WO2018159068A1 - バッテリーユニット - Google Patents

Abstract

【課題】センサ等の電気信号を用いる事の無い構造で、二次電池に異常が生じた際、これを安全に使用者に知らせる事のできるバッテリーユニットを提供する。 【解決手段】充電器４０に対して、電気的接続を行うための着脱を可能とするバッテリーユニット１０であって、二次電池１２と、二次電池１２を覆うと共に、二次電池１２に電気的に接続された外部端子１８を備えたケーシング１４と、ケーシング１４内部で二次電池１２を保持する二次電池保持部１６と、を有し、ケーシング１４には、二次電池１２に異常が生じた際、二次電池１２の膨張に起因してケーシング１４の外部に突出し、外部端子１８による電気的接続を妨げるインジケータピン２６が設けられていることを特徴とする。

Description

バッテリーユニット

　本発明は、二次電池を内包したバッテリーユニットに係り、特に、二次電池の異常が発生した際の使用を抑止するのに好適なバッテリーユニットに関する。

　リチウムイオン二次電池やリチウムポリマー二次電池等の二次電池は、充放電の繰り返しにより内部圧力が変化して膨張することが知られている。この膨張自体は、通常使用によっても生じるものであるが、電池に異常が生じた場合には、その膨張率が大きなものとなり、そのまま使用した場合には、発熱や爆発といった危険を生じさせる虞がある。

　このため、二次電池に異常が生じた場合に、その旨を通知したり、その使用を停止させるための技術が種々提案されている。例えば特許文献１－３には、二次電池を収容する領域に圧力センサ等の検出手段を設け、この検出手段により二次電池の膨張を検出した際、異常の発生を通知したり、二次電池から外部への電力供給を遮断したりする制御が成される技術が開示されている。

　また、特許文献４には、二次電池に異常な膨張が生じた際、二次電池を収容しているケーシングのカバーを開放し、その使用を停止させるという技術が開示されている。その具体的な手法としては、特許文献１－３と同様に、センサを介した電気的な制御の他、リンク機構を介した機械的なロック解除機構が開示されている。

特開２００２－１１７９１１号公報 特開２０１２－１９５１４３号公報 特開２０１６－２７５３９号公報 特開２００８－２２６４９６号公報

　確かに、上記特許文献に開示されているような技術であれば、異常が生じた二次電池を使用する事による危険を避ける事ができると考えられる。しかし、特許文献１－３に開示されている技術のように、二次電池の使用を停止させるためにセンサを用いる場合には、その機構が複雑になると共に、二次電池の発熱等に起因して、センサ自体に不具合が生じた場合には、異常が検出できない虞がある。

　また、特許文献４に開示されている技術のように、二次電池に異常が生じた際にケーシングのカバーを開放する場合、異常の発生により発熱や膨張を生じさせている危険な状態の二次電池に直接触れることとなる虞がある。

　そこで本発明では、センサ等の電気信号を用いる事の無い構造で、二次電池に異常が生じた際、これを安全に使用者に知らせる事のできるバッテリーユニットを提供することを目的とする。

　上記目的を達成するための本発明に係るバッテリーユニットは、充電器や電子機器に対して、電気的接続を行うための着脱を可能とするバッテリーユニットであって、二次電池
と、前記二次電池を覆うと共に、前記二次電池に電気的に接続された外部端子を備えたケーシングと、前記ケーシング内部で前記二次電池を保持する二次電池保持部と、を有し、前記ケーシングには、前記二次電池に異常が生じた際、前記二次電池の膨張に起因して前記ケーシングの外部に突出し、前記外部端子による電気的接続を妨げるインジケータピンが設けられていることを特徴とする。

　また、上記のような特徴を有するバッテリーユニットにおいて前記インジケータピンは、前記二次電池と前記二次電池保持部との間に配置され、前記ケーシングに設けられた孔を介して外部に突出する構成とすると良い。このような特徴を有する事によれば、二次電池の異常膨張が生じた際、確実にインジケータピンをケーシングの外部に突出させることができる。

