特許 6098905 電池パック及び電気機器

(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】6098905

(24)【登録日】2017年3月3日

(45)【発行日】2017年3月22日

(54)【発明の名称】電池パック及び電気機器

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20170313BHJP

   H02H 7/08 20060101ALI20170313BHJP

   H02H 7/085 20060101ALI20170313BHJP

   H02H 7/09 20060101ALI20170313BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/00 B

   H02J7/00 Y

   H02H7/08 P

   H02H7/085 G

   H02H7/09

【請求項の数】9

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-506675(P2015-506675)

(86)(22)【出願日】2014年2月28日

(86)【国際出願番号】JP2014055094

(87)【国際公開番号】WO2014148228

(87)【国際公開日】20140925

【審査請求日】2015年9月18日

(31)【優先権主張番号】特願2013-59634(P2013-59634)

(32)【優先日】2013年3月22日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005094

【氏名又は名称】日立工機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100094983

【弁理士】

【氏名又は名称】北澤 一浩

(74)【代理人】

【識別番号】100095946

【弁理士】

【氏名又は名称】小泉 伸

(74)【代理人】

【識別番号】100099829

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 朗子

(72)【発明者】

【氏名】高野 信宏

【審査官】 松尾 俊介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１４３２８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１８２９０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１５４３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０１４８３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０７５２２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ７／００ − ７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４ − ７／３６

Ｈ０２Ｈ ７／０６ − ７／０９７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気機器本体に着脱可能に接続される電池パックであって、
少なくとも１つの電池セルと、
前記電池パックが異常になると第１の信号を前記電気機器本体に対して出力する第１の電力制御回路と、
前記電池セルからの電力が供給される電力供給経路に設けられた第２のスイッチング素子と、を備え、
第１のスイッチング素子が前記電力供給経路に設けられた第１の電気機器本体に、前記電池パックが接続された状態で、前記電池パックが異常状態になった場合には、少なくとも前記第１のスイッチング素子を遮断し、
前記第１のスイッチング素子が前記電力供給経路に設けられていない第２の電気機器本体に、前記電池パックが接続された状態で、前記電池パックが異常状態になった場合には、前記第２のスイッチング素子を遮断するように構成されていることを特徴とする電池パック。

【請求項2】

前記第１の電力制御回路は、前記第２のスイッチング素子を遮断するための遮断信号を出力するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。

【請求項3】

第２の電力制御回路を備え、
前記第２の電力制御回路は、前記電池パックに異常が生じると、前記遮断信号に基づいて、前記電気機器本体に供給する電力を低減又は遮断するための第２の信号を前記第２のスイッチング素子に出力するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の電池パック。

【請求項4】

前記第２の電気機器本体はスイッチを有し、
前記第２の電気機器本体は、前記第１の信号が出力されるか否かに関わらず前記スイッチが操作されると電力の供給を許可することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電池パック。

【請求項5】

前記第１の電気機器本体は、第３の電力制御回路を備え、
前記第３の電力制御回路は、前記電気機器本体又は前記電池パックに異常が生じると、前記電力供給経路に設けられた前記第１のスイッチング素子に、前記電力供給経路を経て供給される電力を低減又は遮断するための第３の信号を出力することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電池パック。

【請求項6】

前記電池パックの異常状態は、前記電池セルの電圧が基準値より小さくなった場合、或いは、前記電力供給経路に流れる電流が閾値より大きくなった場合であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電池パック。

【請求項7】

前記第１の電気機器本体又は前記第２の電気機器本体からなる前記電気機器本体と、
前記電気機器本体に接続可能な請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電池パックと、を備えることを特徴とする電気機器。

【請求項8】

電気機器本体に電池パックを接続して成る電気機器であって、
前記電気機器本体は、
前記電気機器本体又は前記電池パックの少なくともいずれかに異常が生じると、電力供給経路に設けられた第１のスイッチング素子に、前記電力供給経路を経て供給される電力を低減又は遮断するための第３の信号を出力する第３の電力制御回路、を備えた第１の電気機器本体と、
前記電気機器本体又は前記電池パックの少なくともいずれかに異常が生じても、前記第１のスイッチング素子に供給される電力を低減又は遮断することが不可能な第２の電気機器本体と、の一方であり、
前記電池パックは、
前記第１の電気機器本体及び前記第２の電気機器本体の両方に択一的に接続可能な電池パックであって、
互いに接続された前記電気機器本体と前記電池パックとの少なくとも一方に異常が生じると、前記電力供給経路に設けられた第２のスイッチング素子に、前記電力供給経路を経て供給する電力を低減又は遮断するための第２の信号を出力する第２の電力制御回路、を備えた電池パックであり、
前記第１の電気機器本体に前記電池パックが接続された状態で、前記第１の電気機器本体又は前記電池パックに異常が生じると、少なくとも前記第１のスイッチング素子に供給する電力を低減又は遮断するように構成されていることを特徴とする電気機器。

【請求項9】

前記第１の電気機器本体において前記第３の信号の出力を切り替える基準と、前記電池パックにおいて前記第２の信号の出力を切り替える基準とは、それぞれ異なる基準であることを特徴とする請求項８に記載の電気機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池パック、及び、電池パックで動作する電気機器に関する。

