本發(fā)明涉及電池和電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，推進(jìn)醫(yī)療設(shè)備的無線化，開始提出了使用電池來提供電力的類型的處置器具。

此時(shí)，預(yù)想普通地每單位質(zhì)量的能量密度較高的鋰離子電池被靈活運(yùn)用的情況。

普通的電池具有電池單元和導(dǎo)電性的端子等，該電池單元能夠充電和放電，該導(dǎo)電性的端子用于與外部的充電器或醫(yī)療設(shè)備等電連接(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。在給電池充電或從電池放電時(shí)，通過使電池的端子與設(shè)置于充電器等的導(dǎo)電性的端子等接觸而將兩者電連接。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特許第4554222號公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

在專利文獻(xiàn)1所記載的電池組件中，導(dǎo)電性的端子在外表面上露出，因此需要注意使端子不被水弄濕等，操作繁雜。

并且，為了使電池的端子與設(shè)置于充電器等的端子等接觸，需要以規(guī)定的朝向?qū)㈦姵匮b填于充電器等中，在該點(diǎn)上操作也繁雜。

鑒于上述情況，本發(fā)明的目的在于，提供操作容易的電池和電池系統(tǒng)。

用于解決課題的手段

本發(fā)明的第一方式提供一種電池，其具有：電池單元，其能夠充電和放電；第一電極和第二電極，它們與所述電池單元連接，以非接觸狀態(tài)與外部的電極電連接；切換部，其被設(shè)置于包含所述電池單元、所述第一電極以及所述第二電極在內(nèi)的電池電路內(nèi)，將在所述電池電路內(nèi)流動(dòng)的電流切換成交流或直流；以及絕緣性的殼體，其在內(nèi)部收納有所述電池單元、所述第一電極、所述第二電極以及所述切換部。

本發(fā)明的第二方式提供一種電池系統(tǒng)，其具有：本發(fā)明的電池；以及連接設(shè)備，其具有凹部以及連接設(shè)備側(cè)第一電極和連接設(shè)備側(cè)第二電極，所述凹部供所述電池裝填，所述連接設(shè)備側(cè)第一電極和所述連接設(shè)備側(cè)第二電極在所述連接設(shè)備自身的內(nèi)部沿著所述凹部的內(nèi)表面配置，當(dāng)將所述電池裝填于所述凹部內(nèi)時(shí)，所述第一電極和所述第二電極與所述連接設(shè)備側(cè)第一電極和所述連接設(shè)備側(cè)第二電極以能夠電容耦合的方式對置。

發(fā)明效果

本發(fā)明的電池構(gòu)成為端子等導(dǎo)電性部件不在外表面上露出，因此操作容易。

本發(fā)明的電池系統(tǒng)在充電時(shí)和放電時(shí)的操作容易。

附圖說明

圖1是示出本發(fā)明的第一實(shí)施方式的電池的立體圖。

圖2是第一實(shí)施方式的電池的剖視圖。

圖3是示出具有第一實(shí)施方式的電池和充電器的電池系統(tǒng)的立體圖。

圖4是第一實(shí)施方式的充電器的示意性局部剖視圖。

圖5是充電時(shí)的電路圖。

圖6是示出安裝有第一實(shí)施方式的電池的處置器具的立體圖。

圖7是第一實(shí)施方式的向處置器具放電時(shí)的電路圖。

圖8是示出將第一實(shí)施方式的電池裝填于該處置器具中的狀態(tài)的一例的剖視圖。

圖9是示出將第一實(shí)施方式的電池裝填于該處置器具中的狀態(tài)的一例的剖視圖。

圖10是示出本發(fā)明的第二實(shí)施方式的電池的立體圖。

圖11是示出第二實(shí)施方式的電池的剖視圖。

圖12是示出第二實(shí)施方式的電池的變形例的立體圖。

圖13是示出本發(fā)明的電池的變形例的立體圖。

圖14是示出本發(fā)明的電池的變形例的電極配置的一例的剖視示意圖。

圖15是示出本發(fā)明的電池的變形例的立體圖。

具體實(shí)施方式

參照圖1至圖9對本發(fā)明的第一實(shí)施方式進(jìn)行說明。

圖1是示出本實(shí)施方式的電池1的立體圖。電池1具有：絕緣性的殼體10，其構(gòu)成自身的外表面；以及第一電極21和第二電極22，它們配置于殼體10內(nèi)。

