JP4578455B2

JP4578455B2 - 充電器

Info

Publication number: JP4578455B2
Application number: JP2006256518A
Authority: JP
Inventors: 建史八木
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2026-09-21
Also published as: JP2008079440A

Description

本発明は、充電器に関し、とくに専用の放熱フィンを使用することなく、発熱部品の熱を有効に放熱できる充電器に関する。

電池の充電器は、ケース内に発熱部品を内蔵する。発熱部品は、整流用の電源ダイオードや、充電を制御する充電制御ＦＥＴなどである。さらに、ニッケル−水素電池やニッケルカドミウム電池のメモリ効果を解消するために電池を完全に放電させる放電抵抗を内蔵する充電器は、放電抵抗の発熱量が大きい。とくに、この放電抵抗は、電池を放電させる時間を短くすると発熱量が大きくなる。いいかえると、放電抵抗の発熱量を大きくして、電池の放電時間を短縮して、リフレッシュに要する時間を短くできる。

電池を完全に放電する時間を短くするために、複数の放電抵抗を設ける充電器は開発されている（特許文献１参照）。この特許文献の充電器は、放電抵抗の熱を分散して、トータルの発熱量を大きくして、電池の放電時間を短縮できる。しかしながら、この充電器は、複数の放電抵抗を設けることから、回路構成が複雑になると共に、部品コストが高くなる欠点がある。

また、発熱部品の発熱を有効に放熱するために、放熱フィンを設けた充電器も開発されている（特許文献２及び３参照）。特許文献２及び３の充電器は、ケースに放熱板を固定している。この充電器は、ケースに固定している放熱板で発熱部品の熱を効率よく放熱できる。しかしながら、この充電器は、特許文献１の充電器よりもさらにコスト高になる欠点がある。放熱板の部品コストが放電抵抗よりも高いことに加えて、放熱板をケースの特定の位置に固定するための製造コストが高くなるからである。
特開２００５−１８４８９８号公報実用新案登録第３０２７６０５号特開平６−３４３２５８号公報

本発明は、この欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、部品コストと製造コストを低減しながら、発熱部品の熱を有効に放熱できる充電器を提供することにある。

本発明の充電器は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
充電器は、充電される電池１１が脱着自在に装置される装着部２を有するケース１と、このケース１の装着部２に設けられて、装着部２にセットされる電池１１の電極に接触する金属端子３と、この金属端子３を固定している回路基板４と、この回路基板４に実装されて金属端子３に接続され、かつ発熱部品５を有する電子回路とを備える。さらに、充電器は、発熱部品５を金属端子３に熱結合して配設しており、発熱部品５の熱を金属端子３に伝導して、金属端子３を発熱部品５の放熱フィンに併用している。

本発明の充電器は、発熱部品５を、電池１１の放電抵抗１０、２０、３０とすることができる。

本発明の充電器は、回路基板４が金属端子３をハンダ付けして連結してなる電源ライン導電層６を有し、この電源ライン導電層６に発熱部品５をハンダ付けして、発熱部品５を電源ライン導電層６を介して金属端子３に熱結合することができる。

本発明の充電器は、発熱部品５を、金属端子３に熱伝導層２１を介して接触して熱結合させることができる。

本発明の充電器は、回路基板４が金属端子３をハンダ付けして連結してなる電源ライン導電層３６を有し、この電源ライン導電層３６に発熱部品５を、熱伝導層３１を介して接触して、発熱部品５を熱伝導層３１と電源ライン導電層３６を介して金属端子３に熱結合することができる。

本発明の充電器は、部品コストと製造コストを低減しながら、発熱部品の熱を有効に放熱できる特徴がある。それは、本発明の充電器が、発熱部品を金属端子に熱結合し、発熱部品の熱を金属端子に伝導して、金属端子を発熱部品の放熱フィンに併用するからである。電池に脱着できるように接続される金属端子は、電池の電極に弾性的に押圧されるように、所定の厚さの金属端子が使用される。この金属端子は、電池の電極に押圧されて、接触不良を防止しながら、確実に電気接続される。この構造をしている金属端子は、放熱面積が広くて熱伝導に優れる。このため、金属端子に熱結合して配置している発熱部品の熱は、効率よく金属端子に伝導されて、放熱フィンのように効率よく放熱される。とくに、電池に接触される金属端子は、弾性変形できるように両面を空気中に配設していることから、金属端子の両面から発熱部品の熱を効率よく放熱する。