【背景技術】

【0002】

充電式の電池パックを電源とするいわゆるコードレス電動工具が広く普及している。電池パックには、通常、複数の電池セルを直列に接続してなるセル組が内蔵されており、電池種としてはリチウムイオン電池が主流となっている。リチウムイオン電池を用いた電池パックには、それぞれの電池セルの電圧を監視するための保護ＩＣ若しくはこれと同等の機能を有する電圧監視手段を内蔵している。いずれかの電池セルがショートしていたり、電池セルの電圧が過放電状態に至る閾値に達している場合には、保護ＩＣから警報信号が出力され、これに応答して電池パックの使用を中止させるためである。

【0003】

保護ＩＣを内蔵した電池パックの使用を前提とした電動工具は、電池パックから電動工具内のモータに流れる電流経路に設けたＦＥＴ等で構成されるスイッチング素子を保護ＩＣから出力された警報信号に応答してオフとし、電池パックの使用を強制終了させるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８−６２３４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

図６に示した例では電池パック２がスイッチ動作検出回路３６を備えている。電気機器本体１の電力供給経路に設けられたスイッチ１０が操作されると、スイッチ１０が操作されたことを知らせる操作信号がＳ端子を介して電池パック２に出力される。電池パック２に設けられたＭＣＵ３１はスイッチ動作検出回路３５によってスイッチ１０が操作されたことを検知すると放電を許可するための放電許可信号をＳ端子を介して電気機器本体１に出力する。電気機器本体１において、放電許可信号が入力されるとドライブ回路２３から電力供給経路に設けられたスイッチング素子２４に放電許可信号が伝達され、電力供給経路を通じてモータ４０に電力供給が開始される。

【0006】

また、電池パック２は電流検出回路３２、電圧検出回路３３、温度検出回路３４及びＭＣＵ３１からなる監視回路を備えている。セル組３に異常が生じるとＭＣＵ３１は電力供給を遮断するための停止信号をＳ端子に出力する。Ｓ端子から停止信号が入力されると、電気機器本体１はドライブ回路２３からスイッチング素子２４に停止信号を出力して電力供給を遮断させる。

【0007】

しかしながら市場では、図６に示したようなＳ端子、ドライブ回路２３及びスイッチング素子２４を備えた電気機器本体１だけに限られず、これらを備えていない電気機器本体１も流通している。このような電気機器本体１に上記の電池パックを接続した状態が図７に示されている。この場合では、電気機器本体１からはスイッチ１０が操作されたことを知らせる操作信号が入力されないが、電気機器本体１の内部では電力供給回路を遮断するスイッチング素子２４がないので、スイッチ１０さえ操作されればすぐに電力供給回路が導通して電力供給が開始される。

【0008】

しかしながらこの場合では、Ｓ端子がなく、セル組３に異常が生じたことを知らせる停止信号が電気機器本体に入力されないので、セル組３に異常が生じても電力供給を遮断できない。このように、図６に示したような電気機器本体と図７に示したような電気機器本体との、いずれに接続された場合でもセル組の異常時に電力供給を遮断できるように構成された電池パックが提供されていないという第１の問題があった。近年、セルの大容量化が進んでいるが、ある程度を超える大容量のセルを用いる場合は、セル組の異常時に電力供給を遮断する構成を備えることが電気用品安全法で規定されている。図６と図７のいずれの電気機器本体にも使用できる、すなわち互換性のある大容量の電池パックを開発しようとする場合には、この第１の問題を解決する必要が生じる。

【0009】

また、図６に示した例では電池パック２に備えられた監視回路だけで異常を検知して電力供給を低減又は遮断するものであったが、接続される電気機器本体１には高出力のモータ等を備えた高負荷タイプの電気機器本体だけでなく、低出力のランプ等を備えた低負荷タイプの電気機器本体もある。低負荷タイプの電気機器本体に電池パック２が接続された場合は、セル組３の異常が生じてから電力供給を低減又は遮断させるのでは遅く、むしろ電気機器本体の異常が先に生じてしまい、より早く電力供給を低減又は遮断させた方が適切となる場合もありうる。このように電池パックだけではなく電気機器本体も保護すべきという第２の問題が生じる。

【0010】

また、上述のように従来の電動工具では、電池パック側からの警報信号に応答して電池パックの使用を終了させるものであったため、電池パックと電動工具とを接続する信号端子であるＳ端子の接触不良などが起こった場合には、正しく電力のオン、オフを切替えることができないという問題があった。また、定格電圧などが不適切な電池パックが電動工具に接続された場合に、電動工具側で電力をオフすることもできないという第３の問題があった。

【0011】

本発明は、上述した問題の少なくともいずれかを解決することのできる電池パック及びこれを備えた電気機器を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記目的を達成するために、本発明は、スイッチを有する電気機器本体に着脱可能に接続される電池パックであって、該スイッチが操作されると該電気機器本体への電力の供給を許可するための第１の信号を該電気機器本体に対して出力する第１の電力制御回路と、該電気機器本体に電力を供給する電力供給経路に設けられた第２のスイッチング素子と、該電池パックに異常が生じると該電気機器本体に供給する電力を低減又は遮断するための第２の信号を該第２のスイッチング素子に出力する第２の電力制御回路と、を備えたことを特徴とする電池パックを提供している。

