JP2021061570A - バッテリシステム - Google Patents

Abstract

【課題】マルチパスの発生を抑制し、信号を適切に送受信できるバッテリシステムを提供する。【解決手段】バッテリシステム１は、少なくとも一部に金属部分を用いて形成されたケース１１を有する蓄電池１０と、ケース１１ごと、蓄電池１０を収容する金属製のハウジング２０と、ケース１１に設けられ、蓄電池１０に関する情報が重畳された電波の伝搬に用いられるアンテナエレメント３１を有する第１アンテナ３０と、ハウジング２０におけるケース１１外に設けられ、電波の伝搬に用いられるアンテナエレメント４１を有する第２アンテナ４０と、第１アンテナ３０と第２アンテナ４０との間に設けられ、ケース１１の金属部分及びハウジング２０の少なくともいずれか一方で囲まれて形成された筒状体の中空部分を電波の導波路５３とする導波管５０と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、蓄電池に関する情報の伝搬に用いるアンテナを備えたバッテリシステムに関する。

従来、広い分野で蓄電池が利用されてきた。蓄電池を利用する場合、利用者にとっては例えば蓄電池の状態（例えば残量等）が把握できると利便性が向上する。そこで蓄電池の状態を監視する技術が検討されてきた（例えば特許文献１−３）。

特許文献１には、電気自動車等の移動体の駆動用電源として搭載される蓄電池（組電池）の電圧等の監視や、制御を行う監視装置が開示されている。この監視装置は、組電池を構成する複数のモジュールの夫々の電圧を検出する電圧計測ユニットと、当該電圧計測ユニットの検出結果を監視装置とは別体で設けられた中央制御装置に伝送する通信用アンテナとを備えて構成される。

特許文献２には、車両に取り付けられたバッテリの状態情報を検出するバッテリ監視装置が開示されている。このバッテリ監視装置は、バッテリの状態情報を検出し、検出した結果を電磁波を介して非接触で伝送する。

特許文献３には、複数の電池モジュールを監視制御するマスタ管理装置を備えた電池システムが開示されている。電池システムは、マスタ管理装置と複数の電池モジュールが備えられ、複数の電池モジュールの夫々にはスレーブ管理装置と電池セルとが備えられる。マスタ管理装置は、アンテナを介して全てのスレーブ管理装置と無線通信を行って電池セルの監視制御指示信号を送信したり、電池セルの監視制御結果信号を受信したりする。

特開平８−３３９８２９号公報 特開２０１６−１５７６８１号公報 国際公開第２０１５／１８９８９８号

特許文献１−３に記載の技術は、上述したように蓄電池の情報を無線で伝搬している。一方、この種の蓄電池は、金属筐体や導体からなる電池セルで囲まれた空間で無線通信を行う場合が多いことから、筐体や導体において生じる反射波によって信号強度が低下し、通信に支障をきたすことがある。そこで、特許文献３に記載の技術では、信号の送受信に用いる周波数やタイミングを調整することで反射波による影響を抑制している。しかしながら、金属筐体や導体からなる電池セルで囲まれた空間において無線通信で信号を送受信する場合にはマルチパスが生じる可能性があることから、改善の余地がある。

そこで、マルチパスの発生を抑制し、信号を適切に送受信することが可能なバッテリシステムが求められる。

本発明に係るバッテリシステムの特徴構成は、少なくとも一部に金属部分を用いて形成されたケースを有する蓄電池と、前記ケースごと、前記蓄電池を収容する金属製のハウジングと、前記ケースに設けられ、前記蓄電池に関する情報が重畳された電波の伝搬に用いられるアンテナエレメントを有する第１アンテナと、前記ハウジングにおける前記ケース外に設けられ、前記電波の伝搬に用いられるアンテナエレメントを有する第２アンテナと、前記第１アンテナと前記第２アンテナとの間に設けられ、前記ケースの金属部分及び前記ハウジングの少なくともいずれか一方で囲まれて形成された筒状体の中空部分を前記電波の導波路とする導波管と、を備えている点にある。

