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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022134442
(43)【公開日】2022-09-15
(54)【発明の名称】リチウムイオン電池モジュール
(51)【国際特許分類】
H01M 10/48 20060101AFI20220908BHJP
H02J 7/00 20060101ALI20220908BHJP
H02J 7/02 20160101ALI20220908BHJP
【ＦＩ】
H01M10/48 P
H01M10/48 301
H02J7/00 Y
H02J7/02 H
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021033564
(22)【出願日】2021-03-03
(71)【出願人】
【識別番号】519100310
【氏名又は名称】ＡＰＢ株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】000002288
【氏名又は名称】三洋化成工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001243
【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】堀江 英明
(72)【発明者】
【氏名】川崎 洋志
(72)【発明者】
【氏名】水野 雄介
【テーマコード（参考）】
5G503
5H030
【Ｆターム（参考）】
5G503AA01
5G503BA03
5G503BB01
5G503CA11
5G503EA08
5G503GA10
5H030AA10
5H030AS08
5H030AS11
5H030FF22
5H030FF41
5H030FF43
5H030FF44
(57)【要約】
【課題】組電池を構成する積層された複数の単電池の状態に応じた光信号を出力するリチウムイオン電池モジュールを提供する。
【解決手段】リチウムイオン電池モジュールは組電池（５０）を構成する複数の単電池（３０）に備えられた複数の光送信器（１０）を含む。各光送信器は、測定回路（９０）から対応する単電池の特性を表す特性信号を受信し、所定の制御信号を出力するように構成された制御回路（４０）と、複数の光送信器に共通の光導波路（６０）に、制御信号に応じた光信号を出力する発光部（２０）とを備える。制御回路（４０）は、受信した特性信号に基づいて対応する単電池の状態を判定する状態判定回路（４２）を備え、判定された状態に応じた異なるパターンの制御信号を出力し、判定された状態に応じた異なるパターンの光信号を出力するように発光部（２０）を制御するように構成されている。
【選択図】図３
【解決手段】リチウムイオン電池モジュールは組電池（５０）を構成する複数の単電池（３０）に備えられた複数の光送信器（１０）を含む。各光送信器は、測定回路（９０）から対応する単電池の特性を表す特性信号を受信し、所定の制御信号を出力するように構成された制御回路（４０）と、複数の光送信器に共通の光導波路（６０）に、制御信号に応じた光信号を出力する発光部（２０）とを備える。制御回路（４０）は、受信した特性信号に基づいて対応する単電池の状態を判定する状態判定回路（４２）を備え、判定された状態に応じた異なるパターンの制御信号を出力し、判定された状態に応じた異なるパターンの光信号を出力するように発光部（２０）を制御するように構成されている。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の単電池を積層して構成された組電池と、前記複数の単電池に備えられた複数の光送信器とを含むリチウムイオン電池モジュールであって、
前記複数の単電池の各単電池は、正極活物質層、セパレータ、負極活物質層、及び負極集電体を含み、
前記複数の光送信器の各光送信機は、前記各単電池に対応しており、前記対応する単電池から電力供給され、
前記複数の光送信器の各光送信器は、
前記対応する単電池の特性を表す特性信号を出力するように構成された測定部と、
前記特性信号を受信し、所定の制御信号を出力するように構成された制御部と、
前記制御信号に応じた光信号を出力するように構成された発光部と、
を備え、
前記制御部は、
受信した前記特性信号に基づいて前記対応する単電池の状態を判定する状態判定部を備え、
判定された前記対応する単電池の状態に応じた異なるパターンの前記制御信号を出力し、判定された前記対応する単電池の状態に応じた異なるパターンの前記光信号を出力するように前記発光部を制御するように構成されている、リチウムイオン電池モジュール。
前記複数の単電池の各単電池は、正極活物質層、セパレータ、負極活物質層、及び負極集電体を含み、
前記複数の光送信器の各光送信機は、前記各単電池に対応しており、前記対応する単電池から電力供給され、
前記複数の光送信器の各光送信器は、
前記対応する単電池の特性を表す特性信号を出力するように構成された測定部と、
前記特性信号を受信し、所定の制御信号を出力するように構成された制御部と、
前記制御信号に応じた光信号を出力するように構成された発光部と、
を備え、
前記制御部は、
受信した前記特性信号に基づいて前記対応する単電池の状態を判定する状態判定部を備え、
判定された前記対応する単電池の状態に応じた異なるパターンの前記制御信号を出力し、判定された前記対応する単電池の状態に応じた異なるパターンの前記光信号を出力するように前記発光部を制御するように構成されている、リチウムイオン電池モジュール。
【請求項2】
前記特性は、前記単電池の電圧または前記単電池の温度である、請求項１に記載のリチウムイオン電池モジュール。
【請求項3】
前記制御部は他の単電池の制御部と非同期で前記制御信号を出力するように構成されている、請求項１または２に記載のリチウムイオン電池モジュール。
【請求項4】
前記複数の光送信器のそれぞれが個別の内部クロックで動作しており、前記制御部は前記個別の内部クロックに基づく一定の周期で前記制御信号を出力し、前記内部クロックが互いに異なるおよび／または異なるように調整されていることにより、前記一定の周期は前記他の単電池の制御部が制御信号を出力する一定の周期と異なる、請求項３に記載のリチウムイオン電池モジュール。
【請求項5】
前記制御部は、外部からの異常状態を示す外部信号に応答して、前記異常状態に対応するパターンの制御信号を出力するようにさらに構成された、請求項１から４のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池モジュール。
【請求項6】
前記光信号を受信して電気信号に変換する受光部をさらに備え、
前記受光部と前記組電池とは電気的に絶縁されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池モジュール。
前記受光部と前記組電池とは電気的に絶縁されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池モジュール。
【請求項7】
前記電気信号を処理して前記複数の単電池のそれぞれの状態を決定または推定するように構成された信号処理部さらに備えた、請求項６に記載のリチウムイオン電池モジュール。
【請求項8】
前記複数の光送信器に共通の光導波路をさらに備えた、請求項１から７のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、リチウムイオン電池モジュールに関し、より詳細には、組電池を構成する積層された複数の単電池のそれぞれの状態に応じた光信号を出力する複数の光送信器を備えたリチウムイオン電池モジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、電気自動車およびハイブリッド電気自動車等の電源携帯型電子機器の電源としてリチウムイオン電池の単電池を複数個積層した組電池が用いられている。このような組電池を充電する場合、過充電状態になる単電池が存在することがないように充電管理を行う必要がある。
【0003】
特許文献１には、直列に接続された単電池を含む電池モジュールの両端に、発光ダイオードを含む過充電発熱回路を並列に接続し、過充電が生じたときに発光ダイオードの発光が共通の光ファイバーにより受光ダイオードに送られることが開示されている（例えば、特許文献１の第００１２、００２３－００２４段落、第５図参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平１１－３４１６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１の構成は、単電池に過充電が生じて対応する発光ダイオードに通電が生じると発光する構成であるため、組電池を構成する複数の単電池のそれぞれの状態に応じて発光することができない。
【0006】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、各発光部が対応する単電池の状態に応じた光信号を出力するようしたリチウムイオン電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
このような目的を達成するために、本発明の一実施形態のリチウムイオン電池モジュールは、複数の単電池を積層して構成された組電池と、複数の単電池に備えられた複数の光送信器とを含み、複数の単電池の各単電池は、正極活物質層、セパレータ、負極活物質層、及び負極集電体を含み、複数の光送信器の各光送信機は、各単電池に対応しており、対応する単電池から電力供給され、
複数の光送信器の各光送信器は、
対応する単電池の特性を表す特性信号を出力するように構成された測定部と、
特性信号を受信し、所定の制御信号を出力するように構成された制御部と、
制御信号に応じた光信号を出力するように構成された発光部と、
を備え、
制御部は、
受信した特性信号に基づいて対応する単電池の状態を判定する状態判定部を備え、
判定された対応する単電池の状態に応じた異なるパターンの制御信号を出力し、判定された対応する単電池の状態に応じた異なるパターンの光信号を出力するように発光部を制御するように構成されていること、を特徴とする。
複数の光送信器の各光送信器は、
対応する単電池の特性を表す特性信号を出力するように構成された測定部と、
特性信号を受信し、所定の制御信号を出力するように構成された制御部と、
制御信号に応じた光信号を出力するように構成された発光部と、
を備え、
制御部は、
受信した特性信号に基づいて対応する単電池の状態を判定する状態判定部を備え、
判定された対応する単電池の状態に応じた異なるパターンの制御信号を出力し、判定された対応する単電池の状態に応じた異なるパターンの光信号を出力するように発光部を制御するように構成されていること、を特徴とする。
【0008】
また、他の実施形態に係るリチウムイオン電池モジュールは、光信号を受信して電気信号に変換する受光部をさらに備え、受光部と組電池とは電気的に絶縁されている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
以上説明したように、本発明によれば、各発光部が対応する単電池の状態に応じた光信号を出力するようしたリチウムイオン電池モジュールを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の一実施形態にかかるリチウムイオン電池モジュールの一部を切り欠いた斜視図である。
【図3】本発明の一実施形態のリチウムイオン電池モジュール内の複数の光送信器の概略構成を示す図である。
【図4】本発明の一実施形態のリチウムイオン電池モジュールにおける光送信器のクロック生成回路の概略構成を示す図である。
【図5】本発明の一実施形態のリチウムイオン電池モジュールにおける光送信器の測定回路の機能ブロック図である。