【0013】

上記の構成によれば、スイッチが操作されたことを知らせる操作信号を電池パック側に出力する電気機器本体に対しても、そのような操作信号を電池パック側に出力しない電気機器本体に対しても、共通に使用できる電池パックを提供することができる。また電池パックに異常が生じたことを知らせる停止信号が入力されると電力供給経路を遮断するスイッチング素子を備えた電気機器本体に対して接続された場合だけではなく、そのようなスイッチング素子を備えていない電気機器本体に対して接続された場合であっても、電池パックに異常が生じると電力供給を低減又は遮断することのできる電池パックを提供することができる。すなわち上述の第１の問題を解決することができる。

【0014】

該第１の信号が入力されると電力の供給を許可する第１のスイッチング素子を電力供給経路に備えた該電気機器本体に該電池パックを接続してもよい。

【0015】

該第１の信号が入力されるか否かに関わらず該スイッチが操作されると電力の供給を許可する該電気機器本体に該電池パックを接続してもよい。

【0016】

該電気機器本体に異常が生じると電力供給経路に設けられた第３のスイッチング素子に電力供給経路を経て供給される電力を低減又は遮断するための第３の信号を出力する第３の電力制御回路を備えた該電気機器本体に該電池パックを接続してもよい。

【0017】

また、本発明は、電気機器本体に電池パックを接続して成る電気機器であって、該電気機器本体又は該電池パックの少なくともいずれかに異常が生じると電力供給経路に設けられた第３のスイッチング素子に電力供給経路を経て供給される電力を低減又は遮断するための第３の信号を出力する第３の電力制御回路を備えた該電気機器本体と、該電気機器本体又は電池パックに異常が生じると電力供給経路に設けられた第２のスイッチング素子に電力供給経路を経て供給する電力を低減又は遮断するための第２の信号を出力する第２の電力制御回路を備えた該電池パックと、を備えたことを特徴とする電気機器を提供している。

【0018】

上記の構成によれば、電気機器本体又は電池パックに異常が生じると電気機器本体と電池パックのそれぞれが電力供給を低減又は遮断することができるので、作業時の振動や接点の摩耗などによって電気機器本体と電池パックとの間の信号を伝える端子に接触不良が生じた場合であっても早期に異常な状態から脱することができる。すなわち上述の第２の問題を解決することができる。

【0019】

該電気機器本体において該第３の信号を出力するか否かを切り替える基準と、該電池パックにおいて該第２の信号を出力するか否かを切り替える基準とを、それぞれ異なる基準としてもよい。

【0020】

上記の構成によれば、電気機器本体と電池パックがそれぞれ異なる基準に基づいて電力供給の遮断又は停止を制御することができるので、例えば高出力のモータ等を備えた高負荷タイプの電気機器本体に電池パックが接続された場合は、電気機器本体から電力供給を遮断又は停止させる基準を相対的に高く設定し、電池パックから電力供給を遮断又は停止させる基準を相対的に低く設定することで、電池パックが出力しうる限界近くまで電力を電気機器本体に供給することができ高負荷の作業を行うことができる。また例えば低出力のランプ等を備えた低負荷タイプの電気機器本体に電池パックが接続された場合は、電気機器本体から電力供給を遮断又は停止させる基準を相対的に低く設定し、電池パックから電力供給を遮断又は停止させる基準を相対的に高く設定することで、電気器本体のランプ等が耐えられる電力を超えないようにすることができる。すなわち上述の第２の問題を解決することができる。

【0021】

また、本発明は、二次電池に接続される接続手段と、前記二次電池からの電流を遮断する遮断手段と、前記二次電池の状態を監視する状態監視手段と、前記状態監視手段の監視結果に基づいて異常を予見し、異常を予見した場合に前記二次電池からの電流を遮断させる判断手段とを有することを特徴とする電気機器を提供している。

【0022】

このような構成によれば、電気機器は電池パックによらず独自に電池パックに由来する異常を予見し、適切に電力を遮断することができる。すなわち上述の第３の問題を解決することができる。

【0023】

前記二次電池は、所定の定格値を有し、前記判断手段は、前記二次電池の前記定格値に基づいた所定値と、前記状態監視手段の監視結果とを比較することにより、異常を判断することが好ましい。このような構成によれば、二次電池の異常を適切に予見することができる。

【0024】

前記判断手段は、電気機器の定格値に基づいた所定値と、前記状態監視手段の監視結果とを比較することにより、異常を判断することが好ましい。このような構成によれば、電気機器の定格値に基づいて、電流を適切に遮断することができる。

【0025】

前記状態監視手段は、前記二次電池から供給される電流と、前記二次電池よって印加される電圧との少なくとも一方を監視することが好ましい。

【0026】

モータをさらに有し、電気機器の定格値は、前記モータの定格電圧であり、前記判断手段は、前記二次電池から印加される電圧が前記モータの定格電圧範囲外であると判断したときに、前記二次電池から前記モータへの電流を前記遮断手段に遮断させることが好ましい。

