CN103201889B - 二次电池单体、电池组以及电力消耗装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种二次电池单体、电池组以及电力消耗装置，其具有能够精确和容易地检测电池组中的二次电池单体的状态的配置和结构。本发明的二次电池单体20包括具有测量电池状态的测量功能的集成电路(IC芯片)60，电池组具有本发明的多个二次电池单体，以及所述电力消耗装置包括具有本发明的多个二次电池单体的本发明的电池组。

Description

二次电池单体、电池组以及电力消耗装置
技术领域
本发明涉及一种二次电池单体、电池组以及电力消耗装置。
背景技术
电池组已经用于诸如移动电话、数字照相机、便携式游戏机、笔记本式个人计算机以及电动工具的各种便携式设备中。现在，电池组不仅用于这些设备中，而且用于诸如电力辅助自行车、电动车以及更进一步地诸如家用储能装置的需要较高的输出和较高的容量的领域中。
作为内置在电池组中的二次电池单体，当前所主要使用的一种二次电池单体是锂离子二次电池单体。锂离子二次电池单体被用于非常广的范围中，因为其重要的特性，即，它可以通过充电来重复地使用；它输出高电压；它具有高的能量密度；自放电少；以及它具有长寿命。为了响应于设备要具有较高输出和较高容量的要求，二次电池单体(单个电池)以多个串联地或者多个并联地连接并且以组合电池的形式被使用的情况越来越多。以这种方式使用二次电池单体具有许多优点。然而，必须比以前更小心地使用二次电池单体，因为通过以这种方式使用它，所使用的能量数量变得非常大。
通常，关于诸如过度充电、过度放电、过电流以及温度的电池组的状态被监测。电池组包括具有电池保护电路的控制电路，免得在危险状态或者引起特性劣化的状态下被使用。传统上，当电池保护电路工作时，作为一个整体的电池组的充电/放电操作被适当地停止，以便保证电池组或者其中内置有电池组的电力消耗装置的安全。通常，整个电池组的温度状态被监测。对于每个二次电池单体执行对过度充电、过度放电以及过电流的监测。然而，它实际上基于复杂的处理被执行，在该复杂的处理中，用于测量流入每个二次电池单体的电流和二次电池单体的端电压的测量单元被设置在每个二次电池单体中，并且设置在电池组中的控制电路通过有线传输来接收测量单元获得的值，以及控制电路获得电流值和端电压值。
电池认证系统认证设置在电池组中的二次电池单体，以确定安装在电力消耗装置中的电池组是否可以安全地用于电力消耗装置。该电池认证系统被广泛地使用，并且例如从日本专利申请公开公报No.2006-236806中，可以熟知用于从包括无线IC标签的二次电池单体读取诸如ID号的个体识别信息的技术。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开公报No.2006-236806。
发明内容
要解决的问题
然而，传统上整个电池组的温度状态被监测并且每个二次电池单体的温度不被监测。因此，很难说传统的电池组的温度状态监测是足够的。传统的电池组中的过度充电、过度放电以及过电流的监测需要如上所述的复杂的处理。此外，通过使用日本专利申请公开公报No.2006-236806中所公开的技术，可以确定电池组是否是经认证和授权的电池组。然而，电池组中的二次电池单体的状态仍然是未知的，并且难以最优地控制包括许多二次电池单体的电池组。
因此，本发明的一个目的是用于提供具有能够精确和容易地检测电池组中的二次电池单体的状态的配置和结构的二次电池单体、具有二次电池单体的电池组以及更进一步的包括电池组的电力消耗装置。
技术方案
实现上述目的的本发明的二次电池单体包括具有测量电池状态的测量功能的集成电路(IC芯片)。
实现上述目的的本发明的电池组具有本发明的多个二次电池单体。
实现上述目的的本发明的电力消耗装置包括具有本发明的多个二次电池单体的本发明的电池组。
技术效果
关于本发明的二次电池单体、电池组或者电力消耗装置，二次电池单体包括集成电路，并且集成电路具有测量电池状态的测量功能。因此，二次电池单体自身可以收集电池状态信息，并且整个电池组的配置可以被简化。
附图说明
图1是示例1的二次电池单体的示意性端视图；
图2(A)是示例1中的集成电路的框图；以及图2(B)是示意性地示出示例1中的电信号的发送/接收的示图；
图3是示出示例1的电池组中的二次电池单体的连接状态的示图；
图4(A)是电池组的示意性立体图；以及图4(B)是已经从其移除盖的电池组的示意图；
图5是示例2的二次电池单体的示意性立体图；
图6是示出示例2的电池组中的二次电池单体的连接状态的示图；
图7是示出示例2的电池组的变型中的二次电池单体的连接状态的示图；
图8是示出示例3的电池组中的二次电池单体的连接状态的示图；
图9(A)是示例4的二次电池单体的示意性立体图；以及图9(B)是集成电路和天线的组合件的示意图；
图10是示例5的二次电池单体的示意性立体图；
图11(A)和图11(B)分别是示例6的二次电池单体的示意性立体图和它的变型的示意性立体图；
图12(A)和图12(B)分别是示例6的二次电池单体的变型的示意性立体图；
图13(A)和图13(B)分别是示例6的二次电池单体的示意性分解立体图和它的变型的示意性分解立体图。
