WO2003098719A1 - Battery-driven electric apparatus - Google Patents

Description

明細書

電池駆動式電気機器 技術分野

本発明は、 着脱自在な電池パックを備えた電池駆動式電気機器に関す るものである。 背景技術

従来の電池駆動式電気機器に使用される電池パックは、 複数の電池モ ジュールを常に直列電気接続状態で内蔵している。 上記電池パックは、 上記直列電気接続状態の電池モジユール全体の電圧を電池パックの外部 に出力する出力端子を備えており、 電池パックが電気機器本体に取り付 けられると上記出力端子から上記電気機器本体に電力を供給し、 上記電 気機器本体を駆動している。

しかしながら、 上記出力端子から出力される電圧が 1 0 V程度なら問 題が少ないが、 上記出力端子から出力される電圧が 1 0 0 V程度となれ ば、 上記出力端子に身体が触れた場合には感電を生じ、 金属が触れた場 合には短絡し発煙や発火を生じるという恐れがあった。 発明の開示

本発明は上記の問題点を解決するために為されたものであって、 出力 端子に身体や金属が触れても感電や短絡を生じない安全な電池パックを 備えた電池駆動式電気機器を提供することを目的としている。

本発明の電池駆動式電気機器に使用される電池パックは、 少なくとも

2つの電池モジュールを収容するケースと、 上記ケースに備えられたス イッチ手段と、 上記ケースに備えられた出力端子とを備えている。 上記 スィッチ手段は、 上記少なくとも 2つの電池モジュールを直列電気接続 するために閉じることと、 上記の直列電気接続を遮断するために開くこ ととを選択的に行う。 上記スィッチ手段は、 電池パックを着脱自在に保 持する電気機器本体に設けたァクチユエ一夕と連動して、 上記ケースが 上記電気機器本体へ取り付けられた時に上記の直列電気接続を確立し、 上記ケースが上記電気機器本体から外されると上記ァクチユエ一夕が離 れることにより上記直列電気接続を遮断する。 上記出力端子は、 上記電 気機器本体の入力端子と接続され、 上記スィッチが閉じられた時に上記 少なくとも 2つの電池モジュールの直列電圧を上記電気機器本体に供給 する。

従って、 この電池パックは、 上記電気機器本体に取り付けられていな いときは、 上記スイツチ手段が開くことにより上記少なくとも 2つの電 池モジュールの直列電気接続が遮断されているので、 上記出力端子に身 体や金属が触れても感電や短絡を生じる恐れがない。 一方、 この電池パ ックが上記電気機器本体と接続されると、 上記スィッチ手段が閉じるこ とにより上記少なくとも 2つの電池モジュールが直列電気接続され、 上 記出力端子から上記電気機器本体に電力を供給することができる。

上記スィッチ手段として少なくとも一対の固定接点と可動接点とを備 えることが好ましい。 上記少なくとも 2つの電池モジュールはそれぞれ プラス電極とマイナス電極と有し、 上記一対の固定接点は、 上記少なく とも 2つの電池モジュールのうち一方の電池モジュールのプラス電極と 他方の電池モジュールのマイナス電極とにそれぞれ接続される。 上記可 動接点は上記固定接点間を閉じる閉位置と上記固定接点間を開く開位置 との間で移動自在でぁリ通常は上記開位置に付勢されており、 上記可動 接点は上記ケースに設けた開口内に収められて上記ァクチユエ一夕に対 して係合自在である。 上記ァクチユエ一夕がこの開口内に挿入された時 に、 上記可動接点が上記ァクチユエ一夕によって上記閉位置に移動され る。 この場合、 上記ァクチユエ一夕が上記開口内に挿入されることによ つて上記少なくとも 2つの電池モジュールが直列電気接続状態となるの で、 上記ケースを上記電気機器本体に取り付けない状態では、 上記少な くとも 2つの電池モジュールの直列電気接続が遮断され、 上記出力端子 に身体や金属が触れても感電や短絡を生じる恐れがない。