【0027】

モータをさらに有し、電気機器の定格値は、前記モータの定格電流であり、前記判断手段は、前記二次電池から供給される電流が前記モータの定格電流範囲外であると判断したときに、前記二次電池から前記モータへの電流を前記遮断手段に遮断させることが好ましい。

【0028】

前記二次電池は、自身の状態に基づいて警告を報知する警報信号を前記接続手段に出力し、前記判断手段は、前記接続手段が前記警報信号を入力したときに、前記遮断手段に電流の遮断をさせ、前記遮断手段は、前記状態監視手段の監視結果が異常を予見せず、かつ、前記警報信号を受け取っていないときに電流の遮断を行わないことが好ましい。このような構成によれば、判断手段の判断結果と警報信号とに基づいて適切に電流の遮断を行うことができる。
さらに、本発明は、電気機器本体に着脱可能に接続される電池パックであって、少なくとも１つの電池セルと、前記電池パックが異常になると第１の信号を前記電気機器本体に対して出力する第１の電力制御回路と、前記電池セルからの電力が供給される電力供給経路に設けられた第２のスイッチング素子と、を備え、第１のスイッチング素子が前記電力供給経路に設けられた第１の電気機器本体に、前記電池パックが接続された状態で、前記電池パックが異常状態になった場合には、少なくとも前記第１のスイッチング素子を遮断し、前記第１のスイッチング素子が前記電力供給経路に設けられていない第２の電気機器本体に、前記電池パックが接続された状態で、前記電池パックが異常状態になった場合には、前記第２のスイッチング素子を遮断するように構成されていることを特徴とする電池パックを提供する。
前記第１の電力制御回路は、前記第２のスイッチング素子を遮断するための遮断信号を出力するように構成されていることが好ましい。
第２の電力制御回路を備え、前記第２の電力制御回路は、前記電池パックに異常が生じると、前記遮断信号に基づいて、前記電気機器本体に供給する電力を低減又は遮断するための第２の信号を前記第２のスイッチング素子に出力するように構成されていることが好ましい。
前記第２の電気機器本体はスイッチを有し、前記第２の電気機器本体は、前記第１の信号が出力されるか否かに関わらず前記スイッチが操作されると電力の供給を許可することが好ましい。
前記第１の電気機器本体は、第３の電力制御回路を備え、前記第３の電力制御回路は、前記電気機器本体又は前記電池パックに異常が生じると、前記電力供給経路に設けられた前記第１のスイッチング素子に、前記電力供給経路を経て供給される電力を低減又は遮断するための第３の信号を出力することが好ましい。
前記電池パックの異常状態は、前記電池セルの電圧が基準値より小さくなった場合、或いは、前記電力供給経路に流れる電流が閾値より大きくなった場合であることが好ましい。
前記第１の電気機器本体又は前記第２の電気機器本体からなる前記電気機器本体と、前記電気機器本体に接続可能な電池パックと、を備えることが好ましい。
さらに本発明は、電気機器本体に電池パックを接続して成る電気機器であって、前記電気機器本体は、前記電気機器本体又は前記電池パックの少なくともいずれかに異常が生じると、電力供給経路に設けられた第１のスイッチング素子に、前記電力供給経路を経て供給される電力を低減又は遮断するための第３の信号を出力する第３の電力制御回路、を備えた第１の電気機器本体と、前記電気機器本体又は前記電池パックの少なくともいずれかに異常が生じても、前記第１のスイッチング素子に供給される電力を低減又は遮断することが不可能な第２の電気機器本体と、の一方であり、前記電池パックは、前記第１の電気機器本体及び前記第２の電気機器本体の両方に択一的に接続可能な電池パックであって、互いに接続された前記電気機器本体と前記電池パックとの少なくとも一方に異常が生じると、前記電力供給経路に設けられた第２のスイッチング素子に、前記電力供給経路を経て供給する電力を低減又は遮断するための第２の信号を出力する第２の電力制御回路、を備えた電池パックであり、前記第１の電気機器本体に前記電池パックが接続された状態で、前記第１の電気機器本体又は前記電池パックに異常が生じると、少なくとも前記第１のスイッチング素子に供給する電力を低減又は遮断するように構成されていることを特徴とする電気機器を提供する。
前記第１の電気機器本体において前記第３の信号の出力を切り替える基準と、前記電池パックにおいて前記第２の信号の出力を切り替える基準とは、それぞれ異なる基準であることが好ましい。

【発明の効果】

【0029】

上述した第１乃至第３の問題の少なくともいずれかを解決した電池パック及びこれを備えた電気機器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】セル毎の電圧監視機能を有する電池パックを電気機器本体に装着した状態を示した概略説明図である。

【図2】本発明の第１の実施の形態による電池パックと電気機器本体の電気的構成を示したブロック図である。

【図3】本発明の第２の実施の形態による電池パックと電気機器本体の電気的構成を示したブロック図である。

【図4】本発明の第３の実施の形態による電池パックと電気機器本体の電気的構成を示したブロック図である。

【図5】本発明の第４の実施の形態による電池パックと電気機器本体の電気的構成を示したブロック図である。

【図6】従来の第１の例による電池パックと電気機器本体の電気的構成を示したブロック図である。

【図7】従来の第２の例による電池パックと電気機器本体の電気的構成を示したブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。

