JP4848054B2

JP4848054B2 - 電池パック

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Inventors: 和征榊原
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Description

本発明は、リチウムイオン電池等の２次電池を用いて構成される電池パックに関するものである。

従来技術のコードレス電動工具（例えば、特許文献１参照。）は、商用電源から充電器を用いて電池パックの充電を行い、電池パックを電源として直流駆動式モータを駆動する。また、交流駆動式電動工具は電源コードを商用電源に直接接続して交流駆動式モータを駆動する。近年では、電池技術や充電制御技術等の発達により、コードレス電動工具で用いられる電池パックは高性能化しつつある。特にリチウムイオン電池を用いた電池パックは、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池を用いた電池パックと比較し、その高いエネルギー密度によって軽量、高電圧、及び、高容量を実現できるようになり、これを使用するユーザーが増えつつある。

特開２００２−２５４３５５号公報

この種の電池パックについては、電池セル群の超高電圧化における絶縁に関する課題を解決することが望ましい。

そのため、この種の電池パックにおいては、当該電池パックを制御する（当該電池パックの放電・充電を許可したり、停止させる）ために、当該電池パックの状態を認識する手段と、その認識結果に基づき、当該電池パックを制御するコントローラとが設けられる。

上述の状態認識手段としては、例えば、電池モジュール群の各々の電池モジュールの電圧、電池モジュールの温度、又は、電流のいずれかを検知する手段、当該電池パックの出力端子に電動工具の電力入力端子であるコンセントプラグが接続される状態を検知する手段、そのコンセントプラグの差し込み動作と連動するカバーと、そのカバーに連動するスイッチとを用いることで、当該電池パックの出力端子へのコンセントプラグ接続を検知する手段、電池セルの電圧、電池セルの温度、又は、電流のいずれかを検知する手段、充電端子に電池パックの外部より電力を供給する電力供給端子が接続される状態を検知する手段などがある。

また、この種の電池パックにおいては、前記コントローラは、前記電池セルから電力を受けられない待機状態と、前記電池セルから電力を受けられる通常動作状態とに切り換わる。

上記の課題を解決するために、本発明の一側面によれば、電気機器の電源として用いられる電池パックであって、複数の電池セルが直接に接続されて成る電池セル群と、その電池セル群に属する前記複数の電池セル間に接続された通電遮断素子であって、電気的に通電状態と遮断状態に切り換わるものと、前記電池セル群から前記電気機器へ電力を供給するための電力供給端子と、前記電池パックの状態を認識する状態認識部と、その状態認識部によって認識された当該電池パックの状態に基づき、当該電池パックの電力供給を制御するコントローラと、前記電池セル群に接続された蓄電部であって、前記通電遮断素子が前記通電状態にあるために前記電池セル群が通電している、当該電池パックの通常動作状態において、前記電池セル群によって充電されるものとを含み、前記状態認識部は、前記通電遮断素子が遮断状態にあるために前記電池セル群が通電していない、当該電池パックの待機状態において、前記蓄電部の存在なしでは、前記電池セル群の電力を受けて作動できる状態にはなく、前記状態認識部は、当該電池パックの通常動作状態においては、前記電池セル群を用いて作動する一方、当該電池パックの待機状態においては、前記蓄電部を用いて作動する電池パックが提供される。

本発明の一実施形態に従う電池パックの外観を示す斜視図である。本発明の一実施形態に従うコードレス電動工具の外観を示す斜視図である。図２に示すコードレス電動工具の底面の外観を示す斜視図である。本発明の一実施形態に従う電源コードアダプタの外観を示す斜視図である。図４に示す電源コードアダプタの底面の外観を示す斜視図である。図１に示す電池パックを充電する充電用電源コードの外観を示す斜視図である。交流駆動式電動工具の外観を示す斜視図である。図１に示す電池パックと図２に示すコードレス電動工具とを相互に接続された状態で示す機能ブロック図である。図１に示す電池パックと図７に示す交流駆動式電動工具とを相互に接続された状態で示す機能ブロック図である。図１に示す電池パックと充電用電源コードとを相互に接続された状態で示す機能ブロック図である。図１に示す電池パックと電源コードアダプタとを相互に接続された状態で示す機能ブロック図である。図２に示すコードレス電動工具と電源コードアダプタとを相互に接続された状態で示す機能ブロック図である。図１に示す電池パックを示す分解斜視図である。本発明の一実施形態に従う電池モジュールの内部構造を示す側面図である。図１４に示す電池モジュールの内部構造を示す上面図である。図１４に示す電池モジュールを示す機能ブロック図である。図１４に示す電池パックの内部構造を示す側面図である。図１４に示す電池パックの内部構造を示す上面図である。図１４に示す電池パックを示す機能ブロック図である。図１に示す電池パックと図２に示すコードレス電動工具とを相互に接続された状態で示す部分断面側面図である。図１に示す電池パックとコンセントプラグとを相互に接続された状態で示す部分断面側面図である。図１に示す電池パックと充電用電源コードとを相互に接続された状態で示す部分断面側面図である。図１に示す電池パックと電源コードアダプタとを相互に接続された状態で示す部分断面側面図である。図２に示すコードレス電動工具と電源コードアダプタとを相互に接続された状態で示す側面図である。図１に示す電池パックの基本動作に関するフローチャートである。図１に示す電池パックの長期保管モードに関するフローチャートである。図１に示す電池パックの充電準備モードに関するフローチャートである。図１に示す電池パックの充電モードに関するフローチャートである。図１に示す電池パックの放電準備モードに関するフローチャートである。図１に示す電池パックの放電モードに関するフローチャートである。

電気機器の電源として用いる電池パックは、（ａ）複数の電池セルが直列接続された電池セル群と、（ｂ）その電池セル群の直流電圧を交流電圧に変換する放電制御回路と、（ｃ）その放電制御回路の出力を前記電気機器へ供給するための交流出力端子とがケース内に収容されて成ることを特徴とする。

一実施例は、複数の電池セルを直列接続した電池セル群の直流電圧を正逆発振する方式を用いる。この方式を実現するにあたり、従来技術の方式、すなわち、複数の電池セルを直列接続した電池セル群、電池セル群の電池セルに接続される電圧モニタ線、電圧モニタ線に接続される制御部、及び、制御部に接続される放電端子をケースに収容する方式を用いた場合、電池セル群の超高電圧化に伴い、電池パック内部の異電圧セル間、電圧モニタ線の線間、電圧モニタ線と電池セルの空間、放電端子の両極間、など多くの箇所が高電位となり、絶縁性の確保のための電池パックの内部構造の複雑化、異物侵入時の絶縁破壊、など絶縁に関する新たな課題が生じる。

ところで、従来技術の充電器は、商用電源電圧を直流変換、及び、絶縁降圧を行い、電池パックの充電を行う。従来技術の充電器と電池パックにおいては、充電時に充電器が故障した場合、電池パック側で充電停止し、また、充電時に電池パック側が故障した場合、充電器側で充電停止する二重保護の方法が用いられている。ここでは、前述の絶縁性に関する課題を解決した超高電圧の電池セル群を有する電池パックを用いるため、従来技術の充電器で用いられる絶縁降圧部が不要となり、簡易的な直流変換部を電池パックに内蔵し、商用電源と電池パックを電源コードのみを接続して充電する方式を可能とした。しかし、この場合、商用電源側は制御不可能であるため、充電時に電池パック側が故障した場合、充電停止不能となる二重保護に関する新たな課題が生じる。

ここに開示されているものは、３６Ｖ超の高電圧、特に商用電源に相当する交流電圧を出力する電池パック、前記電池パックを接続し駆動可能なコードレス電動工具、前記電池パックを商用電源に接続し充電を可能にする電源コード、前記電池パックを商用電源に接続し充電を可能にする電源コードアダプタ、前記コードレス電動工具に接続し商用電源から連続的な電力供給を可能にする電源コードアダプタ、また、前述の電池パックの充電とコードレス電動工具の連続使用の両方に使用可能とすることもできる電源コードアダプタで構成される電動工具システムである。なお、電池パックの放電負荷となる部位については、電動工具に限らず、同様の使用が可能な電気機器も広く包含される。

