JP4774299B2 - ポータブル電源およびポータブル電源システム - Google Patents

Description

本発明は、電池パックを含むポータブル電源およびポータブル電源システムに関し、詳しくは、電池パックの端子構造に関する。

近年、電動工具等の機器においても、コードレス化やポータブル化が進んでおり、ポータブル電源システムへの需要が高まっている。電動ドライバー等の電動工具は、作業効率を飛躍的に向上させることができるため、業務用として建築現場などで多用されているが、ホームセンター等でも販売されており、日曜大工等でも使われるようになってきている。

コードレス化された電動工具等の機器の電源には、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池を用いることが主流であるが、これらの電池は重量が大きいため、最近では軽量なリチウムイオン二次電池の利用が試みられている。リチウムイオン二次電池は軽量であることに加えて、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池に比べると電池一個あたりの放電電圧が約３倍と高いため、高出力を必要とする用途に有利である。

しかし、リチウムイオン二次電池は、充放電条件を適正に制御しなければ、サイクル寿命等の電池性能を維持できない場合がある。例えばプラス端子とマイナス端子とを短絡させた場合のように特殊な条件で放電を行うと、電池性能が著しく損なわれる可能性がある。

電動工具等に用いられているポータブル電源システムにおいて、電池パックとそれを装着する取付部との接続機構としては、従来から差し込み式もしくはスライド式が一般的である。しかし、電池パックが具備する一対の接続端子は、外部に露呈している場合が多い。また、業務用として用いられる電動工具では、作業効率を上げるために複数の電池パックを用意しておき、これらを交換して使うことが多い。このような場合、外部に露呈した端子を有する電池パックが、工具箱の中に入れられることが想定される。工具箱には、金属製の工具や、釘、ネジ等の部品が入っており、工具箱それ自身が金属製であることもある。このような外部因子により、電池パックの端子間が短絡する可能性がある。

また、電池パックの端子が外部に露呈していると、専用の充電器以外の電源による充電が行われる可能性もある。このような場合にも、充電条件を適正に制御することができないため、電池性能が著しく損なわれる可能性がある。

上述のような問題を回避する観点から、ポータブル電源システムにおいて、電池パックを専用の充電器や機器に接続する時以外は、端子をカバーで覆うことを提案する技術がある（特許文献１参照）。この場合、故意に端子にリード等をつなごうとしない限り、短絡することはないが、カバーが解除された状態では、端子が露呈するため、短絡等を十分に防止することはできない。

また、端子を外部に露呈させずに電池パックの内部に設け、短絡を防止する提案もなされている（特許文献２参照）。しかし、外部端子挿入部に規格外のリード等を挿入するだけで、リード等を端子に接続することが可能であるため、不適正な条件で電池が充放電される可能性を払拭できていない。
特開平９−３２０５５４号公報 特開２００１−５７２０４号公報

本発明は、主として、ポータブル電源およびポータブル電源システムにおいて、電池パックの端子間の短絡を防止するとともに専用の充電器以外の電源による充電を防止して、不適正な条件による電池の充放電を回避することを目的とする。本発明は、また、専用の機器や充電器と電池パックとの接続を簡易に行うことが可能であるポータブル電源システムを提供することを目的とする。

本発明は、少なくとも１つの二次電池を収容する電池パックを含むポータブル電源であって、電池パックは、一対の外部端子を挿入するための外部端子挿入部を有し、電池パックの内部には、一対の外部端子と接続するための第１内部端子および第２内部端子が設けられており、一対の外部端子を、第１内部端子および第２内部端子と接続するためには、動作方向の異なる２段階以上の動作が要求されるポータブル電源に関する。

本発明は、また、少なくとも１つの二次電池を収容する電池パックと、前記電池パックを装着するための取付部とを含むポータブル電源システムであって、取付部は、一対の外部端子を有し、電池パックは、一対の外部端子を挿入するための外部端子挿入部を有し、電池パックの内部には、一対の外部端子と接続するための第１内部端子および第２内部端子が設けられており、一対の外部端子を、第１内部端子および第２内部端子と接続するためには、動作方向の異なる２段階以上の動作が要求されるポータブル電源システムに関する。
本発明は、さらに、少なくとも１つの二次電池を収容する電池パックと、前記電池パックを装着するための取付部とを含むポータブル電源システムであって、取付部は、一対の外部端子を有し、電池パックは、一対の外部端子を挿入するための外部端子挿入部を有し、電池パックの内部には、一対の外部端子と接続するための第１内部端子および第２内部端子が設けられており、第１内部端子および第２内部端子は、外部端子挿入部と連通した空間内であって、外部端子挿入部における挿入方向の任意の直線上から外れた位置に設けられており、一対の外部端子は、外部端子挿入部に挿入された状態で、初期位置から固定位置に移動可能であり、固定位置で、一対の外部端子と第１内部端子および第２内部端子との接続が達成されるポータブル電源システムに関する。