　また、上記のような特徴を有するバッテリーユニットにおいて前記インジケータピンは、ピンとフランジを有し、前記二次電池との接触面に前記フランジが配置され、前記フランジと前記二次電池保持部との間に、前記インジケータピンを前記二次電池側へ押し付ける付勢手段が備えられているようにすると良い。このような特徴を有する事により、二次電池に異常膨張が生じていない時に、インジケータピンが二次電池の自重等に起因してケーシングの外部に突出してしまう事を防ぐことができる。

　また、上記のような特徴を有するバッテリーユニットでは、前記充電器や電子機器との接続面に、接続互換性を認識するキーマークを備え、前記インジケータピンは、前記キーマークを変化させる位置に突出する構成とすると良い。このような特徴を有する事により、互換性の無いバッテリーユニットの誤接続も防止する事が可能となる。

　また、上記のような特徴を有するバッテリーユニットにおいて前記インジケータピンは、前記二次電池の正常使用時における充放電に伴う膨張によっては前記ケーシングの外部に突出しないように構成されると良い。このような特徴を有する事により、通常の使用状態において、バッテリーユニットが使用できなくなってしまう事が無い。

　また、上記のような特徴を有するバッテリーユニットにおいて前記ケーシングは、スライド機構を介して前記外部端子の電気的接続を成す構成とされており、前記インジケータピンは、前記スライド機構によるスライド動作を妨げるように前記電子機器本体、あるいは前記充電器に引っかかるようにすることができる。このような特徴を有する事により、使用者は、充電器や電子機器に対するバッテリーユニットの接続が完了する前に、二次電池に異常が生じている事に気付く事ができる。

　さらに、上記のような特徴を有するバッテリーユニットにおいて前記ケーシングは、嵌め込み機構を介して前記外部端子の電気的接続を成す構成とされており、前記インジケータピンは、前記嵌め込み機構による接続動作を妨げるように前記電子機器本体、あるいは前記充電器に接触する構成とすることができる。このような特徴を有する事により、使用者は、充電器や電子機器に対するバッテリーユニットの接続が完了する前に、二次電池に異常が生じている事に気付く事ができる。

　上記のような特徴を有するバッテリーユニットによれば、センサ等の電気信号を用いる事の無い構造でありながら、二次電池に異常が生じた際、これを安全かつ確実に使用者に知らせる事が可能となる。

実施形態に係るバッテリーユニットと、接続対象とする充電器の断面構成を示す図である。 二次電池の膨張とインジケータピンの動きを説明するための図である。 二次電池が正常な状態にあるバッテリーユニットを充電器に接続する様子を示す図である。 二次電池が異常膨張した状態にあるバッテリーユニットを充電器に接続する様子を示す図である。 接続形式として嵌め込み機構を採用した形態のバッテリーユニットを充電器に接続する様子を示す図である。 実施例に係るバッテリーユニットの側断面の構成を示す図である。 実施例に係るバッテリーユニットの底面の構成を示す図である。 バッテリーユニットを接続する充電器の側断面の構成を示す図である。 バッテリーユニットを接続する充電器の平面の構成を示す図である。 二次電池が正常な状態にあるバッテリーユニットを充電器に接続した状態を示す側断面図である。 二次電池が異常膨張した状態にあるバッテリーユニットを充電器に接続する様子を示す側断面図である。

　以下、本発明のバッテリーユニットに係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
［実施形態：スライドタイプ］
　まず、図１から図４を参照して、本発明のバッテリーユニットについて説明する。なお、図面において、図１は、実施形態に係るバッテリーユニットと、接続対象とする充電器の断面構成を示す図である。図２は、二次電池の膨張とインジケータピンの動きを説明するための図である。図３は、二次電池が正常な状態にあるバッテリーユニットを充電器に接続する様子を示す図である。図４は、二次電池が異常膨張した状態にあるバッテリーユニットを充電器に接続する様子を示す図である。

　本実施形態に係るバッテリーユニット１０は、二次電池１２と、この二次電池１２を収容するケーシング１４とを有する。二次電池１２は、リチウムイオン二次電池やリチウムポリマー二次電池等の一般的な二次電池であれば良い。また、二次電池１２の外観形状についても限定するものでは無いが、図１に示す形態では、二次電池１２の外観形状を直方体としている。このような構成の二次電池１２は一般的に、広い主面を有する第１主面１２ａと第２主面１２ｂの強度が弱く、充放電時の内部圧力の増加による膨張に寄与することとなる。

