电池组、电池监视系统、电池交换方法与流程

本发明涉及包含多个电池单元的电池组（batteryunit）、进行电池组的监视的电池监视系统、以及电池交换方法。

背景技术：

当前，作为直流的电源而提出了具有分别收容有电化学单元（例如锂离子二次电池）的多个电池模块的蓄电池组（例如，参照专利文献1）。

在该蓄电池组中，将螺栓穿过在多个电池模块的各个中设置的贯通孔，由此，固定了电池模块彼此的位置。此外，将收容于各电池模块的电化学单元彼此电串联或并联连接。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-96082号公报。

发明要解决的课题

在将这样的蓄电池组用作电动汽车的行车用电动机的电源的情况下，为了防止蓄电池组的损伤，需要个别地监视在该蓄电池组中收容的电化学单元（以下，称为电池单元）的状态。

因此，在车载用的蓄电池组中设置有对多个电池单元个别地进行监视的电池管理系统。电池监视系统包含：用于将例如由各电池单元生成的电压个别地导入的多个布线、以及基于经由该多个布线导入的电压来监视各电池单元的状态的电池管理部。

可是，在上述的电池监视系统中，当在电池单元中产生异常时，存在经由与该电池单元连接的布线向电池管理部施加高电压的可能性。因此，存在由于该高电压的施加而使电池管理部损伤的可能性。

此外，为了采用这样的电池监视系统，在蓄电池组内除了收容多个电池单元的空间之外还需要确保用于设置上述的多个布线的空间。因此，产生蓄电池组的尺寸大型化而难以进行该蓄电池组的大容量化这样的问题。

进而，在交换蓄电池组的情况下，需要将上述的多个布线全部卸下并且再次重新连接于交换后的蓄电池组，因此，也产生了交换作业所花费的时间变长这样的问题。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于提供能够谋求损伤防止和电池交换作业的时间缩短并且谋求电池容量的大容量化和尺寸的小型化的电池组、电池监视系统、以及电池交换方法。

用于解决课题的方案

本发明的电池组具有：第一~第n（n为2以上的整数）电池单元，每一个生成直流电压；第一~第n测定部，对所述第一~第n电池单元各自的电压值进行测定，得到个别地表示测定结果的第一~第n测定信号；第一~第n发送环形天线，产生与所述第一~第n测定信号分别对应的交流磁场；接收环形天线，接收所述交流磁场而得到与所述交流磁场对应的接收信号；接收部，对所述接收信号实施解调处理来生成表示所述测定结果的信息；以及磁芯，贯通所述第一~第n发送环形天线和所述接收环形天线的内侧。

本发明的电池监视系统具有：第一~第n（n为2以上的整数）电池单元，每一个生成直流电压；第一~第n测定部，对所述第一~第n电池单元各自的电压值进行测定，得到个别地表示测定结果的第一~第n测定信号；第一~第n发送环形天线，产生与所述第一~第n测定信号分别对应的交流磁场；接收环形天线，接收所述交流磁场而得到与所述交流磁场对应的接收信号；接收部，对所述接收信号实施解调处理来得到表示所述测定结果的电池单元测定信息；磁芯，贯通所述第一~第n发送环形天线和所述接收环形天线的内侧；以及电池管理装置，基于所述电池单元测定信息来从所述第一~第n电池单元之中检测处于工作不良的状态的电池单元，并且，基于所述电池单元测定信息来对所述第一~第n电池单元的当前的状态进行监视，进行所述第一~第n电池单元的充放电控制。

本发明的电池交换方法是电池组的电池交换方法，所述电池组包含：第一~第n（n为2以上的整数）电池单元，每一个生成直流电压；第一~第n测定部，对所述第一~第n电池单元各自的电压值进行测定，得到个别地表示测定结果的第一~第n测定信号；第一~第n发送环形天线，被个别地形成于所述第一~第n电池单元，产生与所述第一~第n测定信号分别对应的交流磁场；接收环形天线，接收所述交流磁场而得到与所述交流磁场对应的接收信号；接收部，对所述接收信号实施解调处理来得到表示所述测定结果的电池单元测定信息；以及磁芯，贯通所述第一~第n发送环形天线和所述接收环形天线的内侧，所述电池交换方法包含：第一步骤，从所述第一~第n电池单元之中检测处于不良状态的电池单元；第二步骤，拔出所述磁芯；第三步骤，从所述第一~第n电池单元之中拆卸在所述第一步骤中检测出的所述处于不良状态的电池单元；第四步骤，安装新的电池单元；以及第五步骤，将所述磁芯插入到所述第一~第n发送环形天线和所述接收环形天线的内侧。

