JP2021044240A - 二次電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】組電池を構成する単電池の特性の測定データを光学的に伝送することが可能であって配線の手間の煩雑性を削減でき、更に、位置ずれ許容量を増大させることが可能な二次電池モジュールを提供する。【解決手段】二次電池モジュールは、順に積層されたひと組の正極材料、イオン透過性材料又はイオン伝導性材料、及び負極材料を有する積層単位と電解質とを含む単電池が複数積層されて成る組電池と、各単電池に備えられた、当該単電池の特性を測定する測定部および単電池の特性に基づいて発光して光信号を出力する発光部と、複数の単電池に亘り積層方向に沿って延在して設けられ、組電池に備えられた複数の発光部の発光面を覆うように配置される光導波路と、を備え、光導波路は、内部に複数の光信号が導入される導光管であって、複数の発光部からの光信号が伝搬する共通の光路を提供する。【選択図】図３

Description

本発明は、二次電池モジュールに関する。

電気自動車及びハイブリッド電気自動車等の電源及び携帯型電子機器の電源としてリチウムイオン電池の単電池を複数個積層した組電池が用いられている。このような組電池を充電する場合、過充電状態になる単電池が存在することがないように充電管理を行う必要がある。

このような組電池を充電する方法としては、単電池それぞれの端子間電圧を監視して充電制御を行う充電装置（特許文献１）が知られている。

国際公開第２００９／１１９０７５号 特開平１１−３４１６９３号公報

特許文献１に記載された充電装置では、単電池の端子間電圧を測定するための回路が設けられており、充電中に測定した端子間電圧値が所定の電圧値に達したときに、充電電流値を下げるように電源供給回路を制御する充電制御部を備えている。

この構成では、各単電池から端子間電圧を測定するための導線が出ていることになるので、配線接続が煩雑で部品点数が多くなることや、電気的配線による単電池間の短絡のリスクもある。
このような問題を解決することを意図して、光信号を伝送するための光ファイバーを利用するという考え方がある。例えば特許文献２には、直列に接続された単電池を含む電池モジュールの両端に、発光ダイオードを含む過充電発熱回路を並列に接続し、過充電が生じたときに発光ダイオードの発光が共通の光ファイバーにより受光ダイオードに送られることが開示されている。
しかしながら、特許文献２に記載の技術によれば、光ファイバーの手段を採ることにより単電池間の短絡のリスクを解決できたものの、前述した電気的配線と同様に配線接続が必要となるため、また、複数の発光ダイオードに対して光ファイバーの屈曲部を近接するように配置（特許文献２の図５等）する必要もあるため、結局配線の手間が多く、前述した問題は依然として解決されていなかった。また、光ファイバーにより光信号をまとめて伝送する構成とすると、位置合わせが厳密に必要となるので、位置ずれに弱いという問題もあった。

本発明は、組電池を構成する単電池の特性の測定データを光学的に伝送可能な構成であって配線の手間の煩雑性を削減でき、更に、位置ずれ許容量を増大させることが可能な二次電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明の二次電池モジュールは、順に積層されたひと組の正極材料、イオン透過性材料又はイオン伝導性材料、及び負極材料を有する積層単位と電解質とを含む単電池が複数積層されて成る組電池と、
各単電池に備えられた、当該単電池の特性を測定する測定部および上記単電池の上記特性に基づいて発光して光信号を出力する発光部と、
複数の上記単電池に亘り積層方向に沿って延在して設けられ、上記組電池に備えられた複数の上記発光部の発光面を覆うように配置される光導波路と、を備え、
上記光導波路は、
内部に複数の上記光信号が導入される導光管であって、上記複数の発光部からの光信号が伝搬する共通の光路を提供することを特徴とする。

本発明によると、組電池を構成する単電池の特性の測定データを光学的に伝送可能な構成であって配線の手間の煩雑性を削減でき、更に、位置ずれ許容量を増大させることが可能な二次電池モジュールを提供することができる。

図１は、単電池ユニットの例を模式的に示す一部切り欠き斜視図である。 図２は、発光部の例を模式的に示す斜視図である。 図３は、リチウムイオン電池モジュールの一例を模式的に示す一部切り欠き斜視図である。 図４は、図３に示すリチウムイオン電池の概略断面構造を示す図である。 図５は、リチウムイオン電池モジュールの周辺部材も含めた回路構成を模式的に示すブロック図である。 図６Ａ（ａ）、図６Ａ（ｂ）、図６Ａ（ｃ）、図６Ａ（ｄ）及び図６Ａ（ｅ）は、それぞれ単電池の電圧が異なるときの光信号パターンの例を示す模式図であり、図６Ａ（ｆ）は、単電池の温度が所定温度以上である場合の光信号パターンの例を示す模式図である。 単電池の電圧が異なるときの光信号パターンの変形例を示す模式図である。 図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は光導波路から導出される光信号パターンの例を示す模式図である。 図８（ａ）はリチウムイオン電池モジュールの他の一例を模式的に示す一部切り欠き斜視図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）に示すリチウムイオン電池モジュールの上面からの断面を模式的に示す上面断面図である。 図９は、リチウムイオン電池モジュールの他の一例を模式的に示す側面断面図である。 図１０は、リチウムイオン電池モジュールの機能ブロック図である。

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
なお、本明細書において、リチウムイオン電池と記載する場合、リチウムイオン二次電池も含む概念とする。

一実施形態のリチウムイオン電池モジュールは、順に積層されたひと組の正極集電体、正極活物質層、セパレータ、負極活物質層及び負極集電体からなる積層単位と電解液とを含む単電池と、上記単電池の特性を測定して当該特性に応じた光信号を生じる発光部と、を備える単電池ユニットが、複数個接続された組電池と、
上記組電池の外表面に設けられ、各上記単電池ユニットの上記発光部からの光信号が導入される光導波路と、
上記組電池及び上記光導波路を収容し、上記光導波路の一端がその外に出る外装体と、
上記外装体の外に出た上記光導波路の一端から導出される光信号を受信する受光部と、
を備え、上記受光部と上記組電池は電気的に絶縁されている。

一実施形態のリチウムイオン電池モジュールは、上記のような構成を備えることによって、光信号をアナログ信号として組電池を構成する単電池の情報伝達に利用することを特徴とする。

一実施形態のリチウムイオン電池モジュールを構成する構成要素としては、組電池、光導波路、外装体がある。
組電池は、単電池ユニットが複数個接続されてなり、単電池ユニットは単電池と発光部を備えている。単電池ユニットは組電池内で直列に接続されていることが好ましい。リチウムイオン電池は、単体の容量が比較的大きい電池に分類されるが、リチウムイオン電池で構成された単電池ユニットを直列接続して組電池を構成することで、単電池ユニットの数に応じた、容量的に大型のリチウムイオン電池モジュールを実現することができる。
まず、単電池及び発光部を備える単電池ユニットについて説明する。

図１は、単電池ユニットの例を模式的に示す一部切り欠き斜視図である。

図１にはリチウムイオン電池である単電池１０と発光部２０を備える単電池ユニット３０を示している。
単電池１０は、略矩形平板状の正極集電体１７の表面に正極活物質層１５が形成された正極１２と、同様に略矩形平板状の負極集電体１９の表面に負極活物質層１６が形成された負極１３とが、同様に略平板状のセパレータ１４を介して積層されて構成され、全体として略矩形平板状に形成されている。この正極と負極とがリチウムイオン電池の正極及び負極として機能する。