　ケーシング１４は、二次電池保持部１６と、外部端子１８とを有する。二次電池保持部１６は、ケーシング１４の内部に設けられ、上述した二次電池１２を収容、保持するための空間である。二次電池保持１６には、二次電池１２に異常が生じて膨張した場合であっても、ケーシング１４が破損しないように、二次電池１２の予想膨張方向に余剰空間Ａが設けられている。また、図示しないが、二次電池保持部１６には、二次電池１２との電気的な接続が成される端子（内部端子）、あるいはカプラが設けられ、二次電池１２からケーシング１４側への電力の取り出しが可能な構成とされている。

　ケーシング１４は、電子機器や充電器４０等の接続機器に当接することとなる接続面２０と、接続面２０以外の外周面とにより外郭を構成する。接続面２０には少なくとも、外部端子１８と、接続手段２２、及びロック機構２４が備えられている。外部端子１８は、二次電池保持部１６に設けられた図示しない端子、あるいはカプラと電気的に接続されており、バッテリーユニット１０が接続された電子機器への給電や、充電器４０からの給電を成す要素である。

　接続手段２２は、接続機器に対するバッテリーユニット１０の接続状態を安定させ、外部端子１８の接続による電力の授受を安定させるための役割を担う。その構成については限定するものでは無いが、本実施形態では、断面形状をＣ型とするスライドレールを設けたスライド機構を採用している。

　ロック機構２４は、接続手段２２により接続が成された外部端子１８の良好な接続状態を維持し、バッテリーユニット１０の落下等を防止するための接続状態保持機構である。その具体的構成は問わないが、例えば図１に示す形態では、接続手段２２を構成するスライドレールの一部に突出ピン２４ａを備える構成としている。この突出ピン２４ａが、電子機器、あるいは充電器４０の取付面４０ａに設けられた受け穴４６に嵌る事で、バッテリーユニット１０の位置決めが成され、接続状態が維持されることとなる。なお、ロック機構２４は、突出ピン２４ａの動きを制御するためのロック解除部２４ｂをケーシング１４の外周面に設けるようにしている。バッテリーユニット１０の接続状態を解除するためである。

　このような基本構成を有する本実施形態に係るバッテリーユニット１０では、二次電池保持部１６における接続面側側壁１４ａに、貫通孔１４ｂが設けられている。そして、二次電池１２と接続面側側壁１４ａとの間の余剰空間Ａには、インジケータピン２６が配置されている。

　インジケータピン２６は、ピン２６ａとフランジ２６ｂとを備え、ピン２６ａは、接続面側側壁１４ａに設けた貫通孔１４ｂに挿通可能な径となるように構成されている。フランジ２６ｂは、インジケータピン２６が貫通孔１４ｂからケーシング１４の外部へ脱落する事を防止するための抜け止め兼、押圧力受け及び反力受けとしての役割を担う要素である。フランジ２６ｂは、抜け止め、押圧力受け、及び反力受けといった各機能を果たすものであれば、その具体的な形状を問うものでは無く、例えば貫通孔１４ｂよりも大きな面積を有する円板とすることができる。

　接続面側側壁１４ａとフランジ２６ｂとの間には、インジケータピン２６を二次電池１２側へ押し付ける付勢手段２８が配置されている。インジケータピン２６が非稼働状態にある時（二次電池１２に異常膨張が生じていない時）に、インジケータピン２６のピン２６ａが貫通孔１４ｂから突出する事を防止するためである。付勢手段２８の構成、素材は、問うものでは無いが、余剰空間Ａの狭さに対応しつつ、付勢力を生じさせる事が可能な部材として、ウレタンやスポンジ等により構成されたシートとすると良い。

