JP5659844B2

JP5659844B2 - 電池識別装置

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Publication number: JP5659844B2
Application number: JP2011032438A
Authority: JP
Inventors: 竜介石川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2031-02-17
Also published as: JP2012174367A

Description

本発明は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される組電池が正規品であるか否かの識別を行う電池識別装置に関する。

従来から、例えば電池に充電を行う際に、電池に個別に付加されたユニークな識別子を認証装置が電池から取得し、認証装置が予め保持している識別子と照合して、電池が正規品でないと判断した場合には充電を禁止する電池の認証技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、予め定められた暗号キーを電池と認証装置との間でやり取りして、電池が正規品であることの認証を行う認証技術も知られている。

特開２００６−３３９０７０号公報

しかしながら、上記前者の従来技術では、電池に個別に付加されたユニークな識別子を不正に取得して非正規の電池に付与することで、非正規の電池が正規の電池になりすますことが容易であるという問題がある。また、上記後者の従来技術では、暗号キーのやり取りに必要な機能を認証装置ばかりでなく電池側にも設ける必要があり、システムが極めて複雑になるという問題がある。

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、比較的簡単な構成で、非正規の電池が正規の電池になりすますことを抑止することが可能な電池識別装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
車両に搭載され、充放電可能な複数の電池セルを有して、車両の走行駆動手段に給電可能な組電池と、
組電池の監視を行う監視手段と、
組電池の異常を報知する報知手段と、を備える電池識別装置であって、
監視手段は、
車両の走行運転が終了したとき、もしくは、組電池への充電が終了したときに、複数の電池セルのそれぞれから電池特性の値を第１特性値として取得し、取得した複数の第１特性値に基づいて組電池の第１識別情報を生成し、
その後最初に、車両の走行運転が開始されるとき、もしくは、組電池への充電が開始されるときに、複数の電池セルのそれぞれから電池特性の値を第２特性値として取得し、取得した複数の第２特性値に基づいて組電池の第２識別情報を生成して第１識別情報と照合することで、組電池に対して正規品であるか否かの監視を行うものであり、
監視手段は、車両の走行運転が開始されるとき、もしくは、組電池への充電が開始されるときに、第１識別情報と第２識別情報とが一致しない場合には、報知手段を作動して組電池が異常である旨を報知し、
監視手段は、複数の電池セルのうち所定数以上の電池セルの第１特性値と第２特性値との乖離によって、第１識別情報と第２識別情報とが一致しない場合には、報知手段を作動して組電池が不正に交換された可能性がある旨を報知することを特徴としている。

これによると、車両が走行運転を終了したとき、もしくは、組電池への充電を終了したときに、組電池の複数の電池セルのそれぞれの電池特性の値に基づいて組電池の第１識別情報を生成し、その後最初に、車両が走行運転を開始するとき、もしくは、組電池への充電を開始するときに、組電池の複数の電池セルのそれぞれの電池特性の値に基づいて組電池の第２識別情報を生成し、第１識別情報と第２識別情報とを照合することで、組電池が正規品であるか否かを判断することができる。したがって、車両走行運転もしくは組電池充電が終了する都度生成される第１識別情報と車両走行運転もしくは組電池充電を開始しようとする都度生成される第２識別情報とを照合して、組電池が正規品であるか否かを判断することができる。このように、組電池が正規品であるか否かを判断する識別情報を電池特性の値に基づいて都度変化させる仕組みを持つという比較的簡単な構成で、非正規の電池が正規の電池になりすますことを抑止することができる。
また、これによると、第１識別情報と第２識別情報とが一致しない場合には、組電池が異常である旨を、報知手段により車両の使用者等に知らせることができる。また、これによると、第１識別情報と第２識別情報とが一致せず、この不一致の原因となる第１特性値と第２特性値とが乖離した電池セルが、所定数以上ある場合には、組電池が不正に交換された可能性がある旨を、報知手段により車両の使用者等に知らせることができる。
また、請求項２に記載の発明では、監視手段は、複数の電池セルのうち所定数未満の電池セルの第１特性値と第２特性値との乖離によって、第１識別情報と第２識別情報とが一致しない場合には、報知手段を作動して組電池が劣化した旨を報知することを特徴としている。これによると、第１識別情報と第２識別情報とが一致せず、この不一致の原因となる第１特性値と第２特性値とが乖離した電池セルが、所定数未満である場合には、組電池が劣化した旨を、報知手段により車両の使用者等に知らせることができる。

