(57)【要約】【課題】電池の内部および外部の温度および歪量を、電気的短絡、電磁干渉および液漏れを生じさせることなく測定できるリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。【解決手段】本発明のリチウムイオン二次電池は、当該リチウムイオン二次電池の表面または内部にセンサ光回路を配置したことを特徴とする【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムイオン二次電池の表面または内部にセンサ光回路を配置したことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項２】
請求項１に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記センサ光回路は、センサ部と、光の入出力を行う入出力ポート部を有し、
前記センサ部は、前記リチウムイオン二次電池の内部に配置されたことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項３】
請求項２に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記リチウムイオン二次電池内部には、正極及び負極がセパレータを介して積層された電極体を有し、
前記センサ部には干渉型光回路が設けられ、
前記干渉型光回路は積層体の内部に配置されていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項４】
請求項２または３に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記リチウムイオン二次電池は外装体を有するラミネートセル型であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項５】
請求項４に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記外装体には光を通過させる窓を有し、
前記センサ部と前記入出力ポートとは前記窓を介して光の授受を行うことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項６】
請求項５に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記窓は、前記外装体の熱溶着部に設けられていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項７】
請求項３乃至６のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池において、
前記干渉型光回路は少なくも一つの入力光回路と、少なくとも２つの出力光回路を有することを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項８】
請求項７に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記入力光回路または前記出力光回路のうち、少なくとも一つの少なくとも一部がマルチモードであることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項９】
請求項７または８に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記干渉型光回路は、方向性結合器、マッハツェンダ干渉計、マルチモード干渉光導波路、またはＡｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇのうちのいずれかであることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項１０】
請求項４に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記リチウムイオン二次電池は外装体の内部から外部に導出される電極端子を有し、
前記入出力ポート部は、前記電極端子と重ねて導出されることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項１１】
光導波路もしくは光ファイバで構成されたセンサ光回路であって、
前記センサ光回路は少なくとも１個の干渉型光回路を有し、
前記各干渉型光回路はそれぞれ少なくとも１個の入力光回路と少なくとも２個の出力光回路を有し、
同一の干渉型光回路の光出力の間の強度の比を計算することによって温度もしくは歪量を測定することを特徴とするセンサ光回路。
【請求項１２】
請求項１１に記載のセンサ光回路において、
前記センサ光回路は絶縁性を有する部材で形成されていることを特徴とするセンサ光回路。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載のセンサ光回路において、
前記干渉型光回路の入力光回路または出力光回路のうち、少なくとも１つの少なくとも一部がマルチモードであることを特徴とするセンサ光回路。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３のいずれかに記載のセンサ光回路において、
前記干渉型光回路は、方向性結合器、マッハツェンダ干渉計、マルチモード干渉光導波路、またはＡｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇのうちのいずれかであることを特徴とするセンサ光回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度および歪量を検知するためのセンサ光回路並びに、電池およびその他の機器に当該センサ光回路を実装したシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池を動作させると、発熱により温度が上昇する。高温になると劣化が加速される上、一定以上の温度では電池の故障の危険も生じる。このため、劣化予測や故障防止に向けて、動作時の正確な温度を測定することが望ましい。
【０００３】
また、動作時には充放電によって電池が膨らむため、電池に歪が生じる。この歪もリチウムイオン二次電池の特性に影響を与えると考えられている。このため、動作時には正確な歪も測定できることが望ましい。
【０００４】
一方でリチウムイオン二次電池の温度や歪量の測定には、熱電対や歪ゲージを用いた方法が知られている。特許文献１には電池セルの内部に熱電対を配置したリチウムイオン二次電池が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−９２４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載のリチウムイオン二次電池では、熱電対の電気的短絡が問題となる。これは、熱電対が導体である金属で構成されていることによる。
