JPWO2014027509A1 - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

単電池１０１と、単電池１０１に接続されたセンサとを備えた電池モジュール２０において、センサの測定値から単電池１０１の状態を示す値を演算する演算手段と、演算手段により演算された演算値を記録する記憶手段と、電池モジュール２０の不正使用を判定する判定手段と、演算手段、記憶手段及び判定手段を制御する制御手段とを備え、制御手段は、判定手段により不正使用があったことを判定した場合には、記憶手段に記録されている演算値を削除すると共に、演算値の記憶手段への記録を禁止する。

Description

本発明は、電池モジュールに関するものである。

本出願は、２０１２年８月１３日に出願された日本国特許出願の特願２０１２―１７９４６３に基づく優先権を主張するものであり、文献の参照による組み込みが認められる指定国については、上記の出願に記載された内容を参照により本出願に組み込み、本出願の記載の一部とする。

複数の分割ユニットを直列に接続している組電池と、組電池を構成している各々の分割ユニットに接続している複数の電池状態検出回路と、組電池に流れる電流を検出する電池電流検出回路と、各々の電池状態検出回路に外部通信バスを介して接続しているバッテリＥＣＵとを備え、電池電流検出回路は外部通信バスを介して検出した電流を電池状態検出回路に送信し、各々の電池状態検出回路は、電池電流検出回路からの電流信号を変換して分割ユニットの残容量を演算し、残容量をバッテリＥＣＵに伝送する、電源装置が知られている（特許文献１）。

特開２００３−４７１１１号公報

しかしながら、上記の電源装置において、分割ユニットを構成する電池モジュール及び電池状態検出回路が、組電池から不正に取り出されて、他の組電池に組み込まれた場合には、当該電池モジュール及び当該電池状態検出回路の信頼性が担保できない、という問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、正規品としての信頼性を担保する電池モジュールを提供することである。

本発明は、判定手段により電池モジュールの不正使用があったことを判定した場合には、記憶手段に記録されている演算値を削除すると共に、演算値の記憶手段への記録を禁止することによって上記課題を解決する。

本発明によれば、電池モジュールが取り出されて外部装置に不正に組み込まれた場合には、当該外部装置により単電池の状態を示す値を取得することができず、また、外部装置からの制御に基づいて電池モジュール内で単電池の状態を記録することができないため、電池モジュールの信頼性を担保することができる、という効果を奏する。

本発明の実施形態に係る電源装置のブロック図である。 図１の単電池の平面図である。 図２の単電池を積層した電池構造体の斜視図である。 図２の単電池を含む電池モジュールの分解斜視図である。 図４の電池モジュール及び蓋体の斜視図である。 図１のセルコントローラの制御手順を示すフローチャートである。 図１のセルコントローラの制御手順を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る電池モジュールのセルコントローラの制御手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》
図１は、本発明の実施形態に係る電源装置１のブロック図である。本例の電源装置１は、バッテリコントローラ１０と、複数の電池モジュール２０とを備えている。本例の電源装置１は、定置用の電源装置や、車両用の電源装置に搭載され、負荷に対して電力を供給する電力源となる。なお、図１では、便宜上、複数の単電池を総称して、単電池１０１と記載している。単電池１０１の構造及び複数の単電池１０１を積層した積層体の構造については、図２〜図５を用いて説明する。

バッテリコントローラ１０は、複数の電池モジュール２０を外部から制御するコントローラであって、各電池モジュール２０と通信線３０を介して接続されている。後述するように、各電池モジュール２０には、モジュール内の電池を制御するセルコントローラ４０が組み込まれている。そして、セルコントローラ４０は、電池ジュール２０の内部からモジュール内の電池を制御するコントローラであり、バッテリコントローラ１０は、電池ジュール２０の外部からモジュール内の電池を制御するコントローラである。

バッテリコントローラ１０は、センサ部１１と、電池制御部１２と、通信部１３とを備えている。センサ部１１は、電源装置１に含まれる電池の電圧、電流及び温度を検出ための検出部であり、電池総電圧測定部１１ａ、電流測定部１１ｂ、温度測定部１１ｃ、及びアナログ／デジタル変換部１１ｄを有している。

電池総電圧測定部１１ａは、電源装置１に含まれる電池の総電圧を検出するセンサである。後述するように、電源装置１に含まれる複数の電池は直列に接続されており、電池総電圧測定部１１ａは、複数の電池の最も高い電位を測定することで、当該複数の電池の電圧、言い換えると、電源装置１の出力電圧を測定する。

電流測定部１１ｂは、複数の電池の＋側に接続され、当該複数の電池の入出力電流を検出する。バッテリコントローラ１０は、電流測定部１１ｂで検出した電流を、各電池モジュール２０のセルコントローラ４０に送信することで、各セルコントローラ４０は、制御対象となる各単電池１０１の電流をそれぞれ把握することができる。これにより、各電池モジュール２０に、電流センサをそれぞれ設けなくもよく、電流センサの数を減らすことができる。

温度測定部１１ｃは、電池の温度を検出する温度センサである。電池特性は、温度依存性を有しているため、本例は、検出温度に応じて、単電池１０１の状態を管理している。電池総電圧測定部１１ａ、電流測定部１１ｂ及び温度測定部１１ｃで検出された測定値は、アナログデジタル変換部１１ｄでデジタルに変換され、電池制御部１２に送信される。

電池制御部１２は、電源装置１に含まれる電池を制御するための制御コントローラであり、電池状態管理部１２ａ、容量調整制御部１２ｂ及び通信制御部１２ｃを有している。電池状態管理部１２ａは、センサ部１１から送信される総電圧、電流及び電池温度の電池情報と、各セルコントローラ４０から送信される電池情報とから、各電池の電池状態を管理する。電池状態は、電池の充電状態（ＳＯＣ）、電池の満充電容量、電池の残容量、電池の劣化度、電池の開放電圧等の指標により表される。各単電池１０１は、製造上のばらつきや、使用中、各電池に加わる負荷のばらつきによって、電池の状態には、ばらつきが生じる。そのため電池状態管理部１２ａは、電池状態を演算することで各電池のばらつきを管理する。

