JP3105032U

JP3105032U - 電池充電装置

Info

Publication number: JP3105032U
Application number: JP2004002475U
Authority: JP
Inventors: モシュムキング
Original assignee: ジェクソンエレクトリックカンパニーリミテッド
Priority date: 2003-05-06
Filing date: 2004-05-06
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2010-05-06
Also published as: CN2762369Y; US6710577B1; GB2401495B; HK1072698A2; GB2401495A; GB0409261D0; FR2855919A1; GB2421370B; FR2855919B3; DE202004007006U1; GB2421370A; HK1094378A1; GB0603672D0; HK1071236A1

Abstract

【課題】複数の再充電可能電池を同時に充電する。
【解決方法】
複数の再充電可能な電池、例えばＡＡまたはＡＡＡサイズの複数の再充電可能な電池を同時に充電するための電池充電装置である。本考案により、このような電池を、従来可能であった充電時間の約半分の時間で、電池の損傷または破壊を招くことなく、完全に充電することが可能となる。電池を充電装置の基部上に設置することで、電池が大きく露出および離間し、これまで最大であると考えられていた充電電流の約二倍の平均充電電流を、電池をオーバーヒートさせることなく付加することができる。
【選択図】図１

Description

本考案は、複数の充電可能電池を同時に充電する充電装置に関する。

多くの携帯型電子製品は、電力源に再充電可能な電池を使用する。このような電池として、ＡＡまたはＡＡＡサイズの電池、例えばニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）タイプの電池が挙げられる。再充電可能な電池を充電する場合、電気エネルギー、つまり電気電流が、放電電流方向とは反対の方向において電池内を通過し、電池内部の化学エネルギーに変換されるが、この工程では、化学エネルギーの変換と同時に、充電中の電池の内外の温度を上昇させる熱エネルギーが生成される。電池をさらに完全に充電するに従い、内部の化学反応が遅延化し、熱エネルギーに変換される電気エネルギー入力の量が増加する。これは、完全な充電状態にて、化学反応が効率的に止まり、実質的に全ての電気エネルギー入力が熱エネルギーに変換されるまで続くが、この段階は、電池の表面温度の著しい増加によって明確にわかる。この充電中における熱の発生により、一個の電池充電率、如いては一個の電池を完全に充電する時間が制限される。国際電気技術標準会議（ＩＥＣ）の充電可能電池のための「基準充電電流」は、充電可能電池の完全な充電に長時間、例えば１６時間かかるため、充電工程中に起こる熱の発生に関連した問題を回避する、充電電流０．１Ｉ_ｔ（ここで、Ｉ_ｔはＩＥＣ国際基準６１４３６に明記された基準試験電流である）を明記している。しかし、現代社会における消費者は、所有している電子製品、如いてはこれらに電力を供給する電池を可能な限り長持ちさせる方法を模索し、如いては充電可能電池の充電にかける時間がより短くなることを要求している。充電電流を増加することで充電時間の短縮が可能である。しかし、充電電流を増加するに従い、電池を破損してしまうほど高い熱の発生問題が大きくなる。

ＡＡおよびＡＡＡサイズの電池用の現行の充電装置では、約一時間の最小充電時間が可能である。一般に、これよりも短い充電時間では、充電時間を短縮することで必要となった充電電流の増加により熱が発生するため、電池を損傷または破損する高い危険性が伴う。複数の電池、例えば四個の電池を同時に充電する充電装置では、消費者が受け入れられるよう充電装置のサイズやコストの制限に見合うように電池の配置を行っているため、一個の電池から発生するよりも多くの熱が複数の電池から発生することから、この問題がさらに悪化する。

本考案の一つの目的は、消費者が許容できるサイズとコストで、複数の、例えば４つの充電可能な電池を同時に充電でき、充電率を大幅に増加させることができ、それによって充電時間が同等のサイズと経費を有する充電装置が一般的に達成可能な充電時間よりも大幅に短縮できる充電装置を提供することである。