殼體10由絕緣性的材料形成。作為形成殼體10的材料優(yōu)選樹脂。例如，作為材料可以使用聚碳酸酯、氟樹脂、peek(聚醚醚酮)等。形成殼體10的絕緣性材料的介電常數(shù)優(yōu)選在2以上。若由介電常數(shù)在2以上的高介電常數(shù)的材料構(gòu)成殼體10時(shí)，能夠增大在后述的送電/受電時(shí)產(chǎn)生的靜電容量，能夠降低在送電/受電時(shí)作用于電極的電壓值。

圖2是電池1的剖視圖，示出了從圖1所示的右側(cè)面13側(cè)觀察時(shí)的狀態(tài)。在殼體10的內(nèi)部收納有：電池單元23，其能夠充電和放電；以及切換部24，其與電池單元23、第一電極21以及第二電極22電連接。第一電極21、第二電極22、電池單元23以及切換部24通過配線25而連接，從而形成電池電路。

切換部24具有兩個(gè)功能。一個(gè)功能是切換在該電池電路內(nèi)流動(dòng)的電流的交流/直流，另一個(gè)功能是切換使交流電流向電池外放電或利用直流電流對電池單元進(jìn)行充電。由此，通過切換部24使電池單元23側(cè)流動(dòng)直流電流，使第一電極21和第二電極22側(cè)流動(dòng)交流電流，并且切換放電和充電的模式。

另外，即使不具有充電/放電的模式切換功能，也能夠作為例如僅能夠放電的一次性的電池來使用。

作為電池單元23，只要能夠充電和放電即可，例如能夠適當(dāng)選擇鋰離子電池單元等公知的各種構(gòu)造的電池單元來使用。

第一電極21和第二電極22為導(dǎo)體且形成為面狀，以分別沿著殼體10的正面11和背面12的方式對稱配置。作為形成第一電極21和第二電極22的材料，例如能夠列舉出金屬箔等。

關(guān)于切換部24，只要具有dc/ac轉(zhuǎn)換功能就沒有特別限制，可以考慮電池1的尺寸等而適當(dāng)選擇公知的轉(zhuǎn)換器電路等。

通過上述那樣的結(jié)構(gòu)，電池1構(gòu)成為絕緣性的殼體10覆蓋整個(gè)外表面，端子和電極等導(dǎo)電性部件完全不在外表面上露出。

接下來，對使用電池1時(shí)的動(dòng)作進(jìn)行說明。能夠通過使電池1與用于對電池1進(jìn)行送電/受電的連接設(shè)備組合而作為電池系統(tǒng)來使用。

在圖3中示出了具有電池1和充電器(連接設(shè)備)100的電池系統(tǒng)2，其中，該充電器(連接設(shè)備)100用于對電池1進(jìn)行充電。充電器100具有能夠收納電池1的凹部101，形成為包含凹部101在內(nèi)的充電器100的整個(gè)外表面被樹脂等絕緣性的材料覆蓋。

圖4是示意性地示出充電器100的截面的圖。充電器100具有面狀的第一送電電極(連接設(shè)備側(cè)第一電極)102和第二送電電極(連接設(shè)備側(cè)第二電極)103。第一送電電極102和第二送電電極103被配置為沿著凹部101的內(nèi)表面中的對置的兩個(gè)面并且不露出。

