JP2004319304A

JP2004319304A - 組電池

Info

Publication number: JP2004319304A
Application number: JP2003112519A
Authority: JP
Inventors: Kenji Nakai; 賢治中井; Kensuke Hironaka; 健介弘中
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2003-04-17
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2023-04-17
Also published as: JP4003689B2

Abstract

【課題】使用後でも安全性を確保可能な組電池を提供する。
【解決手段】組電池２０は、単電池が直列接続された単電池群１、単電池群１を強制放電させるための強制放電回路１０を有している。強制放電回路１０は、強制放電時の負荷となる放電用抵抗Ｒ及び放電スイッチＳＷで構成されている。放電スイッチＳＷの上方には、放電スイッチＳＷの作動状態を表示する表示板１７が配置されている。組電池ケースには、表示板１７を視認可能な透明体７が配置されている。放電スイッチＳＷにアクセス可能な棒状の工具により放電スイッチＳＷを作動させることで、単電池群１及び放電用抵抗Ｒを直列接続させると共に、表示板１７を摺動させる。単電池群１が強制放電され、外部から透明体７を介して表示板１７を目視できる。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は組電池に係り、特に、複数の単電池が電池ケースに収容された組電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パソコン、携帯電話などの携帯情報機器の発達に伴い、これらの機器の電源に用いられる電池には高エネルギー密度化及び高容量化などが求められており、複数の電池を組み合わせた組電池（バッテリパック）が普及している。このような携帯機器用の小型電池では、個々の電池内に安全機構（電流遮断弁や熱感応スイッチ等）を設けることで電池使用時における安全性を確保している。ところが、バッテリパックの廃棄方法は使用者に委ねられており、電気エネルギーが残存したまま廃棄されると、発熱や火災等の可能性がある。これを避けるために、バッテリパックに正負極の出力端子を電気的に接続する機構を設けることで、バッテリパックを意図的に完全放電させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、自動車産業界においては環境問題や燃料の枯渇問題に対応すべく、排出ガスのない、動力源を完全に電池のみにした電気自動車や、内燃機関エンジンと電池との両方を動力源としたハイブリッド（電気）自動車の開発が加速され、一部実用化の段階にきている。
【０００４】
電気自動車の動力源となる電池には当然高出力、高エネルギー特性が必要となるので、電池が大型化され、なおかつ複数の単電池が並列や直列、又は、並列直列が組み合わされた構成の組電池（バッテリモジュール）とされる。このような大型の電池や組電池では、その動作時の電流が非常に大きいため、上述した携帯機器用の小型電池に用いられる安全機構を採用することができない。このため、組電池等の使用時の安全性を確保する技術の開発が進められており、例えば、単電池の配列及び単電池間の間隔を調整することで組電池の安全性を向上させる技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。また、組電池のケースに通風口を設け発生した熱を放出させる技術も知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
また、組電池や組電池の搭載車両が寿命に到達した時点又は組電池や車両の保守等の必要に応じて、組電池が車両から取り外される場合がある。取り外された組電池が寿命に到達しているときは、通常の回収ルートにより当該組電池が回収され業者により分解されて有用な部材や成分が再利用される。このような寿命到達後の回収時や分解時等においても安全性が要求されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−３６７５７号公報（段落番号「００３０」）
【特許文献２】
特開２００２−３７３６３３号公報（段落番号「０００８」「００２１」）
【特許文献３】
特開２００１−３２５９９６号公報（段落番号「０００８」「００４９」）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献の技術では、残存電気エネルギーが放電されたことを組電池の外部から識別することができないため、業者が回収した場合でも、分解前に残存電気エネルギー等の測定による安全性の確認が必要となる。また、通常の回収ルートで回収されず一般の人の手に渡った場合には、組電池本来の目的以外の用途に使用される可能性がある。例えば、専用の充電器での充電がなされるとは限らないし、充放電の制御が所定の条件内に収まらないことも考えられる。
【０００８】
