CN103081288B

CN103081288B - 电池模块的充电系统

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Publication number: CN103081288B
Application number: CN201180044036.4A
Authority: CN
Inventors: 驹居智之; 片冈干彦; 日隈克敏; 林正人
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2010-12-29
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2031-12-26
Also published as: RU2013135236A; CN103081288A; KR20130044308A; RU2559829C2; JPWO2012090473A1; KR101403255B1; SG191800A1; JP5651194B2; EP2660947A4; TW201236311A; US20130257371A1; EP2660947A1; TWI460961B; EP2660947B1; WO2012090473A1

Abstract

本发明的电池模块的充电系统具备：包括用于输送交流电力的一次侧线圈（6）的送电装置；包括通过电磁感应接受从一次侧线圈输送的交流电力的二次侧线圈（7），并将接受的交流电力转换成直流电力的受电单元（70、8）；构成为以送电装置能够装卸至受电单元、并且在送电装置被安装时一次侧线圈能够与二次侧线圈电磁耦合的方式定位的定位机构（60a、70a）；构成为能够将直流电力选择性地充电至电池模块（B）的多个电池的选择电路（21、25、29），所述电池模块（B）由作为二次电池的多个电池相互串联连接构成。

Description

电池模块的充电系统

技术领域

本发明涉及将多个电池相互串联连接而成的电池模块的充电系统，详细地说，涉及将针对每个电池对构成电池模块的多个电池进行充电的充电系统。

背景技术

充电式的单电池（singlecell）是能够通过充电而再次使用的单体的二次电池，其能够充电的电压一般低至数伏特以下。因此，在需要高电压的二次电池时，采用将多个单电池相互串联连接而成的电池组（assembledbattery）。此外，单电池有时被称为单元电池（unitcell）或者电池（cell），本申请中，在使用这些称呼中的电池的同时，将充电式的电池简单称为电池来进行说明。另外，电池组有时被称为电池包（batterypack）、电池系统（batterysystem）或者电池模块（batterymodule），本申请中，在使用这些称呼中的电池模块的同时，将充电式的电池模块简称为电池模块来进行说明。

关于构成电池模块的电池的充电系统，例如有如下专利文献1至4的提议。

专利文献1中公开了关于针对每个电池对电池模块进行充电的充电装置的技术。即，将充电装置和电压监视装置同时配设在每个电池上，根据被该电压监视装置监视的充电对象电池的电压，来进行由该充电装置对该充电对象电池的充电。

专利文献2中，公开了关于针对每个电池对电池模块进行充电的充电装置的技术。即，在将充电装置配设在每个电池上的同时，将电压监视装置配设在每个电池模块上，根据被该电压监视装置监视的电池模块的电压，来进行由该充电装置对充电对象电池的充电。另外，专利文献2中公开了针对每个电池模块配设充电装置的电源。但是，充电装置的电源由绝缘型DC/DC转换器构成，在一次侧和二次侧之间形成绝缘，但不是所谓非接触式充电（contactlesscharging）的方式。

专利文献3中公开了针对每个电池配设充电装置和充电控制装置、针对每个电池进行非接触式充电的技术。

专利文献4中公开了针对每个电池配设充电装置和电压监视装置、针对每个电池进行非接触式充电的技术。

综上所述，专利文献1至4中公开了关于针对每个电池对构成电池模块的多个电池进行充电的充电装置的技术、关于非接触式充电的技术、以及在各电池之间进行共通的充电控制的技术。另外，这些技术并不以镍氢电池或锂离子电池等特定的二次电池为前提，即没有电池类型的限定。另外，作为这些技术中应用的电池模块的用途，专利文献1中没有任何限定，专利文献2中有面向应急电源或移动体的示例，专利文献3中有面向游戏控制器或便携电话的示例，专利文献4中有面向电动车的示例。此外，在这些用途的情况下的电池模块的端子电压最高为数十V～数百V。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2005-534276号公报；

专利文献2：日本特开2005-151720号公报；

专利文献3：日本特开2010-206871号公报；

专利文献4：日本特开平10-257682号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

在对由多个电池构成的电池模块进行充电的情况下，电池模块内的充电状态（SOC；StateOfCharge）有时候会不均一。在这种情况下，电池模块内中存在充电不充分的电池时，由于电池模块整体的可使用容量减少，或者充电不充分的电池的端子电压变低，因此导致作为电池模块整体的性能降低。

为了消除电池模块内的各电池的充电状态的不均一，有如下方法：将电池模块整体过充电，来使电池模块内的各电池的端子电压一致的方法（将该方法称为过充电法）、从电池模块将电压低的电池卸下来对该电池进行充电的方法（将该方法称为电池充电法）、以及针对每个电池对电池模块内的各电池进行充电的方法（专利文献1至4中公开的技术）。

在过充电法的情况下，存在不论是否是正常的电池也由于过充电而引起其内部电阻增加或其充电容量减少、作为电池模块的寿命变短等问题。在电池充电法的情况下，为了对充电不充分的电池进行充电而卸下充电不充分的电池，需要将电池模块强行拆开，需要精力和时间。另外，在具有密闭结构的电池模块中，有拆开时密闭结构被破坏，碱性电解液泄露的担忧。因此，过充电法和电池充电法难以作为消除电池模块内的各电池的充电状态的不均一的对策采用。

另一方面，在专利文献1至4中公开的技术的情况下，每个电池都需要充电装置（专利文献1至4），或者为了控制充电每个电池都需要控制电路（专利文献1、3、4）。如此，需要对应电池模块内的电池的个数的数量的充电装置甚至控制电路，存在由于增加构成部件、以及随着这些构成部件的增加而配线变复杂等，导致充电系统复杂并且高价的问题。

