區(qū)間從放電開始到的放電電流累計(jì)的量，按確定的間隔T檢測出蓄電池供電線上的放電電流I，把該放電電流I加上T秒前的電流累計(jì)值Q，便可計(jì)算出新的電流累計(jì)值Q。
在蓄電池放電使用中根據(jù)蓄電池電流變?yōu)榕c特定電流Ir一致或在近似范圍內(nèi)時(shí)的端電壓確定檢測容量值Cr，并用該值來完善修正累計(jì)處理的修正值。
即，當(dāng)使蓄電池按一定電流放電時(shí)，可觀察到圖4所示的端電壓變化曲線。也就是說，隨著放電時(shí)間的增加，蓄電池的端電壓在大部分放電時(shí)間內(nèi)逐漸減少，在蓄電池可能使用的容量達(dá)到了放電終點(diǎn)時(shí)刻時(shí)，端電壓便急劇地降低。另外，就該放電曲線而言，在溫度等條件相同，且使用同一型號的蓄電池的情況下，對于相同的電流幾乎得到相同的結(jié)果。因此，通過預(yù)先測量記錄與某個(gè)蓄電池的特定放電電流相應(yīng)的上述曲線；在機(jī)器運(yùn)行中，在蓄電池放電電流與其特定的電流值一致時(shí)刻檢測蓄電池的端電壓值，便可以獲得該時(shí)刻的剩余容量。
因此，在本例中，如圖5所示的那樣，可以預(yù)先對應(yīng)蓄電池的特定放電電流Ir把蓄電池端電壓V與剩余容量Cr的關(guān)系作成數(shù)據(jù)表。即使這個(gè)數(shù)據(jù)表由與顯示容量值相對應(yīng)包括0電平在內(nèi)的11個(gè)電平的行構(gòu)成，在區(qū)分這些電平的各行中，剩余容量比值即11個(gè)等級的檢測容量值Cr與和所述檢測容量值Cr相應(yīng)的端電壓值V的上限/下限值相對應(yīng)。因此，在該時(shí)刻檢測的電流值I近似等于特定電流Ir的情況下，根據(jù)蓄電池端電壓值V，參照該表便可以確定前進(jìn)的檢測容量值Cr。
另外，通過選擇蓄電池放電使用可能性最大的電流值，使檢出該特定電流Ir的機(jī)會增加，減少數(shù)據(jù)表的數(shù)目，同時(shí)可以根據(jù)端電壓有效地確定端子檢測容量值Cr。
在本例中，利用該檢測容量值Cr不是對容量顯示值C進(jìn)行直接修正，而是在該顯示區(qū)間內(nèi)對電流累計(jì)值Q進(jìn)行修正，通過間接地對容量顯示值C進(jìn)行修正，最終防止了顯示單元11的剩余容量顯示急劇變動(dòng)的情況發(fā)生。
也就是說，使該顯示區(qū)間內(nèi)的電流累計(jì)值Q只加上或減去相當(dāng)于該區(qū)間邊界的電流累計(jì)量的K等分的份數(shù)。即，該修正系數(shù)K的值為小于1的值，取0＜K＜1范圍的值，在該范圍上可以K是一定的，也可以適當(dāng)變化。因此，通過上述小于1的修正系數(shù)K，對電流累計(jì)值Q經(jīng)常進(jìn)行修正處理，經(jīng)過該修正處理后，經(jīng)確定電流累計(jì)值Q不會超過當(dāng)前的顯示區(qū)間，因此，防止了蓄電池剩余容量顯示急劇地變化。
另外，在本例中，將就搭載在電動(dòng)車輛上的行駛驅(qū)動(dòng)源用的蓄電池的蓄電池剩余量測量儀1進(jìn)行說明，并具體地設(shè)定上述的各設(shè)定值，其說明如下。
例如在電動(dòng)的小型摩托車等電動(dòng)車輛中，搭載標(biāo)稱容量或?qū)嶋H容量為30Ah的密閉型鉛蓄電池作為蓄電池。將該車輛常用的行駛速度設(shè)定為30km/h把車輛的車體重量再加上電動(dòng)機(jī)的輸出等之后，將特定電流Ir設(shè)定為15A1。
當(dāng)蓄電池的全容量為30Ah時(shí)，根據(jù)容量顯示值C把整體分為10個(gè)等級，放電以一個(gè)等級為30Ah的1/10即3Ah變化，應(yīng)將區(qū)間的全量值△Q設(shè)定為3Ah。接著，如把電流累計(jì)的間隔T定為0.5秒，則為了使每隔這個(gè)時(shí)間間隔檢出的放電電流不用換算地累計(jì)，可以把區(qū)間全量值△Q設(shè)定為徑進(jìn)行時(shí)間換算后按下式求出的值。
