JP3100248U - 二次電池収納給電装置及びそれによる二次電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池を低駆動電圧のディジタルカメラなどの負荷に給電の源とする時に、該二次電池の出力電圧を所定電圧に抑えて給電することができる二次電池収納給電装置及びそれによる二次電池パックを提供することを目的とする。
【解決手段】二次電池を収納して負荷へ給電する二次電池収納給電装置１００であって、前記二次電池を収納する空間１０が形成され、且つ、この空間の周壁１１内で、収納された後の前記二次電池の正、負両電極とそれぞれ接続できるように設けられて周壁外に露出している負荷接続用の第１の導電端子１１１及び第２の導電端子１１２が設置されているハウジング１と、前記ハウジング内の前記第１の導電端子と前記第２の導電端子とを連接していて、前記ハウジング内に収納された後の二次電池の出力電圧を所定電圧に抑え、前記ハウジング外の前記第１の導電端子と前記第２の導電端子とを経由して前記負荷へ給電する電圧制限回路と、を備えている。
【選択図】図１

Description

　本考案は、二次電池を収納して負荷へ給電する二次電池収納給電装置及びそれによる二次電池パックに関し、特に二次電池の出力電圧を所定電圧に抑えて負荷を保護することができる二次電池収納給電装置及びそれによる二次電池パックに関する。

　二次電池は、初期コストが高いもののトータルコストとしては安くなるなどのメリットがある。二次電池といえばニッケルカドミウム電池があったが、エネルギー密度が高いニッケル水素電池やリチウムイオン電池が開発され、とりわけ、リチウムイオン電池は、高エネルギー密度で高い動作電圧（約３．６Ｖ）が得られ、充放電サイクル寿命が長くメモリー効果も殆どないなど優れた性能バランスを有し、その需要が伸びている。
　しかしながら、二次電池は、その出力電圧が高いため、駆動電圧が低いディジタルカメラなどの電子装置に使われると、電圧オーバーで、余分な電流が流れてしまい、電子装置の使用安全性を損ずる問題点がある。

　本考案は、上記問題点を鑑みてなされたもので、二次電池を低駆動電圧のディジタルカメラなどの負荷に給電の源とする時に、該二次電池の出力電圧を所定電圧に抑えて給電することができる二次電池収納給電装置及びそれによる二次電池パックを提供することを目的とする。

　したがって、本考案は、第１の態様として、二次電池２を収納して負荷２００へ給電する二次電池収納給電装置１００であって、前記二次電池２を収納する空間１０が形成され、且つ、この空間１０の周壁１１内で、収納された後の前記二次電池２の正、負両電極ａ、ｂとそれぞれ接続できるように設けられて周壁１１外に露出している負荷２００接続用の第１の導電端子１１１及び第２の導電端子１１２が設置されているハウジング１と、前記ハウジング１内の前記第１の導電端子１１１と前記第２の導電端子１１２とを連接していて、前記ハウジング１内に収納された後の二次電池２の出力電圧を所定電圧に抑え、前記ハウジング１外の前記第１の導電端子１１１と前記第２の導電端子１１２とを経由して前記負荷２００へ給電する電圧制限回路３と、を備えていることを特徴とする二次電池収納給電装置１００を提供する。

　上記構成によれば、前記電圧制限回路によって二次電池の出力電圧を所定電圧に抑えてから始めて負荷に給電するので、負荷にてオーバーな電流を供給することなく負荷の使用安全性を向上させることができる。

　また、前記電圧制限回路３は、前記ハウジング１内に収納された後の二次電池２の出力電圧を所定電圧に抑えてから前記負荷２００へ供給するように構成すればよく、例えば、互いに直列していて、前記負荷２００と並列するように前記第１の導電端子と前記第２の導電端子とを連接している２の抵抗体Ｒ１、Ｒ２と、前記２の抵抗体Ｒ１、Ｒ２の間と前記第２の導電端子１１２との間に連接されている差動増幅器３１と、前記差動増幅器３１と前記第２の導電端子１１２との間に連接されている電圧制御素子Ｑ３と、から構成されている形態が挙げられる。

