特開 2023-10166 二次電池モジュール、およびそれによって実行する方法

(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】P2023010166

(43)【公開日】2023-01-20

(54)【発明の名称】二次電池モジュール、およびそれによって実行する方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/48 20060101AFI20230113BHJP

   H02J 7/02 20160101ALI20230113BHJP

【ＦＩ】

H01M10/48 P

H02J7/02 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021114106

(22)【出願日】2021-07-09

(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

【テーマコード（参考）】

5G503

5H030

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA03

5G503BB02

5G503EA08

5G503GD05

5H030AA03

5H030AA10

5H030AS08

5H030FF22

5H030FF43

5H030FF44

5H030FF52

(57)【要約】

【課題】組電池を構成する複数の単電池と制御装置との間で光信号が重ならずにかつ任意のタイミングで送受信されるようする。
【解決手段】複数の単電池の各々に備えられた第１の光通信部と、複数の単電池に備えられ、第１の光通信部を制御する制御装置と、複数の単電池を各々に制御する外部制御装置に備えられた第２の光通信部と、第１の光通信部と第２の光通信部との間に設けられた光導波路とを備えた二次電池モジュールにおいて、第１の光通信部と第２の光通信部とが光導波路を介して双方向通信を行うよう構成され、外部制御装置が、制御装置をスレーブとして管理するマスターとして動作するように構成した。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の単電池が積層された組電池と、
前記複数の単電池の各々に備えられた第１の光通信部と、
前記複数の単電池に備えられ、前記第１の光通信部を制御する制御装置と、
前記複数の単電池を各々に制御する外部制御装置と、
前記外部制御装置に備えられた第２の光通信部と、
前記第１の光通信部と前記第２の光通信部との間に設けられた光導波路と
を備え、
前記第１の光通信部と前記第２の光通信部とが前記光導波路を介して双方向通信を行うよう構成され、
前記外部制御装置が、前記制御装置をスレーブとして管理するマスターとして動作するように構成された、二次電池モジュール。

【請求項2】

前記双方向通信は、半二重通信である、請求項１に記載の二次電池モジュール。

【請求項3】

前記第１の光通信部の各々は、
固有の発光タイミングおよび固有の受光タイミングを有し、
前記固有の受光タイミングで前記光導波路からの光を受光することにより光信号を受信し、
前記受信した光信号が所定のコードに一致することを条件に、前記固有の発光タイミングで前記光導波路へ光を放射して光信号を送信する
ように構成された、請求項１又は２に記載の二次電池モジュール。

【請求項4】

前記第２の光通信部は、
可変発光タイミングおよび可変受光タイミングを有し、
前記可変発光タイミングを前記第１の光通信部の前記固有の受光タイミングに一致させて前記光導波路へ光を放射することにより前記所定のコードを送信し、
前記可変受光タイミングを前記第１の光通信部の前記固有の発光タイミングに一致させて前記光導波路からの光を受光することにより光信号を受信する
ように構成された、請求項３に記載の二次電池モジュール。

【請求項5】

前記第２の光通信部は、前記複数の単電池の各々に対して、
前記可変発光タイミングを順次変更して、前記光導波路へ光を放射することにより前記所定のコードを送信し、
前記所定のコードを送信した前記可変発光タイミングに前記可変受光タイミングを一致させて前記光導波路からの光を受光することにより光信号を受信し、
前記所定のコードを送信した前記可変発光タイミングに一致させた前記可変受光タイミングで、前記光信号を受信することを条件に、前記所定のコードを送信した前記可変発光タイミングが前記第１の光通信部の前記固有の受光タイミングであると決定する
ようにさらに構成された、請求項４に記載の二次電池モジュール。

【請求項6】

前記第２の光通信部は記憶部を有し、
前記第２の光通信部は、決定した前記第１の光通信部の前記固有の受光タイミングを前記記憶部に記憶するようにさらに構成された、請求項５に記載の二次電池モジュール。

【請求項7】

前記所定のコードは前記第１の光通信部の前記固有の発光タイミングおよび前記固有の受光タイミングを設定する設定コードを含み、
前記第１の光通信部の各々は、
前記受信した光信号が前記所定のコードに一致することを条件に、前記所定のコードに含まれる前記設定コードに基づいて、当該第１の光通信部の前記固有の発光タイミングおよび前記固有の受光タイミングを設定する
ようにさらに構成された、請求項３に記載の二次電池モジュール。

【請求項8】

前記設定コードがリセットコードである、請求項７に記載の二次電池モジュール。

【請求項9】

前記設定コードが前記固有の発光タイミングおよび前記固有の受光タイミングのオフセットを示す、請求項７に記載の二次電池モジュール。

【請求項10】

前記第１の光通信部の各々は固有の識別コードを有し、
前記所定のコードは前記固有の識別コードを含む、請求項３から９のいずれか一項に記載の二次電池モジュール。

【請求項11】

前記所定のコードは誤り検出符号を含む、請求項１０に記載の二次電池モジュール。

【請求項12】

前記組電池が全樹脂電池である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の二次電池モジュール。

【請求項13】

前記第１の光通信部が対応する単電池を電源とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の二次電池モジュール。