このような特徴構成とすれば、導波管により第１アンテナと第２アンテナとの間で伝搬する電波の反射によるマルチパスの発生を抑制することができる。したがって、蓄電池に関する情報が重畳された電波を適切に送受信することが可能となる。また、ケースやハウジングを用いて導波管を構成するので、別の部材を用いて導波管を構成する場合に比べて、より軽量、且つ、安価に実現できる。

また、金属材料からなる金属部材を更に備え、前記導波路は、前記少なくともいずれか一方と前記金属部材とで囲まれて形成されると好適である。

このような構成とすれば、金属部材を用いて導波管を構成するので、導波管を構成する上で、配置上の自由度を高めることができる。

また、前記導波路は、前記少なくともいずれか一方における互いに異なる法線ベクトルを有する複数の面と前記金属部材とで囲まれて形成されると好適である。

このような構成とすれば、例えばケースやハウジングの内壁部における角部分や円弧状部分に、中空部分を構成するように金属部材を配置することで、ケースやハウジングの角部分や円弧状部分を有効利用して導波管を構成できる。

また、前記導波管は、前記少なくともいずれか一方に形成された溝部を含んで構成されると好適である。

このような構成とすれば、導波管を容易に構成できる。

また、前記第１アンテナ及び前記第２アンテナは、少なくとも前記アンテナエレメントが前記導波管に収容されると好適である。

このような構成とすれば、アンテナエレメントと例えば無線回路とを別体で設けることができるので、配置上の自由度を向上できる。

また、前記ハウジングに複数の前記蓄電池が収容され、前記第１アンテナは、前記蓄電池毎に設けられると好適である。

このような構成とすれば、蓄電池毎に蓄電池に関する情報を伝達することができる。

前記導波路は、前記蓄電池毎に設けられると好適である。

このような構成とすれば、他の蓄電池における蓄電池に関する情報が重畳された電波との混信を防止できる。

バッテリシステムの搭載例を示す図である。 バッテリシステムの構成を示す図である。 複数の導波管を個別に示した図である。 その他の実施形態に係る導波管を示す図である。

本発明に係るバッテリシステムは、当該バッテリシステム内において無線で情報の伝達を行うことができるように構成される。以下、本実施形態のバッテリシステム１について説明する。

図１は、バッテリシステム１の搭載例を示す図である。図１に示されるように、バッテリシステム１は例えば電気自動車やハイブリッド車両（以下「車両２」とする）に搭載され、これらの車両２に搭載されるバッテリパック１０に関する情報の伝達を行う。ここで、バッテリパック１０は、電力の供給能力を向上すべく、直列に接続された複数のバッテリセルを並列に接続したバッテリモジュールを、更に複数個、直列に接続して構成される。

図２は、このようなバッテリパック１０を備えたバッテリシステム１の構成を模式的に示した図である。また、図３は、複数の導波管５０（後述する）を個別に示した図である。バッテリシステム１は、バッテリパック１０（「蓄電池」の一例）、ハウジング２０、第１アンテナ３０、第２アンテナ４０、導波管５０を備えている。ここで、以下では理解を容易にするために、図２及び図３におけるハウジング２０の幅方向をＸ方向とし、長さ方向をＹ方向とし、高さ方向をＺ方向として示す。

バッテリパック１０は、少なくとも一部に金属部分を用いて形成されたケース１１を有する。上述したように、バッテリパック１０は複数個のバッテリモジュールを直列に接続して構成され、これらのバッテリモジュールは金属製のケース１１内に収容される。ケース１１は、例えばアルミニウムを用いて構成することが可能である。金属部分は、ケース１１のうち少なくとも後述する導波管５０を構成する部分に用いられれば良いが、本実施形態では、ケース１１の全体が金属部分を用いて構成されるとして説明する。

本実施形態では、バッテリシステム１は、２個のバッテリパック１０を備えて構成される。これら２個のバッテリパック１０を区別する場合には、夫々、バッテリパック１２とバッテリパック１３として説明する。本実施形態では、バッテリパック１２とバッテリパック１３とは互いに同じ直方体の形状からなり、Ｙ方向に沿う位置が互いに所定間隔だけずれた状態で、且つ、Ｚ方向に積層した状態で設けられる。なお、Ｘ方向の位置が互いに一致して設けられても、所定間隔だけずらして設けても良い。

