WO2021157741A1 - リチウムイオン電池システムおよび電池状態推定システム - Google Patents

リチウムイオン電池システムおよび電池状態推定システム Download PDF

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WO2021157741A1
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unit
optical signal
battery
cell
state
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PCT/JP2021/004611
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堀江　英明
洋志 川崎
水野　雄介
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Ａｐｂ株式会社
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Publication date
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    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a technique for estimating the state of a lithium ion battery.
  • Patent Document 1 discloses an assembled battery having a structure in which a plurality of cell cells composed of a lithium ion battery are stacked.
  • the assembled battery may have an abnormality in the process of its use (for example, when an abnormal voltage rise occurs or when the temperature rises to an abnormal temperature).
  • An object of the present invention is to appropriately determine the presence or absence of an abnormality.
  • the lithium ion battery system is an assembled battery in which a plurality of battery units are stacked, and each of the plurality of battery units is a cell cell composed of a lithium ion battery and the unit.
  • An assembled battery including a signal output unit provided in the battery, a signal receiving unit that receives an optical signal output by the signal output unit in each of the plurality of battery units, and the optical signal received by the signal receiving unit.
  • the signal output unit is provided with an analysis processing unit for analyzing the above and a state determination unit for determining that there is an abnormality in the assembled battery based on the analysis result of the analysis processing unit, and the signal output unit is in accordance with the state of the unit battery.
  • the first optical signal is generated by changing the optical signal pattern during a predetermined unit period, and when the state of the cell is in an abnormal state, the optical signal having the largest emission period ratio in the unit period among the optical signal patterns.
  • the analysis processing unit analyzes that the second optical signal, which is a pattern, is generated and the signal receiving unit receives the second optical signal, the state determination unit has an abnormality in the assembled battery. Judge that there is.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line aa in FIG. It is a perspective view which illustrates the structure of the signal output part.
  • (a) to (e) and (g) to (k) are schematic diagrams illustrating the optical signal pattern
  • (f) is a schematic diagram illustrating the optical signal pattern when the cell is in an abnormal state. Is. (a) to (c) are schematic views of the optical signal transmitted by the light guide. It is a block diagram which illustrates the structure of the battery state estimation system.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating the configuration of a battery system S according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the battery system S includes a lithium ion battery system 100 and a battery state estimation system 200.
  • the lithium-ion battery system 100 is a power supply device that supplies electric power to various electric devices 500 such as an electric vehicle or a mobile terminal.
  • the battery state estimation system 200 estimates the state of the lithium ion battery system 100.
  • the battery state estimation system 200 can communicate with the lithium ion battery system 100. Specifically, the battery state estimation system 200 communicates with the lithium ion battery system 100 via a known communication network such as the Internet or Ethernet (registered trademark). Further, it is assumed that the lithium ion battery system 100 and the battery state estimation system 200 are connected via a communication cable.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating the configuration of the lithium ion battery system 100.
  • the lithium ion battery system 100 of the present embodiment includes an assembled battery 10, a positive electrode terminal 11, a negative electrode terminal 12, a light guide body 13, an exterior body 14, and a light receiving device 15. .
  • the assembled battery 10 includes a plurality of battery units U.
  • a part of the exterior body 14 is omitted for convenience.
  • the exterior body 14 is a container that houses a plurality of battery units U.
  • the exterior body 14 is made of, for example, a metal case or a composite film.
  • the plurality of battery units U are stacked in the Z-axis direction in the internal space of the exterior body 14.
  • Each of the plurality of battery units U includes a cell 30 and a signal output unit 40. That is, a signal output unit 40 is installed for each cell 30.
  • the cell 30 is a secondary battery composed of a lithium ion battery.
  • a plurality of battery units U may be stacked and connected in series as follows. Specifically, the positive electrode current collector 311 in one cell 30 and the negative electrode current collector 321 in another cell 30 adjacent to the cell 30 in the positive direction of the Z axis are in mutual contact with each other.
  • a plurality of cell cells 30 are stacked in the Z-axis direction, and each cell cell 30 is connected in series.
  • the current collector is formed by laminating the positive electrode current collector 311 and the negative electrode current collector 321.
  • a positive electrode is formed on one surface of the current collector and a negative electrode is formed on the other surface to form a bipolar (bipolar) type electrode, and the bipolar (bipolar) type electrode is laminated with a separator. It can also be said that it has a structure.
  • the positive electrode terminal 11 in FIG. 2 comes into contact with the positive electrode current collector 311 of one cell 30 located at the bottom layer of the plurality of cell 30s.
  • the negative electrode terminal 12 comes into contact with the negative electrode current collector 321 of the cell 30 located at the uppermost layer of the plurality of cell 30s. As illustrated in FIG. 1, the positive electrode terminal 11 and the negative electrode terminal 12 are electrically connected to the electric device 500.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating the structure of any one battery unit U
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line aa in FIG.
  • the cell 30 is a structure formed into a rectangular shape in a plan view from the direction of the Z axis, and is formed in a flat plate shape parallel to the XY plane. As illustrated in FIGS. 3 and 4, the cell 30 is a laminate in which the separator 33 is interposed between the positive electrode 31 and the negative electrode 32.
  • the positive electrode 31 is located in the positive direction of the Z axis with respect to the separator 33
  • the negative electrode 32 is located in the negative direction of the Z axis with respect to the separator 33.
  • the positive electrode 31 is composed of a positive electrode current collector 311 and a positive electrode active material layer 312.
  • the positive electrode current collector 311 is a rectangular conductive film parallel to the XY plane.
  • the positive electrode active material layer 312 contains a positive electrode active material and an electrolytic solution, and is formed on the surface of the positive electrode current collector 311 facing the separator 33.
  • the negative electrode 32 is composed of a negative electrode current collector 321 and a negative electrode active material layer 322.
  • the negative electrode current collector 321 is a rectangular conductive film parallel to the XY plane.
  • the negative electrode active material layer 322 contains the negative electrode active material and the electrolytic solution, and is formed on the surface of the negative electrode current collector 321 facing the separator 33.
  • a frame-shaped body 34 is interposed between the positive electrode current collector 311 and the negative electrode current collector 321.
  • the frame-shaped body 34 is a rectangular frame-shaped structure formed to have the same external dimensions as the positive electrode current collector 311 and the negative electrode current collector 321.
  • the frame-shaped body 34 supports the peripheral edge of the rectangular separator 33 over the entire circumference.
  • the positive electrode active material layer 312 is interposed between the positive electrode current collector 311 and the separator 33
  • the negative electrode active material layer 322 is interposed between the negative electrode current collector 321 and the separator 33. .. That is, the cell 30 is a structure in which the positive electrode current collector 311, the positive electrode active material layer 312, the separator 33, the negative electrode active material layer 322, and the negative electrode current collector 321 are laminated in the above order.
  • the materials of the positive electrode current collector 311 and the negative electrode current collector 321 are, for example, various metal materials (copper, aluminum, titanium, stainless steel, nickel, alloys of the above metals). , Fired carbon, conductive polymer material, or conductive glass.
  • a resin current collector formed of a conductive polymer material may be used as the positive electrode current collector 311 or the negative electrode current collector 321.
  • the conductive polymer material constituting the resin current collector include polyethylene (PE), polypropylene (PP), polymethylpentene (PMP), polycycloolefin (PCO), polyethylene terephthalate (PET), and polyether.
  • a silicone resin is exemplified.
  • a resin current collector may be composed of a mixture of two or more substances selected from the above examples.
  • the positive electrode active material of the positive electrode active material layer 312 is, for example, a composite oxide of lithium and a transition metal.
  • the positive electrode active material for example, lithium-containing transition metal phosphate (LiFePO 4, LiCoPO 4, LiMnPO 4, LiNiPO 4), transition metal oxide (MnO 2, V 2 O 5 ), transition metal sulfides ( There are MoS 2 , TiS 2 ), or conductive polymers (polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, poly-p-phenylene, polyvinyl carbazole). Two or more kinds of substances selected from the above examples may be used as the positive electrode active material.
  • the lithium-containing transition metal phosphate may be one in which a part of the transition metal site is replaced with another transition metal.
  • the negative electrode active material of the negative electrode active material layer 322 is, for example, a carbon-based material.
  • Carbon-based materials include, for example, graphite, non-graphitizable carbon, amorphous carbon, fired resin (carbonized by firing phenol resin or furan resin), coke (pitch coke, needle coke, petroleum coke), etc. Or carbon fiber.
  • silicon-based materials include, for example, silicon, silicon oxide (SiO x ), silicon-carbon composites, silicon alloys (silicon-aluminum alloys, silicon-lithium alloys, silicon-nickel alloys, silicon-iron alloys, silicon-titanium alloys, etc.
  • Silicon-manganese alloy silicon-copper alloy, or silicon-tin alloy.
  • a conductive polymer polyacetylene, polypyrrole
  • a metal tin, aluminum, zirconium, titanium
  • a metal oxide titanium oxide, lithium / titanium oxide
  • alloys lithium-tin alloy, lithium-aluminum alloy, lithium-aluminum-manganese alloy.
  • a mixture of the substance selected from the above examples and the carbon-based material may be used as the negative electrode active material.
  • the electrolytic solution is, for example, a lithium salt of an inorganic acid (LiN (FSO 2 ) 2 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 ), or a lithium salt of an organic acid (LiN (CF 3 SO 2 )). 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 ).
  • the non-aqueous solvent used in the electrolytic solution include lactone compounds, cyclic carbonates, chain carbonates, chain carboxylic acid esters, cyclic ethers, chain ethers, phosphate esters, nitrile compounds, amide compounds, and sulfones. , Sulfone, etc. are exemplified. A mixture of two or more substances selected from the above examples may be used in the electrolytic solution.
  • the signal output unit 40 of FIG. 2 is installed in the cell 30.
  • the signal output unit 40 installed in each cell 30 outputs an optical signal L according to the state (specifically, temperature and voltage) of the cell 30.
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating the configuration of the signal output unit 40 in any one battery unit U.
  • the signal output unit 40 of the present embodiment includes a wiring board 41, a temperature sensor 42, a voltage detection unit 43 (43a, 43b), a light emitting unit 44, and a light emitting control unit 45 (45a, 45b). Equipped with.
  • the light emitting unit 44 and the light emitting control unit 45 operate by, for example, the electric power supplied from the cell 30.
  • the wiring board 41 is a mounting component in which wiring is formed on the surface of the insulating board.
  • a rigid printed circuit board or a flexible printed circuit board is used as the wiring board 41.
  • the wiring board 41 includes a base portion 410, a first extension portion 411, and a second extension portion 412.
  • the base portion 410 is a flat plate-shaped portion formed in a rectangular shape.
  • the light emitting unit 44 and the light emitting control unit 45 are mounted on the surface Fa of the base unit 410 located in the positive direction of the Y axis.
  • Each of the first extension portion 411 and the second extension portion 412 is a portion of the base portion 410 that extends from the surface Fb on the side opposite to the surface Fa in the negative direction of the Y axis.
  • the first extending portion 411 extends in the negative direction of the Y axis from the portion of the upper edge of the base portion 410 located in the negative direction of the X axis
  • the second extending portion 412 extends from the portion located in the negative direction of the X axis to the lower edge of the base portion 410.
  • the portion located in the positive direction of the X-axis extends in the negative direction of the Y-axis.
  • the position of the first extension portion 411 and the position of the second extension portion 412 in the direction of the X axis are different. That is, the first extension portion 411 and the second extension portion 412 do not overlap each other in a plan view from the direction of the Z axis. Further, the position of the first extension portion 411 and the position of the second extension portion 412 in the direction of the Z axis are different. As can be understood from FIG. 3, the signal output unit 40 is installed in the cell 30 by sandwiching the cell 30 between the first extension section 411 and the second extension section 412.