この電池パックは、複数の電池セルを直列接続し、３６Ｖ超とする電池セル群と、前記電池セル群の直流電圧を交流電圧に変換する放電制御回路、前記放電制御回路の出力を電動工具へ供給するための、交流出力端子をケースに収容する。これにより、３６Ｖ超の出力を得ながら、高電圧における電動工具のスイッチの耐久性の課題を解決する。

また、電池パックの交流電圧の実効値を、商用電源電圧の実効値を含むように設定し、かつ、電池パックの交流電圧の周波数を、商用電源電圧の周波数を含むように設定することで、商用電源に相当する電力を、このコードレス電動工具に供給することができ、出力、作業量、イニシャルコスト、及び、ランニングコストに関する課題を解決する。

さらに、交流出力端子を、交流駆動式電動工具の電力入力用のコンセントプラグを挿入可能とすることで、交流駆動式電動工具が使用可能となり、代替的に従来の出力不足のコードレス電動工具を使用せざるを得なかった課題を解決する。

この電池パックは、電池セル群の電池セル間に通電遮断の手段を設け、前記通電遮断の手段は、放電制御回路の出力時に通電する。これにより、電池セル群の超高電圧化における絶縁に関する課題を解決する。

この電池パックは、電池パックに有する電池セル総数より相対的に少ない個数の電池セルを直列接続した電池セル群と、前記電池セル群の直流電圧を制御するモジュール制御回路と、前記モジュール制御回路に接続された入出力端子を露出するように外装物に収容した電池モジュールとし、前記電池モジュールを複数直列接続した電池モジュール群を、放電制御回路に接続し電池パックのケースに収容する。これにより、電池パックの内部構造の複雑化と絶縁に関する課題を解決する。

また、電池モジュールはモジュール制御回路を設け、モジュール制御回路は、電池セルの電圧、温度、又は、電流のいずれかを検知する手段と、前記検知の結果に基づき、電池セル群の直流電圧を入出力端子へ出力、及び、停止する手段を有する。これにより、電池パックの内部構造の複雑化と絶縁に関する課題を解決する。

放電制御回路とモジュール制御回路は通信を行い、放電制御回路が出力停止した場合は、放電制御回路からモジュール制御回路へ、また、モジュール制御回路が出力停止した場合は、モジュール制御回路から放電制御回路へ、出力停止を示す信号を送信する。前記信号を受信した放電制御回路、及び、モジュール制御回路は、各々の出力を停止する方法を有することで、電池パックの内部構造の複雑化と絶縁に関する課題を解決する。

また、放電制御回路は、電池モジュール群の各々の電池モジュールの電圧、電池モジュールの温度、又は、電流のいずれかを検知する手段と、前記検知の結果に基づき、交流出力端子へ交流電圧を出力、及び、停止する手段を有することで、電池パックの内部構造の複雑化と絶縁に関する課題を解決する。

この電池パックは、交流出力端子に交流駆動式電動工具の電力入力端子であるコンセントプラグが接続される状態を検知する手段を設け、前記検知の結果に基づき、放電制御回路が、交流出力端子へ交流電圧を出力、及び、停止することで、電池パックの絶縁に関する課題を解決する。

また、交流出力端子へのコンセントプラグ接続の検知手段として、コンセントプラグの差し込み動作と連動するカバーと、前記カバーに連動するスイッチを用いることで、電池パックの絶縁に関する課題を解決する。

この電池パックは、充電端子と、充電端子より入力した商用電源電圧を直流電圧に変換し、前記直流電圧を制御する充電制御回路を有し、充電器を用いることなく、電源コードを充電端子に接続することで充電可能となる。これにより、イニシャルコストに関する課題を解決する。

また、モジュール制御回路は、電池セルの電圧、電池セルの温度、又は、電流のいずれかを検知する手段と、前記検知の結果に基づき、電池セル群へ直流電圧を入力、及び、停止する手段を有することで、充電時の二重保護に関する課題を解決する。

充電制御回路とモジュール制御回路は通信を行い、充電制御回路が充電停止した場合は、充電制御回路からモジュール制御回路へ、また、モジュール制御回路が充電停止した場合は、モジュール制御回路から充電制御回路へ、充電停止を示す信号を送信する。前記信号を受信した充電制御回路、及び、モジュール制御回路は、各々の充電を停止する方法を有することで、充電時の二重保護に関する課題を解決する。

充電制御回路は、電池モジュール群の各々の電池モジュールの電圧、電池モジュールの温度、又は、電流、のいずれかを検知する手段と、前記検知の結果に基づき、電池モジュール群へ直流電圧を入力、及び、停止する手段を有することで、充電時の二重保護に関する課題を解決する。

また、充電制御回路は、充電端子に電池パックの外部より電力を供給する電力供給端子が接続される状態を検知する手段、及び、前記検知の結果に基づき、電池モジュール群へ直流電圧を入力、及び、停止する手段を有することで、電池パックの絶縁に関する課題を解決する。

この電池パックの電池セルを、特に、リチウムイオン電池とすることで、このコードレス電動工具は、質量、出力、作業量、イニシャルコスト、及び、ランニングコストに関する課題を総合的、かつ、効果的に解決する。

この電源コードアダプタは、この電池パックに装着するための導入部が形成されたケースと、電池パックの充電端子と接続される電力供給端子と、商用電源より電力供給端子へ交流電圧を供給する電源コードを設ける。電池パックは、電源コードアダプタを接続し、充電器を用いることなく充電を行うことができるため、イニシャルコストに関する課題を解決する。

また、電源コードアダプタは、このコードレス電動工具に装着するための導入部と、商用電源より前記コードレス電動工具の電力入力端子へ交流電圧を供給する電力供給端子を設けることにより、作業量、及び、イニシャルコストに関する課題を解決し、また、電源コードアダプタを、この電池パック、及び、このコードレス電動工具のいずれにも装着可能とすることで、イニシャルコストに関する課題を解決する。

まず、効果を出力性能に関して説明する。このコードレス電動工具は、例えば、４８Ｖ、７２Ｖ、１００Ｖというような電池パックから３６Ｖ超の交流電圧を交流駆動式モータへ入力する。したがって、このコードレス電動工具の出力は、特に、商用電源に相当する出力に近づくほど、従来技術の１４．４Ｖ、及び、３６Ｖにて駆動するコードレス電動工具の出力との差が明白となる。

電池パックに収容される電池セルは内部抵抗を有し、放電時は、負荷電流の二乗に比例するエネルギーが電池セルの発熱分として消費される。このコードレス電動工具の負荷電流は、特に商用電源に相当の電圧を用いて駆動する場合、従来技術の１４．４Ｖ、及び、３６Ｖにて駆動するコードレス電動工具の負荷電流と比較すると、顕著に小さい。したがって、この電池パックの発熱分として消費されるエネルギーは、従来技術の１４．４Ｖ、及び、３６Ｖの電池パックに対し軽微となる。

また、この電池パックは、商用電源の実効値に相当する交流電圧を出力するため、商用電源用のコンセントプラグを接続可能な放電出力端子を設けることができる。したがって、従来の交流駆動式電動工具においても、電源コードをこの電池パックに接続し使用可能となる。したがって、ユーザーが様々な作業内容に対する各々の交流駆動式電動工具を所有し使用する際、商用電源の確保が困難な場合に簡易的な補助電源としてこの電池パックを用いることができ、また、商用電源の確保のために、出力において満足されない従来技術のコードレス電動工具を代替的に使用する必要もなくなり、電動工具の利便性が高まる。

次に、効果を作業量に関して説明する。このコードレス電動工具は、従来技術のコードレス電動工具と比較し、負荷電流が顕著に小さく発熱分として消費されるエネルギーが小さいため、電池パックからモータへの電力供給効率が高い。したがって、この電池パックが供給を要する負荷電流は、従来技術の電池パックに対して、電池パックの出力電圧比の逆数倍よりさらに低減することができる。すなわち、同じ被加工材に対する加工作業を行う場合、この電池パックがモータへ供給を要する電力容量は、従来技術の電池パックと比較し低減できる。以上より、この電池パックにおいては、従来技術の電池パックに対する出力電圧比の逆数倍よりも電池セル容量を小さく設定しても、ユーザーに満足される作業量を提供することができる。