　ピン２６ａの長さは図２に示すように、二次電池１２の正常時における充放電による防縮に起因した猶予距離ｄを確保しつつ、異常時における膨張によっては、突出量Ｄを成す長さとし、接続面側側壁１４ａの厚さｔ１と、付勢手段２８の圧縮時の厚さｔ２、フランジ２６ｂの厚さｔ３、及び余剰空間Ａの幅Ｗを考慮して定めるようにする。なお、ｅ１は、二次電池１２の正常使用時における膨張距離の１／２を示すものであり、ｅ２は、二次電池１２の異常膨張距離の１／２を示すものである。

　ここで、猶予距離ｄは、ｅ１との関係において、ｄ＞２×ｅ１の関係を満たす。また、ｅ２との関係においては、ｄ＜２×ｅ２の関係を満たす。なお、猶予距離ｄとは、ピン２６ａが接続面２０に突出しない移動距離である。

　このような構成のバッテリーユニット１０を接続する接続機器の一例として、充電器４０を示す。充電器４０は、少なくとも、接続手段４２と、接続端子４４、及び受け穴４６を有する。図１に示す形態では、接続手段４２は、バッテリーユニットの接続手段２２と
対応するように、スライド機構を採用している。

［接続の様子］
　上記のような構成のバッテリーユニット１０と、充電器４０との接続を行う様子について、図３、図４を参照して説明する。
　まず、図３を参照して、二次電池１２が正常な状態にあるバッテリーユニット１０を充電器４０に接続する場合について説明する。まず、図３（Ａ）に示すように、バッテリーユニット１０の接続面２０と、充電器４０の取付面４０ａを対向させて、接続手段２２，４２を合わせ、矢印Ｂで示す方向にバッテリーユニット１０をスライドさせる。

　続いて、図３（Ｂ）に示すように、バッテリーユニット１０を矢印Ｂの方向にスライドさせる。この時、インジケータピン２６は、貫通孔１４ｂから突出していないため、スライド動作が妨げられることが無く、図３（Ｃ）に示す状態までスライドさせる事ができる。

　スライド動作により図３（Ｃ）に示す状態に到達すると、充電器４０に設けられた受け穴４６に、ロック機構２４の突出ピン２４ａが嵌合し、バッテリーユニット１０がロックされる。このような状態に至ると、バッテリーユニット１０の外部端子１８と、充電器４０の接続端子４４とが接続され、電力の供給が成されることとなる。

　次に、図４を参照して、二次電池１２が異常膨張した状態にあるバッテリーユニット１０を充電器４０に接続する場合について説明する。
　二次電池１２が異常膨張している状態では、インジケータピン２６のピン２６ａが、接続面側側壁１４ａに設けた貫通孔１４ｂから、接続面２０側に突出した状態となる。このような状態で図４（Ａ）に示すように、バッテリーユニット１０の接続面２０と、充電器４０の取付面４０ａを対向させて、接続手段２２，４２を合わせ、矢印Ｂで示す方向にバッテリーユニット１０をスライドさせると、次のような状態となる。

　すなわち、接続面２０から突出したピン２６ａが、取付面４０ａの端部に接触して引っかかり、バッテリーユニット１０のスライドを妨げることとなる。このため、バッテリーユニット１０の外部端子１８と充電器４０の接続端子４４とは接続される事は無く、使用者に、二次電池１２の異常を確実に知らせる事ができる。

［作用・効果］
　本実施形態に係るバッテリーユニット１０によれば、二次電池１２に異常が生じて膨張した際、発熱や膨張が生じた二次電池１２は、ケーシング１４に内包されたままの状態でありながら、充電器４０や電子機器等の接続機器に対するバッテリーユニット１０の取り付け、通電が妨げられる。このため、安全かつ確実に、使用者に対して二次電池１２の異常を知らせる事ができる。

　なお、上記説明では、貫通孔１４ｂは、孔形状を丸とするように説明しているが、四角、あるいは多角形としても良い。この場合、インジケータピン２６のピン２６ａの形状も、貫通孔１４ｂの孔形状に合わせるようにすると良い。

［変形形態：嵌め込みタイプ］
　上記実施形態に係るバッテリーユニット１０では、スライド機構により、バッテリーユニット１０を充電器４０や電子機器等の接続機器に接続する構成としていた。しかし、本発明に係るバッテリーユニット１０は、接続機器に対する接続の形式を限定するものでは無い。