また、 上記スィッチ手段として少なくとも一対の固定電極を備えるこ とも好ましい。 上記ケースは、 上記電気機器本体と結合する結合部位を 有し、 上記一対の固定電極は上記少なくとも 2つの電池モジュールのう ち一方の電池モジュールのプラス電極と他方の電池モジュールのマイナ ス電極とにそれぞれ接続され、 上記一対の固定電極は上記結合部位に互 いに離間して配置される。 上記ァクチユエ一夕は可動板の形状であり、 上記結合部位が上記電気機器本体に結合されると上記可動板が上記一対 の固定電極間を電気接続する。 この場合、 上記可動板が上記一対の固定 電極間を接続することによって上記少なくとも 2つの電池モジュールが 直列電気接続状態となるので、 上記ケースを上記電気機器本体に取り付 けない状態では、 上記少なくとも 2つの電池モジュールの直列電気接続 が遮断され、 上記出力端子に身体や金属が触れても感電や短絡を生じる 恐れがない。 また、 少なくとも二対の固定電極を備えている場合、 上記 少なくとも二対の固定電極を上記結合部位の異なる面に配置するのが好 ましい。 上記ケースは多角形状の結合部位を有している。 上記二対の固 定電極は少なくとも 3つの電池モジュール間のプラス電極とマイナス電 極とにそれぞれ接続されている。 上記二対の固定電極は上記多角形状の 結合部位の異なる面に配置されると共に同じ対の固定電極間は同一の面 において互いに離間して配置される。 上記ァクチユエ一夕は可動板の形 状であり、 上記ケースが上記電気機器本体に取り付けられると上記可動 板が上記一対の固定電極間を電気接続する。 このようにすることで、 上 記多角形状の結合部位の一面に身体や金属が触れても上記電池モジユー ルが短絡することがない。 図面の簡単な説明

図 1は本発明の第 1の実施形態に係る電池駆動式電気機器を説明する図 である。

図 2は本発明の第 2の実施形態に係る電池駆動式電気機器を説明する図 である。

図 3は本発明の第 2の実施形態の変更様態を示す図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明を添付の図面を用いて詳細に説明する。

図 1は本発明の第 1の実施形態に係る電池駆動式電気機器を示す。 こ の電池駆動式電気機器は、 内部に大容量モータのような電気駆動源を有 する電気機器本体 2 0と、 この電気機器本体 2 0へ着脱自在で大容置の 電力を供給する電池パック 1から構成される。

電池パック 1は、 ケース 2内に 8組の電池モジュール A〜Hが収納さ れている。 各電池モジュール A〜Hは、 1 . 2 Vの電池セル 3を 1 0個 直列電気接続して形成されており、 各々 1 2 Vを出力する。 各電池モジ ユール A ~ Hは、 1 2 Vの直列電圧を出力する一対のプラス電極 pとマ ィナス電極 nとを両端に有している。 各電池モジュール A〜Hのうち、 電池モジュール Aのプラス電極 pは、 ケース 2の一面 2 aに突設された 出力端子 8のプラス出力端子 Pと電気接続され、 電池モジュール Hのマ ィナス電極 nは、 出力端子 8のマイナス出力端子 Nと電気接続されてい る。 上記した電池モジュール Aのプラス電極 pと電池モジュール Hのマ ィナス電極 nとを除いて、 隣接した各電池モジュールのうち一方の電池 モジュールのマイナス電極 nと他方の電池モジュールのプラス電極 pと の間は、 それぞれスィッチ 7を介して接続されている。 スィッチ 7は、 隣接した各電池モジュールを直列電気接続するために閉じることと、 上 記直列電気接続を遮断するために開くこととを選択的に行う。 各スイツ チ 7は、 一対の固定接点 5 , 5と可動接点 6とを備える。 上記一対の固 定接点 5 , 5は、 隣接する各電池モジュールのうち一方の電池モジユー ルのマイナス電極 nと他方の電池モジュールのプラス電極 pとにそれぞ れ電気接続される。 上記可動接点 6は、 上記一対の固定接点 5 , 5間を 閉じる閉位置と、 開く開位置との間で移動自在であり、 通常は上記開位 置の状態となるように、 パネによって付勢されている。 全てのスィッチ 7の可動接点 6が閉位置となると、 各電池モジュール A ~ Hが直列電気 接続状態となり、 出力端子 8のプラス出力端子 Pとマイナス出力端子 N とから 9 6 Vの電圧が出力可能となる。 上記可動接点 6は、 ケース 2の 上記一面 2 aに設けられた 7箇所の開口 9内にそれぞれ収納されている。 電気機器本体 2 0の電池パック 1が取り付けられる一面 2 0 aには、 円柱形状のァクチユエ一夕 1 0と、 挿入孔 2 1 とが設けられている。 ァ クチユエ一夕 1 0は、 電池パック 1の上記開口 9にそれぞれ対応して 7 箇所設けられている。 挿入孔 2 1の内面には、 入力端子 1 7が形成され ている。 入力端子 1 7は、 プラス入力端子 1 7 Pとマイナス入力端子 1 7 Nとを有する。 各ァクチユエ一夕 1 0は、 電池パック 1が電気機器本 体 2 0に取り付けられると、 対応する開口 9内に挿入される。 可動接点 6は、 ァクチユエ一夕 1 0が開口 9内に挿入されると、 ァクチユエ一夕 1 0に押されて上記閉位置に移動し、 隣接した各電池モジュールを直列 電気接続する。 プラス入力端子 1 7 Pとマイナス入力端子 1 7 Nとは、 出力端子 8が挿入されると、 出力端子 8のプラス出力端子 Pとマイナス 出力端子 Nとにそれぞれ接触する。 電気機器本体 2 0は、 電池パック 1 の出力端子 8から入力端子 1 7を介して供給される電力により駆動され る。

