JP6443663B2

JP6443663B2 - 充電装置

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Publication number: JP6443663B2
Application number: JP2014222588A
Authority: JP
Inventors: 敏洋嶋; 嶋　　敏洋
Original assignee: Koki Holdings Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2018-12-26
Anticipated expiration: 2034-10-31
Also published as: JP2016092910A

Description

本発明は、充電装置に関し、詳しくは各種機器、工具等（以下、「電動工具」という）の電源として用いられる電池パックを充電するための充電装置に関する。

従来の技術

近年，リチウムイオン電池を内蔵した各種の電池パックがコードレス電気機器の電源として用いられている。リチウムイオン電池は、電動工具のような高負荷機器の電源として使用するには好適である。
このような電池パックを充電する際、電池パックの発熱が大きくなるため、充電装置に冷却ファンを設け、効率よく電池パックを冷却する技術が提案されている（特許文献１）。この技術においては、電池パックの種別に応じた冷却を行うことが可能である。しかし、充電装置には、電池パックの充電を行う際に冷却風を電池パック内部へ送り込むための開口が形成されている。

特開２０１４−１１７０５２号公報

電動工具用電池パックの充電装置の場合、粉塵が多く発生する作業所で使用されることが一般的であるため、粉塵が充電装置の開口から、電池パック及び充電装置の内部に侵入することが多かった。内部に入り込んだ粉塵は充電装置や電池パックの故障や動作不良を引き起こす原因となっていた。

本発明は、上記した従来技術の問題点を解決すべくなされたものであり、内部への粉塵の侵入を防止した充電装置を提供することを目的としている。

上記課題の解決のため、本発明は、通気孔が形成された電池パックを着脱可能で、冷却ファンと、該冷却ファンを収容し、該通気孔と対向可能に設けられた通風孔と、該冷却ファンと該通風孔とをつなぐ風路と、が形成されたハウジングと、該通風孔を開閉可能な開閉装置と、を有することを特徴とする充電装置を提供する。

上記構成によれば、開閉装置によって通風孔を閉じることによって、ハウジング内部への粉塵等の侵入を防止することが可能である。そのため、粉塵等の多い作業現場での使用においても、充電装置の性能を維持すると共に装置の長寿命化を図ることができる。

上記充電装置は、該電池パックを複数個同時に着脱可能で、該通風孔は複数個形成され、該冷却ファンと該通風孔とをつないで通風する複数の風路が形成され、該冷却ファンの数は、該複数の通風孔の数よりも少ないことが好ましい。

上記構成によれば、電池パックを複数個充電可能となる。さらに電池パックが装着されていない通風孔及び風路を開閉装置で閉鎖することができるため、電池パックが装着された通風孔にのみ通風を行うことが可能となる。このため、冷却ファンからの送風を装着された電池パックだけに重点的に送ることが可能となり、電池パックの冷却を効率よく行うことができる。また、複数の風路を介して各通風孔に通風するため、冷却ファンの数を通風孔の数よりも少なくすることができる。そのため、従来と比べて簡易な構成の充電装置とすることができる。

該開閉装置は、該電池パックの装着時には該通風孔を開放し、該電池パックの非装着時には該通風孔を閉鎖することが好ましい。

上記構成によれば、電池パックが装着されていない場合、通風孔を閉鎖することによってハウジング内部への粉塵等の侵入を防止することが可能である。そのため、粉塵等の多い作業現場での使用においても、充電装置の性能を維持すると共に装置の長寿命化を図ることができる。

該風路は、ダクトによって形成されることが好ましい。

上記構成によれば、風路がダクトによって形成されることにより電池パックと冷却ファンとの間の送風経路における障害物等をなくすことができる。また、ダクトを用いることによって送風が拡散することを防止できる。このため、冷却ファンからの送風を効率よく電池パックに送ることが可能となり、電池パックの冷却を効率よく行うことができる。

