(57)【要約】【課題】  二次電池セル２１の不均衡な劣化を抑制することのできる背負式電源１を提供する。【解決手段】  背負式電源１は、複数の二次電池セル２１と、複数の二次電池セル２１を収容しており、ユーザにより背負われることが可能なケース部３と、複数の二次電池セル２１を冷却するための冷却ファン５と、を備えたことを特徴としている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池セルと、
前記複数の二次電池セルを収容しており、ユーザにより背負われることが可能なケース部と、
前記複数の二次電池セルを冷却するための冷却ファンと、
を備えたことを特徴とする背負式電源。
【請求項２】
前記複数の二次電池セルは、一の方向に配列された複数の二次電池セルにより構成された複数組の電池ユニットに分割されていることを特徴とする請求項１に記載の背負式電源。
【請求項３】
前記複数組の電池ユニットのそれぞれの温度を検出する複数の温度センサと、
前記複数組の電池ユニットにそれぞれ対応して配置された複数の冷却ファンと、
前記複数の温度センサにより検出された温度に基づき前記複数の冷却ファンを独立に制御する制御部と、
を更に備えたことを特徴とする請求項２に記載の背負式電源。
【請求項４】
前記制御部は、前記複数組の電池ユニットの温度差が所定以内となるように、前記複数の冷却ファンを独立に制御することを特徴とする請求項３に記載の背負式電源。
【請求項５】
前記制御部は、前記複数組の電池ユニットのうち、他の電池ユニットよりも温度の低い電池ユニットに対応する冷却ファンを停止させ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。
【請求項６】
前記制御部は、前記複数組の電池ユニットのうち、他の電池ユニットよりも温度の高い電池ユニットに対応する冷却ファンのみを駆動させ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。
【請求項７】
前記複数の冷却ファンは、前記複数組の電池ユニットの前記一の方向における一の端部及び他の端部に交互に配置されていることを特徴とする請求項３から６いずれか一項に記載の背負式電源。
【請求項８】
前記ケース部の、前記電池ユニットの中心に対応する位置には、前記冷却ファンにより空気を流すための吸気口又は排気口の少なくとも一方が形成されていることを特徴とする請求項２から６のいずれか一項に記載の背負式電源。
【請求項９】
前記ケース部の側面又は底面には、前記冷却ファンにより空気を流すための吸気口又は排気口の少なくとも一方が形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の背負式電源。
【請求項１０】
前記ケース部は、ユーザの背中と当接する背当面を備えており、
前記背当面には、前記冷却ファンにより空気を流すための吸気口又は排気口の少なくとも一方が形成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の背負式電源。
【請求項１１】
前記ケース部は、ユーザの背中と当接する背当面を備えており、
前記背当面と前記電池パックとの間には、前記冷却ファンにより吸気、又は、排気された空気を流すための通路が形成されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の背負式電源。
【請求項１２】
前記複数組の電池ユニットは、前記複数の二次電池セルの間隔、又は、前記複数組の電池ユニット間の間隔の少なくとも一方が、中心部に近づくほど粗であり、周辺部において密であることを特徴とする請求項２から１１のいずれか一項に記載の背負い式電源。
【請求項１３】
前記各電池ユニットの間には熱分布制御部材が設けられていることを特徴とする請求項２から１２のいずれか一項に記載の背負式電源。
【請求項１４】
前記熱分布制御部材は、前記各電池ユニット間を少なくとも部分的に仕切る板であることを特徴とする請求項１３記載の背負式電源。
【請求項１５】
前記熱分布制御手段は断熱性の材料からなり、前記各電池ユニット間に設けられたことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の背負式電源。
【請求項１６】
前記複数の二次電池セルは、リチウムイオン二次電池セルであることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の背負式電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池を搭載した背負式電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動工具等の携帯用電源として、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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平７−３９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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（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。
