特開 2024-133685 充電システム、バッテリパック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024133685

(43)【公開日】2024-10-02

(54)【発明の名称】充電システム、バッテリパック

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/04 20060101AFI20240925BHJP

   H02J 7/10 20060101ALI20240925BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20240925BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20240925BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20240925BHJP

【ＦＩ】

H02J7/04 A

H02J7/10 B

H02J7/10 H

H02J7/00 X

H02J7/00 Y

H02J7/04 L

H02J7/10 L

H01M10/44 Q

H01M10/48 P

【審査請求】有

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024111276

(22)【出願日】2024-07-10

(62)【分割の表示】P 2020208636の分割

【原出願日】2020-12-16

(71)【出願人】

【識別番号】000137292

【氏名又は名称】株式会社マキタ

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】堀 智貴

(72)【発明者】

【氏名】加納 隼人

(57)【要約】

【課題】レートの異なる複数の充電器に対応可能なバッテリパックを提供する。
【解決手段】バッテリパックは、装着部と、バッテリと、電圧検出部と、電流取得部と、次回電流算出部と、第１の充電停止部と、第２の充電停止部と、を備える。第１の充電停止部は、電流取得部により取得された充電電流値が完了電流値以上である場合に、第１の条件が成立したことに応じて、バッテリの充電を停止する。第１の条件は、電圧検出部により検出された電圧値が完了電圧値以上となり、且つ、次回電流算出部により算出された次回電流値が完了電流値未満になることである。第２の充電停止部は、電流取得部により取得された充電電流値が完了電流値未満である場合に、第１の条件と異なる第２の条件が成立したことに応じて、バッテリの充電を停止する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

充電器に装着されるように構成された装着部と、
前記装着部に接続されたバッテリと、
前記バッテリの電圧値を検出するように構成された電圧検出部と、
現在の処理サイクルにおいて前記バッテリへ流れる充電電流値を取得するように構成された電流取得部と、
前記電流取得部により取得された前記充電電流値に基づいて、次の処理サイクルにおける前記充電電流値の許容値である次回電流値を算出するように構成された次回電流算出部と、
前記電流取得部により取得された前記充電電流値が完了電流値以上である場合に、第１の条件が成立したことに応じて、前記バッテリの充電を停止するように構成された第１の充電停止部であって、前記第１の条件は、前記電圧検出部により検出された前記電圧値が完了電圧値以上となり、且つ、前記次回電流算出部により算出された前記次回電流値が前記完了電流値未満になることである、第１の充電停止部と、
前記電流取得部により取得された前記充電電流値が前記完了電流値未満である場合に、前記第１の条件と異なる第２の条件が成立したことに応じて、前記バッテリの充電を停止するように構成された第２の充電停止部と、を備える、
バッテリパック。

【請求項2】

前記第１の充電停止部により前記バッテリの充電が停止された時における前記バッテリの開放電圧値に相当する目標電圧値を算出するように構成された目標電圧算出部を更に備え、
前記第２の条件は、前記第２の充電停止部により充電が停止された時における前記バッテリの開放電圧値が、前記目標電圧値と一致するように設定されている、
請求項１に記載のバッテリパック。

【請求項3】

前記バッテリの温度を検出するように構成された温度検出部を更に備え、
前記目標電圧算出部は、前記温度検出部により検出された前記温度、及び／又は前記バッテリの劣化度合に基づいて、前記目標電圧値を算出するように構成されている、
請求項２に記載のバッテリパック。

【請求項4】

前記第２の条件は、前記電圧検出部により検出された前記電圧値が、判定値以上であることであり、
前記判定値は、前記目標電圧値に補正値を加算した値に相当し、
前記補正値は、（Ｖｓｅｔ－Ｖｔｇ）×Ｉｎｏｗ／Ｉｃｕｔに相当し、前記Ｖｓｅｔは、前記完了電圧値に相当し、前記Ｖｔｇは前記目標電圧値に相当し、前記Ｉｎｏｗは、前記電流取得部により取得された前記充電電流値に相当し、前記Ｉｃｕｔは、前記完了電流値に相当する、
請求項２又は３に記載のバッテリパック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、充電可能なバッテリパックに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、比較的大型の高レート充電器が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－８０４０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したような高レート充電器よりも充電時間が長くなってもよいので、安価な充電器を望むユーザがいる。耐熱性等の低い安価な充電器を実現するためには、安価な部品を用い、充電電流値を小さくする必要がある。充電電流値が比較的小さい低レートの充電器でバッテリパックを充電する場合、高レートの充電器でバッテリパックを充電する場合よりも、バッテリパックの内部抵抗による電圧降下量が小さくなる。したがって、バッテリパックは、所定の充電容量まで低レートの充電器で充電する場合に、高レートの充電器と異なる充電制御をする必要がある。

【0005】

本開示の１つの局面は、レートの異なる複数の充電器に対応可能なバッテリパックを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の１つの局面のバッテリパックは、装着部と、バッテリと、電圧検出部と、電流取得部と、次回電流算出部と、第１の充電停止部と、第２の充電停止部と、を備える。装着部は、充電器に装着されるように構成される。バッテリは、装着部に接続される。電圧検出部は、バッテリの電圧値を検出するように構成される。電流取得部は、現在の処理サイクルにおいてバッテリへ流れる充電電流値を取得するように構成される。次回電流算出部は、電流取得部により取得された充電電流値に基づいて、次の処理サイクルにおける充電電流値の許容値である次回電流値を算出するように構成される。第１の充電停止部は、電流取得部により取得された充電電流値が完了電流値以上である場合に、第１の条件が成立したことに応じて、バッテリの充電を停止するように構成される。第１の条件は、電圧検出部により検出された電圧値が完了電圧値以上となり、且つ、次回電流算出部により算出された次回電流値が完了電流値未満になることである。第２の充電停止部は、電流取得部により取得された充電電流値が完了電流値未満である場合に、第１の条件と異なる第２の条件が成立したことに応じて、バッテリの充電を停止するように構成される。

