(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の乾電池を配置する乾電池の配置スペースに配置可能なバッテリユニットであって、
充放電可能な複数の二次電池セルと、
前記二次電池セルの出力電圧に応じて、前記複数の二次電池セルの接続を切り替えて、前記配置スペースを有する機器に電源を供給する制御手段を備え、
乾電池とほぼ同一外形形状による複数のバッテリパックの各々に前記二次電池セルをそれぞれ収納すると共に、前記複数のバッテリパックの何れかに、前記制御回路を有し、
前記複数のバッテリパックは、
相対的な位置を自由に可変可能に、可撓性を有する線材により接続され、
前記バッテリユニットは、
前記機器への前記各バッテリパックの誤った配置を検出する誤配置検出手段を有する
ことを特徴とするバッテリユニット。
【請求項２】
前記複数の二次電池セルは、
所定個数の二次電池セルが並列接続された第１の並列回路と、残る二次電池が並列接続されて第２の並列回路とを作成し、
前記制御手段は、
前記二次電池セルの電圧が所定電圧より低いとき、前記第１及び第２の並列回路を直列接続し、
前記二次電池セルの電圧が前記電圧より高いとき、前記第１及び第２の並列回路を並列接続する
ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリユニット。
【請求項３】
前記機器に前記電源を安定化して供給する安定化手段を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリユニット。
【請求項４】
前記各バッテリパックは、
乾電池の電極に対応する電極が配置され、
前記誤配置検出手段は、
各バッテリパック間の前記電極の接続により前記機器への前記各バッテリパックの誤った配置を検出する
ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリユニット。
【請求項５】
前記誤配置検出手段の検出結果に応じて、前記電源の供給を中止する
ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリユニット。
【請求項６】
前記誤配置検出手段の検出結果に応じて、警告を出力する
ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリユニット。
【請求項７】
前記誤配置検出手段の検出結果に応じて、充電用電源から前記二次電池セルヘの充電を中止する
ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリユニット。
【請求項８】
前記乾電池の電極に対応しない位置に、前記二次電池セルの充電用電源の供給を受け付ける充電用電極を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリユニット。
【請求項９】
前記制御手段は、
前記機器に供給する電源の電圧と、前記配置スペースを有する機器より供給される電圧とを比較する比較手段と、
前記比較手段の比較結果に基づいて、前記二次電池セルの接続を切り替える切り替え手段とを有し、
前記比較手段及び前記切り替え手段は、
前記機器に供給する電源の電圧に比して、前記配置スペースを有する機器より供給される電圧が高い場合、
前記充電用電源により前記二次電池セルを充電可能に、前記二次電池セルの接続を切り替え、
前記機器に供給する電源の電圧に比して、前記配置スペースを有する機器より供給される電圧が低い場合、
前記配置スペースを有する機器に電源を供給するように、前記二次電池セルの接続を切り替える
ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリユニット。
【請求項１０】
前記乾電池の電極に対応しない位置に、前記二次電池セルの充電を制御する信号の入力を受け付ける充電制御用電極を有し、
前記制御手段は、
前記充電制御用電極の電圧に応じて、前切り替え手段による前記二次電池セルを充電可能とする接続を、有効なものと設定する設定手段を有する
ことを特徴とする請求項９に記載のバッテリユニット。
【請求項１１】
前記乾電池の電極に対応しない位置に、前記二次電池セルの充電を制御する信号の入力を受け付ける充電制御用電極を有し、
前記制御手段は、
前記充電制御用電極の電圧に応じて、前記二次電池セルを充電可能に、前記二次電池セルの接続を設定する設定手段を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリユニット。
【請求項１２】
前記制御手段は、
前記複数の二次電池セルの充電時、前記二次電池セルの接続を直列接続に切り替える
ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリユニット。
【請求項１３】
前記制御手段は、
前記複数の二次電池セルの充電時、前記二次電池セルの接続を並列接続に切り替える
ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリユニット。
【請求項１４】
前記制御手段は、
前記複数の二次電池セルを充電する充電用電源の印加を検出して、前記二次電池セルの接続を切り替える
ことを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載のバッテリユニット。
【請求項１５】
前記制御手段は、
前記複数の二次電池セルを充電する充電用電源と、前記機器に供給する電源とを比較する比較手段と、
前記比較手段の比較結果に基づいて前記二次電池セルの接続を切り替える切り替え手段とを有し、
前記比較手段及び前記切り替え手段は、
前記複数の二次電池セルを充電する充電用電源の電圧が、前記機器に供給する電源の電圧より高い場合、前記二次電池セルの接続を並列接続に切り替える
ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリユニットに関し、例えばリチウムイオン二次電池セルによるバッテリユニットに適用することができる。本発明は、複数の乾電池を配置する乾電池の配置スペースに配置可能に構成し、二次電池セルの出力電圧に応じて、複数の二次電池セルの接続を切り替えて電源を供給することにより、二次電池セルの出力電圧が高い場合でも、一次電池による乾電池の代替品として使用して、十分な放電容量を確保することができるようにする。
【０００２】
【従来の技術】
従来、携帯用電子機器、玩具においては、乾電池が広く使用されるようになされている。このような乾電池は、形状により例えば単一、単二、単三、単四、単五等に区分され、さらに性質により一次電池と二次電池とに区分されるようになされている。
【０００３】
ここで一次電池による乾電池は、例えばマンガン乾電池、アルカリ乾電池に代表されるいわゆる使い捨て型の乾電池であり、一旦放電すると再使用することが困難であることにより、後述する二次電池に比して、単位電気量当たりのコストが高く、資源の有効利用を図れない欠点がある。
【０００４】
これに対して二次電池による乾電池は、例えばニッケル水素乾電池、ニッカド乾電池に代表される充放電可能な電池であり、一次電池による乾電池に代えて使用されるようになされている。すなわちアルカリ乾電池の出力電圧は、約０．９〔Ｖ〕〜１．５〔Ｖ〕であるのに対し、ニッケル水素乾電池、ニッカド乾電池においては、出力電圧は、同様の約０．９〔Ｖ〕〜１．４〔Ｖ〕であり、これによりニッケル水素乾電池、ニッカド乾電池は、一次電池の乾電池と同一形状により作成されて、一次電池による乾電池の代替品として使用できるようになされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところでニッカド電池、ニッケル水素電池は、完全に放電しない状態での充電を繰り返すと、いわゆるメモリ効果により初期の放電容量が減少する欠点がある。またニッカド乾電池、ニッケル水素乾電池は、単位体積当たりのエネルギー密度が小さい欠点がある。