本考案は、複数の電池を同時に充電するための電池充電装置であって、各電池が、一時間毎のミリアンプ時間で示すその容量定格によって決定された公称充電電流を有し、前記充電装置が、
基部と、
前記基部内に収容され、電源と接続可能である充電回路とを備え、
前記基部が、複数の再充電可能電池を個別に設置する手段を含み、前記各電池の設置手段が、該電池に充電電流を通すべく電池の電極を接触させるための前記充電回路と接続した接点を含み、
前記各電池のための設置手段が、該基部に関連して、また相互に関連して配置されているため、該基部上に設置した複数の電池が大きく露出および離間することで、該複数の電池を、最大でその約二倍の公称充電電流までの平均充電電流にて、オーバーヒートすることなく、充電することが可能である。

複数の電池を適切に冷却することができれば、消費者が許容できる充電装置のサイズおよび経費の制限の範囲内において、複数の充電可能電池が、同等のサイズの充電装置を介して、一般に高速充電の最大適量とされる充電電流の約二倍の充電電流を同時に受けることができるとわかっている。さらに、充電装置の物理サイズを該同等のサイズの充電装置と比較して大幅に変更したり、冷却ファン部品を追加することで経費を許容不能な範囲にまで増やさなくても、このような適切な冷却を達成できることもわかっている。この冷却は、個々の電池を周囲の冷却空気に大きく露出させ、相互に対して大きく離間させる、つまり基部の形状に従って最大間隔で離間させることで達成できる。例えば、実質的に１２０×８０×３４ｍｍの矩形の平行パイプ形状をした基部では、同時に充電する四個の電池の各々を、従来技術の充電装置のように頂面に平行して並べるのではなく、基部の頂縁に沿って整列させることが可能である。複数の凹部が基部の頂部および隣接した側面に夫々開口して、各々の頂縁に設けることができ、その内部に電池を収容し、さらに、基部の頂部および隣接した側面に電池を露出させて、周囲の空気流によって電池を冷却することができる。さらに、各々の凹部に、スロットの底面から延び、基部の底面へと開口したスロットを設けることで、凹部内に収容した電池をさらに周囲の冷却空気に露出させることができる。一般に、例えば円筒形またはフラスコ形状の基部では、同時に充電する四個の電池を、基部の湾曲した外面周囲に、均等に離間させて、直立した状態で配置することが可能である。この配置では、電池設置手段、例えばブラケットまたはクリップを使用し易くするが、この手段は、湾曲した外面を逸した場所に電池を保持するためのものである。つまり、電池を冷却するためにさらに露出させるべく、湾曲した外面から電池を多少離間させるためのものである。

好ましくは、電池は、１．０Ｉ_ｔよりも高く、最大で２．０Ｉ_ｔまでの平均的な充電電流で充電可能であり、ここで、Ｉ_ｔは、ＩＥＣ規格６１４３４：１９９６の第二段落に定義されている基準試験電流であり、この基準試験電流とはつまり、

であり、ここで、
Ｉ_ｔは、アンペア（Ａ）で示す基準試験電流であり；
Ｃ_ｎは、製造業者が提示した、アンペア時間（Ａｈ）で示すセルまたは電池の定格容量であり；
ｎは、定格容量を表す基準時間（時間）である。

本考案によれば、充電電流は、充電工程中に所定の形で変化する。例えば、充電装置は４．０Ｉ_ｔで、１０分間の充電を行い、その後、１．０Ｉ_ｔで２０分間の充電を行う。

次に、本考案をより明瞭に理解し、その実施方法を示すために、本考案の好ましい実施形態を、単に添付の図面を参照しながら非限定的な例証方法により説明する。

従来可能であった充電時間の約半分の時間で、電池の損傷または破壊を招くことなく、完全に充電することが可能である。電池を充電装置の基部上に設置することで、電池を大きく露出および離間させ、冷却するため、これまで最大であると考えられていた充電電流の約二倍の平均充電電流を、電池をオーバーヒートさせることなく印加することができる。

