JP2017118642A - 電池駆動システム、電池パックおよび半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の安全性を保証することが可能な電池駆動システム、電池パックおよび半導体装置を提供する。【解決手段】電池駆動システムは、二次電池ＢＡＴと、主ユニット（ＬＤ）と、主ユニットの電源経路上または信号経路上に設けられるスイッチＳＷと、インピーダンス測定回路ＭＥＡＳと、記憶回路ＲＯＭと、認証回路ＣＡとを有する。インピーダンス測定回路ＭＥＡＳは、二次電池ＢＡＴのインピーダンスを測定する。記憶回路ＲＯＭは、予め定めた二次電池ＢＡＴのインピーダンス特性を照合データＳＰＤＴとして保持する。認証回路ＣＡは、インピーダンス測定回路ＭＥＡＳの測定結果に基づく測定データと照合データＳＰＤＴとを比較することで二次電池ＢＡＴの適合有無を判定し、適合無しの場合にスイッチＳＷをオフに制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、電池駆動システム、電池パックおよび半導体装置に関し、例えば、電池パックの検証技術に関する。

例えば、特許文献１には、所定の周波数域のリチウムイオン二次電池のインピーダンススペクトルをインピーダンス測定装置により測定し、その測定結果を複素平面上に表した時に得られる円弧状部の頂点の座標から電池の劣化状態を評価する方法が示される。また、特許文献２には、リチウムイオン二次電池内部の劣化現象が正極極板に起因したものか負極極板に起因したものかを同定するとともに、電池の劣化度合いを分析する方法が示される。

国際公開第２０１２／０９５９１３号 特開２０１５−３２５７２号公報

例えば、各種携帯機器で使用される二次電池は、本体機器と違って使用を繰り返す事で電池の劣化が起きるため、二次電池を搭載した電池パックを定期的に交換することが必要となる。そのため、電池パックを単体で販売する市場が拡大しており、当該市場は、場合によっては本体の市場より大きくなることもある。

このような背景に伴い、現状、電池パックの市場では、本体機器で指定した正規品とは全く異なる模倣品の電池パックが流通している。また、模倣品の中には、粗悪な品質を有する品が多く存在する。その結果、模倣品は、本体機器メーカの販売を阻害するだけでなく、電池パックの安全性を損い、市場事故を招く恐れがある。仮に、市場事故が発生すると、模倣品であるにも関わらず、本体機器メーカに多大な損害が生じる場合がある。

そこで、本体機器と電池パックとの間で、正規品か模倣品かを識別するための認証を行うことが考えられる。具体的な認証方法として、例えば、電池パックに搭載した所定の抵抗値を本体機器で読み取る方法や、あるいは双方のコントローラ間で暗号化された認証コード等をやり取りする方法等が挙げられる。このような認証方法は、言うなれば、電池パックの搭載部品を検証することで、間接的に電池パックに搭載される二次電池の安全性を確保するものである。したがって、例えば、電池パックの中の二次電池のみを入れ替えること等で、粗悪な二次電池を搭載した電池パックが流通したような場合、二次電池の安全性を保証することが困難となり得る。

後述する実施の形態は、このようなことを鑑みてなされたものであり、その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態による電池駆動システムは、二次電池と、二次電池を着脱可能な主ユニットと、主ユニットの電源経路上または信号経路上に設けられるスイッチと、インピーダンス測定回路と、記憶回路と、認証回路とを有する。インピーダンス測定回路は、二次電池に結合され、二次電池のインピーダンスを測定する。記憶回路は、予め定めた二次電池のインピーダンス特性を照合データとして保持する。認証回路は、インピーダンス測定回路の測定結果に基づく測定データと照合データとを比較することで二次電池の適合有無を判定し、適合無しの場合にスイッチをオフに制御する。

前記一実施の形態によれば、二次電池の安全性を保証することが可能になる。

本発明の実施の形態１による電池駆動システムにおいて、主要部の構成例を示す概略図である。 図１の電池駆動システムにおいて、主要部の概略的な動作例を示す説明図である。 本発明の実施の形態２による電池駆動システムにおいて、図１の電池パック内のインピーダンス測定回路周りの構成例を示す回路図である。 本発明の実施の形態２による電池駆動システムにおいて、図１の電池パックが測定データを作成する際の処理内容の一例を示すフロー図である。 本発明の実施の形態２による電池駆動システムにおいて、図１の本体装置内の認証回路が測定データを照合する際の処理内容の一例を示すフロー図である。 （ａ）は、図３の電池パックにおいて、二次電池の等価回路の一例を示す回路図であり、（ｂ）は、コールコールプロットの特性の一例を示す特性図である。 図５のフローにおいて、適合無しと判定される二次電池に関するコールコールプロットの特性例を示す図である。 本発明の実施の形態３による電池駆動システムにおいて、図１の電池パック内のインピーダンス測定回路周りの構成例を示す回路図である。 図８のインピーダンス測定回路における測定結果の一例を示す特性図である。 本発明の実施の形態３による電池駆動システムにおいて、図１の電池パック内のインピーダンス測定回路周りの他の構成例を示す回路図である。 本発明の実施の形態４による電池駆動システムにおいて、主要部の構成例を示す概略図である。 図１１の方式を適用した電池駆動システムの構成例を示す概略図である。 図１１の方式を適用した電池駆動システムの他の構成例を示す概略図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の比較例として検討した電池駆動システムにおいて、主要部の構成例を示す概略図である。

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
《電池駆動システムの概略構成》
図１は、本発明の実施の形態１による電池駆動システムにおいて、主要部の構成例を示す概略図である。図１に示す電池駆動システムは、二次電池パックＢＡＴＰと、二次電池パックＢＡＴＰを着脱可能な本体装置ＭＤＥＶとを備える。二次電池パックＢＡＴＰは、電源端子Ｐｂ（＋），Ｐｂ（−）と、通信端子ＣＯＭｂと、二次電池ＢＡＴと、インピーダンス測定回路ＭＥＡＳと、電池コントローラＢＣＴＬとを備える。

二次電池ＢＡＴは、必ずしも限定はされないが、リチウムイオン二次電池等であり、正電極ＰＰと負電極ＰＮの間に所定の電圧レベルを持つ電源を生成する。ここでは、正電極ＰＰには、負電極ＰＮに結合される基準電源電圧ＧＮＤを基準として電源電圧Ｖｂａｔが生成される。電源端子Ｐｂ（＋），Ｐｂ（−）は、二次電池ＢＡＴの各電極ＰＰ，ＰＮにそれぞれ結合され、本体装置ＭＤＥＶと着脱可能に構成される。通信端子ＣＯＭｂは、例えば、シリアル通信端子であり、本体装置ＭＤＥＶと通信する端子である。

インピーダンス測定回路ＭＥＡＳは、二次電池ＢＡＴに結合され、二次電池ＢＡＴのインピーダンスを測定する。具体的には、インピーダンス測定回路ＭＥＡＳは、二次電池ＢＡＴの直流インピーダンス（直流抵抗）と、交流インピーダンスの絶対値と、交流インピーダンスの絶対値および位相（すなわち実数部および虚数部）の中から少なくともいずれか１つを測定する。

