CN114342152A - 二次电池模组 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种二次电池模组，所述二次电池模组能够光学地传递构成电池组的单体电池的特性的测定数据，而且会减少布线工作的繁琐性。本公开的二次电池模组具备：电池组，连接有多个具备单体电池和发光部的单体电池单元，所述单体电池包括具有依次层叠的一组正极材料、离子渗透性材料或离子传导性材料、以及负极材料而成的层叠单元和电解质，所述发光部测定所述单体电池的特性而产生与该特性相应的光信号；以及光波导，设于所述电池组的外表面，被导入来自各所述单体电池单元的所述发光部的光信号，所述光波导的数量少于所述光信号的数量，并且所述光波导提供供来自所述电池组中具备的多个发光部的光信号传播的共用的光路。

Description

二次电池模组
技术领域
本公开涉及一种二次电池模组(Secondary Battery Module)。
背景技术
作为电动汽车和混合动力电动汽车等的电源以及便携式电子设备的电源，使用将多个锂离子电池的单体电池层叠而成的电池组。在对这样的电池组进行充电的情况下，需要进行充电管理以免存在成为过度充电状态的单体电池。
作为对这样的电池组进行充电的方法，已知有监视单体电池各自的端子间电压来进行充电控制的充电装置(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2009/119075号
专利文献2：日本特开平11－341693号公报
发明内容
在专利文献1中记载的充电装置中，设有用于测定单体电池的端子间电压的电路，该充电装置中具备充电控制部，该充电控制部在充电中测定出的端子间电压值达到规定的电压值时，以降低充电电流值的方式控制电源供给电路。
在该构成中，从各单体电池引出用于测定端子间电压的导线，因此布线连接繁琐且零件件数变多、还存在由电气布线引起的单体电池间的短路的风险。
为了解决这样的问题，有利用用于传输光信号的光纤的观点。例如专利文献2中公开了如下观点：在包含串联连接的单体电池的电池模组的两端并联连接包含发光二极管的过度充电发热电路，在产生过度充电时，发光二极管的发光通过共用的光纤被输送至受光二极管。
然而，根据专利文献2中记载的技术，虽然通过采用光纤的方法能解决单体电池间的短路的风险，但由于需要与上述的电布线同样的布线连接，此外，还需要以使光纤的屈曲部接近多个发光二极管的方式进行配置(专利文献2的图5等)，因此，其结果是，布线工作多，上述的问题依然没有被解决。
本公开是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够光学地传递构成电池组的单体电池的特性的测定数据，而且会减少布线工作的繁琐性的二次电池模组。
本公开的二次电池模组的特征在于，所述二次电池模组具备：电池组，连接有多个具备单体电池和发光部的单体电池单元，所述单体电池包括具有依次层叠的一组正极材料、离子渗透性材料或离子传导性材料、以及负极材料而成的层叠单元和电解质，所述发光部测定所述单体电池的特性而产生与该特性相应的光信号；以及光波导，设于所述电池组的外表面，被导入来自各所述单体电池单元的所述发光部的光信号，所述光波导的数量少于所述光信号的数量，并且所述光波导提供供来自所述电池组中具备的多个发光部的光信号传播的共用的光路。
根据本公开，能提供一种能够光学地传递构成电池组的单体电池的特性的测定数据，而且会减少布线工作的繁琐性的二次电池模组。
附图说明
图1是示意性表示单体电池单元的例子的局部剖切立体图。
图2是示意性表示发光部的例子的立体图。
图3是示意性表示锂离子电池模组的一个例子的局部剖切立体图。
图4是表示图3所示的锂离子电池的概略剖面结构的图。
图5是示意性表示还包括锂离子电池模组的周边构件的电路构成的框图。
图6A的(a)、图6A的(b)、图6A的(c)、图6A的(d)以及图6A的(e)是分别表示单体电池的电压不同时的光信号图案的例子的示意图，图6A的(f)是表示单体电池的温度为规定温度以上的情况下的光信号图案的例子的示意图。
图6B是表示单体电池的电压不同时的光信号图案的变形例的示意图。
图7的(a)、图7的(b)以及图7的(c)是表示从光波导导出的光信号图案的例子的示意图。
图8的(a)是示意性表示锂离子电池模组的又一例子的局部剖切立体图，图8的(b)是示意性表示从图8的(a)所示的锂离子电池模组的上表面观察的剖面的俯视剖面图。
图9是示意性表示锂离子电池模组的又一例子的侧视剖面图。
图10是锂离子电池模组的功能框图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行详细说明。
需要说明的是，在本说明书中，在记载为锂离子电池的情况下，采用还包括锂离子二次电池的概念。
一个实施方式的锂离子电池模组具备：电池组，连接有多个具备单体电池和发光部的单体电池单元，所述单体电池包括由依次层叠的一组正极集电体、正极活性物质层、隔膜(Separator)、负极活性物质层以及负极集电体构成的层叠单元和电解液，所述发光部测定所述单体电池的特性而产生与该特性相应的光信号；光波导，设于所述电池组的外表面，被导入来自各所述单体电池单元的所述发光部的光信号；外装体，容纳所述电池组和所述光波导，所述光波导的一端伸出至其外部；以及受光部，接收从伸出至所述外装体之外的所述光波导的一端导出的光信号，所述受光部与所述电池组电绝缘。
一个实施方式的锂离子电池模组的特征在于，通过具备上述那样的构成，将光信号作为模拟信号用于构成电池组的单体电池的信息传递。
作为构成一个实施方式的锂离子电池模组的构成要素，有电池组、光波导以及外装体。
电池组连接有多个单体电池单元，单体电池单元具备单体电池和发光部。单体电池单元优选在电池组内串联连接。锂离子电池被分类为单体的容量比较大的电池，但通过将由锂离子电池构成的单体电池单元串联连接而构成电池组，能实现与单体电池单元的数量相应的容量上为大型的锂离子电池模组。
首先，对具备单体电池和发光部的单体电池单元进行说明。