上記充電装置は、該電池パック内部の温度を検出する電池温度検出手段をさらに備え、該電池パック内部の温度に応じて該冷却ファンの回転速度を制御することが好ましい。

上記構成によれば、電池パックの温度に応じて電池パックの冷却を行うことが可能となる。そのため電池パックの冷却を効率よく行うことが可能となる。
本発明はさらに、通気孔が形成された電池パックを複数個着脱可能で、冷却ファンと、該冷却ファンを収容し、該電池パックを複数個装着した際に各電池パックの該通気孔のそれぞれと対向可能に設けられた複数の通風孔と、該冷却ファンと該複数の通風孔とをつなぐ風路と、が形成されたハウジングと、該複数の通風孔を独立して開閉可能な開閉装置と、を有し、該開閉装置は、該電池パックを該ハウジングに対してスライドして装着する際の該電池パックとの接触によって該通風孔を開放すると共に、該電池パックを該ハウジングから取り外す際の該電池パックの移動によって該通風孔を閉鎖するよう該ハウジングに対して動作するように構成したことを特徴とする充電装置を提供している。
上記構成において、該冷却ファンと該複数の通風孔とをつないで通風する複数の風路が形成され、該冷却ファンの数は、該通風孔の数よりも少ないことが好ましい。
また、該風路は、ダクトによって形成されることが好ましい。
また、該電池パックの内部の温度を検出する電池温度検出手段をさらに備え、該電池パックの内部の温度に応じて該冷却ファンの回転速度を制御することが好ましい。

以上のように本発明によれば、内部への粉塵の侵入を防止した充電装置を提供できる。

本発明の実施の形態による充電装置と、充電装置が充電を行う電池パックの外観図。本発明の実施の形態による充電装置であって、電池パックを２つ装着した状態での充電装置内部を示す断面図。本発明の実施の形態による充電装置であって、電池パックを１つ装着した状態での充電装置内部を示す断面図。本発明の実施の形態による充電装置の図３のIV−IV線に沿った断面図であって、電池パックを装着する前の状態を示す図。本発明の実施の形態による充電装置の図３のIV−IV線に沿った断面図であって、電池パックを装着した状態と冷却風の流れを示す図。本発明の実施の形態による充電装置のカバーの外観図。本発明の実施の形態による充電装置のブロック図。本発明の実施の形態による充電装置に充電される電池パックの状態と、冷却ファンの動作との関係を示す表。本発明の変形例による充電装置であって、電池パックを装着する前の状態を示す断面図。本発明の実施の形態による充電装置であって、電池パックを装着した状態を示す断面図。本発明の変形例による充電装置のカバーとハウジングの分解図。

以下、本発明の第１の実施の形態にかかる充電装置１と、充電装置１によって充電される電池パック２とを図１から図８を参照して説明する。

本発明の第１の実施の形態である充電装置１は図１及び図２に示すように、電池パック２を充電するための装置である。充電装置１の筐体は、電気的に絶縁性を備えた樹脂材料からなるハウジング３により構成される。

なお、図１の矢印の示すように充電装置１の方向を定義する。すなわち、図１紙面左右方向を充電装置１の左右方向とする。また、紙面上下方向を充電装置１の上下方向とし、紙面略手前奥行方向を充電装置１の前後方向とする。

電池パック２を図２乃至図５、図７に示す。電池パック２は、図示せぬ電動工具に装着され、電力を供給可能である。また、充電装置１に着脱可能であって、電池パック２をハウジング３の上面で略前後方向にスライドさせることで、充電装置１に装着される。電池パック２は、リチウムイオン二次電池であるセル２２と、過充電、過電流等の発生を監視する保護ＩＣ２７と（図７）、電池パック２の内部の温度を検出して保護ＩＣ２７に出力する電池側サーミスタ２１と、全体の外殻を成し、セル２２を収容する電池ケース２５と、保護ＩＣ２７と電気的に接続され、充電装置１への装着時には充電装置１や電動工具との電気的な接続を行う電池端子部２６（図７）とを有する。電池端子部２６は、セル２２と電気的に接続し充電電流を流す充電端子部２６Ａ、２６Ｂと、保護ＩＣ２７と電気的に接続するＩＣ端子部２６Ｃとを有する。また、電池ケース２５には、電池パック２内部との冷却風の移動を可能とする通気孔２ａ、２ｂが形成されている。本実施の形態においては、通気孔２ｂは冷却風を吸入し、通気孔２ａは通気孔２ｂから吸入した冷却風を排出する。