電池コントローラＢＣＴＬは、特に限定はされないが、マイクロコントローラ（ＭＣＵ：Micro Control Unit）等である。電池コントローラＢＣＴＬは、インピーダンス測定回路ＭＥＡＳと通信端子ＣＯＭｂとに結合され、インピーダンス測定回路ＭＥＡＳの測定結果に基づく測定データを通信端子ＣＯＭｂから送信する。また、電池コントローラＢＣＴＬは、二次電池ＢＡＴの過電圧や過電流等を判定し、判定結果に応じた各種制御を行う保護回路ＰＲＣを備える。図示は省略されているが、例えば、電源電圧Ｖｂａｔまたは基準電源電圧ＧＮＤの電源経路上に電源スイッチ等が設けられ、保護回路ＰＲＣは、判定結果に応じて当該電源スイッチの遮断等を行う。

なお、通常、インピーダンス測定回路ＭＥＡＳは、主にアナログ回路で構成され、電池コントローラＢＣＴＬは、主にディジタル回路で構成される。インピーダンス測定回路ＭＥＡＳと電池コントローラＢＣＴＬは、例えば、ＳＯＣ（System On a Chip）として１個の半導体チップ（半導体装置）で構成することや、それぞれ別の半導体チップを適宜配線することで１個のパッケージ（半導体装置）で構成することが可能である。

本体装置ＭＤＥＶは、電源端子Ｐｍ（＋），Ｐｍ（−）と、通信端子ＣＯＭｍと、本体コントローラＭＣＴＬと、スイッチＳＷと、負荷ユニット（主ユニット）ＬＤとを備える。電源端子Ｐｍ（＋），Ｐｍ（−）は、電池パックＢＡＴＰの電源端子Ｐｂ（＋），Ｐｂ（−）にそれぞれ結合され、電池パックＢＡＴＰと着脱可能に構成される。通信端子ＣＯＭｍは、通信端子ＣＯＭｂを介して電池パックＢＡＴＰと通信する端子である。

負荷ユニットＬＤは、電源端子Ｐｍ（＋），Ｐｍ（−）を介して供給される二次電池ＢＡＴからの電源で、本体装置ＭＤＥＶの主機能に応じた所定の動作を実行する。負荷ユニットＬＤは、例えば、本体装置ＭＤＥＶが画像処理装置である場合には、画像処理を実行し、無線通信装置である場合には、無線通信で必要な各種処理を実行する。スイッチＳＷは、ここでは、負荷ユニットＬＤの電源経路上に設けられ、負荷ユニットＬＤへの電源供給有無を制御する。

本体コントローラＭＣＴＬは、電源端子Ｐｍ（＋），Ｐｍ（−）間に結合され、特に限定はされないが、マイクロコントローラ（ＭＣＵ）等である。本体コントローラＭＣＴＬは、不揮発性の記憶回路ＲＯＭと、認証回路ＣＡとを備える。記憶回路ＲＯＭは、予め定めた二次電池ＢＡＴのインピーダンス特性を照合データＳＰＤＴとして保持する。認証回路ＣＡは、通信端子ＣＯＭｍを介して前述した電池コントローラＢＣＴＬからの測定データを受信する。そして、認証回路ＣＡは、当該測定データと照合データＳＰＤＴとを比較することで二次電池ＢＡＴの適合有無を判定し、スイッチＳＷを、適合有りの場合にはオンに制御し、適合無しの場合にはオフに制御する。

《電池駆動システムの概略動作》
図２は、図１の電池駆動システムにおいて、主要部の概略的な動作例を示す説明図である。図２において、まず、本体装置ＭＤＥＶの認証回路ＣＡは、スイッチＳＷをオフに制御した状態で、認証要求を通信端子ＣＯＭｍから送信する（ステップＳ１０１）。電池パックＢＡＴＰの電池コントローラＢＣＴＬは、通信端子ＣＯＭｂで受信した認証要求に応じて、インピーダンス測定回路ＭＥＡＳへ測定開始命令を発行する（ステップＳ１０２）。

インピーダンス測定回路ＭＥＡＳは、測定開始命令に応じて二次電池ＢＡＴのインピーダンスを測定し（ステップＳ１０３）、その測定結果を電池コントローラＢＣＴＬへ送信する（ステップＳ１０４）。電池コントローラＢＣＴＬは、例えば、当該測定結果に基づき所定の測定結果処理（例えば、必要とされるパラメータの算出等）を行い、その処理結果となる測定データを通信端子ＣＯＭｂから送信する（ステップＳ１０５）。

認証回路ＣＡは、測定データを通信端子ＣＯＭｍで受信し、照合データＳＰＤＴに基づき測定データの適合有無を判定する（ステップＳ１０６）。具体的には、照合データＳＰＤＴは、例えば、二次電圧ＢＡＴのインピーダンスに関して設計段階で予め判明しているパラメータ等である。認証回路ＣＡは、インピーダンス測定回路ＭＥＡＳの測定結果に基づき得られたパラメータが、照合データＳＰＤＴに含まれるパラメータを基準とした所定の範囲内（例えば、製造ばらつき、測定誤差、経時変化等を反映した変動範囲内）に含まれるか否かを判定する。認証回路ＣＡは、所定の範囲内に含まれる場合には、測定データ（言い換えれば二次電池ＢＡＴ）を適合有りと判定し、含まれない場合には適合無しと判定する。

その後、認証回路ＣＡは、適合有りと判定した場合には、スイッチＳＷをオンに制御することで、負荷ユニットＬＤへ電源を供給する（ステップＳ１０７）。一方、認証回路ＣＡは、適合無しと判定した場合には、スイッチＳＷをオフに制御することで、負荷ユニットＬＤへの電源供給を行わない。

《本実施の形態１の主要な効果》
図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、本発明の比較例として検討した電池駆動システムにおいて、主要部の構成例を示す概略図である。図１４（ａ）において、電池パックＢＡＴＰ’１は、二次電池ＢＡＴに加えて、ＩＤ設定端子ＩＤｂと、当該端子に結合されるＩＤ設定用抵抗Ｒｉｄとを備え、本体装置ＭＤＥＶ’１は、ＩＤ設定端子ＩＤｍと、当該端子に結合されるプルアップ抵抗Ｒｐｕとを備える。本体装置ＭＤＥＶ’１の本体コントローラＭＣＴＬ’１は、ＩＤ設定端子ＩＤｍを介してプルアップ抵抗ＲｐｕとＩＤ設定用抵抗Ｒｉｄの分圧比を検出することでＩＤ設定用抵抗Ｒｉｄの抵抗値を読み取る。ＩＤ設定用抵抗Ｒｉｄの抵抗値は、電池パックの製造メーカ毎に異なっており、本体コントローラＭＣＴＬ’１は、この抵抗値の違いによって電池パックＢＡＴＰ’１が正規品か模倣品かを判定する。

図１４（ｂ）において、電池パックＢＡＴＰ’２は、二次電池ＢＡＴに加えて、通信端子ＣＯＭｂと、当該端子に結合される電池コントローラＢＣＴＬ’２とを備え、本体装置ＭＤＥＶ’２は、通信端子ＣＯＭｍと、当該端子に結合される本体コントローラＭＣＴＬ’２とを備える。電池コントローラＢＣＴＬ’２は、予め型名やタイプなどの電池ＩＤを保持しており、当該電池ＩＤを通信端子ＣＯＭｂから送信する。本体コントローラＭＣＴＬ’２は、通信端子ＣＯＭｍで受信した電池ＩＤを認識することで、電池パックＢＡＴＰ’２が正規品か模倣品かを判定する。また、当該通信には、更なるセキュリティの確保のため、暗号通信が用いられる場合がある。