【0007】

本開示の１つの局面のバッテリパックは、充電電流値が完了電流値以上である場合、第１の条件が成立したことに応じて、充電を停止する。また、上記バッテリパックは、充電電流値が完了電流値未満である場合、第１の条件と異なる第２の条件が成立したことに応じて、充電を停止する。すなわち、比較的小さい充電電流値で充電する場合に、比較的大きい充電電流値で充電する場合と異なる充電制御が実行される。したがって、レートの異なる複数の充電器に対応可能なバッテリパックを実現することができる。

【0008】

第１の充電停止部によりバッテリの充電が停止された時におけるバッテリの開放電圧値に相当する目標電圧値を算出するように構成された目標電圧算出部を更に備えてもよい。
第２の条件は、第２の充電停止部により充電が停止された時におけるバッテリの開放電圧値が、目標電圧値と一致するように設定されている。

【0009】

比較的小さい充電電流値の電流でバッテリを充電する場合、比較的大きい充電電流値の電流でバッテリを充電する場合よりも、バッテリの内部抵抗による電圧降下量が小さくなる。そのため、比較的小さい充電電流値の電流でバッテリを充電する場合、比較的大きい充電電流値の電流でバッテリを充電する場合と同じ完了電圧値で充電を終了すると、充電停止したときの開放電圧値が、目標電圧値よりも大きくなる。すなわち、バッテリの充電容量が大きくなる。そこで、バッテリの状態に基づいて、目標電圧値が算出される。そして、比較的小さい充電電流値の電流でバッテリを充電する場合、充電停止時における開放電圧値が目標電圧値と一致するように第２の条件が設定される。これにより、比較的小さい充電電流値の電流でバッテリを充電した場合における充電完了時の開放電圧値を、比較的大きい充電電流値の電流でバッテリを充電した場合における充電完了時の開放電圧値と一致させることができる。

【0010】

バッテリの温度を検出するように構成された温度検出部を更に備えてもよい。目標電圧算出部は、温度検出部により検出された温度、及び／又はバッテリの劣化度合に基づいて、目標電圧値を算出してもよい。
温度及び／又はバッテリの劣化度合いに基づいて、目標電圧値を算出することにより、バッテリの過充電を抑制し、バッテリを適切に保護することができる。

【0011】

第２の条件は、電圧検出部により検出された電圧値が、判定値以上であることであってもよい。判定値は、目標電圧値に補正値を加算した値に相当する。補正値は、（Ｖｓｅｔ－Ｖｔｇ）×Ｉｎｏｗ／Ｉｃｕｔに相当する。Ｖｓｅｔは、完了電圧値に相当する。Ｖｔｇは目標電圧値に相当する。Ｉｎｏｗは、電流取得部により取得された充電電流値に相当する。Ｉｃｕｔは、完了電流値に相当する。

【0012】

現在の充電電流値における電圧降下量が補正値として算出され、算出された補正値を目標電圧値に加算した値が判定値として算出される。これにより、第２の条件の成立に応じて充電が完了したときの開放電圧値を目標電圧値に一致させることができる。

【0013】

本開示の別の１つの局面の充電システムは、以下の項目Ａ－１、項目Ａ－２であってもよい。
［項目Ａ－１］
リチウムイオンバッテリを含むバッテリパックと、
前記バッテリパックに接続されるように構成された高レート充電器と、
前記バッテリパックに接続されるように構成された低レート充電器と、を備え、
前記高レート充電器が出力可能な最大電流値は、完了電流値以上であり、
前記低レート充電器が出力可能な最大電流値は、前記完了電流値未満であり、
前記完了電流値は、前記リチウムイオンバッテリの定電流定電圧充電の充電完了時における充電電流値に相当する、
充電システム。

【0014】

本開示の別の１つの局面の充電システムによれば、バッテリパックには高レート充電器と低レート充電器の両方が接続可能であり、バッテリパックを充電するために、高レート充電器と低レート充電器のどちらも使用することができる。

【0015】

［Ａ－２］
前記バッテリパックは、
前記バッテリの状態に基づいて、要求電流値を算出するように構成された要求電流算出
部と、
前記要求電流算出部により算出された前記要求電流値を、前記バッテリパックに接続された前記高レート充電器又は前記低レート充電器へ出力するように構成された要求出力部と、を備え、
前記高レート充電器及び前記低レート充電器は、
充電器の状態に基づいて、上限電流値を算出するように構成された上限電流算出部と、
前記上限電流算出部により算出された前記上限電流値と、前記バッテリパックから出力された前記要求電流値とのうちの小さい方の電流値を有する電流を出力する電流出力部と、を備える、
Ａ－１に記載の充電システム。

【0016】

高レート充電器及び低レート充電器は、上限電流値と要求電流値とのうちの小さい方の電流値を有する電流を出力することにより、充電器の過熱及びバッテリパックの過充電を抑制し、充電器及びバッテリパックの両方を保護することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本実施形態に係る充電システムのバッテリパックと高レート充電器とを示す図である。

【図2】本実施形態に係る充電システムのバッテリパックと低レート充電器を示す図である。

【図3】本実施形態に係る充電システムの電気的構成を示すブロック図である。

【図4】出力可能な最大電流値が完了電流値以上の充電器で、第１の条件が成立したことに応じて充電を終了した場合における、バッテリ電圧値及び充電電流値の時間変化を示す。

【図5】出力可能な最大電流値が完了電流値未満の充電器で、第１の条件が成立したことに応じて充電を終了した場合における、バッテリ電圧値及び充電電流値の時間変化を示す。

【図6】出力可能な最大電流値が完了電流値未満の充電器で、第２の条件が成立したことに応じて充電を終了した場合における、バッテリ電圧値及び充電電流値の時間変化を示す。

