JP6259179B2 - 背負式電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池を搭載した背負式電源装置に関する。

従来、電動工具等の携帯用電源装置として、二次電池を収容し腰に装着可能なバッテリーホルスターが知られている（例えば、特許文献１参照）。

実開平７−３９８３号公報

電動工具等の携帯用電源としては、上記バッテリーホルスターよりも大容量の携帯用電源である背負式電源も考えられ、この場合、背負式電源には、多数の二次電池セル（例えば、リチウムイオン二次電池）が配列され、収容されることとなる。

ここで大容量の電源の場合には電池セルの本数が多くなるため、保守、点検に手間がかかることになる。そこで本発明は、保守点検が容易な背負式電源を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、二次電池セルを収容したケース部と、該ケース部を背負うための背負部と、電動工具に電力を供給する出力ラインとを備えた電源装置であって、該ケース部は、背負われる際に使用者の背中と対向する側の第１ケースと、該第１ケースに対向して該第１ケースに嵌合する第２ケースと、各々が互いに同数の二次電池セルを第１の方向にＮ個（Ｎは２以上の整数）直列に接続して構成された、第１のセルユニット及び第２のセルユニットを含む複数のセルユニットと、該複数のセルユニットにおいて、対応する該二次電池セルの対応する電極同士を電気的に接続する（Ｎ−１）個の接続プレートとを有し、該第１ケース又は該第２ケースのいずれか一方には、該複数のセルユニットが電気的に並列接続されて配置され、且つ、該第１のセルユニット及び該第２のセルユニットは、該第１の方向と直交する第２の方向において並置され、該複数のセルユニットの各々は、該第１の方向に隣り合う二次電池セル同士が接続される（Ｎ−１）個の接続部を有し、該（Ｎ−１）個の接続プレートの各々は、該ケース部内にて該第２の方向に延びるように設けられて、ｎ番目（０＜ｎ＜Ｎ：ｎは整数）の接続プレートは、該第１のセルユニットにおいて該第１の方向の一端部から数えて第ｎ番目の接続部と、該第２のセルユニットにおいて該第１の方向の一端部から数えて第ｎ番目の接続部とを電気的に接続することを特徴とする背負式電源装置を提供している。

複数本の二次電池セルを収容したセルユニットが、複数並んで設けられているので、背負式電源装置の保守、点検を各セルユニット毎に行うことができ、二次電池セルの交換も各セルユニット毎に行うことができる。

ここで、該第１ケースには、該複数のセルユニットを電気的に接続するための複数の第１の接続プレートが設けられ、該第２ケースには、該複数のセルユニットを電気的に接続するための複数の第２の接続プレートが設けられ、該第１ケースと該第２ケースとが互いに嵌合した際に該複数のセルユニットが電気的に接続される。詳細には、該第１ケースには、該複数のセルユニットを並列接続するための複数の第１の接続プレートが設けられ、該第２ケースには、該複数のセルユニットを並列接続するための複数の第２の接続プレートが設けられ、該第１ケースと該第２ケースとが互いに嵌合した際に該複数のセルユニットが互いに電気的に並列接続される。

かかる構成によれば、一方のケース部側に全ての接続プレートが設けられている構成と比較して、製造時やセルユニットを交換する際に、接続プレートを取り外す手間が省略できるので、大幅な作業軽減となる。また第１ケースと第２ケースとを互いに分離した状態では、複数のセルユニットを収容していない第１ケース又は第２ケースのいずれか他方にある接続プレートとセルユニットとの電気的接続が遮断されるため、補修作業等において、ケース部を開けた際に、二次電池セル端子間を短絡するように、ドライバ等の金属が触れた場合であっても、短絡の影響は、当該ドライバが触れた二次電池セルの属するセルユニットに及び、他のセルユニットへの影響は軽微となる。

また、過放電、過充電を監視するための保護基板が、該セルユニットに対して設けられている。そして保護基板は、該セルユニット毎に設けられていることが好ましい。かかる構成により背負式電源装置の保守、点検の精度が向上し、電池セルの劣化を低減又は防止することができる。