本考案の第１実施形態（図１〜３）の電池充電装置１０は、矩形平行パイプ形状の基部１１を含む。基部の理想的なサイズは１２０×８０×３４ｍｍである。基部１１は、周知である適当なネジ（図３にこのようなネジ用の穴１５が示されている）で合着した頂部１２、底部板１３で形成された二部分構造のケーシングである。頂部１２と底部板１３は、適切なプラスチック材料、例えばＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）の鋳造により形成することができる。基部１１の頂部１２は四個の丸い上方縁１４、１６、１８、２０を備えている。この上方縁１４〜２０は、基部１１の頂面２２と、基部１１の四個の側面２４、２６、２８、３０の各々との間の丸い変化部分により画定されている。基部１１はさらに、底面３２、すなわち底部板１３の下方に向いた面を備えている（図３を参照のこと）。図１中に点線で表す外郭３４によって概略的に示した（しかし、必ずしも境界を示しているわけではない）充電回路が基部１１内に収容されており、作り付けの、またはソケット３５を介して接続する適当な電源と接続可能になっている。周知のように、この適当な電源は、一端にコンセントと接続するための一体化プラグ／変圧器を有し、他端にソケット３５と接続するための低電圧プラグを有する電気コードを介して、電源コンセントより供給することができる。

基部１１は、四個の再充電可能電池の各々を基部１１上に設置するための手段を備えている。このような手段は、各上方縁１４、１６、１８、２０における凹部３６、３８、４０、４２内に夫々内設されている。各凹部３６〜４２は、基部１１の頂面２２、および、各々の側面２４、２６、２８、３０に向けて開口している。この設置手段は、台または台座４４（凹部３６内のものが最も明瞭である）を備え、この台４４は、各凹部３６〜４２の底面４５または床部よりも高く上昇されており、ＡＡサイズの電池を、電池の正の電極側の端面付近の側部にて支持する。この設置手段はさらに、これ以外にも、概して半円形の台座４６（凹部３８内のものが最も明瞭である）を備えており、この台座４６は、電池の負の電極側の端面付近のその側部に、ＡＡサイズ（またはＡＡＡサイズ）の電池を配置および支持する。各凹部の壁５２によって接点５０が台座４４付近に、また、これと対向する接点４７が各凹部の台座４６付近に設けられており、両接点の間にＡＡサイズの電池を配置する。接点４７は、接点５０に向いた凸型に湾曲した部分４８を有するように形成されているため、電池表面端上（つまり、電池の負電極端上）にバネ付勢がかかる。この接点４７の湾曲部分４８により、電池が他方の接点５０へと強制移動される。したがって、各々の凹部３６〜４２が、対向して配置された接点４７、５０を含むことになり、これらの接点の間で、台４４と台座４６の台上に乗せる形でＡＡサイズの再充電可能電池を配置することができる。各々の凹部３６〜４２内の台４４は、各凹部３６〜４２の底面４５へと延びた実質的に垂直な壁５４（凹部３６内のものが最も明瞭である）に対して短い距離で、接点４７〜４８へ向いて延びている。壁５４は、これ以外に、ＡＡＡサイズの電池の正電極用の接点５６を設けており、この場合、電池の負端部が接点４７〜４８とも接触し、これにより、充電するＡＡＡサイズの電池が、凹部の台座上に、各凹部３６〜４２の台４６および底面４５上に置かれる角度で設置されている状態で、接点５６へと付勢される。図２は、ＡＡサイズの電池５７が、充電のために凹部３８、４２内に設置され、ＡＡＡサイズの電池５９が、充電のために凹部３６、４０内に設置されている状態を示す。電池５９は、接点４７〜４８付近の台座４６の異なる高さと、接点５６付近の床面４５とで形成された角度にて設置されている。したがって、電池充電装置１０の各々の凹部３６〜４２は、ＡＡまたはＡＡＡサイズの電池を充電の目的で収容するように形成されている。

さらに、充電装置１０の基部１１は多数のスロット６０を含んでおり、各スロット６０は、各凹部３６〜４２の底面４５から、基部１１の底面３２にかけて延びており、また、好ましくは、参照符号６２で示すように、その付近の基部１１の側面２４、２６、２８、または３０に向かって開口している（図３に最良に示す）。さらに基部１１は、概してこのような面の角付近の底面３２上に四個のパッド６４を具備しているため、充電装置を例えば作業台上に配置した場合に、基部１１の底面３２は作業台から多少の空間をあけて離間する。この離間により、スロット６０を通る周囲空気の循環が改善されるため、凹部３６〜４２内部に収容したＡＡまたはＡＡＡサイズの電池がさらに露出し、冷却される。基部１１の頂部１２は、各凹部３６、３８、４０、４２の後壁に沿って垂直方向に延びたチャネル６６を具備しており、これが、空気の対流をさらに促進し、電池５７、５９が冷却される。基部１１の底部板１３にも、充電回路を冷却する目的で基部１１内部の周囲空気を循環させるためにスロット６８が設けられている。