发明效果

在本发明中，测定多个电池单元各自的电压值，通过无线对每个电池单元的测定结果进行发送。由此，不会向电池管理装置施加由各电池单元生成的直流的电压自身。因此，即使在电池单元中产生问题也不会向电池管理装置施加高电压，因此，能够防止伴随着这样的问题的损伤。进而，不存在用于将电池管理装置与电池单元的各个个别地连接的多个布线，因此，不需要用于设置该布线的空间，相应地，能够谋求电池单元各自的大容量化或收容电池单元的电池组的小型化。

此外，在本发明中，作为无线发送每个电池单元的测定结果的方式，采用了磁场耦合方式。由此，不需要用于向接收侧供给电源的电源布线，因此，能够抑制装置规模的增大。

此外，在本发明中，将包含磁性材料的磁芯共同插入到放出交流磁场的多个发送环形天线和接收环形天线的内侧，由此，抑制由发送环形天线产生的交流磁场的衰减。由此，能够使可通信距离变大，因此，能够相应地增加重叠电池单元的数量来谋求电池容量的大容量化。

此外，根据本发明，在交换电池单元的情况下，能够仅通过拔出磁芯来进行各电池单元的拆卸。进而，在交换为新的电池单元之后，将磁芯插入到发送环形天线和接收环形天线的内侧，由此，能够使电池单元与电池管理装置之间的连接作业完成。

因此，在交换电池单元时，与需要将各电池单元和电池管理装置连接的多个布线的拆装作业的情况相比，能够缩短电池单元的交换作业所花费的时间。

附图说明

图1是示出本发明的电池组100的结构的框图。

图2是表示电池组100的外观的一个例子的立体图。

图3是从正上方注视发送模块tm1~tm6的各个的平面图。

图4是从正上方的方向注视接收模块rm的平面图。

图5是表示将电池单元交换为新的电池单元时的交换系统的结构的框图。

图6是表示电池交换顺序的图。

图7是表示采用了具有环形状的形态的磁芯mc的电池组100的正面的形态的一个例子的正面图。

图8是表示电池组100的另一形态的正面图。

具体实施方式

以下，参照附图并详细地说明本发明的实施例。

图1是示出本发明的电池组100的结构的框图。电池组100具有：收容有多个电池单元（cell）bc1~bcn（n为2以上的整数）的电池包（pack）bpk、与电池单元bc1~bcn分别对应设置的发送模块tm1~tmn、以及接收模块rm。

电池单元bc1~bcn为每一个生成直流电压并将其从正极端子+q和负极端子-q输出的例如二次电池。在电池包bpk内将电池单元bc1~bcn彼此串联连接。再有，在电池单元bc1~bcn之中将一部分多个电池单元bc并联连接也可。电池包bpk输出电池电压bv，所述电池电压bv具有将这些电池单元bc1~bcn的各个所生成的直流电压合成后的电压值。

发送模块tm1~tmn的各个具有相同的内部结构。也就是说，如图1所示那样，发送模块tm1~tmn的各个包含测定部11、发送部12和发送环形天线（loopantenna）13。

在以下，摘录发送模块tm1来对测定部11、发送部12和发送环形天线13进行说明。

发送模块tm1的测定部11连接于电池单元bc1的正极端子+q和负极端子-q。测定部11经由电池单元bc1的正极端子+q和负极端子-q测定该电池单元bc1所生成的直流电压的电压值和电流量，将表示测定出的电压值和电流量的测定信号st向发送部12供给。

发送部12进行基于例如nfc（nearfieldcommunication，近场通信）等近距离无线通信技术的利用磁场耦合（magneticfieldcoupling）的无线通信。即，发送部12通过对规定频率（例如13.56mhz）的载波实施基于测定信号st的调制来生成调制信号ms，将其向发送环形天线13供给。

发送环形天线13产生与调制信号ms对应的交流磁场并放出到空间中。

像这样，每一个包含测定部11、发送部12和发送环形天线13的发送模块tm1~tmn首先得到第一~第n测定信号st，所述第一~第n测定信号st个别地表示针对电池单元bc1~bcn的各个的测定结果（电压值、电流量）。然后，发送模块tm1~tmn从第一~第n发送环形天线13放出基于第一~第n测定信号st的各个的交流磁场。

