特許 6462975 電源装置

(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】6462975

(24)【登録日】2019年1月11日

(45)【発行日】2019年1月30日

(54)【発明の名称】電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20190121BHJP

   B25F 5/00 20060101ALI20190121BHJP

   H01M 2/10 20060101ALI20190121BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20190121BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20190121BHJP

   H02H 7/18 20060101ALI20190121BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/00 S

   B25F5/00 H

   H01M2/10 K

   H01M10/44 P

   H01M10/48 P

   H02H7/18

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2012-288526(P2012-288526)

(22)【出願日】2012年12月28日

(65)【公開番号】特開2014-131431(P2014-131431A)

(43)【公開日】2014年7月10日

【審査請求日】2015年12月28日

【審判番号】不服2017-11485(P2017-11485/J1)

【審判請求日】2017年8月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005094

【氏名又は名称】工機ホールディングス株式会社

(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】100192337

【弁理士】

【氏名又は名称】福本 鉄平

(74)【代理人】

【識別番号】100195992

【弁理士】

【氏名又は名称】城臺 顕

(74)【代理人】

【識別番号】100206092

【弁理士】

【氏名又は名称】金 佳恵

(72)【発明者】

【氏名】堀江 由季

(72)【発明者】

【氏名】中野 恭嗣

(72)【発明者】

【氏名】船橋 一彦

【合議体】

【審判長】 酒井 朋広

【審判官】 東 昌秋

【審判官】 井上 信一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１６２６５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２８５４５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１３０７６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−９３９５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−７８２８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２９３１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０８６６４５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

H02J7/00

B25F5/00

H01M2/10

H01M10/44

H01M10/48

H02H7/18

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の二次電池セルを接続してなる電池組と、
外部の電池接続手段と接続される接続部と、
前記電池組のプラス側に設けられ、前記電池組と前記接続部との第１の経路を遮断する第１の遮断手段と、
前記電池組のマイナス側に設けられ、前記電池組と前記接続部との第２の経路を遮断する第２の遮断手段とを有した電源装置において、
前記第１の遮断手段と、前記第２の遮断手段とを制御する制御部と、
前記制御部に所定電圧を供給する降圧回路と、
前記電池組からの放電電流を検出する電流検出手段と、
前記第１の遮断手段の状態を切替え可能な第１の切替部と、
前記第２の遮断手段の状態を切替え可能な第２の切替部と、を更に有し、
前記降圧回路は、前記接続部を介して充電器と接続される第３の経路と、前記電池組と接続される第４の経路とに接続され、
前記第４の経路は第３の遮断手段を備え、
前記第３の遮断手段は、前記制御部により制御され、
前記制御部は、前記電流検出手段の検出結果に基づき、前記第１の遮断手段および前記第２の遮断手段の少なくとも一方を制御し、
前記制御部に前記所定電圧が供給されないとき、前記第１の遮断手段と前記第２の遮断手段との少なくとも一方は、対応する前記第１の経路または前記第２の経路を遮断し、
前記第４の経路は、前記電池組と前記第１の遮断手段との間に接続され、
前記制御部は、前記第１の切替部と前記第２の切替部とを駆動可能であり、
前記第１の経路に印加されている電圧に基づく駆動電圧が前記第１の経路から前記第２の遮断手段に印加可能であり、
前記制御部が前記第１の切替部を駆動したときに、前記第１の切替部は、前記第１の経路に印加されている電圧に基づいて、前記第１の経路を遮断する状態と、前記第１の経路を遮断しない状態とのいずれかに前記第１の遮断手段の状態を切替可能であり、
前記制御部が前記第２の切替部を駆動したときに、前記第２の切替部は、前記駆動電圧に基づいて、前記第２の経路を遮断する状態と、前記第２の経路を遮断しない状態とのいずれかに前記第２の遮断手段の状態を切替可能であることを特徴とする電動工具に用いられる電源装置。

【請求項2】

前記制御部が二次電池セルの過放電を検出したとき、前記第１の遮断手段と前記第２の遮断手段との少なくとも一方は、対応する前記第１の経路または前記第２の経路を遮断することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。

【請求項3】

前記制御部が二次電池セルの過充電を検出したとき、前記第１の遮断手段と前記第２の遮断手段との少なくとも一方は、対応する前記第１の経路または前記第２の経路を遮断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源装置。

【請求項4】

前記複数の二次電池セルは複数のリチウムイオン電池であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源装置。

