JPH0678465A

JPH0678465A - 組電池

Info

Publication number: JPH0678465A
Application number: JP3093951A
Authority: JP
Inventors: 富雄 ▲高▼山; Tomio Takayama
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-04-24
Filing date: 1991-04-24
Publication date: 1994-03-18

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は電池の軽量化と長時間利用可能化を実
現する組電池を供給することを目的とする。【構成】一次電池２と二次電池３とを並列に接続してな
り、前記一次電池２は前記二次電池３のエネルギー密度
より大きいエネルギー密度の電池を用い、前記一次電池
２より前記二次電池３を充電し、前記二次電池３は負荷
６に電源を供給するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は携帯用電子機器の電源に
関し、詳しくは一次電池と二次電池とからなる組電池に
関する。

【０００２】近年、電子機器の小型化はめざましく、携
帯用電話機、音響機器、ブック型パソコン等携帯使用す
る電子機器が多数開発され、利用に供されている。携帯
用電子機器の電源は電池のみによって供給されるが、軽
量で且つ長時間使用可能な電池が求められている。

【０００３】

【従来の技術】従来、携帯用電子機器の電源としては、
使い捨ての電池の他に再利用可能な充電式電池も利用さ
れている。この充電式電池には、携帯用電子機器に組み
込みのものと取り外し可能なものとがあるが、何れにお
いても、商用電源より充電されるものである。充電式電
池としては、ニッケル─カドミウム電池（以下Ｎｉ−Ｃ
ｄ電池）が多く利用されている。

【０００４】Ｎｉ−Ｃｄ電池は、過充電に比較的よく耐
え、急速充電が可能であり、放電時の電圧変動が少ない
と言った特長がある反面、エネルギー密度（蓄電容量）
があまり大きくはなく、電池単体では長時間使用に向か
ない。

【０００５】従って、長時間使用に耐えうるようにする
ために、同じ電池を複数個並列に接続し、蓄電容量を大
きくする必要があり、電池の容積が大型化するとともに
重量も増えるものとなる。実際に、Ｎｉ−Ｃｄ電池を利
用した携帯用電子機器の中には、全重量に占める電池重
量が４０％〜６０％に及ぶものもある。

【０００６】また、電池重量を軽量化するため、Ｎｉ−
Ｃｄ電池の以外では、エネルギー密度の高いリチウム電
池の利用が考えられているが、リチウム電池は急速充電
性が劣ることや使用上の安全性の懸念から利用度は芳し
くない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】携帯用電子機器におい
ては、持ち運びを容易にするために軽量化とともに長時
間使用可能であることが要求されるが、現状での充電式
電池では、軽量化を図ろうとすると長時間使用に耐え
ず、また、長時間使用可能とすると重量が増加するとい
った問題がある。

【０００８】本発明は、従来の電池に比較して、電池の
軽量化と、より長時間の利用を可能とする組電池を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】
図１は、上記の課題を解決するた
めの本発明に係わる組電池を原理的に示したものであ
る。

【００１０】図中、１は一次電池２と二次電池３を並列
接続してなる組電池である。４は電流制限手段で、６は
負荷である。本図において、前記一次電池２には前記二
次電池３のエネルギー密度よりも大きいエネルギー密度
の電池を用い、前記一次電池２より、前記二次電池３を
充電し、前記二次電池３は前記負荷６に電源を供給する
ことを特徴とする。

【００１１】また、前記二次電池３より前記負荷６に電
源を供給中に前記一次電池２より前記二次電池３への充
電電流を制限する前記電流制限手段４を備え、また、前
記一次電池２及び前記二次電池３はそれぞれ複数のセル
からなり、前記二次電池３のセル数に対して、前記一次
電池２のセル数は少なくとも、１セル多いことを特徴と
する。

【００１２】また、前記一次電池２は亜鉛─空気電池と
し、前記二次電池３は、ニッケル─カドミウム電池とす
ることを特徴とする。また、前記二次電池３から前記負
荷６に電源を供給しないとき、前記一次電池２と前記二
次電池３を接続し、前記二次電池３より負荷６に電源供
給するとき、前記一次電池２と前記二次電池３間の接続
を切り離す前記スイッチ回路５を備えることを特徴とす
る。

【００１３】

【作用】本発明の組電池は、一次電池２に二次電池３の
エネルギー密度よりも大きいエネルギー密度の電池を用
い、負荷６への給電を二次電池３より行い、二次電池３
の充電を一次電池２より行うので、従来の二次電池を複
数個並列使用するのに比べ、小型、軽量で、且つ、長時
間使用可能とするができる。