ハウジング２０は、金属製であって、ケース１１ごと、バッテリパック１０を収容する。ハウジング２０は、ケース１１と同様に金属材料を用いて構成される。具体的には、ハウジング２０は、例えばアルミニウムを用いて構成することが可能である。ケース１１ごと収容するとは、バッテリモジュールだけでなく、当該バッテリモジュールが内包されたケース１１を含めて収容することをいう。ここで、本実施形態では、上述したように２つのバッテリパック１２，１３が備えられる。したがって、ハウジング２０は、夫々、バッテリモジュールが内包された２個のバッテリパック１２，１３を収容する。

第１アンテナ３０は、バッテリパック１０に関する情報が重畳された電波の伝搬に用いられるアンテナエレメント３１を有する。バッテリパック１０に関する情報とは、例えばバッテリパック１０の出力電圧や使用時間や温度である。もちろん、これらの一部を含むように構成することも可能であるし、これら以外の情報を含むように構成することも可能である。

これらの情報は、バッテリパック１０と有線で接続された情報取得部１４により取得される。ここで、バッテリパック１０はバッテリパック１２とバッテリパック１３とからなる。このため、本実施形態では、バッテリパック１２に情報取得部１５が備えられ、バッテリパック１３に情報取得部１６が備えられる。情報取得部１５はバッテリパック１２に関する情報を取得し、無線通信により伝達可能な信号を生成する。また、情報取得部１６はバッテリパック１３に関する情報を取得し、無線通信により伝達可能な信号を生成する。ここで、バッテリパック１２，１３の夫々と、情報取得部１５，１６の夫々とは、有線で接続される。

本実施形態では、バッテリパック１０毎に第１アンテナ３０が備えられる。上述したように、本実施形態では、バッテリパック１０は、バッテリパック１２，１３から構成されることから、バッテリシステム１において、第１アンテナ３０も複数備えて構成される。具体的には、バッテリパック１２には、アンテナエレメント３４を有する第１アンテナ３２が備えられ、バッテリパック１３には、アンテナエレメント３５を有する第１アンテナ３３が備えられる。アンテナエレメント３４は情報取得部１５と有線で接続され、アンテナエレメント３５は情報取得部１６と有線で接続される。

ここで、第１アンテナ３０は、ケース１１に設けられる。ケース１１に設けられるとは、第１アンテナ３０がケース１１に収容されるだけではなく、ケース１１に付設されること、すなわち、ケース１１の外面に設けられることも含まれる。

上述した、情報取得部１４により生成された信号は、所定の周波数の電波に重畳して空中伝搬される。第１アンテナ３０は、このような電波の空中伝搬に利用される。したがって、アンテナエレメント３４，３５は、夫々、空中伝搬する電波の周波数の波長λに基づいて長さが設定される。本実施形態では、アンテナエレメント３４，３５は、ダイポールアンテナとして構成される。第１アンテナ３０は、上述したようにケース１１に設けられることから、小型化にして構成される。そこで、アンテナエレメント３４，３５のアンテナ長は、上記波長λの１／２或いは１／４で構成すると好適である。

第２アンテナ４０は、ハウジング２０におけるケース１１外に設けられ、電波の伝搬に用いられるアンテナエレメント４１を有する。ハウジング２０におけるケース１１外とは、ハウジング２０の内側であって、ケース１１の外側である。したがって、第２アンテナ４０は、ケース１１と離間した状態で、ハウジング２０に収容される。電波の伝搬とは、上述した情報取得部１４により生成された信号を、所定の周波数に重畳した電波の空中伝搬である。したがって、第２アンテナ４０のアンテナエレメント４１も、ダイポールアンテナとして構成され、アンテナエレメント３４，３５と同様に空中伝搬する電波の周波数の波長λに基づいて長さが設定される。なお、アンテナエレメント４１のアンテナ長も、上記波長λの１／２或いは１／４で構成すると好適である。ここで、本実施形態では、第１アンテナ３０は複数（２個）備えられるが、第２アンテナ４０が備えられる数は１個である。図３では、理解を容易にするために便宜上、第２アンテナ４０が２個示されているが、実際には１個である。