このような構成において、例えば、二次電池ＢＡＴのみが粗悪品に入れ替えられたような場合、二次電池ＢＡＴの安全性を保証することが困難となる。一方、本実施の形態１の方式では、二次電池ＢＡＴのインピーダンス特性を実際に測定し、その測定結果に基づいて二次電池ＢＡＴが粗悪品であるか否かを判定しているため、より確実に二次電池ＢＡＴの安全性を保証することが可能となる。すなわち、本実施の形態１の方式を用いると、場合によっては、仮に電池パックが正規品でなくても、二次電池ＢＡＴのインピーダンス特性が予め定めた条件を満足していれば、適合有りの電池パックと判定され得る。この場合であっても、二次電池ＢＡＴの安全性が保証されていることが有益となる。

すなわち、特にリチウムイオン電池は、エネルギー密度が高く、有機溶媒を使用していることから、不具合および事故発生時の危険リスクが高い。また、リチウムイオン電池の市場規模は大きく、これに応じて粗悪品が混在する可能性も拡大することから、粗悪品のリチウムイオン電池が発火破裂事故や火災などを引き起こす可能性も高くなる。このような事故が一旦発生すると、正規品であるか模倣品であるかに関わらず、市場規模が大きい分だけ、正規の製造メーカに莫大な損害を及ぼす恐れがある。本実施の形態１の方式を用いることで、このような事態が生じる可能性を低減できる。

また、図１４（ａ）の方式では、ＩＤ設定用抵抗Ｒｉｄを模倣することで、電池パックの模倣品を容易に製造できる場合があり、また、専用端子となるＩＤ設定端子ＩＤｂ，ＩＤｍが必要となるため、端子数の増大等が生じ得る。一方、本実施の形態１の方式を用いると、本来備えている通信端子を流用することができるため、このような専用端子は不要となり、また、ＩＤ設定用抵抗Ｒｉｄを用いる場合よりは模倣が容易でない。

図１４（ｂ）の方式は、例えば、暗号通信を用いることで高い秘匿性を実現することができるため、本実施の形態１の方式のように、二次電池ＢＡＴを認証するのではなく、電池パックを認証するという観点では、有益な方式である。ただし、暗号通信は、秘匿性とコストとの間に相関があり、秘匿性を上げるほどコストの増大を招き、また、本実施の形態１の方式と比べて認証に伴う処理が複雑化する恐れがある。しかし、例えば、測定データ自体を偽造される可能性を考慮すると、図２のステップＳ１０１，Ｓ１０５における通信に暗号通信を用いてもよい。

（実施の形態２）
《インピーダンス測定方法の詳細》
図３は、本発明の実施の形態２による電池駆動システムにおいて、図１の電池パック内のインピーダンス測定回路周りの構成例を示す回路図である。図３に示すインピーダンス測定回路ＭＥＡＳは、交流信号源ＡＣＧと、交流電流源ＩＡＣと、直流カットコンデンサＣｐ，Ｃｎと、差動アンプ回路ＤＡＭＰと、検波回路ＰＨＤＥＴとを備える。また、インピーダンス測定回路ＭＥＡＳは、ここでは、電池コントローラＢＣＴＬの一部を含めて構成される。この一部の中には、アナログディジタル変換器ＡＤＣと、インピーダンス演算回路ＣＡＬとが含まれる。

交流信号源ＡＣＧは、電池コントローラＢＣＴＬからの指示に応じて、それぞれ周波数（角周波数ω）が異なる複数の交流信号を生成する。交流電流源ＩＡＣは、交流信号源ＡＣＧからの交流信号（ｓｉｎ（ω・ｔ））を受けて、当該交流信号と同位相の交流電流信号ｉｉｎ（＝Ｉｉ×ｓｉｎ（ω・ｔ））を生成する。そして、交流電流源ＩＡＣは、交流電流信号ｉｉｎを、二次電池ＢＡＴの直流電流に重畳する形で二次電池ＢＡＴに印加する。差動アンプ回路ＤＡＭＰは、交流電流信号ｉｉｎに応じて生成される二次電池ＢＡＴの各電極ＰＰ，ＰＮ間の電圧を直流カットコンデンサＣｐ，Ｃｎを介して受信し、それを差動増幅することで、交流成分のみとなる交流電圧信号ｖｏｕｔ（＝Ｖｏ×ｓｉｎ（ω・ｔ＋θ））を出力する。

検波回路ＰＨＤＥＴは、乗算器ＭＩＸｒ，ＭＩＸｉと、ロウパスフィルタ回路ＬＰＦｒ，ＬＰＦｉとを備え、二次電池ＢＡＴからの差動アンプ回路ＤＡＭＰを介した交流電圧信号ｖｏｕｔを受けて、交流電流信号ｉｉｎと交流電圧信号ｖｏｕｔとの位相差θを検出する。具体的には、乗算器ＭＩＸｒは、交流電圧信号ｖｏｕｔと、交流信号源ＡＣＧから送信される、交流電流信号ｉｉｎと同位相の基準電圧信号（ｓｉｎ（ω・ｔ））とを乗算し、当該乗算結果をロウパスフィルタ回路ＬＰＦｒを介して出力する。その結果、ロウパスフィルタ回路ＬＰＦｒの出力電圧Ｖｒｅとして、交流電圧信号ｖｏｕｔの実数部Ｖｒｅが得られる。

一方、乗算器ＭＩＸｉは、交流電圧信号ｖｏｕｔと、交流信号源ＡＣＧから送信される、交流電流信号ｉｉｎと直交位相の基準電圧信号（ｃｏｓ（ω・ｔ））とを乗算し、当該乗算結果をロウパスフィルタ回路ＬＰＦｉを介して出力する。その結果、ロウパスフィルタ回路ＬＰＦｉの出力電圧Ｖｉｍとして、交流電圧信号ｖｏｕｔの虚数部Ｖｉｍが得られる。

より具体的に説明すると、まず、二次電池ＢＡＴのインピーダンスＺは、Ｚ＝ｖｏｕｔ／ｉｉｎであり、ベクトル表示で、（Ｖｏ／Ｉｉ）∠θである。インピーダンスＺの実数部Ｚ’および虚数部Ｚ”は、それぞれ式（１）および式（２）である。式（１）および式（２）において、‘Ｉｉ’の電流値は予め定まっている。

Ｚ’＝（Ｖｏ／Ｉｉ）×ｃｏｓθ （１）
Ｚ”＝（Ｖｏ／Ｉｉ）×ｓｉｎθ （２）
乗算器ＭＩＸｒは、式（３）のように、交流電圧信号ｖｏｕｔと基準電圧信号（ｓｉｎ（ω・ｔ））を乗算し、当該乗算結果Ｖｒｅ’をロウパスフィルタ回路ＬＰＦｒでフィルタリングすることで、式（４）のような実数部Ｖｒｅを検出する。また、乗算器ＭＩＸｉは、式（５）のように、交流電圧信号ｖｏｕｔと基準電圧信号（ｃｏｓ（ω・ｔ））を乗算し、当該乗算結果Ｖｉｍ’をロウパスフィルタ回路ＬＰＦｉでフィルタリングすることで、式（６）のような虚数部Ｖｉｍを検出する。