【請求項5】

複数の二次電池セルを接続してなる電池組と、
外部の電池接続手段と接続される接続部と、
前記電池組のプラス側に設けられ、前記接続部を介して電動工具または充電器と接続する第１の経路と、
前記電池組のマイナス側に設けられ、前記接続部を介して電動工具または充電器と接続する第２の経路と、
前記電池組と前記接続部との前記第１の経路を遮断する第１の遮断手段と、
前記電池組と前記接続部との前記第２の経路を遮断する第２の遮断手段と、
前記第１の遮断手段と、前記第２の遮断手段とを制御する制御部と、
前記制御部に所定電圧を供給する降圧回路と、
前記電池組からの放電電流を検出する電流検出手段と、
前記第１の遮断手段の状態を切替え可能な第１の切替部と、
前記第２の遮断手段の状態を切替え可能な第２の切替部と、を有し、
前記降圧回路は、前記接続部を介して充電器と接続される第３の経路と、前記電池組と接続される第４の経路とに接続され、
前記第４の経路は第３の遮断手段を備え、
前記第３の遮断手段は、前記制御部により制御され、
前記第３の経路は、前記接続部が前記充電器と接続されている場合には、前記降圧回路を介して前記制御部に前記所定電圧を供給し、
前記制御部が二次電池セルの過放電を検出したとき、前記第１の遮断手段と前記第２の遮断手段との少なくとも一方は、対応する前記第１の経路または前記第２の経路を遮断し、
前記制御部は、前記電流検出手段の検出結果に基づき、前記第１の遮断手段および前記第２の遮断手段の少なくとも一方を制御し、
前記制御部に前記所定電圧が供給されないとき、前記第１の遮断手段と前記第２の遮断手段との少なくとも一方は、対応する前記第１の経路または前記第２の経路を遮断し、
前記第４の経路は、前記電池組と前記第１の遮断手段との間に接続され、
前記制御部は、前記第１の切替部と前記第２の切替部とを駆動可能であり、
前記第１の経路に印加されている電圧に基づく駆動電圧が前記第１の経路から前記第２の遮断手段に印加可能であり、
前記制御部が前記第１の切替部を駆動したときに、前記第１の切替部は、前記第１の経路に印加されている電圧に基づいて、前記第１の経路を遮断する状態と、前記第１の経路を遮断しない状態とのいずれかに前記第１の遮断手段の状態を切替可能であり、
前記制御部が前記第２の切替部を駆動したときに、前記第２の切替部は、前記駆動電圧に基づいて、前記第２の経路を遮断する状態と、前記第２の経路を遮断しない状態とのいずれかに前記第２の遮断手段の状態を切替可能であることを特徴とする電動工具に用いられる電源装置と、電動工具または充電器の少なくとも一方と、からなるシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、モータ等を動力とする電動工具においては、交流の商用電源や、直流の定電圧電源等を接続して用いる工具のみならず、二次電池を装着可能な電動工具が広く用いられている。二次電池を用いた電動工具、いわゆるコードレス電動工具においては、電動工具の種類・用途の拡大により、電池容量の大容量化の需要が高まっており、工具本体に直接装着する方式の電池パックのみならず、二次電池を収容し、腰に装着可能なバッテリーホルスターが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実開平７−３９８３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、作業者の腰に装着可能なバッテリーホルスターでは、装着可能な二次電池数に限界があり、電動工具等の携帯用電源としては、背負式等、上記バッテリーホルスターよりもさらに大容量の携帯用電源の実用化が望まれている。

【0005】

大容量の携帯用電源を実現するためには、多数の二次電池（例えば、リチウムイオン二次電池）をケース内部に配列され収容される。この場合、携帯用電源から出力可能なエネルギー（出力電流）は、大きくなる。

【0006】

したがって、例えば、電動工具や電源の内部抵抗が低い場合や、電源の出力端子間を短絡したときには、従来よりも大きな電流が出力される可能性がある。短絡時の出力を防止するヒューズ等の非可逆遮断素子を設けることは従来から行われているが、従来の遮断回路では、遮断を行った後の復旧に手間がかかり、また、上記のとおり大容量の携帯用電源では、ヒューズ等が溶断するまでの間に流れる電流が大きくなる傾向にあるため、新たな対策を講じる必要が生じている。

【0007】

また、前記電源が接続される電動工具は、比較的容量の大きなコンデンサを備えた構成が多く存在し、電動工具を接続した際や駆動を始めた瞬間に、前記コンデンサの容量に応じた突入電流が、電源から電動工具に流れることがある。突入電流の大きさによっては、電源における過放電を保護する回路が起動し、出力が制限される場合がある。よって、電源に十分な残量がある場合であっても、場合によって、電動工具を使用できなくなる問題が生じる。特に、大容量の電源は、小容量の電源に比べて電力を供給する能力が大きいため、従来の小容量電源が接続された場合では問題とならない程度であった突入電流に対しても、十分な対処が必要になる。

【0008】

本発明は、斯かる実情に鑑み、大電流が流れたときに回路を速やかに、かつ、可逆的に遮断し、また、使用開始時等の突入電流を抑制する電源装置を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

複数の二次電池セルを接続してなる電池組と、電動工具の電池接続手段と接続される接続部と、前記電池組のプラス側に設けられ、前記電池組からの電力の出力を遮断する第１の遮断手段と、前記電池組のマイナス側に設けられ、前記電池組の電力の出力を遮断する第２の遮断手段とを有することを特徴とする電動工具に用いられる電源装置を提供する。

【0010】

以上の構成によれば、電動工具や、電源装置内部に異常が発生したときに、第１の遮断手段と第２の遮断手段とを用いて確実に電池組の出力を遮断することができる。

【0011】

前記電池組は、あらかじめ定められた第１の電圧値と、前記第１の電圧値よりも低い値であり、かつ、前記電池組に対してあらかじめ定められた第２の電圧値と、あらかじめ定められた電流値を有しており、前記第１の電圧値より高い電圧と、前記第２の電圧値より低い電池組の電圧と、前記電流値よりも大きな電流の少なくとも１つを検出可能な検出手段を有し、前記検出手段と接続され、前記第１の遮断手段、および、第２の遮断手段と接続された制御部を有し、前記制御部は、前記検出手段が前記第１の電圧値より高い電圧と、前記第２の電圧値より低い電圧と、前記電流値より大きな電流との少なくとも１つを検出した場合に、前記第１の遮断手段と、前記第２の遮断手段の少なくとも１つを用いて、電池組の出力を遮断することが好ましい。このような構成によれば、制御手段は、検出手段の検出結果に応じて、第１の手段と第２の遮断手段との少なくとも１つによって確実に電力の出力を遮断することができる。

【0012】

前記制御部の基準電圧を規定する第１の基準電圧部と、前記第２の遮断手段の基準電圧を規定する第２の基準電圧部を有し、前記第１の基準電圧部と前記第２の基準電圧部とは異なる値であることが好ましい。このような構成によれば、第２の遮断手段の状態によらずに、制御部を確実に基準電圧に規定することができる。