具体实施方式
在下文中，尽管本发明基于参考附图的示例被说明，但是本发明不限于这些示例，并且示例中的各种值和材料作为示例被给出。按以下顺序给出说明。
1、本发明的二次电池单体、电池组以及电力消耗装置的概括说明
2、示例1(本发明的二次电池单体、电池组以及电力消耗装置)
3、示例2(示例1的变型)
4、示例3(示例1的另一变型)
5、示例4(示例1的又一变型)
6、示例5(示例1的再一变型)
7、示例6(示例1的又一个另一变型)以及其他
[本发明的二次电池单体、电池组和电力消耗装置的概括说明]
在本发明的二次电池单体、本发明的电池组中的二次电池单体以及本发明的电力消耗装置中的二次电池单体(以下统称为“本发明的二次电池单体等”)中，集成电路可以具有存储的个体信息。在这里，作为个体信息，可以例示从包括被给予二次电池单体的识别号(ID号)、被给予二次电池单体的认证号、二次电池单体的制造商的名称、二次电池单体的销售商的名称、二次电池单体的型号、二次电池单体的额定值、二次电池单体的规格、被给予集成电路本身的识别号(ID号)以及认证二次电池单体的密钥信息的组中选择的至少一种信息。此外，当个体信息是被给予二次电池单体的识别号或者认证号时，可以容易无误地确定二次电池单体是否是经认证和授权的二次电池单体。
在包括如上所述的优选实施例的本发明的二次电池单体等中，通过集成电路测量的电池状态(电池信息)可以是从包括电池温度、电池电流以及电池端电压的组中选择的至少一种物理量的形式。在这里，尽管电池温度根据集成电路被布置在二次电池单体中什么地方而改变，但是它表示二次电池单体内部的温度或者二次电池单体的外表面的温度。电池电流表示在二次电池单体的正极和负极之间流动的电流值。此外，电池端电压表示二次电池单体的正极和负极之间的电压值。
在包括如上所述的优选实施例的本发明的二次电池单体等中，优选的是，集成电路具有通过基于来自二次电池单体的外部的电信号的电力而工作(即，通过外部电源而工作)并且将个体信息和/或测量的电池状态发送到所述外部的配置。利用这个配置，可以以较小尺寸设计集成电路本身，并且也可以降低生产成本。在这种情况下，更优选的是，集成电路被配置为从二次电池单体的外部接收电信号并且通过对电信号整流来获得电力。此外，在这些配置中，
[A]如果集成电路被配置为将个体信息和/或测量的电池状态无线地发送到二次电池单体的外部，从而电池组的配置可以被非常简化，或者
[B]集成电路可以被配置为通过有线传输将个体信息和/或测量的电池状态发送到二次电池单体的外部。在[B]的情况和集成电路被布置在二次电池单体中的情况下，优选的是，集成电路被配置为连接到设置在二次电池单体中的信息输入端和信息输出端或者连接到信息输入/输出端。因此，可以简化用于检测整个电池组的布线，可以减少与控制电路的连接点的数量，并可以提高电池组的可靠性。替换地，在[B]的情况下，集成电路可以被配置为连接到设置在二次电池单体中的电源线，以向外部提供电力，使得个体信息和/或测量的电池状态可以附加在电源线路径上被发送到控制电路，并且该配置可以被简化。此外，在这种情况下，优选如下地配置：带通滤波器被设置在集成电路和电源线之间。使适合于通信频率的频率通过的带通滤波器仅仅需要发送个体信息和/或测量的电池状态。带通滤波器可以被集成在集成电路中或者可以与集成电路分离地设置。
在包括如上所述的优选实施例的本发明的电池组中或者在本发明的电力消耗装置中的电池组中，多个二次电池单体的连接配置可以被例示为：多个二次电池单体并联地连接和多个并联的连接单元串联地连接的形式以及多个二次电池单体串联连接和多个串联的连接单元并联的连接的形式，但是连接配置不限于这些。
集成电路可以如下地配置：集成电路无线地或者通过有线传输被连接到包括在电池组内或者设置在电池组的外部的控制电路，并且来自集成电路的电池状态和个体信息无线地或者通过有线传输被发送到控制电路。集成电路通过布线被连接到设置在电池组中的控制电路的形式包括如上所述的集成电路被连接到电源线的形式。控制电路可以被配置为具有MPU和存储装置(例如，包括EEPROM)的电路。如果必要，控制电路具有从集成电路接收电池状态和个体信息并且与集成电路交换信息的通信电路。优选的是，个体信息被存储在控制电路中。根据情况，定序器可以作为MPU的替换物被使用。集成电路可以通过将来自控制电路的电信号发送到二次电池单体被控制。控制电路对应于“外部”。在无线通信的情况下，用于该方法的示例可以包括包含ZigBee和IrDA的红外线、诸如蓝牙和家用RF的无线局域网协议、Wi-Fi、NFC、ISO/IEC18092以及ISO/IEC14443。
集成电路可以被布置在二次电池单体中或者可以被布置在二次电池单体的外表面上。因此，在本发明的二次电池单体等的各种优选实施例和配置中，具有以下的总共八种形式：
[1]集成电路被布置在二次电池单体中、电源是外部电源并且信息通过无线方法被发送的形式；
[2]集成电路被布置在二次电池单体中、电源是外部电源并且信息通过有线方法被发送的形式；
[3]集成电路被布置在二次电池单体中、电源是二次电池单体并且信息通过无线方法被发送的形式；
[4]集成电路被布置在二次电池单体中、电源是二次电池单体并且信息通过有线方法被发送的形式；
