锂离子电池模块的制作方法

1.本发明涉及一种组电池及锂离子电池模块。


背景技术：

2.作为电动汽车及混合动力电动汽车等的电源及便携式电子设备的电源，使用层叠多个锂离子电池的单电池而成的组电池(专利文献1)。当对组电池进行充电时，需要进行充电管理，以免存在过度充电状态的单电池。
3.在专利文献1中，公开有监视每个单电池的端子间电压而进行充电控制。
4.在专利文献1中，公开有对电池组内的组电池进行充电的充电装置，充电装置的充电控制部与电池组的电压监视部连接，并以充电中测定到的端子间电压值达到规定电压值时，降低充电电流值的方式进行控制。
5.电池组的电压监视部为了测定每个单电池的端子间电压，通过金属配线(电压检测线)与各个单电池电连接。若通过配线与各个单电池电连接，则存在单电池之间短路的风险，除此以外，还有可能发生配线麻烦等问题。
6.为了解决这种问题，本发明的发明人等发现一种不使用电配线的结构，具体而言，具备对组电池中所包括的每个单电池测定单电池的特性并根据该特性发出光信号的发光部，及一并接收从各发光部输出的光信号的受光部的结构。根据该发明人等所发现的结构，通过对由受光部接收到的光信号进行分析(例如，通过与受光部连接的数据处理部进行分析)，能够避免如以往那样因与各个单电池配线连接而导致的单电池之间短路的风险。另外，能够减轻配线麻烦并降低组电池的制造成本。
7.然而，本发明人等所发现的结构为如下结构：设置提供从各单电池中所具备的发光部输出的光信号的共用光路的光波导，并由受光部一并接收从该光波导的一端导入并从另一端射出的多个光信号。在该结构中，有时在多个光信号冲突的状态下，在受光部中进行接收。若多个光信号冲突，则难以确定或推定所接收的光信号表示哪一特性，需要对其进行改进。
8.以往技术文献
9.专利文献
10.专利文献1：国际公开第2009/119075号
11.专利文献2：日本特开2017-054703号公报
12.专利文献3：日本特开平10-255805公报


技术实现要素：

13.本发明的目的在于，提供一种具有能够无需连接电配线的同时管理组电池的状态的结构，并且，即使在传输源自多个发光部的光信号的导光路中，该多个光信号发生冲突，也能够识别特定的光信号表示哪一单电池的特性的技术。
14.本发明的锂离子电池模块为具备由多个单电池连接而成的组电池，所述单电池包
含层叠单元和电解质，所述层叠单元由依次层叠成一组的正极集电体、正极活性物质层、隔膜、负极活性物质层及负极集电体构成，所述锂离子电池模块的特征在于，具备：控制部及发光部，所述控制部构成为接收设置于各个所述单电池上的表示对应的单电池的特性的特性信号，并输出将该单电池的标识符和所述特性信号进行编码的控制信号，所述发光部输出与所述控制信号对应的光信号；以及光波导，提供从多个所述发光部输出的光信号的共用光路。
附图说明
15.图1是示意性表示单电池单元的例的局部切除立体图，
16.图2是示意性表示发光部的例的立体图，
17.图3是示意性表示组电池的一例的局部切除立体图，
18.图4是图3所示的组电池的沿a-a线剖切的剖视图，
19.图5是示意性表示对组电池进行反复充放电时的构成组电池的每个单电池的电压的图表，
20.图6是示意性表示锂离子电池模块的一例的局部切除立体图，
21.图7是锂离子电池模块的光通信系统的功能框图。
具体实施方式
22.以下，对本发明进行详细说明。另外，在本说明书中，记载为锂离子电池的情况下，其也包括锂离子二次电池的概念。
23.[第1实施方式：组电池]
[0024]
第1实施方式的组电池由多个单电池单元连接而成，且上述发光部的发光以根据上述单电池的电压而功耗发生变化的方式进行控制，所述单电池单元具备单电池和发光部，所述单电池包括由依次层叠成一组的正极集电体、正极活性物质层、隔膜、负极活性物质层及负极集电体构成的层叠单元和电解液，所述发光部以上述单电池作为电源而发光。
[0025]
第1实施方式的组电池的目的在于解决以往组电池的如下问题。具体而言，以往的组电池(专利文献1)中，组电池中所包括的多个单电池的性能大致有不同，有时端子间电压值按每个单电池有所不同。
[0026]
当对专利文献1中所记载的组电池进行恒定电流充电的情况下，考虑充电前的单电池的端子间电压值不同的情况。例如，假设单电池a的充电前电压值为2.5v，单电池b的充电前电压值为2.0v。当将包括单电池a及单电池b的组电池充电至端子间电压值达到4.0v的情况下，单电池a及单电池b的电压值一起升高，在单电池a的电压值达到4.0v的时刻停止充电。在这种情况下，单电池b的电压值为3.5v，且还有充电至4.0v的余地，若充电至该电压以上，则单电池a成为过度充电，因此无法进行该电压以上的充电。
[0027]
