JP2010531047A - 少なくとも１つのバッテリを備えた装置 - Google Patents

Abstract

本発明は少なくとも１つのバッテリおよび２つの電気コンタクトを備えた装置に関する。本発明によれば、第１の電気コンタクトが前記バッテリの第１の極に接続されており、第２の電気コンタクトが前記バッテリの第２の極に接続されており、前記第１の電気コンタクトと前記第１の極とのあいだに第１の抵抗および第２の抵抗から形成される並列回路が配置されており、前記第１の抵抗は第１の温度で阻止状態へ切り換えられ、前記第２の抵抗は前記第１の温度より低い第２の温度で阻止状態へ切り換えられ、前記第１の抵抗は前記第２の抵抗より高い電流耐性を有する。

Description

従来技術
本発明は少なくとも１つのバッテリを備えた装置に関する。本発明は特にハンドツールマシン用の蓄電池の形態のバッテリを備えた装置に関する。

こんにちのハンドツールマシン、例えばハンドボーリング機または電動ドライバーなどは蓄電池パックから電流を供給されることが多い。ここで、蓄電池パックは、電気的に相互に接続された複数のセルを有しており、例えばプラスティックコーティングによってまとめられている。

こうした蓄電池パックでの駆動が行われる場合、セルがオーバヒートしないよう保護しなければならない。

本発明の利点
本発明によれば、２つの温度感応性抵抗から形成される並列回路がバッテリの第１の極と装置の第１の電気コンタクトとのあいだに接続され、第１の抵抗は第１の温度で阻止状態へ切り換えられ、第２の抵抗は第１の温度より低い第２の温度で阻止状態へ切り換えられる。

これにより、バッテリと電気コンタクトとのあいだの電気的接続を遮断するための切換温度を機器ごとに個別に適合化することができる。また、２つの抵抗から形成される並列回路により全抵抗値が小さくなる。

バッテリを備えた装置の概略図である。 装置がバッテリで駆動されている場合の電流特性曲線のグラフである。 温度のグラフである。

本発明の有利な実施形態は従属請求項に示されている。

本発明によれば、第１の抵抗は第２の抵抗より高い電流耐性を有する。

有利な実施形態によれば、バッテリは再充電可能バッテリとして構成されている。

別の有利な実施形態によれば、バッテリはリチウムイオンバッテリであり、有利にはバッテリのカソードがリン酸鉄リチウムを含む。２つの抵抗から形成される並列回路により、リチウムイオンバッテリのオーバヒートが回避される。

別の有利な実施形態によれば、第１の抵抗および／または第２の抵抗は、温度の上昇につれて抵抗値が増大し、所定の切り換え温度で抵抗値が跳躍的に増大するＰＴＣ抵抗として形成されている。

別の有利な実施形態によれば、再充電可能バッテリは第１の電気コンタクトおよび第２の電気コンタクトを介して充放電される。これにより２つの電気コンタクトを設けるだけで再充電可能バッテリの電気的接続を形成することができる。また第１の抵抗および第２の抵抗から形成される並列回路によって、電流を送出する際だけでなく、バッテリの充電過程において電流を受容する際にも、温度上昇に対する保護が達成される。

本発明の実施例を図示し、以下に詳細に説明する。

図１には収容室２を備えたケーシング１が示されている。収容室２にはバッテリ３が配置される。バッテリ３は正極４および対向側の負極５を有する。正極４はカソード１６に接続される第１の極であり、負極５はアノード１７に接続される第２の極である。正極４はケーシング１内のバッテリ３の正極４の近傍で収容室２に接する第１の対向コンタクト６に接している。負極５はケーシング１内のバッテリ３の負極５の近傍で収容室２に接する第２の対向コンタクト７に接している。第１の対向コンタクト６は第１の電気線路８に接続されている。第１の電気線路８は第１の対向コンタクト６を第１の抵抗１１および第２の抵抗１２から形成される並列回路１０へ接続している。並列回路１０はケーシング１の外部用の第１の電気コンタクト１４へ通じる第３の電気線路１３に接続されている。