在對電池1進(jìn)行充電時(shí)，使用者以如下的方式將電池1裝填于凹部101內(nèi)：配置有第一送電電極102和第二送電電極103的兩個(gè)面與配置有第一電極21和第二電極22的正面11和背面12對置。

圖5是示出電池1像上述那樣裝填于凹部101內(nèi)的狀態(tài)的電路圖。通過使第一送電電極102和第二送電電極103與第一電極21和第二電極22對置，而使對置的電極之間以非接觸狀態(tài)進(jìn)行電容耦合(電場耦合)，從而形成了包含電池1和充電器100在內(nèi)的電路。殼體10的厚度被預(yù)先設(shè)定為能夠進(jìn)行上述的電容耦合。在圖5中，標(biāo)號104所示的是電源電路，標(biāo)號105所示的是用于調(diào)節(jié)從充電器100向電池1送電的電流的方式的送電電路。

在形成了上述的電路的狀態(tài)下，當(dāng)從充電器100提供高頻的交流電流時(shí)，能夠經(jīng)由電容耦合后的電極向電池1送電。通過利用切換部24將從充電器100送來的交流電流轉(zhuǎn)換為直流電流，能夠?qū)﹄姵貑卧?3進(jìn)行充電。

由于從充電器100提供來的是交流電流，因此只要第一送電電極102和第二送電電極103與第一電極21和第二電極22對置，各個(gè)電極的對應(yīng)關(guān)系就不會(huì)出現(xiàn)問題，不論是怎樣的對應(yīng)關(guān)系都能夠進(jìn)行充電。即，第一電極21可以與第一送電電極102對置配置，也可以與第二送電電極103對置配置。

如圖1等所示，電池1的殼體10形成為正面11和背面12是正方形的長方體狀。由于正面11和背面12是具有旋轉(zhuǎn)對稱性的圖形，因此在使除了正面11和背面12之外的四個(gè)面中的任意面朝上的姿勢下電池1的形狀都相同。而且，即使使正面11和背面12中的任意面朝前，形狀也不發(fā)生變化。因此，只要將電池1裝填于凹部101內(nèi)，不論其朝向如何，第一送電電極102和第二送電電極103與第一電極21和第二電極22一定對置，能夠進(jìn)行充電。

在對電池1進(jìn)行了充電之后，將該電池1安裝于規(guī)定的放電設(shè)備(連接設(shè)備)而作為電源來使用。在圖6中示出了把持鉗子200來作為放電設(shè)備的一例，其中，把持鉗子200是具有硬性的插入部201和設(shè)置于插入部201的前端部的處置部202的處置器具。作為對象的放電設(shè)備不限于處置器具，只要是通過通電來使用的設(shè)備就能夠沒有特別限制地適當(dāng)使用。

在把持鉗子200的手柄203中設(shè)置有用于收納電池1的凹部204。凹部204的形狀可以與充電器100的凹部101相同。把持鉗子200具有第一受電電極(連接設(shè)備側(cè)第一電極)和第二受電電極(連接設(shè)備側(cè)第二電極)的受電用的一對電極。雖然在圖6中省略了圖示，但第一受電電極和第二受電電極被配置為沿著凹部204的內(nèi)表面中的對置的兩個(gè)面并且不在外部露出。即，受電用的一對電極被收納于把持鉗子200的內(nèi)部。

圖7是在利用電池1對把持鉗子200進(jìn)行放電時(shí)所形成的電路的電路圖。通過使上述的第一受電電極211和第二受電電極212與第一電極21和第二電極22對置而使對置的電極之間進(jìn)行電容耦合，該點(diǎn)與充電時(shí)相同。在從電池1放電時(shí)，利用切換部34將從電池單元23放出的直流的電流轉(zhuǎn)換為交流電流并送電給把持鉗子200。在把持鉗子200中，利用受電電路205適當(dāng)調(diào)節(jié)從電池1提供來的交流電流，并提供給作為負(fù)載的處置部202。