また、電池制御部１２ａは、電池総電圧測定部１１ａで測定される総電圧を用いて、電池全体の電池状態も管理している。

容量調整制御部１２ｂは、電池制御部１２で管理する各単電池１０１の電池状態から、各単電池の残容量ばらつきを測定し、残容量の大きな単電池１０１を放電させることで、残容量ばらつきを抑制するためのコントローラである。

残容量ばらつきを調整する方法としては、例えば、容量調整制御部１２ｂは、電池総電圧測定部１１ａで測定される総電圧から各単電池１０１の平均電圧を演算し、各セルコントローラ４０から送信される各単電池の電圧と、当該平均電圧との電圧差をそれぞれ演算する。容量調整制御部１２ｂは、演算した各電圧差と、予め設定されている閾値（残容量ばらつきを判断するための閾値）とを比較し、閾値より高い電圧差に係る単電池１０１を、残容量ばらつきの大きい電池として特定する。そして、容量調整制御部１２ｂは、特定された単電池１０１に対して、電圧差に応じて、容量調整部１２ｂによる調整時間を設定する。そして、特定された単電池１０１を制御するセルコントローラ４０に対して、調整時間を含めて、容量調整をする旨の信号（容量調整指令信号）を送信する。これにより、容量調整制御部１２ｂは、電池モジュール２０間の電池の残容量のばらつきを抑制するよう、単電池１０１を制御する

通信制御部１２ｃは、通信部１３を制御するコントローラである。後述するように、バッテリコントローラ１０と各セルコントローラ４０との間の通信は、暗号化通信により行われる。本例では、電池モジュール２０にセルコントローラ４０を組み込む際に、電池モジュール２０の不正使用を防ぐために、各電池モジュール２０に、識別情報（ＩＤ情報）と認証キー（またはパスワード）が予め設定されている。そして、通信制御部１２ｃは、少なくとも認証キーを把握している。

通信制御部１２ｃは、各セルコントローラ４０と通信を行う際には、当該認証キーを用いて暗号化通信をできる状態に通信リンクを確立した上で、通信を行う。また、通信制御部１２ｃは、電池制御部１２で管理する情報を各セルコントローラ４０に送信する際には、当該認証キーに基づいて暗号化した上で、情報を送信する。

例えば、電池モジュール２０が正規のモジュールではない、非正規のモジュールに取り替えられた場合には、通信制御部１２ｂは、当該非正規モジュールの情報を管理しておらず、非正規の電池モジュール２０のコントローラと認証キーの整合をとることができないため、非正規モジュールとの通信を認証しない。これにより、本例の電源装置１は、電池モジュール２０の不正使用を抑制している。

通信部１３は、送受信器であり、通信線３０を介して、各セルコントローラ４０の通信部４６に接続されている。

電池モジュール２０は、複数の単電池１０１と、セルコントローラ（ＡＤＣ：Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｄｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ Ｃｅｌｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）４０を備えている。単電池１０１は、二次電池で構成されている。セルコントローラ４０は、センサ部４１と、電源回路４２と、容量調整部４３と、メモリ４４と、単電池制御部４５を有し、電子部品により構成され、後述する蓋体４００内に収容されている。

まず図２〜図６を用いて、単電池１０１と蓋体４００の構造について説明する。本例の電池モジュール２０に設けられた、扁平型の単電池１０１について、図２を用いて説明する。図２は単電池１０１の平面図を示す。単電池１０１は、リチウムイオン系、平板状、積層タイプのラミネート型の二次電池（薄型電池）であり、正極板と、セパレータと、負極板と、正極端子１１１（正極端子）と、負極端子１１２（負極端子）と、上部外装部材１１３と、下部外装部材１１４と、特に図示しない電解質とから構成されている。なお、正極板、セパレータ及び負極板はそれぞれ１枚に限らず、複数枚で構成されてもよい。

正極板、セパレータ、負極板および電解質が発電要素１１５を構成し、また、正極板、負極板が電極板を構成し、上部外装部材１１３および下部外装部材１１４が一対の外装部材を構成する。

発電要素１１５を構成する正極板は、正極端子１１１まで伸びている正極側集電体と、正極側集電体の一部の両主面にそれぞれ形成された正極層とを有する。なお、正極板の正極層は、正極側集電体の全体の両主面に亘って形成されているのではなく、正極板、セパレータおよび負極板を積層して発電要素１１５を構成する際に、正極板においてセパレータに実質的に重なる部分のみに正極層が形成されている。

発電要素１１５を構成する負極板は、負極端子１１２まで伸びている負極側集電体と、当該負極側集電体の一部の両主面にそれぞれ形成された負極層とを有する。なお、負極板の負極層も、負極側集電体の全体の両主面に亘って形成されているのではなく、発電要素１１５を構成する際に、負極板においてセパレータに実質的に重なる部分のみに負極層が形成されている。

発電要素１１５のセパレータは、上述した正極板と負極板との短絡を防止するものであり、電解質を保持する機能を備えてもよい。

以上の発電要素１１５は、セパレータを介して正極板及び負極板が積層されてなる。そして、正極板は、正極側集電体を介して、金属箔製の正極端子１１１にそれぞれ接続される一方で、負極板は、負極側集電体を介して、同様に金属箔製の負極端子１１２にそれぞれ接続されている。

上述した発電要素１１５は、上部外装部材１１３および下部外装部材１１４に収容されて封止されている。特に図示はしないが、本例の上部外装部材１１３および下部外装部材１１４は何れも、単電池１０１の内側から外側に向かって、耐電解液性および熱融着性に優れた樹脂フィルムから構成されている内側層と、金属箔から構成されている中間層と、電気絶縁性に優れた樹脂フィルムで構成されている外側層と、の三層構造とされている。