并且，考虑从这样进行充电的、单电池a的放电前电压值为4.0v、单电池b的放电前电压值为3.5v的组电池进行放电。当将包括单电池a及单电池b的组电池充电至端子间电压值达到2.0v的情况下，单电池a及单电池b的电压值一起下降，在单电池b的电压值达到2.0v的时刻停止放电。在这种情况下，单电池a的电压值为2.5v，且还有放电至2.0v的余地，但由于无法从单电池b进行放电因此无法得到作为组电池整体的所期望的电压值，因此无法进
行该电压以上的放电。
[0028]
如上所述，当构成专利文献1中所记载的组电池的多个单电池的端子间电压值不同的情况下，充电及放电变得不充分而使组电池无法发挥本来所具有的电池容量。因此，要求一种能够修正多个单电池的端子间电压值之差，并能够使组电池发挥本来所具有的电池容量的组电池。
[0029]
以解决如上以往的组电池的问题为目的，第1实施方式的组电池提供一种能够修正多个单电池的端子间电压值之差，并使组电池发挥本来所具有的电池容量的技术。
[0030]
第1实施方式的组电池由多个单电池单元连接而成，单电池单元具备单电池和发光部。单电池单元优选在组电池内串联连接。首先，对具备单电池及发光部的单电池单元进行说明。
[0031]
图1是示意性表示单电池单元的例的局部切除立体图。
[0032]
在图1示出具备作为锂离子电池的单电池10和发光部20的单电池单元30。单电池10经由同样大致平板状的隔膜14层叠在大致矩形平板状的正极集电体17的表面形成有正极活性物质层15的正极12，和在同样大致矩形平板状的负极集电体19的表面形成有负极活性物质层16的负极13构成，整体形成为大致矩形平板状。该正极和负极作为锂离子电池的正极及负极发挥作用。
[0033]
单电池10具有配置于正极集电体17及负极集电体19之间，在正极集电体17及负极集电体19之间固定隔膜14的周缘部，且密封正极活性物质层15、隔膜14及负极活性物质层16的环状的框部件18。
[0034]
正极集电体17及负极集电体19被框部件18定位成隔开规定间隔而对置，并且隔膜14、正极活性物质层15及负极活性物质层16也被框部件18定位成隔开规定间隔而对置。
[0035]
根据锂离子电池的容量调节正极集电体17与隔膜14之间的间隔及负极集电体19与隔膜14之间的间隔，这些正极集电体17、负极集电体19及隔膜14的位置关系被规定为可以得到必要的间隔。
[0036]
以下，对构成单电池的各构成要件的优选方式进行说明。正极活性物质层中包括正极活性物质。作为正极活性物质，可以举出：锂与过渡金属的复合氧化物{过渡金属为1种的复合氧化物(licoo2、linio2、lialmno4、limno2及limn2o4等)，过渡金属元素为2种的复合氧化物(例如lifemno4、lini
1-x
co
x
o2、limn
1-y
coyo2、lini
1/3
co
1/3
al
1/3
o2及lini
0.8
co
0.15
al
0.05
o2)、及过渡金属元素为3种以上的复合氧化物[例如limam'bm”c
o2(m、m'及m”为各自不同的过渡金属元素，满足a b c＝1。例如lini
1/3
mn
1/3
co
1/3
o2)等]、含锂过渡金属磷酸盐(例如lifepo4、licopo4、limnpo4及linipo4)、过渡金属氧化物(例如mno2及v2o5)、过渡金属硫化物(例如mos2及tis2)及导电性高分子(例如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、聚对苯及聚乙烯咔唑)等}，也可并用2种以上。另外，含锂过渡金属磷酸盐也可以是过渡金属部位的一部分被其他过渡金属取代而成的磷酸盐。
[0037]
正极活性物质优选为被导电助剂及包覆用树脂包覆而成的包覆正极活性物质。若正极活性物质的周围被包覆用树脂包覆，则电极的体积变化得到缓和，从而能够抑制电极的膨胀。
[0038]
作为导电助剂，可以举出：金属系导电助剂[铝、不锈钢(sus)、银、金、铜及钛等]、碳系导电助剂[石墨及碳黑(乙炔黑、科琴黑(ketjenblack)、炉黑、槽黑及热灯黑
(thermallampblack)等)等]、及它们的混合物等。这些导电助剂可单独使用1种，也可并用2种以上。并且，也可以用作这些合金或金属氧化物。其中，从电稳定性的观点而言，更优选为铝、不锈钢、银、金、铜、钛、碳系导电助剂及这些混合物，进一步优选为银、金、铝、不锈钢及碳系导电助剂，尤其优选为碳系导电助剂。并且，作为这些导电助剂，也可以为在粒子系陶瓷材料或树脂材料的周围用镀覆等涂布导电性材料[优选为上述导电助剂中的金属]而成的导电助剂。
[0039]
导电助剂的形状(形态)并不限定于粒子形态，可以是除粒子形态以外的形态，也可以是碳纳米纤、碳纳米管等作为所谓填料系导电助剂而被实用化的形态。