接收模块rm包含接收环形天线14和接收部15。

接收环形天线14接收从发送模块tm1~tmn各自的发送环形天线13放出的交流磁场，将与该交流磁场对应的接收信号ra向接收部15供给。

接收部15按照磁场耦合方式对接收信号ra进行以下的处理。

即，首先，接收部15生成基于接收信号ra的交流电压，通过对该交流电压进行整流和平滑化，从而生成电源电压。接收部15根据该电源电压进行启动，首先，从接收信号ra提取由发送模块tm1~tmn生成的n个系统的调制信号ms。接着，接收部15对提取出的n个系统的调制信号ms的各个实施解调处理，由此，恢复表示电池单元bc1~bcn各自的电压值和电流量的测定信号st。然后，接收部15将恢复后的、表示电池单元bc1~bcn各自的电压值和电流量的电池单元测定信息fd向对电池组100的状态进行管理的电池管理装置200供给。

电池管理装置200基于该电池单元测定信息fd来对电池单元bc1~bcn的当前的状态进行监视。例如，电池管理装置200基于电池单元测定信息fd来进行电池单元bc1~bcn的剩余容量和充电状态的监视或处于工作不良的状态的电池单元的检测等，生成表示其结果的电池状态信息。进而，电池管理装置200对使电池单元bc1~bcn充放电的充放电部（未图示）实施对充电或放电的执行进行指示的充放电控制。

图2是表示图1所示的电池组100的外观的一个例子的立体图。在图2中，将收容于电池包bpk的电池单元的数量为6个的情况采用为例子来表示了电池组100的外观。再有，在图2中，关于电池包bpk自身，未进行图示。

如图2所示那样，电池组100包含上述的电池单元bc1~bc6、发送模块tm1~tm6、接收模块rm、以及磁芯mc。

在电池包bpk内如图2所示那样重叠设置电池单元bc1~bc6。进而，如图2所示那样，发送模块tmr（r为1~6的整数）连接于电池单元bcr（r为1~6的整数）的1个表面。

图3是从正上方注视发送模块tm1~tm6之中的1个的平面图。再有，发送模块tm1~tm6具有相同的形态。

如图3所示那样，发送模块tm1~tm6的各个具有：由硬质材料或薄膜等构成的发送天线基板20、以及在该发送天线基板20的表面形成的发送环形天线13、半导体芯片21、正极端子+t和负极端子-t。

在半导体芯片21内形成有图1所示的测定部11和发送部12。

在发送天线基板20形成的正极端子+t和负极端子-t与在半导体芯片21内形成的测定部11电连接。发送模块tmr（r为1~6的整数）的正极端子+t与电池单元bcr（r为1~6的整数）的正极端子+q连接，发送模块tmr的负极端子-t与电池单元bcr的负极端子-q连接。

此外，在发送天线基板20如图3所示那样设置有能够使上述的磁芯mc装拆自由地贯通的贯通孔hl。

进而，在发送天线基板20的表面如图3所示那样形成有由包围该贯通孔hl且被印刷成环形状的金属布线构成的发送环形天线13。构成发送环形天线13的金属布线的两端与形成于半导体芯片21的发送部12连接。

图4是从正上方注视接收模块rm的平面图。

如图4所示那样，接收模块rm具有：由硬质材料或薄膜等构成的接收天线基板20、以及在该接收天线基板20的表面形成的接收环形天线14、半导体芯片31、数据端子dt和接地端子gt。

在半导体芯片31内形成有图1所示的接收部15。

将从该接收部15输出的电池单元测定信息fd经由在接收天线基板20形成的数据端子dt和接地端子gt向电池管理装置200供给。

此外，在接收天线基板20如图4所示那样设置有能够使上述的磁芯mc装拆自由地贯通的贯通孔hl。

进而，在接收天线基板20的表面如图4所示那样形成有由包围该贯通孔hl且被印刷为环形状的金属布线构成的接收环形天线14。构成接收环形天线14的金属布线的两端与形成于半导体芯片31的接收部15连接。

磁芯mc由铁、硅钢或铁氧体（ferrite）等磁性材料构成，具有圆柱或棱柱等棒形状。

磁芯mc如图2所示那样被共同插入到发送模块tm1~tm6和接收模块rm的贯通孔hl中。

再有，接收模块rm被设置于在发送模块tm1~tm6之中在磁芯mc的长尺寸方向上在最边缘的位置配置的tm1与tm6的中间的位置，例如如图2所示那样被设置于tm3与tm4之间。

如以上那样，在图1~图4所示的电池组100中，发送模块tm1~tmn对电池单元bc1~bcn各自的电压值和电流量进行测定，通过无线通信将表示其测定结果的信息向接收部15发送。然后，接收部15将表示该测定结果的电池单元测定信息fd向电池管理装置200供给。