Ｖｒｅ’＝Ｖｏ×ｓｉｎ（ω・ｔ＋θ）×ｓｉｎ（ω・ｔ） （３）
Ｖｒｅ＝（Ｖｏ／２）×ｃｏｓθ （４）
Ｖｉｍ’＝Ｖｏ×ｓｉｎ（ω・ｔ＋θ）×ｃｏｓ（ω・ｔ） （５）
Ｖｉｍ＝（Ｖｏ／２）×ｓｉｎθ （６）
ここで、実数部Ｖｒｅおよび虚数部Ｖｉｍは、式（７）および式（８）のような関係となり、その結果、交流電圧信号ｖｏｕｔの大きさ‘Ｖｏ’は式（９）のようになり、交流電流信号ｉｉｎと交流電圧信号ｖｏｕｔの位相差θは、式（１０）のようになる。

Ｖｒｅ²＋Ｖｉｍ²＝（Ｖｏ／２）² （７）
Ｖｉｍ／Ｖｒｅ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ （８）
Ｖｏ＝２×√（Ｖｒｅ²＋Ｖｉｍ²） （９）
θ＝ｔａｎ^-1（Ｖｉｍ／Ｖｒｅ） （１０）
このようにして、‘Ｖｏ’と‘θ’が求まると、式（１）および式（２）により、インピーダンスＺの実数部Ｚ’および虚数部Ｚ”も求まる。電池コントローラＢＣＴＬのアナログディジタル変換器ＡＤＣは、ロウパスフィルタ回路ＬＰＦｒ，ＬＰＦｉからの実数部Ｖｒｅおよび虚数部Ｖｉｍをそれぞれディジタル値に変換する。電池コントローラＢＣＴＬのインピーダンス演算回路ＣＡＬは、当該ディジタル値を用いて式（９）および式（１０）、ならびに式（１）および式（２）の演算を行うことで、位相差θ、実数部Ｚ’および虚数部Ｚ”を算出する。

なお、インピーダンスＺの測定方式は、必ずしも、図３に示したような方式に限らず、その他の方式を用いてもよい。例えば、交流電圧信号を印加して交流電流信号を測定する方式を用いてもよい。または、自動平衡ブリッジ法や、ブリッジ法や、共振法等といった一般的に知られている方式を用いてもよい。自動平衡ブリッジ法は、被測定デバイス（ＤＵＴと称す）と同じ電流をレンジ抵抗に流し、ＤＵＴおよびレンジ抵抗のベクトル電圧比と、レンジ抵抗の抵抗値とによってＤＵＴのインピーダンスを測定する方式である。ブリッジ法は、ＤＵＴを含むホイートストンブリッジ回路の平衡条件を探索することでＤＵＴのインピーダンスを測定する方式であり、共振法は、既知のリアクタンス素子を用いて共振条件を探索することでＤＵＴのインピーダンスを測定する方式である。

《認証方法の詳細》
図４は、本発明の実施の形態２による電池駆動システムにおいて、図１の電池パックが測定データを作成する際の処理内容の一例を示すフロー図である。電池コントローラＢＣＴＬは、本体装置ＭＤＥＶからの認証要求を受けて、図３に示したインピーダンス測定回路ＭＥＡＳにインピーダンス測定を行わせる。この際に、電池コントローラＢＣＴＬは、交流信号源ＡＣＧに交流信号の周波数ｆ（角周波数ω＝２πｆ）を設定する（ステップＳ２０１）。周波数ｆは、特に限定はされないが、例えば、１０Ｈｚ等である。

これに応じて、交流信号源ＡＣＧは、設定された周波数ｆの交流信号を生成し、これに応じて交流電流源ＩＡＣは、周波数ｆの交流電流信号ｉｉｎを生成し、二次電池ＢＡＴに印加する（ステップＳ２０２）。検波回路ＰＨＤＥＴは、図３で述べたように、交流電流信号ｉｉｎに応じた交流電圧信号ｖｏｕｔを受けて、その実数部Ｖｒｅおよび虚数部Ｖｉｍを検出する（ステップＳ２０３）。言い換えれば、検波回路ＰＨＤＥＴは、当該実数部Ｖｒｅおよび虚数部Ｖｉｍを介して、交流電流信号ｉｉｎと交流電圧信号ｖｏｕｔの位相差（インピーダンスＺの位相差）θと、交流電圧信号ｖｏｕｔの絶対値（Ｖｏ）とを検出する。

電池コントローラＢＣＴＬ（具体的には、インピーダンス演算回路ＣＡＬ）は、図３で述べたように、この検出結果から、インピーダンスＺの実数部Ｚ’および虚数部（−Ｚ”）を算出する（ステップＳ２０４）。虚数部（−Ｚ”）は、二次電池ＢＡＴの場合には容量性であるため負極性となる。電池コントローラＢＣＴＬは、当該実数部Ｚ’および虚数部（−Ｚ”）を内部の記憶回路に保存したのち（ステップＳ２０５）、交流信号源ＡＣＧに周波数ｆの設定変更を指示する（ステップＳ２０６）。特に限定はされないが、電池コントローラＢＣＴＬは、周波数ｆを２倍に設定する指示を行う。

以降、電池コントローラＢＣＴＬは、周波数ｆが予め定めた最大周波数ｆｍａｘを超えるまで、順次、交流信号源ＡＣＧに周波数ｆの設定変更を指示し、これに応じて、ステップＳ２０２〜ステップＳ２０６の処理が繰り返し実行される（ステップＳ２０７）。最大周波数ｆｍａｘは、特に限定はされないが、１００ｋＨｚ等である。

このような処理を実行することで、インピーダンス測定回路ＭＥＡＳは、二次電池ＢＡＴのインピーダンスＺの実数部Ｚ’および虚数部（−Ｚ”）を周波数ｆが異なる複数の交流信号毎に測定することができる。その結果、電池コントローラＢＣＴＬは、ステップＳ２０７において周波数ｆが最大周波数ｆｍａｘを超えた段階で、コールコールプロットを作成することができる（ステップＳ２０８）。電池コントローラＢＣＴＬは、当該作成したコールコールプロットを参照し、その特性を表す所定の測定データ（詳細は後述）を作成し、通信端子ＣＯＭｂから送信する（ステップＳ２０９）。

図６（ａ）は、図３の電池パックにおいて、二次電池の等価回路の一例を示す回路図であり、図６（ｂ）は、コールコールプロットの特性の一例を示す特性図である。二次電池ＢＡＴは、図６（ａ）に示すように、例えば、抵抗Ｒｓと、抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ１の並列回路と、抵抗Ｒ２およびコンデンサＣ２の並列回路とを直列に接続した等価回路で表すことができる。抵抗Ｒｓは、主に二次電池ＢＡＴの内部抵抗を表し、抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ１は、主に、正電極ＰＰおよび負電極ＰＮの特性を表し、抵抗Ｒ２およびコンデンサＣ２は、主に電解液の特性を表す。