【０００７】
また、電池内部の測定に用いる場合には、積層された正極と負極との間を熱電対が短絡し易い。リチウムイオン二次電池に電気的短絡が生じると大電流が流れるおそれがあるため、問題となる。
【０００８】
更に、熱電対は電気回路であるため、測定や制御に用いる他の電気回路との間で電磁干渉を生じさせ易い。電磁干渉が生じると、測定や制御に影響を及ぼすため問題となる。また、歪ゲージも金属を用いた電気回路なので、熱電対と同様に電気的短絡および電磁干渉され、測定精度低下の問題が生じる。
【０００９】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであって、本発明の目的の１つは電気的短絡および電磁干渉を引き起こすことなく温度もしくは歪量を測定可能な小型かつ安価に大量生産可能なセンサを提供することである。
【００１０】
また、本発明の他の目的の１つは、上記光センサ回路をリチウムイオン二次電池に実装して、電気的短絡、電磁干渉および電解液漏れを生じさせることなく、電池の外側および内側の温度、並びに歪量の測定を可能にするシステムを安価かつ大量に生産可能にすることである。
【００１１】
また、本発明の他の目的の１つは、上記光センサ回路を測定対象物に実装して、電気的短絡および電磁干渉を引き起こすことなく温度もしくは歪量の測定を可能にするシステムを安価かつ大量に生産可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要は以下である。
【００１３】
リチウムイオン二次電池の表面または内部にセンサ光回路を配置したことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によればリチウムイオン二次電池の内部および外部の温度および歪量を、電気的短絡、電磁干渉および液漏れを生じさせることなく測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施例の上面図
【図２】センサ部の作製手順を説明するための図
【図３】本発明のセンサ光回路の特性を示す図
【図４】本発明のセンサ光回路の特性を示す図
【図５】干渉型光回路の一例を示す図
【図６】干渉型光回路の一例を示す図
【図７】本発明の第２の実施例の上面図
【図８】本発明の第３の実施例の上面図
【図９】本発明の第４の実施例の上面図
【図１０】本発明の第５の実施例の上面図
【図１１】本発明の第６の実施例の上面図
【図１２】本発明の第７の実施例を説明するための図
【図１３】本発明の第８の実施例の上面図
【図１４】本発明の第８の実施例の断面図
【図１５】本発明の第８の実施例の断面図
【図１６】光路変換構造の一例を示す図
【図１７】光路変換構造の一例を示す図
【図１８】光路変換構造の一例を示す図
【図１９】ＳＳＣの構造の一例を示す図
【図２０】ＳＳＣの構造の一例を示す図
【図２１】ＳＳＣの構造の一例を示す図
【図２２】ＳＳＣの構造の一例を示す図
【図２３】レンズを用いた構造の一例を示す図
【図２４】レンズを用いた構造の一例を示す図
【図２５】本発明の第９の実施例の上面図
【図２６】本発明の第１０の実施例の上面図
【図２７】本発明の第１０の実施例の断面図
【図２８】本発明の第１０の実施例の断面図
【図２９】本発明の第１１の実施例の上面図
【図３０】本発明の第１２の実施例の上面図
【図３１】本発明の第１３の実施例の上面図
【図３２】本発明の第１４の実施例の上面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施例で紹介する方法以外にも、材料や製造工程の組合せを変える等、多くの変更が可能である事は言うまでもない。
【００１７】
また、図面に記載された図は、必ずしも正確に縮尺を合せているわけではなく、論理が明確になるように重要な部分を強調して模式的に描画してある。
【００１８】
また、本実施例の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１９】
また、特に説明が無い場合には、全図において光ファイバおよび光導波路についてはコアのみを示し、クラッドは省略してある。
【実施例１】
【００２０】
図１に本発明の第１の実施例のセンサ光回路素子１の上面図を示す。本センサ光回路素子１はセンサ部２２および入出力ポート部２４より構成されている。
【００２１】
センサ部２２は、導波路基板１０の上に形成された光導波路よりなる光回路である。センサ部２２の光回路の構成は、干渉型光回路２０および、入出力シングルモード光導波路からなる。また、干渉型光回路２０は本実施例では方向性結合器の例を示してあるが、例えばマッハツェンダ干渉計やマルチモード干渉光導波路やＡｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ (ＡＷＧ)等の他の干渉型光回路でも良い。干渉型光回路２０の光入力はシングルモード導波路３０から行い、光出力はシングルモード導波路４０およびシングルモード導波路５０から行う。
【００２２】
一方、光の入出力ポート部２４はマルチモードファイバより構成される。ここで、センサ光回路では光通信用の光回路とは異なり、モード分散は問題とならない。このため、光入出力ポートにマルチモードファイバを用いることができる。
【００２３】
本実施例では、光入力ポートはマルチモードファイバ６０であり、光出力ポートはマルチモードファイバ７０およびマルチモードファイバ８０である。これらの光入出力ポートと干渉型光回路２０の光入出力はそれぞれ光学的に結合されている。すなわち、マルチモードファイバ６０はシングルモード導波路３０と、マルチモードファイバ７０はシングルモード導波路４０と、マルチモードファイバ８０はシングルモード導波路５０と、それぞれ光学的に結合されている。
【００２４】
ここで、本センサ光回路素子１を形成する光導波路、光ファイバおよびその他の部材は、全て絶縁性の部材で構成されている。このため、本センサ光回路素子１を用いたセンサには電気的短絡を生じさせないという利点がある。
【００２５】
なお、光導波路、光ファイバおよびその他の部材は、材質自体がガラスやポリマ樹脂の様な絶縁体でも良いし、シリコンや化合物半導体の様な半導体を絶縁体でコーティングしたものでも良い。また、導体を絶縁体でコーティングしても良い。
【００２６】
次に本センサ光回路素子１のセンサシステムとしての動作を図１を用いて説明する。本センサ回路光素子１では、まず光源９０から出射された入力光１２０がマルチモードファイバ６０に入射される。光は更にシングルモード導波路３０を経由して干渉型光回路２０に到達する。ここで光は、温度もしくは歪量に応じた光強度比で、シングルモード導波路４０およびシングルモード導波路５０に配分されて、マルチモードファイバ７０およびマルチモードファイバ８０にそれぞれ進む。
【００２７】
