(57)【要約】【課題】バッテリパックが異常状態に陥った際に、電子機器との装着状態を解除する安全機構を実現する。【解決手段】バッテリパックのラッチ機構に発熱体と溶断材を設ける。溶断材が溶融することにより、電子機器とのラッチ状態を維持する爪がラッチ機構から取れ、バッテリパックは電子機器との装着状態が解除される。【選択図】図１
2008135294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリセルと、
前記バッテリセルに接続され、前記バッテリセルの異常状態を検出する異常状態検出部と、
前記異常状態検出部の制御にてオン制御される安全スイッチと、
電子機器と装着状態を維持するラッチ機構と、
前記ラッチ機構に設けられ、前記安全スイッチのオン制御によって発熱する発熱体と、
前期ラッチ機構に設けられ、前記発熱体の発熱によって溶融されることにより、前記ラッチ機構の装着状態を解除する溶断材と
よりなることを特徴とするバッテリ装置。
【請求項２】
前記ラッチ機構は弾性体で付勢されて前記電子機器との装着状態を維持するものであることを特徴とする、請求項１記載のバッテリ装置。
【請求項３】
前記発熱体は温度ヒューズであることを特徴とする、請求項１記載のバッテリ装置。
【請求項４】
前記溶断材は前記温度ヒューズの溶断温度より低い温度で溶断することを特徴とする、請求項３記載のバッテリ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器に用いられるバッテリ装置に関する。より詳細には、バッテリセルの危険状態を検出したら、電子機器から物理的に離脱させる機構及び回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
主にノート型パーソナルコンピュータにおいて用いられるリチウムイオン型二次電池バッテリパックには、その内部に充放電制御と安全のための保護機能を備える、マイクロコンピュータを中心とする制御回路が内蔵されている。
マイクロコンピュータは、バッテリパック内部のセルの電圧及び電流を逐一計測し、異常状態であると判定したら、温度ヒューズを溶断させる安全スイッチをオン操作する。
【０００３】
なお、本発明と関係すると思われる技術として、特許文献１を挙げる。
【０００４】
【特許文献１】特許３６３９０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
極めて稀にではあるが、マイクロコンピュータがセルの危険状態を検出し、安全スイッチをオン制御したにもかかわらず、温度ヒューズの溶断が完遂しない場合がある。発生確率が低いが故に、その原因は未だ明確には解明されていない。
このような状態に陥ると、セルは異常状態のまま大電流を流し続け、急速に発熱し、発火してしまう恐れがある。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、バッテリセルの異常状態において、電子機器を安全な状態に維持することのできる、安全なバッテリ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明は、バッテリセルの異常状態を異常状態検出部が検出すると、安全スイッチがオン制御される。すると、ラッチ機構に設けられている発熱体が発熱し、溶断材が溶融される。そして、前記ラッチ機構の電子機器に対する装着状態が解除されるバッテリ装置に関するものである。
【０００８】
従来、バッテリ装置が電子機器との装着状態を維持するラッチ機構は、バッテリセルの異常状態等に関して全く無関係の状態で設計されていた。本発明はここに着目し、異常状態に呼応して電子機器との装着状態を強制的に解除するべく、ラッチ機構に温度ヒューズの駆動と同時に機能する、安全のための仕組みを導入した。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、電子機器から物理的に離脱することができる、安全なバッテリパックを提供できる。特に、万が一温度ヒューズが溶断しない場合において、電子機器から物理的に離脱することができるので、従来と比べてより安全である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を、図１〜図１４を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本実施の形態の例である、バッテリパックに用いられるラッチ部材の斜視図である。