【0013】

前記第２の遮断手段に前記電池組の出力の遮断を実行させる制御信号を出力する制御信号出力部をさらに備え、前記制御信号出力部は、前記制御部と、前記第２の遮断手段とを電気的に非接触な状態に維持しながら、前記制御部からの信号を元に、前記制御信号を前記第２の遮断手段に出力することが好ましい。また、前記制御信号出力部はフォトカプラを有することが好ましい。このような構成によれば、制御部と、電池組の出力ラインとを直接的に電気的に接続することを避けることができるので、制御部の電圧を安定させることができる。

【0014】

前記第１の遮断手段は、前記電池組の出力経路をスイッチングにより遮断する遮断部と、前記遮断部をスイッチングによって駆動する駆動部とを備え、前記駆動部のスイッチング速度は、前記遮断部のスイッチング速度より高速であることが好ましい。このような構成によれば、第１の遮断手段のオンオフを高速にスイッチングすることができる。

【0015】

前記電池組のプラス側において、前記電池組と前記接続部との間に、第１の電流を出力する第１の経路と、前記第１の電流よりも小さい第２の電流を出力する第２の経路と、前記第１の経路と、前記第２の経路とを選択する選択手段とを有することが好ましい。このような構成によれば、第１の経路と、第２の経路とを適切に選択して電流を出力することができる。

【0016】

前記第２の経路は、電流値を制限する素子を有することが好ましい。前記電流値を制限する素子は、抵抗素子であることが好ましい。このような構成によれば、第２の経路からは電流値を制限した電流を出力することができる。
本発明は、複数の二次電池セルを接続してなる電池組と、外部の電池接続手段と接続される接続部と、前記電池組のプラス側に設けられ、前記電池組と前記接続部との第１の経路を遮断する第１の遮断手段と、前記電池組のマイナス側に設けられ、前記電池組と前記接続部との第２の経路を遮断する第２の遮断手段とを有した電源装置において、前記第１の遮断手段と、前記第２の遮断手段とを制御する制御部と、前記制御部に所定電圧を供給する降圧回路と、前記電池組からの放電電流を検出する電流検出手段と、前記第１の遮断手段の状態を切替え可能な第１の切替部と、前記第２の遮断手段の状態を切替え可能な第２の切替部と、を更に有し、前記降圧回路は、前記接続部を介して充電器と接続される第３の経路と、前記電池組と接続される第４の経路とに接続され、前記第４の経路は第３の遮断手段を備え、前記第３の遮断手段は、前記制御部により制御され、前記制御部は、前記電流検出手段の検出結果に基づき、前記第１の遮断手段および前記第２の遮断手段の少なくとも一方を制御し、前記制御部に前記所定電圧が供給されないとき、前記第１の遮断手段と前記第２の遮断手段との少なくとも一方は、対応する前記第１の経路または前記第２の経路を遮断し、前記第４の経路は、前記電池組と前記第１の遮断手段との間に接続され、前記制御部は、前記第１の切替部と前記第２の切替部とを駆動可能であり、前記第１の経路に印加されている電圧に基づく駆動電圧が前記第１の経路から前記第２の遮断手段に印加可能であり、前記制御部が前記第１の切替部を駆動したときに、前記第１の切替部は、前記第１の経路に印加されている電圧に基づいて、前記第１の経路を遮断する状態と、前記第１の経路を遮断しない状態とのいずれかに前記第１の遮断手段の状態を切替可能であり、前記制御部が前記第２の切替部を駆動したときに、前記第２の切替部は、前記駆動電圧に基づいて、前記第２の経路を遮断する状態と、前記第２の経路を遮断しない状態とのいずれかに前記第２の遮断手段の状態を切替可能であることを特徴とする電動工具を提供する。
前記制御部が二次電池セルの過放電を検出したとき、前記第１の遮断手段と前記第２の遮断手段との少なくとも一方は、対応する前記第１の経路または前記第２の経路を遮断することが好ましい。
前記制御部が二次電池セルの過充電を検出したとき、前記第１の遮断手段と前記第２の遮断手段との少なくとも一方は、対応する前記第１の経路または前記第２の経路を遮断することが好ましい。
前記制御部に前記所定電圧が供給されないとき、前記第１の遮断手段と前記第２の遮断手段との少なくとも一方は、対応する前記第１の経路または前記第２の経路を遮断することが好ましい。
前記第１の遮断手段と前記第２の遮断手段とは許容ピーク電流に対する特性が異なる素子からなり、前記第１の遮断手段が前記第１の経路を遮断するか否かを切替える第１の切替部と、前記第２の遮断手段が前記第２の経路を遮断するか否かを切替える第２の切替部とを更に備えることが好ましい。
前記複数の二次電池セルの少なくとも一つの電圧を監視し、電圧値があらかじめ定められた数値範囲内にあるか否かを前記制御部に報知する監視手段を更に有し、前記監視手段は、前記複数の二次電池セルの少なくとも１つの電圧を監視する通常モードと、前記複数の二次電池セルの電圧を監視せず、消費電力が前記通常モードよりも小さくなる待機モードとを有し、前記制御部に前記所定電圧が供給されないとき、前記監視手段は前記待機モードとなることが好ましい。
前記監視手段は、前記複数の二次電池セルのすべての電圧を監視することが好ましい。
前記複数の二次電池セルは複数のリチウムイオン電池であることが好ましい。
本発明は、複数の二次電池セルを接続してなる電池組と、外部の電池接続手段と接続される接続部と、前記電池組のプラス側に設けられ、前記接続部を介して電動工具または充電器と接続する第１の経路と、前記電池組のマイナス側に設けられ、前記接続部を介して電動工具または充電器と接続する第２の経路と、前記電池組と前記接続部との前記第１の経路を遮断する第１の遮断手段と、前記電池組と前記接続部との前記第２の経路を遮断する第２の遮断手段とを有した電動工具に用いられる電源装置と、電動工具または充電器の少なくとも一方と、からなるシステムにおいて、前記第１の遮断手段と、前記第２の遮断手段とを制御する制御部と、前記制御部に所定電圧を供給する降圧回路と、前記電池組からの放電電流を検出する電流検出手段と、前記第１の遮断手段の状態を切替え可能な第１の切替部と、前記第２の遮断手段の状態を切替え可能な第２の切替部と、を有し、前記降圧回路は、前記接続部を介して充電器と接続される第３の経路と、前記電池組と接続される第４の経路とに接続され、前記第４の経路は第３の遮断手段を備え、前記第３の遮断手段は、前記制御部により制御され、前記第３の経路は、前記接続部が前記充電器と接続されている場合には、前記降圧回路を介して前記制御部に前記所定電圧を供給し、前記制御部が二次電池セルの過放電を検出したとき、前記第１の遮断手段と前記第２の遮断手段との少なくとも一方は、対応する前記第１の経路または前記第２の経路を遮断し、前記制御部は、前記電流検出手段の検出結果に基づき、前記第１の遮断手段および前記第２の遮断手段の少なくとも一方を制御し、前記制御部に前記所定電圧が供給されないとき、前記第１の遮断手段と前記第２の遮断手段との少なくとも一方は、対応する前記第１の経路または前記第２の経路を遮断し、前記第４の経路は、前記電池組と前記第１の遮断手段との間に接続され、前記制御部は、前記第１の切替部と前記第２の切替部とを駆動可能であり、前記第１の経路に印加されている電圧に基づく駆動電圧が前記第１の経路から前記第２の遮断手段に印加可能であり、前記制御部が前記第１の切替部を駆動したときに、前記第１の切替部は、前記第１の経路に印加されている電圧に基づいて、前記第１の経路を遮断する状態と、前記第１の経路を遮断しない状態とのいずれかに前記第１の遮断手段の状態を切替可能であり、前記制御部が前記第２の切替部を駆動したときに、前記第２の切替部は、前記駆動電圧に基づいて、前記第２の経路を遮断する状態と、前記第２の経路を遮断しない状態とのいずれかに前記第２の遮断手段の状態を切替可能であることを特徴とする電動工具に用いられる電源装置と、電動工具または充電器の少なくとも一方と、からなるシステムを提供する。