[0040]
包覆用树脂与导电助剂的比率没有特别限定，但从电池的内部电阻等的观点而言，以重量比率计，包覆用树脂(树脂固体成分重量):导电助剂优选为1:0.01～1:50，更优选为1:0.2～1:3.0。
[0041]
作为包覆用树脂，例如，能够优选使用在专利文献2中记载为非水系二次电池活性物质包覆用树脂的树脂。
[0042]
并且，正极活性物质层除了包覆正极活性物质中所包括的导电助剂以外还可以包括导电助剂。作为导电助剂，能够优选使用与上述的包覆正极活性物质中所包括的导电助剂相同的导电助剂。
[0043]
正极活性物质层优选为包括正极活性物质且不包括粘结正极活性物质彼此的粘结剂的非粘结体。在此，非粘结体是指，正极活性物质没有通过粘结剂(也称为粘合剂)固定位置，正极活性物质彼此及正极活性物质和集电体没有被固定成不可逆。
[0044]
正极活性物质层可以包括粘合性树脂。作为粘合性树脂，例如能够优选使用向专利文献2中所记载的非水系二次电池活性物质包覆用树脂中混合少量的有机溶剂并将其玻璃转变温度调节为室温以下的树脂，以及例如在专利文献3中记载为粘合剂的树脂等。另外，粘合性树脂是指，即使使溶剂成分挥发并干燥也不会固化，而具有粘合性(不使用水、溶剂、热等而通过施加轻微的压力进行粘接的性质)的树脂。另一方面，用作粘结材料的溶液干燥型电极粘合剂是指，通过使溶剂成分挥发而进行干燥、固化，从而牢固地粘接固定活性物质彼此的电极粘合剂。因此，溶液干燥型电极粘合剂(粘结材料)与粘合性树脂为不同的材料。
[0045]
正极活性物质层的厚度没有特别限定，但从电池性能的观点而言，优选为150～600μm，更优选为200～450μm。
[0046]
负极活性物质层包括负极活性物质。作为负极活性物质，能够使用公知的锂离子电池用负极活性物质，可以举出：碳系材料[石墨、难石墨化碳(hardly graphitizable carbon)、非晶质碳、树脂煅烧体(例如将酚醛树脂及呋喃树脂等煅烧、碳化而成的煅烧体等)、焦炭类(例如沥青焦、针状焦及石油焦等)及碳纤维等]、硅系材料[硅、氧化硅(sio
x
)、硅-碳复合体(由硅及/或碳化硅包覆碳粒子的表面而成的复合体、由碳及/或碳化硅包覆硅粒子或氧化硅粒子的表面而成的复合体以及碳化硅等)及硅合金(硅-铝合金、硅-锂合金、硅-镍合金、硅-铁合金、硅-钛合金、硅-锰合金、硅-铜合金及硅-锡合金等)等]、导电性高分子(例如聚乙炔及聚吡咯等)、金属(锡、铝、锆及钛等)、金属氧化物(钛氧化物及锂
·
钛氧化物等)及金属合金(例如锂-锡合金、锂-铝合金及锂-铝-锰合金等)等，以及它们与碳系材料的混合物等。
[0047]
并且，负极活性物质可以为被与上述的包覆正极活性物质相同的导电助剂及包覆用树脂包覆而成的包覆负极活性物质。作为导电助剂及包覆用树脂，能够优选使用与上述的包覆正极活性物质相同的导电助剂及包覆用树脂。
[0048]
并且，负极活性物质层除了包覆负极活性物质中所包括的导电助剂以外还可以包括导电助剂。作为导电助剂，能够优选使用与上述的包覆正极活性物质中所包括的导电助剂相同的导电助剂。
[0049]
负极活性物质层与正极活性物质层同样地，优选为不包括粘结负极活性物质彼此的粘结材料的非粘结体。并且，与正极活性物质层同样地，可以包括粘合性树脂。
[0050]
负极活性物质层的厚度没有特别限定，但从电池性能的观点而言，优选为150～600μm，更优选为200～450μm。
[0051]
作为构成正极集电体及负极集电体(以下也简单地统称为集电体)的材料，可以举出铜、铝、钛、不锈钢、镍及它们的合金等金属材料，以及煅烧碳、导电性高分子材料、导电性玻璃等。这些材料中，从轻量化、耐腐蚀性、高导电性的观点而言，作为正极集电体优选为铝，作为负极集电体优选为铜。
[0052]
并且，集电体优选为由导电性高分子材料构成的树脂集电体。集电体的形状没有特别的限定，可以为由上述的材料构成的片状的集电体，及由以上述的材料构成的微粒子构成的堆积层。集电体的厚度没有特别的限定，优选为50～500μm。
[0053]
作为构成树脂集电体的导电性高分子材料，例如，能够使用导电性高分子，或者根据需要在树脂中添加导电剂的材料。作为构成导电性高分子材料的导电剂，能够优选使用与上述的包覆正极活性物质中所包括的导电助剂相同的导电剂。
[0054]