【請求項14】

複数の単電池が積層された組電池と、前記複数の単電池の各々に備えられた第１の光通信部と、前記複数の単電池に備えられ、前記第１の光通信部を制御する制御装置と、前記複数の単電池を各々に制御する外部制御装置と、前記外部制御装置に備えられた第２の光通信部と、前記第１の光通信部と前記第２の光通信部との間に設けられた光導波路とを備え、前記第１の光通信部と前記第２の光通信部とが前記光導波路を介して双方向通信を行うよう構成され、前記外部制御装置は、前記制御装置をスレーブとして管理するマスターとして動作するように構成された二次電池モジュールにおいて実行する方法であって、前記第１の光通信部の各々は固有の発光タイミングおよび固有の受光タイミングを有し、前記第２の光通信部は可変発光タイミングおよび可変受光タイミングを有し、前記方法は、
前記第２の光通信部が、前記可変発光タイミングを前記第１の光通信部の前記固有の受光タイミングに一致させて前記光導波路へ光を放射することにより所定のコードを送信することと、
前記第１の光通信部の各々が、前記固有の受光タイミングで前記光導波路からの光を受光することにより光信号を受信することと、
前記第１の光通信部の各々が、前記受信した光信号が前記所定のコードに一致することを条件に、前記固有の発光タイミングで前記光導波路へ光を放射することにより光信号を送信することと、
前記第２の光通信部が、前記可変受光タイミングを前記第１の光通信部の前記固有の発光タイミングに一致させて前記光導波路からの光を受光することにより光信号を受信することと
を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二次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や携帯型電子機器の電源としてリチウムイオン電池等で構成された複数の単電池を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、任意のタイミングで発光ダイオードを発光させて温度や電圧などの特性を通知させることができない。また、特許文献１の構成は、複数の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構成であるため、共通の光ファイバー上で重なった複数の発光ダイオードの発光を分離するための追加の処理を必要とする。

【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、組電池を構成する複数の単電池の各々から光信号が、光導波路上で重ならずに、かつ任意のタイミングで送受信されるようにした、二次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は、複数の単電池が積層された組電池と、複数の単電池の各々に備えられた第１の光通信部と、複数の単電池に備えられ、第１の光通信部を制御する制御装置と、複数の単電池を各々に制御する外部制御装置と、外部制御装置に備えられた第２の光通信部と、第１の光通信部と第２の光通信部との間に設けられた光導波路とを備え、第１の光通信部と第２の光通信部とが光導波路を介して双方向通信を行うよう構成され、外部制御装置が、制御装置をスレーブとして管理するマスターとして動作するように構成された、二次電池モジュールである。

【発明の効果】

【0008】

以上説明したように、本発明の一実施形態の二次電池モジュールによれば、組電池を構成する複数の単電池の各々から光信号が、光導波路上で重ならずに、かつ任意のタイミングで送受信されるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態にかかる二次電池モジュールの一部を切り欠いた斜視図である。

【図2】本発明の一実施形態にかかる二次電池モジュールの一部の概略断面構造を示す図であり、（ａ）は単電池の概略断面構造を示す図であり、（ｂ）は二次電池モジュールの一部の概略断面構造を説明する図であり、（ｃ）は（ｂ）の変形例を説明する図である。

【図3】本発明の一実施形態にかかる二次電池モジュールの制御装置の構成の概略を示す図である。

【図4】本発明の一実施形態にかかる二次電池モジュールの制御装置の機能ブロックを示す図である。

【図5】本発明の一実施形態にかかる二次電池モジュールの単電池に備えられた光通信装置の構成の概略を示す図である。

【図6】本発明の一実施形態にかかる二次電池モジュールの動作を説明するフローチャートである。

【図7】本発明の一実施形態にかかる二次電池モジュールにおいて送受信される信号を示す図であり、（ａ）は制御装置から送信される信号を説明する図であり、（ｂ）～（ｄ）は単電池の光通信装置で受光される信号を説明する図である。

【図8】本発明の一実施形態にかかる二次電池モジュールの動作を説明するフローチャートである。

【図9】本発明の一実施形態にかかる二次電池モジュールの動作を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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、本発明の実施形態は、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。