　例えば図５に示すように、フック部１４ｃとロック機構２４を有するような嵌め込み機構による接続形式を採用したバッテリーユニット１０において二次電池１２に異常が生じた場合、図５（Ａ）に示すように、接続面２０からインジケータピン２６のピン２６ａが突出する。このような状態において、フック部１４ｃを充電器４０のフック受け４０ｂに係合させ、バッテリーユニット１０を矢印Ｃの方向へ回動させて接続動作を行う。

　この時、図５（Ｂ）に示すように、接続面２０から突出しているピン２６ａが取付面４０ａに接触すると、バッテリーユニット１０を矢印Ｃの方向へ回動させる動作が妨げられ、接続面２０と取付面４０ａを当接させる事ができなくなる。このため、ロック機構２４の作動が成される事が無く、外部端子１８と接続端子４４との接続も妨げられる。よって、このような接続形態を採用したバッテリーユニット１０であっても、上記実施形態と同様な効果を得る事ができる。

［実施例］
　次に、図６から図９を参照して、本発明に係るバッテリーユニットをカメラ用のバッテリーとして採用した場合の具体的一例について説明する。なお、図６は、実施例に係るバッテリーユニットの側断面の構成を示す図であり、図７は、実施例に係るバッテリーユニットの底面の構成を示す図である。また、図８は、バッテリーユニットを接続する充電器の側断面の構成を示す図であり、図９はバッテリーユニットを接続する充電器の平面の構成を示す図である。

　本実施例に係るバッテリーユニット１０も当然に、上記実施形態と同様に二次電池１２と、この二次電池１２を収容するケーシング１４とを有する。よって、その機能を同一とする箇所には同一の符号を附して、詳細な説明を省略する。ケーシング１４は、二次電池保持部１６と外部端子１８を備え、スライド機構による接続手段２２と、ロック機構２４を備えている。また、ケーシング１４の接続面２０には貫通孔１４ｂが設けられ、二次電池保持部１６に配置されたインジケータピン２６のピン２６ａが突出可能な構成が採られている。

　また、本実施例に係るバッテリーユニット１０には、接続手段２２を構成する接続面２０に、キーマークとしての僅かな突出部３０が形成されている。接続対象とする充電器４０や電子機器側に、この突出部３０に対応する凹部５０を設け、突出部３０と凹部５０が一致した場合に接続が可能となる構成とする事で、機種違い等によるバッテリーユニットの誤接続を防止する事ができるからである。

　また、図９に示す充電器４０は、非使用時に接続端子４４の少なくとも一部を覆う端子カバー４８が備えられている。端子カバー４８は、スライド機構のスライド方向（矢印Ｄで示す方向）に沿ってスライドする事で、使用時には接続端子４４が露出し、バッテリーユニット１０の外部端子１８との接続を可能とする。このような構成の充電器４０では、この端子カバー４８に、キーマークに対応する凹部５０を設ける構成としている。

　インジケータピン２６のピン２６ａを突出させる貫通孔１４ｂは、接続手段２２を構成する接続面２０のうち、キーマークである突出部３０を設けた位置よりも、スライド方向の手前側（挿入側）に設けられている。このような配置形態とする事で、ピンが突出している場合には、キーマークが一致しないとして、バッテリーユニット１０の接続が不可能となるからである。

　このように、その外観状の形態はデザイン性を兼ねた独自のものであっても、上記実施形態に挙げた各要素の機能を発揮するための構成を備えていれば、本発明の一部とみなすことができる。

　次に、図１０、図１１を参照して、本実施例に係るバッテリーユニットを充電器に接続する場合の例について説明する。
　まず、図１０を参照して二次電池１２が正常状態にある場合（膨張によるピン２６ａの突出が無い場合）の接続について説明する。図１０に示すように、二次電池１２が正常状態にある場合には、充電器４０に対して、接続手段２２を介してバッテリーユニット１０を接続する際、端子カバー４８は、外部端子１８の手前に位置する段差部に引っかかり、押し込み方向にスライドされる事で、接続端子４４が露出される。この状態でさらにバッテリーユニット１０がスライド方向に押し込まれる事で、外部端子１８と接続端子４４との接続が成される。この時、バッテリーユニット１０の接続面２０に設けられたキーマークとしての突出部３０は、端子カバー４８に設けられた凹部５０に収まった状態となる。