マルチモードファイバ７０およびマルチモードファイバ８０の中を伝搬した光は、それぞれ出力光１３０および出力光１４０となって放射され、それぞれ受光器１００および受光器１１０で受光される。
【００２８】
最後に、受光器１００および受光器１１０で受光された光強度の比を求めれば、温度もしくは歪量を検知することができる。ここで、光源９０は、半導体レーザや発光ダイオードでも良いし、その他の光素子でも良い。また、受光器１００および受光器１１０はフォトダイオードやアバランシェフォトダイオードや電荷結合素子 (ＣＣＤ : Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ)でも良いし、その他の光素子でも良い。
【００２９】
上記の様に、本センサ光回路１におけるセンサ信号は光である。このため、センサ部２２および入出力ポート部２４を伝搬するのは光のみで、電流は流れない。従って、本センサ光回路１には電磁干渉を生じさせ無いという利点がある。
【００３０】
また、上記の様に、本センサ光回路１は、構成する部材の数も少なく、それぞれの部材も小さい。このため、本センサ光回路１はリチウムイオン二次電池に実装して使用するのに十分なサイズに小型化することができる。
【００３１】
また、本センサ光回路１で温度を算出するために用いる光出力強度の比は、同一の干渉型光回路２０からの２つの光出力の間の比である。このため、本センサ光回路素子１では干渉型光回路２０への入力光の強度は不問である。なぜならば、どの様な比で入力光が分配されたかのみを知れば良いからである。
【００３２】
従って、本センサ光回路１では、光源９０とマルチモードファイバ６０との間の光結合損失が大きくても問題ないし、その光結合損失の量を知る必要も無い。また、マルチモードファイバ６０とシングルモード導波路３０との間の光結合損失についても同様である。更には、光源９０の光出力強度も知る必要が無い。
【００３３】
このため、本素子では光部品間を光結合させる際に位置ずれが生じて損失が生じても問題が生じにくい。すなわち、許容位置ずれ量が大きい。このため、本センサ光回路１は組立ての際の位置合わせ精度が低くても良く、簡易な工程で組み立てが可能である。このため、作製コストも低く、大量生産も可能である。
【００３４】
また、光出力が不安定な安価な光源でも使用可能である。このため、部材コストも低くなる。更に、光源の光を分岐して複数の干渉型光回路２０に分配する際も、分岐比は不問である。それぞれの干渉型光回路への入力光が不問だからである。従って、分岐回路の許容作製ずれも大きい。このため、回路自体の作製コストも低い。
【００３５】
一方、干渉型光回路２０にマッハツェンダ干渉計を用いた光回路では、異なる干渉型光回路からの光出力の比を用いて温度を算出する。このため、この光回路では、それぞれの干渉型光回路への入力光の強度を正確に知る必要がある。
【００３６】
従って、この光回路では、まず光源の光出力を正確に把握する必要がある。このため、光出力が安定な光源が必要であり、部材コストが高い。
【００３７】
更に、干渉型光回路への入力光の強度を知るためには、光回路内の光損失量を正確に知る必要がある。このためには、光回路内の光損失を極力小さくする必要がある。これは、光損失量を知ることは困難であるため、光損失を生じない様にするしかないためである。
【００３８】
従って、干渉型光回路２０にマッハツェンダ干渉計を用いた光回路では、光損失を生じさせない様に、部品を正確な位置に配置する必要がある。従って、許容位置ずれが小さい。このため、複雑な組み立て工程が必要になる。
【００３９】
また、光源からの光を分岐する回路がある場合には、設計通りの分岐比で回路を作製しなければならない。このため、作製工程も複雑になり、回路自体の作製コストも高い。以上の比較より、本発明は、干渉型光回路２０にマッハツェンダ干渉計を用いた光回路に比べて、コストおよび量産性の点で有利である。但し、干渉型光回路２０にマッハツェンダ干渉計を用いた光回路を用いたとしても、電気的短絡や電磁干渉の問題を生じさせる事無くリチウムイオン二次電池の温度を測定することが可能であるという利点は十分にある。
【００４０】
また、本センサ光回路１および本センサ光回路１を用いたシステムでは、入出力ポートに径の大きいマルチモードファイバ６０、７０及び８０を用いることによっても、光結合部位の許容位置ずれを大きくしている。
【００４１】
以下、入出力ポートに径の大きいマルチモードファイバを用いる構成で光結合部位の許容位置ずれが大きくなる理由を、各部位について詳しく説明する。
【００４２】
まず、光源９０とマルチモードファイバ６０と間の光結合は、光源９０からの光が、径の大きいマルチモードファイバ６０に入射される構成となっている。このため、光源９０とマルチモードファイバ６０との間に位置ずれがあっても、光損失が生じにくい。従って、許容位置ずれが大きい。
【００４３】
次に、マルチモードファイバ６０とシングルモード導波路３０との間の光結合について説明する。ここでは、径の大きいマルチモードファイバ６０から径の小さいシングルモード導波路３０に光が入射されるため、たとえ両者の中心を正確に合わせて配置したとしても、ある一定値以上の光損失は必ず生じてしまう。しかし、その光損失量は、マルチモードファイバ６０の径が大きいため、シングルモード導波路３０との間に位置ずれが生じても大きく変化しない。すなわち、マルチモードファイバ６０の半径の３０ミクロン程度までの位置ずれであれば、ある一定値以上の光結合が確保される。従って、干渉型光回路２０への光入力が全く無くなることは無い。
【００４４】
上述の様に、本センサ光回路１では干渉型光回路２０へは光が入力されさえすれば良く、その入力光の強度は不問である。従って、光入力ポートをマルチモードファイバ６０とすれば、位置ずれが大きくてもセンサとしての動作は確保される。一方、光入力ポートをシングルモードファイバとした場合には、シングルモード導波路３０との合わせ位置ずれが無い場合には光損失を非常に小さくできるが、わずかな合わせ位置ずれによっても光損失が非常に大きくなってしまうという問題が生じる。すなわち、シングルモードファイバの半径の５ミクロン程度のわずかな位置ずれであったとしても、シングルモード導波路３０とは光はほとんど結合しなくなってしまう。この場合、干渉型光回路２０にも光が入力されなくなってしまい、センサとして動作しなくなってしまう。この様に、光入力ポートをマルチモードファイバ６０とすれば、シングルモードファイバとした場合に比べて位置合わせ精度が低くても良く、組立ての簡易化が可能となる。
【００４５】
なお、マルチモードファイバ６０とシングルモード導波路３０との間の光結合の際に漏れた光が、非導波モードとなってシングルモード導波路３０に沿って伝搬する場合も考えられる。その場合、非導波モードの光が干渉型光回路２０に入射すると、特性に影響を及ぼしてしまう。そこで図１の様に、シングルモード導波路３０には干渉型光回路２０に接続する前に曲がりを設けておくと良い。これは、導波モードよりも非導波モードの方が、曲がり損失が生じる曲率半径が大きいからである。従って、シングルモード導波路３０内を伝搬する導波モードには損失が生じず、非導波モードには損失が生じる曲率半径の曲がりを設けておくと良い。なお、曲がりは一箇所だけである必要は無く、例えばシングルモード導波路３０を蛇行させても良い。