  • the first extension portion 411 faces the upper surface of the cell 30 (the surface of the negative electrode current collector 321) and the second.
  • the extending portion 412 faces the lower surface of the cell 30 (the surface of the positive electrode current collector 311).
  • the structure for installing the signal output unit 40 in the cell 30 is not limited to the above examples.
  • the signal output unit 40 may be housed in a notch (recess) formed on the outer peripheral surface of the frame-shaped body 34. That is, the signal output unit 40 is embedded in the frame-shaped body 34.
  • the temperature sensor 42 detects the temperature Q of the cell 30.
  • a known temperature sensing element such as a resistance temperature detector or a thermistor is used as the temperature sensor 42.
  • the temperature sensor 42 of the present embodiment is installed on the surface of the first extending portion 411 facing the cell 30 (that is, the surface in the positive direction of the Z axis).
  • the temperature sensor 42 is electrically connected to the light emission control unit 45 via the wiring of the wiring board 41.
  • the position of the temperature sensor 42 is not limited to the example shown in FIG.
  • the temperature sensor 42 may be installed on the surface Fb of the substrate portion 410.
  • the voltage detection unit 43 detects the voltage V between both electrodes of the cell 30.
  • the voltage detection unit 43 of the present embodiment includes a first detection terminal 43a and a second detection terminal 43b.
  • the first detection terminal 43a is installed on the surface of the first extension portion 411 facing the cell 30 (that is, the surface in the positive direction of the Z axis).
  • the first detection terminal 43a detects the potential of the negative electrode current collector 321 by contacting the negative electrode current collector 321 of the cell 30.
  • the second detection terminal 43b is installed on the surface of the second extending portion 412 facing the cell 30 (that is, the surface in the negative direction of the Z axis).
  • the second detection terminal 43b detects the potential of the positive electrode current collector 311 by contacting the positive electrode current collector 311 in the cell 30.
  • the difference between the potential of the negative electrode current collector 321 detected by the first detection terminal 43a and the potential of the positive electrode current collector 311 detected by the second detection terminal 43b is the voltage V of the cell 30.
  • the light emitting unit 44 is a light source that emits light having a predetermined wavelength.
  • the light emitting unit 44 is installed on the surface of the base unit 410 (that is, the surface opposite to the cell 30) of the wiring board 41.
  • the light emitting unit 44 is a light source such as an LED (Light Emitting Diode).
  • the light emitting control unit 45 in FIG. 5 controls the light emitting unit 44.
  • the light emission control unit 45 of the present embodiment is composed of a first control unit 45a and a second control unit 45b.
  • Each of the first control unit 45a and the second control unit 45b is realized by an IC chip mounted on the wiring board 41.
  • the temperature sensor 42 and the first detection terminal 43a are electrically connected to the first control unit 45a via the wiring formed on the wiring board 41.
  • the second detection terminal 43b is electrically connected to the second control unit 45b via the wiring formed on the wiring board 41.
  • the first control unit 45a and the second control unit 45b cooperate with each other to control the light emitting unit 44.
  • the light emitting control unit 45 controls the light emission of the light emitting unit 44 according to the temperature Q detected by the temperature sensor 42 and the voltage V detected by the voltage detecting unit 43.
  • the light emission control unit 45 may be composed of a single IC chip.
  • FIGS. 6 (a) to 6 (k) are schematic views of a light emission pattern (hereinafter referred to as “optical signal pattern”) by the light emitting unit 44.
  • the light emitting control unit 45 causes the light emitting unit 44 to emit light in an optical signal pattern according to the state (temperature Q and voltage V) of the cell 30.
  • FIG. 6A shows an optical signal pattern when the voltage V is 4V to 4.5V
  • FIG. 6B shows light when the voltage V is 3.5V to 4V.
  • FIG. 6C is an optical signal pattern when the voltage V is 3V to 3.5V
  • FIG. 6D is light when the voltage V is 2.5V to 3V.
  • FIG. 6 (e) is an optical signal pattern when the voltage V is 2V to 2.5V.
  • Each optical signal pattern is a pulse pattern that repeats ON (light emission) / OFF (extinguishing) of a signal within a period of a predetermined length (hereinafter referred to as "unit period").
  • the unit period is, for example, a period of 100 seconds. However, the time length of the unit period is arbitrary.
  • the light emitting unit 44 may emit light only for one unit period, or the same optical signal pattern may be repeated over a plurality of unit periods. Further, as illustrated in FIGS.
  • the optical signal pattern in each voltage range does not need to be repeatedly turned on / off over the entire unit period, and a specific short time during the unit period. It may be a pattern in which the optical pulse is turned ON / OFF only by the light pulse.
  • one light emission time is the same, and the higher the voltage V, the greater the number of ON / OFF repetitions.
  • the optical signal pattern any optical signal pattern may be used as long as the voltage V and the shape of the optical signal pattern correspond to each other.
  • the optical signal pattern may have the same number of times of light emission ON / OFF, and the higher the voltage V, the longer one light emission time. Further, it is not necessary that the light emission time of one time in a unit period is the same.
  • the shape of the optical signal pattern is made different in increments of 0.5 V, the step width of the voltage is not particularly limited.
  • FIG. 6 (f) is a schematic diagram illustrating an optical signal pattern in a state in which an abnormality has occurred in the cell 30 (hereinafter referred to as “abnormal state”).
  • An abnormal state is a state in which the temperature Q of the cell 30 is higher or lower than the appropriate temperature range Q n normally used, or the voltage V of the cell 30 is higher than the appropriate voltage range V n normally used. A state in which the voltage is constant.
  • the light emitting control unit 45 causes the light emitting unit 44 to emit light in an optical signal pattern indicating an abnormal state as shown in FIG. 6 (f).
  • the optical signal pattern in the abnormal state is the time during which the light is emitted as compared with the optical signal patterns illustrated in FIGS.
  • the light emission period ratio during a unit period is defined as the ratio of the light emission (ON) period to the entire period of the unit period in the optical signal pattern as illustrated in FIGS. 6 (a) to 6 (k).
  • the light emission period ratio in the unit period of the optical signal pattern is set to, for example, 0.01 or less, preferably 0.004 or less (for example, FIGS. 6 (g) to 6).
  • the light emission period ratio in the unit period of the optical signal pattern is set to, for example, 0.1 or more, preferably 0.2 or more, and more preferably 0.5 or more (for example).
  • FIG. 6 (f) By setting the optical signal pattern that can be easily identified in advance in this way, it is possible to reliably detect the abnormal state of the cell 30.
  • the light emitting control unit 45 controls the light emitting unit 44 to generate an optical signal L corresponding to the temperature Q detected by the temperature sensor 42 and the voltage V detected by the voltage detecting unit 43. It is output from the light emitting unit 44.
  • the optical signal L is output from the signal output unit 40 of the battery unit U including the single battery 30 in an abnormal state among the plurality of battery units U. Specifically, it corresponds to a cell cell 30 in which the temperature Q is outside the range of the appropriate temperature range Q n normally used, or a cell cell 30 in which the voltage V is outside the range of the appropriate voltage range Q n normally used.
  • An optical signal L is output from the light emitting unit 44.
  • the light guide 13 of FIGS. 1 and 2 is, for example, an optical element formed of a light-transmitting resin material, and receives an optical signal L output from each signal output unit 40 of a plurality of battery units U as a light receiving device.
  • the light guide body 13 of the present embodiment includes an introduction unit 131 and a propagation unit 132.
  • the introduction portion 131 and the propagation portion 132 are integrally formed.
  • a bundle of a plurality of optical fibers may be used as the light guide body 13.
  • the introduction unit 131 is a portion extending in the Z-axis direction over a plurality of battery units U. As illustrated in FIG. 2, the introduction unit 131 faces each light emitting unit 44 of the plurality of battery units U. Therefore, the light emitted from each light emitting unit 44 (that is, the optical signal L) is incident on the introduction unit 131.
  • the propagation portion 132 is installed at the end of the introduction portion 131 in the positive direction of the Z axis.
  • the propagation unit 132 is a portion that propagates the light signal L incident on the introduction unit 131 from each light emitting unit 44 to the light receiving device 15.
  • the propagation portion 132 extends in the Y-axis direction so that the tip portion is located outside the exterior body 14. As understood from the above description, the optical signal L output from the light emitting unit 44 of each battery unit U is transmitted to the light receiving device 15 via the light guide body 13.
  • the light receiving device 15 receives the light supplied from the light guide body 13.
  • the light receiving device 15 of the present embodiment functions as a signal receiving unit that receives an optical signal L output by each signal output unit 40 of the plurality of battery units U.
  • the light receiving device 15 of the present embodiment outputs an electric signal (hereinafter referred to as “state signal”) corresponding to the optical signal L.
  • the light receiving device 15 includes, for example, a light receiving element, a recording device, and a transmitting device.
  • the light receiving element is, for example, a photodiode whose light receiving surface faces the tip surface of the propagation portion 132 of the light guide body 13.
  • the recording device holds a state signal according to the amount of light received by the light receiving element.
  • the transmitting device transmits the status signal recorded in the recording device to the outside.
  • the optical signal pattern in the abnormal state has a sufficiently long time to maintain ON (light emission) as compared with other optical signal patterns.
  • the time length of the unit period is defined by the clock signal generated by the oscillation circuit built in the light emission control unit 45, the period of the clock signal differs for each light emission control unit 45, so that the time length of the unit period is different. It differs for each light emission control unit 45. Therefore, a plurality of optical signal patterns (FIGS.
  • each unit cell 30 is in an abnormal state even in a crosstalk state by continuously observing the optical signal pattern within a period over a plurality of unit periods.
  • the optical signal L output from each battery unit U is transmitted to the light receiving device 15, wiring for electrically connecting the assembled battery 10 and the battery state estimation system 200 is unnecessary. Is. Therefore, the configuration of the lithium ion battery system 100 can be simplified. For example, there is an advantage that the number of parts of the lithium ion battery system 100 is reduced and the manufacturing process of the lithium ion battery system 100 is simplified.
  • the present embodiment has an advantage that the light signal L output from the light emitting unit 44 of each battery unit U can be reliably and easily transmitted to the battery state estimation system 200 by the light guide body 13. Further, since it is avoided that a large current is supplied from the assembled battery 10 to the light receiving device 15 or the battery state estimation system 200, it is necessary to install a protection mechanism assuming a large current in the battery state estimation system 200, for example. do not have.
  • FIG. 7 (a) to 7 (c) are schematic views illustrating the optical signal L transmitted by the light guide 13 to the light receiving device 15.
  • all the optical signal patterns divided for each unit period correspond to the voltage of 3V to 3.5V, and the voltage V of all the cell 30s is 3V to 3.5V. It can be seen that it is within the range.
  • the optical signal patterns divided for each unit period include one optical signal pattern corresponding to a voltage of 2V to 2.5V and three optical signal patterns corresponding to a voltage of 3V to 3.5V.
  • the optical signal pattern corresponding to the voltage of 4V to 4.5V is one, and the voltage V varies for each cell 30.
  • the cell 30 having a voltage V too low may be short-circuited, and the cell 30 having a voltage V too high may be overcharged.
  • the optical signal patterns divided for each unit period include three optical signal patterns corresponding to voltages of 3V to 3.5V and one optical signal pattern corresponding to voltages of 2V to 2.5V. There is one optical signal pattern corresponding to the abnormal state, and it can be seen that one cell 30 is in the abnormal state. As understood from the above description, according to the optical signal patterns shown in FIGS. 7 (a) to 7 (c), it is determined that some of the plurality of cells 30 are in an abnormal state. can.