周知のように、充電装置１０はさらに、充電装置１０に電力が供給されている旨を示すための、例えば緑色の小型ランプ７０と、電池の充電完了を示す、各々の充電場所に設置した、例えば赤色の小型ランプ７２とを含んでおり、ランプ７２は、関連する電池が完全に充電されると点滅または消滅するように設けることができる。さらに、当業者にはこのような充電装置用の所与の充電回路が周知であるため、四個の電池を同時に充電するための、連続接続した四個の充電ステーションを提供する定電流充電回路であってよいという旨の特記を別にして、充電回路３４に関するこれ以上の詳細な説明は不要である。また、充電装置はさらに、一個またはそれ以上の電池が完全に充電されたが、これ以外の電池はまだ充電中である場合に、この充電が済んだ一個またはそれ以上の電池を隔離するための監視および制御回路要素を具備することができる。ランプ７２はこのような監視および制御回路要素によって動作されることが明瞭である。

図４は、フラスコ形状の基部８２を具備した充電装置８０を概略的に示している。基部８２は、図１〜図３中に示す充電装置１０の基部１１と類似した、二個の部品からなる構造物（図示せず）であってよいため、充電回路（図示せず）を収容するための中空内部を備えている。基部８２の湾曲した外面８４上には、対をなしたブラケット８６、８８の形態の手段が配置され、各々のブラケットの対の間に、充電する電池９０を取り外し可能に配置することができる。接点８６、８８の対、例えば四つの対は、湾曲面８４の周囲で均等に離間して位置しており、さらに、湾曲面８４から少々離れた適所に電池９０を保持できる形状になっている。これにより、充電中に、電池９０が大きく露出および離間され、冷却される。

各ブラケット８６は、対応する電気接点９２のためのしっかりした取り付け台となる。各々の電池につき、各々のブラケットの対のこれと対向するブラケット８８によって、対向する電気接点が設けられる。各ブラケット／接点８８は、バネ構造を得るべく湾曲面８４から片持ち梁として延び、電池９０の負電極と接触するための湾曲部９４を備えた金属片であってよい。各ブラケット／接点８８は、対向する接点９２／８６構造に関連する電池９０を付勢する。周知のように、接点８８、９２は、基部８２内に設けた、接点間に配置した電池９０に通す充電電流用の充電回路に関連している。

充電装置８０は、周知のように、適切な電源から充電回路に電力供給する手段（図示せず）を備え、さらに、これ以外の特徴、例えば、充電回路を冷却するべく基部８２に空気を通すためのスロット（図示せず）、または図１〜図３の充電装置１０用としてのインジケータ・ランプを備えることができることが知られている。さらに、電池９０を個別に設置する手段は様々な形態であってよい。例えば、湾曲面８４周囲に、適切に配置された接点を設置し、支持する環状の縁を設けることができる。充電装置８０はある一つのサイズ、例えばＡＡまたはＡＡＡサイズのみの電池を収容するように図示されているが、両方のサイズの電池を収容するように構造化することも可能である。これは例えば、二個の引っ込んだ部分を備えるスライドによって移動される各接点８８により提供され、これにより、接点９２、８８が、ＡＡサイズの電池を収容するべく離間するか、あるいは（スライド上の接点８８を接点９２へ滑動させることで）該接点間の間隔をより接近させてＡＡＡサイズの電池を収容することができる。

図５は、円筒形状の基部１０２を具備した本考案による充電装置１００のさらなる実施形態を概略的に示す。あるいは、充電装置１００は、図４の充電装置８０と類似したものであってよいため、したがって、関連する構成部分はすでに参照したものと同一である。