ハウジング３は、その内部に制御基板５（図７）と、冷却ファン６と、ダクト１２とを収容する。ハウジング３の上面右側には右通風孔３ａ、上面左側には左通風孔３ｂ、下面には下面通風孔３ｃが形成されている。右通風孔３ａ及び左通風孔３ｂは、電池パック２をハウジング３に装着した際、通気孔２ｂと上下方向に対向する位置に形成されている。ハウジング３の上面には電池端子部２６と接続可能な端子部７（図７）が配置されている。端子部７及び各通風孔３ａ、３ｂの上部を閉鎖するように、カバー９が、ハウジング３の上面に備えられている。

ダクト１２は、略矩形の中空断面を有し、各通風孔３ａ、３ｂ、３ｃをつないで連通する。ダクト１２は、右ダクト１２Ａと、左ダクト１２Ｂと、下ダクト１２Ｃとを有する。

下ダクト１２Ｃはダクト１２の下部を形成し、下面通風孔３ｃから上方へ直線状に延びる形状を有する（図１乃至図３）。下ダクト１２Ｃには、冷却ファン６が収容される。

右ダクト１２Ａは、前後の側面視において略Ｌ字形状を有し、ダクト１２の右部分を形成する。右ダクト１２Ａは、下ダクト１２Ｃの上部から右方へ水平に延び、その後右通風孔３ａへ向け上方に延びた形状を有する。左ダクト１２Ｂは、前後の側面視において略Ｌ字形状を有し、ダクト１２の左部分を形成する。左ダクト１２Ｂは、下ダクト１２Ｃの上部から左方へ水平に延び、その後左通風孔３ｂに向け上方へ延びた形状を有する。

冷却ファン６は、制御基板５と電気的に接続されており、制御基板５から電力の供給を受けて稼働し、冷却風をダクト１２内部及び電池ケース２５内部に通過させ、電池パック２を冷却する。なお本実施の形態においては、図１等に示す通り、本実施の形態において、冷却ファン６は軸流ファンを用いるが、シロッコファン等他の種類のファンを用いてもよい。

端子部７は、充電端子部２６Ａ、２６Ｂと接続可能な装置側充電端子部７Ａ、７Ｂとを有する。また、ＩＣ端子部２６Ｃと接続可能な装置側ＩＣ端子部７Ｃを有する。

カバー９は、ハウジング３上面に２つ配置され、各通風孔３ａ、３ｂを開閉可能に構成される。詳細には、カバー９は、図６に示すように、板状で矩形の蓋９２と、軸９１と、脚９３とを有する。軸９１は、ダクト１２Ａ、１２Ｂの上部側面に回転可能に支持される。蓋９２は、通風孔３ａ，３ｂと略同じ形状を有しており、軸９１を中心に回動可能である。脚９３は２本の棒状の部材であり、蓋９２と略直交方向に延びた形状を有する。カバー９は図示せぬバネを備えており、軸９１を中心に右側面視時計回り方向に付勢される。カバー９は、電池パック２の非装着時には、バネの付勢力によって各通風孔３ａ、３ｂを閉鎖するように配置される（図４）。カバー９は、本発明における開閉装置に相当する。

制御基板５を図７を用いて説明する。図７には、電池パック２が２つ装着された状態での充電装置１のブロック図を示す。制御基板５は、ハウジング３内部に設置されており、端子部７と電気的に接続されている。制御基板５は、外部の交流電源ＡＣに接続し、給電される。また、制御基板５は、充電装置１の各部品を制御する電圧変換回路４と制御回路５Ａとを備える。制御基板５は、電圧変換回路４、端子部７、及び電池端子部２６を介して電池パック２に電力を供給する。

電圧変換回路４は、交流電源ＡＣ及び装着された電池パック２と電気的に接続する。電圧変換回路４は、交流電源ＡＣから得られた電圧を適切な電圧に降圧または昇圧し、充電に適した電流を電池パック２へと出力する。

