CN102969747A - 蓄电设备及电动车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及蓄电设备及电动车辆，其公开了一种蓄电设备、电子装置、电动车辆和电力系统。在一实例性实施方式中，蓄电设备包括电池块，该电池块包括多个电池单元；以及隔离单元，其能进行有关电池块的电池信息的无线信息传送。

Description

蓄电设备及电动车辆
技术领域
本公开涉及一种蓄电设备以及利用来自蓄电设备的电力的电动车辆。
背景技术
近来，诸如锂离子电池的二次电池已在迅速推广至诸如用于汽车的蓄电池和其中二次电池与诸如太阳能电池或风轮机的替代能源系统相结合的蓄电设备的应用。在使用大量诸如单位电池（也被称为电力电池或单电池，且以下描述中被适当称为电池单元）的蓄电元件的情况下，为产生大输出，采用了多个蓄电模块串联连接的结构。蓄电模块包括电池块，在电池块中，多个电池单元（例如，四个）并联和/或串联连接。大量电池块被封装在外壳中以形成蓄电模块（也被称为组装电池）。
还存在一种电池系统，其中连接了多个蓄电模块，且其中，配置了由多个蓄电模块共用的控制设备。每个蓄电模块包括模块控制器，且模块控制器与控制设备之间的通信经由通信单元或其他装置实现。
在使用多个电池单元的情况下，某些情况下，由于诸如电池单元之间自放电差异的因素，即使其他电池单元尚未达到低电压阈值，多个电池单元中的一个也将会达到低电压阈值。若电池单元在这一状态下再次充电，会出现电池单元无法充分充电以及电池单元性能无法充分发挥的问题。
为补偿多个电池单元之间的这种差异，通常进行电池单元的平衡。控制电池平衡包括对多个电池单元获取电压信息。日本待审查专利申请公开第2010-081756号描述了用于从电池单元获取电池信息的结构。
发明内容
在串联连接多个蓄电模块的情况下，对模块进行平衡。由于连接至各蓄电模块的控制电路的电力消耗的差异是能破坏模块平衡的一个因素，所以优选不使用来自蓄电模块的电池组的电力作为给控制电路的电力。此外，由于在串联连接多个蓄电模块的情况下，来自串联连接的电压变得非常高，所以为了安全而需要隔离，且另外，能工作在低电压下的电路块（诸如通信单元和控制器），优选使用低电压电源工作。
上述日本待审查专利申请公开第2010-081756号所述的结构用于从单个电池单元获取电池信息，且未考虑在输出高电压的情况下，诸如在串联连接多个蓄电模块的情况下，从单个蓄电模块获取电压信息。
因此，需要提供一种适于在串联连接多个蓄电模块的情况下从单个蓄电模块获取电压信息的蓄电设备和电动车辆。
本文公开了一种蓄电设备，包括多个电池单元，每个电池单元包括单个电池单元、多个电池单元或多个电池块；监测器，其被配置为获取电池单元中电池的各自电压；通信单元，其被配置为将来自监测器的有关电压的信息传送至管理单元，该管理单元被配置为管理电池单元；以及隔离传输单元，其在隔离状态下被置于监测器与通信单元之间，且被配置为在从通信单元向监测器提供电力和监测器控制信息的同时，也传送电压信息。
本文还公开了一种蓄电设备，包括多个电池单元，每个电池单元包括单个电池单元、多个电池单元或多个电池块；监测器，其被配置为获取电池单元中电池的各自电压；通信单元，其被配置为将来自监测器的有关电压的信息传送至管理单元，该管理单元被配置为管理电池单元；以及隔离传输单元，其在隔离状态下与通信单元的输出端连接，且被配置为在从管理单元向通信单元提供电力的同时，也传送电压信息。
本文还公开了一种电动车辆，包括转换设备，其被配置为接收由蓄电设备提供的电力，并将接收到的电力转换成对车辆的驱动，以及控制设备，其被配置为基于有关蓄电设备的信息，执行关于车辆控制的信息处理。该蓄电设备包括多个电池单元，每个电池单元包括单个电池单元、多个电池单元或多个电池块；监测器，其被配置为获取电池单元中电池的各自电压；通信单元，其被配置为将来自监测器的有关电压的信息传送至管理单元，该管理单元被配置为管理电池单元；以及隔离传输单元，其在隔离状态下被置于监测器与通信单元之间，且被配置为在从通信单元向监测器提供电力和监测器控制信息的同时，也传送电压信息。
在一种实施方式中，蓄电设备包括电池块，该电池块包括多个电池单元；以及隔离单元，其能进行有关电池块的电池信息的无线信息传送。在该实施方式中，隔离单元可包括为非接触式智能卡协议而配置以便于无线信息传送的第一卡单元和第二卡单元，第一和第二卡单元被配置为彼此无线传送电池信息。此外，隔离单元可包括第一天线，其安装在印制电路板的第一迹线层上，并电连接至第一卡单元；以及第二天线，其安装在印刷电路板的第二迹线层上，并电连接至第二卡单元，第二天线与第一天线定向对准，以在第一和第二天线之间能进行电池信息的无线信息传送。
在另一实施方式中，蓄电系统包括第一蓄电模块，其包括第一电池块，该第一电池块包括第一多个电池单元；以及第一隔离单元，其能进行有关第一电池块的电池信息的无线信息传送。在这一其他实施方式中，蓄电系统还包括第二蓄电模块，其包括第二电池块，该第二电池块包括第二多个电池单元；以及第二隔离单元，其能进行有关第二电池块的电池信息的无线信息传送。另外，在该实施方式中，第一蓄电模块的电池信息与来自第二蓄电模块的电池信息汇总在一起。
在又一实施方式中，蓄电控制设备包括电池块，其包括多个电池单元；控制器，其被配置为测量电池块的电池信息；以及隔离单元，其能与控制器进行无线通信，并向控制器无线传输电力。
在另一实施方式中，给车辆供电的蓄电设备包括多个蓄电模块，每个蓄电模块包括至少一个电池块，该电池块包括多个电池单元；控制器，其被配置为测量至少一个电池块的电池信息；以及隔离单元，其能与控制器进行无线通信，并向控制器无线传输电力。在该实施方式中，给车辆供电的蓄电设备还包括电力负载，该电力负载包括车辆的电力驱动力变换装置或电动机，电力负载从来自多个蓄电模块的电力的集合接收电力。
在本公开的模块平衡电路中，单独构造每个模块中的回扫变压器，因此，与共用磁芯的结构不同，能使布线变得简单，从而无需星形图案的布线。在本公开中，可由独立控制脉冲信号来控制回扫变压器的初级开关和次级开关。因此，使得经由所需的多个回扫变压器传输电力成为可能。此外，在切换操作期间，通过设置开启时段的长度，可单独控制经由回扫变压器转移的电力量。换句话说，可通过根据待转移的电力量延长开关开启的时段来改变待转移的电力量。
附图说明
图1是示例性蓄电系统的框图；
图2是示例性蓄电模块的分解透视图；
图3是示出示例性蓄电模块的布线结构的布线图；
图4是示出蓄电系统的具体结构的框图；
图5是示例性模块控制器的框图；
图6是示出连接多个蓄电模块的蓄电系统的结构的第一实例的框图；
图7是示出部件如何封装在用于蓄电模块的多层电路板上的示意图；
图8是示出示例性隔离器的电路布局的布线图；
图9A和图9B是用于说明双层电路板和四层电路板的截面图；
图10A和图10B是用于说明PCB天线的具体实例的示意图；
图11A至图11C是用于说明底部平衡的示意图；
图12A至图12C是用于说明主动底部单元平衡操作的示意图；
图13A至图13C是用于说明顶部平衡的示意图；
图14A至图14C是用于说明主动顶部单元平衡操作的示意图；
图15A和图15B是现有技术的主动底部单元平衡电路的布线图；
图16A至图16D是用于说明现有技术的主动底部单元平衡电路的操作的时序图；
图17A和图17B是现有技术的主动顶部单元平衡电路的布线图；
图18A至图18D是用于说明现有技术的主动顶部单元平衡电路的操作的时序图；
图19是现有技术的示例性模块平衡电路的布线图；
图20是示例性模块平衡电路的布线图；
图21是本公开的第一示例性模块平衡电路的布线图；
图22是示出开关的具体实例的布线图；
图23是用于说明本公开的第一示例性模块平衡电路的操作的布线图；
图24A至图24H是用于说明本公开的第一示例性模块平衡电路的操作的时序图；
图25是本公开的第二示例性模块平衡电路的布线图；
图26是本公开的第三示例性模块平衡电路的布线图；
图27是本公开的第四示例性模块平衡电路的布线图；
图28是包括本公开的模块平衡电路的第一示例性蓄电系统的框图；
