(57)【要約】本発明の組電池装置は相互に所定の隙間を空けて並べた複数の単電池と、この単電池間の隙間に配置されて、単電池の膨れ変形に基づいて作動する膨れ検出素子とを備える。これによって、単電池が過充電状態となって膨れるように変形すると、膨れ検出素子がこの単電池の膨れ変形に基づいて作動し、過充電状態を検出する。
2002099922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に所定の隙間を空けて並べた複数の単電池と、
これら単電池間の隙間に配置されて、単電池の膨れ変形に基づいて作動する膨れ検出素子とを備える組電池装置。
【請求項２】
請求の範囲第１項に記載の組電池装置において、
前記単電池は直方体をなすと共に、その最大面積の側壁を互いに対向させて並べられ、その最大面積の側壁のほぼ中央部分に前記膨れ検出素子が設けられている。
【請求項３】
請求の範囲第１項に記載の組電池装置において、
前記単電池は横断面が長円形状の筒型をなすと共に、前記長円の長軸に沿った側壁部を互いに対向させて並べられ、その長円の長軸に沿った側壁部のほぼ中央部分に前記膨れ検出素子が設けられている。
【請求項４】
請求の範囲第１項に記載の組電池装置において、
前記膨れ検出素子は常閉接点の押しボタンスイッチからなり、
前記単電池は３個以上から構成されて複数の隙間にそれぞれ押しボタンスイッチが設けられ、
前記押しボタンスイッチが互いに直列接続されている。
【請求項５】
請求の範囲第２項に記載の組電池装置において、
前記膨れ検出素子は常閉接点の押しボタンスイッチからなり、
前記単電池は３個以上から構成されて、複数の隙間にそれぞれ押しボタンスイッチが設けられ、
前記押しボタンスイッチが互いに直列接続されている。
【請求項６】
請求の範囲第３項に記載の組電池装置において、
前記膨れ検出素子は常閉接点の押しボタンスイッチからなり、
前記単電池は３個以上から構成されて、複数の隙間にそれぞれ押しボタンスイッチが設けられ、
前記押しボタンスイッチが互いに直列接続されている。
【請求項７】
相互に所定の隙間を空けて並べた複数の単電池と、
これら単電池間の隙間に配置されて、単電池の膨れ変形に基づいて作動する膨れ検出素子と、
前記複数の単電池を充電する充電装置と、
前記膨れ検出素子が作動したことを条件に前記複数の単電池の充電を停止する充電停止装置とを備える電源装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、複数の単電池からなる組電池装置及びこれを用いた電源装置に関する。
背景技術
一般に、繰り返し充放電が可能な二次電池は、負荷に応じて複数の単電池を集合させた組電池として使用されている。この組電池を充電する場合、単電池が過充電状態となると、その単電池の寿命を縮めるという悪影響を与えることとなるから、充電の際に各単電池の過充電防止を行なうことが必要である。
単電池が過充電状態となると、例えば単電池の充電電圧が所定電圧値以上に上昇したり、単電池が異常な発熱を起こしたり、あるいは、単電池内部の極板が膨張して単電池表面を押し出して、その表面が膨れ変形するというような変化を生起させる。従って、この様な変化を監視することで単電池の過充電を検出することが可能である。
そこで、単電池の過充電を防止する方法としては、まず、組電池を充電する充電装置側で単電池の充電電圧を監視し、所定の電圧値以上となったことを条件に組電池の充電を停止する方法がある。しかし、充電装置が故障した場合には、単電池の充電電圧に基づいて充電を停止することが不可能となるおそれがある。
また、温度センサ等により単電池の表面温度を検出してその温度が所定温度値以上となったことを条件に過充電状態であると検出する方法がある。ところが、通常は単電池内部の温度と表面温度とは異なる温度値を示し、また、単電池の表面温度は周囲温度の影響を受けやすいから、正確に単電池内部の温度を把握して充電を停止することが困難であるという欠点がある。
そこで、例えば特開２０００−３５３５５２に開示されているように、単電池を容器に収容し、その容器の内壁面に単電池表面と所定の隙間を空けて、例えば押圧により作動するスイッチを取り付ける構成が提案されている。これにより、単電池が過充電となって所定以上の膨れ変形を起こすと、単電池表面がスイッチを押圧することにより充電が停止されるのである。このようにすれば、上記のような不具合が生じることなく確実に単電池の過充電を検出することが可能となる。