上記事案に鑑み本発明は、使用後でも安全性を確保可能な組電池を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、複数の単電池が電池ケースに収容された組電池において、前記電池ケースは、前記複数の単電池を強制的に放電させるための強制放電回路を内蔵し、外部から前記強制放電回路の作動状態を目視可能なインジケータを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、電池ケースが複数の単電池を強制的に放電させるための強制放電回路を内蔵しているため、強制放電回路を作動させることで、使用後の組電池に残存する電気エネルギーが強制的に放電され組電池の機能を完全に終了させることができると共に、電池ケースは外部から強制放電回路の作動状態を目視可能なインジケータを有しているため、使用後の組電池を取り扱う者は強制放電回路の作動状態を外部から目視することができるので、使用後の組電池の安全性を認識することができる。
【００１１】
この場合において、強制放電回路を非復帰型スイッチにて作動させるようにすれば、強制放電回路を作動させるスイッチは復帰しない（強制放電回路の作動後の接続が維持される）ため、通常の充放電が不可能となり使用後の組電池の安全性を維持することができる。また、非復帰型スイッチを電池ケースの外表面より内部側に配置し、非復帰型スイッチにアクセス可能な工具を用いて作動させるようにすれば、組電池使用時に非復帰型スイッチの誤作動を防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明を適用した組電池の実施の形態について説明する。
【００１３】
（構成）
図１に示すように、本実施形態の組電池２０は、組電池２０の筐体となる電気絶縁性の樹脂製組電池ケース６を備えている。組電池ケース６内には、マンガン酸リチウム等を主要構成材料とした複数個の円柱状単電池が収容されている。単電池は電気的に直列に接続されている。
【００１４】
組電池ケース６の上部一側には、正極、負極外部出力端子となる円柱状の組電池端子３Ａ、３Ｂが立設されている。組電池端子３Ａ、３Ｂの間には、後述する放電用抵抗Ｒを収容する矩形状の放電抵抗収容部５が突設されている。組電池ケース６の上部他側には、各単電池の電圧を検出して単電池間の電圧を均一に調整するための単電池コントローラ２（図３参照）を収容する単電池コントローラ収容部８が固着されている。
【００１５】
組電池ケース６の長手方向と直交する側面の組電池端子３Ａ、３Ｂ側上部には、組電池２０を強制放電させる放電スイッチＳＷ（図２参照）へのアクセスを許容する円形のスイッチ窪み４が形成されている。スイッチ窪み４は、直径約４ｍｍ、長さ約２０ｍｍの穴状とされており、断面略コ字状の形状を有している。組電池ケース６の上部で組電池端子３Ｂの近傍には、矩形状の窓孔に固定され放電スイッチＳＷの作動状態を視認可能な透明体７が配置されている。
【００１６】
図２に示すように、組電池ケース６のスイッチ窪み４の最奥部となる位置には、放電スイッチＳＷを作動させるスイッチ作動部材１２を挿入するための貫通孔１１が形成されている。スイッチ作動部材１２は、電池ケース６に対し摺動可能なピストン部１４と、ピストン部１４の一側に配置されスイッチ窪み４内を摺動可能な円盤部１３とを有した断面略Ｔ字状とされている。ピストン部１４の他側はスイッチ窪み４内から貫通孔１１を貫通して組電池ケース６内に挿入されている。ピストン部１４の延長線上には、プッシュ式の放電スイッチＳＷが配置されている。スイッチ窪み４内のピストン部１４周面には、他方が上方に付勢された板バネ１５の一方が固定されている。
【００１７】
組電池ケース６内のピストン部１４周面には、スイッチ作動部材１２を組電池ケース６に係止させる係止部材１６が固着されている。係止部材１６の上部は、樹脂製薄板状の表示板１７をスイッチ作動部材１２に連接する連接板１８の下端部に当接している。係止部材１６及び連接板１８の下端部は、一端が固定されたバネ２１によりスイッチ窪み４側に付勢されている。従って、係止部材１６は組電池ケース６に当接している。
【００１８】
連接板１８の上端部は表示板１７の下面略中央部に固着されている。表示板１７は、上部表面が色分け（例えば、赤色及び青色の２色）されており、組電池ケース６の内面側に固定された図示しない案内溝に沿って組電池ケース６の長手方向に摺動可能とされている。表示板１７の色分けされた一方の領域の上方に、上述した透明体７が配置されている。
【００１９】
図３に示すように、組電池２０は、単電池が直列接続された単電池群１、単電池群１を強制放電させるための強制放電回路１０及び単電池コントローラ２を有している。強制放電回路１０は、強制放電時の負荷となる放電用抵抗Ｒ及び放電スイッチＳＷで構成されており、放電スイッチＳＷにより単電池群１及び放電用抵抗Ｒが直列接続可能とされている。単電池群１の最高電位側単電池の正極端子は組電池端子３Ａに接続されている。一方、単電池群１の最低電位側単電池の負極端子は放電スイッチＳＷの一端に接続されている。放電スイッチＳＷの他端は、組電池端子３Ｂが接続された接点ａ又は放電用抵抗Ｒの一端が接続された接点ｂに接続可能とされている。放電用抵抗Ｒの他端は単電池群１の最高電位側単電池の正極端子に接続されている。各単電池の正極端子及び最低電位側単電池の負極端子は単電池の両端電圧を検出するリード線及び図示を省略したハーネスを介して単電池コントローラ２に接続されている。