定格容量が１８００ｍＡｈ（一時間毎のミリアンプ）である、つまり、１８００ミリアンプの電流で電池を完全に充電または放電するのに一時間を要する電池では、三十分間で充電を行う場合、３．６アンペアの充電電流が必要である。定格容量が２１００ｍＡH（現在のＡＡタイプのＮｉＭH電池の最大定格）の電池では、三十分間で充電を行う場合、４．２アンペアの充電電流が必要である。実験から、図１〜図３に示す本考案の実施形態では、このような電池を、損傷なく、三十分間で定格容量にまで充電することが可能であることがわかっている。これらの実験によれば、例えば、１８００ｍＡｈのＮｉＭＨ再充電可能電池の場合、３．６アンペアの充電電流下での平均温度上昇は、従来の充電装置と比較して、約５〜１０℃にまで抑えられた。図１〜図３に示す充電装置の設計は、充電装置への電池の設置および取り外しが簡単であるという利点を備えている。

実験結果は以下の通りであった。

条件 ■ １８００ｍＡｈのＡＡサイズの電池（ＮｉＭＨタイプ）
充電電流：３．６Ａ
充電時間：三十分間
充電サイズ：１２０×８０×３４ｍｍ
環境温度：２５℃

従来技術による電池の配置（つまり並列型）

┌───────┬──────┬──────┬──────┬───────┐
電池番号 │ Ａ │ Ｂ │ Ｃ │ Ｄ │
├───────┼──────┼──────┼──────┼───────┤
電池温度（℃） │ ６８ │ ７２ │ ７２ │ ６８ │
└───────┴──────┴──────┴──────┴───────┘
図１に示す電池の配置

┌───────┬──────┬──────┬──────┬───────┐
電池番号 │ Ａ │ Ｂ │ Ｃ │ Ｄ │
├───────┼──────┼──────┼──────┼───────┤
電池温度（℃） │ ６２ │ ６２ │ ６２ │ ６２ │
└───────┴──────┴──────┴──────┴───────┘
上の表に示す各電池温度は、多数の試験電池の各々を三十分間充電した後に得た平均温度である。

ここで説明した本考案は、具体的に記述したもの以外の応用、修正、および／または追加を許容可能であり、また、本考案は、実用新案登録請求の範囲内に入るこのような応用、修正、および／または追加の全てを含むものであると解釈されるべきである。

従来よりも高い充電電流を用いて、電池をオーバーヒートさせることなく、短時間での充電が可能であるため、複数の電池を同時に充電でき、時間の短縮が可能である。

本考案の第１実施形態による電池充電装置の当尺図である。図１と類似した図面であり、充電する電池を充電装置内に収容した状態を示している。図１の充電装置の下面図である。別の実施形態の略図である。第３実施形態の略図である。

符号の説明

１０電池充電装置
１１基部
１２頂部
１３底部板
１４、１６、１８、２０四個の丸い上方縁
２２頂面
２４、２６、２８、３０側面
３２底面
３４外郭
３５ソケット
３６、３８、４０、４２凹部
４４台
４６半円形の台座
４５底面
４８凸状に湾曲した部分
５０、４７、５６接点
５２、５４壁
５７ＡＡサイズの電池
５９ＡＡＡサイズの電池
６０、６８スロット
７０、７２小型ランプ
８０充電装置
８２フラストコニカル形状の基部
８４湾曲面
８６、８８一対の接点
９０電池
９２接点
９４湾曲部分
１００充電装置
１０２円筒形状基部

Claims

複数の充電可能電池を同時に充電するための電池充電装置であって、各電池が、ＩＥＣ規格６１４３４：１９９６の第二段落に定義されている基準試験電流Ｉ_ｔアンペア、すなわち

