(57)【要約】【課題】電池パックと充電器を接続した際に、電池パックからの放電電流及び又は充電器からの充電電流を変調することで通信信号として活用できるようにする。【解決手段】二次電池群を有する電池パック(100)と前記電池パックを充電するための充電器(200)を接続し、充電を行う前の通信方法において、前記電池パックからの放電電流をアップストリームデータで変調すること、及び前記充電器からの充電電流をダウンストリームデータで変調することの両方またはどちらか一方を採用している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池群を有する電池パックと前記電池パックを充電するための充電器を接続し、充電を行う前の通信方法において、
前記電池パックからの放電電流をアップストリームデータで変調すること、及び前記充電からの充電電流をダウンストリームデータで変調することの両方またはどちらか一方を採用したことを特徴とする電池パック及び充電器間の通信方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電池パック及び充電器間の通信方法において、
前記電池パックから前記充電器への送信信号の送信には前記放電電流を変調した信号を使用し、前記充電器からの応答は前記充電電流のあり／なしを決定することで応答とするようにした電池パック及び充電器間の通信方法。
【請求項３】
請求項１に記載の電池パック及び充電器間の通信方法において、
前記電池パックから前記充電器への前記アップストリームデータの送信には専用の伝送線を使用し、前記充電器からの応答には、前記充電電流をダウンストリームデータで変調することで応答するようにした電池パック及び充電器間の通信方法。
【請求項４】
請求項１に記載の電池パック及び充電器間の通信方法において、
前記電池パックからの前記アップストリームデータには専用の伝送線を使用し、前記充電器からの応答は前記充電電流のあり／なしを決定することで応答とするようにした電池パック及び充電器間の通信方法。
【請求項５】
電池パックは、充放電端子に給電される電流を二次電池群に供給する充電制御回路と、前記二次電池群の放電電流を前記充放電端子に出力する放電制御回路と、前記充電制御回路及び放電制御回路を制御する電池パック制御部を有し、
充電器は、電源からの充電電流を充電電流出力端子に出力することをオン又はオフするスッチング回路と、前記スイッチング回路を制御する充電器制御部を有し、
前記電池パック制御部が前記放電制御回路を制御して前記放電電流をアップストリームデータで変調する手段と前記充電制御部が前記スイッチング回路を制御して前記充電電流をダウンストリームデータで変調する手段との両方、または何れか一方を採用して、
前記両方が採用された状態で、前記ダウンストリームデータの受信及び復調手段と前記アップストリームデータの受信及び復調手段を設け、どちらか一方を採用が採用された状態では、前記ダウンストリームデータと前記アップストリームデータの何れか一方を受信及び復調する手段を設けた電池パックと充電器の組装置。
【請求項６】
請求項５記載の電池パックと充電器の組装置において、
前記充電電流をダウンストリームデータで変調する手段と、前記ダウンストリームデータの受信及び復調手段が採用されていない場合、
前記充電器は、前記スッチング回路を制御して、前記充電用電流を充電電流出力端子に出力することをオン又はオフすることで応答に代えている電池パックと充電器の組装置。
【請求項７】
請求項５記載の電池パックと充電器の組装置において、
前記放電電流を前記アップストリームデータで変調する手段が採用されていない場合、前記アップストリームデータを前記充電制御部へ専用回線で送信する手段が設けられ、前記充電器からの応答は、前記充電電流をダウンストリームデータで変調する手段で実行される電池パックと充電器の組装置。
【請求項８】
請求項５記載の電池パックと充電器の組装置において、
前記放電電流を前記アップストリームデータで変調する手段が採用されていない場合、前記アップストリームデータを前記充電制御部へ専用回線で送信する手段が設けられ、