また、請求項３に記載の発明では、電池特性は、電池セルの出力電圧であることを特徴としている。これによると、電池セルの電池特性値の取得が容易である。

また、請求項４に記載の発明では、監視手段は、車両の走行運転が開始されるとき、もしくは、組電池への充電が開始されるときに、第１識別情報と第２識別情報とが一致しない場合には、車両の走行運転および組電池への充電を禁止することを特徴としている。これによると、組電池が正規品でない場合には、車両の走行運転および組電池への充電を禁止することができる。

本発明を適用した第１の実施形態における電池識別装置である電池パック１０を含むシステム構成を模式的に示すブロック図である。車両１の走行運転が終了した際の電池監視ユニット部３０の概略制御動作を示すフローチャートである。組電池２０への充電が終了した際の電池監視ユニット部３０の概略制御動作を示すフローチャートである。車両１の走行運転もしくは組電池２０への充電が開始される際の電池監視ユニット部３０の概略制御動作を示すフローチャートである。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１の実施形態）
図１は、本発明を適用した第１の実施形態における電池識別装置である電池パック１０を含む、例えば電気自動車である車両１内のシステム構成を模式的に示すブロック図である。

図１に示すように、車両１には、充電制御システム２、電源・走行システム３、電池パック１０、不揮発性のメモリ４０、報知手段である表示部５０等が搭載されている。

電池パック１０は、組電池２０と、組電池２０の監視を行う監視手段である電池監視ユニット部３０とを有している。組電池２０は、充放電可能な電池（二次電池、例えばリチウムイオン電池）である複数の（本例では６つの）電池セル２１〜２６を有している。

充電制御システム２は、組電池２０への充電を制御するものである。充電制御システム２は、例えば、充電ステーション９０の充電ケーブル９１が車両１に接続されると、電池監視ユニット部３０へ充電許可の要求を行う。そして、電池監視ユニット部３０により充電が許可されると、充電ケーブル９１を介して供給される電力を組電池２０へ供給して組電池２０への充電を行うようになっている。そして、組電池２０への充電が終了すると、充電が終了した旨の信号を、電池監視ユニット部３０へ出力するようになっている。

電源・走行システム３は、車両１の電源マネージメントを行うとともに、走行システム中の走行駆動部を駆動して車両を走行させるシステムである。電源・走行システムは、本実施形態における走行駆動手段に相当する。

電源・走行システム３は、例えば、車両１がレディーオフ状態（走行不可能状態）にあるときに、車両１に搭乗した乗員により例えばプッシュ式のパワースイッチ（パワーオンオフスイッチ）４が操作されると、電池監視ユニット部３０に対して車両１をレディーオン状態（走行可能状態）とする許可の要求を行う。そして、電池監視ユニット部３０によりレディオン状態が許可されると、車両１をレディーオン状態、すなわち、電源である組電池２０から供給される電力により走行駆動部を駆動可能とする走行可能状態を設定するようになっている。

一方、車両１がレディオン状態にあるときに、パワースイッチ４が操作されると、電源・走行システム３は、車両１をレディーオフ状態、すなわち、電源である組電池２０から走行駆動部への電力供給を禁止し、走行駆動部を駆動不可能とする走行不可能状態を設定するようになっている。

メモリ４０は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリであり、電池パック１０とは別体で（電池パック１０に内蔵されることなく）車両１に搭載されている。メモリ４０は、電池監視ユニット部３０が生成した組電池４０を識別するための識別情報である数列コードを記憶する記憶手段であり、電池監視ユニット部３０により、数列コードの書き込み（書き換え）および読み出しが行われるようになっている。

表示部５０は、電池監視ユニット部３０からの信号に基づいて、警告等の報知内容を表示する表示手段である。表示部５０は、例えば、車両１のインストロメントパネルのマルチ情報表示部やコンビネーションメータ内の表示部とすることができる。

