电池系统的制作方法

本发明涉及一种电池系统的尤其是电池信息及异常信息的通信方法。

背景技术：

近年来，面向移动体的蓄电装置或系统互连稳定化用蓄电装置、紧急用蓄电装置等内置大量电池的电池系统受到关注。要发挥这些系统的性能，必须算出电池的充电率(SOC)、劣化度(SOH)、能充放电最大电流(容许充放电电流)等参数，并恰当地使各电池的充电率一致。要实现这些目的，在各电池中安装电池电压测量用电路(单元控制器)，搭载有中央运算处理装置(CPU)的电池控制器根据从这些单元控制器送来的信息而执行所述运算或动作。但当电池系统内所内置的电池的个数增加时，存在连结单元控制器与电池控制器之间的通信线的根数增大，而且接线所需的制造成本也增大的问题。

要解决该问题，例如若使用专利文献1中所记载的电力线通信(“将由电压检测电路检测到的电压检测信号调制为电力线通信信号，并将调制后的电力线通信信号重叠在正负输出端子之间而输出的电力线通信电路”)，则即便不另行准备通信线，也可在单元控制器与电池控制器之间进行通信。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2011-250683号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

在专利文献1中所记载的发明中，通过使用电力线通信代替以通信线连结单元控制器与电池控制器，不再需要另行准备通信线，但由于电池的内部阻抗较小，因此存在难以加快通信速度的问题。因此，若要发送与大量电池相关的详细信息，则控制周期会较长。

另一方面，作为不需要通信线的技术而有前途的无线通信虽然可进行高速通信，但发生通信中断的机率通常比有线通信高，通信不可靠。因此，表示电池的过电压异常等系统应立即停止的情况的信息的收发存在困难。

解决问题的技术手段

本发明包括多种解决上述问题的手段，举其一例，本发明的电池系统的特征在于具有：电池模块，其由单电池和进行单电池的控制的单元控制器构成；以及电池控制器，其进行电池模块的控制，单元控制器具有：异常诊断部，其诊断单电池有无异常；状态检测部，其算出单电池的电压、电流、温度、SOC、SOH或容许充放电电流中的任一项以上；电力线通信部，其进行有线通信；以及无线通信部，其进行无线通信，由异常诊断部诊断出的信息经由电力线通信部而被输出至电池控制器，由状态检测部算出的信息经由无线通信部而被输出至电池控制器。

发明的效果

根据本申请中所展示的手段，可提供一种安全性及可靠性得到提高的电池系统。

附图说明

图1为表示本发明的电池系统与负荷的连接的构成例。

图2为实施例1的电池系统的构成例。

图3为实施例2的电池系统的电池模块的构成例。

图4为表示实施例3的电池系统与负荷的连接的构成例。

具体实施方式

下面，使用附图1、2，对实施例1进行说明。

《实施例1》

首先，对电池系统100的例子进行说明。图1为将电池电力供给至负荷的电池系统的例子。电池系统100的输出电压是根据电池的剩余电量或输出电流等而发生变动的直流电压，因此有时不适于直接对负荷111供给电力。因此，通过受上位控制器112控制的换流器110将电池系统100的输出电压转换为三相交流而供给至负荷111。在对负荷供给直流电压或其他多相交流、单相交流的情况下，也是同样的构成。

此外，在负荷111输出电力的情况下，通过将换流器110设为双向换流器，可将负荷111所输出的电力储存在电池系统100中。

此外，通过以与换流器110并联的方式将充电系统连接至电池系统100，还可视需要对电池系统100进行充电。

电池系统100将对换流器110和负荷111的控制有用的电池的充电率(SOC)、劣化率(SOH)、可流动的最大充电电流/放电电流(容许充放电电流)、电池温度、电池有无异常等与电池状态相关的信息发送至上位控制器112。

上位控制器112根据这些信息来进行能量管理、异常检测等。此外，上位控制器112在判断应将电池系统100与换流器110或负荷111断开的情况下，将切断指示发送至电池系统100。

电池系统100由如下构件构成：两个以上的电池模块105，它们由一个以上的单电池构成；电池控制器103，其对电池系统100或各电池模块105的状态进行监视、推断、控制；继电器106，其对电池系统100的输出进行通断；电流传感器108，其测量流至电池的电流；电压传感器602，其测量电池电压；漏电传感器603，其测量电池系统100与例如接地之间的绝缘电阻；以及断路器107，其根据电池系统的输出电压而设置。

