JP2022086562A - 電池システム - Google Patents
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Abstract
【課題】より高い精度で正規品の電池と非正規品の電池との判定が可能な電池システムを提供する。【解決手段】電池の正規及び非正規を判定する電池システムであって、電池の正規及び非正規を判定する演算装置を有する。演算装置は、予め取得しておいた正規品の電池の充電中における充電状態と電池セルの荷重値との関係であるＰｘを、実際の電池セルの充電中における充電状態と電池セルの荷重値との関係であるＰｙと対比し、ＰｘとＰｙとが同等である場合は正規品と判定し、ＰｘとＰｙとが同等でない場合は非正規品と判定する、演算を行う。【選択図】図２
Description
本開示は、電池システムに関し、電池が正規品であるかの判定をすることができる電池システムに関する。
特許文献１には、出荷時の電池パック重量と現在の電池パック重量とを比較してその差に基づいて電池パックの正規品と非正規品との判定を行うことが開示されている。また特許文献２には電池の内部抵抗に基づいて電池の交換の有無、特許文献３には電圧値に基づいて電池の正規品と非正規品との判定をすることが開示されている。
上記した従来の方法では電池が全固体タイプの電池の場合、重量、内部抵抗、電圧が正規品と一致していたら非正規品でも正規品と区別することが難しい。よって、正規品か非正規品（互換品）かを判定する精度が高いとは言えなかった。全固体タイプの電池の場合、正規品、非正規品を区別するための特有のパラメータを考慮しないと精度が高い判定は難しいと言える。
本開示は上記実情に鑑みてなされものであり、より高い精度で正規品の電池と非正規品の電池との判定が可能な電池システムを提供することを主目的とする。
本開示は上記実情に鑑みてなされものであり、より高い精度で正規品の電池と非正規品の電池との判定が可能な電池システムを提供することを主目的とする。
本願は上記課題を解決するための一つの手段として、電池の正規及び非正規を判定する電池システムであって、電池の正規及び非正規を判定する演算装置を有し、演算装置は、予め取得しておいた正規品の電池の充電中における充電状態と電池セルの荷重値との関係であるＰｘを、実際の電池セルの充電中における充電状態と電池セルの荷重値との関係であるＰｙと対比し、ＰｘとＰｙとが同等である場合は正規品と判定し、ＰｘとＰｙとが同等でない場合は非正規品と判定する、演算を行う、電池システムを開示する。
本開示によれば、電池が正規品か非正規品かの判定精度を高めることができる。
１．電池システム
以下、本開示の電池システムについて形態例により説明する。図１には１つの例にかかる電池システム１０を概念的に表した。本形態では自動車に搭載される電池システム１０を例に説明する。図１からわかるように、電池システム１０は、電池１１、充放電制御器１２、荷重センサ１３、ＳＯＣ検出器１４、及び、電池判定器１５を有している。以下、各構成要素について説明する。
以下、本開示の電池システムについて形態例により説明する。図１には１つの例にかかる電池システム１０を概念的に表した。本形態では自動車に搭載される電池システム１０を例に説明する。図１からわかるように、電池システム１０は、電池１１、充放電制御器１２、荷重センサ１３、ＳＯＣ検出器１４、及び、電池判定器１５を有している。以下、各構成要素について説明する。
１．１．電池
電池１１は充放電可能な二次電池であり、本形態ではその中でも全固体電池を例に説明する。全固体電池は公知の通りであるが、正極層、負極層、及び、正極層と負極層との間に配置された固体電解質層が組となって電池セルをなし、当該電池セルが複数積層された電池である。