次に、上記構成に基づきの作動について説明する。

図２は、車両１が走行運転を終了した際の電池監視ユニット部３０の概略制御動作を示すフローチャートである。図３は、組電池２０への充電が終了した際の電池監視ユニット部３０の概略制御動作を示すフローチャートである。また、図４は、車両１の走行運転もしくは組電池２０への充電が開始される際の電池監視ユニット部３０の概略制御動作を示すフローチャートである。

図２に示すように、車両１がレディーオン状態（走行可能状態）にあるときには、電池監視ユニット部３０は、電源・走行システム３からのレディオフ信号の入力の有無を監視している（ステップ１１０）。電源・走行システム３からレディオフ信号が入力されると、組電池２０の各電池セル２１〜２６の出力電圧値をそれぞれ取得する（ステップ１２０）。ステップ１２０で取得した電池特性値である出力電圧値は、本実施形態における第１特性値に相当する。

そして、各電池セル２１〜２６から取得した出力電圧値を用いて、出力電圧値を並べた数列コードを生成する（ステップ１３０）。ステップ１３０で生成する数列コードは、本実施形態における第１識別情報に相当する。ステップ１３０で生成する数列コードは、各電池セル２１〜２６の出力電圧値を、電池セル２１、２２、２３、２４、２５、２６の順に並べたものであってもよいし、これとは異なる所定の順に並べたものであってもよい。

ここでの数列コードの生成に用いる出力電圧値は、ステップ１２０の実行から後述するステップ３３０の実行までの間に生じる各電池セル２１〜２６の自然放電等に伴う出力電圧値の若干の変動を考慮することが好ましい。例えば、桁数が比較的少ないデジタル値としたり、取得電圧値を基準とする所定の電圧値幅を有する出力電圧値領域をデジタル値としたりして、採用することが好ましい。また、電池セル２１〜２６の出力電圧値を所定のルールで暗号化して用いてもかまわない。

ステップ１３０で数列コードを生成したら、この数列コードをメモリ４０に記憶し（ステップ１４０）、運転終了時の制御を終了する。

図３に示すように、車両１の電池パック１０の組電池２０に充電中であるときには、電池監視ユニット部３０は、充電制御システム２からの充電終了信号の入力の有無を監視している（ステップ２１０）。充電制御システム２から充電終了信号が入力されると、以降、図２を用いて説明した運転終了時の制御と同様に、ステップ１２０、１３０、１４０を実行して、充電終了時の制御を終了する。

図２に示す制御動作もしくは図３に示す制御動作が終了して、車両１がレディーオフ状態にあり、かつ、組電池２０への充電が行われていないときには、図４に示すように、電源・走行システム３からのレディオン信号の入力の有無（ステップ３１０）、および、充電制御システム２からの充電開始信号の入力の有無を監視している（ステップ３２０）。

ステップ３１０でレディーオン信号の入力（レディーオン・走行許可要求）を確認するか、ステップ３２０で充電開始信号の入力（充電許可要求）を確認した場合には、組電池２０の各電池セル２１〜２６の出力電圧値をそれぞれ取得する（ステップ３３０）。ステップ３３０で取得した電池特性値である出力電圧値は、本実施形態における第２特性値に相当する。

そして、各電池セル２１〜２６から取得した出力電圧値を用いて、出力電圧値を並べた数列コードを生成する（ステップ３４０）。ステップ３４０で生成する数列コードは、本実施形態における第２識別情報に相当する。ステップ３４０における数列コードの生成は、ステップ１３０における数列コード生成と同一のルールで行われる。

ステップ３４０を実行したら、ステップ１４０でメモリ４０に記憶させておいた数列コードを読み出して、ステップ３４０で生成した数列コードと比較する（ステップ３５０）。ステップ３５０において、ステップ３４０で生成した数列コードとメモリ４０から読み出した数列コードとが一致すると判断した場合には、ステップ３６０へ進む。

ステップ３６０では、ステップ３１０でレディーオン信号の入力を確認している場合には、電源・走行システム３に対してレディーオンを許可し、ステップ３２０で充電開始信号の入力を確認している場合には、充電制御システム２に対して充電を許可する。そして、運転・充電開始時の制御を終了する。