本発明のポータブル電源は、例えば短絡防止用保護カバー、残存容量表示手段等を備えてもよい。なお、電池パックは、二次電池の他に、例えば二次電池を収容する筐体、二次電池の充電保護回路、二次電池の放電保護回路、サーミスタ、温度ヒューズなどを有する場合がある。

上述のように、本発明のポータブル電源システムは、少なくとも、電池パックと、その電池パックを装着する取付部とを含む。また、ポータブル電源システムは、取付部が電池パックを電源として利用する機器または充電器に含まれている場合には、その機器または充電器を含む。電池パックを装着する取付部を含む機器としては、例えば、電動工具、電気掃除機、電動自転車、電動バイク等が挙げられるが、これらに限定されない。

本発明のポータブル電源およびポータブル電源システムにおいて、一対の外部端子の一方は、第１内部端子および第２内部端子の一方に接続され、一対の外部端子の他方は、第１内部端子および第２内部端子の他方に接続される。第１内部端子および第２内部端子のいずれか一方が、プラス（＋）端子を構成し、他方がマイナス（−）端子を構成する。すなわち、第１内部端子および第２内部端子のいずれか一方は、二次電池の正極端子と接続されており、他方は二次電池の負極端子と接続されている。

第１内部端子および第２内部端子は、通常、二次電池を囲む筐体の最表面以外の隠れた位置であって、外部端子挿入部と連通した位置に設けられている。また、第１内部端子および第２内部端子は、電池パックに設けられた外部端子挿入部における挿入方向の直線上から外れた位置に設けられている。よって、一対の外部端子を、第１内部端子および第２内部端子と接続するためには、動作方向の異なる２段階以上の動作が要求される。

動作方向の異なる２段階以上の動作は、例えば、一対の外部端子を外部端子挿入部に挿入することを含む第１動作と、第１動作とは異なる方向への第２動作とを含む。この場合、第１動作では、一対の外部端子と、第１内部端子および第２内部端子との接続は達成されず、第２動作により、一対の外部端子と、第１内部端子および第２内部端子との接続が達成される。このように２段階の動作が要求される機構はダブルアクション機構ともいう。

例えば、所定の機器または所定の充電器の取付部に電池パックを装着する場合、第１動作は、取付部が有する一対の外部端子を、電池パックの外部端子挿入部に挿入することを含む。また、第２動作は、例えば、第１動作の方向と直交する方向へのスライドや、挿入方向を回転軸とする回転を含む。

本発明の好ましい態様においては、第１動作が行われる前の状態では、第１内部端子および第２内部端子の少なくとも一方が、保護カバーで遮蔽されている。保護カバーは、内部端子との接続が予定されている所定の外部端子以外の部品が、内部端子に接触することを防止する。保護カバーは、内部端子の少なくとも一部を覆う形状でもよく、外部端子の移動経路の少なくとも一部を塞ぐ形状でもよく、それ以外の形状でもよい。保護カバーが内部端子を遮蔽する程度も、特に限定されない。

保護カバーは、第１動作、第２動作または第１動作と第２動作との組み合わせに連動して、内部端子を遮蔽する位置から退避する必要がある。その結果、一対の外部端子と、第１内部端子および第２内部端子との接続が可能になる。例えば、一対の外部端子を外部端子挿入部に挿入することを含む第１動作により、外部端子によって保護カバーが挿入方向に押し退けられるような機構を採用することができる。

第１動作および第２動作が、所定の機器または所定の充電器に電池パックを装着する動作を構成する場合、所定の機器または所定の充電器が具備する電池パックの取付部は、第１動作、第２動作または第１動作と第２動作との組み合わせに連動して、保護カバーを内部端子を遮蔽する位置から退避させるカバー解除素子を有することが好ましい。カバー解除素子としては、例えば、第１動作において、外部端子と同時に保護カバーを挿入方向に押し退ける役割を果たす凸形状のものが挙げられる。

本発明は、電池パックに含まれる二次電池がリチウムイオン二次電池である場合に特に有効である。リチウムイオン二次電池は、特に、過充電に弱いため、高度な保護機能が要求されるからである。