【0032】

図１は、二次電池である後述する３端子構成の電池パック２と監視対応型電動工具本体１が装着されている状態を示した図である。電動工具本体１はモータ４０とコントローラ２０を内蔵し、モータ４０に電流を流す電流路にはＦＥＴ等のスイッチング素子が介挿されている。電池パック接続面にはプラス端子とマイナス端子の他に警報信号を入力するためのＳ端子が形成されている。工具側Ｓ端子は、少なくとも一つのセル電圧が過放電状態に至る閾値に達したときに電池パック２から出力される警報信号を入力するための端子である。電動工具本体１には電動工具を駆動するためのトリガースイッチ１０が設けられている。

【0033】

電池パック２には複数のセルを直列接続して成るセル組３と、セル組３の各電池セルの電圧を監視し、少なくともいずれかの電池セルの電圧が基準値以下に低下したときに警報信号を出力する電池電圧監視手段たるコントローラ３０が内蔵されている。電動工具本体１に電池パック２が装着された状態では、それぞれのプラス端子同士、マイナス端子同士が電気的に接続されると共に、電池パック２のＳ端子と、工具本体側のＳ端子も電気的に接続される。工具本体１側のＳ端子はコントローラ２０に接続されている。コントローラ２０は電池パック２のＳ端子から警報信号が入力されると、ＦＥＴをオフとして電流路を開放し、電池パック２の使用を強制終了させる。

【0034】

図２は、電池パック２と電動工具本体１の電気的構成を示したブロック図である。図２に示すように、セル組３は、例えばリチウムイオンなどの電池セルを複数個直列に接続している。尚、図２では省略しているが、セル組３は、複数個並列に接続されていてもよい。例として、定格電圧が３．６Ｖの電池セルが４直列である１４．４Ｖの電池パック２や、定格電圧が３．６Ｖの電池セルが５直列の電池パック２が挙げられる。また、１セル当たりの電池容量、および、セル組３が並列される数に応じて、電池パック２の電池容量が決まる。本実施の形態では、例えば、電池セル１セル当たり１．５Ａのセルグループを２つ並列させた３．０Ａｈのものや、１セル当たり２．０Ａのセルグループを２つ並列させた４．０Ａｈのものを使用する。但し、セルグループの数や、電池セル１セル当たりの容量はこれらに限定されるものではない。

【0035】

電池パック２は、制御部３０をさらに有し、制御部３０は、コントローラたるマイクロ・コンピューティング・ユニット３１（以下、「ＭＣＵ３１」と言う。）が内蔵されており、セル組３を構成する各電池セルの電圧を検出している。電池パック２には他に、電流検出回路３２、電圧検出回路３３、温度検出回路３４、充電器検出回路３５、ドライブ回路３８、ＦＥＴ３９が設けられている。電流検出回路３２は、電池パック２から電動工具本体１に流れる電流を検出するもので、シャント抵抗で構成されている。電圧検出回路３３は、電池パック２と並列接続された２つの抵抗の分圧値から電池パック２の電圧を検出する回路である。温度検出回路３４は電池パック２に接触若しくは近接配置したサーミスタ等の感温素子によりセル組３の温度を検出する回路である。

【0036】

充電器検出回路３５は、電池パック２を図示しない充電器に接続したときに、充電器接続用端子を介して充電器側から入力される電圧に応じて、電池パック２が充電器に接続されていることを検出するための回路である。

【0037】

電池パック２には、上記した充電器接続用端子と、プラス端子、マイナス端子、及びＳ端子の少なくとも４つの端子が形成されているが、電動工具本体１に接続する際にはプラス端子、マイナス端子及びＳ端子の３端子のみが電動工具本体１の対応する端子と接続されるので、説明の便宜上、図２に示したような電池パック２を３端子構成電池パックと呼ぶ。なお、充電器接続用端子とＳ端子は、一体的に構成されている。

【0038】

電池パック２に内蔵されたＭＣＵ３１には、電池パック２の各電池セルの電圧以外に、電流検出回路３２、電圧検出回路３３、温度検出回路３４及び充電器検出回路３５からの各種検出信号が入力される。これらの検出信号に基づき、ＭＣＵ３１から放電制御信号が出力される。放電制御信号はＦＥＴ３７のゲートに印加され、ＦＥＴ３７のドレイン電位がＳ端子出力となる。

【0039】

制御部３０には更にＳＷ動作検出回路３６が設けられており、作業者が電動工具本体１のトリガースイッチ１０をオンにしたか否かの検出を行い、検出結果をＭＣＵ３１に入力する。具体的には、作業者がトリガースイッチ１０をオンにすると、電池パック２と電動工具本体１は電気的に接続された状態となる。即ち、電池パック２のプラス端子と、電動工具本体１側のプラス端子、モータ４０、電動工具本体１側のマイナス端子、及び電池パック２側のマイナス端子が接続された電流路が形成される。電流路が形成されると、電池パック２側でセル組３を電源として生成された基準電圧Ｖｃｃが電動工具本体１側に印加される。後述するように電動工具本体１側にはＶｃｃとアース間に３つの抵抗Ｒ１，Ｒ２及びＲ３が直列接続された抵抗組２２が設けられており、Ｒ２とＲ３の分圧値がＳ端子を介してＳＷ動作検出回路３６に印加され、トリガースイッチ１０がオンになったことがＳＷ動作検出回路３６よりＭＣＵ３１に伝達される。トリガースイッチ１０がオフのときには、電池パック２のＳ端子を介してＳＷ動作検出回路３６に入力される電圧は、トリガースイッチ１０がオンのときに入力される電圧よりは低い電圧値（アース電位）となる。