また、作業量が電池パックの１充電で可能な作業量を上回り、さらに連続的な作業が必要となる場合、このコードレス電動工具にこの電源コードアダプタを接続することにより、コード付きの交流駆動式電動工具として連続作業が可能となる。商用電源から直接電力供給を受けて駆動する交流駆動式モータを用いるため、従来技術にあるＡＣ−ＤＣコンバータ装置自体が不要となり、ＡＣ−ＤＣコンバータ装置の課題が解消される。

次に、効果を電池パックの質量に関して説明する。このコードレス電動工具に用いる電池パックは、従来のコードレス電動工具に用いる電池パックと比較し、相対的に少ない電力容量の電池パックを用いても、出力、及び、作業量がユーザーに満足されるものとなる。電池パックの質量は、主に、収容される電池セル群の総電力容量に依存する。したがって、この電池パックの質量についても、ユーザーに満足される軽さを実現することができる。

次に、効果をイニシャルコストに関して説明する。このコードレス電動工具に用いる電池パックは、従来のコードレス電動工具に用いる電池パックと比較し、相対的に少ない電力容量の電池パックを用いても、出力、作業量、及び、質量はユーザーに満足されるものとなる。電池パックのイニシャルコストは、主に、収容される電池セル群のコストに依存し、電池セル群のコストは、主にその総電力容量に依存する。したがって、このコードレス電動工具システムは、従来技術のコードレス電動工具システムと比較し、相対的に電池パックの総電力容量が少なく、また、電池パックを充電するための充電器が不要となることから、イニシャルコストの低減に貢献する。

次に、効果をランニングコストに関して説明する。このコードレス電動工具に用いる電池パックは、従来のコードレス電動工具に用いる電池パックと比較し、相対的に少ない電力容量の電池パックを用いることができるため、商用電源から供給を要する電力量が相対的に少なくなる。また、負荷電流の低減に伴い、複雑な充電制御方式等を用いることなく電池セルの極板劣化などの寿命進行が抑えられ、電池パックの長寿命化を実現する。したがって、このコードレス電動工具システムは、商用電源からの受給量を抑えることによる商用電源の使用コストを低減し、また、電池パックの長寿命化に伴う電池パックの買い替えサイクルが長期化することにより、ランニングコストの低減に貢献する。

次に、効果を、新たな課題として生じる電池パックの絶縁に関して説明する。この電池パックは、電池セル群の電池セル間に通電遮断の手段を設け、前記通電遮断の手段は、放電制御回路の出力時に通電する。すなわち、放電制御回路が出力しない場合、電池セル群は、電池パックに収容される電池セルの総数に対し、相対的に少ない個数の電池セル群に電気的に分割される。したがって、電池パック内部の異電圧セル間、電圧モニタ線の線間、電圧モニタ線と電池セルの空間に印加される電位は、商用電源電圧に対し相対的に低いため、前記各部位は高電圧が長期間印加されることがない。これにより、電池パックの内部構造の簡易化に貢献する。

また、この電池パックは、収容する電池セルの総数に対し相対的に少ない個数の電池セルで構成された電池モジュールを有する。したがって、電池モジュール内部の異電圧セル間、電圧モニタ線の線間、電圧モニタ線と電池セルの空間に印加される電位は、商用電源電圧に対し相対的に低いため、前記各部位は商用電源電圧において要する大きな絶縁距離等を設けなくて良い。これにより、電池モジュールの内部構造の簡易化に貢献する。

電池パックは、放電制御回路を有するメインコントローラを設け、メインコントローラは、電池モジュールの入出力端子より電池モジュールの状態を検知する手段、又は、電池モジュールとの通信により電池モジュールの状態を検知する手段を有する。前記手段のいずれかにより、メインコントローラは、配線を複雑化することなく電池モジュールに有する電池セルの状態を認識することができ、電池パックの内部構造の簡易化に貢献する。

電池モジュールは、メインコントローラと接続する入出力端子を電池モジュールの外部に露出するため、外部から電池モジュール内に異物が侵入しない。したがって、電池モジュールに収容される電池セル間等の絶縁を確保しやすく、電池パックの内部構造の簡易化に貢献する。

電池パックは、長期間未使用となる場合に、電池モジュールの入出力端子を非通電とする手段を有することで、入出力端子の両極間における長期間の電圧印加を防ぎ、絶縁を確保しやすくなる。また、放電が必要な場合に入出力端子を通電しても、入出力端子部の端子間電圧は商用電源電圧と比較し相対的に低いため、商用電源電圧において要する大きな絶縁距離等を設けなくて良いため、電池パックの内部構造の簡易化に貢献する。

また、この電池パックは、放電出力端子に電気機器のコンセントプラグが接続される状態を検知する手段を有し、電池モジュールの入出力端子部、又は、放電出力端子のいずれかの出力を制御する。放電出力端子にコンセントプラグが接続されていない状態、又は、コンセント端子にコンセントプラグが接続されたまま未使用が継続された状態にのいずれかおいて、前記出力を遮断することにより、前記各端子の両極間に電圧が長期間印加されることにより発生するトラッキング現象を防ぐことができる。また、前記検知手段と連動するコンセントカバーを用いることでユーザーへ視覚的な安心感を提供することもできる。

次に、効果を、新たな課題として生じる充電時の二重保護に関して説明する。この電池パックの電池モジュールに収容されるモジュールコントローラは、電池モジュールに収容する電池セルの充電状態を検知する手段、及び、電池セルの充電が許容できない状態であることを判断すると、電池モジュール内の充電経路を遮断する手段を有する。充電制御回路を有するメインコントローラは、電池モジュールの入出力端子より電池モジュールの充電状態を検知する手段、及び、電池モジュールの充電が許容できない状態であることを判断すると、充電入力端子と電池モジュール群の間の充電経路を遮断する手段を有する。また、メインコントローラとモジュールコントローラは通信を行い、メインコントローラが充電遮断を行った場合、モジュールコントローラは前記遮断状態を通信により認識し、電池モジュール内の充電経路を遮断し、また、モジュールコントローラが充電遮断を行った場合、メインコントローラは前記遮断状態を通信により認識し、充電入力端子と電池モジュール群の間の充電経路を遮断する手段を有する。

電池パックは複数の電池モジュールを直列接続するため、仮に１個の電池モジュールが充電遮断できない故障に至った場合においても、前述のいずれかの充電遮断手段を用いることで、残りの電池モジュールの充電遮断が可能となる。したがって、制御不能の商用電源を電池パックに直結して充電する際、電池パック内で充電遮断を実行する部位、すなわち、１個のメインコントローラ、又は、複数の電池モジュールにおいて、いずれか１個の部位が充電遮断できない状態となっても、残りの複数の部位が充電遮断を実行するため、二重保護以上の信頼性を実現することができる。

次に、本発明の一実施形態に従うコードレス電動工具を図面に基づいて説明する。図１ないし図７には、コードレス電動工具システムの構成が概略的に示され、また、図８ないし図１２には、コードレス電動工具システムの使用の形態を概略的に説明するためのブロック図が示されている。

図１は、コードレス電動工具システムに使用される電池パックの外観を示す。電池パック１００は、内部構成部品を上ケース１０１と下ケース１０２により収容している。上ケース１０１には可動式のフックボタン１０３と、係止凹部１０４、スライドレール１０５、商用電源用コンセントと同じ端子口形状の放電用コンセント１０６と可動式コンセントカバー１０７、放電用コンセント１０６と同じ挿入方向である充電用インレット１０８を有する。また、スライドレール１０５の先端部には、ガイド凹部１０９を有する。

図２は、コードレス電動工具システムを構成するコードレス電動工具の外観を示す。また、図３は、そのコードレス電動工具の底面の外観を示す。コードレス電動工具２００は、商用電源で駆動可能な交流駆動式モータを収容した交流駆動式モータ収容部２０１、交流駆動式モータを制御するスイッチ２０２、ハンドル２０３、電池パック１００を接続するための電池パック保持部２０４を有する。電池パック保持部２０４は、電池パック１００のスライドレース１０５に沿ったガイドレール２０５、電池パック１００のフックボタン１０３に沿った係止凹部２０６、端子収容部２０７を有する。端子収容部２０７は、商用電源に対応するコンセントプラグと同じ端子形状でモータへ電力を供給するための電力入力端子２０８とダミー凹部２０９を有する。