  • the battery state estimation system 200 is a system that estimates the state of the assembled battery 10 by analyzing the optical signal L received by the light receiving device 15.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating the configuration of the battery state estimation system 200. As illustrated in FIG. 8, the battery state estimation system 200 includes a control device 21, a storage device 22, a communication device 23, and a notification device 24.
  • the control device 21 is a single or a plurality of processors that control each element of the battery state estimation system 200.
  • the control device 21 is configured by one or more types of processors such as a CPU (Central Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), an FPGA (Field Programmable Gate Array), or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Will be done.
  • a CPU Central Processing Unit
  • DSP Digital Signal Processor
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • the storage device 22 is a single or a plurality of memories for storing a program executed by the control device 21 and various data used by the control device 21.
  • the storage device 22 is composed of known recording media such as a semiconductor recording medium and a magnetic recording medium.
  • the storage device 22 may be configured by combining a plurality of types of recording media.
  • the communication device 23 receives the status signal output by the light receiving device 15.
  • the notification device 24 is an output device that notifies the user of an abnormality in the assembled battery 10. Specifically, the notification device 24 notifies the user of the abnormality of the assembled battery 10 by displaying an image, and notifies the user of the abnormality of the assembled battery 10 by radiating a voice such as an alarm sound. It is a sound emitting device. The notification device 24 may be configured by only one of the display device and the sound emitting device. Further, a vibration device that notifies the user of the abnormality of the assembled battery 10 by vibration may be used as the notification device 24. As understood from the above description, the notification device 24 functions as an abnormality notification unit for notifying an abnormality of the assembled battery 10.
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating the functional configuration of the control device 21. As illustrated in FIG. 9, the control device 21 of the present embodiment performs a plurality of functions (analysis processing unit 51, state determination unit 52, and notification control unit 53) by executing a program stored in the storage device 22. Realize.
  • functions analysis processing unit 51, state determination unit 52, and notification control unit 53
  • the analysis processing unit 51 analyzes the state signal received by the communication device 23 (that is, the optical signal L received by the light receiving device 15 from each battery unit U) to obtain an abnormal state among the single batteries 30 of the plurality of battery units U.
  • the number K of the cells 30 in the above is specified.
  • the optical signal pattern in the abnormal state is output from the signal output unit 40 corresponding to the cell 30 in the abnormal state. Therefore, the analysis processing unit 51 counts the total number of battery units U received by the light receiving device 15 as the number K of the optical signal pattern in the abnormal state.
  • the state determination unit 52 determines whether or not there is an abnormality in the assembled battery 10 according to the number K analyzed by the analysis processing unit 51. Specifically, the state determination unit 52 determines that the assembled battery 10 has an abnormality when the number K exceeds a predetermined threshold value Kth.
  • the threshold value Kth is set to a numerical value of 2 or more. That is, when the state determination unit 52 has an abnormality in two or more predetermined number of the cells 30, it determines that the assembled battery 10 as a whole has an abnormality. That is, even when the cell pack 30 in an abnormal state exists in the assembled battery 10, if the number K is equal to or less than the threshold value Kth, it is determined that there is no abnormality in the assembled battery 10 as a whole.
  • the threshold value Kth may be a fixed value set in advance or a variable value changed according to an instruction from an external device.
  • the notification control unit 53 notifies the user of the abnormality of the assembled battery 10 by the notification device 24. Specifically, the notification control unit 53 causes the notification device 24 to execute an operation of notifying the abnormality of the assembled battery 10 when the state determination unit 52 determines that the assembled battery 10 has an abnormality.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a specific procedure of the process (hereinafter referred to as “state estimation process”) Sa executed by the control device 21.
  • the control device 21 repeats the state estimation process Sa of FIG. 10 at a predetermined cycle.
  • the control device 21 (analysis processing unit 51) identifies the number K of the cells 30 in the abnormal state by analyzing the state signal received by the communication device 23 (Sa1).
  • the control device 21 (state determination unit 52) determines whether or not there is an abnormality in the assembled battery 10 by comparing the number K and the threshold value Kth (Sa2). Specifically, the state determination unit 52 determines that the assembled battery 10 is in an abnormal state when the number K exceeds the threshold value Kth, and the assembled battery 10 is in the normal state when the number K is equal to or less than the threshold value Kth. Is determined.
  • the control device 21 (notification control unit 53) notifies the user of the abnormality of the assembled battery 10 by the notification device 24 (Sa3).
  • the control device 21 ends the state estimation process Sa without executing the abnormality notification (Sa3).
  • the number K of the cells 30 in the abnormal state is specified by analyzing the optical signal L (state signal) output for each cell 30, and the number K is the number K.
  • the threshold value Kth is exceeded, it is determined that the assembled battery 10 has an abnormality. Therefore, even when the cell pack 30 in an abnormal state exists in the assembled battery 10, if the number K is equal to or less than the threshold value Kth, it is determined that there is no abnormality in the assembled battery 10 as a whole. That is, it is determined that the assembled battery 10 has an abnormality only when the number K of the cells 30 in the abnormal state reaches a value exceeding the threshold value Kth.
  • the state determination unit 52 described above may have an estimation unit that estimates the abnormal state of the cell adjacent to the cell in the abnormal state. Specifically, the state determination unit 52 determines the abnormal state of the cell adjacent to the cell (abnormal cell) analyzed as the abnormal state by the analysis processing unit 51 of the temperature sensor provided in the abnormal cell. It has an estimation unit that estimates from an optical signal according to the temperature to be detected, and the state determination unit 52 is an estimation result by the estimation unit (estimation result of an abnormal state of a cell adjacent to the abnormal cell analyzed as an abnormal state). ) May be used to determine that the assembled battery 10 has an abnormality.
  • the state determination unit 52 uses the optical signals corresponding to the temperatures detected by the respective temperature sensors provided in the above-mentioned abnormal cell and the cell adjacent to the abnormal cell, and the unit 52 adjacent to the abnormal cell is used. It has an estimation unit that estimates the abnormal state of the battery, and the analysis processing result by the analysis processing unit 51 (the result analyzed as the abnormal state by the analysis processing unit 51) and the estimation result by the estimation unit (the abnormality analyzed as the abnormal state).
  • the abnormality of the assembled battery 10 may be estimated based on the estimation result of the abnormal state of the cell adjacent to the cell.
  • the stacked state of each of the cells constituting the assembled battery 10 is easily affected by the temperature of the cell adjacent to the cell (for example, the positive electrode current collector 311 and the negative electrode current collector).
  • a positive electrode is formed on one surface of the current collector, and a negative electrode is formed on the other surface to form a bipolar (bipolar) type electrode.
  • the above-mentioned estimation unit can estimate the abnormal state of the cell adjacent to the abnormal cell, and the state determination unit 52 can appropriately determine the presence or absence of the abnormality of the assembled battery 10 based on the estimation result.
  • the battery unit U outputs an optical signal L that reflects not only the temperature Q of the cell 30 but also the voltage V. Therefore, the presence or absence of abnormality in each cell 30 can be accurately determined as compared with the configuration in which only the temperature Q of the cell 30 is detected. Further, in the present embodiment, when it is determined that the assembled battery 10 has an abnormality, the user is notified, so that the user can appropriately stop using the assembled battery 10 or repair the assembled battery 10. You can take action quickly.
  • FIG. 11 shows a perspective view of the battery unit U according to the present embodiment
  • FIG. 12 shows a perspective view of the signal output unit 60 according to the present embodiment
  • the cell 30 is a structure formed into a rectangular shape in a plan view from the direction of the Z axis, and is formed in a flat plate shape parallel to the XY plane. As illustrated in FIG. 4, the cell 30 is a laminate in which the separator 33 is interposed between the positive electrode 61 and the negative electrode 62.
  • the positive electrode 31 is located in the positive direction of the Z axis with respect to the separator 33, and the negative electrode 62 is located in the negative direction of the Z axis with respect to the separator 33.
  • FIG. 11 shows a perspective view of the battery unit U according to the present embodiment
  • FIG. 12 shows a perspective view of the signal output unit 60 according to the present embodiment.
  • the cell 30 is a structure formed into a rectangular shape in a plan view from the direction of the Z axis, and is formed in a flat plate shape
  • the negative electrode 62 of the battery unit U in the present embodiment has a shorter length in the Y-axis direction than the positive electrode 61.
  • the frame 63 has a notch on one side of the peripheral edge portion.
  • the signal output unit 60 shown in FIG. 12 which has a different shape from the signal output unit 40 applied in the first embodiment, is applied.
  • the signal output unit 60 includes a wiring board 601, a temperature sensor 602, a voltage detection unit 603 (603a, 603b), a light emitting unit 604 installed on the wiring board 601 and a light emitting control unit 605 (605a, 605b). Then, it is the same as the first embodiment.
  • the voltage detection unit 603 includes the first detection terminal 603a and the second detection terminal 603b
  • the light emission control unit 605 includes the first control unit 605a and the first control unit 605a.
  • the wiring board 601 of the signal output unit 60 has a side wall portion 606 having a size on the XY plane that fits with the above-mentioned step portion provided on the battery side and is equal to the height of the step portion. is doing. Further, an upper portion 607 communicating with the upper portion of the side wall portion 606 is provided, and the temperature sensor 602 and the first detection terminal 603a are installed on the surface of the upper portion 607 connected to the negative electrode 62. The second detection terminal 603b is installed on the surface of the lower portion 608 connected to the positive electrode 61, and the first control unit 605a and the second control unit 605b are installed on the opposite surfaces.
  • the signal output unit 60 has a structure (circuit board structure on the cell) located inside the battery unit, and therefore, the first embodiment.
  • the structure can be such that the signal output unit does not protrude from the side surface of the battery unit U. Further, even with such a configuration, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • the light emitting unit 44 when the cell unit 30 is in an abnormal state, the light emitting unit 44 generates an optical signal L having an optical signal pattern indicating the abnormal state, but the signal output unit 40 uses the temperature sensor 42 to generate an optical signal L.
  • An optical signal L representing the detected temperature Q and the voltage V detected by the voltage detection unit 43 may be output.
  • the light emitting control unit 45 causes the light emitting unit 44 to emit light in an optical signal pattern corresponding to the temperature Q and the voltage V. That is, the optical signals L representing the temperature Q and the voltage V are output in parallel from the light emitting units 44 of the plurality of battery units U regardless of the presence or absence of the abnormality in the cell 30.
  • the analysis processing unit 51 identifies the number K of the cells 30 in which the temperature Q represented by the optical signal L exceeds the threshold Qth or the voltage V represented by the optical signal L exceeds the threshold Vth.
  • the optical signal L output by the signal output unit 40 is comprehensively expressed as a signal according to the state (temperature Q or voltage V) of the cell 30. That is, in addition to the signal representing the abnormality of the cell 30, a signal representing the characteristic values (temperature Q and voltage V) of the cell 30 is included in the concept of "optical signal".
  • the presence or absence of abnormality of the cell 30 is determined according to the temperature Q and the voltage V of the cell 30, but the abnormality of the cell 30 is determined according to only one of the temperature Q and the voltage V. You may determine the presence or absence of.
  • the voltage detection unit 43 is omitted in the configuration in which only the temperature Q is used to determine the abnormality of the cell 30, and the temperature sensor 42 is omitted in the configuration in which only the voltage V is used to determine the abnormality of the cell 30.
  • the configuration for transmitting a plurality of optical signals L corresponding to different cell cells 30 by the common light guide body 13 is not limited to the above examples.