コールコールプロットは、図６（ｂ）に示されるように、横軸をインピーダンスＺの実数部Ｚ’とし、縦軸をインピーダンスＺの虚数部（−Ｚ”）として、その周波数依存性をプロットしたものである。例えば、周波数ｆが高い場合、コンデンサＣ１，Ｃ２は短絡状態となる。この周波数領域では、特性Ｊ２に示すように、インピーダンスＺは、主に抵抗Ｒｓによって定まり、実数部で得られる。

周波数ｆが低くなると、コンデンサＣ１よりも容量値が大きいコンデンサＣ２が短絡状態となり、インピーダンスＺは、抵抗Ｒｓに加えて、主に、コンデンサＣ１および抵抗Ｒ１によって定まる。この周波数領域では、インピーダンスＺの特性は、実数部および虚数部の組合せに基づき半円状で得られる。図６（ｂ）では、この半円の半径値を、特性Ｊ１としている。周波数ｆがさらに低くなると、インピーダンスＺは、抵抗Ｒｓと、コンデンサＣ１および抵抗Ｒ１とに加えて、コンデンサＣ２および抵抗Ｒ２によって定まる。この周波数領域でも、インピーダンスＺの特性は、半円状で得られる。図６（ｂ）では、この半円の半径値を、特性Ｊ３としている。

図５は、本発明の実施の形態２による電池駆動システムにおいて、図１の本体装置内の認証回路が測定データを照合する際の処理内容の一例を示すフロー図である。図５において、認証回路ＣＡは、電池パックＢＡＴＰからコールコールプロットの測定データを受信した場合（ステップＳ３０１）、照合データＳＰＤＴに基づき測定データの適合有無を判定する（ステップＳ３０２，Ｓ３０３）。

照合データＳＰＤＴは、設計段階で得られるコールコールプロットのデータであり、例えば、図６（ｂ）の特性Ｊ１に示した半円の半径値や、特性Ｊ２に示した抵抗値や、特性Ｊ３に示した半円の半径値の中のいずれか一つ、または複数の特性の組合せによって定められる。前述した図４のステップＳ２０９において、電池コントローラＢＣＴＬは、測定結果となるコールコールプロットを参照し、この定めた特性に対応する半径値や抵抗値を測定データとして作成する。

照合データＳＰＤＴが特性Ｊ１や特性Ｊ３の半径値の場合、認証回路ＣＡは、測定データに含まれる半径値が、照合データＳＰＤＴに含まれる、対応する半径値を基準とした所定の範囲内であるか否かに応じて測定データの適合有無を判定する。同様に、照合データＳＰＤＴが特性Ｊ２の抵抗値の場合、認証回路ＣＡは、測定データに含まれる抵抗値が、照合データＳＰＤＴに含まれる抵抗値を基準とした所定の範囲内であるか否かに応じて測定データの適合有無を判定する。

測定データが適合有りの場合（すなわち所定の範囲内である場合）、認証回路ＣＡは、適合有りの二次電池ＢＡＴと判定し、スイッチＳＷをオンに制御する（ステップＳ３０４）。一方、測定データが適合無しの場合（すなわち所定の範囲内でない場合）、認証回路ＣＡは、適合無しの二次電池ＢＡＴと判定し、スイッチＳＷをオフに制御する（ステップＳ３０５）。

《認証時の判定条件》
ここで、図５のステップＳ３０２，Ｓ３０３に関し、測定データの適合有無を判定する際の判定条件についてより詳細に説明する。まず、前述した測定データの適合有無を判定する際の所定の範囲は、製造ばらつきや測定誤差や経時変化等に伴う変動幅を考慮して、可能な限り小さい値に定めることが望ましい。必ずしも限定はされないが、当該所定の範囲は、特性Ｊ１の半径値で判定する場合、±３０％等であり、特性Ｊ２の抵抗値で判定する場合、特性Ｊ１よりも変動幅が小さいと考えられるため、±２０％等であり、特性Ｊ３の半径値で判定する場合、特性Ｊ１よりも変動幅が大きいと考えられるため、±５０％等である。

特性Ｊ１は、主に、二次電池ＢＡＴの電極材料の使用金属や電極組成等によって変化する。二次電池ＢＡＴを用いるシステムでは、使用する電流、電圧範囲、使用環境条件などに応じて電池電極材料が選定される。二次電池ＢＡＴは、電極材料に用いる使用金属や電極組成によって出力負荷特性や、発熱特性および安全性が大きく変わる。そのため、不適切な電極材料を使用すると、システムで必要な負荷電流が得られず、動作しないなどの機能不良が生じる可能性や、使用中に電極発熱が生じ、二次電池ＢＡＴの発火ならびに破裂に至る可能性がある。

そこで、特性Ｊ１の半径値が、設計時に定めた半径値を基準とした所定の範囲内（例えば±３０％）であるか否かを判定する。当該所定の範囲は、特に、二次電池ＢＡＴの充放電の繰り返しによって生じる電極の劣化（変性）具合に依存する。当該所定の範囲は、電極材料やシステムの動作条件等によって変化するため、±３０％に限らず、これらを考慮した適した値に定められる。

特性Ｊ２は、主に、二次電池ＢＡＴの構造（電池缶、電極からの引出し線材質・構造、電池封止部構造など）によって変化する。特性Ｊ２は、特性Ｊ１，Ｊ３と異なり、構造材の金属抵抗や断面積・長さが寄与するため、基本的には実数部のみの抵抗特性となる。二次電池ＢＡＴを用いるシステムでは、使用する電流、電圧範囲、使用環境条件などに応じて、適した電池構造、構造材を選定している。使用する構造材によって、出力負荷特性や、発熱特性および安全性が変わる。また、特性Ｊ２は、使用環境条件による耐振動衝撃などへの機械的特性にも影響する。その為、不適切な構造を使用すると、機能や安全性等に不具合が生じる可能性がある。

そこで、特性Ｊ２の抵抗値が、設計時に定めた抵抗値を基準とした所定の範囲内（例えば±２０％）であるか否かを判定する。当該所定の範囲は、前述したような二次電池ＢＡＴの構造に起因するため、特性Ｊ１よりは変動幅が小さいと考えられる。ただし、当該所定の範囲も、構造や使用金属等によって変化するため、±２０％に限らず、これらを考慮した適した値に定められる。

特性Ｊ３は、主に、電池の電解液材料の組成、添加物質などによって変化する。特性Ｊ１の場合と同様に、システム条件に応じて適した電解液を選定しているため、不適切な電解液を使用すると、機能や安全性等に不具合が生じる可能性がある。特に、電解液は、劣化に伴う変化が大きく出やすいため、寿命などに対しての影響が大きい。

そこで、特性Ｊ３の半径値が、設計時に定めた半径値を基準とした所定の範囲内（例えば±５０％）であるか否かを判定することで、二次電池ＢＡＴの劣化の程度を含めて適合有無を判定することができる。当該所定の範囲は、特性Ｊ１と比べて実使用（充放電サイクル）に伴う変化が大きいため、特性Ｊ１よりも大きい値に定められる。ただし、当該所定の範囲も、組成や添加物質、またはシステム条件等によって変化するため、±５０％に限らず、これらを考慮した適した値に定められる。