制御回路５Ａは、サーミスタ２１が検出した温度情報に基づいて冷却ファン６の動作を制御し、これにより電池パック２の温度を管理する。また、制御回路５Ａは、電池パック２の保護ＩＣ２７を介して温度情報、電池種別情報、着脱の検出及び過充電と過電流の発生の有無に関する信号を受取り、これらの信号に基づいて電圧変換回路４を制御する。制御回路５Ａは、サーミスタ２１の検出した電池パック２の温度と、電池パック２の装着の有無に基づいて冷却ファン６の回転速度を制御する。制御の一例として、高温の電池パック２が充電器に接続された場合、制御回路５Ａは、電圧変換回路４を制御して充電電流の出力を停止することで高温待機状態とすると共に、冷却ファン６を回転させて電池パック２を迅速に冷却する。冷却ファン６の動作詳細は後述する。

図８には、冷却ファン６の制御を説明する表を示す。図８の行方向には充電装置１の右側に装着される電池パック２の状態を示し、列方向には充電装置１の左側に装着される電池パック２の状態を示す。これらの状態に個々対応して、図８の如く冷却ファン６の回転の強弱が決定される。

なお、図８における電池パック２の高温及び低温とは、あらかじめ定めた閾値と比較することによって決定される。例えば、摂氏４０度以上であれば高温、摂氏４０度未満であれば低温という方法で、電池パック２の高温及び低温を定義する。

すなわち、電池パック２が２つ装着され、２つの電池パック２が高温、高温待機状態または充電中である場合、制御回路５Ａは、冷却ファン６の回転速度を高くし（強回転）、電池パック２の冷却が早く行われるようにする。また、電池パック２が１つ装着され、高温、高温待機状態または充電中である場合、制御回路５Ａは冷却ファン６の回転速度を低くし（弱回転）、１つの電池パック２を冷却するのに適量の冷却風を電池パック２へ送出する。このように、充電パック２の装着数、状態に応じて冷却風の量を制御することによって、効率よく電池パック２を冷却する。

冷却時の充電装置１の動作について説明する。電池パック２を充電装置１に装着する時には、電池パック２が脚９３の後面を押圧することによりカバー９がバネの付勢力に抗して回動し、右通風孔３ａまたは左通風孔３ｂを開放する位置に移動する（図３、図５）。このとき、電池端子部２６と端子部７とが互いに接触することにより電気的に接続する（図７）。さらに、右通風孔３ａと通気孔２ｂとが上下方向に対向し、ダクト１２と電池ケース２５内部が連通することにより、下ダクト１２Ｃから電池パック２内部へ至る風路を形成する。

図５には、電池パック２が充電装置左側に装着された場合の冷却風の通過する様子を矢印として示している。電池パック２を装着した状態で冷却ファン６が稼働すると、冷却風は、下面通風孔３ｃから吸気され、下ダクト１２Ｃ、冷却ファン６、左ダクト１２Ｂを通り、左通風孔３ｂと通気孔２ｂを介して電池パック２内部へと送り込まれる。冷却風は、電池パック２内部において、セル２２等の部品周囲を通過して電池パック２を冷却し、その後通気孔２ａから排出される。

このとき、電池パック２が装着されていない右通風孔３ａは、カバー９によって閉鎖されている（図３）。そのため、冷却風は、装着された電池パック２へ無駄なく送出される。

図２のように電池パック２が左右両側に装着された場合、左右の通風孔３ａ、３ｂが開放される。そのため、いずれの電池パック２にも連通する風路が形成され、冷却ファン６から送出された冷却風は、左右双方の電池パック２を同時に冷却することが可能である。

上述のように、本発明によれば、カバー９によって左右の通風孔３ａ、３ｂを閉じることによって、ハウジング３内部への粉塵等の侵入を防止することが可能である。そのため、粉塵等の多い作業現場での使用においても、充電装置１の性能を維持すると共に装置の長寿命化を図ることができる。

