(57)【要約】【課題】  二次電池の充電能力を十分に生かし、満充電まで充電できるようにする。【解決手段】  二次電池組立体は、二次組電池３と、負荷に接続するために用いられる通常コネクタ１と、二次組電池３と通常コネクタ１とを接続する通常リード配線２と、通常コネクタ１とは独立して設けられ、二次組電池への充電に用いられる充電用コネクタ５と、二次組電池３と充電用コネクタ５とを直接接続する充電用リード配線４と、を有する。通常コネクタ１と通常リード配線２は、負荷の消費電力に見合う抵抗を有し、充電用コネクタ５及び充電用リード配線４は、通常コネクタ１及び通常リード配線２よりも低抵抗である。【選択図】      図１
2006294418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に電力を供給するために用いられる二次電池組立体であって、
二次電池と、
前記負荷に接続するために用いられる通常コネクタと、
前記二次電池と前記通常コネクタとを接続する通常リード配線と、
前記通常コネクタとは独立して設けられ、前記二次電池への充電に用いられる充電用コネクタと、
前記二次電池と前記充電用コネクタとを直接接続する充電用リード配線と、
を有し、
前記通常コネクタと前記通常リード配線は、前記負荷の消費電力に見合う抵抗を有し、
前記充電用コネクタ及び前記充電用リード配線は、前記通常コネクタ及び前記通常リード配線よりも低抵抗である、二次電池組立体。
【請求項２】
負荷に電力を供給するために用いられる二次電池組立体であって、
二次電池と、
前記負荷に接続するために用いられる通常コネクタと、
前記二次電池と前記通常コネクタとを接続する通常リード配線と、
前記二次電池に直接取り付けられ、前記二次電池への充電に用いられる充電用コネクタと、
を有し、
前記通常コネクタと前記通常リード配線は、前記負荷の消費電力に見合う抵抗を有し、
前記充電用端子は、前記通常コネクタ及び前記通常リード配線よりも低抵抗である、二次電池組立体。
【請求項３】
前記通常リード配線は前記充電コネクタから分岐して設けられる、請求項１または２に記載の二次電池組立体。
【請求項４】
前記二次電池は、単セルを組み合わせた組電池である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の二次電池組立体。
【請求項５】
前記二次電池は、単一のセルからなる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の二次電池組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポータブル機器などの電源として用いられる充電可能な二次電池に関し、特に、配線及びコネクタ（端子）を有し、二次電池を必要な容量まで充電することが可能であり、二次電池の急速充電を安定に行うことができる、二次電池組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポータブル機器では、その可搬性を確保するために、充電可能な電池である二次電池を電源として用いることが多い。現在、ニッケルカドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）電池、ニッケル水素金属化物（Ｎｉ−Ｍｈ）電池（ニッケル水素電池とも呼ぶ）、リチウムイオン（Ｌｉ−Ｐｏ）電池などの二次電池がポータブル機器に広く使用されている。このような二次電池は、機器側で必要とされる電圧、電流、１回の充電での動作時間などに応じて、単一のセルによって構成され、あるいは複数のセルを組み合わせた組電池として構成されている。以下の説明では、二次電池の複数のセルを組み合わせたいわゆる二次組電池も、二次電池の範疇に含まれるものとする。
【０００３】
図１０は、これまでの二次電池に対するリード配線やコネクタ（あるいは接続用端子）の接続を示す図である。図示されるように、従来、二次電池１３は、その二次電池１３から電力が供給されるポータブル機器などの電気製品の消費電力に見合った通常リード配線１２が接続しており、通常リード配線１２の他端には通常コネクタ１１が接続されていた。ここで通常リード配線、通常コネクタとは、二次電池１３からその二次電池１３が接続する電気製品に電力を供給するために使用されるリード配線、コネクタのこと指している。二次電池１３に対する充電も通常リード配線１２、通常コネクタ１１を介して行われていた。言い換えれば、二次電池１３に対する充電と放電とは同一のリード線及びコネクタを介して行われていた。
【０００４】