【０００６】
これに対してリチウムイオン二次電池は、ニッカド電池、ニッケル水素電池に比して、エネルギー密度が高く、その分ニッカド電池、ニッケル水素電池に比して電池の全体形状を小型化、軽量化することができ、またメモリ効果も無い特徴がある。
【０００７】
これによりリチウムイオン二次電池により一次電池による乾電池の代替品を構成すれば、軽量で、長時間使用して再使用可能な乾電池を構成できると考えられる。ところがリチウムイオン二次電池は、セル１つ当たりの出力電圧が約２．５〔Ｖ〕〜４．２〔Ｖ〕であり、一次電池による乾電池の出力電圧に比して２倍以上も高い特徴がある。
【０００８】
これによりリチウムイオン二次電池においては、ニッカド電池、ニッケル水素電池のように、単に外形形状を一次電池による乾電池と同一形状にしただけでは、一次電池による乾電池の代替品として使用できない問題があった。
【０００９】
この問題を解決する１つの方法として、１つの二次電池セルにより複数個の乾電池を代替えさせる方法が考えられる。すなわちリチウムイオン二次電池においては、最大電圧が４．２〔Ｖ〕であることにより、１つの二次電池セルを４個の乾電池を直列接続した代替品として使用して、４個の乾電池により動作する機器に電源を供給できると考えられる。
【００１０】
しかしながらリチウムイオン二次電池においては、出力電圧が２．５〔Ｖ〕〜４．２〔Ｖ〕であるのに対し、一般の乾電池を４個直列接続した場合、出力電圧は約３．６〔Ｖ〕〜６〔Ｖ〕となる。これによりこのように二次電池セルを４個の乾電池を直列接続した代替品として使用する場合、機器側で対応を予定している電源電圧以下になっても二次電池セルには十分に電力が残っていることになる。すなわち十分に二次電池セルの電力を使い切ることが困難で、これによりこのようにして２次電池セルにより乾電池の代替品を作成しても、十分な放電容量を確保できなくなる問題があった。
【００１１】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、二次電池セルの出力電圧が高い場合でも、一次電池による乾電池の代替品として使用して、十分な放電容量を確保することができるバッテリユニットを提案しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため請求項１の発明においては、複数の乾電池を配置する乾電池の配置スペースに配置可能なバッテリパックであって、充放電可能な複数の二次電池セルと、この二次電池セルの出力電圧に応じて、複数の二次電池セルの接続を切り替えて、先の配置スペースを有する機器に電源を供給する制御手段とを備えるようにする。
【００１３】
請求項１の構成によれば、例えば二次電池セルの出力電圧が高い場合には、複数の二次電池セルの並列接続により電力を供給し、電力の供給により二次電池セルの出力電圧が低下した場合には、複数の二次電池セルの直列接続により電力を供給することができ、これにより二次電池セルの出力電圧が低下した場でも、２次電池セルの電力を使い切ることができ、その分放電容量を十分に確保することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳述する。
【００１５】
（１）第１の実施の形態
（１−１）第１の実施の形態の構成
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るバッテリユニットを示す平面図である。このバッテリユニット１は、バッテリパック２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを可撓性を有する線材３ａ、３ｂ、３ｃにより接続して構成される。ここでバッテリパック２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、汎用の単一、単二、単三、単四又は単五の乾電池の外形形状に形成される。
【００１６】
すなわちバッテリパック２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、プラスチック等の絶縁材料により作成された円筒形状による容器に所定の部品を収納し、銅、ニッケル合金等の導体から作成された正極電極４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、負極電極５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄが設けられて構成される。バッテリユニット１は、バッテリパック２ａの負極電極５ａ側側面とバッテリパック２ｂの正極電極４ｂ側側面とを第１の線材３ａにより接続し、またバッテリパック２ｂの負極電極５ｂ側側面とバッテリパック２ｃの正極電極４ｃ側側面とを第２の線材３ｂにより接続し、さらにバッテリパック２ｃの負極電極５ｃ側側面とバッテリパック２ｄの正極電極４ａ側側面とを第３の線材３ｃにより接続して構成される。
【００１７】
これによりバッテリユニット１は、この線材３ａ、３ｂ、３ｃを撓ませて種々の形状による乾電池の配置スペースに配置できるようになされている。すなわち図２は、４本のバッテリパック２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを交互に配置して乾電池の配置スペースに配置した場合であり、図３は、４本のバッテリパック２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを束ねて配置して乾電池の配置スペースに配置した場合であり、図４は、４本のバッテリパック２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを直列に配置して乾電池の配置スペースに配置した場合である。
【００１８】
かくするにつきこの線材３ａ、３ｂ、３ｃにあっては、例えばフラットケーブル等の電線、フレキシブル配線基板、柔軟性のある電線、ジュンフロン被覆電線等が適用される。
【００１９】
バッテリユニット１は、このようにして線材３ａ、３ｂ、３ｃによりバッテリパック２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを接続して、この接続の両端のバッテリパック２ａ及び２ｄのうちの一端のバッテリパック２ａの正極電極４ａと、他端のバッテリパック２ｄの負極電極５ｄが、それぞれこのバッテリユニット１の充放電電流を入出力する全体の電源端子に設定される。また他のバッテリパック２ｂ及び２ｃの電極４ｂ、４ｃ、５ｂ、５ｃは、バッテリパック２ａの負極電極５ａとバッテリパック２ｄの正極電極４ｄと共に、このバッテリユニット１が正しく機器に配置されたか否かの検出に使用されるために備えられている。
【００２０】
さらにこれらバッテリユニット１の電源を所望の機器に供給する正極電極４ａが割り当てられてなるバッテリパック２ａにおいては、正極電極４ａ側の端面に、充電制御用電極６が配置されるようになされている。
【００２１】