これらの外装部材１１３、１１４によって、上述した発電要素１１５、電極端子１１１の一部および電極端子１１２の一部を包み込み、当該外装部材１１３、１１４により形成される内部空間に、液体電解質を注入しながら、外装部材１１３、１１４により形成される空間を吸引して真空状態とした後に、外装部材１１３、１１４の外周縁を熱プレスにより熱融着して封止する。

次に図３を用いて、図１の単電池１０１を積層した電池構造体について説明する。図３は、単電池１０１及び単電池２０１の斜視図である。なお、図３に示す単電池１０１、２０１は、図２に示した単電池１０１を２個、積層させる前の状態の電池を示している。そして、図２では、便宜上、積層方向の下側の電池を単電池１０１と記載し、積層方向の上側の単電池を２０１と記載している。

図３に示す単電池１０１は、端部に板状の電極端子１１１を有し、電極端子１１１の逆向きの端部に板状の電極端子１１２が、それぞれ電池の外方に向けて設けられている。電極端子１１１は陽極を、電極端子１１２は陰極の極性を有している。なお、図３の電極端子１１１、１１２は、図２の電極端子１１１、１１２の先端部分を加工することで形成してもよく、また別途の電極を図２の電極端子１１１、１１２に接続することで形成してもよい。

スペーサ１２１とスペーサ１２２が電極端子１１１を狭持し、スペーサ１２３とスペーサ１２４は電極端子１１２を狭持する。スペーサは絶縁性を有しており、単電極１０１と積層される単電池２０１との間の絶縁性を保つ。出力端子１３１は、電極端子１１１と電気的に接続されており、図４に示す電池モジュールの出力端子１３１となる。

単電池２０１は、単電池１０１の上面より積層される。スペーサ２２１は、単電池２０１の電極端子２１１を上下から狭持するスペーサであって、下側のスペーサを示す。スペーサ２２３は、単電池２０１の電極端子２１２を上下から狭持するスペーサであって、同様に下側のスペーサを示している。電極端子２１１は陰極の極性を有し、電極端子２１２は陽極の極性を有す。単電池１０１と単電池２０１が積層される際は、陽極の電極端子１１１と陰極の電極端子２１１が電気的に接続される。これにより、単電池１０１と単電池２０１は、直列に接続され、積層される。よって、スペーサ１２２、２２１が設けられている部分には、単電池１０１と２０１の積層方向に隙間が設けられることとなる。

なお、図３は、２個の単電池１０１，２０１を積層した状態のみを示したが、３個以上の単電池を積層する場合は、別の単電池が、単電池の上面より積層され、別の単電池の正極の電極端子は電極端子２１２と接続する。これにより、３個の単電池が直列接続に積層する。

図４は、本実施形態に係る電池モジュール２０を示す分解斜視図である。図５は、電池モジュール２０及び蓋体４００の斜視図である。この電池モジュール２０の単電池積層体３０１は、図３に示す単電池１０１、２０１を複数積層したものである。

単電池積層体３０１の一端には、陽極、陰極それぞれの出力端子１３１、１３２が接続される。絶縁カバー３０２は、出力端子１３１及び１３２が接続された単電池積層体３０１の端面側に取り付けられ、電極端子を覆い、電極端子と単電池外部との間の絶縁性を保つ。同様に絶縁カバー３０３は、出力端子１３１、１３２の接続面とは逆側に取り付けられる。スペーサ３０４、３０５は、図２のスペーサ１２１〜１２４を積層することで形成され、単電池１０１の間に配置され、単電池１０１を所定の位置に固定する。

ケース３６０は、アッパーケース３６１とロアケース３６２を有し、図示するようにロアケース３６２に単電池積層体３０１等のアッセンブリを入れ、アッパーケース３６１の開口部とロアケース３６２とをカシメ加工することで、単電池積層体３０１及びスペーサ３０４、３０５等が収容される。ケース３６０は、薄板スチール板により形成される。

差込口３０７は、絶縁カバー３０２の中央部分に設けられ、後述する蓋体４００と嵌合する。蓋体４００が差込口３０７に嵌合されると、単電池積層体３０１と、蓋体４００に収容されているセルコントローラ４０とが電気的に接続される。なお、図５には図示していないが、蓋体４００に収容されているセルコントローラ４０には、通信線３０が接続されており、通信線３０は他の電池モジュール２０またはバッテリコントローラ１０と接続するよう、電池モジュール２０から導出されている。

図１に戻り、セルコントローラ４０の構成について説明する。セルコントローラ４０は、センサ部４１と、電源回路４２と、容量調整部４３と、メモリ４４と、単電池制御部４５と、通信部４６とを有している。

センサ部４１は、単電池１０１に接続され、電池モジュール２０に含まれる単電池１０１の電圧及び温度を検出するセンサである。電圧測定部４１ａは、直列接続された単電池１０１の電圧を測定するセンサである。電池温度測定部４１ｂは、単電池１０１の温度を測定するセンサである。電圧測定部４１ａ及び電池温度測定部４１ｂで検出された測定値は、アナログデジタル変換部４１ｃで変換され、単電池制御部４５に送信される。

電源回路４２は、単電池１０１をセンサ部４１等の駆動電源にするための調整回路であって、センサ部４１、容量調整部４３、メモリ４４及び単電池制御部４５に対して電力を供給するための回路である。これにより、電池モジュール２０が電源装置１から取り外された場合であっても、センサ部４１等は電源回路４２を介して単電池１０１に接続されているため、動作可能な状態となる。

容量調整部４３は、各単電池１０１の容量を調整する回路であって、放電用の放電抵抗及びスイッチ等により構成されている。容量調整部４３は単電池制御部４５からの制御信号に基づき、当該スイッチをオンにすることで、単電池１０１と放電抵抗との間を導通させ、単電池１０１を放電させることで、単電池１０１の容量を調整する。

メモリ４４は、単電池制御部４５に管理されている単電池１０１の電池状態を記録する記録媒体である。メモリ４４には、単電池１０１の電池状態を示す情報として、少なくとも単電池１０１の劣化に関する情報（劣化情報）が保存されている。