  • the light receiving device 15 separates the optical signal L supplied from the light guide 13 for each wavelength of the emitted light emitted by the light emitting unit 44 and receives the light. do.
  • the battery state is estimated by the common light guide 13 by using time division multiplexing in which the optical signals L corresponding to each cell 30 are transmitted within different periods on the time axis. It can be transmitted to the system 200.
  • the oscillation cycle of the IC chip constituting the light emission control unit 45 differs for each individual.
  • the light signal L for each light emitting unit 44 may be separated from the light receiving result by the light receiving device 15. Further, the light signal from each light emitting unit 44 may be guided to the light receiving device 15 via a light guide body separately installed for each battery unit U.
  • the optical signal L corresponding to the state of each cell 30 is transmitted from the assembled battery 10 to the battery state estimation system 200, but the signal corresponding to the state of the cell 30 uses light. It is not limited to the optical signal L.
  • An electric signal corresponding to the state of each cell 30 is transmitted from each signal output unit 40 to the battery state estimation system 200 by a signal line connecting the signal output unit 40 of each battery unit U and the battery state estimation system 200. May be good.
  • the signal output by the signal output unit 40 is comprehensively expressed as a state signal according to the state of the cell 30.
  • the state determination unit 52 may determine that the cell 30 is in an abnormal state when the voltage V of the cell 30 is lower than the threshold value Vth. Further, when the voltage V is lower than the predetermined threshold value Vth1, or when the voltage V is higher than the predetermined threshold value Vth2 (Vth2> Vth1), it may be determined that the cell 30 is in an abnormal state.
  • the battery system S including the lithium-ion battery system 100 and the battery state estimation system 200 is illustrated, but the battery state estimation system 200 may be mounted on the lithium-ion battery system 100.
  • the lithium ion battery system is an assembled battery in which a plurality of battery units are stacked, and each of the plurality of battery units is composed of a lithium ion battery.
  • An assembled battery including a battery and a signal output unit that outputs an optical signal according to the state of the unit, and a signal receiving unit that receives an optical signal output by the signal output unit in each of the plurality of battery units.
  • the analysis processing unit identifies the number of cells in an abnormal state among the cells of the plurality of battery units, and the analysis processing unit identifies them. It is provided with a state determination unit for determining that there is an abnormality in the assembled battery when the number exceeds the threshold value.
  • the number of cells in an abnormal state is specified by analyzing the optical signal output for each cell, and when the number exceeds the threshold value, it is determined that the assembled battery has an abnormality. .. That is, even if there are cells in an abnormal state, if the number of the cells is less than the threshold value, it is determined that there is no abnormality in the assembled batteries as a whole. Therefore, it is possible to properly determine whether or not there is an abnormality in the assembled battery as a whole. Further, since the optical signal output by the signal output unit of each battery unit is transmitted to the signal receiving unit, wiring for electrically connecting the assembled battery and the signal receiving unit is unnecessary. Therefore, there is also an advantage that the configuration is simplified (and thus an increase in the number of parts or a complicated manufacturing process can be suppressed).
  • the signal output unit in each of the plurality of battery units includes a temperature sensor that detects the temperature of the cell of the battery unit, and a light emitting unit that emits light.
  • the light emitting control unit includes a light emitting control unit that outputs the optical signal corresponding to the temperature detected by the temperature sensor from the light emitting unit by controlling the light emitting unit.
  • the light emission control unit causes the light emitting unit to output the optical signal indicating an abnormality of the cell when the temperature detected by the temperature sensor exceeds the threshold value. ..
  • an optical signal indicating an abnormality of the cell can be generated by a simple configuration in which the light emitting unit is controlled.
  • the signal output unit in each of the plurality of battery units includes a voltage detection unit that detects the voltage of the unit cell of the battery unit, and said.
  • the light emitting control unit By controlling the light emitting unit, the light emitting control unit outputs the optical signal corresponding to the temperature detected by the temperature sensor and the voltage detected by the voltage detecting unit from the light emitting unit.
  • the optical signal reflecting not only the temperature of the cell but also the voltage is output from the signal output unit, the abnormality of each cell is compared with the configuration in which only the temperature of the cell is detected. The presence or absence can be accurately determined.
  • the light emitting unit in each of the plurality of battery units emits light having different wavelengths
  • the analysis processing unit receives the signal.
  • the optical signal for each wavelength received by the unit is analyzed.
  • the optical signals having different wavelengths are output from each of the plurality of battery units, the optical signals can be separated for each wavelength (that is, for each battery unit). Therefore, it is possible not only to determine that any one of the plurality of cells is in the abnormal state, but also to identify the cell that is in the abnormal state among the plurality of cells.