图29是示出连接多个蓄电模块的蓄电系统的结构的第二实例的框图；
图30是示出另一示例性隔离器的电路布局的布线图；
图31是包括本公开的模块平衡电路的第二示例性蓄电系统的框图；
图32是针对将本公开应用于单元平衡电路的情况的布线图；
图33是包括本公开的模块平衡电路的蓄电系统的第一示例性应用的框图；以及
图34是包括本公开的模块平衡电路的蓄电系统的第二示例性应用的框图。
具体实施方式
下文所述实施方式是所公开技术的优选具体实例，且尽管施加了各种技术上优选的限定，但所公开技术的范围不限于这些实施方式，除非以下描述中给出了明确的限定声明。
蓄电系统
在为产生大输出而使用大量诸如电池单元的蓄电元件的情况下，采用了连接多个蓄电单元（下文被称为蓄电模块）以及配置由多个蓄电模块共用的控制设备的结构。这种结构被称为蓄电系统。
蓄电模块是一种结合了多个电池单元和控制器的单元。如图1所示，串联连接N个蓄电模块MOD1至MODN。该蓄电模块MOD1至MODN经由隔离器IS连接至接口总线BS。
另外，监测器（下文被适当称为模块控制器）连接至总控制设备ICNT（下文被适当称为控制箱）。控制箱ICNT管理充电、放电和损耗抑制。该控制箱ICNT可由微控制器来实现。
使用串行接口作为蓄电模块内的总线，以及作为将蓄电模块MOD1至MODN与控制箱ICNT相连接的总线BS。对于具体的串行接口，可使用SM总线（系统管理总线）、CAN（控制器局域网）或SPI（串行外围接口）。例如，可使用I2C总线。I2C总线上，在两条信号线（SCL（串行时钟）和双向SDA（串行数据））上进行同步串行通信。
各蓄电模块MOD的模块控制器CNT与控制箱ICNT通信。即，控制箱ICNT接收有关各蓄电模块的内部状态的信息，或换句话说，电池信息，并对每个蓄电模块管理充电和放电过程。控制箱ICNT向负载提供N个串联连接的蓄电模块（N×51.2V）的输出。在N=14的实例中，该输出变为14×51.2V=716.8V。
示例性蓄电模块
图2是示出蓄电模块MOD的机械结构的透视图。该蓄电模块MOD的外壳包括金属外壳底部2a和由加工后的薄金属制成的外壳顶部2b。优选使用具有高导热率和辐射率的材料作为用于外壳底部2a和外壳顶部2b的材料，因为可获得良好的壳体散热性，并可抑制壳体内温度上升。例如，用于外壳底部2a和外壳顶部2b的材料可以是铝、铝合金、铜或铜合金。壳体背面配置了用于蓄电模块MOD充电和放电的外部正极端子3和外部负极端子4。
蓄电模块MOD的背面另外配置了电流断路器5。通过配置电流断路器5，可提高安全性。另外，配置了用于与置于壳体2内部的控制电路通信的连接器6。配置该控制电路来监测电池单元的温度，以及控制充电、放电等。另外，在壳体正面配置了指示工作状态的一个或多个LED或其他显示元件。
壳体的外壳底部2a具有箱形结构，且外壳顶部2b被配置为覆盖开口。子模块AS1至AS4被储存在外壳底部2a的储存空间内。例如，由于子模块AS1至AS4是通过在所在位置用螺丝拧紧而固定的，所以在外壳底部2a的底板上形成多个凸起。子模块AS1至AS4在壳体外部预组装。
各子模块均是由用作次级储存壳的绝缘壳对多个电池块的整体组合。对于子模块壳体，可使用塑料或其他模制部件。在子模块AS1至AS4中，多个电池块储存在壳体内，使得电池块的内部正极端子和负极端子不暴露在外。
在单个电池块中，例如，并联连接了八个圆柱形锂离子二次电池。子模块AS1和AS2各自是由壳体顶部和壳体底部对六个电池块的整体组合。子模块AS3和AS4各自是由壳体顶部和壳体底部对两个电池块的整体组合。因此，总共使用了6+6+2+2=16个电池块。例如，这些电池块串联连接。
为串联连接子模块AS1至AS4中的每一个内的电池块，使用诸如母线的连接金属板。母线是长且薄的金属条。母线上形成多个孔，以与从电池块引出的连接金属板等相连接。
如图3所示，电池块B1至B16串联连接，且各自具有八个并联连接的电池。电池块B1至B16连接至模块控制器CNT，该模块控制器CNT用作每个蓄电模块的控制设备，并控制充电和放电。充电和放电经由外部正极端子3和外部负极端子4来进行。例如，电池块B1至B6可包括在子模块AS1中，以及电池块B11至B16可包括在子模块AS2中。另外，电池块B7和B10可包括在子模块AS3中，以及电池块B8和B9可包括在子模块AS4中。
经由总线10向模块控制器CNT提供有关各电池块的正电极与负电极之间的电压的信息等。模块控制器CNT监测各电池块的电压、电流和温度，并输出监测结果作为电池信息。例如，单个蓄电模块MOD可输出16×3.2V=51.2V。
图4示出了蓄电系统的更具体的连接结构。例如，四个蓄电模块MOD1至MOD4可串联连接。在该情况下，从正极端子3（VB+）和负极端子4（VB-）获得的总电压约为200V。蓄电模块分别包括模块控制器CNT1至CNT4以及电池块组BB1至BB4。在各电池块组中，例如，串联连接16个电池块。
模块控制器CNT1至CNT4经由总线连接，且模块控制器CNT4的通信端连接至控制箱ICNT。来自各模块控制器的关于每个模块电压等的信息被传送至控制箱ICNT。控制箱ICNT另外包括能进行外部通信的通信端11。
示例性模块控制器
将参照图5来描述模块控制器的示例性结构。模块控制器CNT被配置为检测串联连接的n个电池块B1至Bn的端子之间的电压，以及每个电池块的电压。配置了连续输出电池块B1至Bn的端子之间的电压和每个电池块的电压的多路复用器15。
多路复用器15根据给定控制信号来切换通道，并从n组模拟电压数据之间选择一组模拟电压数据。由多路复用器15选择的一组模拟电压数据被提供给A/D转换器16（图5中标记为ADC，或者模数转换器）。
A/D转换器16将由多路复用器15提供的模拟电压数据转换成数字电压数据。例如，模拟电压数据可被转换成14位至18位数字电压数据。本文可使用诸如逐次逼近或德尔塔-西格玛的各种技术作为A/D转换器16中的转换技术。
从A/D转换器16向通信单元17提供数字电压数据。通信单元17受控制器18控制，并与经由通信端19a和19b连接的外部设备通信。例如，与另一模块的模块控制器的通信可经由通信端19a进行，而与控制箱ICNT的通信可经由通信端19b进行。另外，模块控制器CNT经由通信端19b从控制箱ICNT接收控制信号。以此方式，通信单元17能双向通信。
此外，还配置为使得控制器18控制整个电池块的电压平衡。该控制被称为单元平衡。例如，在来自多个电池块B1至Bn中的一个电池块已达到低电压阈值的情况下，可能存在其他电池块仍具有剩余电荷。在下一次充电时，具有剩余电荷的其他电池块可能迅速达到高电压阈值，且充到满电荷可能很困难。为避免这种不平衡，通过开启MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）来强制使具有剩余电荷的电池块放电。然而，单元平衡技术不限于上述所讨论的被动技术，且可应用被称为主动技术的单元平衡技术和各种其他技术。后续将详细描述本公开中的模块平衡。
同时，上述所讨论的模块控制器CNT监测每个电池块的电压，将检测到的电压转换成数字信号，以及向控制箱ICNT传送该数字信号。除电压之外，也可检测每个电池块的温度，以及将温度转换成数字数据并传送至控制箱ICNT。
由电池块B1至Bn为模块控制器CNT供电，如图5所示。然而，若电池块B1至Bn被用作电源，则模块之间可能出现电池块B1至Bn的容量的不均衡，因为被模块控制器CNT消耗的电力量彼此不相等，且可能出现模块不平衡。给出了这一因素，优选不使用电池块B1至Bn作为模块控制器CNT的电源。
在图5所示的模块控制器CNT中，由内虚线围绕的A/D转换器16、通信单元17和控制器18构成了例如能工作在5V电源下的低电压电力单元。在本公开中，还配置为使得由控制箱ICNT向低电压电力单元供电。若由电池块B1至Bn供电，则存在由于被模块控制器CNT消耗的不同电力量而破坏模块平衡的风险。在本公开中，由于从控制箱ICNT向模块控制器CNT的低电压电力单元供电，所以不会出现该问题。
根据本公开的蓄电系统的第一实例
