JP5388175B2 - ２次電池パック - Google Patents

Description

本発明は、残量表示部を有する２次電池パックに関するものである。

近年の電子機器、特に携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ビデオカメラなどの携帯用情報機器の発達や普及に伴い、小型、軽量で、かつエネルギー密度が高い２次電池パックの需要が大きく伸張している。このような２次電池パックとして特にリチウムイオン２次電池パックが注目されている。

リチウムイオン２次電池の一般的な構造は、リチウム−コバルト複合酸化物などの正極活物質粉末、導電性粉末、及びバインダからなる正極活物質層をアルミニウム箔からなる正極集電体表面に形成してなる正極と、炭素系の負極活物質粉末、及びバインダからなる負極活物質層を銅箔からなる負極集電体表面に形成してなる負極を、多孔質のフィルムからなるセパレータを介して重ね、電解液を含浸し発電素子としたものである。

発電素子を電池缶に収納し、封止することによって素電池が作製される。これにケースや保護回路基板などを取り付けて２次電池パックが作製される。

このようにして作製された２次電池パックを廃棄する際にエネルギーが残ったまま解体処理を行うと、素電池がショートを引き起こす恐れがあり危険である。そのため素電池の放電を行ってエネルギーを消費させてから解体処理を行って廃棄した方が安全に処理することが可能である。

２次電池パックの放電を行うためには放電端子を抵抗で接続する放電器を使う必要があるが、放電端子が専用品の場合がほとんどであるため２次電池パックの種類ごとに放電器を用意する必要があり作業が煩雑であった。

そのため、２次電池パックの正極端子と負極端子とをアルカリ金属弱酸塩を溶解した水溶液中に浸漬して放電する放電方法が、例えば特許文献１に記載されている。さらには黒鉛や活性炭などの導電性粉粒体内に２次電池パックである廃電池を埋め込み、そのまま又は可動蓋により導電性粉粒体に圧力を加えながら放電させることが、例えば特許文献２に記載されている。

特開２００５−３４７１６２号公報 特開２００４−３５５９５４号公報

しかし、廃棄する２次電池パックには何らかの不具合が起きていて、２次電池パックの放電端子より放電できず、エネルギーを消費できない恐れがある。また、放電が終了するタイミングが判りづらく作業の効率が悪い場合もある。

すなわち、本発明の技術的課題は、簡便な方法で確実に放電でき、容易に放電完了の時期を確認できる２次電池パックを提供することにある。

本発明の２次電池パックは、素電池のみのまたは複数の素電池を接続した電池ブロックと、前記電池ブロックの電圧等を検知し充放電の制御を行う回路を有する電池パック管理基板と、前記電池ブロックと並列に回路を接続するための接続機構部品を介して接続されている制限抵抗とＬＥＤを有しエネルギー残存状態を示す残量表示部を有することを特徴とする。

本発明の２次電池パックは、前記接続機構部品は、基板の貫通孔上の両面に前記貫通孔と同一径の孔があるねじ端子を有し、それぞれの前記ねじ端子は基板上のパターンにより前記電池ブロックおよび前記残量表示部と接続されていることを特徴とする。

本発明により、簡便な方法で確実に放電でき、容易に放電完了の時期を確認できる２次電池パックの提供が可能となった。

本発明の２次電池パックの回路を示すブロック図。 本発明のもう一つの２次電池パックの回路を示すブロック図。 本発明の２次電池パックの接続機構部品とねじの概略図で、図３（ａ）は２次電池パックの接続機構部品とねじの斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図。 本発明の２次電池パックの回路構成図。

本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の２次電池パックの回路を示すブロック図である。本発明の２次電池パックは素電池のみのまたは複数の素電池を接続した電池ブロック１と、電池ブロックの制御を行う回路を有する電池パック管理基板５、ならびに電池ブロック１と並列に接続機構部品４を介して接続した放電抵抗２、制限抵抗３ａとＬＥＤ３ｂを有する残量表示部３で構成され回路が形成されている。

放電抵抗２と残量表示部３と接続機構部品４は、電池ブロック１と並列に接続されている。制限抵抗３ａは、ＬＥＤ３ｂに流す電流を制限する。電池ブロック１は、一つ以上の素電池を直列、並列に接続したものである。

２次電池パック内には電池ブロックが持っているエネルギーを消費させる為の回路と、その回路を２次電池パック内の電池ブロックと接続するための接続機構部品と、エネルギーが消費していることを示す残量表示部がある。

放電抵抗と並列に接続された残量表示部のＬＥＤは、電池ブロックの電圧で点灯するように設計されている。この回路は、通常、接続機構部品が接続されていないため導通しない。２次電池パックを放電する際に接続機構部品を導通させることにより放電抵抗と電池ブロックが接続されてＬＥＤが点灯し、エネルギーが消費され、電圧が低下することにより消灯する。すなわちＬＥＤが消灯することで放電が完了したことがわかる。