【００２０】
（動作）
組電池２０の通常使用時には、放電スイッチＳＷは接点ａと接続されている。これにより、正負極の組電池端子３Ａ、３Ｂを使用して充放電が可能となる。このとき、表示板１７に固着された連接板１８はバネ２１によりスイッチ窪み４側に付勢されており係止部材１６が組電池ケース６に当接・係止しているため、表示板１７の色分けされた一方の領域（例えば、青色の領域）が透明体７の下方に位置している。組電池２０の使用後、例えば、所望の出力を得ることができなくなったとき又は不要となったとき等には、強制放電回路１０を作動状態として単電池群１に残存している電気エネルギーを強制的に放電させる。
【００２１】
図２に示すように、組電池２０を強制放電させるときは、放電スイッチＳＷがスイッチ作動部材１２の延長線上の組電池ケース６内部に配置されているため、スイッチ窪み４に挿入可能な細長い棒状の工具（例えば、ドライバ）を用いてスイッチ作動部材１２を押動して放電スイッチＳＷを作動させる。これにより、放電スイッチＳＷが接点ｂに接続され単電池群１及び放電用抵抗Ｒが直列接続されるので、強制放電回路１０が作動状態となる（図３参照）。また、スイッチ作動部材１２が押動されると、ピストン部１４に固定されている板バネ１５に貫通孔１１の内周面から圧力が掛かる。これにより、バネ２１の付勢力に抗して板バネ１５がピストン部１４に圧接し貫通孔１１を通過して組電池ケース６内に入る。組電池ケース６内では、貫通孔１１の内周面からの圧力が開放され板バネ１５が元に戻るため、板バネ１５が障害となりスイッチ窪み４側に戻ることができない。従って、放電スイッチＳＷは元の状態に復帰することができないため、接点ｂとの接続が維持される。
【００２２】
また、スイッチ作動部材１２の押動に伴い、係止部材１６に当接している連接板１８が押されるため、表示板１７を電池ケース６の長手方向に摺動させる。これにより、表示板１７の色分けされた他方の領域（例えば、赤色の領域）が透明体７の下方に位置することとなる。
【００２３】
（作用等）
組電池を使用後、所望の出力を得ることができなくなったり、不要となったりした場合は組電池を廃棄するが、安全性のためには組電池に電気エネルギーの残存していないようにすることが必要となる。このため、本実施形態の組電池２０は、強制放電回路１０を有している。強制放電回路１０を作動状態とすることで、単電池群１に残存する電気エネルギーが強制的に放電されるので、組電池２０を電気エネルギーが残存していない状態として廃棄することができる。従って、廃棄後の安全性を確保することができる。放電用抵抗Ｒの抵抗値を小さくすることで、強制放電に要する時間を短縮することができるが、強制放電に伴う発熱が大きくなり、逆に、抵抗値を大きくすることで、放電時間は長くなるものの発熱を小さくすることができる。従って、放電用抵抗Ｒの抵抗値は、単電池部１の容量、放電時間及び発熱の程度等を考慮して選定することが好ましい。
【００２４】
また、本実施形態の組電池２０では、スイッチ作動部材１２がスイッチ窪み４の最奥部に配置されており、スイッチ作動部材１２の延長線上の組電池ケース６内部に放電スイッチＳＷが配置されている。このため、放電スイッチＳＷを作動させるには、スイッチ作動部材１２にアクセス可能な工具を用いてスイッチ作動部材１２を押動することが必要となる。これにより、組電池２０の通常使用時に不用意に放電スイッチＳＷを作動させることなく充放電を行うことができる。
【００２５】
更に、本実施形態の組電池２０では、スイッチ作動部材１２に板バネ１５を固定することで、スイッチ作動部材１２が元の状態に復帰しないようにしている。このため、スイッチ作動部材１２により作動された放電スイッチＳＷを復帰させることができない。これにより、放電用抵抗Ｒと単電池群１との直列接続が維持され強制放電状態を解除することが不可能となる。従って、組電池２０の充電を行うことができなくなるので、組電池２０の使用後でも安全性を確保することができる。
【００２６】
また、本実施形態の組電池２０では、スイッチ作動部材１２に連接する表示板１７を有している。このため、スイッチ作動部材１２を押動していないとき（通常時）には表示板１７の一方、例えば、青色の領域が、放電スイッチＳＷを作動したとき（強制放電回路作動時）には他方、例えば、赤色の領域がそれぞれ透明体７の下方に位置することとなる。これにより、強制放電回路１０が作動状態になっていることを組電池２０の外部から目視することができる。従って、電気エネルギーが残存していない状態の組電池２０を容易に確認することができるため、使用後の組電池を回収した業者は、残存する電気エネルギーの測定等を行うことなく安全に分解作業を行うことができる。また、一般の人でも使用後の組電池２０が使用不可能となっていることを認識することができるため、組電池２０の本来の用途以外での使用等を回避することができる。
【００２７】
なお、本実施形態では、強制放電回路１０の作動状態を外部から目視可能とするために透明体７の下方に色分けした表示板１７を用いた例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、表示板１７を色分けする代わりに、使用可・使用不可、等を表示するようにしてもよい。このようにすれば、一般の人でも組電池の状態をはっきり認識することができる。また、表示板１７やスイッチ作動部材１２を用いることなく、透明体７の下方かつ、スイッチ窪み４の最奥部の組電池ケース６に直接放電スイッチＳＷを配置することで、放電スイッチＳＷの作動状態を直接目視可能とするようにしてもよい。このようにすれば、表示板１７等の部材が不要となるので、組電池ケース６内のスペース利用効率を高めることができる。
