JP2012104472A - 相互交換可能なバッテリパック装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本来的に安全なリチウムバッテリパックを提供する。
【解決手段】相互交換可能なバッテリパック装置および方法が開示される。これは、プリント回路板およびバッテリのペアを電気的に接続するためのコネクタ１８５を備える頂部ハウジング１５０を有し、これらは外部装置に電力を供給するためのものである。バッテリを接続するための多数のバッテリ部品を有する底部ハウジング１２５は、固定具を介して頂部ハウジング１５０に連結することができ、バッテリを湿気および腐食性の環境から保護するためのバッテリパック１００を形成する。バッテリパック１００は相互交換可能であり、交換可能なバッテリパックとして使用され、および／または耐久性のあるポットされるバッテリパックとして使用される。
【選択図】図１

Description

[0001]実施形態は、全体として、バッテリパッキング方法およびシステムに関する。また、実施形態は、本来的に安全なリチウムバッテリパックに関する。追加的に、実施形態は、本来的に安全なバッテリパックを提供するための、交換可能なパッキング方法に関する。

[0002]バッテリパックは、一般に、１セットの（好ましくは）同一のバッテリまたは個別のバッテリセルを含む。バッテリパックは、典型的には外部応用装置（たとえばトランスミッタ）に取り外し可能な方法で取り付けることができ、装置に電力を供給し、あるいは、充電するための充電器に取り付けることができる。バッテリパック内に配置されるバッテリは、一般に、下のある支持部上に配置され、バッテリを覆うカバーにより支持部上に保持され、また、下の支持部に固定される。バッテリの端子は、多数のバッテリ内コネクタおよびバッテリをバッテリパック内に保持するバネにより、互いに電気的に接続することができ（たとえば、直列、並列、または両者の混合）、また、所望の電圧、容量、および電力密度を伝達する。

[0003]本来的に安全なバッテリパックは、セルパックとして定義することができ、そのエネルギーは、様々な環境で適切に用いられるときに発火を生じさせないポイントに限定される。多くの従来技術のバッテリパック設計は、危険な環境において本来的に安全でない。そのような従来のバッテリパック設計は、湿気のある腐食性の環境におけるバッテリに関し耐久性のある保護を提供することができない。さらに、そのようなバッテリパックは、危険な環境における応用装置に取り付けられたバッテリを交換するための安全な手段を提供しない。

[0004]上記に基づき、改良された相互交換可能なバッテリパックの装置および方法への需要があると考えられる。また、以下で詳細に説明される本来的に安全なバッテリパックを提供するための相互交換可能なパキング方法に対する需要があると考えられる。

[0005]以下の概要は、開示される実施形態に特有の革新的な特徴のいくつか理解を促進するために提供され、完全な説明であることを意図していない。開示される実施形態の様々な特徴の完全な理解は、明細書、特許請求の範囲、図面、および要約の全体を参照することにより得られる。

[0006]それゆえ、開示される実施形態の一側面は、改良された相互交換可能なバッテリパック装置および方法を提供することである。
[0007]開示される実施形態の他の側面は、本来的に安全なバッテリパックを提供するための改良された相互交換可能なパッキング方法を提供することである。

[0008]上述の側面および他の目的および利点は、本明細書で説明されるように達成することができる。相互交換可能なバッテリパック装置および方法が本稿で開示される。頂部ハウジングは、頂部ハウジング上に配置される端子プレートのペアを介して外部装置に関して電力を供給するために、プリント回路板およびバッテリのペアを電気的に接続するためのコネクタを備える。バッテリを接続するための多数のバッテリ要素を備える底部ハウジングは、固定具を介して頂部ハウジングに連結することができ、バッテリを湿気および腐食環境から保護するためにバッテリパックを形成する。バッテリパックは、相互交換可能に、交換可能なバッテリパックおよび／または耐久性を備えるポットバッテリパックとして使用することができる。

[0009]交換可能なバッテリパックは、バッテリ要素をバッテリに接続するために、プリント回路板およびコネクタをバッテリおよびバッテリコネクタに接続するためのバネを含む。ＰＣＢおよびコネクタは、バネを介してバッテリから外部装置（たとえばトランスミッタ）への動力を受け取りおよび提供する。バネおよびバッテリ接続部は、作動的にバッテリを保持し、また、消費したバッテリは、在庫のバッテリと交換することができる。耐久性のあるポットされるバッテリパックは、プリント回路板およびバッテリ要素をバッテリに接続するためのワイヤリードと、頂部ハウジング上に配置される、ポッティング成分を注ぐためのポッティング穴のペアと、を含む。ワイヤリードは、バネおよびバッテリ接続部を取り除くことにより、ＰＣＢ付きのバッテリをバッテリ要素に直接的に接続する。そのような相互交換可能なバッテリパッキング方法は、本来的に安全なバッテリパックを提供し、また、バッテリを湿気および腐食性の環境から保護する。