图1是示意性表示单体电池单元的例子的局部剖切立体图。
在图1中示出了具备作为锂离子电池的单体电池10和发光部20的单体电池单元30。
单体电池10由正极12和负极13隔着隔膜14层叠而构成，所述正极12在大致矩形平板状的正极集电体17的表面形成有正极活性物质层15，所述负极13在同样呈大致矩形平板状的负极集电体19的表面形成有负极活性物质层16，所述隔膜14同样呈大致平板状，单体电池10整体上形成为大致矩形平板状。该正极和负极作为锂离子电池的正极和负极发挥功能。
单体电池10具备环状的框构件18，所述环状的框构件18配置于正极集电体17与负极集电体19之间，在正极集电体17与负极集电体19之间固定隔膜14的周缘部，并且对正极活性物质层15、隔膜14以及负极活性物质层16进行密封。
正极集电体17和负极集电体19以通过框构件18具有规定间隔地对置的方式进行定位，并且隔膜14与正极活性物质层15和负极活性物质层16也以通过框构件18具有规定间隔地对置的方式进行定位。
正极集电体17与隔膜14之间的间隔和负极集电体19与隔膜14之间的间隔根据锂离子电池的容量进行调整，这些正极集电体17、负极集电体19以及隔膜14的位置关系以能得到必要的间隔的方式进行确定。
以下，对构成单体电池的各构成要素的优选方案进行说明。
正极活性物质层包含正极活性物质。
作为正极活性物质，可列举出：锂与过渡金属的复合氧化物{过渡金属为一种的复合氧化物(LiCoO2、LiNiO2、LiAlMnO4、LiMnO2以及LiMn2O4等)、过渡金属元素为两种的复合氧化物(例如LiFeMnO4、LiNi1－xCoxO2、LiMn1－yCoyO2、LiNi1/3Co1/3Al1/3O2以及LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)以及金属元素为三种以上的复合氧化物[例如LiMaM’bM”cO2(M、M’以及M”分别为不同的过渡金属元素，满足a+b+c＝1。例如LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2)等]等}、含锂的过渡金属磷酸盐(例如LiFePO4、LiCoPO4、LiMnPO4以及LiNiPO4)、过渡金属氧化物(例如MnO2和V2O5)、过渡金属硫化物(例如MoS2和TiS2)以及导电性高分子(例如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、聚对苯撑(Poly-p-phenylene)以及聚乙烯基咔唑)等，也可以并用两种以上。
需要说明的是，含锂的过渡金属磷酸盐也可以是利用其他过渡金属将过渡金属位点的一部分置换而得到的物质。
正极活性物质优选为由导电助剂和被覆用树脂被覆而成的被覆正极活性物质。
当正极活性物质的周围由被覆用树脂被覆时，能缓和电极的体积变化，抑制电极的膨胀。
作为导电助剂，可列举出：金属系导电助剂[铝、不锈钢(SUS)、银、金、铜以及钛等]、碳系导电助剂[石墨和炭黑(乙炔黑、科琴黑、炉法炭黑、槽法炭黑以及热灯黑(ThermalLamp Black)等)等]以及它们的混合物等。
这些导电助剂可以单独使用一种，也可以并用两种以上。此外，也可以使用它们的合金或金属氧化物。
其中，从电稳定性的观点考虑，更优选为铝、不锈钢、银、金、铜、钛、碳系导电助剂以及它们的混合物，进一步优选为银、金、铝、不锈钢以及碳系导电助剂，特别优选为碳系导电助剂。
此外，作为这些导电助剂，也可以是通过镀敷等将导电性材料[优选为上述的导电助剂中的金属的导电助剂]涂覆于粒子系陶瓷材料、树脂材料的周围而成的导电助剂。
导电助剂的形状(形态)不限于粒子形态，也可以是粒子形态以外的形态，还可以是作为碳纳米纤维、碳纳米管等所谓的填料系导电助剂而被实用化的形态。
被覆用树脂与导电助剂的比率没有特别限定，但从电池的内部电阻等的观点考虑，以重量比率计，被覆用树脂(树脂固体成分重量)：导电助剂优选为1：0.01～1：50，更优选为1：0.2～1：3.0。
作为被覆用树脂，可以适当地使用日本特开2017－054703号公报中记载为非水系二次电池活性物质被覆用树脂的物质。
此外，正极活性物质层还可以包含除了被覆正极活性物质中所含的导电助剂以外的导电助剂。
作为导电助剂，可以适当使用与上述的被覆正极活性物质中所含的导电助剂相同的物质。
优选的是，正极活性物质层是包含正极活性物质且不含将正极活性物质彼此粘结的粘结材料的非粘结体。
在此，非粘结体是指正极活性物质未被粘结剂(也称为粘合剂)固定位置，正极活性物质彼此和正极活性物质与集电体未被不可逆地固定。
正极活性物质层可以包含粘合性树脂。
作为粘合性树脂，例如可以适当地使用日本特开2017－054703号公报中记载的在非水系二次电池活性物质被覆用树脂中混合少量的有机溶剂并将其玻璃化转变温度调整至室温以下而得到的物质、以及日本特开平10－255805公报中记载为粘合剂的粘合性树脂等。
需要说明的是，粘合性树脂是指即使使溶剂成分挥发干燥也不会固体化而具有粘合性(不使用水、溶剂、热等，通过施加微小的压力进行粘接的性质)的树脂。另一方面，用作粘结材料的溶液干燥型的电极粘合剂是指通过使溶剂成分挥发而干燥、固体化，将活性物质彼此牢固地粘接固定的物质。
因此，溶液干燥型的电极粘合剂(粘结材料)与粘合性树脂是不同的材料。
正极活性物质层的厚度没有特别限定，但从电池性能的观点考虑，优选为150～600μm，更优选为200～450μm。
负极活性物质层包含负极活性物质。
作为负极活性物质，可以使用公知的锂离子电池用负极活性物质，可列举出：碳系材料[石墨、难石墨化碳、无定形碳、树脂烧成体(例如将酚醛树脂和呋喃树脂等烧成并碳化而成的物质等)、焦炭类(例如沥青焦炭、针状焦炭以及石油焦炭等)和碳纤维等]、硅系材料[硅、氧化硅(SiOx)、硅－碳复合体(利用硅和/或碳化硅被覆碳粒子的表面而得到的物质、利用碳和/或碳化硅被覆硅粒子或氧化硅粒子的表面而得到的物质以及碳化硅等)以及硅合金(硅－铝合金、硅－锂合金、硅－镍合金、硅－铁合金、硅－钛合金、硅－锰合金、硅－铜合金以及硅－锡合金等)等]、导电性高分子(例如聚乙炔和聚吡咯等)、金属(锡、铝、锆以及钛等)、金属氧化物(钛氧化物和锂/钛氧化物等)以及金属合金(例如锂－锡合金、锂－铝合金以及锂－铝－锰合金等)等以及它们与碳系材料的混合物等。