  • the lithium ion battery system is a light guide that guides the optical signal output from the signal output unit in each of the plurality of battery units to the signal receiving unit. Equipped with a body. According to the above aspect, the optical signal output from the signal output unit of each battery unit can be reliably and easily transmitted to the signal receiving unit by the light guide.
  • the lithium ion battery system includes an abnormality notification unit that notifies when the state determination unit determines that there is an abnormality in the assembled battery. do. According to the above aspect, since the notification is given when it is determined that the assembled battery has an abnormality, it is possible to promptly take appropriate measures such as stopping the use of the assembled battery or repairing the assembled battery.
  • the battery state estimation system is an assembled battery in which a plurality of battery units are stacked, and each of the plurality of battery units is composed of a lithium ion battery.
  • a system that estimates the state of an assembled battery including a battery and a signal output unit that outputs an optical signal according to the state of the unit, and is the light output by the signal output unit in each of the plurality of battery units.
  • a signal receiving unit that receives a signal and an analysis processing unit that identifies the number of cells in an abnormal state among the cells of the plurality of battery units by analyzing the optical signal received by the signal receiving unit. It is provided with a state determination unit that determines that there is an abnormality in the assembled battery when the number specified by the analysis processing unit exceeds the threshold value.
  • S ... Battery system 10 ... Assembled battery, 11 ... Positive terminal, 12 ... Negative terminal, 13 ... Light guide, 14 ... Exterior, 15 ... Light receiving device, 200 ... Battery state estimation system, 21 ... Control device, 22 ... Storage device, 23 ... Communication device, 24 ... Notification device, 30 ... Cellular cell, 31,61 ... Positive electrode, 32,62 ... Negative electrode, 33 ... Separator, 34,63 ... Frame-shaped body, 40,60 ... Signal output unit, 41,601 ... Wiring board, 42,602 ... Temperature sensor, 43,603 ... Voltage detector, 43a, 603a ... First detection terminal, 43b, 603b ... Second detection terminal, 44,604 ...
  • Light emitting unit 45,605 ... Light emission control unit, 45a, 605a ... 1st control unit, 45b, 605b ... 2nd control unit, 51 ... Analysis processing unit, 52 ... State determination unit, 53 ... Notification control unit, 100 ... Lithium ion battery system, 131 ... Introduction part, 132 ... Propagation part, 200 ... Battery state estimation system, 311 ... Positive electrode current collector, 312 ... Positive electrode active material layer, 321 ... Negative electrode current collector, 322 ... Negative electrode active material layer, 410 ... Base part, 411 ... 1st extension part, 412 ... 2nd extension part, 500 ... Electrical equipment, 606 ... Side wall part, 607 ... Upper part, 608 ... Lower part, U ... Battery unit.

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Abstract

単電池の異常の有無を適正に判定するこができるとリチウムイオン電池システムを提供する。複数の電池ユニットが積層された組電池であって、前記複数の電池ユニットの各々が、リチウムイオン電池で構成される単電池と、当該単電池に備えられた信号出力部とを含む組電池と、前記複数の電池ユニットの各々における前記信号出力部が出力する光信号を受信する信号受信部と、前記信号受信部が受信する前記光信号を解析する解析処理部と、前記解析処理部の解析結果に基づいて、前記組電池に異常があると判定する状態判定部とを備えた。前記信号出力部は、前記単電池の状態に応じて所定の単位期間中の光信号パターンを変えて第１の光信号を生成し、 前記単電池の状態が異常状態のときに、前記光信号パターンのうち最も単位期間における発光期間比の大きい光信号パターンである第２の光信号を生成する。

Description

リチウムイオン電池システムおよび電池状態推定システム
　本発明は、リチウムイオン電池の状態を推定する技術に関する。
　例えば電気自動車または携帯端末等の多様な分野に好適な二次電池としてリチウムイオン電池が従来から提案されている。例えば特許文献１には、リチウムイオン電池で構成される複数の単電池を積層した構造の組電池が開示されている。
特開２０１９－２０７７５０号公報
　組電池はその使用過程において異常が発生する場合（例えば、異常な電圧上昇が発生した場合や異常な温度に上昇した場合など）がある。本発明は、異常の有無を適正に判定することを目的とする。
　本発明のひとつの態様に係るリチウムイオン電池システムは、複数の電池ユニットが積層された組電池であって、前記複数の電池ユニットの各々が、リチウムイオン電池で構成される単電池と、当該単電池に備えられた信号出力部とを含む組電池と、前記複数の電池ユニットの各々における前記信号出力部が出力する光信号を受信する信号受信部と、前記信号受信部が受信する前記光信号を解析する解析処理部と、前記解析処理部の解析結果に基づいて、前記組電池に異常があると判定する状態判定部とを備え、前記信号出力部は、前記単電池の状態に応じて所定の単位期間中の光信号パターンを変えて第１の光信号を生成し、 前記単電池の状態が異常状態のときに、前記光信号パターンのうち最も単位期間における発光期間比の大きい光信号パターンである第２の光信号を生成し、前記信号受信部が前記第２の光信号を受信したと前記解析処理部により解析された場合に、前記状態判定部は、前記組電池に異常があると判定する。
実施形態に係る電池システムの構成を例示するブロック図である。 リチウムイオン電池システムの構造を例示する斜視図である。 電池ユニットの構造を例示する斜視図である。 図３におけるａ－ａ線の断面図である。 信号出力部の構成を例示する斜視図である。 (a)～(e)および(g)～(k)は、光信号パターンを例示する模式図であり、(f)は、　　単電池が異常状態にある場合の光信号パターンを例示する模式図である。 (a)～(c)は、導光体が伝送する光信号の模式図である。 電池状態推定システムの構成を例示するブロック図である。 制御装置の機能的な構成を例示するブロック図である。 状態推定処理の具体的な手順を例示するフローチャートである。 電池ユニットの構造を例示する斜視図である。 信号出力部の構成を例示する斜視図である。
Ａ：第一の実施形態
　図１は、本発明の好適な形態に係る電池システムＳの構成を例示するブロック図である。電池システムＳは、リチウムイオン電池システム１００と電池状態推定システム２００とを具備する。リチウムイオン電池システム１００は、例えば電気自動車または携帯端末等の各種の電気機器５００に電力を供給する電源装置である。
　電池状態推定システム２００は、リチウムイオン電池システム１００の状態を推定する。電池状態推定システム２００は、リチウムイオン電池システム１００と通信可能である。具体的には、電池状態推定システム２００は、例えばインターネットまたはイーサネット（登録商標）等の公知の通信網を介してリチウムイオン電池システム１００と通信する。また、リチウムイオン電池システム１００と電池状態推定システム２００とが通信ケーブルを介して接続された構成も想定される。
　図２は、リチウムイオン電池システム１００の構成を例示する斜視図である。図１および図２に例示される通り、本実施形態のリチウムイオン電池システム１００は、組電池１０と正極端子１１と負極端子１２と導光体１３と外装体１４と受光装置１５とを具備する。組電池１０は、複数の電池ユニットＵを具備する。なお、図２においては、外装体１４の一部が便宜的に省略されている。外装体１４は、複数の電池ユニットＵを収容する容器である。外装体１４は、例えば金属製ケースまたは複合フィルムで構成される。
　図２に例示される通り、相互に直交するＸ軸とＹ軸とＺ軸とを想定する。複数の電池ユニットＵは、外装体１４の内部空間においてＺ軸の方向に積層される。複数の電池ユニットＵの各々は、単電池３０と信号出力部４０とを具備する。すなわち、単電池３０毎に信号出力部４０が設置される。単電池３０は、リチウムイオン電池で構成される二次電池である。なお、複数の電池ユニットＵを次のように積層して直列接続した構成としてもよい。具体的には、１個の単電池３０における正極集電体３１１と、当該単電池３０に対してＺ軸の正方向に隣合う他の単電池３０における負極集電体３２１とが相互に接触するように、複数の単電池３０がＺ軸の方向に積層され、各々の単電池３０が直列に接続される。この積層構造においては、正極集電体３１１と負極集電体３２１との積層により集電体が構成される。このような積層構造は、当該集電体の一方の面に正極を形成し、もう一方の面に負極を形成してバイポーラ（双極）型電極とし、当該バイポーラ（双極）型電極をセパレータと積層した構造ともいうことができる。なお、図２の正極端子１１は、複数の単電池３０のうち最下層に位置する１個の単電池３０の正極集電体３１１に接触する。他方、負極端子１２は、複数の単電池３０のうち最上層に位置する単電池３０の負極集電体３２１に接触する。図１に例示される通り、正極端子１１と負極端子１２とが電気機器５００に電気的に接続される。
　図３は、任意の１個の電池ユニットＵの構造を例示する斜視図であり、図４は、図３におけるａ－ａ線の断面図である。単電池３０は、Ｚ軸の方向からの平面視において矩形状に成形された構造体であり、Ｘ-Ｙ平面に平行な平板状に構成される。図３および図４に例示される通り、単電池３０は、正極３１と負極３２との間にセパレータ３３が介在する積層体である。セパレータ３３に対してＺ軸の正方向に正極３１が位置し、セパレータ３３に対してＺ軸の負方向に負極３２が位置する。
　正極３１は、正極集電体３１１と正極活物質層３１２とで構成される。正極集電体３１１は、Ｘ-Ｙ平面に平行な矩形状の導電膜である。正極活物質層３１２は、正極活物質と電解液とを含み、正極集電体３１１のうちセパレータ３３に対向する表面に形成される。他方、負極３２は、負極集電体３２１と負極活物質層３２２とで構成される。負極集電体３２１は、Ｘ-Ｙ平面に平行な矩形状の導電膜である。負極活物質層３２２は、負極活物質と電解液とを含み、負極集電体３２１のうちセパレータ３３に対向する表面に形成される。
　正極集電体３１１と負極集電体３２１との間には枠状体３４が介在する。枠状体３４は、正極集電体３１１および負極集電体３２１と同等の外形寸法に形成された矩形枠状の構造体である。枠状体３４は、矩形状に形成されたセパレータ３３の周縁を全周にわたり支持する。以上の説明から理解される通り、正極集電体３１１とセパレータ３３との間に正極活物質層３１２が介在し、負極集電体３２１とセパレータ３３との間に負極活物質層３２２が介在する。すなわち、単電池３０は、正極集電体３１１と正極活物質層３１２とセパレータ３３と負極活物質層３２２と負極集電体３２１とが以上の順番で積層された構造体である。