前記充電器は、前記スッチング回路を制御して、前記充電用電流を充電電流出力端子に出力することをオン又はオフすることで応答に代えている電池パックと充電器の組装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は電池パックと充電器間の通信方法、電池パックと充電器の組装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される電池パックと、この電池パックに充電を行う充電器間では、種々の目的で互いの情報を交換するための専用の通信系統を備えている。例えば、電池パックと充電器間では、データ管理のために、互いの識別情報を交換する場合、あるいは充電量のデータを互いに保存する場合もある。そのために従来は、電池パックと充電器にそれぞれ送受信器を備えている。しかし、専用の通信系統を設けることは高価で装置が複雑化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2011-83156号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電池パックと充電器の使用態様によっては、できるだけ簡略化した構成が望まれることもある。しかしながら、簡単な充電器では通信機能が不十分であることから、受信機能は有していても、送信機能を有さないマイクロプロセッサを使用こともある。このような充電器を使用する際には、電池パック側から電池パックと充電器の整合性を確認するための暗号信号を送信するものの、充電器からの返信が不可能であるという問題がある。また、専用の通信線を確保できない場合もある。
【０００５】
また、充電器が通信インターフェースを実装していない場合や、通信線が確保できない場合も、電池パックと充電器間で整合性を確認する手立てがない。
【０００６】
そこで、本開示では上述した課題を解決するためになされたものであり、電池パックと充電器を接続した際に、電池パックからの放電電流及び又は充電器からの充電電流を変調することで通信信号として活用できるようにし、送信回路をもたない充電器との間でも通信を可能にした電池パックと充電器間の通信方法、電池パックと充電器組装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態によれば、二次電池群を有する電池パックと前記電池パックを充電するための充電器を接続し、充電を行う前の通信方法において、前記電池パックからの放電電流をアップストリームデータで変調すること、及び充前記電器からの充電電流をダウンストリームデータで変調することの両方またはどちらか一方を採用したことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態の構成の一例を示す図である。
【図２】他の実施形態の構成の一例を示す図である。
【図３】さらに他の実施形態の構成の一例を示す図である。
【図４】さらにまた他の実施形態の構成の一例を示す図である。
【図５】実施形態における充電制御回路、放電制御回路の基本原理を示す図である。
【図６】実施形態の電池パックの動作の一例を示すフローチャートである。
【図７】他の実施形態の電池パックの動作の一例を示すフローチャートである。
【図８】実施形態の充電器の動作の一例を示すフローチャートである。
【図９】他の実施形態の充電器の動作の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。図１は第１の実施形態の構成例を示すブロック図である。１００は、電池パックである。電池パック１００は、複数の二次電池を直列接続、或いは直列及び並列接続した電池群１１１を有する。電池群１１１の正側の端子１１２は、充電制御回路１１３、放電制御回路１１４を介して、外部正極端子１１５に接続されている。また、電池群１１１の負側の端子１１６は、電流測定回路１１７を経由して外部負極端子１１８に接続されている。外部正極端子１１５、外部負極端子１１８は、この端子を利用して充電・放電が行われるので充放電端子と称しても良い。
【００１０】
