JP3152776U

JP3152776U - リチウムイオンバッテリーパック

Info

Publication number: JP3152776U
Application number: JP2009003669U
Authority: JP
Inventors: 尊史今井
Original assignee: 株式会社Itm; 株式会社Ｉｔｍ
Priority date: 2009-06-02
Filing date: 2009-06-02
Publication date: 2009-08-13
Anticipated expiration: 2019-06-02

Abstract

【課題】２個の一次電池を直列接続して使用する器機において、その２個の一次電池の代用となる二次電池を提供する。【解決手段】直列接続した一次電池２個分に相当する外形寸法を有し、外部端子として正極端子１１と負極端子１２が設けられた外部ケース１０内に、正極２１が正極端子１１に接続され、負極２２が負極端子１２に接続されたリチウムイオン電池２０が配置されたバッテリーパック１と、リチウムイオン電池２０と同等の出力電圧を有する充電器とで構成される。電池２０と外部端子との間には、充電時に充電器の出力電圧をそのまま電池２０に出力し、放電時に電池２０の出力電圧を直列接続した一次電池２個分の電圧に降圧して外部端子に出力する同一電圧回路３０と、電池２０の過充電と過放電を防止するための保護回路４０とが設けられている。【選択図】図１

Description

本考案は、直列接続した２個の一次電池に代用する二次電池としてのリチウムイオンバッテリーパックに関する。

ラジオ、ＣＤラジカセ、玩具、誘導灯等の器機には一次電池（代表的なマンガン乾電池、アルカリ乾電池）を使用するのが一般的である。一次電池は一度使い切ると廃棄するしかないが、経済的損失、資源の損失・節約、ゴミの減量、環境への影響等の見地から好ましくない。

特に、一次電池を入れた器機を長時間連続して使用すると、一次電池の消耗が激しく、一次電池の交換の頻度が高くなり、それだけ廃棄物が増えることになる。例えば、道路工事等の際に交通整理に使用される誘導灯は、昼夜関係なく連続使用されることが多いので、一次電池の消費が甚大で、使い切るまでの期間が短くなり、廃棄する一次電池の個数が多くなる。

このような問題に対して、図６の概略図を参照して、絶縁ケース８０にリチウムイオン二次電池７０が内蔵され、絶縁ケース８０の外表面に正極端子と負極端子とからなる外部端子が設けられ、リチウムイオン二次電池７０と外部端子との間に、リチウムイオン二次電池７０の充電・放電時に電圧を調整するための電圧変換器７２と、リチウムイオン二次電池７０の過充電と過放電とを防止するための保護素子７１とが設けられた一次電池互換バッテリーパックがある（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１記載の考案において、リチウムイオン二次電池７０の充電時・放電時の概略経路図を図５に示す。この考案では、リチウムイオン二次電池７０の出力電圧が約３．０〜４．２Ｖであり、汎用一次電池の出力電圧（約１．０〜１．５Ｖ）よりも倍以上高いので、図５の（ｂ）に示すように電圧変換器７２により、リチウムイオン二次電池７０の放電時に出力電圧（４．２Ｖ）を約１．０〜１．４Ｖ（約１．５Ｖ以下になるように略３分の１）に変換して外部端子側（負荷７５側）に出力している。

また、図５の（ａ）に示すように、リチウムイオン二次電池７０の充電には、約１．５Ｖの充電器７３（専用の充電器の他にニッカド電池やニッケル水素電池用の充電器）を用いて充電できるように、電圧変換器７２により、充電時の外部端子の電圧（約１．５Ｖ）を約３．０〜４．２Ｖ（略３倍の４．２Ｖ）に変換してリチウムイオン二次電池７０側に出力している。

このバッテリーパックの正極端子と負極端子との間の電圧は、図６にも示すように１．５Ｖであるが、これは一次電池として例えば１個の単２型や単３型の乾電池９０の代用となる二次電池を想定しているからであり、そのためにリチウムイオン二次電池の電圧を約３分の１に変換して外部端子側に出力している。また、充電時には約１．５Ｖの充電電圧を持つ専用の充電器だけでなく、充電電圧が約１．５Ｖであるニッカド電池やニッケル水素電池用の充電器でも充電できるように、それら充電器の充電電圧を約３倍に変換してリチウムイオン二次電池側に出力している。

特開平１１−１８５８２４号公報

ところで、上記考案のバッテリーパックでは、使用電池が１個の一次電池の器機の場合は特に問題ないが、２個の一次電池を直列接続して使用する器機の場合、例えば上記誘導灯は２個の単２型乾電池を直列接続して使用するものが多いが、このような場合は上記考案のバッテリーパックであれば、単２型のサイズにしたものを２個直列接続して使用する必要がある。