因此，由电池单元bc1~bcn生成的电压自身不会被供给到电池管理装置200中。因此，即使在电池单元中产生问题，也不会向电池管理装置200施加高电压，因此，能够防止伴随着这样的问题的损伤。

此外，在该电池组100中，不存在用于将电池管理装置200与电池单元bc1~bcn的各个个别地连接的多个布线，因此，不需要用于设置该布线的空间。因此，能够谋求不需要布线用的空间的量的、电池单元bc1~bcn各自的大容量化或电池组100的尺寸的小型化。

可是，在电池组100中，利用由发送模块tm1~tmn的发送环形天线13产生的交流磁场，进行了使接收模块rm起电并且发送测定信息（st）这样的、采用了磁场耦合方式的近距离无线。因此，不需要用于向接收模块rm供给电源电压的专用的布线。可是，使交流磁场在空间中传播，因此，可通信的距离为比较短的距离（例如10cm左右）。

因此，当为了谋求电池容量的大容量化而增加电池单元bc的数量时，与在最边缘设置的电池单元bc连接的发送模块tm和接收模块rm之间的距离变大，产生不进行正常的无线通信的可能性。

因此，在电池组100中，将磁芯mc共同插入到发送模块tm1~tmn各自的发送环形天线13的内侧和接收模块rm的接收环形天线14的内侧。由此，由发送环形天线13产生的交流磁场的衰减被抑制，因此，能够使可通信距离变大。

因此，不需要向接收模块rm供给电源的电源布线而抑制装置规模的增大，并且，能够增加电池单元bc的数量来谋求电池容量的大容量化。

再有，在上述实施例中，发送模块tm1~tmn各自的测定部11对电池单元的电压值和电流量进行了测定，但是，也可以仅测定电压值。

此外，在上述实施例中，发送部12将对规定频率的载波实施基于测定信号st的调制而得到的调制信号ms向发送环形天线13供给。可是，只要能够由发送环形天线13生成与测定信号st对应的交流磁场，则并不限定于上述的结构。

总之，作为电池组100，只要具有每一个生成直流电压的第一~第n（n为2以上的整数）电池单元以及以下的第一~第n测定部、第一~第n发送环形天线、接收环形天线、接收部和磁芯即可。

即，第一~第n测定部（tm1~tmn的测定部11）对第一~第n电池单元（bc1~bcn）各自的电压值进行测定而得到表示各个测定结果的第一~第n测定信号（tm1~tmn的测定信号st）。第一~第n发送环形天线（tm1~tmn的发送环形天线13）产生与第一~第n测定信号分别对应的交流磁场。接收环形天线（14）接收交流磁场来得到与该交流磁场对应的接收信号（ra）。接收部（15）对该接收信号实施解调处理来生成表示测定结果的电池单元测定信息（fd）。然后，磁芯（mc）贯通到第一~第n发送环形天线和接收环形天线的内侧。

此外，根据上述的电池组100，能够仅将在收容于电池包bpk的电池单元bc1~bcn之中成为不良的电池单元交换为新的电池单元。

图5是表示将电池单元交换为新的电池单元时的交换系统的结构的框图。

图5所示的交换系统包含：成为电池单元的交换对象的电池组100、上述的电池管理装置200、以及进行交换作业的电池交换装置500。

在交换电池组100的电池单元时，首先，将该电池组100装配于电池交换装置500。

于是，电池交换装置500按照图6所示的电池交换顺序进行电池单元的交换。

在图6中，首先，电池交换装置500导入由电池管理装置200生成的电池状态信息，从该电池状态信息检测在电池组100所包含的电池单元bc1~bcn之中处于不良状态的电池单元（步骤s1）。

接着，电池交换装置500拔出在电池组100的发送模块tm1~tmn各自的贯通孔hl和接收模块rm的贯通孔hl中插入的磁芯mc（步骤s2）。

接着，电池交换装置500拆卸在步骤s1中检测出的处于不良状态的电池单元（步骤s4），在设置了该处于不良状态的电池单元的位置安装新的电池单元nb（步骤s5）。

接着，电池交换装置500将磁芯mc插入到电池组100的发送模块tm1~tmn各自的贯通孔hl和接收模块rm的贯通孔hl中（步骤s6）。

像这样，根据电池组100，在交换电池单元的情况下，能够仅通过拔出磁芯mc来进行电池单元的拆卸。进而，在交换为新的电池单元后，将磁芯mc插入到发送模块tm1~tmn和接收模块rm的贯通孔hl中，由此，能够使电池组100与电池管理装置200的连接作业完成。