此外，负极活性物质也可以是与上述的被覆正极活性物质相同的由导电助剂和被覆用树脂被覆而成的被覆负极活性物质。
作为导电助剂和被覆用树脂，可以适当地使用与上述的被覆正极活性物质相同的导电助剂和被覆用树脂。
此外，负极活性物质层还可以包含除了被覆负极活性物质中所含的导电助剂以外的导电助剂。作为导电助剂，可以适当地使用与上述的被覆正极活性物质中所含的导电助剂相同的导电助剂。
负极活性物质层与正极活性物质层同样地优选为不含将负极活性物质彼此粘结的粘结材料的非粘结体。此外，也可以与正极活性物质层同样地包含粘合性树脂。
负极活性物质层的厚度没有特别限定，但从电池性能的观点考虑，优选为150～600μm，更优选为200～450μm。
作为构成正极集电体和负极集电体(以下也综合简称为集电体)的材料，可列举出：铜、铝、钛、不锈钢、镍以及它们的合金等金属材料、以及烧成碳、导电性高分子材料、导电性玻璃等。
在这些材料中，从轻量化、耐腐蚀性、高导电性的观点考虑，作为正极集电体，优选为铝，作为负极集电体，优选为铜。
此外，集电体优选为由导电性高分子材料构成的树脂集电体。
集电体的形状没有特别限定，可以是由上述的材料构成的片状的集电体、以及由利用上述的材料构成的微粒构成的沉积层。
集电体的厚度没有特别限定，优选为50～500μm。
作为构成树脂集电体的导电性高分子材料，例如可以使用在导电性高分子、树脂中根据需要添加导电剂而成的导电性高分子材料。
作为构成导电性高分子材料的导电剂，可以适当地使用与上述的被覆正极活性物质中所含的导电助剂相同的物质。
作为构成导电性高分子材料的树脂，可列举出：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲基戊烯(PMP)、聚环烯烃(PCO)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚腈(PEN)、聚四氟乙烯(PTFE)、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、聚丙烯腈(PAN)、聚丙烯酸甲酯(PMA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯(PVdF)、环氧树脂、有机硅树脂或它们的混合物等。
从电稳定性的观点考虑，优选为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲基戊烯(PMP)以及聚环烯烃(PCO)，进一步优选为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)以及聚甲基戊烯(PMP)。
作为隔膜，可列举出聚乙烯或聚丙烯制的多孔性膜、多孔性聚乙烯膜与多孔性聚丙烯的层叠膜、由合成纤维(聚酯纤维和芳酰胺纤维等)或玻璃纤维等构成的无纺布、以及在它们的表面附着有硅石、矾土、钛白等陶瓷微粒的物质等公知的锂离子电池用的隔膜。
正极活性物质层和负极活性物质层包含电解液。
作为电解液，可以使用公知的锂离子电池的制造中使用的、含有电解质和非水溶剂的公知的电解液。
作为电解质，可以使用公知的电解液中使用的电解质等，例如，可列举出：LiN(FSO2)2、LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6以及LiClO4等无机酸的锂盐、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2以及LiC(CF3SO2)3等有机酸的锂盐等。这些当中，从电池输出和充放电循环特性的观点考虑，优选的是酰亚胺系电解质[LiN(FSO2)2、LiN(CF3SO2)2以及LiN(C2F5SO2)2等]以及LiPF6。
作为非水溶剂，可以使用公知的电解液中使用的非水溶剂等，例如可以使用内酯化合物、环状或链状碳酸酯、链状羧酸酯、环状或链状醚、磷酸酯、腈化合物、酰胺化合物、砜、环丁砜等以及它们的混合物。
电解液的电解质浓度优选为1～5mol/L，更优选为1.5～4mol/L，进一步优选为2～3mol/L。
当电解液的电解质浓度小于1mol/L时，有时无法得到电池的充分的输入输出特性，当电解液的电解质浓度超过5mol/L时，电解质有时会析出。
需要说明的是，电解液的电解质浓度可以通过以下方式来确认：不使用溶剂等来提取构成锂离子电池用电极或锂离子电池的电解液并测定其浓度。
接着，对发光部进行说明。
图2是示意性表示发光部的例子的立体图。
图2所示的发光部20具备在内部或表面具有布线的布线基板21、安装于布线基板21的发光元件22以及控制元件23a、23b。此外，在布线基板的端部设有测定端子24、25。测定端子24、25设于如下的位置：在与单体电池连接时，一个测定端子与正极集电体接触，另一个测定端子与负极集电体接触。在该情况下，测定端子24、25成为对单体电池的正极集电体与负极集电体之间的电压进行测定的电压测定端子。
此外，在布线基板21的、相当于发光元件22的背面侧的面也设有测定端子(未图示)。该测定端子(未图示)可以用作用于测定单体电池的温度的温度测定端子。
发光部20测定单体电池的特性而产生与该特性相应的光信号。
测定端子24、25和温度测定端子(未图示)与控制元件23a、23b电连接，控制元件23a、23b与发光元件22电连接。
控制元件基于由测定端子测定出的表示单体电池的特性的信息，进行使发光元件按照规定的光信号图案发光的控制。作为由测定端子测定出的信息，优选为单体电池的电压和温度。
发光元件22基于由控制元件23a、23b生成的控制信号按照规定的光信号图案发光，产生光信号。