しかしながら、一般にこの種の組電池では単電池からの放熱のために単電池間に通風用の隙間を設けねばならないところ、上記構成では、さらにスイッチを配置するために、容器内壁面と単電池との間に隙間を確保しておかねばならないため、全体として大型化してしまい、相当の設置スペースが必要となることが懸念される。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、単電池の過充電を確実に検出でき、かつ、大型化を回避することができる組電池装置及びそれを用いた電源装置を提供することにある。
発明の開示
本発明の組電池装置は、相互に所定の隙間を空けて並べた複数の単電池と、この単電池間の隙間に配置されてこの単電池の膨れ変形に基づいて作動する膨れ検出素子とを備えるところに特徴を有する。これにより、単電池が過充電状態となって膨れるように変形すると、膨れ検出素子がこの膨れ変形に基づいて作動して過充電が検出される。
また、直方体形状の単電池を用いた場合には、単電池のうちその最大面積の側壁を互いに対向させて並べ、その最大面積の側壁のほぼ中央部分に膨れ検出素子を設けることが好ましい。なぜなら、単電池の各側壁のうち最大面積の側壁の中央部分は、最も膨れ変形が大きい部位であり、ここに膨れ検出素子を設けることにより、一層確実に膨れ変形を検出できるからである。また、単電池の形状としては横断面が長円形状の筒型をなすいわゆる長円筒形状としても良く、この形状では、各単電池のうち長円の長軸に沿った側壁部を互いに対向させて並べ、その側壁部の中央部分に膨れ検出素子を設けることにより、上記と同様に一層確実に膨れ変形を検出することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の電源装置を具体化した第１実施形態について、図１から図４を参照して説明する。尚、図１において、矢印Ａの方向を奥行き方向とする。
本実施形態の電源装置は複数のリチウムイオン単電池１０（以下、単電池１０と称する）を一括してケース２０に収容してなる組電池装置１と、これら複数の単電池１０を充電する充電器２とから構成されている。
ケース２０は上面全体が開放され、かつ、奥行き方向に長い矩形容器状をなしており、四方に位置する側壁には所定間隔を空けて角型の貫通孔２１が複数形成されている。そして、このケース２０内には複数の単電池１０がその奥行き方向に並べて配置されている。また、充放電時に単電池１０から発せられる熱を放出し易くするために、これら単電池１０は互いに隙間３０を空けて配置されており、発生した熱は隙間３０を通って流れる空気に乗じてケース２０のうち開放された上面及び貫通孔２１から外部へ排出されるようになっている。
各単電池１０は直方体形状をなしており、前後の側壁が単電池１０の各側壁のなかで最大の面積を有している。また、単電池１０の上側面には単電池１０内部の正負極板にそれぞれ連なる円柱形状の正極及び負極の端子１１が設けられている。例えば、前後で隣り合う単電池１０において、前側の単電池１０の正極端子１１と後側の単電池１０の負極端子１１とが電線（図示せず）を介して接続されることにより、これら単電池１０が互いに直列接続された状態となる。また、これら直列接続された単電池１０のうち先頭にあるものの負極端子１１と後尾にあるものの正極端子１１とは電線を介して充電器２に接続され、その内部で、充電回路５（請求の範囲に記載の充電装置に相当）に接続されている。
単電池１０の前側壁の中央部分には、例えば接着剤により回路基板４が固着されている。この回路基板４には常閉接点の押しボタンスイッチ４１（請求の範囲に記載の膨れ検出素子に相当）と２つの端子金具を備える雄型のコネクタ４２とが配されており、これら押しボタンスイッチ４１の両端がコネクタ４２の端子金具にそれぞれ接続されている。これら雄型のコネクタ４２には、図示しない複数の雌型のコネクタが嵌合されるようになっており、各雌型のコネクタ間を連ねる電線を介して、各押しボタンスイッチ４１が互いに直列接続された状態となる。このようにして形成される複数の押しボタンスイッチ４１の直列回路は、充電器２に接続され、その内部で、直流電源６１とリレー６２のリレーコイル６２Ａとに直列に接続されている。また、このリレー６２のリレースイッチ６２Ｂは、リレーコイル６２Ａが断電されているときには、回路を開いている常開接点であって、単電池１０と充電回路５との間に直列に接続されている。尚、これら直流電源６１とリレー６２とで充電停止回路６（請求の範囲に記載の充電停止装置に相当）を構成している。