第２の対向コンタクト７は第２の電気線路９を介してケーシング１の外部用の第２の電気コンタクト１５へ接続されている。第１の電気コンタクト１４および第２の電気コンタクト１５はケーシング１の電気的接続のために設けられている。例えば、ケーシング１は、電動ドライバーまたはボーリング機などの電気機器すなわちハンドツールマシン内のケーシングである。ハンドツールマシンのモータとバッテリ３との電気的接続は電気コンタクト１４，１５によって形成される。バッテリ３が再充電可能バッテリとして構成される有利な実施例においては、第１の電気コンタクト１４および第２の電気コンタクト１５はバッテリ３への充電を行う充電装置に対する電気コンタクトとして用いられる。この場合、再充電可能バッテリを備えたケーシング１は蓄電池パックとなる。選択される実施例に応じて、１つまたは複数のバッテリがケーシング１内に配置される。電気コンタクト１４，１５での電圧を高めるには、複数のバッテリを設けてケーシング１内で直列に接続し、第１の電気コンタクト１４および第２の電気コンタクト１５でのバッテリ電圧を加算して相応の高さの出力電圧を得るとよい。

第１の抵抗１１および第２の抵抗１２から形成される並列回路１０は、図示の実施例では、正極４と第１の電気コンタクト１４とのあいだに配置されている。選択される実施例に応じて、第１の抵抗１１および第２の抵抗１２から形成される並列回路１０を負極５と第２の電気コンタクト１５とのあいだに配置することもできる。

第１の抵抗１１および第２の抵抗１２から形成される並列回路１０はバッテリ３をオーバヒートから保護する役割を有している。このために例えば温度の上昇につれて抵抗値を増大させる感温性抵抗、いわゆるＰＴＣ抵抗が、第１の抵抗１１および第２の抵抗１２として配置される。ＰＴＣ抵抗の形態に応じて、第１の抵抗および第２の抵抗は、所定の抵抗特性、すなわち、或る温度できわめて大きく抵抗値を増大させ、電力を伝達するという意味では電流を流さなくなる特性を有していてもよい。第１の抵抗１１および第２の抵抗１２の抵抗値がきわめて大きくなる温度の値は種々に選定可能である。なおＰＴＣ抵抗とは正の温度係数を有する抵抗（positive temperature coefficient resistor）の意である。

有利には、第１の抵抗１１は第１の切り換え温度で阻止状態へ切り換えられ、また第２の抵抗１２は第１の切り換え温度より低い第２の切り換え温度で阻止状態へ切り換えられ、第１の抵抗は第２の抵抗より高い電流耐性を有する。このようにすれば、切り換え温度がバッテリの保護にとって望ましい温度を数℃上回る第１の抵抗と、切り換え温度はバッテリの保護にとって望ましい温度に近いが、バッテリからの電流またはバッテリへの電流を流すための電流耐性の充分でない第２の抵抗とを利用することができる。つまり、バッテリ駆動にとって望ましい大きな電流耐性は第１の抵抗１１が有しているのである。

バッテリ３は例えばリチウムイオンバッテリなどの再充電可能バッテリ（蓄電池）の形態で構成されている。有利な実施例では、バッテリはカソードにリン酸鉄リチウムを含む。リチウムイオンバッテリまたはカソード材料にリン酸鉄リチウムを含むバッテリは、オーバヒートに対して比較的不感であるという利点を有する。このため、第１の抵抗および第２の抵抗から形成される並列回路という簡単な保護手段によって、再充電可能バッテリのオーバヒートを防止することができる。

図２には、再充電可能バッテリ３から電流が送出される状況あるいは充電時に再充電可能バッテリへ電流が供給される状況が示されている。図２のグラフでは、左のＹ軸に電流Ｉの時間増分が表されており、Ｘ軸に時間ｔが表されており、右のＹ軸に第１の抵抗および第２の抵抗の抵抗値Ｒが表されている。

