(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、ハイブリッド自動車や電気自動車などの電池システム内の無線通信ではセキュリティを持った無線通信を行い、流通過程における無線通信では汎用性の高い無線通信を行う無線電池システムを提供するものである。【解決手段】  ＣＣは、ＢＣがＣＣへ送信する信号の変化、すなわちコマンド種別の変化または周波数の変化に応じて、ＣＣからＢＣに送るデータの暗号化、非暗号化を変更する。これにより、ＣＣは汎用通信とセキュリティ通信を両立させることが可能となる。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリコントローラと複数のセルコントローラとが無線で通信する無線電池システムにおいて、
前記バッテリコントローラから前記セルコントローラに送る信号に応じて、前記セルコントローラから前記バッテリコントローラに送るデータを暗号化するかまたは非暗号化とするかを判断する無線電池システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記セルコントローラから前記バッテリコントローラに送るデータを暗号化するかまたは非暗号化とするかの判断は、前記バッテリコントローラから前記セルコントローラに送る信号のコマンドの違いによってなされる無線電池システム。
【請求項３】
請求項１において、
前記セルコントローラから前記バッテリコントローラに送るデータを暗号化するかまたは非暗号化とするかの判断は、前記バッテリコントローラから前記セルコントローラに送る信号の周波数の違いによってなされる無線電池システム。
【請求項４】
請求項２または請求項３において、
前記セルコントローラから前記バッテリコントローラに送るデータを暗号化すると判断した場合、
前記バッテリコントローラから前記セルコントローラに送る信号に含まれる情報を暗号鍵として前記セルコントローラから前記バッテリコントローラに送るデータを暗号化する無線電池システム。
【請求項５】
請求項２または請求項３において、
前記セルコントローラから前記バッテリコントローラに送るデータを暗号化すると判断した場合、前記セルコントローラが記憶している情報を暗号鍵として前記セルコントローラから前記バッテリコントローラに送るデータを暗号化する無線電池システム。
【請求項６】
請求項４または請求項５において、
前記セルコントローラは、擬似乱数発生回路を有し、
前記擬似乱数発生回路は、前記暗号鍵に基づいてスクランブルデータを作成し、前記セルコントローラが前記バッテリコントローラに送信するセル内部の情報と、前記スクランブルデータにより暗号化データを作成する無線電池システム。
【請求項７】
請求項３において、
前記セルコントローラは、所定の周波数の信号を増幅する共振フィルタを有し、前記セルコントローラは、前記共振フィルタが前記所定の周波数の信号を所定以上受けとった場合、前記セルコントローラから前記バッテリコントローラに送るデータを暗号化する判断をする無線電池システム。
【請求項８】
請求項７において、
前記セルコントローラは、前記所定の周波数を減少させるノッチフィルタを有し、
前記セルコントローラは、前記ノッチフィルタが前記所定の周波数の信号以外の信号を所定以上受けとった場合、前記セルコントローラから前記バッテリコントローラに送るデータを非暗号化で行う判断をする無線電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
電池制御システム
【背景技術】
【０００２】
現在、地球環境問題が大きくクローズアップされる中、地球温暖化防止の為に、あらゆる場面で炭酸ガスの排出削減が求められており、炭酸ガスの大きな排出源となっているガソリンエンジンの自動車については、ハイブリッド電気自動車や電機自動車などへの代替が始まっている。
【０００３】
ハイブリッド電気自動車や電気自動車の動力用電源に代表される大型二次電池は、高出力、大容量であることが必要である為、それを構成する蓄電池モジュール内は、複数の電池（以降、セルと言う）を直並列接続して構成される。
【０００４】
また、二次電池であるリチウムイオン電池は、高電圧充電の防止や過放電による性能低下の防止などの適切な二次電池の使いこなしが必要となる。この為、ハイブリッド電気自動車や電気自動車に搭載される蓄電池モジュールには、電池の状態である電圧、電流、温度などを検出する機能を持っている。図１にハイブリッド電気自動車や電気自動車に搭載される蓄電池モジュールの構成を示す。図１に示すように、複数のセルはセルコントローラ（以降、ＣＣと言う）と接続され、ＣＣは、複数のセルの状態を計測する。また、複数のＣＣはバッテリコントローラ（以降、ＢＣと言う）に接続され、ＢＣは、複数のＣＣから複数のセルの状態を取得する。さらにＢＣは、取得した複数のセルの状態から充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）や電池劣化状態（ＳＯＨ：Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈ）を演算し、上位のコントローラなどに演算結果を通知する。
