JP2005168215A - 電池パック及び電気装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の電池パックは、充電端子と、放電端子と、共通端子とを有する着脱可能な第1の接続コネクタと、第1の端子と第2の端子とを有する1又は複数の二次電池セルと、前記二次電池セルの前記第1の端子と、前記充電端子とを接続する第1の経路と、前記二次電池セルの前記第1の端子と、前記放電端子とを接続する第2の経路と、前記二次電池セルの前記第2の端子と、前記共通端子とを接続する第3の経路と、前記第2の経路または前記第3の経路に挿入され、前記第1の接続コネクタに接続される電気装置の所定の位置に取り付けられた磁石の磁界又は磁束に応じて導通する磁気スイッチと、を有する。
【選択図】 図4
Description
電動工具の駆動用電池パックは、30V程度の高い出力電圧の電池パックを必要とする。リチウムイオン電池は1個の電池セルの出力電圧が高い(公称電圧が3.6〜3.7V)故、少数の電池セルを直列接続して電動工具の駆動用電池パックを構成できる。このように、リチウムイオン電池を用いた電池パックは、種々の用途に適し、特に電動工具用の電池パックとして適している。
保護IC2は、個々の電池セルの両端電圧を検出する電池セル電圧検出部16を有する。温度検出部17は二次電池1の表面に取り付けられた正特性サーミスタを有し、その温度を測定する。電流検出部15は第3の電流経路14に流れる電流の極性及びその大きさを検出する。保護IC2は、充電時に、いずれか1つの電池セルの両端電圧が第1の閾値(充電上限値)を超えたことを電池セル電圧検出部16が検出した場合、二次電池1の表面温度が第2の閾値を超えたことを温度検出部17が検出した場合、又は二次電池1に第3の閾値を超える異常な充電電流が流れたことを電流検出部15が検出した場合、充電停止指令信号を充電制御用スイッチング素子52に送り、充電制御用スイッチング素子52を遮断させる。これにより第4の電流経路54が遮断され、充電が停止される。充電制御用スイッチング素子52は、通常は常に導通状態である。
放電制御用スイッチング素子51及び充電制御用スイッチング素子52は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。ヒューズ53は、電池パック500がノート型のパーソナルコンピュータに供給する瞬時最大放電電流の2倍程度の定格を有するヒューズである。
第1に、携帯電話やノートパソコンに比べて大電流を扱う電動工具等では、放電電流が略100Aに達する故に、電動工具用の電池パックにおいては、内蔵する2つのスイッチング素子51、52として、定格が200A程度のFET(Field Effect Transistor:電解効果トランジスタ)を2個使用する必要があり、内蔵ヒューズ53として、定格が200A程度のヒューズを使用する必要がある。しかし、充電電流の最大値は略10Aであり、放電電流の最大値100Aと比較して非常に小さい。そのため、定格が200Aのヒューズ53は、充電時にはほとんど役に立たない。又、定格が200AのIGBTは高価であり、これを2個使用する電池パック500は高価なものになった。
本発明は、上記の課題を解決し、不正な充電器によっては充電が困難であり、安価かつ安全な電池パック及び電気装置を提供することを目的とする。
本発明においては、放電制御用のスイッチング素子及び充電制御用のスイッチング素子をそれぞれ第1の経路及び第2の経路に取り付けることにより、放電時にも充電時にも、スイッチング素子1個分の電圧降下及び電力消費しか生じない。本発明は、電力消費量が小さな電池パックを実現する。
電気装置の凸部と、電池パックの凹部とを嵌合させることにより、磁石と磁気スイッチとの相対的な位置関係が安定し、磁石は磁気スイッチに磁界又は磁束を確実に印加する。本発明は、電気装置と組み合わせて安定に動作する電池パックを実現する。
本発明の電池パックは、充電経路(第1の経路)に過充電を防止するスイッチング素子を有する。本発明は、安価で安全な電池パックを実現出来るという作用を有する。
