特許 6750445 電池パック及び充電プラグ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6750445

(24)【登録日】2020年8月17日

(45)【発行日】2020年9月2日

(54)【発明の名称】電池パック及び充電プラグ

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20200824BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20200824BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/00 K

   H02J7/00 301B

   H01M10/44 P

【請求項の数】5

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2016-202278(P2016-202278)

(22)【出願日】2016年10月14日

(65)【公開番号】特開2018-64408(P2018-64408A)

(43)【公開日】2018年4月19日

【審査請求日】2019年7月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100074099

【弁理士】

【氏名又は名称】大菅 義之

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 裕人

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 正彰

(72)【発明者】

【氏名】西垣 研治

(72)【発明者】

【氏名】筒井 雄介

(72)【発明者】

【氏名】小田切 俊雄

【審査官】 右田 勝則

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−１３７２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１２２８６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／００８５５５３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭６４−２４３７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０１Ｍ １０／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の電池及び第２の電池と、
前記第１の電池の一方の極に接続された第１の並列接続端子と、
前記第１の電池の他方の極に接続された第１の直列接続端子及び第２の並列接続端子と、
前記第２の電池の一方の極に接続された第２の直列接続端子及び第３の並列接続端子と、
前記第２の電池の他方の極に接続された第４の並列接続端子と、
前記第１の直列接続端子と前記第２の直列接続端子とに接続される第１のジャンパ線と、
前記第１の並列接続端子と前記第３の並列接続端子とに接続される第２のジャンパ線と、
前記第２の並列接続端子と前記第４の並列接続端子とに接続される第３のジャンパ線と、
前記第２のジャンパ線を前記第１の並列接続端子及び前記第３の並列接続端子から切り離し、前記第３のジャンパ線を前記第２の並列接続端子及び前記第４の並列接続端子から切り離す切り離し部品と、
前記第１のジャンパ線及び前記切り離し部品を移動させる可動部品と
を含む電池パック。

【請求項2】

請求項１に記載の電池パックであって、
前記第１のジャンパ線が前記第１の直列接続端子及び前記第２の直列接続端子から切り離されると、前記第２のジャンパ線は前記第１の並列接続端子及び前記第３の並列接続端子に接続され、前記第３のジャンパ線は前記第２の並列接続端子及び前記第４の並列接続端子に接続され、
前記第１のジャンパ線が前記第１の直列接続端子及び前記第２の直列接続端子に接続されると、前記切り離し部品は、前記第２のジャンパ線を前記第１の並列接続端子及び前記第３の並列接続端子から切り離し、前記第３のジャンパ線を前記第２の並列接続端子及び前記第４の並列接続端子から切り離す
電池パック。

【請求項3】

請求項１に記載の電池パックであって、
前記第１の電池の一方の極に接続された第１の外部端子と、
前記第２の電池の他方の極に接続された第２の外部端子と
を更に含み、
前記第１の外部端子及び前記第２の外部端子が未接続の場合、前記第１のジャンパ線が前記第１の直列接続端子及び前記第２の直列接続端子から切り離され、且つ前記切り離し部品が作動しない位置に、前記可動部品は配置され、
前記第１の外部端子及び前記第２の外部端子が充電プラグの充電端子に接続された場合、前記第１のジャンパ線が前記第１の直列接続端子及び前記第２の直列接続端子に接続され、且つ前記切り離し部品が作動する位置に、前記可動部品は移動する
電池パック。

【請求項4】

請求項３に記載の電池パックであって、
前記可動部品は、前記充電プラグの駆動部によって移動させられる
電池パック。

【請求項5】

請求項３に記載の電池パックに対応する充電プラグであって、
前記第１の外部端子に接続される一方の極の充電端子と、
前記第２の外部端子に接続される他方の極の充電端子と、
前記可動部品を移動させる駆動部と
を含む充電プラグ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池パック及び充電プラグに関する。

【背景技術】

【0002】

電池パックに含まれる複数の二次電池の接続関係を電池パックに接続されたプラグ内の配線によって切り替える技術が知られている。例えば、特許文献１を参照。
また、関連する技術として、充電器が接続されると、直列接続されていた複数の二次電池が相互に切り離される電池パックが知られている。例えば、特許文献２を参照。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭６４−２４３７０号公報

