(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池を細長い形状に連結している電池コア(2)と、この電池コア(2)を収納しているケース(1)と、このケース(1)に設けられて外部に電力を供給する放電コネクタ(5)と、ケース(1)に設けられて内蔵する電池を充電するための充電コネクタ(6)と、ケース(1)に内蔵されて、電池の充放電を制御する電子回路を実装しているプリント基板(7)とを備える電動の乗り物用の電池パックにおいて、
放電コネクタ(5)と充電コネクタ(6)とプリント基板(7)を、プラスチック成形体であるインナーケース(4)に固定して一体構造の充放電ブロック(3)としており、この充放電ブロック(3)をケース(1)の下部に内蔵して、放電コネクタ(5)と充電コネクタ(6)をケース(1)の外部に表出してなることを特徴とする電動の乗り物用の電池パック。
【請求項２】
電池コア(2)と充放電ブロック(3)との間に、電池コア(2)の荷重を支持する荷重受け板(10)を配設しており、荷重受け板(10)をケース(1)に連結して、荷重受け板(10)の下方に充放電ブロック(3)を配設している請求項１に記載される電動の乗り物用の電池パック。
【請求項３】
充放電ブロック(3)のプリント基板(7)に、電池の残存量を演算する残存量演算回路を実装している請求項１に記載される電動の乗り物用の電池パック。
【請求項４】
プリント基板(7)に、電池の電流を検出するシャント抵抗を固定している請求項３に記載される電動の乗り物用の電池パック。
【請求項５】
プリント基板(7)に、電池に過電流が流れると溶断されるヒューズを装着している請求項１に記載される電動の乗り物用の電池パック。
【請求項６】
充放電ブロック(3)のインナーケース(4)に、ヒューズ(21)を保持する保持部(22)を設けると共に、プリント基板(7)にヒューズ(21)を直接に連結するヒューズ端子を固定している請求項５に記載される電動の乗り物用の電池パック。
【請求項７】
充放電ブロック(3)のインナーケース(4)に、放電コネクタ(5)の金属端子(12)を直接に固定しており、この金属端子(12)を直接にプリント基板(7)に固定している請求項１に記載される電動の乗り物用の電池パック。
【請求項８】
充放電ブロック(3)のインナーケース(4)に、充電コネクタ(6)の金属端子(13)を直接に固定しており、この金属端子(13)を直接にプリント基板(7)に固定している請求項１に記載される電動の乗り物用の電池パック。
【請求項９】
電動の乗り物がアシスト自転車である請求項１に記載される電動の乗り物用の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてアシスト自転車等の電動の乗り物に装着されて、駆動用のモーターに電力を供給する電動の乗り物用の電池パックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
アシスト自転車は、上端にサドルを固定している垂直フレームに電池パックを脱着できるように内蔵させている。電池パックをここに内蔵しているアシスト自転車は、重い電池パックを重心に近い位置に配設するので安定して走行できる。ここに収納される電池パックは、フレームに内蔵できるように、細長い外形に製作される。この電池パックは、ケースの内部に、複数の電池を細長い形状に連結している電池コアを収納させる。そして、この電池コアには、放電コネクタと充電コネクタをリード線で接続し、これ等のコネクターをケース上下の端部に固定している。放電コネクタには放電プラグを挿入し、充電コネクタには充電プラグを挿入する。放電プラグは、モーターに接続されて、モーターに電力を供給する。充電プラグは、電池パックを充電するときに充電器に接続される。さらに、アシスト自転車の電池パックは、電池の残存量を演算して表示する表示器等も備えている。この電池パックは、自転車に装着する状態で充電され、あるいは自転車から外して充電される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上の構造のアシスト自転車用の電池パックは、放電コネクタと充電コネクタをケースの上下に離して固定しているので、ふたつのコネクターをケースの決められた位置にしっかりと固定するための構造が複雑になり、組み立てに手間がかり、製造コストが高くなる。また、放電コネクタと充電コネクタを電池コアに接続するためのリード線も長くなり、リード線による電圧降下による電力ロスも大きくなる欠点があった。