因此，在交换电池单元时，与需要将各电池单元与电池管理装置连接的布线的拆装作业的电池组相比，能够缩短电池单元的交换作业所花费的时间。

再有，在上述实施例中，作为磁芯mc而采用了图2所示那样的棒状的形态，但是，也可以采用具有环形状的形态的磁芯mc。

图7是从图2所示的箭头的方向注视采用了具有环形状的形态的磁芯mc的电池组100的正面图。

在图7所示的磁芯mc中，通过将以下的4个磁性体棒mb1~mb4连结，从而使磁芯mc环形形状化。

在图7中，磁性体棒mb1和mb2由沿电池单元bc1~bc6重叠的方向伸展的圆柱或棱柱的棒形状构成。磁性体棒mb3的一端经由耦合部cn1与磁性体棒mb1的一端耦合，磁性体棒mb3的另一端经由耦合部cn2与磁性体棒mb2的一端耦合。再有，耦合部cn1和cn2将磁性体棒mb1及mb2和磁性体棒mb3装拆自由地耦合。

磁性体棒mb4的一端经由耦合部cn3与磁性体棒mb1的另一端耦合，磁性体棒mb4的另一端经由耦合部cn4与磁性体棒mb2的另一端耦合。再有，耦合部cn3和cn4将磁性体棒mb1及mb2和磁性体棒mb4装拆自由地耦合。

图7所示的磁性体棒mb1被插入到发送模块tm1~tm6各自的贯通孔hl和接收模块rm的贯通孔hl中。

通过采用图7所示那样的具有环形形状的磁芯mc，从而能够将从发送模块tm1~tm6各自的发送环形天线13放出的磁通量留在磁芯mc内来增加量。因此，与采用了图2所示的棒状的磁芯mc的情况相比，即使抑制发送部12的输出，也能够进行发送模块tm1~tm6与接收模块rm之间的无线通信。

再有，在图7所示的磁芯mc中，利用耦合部cn1~cn4，能够从磁性体棒mb1和mb2卸下磁性体棒mb3和mb4。由此，能够将在电池单元bc1~bc6之中成为不良的电池单元拆卸而交换为新的电池单元。

此外，在上述实施例中，针对1个电池单元而设置1个发送模块，但是，为了发送模块自身的故障而针对1个电池单元而设置2个以上的多个发送模块也可。此外，即使采用接收模块也设置2个以上的多个接收模块也可。

图8是鉴于这样的方面而完成的、表示电池组100的正面的形态的另一例子的正面图。在图8所示的一个例子中，在1个电池单元设置有彼此相同结构的2个发送模块，并且，设置有彼此相同结构的2个接收模块。

再有，在图8所示的结构中，除了新追加了辅助发送模块ttm1~ttm6和辅助接收模块rrm的方面之外的其他的结构与图7所示的结构相同。

辅助发送模块ttmr（r为1~6的整数）具有与发送模块tmr（r为1~6的整数）相同结构。该辅助发送模块ttmr与发送模块tmr一起连接于电池单元bcr（r为1~6的整数）。进而，在图8所示的结构中，将磁芯mc的磁性体棒mb2插入到辅助发送模块ttm1~ttm6和辅助接收模块rrm各自的贯通孔hl中。

在图8所示的结构中的制品出荷时的初始设定中，仅使发送模块tmr（r为1~6的整数）和辅助发送模块ttmr（r为1~6的整数）之中的一个工作。此时，仅在发生了故障的情况下，将故障后的发送模块切换成另一个。再有，也可以使发送模块tm1~tm6和辅助发送模块ttm1~ttm6总是同时工作。

再有，在图8所示的一个例子中，将与由第一~第n发送环形天线（tm1~tmn的发送环形天线13）构成的1组发送环形天线组相同结构的第一~第n辅助发送环形天线（ttm1~ttmn的发送环形天线13）作为辅助发送环形天线组，仅设置1组，但是，也可以设置2组以上。此外，在图8所示的一个例子中，仅设置1个与接收环形天线（rm的接收环形天线14）相同结构的接收环形天线（rrm的接收环形天线14），但是，也可以将其设置2个以上。

附图标记的说明

11测定部

12发送部

13发送环形天线

14接收环形天线

15接收部

20发送天线基板

30接收天线基板

bc1~bcn电池单元

rm接收模块

tm1~tmn发送模块

100电池组

200电池管理装置。