【図6】本発明の一実施形態のリチウムイオン電池モジュールにおける光送信器の制御回路の機能ブロック図である。
【図7】本発明の一実施形態のリチウムイオン電池モジュールにおけるある時間期間（システム周期内の理想的なタイミング）において複数の光送信器が送信する光信号を説明する図であり、（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は互いに異なる光送信器から送信される光信号を時間軸上に示す図であり、（ｄ）は共通の光導波路における（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）の光信号を時間軸上に示す図である。
【図8】本発明の一実施形態のリチウムイオン電池モジュールにおける別の時間期間（システム周期内の理想的なタイミングからずれたタイミング）において複数の光送信器が送信する光信号を説明する図であり、（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は互いに異なる光送信器から送信される光信号を時間軸上に示す図であり、（ｄ）は共通の光導波路における（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）の光信号を時間軸上に示す図である。
【図9】本発明の一実施形態のリチウムイオン電池モジュール内において光送信器が送信する光信号のタイミングを説明する図であり、（ａ）は光送信器のクロックを示す図であり、（ｂ）は測定回路からの特性信号に基づいて判定された対応する単電池の状態を示す信号を示す図であり、（ｃ）は所定の期間を示す信号を示す図であり、（ｄ）は発光部が制御回路からの制御信号に応じて出力する光信号を示す図である。
【図10】本発明の一実施形態のリチウムイオン電池モジュールの機能ブロック図である。
【図11】本発明の一実施形態のリチウムイオン電池モジュールの信号処理装置の信号処理のフローチャートである。
【図12】第１の実施例の光送信機とその利用法を示すブロック図である。
【図13】第１の実施例の比較回路を示す回路図である。
【図14】第１の実施例の出力回路を示す回路図である。
【図15】第１の実施例の光送信機の状態と入力電圧と出力信号対応の一例を示す図である。
【図16】第１の実施例の光送信機の出力信号の一例を示す図である。
【図17】第２の実施例の光送信機を示すブロック図である。
【図18】第３の実施例の光送信機を示すブロック図である。
【図19】第４の実施例の光送信機を示すブロック図である。
【図20】第５の実施例の光送信機を示すブロック図である。
【図21】第６の実施例の光送信機を示すブロック図である。
【図22】第７の実施例の光送信機を示すブロック図である。
【図23】第８の実施例の光送信機を示すブロック図である。
【図24】第９の実施例の光送信機を示すブロック図である。
【図25】第９の実施例の光送信機を接続する一例を示す図である。
【図26】第１０の実施例の光送信機を示すブロック図である。
【図27】第１０の実施例の光送信機を接続する一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。同一または類似の符号は、同一または類似の要素を示すものとし、繰り返しの説明を省略する場合がある。以下に説明される数値および材料は例示であり、したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で他の数値および材料を用いて実施することができることは言うまでもない。
【0012】
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン電池モジュールは、複数の単電池を積層して構成された組電池と、複数の単電池に備えられた複数の光送信器とを含む。各単電池が対応する光送信器を有する。各光送信器は、対応する単電池の特性を表す特性信号を受信し、所定の制御信号（例えば、所定の期間毎に当該特性信号を符号化した制御信号）を出力するように構成された制御部と、複数の光送信器に共通の光導波路に、制御信号に応じた光信号を出力する発光部とを備える。複数の光送信器は、非同期で光信号を送信するように構成されている。
【0013】
典型的に、単電池は、下から順に正極集電体と、正極活物質層と、セパレータと、負極活物質層と、負極集電体とを積層したものである。また、単電池は、略矩形平板状の正極集電体の表面に正極活物質層が形成された正極と、同様に略矩形平板状の負極集電体の表面に負極活物質層が形成された負極とが、略平板状のセパレータを介して積層されて形成されている。単電池は、正極集電体と負極集電体との間に環状の枠部材を配置し、当該枠部材により、正極集電体と負極集電体の間にセパレータの周縁部を固定するとともに、正極活物質層、セパレータおよび負極活物質層を封止している。例えば、発光部は、枠部材の側面に露出するように、枠部材内に埋め込まれるまたは枠部材に取り付けられてもよい。
【0014】
図１は本発明の実施形態にかかるリチウムイオン電池モジュールの一部を切り欠いた斜視図である。
【0015】
図１に示すように、リチウムイオン電池モジュール１は積層された複数の単電池３０を有する。また、リチウムイオン電池モジュール１は、発光部２０の発光面に隣接または近接して配置された光導波路６０を有する。さらに、リチウムイオン電池モジュール１は複数の単電池３０および光導波路６０を収容する外装体７０を有する。
【0016】
積層された複数の単電池３０は組電池５０を構成している。図１は、５つの単電池３０を積層した形態を示しているが、単電池の積層数は５より多くても、または５より少なくてもよい。一実装例では、単電池３０の積層数は２０以上であり得る。各単電池３０は、負極集電体（不図示）および負極集電体と対向する正極集電体（不図示）を有する。組電池５０内において隣り合う２つの単電池３０は、一方の単電池３０の負極集電体の上面と他方の単電池３０の正極集電体の下面が隣接するように積層されている。図１は、５つの単電池３０を直列接続した組電池５０を示している。
【0017】
正極集電体および負極集電体は、銅、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケルおよびこれらの合金などの金属材料、ならびに焼成炭素、導電性高分子材料、導電性ガラス等のいずれかを用いて構成され得る。
【0018】
組電池５０の最上面の負極集電体の上には導電性シートが設けられている。導電性シートの一部が外装体７０から引き出されて引出配線５７となっている。また、組電池５０の最下面の正極集電体の下には導電性シートが設けられている。導電性シートの一部が外装体７０から引き出されて引出配線５９となっている。導電性シートは、銅、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケルおよびこれらの合金などの金属材料のいずれかを用いて構成され得るが、導電性を有す材料であればこれらに限定されない。導電性シートは、導電性高分子材料を用いて構成されてもよい。
【0019】
各単電池３０は、当該単電池の特性を測定する測定回路９０を有する。また、各単電池３０は、測定された特性に基づいて発光して光信号を出力する発光部２０を有する。測定回路９０および発光部２０は、制御回路４０とともに光送信器１０に備えられている。光送信器１０については後述する。
【0020】
光導波路６０は、入射し伝搬した光信号が出射する光出力部を有する。一実装例では、１つの光導波路６０に隣接または近接して配置された２０個以上の単電池３０の各々に備えられた発光部２０からの発光が、光学的に結合され、光出力部から出射する。本実施形態において、光導波路６０の一部は、外装体７０から引き出されて、光出力部となっている。光出力部から出射した光信号は、受光部８０により受信される。受光部８０は、フォトダイオード、フォトトランジスタなどを用いて構成することができる。発光素子であるＬＥＤ素子を受光素子として用いて受光部８０を構成してもよい。なお、光出力部を含む光導波路６０の全体は外装体７０の内部に収容されていてもよい。光導波路６０の全体を外装体７０の内部に収容する場合、光出力部から出射した光信号は、外装体７０の内部に配置された受光部８０により受信される。受光部８０を外装体７０の内部に配置する場合であっても、外装体７０の内部に配置する場合と同様に、受光部８０は組電池５０と電気的に絶縁されることが望ましい。
【0021】
外装体７０は、金属缶ケースまたは高分子金属複合フィルムを用いて構成することができる。外装体７０は、内部の減圧を保つように封止される。
【0022】
図２は、図１に示すリチウムイオン電池モジュールの概略断面構造を示す図である。図２に示すように、単電池の積層方向に延伸した光導波路６０は、発光部２０の発光面に隣接または近接して配置される。光導波路６０は、例えば、光ファイバーとしてもよく、発光部２０からの光信号を受光するのに十分な幅（単電池の積層方向に直交する方向の長さ）を有する導光板としてもよい。光導波路６０を導光板で構成する場合、光導波路６０の幅方向寸法を発光部２０の発光面の最大寸法（発光面が円形の場合は直径、矩形の場合は対角線）よりも大きくするとよい。図２は、導光板を用いて光導波路６０を構成した場合を示している。
【0023】
光導波路６０として導光板を用いる場合、複数の発光部２０の発光面（各々が積層された複数の単電池に対応する）のすべてを覆うように光導波路６０を配置することができる。また、発光部２０の発光方向（発光面の鉛直方向に一致する場合および発光面の鉛直方向にから傾斜している場合を含む）を覆うように光導波路６０を配置することができる。
【0024】
このように光導波路６０として導光板を用いる場合、光導波路６０として光ファイバーを用いる場合に比べて、発光部２０から出力された光信号が受光され易くなる、発光部２０からの光信号を光導波路６０に集光するためのレンズなどの追加部品が必要なくなる、光導波路の位置決めの手間が削減される、または位置ずれの許容量が増大される。勿論、光導波路６０としての導光板に対する発光部２０からの光信号の結合効率を高めるために、レンズなどの追加部品を用いてもよく、集光加工を施した導光板を用いてもよい。レンズなどの追加部品および集光加工を施した導光板の一方または双方を用いる場合であっても、光導波路６０として光ファイバーを用いる場合に比べ、位置決めの手間の煩雑性が削減される、または位置ずれ許容量が増大される。単電池の積層方向に延伸した光導波路６０を例示するが、単電池の積層方向に直交する方向に延伸した光導波路６０を用いることも可能である。この場合、光導波路６０としての導光板は、複数の発光部２０の発光面のすべてを覆うことが可能で、光出力部に向かうテーパー形状とすることで、先細りの光出力部から出力される光信号を受光部８０で受信することができる。
【0025】
図２に示すように、光導波路６０は、光信号を受光する表面の位置に対応する裏面の位置に、散乱加工６０ａが施されている。散乱加工６０ａは、隣接または近接する発光部２０の発光面に対応する位置に施されている。散乱加工６０ａは、例えば、凹凸加工であり得る。光導波路６０に入射し散乱加工６０ａにより散乱した光信号の一部は、光出力部の方向に伝搬する。
【0026】
また、光導波路６０は、曲げ部分に反射加工６０ｂが施されており、これにより曲げ部分により散乱した光信号を光出力部の方向へ反射することができる。また、光導波路６０の光出力部となる端部と反対の端部および曲げ部分に反射加工６０ｂが施されており、これにより凹凸加工により光出力部の方向と反対方向に散乱した光を、光出力部の方向反射することができる。
【0027】
図３は、本発明の一実施形態のリチウムイオン電池モジュール内の複数の光送信器の概略構成を示す図である。光送信器１０は単電池３０にそれぞれ対応する。光送信器１０は、フレキシブルプリント基板（Flexible printed circuits：ＦＰＣ）（不図示）の上に配置された発光部２０、制御回路４０、および測定回路９０を備える。
