JP3829477B2 - 電池パックの冷却装置 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は携帯用機器等の電源として用いられるニッケルカドミウム電池(以下ニッカド電池という)やニッケル水素電池等の電池パックの冷却装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、ニッカド電池やニッケル水素電池等の電池パックの高容量化及び大電流による充放電特性の改善は目覚ましいものがあり、高負荷機器のコードレス化が可能となった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電池パックには内部抵抗が存在するため、充放電電流及び容量が大きくなればなるほど発熱は大きくなり、上記した改善は必然的に充放電時に大きな発熱を引き起こしてしまう。
この結果、電池パックのサイクル寿命特性が低減してしまうと共に電池及び電池パック内の部品等が発熱により性能劣化あるいは破損してしまうという欠点があった。
【0004】
また、充電器は通常、電池パックが高温となることを防止するために電池温度が設定値以上である時には充電しないようにしているが、高負荷での使用直後の電池パックは電池温度が設定値以上となってしまう確率が高く、直ちに充電することができず作業性が悪いという欠点があった。
本発明の目的は、上記欠点を解消し、充放電時の発熱を抑制し、サイクル寿命特性及び作業性の向上を図ることができる電池パックの冷却装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、充放電時に駆動する冷却ファンを電池パックに設けることにより達成される。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明電池パックの冷却装置の一実施形態を図1、図2を用いて以下説明する。図1は本発明電池パックの冷却装置を備えた電池パックの一実施形態を示す一部断面図であり、図2は電池パックの内部構造を説明するための図1の要部断面平面図である。
電池パック1は、電池ケースを形成する上外枠3、下外枠4及び下外枠4に取付けられるファンケース5、電池ケース内に収納される複数の電池2、電池2を接続する接続板6、正極端子7、負極端子8、温度端子9、ファン駆動端子10、これらの端子を保持する端子ホルダ11、温度端子9に接続され電池2に接触または近接して設けられたサーミスタ等の感温素子12、ファンケース5内に収納された冷却ファン13、冷却ファン13とファン駆動端子10とを接続するコネクタ14とから構成されている。
【0007】
電池パック1の上外枠3、下外枠4及びファンケース5には複数個の通風口15A〜15Fが設けられており、冷却ファン13が駆動すると通風口15C〜15Fから冷却風が電池パック1内に流入し、複数の電池2の隙間を通り、通風口15A、15Bから排出され電池パック1内部は冷却される。
この電池パック1の冷却ファン13を電池2の充電、放電または充放電時に駆動させることにより、充放電時の電池の発熱を冷却ファン13が発生させる冷却風により抑制することができるので、サイクル寿命特性の低減を抑制することができると共に、高負荷での使用直後の電池パック1においても電池温度が高温となることを抑制することができる。
【0008】
また、図1に示すように冷却ファン13を収納するファンケース5が下外枠4に着脱可能な構成をしていると共に、冷却ファン13とファン駆動端子10とがコネクタ14を介して接続可能な構成をしているため、使用する電池パック1に冷却ファン13を収納したファンケース5を取付ければ良く、電池パック1の数量分の冷却ファン13を用意する必要がないと共に、何らかの原因で冷却ファン13が故障してしまったとしても冷却ファン13のみの交換が可能であり経済的である。
【0009】
以下、冷却ファン13の駆動方法を図3、図4を用いて説明する。
図3は図1の電池パック1を充電器100に接続した状態を示す回路図である。図において、101は交流電源、102は第1整流平滑回路、103は第1高周波トランス、104は第1スイッチング素子、105は第1スイッチング制御回路であり、第1スイッチング素子104の駆動パルス幅を変えて第1整流平滑回路102の出力電圧を調整する。106は第2整流平滑回路、107は電流検出回路、108は電池電圧検出回路、109は電池温度検出回路、110はマイコンであり、電池電圧検出回路108及び電池温度検出回路109の出力をマイコン110に入力し、電池電圧検出回路108及び電池温度検出回路109の出力に応じて充電を制御する。
111は第3整流平滑回路、112は第2高周波トランス、113は第2スイッチング素子、114は第4整流平滑回路、115は電圧検出回路、116は電圧制御回路、117は第2スイッチング制御回路、118は電圧設定回路であり、冷却ファン13に印加する電圧を設定する。
7A〜10Aは電池パック1の正極端子7、負極端子8、温度端子9及びファン駆動端子10に夫々対応する充電器100に設けられた正極端子、負極端子、温度端子及びファン駆動端子である。
【0010】
図3において電池パック1が充電器100に接続されると、マイコン110は電池電圧検出回路108の出力によりこれを判別し、電池温度検出回路109の出力により電池パック1の電池2の電池温度を検出し、電池温度が設定値(例えば60℃以上)の時は、第1スイッチング制御回路105を介して第1スイッチング制御回路104に充電停止信号を出力する。
更に、マイコン110は電圧設定回路118に冷却ファン13を所定の電圧にて駆動させるための信号を出力し、電圧検出回路115の出力と電圧設定回路118の出力から電圧制御回路116にて第2スイッチング制御回路117が出力する駆動パルスの出力を制御し、第2スイッチング素子113を駆動させて充電器100のファン駆動端子10Aと、負極端子8Aに所定の電圧を印加させ、冷却ファン13を駆動する。マイコン110は、電池温度検出回路109の出力、すなわち電池温度が設定値以下になったら第1スイッチング制御回路105に充電開始信号を出力する。