【００４６】
次に、シングルモード導波路４０とマルチモードファイバ７０との間の光結合について説明する。ここでは、径の小さいシングルモード導波路４０から大きいマルチモードファイバ７０へ光が入射する。このため、シングルモード導波路４０とマルチモードファイバ７０との間に位置ずれがあっても、光損失が生じにくい。従って、許容位置ずれが大きくなる。シングルモード導波路５０とマルチモードファイバ８０との間の光結合についても同様である。
【００４７】
次にマルチモードファイバ７０と受光器１００との間の光結合について説明する。センサにおける光信号は光通信における光信号とは異なり、高速変調されていない。従って、受光器１００の受光径も大きくできる。従って、本センサでは受光器１００の受光径を十分大きくすることによって、径の大きなマルチモードファイバ７０からの光を受光する際にも、受光器１００とマルチモードファイバ７０との間の位置ずれがあっても光損失を生じにくくできる。従って、許容位置ずれを大きくできる。マルチモードファイバ８０と受光器１１０との間の光結合についても同様である。
【００４８】
この様に、本構成では光結合部位の許容位置ずれを大きくできる。従って、位置合わせ精度の低い簡易な組み立て方法が採用可能となり、本センサおよび本センサを用いたシステムは安価に大量生産できる。
【００４９】
以上説明した様に、本発明のセンサ光回路１は温度もしくは歪を、電気的短絡や電磁干渉を起こす事無く測定することが可能である。また、本発明のセンサ光回路１は小型であるため、リチウムイオン二次電池に実装して使用可能である。
【００５０】
また、本発明のセンサ光回路１および本発明のセンサ光回路１を用いたセンサシステムは安価に大量生産可能である。
【００５１】
なお、温度測定方法にはヘテロダイン干渉光学系を用いた温度測定方法もあるが、この方法では光学機器や光学部品が多く測定系が大型になる。
【００５２】
一方で本発明のセンサ光回路は小型であるため、をリチウムイオン二次電池への実装に非常に適している。
【００５３】
次に本実施例のセンサ光回路１の作製法を説明する。図２はセンサ部２２の作製手順を説明するための図である。図２は図１中のＡ-Ａ’を通る紙面に垂直な断面を示している。センサ部２２の作製には、まず導波路基板１０を用意する(図２(ａ))。次に導波路基板１０の上にコア層１２を形成する(図２(ｂ))。更に、コア層１２をパターニングして、シングルモード導波路３０、４０および５０を形成する(図２(ｃ))。最後にクラッド層１４を形成して完成する(図２(ｄ))。ここで、クラッド層１４は上側クラッドとして機能する。また、導波路基板１０は下側クラッドとして機能する。もし、導波路基板１０を下側クラッドとしない場合には、導波路基板１０の上に下側クラッド層を設けた後に、コア層１２を形成すれば良い。本実施例のセンサ光回路１は、センサ部２２と入出力ポート部のマルチモードファイバ６０、７０および８０を組立てれば完成する。なお、図１および図１の説明ではクラッド層１４は省略した。
【００５４】
次に本センサ光回路１の特性について説明する。図３に本センサ光回路１の特性を計算した結果を示す。図の横軸は温度、縦軸は受光器１００での受光強度(ＰA)と受光器１１０での受光強度(ＰB)との比(ＰA/ＰB)のデシベル表示である。計算ではセンサ光回路１の材料にはポリマ樹脂を仮定し、単位温度当たりの屈折率変化(ｄｎ/ｄＴ)を-１５０ｐｐｍ/Ｋとした。光波長は１.３ミクロンとし、干渉型光回路２０は方向性結合器とした。方向性結合器の長さＬは７５０ミクロンとした。この時、縦軸の値は１００℃で０デシベルとなった。図より、本センサ光回路１によれば例えば１００℃近傍において、約０.３(ｄＢ/℃)の精度で温度を測定することができることが分かる。ここで受光強度ＰAおよびＰBは、以下の式１および式２で表すことができる。式中のχはモード結合係数である。χは屈折率に依存するため、温度により値が変化する。
2015099711.tif 000003
【００５５】
式より、Ｌを長くすれば本発明の温度センサの精度を向上できることが分かる。図４はＬを約２２００ミクロンまで長くした場合の計算結果である。図より、１００℃近傍の温度測定精度を約０.８(ｄＢ/℃)に向上できることが分かる。また、図および式から、Ｌを長くするとグラフの縦軸の値の温度変化に対する振動周期が短くなることがわかる。
【００５６】
この場合、測定温度範囲に縦軸の値が等しくなる温度が複数存在する様になるので、温度を一義的に決定できない。この様な場合は、図３に特性を示した様な、測定温度範囲で縦軸が振動しない程度にＬが短い素子と併用して測定を行えば良い。両素子の縦軸値を比較すれば、温度を決定できる。すなわち、Ｌの異なる素子を併用して測定をすれば、Ｌが短い素子単独で測定した場合に比べて温度測定精度が向上し、また、Ｌが長い素子単独で測定した場合に比べて測定可能温度範囲が拡大する。なお、本測定においてＬの異なる３個以上の素子を用いて温度を決定しても良い。
【００５７】
以上の説明では、干渉型光回路２０が方向性結合器である例を示してきた。
【００５８】
しかし、本センサに用いる干渉型光回路２０は方向性結合器には限られない。方向性結合器以外にも、マッハツェンダ型光導波路や多モード干渉光導波路(ＭＭＩ: Ｍｕｌｔｉ Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ)やＡＷＧ (Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｇｒａｔｉｎｇ)および他の干渉型光回路を用いることができる。なお、今後説明する他の実施例についても、これと同様である。
【００５９】
図５に本センサに用いることのできる干渉型光回路２０の一例として、非対称多モード干渉光導波路を示した。図の非対称多モード干渉光導波路による干渉型光回路２０の動作は以下である。
【００６０】
まず、干渉型光回路２０への入力光５００がシングルモード導波路５１０に入射する。
【００６１】
次に、光はマルチモード導波路５２０に進み、シングルモード導波路５１２およびシングルモード導波路５１４に分配された後、干渉型光回路２０からの出力光５０２および干渉型光回路２０からの出力光５０４となる。
【００６２】
なお、図中の破線Ａ-Ａ’はマルチモード導波路５２０の幅方向の中心線である。ここで幅方向は紙面の上下方向である。本発明のセンサ光回路１の干渉型光回路２０として用いるためには、多モード干渉光導波路は非対称型にする必要がある。
【００６３】
図の例では、シングルモード導波路とマルチモード導波路との位置関係を非対称にすることによって非対称多モード干渉光導波路を構成している。すなわち、図５(ａ)ではシングルモード導波路５１０をマルチモード導波路５２０の幅方向の中心から外した位置に配置し、また、図５(ｂ)および(ｃ)では、シングルモード導波路５１２および５１４をマルチモード導波路５２０の幅方向の中心に対して非対称に配置している。