とくに、本発明の請求項２の充電器は、発熱部品を電池の放電抵抗とし、放電抵抗を金属端子に熱結合している。この充電器は、放電抵抗の発生熱を効率よく放熱して、放電抵抗の温度上昇を少なくする。このことは、放電抵抗を大きくすることなく、また、並列に接続する放電抵抗の個数を多くすることなく、放電抵抗に流す放電電流を大きくできる。このため、電池の放電時間を短くして、電池を短時間でリフレッシュしてメモリ効果を解消できる。

また、本発明の請求項３の充電器は、金属端子をハンダ付けして連結する電源ライン導電層を回路基板に設けており、回路基板の電源ライン導電層に発熱部品をハンダ付けして、発熱部品を電源ライン導電層を介して金属端子に熱結合している。この構造の充電器は、発熱部品を回路基板にハンダ付けして金属端子に熱結合できる。このため、発熱部品と金属端子を特別な構造で固定することなく、熱結合状態で連結して、発熱部品の熱を有効に金属端子で放熱できる。

さらに、本発明の請求項４の充電器は、発熱部品を、金属端子に熱伝導層を介して接触して熱結合している。この充電器は、熱伝導層に絶縁層として、発熱部品と金属端子を絶縁しながら、熱結合できる。

さらにまた、本発明の請求項５の充電器は、回路基板が金属端子をハンダ付けして連結してなる電源ライン導電層を有し、この電源ライン導電層に発熱部品を熱伝導層を介して接触して、発熱部品を熱伝導層と電源ライン導電層を介して金属端子に熱結合している。この充電器も、発熱部品と金属端子とを絶縁しながら、発熱部品の熱を効率よく金属端子に伝導して、放熱できる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための充電器を例示するものであって、本発明は充電器を以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１ないし図３に示す充電器は、充電される電池１１が脱着自在に装置される装着部２を有するケース１と、このケース１の装着部２に設けられて、装着部２にセットされる電池１１の電極に接触する金属端子３と、この金属端子３を固定している回路基板４と、この回路基板４に実装されて金属端子３に接続され、かつ発熱部品５を有する電子回路とを備える。

ケース１は、電池１１を脱着できるように装着する装着部２を上面に有する。ケース１の装着部２は、上方を開口して上から電池１１を脱着する。さらに、図の充電器は、平面視長方形の凹状である装着部２の片側（図１における紙面の下側）の壁面の中央部に凹部１２を設けている。このケース１は、凹部１２に手を入れて装着部２の電池を簡単に外すことができる。図の充電器は２本の電池を装着するので、ケース１の装着部２には、ふたつのプラス端子とふたつのマイナス端子からなる４つの金属端子３を設けている。プラス端子とマイナス端子は、装着部２の両端であって、互いに対向する位置に配置される。プラス端子は電池１１のプラス電極に、マイナス端子は電池１１のマイナス電極に接触されて、電池１１を充電する。さらに、ケース１は、これらの金属端子３を装着部２に突出させるために、装着部２の内面に端子窓１３を開口している。図の充電器は、装着部２に４つの金属端子３を突出させるために４個の端子窓１３を開口している。ケース１の内部に配設される回路基板４に固定している金属端子３は、端子窓１３から装着部２に突出して定位置に配置される。

金属端子３は、弾性変形できる金属板で製作される。金属端子３は、所定の圧力で電池１１の電極２１に押圧されるように、金属板の厚さを０．２ｍｍないし０．５ｍｍとしている。また、金属板の幅を約５ｍｍ、長さを約２ｃｍないし３ｃｍとして放熱面積を大きくしている。金属端子３は、金属板の厚さによって幅を変化させる。厚い金属板は、幅を狭くする。したがって、金属端子３は、金属板の厚さを考慮して、その幅を３ｍｍないし１ｃｍとすることができる。また、金属端子３は、金属板を長くして、柔軟に弾性変形できる。したがって、金属端子３の長さも、金属板の幅と厚さにより最適値に設計される。