単電池１０は、正極集電体１７及び負極集電体１９の間に配置されて正極集電体１７及び負極集電体１９の間にセパレータ１４の周縁部を固定し、かつ正極活物質層１５、セパレータ１４及び負極活物質層１６を封止する、環状の枠部材１８を有する。

正極集電体１７及び負極集電体１９は、枠部材１８により所定間隔をもって対向するように位置決めされているとともに、セパレータ１４と正極活物質層１５及び負極活物質層１６も枠部材１８により所定間隔をもって対向するように位置決めされている。

正極集電体１７とセパレータ１４との間の間隔、及び、負極集電体１９とセパレータ１４との間の間隔はリチウムイオン電池の容量に応じて調整され、これら正極集電体１７、負極集電体１９及びセパレータ１４の位置関係は必要な間隔が得られるように定められている。

以下に、単電池を構成する各構成要素の好ましい態様について説明する。
正極活物質層には正極活物質が含まれる。
正極活物質としては、リチウムと遷移金属との複合酸化物｛遷移金属が１種である複合酸化物（ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＡｌＭｎＯ₄、ＬｉＭｎＯ₂及びＬｉＭｎ₂Ｏ₄等）、遷移金属元素が２種である複合酸化物（例えばＬｉＦｅＭｎＯ₄、ＬｉＮｉ_1-xＣｏ_xＯ₂、ＬｉＭｎ_1-yＣｏ_yＯ₂、ＬｉＮｉ_1/3Ｃｏ_1/3Ａｌ_1/3Ｏ₂及びＬｉＮｉ_0.8Ｃｏ_0.15Ａｌ_0.05Ｏ₂）及び金属元素が３種類以上である複合酸化物［例えばＬｉＭ_aＭ’_bＭ’’_cＯ₂（Ｍ、Ｍ’及びＭ’’はそれぞれ異なる遷移金属元素であり、ａ＋ｂ＋ｃ＝１を満たす。例えばＬｉＮｉ_1/3Ｍｎ_1/3Ｃｏ_1/3Ｏ₂）等］等｝、リチウム含有遷移金属リン酸塩（例えばＬｉＦｅＰＯ₄、ＬｉＣｏＰＯ₄、ＬｉＭｎＰＯ₄及びＬｉＮｉＰＯ₄）、遷移金属酸化物（例えばＭｎＯ₂及びＶ₂Ｏ₅）、遷移金属硫化物（例えばＭｏＳ₂及びＴｉＳ₂）及び導電性高分子（例えばポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン及びポリ−ｐ−フェニレン及びポリビニルカルバゾール）等が挙げられ、２種以上を併用してもよい。
なお、リチウム含有遷移金属リン酸塩は、遷移金属サイトの一部を他の遷移金属で置換したものであってもよい。

正極活物質は、導電助剤及び被覆用樹脂で被覆された被覆正極活物質であることが好ましい。
正極活物質の周囲が被覆用樹脂で被覆されていると、電極の体積変化が緩和され、電極の膨張を抑制することができる。

導電助剤としては、金属系導電助剤［アルミニウム、ステンレス（ＳＵＳ）、銀、金、銅及びチタン等]、炭素系導電助剤［グラファイト及びカーボンブラック（アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック及びサーマルランプブラック等）等］、及びこれらの混合物等が挙げられる。
これらの導電助剤は１種単独で用いられてもよいし、２種以上併用してもよい。また、これらの合金又は金属酸化物として用いられてもよい。
なかでも、電気的安定性の観点から、より好ましくはアルミニウム、ステンレス、銀、金、銅、チタン、炭素系導電助剤及びこれらの混合物であり、さらに好ましくは銀、金、アルミニウム、ステンレス及び炭素系導電助剤であり、特に好ましくは炭素系導電助剤である。
またこれらの導電助剤としては、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに導電性材料［好ましくは、上記した導電助剤のうち金属のもの］をめっき等でコーティングしたものでもよい。

導電助剤の形状（形態）は、粒子形態に限られず、粒子形態以外の形態であってもよく、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ等、いわゆるフィラー系導電助剤として実用化されている形態であってもよい。

被覆用樹脂と導電助剤の比率は特に限定されるものではないが、電池の内部抵抗等の観点から、重量比率で被覆用樹脂（樹脂固形分重量）：導電助剤が１：０．０１〜１：５０であることが好ましく、１：０．２〜１：３．０であることがより好ましい。

被覆用樹脂としては、特開２０１７−０５４７０３号公報に非水系二次電池活物質被覆用樹脂として記載されたものを好適に用いることができる。

また、正極活物質層は、被覆正極活物質に含まれる導電助剤以外にも導電助剤を含んでもよい。
導電助剤としては、上述した被覆正極活物質に含まれる導電助剤と同様のものを好適に用いることができる。

正極活物質層は、正極活物質を含み、正極活物質同士を結着する結着材を含まない非結着体であることが好ましい。
ここで、非結着体とは、正極活物質が結着剤（バインダともいう）により位置を固定されておらず、正極活物質同士及び正極活物質と集電体が不可逆的に固定されていないことを意味する。

正極活物質層には、粘着性樹脂が含まれていてもよい。
粘着性樹脂としては、例えば、特開２０１７−０５４７０３号公報に記載された非水系二次電池活物質被覆用樹脂に少量の有機溶剤を混合してそのガラス転移温度を室温以下に調整したもの、及び、特開平１０−２５５８０５公報に粘着剤として記載されたもの等を好適に用いることができる。
なお、粘着性樹脂は、溶媒成分を揮発させて乾燥させても固体化せずに粘着性（水、溶剤、熱などを使用せずに僅かな圧力を加えることで接着する性質）を有する樹脂を意味する。一方、結着材として用いられる溶液乾燥型の電極バインダーは、溶媒成分を揮発させることで乾燥、固体化して活物質同士を強固に接着固定するものを意味する。
従って、溶液乾燥型の電極バインダー（結着材）と粘着性樹脂とは異なる材料である。

正極活物質層の厚みは、特に限定されるものではないが、電池性能の観点から、１５０〜６００μｍであることが好ましく、２００〜４５０μｍであることがより好ましい。

負極活物質層には負極活物質が含まれる。
負極活物質としては、公知のリチウムイオン電池用負極活物質が使用でき、炭素系材料［黒鉛、難黒鉛化性炭素、アモルファス炭素、樹脂焼成体（例えばフェノール樹脂及びフラン樹脂等を焼成し炭素化したもの等）、コークス類（例えばピッチコークス、ニードルコークス及び石油コークス等）及び炭素繊維等］、珪素系材料［珪素、酸化珪素（ＳｉＯ_x）、珪素−炭素複合体（炭素粒子の表面を珪素及び／又は炭化珪素で被覆したもの、珪素粒子又は酸化珪素粒子の表面を炭素及び／又は炭化珪素で被覆したもの並びに炭化珪素等）及び珪素合金（珪素−アルミニウム合金、珪素−リチウム合金、珪素−ニッケル合金、珪素−鉄合金、珪素−チタン合金、珪素−マンガン合金、珪素−銅合金及び珪素−スズ合金等）等］、導電性高分子（例えばポリアセチレン及びポリピロール等）、金属（スズ、アルミニウム、ジルコニウム及びチタン等）、金属酸化物（チタン酸化物及びリチウム・チタン酸化物等）及び金属合金（例えばリチウム−スズ合金、リチウム−アルミニウム合金及びリチウム−アルミニウム−マンガン合金等）等及びこれらと炭素系材料との混合物等が挙げられる。