単電池制御部４５は、単電池１０１の電池状態を管理しつつ、センサ部４１、容量調整部４３、メモリ４４及び通信部４６を制御することで、単電池１０１を制御するコントローラである。単電池制御部４５は、電池状態演算部４５ａ、容量調整部４５ｂ、不正使用判定部４５ｃ及び通信制御部４５ｄを有している。

電池状態演算部４５ａは、電圧測定部４１ａで測定された電圧から単電池１０１のＳＯＣを測定することで、単電池１０１の状態を示す値を演算する。また、電池状態演算部４５ａは、少なくとも電圧測定部４１ａの測定電圧を用いて、単電池１０１の劣化度を演算することで、単電池１０１の電池状態を演算する。単電池１０１の劣化度は、例えば、単電池１０１の内部抵抗、単電池１０１の満充電時の充電容量等から演算される。

単電池１０１の内部抵抗から単電池１０１の劣化度を演算する場合には、電池状態演算部４５ａは、電圧測定部４１ａの測定電圧と、電流測定部１１ｂで測定された電流とを用いて内部抵抗を演算する。なお、この際、単電池１０１の内部抵抗は温度依存性をもっているため、電池温度測定部４１ｂで測定された電池温度を用いて、内部抵抗を補正してもよい。

単電池１０１は、劣化が進むと、単電池１０１の内部抵抗が大きくなる傾向をもっており、電池状態演算部４５は、当該傾向を示すテーブル等を有している。そして、電池状態演算部４５は、演算した内部抵抗に基づき当該テーブルを参照することで、単電池１０１の劣化度を演算する。なお、単電池１０１の劣化度の演算方法は、内部抵抗に基づく演算方法に限らず、他の演算方法であってもよい。

ここで、単電池１０１の劣化情報について説明する。単電池１０１は使用経過に応じて劣化し、単電池１０１の最大容量は減少する。本例の電源装置１が搭載された車両や家屋の蓄電システムから、電池モジュール２０を取り出し、他の車両等に再利用する場合を想定すると、再利用のために流通する電池の市場価値は、例えば単電池１０１の劣化度に依存する。そのため、セルコントローラ４０は、単電池１０１の劣化度を、単電池１０１の劣化状態を示す値として管理することで、電池モジュール２０の流通市場における信頼性を担保している。

そして、電池状態演算部４５は、演算したＳＯＣ又は劣化度で示される単電池１０１の状態の値を、メモリ４４に記録する。

不正使用判定部４５ｃは、電池モジュール２０の不正使用を判定する。不正使用判定部４５ｃによる不正使用の判定制御は後述する。通信制御部４５ｄは、通信部４６を制御するコントローラであって、通信部１３と通信部４６との間の暗号化通信を制御する。

他の電池モジュール２０についても、上記と同様の構成を持っている。そして、複数の電池モジュール２０の端子間をバスバー（図示しない）等で接続することで、複数の電池モジュール２０が直列接続されている。

次に、本例の電池モジュール２０のセルコントローラ４０の制御について説明する。まず、セルコントローラ４０は、電池モジュール２０の再利用等により、電源装置１に組み込まれると、バッテリコントローラ１０との接続状態を確認する。すなわち、セルコントローラ４０は、通信線３０を介して、通信部４６と通信部１３との間を接続されているか否かを確認する。

通信部４６と通信部１３との間の接続が確認されると、単電池制御部４５は、通信制御部４５ｄを制御して、通信部４６と、バッテリコントローラ１０に含まれる通信部１３との間の通信の認証を行う。上記のとおり、本例は、電池モジュール２０の不正使用を防ぐために、電池モジュール２０に予め認証キーが設定されており、バッテリコントローラ１０にも同様の認証キーが設定されている。そのため、不正使用判定部４５ｃは、メモリ４４に記録されている認証キーをバッテリコントローラ１０に送信することで、バッテリコントローラ１０との間で、認証キーによる認証を行い、認証に成功した場合には、電池モジュール２０が正規に使用されたものであると判定する。そして、単電池制御部４５は、正規使用モードで単電池１０１を制御する。

一方、コントローラ４０から送信された認証キーがバッテリコントローラ１０で認証されず、バッテリコントローラ１０から認証できない旨の信号が送信された場合、又は、バッテリコントローラ１０から何ら信号が送信されない場合には、認証に失敗したため、不正使用判定部４５ｃは、電池モジュールの２０の不正使用があった、と判定する。また、メモリ４４に記録されていた認証キーが、電池モジュール２０の不正使用により消去又は改ざん等され、メモリ４４に認証キーが消去されていた場合には、認証キーによる通信の認証を行うことができないため、セルコントローラ４０は、電池モジュール２０の不正使用があった、と判定する。

また単電池制御部４５は、不正使用判定部４５ｃにより、電池モジュール２０の不正使用があったことを判定した場合には、メモリ４４に記録されている、単電池１０１の状態を示す値のデータを削除しつつ、電池状態演算部４５による電池状態の演算制御を禁止する。これにより、電池モジュール２０の不正使用があったことを判定した場合には、メモリ４４に新たに電池の状態を示す情報が記録されることを禁止する。そして、単電池制御部４５は、不正使用モードで単電池１０１を制御する。

メモリ４４には、単電池１０１の劣化情報を少なくとも含んだ電池の状態を示す情報が保存されている。そのため、単電池制御部４５は、電池の状態を示す値をメモリ４４から削除することで、電池モジュール２０の信頼性を担保している、単電池１０１の劣化情報が抹消される。劣化情報を有していない電池モジュール２０は、市場における価値が担保されておらず、再利用されたとしても正規の電池として流通できない。その結果として、電池モジュール２０の不正使用を抑制しつつ、電池モジュール２０の信頼性を担保することができる。なおここで、劣化情報とは単電池１０１の劣化度を表す情報であり、例えば内部抵抗の新品時からの増加率や、劣化が進むについて低下する満充電容量等の劣化度に関わる情報をいい、以下では劣化度とも記載する。