図５は、バッテリパック２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの内部構造を示す略線図である。バッテリパック２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、それぞれリチウムイオン二次電池セル（以下、単に二次電池セルと呼ぶ）７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを内部に保持する。ここでこれら二次電池セル７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄにおいては、線材３ａ〜３ｃにより、２個づつ並列に接続される。かくするにつき、この実施の形態では、バッテリパック２ａ、２ｂの二次電池セル７ａ、７ｂが並列に接続されて充電制御用電極６を有しているバッテリパック２ａに接続され、また残るバッテリパック２ｃ、２ｄの二次電池セル７ｃ、７ｄが同様に並列に接続されて充電制御用電極６を有しているバッテリパック２ａに接続されるようになされている。
【００２２】
バッテリパック２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのうち、このように二次電池セル７ａ及び７ｂの並列回路と二次電池セル７ｃ及び７ｄの並列回路とが接続されるバッテリパック２ａにおいては、所定の制御回路８が配置され、その分バッテリパック２ａの外形形状に比して小型の二次電池セル７ａが配置される。さらに残るバッテリパック、２ｂ、２ｃ、２ｄにおいては、制御回路８に代えて抵抗９ａ、９ｂ、９ｃがそれぞれ配置される。
【００２３】
二次電池セル７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄにおいては、このようにバッテリパック２ａにおける二次電池セル７ａを小型化しても、全体として大きな容量を確保できるように、バッテリパック２ａの二次電池セル７ａと比較して大型の大容量のセルがこの二次電池セル７ａと並列接続される二次電池セル７ｂに適用される。さらにこれら二次電池セル７ａ及び７ｂの並列回路とバランスするように、残りの二次電池セル７ｃ及び７ｄの容量が選定される。なおこの実施の形態では、それぞれ二次電池セル７ａ及び７ｂと同一形状で、同一容量のセルを二次電池セル７ｄ及び７ｃに設定することにより、二次電池セル７ｄ及び７ｃの並列回路と二次電池セル７ａ及び７ｂの並列回路とでバランスを取るようになされている。
【００２４】
抵抗９ａ、９ｂは、それぞれバッテリパック２ｂ、２ｃの正極電極４ｂ及び負極電極５ｂ、正極電極４ｃ及び負極電極５ｃ間に配置され、また残る抵抗９ｃは、バッテリパック２ｄの正極電極４ｂと二次電池セル７ｂの負極側端に接続される。これにより抵抗９ａ、９ｂ、９ｃは、汎用の乾電池を直列接続により配置する機器に配置されて、この機器に配置された短絡用金属材１０ａ、１０ｂ、１０ｃにより線材３ａ、３ｂ、３ｃで接続されたバッテリパック２ａ、２ｂ、２ｃ間の負極電極５ａ及び４ｂ、５ｂ及び４ｃ、５ｃ及び４ｄがそれぞれ接続されると、直列に接続されるようになされている。ここで短絡用金属材１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、本来、汎用の乾電池を直列接続するために機器に配置されている部材である。
【００２５】
制御回路８は、この抵抗９ｂ、９ｃ、９ｄの接続を検出することにより、このバッテリユニット１が正しく機器に配置されたか否か判定し、この判定結果により二次電池セル７ａ及び７ｂの並列回路と、二次電池セル７ｃ及び７ｄの並列回路とによる電源を、線材３ａ、３ｂ、３ｃにより接続されてなるバッテリパック２ａ〜２ｄの両端のバッテリパック２ａ、２ｄの正極電極４ａ、負極電極５ｄに接続し、これによりこのバッテリユニット１が配置された機器に電源を供給する。
【００２６】
さらにこのとき制御回路８は、二次電池セル７ａ及び７ｂの並列回路、二次電池セル７ｃ及び７ｄの並列回路より出力される電源電圧を監視し、必要に応じてこれら２組の並列回路の接続を切り替えて電源を供給する。さらに制御回路８は、充電制御用電極６の電圧変化により充電装置への装着が検出されると、二次電池セル７ａ〜７ｄに充電用電流の供給を開始するように、二次電池セル７ａ〜７ｄの接続を切り替える。
【００２７】
図６は、この制御回路８を周辺構成と供に詳細に示すブロック図である。制御回路８において、電圧制御回路１５は、二次電池セル７ａ及び７ｂによる並列回路の電源電圧を所定の基準電圧ＲＥＦ１と比較し、この比較結果に基づいてスイッチ回路１６及び１７を制御することにより、二次電池セル７ａ〜７ｄの出力電圧に応じてこれら二次電池セル７ａ〜７ｄによる２組の並列回路の接続を切り替える。これにより電圧制御回路１５は、このバッテリユニット１が配置されてなる配置位置に汎用電池を配置した場合とほぼ同様の電源電圧により、このバッテリユニット１が配置されてなる機器に電源を供給する。
【００２８】
ここでリチウムイオン二次電池においては、セル１つ当たりの出力電圧が約２．５〔Ｖ〕〜４．２〔Ｖ〕であり、汎用の乾電池を４本直列接続した場合の電源電圧は、０．９×４〔Ｖ〕〜１．５×４〔Ｖ〕（３．６〔Ｖ〕〜６〔Ｖ〕）であることから、電圧制御回路１５は、二次電池セル７ａ及び７ｂによる並列回路の出力電圧が３．６〔Ｖ〕より低くなると、二次電池セル７ａ及び７ｂによる並列回路、二次電池セル７ｃ及び７ｄによる並列回路を直列接続する。これに対して二次電池セル７ａ及び７ｂによる並列回路の出力電圧が３．６〔Ｖ〕より高い場合、二次電池セル７ａ及び７ｂによる並列回路と、二次電池セル７ｃ及び７ｄによる並列回路とを並列に接続する。
【００２９】
これにより図７において符号Ａにより示すように、電圧制御回路１５は、放電時間の経過により二次電池セル７ａ〜７ｄの出力電圧が低下すると、二次電池セル７ａ〜７ｄによる２組の並列回路の接続を並列接続から直列接続に切り替えることにより、汎用の乾電池と比較して放電による電圧降下が著しいリチウムイオン二次電池セルにより汎用乾電池を代替えする場合でも、二次電池セル７ａ〜７ｄに蓄積された電力を十分に使い切ることができるようになされている。
【００３０】
さらに電圧制御回路１５は、充電制御回路１８より充電用電源の供給の開始が通知されるとされる、二次電池セル７ａ及び７ｂによる並列回路、二次電池セル７ｃ及び７ｄによる並列回路を直列接続するようにスイッチ回路１６、１７の接点を切り替える。これにより電圧制御回路１５は、このように二次電池セル７ａ〜７ｄによる１組の並列回路を直列接続した状態で、充電装置よって全体の電源端子４ａ及び５ｄに印加される充電用電源でこれら二次電池セル７ａ〜７ｄを充電する。
【００３１】
かくするにつき充電制御回路１８は、このバッテリユニット１が充電装置に接続されて充電制御用電極６の電圧が立ち上がると、電圧制御回路１５に充電装置への接続を通知する。またスイッチ回路１９をオン状態に設定することにより、外部端子４ａ、５ｄを介して充電装置より供給される電力により二次電池セル７ａ〜７ｄできるように、後述するスイッチ回路２０、安定化回路２１をバイパスする経路を作成する。またこのこのバッテリユニット１に専用の充電装置では、この充電制御回路１８における処理に対応するように、充電制御用電極６に所定の電圧を印可できるように構成される。
【００３２】
ところで、出力電圧が０．９〜１．５〔Ｖ〕の汎用の乾電池を４本直列接続した場合、最大電圧は６〔Ｖ〕であるため、このバッテリユニット１に代えて汎用の乾電池をこの機器に配置した場合、この機器は、最大６〔Ｖ〕の電源電圧により動作することになる。すなわちこの機器は、最大定格電圧が６〔Ｖ〕になる。これに対してバッテリユニット１において、二次電池セル７ａ及び７ｂによる並列回路の電圧が３〜３．６〔Ｖ〕の場合、二次電池セル７ａ及び７ｂによる並列回路と二次電池セル７ａ及び７ｂによる並列回路の２組を直列接続すると、その組みセル全体の出力電圧Ｖ１は、６．０〜７．２〔Ｖ〕となる。