【０００５】
図１では、ＢＣとＣＣの一般的な有線通信を示す。ＣＣ１００とＢＣ２００は有線により接続されており、ＣＣ１００の情報はこの有線を通してＢＣ２００に伝わる。このような有線での通信では、物理的な接続が必要となるため、通信線を設ける空間の確保など、空間的な制約がある。また、配線コストや高電圧対策の為の絶縁コスト及び組立てコストが必要となる。
【０００６】
これに対して、特許文献１にはＣＣとＢＣ間を有線から無線にして、配線コストや高電圧対策の為の絶縁コスト及び組立てコストを低減する技術の開示がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１３５７６２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、ＢＣとＣＣの通信を有線から無線にすると、無線上のデータを外部から傍受される、セルの情報が外部に漏れる等、セキュリティ上の安全性が低下する可能性がある。また、外部から誤データが混入し、セルの状態を正しく把握できなくなり、適切な電池制御ができない場合が生じる恐れがある。
【０００９】
一方、セルは製造、倉庫管理、輸送などの流通過程で、どこにどのようなセルがあるかなど、物品管理されることが望ましく、この場合は汎用性の高い無線通信が必要である。
【００１０】
本発明の目的は、ハイブリッド自動車や電気自動車などの電池システム内の無線通信ではセキュリティを持った無線通信を行い、流通過程における無線通信では汎用性の高い無線通信を行う無線電池システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の特徴は、例えば、以下の通りである。
【００１２】
バッテリコントローラと複数のセルコントローラとが無線で通信する無線電池システムにおいて、前記バッテリコントローラから前記セルコントローラに送る信号に応じて、前記セルコントローラから前記バッテリコントローラに送るデータを暗号化するかまたは非暗号化とするかを判断する無線電池システム。
【００１３】
また、暗号化する具体的な判断手段としては例えば以下１）、２）が挙げられる。
【００１４】
１）前記セルコントローラから前記バッテリコントローラに送るデータを暗号化するかまたは非暗号化とするかの判断は、前記バッテリコントローラから前記セルコントローラに送る信号のコマンドの違いによってなされる無線電池システム。
【００１５】
２）前記セルコントローラから前記バッテリコントローラに送るデータを暗号化するかまたは非暗号化とするかの判断は、前記バッテリコントローラから前記セルコントローラに送る信号の周波数の違いによってなされる無線電池システム。
【００１６】
ＣＣは、ＢＣがＣＣへ送信する信号の変化、すなわちコマンド種別の変化または周波数の変化に応じて、ＣＣからＢＣに送るデータの暗号化、非暗号化を変更する。これにより、ＣＣは汎用通信とセキュリティ通信を両立させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、セキュリティが求められる実使用時、汎用性が求められる流通時、等の状況の変化に応じた通信が可能な二次電池の通信システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一般的な有線による車載用蓄電池モジュールの構成図
【図２】本発明である電池システムの構成図
【図３】本発明の無線時分割通信例
【図４】本発明のビーコン構成例
【図５】本発明のコマンドによる暗号・非暗号判別フローチャート
【図６】本発明の暗号・非暗号構成図
【図７】本発明の暗号・非暗号構成図
【図８】本発明の周波数による暗号・非暗号判別フローチャート
【図９】本発明の周波数による暗号・非暗号判別構成図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。
【実施例１】
【００２０】
実施例１に関する電池システムの構成を図２に示す。電池システム９は、１つまたは複数のセルから成るセル群１０に取り付けられたＣＣ１００とＢＣ２００から構成される。
【００２１】