電池パック１００は、マイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）（電池パック制御部と称しても良い）１２０を有する。レベルシフト回路１２１の入力端子は、外部正極端子１１５に接続され、そのレベルシフトダウンした出力を得る出力端子は、受信回路１２２に接続される。受信回路１２２で受信した信号は、ＭＰＵ１２０に入力する。ＭＰＵ１２０は、送信回路１２３に接続され、送信回路１２１は、送信信号を放電制御回路１１４に供給することができる。
【００１１】
ＭＰＵ１２０は、充電制御回路１１３及び放電制御回路１１４を制御し、電池パック１００を充電状態と放電状態とに選択的に切り換えることができる。充電状態では、充電制御回路１１３は、電池パックの電池群１１１への充電電流を制御する。放電状態では、放電制御回路１１４は電池１１１からの放電電流を制御する。
【００１２】
放電制御回路１１４はＭＰＵ１２０により直接制御することも可能であり、また送信回路１２３により制御することも可能である。レベルシフト回路１２１は、電源線上の充電電流を受信回路１２２に適した電流に変換する。受信回路１２２はシリアル信号をパラレル信号に変換する。送信回路１２３はＭＰＵ１２０からのパラレル信号をシリアル信号に変換し，放電制御回路１１４を駆動する。電流測定回路１１７は電源線を流れる電流の値を測定し、ＭＰＵ１２０へ伝える。
【００１３】
充電器２００は、電源２１１の電圧を取り込む。電源２１１の正の端子は、スイッチング回路２１２に接続される。スイッチング回路２１２の出力端子は、充電器２００の外部正極端子２１３に接続される。電源２１１の負の端子は、充電器２００の外部負極端子２１４に接続される。外部正極端子２１３、外部負極端子２１４は、充電電流を電池パック１００に向けて出力するので、充電電流出力端子と称しても良い。
【００１４】
充電器２００は、マイクロプロセシングユニット（ＭＰＵ）（充電器制御部と称しても良い）２２０を有する。外部正極端子２１３に、レベルシフト回路２２１の入力端子が接続され、このレベルシフト回路２２１の出力端子は、受信回路２２２に接続されている。受信回路２２２の出力端子は、ＭＰＵ２２０に接続されている。ＭＰＵ２２０は、送信回路２２３にも接続され、送信回路２２３の出力端子はスイッチング回路２１２に接続されている。またＭＰＵ２２０の制御信号出力端子が、直接スイッチング回路２１２に接続されている。
【００１５】
上記のスイッチング回路２１２は、電池パック１００への充電電流を制御する。スイッチング回路２１２はＭＰＵ２２０が直接制御することも可能であり、送信回路２２３が制御することも可能である。電源２１１は充電電流を供給する。レベルシフト回路２２１は電源線上の電圧を受信回路２２２に適した電圧電流に変換する。受信回路２２２はシリアル信号をパラレル信号に変換する。送信回路２２３はＭＰＵ２２０からのパラレル信号をシリアル信号に変換し、スイッチング回路２１２を駆動する。
【００１６】
＜通信動作・・・・電池パックから充電器＞
電池パック１００の充放電端子に充電器２００の充電電流出力端子が接続される。このとき、ＭＰＵ１２０とＭＰＵ２２０は、それぞれ充放電端子と充電電流出力端子の接続状態を例えば検出スイッチにより自動的に検出する。
【００１７】
充電が行われる前に、電池パック１００から充電器２００にデータを送信する際、ＭＰＵ１２０が送信回路１２３にパラレルデータを送信する。すると、送信回路１２３がそれをシリアル信号に変換して放電制御回路１１４を駆動する。これによって電池パック１００からの放電電流が変調されて充電器２２０の端子２１３に供給される。このとき充電器２００側のスイッチング回路２１２はオフであり、電源線に電源２１１からの電流・電圧は現れていないものとする。電池パック１００から充電器２００に送信する信号をアップストリームデータと称しても良い。
【００１８】
充電器２００の電源線に接続されたレベルシフト回路２２１がその放電電流・電圧を変換して受信回路２２２に伝え，受信回路２２２がシリアル信号をパラレルデータに変換してＭＰＵ２２０に伝える。このようにして電池パック１００から充電器２００へデータを送信することが可能である。
【００１９】
＜通信動作・・・・充電器から電池パック＞