　上記構成によれば、二次電池の出力電圧を差動増幅器における非反転入力端の入力電圧Ｖ_１とし、負荷駆動電圧を反転入力端の基準電圧Ｖ_ｒｅｆとして該入力電圧と該基準電圧とを比較し、Ｖ_１＞Ｖ_ｒｅｆであれば電圧制御素子Ｑ３をオン状態にさせ、該入力電圧Ｖ_１を所定電圧に抑えて負荷に給電することができ、Ｖ_１＜Ｖ_ｒｅｆであれば、電圧制御素子Ｑ３をオフ状態にさせ、回路を遮断して給電することを停止させることができる。

　また、前記第１の態様において、前記電圧制限回路と並列して前記二次電池の負極と前記第２の導電端子１１２とを接続しており、それにより前記第２の導電端子１１２への一方向のみに電流を通すことができるダイオードＤ３を配置することが好ましい。このダイオードＤ３によって、充電時に当該二次電池の充電電流を前記電圧制限回路に流させずにバイパスさせることができる。

　また、本考案は、第２の態様として、上記第１の態様において、さらに上記収納された後の二次電池の過充電や過放電の保護を行うために、当該二次電池２と並列しており、当該二次電池の両端の電圧を検出して検出した電圧に基づき、外部のスイッチ素子である放電制御スイッチ素子Ｑ１、充電制御スイッチ素子Ｑ２のオン／オフによって回路を遮断してなる保護回路２２１が配置されている二次電池収納給電装置１００を提供する。

　また、本考案は他の側面から、前記二次電池収納給電装置１００に二次電池２が収納されていて負荷に給電をする二次電池パック２０を提供する。

　本考案の他の特徴及び利点は、添付図面を参照しながら、以下の好適な実施例の詳細な説明により明らかとなる。なお、前記二次電池収納給電装置１００のハウジング１としては、負荷のハウジングと合体されたものでも良いが、負荷から独立したものでも良い。それに、開けられて電池を交換するものでも良いが、開けられないように電池が密封されたものでもよい。添付図面によって挙げられているのは、負荷から独立し、且つ、開けられないように密封されて電池と他の配線及び電子素子と共にパック（パッケージ）になった好ましい実施例である。

　図１は、本考案による好ましい実施の形態の二次電池パックを概略的に示す斜視図であり、図２は、当該二次電池パックによって負荷に給電するときを概略的に示す回路図であり、図３は、充電器によって当該二次電池パックを充電するときを概略的に示す回路図である。図において、２０は二次電池パック、１００は二次電池収納給電装置、１はハウジング、２は二次電池（組電池）、２１，２１は組合わせられて該二次電池２（組電池）になる２個の二次電池セル、２２は二次電池の両電極電圧を測定して外部のスイッチ素子のオン・オフを制御する二次電池過充電・過放電保護回路、２２１は電圧検出部、スイッチ制御回路を有する保護ＩＣ、Ｑ１、Ｑ２それぞれは放電・充電制御スイッチ素子、３００は充電器（外部電源）、２００はディジタルカメラなどのような電子装置の負荷を示す。

　前記二次電池パック２０全体は、単３乾電池を２個並列合併してなるものとほぼ同様な外形及びサイズを呈し、二次電池収納給電装置１００で、２個の二次電池セル２１、２１を並列してなる二次電池２を収納して開けられないように密封され、他の配線及び電子素子と共にパック（パッケージ）になっている。もっと詳しくは、二次電池収納給電装置１００はまず前記外形及びサイズがあるハウジング１を有する。このハウジング１内に前記二次電池２を収納する空間１０が形成され、且つ、この空間１０の周壁１１内で、収納された後の前記二次電池２の正、負両電極ａ，ｂとそれぞれ接続できるように設けられて周壁１１外に露出している第１の導電端子１１１及び第２の導電端子１１２が設置されている。即ち、当該二次電池パック２０は、前記ハウジング１内に前記２個の二次電池セル２１を並列してなる二次電池２を収納していて、当該前記第１の導電端子１１１及び第２の導電端子１１２によってディジタルカメラなどの負荷２００に電気的に接続されて給電することができる。