【００３３】
このとき、二次電池セルの組セル全体の出力電圧Ｖｌを直接、外部端子４ａ〜５ｄ間に出力すると、本体機器の最大定格電圧６Ｖを越える電圧がこのバッテリユニット１を配置した機器に印加されることになり、この場合、本体機器に何らかの障害が発生する恐れがある。このためこのバッテリユニット１では、以下の構成により本体機器に過大な電圧がこれらの機器に印加されないようにする。
【００３４】
すなわちバッテリユニット１において、比較回路２７は、後述するように、外部端子４ａ及び５ｄ間の電圧Ｖ２に比して二次電池セル７ａ〜７ｄから出力される電源電圧Ｖ１が高いことを前提に、二次電池セル７ａ〜７ｄから出力される電源電圧を分圧して基準電圧ＲＥＦ２と比較し、この比較結果によりスイッチ回路２０の接点を切り替える。これにより比較回路２７は、電圧制御回路１５の制御により二次電池セル７ａ〜７ｄから出力される電源電圧を監視し、図７において符号Ｂにより示すように、この電圧が所定電圧以上になるとスイッチ回路２０の接点を切り替えて、安定化回路２１により電源電圧を安定化して出力する。これにより比較回路２７、安定化回路２１、スイッチ回路２０は、このバッテリユニット１を配置した機器に対して著しく高い電圧を出力しないようにして保護するようになされている。
【００３５】
なおこの安定化回路２１は、図８に示すように、ダイオード３１及び３２による直列回路を介して電源電圧を低下させた後、ツェナーダイオード３３及び抵抗３４によるジャント型のレギュレータ回路により電源電圧を一定にして出力する。ここで例えば、ダイオード３１及び３２は、一般整流ダイオードまたはショットキーバリアダイオードが適用される。なおダイオード３１及び３２が一般整流ダイオードのとき、この安定化回路２１においては、このダイオード３１及び３２により入力電圧を約１．２〔Ｖ〕の降下させることができる。なお、ツェナーダイオード３３及び抵抗３４は、必要に応じて省略してもよい。
【００３６】
具体的に、比較回路２７においては、この基準電圧ＲＥＦ２が６〔Ｖ〕に設定され、図７において符号Ｂにより示すように、組みセル全体の出力電圧Ｖｌが６〔Ｖ〕より高い場合、スイッチ回路２０の接点を安定化回路２１側に設定し、これにより組みセルの出力電圧Ｖｌを安定化回路２１により６〔Ｖ〕に降下させて出力する。
【００３７】
これにより例えば、二次電池セル７ａ及び７ｂによる並列回路の電圧が３．６Ｖの場合、組みセル全体としての出力電圧Ｖｌは、７．２〔Ｖ〕となることにより、この場合組みセル全体の出力電圧Ｖｌが７．２〔Ｖ〕であり、６〔Ｖ〕の基準電圧より高いことにより、比較回路２７は、スイッチ回路２０の接点を安定化回路２１に切り替え、安定化回路２１によりこの電圧を１．２〔Ｖ〕降下させて外部端子４ａ〜５ｄ間に出力する。これによりバッテリユニット１においては、バッテリユニット１が配置された機器に対して、定格電圧を越えるような電力の供給を防止するようになされている。
【００３８】
ところでこのバッテリユニット１は、汎用の乾電池が配置可能な箇所に自由に配置できることにより、ユーザーにより誤ってニッケル水素乾電池セル用の充電装置に装着される場合が考えられる。この場合、バッテリユニット１では、充電制御用端子６に何ら電圧が印加されないことにより、二次電池セル７ａ〜７ｄの並列回路が並列に接続されたままの状態で外部端子４ａ及び５ｄ間に供給されるニッケル水素乾電池セルの充電用電源により充電される恐れがある。このようにしてリチウムイオン二次電池セルが、ニッケル水素乾電池セルを充電する充電電圧により充電されると、リチウムイオン二次電池セルにおいては、正しい充電電圧により充電されないことになり、性能が劣化し、また故障する恐れがある。
【００３９】
具体的に、例えば、このバッテリユニット１が、ニッケル水素乾電池４本を直列接続する構成の充電装置に装着された場合、外部端子４ａ〜５ｄ間に、ニッケル水素乾電池の充電用の電圧、電流が印加される。この充電用の電圧は、一般的に、最大で６．４〔Ｖ〕（１．６×４〔Ｖ〕）である。従って、このバッテリユニット１がニッケル水素乾電池用の充電装置に装着された場合には、外部端子４ａ〜５ｄ間に最大６．４〔Ｖ〕の電圧が印加され、この電圧がリチウムイオンニ次電池セル７ａ〜７ｄに印加され、リチウムイオン二次電池セルは、定格充電電圧４．２〔Ｖ〕を超えた電圧で過電圧充電される恐れがある。
【００４０】
このためこの実施の形態において、比較回路２７は、さらに組みセル全体の出力電圧Ｖｌと外部端子４ａ−５ｄ間の電圧Ｖ２とを比較し、この比較結果によりスイッチ回路２０の動作を切り替え、これによりこのように誤って充電装置に配置された場合には、二次電池セル７ａ〜７ｄの充電を中止する。
【００４１】
すなわち比較回路２７は、組みセル全体の出力電圧Ｖｌより外部端子４ａ−５ｄ間の電圧Ｖ２が低い場合、スイッチ回路２０の接点を外部端子４ａ、安定化回路２１の双方に接続しない開放の状態に設定し、これにより外部端子４ａに供給される充電用電源の二次電池セルへの供給を遮断する。
【００４２】
また上述したように比較回路２７は、組みセル全体の出力電圧Ｖｌが外部端子４ａ−５ｄ間の電圧Ｖ２より高いことを前提にして、出力電圧Ｖｌが基準電圧ＲＥＦ２より低い場合、スイッチ回路２０の接点を外部端子４ａ側に設定し、これにより組セルによる電源を直接外部端子４ａに出力する。
【００４３】
さらにこのように組みセル全体の出力電圧Ｖｌが外部端子４ａ−５ｄ間の電圧Ｖ２より高いことを前提にして、出力電圧Ｖｌが基準電圧ＲＥＦ２より高い場合、スイッチ回路２０の接点を安定化回路２１側に切り替え、これにより安定化回路２１により電圧を一定電圧にして組みセル全体の電力を外部端子４ａに出力する。
【００４４】
具体的に、バッテリユニット１においては、リチウムイオン二次電池セルの電圧が２．５Ｖ〜４．２〔Ｖ〕であることから、組みセル全体の出力電圧Ｖｌは、３．６Ｖ〜６〔Ｖ〕となる。これによりバッテリユニット１がニッケル水素乾電池を４本直列接続する構成の充電装置に装着された場合、比較回路２７においては、電圧が３．６〜６〔Ｖ〕である組セル全体の出力電圧Ｖ１と、６．２〔Ｖ〕が印加されている外部端子４ａ−５ｄ間の電圧Ｖ２とを比較することとなり、この場合、Ｖｌ＜Ｖ２であることにより、スイッチ回路２０を解放状態に切り替える。また充電制御用端子６の電圧が、０〔Ｖ〕であるため、スイッチ回路１９は解放状態に保持される。これによりバッテリユニット１をニッケル水素乾電池用の充電装置に装着した場合、バッテリユニット１においては、二次電池セルへのニッケル水素乾電池による充電電源の供給が防止される。また同様に、ニッケル水素乾電池用の充電装置以外の充電装置であっても、このバッテリユニット１用の充電装置以外の装置に装着された場合でも、誤った充電電圧による充電を防止することができるようになされている。
【００４５】
判定回路２３は、このようにして電圧制御回路１５の制御により二次電池セル７ａ〜７ｄから出力される電源により動作し、バッテリパック２ｂ〜２ｄに収納された抵抗９ａ〜７ｄの接続を検出することにより、このバッテリユニット１が正しく機器に配置されたか否か判断する。すなわち図５について上述したように、このバッテリユニット１においては、正しく配置されると、配置された機器の短絡用金属材１０ａ、１０ｂ、１０ｃにより負極電極５ａ及び４ｂ、５ｂ及び４ｃ、５ｃ及び４ｄがそれぞれ接続されることにより、この場合、バッテリパック２ａの負極電極５ａと二次電池セル７ｄの負側電極との間で、抵抗９ａ〜９ｃが直列に接続される。これに対してこのバッテリユニット１が正しく機器に配置されていない場合、抵抗９ａ〜９ｄにおいては、バッテリパック２ａの負極電極５ａと二次電池セル７ｄの負側電極との間に直列に接続されなくなる。