[5]集成电路被布置在二次电池单体的外部、电源是外部电源并且信息通过无线方法被发送的形式；
[6]集成电路被布置在二次电池单体的外部、电源是外部电源并且信息通过有线方法被发送的形式；
[7]集成电路被布置在二次电池单体的外部、电源是二次电池单体并且信息通过无线方法被发送的形式；
[8]集成电路被布置在二次电池单体的外部、电源是二次电池单体并且信息通过有线方法被发送的形式。优选的是，采用形式[1]、[3]、[4]、[5]、[7]和[8]。有线方法包括如上所述的集成电路连接到电源线的形式。
在集成电路被布置在圆柱形二次电池单体中的情况下，集成电路可以被布置在诸如设置在二次电池单体中的上绝缘板和安全阀机制之间存在的间隙和电池盖或者帽的正下方存在的间隙的适当空间中。当集成电路被布置在包括层状类型的棱柱形二次电池单体中时，集成电路可以被布置在诸如由布置在密封板(盖板)正下方或者层状部中的绝缘隔离片所围绕的间隙的适当的空间中。当电池电流和/或电池端电压由集成电路测量或者当电源是二次电池单体时，集成电路可以连接到正极或者正极延伸部(例如正极引线、正极管脚或者电池盖)和负极或者负极延伸部(例如负极引线或者电池罐)，或者可以连接到热敏电阻元件(正温度系数，PTC元件)和负极或者负极延伸部。
另一方面，当集成电路被布置在二次电池单体的外部时，集成电路可以被粘接在二次电池单体的外部上，或者集成电路可以通过适当的方法被层压在二次电池单体的外部上。集成电路可以通过使用作为天线、布线等的一部分外部膜被连接。当电池电流和/或电池端电压由集成电路测量时或者当电源是二次电池单体时，可以通过使用适当的方法将集成电路连接到正极或者正极延伸部和负极或者负极延伸部。当信息通过无线方法被传送时，集成电路可以被配置为具有天线。根据情况，二次电池单体的电极和电池盖可以作为天线来使用。天线也可以通过二次电池的外部材料形成图案来被成型。例如，天线可以是环形天线或者可以是偶极天线。当信息通过有线方法被发送时，控制电路可以通过用于检测的布线被连接到二次电池单体或者可以通过电源线被连接。
为了测量电池温度，集成电路有必要例如具有pn结部。因为pn结部的内建电势(内建电压)具有温度依赖性，二次电池单体的温度通过将正向电流施加到pn结部来测量电压值或者通过将正向恒压施加到pn结部来测量电流值被获得。为了测量电池电流，已知的电流测量电路可以被设置在集成电路中。为了测量电池端电压，已知的电压测量电路可以被设置在集成电路中。
锂离子二次电池可以作为二次电池单体被例示，但是二次电池单体不限于此。根据需要的特性，要被使用的二次电池的种类可以被任意选择。二次电池单体的配置和结构本身可以是已知的配置和结构，二次电池单体的形状可以是已知的圆柱体和棱柱体。控制二次电池单体的充电和放电的充电/放电控制电路可以被配置为具有MPU和(例如包括EEPROM的)存储装置的已知的电路。充电/放电控制电路可以被配置为具有已知的电池保护电路。如果必要，电池保护电路可以被操作以停止电池组的功能。同样地，充电/放电控制电路可以被集成在如上所述的控制电路中。
本发明的电池组可以被应用于诸如电动汽车(包括混合动力车)、高尔夫车、电动车、电动摩托车、电力辅助自行车、铁路车辆、诸如电钻的电动工具、电源单元或者家用能源服务器(用于家用的储能装置)、个人计算机、移动电话、PDA(个人数字助理)、数字照相机或者摄像机、摄像放像机、电子书、电子词典、音乐播放器、收音机、头戴式耳机、无绳电话听筒、电动剃须刀、电冰箱、空调、电视机或者图像显示装置、监控器、立体声设备、热水器、微波炉、洗涤机器、洗衣机、烘干机、诸如室内灯的照明设备、游戏机、导航系统、存储卡、起搏器、助听器、医疗设备、玩具、机器人、道路调节器（roadconditioner）以及信号等的各种电力消耗装置。电池组可以是这些电力消耗装置的驱动电源或者辅助电源。本发明的电池组还可以应用于诸如为包括房屋的建筑结构或为电力设备存储电力的电源的设备，并且可以用于向这种设备提供电力，并可以在所谓的智能电网中作为储能装置来使用。这些储能装置不仅可以提供电力而且通过被供给来自其它电源的电力来存储电力。此外，本发明的电池组可以被包括在家用能源管理系统(HomeEnergyManagementSystem,HEMS)或者建筑物能源管理系统(BuildingEnergyManagementSystems,BEMS)中。不仅市电而且各种太阳能电池、燃料电池、热电站、核电站、水电站、风力发电站、微型水电站以及地热电站可以被例示为向构成电池组的二次电池单体充电的电源，并且由电力消耗装置产生的可再生能源可以被例示为向构成电池组的二次电池单体充电的电源，但是电源不限于这些。
[示例1]
示例1涉及本发明的二次电池单体、电池组和电力消耗装置。图1是示例1的二次电池单体的示意性端视图。图2(A)是示例1中的集成电路的框图，图2(B)是示意性示出示例1中的电信号的发送/接收的示图。图3是示出二次电池单体的连接状态的示图。图4(A)是电池组的示意性立体图，图4(B)是已经移除盖的电池组的示意图。