しかしながら、仮に上記考案のバッテリーパックを２個使用するとなると、各バッテリーパックごとに充電しなければならず面倒であり、効率も悪く、器機に装填するのも手間が掛かる。

この考案は、そのような問題点に着目してなされたもので、２個の一次電池を直列接続して使用する器機において、その２個の一次電池の代用となる二次電池を提供することを目的としている。

上記課題は本考案のリチウムイオンバッテリーパックにより達成される。すなわち、本考案のリチウムイオンバッテリーパックは、直列接続した一次電池２個分に相当する外形寸法を有し、外部端子として正極端子と負極端子が設けられた外部ケース内に、正極が正極端子に接続され、負極が負極端子に接続されたリチウムイオン電池が配置されたバッテリーパックと、リチウムイオン電池と同等の出力電圧を有する充電器とで構成され、外部ケース内において、リチウムイオン電池と外部端子との間に、リチウムイオン電池の充電時に充電器の出力電圧をそのままリチウムイオン電池に出力し、リチウムイオン電池の放電時にリチウムイオン電池の出力電圧を直列接続した一次電池２個分の電圧に降圧して外部端子に出力する同一電圧回路と、リチウムイオン電池の過充電と過放電を防止するための保護回路とが設けられてなることを特徴とする。

また、本考案において具体的には、リチウムイオン電池の出力電圧は４．０〜４．２Ｖであり、同一電圧回路は放電時にリチウムイオン電池の出力電圧を３．０〜３．２Ｖに降圧して外部端子に出力する。

また、一次電池は単２型乾電池であることを想定している。

同一電圧回路は具体的には、リチウムイオン電池側を順方向とする２個のダイオードの間に抵抗を接続し、その２個のダイオードと並列に外部端子側を順方向とする１個のダイオードを接続してなるものである。

なお、本考案において、リチウムイオンバッテリーパックを使用する器機は、２個の一次電池（特に単２型乾電池）を直列接続して使用する器機であれば特定されず、ラジオ、ＣＤラジカセ、ＣＤラジＭＤ、誘導灯が例示される。これらの器機でも、２個の一次電池だけを使用するのであれば、１個のバッテリーパックのみでよいが、４個の一次電池を使用するのであれば、２個のバッテリーパックを用いればよい。

本考案によれば、直列接続した一次電池２個分に相当するサイズであるとともに、直列接続した一次電池２個分に相当する出力電圧であるため、２個の一次電池を直列接続して使用する器機において、その２個の一次電池の代用として汎用することができる。しかも、２個の一次電池や前記従来のバッテリーパックを１個ずつ器機に装填するのに比べて、装填が容易である。また、一度の充電で一次電池２個分の充電が完了するため、前記従来のバッテリーパックよりも充電が楽である。

実施形態に係るリチウムイオンバッテリーパックの縦断面図である。同リチウムイオンバッテリーパックの回路図である。同リチウムイオンバッテリーパックの充電時の概略経路図（ａ）、及び放電時の概略経路図（ｂ）である。同リチウムイオンバッテリーパックの出力電圧と直列接続した２個の一次電池（単２型乾電池）を示す図である。従来例に係るバッテリーパックの出力電圧の充電時の概略経路図（ａ）、及び放電時の概略経路図（ｂ）である。従来例に係るバッテリーパックの出力電圧と１個の一次電池（単２型乾電池）を示す図である。

以下、実施の形態により、この考案を更に詳細に説明する。

実施形態に係るリチウムイオンバッテリーパックの縦断面図を図１に、その回路図を図２に示す。このリチウムイオンバッテリーパック１は、直列接続した一次電池（ここでは単２型乾電池）２個分に相当する外形寸法を有するとともに、外部端子として正極端子１１と負極端子１２が設けられた絶縁性の外部ケース１０を備える。外部ケース１０は、単２型乾電池２個分の長さと単２型乾電池１個の外径とを有する円柱状を呈する。また、このリチウムイオンバッテリーパック１は、内部の下記リチウムイオン電池２０と同等の出力電圧（約４．２Ｖ）を有する専用の充電器５０〔図３の（ａ）参照〕を用いて充電されるものである。

外部ケース１０内には、正極２１が正極端子１１に接続され、負極２２が負極端子１２に接続されたリチウムイオン電池２０が配置されている。このリチウムイオン電池２０の負極２２と負極端子１２との間には、リチウムイオン電池２０の充電時に充電器５０の出力電圧をそのままリチウムイオン電池２０に出力し、リチウムイオン電池２０の放電時にリチウムイオン電池２０の出力電圧を直列接続した一次電池２個分の電圧に降圧して外部端子に出力する同一電圧回路３０と、リチウムイオン電池２０の過充電と過放電を防止するための保護回路４０とが設けられている。