【００６４】
図６に本センサ光回路１に用いることのできる干渉型光回路２０の一例として、マッハツェンダ型光導波路を示した。図のマッハツェンダ型光導波路による干渉型光回路２０の動作は以下である。まず、干渉型光回路２０への入力光５００がシングルモード導波路５１０に入射する。次に、光はマルチモード導波路５２２に進み、シングルモード導波路５３０およびシングルモード導波路５３２に分配された後、更にマルチモード導波路５２４に進み、シングルモード導波路５１２およびシングルモード導波路５１４に分配された後、干渉型光回路２０からの出力光５０２および干渉型光回路２０からの出力光５０４となる。
【００６５】
これまでの説明では、干渉型光回路２０への光入力および光出力は、それぞれ１および２としていたが、これに限る必要は無い。すなわち、干渉型光回路２０への光入力および光出力は、それぞれ２以上および３以上でも良い。なお、今後説明する他の実施例についても、これと同様である。
【００６６】
また、これまでの説明では、主に温度センサについて述べてきたが、歪センサについても同様である。なお、今後説明する他の実施例についても同様である。
【実施例２】
【００６７】
図７に本発明の第２の実施例のセンサ光回路２の上面図を示す。本実施形例と第一の実施例が異なる点は入出力ポート部２４が導波路基板１６の上に形成された本実施例では、センサ部２２は上記実施例と同じであるが、入出力ポート部２４は導波路基板１６の上に形成されたマルチモード導波路６２、７２および８２で構成されている。マルチモード導波路も径が大きいためシングルモード導波路との間の許容位置ずれが大きい。
【００６８】
このため、本実施例のセンサ光回路およびセンサ光回路システムも、マルチモードファイバを用いた実施例１と同様に安価に大量生産可能である。
【実施例３】
【００６９】
図８に本発明の第３の実施例のセンサ光回路３の上面図を示す。本実施例でもセンサ２２部は実施例１と同じであるが、入出力ポート部２６もセンサ部２２と同一の導波路基板１０の上に一体で形成されている。ここで、入出力ポート部２６における入力ポートはマルチモード導波路６４である。本構成ではセンサ部２２および入出力ポート部２６はパターニングで同時に一体として作製される。このため、センサ部２２および入出力ポート部２６の間の位置ずれは生じない。従って、入出力ポート部２６における出力ポートは干渉型光回路２０の出力導波路であるシングルモード導波路４０および５０をポート端まで延長すれば良い。シングルモード導波路４０と受光器１００との間の光結合における許容位置ずれは、マルチモード導波路やマルチモードファイバと受光器との間の場合よりも大きくできる。これは、径の小さいシングルモード導波路からの光を受光器が受ける様になるからである。
【実施例４】
【００７０】
図９に本発明の第４の実施例のセンサ光回路４の上面図を示す。本実施例は上記実施例３において入出力ポート部２４における入力ポートを干渉型光回路２０の入力導波路であるシングルモード導波路３０を延長して形成したものである。本実施例では上記実施例３において、マルチモード導波路６４とシングルモード導波路３０との間で生じる光損失は生じない。従って、光源９０とシングルモード導波路３０との間の位置ずれを小さくできる様な組み立てを採用した場合には、光源からの光出力を実施例３に比べて小さくできるという利点がある。
【実施例５】
【００７１】
図１０に本発明の第５の実施例のセンサ光回路５の上面図を示す。本実施例は上記実施例１において入力ポートをシングルモードファイバ６６としたものである。本実施例では、光源９０、シングルモードファイバ６６およびシングルモード導波路３０との間の位置ずれを小さくできる様な組み立てを採用した場合には、光源からの光出力を実施例１に比べて小さくできるという利点がある。
【実施例６】
【００７２】
図１１に本発明の第６の実施例のセンサ光回路６の上面図を示す。本実施例は上記実施例２の素子を２個集積した素子である。図には干渉型光回路２０および２３が方向性結合器である例を示してある。ここで、集積した２個の素子では干渉型光回路２０の方向性結合器よりも干渉型光回路２３の方向性結合器を長くしてある。これにより本実施例では、実施例１の説明の際に述べた様に、干渉型光回路２０単独で測定した場合に比べて温度測定精度が向上し、また、干渉型光回路２３単独で測定した場合に比べて測定可能温度範囲が拡大する。本実施例の動作は以下の通りである。本素子では、まず光源９０から出射された入力光１２０がマルチモード導波路６７に入射される。光は更にシングルモード導波路６８を経由してマルチモード導波路６９に到達し、シングルモード導波路３０およびシングルモード導波路３３へ分配される。
【００７３】
シングルモード導波路３３に進んだ光は更に干渉型光回路２３に到達する。ここで光は、温度もしくは歪量に応じた光強度比で、シングルモード導波路４３およびシングルモード導波路５３に配分されて、マルチモード導波路７３およびマルチモード導波路８３にそれぞれ進む。
【００７４】
マルチモード導波路７３およびマルチモード導波路８３の中を伝搬した光は、それぞれ出力光１３３および出力光１４３となって放射され、それぞれ受光器１０３および受光器１１３で受光される。
【００７５】
また、シングルモード導波路３０に進んだ光も同様に受光器１００および受光器１１０で受光される。
【００７６】
最後に、受光器１００と受光器１１０とで受光された光強度の比および受光器１０３と受光器１１３とで受光された光強度の比を求めて比較すれば、温度もしくは歪量を検知することができる。
【００７７】
ここで、マルチモード導波路６９は多モード干渉光導波路として機能して分岐回路になる様に設計しておく。また、マルチモード導波路６９を多モード干渉光導波路として機能させるために、マルチモード導波路６９への光入力はシングルモード導波路とする。
【００７８】
光源９０との光結合にマルチモード導波路６７を用いるのは、実施例１の説明で述べた様に、許容位置ずれを大きくするためである。なお、温度もしくは歪量の測定で重要なのは、同じ干渉型光回路から出力された光強度の比である。このため、実施例１の説明で述べた様に、干渉型光回路２０及び２３に入力される光の強度は把握する必要は無く任意で良い。
【００７９】
従って、マルチモード導波路６９が必ずしも設計通りの分岐比で光をシングルモード導波路３０およびシングルモード導波路３３に分岐していなくても、本センサ素子は設計通り機能する。従って、このため、本素子には分岐回路の許容作製ずれが大きいという長所がある。なお、図には入力光の分岐が１つの例を示したが、分岐を２つ以上にして干渉型光回路の数を増やしても良い。また、図には１つの光源からの入力光を分岐して用いる例を示したが、複数の光源からの光を用いても良い。また、図には実施例２の素子を複数集積する例を示したが、他の実施例の素子を複数集積しても良い。
