JP2015173528A - 蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】不正な充電を判別する蓄電装置を提供する。【解決手段】コントローラ３０は、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わるとき、センサ２０，２１，２２，２７，２８，２９を用いて取得した情報をメモリ３１に記憶する。コントローラ３０は、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わるときにセンサ２０，２１，２２，２７，２８，２９を用いて取得した情報がメモリ３１に記憶された情報よりも上昇しているとき、蓄電装置１０が不正に充電されていることを判別する。【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電装置の不正な充電が行われたか否かを判別できる蓄電システムに関する。

特許文献１では、電池パックおよび電子機器の間で照合を行い、電池パックが正規品であるか否かを判別している。

特開２００９−１５１９５３号公報

電池パックが正規品であっても、電池パックに対して不正な処理が行われるおそれがある。具体的には、正式な充電経路とは異なる充電経路を用いて、電池パックが充電されてしまうおそれがある。

本発明の蓄電システムは、蓄電装置と、センサと、メモリと、コントローラとを有する。蓄電装置は、車両を走行させるための電力を出力する。センサは、蓄電装置の電圧値、温度およびＳＯＣのうち少なくとも１つを示す情報を取得するために用いられる。メモリは上記情報を記憶する。コントローラは、車両のイグニッションスイッチのオンに応じて起動し、イグニッションスイッチのオフに応じて停止する。

コントローラは、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わるとき、センサを用いて取得した情報をメモリに記憶する。また、コントローラは、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わるときにセンサを用いて取得した情報がメモリに記憶された情報よりも上昇しているとき、蓄電装置が不正に充電されていることを判別する。

イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わるときの上記情報と、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わるときの上記情報とを比較することにより、イグニッションスイッチがオフの間における蓄電装置の充電状態を把握できる。蓄電装置が不正に充電されていれば、センサを用いて取得した情報が上昇するため、この挙動を把握することにより、蓄電装置が不正に充電されていることを判別できる。

電池システムの構成を示す図である。 イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったときの処理を示すフローチャートである。 イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったときの処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例について説明する。

図１は、本実施例における電池システム（本発明の蓄電システムに相当する）の構成を示す図であり、電池システムは、車両（いわゆるハイブリッド自動車）に搭載されている。

組電池（本発明の蓄電装置に相当する）１０は、直列に接続された複数の単電池１１を有する。単電池１１としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることができる。なお、組電池１０には、並列に接続された複数の単電池１１を含めることもできる。

電圧センサ２０は、組電池１０の電圧値Ｖｂを検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。なお、電圧センサ２０を用いて各単電池１１の電圧値を検出することもできる。また、組電池１０を構成する、すべての単電池１１を複数の電池ブロックに分けたとき、電圧センサ２０を用いて各電池ブロックの電圧値を検出することもできる。各電池ブロックは、直列に接続された複数の単電池１１によって構成されており、複数の電池ブロックが直列に接続されることにより、組電池１０が構成される。

温度センサ２１は、組電池１０の温度（電池温度）Ｔｂを検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。電流センサ２２は、組電池１０に流れる電流値（充電電流又は放電電流）Ｉｂを検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。本実施例において、組電池１０を放電しているときには、電流センサ２２によって検出される電流値Ｉｂとして、正の値を用いる。また、組電池１０を充電しているときには、電流センサ２２によって検出される電流値Ｉｂとして、負の値を用いる。

コントローラ３０は、メモリ３１を有しており、メモリ３１は、コントローラ３０が所定処理（特に、本実施例で説明する処理）を行うための各種の情報を記憶している。メモリ３１としては、不揮発性のメモリが用いられる。本実施例では、メモリ３１がコントローラ３０に内蔵されているが、メモリ３１をコントローラ３０の外部に設けることもできる。

組電池１０の正極端子と接続された正極ラインＰＬには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂが設けられている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂは、コントローラ３０からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。組電池１０の負極端子と接続された負極ラインＮＬには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇが設けられている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｇは、コントローラ３０からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。