【０００４】
さらに、電池パックは、ふたつのコネクターに加えて、電池の充放電を制御したり、あるいは電池の残存量を検出するために電子回路を実装するプリント基板を内蔵する。プリント基板は、電池コアの熱で加熱されないように、電池コアの下方に配設している。ケースの下部に配設しているプリント基板は、重い電池コアの衝撃から保護する必要がある。とくに自転車は、凹凸のある道路を走行するので、電池パックには頻繁に強い衝撃が加わる。電池パックの上下の衝撃は、重い電池コアを上下に揺らせて、その下に配設しているプリント基板を損傷させる原因となる。このため、プリント基板を重い電池コアから保護するために、この用途の電池パックは、さらに複雑な耐荷重構造が要求されて製造コストが高くなる。
【０００５】
さらに、アシスト自転車は、大容量の電池と、大トルクのモーターと、さらにモーターの大電流を制御する電流容量の大きな制御回路を必要とするので、これ等の部品コストが極めて高くなる。また、自転車のフレームには、重い電池パックを内蔵するために独特の構造と強靭な強度とが要求され、フレームの製造コストも高くなる。ところが、アシスト自転車は、エンジンを搭載するオートバイではないので、販売コストがオートバイよりも高くなったのでは売れない。このため、販売コストが制限され、使用する部品コストをいかに低価格にできるかが極めて大切である。
【０００６】
電池パックは、強靭な構造として、衝撃に強い構造とすると、製造コストが高くなってしまう。本発明は、全体の構造を簡単にして、強靭な構造としながら、安価に多量生産できる電動の乗り物用の電池パックを提供することを目的に開発されたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動の乗り物用の電池パックは、複数の電池を細長い形状に連結している電池コア２と、この電池コア２を収納しているケース１と、このケース１に設けられて外部に電力を供給する放電コネクタ５と、ケース１に設けられて内蔵する電池を充電するための充電コネクタ６と、ケース１に内蔵されて、電池の充放電を制御する電子回路を実装しているプリント基板７とを備える。さらに、電池パックは、放電コネクタ５と充電コネクタ６とプリント基板７を、プラスチック成形体であるインナーケース４に固定して一体構造の充放電ブロック３としている。電池パックは、この充放電ブロック３をケース１の下部に内蔵して、放電コネクタ５と充電コネクタ６をケース１の外部に表出している。
【０００８】
本発明の電池パックは、好ましくは、電池コア２と充放電ブロック３との間に、電池コア２の荷重を支持する荷重受け板１０を配設する。この電池パックは、荷重受け板１０をケース１に連結して、荷重受け板１０の下方に充放電ブロック３を配設することができる。
【０００９】
さらに、本発明の電池パックは、充放電ブロック３のプリント基板７に、電池の残存量を演算する残存量演算回路を実装することができる。プリント基板７には、電池の電流を検出するシャント抵抗を固定することができる。
【００１０】
さらに、本発明の電池パックは、プリント基板７に、電池に過電流が流れると溶断されるヒューズ２１を装着することができる。この電池パックは、充放電ブロック３のインナーケース４に、ヒューズ２１を保持する保持部２２を設けて、プリント基板７にヒューズ２１を直接に連結するヒューズ端子を固定することができる。
【００１１】
さらに、本発明の電池パックは、充放電ブロック３のインナーケース４に、放電コネクタ５の金属端子１２を直接に固定して、この金属端子１２を直接にプリント基板７に固定することができる。さらにまた、本発明の電池パックは、充放電ブロック３のインナーケース４に、充電コネクタ６の金属端子１３を直接に固定して、この金属端子１３を直接にプリント基板７に固定することもできる。