△Q＝3Ah/(0.5/60/60)h＝21600A因此，應(yīng)將區(qū)間全量值△Q設(shè)定為21600A。另外，如果設(shè)定間隔T為2秒，則根據(jù)上式，應(yīng)將△Q設(shè)定為5400A，即在每個(gè)間隔T內(nèi)認(rèn)為檢測出的電流值是連續(xù)的。
此外把修正累計(jì)電流值Q的修正系數(shù)K設(shè)定為0.5。
利用上述的各設(shè)定值，通過圖6所示的流程圖便可以完成蓄電池剩余容量測量儀1的剩余量計(jì)算方法。即，本流程包括，在蓄電池放電開始時(shí)確定開始時(shí)的剩余容量的初始化程序P100；在蓄電池放電電流I與特定電流Ir近似的情況下，檢測電壓V后再參照數(shù)據(jù)表、根據(jù)端電壓V設(shè)定檢測容量值Cr的檢測程序P200；每隔一定時(shí)間將最新的檢測容量值Cr與顯示容量值C進(jìn)行比較、利用修正系數(shù)K對電流累計(jì)值Q進(jìn)行確定的修正的修正程序P300；把檢測到的電流累積在通常的電流累計(jì)值Q中的累計(jì)程序P400；通過該累計(jì)處理判斷累計(jì)電流值Q是否超過區(qū)間全量值△Q再適當(dāng)?shù)刂匦略O(shè)定顯示容量值C和累計(jì)電流值Q的更新程序P500，只要機(jī)器操作，P200-P500的一連串處理便可以重復(fù)地進(jìn)行。
更具體地講，按圖7的流程圖進(jìn)行各處理。在該流程圖中，初始化程序P100由P101-P102組成，檢測程序P200由步驟中P201-P205組成，修正程序P300由步驟P301-P304組成，累計(jì)操作程序P400由步驟P401組成，更新程序P500由步驟P501-P503組成。
首先，在蓄電池放電使用開始之前，在步驟P101中，對容量顯示值C和電流累計(jì)值Q進(jìn)行設(shè)定初始值的初始化處理。該初始化處理利用開路電壓檢測方式中的已有方法，根據(jù)蓄電池的負(fù)載釋放時(shí)的端電壓隨著剩余容量變化，推算蓄電池放電開始時(shí)的初始剩余容量，根據(jù)這個(gè)初始容量設(shè)定容量顯示值C和電流累計(jì)值Q。在蓄電池不進(jìn)行充電和互換的情況下，使前次蓄電池放電使用結(jié)束時(shí)的容量顯示值C和電流累計(jì)值Q存儲保持在微型計(jì)算機(jī)8的存儲器中，該初始剩余容量可以利用這些值。如下面所述，即使在該初始化處理不正確的情況下，如果利用本例，則在機(jī)器充分運(yùn)行中，也可以通過對剩余量值進(jìn)行適合的修正，來確保蓄電池剩余容量測量儀的可靠性和精度等。另外，在設(shè)定這些值的同時(shí)，將特定電流Ir設(shè)定為15(A)，間隔時(shí)間T設(shè)定為0.5秒，修正系數(shù)K設(shè)定為0.5，△Q設(shè)定定為21600A。
其次，在步驟P102中，把檢測容量Cr設(shè)定在與預(yù)先確定的容量顯示值C一致的值上，通過下述的步驟P202～步驟P204，只要不設(shè)定新的Cr，就可以不進(jìn)行修正處理。
在步驟201中蓄電池2的放電電流被電流檢測器3測量，然后將測出的檢測電流值I讀入微型計(jì)算機(jī)8。
在步驟P202中，將特定電流值Ir同檢測出的電流值I相比較并進(jìn)行判定，在判定為檢測出的電流值I非常接近特定電流Ir的情況下，則進(jìn)入步驟P203-P204的處理，在判定出I值同Ir值不接近的情況下，則應(yīng)按步驟P205進(jìn)行處理。
于是，判定出檢測電流I同特定電流Ir十分接近之后，通過步驟P203，測定該時(shí)刻蓄電池的端電壓V，該蓄電池的端電壓V被微型計(jì)算機(jī)8讀入。