本発明の電池パックは、充電経路(第1の経路)に充電時の最大定格を所定量上回る適切な定格を有するヒューズ又はブレーカを有する。本発明は、安価で安全な電池パックを実現出来るという作用を有する。ヒューズは、定格を超えると回復不能に遮断状態となる任意の素子を意味し、ブレーカは定格を超えると回復可能に遮断状態となる任意の素子を意味する。
本発明は、放電経路に配置された磁気スイッチを通って充電電流が流れた場合、直ちに電流経路を遮断する安全な電池パックを実現する。
本発明は、本発明の電池パックと組み合わせて電力を供給される電気装置を実現する。
「磁石」は、実効的に磁界又は磁束を発生させる任意の素子であって良い。例えば永久磁石、電磁石等である。
本発明によれば、安価かつ安全なリチウムイオン電池を用いた電池パック及び電気装置を実現出来るという有利な効果が得られる。
図1〜図4を用いて、本発明の実施の形態のリチウムイオン電池を用いた電池パックを説明する。図1は、本発明の実施の形態におけるリチウムイオン電池を用いた電池パック100と、電池パック100に接続する電気装置101及び充電器102と、の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態の電気装置101は電動工具である。電池パック100は電気装置101の専用電池パックである。充電器102は電池パック100の専用充電器である。図1において、電池パック100は、放電端子6、充電端子7、接地端子8、二次電池セル1、保護IC2、二次電池1の正極端子と充電端子7との間を接続する第1の電流経路9、二次電池1の正極端子と放電端子6との間を接続する第2の電流経路10、二次電池1の負極端子と接地端子8との間を接続する第3の電流経路14、温度検出部17を有する。第1の電流経路9には、充電制御用スイッチング素子5及びヒューズ4が直列に接続されている。第2の電流経路10には、放電制御用スイッチング素子11及び磁気スイッチ3が直列に接続されている。第3の電流経路14には、電流検出部15が挿入接続されている。
放電制御用スイッチング素子11は200Aの電流容量を有するIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。充電制御用スイッチング素子5は20Aの電流容量を有するIGBTである。ヒューズ4は、充電電流の最大値(例えば10A)より所定値だけ大きな定格値(例えば20A)のヒューズである。
従来例(図5)の構成を電動工具に適用した場合、ヒューズ53の定格は最大放電電流において溶断しないように200Aに設定する必要がある。それ故に、ヒューズ53は充電時の過大電流を防止するためにほとんど役立たなかった。実施の形態においては、定格が20Aのヒューズ4を第1の電流経路(充電経路)に接続することにより、過大な充電電流が流れた場合に、第1の電流経路を素早く遮断することが出来る。
図2及び図3において、電池パック100は、電気装置101と分離可能である。電池パック100は、第1の接続コネクタ22と、凹部23とを有する。電気装置101は、第2の接続コネクタ32と、凸部33とを有する。第1の接続コネクタ22は、放電端子6、充電端子7、接地端子8を含む。第2の接続コネクタ32は、電流入力端子36と、未使用端子37、接地端子38を含む。第1の接続コネクタ22は、第2の接続コネクタ32と接続される。凹部23は、凸部33と嵌合される。
電池パック100と電気装置101とが接続され、凹部23と凸部33とが嵌合した状態において、電気装置101に内蔵された磁石31の磁界が磁性体片25に印加される。磁力により磁性体片25が磁石31に引き寄せられ、支点27を中心にしてスイッチ3のアーム24が反時計方向に回転し(図4)、接点26が閉じ、第2の電流経路10(図1)が導通する。電池パック100を電気装置101から取り外すと、弾性体であるアーム24(実施の形態においてアーム24はステンレスの板バネである。)は時計方向に応力が働いて回転し(図4)、接点26は再び開く。