電池１１は充放電可能な二次電池であり、本形態ではその中でも全固体電池を例に説明する。全固体電池は公知の通りであるが、正極層、負極層、及び、正極層と負極層との間に配置された固体電解質層が組となって電池セルをなし、当該電池セルが複数積層された電池である。
１．２．充放電制御器
充放電制御器１２は、電池の状態（電流、電圧、温度等）を監視しながら電池の充放電を制御する機器であり、例えば電子制御装置（以下、「ＥＣＵ（Electronic Control Unit）」）が挙げられ、電池１１に接続されている。このような充放電機器は公知のものを適用することができる。
充放電制御器１２は、電池の状態（電流、電圧、温度等）を監視しながら電池の充放電を制御する機器であり、例えば電子制御装置（以下、「ＥＣＵ（Electronic Control Unit）」）が挙げられ、電池１１に接続されている。このような充放電機器は公知のものを適用することができる。
１．３．荷重センサ
荷重センサ１３は電池に含まれる電池セルが受ける荷重を検知するセンサであり電池１１に配置されている。センサの種類は特に限定されることはないが、タクタイルセンサやロードセルを挙げることができる。例えばセンサを隣り合う電池セルの間に配置する場合にはタクタイルセンサを用いることができ、複数の電池セルの積層体全体としての荷重を得る場合にはロードセルを適用することもできる。
荷重センサ１３の配置位置は荷重を測定することができれば特に限定されることはなく、１か所であってもよく複数か所であってもよい。
荷重センサ１３は電池に含まれる電池セルが受ける荷重を検知するセンサであり電池１１に配置されている。センサの種類は特に限定されることはないが、タクタイルセンサやロードセルを挙げることができる。例えばセンサを隣り合う電池セルの間に配置する場合にはタクタイルセンサを用いることができ、複数の電池セルの積層体全体としての荷重を得る場合にはロードセルを適用することもできる。
荷重センサ１３の配置位置は荷重を測定することができれば特に限定されることはなく、１か所であってもよく複数か所であってもよい。
１．４．ＳＯＣ検出器
ＳＯＣ検出器１４は電池のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ、電池の充電状態）を検出する機器であり電池１１に接続されている。ＳＯＣ検出器は公知のものを用いることができ、ここでは満充電時の電池の容量に対する残りの充電の容量の比率を演算することでＳＯＣを得る。なお、ＳＯＣ検出器１４は独立して配置する必要はなく上記した充放電制御器１２と一体であってもよい。
ＳＯＣ検出器１４は電池のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ、電池の充電状態）を検出する機器であり電池１１に接続されている。ＳＯＣ検出器は公知のものを用いることができ、ここでは満充電時の電池の容量に対する残りの充電の容量の比率を演算することでＳＯＣを得る。なお、ＳＯＣ検出器１４は独立して配置する必要はなく上記した充放電制御器１２と一体であってもよい。
１．５．電池判定器
電池判定器１５は、電池１１が本来備えられるべき正規品であるか、互換品等の非正規品であるかを判定する機器である。電池判定器１５は以下で示す方法で演算を行うことで当該判定を行う演算機器を備え、少なくとも荷重センサ１３及びＳＯＣ検出器１４に接続されており、荷重センサ１３及びＳＯＣ検出器１４が取得した情報を取得することができるように構成されている。従って電池判定器１５は電子計算機により構成され、例えばＣＰＵ、記憶手段、ＲＡＭ、受信手段、送信手段等を有している。電子計算機は公知のものを用いることができる。なお、電池判定器１５は独立して配置する必要はなく上記した充放電制御器１２と一体であってもよい。