開始時点ｔ_０の温度Ｔ_０では並列回路を全電流Ｉが流れている。全電流Ｉは、第１の抵抗１１の第１の部分電流Ｉ_１と第２の抵抗１２の第２の部分電流Ｉ_２とに分割される。つまり、２つの部分電流Ｉ_１，Ｉ_２を加算すると全電流Ｉが得られる。全電流Ｉおよび第２の部分電流Ｉ_２は実線で、第１の部分電流Ｉ_１は破線で示されている。開始時点ｔ_０から第１の時点ｔ_１までのあいだは第１の抵抗１１の抵抗値Ｒ_１も第２の抵抗１２の抵抗値Ｒ_２も小さい。ここで、第１の抵抗の抵抗値Ｒ_１は破線で、第２の抵抗の抵抗値Ｒ_２は実線で示されている。温度は初期温度Ｔ_０から徐々に上昇し、第２の時点ｔ_２で第２の温度Ｔ_２へ達する。第２の温度Ｔ_２は第２の抵抗１２の切り換え温度であり、ここで第２の抵抗１２の抵抗値がいちじるしく大きくなって阻止値に到り、電流の導通が遮断されて電力が伝達されなくなる。

図示の実施例では阻止値は約１１Ωの値である。第２の温度Ｔ_２で第２の抵抗の抵抗値が大きく増大するため、並列回路の全電流Ｉは第２の温度Ｔ_２で第１の抵抗１１の第１の部分電流Ｉ_１まで低下し、それ以上は流れない。

バッテリ３の温度がさらに上昇し、第２の温度Ｔ_２と第１の温度Ｔ_１とのあいだになると、バッテリ３には第１の抵抗１１のみを介して電流が流れる。バッテリ３が第１の抵抗１１の切り換え温度に相応する第１の温度Ｔ_１に達すると、第１の抵抗１１の抵抗値Ｒ_１はきわめて大きくなり、当該の第１の抵抗を介して電力を伝達できなくなる。図示の実施例では第１の抵抗１１の阻止値は第２の抵抗１２の阻止値と類似した値であり、ここでは１１Ωである。第１の抵抗１１が切り換え温度である第１の温度Ｔ_１で阻止状態へ切り換えられることにより、第１の抵抗１１および第２の抵抗１２から形成される並列回路１０を流れる全電流Ｉはほぼ０Ａまで低下する。したがって、第１の電気コンタクト１４とバッテリの正極４とのあいだの電気的接続は阻止状態へ切り換えられる。

第１の抵抗１１および第２の抵抗１２がバッテリ３の近傍に配置されているか、あるいは、第１の抵抗１１および第２の抵抗１２とバッテリ３とのあいだに熱伝導性材料が配置されていることにより、２つの抵抗とバッテリとは熱的に結合されている。

前述したように、導通状態と阻止状態とを切り換える切り換え温度として、バッテリ３の保護にとって望ましい温度を上回る温度を有する第１の抵抗を用いることができる。ここで、第１の抵抗の第１の切り換え温度はバッテリの保護温度を数℃上回る値である。さらに、電流耐性は充分でないが、その導通状態と阻止状態とを切り換える切り換え温度がバッテリの熱保護にとって望ましい切り換え温度を下回る第２の抵抗が設けられている。第２の抵抗が阻止されると、第１の抵抗を通る電流が増大しひいては第１の抵抗が自己加熱されることにより、第１の抵抗の温度はバッテリ温度を超えて第１の切り換え温度に達するが、バッテリ３の温度は第１の抵抗の切り換え温度を超えないので、バッテリ３がオーバヒートによって損傷を受けるおそれはない。つまり、第２の抵抗１２が阻止状態へ切り換えられることによって第１の抵抗１１が付加的に自己加熱されて第１の抵抗１１の切り換え温度が達成される一方、バッテリ温度は超過されないのである。

選択される実施例に応じて、並列回路１０は３つ以上の抵抗を有していてもよい。

図２によれば、バッテリ３の実際の温度は、第２の抵抗１２が阻止状態へ切り換えられた後、第１の抵抗１１の温度を下回る。特に、バッテリ３の温度は、第１の抵抗１が第１の切り換え温度に達したとき、つねに許容可能な最大値、すなわち第１の抵抗の温度より少なくとも１℃〜数℃低くなることが保証される。