　一方図１１に示すように、二次電池１２が異常状態にある場合（二次電池１２の膨張によりピン２６ａの突出が生じている場合）には、図１１（Ａ）に示すように、ピン２６ａが、端子カバー４８に設けられた凹部５０に引っかかり、端子カバー４８をスライドさせることとなる。この動作は、外部端子１８の手前に位置する段差部により端子カバー４８をスライドさせる正常時の動作よりも早い段階で端子カバー４８をスライドさせることとなる。

　このため、バッテリーユニット１０をさらにスライド方向に押し込む事で端子カバー４８のスライド距離が限界に達した場合、図１１（Ｂ）に示すように、ピン２６ａが端子カバー４８の凹部５０を構成する段差部に引っかかり、バッテリーユニット１０の押し込みが妨げられる。これにより、バッテリーユニット１０の接続が不可能となり、使用者は、二次電池１２の異常を安全かつ確実に知る事ができる。

　なお、上記実施形態では、いずれもピン２６ａは、貫通孔１４ｂから突出する構成である旨説明した。しかしながら、二次電池配置部の気密性、防水性を高めたい場合には、ピン２６ａの突出部にゴムやシリコン等で形成された可撓性の膜を備えるようにしても良い。

１０………バッテリーユニット、１２………二次電池、１２ａ………第１主面、１２ｂ………第２主面、１４………ケーシング、１４ａ………接続面側側壁、１４ｂ………貫通孔、１４ｃ………フック部、１６………二次電池保持部、１８………外部端子、２０………接続面、２２………接続手段、２４………ロック機構、２４ａ………突出ピン、２４ｂ………ロック解除部、２６………インジケータピン、２６ａ………ピン、２６ｂ………フランジ、２８………付勢手段、３０………突出部、４０………充電器、４０ａ………取付面、４０ｂ………フック受け、４２………接続手段、４４………接続端子、４６………受け穴、４８………端子カバー、５０………凹部。

Claims (7)

1. 　充電器や電子機器に対して、電気的接続を行うための着脱を可能とするバッテリーユニットであって、
   　二次電池と、
   　前記二次電池を覆うと共に、前記二次電池に電気的に接続された外部端子を備えたケーシングと、
   　前記ケーシング内部で前記二次電池を保持する二次電池保持部と、を有し、
   　前記ケーシングには、前記二次電池に異常が生じた際、前記二次電池の膨張に起因して前記ケーシングの外部に突出し、前記外部端子による電気的接続を妨げるインジケータピンが設けられていることを特徴とするバッテリーユニット。
2. 　前記インジケータピンは、前記二次電池と前記二次電池保持部との間に配置され、前記ケーシングに設けられた孔を介して外部に突出する構成としたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーユニット。
3. 　前記インジケータピンは、ピンとフランジを有し、
   　前記二次電池との接触面に前記フランジが配置され、
   　前記フランジと前記二次電池保持部との間に、前記インジケータピンを前記二次電池側へ押し付ける付勢手段が備えられていることを特徴とする請求項２に記載のバッテリーユニット。
4. 　前記充電器や電子機器との接続面に、接続互換性を認識するキーマークを備え、
   　前記インジケータピンは、前記キーマークを変化させる位置に突出する構成としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバッテリーユニット。
5. 　前記インジケータピンは、前記二次電池の正常使用時における充放電に伴う膨張によっては前記ケーシングの外部に突出しないように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のバッテリーユニット。
6. 　前記ケーシングは、スライド機構を介して前記外部端子の電気的接続を成す構成とされており、
   　前記インジケータピンは、前記スライド機構によるスライド動作を妨げるように前記電子機器本体、あるいは前記充電器に引っかかることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のバッテリーユニット。
7. 　前記ケーシングは、嵌め込み機構を介して前記外部端子の電気的接続を成す構成とされており、
   　前記インジケータピンは、前記嵌め込み機構による接続動作を妨げるように前記電子機器本体、あるいは前記充電器に接触することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のバッテリーユニット。

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