以下、電池判定器１５により行われる演算方法を説明する。
電池判定器１５は、電池１１が本来備えられるべき正規品であるか、互換品等の非正規品であるかを判定する機器である。電池判定器１５は以下で示す方法で演算を行うことで当該判定を行う演算機器を備え、少なくとも荷重センサ１３及びＳＯＣ検出器１４に接続されており、荷重センサ１３及びＳＯＣ検出器１４が取得した情報を取得することができるように構成されている。従って電池判定器１５は電子計算機により構成され、例えばＣＰＵ、記憶手段、ＲＡＭ、受信手段、送信手段等を有している。電子計算機は公知のものを用いることができる。なお、電池判定器１５は独立して配置する必要はなく上記した充放電制御器１２と一体であってもよい。
以下、電池判定器１５により行われる演算方法を説明する。
１．５ａ．電池の判定方法
図２には１つの例にかかる電池の判定方法Ｓ１０の流れを示した。図２からわかるように、電池の判定方法Ｓ１０は、現在のＳＯＣの取得の過程Ｓ１１、既存荷重変動Ｐｘの取得の過程Ｓ１２、充電開始の過程Ｓ１３、荷重変動Ｐｙの取得の過程Ｓ１４、ＰｘとＰｙとの対比の過程Ｓ１５、ＰｘとＰｙとが同等であるかを判定する過程Ｓ１６、正規品であると決定する過程Ｓ１７、及び、非正規品であると決定する過程Ｓ１８を含んでいる。
図２には１つの例にかかる電池の判定方法Ｓ１０の流れを示した。図２からわかるように、電池の判定方法Ｓ１０は、現在のＳＯＣの取得の過程Ｓ１１、既存荷重変動Ｐｘの取得の過程Ｓ１２、充電開始の過程Ｓ１３、荷重変動Ｐｙの取得の過程Ｓ１４、ＰｘとＰｙとの対比の過程Ｓ１５、ＰｘとＰｙとが同等であるかを判定する過程Ｓ１６、正規品であると決定する過程Ｓ１７、及び、非正規品であると決定する過程Ｓ１８を含んでいる。
［現在のＳＯＣの取得の過程Ｓ１１］
現在のＳＯＣ値の取得の過程Ｓ１１（以下、「過程Ｓ１１」と記載することがある。）では、現時点（充電開始前）におけるＳＯＣを取得する。本形態では現在のＳＯＣは、ＳＯＣ検出器１４で得た値を電池判定器１５が受信手段を通じて取得する。
現在のＳＯＣは一定の時間間隔で取得し最新の情報が更新される。
現在のＳＯＣ値の取得の過程Ｓ１１（以下、「過程Ｓ１１」と記載することがある。）では、現時点（充電開始前）におけるＳＯＣを取得する。本形態では現在のＳＯＣは、ＳＯＣ検出器１４で得た値を電池判定器１５が受信手段を通じて取得する。
現在のＳＯＣは一定の時間間隔で取得し最新の情報が更新される。
［既存荷重変動Ｐｘの取得の過程Ｓ１２］
既存荷重変動Ｐｘの取得の過程Ｓ１２（以下、「過程Ｓ１２」と記載することがある。）では、過程Ｓ１１で取得したＳＯＣに基づいて、予め準備しておりたデータベースから、このＳＯＣで充電を開始した際の正規品の電池におけるＳＯＣと電池セルの荷重との関係Ｐｘを取得する。
全固体電池ではＳＯＣの変動により電池セルを構成する部材の膨張及び収縮が顕著であり、ＳＯＣの変化により電池セルへの荷重も変化する。図３に１つの例にかかるＳＯＣ（％）と電池セルの荷重値（Ｎ、Ｐａ等）の関係Ｐｘをグラフに表した。
なお、ＳＯＣと荷重値との関係Ｐｘは充電を開始するときのＳＯＣにより異なるため、充電開始時のＳＯＣごとにその関係Ｐｘを予め取得しておき、データベースとして例えば電池判定器１５の保存手段に保存しておく。そして、過程Ｓ１１で取得したＳＯＣを充電開始のＳＯＣとしてデータベースからＰｘを取得してこれを正規品のＰｘとする。
既存荷重変動Ｐｘの取得の過程Ｓ１２（以下、「過程Ｓ１２」と記載することがある。）では、過程Ｓ１１で取得したＳＯＣに基づいて、予め準備しておりたデータベースから、このＳＯＣで充電を開始した際の正規品の電池におけるＳＯＣと電池セルの荷重との関係Ｐｘを取得する。