【０００５】
しかしながら、一般に、二次電池は、充放電時に温度が上昇し、この温度上昇に伴い劣化する可能性があり、上記構成の場合には、配列された場所により二次電池の温度上昇にも差異が生じ、その結果、劣化進行にも差異が生じてくる。
【０００６】
そして、多数の二次電池のうち、１つでも劣化の大きなものが存在するようになると、全体としての放電量が抑制されてしまう等、本来具備すべき放電容量を十分発揮できない場合が考えられる。
【０００７】
本発明は、二次電池の不均一な劣化を抑制することのできる背負式電源を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、複数の二次電池セルと、前記複数の二次電池セルを収容しており、ユーザにより背負われることが可能なケース部と、前記複数の二次電池セルを冷却するための冷却ファンと、を備えたことを特徴とする背負式電源を提供している。
【０００９】
このような構成によれば、二次電池の温度上昇を抑制することにより、二次電池の劣化を抑制することが可能となる。
【００１０】
また、前記複数の二次電池セルは、一の方向に配列された複数の二次電池セルにより構成された複数組の電池ユニットに分割されていることが好ましい。
【００１１】
このような構成によれば、劣化の大きな二次電池セルが生じた場合であっても、その二次電池セルを含む電池ユニットのみを交換するだけで済むので、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。
【００１２】
また、本発明の背負式電源は、前記複数組の電池ユニットのそれぞれの温度を検出する複数の温度センサと、前記複数組の電池ユニットにそれぞれ対応して配置された複数の冷却ファンと、前記複数の温度センサにより検出された温度に基づき前記複数の冷却ファンを独立に制御する制御部と、を更に備えていることが好ましい。
【００１３】
また、前記制御部は、前記複数組の電池ユニットの温度差が所定以内となるように、前記複数の冷却ファンを独立に制御することが好ましい。
【００１４】
このような構成によれば、複数の電池ユニットの劣化の進行の差異を小さくすることができるので、全体としての放電容量が早期に低下することが抑制される。
【００１５】
また、前記制御部は、前記複数組の電池ユニットのうち温度の低い電池ユニットに対応する冷却ファンを停止させることが好ましい。
【００１６】
また、前記制御部は、前記複数組の電池ユニットのうち温度の高い電池ユニットに対応する冷却ファンのみを駆動させることが好ましい。
【００１７】
このような構成によれば、複数の電池ユニットの劣化の進行の差異を小さくすることができると同時に、電力の節約も実現される。
【００１８】
また、前記複数の冷却ファンは、前記複数組の電池ユニットの前記一の方向における一の端部及び他の端部に交互に配置されている構成も好ましい。
【００１９】
このような構成によれば、複数の二次電池セルを一の方向においてバランスよく冷却することが可能となる。
【００２０】
前記ケース部の、前記電池ユニットの中心に対応する位置には、前記冷却ファンにより空気を流すための吸気口又は排気口の少なくとも一方が形成されていることが好ましい。ここで、電池ユニットの中心とは、一の方向に配列された複数の電池セルからなる電池ユニットの形状を、直方体状の六面体として見た場合、いずれかの面の中心の近傍を指すものである。
【００２１】
このような構成によれば、各々の電池セル胴体の中心部を冷却することのみならず、複数の二次電池セルからなる電池ユニットにおいて、周辺部の二次電池セルよりも温度が上昇しやすい密集した位置の二次電池セルを重点的に冷却することができるので、複数の二次電池セルの劣化の進行の差異を小さくすることが可能となる。
【００２２】
また、前記ケース部の側面又は底面には、前記冷却ファンにより空気を流すための吸気口又は排気口の少なくとも一方が形成されていることが好ましい。
【００２３】
このような構成によれば、降雨時等におけるケース部内への水分の侵入を抑制することが容易となる。
【００２４】
また、前記ケース部は、ユーザの背中と当接する背当面を備えており、前記背当面には、前記冷却ファンにより空気を流すための吸気口又は排気口の少なくとも一方が形成されていることが好ましい。
【００２５】
このような構成によれば、開口部から雨等の異物がケース部の内部に侵入する可能性をより抑制することが容易となる。
【００２６】
また、前記ケース部は、ユーザの背中と当接する背当面を備えており、前記背当面と前記電池パックとの間には、前記冷却ファンにより吸気、又は、排気された空気を流すための通路が形成されていることが好ましい。
【００２７】
このような構成によれば、複数の二次電池セルにおいて発生した熱がケース部を介してユーザの背中に伝達されることを抑制でき、前記吸気された空気により、ユーザの背中の蒸れを防止することが可能となる。また、ファンを逆回転させる等の手段により、排気された空気を流すための通路が形成された場合、寒冷地や冬季等において、二次電池セルにおいて発生した熱を利用し、ユーザの背中を温めることも可能である。