作为构成发光部的布线基板，可以使用刚性基板或柔性基板。在采用图2所示那样的布线基板的形状的情况下，优选采用柔性基板。
作为控制元件，可以使用IC(Integrated Circuit：集成电路)、LSI(Large ScaleIntegration：大规模集成电路)等任意的半导体元件。此外，图2中示出了安装有两个控制元件的例子，但控制元件的数量没有限定，可以是一个，也可以是三个以上。
作为发光元件，可以使用LED(Light-Emitting Diode：发光二极管)元件、有机EL元件等能将电信号转换为光信号的元件，优选为LED元件。例如，发光元件可以设为中心波长为700～800nm的发光元件、中心波长为850～950nm的发光元件或中心波长为1000～1400nm的发光元件中的一个或多个。可以将中心波长为700～800nm的发光元件与中心波长为850～950nm的发光元件组合来构成发光部，也可以将中心波长为850～950nm的发光元件与中心波长为1000～1400nm的发光元件组合来构成发光部。考虑构成波导的材料的吸收光谱的峰来选择发光元件即可。
需要说明的是，在发光部中未必具有布线基板，也可以通过控制元件和发光元件不经由基板而接线来构成发光部。
优选的是，发光部与单体电池的负极集电体和正极集电体电连接，能接受来自锂离子电池的供电。
当发光部与负极集电体和正极集电体电连接时，能接受来自锂离子电池的供电而使发光元件发光。由于无需设置用于使发光元件发光的电源和布线，因此能采用简便的构成。
优选的是，虽然图2中未图示出用于接受供电的电极，但在发光部预先设置与测定端子不同的电极。
此外，在发光部与负极集电体和正极集电体电连接的情况下，优选的是，负极集电体和正极集电体为树脂集电体，负极集电体和正极集电体与发光部的电极直接结合而电连接。
在使用树脂集电体的情况下，使树脂集电体与发光部的电极接触，加热树脂集电体使树脂软化，由此能使树脂集电体与发光部的电极直接结合。此外，也可以在集电体与发光部之间经由焊料(solder)等具有导电性的其他接合材料进行电连接。
搭载上述那样的发光元件和控制元件的各单体电池具有能配置该发光元件和控制元件的程度的厚度(层叠方向的长度)和层叠面的大小(长度方向和宽度方向的长度)，因此单体电池单元的形状较大，具有厚度。因此，连接有多个单体电池单元的电池组的形状也可能成为较大型。
接着，对锂离子电池模组的构成要素中的电池组、光波导以及外装体进行说明。
图3是示意性表示锂离子电池模组的一个例子的局部剖切立体图。
在图3中，为了对电池组的构成进行说明，去除外装体的一部分而示出。
图3中示出了锂离子电池模组1。
构成锂离子电池模组1的电池组50连接有多个单体电池单元30。图3中示出了层叠有五个图1所示的单体电池单元30的电池组50。在电池组50中，以相邻的单体电池10的负极集电体19的上表面与正极集电体17的下表面邻接的方式层叠而成。
在该情况下，多个单体电池单元30串联连接。
各单体电池单元30所具备的发光部20在电池组50的外表面(侧面)排成一列。
并且，在电池组50的外表面(电池组的侧面)设有光波导60，来自各单体电池单元30的发光部20的光信号被导入光波导60。
优选的是，对一个电池组设置一个光波导。此外，优选的是，光纤被捆束而构成一个光波导。通过将多个光纤捆束并排列于电池组50的外表面(侧面)，光信号从与各单体电池单元30所具备的发光部20对置的位置(面)被导入光波导60，因此无需与多个发光部20接近地配置光纤的屈曲部。优选的是，光波导的数量少于光信号的数量(电池组50内的多个发光部20的数量)，并且光波导配置为提供供来自电池组50内的多个发光部20的光信号传播的共用的光路。
电池组50和光波导60容纳于外装体70。
作为外装体，可以使用金属罐壳体、高分子金属复合膜等。
光波导60的一端伸出至外装体70之外，使光信号从伸出至外装体70之外的光波导的一端导出。
在电池组50的最上表面的负极集电体19之上设有导电性片，使导电性片的一部分从外装体70引出而成为引出布线59。
此外，在电池组50的最下表面的正极集电体17之上设有导电性片，使导电性片的一部分从外装体70引出而成为引出布线57。
作为导电性片，只要是具有导电性的材料就没有特别限定，可以适当选择而使用铜、铝、钛、不锈钢、镍以及它们的合金等金属材料、以及作为树脂集电体所记载的材料。
从伸出至外装体之外的光波导的一端导出的光信号被受光部80接收。受光部80具备受光元件81，通过受光元件81将光信号逆转换为电信号，由此能得到表示电池组中所含的单体电池内的状态的电信号。
作为受光元件，可以使用LED元件、光电晶体管等，优选为LED元件。
受光部可以是受光元件安装于布线基板的结构，受光部也可以是受光元件本身。
受光部与光波导之间不进行电连接，通过光信号进行受光部与光波导之间的信息传递。
受光部与光波导之间不进行电连接是指受光部与电池组电绝缘。
需要说明的是，本实施方式对层叠有五个单体电池单元30的电池组50的例子进行说明，但也可以使用层叠有20个以上的单体电池单元30的电池组50来构成容量上为大型的电池模组。在该情况下，来自电池组中具备的20个以上的发光部的光信号被导入光波导60，在由光波导60提供的共用的光路中传播，从光波导60的一端导出，被受光部80接收。
图4是表示图3所示的锂离子电池模组的概略剖面结构的图。如图4所示，沿单体电池的层叠方向延伸的光波导60与发光部20的发光面邻接或接近地配置。光波导60可以使用导波管或导光板、或者将高折射率的树脂固化而成的构件来构成。光波导60具有对于接收来自发光部20的光信号而言足够的宽度(与单体电池的层叠方向正交的方向的长度、或者沿着单体电池中的设有发光部的端边的方向的长度)。光波导60的宽度方向尺寸比发光部20的发光面的最大尺寸(在发光面为圆形的情况下为直径、为矩形的情况下为对角线)大。光波导60以覆盖(优选覆盖整个发光面)多个发光部20的发光面(各个发光面与层叠后的多个单体电池对应)的方式配置。光波导60以覆盖发光部20的所有发光方向(包括与发光面的竖直方向一致的情况和从发光面的竖直方向倾斜的情况)的方式配置。需要说明的是，光波导60的厚度方向尺寸(与一个单体电池的发光部20对应的层叠方向尺寸)没有特别限定，例如优选为大于单体电池的厚度(层叠方向的厚度)。