充電器２００から電池パック１００にデータを送信する際には、ＭＰＵ２２０が送信回路２２３にパラレルデータを送信すると、送信回路２２３がそれをシリアル信号に変換してスイッチング回路２１２を駆動する。これによって充電器２００からの充電電流が変調されて電池パック１００の端子１１５に出力される。このとき電池パック１００側の放電制御回路１１４はオフになっており、電源線に放電電流は現れていないものとする。
【００２０】
電池パック１００の電源線に接続されたレベルシフト回路１２１が充電流・電圧を変換して受信回路１２２に伝え、受信回路１２２がシリアル信号をパラレルデータに変換してＭＰＵ１２０に伝える。このようにして充電器２００から電池パック１００へデータを送信することが可能である。充電器２００から電池パック１００へ送信する信号をダウンストリームデータと称しても良い。
【００２１】
＜両者の整合性の認証＞
図１において、電池パック１００と充電器２００間で機器の整合性の認証を実施する場合は、次のような手法が可能である。電池パック１００と充電器２００が接続された際、電池パック１００は、充電器２００に対して機器認証のための暗号情報を送信する。具体的には、ＭＰＵ１２０は、送信回路１２３を介して、放電制御回路１１４を制御し、暗号化された情報を充電器２００へ送信する。
【００２２】
充電器２００は、暗号情報をレベルシフト回路２２１、受信回路２２２を介して受け取り、ＰＭＵ２２０にて解析する。ここで暗号情報が予め定められている内容の範囲であれば（つまり電池パックが整合可能なものであれば）、送信回路２２３を介して、応答信号を送信することができる。電池パックが整合不可能なものであれば、応答信号は送信されない。電池パック１００は、暗号情報を送信した後一定時間経過しても、応答信号が検出できない場合は、充電器２００が不適切なものと判定し、エラー処理を実行する。
【００２３】
逆に電池パック１００は、応答信号を受けとると、充電器２００が適正なものと判定し、充電回路１１３をオンして充電動作に移行する。
【００２４】
上記の説明では、充電器２００は、暗号情報を受け取り、ＰＭＵ２２０にて解析し、電池パック１００が整合可能なものであれば、応答信号を送信した。しかし、応答信号を送信する代わりに、充電電流を供給することで応答に代えることができる。つまりＭＰＵ２２０は、充電器２００を充電動作に設定すべく、スッチング回路２１２をオンし、端子２１３、２１４間に充電電流を出力する。
【００２５】
この場合、電池パック１００はデータ送信後、充電制御回路１１３をオンにして充電電流が流れるのを待つ。充電電流が流れたかどうかは電流測定回路１１７が電流を検出することにより確認できる。規定時間内に充電電流が流れた場合は，伝送と機器認証が正常に実施されたものと判断できる。規定時間内に充電電流が流れない場合にはデータの再送やエラー処理を実施する。
【００２６】
＜他の実施形態＞
図２は、他の実施形態を示している。図１と同一機能部分には図１と同一符号を付して重複した説明を避ける。図２において、電池パック１００から充電器２００にデータを送信する際に，電池パック１００と充電器２００間で専用信号線１２を使用する。
【００２７】
即ち、電池パック２００の送信回路１２３の出力は、端子１３１に出力される。一方、充電器２００の受信回路２２２の入力端子は、端子２３１に接続されている。そして端子１３１と２３１が専用信号線１２で接続される。
【００２８】
ＭＰＵ１２０が送信回路１２３にパラレルデータを出力すると、送信回路１２３がそれをシリアル信号に変換して送信する。充電器２００側の受信回路２２２がシリアル信号をパラレルデータに変換してＭＰＵ２２０に伝える。このようにして電池パック１００から充電器２００へデータを送信することが可能である。
【００２９】
充電器２００から電池パック１００にデータを送信する際には、ＭＰＵ２２０が送信回路２２３にパラレルデータを送信すると、送信回路２２３がそれをシリアル信号に変換してスイッチング回路２１２を駆動する。これによって電池パック２００からの放電電流が変調されて充電器２２０の外部正極端子２１３に出力される。このとき電池パック１００側の放電制御回路１１４はオフになっており、電源線に放電電流・電圧は現れていないものとする。電池パック１００の電源線に接続されたレベルシフト回路１２１がその電流・電圧を変換して受信回路１２２に伝え、受信回路１２２がシリアル信号をパラレルデータに変換してＭＰＵ１２０に伝える。このようにして充電器２００から電池パック１００へデータを送信することが可能である。