【００２８】
また、本実施形態では、スイッチ作動部材１２と連接する表示板１７を用いて放電スイッチの作動状態をメカニカルに表示させる例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、電気的に表示させたり、電池の放電に伴う発熱を利用（組電池の強制放電が完了した状態では、電気エネルギーがなくなっており、発熱により上昇した温度も徐々に低下する）して感熱表示させるようにしてもよい。
【００２９】
更に、本実施形態では、スイッチ作動部材１２に板バネ１５を固定することでプッシュ式の放電スイッチＳＷの作動後に元の状態に復帰しないようにした例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、放電スイッチＳＷに非復帰型のスイッチを用いるようにしてもよい。このようにすれば、板バネ１５が不要となるので、組電池の組立作業性の向上を図ることができる。
【００３０】
また、放電スイッチＳＷに復帰可能型スイッチを用いるようにしてもよい。このようにすれば、放電スイッチを復帰させることで、強制放電された組電池を充放電可能な状態に戻すことができる。この場合、強制放電された組電池が一般の人の手に渡る可能性を考慮すると、安全性を確保するためには、復帰可能型スイッチの作動に専用工具を用いるようにすることが好ましい。例えば、本実施形態で例示した円形のスイッチ窪みを異形とすることで、スイッチの作動に異形の窪みに適合する専用工具を用いるようにすることができる。また、自動車修理工場やディーラの作業者等に専用工具を所有させることで、特定の作業者によってのみスイッチの作動が可能となるため、一般の人がスイッチを復帰させ強制放電状態を解除して組電池を使用することを防止することができ、安全性を確保することができる。更に、非復帰型スイッチを用いた場合であっても、不用意な強制放電回路の作動を回避するために、スイッチの作動に専用工具を用いるようにしてもよい。
【００３１】
更にまた、本実施形態では、組電池２０に複数個の単電池を直列に接続した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、並列接続や並列直列を組合せて接続してもよく、また、単電池の個数も制限されるものではない。また更に、本実施形態では、マンガン酸リチウム等を主要構成材料とした円柱状単電池を例示したが、本発明は単電池の種類についても制限されるものではない。本実施形態以外の単電池としては、例えば、鉛蓄電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池、リチウム二次電池、リチウムポリマー電池等を挙げることができ、用いる単電池の形状や大きさについても特に制限されるものではない。
【００３２】
また、大型の組電池を取り扱う自動車修理工場やディーラ等では、車両等から組電池を取り外した際には必ずスイッチを操作して強制放電回路を作動させる義務を作業者に課すことが好ましく、組電池はもとより車両の整備マニュアルに記載しておくと共に、組電池自体にもその旨記載したラベルを貼り付けておくことが好ましい。これにより、組電池使用後の安全性の更なる向上を図ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電池ケースが複数の単電池を強制的に放電させるための強制放電回路を内蔵しているため、強制放電回路を作動させることで、使用後の組電池に残存する電気エネルギーが強制的に放電され組電池の機能を完全に終了させることができると共に、電池ケースは外部から強制放電回路の作動状態を目視可能なインジケータを有しているため、使用後の組電池を取り扱う者は強制放電回路の作動状態を外部から目視することができるので、使用後の組電池の安全性を認識することができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の組電池の概略斜視図である。
【図２】組電池のスイッチ窪み及び透明体近傍を示す部分断面図である。
【図３】組電池の強制放電回路の接続を示すブロック回路図である。
【符号の説明】
４スイッチ窪み
６組電池ケース（電池ケース）
７透明体（インジケータ）
１０強制放電回路
１７表示板
２０組電池
ＳＷ放電スイッチ

Claims

複数の単電池が電池ケースに収容された組電池において、前記電池ケースは、前記複数の単電池を強制的に放電させるための強制放電回路を内蔵し、外部から前記強制放電回路の作動状態を目視可能なインジケータを有することを特徴とする組電池。
前記強制放電回路は、非復帰型スイッチにて作動させるものであることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
前記非復帰型スイッチは、前記電池ケースの外表面より内部側に配置され、前記非復帰型スイッチにアクセス可能な工具を用いて作動させるものであることを特徴とする請求項２に記載の組電池。