[0010]添付の図面は、異なる図面を通じて、同様の参照符号は同様または機能的に類似する要素を示し、これらは明細書の一部を構成する。さらに、図面は、発明の詳細な説明とともに本発明の原理を説明する。

開示される実施形態による、本来的に安全なバッテリパックの斜視図である。 開示される実施形態による、交換可能な本来的に安全なバッテリパックの概略図である。 開示される実施形態による、交換可能な本来的に安全なバッテリパックの底部ハウジングの斜視図である。 開示される実施形態による、交換可能な本来的に安全なバッテリパックの頂部ハウジングの斜視図である。 開示される実施形態による、耐久性のあるポットの本来的に安全なバッテリパックの概略図である。 開示される実施形態による、耐久性のあるポットの本来的に安全なバッテリパックの底部ハウジングの斜視図である。 開示される実施形態による、耐久性のあるポットの本来的に安全なバッテリパックの頂部ハウジングの斜視図である。 開示される実施形態による、動作の高レベルフローチャートであり、交換可能なバッテリパックを、耐久性のあるポットされるバッテリパック内に交換するための方法の論理的な動作ステップを示す図である。

[0019]非限定的な例示において議論される具体的な値および構成は変更可能であり、少なくとも１つの実施形態において例示のために引用されており、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。

[0020]図１は、開示される実施形態による本来的に安全なバッテリパック１００の斜視図を示している。本来的に安全なバッテリパック１００は、典型的には、危険な環境内において１つ以上のバッテリ１０５、１１０を固定し、外部の応用装置（図示せず）に動力を提供するのに採用することができる。バッテリパック１００は、たとえば、Ｄサイズのリチウムバッテリのようなバッテリを収容することができる。もちろん、他のタイプバッテリをバッテリパック１００を実行するのに用いることができることに注意されたい。バッテリパック１００は、全体として、底部ハウジング１２５および頂部ハウジング１５０を含み、これらは固定部１２４を用いて接続することができる。固定部１２４は、たとえば、スクリュー、リベット、ボルト等のような固定具を含むことができる。スクリュー１２２は、バッテリパック１００はトランスミッタまたは他の装置に固定することができることに注意されたい。

[0021]底部ハウジング１２５および頂部ハウジング１５０は互いに固定でき、バッテリ１０５、１１０の周りのエンクロージャを形成する。バッテリ１０５、１１０は、コネクタ１８５を介して互いに電気的に接続することができ、また、端子プレート１４２、１４４のペアに電気的に接続することができる。端子プレート１４２、１４４の各々は、バッテリ１０５、１１０のそれぞれの接続部に基づいて陽極（−）または陰極（＋）端子プレートである。バッテリパック１００は、バッテリ機能の本来的な安全性を制御するために、バッテリ１０５、１１０を収容し、また、バッテリ回路１８０を収容する。図２に示されるように、バッテリ回路１８０は関連する電気部品を含み、典型的には、バッテリ回路１８０は、プリント回路板（ＰＣＢ）またはフレキシブルフィルム基板のような基板を保持する回路上に実装される。バッテリパック１００は、剛性材料から形成されるケース内に収容することができ、たとえば、設計考慮に応じてプラスチックとすることができる。ハウジング１２５、１５０は、バッテリ１０５、１１０、内部バッテリ回路１３０、１８０、および関連する電気部品をシールし保護する。端子プレート１４２、１４４は、全体として、コネクタ１８５の使用の要求またはバッテリパックの分解の必要なく、バッテリの充電状態を確認する手段を提供する。

[0022]バッテリパック１００の充電状態は、端子プレート１４２、１４４およびコネクタ１８５を介して決定することができる。バッテリパック１００は、たとえばトランスミッタ、レシーバ、センサなどの広範な様々なポータブル外部装置に接続することができる。そのような本来的に安全なバッテリパック１００は、たとえば、図２に示される交換可能な本来的に安全なバッテリパック２００、および／または図３に示される耐久性のある本来的に安全なバッテリパック３００の基礎として利用することができる。