次に、判定で用いる各特性の優先度に関しては、高優性度順に、特性Ｊ１、特性Ｊ２、特性Ｊ３である。したがって、判定条件は、例えば、特性Ｊ１を含み、望ましくは、加えて特性Ｊ２を含み、より望ましくは、更に加えて特性Ｊ３を含むとよい。判定条件が多いほど、より厳密に二次電池ＢＡＴの適合有無を判定することができる。言い換えれば、二次電池ＢＡＴの安全性をより確実に保証することができる。その一方で、判定条件が多いほど、図４の処理や、図５の処理に要する時間やコストが増大する。例えば、特性Ｊ１のみを判定する際には、図４における周波数の可変範囲を当該特性Ｊ１が得られる範囲に定めることができる。判定条件は、このようなトレードオフに関係を考慮して適宜定められる。

ここで、特性Ｊ１は、その性質上、システムへの影響（特に電気的特性への影響）が一番大きい。さらに、特性Ｊ１は、コールコールプロットの要素の中でも構成割合が最大であることから、二次電池ＢＡＴを区別し易い特性でもある。このような観点から、特性Ｊ１は、最も高い優性度とされる。また、加えて特性Ｊ２を組み合わせると、二次電池ＢＡＴの構造や、システムの機械的特性を含めて適合有無を判定することができる。さらに加えて特性Ｊ３を組み合わせると、二次電池ＢＡＴの劣化の程度を含めて適合有無を判定することができる。例えば、粗悪品の二次電池ＢＡＴでは、劣化の程度が大きくなり得る。

図７は、図５のフローにおいて、適合無しと判定される二次電池に関するコールコールプロットの特性例を示す図である。図７において、電池Ａは、例えば、システムの出力負荷特性に適合しない電極材料を使用しており、全体的なインピーダンス（特に抵抗Ｒ１）が大きくなっている。その結果、電池Ａは、特性Ｊ１の半径値が過大となり、適合無しと判定される。一方、電池Ｂは、例えば、電極の引出し線が細い構造を用いていたり、あるいは、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）などの電流制限素子が設けられており、抵抗Ｒｓが大きくなっている。その結果、電池Ｂは、特性Ｊ２の抵抗値が過大となり、適合無しと判定される。

《本実施の形態２の主要な効果》
以上、本実施の形態２の電池駆動システムを用いると、実施の形態１で述べた各種効果に加えて、コールコールプロットを用いることで、二次電池ＢＡＴの適合性を厳密に検証でき、二次電池ＢＡＴの安全性をより確実に保証することが可能になる。なお、ここでは、電池コントローラＢＣＴＬが、各周波数毎のインピーダンスの測定結果に基づく特性Ｊ１〜Ｊ３の値（半径値や抵抗値）を算出および送信したが、当該測定結果自体を送信し、本体コントローラＭＣＴＬが特性Ｊ１〜Ｊ３の値を算出してもよい。ただし、この場合、通信端子ＣＯＭｂ，ＣＯＭｍの通信量が増大するため、この観点からは、電池コントローラＢＣＴＬが特性Ｊ１〜Ｊ３の値を算出する方が望ましい。

（実施の形態３）
《インピーダンス測定方法の詳細（変形例［１］）》
図８は、本発明の実施の形態３による電池駆動システムにおいて、図１の電池パック内のインピーダンス測定回路周りの構成例を示す回路図である。図９は、図８のインピーダンス測定回路における測定結果の一例を示す特性図である。図８に示すインピーダンス測定回路ＭＥＡＳ２は、図３に示したインピーダンス測定回路ＭＥＡＳの中から検波回路ＰＨＤＥＴを省いた構成を備える。また、電池コントローラＢＣＴＬは、インピーダンス測定回路ＭＥＡＳ２の一部として、図３の場合とは異なる演算を行うインピーダンス演算回路ＣＡＬ２を備える。

電池コントローラＢＣＴＬのアナログディジタル変換器ＡＤＣは、図３の場合と同様の差動アンプ回路ＤＡＭＰからの各周波数毎の交流電圧信号ｖｏｕｔ（＝Ｖｏ×ｓｉｎ（ω・ｔ＋θ））をディジタル値に変換する。インピーダンス演算回路ＣＡＬ２は、当該ディジタル値と、予め定まっている交流電流信号ｉｉｎの大きさ‘Ｉｉ’とを用いて、二次電池ＢＡＴのインピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜（＝Ｖｏ／Ｉｉ）を各周波数毎に算出する。

このような測定を行うことで、インピーダンス測定回路ＭＥＡＳ２は、二次電池ＢＡＴのインピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜を周波数が異なる複数の交流信号毎に測定することができる。その結果、図９に示すように、インピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜の周波数依存性が得られる。当該周波数依存性は、図９の電池Ｃおよび電池Ｄに示されるように、各電池毎に異なっている。したがって、図２の照合データＳＰＤＴとして、当該周波数依存性を表すデータを保持することで、二次電池ＢＡＴの適合有無を判定することができる。

具体的には、例えば、インピーダンス測定回路ＭＥＡＳ２が、２つ以上の周波数でインピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜を測定し、当該測定結果を通信端子ＣＯＭｂから送信することで認証回路ＣＡに照合させる方法が挙げられる。この場合、認証回路ＣＡは、受信した測定結果のそれぞれが、照合データＳＰＤＴに含まれる、対応する周波数でのインピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜を基準とした所定の範囲内に含まれるか否かで適合有無を判定する。

ただし、より厳密に適合有無を判定するためには、測定する周波数の数が多い方が望ましく、そうすると、通信端子ＣＯＭｂ，ＣＯＭｍでの通信量の増大等が生じ得る。そこで、インピーダンス測定回路ＭＥＡＳ２は、例えば、測定結果となる周波数依存性を、予め定めた近似関数で近似し、当該近似関数の各係数を通信端子ＣＯＭｂから送信してもよい。この場合、認証回路ＣＡは、受信した各係数のそれぞれが、照合データＳＰＤＴに含まれる、対応する係数を基準とした所定の範囲内に含まれるか否かで適合有無を判定する。

《インピーダンス測定方法の詳細（変形例［２］）》
図１０は、本発明の実施の形態３による電池駆動システムにおいて、図１の電池パック内のインピーダンス測定回路周りの他の構成例を示す回路図である。図１０に示すインピーダンス測定回路ＭＥＡＳ３は、ワンションパルス生成回路ＯＰＧと、電流検出用抵抗Ｒｄｅｔと、電池コントローラＢＣＴＬ内のアナログディジタル変換器ＡＤＣおよびインピーダンス演算回路ＣＡＬ３とを備える。

ワンションパルス生成回路ＯＰＧは、二次電池ＢＡＴに結合され、二次電池ＢＡＴに、電圧振幅ΔＶのワンショットパルス電圧信号Ｖｐｌｓを印加する。電流検出用抵抗Ｒｄｅｔは、ここでは、基準電源電圧ＧＮＤの経路に直列に挿入される。電流検出用抵抗Ｒｄｅｔは、例えば、電池パックＢＡＴＰの保護回路の一部（例えば、過電流検出回路）として予め設けられているものを流用することができる。

二次電池ＢＡＴは、ワンショットパルス電圧信号Ｖｐｌｓに応じて、その直流抵抗値に応じた電流振幅ΔIを持つ電流信号を出力する。アナログディジタル変換器ＡＤＣは、当該電流振幅ΔIを電流検出用抵抗Ｒｄｅｔで測定する。インピーダンス演算回路ＣＡＬ３は、“ΔＶ／ΔＩ”によって二次電池ＢＡＴのＤＣインピーダンスを算出し、それを通信端子ＣＯＭｂから送信することで認証回路ＣＡに照合させる。