【0028】
測定回路９０は、対応する単電池３０の特性を測定し、測定された特性を表す特性信号を出力するように構成されている。測定回路９０は、マイクロコンピュータ、ＩＣ、ＬＳＩなどの任意の半導体素子を用いて構成し得る。測定回路９０は、単電池３０から電力供給される。測定回路９０は、単電池の特性として、例えば、電圧または温度若しくは両方を測定するように構成し得る。より具体的には、測定回路９０は、正極集電体および負極集電体にそれぞれ接する電圧測定端子（不図示）に電気的に結合されると共に発光部２０に電気的に結合された制御回路４０と電気的に結合される。測定回路９０は、電圧測定端子に入力される電圧を示す信号を特性信号として出力する。測定回路９０は、電圧測定端子の代替としてまたは追加して、正極集電体および負極集電体の表面または単電池の表面に接して設けられた１つ以上の温度測定素子（不図示）に電気的に結合されてもよい。測定回路９０は、温度測定素子からの出力に対応する信号を特性信号として出力する。
【0029】
制御回路４０は、測定回路９０から対応する単電池の特性を表す特性信号を受信し、所定の期間毎に特性信号を符号化した制御信号を出力するように構成されている。制御信号は、発光部２０に供給される。制御回路４０は、マイコン、ＩＣ、ＬＳＩなどの任意の半導体素子を用いて構成され得る。単電池３０から電力供給される。制御回路４０は、測定回路９０と一体であってもよい。制御回路は、特性信号と共に対応する単電池３０に固有の識別子ＩＤを符号化して制御信号を出力するように構成してもよい。特性信号と共に対応する制御信号に単電池３０の識別子ＩＤが符号化された制御信号に基づいて光信号が出力されるようになることで、受信側で、いずれの単電池の状態情報であるかを決定または推定することが可能となる。
【0030】
発光部２０は、ＬＥＤ素子、有機ＥＬ素子などの発光素子を用いて構成され得る。発光部２０は、単電池３０から電力供給され、制御回路４０からの制御信号に基づいて駆動する（すなわち、制御信号に応じて発光することで制御信号に応じた光信号を出力する）ように構成され得る。
【0031】
光送信器１０は、発光部２０が単電池３０の短辺の一方に配置されるように、単電池３０に備えられている。好ましくは、複数の単電池３０を積層した状態で、複数の発光部２０の発光面が、組電池５０の側面に複数の単電池３０の積層方向に一列に並び、光導波路６０に隣接または近接して配置される。
【0032】
光送信器１０は、内部クロックで動作するように構成される。測定回路９０および制御回路４０は内部クロックに同期して動作する。単電池３０から電力供給される光送信器１０による電力消費を抑制するため、クロック生成回路も電力消費の小さなものが好ましい。
【0033】
図４は、本発明の一実施形態のリチウムイオン電池モジュールにおける光送信器のクロック生成回路の概略構成を示す図である。このクロック生成回路は、コルピッツ回路のような発信回路（不図示）により生成された正弦波電圧を、コンパレータの２つの入力の内の一方（Ｖｉｎｐ）と他方（Ｖｉｎｎ）に印加すると矩形波のクロック信号を出力する回路である。容量Ｃと抵抗Ｒを含むＣＲ回路がＶｉｎｐに接続されており、抵抗Ｒと容量Ｃの大きさは、所望の矩形波の周期または周波数に応じて決定されている。
【0034】
図５は、本実施形態の光送信器の測定回路９０の機能ブロック図である。測定回路９０は、入力端子９１ａおよび入力端子９１ｂと、比較回路９２と、出力端子９５とを備える。
【0035】
入力端子９１ａおよび入力端子９１ｂは、単電池３０の正極集電体および負極集電体にそれぞれ接する電圧測定端子と測定回路９０を電気的に結合するための端子である。または、入力端子９１ａおよび入力端子９１ｂは、単電池３０の正極集電体および負極集電体の表面または単電池の表面に接して設けられた１つ以上の温度測定素子（不図示）に測定回路９０を電気的に結合するための端子である。または、入力端子９１ａおよび入力端子９１ｂは、単電池３０の正極集電体と負極集電体との間の電圧を測定する電圧または電流センサ、単電池３０の表面に設けられた温度センサ、または単電池の表面付近に設けられた磁気センサ等のセンサが出力する電圧を入力するための端子である。予め定められた基準に対する信号（例えば、グランド電位を基準とした電圧）を測定回路９０に入力する場合、入力端子９１ａおよび入力端子９１ｂの一方に基準に対する信号が入力されるように構成してもよい（例えば、比較回路９２内において予め入力端子９１ｂを接地して比較回路９２へグランド電位が供給されるようにし、入力端子９１ａに基準に対する信号が入力されるもよい。この場合、比較回路９２は、外部から基準となる信号を入力するための入力端子９１ｂを備えなくてもよい。）。
【0036】
比較回路９２は、入力端子９１ａおよび９１ｂに入力される電位を比較して、電位差を示す信号を出力する。この電位差は、単電池３０の電圧または単電池の温度に相当する。比較回路９２は、例えば、１つまたは複数のコンパレータを用いて構成することができる。コンパレータの数を多くすることで、比較回路９２が出力端子９５をから出力する電位差が示す意味内容（例えば、単電池３０の電圧、単電池の温度、または単電池の周囲の磁界）の粒度を細かくまたは精度を高くできる。
【0037】
出力端子９５は、比較回路９２により出力された信号を、単電池３０の特性（電圧または温度）に対応する特性信号として出力するための端子である。
【0038】
図６は、本発明の一実施形態のリチウムイオン電池モジュールにおける光送信器１０の制御回路４０の機能ブロック図である。制御回路４０は、状態判定回路４２と、ルックアップテーブル４４と、セレクタ４３と、出力端子４５とを備える。
【0039】
状態判定回路４２は、測定回路９０が出力する特性信号に基づいて対応する単電池の状態を判定し、判定された対応する単電池の状態に応じて異なるパターンの制御信号を出力端子４５から出力するように構成された回路である。状態判定回路４２は、ルックアップテーブル４４およびセレクタ４３と結合され、これらを協働して測定回路９０からの特性信号に基づいて対応する単電池の状態を判定し、判定された対応する単電池の状態に応じて異なるパターンの制御信号を出力ように構成されている。
【0040】
ルックアップテーブル４４は、測定回路９０から状態判定回路４２を介して入力され得る複数の電位差を示す信号（特性信号）の値と、対応する電池の複数の状態と、互いに異なるパターンの複数の制御信号とを対応付けるテーブルとすることができる。対応する電池の状態は、例えば、対応する電池の電圧または温度の範囲とすることができ、制御信号は対応する電池の電圧の範囲または温度の範囲を表す信号パターンとすることができる。
【0041】
セレクタ４３は、ルックアップテーブル４４を参照して、状態判定回路４２を介して入力された電位差を示す信号（特性信号）の値に対応する電池の状態（例えば、電圧または温度の範囲）および当該状態に応じた制御信号（信号パターン）を判定する。判定された対応する電池の状態に応じた制御信号は、出力端子４５から出力される。セレクタ４３およびルックアップテーブル４４は、状態判定回路３２から信号に応答して、電池の電圧の範囲または温度の範囲を表す信号パターンを表すパルスパターンを設定する１つの回路で構成してもよい。
【0042】
以上の構成により、複数の光送信器１０はそれぞれ、対応する単電池の状態に対応する光信号を出力する。各光送信器１０は、他の光送信器と非同期で光信号を出力する。
【0043】
図７は、本発明の一実施形態のリチウムイオン電池モジュールにおけるある時間期間において（システム周期内の理想的な送信タイミングにおいて）複数の光送信器が送信する光信号を説明する図である。組電池５０はｎ個（ｎは、２以上の整数）の単電池が積層されて構成されており、リチウムイオン電池モジュールはｎ個の単電池にそれぞれ対応するｎ個の光送信器を含むものとする。リチウムイオン電池モジュールのシステム周期をｎ×Ｔとし、各光送信器１０はシステム周期内の時間期間Ｔにおいて光信号を送信する。ｎ個の光送信器１０が光信号を送信するｎ個の時間間隔Ｔが重ならないタイミングがシステム周期内の理想的な送信タイミングである。
【0044】
図７（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、システム周期内の理想的な送信タイミングにおいて、ｎ個の光送信器１０の内の３つの光送信器から送信される光信号を時間軸上に示す図である。図７（ａ）は３つの光送信器の内の第１の光送信器によってｔ＝ｔ０からｔ＝ｔ１までの時間期間Ｔに送信された光信号を示し、図７（ｂ）は３つの光送信器の内の第２の光送信器によってｔ＝ｔ１からｔ＝ｔ２までの時間期間Ｔに送信された光信号を示し、図７（ｃ）は３つの光送信器の内の第３の光送信器によってｔ＝ｔ２からｔ＝ｔ３までの時間期間Ｔに送信された光信号を示す。第１、第２および第３の光送信器が光信号を送信する時間期間はＴであり、周期（繰り返し時間期間）はｎＴである。（ｄ）はｎ個の光送信器１０に共通の光導波路６０上の光信号を時間軸上に示す図である。図７（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）に示す光信号は、光導波路６０上で重ならずに、受光部８０で受信される。図７は、各光送信器が、同じ内容の光信号を送信する場合を示すが、光信号の内容（パルスの数やパターン）は単電池の状態に応じて可変である。時間期間Ｔにおいて送信できる最大数のパルスが光信号として送信される場合もあり、より少ない数のパルスが光信号として送信される場合（時間期間Ｔの前半にパルスが送信され、後半にパルスが送信されない場合）もある。
【0045】
上述したように、光送信器１０は、内部クロックで動作するように構成される。したがって、すべての光送信器１０の内部クロックは同一とはならず、光信号の送信タイミングにずれが生じる。光信号の送信タイミングのずれは時間の経過とともに大きくなり、再びシステム周期内の理想的な送信タイミングに戻る。仮にすべての光送信器１０の内部クロックは同一であるとすると、非同期で光信号を送信する２つの以上の光送信器１０の光信号の送信タイミングは同一となり得る。この場合、光導波路６０上において光信号は重なり続けることになるので、複数の光送信器１０間で、送信タイミングを制御する機構が必要となり、すなわち複数の光送信器１０間で、送信タイミングを同期化する必要がある。
【0046】
送信のタイミングを制御する機構を追加すると、部品点数の増加、光送信器１０のサイズの増加、組み立て工程の増加に伴い光送信器１０のコストが増加する。したがって、本実施例のリチウムイオン電池モジュールは、複数の光送信器１０のそれぞれが、内部クロックで動作して、他の光通信器と非同期に、光信号を送信するようにしている。より具体的には図４を参照して上述したＣＲ回路の抵抗Ｒおよび容量Ｃの大きさを調整することで、すべての光送信器１０の内部クロックが同一とならないように予め構成してある。
【0047】
図４を参照して説明した本実施形態のクロック発生回路の精度は、水晶振動子を用いたクロック発生回路に比べて、低い。図４のクロック発生回路のようなマイコン内に実装され得るシリコン振動子やセラミック振動子の精度は、１×１０-3～１×１０-2（０．１％～数％）程度であり温度依存性を有するのに対して、温度補償回路を内蔵した水晶振動子の精度は、１×１０-9程度である。また、本実施形態のシリコン振動子やセラミック振動子の制度は、製造時の目標精度からのずれを含む（精度にバラつきがある）。したがって、光送信器１０の内部クロックは、製造時のバラつきにより、および／またはＣＲ回路の調整により、他の光送信器１０の内部クロックと同一とならないように調整されている。
【0048】