【図7】バッテリパックと高レート充電器又は低レート充電器が実行する充電制御処理を示すフローチャートである。

【図8】劣化度とバッテリ温度とに応じた目標電圧値のテーブルである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照しながら、本開示を実施するための形態を説明する。
＜１．構成＞
＜１－１．システム構成＞
本実施形態に係る充電システム１について、図１及び図２を参照して説明する。

【0019】

本実施形態に係る充電システム１は、バッテリパック１００と、高レート充電器２００と、低レート充電器３００と、を備える。
バッテリパック１００は、後述する充電可能なバッテリ３０を備える。バッテリ３０は、直列接続された複数のバッテリセルを含む、例えば、リチウムイオンバッテリである。バッテリパック１００は、バッテリ側装着部２０と、バッテリ側端子部１０と、を備える。

【0020】

バッテリ側装着部２０は、バッテリパック１００の下面に設けられており、高レート充電器２００及び低レート充電器３００に装着されるように構成されている。バッテリ側端子部１０は、バッテリ側装着部２０に設けられており、後述する複数の端子を備える。ま
た、バッテリ側装着部２０は、図示しない電動作業機に装着されるように構成されている。バッテリ側装着部２０が電動作業機に装着されている場合、バッテリパック１００は電動作業機へ電力を供給し、電動作業機はバッテリパック１００から受けた電力で駆動する。電動作業機は、インパクトドライバ、丸鋸などの電動工具、草刈機、トリマーなどの園芸工具、レーザー墨出し器、ライトなどを含む。

【0021】

高レート充電器２００及び低レート充電器３００は、電源コードを備え、電源コードは、商用電源等の外部電源に接続される。高レート充電器２００及び低レート充電器３００は、外部電源から供給された電力から、バッテリ３０に供給する電力を生成する。

【0022】

高レート充電器２００は、バッテリ３０を高レートで充電する充電器である。高レート充電器２００の出力可能な最大電流値は、完了電流値Ｉｃｕｔ以上であり、高レート充電器２００は、完了電流値Ｉｃｕｔ以上の値の電流でバッテリパック１００を充電できる。完了電流値Ｉｃｕｔは、バッテリ３０を定電流定電圧充電した場合における充電完了時の充電電流値に相当する。

【0023】

低レート充電器３００は、バッテリ３０を低レートで充電する充電器である。低レート充電器３００の出力可能な最大電流値は、完了電流値Ｉｃｕｔ未満であり、低レート充電器３００は、完了電流値Ｉｃｕｔ未満の値の電流でしかバッテリパック１００を充電できない。

【0024】

高レート充電器２００は、充電器側装着部２２０と、充電器側端子部２１０と、を備える。充電器側装着部２２０は、高レート充電器２００の上面に設けられており、充電器側端子部２１０は、充電器側装着部２２０に設けられている。また、低レート充電器３００は、充電器側装着部３２０と、充電器側端子部３１０と、を備える。充電器側装着部３２０は、低レート充電器３００の上面に設けられており、充電器側端子部３１０は、充電器側装着部３２０に設けられている。

【0025】

充電器側装着部２２０は、充電器側装着部３２０と同じ形状に構成されている。また、充電器側端子部２１０及び充電器側端子部３１０は、後述する複数の端子を備える。充電器側端子部２１０が備える複数の端子のそれぞれは、充電器側端子部３１０が備える複数の端子のそれぞれと同じ形状に構成されている。充電器側装着部２２０，３２０は、バッテリ側装着部２０が装着されるように構成されている。充電器側端子部２１０，３１０は、充電器側装着部２２０，３２０にバッテリ側装着部２０が装着された場合に、バッテリ側端子部１０と接続されるように構成されている。

【0026】

高レート充電器２００の体格は、低レート充電器３００よりも大きい。高レート充電器２００は、低レート充電器３００よりも出力可能な最大電流値が大きい。そのため、高レート充電器２００の内部には、低レート充電器３００よりも、耐熱性等が高い高価な大型の部品が用いられている。そのため、高レート充電器２００は、低レート充電器３００よりも大型になる。
＜１－２．電気的構成＞
次に、バッテリパック１００、高レート充電器２００及び低レート充電器３００の電気的構成について、図３を参照して説明する。高レート充電器２００の電気的構成は、低レート充電器３００の電気的構成と同じである。

【0027】

＜１－２－１．バッテリパックの電気的構成＞
まず、バッテリパックの電気的構成について説明する。バッテリパック１００は、バッテリ３０と、バッテリMicro Control Unit（以下、ＭＣＵ）５０と、Analog Front End（以下、ＡＦＥ）４０と、レギュレータ６１と、遮断素子６２と、バッテリシャント抵抗６
３と、第１温度検出回路３５と、充電制御回路７１と、放電制御回路７２と、第１検出回路７３と、第１通信回路７４と、を備える。

【0028】

バッテリ側端子部１０は、６個の端子を含む。具体的には、バッテリ側端子部１０は、第１正極端子１１と、第１負極端子１２と、第１充電端子１３と、放電端子１４と、第１検出端子１５と、第１通信端子１６と、を備える。

【0029】

第１正極端子１１は、第１正極ライン１８を介して、バッテリ３０の正極に接続されている。第１負極端子１２は、第１負極ライン１９を介して、バッテリ３０の負極に接続されている。第１充電端子１３は、充電制御回路７１に接続されている。放電端子１４は、放電制御回路７２に接続されている。第１検出端子１５は、第１検出回路７３に接続されている。第１通信端子１６は、第１通信回路７４に接続されている。

【0030】

レギュレータ６１は、バッテリ３０の正極に接続されており、バッテリ３０の電力を受けて、バッテリＭＣＵ５０、ＡＦＥ４０等のバッテリパック１００内の各種回路に供給する電源を生成する。

【0031】

遮断素子６２は、第１正極ライン１８上に設けられている。遮断素子６２は、第１正極ライン１８の導通を遮断できる素子であり、Field Effect Transistor（ＦＥＴ）、Self Control Protector（ＳＣＰ）などである。