只要將電池1裝填于凹部204內(nèi)，不論其朝向如何都能夠向把持鉗子200放電，該點(diǎn)與充電時(shí)相同。

即，電池1可以像圖8所示那樣以與圖2所示的姿勢相同的姿勢裝填于凹部204內(nèi)，也可以像圖9所示那樣以從圖8的姿勢上下反轉(zhuǎn)后的姿勢裝填于凹部204內(nèi)。而且，即使將電池1以從圖8和圖9所示的姿勢將正面11和背面12反轉(zhuǎn)后的姿勢裝填于凹部204內(nèi)，也能夠從電池1向把持鉗子200放電。

當(dāng)在所應(yīng)用的放電設(shè)備中使用高頻電流的情況下，也可以利用受電電路205僅調(diào)節(jié)所提供的交流電流的電壓或電流值等而直接使用交流電流。當(dāng)在放電設(shè)備中使用直流電流的情況下，只要在受電電路205中適當(dāng)設(shè)置轉(zhuǎn)換器電路等而構(gòu)成為能夠?qū)⑺峁┑慕涣麟娏鬓D(zhuǎn)換為直流電流即可。

像以上說明那樣，本實(shí)施方式的電池1能夠不經(jīng)由金屬等導(dǎo)電性的端子等而與充電器或醫(yī)療設(shè)備等連接設(shè)備電連接。因此，成為整個(gè)外表面被絕緣性的殼體10覆蓋的結(jié)構(gòu)并且能夠與連接設(shè)備進(jìn)行受電和送電，能夠優(yōu)選作為電池來使用。但是，與一般的電池不同，對電池1的輸入和從電池1的輸出全部是交流。作為交流的頻率，優(yōu)選為100khz～1ghz左右的高頻波段的頻率。

并且，電池1不具有端子等那樣的由導(dǎo)體形成、在外表面上露出并且通過配線等導(dǎo)體而與內(nèi)部機(jī)構(gòu)連接的部位，因此例如無需注意不弄濕端子等，操作容易。

而且，無需為了送電/受電而使連接設(shè)備與端子等接觸，因此能夠?qū)⒃谶B接設(shè)備中裝填的自由度設(shè)定得較高。

在本發(fā)明中，在具有電池和至少一個(gè)連接設(shè)備的電池系統(tǒng)中，將能夠裝填于連接設(shè)備的凹部內(nèi)的電池的姿勢中的、所裝填的電池的第一電極和第二電極與設(shè)置于連接設(shè)備的連接設(shè)備側(cè)第一電極和連接設(shè)備側(cè)第二電極對置且處于能夠進(jìn)行電容耦合的狀態(tài)的姿勢定義為“可送電/受電姿勢”。在上述的電池系統(tǒng)2中，像所說明的那樣，能夠裝填于連接設(shè)備的凹部內(nèi)的姿勢全部是可送電/受電姿勢，總計(jì)具有八個(gè)可送電/受電姿勢。

關(guān)于一般的電池，如果不使連接設(shè)備與端子等接觸，則無法進(jìn)行送電/受電，因此基本上相對于一個(gè)連接設(shè)備僅具有一個(gè)可送電/受電姿勢。在本發(fā)明的電池系統(tǒng)中，通過適當(dāng)變更實(shí)質(zhì)上由殼體10的形狀決定的電池1的外形與連接設(shè)備的凹部的形狀以及第一電極21和第二電極22的配置與連接設(shè)備的電極的配置，能夠?qū)⒖伤碗?受電的姿勢設(shè)定為2以上的任意數(shù)。

接下來，參照圖10和圖11對本發(fā)明的第二實(shí)施方式進(jìn)行說明。本實(shí)施方式的電池51與上述的電池1不同之處是第一電極和第二電極的配置方式。在以后的說明中，對與已經(jīng)說明的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)標(biāo)注相同的標(biāo)號，并省略重復(fù)的說明。