以下将描述的示例1或者示例2-6的二次电池单体包括具有测量电池状态(电池信息)的测量功能的集成电路(IC芯片)50。此外，集成电路50存储下面将描述的示例1或者示例2-6中的个体信息。在这里，个体信息例如是被给予每个二次电池单体20的识别号(ID号)和认证号。同样地，制造商的名称、销售者的名称、二次电池单体的型号、等级以及规格、被给予集成电路本身的识别号(ID号)以及认证二次电池单体的密钥信息也可以作为个体信息被增加。
示例1的电池组10具有示例1的多个二次电池单体20。如图3所示，作为示例1或者以下将描述的示例2-6中的电池组10中的二次电池单体的连接状态(组合的电池的状态)，多个二次电池单体20串联地连接，并且多个串联连接的单元并联地连接，但是它不是限制的。更具体地说，在电池组10中，7个二次电池单体20串联地连接，3个包括一组串联连接的二次电池的串联连接的单元并联地连接。二次电池单体20被包含在配置为诸如ABS树脂的塑料的外罩17中。串联连接的单元被连接到电源线18，以向外部提供电力，并且电源线18连接到以下将描述的输出单元16。
在示例1中，集成电路50通过基于来自二次电池单体20外部的电信号(外部电信号)的电力来工作。即，集成电路50通过外部电源来工作。个体信息和测量的电池状态被发送到外部。在这里，在示例1中，集成电路50通过以预定的时间间隔接收来自二次电池单体20外部的电信号(外部电信号)并且通过对外部电信号整流来获得电力。此外，集成电路50将个体信息和测量的电池状态无线地发送到二次电池单体的外部。在这里，更具体地说，该外部是控制电路(控制装置)60。即，集成电路50无线地连接到设置在电池组10中的控制电路60，并且来自集成电路50的电池状态和个体信息被无线地发送到控制电路60。集成电路50通过布线(未示出)连接到二次电池单体20的电池盖34并且将电池盖34作为天线使用。根据情况，集成电路50可以包括独立的天线。控制电路60被配置为MPU61和具有例如包括EEPROM的存储装置62的电路，其包括从集成电路50接收电池状态和个体信息并且与集成电路50交换信息的通信电路63，并且以预定的时间间隔将外部电信号发送到二次电池单体20。控制二次电池单体20的充电和放电的充电/放电控制电路进一步被包括在控制电路60中。控制电路60储存存储装置62中的个体信息并且将它与来自集成电路50的个体信息比较。控制电路60的电源是构成电池组10的二次电池单体20。已知的电池保护电路64被设置在控制电路60中，并且电池保护电路64可以被操作以如果必要使电池组10的功能停止。更具体地说，电池保护电路64包括保险丝，并且电池保护电路64被操作，以使电池组10的功能停止。即，该保险丝可以在MPU61的控制下被熔化。被设置在电池保护电路64中的过度放电防止开关和过度充电防止开关的功能也可以被停止。然而，电池保护电路64不限于这些配置。如上所述，集成电路50被布置在二次电池单体20中，电源是外部电源，信息通过无线方法被发送，即，集成电路50是处于如上所述[1]的形式，并且可以不必设置用于检测的特殊的布线而了解电池状态。
在示例1中，二次电池单体20是圆柱形二次电池单体并且包括锂离子二次电池。二次电池单体20本身的配置和结构可以是已知的配置和结构。集成电路50被布置在二次电池单体20中的布置的上绝缘板32和安全阀机制35之间存在的空间A中。集成电路50可以被布置在电池盖34的正下方存在的空间B中。
在示例1或者以下将描述的示例2-6中，通过集成电路50测量的电池状态是从包括电池温度、电池电流以及电池端电压组（更具体地说，即三个物理量：示例中的电池温度、电池电流以及电池端电压）中选择的至少一个物理量。然而，不限制在这些方面，它可以仅仅是电池温度、仅仅是电池电流、仅仅是电池端电压、电池温度和电池电流、电池温度和电池端电压或者电池电流和电池端电压。为了测量电池温度，集成电路50具有pn结部。为了测量电池电流，已知的电流测量电路(特别地，电流测量电路例如配置为分流电阻、运算放大器以及AD转换器的组合、电流变压器或者元件类型电流传感器或者磁共振电流传感器和运算放大器以及AD转换器的组合以及参考电压产生电路、电阻以及AD转换器的组合)被设置在集成电路50中。为了测量电池端电压，已知的电压测量电路(特别地，电压测量电路例如配置为运算放大器和AD转换器的组合和参考电压产生电路、电阻分压器以及AD转换器的组合)被设置在集成电路50中。
在示例1的包括锂离子二次电池的二次电池单体20中，通过经由隔板43卷绕正极材料41和负极材料42获得的卷绕电极体40和一对绝缘板(上绝缘板32和下绝缘板33)被包含在实质上形成为空心圆柱体的电池罐31中。隔板43将正极材料41和负极材料42分隔，并且在防止通过正极材料41和负极材料42之间的接触发生短路的同时使锂离子通过。电池罐31例如由镀镍的铁制成。它的一端被封闭，另一端被打开并且构成开口端。这对绝缘板32和33被布置为将卷绕电极体40夹在中间并且被布置为与卷绕的外部表面垂直地设置。
在电池罐31的开口端中，电池盖34和设置在电池盖34内的安全阀机制35以及热敏电阻元件(PTC元件)36通过经由垫片37被填塞来被安装，并且电池罐31的内部被密封。电池盖34例如由与电池罐31相同的材料制成。安全阀机制35经由热敏电阻元件36电连接到电池盖34。安全阀机制35被配置为如下：在内部压力由于内部短路或者来自外部的热量而高于某一值的情况下，碟形板（diskplate）35A被翻转，使得电池盖34和卷绕电极体40的电连接被断开。热敏电阻元件36限制该电流并且根据温度的增加而增加电阻来防止由于大电流引起的不正常的放热。垫片37例如由绝缘材料制成，并且沥青被涂敷在它的表面上。