另外，在镍氢电池那样，电压变化相对SOC的变动小的电池模块的情况下，存在为了对电池模块内的各电池均一充电，必须精度良好地进行充电控制的问题。

本发明是为了解决这样的问题而作出的，其目的在于，将对构成电池模块的多个（数个）电池均一且稳定地进行充电的充电系统的构成简单化。

解决问题的手段：

为了解决上述问题，根据本发明的电池模块的充电系统，具备：包括用于输送交流电力的一次侧线圈的送电装置；包括通过电磁感应接受从所述一次侧线圈输送的交流电力的二次侧线圈，并将接受的交流电力转换成直流电力的受电单元；构成为以所述送电装置能够装卸至所述受电单元、并且在所述送电装置被安装时所述一次侧线圈能够与所述二次侧线圈电磁耦合的方式定位的定位机构；以及构成为能够将所述直流电力选择性地充电至电池模块的多个电池的选择电路，所述电池模块由作为二次电池的该多个电池相互串联连接而成。

根据所述构成，能够通过选择电路将电池模块内的全部电池设为充电对象电池。其结果，虽然进行一次充电的充电对象电池仅为电池模块内的一个电池，但是能够抑制对电池模块内的全部电池进行充电所需的设备的成本和占地面积，能够实现节省空间和低成本化。

另外，由于送电装置的一次侧线圈和受电单元的二次侧线圈之间被电分离，因此容易确保绝缘。即，不需要考虑电池模块或多个电池模块串联连接而构成的电池堆内的各电池的对地电位。

另外，通过具有以在送电装置被安装在受电单元上时一次侧线圈能够与二次侧线圈电磁耦合的方式定位的定位机构，能够使一次侧线圈中产生的磁通量没有浪费地与二次侧线圈交链，能够提高从送电装置向受电单元的电力传输效率。

综上所述，能够使对构成电池模块的多个（许多）电池均一且稳定地进行充电的充电系统的构成简单化。而且，定位机构由于以送电装置能够可装卸至受电单元的方式构成，因此能够对多个电池模块实现送电装置共用化。

在所述电池模块的充电系统中，也可以是：多个所述电池模块相互串联连接，各所述电池模块具备所述受电单元、所述定位机构和所述选择电路，同时对于多个所述电池模块具备一个所述送电装置。

根据所述构成，由于送电装置相对受电单元可装卸，因此在多个电池模块相互串联连接来构成电池堆时，没有必要针对每个电池模块设置受电单元，而针对电池堆整体只设置一个送电装置即可。因此，能够减少送电装置和向该送电装置供给电力的励磁电源的个数，因此容易实现充电系统整体的小型化和低成本化。

在所述电池模块的充电系统中，也可以是：所述受电单元具备配置在所述一次侧线圈和所述二次侧线圈之间的空气间隙、与所述二次侧线圈之间的绝缘材料。

根据所述构成，绝缘材料例如为贴附在丙烯酸板上的高耐压的绝缘膜，通过更换该绝缘材料，容易调整任意的介电强度（dielectricstrength）。

在所述电池模块的充电系统中，还可以具备：监视表示构成所述电池模块的多个所述电池的状态的状态信号的状态监视装置；以及基于由所述状态监视装置监视的所述电池的状态信号，来控制对所述电池的充电的开始和结束的充电控制电路，所述充电控制电路配设在所述受电单元和所述选择电路之间，在用于将所述电池模块的多个所述电池的状态信号分别传递至所述状态监视装置的多个信号配线的中途，分别连接有用于从所述选择电路分别对所述电池模块的多个所述电池进行充电的多个充电配线。

根据所述构成，各信号配线中的与各充电配线的连接点和各电池之间的部分为信号配线和充电配线相互重复的部分，由于在用于电池的状态信号的传递的同时也可用于电池的充电，因此能够简化充电系统整体的配线。

在所述电池模块的充电系统中，还可以具备基于由各所述信号配线中的与各所述充电配线的连接点和各所述电池之间的部分中流过对所述电池的充电电流而产生的电压降，来校正作为所述电池的状态信号传递给所述状态监视装置的所述电池的端子电压的校正电路。

根据所述构成，由于由充电配线和信号配线相互重复的部分中流过对电池的充电电流而产生的电压降，导致作为电池的状态信号的电池的端子电压的测量误差产生。但是，通过构成为基于该电压降来校正电池的端子电压的测量结果，能够根据校正后的电池的端子电压的测量结果来精度良好地控制对电池进行充电的开始和结束。

在所述电池模块的充电系统中，也可以是：所述电池为镍氢电池。

根据所述构成，例如，镍氢电池具有相对于SOC的变动，在常用区域中电压变化小的特性，因此通过正确测量镍氢电池的端子电压，能够精度良好地控制对电池进行充电的开始和结束。

本发明的上述目的、其他目的、特征和优点，通过参照附图对下面的最佳实施方式的详细说明，将变得清楚。

发明的效果：

根据本发明，能够将对构成电池模块的多个（许多）电池均一且稳定地进行充电的充电系统的构成简单化。

附图说明

图1A是示出单体的电池模块的构成例的图；

图1B是示出使用多个电池模块构成的电池堆的构成例的图；

图2是示出本发明涉及的电池模块的充电系统的构成例的图；

图3A是用于说明本发明中的非接触式充电装置的主要部分的结构例的图；

图3B是用于说明本发明中的非接触式充电装置的主要部分的结构例的图；

图3C是用于说明本发明中的非接触式充电装置的主要部分的结构例的图；

图4是示出本发明中的状态监视装置的构成例的图；

图5是表示本发明中的电池堆的检查工作时的处理流程例的流程图；

图6A是示出对电池模块内的奇数号电池进行充电时的充电系统整体的状态的图；

图6B是示出在对电池模块内的偶数号电池进行充电时的充电系统整体的状态的图；

图7是示出各种蓄电装置的电压相对SOC的变化的SOC特性图；

图8A是用于说明充电对象电池的充电停止时的电池选择电路的状态的图；

图8B是用于说明对充电对象电池充电时的电池选择电路的状态的图；

图9是用于说明在对电池模块的两端中任一端的电池进行充电时的电池选择电路的状态的图。

具体实施方式

下面，参照附图来对本发明的实施方式进行说明。此外，以下全部附图中对相同或相当的要素标以相同的参照符号，并省略其重复说明。

<电池模块的形态>

使用图1A、图1B，来说明本发明中的电池模块的形态。此外，图1A是示出单个电池模块的构成例的图，图1B是示出使用多个电池模块构成的电池堆的构成例的图。

图1A所示的电池模块B由将能够充放电、且输出电压为V1的n（自然数）个电池C相互串联连接而成。另外，该图所示的电池模块B采用了层叠型二次电池的结构，相邻的两个电池C之间的电连接通过一方的电池C正极和另一方的电池C的负极的直接、且物理的接触来实现。因此，在该图中省略了用于连接相邻的两个电池C之间的配线。