　前記電圧制限回路３は、前記ハウジング１内に収納された後の二次電池２の出力電圧を所定電圧に抑えて前記負荷２００へ給電できるように構成されたもので、互いに直列していて分圧手段として機能し、それらからなった直列体３２が前記負荷２００と並列するように、一端が上記収納された二次電池２の正極端子と上記第１の導電端子１１１と電気的に接続し、他端が前記第２の導電端子１１２と電気的に接続している２の抵抗体Ｒ１、Ｒ２と、前記二次電池２の出力電圧が上記抵抗体Ｒ１、Ｒ２によって分圧された分圧が入力される非反転入力端子が前記２の抵抗体Ｒ１、Ｒ２の間に接続されると共に、反転入力端子が基準電圧を発生する基準電圧発生器に接続されＧＮＤに接続されている差動増幅器３１と、電圧制御抵抗としてスイッチを機能する前記差動増幅器３１の出力端子及び前記直列体３２の他端に接続しているトランジスタＱ３とをそなえている。

　それにより、前記二次電池２の出力電圧が前記分圧手段としての直列体３２によって分圧された電圧を前記差動増幅器３１の非反転入力端子の入力電圧Ｖ_１とし、負荷駆動電圧を反転入力端子の基準電圧Ｖ_ｒｅｆとして、該入力電圧Ｖ_１と該基準電圧Ｖ_ｒｅｆとを比較して、Ｖ_１＞Ｖ_ｒｅｆであれば、前記トランジスタＱ３をオン状態にさせ、該入力電圧Ｖ_１を所定電圧に抑えて負荷に給電することができ、Ｖ_１＜Ｖ_ｒｅｆであれば、トランジスタＱ３をオフ状態にさせ、回路を遮断して給電することを停止させることができる。

　また、図示のように、ダイオードＤ３が前記電圧制限回路３と並列して前記電池２の負極と前記第２の導電端子１１２と接続しており、上記二次電池パック２０を充電する時に充電電流を上記電圧制限回路３によって遮断しないよう、上記第２の導電端子１１２への一方向のみに通させる（図３参照）。なお、当該ダイオードＤ３は、パワー消耗を低減させることを考慮するときにショットキーダイオードを用いることができる。

　また、前記二次電池２として、好ましくは、リチウムイオン二次電池を使う。この例において、より高いエネルギー密度かつより長いサイクル寿命の給電電源とするために、上記二次電池２がリチウムイオン二次電池セル２１が二つ並列されているが、電池セルの組合せは制限されない。

　前記保護回路２２が、当該二次電池２による過充電や過放電に対する許容範囲が狭いため、当該二次電池の過充電や過放電を防止するように構成されており、外部のスイッチ素子である放電制御スイッチ素子Ｑ１、充電制御スイッチ素子Ｑ２、及び、電圧検出手段やスイッチ制御素子などからなる保護ＩＣ２２１をそなえている。なお、この例において、前記保護ＩＣ２２１は例えば、リコン社製、型番Ｒ５４２６のチップを使うことができる。放電、充電制御スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２それぞれはＭＯＳＦＥＴなどの低電圧で動作可能なトランジスタにより形成された半導体スイッチである。当該保護回路２２は、前記二次電池２と並列されており、前記保護ＩＣ２２１により、前記二次電池２の正、負両電極の電圧を検出し、検出した電圧に基づき、前記スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のオン／オフによって回路を遮断し、前記二次電池２の過充電や過放電の保護を行うことができる。

　前記スイッチ素子Ｑ２は、図４に示されているように、通常オン状態にあって、充電器３００から二次電池２へ充電方向（図４の矢印の方向）の電流を通過させ、前記二次電池２の電圧が上昇し、上記保護ＩＣ２２１の過充電保護動作電圧に達したときに、当該ＩＣ２２１からの制御電圧によりオフにさせ、上記電流を遮断するように構成されている。前記スイッチ素子Ｑ１は、図５に示されているように、通常オン状態にあって、放電方向（図５の矢印の方向）の電流を通過させ、二次電池２の電圧が所定値即ち該保護ＩＣ２２１の過放電保護動作電圧に低減したときに、当該ＩＣ２２１からの制御電圧によりオフにさせて、上記放電方向の電流を遮断するように構成されている。また、当該スイッチ素子Ｑ１は、過放電防止機能をする他に、短絡したときに、オフになって短絡電流を遮断する機能もする（図６参照）。

　また、上記電圧制限回路３と上記保護回路２２とが一つの印刷回路板又はチップに形成されて上記ハウジング１内に配置されていることによって、電池などの端子間の接続線数を最小限にすることができる。