さらに、本発明では、電池パック２を複数個充電可能で、電池パック２が装着されていない通風孔３ａ、３ｂ及びダクト１２をカバー９で閉鎖することができるため、電池パック２が装着された通風孔３ａ、３ｂにのみ通風を行うことが可能となる。このため、冷却ファン６からの送風を装着された電池パック２に集中して送ることが可能となり、電池パック２の冷却を効率よく行うことができる。また、左右のダクト１２Ａ、１２Ｂを介して各通風孔３ａ、３ｂに通風するため、冷却ファン６の数を通風孔３ａ、３ｂの数よりも少なくすることができる。そのため、従来と比べて簡易な構成の充電装置１とすることができる。

本発明では、電池パック２が装着されていない場合、左右の通風孔３ａ、３ｂを閉鎖することによってハウジング３内部への粉塵等の侵入を防止することが可能である。そのため、粉塵等の多い作業現場での使用においても、充電装置１の性能を維持すると共に装置の長寿命化を図ることができる。

本発明では、風路がダクト１２によって形成されることにより電池パック２と冷却ファン６との間の送風経路における障害物等をなくすことができる。また、ダクト１２を用いることによって送風が拡散することを防止できる。このため、冷却ファン６からの送風を効率よく電池パック２に送ることが可能となり、電池パック２の冷却を効率よく行うことができる。

本発明では制御回路５が、電池パック２の温度に応じて電池パック２の冷却を行う。そのため電池パック２の冷却を効率よく行うことが可能となる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。本実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本実施の形態においては、冷却ファン６は、下面通風孔３ｃから吸気を行うように動作を行った。しかし本発明はこの形態に限定されるものではない。冷却ファン６は、電池パック２を介して左右の通風孔３ａ、３ｂから吸気し、下面通風孔３ｃから排気するように動作してもよい。この場合においても、充電装置１は、電池パック２の装着状態及び温度に基づいて効率よく電池パック２の冷却を行うことが可能である。

本実施の形態において、開閉装置であるカバー９は、軸９２を中心に回動することによって、電池パック２の着脱に応じた右通風孔３ａの開閉を実現した。しかし、本発明はこの形態に限定されるものではない。カバー９の代わりに、後述の如くスライド型の開閉装置を設けた構成も、本発明の範囲内である。
＜変形例＞

以下に本発明の変形例にかかる充電装置１０１を図９から図１１を用いて説明する。本実施の形態においては、開閉装置の一例としてカバー９を用いたが、本変形例においては、カバー９の代わりにカバー１０９とバネ１１０を用いる。なお、本変形例において、カバー１０９とバネ１１０以外の部材は、本実施の形態と同様である。これらの部材には、本実施の形態と同一の符号を付し、説明を省略する。

カバー１０９は、図１１に示すように板状の部材であり、側面視略直角の折れ曲がり形状を有する。また、図９に示すように、カバー１０９はバネ１１０を備えており、カバー１０９の前下端部は、バネ１１０を介してハウジング３の上面に接続される。詳細には、カバー１０９の前下端部はバネ１１０の後端部に係止されており、バネ１１０の前端部はハウジング３の内部に係止されている。また、バネ１１０はカバー１０９を後方へ付勢する。

カバー１０９は、図１１に示すように突起部１０９Ａをさらに備えている。突起部１０９は、カバー１０９の下部から側方へ突出し、前後方向に延びる板状の部材であり、カバー１０９よりも肉薄な形状を有している。突起部１０９はハウジング３に摺動可能に嵌合し、このことによりカバー１０９をハウジング３に対して前後方向にスライド可能としている。

電池パック２の非装着時には、右通風孔３ａまたは左通風孔３ｂはカバー１０９によって閉鎖される（図９）。

電池パック２の装着時には、電池パック２がカバー１０９を押圧することによりカバー１０９がハウジング３の上面をバネ１１０の付勢力に抗して略前後方向にスライドし、右通風孔３ａまたは左通風孔３ｂを開放する位置に移動する（図１０）。このとき、電池端子部２６と端子部７とが互いに接触することにより電気的に接続する。さらに右通風孔３ａまたは左通風孔３ｂと通気孔２ｂとが上下方向に対向し、電池ケース２５内部からダクト１２へと至る風路を形成する。なお、バネ１１０をカバー１０９の後側に設け、カバー１０９を引っ張る向きにバネ付勢するように構成してもよい。