作为构成导电性高分子材料的树脂，可以举出：聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚甲基戊烯(pmp)、聚环烯烃(pco)、聚对苯二甲酸乙二酯(pet)、聚醚腈(pen)、聚四氟乙烯(ptfe)、苯乙烯丁二烯橡胶(sbr)、聚丙烯腈(pan)、聚丙烯酸甲酯(pma)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚偏二氟乙烯(pvdf)、环氧树脂、硅酮树脂或这些的混合物等。从电稳定性的观点而言，优选为聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚甲基戊烯(pmp)及聚环烯烃(pco)，进一步优选为聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)及聚甲基戊烯(pmp)。
[0055]
作为隔膜，可以举出：聚乙烯或聚丙烯制的多孔性膜；多孔性聚乙烯膜与多孔性聚丙烯的层叠膜；由合成纤维(聚酯纤维及聚芳酰胺纤维等)或玻璃纤维等所构成的不织布；及使这些的表面附着有二氧化硅、氧化铝、二氧化钛等陶瓷微粒子的隔膜等公知的锂离子电池用隔膜。
[0056]
正极活性物质层及负极活性物质层包括电解液。作为电解液，能够使用公知的锂离子电池的制造中所使用的、含有电解质及非水溶剂的公知的电解液。
[0057]
作为电解质，能够使用公知的电解液中所使用的电解质等，例如，可以举出lin(fso2)2、lipf6、libf4、lisbf6、liasf6及liclo4等无机酸的锂盐、lin(cf3so2)2、lin(c2f5so2)2及lic(cf3so2)3等有机酸的锂盐等。其中，从电池输出及充放电循环特性的观点而言，优选为酰亚胺系电解质[lin(fso2)2、lin(cf3so2)2及lin(c2f5so2)2等]及lipf6。
[0058]
作为非水溶剂，能够使用公知的电解液中所使用的溶剂，例如能够使用：内酯化合物、环状或链状碳酸酯、链状羧酸酯、环状或链状醚、磷酸酯、腈化合物、酰胺化合物、砜、环丁砜等及这些的混合物。
[0059]
电解液的电解质浓度优选为1～5mol/l，更优选为1.5～4mol/l，进一步优选为2～3mol/l。若电解液的电解质浓度小于1mol/l，则有可能无法得到充分的电池输入输出特性，若超过5mol/l，则电解质有可能析出。另外，关于电解液的电解质浓度，能够通过不使用溶剂等提取构成锂离子电池用电极或锂离子电池的电解液，并测定其浓度进行确认。
[0060]
接着，对发光部进行说明。图2是示意性表示发光部的例的立体图。图2所示的发光部20具备在其内部或表面具有配线的配线基板21、安装于配线基板21上的发光元件22、控制元件23a、23b。并且，在配线基板的端部设置有电压测定端子24、25。电压测定端子24、25设置于在与单电池连接时，其中一个电压测定端子与正极集电体接触，另一个电压测定端子与负极集电体接触的位置。即，电压测定端子24、25分别成为测定单电池的正极集电体与负极集电体之间的电压的电压测定端子。
[0061]
电压测定端子24及25与控制元件23a、23b电连接，控制元件23a、23b与发光元件22电连接。发光部20的发光以根据单电池的电压而功耗发生变化的方式进行控制。关于具体的发光控制将进行后述。
[0062]
另外，测定端子(省略图示)可以设置于配线基板21的发光元件22的里侧的面上。该测定端子能够与用于测定单电池的温度的的温度传感器连接而用作温度测定端子，或者也能够与应变计、压电元件等连接而用作测定单电池的物理变化的端子。该测定端子也与控制元件23a、23b电连接，控制元件23a、23b与发光元件22电连接。例如，发光部20的发光以根据单电池的温度而功耗发生变化的方式进行控制。
[0063]
作为构成发光部的配线基板，能够使用刚性基板或柔性基板。若设为如图2所示的配线基板的形状的情况下，优选设为柔性基板。作为控制元件，能够使用ic、lsi等任意的半导体元件。并且，在图2中示出安装有2个控制元件的例，但控制元件的数量并没有限定，可以为1个，也可以为3个以上。作为发光元件，能够使用led元件、有机el元件等能够将电信号转换成光信号的元件，优选为led元件。另外，在发光部中无须具有配线基板，可以通过不经由基板而与控制元件及发光元件接线来构成发光部。
[0064]
发光部与单电池的负极集电体及正极集电体电连接，构成为能够接受来自锂离子电池的电力供给。若发光部与负极集电体及正极集电体电连接，则能够接受来自锂离子电池的电力供给从而使发光元件发光。在图2中未图示用于接受电力供给的电极，但优选在发光部设置与电压测定端子不同的电极。
[0065]
并且，负极集电体及正极集电体优选为树脂集电体，优选负极集电体及正极集电体与发光部的电极直接耦合并电连接。当使用树脂集电体的情况下，通过使树脂集电体与发光部的电极接触，加热树脂集电体而使树脂软化，能够使树脂集电体与发光部的电极直接耦合。并且，也能够将焊料等具有导电性的其他接合材料经由集电体和发光部之间进行电连接。
[0066]