【0032】

バッテリシャント抵抗６３は、第１負極ライン１９上に設けられており、バッテリ３０へ流入する充電電流の値及びバッテリ３０から流出する放電電流の値を検出し、検出した電流値をＡＦＥ４０へ出力する。第１温度検出回路３５は、バッテリ３０のバッテリ温度を検出し、検出したバッテリ温度をバッテリＭＣＵ５０へ出力する。

【0033】

ＡＦＥ４０は、アナログ回路であり、バッテリＭＣＵ５０と、Serial Peripheral Interface（ＳＰＩ）通信を実行するように構成されている。ＡＦＥ４０は、バッテリＭＣＵ
５０からの指令に従って、バッテリ３０に含まる各バッテリセルのセル電圧値とバッテリ３０のバッテリ電圧値を検出する。また、ＡＦＥ４０は、複数のバッテリセルの残容量を均等化させるセルバランス処理を実行する。さらに、ＡＦＥ４０は、検出したセル電圧値、バッテリ電圧値を、入力された電流値等をデジタル信号に変換し、変換した各デジタル信号をバッテリＭＣＵ５０へ送信する。また、ＡＦＥ４０は、入力された各種値に基づいてバッテリ３０の状態を判定し、バッテリ３０の充電を停止すべき場合（例えば、過充電状態である場合）に、充電停止信号を充電制御回路７１へ送信する。充電制御回路７１は、ＡＦＥ４０から充電停止信号が入力された場合に、第１充電端子１３から充電器へ放電停止信号を出力する。

【0034】

バッテリＭＣＵ５０は、ＣＰＵ５０ａ、メモリ５０ｂ及びＩ／Ｏ等を備えたマイクロコンピュータを含む。バッテリＭＣＵ５０は、放電制御回路７２、第１検出回路７３、及び第１通信回路７４に接続されている。

【0035】

第１検出回路７３は、第１検出端子１５の電位に基づいて、バッテリパック１００に対する充電器又は電動作業機の接続又は非接続を検出し、接続信号又は非接続信号をバッテリＭＣＵ５０へ出力する。第１検出回路７３は、バッテリパック１００に接続された充電器の電源がオフになっていても、充電器の接続を検出する。

【0036】

第１通信回路７４は、半二重のシリアル通信を実行する、Universal Asynchronous Receiver/Transmitter（ＵＡＲＴ）である。第１通信回路７４は、第１通信端子１６を介し
て、データの送受信を行う。

【0037】

バッテリＭＣＵ５０は、第１検出回路７３から接続信号が入力されると、省エネモードからアクティブモードへ移行する。バッテリＭＣＵ５０は、バッテリパック１００が充電器に接続されている場合には、バッテリ３０の充電制御を実行し、バッテリパック１００が電動作業機に接続されている場合には、バッテリ３０の放電制御を実行する。

【0038】

具体的には、バッテリＭＣＵ５０は、ＡＦＥ４０から受信したセル電圧、バッテリ電圧、電流値、及び第１温度検出回路３５から入力された温度に基づいて、バッテリ３０の充電制御及び放電制御を実行する。

【0039】

バッテリＭＣＵ５０は、充電器のレートに応じて、異なる充電制御を実行する。具体的には、図４に示すように、バッテリＭＣＵ５０は、高レート充電器２００でバッテリ３０を充電する場合には、定電流定電圧充電を実行し、第１の条件が成立したことに応じて充電を停止する。第１の条件は、バッテリ電圧値Ｖｎｏｗが完了電圧値Ｖｓｅｔ以上となり、且つ、次回電流値Ｉｎｅｘｔが完了電流値Ｉｃｕｔ未満になることである。

【0040】

この場合、バッテリ３０は、完了電流値Ｉｃｕｔよりも大きい一定の充電電流値Ｉｎｏｗで充電されて、バッテリ電圧値が完了電圧値Ｖｓｅｔに到達する。バッテリ電圧値Ｖｎｏｗが完了電圧値Ｖｓｅｔに到達すると、バッテリ電圧値Ｖｎｏｗは完了電圧値Ｖｓｅｔで一定となるように、充電電流値Ｉｎｏｗが減少する。そして、次回電流値Ｉｎｅｘｔが完了電流値Ｉｃｕｔ未満になると、充電が停止する。次回電流値Ｉｎｅｘｔは、現在の処理サイクルにおける充電電流値Ｉｎｏｗに基づいて算出される値であって、次の処理サイクルにおける充電電流値の許容値に相当する。また、充電完了時における開放電圧値が、狙いの目標電圧値Ｖｔｇに相当する。

【0041】

ここで、図５に示すように、低レート充電器３００でバッテリ３０を充電する場合に、第１の条件が成立したことに応じて充電を停止すると、最初から充電電流値Ｉｎｏｗが完了電流値Ｉｃｕｔよりも小さいため、バッテリ電圧値Ｖｎｏｗが完了電圧値Ｖｓｅｔに到達した時点で充電が停止する。充電完了時における開放電圧値は、目標電圧値Ｖｔｇよりも大きくなる。すなわち、低レート充電器３００でバッテリ３０を充電する場合に、第１の条件が成立したことに応じて充電を停止すると、高レート充電器２００でバッテリ３０を充電する場合よりも、バッテリ３０の充電容量が大きくなる。

【0042】

充電完了時の開放電圧値は、充電完了時のバッテリ電圧値Ｖｎｏｗからバッテリ３０の内部抵抗による電圧降下量を引いた値に相当する。低レート充電器３００でバッテリ３０を充電する場合における充電電流値は、高レート充電器２００でバッテリ３０を充電する場合における充電電流値よりも小さい。したがって、低レート充電器３００でバッテリ３０を充電する場合は、高レート充電器２００でバッテリ３０を充電する場合よりも、バッテリ３０の内部抵抗による電圧降下量が小さい。そのため、低レート充電器３００でバッテリ３０を充電する場合に、バッテリ電圧値Ｖｎｏｗが完了電圧値Ｖｓｅｔ以上となった時点で充電を停止すると、充電完了時の開放電圧値が目標電圧値Ｖｔｇ＋ΔＶｏｃｖになる。ΔＶｏｃｖは、高レート充電器２００による充電時の電圧降下量と低レート充電器３００による充電時の電圧降下量との差分に相当する。