一方、ステップ３５０において、ステップ３４０で生成した数列コードとメモリ４０から読み出した数列コードとが一致しないと判断した場合には、数列コードの不一致の原因となった出力電圧値変化を起こした電池セルの数が所定数以上（本例では４つ以上）であるか否か判断する（ステップ３７０）。すなわち、電池セル２１〜２６のうち、ステップ１２０で測定された電圧値とステップ３３０で測定された電圧値とが乖離している（不一致である）電池セルが所定数以上であるか否か判断する。ここで両電圧値が乖離している（不一致である）とは、各電池セル２１〜２６の自然放電等に伴う出力電圧値の若干の変動以上に出力電圧値が変化しているということである。

ステップ３７０において、電圧値が不一致である電池セルが所定数以上であると判断した場合には、組電池２０が（具体的には組電池２０を備える電池パック１０が）不正に交換された（非正規品に交換された）可能性が大きいので、レディーオン状態とすることおよび充電を開始することを禁止して（許可せず）、表示部５０に組電池２０が不正に交換された可能性がある旨を表示する（ステップ３８０）。

一方、ステップ３７０において、電圧値が不一致である電池セルが所定数未満であると判断した場合には、組電池２０が（具体的には組電池２０を備える電池パック１０が）不正に交換された（非正規品に交換された）可能性は低く、電圧値が不一致である電池セルが急速に劣化した可能性がが大きいので、レディーオン状態とすることおよび充電を開始することを禁止して（許可せず）、表示部５０に組電池２０が劣化した旨を表示する（ステップ３９０）。ステップ３８０、３９０のいずれかを実行したら、運転・充電開始時の制御を終了する。

ステップ３７０において判断の基準とする電池セルの数は、例えば、組電池を構成する電池セル数の半数とすることができる。また、ステップ３７０では、ステップ１２０で測定された電圧値とステップ３３０で測定された電圧値とが乖離しているか否かのみで判断するのではなく、例えば電圧値の変化率等の要因を加えてもかまわない。また、例えば電圧値の絶対値を用いずに電圧値の変化率等のみで判断してもかまわない。

上述の構成および作動によれば、電池監視ユニット部３０は、車両１が走行運転を終了したとき、もしくは、組電池２０への充電を終了したときに、組電池２０の電池セル２１〜２６のそれぞれの出力電圧値に基づいて組電池２０の第１識別情報である数列コードを生成し、その後最初に、車両１が走行運転を開始するとき、もしくは、組電池２０への充電を開始するときに、組電池２０の電池セル２１〜２６のそれぞれの出力電圧値に基づいて組電池２０の第２識別情報である数列コードを生成し、両数列コードを照合することで、組電池２０が正規品であるか否かを判断する。

したがって、車両１の走行運転もしくは組電池２０の充電が終了する都度生成される第１識別情報と車両１の走行運転もしくは組電池２０の充電を開始しようとする都度生成される第２識別情報とを照合して、組電池２０が正規品であるか否かを判断することができる。このように、組電池２０が正規品であるか否かを判断する識別情報を電池セル２１〜２６の出力電圧値に基づいて都度変化させる仕組みを持つという比較的簡単な構成で、非正規の電池が正規の電池になりすますことを抑止することができる。

また、組電池２０の識別情報を生成するための電池セル２１〜２６の電池特性値として出力電圧値を取得している。したがって、電池セル２１〜２６の電池特性値の取得か容易である。電池セル２１〜２６の電池特性値、特に出力電圧値を取得するための仕組みは、マイクロプロセッサ等の高機能なＩＣを必要とせず、比較的簡素で安価な回路で実現可能である。電池セル２１〜２６の電池特性値、特に出力電圧値は、経時的に徐々に変化していく（経年変化する）ものであるので、照合する第１識別情報および第２識別情報をその都度変化させることが容易である。したがって、識別情報の不正取得に対して高いロバスト性を確保することができる。

また、電池監視ユニット部３０は、電池セル２１〜２６のうち所定数以上の電池セルの第１特性値である出力電圧値と第２特性値である出力電圧値との乖離によって、第１識別情報である数列コードと第２識別情報である数列コードとが一致しない場合には、表示部５０を作動して組電池２０が不正に交換された可能性がある旨を表示する。一方、電池セル２１〜２６のうち所定数未満の電池セルの第１特性値である出力電圧値と第２特性値である出力電圧値との乖離によって、第１識別情報である数列コードと第２識別情報である数列コードとが一致しない場合には、表示部５０を作動して組電池２０が劣化した旨を表示する。これらにより、組電池２０が不正に交換された可能性があることや、組電池２０が劣化した可能性があることを、車両１の使用者等に知らせることができる。