【発明の効果】

【0017】

本発明の電源装置によれば、電池組からの電力の出力を遮断する第１の遮断手段と、前記電池組のマイナス側に設けられ、前記電池組の電力の出力を遮断する第２の遮断手段とを有するため、電動工具や、電源装置内部に異常が発生したときに、第１の遮断手段と第２の遮断手段とを用いて確実に電池組の出力を遮断することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本実施の形態の電池パックの回路図。

【図2】本実施の形態の電池パックが電動工具に電力を出力するときの処理を示すフローチャート。

【図3】本実施の形態の電池パックが充電器に充電されるときの処理を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。

【0020】

図１に示されるように、電池パック１００は、マイコン１０３と、電池保護ＩＣ１０４と、電池組１０２と、出力プラス端子１２０、出力マイナス端子１２１とを備える。電池パック１００は、コードレス電動工具２００、又は、充電器３００に接続可能である。電池パック１００が電動工具２００に接続されたときには、電池組１０２の電力が電動工具２００に端子１２０、１２１を介して出力される。また、充電器３００が電池パック１００に接続されたときには、電池組１０２が充電される。

【0021】

電池組１０２は、直列に複数接続されることで高出力電圧とした二次電池１０２Ｂが複数並列接続された構成である。本実施の形態では、一例として二次電池１０２はリチウムイオン電池である。尚、本発明における電池パック１００は、二次電池を有するものであれば特に限定はなく、上記大容量電源の一例として例示した背負式の電源装置に限定されるものではない。例えば、電動工具１００と一体的に装着される小型の電池パック、作業者の腰に装着されるバッテリーホルスター、作業者の背中に背負われる背負式電源などにおいても、上記課題を解決することが可能な構造に適用可能である。

【0022】

マイコン１０３はポートＰ１〜Ｐ１０を有している。マイコン１０３の接地電位をＧ１とする。

【0023】

二次電池１０２のハイサイド（正極出力側）における出力経路は、メインの出力ラインたる第１経路１３１と、バイパスラインたる第２経路１３２とに分岐し、第１経路１３１と、第２経路１３２とは、接続点１３４で共通の第３経路１３３に接続される。第３経路１３３はプラス出力端子１２０に接続されている。

【0024】

電池パック１００の上記経路には、第１経路に遮断回路１０５、第２経路に遮断回路１０６と、第３経路に遮断回路１０７とを備えている。

【0025】

第１経路遮断回路１０５は、一例としてｐチャネル型ＦＥＴ１と、ｎチャネル型ＦＥＴ３とを備え、ＦＥＴ３のドレインはＦＥＴ１のゲートに抵抗を介して接続され、ＦＥＴ３のゲートは、抵抗を介してマイコン１０３のポートＰ２に接続されている。ポートＰ２からの信号がハイまたはローに切替わることにより、ＦＥＴ３及びＦＥＴ１のオンオフが切替えられ、第１経路１３１の導通、および、遮断が切替えられる。

【0026】

第２経路遮断回路１０６は、ｐチャネル型ＦＥＴ５と、ｎチャネル型ＦＥＴ６と、抵抗１１５とを備えている。ＦＥＴ５と抵抗１１５は第２経路１３２に設けられ、ＦＥＴ６のドレインは、抵抗を介してＦＥＴ５のゲートに接続され、ＦＥＴ６のゲートは、抵抗を介してマイコン１０３のポートＰ４に接続されている。ポートＰ４からの信号がハイまたはローに切替わることにより、ＦＥＴ６及びＦＥＴ５のオンオフが切替えられ、第１経路１３２の導通、および、遮断が切替えられる。ここで、第２遮断経路１０６を流れる電流は、抵抗１１５によって電池組１０２の出力電流が制限されて、第３の経路に出力される。