2 保護IC
3 磁気スイッチ
4 ヒューズ
5、52 充電制御用スイッチング素子
6 放電端子
7 充電端子
8、38、48 接地端子
9 第1の電流経路
10 第2の電流経路
11、51 放電制御用スイッチング素子
14 第3の電流経路
15 電流検出部
16 電池セル電圧検出部
17 正特性サーミスタ
22 第1の接続コネクタ
23 凹部
31 磁石
32 第2の接続コネクタ
33 凸部
36 電流入力端子
37 ダミー端子
47 電流出力端子
54 第4の電流経路
56 充放電共用端子
100、500 電池パック
101、501 電気装置
102、502 充電器
Claims (8)
- 充電端子と、放電端子と、共通端子とを有する着脱可能な第1の接続コネクタと、
第1の端子と第2の端子とを有する1又は複数の二次電池セルと、
前記二次電池セルの前記第1の端子と、前記充電端子とを接続する第1の経路と、
前記二次電池セルの前記第1の端子と、前記放電端子とを接続する第2の経路と、
前記二次電池セルの前記第2の端子と、前記共通端子とを接続する第3の経路と、
前記第2の経路または前記第3の経路に挿入され、前記第1の接続コネクタに接続される電気装置の所定の位置に取り付けられた磁石の磁界又は磁束に応じて導通する磁気スイッチと、
を有することを特徴とする電池パック。 - 前記電気装置の前記磁石を内部に取り付けた凸部と嵌合する凹部を更に有し、
前記凹部の近傍の所定の位置に前記磁気スイッチを取り付けていることを特徴とする請求項1に記載の電池パック。 - 前記二次電池セルは複数の二次電池セルを直列接続した直列体であって、
各電池セルの両端電圧を検出し、いずれか1つの電池セルでもその両端電圧が所定の閾値を越えた場合に充電停止指令信号を出力する電池セル電圧検出部と、
前記第1の経路の、前記第2の経路と共有しない経路に挿入され、前記充電停止指令信号を入力した場合には遮断状態になるスイッチング素子と、
を更に有することを特徴とする請求項1に記載の電池パック。 - 前記第1の経路の、前記第2の経路と共有しない経路に挿入され、電流が所定値を越えた場合に遮断状態になるヒューズ又はブレーカを更に有することを特徴とする請求項2に記載の電池パック。
- 前記磁気スイッチが、磁界又は磁束を検出する磁気検知素子と、前記磁気検知素子が磁界又は磁束を検出した場合に前記第2の経路または前記第3の経路を導通させるスイッチング回路と、を有し、
前記磁気検知素子が磁界又は磁束を検出した場合、前記スイッチング回路は前記第2の経路を導通させ、その状態で充電電流が流れた場合は、前記スイッチング回路を再び遮断することを特徴とする請求項1に記載の電池パック。 - 前記二次電池セルがリチウムイオン電池であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかの請求項に記載の電池パック。
- 充電端子と放電端子と共通端子とを有する着脱可能な第1の接続コネクタと、第1の端子と第2の端子とを有する1又は複数の二次電池セルと、前記二次電池セルの前記第1の端子と前記充電端子とを接続する第1の経路と、前記二次電池セルの前記第1の端子と前記放電端子とを接続する第2の経路と、前記二次電池セルの前記第2の端子と前記共通端子とを接続する第3の経路と、前記第2の経路または前記第3の経路に挿入され、磁石の磁界又は磁束に応じて導通する磁気スイッチと、を有する電池パックの前記第1の接続コネクタと接続される着脱可能な第2の接続コネクタと、
前記共通端子と接続される前記第2の接続コネクタの第3の端子と、前記放電端子と接続される前記第2の接続コネクタの第4の端子と、それぞれ両端が接続される負荷回路と、
所定の位置に取り付けられ、前記電池パックの前記磁気スイッチに磁界又は磁束を印加して、前記磁気スイッチを導通させる磁石と、
を有することを特徴とする電気装置。 - 前記電気装置が電動工具であることを特徴とする請求項7に記載の電気装置。
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