JP2007035479A - 電池パック及び電池パック専用機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 汎用の充電器や自作の充電器による電池パックの充電など、電池パック専用機器以外の使用を防止し、性能劣化や破壊を防止する。
【解決手段】 放電制御用スイッチを直列に接続した二次電池を内蔵して充放電を行う電池パックや電池パック専用機器として、電池パックと専用機器との間で無線通信を行う無線通信手段と、無線通信手段を通して電池パックと専用機器との間で無線通信により認証用のＩＤの送受信を行って該ＩＤの照合による認証を行う認証処理手段と、認証処理手段による認証結果に応じて充放電の制限を行う制限手段とを備え、電池パックと電池パック専用機器との認証が得られない場合に充放電を制限する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放電制御用スイッチを直列に接続した二次電池を内蔵し専用機器との間で充放電を行う電池パック及び電池パック専用機器に関する。

小型化、軽量化を進めている電子機器や携帯機器の電源として、リチウムイオン電池が使われ、その需要の拡大と共に開発、改良も積極的に推進されている。従来より、リチウムイオン電池を含む二次電池に対してその充電を行うための充電器は、専用のものが使用されるようになっており、専用の充電器により充電を行うことが必須となっている。

また、一般にリチウムイオン電池を内蔵した電池パックは、繰り返し充電をして利用するが、定格から外れた電圧での充電や過充電を繰り返し行うと、性能劣化や破壊が生じやすくなる。そのため、専用の充電器、本体機器（放電器）に対してのみ充放電を行うように接続し使用するようになっている（例えば、特許文献１〜３参照）。
特開平１１−２７８６９号公報 特開平１１−９８７１４号公報 特開平１１−１８７５８８号公報

従来、専用の充電器により電圧検出、充電状態の検出を行い充電停止の動作制御を行うため、電池パックを本体機器から取り外して充電を行う場合、保護ＩＣを内蔵した単体であれば、間違って別の機器により充放電されても、内蔵した保護ＩＣの動作により電池を保護することができる。しかし、保護ＩＣを内蔵した電池パックでは、保護ＩＣが電力を消費し、部品点数もそれなりに多く、コストも高くなるなどの問題を有している。また、保護回路を内臓した単体以外では、取り外しを行うと、間違って別の機器により充放電されても電池を保護することができないため、別の機器により充放電される恐れから分離独立することができなかった。

二次電池、その充電器、本体機器が専用とされているものであっても、専用の充電器は、価格が割高であり、また単品で入手するには難しく入手性に困難さがあることから、専用充電器を使用せず、汎用の充電器や自作の充電器などを使用して二次電池の充電を行う場合がある。一体ではなく接続を切り離して分離独立できるようになっている機器にはそれぞれ定格、仕様が表記されている。したがってそれぞれの定格、仕様から判断して同等の定格、仕様の他の二次電池、その充電器、本体機器を組み合わせ流用することを可能にしている。しかし、このように汎用の充電器や自作の充電器などを使用して二次電池の充電を行うことは、二次電池の使用上極めて悪い影響を及ぼし、発煙や発火などを招くこともあり、種々の障害が発生する。

本発明は、上記課題を解決するものであって、汎用の充電器や自作の充電器による電池パックの充電など、電池パック専用機器以外の使用を防止し、性能劣化や破壊を防止するものである。

そのために本発明は、放電制御用スイッチを直列に接続した二次電池を内蔵し専用機器との間で充放電を行う電池パックであって、該電池パックに接続される前記専用機器との間で無線通信を行う無線通信手段と、前記無線通信手段を通して前記専用機器との間で無線通信により認証用のＩＤの送受信を行って該ＩＤの照合による認証を行う認証処理手段と、前記認証処理手段による認証結果に応じて充放電の制限を行う制限手段とを備えたことを特徴とする。

また、放電制御用スイッチを直列に接続した二次電池を内蔵した電池パックとの間で充放電を行う電池パック専用機器であって、該専用機器に接続される前記電池パックとの間で無線通信を行う無線通信手段と、前記無線通信手段を通して前記電池パックとの間で無線通信により認証用のＩＤの送受信を行って該ＩＤの照合による認証を行う認証処理手段と、前記認証処理手段による認証結果に応じて充放電の制限を行う制限手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、放電制御用スイッチを直列に接続した二次電池を内蔵し充放電を行う電池パックとその電池パック専用機器との間で無線通信により認証用のＩＤの送受信を行って該ＩＤの照合による認証を行うので、電池パックに関する情報を一切開示せずに、本体機器や専用充電器からなる電池パック専用機器をＩＤ認証により確認することができ、内部の簡略化を行うことができる。このことにより電池パック内をブラックボックス化することができ、疑似品での適用をできなくし、保護を簡易化することもできる。しかも、ブラックボックス化することで、使用する機器を限定して簡略化、低コスト化することができ、ＩＤも認証も簡略化し、低コスト化することができる。さらに、リチウムイオン電池において、内蔵の保護回路は、外部より印加される異常エネルギーによる影響を排除するために挿入されるものであることを考えると、本発明によれば、外部機器を確実に制限することができるので、保護回路の簡略化も可能となる。このような専用機器による使用は、電池パックの信頼性および安全性に対してもより向上を図り、製品レベルの向上に対する効果も大きい。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する 図１は本発明に係る電池パックの実施の形態を説明する図、図２および図３は本発明に係る認証処理の例を説明するための図である。図中、１は電池、２は電池電圧監視ＩＣ、３は充放電用制御ＦＥＴ、４はマイコン、５は電流検出抵抗、６はＯＰＡＭＰ、７はＥＥＰＲＯＭ、９はＬＥＤ表示器、１０は電池パック、１１、２１は無線通信部、１２、２２は認証処理部、１３、２３は制限スイッチ、１４、２４はＩＤメモリ、２０は電池パック専用機器を示す。