また、負極活物質は、上述した被覆正極活物質と同様の導電助剤及び被覆用樹脂で被覆された被覆負極活物質であってもよい。
導電助剤及び被覆用樹脂としては、上述した被覆正極活物質と同様の導電助剤及び被覆用樹脂を好適に用いることができる。

また、負極活物質層は、被覆負極活物質に含まれる導電助剤以外にも導電助剤を含んでもよい。導電助剤としては、上述した被覆正極活物質に含まれる導電助剤と同様のものを好適に用いることができる。

負極活物質層は、正極活物質層と同様に、負極活物質同士を結着する結着材を含まない非結着体であることが好ましい。また、正極活物質層と同様に、粘着性樹脂が含まれていてもよい。

負極活物質層の厚みは、特に限定されるものではないが、電池性能の観点から、１５０〜６００μｍであることが好ましく、２００〜４５０μｍであることがより好ましい。

正極集電体及び負極集電体（以下まとめて単に集電体ともいう）を構成する材料としては、銅、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル及びこれらの合金等の金属材料、並びに、焼成炭素、導電性高分子材料、導電性ガラス等が挙げられる。
これらの材料のうち、軽量化、耐食性、高導電性の観点から、正極集電体としてはアルミニウムであることが好ましく、負極集電体としては銅であることが好ましい。

また、集電体は、導電性高分子材料からなる樹脂集電体であることが好ましい。
集電体の形状は特に限定されず、上記の材料からなるシート状の集電体、及び、上記の材料で構成された微粒子からなる堆積層であってもよい。
集電体の厚さは、特に限定されないが、５０〜５００μｍであることが好ましい。

樹脂集電体を構成する導電性高分子材料としては例えば、導電性高分子や、樹脂に必要に応じて導電剤を添加したものを用いることができる。
導電性高分子材料を構成する導電剤としては、上述した被覆正極活物質に含まれる導電助剤と同様のものを好適に用いることができる。

導電性高分子材料を構成する樹脂としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、ポリシクロオレフィン（ＰＣＯ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂又はこれらの混合物等が挙げられる。
電気的安定性の観点から、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）及びポリシクロオレフィン（ＰＣＯ）が好ましく、さらに好ましくはポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリメチルペンテン（ＰＭＰ）である。

セパレータとしては、ポリエチレン又はポリプロピレン製の多孔性フィルム、多孔性ポリエチレンフィルムと多孔性ポリプロピレンとの積層フィルム、合成繊維（ポリエステル繊維及びアラミド繊維等）又はガラス繊維等からなる不織布、及びそれらの表面にシリカ、アルミナ、チタニア等のセラミック微粒子を付着させたもの等の公知のリチウムイオン電池用のセパレータが挙げられる。

正極活物質層及び負極活物質層には電解液が含まれる。
電解液としては、公知のリチウムイオン電池の製造に用いられる、電解質及び非水溶媒を含有する公知の電解液を使用することができる。

電解質としては、公知の電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、ＬｉＮ（ＦＳＯ₂）₂、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＳｂＦ₆、ＬｉＡｓＦ₆及びＬｉＣｌＯ₄等の無機酸のリチウム塩、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂及びＬｉＣ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃等の有機酸のリチウム塩等が挙げられる。これらの内、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのはイミド系電解質［ＬｉＮ（ＦＳＯ₂）₂、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂及びＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂等］及びＬｉＰＦ₆である。

非水溶媒としては、公知の電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、ラクトン化合物、環状又は鎖状炭酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、環状又は鎖状エーテル、リン酸エステル、ニトリル化合物、アミド化合物、スルホン、スルホラン等及びこれらの混合物を用いることができる。

電解液の電解質濃度は、１〜５ｍｏｌ／Ｌであることが好ましく、１．５〜４ｍｏｌ／Ｌであることがより好ましく、２〜３ｍｏｌ／Ｌであることがさらに好ましい。
電解液の電解質濃度が１ｍｏｌ／Ｌ未満であると、電池の充分な入出力特性が得られないことがあり、５ｍｏｌ／Ｌを超えると、電解質が析出してしまうことがある。
なお、電解液の電解質濃度は、リチウムイオン電池用電極又はリチウムイオン電池を構成する電解液を、溶媒などを用いずに抽出して、その濃度を測定することで確認することができる。

続いて発光部について説明する。
図２は、発光部の例を模式的に示す斜視図である。
図２に示す発光部２０は、その内部又は表面に配線を有する配線基板２１と、配線基板２１に実装された発光素子２２、制御素子２３ａ、２３ｂを備える。また、配線基板の端部には測定端子２４、２５が設けられている。測定端子２４、２５は単電池に接続した際に一方の測定端子が正極集電体に接触し、他方の測定端子が負極集電体に接触する位置に設けられている。この場合、測定端子２４、２５は単電池の正極集電体と負極集電体の間の電圧を測定する電圧測定端子となる。
また、配線基板２１の、発光素子２２の裏側にあたる面にも測定端子（不図示）が設けられている。この測定端子（不図示）は単電池の温度を測定するための温度測定端子として利用することができる。

発光部２０は、単電池の特性を測定して当該特性に応じた光信号を生じる。
測定端子２４、２５及び温度測定端子（不図示）は制御素子２３ａ、２３ｂと電気的に接続されており、制御素子２３ａ、２３ｂは発光素子２２と電気的に接続されている。
制御素子は測定端子で測定した単電池の特性を示す情報に基づき発光素子を所定の光信号パターンで発光させる制御を行う。測定端子で測定した情報としては単電池の電圧及び温度であることが好ましい。
発光素子２２は制御素子２３ａ、２３ｂにより生成された制御信号に基づき所定の光信号パターンで発光し、光信号を生じる。

発光部を構成する配線基板としてはリジッド基板又はフレキシブル基板を使用することができる。図２に示すような配線基板の形状とする場合はフレキシブル基板とすることが好ましい。
制御素子としてはＩＣ、ＬＳＩ等の任意の半導体素子を使用することができる。また、図２には制御素子を２つ実装した例を示しているが、制御素子の数は限定されるものではなく、１つでもよく、３つ以上であってもよい。
発光素子としてはＬＥＤ素子、有機ＥＬ素子等の、電気信号を光信号に変換することのできる素子を使用することができ、ＬＥＤ素子であることが好ましい。例えば、発光素子は、中心波長が７００〜８００ｎｍの発光素子、中心波長が８５０〜９５０ｎｍの発光素子、又は中心波長が１０００〜１４００ｎｍの発光素子のうちの１つまたは複数とすることができる。中心波長が７００〜８００ｎｍの発光素子と中心波長が８５０〜９５０ｎｍの発光素子とを組み合わせて発光部を構成してもよいし、中心波長が８５０〜９５０ｎｍの発光素子と中心波長が１０００〜１４００ｎｍの発光素子とを組み合わせて発光部を構成してもよい。導波路を構成する材料の吸収スペクトルのピークを考慮して、発光素子を選択すればよい。
なお、発光部において配線基板を有することは必須ではなく、制御素子及び発光素子が基板を介さずに結線されることにより発光部を構成していてもよい。

発光部は、単電池の負極集電体及び正極集電体と電気的に接続されており、リチウムイオン電池からの電力供給を受けることができるようになっていることが好ましい。
発光部が負極集電体及び正極集電体と電気的に接続されていると、リチウムイオン電池からの電力供給を受けて発光素子を発光させることができる。発光素子を発光させるための電源及び配線を設ける必要が無いため簡便な構成とすることができる。
図２には電力供給を受けるための電極は図示していないが、測定端子とは別の電極を発光部に設けておくことが好ましい。