また、不正使用があったことが判定されると、電池状態演算部４５ａによる電池の状態（電池状態）の演算制御が禁止されるため、不正使用の電池モジュール２０が市場に流通されたとしても、新たに、単電池１０１の劣化度が演算されない。従って、不正使用の電池モジュール２０が市場に流通されたとしても、メモリ４４に新たに単電池１０１の劣化度が記憶されない。そのため、不正使用の電池モジュール２０は、市場における価値をもたない電池となり、正規の電池として流通できない。その結果として、電池モジュール２０の不正使用を抑制しつつ、電池モジュール２０の信頼性を担保することができる。

また、不正使用があったことが判定されると、単電池制御部４５は、メモリ４４に不正使用があったことを示す情報を、不正使用の履歴として記録する。これにより、メモリ４４には、不正使用の履歴が残るため、メモリに記録された使用履歴から、セルコントローラ４０は、電池モジュール２０の不正使用を特定することができる。そして、セルコントローラ４０は、メモリ４４に記録されている使用履歴を確認し、不正使用の履歴が記録されている場合には、不正使用モードに移行する。

正規使用モードにおいて、単電池制御部４５は、通信制御部４５ｄを制御して、バッテリコントローラ１０と暗号化通信を確立する。そして、電源装置１が駆動されると、バッテリコントローラ１０は、電流測定部１１ｂにより電池モジュール２０の充電電流又は放電電流を測定し、通信制御部１２ｃにより測定した電流を含んだ電池情報を暗号化して、通信線３０を介して、各セルコントローラ４０に送信する。

各セルコントローラ４０は、通信制御部４５ｄにより、電池情報を復号化して、単電池１０１の電流を取得する。そして、セルコントローラ４０は、電圧測定部４１ａにより単電池１０１の電圧を測定し、取得した単電池１０１の電流と、測定した単電池１０１の電圧から、電池状態演算部４５ａにより、単電池１０１の内部抵抗を演算し、単電池１０１の劣化度を演算する。また、電池状態演算部４５ａは、測定した単電池１０１の電圧から、単電池１０１のＳＯＣも演算する。

セルコントローラ４０は、電池状態演算部４５ａにより演算したＳＯＣ及び劣化度を、単電池１０１の状態を示す値として、メモリ４４に記録しつつ、通信制御部４５ｄにより当該値を含む電池情報を暗号化し、通信線３０を介して、バッテリコントローラ１０に送信する。これにより、バッテリコントローラ１０は、各セルコントローラ４０から演算値を取得することで、各電池モジュール２０に含まれる単電池１０１の状態を、それぞれ管理している。

バッテリコントローラ１０の電池制御部１２は、管理する単電池の数が多いため、単電池制御部４５と比較して、演算処理能力の高いコントローラを使用している。そのため、バッテリコントローラ１０の電池制御部１２は、単電池制御部４５の演算処理よりも、複雑な演算処理で、電池状態を演算することができ、単電池制御部４５と比較して、電池状態の演算精度を高めることができる。

バッテリコントローラ１０は、電池制御部１２で演算された演算値を含む電池情報を、対応するセルコントローラ４０にそれぞれ送信する。セルコントローラ４０は、バッテリコントローラ１０から送信された電池情報を受信し、電池状態管理部１２ａの演算値をメモリ４４に記録する。

セルコントローラ４０は、電池状態演算部４５ａにより単電池１０１のＳＯＣ、劣化度等の電池状態を演算すると、その演算値と、バッテリコントローラ１０により送信された電池状態管理部１２ａの演算値とを比較する。そして、これら演算値の差が、予め設定されている閾値より大きい場合には、電池状態演算部４５ａは、電池状態演算部４５ａの演算値を電池状態管理部１２ａの演算値に基づいて補正する。セルコントローラ４０は、補正演算された演算値を、メモリ４４に記録しつつ、バッテリコントローラ１０に送信する。

また正規使用モードでは、セルコントローラ４０は、上記の制御の他に、バッテリコントローラ１０から送信される容量調整指令信号及び容量調整時間に基づく、単電池１０１の容量調整制御等も行う。

不正使用モードにおいて、単電池制御部４５は、電池を使用するための最低限の制御を行うのみであり、また、通信制御部４５ｄによる暗号化通信を禁止して、非暗号化通信（平文通信）を行う。これにより、本例は、セルコントローラ４０（単電池制御部４５）が非暗号化通信によって、容量調整指令信号及び容量調整時間をバッテリコントローラ１０から受信し、単電池１０１の容量調整制御のみを可能として、電池としての機能を最小限、発揮できるような状態にしている。また、セルコントローラ４０は、一度、不正使用モードに移行した場合には、正規使用モードへの再移行を行わないよう、制御する。これにより、本例は、電池モジュール２０の信頼性を担保している。

次に、図６を用いて、セルコントローラ４０の制御手順を説明する。図６は、セルコントローラ４０の制御手順を示すフローチャートである。

ステップＳ１にて、単電池制御部４５はメモリ４４に記録されているデータを確認する。ステップＳ２にて、単電池制御部４５は、メモリ４４の記録データに、不正使用の履歴が記録されているか否かを判定する。不正使用の履歴がある場合には、ステップＳ８に遷る。

不正使用の履歴がない場合には、ステップＳ３にて、単電池制御部４５は、不正使用判定部４５ｃによる不正使用の判定のための制御を行う。不正使用の判定方法は、上記とおり、メモリ４４に記録されている認証キーをバッテリコントローラ１０に送信し、通信の認証を行う。そして、認証に成功した場合には、不正使用判定部４５ｃは、電池モジュール２０の不正使用はないと判定する（ステップＳ４）。一方、認証に失敗した場合又はメモリ４４に認証キーが記録されていない場合には、不正使用判定部４５ｃは、電池モジュール２０の不正使用があった、と判定する（ステップＳ４）。