光波导60由与周围的介质(例如，空气)的折射率相比高折射率的材料构成。在此，高折射率是指与周围的介质的折射理之间的差成为能使入射的光限制在光波导内传播的程度的值的折射率。例如，光波导60能使用高折射利率的树脂制膜或树脂制板来构成。优选的是，光波导60使用能够变形为能形成约90度左右的弯曲部分的程度的树脂制膜或树脂制板来构成。能够变形的树脂制膜或树脂制板可以在常温或室温下柔软，也可以在常温或室温下坚硬。光波导60例如也可以配置为：仅将与发光部20的发光面对置的光波导60的表面上的光的光输入部(与发光部20的发光面邻接或接近的部分)和光输出部设为没有低折射率物质的状态(降低限制能力)，利用折射率比真空低的物质覆盖该输入部和光输出部以外的部分(光波导60的背面和侧面)。
形成构成光波导60的树脂制膜或树脂制板的树脂没有限定，可以采用丙烯酸树脂等。例如，树脂制膜或树脂制板可以从被称为光学材料的高折射率树脂之中选择柔软的材料。优选形成构成发光元件的发光波段不易被吸收的材料的膜光波导60的树脂制膜或树脂制板的树脂。在发光元件的发光波段为红外光的情况下，理想的是850nm～950nm的红外吸收峰低的材料的膜。
就光波导60而言，在与接收光信号的表面的位置对应的背面的位置实施散射加工60a。散射加工60a在与邻接或接近的发光部20的发光面对应的位置实施。散射加工60a例如可以是凹凸加工。入射到光波导60并通过散射加工60a散射后的光信号的一部分向光输出部的方向传播。散射加工60a构成光反射部。
就光波导60而言，在弯曲部分实施反射加工60b，由此能将通过弯曲部分散射后的光信号向光输出部的方向反射。此外，在光波导60的与成为光输出部的端部相反的端部和弯曲部分实施反射加工60b，由此能将通过凹凸加工向与光输出部的方向相反的方向散射后的光向光输出部的方向反射。光波导60的弯曲部分是从与电池组50邻接或接近的部分到位于与电池组分离的部分的光输出部为止的部分，也称为延伸部。
在本实施方式的锂离子电池模组中，对通过受光部与电池组电绝缘而发挥的效果进行说明。
图5是示意性表示还包括锂离子电池模组的周边构件的电路构成的框图。
在图5中，用包括电池组50和光波导60的虚线示出了容纳电池组50的外装体70的区域。示出了光波导60的一端伸出至该虚线的区域之外，伸出至外装体70之外。
此外，引出布线57和引出布线59也被引出至外装体70之外。
受光部80的受光元件81与被引出至外装体70之外的光波导60对置，受光元件能接收从光波导的一端导出的光信号。
在受光部80连接有电池状态解析器90，在电池状态解析器中进行光信号的解析，解析电池组中所含的单体电池的特性。
在图5中用单点划线示出了包括外装体70和受光部80的锂离子电池模组1的区域。
当受光部与电池组电绝缘时，在电池组的任意部位发生短路时流过的大电流不会传递至单体电池的受光部。
此外，不会向与受光部电连接的电池状态解析器(数据处理部)传递大电流。
即，无需设置假定向受光部和电池状态解析器流过大电流的保护机构，因此能设为具有在电池组产生大电流时不会对处理单体电池的特性的测定数据的部位造成影响的构成的锂离子电池模组。
此外，引出布线57和引出布线59与设备主体100连接，在设备主体100中，进行将电池组50作为电源的设备的动作。
接着，参照图5、图6A的(a)、图6A的(b)、图6A的(c)、图6A的(d)、图6A的(e)以及图6A的(f)、以及图7的(a)、图7的(b)以及图7的(c)，对与单体电池的特性相应的光信号图案进行说明。
为了得到这些光信号图案，在发光部设有测定单体电池的正极集电体与负极集电体之间的电压的电压测定端子和测定单体电池的温度的温度测定端子，还设有根据由电压测定端子测定出的电压和由温度测定端子测定出的温度进行使发光元件按照规定的光信号图案发光的控制的控制元件。通过控制元件进行使发光元件按照规定的光信号图案发光的控制。
图6A的(a)、图6A的(b)、图6A的(c)、图6A的(d)以及图6A的(e)分别是表示单体电池的电压不同时的光信号图案的例子的示意图。
图6A的(a)、图6A的(b)、图6A的(c)、图6A的(d)以及图6A的(e)分别示出了单体电池电压为4－4.5V、3.5－4V、3－3.5V、2.5－3V、2－2.5V的情况下的光信号图案。这些图案是在规定时间内反复进行信号的接通/断开(ON/OFF)的脉冲图案，规定时间设为100s(100秒钟)。
规定时间没有特别限定，可以设为任意的时间。
在这些例子中，设为一次的发光时间相同且电压越高则发光的开/闭(ON/OFF)的反复次数越多的光信号图案，但只要电压与光信号图案的形状对应，则可以是任意的光信号图案。
例如，也可以是发光的开/闭的次数相同且电压越高则一次的发光时间越长的光信号图案。此外，规定时间内的一次的发光时间无需全部相同。
此外，按电压0.5V的间隔使光信号图案的形状不同，但电压的间隔宽度没有特别限定。
例如，也可以与图6A的(a)、图6A的(b)、图6A的(c)、图6A的(d)以及图6A的(e)所示的形态(一次的发光时间相同且电压越高则发光的开/闭的反复次数越多的光信号图案)不同，如图6B所示，使发光时间和发光的开/闭的反复次数按照每个规定电压而不同。在图6B所示的例子中，设为如下的光信号图案：使电压3V时的发光时间(W2)比电压4V时的发光时间(2W1)短，此外，使电压3V时的发光的开/闭的反复次数比电压4V时的发光的开/闭的反复次数少(需要说明的是，也可以使电压3V时的一次的发光时间与电压4V时的一次的发光时间不同(W2≠W1))。此外，设为如下的光信号图案：使电压2V时的各一次的发光时间(W3)比电压3V时的各一次的发光时间(W2)短，并且使电压2V时的发光的开/闭的反复次数比电压3V时多。