回路基板４は、絶縁基板に電子回路を実装している。電子回路は、電池１１の充電回路と、電池１１を放電してメモリ効果を解消するリフレッシュ回路を備える。リフレッシュ回路は、電池１１の放電抵抗を備える。リフレッシュ回路８は、図４の回路図に示すように、放電抵抗１０とスイッチング素子９を備えている。このリフレッシュ回路８は、スイッチング素子９をオンに制御して、放電抵抗１０で電池１１を放電する。スイッチング素子９は、制御回路（図示せず）でオンオフに制御される。制御回路は、電池１１をリフレッシュするときにスイッチング素子９をオンに切り換える。電池１１が完全に放電されたことを検出すると、スイッチング素子９をオンからオフに切り換えて、電池１１の放電を停止する。その後、充電回路が電池１１を充電する。充電回路は電池１１が満充電されると、電池１１と直列に接続しているスイッチング素子をオンからオフに切り換えて、充電を停止する。

放電抵抗１０は、電池１１の放電電流のジュール熱で加熱される発熱部品５である。放電抵抗１０の発熱量は、電気抵抗と、放電電流の自乗の積に比例する。したがって、放電抵抗１０の発熱量は、電池１１の放電時間を短縮するために放電電流を大きくすると、電流の自乗に比例して大きくなる。放電時間を半分に短縮するために、放電電流を２倍にすると、放電抵抗１０の発熱量は４倍になる。このことから、電池１１を完全に放電できる時間を短縮してリフレッシュ時間を短縮するためには、放電抵抗１０をいかに効率よく放熱できるかが大切である。

発熱部品５である放電抵抗１０は、金属端子３に熱結合状態で固定される。図３は、発熱部品５の放電抵抗１０が熱結合状態で回路基板４に固定される部分の構造を示している。この図に示す回路基板４は、金属端子３をハンダ付けして連結している電源ライン導電層６を設けている。回路基板４は、金属端子３に接続される電源ライン導電層６と、電子回路の信号を伝送する信号ライン導電層７とを表面に設けている。電源ライン導電層６は流れる電流が信号ライン導電層７よりも大きく、信号ライン導電層７よりも幅を広くしている。幅の広い電源ライン導電層６は熱伝導に優れる。この電源ライン導電層６に、発熱部品５の放電抵抗１０をハンダ付けして固定している。この構造は、発熱部品５の放電抵抗１０を、電源ライン導電層６を介して金属端子３に熱結合状態で固定する。この構造は、発熱部品５の放電抵抗１０を、幅の広い金属層からなる電源ライン導電層６を介して金属端子３に熱結合する。このため、発熱部品５の放電抵抗１０の熱は、電源ライン導電層６を介して効率よく金属端子３に伝導して、金属端子３から放熱される。図４の回路図に示すように、発熱部品５の放電抵抗１０を電池１１の一方の電極に直接に接続する回路構成、いいかえると、発熱部品５の放電抵抗１０を金属端子３に接続できる構造は、放電抵抗１０の熱を有効に金属端子３に伝導できる。

ただし、本発明の充電器は、図５の断面図に示すように、発熱部品５である放電抵抗２０を、金属端子３に熱伝導層２１を介して接触して熱結合して固定することもできる。また、図６の断面図に示すように、回路基板４に設けている電源ライン導電層３６に、熱伝導層３１を介して発熱部品５である放電抵抗３０を接触させて、発熱部品５を熱伝導層３１と電源ライン導電層３６を介して金属端子３に熱結合することもできる。熱伝導層２１、３１は、マイカやプラスチックシートなどの絶縁シート、あるいはシリコン等の絶縁性の樹脂である。このように、熱伝導層２１、３１を介して発熱部品５を金属端子３に熱結合する構造は、発熱部品５と金属端子３とを広い面積で熱結合して、効率よく熱伝導できる。また、熱伝導層２１、３１で発熱部品５と金属端子３とを絶縁する構造は、金属端子３に発熱部品５を電気接続しない回路構成として、発熱部品５を効率よく放熱できる。
なお、図５において、２６は電源ライン導電層を、２７は信号ライン導電層を示しており、図６において、３７は信号ライン導電層を示している。