此外，在相邻的两个电池C之间，也可以插入散热板以执行电池C产生的热的散热。例如，该散热板为导电性的金属板、优选实施了镀镍的铝板，散热板中设置空气的流通孔，通过来自风扇等的空气来进行散热。另外，该散热板使用能够将相邻的两个电池C电连接的部件形成。

另外，电池模块B也可以具有在层叠电池C并组装之后缔结螺栓、来确保电池C的密闭的密闭结构。通过形成密闭结构，能够在防止电解液的泄露的同时，不需要电解液的补充，因此，能够使得不需要进行维护。

另外，为了使用多个电池模块B来构成后述的电池堆S，电池模块B的两端分别经由线缆53与模块连接端子51连接。此外，构成电池模块B的电池C的个数n根据用途或规格而不同。在本实施方式中，构成电池模块B的电池C的个数n为30。因此，若电池C的输出电压V1为1.2V，则电池模块B的输出电压（n×V1）为36V。

图1B所示的电池堆S由在将m（自然数）个单元的图1A所示的电池模块B相互串联连接构成一列电池模块组之后、并联连接I（自然数）组电池模块组而构成。也就是说，相邻的两个电池模块B经由线缆53和模块连接端子51而相互连接。电池堆S的两端分别经由堆输出端子52连接至断路器54等的外部设备。

此外，构成电池堆S的电池模块B的串联连接数m和并联连接数I基于系统上要求的使用电压和电池容量而确定。例如，电池堆S可以在用于重新利用铁道系统中电动车辆减速时产生的再生电力的蓄电设备、用于在自然能源发电系统中吸收不稳定的发电电力的变动的蓄电设备中使用。此外，在面向铁道系统的蓄电设备的情况下，该蓄电设备的输出电压一般为直流1500V。在这种情况下，电池C的输出电压V1例如若为1.2V，则所需的电池C的个数n为1250个。并且，若构成电池模块B的电池C的个数n为30，则电池堆S的一列电池模块B的串联连接数m为42。

<电池模块的充电系统的构成例>

图2是示出本发明涉及的电池模块的充电系统的构成例的图。

该图中示出的充电系统1对于电池模块B，由非接触式充电装置3、状态监视装置10、极性选择电路21、电池选择电路25、CPU29构成。

该图所示的电池模块B由相互连接共计2n+2个电池C而构成。另外，为了构成电池堆S，电池模块B经由模块连接端子51分别与配置在前侧（纸面上侧）的电池模块B和配置在后侧（纸面下侧）的电池模块B串联连接。各电池C的正极位于配置在前侧的电池模块B的一侧，各电池C的负极位于配置在后侧的电池模块B的一侧。下文中，为了方便说明，从配置在前侧的电池模块B朝向配置在后侧的电池模块B，对各电池C假定付予升序的识别编号（1～2n+2）。

非接触式充电装置3由励磁电源5、包括一次侧线圈6的送电装置60、包括二次侧线圈7的受电装置70、整流器8、和充电控制电路9构成。另外，受电装置70和整流器8构成受电单元。

励磁电源5在从商用系统等外部电源4接受交流电力的供给时，输出具有高频的传输频率（例如125kHz）的交流电力。此外，传输频率不限于125kHz，可以根据充电对象使用适当的值。在送电装置60被以一次侧线圈6能够与二次侧线圈7电磁耦合的方式安装在受电装置70上的状态下，来自励磁电源5的高频电力被供给至一次侧线圈6时，二次侧线圈7通过电磁感应接受从一次侧线圈6输送的交流电力。在二次侧线圈7中接受的交流电力通过整流器8转换成直流电力，该直流电力被作为用于对电池模块B的充电对象电池充电的电力被供给至充电控制电路9。充电控制电路9的电路构成是已知的，因此省略其说明。

充电控制电路9进行将从整流器8供给的直流电力转换成适合充电对象电池的充电的电压/电流的控制。作为电池C的充电方式，使用在一定电压下进行充电的恒电压充电方式。此外，也可以使用以一定的电流进行充电的恒电流充电方式、或者在一定电流下进行充电之后再在一定的电压进行充电的恒电流-恒电压充电方式等。

另外，充电控制电路9进行控制，来以充电对象电池C的电压由于充电而达到预定的电压的时间点为契机，结束该电池C的充电。此外，也可以进行控制，来以从充电对象电池的充电开始经过了规定的时间的时间点、或者充电对象电池C的SOC达到了规定值时间点等为契机，来结束该电池C的充电。此外，正极侧配线17和负极侧配线18从充电控制电路9的输出侧延伸设置，正极侧配线17和负极侧配线18用于经由极性选择电路21和电池选择电路25，分别相对电池模块B的充电对象电池C的正极侧和负极侧形成电力的充电路径。

状态监视装置10是监视作为电池模块B的各电池C的状态的电压的装置，由一台母机10a和针对每个电池模块B设置的多台子机10b构成。母机10a和多个子机10b互相通过通信线路2连接。子机10b是具备CPU11、包括A/D转换器12的测量电路15、与母机10a之间的通信接口等的信息处理装置。母机10a是具备CPU、存储器、多台子机10b之间的通信接口、以及显示电池监视结果的显示装置的信息处理装置。母机10a例如可以由现有的个人计算机和其外围设备构成。

极性选择电路21和电池选择电路25配设在充电控制电路9和电池模块B之间。极性选择电路21和电池选择电路25构成为从构成电池模块B的各电池C中选择充电对象电池，形成对由充电控制电路9选择的充电对象电池进行充电的充电配线。具体地，极性选择电路21和电池选择电路25如下所述地构成。