図２は、温度ヒューズを取り除いた状態の、ラッチ部材の斜視図である。
ラッチ部材１０１の中心的な位置を占めるスライダ１０２には、溶断材１０３を介して爪１０４が取り付けられている。
スライダ１０２は、耐熱性と断熱性と所定の機械的強度を備える物質で構成される。一例としては、ナイロンモノマー、ポリイミド等、後述する溶断材１０３より融点の高い合成樹脂が望ましい。
溶断材１０３は、スライダ１０２と爪１０４に設けられている凹部にはまる、括れを伴う形状である。
溶断材１０３は、温度ヒューズ１０５の熱によって溶かされる、低融点の物質よりなる部品である。例えば鉛、半田、錫−カドミウム−インジウムアンチモン等の低融点合金等の低融点金属、或はＡＳ樹脂等の低融点合成樹脂が挙げられる。
爪１０４は、後述する突起部とぶつかるために、耐摩耗性を要求される。具体的には、フッ素樹脂、超高分子量ポリエチレン等の耐摩耗性に優れた合成樹脂の他、ステンレスや真鍮等も利用できる。
スライダ１０２及び爪１０４と溶断材１０３とは、図示しない接着剤で接着されている。
操作部１０６は、ラッチ部材１０１がバッテリパックに装着された状態において、使用者が指を押し付けてスライドさせるためのものである。
【００１２】
図３は、スライダ１０２の一部拡大斜視図である。
凹部３０２はスライダ１０２を貫通するように設けられている。
この貫通形状は、図示していないが、爪１０４も同様である。
【００１３】
図４はスライダ１０２と爪１０４と溶断材１０３との配置関係を示す一部斜視図である。
溶断材１０３は、側面に接着剤が塗布された後、矢印Ａに示すように、スライダ１０２と爪１０４に設けられている凹部３０２及び３０３にはまる。
溶断材１０３の括れ部分を介して、スライダ１０２と爪１０４は取り外しができなくなる。
しかし、温度ヒューズ１０５によって加熱されると、低融点の物質よりなる溶断材１０３は溶融するので、爪１０４はスライダ１０２から取れる。
【００１４】
ここで、本実施形態のラッチ部材１０１の周辺部分を説明する。
図８は、本実施形態のラッチ部材１０１が取り付けられる、バッテリパックである。
バッテリパック８０１はノート型パーソナルコンピュータに装着される、リチウムイオン型のバッテリパックである。
バッテリパック８０１は内部にバッテリセルを複数備え、外側は合成樹脂の筐体にて覆われている。
バッテリパック８０１の両端には、ノート型パーソナルコンピュータに装着する際のレール８０３が設けられている。
【００１５】
図９はバッテリパックの片方の端を拡大した図である。
ラッチ部材１０１の爪１０４がレール８０３の入口近傍に設けられた穴８０４から露出している。
【００１６】
図１０はバッテリパック８０１を裏返しにした状態で、バッテリパック８０１の片方の端を拡大した図である。
ラッチ部材１０１と一体化した操作部１０６が露出している。
ラッチ部材１０１は、バッテリパック８０１内部で図示しないばねにより、爪１０４がレール８０３の穴に露出する方向へ押し付けられている。
操作部１０６を指で押し付け、ばねの押し付け方向とは逆方向にスライドさせると、爪１０４がレール８０３の穴から引っ込む。
爪１０４がレール８０３の穴から引っ込むと、ノート型パーソナルコンピュータに装着されたバッテリパック８０１は取り外しが可能になる。
【００１７】
図１１は、ノート型パーソナルコンピュータの、バッテリパック８０１が装着される部分を拡大した図である。
細長い突起部１１０２は、バッテリパック８０１のレール８０３と爪１０４に噛み合う。
【００１８】
図１２、図１３及び図１４は、バッテリパック８０１のレール８０３と爪１０４を含むラッチ部材１０１と、ノート型パーソナルコンピュータに設けられている突起部１１０２との位置関係を示す、模式的な図である。
図１２は、バッテリパック８０１がノート型パーソナルコンピュータに装着される初期段階である。
レール８０３に突起部１１０２がはめ込まれてすぐの状態である。
ラッチ部材１０１を構成するスライダ１０２と爪１０４は、ばね１２０２によって図１２中の矢印Ｃ方向に付勢されている。