上記のように構成された電池パック 1 は、 電気機器本体 2 0に取り付 けられていない状態では、 上記可動接点 6が上記開位置の状態となるよ うに付勢されているので、 各電池モジュール A〜Hの直列電気接続が遮 断され、 出力端子 8のプラス出力端子 Pとマイナス出力端子 Nとに身体 や金属が触れても感電や短絡を生じる恐れがない。 一方、 電池パック 1 が電気機器本体 2 0に取り付けられると、 各ァクチユエ一夕 1 0が開口 9内に挿入され可動接点 6が上記閉位置に移動し、 各電池モジュール A 〜Hが直列電気接続状態となり、 出力端子 8のプラス出力端子 P， マイ ナス出力端子 Nから、 入力端子 1 7のプラス入力端子 1 7 P , マイナス 入力端子 1 7 Nへと 9 6 Vの電圧が供給される。 この時、 プラス出力端 子 Pとマイナス出力端子 Nとは挿入孔 2 1 内へ挿入されているので、 外 部からは接触不可能であり、 感電や短絡の恐れはない。

なお、 電池パック 1は、 従来から知られている機構によって機器本体 に着脱自在に保持されるものであり、 着脱自在の機構については説明を 省略するが、 本発明は従来公知の着脱機構を有するものに適用できる。 また、 各電池モジュール A〜Hは、 外部から充電可能な充電式の電池 モジュールであり、 各電池モジユール毎に電池交換を行うことも可能で ある。 図 2に、 本発明の第 2の実施形態に係る電池パック 1 を示す。 上述し た第 1の実施形態と同様に、 電池パック 1は、 ケース 2内に 8組の電池 モジュール A ~ Hが収納されている。 ケース 2の一面 2 aには、 8角柱 形状の結合部位 1 1が設けられている。 電気機器本体 2 0の電池パック 1が取り付けられる一面 2 0 aには、 電池パック 1の結合部位 1 1が挿 入可能な断面 8角形状の挿入孔 2 2が設けられている ₆ 電池パック 1 と 電気機器本体 2 0とは、 結合部位 1 1を挿入孔 2 2に挿入して取り付け られる。

結合部位 1 1の 8面ある外側面のうち、 1側面には出力端子 1 6が設 けられ、 残りの 7側面にスィッチ 1 2が形成される。 出力端子〗 6は、 互いに離間したプラス電極板 Pとマイナス電極板 Nとで構成される。 プ ラス電極板 Pは、 電池モジュール Aのプラス電極 pと電気接続される。 マイナス電極 Nは、 電池モジュール Hのマイナス電極 nと電気接続され る。 スィッチ 1 2は一対の固定電極 1 2 n , 1 2 pを 1 側面に一対ずつ 有する。 一対の固定電極 1 2 n， 1 2 pは同一側面では互いに離間して 配置される。 一対の固定電極 1 2 n , 1 2 pのうち、 一方の固定電極 1 2 nは、 隣接した各電池モジュールのうち一方の電池モジュールのマイ ナス電極 nと電気接続され、 他方の固定電極 1 2 pは、 上記隣接した各 電池モジュールのうち他方の電池モジュールのプラス電極 pと電気接続 される。 例えば、 一対の固定電極 1 2 n， 1 2 pのうち、 一方の固定電 極 1 2 πは、 隣接した電池モジュール A , Bのうち一方の電池モジユー ル Aのマイナス電極 nと電気接続され、 他方の固定電極 1 2 pは他方の 電池モジュール Bのプラス電極 pと電気接続される。 別の対の固定電極 1 2 η , 1 2 ρのうち、 一方の固定電極 1 2 ηは、 隣接した電池モジュ ール B， Cのうち一方の電池モジュール Bのマイナス電極 nと電気接続 され、 他方の固定電極 1 2 pは他方の電池モジュール Cのプラス電極 p と電気接続される。