【００１４】また、一次電池２側に電流制限手段４を備
えることにより、一次電池２からの二次電池３、負荷６
への過剰な電源供給を防ぐことができ、一次電池２の無
駄な消耗を防止できる。また、一次電池２と二次電池３
の接続を切り離すスイッチ回路を付加することにより、
二次電池３から負荷６へ電源供給時に一次電池２の電源
消耗を更に防ぐことができる。

【００１５】また、一次電池２及び二次電池３が所定電
位を与えるセル構造を有するものにおいては、一次電池
２のセル数を二次電池３のセル数よりも少なくとも１セ
ル多くすることにより、一次電池２から二次電池３への
充分な充電が可能となる。

【００１６】更には、現状で提供されている電池の中
で、一次電池２には亜鉛─空気電池を使用し、二次電池
３にＮｉ−Ｃｄ電池を使用することにより、容積を大型
化せずに最も長時間の使用可能なものを得ることができ
る。

【００１７】

【実施例】図２は本発明の一実施例を示す図である。図
中、図１と同一の符号は同じものを示し、一次電池２、
二次電池３はそれぞれ複数のセルからなることを示し、
負荷６は、携帯用電話機の例を示し、電流制限手段４
は、一例として抵抗４─１を用いた例を示している。図
２において、更に二次電池が負荷に接続されている時に
一次電池側を切り離すためのスイッチ回路５が設けられ
ている。

【００１８】現在、携帯用電子機器に適用可能として市
販されている電池の種類を表１に示す。表中、容積密度
は１０００ＣＣの容量の電池で何ワットアワーの電力を
供給できるかを示し、重量密度は１ｋｇの重量の電池で
何ワットアワーの電力を供給できるかを示す。この表に
おいて、左から、亜鉛─空気電池、マンガン電池、アル
カリマンガン電池、リチウム電池（一次）は、主として
使い捨て用電池として使用され、リチウム電池（二次）
とＮｉ−Ｃｄ電池は充電用電池として使用される。ここ
で、最適な組電池としては、二次電池にＮｉ−Ｃｄ電
池、一次電池に亜鉛─空気電池を選択することが望まし
い。即ち、亜鉛─空気電池はエネルギー密度が最も大き
く、且つ、軽量であり、また、Ｎｉ−Ｃｄ電池はエネル
ギー密度は小さいが、安定な給電特性を有し、且つ、軽
量である。

【００１９】

【表１】本実施例では、この亜鉛─空気電池に着目した
ものであり、最適な例としては、この亜鉛─空気電池を
使用するものである。この亜鉛─空気電池を一次電池と
して使用し、二次電池との組合わせで、エネルギー容量
の増加を図る優位性がある。亜鉛─空気電池はエネルギ
ー密度が高い反面、内部インピーダンスが高いため、大
きな電流を流せない性質を持っているが、この性質が必
要以上に電流を流さない方向に作用し、充電後の過充電
量を抑えるように働く利点となる。

【００２０】また、二次電池としてはエネルギー密度は
小さいが、過充電に耐え、急速充電が可能で、且つ、放
電時の電圧変動特性が小さいＮｉ−Ｃｄ電池が最適であ
る。一次電池、二次電池の電圧は、各１セル当たり、亜
鉛─空気電池で１．４Ｖ、Ｎｉ−Ｃｄ電池の充電電圧は
１０〜５時間率で１．３６〜１．４５Ｖ程度の電圧を持
つ。このことは、亜鉛─空気電池１セルでＮｉ−Ｃｄ電
池１セルを充分には充電できないことを示している。

【００２１】図において、Ｎ１は一次電池２に亜鉛─空
気電池を使用した場合の亜鉛─空気電池セルの直列接続
数であり、Ｎ２は二次電池３にＮｉ−Ｃｄ電池を使用し
た場合のＮｉ−Ｃｄ電池セルの直列接続数を示し、Ｎ１
≧Ｎ２＋１の条件を満足する数で使用することにより、
充分な充電が可能となる。

【００２２】従って、複数のセルを直列に接続して１つ
の電池を構成する場合、一次電池で二次電池を充電する
ためには、一次電池の電圧を二次電池より高くするた
め、一次電池のセル数を二次電池のセル数より少なくと
も１セル多くする必要がある。

【００２３】図２について、具体的な使用方法を説明す
ると、負荷６として携帯用電話機を接続し、通話時はス
イッチ５により、一次電池２と二次電池３間の接続を切
り離し、二次電池３より負荷６に電源を供給する。携帯
用電話機６未使用時には、スイッチ５により、一次電池
２と二次電池３とを接続し、一次電池２により二次電池
３を充電する。即ち、二次電池３は負荷６に電源を供給
しながら、一次電池２より、充電される。