【0040】

トリガースイッチ１０がオンされるとＭＣＵ３１は、ハイレベルの放電制御信号をＦＥＴ３７に出力する。

【0041】

一旦、トリガースイッチ１０がオンされ、ハイレベルの放電制御信号がＦＥＴ３７に出力されると、セル組３を構成するいずれのセルについても電圧が正常状態にある間は、ＭＣＵ３１から出力される放電制御信号はハイレベルであり、ＦＥＴ３７はオンとなっている。そのため、電池パック側のＳ端子からはローレベル（アース電位）の信号が工具本体側に出力される。一方、電動工具が駆動可能な状態若しくは駆動している間に、ＭＣＵ３１は、異常を予見するとハイレベルであった放電制御信号をローレベルに切り替える。異常を予見するということは、電池パックや電気機器本体などが破損に至るような異常な状態に達したことを検知するという意味もあるが、破損にはまだ至らないまでも破損に近づきつつはあることを検知するという意味も含んでいる。本実施の形態では、異常を予見する例として、いずれか少なくとも一つの電池セルの電圧が基準値まで低下したことが検出されたときが挙げられる。ここでいう基準値とは、更に電圧が低下すると過放電状態になる閾値であって、例えば、セル当たり２．０Ｖを基準値とする。セル電圧が２．０Ｖまで低下したことをＭＣＵ３１が検出すると、前述のように、放電制御信号がローレベルになる。この信号が電池電圧監視手段たるＭＣＵ３１から出力される警報信号に相当する。放電制御信号がローレベルになると、ＦＥＴ３７はオフとなり、Ｓ端子の電圧はアースレベルより高い電位、即ち、工具本体側の抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の分圧値に等しくなる。

【0042】

ＭＣＵ３１は、ドライブ回路３８を介して、ＦＥＴ３９を制御している。ＭＣＵ３１は、異常を予見したときにはＦＥＴ３９をオフさせ、それ以外の状態ではＦＥＴ３９をオンさせている。より具体的には、セル組３を構成するいずれのセルについても電圧が正常状態にある場合には、ＭＣＵ３１はＦＥＴ３９をオンにし、電池組３からの電力を出力可能にしている。一方、電動工具本体１が駆動可能な状態若しくは駆動している間に、いずれか少なくとも一つの電池セルの電圧が上述の基準値まで低下したことが検出されると、それまでハイレベルであった放電制御信号がローレベルとなる。

【0043】

尚、電流検出回路３２が所定の電流値より大きい電流値を検出したときにＭＣＵ３１は、ＦＥＴ３９をオフさせると共に、放電制御信号をローレベルにするようにしてもよい。電流値が所定の電流値より大きくなると電動工具本体１に損傷を与える可能性があるからである。あるいは、ＦＥＴ３９をドライブ回路３８によってＰＷＭ制御し、実効電流が低下するようにしてもよい。このようにすれば、出力する電力を低減することができる。また、電流値にも下限を設け、下限値より下回ったときにはＭＣＵ３１は、ＦＥＴ３９をオフさせると共に、放電制御信号をローレベルにするようにしてもよい。

【0044】

次に電動工具本体１の構成について説明する。電動工具本体１には、トリガースイッチ１０とモータ４０の他に、制御部２０が設けられている。制御部２０には、コントローラとしてのマイクロ・コンピューティング・ユニット２５（以下、「ＭＣＵ−２」と言う。）が内蔵されている。制御部２０には更に制御用電源回路２１、電圧検出回路２６，電流検出回路２７、抵抗組２２が設けられている。制御用電源回路２１はスイッチ１０の下流側に設けられており、スイッチ１０がオンされたときに、電池パック１からの電力を変換することで、ＭＣＵ−２、抵抗組２２に制御用電圧Ｖｃｃを印加する。

【0045】

電圧検出回路２６は、モータ４０と並列接続された２つの抵抗の分圧値からモータ４０へ印加されている電圧を検出し、検出結果をＭＣＵ−２に入力する。電流検出回路２７は、シャント抵抗などで構成され、モータ４０に流れる電流を検出し、検出結果をＭＣＵ−２に入力する。モータ４０と並列に逆バイアスされたダイオード４１が接続されており、モータ４０に流れる電流とは逆方向に流れる電流の電流路を提供している。

【0046】

制御部２０には電流路に介挿されたＦＥＴ２４と、ＦＥＴ２４を駆動するためのドライブ回路２３が設けられている。ドライブ回路２３にはＭＣＵ−２からの出力信号がダイオード２８を介して印加されると共に、前記抵抗Ｒ１，Ｒ２及びＲ３の分圧値がダイオード２９を介して印加されている。ＭＣＵ−２からダイオード２８を介してローレベルの信号が入力され、ダイオード２９からも、ローレベルの信号が入力されたときに、ドライブ回路２３はハイレベルの信号を出力し、ＦＥＴ２４をオンさせる。これにより電池パック２からの電力がモータ４０に供給される。ダイオード２８、２９の少なくとも一方がハイレベルのときには、ドライブ回路２３はローレベルの信号を出力し、ＦＥＴ２４をオフさせる。