導波管５０は、第１アンテナ３０と第２アンテナ４０との間に設けられ、ケース１１の金属部分及びハウジング２０の少なくとも一方で囲まれて形成された筒状体の中空部分を含む。この中空部分が第１アンテナ３０と第２アンテナ４０との間で伝搬される電波の導波路５３となる。「第１アンテナ３０と第２アンテナ４０との間に設けられ」とは、第１アンテナ３０と第２アンテナ４０とが導波管５０により接続されることを意味する。ここで、導波管５０は、内部に中空部分を有する筒状体で形成される。したがって、この中空部分により第１アンテナ３０と第２アンテナ４０とが連通されることになる。

「ケース１１の金属部分及びハウジング２０の少なくとも一方で囲まれて形成された筒状体」とは、ケース１１の金属部分で囲まれて形成された筒状体、ケース１１の金属部分及びハウジング２０で囲まれて形成された筒状体、及びハウジング２０で囲まれて形成された筒状体が含まれる。本実施形態では、筒状体は、ケース１１の金属部分及びハウジング２０で囲まれて形成される。筒状体の内部には筒状体の軸心に沿って延出する中空部分が形成され、上述した情報取得部１４により生成された信号が重畳された電波が、この中空部分を空中伝搬する。したがって、この中空部分が電波の通り道である導波路５３として用いられる。

ここで、本実施形態では、バッテリシステム１には、２個のバッテリパック１０が備えられ、バッテリパック１０毎に第１アンテナ３０が備えられる。本実施形態では、導波路５３は、バッテリパック１０毎に設けられる。したがって、バッテリシステム１には、２つの導波管５０及び２つの導波路５３が設けられる。以下では、第１アンテナ３２と第２アンテナ４０との間の導波管５０を導波管５１とし、第１アンテナ３３と第２アンテナ４０との間の導波管５０を導波管５２として説明する。また、導波管５１により形成される導波路５３を導波路５４とし、導波管５２により形成される導波路５３を導波路５５として説明する。

本実施形態では、第１アンテナ３０及び第２アンテナ４０は、少なくともアンテナエレメント３１が導波管５０に収容される。導波管５０に収容されるとは、導波管５０の導波路５３に設けられることを意味する。本実施形態では、アンテナエレメント３１だけでなく、第１アンテナ３０及び第２アンテナ４０自体が導波管５０に収容される。本実施形態では、バッテリパック１２のケース１１とハウジング２０との間に第１アンテナ３２を収容する収容部６１が形成される。したがって、収容部６１の上側がハウジング２０で覆われ、下側がバッテリパック１２のケース１１で覆われる。また、収容部６１は上面視が四角形で構成され、収容部６１の４つの側面は、導波路５４と共に、ハウジング２０で囲まれる。したがって、収容部６１は、ハウジング２０を凹状にくりぬいて形成される。収容部６１の４つの側面のうち１面から側方（本実施形態では、Ｘ方向）に沿って延出する導波路５４の第１部分７１が形成され、ハウジング２０の長手方向（Ｙ方向）に沿って延出する導波路５４の第２部分７２と連通される。

また、ハウジング２０には、第２アンテナ４０を収容する収容部６３が形成される。収容部６３は、上面視が四角形で構成され、収容部６３の４つの側面は、導波路５４及び導波路５５と共に、ハウジング２０で囲まれる。したがって、収容部６２は、ハウジング２０を凹状にくりぬいて形成される。収容部６３は側方（Ｘ方向）に沿って延出する導波路５４の第３部分７３が形成され、上述した第２部分７２と連通される。これにより、第１アンテナ３２のアンテナエレメント３４と第２アンテナ４０のアンテナエレメント４１とが、第１部分７１、第２部分７２、第３部分７３を介して導波路５４により連通する状態とされる。

また、本実施形態では、バッテリパック１３のケース１１とバッテリパック１２のケース１１との間に第１アンテナ３３を収容する収容部６２が形成される。したがって、収容部６２の上側がバッテリパック１２のケース１１で覆われ、下側がバッテリパック１３のケース１１で覆われる。また、収容部６２は上面視が四角形で構成され、収容部６２の４つの側面は、導波路５５と共に、ハウジング２０で囲まれる。したがって、収容部６２は、ハウジング２０を凹状にくりぬいて形成される。収容部６２の４つの側面のうち１面から側方（本実施形態では、Ｘ方向）に沿って延出する導波路５５の第１部分７４が形成され、ハウジング２０の長手方向（Ｙ方向）に沿って延出する導波路５５の第２部分７５と連通される。

