JP2011103706A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】電池パックが電子機器本体と共に海水や淡水に浸かり、端子間が短絡した場合でも、端子金属が短時間で消耗することのない電池パックを提供する。
【解決手段】電池パック１ａは、二次電池セル２、電池保護回路３、スイッチ回路４および可変抵抗回路７で構成されている。可変抵抗回路７は、電池パック１ａが充電器から分離されると、電圧検出端子１５と二次電池セル２との間の抵抗値が高くなる。結果として、電圧検出端子１５と充電端子１２が短絡した場合でも、可変抵抗回路７がない場合に比べて流れる電流が極めて少なくなるため、端子金属が短時間で消耗することがない。一方、電池パック１ａの充電時には、二次電池セル２と電圧検出端子１５との間の抵抗値が小さくなるため、ＦＥＴ７１での電圧降下が極力抑えられ、結果として、二次電池セル２の電圧を正確に検出できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯用電子機器の電源として用いられる電池パックに関する。

一般的に、トランシーバ、携帯電話等の携帯用電子機器は、電源がない場所でも作動できるように、電池パックを装着している（例えば、非特許文献１参照）。そして電池パックには、経済的な側面を考慮して、充放電が可能な二次電池を採用している場合が多い。代表的な二次電池として、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池、リチウムイオン電池などがあげられる。

図２の回路図を参照して、非特許文献１に記載された従来の電池パックについて説明する。電池パック１ｂは、基本的に、二次電池セル２、電池保護回路３およびスイッチ回路４で構成されている。

二次電池セル２は、充電時には、プラス側／マイナス側の２つの充電端子１１および１２を介して充電器（図示せず）に接続される。一方、放電時すなわち電子機器に電力を供給する時には、二次電池セル３は、プラス側／マイナス側の２つの放電端子１３および１４を介して携帯用電子機器（図示せず）に接続される。

上述した充電端子１１、１２および放電端子１３、１４とは別に、二次電池セル２の電圧を検出するための電圧検出端子１５が設けられている。この電圧検出端子１５を充電器の電圧検出回路に接続することにより、充電の際の電圧制御が行われる。

なお、電池保護回路３は、何らかの理由で二次電池セル２の端子間が短絡して過大な電流が流れた場合や、二次電池セル２が過充電や過放電された際に、スイッチ回路４により通電を遮断して二次電池を保護するものである。また電池パック１ｂには、逆流防止用ダイオード５および電圧検出用抵抗器６が設けられている。

図３は、図２の回路を内蔵した電池パック１ｂを背面から見た図、図４は電池パック１ｂが、携帯用電子機器の一種であるトランシーバ２０に装着される状態を示した図である。

トランシーバ２０は、使用時に海水や淡水などに浸かる可能性があるため、トランシーバ本体２１だけでなく、それに装着される電池パック１ｂも防水構造を採用している。

図３に示すように、電池パック１ｂの表面は、直方体形状をしたケース１６で覆われている。電池パック１ｂの最下部は上部よりも幅が広くなっており、この部分は、電池パック１ｂがトランシーバ本体２１に装着されたときに外部に露出するため、防水構造となっている。また境界部にはリング状のパッキン１７が配置されている。そしてケース１６の上面には放電端子１３および１４が露出し、背面の最下部には充電端子１１ならびに１２、および電圧検出端子１５が露出している。

図４に示すように、トランシーバ２０の本体２１の背面側下部には、電池パック収容用の穴２２が形成されている。この穴２２に電池パック１ｂの先端を挿入し、矢印で示す方向に移動させることにより、電池パック１ｂは穴２２に収容される。

トランシーバ本体２１の穴２２の上部には、受電用の一対の端子（図示せず）が設けられている。電池パック１ｂの上面に露出した放電端子１３および１４を、これらの端子に接触させることにより、トランシーバ２０への電力供給が行われる。

図４に示すようにパッキン１７を穴２２の先端に押し当てた状態でネジ２３を回転させると、ネジ２３の先端に設けられた係止片（図示せず）がトランシーバ本体２１の穴に係合し、電池パック１ｂがトランシーバ２０に装着される。穴２２の開口部はパッキン１７により防水が確保される。

トランシーバ２０は、電池パック１ｂを装着したまま充電を行うことができる。具体的には、電池パック１ｂが装着されたトランシーバ２０を充電器に載置し、電池パック１ｂの充電端子１１および１２を充電器の一対の充電用端子（図示せず）に接触させ、また電圧検出端子１５を充電器の電圧検出用端子に接触させる。この状態で充電が行われる。