上述したように、発光部２０は、光送信器１０の内部クロックにしたがって動作し発光する。光送信器１０の内部クロックは温度依存性を有している。よって、光信号として送信されるパルスの幅（発光時間の長さ）もまた温度依存性を有している。光パルスの幅が温度に応じて変化しているにもかかわらず、受光部８０が一定のサンプリング間隔で、光信号を電気信号に変換した場合、パルスの取り込みミスが生じる可能性（発光部２０側で光パルスの幅が短くなっている場合に受光部８０側で２つの光パルスを１つの電気パルスに変換したり、または、発光部２０側で光パルスの幅が長くなっている場合に受光部８０側で１つの光パルスを２つの電気パルスに変換したりする可能性）がある。したがって、受光部８０は、受信した光信号を電気信号に変換する際のサンプリング間隔を、予め取得した光送信器１０の内部クロックの温度依存性にしたがって変更する機構を備えた構成とすることが望ましい。
【0049】
図８は、本発明の一実施形態のリチウムイオン電池モジュールにおけるある時間期間（システム周期内の理想的な送信タイミングからずれた送信タイミング）において複数の光送信器が送信する光信号を説明する図である。図７と同様に、図８（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、ｎ個の光送信器１０の内の３つの光送信器から送信される光信号を時間軸上に示す図である。
【0050】
図８（ａ）は第１の光送信器によってｔ＝ｔ０からｔ＝ｔ１までの時間期間Ｔに送信された光信号を示す。第１の光送信器の内部クロックを基準とすると、第２の光送信器の内部クロックの周期はわずかに短く（周波数はわずかに高く）構成されており、したがって、光信号を送信する時間期間はＴよりもδ１だけ短くなっており、周期（繰り返し時間期間）はｎ（Ｔ－δ１）となっている。図８（ｂ）は第２の光送信器によってｔ＝ｔ１からずれた時間期間Ｔ－δ１に送信された光信号を示す。また、第３の光送信器の内部クロックの周期は、第１の光送信器の内部クロックに比べてわずかに長く（周波数はわずかに低く）構成されており、したがって、光信号を送信する時間期間はＴよりもδ２だけ長くなっており、周期（繰り返し時間期間）はｎ（Ｔ＋δ２）となっている。図８（ｃ）は第３の光送信器によってｔ＝ｔ２からずれた時間期間Ｔ＋δ２に送信された光信号を示す。（ｄ）はｎ個の光送信器１０に共通の光導波路６０上の光信号を時間軸上に示す図である。図８（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）に示す光信号は、光導波路６０上で重なって、受光部８０で受信される。光導波路６０上で光信号が重なることで、例えば、ｔ＝ｔ０からｔ＝ｔ１までの時間期間Ｔにおける光信号に含まれる光パルスの数、光パルスの幅、または配列パターンの少なくとも一部は、第１の光送信器が出力した光信号に含まれる光パルスから変化する。図９（ｄ）の例では、ｔ＝ｔ０からｔ＝ｔ１までの時間期間Ｔ内の後ろから２つ目のパルスが追加され、後ろから１つ目のパルスの幅が広くなり、光信号内の光パルスの配列が変化している。この変化は、受光部８０から電気信号にも現れる。したがって、受光部８０から電気信号に含まれる電気パルスの数、電気パルスの幅、または電気パルスの配列の少なくとも１つに基づいて、複数の光送信器１０から出力された複数の光信号の少なくとも一部が光導波路６０上で重なったかどうかを判定することができる。
【0051】
図９は、本発明の一実施形態のリチウムイオン電池モジュール内において光送信器が光信号を送信するタイミングを説明する図である。図７および図８を参照して説明した第１の光送信器１０を例に、光送信器１０が、システム周期の時間期間ｎＴ内のｔ＝０からｔ＝１までの時間期間Ｔにおいて光信号を送信するタイミングを説明する。
【0052】
図９（ａ）は、光送信器１０の内部クロックを時間軸上に示す図である。この内部クロックにしたがって、測定回路９０および制御回路４０が動作する。
【0053】
図９（ｂ）は、測定回路９０からの特性信号に基づいて制御回路４０により判定された対応する単電池の状態を示す信号を示す図である。単電池の状態を示す信号は単電池の状態に応じて異なる（変化する）。測定回路９０において、内部クロックにしたがって、比較回路９２が２つの入力端子間の電位差（単電池の電圧）を示す特性信号を出力する。また、制御回路４０において、内部クロックにしたがって、状態判定回路４２が、測定回路９０からの特性信号に基づいて対応する単電池の状態を判定し、対応する単電池の状態に応じた異なるパターンの信号を判定する。対応する単電池の状態および判定された単電池の状態に応じた異なるパターンの信号の判定は、セレクタ４３およびルックアップテーブル４４を用いて行われ得る。測定回路９０が特性信号を出力するときおよび制御回路４０において制御信号を出力するとき、量子化誤差が生じる。図９（ｂ）は、ｔ＝０からのシステム周期の時間期間ｎＴ内に測定回路９０の２つの入力端子間の電位差が変化しない場合を例示しているが、測定回路９０の２つの入力端子間の電位差の変化（単電池の状態）に応じて、制御回路４０において判定される単電池の状態に応じた信号（パルスの数やパターン）が変化する。
【0054】
図９（ｃ）は、システム周期の時間期間ｎＴにおける所定の時間期間Ｔ（繰り返し周期がｎＴである）を示す信号を示す図である。制御回路４０は、内部クロックをカウントするクロックカウンター（不図示）を使用して、システム周期の時間期間ｎＴおよび時間期間ｎＴ中の所定の時間期間Ｔを計数し、所定の時間期間を示す信号を生成することができる。制御回路４０は、特性信号を所定の時間期間を示す信号とともに符号化して制御信号を出力する。制御回路４０が発光部２０へ供給する制御信号は、図９（ｂ）に示す特性信号と図９（ｃ）に示す所定の期間を示す信号の積となっている。
【0055】
図９（ｄ）は、発光部２０が制御回路４０から供給された制御信号にしたがって発光することにより出力される光信号を示す図である。図９（ｂ）に示すｔ＝ｔ１以降に制御回路４０において判定された測定回路９０から出力された特性信号に対応する単電池の状態に応じたパターンの信号は、制御信号に符号化されず（または、符号化されて０の連続となる）、したがって、光信号として出力されない。システム周期の時間期間ｎＴの内のｔ＝ｔ１以降の期間に、残りのｎ－１個の光送信器（例えば、第２の光送信器、第３の光送信器、・・・第ｎの光送信器）が互いに異なるタイミングで光信号を送信すれば、図７（ｄ）に示すように光信号は、光導波路６０上で重ならずに、受光部８０で受信されることになる。
【0056】
以上説明したように、システム周期内の理想的な送信タイミングにおいては図７（ｄ）に示したように光信号は共通の光導波路６０上で重ならず、受光部８０で受信される。その後のシステム周期内の理想的な送信タイミングからずれた送信タイミングにおいては図８（ｄ）に示したように光信号は、光導波路６０上で重なって、受光部８０で受信される。さらにその後のシステム周期内の理想的な送信タイミングにおいては再び図７（ｄ）に示したように光信号は共通の光導波路６０上で重ならず、受光部８０で受信される。このように、本実施形態のリチウムイオン電池モジュールにおいては、比較的長い周期で、システム周期内の理想的な送信タイミングが生じ、この時に受信した複数の光送信器１０からの光信号に基づいて、複数の単電池の特性を決定することが可能となる。
【0057】
図８（ｄ）に示すシステム周期内の理想的な送信タイミングからずれた送信タイミングにおいて単電池の特性を決定または推定する方法を以下に説明する。
【0058】
図１０は、本発明の一実施形態のリチウムイオン電池モジュールの機能ブロック図である。リチウムイオン電池モジュールは、受光部８０が光信号から変換した電気信号とは別の追加情報を考慮し、複数の単電池の状態を決定または推定するように構成された信号処理装置１００を備える。
【0059】
図１０に示すようにリチウムイオン電池モジュール１は、引出配線５７と引出配線５９とに接続された、組電池の入出力電圧を測定するための電圧計１２０を備える。また、リチウムイオン電池モジュール１は、引出配線５７に接続された、組電池の入出力電流を測定するための電流計１１０を備える。電圧計１２０から取得される入出力電圧情報および電流計１１０から取得される入出力電流情報は追加情報として複数の単電池の状態を決定または推定する際に用いることができる。また、複数の単電池の状態を決定または推定する際に時系列や事前知識を用いることもできる。時系列は、状態決定部１０２により決定された状態を時間順に記録した情報テーブルとすることができる。事前知識は、事前に設定した単電池の特性（電圧や温度などの内部状態）と測定回路９０が出力する特性信号の長さとの対応関係を示す情報テーブルや、単電池の特性（電圧や温度などの内部状態）の状態遷移を示す情報とすることができる。時系列や事前知識は、コンピュータが読取可能な記録媒体に記録された情報とすることができる。
【0060】
信号処理装置１００は、状態決定部１０２および状態推定部１０４を備える。信号処理装置１００は、メモリおよびプロセッサと、プロセッサを状態決定部１０２および状態推定部１０４として機能させるプログラムを記録したコンピュータが読取可能な記憶媒体とを備えたコンピューティング装置としてもよい。コンピュータが読取可能な記憶媒体は、プログラムの他に、上述した事前知識を示す情報を記録していてもよい。
【0061】
システム周期内の理想的な送信タイミングからずれた送信タイミングにおいても、複数の光送信装置から送信される光信号は、重ならない限り、受光部８０によって受光され、当該光信号を送信した光送信器に対応する単電池の特性を正しく決定できる。したがって、図１１に示すように、初めに、状態決定部１０２において受光部８０からの電気信号に基づいて単電池３０の状態（特性）を決定し（ステップＳ１１）、全ての単電池の状態を決定できたどうかを判定し（ステップＳ１２）、状態を決定できなかった単電池については、状態推定部１０４で状態を推定する（ステップＳ１３）。以下、単電池の特性として単電池の電圧を決定または推定する方法の具体例を説明する。
【0062】
状態決定部１０２は、受光部８０からの電気信号を処理して、２つ以上の光信号が重なった状態の光信号から変換されたものでないかを決定する。例えば、電子信号に含まれるパルスの数、パルスの幅、パルスの配列パターンに基づいて、２つ以上の光信号が重なったかどうかを決定することができる。電気信号が２つ以上の光信号が重なった状態の光信号から変換されたものでないと決定された場合、状態決定部１０２は、当該電気信号が示す電圧を、単電池３０の電圧であると決定する。
【0063】
状態推定部１０４は、状態決定部１０２により決定されなかった単電池の電圧を推定する。状態推定部１０４は、電圧計１２０から取得される入出力電圧情報を利用する。直列に接続されたｎ個の単電池３０から構成された組電池５０の入出力電圧情報Ｖｔｏｔａｌとし、複数の単電池の電圧の和をＶ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋・・・Ｖｎとすると、式１の関係が成立する。状態推定部１０４は、式１の関係を利用することで状態決定部１０２により決定することができなかった単電池の電圧を推移する。
Ｖｔｏｔａｌ＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋・・・Ｖｎ （式１）
Ｖｔｏｔａｌ＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋・・・Ｖｎ （式１）
【0064】
状態推定部１０４は、Ｖｔｏｔａｌと、状態決定部１０２により決定された単電池の電圧の和との差を求め、求めた差に基づいて状態決定部１０２により決定されなかった単電池の電圧を推定することができる。ここで、状態決定部１０２により決定された単電池の電圧は、測定回路９０および制御回路４０における量子化誤差を含み得る。したがって、この誤差の範囲を考慮して、状態決定部１０２により決定されなかった単電池の電圧を推定することが好ましい。状態決定部１０２により電圧が決定された単電池の数をｍ（ｍは整数）とし、電気信号により表された電圧の範囲の下限をＳｍとし、上限をＳＭとすると、状態決定部１０２により決定されなかった単電池の電圧の範囲Ｖｒｎｇ＿ＮＤは、式（２）で表現できる。状態推定部１０４は、この範囲内で状態決定部１０２により決定されなかった単電池の電圧を推定することができる。