【００１９】
図１３は、バッテリパック８０１がノート型パーソナルコンピュータに装着される中途段階である。
図１２からバッテリパック８０１がノート型パーソナルコンピュータに押し込まれると、突起部１１０２と爪１０４の斜面がぶつかる。そして、突起部１１０２は爪１０４の斜面を押しのけて、矢印Ｅに示すように、レール８０３の内部に入り込む。
爪１０４を含むラッチ部材１０１は、ばねの付勢力に抗して、レール８０３によって図１３の矢印Ｄ方向に押し込まれる。
【００２０】
図１４は、バッテリパック８０１がノート型パーソナルコンピュータに装着される最終段階である。
図１３からバッテリパック８０１がノート型パーソナルコンピュータに更に押し込まれると、突起部１１０２は爪１０４を押さえつけなくなり、爪１０４を含むラッチ部材１０１はばねの付勢力によって矢印Ｆ方向に飛び出す。
この状態に至ることにより、図１０の操作部１０６を指でスライドさせて穴から引っ込めない限り、突起部１１０２はレール８０３から出られなくなる。
【００２１】
図５及び図６に戻って説明する。
図５及び図６は、スライダ１０２と爪１０４と溶断材１０３と、突起部１１０２との位置関係を示す図である。
図５は、図１４と同じ位置関係である。つまり、バッテリパック８０１がノート型パーソナルコンピュータに装着され、爪１０４が突起部１１０２を押さえつけている状態を示す。
図５では、温度ヒューズ１０５によって加熱されない限り、爪１０４は溶断材１０３を介してスライダ１０２に固定されている。
【００２２】
図６は、溶断材１０３が温度ヒューズ１０５によって溶かされた状態を示す図である。
図５の状態から温度ヒューズ１０５が溶断材１０３を溶かすと、スライダ１０２から爪１０４を固定するものがなくなるので、図６に示すように爪１０４がスライダ１０２から取れる。このため、突起部１１０２は押さえつけられていたものがなくなるので、バッテリパック８０１は矢印Ｂに示すように、ノート型パーソナルコンピュータから取れるようになる。
【００２３】
なお、バッテリパックの離脱の際は電子機器から飛び出す等の事故を防ぐため、ばね等で強制的に排出されない構成とすることが望ましい。
【００２４】
図７はバッテリパック８０１内に設けられる充放電管理回路の回路図である。
リチウムイオン型二次電池のセル７０４は直並列に接続されている。即ち、２個のセルを並列に接続した第１のセル７０４ａと、２個のセルを並列に接続した第２のセル７０４ｂとが直列に接続されている。セルの接続構成は一例を示したもので、その他の接続構成としてもよい。
セル７０４の両端子はマイクロコンピュータ７０５の電圧検出端子Ｔ７０６、Ｔ７０７及びＴ７０８に夫々接続され、第１のセル７０４ａ及び第２のセル７０４ｂの端子間電圧の計測に用いられる。
また、第２のセル７０４ｂのマイナス極とマイナス端子Ｔ７０９との間には、電流検出抵抗Ｒ７１０が挿入されている。電流検出抵抗Ｒ７１０の両端子も同様にマイクロコンピュータ７０５の電流検出端子Ｔ７１１及びＴ７１２に接続され、電流計測に用いられる。
マイクロコンピュータ７０５には更に、放電ＦＥＴ７１３と充電ＦＥＴ７１４のゲートがそれぞれ接続されている。
放電ＦＥＴ７１３は、セル７０４から放電時にオンさせて、セル７０４からプラス端子Ｔ７１５を介して、図示しない負荷に放電させるための放電路を形成させるスイッチング素子である。
充電ＦＥＴ７１４は、セル７０４への充電時にオンさせて、図示しない充電回路からプラス端子Ｔ７１５に供給される充電電流を、セル７０４に供給して充電させる充電路を形成させるスイッチング素子である。
【００２５】
マイクロコンピュータ７０５はセル７０４の端子間電圧及び電流を常に計測している。
正常状態のセル７０４の電圧及び電流は、所定の範囲内にある。この範囲を逸脱する場合は、何らかの異常状態に陥ったと判断できる。
マイクロコンピュータ７０５は、セル７０４が異常状態に陥ったと判断すると、温度ヒューズ溶断用ＦＥＴ７２１をオン制御する。
すると、温度ヒューズ１０５及び７２２は第１のセル７０４ａ及び第２のセル７０４ｂに直接接続されたに等しい状態となる。
その結果、直列接続されている温度ヒューズ１０５及び７２２は溶断される。
