JP3642433B2 - 着脱式電池ユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電池ユニットの取り外しが自在に可能な着脱式電池ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電池動作する携帯形の電子機器が増えている。図２２は、このように電池で動作する装置３の電源部を示し、電池１の端子を、保護回路および容量表示回路を有する回路部２を介して、正端子４および負端子５に接続している。
【０００３】
これらの装置の電源は、経済性を考慮して、充電可能な２次電池が使用されているものが多い。ところが、２次電池は充放電回数の制約があることから、寿命に達したものは新しいものに交換できるようにしている。
【０００４】
この場合、経済性を考慮すると、充電機能を有する回路部と、電池本体からなる電池部に分けて、電池が寿命に達したときは、電池部だけを交換するようにしている。図２３は、このような構成を示し、電池パック１１と回路パック１２に分け、電池パック１１は、端子１３および端子１４を有し、回路パック１２は、端子１５乃至１８を備えている。
【０００５】
そして、電池パック１１と回路パック１２を装着すると、図２４に示すように、端子１３と端子１５が接触し、端子１４と端子１６が接触して、電池パック１１の充放電が行えるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の着脱式電池ユニットは、電池部分の端子が露出しているので、図２５に示すように、その端子に負荷を接続することが容易にできることから、電池の安全性および過放電による電池の破壊等の危険がある。
【０００７】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたもので、電池端子に負荷を接続しただけでは負荷に電源が供給されないようにし、電池の安全性を確保するようにしたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を解決するために請求項１の発明は、電池パック（１１）と、この電池パック（１１）に装着されたとき電池パックの出力端子（１３、１４）を介して電池電圧が供給される回路パック（１２）とから構成される着脱式電池ユニットにおいて、回路パック（１２）は側面に設けた突起（７１）を有し、電池パック（１１）は側面に設けた開口（４３）およびその開口（４３）の奥に設けられ突起（７１）が開口（４３）に挿入されたとき押圧される弾性押圧部材（４２）を有し、弾性押圧部材（４２）は導電性の可動接片（６１）と、この導電性可動接片（６１）を開口部（６３）方向に押圧する絶縁性押圧部材から構成され、弾性押圧部材（４２）の押圧が解除されたとき弾性力によって形状変形し、その弾性変形によって、電池パック（１１）内の電池（３１）と、回路（１２）とが切り離されたときに、電池は出力端子（１３、１４）から切り離されることを特徴とする着脱式電池ユニット。
【００１１】
請求項２の発明は請求項１の発明において、導線性可動接片（６１）は開口部（６３）側に付勢されたときと、突起（７１）によって押圧されたときとで異なる固定接片（１４、６２）に押圧されることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は請求項１の発明において、電池パック（１１）と、この電池パック（１１）に装着されたとき電池パックの出力端子（１３、１４）を介して電池電圧が供給される回路パック（１２）とから構成される着脱式電池ユニットにおいて、電池（３１）は電子スイッチ（５１、５２）が直列に接続された状態で出力端子（１４）に接続され、電子スイッチ（５１、５２）の制御端子には回路パック（１２）が電池パック（１１）に装着されたとき接続されるスイッチ（５３）を介して回路パック（１２）側から制御信号が供給され、電池パック（１１）内の電池（３１）は電池パック（１１）が回路パック（１２）から離脱したとき出力端子（１４）から切り離されることを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、制御端子は電池パック（１１）を回路パック（１２）から離脱したときに露出しない構造であることを特徴とする。