また、発光部が負極集電体及び正極集電体と電気的に接続される場合、負極集電体及び正極集電体は樹脂集電体であり、負極集電体及び正極集電体が発光部の電極に直接結合して電気的に接続されていることが好ましい。
樹脂集電体を使用する場合、樹脂集電体と発光部の電極を接触させ、樹脂集電体を加熱して樹脂を軟化させることにより、樹脂集電体と発光部の電極を直接結合させることができる。また、半田等の導電性を有する他の接合材を集電体と発光部の間に介して電気的な接続を行うこともできる。
上述したよう発光素子及び制御素子を搭載する各単電池は、当該発光素子及び制御素子を配置できる程度の厚さ（積層方向の長さ）と積層面の大きさ（長手方向および身近手方向の長さ）を有するため、単電池ユニットの形状は、比較的大きく厚みがある。そのため、複数の単電池ユニットが接続された組電池の形状も比較的に大型となり得る。

続けて、リチウムイオン電池モジュールの構成要素のうち、組電池、光導波路及び外装体について説明する。
図３は、リチウムイオン電池モジュールの一例を模式的に示す一部切り欠き斜視図である。
図３には組電池の構成を説明するために外装体の一部を除去して示している。
図３には、リチウムイオン電池モジュール１を示している。
リチウムイオン電池モジュール１を構成する組電池５０は、単電池ユニット３０が複数個接続されてなる。図３には、図１に示す単電池ユニット３０が５つ積層された組電池５０を示している。組電池５０では、隣り合う単電池１０の負極集電体１９の上面と正極集電体１７の下面が隣接するように積層されている。
この場合、単電池ユニット３０は複数個直列接続されている。

組電池５０の外表面（側面）には各単電池ユニット３０が備える発光部２０が一列に並んでいる。
そして、組電池５０の外表面（組電池の側面）には光導波路６０が設けられていて、各単電池ユニット３０の発光部２０からの光信号が光導波路６０に導入される。

光導波路は組電池１つに対して１つ設けられていることが好ましい。また、光ファイバーが束ねられて１つの光導波路を構成していることが好ましい。複数の光ファイバーを束ねて、組電池５０の外表面（側面）に配列することで、各単電池ユニット３０が備える発光部２０に対向している位置（面）から光信号が光導波路６０に導入されるので、複数の発光部２０に対して光ファイバーの屈曲部を近接して配置する必要はない。光導波路の数は光信号の数（組電池５０内の複数の発光部２０の数）よりも少なく、かつ、光導波路は、組電池５０内の複数の発光部２０からの光信号が伝搬する共通の光路を提供するように構成されることが好ましい。

組電池５０及び光導波路６０は外装体７０に収容されている。
外装体としては、金属缶ケース、高分子金属複合フィルム等を使用することができる。
光導波路６０の一端は外装体７０の外に出ており、外装体７０の外に出た光導波路の一端から光信号が導出される。

組電池５０の最上面の負極集電体１９の上には導電性シートが設けられ、導電性シートの一部が外装体７０から引き出されて引出配線５９となる。
また、組電池５０の最下面の正極集電体１７の上には導電性シートが設けられ、導電性シートの一部が外装体７０から引き出されて引出配線５７となる。
導電性シートとしては導電性を有する材料であれば特に限定されず、銅、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル及びこれらの合金等の金属材料、並びに、樹脂集電体として記載した材料を適宜選択して用いることができる。

外装体の外に出た光導波路の一端から導出された光信号は、受光部８０により受信される。受光部８０は受光素子８１を備えており、受光素子８１によって光信号を電気信号に逆変換することで組電池に含まれる単電池内の状態を示す電気信号を得ることができる。
受光素子としてはＬＥＤ素子、フォトトランジスタ等を使用することができ、ＬＥＤ素子が好ましい。
受光部は、受光素子が配線基板に実装されたものであってもよく、受光部が受光素子そのものであってもよい。

受光部と光導波路の間は電気的に接続されておらず、光信号によって受光部と光導波路の間の情報伝達がされる。
受光部と光導波路の間が電気的に接続されていないということは、受光部と組電池が電気的に絶縁されていることを意味している。
なお、本実施形態は、５つの単電池ユニット３０を積層した組電池５０の例を説明するが、２０個以上の単電池ユニット３０を積層した組電池５０を用いて容量的に大型の電池モジュールを構成することができる。この場合、組電池に備えられた２０個以上の発光部からの光信号は、光導波路６０へ導入され、光導波路６０により提供される共通の光路を伝搬して、光導波路６０の一端から導出されて、受光部８０により受光される。

図４は、図３に示すリチウムイオン電池モジュールの概略断面構造を示す図である。図４に示すように、単電池の積層方向に延伸した光導波路６０は、発光部２０の発光面に隣接または近接して配置される。光導波路６０は、導波管若しくは導光板、または高屈折率の樹脂を硬化したものを用いて構成することができる。光導波路６０は、発光部２０からの光信号を受光するのに十分な幅（単電池の積層方向に直交する方向の長さ、または単電池のうち発光部が設けられた端辺に沿う方向の長さ）を有する。光導波路６０の幅方向寸法は発光部２０の発光面の最大寸法（発光面が円形の場合は直径、矩形の場合は対角線）よりも大きい。光導波路６０は、複数の発光部２０の発光面（各々が積層された複数の単電池に対応する）を覆う（好ましくは発光面のすべてを覆う）ように配置されている。光導波路６０は、発光部２０の発光方向（発光面の鉛直方向に一致する場合および発光面の鉛直方向にから傾斜している場合を含む）のすべてを覆うように配置されている。なお、光導波路６０の厚み方向寸法（１つの単電池の発光部２０に対応する積層方向寸法）は特に限定されないが、例えば、単電池の厚み（積層方向の厚み）より大きいと好適である。

光導波路６０は、周囲の媒質（例えば、空気）の屈折率に比べ高屈折率の材料で構成されている。ここで、高屈折率とは、周囲の媒質の屈折理との間の差が、入射した光を光導波路内に閉じ込めて伝搬させることができる程度の値になる屈折率をいう。たとえば、光導波路６０は、高屈折利率の樹脂製フィルムまたは樹脂製板を用いて構成することができる。好ましくは、光導波路６０は、約９０度程度の曲げ部分を形成することができる程度に、変形可能な樹脂製フィルムまたは樹脂製板を用いて構成される。変形可能な樹脂製フィルムまたは樹脂製板は、常温または室温で柔らかいものであってもよく、常温または室温で硬いものであってもよい。光導波路６０は、例えば、発光部２０の発光面に対向する光導波路６０の表面うち光の光入力部（発光部２０の発光面に隣接または近接する部分）と光出力部だけ低屈折率物質が無い状態（閉じ込め能力を下げる）とし、当該入力部と光出力部以外の部分（光導波路６０の裏面および側面）を真空より低い屈折率の物質で覆う構成としてもよい。

光導波路６０を構成する樹脂製フィルムまたは樹脂製板を形成する樹脂は、限定するものでは無いが、アクリル樹脂等とすることができる。例えば、樹脂製フィルムまたは樹脂製板は、光学材料と呼ばれる高屈折率樹脂の中から柔軟なものを選択することができる。発光素子の発光波長帯域が吸収され難い材料のフィルム光導波路６０を構成する樹脂製フィルムまたは樹脂製板を形成する樹脂が好ましい。発光素子の発光波長帯域が赤外光の場合には、８５０ｎｍ〜９５０ｎｍの赤外吸収ピークが低い材料のフィルムが望ましい。