例如在卷绕电极体40的中央，插入中心销44。在卷绕电极体40中，由铝等制成的正极引线45被连接到正极材料41，并且由镍等制成的负极引线46被连接到负极材料42。正极引线45通过被焊在安全阀机制35来电连接到电池盖34。另一方面，负极引线46被焊到电池罐31。
锂离子二次电池例如被如下制造：
首先，正极材料41和负极材料42通过已知的方法被制造。接下来，在正极引线45通过被焊到正极材料41而被固定的同时，负极引线46通过被焊到负极材料42而被固定。接着，在通过经由隔板43卷绕正极材料41和负极材料42形成卷绕电极体40并且正极引线45的前端部被焊在安全阀机制35的时候，在负极引线46的前端部被焊在电池罐31后，卷绕电极体40被包含在电池罐31中，同时被夹在这对绝缘板32和33之间。电解液被引入到电池罐31中并且隔板43被电解液浸润。最后，集成电路50被安装在电池罐31中，并且电池盖34、安全阀机制35以及热敏电阻元件36通过经由垫片37被填塞来被固定到电池罐31的开口端上。以这种方式，完成图1中示出的锂离子二次电池。
在示例1的电池组10中，21个二次电池单体20的每一个被包含在设置在外罩17中的容器中。当所有二次电池单体20被包含在容器中时，外罩17被容纳在电池组10的主单元11中，并且MPU61等安装于其的印刷线路板65以适当的方式(参考图4(B))在外罩17上方被安装到主单元11。封闭件(尤其是，盖)12被放在主单元11上，并且固定件(例如，螺钉)13与设置在主单元11上的固定部件(例如，其上设置有攻丝部（tapportion）14的衬套)螺接在一起。附图标记15表示粘贴在主单元11的侧壁上的识别标记(序列ID、条形码)，并且输出单元16被设置在主单元11的侧壁上。主单元11的形状本质上是任意的，但是它在示例1中是长方体。将多个二次电池单体20放入主单元11/从主单元11取出多个二次电池单体20的开口被设置在主单元11的顶面上，并且封闭件12使这开口封闭。然而，该开口可以被设置在主单元11的侧面上，或者可以被设置在主单元11的底面上。
正如示例1的集成电路50的框图被示出在图2(A)中，集成电路50包括用于处理输入/输出信号的信号处理单元51、个体信息的存储或者各种处理所必需的存储器单元52、用于测量电池温度的温度测量单元(温度测量电路)53，用于测量电池电流的电流测量单元(电流测量电路)54以及用于测量电池端电压的电压测量单元(电压测量电路)55。此外，不需要将温度测量单元53、电流测量单元54以及电压测量单元55的全部都实施到集成电路50。仅仅需要通过根据用途选择功能来实施。集成电路50的电流测量单元54和电压测量单元55经由布线57连接到正极引线45和电池罐31，以测量电流和电压。此外，尽管用于连接集成电路50和电池罐31的布线57未被示出，但是所述布线57与垫片37保持密封状态。
如上所述，集成电路50接收外部电信号，尤其是产生在控制电路60中并且以预定的时间间隔经由通信电路63发送的外部电信号。电力通过对所述外部电信号整流来获得。图2(A)中示出的集成电路50和控制电路60之间的通信处理中的电信号被示出在图2(B)中。首先，包括前导信号的外部电信号经由通信电路63从控制电路60发送到集成电路50。在集成电路50这侧，发送的外部电信号被接收，并且外部电信号被整流，以保证用于集成电路50中的操作的必要的电力。在那之后，命令和二次电池单体20的ID号经由通信电路63从控制电路60发送到集成电路50。在集成电路50这侧，如果发送的ID号对应于集成电路本身的ID号，则具有集成电路50的二次电池单体20的电池状态根据控制信号(尤其是诸如命令和ID号的外部电信号)被测量。集成电路50发送测量的电池状态并且控制电路60接收它，使得电池状态可以被知晓。这些操作和处理依次对所有二次电池单体20执行。通过这些方法，不需要电源部，因为集成电路50基于来自外部(尤其是控制电路60)的外部电信号来获得用于操作的必要的电力。此外，通过这种方法，由于在从外部(尤其是控制电路60)发送的ID号与集成电路本身的ID号相比并且因此对应于集成电路本身的ID号时电池状态从设置在二次电池单体20中的集成电路50被发送，因此在包括许多二次电池单体20的电池组10中的各个电池状态可以不会变得混乱而被获得。控制电路60基于接收的电池状态来确定二次电池单体20是否出现问题。如果二次电池单体20出现问题，即，如果出现二次电池单体20的温度不正常地升高，二次电池单体20中有不正常电流流动，或者在二次电池单体20有不正常的电压值变化，设置在串联连接的单元中的开关SW被断开并且其中已经出现问题的包括二次电池单体20的串联连接的单元可以在控制电路60控制下与电池组10断开连接。根据该情况，来自电池组10的输出可以被停止。指示二次电池单体已经出现问题的警告等可以被给与使用电池组10的用户。同样地，在集成电路50出现问题和通信无法使用的情况下，相同的程序优选被执行。