　単電池３０を構成する各要素の形成には公知の任意の材料が利用される。具体的な材料を例示すると以下の通りである。
　正極集電体３１１および負極集電体３２１（以下「集電体」と総称する）の材料は、例えば、各種の金属材料（銅，アルミニウム，チタン，ステンレス鋼，ニッケル，以上の金属の合金），焼成炭素，導電性高分子材料，または導電性ガラスである。
　導電性高分子材料で形成された樹脂集電体を正極集電体３１１または負極集電体３２１として利用してもよい。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、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ラート（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，シリコーン樹脂が例示される。以上の例示から選択された２以上の物質の混合物により樹脂集電体を構成してもよい。
　正極活物質層３１２の正極活物質は、例えばリチウムと遷移金属との複合酸化物である。複合酸化物は、例えば、遷移金属が１種類である複合酸化物（ＬｉＣｏＯ２，ＬｉＮｉＯ２，ＬｉＡｌＭｎＯ４，ＬｉＭｎＯ２，ＬｉＭｎ２Ｏ４），遷移金属が２種類である複合酸化物（ＬｉＦｅＭｎＯ４，ＬｉＮｉ１－ｘＣｏｘＯ２，ＬｉＭｎ１－ｙＣｏｙＯ２，ＬｉＮｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２，ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２），または遷移金属が３種類である複合酸化物（ＬｉＭａＭ'ｂＭ''ｃＯ２）である。なお、Ｍ，Ｍ'およびＭ''は相異なる遷移金属であり、ａ＋ｂ＋ｃ＝１が成立する。
　正極活物質の他例として、例えば、リチウム含有遷移金属リン酸塩（ＬｉＦｅＰＯ４，ＬｉＣｏＰＯ４，ＬｉＭｎＰＯ４，ＬｉＮｉＰＯ４），遷移金属酸化物（ＭｎＯ２，Ｖ２Ｏ５），遷移金属硫化物（ＭｏＳ２，ＴｉＳ２），または導電性高分子（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，ポリ-ｐ-フェニレン，ポリビニルカルバゾール）がある。以上の例示から選択された２種類以上の物質を正極活物質として利用してもよい。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に置換したものでもよい。
　負極活物質層３２２の負極活物質は、例えば炭素系材料である。炭素系材料は、例えば、黒鉛，難黒鉛化性炭素，アモルファス炭素，樹脂焼成体（フェノール樹脂またはフラン樹脂等の焼成により炭素化したもの），コークス類（ピッチコークス，ニードルコークス，石油コークス），または炭素繊維である。負極活物質の他例として、珪素系材料がある。珪素系材料は、例えば、珪素，酸化珪素（ＳｉＯｘ），珪素－炭素複合体，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，または珪素－スズ合金）である。また、負極活物質の他例として、例えば、導電性高分子（ポリアセチレン，ポリピロール），金属（スズ，アルミニウム，ジルコニウム，チタン），金属酸化物（チタン酸化物，リチウム・チタン酸化物），または金属合金（リチウム－スズ合金，リチウム－アルミニウム合金，リチウムーアルミニウムーマンガン合金）がある。以上の例示から選択された物質と炭素系材料との混合物を負極活物質として利用してもよい。
　電解液は、例えば、無機酸のリチウム塩（ＬｉＮ(ＦＳＯ２)２，ＬｉＰＦ６，ＬｉＢＦ４，ＬｉＳｂＦ６，ＬｉＡｓＦ６，ＬｉＣｌＯ４），または、有機酸のリチウム塩（ＬｉＮ(ＣＦ３ＳＯ２)２，ＬｉＮ(Ｃ２Ｆ５ＳＯ２)２，ＬｉＣ(ＣＦ３ＳＯ２)３）である。電解液に利用される非水溶媒としては、例えば、ラクトン化合物，環状炭酸エステル，鎖状炭酸エステル，鎖状カルボン酸エステル，環状エーテル，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，スルホラン等が例示される。以上の例示から選択された２種類以上の物質の混合物を電解液に利用してもよい。
　図２の信号出力部４０は単電池３０に設置される。各単電池３０に設置される信号出力部４０は、当該単電池３０の状態（具体的には温度および電圧）に応じた光信号Ｌを出力する。図５は、任意の１個の電池ユニットＵにおける信号出力部４０の構成を例示する斜視図である。図５に例示される通り、本実施形態の信号出力部４０は、配線基板４１と温度センサ４２と電圧検出部４３（４３a，４３b）と発光部４４と発光制御部４５（４５a，４５b）とを具備する。発光部４４および発光制御部４５は、例えば単電池３０から供給される電力により動作する。
　配線基板４１は、絶縁基板の表面に配線が形成された実装部品である。例えばリジッドプリント基板またはフレキシブルプリント基板が配線基板４１として利用される。図５に例示される通り、配線基板４１は、基体部４１０と第１延出部４１１と第２延出部４１２とを具備する。基体部４１０は、矩形状に形成された平板状の部分である。基体部４１０のうちＹ軸の正方向に位置する表面Ｆaに発光部４４および発光制御部４５が実装される。
　第１延出部４１１および第２延出部４１２の各々は、基体部４１０のうち表面Ｆaとは反対側の表面ＦbからＹ軸の負方向に延出する部分である。第１延出部４１１は、基体部４１０の上縁のうちＸ軸の負方向に位置する部分からＹ軸の負方向に延在し、第２延出部４１２は、基体部４１０の下縁のうちＸ軸の正方向に位置する部分からＹ軸の負方向に延在する。以上の説明から理解される通り、Ｘ軸の方向における第１延出部４１１の位置と第２延出部４１２の位置とは相違する。すなわち、第１延出部４１１と第２延出部４１２とは、Ｚ軸の方向からの平面視において相互に重複しない。また、Ｚ軸の方向における第１延出部４１１の位置と第２延出部４１２の位置とは相違する。図３から理解される通り、第１延出部４１１と第２延出部４１２とにより単電池３０を挟持することで信号出力部４０が単電池３０に設置される。具体的には、基体部４１０の表面Ｆbが単電池３０の側面に対向した状態において、第１延出部４１１が単電池３０の上面（負極集電体３２１の表面）に対向するとともに第２延出部４１２が単電池３０の下面（正極集電体３１１の表面）に対向する。なお、信号出力部４０を単電池３０に設置するための構造は以上の例示に限定されない。例えば、枠状体３４の外周面に形成された切欠部（凹部）に信号出力部４０を収容してもよい。すなわち、信号出力部４０が枠状体３４に埋設される。
　温度センサ４２は、単電池３０の温度Ｑを検出する。例えば測温抵抗体またはサーミスタ等の公知の感温素子が温度センサ４２として利用される。本実施形態の温度センサ４２は、第１延出部４１１のうち単電池３０に対向する表面（すなわちＺ軸の正方向の表面）に設置される。温度センサ４２は、配線基板４１の配線を介して発光制御部４５に電気的に接続される。なお、温度センサ４２の位置は図５の例示に限定されない。例えば基体部４１０の表面Ｆbに温度センサ４２を設置してもよい。
　電圧検出部４３は、単電池３０の両電極間の電圧Ｖを検出する。本実施形態の電圧検出部４３は、第１検出端子４３aと第２検出端子４３bとを含む。第１検出端子４３aは、第１延出部４１１のうち単電池３０に対向する表面（すなわちＺ軸の正方向の表面）に設置される。第１検出端子４３aは、単電池３０の負極集電体３２１に接触することで当該負極集電体３２１の電位を検出する。他方、第２検出端子４３bは、第２延出部４１２のうち単電池３０に対向する表面（すなわちＺ軸の負方向の表面）に設置される。第２検出端子４３bは、単電池３０における正極集電体３１１に接触することで当該正極集電体３１１の電位を検出する。第１検出端子４３aが検出する負極集電体３２１の電位と第２検出端子４３bが検出する正極集電体３１１の電位との差分が単電池３０の電圧Ｖである。
　発光部４４は、所定の波長の光を出射する光源である。発光部４４は、配線基板４１のうち基体部４１０の表面（すなわち単電池３０とは反対側の表面）に設置される。発光部４４は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の光源である。
　図５の発光制御部４５は、発光部４４を制御する。本実施形態の発光制御部４５は、第１制御部４５aと第２制御部４５bとで構成される。第１制御部４５aおよび第２制御部４５bの各々は、配線基板４１に実装されたＩＣチップで実現される。温度センサ４２および第１検出端子４３aは、配線基板４１に形成された配線を介して第１制御部４５aに電気的に接続される。第２検出端子４３bは、配線基板４１に形成された配線を介して第２制御部４５bに電気的に接続される。第１制御部４５aおよび第２制御部４５bは、相互に協働して発光部４４を制御する。具体的には、発光制御部４５は、温度センサ４２が検出する温度Ｑと電圧検出部４３が検出する電圧Ｖとに応じて発光部４４の発光を制御する。なお、発光制御部４５を単体のＩＣチップで構成してもよい。
　図６(a)から図６(k)は、発光部４４による発光のパターン（以下「光信号パターン」という）の模式図である。図６(a)から図６(k)に例示される通り、発光制御部４５は、単電池３０の状態（温度Ｑおよび電圧Ｖ）に応じた光信号パターンで発光部４４を発光させる。具体的には、図６(a)は、電圧Ｖが４Ｖ～４．５Ｖである場合の光信号パターンであり、図６(b)は、電圧Ｖが３．５Ｖ～４Ｖである場合の光信号パターンであり、図６(c)は、電圧Ｖが３Ｖ～３．５Ｖである場合の光信号パターンであり、図６(d)は、電圧Ｖが２．５Ｖ～３Ｖである場合の光信号パターンであり、図６(e)は、電圧Ｖが２Ｖ～２．５Ｖである場合の光信号パターンである。各光信号パターンは、所定長の期間（以下「単位期間」という）内に信号のＯＮ（発光）／ＯＦＦ（消灯）を繰返すパルスパターンである。単位期間は、例えば１００秒の期間である。ただし、単位期間の時間長は任意である。発光部４４からは、１単位期間のみ発光してもよいし、複数の単位期間にわたって同じ光信号パターンを繰り返しても良い。また、図6(g)から図6(k)に例示される通り、各電圧の範囲における光信号パターンは、単位期間全体にわたってＯＮ／ＯＦＦを繰り返す必要はなく、単位期間中の特定の短い時間のみで光パルスがＯＮ／ＯＦＦするパターンであってもよい。
　図６(a)から図６(e)および図６(g)から図６(k)の例では、１回の発光時間は同じで、電圧Ｖが高いほどＯＮ／ＯＦＦの繰返しの回数が多い光信号パターンとしているが、電圧Ｖと光信号パターンの形状と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Ｖ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、単位期間内における１回の発光時間が全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ない。
　図６(f)は、単電池３０に異常が発生した状態（以下「異常状態」という）における光信号パターンを例示する模式図である。異常状態とは、単電池３０の温度Ｑが通常使用する適正な温度範囲Ｑｎより高温または低温である状態、または単電池３０の電圧Ｖが通常使用する適正な電圧範囲Vｎより高電圧または定電圧である状態をいう。単電池３０が異常状態にある場合、発光制御部４５は、図６(f)のように異常状態を意味する光信号パターンで発光部４４を発光させる。異常状態における光信号パターンは、上述の図６(a)から図６(e)および図６(g)から図６(k)に例示するような光信号パターンに比べて、発光している時間の方が消灯している時間より長い、すなわち単位期間中における発光期間比が最も大きい発光パターンとなる。ここで、単位期間中における発光期間比とは、図６（a）から（k）に例示するような光信号パターンにおいて、単位期間の全期間に対する発光（ON）の期間の比率と定義する。単位期間における発光期間比は最大で１までとしてよく、単位期間における発光期間比＝１の場合は連続発光となる。また、単電池３０が通常の状態のときは、光信号パターンの単位期間における単位期間における発光期間比を例えば０．０１以下、好ましくは０．００４以下とし（例えば図６(g)から図６(k)）、単電池３０が異常状態のときは、光信号パターンの単位期間における発光期間比を例えば０．１以上、好ましくは０．２以上、更に好ましくは０．５以上とする（例えば図６(f)）。このように、識別の容易な光信号パターンを予め設定しておくことにより、単電池３０の異常状態を確実に検出することができる。
　以上の説明から理解される通り、発光制御部４５は、発光部４４を制御することで、温度センサ４２が検出する温度Ｑと電圧検出部４３が検出する電圧Ｖとに応じた光信号Ｌを発光部４４から出力させる。複数の電池ユニットＵのうち異常状態にある単電池３０を含む電池ユニットＵの信号出力部４０から光信号Ｌが出力される。具体的には、温度Ｑが通常使用する適正な温度範囲Ｑｎの範囲外にある単電池３０、または電圧Ｖが通常使用する適正な電圧範囲Ｑｎの範囲外にある単電池３０に対応する発光部４４から、光信号Ｌが出力される。
　図１および図２の導光体１３は、例えば光透過性の樹脂材料で形成された光学素子であり、複数の電池ユニットＵの各々の信号出力部４０から出力される光信号Ｌを受光装置１５に誘導する。本実施形態の導光体１３は、導入部１３１と伝播部１３２とを具備する。導入部１３１と伝播部１３２とは一体に形成される。なお、例えば複数の光ファイバーの束を導光体１３として利用してもよい。
　導入部１３１は、複数の電池ユニットＵにわたりＺ軸の方向に延在する部分である。図２に例示される通り、導入部１３１は、複数の電池ユニットＵの各々の発光部４４に対向する。したがって、各発光部４４からの出射光（すなわち光信号Ｌ）は導入部１３１に入射する。導入部１３１のうちＺ軸の正方向の端部に伝播部１３２が設置される。伝播部１３２は、各発光部４４から導入部１３１に入射した光信号Ｌを受光装置１５に伝播させる部分である。伝播部１３２は、先端部が外装体１４の外側に位置するようにＹ軸の方向に延在する。以上の説明から理解される通り、各電池ユニットＵの発光部４４から出力された光信号Ｌが、導光体１３を経由して受光装置１５に伝送される。