如圖10所示，在電池51中，在正面11和背面12上各自配置有第一電極21和第二電極22。即，電池51具有第一電極21和第二電極22各兩個(gè)。

圖11是電池51的剖視圖。各設(shè)置有兩個(gè)的第一電極21和第二電極22分別通過配線25而連接，為相同電位(相同電壓且相同相位)。

雖然省略了圖示，但關(guān)于與電池51連接的連接設(shè)備，也分別沿著凹部的內(nèi)表面中的、在收納電池51時(shí)與正面11和背面12對置的兩個(gè)面預(yù)先配置連接設(shè)備側(cè)第一電極和連接設(shè)備側(cè)第二電極。

本實(shí)施方式的電池51也與第一實(shí)施方式的電池1同樣，操作非常容易，能夠構(gòu)成在連接設(shè)備中裝填的自由度較高的電池系統(tǒng)。

并且，由于在正面11和背面12上各自設(shè)置有第一電極21和第二電極22，因此在裝填于連接設(shè)備中時(shí)電池51在凹部內(nèi)沿前后方向(連結(jié)正面11和背面12的方向)移動(dòng)的情況下，在正面11和背面12中的一個(gè)面上對置的電極之間的距離變長，在另一個(gè)面上對置的電極之間的距離變短。因此，在電池51與連接設(shè)備之間所建立的電容器的合成容量不容易發(fā)生變化，在由電池51和連接設(shè)備形成的電路中，電容器的容量穩(wěn)定性明顯提高，控制變得容易。其結(jié)果為，能夠進(jìn)行更穩(wěn)定的充電/放電。

但是，在電池51中，根據(jù)在連接設(shè)備中裝填的姿勢、連接設(shè)備側(cè)第一電極和連接設(shè)備側(cè)第二電極的配置方式等，第一電極21和第二電極22有時(shí)與連接設(shè)備側(cè)第一電極和連接設(shè)備側(cè)第二電極的雙方對置。由于在這樣的姿勢下無法進(jìn)行送電/受電，因此可送電/受電姿勢的數(shù)量比電池1少，需要注意該點(diǎn)。

在本實(shí)施方式中，也可以僅在電池的正面和背面中的一個(gè)面上設(shè)置第一電極21和第二電極22。相反地，在連接設(shè)備中，也可以僅在收納電池51時(shí)與正面11和背面12對置的兩個(gè)面中的一個(gè)面上配置連接設(shè)備側(cè)第一電極和連接設(shè)備側(cè)第二電極。

并且，在將第一電極21和第二電極22設(shè)置在多個(gè)面上的情況下，也可以將各面的第一電極之間或第二電極之間相互連接。圖12所示的變形例的電池51a具有底面是正方形的四棱柱狀的外形，被配置為第一電極21和第二電極22分別沿著四個(gè)外周面52、53、54、55。由于各外周面的第一電極21之間與第二電極22之間相互連接，因此電池51a具有在整個(gè)外周面上配置有第一電極21和第二電極22的構(gòu)造。由于電池51a是這樣的構(gòu)造，因此在裝填于凹部內(nèi)時(shí)，即使不考慮繞著四棱柱的軸線x1的方向上的與連接設(shè)備的相對位置關(guān)系地進(jìn)行裝填，也能夠進(jìn)行與連接設(shè)備的送電/受電。

而且，當(dāng)電池51a的外形采用底面是圓的圓柱狀時(shí)，在收納于連接設(shè)備的凹部內(nèi)時(shí)，即使完全不考慮周向(繞著圓柱的軸線的方向)上的與連接設(shè)備的位置關(guān)系地將電池51a收納于凹部內(nèi)，也能夠進(jìn)行送電/受電。在該情況下，電池系統(tǒng)的可送電/受電姿勢存在無數(shù)個(gè)。

以上，對本發(fā)明的各實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于上述實(shí)施方式，能夠在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)改變結(jié)構(gòu)要素的組合，或?qū)Ω鹘Y(jié)構(gòu)要素增加或刪除各種變更。