以下、上記構成に係る電源装置の動作について説明する。
単電池１０の充電時には、充電回路５は単電池１０の電圧を監視し、各単電池１０が満充電に達して所定の電圧にまで上昇すると充電動作を停止するような充電制御を行なっている。
ここで、何らかの原因で、充電回路５における充電制御に動作不良が生ずると、単電池１０を過充電状態に至らせるおそれがある。万一、いずれかの単電池１０が過充電状態となると、単電池１０の内圧上昇により、単電池１０の側壁が外側に膨らむように変形する。これにより、その単電池１０の押しボタンスイッチ４１が隣の単電池１０に当って押圧されるため、この押しボタンスイッチ４１のスイッチ状態が閉状態から開状態に変化する。すると、リレーコイル６２Ａへの電流供給が断たれてリレースイッチ６２Ｂが開くため、単電池１０への充電が停止する。
尚、単電池１０は過充電に至っていないときであっても、僅かに変形することがある。従って、誤検出を防止するために隙間３０は１ｍｍ以上とするのが望ましい。
このように本実施形態では、充電回路５の充電制御の動作不良により単電池１０を過充電に至らせるような状態に陥ったとしても、押しボタンスイッチ４１により確実に過充電を検出し、充電を停止することができる。また、この押しボタンスイッチ４１を、単電池１０の放熱対策のために設けられた隙間３０に配置しているから、押しボタンスイッチ４１を取り付けるための専用の隙間を設ける必要がなく、組電池装置の大型化を回避することができる。
また、押しボタンスイッチ４１を単電池１０の各側壁のうち最大の面積を有する前側壁の中央部分に取り付けたから、確実に膨れを検出することができる。
また、押しボタンスイッチ４１を常閉接点とすることにより、スイッチング動作の不良を低減することができる。仮に、押しボタンスイッチを腐食性雰囲気中で使用したとすると、例えば常開接点の押しボタンスイッチでは、接点が開いた状態にあるから、腐食生成物が接点全体に付着してしまう。これにより、接点が閉じても導通が阻止されて、スイッチング動作が行なわれないことがあり得る。この点、常閉接点では、接点が接触している部分には腐食生成物の付着が防がれるから、導通が妨げられるということがなく、確実にスイッチング動作をさせることができる。
さらに、常閉接点の押しボタンスイッチでは、これらを複数使用する際には、互いに直列接続することができるから、回路構成が簡易なものとなる。
＜第２実施形態＞
本発明の電源装置を具体化した第２実施形態について、図５を参照して説明する。尚、本実施形態において、第１実施形態と同一の部分については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
本実施形態では常開接点の押しボタンスイッチ７１を用いてこれらを互いに並列接続しており、また、充電停止回路６には常閉接点のリレースイッチ６３Ｂを用いているところが第１実施形態と異なる。
本実施形態によれば、いずれの単電池１０も過充電状態に至っておらず膨れ変形が起こっていないときには、押しボタンスイッチ７１は開いた状態となっており、リレーコイル６３Ａに電流が流れないから、電力消費を低減することができる。
＜第３実施形態＞
本発明の電源装置を具体化した第３実施形態について、図６及び図７を参照して説明する。尚、本実施形態において、第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略すると共に、同様の作用・効果についても説明を省略する。
本実施形態では、単電池１０の配置が第１実施形態と異なっている。即ち、第１実施形態（図２参照）のように単電池１０を奥行き方向に１列に配置したいわゆる１次元配置に対して、本実施形態では、４個の単電池１０を奥行き方向に２列に配置したいわゆる２次元配置とされている。また、前後に隣り合う単電池１０のうち後側に位置する単電池１０の前側壁の中央部分に回路基板４が固着されて、それぞれの押しボタンスイッチ４１が互いに直列接続されている。
本発明の技術的範囲は、上記した実施形態に限定されるものではなく、例えば、次に記載するようなものも本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、膨れ検出素子として、押しボタンスイッチ４１，７１を使用していたが、これに限られず、例えば、静電容量変化に基づき隣り合う単電池１０の側壁間の距離を計測する変位センサを用いて、計測された距離から単電池の膨れ変形を検出するようにしても良い。