【００１４】
【作用】
請求項１の発明は、回路パック（１２）は側面に設けた突起（７１）を有し、電池パック（１１）は側面に設けた開口（４３）およびその開口（４３）の奥に設けられ突起（７１）が開口（４３）に挿入されたとき押圧される弾性押圧部材（４２）を有し、弾性押圧部材（４２）は導電性の可動接片（６１）と、この導電性可動接片（６１）を開口部（６３）方向に押圧する絶縁性押圧部材から構成され、弾性押圧部材（４２）の押圧が解除されたとき弾性力によって形状変形し、その弾性変形によって、電池パック（１１）内の電池（３１）と、回路（１２）とが切り離されたときに、電池は出力端子（１３、１４）から切り離される。
【００１７】
請求項２の発明は、導線性可動接片（６１）が開口部（６３）側に付勢されたときと、突起（７１）によって押圧されたときとで異なる固定接片（１４、６２）に押圧される。
【００１８】
請求項３の発明は、電池パック（１１）と、この電池パック（１１）に装着されたとき電池パックの出力端子（１３、１４）を介して電池電圧が供給される回路パック（１２）とから構成される着脱式電池ユニットにおいて、電池（３１）は電子スイッチ（５１、５２）が直列に接続された状態で出力端子（１４）に接続され、電子スイッチ（５１、５２）の制御端子には回路パック（１２）が電池パック（１１）に装着されたとき接続されるスイッチ（５３）を介して回路パック（１２）側から制御信号が供給され、電池パック（１１）内の電池（３１）は電池パック（１１）が回路パック（１２）から離脱したとき出力端子（１４）から切り離される。
【００１９】
【実施例】
図１は、本発明の基本形態を示す図であり、電池パック１１と回路パック１２とからなり、電池パック１１は、電池３１と直列に挿入されたスイッチ３２を介して、正端子１３、負端子１４に接続されている。
【００２０】
回路パック１２は、電池パック１１側の正端子１３および負端子１４に接続される正端子１５および負端子１６、負荷に接続される正端子１７および負端子１８を供え、電池３１に充電電流を供給したり、過負荷時の電流制限などをするようになっている。
【００２１】
電池３１が寿命に達したときは、電池パック１１を取り外し、新たなものと交換する。そして、図２に示すように、新たな電池パック１１を回路パック１２に装着すると、端子１３と端子１５が接触し、端子１４と端子１６が接触して、交換した電池パック１１が使用可能になる。
【００２２】
また、電池パック１１のスイッチ３２は、後述する構造によって、図１のように、電池パック１１を取り外すとオフになるが、電池パック１１を回路パック１２に装着すると、図２に示すように、オンとなるように構成されている。
【００２３】
そして、スイッチ３２がオンになることで、回路パック１２からの充電が可能になり、また電池３１から回路パック１２の方向への放電も可能になり、その放電電圧は、回路パック１２の端子１７、１８から図示しない負荷に供給されるようになる。
【００２４】
すなわち、電池パック１１を取り外した状態では、電池パック１１の端子１３、１４には電池３１の電圧が現れないようにしているので、その端子に負荷あるいは充電器を接続しても、電池３１には全く影響を与えず、安全である。しかし、電池パック１１を回路パック１２に接続することで、電池３１は、負荷あるいは充電器に接続され、使用可能になる。
【００２５】
図３は、回路パック１２を取り外したとき、電池３１を端子１３、１４から切り放す構造を示す図であり、主として電池パック１１の断面を示している。電池パック１１は、電池３１の負側端子が回路パック外部接続用の負端子１４に接続されており、電池３１の正側端子は、電池パック１１の筺体内部空間右上隅に筺体と一体に設けられたＬ形固定部１１ａのうち、比較的上方の位置へ水平な状態で固設された接片４１に接続されている。
【００２６】
電池パック１１の筺体右側壁の中央付近には、回路パック１２の左側に設けられた突起７１が嵌合される開口４３が設けられており、その開口４３の奥にあるＬ字形固定部１１ａには、突起７１に押圧されて弾性変形する接片４２が固設されている。
【００２７】
そして接片４２は、突起７１に押圧されて弾性変形する半円状の弾性部４２ａ、およびその先端部から接片４１と平行な状態で立ち上がる接片部４２ｂを有しており、弾性部４２ａが突起７１に押圧されて弾性変形を起こすと、接片部４２ｂが上方に移動し、接片４１と接触するようになっている。