本発明によれば、電池セルの交換が簡単に実行でき、背負式電源の保守点検が容易となる。

本発明の実施の形態による背負式電源の正面図 本発明の実施の形態による第１ケースの内部を示す平面図。 本発明の実施の形態による第２ケースを示す平面図。

以下、本発明の実施の形態による背負式電源について添付図面を参照して説明する。

背負式電源１は、複数の二次電池セルを収容したケース部２を背負部３にて背負った状態で図示せぬ電動工具に電力を供給して作業を行うためのものである。背負部３は、パッド部３１と、一対の肩ベルト３２と、一対の腰ベルト３３と、を備えている。パッド部３１は、ユーザの背中とケース部２との間に配置されるものであり、ケース部２と略同一サイズの非剛性部材により形成されている。

一対の肩ベルト３２は、パッド部３１の両端部において、上部と下部に渡ってそれぞれ掛け渡されており、ユーザは、肩ベルト３２によって形成された空間に肩を通すことにより、ケース部２を背負うことが可能となる。

また、パッド部３１の両端部の下部からは、一対の腰ベルト３３が略水平方向にそれぞれ延出している。一対の腰ベルト３３の先端部は、互いに係合可能な構成となっており、先端部を係合させることにより、ケース部２をユーザの体にフィットさせることが可能となっている。

なお、水平方向において左右の肩ベルト３２を係合可能とするための補助ベルトを腰ベルト３３の上部に設けてもよく、このような構成により、使用時にユーザが体を動かした場合であっても、ケース部２とユーザの体とのすれを低減させることが可能となる。

肩ベルト３２及び腰ベルト３３が接続されたパッド部３１は、後述する第１ケース２１及び第２ケース２２に設けられた複数の固定部２１ｂ、２２ｂ（図２）に対して例えば、ネジ等の固定部材により固定されている。

また背負部３は、肩ベルト３２からパッド部３１を介してケース部２へ延出したトップストラップ部（ベルト部）３４を備えている。

トップストラップ部３４は、一対の係合部３５と、一対のバックル３６と、ストラップ３７と、取手部３８と、を備えている。

一対の係合部３５は、一対の肩ベルト３２からそれぞれ延出してパッド部３１の上部における両端部をそれぞれ接続している。

一対のバックル３６は一対の係合部３５の端部とそれぞれ接続されている。

ストラップ３７は、ベルト状の部材から形成されており、ケース部２に形成された一対の挿通孔２ａを通過した上で、その両端部が、一対のバックル３６とそれぞれ接続されている。

また、一対のバックル３６は、ストラップ３７との接続位置を調整可能に構成されており、ユーザは、当該接続位置を調整することにより、一対のバックル３６から一対の挿通孔２８側へ延出するストラップ３７の長さ、すなわち、ユーザの背中（パッド部３１）とケース部２との間の隙間、もしくは、取手部３８とケース部２との距離のいずれかを調整することが可能となる。

これにより、ユーザの背中（パット部３１）とケース部２との間の隙間を調整する長さで使用した際には、ケース部２の荷重が肩ベルト３２に効率的に分散されることとなるので、ユーザの疲労を大幅に減少させることが可能となる。また、取手部３８とケース部２との距離を調整する長さで使用した際には、ユーザが作業用手袋等を用いた場合であっても、取手部３８の長さをユーザが持ちやすい長さとすることができる。

取手部３８はストラップ３７のうち、一対の挿通孔２ａに対して背負部３の反対側の部分に取り付けられている。取手部３８は左右方向において、ケース部２に形成された取手用凹部２９よりも長い幅を有している。

このような構成により、ユーザは、背負式電源１を背負うまでのないような短距離の移動等において、取手部３８を持って背負式電源１を運搬することが可能となる。また、最も重いケース部２に取手部３８が接続されていることで、バランスよく背負式電源１を持ち上げることが可能となり、運搬が容易となる。特に、図１に示す重心線Ａ上に取手部３８を配置することで、よりバランスよく背負式電源１を持ち上げることが可能となる。