在本实施方式中，向光波导中导入来自所有发光元件(在本发明的一个实施方式中为五个发光元件)的光信号，光波导提供这些光信号的共用的光路。因此，在光波导内能够成为混线状态下的传输。如图6A的(a)、图6A的(b)、图6A的(c)、图6A的(d)以及图6A的(e)所示，当将一次的发光时间设为相同的光信号图案时，容易在光波导内成为混线状态下的传输，但如图6B所示，通过按照每个规定电压(或者按照每个规定的电压范围)设定不同的发光时间和不同的发光的开/闭的反复次数，与图6A的(a)、图6A的(b)、图6A的(c)、图6A的(d)以及图6A的(e)的方案相比，能抑制混线(即使发生混线，也能从发生混线的多个光信号中容易地判别特定的光信号与哪个电压(或者哪个电压范围)对应)。
图6A的(f)是表示单体电池的温度为规定温度以上的情况下的光信号图案的例子的示意图。在单体电池的温度为规定温度以上的情况下，判断为产生了温度异常的故障模式，与单体电池的电压无关地产生图6A的(f)的那样的“温度异常”的光信号图案。若单体电池的温度小于规定温度，则由温度测定端子测定出的温度不会反映至光信号图案。
图5中示出了具备五个单体电池单元的电池组，在电池组中所含的各单体电池连接有发光部。
来自各发光部的发光元件的光信号被导入光波导。光波导提供这些光信号的共用的光路。向光波导中导入来自所有发光元件(五个发光元件)的光信号，因此在光波导内成为混线状态下的传输。波导设于电池组的外表面，无需严密的对位，会减少布线工作的繁琐性。
然后，从光波导的一端导出发生混线后的光信号，传递至受光部。
图7的(a)、图7的(b)以及图7的(c)是表示从光波导导出的光信号图案的例子的示意图。
在图7的(a)中，可知按照每100s划分出的全部光信号图案成为与电压3－3.5V对应的光信号图案，全部的单体电池的电压成为3－3.5V的范围内。
在图7的(b)中，可知按照每100s划分出的光信号图案中的与电压2－2.5V对应的光信号图案为一个，与电压3－3.5V对应的光信号图案为三个，与电压4－4.5V对应的光信号图案为一个，按照每个单体电池使电压存在偏差。电压过低的单体电池有可能短路，电压过高的单体电池有可能过度充电。
在图7的(c)中，可知按照每100s划分出的光信号图案的与电压3－3.5V对应的光信号图案为四个，与温度异常对应的光信号图案为一个，一个单体电池产生温度异常。
产生温度异常的单体电池有可能开始热失控，因此需要进行更换的研究。
根据图7的(b)和图7的(c)所示的光信号图案可知，五个单体电池中的几个单体电池有可能具有不良情况。在预先始终监视单体电池的状态(电压和温度)并观察到与产生了电压的急剧下降或急剧上升的单体电池对应的光信号图案的情况下、在观察到与产生了温度异常的单体电池对应的光信号图案的情况下，能判断为电池组内的状态产生了不良情况。
在受光部中，接收这样的光信号图案，转换为电信号(脉冲信号)，在电池状态解析器中读取电信号，得到单体电池的电压或温度的信息。其结果是，得到在电池组内几V的单体电池合计有几个的信息、产生温度异常的单体电池合计有几个的信息。
需要说明的是，在这样的光信号图案的解析中，通过按每个单体电池来改变与单体电池的特性(电压、温度等)对应的光信号图案，能判断哪个单体电池与哪个光信号图案对应。并且，能确认具有不良情况的单体电池的存在。
此外，即使在无法判断哪个单体电池与哪个光信号图案对应的情况下，也能确认具有不良情况的单体电池的存在，因此能没有问题地用于电池组的不良情况的发现。
此外，无需按每个单体电池具备用于处理测定信息的受光部、电池状态解析器，因此能采用简便的构成。
此外，得到单体电池的信息的间隔也可以任意地设定。图7的(a)、图7的(b)以及图7的(c)中示出了每一个单体电池按100s分为五个的500s的区域的光信号图案。在此，按照每100s无间隙地示出图案，但也可以在某个单体电池的光信号图案与其他单体电池的光信号图案之间存在没有光信号图案的信息的区域。
此外，在比每一个单体电池的脉冲图案的规定时间乘以单体电池的层叠数量而得到的时间长的时间内，调查得到了怎样的光信号图案，能获知电池组中所含的各单体电池的状态(在电池组内几V的单体电池合计有几个、产生温度异常的单体电池合计有几个)。
需要说明的是，在本实施方式的锂离子电池模组中，将光波导向外装体容纳的形态并不限定于图3所示的形态，也可以采用其他形态。以下，对将光波导向外装体容纳的其他形态进行说明。
图8的(a)是示意性表示锂离子电池模组的又一例子的局部剖切立体图，图8的(b)是示意性表示从图8的(a)所示的锂离子电池模组的上表面观察的剖面的俯视剖面图。
在图8的(a)和图8的(b)所示的锂离子电池模组2中，在外装体71设有供容纳光波导61的路径。光波导61在外装体71与各单体电池单元30所具备的发光部对置的侧面受光，在外装体71的不同的侧面从外装体71引出。
在光波导61从外装体71引出的部位配置有受光部80，由从外装体71引出的光波导61的一端导出的光信号被受光部80接收。
当采用这样的结构时，从光波导受光的部位到被引出外装体之外的路径变长，因此会防止水从光波导从外装体被引出的部分侵入电池组。
图9是示意性表示锂离子电池模组的又一例子的侧视剖面图。
在图9所示的锂离子电池模组3中，外装体72具有用于在外装体的宽度方向和厚度方向上使光波导62的路径变长的迷宫结构。并且，光波导626在与各单体电池单元30所具备的发光部对置的侧面受光，经由上述迷宫结构从外装体72的侧面引出。
在光波导62从外装体72引出的部位配置有受光部80，由从外装体72引出的光波导62的一端导出的光信号被受光部80接收。
即使是这样的结构，从光波导受光的部位到被引出外装体之外的路径变长，因此也会防止水从光波导从外装体被引出的部分侵入电池组。
图10是锂离子电池模组的功能框图。参照图10，对锂离子电池模组1的功能框进行说明，但关于锂离子电池模组2或3，也可以使功能框采用同样的构成。锂离子电池模组1具备电池状态解析器90，所述电池状态解析器90配置为考虑与受光部80从光信号进行逆转换而得到的电信号不同的追加信息来决定或推定多个单体电池的状态。
