CN107078242A - 电池和电池系统 - Google Patents

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Abstract

电池(1)具有：电池单元(23)，其能够充电和放电；第一电极(21)和第二电极(22)，它们与电池单元连接，以非接触状态与外部的电极电连接；切换部(24)，其被设置于包含电池单元、第一电极以及第二电极在内的电池电路内，将在电池电路内流动的电流切换成交流或直流；以及绝缘性的壳体(10)，其在内部收纳有电池单元、第一电极、第二电极以及切换部。

Description

电池和电池系统
技术领域
本发明涉及电池和电池系统。
背景技术
近年来，推进医疗设备的无线化，开始提出了使用电池来提供电力的类型的处置器具。
此时，预想普通地每单位质量的能量密度较高的锂离子电池被灵活运用的情况。
普通的电池具有电池单元和导电性的端子等，该电池单元能够充电和放电，该导电性的端子用于与外部的充电器或医疗设备等电连接(例如，参照专利文献1)。在给电池充电或从电池放电时，通过使电池的端子与设置于充电器等的导电性的端子等接触而将两者电连接。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4554222号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1所记载的电池组件中，导电性的端子在外表面上露出，因此需要注意使端子不被水弄湿等，操作繁杂。
并且，为了使电池的端子与设置于充电器等的端子等接触，需要以规定的朝向将电池装填于充电器等中，在该点上操作也繁杂。
鉴于上述情况，本发明的目的在于，提供操作容易的电池和电池系统。
用于解决课题的手段
本发明的第一方式提供一种电池，其具有：电池单元，其能够充电和放电；第一电极和第二电极，它们与所述电池单元连接，以非接触状态与外部的电极电连接；切换部，其被设置于包含所述电池单元、所述第一电极以及所述第二电极在内的电池电路内，将在所述电池电路内流动的电流切换成交流或直流；以及绝缘性的壳体，其在内部收纳有所述电池单元、所述第一电极、所述第二电极以及所述切换部。
本发明的第二方式提供一种电池系统，其具有：本发明的电池；以及连接设备，其具有凹部以及连接设备侧第一电极和连接设备侧第二电极，所述凹部供所述电池装填，所述连接设备侧第一电极和所述连接设备侧第二电极在所述连接设备自身的内部沿着所述凹部的内表面配置，当将所述电池装填于所述凹部内时，所述第一电极和所述第二电极与所述连接设备侧第一电极和所述连接设备侧第二电极以能够电容耦合的方式对置。
发明效果
本发明的电池构成为端子等导电性部件不在外表面上露出，因此操作容易。
本发明的电池系统在充电时和放电时的操作容易。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式的电池的立体图。
图2是第一实施方式的电池的剖视图。
图3是示出具有第一实施方式的电池和充电器的电池系统的立体图。
图4是第一实施方式的充电器的示意性局部剖视图。
图5是充电时的电路图。
图6是示出安装有第一实施方式的电池的处置器具的立体图。
图7是第一实施方式的向处置器具放电时的电路图。
图8是示出将第一实施方式的电池装填于该处置器具中的状态的一例的剖视图。
图9是示出将第一实施方式的电池装填于该处置器具中的状态的一例的剖视图。
图10是示出本发明的第二实施方式的电池的立体图。
图11是示出第二实施方式的电池的剖视图。
图12是示出第二实施方式的电池的变形例的立体图。
图13是示出本发明的电池的变形例的立体图。
图14是示出本发明的电池的变形例的电极配置的一例的剖视示意图。
图15是示出本发明的电池的变形例的立体图。
具体实施方式
参照图1至图9对本发明的第一实施方式进行说明。