【0027】

第３経路遮断回路１０７は、ｐチャネル型ＦＥＴ２と、ｎチャネル型ＦＥＴ４とを備えている。ＦＥＴ２は、第３経路１３３に設けられている。ＦＥＴ４のドレインは、抵抗を介してＦＥＴ２のゲートに接続され、ＦＥＴ４のゲートは、抵抗を介してマイコン１０３のポートＰ１に接続されている。ポートＰ１からの信号はハイまたはローに切替わる。これにより、ＦＥＴ４及びＦＥＴ２のオンオフが切替えられ、第３経路１３３の導通、および、遮断が切替えられる。

【0028】

尚、出力経路１３１、１３２、１３３にそれぞれ配置されたＦＥＴ１、２にはピーク電流（瞬間電流）として大電流が流れることを想定し、許容ピーク電流が大きいものを使用している。本実施の形態では、一例として、ＦＥＴ１、２の許容ピーク電流は、持続時間１０ミリ秒（ｍｓｅｃ）で４００アンペア（Ａ）程度である。一方、ＦＥＴ３、４、６は、それぞれ、ＦＥＴ１、２、５を駆動する駆動部であり、そのオンオフの切替動作が対応するＦＥＴ１、２、５よりも早い素子を使用している。

【0029】

ＦＥＴ１とＦＥＴ２がオンし、ＦＥＴ５がオフであるときには、第１の経路１３１と第３の経路１３３とを介して、電池組１０２の出力電圧、及び、電流がそのまま端子１２０から出力される。一方、ＦＥＴ５とＦＥＴ２とがオンし、ＦＥＴ１がオフであるときには、第２の経路１３２と第３の経路１３３とを介して、電池組１０２の電力が端子１２０から出力される。このとき、抵抗１１５によって電池組１０２からの電流が制限される。

【0030】

プラス端子１２０とマイコン１０３との間には出力電圧検出回路７０が設けられている。出力電圧検出回路７０は、第３経路１３３の電圧を検出し、検出した電圧をマイコン１０３に出力している。

【0031】

電池組１０２のローサイド（電池組１０２のマイナス側）と端子１２１との間には、ローサイド出力経路１３６が設けられている。ローサイド出力経路１３６には、シャント抵抗１２２を介してｎチャネル型のＦＥＴ７、ＦＥＴ１４からなるローサイド遮断回路１０９Ａ、１０９Ｂが設けられている。ローサイド遮断回路１０９Ａは充電時の電流を遮断し、ローダサイド遮断回路１０９Ｂは放電時の電流を遮断する。ＦＥＴ７、ＦＥＴ１４には大電流が流れることを想定し、上記ＦＥＴ１，２と同様に許容ピーク電流が大きいものを使用している。ここで、ＦＥＴ７、１４は、許容ピーク電流等に対する特性が、ＦＥＴ１、２とは異なる素子であることが好適である。上記プラス端子１２０側の第３経路に印加される電圧を抵抗１４１と抵抗１４２とにより分圧し、基準（接地）電位Ｂ２に対する電圧Ｂが抵抗を介してＦＥＴ７、１４のゲートに供給される。なお、ローサイド遮断回路１０９Ａが接地される接地（基準）電位Ｇ２は基準電位Ｇ１とは異なる。なお、基準電位Ｇ１は、シャント抵抗下部の基準電位Ｇ３と同電位である。このようにマイコン１０３と、ローサイド遮断回路１０９Ａの基準電位を分離することで、ＦＥＴ７、１４のオン、オフに関わらず定常的にＦＥＴ７、１４のソース電位、及び、マイコン１０３の基準電位を安定にすることが可能になる。

【0032】

フォトカプラ１１０Ａは、ポートＰ９Ａとローサイド遮断回路１０９Ａとを光学的に接続している。マイコン１０３からのハイ信号、ロー信号により、フォトカプラ１１０Ａを介してＦＥＴ７のオン、オフを切替え、電池組１０２からの電力の供給、遮断を切替えている。フォトカプラ１１０Ａを用いることにより、マイコン１０３と、ＦＥＴ７とを電気的に分離しながら、電池組１０２の電力の供給と遮断とを切替えることが可能になる。同様に、フォトカプラ１１０Ｂは、ポートＰ９Ｂとローサイド遮断回路１０９Ｂとを光学的に接続している。マイコン１０３からのハイ信号、ロー信号により、フォトカプラ１１０Ｂを介してＦＥＴ１４のオン、オフを切替え、電池組１０２への電力の供給、遮断を切替えている。フォトカプラ１１０Ｂを用いることにより、マイコン１０３と、ＦＥＴ１４とを電気的に分離しながら、電池組１０２の電力の供給と遮断とを切替えることが可能になる。フォトカプラ１１０Ａ，１１０Ｂは、基準電位Ｇ１，Ｇ２が異なるマイコン１０３とＦＥＴ７、１４とにおける信号の伝達のために設けられたものであり、電磁リレーやトランス等、任意の代替手段を採用することが可能である。

【0033】

電池組１０２のローサイドにはショート電流検出回路１１９が設けられている。ショート電流検出回路１１９は、出力電流が所定値以上であるかを検出することで、端子１２０、１２１間のショートを検出する。本実施の形態では、検出された前記ショート信号は、マイコン１０３のポートＰ８に入力され、該信号に基づきマイコン１０３はＦＥＴ１，１４を遮断する。尚、ショート信号をマイコン１０３に入力すると共に、又は、入力に代えて、前記信号を保持するラッチ回路を設け、該ラッチ回路によりＦＥＴ１，１４を遮断するドライブ回路を設ける構成としてもよい。