　受光装置１５は、導光体１３から供給される光を受光する。本実施形態の受光装置１５は、複数の電池ユニットＵの各々の信号出力部４０が出力する光信号Ｌを受信する信号受信部として機能する。本実施形態の受光装置１５は、光信号Ｌに応じた電気信号（以下「状態信号」という）を出力する。具体的には、受光装置１５は、例えば受光素子と記録装置と送信装置とを具備する。受光素子は、例えば、導光体１３における伝播部１３２の先端面に受光面が対向するフォトダイオードである。記録装置は、受光素子による受光量に応じた状態信号を保持する。送信装置は、記録装置に記録された状態信号を外部に送信する。
　なお、複数の電池ユニットＵの発光部４４から導光体１３に光信号Ｌが導入されるから、導光体１３の内部においては混線状態での伝送となる。ただし、異常状態の光信号パターンは、他の光信号パターンと比較してＯＮ（発光）を維持する時間長が充分に長い。また、発光制御部４５に内蔵された発振回路が生成するクロック信号により単位期間の時間長が規定されるところ、クロック信号の周期は発光制御部４５毎に相違するから、単位期間の時間長は発光制御部４５毎に相違する。したがって、特定の単位期間において通常状態に対応する複数の光信号パターン（図６(a)から図６(e)および(g)～(k)）が重複することにより異常状態の光信号パターンに類似する光信号パターンが形成されたとしても、後続の単位期間においては、通常状態に対応する複数の光信号パターンが重複することで同様の光信号パターンが再び形成される可能性は低い。以上の構成においては、複数の単位期間にわたる期間内の光信号パターンを継続的に観測することで、混線状態でも各単電池３０が異常状態にあることを判断可能である。
　以上の通り、本実施形態においては、各電池ユニットＵから出力された光信号Ｌが受光装置１５に伝送されるから、組電池１０と電池状態推定システム２００とを電気的に接続する配線は不要である。したがって、リチウムイオン電池システム１００の構成を簡素化できる。例えば、リチウムイオン電池システム１００の部品点数が削減され、リチウムイオン電池システム１００の製造工程が簡素化されるという利点がある。本実施形態においては特に、各電池ユニットＵの発光部４４から出力される光信号Ｌを導光体１３により確実かつ簡便に電池状態推定システム２００に伝送できるという利点もある。また、受光装置１５または電池状態推定システム２００に対して組電池１０から大電流が供給されることが回避されるから、例えば大電流を想定した保護機構を電池状態推定システム２００に設置する必要がない。
　図７(a)から図７(c)は、導光体１３により受光装置１５に伝送される光信号Ｌを例示する模式図である。図７(a)においては、単位期間毎に区切った全ての光信号パターンが電圧３Ｖ～３．５Ｖに対応するパターンとなっており、全ての単電池３０の電圧Ｖが３Ｖ～３．５Ｖの範囲内となっていることがわかる。
　図７(b)においては、単位期間毎に区切った光信号パターンは、電圧２Ｖ～２．５Ｖに対応する光信号パターンが１つ、電圧３Ｖ～３．５Ｖに対応する光信号パターンが３つ、電圧４Ｖ～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３０毎に電圧Ｖにばらつきがあることがわかる。電圧Ｖが低過ぎる単電池３０は短絡の可能性があり、電圧Ｖが高過ぎる単電池３０は過充電の可能性がある。
　図７(c)においては、単位期間毎に区切った光信号パターンは電圧３Ｖ～３．５Ｖに対応する光信号パターンが３つ、電圧２Ｖ～２．５Ｖに対応する光信号パターンが１つ、異常状態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３０が異常状態にあることがわかる。以上の説明から理解される通り、図７(a)から図７(c)に示す光信号パターンによれば、複数の単電池３０のうち幾つかの単電池３０が異常状態にあることを判断できる。
　電池状態推定システム２００は、受光装置１５が受信する光信号Ｌを解析することで組電池１０の状態を推定するシステムである。図８は、電池状態推定システム２００の構成を例示するブロック図である。図８に例示される通り、電池状態推定システム２００は、制御装置２１と記憶装置２２と通信装置２３と報知装置２４とを具備する。
　制御装置２１は、電池状態推定システム２００の各要素を制御する単数または複数のプロセッサである。具体的には、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の１種類以上のプロセッサにより、制御装置２１が構成される。
　記憶装置２２は、制御装置２１が実行するプログラムと制御装置２１が使用する各種のデータとを記憶する単数または複数のメモリである。例えば半導体記録媒体および磁気記録媒体等の公知の記録媒体で記憶装置２２は構成される。なお、複数種の記録媒体の組合せにより記憶装置２２を構成してもよい。通信装置２３は、受光装置１５が出力する状態信号を受信する。
　報知装置２４は、組電池１０の異常を利用者に報知する出力機器である。具体的には、報知装置２４は、組電池１０の異常を画像の表示により利用者に報知する表示装置、および、組電池１０の異常を例えば警報音等の音声の放射により利用者に報知する放音装置である。なお、表示装置および放音装置の一方のみで報知装置２４を構成してもよい。また、組電池１０の異常を振動により利用者に報知する振動装置を報知装置２４として利用してもよい。以上の説明から理解される通り、報知装置２４は、組電池１０の異常を報知する異常報知部として機能する。
　図９は、制御装置２１の機能的な構成を例示するブロック図である。図９に例示される通り、本実施形態の制御装置２１は、記憶装置２２に記憶されたプログラムを実行することで複数の機能（解析処理部５１，状態判定部５２および報知制御部５３）を実現する。
　解析処理部５１は、通信装置２３が受信した状態信号（すなわち受光装置１５が各電池ユニットＵから受信した光信号Ｌ）を解析することで、複数の電池ユニットＵの単電池３０のうち異常状態にある単電池３０の個数Ｋを特定する。本実施形態においては、前述の通り、異常状態にある単電池３０に対応する信号出力部４０から異常状態の光信号パターンが出力される。したがって、解析処理部５１は、異常状態の光信号パターンを受光装置１５が受信した電池ユニットＵの総数を個数Ｋとして計数する。
　状態判定部５２は、解析処理部５１が解析した個数Ｋに応じて組電池１０における異常の有無を判定する。具体的には、状態判定部５２は、個数Ｋが所定の閾値Ｋthを上回る場合に、組電池１０に異常があると判定する。閾値Ｋthは２以上の数値に設定される。すなわち、状態判定部５２は、２以上の所定の個数の単電池３０について異常がある場合に、組電池１０の全体として異常があると判定する。すなわち、異常状態の単電池３０が組電池１０に存在する場合でも、個数Ｋが閾値Ｋth以下である場合には、組電池１０の全体としては異常がないと判定される。なお、閾値Ｋthは、事前に設定された固定値でもよいし、外部機器からの指示に応じて変更される可変値でもよい。
　報知制御部５３は、組電池１０の異常を報知装置２４により利用者に報知させる。具体的には、報知制御部５３は、組電池１０に異常があると状態判定部５２が判定した場合に、組電池１０の異常を報知する動作を報知装置２４に実行させる。
　図１０は、制御装置２１が実行する処理（以下「状態推定処理」という）Ｓaの具体的な手順を例示するフローチャートである。制御装置２１は、図１０の状態推定処理Ｓaを所定の周期で反復する。
　状態推定処理Ｓaを開始すると、制御装置２１（解析処理部５１）は、通信装置２３が受信した状態信号を解析することで、異常状態にある単電池３０の個数Ｋを特定する（Ｓa1）。制御装置２１（状態判定部５２）は、個数Ｋと閾値Ｋthとを比較することで、組電池１０における異常の有無を判定する（Ｓa2）。具体的には、状態判定部５２は、個数Ｋが閾値Ｋthを上回る場合に組電池１０が異常状態にあると判定し、個数Ｋが閾値Ｋth以下である場合に組電池１０が正常状態にあると判定する。
　組電池１０に異常があると判定した場合（Ｓa2：YES）、制御装置２１（報知制御部５３）は、組電池１０の異常を報知装置２４により利用者に報知させる（Ｓa3）。他方、組電池１０に異常がないと判定した場合（Ｓa2：NO）、制御装置２１は、異常の報知（Ｓa3）を実行することなく状態推定処理Ｓaを終了する。
　以上に説明した通り、本実施形態においては、単電池３０毎に出力される光信号Ｌ（状態信号）を解析することで異常状態にある単電池３０の個数Ｋが特定され、当該個数Ｋが閾値Ｋthを上回る場合に組電池１０に異常があると判定される。したがって、異常状態の単電池３０が組電池１０に存在する場合でも、個数Ｋが閾値Ｋth以下である場合には、組電池１０の全体としては異常がないと判定される。すなわち、異常状態にある単電池３０の個数Ｋが閾値Ｋthを上回る数値に到達した場合に初めて、組電池１０に異常があると判定される。したがって、組電池１０の全体としての異常の有無が適正に判定され、判定結果の信頼性を向上することが可能である。なお、以上説明した状態判定部５２は、異常状態の単電池に隣接する単電池の異常状態を推定する推定部を有してもよい。具体的には、状態判定部５２は、解析処理部５１により異常状態と解析された単電池（異常単電池）に隣接する単電池の異常状態を、当該異常単電池に具備される温度センサの検出する温度に応じた光信号により推定する推定部を有し、状態判定部５２は、当該推定部による推定結果（異常状態と解析された異常単電池に隣接する単電池の異常状態の推定結果）に基づいて組電池１０に異常があると判定してもよい。また、状態判定部５２は、前述の異常単電池及び異常単電池に隣接する単電池に具備されるそれぞれの温度センサの検出する温度に応じたそれぞれの光信号により、異常単電池に隣接する単電池の異常状態を推定する推定部を有し、解析処理部５１による解析処理結果（解析処理部５１により異常状態と解析された結果）及び当該推定部による推定結果（異常状態と解析された異常単電池に隣接する単電池の異常状態の推定結果）に基づいて組電池１０の異常を推定してもよい。このような構成によれば、組電池１０を構成するそれぞれの単電池の積層状態が、単電池に隣接する単電池に温度影響が及び易い積層状態（例えば、正極集電体３１１と負極集電体３２１との積層により集電体を構成し、当該集電体の一方の面に正極を形成し、もう一方の面に負極を形成してバイポーラ（双極）型電極とした積層状態）の場合に、前述の推定部により、異常単電池に隣接する単電池の異常状態を推定し、当該推定結果に基づいて状態判定部５２が組電池１０の異常の有無を適正に判定することができる。
　本実施形態においては、単電池３０の温度Ｑだけでなく電圧Ｖも反映した光信号Ｌが電池ユニットＵから出力される。したがって、単電池３０の温度Ｑだけを検知する構成と比較して、各単電池３０の異常の有無を正確に判定できる。また、本実施形態においては、組電池１０に異常があると判定された場合に利用者に報知されるから、利用者は、組電池１０の使用の停止または組電池１０の修理等の適切な対応を迅速に実行できる。
Ｂ：第二の実施形態
　次いで、本発明によるリチウムイオン電池システムおよび電池状態推定システムの第二の実施形態を、図１１および図１２を用いて説明する。本実施形態は、電池ユニットＵにおける信号出力部６０が、電池ユニットＵの周縁部に設けられた段差部に設置されているという点で、上述の第一の実施形態と異なる。
　図１１に、本実施形態における電池ユニットＵの斜視図を、図１２に本実施形態における信号出力部６０の斜視図を、それぞれ示す。単電池３０は、Ｚ軸の方向からの平面視において矩形状に成形された構造体であり、Ｘ-Ｙ平面に平行な平板状に構成される。図４に例示される通り、単電池３０は、正極６１と負極６２との間にセパレータ３３が介在する積層体である。セパレータ３３に対してＺ軸の正方向に正極３１が位置し、セパレータ３３に対してＺ軸の負方向に負極６２が位置する。本実施形態における電池ユニットＵの負極６２は、図１１に示す通り、正極６１に比べてＹ軸方向の長さが短くなっている。また、枠６３は、周縁部の一辺に切欠きを有する。このように構成された各部品を積層することにより、図１１に示すように、周縁部の一辺に切欠きによって生じた段差を有する電池を構成する。この段差部では、Ｚ軸の方向からの平面視において正極６１が露出している。その段差部に信号出力部６０を接続した形態の電池ユニットとする。
　このような形態の電池に適合させるため、第一の実施形態で適用した信号出力部４０とは形状が異なる、図１２に示した信号出力部６０を適用する。信号出力部６０は、配線基板６０１と温度センサ６０２と電圧検出部６０３（６０３a，６０３b）と配線基板６０１上に設置された発光部６０４と発光制御部６０５（６０５a，６０５b）とを具備する点では、第一の実施形態と同じである。また、本実施形態においても、第一の実施形態と同様に、電圧検出部６０３は第１検出端子６０３aと第２検出端子６０３bとを含み、発光制御部６０５は、第１制御部６０５aと第２制御部６０５bとで構成される。信号出力部６０の配線基板６０１は、Ｘ-Ｙ平面上の大きさが上述の電池側に設けられた段差部と嵌合する大きさであり、段差部の高さに等しい側壁部６０６を有している。さらに、側壁部６０６の上部に連通する上段部６０７を有し、上段部６０７の負極６２と接続される面に温度センサ６０２および第１検出端子６０３ａが設置されている。下段部６０８の正極６１と接続される面に第２検出端子６０３ｂが設置され、反対の面に第１制御部６０５ａ、および第２制御部６０５ｂが設置されている。
　この信号部６０の温度センサ６０２および第１検出端子６０３ａと負極６２が、そして、第２検出端子７３ｂと正極６１がそれぞれ接続されるように、電池の周縁部の一辺に設けられた段差部に設置する。それぞれの接合部は、電気的に接続されている必要があるため、例えば、導電テープや異方性導電膜などを用いて接続される。
　このように構成された信号出力部６０およびそれを備えた電池ユニットＵは、信号出力部６０が、電池ユニットの内部に位置する構造（セル上回路基板構造）となるため、第一の実施形態における信号出力部６０のように、信号出力部が電池ユニットＵの側面から突出しないような構造とすることができる。また、このような構成としても、第一の実施形態と同様の効果を得ることができる。
Ｃ：変形例
　以上に例示した形態は多様に変形され得る。前述の形態に適用され得る具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様を、相互に矛盾しない範囲で併合してもよい。