全固体電池ではＳＯＣの変動により電池セルを構成する部材の膨張及び収縮が顕著であり、ＳＯＣの変化により電池セルへの荷重も変化する。図３に１つの例にかかるＳＯＣ（％）と電池セルの荷重値（Ｎ、Ｐａ等）の関係Ｐｘをグラフに表した。
なお、ＳＯＣと荷重値との関係Ｐｘは充電を開始するときのＳＯＣにより異なるため、充電開始時のＳＯＣごとにその関係Ｐｘを予め取得しておき、データベースとして例えば電池判定器１５の保存手段に保存しておく。そして、過程Ｓ１１で取得したＳＯＣを充電開始のＳＯＣとしてデータベースからＰｘを取得してこれを正規品のＰｘとする。
なお、荷重センサ１３を複数設けた場合には、さらに荷重センサ１３を配置した位置ごとに予めＰｘを得てデータベースに保存しておき、データベースから位置及び開始ＳＯＣに基づいて複数のＰｘを取得してもよい。
［充電開始の過程Ｓ１３］
充電開始過程Ｓ１３（以下、「過程Ｓ１３」と記載することがある。）で電池の充電が開始される。充電の開始は公知の通りである。
充電開始過程Ｓ１３（以下、「過程Ｓ１３」と記載することがある。）で電池の充電が開始される。充電の開始は公知の通りである。
［荷重変動Ｐｙの取得の過程Ｓ１４］
荷重変動Ｐｙの取得の過程Ｓ１４（以下、「過程Ｓ１４」と記載することがある。）では、過程Ｓ１３で充電が開始された後におけるＳＯＣと荷重値との関係Ｐｙを実測により得る。本形態では例えば電池判定器１５が、ＳＯＣ検出器１４からＳＯＣを取得するとともに、荷重センサ１４から荷重値を取得する。これを一定の間隔で続けることにより充電が進むとともに増加するＳＯＣごとに荷重値を得ることができ、図４のようなＰｙを得ることができる。ここで、充電開始（過程Ｓ１３）ＳＯＣは過程Ｓ１３で充電を開始する直前に過程Ｓ１１で取得したＳＯＣが用いられる。
荷重変動Ｐｙの取得の過程Ｓ１４（以下、「過程Ｓ１４」と記載することがある。）では、過程Ｓ１３で充電が開始された後におけるＳＯＣと荷重値との関係Ｐｙを実測により得る。本形態では例えば電池判定器１５が、ＳＯＣ検出器１４からＳＯＣを取得するとともに、荷重センサ１４から荷重値を取得する。これを一定の間隔で続けることにより充電が進むとともに増加するＳＯＣごとに荷重値を得ることができ、図４のようなＰｙを得ることができる。ここで、充電開始（過程Ｓ１３）ＳＯＣは過程Ｓ１３で充電を開始する直前に過程Ｓ１１で取得したＳＯＣが用いられる。
［ＰｘとＰｙとの対比の過程Ｓ１５］
ＰｘとＰｙとの対比の過程Ｓ１５（以下、「過程Ｓ１５」と記載することがある。）では、過程Ｓ１２で取得したＰｘと過程Ｓ１４で取得したＰｙとを対比する。対比においてＰｙは繰返し測定している結果ではないため、ばらつきが大きく出ている可能性があることから当該ばらつきを考慮して対比することが好ましい。具体的には±数％の範囲は許容差とすること等を挙げることができる。
ＰｘとＰｙとの対比の過程Ｓ１５（以下、「過程Ｓ１５」と記載することがある。）では、過程Ｓ１２で取得したＰｘと過程Ｓ１４で取得したＰｙとを対比する。対比においてＰｙは繰返し測定している結果ではないため、ばらつきが大きく出ている可能性があることから当該ばらつきを考慮して対比することが好ましい。具体的には±数％の範囲は許容差とすること等を挙げることができる。
［ＰｘとＰｙとが同等であるかを判定する過程Ｓ１６］
ＰｘとＰｙとが同等であるかを判定する過程Ｓ１６（以下、「過程Ｓ１６」と記載することがある。）では、過程Ｓ１５の対比に基づいてＰｘとＰｙとが同等であるかを判定する。判定基準は特に限定されることはないが例えば次のように行うことができる。
荷重センサ１３を１つとして電池１１の一か所で荷重値を測定している場合には、充電後における最大荷重値、最大荷重値と充電開始前（充電直前）の荷重値との差、及び、所定の範囲におけるＳＯＣ変化に対する荷重値の変化速度等のいずれか、または、複数を組み合わせて対比し、ＰｘとＰｙとが所定の範囲内に入っているかで判定することができる。
