JP2014017920A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】充電の際に充電台への電池パックの載置方向にかかわらず充電することが可能な電池パックを提供する。
【解決手段】送電コイルを有する充電台に載置して充電するための電池パックが提供される。電池パックは、送電コイルとの間の電磁誘導により電力を受電する受電コイルと、受電コイルで受電した電力を蓄積するための電池セルと、受電コイルと接続され、受電コイルによって受電された電力の電池セルへの充電を制御する制御回路を実装した回路基板とを含む。受電コイルは、電池セルの側面を取り囲むように巻回される。
【選択図】図２

Description

本発明は、非接触充電にて充電可能に構成された電池パックに関する。

従来、携帯電話等の電子機器には、その電源を確保するために、繰り返し充放電が可能な二次電池が用いられている。そして、近年では、二次電池に充電するシステムとして、電子機器と非接触状態で二次電池を充電することのできる非接触充電システムが知られている。例えば、非接触充電に関する技術として以下のような技術が開示されている。

特開２０００−１９４８１２号公報（特許文献１）には、信号のみならず電力も非接触で伝送することのできる非接触ＩＣカードに非接触で電力を供給し充電する充電装置が開示されている。充電装置は、非接触ＩＣカードを収容する収容部を備え、収容部は、非接触ＩＣカードの表裏に夫々対向する対向面の夫々に非接触電力伝送用のコイル及び軟磁性体からなる電力・信号送受信部が配置されている。

特開２０１２−３９７０７号公報（特許文献２）には、交流信号を発生するインバータ回路と、インバータ回路の出力端に接続される第１の共振コンデンサと、第１のインダクタンスと、給電電力検知部と、給電装置制御回路とを備えた給電装置と、第２のインダクタンスと、第２の共振コンデンサと、負荷と、受電装置制御回路とを含む充電装置を有する非接触充電装置が開示されている。非接触充電装置は、第２の共振コンデンサの接続を切替える開閉手段を備え、電力状態に応じて開閉手段をオン・オフする。

特開２０１２−４３９６６号公報（特許文献３）には、非接触給電コイルが開示されている。非接触給電コイルは、絶縁されていない複数本の素線からなる導体を巻回し、絶縁体によりモールドしている。

特開２０１２−４４８２７号公報（特許文献４）には、非接触充電装置が開示されている。非接触充電装置は、曲面形状、または柔軟性を有する送電側部材に配置された給電コイルと、給電コイルに接続され、電源より出力される電力を給電コイルに供給する電力供給回路と、着用者が装着する着用品に配置された受電コイルと、受電コイルと接続され、受電コイルを介して受電した電力を蓄積し、且つ、着用者が装備する電気機器に駆動用の電力を供給する蓄電手段と、を備え、給電コイルと受電コイルが近接配置された際に、給電コイルに供給された電力を受電コイルで受電し、受電した電力を蓄電手段に蓄電する。

特開２０１２−５５０９６号公報（特許文献５）には、一次側コイルと、一次側コイルを支持する一次側筐体とを有する一次側装置と、二次側コイルと、二次側コイルを支持する二次側筐体とを有する二次側装置とを備え、一次側装置と二次側装置とを接触させた状態で、一次側から二次側へ電力を供給する非接触給電装置が開示されている。非接触給電装置は、一次側装置と二次側装置とが接触した際に、弾性的に変形することで、接触時の衝撃を緩衝する緩衝部材を備える。

特開２０００−１９４８１２号公報 特開２０１２−３９７０７号公報 特開２０１２−４３９６６号公報 特開２０１２−４４８２７号公報 特開２０１２−５５０９６号公報

電磁誘導を利用した非接触による充電方式では、充電台側の送電コイルから電池パック側の受電用のコイルに電力を供給するために、送電コイルと受電コイルとを互いを近接して配置する必要がある。そのため、充電を行なうためには、送電コイルが配置された充電面に電池パックの受電コイルが近接するように、充電台の上に電池パックを載置する必要がある。ここで、電池パックの受電コイルは、通常、片面に配置されていることから電池パックを載置する向きによっては、受電コイルが離れてしまい電池パックを全く充電できないという問題がある。

特許文献１には、ＩＣカードの両面から非接触充電が可能な技術が開示されているが、当該技術によると、両面に電力を受電するための受電コイルを設ける必要がある。また、特許文献２〜５に開示された技術は、上記のような問題について考慮されたものではない。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、充電の際に充電台への電池パックの載置方向にかかわらず充電することが可能な電池パックを提供することを目的とする。