【００４６】
これにより判定回路２３は、所定値の抵抗を介して電圧制御回路１５より供給される電源電圧をバッテリパック２ａの負極電極５ａに印加し、この負極電極５ａの電圧と、電圧制御回路１５より供給される電源電圧を所定の分圧比により分圧して得られる分圧電圧との比較により、バッテリユニット１が正しく機器に配置されたか否か判断する。
【００４７】
換言すれば、判定回路２３は、バッテリパック２ａの負極端子と二次電池セル７ｄの負極電極との間の抵抗値Ｒｌと、あらかじめ定められた抵抗９ａ、９ｂ、９ｃの抵抗値を加算した合計の抵抗値Ｒ２を所定の基準値と比較することにより、バッテリユニット１が正しく機器に装着されたか否か判断する。なおここで抵抗９ａ、９ｂ、９ｃの各抵抗値は、例えば１００〔ｋΩ〕とされ、これによりこの実施の形態では、合計の抵抗値が３００〔ｋΩ〕となるようになされている。
【００４８】
これにより判定回路２３は、バッテリパック２ａの負極電極５ａと二次電池セル７ｄの負側電極との間の抵抗値が、このように事前に予定された抵抗値３００〔ｋΩ〕とほぼ等しい場合、バッテリユニット１が機器の正しい位置に装着されたと判断し、スイッチ回路２４を接続状態に切り替え、これにより二次電池セル７ｃと７ｄの負極電極とバッテリパック２ｄの負極端子５ｄ間を接続し、充放電の経路を形成する。
【００４９】
これに対して判定回路２３は、バッテリパック２ａの負極電極５ａと二次電池セル７ｄの負側電極との間の抵抗値が、このように事前に予定された抵抗値３００〔ｋΩ〕と異なる場合、バッテリユニット１が機器の誤った位置に装着されたと判断し、スイッチ回路２４の解放状態に切り替え、これにより充放電の経路を遮断する。
【００５０】
かくするにつきこのような誤った位置へバッテリユニット１を装着した場合、全体の充放電電極であるバッテリパック２ａの正極端子４ａとバッテリパック４ｄの負極端子５ｄとが１つの短絡端子により短絡される場合もあり、この場合このように判定回路２３により誤った配置を検出してスイッチ回路２４をオフ状態に切り替えない場合、この短絡端子により二次電池セル７ａ〜７ｄの正極、負極が短絡されることになり、重大な事故が発生する恐れがある。これによりこの実施の形態では、このような事故の発生を確実に防止できるようになされている。
【００５１】
（１−１）第１の実施の形態の動作
以上の構成において、バッテリユニット１は（図１）、乾電池の形状をしたバッテリパック２ａ〜２ｄを可撓性を有する線材３ａ〜３ｃにより接続して構成され、これにより４本の乾電池を配置する乾電池の配置スペースに配置することができる。またこのとき線材３ａ、３ｂ、３ｃを撓ませることによりバッテリパック２ａ〜２ｄの相対的な位置を自由に可変することができ、これにより種々の配置スペースに配置することが可能となる（図２〜図４）。これによりバッテリユニット１は、乾電池により動作する種々の機器に乾電池に代えて配置される。
【００５２】
このようしてバッテリユニット１が機器に配置されると、この機器に乾電池が配置されてこの乾電池よりこの機器が電力の供給を受ける場合のように、バッテリユニット１においては、バッテリパック２ａ〜２ｄの正極電極４ａ〜４ｄと負極電極５ａ〜５ｄとが、直接に、又は機器に配置された短絡用金属材１０ａ、１０ｂ、１０ｃにより短絡される（図５）。これにより電力供給用の正極電極４ａが割り当てられたバッテリパック２ａの負極電極５ａと、同様に電力供給用の負極電極５ｄが割り当てられたバッテリパック２ｄの二次電池セル７ｂの負極電極５ｃとの間で、これらバッテリパック２ａ及び２ｄ間のバッテリパック２ｂ及び２ｄに配置された抵抗９ａ及び９ｂとバッテリパック２ｄに配置された抵抗９ｃとが直列に接続される。
【００５３】
このようにして機器に配置されるバッテリユニット１においては、各バッテリパック２ａ〜２ｄが正しく機器に配置されていない場合には、このようなバッテリパック２ｂ、２ｃ及び２ｄに配置された抵抗９ａ、９ｂ及び９ｃの直列回路が構成されないことになる。これによりこのバッテリユニット１においては、この抵抗９ａ、９ｂ及び９ｃによる直列回路の有無を末端のバッテリパック２ａの負極電極５ａとバッテリパック２ｄの二次電池セル７ｄの負極電極５ｄとの間で検出することにより、正しい配置を確認して機器を確実に動作させることができる。
【００５４】
バッテリユニット１においては（図６）、判定回路２３によりこれらバッテリパック２ａの負極電極５ａとバッテリパック２ｄの二次電池セル７ｄの負極電極５ｄとの間で正しく抵抗９ａ、９ｂ、９ｃが接続されているか、バッテリパック２ｄに収納された抵抗９ｃを介して検出され、この検出結果によりスイッチ回路２４が接続状態に切り替えられてマイナスラインが接続され、これにより電源の供給が可能となる。
【００５５】
すなわちバッテリユニット１では、バッテリパック２ａの負極電極５ａと二次電池セル７ｄの負側電極との間の抵抗値が、事前に予定された抵抗値３００〔ｋΩ〕とほぼ等しい場合、機器の正しい位置に装着されたと判断され、スイッチ回路２４がオン状態に設定され、これにより二次電池セル７ｃと７ｄの負極電極とバッテリパック２ｄの負極端子５ｄ間が接続され、充放電可能とされる。
【００５６】
これに対してバッテリユニット１では、バッテリパック２ａの負極電極５ａと二次電池セル７ｄの負側電極との間の抵抗値が、事前に予定された抵抗値３００〔ｋΩ〕と異なる場合、機器の誤った位置に装着されたと判断され、スイッチ回路２４がオフ状態に切り替えられ、これにより充放電困難とされる。
【００５７】
これにより例えば、バッテリユニット１が機器の誤った位値に装着きれてバッテリパック２ａの正極端子４ａとバッテリパック４ｄの負極端子５ｄの両方が本体機器の短絡端子に接続された場合、負極電極５ａと二次電池セル７ｄの負側電極との間の抵抗値は無限大となり、このように誤って配置された状態での充放電による事故を確実に防止することができる。
【００５８】
これらによりバッテリユニット１においては、正しく配置されている場合には、両端のバッテリパック２ａの正極電極４ａとバッテリパック２ｄの負極電極５ｄとが機器の電源回路に接続されていることにより、このバッテリパック２ａの正極電極４ａとバッテリパック２ｄの負極電極５ｄとを介して電源の供給が開始される。
【００５９】
かくするにつき、このようにして正しく配置した場合にだけ電源を供給可能とする構成において、この実施の形態では、何ら電源供給用の端子が配置されていないバッテリパック２ｂ及び２ｃについても、他のバッテリパック２ａ及び２ｄと同様に一般の乾電池の外形形状を有していることにより、その分誤った配置を防止することができる。
【００６０】
このようにして電源の供給を開始するにつき、バッテリユニット１では、バッテリパック２ａ及び２ｂにそれぞれ配置されたリチウムイオン電池による二次電池セル７ａ及び７ｂが並列に接続され、また同様にバッテリパック２ｃ及び２ｄにそれぞれ配置されたリチウムイオン電池による二次電池セル７ｃ及び７ｄが並列に接続され、このうちの二次電池セル７ａ及び７ｂによる並列回路の電源電圧が電圧制御回路１５により検出される。
【００６１】
さらにこのようにして検出される電源電圧が一般の乾電池を４本直列接続した場合とほぼ等しい場合には、電圧制御回路１５によりスイッチ回路１６、１７の設定が切り替えられてこれら二次電池セル７ａ〜７ｄを並列に接続して電源が生成される（図７）。