接著，在步驟P204中，根據(jù)蓄電池的端電壓V，參照上述的數(shù)據(jù)表，重新確定該時(shí)刻的檢測容量值Cr。例如在端電壓值為47.5V的情況下，利用該數(shù)據(jù)表可以確定檢測容量值為5個(gè)電平。
接著，在步驟P205中，判定是否已經(jīng)過確定的間隔T秒，在沒經(jīng)過T秒的情況下，就回到步驟P201，一直重復(fù)進(jìn)行步驟P201-P204的檢測處理，在已經(jīng)過T秒的情況下就進(jìn)行步驟P301以后的修正處理。因此，直到經(jīng)過時(shí)間T秒為止，由于是根據(jù)蓄電池放電電流I或特定電流Ir下的端電壓V重復(fù)進(jìn)行檢測容量值Cr的設(shè)定程序，所以應(yīng)把可能范圍的檢測容量Cr更新成最新的值。
根據(jù)內(nèi)裝在微型計(jì)算機(jī)8內(nèi)的石英振蕩器9對間隔時(shí)間T秒的計(jì)時(shí)進(jìn)行定時(shí)處理。
因此，當(dāng)確認(rèn)已經(jīng)過T秒時(shí)間后，就在累計(jì)電流值Q上加上T秒內(nèi)的放電電流I，然后進(jìn)行放電電流的累計(jì)處理，從初始容量中減去該累計(jì)使用電流便計(jì)算出在當(dāng)前時(shí)刻的剩余容量，在本例的蓄電池剩余容量測量儀1中，先進(jìn)行這個(gè)處理，在最新的檢測容量值Cr與容量顯示值C不一致的情況下，根據(jù)該檢測容量值Cr，將修正值加在累計(jì)電流值Q上。即在該修正處理中，在沒有直接修正容量顯示值C時(shí)，利用設(shè)定為小于1的修正系數(shù)K，在容量顯示值C的值沒有變化的范圍只對累計(jì)電流值Q進(jìn)行補(bǔ)正，從而防止了顯示單元11的顯示急劇變化而變?yōu)椴环€(wěn)定的現(xiàn)象。
即，首先，在步驟P301中將容量顯示值C同檢測容量值Cr相比較，利用該比較結(jié)果沿三個(gè)方向分支。
在判定為容量顯示值C比檢測出的容量值Cr小的情況下，進(jìn)行步驟P302，使電流累計(jì)值Q成為Q減去其所占的比例部分KQ。即在該步驟P302中，例如容量顯示值為5，檢測出的容量值Cr為0-4的情況下，則如圖8的上段所示那樣，通過使處在第五顯示電平區(qū)間范圍內(nèi)的電流累計(jì)值Q減去處在該圖中用虛線表示的Q占的比例部分KQ便如該圖中的下段所示那樣，變成為在檢測出的容量值Cr附近修正過的電流累計(jì)值Q′。另外，在這種情況下，即使容量顯示值C與檢測出的容量值Cr有一些偏離，修正處理過的電流累計(jì)值Q′也能保持在第五顯示電平區(qū)間的范圍內(nèi)。
因此，通過進(jìn)行這樣的減少修正，即使電流累計(jì)值Q本身發(fā)生變化，也仍處在同一容量顯示值區(qū)間范圍內(nèi)，不會改變?nèi)萘匡@示值C，從而可以防止顯示單元11顯示的容量發(fā)生急劇的變化。
另外，如不進(jìn)行這樣的修正，則在由初始化處理確定的剩余容量值C同根據(jù)端電壓推算的剩余容量值Cr存在較大的差值等情況下，而使顯示變得不穩(wěn)定，不能把蓄電池的充電情況準(zhǔn)確地通知給使用者。例如，在電動(dòng)車輛行駛中，一分鐘前顯示的是容量電平5，而在現(xiàn)在時(shí)刻顯示急劇地變?yōu)轱@示電平2或3，會使駕駛者把再過一分鐘后的顯示誤認(rèn)為達(dá)到零電平附近，使操作者產(chǎn)生車輛將馬上不能行駛的擔(dān)心。與此相反，利用本例的方案，雖然顯示的是電平2和電平3，但經(jīng)過分級的中間顯示，使最終的顯示變更緩慢發(fā)生，所以可以避免出現(xiàn)這樣的問題。
在步驟P301中，當(dāng)判斷出容量顯示值C與檢測出的容量值Cr相等的結(jié)果時(shí)，就進(jìn)行步驟P304，不進(jìn)行修正處理。