図３には、第１の抵抗１１，第２の抵抗１２およびバッテリ３の温度の時間特性が示されている。ここでは第１の抵抗１１の温度Ｔ_Ｂ１，第２の抵抗１２の温度Ｔ_Ｂ２およびバッテリ温度Ｔ_Ｂが示されている。開始時点ｔ_０から第１の時点ｔ_１までのあいだ、電流は並列回路１０を通って流れ、第１の抵抗１１の温度Ｔ_Ｂ１，第２の抵抗１２の温度Ｔ_Ｂ２およびバッテリ温度Ｔ_Ｂはほぼ均等に上昇する。このことは図３では実線で示されている。第１の時点ｔ_１では第２の抵抗１２が切り換え温度Ｔ_２に達し、第２の抵抗１２が阻止状態へ切り換えられる。この時点で全電流は第１の抵抗１１を介して流れる。これにより、実線で示されている第１の抵抗１１の温度Ｔ_Ｂ１は、破線で示されているバッテリ温度Ｔ_Ｂよりも大きな傾きで上昇している。第２の時点ｔ_２で見ると、第１の抵抗の温度は切り換え温度Ｔ_１に達しているが、バッテリ温度は第１の抵抗の切り換え温度よりも格段に低い値である。こうして、オーバヒートを防止するためのバッテリの保護温度に一致しない切り換え温度を有する２つのＰＴＣ抵抗によって、オーバヒートに対する保護回路が形成される。選択される実施例に応じて、バッテリ３のオーバヒートを防止するための切り換え温度Ｔ_Ｓを第１の抵抗１１に対して設定してもよい。この場合、第１の抵抗および第２の抵抗から形成される並列回路の全抵抗値がいちじるしく低減されるという利点が得られる。

例えば第１の抵抗１１の切り換え温度はバッテリ３で所望される遮断温度より０．５℃〜５℃高い。第２の抵抗１２の切り換え温度はバッテリ３で所望される遮断温度より０．５℃〜５℃低い。

第１の抵抗１１および第２の抵抗１２が導通する時点から、電流負荷は第１の抵抗１１および第２の抵抗１２の内部抵抗値に反比例する。第２の抵抗１２が切り換え温度に達すると、再充電可能バッテリ３（蓄電池パック）は通常動作を行う。第２の抵抗１２が切り換え温度を上回ると、バッテリ３からの電流の放出またはバッテリ３への電流の供給が可能となる。第２の抵抗１２が阻止状態へ切り換えられた後、第１の抵抗１１を介して全電流が流れる。これにより第１の抵抗１１は付加的に自己加熱され、迅速に切り換え温度に達し、電流の流れは完全に遮断される。

Claims (7)

1. 少なくとも１つのバッテリ（３）および２つの電気コンタクト（１４，１５）を備えた装置において、
   第１の電気コンタクト（１４）が前記バッテリの第１の極（４）に接続されており、第２の電気コンタクト（１５）が前記バッテリの第２の極（５）に接続されており、
   前記第１の電気コンタクトと前記第１の極とのあいだに第１の抵抗（１１）および第２の抵抗（１２）から形成される並列回路（１０）が配置されており、
   前記第１の抵抗は第１の温度（Ｔ１）で阻止状態へ切り換えられ、前記第２の抵抗は前記第１の温度より低い第２の温度（Ｔ２）で阻止状態へ切り換えられ、
   前記第１の抵抗は前記第２の抵抗より高い電流耐性を有する
   ことを特徴とする装置。
2. 前記バッテリは再充電可能バッテリである、請求項１記載の装置。
3. 前記バッテリはリチウムイオンバッテリである、請求項１または２記載の装置。
4. 前記バッテリのカソード（１６）はリン酸鉄リチウムを含む、請求項３記載の装置。
5. 前記第１の抵抗および／または前記第２の抵抗は温度の上昇につれて抵抗値の増大する抵抗として形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 前記再充電可能バッテリは前記第１の電気コンタクトおよび前記第２の電気コンタクトを介して充放電される、請求項２から５までのいずれか１項記載の装置。
7. 前記第１の温度から前記第２の温度のあいだにある保護温度（ＴＳ）で前記バッテリが電気的に絶縁され、前記第１の抵抗および前記第２の抵抗が阻止状態へ切り換えられる、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。

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