图1是示出本实施方式的电池1的立体图。电池1具有：绝缘性的壳体10，其构成自身的外表面；以及第一电极21和第二电极22，它们配置于壳体10内。
壳体10由绝缘性的材料形成。作为形成壳体10的材料优选树脂。例如，作为材料可以使用聚碳酸酯、氟树脂、PEEK(聚醚醚酮)等。形成壳体10的绝缘性材料的介电常数优选在2以上。若由介电常数在2以上的高介电常数的材料构成壳体10时，能够增大在后述的送电/受电时产生的静电容量，能够降低在送电/受电时作用于电极的电压值。
图2是电池1的剖视图，示出了从图1所示的右侧面13侧观察时的状态。在壳体10的内部收纳有：电池单元23，其能够充电和放电；以及切换部24，其与电池单元23、第一电极21以及第二电极22电连接。第一电极21、第二电极22、电池单元23以及切换部24通过配线25而连接，从而形成电池电路。
切换部24具有两个功能。一个功能是切换在该电池电路内流动的电流的交流/直流，另一个功能是切换使交流电流向电池外放电或利用直流电流对电池单元进行充电。由此，通过切换部24使电池单元23侧流动直流电流，使第一电极21和第二电极22侧流动交流电流，并且切换放电和充电的模式。
另外，即使不具有充电/放电的模式切换功能，也能够作为例如仅能够放电的一次性的电池来使用。
作为电池单元23，只要能够充电和放电即可，例如能够适当选择锂离子电池单元等公知的各种构造的电池单元来使用。
第一电极21和第二电极22为导体且形成为面状，以分别沿着壳体10的正面11和背面12的方式对称配置。作为形成第一电极21和第二电极22的材料，例如能够列举出金属箔等。
关于切换部24，只要具有DC/AC转换功能就没有特别限制，可以考虑电池1的尺寸等而适当选择公知的转换器电路等。
通过上述那样的结构，电池1构成为绝缘性的壳体10覆盖整个外表面，端子和电极等导电性部件完全不在外表面上露出。
接下来，对使用电池1时的动作进行说明。能够通过使电池1与用于对电池1进行送电/受电的连接设备组合而作为电池系统来使用。
在图3中示出了具有电池1和充电器(连接设备)100的电池系统2，其中，该充电器(连接设备)100用于对电池1进行充电。充电器100具有能够收纳电池1的凹部101，形成为包含凹部101在内的充电器100的整个外表面被树脂等绝缘性的材料覆盖。
图4是示意性地示出充电器100的截面的图。充电器100具有面状的第一送电电极(连接设备侧第一电极)102和第二送电电极(连接设备侧第二电极)103。第一送电电极102和第二送电电极103被配置为沿着凹部101的内表面中的对置的两个面并且不露出。
在对电池1进行充电时，使用者以如下的方式将电池1装填于凹部101内：配置有第一送电电极102和第二送电电极103的两个面与配置有第一电极21和第二电极22的正面11和背面12对置。
图5是示出电池1像上述那样装填于凹部101内的状态的电路图。通过使第一送电电极102和第二送电电极103与第一电极21和第二电极22对置，而使对置的电极之间以非接触状态进行电容耦合(电场耦合)，从而形成了包含电池1和充电器100在内的电路。壳体10的厚度被预先设定为能够进行上述的电容耦合。在图5中，标号104所示的是电源电路，标号105所示的是用于调节从充电器100向电池1送电的电流的方式的送电电路。
在形成了上述的电路的状态下，当从充电器100提供高频的交流电流时，能够经由电容耦合后的电极向电池1送电。通过利用切换部24将从充电器100送来的交流电流转换为直流电流，能够对电池单元23进行充电。
由于从充电器100提供来的是交流电流，因此只要第一送电电极102和第二送电电极103与第一电极21和第二电极22对置，各个电极的对应关系就不会出现问题，不论是怎样的对应关系都能够进行充电。即，第一电极21可以与第一送电电极102对置配置，也可以与第二送电电极103对置配置。