【００６２】
このようにして生成されるリチウムイオン電池による電源電圧においては、最大で４．２〔Ｖ〕であることにより、この場合、このようにして生成された電源がスイッチ回路２０を介して電極４ａ、５ｄより機器に出力される。なおこのときスイッチ回路２０の接点は、図面にて上側に接続されることになる。
【００６３】
これによりこの実施の形態では、二次電池セルの出力電圧が高い場合でも、一次電池による乾電池の代替品として使用して電源を供給することが可能となる。
【００６４】
ところでリチウムイオン電池による電源電圧においては、２．０〔Ｖ〕程度まで使用できるのに対し、一般の乾電池を４本直列接続した場合に使用可能な最小の電圧は、３．６〔Ｖ〕程度である。これによりこのようにして使用し続けたのでは、機器側で対応を予定していない電源電圧以下になっても二次電池セルには十分に電力が残っていることになる。
【００６５】
これによりバッテリユニット１では、電圧制御回路１５において、二次電池セル７ａ及び７ｂの並列回路による電源電圧が一定の電圧以下になると、二次電池セル７ａ及び７ｂの並列回路と、二次電池セル７ｃ及び７ｄの並列回路との直列回路により電源を供給するように、スイッチ回路１６、１７の接点が切り替えられ、これにより電源電圧の低下が補われる。これにより二次電池セルの出力電圧が高い場合に、二次電池セルを並列接続して複数の乾電池の代替えとして使用する場合でも、十分に二次電池セルの電力を使い切ることができ、その分放電容量を確保することができる。
【００６６】
さらにこの場合、電圧制御回路１５における所定の基準電圧ＲＥＦ１との比較により、このように２組の二次電池セルの接続を直列接続に切り替えてなる場合に、電源電圧が一般の乾電池を４本直列接続した場合の最大電圧である基準電圧ＲＥＦ２に比して高い場合には、比較回路２７によりスイッチ回路２０の接点が図面にして下側に切り替えられて安定化回路２１で安定化された電源が出力される（図７）。これによりこのように二次電池セルの接続を切り替えて電源電圧が急激に立ち上がった場合でも、機器の損傷を防止することができる。
【００６７】
このようにして電力を供給するバッテリユニット１は、電力を供給した機器より取り外されて充電装置に配置され、この充電装置により充電される。このときのバッテリユニット１は、充電装置により充電制御用端子６の電圧が立ち上げられ、また充電用電源が外部端子４ａ及び４ｂに供給される。バッテリユニット１では、この電圧の立ち上げにより充電制御回路１８でスイッチ回路１９がオン状態に切り替えられ、これによりスイッチ回路２０、安定化回路２１がバイパスされて外部端子４ａが直接二次電池セル７ａ、７ｂに接続され、これにより外部端子４ａ及び４ｂに供給され電力により二次電池セル７ａ〜７ｄが充電されえる。
【００６８】
このときバッテリユニット１は、電圧制御回路１５により２次電池セルの２つの並列回路が直列接続されて充電される。これにより短い充電時間で二次電池セル７ａ〜７ｄを充電することが可能となる。
【００６９】
これらによりバッテリユニット１は、乾電池の代替品として繰り返し使用することができる。
【００７０】
このようにして使用されるバッテリユニット１は、制御回路８を収納して内部のスペースが狭いバッテリパック２ａには小型の二次電池セル７ａが配置され、この二次電池セル７ａと並列に接続される二次電池セル７ｂのバッテリパック２ｂにおいては、単に抵抗９ａを収納するだけであることからバッテリパック２ａに比して大きな内部スペースが確保されることになる。これによりバッテリユニット１は、このバッテリパック２ｂの二次電池セル７ｂについては、内部のスペースを十分に利用して容量の大きなセルが割り当てられ、これにより全体として十分な容量が確保される。
【００７１】
またこのように容量の小さな二次電池セル７ａと容量の大きな二次電池セル７ｂとの組み合わせに対応するように、残る二次電池セル７ｃと７ｄの並列回路についても、容量の小さな二次電池セル７ｄと容量の大きな二次電池セル７ｃとにより構成され、これにより十分な容量を確保してこれら二次電池セル７ａ〜７ｄのバランスを保つことができる。これによりバランスの乱れた使用による二次電池セルの損傷等を有効に回避することができる。
【００７２】
ところでこのバッテリユニット１は、汎用の乾電池が配置可能な箇所に自由に配置できることにより、ユーザーにより誤ってニッケル水素乾電池セル用の充電装置に装着される場合が考えられる。この場合、バッテリユニット１では、充電制御用端子６に何ら電圧が印加されないことにより、二次電池セル７ａ〜７ｄの並列回路が並列に接続されたままの状態で外部端子４ａ及び５ｄ間に供給されるニッケル水素乾電池セルの充電用電源により充電される恐れがある。このようにしてリチウムイオン二次電池セルが、ニッケル水素乾電池セルを充電する充電電圧により充電されると、リチウムイオン二次電池セルにおいては、正しい充電電圧により充電されないことになり、性能が劣化し、また故障する恐れがある。
【００７３】
具体的に、例えば、このバッテリユニット１が、ニッケル水素乾電池４本を直列接続する構成の充電装置に装着された場合、外部端子４ａ〜５ｄ間に、ニッケル水素乾電池の充電用の電圧、電流が印加される。この充電用の電圧は、一般的に、最大で６．４〔Ｖ〕（１．６×４〔Ｖ〕）となる。従って、このバッテリユニット１がニッケル水素乾電池用の充電装置に装着された場合には、外部端子４ａ〜５ｄ間に最大６．４〔Ｖ〕の電圧が印加され、この電圧がリチウムイオンニ次電池セル７ａ〜７ｄに印加されて、リチウムイオン二次電池セルの定格充電電圧４．２〔Ｖ〕を超えた電圧で過電圧充電される恐れがある。
【００７４】
このためバッテリユニット１では、比較回路２７により、組みセル全体の出力電圧Ｖｌと外部端子４ａ−５ｄ間の電圧Ｖ２との比較比較結果によりスイッチ回路２０の接点が切り替えられ、これによりこのように誤って充電装置に配置された場合には、スイッチ回路２０が開放の状態に保持される。またこの場合、充電制御端子６の電圧が立ち上がらないことにより、充電
チ回路１９のオン状態への切り替えが実行されず、これらにより二次電池セル７ａ〜７ｄが充電が防止される。
【００７５】
また放電時における処理においても、比較回路２７において、組みセル全体の出力電圧Ｖｌが外部端子４ａ−５ｄ間の電圧Ｖ２より高いことを前提にして、出力電圧Ｖｌが基準電圧ＲＥＦ２より低い場合に、スイッチ回路２０の接点を外部端子４ａ側に設定し、また出力電圧Ｖｌが基準電圧ＲＥＦ２より高い場合、スイッチ回路２０の接点を安定化回路２１側に切り替える。
【００７６】
これらにより誤ってニッケル水素乾電池の充電装置に配置された場合、さらにはこのバッテリユニット１用の充電装置以外の装置に装着された場合には、充電電源の供給が防止され、誤った充電電圧による充電を防止することができるようになされている。
【００７７】
（１−３）第１の実施の形態の効果
以上の構成によれば、複数の乾電池を配置する乾電池の配置スペースに配置可能にバッテリユニットを構成して、二次電池セル７ａ、７ｂの出力電圧に応じて、複数の二次電池セル７ａ〜７ｄの接続を切り替えることにより、二次電池セル７ａ〜７ｄの出力電圧が高い場合でも、一次電池による乾電池の代替品として使用して、十分な放電容量を確保することができる。
【００７８】