本発明のポータブル電源およびポータブル電源システムにおいては、電池パックの端子が外部に露呈していないため、電池パックの端子間が容易に短絡することがない。よって、本発明は、端子間の短絡の可能性が高い電動工具用の電池パックを含むポータブル電源およびポータブル電源システムにおいて特に有効である。

また、本発明のポータブル電源およびポータブル電源システムにおいては、外部端子を内部端子と接続するためには、動作方向の異なる２段階以上の動作が要求されるため、外部端子挿入部に規格外のリード等を挿入しても、挿入とは異なる方向への動作がなければ、リード等を電池パックの端子と接続することができない。よって、不適正な条件による電池の充放電を回避でき、電池特性を著しく低下させることがない。

また、外部端子を内部端子と接続するためには、動作方向の異なる２段階以上の動作が要求される場合、外部端子の形状および取付部における位置と、内部端子の形状および電池パック内部での位置とが、対応しなければ、接続が困難である。よって、電池パックを所定の機器または所定の充電器以外の機器と接続することは極めて困難となり、電源システムの誤用によるトラブルを回避することができる。

本発明のポータブル電源およびポータブル電源システムは、保護カバーを具備する場合、電池パックの端子間の短絡や、電池パックの端子と規格外のリード等との接続を、より確実に防止できる。例えば、電池パックの内部端子に故意に規格外のリードを接続しようとしても、内部端子は保護カバーで遮蔽されているため、保護カバーを退避させない限り、リードと内部端子との接触は妨げられる。

また、ポータブル電源およびポータブル電源システムが保護カバーを具備する場合、内部端子と外部端子との接続を達成するためには、動作方向の異なる２段階以上の動作が要求されることに加え、保護カバーを退避させなければならない。よって、電池パックを所定の機器または所定の充電器以外の機器と接続することは極めて困難となり、そのような接続が、より確実に防止される。

更に、本発明のポータブル電源システムにおいては、電池パックと、所定の機器や所定の充電器との接続は、非常に簡易に行うことが可能である。

なお、電池パックの端子間が短絡したり、電池パックの端子と所定の充電器以外の電源とが接続されたりする可能性がある場合、電池パックにおいては、リチウムイオン二次電池の充電および放電に対して、保護回路を備える必要がある。
充電時は、最大電圧および電流値を制限して行わなければ、電池性能を著しく低下させる可能性があるため、電流規制素子を含む充電保護回路を必要とする。一方、放電時は、電池パックの端子間短絡や、電池パックの端子と所定の機器以外のものとの接続があった場合に、放電回路に大量の電流が流れること、および極端に電池電圧が低下することを防止するために、電流規制素子を含む放電保護回路を必要とする。

一方、電池パックの端子と、所定の充電器以外の電源とが接続される可能性が無い場合、放電においては、特定の機器が必要とする一時的な大電流は許容され、また、放電電流の総量は二次電池の容量で規制されることなどから、放電保護回路の電流規制素子は省略することが可能である。よって、本発明によれば、電池パックの製造コストを低減することも可能である。

本実施形態においては、外部端子を電池パックの外部端子挿入部に挿入する第１動作の後、挿入方向を回転軸とする回転を行う第２動作を行うダブルアクション機構を有するポータブル電源およびポータブル電源システムについて図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態に係る電池パック１０の斜視図であり、図２は、その上面図である。図３および図４は、本実施形態に係る電池パック１０の要部断面図であり、一対の外部端子４、５と、電池パックの第１内部端子６および第２内部端子７との未接続状態および接続状態をそれぞれ示す。図４は、図２のI−I線断面図の要部に相当する。本実施形態では、電池パック１０は、それだけでポータブル電源を構成する。また、電池パック１０および電池パック１０を装着する取付部（図示せず）が有する一対の外部端子４、５は、ポータブル電源システムを構成する。

電池パック１０の内部には、少なくとも１つの二次電池（図示せず）が収容されている。電池パック１０を構成する筐体筒部１１の頭頂部は、一対の外部端子４、５を挿入するための外部端子挿入部１およびカバー解除素子９を挿入するための素子挿入部２を有する。外部端子挿入部１は、第１動作において外部端子４、５が挿入される広幅部１ａと、広幅部１ａに連通して円弧状に形成されたスリット部１ｂを有する。素子挿入部２は、円形の貫通孔である。

筐体筒部１１の側面には、凸部からなるガイド３が設けられている。ガイド３は、電池パック１０が所定の取付部に装着される際に、取付部に形成された溝に沿って移動する。ガイド３は、電池パック１０の取付部への装着を構成する第１動作および第２動作において、電池パック１０と取付部との位置決めの役割を果たす。