このような構成によって電池パック２非装着時における充電装置内部への粉塵の侵入を防止するとともに、電池パック２の装着の有無および内部の温度に応じて高温となった部位及び部品を効率よく冷却することのできる充電装置１０１を提供できる。

さらなる変形例として、カバー１０９およびバネ１１０の代わりに、右通風孔３ａまたは左通風孔３ｂを覆い得る部材とその部材の移動を行うモータとを組み合わせた開閉装置とすることもできる。この場合、制御基板５がサーミスタ２１の温度に応じて開閉装置を制御することによって、左右の通風孔３ａ、３ｂの開閉を制御する。このような構成によっても、電池パック２の装着の有無および内部の温度に応じて、高温となった部位及び部品を効率よく冷却することのできる充電装置とすることができる。

本実施の形態及び変形例においては、電池パック２を２つ装着可能な充電装置１、１０１を提示したが、本発明はこの形態に限定されるものではない。通風孔、開閉装置、端子部７等を必要個数分ハウジング３上に配置し、冷却ファン６と各通風孔をダクト１２でつなげる構成とすることによって、電池パック２を１個若しくは３個以上装着可能な充電装置１とすることも可能である。この構成では、電池パック２を装着しない通風孔を開閉装置で閉鎖する構成とし、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。あるいは、装着状態で内部が高温となった電池パック２に対してのみ、開閉装置を用いて通風孔を開放する構成とし、変形例と同様の効果を得ることができる。

本実施の形態においては、ダクト１２を用いて各通風孔３ａ、３ｂ、３ｃをつなげる構成としたが、本発明はこの形態に限定されない。ダクト１２を用いずに冷却ファン６を下面通風孔３ｃの近傍に設け、冷却風を吸入または排出するという構成も本発明の範囲内である。このような構成によっても、ハウジング３内部全体に冷却風を通過させ、左右の通風孔３ａ、３ｂを介して冷却風を装着された電池パック２内部にも通過させることが可能である。したがって、この構成においても、本実施の形態及び変形例と同様の効果を得ることができる。さらにこの構成では、ハウジング３内部に冷却風が通過するため、ハウジング３に収容される制御基板５及び制御基板５を構成する素子、回路の冷却が可能となる。

本実施の形態及び変形例においては、高温、低温の定義にかかる閾値を、摂氏４０度とした。しかし、本発明はこの形態に限定されるものではない。電池パック２及び充電装置１、１０１を構成する部品の性質を鑑みて、高温及び低温の定義は適宜変更され得る。

本実施の形態及び変形例においては、セル２２はリチウムイオン電池としたが、本発明はこの形態に限定されるものではない。本発明のセルは、リチウムイオン電池セル、ニッケル水素電池セル、リチウムイオンポリマー電池セル、ニッケルカドミウム電池セル等を含む。

１充電装置
２電池パック
３ハウジング
５制御基板
６冷却ファン
７端子部
８ダクト
９カバー
１１０バネ
２１サーミスタ

Claims

通気孔が形成された電池パックを複数個着脱可能で、
冷却ファンと、
該冷却ファンを収容し、該電池パックを複数個装着した際に各電池パックの該通気孔のそれぞれと対向可能に設けられた複数の通風孔と、該冷却ファンと該複数の通風孔とをつなぐ風路と、が形成されたハウジングと、
該複数の通風孔を独立して開閉可能な開閉装置と、を有し、
該開閉装置は、該電池パックを該ハウジングに対してスライドして装着する際の該電池パックとの接触によって該通風孔を開放すると共に、該電池パックを該ハウジングから取り外す際の該電池パックの移動によって該通風孔を閉鎖するよう該ハウジングに対して動作するように構成したことを特徴とする充電装置。
該冷却ファンと該複数の通風孔とをつないで通風する複数の風路が形成され、
該冷却ファンの数は、該通風孔の数よりも少ないことを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
該風路は、ダクトによって形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の充電装置。
該電池パックの内部の温度を検出する電池温度検出手段をさらに備え、
該電池パックの内部の温度に応じて該冷却ファンの回転速度を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の充電装置。