不正使用があった場合には、ステップＳ５にて、単電池制御部４５はメモリ４４に記録されているデータを削除する。ステップＳ６にて、単電池制御部４５は、電池状態演算部４５ａによる電池状態の演算及び補正演算の演算制御を禁止する。すなわち、電池状態演算部４５ａにおける電池状態の演算、セルコントローラ４０により送信された電池状態管理部１２ａの演算値との比較、及び補正演算のいずれの演算をも禁止する。これにより、電池状態演算部４５ａからの演算値の出力を禁止して、メモリ４４に新たに劣化度を含む電池状態の情報が記録されることを禁止する。

ステップＳ７にて、単電池制御部４５は、不正使用の履歴を、メモリ４４に記録する。そして、ステップＳ８にて、単電池制御部４５は不正使用モードに設定し、制御を終了する。

ステップＳ４に戻り、不正使用がない場合には、単電池制御部４５は正規使用モードに設定し（ステップＳ９）、制御を終了する。

次に、図７を用いて、図６のステップＳ９に記載の正規使用モードにおけるセルコントローラ４０の制御について説明する。図７は、正規使用モードにおけるセルコントローラ４０の制御手順を示すフローチャートである。

ステップＳ１１にて、単電池制御部４５は、通信制御部４５ｄを制御して、バッテリコントローラ１０との暗号化通信を確立する。ステップＳ１２にて、単電池制御部４５は、電池状態管理部１２ａで管理されている電池情報をバッテリコントローラ１０から受信する。ステップＳ１３にて、センサ部４１は、電圧測定部４１ａにより単電池１０１の電圧を測定する。

ステップＳ１４にて、電池状態演算部４５ａは、電圧測定部４１ａの測定電圧と、Ｓ１２で受信した電池情報に含まれる、電流測定部１１ｂの測定電流とを用いて、単電池１０１の内部抵抗を演算する。ステップＳ１５にて、電池状態演算部４５ａは、演算した内部抵抗に基づいて、単電池１０１の劣化度を演算する。

ステップＳ１６にて、電池状態演算部４５ａは、電圧測定部４１ａの測定電圧に基づいて、単電池１０１のＳＯＣを演算する。

ステップＳ１７にて、電池状態演算部４５ａは、ステップＳ１６、Ｓ１７で演算した演算値と、ステップＳ１２にて受信した電池情報に含まれる演算値とを比較して、演算値を補正するか否かを判定する。電池状態演算部４５ａの演算値と、バッテリコントローラ１０で管理する演算値との差が大きく、演算値を補正すると判定した場合には、電池状態演算部４５ａは、電池状態演算部４５ａの演算値を補正する（ステップＳ１８）。一方、演算値を補正しないと判定した場合には、ステップＳ１９に遷る。

ステップＳ１９にて、電池状態演算部４５ａは、演算値を含む電池情報をメモリ４４に記録する。ステップＳ２０にて、単電池制御部４５ａは、メモリ４４に記録されている電池情報を、バッテリコントローラ１０に送信し、制御を終了する。

上記のように、本例は、不正使用判定部４５ｃにより、電池モジュール２０の不正使用があったことを判定した場合には、電池状態演算部４５ａによる演算を禁止することにより、新たに電池状態の情報がメモリに記録されることを禁止すると共に、メモリ４４に記録されているデータを削除する。これにより、正規品としての信頼性を担保した電池モジュールを実現することができる。また、電池の信頼性を担保するために必要な情報がメモリ４４から読み出せなくなるため、電池モジュール２０の信頼性を向上させることができる、

また、本例は、不正使用があったことを判定した場合には、電池状態演算部４５ａによる劣化度の演算を禁止することにより、新たに電池状態の情報がメモリに記録されることを禁止すると共に、メモリ４４に記録されている劣化度のデータを少なくとも削除する。これにより、不正使用の電池モジュール２０が市場に流通した場合に、当該電池モジュール２０は、電池の価値を示す情報をもっていないため、不正使用がされた電池であることを容易に識別させることができる。また、不正使用後に新たに劣化情報が、電池モジュール２０に付与することができないため、電池の劣化度の改ざん等を行うことができない。その結果として、信頼性の高い電池モジュールを提供することができる。

また、本例は、通信部４６とバッテリコントローラ１０との間の通信の認証結果から電池の不正使用を判定する。これにより、不正使用がされた電池モジュール２０が、電源装置１に組み込まれた場合に、不正使用を判定することができる。

また本例は、通信部４６とバッテリコントローラ１０との間で、暗号化通信及び非暗号化通信を行い、不正使用があったことを判定した場合には、暗号化通信を禁止し、非暗号化通信のみを行う。これにより、セルコントローラ４０とバッテリコントローラ１０との非暗号化通信による通信を可能とし、電池としての最低限の機能を発揮させた状態で、バッテリコントローラ１０の制御の下、単電池１０１を使用することができる。また、通信部４６と通信可能な装置を、本例のバッテリコントローラ１０以外の装置に広げることで、外部制御装置の汎用性を確保することができる。

また本例は、メモリ４４に記録された認証キーを用いて、通信部４６とバッテリコントローラ１０との間の通信の認証を行う。これにより、不正使用がされた電池モジュール２０が、電源装置１に組み込まれた場合に、不正使用を判定することができる。

上記電池状態演算部４５ａが本発明の「演算手段」に相当し、メモリ４４が本発明の「記録手段」に、不正使用判定部４５ｃが「判定手段」に、単電池制御部４５が「制御手段」に、通信部４６が「通信手段」に、バッテリコントローラ１０が「外部制御装置」に相当する。

《第２実施形態》
本発明の他の実施形態に係る電流制御装置について説明する。本例では上述した第１実施形態に対して、不正使用の判定制御が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。

電圧測定部４１ａは所定の周期で単電池１０１の電圧を測定している。そのため、本例は、電圧測定部４１ａにより測定される電圧に基づいて、単電池１０１の電圧変化を検出し、その電圧変化から不正使用を判定する。