另外，通信路径和集成电路50中的信息可以被加密，使得即使第三方截取该通信也难以解密。在认证操作被设置在集成电路50和控制电路60之间的情况下，即使电池组10中的二次电池单体20被替换为未授权的产品时，在认证没有被创建时，警告等可以被给予使用电池组10的用户。
电池组10可以被应用于例如电动汽车(包括混合动力车)、高尔夫车、电动车、电动摩托车、电力辅助自行车以及铁路车辆的电力消耗装置。即，电力消耗装置包括具有多个二次电池单体20的电池组10，每个二次电池单体20包括具有测量电池状态的测量功能的集成电路50。为了通过供给电力来驱动被包括在这些装置内的将电力转换为驱动功率的转换装置(尤其是例如，电机)，电池组10可以被放电，并且电池组10还可以通过使用来自该装置的可再生能源被充电。这些电力消耗装置包括包含电池电量显示器的控制装置和用于基于例如关于二次电池单体20的信息来处理关于电力消耗装置的控制的信息的控制装置。
在示例1的二次电池单体、电池组10或者电力消耗装置中，二次电池单体20包括集成电路50并且集成电路50具有测量电池状态的测量功能。因此，二次电池单体20自身可以收集电池状态信息，并且整个电池组10的配置可以被简化。此外，由于设置在每个二次电池单体20中的集成电路50存储诸如被给予二次电池单体20的识别号和认证号的个体信息，因此每个二次电池单体20可以容易地被识别并且二次电池单体是否是经认证和授权的二次电池单体可以容易无误地被确定。另外，因为电源是外部电源并且信息通过无线方法被发送，所以集成电路50可以不必设置用于检测的特殊布线而被驱动并且电池状态可以被知晓。因此，整个电池组10的配置可以被简化。
同样地，集成电路50的电源可以是二次电池单体。即，二次电池单体能够以如上所述[3]的形式。在这种情况下，集成电路50的电流测量单元54和电压测量单元55经由布线57连接到正极引线45和电池罐31，以测量电流和电压，但是电力可以经由布线57被提供给集成电路50。
[示例2]
示例2是示例1的变型。在示例2中，正如示例1中的情况，集成电路50被布置在二次电池单体20中，并且电源是外部电源。另一方面，信息通过有线的方法被发送。即，集成电路50是以[2]的形式。在示例2中，正如电池组中的二次电池单体的连接状态(组合的电池的状态)被示出在图6中，个体信息和测量的电池状态通过有线传输被发送到二次电池单体20的外部(尤其是控制电路60)。正如二次电池单体的示意性立体图被示出在图5中，信息输入/输出端47被设置在二次电池单体20中并且布置在二次电池单体20中的集成电路(图示被省略)经由信息输入/输出端47和布线(用于检测的布线)48被连接到控制电路60。
由于除了以上点之外，示例2的电池组和二次电池单体具有与示例1中描述的电池组和二次电池单体相同的配置和结构，因此详细说明被省略。在示例2中，所谓的总线连接方法被采用，以依次测量二次电池单体。因此，电池组中的所有二次电池单体的电池状态通过少量的用于检测的布线可以被知晓，并且不需要复杂的用于检测的布线。同样地，集成电路50的电源可以是二次电池单体。即，二次电池单体能够以如上所述[4]的形式。如图7所示，所谓的级联连接方法可以被采用，以依次测量二次电池单体。
在示例2的电池组中，控制信号(外部电信号)经由布线48从控制电路60被供给到集成电路50。控制信号在通信时间段期间被提供给集成电路50。在集成电路的这侧，用于操作的必要的电力通过对控制信号整流来获得，并且同时，控制信号的交流分量作为时钟被使用。在控制信号从控制电路60被输出后，命令和ID号在必要的准备时间段后经由布线48从控制电路60被通知到集成电路50，以稳定在集成电路侧的操作。在集成电路的这侧，当所发送的ID号与集成电路本身的ID号相比，并且因此对应于集成电路本身的ID号时，电池状态根据该命令被输出到控制电路60。以这种方式，因为集成电路50基于经由信息输入/输出端47从外部(尤其是控制电路60)输入的控制信号来获得必要的电力和用于操作的时钟，因此不需要电源部。此外，在这个方法中，只有当集成电路本身的ID号与来自控制电路60的ID号相比，并且因此对应于来自控制电路60的ID号时，电池状态从二次电池单体侧被发送到控制电路60。因此，包括许多二次电池单体20的电池组10中的各个电池状态可以不变得混乱而被获得。与示例1类似，该通信可以被加密并且认证操作等可以被执行。同样的操作应用于以下示例。
[示例3]
示例3是示例2的变型。在示例2中，集成电路50被配置为经由信息输入/输出端47和布线(用于检测的布线)48连接到控制电路60。另一方面，在示例3中，正如电池组中的二次电池单体的连接状态被示出在图8中，集成电路50经由设置在二次电池单体20中的电容器59A被连接到电源线18，以向外部提供电力并且作为带通滤波器(bandpassfilter,BPF)的耦合电容器59被设置在集成电路50和电源线18之间。此外，耦合电容器59并联地连接到二次电池单体20。耦合电容器59可以被集成在集成电路50中或者可以与集成电路50分离地设置，并且仅仅需要将耦合电容器59设计为如下：耦合电容器59可以使适合于发送个体信息和/或测量的电池状态的通信频率的频率通过。控制电路60被连接到电源线18。耦合电容器19A和读出器/写入器I/O19B被布置在控制电路60和电源线18之间。同样仅仅需要将耦合电容器19A设计为如下：耦合电容器19A可以使适合于发送个体信息和/或测量的电池状态的通信频率的频率通过。在电源线18的输出单元16侧，包括电抗器的低通滤波器19C和19D被设置，并且构造为如下：个体信息和/或测量的电池状态无法通过输出单元16。根据该情况，低通滤波器19C和集成电路50可以被连接到输出单元16外部的电源线。