【0043】

そこで、バッテリＭＣＵ５０は、低レート充電器３００でバッテリ３０を充電する場合に、第１の条件と異なる第２の条件が成立したことに応じて充電を停止する。図６に示すように、第２の条件は、低レート充電器３００による充電完了時における開放電圧値が、目標電圧値Ｖｔｇと一致するように設定されている。

【0044】

具体的には、バッテリＭＣＵ５０は、バッテリ電圧値Ｖｎｏｗが判定値Ｖｂ以上になっ
たことに応じて、充電を停止する。判定値Ｖｂは、目標電圧値Ｖｔｇに補正値ΔＶａを加算した値である。補正値ΔＶａは、低レート充電器３００により充電電流値Ｉｎｏｗの電流で充電している場合の電圧降下量に相当し、ΔＶａ＝（Ｖｓｅｔ－Ｖｔｇ）×Ｉｎｏｗ／Ｉｃｕｔで表される。これにより、低レート充電器３００によるバッテリ３０の充電完了時における開放電圧値及び充電容量が、高レート充電器２００によるバッテリ３０の充電管廊時における開放電圧値及び充電容量と一致する。

【0045】

また、バッテリＭＣＵ５０は、バッテリパック１００に電動作業機が接続されており、且つ、バッテリ３０が放電不可能な状態（例えば、過放電状態、過温状態）であると判定した場合は、バッテリ３０からの放電を禁止する放電禁止信号を放電制御回路７２へ出力する。放電制御回路７２は、バッテリＭＣＵ５０から入力された放電禁止信号を、放電端子１４から電動作業機へ出力する。また、バッテリＭＣＵ５０は、バッテリ３０が放電可能な状態であると判定している場合、放電制御回路７２へウォッチドッグパルス信号（一定周期のパルス信号）を出力する。放電制御回路７２は、ウォッチドッグパルス信号が入力されない場合、放電禁止信号を、放電端子１４から電動作業機へ出力する。

【0046】

さらに、バッテリＭＣＵ５０は、放電禁止信号を電動作業機へ出力しても放電が停止されない場合に、遮断素子６２を操作して、第１正極ライン１８の導通を遮断する。例えば、遮断素子６２がＦＥＴである場合、バッテリＭＣＵ５０は、ＦＥＴをオフにする。また、遮断素子６２がＳＣＰである場合、バッテリＭＣＵ５０は、ＳＣＰのヒューズを溶断させる。

【0047】

バッテリＭＣＵ５０は、過放電状態になるとシャットダウンする。バッテリＭＣＵ５０がシャットダウンしているときに、バッテリパック１００が充電器に接続されると、充電器から放電端子１４を介して補助電源が供給される。レギュレータ６１は、放電端子１４を介して補助電源を受けて、バッテリＭＣＵ５０へ供給する電源を生成して供給する。バッテリＭＣＵ５０は、レギュレータ６１から電源を受けると、シャットダウン状態から起動する。

【0048】

＜１－２－２．充電器の電気的構成＞
高レート充電器２００及び低レート充電器３００は、充電器ＭＣＵ４００と、スイッチング電源回路４１０と、ＦＥＴ４２０と、インターロック回路４３０と、第２温度検出回路４４０と、充電器シャント抵抗４５０と、第２検出回路４６０と、第２通信回路４７０と、を備える。

【0049】

充電器側端子部２１０，３１０は、第２正極端子４１１と、第２負極端子４１２と、第２充電端子４１３と、電源端子４１４と、第２検出端子４１５と、第２通信端子４１６と、を備える。

【0050】

第２正極端子４１１は、第１正極端子１１に接続されるように構成されている。第２負極端子４１２は、第１負極端子１２に接続されるように構成されている。第２充電端子４１３は、第１充電端子１３に接続されるように構成されている。電源端子４１４は、放電端子１４に接続されるように構成されている。第２検出端子４１５は、第１検出端子１５に接続されるように構成されている。第２通信端子４１６は、第１通信端子１６に接続されるように構成されている。

【0051】

スイッチング電源回路４１０は、第２正極ライン４８０を介して第２正極端子４１１に接続されているとともに、第２負極ライン４９０を介して第２負極端子４１２に接続されている。スイッチング電源回路４１０は、充電器ＭＣＵ４００からの制御指令に応じて動作し、充電電流を出力する。

【0052】

ＦＥＴ４２０は、第２正極ライン４８０上に設けられている。充電器シャント抵抗４５０は、第２負極ライン４９０上に設けられている。充電器シャント抵抗４５０は、スイッチング電源回路４１０からバッテリパック１００へ流出する充電電流の値を検出し、検出した値を充電器ＭＣＵ４００へ出力する。第２温度検出回路４４は、スイッチング電源回路４１０の温度を充電器温度として検出し、検出した充電器温度を充電器ＭＣＵ４００へ出力する。

【0053】

インターロック回路４３０は、第２充電端子４１３に接続されており、第２充電端子４１３を介して充電停止信号が入力された場合に、スイッチング電源回路４１０の動作を停止させる。

【0054】

充電器ＭＣＵ４００は、ＣＰＵ４００ａ、メモリ４００ｂ及びＩ／Ｏ等を備えたマイクロコンピュータを含む。充電器ＭＣＵ４００は、第２検出回路４６０及び第２通信回路４７０に接続されている。

【0055】

第２検出回路４６０は、第２検出端子４１５の電位に基づいて、充電器に対するバッテリパック１００の接続又は非接続を検出し、接続信号又は非接続信号を充電器ＭＣＵ４００へ出力する。

【0056】

第２通信回路４７０は、半二重のシリアル通信を実行する、Universal Asynchronous Receiver/Transmitter（ＵＡＲＴ）である。第２通信回路４７０は、第２通信端子４１６
を介して、データの送受信を行う。