電気機器本体 2 0における挿入孔 2 2の 8面ある内側面のうち、 1側 面は入力端子 1 7を形成し、 残りの 7側面には、 ァクチユエ一夕として の可動板 1 3が配置される。 入力端子 1 7は、 プラス入力端子 1 7 Pと マイナス入力端子 1 7 Nとを有する。 プラス入力端子 1 7 Pとマイナス 入力端子 1 7 Nとは、 結合部位 1 1が挿入孔 2 2へ挿入されると、 出力 端子 1 6のプラス出力端子 Pとマイナス出力端子 Nとにそれぞれ接触す る。 可動板 1 3は、 結合部位 1 1が挿入孔 2 2へ挿入されると、 結合部 位 1 1のスィッチ部 1 2の 1側面に一対ずつ配置された固定電極 1 2 n， 1 2 pと接触し、 固定電極 1 2 n , 1 2 p間を電気接続する。 全ての固 定電極 1 2 n , 1 2 p間が可動板 1 3により電気接続されると、 各電池 モジュール A ~ Hが直列電気接続状態となり、 出力端子 1 6のプラス出 力端子 Pとマイナス出力端子 Nとから 9 6 Vの電圧が出力可能となる。 上記のように構成された電池パック 1 は、 電気機器本体 2 0に取り付 けられていない状態では、 固定電極 1 2 n , 1 2 p間が離間しているの で、 各電池モジュール A ~ Hの直列電気接続が遮断され、 出力端子 1 6 のプラス出力端子 Pとマイナス出力端子 Nとに身体や金属が触れても感 電ゃ短絡を生じる恐れがない。 一方、 電池パック 1が電気機器本体 2 0 に取り付けられると、 可動板 1 3が固定電極 1 2 n， 1 2 p間を電気接 続するので、 各電池モジュール A〜Hが直列電気接続状態となり、 出力 端子 1 6から電気機器本体 2 0の入力端子 2 1へと 9 6 Vの電圧が供給 される。 この時、 出力端子 1 6は挿入孔 2 2内へ挿入されているので、 外部からは接触不可能であり、 感電や短絡の恐れはない。 また、 一対の 固定電極 1 2 n， 1 2 pを結合部位 1 1の 1 側面に一つずつ配置したの で、 同一電池モジュールのマイナス電極 nに接続された固定電極 1 2 n とプラス電極 Pに接続された固定電極 1 2 pは、 結合部位 1 1の異なる 側面に配置されることとなる。 これにより、 結合部位 1 1の一面に身体 や金属が触れても同一電池モジュールが短絡することがない。

なお、 図 3に示すように、 ケース 2の一面には、 L E D 1 5か' 8個配 置されている。 L E D 1 5は、 ケース 2の内部に収納された 8個の診断 回路 1 4とそれぞれ電気接続されている。 診断回路 1 4は、 各電池モジ ユール A〜 Hごとに設けられており、 各電池モジュール A〜Hの電圧を 測定する。 診断回路 1 4は、 測定した電圧値が所定値以下の場合には 「電池モジュール異常」 として対応する L E D 1 5を点灯させ、 自動的 に直列電気接続を遮断して動作を停止させる。 これによれば、 「電池モ ジュール異常」 を検出した際に動作を停止させることで安全性が確保さ れる。 また、 上記 「電池モジュール異常」 のみではなく、 診断回路 1 4 が測定した電圧値から 「電池寿命末期 J と判断しても、 自動的に直列電 気接続を遮断して動作を停止させてもよい。 これによれば、 例えば電池 モジュール Aが早期に放電終了した場合に低電圧となった電池モジユー ル Aに電流が送り込まれて逆充電が生じることを防止でき、 安全性を確 保すると共にサイクル寿命を延ばすことができる。 この目的のために、 電池パック内にはフェールセーフ回路が設けられる。 上記の診断回路は 各電池モジュールの両端電圧が所定値以下の場合や電池寿命の末期であ ることを示す電圧を検出した場合に、 エラー信号を発生する。 フェール セーフ回路は、 エラー信号を受けた場合、 対応する L E Dを点灯させる と共に、 上記のスィツチ手段を動作させて電池パック間の直列電気接続 を遮断する。