　以上の構成により、前記電圧制限回路３によって二次電池２の出力電圧を所定電圧に抑えてから始めてディジタルカメラなどの負荷２００に給電することができるので、負荷２００にてオーバーな電流を供給することなく負荷２００の使用安全性が向上することができる。また、前記二次電池２は前記保護回路２２によって過充電・過放電による二次電池破損を防止することができるので、使用安全性をより一層高めることができる。

本考案の実施の形態の二次電池収納給電装置を概略的に示す外観斜視図である。 本考案にかかる二次電池パックによって負荷に給電することを概略的に示す回路図である。 充電器によって本考案の二次電池パックを充電させることを概略的に示す回路図である。 充電時本考案における保護回路によって過充電を防止することを概略的に説明する回路図である。 放電時本考案における保護回路によって過放電を防止することを概略的に説明する回路図である。 本考案における保護回路によって短絡を防止することを概略的に説明する回路図である。

符号の説明

１　　ハウジング
１０　　収納空間
１１　　周壁
１００　　二次電池収納給電装置
１１１　　第１の導電端子
１１２　　第２の導電端子
２　　二次電池（組電池）
２０　　二次電池パック
２１　　二次電池セル
２２　　保護回路
２００　　負荷
２２１　　保護ＩＣ
３　　電圧制限回路
３１　　差動増幅器
３２　　抵抗体の直列体
３００　　充電器

Claims (7)

1. 　二次電池（２）を収納して負荷（２００）へ給電する二次電池収納給電装置（１００）であって、
   　前記二次電池（２）を収納する空間（１０）が形成され、且つ、この空間（１０）の周壁（１１）内で、収納された後の前記二次電池（２）の正、負両電極（ａ，ｂ）とそれぞれ接続できるように設けられて周壁（１１）外に露出している負荷（２００）接続用の第１の導電端子（１１１）及び第２の導電端子（１１２）が設置されているハウジング（１）と、
   　前記ハウジング（１）内の前記第１の導電端子（１１１）と前記第２の導電端子（１１２）とを連接していて、前記ハウジング（１）内に収納された後の二次電池（２）の出力電圧を所定電圧に抑え、前記ハウジング（１）外の前記第１の導電端子（１１１）と前記第２の導電端子（１１２）とを経由して前記負荷（２００）へ給電する電圧制限回路（３）と
   を備えていることを特徴とする二次電池収納給電装置（１００）。
2. 　前記電圧制限回路（３）は、
   　互いに直列していて、前記負荷（２００）と並列するように前記第１の導電端子（１１１）と前記第２の導電端子（１１２）とを連接している２の抵抗体（Ｒ１、Ｒ２）と、
   　前記２の抵抗体（Ｒ１、Ｒ２）の間と前記第２の導電端子（１１２）との間に連接されている差動増幅器（３１）と、
   　前記差動増幅器（３１）と前記第２の導電端子（１１２）との間に連接されている電圧制御素子（Ｑ３）と、
   から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池収納給電装置。
3. 　前記電圧制限回路（３）と並列して前記電池の負極と前記第２の導電端子（１１２）とを接続しており、それにより前記第２の導電端子（１１２）への一方向のみに電流を通すことができるダイオード（Ｄ３）が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の二次電池収納給電装置。
4. 　さらに、前記二次電池（２）と並列しており、前記二次電池両電極の電圧を検出し、検出した電圧に基づき、外部のスイッチ素子である放電制御スイッチ素子（Ｑ１）、充電制御スイッチ素子（Ｑ２）のオン／オフによって回路を遮断し、過充電や過放電の保護を行うための保護回路（２２１）が配置されていることを特徴とする請求項３に記載の二次収納給電装置（２０）。
5. 　前記ハウジング（１）は単３乾電池を２個並列してなるもののサイズとほぼ同様であることを特徴とする請求項３に記載の二次収納給電装置（２０）。
6. 　請求項４または５に記載の二次電池収納給電装置（１００）に二次電池（２）が収納されていて負荷に給電をする二次電池パック（２０）。
7. 　前記二次電池（２）は、２以上のリチウムイオン二次電池セル（２１）が並列してなり、
   　前記電圧制限回路（３）と前記保護回路（２２）とを一つの印刷回路板に形成していることを特徴とする請求項５に記載の二次電池パック（２０）。

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