【００２８】
接片４２の左端は、正側端子１３に接続されており、これにより、回路パック１２の突起７１が電池パック１１に嵌合されることにより、電池パック１１と回路パック１２が装着されると、接片４２が弾性変形して接片４１と接片部４２ｂが接触するので、電池３１の回路が形成され、端子１３、１４に電池が接続される。
【００２９】
また、電池パック１１と回路パック１２の装着が解除されると、弾性部４２ａの弾性変形が解除され、接片４１と接片部４２ｂが接触しなくなるので、電池３１は端子１３から切り離される。
【００３０】
図４は、第２の実施例を示す回路図であり、電池パック１１と回路パック１２を装着することによって、スイッチ５３が図と反対の位置に接続され、回路パック１２の制御端子６１から送出される制御信号が、電池パック１１の制御端子５４を介してＦＥＴ５１、５２をオンさせ、これによって、電池３１の電圧が正端子１３、負端子１４に出力されるようになっている。
【００３１】
電池パック１１の正端子１３は電池３１の正極に接続され、電池３１の負極はＦＥＴ５２のドレインに接続され、ＦＥＴ５２のソースはＦＥＴ５１のソースに接続され、ＦＥＴ５１のドレインは負端子１４およびスイッチ５３のＡ端子、すなわち、回路パック非装着時に親端子と接続される端子に接続されている。
【００３２】
ＦＥＴ５１、５２のゲートは共通接続されスイッチ５３の親端子に接続されており、スイッチ５３のＢ端子、すなわち回路パック装着時に親端子と接続される端子は、制御端子５４に接続されている。ＦＥＴ５１は、トランジスタ５１ａと寄生ダイオード５１ｂから構成されている。ＦＥＴ５２は、トランジスタ５２ａと寄生ダイオード５２ｂから構成されている。
【００３３】
スイッチ５３は、図５に示すように構成されている。すなわち、電池パック１１の筺体右側壁中央部付近に、回路パック１２の突起７１が嵌合する開口６３が設けられており、開口６３の下端部に接して負端子１４が設けられている。また、電池パック１１の右側壁で開口６３より少し上側に制御端子５４が設けられ、それより上側に正端子１３が設けられている
【００３４】
そして、負端子１４には、弾性を有する絶縁体６０によって押圧された接片６１が接触しており、その接片６１は、回路パック１２が電池パック１１に装着されたとき絶縁体６０の弾力に抗して左側に移動するようになっており、その移動先には、筺体から延びる固定部１１ｂに固定された接片６２が設けられ、接片６１は、その接片６２に接触するようになっている。
【００３５】
正端子１３は電池３１の正端子に接続され、接片６１はＦＥＴ５１、５２のゲートに接続され、負端子１４はＦＥＴ５１のドレインに接続されるようになっている。接片６１は図４におけるスイッチ５３のＡ端子、接片６２はスイッチ５３のＢ端子に相当する。
【００３６】
電池パック１１を回路パック１２に装着したとき、端子１３は端子１５に接触し、端子５４は端子６１に接触し、端子１４は端子１６に接触するようになっている。
【００３７】
図４の回路は、電池パック１１に回路パック１２が装着されたとき、回路パック１２から供給される信号によってＦＥＴ５１、５２がオンするようになっており、それによって電池３１の電圧が端子１３、１４に送出されるようになっている。
【００３８】
また、充電は、トランジスタ５１ａがオンのときダイオード５２ｂおよびトランジスタ５１ａを介して行われ、放電は、トランジスタ５２ａがオンのとき、ダイオード５１ｂおよびトランジスタ５２ａを介して行われる。
【００３９】
図６は、第３の実施例を示す回路図であり、図５のＦＥＴの代わりに、リレー８１及びその接点８２によって電池３１の回路を形成している。この例でも回路パック１２を電池パック１１に装着することにより、突起７１によってスイッチ８３がオン状態になり、このとき回路パック１２から制御電圧が制御端子５４に供給されると、リレー８１が付勢され、接点８２がオンになり、電池３１が充電または放電可能な状態になる。
【００４０】
図７は、第４の実施例を示す回路図であり、電池パック１１に補助電源端子９１を備えた例である。補助電源端子９１および制御電源端子５４は、図８に示すように、保護カバー１１１に囲まれた空間１１２の内部に露出するように構成されている。このように構成することによって、電池パック１１を取り外しても、補助電源端子９１及び制御電源端子５４に負荷等を容易に接続することができないので、安全が確保される。