【0057】

充電器ＭＣＵ４００は、バッテリ３０の充電制御を実行する。また、充電器ＭＣＵ４００は、インターロック回路４３０がスイッチング電源回路４１０の動作を停止させることができなかった場合に、ＦＥＴ４２０をオフにして、スイッチング電源回路４１０からバッテリパック１００への電力の供給を停止する。

【0058】

＜２．処理＞
次に、バッテリＭＣＵ５０及び充電器ＭＣＵ４００が実行する充電制御について、図７のフローチャートを参照して説明する。バッテリＭＣＵ５０及び充電器ＭＣＵ４００は、バッテリ側装着部２０が、充電器側装着部２２０又は充電器側装着部３２０に装着されると、本処理を開始する。

【0059】

まず、Ｓ２００では、充電器ＭＣＵ４００が、充電電流値Ｉｎｏｗの初期値として、０Ａを設定する。
続いて、Ｓ２１０では、充電器ＭＣＵ４００が、現在の処理サイクルにおける充電電流値Ｉｎｏｗをバッテリパック１００へ通知する。

【0060】

続いて、Ｓ２２０では、充電器ＭＣＵ４００が、充電器温度を取得する。
続いて、Ｓ２３０では、充電器ＭＣＵ４００が、Ｓ２２０において取得した充電器温度に応じて、現在の上限電流値Ｉｃｇ_ｌｉｍｉｔを決定する。例えば、充電器ＭＣＵ４０
０は、高レート充電器２００又は低レート充電器３００が過熱状態にならないように、充電器温度が閾値を超える場合は、上限電流値Ｉｃｇ_ｌｉｍｉｔを低減する。

【0061】

一方、Ｓ１０では、バッテリＭＣＵ５０が、バッテリパック１００に装着されている充電器から充電電流値Ｉｎｏｗを受信する。
続いて、Ｓ２０では、バッテリＭＣＵ５０が、現在の処理サイクルにおけるバッテリ電圧値Ｖｎｏｗ、及びバッテリ温度を取得する。

【0062】

続いて、Ｓ３０では、バッテリＭＣＵ５０が、バッテリ３０の状態に応じて、完了電圧値Ｖｓｅｔを算出する。具体的には、バッテリＭＣＵ５０は、バッテリ３０の劣化度及び／又はバッテリ温度に応じて、完了電圧値Ｖｓｅｔを算出する。劣化度とバッテリ温度とに応じた完了電圧値Ｖｓｅｔのテーブルを予めメモリ５０ｂに格納しておき、テーブルを用いて、完了電圧値Ｖｓｅｔを算出してもよい。

【0063】

続いて、Ｓ４０では、バッテリＭＣＵ５０は、バッテリ３０の状態に応じて、完了電流値Ｉｃｕｔを算出する。具体的には、バッテリＭＣＵ５０は、バッテリ３０の劣化度及び／又はバッテリ温度に応じて、完了電流値Ｉｃｕｔを算出する。バッテリＭＣＵ５０は、予めメモリ５０ｂに格納したテーブルを用いて、完了電流値Ｉｃｕｔを算出してもよい。なお、バッテリ３０の劣化度は、バッテリパック１００が使用される都度更新されて、メモリ５０ｂに格納される。

【0064】

続いて、Ｓ５０では、バッテリＭＣＵ５０は、充電電流値Ｉｎｏｗに基づいて、次回電流値Ｉｎｅｘｔを算出する。詳しくは、バッテリＭＣＵ５０は、バッテリ電圧値Ｖｎｏｗと完了電圧値Ｖｓｅｔとを比較し、次回電流値Ｉｎｅｘｔとして、充電電流値Ｉｎｏｗを継続するか、充電電流値Ｉｎｏｗを減少させるか又は増加させるかを決める。そして、バッテリＭＣＵ５０は、次回電流値Ｉｎｅｘｔとして、充電電流値Ｉｎｏｗ算出する、あるいは、充電電流値Ｉｎｏｗを減少させた値又は増加させた値を算出する。

【0065】

続いて、Ｓ６０及びＳ７０では、バッテリＭＣＵ５０は、第１の条件が成立するか否か判定する。詳しくは、Ｓ６０において、バッテリ電圧値Ｖｎｏｗが、完了電圧値Ｖｓｅｔ以上か否か判定する。バッテリ電圧値Ｖｎｏｗが完了電圧値Ｖｓｅｔ以上であると判定した場合は、Ｓ７０の処理へ進み、バッテリ電圧値Ｖｎｏｗが完了電圧値Ｖｓｅｔ未満であると判定した場合は、Ｓ８０の処理へ進む。

【0066】

Ｓ７０では、次回電流値Ｉｎｅｘｔが完了電流値Ｉｃｕｔ未満か否か判定する。次回電流値Ｉｎｅｘｔが完了電流値Ｉｃｕｔ未満であると判定した場合は、第１の条件が成立しているので、Ｓ１１０へ進み、充電を完了する。次回電流値Ｉｎｅｘｔが完了電流値Ｉｃｕｔ以上であると判定した場合は、Ｓ８０の処理へ進む。

【0067】

Ｓ８０～Ｓ１００では、バッテリＭＣＵ５０は、第２の条件が成立するか否か判定する。詳しくは、Ｓ８０において、充電電流値Ｉｎｏｗが完了電流値Ｉｃｕｔよりも小さいか否か判定する。充電電流値Ｉｎｏｗが完了電流値Ｉｃｕｔよりも小さい場合は、Ｓ９０の処理へ進む。一方、充電電流値Ｉｎｏｗが完了電流値Ｉｃｕｔ以上である場合は、第１の条件及び第２の条件を満たさないため、Ｓ１２０の処理へ進み、充電制御を継続する。