【0011】

本発明の一実施形態にかかる二次電池モジュールは、組電池を構成する積層された複数の単電池と、複数の単電池の各々に備えられた複数の光通信装置および当該複数の光通信装置を制御する制御装置と、複数の単電池を各々に制御する制御装置と、制御装置に備えられた光通信装置と、複数の単電池に備えられた複数の光通信装置と制御装置に備えられた光通信装置との間に設けられた光導波路とを含む。二次電池モジュールは、複数の単電池の各々に備えられた制御装置（複数の光通信装置を制御する）と、複数の単電池の各々に備えられた制御装置とを含む。複数の単電池の各々に備えられた制御装置に対して、複数の単電池を各々に制御する制御装置を外部制御装置ともいう。外部制御装置は、複数の単電池の各々に備えられた制御装置をスレーブとして管理するマスターとして動作するように構成されている。このような構成により、マスターとして動作する外部制御装置が、スレーブとして管理する制御装置を介して、各単電池に備えられた光通信装置からの光信号の送信を制御することにより、各単電池からの光信号が、光導波路上で重ならずに、かつ任意のタイミングで送受信されるようにできる。以下に説明する一例では、各単電池に備えられた通信装置は、固有の識別コード、ならびに固有の発光タイミングおよび固有の受光タイミングを有している。各単電池に備えられた通信装置は、固有の受光タイミングで光導波路からの光を受光することにより光信号を受信し、固有の発光タイミングで光導波路へ光を放射することにより光信号を送信するように構成されている。さらに、各単電池に備えられた通信装置は、受信した光信号が固有の識別コードに一致することを条件に、固有の発光タイミングで光導波路へ光を放射して光信号を送信するように構成されている。制御装置に備えられた光通信装置は、可変発光タイミングおよび可変受光タイミングを有している。制御装置に備えられた光通信装置は、可変発光タイミングを、複数の単電池のうちから選択される単電池に備えられた光通信装置の固有の受光タイミングに一致させて光導波路へ光を放射することにより単電池に備えられた光通信装置の固有の識別コードを送信するように構成されている。また、制御装置に備えられた光通信装置は、可変受光タイミングを、複数の単電池のうちから選択される単電池に備えられた光通信装置の固有の発光タイミングに一致させて光導波路からの光を受光することにより光信号を受信するように構成されている。

【0012】

図１は本発明の一実施形態にかかる二次電池モジュールの一部を切り欠いた斜視図である。本実施形態の二次電池モジュールは、例えば、リチウムイオン電池モジュールである。より好適には、安全性が高く、要求される監視密度が低い（温度や電圧の状態を測定した情報を収集する頻度が低い）、全樹脂電池である。以下、本発明の一実施形態にかかる二次電池モジュールをリチウムイオン電池モジュールで構成する例を説明する。

【0013】

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の発光面および受光部２１の受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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

各単電池３０は、当該単電池の測定された温度や電圧などの特性を光信号で外部に送信するための発光部２０と、外部からの光信号を受信するための受光部２１とを有する。

【0017】

光導波路６０は、入射し伝搬した光信号が出射する光入出力部を有する。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、光入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、光入出力部となっている。光入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。また、光導波路６０は、発光部８１から光入出力部へ入射した光信号が伝搬する。このように１つの光導波路６０を介して、外部の受光部８０および発光部８１と複数の単電池３０の発光部２０および受光部２１とが半二重通信による双方向通信を行う。２つの光導波路６０のペアを用いて、すなわち外部の発光部８１から複数の単電池３０の受光部２１への通信のための１つの光導波路６０および複数の単電池３０の発光部２０から外部の受光部８０への通信のためのもう１つの光導波路６０を用いて、外部の受光部８０および発光部８１と複数の単電池３０の発光部２０および受光部２１とが全二重通信による双方向通信を行ってもよい。なお、光入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、光入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、また外装体７０の内部に配置された発光部８１から入射した光信号が単電池３０に向かって伝搬する。

【0018】

図２は、本発明の一実施形態にかかる二次電池モジュールの概略断面構造を示す図であり、（ａ）は単電池の概略断面構造を示す図であり、（ｂ）は二次電池モジュールの概略断面構造を説明する図であり、（ｃ）は（ｂ）の変形例を説明する図である。

【0019】

図２（ａ）に示すように、各単電池３０は、下から順に正極集電体１７と、正極活物質層１５と、セパレータ１４と、負極活物質層１６と、負極集電体１９とを積層したものである。また、単電池３０は、略矩形平板状の正極集電体１７の表面に正極活物質層１５が形成された正極１２と、同様に略矩形平板状の負極集電体１９の表面に負極活物質層１６が形成された負極１３とが、略平板状のセパレータ１４を介して積層されて形成されている。単電池３０は、正極集電体１７と負極集電体１９との間に環状の枠部材１８を配置し、当該枠部材により、正極集電体１７と負極集電体１９の間にセパレータ１４の周縁部を固定するとともに、正極活物質層１５、セパレータ１４および負極活物質層１６を封止している。

【0020】

図２（ａ）には、配線基板２２に配置された発光部２０および受光部２１が示されている。配線基板２２、発光部２０および受光部２１は、単電池３０が備える光通信装置を構成する。配線基板２２に発光部２０および受光部２１を制御する制御回路２３の他、電圧センサや温度センサを配置してもよい。例えば、受光部２１および発光部２０の一部は、枠部材１８の外部と接する面から露出するように、枠部材１８内に埋め込まれて、絶縁樹脂２６で固定されている。枠部材１８の外部と接する面は、単電池３０の積層方向に略平行な側面であってもよく、または当該側面に開口部を有し当該側面から単電池３０へ向かう凹部の面（単電池３０の積層方向に略垂直な面または略平行な面）であってもよい。受光部２１の受光面の少なくとも一部および発光部２０の発光面の少なくとも一部、または受光面を含む受光部２１の少なくとも一部および発光面を含む発光部２０の少なくとも一部が枠部材１８の外部と接する面から露出するように配置することで、光信号が枠部材１８に遮られずに外部へ送出される。