これによりリチウムイオン二次電池を乾電池の代替品として使用することができ、リチウムイオン二次電池の長所を有効に利用した乾電池の代替品を得ることができる。すなわちリチウムイオン二次電池は、アルカリ乾電池等に比して、同一寸法で約１．５倍の放電電力容量を有することにより、放電持続時間が長く、かつ放電容量の大きな代替品を得ることができる。またニッケル水素電池のようなメモリ効果を有していないことにより、十分な放電容量を確保することができ、さらには繰り返し使用して資源を有効利用することができ、さらには１回の使用当たりの金額的なコストを軽減することができる。またニッケル水素電池に比して自己放電量が少ないことにより、充電後における放電容量保持特性に優れ、さらにはニッケル水素電池よりも比重が小さいことにより、軽量の電池により代替品を得ることができる。
【００７９】
また電源を安定化して供給することにより、このように接続を切り替えた場合でも、異常に高い電圧の供給を防止することができ、機器の損傷を防止することができる。
【００８０】
また乾電池とほぼ同一外形形状による複数のバッテリパック２ａ〜２ｄの各々に二次電池セル７ａ〜７ｄをそれぞれ収納し、相対的な位置を自由に可変可能に、これら複数のバッテリパック２ａ〜２ｄを可撓性の線材３ａ〜３ｃにより接続することにより、種々の配置形態の機器に使用して一次電池による乾電池の代替品として使用することができる。
【００８１】
またこの場合に、判定回路２３により抵抗９ａ〜９ｃの接続を判定して、バッテリパック２ａ〜２ｄの誤った配置を検出することにより、バッテリパック２ａ〜２ｄの誤った配置により電力を正しく供給できない等の不具合を防止することができる。
【００８２】
すなわち各バッテリパック２ａ〜２ｄに乾電池の電極に対応する電極４ａ〜５ｄを配置し、この電極４ａ〜５ｄの接続により機器への誤った配置を検出することにより、簡易な構成で、種々の不具合を防止することができる。
【００８３】
特に、バッテリパック２ａ〜２ｄの誤った配置が検出されると、電源の供給を中止することにより、また充電を困難とすることにより、重大な事故の発生を防止することができる。
【００８４】
さらに専用の充電制御用電極６を設け、この充電制御用電極６の電圧に応じて二次電池セル７ａ〜７ｄを充電することにより、このバッテリユニット１を充電専用の充電装置以外の装置に接続された場合の充電を困難とすることができ、その分誤った充電による故障等を確実に防止することができる。
【００８５】
また配置された機器に供給する電源である組セルの電圧と、外部端子の電圧との比較結果によりスイッチ回路２０の接点を切り替えて充電困難とすることにより、またこの比較結果を前提に、安定化回路２１による組セルの電圧を安定化する処理を切り替えることにより、誤ってニッケル水素乾電池の充電装置に接続された場合の事故を確実に防止することができる。
【００８６】
またこの充電用電源による充電時、二次電池セル７ａ〜７ｄの接続を直列接続に切り替えることにより、すなわちこの場合は二次電池セル７ａ〜７ｄによる２組の並列回路を直列接続することにより、短い時間で充電を完了することができる。
【００８７】
（２）第２の実施の形態
図９は、図６との対比により本発明の第２の実施の形態に係るバッテリユニットを示すブロック図である。このバッテリユニット４１は、制御回路８に代えて、制御回路４８が適用される。なおこの図９に示す構成において、図６について上述したバッテリユニット１と同一の構成は、対応する符号を付して示し、重複した説明は省略する。
【００８８】
この実施の形態において、判定回路４３は、上述した第１の実施の形態に係る判定回路２３と同様に、バッテリパックの誤配置を検出し、その検出結果によりスイッチ回路２４の動作を制御する。これにより判定回路４３は、バッテリパックが誤って配置された場合には、電力の供給を停止する。さらに判定回路４３は、光警告発生手段である発光ダイオード（ＬＥＤ）の点灯により、また警報手段である警報機を駆動して警報音を発生することにより、バッテリパックの誤った配置をユーザーに告知する。これによりこの実施の形態では、バッテリパックの誤った配置により電力を供給できない場合、ユーザーに警告するようになされている。
【００８９】
さらに制御回路４８においては、二次電池セル７ａ、７ｂの並列回路と、二次電池セル７ｃ、７ｄの並列回路とにそれぞれ保護回路４６、４７を配置し、これら保護回路４６、４７により二次電池セル７ａ〜７ｄの過大電圧充電、過小電圧放電、過大電流充電、過小電流放電を防止する。
【００９０】
図９に示す構成によれば、バッテリパックの誤った配置をユーザーに警告することにより、第１の実施の形態の効果に加えて、使い勝手を向上することができる。
【００９１】
また保護回路４６、４７を配置して二次電池セルの過大電圧充電、過大電圧放電、過大電流充電、過小電流放電を防止することにより、さらに一段と安全性を向上することができる。
【００９２】
（３）第３の実施の形態
図１０は、図６との対比により本発明の第３の実施の形態に係るバッテリユニットを示すブロック図である。このバッテリユニット５１は、制御回路８に代えて、制御回路５８が適用される。なおこの図１０に示す構成において、図６について上述したバッテリユニット１と同一の構成は、対応する符号を付して示し、重複した説明は省略する。
【００９３】
このバッテリユニット５１は、判定回路２３、安定化回路２１、これらに関連する構成が省略されて構成される。
【００９４】
図１０に示す構成によれば、判定回路２３、安定化回路２１、これらに関連する構成が省略されて構成さることにより、電源電圧の変化等に対して余裕の大きな玩具等に適用して、簡易な構成により、二次電池セル７ａ〜７ｄの出力電圧が高い場合でも、一次電池による乾電池の代替品として使用して、十分な放電容量を確保することができる。
【００９５】
（４）第４の実施の形態
図１１は、本発明の第４の実施の形態に係るバッテリユニットを示すブロック図である。このバッテリユニット６１は、６個の乾電池の代替品を構成する。このため乾電池と同一形状による６個のバッテリパック６２ａ〜６２ｆを、可撓性を有する線材により接続して構成される。
【００９６】
これらバッテリパック６２ａ〜６２ｆのうち、全体の正極端子６４ａが割り当てられているバッテリパック６２ａを除いて、他のバッテリパック６２ｂ〜６２ｆには、それぞれリチウムイオン電池による二次電池セル６６ｂ〜６６ｆが配置され、そのうちの最も末端側のバッテリパック６２ｆには、全体の負極端子６５ｆが配置されるようになされている。
【００９７】
これに対して、残るバッテリパック６２ａには、同様の二次電池セル６６ａと、充電制御用電極６７、制御回路、全体の正極端子６４ａが配置されるようになされている。
【００９８】
バッテリユニット６１は、正極端子６４ａを配置してなるバッテリパック６２ａの二次電池セル６６ａと、線材によりこのバッテリパック６２ａと接続されたバッテリパック６２ｂの二次電池セル６６ｂとが並列に接続される。またバッテリユニット６１は、負極端子６５ｆを配置してなるバッテリパック６２ｆの二次電池セル６６ｆと、線材によりこのバッテリパック６２ｆと接続されたバッテリパック６２ｅの二次電池セル６６ｅとが並列に接続されるようになされている。
【００９９】
バッテリパック６２ａにおいて、電圧制御回路７７は、このようにして並列接続した二次電池セル６６ａ及び６６ｂの出力電圧と所定の基準電圧ＲＥＦ１と比較し、この比較結果に基づいてスイッチ回路６８〜７２の接点を切り替えることにより、二次電池セル６６ａ〜６６ｆの出力電圧に応じてこれら二次電池セル６６ａ〜６６ｆの接続を切り替える。すなわち二次電池セル６６ａ〜６６ｆの出力電圧が比較的高い場合、スイッチ回路６８をオン状態に切り替え、これにより二次電池セル６６ａ及び６６ｂによる並列回路と、二次電池セル６６ｅ及び６６ｆによる並列回路とを直列接続する。またスイッチ回路６９及び７０の接点を図面にて下側に切り替えることにより、二次電池セル６６ａ及び６６ｂの並列回路に二次電池セル６６ｃを並列接続する。さらにまたスイッチ回路７１及び７２の接点を図面にして下側に切り替え、二次電池セル６６ｅ及び６６ｆの並列回路に二次電池セル６６ｄを並列接続する。これにより電圧制御回路７７は、二次電池セル６６ａ〜６６ｆの出力電圧が比較的高い場合には、３個の二次電池セル６６ａ〜６６ｃの並列回路と、残り３個の二次電池セル６６ｄ〜６６ｆの並列回路とによる２組の並列回路を直列に接続してこのバッテリユニット６１が配置された機器に電源を供給する。