【0068】

Ｓ９０では、バッテリＭＣＵ５０は、目標電圧値Ｖｔｇを算出する。具体的には、バッテリ３０の劣化度及び／又はバッテリ温度に応じて、目標電圧値Ｖｔｇを算出する。バッテリＭＣＵ５０は、劣化度の増加に応じて、目標電圧値Ｖｔｇを減少させる。また、バッテリＭＣＵ５０は、バッテリ温度が適正範囲よりも低い又は高い場合は、バッテリ温度が適正範囲内である場合よりも、目標電圧値Ｖｔｇを減少させる。例えば、図８に示すように、劣化度とバッテリ温度とに応じた目標電圧値Ｖｔｇのテーブルを予めメモリ５０ｂに格納しておき、テーブルを用いて、目標電圧値Ｖｔｇを算出する。ここで算出される目標電圧値Ｖｔｇは、第１の条件の成立に応じてバッテリ３０の充電を完了した時におけるバッテリ３０の開放電圧値に相当する。

【0069】

続いて、Ｓ１００では、バッテリＭＣＵ５０は、補正値ΔＶａを算出し、Ｓ９０で算出した目標電圧値Ｖｔｇに補正値ΔＶａを加算して判定値Ｖｂを算出する。そして、バッテ
リＭＣＵ５０は、バッテリ電圧値Ｖｎｏｗが判定値Ｖｂ以上か否か判定する。

【0070】

バッテリ電圧値Ｖｎｏｗが判定値Ｖｂ以上であると判定した場合は、第２の条件が成立しているので、Ｓ１１０の処理へ進み、充電を完了する。バッテリ電圧値Ｖｎｏｗが判定値Ｖｂ未満であると判定した場合は、第１の条件及び第２の条件を満たさないため、Ｓ１２０の処理へ進み、充電制御を継続する。

【0071】

ここで、判定値Ｖｂは完了電圧値Ｖｓｅｔよりも小さいため、充電電流値Ｉｎｏｗが完了電流値Ｉｃｕｔよりも小さい場合は、第１の条件が成立する前に第２の条件が成立して、充電が停止される。一方、充電電流値Ｉｎｏｗが完了電流値Ｉｃｕｔ以上である場合は、第２の条件の成立の判定はされず、第１の条件の成立のみ判定され、第１の条件が成立したことに応じて、充電が停止される。

【0072】

続いて、Ｓ１２０では、Ｓ５０において算出した次回電流値Ｉｎｅｘｔを、バッテリパック１００に接続されている充電器へ送信する。その後、Ｓ１０の処理へ戻り、次の処理サイクルを開始する。バッテリＭＣＵ５０は、充電が完了するまで、Ｓ１０～Ｓ１２０の処理を繰り返し実行する。

【0073】

一方、Ｓ２４０では、充電器ＭＣＵ４００が、バッテリパック１００から送信された次回電流値Ｉｎｅｘｔを受信する。
Ｓ２５０では、充電器ＭＣＵ４００が、受信した次回電流値Ｉｎｅｘｔが、Ｓ２３０で決定した上限電流値Ｉｃｇ_ｌｉｍｉｔよりも大きいか否か判定する。次回電流値Ｉｎｅ
ｘｔが上限電流値Ｉｃｇ_ｌｉｍｉｔ以下であると判定した場合は、Ｓ２６０の処理へ進
み、次回電流値Ｉｎｅｘｔが上限電流値Ｉｃｇ_ｌｉｍｉｔよりも大きいと判定した場合
は、Ｓ２７０の処理へ進む。

【0074】

Ｓ２６０では、充電器ＭＣＵ４００は、次回電流値Ｉｎｅｘｔの電流がバッテリパック１００へ出力されるように、スイッチング電源回路４１０へ制御指令を出力し、Ｓ２８０の処理へ進む。

【0075】

Ｓ２７０では、充電器ＭＣＵ４００は、電源上限値Ｉｃｇ_ｌｉｍｉｔの電流がバッテ
リパック１００へ出力されるように、スイッチング電源回路４１０へ制御指令を出力し、Ｓ２８０の処理へ進む。

【0076】

Ｓ２８０では、充電器ＭＣＵ４００は、現在の出力電流値を充電電流値Ｉｎｏｗとして設定する。その後、充電器ＭＣＵ４００は、Ｓ２１０の処理へ戻り、次の処理サイクルを開始する。充電器ＭＣＵ４００は、Ｓ２１０～Ｓ２８０の処理を繰り返し実行し、次回電流値Ｉｎｅｘｔが０になった場合に、充電処理を終了する。

【0077】

＜３．効果＞
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）充電電流値Ｉｎｏｗが完了電流値Ｉｃｕｔ以上である場合、第１の条件が成立したことに応じて、充電が停止される。また、充電電流値Ｉｎｏｗが完了電流値Ｉｃｕｔ未満である場合、第１の条件と異なる第２の条件が成立したことに応じて、充電が停止される。すなわち、比較的小さい充電電流値Ｉｎｏｗで充電する場合に、比較的大きい充電電流値Ｉｎｏｗで充電する場合と異なる充電制御が実行される。したがって、バッテリパック１００は、高レート充電器２００及び低レート充電器３００の両方に対応することができる。

【0078】

（２）比較的小さい充電電流値Ｉｎｏｗの電流でバッテリ３０を充電する場合、充電完
了時における開放電圧値が目標電圧値Ｖｔｇと一致するように、第２の条件が設定される。これにより、比較的小さい充電電流値Ｉｎｏｗの電流でバッテリ３０を充電した場合における充電完了時の開放電圧値を、比較的大きい充電電流値Ｉｎｏｗの電流でバッテリ３０充電した場合における充電完了時の開放電圧値と一致させることができる。

【0079】

（３）バッテリ３０の状態に基づいて目標電圧値Ｖｔｇを算出することにより、バッテリ３０の過充電を抑制し、バッテリ３０を適切に保護することができる。
（４）充電電流値Ｉｎｏｗでの電圧降下量が補正値ΔＶａとして算出され、補正値ΔＶａを目標電圧値Ｖｔｇに加算した値が判定値Ｖｂとして算出される。これにより、第２の条件の成立に応じて充電を完了したときの開放電圧値を目標電圧値Ｖｔｇに一致させることができる。