【実施例７】
【００８０】
図１２に本発明の第７の実施例を示す。本実施例はリチウムイオン二次電池２１０のセル外側の表面に本発明のセンサ光回路１を実装したシステムである。
【００８１】
従来のリチウムイオン二次電池では熱電対を用いてリチウムイオン二次電池の温度を測定していた。この場合電気的短絡が問題となる。これは、熱電対が導体である金属で構成されていることによる。例えば、電池の外側の温度を測定する場合には、取り出し電極と熱電対との接触による電気的短絡が生じ易い。更に、リチウムイオン二次電池をモジュールに格納する場合には、多くの電池が密集して配置されるため、個々の電池に取り付けた熱電対同士の接触による電気的短絡も生じ易い。
【００８２】
また、電池内部の測定に用いる場合には、積層された正極と負極との間を熱電対が短絡させ易い。リチウムイオン二次電池に電気的短絡が生じると大電流が流れるため危険であり、問題となる。
【００８３】
更に、熱電対は電気回路であるため、測定や制御に用いる他の電気回路との間で電磁干渉を生じさせ易い。電磁干渉が生じると、測定や制御に影響を及ぼすため問題となる。また、歪ゲージも金属を用いた電気回路なので、熱電対と同様に電気的短絡および電磁干渉の問題が生じる。
【００８４】
一方で本センサは絶縁体でかつ電流を流さないので、図の様にリチウムイオン二次電池をモジュール内に密集させて配置しても、電気的短絡や電磁干渉を引き起こさない。
【００８５】
なお、本実施形態ではセル外側の表面にセンサ光回路１を配置した構造となっているが、センサ光回路１は実施例２〜６までに記載のセンサ光回路２〜６でも良い。
【実施例８】
【００８６】
図１３、１４および１５に本発明の第８の実施例を示す。本実施例は実施例２のセンサ光回路２を実装したリチウムイオン二次電池システムである。また、本システムに用いるリチウムイオン二次電池はラミネートセル型リチウムイオン二次電池６００である。
【００８７】
ここで、図１３は上面図である。また、図１４および図１５は、それぞれ図１３中のＡ-Ａ’およびＢ-Ｂ’での紙面に垂直な方向の断面図である。なお、図中の片側矢印は当該部位における光の進行方向を示す。
【００８８】
また、図では光源および受光器は省略してある。本構成によれば、リチウムイオン二次電池６００のセル内部の温度もしくは歪量を直接測定することができる。
【００８９】
以下、本実施例の構造を説明する。まず、ラミネートセル型リチウムイオン二次電池６００では、正極および負極の２つの電極端子２１４が上下に配置した熱溶着シートに包み込む様にされて外装されている。熱溶着シートは透明樹脂シート２１８およびアルミラミネートシート２１６の積層構造となっている。ここで、熱溶着シートには更に他のシートを積層しても良い。
【００９０】
また、リチウムイオン二次電池６００では、正極、セパレータおよび負極を交互に多数積層した電極体２１２が、上下の熱溶着シートによって密閉された領域２１３の中に配置されている。熱溶着シートによる密閉は、上下に配置した熱溶着シートを熱溶着部６１０で熱溶着することによって行われる。このとき、上下の熱溶着シートは透明樹脂シート２１８同士が接する様に対向させて熱溶着する。
【００９１】
従って、ラミネートセル型リチウムイオン二次電池６００の表面にはアルミラミネートシート２１６が配置される。また、熱溶着シートによって密閉された領域２１３の内部には電解液が満たされている。
【００９２】
本実施例では、本発明のセンサ光回路２のセンサ部２２を前記上下の熱溶着シートの間に挿入する。この際、干渉型光回路２０が上記熱溶着シートによって密閉された領域２１３の内部に配置される様にする。特に干渉型光回路２２が電極体２１２の積層構造の中に配置された場合、ラミネート型リチウムイオン二次電池６００の内部の温度をより精度よく検知するが可能になるので、より好ましい配置となる。
【００９３】
一方、センサ部２２の入出力導波路の端部２３０（図１３中には不図示）、すなわち干渉型光回路２０が無い方の端部は、熱溶着部６１０の内部に配置される。また、センサ部２２の入出力導波路の端部２３０の上方には透明窓２２０が形成されている。この透明窓２２０は熱溶着部６１０に形成されている。このようにすることによって、センサ光回路の入出力ポート部２４をラミネートセルの薄い部分に配置することが可能となる。そのため、組電池にした場合であっても、入出力ポート部２４を配置することによる大型化を避けることができる。なお、この透明窓２２０は光の損失が小さなものであることが好ましいが、光を通過させることが可能なものならばどのようなものでも構わない。
【００９４】
更に、図１５に示すように、本発明の実施例２のセンサ光回路２の入出力ポート部２４をラミネートセル型リチウムイオン二次電池６００の表面に配置する。この際、入出力ポート部２４のマルチモード導波路６２、７２および８２の端部２４０（図１３中には不図示）を透明窓２２０の上側に配置する。また、入出力ポート部２４のマルチモード導波路６２、７２および８２が、センサ部２２のシングルモード導波路３０、４０および５０とそれぞれ対向する様に配置する。
【００９５】
ここで、センサ部２２の入出力導波路の端部２３０および入出力ポート部２４のマルチモード導波路６２、７２および８２の端部２４０には４５度ミラー等の光路変換構造を設ける。この光路変換構造は、図１４において図示するように、水平方向に進む光の進路を垂直方向に変換する様な機能を有する。なお、上記透明窓２２０は例えばアルミラミネートシート２１６を当該部位のみ除去することによって作製できる。また、他の方法で作製しても良い。また、熱溶着シートによって密閉された領域２１３の気密は、熱溶着部６１０内に、透明窓２２０を開かない領域で確保されている。
【００９６】
次に本素子のセンサシステムとしての動作を図１４を用いて説明する。本素子では、まず光源から出射された入力光が図１４の右端からマルチモード導波路６２に入射され、入出力ポート部２４の端部２４０に到達する。次に、光は端部２４０に設けられた光路変換構造により図１４の下向きに進み、透明窓２２０を通過してセンサ部２２の端部２３０に配置されているシングルモード導波路３０に到達する。
【００９７】
更に、光はセンサ部２２の端部２３０に設けられた光路変換構造により図１４の左向きに進み、干渉型光回路２２２２に到達する。ここで光は、温度もしくは歪量に応じた光強度比で、シングルモード導波路４０およびシングルモード導波路５０に配分されて進み、センサ部２２の端部２３０に到達する。
【００９８】
そして、光はセンサ部２２の端部２３０の端部に配置された光路変換構造により図１４の上向きに進み、透明窓２０を通過して入出力ポート部２４の端部２４０に到達する。
【００９９】
更に、光は入出力ポート部２４の端部２４０に設けられた光路変換構造により図１４の右向きに進行方向を変えて、マルチモード導波路７２および８２の中をそれぞれ伝搬した後、それぞれ別の受光器で受光される。
【０１００】