如图1等所示，电池1的壳体10形成为正面11和背面12是正方形的长方体状。由于正面11和背面12是具有旋转对称性的图形，因此在使除了正面11和背面12之外的四个面中的任意面朝上的姿势下电池1的形状都相同。而且，即使使正面11和背面12中的任意面朝前，形状也不发生变化。因此，只要将电池1装填于凹部101内，不论其朝向如何，第一送电电极102和第二送电电极103与第一电极21和第二电极22一定对置，能够进行充电。
在对电池1进行了充电之后，将该电池1安装于规定的放电设备(连接设备)而作为电源来使用。在图6中示出了把持钳子200来作为放电设备的一例，其中，把持钳子200是具有硬性的插入部201和设置于插入部201的前端部的处置部202的处置器具。作为对象的放电设备不限于处置器具，只要是通过通电来使用的设备就能够没有特别限制地适当使用。
在把持钳子200的手柄203中设置有用于收纳电池1的凹部204。凹部204的形状可以与充电器100的凹部101相同。把持钳子200具有第一受电电极(连接设备侧第一电极)和第二受电电极(连接设备侧第二电极)的受电用的一对电极。虽然在图6中省略了图示，但第一受电电极和第二受电电极被配置为沿着凹部204的内表面中的对置的两个面并且不在外部露出。即，受电用的一对电极被收纳于把持钳子200的内部。
图7是在利用电池1对把持钳子200进行放电时所形成的电路的电路图。通过使上述的第一受电电极211和第二受电电极212与第一电极21和第二电极22对置而使对置的电极之间进行电容耦合，该点与充电时相同。在从电池1放电时，利用切换部34将从电池单元23放出的直流的电流转换为交流电流并送电给把持钳子200。在把持钳子200中，利用受电电路205适当调节从电池1提供来的交流电流，并提供给作为负载的处置部202。
只要将电池1装填于凹部204内，不论其朝向如何都能够向把持钳子200放电，该点与充电时相同。
即，电池1可以像图8所示那样以与图2所示的姿势相同的姿势装填于凹部204内，也可以像图9所示那样以从图8的姿势上下反转后的姿势装填于凹部204内。而且，即使将电池1以从图8和图9所示的姿势将正面11和背面12反转后的姿势装填于凹部204内，也能够从电池1向把持钳子200放电。
当在所应用的放电设备中使用高频电流的情况下，也可以利用受电电路205仅调节所提供的交流电流的电压或电流值等而直接使用交流电流。当在放电设备中使用直流电流的情况下，只要在受电电路205中适当设置转换器电路等而构成为能够将所提供的交流电流转换为直流电流即可。
像以上说明那样，本实施方式的电池1能够不经由金属等导电性的端子等而与充电器或医疗设备等连接设备电连接。因此，成为整个外表面被绝缘性的壳体10覆盖的结构并且能够与连接设备进行受电和送电，能够优选作为电池来使用。但是，与一般的电池不同，对电池1的输入和从电池1的输出全部是交流。作为交流的频率，优选为100kHz～1GHz左右的高频波段的频率。
并且，电池1不具有端子等那样的由导体形成、在外表面上露出并且通过配线等导体而与内部机构连接的部位，因此例如无需注意不弄湿端子等，操作容易。
而且，无需为了送电/受电而使连接设备与端子等接触，因此能够将在连接设备中装填的自由度设定得较高。
在本发明中，在具有电池和至少一个连接设备的电池系统中，将能够装填于连接设备的凹部内的电池的姿势中的、所装填的电池的第一电极和第二电极与设置于连接设备的连接设备侧第一电极和连接设备侧第二电极对置且处于能够进行电容耦合的状态的姿势定义为“可送电/受电姿势”。在上述的电池系统2中，像所说明的那样，能够装填于连接设备的凹部内的姿势全部是可送电/受电姿势，总计具有八个可送电/受电姿势。
关于一般的电池，如果不使连接设备与端子等接触，则无法进行送电/受电，因此基本上相对于一个连接设备仅具有一个可送电/受电姿势。在本发明的电池系统中，通过适当变更实质上由壳体10的形状决定的电池1的外形与连接设备的凹部的形状以及第一电极21和第二电极22的配置与连接设备的电极的配置，能够将可送电/受电的姿势设定为2以上的任意数。