Claims

請求の範囲

1 . 電池パックとこの電池パックを着脱自在に保持してこれにより電力 の供給を受ける電気機器本体とからなる電池駆動式電気機器であって、 以下の構成からなる。

少なくとも 2つの電池モジュールを収容する電池パックのケー ス、

上記ケースに備えられたスィツチ手段、 このスィツチ手段は上 記少なくとも 2つの電池モジュールを直列電気接続するために閉じるこ とと、 上記の直列電気接続を遮断するために開くことを選択的に行う、 上記ケースに備えられた出力端子、 この出力端子は上記スィッ チが閉じられた時に、 上記少なくとも 2つの電池モジュールの直列電圧 を上記電気機器本体へ供給する、

上記電気機器本体に設けたァクチユエ一夕、

上記スィツチ手段は上記ァクチユエ一夕と連動し、 上記ケースが上記電 気機器本体へ取り付けられた時に上記の直列電気接続を確立し、 上記ァ クチユエ一夕が上記ケースから外された時に上記の直列電気接続を遮断 する。

2 . 請求の範囲第 1項記載の電池駆動式電気機器において、

上記少なくとも 2つの電池モジュールはそれぞれプラス電極とマイナス 電極とを有し、

上記スィッチ手段は少なくとも一対の固定接点と可動接点とを備え、 上 記一対の固定接点は、 上記少なくとも 2つの電池モジュールのうち一方 の電池モジュールのプラス電極と他方の電池モジュールのマイナス電極 とにそれぞれ接続され、 上記可動接点は上記固定接点間を閉じる閉位置 と上記固定接点間を開く開位置との間で移動自在であり通常は上記開位 置に付勢されており、

上記可動接点は、 上記ケースに設けた開口内に収められて上記ァクチュ エータに対して係合自在となり、 上記ァクチユエ一夕がこの開口内に挿 入された時に、 上記ァクチユエ一夕によって上記可動接点が上記閉位置 に移動される。

3 . 請求の範囲第 1項記載の電池駆動式電気機器において、

上記ケースは、 上記電気機器本体と結合する結合部位を有し、

上記少なくとも 2つの電池モジュールはそれぞれプラス電極とマイナス 電極とを有し、

上記スィッチ手段は少なくとも一対の固定電極を備え、 上記一対の固定 電極は上記少なくとも 2つの電池モジュールのうち一方の電池モジユー ルのプラス電極と他方の電池モジュールのマイナス電極とにそれぞれ接 続され、 上記一対の固定電極は上記結合部位に互いに離間して配置され、 上記ァクチユエ一タは可動板の形状であり、 上記結合部位が上記電気機 器本体に結合されると上記可動板が上記一対の固定電極間を電気接続す る。

4 . 電池パックとこの電池パックを着脱自在に保持してこれによリ電力 の供給を受ける電気機器本体とからなる電池駆動式電気機器であって、 以下の構成からなる、

少なくとも 3つの電池モジュールを収容する電池パックのケー ス、

上記ケースに備えられたスィツチ手段、 このスィツチ手段は上 記少なくとも 3つの電池モジュールを直列電気接続するために閉じるこ とと、 上記の直列電気接続を遮断するために開くことを選択的に行う、 上記ケースに備えられた出力端子、 この出力端子は上記スィッ チが閉じられた時に、 上記少なくとも 3つの電池モジュールの直列電圧 を上記電気機器本体へ供給する、

上記電気機器本体に設けたァクチユエ一夕、

上記ケースは、 上記電気機器本体と結合する多角形状の結合部位を有し、 上記少なくとも 3つの電池モジュールはそれぞれプラス電極とマイナス 電極とを有し、

上記スィッチ手段は少なくとも二対の固定電極を備え、 上記二対の固定 電極は上記少なくとも 3つの電池モジュール間のプラス電極とマイナス 電極とにそれぞれ接続され、 上記二対の固定電極は上記多角形状の結合 部位の異なる面に配置されると共に同じ対の固定電極間は上記結合部位 の同一の面において互いに離間して配置され、

上記ァクチユエ一夕は可動板の形状であり、 上記ケースが上記電気機器 本体に取り付けられると上記可動板が上記一対の固定電極間を電気接続 in