近年、１回の充電あたりのポータブル機器の動作時間を長くするために二次電池自体の大容量化が進んでおり、また、充電時間の短縮も望まれていることから、二次電池に対する急速充電電流は増加する傾向にあり、ポータブル機器の動作時に二次電池からポータブル機器に供給される放電電流よりも、急速充電時の充電電流の方が大きくなるようになってきている。そのため、以下に説明するように、充電と放電とで共通のリード線やコネクタを用いて二次電池を充電する場合には、特に急速充電のために二次電池に大電流の充電電流を流す場合に、コネクタの接触抵抗やリード配線での電圧降下により、二次電池を満充電できないことが生ずるようになってきた。
【０００５】
例えば、ニッケル水素化物電池やニッケルカドミウム電池に対する急速充電では、充電末期の端子電圧降下（ΔＶ）を検出して充電を終了する。図１１は、８セル組みのニッケル水素化物電池（定格電圧９．６Ｖ；定格容量２０００ｍＡＨ）を急速充電した時の充電時間と二次電池端子電圧との関係を示したものである。２Ａでの定電流充電を６０分間行って２０００ｍＡＨの充電を行い、定格容量で充電が終了している。このとき、二次電池端子電圧が、最高電圧に達したのち降下（ΔＶ＝４０ｍＶ）したことを検出している。
【０００６】
小さい電流で使用することを前提に作られている二次組電池では、その二次組電池に接続するためのコネクタも、小さい電流で使用することを前提に、ある程度の接触抵抗や接触の不安定性を許容する。このため、このようなコネクタを介して急速充電をしようとすると、大きな電流がその不安定なコネクタ接点を流れるため、組電池の電池端子電圧の変動が大きくなる。図１２は、図１１での場合と同じ二次組電池に対して異なる電流で急速充電を行った場合の二次電池端子電圧の時間変化を示している。端子電圧は、通常コネクタを介して測定している。図１２の曲線Ｐに示すように、通常コネクタによって１Ｃ（２Ａ）で充電した場合は、定格容量付近でΔＶを検出でき、正常な充電が可能である。これに対して、１．５Ｃ（３Ａ）で充電した場合、曲線Ｑに示すように二次電池端子電圧の変動も約１．５倍となり、充電完了前にΔＶを検出してしまい、定格容量まで充電することができない。
【０００７】
このように、二次電池に大電流を流して充電を行う際、通常コネクタや通常リード配線を介して充電したのでは、接触抵抗や配線の電圧降下により二次電池を満充電できない場合が生ずる。ニッケルカドミウム電池やニッケル金属水素化物電池の場合には、通常コネクタが有する接触抵抗に起因して、充電中に電圧変動が起こり、その電圧変動を充電終了の検出のためのΔＶと誤認することによって充電が途中で終了してしまうことがある。リチウムイオン電池の場合であれば、電池の充電量に応じて端子電圧が単調に増加するので、端子電圧が所定値に達したときをもって充電終了としているが、通常コネクタや通常リード配線を介して大電流で充電を行った場合、配線径と配線の長さによる電圧降下が大きくなり、二次電池の実際の端子電圧が低いのに充電終了と判断してしまうことがある。
【０００８】
特開平９−３２２４１５号公報（特許文献１）には、ポータブル機器などに使用する二次電池パックであって、形状の相違する二次電池パックを同一の充電器にて充電するため、出力用コネクタの他に充電用コネクタを設け、充電用コネクタを介して共通の充電器で充電できる二次電池パックが提案されている。
【特許文献１】特開平９−３２２４１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、近年、二次電池の急速充電電流は増加する傾向にあるが、充電と放電とが同一のコネクタやリード配線を介して行われるような構成では、特に、急速充電のために二次電池に大電流の充電電流を流す場合に、コネクタの接触抵抗やリード配線の電圧降下により、二次電池を満充電できないことがある。
【００１０】
そこで本発明は、二次電池の充電能力を十分に生かすことができる二次電池組立体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明では、二次電池に通常のコネクタの他に、急速充電用のコネクタ（あるいは端子）を設けることにより、二次電池の充電能力を十分に生かすことができるようにする。
【００１２】
すなわち本発明の第１の二次電池組立体は、負荷に電力を供給するために用いられる二次電池組立体であって、二次電池と、負荷に接続するために用いられる通常コネクタと、二次電池と通常コネクタとを接続する通常リード配線と、通常コネクタとは独立して設けられ、二次電池への充電に用いられる充電用コネクタと、二次電池と充電用コネクタとを直接接続する充電用リード配線と、を有し、通常コネクタと通常リード配線は、負荷の消費電力に見合う抵抗を有し、充電用コネクタ及び充電用リード配線は、通常コネクタ及び通常リード配線よりも低抵抗である。
【００１３】