また、上記したように、本実施の形態では、ケース部２は、トップストラップ部３４を介して背負部３（パッド部３１）に接続されている。

従って、取手部３８を持って背負式電源１を運搬する際に、ケース部２と背負部３の接合部分に負荷をかけることがなく、また、ケース部２と背負部３とがケース部２に形成された固定部２１ａ、２２ａのみならず、取手部３８を介して接続されていることとなるため、ユーザが意図しない時に、ケース部２と背負部３が分離する可能性が低くなる。

また、本実施の形態では、取手部３８は、トップストラップ部３４（ストラップ３７）に設けられているので、取手部３８を設けるためのコストの増加や構造の複雑化を抑制することが可能となる。また、トップストラップ部によりケース部２と背負部３との間の距離をユーザが任意に調節すること、あるいは、ケース部２と背負部３との間に、トップストラップ部３４を用いてペットボトルやグローブ等の小物、又は電動工具のアクセサリ、アダプタ等を挟むように収納することが可能となるため、装着時のフィット感や利便性が向上する。

また、本実施の形態では、取手部３８は、一対の挿通孔２ａに対して、ストラップ３７のうち背負部３と接続された部分と反対側に配置されている。このような構成により、取手部３８とケース部２との接続、及び、取手部３８と背負部３との接続を簡易な構造で実現することが可能となる。

また、ユーザは、背中とケース部２との隙間を調整する目的でストラップ３７の長さ（ユーザの背中（パッド部３１）とケース部２との間の隙間）を調整する際には、前記ストラップ３７の長さを短めに調整するものと考えられ、この場合、単に、挿通孔にストラップを貫通する構成のみでは、取手部３８は、ケース部２と近接、又は、接触し、ユーザが取手部３８を握ることが困難となることが予想される。

しかしながら、本実施の形態では、ケース部２の取手部３８と当接すると予想される位置に、左右方向において取手部３８よりも短い幅を有する取手用凹部２９が形成されており、取手用凹部２９により、取手部３８がケース部２に当接した状態であっても、取手部３８とケース部２との間に部分的に空間が形成されるような構成となっている。

このような構成により、取手部３８がケース部２と当接している状態であっても、ユーザは、取手用凹部２９により形成された空間に指を差し込むことにより、取手部３８を容易に握ることが可能となる。

次にケース部２について説明する。図２、図３に示されるように、ケース部２は、ユーザの背中と対向する側の第１ケース２１と、第１ケース２１に対向して第１ケース２１に嵌合することにより内部空間画成する第２ケース２２とを有する。これらケース部２１，２２は、電動工具と共に作業を行うに十分な強度を有するハードケース材料であって、少なくとも、前記内部空間部が非導電性の材料により形成されている。このような材料としては、表面をコーティング等により絶縁処理した金属や、非導電性の樹脂等が好適である。そして、第１ケース２１内には左右方向に直列接続された１０個の電池セル５１が、上下方向２列の並列に接続された合計２０個の電池セル５１から構成されたセルユニット５２を４ユニット備えている。各セルユニット５２は、左右方向に延びており、複数のセルユニット５２は上下方向に配列されている。本実施形態において例示した電池セルは合計８０個あり、それぞれの電池セル５１は定格３．６ボルトのリチウムイオン二次電池セル５１であり、全体として定格３６ボルトの電源となる。

第１ケース２１の上部と第２ケース２２の上部にはそれぞれ貫通口２１ａ，２２ａが形成され、これら貫通口が合わさってストラップ３７を挿通させる上述した一対の挿通孔２ａが提供される。また第１ケース２１の内面には、４組のセルユニット５２を互いに並列接続するための５本の接続プレート５３がそれぞれ上下方向に延びて設けられている。

それぞれのセルユニット５２は、枠体となるセパレータ５４を有し、各セパレータ５４内で複数の(２０本の)電池セル５１が固定される。第１ケース２１の内面からは、複数の凸部が突出しており、またセパレータ５４の底部には凸部と嵌合する凹部が形成され、凸部と凹部とが嵌合することにより第１ケース２１に対してセパレータ５４が位置決めされる。図２において、２１ｃで示す場所は隣り合う電池セル５１間の隙間の位置であり、そこに上述した凸部と凹部が設けられる。