図１（１）において、電池１は、例えば３直にリチウムイオン電池からなるセルが接続された二次電池であり、電流検出抵抗５は、その充放電電流Ｉを検出し、ＯＰＡＭＰ６は、電流検出抵抗５により検出された微小電圧を増幅する増幅器である。電池電圧監視ＩＣ２は、電池電圧を検出し充放電制御を行う保護ＩＣである。マイコン４は、セル電圧や充放電電流のデータを入手して充放電の制御を行うためのメインプログラム、電池パック専用機器と通信するための通信プログラム、その通信プログラムにて電池パック専用機器の認証を行うための認証プログラムを有し、電池パック内の各種制御、異常検出等を行うものであり、そのための演算処理を行い、また外部ホスト装置に対し通信等を行う。ＥＥＰＲＯＭ７は、プログラムや制御データ、異常データ、履歴・蓄積データ、認証用のＩＤ等を格納する記憶手段である。充放電用制御ＦＥＴ３は、電池電圧監視ＩＣ２又はマイコン４からの信号により充放電をオン、オフ制御するスイッチ素子である。ＬＥＤ表示器９は、容量表示用として残量を表示すると共に、認証結果の情報等を表示する。

本発明に係る電池パックは、充電するため充電器が接続された場合、電源として放電するため機器本体に装着接続された場合、それら充電器や機器本体と間で無線通信により認証用のＩＤ（識別情報）の送受信を行って該ＩＤの照合による認証を行い、それら充電器や機器本体がその電池パックに専用の電池パック専用機器であると判定された場合には、電池パックの充放電を可能とし、電池パック専用機器でないと判定された場合には、電池パックの充放電を制限（禁止）する。また、同様の機能を電池パック専用機器の充電器や機器本体それぞれに備えることにより、その電池パック専用機器に適合する電池パックか否かを判定して充電器からの充電、機器本体への放電を可能とし、あるいは制限（禁止）する。

このような認証用のＩＤの照合により認証を行う機能のブロック構成図を示したのが図１（Ｂ）である。図１（Ｂ）において、電池パック１０側には、無線通信部１１、認証処理部１２、制限スイッチ１３、認証用のＩＤを保持するＩＤメモリ１４を、電池パック専用機器（本体機器、充電器）２０側には、無線通信部２１、認証処理部２２、制限スイッチ２３、認証用のＩＤを保持するＩＤメモリ２４をそれぞれ設けている。ＩＤメモリ１４、２４に保持された認証用のＩＤを用い、無線通信部１１、２１は、無線通信により認証用のＩＤ、認証信号等の送受信を行い、認証処理部１２、２２は、認証用のＩＤ、認証信号等の送受信に従い、電池パック、電池パック専用機器の認証、判定を行うことにより、電池パック１０に対する充放電の制御、充放電制限（禁止）の制御を行う。図１（Ａ）に示す電池パックにおいて、無線通信部１１は、マイコン４がＥＥＰＲＯＭ７に格納された通信プログラムを実行することにより、また、認証処理部１２は、マイコン４がＥＥＰＲＯＭ７に格納された認証プログラムを実行することによりそれぞれ実現され、認証用のＩＤは、ＥＥＰＲＯＭ７に格納される。無線通信部１１、２１間の無線通信は、電波や超音波、レーザ光による信号を使って実現される。

次に、認証処理部１２による認証処理の例として、一方から認証用のＩＤを送信し、受信側でその認証用のＩＤを照合して認証信号を返信することにより、その認証信号の受信を確認する方式、つまり相手に認証用のＩＤの照合機能を持たせる場合や、認証用のＩＤの送信を要求し、その受信した認証用のＩＤを照合して認証する方式、つまり認証用のＩＤの照合機能を自分で持つ場合について説明する。

相手に認証用のＩＤの照合機能を持たせる場合の処理は、例えば図２に示すようにまず、相手との通信が可能になると相手に認証用のＩＤを送信して（ステップＳ１１）、送信した認証用のＩＤに対し相手側から照合を行うことにより、その結果として返信してくる認証信号（照合ＩＤ有・一致／照合ＩＤ無・不一致）の受信を待ち（ステップＳ１２）、その認証信号に応じて、照合ＩＤ無・不一致の場合には不適合を報知（表示）し（ステップＳ１３）、照合ＩＤ有・一致の場合には充放電制限スイッチをオンにし（ステップＳ１４）、認証処理を終了する。充放電制限スイッチは、例えば充放電用制御ＦＥＴ３を制御可能にする充放電制限スイッチや、充放電用制御ＦＥＴ３に直列接続して給電回路をオン／オフする充放電制限スイッチであり、例えば充放電用制御ＦＥＴ３のオン／オフを制御する制御回路を作動可能にする充放電制限スイッチなどを含み、充放電を制限するための回路スイッチである。