【0047】

作業者がスイッチ１０をオンしたときに、電池パック２の放電制御信号がハイレベルであるときには、Ｓ端子がローレベルになり、ダイオード２９はローレベルの信号をドライブ回路２３に出力する。一方、スイッチ１０がオンしたときに、放電制御信号がローレベルであるときには、Ｓ端子がハイレベルになり、ダイオード２９はハイレベルの信号をドライブ回路２３に出力する。

【0048】

また、ＭＣＵ−２は、電圧検出回路２６で検出した電圧値及び電流検出回路２７で検出した電流値に基づき、異常状態を予見した場合には警報信号としてハイレベル信号をドライブ回路２３に出力し、ＭＣＵ−２はドライブ回路２３を介してＦＥＴ２４をオフとして電動工具の駆動を停止する。

【0049】

ここで、ＭＣＵ−２が、電圧検出回路２６の検出結果に基づいて異常状態を予見する例として、電圧値が第１の閾値より小さいとき、または、第２の閾値より大きいときが挙げられる。ここで、第２の閾値は第１の閾値より大きい。第１の閾値は、それより電圧が下がると電池組３の電池セルが過放電となる電圧値である。

【0050】

より具体的には、第１の閾値は、電動工具本体１に対応した定格電圧を有する電池パック２に基づいて決定される。例えば、上述のように、電池パック２において、セル電圧が２．０Ｖまで低下したときに過放電であると判定している。そのため、第１の閾値は、かかる閾値２．０Ｖに、直列につながれるセルの数ｎをかけた数値ＴＨ１を閾値とする。言い換えれば、異常を予見するための判断基準（ここでは閾値）が、電動工具本体１と電池パック２ととで同じ基準によって定められている。あるいは、判断基準を電動工具本体１と電池パック２ととで異なるようにしてもよい。例えば、第１の閾値は、電池パック２を考慮せず、電動工具本体１が動作可能である電圧値の下限値など、ＴＨ１と異なる値を設定してもよい。例えば、モータ４０がブラシレスモータである場合には、定格電圧より低い電圧が印加されるとモータ４０にダメージを与える場合がある。この下限値を第１の閾値として設定すれば、モータ４０にダメージを与えることを抑制することができる。即ち、第１の閾値を電動工具本体１の定格電圧を考慮して設定してもよい。

【0051】

また、第１の閾値は、放電時の電流に応じて変化するように、即ち電流依存性を有するように設定されていてもよい。これは、例えば、電動工具本体１は、高負荷がかかると、大電流を出力するが、このとき電圧は急激に低下する。このような状態のときに、ＭＣＵ−２が過放電が起こりうる異常と予見しないように、第１の閾値を電流に依存するようにしておき、大電流出力時（高負荷時）には閾値も低下するようにする。

【0052】

第２の閾値は、電動工具本体１の許容電圧（定格電圧）の上限値に基づいて決定される。例えば、第２の閾値は、モータ４０に印加される電圧値がモータ４０の定格電圧を超えないように設定される。また、第２の閾値についても電流依存性を持たせてもよい。

【0053】

ＭＣＵ−２が、電流検出回路２７に基づいて異常状態と予見する例として、電流値が第３の閾値より小さく、過放電が起こっていると予想される状態、および、電流値が第４の閾値より大きく、装着されている電池パック２の定格電流が電動工具本体１の定格電流より大きい場合が挙げられる。ここで、第４の閾値は第３の閾値より大きい。

【0054】

第１、２の閾値が電流依存性を有していたように、第３、４の閾値が電圧依存性を有していていもよい。

【0055】

図１及び図２に示した例は、３端子構成電池パックを監視対応型電動工具本体に装着した場合であって、電池パック２が１４．４Ｖ出力タイプのものであり、電動工具本体１の定格電圧も１４．４Ｖのものである場合には、電池セルの電圧監視を適正に行うことができるので、係る組み合わせによる電動工具の使用は問題ない。

【0056】

電池パック２が１８Ｖ出力タイプのものであり、電動工具本体１の定格電圧が１４．４Ｖのものである場合には、電動工具本体１に設けた電圧検出回路２６からの出力結果から電圧値が第２の閾値より大きいと判断し、ＭＣＵ−２はドライブ回路２３を介してＦＥＴ２４をオフとし、電動工具の使用を禁止することができる。あるいは、この場合には、ＦＥＴ２４を完全にオフせず、ＦＥＴ２４をＰＷＭ制御して、そのデューティ比を調整することで電圧の実効値が、電動工具本体１の定格電圧になるようにすれば、電動工具本体１の定格電圧より高い定格電圧の電池パック２が装着されても、電動工具本体１を動作させることができる。