図４は、コードレス電動工具システムに使用される電源コードアダプタの外観を示す。また、図５は、図４に示す電源コードアダプタの底面の外観を示す。電源コードアダプタ２５０は、主にケース２５１、電源コード２５２、電源コード２５２の末端に有するコンセントプラグ２５３で構成され、コードレス電動工具２００の係止凹部２０６に沿ったフックボタン２５４、スライドレール２５５、放電用電力供給端子２５６、充電用電力供給端子２５７を有する。充電用電力供給端子２５７は、電池パック１００の充電用インレット１０８、及び、コードレス電動工具２００のダミー凹部２０９に沿って挿入できる。電源コード２５２の電源コードアダプタ２５０とのつなぎ部分はコードガード２５８を有する。また、スライドレール２５５の先端に位置するスライドレール先端部２５９は、電池パック１００のガイド凹部１０９に挿入できる。

図６は、コードレス電動工具システムに使用される電池パックを充電するための充電用電源コードの外観を示す。充電用電源コード２８０の末端には、それぞれ、コンセントプラグ２８１と充電用電力供給端子２８２を有し、特に充電用電力供給端子２８２は、電源コードアダプタ２５０の充電用電力供給端子２５７と同じ形状であり、電池パック１００の充電用インレット１０８に沿って挿入できる。

図７は、従来技術の交流駆動式電動工具の外観を示す。交流駆動式電動工具３００は、コンセントプラグ３０１を有する。

図８は、本発明の一実施形態に従う電池パックと本発明の一実施形態に従うコードレス電動工具を接続した状態を示すブロック図である。電池パック１００は、商用電源の実効値に相当する交流電力を出力する。コードレス電動工具２００は、電池パック１００が出力する交流電力を、電池パック１００の放電用コンセント１１０から電力入力端子２０８とスイッチ２０２を介し、交流駆動式モータ２１０を駆動する。

図９は、本発明の一実施形態に従う電池パックと従来技術の交流駆動式電動工具を接続した状態を示すブロック図である。電池パック１００は、商用電源の実効値に相当する交流電力を放電用コンセント１１０より出力する。交流駆動式電動工具３００は、電池パック１００が出力する交流電力を、電池パック１００の放電用コンセント１１０からコンセントプラグ３０１とスイッチ３０２を介し、交流駆動式モータ３０３を駆動する。

図１０は、本発明の一実施形態に従う電池パックと充電用電源コードを接続した状態を示すブロック図である。電池パック１００は、充電器を用いることなく、商用電源から直接入力し充電する方式を有する。したがって、電池パック１００は、商用電源に接続された充電用電源コード２８０から充電用電力供給端子２８２、充電用インレット端子１１１を介し充電する。

図１１は、本発明の一実施形態に従う電池パックと本発明の電源コードアダプタを接続した状態を示すブロック図である。電池パック１００は、充電器を用いることなく、商用電源から直接入力し充電する方式を有する。したがって、電池パック１００は、商用電源に接続された電源コードアダプタ２５０の充電用電力供給端子２５７、充電用インレット端子１１１を介し充電する。

図１２は、本発明の一実施形態に従う電源コードアダプタと本発明のコードレス電動工具を接続した状態を示すブロック図である。コードレス電動工具２００は、商用電源に接続された電源コードアダプタ２５０の放電用電力供給端子２５６から電力入力端子２０８とスイッチ２０２を介し、交流駆動式モータ２１０を駆動する。

以下に、本発明の一実施形態に従うコードレス電動工具システムの構造に関する実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明の一実施形態に従う電池パックの内部構造とブロック図を、図１３〜図１９に示す。本発明の一実施形態に従う電池パックと本発明の一実施形態に従うコードレス電動工具、及び、従来技術の交流駆動式電動工具の電源コードのコンセントプラグを接続した状態を図２０〜図２１に示す。また、本発明の一実施形態に従う電池パックと充電用電源コード、及び、本発明の一実施形態に従う電源コードアダプタを接続した状態を図２２〜図２３に示す。さらに、本発明の一実施形態に従うコードレス電動工具と電源コードアダプタを接続した状態を、図２４に示す。

本発明の一実施形態に従う電池パックに用いるリチウムイオン電池セルは、直列接続した電池セル群の直流電圧を正逆発振し商用電圧に相当する実効値を出力できるような個数とし、電池モジュールは、少なくとも２個以上で構成すると良い。特に、電池モジュールに収容する電池セルの個数は、電池セルの総数の約数とすると良い。なお、電池セルは、リチウムイオン電池に限らず、電池パックに収容して電圧出力が可能な２次電池を広く包含する。以下に、本発明の最良の実施の形態として、２７個のリチウムイオン電池セル、及び、３個の電池モジュールを用いた電池パックを説明する。

図１３は、本発明の一実施形態に従う電池パックの分解斜視図を示す。本発明の一実施形態に従う電池パック１００は、３個の電池モジュール１１２、メインコントロールボックス１１４、コントローラカバー１１７、フックボタン１０３、フックボタン１０３を摺動するためのスプリング１１９、コンセントカバー１０７、コンセントカバー１０７を摺動するためのスプリング１１８、を上ケース１０１と下ケース１０２に収容する。コントローラカバー１１７は、メインコントロールボックス１１４に設けられた放電用コンセント１１０の両極間に壁を介在させると、より絶縁に関する信頼性を高めることができる。また、コンセントカバー１０７も前記同様の壁を設けても良い。

図１４は、本発明の一実施形態に従う電池モジュールの内部構造の側面図を示す。９個の電池セル１２０は、リード板１２１をスポット溶接等により直列接続した電池セル群とする。特に、電池セル群の電圧は、４２．４Ｖ以下となるように構成すると良い。また、電池セル１２０の電圧を検知するための電圧モニタ線１２３の片側末端部をリード板１２１に接続し、残りの片側末端部をモジュールコントローラ１２２に接続する。温度センサ１２４は、電池セル温度を検知できる部位に設けモジュールコントローラ１２２と接続する。モジュールコントローラ１２２とメインコントロールボックス１１４を接続するため、電池入出力端子部１１３のみ電池モジュール１１２の外部に露出するように設ける。

図１５は、本発明の一実施形態に従う電池モジュールの内部構造の上面図を示す。電池モジュールは、９個の電池セルを直列接続した電池セル群、電圧モニタ線と温度センサ、及び、モジュールコントローラを斜線図で示す緩衝体１２５を電池セル１２０の両端に介して、図１４に示す電池セル１２０に沿った内壁と接合部にオーバーラップを設けたモジュールケース右１２６とモジュールケース左１２７により収容する。また、電池モジュールの外装は、熱収縮ラミネートシートを用いて前記内部部位を覆う手段も良い。電池入出力端子部１１３は、モジュール入出力部１３１、モジュールコントローラデジタル通信部１３２で構成される。なお、モジュールケースに隙間が生じる場合は、充填剤を用いてモールドすると良い。

図１６は、本発明の一実施形態に従う電池モジュールのブロック図を示す。９個の電池セル１２０は直列接続され、モジュール充電用ＦＥＴ１２９、モジュール放電用ＦＥＴ１３０を介し、モジュール入出力部１３１に接続される。モジュールコントローラ１２２は、セル電圧検知のための電圧モニタ線１２３、セル温度検知のための温度センサ１２４と接続し、モジュール充電用ＦＥＴ１２９とモジュール放電用ＦＥＴ１３０を用いて制御を行う。また、モジュールコントローラ１２２は、モジュールコントローラデジタル通信部１３２を設け、モジュールコントローラデジタル通信部１３２とメインコントローラデジタル通信部１３９を介して、後述のメインコントローラ１３４とデジタル通信を行う。

図１７は電池パックの内部構造の側面図、図１８は電池パックの内部構造の上面図を示す。電池モジュール１１２の電池入出力端子部１１３をメインコントロールボックス１１４のメインコントローラ・モジュール間接続端子部１１５と接続する。斜線で示すコントローラカバー１１７は、充電用インレット端子１１１と放電用コンセント端子１１０の挿入口を除きメインコントロールボックス１１４に被せる。コンセントカバー１０７は、これを摺動するためのコンセントカバー用スプリング１１８を設け、メインコントロールボックス１１４に設けられたコンセントカバースイッチ１１６をコンセントカバー１０７の動作に連動するように配置する。前記各部位とフックボタン１０３、及び、フックボタン１０３を摺動するためのフックボタン用スプリング１１９を、接合部にオーバーラップを設けた上ケース１０１と下ケース１０２を用いて収容する。コントローラカバー１１７は、上ケース１０１が万が一破損した場合に、メインコントロールボックス１１４の活電部と外部との間に介在することで、絶縁に関する信頼性を高める効果がある。隣接する電池モジュール１１２の間は、クリアランスを確保すると、多直列の電池セル群における熱のこもりを効果的に抑制することができる。また、コンセントカバー１０７が動作することにより、ユーザーへ通電状況を視覚的に示すことができるが、電池セルの残容量検知手段を設け、残容量表示と兼ねて通電状況を示すランプを設けることも良い。