組電池１０は、正極ラインＰＬおよび負極ラインＮＬを介して、インバータ２３と接続されている。インバータ２３は、組電池１０から出力された直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ・ジェネレータＭＧ２に出力する。モータ・ジェネレータＭＧ２は、インバータ２３から出力された交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータＭＧ２は、減速ギヤなどを介して、駆動輪２４に接続されており、モータ・ジェネレータＭＧ２が生成した運動エネルギは、駆動輪２４に伝達される。これにより、車両を走行させることができる。

動力分割機構２５は、エンジン２６の動力を、駆動輪２４に伝達したり、モータ・ジェネレータＭＧ１に伝達したりする。モータ・ジェネレータＭＧ１は、エンジン２６の動力を受けて発電する。モータ・ジェネレータＭＧ１が生成した電力は、インバータ２３を介して、モータ・ジェネレータＭＧ２に供給されたり、組電池１０に供給されたりする。モータ・ジェネレータＭＧ１が生成した電力を、モータ・ジェネレータＭＧ２に供給すれば、モータ・ジェネレータＭＧ２が生成した運動エネルギによって、駆動輪２４を駆動することができる。また、モータ・ジェネレータＭＧ１が生成した電力を組電池１０に供給すれば、組電池１０を充電することができる。

車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータＭＧ２は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（交流電力）に変換する。インバータ２３は、モータ・ジェネレータＭＧ２が生成した交流電力を直流電力に変換し、直流電力を組電池１０に出力する。これにより、組電池１０は、回生電力を蓄えることができる。

温度センサ２７は、インバータ２３の冷却液の温度（冷却液温度）Ｔｗｉを検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。インバータ２３では、インバータ２３を冷却するための冷却液が用いられる。この冷却液の温度Ｔｗｉが温度センサ２７によって検出される。温度センサ２８は、エンジン２６の冷却液の温度（冷却液温度）Ｔｗｅを検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。エンジン２６では、エンジン２６を冷却するための冷却液が用いられる。この冷却液の温度Ｔｗｅが温度センサ２８によって検出される。温度センサ２９は、車両の外部における温度（外気温度）Ｔｏｕｔを検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。

図１に示す電池システムでは、組電池１０をインバータ２３に接続しているが、これに限るものではない。具体的には、組電池１０およびインバータ２３の間の電流経路に、昇圧回路を設けることができる。昇圧回路は、組電池１０の出力電圧を昇圧し、昇圧後の電力をインバータ２３に出力することができる。また、昇圧回路は、インバータ２３の出力電圧を降圧し、降圧後の電力を組電池１０に出力することができる。

組電池１０をインバータ２３と接続するとき、コントローラ３０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフからオンに切り替える。これにより、組電池１０およびインバータ２３の接続が完了し、図１に示す電池システムは起動状態（Ready-On）となる。車両のイグニッションスイッチがオフからオンに切り替わると、コントローラ３０が起動して図１に示す電池システムを起動状態にする。

一方、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったとき、コントローラ３０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替える。これにより、組電池１０およびインバータ２３の接続が遮断され、図１に示す電池システムは、停止状態（Ready-Off）となる。また、イグニッションスイッチがオフであるとき、コントローラ３０が停止する。

次に、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったときの処理について、図２に示すフローチャートを用いて説明する。図２に示す処理は、コントローラ３０によって実行される。また、図２に示す処理を開始するとき、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇはオンである。

ステップＳ１０１において、コントローラ３０は、電圧値Ｖｂ＿ｏｆｆ、電池温度Ｔｂ＿ｏｆｆ、冷却液温度Ｔｗｅ＿ｏｆｆ，Ｔｗｉ＿ｏｆｆを検出する。電圧値Ｖｂ＿ｏｆｆは電圧センサ２０によって検出され、電池温度Ｔｂ＿ｏｆｆは温度センサ２１によって検出される。冷却液温度Ｔｗｅ＿ｏｆｆ，Ｔｗｉ＿ｏｆｆは温度センサ２８，２７によってそれぞれ検出される。

ステップＳ１０２において、コントローラ３０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替える。ステップＳ１０３において、コントローラ３０は、ステップＳ１０１の処理で検出された情報（電圧値Ｖｂ＿ｏｆｆ、電池温度Ｔｂ＿ｏｆｆ、冷却液温度Ｔｗｅ＿ｏｆｆ，Ｔｗｉ＿ｏｆｆ）をメモリ３１に記憶する。