【0021】

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１９の上面と他方の単電池３０の正極集電体１７の下面が隣接するように積層されている。

【0022】

図２（ｂ）は、本発明の一実施形態にかかる二次電池モジュールの一部の概略断面構造を示す図である。図２（ｂ）は、光導波路６０の一部が外装体７０から引き出されて光入出力部となる構造を例示する。図２（ｂ）に示すように、単電池３０の積層方向に延伸した光導波路６０は、発光部２０の発光面および受光部２１の受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の発光面および受光部２１の最大寸法（発光面および受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（ｂ）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の発光面および受光部２１の受光面（各々が積層された複数の単電池３０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の発光方向および受光部２１の受光方向（発光面および受光面の鉛直方向に一致する場合ならびに発光面および受光面の鉛直方向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導光板に入射し易くなるとともに導光板から出力された光信号が受光部２１に入射し易くなり、これにより、発光部２０および受光部２１と光導波路６０との間に光信号を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としての導光板と発光部２０および受光部２１との間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の発光面および受光部２１の受光面のすべてを覆うことが可能である。

【0025】

図２（ｂ）に示すように、光導波路６０は、発光部２０から光信号を受光する表面の位置に対応する裏面の位置にまたは受光部２１の受光面へ光信号を出射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の発光面および受光部２１の受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入出力部の方向へ反射することができる。また、光導波路６０の光入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入出力部の方向と反対方向に散乱した光を、光入出力部の方向へ反射することができる。

【0027】

図２（ｃ）は、図２（ｂ）の変形例である、光入出力部を含む光導波路６０の全体が外装体７０の内部に収容される構造を例示する。光導波路６０の全体を外装体７０の内部に収容する場合、図２（ｂ）に示すような光導波路６０に示すようや引き出し部が不要となる。外装体７０内の光入出力部から出射した光信号は、外装体７０の内部に光導波路６０に隣接して配置された受光部８０により受信され、また外装体７０の内部に光導波路６０に隣接して配置された発光部８１から入射した光信号が単電池３０に向かって伝搬する。受光部８０により受信された光信号は、電気信号に変換されて引出配線８２を介して、外装体７０の外部の制御部９０へ送信される。また、外装体７０の外部の制御部９０からの電気信号は、引出配線８３を介して外装体７０の内部へ送信され、発光部８１により光信号に変換される。

【0028】

図３は、本発明に一実施形態にかかる二次電池モジュールの制御装置の構成の概略を示す図である。制御装置１００は、制御基板（不図示）に配置された制御部９０と、受光部８０と、発光部８１とを備えている。制御装置１００は、基板上に水晶発振器（不図示）などの発振器を備え、制御部９０へ比較的高精度のクロックを供給する。制御装置１００は、リチウムイオン電池モジュール１から電力を供給されてもよく、他の電源から電力を供給されてもよい。

【0029】

制御部９０は、後述するように発光部８１の可変発光タイミングおよび受光部８０の可変受光タイミングを制御する。制御部９０は、汎用プロセッサでもよく、専用プロセッサでもよい。プロセッサは、記憶装置を内蔵してもよく、外部の記憶装置（不図示）と協同してもよい。

【0030】

発光部８１は、ＬＥＤ素子などを用いて構成することができる。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。発光部８１および受光部８０は、光通信装置を構成する。

【0031】

発光部８１の発光のＯＮからＯＦＦまでの時間間隔（発光部８１から送信される１つの光パルスのパルス幅に相当する）は、制御部９０によって制御され可変である。ここでは、可変発光タイミングという。また、受光部８０による光のサンプリングのＯＮからＯＦＦまでの時間間隔（１つの光パルスのパルス幅に相当する）は、制御部９０によって制御され可変である。ここでは、可変受光タイミングという。

【0032】

図４は、本発明の一実施形態にかかる二次電池モジュールの制御装置の機能ブロックを示す図である。制御部９０は、発光タイミング設定部９１、受光タイミング設定部９２、単電池選択部９３、単電池情報記憶部９４、単電池タイミング測定部９５、および単電池タイミング設定部９６として機能する。

【0033】

発光タイミング設定部９１は、光信号を送信するために発光部８１の可変発光タイミングを設定する。受光タイミング設定部９２は、光信号を受信するために受光部８０の可変受光タイミングを設定する。

【0034】

単電池情報記憶部９４は、組電池５０を構成する複数の単電池３０の情報を記憶する。単電池３０の情報は、例えば、各単電池の光通信装置が有する固有の識別コード、固有の発光タイミング、および固有の受光タイミングなどを含む。