放電抵抗の一方の端子は電池ブロックのプラス側に直接接続され、放電抵抗の反対側の端子は接続機構部品に接続される。そして接続機構部品を導通させることにより電池ブロックのマイナス側に接続される。

放電抵抗は、電池ブロックの最大電圧が２０Ｖの場合、２０ｍＡで放電させると１ｋΩの抵抗を用意すればよく、そのときの放電抵抗で消費される電力は０．４Ｗとなる。放電させる電流を大きく設定すればエネルギーを消費する時間が短くなり、短時間で廃棄できるようになる。

しかし消費回路や電池ブロックの発熱が大きくなり、放電抵抗の許容電力値が大きくなると放電抵抗の値段が高くなるため、適切な値にする必要がある。そのため、電池ブロックの想定される最大電圧によって抵抗値は変わってくるが、放電抵抗で消費される電力が０．５Ｗ以下になるような抵抗値に設定するのが好ましい。

図２は、本発明のもう一つの２次電池パックの回路を示すブロック図である。図１で示した放電抵抗２と残量表示部３をＬＥＤ３ｂと制限抵抗３ａで兼用し、放電抵抗２をなくしたものである。放電抵抗は、専用の抵抗で構成される必要はなく、残量表示部の制限抵抗だけでもエネルギーを消費することが可能である。

図３は、本発明の２次電池パックの接続機構部品とねじの概略図で、図３（ａ）は２次電池パックの接続機構部品とねじの斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。接続機構部品４は、基板７、基板７の一方の面に実装されたねじ端子６ａ、ねじ端子６ａの反対の面に実装されたねじ端子６ｂで構成されている。基板７上の回路でねじ端子６ａは放電抵抗および残量表示部と、ねじ端子６ｂは電池ブロックと接続されている。

基板には貫通孔があり、基板の両面にはそれぞれパターンが配設されている。ねじ端子には基板の貫通孔と同一径の孔があり、一方のねじ端子は基板上のパターンにより放電抵抗および残量表示部と、もう一方のねじ端子は電池ブロックと接続されている。基板の貫通孔とねじ端子の孔は同一直線上に配設されている。

基板の貫通孔に導電性はないが、ねじ端子の孔と基板の貫通孔に適合した導電性のあるねじ８を締めることで、ねじ端子同士が電気的に接続され導通が得られることにより電池ブロックの放電が開始される。

導電性のあるねじを差し込む孔を、例えば２次電池パックのケースのラベル貼り付け位置に設置することによってケース内にある基板が見えない状態でもラベルをはがす、もしくはキリ等で突き破ることによってケースを解体しなくとも、ねじを締めて放電させることが可能になる。

基本的には電気を流すことが可能なものならねじの材質は何でもよく、また、ねじでなくてもよい。一般的に入手が可能な鉄（ユニクロ）、ステンレス、真鍮(ニッケルめっき)等がより好ましい。また、ねじの大きさも特に問わない。２次電池パックの大きさにもよるが、携帯電話用やデジタルカメラ用等の１個の素電池から構成される電池パックの場合にはミリねじならＭ１からＭ２でＬ２〜５が、ノートパソコン用や、それ以上の大きさの電池パックの場合にはＭ２からＭ４でＬ５〜２０がより好ましい。

接続機構部品は貫通孔のある基板には限らず、貫通孔はなくてもよい。基板の両面を導通させるためには、例えばジャンパー線、クリップ等による接続方法であってもよい。

図４は、本発明の２次電池パックの回路構成図である。２次電池パックの残量表示等に使われる第一のＬＥＤ３ｂと第二のＬＥＤ３ｄのアノード側は第一の制限抵抗３ａと第二の制限抵抗３ｃを介して電池ブロック１のプラス側と接続され、カソード側はマイコン９の端子を介して電池ブロック１のマイナス側と接続されている。

電池パックの残量表示等に使われる表示部のＬＥＤは、通常、アノード側を基板の電源に、カソード側をマイコンの端子に接続される。ＬＥＤは、マイコンの端子からＨｉ出力で消灯、Ｌｏｗ出力で点灯するようになっておりマイコンのプログラムにより点灯／消灯の処理を行っている。通常使用時にマイコン９がＬｏｗ出力をすると放電抵抗２を通しても電流が流れてしまう為ダイオード１０を挿入している。

本発明では、電池ブロック１のプラス側が第一の制限抵抗３ａを介して第一のＬＥＤ３ｂのアノードと、接続機構部品４と放電抵抗２が第一のＬＥＤ３ｂのカソードと接続されている。