（２）また、各単電池１０にそれぞれ膨れ検出素子を設けていたが、これに限らず、例えば複数の単電池１０のうちいずれか１つの単電池１０に押しボタンスイッチを取り付けるものであってもよい。また、単電池１０一つおき、あるいは二つおきに押しボタンスイッチを取りつける構成であってもよい。
（３）また、上記実施形態では単電池１０は直方体形状であったが、例えば、図８に示すように、長円筒形状としても良い。この場合には、長軸に沿った側壁部を互いに対向させて並べ、この側壁部の中央部分に回路基板４を設けることにより、一層確実に膨れ変形を検出することができる。
（４）また、上記実施形態では、回路基板４は接着剤により単電池１０に固定されていたが、例えば、熱収縮樹脂により、回路基板４を単電池１０に固定するものであっても良い。
（５）上記第３実施形態では、単電池１０を奥行き方向に２列に配置していたが、３列以上に配置することも可能である。例えば、１６個の単電池１０を用いる場合には、奥行き方向に４列に配置することもできる（図９及び図１０参照）。
産業上の利用可能性
本発明によれば、単電池の過充電状態による膨れ変形を膨れ検出素子により検出しているから、単電池が過充電に至ることがあっても、確実に単電池の過充電を検出することが可能である。
また、単電池間に空けられた隙間に膨れ検出素子を設けたことによって、この膨れ検出素子を設けるための専用の隙間が不要となり、さらに、膨れ検出素子と単電池との間に膨れ検出素子を作動させるための専用の隙間を空けることも要しないから、組電池装置の大型化を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の第１実施形態の電源装置のうち組電池装置の側面図である。
第２図は、本発明の第１実施形態の電源装置のうち組電池装置の斜視図である。
第３図は、本発明の第１実施形態の組電池装置のうち単電池単体の斜視図である。
第４図は、本発明の第１実施形態の電源装置の回路図である。
第５図は、本発明の第２実施形態の電源装置の回路図である。
第６図は、本発明の第３実施形態の電源装置のうち組電池装置の斜視図である。
第７図は、本発明の第３実施形態の電源装置の回路図である。
第８図は、いわゆる長円筒形状をなす単電池の斜視図である。
第９図は、単電池を二次元配置した組電池装置の斜視図である。
第１０図は、電源装置の回路図である。
【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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【１９条補正書（コレクトバージョン）】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年11月7日(2002.11.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
削除
【請求項２】
（補正後）複数の直方体の単電池が、所定の隙間を空けて、当該単電池の最大面積の側壁を互いに対向させて並べられた組電池装置であって、
単電池間の隙間のうち、単電池の最大の側壁のほぼ中央付近に配置されて、単電池の膨れ変形に基づいて作動する膨れ検出素子を備える組電池装置。
【請求項３】
（補正後）横断面が長円形状の筒型をなす複数の単電池が、所定の隙間を空けて、当該単電池の長円の長軸に沿った側壁部を互いに対向させて並べられた組電池装置であって、
単電池間の隙間のうち、単電池の長円の長軸に沿った側壁部のほぼ中央付近に配置されて、単電池の膨れ変形に基づいて作動する膨れ検出素子を備える組電池装置。
【請求項４】
削除
【請求項５】
請求の範囲第２項に記載の組電池装置において、
前記膨れ検出素子は常閉接点の押しボタンスイッチからなり、
前記単電池は３個以上から構成されて、複数の隙間にそれぞれ押しボタンスイッチが設けられ、
前記押しボタンスイッチが互いに直列接続されている。
【請求項６】
請求の範囲第３項に記載の組電池装置において、
前記膨れ検出素子は常閉接点の押しボタンスイッチからなり、
前記単電池は３個以上から構成されて、複数の隙間にそれぞれ押しボタンスイッチが設けられ、
前記押しボタンスイッチが互いに直列接続されている。
【国際調査報告】
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