在步驟P301中，當(dāng)判斷出容量顯示值C比Cr大的結(jié)果時(shí)，進(jìn)入步驟P303，使電流累計(jì)值Q增加相當(dāng)于從區(qū)間全量值△Q中減去Q后乘一個(gè)比例系數(shù)即，K(△Q-Q)。
即，在該步驟P303中，例如，如圖9的上段所示那樣，通過在處于第五顯示電平區(qū)間范圍內(nèi)的電流累計(jì)值Q上增加相當(dāng)于該圖中虛線所示的電流累計(jì)值Q與區(qū)間全量值△Q差相乘的比例系數(shù)，即K(△Q-Q)，便如圖中的下段所示那樣，變成在Cr附近修正的電流累計(jì)值Q′，此外，在這種情況下，即使C同Cr有一些偏差，也與上述步驟P302相同，電流累計(jì)值Q′仍在第五顯示電平區(qū)間范圍內(nèi)。
由于采用這樣的增加修正，即使電流累計(jì)值Q本身發(fā)生變化，也仍將留在同一容量顯示值C的區(qū)間范圍內(nèi)，所以不會變更容量顯示值C，從而可以防止顯示單元的顯示電平發(fā)生急劇的變化。
不管是否進(jìn)行這樣的加減修正，在步驟P304中都把檢測出的容量值Cr設(shè)定為與容量顯示值相等，以便不需要進(jìn)行不必要的修正處理。
在步驟P401中，進(jìn)行通常使用的電流累計(jì)操作，將檢出的電流值I同電流累計(jì)值Q相加。
在步驟P501中，使電流累計(jì)值Q與區(qū)間全量值△Q比較，如果電流累計(jì)值在區(qū)間全量值△Q以下，則不改變?nèi)萘匡@示值C，而進(jìn)入步驟P201，重復(fù)進(jìn)行該步驟P201以下的處理，另外，如果電流累計(jì)值Q超出區(qū)間全量值△Q，則進(jìn)行步驟P502以下的更新處理。
即，如果判定為電流累計(jì)值Q超出區(qū)間全量值△Q，則首先在步驟P502中，使容量顯示值C減少一個(gè)等級，接著在步驟P503中，從電流累計(jì)值Q中減去區(qū)間的全量值△Q，設(shè)定下一個(gè)顯示電平區(qū)間用的新的電流累計(jì)值Q，在下一顯示電平區(qū)間內(nèi)，對應(yīng)該新的電流累計(jì)值Q進(jìn)行檢測電流I的累計(jì)處理。
這正如圖10的上段所示那樣，對處在第五顯示電平區(qū)間內(nèi)的電流量計(jì)值Q而言，通過對該圖中虛線所示的電流值I累計(jì)使該圖中的中段所示的區(qū)間全量值△Q達(dá)到電流累計(jì)值Q′，該電流累計(jì)值Q′的累計(jì)值的位置超過區(qū)間邊界而在第四顯示區(qū)間內(nèi)(最終使步驟P401結(jié)束的狀態(tài))。在此，首先在步驟P501中判別該狀態(tài)，在步驟P502中使容量顯示值C減少一個(gè)等級，使顯示電平從5降到4。接著在步驟P503中，如圖中的中段所示那樣，從電流累計(jì)值Q′減去處于以前的第五電平區(qū)間內(nèi)的區(qū)間全量值△Q并四舍五入，設(shè)定該第四顯示電平區(qū)間內(nèi)的新的電流累計(jì)值Q″。
當(dāng)步驟P503結(jié)束時(shí)，便回到步驟P201中，再繼續(xù)進(jìn)行步驟P201以下的一連串處理。
這樣的操作只要蓄電池進(jìn)行放電就繼續(xù)進(jìn)行。隨著蓄電池放電操作，雖然修正值增加，但蓄電池的容量顯示值C卻減少。即顯示單元的LED組件13的發(fā)光個(gè)數(shù)與容量顯示值C的變化相對應(yīng)，逐漸減少。