Ｖｔｏｔａｌ－（ＳＭ１＋ＳＭ２＋・・・ＳＭｍ）＜Ｖｒｎｇ＿ＮＤ＜Ｖｔｏｔａｌ－（Ｓｍ１＋Ｓｍ２＋・・・Ｓｍｍ） （式２）
Ｖｔｏｔａｌ－（ＳＭ１＋ＳＭ２＋・・・ＳＭｍ）＜Ｖｒｎｇ＿ＮＤ＜Ｖｔｏｔａｌ－（Ｓｍ１＋Ｓｍ２＋・・・Ｓｍｍ） （式２）
【0065】
また、状態推定部１０４は、あるタイミングで状態決定部１０２により決定されなかった単電池の電圧を、時系列に基づいて推定することができる。例えば、状態推定部１０４は、あるタイミングで状態決定部１０２により決定されなかった単電池の電圧を、そのタイミングよりも前のタイミングおよびそのタイミングよりも後のタイミングの少なくとも一方で状態決定部１０２により決定された単電池の電圧に基づいて推定することができる。例えば、ｔ＝ｔ０およびｔ＝ｔ２において状態決定部１０２により決定された単電池の電圧がＶ１で等しかったとする。このとき、状態推定部１０４は、この時系列に基づいて、ｔ＝ｔ１において状態決定部１０２により決定されなかった単電池の電圧が、Ｖ１に近い（Ｖ１との差が大きくない）Ｖ０、Ｖ１またはＶ２（Ｖ０＜Ｖ１＜Ｖ２）のいずれかであると推定することができる。別の例では、ｔ＝ｔ０において状態決定部１０２により決定された単電池の電圧がＶ１で、ｔ＝ｔ２において状態決定部１０２により決定された単電池の電圧がＶ３であったとする。このとき、状態推定部１０４は、この時系列に基づいて、ｔ＝ｔ１において状態決定部１０２により決定されなかった単電池の電圧が、Ｖ１またはＶ３に近い（Ｖ１またはＶ３との差が大きくない）Ｖ１からＶ３までの間のＶ１、Ｖ２またはＶ３（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３）と推定することができる。
【0066】
さらにまた、状態推定部１０４は、事前知識を用いて、タイミングで状態決定部１０２により決定されなかった単電池の電圧を推定することができる。事前知識として、予め測定された電圧－容量曲線を保持しておき、状態推定部１０４は、電圧－容量曲線にフィットする値を用いて、ある電圧の単電池に所定量充電した後の当該単電池における電圧変化量または電圧を推定することができる。
【0067】
状態推定部１０４は、追加情報を用いる推定、時系列に基づく推定、および事前知識を用いる推定の１つ以上を用いて、タイミングで状態決定部１０２により決定されなかった単電池の電圧を推定することができる。
【0068】
以上説明したように、システム周期内の理想的な周期からずれた時間期間においては図８（ｄ）に示したように光信号が光導波路６０上で重なって受光部８０で受信されるが、単電池の状態を推定することが可能となる。
【0069】
以下、図面を参照しながら上述した実施形態に係るリチウムイオン電池モジュールにおける光送信機１０の種々の実施例について詳細に説明する。
【0070】
［第１の実施例］
第１の実施例の光送信機１０の構成について図１２を参照しながら説明する。図１２は、第１の実施例における光送信機１０とその利用法を示すブロック図である。図１２において、本実施例の光送信機１０は、比較回路９２と、状態判定回路４２と、パルスパターン設定回路２３３と、リセット回路２３４と、クロック発生回路２３５と、出力回路２３６を備える。また、光送信機１０は、ＶＤＤ端子２２１と、ＶＳＳ端子２２２と、入力端子２２４と、出力端子２２３と、を備える。光送信機１０は、発光部２０（不図示）をさらに備える。
第１の実施例の光送信機１０の構成について図１２を参照しながら説明する。図１２は、第１の実施例における光送信機１０とその利用法を示すブロック図である。図１２において、本実施例の光送信機１０は、比較回路９２と、状態判定回路４２と、パルスパターン設定回路２３３と、リセット回路２３４と、クロック発生回路２３５と、出力回路２３６を備える。また、光送信機１０は、ＶＤＤ端子２２１と、ＶＳＳ端子２２２と、入力端子２２４と、出力端子２２３と、を備える。光送信機１０は、発光部２０（不図示）をさらに備える。
【0071】
ＶＤＤ端子２２１は、光送信機１０内の電源ＶＤＤに接続される。ＶＳＳ端子２２２は、光送信機１０内の電源ＶＳＳに接続される。入力端子２２４は、比較回路９２に接続される。比較回路９２は、状態判定回路４２に接続される。状態判定回路４２は、比較回路９２とパルスパターン設定回路２３３に接続される。パルスパターン設定回路２３３は、状態判定回路３２４２とリセット回路２３４とクロック発生回路２３５と出力回路２３６に接続される。リセット回路２３４は、パルスパターン設定回路２３３と、クロック発生回路２３５に接続される。クロック発生回路２３５は、リセット回路２３４とパルスパターン設定回路２３３に接続される。出力回路２３６は、パルスパターン設定回路２３３と出力端子２２３が接続される。光送信機１０内の各回路の電源接続については、一部説明を省略する。単電池３０は、光送信機１０の単電池接続端子であるＶＤＤ端子２２１とＶＳＳ端子２２２に接続される。センサ２０５は、電源と出力の３端子を有する。センサ２０５は、単電池３０を電源として動作する。センサ２０５は、出力端子からＶＳＳ端子２２２の電圧を基準とした電圧を入力電圧ＶＩＮとして入力端子２２４に印加する。光送信機１０は、入力端子２２４に印加された電圧の電圧範囲に対応する出力信号ＯＵＴを、出力端子２２３から出力する。特性信号に相当する出力信号ＯＵＴは、発光部２０（不図示）へ供給される。
【0072】
次に、第１の実施例の比較回路９２の構成について図１３を参照しながら説明する。図１３は、第１の実施例の比較回路９２を示す回路図である。比較回路９２は、コンパレータに入力する電圧を生成する抵抗回路３０１、３０２と、コンパレータ３０３、３０４と、電圧源３０５で構成されている。抵抗回路３０１は、スイッチ３０６、３０７と、抵抗３１０、３１１、３１２を有する。スイッチ３０６と、抵抗３１０と、抵抗３１２とは、ＶＤＤ端子２２１とＶＳＳ端子２２２の間に直列に接続される。同様に、スイッチ３０７と、抵抗３１１と、抵抗３１２とは、入力端子２２４と電源ＶＳＳとの間に直列に接続される。抵抗回路３０２は、スイッチ３０８、３０９と、抵抗３１３、３１４、３１５を有する。スイッチ３０８と、抵抗３１３と、抵抗３１５とは、入力端子２２４と電源ＶＳＳとの間に直列に接続される。同様に、スイッチ３０９と、抵抗３１４と、抵抗３１５とは、入力端子２４２２４と電源ＶＳＳとの間に直列に接続される。コンパレータ３０３は、反転入力端子が電圧源３０５を介して電源ＶＳＳ２に接続され、非反転入力端子が抵抗３１０、３１１、３１２の接続点に接続される。同様にコンパレータ３０４は、反転入力端子が電圧源３０５を介して電源ＶＳＳに接続され、非反転入力端子が抵抗３１３、３１４、３１５の接続点に接続される。コンパレータ３０３、３０４の出力は、状態判定回路４２に接続される。
【0073】
状態判定回路４２は、入力されたコンパレータの出力判定結果に従って、入力端子２２４に入力される入力電圧ＶＩＮがどの電圧範囲に位置するかを判定し、判定に応じて新たな監視電圧範囲を設定するよう、比較回路９２のスイッチ３０６、３０７、３０８、３０９のオンオフを設定する制御信号を出力する。また、状態判定回路４２は、入力電圧ＶＩＮがどの監視電圧範囲にあるかをパルスパターン設定回路２３３へ出力する。状態判定回路４２は、ロジック回路、プロセッサ回路等で構成できる。
【0074】
パルスパターン設定回路２３３は、上述したセレクタ４３およびルックアップテーブル４４に相当する機能を実装した回路である。パルスパターン設定回路２３３は、状態判定回路４２の出力を受け、出力回路２３６を介して出力端子２２３から、センサ２０５からの入力電圧ＶＩＮの電圧範囲に対応したパルス状の出力信号ＯＵＴを出力する。出力信号ＯＵＴのパルスパターンの生成は、リセット回路２３４とクロック回路３５からの信号を用いておこなう。パルスパターン設定回路２３３と、リセット回路２３４と、クロック回路３５の動作については後で説明する。
【0075】
出力回路２３６の構成について図１４を参照しながら説明する。出力回路２３６は、入力と出力とＰＭＯＳトランジスタ３６１とＮＭＯＳトランジスタ３６２を備える。ＰＭＯＳトランジスタ３６１は、ゲート端子が出力回路２３６の入力に、ソース端子が電源ＶＤＤに、ドレイン端子が出力回路２３６の出力に接続される。ＮＭＯＳトランジスタ３６２は、ゲート端子が出力回路２３６の入力に、ソース端子が電源ＶＳＳに、ドレイン端子が出力回路２３６の出力に接続される。
【0076】
図１３を参照して、センサ２０５が接続される入力端子２２４の入力電圧ＶＩＮと、比較回路９２と、状態判定回路４２の動作について説明する。入力電圧ＶＩＮは、ＶＳＳ端子２２２の電圧を基準にしてセンサ２０５から入力端子２２４に印加される電圧とする。電圧源３０５は、基準電圧ＶＲＥＦをコンパレータ３０３、３０４の反転入力端子に供給する。
【0077】
コンパレータ３０３の非反転入力端子は、スイッチ３０６、３０７のどちらかをオンすることで、単電池電圧ＶＢＡＴを抵抗回路３０１で分圧した電圧が印加される。スイッチ３０６がオンのときに、コンパレータ３０３の非反転入力端子に印加される電圧が、基準電圧ＶＲＥＦと等しくなる時の入力電圧ＶＩＮを電圧ＶＤＥＴ１とする。スイッチ３０７がオンのときに、コンパレータ３０３の非反転入力端子に印加される電圧が、基準電圧ＶＲＥＦと等しくなる時の入力電圧ＶＩＮを電圧ＶＤＥＴ３とする。
【0078】
コンパレータ３０４の非反転入力端子は、スイッチ３０８、３０９のどちらかをオンすることで、入力電圧ＶＩＮを抵抗回路３０２で分圧した電圧が印加される。スイッチ３０８がオンのときに、コンパレータ３０４の非反転入力端子に印加される電圧が、基準電圧ＶＲＥＦと等しくなる時の入力電圧ＶＩＮを電圧ＶＤＥＴ２とする。スイッチ３０９がオンのときに、コンパレータ３０４の非反転入力端子に印加される電圧が、基準電圧ＶＲＥＦと等しくなる時の入力電圧ＶＩＮを電圧ＶＤＥＴ４とする。電圧ＶＤＥＴ１、ＶＤＥＴ２、ＶＤＥＴ３、ＶＤＥＴ４は、電圧ＶＤＥＴ１＞電圧ＶＤＥＴ２＞電圧ＶＤＥＴ３＞電圧ＶＤＥＴ４の大小関係となるように抵抗３１０～３１５の抵抗値を設定する。
【0079】
図１５を参照して、入力電圧ＶＩＮと電圧ＶＤＥＴ１～電圧ＶＤＥＴ４と状態（ＳＴＡＴＥ）の関係を説明する。図１５は、光送信機の状態と入力電圧ＶＩＮと出力信号ＯＵＴの対応を示す図である。入力電圧ＶＩＮが、電圧ＶＤＥＴ１以上の電圧状態は、ＳＴＡＴＥ１とする。入力電圧ＶＩＮが、電圧ＶＤＥＴ２以上かつ電圧ＶＤＥＴ１未満の電圧状態は、ＳＴＡＴＥ２とする。入力電圧ＶＩＮが、電圧ＶＤＥＴ３以上かつＶＤＥＴ２未満の電圧状態は、ＳＴＡＴＥ３とする。入力電圧ＶＩＮが、電圧ＶＤＥＴ４以上かつ電圧ＶＤＥＴ３未満の電圧状態は、ＳＴＡＴＥ４とする。入力電圧ＶＩＮが、電圧ＶＤＥＴ４未満の電圧状態は、ＳＴＡＴＥ５とする。なおここでは境界の電圧は上側のＳＴＡＴＥに含まれるとしたが、境界の電圧が上側か下側かどちらのＳＴＡＴＥに含まれるかは任意に設定可能である。
【0080】
図１３の比較回路９２において、例えばスイッチ３０６、３０８がオン状態とする。コンパレータ３０３の非反転入力端子には、入力電圧ＶＩＮを抵抗３１０、３１２で分圧した電圧が入力され、コンパレータ３０４の非反転入力には、入力電圧ＶＩＮを抵抗３１３、３１５で分圧した電圧が入力される。前述の電圧関係より、比較回路９２は、入力電圧ＶＩＮを監視する上側基準電圧が電圧ＶＤＥＴ１、下側基準電圧が電圧ＶＤＥＴ２となり、監視電圧範囲が設定される。状態判定回路４２は比較回路９２の出力に基づいて、入力電圧ＶＩＮが前記電圧状態（ＳＴＡＴＥ１～ＳＴＡＥＴ５）の内のどの電圧範囲に位置するかを判定し、判定結果をパルスパターン設定回路２３３へ出力する。また判定結果に応じて、新たな監視電圧範囲を設定するよう、比較回路９２のスイッチのオンオフを設定する制御信号を出力する。