ちなみに、図７は、発熱部品を放熱抵抗とする充電器であって、本発明の実施例の充電器（図８の等価回路に示す）と従来の比較例の充電器（図９の等価回路に示す）の放熱特性を示している。このグラフは、電池を短時間放電し、このときに発生する発熱によるケース内の温度上昇を測定したものである。この測定は、図８と図９に示すように、２本の電池１１を直列に接続した状態で放電し、２本の電池１１の出力電圧である２．４Ｖにて５５０ｍＡが流れる合成抵抗Ｒ（約４．３６Ω）を利用している。
図９に示すように、比較例においては、１０個の抵抗Ｒ0（＝１１Ω）を並列、直列に接続して、電池１１が装着される箇所の下側に位置するプリント基板に分散して配置して、電池１１が装着される箇所の中央に位置する抵抗Ｒ0の温度を測定し、図７に示している。
また、図８に示すように、実施例においては、２個の抵抗Ｒ1（＝２．４Ω）を並列に接続すると共に、８個の抵抗Ｒ2（＝６．２Ω）を並列、直列に接続し、さらに、これらの抵抗Ｒ1、Ｒ2を互いに直列に接続している。さらに、２個の抵抗Ｒ1を放電抵抗１０として出力端子に熱結合し、８個の抵抗Ｒ2を電池１１が装着される箇所の下側に位置するプリント基板に分散して配置している。そして、温度が最も高い抵抗Ｒ1の温度を測定して、図７に示している。
図７からわかるように、本発明では、優れた放熱特性により、ケース内における温度上昇を低減できる。このことは、放電抵抗を大きくして、言い換えると規格の大きな電気抵抗を使用することなく、また、並列に接続する放電抵抗の個数を多くすることなく、製造コストを低減しながら、しかも放電抵抗の発熱による温度上昇を極減できることを意味している。

本発明の一実施例にかかる充電器の平面図である。図１に示す充電器に電池をセットした状態を示す断面図である。図２に示す充電器の内部構造を示す断面斜視図である。本発明の一実施例にかかる充電器のリフレッシュ回路の回路図である。本発明の他の実施例にかかる充電器の要部拡大断面図である。本発明の他の実施例にかかる充電器の要部拡大断面図である。本発明の実施例の充電器と従来の比較例の充電器の放熱特性を示すグラフである。本発明の実施例の充電器の等価回路を示す回路図である。従来の比較例の充電器の等価回路を示す回路図である。

符号の説明

１…ケース
２…装着部
３…金属端子
４…回路基板
５…発熱部品
６…電源ライン導電層
７…信号ライン導電層
８…リフレッシュ回路
９…スイッチング素子
１０…放電抵抗
１１…電池
１２…凹部
１３…端子窓
２０…放電抵抗
２１…熱伝導層
２６…電源ライン導電層
２７…信号ライン導電層
３０…放電抵抗
３１…熱伝導層
３６…電源ライン導電層
３７…信号ライン導電層
Ｒ…合成抵抗
Ｒ0…抵抗
Ｒ1…抵抗
Ｒ2…抵抗

Claims

充電される電池(11)が脱着自在に装置される装着部(2)を有するケース(1)と、このケース(1)の装着部(2)に設けられて、装着部(2)にセットされる電池(11)の電極に接触する金属端子(3)と、この金属端子(3)を固定している回路基板(4)と、この回路基板(4)に実装されて金属端子(3)に接続され、かつ発熱部品(5)を有する電子回路とを備える充電器であって、
発熱部品(5)が金属端子(3)に熱結合して配設され、発熱部品(5)の熱を金属端子(3)に伝導して金属端子(3)を発熱部品(5)の放熱フィンに併用してなる充電器。
発熱部品(5)が、電池(11)の放電抵抗(10)、(20)、(30)である請求項１に記載される充電器。
回路基板(4)が金属端子(3)をハンダ付けして連結してなる電源ライン導電層(6)を有し、この電源ライン導電層(6)に発熱部品(5)をハンダ付けして、発熱部品(5)を電源ライン導電層(6)を介して金属端子(3)に熱結合している請求項１に記載される充電器。
発熱部品(5)が、金属端子(3)に熱伝導層(21)を介して接触して熱結合されてなる請求項１に記載される充電器。
回路基板(4)が金属端子(3)をハンダ付けして連結してなる電源ライン導電層(36)を有し、この電源ライン導電層(36)に発熱部品(5)を、熱伝導層(31)を介して接触して、発熱部品(5)を熱伝導層(31)と電源ライン導電層(36)を介して金属端子(3)に熱結合している請求項１に記載される充電器。