次に、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったときの処理について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。図３に示す処理は、コントローラ３０によって実行される。また、図３に示す処理を開始するとき、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇはオフである。

ステップＳ２０１において、コントローラ３０は、電圧値Ｖｂ＿ｏｎ、電池温度Ｔｂ＿ｏｎ、冷却液温度Ｔｗ＿ｏｎ，Ｔｗｉ＿ｏｎおよび外気温度Ｔｏｕｔを検出する。電圧値Ｖｂ＿ｏｎは電圧センサ２０によって検出され、電池温度Ｔｂ＿ｏｎは温度センサ２１によって検出される。冷却液温度Ｔｗｅ＿ｏｎ，Ｔｗｉ＿ｏｎは温度センサ２８，２７によってそれぞれ検出され、外気温度Ｔｏｕｔは温度センサ２９によって検出される。

ステップＳ２０２において、コントローラ３０は、ステップＳ２０１の処理で検出された電圧値Ｖｂ＿ｏｎが、図２に示す処理によってメモリ３１に記憶された電圧値Ｖｂ＿ｏｆｆよりも高いか否かを判別する。電圧値Ｖｂ＿ｏｎが電圧値Ｖｂ＿ｏｆｆよりも高いとき、コントローラ３０はステップＳ２０３の処理を行い、電圧値Ｖｂ＿ｏｎが電圧値Ｖｂ＿ｏｆｆ以下であるとき、コントローラ３０は図３に示す処理を終了する。

ステップＳ２０３において、コントローラ３０は、ステップＳ２０１の処理で検出された電池温度Ｔｂ＿ｏｎが、図２に示す処理によってメモリ３１に記憶された電池温度Ｔｂ＿ｏｆｆよりも高いか否かを判別する。電池温度Ｔｂ＿ｏｎが電池温度Ｔｂ＿ｏｆｆよりも高いとき、コントローラ３０はステップＳ２０４の処理を行い、電池温度Ｔｂ＿ｏｎが電池温度Ｔｂ＿ｏｆｆ以下であるとき、コントローラ３０は図３に示す処理を終了する。

ステップＳ２０４において、コントローラ３０は、ステップＳ２０１の処理で検出された冷却液温度Ｔｗｅ＿ｏｎおよび外気温度Ｔｏｕｔを比較し、冷却液温度Ｔｗｅ＿ｏｎが外気温度Ｔｏｕｔと等しいか否かを判別する。ここで、温度センサ２８，２９の検出誤差を考慮して、冷却液温度Ｔｗｅ＿ｏｎが外気温度Ｔｏｕｔと等しいか否かを判別できる。例えば、冷却液温度Ｔｗｅ＿ｏｎおよび外気温度Ｔｏｕｔが下記式（１）に示す条件を満たしているか否かを判別することができる。

Ｔｏｕｔ−α≦Ｔｗｅ＿ｏｎ≦Ｔｏｕｔ＋α ・・・（１）
上記式（１）に示すαは、温度センサ２８，２９の検出誤差を考慮した許容値である。許容値αは適宜設定することができる。

冷却液温度Ｔｗｅ＿ｏｎが外気温度Ｔｏｕｔと等しいとき、コントローラ３０はステップＳ２０５の処理を行う。一方、冷却液温度Ｔｗｅ＿ｏｎが外気温度Ｔｏｕｔと異なるとき、コントローラ３０は図３に示す処理を終了する。

ステップＳ２０５において、コントローラ３０は、ステップＳ２０１の処理で検出された冷却液温度Ｔｗｉ＿ｏｎおよび外気温度Ｔｏｕｔを比較し、冷却液温度Ｔｗｉ＿ｏｎが外気温度Ｔｏｕｔと等しいか否かを判別する。ここで、温度センサ２７，２９の検出誤差を考慮して、冷却液温度Ｔｗｉ＿ｏｎが外気温度Ｔｏｕｔと等しいか否かを判別できる。例えば、冷却液温度Ｔｗｉ＿ｏｎおよび外気温度Ｔｏｕｔが下記式（２）に示す条件を満たしているか否かを判別することができる。