図１９に電池パックのブロック図を示す。直列接続された３個の電池モジュール１１２は、４個のＦＥＴを主要な素子として構成される放電制御部１４０を介して放電用コンセント端子１１０に接続され、また、１個のＳＣＲを主要な素子として構成される充電制御部１４１を介して充電用インレット端子１１１に接続される。メインコントローラ１３４は、バックアップ付電源回路１３３より電力供給を受け、電池モジュール電圧検知のための電池モジュール電圧検知部１３７、充放電電流を検知する電流検知部１３８、コンセントカバー１０７の動作を検知するコンセントカバー検知部１３６、及び、充電用インレット端子１１１に商用電源が接続されたことを検知する充電用インレット検知部１３５を接続する。また、メインコントローラ１３４は、メインコントローラデジタル通信部１３９を設け、メインコントローラデジタル通信部１３９とモジュールコントローラデジタル通信部１３２を介して、モジュールコントローラ１２２とデジタル通信を行う。

放電制御部１４０は、直列した電池セル群の直流電圧を正逆発振することを目的とし、４個のＦＥＴを用いなくてもその目的を達する手段を用いれば良い。特に正逆発振出力の制御においては、ゼロ電圧出力期間を設け、電池セル群の直流電圧を比較し商用電源電圧を含む実効値となるようにゼロ電圧出力期間を制御し、電池セルの残容量による電池セル電圧の変化に対し一定の出力を得られるようにすると、ユーザーが電池セルの残容量減少に伴う出力低下を感じることなく作業が可能となる。

充電制御部１４１については、商用電源から直列した電池セル群に電流量を調整しながら直流電流を流し込むことを目的とし、１個のＳＣＲを用いなくてもその目的を達する手段を用いれば良い。特に充電制御においては、リチウムイオン電池電圧が所定電圧に達するまでは上限電流を設けた一定電流となるように充電制御を行い、リチウムイオン電池電圧が所定電圧に達してからは、電池電圧が所定電圧となるように充電制御を行う。例えば、電池セル電圧、及び、充電電流を検知し、充電電流と充電電圧が目的の値となるようにＳＣＲの点弧角を制御すると良い。なお、本発明の一実施形態では、充電制御部を電池パックに収容する形態であるが、充電制御部を電池パック外に設け、電池パックの状態を認識する手段、及び、電池パックと接続する手段をケースに収容する充電器として別体化しても良い。

モジュールコントローラ１２２とメインコントローラ１３４の間で行われるデジタル通信に関しては、３個の電池モジュール１１２のモジュールコントローラ１２２のグランドが各々異なる電位に接地されるため、例えば、電池モジュール１１２内、又は、メインコントローラ１３４内のいずれかにフォトカプラを設け、絶縁を確保しながらデジタル通信を行うと良い。なお、通信方法については、メインコントローラ１３４とモジュールコントローラ１２２の間でお互いの制御を関連付けることが目的であり、アナログ信号を用いても良い。

図２０に電池パックとコードレス電動工具の接続時の内部構造の側面図を示す。電池パック１００をコードレス電動工具２００へ挿入すると、コードレス電動工具２００の端子収容部２０７が、電池パック１００のコンセントカバー１０７を押しスライドさせる。コンセントカバー１０７に接したコンセントカバースイッチ１１６は、コンセントカバー１０７と連動し、コードレス電動工具２００の電力入力端子２０８と電池パック１００の出力用コンセント端子１１０が接合する位置でオンする。電池パック１００のフックボタン１０３は、コードレス電動工具２００の係止凹部２０６に固定され、フックボタン１０３の解除動作が行われるまで電池パック１００はコードレス電動工具２００に固定される。ここで、電池パック１００は放電許可判断を行い、放電動作へ移行し、コードレス電動工具２００の使用を可能にする。

図２１に電池パックとコンセントプラグの接続時の内部構造の側面図を示す。電池パック１００に交流駆動式電動工具３００のコンセントプラグ３０１を挿入すると、コンセントプラグ３０１は、電池パック１００のコンセントカバー１０７を押しスライドさせる。コンセントカバー１０７に接したコンセントカバースイッチ１１６は、コンセントカバー１０７と連動し、コンセントプラグ３０１と電池パック１００の出力用コンセント端子１１０が接合する位置でオンする。ここで、電池パック１００は放電許可判断を行い、放電動作へ移行し、交流駆動式電動工具３００の使用を可能にする。

図２２に電池パックと充電用電源コードの接続時の内部構造の側面図を示す。電池パック１００の充電用インレット１０８に充電用電源コード２８０の充電用電力供給端子２８２を挿入すると、電池パック１００の充電用インレット端子１１１に商用電源を供給することができる。この際、コンセントカバー１０７は動作せず、コンセントカバースイッチ１１６もオフであるが、メインコントローラ１３４は充電用インレット検知部１３５により電池パック１００に充電用電源コード２８０が挿入されたことを検知し、充電許可判断を行い、充電動作へ移行し、電池パック１００の充電を可能にする。

図２３に電池パックと電源コードアダプタの接続時の内部構造の側面図を示す。電池パック１００に電源コードアダプタ２５０の充電用電力供給端子２５７を挿入すると、電池パック１００の充電用インレット端子１１１に商用電源を供給することができる。この時、電源コードアダプタ２５０がコンセントカバー１０７を押しスライドすることにより、コンセントカバースイッチ１１６はオンとなるが、メインコントローラ１３４は充電用インレット検知部１３５により電池パック１００に充電用電力供給端子２５７が挿入されたことを検知し、充電許可判断を行い、充電動作へ移行し、電池パック１００の充電を可能にする。また、電源コードアダプタ２５０のスライドレール先端部２５９は電池パック１００のガイド凹部１０９に導入され、電源コードアダプタ２５０のフックボタン２５４は電池パック１００の係止凹部１０４に固定され、フックボタン２５４の解除動作が行われるまで電源コードアダプタ２５０は電池パック１００に固定される。

図２４にコードレス電動工具と電源コードアダプタの接続時の内部構造の側面図を示す。電源コードアダプタ２５０のスライドレール部２５５は、電池パック１００のスライドレール部１０５と同じように、コードレス電動工具２００のガイドレール部２０５に沿って挿入できる。電源コードアダプタ２５０のフックボタン２５４がコードレス電動工具２００の係止凹部２０６に固定されるまで挿入すると、コードレス電動工具２００の端子収容部２０７に設けた電源入力端子２０８が、電源コードアダプタ２５０の放電用電力供給端子２５６と接続され、コードレス電動工具２００に搭載する交流駆動式モータへ電力が供給可能となる。なお、電源コードアダプタ２５０には充電用電力供給端子２５７が設けられており、コードレス電動工具２００への接続時は、通電しないダミー凹部２０９に収納される。

図２３と図２４に示すように、電源コードアダプタ２５０は、電池パック１００、及び、コードレス電動工具２００のいずれも接続可能であり、電源コードアダプタ２５０の電源コード２５２は、電源コードアダプタ２５０を電池パック１００、及び、コードレス電動工具２００に接続する進行方向と異なる方向に配置すると良い。特に、電源コード２５２を配置方向は、コードレス電動工具２００の交流駆動式モータ収容部２０１からハンドル２０３へ延長した方向に沿うと、使用時の電源コードの取り回しが容易となり、より高い作業性をユーザーに提供できる。

以下に、本発明の一実施形態に従うコードレス電動工具システムの電気的な制御に関する実施の形態をフローチャートに基づいて説明する。図２５に電池パックの全体的な動作の概略を示し、図２６〜図３０に詳細の動作を示す。