【特許文献2】特開２００９−７２０５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、複数の二次電池の接続関係をプラグ内の配線によって切り替える上述の技術では、複数の二次電池夫々の正極端子又は負極端子に接続する各電力線をプラグ内に延伸する必要がある。この結果、電池パックとプラグとを繋ぐ接続端子の数が増加し、接続端子に物が触れてショートや漏電等の不具合が発生する虞が増加する。

【0005】

本発明の一側面に係る目的は、電池パック内の配線によって二次電池の接続関係を機械的に切り替えられる電池パックを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る一つの形態である電池パックは、第１の電池及び第２の電池を含む。また、電池パックは、第１の並列接続端子、第２の並列接続端子、第３の並列接続端子、第４の並列接続端子、第１の直列接続端子、及び第２の直列接続端子を含む。さらに、電池パックは、第１のジャンパ線、第２のジャンパ線、第３のジャンパ線、切り離し部品、及び可動部品を含む。

【0007】

第１の並列接続端子は第１の電池の一方の極に接続され、第１の直列接続端子及び第２の並列接続端子は第１の電池の他方の極に接続されている。第２の直列接続端子及び第３の並列接続端子は第２の電池の一方の極に接続され、第４の並列接続端子は第２の電池の他方の極に接続されている。

【0008】

第１のジャンパ線は、第１の直列接続端子と第２の直列接続端子とに接続される。第２のジャンパ線は、第１の並列接続端子と第３の並列接続端子とに接続される。第３のジャンパ線は、第２の並列接続端子と第４の並列接続端子とに接続される。

【0009】

切り離し部品は、第２のジャンパ線を第１の並列接続端子及び第３の並列接続端子から切り離し、第３のジャンパ線を第２の並列接続端子及び第４の並列接続端子から切り離す。可動部品は、第１のジャンパ線及び切り離し部品を移動させる。

【発明の効果】

【0010】

一実施形態に従った電池パックによれば、電池パック内の配線によって二次電池の接続関係を機械的に切り替えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に従った電池パック、並びに該電池パックに接続される放電プラグ及び充電プラグの構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態に従った電池パック、並びに該電池パックに接続される放電プラグ及び充電プラグの構成例を示す図である。図１に示す一例では、電池パック１は、第１の電池Ｂ_１及び第２の電池Ｂ_２を含む。また、電池パック１は、第１の並列接続端子Ｔ_Ｐ１、第２の並列接続端子Ｔ_Ｐ２、第３の並列接続端子Ｔ_Ｐ３、第４の並列接続端子Ｔ_Ｐ４、第１の直列接続端子Ｔ_Ｄ１、第２の直列接続端子Ｔ_Ｄ２、第１の外部端子Ｔ_Ｏ１、及び第２の外部端子Ｔ_Ｏ２を含む。さらに、電池パック１は、第１のジャンパ線Ｊ_１、第２のジャンパ線Ｊ_２、第３のジャンパ線Ｊ_３、切り離し部品１１、及び可動部品１２を含む。

【0013】

第１の電池Ｂ_１及び第２の電池Ｂ_２は、例えば、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、又はリチウムイオンキャパシタといった１つ以上の二次電池セルである。
第１の並列接続端子Ｔ_Ｐ１は第１の電池Ｂ_１の一方の極（図１では正極）に接続され、第２の並列接続端子Ｔ_Ｐ２は第１の電池Ｂ_１の他方の極（図１では負極）に接続されている。第３の並列接続端子Ｔ_Ｐ３は第２の電池Ｂ_２の一方の極（図１では正極）に接続され、第４の並列接続端子Ｔ_Ｐ４は第２の電池Ｂ_２の他方の極（図１では負極）に接続されている。

【0014】

第１の並列接続端子Ｔ_Ｐ１、第２の並列接続端子Ｔ_Ｐ２、第３の並列接続端子Ｔ_Ｐ３、及び第４の並列接続端子Ｔ_Ｐ４は、第１の電池Ｂ_１及び第２の電池Ｂ_２が並列に接続される場合に用いられる。具体的には、第１の電池Ｂ_１及び第２の電池Ｂ_２が並列接続される場合、第１の並列接続端子Ｔ_Ｐ１と第３の並列接続端子Ｔ_Ｐ３とは、第２のジャンパ線Ｊ_２を介して接続される。また、第２の並列接続端子Ｔ_Ｐ２と第４の並列接続端子Ｔ_Ｐ４とは、第３のジャンパ線Ｊ_３を介して接続される。

【0015】

第１の直列接続端子Ｔ_Ｄ１は第１の電池Ｂ_１の他方の極（図１では負極）に接続され、第２の直列接続端子Ｔ_Ｄ２は、第２の電池Ｂ_２の一方の極（図１では正極）に接続されている。