外部端子４、５は、第１動作において、外部端子挿入部１の広幅部１ａに挿入される。外部端子４、５は、Ｌ字型の先端部を有する。また、第１動作において、外部端子４、５の挿入と同時に、棒状のカバー解除素子９が素子挿入部２に挿入される。外部端子４、５およびカバー解除素子９の挿入により、円盤状で樹脂製の可動式保護カバー８が押し下げられる。すなわち、第１動作が行われる前の状態では、バネ１２の力によって保護カバー８が上方へ押し上げられ、第１内部端子６および第２内部端子７は、保護カバー８の周縁部で覆われ、遮蔽された状態となっている。保護カバー８は、第１動作に連動して、第１内部端子６および第２内部端子７を遮蔽する位置から退避する。

その後の回転を含む第２動作において、外部端子４、５は、スリット部１ｂに沿って移動する。図２においては、外部端子は右回りに回転する。第２動作の終了位置には、外部端子４、５のＬ字型の先端部と対向するように、第１内部端子６および第２内部端子７が設けられており、そこで外部端子４、５と第１内部端子６および第２内部端子７との接続が達成される。第１内部端子６および第２内部端子７は、それぞれ電池パック１０の内部に収容されている二次電池の正極端子および負極端子の一方および他方と接続されている。

保護カバー８の材質、カバー解除素子９の位置および形状、バネ１２の強さ等を制御することによって、所定の機器または充電器が具備する外部端子との接続時だけしか保護カバー８を退避させることができないようにすることも可能である。

外部端子４、５と第１内部端子６および第２内部端子７との接続が達成された後は、保護カバー８がバネ１２により上方へ押し上げられるため、外部端子４、５と第１内部端子６および第２内部端子７との接続をより強固にする役割を果たす。

本実施形態のポータブル電源およびポータブル電源システムにおいては、電池パック１０の第１内部端子６および第２内部端子７が外部に露呈していないため、電池パック１０の端子間が容易に短絡することはない。また、外部端子４、５を第１内部端子６および第２内部端子７と接続するためには、外部端子４、５を外部端子挿入部１に挿入することを含む第１動作と、回転を含む第２動作とが要求されるため、外部端子挿入部１に規格外のリード等を挿入しても、リード等を第１内部端子６および第２内部端子７と接続することができない。

また、外部端子の形状および取付部における位置と、第１内部端子６および第２内部端子７の形状および電池パック１０内部での位置とが、対応しなければ、接続が困難であるから、電池パック１０を所定の機器または所定の充電器以外の機器と接続することは極めて困難となる。

更に、電池パック１０が保護カバー８を具備することから、第１内部端子６と第２内部端子７との短絡や、第１内部端子６および第２内部端子７と規格外のリード等との接続は、効果的に回避され、電池パック１０を所定の機器または所定の充電器以外の機器と接続することも極めて困難となる。

なお、電池パック１０は、樹脂製の可動式保護カバー８を具備することが望ましいが、保護カバーは必須ではない。図５に、可動式保護カバーを具備せず、代わりに固定式の遮蔽板２８を具備すること以外、上記の実施形態と同様の構造を有する電池パック２０の要部断面図を示す。図５は、一対の外部端子２４、２５と、電池パック２０の第１内部端子２６および第２内部端子２７との接続状態を示す。

図５の実施形態でも、外部端子２４、２５と第１内部端子２６および第２内部端子２７との接続が達成された後は、遮蔽板２８がバネ２２により上方へ押されるため、外部端子２４、２５と第１内部端子２６および第２内部端子２７との接続を強固にすることができる。

本発明のポータブル電源およびポータブル電源システムは、保管時における電池パックの端子間短絡や誤用を防止することが望まれる用途において有用であり、例えば、電動工具、電気掃除機、電動自転車、電動バイク等に用いるポータブル電源およびポータブル電源システムとして有用である。

本発明の一実施形態に係る電池パックの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る電池パックの上面図である。 本発明の一実施形態に係る電池パックの要部断面図であり、一対の外部端子と、電池パックの第１内部端子および第２内部端子との未接続状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電池パックの要部断面図であり、一対の外部端子と、電池パックの第１内部端子および第２内部端子との接続状態を示す図である。 本発明の別の一実施形態に係る電池パックの要部断面図であり、一対の外部端子と、電池パックの第１内部端子および第２内部端子との接続状態を示す図である。

Claims (10)