本发明的组电池由多个如上所说明的单电池单元连接而成。图3是示意性表示组电池的一例的局部切除立体图。在图3中，为了说明组电池的结构，去除外装体的一部分而示出。在图3中，示出在组电池50上设置有外装体70的形态。组电池50由多个单电池单元30连接而成。在图3中，示出层叠5个图1所示的单电池单元30而成的组电池50。在组电池50中，以相邻的单电池10的负极集电体19的上面与正极集电体17的下面相邻的方式进行层叠。在这种情况下，单电池单元30串联连接有多个。
[0067]
在组电池50的外表面(侧面)，并列排列有各单电池单元30所具备的发光部20。在图3中，示出并列排列有发光部20的形态，但不同的单电池单元之间的发光部的位置关系并没有限定，可以在单电池单元的不同的侧面设置有发光部，其位置也可以在相同的侧面错开。
[0068]
组电池50容纳于外装体70。作为外装体，能够使用金属罐壳体、高分子金属复合膜等。
[0069]
在组电池50的最上面的负极集电体19上设置导电片，从外装体70引出导电片的一部分而成为引出配线59。并且，在组电池50的最下面的正极集电体17上设置导电片，从外装体70引出导电片的一部分而成为引出配线57。作为导电片，只要是具有导电性的材料，则并没有特别限定，能够适当选择使用铜、铝、钛、不锈钢、镍及它们的合金等的金属材料，以及作为树脂集电体所记载的材料。能够使用引出配线，进行对组电池的充电及从组电池的放电。
[0070]
图4是图3所示的组电池的沿a-a线剖切的剖视图。在图4中，也示出容纳组电池50的外装体70。单电池单元30所具备的发光部20根据单电池的电压进行发光，但由于该光为了消耗单电池的电力而进行发光，因此光停留在外装体70中而不会露到外装体外。在图4中，示出发光部20在外装体70内发光并且该光未露到外装体外的状态。
[0071]
对第1实施方式的组电池中的发光控制进行说明。以下，以反复进行充电至充电电压达到4.0v，放电至放电电压达到2.5v的情况为例，对本发明的效果进行说明。图5是示意性表示对组电池进行反复充放电时的构成组电池的每个单电池的电压的图表。在图5中，示出单电池1、单电池2、单电池3及单电池4这4个单电池中的电压变化。这4个单电池的初始状态的电压存在差异，单电池1的电压为最高约为3.0v，单电池4的电压为最低约为2.6v。单电池之间的电压差约为0.4v。单电池2与单电池3的电压分别在单电池1的电压与单电池4的电压之间。该地点为a地点。
[0072]
在组电池进行充电时，测定各单电池的电压。随着充电的进行，各单电池的电压上升。然后，在电压值最高的单电池(在这种情况下，为单电池1)的电压达到4.0v的时刻，停止充电。该地点为b地点。
[0073]
接着，进行放电。随着放电的进行，各单电池的电压下降。然后，在电压值最低的单电池(在这种情况下，为单电池4)的电压达到2.5v的时刻，停止放电。该地点为c地点。
[0074]
在从a地点到b地点为止的充电过程及从b地点到c地点为止的放电过程中，各单电池单元所具备的发光部发光。发光部的发光以根据单电池的电压而功耗发生变化的方式进行控制。优选当单电池的电压高的情况下，以增加功耗的方式进行控制。为了增加功耗，当单电池的电压高的情况下，可以延长发光时间，当单电池的电压高的情况下，可以加强发光强度。当单电池的电压高的情况下延长发光时间时，在单位时间(例如100s(100秒))的循环中，考虑当单电池的电压高的情况下发光1s，当电压为中等程度的情况下发光0.5s，当电压低的情况下发光0.1s这样的控制。并且，在单位时间的循环中，使多个规定的时间宽度的脉冲发光以改变每单位时间的脉冲数量等，可以根据测定到的电压而使规定图案发光。这些阶段并没有特别限定。
[0075]
通过在充电时使发光部发光，在进行充电的同时使发光部发光，从而消耗电力。若控制发光部的发光，以使当单电池的电压高的情况下功耗增加，则每个单电池在充电时，电
压上升的斜率不同。由单电池的电压高的发光部的发光引起的功耗多的单电池1，由于单电池的功耗多，因此充电时的电压上升斜率相对变小。另一方面，由单电池的电压低的发光部的发光引起的功耗少的单电池4，由于单电池的功耗少，因此充电时的电压上升斜率相对变大。单电池1的电压变为4.0v，在停止充电的时刻(b地点)，单电池4的电压变为3.65v。即，单电池之间的电压差变为0.35v。初始状态下，单电池之间的电压差为0.4v，因此通过1次充电，电压最高的单电池与电压最低的单电池的电压差缩小0.05v。这样，从充电开始到充电停止期间，电压最高的单电池与电压最低的单电池的电压差缩小。
[0076]