【0080】

（他の実施形態）
以上、本開示を実施するための形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

【0081】

（ａ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。

【0082】

（ｂ）上述したバッテリパックの他、当該バッテリパックを構成要素とする充電システム、当該バッテリパックのＭＣＵが実行するプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、当該バッテリパックが実行する充電制御方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

【符号の説明】

【0083】

１…充電システム、１０…バッテリ側端子部、１１…第１正極端子、１２…第１負極端子、１３…第１充電端子、１４…放電端子、１５…第１検出端子、１６…第１通信端子、１８…第１正極ライン、１９…第１負極ライン、２０…バッテリ側装着部、３５…第１温度検出回路、５０…バッテリＭＣＵ、６１…レギュレータ、６２…遮断素子、６３…バッテリシャント抵抗、７１…充電制御回路、７２…放電制御回路、７３…第１検出回路、７４…第１通信回路、１００…バッテリパック、２００…高レート充電器、２１０，３１０…充電器側端子部、２２０，３２０…充電器側装着部、３００…低レート充電器、４１０…スイッチング電源回路、４１１…第２正極端子、４１２…第２負極端子、４１３…第２充電端子、４１５…第２検出端子、４１６…第２通信端子、４２０…ＦＥＴ、４３０…インターロック回路、４４０…第２温度検出回路、４５０…充電器シャント抵抗、４６０…第２検出回路、４７０…第２通信回路、４８０…第２正極ライン、４９０…第２負極ライン、４００…充電器ＭＣＵ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【手続補正書】

【提出日】2024-08-06

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

リチウムイオンバッテリを含むバッテリパックに接続されるように構成された高レート充電器と、
前記バッテリパックに接続されるように構成された低レート充電器と、を備え、
前記高レート充電器が出力可能な電流の最大値は、完了電流値以上であり、
前記低レート充電器が出力可能な電流の最大値は、前記完了電流値未満であり、
前記完了電流値は、前記リチウムイオンバッテリを定電流定電圧充電した場合における充電完了時の充電電流の大きさに相当する、
充電システム。

【請求項2】

前記高レート充電器及び前記低レート充電器は、充電器制御部であって、
充電器の状態に基づいて上限電流値を算出し、
算出された前記上限電流値と前記バッテリパックから要求された前記充電電流の大きさに相当する要求電流値のうちの小さい方の値を有する前記充電電流を前記バッテリパックへ出力する、
ように構成された、充電器制御部を備える、
請求項１に記載の充電システム。

【請求項3】

前記充電器制御部は、
前記充電器の温度を取得するように構成されており、
前記充電器の状態は、前記充電器制御部により取得された前記充電器の温度である、
請求項２に記載の充電システム。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の充電器システムが備える高レート充電器又は低レート充電器に接続されるように構成されたリチウムイオンバッテリを含むバッテリパックであって、バッテリ制御部を備え、
前記バッテリ制御部は、
前記リチウムイオンバッテリの電圧値を取得し、
現在の処理サイクルにおける前記充電電流の大きさに相当する充電電流値を取得し、
取得された前記充電電流値に基づいて、次の処理サイクルにおいて許容される前記充電電流の大きさに相当する要求電流値を算出し、
取得された前記充電電流値が前記完了電流値以上である場合に、第１の条件が成立したことに応じて、前記リチウムイオンバッテリの充電を停止し、
前記バッテリ制御部により取得された前記充電電流値が前記完了電流値未満である場合に、第２の条件が成立したことに応じて、前記リチウムイオンバッテリの充電を停止する、ように構成されており、
前記第１の条件は、前記バッテリ制御部により取得された前記電圧値が完了電圧値以上となり、且つ、前記バッテリ制御部により算出された前記要求電流値が前記完了電流値未満になることに基づいて成立し、
前記第２の条件は、前記第１の条件と異なる、
バッテリパック。

【請求項5】

前記バッテリ制御部は、算出された前記要求電流値を、前記バッテリパックに接続された前記高レート充電器又は前記低レート充電器へ出力するように構成されている、
請求項４に記載のバッテリパック。

【請求項6】

前記バッテリ制御部は、目標電圧値を算出するように構成されており、
前記目標電圧値は、前記第１の条件が成立したことに応じて前記リチウムイオンバッテリの充電が停止された時における、前記リチウムイオンバッテリの開放電圧値に相当し、
前記第２の条件は、前記第２の条件が成立したことに応じて前記リチウムイオンバッテリの充電が停止された時における前記開放電圧値が、前記目標電圧値と一致するように設定されている、
請求項４又は５に記載のバッテリパック。

【請求項7】

前記バッテリ制御部は、
前記リチウムイオンバッテリの温度を取得し、
取得された前記温度、及び／又は前記リチウムイオンバッテリの劣化度合に基づいて、前記目標電圧値を算出する、ように構成されている、
請求項６に記載のバッテリパック。

【請求項8】

前記第２の条件は、前記バッテリ制御部により取得された前記電圧値が判定値以上であることに基づいて成立し、
前記判定値は、前記目標電圧値に補正値を加算した値に相当し、
前記補正値は、（Ｖｓｅｔ－Ｖｔｇ）×Ｉｎｏｗ／Ｉｃｕｔに相当し、前記Ｖｓｅｔは、前記完了電圧値に相当し、前記Ｖｔｇは前記目標電圧値に相当し、前記Ｉｎｏｗは、前記バッテリ制御部により取得された前記充電電流値に相当し、前記Ｉｃｕｔは、前記完了電流値に相当する、
請求項６又は７に記載のバッテリパック。

【請求項9】

前記バッテリ制御部は、
前記リチウムイオンバッテリの温度を取得し、
取得された前記温度、及び／又は前記リチウムイオンバッテリの劣化度合に基づいて、前記完了電流値を算出する、ように構成されている、
請求項４～８のいずれか１項に記載のバッテリパック。