本発明の第２の二次電池組立体は、負荷に電力を供給するために用いられる二次電池組立体であって、二次電池と、負荷に接続するために用いられる通常コネクタと、二次電池と通常コネクタとを接続する通常リード配線と、二次電池に直接取り付けられ、二次電池への充電に用いられる充電用コネクタと、を有し、通常コネクタと通常リード配線は、負荷の消費電力に見合う抵抗を有し、充電用端子は、通常コネクタ及び通常リード配線よりも低抵抗である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、コネクタの接触抵抗などによる電圧の変動が少なく、また、配線の抵抗分による電圧降下が小さいため、二次電池のもつ最大の充電レート（電流値）で充電しても安定して定格容量まで充電することが可能になる、という効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施形態の二次電池組立体を示す回路図であり、図２はこの二次電池組立体の斜視図である。
【００１７】
この二次電池組立体は、二次電池の単セルを半田接続またはタブリード接続などによって直列に接続して構成された二次組電池３を備えている。二次組電池３は、ポータブル機器などの負荷に対して電力を供給するためのものであり、急速充電が可能な、例えば、ニッケルカドミウム電池、ニッケル金属水素化物電池、あるいはリチウムイオン電池の組電池である。二次電池組立体には、負荷に接続するために用いられる通常コネクタ１と、二次組電池３と通常コネクタ１とを接続する通常リード配線２と、通常コネクタ１とは独立して設けられ、二次組電池３への充電に用いられる充電用コネクタ５と、二次組電池３と充電用コネクタ５とを直接接続する充電用リード配線４とを備えている。ここで、通常コネクタ１と通常リード配線２は、負荷の消費電力に見合う抵抗を有する。また、二次組電池３を急速充電する際の充電電流は、負荷の動作時に二次組電池３から負荷に供給される電流（二次組電池３の放電電流）よりも大きい。そのため、充電用リード配線４の線径を通常リード配線２の線径より大きくして配線抵抗を小さくし、充電用コネクタ５の接触抵抗を通常コネクタ１の接触抵抗より小さくして、二次組電池３に対して低抵抗で安定した急速充電を行うことができるようにしている。
【００１８】
ここで、通常コネクタ１と通常リード配線２が負荷の消費電力に見合う抵抗を有する、ということについて説明する。図３に示すように、負荷７に対し、二次組電池３から通常リード配線２と通常コネクタ１を介して電力を供給する場合を考える。負荷７の定格消費電流をＩLとし、最低動作電圧をＶLLとする。また、二次組電池３の放電終止電圧をＶB2とし、通常コネクタ１の抵抗（コネクタの接触抵抗及び内部抵抗の和）と通常リード配線２の抵抗の和をＲtとする。
【００１９】
二次組電池３に貯えられている電力を十分に取り出すためには、
ＶB2−Ｒt×ＩL＞ＶLL
である必要があり、したがって、通常コネクタ１と通常リード配線２の抵抗の和Ｒtは、
Ｒt＜（ＶB2−ＶLL）／ＩL
を満たす必要がある。本実施形態では、Ｒt＜（ＶB2−ＶLL）／ＩLであることをもって、消費電力に見合う抵抗と呼んでいる。
【００２０】
また、この二次電池組立体では、充電用コネクタ５及び充電用リード配線４は、通常コネクタ１及び通常リード配線２よりも低抵抗である。このことについて、図４を用いて説明する。
【００２１】
二次組電池３を充電するために充電器７が充電用コネクタ５に接続する。二次組電池３がニッケルカドミウム電池あるいはニッケル金属水素化物電池であるとすると、図１１に示したように二次電池の端子電圧がピーク値に達したのち、ΔＶだけ低下した時点をもって充電終了とする。したがってΔＶは、充電終了を検出するための、ピーク電圧からの電池電圧の落ち込み量である。標準的な急速充電では、このΔＶの電圧低下を検出するためには、０．５Ｃから３Ｃの充電電流が必要である。二次組電池の電池容量をＭ［ＡＨ］とすると、最大充電電流を３Ｃ充電（２０分間充電）に対応させる場合、充電電流は３×Ｍ［Ａ］である。
【００２２】
ピーク時の電池電圧をＶp、ピーク時の二次組電池の内部抵抗をｒp、ピーク電圧時に対する内部抵抗の減少量をΔｒ、充電用コネクタ５と充電用リード配線４の抵抗の和をＲdとすると、充電終了時には、以下の式が成り立つ。
【００２３】
Ｖp−ΔＶ＝（ｒp−Δｒ＋Ｒd）×（３×Ｍ）
また、ピーク時には、
Ｖp＝（ｒp＋Ｒd）×（３×Ｍ）
が成り立っている。これらの２式から、充電終了時の電池の内部抵抗低下量Δｒは、
Δｒ＝ΔＶ／（３×Ｍ）
で示される。
【００２４】
この式から明らかなように、急速充電中に充電用コネクタの接触不安定や充電器の出力低下により充電電流が減少しても、充電用コネクタ５の抵抗（接触抵抗及び内部抵抗）と充電用リード配線４との抵抗の和ＲdがΔｒよりも小さければ、急速充電中のΔＶ電圧降下の誤検出は起こらないことになる。したがって、通常コネクタ１及び通常リード配線２よりも低抵抗な充電用コネクタ５及び充電用リード配線４とは、充電用コネクタ５と充電用リード配線４の抵抗の和Ｒdが、ΔＶを充電電流で割った商と同じオーダであるような充電用コネクタ及び充電用リード配線のことを指す。