ある実施の形態に従うと、送電コイルを有する充電台に載置して充電するための電池パックが提供される。電池パックは、送電コイルとの間の電磁誘導により電力を受電する受電コイルと、受電コイルで受電した電力を蓄積するための電池セルと、受電コイルと接続され、受電コイルによって受電された電力の電池セルへの充電を制御する制御回路を実装した回路基板とを含む。受電コイルは、電池セルの側面を取り囲むように巻回される。

好ましくは、電池セルの側面を取り囲むように配置され、外周に受電コイルが巻回された中空の磁性体をさらに含む。

好ましくは、回路基板は、磁性体の側面に沿って配置される。
好ましくは、電池セルは、電池セルと回路基板とを接続するための接続端子を有する。接続端子は、電池セルの上下面の一方に設けられる。

好ましくは、電池セルに対して外部で発生する磁界を遮断するために、電池セルの上下面に取り付けられた磁性シートをさらに含む。

好ましくは、磁性シートは、フェライトシートを含む。

以上より、ある局面では、充電の際に充電台への電池パックの載置方向にかかわらず充電することが可能となる。

非接触充電システムの全体構成の概略図である。 実施の形態１に従う電池パックの全体構成を示す平面図である。 実施の形態１に従う電池パックの全体構成を示す側面図である。 実施の形態１に従う電池パックを用いた非接触充電システムの全体構成を示す概略図である。 実施の形態２に従う電池パックの全体構成を説明するための概略図である。 実施の形態２に従う電池パックの全体構成を示す概略平面図である。 図６の線Ａ−Ａ’に沿う電池パックの概略断面図である。 実施の形態２に従う電池パックを用いた非接触充電システムの全体構成を示す概略図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

＜比較例＞
まず、本発明の実施の形態に従う電池パックと比較するための比較例の電池パック１２００を用いた非接触充電システム１０００の全体構成の概略について説明する。

図１は、非接触充電システム１０００の全体構成の概略図である。
図１を参照して、非接触充電システム１０００は、充電台１１００と、電池パック１２００とを含む。充電台１１００は、充電面１１０２と、送電回路１１０４と、送電コイル１１０６とを含む。電池パック１２００は、電池セル１２０２と、受電コイル１２０４と、充電制御回路１２０６とを含む。

充電台１１００は、電池パック１２００を載置するための平面状の充電面１１０２を上面に設けている。充電台１１００は、充電面１１０２全体を平面状として水平に設けられている。送電回路１１０４は、家庭用電源等の外部電源から受けた交流電力を送電コイル１１０６に供給する。送電コイル１１０６は、供給された電力を充電面１１０２に載置された電池パック１２００に対して送電する。

このとき、受電コイル１２０４と、送電コイル１１０６とが近接配置されるように、電池パック１２００が充電台１１００に載置されることで、送電コイル１１０６から電磁誘導により受電コイル１２０４に向けて電力が伝送される。そして、充電制御回路１２０６は、当該電力を電池セル１２０２に充電する。より具体的には、送電回路１１０４が動作することにより送電コイル１１０６に誘起された磁束が放射され、受電コイル１２０４で当該磁束を受けることで充電制御回路１２０６に電力が伝送され、当該電力が電池セル１２０２に充電される。

以上から、電池セル１２０２が充電されるためには、電池パック１２００における受電コイル１２０４の配置面が充電面１１０２側（送電コイル１１０６の配置面側）になるように、電池パック１２００が充電台１１００に載置される必要があることがわかる。

＜実施の形態１＞
次に、本発明の実施の形態１に従う電池パック１００の全体構成について説明する。

図２は、実施の形態１に従う電池パック１００の全体構成を示す平面図である。
図２を参照して、電池パック１００は、ケース部材１１０と、電池セル１２０と、受電コイル１３０と、回路基板１５０とを含む。電池セル１２０は、接続端子１２２と、ケーブル線１２４とを含む。

ケース部材１１０は、電池セル１２０と、受電コイル１３０と、回路基板１５０とを収納するための収納部材である。ケース部材１１０は、例えば、樹脂材料により構成される。

電池セル１２０は、電池パック１００の略中央に配置される。そして、受電コイル１３０は、電池セル１２０の側面（Ｘ軸またはＹ軸方向に形成された面）を取り囲むように巻回されている。受電コイル１３０は、送電コイルから電磁誘導により電力を受電する。