ＣＣ１００は、セル８の状態（電圧、電流、温度など）を計測する１つまたは複数の計測器（センサー）２０、セル８の状態情報を取得し処理する処理部３０、無線回路４０および電波を入出力するアンテナ５０から構成される。処理部３０は、セル群１０から電源をもらって動作電圧を生成する電源回路３１と、計測器２０によって計測されたアナログ値をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路（ＡＤＣ）３２と、Ａ／Ｄ変換回路（ＡＤＣ）３２によって変換されたデータを無線回路に出力する処理回路（ＣＰＵ）３３と、個体識別情報（固有ＩＤ）などを記憶する記憶装置（メモリ）３４と、クロック発生器３５から構成される。
クロック発生器３５は、数ＭＨｚ程度の高速クロックと数十ｋＨｚ程度の低速クロックを切替えて発振することができる。また、処理回路（ＣＰＵ）３３は、無線回路４０からのデータに基づき、無線回路４０及び処理回路（ＣＰＵ）３３内の一部の回路のオン／オフ、クロック発生器３５のクロック周波数の切り替え、記憶装置（メモリ）３４へのリード／ライト、ＢＣ２００からの指示を実行することができる。
【００２２】
ＢＣ２００は、無線回路２１０、処理回路（ＣＰＵ）２２０、電池を含む電源回路２３０、記憶装置（メモリ）２４０およびアンテナ２５０から構成される。電源回路２３０については、本実施例では電池を内蔵しているが、外部から電源を供給しても構わない。
【００２３】
図３にＢＣ２００とＣＣ１００との無線通信の概略図を示す。
【００２４】
通常、ＢＣは一つ以上のＣＣと通信し、ＣＣが計測するセル状態を取得する。この時のＣＣとＢＣ間は、時分割の無線通信が行われる。
【００２５】
まずＢＣ２００は、ＣＣ１００からセル状態を取得する為に、周期的にビーコン（Ｂ）をブロードキャスト送信する。このビーコン（Ｂ）のデータ内容としては、コマンド及びデータから構成される（図４）。コマンドの最上位ビットには例えば後述するように、通信を暗号化するか否かに関する情報を入れることができる（図４中のＭＳＢは最上位、ＬＳＢは最下位ビットを表わす。）。また、BCがＣＣに対して、送信を指示する情報の指定、例えば「電圧」、「電流」などの指定に関する情報を入れることができる。データにはＢＣのＩＤに関する情報、または個別のＣＣに対して通信を行う場合にＣＣを特定する情報が入れることができる。
【００２６】
ＣＣからＢＣへの情報も同様にコマンドおよびデータから成る。例えばコマンドには、電圧、電流など、何の情報を送るものであるかを示す情報を入れることができ、データにはその具体的な情報を入れることができる。ここで、各ＣＣが送信するデータ通信スロット（図３参照）は、各ＣＣに予め割当てされたスロットで送信する。
【００２７】
ビーコン（Ｂ）を受信した各ＣＣは、ビーコン内のコマンドを認識して、そのコマンドに応じて送信データを暗号化するか否かを判定する。本実施例では、コマンドの違いを認識して、データを暗号化するか否かを判定した。図５の例では、コマンドを８ビットとした時にＭＳＢ（最上位ビット）が、“０”の時には送信データを暗号化する判定し、“１”の時には非暗号にすると判定するよう設定した。
【００２８】
図６にＣＣの送信データの暗号化のフロー構成を示す。ＣＣは、まず、ビーコンを受信してそのコマンドを認識して、暗号化するか否かを判定する。送信データを暗号化する場合、擬似乱数発生回路３０３はビーコンのデータに設定されるＢＣのＩＤ（固有番号）をＢＣとＣＣの暗号鍵としてスクランブルデータを作成する。
【００２９】
次に暗号化手段３０４は、スクランブルデータと、電圧や電流等のセルの状態を示すデータ（送信データ）から、ＸＯＲ化された暗号化データを作成する。この暗号化データは、ＢＣに送信される。暗号化手段３０４では、スクランブルデータと送信データから１ビットずつＸＯＲに基づいて変換しても良く、一定の群として暗号化データに変換しても構わない。
【００３０】
暗号化したデータを受信したＢＣは、暗号化したデータを送信データに変換して使用する。ＢＣはＣＣと同様にＢＣのＩＤを暗号鍵として作動する疑似乱数発生回路を有する。ＢＣは、この疑似乱数発生回路にて作成されたスクランブルデータと、ＣＣから受信した暗号化データから、ＸＯＲの方式に従って、送信データに変換する。
【００３１】
実施例１において、ＢＣとＣＣとの通信を暗号化するか、非暗号化とするかの切り替えは、例えば、電池使用開始前、後とで変更することができる。電池が車載等に設置される前の流通段階においては、暗号化しない状態で通信をし、電池が車載等に設置された後は暗号化して通信をする。このように用いることで、セキュリティが求められる実使用時、汎用性が求められる流通時、等の状況の変化に応じた通信が可能となる。
【実施例２】
【００３２】
実施例１では、ＣＣがＢＣのビーコンを受信し、送信データを暗号化すると判定した時に、ＢＣの送信データに設定されるＢＣのＩＤ（固有番号）を暗号鍵としたが、実施例２では、ＢＣの送信データにはＢＣのＩＤ（固有番号）を設定せず、ＣＣの記憶装置（メモリ）３４に、予め書き込まれているデータ（ＢＣのＩＤなど）を暗号鍵とする方法である（図７）。
【００３３】