まず、電池モジュール２０がバッテリコントローラ１０に接続されている場合の不正使用の判定制御について説明する。まず、単電池制御部４５は、バッテリコントローラ１０から、単電池１０１の電圧を含んだ電池情報を取得する。第１実施形態に記載したとおり、単電池制御部４５は、電圧測定部４１ａの測定値及び電池状態演算部４５ａの演算値を、バッテリコントローラ１０に送信している。そのため、単電池制御部４５は、バッテリコントローラ１０から単電池１０１の電池情報を取得することで、直近の単電池１０１の状態を把握することができる。

不正使用判定部４５ｄは、取得した電池情報に含まれる単電池１０１の電圧から、自然放電による電圧降下後の電池電圧を推定する。二次電池の性質上、自然放電により、単電池１０１の電圧は降下する。そして、自然放電による電圧降下は、単電池１０１の特性により予め決まるため、不正使用判定部４５ｄは、当該特性を示すテーブルを格納しておき、当該テーブルを参照しつつ、単電池１０１の電圧から、自然放電による電圧降下後の推定電圧を推定する。

次に、電圧測定部４１ａは、単電池１０１の電圧を測定する。不正使用判定部４５ｄは、自然放電による電圧降下後の推定電圧と電圧測定部４１ａの測定電圧の電圧差（ΔＶ）を演算することで、電圧差（ΔＶ）を検出する。単電池１０１の電圧変化が、自然放電による電圧変化か否かを判定するための判定閾値（Ｖｃ）が、不正使用判定部４５ｄに設定されている。そして、不正使用判定部４５ｄは、演算した電圧差（ΔＶ）と判定閾値（Ｖｃ）とを比較する。

電池モジュール２０が、直近の単電池１０１の状態から、不正に使用されずに、電源装置１に搭載されたままであれば、単電池１０１の測定電圧は、測定前の単電池１０１の電圧（バッテリコントローラ１０で管理されていた単電池１０１の電圧）に対して自然放電による電圧降下分だけ低くなる。そのため、不正使用がなければ、演算した電圧差（ΔＶ）は、ゼロに近い値になり、少なくとも判定閾値（Ｖｃ）より低くなる。

一方、電池モジュール２０が不正に使用された場合には、単電池１０１の電力消費により、単電池１０１の測定電圧と、測定前の単電池１０１の電圧との電圧差（ΔＶ）は判定閾値（Ｖｃ）より高くなる。すなわち、例えば電源装置１のうち電池モジュール２０が、他の電源装置１から取り外された電池モジュール２０と交換されるような不正使用が行われた場合には、通常、電圧差（ΔＶ）は判定閾値（Ｖｃ）より高くなる。また、電源装置１から取り外された他で使用された電池モジュール２０が、再度、電源装置１に組み込まれた場合であっても同様に電圧差（ΔＶ）は判定閾値（Ｖｃ）より高くなる。

ゆえに、不正使用判定部４５ｄは、演算した電圧差（ΔＶ）が判定閾値（Ｖｃ）より大きい場合には、単電池１０１の電圧変化量が自然放電による電圧変化量より大きく、電池モジュール２０の不正使用があった、と判定する。一方、不正使用判定部４５ｄは、演算した電圧差（ΔＶ）が判定閾値（Ｖｃ）以下である場合には、電池モジュール２０の不正使用はない、と判定する。

次に、電池モジュール２０がバッテリコントローラ１０に接続されていない場合について説明する。本例の電池モジュール２０は、電源回路４２を備えているため、電池モジュール２０が電源装置１から取り外された後であっても、単電池１０１の電圧変化を検出することができる。

電圧測定部４１ａは、所定の周期で、単電池１０１の電圧を測定し、メモリ４４に記録する。不正使用判定部４５ｄは、メモリ４４に記録されている、単電池１０１の測定電圧から自然放電による電圧降下後の電池電圧を推定する。電圧測定部４１ａは、メモリ４４に記録された測定電圧の測定時から、所定の周期後に、単電池１０１の電圧を検出する。

不正使用判定部４５ｄは、自然放電による電圧降下後の推定電圧と電圧測定部４１ａの測定電圧の電圧差（ΔＶ）を演算することで、電圧差（ΔＶ）を検出する。不正使用判定部４５ｄは、演算した電圧差（ΔＶ）と判定閾値（Ｖｃ）とを比較する。

そして、不正使用判定部４５ｄは、演算した電圧差（ΔＶ）が判定閾値（Ｖｃ）より大きい場合には、電池モジュール２０の不正使用があった、と判定し、演算した電圧差（ΔＶ）が判定閾値（Ｖｃ）以下である場合には、電池モジュール２０の不正使用はない、と判定する。

次に、図８を用いて、本例のセルコントローラ４０の制御手順を説明する。図８は本例のセルコントローラ４０の制御手順を示すフローチャートである。

ステップＳ２１にて、単電池制御部４５は、バッテリコントローラ１０との接続状態を確認する。ステップＳ２２にて、単電池制御部４５は、バッテリコントローラ１０と通信可能な状態で接続されているか否かを判定する。バッテリコントローラ１０と接続されている場合には、ステップＳ２３にて、単電池制御部４５は、バッテリコントローラ１０から電池情報を取得する。バッテリコントローラ１０と接続されていない場合には、ステップＳ２４にて、単電池制御部４５は、メモリ４４に記録されている電池情報を抽出する。

ステップＳ２５にて、不正使用判定部４５ｄは、ステップＳ２３またはステップＳ２４の電池情報に含まれる単電池１０１の電圧から、自然放電による電圧降下後の電池電圧を推定する。ステップＳ２６にて、電圧測定部４１ａは単電池１０１の電圧を検出する。

ステップＳ２７にて、不正使用判定部４５ｄは、ステップＳ２５の推定電圧とステップＳ２６の測定電圧の電圧差（ΔＶ）を演算する。ステップＳ２８にて、不正使用判定部４５ｄは、電圧差（ΔＶ）と判定閾値（Ｖｃ）とを比較する。