如上所述，根據(jù)本例的蓄電池剩余容量測量儀，對應(yīng)與該蓄電池的放電特性相應(yīng)的特定電流，事先準(zhǔn)備使端電壓同剩余容量相關(guān)的數(shù)據(jù)表，在蓄電池放電電流與特定值一致或在相近范圍時(shí)，對應(yīng)該時(shí)刻的端電壓值讀出存儲在數(shù)據(jù)表中的剩余容量值，并在顯示單元當(dāng)前的指示值范圍進(jìn)行使電流累計(jì)量不發(fā)生改變的修正，通過進(jìn)行修正處理可以防止指示值急劇地降低，或在放電中引起指示值上升等不正常的現(xiàn)象發(fā)生，并徹底地使指示值的增減與蓄電池的容量增減一致。此外，由于進(jìn)行這樣的修正處理，即使在確定蓄電池放電開始時(shí)的剩余容量初始化處理和檢測電路等精度不高的情況下，蓄電池剩余容量測量儀也能限制累計(jì)誤差。為此，不會損害累計(jì)式蓄電池剩余容量測量儀的特性，并且可以保證高的可靠性。
下面就圖11和圖12所示的具體例子詳細(xì)說明本發(fā)明。在本例中與上述第一具體例子同樣，是就用在電動(dòng)車輛上的例子進(jìn)行說明的，假計(jì)各設(shè)定值也相同。
本例中的蓄電池剩余容量測量儀1在使用蓄電池的機(jī)器的操作中，并不限于蓄電池的放電操作，還適合與進(jìn)行充電操作的蓄電池相應(yīng)的剩余容量測量儀。
假如在通常把蓄電池作為行駛驅(qū)動(dòng)源的電動(dòng)車輛中，采用再生制動(dòng)。該再生制動(dòng)通過在車輛減速時(shí)使行駛電動(dòng)機(jī)發(fā)電運(yùn)行而把應(yīng)削減的動(dòng)能變成電能，利用該電能對蓄電池進(jìn)行充電。
在上述第一具體例中，即使不能檢測出再生制動(dòng)時(shí)流入蓄電池的電流，也能在累計(jì)值的修正操作中將其自然吸收。然而，蓄電池剩余容量測量儀1的指示值僅續(xù)續(xù)減少一個(gè)等級。因此，充電的修正操作雖然限制了指示值的減少，但不能使指示值增加。如果是在由比較短時(shí)間的再生制動(dòng)而引起電流流入的情況下，就不能這樣做?？墒?，在車輛沿長的下坡路滑下的情況下，再生制動(dòng)長時(shí)間進(jìn)行，并對蓄電池進(jìn)行充電，如果剩余容量有相當(dāng)多的增加，則蓄電池剩余容量測量儀的指示值將上升，使駕駛者最好能積極地認(rèn)識到這個(gè)事實(shí)。
在本例中，如圖11所示那樣，把圖3的流程中的步驟P501以下的處理用步驟P501-P505代替。即，在機(jī)器使用中這樣地對蓄電池進(jìn)行充電，與蓄電池剩余容量增大的情況相對應(yīng)，應(yīng)重新追加容量顯示值C的增加程序。
在從步驟P101至步驟P304中，由于是進(jìn)行與上述具體例子同樣的處理，所以為了簡化而省略其說明。
在再生制動(dòng)等的蓄電池充電操作中，在放電電流I變?yōu)樨?fù)值而與特定電流不一致時(shí)，不能重新設(shè)定檢測出的容量值Cr，因此不能進(jìn)行上述的修正處理。
即，在步驟P401中，與上述具體例同樣，在累計(jì)電流Q上累計(jì)放電電流I，在利用再生制動(dòng)等進(jìn)行充電的情況下，由于該放電電流I變?yōu)樨?fù)時(shí)，充電狀態(tài)維持較長時(shí)間，所以對這個(gè)負(fù)值的放電電流I繼續(xù)進(jìn)行累計(jì)后的累計(jì)電流值Q也變?yōu)樨?fù)值。
接著，在步驟501中，使電流累計(jì)值Q與區(qū)間全量值△Q進(jìn)行比較，根據(jù)這個(gè)比較結(jié)果而分到三個(gè)方向的步驟中。
即，在步驟P501中，與上述具體例子同樣，在判定出電流累計(jì)值Q超出區(qū)間全量值△Q的情況下，在步驟P502-P503中進(jìn)行處理，在進(jìn)行對顯示電平值C降低一個(gè)等級的處理時(shí)，進(jìn)行對應(yīng)新顯示電平區(qū)間的電流累計(jì)值Q的再設(shè)定，在進(jìn)行該更新處理后，返回到步驟P201中。
在步驟P501中，判定出電流累計(jì)值Q在區(qū)間全量值△Q以下，并且在0以上的情況下，不進(jìn)行更新處理，還回到步驟P201中。