图6示出了本公开已被应用于具有n个蓄电模块MOD1至MODn的蓄电系统的配置的第一实例。该蓄电模块分别包括通信单元COM1至COMn、隔离器ISC1至ISCn、模块控制器CNT1至CNTn以及电池块组BB1至BBn。n个蓄电模块连接至控制箱ICNT。对于该连接，使用通信线L1和L2以及电源线Lp。经由通信线L1和L2进行控制箱ICNT与蓄电模块MOD1至MODn之间的双向通信。例如，使用CAN作为通信协议。近来，CAN被用于车载LAN。
蓄电模块中的各通信单元COM1至COMn对应于图5的通信单元17。因此，与图5的结构相对比，图6的模块控制器CNT1至CNTn被配置为不包括通信单元17。然而，也可配置通信单元COM1至COMn和通信单元17两者，并将该两者配置为分别具有不同功能。经由电源线Lp提供诸如+5V的电源电压作为用于各蓄电模块中的低电压电力单元的电力。
隔离器ISC1至ISCn用于将通信单元COM1至COMn与模块控制器CNT1至CNTn相互隔离。换句话说，将用于通信单元COM1至COMn的电源的基准电位与用于模块控制器CNT1至CNTn的电源的基准电位分离，并使它们独立。另外，隔离器ISC1至ISCn用于向模块控制器CNT1至CNTn提供电源电压，并在隔离状态时用作双向通信传输媒介。
作为一个实例，假设用于控制箱ICNT和通信单元COM1至COMn的电源电压为0V至+5V。假设用于蓄电模块MOD1的模块控制器CNT1的电源电压为0V至+5V，用于蓄电模块MOD2的模块控制器CNT2的电源电压为+50V至+55V，以及用于蓄电模块MODn的模块控制器CNTn的电源电压为(+50×n)V至(+50×n)+5V。
隔离器
可使用CAN标准作为经由隔离器ISC1至ISCn进行的双向通信的协议。可使用电磁感应、磁共振或电磁辐射技术作为经由隔离器ISC1至ISCn进行的电力传输的技术。
在本公开中，使用了非接触式智能卡技术。采用非接触式智能卡技术，使读取器/写入器的天线线圈与卡的天线线圈磁耦合，以在读取器/写入器与卡之间进行通信和电力传输。通信利用了对13.56kHz频率处的载波施加ASK（幅移键控）调制的技术，并以212kb/s或424kb/s的速度进行。隔离器ISC1至ISCn被制成类似于上述非接触式智能卡协议的规格。另外，隔离器ISC1至ISCn被配置为在形成在多层印刷电路板的不同层上的天线（线圈）之间进行通信和电力传输。
如图7所示，构成控制箱ICNT的微处理器单元（MPU）和用于非接触式智能卡协议的读取器/写入器芯片22安装在多层PCB 21上。此外，PCB天线23和24、用于非接触式智能卡协议的卡芯片25和模块控制器CNT安装在多层PCB 21上。
如图8示意性所示，采用非接触式智能卡协议，从读取器/写入器单元26的天线23向卡单元27形成例如具有从2Vop至13Vop的载波振幅和约10%的调制度的传输信号。该传输信号从天线23被传送至卡单元27的天线24。在天线24处，接收到的信号是例如具有从2Vop至13Vop的载波振幅和约10%的调制度的高频信号。在卡单元27处通过平滑接收到的信号来形成电力。卡单元27的功耗明显很低。
现将描述示例性PCB天线。如图9A所示，可使用具有四层迹线层LY1至LY4的四层PCB作为多层PCB 21，在该PCB 21上，天线被形成为导电图案。可替代地，如图9B所示，可使用具有两层迹线层LY11和LY12的双层PCB。
如图10A所示，初级（读取器/写入器）天线23形成有线圈图案31a、线性图案31b和线性图案31c。线圈图案31a形成在四层PCB的第四迹线层LY4上，且图案31a中心处的端部经由焊盘和通孔连接至第三迹线层LY3上的焊盘32a。线性图案31b形成在焊盘32a与焊盘32b之间。焊盘32b经由通孔和第三迹线层LY3上的焊盘连接至线性图案31c。图案31a和31c的端部连接至连接器（未示出）。
如图10B所示，次级（卡）天线24形成有线圈图案41a、线性图案41b、线性图案41c和线性图案41d。线圈图案41a形成在四层PCB的第一迹线层LY1上，其一端连接至连接器（未显示）。焊盘42a经由通孔和第二迹线层LY2上的焊盘连接至线性图案41b。图案41b的一端经由焊盘42b和通孔连接至第一迹线层LY1上的焊盘。线性图案41c的一端连接至第一迹线层LY1上的焊盘。线性图案41c的另一端连接至连接器（未示出）。另外，线性图案41d的一端连接至焊盘42c，该焊盘42c与线圈图案41a连接。线性图案41d的另一端连接至基准电位点。
在图案相交的情况下，PCB天线通过不同迹线层图案来实现。通孔和焊盘被用于连接不同迹线层。因此，在第四迹线层上制作附加焊盘32c和32d，如图10A所示，以及在第一迹线层上制作附加焊盘42d。
还可被配置为使得使用跳线来取代在PCB的其他迹线层上形成上述图案。换句话说，可使用跳线来取代图10A的图案31b以及图10B的图案41b和41d。在该情况下，可使用双层PCB，可省略通孔，以及可避免附加焊盘的制作。通过不形成通孔，使得进一步增加PCB的电介质强度变得可能。
本公开中的隔离器利用PCB提供初级天线与次级天线之间的绝缘。因此，采用本公开中的隔离器，使得1000V以上的DC绝缘电压变得可能。此外，这还具有在降低成本的同时能进行双向通信和电力传输的优势。
单元平衡
在本公开中，控制了上述多个蓄电模块MOD1至MODn之间的电压平衡（下文简称为模块平衡）。换句话说，蓄电模块的输出电压通过模块平衡来平衡。由于每个蓄电模块包括多个电池单元，模块间的不均衡通常大于蓄电模块内的电池单元之间的电压平衡（下文简称为单元平衡）。因此，即使平衡了蓄电模块内的单元，平衡模块也是值得的。
在描述本公开之前，将描述典型的单元平衡。如图11A至图11C所示，将研究三个电池单元BT1、BT2和BT3之间的单元平衡。首先，假设所有电池单元均充满电，如图11A所示。接下来，假设电池单元已放电，且已发生了放电量的不均衡，以及电池单元BT1的电压已达到由虚线指示的低电压阈值，如图11B所示。由于电池单元之间的不均衡，其他电池单元BT2和BT3尚未达到低电压阈值。例如，自放电率的差异可能是电池单元之间放电量不均衡的原因。
若在该状态下开始充电，则在电池单元BT1的电压达到低电压阈值时具有剩余的最多电荷的电池单元BT2可能首先达到满电荷。在这一点处，电池单元BT1可能尚未充到满电荷，如图11C所示。因此，可从满电荷放电的量可能从放电量C1减小至放电量C2。
为解决该问题，如图12A和图12B所示，通过从在电池单元BT1达到低电压阈值时具有剩余的最多电荷（最高电位）的电池单元BT2向具有最少电荷（最低电位）的电池单元BT1转移电力来使剩余电荷几乎相等。通过随后向电池单元BT1、BT2和BT3充电，三个电池单元可充电至几乎满电荷电压。实践中，该过程被重复了多次。
这种控制被称为主动底部单元平衡。采用底部单元平衡，能防止可放电量的减少。被动底部单元平衡是指在给定的图12A所示状态下电池单元BT2和BT3放电以匹配具有最低电位的电池单元BT1的电位的一种技术。与被动技术相比，主动技术可更有效地利用电荷，并因此优选。
现将参照图13A至图13C和图14A至图14C来描述主动平衡。首先，假设所有电池单元均已充满电，如图13A所示。接下来，假设电池单元放电，如图13B所示。
若随后开始充电，则电池单元BT2的电压首先达到高电压阈值，如图13C所示。在这一点处，电池单元BT1和BT3的电压尚未达到高电压阈值。因此，相对于充电量C11（图13A），充电量减小至如C12所示。
为解决该问题，如图14A和图14B所示，通过从在电池单元BT2达到高电压阈值时具有最多电荷（最高电位）的电池单元BT2向具有最少电荷（最低电位）的电池单元BT1转移电力来使剩余电荷几乎相等。通过随后向电池单元BT1、BT2和BT3充电，三个电池单元可充电至几乎满电荷电压。实践中，该过程被重复了多次。
这种控制被称为主动顶部单元平衡。采用顶部单元平衡，能防止可充电量的减少。被动顶部单元平衡是指在给定的图14A所示状态下电池单元BT2和BT3放电以匹配具有最低电位的电池单元BT1的电位的一种技术。与被动技术相比，主动技术可更有效地利用电荷，并因此优选。