【００２８】
また、前記複数の二次電池セルの間隔、又は、前記複数組の電池ユニット同士の間隔の少なくとも一方を、中心部に近づくほど粗であり、周辺部において密であるように風路を配置することが好適であり、前記各電池ユニット間の少なくとも一部分には、風向を制御する手段、例えば、仕切り板等の熱分布制御部材を設けることや、電池ユニット間を断熱する部材が設けられていることがさらに好ましい。
【００２９】
このような構成によれば、空気が一の方向に延びる各電池ユニットに沿って流れることとなるため、より効果的に二次電池セルを冷却することや、各電池ユニット間の熱伝達を防ぐことが可能となり、二次電池セルの温度分布をより一層均一とすることができる。
【００３０】
前記複数の二次電池セルは、リチウムイオン二次電池セルであることが好ましい。
【００３１】
本発明の上記構成は、公知の二次電池であればいずれの種類の電池においても効果を奏するものであるが、一般に二次電池セル間の充放電における温度差の影響を受けやすいリチウムイオン二次電池においては、より顕著な効果を奏するものである。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、二次電池の不均衡な劣化を抑制することのできる背負式電源を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施の形態による背負式電源の正面図
【図２】本発明の第１の実施の形態によるケース部の（ａ）断面図、（ｂ）側断面図
【図３】本発明の変形例によるケース部の（ａ）断面図、（ｂ）側断面図
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、図１とその他の図面とでは、背負式電源１の外観の模様及び形状が多少異なる場合があるが、本実施の形態では、同一の機能を奏する構成として説明する。
【００３５】
本実施の形態による背負式電源１は、内部に収容された電池パック２（図２）を背負った状態で電動工具による作業を行うためのものであり、図１及び図２に示すように、背負式電源１は、ボックス形状を有するケース部３を備えている。
【００３６】
ケース部３は、ユーザの背中と当接する背当面３１と、背当面３１と対向する外面３２と、上面３３と、底面３４と、一対の側面３５と、を備えている。
【００３７】
一対の側面３５には、４つの吸気口３５ａ及び４つの排気口３５ｂが、後述する４個の電池ユニット２２と対応する位置に、それぞれ形成されている。本実施の形態では、右側の側面３５に吸気口３５ａが形成されており、左側の側面３５に排気口３５ｂが形成されている。
【００３８】
また、ケース部３には、電池パック２と、温度センサ４と、冷却ファン５と、制御部６と、が収容されている。
【００３９】
電池パック２は、合計８０個のリチウムイオン二次電池セル（以下、電池セル）２１を備えており、詳細には、一例として、１０個の直列電池が２列の並列に接続された２０個の電池セル２１から構成された電池ユニット２２を４ユニット備えている。各電池ユニット２２は、左右方向に延びている。
【００４０】
温度センサ４は、各電池ユニット２２の最も温度上昇の著しい位置、一例として各電池ユニット２２の中心部に配置されており、各電池ユニット２２の温度を検出し、制御部６に出力する。
【００４１】
冷却ファン５は、各電池ユニット２２の一方の端部（本実施の形態では、左端）と左右方向において対向するように、ケース部３内に配置されている。
【００４２】
制御部６は、温度センサ４により検出された各電池ユニット２２の温度に基づき、各冷却ファン５を独立に制御する。詳細には、４ユニットの電池ユニット２２間の温度差が所定以内となるように各冷却ファン５を制御する。この場合、各冷却ファン５の制御方法として、冷却ファン５の回転速度を変化させたり、冷却ファン５の回転方向を逆転、すなわち、吸排気方向を反転させたりすることが考えられる。
【００４３】
このように、本実施の形態による背負式電源１では、４個の電池ユニット２２の温度差が所定以内となるように各冷却ファン５を制御することにより、４個の電池ユニット２２の劣化の進行の差異を小さくすることができるので、一部の電池セル２１の劣化によって全体としての機能が低下することが抑制される。
【００４４】
また、従来は、１つでも劣化の大きな電池セルが存在する場合には、電池パック全体を交換する必要があった。
【００４５】
しかしながら、本実施の形態による電池パック２は、複数の電池ユニット２２から構成されているため、劣化の大きな電池セル２１が生じた場合であっても、その電池セル２１を含む電池ユニット２２のみを交換するだけで済むので、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。
【００４６】
特に、本実施の形態では、電池セル２１として、他の電池セルと比べて充放電時の温度差に影響を受けやすいリチウムイオン二次電池が用いられているので、上記構成がより効果的なものとなる。
【００４７】