【0081】
ここで、入力電圧ＶＩＮが電圧ＶＤＥＴ２以上かつ電圧ＶＤＥＴ１未満の電圧状態であるＳＴＡＴＥ２の状態から変化し、入力電圧ＶＩＮが電圧ＶＤＥＴ２未満となったとする。状態判定回路４２はスイッチ３０６をオフし、スイッチ３０７をオンする制御信号を出力する。比較回路９２による監視電圧範囲は、電圧ＶＤＥＴ３以上かつ電圧ＶＤＥＴ２未満の電圧範囲となり、入力電圧ＶＩＮがこの電圧範囲である場合の電圧状態はＳＴＡＴＥ３となる。さらに入力電圧ＶＩＮが変化することによって、電圧ＶＤＥＴ３未満の電圧となった場合、状態判定回路４２は、スイッチ３０８をオフし、スイッチ３０９をオンする制御信号を出力する。比較回路９２の監視電圧範囲は、電圧ＶＤＥＴ４以上かつ電圧ＶＤＥＴ３未満となり、入力電圧ＶＩＮがこの電圧範囲である場合の電圧状態はＳＴＡＴＥ４となる。このように比較回路９２の判定結果に応じて、状態判定回路４２がスイッチ制御信号を出力することで監視電圧範囲を順次切り替えることができ、比較回路９２は、２つのコンパレータで複数の電圧範囲を監視することができる。入力電圧ＶＩＮが上昇して変化していった場合、光送信機は、逆の動作スイッチ切り替えを行う。
【0082】
続いて、光送信機１０の全体動作について図１２を参照して説明する。光送信機１０は、比較回路９２と状態判定回路４２によって得られる監視電圧範囲によって、図１５に示すように５つの電圧状態に対応した状態（ＳＴＡＴＥ）を得ることができる。状態判定回路４２は比較回路９２の出力に基づいて、入力電圧ＶＩＮがどの電圧範囲に位置するかを判定した信号を、パルスパターン設定回路２３３へ出力する。パルスパターン設定回路２３３は、クロック発生回路２３５から供給されるクロック信号に基づき、各状態に応じて予め設定された所定のパルス幅と所定のパルス数で構成された所定のパルス群を所定のパルス周期ごとに繰り返して、出力回路２３６を介して、所定の電圧パルス、または、電流パルスとして出力する。状態判定回路４２、およびパルスパターン設定回路２３３は、ロジック回路やプログラムで動作するプロセッサ回路で構成される。
【0083】
リセット回路２３４は、所定のパルス周期ごとにパルスパターン設定回路２３３から所定の周期ごとの信号を受け動作し、パルスパターン設定回路２３３を初期化することで、所定のパルス幅と所定のパルス数で構成された所定のパルス群を所定のパルス周期ごとに繰り返し出力する。
【0084】
本実施例における、パルス出力割り当て例を図１５に示す。図１５は、各電圧状態（ＳＴＡＴＥ）と、入力電圧ＶＩＮ、パルス幅（Ｏｕｔｐｕｔ Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ）、パルス群を構成するパルス数（Ｏｕｔｐｕｔ Ｐｕｌｓｅ Ｎｕｍｂｅｒ）、パルス周期（Ｏｕｔｐｕｔ Ｐｕｌｓｅ Ｃｙｃｌｅ）の対応関係を示す。出力信号ＯＵＴの一例を図１６に示す。例えば入力電圧ＶＩＮが電圧ＶＤＥＴ１以上の電圧値（ＳＴＡＴＥ１）をとるとき、所定のパルス群は、パルス幅１２８ｍｓの電圧パルスがパルス間隔１２８ｍｓで２発であり、パルス群を繰り返して出力する所定のパルス周期は、１０２４ｍｓである。所定のパルス周期内のパルス幅とパルス間隔とパルス数の組合せをパルスパターンと呼ぶ。図１６では出力信号ＯＵＴが電圧パルスの場合を示したが、出力信号ＯＵＴは電流パルスとしても良い。パルス出力の割り当ては、入力電圧ＶＩＮが高い時に消費電流が大きくなるパルス幅の大きいパルスを割り当て、単電池が消耗して単電池電圧ＶＢＡＴが低くなった時に消費電流が小さくなるパルス幅の小さいパルスを割り当てる。このようにパルス出力を割り当てることで、単電池電圧ＶＢＡＴが低くなった時の単電池寿命を延ばすことができる。
【0085】
光送信機１０の出力端子２２３からの電圧パルスまたは電流パルスによってセンサ２０５の電圧判定をするマイコン（不図示）は、光送信機１０の出力するパルス郡のパルス幅と、パルス数を判断することでセンサ２０５の出力の電圧情報を得ることができる。監視用のマイコンはマスタークロックを基準とし、光送信機１０の出力するパルス郡の判定を行う。パルス郡の判定において、マイコンはパルス周期毎に、パルス郡の最初のパルス幅と後続のパルスまでの時間を測定し、最初に測定した前記時間を基準として、同様の波形後続のパルスが前記時間と同様の発数をカウントするようにすれば状態（ＳＴＡＴＥ）を判定できる。光送信機１０の出力端子２２３からの電圧パルスまたは電流パルスによってセンサ２０５の電圧判定をする。同様に、光送信機１０の発光部２０（不図示）からの光パルスによってセンサ２０５の電圧判定をする信号処理装置１００は、光パルス郡のパルス幅と、光パルス数を判断することでセンサ２０５の出力の電圧情報を得ることができる。
【0086】
本実施例の光送信機１０において、出力信号ＯＵＴのパルスパターンはクロック発生回路２３５で生成するクロックを基準に生成され、クロック発生回路２３５は図４を参照して説明したようなＣＲ発振回路等の一般的な発振回路で構成される。ＣＲ発振回路より出力されるクロック周期は、電源電圧依存、温度依存等によってばらつきを持つが、マイコンによる状態判定は、前記の通り、最初のパルスパターンに関する時間測定と、後続の同様のパルスパターンの発数をカウントすることによって判定される。光送信機１０のクロック発生回路２３５は、高精度でなくとも状態判定を可能とするパルスを出力できる。したがって光送信機１０は、水晶振動子などの高精度基準発信源を必要とせず、電圧監視システムを容易かつ安価に構成できる。
【0087】
以上、説明したように、本実施例の光送信機１０において、パルスパターン設定回路２３３は、入力電圧ＶＩＮの電圧範囲に応じた所定のパルス幅と所定のパルス数で構成された所定のパルス群が所定のパルス周期ごとに繰り返し出力する。本実施例の光送信機１０は、入力電圧ＶＩＮが所定の電圧範囲に位置することを、所定のパルス周期毎に定期的に確認できる。上記所定パルスパターンをマイコン等において、監視することによって、センサ２０５の出力が所定電圧範囲内に位置することを所定の周期ごとに確認することができるため、出力ポートまでの配線経路が電源とショートする等の監視回路の故障の有無を定期的に判断することができる。なお、本実施例の比較回路９２は、４つの基準電圧と５つの監視電圧範囲を有する構成としたが、スイッチと分圧抵抗を増やすことで、入力電圧ＶＩＮを分圧した電圧を増やし、順次スイッチを切り替えるような構成にすることで、監視電圧範囲をより細分化することが可能となる。
【0088】
なお、ここでは、リセット回路２３４は、パルスパターン設定回路２３３から所定のパルス周期ごとの信号を受けて動作する構成を説明したが、状態判定回路４２およびパルスパターン設定回路２３３の両方から信号を受けて動作し、状態判定回路４２の変化またはパルスパターン設定回路２３３からの所定の周期ごとにクロック発生回路２３５とパルスパターン設定回路２３３を初期化する構成としてもよい。
【0089】
上記構成においては、センサ２０５の出力が変動し、所定電圧範囲を外れ、状態が変化した時点から、所定のパルスパターンを出力可能になる。センサ２０５は、感知する物理量によって電圧出力するものであればよく、例として温度センサ、磁気センサ等があるがこれらに限定されるものはない。
【0090】
［第２の実施例］
第２の実施例の光送信機１０ａの構成について図１７を参照しながら説明する。なお、第１の実施例と同じ構成要素は、第１の実施例と同じ番号を附番し説明を省略する。図１７は、第２の実施例における光送信機１０ａを示すブロック図である。光送信機１０ａは、発光部２０（不図示）をさらに備える。
第２の実施例の光送信機１０ａの構成について図１７を参照しながら説明する。なお、第１の実施例と同じ構成要素は、第１の実施例と同じ番号を附番し説明を省略する。図１７は、第２の実施例における光送信機１０ａを示すブロック図である。光送信機１０ａは、発光部２０（不図示）をさらに備える。
【0091】
本実施例の光送信機１０ａは、第１の実施例の光送信機１０の入力端子２２４に代えて、センサ回路２３７を備えて構成される。比較回路９２は、入力端子２２４に代えてセンサ回路２３７に接続される。本実施例の光送信機１０ａは、センサ回路２３７が出力するセンサ電圧を比較回路９２に印加する。センサ電圧は比較回路９２のコンパレータで比較され、その結果を状態判定回路４２へ出力する。
【0092】
状態判定回路４２は、入力されたコンパレータの出力判定結果に従って、センサ回路２３７が出力するセンサ電圧がどの電圧範囲に位置するかを判定し、判定に応じて新たな監視電圧範囲を設定するよう、比較回路９２のスイッチ３０６、３０７、３０８、３０９のオンオフを設定する制御信号を出力する。また、状態判定回路４２は、センサ電圧がどの監視電圧範囲にあるかの信号をパルスパターン設定回路２３３へ出力する。パルスパターン設定回路２３３は、状態判定回路４２の出力を受け、出力回路２３６を介してセンサ回路２３７が出力するセンサ電圧に対応したパルス状の出力信号ＯＵＴを出力する。特性信号に相当する出力信号ＯＵＴは、発光部２０（不図示）および監視用のマイコン（不図示）へ供給される。
【0093】
以上、説明したように、本実施例の光送信機１０ａにおいて、パルスパターン設定回路２３３は、センサ回路２３７が出力するセンサ電圧の電圧範囲に応じた所定のパルス幅と所定のパルス数で構成された所定のパルス群が所定のパルス周期ごとに繰り返し出力する。本実施例の光送信機１０aは、センサ回路２３７が出力するセンサ電圧が所定の電圧範囲に位置することを、所定のパルス周期毎に定期的に確認できる。センサ回路２３７は、感知する物理量によって電圧出力するものであればよく、例として温度センサ回路、磁気センサ回路等があるがこれらに限定されるものはない。
【0094】
［第３の実施例］
第３の実施例の光送信機１０ｂの構成について図１８を参照しながら説明する。なお、第１の実施例と同じ構成要素は、第１の実施例と同じ番号を附番し説明を省略する。図１８は、第３の実施例における光送信機１２を示すブロック図である。光送信機１０ｂは、発光部２０（不図示）をさらに備える。
第３の実施例の光送信機１０ｂの構成について図１８を参照しながら説明する。なお、第１の実施例と同じ構成要素は、第１の実施例と同じ番号を附番し説明を省略する。図１８は、第３の実施例における光送信機１２を示すブロック図である。光送信機１０ｂは、発光部２０（不図示）をさらに備える。
【0095】
本実施例の光送信機１０ｂは、第１の実施例の光送信機１０の入力端子２２４に代えて、ＶＤＤ端子２２１を比較回路９２に接続して構成される。ＶＤＤ端子２２１は、光送信機１０ｂの内部で電源ＶＤＤと比較回路９２に接続される。本実施例の光送信機１０ｂは、ＶＤＤ端子２２１に印加される単電池３０の単電池電圧ＶＢＡＴを比較回路９２に印加する。単電池電圧ＶＢＡＴは比較回路９２のコンパレータで比較され、その結果を状態判定回路４２へ出力する。
【0096】
状態判定回路４２は、入力されたコンパレータの出力判定結果に従って、単電池３０の単電池電圧ＶＢＡＴがどの電圧範囲に位置するかを判定し、判定に応じて新たな監視電圧範囲を設定するよう、比較回路９２のスイッチ３０６、３０７、３０８、３０９のオンオフを設定する制御信号を出力する。また、状態判定回路４２は、単電池電圧ＶＢＡＴがどの監視電圧範囲にあるかの信号をパルスパターン設定回路２３３へ出力する。パルスパターン設定回路２３３は、状態判定回路４２の出力を受け、出力回路２３６を介して単電池電圧ＶＢＡＴの電圧範囲に対応したパルス状の出力信号ＯＵＴを出力する。特性信号に相当する出力信号ＯＵＴは、発光部２０（不図示）および監視用のマイコン（不図示）へ供給される。
【0097】