现有技术的单元平衡电路
现将参照图15A至图15B和图16A至图16D来描述使用回扫变压器的现有技术的示例性主动底部单元平衡电路。各电池单元的正极和负极分别连接至初级线圈W1至W6的两端。串联连接的六个电池单元BT1至BT6的正极和负极连接至次级线圈W0的两端。另外，配置了共用磁芯M。此外，次级线圈W0与次级开关S0串联连接，以及初级线圈W1至W6分别与初级开关S1至S6串联连接。开关S0至S6例如采用MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）来实现。
图16A至图16D是用于图15A和图15B所示的主动底部单元平衡电路的操作的时序图。作为一个实例，电池单元BT1至BT6的各自电压由监测器（未示出）来检测，且电池单元BT2的电压最低。在该情况下，从其他电池单元向电池单元BT2转移电力。首先，开启开关S0，如图15A和图16A所示，且如图16C所示的电流I1在线圈W0中流通，从而使磁芯M磁化。
接下来，开启与线圈W2串联连接的初级开关S2，如图15B和图16B所示，另外，同时关闭次级开关S0，如图16A所示。磁芯M中的电磁能释放，且电流I2流过初级线圈W2，如图16D所示。该电流I2流至电池单元BT2内，向电池单元BT2充电。
随后，关闭初级开关S2，如图16B所示。另外，随后保持给定时间量的暂停。重复操作，用上述次级开关S0的开启时段、初级开关S2的开启时段和暂停时段构成周期时段。
现将参照图17A至图17B和图18A至图18D来描述现有技术的示例性主动顶部单元平衡电路。每个电池单元的正极和负极分别连接至初级线圈W1至W6的两端。串联连接的六个电池单元BT1至BT6的正极和负极连接至次级线圈W0的两端。另外，配置了共用磁芯M。此外，次级线圈W0与次级开关S0串联连接，以及初级线圈W1至W6分别与初级开关S1至S6串联连接。开关S0至S6例如采用MOSFET实现。
图18A至图18D是用于图17A和图17B所示的主动顶部单元平衡电路的操作的时序图。作为一个实例，电池单元BT1至BT6的各自电压由监测器（未示出）来检测，且电池单元BT5的电压最高。在该情况下，从其他电池单元向电池单元BT5转移电力。首先，开启开关S5，如图17A和图18B所示，且如图18D所示，电流I1流过线圈W5，使磁芯M磁化。
接下来，开启次级开关S0，如图17B和图18A所示，另外，同时关闭初级开关S5，如图18B所示。由于磁芯M中的电磁能，电流I2流过次级线圈W0，如图18C所示。该电流I2流至串联连接的电池单元BT1至BT6内，并在电池单元之间分配电力。
之后，关闭次级开关S0，如图18A所示。另外，随后保持给定时间量的暂停。重复操作，用上述初级开关S5的开启时段、次级开关S0的开启时段和暂停时段构成周期时段。
模块平衡电路
上述所讨论的现有技术的平衡电路涉及电池单元，且当应用于参照图1至图6所述的模块间平衡时，会发生问题。这里的模块平衡是指包括各蓄电模块内的多个电池单元或电池块的电池单元的电压平衡。通常，模块间的不平衡相对模块内的不平衡占据更大值。尽管作为平衡每个蓄电模块的结果，可以解决模块间的不平衡，但该过程占用较多时间。然而，也可结合使用上述所讨论的现有技术的模块平衡和单元平衡。作为一个实例，在该情况下，首先进行模块间平衡，并随后进行模块内平衡。
图19示出了已将现有技术的单元平衡电路按原样应用于主动模块平衡电路的结构。例如，在14个模块之间进行平衡。电池块组BB1至BB14串联连接。每个电池块组均配置有并联连接的八个电池单元和各自（电池块）串联连接的八个电池单元的16个并联连接（被称为8P16S结构）。单个电池块组产生3.2V×16=51.2V的电压。因此，串联连接的14个电池块组BB1至BB14产生51.2V×14=716.8V的电压。
串联连接的14个电池块组的正极和负极连接至次级线圈W0的两端。另外，配置了共用磁芯M。次级开关S0与次级线圈W0串联连接，以及初级开关S1至S14分别与初级线圈W1至W14串联连接。开关S0至S14例如采用MOSFET实现。
采用图19结构的主动底部单元平衡操作包括开启开关S0，从而由于流过次级线圈W0的电流而使磁芯M磁化。接下来，为具有最低电压的蓄电模块开启初级开关，且相应蓄电模块的电池块组通过给予其初级线圈的电磁能来充电。作为一个实例，在电池块组BB2的电压为32.0V以及其他电池块组的电压为32.6V的情况下，次级开关S0已开启了给定时间量之后，关闭开关S0，同时开启电池块组BB2的初级开关S2。电池块组BB2通过流过初级线圈W2的电流来充电。
采用图19结构的主动顶部单元平衡操作包括开启连接至具有最高电压的电池块组的初级线圈的开关。接下来，在开关S0开启的同时，关闭该开关。电流流过次级线圈W0，并向电池块组BB1至BB14充电。作为一个实例，在电池块组BB2的电压为56.5V以及其他电池块组的电压为55.9V的情况下，初级开关S2已开启了给定时间量之后，关闭开关S2，同时开启次级开关S0。电池块组BB1至BB14通过流过次级线圈W0的电流来充电。
由于变压器的磁芯M在图19的结构中共用，所以难以将其配置为使得多个蓄电模块（诸如14个）储存在单独的壳体内。在该情况下，变压器设备被配置为使得包括磁芯、线圈和开关的变压器单元储存在与这14个蓄电模块独立的壳体内，且这14个蓄电模块连接成以大致变压器设备为中心的星形图案。这一星形图案结构的问题在于若有多个蓄电模块，则星形图案布线会变得复杂。
采用现有技术的模块平衡电路的问题
在图19的结构中，716.8V的电压由串联连接的14个电池块组施加至次级线圈W0和开关S0的串联电路。当实际中使用时，优选采用约所施加电压的三倍的耐受电压。因此，对于构成开关S0的FET或其他半导体开关元件，该耐受电压变为2000V。包括具有该耐受电压的半导体开关元件的图19的结构难以实现。
如图20所示，磁芯M可被分成14个磁芯M1至M14，以及次级线圈W0可被分成14个次级线圈W01至W014。这样做时，14个蓄电模块可被分离开并储存在壳体内。在图20的结构中，716.8V的电压分别被施加至初级开关S01至S014。然而，采用图20的结构，可以单独构造回扫变压器，并分别将初级和次级开关连接至线圈来独立控制切换操作。因此，如下文所讨论，使得控制从多个电池块组并行获取电力以及向多个电池块组并行提供电力变得可能。另外，可通过控制切换操作期间开启时段的长度来控制电力量。
根据本公开的模块平衡电路
如图21所示，在本公开中，回扫变压器T1包括初级线圈W1、次级线圈W01和磁芯M1。开关S1与初级线圈W1串联连接，以及开关S01与次级线圈W01串联连接。类似地，回扫变压器T2至T14包括初级线圈W2至W14、次级线圈W02至W014和磁芯M2至M14。开关S2至S14与初级线圈W2至W14串联连接。开关S02至S014与次级线圈W02至W014串联连接。
回扫变压器T1中初级线圈W1和开关S1的串联电路连接至蓄电模块中电池块组BB1的正极端和负极端。其他的初级线圈W2至W14和开关S2至S14的各串联电路连接至蓄电模块中电池块组BB2至BB14的正极端和负极端。
配置了蓄电元件51，由蓄电元件51产生共用电源电压CV。采用的共用电源电压CV是小于串联连接的电池块组的总电压716.8V的电压，并优选将其设定为次级开关的耐受电压的约1/3以下的电压。例如，共用电源电压CV可被设定为约等于电池块组的单位电压（51.2V）的值。通过控制总放电电流和总充电电流，共用电源电压CV被控制在预期电压处，不会过压或欠压。
蓄电元件51是电池、电容器等。由于蓄电元件51，采用一条共用电源线CL+作为共用电源电压CV，而采用另一共用电源线CL-作为0V。采用另一共用电源线CL-作为不与用于串联连接的多个蓄电模块的电池块组的电源（V-）连接的单独电源。然而，共用电源线CL-可连接至电源V-。分离开的次级线圈W01至W014的每一个的一端连接至共用电源线CL+，而分离开的次级线圈W01至W014的每一个的另一端经由开关S01至S014连接至共用电源线CL-。