【0035】

単電池選択部９３は、複数の単電池３０のうちから光信号を送受信する対象を選択する。単電池選択部９３は、単電池情報記憶部９４から選択した単電池３０の光通信装置の固有の識別コード、固有の発光タイミング、または固有の受光タイミングを読み出し、発光タイミング設定部９１または受光タイミング設定部９２へ供給する。

【0036】

単電池タイミング測定部９５は、図８を参照して説明する方法により、単電池３０の固有の発光タイミングおよび固有の受光タイミングを測定する（決定する）。単電池タイミング測定部９５は、単電池３０の固有の発光タイミングおよび固有の受光タイミングを単電池情報記憶部９４に記憶する。

【0037】

単電池タイミング設定部９６は、図９を参照して説明する方法により、組電池５０を構成する複数の単電池３０の固有の発光タイミングおよび固有の受光タイミングを設定する。複数の単電池３０の固有の発光タイミングおよび固有の受光タイミングが重複しないように、調整される。単電池タイミング設定部９６は、設定した単電池３０の固有の発光タイミングおよび固有の受光タイミングを単電池情報記憶部９４に記憶する。

【0038】

図５は、本発明の一実施形態にかかる二次電池モジュールの単電池に備えられた光通信装置の構成の概略を示す図である。通信装置は、配線基板２２に配置された制御回路２３、発光部２０、および受光部２１により構成される。通信装置は、対応する単電池３０を電源として駆動する。配線基板２２には、単電池の測定された温度や電圧を測定するセンサ（不図示）も配置され得る。

【0039】

制御回路２３は、受光部２１を介して受信する制御装置１００から所定のコードに応答して、光信号を送信するように発光部２０を制御する。制御回路２３は、ＣＲ（コンデンサ、抵抗）発振器を備えたマイクロコントローラで構成することができる。ＣＲ発振器は、水晶発振器に比べ消費電力が小さいため、電源である単電池３０の電力の消費量を小さくできる。ＣＲ発振器の精度は、水晶発振器の精度よりも低く、ばらつきが大きい。本実施形態では、ＣＲ発振器の精度の特徴を利用する。また、制御回路２３は、受光部２１を介して受信する制御装置１００から所定のコード（リセットコード）に応答して、発信器をリセットしてもよい。または制御回路２３は、受光部２１を介して受信する制御装置１００から所定のコード（設定コード）に応答して、受光部２１の受光タイミングおよび発光部２０の発光タイミングを設定してもよい。

【0040】

発光部２０および受光部２１は、発光部８１および受光部８０と同様に構成することができる。組電池５０を構成する複数の単電池の通信装置のＣＲ発振器の発信周波数に異なるため、各光通信装置の発光部２０の発光タイミング（発光のＯＮからＯＦＦまでの時間間隔（発光部２０から送信される１つの光パルスのパルス幅））および受光部２１の受光タイミング（光のサンプリングのＯＮからＯＦＦまでの時間間隔（１つの光パルスのパルス幅））は、ＣＲ発振器の精度に応じた固有のタイミングとなる。また、リセットコードに応答して制御回路２３が発振器をリセットすると発光部２０の固有の発光タイミングおよび受光部２１の固有の受光タイミングもリセットされる。ＣＲ発振器の精度に依存せずに、設定コードに応答して制御回路２３が、各通信装置の発光部２０の発光タイミングおよび受光部２１の受光タイミングが互いに異なるように、固有の発光タイミングおよび固有の受光タイミングを設定してもよい。制御装置１００から単電池３０の光通信装置への設定コードがオフセットを示してもよい。１つの発光部２０の発光タイミングおよび受光部２１の受光タイミングは等しくなるが、異なるように設定してもよい。

【0041】

なお、二次電池モジュールの単電池に備えられた光通信装置は、対応する単電池３０を電源として駆動するように構成されることを説明したが、受光部２１により光信号から変換された電気信号の電力を電源として駆動するように構成されてもよい。例えば、受光部２１により光信号から変換された電気信号の電力を蓄電するためのコンデンサ（不図示）を配線基板２２に設け、蓄電した電力を光信号から変換された電気信号の電力を使用して、制御回路２３に含まれる素子を駆動してもよく、発光部２０を駆動して光信号を送信するようにしてもよい。この場合は、制御装置１００から、光信号の送信を介して、単電池に備えられた光通信装置を駆動するための電力を供給でき、当該光通信装置による単電池の電力の消費を減らすことが可能となる。

【0042】

図６は、本発明の一実施形態にかかる二次電池モジュールの動作を説明するフローチャートである。図６に示す動作により、制御装置１００は、組電池を構成する複数の単電池３０の各々から光信号が、光導波路上で重ならずに、かつ任意のタイミングで送受信されるようになる。図６において、制御装置１００が光信号を送受信する対象を単電池３０₁として示し、残りを単電池３０_k（ｋ≠１）として示している。