通过在放电时使发光部发光，除了伴随本来的放电的电力消耗还增加了伴随发光部的发光的电力消耗，因此单电池本身的功耗增加。在此，若控制发光部的发光，以使在单电池的电压高的情况下功耗增加，则单电池的电压高的单电池的功耗相对增加，单电池的电压低的单电池的功耗相对减少，因此每个单电池在放电时，电压下降的斜率不同。由单电池的电压高的发光部的发光引起的功耗多的单电池1，由于单电池的功耗多，因此放电时的电压降低斜率相对变大。另一方面，由单电池的电压低的发光部的发光引起的功耗少的单电池4，由于单电池的功耗少，因此放电时的电压降低斜率相对变小。单电池4的电压变为2.5v，在停止充放电的时刻(c地点)，单电池1的电压变为2.8v。即，单电池之间的电压差变为0.3v。在充电结束时，单电池之间的电压差为0.35v，因此通过1次放电，电压最高的单电池与电压最低的单电池的电压差缩小0.05v。
[0077]
在上述例中，在1次的充放电中，电压最高的单电池与电压最低的单电池的电压差缩小0.05v 0.05v＝0.1v。之后，同样地以到d地点为止的充电-到e地点为止的放电
……
的方式反复进行充放电，由此电压最高的单电池与电压最低的单电池的电压差缩小。其结果，构成组电池的多个单电池的端子间电压值之差被修正，从而能够使组电池发挥本来所具有的电池容量。
[0078]
关于通过各单电池的电压测定端子测定到的电压与由发光部的发光引起的消耗电流量的关系，也可以阶段性地规定通过电压测定端子测定到的电压与由发光部的发光引起的消耗电流量的关系。例如，在上述例中，可以举出使消耗电流量在电压为3.0v以上时为20ma，在2.5v～3.0v时为10ma的方法。
[0079]
并且，也可以连续规定通过电压测定端子测定到的电压与由发光部的发光引起的消耗电流量的关系。例如，在电压与消耗电流量之间，设定有如(消耗电流量)＝k(比例常数)
×
v(单电池的电压)的比例式，也可以使消耗电流量根据单电池的电压的变化而发生变化。
[0080]
在图5所示的例中，在充电过程及放电过程这两个过程中均使发光部发光，但也可以仅在充电过程或放电过程中的一个过程中使发光部发光。并且，关于1次充电过程或放电过程中的由发光部的发光引起的功耗，也可以根据开始充电时或开始放电时的单电池的电压差或上下关系来规定功耗，在该充电过程或放电过程结束为止，使由发光部引起的功耗成为恒定。
[0081]
[第2实施方式：锂离子电池模块]
[0082]
图6是示意性表示锂离子电池模块的一例的局部切除立体图。锂离子电池模块1具有层叠的多个单电池单元30。并且，锂离子电池1具有与发光部20的发光面相邻或靠近配置的光波导60。而且，锂离子电池模块1具有容纳多个单电池单元30及光波导60的外装体70。
在第1实施方式中，发光部用于电力消耗，但在第2实施方式中，发光部还用于与锂离子电池模块的外部的通信。在第2实施方式中，可以并用各个功能，也可以单独使用。
[0083]
所层叠的多个单电池单元30构成组电池50。图6示出层叠5个单电池单元30的形态，但单电池的层叠数量可以多余5个或者少于5个。在一个安装例中，单电池单元30的层叠数量可以为20以上。各单电池单元30及组电池50的结构与第1实施方式相同，因此省略其说明。
[0084]
光波导60提供从多个单电池单元30的发光部20输出的光信号的共用光路。如图2所示，沿单电池的层叠方向延伸的光波导60相邻或靠近配置于发光部20的发光面。光波导60可以设为具有充分宽度(与单电池的层叠方向正交的方向的长度)的导光板，以接受来自发光部20的光信号。当以导光板构成光波导60的情况下，可以使光波导60的宽度方向尺寸设为大于发光部20的发光面的最大尺寸(发光面为圆形的情况下为直径，为矩形的情况下为对角线)。
[0085]
当将导光板用作光波导60的情况下，能够以覆盖多个发光部20的所有发光面(每个对应于所层叠的多个单电池)的方式，配置光波导60。并且，能够以覆盖发光部20的发光方向(包括与发光面的垂直方向一致的情况及从发光面的垂直方向倾斜的情况)的方式，配置光波导60。
[0086]
并且，为了提高来自发光部20的光信号相对于作为光波导60的导光板的耦合效率，可以使用透镜等追加零件，也可以使用实施了聚光加工的导光板。而且，也可以使用沿与单电池的层叠方向正交的方向延伸的光波导60。在这种情况下，作为光波导60的导光板能够覆盖多个发光部20的所有发光面并成为朝向光输出部的锥形，能够通过受光部80接收从前端细的光输出部输出的光信号。
[0087]
光波导60可以设为光纤，例如，可以使用捆绑了多个芯线的带式光纤。并且，当受光部80配置于外装体70的内部的情况下，可以在发光部20的发光方向与外装体70的内面之间设置空间，在与受光部80之间构成空间光学系统。此时，为了提高来自发光部20的光信号的耦合效率，可以在外装体70的内部使用反射板等追加零件，也可以将外装体70的内面加工成反射面。
[0088]