【0016】

第１の直列接続端子Ｔ_Ｄ１及び第２の直列接続端子Ｔ_Ｄ２は、第１の電池Ｂ_１及び第２の電池Ｂ_２を直列に接続するために用いられる。具体的には、第１の電池Ｂ_１及び第２の電池Ｂ_２が直列接続される場合、第１の直列接続端子Ｔ_Ｄ１と第２の直列接続端子Ｔ_Ｄ２とは、第１のジャンパ線Ｊ_１を介して接続される。

【0017】

第１の外部端子Ｔ_Ｏ１は第１の電池Ｂ_１の一方の極（図１では正極）に接続され、第２の外部端子Ｔ_Ｏ２は第２の電池Ｂ_２の他方の極（図１では負極）に接続されている。
第１の外部端子Ｔ_Ｏ１及び第２の外部端子Ｔ_Ｏ２は、放電プラグ２を通じて第１の電池Ｂ_１及び第２の電池Ｂ_２から負荷（不図示）に放電する場合に用いられる。具体的には、第１の電池Ｂ_１及び第２の電池Ｂ_２が負荷に放電する場合、第１の外部端子Ｔ_Ｏ１は、放電プラグ２の一方の極（図１では正極）の放電端子Ｔ_ＤＣ１に接続される。また、第２の外部端子Ｔ_Ｏ２は、放電プラグ２の他方の極（図１では負極）の放電端子Ｔ_ＤＣ２に接続される。

【0018】

また、第１の外部端子Ｔ_Ｏ１及び第２の外部端子Ｔ_Ｏ２は、充電プラグ３を通じて充電器（不図示）が第１の電池Ｂ_１及び第２の電池Ｂ_２を充電する場合に用いられる。具体的には、充電器が第１の電池Ｂ_１及び第２の電池Ｂ_２を充電する場合、第１の外部端子Ｔ_Ｏ１は、充電プラグ３の一方の極（図１では正極）の充電端子Ｔ_Ｃ１に接続される、また、第２の外部端子Ｔ_Ｏ２は、充電プラグ２の他方の極（図１では負極）の充電端子Ｔ_Ｃ２に接続される。

【0019】

第１のジャンパ線Ｊ_１は、第１の電池Ｂ_１及び第２の電池Ｂ_２が直列接続される場合に、第１の直列接続端子Ｔ_Ｄ１と第２の直列接続端子Ｔ_Ｄ２とに接続される。第２のジャンパ線Ｊ_２は、第１の電池Ｂ_１及び第２の電池Ｂ_２が並列接続される場合に、第１の並列接続端子Ｔ_Ｐ１と第３の並列接続端子Ｔ_Ｐ３とに接続される。第３のジャンパ線Ｊ_３は、第１の電池Ｂ_１及び第２の電池Ｂ_２が並列接続される場合に、第２の並列接続端子Ｔ_Ｐ２と第４の並列接続端子Ｔ_Ｐ４とに接続される。

【0020】

切り離し部品１１は、第２のジャンパ線Ｊ_２を第１の並列接続端子Ｔ_Ｐ１及び第３の並列接続端子Ｔ_Ｐ３から切り離し、第３のジャンパ線Ｊ_３を第２の並列接続端子Ｔ_Ｐ２及び第４の並列接続端子Ｔ_Ｐ４から切り離すように作動する。

【0021】

第１のジャンパ線Ｊ_１及び切り離し部品１１は可動部品１２に固着される。なお、図１に示すように、切り離し部品１１は、バネ等の弾性部品１３を介して可動部品１２に固着されてもよい。

【0022】

図１（Ａ）に示した構成例では、可動部品１２は、第１の外部端子Ｔ_Ｏ１と第２の外部端子Ｔ_Ｏ２とが設けられた表面と同じ表面内に設けられ、該表面から電池パック１の内部方向に移動可能に設けられる。

【0023】

また、図１（Ａ）に示した構成例では、可動部品１２は、第１の直列接続端子Ｔ_Ｄ１及び第２の直列接続端子Ｔ_Ｄ２を電池パック１の内部に物理的に遮蔽する。即ち、第１の直列接続端子Ｔ_Ｄ１、第２の直列接続端子Ｔ_Ｄ２、及び第１のジャンパ線Ｊ_１は、可動部品１２の表面よりも内側（稼動部品１２の表面から見て放電プラグ２または充電プラグ３とは反対側）にある。第１の直列接続端子Ｔ_Ｄ１及び第２の直列接続端子Ｔ_Ｄ２が外部から接触できないように物理的に遮蔽されることで、第１の直列接続端子Ｔ_Ｄ１及び第２の直列接続端子Ｔ_Ｄ２に物が触れてショートや漏電したりする虞をなくすことができる。