電池パックにおいてこの認証処理を行うようにする場合、相手となる充電器や本体機器（電池パック専用機器）は、認証用のＩＤを電池パックから受信してその認証を行い、照合ＩＤ有・一致／照合ＩＤ無・不一致の認証信号を電池パックに返信する機能を備えるものとなる。充電器や本体機器においてこの認証処理を行うようにする場合には、この逆に電池パックが認証用のＩＤの受信、認証、照合ＩＤ有・一致／照合ＩＤ無・不一致の認証信号の返信機能を備えるものとなる。

また、認証用のＩＤの照合機能を自分で持つ場合の処理は、例えば図３に示すようにまず、相手との通信が可能になると相手に認証用のＩＤの送信要求を発行し（ステップＳ２１）、相手から送信されてくる認証用のＩＤを受信するのを待ち（ステップＳ２２）、認証用のＩＤを受信すると、その照合を行い（ステップＳ２３）、照合ＩＤがあるか否か（一致か否か）を判定し（ステップＳ２４）、照合ＩＤ有・一致の場合には、充放電制限スイッチをオンにし（ステップＳ２６）、ステップＳ２２で相手から認証用のＩＤの受信がない場合、ステップＳ２４で照合ＩＤ無・不一致の場合には不適合を報知（表示）し（ステップＳ２５）、認証処理を終了する。

電池パックにおいてこの認証処理を行うようにする場合、相手となる充電器や本体機器は、認証用のＩＤの送信要求に応じて認証用のＩＤを送信するだけの機能を備えたものでよく、充電器や本体機器においてこの認証処理を行うようにする場合には、この逆に電池パックが認証用のＩＤの送信要求に応じて認証用のＩＤを送信するだけの機能を備えたものでよい。

なお、本発明は、上記実施の携帯に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えばＩＤの照合は、照合の対象ＩＤとしてテーブルに複数個のＩＤを登録しておき、そのいずれかと一致するか否かを照合（照合ＩＤ有／照合ＩＤ無）してもよいし、唯一のＩＤを登録しておき、それと一致するか否か（一致／不一致）を照合してもよい。また、認証用のＩＤを送信する側においても、唯一のＩＤを送信するものでも、複数のＩＤから適宜（ランダム、所定の順に）送信するものでもよい。

図２や図３で説明した認証処理では、相手に充放電制限スイッチの制御機能がないので、認証用のＩＤの認証処理の結果に関係なく充放電できることになる。つまり、電池パックに図２や図３で説明した認証処理機能を備えるものとした場合、相手となる充電器や本体機器は、適合しない電池パックがであっても感知しないことになる。そこで、電池パックとその相手となる充電器や本体機器の双方に、図２や図３に対応する機能を備えるようにしてもよい。

さらに、本発明は、コイルを使った非接触（電波）、光通信（レーザ光）、超音波のほか、磁性体を使ってもよいし、一定の電力を計測して整合を行い、通電による確認や電磁界による確認を行う方法と兼用してもよい。

本発明に係る電池パックの実施の形態を説明する図である。 本発明に係る認証処理の例を説明するための図である。 本発明に係る認証処理の例を説明するための図である。

符号の説明

１…電池、２…電池電圧監視ＩＣ、３…充放電用制御ＦＥＴ、４…マイコン、５…電流検出抵抗、６…ＯＰＡＭＰ、７…ＥＥＰＲＯＭ、９…ＬＥＤ表示器、１０…電池パック、１１、２１…無線通信部、１２、２２…認証処理部、１３、２３…制限スイッチ、１４、２４…ＩＤメモリ、２０…電池パック専用機器

Claims (2)

1. 放電制御用スイッチを直列に接続した二次電池を内蔵し専用機器との間で充放電を行う電池パックであって、
   該電池パックに接続される前記専用機器との間で無線通信を行う無線通信手段と、
   前記無線通信手段を通して前記専用機器との間で無線通信により認証用のＩＤの送受信を行って該ＩＤの照合による認証を行う認証処理手段と、
   前記認証処理手段による認証結果に応じて充放電の制限を行う制限手段と
   を備えたことを特徴とする電池パック。
2. 放電制御用スイッチを直列に接続した二次電池を内蔵した電池パックとの間で充放電を行う電池パック専用機器であって、
   該専用機器に接続される前記電池パックとの間で無線通信を行う無線通信手段と、
   前記無線通信手段を通して前記電池パックとの間で無線通信により認証用のＩＤの送受信を行って該ＩＤの照合による認証を行う認証処理手段と、
   前記認証処理手段による認証結果に応じて充放電の制限を行う制限手段と
   を備えたことを特徴とする電池パック専用機器。

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