来自与1个光波导60相邻或靠近配置的20个以上的单电池单元30的每一个所具备的发光部20的发光光学地耦合到光波导60，并从光输出部射出。在本实施方式中，光波导60的一部分成为光输出部，该光输出部射出从外装体70引出，从各个发光部20射入并传播的光信号。从光输出部射出的光信号通过受光部80接收。
[0089]
通过受光部80接收从外装体外的光波导的一端射出的光信号。受光部80具备受光元件81，通过受光元件81将光信号逆转成电信号，由此能够得到表示组电池50中所包括的单电池单元30内的状态的电信号。作为受光元件81，能够使用led元件、光电晶体管等，优选为led元件。可以将作为发光元件的led元件用作受光元件来构成受光部80。
[0090]
另外，当包括光输出部的光波导60的整体容纳在外装体70的内部的情况下，通过配置于外装体70的内部的受光部80接收从光输出部射出的光信号。
[0091]
与组电池隔开配置的受光部80与光波导60之间没有电连接，而通过光信号进行受光部80与光波导60之间的信息传递。即，是指受光部80与组电池50电绝缘。
[0092]
外装体70容纳组电池50、光波导60及引出配线57、59中的至少一部分。外装体70能
够使用金属罐壳体或高分子金属复合膜来构成。外装体70以保持内部减压的方式进行密封。
[0093]
发光部20的控制元件23a、23b测定对应的单电池10的特性，且构成为作为生成表示测定到的特性的特性信号的测定电路发挥作用。例如，生成与输入到电压测定端子24、25的电压对应的二进制信号作为特性信号。特性信号能够通过使用定义与电压范围对应的信号图案的查找表，将输入到电压测定端子的电压转变成二进制信号来生成。并且，也可以通过模拟/数字转换将输入到电压测定端子的电压转换成8位(或16位)二进制信号来生成。
[0094]
同样地，控制元件23a、23b的测定电路能够将与上述的测定端子连接的温度传感器的输出转换成二进制信号，或者将应变计、压电元件等的输出转换成二进制信号。
[0095]
控制元件23a、23b构成为作为在每个规定期间输出对特性信号进行编码的控制信号的控制电路发挥作用。被编码成规定图案的控制信号被供给至发光部20，与控制信号对应的光信号被输出到光波导60。并且，控制元件23a、23b将固有的标识符进行编码并附加到控制信号，并输出到与特性信号一起对应的单电池单元30。根据标识符与对应的单电池单元30的特性信号一起被编码的控制信号，输出光信号，因此在受信侧，能够识别是哪一单电池的状态信息。
[0096]
图7是锂离子电池模块的光通信系统的功能框图。受光部80与包括状态确定部102及状态推定部104的信号处理装置100连接。受光部80将从光波导60接收的光信号转换成电信号，信号处理装置100构成为结合后述的追加信息确定或推定多个单电池的状态。
[0097]
锂离子电池1模块具备与引出配线57和引出配线59连接的用于测定组电池的输入输出电压的电压计120。并且，锂离子电池1模块具备与引出配线57连接的用于测定组电池的输入输出电流的电流计110。从电压计120获取到的输入输出电压信息及从电流计110获取到的输入输出电流信息作为追加信息，能够在确定或推定多个单电池的状态时使用。
[0098]
信号处理装置100也能够在确定或推定多个单电池的状态时，使用时间序列或先验知识。时间序列能够设为将通过状态确定部102确定的状态按照时间顺序记录的信息表。先验知识能够设为表示事先设定的单电池的特性(电压或温度等的内部状态)与测定电路90所输出的特性信号的长度的对应关系的信息表，或者表示单电池的特性(电压或温度等的内部状态)的状态过渡的信息。时间序列或先验知识能够设为计算机可读取的存储介质中所记录的信息。信号处理装置100可以设为具备存储器及处理器，以及记录使处理器作为状态确定部102及状态推定部104发挥作用的程序的计算机可读取的存储介质的计算装置。计算机可读取的存储介质除了程序之外，还可以记录表示上述的先验知识的信息。
[0099]
接着，对于锂离子电池模块的外部的通信进行说明。多个发光部20与受光部80之间的通信方式能够应用任意的方式。多个发光部20将光波导60用作共用光路，因此在受光部80中，需要识别出是从哪个单电池10的发光部20发出的信号。
[0100]
考虑在各发光部20的控制元件23a、23b上搭载振荡电路，使其周期性地发光，并且附加防冲突的功能，以使多个发光部20不会同时发光。并且，能够改变各发光部20的发光元件22的波长以进行波长复用通信。而且，通过使发光部20的发光元件22作为受光元件发挥作用，使受光部80具备发光元件，可以根据来自受光部80的请求信号使发光部20发光。
[0101]