また、本実施の形態では、吸気口３５ａ及び排気口３５ｂが側面３５に形成されているので、降雨時等におけるケース部３内への水分の侵入が抑制される。
【００４８】
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。
【００４９】
例えば、上記実施の形態では、制御部６は、４個の電池ユニット２２の温度差が所定以内となるように各冷却ファン５を制御したが、最低温度の電池ユニット２２に対応の冷却ファン５を停止させてもよく、また、最高温度の電池ユニット２２に対応の冷却ファン５のみを駆動させてもよい。
【００５０】
このような構成であっても、上記実施の形態と同様に、４個の電池ユニット２２の劣化の進行の差異を小さくするという効果が得られると同時に、電力の節約も実現される。
【００５１】
また、上記実施の形態では、吸気口３５ａ及び排気口３５ｂは、ケース部３の左右の側面にそれぞれ形成されていたが、背当面３１又は外面３２上であって、４個の電池ユニット２２の略中心に形成してもよい。
【００５２】
このような構成によれば、各々の電池セル２１胴体の中心部を冷却することのみならず、複数の二次電池セル２１からなる電池ユニット２２において、周辺部の二次電池セル２１よりも温度が上昇しやすい位置の二次電池セル２１を重点的に冷却することができるので、複数の二次電池セル２１の劣化の進行の差異を小さくすることが可能となる。
【００５３】
また、吸気口３５ａ又は排気口３５ｂの少なくとも一方を、ユーザの背中と当接する背当面３１に形成してもよい。
【００５４】
このような構成によれば、ユーザの背中の蒸れを防止することや、複数の電池セル２１において発生した熱を利用してユーザの背中を温めることが可能となる。
【００５５】
なお、吸気口３５ａを背当面に形成する場合には、吸気口３５ａにユーザの背中が吸い付くことを防止する吸い付き防止構造を備えていることが好ましい。吸い付き防止構造としては、ケース部５に凹凸を設けることや、吸気口３５ａの開口部が、ユーザの背中とは異なる方向に開口するよう、前記ケース部５の凹凸部の側面に吸気口３５ａの開口部を設ける構造等が例示される。また、開口部に、スポンジや網等の多孔性の部材を設ける等、ユーザの背中とケース部５との間に、空気の流れる程度の空間を設けることも好ましい。
【００５６】
また、背当面３１と４個の電池ユニット２２との間に冷却風の通路を形成してもよい。
【００５７】
このような構成によれば、複数の二次電池セル２１において発生した熱がケース部５を介してユーザの背中に伝達されることを抑制でき、また、前記冷却風により、ユーザの背中の蒸れを防止する点でより効果的である。
【００５８】
また、上記実施の形態では、４個の冷却ファン５は、全て４個の電池ユニット２２の左端に配置されていたが、４個の電池ユニット２２の左右端に交互に配置されてもよい。
【００５９】
このような構成によれば、複数の二次電池セル２１を左右方向においてバランスよく冷却することが可能となる。
【００６０】
また、一般に、二次電池を密集して配置した場合、周辺部よりも中心部近傍の二次電池セルの温度が上昇しやすいため、複数の二次電池セル２１が配列された複数組の電池ユニット２２において、前記各二次電池セル２１の間隔、又は、前記電池ユニット２２同士の間隔を、中心部に近づくほど粗であり、周辺部において密となるよう配置を行うことが好ましい。さらに、各電池ユニット２２の間に仕切り壁等の風向制御手段、もしくは、断熱性の材料からなる遮熱手段を設けることが好適である。
【００６１】
このような構成によれば、冷却風を均一に二次電池セル２１に当てることや、温度上昇が不均一な部位に集約すること、隣接する二次電池セル２１や電池ユニット２２間における熱伝達を抑制することが可能となるため、二次電池セル２１の熱分布をより均一にすることが可能となる。
【００６２】
また、上記実施の形態では、吸気口３５ａ及び排気口３５ｂは、側面３５に形成する例を開示したが、これらの開口部の位置は限定されるものではなく、例えば、降雨時等におけるケース部３内への侵入を抑制するために、底面３４に形成される構成であってもよい。
【００６３】
また、上記実施の形態では、複数の冷却ファン５からなる構成を例示したが、本発明は該構造に限定されるものではなく、二次電池セルの温度分布が均一となる位置にファンを設ける構成であれば、複数の冷却ファン５を同時に駆動すること、もしくは、図３に示すように、単一の冷却ファン５からなる構成であってもよい。ここで、製造コストや故障等の可能性、メンテナンスの容易性等を鑑みれば、所望の効果を達成するにあたり、ファン等の構成要素は少ない数であることが好ましいことは当業者にとって自明な事項である。
【符号の説明】
【００６４】
１     背負式電源
２     電池パック
３     ケース部
４     温度センサ
５     冷却ファン
６     制御部
２１   電池セル
２２   電池ユニット
【図１】
2014038727.tif 000003
【図２】
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【図３】
2014038727.tif 000005