《本実施の形態３の主要な効果》
以上、本実施の形態３の電池駆動システムを用いることで、実施の形態１の場合と同様の各種効果が得られることに加えて、実施の形態２の場合と比較して、より簡素な仕組みで適合有無を判定することが可能になる。具体的には、図８の方式を用いた場合、図３と比較して、インピーダンス測定回路ＭＥＡＳ２の構成を簡素化でき、また、測定する周波数の数を削減できる場合がある。また、図１０の方式を用いた場合、図３と比較して、インピーダンス測定回路ＭＥＡＳ３の構成を簡素化でき、また、周波数の制御は不要となる。ただし、適合有無をより厳密に判定する（言い換えれば、二次電池ＢＡＴの安全性をより確実に保証する）観点からは、図３の方式が最も望ましく、２番目に図８の方式、３番目に図１０の方式となる。

なお、図８の構成では、出力電圧信号ｖｏｕｔをアナログディジタル変換器ＡＤＣで、直接、サンプリングおよびホールドすることで、その大きさ‘Ｖｉ’を検出したが、例えば、差動アンプ回路ＤＡＭＰとアナログディジタル変換器ＡＤＣの間に、順方向のダイオード等を用いたピークホールド回路等を挿入してもよい。また、当該インピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜の周波数依存性は、勿論、図３の構成で測定することも可能である。

（実施の形態４）
《電池駆動システムの概略構成（変形例）》
図１１は、本発明の実施の形態４による電池駆動システムにおいて、主要部の構成例を示す概略図である。図１１に示す電池駆動システムは、図１の構成例と比較して、インピーダンス測定回路ＭＥＡＳが、電池パックＢＡＴＰではなく、本体装置ＭＤＥＶに搭載されている点が異なっている。インピーダンス測定回路ＭＥＡＳは、電源端子Ｐｍ（＋），Ｐｍ（−）を介して二次電池ＢＡＴに結合され、二次電池ＢＡＴのインピーダンスを測定する。

インピーダンス測定回路ＭＥＡＳは、詳細には、例えば、図３、図８または図１０に示したような構成を備える。図３の構成を例とすると、例えば、交流信号源ＡＣＧ、交流電流源ＩＡＣ、差動アンプ回路ＤＡＭＰおよび検波回路ＰＨＤＥＴは、１個の半導体チップで構成することができ、アナログディジタル変換器ＡＤＣおよびインピーダンス演算回路ＣＡＬは、本体コントローラＭＣＴＬに搭載することができる。

このような構成を用いることでも実施の形態１の場合と同様の効果が得られる。さらに、実施の形態１の場合と比較して、電池パックＢＡＴＰの模倣品をより確実に排除することが可能になり、また、電池認証のための通信端子ＣＯＭｂも不要となる。具体的には、図１の構成では、例えば、通信端子ＣＯＭｂから送信される測定データ自体が偽造された場合に、電池パックＢＡＴＰの模倣品を排除できない恐れがある。図１１の構成例を用いると、当該測定データを作成するのは本体装置ＭＤＥＶであるため、このような事態を防止できる。ただし、図１１の構成例は、図１の構成例と比較して、インピーダンス測定回路ＭＥＡＳから二次電池ＢＡＴまでの距離が長いため、測定精度が劣る恐れがあり、この観点では、図１の構成の方が望ましい。

《電池駆動システムの概略構成（適用例）》
図１２は、図１１の方式を適用した電池駆動システムの構成例を示す概略図である。図１２の電池駆動システムは、例えば、デジタルスチルカメラ等であり、負荷ユニット（主ユニット）ＬＤとして、撮像ユニットＣＭＵを備えている。撮像ユニットＣＭＵは、例えば、ＣＣＤ（またはＣＭＯＳ）センサやレンズ等を含んでいる。

本体コントローラＭＣＴＬは、二次電池ＢＡＴが適合無しの場合、スイッチＳＷ１をオフに制御する。スイッチＳＷ１は、撮像ユニットＣＭＵの電源経路または信号経路に設けられる。ただし、インピーダンス測定回路ＭＥＡＳが測定が行う際の撮像ユニットＣＭＵのインピーダンスの影響を無くす観点からは、スイッチＳＷ１は、少なくとも電源経路には設けられることが望ましい。このようにスイッチＳＷ１をオフに制御することで、実質的に、本体装置ＭＤＥＶの主機能を無効化することができる。

図１３は、図１１の方式を適用した電池駆動システムの他の構成例を示す概略図である。図１３の電池駆動システムは、主ユニットとして、負荷ユニットＬＤに加えて充電器ＣＨＧを備えている。本体装置ＭＤＥＶは、電源端子Ｐｍ（＋），Ｐｍ（−）にそれぞれ結合される充電端子Ｐｍｃ（＋），Ｐｍｃ（−）を備える。充電器ＣＨＧは、当該充電端子Ｐｍｃ（＋），Ｐｍｃ（−）にそれぞれ結合される充電端子Ｐｃ（＋），Ｐｃ（−）を備える。

また、本体装置ＭＤＥＶは、充電端子Ｐｍｃ（−）と電源端子Ｐｍ（−）の電源経路上にスイッチＳＷ２を備える。本体コントローラＭＣＴＬは、二次電池ＢＡＴが適合無しの場合、スイッチＳＷ２をオフに制御することで、二次電池ＢＡＴへの充電を禁止する。例えば、粗悪品のリチウムイオン二次電池の場合、充電時の危険リスクが高まるが、このような方式を用いることで、二次電池ＢＡＴの安全性を高めることが可能になる。

《本実施の形態４の主要な効果》
以上、本実施の形態４の電池駆動システムを用いることで、実施の形態１の場合と同様の各種効果が得られることに加えて、実施の形態１の場合と比較して、電池パックＢＡＴＰの模倣品をより確実に排除することが可能になる。また、インピーダンス測定回路ＭＥＡＳを、消耗品である電池パックＢＡＴＰ側に設けないため、システム全体としてのトータルコストを低減できる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、前述した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

ＡＣＧ 交流信号源
ＡＤＣ アナログディジタル変換器
ＢＡＴ 二次電池
ＢＡＴＰ 電池パック
ＢＣＴＬ 電源コントローラ
ＣＡ 認証回路
ＣＡＬ インピーダンス演算回路
ＣＯＭｂ，ＣＯＭｍ 通信端子
ＤＡＭＰ 差動アンプ回路
ＩＡＣ 交流電流源
ＬＤ 負荷ユニット
ＭＣＴＬ 本体コントローラ
ＭＤＥＶ 本体装置
ＭＥＡＳ インピーダンス測定回路
ＰＨＤＥＴ 検波回路
Ｐｂ（＋），Ｐｂ（−），Ｐｍ（＋），Ｐｍ（−） 電源端子
ＲＯＭ 記憶回路
ＳＰＤＴ 照合データ
ＳＷ スイッチ

Claims (19)

