JP4060782B2 - 電池パック及び電気装置 - Google Patents
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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82に送り、充電制御用スイッチング素子82を遮断させる。これにより第4の電流経路84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82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81及び充電制御用スイッチング素子82は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。ヒューズ83は、電池パック800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81、82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83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83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800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。
本発明において、電気装置はユーザが手作りで製作することが困難なラックを有する凸部を含む。正規の電気装置と電池パックとの組み合わせにおいては、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、ラックと歯車との相対的な位置関係が安定し、ラックと歯車とが確実に係合し、スイッチを導通させる。本発明は、不正な充電器によっては充電が困難であり、且つ正規の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。
本発明において、電気装置はラックを2つの側面に有する凸部を含む。2組のラックと歯車とが共に正確に係合しない限り、スッイチは閉じない。ユーザが手作りで2組のラックと歯車とを共に正確に係合させることは、極めて困難である。
正規の電気装置と電池パックとの組み合わせにおいては、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、ラックと歯車との相対的な位置関係が安定し、ラックと歯車とが確実に係合し、スイッチを導通させる。本発明は、不正な充電器によっては更に充電が困難であり、且つ正規の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。
図1〜図5を用いて、本発明の実施の形態1の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説明する。図1は、本発明の実施の形態1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1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8)の構成を電動工具に適用した場合、ヒューズ83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83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1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。
第1の板ばね47と第2の板ばね48はりん青銅で形成されており、それぞれ図5の上方向(凹部23の奥に向かう方向)に戻るばね力が働くように取り付けられている。第1の板ばね47は図5の右方向にある図示しない支点を中心として時計方向に回転するばね力が働くように取り付けられており、第2の板ばね48は図5の左方向にある図示しない支点を中心として反時計方向に回転するばね力が働くように取り付けられている。
電池パックの歯車及びカムの機構は不透明な筐体の中に格納されている故に、ユーザはこの機構の存在に気がつきにくい。
図6及び図7を用いて、本発明の実施の形態2の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説明する。実施の形態2の電池パック、充電器及び電気装置は、図1に示すブロック図を有する。実施の形態2の電池パック及び電気装置は、図2及び3に示す概略的な形状及び接続機構を有する。図1〜3については実施の形態1と同一であるので説明を省略する。本発明の実施の形態2の電気装置は電動工具である。
実施の形態2の電池パックは、実施の形態1と異なるカム機構及びスイッチの接触片を有する。それ以外の点において、実施の形態2の電池パックは、実施の形態1と同一である。実施の形態2の電気装置及び充電器は、実施の形態1と同一である。以下、実施の形態2の特有の構成を説明する。
第1の板ばね67と第2の板ばね68はりん青銅で形成されており、第1の板ばね67は図7の左方向(凹部23の奥に向かって左方向)に戻るばね力が働くように取り付けられている。第2の板ばね68は図7の上方向(凹部23の奥に向かう方向)に戻るばね力が働くように取り付けられている。第1の板ばね67は図7の上方向にある図示しない支点を中心として時計方向に回転するばね力が働くように取り付けられており、第2の板ばね68は図7の左方向にある図示しない支点を中心として反時計方向に回転するばね力が働くように取り付けられている。
電池パックの歯車及びカムの機構は不透明な筐体の中に格納されている故に、ユーザはこの機構の存在に気がつきにくい。
2 保護IC
3 スイッチ
4、83 ヒューズ
5、82 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、58 接地端子
9 第1の電流経路
10 第2の電流経路
11、81 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
32 第2の接続コネクタ
33 凸部
36 電流入力端子
39 負荷回路
41、61 第1のカム
42、62 第2のカム
43 第1の歯車
44 第2の歯車
45 第1のラック
46 第2のラック
47、67 第1の板ばね
48、68 第2の板ばね
57 電流出力端子
59 充電回路
84 第4の電流経路
86 充放電共用端子
100、800 電池パック
101、801 電気装置
102、802 充電器
Claims (6)
- 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1の接続コネクタに接続される電気装置に電池パックを装着する時、前記電気装置の所定の位置に取り付けられたラックと係合し回転駆動される少なくとも1つの歯車と、
前記歯車の回転により駆動されるカム機構と、
前記第2の経路の、前記第1の経路と共有しない経路に挿入されるスイッチであって、前記カム機構の駆動によりその2つの接触片の少なくともいずれか一方が動かされ、電池パックを前記電気装置に装着すると接点が閉じ、電池パックを前記電気装置から外すと接点が開くスイッチと、
を有することを特徴とする電池パック。 - 前記電気装置に電池パックを装着する時、前記電気装置の所定の位置に設けた凸部と嵌め合う凹部であって、前記凸部の側面の少なくとも1つに設けた前記ラックと係合する前記歯車を側面に取り付けた凹部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。
- 前記電気装置に電池パックを装着する時、前記電気装置の所定の位置に設けた凸部と嵌め合う凹部であって、前記凸部の2つの側面に設けた互いに異なる形状の2つのラックとそれぞれ係合する2つの歯車を側面に取り付けた凹部と、
それぞれの前記歯車の回転により駆動される2つのカム機構と、
を有し、
前記スイッチは、2つの前記カム機構の駆動によりその2つの接触片が動かされ、前記電池パックを前記電気装置に装着すると接点が閉じ、電池パックを前記電気装置から外すと接点が開く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3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、少なくとも1つの歯車と、前記歯車の回転により駆動されるカム機構と、前記第2の経路の、前記第1の経路と共有しない経路に挿入されるスイッチであって前記カム機構の駆動によりその2つの接触片の少なくともいずれか一方が動かされ、電池パックを前記電気装置に装着すると接点が閉じ、電池パックを前記電気装置から外すと接点が開くスイッチと、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、電池パックを前記電気装置に装着すると前記スイッチの接点が閉じ、電池パックを前記電気装置から外すと前記スイッチの接点が開くように、前記電池パックを電気装置に装着すると前記歯車と係合し、前記歯車を回転駆動するラックと、
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5に記載の電気装置。
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