また、上述した収容部６３は側方（Ｘ方向）に沿って延出する導波路５５の第３部分７６が形成され、上述した第２部分７５と連通される。これにより、第１アンテナ３３のアンテナエレメント３５と第２アンテナ４０のアンテナエレメント４１とが、第１部分７４、第２部分７５、第３部分７６を介して導波路５５より連通する状態とされる。

なお、図２のように構成する場合には、第１アンテナ３０はバッテリパック１０毎に設けられる一方、第２アンテナ４０は１つである。このため、第１アンテナ３２のアンテナエレメント３４を収容する収容部６１及び第１アンテナ３３のアンテナエレメント３５を収容する収容部６２の夫々のＺ方向の位置と、第２アンテナ４０のアンテナエレメント４１を収容する収容部６３のＺ方向の位置とが一致しないことになる。そこで、夫々の導波路５３における第２部分７２，７５が、Ｙ方向に対して傾斜を有するように構成すると良い。図２の例では、Ｘ方向視にハウジング２０を見て、第２部分７２がＹ方向に対して右下がりになるように（収容部６３に近づくにつれて収容部６１から下がるように）構成し、第２部分７５はＹ方向に対して平行に構成している。もちろん、収容部６２と収容部６３との位置関係によっては、第２部分７５がＹ方向に対して右上がりになるように（収容部６３に近づくにつれて収容部６２から上がるように）構成しても良い。

以上のように導波路５３が形成されることから、本実施形態では導波管５０は、上述したように、ハウジング２０を凹状にくりぬいて形成された溝部を含んで構成される。

また、導波路５３の幅（第１部分７１，７４にあってはＹ方向の長さ、第２部分７２，７５にあってはＸ方向の長さ、第３部分７３，７６にあってはＹ方向の長さ）は、アンテナエレメント３４，３５のアンテナ長に基づいて設定すると良い。すなわち、アンテナエレメント３４，３５から伝搬される電波の波長λで構成すると好適である。

以上のようにバッテリシステム１を構成することで、バッテリパック１０のケース１１及びハウジング２０により導波管５０の導波路５３を形成することが可能となる。したがって、導波路５３を形成するにあたり、別の部材を用いて導波管５０を構成する必要がないので、低コストで実現できる。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、バッテリシステム１が電気自動車やハイブリッド車両に搭載される場合の例を挙げて説明したが、バッテリシステム１は車両以外に設けても良い。

上記実施形態では、バッテリシステム１に２つのバッテリパック１０が備えられるとして説明したが、バッテリパック１０は１つであっても良いし、３つ以上であっても良い。

上記実施形態では、バッテリパック１３のケース１１とバッテリパック１２のケース１１との間に第１アンテナ３３を収容する収容部６２が形成されるとして説明したが、収容部６２は、バッテリパック１３のケース１１とハウジング２０との間に形成することも可能である。

上記実施形態では、導波管５０は、ハウジング２０に形成された溝部を含んで構成されるとして説明したが、バッテリパック１０のケース１１に溝部を形成して構成することも可能であるし、ハウジング２０及びバッテリパック１０のケース１１の双方に溝部を形成して構成することも可能である。

上記実施形態では、第１アンテナ３０及び第２アンテナ４０は、全体が導波管５０に収容されるとして説明したが、アンテナエレメント３１及びアンテナエレメント４１のみが導波管５０に収容されるように構成することも可能である。

上記実施形態では、ハウジング２０に複数のバッテリパック１０が収容され、第１アンテナ３０は、バッテリパック１０毎に設けられるとして説明したが、第１アンテナ３０は複数のバッテリパック１０において共用するように構成することも可能である。

上記実施形態では、導波路５３は、複数のバッテリパック１０毎に設けられるとして説明したが、導波路５３は複数のバッテリパック１０を備えている場合において、夫々のバッテリパック１０において共用するように構成することも可能である。