开关S1至S14以及开关S01至S014例如采用MOSFET实现。如图22所示，例如，回扫变压器T1的开关S01包括具有连接在其漏极与源极之间的二极管D01的MOSFET Q01，而开关S1包括具有连接在其漏极与源极之间的二极管D1的MOSFET Q1。开启和关闭通过来自控制箱ICNT的控制器的控制信号来控制。控制箱ICNT从各蓄电模块中的模块控制器CNT接收有关电压监测结果的信息，并生成控制信号（脉冲信号）。然而，也可使用除MOSFET之外的其他半导体开关元件，诸如IGBT（绝缘栅双极型晶体管）。然而，采用开关（包括MOSFET和连接在其漏极与源极之间的二极管），即使没有控制信号，响应在源极至漏极方向上流动的电流，电流也会自动流过二极管（自动开启）。
共用电源电压CV被施加至次级线圈W01至W014和开关S01至S014的串联电路。例如，通过将共用电源电压CV设置为与施加至初级线圈和开关的电压（51.2V）类似的电压，可采用约154V的次级开关S01至S014的耐受电压。这一耐受电压对于构成次级开关S01至S014的半导体开关而言并不是特别高的值，从而使构成模块平衡电路更加容易。
在回扫变压器T1至T14中的每一个内，初级线圈相对于次级线圈的匝数比不限于一，但是所采用的相位在初级与次级之间：被倒置。此外，回扫变压器T1至T14能双向传输电力。因此，“初级”和“次级”的标记是为了方便的目的，且可以将电力从初级传输至次级，以及从次级传输至初级。
以回扫变压器T1为例，若从开关S1和S01关闭的状态开启开关S1，则电流流过线圈W1，使磁芯M1磁化。在开关S1开启期间，随时间增加的电流流过线圈W1。接下来，若关闭开关S1并开启开关S01，则电流经由开关S01流入线圈W01中，因为磁芯已被磁化。该电流是随时间减小的电流。其他回扫变压器的操作类似。回扫变压器用作耦合电感器。
采用图21的结构的主动底部单元平衡操作包括控制初级开关来从具有最高电压的电池块组向蓄电元件51转移电力，且此外，控制次级开关来向具有最低电压的蓄电模块的电池块组转移电力。以此方式，根据本公开的模块平衡电路在两个阶段经由双向回扫变压器转移电力。
作为一个实例，将对电池块组BB3的电压为最高（32.6V）而电池块组BB2的电压为最低（32.0V）的情况来描述操作。首先，开启开关S3，且电流流入采用电池块组BB3充当电源的回扫变压器T3的初级线圈W3中。接下来，关闭开关S3并开启开关S03。由于电磁能，电流流过次级线圈W03，从而向蓄电元件51充电。
接下来，关闭开关S03，同时开启开关S02。由于蓄电元件51，电流流过回扫变压器T2的次级线圈W02。接下来，关闭开关S02，同时开启开关S2。通过流过初级线圈W2的电流向电池块组BB2充电。这样做，实现了主动底部单元平衡操作。
采用图21的结构的主动顶部单元平衡操作包括控制初级开关来从具有最高电压的电池块组向蓄电元件51转移电力，且此外，控制次级开关来向具有最低电压的蓄电模块的电池块组转移电力。以此方式，根据本公开的模块平衡电路在两个阶段经由双向回扫变压器转移电力。
作为一个实例，将对电池块组BB3的电压为最高（56.5V）而电池块组BB2的电压为最低（55.9V）的情况来描述操作。首先，开启回扫变压器T3的开关S3，且电流流入采用电池块组BB3充当电源的初级线圈W3。接下来，关闭开关S3并开启开关S03。由于电磁能，电流流过次级线圈W03，并向蓄电元件51充电。
接下来，关闭开关S03，同时开启回扫变压器T2的开关S02。由于蓄电元件51，电流流过次级线圈W02。接下来，关闭开关S02，同时开启开关S2。通过流过初级线圈W2的电流向电池块组BB2充电。这样做，实现了主动顶部单元平衡操作。
现将参照图23和图24A至图24H来更详细地描述主动顶部单元平衡操作。如图23所示，流过回扫变压器T3的线圈W3的电流标记为i1，而流过线圈W03的电流标记为i2。电流i1和i2位相相反。流过回扫变压器T2的线圈W02的电流标记为i3，而流过线圈W2的电流标记为i4。电流i3和i4位相相反。此外，假设当操作开始时蓄电元件51充满电。
如图24的时序图所示，经由回扫变压器T3的电力传输和经由回扫变压器T2的电力传输并行进行。首先，开启开关S3和S02相同时段，如图24A和图24C所示。开启开关S3使逐渐增加的电流i1流过线圈W3，如图24E所示。开启开关S02使逐渐增加的电流i3流过线圈W02，如图24G所示。电流i3在放电方向上流向蓄电元件51。
接下来，关闭开关S3和S02，且开启开关S03和S2相同时段，如图24B和图24D所示。开启开关S03使逐渐减小的电流i2流过线圈W03，如图24F所示。电流i2在充电方向上流向蓄电元件51。由于电流i2对蓄电元件51的充电，电力从电池块组BB3向蓄电元件51转移。
开启开关S2使逐渐减小的电流i4流过线圈W2，如图24H所示。电流i4在充电方向上流向电池块组BB2。由于电流i4的充电，蓄电元件51中的电力被转移至电池块组BB2。注意，在实际电力传输中，其被配置为使得每次少量通过多次切换操作来转移电力，而不是通过单次切换操作。此外，可通过对用于开关的脉冲信号施加脉冲宽度调制以控制开关的开启时段，将待转移的电力量设定为预期量。同时，尽管图24A和图24C以同步形式示出了开关S3和S02，但实际中，通过允许共用电源电压CV的给定范围，异步关系也可接受。
根据本公开的模块平衡电路的变形
在根据本公开的上述模块平衡电路中，其被配置为使得经由单个回扫变压器获取的电力通过单个回扫变压器来转移。然而，电力也可以经由多个回扫变压器获取。例如，其可被配置为使得从具有最大电压的蓄电模块和具有第二最大电压的蓄电模块两者来获取电力。此外，其还可被配置为使得所获取的电力经由多个回扫变压器来转移。例如，其可被配置为使得向具有最低电压的蓄电模块和具有第二最小电压的蓄电模块两者提供电力。例如，采用上述所讨论的图21的结构，可经由回扫变压器T14以小电流获取电力，而同时经由回扫变压器T3以大电流获取电力。另外，其可被配置为使得分别经由回扫变压器T1和T2以中等电流提供电力，并同时获取电力。
如图25所示，在蓄电模块的回扫变压器T1至T14中的每一个内的次级侧，电容器C1至C14被插入共用电源线CL+与共用电源线CL-之间。通过采用电容器C1至C14来减少高频成分，共用电源线CL+和CL-上产生的电压可输出为DC（直流）电力。其还可被配置为使得提供该DC电力作为用于控制箱ICNT的电源。
此外，如图26所示，其可被配置为使得为所有蓄电模块提供共用回扫变压器Tx。回扫变压器Tx包括初级线圈Wy、次级线圈Wx和磁芯Tx。线圈Wx与开关Sx串联连接。线圈Wy与开关Sy串联连接。回扫变压器Tx中的次级线圈Wx的一端连接至端52，而另一端经由开关Sx连接至0V线。端52连接至共用电源电压CV端。
初级线圈Wy的一端连接至多个蓄电模块（诸如14个）中的串联连接的电池块组BB1至BB14的正极（V+）。初级线圈Wy的另一端连接至串联连接的电池块组BB1至BB14的负极（V-）。回扫变压器T1至T14和蓄电元件51连接至类似于图21的结构的电池块组BB1至BB14，并进行类似于上述所讨论的模块平衡。
根据图26的结构，可经由回扫变压器Tx一次性向所有蓄电模块的电池块组提供电力，从而能使模块平衡操作的变化增加。
此外，在本公开中，可以使用基于电磁耦合技术（诸如正激转换器或RCC（振铃扼流转换器）技术）而不是回扫转换器技术的电力传输设备。
图27示出了本公开的一种应用，其中，蓄电模块MOD1至MOD14（图21所示结构）连接至包括蓄电模块MOD101至MOD104的另一蓄电系统。若共用电源电压CV在两个蓄电系统之间具有等价关系，则可以将共用电源线CL+和CL-连接至另一蓄电系统。换句话说，易于增加所连接的蓄电模块的数量。
图28示出了包括蓄电模块（例如蓄电模块MOD1和MOD2）的蓄电系统的示例性总体结构。从脉冲发生器53向上述所讨论的模块平衡电路中的回扫变压器T1和T2的初级开关（MOSFET）S1和S2提供电力。脉冲发生器53响应来自模块控制器CNT1和CNT2的控制信号，生成控制脉冲。例如，脉冲发生器53可输出PWM控制脉冲。从通信单元COM1和COM2中的MCU（微控制器单元）向回扫变压器T1和T2的次级开关（MOSFET）S01和S02提供控制脉冲。