Ｔｏｕｔ−β≦Ｔｗｉ＿ｏｎ≦Ｔｏｕｔ＋β ・・・（２）
上記式（２）に示すβは、温度センサ２７，２９の検出誤差を考慮した許容値である。許容値βは適宜設定することができる。

冷却液温度Ｔｗｉ＿ｏｎが外気温度Ｔｏｕｔと等しいとき、コントローラ３０はステップＳ２０６の処理を行う。一方、冷却液温度Ｔｗｉ＿ｏｎが外気温度Ｔｏｕｔと異なるとき、コントローラ３０は図３に示す処理を終了する。

ステップＳ２０６において、コントローラ３０は、組電池１０が不正に充電されていることを特定し、不正充電に関するフラグを設定する。不正な充電とは、図１に示す電池システムで用いられる充電経路とは異なる充電経路であって、不正な改造によって形成された充電経路を用いて、充電を行うことである。

不正充電に関するフラグの設定情報はメモリ３１に記憶される。不正充電に関するフラグが設定されているとき、例えば、コントローラ３０は、図１に示す電池システムの起動を禁止することができる。すなわち、コントローラ３０は、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わっても、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフからオンに切り替えない。

一方、不正充電に関するフラグが設定されているとき、例えば、コントローラ３０は、組電池１０の放電だけを行わせることができる。この場合において、コントローラ３０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフからオンに切り替え、図１に示す電池システムを起動状態にする。コントローラ３０は、モータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作を制御することにより、充電電力が組電池１０に供給されないようにする。

イグニッションスイッチがオフの間ではコントローラ３０が停止するため、コントローラ３０は、イグニッションスイッチがオフの間における組電池１０の充放電状態を把握することができない。なお、車両の外部に設置された電源（交流電源や直流電源）からの電力を組電池１０に供給する充電システムを備えた車両では、組電池１０に電力を供給するときにコントローラ３０が起動するため、組電池１０の充電状態を把握できる。

電圧値Ｖｂ＿ｏｎが電圧値Ｖｂ＿ｏｆｆよりも高いときには、イグニッションスイッチがオフの間に組電池１０が不正に充電されていることが分かる。また、イグニッションスイッチがオフの間に組電池１０が充電されると、組電池１０が発熱するため、電池温度Ｔｂ＿ｏｎは電池温度Ｔｂ＿ｏｆｆよりも高くなる。したがって、電池温度Ｔｂ＿ｏｎが電池温度Ｔｂ＿ｏｆｆよりも高いことを判別することにより、組電池１０が不正に充電されたことを判別できる。

一方、図１に示す電池システムでは、エンジン２６の動力によって組電池１０が充電されることがある。エンジン２６を始動していれば、冷却液温度Ｔｗｅは外気温度Ｔｏｕｔよりも高くなる。エンジン２６を始動せずに、車両を放置したときには、冷却液温度Ｔｗｅが外気温度Ｔｏｕｔと等しくなる。冷却液温度Ｔｗｅ＿ｏｎが外気温度Ｔｏｕｔと等しければ、エンジン２６が始動されていないことを判別できる。

また、エンジン２６の動力によって組電池１０を充電するときには、インバータ２３が動作することになる。インバータ２３の動作（発熱）によって冷却液温度Ｔｗｉが上昇するため、冷却液温度Ｔｗｉが外気温度Ｔｏｕｔよりも高くなる。インバータ２３を動作させずに車両を放置したときには、冷却液温度Ｔｗｉが外気温度Ｔｏｕｔと等しくなる。冷却液温度Ｔｗｉ＿ｏｎが外気温度Ｔｏｕｔと等しければ、エンジン２６を始動していないことを判別できる。

エンジン２６が始動されていない状態において、電圧値Ｖｂ＿ｏｎが電圧値Ｖｂ＿ｏｆｆよりも高くなったり、電池温度Ｔｂ＿ｏｎが電池温度Ｔｂ＿ｏｆｆよりも高くなったりしたときには、組電池１０が不正に充電されたことを判別できる。