如图10所示，锂离子电池模组1具备与引出布线57和引出布线59连接的、用于测定电池组的输入输出电压的电压计120。此外，锂离子电池模组1具备与引出布线57连接的、用于测定电池组的输入输出电流的电流计110。从电压计120获取的输入输出电压信息和从电流计110获取的输入输出电流信息能作为追加信息在决定或推定多个单体电池10的状态时使用。此外，在决定或推定多个单体电池的状态时，也可以使用时序、事先知识。时序可以设为按照时间顺序记录了由状态决定部92决定的状态的信息表。事先知识可以设为表示事先设定出的单体电池的特性(电压、温度等内部状态)与连接于测定端子24、25和温度测定端子(未图示)的控制元件23a、23b所输出的特性信号之间的对应关系的信息表、表示单体电池的特性(电压、温度等内部状态)的状态转变的信息。时序、事先知识可以设为记录于计算机能读取的记录介质的信息。
电池状态解析器90具备状态决定部92和状态推定部94。电池状态解析器90也可以设为计算装置，所述计算装置具备存储器和处理器、以及记录有使处理器作为状态决定部92和状态推定部94发挥功能的程序的计算机能读取的存储介质。计算机能读取的存储介质除了程序以外，也可以记录表示上述的事先知识的信息。
图7的(a)、图7的(b)以及图7的(c)表示在规定时间内五个发光部20的发光时间不重叠的理想的发送定时内，将从该五个发光部20导入光波导60的光信号从光波导60的光输出部导出的情况下的光信号图案例。但是，即使在从理想的发送定时偏离的发送定时下，从发光部20发送来的光信号只要不重叠，就被受光部80接收，能准确地决定与发送了该光信号的发光部20对应的单体电池的特性。因此，首先，在状态决定部92中基于来自受光部80的电信号来决定单体电池10的状态(特性)，对于无法决定状态的单体电池，由状态推定部94推定状态。以下，对作为单体电池的特性而决定或推定单体电池的电压的方法的具体例进行说明。
状态决定部92对来自受光部80的电信号进行处理，决定是否为从两个以上光信号重叠的状态的光信号进行逆转换而得到的电信号。例如，能基于电子信号中所含的脉冲的数量、脉冲的宽度、脉冲的排列图案来决定两个以上光信号是否重叠。在决定为电信号不是从两个以上光信号重叠的状态的光信号进行转换而得到的电信号的情况下，状态决定部92将该电信号所表示电压决定为单体电池10的电压。
状态推定部94推定未由状态决定部92决定的单体电池的电压。状态推定部94利用从电压计120获取的输入输出电压信息。若将由串联连接的n个单体电池10构成的电池组50的输入输出电压信息设为Vtotal，将多个单体电池的电压之和设为V1+V2+V3+……Vn，则式1的关系成立。状态推定部94通过利用式1的关系来推移无法由状态决定部92决定的单体电池的电压。
Vtotal＝V1+V2+V3+……Vn (式1)
状态推定部94能求出Vtotal与由状态决定部92决定的单体电池的电压之和的差，基于求出的差推定未由状态决定部92决定的单体电池的电压。在此，由状态决定部92决定的单体电池的电压能包括与测定端子24、25和温度测定端子(未图示)连接的控制元件23a、23b对电压值进行量化时的量化误差。因此，优选的是，考虑该误差的范围来推定未由状态决定部92决定的单体电池的电压。若将由状态决定部92决定的电压的单体电池的数量设为m(m为整数)，将由电信号表示的电压的范围的下限设为Sm，将上限设为SM，则未由状态决定部92决定的单体电池的电压的范围Vrng＿ND能由式(2)表达。状态推定部94能推定在该范围内未由状态决定部92决定的单体电池的电压。
Vtotal－(SM1+SM2+……SMm)＜Vrng＿ND＜Vtotal－(Sm1+Sm2+……Smm) (式2)
此外，状态推定部94能基于时序来推定在某个定时未由状态决定部92决定的单体电池的电压。例如，对于在某个定时未由状态决定部92决定的单体电池的电压，状态推定部94能基于在该定时之前的定时和该定时之后的定时中的至少一方由状态决定部92决定的单体电池的电压来推定。例如，设为在t＝t0和t＝t2(t0＜t2)由状态决定部92决定的单体电池的电压等于v1。此时，状态推定部94可以基于该时序，推定在t＝t1(t0＜t1＜t2)未由状态决定部92决定的单体电池的电压是接近v1的(与v1之差不大)v0、v1或v2(v0＜v1＜v2)中的任一个。在又一例子中，设为在t＝t0由状态决定部92决定的单体电池的电压为v1，在t＝t2由状态决定部92决定的单体电池的电压为v3。此时，状态推定部94可以基于该时序，推定在t＝t1未由状态决定部92决定的单体电池的电压是从接近v1或v3的(与v1或v3之差不大)v1到v3之间的v1、v2或v3(v1＜v2＜v3)。
而且，此外，状态推定部94可以使用事先知识来推定在某个定时未通过状态决定部92决定的单体电池的电压。作为事先知识，事先保持预先测定出的电压－容量曲线，状态推定部94可以使用与电压－容量曲线相匹配的值，推定对某个电压的单体电池进行规定量充电后的该单体电池中的电压变化量或电压。
状态推定部94可以使用利用追加信息的推定、基于时序的推定以及利用事先知识的推定中的一个以上，推定在定时内未由状态决定部92决定的单体电池的电压。
如以上说明的那样，即使在从理想的发送定时偏离的发送定时下，从发光部发送来的光信号在光波导60上重叠并被受光部80接收，也能够推定单体电池的状态。
在上述实施方式的说明中，作为构成单体电池的二次电池，举例示出了锂离子电池，但本发明并不限定于将锂离子电池用作单体电池的构成，也可以使用其他种类的二次电池来实施。例如，构成单体电池的二次电池也可以使用锂金属电池、钠离子电池或全固体电池。
单体电池可以使用具备层叠单元和电解质的二次电池来构成，所述层叠单元具备一组正极材料、负极材料、将该正极材料与负极材料隔开的离子渗透性材料或离子传导性材料。
正极材料可以使用将锂或钠与过渡金属的复合氧化物与上述那样的正极集电体组合而构成的材料。