控制箱ICNT根据每个模块的电压信息来确定模块平衡顺序。任何模块平衡充电或放电均分别被转送至各模块的通信单元COM1和COM2中的MCU。MCU分别向回扫变压器的次级侧直接提供控制信号，或者通过经由隔离器ISC的隔离通信向回扫变压器的初级侧发送控制信号。
由于控制信号电平的差异，从用于初级侧和次级侧的单独电路块提供控制信号。同时，与上述所讨论的操作并行，控制箱ICNT测量提供共用电源电压CV的电源线CL+和CL-之间的电压，并施加总的模块平衡控制，使得共用电源电压CV变为预期电压。
根据本公开的蓄电设备的优势
在本公开的模块平衡电路中，每个模块内的回扫变压器单独构造，因此与共用一个磁芯的结构不同，能使布线简化而不需要星形图案的布线。
在本公开的模块平衡电路中，每个蓄电模块中的电池块组的两端电压被施加至回扫变压器的初级线圈和开关，而共用电源电压CV被施加至次级线圈和开关。例如采用共用电源电压CV作为与每个蓄电模块中的电池块组的两端电压相等的值。因此，有未将串联连接的所有蓄电模块的电压施加至线圈和开关以及具有低耐受电压的元件可被用于线圈和开关的优势。
在本公开中，回扫变压器的初级开关S1至S14以及次级开关S01至S014可受独立控制脉冲信号控制。因此，使得经由预期的多个回扫变压器来传输电力变得可能。此外，通过在切换操作期间设定开启时段的长度，可单独控制经由回扫变压器转移的电力量。换句话说，可通过根据待转移的电力量延长开关开启的时段来改变待转移的电力量。
另外，由于大电流在多个蓄电模块的输出端V+和V-之间流动，所以可能易于产生相对很大的噪声量。然而，由于共用电源电压CV与输出端V+和V-隔离，所以可减小由于负载电流的波动而引起的噪声的影响。
具有很小噪声影响的共用电源电压CV可被用作用于控制箱ICNT的电源。例如，可采用共用电源电压CV的值作为与控制器的电源电压相等的值（诸如+5V或+12V）。当使用共用电源电压CV作为用于控制箱ICNT的电源时，可使用于控制箱ICNT的电源适应蓄电模块中的电压波动。
根据本公开的蓄电系统的第二实例
在上述所讨论的蓄电系统的第一实例中，隔离器ISC1至ISCn被置于通信单元COM1至COMn与模块控制器CNT1至CNTn之间，如图6所示。然而，蓄电系统的第二实例被配置为使得隔离器ISC1至ISCn被置于通信单元COM1至COMn与控制箱ICNT之间，如图29所示。隔离器ISC1至ISCn和控制箱ICNT由通信线L1和L2以及电源线Lp连接。使用诸如SPI或CAN的接口作为通信接口。尽管图29中隔离器ISC1至ISCn被置于蓄电模块MOD1至MODn内部，但其也可被置于模块外部。
与上述所讨论的第一实例类似，隔离器ISC1至ISCn用于将通信单元COM1至COMn与控制箱ICNT互相隔离，向通信单元COM1至COMn提供电源电压，以及用作用于双向通信的传输介质。例如，CAN标准可被用作用于经由隔离器ISC1至ISCn进行的双向通信的协议。可使用电磁感应、磁共振或电磁辐射技术作为用于经由隔离器ISC1至ISCn进行的电力传输的技术。
除了如上述所讨论的第一实例中使用非接触式智能卡技术的隔离器结构之外，也可使用光电耦合器结构，其中，来自光电二极管61的光的变化被光电晶体管62转换成电压的变化，如图30A所示。光电耦合器被用于数据传输。另外，可使用基于短程无线技术进行无线通信的装置，该装置包括发射装置71和接收装置72，如图30B所示。具体地，可使用诸如蓝牙（注册商标）、USB、紫蜂（ZigBee）或NFC的技术。也可使用除短程无线技术之外的无线技术。
蓝牙（注册商标）是一种具有100米的最大通信范围且使用2.4GHz频带的短程无线技术。UWB（超宽带）能使用非常大的带宽（3.1GHz至10.6GHz）在超过约10米的距离上进行高达最大480Mb/s的通信。紫蜂是一种由紫蜂联盟标准化的短程无线技术。紫蜂使用2.4GHz、902至928MHz和868至870MHz频带且具有从9米至69米的最大通信范围。NFC（近场通信）是一种13.56MHz频带的短程无线技术。NFC根据多种标准来标准化非接触式智能卡技术的无线接口部分，建立了非接触式智能卡之间的交叉兼容性。NFC在两个阶段被标准化，且存在两个标准，A型和B型。此外，也可包括与多个通信协议兼容的配置。
在本公开中，隔离器ISC1至ISCn除进行数据通信之外还传输电力。为传输电力，使用了电力传输装置73与电力接收装置74之间例如利用磁共振的无线电力传输协议，如图30C所示。从高频电源经由匹配电路向电力传输装置73提供高频信号。匹配电路和整流电路与电力接收装置74连接。
图31示出了包括蓄电模块（诸如蓄电模块MOD1和MOD2）的蓄电系统的第二实例的示例性总体结构。电池块组BB1和BB2分别连接至模块平衡电路。从模块控制器CNT1和CNT2向每个模块平衡电路提供控制信号，以及从通信单元COM1和COM2中的MCU（微控制器单元）向每个模块平衡电路提供控制信号。与图28所示结构类似地来控制模块平衡电路。
来自控制箱ICNT的电源线和通信线分别被示出为单线。控制箱ICNT与通信单元COM1和COM2之间的连接经由隔离器ISC1和ISC2形成，且从控制箱ICNT经由隔离器ISC1和ISC2向通信单元COM1和COM2供电。根据本公开的蓄电系统的第二实例同样表现出类似于上述所讨论的第一实例的优势。
尽管上述描述是用于本公开被应用于模块平衡电路的情况，但本公开也可被应用于单元平衡。换句话说，通过分别用上述所讨论的图21所示结构中的电池单元来取代电池块组BB1至BB14，可实现单元平衡电路。在将本公开应用于单元平衡电路的情况下，仍能获得类似于前述模块平衡电路的优势。
本公开可被应用于单元平衡电路，如图32的典型结构所示。在图32中，n个电池单元B11至B1n串联连接，且另外，有m组串联连接的电池单元，且各组并联连接。回扫变压器T11至T1n和Tm1至Tmn的初级线圈与每个电池单元并联连接，且初级开关S11至S1n和Sm1至Smn与初级线圈串联连接。每个回扫变压器的次级线圈的一端连接至共用电源电压CV的电源线CL+，而次级线圈的另一端经由各次级开关S011至S01n和S0m1至S0mn与共用电源电压CV的电源线CL-串联连接。
此外，本公开可采用类似以下的结构。在一种实施方式中，蓄电设备包括电池块，该电池块包括多个电池单元；以及隔离单元，其能进行有关电池块的电池信息的无线信息传送。在该实施方式中，电池信息包括电压值、电流值或温度值中的一个。在该实施方式中，隔离单元包括第一卡单元和第二卡单元，它们针对非接触式智能卡协议而配置以便于无线信息传送，第一和第二卡单元被配置为彼此无线传送电池信息。
在一种实施方式中，隔离单元包括第一天线，其安装在印刷电路板的第一迹线层上，并电连接至第一卡单元；以及第二天线，其安装在印刷电路板的第二迹线层上，并电连接至第二卡单元，第二天线在方向上与第一天线对准，以在第一和第二天线之间能进行电池信息的无线信息传送。在一种实施方式中，非接触式智能卡协议包括具有约13.56kHz的载波频率且在212kb/s与424kb/s之间的速度的幅移键控（ASK）调制，载波具有2伏特至13伏特之间且带有10%的调制度的振幅。
在一种实施方式中，隔离单元能经由非接触式智能卡技术，通过向10kHz与20kHz之间的载波频率施加幅移键控（ASK）调制来与电池块进行无线通信。在一种实施方式中，隔离单元包括控制器区域网络（CAN）通信协议，以便于无线信息传送。在一种实施方式中，无线信息传送包括经由电磁感应、磁共振或电磁辐射中的至少一种来传送。
在一种实施方式中，蓄电设备还包括控制器，其被配置为测量电池块的电池信息。在一种实施方式中，隔离单元能进行无线电力传输，以向控制器供电。在一种实施方式中，隔离单元包括第一天线，其安装在印刷电路板的第一迹线层上；以及第二天线，其安装在印刷电路板的第二迹线层上，第二天线在方向上与第一天线对准，以在第一和第二天线之间能进行电池信息的无线信息传送。