[0023]図２は、開示される実施形態による交換可能な本来的に安全なバッテリパック２００の概略図を示している。図１−８において、同一の部分または要素は、概ね同一の参照符号で示される。底部ハウジング１２５は、１つまたはそれ以上の本来的に安全なバッテリ要素１７５を備え、バッテリ１０５、１１０と関連して、バッテリ接続部１６０、１６５のペアを介して接続することができる。図３は、開示される実施形態による、底部ハウジング１２５の斜視図を示す。本来的に安全な要素１７５は、バッテリ１０５、１１０に関して安全なしっかりした動作を提供する。本来的に安全な要素１７５は、全体として、ヒューズ、電圧制限部等を含む。底部ハウジング１２５はさらに、図４に示されるように、１つ以上の固定具１２４を含み、固定具１２４は、１つ以上のネジ付き穴１２６に関して位置決めされ、穴１２６はハウジング１５０の頂部に配置される。

[0024]図４は、開示される実施形態による頂部ハウジング１５０の斜視図を示している。プリント回路板（ＰＣＢ）１３０およびコネクタ１４３を備える頂部ハウジング１５０は、図２に示されるように、バネ１４０、１４５のペアおよびワイヤリード１４８を介してバッテリ１０５、１１０に電気的に連結することができる。バッテリ１０５、１１０は、ＰＣＢ１３０とバッテリ１０５、１１０との間にバネ１４０、１４５を取り付けるための十分な空間を提供するために、ＰＣＢ１３０に関して間隔をあけて保持される。頂部ハウジング１５０および底部ハウジング１２５に配置されるバネ１４０、１４５およびバッテリ接続部１６０、１６５は、バッテリパック２００に関してバッテリ１０５、１１０を保持する。

[0025]ＰＣＢ１３０およびコネクタ１４３は、スプリング１４０、１４５を介してバッテリ１０５、１１０から外部応用装置に動力を提供する。ＰＣＢ１３０は、非伝導性基板上に層形成された銅シートからエッチングされる、伝導通路、トラック、または信号トレースを使用する電子部品を機械的に支持し、また電気的に接続する。コネクタ１４３は、バッテリパック２００を外部装置に接続する。そのような交換可能な本来的に安全なバッテリパック２００は、バッテリパック２００に搭載された消耗したバッテリを承認された在庫で交換することを可能にする。

[0026]図５は、開示される実施形態による、耐久性のあるポットされた本体的に安全なバッテリパック３００の概略図を示す。図１−８において、同一の部分または要素は同一の参照符号により示される。耐久性のあるポットされたバッテリパック３００は、外部応用装置に関してバッテリ１０５、１１０に適合させるために、底部ハウジング１２５および頂部ハウジング１５０を有する。耐久性のあるポットされたバッテリパック３００は、バッテリ１０５、１１０を湿気および腐食性の環境から保護するために、ポッティング穴１３２、１３４のペアを介して、ポット材料を充填することによりバッテリパック３００を形成することができる。

[0027]ポッティング材料３１５は、バッテリパック３００内に配置することができ、これは、関連する部品の全ての表面を完全に覆い、部品に関して、ポッティング材料３１５の均一な厚さを提供する。ポッティング材料３１５は、部品の１つの内部ショートにより生成される熱、および／または複数の部品の１つの過充電または過放電により生成される熱を消散するように構成することができ、バッテリパックアセンブリ３００の任意の外部表面の温度が、予め決定された温度を超えないようにし、また、ポッティング材料３１５内の部品の１つの排気（venting）を防止する。

[0028]本来的に安全なバッテリパック２００に関連する部品は、射出成型技術を用いて型成形することができることに注意されたい。一般に、バッテリパック部品は、加熱したバレル内に材料を供給し、混合し、型成形キャビティ内に導入することにより形成することができ、型内で冷却されて型成形キャビティの構成に硬化する。そのような技術は、バッテリ１０５、１１０を湿気および腐食性の環境から保護するために、本来的に安全なバッテリパック２００を、耐久性のあるポットされた本来的に安全なバッテリパック３００に変換することを容易にする。ワイヤリード１４８は、バネ１４０、１４５およびバッテリコンタクト１６０、１６５を取り除くことにより、バッテリ１０５、１１０をＰＣＢ１３０およびバッテリ部品１７５に直接的に接続する。