【００４１】
このとき、回路パック１２には、図８に示すようなブラケット１２１を設け、そのブラケット１２１が空間１１２に嵌合するようにしている。そして電池パック１１の保護カバー１１１、および回路パック１２のブラケット１２１には、図９に示すように、電極９１、５４および電極９２、６１が設けられ、それらが相互に接触するように構成されている。また、電池パック１１側の電極１３、１４が、回路パック１２側の電極１５、１６に接触することは前述の通りである。
【００４２】
図１０は、第５の実施例を示す回路図であり、電池パック１１側に電池３１の過充電および過放電を防止する保護回路を内蔵した例である。電池３１の正端子はゼナーダイオード１０１および１０２のカソード、リレー接点８２の一端、端子９１に接続されている。
【００４３】
電池３１の負端子は、抵抗１０５乃至１０６の一端、およびトランジスタ１０７乃至１０８のエミッタ、負端子１４に接続されている。ゼナーダイオード１０１のアノードは抵抗１０３の一端に接続され、抵抗１０３の他端は抵抗１０５の他端およびトランジスタ１０７のベースに接続されている。
【００４４】
ゼナーダイオード１０２のアノードは抵抗１０４の一端に接続され、抵抗１０４の他端は抵抗１０６の他端およびトランジスタ１０８のベースおよびトランジスタ１０７のコレクタに接続されている。
【００４５】
トランジスタ１０８のコレクタはリレーコイル８１を介して端子５４に接続され、リレー接点８２の他端は正端子１３に接続されている。この回路において、ゼナーダイオード１０１のブレークダウン電圧は、電池３１の過充電により発生する過電圧より若干低い値に設定され、ゼナーダイオード１０２のブレークダウン電圧は、電池３１の使用可能な最低電圧に設定されている。
【００４６】
このように構成された回路は、通常の充放電が行われてい場合、電池３１の電圧はゼナーダイオード１０２のブレークダウン電圧より大きく、ゼナーダイオード１０１のブレークダウン電圧よりも小さい値になっている。このため、ゼナーダイオード１０２がブレークダウンし、トランジスタ１０８のベースには常に所定の電圧が供給されている。
【００４７】
この状態で回路パック１２を接続し、回路パック１２側で端子９２と端子６１を接続すると、電池パック１１の端子５４に電源電圧が供給され、トランジスタ１０８がオンになるので、リレコイル８１が付勢される。これによりリレー接点８２がオンとなって電池電圧が正端子１３から回路パック１２に供給される。
【００４８】
この状態で電池３１を使用し、放電により端子電圧が低下すると、電池３１の端子電圧はやがてゼナーダイオード１０２のブレークダウン電圧以下になる。この状態になるとトランジスタ１０８のベースに電圧が供給されなくなり、トランジスタ１０８はオフとなって、リレーコイル８１が消勢される。これによりリレー接点８２がオフとなり、電池３１は回路パック１２から切り離され、過放電状態から保護される。
【００４９】
逆に、過充電により電圧が上昇し、電池３１の電圧がゼナーダイオード１０１のブレークダウン電圧よりも高くなると、ゼナーダイオード１０１もブレークダウンする状態となる。このためトランジスタ１０７がオンし、トランジスタ１０８のベース・エミッタ間を短絡するので、トランジスタ１０８はオフになる。このため、このときもリレーコイル８１が消勢され、電池３１は回路パック１２から切り離され、過充電から保護される。
【００５０】
図１０の回路も端子９１、５４は図８のように保護カバーが被せられ、電池パック１１を外しても、その端子に容易にふれることができないようになっている。しかし電池パック１１に回路パック１２を接続したときは、図９に示すように、その端子が回路パック１２側の対応する端子に接続されるように構成されている。
【００５１】
図１１は、第６の実施例を示す図であり、電池パック１１側に凹部１３１を設けて、その奥に電極９１と、電極５４を設け、外部からは容易にその電極に触れることができないようにし、電池３１の安全を確保している。そして、回路パック１２は突起１３２を設け、その先端部で端子９１および５４に対応する位置に端子９２よび６１を設けている。