【0034】

電池組１０２のプラス側の電圧Ｖｄｄは、スイッチ回路１４０と降圧回路１１７とを介してマイコン１０３に供給される。スイッチ回路１４０は、スイッチＳＷと、ＦＥＴ１０と、ＦＥＴ１１とを備えている。ＦＥＴ１１はポートＰ３とＦＥＴ１０とに接続されている。スイッチＳＷはユーザによって切替え可能なスイッチである。スイッチＳＷがオンされると電圧Ｖｄｄが抵抗を介してＦＥＴ１１に印加され、ＦＥＴ１１、ＦＥＴ１０がオンされるこれにより電圧Ｖｄｄが降圧回路１１７に印加される。降圧回路１１７は、電圧Ｖｄｄを降圧した電圧をマイコン１０３に印加する。本実施の形態では、一例として、電圧Ｖｄｄは５Ｖである。これによりマイコン１０３が起動する。

【0035】

ＦＥＴ１０のソース、ドレイン間にサーマルプロテクタ２３０が設けられている。サーマルプロテクタ２３０は、自身の温度によってオン、オフが切替る。本実施の形態では、所定の温度（一例として１００℃）以上になるとオンされ、所定の温度未満であればオフされる。本実施の形態ではサーマルプロテクタ２３０は電池組１０２の近傍に設けられており、電池組１０２の温度を監視し、仮に、ＦＥＴ１０が駆動しておらず、充電器も接続されていないためにマイコン１０３が休止状態であったとしても、電池組１０２の温度が上昇した場合は、該サーマルプロテクタ２３０がオンされ、マイコン１０３や電圧Ａの接続回路に電力が供給される。尚、サーマルプロテクタ２３０はスピーカなどの報知装置を備えてもよく、サーマルプロテクタ２３０がオンされたときに報知装置によってユーザに温度が上昇していることを報知する構成としてもよい。

【0036】

プラス端子１２０から降圧回路１１７の間に充電経路１３５が設けられている。充電器３００が電池パック１００に接続されたときには、充電器３００からの電圧は充電経路１３５を経由して降圧回路１１７に印加される。充電器３００からの電圧は降圧回路１１７によって降圧されマイコン１０３に印加される。これにより、マイコン１０３が起動する。以下では、降圧回路１１７に入力される電圧をＡとする。

【0037】

電池保護ＩＣ１０４は、各二次電池セルの通常使用における所定の上限電圧値以上（以下、便宜的に「過充電電圧」と呼ぶ。）、及び、通常使用における所定の下限電圧値以下（以下、便宜的に「過放電電圧」と呼ぶ。）にならないように監視する。保護回路ＩＣ１０４はポートＰ１１〜Ｐ１３を備えている。電池保護ＩＣ１０４は通常モードと待機モードとに切替え可能であり、通常モードにおいて各二次電池セルの過充電（過電圧）、過放電を監視する。待機モードにおいては、電池保護ＩＣ１０４は、各二次電池セルの過充電（過電圧）、過放電を監視しない。待機モードでは、電池保護ＩＣ１０４は電力を全く消費しないか、あるいは、通常モードの消費電力よりはるかに小さく、過放電電圧以下の二次電池セルが接続された場合であっても該二次電池に影響を与えない程度、すなわち、消費が無視できる程度の電力消費である。電池保護ＩＣ１０４は、本実施の形態では、ポートＰ１３にハイ信号が入力されているときに通常モードになり、ロー信号が入力されているときには待機モードになる。

【0038】

過充電信号送出回路１１１は、ＦＥＴ１２からなり、ポートＰ１１とポートＰ６との間に設けられている。電池保護ＩＣ１０４が、二次電池１０２の一つが、所定の上限電圧値以上であると判断すると、ポートＰ１１からハイ信号を過充電信号送出回路１１１に送出し、過放電送出回路１１１においてＦＥＴ１２がオンされることによりポートＰ６に過充電信号たるロー信号が送出される。

【0039】

ＦＥＴ１２のゲートとポートＰ１１との間には、過充電信号遮断回路２１０が設けられている。過充電信号遮断回路２１０は、ＦＥＴ１８と、ＦＥＴ１６と、ＦＥＴ１６のゲート、ソース間に設けられたＲＣ回路１６を構成する抵抗１１６Ｒとコンデンサ１１６Ｃとを備える。ＦＥＴ１６には電圧Ａが印加されている。従って、電圧Ａがゼロになると、ＦＥＴ１６、ＦＥＴ１８がオフされ、ポートＰ１１と、グランド間の経路は遮断されるため、該回路は電力を消費しない。

【0040】

過放電信号送出回路１１２は、ＦＥＴ１３からなり、ポートＰ１２とポートＰ７との間に設けられている。電池保護ＩＣ１０４が、二次電池１０２の一つが所定の下限電圧値以下であると判断すると、ポートＰ１２からハイ信号を過放電送出回路１１２に送出し、過放電送出回路１１２においてＦＥＴ１３がオンされることによりポートＰ７に過放電信号たるロー信号が送出される。

【0041】

ＦＥＴ１３のゲートとポートＰ１２との間には、過放電信号遮断回路２２０が設けられている。過放電信号遮断回路２２０は、ＦＥＴ１５と、ＦＥＴ１７と、ＦＥＴ１７のゲート、ソース間に設けられたＲＣ回路を構成する抵抗１１７Ｒとコンデンサ１１７Ｃとを備えている。ＦＥＴ１５には電圧Ａが印加されている。従って、電圧Ａが低下すると、ＦＥＴ１７、ＦＥＴ１５がオフされ、ポートＰ１２と、グランド間の経路が遮断されるため、該回路は電力を消費しない。