在步驟P501中，利用再生制動(dòng)對蓄電池進(jìn)行長時(shí)間充電，在累計(jì)電流值Q為小于0的負(fù)值的情況下，進(jìn)行步驟P504至P505，當(dāng)顯示電平C上升一個(gè)等級時(shí)，再進(jìn)行與前一等級的顯示電平區(qū)相對應(yīng)的電流累計(jì)值的再設(shè)定，在該更新處理后，返回到步驟P201中。
這如圖12的上段所示那樣，通過對表示該圖中虛線所示的充電電流的負(fù)電流值I累計(jì)使第五顯示電平區(qū)間內(nèi)的電流累計(jì)值Q變成象該圖的中段所示那樣超過零的累計(jì)值Q′，這個(gè)電流累計(jì)值Q′的累計(jì)值位置超過區(qū)間邊界位于第六顯示電平區(qū)間內(nèi)(與步驟P401結(jié)束的狀態(tài)對應(yīng))。在此，首先，在步驟P501中判定該狀態(tài)，在步驟P504中使容量顯示值C增加一個(gè)等級，使顯示電平從5上升到6。接著，在步驟P505中將區(qū)間全量值△Q象圖中下段所示那樣同電流累計(jì)值Q′相加，從而設(shè)定處在該第六顯示電平區(qū)間內(nèi)的新的電流累計(jì)值Q″。
由于充電引起增大的蓄電池容量被顯示單元顯示出，且由于該增減量與容量的上下一致，所以通過累計(jì)值修正，不會顯示出顯示單元指示值的不自然狀態(tài)。
如上所述，采用本例的蓄電池剩余容量測量儀，不僅具有與上述第一具體例同樣的效果，而且在象電動(dòng)車輛再生制動(dòng)等那樣，在使用時(shí)，既可以將蓄電池用在進(jìn)行放電的機(jī)器中又可以用在進(jìn)行充電的機(jī)器中，從而擴(kuò)大了使用范圍。
在以上的所有的具體例子中，當(dāng)容量顯示值C為最大值10時(shí)，不會發(fā)生容量顯示值C比檢測出的容量值Cr還小的情況，因此，在電平為10的情況下，即使進(jìn)行充電操作，也不能完全進(jìn)行使電流累計(jì)值Q朝增加方向的修正。由于這個(gè)問題可以容易地解決，所以只簡單地說明一下。最后，顯示單元11以10個(gè)等級原封不動(dòng)的顯示，容量顯示值C和Cr可以對這10個(gè)電平顯示的部分或全體進(jìn)行細(xì)分。借此，即使外部的顯示是原封不動(dòng)的10個(gè)電平，在內(nèi)部也要進(jìn)行修正處理。即，只要在顯示的可見范圍內(nèi)，即使指示值為最大的10電平，在微型計(jì)算機(jī)8的內(nèi)部也要進(jìn)行精密的處理。顯然，涉及這樣的具體例子的細(xì)節(jié)變更，也在本申請的保護(hù)范圍之內(nèi)。
雖然在上述具體例子中是把電流的累計(jì)作為對象的，但是即使對照端電壓進(jìn)行電功率累計(jì)也沒關(guān)系。同樣，存儲在ROM中的數(shù)據(jù)表，不必由與用于測定以一定功率放電的特定放電功率相對應(yīng)的數(shù)據(jù)構(gòu)成。
通過事先對應(yīng)不同的放電電流、放電功率或溫度等準(zhǔn)備對應(yīng)每個(gè)參數(shù)的若干個(gè)表和區(qū)間全量值△Q，可以提高精度。即，例如，由于蓄電池隨著環(huán)境溫度變化而使其放電性能發(fā)生大約10％-20％的變化，所以在事先準(zhǔn)備對應(yīng)隨不同溫度變化的蓄電池放電曲線的數(shù)據(jù)表和區(qū)間全量值△Q的同時(shí)，還應(yīng)該將溫度檢測器放置在蓄電池附近，根據(jù)檢測出的溫度，再把這些數(shù)據(jù)表和設(shè)定值設(shè)定在與溫度相對應(yīng)的正確的參數(shù)中，還可以提高蓄電池剩余容量測量儀的精度。例如，在用于電動(dòng)車輛中的場合下，在冬季等低溫環(huán)境下，雖然蓄電池的溫度變低，會使全放電可能容量大幅度降低，但是通過對應(yīng)蓄電池的溫度變化適當(dāng)?shù)刈儞Q數(shù)據(jù)表和區(qū)間的全量值△Q，也能適應(yīng)這種情況。