最後に、それぞれの受光器で受光された光強度の比を求めれば、センサ部２２での温度もしくは歪量を検知することができる。この様に、本素子ではラミネートセル型リチウムイオン二次電池６００の内部の温度もしくは歪を直接測定することができるため、従来の熱電対などによる測定よりも測定精度が向上する。
【０１０１】
次に、センサ部２２の入出力導波路の端部２３０に設ける光路変換構造について説明する。図１６は図１４と同じ断面で示した光路変換構造部の一例である。本図の様に、シングルモード導波路３０、４０および５０のコア層の端面を４５度に傾斜させることによって４５度ミラー４００として、光路変換構造を形成することができる。コア層の端面を４５度に傾斜させるのは、例えばダイシングブレードを斜めに配置してダイシングを行う等の工程によって可能である。
【０１０２】
また、４５度ミラーによる光路変換は図１７の様な構造でも可能である。図１７も図１４と同じ断面を示している。図１７ではシングルモード導波路３０、４０および５０から光の進行方向にわずか離れた位置に別のコア層４１０を設ける。コア層４１０の端面を４５度に傾斜させることによって４５度ミラー４００を形成すれば、光路変換が可能になる。
【０１０３】
また、光路変換は図１８の様な構造でも可能である。図１８も図１４と同じ断面を示している。図１８ではシングルモード導波路３０、４０および５０の入出力ポート部２４と対向する面に回折格子４２０を設けている。折格子４２０回格子間隔を調整することによって光路変換が可能になる。なお、本素子の光路変換構造は他の構造によっても良い。また、マルチモード導波路６２、７２および８２の端部２４０における光路変換構造も上記と同様である。
【０１０４】
また、センサ部２２の入出力導波路の端部２３０にはＳｐｏｔ Ｓｉｚｅ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ(ＳＳＣ)を設けても良い。ＳＳＣは導波路を伝搬する光の放射角度を狭めることによって光学結合を容易にするための構造である。光の放射角度を狭めるためには、光のＳｐｏｔ Ｓｉｚｅを拡大すれば良い。また、光のＳｐｏｔ Ｓｉｚｅを拡大するためには、例えば光導波路のコア厚やコア幅を変調すれば良い。
【０１０５】
図１９にはシングルモード導波路３０、４０および５０のコアを薄くしたＳＳＣの例を示す。図１９は図１４と同じ方向の断面図である。コアを薄くするとコアから漏れ出す光が増大するのでＳｐｏｔ Ｓｉｚｅを拡大することができる。
【０１０６】
図２０にシングルモード導波路３０、４０および５０のコア幅を狭くしたＳＳＣの例を示す。図２０は上面図である。コア幅を狭めた場合もコアから漏れ出す光が増大するのでＳｐｏｔ Ｓｉｚｅを拡大することができる。
【０１０７】
図２１にコアを厚くしたＳＳＣの例を示す。図２１は図１４と同じ方向の断面図である。コアを厚くするとコア内に光が広がるのでＳｐｏｔ Ｓｉｚｅを拡大することができる。
【０１０８】
図２２にシングルモード導波路３０、４０および５０のコア幅を広くしたＳＳＣの例を示す。図２２は上面図である。コア幅を広げた場合もコア内に光が広がるのでＳｐｏｔ Ｓｉｚｅを拡大することができる。
【０１０９】
これらのＳＳＣを設けることによって、シングルモード導波路３０、４０および５０と、マルチモード導波路６２、７２および８２との間の光結合において、光結合効率を向上させたり、もしくは合わせ位置ずれが生じた場合の損失を低減したりすることが可能になる。また、これらのＳＳＣは前記の他の実施例および以後説明する実施例に用いても有効である。また、図１９、２０、２１および２２では、光路変換に４５度ミラーを用いた場合を示したが、ＳＳＣは他の光路変換構造と併用しても有効であるし、また、光路変換を用いない構造に適用しても有効である。
【０１１０】
また、図２３および２４に、シングルモード導波路３０、４０および５０と、マルチモード導波路６２、７２および８２との間の光結合において、レンズ３６０を用いた変形例を示す。図２３は図１４と同じ断面を示し、図２４は図１５と同じ断面を示す。センサ部２２及び入出力ポート部２４にレンズ３６０を設けることによって、シングルモード導波路３０、４０および５０と、マルチモード導波路６２、７２および８２との間の光結合において、光結合効率を向上させたり、もしくは合わせ位置ずれが生じた場合の損失を低減したりすることが可能になる。
【０１１１】
また、従来のように熱電対もしくは歪ゲージを用いてリチウムイオン二次電池の内部の温度もしくは歪量を測定する場合には、電解液漏れも問題となっていた。これは、熱電対や歪ゲージからの信号を外部に取り出すための配線によって、缶やラミネートフィルムによる液封止構造が損なわれるからである。しかし、本実施例によれば、電解液漏れを招くことなく、ラミネートセル型リチウムイオン二次電池６００の内部の温度もしくは歪量を直接測定することが可能である。また、電気的短絡や電磁干渉を引き起こさないのは、前記の実施例と同様である。なお、本実施例に用いる光源の波長は、透明樹脂シート２１８で吸収されにくい光の波長が望ましい。
【０１１２】
また、以上の説明ではリチウムイオン二次電池としてラミネートセル型に関して述べたが、缶型等の他の型のリチウムイオン二次電池でも、ガラス等で透明窓を作成すれば、本実施例の構成が作製可能である。
【実施例９】
【０１１３】
実施例８では、本発明の実施例２のセンサ部２２を上下の熱溶着シートの間に挿入する場合について述べたが、他の実施例のセンサ部や、他の実施例のセンサ部と入出力ポート部が一体となった導波路やファイバを挿入しても良い。
【０１１４】
また、実施例８では実施例２の入出力ポート部２４をラミネートセル型リチウムイオン二次電池６００の表面に配置していたが、他の実施例の入出力ポート部を用いても良い。
【０１１５】
図２５に本発明の第９の実施例の上面図を示す。本実施例では、実施例８において、実施例２のセンサ部２２に代えて、センサ部２２と入出力ポート部２６とが一体となった本発明の実施例３の導波路を上下の熱溶着シートの間に挿入した構成になっている。また、ラミネートセル型リチウムイオン二次電池６００の表面に配置するのは、実施例８と同様に実施例２の入出力ポート部２４である。上下の熱溶着シートに挟まれた導波路の入出力ポート部２６の端部には、実施例８と同様の光路変換構造が設けられる。
【０１１６】
すなわち、マルチモード導波路６４、シングルモード導波路４０およびシングルモード導波路５０の端面に光路変換構造が設けられる。その他の部位の構造および動作は実施例８と同様である。本構造によれば、ラミネートセル型リチウムイオン二次電池の表面に配置された入力導波路から熱溶着シートに挟まれた入力導波路に光が結合する際の損失が、実施例８に比べて少なくなる。
【０１１７】
これは、いずれもマルチモード導波路である、マルチモード導波路６２からマルチモード６４への光結合となるからである。
【実施例１０】
【０１１８】