一番上側のセパレータ５４にはメイン基板５５Ａが実装されており、背負式電源１全体の制御回路や過放電、過充電を監視するための回路が搭載されている。そして最上段の電池ユニット５２は、メイン基板５５Ａに設けられた保護回路で監視され、２段目から４段目までの電池ユニット５２は、それぞれの電池ユニット５２の右斜め上に設けられたサブ保護基板５５Ｂに設けられた保護回路によって監視され、監視信号やエラー信号をメイン基板に送るように構成されている。単一のメイン基板５５Ａのみを設けた場合と比較して、セルユニット５２ごとに保護基板５５Ａ、５５Ｂが設けられているので、電池セルの監視をより細かく行うことが可能であり、電池セルの管理を行うことが容易になる。

それぞれのセルユニット５２の各セル５１の端部には、略ロの字形状の複数の金属プレート５６が設けられる。これら金属プレート５６は、各セルユニット５２毎に２列に並んだ電池セル５１を、左右方向に直列に配列し、かつ、上下方向２列を並列接続となるよう、接続した電池タブ（電極）構造をなす。なお各セルユニットの左右端側にも略直線形状の金属プレートが設けられている。

また金属プレート５６の上側には、隣り合う２個の金属プレート５６を跨ぐように、絶縁シート５７が設けられている。これら絶縁シート５７は、電池タブ（電極）のむき出しになる部分を減らすために設けられる。そして金属プレート５６は、電池セル５１と絶縁シート５７との間に配置されており、各電池セル５１と固定されている。電動工具に電力を供給するための出力ライン５８が、前記メイン基板５５Ａに接続され、第１ケース２１の下部から外部に向けて延びている。なお出力ライン５８は、電力の出力のみならず、背負式電源１の電池セル５１を充電する際の充電ラインとしても使用される。

図３に示されるように、第２ケース２２の内面には、第１ケース２１の接続プレート５３と協働して複数のセルユニット５２を並列接続するための４本の接続プレート６１が上下方向に延びて設けられている。接続プレート５３、６１はバネ構造部を有しており、参照番号の付された部分はバネ構造部であって、それぞれのバネ構造部は、第２ケース２２を第１ケース２１に嵌合させたときに、図２の矢印Ａ１、Ａ２，Ａ３，Ａ４線上にある金属プレート５６と接触するように配置されている。

本実施の形態による背負式電源１は、複数の電池ユニット５２から構成されているため、仮に、一部分の電池セル５１に劣化が生じた場合であっても、劣化が生じた電池セル５１を含む電池ユニット５２のみを交換するだけで済み、背負式電源を構成する電池セル全体の交換を必要としない。そのため容易に補修を行うことができ、また、交換に要するコストを抑えることも可能となる。

また一方のケース部側に全ての接続プレートが集約して設けられている構成と比較して、製造時やセルユニットを交換する際に、接続プレートを取り外す手間が省略できるので、大幅な作業軽減となる。また、第１ケース２１と第２ケース２２とを互いに分離した状態では、複数のセルユニット５２を収容していない第２ケース２２にある接続プレート６１と、セルユニット５２との電気的接続が遮断されているため、補修作業等においてケース部２を開けた際に、二次電池セル５１端子間を短絡するように、ドライバ等の金属が触れた場合であっても、短絡の影響は、当該ドライバが触れた二次電池セルの属するセルユニットに及び、他のセルユニットへの影響は軽微となる。すなわち、第１ケース２１と第２ケース２２とを互いに分離したときは、セルユニット５２相互間の電気的接続が外れ、両者が合体したときにのみ、一つの大容量のセルとみなすことができる構成である。

本発明による背負式電源は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の改良や変形が可能である。例えば、上述した実施の形態では、セルユニット５２を第１ケース２１側に収容するようにしたが、セルユニット５２を第２ケース２２側に収容し、第１ケース２１側には接続プレートのみを設けるようにしてもよい。また、各セルユニットにおけるセルの本数や接続形態は上述した実施の形態に限定されない。