【0024】

可動部品１２は、第１の外部端子Ｔ_Ｏ１及び第２の外部端子Ｔ_Ｏ１が未接続の場合に定位置に配置される。また、図１（Ａ）に示すように、第１の外部端子Ｔ_Ｏ１が一方の極の放電端子Ｔ_ＤＣ１に接続され、第２の外部端子Ｔ_Ｏ２が他方の極の放電端子Ｔ_ＤＣ２に接続された場合、可動部品１２は定位置に配置される。すなわち、可動部品１２は、電池パック１に接続された放電プラグ２の任意の部分によって移動させられない。ただし、第１の外部端子Ｔ_Ｏ１が一方の極の放電端子Ｔ_ＤＣ１に接続され、第２の外部端子Ｔ_Ｏ２が他方の極の放電端子Ｔ_ＤＣ２に接続される場合、可動部品１２は、第１のジャンパ線Ｊ_１が第１の直列接続端子Ｔ_Ｄ１と第２の直列接続端子Ｔ_Ｄ２とに接続されない程度まで移動させられてもよい。

【0025】

可動部品１２が定位置に配置されている場合、第１のジャンパ線Ｊ_１は第１の直列接続端子Ｔ_Ｄ１及び第２の直列接続端子Ｔ_Ｄ２から切り離され、切り離し部品１１は作動しない。切り離し部品１１が作動しない場合、第２のジャンパ線Ｊ_２は第１の並列接続端子Ｔ_Ｐ１及び第３の並列接続端子Ｔ_Ｐ３に接続され、第３のジャンパ線Ｊ_３は第２の並列接続端子Ｔ_Ｐ２及び第４の並列接続端子Ｔ_Ｐ４に接続される。この結果、第１の電池Ｂ_１及び第２の電池Ｂ_２の夫々の一方の端子（図１では正極端子）は、第１の並列接続端子Ｔ_Ｐ１、第２のジャンパ線Ｊ_２、及び第３の並列接続端子Ｔ_Ｐ３を介して相互に接続される。また、第１の電池Ｂ_１及び第２の電池Ｂ_２の夫々の他方の端子（図１では負極端子）は、第２の並列接続端子Ｔ_Ｐ２、第３のジャンパ線Ｊ_３、及び第４の並列接続端子Ｔ_Ｐ４を介して相互に接続される。したがって、第１の電池Ｂ_１及び第２の電池Ｂ_２は並列に接続される。

【0026】

並列接続された複数の二次電池は、単一の二次電池と比較して長時間に渡って所定の電圧を負荷に供給することができる。
一方、図１（Ｂ）に示すように、第１の外部端子Ｔ_Ｏ１が一方の極の充電端子Ｔ_Ｃ１に接続され、第２の外部端子Ｔ_Ｏ２が他方の極の充電端子Ｔ_Ｃ２に接続された場合、可動部品１２は、充電プラグ３の駆動部３１によって移動させられる。駆動部３１によって可動部品１２が移動させられると、可動部品１２は、第１のジャンパ線Ｊ_１及び切り離し部品１１を移動させる。

【0027】

図１（Ｂ）に示す構成例では、駆動部３１は、一方の極の充電端子Ｔ_Ｃ１と他方の極の充電端子Ｔ_Ｃ２とが設けられた表面から充電プラグ３の外部へ突出した凸部である。第１の外部端子Ｔ_Ｏ１が一方の極の充電端子Ｔ_Ｃ１に接続され、第２の外部端子Ｔ_Ｏ２が他方の極の充電端子Ｔ_Ｃ２に接続されると、駆動部３１は、電池パック１の内部方向へ可動部品１２を押し込む。駆動部３１によって可動部品１２が押し込まれると、可動部品１２は、第１のジャンパ線Ｊ_１及び切り離し部品１１を電池パック１の内部方向に押し込む。