アイコム株式会社製トランシーバ（製品番号：ＩＣ−Ｍ３６）サービスマニュアルＰ２〜Ｐ３、Ｐ２３〜Ｐ２４

電池パック１ｂの複数の端子のうち、ケース１６の上部に設けられた放電端子１３および１４は、パッキン１７によって密閉されたトランシーバ本体２１の穴２２内にあるため、トランシーバ２０が海水や淡水に浸かった場合でも短絡することはない。これに対し、ケース１６の最下部に設けられた充電端子１１、１２および電圧検出端子１５は、充電器側の端子と接触できるように外部に露出している。従って、トランシーバ２０が海水や淡水に浸かった場合、電池パック１ｂのケース１６から露出した電圧検出端子１５とマイナス側の充電端子１２とが短絡して、二次電池セル２が放電する。

このような場合、機械的なスイッチや電子スイッチ回路を用いて二次電池セル２と端子１２、１５間の接続を遮断すれば、二次電池セル２の放電を防止できるが、回路構成が複雑になり、電池パックのコストアップにつながる。そこで従来の電池パック１ｂは、このような場合でも、二次電池セル２が短時間に放電することがないように、電圧検出用の抵抗器６として１０ＫΩ程度の高抵抗の抵抗器を用いている（図２参照）。

しかし、海水や淡水に漬けた状態が長く続いた場合、水を通して電圧検出端子１５と充電端子１２との間で電流が流れる結果、端子１２および１５の金属が電気腐食を起こして消耗し、最悪の場合、端子が消滅して充電ができなくなる。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、電池パックが電子機器本体と共に海水や淡水に浸かり、端子間が短絡した場合でも、端子金属が短時間で消耗することのない電池パックを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明にかかる電池パックは、少なくとも１個の二次電池を含んだ二次電池セルを内蔵し、充電器と接続されるプラス側／マイナス側の一対の充電端子ならびに電圧検出端子、および電子機器に接続されるプラス側／マイナス側の一対の放電端子を備えた電池パックであって、
前記電圧検出端子と前記二次電池セルとの間に可変抵抗回路が接続され、
かつ前記可変抵抗回路は、前記一対の充電端子および前記電圧検出端子が前記充電器に接続されて充電が行われるときに抵抗値が低くなり、前記一対の充電端子および前記電圧検出端子が前記充電器から分離されたときに抵抗値が高くなるように構成されていることを特徴とする。

ここで、前記可変抵抗回路は、
前記二次電池セルと前記電圧検出端子との間に接続されたＦＥＴ（Field Effect Transistor）と、
前記ＦＥＴと並列に接続された抵抗器と、
入力側が前記プラス側の充電端子に接続され、出力側が前記ＦＥＴのゲートに接続され、接地側が前記マイナス側の充電端子に接続されたトランジスタと、で構成されることが好ましい。

また前記ＦＥＴとしてオン状態の内部抵抗が１０Ω以下のＦＥＴを用いることが好ましい。

本発明は、電圧検出端子と二次電池セルとの間に簡単な構成の可変抵抗回路を配置したものであり、電圧検出端子と充電端子との間で短絡が生じた場合でも、流れる電流は極めて少なく、従って、端子金属が短時間で消耗することがない。

また本発明の可変抵抗回路は、従来の電池パックの回路基板の配線パターンを若干変更する程度で実現できるため、電池パックのコストアップを抑えられる利点を有する。

本発明の実施の形態にかかる電池パックの回路図である。 従来の電池パックの回路図である。 従来の電池パックを背面側から見た図である。 電池パックをトランシーバに装着する状態を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態にかかる電池パックについて、図面を参照しながら説明する。

図１に本実施の形態にかかる電池パック１ａの回路構成を示す。電池パック１ａは、二次電池セル２、電池保護回路３、スイッチ回路４および可変抵抗回路７で構成されている。

すなわち電池パック１ａは、図１に示した従来の電池パック１ｂの二次電池セル２と電圧検出端子１５との間に可変抵抗回路７を接続したものである。図中、図２と同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付している。

二次電池セル２は、リチウムイオン電池などの二次電池を少なくとも１個含み、通常は、複数個の二次電池が直列および／もしくは並列に接続されて構成されている（図では、リチウムイオン電池が２個直列に接続された例を示す）。

電池保護回路３は、二次電池セル２の放電端子１３および１４が、何らかの理由で短絡して過大な電流が流れた場合や、二次電池セル２が過充電や過放電された際に、スイッチ回路４により通電を遮断して二次電池を保護するものである。