1. 少なくとも１つの二次電池を収容する電池パックを含むポータブル電源であって、
   前記電池パックは、一対の外部端子を挿入するための外部端子挿入部を有し、
   前記電池パックの内部には、前記一対の外部端子と接続するための第１内部端子および第２内部端子が設けられており、
   前記一対の外部端子を、前記第１内部端子および前記第２内部端子と接続するためには、動作方向の異なる２段階以上の動作が要求され、
   前記２段階以上の動作は、少なくとも回転動作を含む、ポータブル電源。
2. 前記２段階以上の動作が、前記一対の外部端子を前記外部端子挿入部に挿入することを含む第１動作と、前記第１動作方向の回転軸を有する回転を含む第２動作とを含み、前記第１動作では、前記一対の外部端子と前記第１内部端子および前記第２内部端子との接続は達成されず、前記第２動作により、前記一対の外部端子と前記第１内部端子および前記第２内部端子との接続が達成される請求項１記載のポータブル電源。
3. 前記第１動作が行われる前の状態では、前記第１内部端子および前記第２内部端子の少なくとも一方が、保護カバーで遮蔽されており、前記第１動作、前記第２動作または前記第１動作と前記第２動作との組み合わせに連動して、前記保護カバーが、前記内部端子を遮蔽する位置から退避して、前記一対の外部端子と前記第１内部端子および第２内部端子との接続が可能になる請求項２記載のポータブル電源。
4. 少なくとも１つの二次電池を収容する電池パックと、前記電池パックを装着するための取付部とを含むポータブル電源システムであって、
   前記取付部は、一対の外部端子を有し、
   前記電池パックは、前記一対の外部端子を挿入するための外部端子挿入部を有し、
   前記電池パックの内部には、前記一対の外部端子と接続するための第１内部端子および第２内部端子が設けられており、
   前記一対の外部端子を、前記第１内部端子および前記第２内部端子と接続するためには、動作方向の異なる２段階以上の動作が要求され、
   前記２段階以上の動作は、少なくとも回転動作を含む、ポータブル電源システム。
5. 前記２段階以上の動作が、前記一対の外部端子を前記外部端子挿入部に挿入することを含む第１動作と、前記第１動作方向の回転軸を有する回転を含む第２動作とを含み、前記第１動作では、前記一対の外部端子と前記第１内部端子および前記第２内部端子との接続は達成されず、前記第２動作により、前記一対の外部端子と前記第１内部端子および前記第２内部端子との接続が達成される請求項４記載のポータブル電源システム。
6. 前記第１動作が行われる前の状態では、前記第１内部端子および前記第２内部端子の少なくとも一方が、保護カバーで遮蔽されており、前記第１動作、前記第２動作または前記第１動作と前記第２動作との組み合わせに連動して、前記保護カバーが、前記内部端子を遮蔽する位置から退避して、前記一対の外部端子と前記第１内部端子および第２内部端子との接続が可能になる請求項５記載のポータブル電源システム。
7. 前記第１動作および前記第２動作が、所定の機器または所定の充電器が具備する取付部に、前記電池パックを装着する動作を構成し、前記所定の機器または所定の充電器が、前記保護カバーを前記内部端子を遮蔽する位置から退避させるカバー解除素子を有し、前記カバー解除素子が、前記第１動作、前記第２動作または前記第１動作と前記第２動作との組み合わせに連動して、前記保護カバーを前記内部端子を遮蔽する位置から退避させる請求項６記載のポータブル電源システム。
8. 前記所定の機器は、電動工具、電気掃除機、電動自転車または電動バイクである請求項７記載のポータブル電源システム。
9. 前記二次電池は、リチウムイオン二次電池である請求項１記載のポータブル電源。
10. 少なくとも１つの二次電池を収容する電池パックと、前記電池パックを装着するための取付部とを含むポータブル電源システムであって、
    前記取付部は、一対の外部端子を有し、
    前記電池パックは、前記一対の外部端子を挿入するための外部端子挿入部を有し、
    前記電池パックの内部には、前記一対の外部端子と接続するための第１内部端子および第２内部端子が設けられており、
    前記第１内部端子および前記第２内部端子は、前記外部端子挿入部と連通した空間内であって、前記外部端子挿入部における挿入方向の任意の直線上から外れた位置に設けられており、
    前記一対の外部端子は、前記外部端子挿入部に挿入された状態で、初期位置から固定位置に回転により移動可能であり、
    前記固定位置で、前記一対の外部端子と前記第１内部端子および前記第２内部端子との接続が達成されるポータブル電源システム。

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