极性选择电路21包括由其一端与充电控制电路9的正极侧配线17连接的两个开关SW_D1、SW_D3、以及其一端与充电控制电路9的负极侧配线18连接的两个开关SW_D2、SW_D4构成的共计四个开关22。开关22优选构成为半导体开关。此外，与正极侧配线17连接的开关SW_D1和与负极侧配线18连接的开关SW_D4的另一端与电池选择电路25的第一端子23连接。与负极侧配线18连接的开关SW_D2和与正极侧配线17连接的开关SW_D3的另一端与电池选择电路25的第二端子24连接。在四个开关22各自的开/关的切换控制中，基于来自CPU29的指令，以开关SW_D1、SW_D3的开关对、和开关SW_D2、SW_D4的开关对互补开关的方式执行。

这里，考虑在接通连接在正极侧配线17上的两个开关SW_D1、SW_D3中的开关SW_D1的同时，接通连接在负极侧配线18上的两个开关SW_D2、SW_D4中的开关SW_D2的情况。在这种情况下，电池选择电路25的第一端子23与充电控制电路9的正极侧配线17连接，电池选择电路25的第二端子24与充电控制电路9的负极侧配线18连接。

相反，考虑接通连接在正极侧配线17的两个开关SW_D1、SW_D3中的开关SW_D3的同时，接通连接在负极侧配线18上的两个开关SW_D2、SW_D4中的开关SW_D4的情况。在这种情况下，电池选择电路25的第一端子23与充电控制电路9的负极侧配线18连接，电池选择电路25的第二端子24与充电控制电路9的正极侧配线17连接。即，通过开关22的切换控制，能够在电池选择电路25的第一端子23和第二端子24中，使充电电流的流动方向（极性）反转。

电池选择电路25包括由其一端与第一端子23连接，且其另一端分别与电池模块B的奇数编号的电池2k-1（k=1～n+1）的正极侧和最末编号的电池2n+2的负极侧分别连接的开关SW_C0、SW_C2、…、SW_C2n、SW_C2n+2、以及其一端与第二端子24连接，且其另一端与电池模块B的偶数编号的电池2k（k=1～n+1）的正极侧连接的开关SW_C1、SW_C3、…、SW_C2n+1构成的共计2n+3个开关26。开关26优选由半导体开关构成。即，开关26的个数比构成电池模块B的电池C的个数多一个。

电池选择电路25和电池模块B之间通过配线27连接。即，配线27的一端与电池选择电路25的开关26连接，配线27的另一端与电池模块B的相邻电池C之间的接触端（contactend）和模块整体的两端（bothends）分别连接。这里，配线27是从充电控制电路9对电池模块B的充电对象电池充电的充电配线的一部分，同时是将电池模块B的电池C的状态信号传递给状态监视装置10的信号配线的一部分。另外，如上所述，电池模块B采用层叠型二次电池的结构，相邻两个电池C之间的接触端是各电池C的正极侧或负极侧。此外，在相邻的两个电池C之间插入散热板的情况下，可以通过在散热板上设置分接头，来将该分接头作为电池C之间的接触端。

连接子机10b的测量电路15和电池模块B的各电池C的配线14在电池模块B侧的一端优选与电池选择电路25的开关26在电池模块B侧的一端连接。例如，在图2中，从与电池模块B的各电池连接的配线27分支的配线14与子机10b的测量电路15连接。

CPU29经由极性选择电路21和线路L3电连接，经由电池选择电路25和线路L4电连接，并经由状态监视装置10的子机10b的CPU11和线路L2电连接。CPU29基于来自CPU11的信号，执行存储装置（未图示）中存储的程序，进行极性选择电路21和电池选择电路25的总体控制（例如，开关22和开关26的切换控制）。这里，包括开关22和26的切换控制的由CPU29进行的总体控制也可以使用现有的控制技术实现。

<关于非接触式充电装置>

图3A、图3B、图3C分别是用于说明本发明中的非接触式充电装置的主要部分的结构例的图。

非接触式充电装置3是利用了电磁感应方式的非接触电力传输技术的充电装置。对电磁感应方式的非接触电力传输技术进行详细说明，非接触电力传输技术是如下技术：送电装置60的一次侧线圈6和受电装置70的二次侧线圈7以能够电磁耦合的方式相对情况下，一次侧线圈6中流过交流电产生磁通量的同时，使一次侧线圈6中产生的磁通量与二次侧线圈7交链，由此在二次侧线圈7引起交流电压，其结果是，从送电装置60向受电装置70进行电力传输。

另外，非接触式充电装置3如图3A，图3B所示，构成为相对二次侧的受电装置70，一次侧的送电装置60能够装卸。即，励磁侧的送电装置60和受电侧的受电装置70分别是不同个体。操作员在进行电池模块B或电池堆S的检查工作时，用手拿着送电装置60，来以使一次侧线圈6和二次侧线圈7能够电磁耦合的方式对送电装置60和受电装置70定位。该定位机构例如由形成于送电装置60的凸部60a和为与该凸部60a嵌合而在受电装置70中形成的凹部70a构成。该凸部60a和凹部70a是示意性示出的，可以预想各种具体的构成。另外，也可以凸部形成在受电装置中，凹部形成在送电装置中。另外，定位机构只要构成为以送电装置60能够装卸至受电装置70、且送电装置60被安装时一次侧线圈6能够与二次侧线圈7电磁耦合的方式定位，则可以采用任何构成。

采用上述那样的非接触式充电装置3的目的在于确保外部电源4和电池模块B之间的绝缘，以及减少构成充电系统1的部件数。

首先，对确保绝缘进行说明。

在电池模块B、电池堆S被用于面向铁道系统或自然能源发电系统等大容量的蓄电设备的情况下，在针对每个电池对构成电池模块B、电池堆S的电池C进行充电时，需要有伴随接地故障（漏电）的触电事故的对策。例如，在面向铁道系统的蓄电设备的情况下，电池模块B的端子电压一般为1500V，构成电池模块B的电池C的端子电压例如设为1.2V时，需要的电池C的个数为1250个。在这种情况下，将电位最低的电池作为充电对象时不需要考虑该电池的对地电压，但是将电位最高的电池作为充电对象时，需要考虑该电池的对地电压。例如，在图3C所示的例子中，电位最高的电池的两端电位为1440（V）、1438.8（V），与面向便携设备或电动车的电池模块的端子电压（最高数十V～数百V）相比，是非常高的电位。