电池模块105具有一个以上的单电池，测量模块内部的温度和各电池的电压，并且视需要进行单电池单位下的充放电。由此，可实现单电池单位下的电压监视和电压调整，并且可测量特性根据温度而发生变化的电池的状态推断所需的温度信息。详情将于后文叙述。

在电池模块105上串联有电流传感器108和继电器106。由此，可对监视、推断电池模块105的状态所需的电流值进行测量，并且可根据上位控制器的指令对电池系统100的输出进行通断。在电池模块为例如100V以上的高电压的情况下，可追加用以手动切断对电池系统100的电力输入输出的断路器107。通过使用断路器107而强制进行切断，可在电池系统100的组装时或拆卸时、搭载有电池系统100的装置的事故应对时防止发生触电事故或短路事故。

再者，在并联有多个电池模块105的情况下，可在各列中设置继电器106、断路器107、电流传感器108，也可仅在电池系统100的输出部分设置继电器106、断路器107、电流传感器108。此外，也可在各列以及电池系统100的输出部两方设置继电器106、断路器107、电流传感器108。

继电器106可由一个继电器构成，也能以主继电器-预充电继电器-电阻组的形式构成。在后一种构成中，以与预充电继电器串联的方式配置电阻，并将它们与主继电器并联。并且，在连接继电器106的情况下，首先连接预充电继电器。在预充电继电器中流动的电流受串联的电阻限制，因此可限制前一种构成中可能产生的冲击电流。继而，在预充电继电器中流动的电流足够小之后连接主继电器。关于连接主继电器的时机，能以在预充电继电器中流动的电流为基准，也能以施加至电阻的电压或者主继电器的端子间电压为基准，并且，也能以连接预充电继电器之后经过的时间为基准。

电压传感器602与一个或多个电池模块105、或者电池模块105的各列并联，测量电池模块105的状态监视、推断所需的电压值。此外，电池模块105上连接有漏电传感器603，可在发生漏电之前检测可能发生漏电的状态即绝缘电阻降低这一状态而预防事故的发生。

电池模块105、电流传感器108、电压传感器602、漏电传感器603所测量到的值被发送至电池控制器103，电池控制器103据此进行电池的状态监视或推断、控制。此处，所谓控制，是指例如用以将各单电池的电压均等化的每一单电池的充放电、各传感器的电源控制、传感器的定址、与电池控制器103连接的继电器106的控制等。电池的状态监视或推断、控制所需的运算由CPU 601进行。此外，电池系统100中也可包含系统冷却用风扇，也存在由电池控制器103进行其控制的情况。如此，通过连冷却都由电池系统100进行，可削减与上位控制器的通信量。

电池控制器103也可内置电压传感器602或漏电传感器603。由此，与准备独立的传感器的情况相比，可减少电线束根数，还可削减传感器安装的工序。但是，将传感器内置会导致电池控制器103可支持的电池系统100的规模(最大输出电压、电流等)受到限定，因此，也可通过特意将电压传感器602或漏电传感器603设为与电池控制器103不同零件来使其具有自由度。

接着，使用图2，对电池模块105及电池控制器103、继电器106进行详细说明。

电池模块105由一个以上的串并联的单电池101和经由电压检测线113与单电池101连接而进行单电池101的监视、控制的单元控制器102构成。

单电池101例如为锂离子电池、镍氢电池、电双层电容器、空气电池、燃料电池、铅电池等一次电池或二次电池、电容器、发电元件。单电池101是负荷111所需要的电力的供给源。此外，在单电池101使用二次电池或电容器的情况下，还可吸收、储存输出自负荷111的电力。在该情况下，通过将储存的电力再次用于电力输出用，可构建无浪费的高效率的系统。

单元控制器102由测量部201、异常诊断部202、状态检测部203、电力线通信部204及无线通信部205构成，与一个或多个单电池101连接。

测量部201测量单电池101的电压、温度等。此外，视需要对单电池101个别地进行充放电。电压、温度的测量可针对各单电池101而进行，也可针对各个由多个单电池101形成的群组而进行。此外，也可测量电池模块105内部的温度而不是单电池的温度。是否需要测量各单电池101的电压取决于单电池101的种类，例如，在锂离子电池的情况下，较理想为测量各单电池101的电压。此外，在镍氢电池或一次电池的情况下，测量各个由多个单电池101形成的群组的电压便足够。