【００１２】
さらに、本発明の電動の乗り物用の電池パックは、アシスト自転車に装着することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電動の乗り物用の電池パックを例示するものであって、本発明は電池パックを以下のものに特定しない。
【００１４】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１５】
本発明の電池パックは、電動の乗り物に装着されて、駆動用のモーターに電力を供給する。本明細書において電動の乗り物とは、装着される電池パックの電力で駆動される乗り物を意味するものとする。したがって、本発明の電池パックは、は、アシスト自転車、電動バイク、電動車椅子、電動三輪車、電動カート等の、電池パックを装着して電動で駆動される全ての乗り物に使用することができる。以下、電動の乗り物がアシスト自転車である実施例について詳述する。
【００１６】
図１の正面図と、図２の背面図と、図３の断面図に示す電池パックは、複数の電池を細長い形状に連結している電池コア２と、この電池コア２を収納しているケース１と、このケース１に設けられて外部に電力を供給する放電コネクタ５と、ケース１に設けられて内蔵する電池を充電するための充電コネクタ６と、ケース１に内蔵されて、電池の充放電を制御し、あるいは電池の残存量を検出する電子回路を実装しているプリント基板７とを備える。
【００１７】
放電コネクタ５と充電コネクタ６とプリント基板７は、プラスチック成形体であるインナーケース４に固定して一体構造の充放電ブロック３としている。この充放電ブロック３は、ケース１の下部に内蔵されて、放電コネクタ５と充電コネクタ６をケース１の外部に表出している。
【００１８】
電池コア２は、円筒型電池や角型電池である二次電池を、直列または並列に接続して細長い形状に連結している。二次電池は、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池、リチウムイオン二次電池等の充電できる電池である。電池コア２は、たとえば円筒型電池を２列に並べ、一方の列の電池が他方の列の電池の谷間に位置するように、すなわち俵を積むようにして、細長い形状に連結する。電池コア２は、リード線で連結し、さらに表面を熱収縮フィルム等で被覆して一体構造に連結している。
【００１９】
ケース１は、プラスチックで成形している第１ケース１Ａと第２ケース１Ｂからなり、第１ケース１Ａと第２ケース１Ｂをネジ１９で連結している。第１ケース１Ａと第２ケース１Ｂは、上部に電池コア２を、下部に充放電ブロック３を収納できる形状に成形している。さらに、このケース１は、充放電ブロック３を収納して、充放電ブロック３の充電コネクタ６と放電コネクタ５を外部に表出するコネクター窓１ａ、１ｂを開口している。図のケース１は、放電コネクタ５のコネクター窓１ｂを底面と底部側面のコーナー部に開口して、充電コネクタ６のコネクター窓１ａを底部側面に開口している。この構造は、電池パックの重量が、放電コネクタ５を自転車の放電端子に押し付ける方向に作用するので、放電コネクタ５に確実に放電端子を挿入して電気接続できる。
【００２０】
充電コネクタ６を外部に表出させるコネクター窓１ａは、弾性的に閉塞する開閉蓋８で閉塞している。この電池パックは、充電コネクタ６の接触不良を少なくできる。放電コネクタ５を外部に表出するコネクター窓１ｂは、開閉蓋で閉塞しない。電池パックを自転車に装着させる状態で、放電コネクタ５がつねに自転車の放電端子に接続されるからである。充電コネクタ６は、つねに充電プラグを接続しない。電池パックを充電するときにのみ充電プラグを接続する。開閉蓋８のあるコネクター窓１ａは、充電プラグを接続しない状態で、充電コネクタ６に異物が付着するのを防止して、接触不良を少なくできる。
【００２１】