（１）前述の形態においては、単電池３０が異常状態にある場合に、異常状態を表す光信号パターンの光信号Ｌを発光部４４により生成したが、信号出力部４０が、温度センサ４２が検出した温度Ｑと電圧検出部４３が検出した電圧Ｖとを表す光信号Ｌを出力してもよい。例えば、発光制御部４５は、温度Ｑおよび電圧Ｖに応じた光信号パターンで発光部４４を発光させる。すなわち、単電池３０における異常の有無に関わらず、温度Ｑおよび電圧Ｖを表す光信号Ｌが、複数の電池ユニットＵの各々の発光部４４から並列に出力される。解析処理部５１は、光信号Ｌが表す温度Ｑが閾値Ｑthを上回り、または、当該光信号Ｌが表す電圧Ｖが閾値Ｖthを上回る単電池３０の個数Ｋを特定する。
　以上の例示から理解される通り、信号出力部４０が出力する光信号Ｌは、単電池３０の状態（温度Ｑまたは電圧Ｖ）に応じた信号として包括的に表現される。すなわち、単電池３０の異常を表す信号のほか、単電池３０の特性値（温度Ｑおよび電圧Ｖ）を表す信号が、「光信号」の概念には包含される。
（２）前述の形態においては、単電池３０の温度Ｑおよび電圧Ｖに応じて当該単電池３０の異常の有無を判定したが、温度Ｑおよび電圧Ｖの一方のみに応じて単電池３０の異常の有無を判定してもよい。単電池３０の異常の判定に温度Ｑのみを利用する構成においては電圧検出部４３が省略され、単電池３０の異常の判定に電圧Ｖのみを利用する構成においては温度センサ４２が省略される。
（３）相異なる単電池３０に対応する複数の光信号Ｌを共通の導光体１３により伝送するための構成は、以上の例示に限定されない。例えば、発光部４４毎に出射光の波長が相違する構成においては、受光装置１５は、導光体１３から供給される光信号Ｌを、発光部４４による出射光の波長毎に分離して受光する。また、例えば、各単電池３０に対応する光信号Ｌを時間軸上の相異なる期間内に伝送する時分割多重を利用して、複数の光信号Ｌを共通の導光体１３により電池状態推定システム２００に伝送できる。なお、発光制御部４５を構成するＩＣチップの発振周期は個体毎に相違する。発光制御部４５毎の発振周期の相違を考慮することで、受光装置１５による受光結果から発光部４４毎の光信号Ｌを分離してもよい。また、電池ユニットＵ毎に別個に設置された導光体を介して各発光部４４からの光信号を受光装置１５に誘導してもよい。
（４）各光信号Ｌの波長が相違する前述の形態によれば、組電池１０を構成する複数の単電池３０のうち異常状態にある単電池３０を特定することが可能である。しかし、異常状態にある単電池３０を特定することまでは本発明において必須ではない。組電池１０のうち異常状態にある単電池３０の個数Ｋを特定できる構成が好適である。
（５）前述の形態においては、各単電池３０の状態に応じた光信号Ｌを組電池１０から電池状態推定システム２００に伝送したが、単電池３０の状態に応じた信号は、光を利用した光信号Ｌに限定されない。各電池ユニットＵの信号出力部４０と電池状態推定システム２００とを接続する信号線により、各単電池３０の状態に応じた電気信号を各信号出力部４０から電池状態推定システム２００に伝送してもよい。信号出力部４０が出力する信号は、単電池３０の状態に応じた状態信号として包括的に表現される。
（６）前述の形態においては、単電池３０の電圧Ｖが閾値Ｖthを上回る場合に単電池３０が異常状態にあると判定した。しかし、単電池３０の電圧Ｖが異常に低下する異常も想定される。そこで、状態判定部５２は、単電池３０の電圧Ｖが閾値Ｖthを下回る場合に当該単電池３０が異常状態にあると判定してもよい。また、電圧Ｖが所定の閾値Ｖth1を下回る場合、または電圧Ｖが所定の閾値Ｖth2（Ｖth2＞Ｖth1）を上回る場合に、単電池３０が異常状態にあると判定してもよい。
（７）前述の形態においては、リチウムイオン電池システム１００と電池状態推定システム２００とを具備する電池システムＳを例示したが、電池状態推定システム２００をリチウムイオン電池システム１００に搭載してもよい。
Ｄ：付記
　以上に説明した例示から以下の態様が把握される。
　本発明のひとつの態様（第１態様）に係るリチウムイオン電池システムは、複数の電池ユニットが積層された組電池であって、前記複数の電池ユニットの各々が、リチウムイオン電池で構成される単電池と、当該単電池の状態に応じた光信号を出力する信号出力部とを含む組電池と、前記複数の電池ユニットの各々における前記信号出力部が出力する光信号を受信する信号受信部と、前記信号受信部が受信する前記光信号を解析することで、前記複数の電池ユニットの単電池のうち異常状態にある単電池の個数を特定する解析処理部と、前記解析処理部が特定した個数が閾値を上回る場合に、前記組電池に異常があると判定する状態判定部とを具備する。以上の態様においては、単電池毎に出力される光信号を解析することで異常状態にある単電池の個数が特定され、当該個数が閾値を上回る場合に組電池に異常があると判定される。すなわち、異常状態の単電池が存在しても、その個数が閾値を下回る場合には、組電池の全体としては異常がないと判定される。したがって、組電池の全体としての異常の有無を適正に判定できる。また、各電池ユニットの信号出力部が出力した光信号が信号受信部に伝送されるから、組電池と信号受信部とを電気的に接続する配線が不要である。したがって、構成が簡素化される（ひいては部品点数の増加または製造工程の複雑化を抑制できる）という利点もある。
　第１態様の具体例（第２態様）において、前記複数の電池ユニットの各々における前記信号出力部は、当該電池ユニットの前記単電池の温度を検出する温度センサと、光を出射する発光部と、前記発光部を制御することで、前記温度センサが検出する温度に応じた前記光信号を前記発光部から出力させる発光制御部とを含む。以上の態様によれば、単電池毎の発光部を制御する簡便な構成により光信号を出力できる。
　第２態様の具体例（第３態様）において、前記発光制御部は、前記温度センサが検出する温度が閾値を上回る場合に、当該単電池の異常を表す前記光信号を前記発光部に出力させる。以上の態様によれば、単電池の異常を表す光信号を、発光部を制御する簡便な構成により生成できる。
　第２態様または第３態様の具体例（第４態様）において、前記複数の電池ユニットの各々における前記信号出力部は、当該電池ユニットの前記単電池の電圧を検出する電圧検出部を含み、前記発光制御部は、前記発光部を制御することで、前記温度センサが検出する温度と前記電圧検出部が検出する電圧とに応じた前記光信号を前記発光部から出力させる。以上の態様によれば、単電池の温度だけでなく電圧も反映した光信号が信号出力部から出力されるから、単電池の温度だけを検知する構成と比較して、各単電池の異常の有無を正確に判定できる。
　第２態様から第４態様の何れかの具体例（第５態様）において、前記複数の電池ユニットの各々における発光部は、相異なる波長の光を出射し、前記解析処理部は、前記信号受信部が受信した前記波長毎の光信号を解析する。以上の態様によれば、複数の電池ユニットの各々から相異なる波長の光信号が出力されるから、光信号を波長毎（すなわち電池ユニット毎）に分離できる。したがって、複数の単電池の何れかが異常状態にあることを判定できるだけでなく、複数の単電池のうち異常状態にある単電池を特定することが可能である。
　第１態様から第５態様の何れかの具体例に係るリチウムイオン電池システムは、前記複数の電池ユニットの各々における前記信号出力部から出力される前記光信号を前記信号受信部に誘導する導光体を具備する。以上の態様によれば、各電池ユニットの信号出力部から出力される光信号を導光体により確実かつ簡便に信号受信部に伝送できる。
　第１態様から第６態様の何れかの具体例（第７態様）に係るリチウムイオン電池システムは、前記組電池に異常があると前記状態判定部が判定した場合に報知する異常報知部を具備する。以上の態様によれば、組電池に異常があると判定された場合に報知されるから、組電池の使用の停止または組電池の修理等の適切な対応を迅速に実行できる。
　本発明のひとつの態様（第８態様）に係る電池状態推定システムは、複数の電池ユニットが積層された組電池であって、前記複数の電池ユニットの各々が、リチウムイオン電池で構成される単電池と、当該単電池の状態に応じた光信号を出力する信号出力部とを含む組電池の状態を推定するシステムであって、前記複数の電池ユニットの各々における前記信号出力部が出力する光信号を受信する信号受信部と、前記信号受信部が受信する前記光信号を解析することで、前記複数の電池ユニットの単電池のうち異常状態にある単電池の個数を特定する解析処理部と、前記解析処理部が特定した個数が閾値を上回る場合に、前記組電池に異常があると判定する状態判定部とを具備する。
Ｓ…電池システム、１０…組電池、１１…正極端子、１２…負極端子、１３…導光体、１４…外装体、１５…受光装置、２００…電池状態推定システム、２１…制御装置、２２…記憶装置、２３…通信装置、２４…報知装置、３０…単電池、３１，６１…正極、３２，６２…負極、３３…セパレータ、３４，６３…枠状体、４０，６０…信号出力部、４１，６０１…配線基板、４２，６０２…温度センサ、４３，６０３…電圧検出部、４３a，６０３ａ…第１検出端子、４３b，６０３ｂ…第２検出端子、４４，６０４…発光部、４５，６０５…発光制御部、４５a，６０５ａ…第１制御部、４５b，６０５ｂ…第２制御部、５１…解析処理部、５２…状態判定部、５３…報知制御部、１００…リチウムイオン電池システム、１３１…導入部、１３２…伝播部、２００…電池状態推定システム、３１１…正極集電体、３１２…正極活物質層、３２１…負極集電体、３２２…負極活物質層、４１０…基体部、４１１…第１延出部、４１２…第２延出部、５００…電気機器、６０６…側壁部、６０７…上段部、６０８…下段部、Ｕ…電池ユニット。

Claims (10)

  1. 　複数の電池ユニットが積層された組電池であって、前記複数の電池ユニットの各々が、リチウムイオン電池で構成される単電池と、当該単電池に備えられた信号出力部とを含む組電池と、
    　前記複数の電池ユニットの各々における前記信号出力部が出力する光信号を受信する信号受信部と、
    　前記信号受信部が受信する前記光信号を解析する解析処理部と、
    　前記解析処理部の解析結果に基づいて、前記組電池に異常があると判定する状態判定部とを備え、
    　前記信号出力部は、前記単電池の状態に応じて所定の単位期間中の光信号パターンを変えて第１の光信号を生成し、前記単電池の状態が異常状態のときに、前記光信号パターンのうち最も単位期間における発光期間比の大きい光信号パターンである第２の光信号を生成し、
    　前記信号受信部が前記第２の光信号を受信したと前記解析処理部により解析された場合に、前記状態判定部は、前記組電池に異常があると判定するリチウムイオン電池システム。
  2. 　各々の前記光信号パターンは、各々の前記信号出力部に予め設定され、前記第１の光信号は、前記単位期間における単位期間における発光期間比が０．０１以下の光信号であり、前記第２の光信号は、前記単位期間における単位期間における発光期間比が０．１以上である
    　請求項１のリチウムイオン電池システム。
  3. 　前記複数の電池ユニットの各々が、発光制御部と、温度センサと、発光部とを備え、
    　前記発光制御部は、前記温度センサが検出する温度が適正な温度範囲Ｑｎより高温または低温である場合に、当該単電池の異常を表す前記光信号を前記発光部に出力させる
    　請求項２のリチウムイオン電池システム。
  4. 　前記複数の電池ユニットの各々における前記信号出力部は、
    　当該電池ユニットの前記単電池の電圧を検出する電圧検出部を含み、
    　前記発光制御部は、前記発光部を制御することで、前記温度センサが検出する温度と前記電圧検出部が検出する電圧とに応じた前記光信号を前記発光部から出力させる
    　請求項２または請求項３のリチウムイオン電池システム。
  5. 　前記複数の電池ユニットの各々における前記発光部は、相異なる波長の光を出射し、
    　前記解析処理部は、前記信号受信部が受信した波長毎の光信号を解析する
    　請求項２から請求項４の何れかのリチウムイオン電池システム。
  6. 　前記複数の電池ユニットの各々における前記信号出力部から出力される前記光信号を前記信号受信部に誘導する導光体
    　を具備する請求項１から請求項５の何れかのリチウムイオン電池システム。
  7. 　前記組電池に異常があると前記状態判定部が判定した場合に報知する異常報知部
    　を具備する請求項１から請求項５の何れかのリチウムイオン電池システム。
  8. 　前記状態判定部は、前記解析処理部により異常状態と解析された異常単電池に隣接する単電池の異常状態を、前記異常単電池に具備される温度センサの検出する温度に応じた前記光信号により推定する推定部を有し、
    　前記状態判定部は、前記推定部による推定結果に基づいて、前記組電池に異常があると
    判定する、
    　請求項１から請求項７の何れかのリチウムイオン電池システム。
  9. 　前記状態判定部は、前記解析処理部により異常状態と解析された異常単電池に隣接する単電池の異常状態を、前記異常単電池及び前記異常単電池に隣接する単電池に具備されるそれぞれの温度センサの検出する温度に応じた前記光信号により推定する推定部を有し、
    　前記解析処理部による解析処理結果及び前記推定部による推定結果に基づいて、前記組電池の異常を推定する、
    　請求項１から請求項７の何れかのリチウムイオン電池システム。
  10. 　複数の電池ユニットが積層された組電池であって、前記複数の電池ユニットの各々が、リチウムイオン電池で構成される単電池と、当該単電池の状態に応じて所定の単位期間中の光信号パターンを変えて第１の光信号を出力し、 前記単電池の状態が異常状態のときに、前記光信号パターンのうち最も単位期間における発光期間比の大きい光信号パターンである第２の光信号を出力する信号出力部とを含む組電池の状態を推定するシステムであって、
    　前記複数の電池ユニットの各々における前記信号出力部が出力する光信号を受信する信号受信部と、
    　前記信号受信部が受信する光信号を解析する解析処理部と、
    　前記信号受信部が前記第２の光信号を受信したと前記解析処理部により解析された場合に、前記組電池に異常があると判定する状態判定部と
    　を具備する電池状態推定システム。
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