図２６、２７および２８に本発明の第１０の実施例を示す。本実施例もセンサ光回路を実装したリチウムイオン二次電池システムである。また、本システムに用いるリチウムイオン二次電池もラミネートセル型リチウムイオン二次電池６００である。ここで、図２６は上面図である。また、図２７および図２８は、それぞれ図２６中のＡ-Ａ’およびＢ-Ｂ’での紙面に垂直な方向の断面図である。なお、図中の片側矢印は当該部位における光の進行方向を示す。
【０１１９】
本実施例は実施例９における入出力ポート部２６の代わりに、光源および受光器をラミネートセル型リチウムイオン二次電池６００の表面に配置した入出力ポート部２８になっている。光源３１０、受光器３２０および受光器３２２は、例えばサブアセンブリ３００上にそれぞれ配線されて配置されている。
【０１２０】
また、サブアセンブリ３００は支持部材３４０を介してラミネートセル型リチウムイオン二次電池６００の表面に配置されている。支持部材３４０は例えば接着剤やソルダバンプでも良いし、他の部材でも良い。
【０１２１】
本実施例の素子の動作は、実施例９における入出力ポート部２６への光の入出力に代わって、受光器３２０および受光器３２２へ光が入出力される。すなわち、光源３１０から図２７の下方向に出射された光は透明窓２２０を透過してマルチモード導波路６４の端部に形成された光路変換部で進路を図２７の左方向に変えて進行する。また、シングルモード導波路４０およびシングルモード導波路５０内を図２７の右方向に進んだ光は、それぞれのシングルモード導波路の端部に形成された光路変換部で進路を上方に変えて、それぞれ受光器３２０および３２２で受光される。他の部位での光の進行および温度もしくは歪量の検知方法は実施例９と同様である。
【０１２２】
また、本実施例では無線信号を発信もしくは受信もしくは発受信できる無線素子３３０を、例えばサブアセンブリ３００上もしくは他の部位に配置して、例えば制御装置と通信しても良い。
【０１２３】
本実施例に用いる光源３１０は、例えば面発光型半導体レーザでも良いし、ＬＩＳＥＬ(Ｌｅｎｓ-Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ)でも良いし、端面発光型半導体レーザの共振方向を図２７の上下方向に配置したものでも良いし、端面発光型半導体レーザの共振方向を図２７の左右方向に配置して光路変換素子と組み合わせたものでも良いし、発光ダイオードでも良いし、その他の素子でも良い。
【０１２４】
また、本実施例に用いる受光器３２０および３２２は、例えば表面入射型フォトダイオードでも良いし、裏面入射型フォトダイオードでも良いし、導波路型フォトダイオードの導波方向を図２７の上下方向に配置したものでも良いし、導波路型フォトダイオードの導波方向を図２７の左右方向に配置して光路変換素子と組み合わせたものでも良いし、電荷結合素子でも良いし、その他の素子でも良い。
【０１２５】
本実施例によれば、センサ信号を伝送する光回路もしくは電気回路を長く引き回す必要がなくなる。
【実施例１１】
【０１２６】
図２９に本発明の第１１の実施例の上面図を示す。本実施例もセンサ光回路を実装したリチウムイオン二次電池システムである。また、本システムに用いるリチウムイオン二次電池もラミネートセル型リチウムイオン二次電池６００である。なお、図中の片側矢印は当該部位における光の進行方向を示す。
【０１２７】
本実施例は実施例３の導波路を上下の熱溶着シートの間に挿入した構成になっている。ここで、干渉型光回路２０は熱溶着シートによって密閉された領域２１３の内部に配置されている。
【０１２８】
また、入出力ポート部２６の端面側が、電極端子２１４と併せてラミネートシートに包みこむ様にしてラミネートシートの外側に取り出されている。ここで、本光回路の導波路はこの様な取り出しをしても、厚さが薄いため電解液漏れを招きにくい。
【０１２９】
本構成によれば、ラミネートセル型リチウムイオン二次電池６００内部の温度もしくは歪量を、電気的短絡や電磁干渉や液漏れを招くことなく、直接測定することができる。図では、電極端子２１４と併せて入出力ポート部２６の端面側をラミネートシートの外側に取り出しているが、電極端子２１４の無い部位から取り出しても良い。
【実施例１２】
【０１３０】
図３０に本発明の第１２の実施例の上面図を示す。本実施例もセンサ光回路素子を実装したリチウムイオン二次電池システムである。また、本システムに用いるリチウムイオン二次電池もラミネートセル型リチウムイオン二次電池６００である。なお、図中の片側矢印は当該部位における光の進行方向を示す。
【０１３１】
本実施例は実施例１１の入出力ポート部２６の上に、光源３１０、受光器３２０および受光器３２２の光素子を配置した構成になっている。光素子の配置方法および、入出力ポート部２６の端面に光路変換構造を設ける事等は、実施例１０と同様である。また、本実施例においても、無線素子３３０を配置しても良い。
【０１３２】
本実施例によれば、センサ信号を伝送する光回路もしくは電気回路を長く引き回す必要がなくなる。図では、光素子が電極端子２１４の上に配置されているが、他の部位に配置しても良い。また、図では、電極端子２１４と併せて入出力ポート部２６の端面側をラミネートシートの外側に取り出しているが、電極端子２１４の無い部位から取り出しても良い。
【実施例１３】
【０１３３】
本発明のセンサ光回路は、リチウムイオン二次電池以外にも適用可能であることは言うまでも無い。
【０１３４】
図３１は本発明のセンサ光回路をタービンに適用した場合の、本発明の第１２の実施例の上面図を示す。タービン２４０の外側もしくは内部に本発明のセンサ光回路２００を配置すれば、タービン２４０の温度もしくは歪量を、電気的短絡や電磁干渉を招くことなく、低コストに測定できる。
【０１３５】
また、本センサ光回路および本センサ光回路を動作させるためのシステムは小型であるため、タービン２４０の配置や動作に支障をきたすことは無い。ここで、本発明のセンサ光回路２００には、例えば本発明の第１乃至は第６の実施例のセンサ光回路を用いれば良い。
【実施例１４】
【０１３６】
図３２は本発明のセンサ光回路を例えば車載機器、列車搭載機器、航空機搭載機器、発電機用機器、電子計算機、通信機器、データストレージ機器、医療機器およびその他の機器部品に適用した場合の、本発明の第１２の実施例の上面図を示す。
【０１３７】
機器部品２６０の外側もしくは内部に本発明のセンサ光回路２００を配置すれば、機器部品２６０の温度もしくは歪量を、電気的短絡や電磁干渉を招くことなく、低コストに測定できる。
【０１３８】
また、本センサ光回路および本センサ光回路を動作させるためのシステムは小型であるため、機器部品２６０の配置や動作に支障をきたすことは無い。ここで、本発明のセンサ光回路２００には、例えば本発明の第１乃至は第６の実施例のセンサ光回路を用いれば良い。
【０１３９】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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