在非接触式充电装置3中，由于送电装置60的一次侧线圈6和受电装置70的二次侧线圈7之间被电分离，因此容易确保绝缘。即，不需要考虑构成电池模块B或电池堆S的各电池C的对地电位。另外，受电装置70中，一次侧线圈6和二次侧线圈7之间产生的空气间隙和二次侧线圈7之间插入绝缘材料90。绝缘材料90例如为贴附在丙烯酸板上的高耐压的绝缘膜。该高耐压的绝缘膜例如为聚对苯二甲酸乙二酯（PET）膜、聚醚酰亚胺（PEI）膜。另外，作为绝缘材料90，可以使用陶瓷材料或聚合物材料。另外，绝缘材料90可以根据需要的介电强度，而使用各种绝缘材料。通过如此适当更换具有各种种类的绝缘材料90，使得任意介电强度的调整变得容易。其结果是，非接触式充电装置3能够充分确保外部电源4和电池模块B之间的绝缘，能够防止伴随接地故障的触电事故。下面对减少充电系统1的部件数进行说明。

由于送电装置60相对受电装置70可装卸，因此在多个电池模块B相互串联连接构成电池堆S的情况下，如图3B所示，需要针对每个电池模块B设置受电装置70，但是送电装置60只要针对电池堆S整体设置一个即可。因此，能够减少包括一次侧线圈6的送电装置60和励磁电源5的个数，因此容易谋求充电系统1整体的小型化、低成本化。

另外，非接触式充电装置3具有使得在送电装置60安装至受电装置70时一次侧线圈6能够与二次侧线圈7电磁耦合的方式定位的定位机构。在图3A～图3C中，定位机构通过将送电装置60的外观设置为凸型，且受电装置70的外观设置为凹型而构成。即，通过送电装置60的凸部60a嵌合至受电装置70的凹部70a中，来以一次侧线圈6和二次侧线圈7能够电磁耦合的方式进行送电装置60相对于受电装置70的定位。其结果是，能够将一次侧线圈6中产生的磁通量没有浪费地与二次侧线圈7交链，能够提高从送电装置60向受电装置70的电力传输效率。

<通过状态监视装置进行充电控制的例子>

图4是示出状态监视装置10的构成例的图。为了使附图简略化，将构成该图所示的电池模块B的电池C的个数设为5。

本实施方式的子机10b的测量电路15构成为能够测量电池模块B内的各电池C的端子电压。详细地说，电池模块B内的各电池C的电压经由配线14而施加到子机10b的测量电路15。施加到子机10b的测量电路15的各电池C的电压（模拟值）通过A/D转换器12以一定的周期依次被A/D转换。经A/D转换的各电池C的电压（数字值）被读入CPU11，经由通信线路2发送至母机10a。

母机10a的CPU执行存储在存储装置（未图示）中的程序，基于各电池C的电压，例如判别各电池C的充电状态、或电池模块B是否在正常工作。另外，母机10a的CPU经由子机10b的CPU11和线路L1与充电控制电路9电连接，同时经由子机10b的CPU11和线路L2与CPU29电连接。母机10a的CPU执行存储在存储装置中的程序，在判别为需要进行对电池C的充电开始处理、对电池C的充电结束处理、或电池模块B的充放电停止处理（例如，联锁处理）等时，经由子机10b的CPU11，对充电控制电路9和CPU29发送充电开始信号、充电结束信号、以及充放电停止信号等规定的信号。充放电控制电路9和CPU29接收这些信号，进行开关22和26的切换控制等，执行对电池C的充电开始处理、对电池C的充电结束处理、以及电池模块B的充放电停止处理等。

此外，状态监视装置10构成为监视电池模块B的各电池C的电压，但是也可以构成为除各电池C的电压之外，还监视各电池C的温度、压力等。母机10a基于从子机10b收集的各电池C的电压、温度、压力等数据，判别电池模块B是否在正常工作，尤其是判别故障的程度。在母机10a判别为电池模块B中发生了故障的情况下，通过将该判別的结果显示在母机10a的显示装置上，来通知操作员。另外，在母机10a判别为电池模块B中发生的故障的程度为重大级别时，如上所述，执行联锁处理以使充电系统1整体或电池堆S的一列的电池模块组的充放电自动停止。

此外，除母机10a集中控制多台子机10b之外，也可以形成为不设置母机10a而分别独立控制多台子机10b。在这种情况下，子机10b的CPU11执行存储在存储装置（未图示）中的程序，并基于各电池C的电压，例如判别各电池C的充电状态、电池模块B是否在正常工作，在判别为需要进行对电池C的充电开始处理、对电池C的充电结束处理、以及电池模块B的充放电停止处理等时，向充电控制电路9和CPU29发送规定的信号。

<电池堆的检查工作时的处理流程例>

图5是表示电池堆S的检查工作时的处理流程例的流程图。

首先，作为判别不合适电池时的充电前的准备，状态监视装置10（母机10a，子机10b）针对每个构成电池堆S的电池模块B对构成该电池模块B的各电池C的端子电压进行测量，基于其测量结果来监视各电池C的充电状态（步骤S10）。此外，各电池C的充电状态显示在母机10a的显示装置上。此时，母机10a在判别各电池C的电压（端子间电压）存在偏差时（步骤S11：是），以输出不合适电池的识别编号和其被测量的电压的方式发出警报（步骤S12）。此外，将被测定为最小的电压的电池C判定为不合适电池。