1. 電源を生成する二次電池と、
   前記二次電池を着脱可能な主ユニットと、
   前記主ユニットの電源経路上または信号経路上に設けられるスイッチと、
   前記二次電池に結合され、前記二次電池のインピーダンスを測定するインピーダンス測定回路と、
   予め定めた前記二次電池のインピーダンス特性を照合データとして保持する記憶回路と、
   前記インピーダンス測定回路の測定結果に基づく測定データと前記照合データとを比較することで前記二次電池の適合有無を判定し、適合無しの場合に前記スイッチをオフに制御する認証回路と、
   を有する電池駆動システム。
2. 請求項１記載の電池駆動システムにおいて、
   前記照合データは、コールコールプロットのデータであり、
   前記インピーダンス測定回路は、それぞれ周波数が異なる複数の交流信号を生成する交流信号源を備え、前記二次電池のインピーダンスの実数部および虚数部を前記複数の交流信号毎に測定する、
   電池駆動システム。
3. 請求項２記載の電池駆動システムにおいて、
   前記照合データは、前記コールコールプロットの中でインピーダンス特性が実数部および虚数部の組合せに基づき半円状で得られる第１の領域を対象とした半径値を含み、
   前記認証回路は、前記測定データから得られる前記第１の領域の半径値が、前記照合データに含まれる前記半径値を基準とした所定の範囲内であるか否かに応じて、前記二次電池の適合有無を判定する、
   電池駆動システム。
4. 請求項３記載の電池駆動システムにおいて、
   前記照合データは、さらに、前記第１の領域よりも高い周波数で、前記コールコールプロットの中でインピーダンス特性が実数部で得られる第２の領域を対象とした抵抗値を含み、
   前記認証回路は、前記第１の領域の半径値に加えて、さらに、前記測定データから得られる前記第２の領域の抵抗値が、前記照合データに含まれる前記抵抗値を基準とした所定の範囲内であるか否かに応じて、前記二次電池の適合有無を判定する、
   電池駆動システム。
5. 請求項１記載の電池駆動システムにおいて、
   前記照合データは、前記二次電池のインピーダンスにおける絶対値の周波数依存性を表すデータであり、
   前記インピーダンス測定回路は、それぞれ周波数が異なる複数の交流信号を生成する交流信号源を備え、前記二次電池のインピーダンスの絶対値を前記複数の交流信号毎に測定する、
   電池駆動システム。
6. 請求項１記載の電池駆動システムにおいて、
   前記電池駆動システムは、電池パックと、前記電池パックを着脱可能な本体装置とを備え、
   前記二次電池および前記インピーダンス測定回路は、前記電池パックに搭載され、
   前記記憶回路、前記認証回路および前記主ユニットは、前記本体装置に搭載される、
   電池駆動システム。
7. 請求項１記載の電池駆動システムにおいて、
   前記電池駆動システムは、電池パックと、前記電池パックを着脱可能な本体装置とを備え、
   前記二次電池は、前記電池パックに搭載され、
   前記インピーダンス測定回路、前記記憶回路、前記認証回路および前記主ユニットは、前記本体装置に搭載される、
   電池駆動システム。
8. 電源を生成する二次電池と、
   前記二次電池に結合され、本体装置を着脱可能な電源端子と、
   前記本体装置と通信する通信端子と、
   前記二次電池に結合され、前記二次電池のインピーダンスを測定するインピーダンス測定回路と、
   前記インピーダンス測定回路と前記通信端子とに結合され、前記インピーダンス測定回路の測定結果に基づく測定データを前記通信端子を介して前記本体装置へ送信する電池コントローラと、
   を有する電池パック。
9. 請求項８記載の電池パックにおいて、
   前記インピーダンス測定回路は、それぞれ周波数が異なる複数の交流信号を生成する交流信号源を備え、前記二次電池のインピーダンスの実数部および虚数部を前記複数の交流信号毎に測定する、
   電池パック。
10. 請求項９記載の電池パックにおいて、
    前記インピーダンス測定回路は、
    それぞれ周波数が異なる複数の交流電流信号を生成する交流電流源と、
    前記複数の交流電流信号のそれぞれに応じた前記二次電池の交流電圧信号を受けて、前記複数の交流電流信号のそれぞれと前記交流電圧信号との位相差を検出する検波回路と、
    を有する電池パック。
11. 請求項９記載の電池パックにおいて、
    前記電池コントローラは、前記インピーダンス測定回路の測定結果に基づきコールコールプロットを作成し、前記コールコールプロットの中でインピーダンス特性が実数部および虚数部の組合せに基づき半円状で得られる第１の領域を対象として半径値を算出し、前記半径値を前記通信端子から送信する、
    電池パック。
12. 請求項１１記載の電池パックにおいて、
    前記電池コントローラは、さらに、前記第１の領域よりも高い周波数で、前記コールコールプロットの中でインピーダンス特性が実数部で得られる第２の領域を対象として抵抗値を算出し、前記半径値に加えて前記抵抗値を前記通信端子から送信する、
    電池パック。
13. 請求項８記載の電池パックにおいて、
    前記インピーダンス測定回路は、それぞれ周波数が異なる複数の交流信号を生成する交流信号源を備え、前記二次電池のインピーダンスの絶対値を前記複数の交流信号毎に測定する、
    電池パック。
14. １個の半導体チップまたは１個のパッケージで構成される半導体装置であって、
    二次電池に結合される電源端子と、
    通信端子と、
    前記電源端子を介して前記二次電池のインピーダンスを測定するインピーダンス測定回路と、
    前記インピーダンス測定回路と前記通信端子とに結合され、前記インピーダンス測定回路の測定結果に基づく測定データを前記通信端子から送信する電池コントローラと、
    を有する半導体装置。
15. 請求項１４記載の半導体装置において、
    前記インピーダンス測定回路は、それぞれ周波数が異なる複数の交流信号を生成する交流信号源を備え、前記二次電池のインピーダンスの実数部および虚数部を前記複数の交流信号毎に測定する、
    半導体装置。
16. 請求項１５記載の半導体装置において、
    前記インピーダンス測定回路は、
    それぞれ周波数が異なる複数の交流電流信号を生成する交流電流源と、
    前記複数の交流電流信号のそれぞれに応じた前記二次電池の交流電圧信号を受けて、前記複数の交流電流信号のそれぞれと前記交流電圧信号との位相差を検出する検波回路と、
    を有する半導体装置。
17. 請求項１５記載の半導体装置において、
    前記電池コントローラは、前記インピーダンス測定回路の測定結果に基づきコールコールプロットを作成し、前記コールコールプロットの中でインピーダンス特性が実数部および虚数部の組合せに基づき半円状で得られる第１の領域を対象として半径値を算出し、前記半径値を前記通信端子から送信する、
    半導体装置。
18. 請求項１７記載の半導体装置において、
    前記電池コントローラは、さらに、前記第１の領域よりも高い周波数で、前記コールコールプロットの中でインピーダンス特性が実数部で得られる第２の領域を対象として抵抗値を算出し、前記半径値に加えて前記抵抗値を前記通信端子から送信する、
    半導体装置。
19. 請求項１４記載の半導体装置において、
    前記インピーダンス測定回路は、それぞれ周波数が異なる複数の交流信号を生成する交流信号源を備え、前記二次電池のインピーダンスの絶対値を前記複数の交流信号毎に測定する、
    半導体装置。

Images