[0029]図６は、開示される実施形態による、耐久性のあるポットされたバッテリパック３００の底部ハウジング１２５の斜視図を示している。底部ハウジング１２５は、バッテリ１０５、１１０をバッテリパック３００内に固定するために、ワイヤリード１４８を介してバッテリ端子に直接的に接続される本来的に安全な部品１７５を含む。図７は、開示される実施形態による、耐久性のあるポットされたバッテリパック３００の頂部ハウジング１５０の斜視図を示している。頂部ハウジング１５０は、ポッティング材料３１５をバッテリパック３００内に注ぐためのポッティング穴１３２、１３４を含む。また、頂部ハウジング１５０は、プリント回路板１３０を含み、バッテリ１０５、１１０に電気的に連結されるコネクタ１４３を備える。

[0030]図８は、開示される実施形態による、本来的な安全なバッテリパック１００から交換可能な本来的に安全なバッテリパック２００を形成するための方法３００の論理操作ステップを示す高レベルフローチャートを示している。パッキング方法４００は、ここでは、２つの異なるタイプのバッテリパック（たとえば、交換可能なバッテリパック２００および耐久性のあるポットされるバッテリパック）を製造するためにいくつかのパッケージを使用する。ポッティング穴１３２、１３４は、ブロック４１０に示されるように、本来的に安全なバッテリパック１００の頂部ハウジング穴１５０内に構成することができる。ブロック４２０に示されるように、本来的に安全なバッテリパック１００内のバネ１４０、１４５、およびバッテリコンタクト１６０、１６５を取り除くことができる。バッテリ１０５、１１０は、ブロック４３０に示されるように、ワイヤリード１４８を介してプリント回路板１３０に直接的に接続することができる。ブロック４４０に示されるように、耐久性のあるポットされるバッテリパック３００を形成するために、ポッティング穴１３２、１３４を介してポッティング材料３１５を充填することができる。そのような交換可能なバッテリのパッキング方法は、交換可能なバッテリパック２００および耐久性のあるポットされるバッテリパック３００の両方として、効果的に採用することができるバッテリパックを提供する。

[0031]上述された特徴および他の特徴および機能の変形形態、代替的は、他の異なるシステムまたは用途に望ましく組み合わせることができることに注意されたい。また、様々な、現在のところ予見されない、または予期されない代替形態、修正形態、変形形態、改良形態は、後に当業者に可能であり、それらは添付の特許請求の範囲に包含されることを意図している。

Claims (4)

1. バッテリパック装置であって、
   前記バッテリパック装置は、プリント回路板と少なくとも２つのバッテリを電気的に接続するコネクタとを備える頂部ハウジングを有し、これらは前記頂部ハウジング上に配置されるコネクタを介して外部装置に電力を提供するためのものであり、
   前記バッテリパック装置は、前記少なくとも２つバッテリを電気的に接続するための複数のバッテリ部品を備える底部ハウジングを有し、前記底部ハウジングは、前記少なくとも２つのバッテリを湿気および腐食性の環境から保護するために、固定具を介して前記頂部ハウジングに作動的に連結されてバッテリパックを構成する、バッテリパック装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、前記バッテリパックは交換可能なバッテリパックを有する、装置。
3. バッテリパック装置であって、
   前記バッテリパック装置は、少なくとも２つのバッテリを電気的に接続するためのコネクタを備える頂部ハウジングを有し、これは、前記頂部ハウジング上に配置されるコネクタを介して外部装置に電力を共有するためのものであり、
   前記バッテリパック装置は、前記少なくとも２つのバッテリを電気的に接続するための複数のバッテリ部品を備える底部ハウジングを有し、前記底部ハウジングは、前記少なくとも２つのバッテリを湿気および腐食性の環境から保護するために、固定具を介して前記頂部ハウジングに作動的に連結される、バッテリパック装置。
4. 方法であって、
   頂部ハウジング上に取り付けられるコネクタを介して外部装置に電力を供給するために、頂部ハウジング上に配置されるプリント回路板およびコネクタを、少なくとも２つのバッテリに電気的に接続するステップと、
   前記少なくとも２つのバッテリを湿気および腐食性の環境から保護するバッテリパックを形成するために、前記底部ハウジングを前記頂部ハウジングに接続するために、底部ハウジング上に配置される複数のバッテリ部品を前記少なくとも２つのバッテリに連結させるステップと、を有する方法。

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