【００５２】
このような構成にすることによって、回路パック１２を電池パック１１に装着することによって、回路パック１２の突起１３２が電池パック１１の凹部１３１に嵌合し、端子９１と端子９２が接触し、端子５４と端子６１が接触する。
【００５３】
図１２は、第７の実施例を示す図であり、電池パック１１の内側に、収縮付勢されるバネで引きつけられた磁石１５１および１５２を設け、それに端子９１および５４を設けている。そして、回路パック１２側はその磁石１５１および１５２と反対極性を有する磁石１６１および１６２を設け、それに端子９２および６１を設けている。
【００５４】
このように構成すると、電池パック１１と回路パック１２を装着したとき各磁石が相互に引きつけられ、端子９１および５４はバネの収縮力に抗して端子９２および６１に引きつけられ接触する。
【００５５】
図１３乃至図１６は、第８の実施例を示す図であり、電池パック１１の上部に溝１８１を設け、その溝１８１に中空のシャッタ１８２を挿入している。そしてそのシャッタ１８２の内部で短辺方向に線状のスプリング１８４を設け、そのスプリング１８４の両端は図１４に示す溝１８１の両側に設けた穴１８５に図１６に示す状態で係合している。
【００５６】
この状態で図１５に示す回路パック１２を電池パック１１に係合させると、突出部１９１の短辺側側面に設けられた突起１９２が、シャッタ１８２の穴１８３に挿入される。これによりその突起１９２がスプリング１８４を押圧し、図１６に示すようにスプリング１８４を撓ませる。すると、スプリング１８４の両端はやがて穴１８５から外れて、図１４に示すようにシャッタ１８２が後方へ移動する。
【００５７】
シャッタ１８２が移動した後には、図１４に示すように、電池パック１１の凹部１８６の上面に設けられた端子１３、１４、５４、９１が現れ、それが回路パック１２側の対応する端子と接触するようになっている。
【００５８】
このため、電池パック１１に回路パック１２を装着しないときには端子１３、１４、５４、９１が露出せず安全を確保できる。そして、電池パック１１に回路パック１２を装着するとそれらの端子が現れ、それが回路パック１２の対応する端子に接触するので、充電および放電が可能になる。
【００５９】
以上の実施例は、端子に電気的接触を保ち制御信号の伝送をしたが、これは図１７示すように、発光ダイオード２０２とフォトトランジスタ２０１の組み合わせでもよい。
【００６０】
また、上記実施例においては、正端子１７と負端子１８を回路パック１２側に設けるようにしたが、その一部または両方を、電池パック１１側に設けるようにすることも可能である。
【００６１】
例えば、図１８は、上記した図１の実施例において、正端子１７と負端子１８を回路パック１２側に設けずに、電池パック１１側に設けた実施例を表している。この場合、電池パック１１の端子１４と、回路パック１２の端子１６を、それぞれ２つの端子１４ａ，１４ｂと１６ａ，１６ｂに分割し、両者が相互に接続されるように配置する。そして、端子１４ｂには負端子１８を接続し、正端子１７は、スイッチ３２と端子１３の接続点に接続する。
【００６２】
さらにまた、回路パック１２内においてはスイッチ３０１を設け、端子１６ａと１６ｂを、スイッチ３０１を介して接続するようにする。
【００６３】
そして、電池パック１１と回路パック１２が結合されたとき、スイッチ３０１をオンする。これにより、正端子１７と負端子１８から、電池３１の電力を取り出すことができる。
【００６４】
あるいはまた、図１９に示すように、正端子１７のみを電池パック１１に設け、負端子１８は回路パック１２側に設けるようにすることもできる。
【００６５】
また、図４の実施例においては、正端子１７と負端子１８を回路パック１２側に設けるようにしたが、図２０に示すように、電池パック１１側に設けるようにすることもできる。
【００６６】
あるいはまた、図２１に示すように、負端子１８は回路パック１２側に設けるが、正端子１７のみを電池パック１１側に設けるようにしてもよい。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１乃至請求項４の発明は、電池パックを回路パックから離脱したとき、電池電圧が出力される端子に電池電圧が現れないようにしたので、回路パックが外された状態で電池を使用することができなくなり、電池の安全を確保することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本思想を示す回路図である。