操作员通过操作分别连接在位于电池堆S两端的堆输出端子52的断路器54，从应用了电池堆S的系统1中将电池堆S解列。另外，操作员将包括发出了警报的不合适电池的电池模块B的正极侧和负极侧的线缆53分别从电池堆S的模块连接端子51卸下（步骤S13）。此外，如上所述，为了在非接触式充电装置3的送电侧和受电侧之间确保绝缘，也可以不进行断路器54的解列操作，但是从安全方面考虑，进行断路器54的解列操作更为优选。

当以上那样的判别不合适电池时的充电前的准备完成之后，操作员通过使送电装置60的凸部嵌合在受电装置70的凹部，来将送电装置60安装至受电装置70。其结果是，成为送电装置60的一次侧线圈6和受电装置70的二次侧线圈7能够电磁耦合的状态。即，成为一次侧线圈6能够流过交流电使磁通量产生的状态，同时成为能够使一次侧线圈6中产生的磁通量与二次侧线圈7交链的状态（步骤S14）。在该状态下，操作员接通外部电源4，从外部电源4向送电装置60的励磁电源5供给交流电力。

母机10a经由子机10b的CPU11，对CPU29和充电控制电路9发送充电开始信号（步骤S15）。CPU29接收充电开始信号，对极性选择电路21的开关22和电池选择电路25的开关26进行开关切换控制，以使得能够分别对不合适电池进行充电（步骤S16）。其结果是，不合适电池中流过充电电流。

当母机10a判别不合适电池的电压的测量结果由于充电而变正常时（步骤S17：是），母机10a经由子机10b的CPU11，对CPU29和充电控制电路9发送充电结束信号（步骤S18）。其结果是，不合适电池的充电结束。CPU29接收充电结束信号，进行将极性选择电路21的开关22和电池选择电路25的开关26全部切断的复位控制（步骤S19）。

操作员解除送电装置60的凸部和受电装置70的凹部的嵌合，将送电装置60从受电装置70卸下（步骤S20）。操作员实施启动检查，如果没有特别的异常（步骤S21：正常），则操作员通过将包括本次检查中作为充电对象的电池C的电池模块B的正极侧和负极侧的线缆53分别与电池堆S的模块连接端子51连接，来将该电池模块B恢复（步骤S22）。

此外，在步骤S17中，当从不合适电池测量的电压达到期望的电压时，结束该不合适电池的充电，但是也可以以该不合适电池的SOC与其他电池C的SOC相等时、完成了规定的蓄电容量部分的充电时、或者经过了预先指定的充电时间时等为契机，结束该不合适电池的充电。

另外，各电池C中多个电池的电压相对低的情况下，也可以在结束电压最低的电池C的充电之后，依次进行电压第二以上低的电池C的充电。如此，若从电压低的电池C依次进行充电，则依次消除了电池模块B内的电池C的电压的偏差，能够实现电池模块B内的电池C的电压的均一化。

另外，以上一系列的处理，除了启动检查（步骤S21）之外，也可以为了减轻操作员的负担而自动化。

<极性选择电路和电池选择电路的详细动作例>

使用图6A、图6B，来说明极性选择电路21和电池选择电路25的详细的动作例。此外，图6A是示出对电池模块B内的奇数编号的电池2n+1充电时的充电系统整体的状态的图，图6B是示出对电池模块B内的偶数编号的电池2n充电时的充电系统整体的状态的图。

首先，对电池模块B内的奇数编号的电池2n+1的电压低于其他电池C的电压的情况进行说明。

电池模块B内的各电池C的电压按照从子机10b到母机10a的顺序传递，在母机10a的显示装置中显示。当母机10a自动或者通过操作员的选择操作而选择电池模块B内的各电池C中电压最低的奇数编号的电池2n+1（不合适电池、充电对象电池）时，母机10a经由子机10b的CPU11，对CPU29和充电控制电路9，输出对所选择的奇数编号的电池2n+1的充电开始信号。

之后，CPU29接收充电开始信号，对极性选择电路21进行开关切换控制以接通开关SW_D1和开关SW_D2，同时对电池选择电路25进行开关切换控制以接通连接在奇数编号的电池2n+1的两端的开关SW_C2n和开关SW_C2n+1。此时，如作为图6A的粗线部分示出的，形成从外部电源4到奇数编号的电池2n+1的充电配线，经由该充电配线充电电流流过奇数编号的电池2n+1，由此奇数编号的电池2n+1的充电开始。此外，从充电控制电路9到奇数编号的电池2n+1的充电配线依次经由充电控制电路9的正极侧配线17、开关SW_D1、电池选择电路25的第一端子23、开关SW_C2n、奇数编号的电池2n+1、开关SW_C2n+1、电池选择电路25的第二端子24、开关SW_D2、充电控制电路9的负极侧配线18而形成。

接着，对电池模块B内的偶数编号的电池2n的电压低于其他电池C的电压的情况进行说明。

与奇数编号的电池2n+1同样，母机10a自动或者通过操作员的选择操作而选择电池模块B内的各电池C中电压最低的偶数编号的电池2n（不合适电池、充电对象电池）时，母机10a经由子机10b的CPU11，对CPU29和充电控制电路9发送对所选择的偶数编号的电池2n的充电开始信号。

之后，CPU29对极性选择电路21进行开关切换控制，以接通开关SW_D3和开关SW_D4，同时对电池选择电路25进行开关切换控制，以接通连接在偶数编号的电池2n的两端的开关SW_C2n-1和开关SW_C2n。此时，如作为图6B的粗线部分所示出的，形成从外部电源4到偶数编号的电池2n的充电配线，经由该充电配线充电电流流过偶数编号的电池2n，由此开始偶数编号的电池2n的充电。此外，从充电控制电路9到偶数编号的电池2n的充电配线依次经由充电控制电路9的正极侧配线17、开关SW_D3、电池选择电路25的第二端子24、开关SW_C2n-1、偶数编号的电池2n、开关SW_C2n、电池选择电路25的第一端子23、开关SW_D4、充电控制电路9的负极侧配线18而形成。

对图6A的粗线部分和图6B的粗线部分对比可知，流过偶数编号的电池2n和奇数编号的电池2n+1的接触端和开关SW_C2n的一端之间的配线27的电流的方向（极性）反转了。