【００３０】
この実施形態においても、電池パック１００から送信される暗号情報が、充電器２００のＰＭＵ２２０にて解析される。ここで暗号情報から、電池パックが整合可能なものであると判定された場合、送信回路２２３を介して、応答信号を送信することができる。電池パックが整合不可能なものであれば、応答信号は送信されない。電池パック１００は、暗号情報を送信した後一定時間経過しても、応答信号が検出できない場合は、充電器２００が不適切なものと判定し、エラー処理を実行する。
【００３１】
逆に電池パック１００は、応答信号を受けとると、充電器２００が適正なものと判定し、充電回路１１３をオンして充電動作に移行する。
【００３２】
上記の説明では、充電器２００は、暗号情報を受け取り、ＰＭＵ２２０にて解析し、電池パック１００が整合可能なものであれば、応答信号を送信した。しかし、応答信号を送信する代わりに、充電電流を供給することで応答に代えることができる。
【００３３】
＜他の実施形態＞
図３は、他の実施形態を示している。図１、図２と同一機能部分には図１、図２と同一符号を付して重複した説明を避ける。図３において、電池パック１００から充電器２００にデータを送信する際に，電池パック１００と充電器２００間で専用信号線１２を使用する。
【００３４】
図３において，電池パック１００から充電器２００にデータを送信する際に、電池パック１００と充電器２００間の専用信号線を使用する。ＭＰＵ１２０が送信回路１２３にパラレルデータを送信すると、送信回路１２３がそれをシリアル信号に変換して送信する。充電器２００側の受信回路２２２がシリアル信号をパラレルデータに変換してＭＰＵ２２０に伝える。このようにして電池パック１００から充電器２００へデータを送信することが可能である。
【００３５】
ここで、電池パック１００から充電器２００には，機器認証の為の暗号情報を送信する。充電器２２０側はその暗号情報が正常な場合には、データの送信を行うのではなく、充電電流を供給することで応答に代えることができる。この場合、電池パック１００はデータ送信後、充電制御回路１１４をオンにして充電電流が流れるのを待つ。充電電流が流れたかどうかは電流測定回路１１７が電流を検出することにより確認できる。規定時間内に充電電流が流れた場合は，伝送と機器認証が正常に実施されたものと判断できる。規定時間内に充電電流が流れない場合にはデータの再送やエラー処理を実施する。
【００３６】
上記の説明では、電池パック２２０が暗号情報を充電器２００に送信すると説明したが、必ずしも暗号情報に限定されるものではなく、電池パック１００に整合性を持つ（相性のよい）充電器が、認識可能な認証用の信号であればよい。
【００３７】
＜他の実施形態＞
図４は、他の実施形態を示している。図１、図２、図３と同一機能部分には図１、図２、図３と同一符号を付して重複した説明を避ける。図４においては、充電器２００から、電池パック１００へ応答信号を送信する際、専用線１３を使用している。
【００３８】
＜電池パックと充電器間の通信データ内容＞
電池パックから充電器へ暗号化されて送信されるデータとしては、例えば電池パックの製造メーカ名、型式番号、製造年月日などの規格に関する情報、さらには現在の電池容量（残量）などの情報がある。充電器は、適合する製造メーカ名、型式番号、製造年月日などの情報をテーブルに有する。そして、電池パックから送られてきたデータを格納しているテーブルのデータと対比し、電池パックが適合するものであるかどうかを判定する。
【００３９】
これにより、不適切な充電器が使用されて、電池の過充電・過放電などの事故が生じるのを防止できる。また不適切な充電器で充電が行われるのも防止可能であることから、電池パックが盗難に遭うことも抑制可能となる。
【００４０】
＜充電制御回路・放電制御回路の原理＞