以这种方式，在示例3中，在电池组中的二次电池单体的连接状态(组合的电池的状态)中，个体信息和测量的电池状态在被附加在电源线路径上的同时通过有线传输被发送到二次电池单体20的外部(尤其是控制电路60)。与示例1类似，集成电路50可以经由布线57被连接到正极引线45和电池罐31。与示例2不同，在二次电池单体20中，不需要设置信息输入/输出端47并且也不需要设置布线(用于检测的布线)48。由于除了以上点之外，示例3的电池组和二次电池单体具有与示例1和2中说明的电池组和二次电池单体相同的配置和结构，因此详细说明被省略。
[示例4]
示例4也是示例1的变型。正如二次电池单体的示意性立体图被示出在图9(A)中并且作为集成电路50和天线56的组合件的集成电路组合件(无线IC标签)50A的示意图被示出在图9(B)中，示例4中的集成电路50与示例1不同被布置在二次电池单体20的外部。特别地，集成电路50被粘贴在二次电池单体20的外部上或者集成电路50通过适当的手段(例如外部膜)被层压在二次电池单体20的外部上。另一方面，与示例1类似，集成电路50的电源是外部电源，并且信息通过无线方法被传送。即，采用上面描述的形式[5]。集成电路50包括天线56。集成电路50的电流测量单元54和电压测量单元55经由布线58连接到正极引线45和电池罐31，以测量电流和电压。由于除了以上点之外，示例4的电池组和二次电池单体具有与示例1中说明的电池组和二次电池单体相同的配置和结构，因此详细说明被省略。同样地，集成电路50的电源可以是二次电池单体。即，二次电池单体能够以如上所述[7]的形式。在这种情况下，电力可以经由布线58从二次电池单体的电池盖34和电池罐31被供给到集成电路50。
[示例5]
示例5也是示例1的变型。正如二次电池单体的示意性立体图被示出在图10中，在示例5中，与示例4类似，集成电路50被布置在二次电池单体20的外部。同样地，集成电路50的电源是二次电池单体，并且信息通过有线方法(包括集成电路被连接到电源线的形式。在下文中应用相同的形式)被发送。即，如上所述的形式[8]被采用。特别地，集成电路50可以经由布线58被连接到二次电池单体的电池盖34和电池罐31，并且集成电路50通过布线(用于检测的布线)49被连接到控制电路60。因为除了以上点之外，示例5的电池组和二次电池单体具有与示例1中说明的电池组和二次电池单体相同的配置和结构，因此详细说明被省略。同样地，与示例1类似，驱动集成电路50的电源可以是外部电源。即，二次电池单体能够以如上所述[6]的形式。
[示例6]
示例6也是示例1的变型。在示例6中，二次电池单体120是棱柱形二次电池单体。正如示意性立体图被示出在图11(A)中，集成电路被布置在二次电池单体120中(尤其是由布置在密封板(盖板)正下方的绝缘隔离片围绕的间隙)，并且与示例1类似，电源是外部电源，并且信息通过无线方法被发送。即，如上所述的形式[1]被采用。集成电路包括未示出的天线。此外，在图11(A)中或者在以下将描述的图11(B)中，布置在二次电池单体120中的集成电路组合件50A通过虚线被示意性地示出。在二次电池单体120中，包含通过经由隔板卷绕正极材料和负极材料来获得的卷绕电极体。由于除了以上点之外，示例6的二次电池单体120或电池组可以实质上与示例1的二次电池单体或电池组相同，因此详细说明被省略。同样地，集成电路50的电源可以是二次电池单体。即，二次电池单体能够以如上所述[3]的形式。
同样地，集成电路被布置在二次电池单体120中、电源是是外部电源，但是该信息可以通过有线方法被发送。即，二次电池单体可以是以如上所述[2]的形式，并且个体信息和测量的电池状态通过有线传输被发送到二次电池单体120的外部(尤其是控制电路60)。特别地，正如示意性立体图被示出在图11(B)中，信息输入/输出端47被设置在二次电池单体120中，并且布置在二次电池单体120中的集成电路经由信息输入/输出端47和布线(未示出)被连接到控制电路60。同样地，集成电路的电源可以是二次电池单体。即，二次电池单体能够以如上所述[4]的形式。
同样地，正如二次电池单体120的示意性的立体图被示出在图12(A)中，集成电路被布置在二次电池单体120的外部。特别地，集成电路(更具体地说，集成电路组合件50A)被粘贴在二次电池单体120的外部上或者集成电路通过适当的手段(例如外部膜)被层压在二次电池单体120的外部上。集成电路具有与示例4中说明的集成电路相同的配置和结构。集成电路的电源是外部电源，并且信息通过无线方法被发送。即，二次电池单体能够以如上所述[5]的形式。集成电路包括天线。集成电路的电流测量单元和电压测量单元经由布线58被连接到正极端子121和负极端子122，以测量电流和电压。同样地，集成电路50的电源可以是二次电池单体。即，二次电池单体能够以如上所述[7]的形式。在这种情况下，电力可以经由布线58从二次电池单体的正极端子121和负极端子122被供给到集成电路。