上記実施形態では、第２アンテナ４０が１つであるとして説明したが、第２アンテナ４０は複数備えていても良い。

上記実施形態では、ハウジング２０を直方体状に示したが、ハウジング２０は所定の面にＹ方向に沿って延出する突出部を設け、当該突出部の内側に溝部を形成して導波路５３を構成することも可能である。

上記実施形態では、第１アンテナ３０のアンテナエレメント３１及び第２アンテナ４０のアンテナエレメント４１がバッテリパック１０の上面と平行な面、すなわちＸＹ平面上に構成されるように示したが、第１アンテナ３０のアンテナエレメント３１及び第２アンテナ４０のアンテナエレメント４１はバッテリパック１０の側面と平行な面、すなわちＹＺ平面上に構成することも可能であるし、ＸＺ平面上に構成することも可能である。

上記実施形態では、導波管５０がバッテリパック１０のケース１１とハウジング２０とで構成されるとして説明したが、導波管５０を金属材料からなる金属部材８０を備えて構成することも可能である。図４は、ハウジング２０の角に断面Ｌ字状の金属部材８０を接合し導波管５０を構成した場合の例を示す図である。

図４に示されるように、金属部材８０を用いることで、ハウジング２０と金属部材８０とで囲んで形成された導波路５３を構成することが可能となる。もちろん、ケース１１と金属部材８０とで囲んで形成された空間を導波路５３とすることも可能であるし、ハウジング２０及びケース１１と金属部材８０とで囲んで形成された空間を導波路５３とすることも可能である。このような金属部材８０は、例えばアルミニウムを用いて構成することが可能である。

また、図４の構成を換言すれば、導波路５３は、ハウジング２０における互いに異なる法線ベクトルを有する複数の面９１，９２と金属部材８０とで囲まれて形成されるといえる。すなわち、ハウジング２０の内面（内壁部）のうち、互いに異なる方向を向く少なくとも２つの面９１，９２と、金属部材８０とで囲んだ空間を導波路５３とすることが可能である。もちろん、ハウジング２０の内面（内壁部）は、３つ以上の面を用いることも可能であるし、ハウジング２０の内面（内壁部）は円弧状の面であっても良い。

本発明は、蓄電池に関する情報の伝搬に用いるアンテナを備えたバッテリシステムに用いることが可能である。

１：バッテリシステム
１０：バッテリパック（蓄電池）
１１：ケース
２０：ハウジング
３０：第１アンテナ
３１：アンテナエレメント
４０：第２アンテナ
４１：アンテナエレメント
５０：導波管
５３：導波路
８０：金属部材

Claims (7)

1. 少なくとも一部に金属部分を用いて形成されたケースを有する蓄電池と、
   前記ケースごと、前記蓄電池を収容する金属製のハウジングと、
   前記ケースに設けられ、前記蓄電池に関する情報が重畳された電波の伝搬に用いられるアンテナエレメントを有する第１アンテナと、
   前記ハウジングにおける前記ケース外に設けられ、前記電波の伝搬に用いられるアンテナエレメントを有する第２アンテナと、
   前記第１アンテナと前記第２アンテナとの間に設けられ、前記ケースの金属部分及び前記ハウジングの少なくともいずれか一方で囲まれて形成された筒状体の中空部分を前記電波の導波路とする導波管と、
   を備えたバッテリシステム。
2. 金属材料からなる金属部材を更に備え、
   前記導波路は、前記少なくともいずれか一方と前記金属部材とで囲まれて形成される請求項１に記載のバッテリシステム。
3. 前記導波路は、前記少なくともいずれか一方における互いに異なる法線ベクトルを有する複数の面と前記金属部材とで囲まれて形成される請求項２に記載のバッテリシステム。
4. 前記導波管は、前記少なくともいずれか一方に形成された溝部を含んで構成される請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリシステム。
5. 前記第１アンテナ及び前記第２アンテナは、少なくとも前記アンテナエレメントが前記導波管に収容される請求項１から４のいずれか一項に記載のバッテリシステム。
6. 前記ハウジングに複数の前記蓄電池が収容され、
   前記第１アンテナは、前記蓄電池毎に設けられる請求項１から５のいずれか一項に記載のバッテリシステム。
7. 前記導波路は、前記蓄電池毎に設けられる請求項６に記載のバッテリシステム。

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