【0043】

Ｓ５０１において、制御装置１００（単電池選択部９３）が、単電池３０₁を選択する。

【0044】

Ｓ５０２において、制御装置１００（単電池選択部９３）が、単電池情報記憶部９４から選択した単電池３０₁の光通信装置の固有の発光タイミングおよび固有の受光タイミングを読み出す。

【0045】

Ｓ５０３において、制御装置１００（発光タイミング設定部９１）が、制御装置１００の光通信装置の可変発光タイミングを読み出した固有の受光タイミングに設定して、発光部８１を介して所定のコード（光信号）を送信する。その後、Ｓ５０８へ進む。例えば、所定のコードは、複数の単電池３０の光通信装置に既知の任意のコードを含んでよく、加えてまたは追加して、選択した単電池３０₁の光通信装置の固有の識別コードを含んでもよい。所定のコードは、単電池３０の光通信装置における検出精度を向上するために誤り検出符号を含んでもよい。

【0046】

図７（ａ）は、Ｓ５０３において、可変発光タイミングを選択した単電池３０₁の固有の受光タイミングに一致させて送信された光信号を模式的に示している。光信号は、１０１０１０１の光パルス列から構成され、各光パルスのパルス幅は、単電池３０₁の光通信装置の固有の受光タイミング（受光部２１でサンプリングされて復号される光パルス列の各光パルスのパルス幅）に一致している。

【0047】

Ｓ５０８において、制御装置１００（制御部９０）は所定時間が経過したかどうかを判定し、所定時間が経過した場合には、Ｓ５０３へ戻る。

【0048】

Ｓ５０４において、単電池３０₁および３０_kの受光部２１はそれぞれ、光を受光して固有の受光タイミングで復号する。

【0049】

図７（ｂ）は、単電池３０₁の受光部２１で受光して復号された光パルス列を模式的に示している。復号された各光パルスのパルス幅は、図７（ａ）に示した光パルス列の各光パルスのパルス幅と一致している。図７（ｃ）および図７（ｄ）は、単電池３０_kの受光部２１で受光して復号された光パルス列を模式的に示している。単電池３０₁の光通信装置の固有の受光タイミングと異なる単電池３０_kの光通信装置の固有の受光タイミングで復号された各光パルスのパルス幅は、図７（ａ）に示した光パルス列の各光パルスのパルス幅と一致しない。

【0050】

Ｓ５０５において、単電池３０₁および３０_kの制御回路２３は、復号された光信号が既知の所定のコードと一致するかどうかを判定する。

【0051】

復号された光信号が既知の所定のコードと一致する場合（Ｓ５０５のＹＥＳ）、Ｓ５０６へ進み、単電池３０₁の制御回路２３は、固有の発光タイミングで発光部２０を介して光信号を送信する。

【0052】

復号された光信号が既知の所定のコードと一致しない場合（Ｓ５０５のＮＯ）、Ｓ５０７へ進み、単電池３０_kの制御回路２３は、光信号を送信しない。

【0053】

Ｓ５０９において、制御装置１００（受光タイミング設定部９２）が、制御装置１００の光通信装置の可変受光タイミングを読み出した固有の発光タイミングに設定して、受光部８０を介して信号（光信号）を受信する。

【0054】

以上、図６を参照して説明した動作により、制御装置１００は、組電池を構成する複数の単電池３０のうちから選択した単電池との間で、任意のタイミングでかつ光信号が光導波路上で重ならずに光信号を送受信できる。

【0055】

図８は、本発明の一実施形態にかかる二次電池モジュールの動作を説明するフローチャートである。図８を参照して、単電池３０の光通信装置の固有の発光タイミングおよび固有の受光タイミングを測定して（決定して）、単電池情報記憶部９４に記憶する動作を説明する。図８の動作は、単電池３０の光通信装置の未知の固有の発光タイミングおよび固有の受光タイミングを、試行錯誤的に測定する（決定する）動作である。図８の動作は、図６のＳ５０２において選択した単電池の固有のタイミングを読み出す動作よりも前、または、当該動作の追加動作もしくは代替動作として行うことができる。図８の動作により、単電池３０₁の光通信装置の未知の固有の発光タイミングおよび固有の受光タイミングが測定される（決定される）場合を説明する。

【0056】

Ｓ７０１において、制御装置１００（発光タイミング設定部９１）が、制御装置１００の光通信装置の可変発光タイミングを選択または変更する。光通信装置の可変発光タイミングおよび可変受光タイミングは、例えば、制御装置１００に備えられた水晶発振器などの比較的高精度のクロックに基づいて設定され得る最小値から最大値までとすることができる。可変発光タイミングおよび可変受光タイミングの最小値から最大値の間に、水晶発振器よりも精度の低いＣＲ発振器に基づく単電池３０の光通信装置の固有の発光タイミングおよび受光タイミングが含まれる。この場合、Ｓ７０１において、可変発光タイミングの最小値から最大値までを順に選択する（変更する）ことができる。