さらに、図のケース１は、自転車から外した電池パックを持ちやすくするために、また、自転車に簡単に脱着できるように、上端に取っ手９を一体成形して設けている。さらにまた、ケース１は、電池コア２と充放電ブロック３の間に、電池コア２の荷重を支持する荷重受け板１０を配設している。荷重受け板１０は、両側縁をケース１に設けている係止部１１に連結して、電池コア２に押されて下方に移動しない構造としている。図のケース１は、内面に突出する凸条１１Ａを設けて係止部１１とし、さらに、ケース１の内側に突出する折曲部１１Ｂを設けて係止部１１としている。ここに荷重受け板１０を設けているケース１は、電池コア２の荷重で充放電ブロック３が故障するのを有効に防止できる。
【００２２】
充放電ブロック３のインナーケース４は、放電コネクタ５の金属端子１２を直接に固定している。この金属端子１２は、直接にプリント基板７に半田付して固定している。放電コネクタ５の金属端子１２は、自転車に固定している放電プラグの金属端子が挿入される。したがって、放電コネクタ５の金属端子１２は、図４の拡大図に示すように、弾性変形できる金属板を折り返してその両端部をさらに内側に折曲して、挿入される金属端子２０を弾性的に挟着できる形状としている。
【００２３】
インナーケース４は、充電コネクタ６の金属端子１３も直接に固定しており、この金属端子１３も直接にプリント基板７に半田付して固定している。インナーケース４は、充電プラグを挿入して連結できる連結凹部を設けて、連結凹部の内部に充電コネクタ６の金属端子１３を固定している。
【００２４】
プリント基板７は、電池の残存量を演算する残存量演算回路（図示せず）を実装している。残存量演算回路は、電池の充放電の電流を積算して電池の残存量を演算し、残存量を表示する。図の残存量演算回路は、複数の発光ダイオード１５を点灯する数で残存量を表示し、残存量が多くなるにしたがって、点灯する発光ダイオード１５の数を多くする。発光ダイオード１５は、インナーケース４に一体成形している表示部１４に固定される。表示部１４の発光ダイオード１５をケース１の外部から見えるように、ケース１には表示部１４を外部に表出する表示窓１ｃを開口して、この表示窓１ｃに表示部１４を配設している。
【００２５】
残存量演算回路が電池の充放電電流を検出するために、プリント基板７には電池と直列に接続して、電流を検出するためのシャント抵抗（図示せず）を固定している。シャント抵抗の両端の電圧をアンプで増幅して、電池の充放電の電流を検出する。
【００２６】
さらに、プリント基板７は、図５に示すように、電池に過電流が流れると溶断されるヒューズ２１を装着している。ヒューズ２１は、電池と直列に接続されて、電池に過大な電流が流れると溶断して、電流を遮断する。ヒューズ２１は、交換できるようにプリント基板に装着される。したがって、プリント基板には、ヒューズ２１を連結するためのヒューズ端子を固定している。ヒューズ端子は、弾性変形できる金属板で、ヒューズ２１の端子を弾性的に挟着して連結する。ヒューズ２１を定位置に保持するために、インナーケース４には、ヒューズ２１を嵌入して保持する保持部２２を成形して設けている。
【００２７】
さらにまた、プリント基板７は、電池の過充電や過放電を防止する保護回路も実装している。保護回路は、電池を充電して満充電になると充電電流を遮断して過充電を防止する。また、電池が放電されて残存量が所定の容量になると放電電流を遮断して過放電を防止する。
【００２８】
インナーケース４は、全体をプラスチックで一体成形しており、上面の周囲に周壁１６を突出して設け、この周壁１６の内側にプリント基板７を配設している。インナーケース４は、周壁１６の開口部を防水カバー１７で閉塞している。防水カバー１７は、図３に示すように、周壁１６の外側にラップされる凸条１８を有する。この凸条１８の内側に周壁１６を嵌入して、防水カバー１７を周壁１６に連結する。この構造は、ケース１の内部に浸入する水が充放電ブロック３に浸入するのを防止できる。
【００２９】
防水カバー１７は、図６に示すように荷重受け板１０と一体構造とすることもできる。この図の荷重受け板１０は、下面に突出する凸条１８を一体成形して設けている。この凸条１８の内側にインナーケース４の周壁１６を入れて、荷重受け板１０が周壁１６の上面開口部を防水構造に閉塞している。この構造は、荷重受け板１０でインナーケース４を保護しながら、インナーケース４の内部に水が浸入するのを防止できる。
【００３０】