【００２５】
上述したように充電用コネクタを組み込んだ二次電池組立体を、その充電用コネクタを介して、図１２と同じ条件で充電した場合には、図５に示すように、接触抵抗などによる電圧の変動が少ないため、電池のもつ最大の充電レート（電流値）で充電しても、安定して定格容量まで充電することが可能になる。
【００２６】
次に、本発明の第２の実施形態の二次電池組立体について説明する。図６は第２の実施形態の二次電池組立体を示す回路図であり、図７はこの二次電池組立体の斜視図である。
【００２７】
この二次電池組立体は、第１の実施形態の二次電池組立体において、充電用リード配線４を廃し、通常コネクタより低抵抗であってかつ機械的に安定して接続できる充電用コネクタ５を二次組電池３の電極に直接取り付けたものである（図７（Ａ）参照）。充電用コネクタの一つの形態として、図７（Ｂ）に示すように、充電用端子６を用いてもよい。これらの充電用コネクタ５あるいは充電用端子６としては、省スペース型のものを用いることが好ましい。
【００２８】
ここで、通常コネクタより低抵抗であって機械的に安定して接続できる充電用コネクタについて説明する。そのような充電用コネクタは、例えば、図８Ａに示すように、大きな面積を有する板状の極板を備え、ばねなどの機械的構造による反力を髭右押して、オス側コネクタの電極をメス側コネクタに押し付ける構造をもつ。あるいは、図８Ｂに示すように、複数の極板から構成される電極を備えることによって、コネクタ間の接触面積が増大するとともに、複数の電極対を設けたことによって電極対間で接触状態が平均化され、コネクタ間の接続状況に関わらず安定した導電性を示すコネクタである。
【００２９】
第２の実施形態の二次電池組立体においても、低抵抗で安定した急速充電を実現することができる。
【００３０】
図９に示す本発明の第３の実施形態の二次電池組立体は、第１の実施形態の二次電池組立体において、通常コネクタ１に接続される通常リード配線２を充電用コネクタ５より分岐されたものである。この構成では、二次組電池３の電極周りの配線が簡素化される。
【００３１】
以上、本発明の好ましい実施形態について、二次電池として、単セルを組み合わせた二次組電池３を用いた場合を説明したが、当然のことながら本発明は、単一のセルからなる二次電池を用いる場合にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施形態の二次電池組立体の構成を示す回路図である。
【図２】第１の実施形態の二次電池組立体を示す斜視図である。
【図３】通常コネクタ及び通常リード配線の抵抗を説明する図である。
【図４】充電用コネクタ及び充電用リード配線の抵抗を説明する図である。
【図５】充電用コネクタより急速充電した際の充電時間と二次電池端子電圧との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施形態の二次電池組立体の構成を示す回路図である。
【図７】第２の実施形態の二次電池組立体を示す斜視図である。
【図８】低抵抗で機械的に安定して接続できるコネクタを説明する図である。
【図９】本発明の第３の実施形態の二次電池組立体を示す斜視図である。
【図１０】ポータブル機器などに用いられる従来の二次電池を示す斜視図である。
【図１１】二次電池を急速充電した際の充電時間と二次電池端子電圧との関係を示すグラフである。
【図１２】充電と放電とが共通のコネクタを用いて行われる二次電池における急速充電した際の充電時間と二次電池端子電圧との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１    通常コネクタ
２    通常リード配線
３    二次組電池
４    充電用リード配線
５    充電用コネクタ
６    充電用端子
７    負荷
８    充電器
【図１】
2006294418.tif 000003
【図３】
2006294418.tif 000004
【図４】
2006294418.tif 000005
【図５】
2006294418.tif 000006
【図６】
2006294418.tif 000007
【図８】
2006294418.tif 000008
【図１１】
2006294418.tif 000009
【図２】
2006294418.tif 000010
【図７】
2006294418.tif 000011
【図９】
2006294418.tif 000012
【図１０】
2006294418.tif 000013
【図１２】
2006294418.tif 000014