负极材料可以使用将上述的公知的锂离子电池用或公知的钠离子电池用的负极活性物质与上述那样的负极集电体组合而构成的材料。负极集电体可以使用碳系的集电体、或者使用锂金属或氧化钛构成的集电体来构成。
将正极材料与负极材料隔开的离子渗透性材料或离子传导性材料除了上述那样的隔膜以外，还可以使用固体电解质。
电解质可以使用上述公知的或其他公知的电解液和电解质。
以上说明的实施方式的大型二次电池模组具备：电池组，层叠有多个单体电池而成，所述单体电池包括具有依次层叠的一组正极材料、离子渗透性材料或离子传导性材料以及负极材料而成的层叠单元和电解质；各单体电池中具备的测定部和发光部，所述测定部测定该单体电池的特性，所述发光部基于所述单体电池的所述特性进行发光而输出光信号；以及光波导，跨于多个所述单体电池并沿层叠方向延伸设置，以覆盖所述电池组中具备的多个所述发光部的发光面的方式配置，所述光波导是向内部导入多个所述光信号的导光管，具有供来自所述多个发光部的光信号传播的共用的光路部分。
在使用现有的光纤的情况下，需要布线连接，因此存在布线工作繁琐的问题，但在使用本公开的光波导的情况下，无需布线连接，因此布线工作的繁琐性的问题得以消除。
此外，光波导以覆盖电池组中具备的多个发光部的发光面的方式配置，因此无需严密的对位，能够将来自多个发光部的光信号导入光波导内。
此外，光波导具有供来自多个发光部的光信号传播的共用的光路部分，因此与以各自的光路的形式使多个光信号传播的构成相比，能使构成简化，同时使多个光信号传播。
此外，在以上说明的实施方式的大型二次电池模组中，也可以是，所述光波导具有：光反射部，导入来自多个所述发光部的出射光，在内部使其反射而改变其行进方向；以及延伸部，从与所述电池组邻接或接近的部分延伸至与所述电池组分离的部分，导入到所述光波导内的来自多个所述发光部的光信号分别在从所述光反射部到所述延伸部的一部分以混线状态传播。
利用具有这样的光反射部和延伸部的光波导，能从一端导入来自多个发光部的光信号，从另一端集中向电池组的外部出射。此外，设为通过使用具备这样的构成的光波导将来自多个发光部的光信号以混线状态向电池组的外部出射的构成，与将来自多个发光部的光信号单独地向电池组的外部出射的构成相比，能使构成简化。
此外，在以上说明的实施方式的大型二次电池模组中，也可以是，沿着所述单体电池中的设有所述发光部的端边的方向即所述光波导的宽度方向的尺寸比所述发光部的发光面的最大尺寸大。
通过使用具有这样的宽度方向的尺寸的光波导，成为具有对于将来自发光部的光信号导入内部而言足够的宽度，因此与光纤那样的需要严密的对位的构成相比，能使位置偏移容许量增大。
此外，在以上说明的实施方式的大型二次电池模组中，也可以是，所述光波导被实施反射加工，所述反射加工使来自被导入内部的多个所述发光部的出射光向趋向所述延伸部的方向反射。
通过对光波导实施反射加工，能容易地将从一端导入的来自多个发光部的出射光向趋向另一端的方向引导。
此外，在以上说明的实施方式的大型二次电池模组中，也可以是，具备：外装体，容纳所述电池组和所述光波导中的至少一部分；以及受光部，在所述外装体的内部或外部与所述电池组分离地配置，所述受光部与所述电池组电绝缘，所述受光部接收在所述光波导的内部以混线状态传播的多个所述光信号。
此外，在以上说明的实施方式的大型二次电池模组中，也可以是，所述受光部还具备信号处理部，所述信号处理部配置为接收所述光信号并将所述光信号转换为电信号，对所述转换后的电信号进行处理来决定或推定所述多个单体电池各自的状态。
产业上的可利用性
本公开的大型二次电池模组能够测定构成电池组的单体电池的特性，能获知电池组中所含的各单体电池的状态(在电池组内几V的单体电池合计有几个、产生温度异常的单体电池合计有几个)。
此外，具有在电池组产生大电流时不会对处理单体电池的特性的测定数据的部位造成影响的构成，因此能减少在电池组产生短路的情况下的影响。
附图标记说明
1、2、3：锂离子电池模组；10：单体电池；12：正极；13：负极；14：隔膜；15：正极活性物质层；16：负极活性物质层；17：正极集电体；18：框构件；19：负极集电体；20：发光部；21：布线基板；22：发光元件；23、23a、23b：控制元件；24、25：测定端子；30：单体电池单元；50：电池组；57，59：引出布线；60、61、62：光波导；60a：散射加工；60b：反射加工；70、71、72：外装体；80：受光部；81：受光元件；90：电池状态解析器；92：状态决定部；94：状态推定部；100：设备主体；110：电流计；120：电压计。

Claims (4)

1.一种二次电池模组，具备：
电池组，连接有多个具备单体电池和发光部的单体电池单元，所述单体电池包括具有依次层叠的一组正极材料、离子渗透性材料或离子传导性材料、以及负极材料而成的层叠单元和电解质，所述发光部测定所述单体电池的特性而产生与该特性相应的光信号；以及
光波导，设于所述电池组的外表面，被导入来自各所述单体电池单元的所述发光部的光信号，
所述光波导的数量少于所述光信号的数量，并且所述光波导提供供来自所述电池组中具备的多个发光部的光信号传播的共用的光路。
2.根据权利要求1所述的二次电池模组，其中，
来自所述电池组中具备的20个以上的发光部的光信号在所述共用的光路中传播。
3.根据权利要求1或2所述的二次电池模组，其中，
所述发光部具备：
(a)中心波长为700～800nm的发光元件；
(b)中心波长为850～950nm的发光元件；
(c)中心波长为1000～1400nm的发光元件；
(d)(a)和(b)；或
(e)(b)和(c)。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的二次电池模组，其中，
所述发光部具备：
测定元件，检测所述单体电池的特性；
控制元件，基于表示所述单体电池的被检测出的所述特性的信息，生成关于所述光信号的光信号图案的控制信号；以及
发光元件，基于所述控制信号，按照所述光信号图案进行发光而产生所述光信号。
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