以上，需要对一个电池模块B设置一组受电装置70、整流器8和充电控制电路9，但是如果设置一对极性选择电路21和电池选择电路25，则能够将电池模块B内的全部电池C作为充电对象电池。其结果，虽然进行一次充电的电池仅为电池模块B内的一个电池，但是能够抑制对电池模块B内全部电池C充电所需的设备成本和占地面积，能够实现节省空间和低成本化。此外，在对电池堆S内的多个电池模块B内的电池C充电的情况下，也可以使用多个送电装置60。

<伴随共用一部分配线的电池的测量电压的校正例>

使用图6A、图6B、图7、图8A、图8B、图9，来说明伴随具有电池C的充电配线和电池C的电压的输出路径相互重复的配线17的电池C的电压的校正方法。图7是示出各种蓄电装置的电压相对SOC的变化的SOC特性图。图8A是用于说明充电对象电池m处于充电停止中时的电池选择电路的状态的图，图8B是用于说明充电对象电池m处于充电中时的电池选择电路的状态的图。图9是用于说明进行作为电池模块B的两端的任一端的电池的电池1的充电时的电池选择电路25的状态的图。

在图6B中，进行了偶数编号的电池2n的充电，但是此时，母机10a发生如下现象：将偶数编号的电池2n的电压以高于实际的电压的电压显示，同时，将偶数编号的电池2n的邻接电池（2n-1，2n+1）的电压以小于实际电压的电压显示。该现象是伴随着作为充电配线的配线27用作测量的路径而产生的。具体地，该现象伴随着充电电流流过从偶数编号的电池2n到与测量电路15连接的配线14上分支为止的配线27而产生，起因于配线27的电阻。母机10a中，为了充电控制，需要正确地检测偶数编号的电池2n的电压，但是偶数编号的电池2n处于充电中时，不能正确测量作为充电对象的偶数编号的电池2n和其邻接电池（2n-1，2n+1）的电压，因此不能进行适当的充电控制。该现象对于在图6A中对奇数编号的电池2n+1进行充电时也会同样发生。

特别地，使用图7来考察作为电池C采用镍氢电池时的问题。此外，在图7中，曲线a表示镍氢电池的电压变化，曲线b表示铅蓄电池的电压变化，曲线c表示锂离子电池的电压变化，曲线d表示双电层电容器的电压变化。电压相对SOC的变动的变化（ΔV/ΔSOC）在镍氢电池的情况下约为0.1，在锂离子电池的情况下约为2，在双电层电容器的情况下约为3。这里，如果各个情况的电压变化相同，则镍氢电池的SOC的变动相当于锂离子电池的SOC的变动的20倍。因此，在采用镍氢电池的情况下，与其他种类的二次电池相比，即使其充电结束电压的变化微小，也会对该SOC的变动产生很大的影响。因此，为了防止电池C的过充电的同时，实现以100%的SOC充电，需要精密的电池的电压的测定。

这里，考虑由于充电电流而引起的配线27的电压降来进行电池C的测量电压的校正，由此在该电池C处于充电中的情况下，更正确地计算该电池C的电压。即，在充电对象电池m（m为电池编号）的充电开始前预先存储其邻接电池（m-1，m+1）的子机测量端电压（Vm-1，Vm+1），基于他们和充电对象电池m处于充电中时的邻接电池（m-1，m+1）的子机测量电压（Vm-1’，Vm+1’）的偏差（Vm-1-Vm-1’，Vm+1-Vm+1’），来计算与充电对象电池m的两极连接的配线27的电压降（Δvm-1，Δvm），使用计算出的电压降（Δvm-1，Δvm）来进行子机测量端电压（Vm-1，Vm+1）的校正，更正确地计算充电对象电池m的电压。使用图8A、图8B来具体说明该校正方法。

如图8A所示，当停止充电对象电池m的充电时，由于从充电对象电池m到子机10b的配线中电流不流动，因此如下式所示，子机10b的测量端电压Vm和充电对象电池m的端电压Em一致。

（式1）

Em-1=Vm-1…（1-1）

Em=Vm…（1-2）

Em+1=Vm+1…（1-3）

另一方面，如图8B所示，在开始充电对象电池m的充电时，由于从充电对象电池m向子机10b的配线27中流过电流，因此配线27中产生电压降（Δvm-1，Δvm），与此相伴子机10b的测量端电压发生变化。发生这样的变化的电池是充电对象电池m及其邻接电池（m-1，m+1）共计3个电池。这里，在如图8A所示，在充电对象电池m的充电开始前，测量邻接电池（m-1，m+1）的电压（Vm-1，Vm+1），存储所测量的电压（Vm-1，Vm+1）。

如图8B所示，在开始充电对象电池m的充电时，邻接电池（m-1，m+1）的子机测量端电压（Vm-1’，Vm+1’）降低，充电对象电池m的子机测量端电压Vm’上升，但是其偏差ΔVm-1（=Vm-1-Vm-1’）、ΔVm+1（=Vm+1-Vm+1’）与伴随充电对象电池m的充电的配线27的电压降（Δvm-1，Δvm）相等。因此，不认为由于充电对象电池m的充电而其邻接电池（m-1，m+1）的电压变动。因此，能够使用充电对象电池m及其邻接电池（m-1，m+1）的子机测量端电压（Vm-1’，Vm’，Vm+1’）、和连接在充电时的充电对象电池m的两极的配线27的电压降（Δvm-1，Δvm），来利用如下所示的式子，通过计算实时求出充电对象电池m及其邻接电池（m-1，m+1）的正确的电压（Em-1’，Em’，Em+1’）。

（式2）

Em-1’=Vm-1’+Δvm-1…（2-1）

Em’=Vm’-Δvm-1-Δvm…（2-2）

Em+1’=Vm+1’+Δvm…（2-3）

此外，除了通过充电前和充电中的邻接电池的子机测量端电压的偏差，来计算与充电对象电池m的两极连接的配线27的电压降之外，也可以通过配线电阻和充电电流的积来计算与充电对象电池m的两极连接的配线27的电压降。