温度ヒューズ７２２は、電流が流れることにより、内部のニクロム線７２２ａ及び７２２ｂが加熱されて、半田等の低融点金属よりなるヒューズ７２２ｃ及び７２２ｄを溶断する。なお、図７の温度ヒューズ７２２の回路構成を見るとわかるように、ヒューズ７２２ｃ及び７２２ｄのいずれか一方が切断されると、導通が断たれるので、もう片方のヒューズには電流が流れなくなるので、結果的にヒューズはどちらか片方しか切断されない。
温度ヒューズ１０５も、電流が流れることにより、内部のニクロム線１０５ａ及び１０５ｂが加熱されて、半田等の低融点金属よりなるヒューズ１０５ｃ及び１０５ｄを溶断する。
【００２６】
ところで、温度ヒューズ７２２は図示しない回路基板に取り付けられているが、温度ヒューズ１０５は図１に示したように、ラッチ部材１０１のスライダ１０２に貼り付けられ、ラッチ部材１０１の一部を構成する。
温度ヒューズ１０５内部のニクロム線１０５ａ及び１０５ｂが電流によって発熱し、ヒューズ１０５ｃ及び１０５ｄを溶断する過程において、ニクロム線１０５ａ及び１０５ｂの発熱は、溶断材１０３も溶融する。
溶断材１０３が溶けると、スライダ１０２から爪１０４が取れる。この結果、バッテリパック８０１はノート型パーソナルコンピュータから自然に外れていく。バッテリパック８０１がノート型パーソナルコンピュータから外れることにより、万が一バッテリパック８０１が異常発熱して火災を発生するような状態に陥ったとしても、ノート型パーソナルコンピュータへの延焼は食い止めることができる。また、火災に至らなくても、スライダ１０２から爪１０４が取れることにより、ユーザは、当該バッテリパック８０１がもはや使用不能であるものと、明確に認識することができる。
【００２７】
図７では、温度ヒューズ１０５及び７２２が直列接続されている。このため、ヒューズ１０５ｃ、１０５ｄ、７２２ｃ、７２２ｄのいずれかが切れれば、第１のセル７０４ａ及び第２のセル７０４ｂの、ノート型パーソナルコンピュータとの電気的導通は遮断される。
更に、ニクロム線１０５ａ及び１０５ｂの発熱は溶融材１０３を融解する。
溶融材１０３の融解と、ヒューズ１０５ｃ、１０５ｄ、７２２ｃ、７２２ｄの切断のいずれが先であっても、バッテリパック８０１とノート型パーソナルコンピュータとの電気的接続は遮断される。
なお、ヒューズ１０５ｃ、１０５ｄ、７２２ｃ、７２２ｄの切断よりも溶融材１０３の融解を早く完遂するように設計することで、ノート型パーソナルコンピュータとバッテリパック８０１との物理的離脱と、電気的切断の両方を確実に完遂することができる。
【００２８】
本実施形態には、以下のような応用例が考えられる。
（１）温度ヒューズを一つだけにすることができる。つまり、回路基板上の温度ヒューズ７２２は設けずに、ラッチ部材１０１上の温度ヒューズ１０５だけで回路を構成しても差し支えない。
【００２９】
（２）ラッチ部材１０１上に設けるのは温度ヒューズ１０５の代わりに、ニクロム線だけを配置してもよい。また、ニクロム線をスライダ１０２に封入することもできる。
【００３０】
（３）ラッチ部材１０１に高温で融解して離脱する機構を設ける代わりに、レール８０３を含めた係り止め機構全体を高温で融解して離脱する設計にしてもよい。
【００３１】
（４）バッテリパック８０１の落下事故を防ぐために、バッテリパック８０１の、溶解して離脱する側とは反対の側に対応する、ノート型パーソナルコンピュータの係り止め機構部分に、落下防止機構とちょうつがいを設けることができる。ラッチ部材１０１の爪１０４が取れることで、バッテリパック８０１の片方は物理的にノート型パーソナルコンピュータから離脱する。このとき、もう一方の側はノート型パーソナルコンピュータに装着されたまま、ちょうつがいでぶら下がる設計を行えば、ノート型パーソナルコンピュータからバッテリを離脱させることと、バッテリの落下防止を両立することができる。
【００３２】
（５）溶断材１０３は爪１０４が突起部１１０２にぶつかるたびに曲げ方向の力が加わる。そこで、溶断材１０３の曲げ強度を補強するために、溶断材１０３の内部に鉄や銅等の芯を埋め込む構成にしてもよい。
【００３３】
（６）爪１０４自体が所定の機械的強度と耐摩耗性を備えると共に、低融点の物質であれば、溶断材１０３と一体化することもできる。
【００３４】