図２５に電池パックの基本動作に関するフローチャートを示す。ステップＳ００１のスタンバイモードにおける各制御部の状態は以下である。モジュールコントローラ１２２は、電池モジュール１１２に内蔵する電池セル１２０より電源供給を受けながら次のステップへ移行するための待機状態である。また、電池モジュール１１２のモジュール充電用ＦＥＴ１２９とモジュール放電用ＦＥＴ１３０はオフしている。メインコントローラ１３４は、電池モジュール１１２からの電源供給を受けられないため、バックアップ付電源回路１３３に有するバックアップコンデンサ等の蓄電部より電源供給を受け次のステップへ移行するための待機状態となっている。また、メインコントローラ１３４が制御する放電制御部１４０のＦＥＴ、及び、充電制御部１４１のＳＣＲもオフしている。

ステップＳ００２では、充電用電源コード２８０、電源コードアダプタ２５０、コードレス電動工具２００、又は、交流駆動式電動工具のコンセントプラグ３０１のいずれかが電池パック１００に接続されると、ステップＳ００４へ進む。

ステップＳ００３では、ステップＳ００１のスタンバイモードが長期間継続された場合に、ステップＳ１０１の長期保管モードに移行する。長期保管モードでは、電池パック１００のバックアップ付電源回路１３３に有するバックアップコンデンサ等の蓄電部の残容量がなくなるため、メインコントローラ１３４はオフとなる。また、電池モジュール１１２に内蔵する電池セル１２０の残容量は前記蓄電部より相対的に多いが、過放電による電池セルの極板劣化等を防ぐため、モジュールコントローラ１２２は、通常動作時より動作電流を抑えた微小電流で待機する。ステップ１０１の長期保管モードは、ステップＳ００４の充電インレットが接続され充電が行われるまで継続する。

ステップＳ００４では、充電用電源コード２８０の充電用電力供給端子２８２、又は、電源コードアダプタ２５０の充電用電力供給端子２５７のいずれかが電池パック１００に接続された場合、ステップＳ２０１の充電開始前の処理に関する充電準備モードを経てステップＳ３０１の充電モードへ移行する。そして、充電を開始した後は、ステップＳ２０２において充電停止が必要な状態となった場合には、ステップＳ００１のスタンバイモードに戻る。

ステップＳ００５では、コードレス電動工具２００の電力入力端子２０８、又は、交流駆動式電動工具３００のコンセントプラグ３０１のいずれかが電池パック１００に接続された場合、ステップＳ４０１の放電開始前の処理に関する放電準備モードを経てステップＳ５０１の放電モードへ移行する。そして、放電を開始した後は、ステップＳ００７に示すように放電停止が必要な状態となった場合にステップＳ００１のスタンバイモードに戻る。

図２６に電池パックの長期保管モードに関するフローチャートを示す。ステップＳ１０２において、充電用電源コード２８０の充電用電力供給端子２８２、又は、電源コードアダプタ２５０の充電用電力供給端子２５７のいずれかが電池パック１００に接続された場合、電池パック１００の充電用インレット検知用ダイオード１４２を介してバックアップ付電源回路１３３が起動する。ステップＳ１０３では、バックアップ付電源回路１３３の起動に伴い、メインコントローラ１３４が起動し、ステップＳ１０４では、バックアップ付電源回路１３３に有するバックアップコンデンサ等の蓄電池への充電を開始する。ステップＳ１０５において、メインコントローラ１３４は、モジュールコントローラ１２２へメインコントローラデジタル通信部１３９、モジュールコントローラデジタル通信部１３２を介してデジタル通信を開始する。ステップＳ１０６では、モジュールコントローラ１２２は、前記通信開始をトリガとして起動し、ステップＳ２０１の充電準備モードへ移行する。

図２７に電池パックの充電準備モードに関するフローチャートを示す。ステップＳ２０４では、メインコントローラ１３４は入力された商用電源電圧を検知する。ステップＳ２０５において、商用電源電圧が充電を許可できる電圧範囲内であれば、ステップＳ２０６へ移行し、逆に、充電を許可できる電圧範囲外であれば、ステップＳ２０１に戻り、電池パック内の回路を異常電圧入力による故障から保護する。ステップＳ２０６では、メインコントローラ１３４は、モジュールコントローラ１２２へ充電許可の指示信号を送信する。ステップＳ２０７では、モジュールコントローラ１２２は、前記充電許可信号を受信する。

ステップＳ２０８では、モジュールコントローラ１２２は、各電池セル１２０の電圧と温度を検知する。ステップＳ２０９では、モジュールコントローラ１２２は、収容する電池セル１２０の少なくとも１セルが満充電により所定値以上の電圧である状態、電圧モニタ線１２３が断線した状態、又は、電池セルの故障等により電池セル間の電圧ばらつきが所定値以上となる状態のいずれかにて充電を不許可と判断し、ステップＳ２１０にてモジュール充電用ＦＥＴ１２９のオフを保持する。逆に、ステップＳ２０９において、全ての電池セル１２０の電池セル電圧が満充電ではない所定値未満の電圧であり、かつ、電池セル間の電圧ばらつきが所定値未満となる状態を認識した場合は、ステップＳ２１１へ進み、モジュールコントローラ１２２がメインコントローラ１３４へ、電池セルの電圧が充電許可できることを示す情報信号を送信する。

ステップＳ２１２では、モジュールコントローラ１２２は、電池セル温度が、電池セルの寿命に影響する低温、又は、高温のように、充電を許可できる所定範囲を超えた温度値であることを判断すると、ステップＳ２１０へ進み、逆に、充電を許可できる所定範囲内の温度値であることを判断すると、ステップＳ２１３へ進み、モジュールコントローラ１２２がメインコントローラ１３４へ、電池セルの温度値が充電許可できることを示す情報信号を送信し、ステップＳ２１４にてモジュール充電用ＦＥＴ１２９をオンする。

一方、メインコントローラ１３４は、ステップＳ２０６でモジュールコントローラ１２２へ充電許可の指示信号を送信し、ステップＳ２１５にて、モジュールコントローラ１２２からの電池セル電圧が充電許可できることを示す情報信号を受信待機する。メインコントローラ１３４は、前記情報信号を３個全てのモジュールコントローラ１２２から受信した場合は、ステップＳ２１６へ進み、３個のモジュールコントローラ１２２の内の少なくとも１個から前記情報信号を受信しなかった場合は、ステップＳ２１９へ進む。

ステップＳ２１６では、メインコントローラ１３４は、モジュールコントローラ１２２からの電池セル温度が充電許可できることを示す情報信号を受信待機する。前記情報信号を３個全てのモジュールコントローラ１２２から受信した場合は、ステップＳ２１７へ進み、３個のモジュールコントローラ１２２の内の少なくとも１個から前記情報信号を受信しなかった場合は、ステップＳ２０１の充電準備モードの初期処理ステップへ戻る。したがって、初期処理ステップへ戻る状態とは、既にステップＳ２１５で電池セル電圧は充電許可できることから、例えば、放電直後の高温の電池パックが室温雰囲気下に放置され、電池セル温度が充電許可できる温度範囲内に入る直前までは、ステップＳ２１６からステップＳ２０１に戻り、ステップＳ２１６に帰還する処理が繰り返され、電池セル温度が充電許可できる温度範囲内に入ると、ステップＳ２１７へ移行する。

ステップＳ２１７では、メインコントローラ１３４が３個の電池モジュール１１２の電池モジュール電圧を検知する。ステップＳ２１８では、３個の電池モジュール１１２の内の少なくとも１個の電池モジュール電圧が、満充電のため所定値以上の電圧である状態、又は、電池セル１２０、電池モジュール１１２の故障等により電池モジュール間の電圧ばらつきが所定値以上となる状態のいずれかにて充電を不許可とするため、ステップＳ２１９へ進み、メインコントローラ１３４からモジュールコントローラ１２２へ充電を不許可とする指示信号を送信し、ステップＳ２２０にてモジュールコントローラ１２２がモジュール充電用ＦＥＴ１２９をオフし、ステップＳ００１のスタンバイモードへ移行する。逆に、ステップＳ２１８において、電池モジュール電圧が全て所定値未満の電圧であり、かつ、電池モジュール間の電圧ばらつきが所定値未満となる状態を検知した場合は、ステップＳ３０１の充電モードへ進む。