【図２】図１に示す電池パックと回路パックを装着した状態を示す図である。
【図３】本発明の一実施例を示し、図１におけるスイッチの構造を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例を示す回路図である。
【図５】図４におけるスイッチの構造を示す断面図である。
【図６】本発明の第３の実施例を示す回路図である。
【図７】本発明の第４の実施例を示す回路図である。
【図８】本発明の第５の実施例を示す回路図である。
【図９】図８における保護カバーを示す斜視図である。
【図１０】図９に示す電池パックと回路パックを接続した状態を示す断面図である。
【図１１】本発明の第６の実施例を示す図である。
【図１２】本発明の第７の実施例を示す図である。
【図１３】本発明の第８の実施例を示す斜視図である。
【図１４】図１３におけるシャッタが開いた状態を示す斜視図である。
【図１５】図１３の電池パックに装着される回路パックの構造を示す斜視図である。
【図１６】図１３においてスプリングが撓んだ状態を示す図である。
【図１７】信号伝送をフォトカップラで行う思想を示す図である。
【図１８】図１に示した実施例の変形例の構成を示す図である。
【図１９】図１の実施例のさらに他の変形例の構成を示す図である。
【図２０】図４に示した実施例の変形例の構成を示す図である。
【図２１】図４の実施例のさらに他の変形例の構成を示す図である。
【図２２】従来の一例を示すブロック図である。
【図２３】電池パックと回路パックを離脱した状態を示す図である。
【図２４】電池パックに回路パックを装着した状態を示す図である。
【図２５】電池パックに負荷を接続した状態を示す図である。
【符号の説明】
１ 電池
１１ 電池パック
１１ａ Ｌ字形固定部
１２ 回路パック
１３乃至１８、５４、６１ 端子
３１ 電池
３２、５３、８３ スイッチ
４１、４２ 接片
４２ａ 弾性部
４２ｂ 接片部
４３、６３ 開口
６０ 絶縁体
７１、１３２、１９２ 突起
８１ リレー
８２ 接点
９１ 補助電源端子
１０１、１０２ ゼナーダイオード
１０３乃至１０６ 抵抗
１０７、１０８ トランジスタ
１１１ 保護カバー
１３１、１８６ 凹部
１５１、１５２、１６１、１６２ 磁石
１８１ 溝
１８２ シャッタ
１８４ スプリング
１９１ 突出部

Claims (4)

1. 電池パックと、この電池パックに装着されたとき前記電池パックの出力端子を介して電池電圧が供給される回路パックとから構成される着脱式電池ユニットにおいて、
   回路パックは側面に設けた突起を有し、
   電池パックは側面に設けた開口およびその開口の奥に設けられ前記突起が開口に挿入されたとき押圧される弾性押圧部材を有し、
   前記弾性押圧部材は導電性の可動接片と、この導電性可動接片を開口部方向に押圧する絶縁性押圧部材から構成され、
   前記弾性押圧部材の押圧が解除されたとき弾性力によって形状変形し、その弾性変形によって、前記電池パック内の電池と、回路とが切り離されたときに、前記電池は前記出力端子から切り離されることを特徴とする着脱式電池ユニット。
2. 請求項１において、
   前記可動接片は開口部側に付勢されたときと突起によって押圧されたときとで異なる固定接片に押圧されることを特徴とする着脱式電池ユニット。
3. 電池パックと、この電池パックに装着されたとき前記電池パックの出力端子を介して電池電圧が供給される回路パックとから構成される着脱式電池ユニットにおいて、
   電池は電子スイッチが直列に接続された状態で出力端子に接続され、
   前記電子スイッチの制御端子には前記回路パックが前記電池パックに装着されたとき接続されるスイッチを介して前記回路パック側から制御信号が供給され、
   前記電池パック内の電池は前記電池パックが前記回路パックから離脱したとき前記出力端子から切り離されることを特徴とする着脱式電池ユニット。
4. 請求項３において、
   制御端子は電池パックを回路パックから離脱したとき露出しない構造であることを特徴とする着脱式電池ユニット。

Images