二次電池セル２は、プラス側／マイナス側の２つの充電端子１１および１２を介して充電器に接続され、充電が行われる。また二次電池セル２は、プラス側／マイナス側の２つの放電端子１３および１４を介して携帯用電子機器に接続され、携帯用電子機器に必要な電力が供給される。

電圧検出端子１５は二次電池セル２の電圧を検出するための端子であり、この端子１５を充電器の電圧検出回路に接続することにより、充電の際の電圧制御が行われる。二次電池セル２の電圧を検出する専用の端子１５を設けたのは、ダイオード５による電圧降下の影響を受けることなく、二次電池セル２の電圧を精度よく検出するためである。

ダイオード５は、二次電池セル２からの電流が充電端子１１を介して逆流するのを防止するために用いられる。また抵抗器６は、二次電池セル２の端子間電圧を正確に測定するために用いられ、充電器内に設けられた抵抗器と共に電圧を分割する形態、もしくは単独で用いられる。抵抗器６は、電圧検出端子１５と充電端子１２との間で短絡が生じた際に、電流を流れにくくする機能を併せて発揮する。

次に、可変抵抗回路７の構成と動作について説明する。可変抵抗回路７は、基本的に、ＦＥＴ７１、抵抗器７２およびトランジスタ７３で構成されている。

ＦＥＴ７１は、二次電池セル２のプラス側と抵抗器６との間に接続されている。抵抗器７２は、ＦＥＴ７１と並列に接続されている。トランジスタ７３は、入力側が充電端子１１と接続され、出力側がＦＥＴ７１のゲートと接続され、接地側がマイナス側の充電端子１２と接続されている。なお、トランジスタ７３にはバイアス抵抗が内蔵されている。また、抵抗器７４および７５は、電圧調整用の抵抗器である。

可変抵抗回路７は、充電端子１１、１２および電圧検出端子１５が充電器（図示せず）に接続されて充電が行われるときに抵抗値が低くなり、これらの端子が充電器から分離されたときに抵抗値が高くなるように構成されている。

最初に、充電時の可変抵抗回路７の動作を説明する。電池パック１ａが充電器に接続され、プラス側の充電端子１１に電圧が印加された場合、トランジスタ７３に電流が流れ、トランジスタ７３の出力側に接続されたＦＥＴ７１のゲートの電流を引き込み、ＦＥＴ７１がオン状態となる。

このとき、二次電池セル２からの電流は、低抵抗のＦＥＴ７１を経由して電圧検出端子１５に流れる。後述するように、ＦＥＴ７１における電圧降下は、抵抗器６における電圧降下に比べて桁違いに小さいため、二次電池セル２の電圧を検出する際にほとんど影響しない。

次に、充電器が電池パック１ａから分離されて、充電端子１１に電圧が印加されない場合の動作を説明する。トランジスタ７３に電流が流れないためにＦＥＴ７１のゲートの電流を引き込まず、ＦＥＴ７１がオフ状態となる。従って、電池パック１ａが海水や淡水に漬かって電圧検出端子１５と充電端子１２とが短絡した場合、二次電池セル２からの電流は高抵抗の抵抗器７２および抵抗器６を経由して電圧検出端子１５に流れる。結果として、電圧検出端子１５と充電端子１２との間に流れる電流が少なくなり、端子金属が腐食によって短時間に消耗するのを防止できる。

本実施の形態では、ＦＥＴ７１としてオン状態の内部抵抗が１０Ω以下のＦＥＴを用い、また抵抗器７２の抵抗値を４７０ＫΩ、抵抗器６の抵抗値を１０ＫΩ、抵抗器７４および７５の抵抗値を４７ＫΩとした。

電池パック１ａへの充電時において、二次電池セル２の電圧は、電圧検出端子１５と充電端子１２との間の電圧として検出される。ＦＥＴ７１としてオン状態の内部抵抗が１０Ω以下のものを用いた場合、ＦＥＴ７１のオン状態における抵抗値は、抵抗器６の抵抗値１０ＫΩに比べて３桁以上小さい。従って、二次電池セル２の電圧を測定する際に、ＦＥＴ７１で生じる電圧降下をほとんど無視できるため、正確な電圧測定が可能となる。