在一种实施方式中，第一和第二天线形成为线性线圈图案。在一种实施方式中，第一和第二天线通过印刷电路板磁性耦合。在一种实施方式中，第二天线与电阻器和电容器并联连接，以对接收到的电池信息滤波。在一种实施方式中，第一迹线层与第二迹线层通过印刷电路板的至少一个绝缘层而分离。
在另一实施方式中，蓄电系统包括第一蓄电模块，其包括第一电池块，该第一电池块包括第一多个电池单元；以及第一隔离单元，其能进行有关第一电池块的电池信息的无线信息传送；以及蓄电系统还包括第二蓄电模块。在该另一实施方式中，蓄电系统还包括第二电池块，其包括第二多个电池单元；以及第二隔离单元，其能进行有关第二电池块的电池信息的无线信息传送。在该另一实施方式中，第一蓄电模块的电池信息与来自第二蓄电模块的电池信息汇总在一起。
在一种实施方式中，电池信息包括电压值、电流值或温度值中的一个。在一种实施方式中，第一和第二隔离单元中的每一个均包括第一卡单元和第二卡单元，它们针对非接触式智能卡协议而被配置以便于无线信息传送，第一和第二卡单元被配置为彼此无线传送电池信息。
在一种实施方式中，蓄电系统还包括管理单元，其被配置为将第一蓄电模块的电池信息与来自第二蓄电模块的电池信息汇总在一起。在一种实施方式中，蓄电系统还包括第一通信单元，其包括在第一蓄电模块内，且被配置为向管理单元传送第一电池块的电池信息；第一控制器，其包括在第一蓄电模块内，且被配置为测量第一电池块的电池信息；第二通信单元，其包括在第二蓄电模块内，且被配置为向管理单元传送第二电池块的电池信息；以及第二控制器，其包括在第二蓄电模块内，且被配置为测量第二电池块的电池信息。
在一种实施方式中，隔离单元能在第一通信单元与第一控制器之间进行无线电力传输，以向第一控制器供电，以及能在第二通信单元与第二控制器之间进行无线电力传输，以向第二控制器供电。在一种实施方式中，第一和第二通信单元中的每一个均经由用于双向通信的第一引线和用于电源的第二引线与管理单元通信耦接。
在一种实施方式中，第一和第二隔离单元中的每一个均包括第一天线，其安装在印刷电路板的第一迹线层上；以及第二天线，其安装在印刷电路板的第二迹线层上，第二天线在方向上与第一天线对准，以在第一和第二天线之间能进行无线信息传送。
在另一实施方式中，蓄电控制设备包括电池块，其包括多个电池单元；控制器，其被配置为测量电池块的电池信息；以及隔离单元，其能与控制器进行无线通信，并向控制器无线传输电力。在该另一实施方式中，电池信息包括电压值、电流值或温度值中的一个。在该实施方式中，隔离单元包括第一卡单元和第二卡单元，它们针对非接触式智能卡协议而被配置以便于无线信息传送，第一和第二卡单元被配置为彼此无线传送电池信息。同样，在该实施方式中，隔离单元可包括第一天线，其安装在印刷电路板的第一迹线层上，并电连接至第一卡单元；以及第二天线，其安装在印刷电路板的第二迹线层上，并电连接至第二卡单元，第二天线在方向上与第一天线对准，以在第一和第二天线之间能进行无线信息传送。
在一种实施方式中，蓄电控制设备还包括第二电池块，其包括多个电池单元，其中，控制器被另外配置为测量第二电池块的电池信息。在一种实施方式中，蓄电控制设备还包括多路复用器，其与控制器通信耦接，该多路复用器被配置为在第一和第二电池块之间切换，以便能使控制器单独测量第一电池块的电池信息与第二电池块的电池信息；以及模数转换器，其与多路复用器和控制器通信耦接，该模数转换器被配置为将与经由多路复用器接收到的第一和第二电池块的电池信息相关联的模拟数据转换成用于控制器的相应数字数据。
在一种实施方式中，控制器被配置为主动平衡第一和第二电池块的电平。在一种实施方式中，控制器被配置为通过确定第一和第二电池块的电荷电位之间的差异，并从具有较大电荷电位的电池块向具有较低电荷电位的电池块转移电力，来主动平衡第一和第二电池块的电压。在一种实施方式中，隔离单元被配置为向控制器无线供电，从而能使控制器独立于电池块中储存的电力而工作。
在又一实施方式中，一种用于向车辆供电的蓄电设备包括多个蓄电模块，每个蓄电模块包括至少一个电池块，其包括多个电池单元；控制器，其被配置为测量至少一个电池块的电池信息；以及隔离单元，其能与控制器进行无线通信，并向控制器无线传输电力。在该实施方式中，蓄电设备还包括电力负载，其包括车辆的电力驱动力变换装置或电动机，电力负载从来自多个蓄电模块的电力的集合接收电力。
在一种实施方式中，电池信息包括电压值、电流值或温度值中的一个。在一种实施方式中，隔离单元中的每一个均包括第一卡单元和第二卡单元，它们针对非接触式智能卡协议而被配置以便于无线信息传送，第一和第二卡单元被配置为彼此无线传送电池信息。
在一种实施方式中，用于向车辆供电的蓄电设备还包括管理单元，其被配置为将来自多个蓄电模块的电池信息和电力汇总在一起。在一种实施方式中，管理单元被配置为主动平衡多个蓄电模块的电平，而电力驱动力变换装置或电动机被用于驱动车辆。
在一种实施方式中，隔离单元配置有控制器区域网络（CAN）通信协议，以便于无线信息传送。在一种实施方式中，管理单元被配置为经由CAN通信协议与车辆中的其他处理器传送汇总后的电池信息。
家用蓄电系统形式的应用
现将参照图33来描述将本公开应用于家用蓄电系统的一个实例。例如，在房屋101的蓄电系统100中，从集中式电力系统102（诸如化石燃料102a、核电102b和水电102c）经由电网109、信息网络112、智能电表107和电力集线器108等向蓄电设备103供电。另外，从诸如家用发电机104的独立电源向蓄电设备103供电。供给蓄电设备103的电力被储存。房屋101内使用的电力通过使用蓄电设备103来提供。上述系统不限于房屋101，且类似的蓄电系统也可被用于大楼。
房屋101配置有发电机104、耗电装置105、蓄电设备103、控制各种设备的控制设备110、智能电表107以及获取各种信息的传感器111。各种设备由电网109和信息网络112连接。可使用太阳能电池、燃料电池等作为发电机104，且所生成的电力被供给耗电装置105和/或蓄电设备103。耗电装置105是电冰箱105a、空调105b、电视接收机105c和热水器105d等。另外，电动车辆106包括在耗电装置105中。电动车辆106是电动汽车106a、混合动力汽车106b和电动摩托车106c。
对于蓄电设备103，应用上述所讨论的本公开的电池单元。蓄电设备103包括二次电池或电容器，以及例如可包括锂离子电池。锂离子电池可以是固定的，或者用于电动车辆106中。智能电表107配置有用于测量商业用电量和向电力公司发送所测量的使用量的功能。电网109可包括DC电力输送、AC电力输送或无线电力输送中的一种，或者上述多种的结合。
各种传感器111是运动传感器、照度传感器、对象传感器（objectsensor）、功耗传感器、振动传感器、接触传感器、温度传感器和红外传感器等。由各种传感器111获取的信息被传送至控制设备110。采用来自传感器111的信息，可确定天气、人员等的状态以自动控制功耗装置105，并使能耗最小化。此外，控制设备110能将有关房屋101的信息经由互联网向外传送至电力公司等。
由电力集线器108进行诸如电力线路由和AC/DC转换的处理。在与控制设备110连接的信息网络112上通信的方法包括使用UART（通用异步收发器）的通信接口的方法，以及根据诸如蓝牙（注册商标）、紫蜂或Wi-Fi的无线通信协议来使用传感器网络的方法。蓝牙协议应用于多媒体通信，且能在一对多的连接上进行通信。紫蜂使用IEEE（电气和电子工程师协会）802.15.4的物理层。IEEE 802.15.4是被称为PAN（个人区域网络）或WPAN（无线PAN）的用于短程无线网络的标准的名称。
控制设备110连接至外部服务器113。服务器113可由房屋101、电力公司或服务供应商来管理。由服务器113发送和接收的信息可以是耗电信息、生活方式信息、电价、气象信息、灾害信息和有关电力交易的信息。该信息可由室内的耗电装置（例如，电视机），或者由室外的装置（诸如移动电话）来发送和接收。例如，该信息还可显示在具有显示功能的装置上，诸如电视机、移动电话或PDA（个人数字助理）。