荷重センサ１３を複数配置して電池１１の複数の位置で荷重値を測定している場合には、充電後において最も荷重値が高くなる位置及び荷重値、最も荷重が低くなる位置及び荷重値、充電後において最も荷重値が高くなる位置と最も荷重が低くなる位置とでの荷重値の差、並びに、電池内における荷重分布（荷重勾配）等のいずれか、または、複数を組み合わせて対比し、ＰｘとＰｙとが所定の範囲内に入っているかで判定することができる。なお、複数の位置で荷重を測定した場合にはさらにそれぞれの位置において一か所で荷重値を測定したときの判定基準を併せて用いてもよい。
ＰｘとＰｙとが同等であるかを判定する過程Ｓ１６（以下、「過程Ｓ１６」と記載することがある。）では、過程Ｓ１５の対比に基づいてＰｘとＰｙとが同等であるかを判定する。判定基準は特に限定されることはないが例えば次のように行うことができる。
荷重センサ１３を１つとして電池１１の一か所で荷重値を測定している場合には、充電後における最大荷重値、最大荷重値と充電開始前（充電直前）の荷重値との差、及び、所定の範囲におけるＳＯＣ変化に対する荷重値の変化速度等のいずれか、または、複数を組み合わせて対比し、ＰｘとＰｙとが所定の範囲内に入っているかで判定することができる。
荷重センサ１３を複数配置して電池１１の複数の位置で荷重値を測定している場合には、充電後において最も荷重値が高くなる位置及び荷重値、最も荷重が低くなる位置及び荷重値、充電後において最も荷重値が高くなる位置と最も荷重が低くなる位置とでの荷重値の差、並びに、電池内における荷重分布（荷重勾配）等のいずれか、または、複数を組み合わせて対比し、ＰｘとＰｙとが所定の範囲内に入っているかで判定することができる。なお、複数の位置で荷重を測定した場合にはさらにそれぞれの位置において一か所で荷重値を測定したときの判定基準を併せて用いてもよい。
図５にＰｘ、Ｐｙ１（１つの例にかかるＰｙ）、及びＰｙ２（他の例にかかるＰｙ）を例示した。この例によればＰｙ１はＰｘに同等であり、Ｐｙ２はＰｘと同等ではないとなる。
過程Ｓ１６では、ＰｘとＰｙとが同等である場合にはＹｅｓが選択されて正規品であると決定する過程Ｓ１７に進み、ＰｘとＰｙとが同等でない場合にはＮｏが選択されて非正規品であると決定する過程Ｓ１８に進む。
過程Ｓ１６では、ＰｘとＰｙとが同等である場合にはＹｅｓが選択されて正規品であると決定する過程Ｓ１７に進み、ＰｘとＰｙとが同等でない場合にはＮｏが選択されて非正規品であると決定する過程Ｓ１８に進む。
［正規品であると決定する過程Ｓ１７］
正規品であると決定する過程Ｓ１７（以下、「過程Ｓ１７」と記載することがある。）では、過程Ｓ１６でＰｘとＰｙとが同等であると判定されたときに、現在の電池は正規品であると決定し、必要に応じてその旨を報知する。
正規品であると決定する過程Ｓ１７（以下、「過程Ｓ１７」と記載することがある。）では、過程Ｓ１６でＰｘとＰｙとが同等であると判定されたときに、現在の電池は正規品であると決定し、必要に応じてその旨を報知する。
［非正規品であると決定する過程Ｓ１８］
非正規品であると決定する過程Ｓ１８（以下、「過程Ｓ１８」と記載することがある。）では、過程Ｓ１６でＰｘとＰｙとが同等でないと判定されたときに、現在の電池は非正規品であると決定し、必要に応じてその旨を報知する。
非正規品であると決定する過程Ｓ１８（以下、「過程Ｓ１８」と記載することがある。）では、過程Ｓ１６でＰｘとＰｙとが同等でないと判定されたときに、現在の電池は非正規品であると決定し、必要に応じてその旨を報知する。
１．５ｂ．電池の判定方法の適用