【0028】

第１のジャンパ線Ｊ_１及び切り離し部品１１が可動部品１２により移動させられた場合、第１のジャンパ線Ｊ_１は、第１の直列接続端子Ｔ_Ｄ１及び第２の直列接続端子Ｔ_Ｄ２に接続される。また、切り離し部品１１は、作動して、第２のジャンパ線Ｊ_２を第１の並列接続端子Ｔ_Ｐ１及び第３の並列接続端子Ｔ_Ｐ３から切り離し、第３のジャンパ線Ｊ_３を第２の並列接続端子Ｔ_Ｐ２及び第４の並列接続端子Ｔ_Ｐ４から切り離す。この結果、第１の電池Ｂ_１の他方の極（図１では負極）と第２の電池Ｂ_２の一方の極（図１では正極）とは、第１の直列接続端子Ｔ_Ｄ１、第１のジャンパ線Ｊ_１、及び第２の直列接続端子Ｔ_Ｄ２を介して相互に接続される。したがって、第１の電池Ｂ_１及び第２の電池Ｂ_２は直列に接続される。

【0029】

並列接続された状態で各二次電池が充電される場合には、各二次電池に供給される所定の電流が合流する充電経路には大電流が流れる。しかしながら、直列接続された状態で各二次電池が充電される場合には充電経路に大電流は流れない。このため、充電経路を構成する電流経路（例えば、ケーブルやバスバー等）に大電流を流すための対策を施さなくてもよい。

【0030】

このように、放電プラグ２が電池パック１に接続された場合には、電池パック１内の配線によって、第１の電池Ｂ_１及び第２の電池Ｂ_２は、並列接続に機械的に切り替えられる。一方、充電プラグ３が電池パック１に接続された場合には、電池パック１内の配線によって、第１の電池Ｂ_１及び第２の電池Ｂ_２は直列接続に機械的に切り替えられる。したがって、実施形態に従った電池パック並びに対応する放電プラグ及び充電プラグによれば、電池パック内の配線によって二次電池の接続関係を機械的に切り替えることができる。

【0031】

また、充電プラグが電池パックに接続されない場合には、第１の電池Ｂ_１及び第２の電池Ｂ_２は直列に接続されない。例えば、第１の外部端子Ｔ_Ｏ１と第２の外部端子Ｔ_Ｏ２とが未接続の場合には、第１の電池Ｂ_１及び第２の電池Ｂ_２は直列に接続されない。直列接続された複数の二次電池から外部端子に出力される電圧は、並列接続された複数の二次電池から外部端子に出力される電圧と比較して高圧である。したがって、実施形態に従った電池パックによれば、二次電池が直列接続された場合に、二次電池が並列接続された場合と比較して高電圧が印加された外部端子が未接続状態に置かれることがないため、高電圧が印加された外部端子に物が触れてショートしたり短絡する等の不具合の発生を回避できる。

【0032】

なお、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
例えば、図１には、電池パック内の配線によって直並列が機械的に切り替えられる２つの二次電池（第１の電池Ｂ_１及び第２の電池Ｂ_２）が電池パックに含まれる構成例を示したが、実施形態に従った電池パックに含まれる二次電池の数は３つ以上であってもよい。

【0033】

また、図１には、駆動部３１によって可動部品１２が押し込まれ、第１のジャンパ線Ｊ_１及び切り離し部品１１が可動部品１２によって押し込まれる構成例を示した。しかしながら、例えば、充電プラグの駆動部によって可動部品が引き出され、第１のジャンパ線及び切り離し部品が可動部品によって押し込まれるように電池パック及び充電プラグを構成してもよい。

【符号の説明】

【0034】

１ 電池パック
２ 放電プラグ
３ 充電プラグ
１１ 切り離し部品
１２ 可動部品
１３ 弾性部品
３１ 駆動部
Ｊ_１ 第１のジャンパ線
Ｊ_２ 第２のジャンパ線
Ｊ_３ 第３のジャンパ線
Ｔ_Ｃ１ 一方の極の充電端子
Ｔ_Ｃ２ 他方の極の充電端子
Ｔ_Ｄ１ 第１の直列接続端子
Ｔ_Ｄ２ 第２の直列接続端子
Ｔ_ＤＣ１ 一方の極の放電端子
Ｔ_ＤＣ２ 他方の極の放電端子
Ｔ_Ｏ１ 第１の外部端子
Ｔ_Ｏ２ 第２の外部端子
Ｔ_Ｐ１ 第１の並列接続端子
Ｔ_Ｐ２ 第２の並列接続端子
Ｔ_Ｐ３ 第３の並列接続端子
Ｔ_Ｐ４ 第４の並列接続端子

【図1】