即使進(jìn)行所有的這些改變，仍在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
按照本發(fā)明的蓄電池剩余容量測量儀和剩余容量計(jì)算方法，在放電電流或放電功率與特定值一致或處于近似范圍時(shí)，對應(yīng)該時(shí)刻的端電壓值，讀出預(yù)先存儲在數(shù)據(jù)表中的剩余容量，將修正值同電流或電功率的累計(jì)量的計(jì)算值相加。也就是說，即使在檢測電路精度不高的情況下，也能減少累計(jì)誤差。
由于修正量被限制在不使當(dāng)前顯示單元的顯示發(fā)生變化的范圍內(nèi)，所以通過進(jìn)行修正可以防止顯示等級向降低方向急劇變化的狀態(tài)發(fā)生，還可以防止由于在放電時(shí)引起的顯示等級向上升方向變化的不自然狀態(tài)發(fā)生，使顯示等級的增減完全與蓄電池容量的增減一致，因此，在不會損害累計(jì)式蓄電池剩余容量測量儀特性的情況下，保證了高的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種蓄電池剩余容量測量儀，其特征在于，在計(jì)算蓄電池的電流或電功率的累計(jì)量并由顯示單元等級顯示對應(yīng)該累計(jì)量計(jì)算值的剩余容量的蓄電池剩余容量測量儀中，包括保持與處在某個(gè)特定放電電流或放電電功率的蓄電池端電壓和該蓄電池的剩余容量有關(guān)的至少一個(gè)數(shù)據(jù)表的存儲器；檢測蓄電池的放電輸出與上述特定的放電電流或電功率一致或在近似范圍的輸出判定單元；在上述輸出判定單元的檢測開始時(shí)刻通過上述的數(shù)據(jù)表獲得對應(yīng)所述時(shí)刻端電壓的剩余容量讀出單元；當(dāng)確認(rèn)在上述讀出單元獲得的剩余容量和顯示單元的指示值中存在誤差時(shí)，在顯示單元的上述等級顯示不變的范圍內(nèi)，使上述累計(jì)量計(jì)算值增減的修正單元。
2.一種蓄電池剩余容量的計(jì)算方法，其特征在于在計(jì)算蓄電池的電流或電功率的累計(jì)量，并由顯示單元分級顯示與所述累計(jì)量計(jì)算值相應(yīng)的剩余容量的蓄電池剩余容量測量儀的剩余容量計(jì)算方法中，包括在蓄電池的輸出與某個(gè)特定的放電電流或放電電功率一致或在近似范圍內(nèi)的時(shí)刻參照在該放電電流或放電電功率下的蓄電池端電壓與剩余容量關(guān)系的數(shù)據(jù)表。讀出與所述時(shí)刻的端電壓相應(yīng)的剩余容量，當(dāng)認(rèn)定讀出值和顯示單元的顯示值中的誤差時(shí)，在顯示單元的上述分級顯示不變的范圍內(nèi)，使上述累計(jì)量計(jì)算值增減。
全文摘要
蓄電池剩余容量測量儀，包括保持與處某個(gè)特定放電電流或放電電功率的蓄電池端電壓和其剩余容量有關(guān)的至少一個(gè)數(shù)據(jù)表的存儲器；檢測蓄電池的放電輸出與特定的放電電流或電功率是否一致或在近似范圍的輸出判定單元；在輸出判定單元的檢測開始時(shí)通過數(shù)據(jù)表獲得與時(shí)刻對應(yīng)的端電壓的剩余容量讀出單元；當(dāng)認(rèn)定讀出單元獲得的剩余容量和顯示單元的指示值存在誤差時(shí)，在顯示單元的分級顯示不變的范圍內(nèi)，使累計(jì)量計(jì)算值增減的修正單元。
文檔編號G01R31/36GK1132356SQ9512177
公開日1996年10月2日 申請日期1995年11月21日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月21日
發(fā)明者神崎實(shí), 出崎敏彥 申請人:精工愛普生株式會社