光導波路６０は、光信号を受光する表面の位置に対応する裏面の位置に、散乱加工６０ａが施されている。散乱加工６０ａは、隣接または近接する発光部２０の発光面に対応する位置に施されている。散乱加工６０ａは、例えば、凹凸加工であり得る。光導波路６０に入射し散乱加工６０ａにより散乱した光信号の一部は、光出力部の方向に伝搬する。散乱加工６０ａは、光反射部を構成する。

光導波路６０は、曲げ部分に反射加工６０ｂが施されており、これにより曲げ部分により散乱した光信号を光出力部の方向へ反射することができる。また、光導波路６０の光出力部となる端部と反対の端部および曲げ部分に反射加工６０ｂが施されており、これにより凹凸加工により光出力部の方向と反対方向に散乱した光を、光出力部の方向反射することができる。光導波路６０の曲げ部分は、組電池５０に隣接又は近接した部分から組電池に離間した部分に位置する光出力部までの部分であり、延伸部ともいう。

本実施形態のリチウムイオン電池モジュールにおいて、受光部と組電池が電気的に絶縁されていることにより発揮される効果について説明する。
図５は、リチウムイオン電池モジュールの周辺部材も含めた回路構成を模式的に示すブロック図である。
図５には、組電池５０を収容する外装体７０の領域を組電池５０及び光導波路６０を含む点線で示している。光導波路６０の一端は当該点線の領域の外に出ており、外装体７０の外に出ていることが示されている。
また、引出配線５７及び引出配線５９も外装体７０の外に引き出されている。

外装体７０の外に引き出された光導波路６０には受光部８０の受光素子８１が対向しており、光導波路の一端から導出される光信号を受光素子が受信できるようになっている。
受光部８０には電池状態解析器９０が接続されており、電池状態解析器において光信号の解析が行われ、組電池に含まれる単電池の特性が解析される。
図５には、外装体７０及び受光部８０を含むリチウムイオン電池モジュール１の領域を一点鎖線で示している。

受光部と組電池が電気的に絶縁されていると、組電池のいずれかの部位でショートが生じた際に流れる大電流が、単電池の受光部にまで伝わることがない。
また、受光部に電気的に接続された電池状態解析器（データ処理部）に大電流が伝わることがない。
すなわち、受光部及び電池状態解析器に対して大電流が流れることを想定する保護機構を設ける必要がないので、組電池に大電流が生じた際に単電池の特性の測定データを処理する部位に影響が及ばない構成を有するリチウムイオン電池モジュールとすることができる。

また、引出配線５７及び引出配線５９は機器本体１００に接続されており、機器本体１００において、組電池５０を電源とした機器の動作が行われる。

続いて、図５、図６Ａ（ａ）、図６Ａ（ｂ）、図６Ａ（ｃ）、図６Ａ（ｄ）、図６Ａ（ｅ）及び図６Ａ（ｆ）並びに図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）を参照して、単電池の特性に応じた光信号パターンについて説明する。
これらの光信号パターンを得るために、発光部には単電池の正極集電体と負極集電体の間の電圧を測定する電圧測定端子と、単電池の温度を測定する温度測定端子が設けられており、さらに電圧測定端子により測定された電圧と温度測定端子により測定された温度に応じて発光素子を所定の光信号パターンで発光させる制御を行う制御素子が設けられている。制御素子により発光素子を所定の光信号パターンで発光させる制御が行われる。

図６Ａ（ａ）、図６Ａ（ｂ）、図６Ａ（ｃ）、図６Ａ（ｄ）及び図６Ａ（ｅ）は、それぞれ単電池の電圧が異なるときの光信号パターンの例を示す模式図である。
図６Ａ（ａ）、図６Ａ（ｂ）、図６Ａ（ｃ）、図６Ａ（ｄ）及び図６Ａ（ｅ）はそれぞれ単電池電圧が４−４．５Ｖ、３．５−４Ｖ、３−３．５Ｖ、２．５−３Ｖ、２−２．５Ｖの場合の光信号パターンを示している。これらのパターンは所定時間内に信号のＯＮ／ＯＦＦを繰り返すパルスパターンであり、所定時間は１００ｓ（１００秒）としている。
所定時間は特に限定されるものではなく任意の時間とすることができる。

これらの例では１回の発光時間は同じで、電圧が高いほど発光ＯＮ／ＯＦＦの繰り返し回数が多い光信号パターンとしているが、電圧と光信号パターンの形状が対応していればどのような光信号パターンであっても構わない。
例えば、発光ＯＮ／ＯＦＦの回数は同じで電圧が高いほど１回の発光時間が長くなるような光信号パターンであってもよい。また、所定時間内における１回の発光時間はすべて同じである必要はない。
また、電圧０．５Ｖ刻みで光信号パターンの形状が異なるようにしているが、電圧の刻み幅は特に限定されるものではない。
例えば、図６Ａ（ａ）、図６Ａ（ｂ）、図６Ａ（ｃ）、図６Ａ（ｄ）及び図６Ａ（ｅ）に示した態様（１回の発光時間は同じで、電圧が高いほど発光ＯＮ／ＯＦＦの繰り返し回数が多い光信号パターン）とは異なり、図６Ｂに示すように、発光時間及び発光ＯＮ／ＯＦＦの繰り返し回数を、所定電圧毎に異ならせてもよい。図６Ｂに示す例では、電圧３Ｖのときの発光時間（Ｗ₂）を、電圧４Ｖのときの発光時間（２Ｗ₁）よりも短くして、また、電圧３Ｖのときの発光ＯＮ／ＯＦＦの繰り返し回数を、電圧４Ｖのときの発光ＯＮ／ＯＦＦの繰り返し回数よりも少なくした光信号パターンとしている（なお、電圧３Ｖのときの１回の発光時間と、電圧４Ｖのときの１回の発光時間とを異ならせてもよい（Ｗ₂≠Ｗ₁））。また、電圧２Ｖのときの各々の１回の発光時間（Ｗ₃）を、電圧３Ｖのときの各々の１回の発光時間（Ｗ₂）よりも短くすると共に、電圧２Ｖのときの発光ＯＮ／ＯＦＦの繰り返し回数を、電圧３Ｖのときよりも多くした光信号パターンとしている。
本実施形態では、光導波路には全ての発光素子（本発明の一実施形態では５つの発光素子）からの光信号が導入され、光導波路はこれらの光信号の共通の光路を提供する。そのため、光導波路内では混線状態での伝送となり得る。図６Ａ（ａ）、図６Ａ（ｂ）、図６Ａ（ｃ）、図６Ａ（ｄ）及び図６Ａ（ｅ）に示すように、１回の発光時間を同じ光信号パターンとすると、光導波路内で混線状態での伝送となり易いが、図６Ｂに示すように、所定電圧毎（或いは、所定の電圧範囲毎）に、異なる発光時間及び異なる発光ＯＮ／ＯＦＦの繰り返し回数を設定することにより、図６Ａ（ａ）、図６Ａ（ｂ）、図６Ａ（ｃ）、図６Ａ（ｄ）及び図６Ａ（ｅ）の態様と比較して、混線を抑制することができる（混線したとしても、混線している複数の光信号から、特定の光信号がどの電圧（或いはどの電圧範囲）に対応しているか、判別し易くすることができる）。