一方、電池パック１ａが充電器から分離された状態では、ＦＥＴ７１はオフ状態であるため、二次電池セル２からの電流は抵抗器７２および抵抗器６を介して電圧検出端子１５に流れる。このとき二次電池セル２と電圧検出端子１５との間の抵抗値は４８０ＫΩとなる。これに対し、可変抵抗回路７がない従来の電池パック１ｂの場合、二次電池セル２と電圧検出端子１５との間の抵抗値は１０ＫΩである。

すなわち、可変抵抗回路７を設けることによって、二次電池セル２と電圧検出端子１５との間の抵抗値が４８倍となる。結果として、電圧検出素子１５と充電端子１２との間が短絡した場合に流れる電流は、従来の電池パック１ｂに比べて５０分の１程度に低減される。

なお、可変抵抗回路７において、トランジスタ７３を省略して充電端子１１を直接ＦＥＴ７１のゲートに接続した場合、ダイオード５からの漏れ電流が大きいとＦＥＴ７１がオンして誤動作する恐れがある。従って、ダイオード５として、漏れ電流の小さい素子を用いる必要がある。またこの場合、ＦＥＴ７１にはＮｃｈタイプのものを用いなければならない。

これに対し、充電端子１１の電流を、トランジスタ７３を介してＦＥＴ７１に導くことにより、充電端子１１に電圧が印加されない場合であっても、ダイオード５からの漏れ電流によりＦＥＴ７１がオンするのを防止できる。

なお、抵抗器７２の抵抗値は抵抗器６の抵抗値に比較し、１０倍〜１００倍に設定することが好ましい。抵抗器６の抵抗値が大きい程、短絡の際に流れる電流は小さくなるが、逆に充電時の電圧検出用として用いた場合のオン抵抗が大きくなる。

上述したように可変抵抗回路７は、電池パック１ａが充電器から分離されると、電圧検出端子１５と二次電池セル２との間の抵抗値が高くなる。結果として、電圧検出端子１５と充電端子１２が短絡した場合でも、可変抵抗回路７がない場合に比べて流れる電流値が極めて小さくなるため、端子金属が短時間で消耗することがない。

一方、電池パック１ａの充電時には、二次電池セル２と電圧検出端子１５との間の抵抗値が小さくなるため、ＦＥＴ７１での電圧降下が極力抑えられて、二次電池セル２の電圧を正確に検出できる。

また可変抵抗回路７は少ない部品で構成され、従来の電池パック１ｂの回路基板の配線パターンを若干変更する程度で実現できるため、電池パック１ａのコストアップを最小限に抑えられる。

なお、本実施の形態では、可変抵抗回路７を１つのＦＥＴと１つのトランジスタを用いて構成したが、これに限定されない。同様の機能を発揮できれば、他の半導体素子を用いて、もしくは複数個のＦＥＴとトランジスタを組み合わせて構成してもよい。

本発明にかかる電池パックは、海水や淡水に浸かる可能性のある携帯用電子機器の電源として好適であり、更には室外に設置される電子機器の電源としても利用できるものである。

１ａ 電池パック
２ 二次電池セル
３ 電池保護回路
４ スイッチ回路
５ ダイオード
６、７２、７４、７５ 抵抗器
７ 可変抵抗回路
１１、１２ 充電端子
１３、１４ 放電端子
１５ 電圧検出端子
１６ ケース
１７ パッキン
２０ トランシーバ
２１ トランシーバ本体
２２ 電池パック収容穴

Claims (3)

1. 少なくとも１個の二次電池を含んだ二次電池セルを内蔵し、充電器と接続されるプラス側／マイナス側の一対の充電端子ならびに電圧検出端子、および電子機器に接続されるプラス側／マイナス側の一対の放電端子を備えた電池パックであって、
   前記電圧検出端子と前記二次電池セルとの間に可変抵抗回路が接続され、
   かつ前記可変抵抗回路は、前記一対の充電端子および前記電圧検出端子が前記充電器に接続されて充電が行われるときに抵抗値が低くなり、前記一対の充電端子および前記電圧検出端子が前記充電器から分離されたときに抵抗値が高くなるように構成されている、ことを特徴とする電池パック。
2. 前記可変抵抗回路は、
   前記二次電池セルと前記電圧検出端子との間に接続されたＦＥＴと、
   前記ＦＥＴと並列に接続された抵抗器と、
   入力側が前記プラス側の充電端子に接続され、出力側が前記ＦＥＴのゲートに接続され、接地側が前記マイナス側の充電端子に接続されたトランジスタと、で構成されることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
3. 前記ＦＥＴとしてオン状態の内部抵抗が１０Ω以下のＦＥＴを用いることを特徴とする、請求項１または２に記載の電池パック。

Images