電圧差（ΔＶ）が判定閾値（Ｖｃ）より大きい場合には、ステップＳ２９にて、不正使用判定部４５ｄは不正使用があったと判定し、単電池制御部４５は不正使用モードに設定する。電圧差（ΔＶ）が判定閾値（Ｖｃ）以下である場合には、ステップＳ３０にて、不正使用判定部４５ｄは、不正使用がないと判定し、単電池制御部４５は正規使用モードに設定する。

上記のように、本例は、電圧測定部４１ａの測定電圧を用いて、単電池の状態の変化を検出し、その検出結果から、電池モジュール２０の不正使用を判定する。これにより、不正使用がされた電池モジュール２０が、電源装置１に組み込まれた場合、または、電池モジュール２０が電源装置１から不正に取り出され、使用された場合に、不正使用を判定することができる。

また、本例は、電圧測定部４１ａの測定電圧の変化量が、所定の変化量閾値（判定閾値Ｖｃに相当）より大きい場合に、不正使用があったと判定する。これにより、電池モジュール２０が電源装置１から不正に取り出され、使用された場合に、不正使用を判定することができる。

また、本例は、バッテリコントローラ１０から送信される単電池１０１の電池状態と、電圧測定部４１ａの検出値に基づく単電池１０１の電池状態とを比較することで、単電池１０１の状態の変化を検出し、その検出結果から、電池モジュール２０の不正使用を判定する。これにより、不正使用がされた電池モジュール２０が、電源装置１に組み込まれた状態でも、不正使用を判定することができる。

なお、本例は、単電池１０１の状態の変化を検出するために、単電池１０１の電圧を用いて検出したが、単電池１０１のＳＯＣや、充電容量を用いてもよい。

１…電源装置
１０…バッテリコントローラ
１１…センサ部
１１ａ…電池総電圧測定部
１１ｂ…電流測定部
１１ｃ…温度測定部
１２…電池制御部
１２ａ…電池状態管理部
１２ｂ…容量調整制御部
１２ｃ…通信制御部
１３…通信部
２０…電池モジュール
３０…通信線
４０…セルコントローラ
４１…センサ部
４１ａ…電圧測定部
４１ｂ…電池温度測定部
４１ｃ…アナログ／デジタル変換部
４２…電源回路
４３…容量調整部
４４…メモリ
４５…単電池制御部
４５ａ…電池状態演算部
４５ｂ…容量調整制御部
４５ｃ…不正使用判定部
４５ｄ…通信制御部
４６…通信部
１０１、２０１…単電池
１１１、１１２、２１１、２１２、３１１、３１２…電極端子
１１３…上部外装部材
１１４…下部外装部材
１１５…発電要素
１２０〜１２４、２２１、２２３…スペーサ
１３１、１３２…出力端子
３０１…単電池積層体
３０２、３０３…絶縁カバー
３０４、３０５…スペーサ
３０７…差込口
３６０…ケース
３６１…アッパーケース
３６２…ロアケース
４００…蓋体

Claims (9)

1. 単電池と、前記単電池に接続されたセンサとを備えた電池モジュールにおいて、
   前記センサの測定値から前記単電池の状態を示す値を演算する演算手段と、
   前記演算手段により演算された演算値を記録する記憶手段と、
   前記電池モジュールの不正使用を判定する判定手段と、
   前記演算手段、前記記憶手段及び前記判定手段を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記判定手段により前記不正使用があったことを判定した場合には、前記記憶手段に記録されている前記演算値を削除すると共に、前記演算値の前記記憶手段への記録を禁止する
   ことを特徴とする電池モジュール。
2. 請求項１記載の電池モジュールにおいて、
   前記制御手段は、
   前記判定手段により前記不正使用があったことを判定した場合には、前記演算手段による演算を禁止することによって、前記演算値の前記記憶手段への記録を禁止する
   ことを特徴とする電池モジュール。
3. 請求項１又は２記載の電池モジュールにおいて、
   前記演算手段は、
   前記単電池の状態を示す値として前記単電池の劣化度を演算し、
   前記制御手段は、
   前記判定手段により前記不正使用があったことを判定した場合には、前記演算手段による前記劣化度の演算を禁止し、前記記憶手段に記録されている前記劣化度を少なくとも削除する
   ことを特徴とする電池モジュール。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池モジュールにおいて、
   前記電池モジュールを外部から制御する外部制御装置との間で通信を行う通信手段をさらに備え、
   前記判定手段は、
   前記通信手段と前記外部制御装置との間の通信の認証結果から前記不正使用を判定する
   ことを特徴とする電池モジュール。
5. 請求項４記載の電池モジュールにおいて、
   前記通信部は、
   前記外部制御装置との間で、暗号化通信と非暗号化通信を行い、
   前記判定手段により前記不正使用があったことを判定した場合には、前記暗号化通信を禁止し、前記非暗号通信化のみを行う
   ことを特徴とする電池モジュール。
6. 請求項４または５記載の電池モジュールにおいて、
   前記判定手段は、
   前記記憶手段に記録された認証キーを用いて、前記通信手段と前記外部制御装置との間の通信の認証を行う
   ことを特徴とする電池モジュール。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の電池モジュールにおいて、
   前記判定手段は、
   前記センサの測定値を用いて、前記単電池の状態の変化を検出し、その検出結果から前記不正使用を判定する
   ことを特徴とする電池モジュール。
8. 請求項７記載の電池モジュールにおいて、
   前記センサは前記単電池の電圧を測定し、
   前記判定手段は、
   前記センサにより測定された前記単電池の電圧の変化量が、所定の変化量閾値より大きい場合に、前記不正使用があったと判定する
   ことを特徴とする電池モジュール。
9. 請求項７又は８に記載の電池モジュールにおいて、
   前記電池モジュールを外部から制御する外部制御装置との間で通信を行う通信手段をさらに備え、
   前記判定手段は、
   前記外部制御装置から送信される前記単電池の電池状態と、前記センサの測定値に基づく前記単電池の電池状態とを比較することで、前記単電池の状態の変化を検出することを特徴とする電池モジュール。

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