测量部201所测量到的单电池101的电压或温度的信息被送至异常诊断部202及状态检测部203。

异常诊断部202诊断测量部201所测量到的单电池101的电压或温度是否达到表示过充电、过放电、过电流等电池异常的值，在达到表示异常的值的情况下，对电力线通信部204发送异常状态。诊断结果也可仅表示异常。在该情况下，电路或程序较为简单，系统的可靠性较高。此外，也可赋予表示发生的是哪种异常的信息。在该情况下，可采取与异常的类别相应的应对措施，从而可防止不必要的系统的停止或者将停止的功能最小化。进而，也可赋予轻微/严重/致命等异常的程度。在该情况下，也可防止不必要的系统的停止或者将停止的功能最小化。进而，通过赋予无须停止系统的轻微异常信息，可构建能在发生伴有系统的停止这样的严重异常之前进行修理的高可靠系统。

状态检测部203根据测量部201所测量到的单电池101的电压或温度来算出单电池101的电压、电流、温度、SOC、SOH、容许充放电电流，并将其结果送至无线通信部205。通过视需要将状态检测所需的电池特性预先保存在单元控制器102中，可将电压、电流、温度、SOC、SOH、容许充放电电流的计算高精度化。如此，通过在单元控制器中保存好单电池101的特性，电池控制器103无须掌握单电池101的特性，使得自由度提高。此外，也可为如下封装，即，状态检测部203相反不进行任何运算，而是将从测量部201收到的测量结果直接送至无线通信部205。由此，无须在各单元控制器102中设置CPU，可降低零件成本和故障率。

作为状态检测部203送至无线通信部205的信息，例如可列举各单电池101的电压或温度、电池模块105内部的温度、吸入空气的温度、废气温度、SOC推断结果、SOH推断结果、单电池101的型号、单电池101的制造年月日、单电池101的生产编号、过电压到达次数、过放电到达次数、单电池101的平均电压、单电池101的充放电次数、单电池101的内部电阻、单电池101的完全充电容量、单元控制器102的型号、单元控制器102的制造年月日、单元控制器102的生产编号、单元控制器102的识别编号、单元控制器102的内部温度、单元控制器102的电源接通次数、单元控制器102的启动时间等。再者，这是状态检测部203经由无线通信部205而送至电池控制器103的信息的一例，实际上也可为这些信息的一部分，此外，也可在这些信息中加入其他信息。

电力线通信部204将从异常诊断部202收到的异常信息转换为交流信号并输出至电压检测线113，从而经由电力线104而输出至电池系统各部例如电池控制器103。通过对交流信号施加调制，可追加异常的种类或程度的信息。作为施加的调制的例子，有根据异常的种类而施加频率调制、根据程度而施加振幅调制。例如，若将致命异常设为大电压，并且，异常越严重越设为低频率，则可提高电力线通信的耐噪性和耐串扰性。再者，漏电传感器603在检测绝缘电阻时有时输出的是交流信号，因此较理想为避免该频率与电力线通信用频率重复。

异常信息是信息量较少但需要可靠地到达至接收侧的信息。电力线通信部204实现低速但可靠的通信，因此，通过将电力线通信部204专用于异常信息的发送来实现可靠的通信。

无线通信部205将从状态检测部203收到的信息转换为无线信号并输出至电池系统各部例如电池控制器103。此外，接收来自电池控制器103的无线信号，在含有送往单元控制器102的命令的情况下，按照其内容进行单电池101的个别充放电、测量部201的测量设定变更、单元控制器102的重置等。虽然通过无线通信进行收发的信息用于电池的电压、电流、温度、SOC、SOH、容许充放电电流等的运算，但由于它们不会急剧变动，因此，即便发生暂时性数据缺损，也可通过利用前次运算结果来应对。因此，通过无线通信来收发数据量庞大但不需要可靠性的这些数据，实现控制周期的高速化等。

电池控制器103由如下构件构成：无线通信部402，其以无线方式与单元控制器102进行信息的收发；电力线通信部403，其接收来自单元控制器102的异常信息；以及电池控制部401，其根据来自无线通信部402及电力线通信部403的信息进行电池的状态推断或运算，并视需要经由无线通信部402对单元控制器102输出命令。

电池控制部401根据经由无线通信部402而从单元控制器102收到的电池状态，视需要进行电压、电流、温度、SOC、SOH、容许充放电电流的运算并对上位控制器112输出运算结果。此外，根据该运算结果和经由电力线通信部403而从单元控制器102收到的异常信息来判断异常的有无和程度，在检测到致命异常的情况下，释放继电器106。如此，通过在检测到致命异常时独立于上位控制器112而释放继电器106，即便在与上位控制器112的通信中断时或者上位控制器112的异常时，也可将系统保持在安全的状态。