インナーケース４は、ケース１の下部に嵌入して定位置に収納される。インナーケース４は、コネクター窓１ａ、１ｂや表示窓１ｃに嵌入される凸部を設けて、この凸部をコネクター窓１ａ、１ｂや表示窓１ｃに嵌入して定位置に配設することもできる。また、ケース１の内面に接着し、あるいはネジ止して固定することもできる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の電動の乗り物用の電池パックは、衝撃に強い強靭な構造としながら、安価に多量生産できる特長がある。それは、本発明の電池パックが、放電コネクタと充電コネクタとプリント基板を、プラスチック成形体のインナーケースに固定して一体構造の充放電ブロックとし、この充放電ブロックをケースの下部に内蔵して、放電コネクタと充電コネクタをケースの外部に表出しているからである。この構造の電池パックは、充放電ブロックに充電コネクタと放電コネクタの両方を設けているので、充放電ブロックをケースに入れて簡単に組み立てできる。また、充電コネクタと放電コネクタの両方に別々に配線する必要もないので簡単に配線できる。さらに、充放電ブロックとして完成した状態でケースに収納するので、ケースの強度のみでなく、充放電ブロックのインナーケースでもってプリント基板等が保護されるので、強靭な構造にできる。
【００３２】
さらに、本発明は、プリント基板と充電コネクタと放電コネクタを一体構造の充放電ブロックとするので、請求項２に記載している電池パックのように、電池コアと充放電ブロックとの間に荷重受け板を配設して、荷重受け板でもって、充放電ブロックを理想的な状態に保護できる。この構造は、重い電池コアが振動して、プリント基板、充電コネクタ、放電コネクタ等を損傷させる欠点を極めて有効に防止できる特長がある。
【００３３】
さらに、本発明の請求項３の電池パックは、充放電ブロックのプリント基板に残存量演算回路を実装しているので、電池の残存量を表示して便利に使用できる
【００３４】
さらに、本発明の請求項５のパック電池は、プリント基板に、電池に過電流が流れると溶断されるヒューズを装着しているので、電池を過電流から保護しながら使用できる。さらに、本発明の請求項６の電池パックは、インナーケースに、ヒューズを保持する保持部設けると共に、プリント基板にヒューズを直接に連結するヒューズ端子を固定しているので、簡単な構造で、ヒューズをしっかりと定位置に保持できる特長がある。
【００３５】
さらにまた、本発明の請求項７と請求項８の電池パックは、放電コネクタの金属端子、あるいは、充電コネクタの金属端子をインナーケースに直接に固定して、これらの金属端子を直接にプリント基板に固定しているので、放電コネクタや充電コネクタを確実にしっかりと固定しながら、大電流による電圧降下によるロスを少なくできる特長がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の電動の乗り物用の電池パックの正面図
【図２】図１に示す電動の乗り物用の電池パックの背面図
【図３】図１に示す電動の乗り物用の電池パックの断面図
【図４】放電コネクタの金属端子を示す拡大断面図
【図５】図３に示す電池パックのインナーケースの底面図
【図６】本発明の他の実施例の電動の乗り物用の電池パックの断面図
【符号の説明】
１…ケース              １Ａ…第１ケース        １Ｂ…第２ケース
１ａ…コネクター窓      １ｂ…コネクター窓
１ｃ…表示窓
２…電池コア
３…充放電ブロック
４…インナーケース
５…放電コネクタ
６…充電コネクタ
７…プリント基板
８…開閉蓋
９…取っ手
１０…荷重受け板
１１…係止部            １１Ａ…凸条            １１Ｂ…折曲部
１２…金属端子
１３…金属端子
１４…表示部
１５…発光ダイオード
１６…周壁
１７…防水カバー
１８…凸条
１９…ネジ
２０…挿入される金属端子
２１…ヒューズ
２２…保持部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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