図６Ａ（ｆ）は、単電池の温度が所定温度以上である場合の光信号パターンの例を示す模式図である。単電池の温度が所定温度以上の場合は、温度異常の故障モードが生じていると判断して、単電池の電圧に関わらず図６Ａ（ｆ）のような「温度異常」の光信号パターンを生じるようにする。単電池の温度が所定温度未満であれば、温度測定端子により測定された温度は光信号パターンに反映されない。

図５には単電池ユニットを５つ備える組電池を示しており、組電池に含まれる各単電池には発光部が接続されている。
各発光部の発光素子からの光信号は光導波路に導入される。光導波路はこれらの光信号の共通の光路を提供する。光導波路には全ての発光素子（５つの発光素子）からの光信号が導入されるので、光導波路内では混線状態での伝送となる。導波路は、組電池の外表面に設けられ、厳密な位置合わせの必要がなく、配線の手間の煩雑性が削減される。
そして、光導波路の一端から混線した光信号が導出され、受光部に伝わる。

図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は光導波路から導出される光信号パターンの例を示す模式図である。
図７（ａ）では１００ｓごとに区切った全ての光信号パターンが電圧３−３．５Ｖに対応する光信号パターンとなっており、全ての単電池の電圧が３−３．５Ｖの範囲内となっていることがわかる。
図７（ｂ）では１００ｓごとに区切った光信号パターンは電圧２−２．５Ｖに対応する光信号パターンが１つ、電圧３−３．５Ｖに対応する光信号パターンが３つ、電圧４−４．５Ｖに対応する光信号パターンが１つとなっており、単電池ごとに電圧にばらつきがあることが分かる。電圧が低すぎる単電池は短絡の可能性があり、電圧が高すぎる単電池は過充電の可能性がある。
図７（ｃ）では１００ｓごとに区切った光信号パターンは電圧３−３．５Ｖに対応する光信号パターンが４つ、温度異常に対応する光信号パターンが１つとなっており、１つの単電池に温度異常が生じていることがわかる。
温度異常が生じている単電池は熱暴走が始まっている可能性があるので、交換の検討を要する。

図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示す光信号パターンでは、５つの単電池のうちいくつかの単電池に不具合の可能性があることが分かる。単電池の状態（電圧及び温度）を常にモニターしておき、電圧の急低下又は急上昇が生じた単電池に対応する光信号パターンが見られた場合、温度異常が生じた単電池に対応する光信号パターンが見られた場合に、組電池内の状態に不具合が生じていると判断することができる。

受光部では、このような光信号パターンを受光して、電気信号（パルス信号）に変換し、電池状態解析器において電気信号を読み取って単電池の電圧又は温度の情報を得る。その結果、組電池内に何Ｖの単電池が合計何個あるかの情報、温度異常が生じている単電池が合計何個あるかの情報が得られる。
なお、このような光信号パターンの解析において、単電池ごとに単電池の特性（電圧や温度等）に対応する光信号パターンを変えることでどの単電池がどの光信号パターンに対応するのかを判断することができる。そして、不具合のある単電池の存在を確認することができる。
また、どの単電池がどの光信号パターンに対応するのか判断はできない場合であっても、不具合のある単電池の存在を確認することができるので、組電池の不具合の発見には問題なく適用することができる。
また、単電池毎に測定情報を処理するための受光部や電池状態解析器を備える必要がないので、簡便な構成とすることができる。

また、単電池の情報を得る間隔も任意に設定できる。図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）には単電池１つあたり１００ｓで５つ分の５００ｓの領域の光信号パターンを示した。ここには１００ｓごとに隙間なくパターンを示しているが、ある単電池の光信号パターンと別の単電池の光信号パターンの間に光信号パターンの情報がない領域があってもよい。
また、単電池１つ当たりのパルスパターンの所定時間に単電池の積層数を乗じた時間よりも長い時間において、どのような光信号パターンが得られているかを調べて、組電池に含まれる各単電池の状態（組電池内に何Ｖの単電池が合計何個あるかの、温度異常が生じている単電池が合計何個あるか）を知ることができる。

なお、本実施形態のリチウムイオン電池モジュールにおいて、光導波路が外装体へ収容される形態は、図３に示した形態に限定されるものではなく、他の形態をとることも可能である。以下に、光導波路が外装体へ収容される他の形態について説明する。

図８（ａ）はリチウムイオン電池モジュールの他の一例を模式的に示す一部切り欠き斜視図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）に示すリチウムイオン電池モジュールの上面からの断面を模式的に示す上面断面図である。
図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すリチウムイオン電池モジュール２では、外装体７１に光導波路６１が収容される経路が設けられている。光導波路６１は、外装体７１が各単電池ユニット３０が備える発光部に対向している側面において受光し、外装体７１の異なる側面において外装体７１から引き出される。

光導波路６１が外装体７１から引き出される部位において、受光部８０が配置されていて、外装体７１から引き出された光導波路６１の一端から導出された光信号が受光部８０により受信される。
このような構造であると、光導波路が受光する部位から外装体の外に引き出されるまでの経路が長くなるので、外装体から光導波路が引き出される部分から組電池への水の侵入が防止される。

図９は、リチウムイオン電池モジュールの他の一例を模式的に示す側面断面図である。
図９に示すリチウムイオン電池モジュール３では、外装体７２が外装体の幅方向及び厚さ方向に光導波路６２の経路を長くするための迷路構造を有している。そして、光導波路６２６は各単電池ユニット３０が備える発光部に対向している側面において受光し、上記迷路構造を経て外装体７２の側面から引き出される。

光導波路６２が外装体７２から引き出される部位において、受光部８０が配置されていて、外装体７２から引き出された光導波路６２の一端から導出された光信号が受光部８０により受信される。
このような構造であっても、光導波路が受光する部位から外装体の外に引き出されるまでの経路が長くなるので、外装体から光導波路が引き出される部分から組電池への水の侵入が防止される。

図１０は、リチウムイオン電池モジュールの機能ブロック図である。図１０を参照して、リチウムイオン電池モジュール１の機能ブロックを説明するが、リチウムイオン電池モジュール２または３についても、機能ブロックを同様の構成とすることができる。リチウムイオン電池モジュール１は、受光部８０が光信号から逆変換した電気信号とは別の追加情報を考慮し、複数の単電池の状態を決定または推定するように構成された電池状態解析器９０を備える。

図１０に示すようにリチウムイオン電池モジュール１は、引出配線５７と引出配線５９とに接続された、組電池の入出力電圧を測定するための電圧計１２０を備える。また、リチウムイオン電池モジュール１は、引出配線５７に接続された、組電池の入出力電流を測定するための電流計１１０を備える。電圧計１２０から取得される入出力電圧情報および電流計１１０から取得される入出力電流情報は追加情報として複数の単電池１０の状態を決定または推定する際に用いることができる。また、複数の単電池の状態を決定または推定する際に時系列や事前知識を用いることもできる。時系列は、状態決定部９２により決定された状態を時間順に記録した情報テーブルとすることができる。事前知識は、事前に設定した単電池の特性（電圧や温度などの内部状態）と測定端子２４、２５及び温度測定端子（不図示）に接続された制御素子２３ａ、２３ｂが出力する特性信号との対応関係を示す情報テーブルや、単電池の特性（電圧や温度などの内部状態）の状態遷移を示す情報とすることができる。時系列や事前知識は、コンピュータが読取可能な記録媒体に記録された情報とすることができる。

電池状態解析器９０は、状態決定部９２および状態推定部９４を備える。電池状態解析器９０は、メモリおよびプロセッサと、プロセッサを状態決定部９２および状態推定部９４として機能させるプログラムを記録したコンピュータが読取可能な記憶媒体とを備えたコンピューティング装置としてもよい。コンピュータが読取可能な記憶媒体は、プログラムの他に、上述した事前知識を示す情報を記録していてもよい。