同样地，正如二次电池单体120的示意性立体图被示出在图12(B)中，与示例4类似，集成电路被布置在二次电池单体120的外部。集成电路的电源是二次电池单体，并且信息通过有线的方法被传送。即，二次电池单体能够以如上所述[8]的形式。特别地，集成电路经由布线58被连接到二次电池单体120的正极端子121和负极端子122，并且集成电路通过布线(用于检测的布线)49被连接到控制电路60。此外，驱动集成电路的电源可以是外部电源。即，二次电池单体能够以如上所述[6]的形式。
二次电池单体可以是层状类型。正如示意性分解立体图被示出在图13(A)和13(B)中，二次电池单体220具有隔板233被插入在正极材料板231和负极材料板232之间以进行绝缘的结构，并且具有这些的多个层的层状结构被设置，以及层状结构通过铝层压板234从顶部和底部与电解液一起被密封。在正极材料板231和负极材料板232上，正极端子221和负极端子222被分别形成并且从铝层压板234的粘贴部向外伸出。
在这里，在图13(A)中示出的二次电池单体220中，集成电路50或者集成电路组合件50A被连接到正极端子221和负极端子222并且被置于在铝层板234的粘贴部上。即，集成电路50或者集成电路组合件50A被布置在二次电池单体220中。它可以是电源是外部电源并且信息通过无线方法或者有线方法被传送的形式或者可以是电源是二次电池单体并且信息通过无线方法或者有线方法被传送的形式。
在图13(B)中示出的二次电池单体220中，集成电路50或者集成电路组合件50A被连接到正极端子221和负极端子222，但是集成电路50或者集成电路组合件50A被置于铝层压板234的外部。它可以是电源是外部电源并且信息通过无线方法或者有线方法被传送的形式或者可以是电源是二次电池单体并且信息通过无线方法或者有线方法被传送的形式。
以上已经基于优选示例描述了本发明，但是本发明不限于这些示例。在示例中描述的电池组、二次电池单体、集成电路、控制电路等的配置、结构、连接关系等仅仅是示例性的并且可以适当地被改变。
附图标记列表：
10-电池组，11-主单元，12-封闭件(盖)，13-固定件(螺钉)，14-攻丝部，15-识别标记(序列ID)，16-输出单元，17-外罩，18电源线，19A耦合电容器，19B-读出器/写入器I/O，19C和19D-低通滤波器，20、120以及220-二次电池单体，31-电池罐，32-上绝缘板，33-下绝缘板，34-电池盖，35-安全阀机制，35A-碟形板，36-热敏电阻元件(PTC元件)，37垫片，40-卷绕电极体，41-正极材料，42-负极材料，43-隔板，44-中心销，45-正极引线，46-负极引线，47-信息输入/输出端，48和49-布线(用于检测的布线)，50-集成电路，50A-集成电路和天线的组合件的集成电路组合件，51-信号处理单元，52-存储器单元，53-温度测量单元，54-电流测量单元，55-电压测量单元，57和58-布线，59-耦合电容器，60-控制电路，61-MPU，62-存储装置，63-通信电路，64-电池保护电路，121和221-正极端子，122和222-负极端子，231-正极材料板，232-负极材料板，233-隔板，234-铝层压板。

Claims (8)

1.一种二次电池单体，包括：
集成电路，所述集成电路具有测量电池状态的测量功能，所测量的电池状态是从包括电池温度、电池电流以及电池端电压的组中选择的至少一个物理量，
其中，集成电路从二次电池单体外部接收电信号，并且通过对该电信号整流来获得电力以进行工作，
其中，集成电路存储有包括识别号的个体信息，并且集成电路在接收到来自二次电池单体外部的电信号之后，从二次电池单体外部接收识别号，其中，当所接收的识别号对应于集成电路中所存储的识别号时，集成电路将个体信息和/或测量的电池状态发送到外部。
2.如权利要求1所述的二次电池单体，其中，集成电路将个体信息和/或测量的电池状态通过无线方式发送到二次电池单体的外部。
3.如权利要求1所述的二次电池单体，其中，集成电路通过有线传输将个体信息和/或测量的电池状态发送到二次电池单体的外部。
4.如权利要求3所述的二次电池单体，其中，集成电路被连接到设置在二次电池单体中的信息输入/输出端。
5.如权利要求3所述的二次电池单体，其中，集成电路被连接到设置在二次电池单体中的用以向外部供给电力的电源线。
6.如权利要求5所述的二次电池单体，其中，带通滤波器被设置在集成电路和电源线之间。
7.一种电池组，包括多个如权利要求1至6中任一项所述的二次电池单体。
8.一种电力消耗装置，所述电力消耗装置包括如权利要求7所述的电池组。
CN201180054369.5A 2010-11-19 2011-11-17 二次电池单体、电池组以及电力消耗装置 Active CN103201889B (zh)

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