以上、説明したように、本実施例の光送信機１０ｂにおいて、パルスパターン設定回路２３３は、単電池３０の単電池電圧ＶＢＡＴの電圧範囲に応じた所定のパルス幅と所定のパルス数で構成された所定のパルス群が所定のパルス周期ごとに繰り返し出力する。本実施例の光送信機１０は、単電池３０の単電池電圧ＶＢＡＴが所定の電圧範囲に位置することを、所定のパルス周期毎に定期的に確認できる。
【0098】
［第４の実施例］
第４の実施例の光送信機１０ｃの構成について図１９を参照しながら説明する。なお、第１の実施例と同じ構成要素は、第１の実施例と同じ番号を附番し説明を省略する。図１９は、第４の実施例における光送信機１０ｃを示すブロック図である。本実施例の光送信機１０ｃは、第１の実施例の光送信機１０に比較回路９２と同様の構成である第２の比較回路９２aを備えて構成される。また状態判定回路４２に代えて状態判定回路４２ａを備えている。状態判定回路４２ａは、比較回路９２と第２の比較回路９２aからの入力を受け、比較回路９２と第２の比較回路９２aのスイッチを設定する制御信号を出力する。光送信機１０ｃは、発光部２０（不図示）をさらに備える。
第４の実施例の光送信機１０ｃの構成について図１９を参照しながら説明する。なお、第１の実施例と同じ構成要素は、第１の実施例と同じ番号を附番し説明を省略する。図１９は、第４の実施例における光送信機１０ｃを示すブロック図である。本実施例の光送信機１０ｃは、第１の実施例の光送信機１０に比較回路９２と同様の構成である第２の比較回路９２aを備えて構成される。また状態判定回路４２に代えて状態判定回路４２ａを備えている。状態判定回路４２ａは、比較回路９２と第２の比較回路９２aからの入力を受け、比較回路９２と第２の比較回路９２aのスイッチを設定する制御信号を出力する。光送信機１０ｃは、発光部２０（不図示）をさらに備える。
【0099】
入力端子２２４は、第２の比較回路９２aを介して状態判定回路４２ａに接続される。本実施例の光送信機１０ｃは、ＶＤＤ端子２２１が、光送信機１０の内部で電源ＶＤＤと比較回路９２に接続される。またセンサ２０５は単電池３０を電源とし、ＶＳＳ端子２２１の電圧を基準としたセンサ電圧を入力端子２２４に印加する。入力端子２２４は、第２の比較回路９２aに接続される。
【0100】
比較回路９２は、状態判定回路４２ａに接続され、同様に第２の比較回路９２aは、状態判定回路４２ａに接続される。状態判定回路４２ａは、比較回路９２と第２の比較回路９２aの監視電圧範囲がどの電圧範囲にあるかの信号を、パルスパターン設定回路２３３へ出力する。パルスパターン設定回路２３３は、状態判定回路４２の出力を受け、出力回路２３６を介してＶＤＤ端子２２１と入力端子２２４に入力される電圧に対応したパルス状の出力信号ＯＵＴを出力する。特性信号に相当する出力信号ＯＵＴは、発光部２０（不図示）および監視用のマイコン（不図示）へ供給される。
【0101】
パルスパターン設定回路２３３の出力するパルスパターンは、比較回路９２と第２の比較回路９２aの監視電圧範囲である各５個の電圧範囲（ＳＴＡＴＥ）を組み合わせた２５個の状態のうちのどれかを表すパルスパターンとしても良いし、比較回路９２の電圧範囲を表すパルスパターンと、第２の比較回路９２aの電圧範囲を表すパルスパターンと、を繰り返すとしても良い。
【0102】
以上、説明したように、本実施例の光送信機１０ｃにおいて、パルスパターン設定回路２３３は、入力端子２２４に入力される入力電圧ＶＩＮと、単電池３０の単電池電圧ＶＢＡＴの電圧範囲に応じた所定のパルス幅と所定のパルス数で構成された所定のパルス群が所定のパルス周期ごとに繰り返し出力する。本実施例の光送信機１０ｃは、入力電圧ＶＩＮと単電池電圧ＶＢＡＴが所定の電圧範囲に位置することを、所定のパルス周期毎に定期的に確認できる。
【0103】
［第５の実施例］
第５の実施例の光送信機１０ｄの構成について図２０を参照しながら説明する。なお、第４の実施例と同じ構成要素は、第４の実施例と同じ番号を附番し説明を省略する。図２０は、第５の実施例における光送信機１０ｄを示すブロック図である。光送信機１０ｄは、発光部２０（不図示）をさらに備える。
第５の実施例の光送信機１０ｄの構成について図２０を参照しながら説明する。なお、第４の実施例と同じ構成要素は、第４の実施例と同じ番号を附番し説明を省略する。図２０は、第５の実施例における光送信機１０ｄを示すブロック図である。光送信機１０ｄは、発光部２０（不図示）をさらに備える。
【0104】
本実施例の光送信機１０ｄは、ＶＤＤ端子２２１を比較回路９２に接続して構成される。ＶＤＤ端子２２１は、光送信機１０ｂの内部で電源ＶＤＤと比較回路９２に接続される。また、第１の実施例の光送信機１０の入力端子２２４に代えて、センサ回路２３７と第２の比較回路９２aを備えて構成される。第２の比較回路９２aは、状態判定回路４２ａに接続される。
【0105】
比較回路９２は、状態判定回路４２ａに接続され、同様に第２の比較回路９２aは、状態判定回路４２ａに接続される。状態判定回路４２ａは、比較回路９２と第２の比較回路９２aの監視電圧範囲がどの電圧範囲にあるかの信号を、パルスパターン設定回路２３３へ出力する。パルスパターン設定回路２３３は、状態判定回路４２の出力を受け、出力回路２３６を介してＶＤＤ端子２２１とセンサ回路２３７から出力される電圧に対応したパルス状の出力信号ＯＵＴを出力する。特性信号に相当する出力信号ＯＵＴは、発光部２０（不図示）および監視用のマイコン（不図示）へ供給される。
【0106】
パルスパターン設定回路２３３の出力するパルスパターンは、比較回路９２と第２の比較回路９２aの監視電圧範囲である各５個の電圧範囲（ＳＴＡＴＥ）を組み合わせた２５個の状態のうちのどれかを表すパルスパターンとしても良いし、比較回路９２の電圧範囲を表すパルスパターンと、第２の比較回路９２aの電圧範囲を表すパルスパターンと、を繰り返すとしても良い。
【0107】
以上、説明したように、本実施例の光送信機１０ｄにおいて、パルスパターン設定回路２３３は、単電池３０の単電池電圧ＶＢＡＴと、センサ回路２３７から出力される電圧（入力電圧ＶＩＮ）との電圧範囲に応じた所定のパルス幅と所定のパルス数で構成された所定のパルス群が所定のパルス周期ごとに繰り返し出力する。本実施例の光送信機１０ｄは、入力電圧ＶＩＮと単電池電圧ＶＢＡＴが所定の電圧範囲に位置することを、所定のパルス周期毎に定期的に確認できる。
【0108】
［第６の実施例］
第６の実施例の光送信機１０ｅの構成について図２１を参照しながら説明する。なお、第１の実施例と同じ構成要素は、第１の実施例と同じ番号を附番し説明を省略する。図２１は、第６の実施例における光送信機１０ｅを示すブロック図である。本実施例の光送信機１０ｅは、第１の実施例の光送信機１０に異常信号入力端子２５を備えて構成される。また状態判定回路４２に代えて状態判定回路４２ｂを備えている。異常信号入力端子２５は、状態判定回路４２ｂに接続される。異常信号入力端子２５がアクティブ信号を受けると、状態判定回路４２ｂは異常状態を判定し、パルスパターン設定回路２３３へ異常状態を出力する。パルスパターン設定回路２３３は、状態判定回路４２ｂの出力を受け、異常状態に対応したパルス状の出力信号ＯＵＴを出力する。異常状態に相当する出力信号ＯＵＴは、発光部２０（不図示）および監視用のマイコン（不図示）へ供給される。
第６の実施例の光送信機１０ｅの構成について図２１を参照しながら説明する。なお、第１の実施例と同じ構成要素は、第１の実施例と同じ番号を附番し説明を省略する。図２１は、第６の実施例における光送信機１０ｅを示すブロック図である。本実施例の光送信機１０ｅは、第１の実施例の光送信機１０に異常信号入力端子２５を備えて構成される。また状態判定回路４２に代えて状態判定回路４２ｂを備えている。異常信号入力端子２５は、状態判定回路４２ｂに接続される。異常信号入力端子２５がアクティブ信号を受けると、状態判定回路４２ｂは異常状態を判定し、パルスパターン設定回路２３３へ異常状態を出力する。パルスパターン設定回路２３３は、状態判定回路４２ｂの出力を受け、異常状態に対応したパルス状の出力信号ＯＵＴを出力する。異常状態に相当する出力信号ＯＵＴは、発光部２０（不図示）および監視用のマイコン（不図示）へ供給される。
【0109】
［第７の実施例］
第７の実施例の光送信機１０ｆの構成について図２２を参照しながら説明する。なお、第１の実施例と同じ構成要素は、第１の実施例と同じ番号を附番し説明を省略する。図２２は、第７の実施例における光送信機１０ｆを示すブロック図である。本実施例の光送信機１０ｆは、第１の実施例の光送信機１０と発光部２０とを有する。本実施例の発光部２０は、第１の実施例の光送信機１０のＶＤＤ端子２２１と出力端子２２３の間に発光部２０を接続している。光送信機１０のＶＤＤ端子２２１は、第２のＶＤＤ端子２２６を介して単電池３０の正極と接続され、光送信機１０のＶＳＳ端子２２２は、第２のＶＳＳ端子２２７を介して単電池３０の負極と接続される。入力端子２２４は、第２の入力端子２８を介してセンサ２０５の出力に接続される。
第７の実施例の光送信機１０ｆの構成について図２２を参照しながら説明する。なお、第１の実施例と同じ構成要素は、第１の実施例と同じ番号を附番し説明を省略する。図２２は、第７の実施例における光送信機１０ｆを示すブロック図である。本実施例の光送信機１０ｆは、第１の実施例の光送信機１０と発光部２０とを有する。本実施例の発光部２０は、第１の実施例の光送信機１０のＶＤＤ端子２２１と出力端子２２３の間に発光部２０を接続している。光送信機１０のＶＤＤ端子２２１は、第２のＶＤＤ端子２２６を介して単電池３０の正極と接続され、光送信機１０のＶＳＳ端子２２２は、第２のＶＳＳ端子２２７を介して単電池３０の負極と接続される。入力端子２２４は、第２の入力端子２８を介してセンサ２０５の出力に接続される。
【0110】
本実施例の光送信機１０ｆは、センサ２０５からの入力電圧ＶＩＮの電圧範囲に応じた所定のパルス幅と所定のパルス数で構成された所定のパルス群が所定のパルス周期ごとに繰り返し発光部２０を発光させる。本実施例の光送信機１０ｆは、センサ２０５が出力する入力電圧ＶＩＮが所定の電圧範囲に位置することを、所定のパルス周期毎に定期的に確認できる。本実施例の光送信機１０ｆは、発光部２０による発光を受光部８０にて受信することで単電池３０及び光送信機１０ｆと電気的に絶縁した絶縁通信が可能となる。
【0111】
光送信機１０ｆにおける出力回路２３６と、パルスパターン設定回路２３３は、発光部２０によって出力されるパルスパターンを、受光部８０で正確に受信するため、適切に設定にされる。
出力回路２３６は、発光部２０を通信可能な光度で発光させるため、適切な出力電流を出力するよう設定される。またパルスパターン設定回路２３３は、発光部２０が要する点灯、消灯時間を考慮し、適切なパルス幅に設定される。
出力回路２３６は、発光部２０を通信可能な光度で発光させるため、適切な出力電流を出力するよう設定される。またパルスパターン設定回路２３３は、発光部２０が要する点灯、消灯時間を考慮し、適切なパルス幅に設定される。
【0112】
なお、本実施例は第１の実施例の光送信機１０に発光部２０を付加する構成にしたが、第２の実施例の光送信機１０ａ、第３の実施例の光送信機１０ｂ、第４の実施例の光送信機１０ｃ、第５の実施例の光送信機１０ｄに発光部２０を付加される構成でも良い。また、発光部２０の例としては、赤外発光ダイオードや可視光発光ダイオード等があるが、これらに限定されるものではない。
【0113】
［第８の実施例］
第８の実施例の光送信機１０ｇの構成について図２３を参照しながら説明する。なお、第７の実施例と同じ構成要素は、第７の実施例と同じ番号を附番し説明を省略する。図２３は、第８の実施例における光送信機１０ｇを示すブロック図である。本実施例の光送信機１０ｇは、第７の実施例の光送信機１０ｆに、異常電流制限装置接続端子２２９を備えた構成とである。光送信機１０ｇは、図１４に示す出力回路２３６のＮＭＯＳトランジスタ３６２のソース端子が電源ＶＳＳに代えて異常電流制限装置接続端子２２９に接続されている。光送信機１０ｇは、異常電流制限装置接続端子２２９とＶＳＳ端子２２２間に異常電流制限装置２０６を接続した構成とする。異常電流制限装置２０６は、端子間に予め設定した電流値以上の電流が流れた時、当該電流値を制限する動作をする。