（７）上述の実施形態では括れ形状を伴う溶断材１０３を用いて爪１０４とスライダ１０２を繋いでいた。もし、爪１０４をスライダ１０２に強固に接着する機械的強度を備える接着剤があれば、スライダ１０２及び爪１０４に凹部３０２及び３０３を設けない設計をすることができる。この場合、溶断材１０３を平板状に構成し、スライダ１０２と爪１０４との間に接着する。
【００３５】
本実施形態においては、バッテリパック及びそのラッチ部材を説明した。
バッテリセルの異常をマイクロコンピュータが検出したら、マイクロコンピュータは温度ヒューズを溶断させるスイッチをオンする。この動作に伴い、ラッチ部材の爪が溶断によってスライダから取れる安全機構を設けた。
この安全機構により、温度ヒューズの溶断による電気的切断に加えて、バッテリパックの物理的な離脱も加わるので、従来より確実なフェールセーフ（Fail Safe：障害発生時に、対象を安全第一の状態にする考え方。）を実現できる。
【００３６】
以上、本発明の実施形態例について説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含むことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施の形態による、バッテリパックに用いられるラッチ部材の斜視図である。
【図２】温度ヒューズを取り除いた状態の、ラッチ部材の斜視図である。
【図３】スライダの一部拡大斜視図である。
【図４】スライダと爪と溶断材との配置関係を示す一部斜視図である。
【図５】スライダと爪と溶断材と、突起部との位置関係を示す図である。
【図６】スライダと爪と溶断材と、突起部との位置関係を示す図である。
【図７】バッテリパック内に設けられる充放電管理回路の回路図である。
【図８】本発明の一実施の形態による、バッテリパックの斜視図である。
【図９】バッテリパックの片方の端を拡大した図である。
【図１０】バッテリパックを裏返しにした状態で、バッテリパックの片方の端を拡大した図である。
【図１１】ノート型パーソナルコンピュータの、バッテリパックが装着される部分を拡大した図である。
【図１２】バッテリパックのレールと爪を含むラッチ部材と、ノート型パーソナルコンピュータに設けられている突起部との位置関係を示す、模式的な図である。
【図１３】バッテリパックのレールと爪を含むラッチ部材と、ノート型パーソナルコンピュータに設けられている突起部との位置関係を示す、模式的な図である。
【図１４】バッテリパックのレールと爪を含むラッチ部材と、ノート型パーソナルコンピュータに設けられている突起部との位置関係を示す、模式的な図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０１…ラッチ部材、１０２…スライダ、１０３…溶断材、１０４…爪、１０５、７２２…温度ヒューズ、１０６…操作部、３０２、３０３…凹部、８０１…バッテリパック、８０３…レール、８０４…穴、１１０２…突起部、７０４…セル、７０４ａ…第１のセル、７０４ｂ…第２のセル、７０５…マイクロコンピュータ、Ｔ７０６、Ｔ７０７、Ｔ７０８…電圧検出端子、Ｔ７０９…マイナス端子、Ｒ７１０…電流検出抵抗、Ｔ７１１、Ｔ７１２…電流検出端子、７１３…放電ＦＥＴ、７１４…充電ＦＥＴ、Ｔ７１５…プラス端子、７２１…温度ヒューズ溶断用ＦＥＴ、１０５ａ、１０５ｂ、７２２ａ、７２２ｂ…ニクロム線、１０５ｃ、１０５ｄ、７２２ｃ、７２２ｄ…ヒューズ
【図１】
2008135294.tif 000003
【図２】
2008135294.tif 000004
【図３】
2008135294.tif 000005
【図４】
2008135294.tif 000006
【図５】
2008135294.tif 000007
【図６】
2008135294.tif 000008
【図７】
2008135294.tif 000009
【図８】
2008135294.tif 000010
【図９】
2008135294.tif 000011
【図１０】
2008135294.tif 000012
【図１１】
2008135294.tif 000013
【図１２】
2008135294.tif 000014
【図１３】
2008135294.tif 000015
【図１４】
2008135294.tif 000016