図２７の充電準備モードにおいて、仮に、３個の内の１個の電池モジュール１１２内に電圧異常の電池セルが混入し、モジュールコントローラ１２２が何らかの故障によりステップＳ２０９で、電池セル電圧が充電許可できる電圧範囲内にあると誤判断し、ステップＳ２１１でメインコントローラ１３４へセル電圧が充電許可できることを示す誤った情報信号を送信したとする。ステップＳ２１７で、メインコントローラ１３４は、各電池モジュール電圧を検知し、ステップＳ２１８において、電圧異常の電池セルが混入した電池モジュールの電池モジュール電圧が充電許可できる電圧範囲内にない、又は、他の電池モジュール電圧と比較して電位差がある、すなわち電池モジュール間の電圧ばらつきがあるという状態のいずれかを検知し、ステップＳ２１９以降へ移行する。これにより、メインコントローラ１３４自身も充電モードへ移行しないため、充電制御部１４１のＳＣＲをオフとし、モジュールコントローラ１２２も、メインコントローラ１３４から充電不許可の指示信号を受信して、モジュール充電用ＦＥＴ１２９をオフする。以上より、電池モジュール１１２の誤検知に対する保護が成立する。

また、電圧異常の電池セルが混入した前記電池モジュール１１２のモジュールコントローラ１２２が、前記誤検知後に、改めてメインコントローラ１３４から、充電不許可の指示信号を受信し、モジュール充電用ＦＥＴ１２９をオフしようとした際、前記モジュール充電用ＦＥＴ１２９がショート故障して遮断できないような異常状態が重複した場合においても、残りの正常な２個の電池モジュール１１２のモジュールコントローラ１２２が、メインコントローラ１３４から充電不許可の指示を受信し、各々のモジュール充電用ＦＥＴ１２９をオフし、保護が成立する。

また、仮に、メインコントロールボックス１１４が何らかの故障により、充電停止できなくなった場合においても、３個のモジュールコントローラ１２２が独立して各々の電池モジュール１１２の充電状態、又は、メインコントローラ１３４とのデジタル通信状態のいずれかを検知し、モジュールコントローラ１２２自身の判断により充電停止が可能となる。

図２８に電池パックの充電モードに関するフローチャートを示す。ステップＳ３０２に示すように、リチウムイオン電池セルに対し一般的なＣＣＣＶ充電制御を行う。すなわち、リチウムイオン電池電圧が所定電圧に達するまでは上限電流を設け、所定電流を超えないように制御し、リチウムイオン電池電圧が所定電圧に達してからは、電池電圧が所定電圧となるように充電電流と充電電圧を制御する方法である。

ステップＳ３０３に示すように、充電中に充電インレットが取り外されたことを検知すると、ステップＳ３０４にてメインコントローラ１３４は充電制御部１４１のＳＣＲをオフし、ステップＳ３０５にてメインコントローラ１３４はモジュールコントローラ１２２へ充電不許可の指示信号を送信し、ステップＳ３０６にてモジュールコントローラ１２２は前記指示信号を受信し、ステップＳ３０７にてモジュール充電ＦＥＴ１２９をオフし、ステップ００１のスタンバイモードへ移行する。また、ステップＳ３０３にて、充電インレットが取り外されることなく充電が行われる場合は、メインコントローラ１３４による処理ステップＳ３０８とモジュールコントローラ１２２による処理ステップＳ３１２へ移行する。

ステップＳ３０８では、メインコントローラ１３４が電池モジュール１１２の電池モジュール電圧と充電電流値を検知する。ステップＳ３０９にて、メインコントローラ１３４により、電池モジュール電圧が所定値以上の状態、又は、充電末期の定電圧充電制御において充電電流が所定値以下の状態のいずれかにより満充電であることを判断した場合に、ステップＳ３０４以降の充電停止の処理ステップへ移行する。ステップＳ３１０では、充電電流が過電流となる状態、非通電となる状態、商用電源の変動により充電電圧と充電電流のいずれかが目的とする値に制御できない状態、又は、電池モジュール間の電圧ばらつきが所定値以上の状態のいずれかを検知した場合は、ステップＳ３０４以降の充電停止の処理ステップへ移行する。ステップＳ３１１では、モジュールコントローラ１２２がモジュール充電用ＦＥＴ１２９をオフしたことを示す情報信号をメインコントローラ１３４が受信した場合に、ステップＳ３０４以降の充電停止の処理ステップへ移行する。

ステップＳ３１２では、モジュールコントローラ１２２が、電池セル１２０の各セル電圧と温度を検知する。ステップＳ３１３にて、モジュールコントローラ１２２により、電池モジュール１１２に有する電池セル１２０の少なくとも１個が所定の電圧を上回るという状態から満充電であることを判断した場合に、ステップＳ３１５にてモジュール充電用ＦＥＴ１２９をオフし、ステップＳ３１６にてモジュールコントローラ１２２により電池モジュール１１２側で充電遮断したことを示す情報信号をメインコントローラ１３４へ送信する。ステップＳ３１４では、モジュールコントローラ１２２により、電池セル温度が充電許可できる温度範囲を超える状態、電池セルの単位時間当たりの温度上昇が所定値以上の状態、電池セル間の電圧ばらつきが所定値以上の状態、又は、電圧モニタ線１２３が断線した状態のいずれかを検知した場合に、ステップＳ３１５へ移行する。ステップＳ３１５においてモジュール充電用ＦＥＴ１２９が遮断されると、ステップＳ３０８では、メインコントローラ１３４が電池モジュール側で充電を遮断された場合に示す電圧であることを重ねて判断し、さらに、ステップＳ３１６で充電遮断が実行されたことを示す情報信号をメインコントローラ１３４へ送信されることにより、ステップＳ３１１で重ねて判断され、ステップＳ３０４以降の充電停止の処理ステップへ移行する。

図２９に電池パックの放電準備モードに関するフローチャートを示す。ステップＳ４０３では、メインコントローラ１３４は、モジュールコントローラ１２２へ放電許可の指示信号を送信する。なお、ステップＳ１０１の長期保管モードにある状態でステップＳ４０３に進むと、メインコントローラ１３４は起動していないため、次のステップへ進むことはない。したがって、長期保管され残容量のない電池セルがさらなる過放電を受けることを防ぐ。ステップＳ４０４では、モジュールコントローラ１２２は、前記指示信号を受信する。ステップＳ４０５では、モジュールコントローラ１２２は、各電池セル１２０の電圧と温度を検知する。ステップＳ４０６では、モジュールコントローラ１２２は、電池セル１２０の少なくとも１セルが過放電を示す所定値以下の電圧である状態、電圧モニタ線１２３が断線した状態、又は、電池セルの故障等により電池セル間の電圧ばらつきが所定値以上となる状態のいずれかにて放電を不許可と判断し、ステップＳ４０７にてモジュール放電用ＦＥＴ１３０のオフを保持する。逆に、収容する電池セル１２０の各電池セル電圧が全て過放電ではない所定値以上の電圧であり、かつ、電池セル間の電圧ばらつきが所定値未満となる状態を認識した場合は、ステップＳ４０８へ進み、モジュールコントローラ１２２がメインコントローラ１３４へ、電池セルの電圧が放電許可できることを示す情報信号を送信する。

ステップＳ４０９では、モジュールコントローラ１２２は、電池セル温度が、電池セルの寿命に影響する低温、又は、高温のように、放電を許可できる所定範囲を超えた温度値であることを判断すると、ステップＳ４０７へ進み、逆に、放電を許可できる所定範囲内の温度値であることを判断すると、ステップＳ４１０へ進み、モジュールコントローラ１２２がメインコントローラ１３４へ、電池セルの温度値が放電許可できることを示す情報信号を送信し、ステップＳ４１１にて、モジュール放電用ＦＥＴ１３０をオンする。

一方、メインコントローラ１３４は、ステップＳ４０３でモジュールコントローラ１２２へ放電許可の指示信号を送信し、ステップＳ４１２にて、モジュールコントローラ１２２からの電池セル電圧が放電許可できることを示す情報信号を受信待機する。メインコントローラ１３４は、前記情報信号を３個のモジュールコントローラ１２２の全てから受信した場合は、ステップＳ４１３へ進み、３個のモジュールコントローラ１２２の少なくとも１個から前記情報信号を受信しなかった場合は、ステップＳ４１６へ進む。