在该实例中，控制各单元的控制设备110由CPU（中央处理单元）、RAM（随机存取存储器）和ROM（只读存储器）等构成，且被置于蓄电设备103内部。控制设备110通过信息网络112与蓄电设备103、家用发电机104、耗电装置105、各种传感器111和服务器113连接，且例如具有用于调节商业用电量和发电量的功能。然而，控制设备110也可配置有除上述之外的其他功能，诸如用于在电力市场上交易电力的功能。
如上，不仅来自集中式电力系统102（诸如化石燃料102a、核电102b和水电102c）的电力而且由家用发电机104（太阳能、风能）产生的电力均可储存在蓄电设备103中。因此，即使由家用发电机104产生的电力有波动，向外发送的电力量也可保持恒定，或者可替代地，其可被控制，使得必要时放电。例如，一种可能的使用方案可包括将由太阳能获得的电力储存在蓄电设备103中，同时也在电价较低的夜间将夜间电力储存在蓄电设备103中，并在电价较高的白天释放由蓄电设备103储存的电力。
同时也注意，尽管在该实例中，控制设备110被描述为置于蓄电设备103内部，但其也可置于智能电表107内部，或者具有独立结构。此外，蓄电系统100还可针对住宅群内的多个房屋使用，以及还可针对多个独立式房屋使用。
车辆蓄电系统形式的应用
现将参照图34来描述将本公开应用于车辆蓄电系统的一个实例。图34示意性示出了实施应用了本公开的串联式混合动力系统的混合动力车辆的示例性结构。串联式混合动力系统是依靠使用由引擎驱动的发电机产生的电力或临时储存在电池内的电力的电力驱动力变换装置来行驶的车辆。
总体上，混合动力车辆200具有引擎201、发电机202、电力传动203、驱动轮204a、驱动轮204b、车轮205a、车轮205b、电池208、车辆控制设备209、各种传感器210和充电端口211。使用上述所讨论的本公开的电池单元作为电池208。
混合动力车辆200通过采用电力驱动力变换装置203作为动力源来行驶。电力驱动力变换装置203的一个实例是电动机。电力驱动力变换装置203依靠来自电池208的电力而工作，且电力驱动力变换装置203的转矩被传送至驱动轮204a和204b。注意，通过使用适当数量的DC-AC或AC-DC转换器，可采用DC电动机和AC电动机两者作为电力传动203。各种传感器210经由车辆控制设备209来控制引擎转数，且控制节流阀（未示出）的位置（节流位置）。各种传感器210包括速度传感器、加速度传感器、引擎转动传感器等。
来自引擎201的转矩被给予发电机202，且可以将发电机202由于转矩而产生的电力存储在电池208内。
当使混合动力车辆通过控制机制（未示出）减速时，在减速期间的阻力作为转矩被增加至电力驱动力变换装置203，且电力驱动力变换装置203由于转矩而产生的再生电力被储存在电池208中。
通过将电源向外连接至混合动力车辆，电池208能从具有用作入口的充电端口211的外部电源接收所提供的电力，且还能储存接收到的电力。
尽管未示出，还可配置基于有关二次电池的信息来执行关于车辆控制的信息处理的信息处理设备。这种信息处理设备例如可以是基于有关电池的剩余电荷量的信息来显示剩余电池电荷量的信息处理设备。
本文中，前述以实例的方式描述了串联式混合动力汽车，该串联式混合动力汽车依靠使用由引擎驱动的发电机产生的电力或来自其的临时储存在电池中的电力的电动机来行驶。然而，本公开也有效适用于并联式混合动力汽车，该并联式混合动力汽车采用引擎和电动机两者的输出作为动力源，并适当切换在仅依靠引擎行驶、仅依靠电动机行驶以及依靠引擎和电动机行驶的三种模式之间的使用。此外，本公开有效适用于依靠仅由驱动电动机提供的动力来行驶而不使用引擎的电动车辆。
变形例
尽管前述描述了本公开的具体实施方式，但前述实施方式并非限定，且可以有基于本公开的技术思想的各种变形。例如，前述实施方式中给出的结构、方法、过程、形状、材料和值等仅作为实例，且可适当使用不同结构、方法、过程、形状、材料和值等。
另外，可以将前述实施方式的结构、方法、过程、形状、材料和值等组合在一起，只要该组合不脱离本公开的主题。
本公开包括涉及于2011年8月31日在日本专利局提交的日本在先专利申请第JP 2011-189562号和于2012年3月19日在日本专利局提交的日本在先专利申请第JP 2012-062257号中所公开的主题，其全部内容通过引用结合于此。
本领域技术人员应当理解，只要在所附权利要求或其等价物的范围内，可根据设计要求和其他因素进行各种修改、组合、子组合和变更。

Claims (17)

1.一种蓄电设备，包括：
电池块，其包括多个电池单元；以及
隔离单元，其能进行有关所述电池块的电池信息的无线信息传送。
2.根据权利要求1所述的蓄电设备，其中，所述电池信息包括电压值、电流值或温度值中的一个。
3.根据权利要求1所述的蓄电设备，其中，所述隔离单元包括第一卡单元和第二卡单元，它们针对非接触式智能卡协议而被配置以便于所述无线信息传送，所述第一卡单元和所述第二卡单元被配置为彼此无线传送所述电池信息。
4.根据权利要求3所述的蓄电设备，其中，所述隔离单元包括：
第一天线，其安装在印刷电路板的第一迹线层上，并电连接至所述第一卡单元；以及
第二天线，其安装在所述印刷电路板的第二迹线层上，并电连接至所述第二卡单元，所述第二天线在方向上与所述第一天线对准，以在所述第一天线与所述第二天线之间能进行电池信息的所述无线信息传送。
5.根据权利要求3所述的蓄电设备，其中，所述非接触式智能卡协议包括具有13.56kHz的载波频率且在212kb/s与424kb/s之间的速度的幅移键控调制，所述载波具有2伏特至13伏特之间且带有10%的调制度的振幅。
6.根据权利要求3所述的蓄电设备，其中，所述隔离单元能经由非接触式智能卡技术，通过向10kHz与20kHz之间的载波频率施加幅移键控调制来与所述电池块进行无线通信。
7.根据权利要求1所述的蓄电设备，其中，所述隔离单元包括控制器区域网络通信协议，以便于所述无线信息传送。
8.根据权利要求1所述的蓄电设备，其中，无线信息传送包括经由电磁感应、磁共振或电磁辐射中的至少一种来传送。
9.根据权利要求1所述的蓄电设备，还包括控制器，其被配置为测量所述电池块的电池信息。
10.根据权利要求9所述的蓄电设备，其中，所述隔离单元能进行无线电力传输，以向所述控制器供电。
11.根据权利要求1所述的蓄电设备，其中，所述隔离单元包括：
第一天线，其安装在印刷电路板的第一迹线层上；以及
第二天线，其安装在所述印刷电路板的第二迹线层上，所述第二天线在方向上与所述第一天线对准，以在所述第一天线与所述第二天线之间能进行电池信息的所述无线信息传送。
12.根据权利要求11所述的蓄电设备，其中，所述第一天线和所述第二天线形成为线性线圈图案。
13.根据权利要求12所述的蓄电设备，其中，所述第一天线和所述第二天线通过所述印刷电路板磁性耦合。
14.根据权利要求11所述的蓄电设备，其中，所述第二天线与电阻器和电容器并联连接，以对接收到的电池信息滤波。
15.根据权利要求11所述的蓄电设备，其中，所述第一迹线层与所述第二迹线层通过所述印刷电路板的至少一个绝缘层而分离。
16.一种蓄电系统，包括：
第一蓄电模块，包括：
第一电池块，其包括第一多个电池单元；以及
第一隔离单元，其能进行有关所述第一电池块的电池信息的无线信息传送；以及
第二蓄电模块，包括：
第二电池块，其包括第二多个电池单元；以及
第二隔离单元，其能进行有关所述第二电池块的电池信息的无线信息传送；
其中，所述第一蓄电模块的电池信息与来自所述第二蓄电模块的电池信息汇总在一起。
17.一种用于向车辆供电的蓄电设备，包括：
多个蓄电模块，每个蓄电模块包括：
至少一个电池块，其包括多个电池单元；
控制器，其被配置为测量所述至少一个电池块的电池信息；以及
隔离单元，其能与所述控制器进行无线通信，并向所述控制器无线传输电力；以及
电力负载，其包括车辆的电力驱动力变换装置或电动机，所述电力负载从来自所述多个蓄电模块的电力的集合接收电力。
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