まず、ＣＣは、実施例１と同様にビーコンを受信して暗号化するか否かを判定する。送信データを暗号化する場合、スクランブルデータを作成し、作成したスクランブルデータと送信データから暗号化データを作成する。実施例２ではスクランブルデータの作成に予めＣＣのメモリに記憶しているデータを暗号鍵として作成する。スクランブルデータと送信データから暗号化データを作成する方法は実施例１と同様の方法を用いることができる。
【００３４】
実施例２では、暗号鍵にＢＣから送信されるＩＤを使用せず、ＣＣの内部の記憶情報を用いるため、実施例１よりセキュリティが高いと言える。ただし、この場合、ＣＣには予め暗号鍵の情報を入れておく必要がある。
【実施例３】
【００３５】
実施例３では、ＣＣが送信データを暗号化するか否かを判定する方法として、ＢＣが送信する情報の周波数にて判断する例である。
【００３６】
図８に暗号化判断のフローを示す。
【００３７】
ＣＣでは、ＢＣが送信する無線周波数を検知して、その無線周波数が２．４ＧＨｚ帯の時は暗号化すると判定し、２．４ＧＨｚ帯以外の時は暗号化しないと判定する。
【００３８】
まず、ＣＣがＢＣからの情報を検知する。次に検知した情報が２．４ＧＨｚ帯の周波数であるかを判断し、２．４ＧＨｚ帯の周波数である場合は、送信データを暗号化する。
【００３９】
図９に２．４ＧＨｚ帯の周波数を検出する方法を示す。
【００４０】
無線回路２１０内には２．４ＧＨｚで共振するフィルタ４０１と、共振成分を取り除くノッチフィルタ４０２の２種類が設けられている。ＢＣからの電力を入出力するアンテナ５０から得られる電力を、この２種類のフィルタを通す。
【００４１】
そして、共振フィルタ４０１から出力される無線電力が所定の閾値以上の時には、ＣＣの送信データを暗号化すると判断する。また、ノッチフィルタ４０２から出力される無線電力が所定の閾値以上の時には、ＣＣの送信データを暗号化しないと判断する。この判断方法の場合、共振フィルタ４０１の出力もノッチフィルタ４０２の出力も、それぞれの所定の閾値以上、または未満となる場合がある。共振フィルタ４０１の出力、ノッチフィルタ４０２の出力いづれも所定の閾値以上の時は、セキュリティを重視してＣＣは送信データを暗号化すると判断する。また、共振フィルタ４０１の出力、ノッチフィルタ４０２の出力いづれも所定の閾値未満の時は、ＢＣが送信していないとしてＣＣは応答しない。
【００４２】
他の判断方法としては、例えば共振フィルタ４０１から出力される無線電力とノッチフィルタ４０２から出力される無線電力の強度を比較した結果を暗号化、非暗号化の判断に用いることもできる。ただし、この場合は、外部からのノイズが多く、共振フィルタ４０１から出力される無線電力とノッチフィルタ４０２から出力される無線電力が同等となるような場合、暗号化、非暗号化の判断を誤る可能性もある。この理由から、ＢＣから受信される情報の周波数により暗号化、非暗号化を判断する場合は、共振フィルタ４０１、ノッチフィルタ４０２の出力を独立でそれぞれ定められた所定の閾値と比較することが好ましい。
【００４３】
暗号化、非暗号化の判断以降のフローは実施例１，２と同様のものを用いることができる。
【００４４】
実施例１，２と実施例３とを比較すると、コマンドにより暗号化、非暗号化の判断をする実施例１，２のほうがノイズに影響されることがない。また、共振フィルタ４０１や、ノッチフィルタ４０２のようなものを設ける必要がない。これに対して、実施例３ではコマンドを用いない為、通信データや、論理回路が単純化できるというメリットがある。
【符号の説明】
【００４５】
１：蓄電池モジュール
４：リレーボックス
５：ハイブリッドコントローラー
６：インバーター
７：モーター
８：セル
９：電池システム
１０：１つまたは複数の電池セル群
２０：電池の状態を計測する１つまたは複数の計測器（センサー）
３０：電池の状態情報を取得し処理する処理部
３１：電源回路
３２：電池セルの状態を検出する検出回路（Ａ／Ｄ変換器）
３３：処理回路（ＣＰＵ）
３４：記憶装置（メモリ）
３５：クロック発生器
３６：電源回路
３７：スイッチ（ＳＷ）
４０：無線回路
５０：アンテナ
６０：無線電力回収回路
１００：セルコントローラ（ＣＣ）
２００：バッテリコントローラ（ＢＣ）
２１０：無線回路
２２０：処理回路（ＣＰＵ）
２３０：電池を含む電源回路
２４０：記憶装置（メモリ）
２５０：アンテナ
３０１：暗号化判断手段
３０２：暗号鍵認識手段
３０３：擬似乱数発生回路
３０４：暗号化手段
３０５：初期値  メモリデータ
４０１：２．４ＧＨｚ帯共振フィルタ（共振フィルタ）
４０２：２．４ＧＨｚ帯ノッチフィルタ（ノッチフィルタ）
４０３：増幅器
４０４：周波数検知部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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