在对各单电池101的电压或SOC检测到偏差的情况下，经由无线通信部402对单元控制器102发送用以消除偏差的充放电命令。由此，可防止由偏差所引起的单电池101的过充电、过放电或者可充放电范围的缩小。

如上所述，本发明的特征在于，电池系统100以无线通信进行电池模块105的状态检测结果的发送、以电力线通信进行电池模块105的异常诊断结果的发送。无线通信的通信速度优异，另一方面，与有线通信相比容易发生通信错误，可靠性方面存在不足。电力线通信具有如下特征，即，由于是有线通信，因此不容易发生通信错误，另一方面，通信速度较慢。

但在本实施例中，通过以无线通信进行需要高速通信的状态检测结果的发送、以电力线通信进行低速也无问题但需要可靠地进行传输的异常信息的发送，与仅将某一方用作传输手段的情况相比，可实现通信的高速化及高可靠化。

此外，无线通信、电力线通信均不需要通信专用信号线，从而可削减电池系统100所需的电线束的根数。

再者，如图2所示，有时也设为对继电器106也追加有电力线通信部503和控制部502的继电器模块206。

该电力线通信部503为接收来自电池模块105的异常信息并送至控制部502的构成。

另一方面，控制部502根据该信息以及接收自电池控制器103的通断命令来进行继电器106的通断。控制部502以如下方式进行动作：相较于来自电池控制器103的继电器连接命令而言，以基于来自电池模块105的异常信息的继电器切断判断为优先。由此，即便在电池模块105及电池控制器103同时发生致命异常而未从电池控制器103向继电器模块206发送继电器切断命令的情况下，继电器模块206也会根据来自电池模块105的异常信息进行独自判断而切断继电器，从而可维持电池系统100的安全性。

以上，在实施例1中，通过使用无线通信，实现了需要高速通信的与大量电池相关的详细信息的发送，此外，通过同时使用作为有线通信的电力线通信来发送异常信息，也实现了需要可靠性的通信，由此，可提供一种安全性及可靠性得到提高的电池系统。

此外，由于无须另行设置连结单元控制器与电池控制器的通信线，因此可构建简单的电池系统，使得成本降低。

《实施例2》

接着，对实施例2进行说明。本实施例与实施例1的不同点在于不仅通过电力线通信还通过无线通信来发送异常诊断的结果。再者，对于与实施例1中说明过的构成相同的构成，使用与实施例1中使用过的附图编号相同的附图编号。

图3为实施例2中的电池模块105的构成例。对于图3的电池模块105中标注有已说明过的图2所示的同一符号的构成以及具有相同功能的部分，省略说明。

异常诊断部302为对电力线通信部204和无线通信部205两方发送诊断结果的构成。由此，虽然无线通信时的传输量增加，但即便电力线通信部204或电压检测线113、单电池101、电力线104发生断线等异常而无法进行电力线通信，也可通过无线通信部205直接对电池控制器103发送异常信息，使得可靠性提高。

《实施例3》

接着，对实施例3进行说明。本实施例与实施例1的不同点在于设为单电池101的个数为1个至14个左右的电池模块105仅使用1个这样的小型电池系统300。再者，对于与实施例1中说明过的构成相同的构成，使用与实施例1中使用过的附图编号相同的附图编号。

图4为实施例3中的电池系统及负荷、充电电路的构成例。对于图4的电池系统300中标注有已说明过的图2所示的同一符号的构成以及具有相同功能的部分，省略说明。

本实施例的电池系统300内具有电池控制器103和电池模块105。电池模块105具有1个至14个左右的单电池101。另一方面，电池控制器103由电流传感器108、MOSFET 114及CPU 601构成，与连结电池模块105和负荷111的电力线104连接。电流传感器108为分流电阻方式，即，通过对电流流至电阻值经高精度调整后的分流电阻时产生的电压进行测量来求电流值。此外，在本发明中，是实施例1的继电器106与电池控制器成为一体的结构。使用MOSFET 114或者与其类似的半导体开关作为代替继电器106的通断元件。电流传感器108所需的模数转换器、半导体开关、CPU 601可放入单一的电池控制器103(半导体封装)中。由此，与实施例1相比，可削减封装面积和零件个数。

进而，电池系统300经由电源电路115与负荷111连接，由此，对负荷111供给稳定的电压。此外，电池系统300可经由充电电路116及插头117与商用电源连接，由此，可视需要对电池模块105进行充电。