また、電池セル１２０は、上面または下面（Ｚ軸方向に形成された面）に電池セル１２０と回路基板１５０とを接続するための接続端子１２２が設けられている。なお、図２の例では、接続端子１２２は、電池セル１２０の下面（裏面）に設けられている。電池セル１２０は、接続端子１２２とケーブル線１２４とを介して回路基板１５０と接続される。

電池パック１００は、上述したように電池セル１２０の側面を取り囲むように受電コイル１３０が配置されているものの、接続端子１２２は、受電コイル１３０が配置された方向とは異なる電池セル１２０の上面または下面に設けられている。したがって、電池パック１００は、電池セル１２０の大きさを従来よりも小さくする必要がないため、電池セルの側面に接続端子が配置された構成を適用している従来の電池パックと同等の電池セル容量を確保することができる。

回路基板１５０には、受電コイル１３０によって受電された電力の電池セル１２０への充電を制御する制御回路が実装されている。制御回路は、受電コイル１３０の両端部と接続されるとともに、電池セル１２０のケーブル線１２４と接続されている。制御回路は、受電コイル１３０にて受電した交流電力を直流電力に変換する整流回路、この整流回路から出力される直流電力でケーブル線１２４を介して電池セル１２０を充電する充電回路などを含む。

図３は、実施の形態１に従う電池パック１００の全体構成を示す側面図である。
図３を参照すると、電池セル１２０の厚みと、巻回された受電コイル１３０の厚み分とが略一致していることがわかる。すなわち、電池セル１２０の厚みが、受電コイル１３０が巻回可能な領域となり、電池セル１２０の厚みを利用して、受電コイル１３０を巻回することが可能となる。したがって、電池パック１００は、電池セル１２０２の下面に受電コイル１２０４が配置された比較例の電池パック１２００と比べて薄型化が可能となる。そして、受電コイル１３０の両端部は、それぞれ回路基板１５０に接続される。

図４は、実施の形態１に従う電池パック１００を用いた非接触充電システム１０の全体構成を示す概略図である。なお、充電台１１００の構成は、＜比較例＞において説明した構成と同様であるため、その詳細な説明は繰り返さない。

図４を参照して、電池パック１００は、電池パック１００の側面を取り囲むように受電コイル１３０が巻回されているため、電池パック１００を充電する際に充電台１１００への電池パック１００の載置方向（または電池パック１００を内蔵した携帯端末機器の載置方向）にかかわらず充電可能となる。すなわち、ユーザーは、電池パック１００を上下方向（Ｚ軸）のいずれの方向からも充電することができるため、電池パック１００における受電コイル１３０の配置面を気にする必要がない。

＜実施の形態２＞
ここでは、実施の形態１に従う電池パック１００の構成に対して、電池セル１２０への外部磁界の影響、および充電効率を考慮した構成である実施の形態２に従う電池パック２００の全体構成について説明する。

図５は、実施の形態２に従う電池パック２００の全体構成を説明するための概略図である。なお、図５では、電池パック２００のケース部材内に含まれる各部品が示されている。

図５を参照して、電池パック２００は、ケース部材内に電池セル１２０と、受電コイル１３０と、回路基板１５０と、鉄心２２０と、フェライトシート２３０とを含む。すなわち、電池パック２００は、鉄心２２０と、フェライトシート２３０とが電池パック１００に追加された点で、電池パック１００とは異なる。なお、電池セル１２０、受電コイル１３０、および回路基板１５０については電池パック１００の構成と同様であるため、その詳細な説明は繰り返さない。

鉄心２２０は、中空形状であり、電池セル１２０の側面を取り囲むように配置される。換言すると、電池セル１２０は、鉄心２２０の中空部（内側領域）に配置される。鉄心２２０は、送電コイルから放射された磁束を集めるように働くため、磁束密度を増加させることができる。したがって、送電コイルから放射された磁束をより効率的に鉄心２２０の外周に巻回された受電コイル１３０で受けることができ、電池セル１２０の充電効率を向上させることができる。また、鉄心２２０は、受電コイル１３０の支えとしてとしての役割および、電池パック２００の落下時等における衝撃から電池セル１２０を保護する役割も有する。なお、鉄心２２０は、例えば、コバルト、ニッケルなどの強磁性体によって構成されていてもよい。

フェライトシート２３０は、電池セル１２０の上面および下面に取り付けられる。当該構成により、電池セル１２０に対して外部で発生する磁界を遮断することができる。より具体的には、送電コイルから放射された磁束が電池セル１２０に侵入することを防ぐことができる。これにより、例えば、電池セル１２０が金属缶により外装されている場合には、当該金属缶の発熱を防ぐことができる。なお、フェライトシート２３０は、フェライト以外の磁性材料で構成された外部磁界を遮断する磁性シートであってもよい。