図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、所定時間内において５つの発光部２０の発光時間が重ならない理想的な送信タイミングにおいて、当該５つの発光部２０から光導波路６０に導入された光信号を、光導波路６０の光出力部から導出した場合の光信号パターン例を示すものであった。しかし、理想的な送信タイミングからずれた送信タイミングにおいても、発光部２０から送信される光信号は、重ならない限り、受光部８０によって受光され、当該光信号を送信した発光部２０に対応する単電池の特性を正しく決定できる。したがって、初めに、状態決定部９２において受光部８０からの電気信号に基づいて単電池１０の状態（特性）を決定し、状態を決定できなかった単電池については、状態推定部９４で状態を推定する。以下、単電池の特性として単電池の電圧を決定または推定する方法の具体例を説明する。

状態決定部９２は、受光部８０からの電気信号を処理して、２つ以上の光信号が重なった状態の光信号から逆変換されたものでないかを決定する。例えば、電子信号に含まれるパルスの数、パルスの幅、パルスの配列パターンに基づいて、２つ以上の光信号が重なったかどうかを決定することができる。電気信号が２つ以上の光信号が重なった状態の光信号から変換されたものでないと決定された場合、状態決定部９２は、当該電気信号が示す電圧を、単電池１０の電圧であると決定する。

状態推定部９４は、状態決定部９２により決定されなかった単電池の電圧を推定する。状態推定部９４は、電圧計１２０から取得される入出力電圧情報を利用する。直列に接続されたｎ個の単電池１０から構成された組電池５０の入出力電圧情報Ｖｔｏｔａｌとし、複数の単電池の電圧の和をＶ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋・・・Ｖｎとすると、式１の関係が成立する。状態推定部９４は、式１の関係を利用することで状態決定部９２により決定することができなかった単電池の電圧を推移する。
Ｖｔｏｔａｌ＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋・・・Ｖｎ （式１）

状態推定部９４は、Ｖｔｏｔａｌと、状態決定部９２により決定された単電池の電圧の和との差を求め、求めた差に基づいて状態決定部９２により決定されなかった単電池の電圧を推定することができる。ここで、状態決定部９２により決定された単電池の電圧は、測定端子２４、２５及び温度測定端子（不図示）に接続された制御素子２３ａ、２３ｂが電圧値を量子化する際の量子化誤差を含み得る。したがって、この誤差の範囲を考慮して、状態決定部９２により決定されなかった単電池の電圧を推定することが好ましい。状態決定部９２により電圧が決定された単電池の数をｍ（ｍは整数）とし、電気信号により表された電圧の範囲の下限をＳｍとし、上限をＳＭとすると、状態決定部９２により決定されなかった単電池の電圧の範囲Ｖｒｎｇ＿ＮＤは、式（２）で表現できる。状態推定部９４は、この範囲内で状態決定部９２により決定されなかった単電池の電圧を推定することができる。
Ｖｔｏｔａｌ−（ＳＭ１＋ＳＭ２＋・・・ＳＭｍ）＜Ｖｒｎｇ＿ＮＤ＜Ｖｔｏｔａｌ−（Ｓｍ１＋Ｓｍ２＋・・・Ｓｍｍ） （式２）

また、状態推定部９４は、あるタイミングで状態決定部９２により決定されなかった単電池の電圧を、時系列に基づいて推定することができる。例えば、状態推定部９４は、あるタイミングで状態決定部９２により決定されなかった単電池の電圧を、そのタイミングよりも前のタイミングおよびそのタイミングよりも後のタイミングの少なくとも一方で状態決定部９２により決定された単電池の電圧に基づいて推定することができる。例えば、ｔ＝ｔ０およびｔ＝ｔ２（ｔ０＜ｔ２）において状態決定部９２により決定された単電池の電圧がｖ１で等しかったとする。このとき、状態推定部９４は、この時系列に基づいて、ｔ＝ｔ１（ｔ０＜ｔ１＜ｔ２）において状態決定部９２により決定されなかった単電池の電圧が、ｖ１に近い（ｖ１との差が大きくない）ｖ０、ｖ１またはｖ２（ｖ０＜ｖ１＜ｖ２）のいずれかであると推定することができる。別の例では、ｔ＝ｔ０において状態決定部９２により決定された単電池の電圧がｖ１で、ｔ＝ｔ２において状態決定部９２により決定された単電池の電圧がｖ３であったとする。このとき、状態推定部９４は、この時系列に基づいて、ｔ＝ｔ１において状態決定部９２により決定されなかった単電池の電圧が、ｖ１またはｖ３に近い（ｖ１またはｖ３との差が大きくない）ｖ１からｖ３までの間のｖ１、ｖ２またはｖ３（ｖ１＜ｖ２＜ｖ３）と推定することができる。

さらにまた、状態推定部９４は、事前知識を用いて、あるタイミングで状態決定部９２により決定されなかった単電池の電圧を推定することができる。事前知識として、予め測定された電圧−容量曲線を保持しておき、状態推定部９４は、電圧−容量曲線にフィットする値を用いて、ある電圧の単電池に所定量充電した後の当該単電池における電圧変化量または電圧を推定することができる。

状態推定部９４は、追加情報を用いる推定、時系列に基づく推定、および事前知識を用いる推定の１つ以上を用いて、タイミングで状態決定部９２により決定されなかった単電池の電圧を推定することができる。

以上説明したように、理想的な送信タイミングからずれた送信タイミングにおいて発光部から送信された光信号が光導波路６０上で重なって受光部８０で受信されるであっても、単電池の状態を推定することが可能となる。

上記実施形態の説明では、単電池を構成する二次電池としてリチウムイオン電池を例示したが、本発明は、リチウムイオン電池を単電池として用いる構成に限定されるものでは無く、他の種類の二次電池を用いても実施することができる。例えば、単電池を構成する二次電池は、リチウム金属電池、ナトリウムイオン電池、又は全固体電池を用いてもよい。
単電池は、ひと組の正極材料と、負極材料と、当該正極材料と負極材料とを隔てるイオン透過性材料又はイオン伝導性材料とを備えた積層単位、及び電解質を備えた二次電池を用いて構成することができる。
正極材料は、リチウム又はナトリウムと遷移金属との複合酸化物と、上述したような正極集電体とを組み合わせて構成したものを用いることができる。
負極材料は、上述した公知のリチウムイオン電池用又は公知のナトリウムイオン電池用の負極活物質と、上述したような負極集電体とを組み合わせて構成したものを用いることができる。負極集電体は、カーボン系の集電体、若しくは、リチウム金属又は酸化チタンを用いて構成された集電体を用いて構成することができる。
正極材料と負極材料とを隔てるイオン透過性材料又はイオン伝導性材料は、上述したようなセパレータの他に、固体電解質を用いることができる。
電解質は、上述した公知のまたは他の公知の電解液及び電解質を用いることができる。

以上説明した実施形態に係る大型二次電池モジュールは、順に積層されたひと組の正極材料、イオン透過性材料又はイオン伝導性材料、及び負極材料を有する積層単位と電解質とを含む単電池が複数積層されて成る組電池と、各単電池に備えられた、当該単電池の特性を測定する測定部および前記単電池の前記特性に基づいて発光して光信号を出力する発光部と、複数の前記単電池に亘り積層方向に沿って延在して設けられ、前記組電池に備えられた複数の前記発光部の発光面を覆うように配置される光導波路と、を備え、前記光導波路は、内部に複数の前記光信号が導入される導光管であって、前記複数の発光部からの光信号が伝搬する共通の光路部分を有する。