首先，電池的外形不限于上述內(nèi)容，只要能夠收納于連接設(shè)備的凹部內(nèi)并且具有兩個(gè)以上的可送電/受電姿勢，就可以形成為任意形狀。

例如，作為裝填于圖3所示的充電器100中的電池，只要能夠裝填于凹部101內(nèi)，殼體的正面和背面的形狀就沒有任何限制，在正面與背面上面的形狀和大小也可以不同。并且，在電池和連接設(shè)備中電容耦合的面的形狀也可以不同。

并且，在電容耦合的電池側(cè)的電極與連接設(shè)備側(cè)的電極中形狀和大小也可以不同。

而且，電池的外形和凹部的形狀不需要完全相同。因此，即使在將電池裝填于凹部內(nèi)時(shí)電池的一部分從凹部突出或在凹部內(nèi)殘留有空間，只要電池側(cè)的電極與連接設(shè)備側(cè)的電極以能夠電容耦合的方式對置就不存在問題地作為電池系統(tǒng)發(fā)揮功能。

而且，電池的外形也不限于外表面僅由平面構(gòu)成的情況。因此，也可以是上述的圓柱狀、或圖13所示的電池61那樣的軸線方向兩側(cè)的面是橢圓形的橢圓柱狀、或角或棱線被倒圓后的多棱柱狀。此時(shí)，并不是必須使第一電極和第二電極與橢圓柱的軸線方向兩側(cè)的橢圓形面的長軸或短軸平行排列。例如，也可以像圖14中示意性示出那樣被配置為在與短軸xs和長軸xl中的任意軸都非平行的方向上對置。

在圖15所示的變形例中，使電池71的外形為立方體，在圖15所示的彼此相鄰的三個(gè)面上分別配置有第一電極21。在圖15中未示出的剩余的三個(gè)面上分別配置有第二電極22，電池71具有第一電極21和第二電極22各三個(gè)。

作為電池71的連接設(shè)備，準(zhǔn)備了具有立方體狀的凹部、在凹部內(nèi)表面中的對置的一對面上分別配置有連接設(shè)備側(cè)第一電極和連接設(shè)備側(cè)第二電極的設(shè)備。在這樣的結(jié)構(gòu)的電池系統(tǒng)中，當(dāng)將電池71裝填于凹部內(nèi)時(shí)，不論以何種姿勢裝填電池71，一定是三個(gè)第一電極21中的一個(gè)與連接設(shè)備側(cè)第一電極和連接設(shè)備側(cè)第二電極中的一方對置，并且三個(gè)第二電極22中的一個(gè)與連接設(shè)備側(cè)第一電極和連接設(shè)備側(cè)第二電極中的另一方對置。因此，在該電池系統(tǒng)中存在二十四個(gè)可送電/受電姿勢，能夠顯著地提高使用性。

并且，在上述的各實(shí)施方式中，切換部的充電與放電的切換可以通過識別連接有電池的設(shè)備等而自動(dòng)地進(jìn)行，也可以采用使用者指定切換方式的結(jié)構(gòu)。在后者的情況下也可以將用于切換的開關(guān)設(shè)置于電池的外表面上。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

本發(fā)明能夠應(yīng)用于電池以及具有電池和連接設(shè)備的電池系統(tǒng)。

標(biāo)號說明

1、51、51a、61：電池；2：電池系統(tǒng)；10：殼體；21：第一電極；22：第二電極；23：電池單元；24：切換部；100：充電器(連接設(shè)備)；101：凹部；102：第一送電電極(連接設(shè)備側(cè)第一電極)；103：第二送電電極(連接設(shè)備側(cè)第二電極)；200：把持鉗子(連接設(shè)備)；204：凹部；211：第一受電電極(連接設(shè)備側(cè)第一電極)；212：第二受電電極(連接設(shè)備側(cè)第二電極)。