【0057】

Ｓ７０２において、制御装置１００（発光タイミング設定部９１）が、選択した（変更した）制御装置１００の光通信装置の可変発光タイミングを設定し、発光部８１を介して所定のコード（光信号）を送信する。その後、Ｓ７０７へ進む。所定のコードは、図６のＳ５０３と同様に、例えば、複数の単電池３０の光通信装置に既知の任意のコードを含んでよく、加えてまたは追加して、測定対象の単電池３０₁の光通信装置の固有の識別コードを含んでもよい。さらに所定のコードは、単電池の光通信装置における検出精度を向上するために誤り検出符号を含んでもよい。Ｓ７０２において送信された光信号は、図７（ａ）と同様であるとする。

【0058】

Ｓ７０７において、制御装置１００（制御部９０）は所定時間が経過したかどうかを判定し、所定時間が経過した場合には、Ｓ７０１へ戻る。

【0059】

Ｓ７０３において、単電池３０₁および３０_kの受光部２１はそれぞれ、光を受光して固有の受光タイミングで復号する。

【0060】

Ｓ７０４において、単電池３０₁および３０_kの制御回路２３は、復号された光信号が既知の所定のコードと一致するかどうかを判定する。

【0061】

Ｓ７０４において、復号された光信号が図７（ｂ）に示した光パルス列となり、所定のコードと一致する場合（Ｓ７０４のＹＥＳ）、Ｓ７０５へ進む。

【0062】

Ｓ７０４において、復号された光信号が図７（ｃ）または図７（ｄ）に示した光パルス列となり、既知の所定のコードと一致しない場合（Ｓ７０４のＮＯ）、Ｓ７０６へ進み、単電池３０₁（ｋ≠１）の制御回路２３は、光信号を送信しない。

【0063】

Ｓ７０５において、単電池３０₁の制御回路２３は、固有の発光タイミングで発光部２０を介して光信号を送信する。単電池３０₁の制御回路２３は、固有の識別（ＩＤ）コードを光信号として送信して、光信号が単電池３０₁から送信されていることを明示することができる。

【0064】

Ｓ７０８において、制御装置１００（受光タイミング設定部９２）は、Ｓ７０１で選択した（変更した）制御装置１００の光通信装置の可変発光タイミングを設定し、受光部８０を介して信号（光信号）を受信する。

【0065】

Ｓ７０８で信号を受信することを条件に、Ｓ７０９において、制御装置１００（単電池タイミング測定部）は、Ｓ７０１で選択した（変更した）制御装置１００の光通信装置の可変発光タイミングおよび可変受光タイミングが、単電池３０₁の光通信装置の固有の受光タイミングおよび固有の発光タイミングであると決定し、単電池３０₁の光通信装置の固有の識別（ＩＤ）コードと関連付けて単電池情報記憶部９４に記憶する。

【0066】

Ｓ７１０において、制御装置１００（単電池タイミング測定部）は、全ての単電池３０の光通信装置の固有の識別（ＩＤ）コードを固有の発光タイミングおよび受光タイミングと関連付けて記憶したかどうかを判定する。全ての単電池３０の光通信装置の固有の識別（ＩＤ）コードが記憶されていない場合（Ｓ７１０のＮＯ）、Ｓ７０１へ戻る。全ての単電池３０の光通信装置の固有の識別（ＩＤ）コードが記憶された場合、図８に示す動作を終了する。

【0067】

以上、図８を参照して説明した動作により、制御装置１００は、組電池を構成する複数の単電池３０の固有の発光タイミングおよび固有の受光を既知とすることができる。

【0068】

図９は、本発明の一実施形態にかかる二次電池モジュールの動作を説明するフローチャートである。図９を参照して、制御装置１００が特定の単電池の光通信装置へ設定コードを含む所定のコードを単電池３０の光通信装置へ送信することにより、単電池３０の光通信装置の固有の発光タイミングおよび固有の受光タイミングを設定する動作を説明する。図９の動作は、設定コードをリセットコードとした場合には、単電池３０の光通信装置のＣＲ発振器などの発振器のリセットを通じて、単電池３０の光通信装置の固有の発光タイミングおよび固有の受光タイミングをリセットすることを可能にする。また、図９の動作は、設定コードを固有の発光タイミングおよび固有の受光タイミングのオフセットを示すようにした場合には、図９の動作は、ＣＲ発振器などの発振器の精度に依存せずに、複数の単電池３０の光通信装置の固有の発光タイミングおよび固有の受光タイミングを互いに異なるように設定することを可能にする。図９の動作により、単電池３０_kの光通信装置の固有の発光タイミングおよび固有の受光タイミングを設定する場合を説明する。

【0069】

Ｓ８０１において、Ｓ７０１と同様に、制御装置１００（発光タイミング設定部９１）が、制御装置１００の光通信装置の可変発光タイミングを選択して変更する。

【0070】

Ｓ８０２において、制御装置１００（発光タイミング設定部９１）が、選択した（変更した）制御装置１００の光通信装置の可変発光タイミングを設定し、発光部８１を介して所定のコード（光信号）を送信する。その後、Ｓ８０７へ進む。所定のコードは、単電池３０_kの光通信装置の固有の識別（ＩＤ）コードとすることができる。さらに所定のコードは、単電池の光通信装置における検出精度を向上するために誤り検出符号を含んでもよい。