接下来，参照图10和图11对本发明的第二实施方式进行说明。本实施方式的电池51与上述的电池1不同之处是第一电极和第二电极的配置方式。在以后的说明中，对与已经说明的结构相同的结构标注相同的标号，并省略重复的说明。
如图10所示，在电池51中，在正面11和背面12上各自配置有第一电极21和第二电极22。即，电池51具有第一电极21和第二电极22各两个。
图11是电池51的剖视图。各设置有两个的第一电极21和第二电极22分别通过配线25而连接，为相同电位(相同电压且相同相位)。
虽然省略了图示，但关于与电池51连接的连接设备，也分别沿着凹部的内表面中的、在收纳电池51时与正面11和背面12对置的两个面预先配置连接设备侧第一电极和连接设备侧第二电极。
本实施方式的电池51也与第一实施方式的电池1同样，操作非常容易，能够构成在连接设备中装填的自由度较高的电池系统。
并且，由于在正面11和背面12上各自设置有第一电极21和第二电极22，因此在装填于连接设备中时电池51在凹部内沿前后方向(连结正面11和背面12的方向)移动的情况下，在正面11和背面12中的一个面上对置的电极之间的距离变长，在另一个面上对置的电极之间的距离变短。因此，在电池51与连接设备之间所建立的电容器的合成容量不容易发生变化，在由电池51和连接设备形成的电路中，电容器的容量稳定性明显提高，控制变得容易。其结果为，能够进行更稳定的充电/放电。
但是，在电池51中，根据在连接设备中装填的姿势、连接设备侧第一电极和连接设备侧第二电极的配置方式等，第一电极21和第二电极22有时与连接设备侧第一电极和连接设备侧第二电极的双方对置。由于在这样的姿势下无法进行送电/受电，因此可送电/受电姿势的数量比电池1少，需要注意该点。
在本实施方式中，也可以仅在电池的正面和背面中的一个面上设置第一电极21和第二电极22。相反地，在连接设备中，也可以仅在收纳电池51时与正面11和背面12对置的两个面中的一个面上配置连接设备侧第一电极和连接设备侧第二电极。
并且，在将第一电极21和第二电极22设置在多个面上的情况下，也可以将各面的第一电极之间或第二电极之间相互连接。图12所示的变形例的电池51A具有底面是正方形的四棱柱状的外形，被配置为第一电极21和第二电极22分别沿着四个外周面52、53、54、55。由于各外周面的第一电极21之间与第二电极22之间相互连接，因此电池51A具有在整个外周面上配置有第一电极21和第二电极22的构造。由于电池51A是这样的构造，因此在装填于凹部内时，即使不考虑绕着四棱柱的轴线X1的方向上的与连接设备的相对位置关系地进行装填，也能够进行与连接设备的送电/受电。
而且，当电池51A的外形采用底面是圆的圆柱状时，在收纳于连接设备的凹部内时，即使完全不考虑周向(绕着圆柱的轴线的方向)上的与连接设备的位置关系地将电池51A收纳于凹部内，也能够进行送电/受电。在该情况下，电池系统的可送电/受电姿势存在无数个。
以上，对本发明的各实施方式进行了说明，但本发明的技术范围不限于上述实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内改变结构要素的组合，或对各结构要素增加或删除各种变更。
首先，电池的外形不限于上述内容，只要能够收纳于连接设备的凹部内并且具有两个以上的可送电/受电姿势，就可以形成为任意形状。
例如，作为装填于图3所示的充电器100中的电池，只要能够装填于凹部101内，壳体的正面和背面的形状就没有任何限制，在正面与背面上面的形状和大小也可以不同。并且，在电池和连接设备中电容耦合的面的形状也可以不同。
并且，在电容耦合的电池侧的电极与连接设备侧的电极中形状和大小也可以不同。
而且，电池的外形和凹部的形状不需要完全相同。因此，即使在将电池装填于凹部内时电池的一部分从凹部突出或在凹部内残留有空间，只要电池侧的电极与连接设备侧的电极以能够电容耦合的方式对置就不存在问题地作为电池系统发挥功能。