第８の実施例の光送信機１０ｇの構成について図２３を参照しながら説明する。なお、第７の実施例と同じ構成要素は、第７の実施例と同じ番号を附番し説明を省略する。図２３は、第８の実施例における光送信機１０ｇを示すブロック図である。本実施例の光送信機１０ｇは、第７の実施例の光送信機１０ｆに、異常電流制限装置接続端子２２９を備えた構成とである。光送信機１０ｇは、図１４に示す出力回路２３６のＮＭＯＳトランジスタ３６２のソース端子が電源ＶＳＳに代えて異常電流制限装置接続端子２２９に接続されている。光送信機１０ｇは、異常電流制限装置接続端子２２９とＶＳＳ端子２２２間に異常電流制限装置２０６を接続した構成とする。異常電流制限装置２０６は、端子間に予め設定した電流値以上の電流が流れた時、当該電流値を制限する動作をする。
【0114】
本構成において、図１４に示す出力回路２３６のトランジスタがショート故障した場合を考える。ＰＭＯＳトランジスタ３６１がショート故障した場合、パルス出力を行う毎に貫通電流が出力回路２３６を介し、異常電流制限装置２０６に流れるが、異常電流制限装置２０６の端子間に予め設定した電流値以上の電流が流れた時、当該電流値を制限する動作をするため、異常電流を制限することができる。ＮＭＯＳトランジスタ３６２のショート故障も前記と同じく、異常電流を制限することができる。なお、本実施例は第７の実施例に付加する構成にしたが、第１～第６の実施例に付加される構成でも良い。また出力回路２３６のＰＭＯＳトランジスタ３６１のソース端子に異常電流制限装置接続端子２２９ａを設け、異常電流制限装置接続端子２２９ａを介して、ＶＤＤ端子２２１と接続し、出力端子２２３に発光部２０を接続する構成としても同等の効果が得られる。
【0115】
［第９の実施例］
本発明の第９の実施例の光送信機１０ｈの構成について図２４を参照しながら説明する。なお、第１の実施例と同じ構成要素は、第１の実施例と同じ番号を附番し説明を省略する。図２４は、第９の実施例における光送信機１０ｈを示すブロック図である。本実施例は第３の実施例の光送信機１０ｂに、通信端子２３０と、パルス合成回路２３９を備えた。光送信機１０ｈは、発光部２０（不図示）をさらに備える。通信端子２３０は、パルス合成回路２３９を介して、出力回路２３６へ接続される構成とした。通信端子２３０は、外部で別の光送信機とデイジーチェーン接続し、別の光送信機の監視状況と合わせて出力端子２２３から出力信号ＯＵＴを出力する。
パルス合成回路２３９は、パルスパターン設定回路２３３と出力回路２３６の間に設置され、パルスパターン設定回路２３３からの信号と通信端子２３０からの信号の和を出力回路２３６へ出力する。出力回路２３６からの信号は、発光部２０（不図示）および監視用のマイコン（不図示）へ供給される。
本発明の第９の実施例の光送信機１０ｈの構成について図２４を参照しながら説明する。なお、第１の実施例と同じ構成要素は、第１の実施例と同じ番号を附番し説明を省略する。図２４は、第９の実施例における光送信機１０ｈを示すブロック図である。本実施例は第３の実施例の光送信機１０ｂに、通信端子２３０と、パルス合成回路２３９を備えた。光送信機１０ｈは、発光部２０（不図示）をさらに備える。通信端子２３０は、パルス合成回路２３９を介して、出力回路２３６へ接続される構成とした。通信端子２３０は、外部で別の光送信機とデイジーチェーン接続し、別の光送信機の監視状況と合わせて出力端子２２３から出力信号ＯＵＴを出力する。
パルス合成回路２３９は、パルスパターン設定回路２３３と出力回路２３６の間に設置され、パルスパターン設定回路２３３からの信号と通信端子２３０からの信号の和を出力回路２３６へ出力する。出力回路２３６からの信号は、発光部２０（不図示）および監視用のマイコン（不図示）へ供給される。
【0116】
図２５は、本実施例の光送信機１０ｈをデイジーチェーン接続した構成の一例である。本実施例の第１の光送信機１０ｈ－１の通信端子２３０は、第２の光送信機１０ｈ－２の出力端子２２３に接続される。第２の光送信機１０ｇ－２の通信端子２３０は、図示していない第３の光送信機１０ｇ－３に接続される。本実施例の光送信機は、複数の単電池監視結果を、最終段となる第１の光送信機１０ｈ－１からまとめて出力することが可能となる。前述の通り、監視用のマイコン（不図示）は最初のパルス幅を時間基準として、後続のパルスの数を判定するようにすれば状態（ＳＴＡＴＥ）を判定できるため、各光送信機の間にクロックの同期は不要である。同様に、光送信機１０ｈ－１の発光部２０（不図示）からの光パルスを処理する信号処理装置１００は、光パルス郡のパルス幅と、光パルス数を判断することで状態（ＳＴＡＴＥ）を判定することができる。したがって複数電圧の監視システムを、処理回路の通信負荷の低減を図りつつ、容易かつ安価に構成できる。
【0117】
また、パルス周期は、１０２４ｍｓを例として説明したが、デイジーチェーン接続によって、多数の光送信機からの信号が纏められる場合など、パルス周期は、例えば６０ｓ（６０秒）のように長い周期とし、出力信号同士の衝突を避けることができる。
【0118】
［第１０の実施例］
第１０の実施例の光送信機１０ｉの構成について図２６を参照しながら説明する。なお、第１の実施例と同じ構成要素は、第１の実施例と同じ番号を附番し説明を省略する。図２６は、第１０の実施例における光送信機１０ｉを示すブロック図である。本実施例は第３の実施例の光送信機１０ｂに、通信端子２３０と、パルス判定回路２４０と、状態比較回路２４１を備えた。光送信機１０ｉは、発光部２０（不図示）をさらに備える。通信端子２３０は、パルス判定回路２４０を介して、状態比較回路２４１に接続される構成とした。状態比較回路２４１は、状態判定回路４２ａとパルス判定回路２４０とパルスパターン設定回路２３３へ接続される構成とした。通信端子２３０は、外部で別の光送信機とデイジーチェーン接続し、別の光送信機の監視状況と合わせて出力端子２２３から出力信号ＯＵＴを出力する。出力回路２３６からの信号は出力端子２２３を介して、発光部２０（不図示）および監視用のマイコン（不図示）へ供給される。
第１０の実施例の光送信機１０ｉの構成について図２６を参照しながら説明する。なお、第１の実施例と同じ構成要素は、第１の実施例と同じ番号を附番し説明を省略する。図２６は、第１０の実施例における光送信機１０ｉを示すブロック図である。本実施例は第３の実施例の光送信機１０ｂに、通信端子２３０と、パルス判定回路２４０と、状態比較回路２４１を備えた。光送信機１０ｉは、発光部２０（不図示）をさらに備える。通信端子２３０は、パルス判定回路２４０を介して、状態比較回路２４１に接続される構成とした。状態比較回路２４１は、状態判定回路４２ａとパルス判定回路２４０とパルスパターン設定回路２３３へ接続される構成とした。通信端子２３０は、外部で別の光送信機とデイジーチェーン接続し、別の光送信機の監視状況と合わせて出力端子２２３から出力信号ＯＵＴを出力する。出力回路２３６からの信号は出力端子２２３を介して、発光部２０（不図示）および監視用のマイコン（不図示）へ供給される。
【0119】
パルス判定回路２４０は、通信端子２３０からのパルス信号を受け、パルス信号の示す状態（ＳＴＡＴＥ）信号を状態比較回路２４１へ出力する。状態比較回路２４１は、状態判定回路４２ａからの状態（ＳＴＡＴＥ）信号と、パルス判定回路２４０からの状態（ＳＴＡＴＥ）信号をあらかじめ定めた基準で比較し、より重要と判定された状態（ＳＴＡＴＥ）信号をパルスパターン設定回路２３３へ出力する。
【0120】
図２７は、本実施例の光送信機１０ｉをデイジーチェーン接続した構成の一例である。本実施例の第１の光送信機１０ｉ－１の通信端子２３０は、第２の光送信機１０ｉ－２の出力端子２２３に接続される。第２の光送信機１０ｉ－２の通信端子２３０は、図示していない第３の光送信機１０ｉ－３に接続される。本実施例の光送信機は、複数の単電池監視結果の内、最も重要度の高い結果を光送信機１０ｉ－１から出力することが可能となる。前述の通り、監視用のマイコン（不図示）は最初のパルス幅を時間基準として、後続のパルスの数を判定するようにすれば状態（ＳＴＡＴＥ）を判定できるため、各光送信機の間にクロックの同期は不要である。同様に、光送信機１０ｉ－１の発光部２０（不図示）からの光パルスを処理する信号処理装置１００は、光パルス郡のパルス幅と、光パルス数を判断することで状態（ＳＴＡＴＥ）を判定することができる。したがって複数電圧の監視システムを、処理回路の通信負荷の低減を図りつつ、容易かつ安価に構成できる。
【0121】
以上、各種実施例の光送信機によれば、単電池の電圧状態に応じて予め設定された所定のパルス幅と所定のパルス数で構成された所定のパルス群が所定のパルス周期ごとに繰り返し出力されるため、単電池電圧の状態を定期的に確認することができる。これにより光送信機の出力端子が内部で電源と短絡する異常が生じた場合において、光送信機の異常を判定することができる。
【0122】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態で説明したフローチャート、シーケンス、実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成要素の一部または全部を置換して若しくは構成要素を追加して、組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【0123】
１ リチウムイオン電池モジュール
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ、１０ｉ 光送信器
２０ 発光部
３０、３０ａ、３０ｂ 単電池
４０ 制御回路
４２、４２ａ、４２ｂ 状態判定回路
４３ セレクタ
４４ ルックアップテーブル
４５ 出力端子
５０ 組電池
５７、５９ 引出配線
６０ 光導波路
６０ａ 散乱加工
６０ｂ 反射加工
７０ 外装体
８０ 受光部
９０ 測定回路
９１ａ、９１ｂ 入力端子
９２、９２ａ 比較回路
９５ 出力端子
１００ 信号処理装置
１０２ 状態決定部
１０４ 状態推定部
１１０ 電流計
１２０ 電圧計
２０５ センサ
２０６ 異常電流制限装置
２２３ 出力端子
２２４ 入力端子
２２９ 異常電流制限装置接続端子
２３０ 通信端子
３０１、３０２ 抵抗回路
３０３、３０４ コンパレータ
３０５ 電圧源
３０６、３０７、３０８、３０９ スイッチ
３１０、３１１、３１２、３１３ 抵抗
３１４、３１５、３６１、３６２ ＰＭＯＳトランジスタ
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ、１０ｉ 光送信器
２０ 発光部
３０、３０ａ、３０ｂ 単電池
４０ 制御回路
４２、４２ａ、４２ｂ 状態判定回路
４３ セレクタ
４４ ルックアップテーブル
４５ 出力端子
５０ 組電池
５７、５９ 引出配線
６０ 光導波路
６０ａ 散乱加工
６０ｂ 反射加工
７０ 外装体
８０ 受光部
９０ 測定回路
９１ａ、９１ｂ 入力端子
９２、９２ａ 比較回路
９５ 出力端子
１００ 信号処理装置
１０２ 状態決定部
１０４ 状態推定部
１１０ 電流計
１２０ 電圧計
２０５ センサ
２０６ 異常電流制限装置
２２３ 出力端子
２２４ 入力端子
２２９ 異常電流制限装置接続端子
２３０ 通信端子
３０１、３０２ 抵抗回路
３０３、３０４ コンパレータ
３０５ 電圧源
３０６、３０７、３０８、３０９ スイッチ
３１０、３１１、３１２、３１３ 抵抗
３１４、３１５、３６１、３６２ ＰＭＯＳトランジスタ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】