次に、電池パック２００の全体構成についてさらに説明する。
図６は、実施の形態２に従う電池パック２００の全体構成を示す概略平面図である。

図６を参照して、電池パック２００の全体構成について説明する。なお、実施の形態１に従う電池パック１００と同様な構成については、その詳細な説明は繰り返さない。

ケース部材２１０は、電池セル１２０と、受電コイル１３０と、鉄心２２０と、フェライトシート２３０と、回路基板１５０とを収納するための収納部材である。ケース部材２１０は、例えば、樹脂材料により構成される。

電池セル１２０は、ケース部材２１０の略中央に配置される。そして、上述したように、中空の鉄心２２０は、電池セル１２０の側面を取り囲むように配置される。

回路基板１５０は、鉄心２２０の側面（Ｘ軸方向またはＹ軸方向に形成された面）に沿って鉄心２２０に近接して配置される。例えば、電池セル１２０および受電コイル１３０の各々が、回路基板１５０と接続される側の面が鉄心２２０の側面に沿って鉄心２２０に近接して配置される。当該構成により、電池パック２００全体を薄型化することができる。

次に、電池パック２００の断面構造について説明する。
図７は、図６の線Ａ−Ａ’に沿う電池パック２００の概略断面図である。

図７を参照すると、鉄心２２０の外表面と、フェライトシート２３０が上下面に取り付けられた電池セル１２０との外表面とが略一致していることがわかる。すなわち、電池セル１２０の厚みと略一致する高さの鉄心２２０が、電池セル１２０の側面を取り囲むように配置されている。そして、受電コイル１３０は、鉄心２２０の外周に巻回されることで、実施の形態１に従う電池パック１００と同様に、電池セル１２０の厚みを利用して、受電コイル１３０を巻回することが可能となる。したがって、電池パック２００は、比較例の電池パック１２００と比べて薄型化することが可能となる。

図８は、実施の形態２に従う電池パック２００を用いた非接触充電システム２０の全体構成を示す概略図である。

図８を参照して、電池パック２００は、電池パック１００と同様に、充電する際に充電台１１００への電池パック２００の載置方向にかかわらず充電可能であるため、ユーザーは、電池パック２００を上下方向（Ｚ軸）のいずれの方向からも充電することができる。

また、鉄心２２０を設けたことにより、受電コイル１３０が送電コイル１１０６から受ける磁束密度が増加することにより、電池セル１２０の充電効率が向上する。さらに電池パック２００が、落下した場合等における衝撃から電池セル１２０を保護することもできる。また、フェライトシート２３０により、電池セル１２０が金属缶により外装されている場合、当該金属缶の発熱を防止することもできる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０，２０，１０００ 非接触充電システム、１００，２００，１２００ 電池パック、１１０，２１０ ケース部材、１２０，１２０２ 電池セル、１２２ 接続端子、１２４ ケーブル線、１３０，１２０４ 受電コイル、１５０ 回路基板、２２０ 鉄心、２３０ フェライトシート、１１００ 充電台、１１０２ 充電面、１１０４ 送電回路、１１０６ 送電コイル、１２０６ 充電制御回路。

Claims (6)

1. 送電コイルを有する充電台に載置して充電するための電池パックであって、
   前記送電コイルとの間の電磁誘導により電力を受電する受電コイルと、
   前記受電コイルで受電した電力を蓄積するための電池セルと、
   前記受電コイルと接続され、前記受電コイルによって受電された電力の前記電池セルへの充電を制御する制御回路を実装した回路基板とを備え、
   前記受電コイルは、前記電池セルの側面を取り囲むように巻回される、電池パック。
2. 前記電池セルの側面を取り囲むように配置され、外周に前記受電コイルが巻回された中空の磁性体をさらに備える、請求項１に記載の電池パック。
3. 前記回路基板は、前記磁性体の側面に沿って配置される、請求項２に記載の電池パック。
4. 前記電池セルは、前記電池セルと前記回路基板とを接続するための接続端子を有し、
   前記接続端子は、前記電池セルの上下面の一方に設けられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池パック。
5. 前記電池セルに対して外部で発生する磁界を遮断するために、前記電池セルの上下面に取り付けられた磁性シートをさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池パック。
6. 前記磁性シートは、フェライトシートを含む、請求項５に記載の電池パック。