更に、上述した実施の形態では、メイン基板５５Ａにより監視される最上段の電池ユニット５２を除いて、それぞれのセルユニット５２毎にサブ保護基板５５Ｂを設けるようにしたが、複数のセルユニット５２を一つのサブ保護基板５５Ｂ上に形成された保護回路が監視をする構成であってもよい。また、上述したすべてのセルユニット５２を監視する構成のみならず、監視を必要とするセルユニット５２のみにサブ保護基板５５Ｂを部分的に設ける構成とすることもできる。

１ 背負式電源
２ ケース部
３ 背負部
２１ 第１ケース
２２ 第２ケース
５１ 電池セル
５２ セルユニット
５３、６１ 接続プレート
５４ セパレータ
５５Ａ メイン基板
５５Ｂ サブ保護基板
５６ 金属プレート

Claims (10)

1. 二次電池セルを収容したケース部と、該ケース部を背負うための背負部と、電動工具に電力を供給する出力ラインとを備えた電源装置であって、
   該ケース部は、
   背負われる際に使用者の背中と対向する側の第１ケースと、
   該第１ケースに対向して該第１ケースに嵌合する第２ケースと、
   各々が互いに同数の二次電池セルを第１の方向にＮ個（Ｎは２以上の整数）直列に接続して構成された、第１のセルユニット及び第２のセルユニットを含む複数のセルユニットと、
   該複数のセルユニットにおいて、対応する該二次電池セルの対応する電極同士を電気的に接続する（Ｎ−１）個の接続プレートと
   を有し、
   該第１ケース又は該第２ケースのいずれか一方には、該複数のセルユニットが電気的に並列接続されて配置され、且つ、該第１のセルユニット及び該第２のセルユニットは、該第１の方向と直交する第２の方向において並置され、
   該複数のセルユニットの各々は、該第１の方向に隣り合う二次電池セル同士が接続される（Ｎ−１）個の接続部を有し、
   該（Ｎ−１）個の接続プレートの各々は、該ケース部内にて該第２の方向に延びるように設けられて、ｎ番目（０＜ｎ＜Ｎ：ｎは整数）の接続プレートは、該第１のセルユニットにおいて該第１の方向の一端部から数えて第ｎ番目の接続部と、該第２のセルユニットにおいて該第１の方向の一端部から数えて第ｎ番目の接続部とを電気的に接続することを特徴とする背負式電源装置。
2. 該（Ｎ−１）個の接続プレートは、複数の第１の接続プレートと複数の第２の接続プレートとを含み、
   該複数の第１の接続プレートは、該複数のセルユニットを並列接続するために該第１ケースに設けられ、
   該複数の第２の接続プレートは、該複数のセルユニットを並列接続するために該第２ケースに設けられ、
   該第１ケースと該第２ケースとが互いに嵌合した際に該複数のセルユニットが互いに電気的に並列接続されることを特徴とする請求項１に記載の背負式電源装置。
3. 過放電及び過充電の少なくとも一方を監視するための保護基板が、該複数のセルユニットに対して設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の背負式電源装置。
4. 該保護基板は、該セルユニット毎に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の背負式電源装置。
5. 該保護基板は、該第１の方向に延びるように設けられることを特徴とする請求項３又は４に記載の背負式電源装置。
6. 該背負部は、ユーザの背中と該ケース部との間に配置されるパッド部と、一対の肩ベルトと一対の腰ベルトとを有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の背負式電源装置。
7. 該ケース部に接続される取手部を更に有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の背負式電源装置。
8. 該二次電池セルは、該第１の方向に隣接する二次電池セルとの間隔が、該第２の方向に隣接する二次電池セルとの間隔よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の背負式電源装置。
9. 該複数のセルユニットは、各々が互いに同数の該二次電池セルを第１の方向に１０個直列に接続して構成された、第１のセルユニットおよび第２のセルユニットを含むことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の背負式電源装置。
10. 該出力ラインは、該二次電池セルを充電する際の充電ラインとしても使用されることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の背負式電源装置。

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