このリチウムイオンバッテリーパック１において具体的には、リチウムイオン電池２０の出力電圧は４．０〜４．２Ｖであり、同一電圧回路３０は放電時にリチウムイオン電池２０の出力電圧を３．０〜３．２Ｖに降圧して外部端子に出力する。

同一電圧回路３０は、図２に示すように、リチウムイオン電池２０側を順方向とする２個のダイオードＤ１，Ｄ２の間に抵抗Ｒを接続し、その２個のダイオードＤ１，Ｄ２と並列に外部端子（負極端子１２）側を順方向とする１個のダイオードＤ３を接続してなるものである。なお、抵抗Ｒは安全確保のための感温抵抗であり、温度上昇と共に抵抗値は増加するが、抵抗Ｒの抵抗値は通常は０．０１Ω程度である。

保護回路４０は、充電時にリチウムイオン電池２０の電圧が約４．２Ｖを超えないように制御する過充電保護機能と、放電時にリチウムイオン電池２０の電圧が約３Ｖを下回らないように制御する過放電保護機能とを有するが、このような保護回路４０はリチウムイオン電池にとって安全面から必要な周知技術であるので、ここでは詳細な説明は省略する。

このように構成したリチウムイオンバッテリーパック１では、図３の（ａ）に概略経路図で示す充電時には、同一電圧回路３０は充電器５０の出力電圧（４．２Ｖ）を保護回路４０を通じてそのままリチウムイオン電池２０に出力する。この場合、同一電圧回路３０は電圧変換を全く行わないので、回路作用的には存在しないのと同等であり、従って（ａ）では示していない。

一方、図３の（ｂ）に概略経路図で示す放電時には、同一電圧回路３０はリチウムイオン電池２０の出力電圧（４．２Ｖ）を直列接続した一次電池２個分の電圧（３．０Ｖ）に降圧して外部端子（負荷７５）に出力する。

このリチウムイオンバッテリーパック１の正極端子１１と負極端子１２との間の電圧は、図４にも示すように３．０Ｖであるが、これは上記の通り直列接続した２個の一次電池（特に単２型乾電池９０）の代用に１個のバッテリーパックを想定しているからである。従って、２個の一次電池を直列接続して使用する器機において、その２個の一次電池の代用として汎用することができる。しかも、２個の一次電池や前記従来のバッテリーパックを１個ずつ器機に装填するのに比べて、１個のバッテリーパックでよいため装填が容易である。また、一度の充電で一次電池２個分の充電が完了するため、前記従来のバッテリーパックよりも充電が楽である。

なお、上記実施形態では、同一電圧回路３０と保護回路４０は、リチウムイオン電池２０の負極２２と負極端子１２との間に設けてあるが、リチウムイオン電池２０の正極２１と正極端子１１との間に設けても構わない。

１リチウムイオンバッテリーパック
１０外部ケース
１１正極端子（外部端子）
１２負極端子（外部端子）
２０リチウムイオン電池
２１正極
２２負極
３０同一電圧回路
４０保護回路
５０充電器

Claims

直列接続した一次電池２個分に相当する外形寸法を有し、外部端子として正極端子と負極端子が設けられた外部ケース内に、正極が正極端子に接続され、負極が負極端子に接続されたリチウムイオン電池が配置されたバッテリーパックと、リチウムイオン電池と同等の出力電圧を有する充電器とで構成され、
外部ケース内において、リチウムイオン電池と外部端子との間に、リチウムイオン電池の充電時に充電器の出力電圧をそのままリチウムイオン電池に出力し、リチウムイオン電池の放電時にリチウムイオン電池の出力電圧を直列接続した一次電池２個分の電圧に降圧して外部端子に出力する同一電圧回路と、リチウムイオン電池の過充電と過放電を防止するための保護回路とが設けられてなることを特徴とするリチウムイオンバッテリーパック。
リチウムイオン電池の出力電圧は４．０〜４．２Ｖであり、同一電圧回路は放電時にリチウムイオン電池の出力電圧を３．０〜３．２Ｖに降圧して外部端子に出力することを特徴とする請求項１記載のリチウムイオンバッテリーパック。
一次電池は単２型乾電池であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のリチウムイオンバッテリーパック。
同一電圧回路は、リチウムイオン電池側を順方向とする２個のダイオードの間に抵抗を接続し、その２個のダイオードと並列に外部端子側を順方向とする１個のダイオードを接続してなることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載のリチウムイオンバッテリーパック。