【0071】

Ｓ８０７において、制御装置１００（制御部９０）は所定時間が経過したかどうかを判定し、所定時間が経過した場合には、Ｓ８０１へ戻る。

【0072】

Ｓ８０３において、単電池３０_kの受光部２１は、光を受光して固有の受光タイミングで復号する。

【0073】

Ｓ８０４において、単電池３０_kの制御回路２３は、復号された光信号が単電池３０_kの光通信装置の固有の識別（ＩＤ）コードと一致するかどうかを判定する。

【0074】

Ｓ８０４において、復号された光信号が単電池３０_kの光通信装置の固有の識別（ＩＤ）コードと一致しない場合（Ｓ８０４のＮＯ）、Ｓ８０５へ進み、単電池３０_kの制御回路２３は、光信号を送信しない。

【0075】

Ｓ８０４において、復号された光信号が単電池３０_kの光通信装置の固有の識別（ＩＤ）コードと一致する場合（Ｓ８０４のＹＥＳ）、Ｓ８０６へ進む。

【0076】

Ｓ８０６において、単電池３０_kの制御回路２３は、固有の発光タイミングで発光部２０を介して光信号を送信する。単電池３０_kの制御回路２３は、固有の識別（ＩＤ）コードを光信号として送信して、光信号が単電池３０_kから送信されていることを明示することができる。

【0077】

Ｓ８０８において、制御装置１００（受光タイミング設定部９２）は、Ｓ８０１で選択した（変更した）制御装置１００の光通信装置の可変発光タイミングに対応する可変受光タイミングを設定し、受光部８０を介して信号（光信号）を受信する。

【0078】

Ｓ８０９において、制御装置１００（単電池タイミング設定部９６）は、受信した光信号が単電池３０_kの光通信装置の固有の識別（ＩＤ）コードと一致するかどうかを判定する。

【0079】

受信した光信号が単電池３０_kの光通信装置の固有の識別（ＩＤ）コードと一致しない場合、単電池３０_k以外の単電池の光通信装置から送信された光信号であるとし、Ｓ８０１へ戻る。

【0080】

受信した光信号が単電池３０_kの光通信装置の固有の識別（ＩＤ）コードと一致する場合、Ｓ８１０において、Ｓ８０１で選択し設定した可変発光タイミングで、所定のコード（光信号）を送信する。所定のコード（光信号）は、固有のタイミングを設定するための設定情報（設定コード、光信号）とすることができる。加えてまたは代替として、所定のコード（光信号）は、測定対象の単電池３０_kの光通信装置の固有の識別コードを含んでもよい。さらに所定のコードは、単電池の光通信装置における検出精度を向上するために誤り検出符号を含んでもよい。設定コードは、ＣＲ発振器などの発信器をリセットするリセットコードとしてもよく、固有の発光タイミングおよび固有の受光タイミングのオフセットを示してもよい。

【0081】

Ｓ８１１において、単電池３０_kの受光部２１は、光を受光して固有の受光タイミングで復号する。これにより、設定コード（リセットコード、オフセットを示す情報）が復号される。

【0082】

Ｓ８１２において、単電池３０_kの制御回路２３は、復号した設定コード（リセットコード、オフセットを示す情報）にしたがって、単電池３０_kの光送信装置の固有の発光タイミングおよび受光タイミングを設定する。設定コードがリセットコードの場合、制御回路２３は発振器をリセットする。発振器のリセットを通じて、固有の発光タイミングおよび受光タイミングがリセットされる。設定コードがオフセットを示す場合、制御回路２３は、固有の発光タイミングおよび受光タイミングをオフセットする。これにより、単電池３０_kの光通信装置の発光部２０から送信される１つの光パルスのパルス幅および受光部２１で受信される１つの光パルスのパルス幅がオフセットされ、他の単電池３０の光通信装置の発光部２０から送信される１つの光パルスのパルス幅および受光部２１で受信される１つの光パルスのパルス幅と異なるようになる。

【符号の説明】

【0083】

１ リチウムイオン電池モジュール
１２ 正極
１５ 正極活物質層
１７ 正極集電体
１３ 負極
１６ 負極活物質層
１９ 負極集電体
１４ セパレータ
１８ 枠部材
２０ 発光部
２１ 受光部
２２ 配線基板
２３ 制御回路
２６ 絶縁樹脂
３０ 単電池
５０ 組電池
５７、５９、８２、８３ 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
８１ 発光部
１００ 制御装置
９０ 制御部
９１ 発光タイミング設定部
９２ 受光タイミング設定部
９３ 単電池選択部
９４ 単電池情報記憶部
９５ 単電池タイミング測定部
９６ 単電池タイミング設定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】