而且，电池的外形也不限于外表面仅由平面构成的情况。因此，也可以是上述的圆柱状、或图13所示的电池61那样的轴线方向两侧的面是椭圆形的椭圆柱状、或角或棱线被倒圆后的多棱柱状。此时，并不是必须使第一电极和第二电极与椭圆柱的轴线方向两侧的椭圆形面的长轴或短轴平行排列。例如，也可以像图14中示意性示出那样被配置为在与短轴XS和长轴XL中的任意轴都非平行的方向上对置。
在图15所示的变形例中，使电池71的外形为立方体，在图15所示的彼此相邻的三个面上分别配置有第一电极21。在图15中未示出的剩余的三个面上分别配置有第二电极22，电池71具有第一电极21和第二电极22各三个。
作为电池71的连接设备，准备了具有立方体状的凹部、在凹部内表面中的对置的一对面上分别配置有连接设备侧第一电极和连接设备侧第二电极的设备。在这样的结构的电池系统中，当将电池71装填于凹部内时，不论以何种姿势装填电池71，一定是三个第一电极21中的一个与连接设备侧第一电极和连接设备侧第二电极中的一方对置，并且三个第二电极22中的一个与连接设备侧第一电极和连接设备侧第二电极中的另一方对置。因此，在该电池系统中存在二十四个可送电/受电姿势，能够显著地提高使用性。
并且，在上述的各实施方式中，切换部的充电与放电的切换可以通过识别连接有电池的设备等而自动地进行，也可以采用使用者指定切换方式的结构。在后者的情况下也可以将用于切换的开关设置于电池的外表面上。
产业上的可利用性
本发明能够应用于电池以及具有电池和连接设备的电池系统。
标号说明
1、51、51A、61：电池；2：电池系统；10：壳体；21：第一电极；22：第二电极；23：电池单元；24：切换部；100：充电器(连接设备)；101：凹部；102：第一送电电极(连接设备侧第一电极)；103：第二送电电极(连接设备侧第二电极)；200：把持钳子(连接设备)；204：凹部；211：第一受电电极(连接设备侧第一电极)；212：第二受电电极(连接设备侧第二电极)。

Claims (6)

1.一种电池，其具有：
电池单元，其能够充电和放电；
第一电极和第二电极，它们与所述电池单元连接，以非接触状态与外部的电极电连接；
切换部，其被设置于包含所述电池单元、所述第一电极以及所述第二电极在内的电池电路内，将在所述电池电路内流动的电流切换成交流或直流；以及
绝缘性的壳体，其在内部收纳有所述电池单元、所述第一电极、所述第二电极以及所述切换部。
2.根据权利要求1所述的电池，其中，
所述第一电极和所述第二电极被配置为相对于设定在所述壳体中的规定的轴线而对称。
3.根据权利要求1或2所述的电池，其中，
所述切换部切换充电或放电的模式。
4.一种电池系统，其具有：
权利要求1至3中的任意一项所述的电池；以及
连接设备，其具有凹部以及连接设备侧第一电极和连接设备侧第二电极，所述凹部供所述电池装填，所述连接设备侧第一电极和所述连接设备侧第二电极在所述连接设备自身的内部沿着所述凹部的内表面配置，
当将所述电池装填于所述凹部内时，所述第一电极和所述第二电极与所述连接设备侧第一电极和所述连接设备侧第二电极以能够电容耦合的方式对置。
5.根据权利要求4所述的电池系统，其中，
所述电池能够以多个姿势装填于所述凹部内，在将所述电池装填于所述凹部内时，所述电池具有两个以上的使所述第一电极和所述第二电极与所述连接设备侧第一电极和所述连接设备侧第二电极以能够电容耦合的方式对置的可送电受电姿势。
6.根据权利要求5所述的电池系统，其中，
所述电池具有两个以上的所述第一电极，在所述可送电受电姿势中，所述第一电极中的至少一个与所述连接设备侧第一电极和所述连接设备侧第二电极中的一方以能够电容耦合的方式对置。
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