另外，在充电对象电池m位于电池模块B的两端中任一端的情况下，也能够基于上述的计算方法来正确计算该充电对象电池m的电压。如图9所示，电池1的负极侧的配线27的电压降Δv1能够与上述同样地计算，但是电池1的正极侧的配线27的电压降Δv0由于没有邻接的电池，因此不能使用上述计算方法。这里，假定作为从电池选择电路25分别到电池1的正极侧和负极侧的配线长l0、l1之间的关系，l0≈l1成立，并且它们的配线电阻r0、r1相等，则充电电流i_C不变，因此下式成立。

（式3）Δvo≈Δv1…（3）

因此，即使在充电对象电池m位于电池模块B的两端中任一端的情况下，也能够通过以下所示的式子，来实时计算正确的电池C的电压，其结果，能够实现适当的充电控制。

（式4）

E1’=V1’-Δv0-Δv1≈V1’-2Δv1…（4-1）

E2’=V2’+Δv1…（4-2）

此外，假定配线27的电阻r为0.04（Ω），充电电流i_C为3（A），则配线27的电压降Δv为0.12（V）。这相当于作为电池C采用具有1.2V的端子电压的镍氢电池时，其端子电压的10%。如使用图7说明的，镍氢电池的电压变动与其他类型的蓄电装置相比较小，因此由于微小的电压的测量误差也会对充电控制产生大的影响。尤其是，当超过规定电压的10%来进行充电时，电池处于过充电状态，会导致损伤电池。此外，即使不至于损伤，如果反复过充电也很可能对电池寿命产生不良影响。因此，通过如上述实时计算正确的电池C的电压，能够实现各种蓄电装置、优选的是二次电池，更优选的是镍氢电池的适当的充电控制。

此外，校正电池C的测量电压的计算可以通过各种各样的手段来实现。例如，电池C的电压虽然经由配线14施加在子机10b上，但是也可以在测量电路15上设置执行上述校正计算的控制电路来进行校正。例如，也可以将以实时进行经由A/D转换器12获得的电池C的电压的校正计算的方式进行了最优化的DSP（DigitalSignalProcessor，数字信号处理器）作为控制电路使用。另外，也可以在存储装置（未图示）中存储进行上述校正计算的程序，将CPU11经由A/D转换器12获得的电池C的电压临时存储在该存储装置中，并通过执行该程序来进行电池C的电压的校正计算。该电池C的电压的校正计算除子机10b的CPU11之外，也可以由母机10a的CPU进行。

基于上述说明，对本领域技术人员而言，本发明的很多改良或其他实施方式是明显的。因此，上述说明应当仅解释为例示、以向本领域技术人员教导执行本发明的最好的方式为目的而提供。在不脱离本发明的精神的情况下，可以对其结构和/或功能的详细进行实质性变更。

工业应用性：

本发明作为多个电池相互串联连接而成的电池模块的充电系统、尤其是针对每个电池对构成电池模块的多个电池充电的充电系统有用。

符号说明：

C…电池；

B…电池模块；

S…电池堆；

51…模块连接端子；

52…堆输出端子；

53…线缆；

54…断路器；

1…电池模块的充电系统；

2…通信线路；

3…非接触式充电装置；

4…外部电源；

5…励磁电源；

6…一次侧线圈；

60…送电装置；

60a…凸部；

7…二次侧线圈；

70…受电装置；

70a…凹部；

90…绝缘材料；

8…整流器；

9…充电控制电路；

10…状态监视装置；

10a…母机；

10b…子机；

11…CPU；

12…A/D转换器；

14…配线；

15…测量电路；

17…正极侧配线；

18…负极侧配线；

21…极性选择电路；

22…开关；

23…第一端子；

24…第二端子；

25…电池选择电路；

26…开关；

27…配线；

29…CPU。

Claims

1.一种电池模块的充电系统，具备：

包括用于输送交流电力的一次侧线圈的送电装置；

包括通过电磁感应接受从所述一次侧线圈输送的交流电力的二次侧线圈，并将接受的交流电力转换成直流电力的受电单元；

构成为以所述送电装置能够装卸至所述受电单元、并且在所述送电装置被安装时所述一次侧线圈能够与所述二次侧线圈电磁耦合的方式定位的定位机构；

构成为能够选择作为二次电池的多个电池相互串联连接而成的电池模块的所述多个电池中的一个电池，将所述直流电力充电至该选择的一个电池的选择电路；

监视表示构成所述电池模块的多个所述电池的状态的状态信号的状态监视装置；以及

配设在所述受电单元和所述选择电路之间，基于由所述状态监视装置监视的所述电池的状态信号，来控制对所述电池的充电的开始和结束的充电控制电路；

其特征在于，

所述充电控制电路形成为如下结构：

在用于将所述电池模块的多个所述电池的状态信号从这些多个所述电池分别传递至所述状态监视装置的多个信号配线的中途，分别连接有从所述选择电路向所述电池模块的多个所述电池分别延伸、并分别对这些多个所述电池进行充电的多个充电配线；

在各所述信号配线中的、各所述信号配线与各所述充电配线的连接点和各所述电池之间的部分中，流过对各所述电池的充电电流以及各所述电池的状态信号。

2.根据权利要求1所述的电池模块的充电系统，其特征在于，

多个所述电池模块相互串联连接，各所述电池模块具备所述受电单元、所述定位机构和所述选择电路，同时对于多个所述电池模块具备一个所述送电装置。

3.根据权利要求1所述的电池模块的充电系统，其特征在于，

所述受电单元具备配置在所述一次侧线圈和所述二次侧线圈之间的空气间隙、与所述二次侧线圈之间的绝缘材料。

4.根据权利要求1所述的电池模块的充电系统，其特征在于，所述充电系统还具备：

基于由各所述信号配线中的、各所述信号配线与各所述充电配线的连接点和各所述电池之间的部分中流过对各所述电池的充电电流而产生的电压降，来校正作为所述电池的状态信号传递给所述状态监视装置的所述电池的端子电压的校正电路。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池模块的充电系统，其特征在于，

所述电池是镍氢电池。