【０１００】
これに対して二次電池セル６６ａ〜６６ｆの出力電圧が低くなると、スイッチ回路６８をオフ状態に切り替え、これにより二次電池セル６６ａ及び６６ｂによる並列回路と、二次電池セル６６ｅ及び６６ｆによる並列回路とを切り離す。さらにスイッチ回路６９及び７０の接点を図面にて上側に切り替えてこの２つの並列回路の間に二次電池セル６６ｃを直列接続し、またスイッチ回路７１及び７２の接点を図面にいて上側に切り替え、この二次電池セル６６ｃに二次電池セル６６ｄを並列接続する。これにより電圧制御回路７７は、二次電池セル６６ａ〜６６ｆの出力電圧が低くなると、二次電池セル６６ａ、６６ｂの並列回路、二次電池セル６６ｃ、６６ｄの並列回路、二次電池セル６６ｅ、６６ｆの並列回路による３組の並列回路を直列に接続してこのバッテリユニット６１が配置された機器に電源を供給する。
【０１０１】
さらに電圧制御回路７７は、充電制御回路７５から充電用電源の供給が開始されると、二次電池セル６６ａ〜６６ｆの出力電圧が低くなった場合と同一の接続により二次電池セル６６ａ〜６６ｆを接続し、この充電用電源を二次電池セル６６ａ〜６６ｆに供給する。
【０１０２】
かくするにつき充電制御回路７５は、専用の充電制御用電極６７を介して入力される充電用電源を電圧制御回路７７に出力すると共に、この充電用電源による充電電圧、充電電流を監視し、二次電池セル６６ａ〜６６ｆに何らかの異常が発生した場合には充電用電源の出力を中止する。
【０１０３】
図１１の構成によれば、６個の乾電池の代替品を構成する場合でも、第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０４】
（５）第５の実施の形態
この第５の実施の形態に係るバッテリユニットにおいては、図６又は図９について上述した安定化回路２１に代えて、図１２に示す安定化回路８０が適用される。すなわちこの安定化回路８０は、トランジスタ８１を介して電源電圧を出力するように構成され、このトランジスタ８１のベース電圧を制御回路８２により制御して、トランジスタ８１から出力する電源電圧を一定電圧に保持する。
【０１０５】
図１２の安定化回路を使用するようにしても、第１又は第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０６】
（６）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、バッテリユニット全体の正極端子が配置されたバッテリパックに制御回路を配置する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、必要に応じて他のバッテリパックに制御回路を配置しても良く、複数のバッテリパックに制御回路を分散して配置してもよい。
【０１０７】
また上述の実施の形態においては、線材により直列に接続されたバッテリパックについて、全体の正極端子、負極端子を両端のバッテリパックに固定して設定にする場合について述べたが、本発明はこれに限らず、バッテリパックの配置の形態に応じて全体の正極端子、負極端子の設定を切り替えるようにしてもよい。なおこの場合、誤配置検出手段である判定回路による誤配置の検出をさらに進めて、何れのバッテリパックが何れの箇所に配置されたかを検出するようにし、この検出結果により全体の正極端子、負極端子を設定することが考えられる。
【０１０９】
また上述の実施の形態においては、放電用の電極４ａ、５ｄを充電用の電極に兼用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば乾電池の電極に対応しない位置に、二次電池セルの充電用電源の供給を受け付ける充電用電極を専用の配置してもよい。
【０１１０】
また上述の実施の形態においては、充電時、二次電池セルの接続を直列接続に切り替える場合について述べたが、本発明はこれに限らず、必要に応じて並列接続に切り替えるようにしてもよく、さらにこの接続の切り替えを充電電圧に応じて切り替えるようにしてもよい。
【０１１１】
また上述の実施の形態においては、リチウムイオン電池による二次電池セルを使用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばリチウムポリマー電池による二次電池セルを使用する場合等、種々の電池による二次電池セルを使用する場合に広く適用することができる。
【０１１２】
また上述の実施の形態においては、４個又は６個の乾電池の代替品を提供する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、複数個の乾電池を使用する機器について、乾電池の代替品を提供する場合に広く適用することができる。
【０１１３】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、複数の乾電池を配置する乾電池の配置スペースに配置可能に構成し、二次電池セルの出力電圧に応じて、複数の二次電池セルの接続を切り替えて電源を供給することにより、二次電池セルの出力電圧が高い場合でも、一次電池による乾電池の代替品として使用して、十分な放電容量を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るバッテリユニットを示す平面図である。
【図２】図１のバッテリユニットの配置の形態を示す斜視図である。
【図３】図２の場合とは異なる配置の形態を示す斜視図である。
【図４】図２及び図３の場合とは異なる配置の形態を示す斜視図である。
【図５】図１のバッテリユニットにおけるバッテリパックの内部構成示す略線図である。
【図６】図１のバッテリユニットの構成を示すブロック図である。
【図７】図１のバッテリユニットによる出力電圧を示す特性曲線図である。
【図８】図１のバッテリユニットの安定化回路を示す接続図である。
【図９】図６との対比により本発明の第２の実施の形態に係るバッテリユニットを示すブロック図である。
【図１０】図６との対比により本発明の第３の実施の形態に係るバッテリユニットを示すブロック図である。
【図１１】図６との対比により本発明の第４の実施の形態に係るバッテリユニットを示すブロック図である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態に係るバッテリユニットに適用される安定化回路を示す接続図である。
【符号の説明】
１、４１、５１、６１……バッテリユニット、２ａ〜２ｄ、６２ａ〜６２ｆ……バッテリパック、３ａ〜３ｃ……線材、４ａ〜４ｄ、５ａ〜５ｄ、６４ａ、６５ｆ……電極、６、６７……充電制御用電極、９ａ〜９ｃ……抵抗、１５、７７……電圧制御回路、１７、１７、１９、２４、６８〜７２……スイッチ回路、２１、８０……安定化回路、２３、４３……判定回路
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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