図３に示す処理では、各冷却液温度Ｔｗｅ＿ｏｎ，Ｔｗｉ＿ｏｎを外気温度Ｔｏｕｔと比較しているが、これに限るものではない。具体的には、ステップＳ２０１の処理で検出された冷却液温度Ｔｗｅ＿ｏｎ，Ｔｗｉ＿ｏｎを、図２に示す処理によってメモリ３１に記憶された冷却液温度Ｔｗｅ＿ｏｆｆ，Ｔｗｉ＿ｏｆｆと比較することもできる。

冷却液温度Ｔｗｅ＿ｏｆｆ，Ｔｗｉ＿ｏｆｆおよび冷却液温度Ｔｗｅ＿ｏｎ，Ｔｗｉ＿ｏｎをそれぞれ比較することにより、イグニッションスイッチがオフの間におけるエンジン２６の動作を把握することができる。例えば、イグニッションスイッチがオフの間にエンジン２６が始動されていなければ、冷却液温度Ｔｗｅ，Ｔｗｉは低下しやすくなる。この点を考慮した上で、冷却液温度Ｔｗｅ＿ｏｆｆ，Ｔｗｉ＿ｏｆｆおよび冷却液温度Ｔｗｅ＿ｏｎ，Ｔｗｉ＿ｏｎをそれぞれ比較すれば、イグニッションスイッチがオフの間におけるエンジン２６の動作を把握することができる。

組電池１０が不正に充電されたか否かを判別するためのパラメータは、電圧値Ｖｂ、電池温度Ｔｂ、冷却液温度Ｔｗｅ，Ｔｗｉに限るものではない。例えば、上述したパラメータには、組電池１０のＳＯＣ（State of Charge）を含めることができる。

ＳＯＣとは、満充電容量に対する現在の充電容量の割合を示す。組電池１０が充電されれば、組電池１０のＳＯＣが上昇するため、組電池１０のＳＯＣに基づいて不正な充電が行われたか否かを判別できる。ここで、ＳＯＣおよびＯＣＶ（Open Circuit Voltage）は所定の対応関係を有しているため、組電池１０のＯＣＶを検出すれば、所定の対応関係を用いて、組電池１０のＳＯＣを算出することができる。

組電池１０が不正に充電されたか否かを判別する上では、電圧値Ｖｂ、電池温度ＴｂおよびＳＯＣのうち少なくとも１つの情報を用いることができる。また、冷却液温度Ｔｗｅおよび冷却液温度Ｔｗｉの少なくとも一方を監視することにより、エンジン２６の動力によって組電池１０が充電されたか否かを判別できる。すなわち、エンジン２６の動力によって組電池１０が充電されていないときには、組電池１０が不正に充電されていることを把握しやすくなる。

図１に示す電池システムはハイブリッド自動車に適用されるが、これに限るものではない。すなわち、電気自動車であっても、本発明を適用することができる。この場合には、エンジン２６が省略され、冷却液温度Ｔｗｅは検出されない。

１０：組電池、１１：単電池、２０：電圧センサ、２２：電流センサ、
２３：インバータ、ＭＧ１，ＭＧ２：モータ・ジェネレータ、２４：駆動輪、
２５：動力分割機構、２６：エンジン、３０：コントローラ、３１：メモリ、
２１，２７，２８，２９：温度センサ、ＰＬ：正極ライン、ＮＬ：負極ライン、
ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇ：システムメインリレー

Claims (1)

1. 車両を走行させるための電力を出力する蓄電装置と、
   前記蓄電装置の電圧値、温度およびＳＯＣのうち少なくとも１つを示す情報を取得するためのセンサと、
   前記情報を記憶するメモリと、
   前記車両のイグニッションスイッチのオンに応じて起動し、前記イグニッションスイッチのオフに応じて停止するコントローラと、を有し、
   前記コントローラは、
   前記イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わるとき、前記センサを用いて取得した前記情報を前記メモリに記憶し、
   前記イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わるときに前記センサを用いて取得した前記情報が前記メモリに記憶された前記情報よりも上昇しているとき、前記蓄電装置が不正に充電されていることを判別することを特徴とする蓄電システム。

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