【0057】

以上の電池パック２の構成によれば、異常が予見されると、ＭＣＵ３１は、放電制御信号によって電動工具本体１に電動工具本体１の電流路を遮断するように指示できると共に、ドライブ回路３８を介してＦＥＴ３９をオフさせ、電池パック２の出力を遮断、または、低減することができる。例えば、Ｓ端子に接触不良が生じたときにも、電池パック２と、電動工具２とで独自に電力の遮断、または、低減を行うことができる。これにより電池パック２の寿命を延ばすことが可能になる。

【0058】

以上の電動工具本体１の構成によれば、電動工具本体１がＭＣＵ−２、電圧検出回路２６、電流検出回路２７を有しているため、電動工具本体１において電圧値、電流値から異常が予見された場合にはモータ４０への電力の供給を遮断することができる。このため電池セルへの負担を減らすことができる。また、Ｓ端子に接触不良などがあり、電池パック２側から警報信号が正しく出力されないときにも、電動工具本体１が独自に異常を予見することができる。また、電動工具本体１において、第１−４の閾値を独自に設定することが可能になるため、電池パック２の規格に則った制御のみならず、電動工具本体１の規格（モータ４０の定格電圧、定格電流）などを考慮した制御を行うことが可能になる。これにより電動工具本体１の寿命も伸ばすことが可能になる。

【0059】

次に、図３を参照して、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態の電動工具本体１の構成は第１の実施の形態と同じである。また、第２の実施の形態では、電池パック２がドライブ回路３８、ＦＥＴ３９を有していない点が第１の実施の形態と異なる。従って、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様、ＭＣＵ３１が、異常を予見すると、電動工具本体１にローレベルの放電制御信号を出力する。放電制御信号がローになると、電動工具本体１のドライブ回路２３は、ＦＥＴ２４をオフさせることでモータ４０への電力の供給を遮断、または、抑制する。

【0060】

第２の実施の形態の電動工具本体１の構成によれば、電池パック２において、電力の供給を遮断する構成がなくとも、電動工具本体１によって確実にモータ４０への電力の供給を遮断、または、抑制することができる。

【0061】

次に、図４を参照して第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態では、電池パック２の構成は第１の実施の形態と同じである。第３の実施の形態では、電動工具本体１がＭＣＵ−２、電圧検出回路２６、電流検出回路２７、ダイオード２８を備えていない点が第１の実施の形態と異なる。従って、第３の実施の形態では、ＭＣＵ−２が異常を予見することはなく、電池パック２が放電制御信号をローにすることによりＳ端子の電位がハイになり、ドライブ回路２３にハイレベルの信号が入力される。これによりＦＥＴ２４がオフになり、ドライブ回路２３は、モータ４０への電力の供給を遮断することができる。また、ドライブ回路２３は、Ｓ端子がローレベルになったときにＦＥＴ２４をオンさせ、モータ４０に電力を供給する。

【0062】

第３の実施の形態の電動工具本体１の構成によれば、電動工具本体１が独自に入力された電力の異常を予見せずとも、確実にモータ４０への電力の供給を遮断、または、抑制することができる。

【0063】

次に、図５を参照して、第４の実施の形態について説明する。第４の実施の形態では、電池パック２の構成は第１の実施の形態と同じである。第４の実施の形態では、電動工具本体１では、電動工具本体１がＭＣＵ−２、電圧検出回路２６、電流検出回路２７、抵抗組２２、ドライブ回路２３、ＦＥＴ２４、Ｓ端子を備えていない点が第１の実施の形態と異なる。言い換えれば、電動工具本体１は、自身に供給される電力の異常を予見する構成を有さず、さらに、モータ４０への電力の供給を遮断、または、抑制する構成も有していない。従って、第４の実施の形態では、電池パック２が、異常を予見したときに電動工具本体１への電力の供給を遮断、または、抑制する。

【0064】

第４の実施の形態の電池パック４の構成によれば、電動工具本体１が異常を予見する構成を有さず、さらに、モータ４０への電力の供給を遮断、または、抑制する構成も有していない場合でも確実に電動工具本体１への電力の供給を遮断することができる。

【0065】

尚、上記の実施の形態では電池パック２に接続される電動工具本体１を例に示したが、電池パック２に接続される機器は電動工具本体１に限定されず、電気機器であればよく、例えば、扇風機やライトなどであってもよい。

【0066】

請求項に記載の第１の信号は放電制御信号であり、第１の電力制御回路がＭＣＵ３１であり、第２のスイッチング素子がＦＥＴ３９であり、第２の電力制御回路がドライブ回路３８であり、第３のスイッチング素子がＦＥＴ２９であり、第３の電力制御回路はＭＣＵ−２であり、第３の信号はハイレベルの信号である。また、遮断手段はＦＥＴ２４であり、状態監視手段は電圧検出回路２６および電流検出回路２７であり、判断手段はＭＣＵ−２である。

【符号の説明】

【0067】

１ 電動工具本体
３２ マイクロ・コンピューティング・ユニット
３２ 電流検出回路
３３ 電圧検出回路
３８ ドライブ回路
３９ ＦＥＴ
２ 電池パック
２６ 電圧検出回路
２７ 電流検出回路
２５ マイクロ・コンピューティング・ユニット
４０ モーター２３ ドライブ回路
２４ ＦＥＴ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】