【0011】
充電器100に電池2の温度が上記設定値以下の電池パック1が接続されると、マイコン110は第1スイッチング制御回路105に充電開始信号を出力し、第1スイッチング制御回路105は駆動パルスの出力を発生し、第1スイッチング素子104を駆動させ定電流制御にて電池2の充電を行うと共に、電圧設定回路118に冷却ファン13を所定の電圧にて駆動させるための信号を出力し、冷却ファン13を駆動させる。すなわち、冷却ファン13を駆動させながら充電を行う。
【0012】
また、充電器100に接続された電池パック1の電池温度がある所定値以下の低温である場合には、マイコン110は電圧設定回路118を介して電圧制御回路116に冷却ファン13を停止させる、すなわちファン駆動端子10Aと、負極端子8Aに電圧を印加させない信号を電圧制御回路116に出力し、第2スイッチング制御回路117が出力する駆動パルスの出力を停止させて、第2スイッチング素子113の駆動を停止し、第4整流平滑回路115に冷却ファン13を駆動させる電圧を発生させず、冷却ファン13を停止させる。
【0013】
上記したように、電池パック1の電池温度が高温である時には充電を行わずに冷却ファン13を駆動させて電池温度を冷却するようにしたので、電池パック1の温度を直ちに充電可能な温度まで低下させることができるようになり、作業性を向上させることができる。
また、電池パック1の電池温度が低温である時には、電池2が発熱することで充電の受け入れ性が向上し、一充電あたりの放電容量が向上する面に着目し、冷却ファン13を駆動させずに充電を行うようにしたので電池パック1の充電特性を低下させることを防止できる。
また、上記以外の時には充電を行いながら冷却ファン13を駆動させるようにしたので、充電中に電池温度が極度に上昇することを抑制することができ、満充電前に充電が停止してしまうこと及び電池2等が発熱により性能劣化してしまうことを抑制することができる。
【0014】
なお、電圧設定回路118は電池温度検出回路109の出力に応じて冷却ファン13に印加する電圧を設定する、すなわち電池温度が高ければ高い電圧を設定し、低ければ低い電圧を設定する構成であることが望ましい。このような構成とすることにより、電池温度が極度に低下してしまい電池パック1の充電特性が低下してしまうことを抑制することができる。
【0015】
図4は図1の電池パック1を携帯用機器200に接続した状態を示す回路図である。図において、201はモータ、202はスイッチ、7B、8B及び10Bは電池パック1の正極端子7、負極端子8及びファン駆動端子10に夫々対応する携帯用機器200に設けられた正極端子、負極端子及びファン駆動端子である。
電池パック1が接続された携帯用機器200は、スイッチ202を閉じると電池パック1の電池電圧が印加され、モータ201が駆動する。この時、スイッチ202を介して正極端子7Bと接続されたファン駆動端子10Bに電池電圧が印加され電池パック1に取り付けられている冷却ファン13が駆動し電池パック1の内部を冷却する。
【0016】
このように、放電時に電池パック1内の冷却ファン13が駆動するようにしたので、電池パック1は放電時に常に冷却されることになり、電池パック1内部が高温となることを抑制できる。すなわち、電池パック1の電池温度が極度に上昇することを抑制することができるので、電池のサイクル寿命特性の低減及び電池2等の性能劣化あるいは破損を抑制することができると共に高負荷での使用直後の電池パック1であっても充電器100で直ちに充電を開始することができるようになり作業性を向上させることができる。
【0017】
なお、上記実施形態では、電池ケースを形成する下外枠4に着脱可能なファンケース5に冷却ファン13を収納する構成としたが、上外枠3、下外枠4内に収納される構成であっても良く。また、電池温度が低温である時には冷却ファン13を駆動させない構成としたが、電池パック1が充電器100に接続されると冷却ファン13が駆動する構成であっても良い。
更に、上記実施形態では、充放電時に冷却ファン13が駆動する構成としたが、例えば充電時のみ、放電時のみに冷却ファン13が駆動する構成であっても良い。
【0018】
【発明の効果】
本発明によれば、充放電時に駆動する冷却ファンを電池パックに設けた構成としたので、充放電時の発熱を抑制し、サイクル寿命特性及び作業性の向上を図ることができる電池パックの冷却装置を提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明電池パックの冷却装置を備えた電池パックの一実施形態を示す一部断面図。
【図2】図1の電池パックにおいて、上外枠を外し下外枠の上部を切除した状態を示す平面図。
【図3】図1の電池パックを充電器に接続した状態を示す回路図。
【図4】図1の電池パックを携帯用機器に接続した状態を示す回路図。
【符号の説明】
1は電池パック、2は電池、5はファンケース、10はファン駆動端子、13は冷却ファンである。
Claims (1)
- 正極端子、負極端子、ファン駆動端子及びスイッチを有する電池利用機器と、複数の電池を収納する電池ケース及び充放電端子から構成され、電池利用機器及び充電器に着脱可能な電池パックと、前記電池ケースに取り付けられ、電池ケース取付面及び取付面以外に通風口を設けたファンケースと、前記ファンケース内に設けられ、前記電池利用機器のファン駆動端子及び電池パックの負極端子に接続される端子を有する冷却ファンとを備え、電池利用機器の使用時に冷却ファンを駆動させて電池パック内の電池を冷却するようにしたことを特徴とする電池パックの冷却装置。
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