【００２４】図３は、電流制限手段４として、抵抗の代
わりに、定電流回路を用いた例を示す。図３の定電流回
路４─１は、一次電池の出力電流を一定に保ち、一次電
池、二次電池接続のまま、負荷を接続しても一次電池か
ら負荷へ供給される電流は一定値以下に制限されるよう
に作用する。

【００２５】図４は、一次電池として亜鉛─空気電池を
６セル（Ｎ１＝６）使用し、二次電池としてＮｉ−Ｃｄ
電池を５セル（Ｎ２＝５）使用した時の本発明による充
電特性例を示す。図において、縦軸は充電電圧及び充電
電流を、また、横軸は充電経過時間を示す。図中、は
亜鉛─空気電池を６セル接続した一次電池の放電電圧を
示し、はＮｉ−Ｃｄ電池を５セル接続した二次電池の
充電電圧を示す。また、は上記二次電池の充電電流
であって、充電の時間経過とともにどう変化するかを示
したものである。とも、充電開始の約７時間後よ
り変化が無くなっており、充電が完了したことを示す。
その後の充電は、二次電池の自己放電を補うトリクル充
電として作用し、二次電池の自己放電を補う。

【００２６】図５は、一次電池に亜鉛─空気電池を６セ
ル、二次電池にＮｉ−Ｃｄ電池を５セル使用した図４の
充電過程を経た後、負荷電流４００ｍＡの負荷例に接続
した時の放電特性例を示す。図において、縦軸は放電電
圧及び放電電流を、また、横軸は放電経過時間を示す。
図中、は亜鉛─空気電池を６セル接続した一次電池の
放電電圧を示し、はＮｉ−Ｃｄ電池を５セル接続した
二次電池の放電電圧を示す。また、は上記二次電池
の放電電流であって、放電の時間経過とともにどう変化
するかを示したものである。について、放電開始の約
５７分後には急に電圧が低下しており、放電終了に達し
たことを示す。

【００２７】本発明によれば、例えば携帯電話のような
電子機器を２時間置きに１５分程度１日８回使用し、無
通話時間でも待ち受け状態で、負荷に電源を供給してい
るとして、連続５日間、商用電源等のないところにおい
て使用する条件下での電池重量・容積を試算すると、お
およそ２５０ｇ／１６０ＣＣの組電池で実現可能であ
る。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
エネルギー密度の大きい一次電池とエネルギー密度が小
さい二次電池を組電池とすることにより、携帯用電子機
器の電源部の軽量化と長時間利用可能ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理回路図である。

【図２】実施例の回路図である。

【図３】電流制限手段の使用例である。

【図４】実施例の充電特性図（例）である。

【図５】実施例の放電特性図（例）である。

【符号の説明】

１．組電池２．一次電池３．二次電池４．電流制限手段４─１．抵抗４─２．定電流回路５．スイッチ回路６．負荷，携帯用電話機Ｎ１．一次電池のセル数Ｎ２．二次電池のセル数

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【手続補正書】

【提出日】平成５年４月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一次電池（２）と二次電池（３）を並列
に接続してなり、前記一次電池（２）は前記二次電池
（３）のエネルギー密度よりも大きいエネルギー密度の
電池を用い、前記一次電池（２）より前記二次電池
（３）を充電し、前記二次電池（３）は負荷（６）に電
源を供給することを特徴とする組電池。
【請求項２】請求項１において、前記二次電池（３）
より前記負荷（６）へ電源供給中に前記一次電池（２）
より前記二次電池（３）への充電電流を制限する電流制
限手段（４）を備えたことを特徴とする組電池。
【請求項３】請求項１において、前記一次電池（２）
及び前記二次電池（３）はそれぞれ複数のセルからな
り、前記二次電池（３）のセル数に対して、前記一次電
池（２）のセル数は少なくとも、１セル多いことを特徴
とする組電池。
【請求項４】請求項１において、前記一次電池（２）
は、亜鉛─空気電池であり、前記二次電池（３）は、ニ
ッケル─カドミウム電池であることを特徴とする組電
池。
【請求項５】請求項１において、前記二次電池（３）
から、前記負荷（６）に電源を供給していないとき、前
記一次電池（２）と前記二次電池（３）を接続し、前記
二次電池（３）から前記負荷（６）へ電源を供給すると
き、前記一次電池（２）と前記二次電池（３）を切り離
すスイッチ回路を備えたことを特徴とする組電池。