従来の光ファイバーを用いる場合、配線接続が必要となるため、配線の手間が煩雑となる問題があるが、本開示の光導波路を用いる場合、配線接続が不要となるため、配線の手間の煩雑性の問題が解消される。
また、光導波路が、組電池に備えられた複数の発光部の発光面を覆うように配置されているため、厳密な位置合わせを必要とすることなく、複数の発光部からの光信号を光導波路内に導入することが可能となる。
また、光導波路が、複数の発光部からの光信号が伝搬する共通の光路部分を有するので、別々の光路として複数の光信号を伝播させる構成と比較して、構成を簡素化しながら複数の光信号を伝播させることができる。

また以上説明した実施形態に係る大型二次電池モジュールでは、前記光導波路は、複数の前記発光部からの出射光を導入し、内部で反射させてその進行方向を変える光反射部と、前記組電池に隣接又は近接した部分から、前記組電池に離間した部分まで延伸する延伸部とを、有し、前記光導波路内に導入された複数の前記発光部からの光信号のそれぞれは、前記光反射部から前記延伸部までの一部を混線状態で伝搬してもよい。

このような光反射部及び延伸部を有する光導波路により、一端から複数の発光部からの光信号を導入し、他端からまとめて組電池の外部に出射することができる。また、このような構成を備えた光導波路を用いて、複数の発光部からの光信号を混線状態で組電池の外部に出射する構成とすることにより、複数の発光部からの光信号を個別に組電池の外部に出射する構成と比較して、構成を簡素化できる。

また以上説明した実施形態に係る大型二次電池モジュールでは、前記単電池のうち前記発光部が設けられた端辺に沿う方向である、前記光導波路の幅方向の寸法が、前記発光部の発光面の最大寸法よりも大きくてもよい。

このような幅方向の寸法を有する光導波路を用いることにより、発光部からの光信号を内部に導入するのに十分な幅を有することとなるので、光ファイバーのような厳密な位置合わせを必要とする構成と比較して、位置ずれ許容量を増大させることができる。

また以上説明した実施形態に係る大型二次電池モジュールでは、前記光導波路は、内部に導入される複数の前記発光部からの出射光を、前記延伸部へ向かう方向に反射させる反射加工が施されていてもよい。

光導波路に反射加工が施されていることにより、一端から導入された複数の発光部からの出射光を、他端へ向かう方向へ導き易くすることができる。

また以上説明した実施形態に係る大型二次電池モジュールでは、前記組電池及び前記光導波路の少なくとも一部を収容する外装体と、前記外装体の内部又は外部において、前記組電池と離間して配置される受光部と、を備え、前記受光部と前記組電池とは電気的に絶縁され、前記受光部は、前記光導波路の内部を混線状態で伝播される複数の前記光信号を受信してもよい。

また以上説明した実施形態に係る大型二次電池モジュールでは、前記受光部は、前記光信号を受信して電気信号に変換し、前記変換された電気信号を処理して前記複数の単電池のそれぞれの状態を決定または推定するように構成された信号処理部を更に備えてもよい。

本開示の大型二次電池モジュールは、組電池を構成する単電池の特性を測定可能であり、組電池に含まれる各単電池の状態（組電池内に何Ｖの単電池が合計何個あるかの、温度異常が生じている単電池が合計何個あるか）を知ることができる。
また、組電池に大電流が生じた際に単電池の特性の測定データを処理する部位に影響が及ばない構成を有するため、組電池に短絡が生じた場合の影響を少なくすることができる。

１、２、３ リチウムイオン電池モジュール
１０ 単電池
１２ 正極
１３ 負極
１４ セパレータ
１５ 正極活物質層
１６ 負極活物質層
１７ 正極集電体
１８ 枠部材
１９ 負極集電体
２０ 発光部
２１ 配線基板
２２ 発光素子
２３、２３ａ、２３ｂ 制御素子
２４、２５ 測定端子
３０ 単電池ユニット
５０ 組電池
５７、５９ 引出配線
６０、６１、６２ 光導波路
６０ａ 散乱加工
６０ｂ 反射加工
７０、７１、７２ 外装体
８０ 受光部
８１ 受光素子
９０ 電池状態解析器
９２ 状態決定部
９４ 状態推定部
１００ 機器本体
１１０ 電流計
１２０ 電圧計

Claims (9)

1. 順に積層されたひと組の正極材料、イオン透過性材料又はイオン伝導性材料、及び負極材料を有する積層単位と電解質とを含む単電池が複数積層されて成る組電池と、
   各単電池に備えられた、当該単電池の特性を測定する測定部および前記単電池の前記特性に基づいて発光して光信号を出力する発光部と、
   複数の前記単電池に亘り積層方向に沿って延在して設けられ、前記組電池に備えられた複数の前記発光部の発光面を覆うように配置される光導波路と、を備え、
   前記光導波路は、
   内部に複数の前記光信号が導入される導光管であって、前記複数の発光部からの光信号が伝搬する共通の光路を提供する、
   二次電池モジュール。
2. 前記光導波路は、
   複数の前記発光部からの出射光を導入し、内部で反射させてその進行方向を変える光反射部と、
   前記組電池に隣接又は近接した部分から、前記組電池に離間した部分まで延伸する延伸部と、
   を有し、
   前記光導波路内に導入された複数の前記発光部からの光信号のそれぞれは、前記光反射部から前記延伸部までの一部を混線状態で伝搬される、
   請求項１に記載の二次電池モジュール。
3. 前記単電池のうち前記発光部が設けられた端辺に沿う方向である、前記光導波路の幅方向の寸法が、前記発光部の発光面の最大寸法よりも大きい、
   請求項１又は２に記載の二次電池モジュール。
4. 前記光導波路は、
   内部に導入される複数の前記発光部からの出射光を、前記延伸部へ向かう方向に反射させる反射加工が施されている、
   請求項２に記載の二次電池モジュール。
5. 前記組電池及び前記光導波路の少なくとも一部を収容する外装体と、
   前記外装体の内部又は外部において、前記組電池と離間して配置される受光部と、を備え、
   前記受光部と前記組電池とは電気的に絶縁され、
   前記受光部は、前記光導波路の内部を混線状態で伝搬される複数の前記光信号を受信する、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の二次電池モジュール。
6. 前記受光部は、前記光信号を受信して電気信号に変換し、
   前記変換された電気信号を処理して前記複数の単電池のそれぞれの状態を決定または推定するように構成された信号処理部を更に備えた、
   請求項５に記載の二次電池モジュール。
7. 前記組電池に備えられた２０個以上の発光部からの光信号が前記共通の光路を伝搬する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の二次電池モジュール。
8. 前記発光部が、
   （ａ）中心波長が７００〜８００ｎｍの発光素子、
   （ｂ）中心波長が８５０〜９５０ｎｍの発光素子、
   （ｃ）中心波長が１０００〜１４００ｎｍの発光素子、
   （ｄ）（ａ）および（ｂ）、又は
   （ｅ）（ｂ）および（ｃ）
   を備える、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の二次電池モジュール。
9. 前記発光部は、
   前記単電池の特性を検出する測定素子と、
   前記単電池の前記検出された特性を示す情報に基づき前記光信号の光信号パターンについての制御信号を生成する制御素子と、
   前記制御信号に基づいて、前記光信号パターンで発光して前記光信号を生じる発光素子と、を備えた、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の二次電池モジュール。

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