であり、ここで、
Ｉ_ｔは、アンペア（Ａ）で示す基準試験電流であり；
Ｃ_ｎは、製造業者が提示した、アンペア時間（Ａｈ）で示すセルまたは電池の定格容量であり；
ｎは、定格容量を表す基準時間（時間）であり、
前記充電装置が、
基部と、
前記基部内に収容されており、電源と接続可能な充電回路とを含み、
前記基部が、複数の充電可能電池の各々を該基部上に設置する手段を備え、各電池のための前記設置手段が、電池に充電電流を通すために、電池の電極と接触するべく該充電回路と接続した接点を含み、
前記各電池用の設置手段が、該基部上に設置した複数の電池が大きく実質的に露出し離間するように基部と相互の電池に対して関連して配置され、これにより、オーバーヒートすることなく１．０Ｉ_ｔ以上で約２．０Ｉ_ｔまでの平均充電電流で前記複数の電池を充電可能とした、電池充電装置。
前記基部が、概して四つの上方縁を有する矩形の平行パイプ形状であり、前記各電池用の設置手段が、電池を概して各々の縁に沿って配置する請求項１記載の電池充電装置。
前記各電池用の設置手段が、各々の上方縁における凹部内に設けられており、各凹部が、該基部の側面および頂面に向かって開口しており、これにより、凹部内に設置した電池が冷却のために前記側面および頂面において露出している請求項２記載の電池充電装置。
各凹部が電池を支持する台を含み、前記台の各々が、充電のために電池を挿入できる一対の接点の間に配置されており、前記接点が、該台上の凹部内に電池を取り外し可能に保持するべく配置されている請求項３記載の電池充電装置。
前記凹部の各々が、電池を冷却するべくさらに露出させるために、該凹部の底部から該基部の底面へと延びたスロットを含む請求項４記載の電池充電装置。
前記スロットの各々がさらに、該基部の側面に向かっても開口している請求項５記載の電池充電装置。
前記各凹部、各凹部内への電池の設置手段、および関連する接点が、ＡＡまたはＡＡＡサイズの電池のいずれかを収容するべく、凹部のために配置されている請求項６記載の電池充電装置。
前記凹部の各々が、ＡＡまたはＡＡＡサイズのいずれかの電池の負極と、その付近に設けた電池を支持する台とを接触させるための負の接点を含み、前記凹部がさらに、ＡＡサイズの電池の正極を接触させるための正接点と、ＡＡＡサイズ電池の正極を接触させるための別の正接点と、各々の正の接点付近に設けた、夫々の電池を支持する対応する台とを含み、これにより、ＡＡサイズの電池を、負の接点と正の接点の一つとの間に、またあるいは、ＡＡＡサイズの電池を、負の接点ともう一つの正の接点との間に配置することが可能である請求項７記載の電池充電装置。
前記基部が、湾曲した外面を具備した概して円筒形またはフラスコ形状であり、前記各々の電池の設置手段が、該湾曲した外面から延びた接点を含み、前記接点どうしの間に電池を直立方向に挿入する請求項１記載の電池充電装置。
前記電池を保持するための一対の接点の各々が、該湾曲した外面から離間して電池を保持するため、冷却のための電池の露出部分が増加する請求項９記載の電池充電装置。
前記各電池の設置手段が、ＡＡまたはＡＡＡサイズの電池のいずれか一方を収容するべく設けられている請求項１記載の電池充電装置。
複数の充電可能電池を同時に充電するための電池充電装置であって、各電池が、一時間毎のミリアンプ時間で示すその容量定格によって決定された公称充電電流を有し、前記充電装置が、
頂面および四つの側面を備えた概して平行パイプ形状の基部と、
前記基部内に収容され、電源と接続可能である充電回路とを含み、
前記基部がその頂面に四個の凹部を含み、各凹部が一つの側面に隣接し、前記一つの側面に向かって開口しており、
前記充電装置がさらに、前記各凹部内に対向的に配置された接点を備え、該対向的に配置された接点の間に電池を配置することが可能であり、また、充電電流を該電池に通すために、前記接点が充電回路に接続しており、
凹部内の、該接点間に設置した電池が、前記基部の頂面および一側面において大きく露出し、
これにより、前記凹部内に設置した四個の電池を、最大でその公称充電電流の約二倍の平均充電電流にて、オーバーヒートすることなく、充電することが可能である電池充電装置。
複数の電池を同時に充電するための電池充電装置であって、各電池が、一時間毎のミリアンプ時間で示すその容量定格によって決定された公称充電電流を有し、前記充電装置が、
基部と、
前記基部内に収容され、電源と接続可能である充電回路とを含み、
前記基部が、複数の充電可能電池を個別に設置する手段を含み、前記各電池の設置手段が、該電池に充電電流を通すべく電池の電極を接触させるための前記充電回路と接続した接点を含み、
前記各電池のための設置手段が、該基部に関連して、また相互に関連して配置されているため、該基部上に設置した複数の電池が大きく露出および離間することで、該複数の電池を、最大でその約二倍の公称充電電流までの平均充電電流にて、オーバーヒートすることなく、充電することが可能である電池充電装置。