通常、２次電池パックを使用しているときには、第一のＬＥＤ３ｂと第二のＬＥＤ３ｄの３個で残量表示が行われる。２次電池パックを廃棄するときには、接続機構部品４が導通されると、第二のＬＥＤ３ｄはマイコン９で制御され残量表示は行われず、第一のＬＥＤ３ｂの１個だけで残量表示が行われる。

制限抵抗は、電池ブロックの最大電圧とＬＥＤの順方向降下電圧と消費電流から計算される。例えば電池ブロックの最大電圧を２０Ｖ、順方向降下電圧を２Ｖ、消費電流を１０ｍＡとすると制限抵抗は１．８ｋΩとなる。

ねじ端子同士が電気的に接続され導通が得られることにより電池ブロックの放電が開始され、電池ブロックの電圧が一定以上である間は１個のＬＥＤが点灯しているが、エネルギーが消費されることにより電圧が低下するとＬＥＤが消灯し、安全に廃棄できる。

以下に本発明の実施例を詳述する。

接続機構部品を導通させると電池ブロックの放電を行う回路を有する２次電池パックを作製した。１個の素電池を２次電池として使用し、放電抵抗とＬＥＤは、それぞれ３個使用した。

素電池の最大電圧は４．２Ｖであり、６０ｍＡで放電させ、放電抵抗として７０Ωの抵抗を用意した。そのときの放電抵抗で消費される電力を０．２５Ｗとなるようにした。

接続機構部品の基板には直径１ｍｍの貫通孔を設け、基板の両面に直径１ｍｍの孔を有するねじ端子を実装した。基板の貫通孔が２次電池パックのケースのラベル貼り付け位置の直下になるように基板を設置した。

２次電池パックのラベルをはがし、基板の貫通孔を露出させた。Ｍ１でＬ３のねじを基板の貫通孔に挿入、締め付けを行い、ねじ端子同士を電気的に接続させた。

１個のＬＥＤが点灯し、後にＬＥＤは消灯した。このときの素電池の電圧は０．３Ｖであり、放電が行われたことを確認した。

以上の説明の通り、放電抵抗の抵抗値およびそのワット数を適切に設定する事により解体する作業者に技術的な負担をかけず、安全にエネルギーを消費させることが可能で、なおかつ２次電池パックが通常の状態では残量表示等に使用しているＬＥＤを使用しエネルギーがなくなったことがわかる２次電池パックの供給が可能となった。

また入手が容易なサイズのねじを使用することにより特殊な冶具を必要とせず、さらに追加部品は、ねじ１個とねじ端子２個のみであり簡便に放電できた。

本発明により、簡便な方法で確実に放電でき、容易に放電完了の時期を確認できる２次電池パックの提供が可能となった。

１ 電池ブロック
２ 放電抵抗
３ 残量表示部
３ａ （第一の）制限抵抗
３ｂ （第一の）ＬＥＤ
３ｃ （第二の）制限抵抗
３ｄ （第二の）ＬＥＤ
４ 接続機構部品
５ 電池パック管理基板
６ａ，６ｂ ねじ端子
７ 基板
８ ねじ
９ マイコン
１０ ダイオード

Claims (5)

1. １または複数の素電池からなる電池ブロックと、
   非導電性基板に離間して形成した２の電気接点を有する接続機構部品と、
   該２の電気接点を接続する該接続機構部品と別体に設けた導電性部材を介して前記電池ブロックと並列に接続される前記電池ブロックの放電回路とを有し、
   前記放電回路が前記電池ブロックのエネルギー残存状態を示す残量表示部を含み、
   前記接続機構部品は、基板の貫通孔上の両面に前記貫通孔と同一径の孔がある一対のねじ端子を有し、基板上のパターンにより、前記一対のねじ端子のうち一方は前記電池ブロックと接続され、他方は前記残量表示部と接続されていることを特徴とする２次電池パック。
2. 前記残量表示部がＬＥＤと前記ＬＥＤの電流制限抵抗を含み、前記ＬＥＤの点灯状態に応じ前記エネルギー残存状態を示す請求項１に記載の２次電池パック。
3. 前記放電回路が、前記電池ブロックの放電抵抗を有する請求項１または請求項２に記載の２次電池パック。
4. 前記電池ブロックの制御を行う回路を有する電池パック管理基板を含む請求項１から３のいずれか１項に記載の２次電池パック。
5. 前記導電性部材を介して前記２の電気接点を接続するために前記接続機構部品に設けられた、該導電性部材を差し込むための貫通孔を電池パック外部から不可視に設けた請求項１から４のいずれか１項に記載の２次電池パック。

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