【0042】

切替回路１５０は、電池保護ＩＣ１０４を通常モードと待機モードとの何れか一方に切替える。切替回路１５０は、ＦＥＴ８、ＦＥＴ９を有している。スイッチＳＷが押下された場合、何らかの理由で電池温度が所定温度以上となり、サーマルプロテクタ２３０がオンされた場合、あるいは、充電器からの充電電圧が充電経路１３５を介して降圧回路１１７に印加されたときに、電圧Ａが抵抗を介してＦＥＴ９に印加され、結果としてＦＥＴ８がオンする。これにより切替回路１５０から電池保護ＩＣ１０４にハイ信号が送出され、電池保護ＩＣ１０４が通常モードになり、二次電池１０２の過放電、過充電を監視する。一方、切替回路１５０のポートＰ１３にロー信号が送出されているときには、電池保護ＩＣ１０４が待機モードになる。待機モードにおいて電池保護ＩＣ１０４は、二次電池１０２の過放電、過充電を監視せず、上述のとおり、電力を消費しない、あるいは、超低消費電力状態になる。ただし、ポートＰ１１と、ポートＰ１２とは過充電、及び、過放電を警告する状態として、一例としてハイ信号状態に維持される。尚、他の例としては、通常状態を、ハイ信号状態とし、過充電，過放電等の非通常状態をロー信号や無信号状態等にする構成であってもよい。

【0043】

スイッチＳＷがオフされたときや、電力が電動工具２００などによって消費され電池電圧が低下したとき、あるいは、充電中に充電器３００との接続が解除され、電池電圧が十分に高くないときには、電圧Ａが低い状態になり、ＦＥＴ９のゲートがロー状態になるため、ＦＥＴ９がオフされる。このときには電池保護ＩＣ１０４は待機モードになる。また、電圧Ａの低下により遮断回路２１０、２２０がそれぞれ、ポートＰ１１とグランドとの接続、及び、Ｐポート１２とグランドとの接続を遮断する。これにより、Ｐ１１、Ｐ１２は過電圧、過放電を示す状態（ハイ状態）を維持しながら、ポートＰ１１、Ｐ１２からの電流が遮断された状態になる。ポートＰ１１とグランド間の消費電力、および、ポート１２とグランド間は電力消費がなくなる。これにより、電源装置１００の消費電力を低減することができる。また、例えば、サーマルプロテクタ２３０が高温を検知し、オンしたときなど、異常起動時にマイコン１０３が作動し、かつ、電圧Ａにより遮断回路２１０、２２０が通電したときに、直ちにＰ１１、Ｐ１２から過充電信号、過放電信号が出力される。これにより、異常時において、マイコン１０３が過充電信号、過放電信号を受取り、ＦＥＴ１、２、７、１４を用いて電池組１０２からの出力を遮断することができる。

【0044】

尚、電圧ＡがＦＥＴ１６、１７に印加された直後は、ＲＣ回路１６、１７の時定数に応じた所定時間、ＦＥＴ１６、ＦＥＴ１７はオンされない。言い換えれば、電圧Ａがハイになってから、電池保護ＩＣ１０４が起動する時間は、電圧ＡがハイになってからＦＥＴ１４、１５がオンになる時間より短い。この期間（電圧ＡがハイになってからＦＥＴ１４、１５がオンになる時間）に電池保護ＩＣ１０４が起動し、電池組１０２に異常がないことを確認する。もし、電池組１０２に異常がなければポートＰ１１、１２をロー状態に変更する。これにより、電池保護ＩＣ１０４が、電池組１０２に異常がないことを確認する前に、マイコン１０３に過充電信号、過放電信号を誤送出することを防止している。このため、電池組１０２が正常であるにも関わらず、マイコン１０３が電池組に異常があったと判断して誤動作することを防止することができる。

【0045】

電池電圧検出回路１６０は、電池組１０２の電圧を検出し、検出結果をマイコン１０３のポートＰ６に出力する。

【0046】

電池パック１００が電動工具２００に電力を出力中に、出力電圧検出回路７０において所定の電圧より大きい電圧を検知した場合や、電池組１０２が電力を出力中に電池保護ＩＣから過放電信号が出力された場合、ショート電流検出回路がショートを検出した場合には、マイコン１０３は、ＦＥＴ１，ＦＥＴ２、ＦＥＴ９、及びＦＥＴ１４、特に、ＦＥＴ１，１４をオフさせて電力の供給を遮断する。

【0047】

また、電池組１０２が充電されているときに、電池保護ＩＣ１０４から過充電信号が出力された場合には、マイコン１０３はＦＥＴ１，ＦＥＴ２、ＦＥＴ７、及びＦＥＴ１４、特にＦＥＴ２，ＦＥＴ７をオフさせて充電を遮断する。

【0048】

次に電池パック１００の放電時における突入電流防止処理について図２を参照して説明する。この処理によって、電池パック１００が接続する電動工具２００に放電を開始する際、電動工具２００に搭載される大容量（一例として５００μＦ程度）のコンデンサに突入電流が流れるのを防止している。

【0049】

Ｓ１において、ユーザがスイッチ１４１をオンし、ＦＥＴ１０がオンされ、マイコン１０３が起動する。マイコン１０３は、ポートＰ４、ポートＰ１の両者にハイ信号を送出し、ＦＥＴ５、ＦＥＴ２をオンする。このときポートＰ２はロー状態であり、ＦＥＴ１はオフされている。これにより、第２経路１３２、および、第３経路１３３が導通する。また、電圧Ｂが抵抗を介してＦＥＴ７に印加され、ＦＥＴ７がオンされ、ローサイド経路１３６が導通する。これにより、電池組１０２の電力は第２経路１３２、第３経路１３３を経て端子１２０に出力される。第２経路の抵抗１１５によって、電流が制限され、電動工具２００のコンデンサが小電流により充電される。