また、電池監視ユニット部３０は、第１識別情報である数列コードと第２識別情報である数列コードとが一致しない場合には、車両１の走行運転および組電池２０への充電を禁止する。したがって、正規品でない組電池２０で車両１の走行運転を行ったり、正規品でない組電池２０への充電を禁止することができる。また、劣化した組電池２０で車両１の走行運転を行ったり、劣化した組電池２０への充電を未然に防止することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

上記実施形態では、識別情報である数列コードを生成するために取得する電池セル２１〜２６の電池特性を出力電圧としていたが、これに限定されるものではない。例えば、電池セルの内部抵抗（インピーダンス）や給電能力等であってもかまわない。第１識別情報を生成するために取得する電池特性と第２識別情報を生成するために取得する電池特性とが同一であればよい。

また、上記実施形態では、組電池２０を構成する電池セルの数を６つとしていたが、これに限定されるものではなく、組電池は複数の電池セルを有するものであればよい。

また、上記実施形態では、表示部５０で、組電池２０が不正に交換された可能性があることや、組電池２０が劣化した可能性があることを、別々に表示していたが、合わせて表示するものであってもよい。また、組電池２０が異常である旨を表示するものであってもよい。

また、上記実施形態では、表示手段である表示部５０を報知手段としていたが、これに限定されるものではない。例えば、報知手段は、表示手段、音を発して報知を行う発音手段、振動により報知を行う振動手段等の１つもしくは複数を組み合わせたものであってもよい。

１車両
２充電制御システム
３電源・走行システム（走行駆動手段）
１０電池パック（電池識別装置）
２０組電池
２１、２２、２３、２４、２５、２６電池セル
３０電池監視ユニット部（監視手段）
５０表示部（報知手段）

Claims

車両に搭載され、充放電可能な複数の電池セルを有して、前記車両の走行駆動手段に給電可能な組電池と、
前記組電池の監視を行う監視手段と、
前記組電池の異常を報知する報知手段と、を備える電池識別装置であって、
前記監視手段は、
前記車両の走行運転が終了したとき、もしくは、前記組電池への充電が終了したときに、前記複数の電池セルのそれぞれから電池特性の値を第１特性値として取得し、前記取得した複数の第１特性値に基づいて前記組電池の第１識別情報を生成し、
その後最初に、前記車両の走行運転が開始されるとき、もしくは、前記組電池への充電が開始されるときに、前記複数の電池セルのそれぞれから前記電池特性の値を第２特性値として取得し、前記取得した複数の第２特性値に基づいて前記組電池の第２識別情報を生成して前記第１識別情報と照合することで、前記組電池に対して正規品であるか否かの監視を行うものであり、
前記監視手段は、前記車両の走行運転が開始されるとき、もしくは、前記組電池への充電が開始されるときに、前記第１識別情報と前記第２識別情報とが一致しない場合には、前記報知手段を作動して前記組電池が異常である旨を報知し、
前記監視手段は、前記複数の電池セルのうち所定数以上の電池セルの前記第１特性値と前記第２特性値との乖離によって、前記第１識別情報と前記第２識別情報とが一致しない場合には、前記報知手段を作動して前記組電池が不正に交換された可能性がある旨を報知することを特徴とする電池識別装置。
前記監視手段は、前記複数の電池セルのうち前記所定数未満の電池セルの前記第１特性値と前記第２特性値との乖離によって、前記第１識別情報と前記第２識別情報とが一致しない場合には、前記報知手段を作動して前記組電池が劣化した旨を報知することを特徴とする請求項１に記載の電池識別装置。
前記電池特性は、前記電池セルの出力電圧であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電池識別装置。
前記監視手段は、前記車両の走行運転が開始されるとき、もしくは、前記組電池への充電が開始されるときに、前記第１識別情報と前記第２識別情報とが一致しない場合には、前記車両の走行運転および前記組電池への充電を禁止することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の電池識別装置。