上記した電池の判定方法Ｓ１０は電池判定装置１５においてプログラムとして電池判定装置１５の保存装置に保存されることにより実行することができる。すなわち、電池の判定方法Ｓ１０に含まれる過程Ｓ１１から過程Ｓ１８の各過程に相当するステップを有するコンピュータプログラムとすることができる。そしてこのコンピュータプログラムが必要に応じて保存装置から呼び出されてＣＰＵで演算されることで、電池判定装置１５により電池の判定方法Ｓ１０と同じ結果を得ることが可能である。
上記した電池の判定方法Ｓ１０は電池判定装置１５においてプログラムとして電池判定装置１５の保存装置に保存されることにより実行することができる。すなわち、電池の判定方法Ｓ１０に含まれる過程Ｓ１１から過程Ｓ１８の各過程に相当するステップを有するコンピュータプログラムとすることができる。そしてこのコンピュータプログラムが必要に応じて保存装置から呼び出されてＣＰＵで演算されることで、電池判定装置１５により電池の判定方法Ｓ１０と同じ結果を得ることが可能である。
２．効果等
本開示の電池システム１０、電池の判定方法Ｓ１０、これに対応するコンピュータプログラムによれば、現在使用されている電池が正規品か非正規品かを判定することができ、その精度が従来に比べて高められている。すなわち、充電中の電池セルの荷重変動パターンは正規品であれば充電開始時のＳＯＣによって決まるので、実際に充電している電池セルのＳＯＣと電池セルの荷重値の関係を比較基準となるものと比較することにより正規品か否かが正確に判定できる。
本開示の電池システム１０、電池の判定方法Ｓ１０、これに対応するコンピュータプログラムによれば、現在使用されている電池が正規品か非正規品かを判定することができ、その精度が従来に比べて高められている。すなわち、充電中の電池セルの荷重変動パターンは正規品であれば充電開始時のＳＯＣによって決まるので、実際に充電している電池セルのＳＯＣと電池セルの荷重値の関係を比較基準となるものと比較することにより正規品か否かが正確に判定できる。
１０ 電池システム
１１ 電池
１２ 充放電制御器
１３ 荷重センサ
１４ ＳＯＣ検出器
１５ 電池判定器
Ｓ１０ 電池の判定方法
Ｓ１１ 現在のＳＯＣの取得の過程
Ｓ１２ 既存荷重変動Ｐｘの取得の過程
Ｓ１３ 充電開始の過程
Ｓ１４ 荷重変動Ｐｙの取得の過程
Ｓ１５ ＰｘとＰｙとの対比の過程
Ｓ１６ ＰｘとＰｙとが同等であるかを判定する過程
Ｓ１７ 正規品であると決定する過程
Ｓ１８ 非正規品であると決定する過程
１１ 電池
１２ 充放電制御器
１３ 荷重センサ
１４ ＳＯＣ検出器
１５ 電池判定器
Ｓ１０ 電池の判定方法
Ｓ１１ 現在のＳＯＣの取得の過程
Ｓ１２ 既存荷重変動Ｐｘの取得の過程
Ｓ１３ 充電開始の過程
Ｓ１４ 荷重変動Ｐｙの取得の過程
Ｓ１５ ＰｘとＰｙとの対比の過程
Ｓ１６ ＰｘとＰｙとが同等であるかを判定する過程
Ｓ１７ 正規品であると決定する過程
Ｓ１８ 非正規品であると決定する過程
Claims (1)
- 電池の正規及び非正規を判定する電池システムであって、
前記電池の正規及び非正規を判定する演算装置を有し、
前記演算装置は、
予め取得しておいた正規品の電池の充電中における充電状態と電池セルの荷重値との関係であるＰｘを、
実際の電池セルの充電中における充電状態と電池セルの荷重値との関係であるＰｙと対比し、
前記Ｐｘと前記Ｐｙとが同等である場合は正規品と判定し、前記Ｐｘと前記Ｐｙとが同等でない場合は非正規品と判定する、演算を行う、
電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020198643A JP7400706B2 (ja) | 2020-11-30 | 2020-11-30 | 電池システム |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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