ステップＳ４１３では、メインコントローラ１３４は、モジュールコントローラ１２２からの電池セル温度が放電許可できることを示す情報信号を受信待機する。前記情報信号を３個のモジュールコントローラ１２２の全てから受信した場合は、ステップＳ４１４へ進み、３個のモジュールコントローラ１２２の少なくとも１個から前記情報信号を受信しなかった場合は、ステップＳ４０１の放電準備モードの初期処理ステップへ戻る。初期処理ステップへ戻る状態とは、既にステップＳ４１２で電池セル電圧は放電許可できることから、例えば、屋外の高温環境下に放置され放電不許可の高温となった電池パックが室内の室温雰囲気下に放置され、電池セル温度が放電許可できる温度範囲内に入る直前までは、ステップＳ４１３からステップＳ４０１に戻り、ステップＳ４１３に帰還する処理が繰り返され、電池セル温度が放電許可できる温度範囲内に入ると、ステップＳ４１４へ移行する。

ステップＳ４１４では、メインコントローラ１３４が３個の電池モジュール１１２の電池モジュール電圧を検知する。ステップＳ４１４にて、少なくとも１個の電池モジュール１１２の電池モジュール電圧が、過放電を示す所定値以下の電圧である状態、又は、電池モジュール等の故障により電池モジュール間の電圧ばらつきが所定値以上となる状態のいずれかにて放電を不許可とするため、ステップＳ４１６へ進み、メインコントローラ１３４からモジュールコントローラ１２２へ放電不許可の指示信号を送信し、ステップＳ４１７にてモジュールコントローラ１２２がモジュール放電用ＦＥＴ１３０をオフし、ステップＳ００１のスタンバイモードへ移行する。逆に、全ての電池モジュール電圧が過放電ではない所定値以上の電圧であり、かつ、電池モジュール間の電圧ばらつきが所定値未満となる状態を検知した場合は、ステップＳ５０１の放電モードへ進む。

図３０に電池パックの放電モードに関するフローチャートを示す。ステップＳ５０３において、メインコントローラ１３４が放電制御部１４０を用いて商用電源の実効値に相当する正逆発振出力を行う。ステップＳ５０４とステップＳ５０５においては、放電モード開始から所定時間内に所定値以上の負荷電流が検知された場合に、ステップＳ５０６以降の放電停止の処理ステップへ移行する。例えば、交流駆動式電動工具において、トグルスイッチタイプを用いたグラインダのように、スイッチをオンしたままコンセントプラグを電池パックに差し込んだ場合に、刃物が不意に動作することを防ぐ。

ステップＳ５０６以降は、放電停止の処理ステップである。ステップＳ５０６にてメインコントローラ１３４が放電制御部１４０の放電用ＦＥＴをオフする。ステップＳ５０７では、メインコントローラ１３４はモジュールコントローラ１２２へ放電を不許可とする指示を送信する。ステップＳ５０８では、モジュールコントローラ１２２が前記放電不許可の指示を受信し、ステップＳ５０９でモジュールコントローラ１２２は、モジュール放電用ＦＥＴ１３０をオフし、ステップＳ００１のスタンバイモードへ移行する。

ステップＳ５０４とステップＳ５０５にて、放電モード開始より所定時間内に所定値以上の電流が流れていないことが確認されると、ステップＳ５１０にてメインコントローラ１３４が放電制御部１４０を用いて商用電源の実効値に相当する正逆発振出力を行う。ステップＳ５１１に示すように、放電中にコンセントプラグが取り外されたことを検知すると、ステップＳ５０６以降の放電停止処理ステップへ進み、コンセントプラグが取り外されることなく放電を行う場合は、メインコントローラ１３４による処理ステップＳ５１２とモジュールコントローラ１２２による処理ステップＳ５１６へ移行する。

ステップＳ５１２では、メインコントローラ１３４が電池モジュール１１２の電池モジュール電圧と放電電流を検知する。ステップＳ５１３にて、メインコントローラ１３４が、３個の内の少なくとも１個の電池モジュール１１２の電池モジュール電圧が過放電により所定の電圧を下回る状態、又は、電池モジュール間の電圧ばらつきが所定値以上の状態のいずれかを検知した場合、ステップＳ５０６以降の放電停止処理ステップへ移行する。ステップＳ５１４では、メインコントローラ１３４が、過負荷により所定値以上の放電電流となることを検知した場合は、ステップＳ５０６以降の放電停止処理ステップへ移行する。ステップＳ５１５では、モジュールコントローラ１２２がモジュール放電用ＦＥＴ１３０をオフしたことを示す情報信号をメインコントローラ１３４が受信した場合に、ステップＳ５０６以降の放電停止の処理ステップへ移行する。

ステップＳ５２１では、コンセントプラグが取り外されないまま放電が行われない状態が所定時間以上継続されると、ステップＳ５０６以降の放電停止の処理ステップへ移行する。これにより、例えば、コードレス電動工具２００に電池パック１００を接続し、未使用で長期間放置されるような場合に、電池パック１００はスタンバイモードへ移行し、放電経路を遮断し絶縁を確保する。

ステップＳ５１６では、モジュールコントローラ１２２が、電池セル１２０の各セル電圧と温度を検知する。ステップＳ５１７にて、モジュールコントローラ１２２が、電池モジュール１１２に有する電池セル１２０の少なくとも１個が過放電により所定の電圧を下回る状態、又は、電圧モニタ線１２３が断線した状態のいずれかになると、ステップＳ５１９にてモジュール放電用ＦＥＴ１３０をオフし、ステップＳ５２０にてモジュールコントローラ１２２により電池モジュール１１２側で放電遮断したことを示す情報信号をメインコントローラ１３４へ送信する。ステップＳ５１８では、モジュールコントローラ１２２が、電池セル温度が放電許可できる温度範囲を超える状態、電池セルの単位時間当たりの温度上昇が所定値以上の状態、又は、電池セル間の電圧ばらつきが所定値以上の状態のいずれかを検知した場合に、ステップＳ５１９へ移行する。ステップＳ５１９においてモジュール放電用ＦＥＴ１３０が遮断されると、ステップＳ５１２では、メインコントローラ１３４が電池モジュール側で放電を遮断された電圧であることを重ねて判断し、さらに、ステップＳ５２０で放電遮断が実行されたことを示す情報信号をメインコントローラ１３４へ送信されることにより、ステップＳ５１５で重ねて判断され、ステップＳ５０６以降の充電停止の処理ステップへ移行する。

以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、前記［発明の概要］の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。

Claims

電気機器の電源として用いられる電池パックであって、
複数の電池セルが直接に接続されて成る電池セル群と、
その電池セル群に属する前記複数の電池セル間に接続された通電遮断素子であって、電気的に通電状態と遮断状態に切り換わるものと、
前記電池セル群から前記電気機器へ電力を供給するための電力供給端子と、
前記電池パックの状態を認識する状態認識部と、
その状態認識部によって認識された当該電池パックの状態に基づき、当該電池パックの電力供給を制御するコントローラと、
前記電池セル群に接続された蓄電部であって、前記通電遮断素子が前記通電状態にあるために前記電池セル群が通電している、当該電池パックの通常動作状態において、前記電池セル群によって充電されるものと
を含み、
前記状態認識部は、前記通電遮断素子が遮断状態にあるために前記電池セル群が通電していない、当該電池パックの待機状態において、前記蓄電部の存在なしでは、前記電池セル群の電力を受けて作動できる状態にはなく、
前記状態認識部は、当該電池パックの通常動作状態においては、前記電池セル群を用いて作動する一方、当該電池パックの待機状態においては、前記蓄電部を用いて作動する電池パック。
前記状態認識部は、前記電池セル群の少なくとも１個の電池セルの電圧と、前記電池セル群の少なくとも１個の電池セルの温度と、前記電池セル群の電流とのうちの少なくとも１つを認識する請求項１に記載の電池パック。
前記コントローラは、前記電池セル群を充電するための充電制御部を含み、
前記状態認識部は、当該電池パックの外部からの電力が前記充電制御部に入力されるか否かを認識する請求項１または２に記載の電池パック。
さらに、
前記電気機器の端子が前記電力供給端子に接続されていない状態において第１位置に位置し、一方、前記電気機器の端子が前記電力供給端子に接続されている状態において、前記第１位置から変位した第２位置に位置するカバーを含み、
前記状態認識部は、前記カバーの変位を認識する請求項１ないし３のいずれかに記載の電池パック。