并且，控制电路能够将通过测定电路测定到的特性信号输出为各种形式的控制信号。如上所述，通过模拟/数字转换，能够将电压值其本身输出为二进制信号。另一方面，若
组电池50中所包括的单电池单元30的数量变多，则期望能够减少表示1个单电池的特性的信息量从而有效地输出到信号处理装置100。
[0102]
第一，对压缩信息量的情况进行描述。如上所述，可以使用查找表将电压值其本身的二进制信号转换成位数少的二进制信号或者进行四舍五入，省略上位位数，从而生成削减了位数的二进制信号。并且，也可以将规定范围的电压值汇总转换成1个二进制信号。作为具体例，如将2.0v至2.5v为止设为整数值的“1”、2.5v至3.0v为止设为整数值的“2”那样，能够将整数值应用于每个区间，并将其转换成二进制信号以设为规定图案的控制信号。
[0103]
第二，对在时间轴上稀疏信息的情况进行描述。控制电路不始终获取单电池10的电压值，而是例如每1小时、每12小时或隔1天等，以规定周期输出控制信号。并且，在充电过程中，也可以在开始充电后超过规定电压的时刻，例如在超过2.0v的时刻输出控制信号，然后以预先规定的周期，例如每10～500秒输出控制信号。在放电过程中，可以在对单电池10停止充电后，即电压从电压值最高的地点降低之后，每隔预先规定的周期输出控制信号。即，可以在充电过程及/或放电过程中，在达到规定电压之后，每隔预先规定的周期输出控制信号。
[0104]
而且，还能够组合上述的第1方法和第2方法来输出控制信号。例如，也可以设定1个或多个阈值，在所测定的电压值超过阈值时，或者仅在低于阈值时，输出规定图案的控制信号。作为具体例，能够从2.0v至4.5v为止，每0.5v设置阈值，当超过各个阈值时，应用 1～ 6的整数值，当低于阈值时，应用-1～-6的整数值，当没有变化的情况下，应用0，将共计13个整数值转换成二进制信号，设为规定图案的控制信号。
[0105]
控制电路能够将通过测定电路测定到的来自温度传感器的特性信号、来自应变计及压电元件等的特性信号也以同样的方式，减少表示1个单电池的特性的信息量，从而有效地输出到信号处理装置100。
[0106]
如上所述，基于控制元件23a、23b与发光部20进行的与外部的通信不仅能够用于监视单电池的稳定状态，还能够用于监视异常状态。例如，当从温度传感器获取到的单电池的温度达到规定值例如单电池的温度异常上升并且框部件18的一部分溶解的温度时，测定电路输出与异常状态对应的特性信号。控制电路与上述的规定图案的控制信号不同，例如，能够以使发光部20始终发出on的光信号的方式，输出控制信号。通过异常状态的单电池的发光部20始终为on，即使是适用了作为共用光路的光波导的通信，也能够轻易检测到单电池的异常状态。
[0107]
同样地，当来自电压测定端子的特性信号、来自应变计及压电元件的特性信号超过规定的异常值时，与规定图案的控制信号、规定周期的控制信号无关地，控制电路输出与异常状态对应的特性信号例如使发光部20始终发出on的光信号的控制信号。即使是适用了作为共用光路的光波导的通信，也能够在多个单电池中的任一个单电池发生异常时，检测为组电池的异常，即能够立即检测有无锂离子电池模块的异常。
[0108]
在第1实施方式中，为了消耗电力而使用了发光部20，但与该功能并用的情况下，可识别地定义根据测定到的电压而确定的第1实施方式的规定图案和在第2实施方式中生成的二进制信号的规定图案即可。在第2实施方式中，对每个单电池单元30附加固有的标识符，因此受光部80可以通过标识符的有无，区分是用于消耗电力的发光还是包括特性信号的发光。
[0109]
另外，在第2实施方式中，作为单电池10的特性，以输入到电压测定端子24、25的电压为例进行了说明，但也可以通过与正极集电体及负极集电体的表面或单电池的表面接触设置的1个以上的温度测定元件，测定基于温度的特性。
[0110]
根据本实施方式，能够无需连接电配线的同时管理组电池的状态，并能够根据从发光部输出的光信号识别出表示哪一单电池的特性。
[0111]
产业上的可利用性
[0112]
本发明的组电池能够修正多个单电池的端子间电压值之差，并能够使组电池发挥本来所具有的电池容量。因此，适合用作电动汽车及混合动力电动汽车等的电源及便携式电子设备的电源。
[0113]
符号说明
[0114]
10-单电池，12-正极，13-负极，14-隔膜，15-正极活性物质层，16-负极活性物质层，17-正极集电体，18-框部件，19-负极集电体，20-发光部，21-配线基板，22-发光元件，23a、23b-控制元件，24、25-测定端子，30-单电池单元，50-组电池，57、59-引出配线，60-光波导，70-外装体，80-受光部，81-受光元件，100-信号处理装置，102-状态确定部，104-状态推定部，110-电流计，120-电压计。