【0050】

Ｓ２においてマイコン１０３は、出力電圧検出回路７０と電池電圧検出回路１６０との検出結果を比較し、電池組１０２の電圧（定格電圧）と出力電圧との差が、例えば１Ｖ以下であるかを判定する。Ｓ２が肯定判定されたときには（Ｓ２：ＹＥＳ）、電動工具２のコンデンサが十分チャージされたとみなせるため、Ｓ３において、ポートＰ２をハイに維持してＦＥＴ２をオンしたまま、ポートＰ４、ポートＰ２とにそれぞれロー信号とハイ信号を出力し、ＦＥＴ５をオフさせると共にＦＥＴ１をオンさせる。これにより第２経路１３２が遮断され、第１経路１３１、第３経路１３３が導通する。その結果、Ｓ４において、第１経路１３１、第３経路１３３を介して電池組１０２の電力が、そのまま端子１２０から供給される。これにより、電動工具２００は通常動作（モータの回転など）が可能になる。なお、上述した電圧を判定する方式に代えて、一定時間（例えば１００ミリ秒(ｍｓｅｃ)経過後に、ＦＥＴ５をオフし、ＦＥＴ１をオンする構成としてもよい。

【0051】

一方、Ｓ２が否定判定された場合には、Ｓ５において、Ｓ１のタイミング（マイコン１０３が起動した時点）から所定時間（一例として５秒等。）が経過したかどうかを判定する。かかる所定時間は電動工具２００のコンデンサが充電されるのに十分な時間に基づいて事前に定めた任意の値である。Ｓ５において否定判定された場合には（Ｓ５：ＮＯ）、Ｓ２に処理が戻る。Ｓ５が肯定判定されたときには（Ｓ５：ＹＥＳ）、Ｓ６において、マイコン１０３は異常が発生していると判断しＦＥＴ１、５、２、７、及び、１４をオフし出力経路を遮断する。

【0052】

次に充電開始処理について図３に基づき説明する。尚、電池パック１００において、ユーザがスイッチ回路１４０を遮断し、端子１２０に何も装着されていないときには、ＦＥＴ１、２、７、及び１４はオフ状態である。Ｓ２１において、電池パック１００が充電器３００に装着される。これにより、端子１２０、充電経路１３５を介して充電器３００の電圧が降圧回路１１７に入力される。降圧回路１１７は入力された電圧を降圧しマイコン１０３に出力する。これによりマイコン１０３が起動する。また、充電器３００から電圧が印加されることに伴って、Ｓ２２において、充電器３００の電圧を分圧した電圧ＢがＦＥＴ７に印加され、ＦＥＴ７、及び、１４がオンされる。これにより、ローサイド出力経路１３６が導通する。Ｓ２３において、出力電圧検出回路７０を介してマイコン１０３は充電電圧が入力されていると判断する。Ｓ２４において、マイコン１０３は充電を実行するために、ポートＰ２、Ｐ４からハイ信号を出力して、ＦＥＴ１、２をオンさせる。これにより充電電圧が電池組１０２に印加され充電が開始される。Ｓ２５においてマイコン１０３は充電が完了したかどうかを判定し、充電が完了しない間は（Ｓ２５：ＮＯ）待機状態になる。充電が完了した場合には（Ｓ２６：ＹＥＳ）ＦＥＴ１、２、７、および、１４をオフして充電制御を終了する。

【0053】

以上の本実施の形態の電池パック１００では、電池組１０２のハイサイドにおいて第１、２、３遮断回路１０５、１０６、１０７によって電力の供給が遮断され、電池組１０２のローサイドにおいて、ローサイド遮断回路１０９Ａ、１０９Ｂによって電力の供給が遮断される。これにより、出力ラインがショートした場合において、電力の遮断を確実に行うことができる。特に出力の大きい電池パックにおいては、ＦＥＴに印加される電圧は高く、電流も大きくなる。そのため、ピーク電流近傍の電流がＦＥＴに流れることに対して十分な対策が求められる。本実施の形態では電池組のハイサイドとローサイドとで独立に遮断回路を設けているため一方の遮断回路に問題が生じても他方の遮断回路により電力供給を遮断することができ、仮に異常時に確実に電流を遮断することができる。

【0054】

また、ハイサイドはｐチャネル型のＦＥＴ１、２、５によって電流が遮断され、ローサイドはｎチャネル型のＦＥＴ７、１４によって電流が遮断される。即ち、ハイサイドとローサイドとで特性が異なるＦＥＴを用いて電流の遮断をしている。このため、ＦＥＴをハイサイド又はローサイドの一方のみとした場合と比べて、保護の二重化を行うことができる。尚、上記構成に加えて、前記ＦＥＴの許容ピーク電流と同等、もしくは、それ以上に閾値を有するヒューズ等の溶断型の遮断素子を更に設けることも好ましい。

【0055】

また、本実施の形態では、電動工具２００への放電時に、まず、第２経路１３２、第３経路１３３によるの出力を行い、その後に、第１経路１３１、第３経路１３３による、電池組１０２からのそのままの電圧の出力をしている。第２経路１３２に設けた突入電流を制限する抵抗１１５により、接続、もしくは、起動時の電動工具２００に流れる突入電流を軽減している。

【0056】

尚、本実施の形態では、ハイサイドとローサイドにそれぞれ遮断回路を設けた構成を例示していたが、例えば、ハイサイドに複数の特性からなるＦＥＴを主体とした遮断回路を複数設けローサイドには設けない構成、あるいは、逆にローサイドに複数の遮断回路を設け、ハイサイドには設けない構成とすることも可能である。また、上記実施の形態と同様に、ハイサイドとローサイドのそれぞれに遮断回路を設けた上で、ハイサイド、又はローサイドのいずれか一方、もしくは、両方に対し、複数の特性からなるＦＥＴを主体とした遮断回路を複数設ける構成としてもよい。

【符号の説明】

【0057】

１０２ 電池組
１０３ マイコン
１０４ 保護回路
１０５ 第１経路遮断回路
１０６ 第２経路遮断回路
１０７ 第３経路遮断回路
１０９Ａ、１０９Ｂ ローサイド遮断回路
２１０ 過充電信号遮断回路
２２０ 過放電信号遮断回路

【図1】

【図2】

【図3】