以上，对本发明进行了概括。本发明的电池系统100具有：电池模块105，其由单电池101和进行单电池101的控制的单元控制器102构成；以及电池控制器103，其进行电池模块105的控制，单元控制器102具有：异常诊断部202，其诊断单电池101有无异常；状态检测部203，其算出单电池101的电压、电流、温度、SOC、SOH或容许充放电电流中的任1项以上；电力线通信部204，其进行有线通信；以及无线通信部205，其进行无线通信；由异常诊断部202诊断出的信息经由电力线通信部204而输出至电池控制器103，由状态检测部203算出的信息经由无线通信部205而输出至电池控制器103。通过设为这种构成，需要可靠地到达的异常信息的发送能以有线通信进行，数据量庞大且需要高速通信的电池的电压、电流、温度、SOC、SOH、容许充放电电流的信息的发送能以无线通信进行，一方面可谋求控制的高速化，另一方面可谋求安全性的提高。

此外，在本发明的电池系统100中，电力线通信部204使用与单电池101连接的电力线104对电池控制器103输出信息。通过设为这种构成，不再为了异常信息的通信而设置新的通信线。因而，可简化电池系统的结构，所以使得成本降低。

此外，在本发明的电池系统100中，由异常诊断部202诊断出的信息进而输出至无线通信部205，无线通信部205对电池控制器103输出诊断出的信息。通过设为这种构成，即便电力线104发生断线等异常而无法进行电力线通信，也可经由无线通信部205而发送异常信息。因此，安全性和可靠性提高。

此外，本发明的电池系统100具有与电池模块105串联的开关(继电器106等)，电池控制器103根据由异常诊断部202诊断出的信息来控制开关的开闭。通过设为这种构成，可在电池模块105发生异常时可靠地切断电池系统100与负荷111的连接，使得安全性提高。

此外，在本发明的电池系统100中，开关(MOSFET 114或半导体开关)构成于电池控制器103内。通过以如此方式构成，可削减封装面积和零件个数。

此外，在本发明所记载的电池系统100的控制方法中，所述电池系统100具有：电池模块105，其由单电池101和进行单电池101的控制的单元控制器102构成；以及电池控制器103，其进行电池模块105的控制，单元控制器102进行电池模块105内的单电池101的异常诊断以及电压、电流、温度、SOC、SOH或容许充放电电流中的任1种以上的信息的计算，异常信息通过有线通信输出至电池控制器103，电压、电流、温度、SOC、SOH或容许充放电电流中的任1种以上的信息通过无线通信输出至电池控制器103。通过设为这种构成，需要可靠地到达的异常信息的发送能以有线通信进行，数据量庞大且需要高速通信的电池的电压、电流、温度、SOC、SOH、容许充放电电流的信息的发送能以无线通信进行，一方面可谋求控制的高速化，另一方面可谋求安全性的提高。

此外，在本发明所记载的电池系统100的控制方法中，电池模块105的异常信息进而通过无线通信而输出至电池控制器103。通过设为这种构成，即便电力线104发生断线等异常而无法进行电力线通信，也可经由无线通信部205而发送异常信息。因此，安全性和可靠性提高。

此外，在本发明所记载的电池系统100的控制方法中，相较于来自电池控制器103的开闭指示而言，开关(继电器106等)是以基于来自单元控制器102的异常信息的开闭指示为优先。通过以如此方式构成，即便在电池模块105内的单电池101发生异常的情况下，也能立即将电池系统100与负荷111断开。因此，安全性和可靠性提高。

以上，对本发明的实施例进行了详细叙述，但本发明并不限定于所述实施例，可在不脱离权利要求书中所记载的本发明的精神的范围进行各种设计变更。例如，前文所述的实施方式是为了以易于理解的方式说明本发明而作的详细说明，但并非一定限定于包括说明过的所有构成。此外，可将某一实施例的构成的一部分替换为其他实施方式的构成，此外，也可在某一实施例的构成中加入其他实施方式的构成。进而，可对各实施方式的构成的一部分进行其他构成的追加、削除、替换。

符号说明

100 电池系统

101 单电池

102 单元控制器

103 电池控制器

104 电力线

105 电池模块

106 继电器

107 断路器

108 电流传感器

110 换流器

111 负荷

112 上位控制器

113 电压检测线

114 半导体开关

115 电源电路

116 充电电路

117 插头

201 测量部

202 异常诊断部

203 状态检测部

204 电力线通信

205 无线通信

206 继电器模块

401 电池控制部

402 无线通信

403 电力线通信

502 控制部

503 电力线通信

601 CPU

602 电压传感器

603 漏电传感器。