図５（Ａ），図５（Ｂ）には、充電制御回路１１３と、放電制御回路１１４の原理図を示している。充電制御回路１１３は、ダイオード素子１１３ａとスイッチ１１３ｂが並列接続され、放電制御回路１１４は、ダイオード素子１１４ａとスイッチ１１４ｂが並列接続されている。充電制御回路１１３と放電制御回路１１４は、直列接続されている。ダイオード素子１１３ａとダイオード素子１１４ａとは、電流の流れる方向が逆の関係にある。
【００４１】
図５（Ａ）の状態は、充電状態であり、スイッチ１１４ｂがオン、スイッチ１１３ｂがオンとなっている。図５（Ｂ）の状態は、放電状態であり、スイッチ１１４ｂがフリー、スイッチ１１３ｂがオフとなっている。ここで、スイッチ１１４ｂが送信データにより、オンオフ制御されると、放電電流を変調することができる。ダイオードは出力電流の基準電位の安定化を図っている。
【００４２】
なお上記の例は最も簡単な原理を示したものであり、必ずしもこのような回路に限定されるものではない。
【００４３】
図６は、電池パック１００の動作例を示すフローチャートの一例である。充電器の接続が確認されると（ステップＳＡ１）、充電制御回路がオフ、放電制御回路がオンされる（ステップＳＡ２）。つぎにシリアルデータにより放電電流が変調される（ステップＳＡ３）。充電器からの応答信号があるかどうかの判定が行われる（ステップＳＡ４）。シリアルデータ送信の後、一定時間経過しても応答信号がない場合は、充電器は不適合なものであると判定し終了する（ステップＳＡ５，ＳＡ６，ＳＡ７）。シリアルデータによる暗号情報の送信は繰り返して数回行われても良い。応答信号が検出された場合は、充電処理が開始される（ステップＳＡ８）。充電が完了したら（ステップＳＡ９）、処理が終了する。
【００４４】
図７は、電池パック１００の他の動作例を示すフローチャートの一例である。ステップＳＢ１からＳＢ３までは、図６のフローチャートのステップＳＡ１からＳＡ３までと同じである。図７の実施形態では、シリアルデータで放電電流を変調した後、放電制御回路をオフし、充電制御回路をオンして待機する（ステップＳＢ４）。
【００４５】
次に、電流測定回路１１７において、電流検出が得られたかどうかの判定が行われる（ステップＳＢ５）。シリアルデータ送信の後、一定時間経過しても充電電流の検出が得られない場合は、充電器は不適合なものであると判定し終了する（ステップＳＢ６，ＳＢ７，ＳＢ８）。充電電流が検出された場合は、充電処理が開始される（ステップＳＢ９）。充電が完了したら（ステップＳＢ１０）、処理が終了する。
【００４６】
図８は、充電器２００の動作例を示すフローチャートの一例である。電池パックから認証用の信号（暗号化情報）を受信し、信号内容を解析する（ステップＳＣ１，ＳＣ２）。接続された電池パックは、整合可能なものかどうかを判定する（ステップＳＣ３）。整合可能（例えば電池パックから送られてきた情報がテーブルに登録されている内容）であれば、応答信号を返信し、スイッチング回路をオンし、充電を開始する（ステップＳＣ４，ＳＣ５，ＳＣ６）。接続された電池パックが整合不可能であれば、整合不可能の応答信号を返信する（ステップＳＣ７）。
【００４７】
図９は、充電器２００の動作例を示すフローチャートの一例である。電池パックから認証用の信号（暗号化情報）を受信し、信号内容を解析する（ステップＳＤ１，ＳＤ２）。接続された電池パックは、整合可能なものかどうかを判定する（ステップＳＤ３）。整合可能（例えば電池パックから送られてきた情報がテーブルに登録されている内容）であれば、充電を開始する（ステップＳＤ４）。接続された電池パックが整合不可能であれば、終了する（ステップＳＤ５）。
【００４８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４９】
１００・・・電池パック、１１１・・・電池群、１１３・・・充電制御回路、１１４・・・放電制御回路、１１７・・・電流測定回路、１２０・・・ＭＰＵ、１２１・・・レベルシフト回路、１２２・・・受信回路、１２３・・・送信回路、２００・・・充電器、２１１・・・電源、２１２・・・スイッチング回路、２２１・・・レベルシフト回路、２２２・・・受信回路、２２３・・・送信回路。
【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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