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(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】
(24)【登録日】2024-03-25
(45)【発行日】2024-04-02
(54)【発明の名称】電池パック及びそれを用いた電気機器
(51)【国際特許分類】
H01M 10/48 20060101AFI20240326BHJP
H01M 10/44 20060101ALI20240326BHJP
H02J 7/00 20060101ALI20240326BHJP
H02H 7/18 20060101ALI20240326BHJP
【ＦＩ】
H01M10/48 P
H01M10/44 P
H01M10/48 301
H02J7/00 S
H02H7/18
【請求項の数】
14
(21)【出願番号】P 2022511669
(86)(22)【出願日】2021-02-26
(86)【国際出願番号】 JP2021007392
(87)【国際公開番号】W WO2021199817
(87)【国際公開日】2021-10-07
【審査請求日】2022-08-22
(31)【優先権主張番号】P 2020062071
(32)【優先日】2020-03-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(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】110001689
【氏名又は名称】青稜弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】山口 聡史
(72)【発明者】
【氏名】坂本 光隆
(72)【発明者】
【氏名】塙 浩之
【審査官】佐藤 卓馬
(56)【参考文献】
【文献】特開２００５－１３１７７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－００４６３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１８２９０９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ １０／４８
Ｈ０１Ｍ １０／４４
Ｈ０２Ｊ ７／００
Ｈ０２Ｈ ７／１８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電池セルと、前記電池セルに電気的に接続され、外部の電気機器本体に接続される接続部と、
前記電池セルの放電又は充電を制御する制御部と、を備えた電池パックであって、
前記制御部は、前記電池パックに関する所定の異常状態である場合、前記電池セルの放電又は充電を停止又は禁止するとともに、前記所定の異常状態であると判別した後に前記所定の異常状態でなくなったとしても、前記電池セルの放電又は充電の停止又は禁止を維持するように構成され、
前記制御部は、前記電池パックを前記電気機器本体から取り外して充電装置に接続しても前記電池セルの充電を禁止するよう構成されることを特徴とする電池パック。
【請求項2】
前記所定の異常状態は、前記電池セルの電圧、前記電池セルに流れる電流、前記電池セルの温度の少なくともいずれかに関する１つ又は複数の物理量が所定の条件を満たした場合であ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】
前記所定の条件は、前記電池セルの電圧が所定値より低い状態が所定時間内に複数回発生した場合、又は、前記電池セルに流れる電流が所定値以上の状態が所定時間内に複数回発生した場合を含む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】
前記制御部は、前記電池セルの充電を禁止する充電禁止信号を出力する、又は、前記電池セルの放電を禁止する放電禁止信号を出力するよう構成され、前記電池パックは、前記充電禁止信号が伝達される充電禁止信号出力回路、又は、前記放電禁止信号が伝達される放電禁止信号出力回路を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電池パック。
【請求項5】
前記接続部は、前記充電禁止信号出力回路を介して伝達された前記充電禁止信号を前記充電装置に出力する充電禁止信号出力端子、又は、前記放電禁止信号出力回路を介して伝達された前記放電禁止信号を前記電気機器本体に出力する放電禁止信号出力端子と、を有することを特徴とする請求項４に記載の電池パック。
【請求項6】
前記制御部は、一度前記充電禁止信号を出力すると、前記充電禁止信号の出力を維持する、又は、前記充電装置が接続されると前記充電禁止信号を再度出力する、又は、
一度前記放電禁止信号を出力すると、前記放電禁止信号の出力を維持する、又は、前記電気機器本体が接続されると前記放電禁止信号を再度出力する、ように構成されることを特徴とする請求項４又は５に記載の電池パック。
【請求項7】
前記電池セルと前記接続部の間にヒューズを設け、前記ヒューズによる過電流の遮断と、前記制御部の電気制御による充電及び放電の禁止の二系統の遮断機能を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電池パック。
【請求項8】
前記接続部には、前記制御部から充電禁止信号及び放電禁止信号を出力する信号端子を含み、前記制御部は、前記異常状態が一時的な状態にある場合は前記充電禁止信号及び放電禁止信号を解除可能とし、前記異常状態が連続的に発生する状態にある場合は前記充電禁止信号を解除不能としたことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の電池パック。
【請求項9】
複数の前記電池セルが直列に接続されたセルユニットとして少なくとも第１及び第２のセルユニットを有し、前記第１のセルユニットが前記第２のセルユニットよりも高電圧側に接続された状態で前記第１及び第２のセルユニットが互いに直列に接続される直列接続状態と、前記第１及び第２のセルユニットが互いに並列に接続される並列接続状態と、に切り替えられるよう構成され、前記電気機器本体の端子形状によって、前記直列接続状態又は前記並列接続状態のいずれかが選択されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の電池パック。
【請求項10】
電池セルと、前記電池セルに電気的に接続され、外部の電気機器本体に接続される接続部と、
前記電池セルを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記接続部のチャタリングに起因する短い時間の短絡を検出すると、前記電池セルの充電及び放電を禁止すると共に、前記電気機器本体として充電装置に接続しても前記禁止の状態を維持することを特徴とする電池パック。
【請求項11】
電池セルと、前記電池セルに電気的に接続され、外部の電気機器本体に接続される接続部と、
前記電池セルを制御する制御部と、を備え、
前記外部の電気機器本体に接続された状態で異常状態になると、前記制御部は、電池パックを使用不能状態するよう使用禁止信号を出力し、前記電気機器本体から取り外されて別の電気機器本体又は充電装置に接続されると前記出力された前記使用禁止信号を維持する、又は、前記使用禁止信号を再出力するよう構成したことを特徴とする電池パック。
【請求項12】
複数の電池セルが直列に接続されたセルユニットとして少なくとも第１及び第２のセルユニットを有する電池パックであって、前記セルユニット間で短絡が生じた場合、前記セルユニットの放電経路又は充電経路を完全に遮断する前に、前記放電経路又は前記充電経路を所定の条件で遮断するよう構成したことを特徴とする電池パック。
【請求項13】
前記電池パックを制御する制御部と、前記放電経路又は前記充電経路に設けられたヒューズと、を有し、
前記セルユニット間で短絡が生じた場合、前記放電経路又は充電経路を前記ヒューズによって完全に遮断する前に、前記制御部によって前記放電経路又は前記充電経路を遮断するよう構成し、前記制御部による遮断はユーザの操作によって解除不能に構成されることを特徴とする請求項１２に記載の電池パック。
【請求項14】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の前記電池パックと、前記電池パックを着脱可能な電池パック装着部と、前記接続部に接続される機器側端子部と、前記電池パックから供給される電力により駆動される負荷部と、を有する前記電気機器本体と、
を備えた電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は低出力と高出力の切り替え可能な電池パック及び／又は電気機器に関し、異なる容量の電池セルを組み合わせて小型化を図ったものである。
【背景技術】
【0002】
電動工具等の電気機器の電源として、リチウムイオン電池等の二次電池を用いた電池パックが広く用いられている。電池パックは電気機器本体に着脱可能に構成され、放電によって電圧が低下したら電池パックを電気機器本体から取り外して、外部充電装置を用いて充電される。従来の電池パックでは、短絡等の異常が発生すると電池パックの使用の継続を停止させる安全機構が設けられている。代表的な安全機構として、電力伝達経路内に設けられるヒューズ（電力ヒューズ）がある。ヒューズは、電力経路に過剰に電流が流れた際に電力経路に介在された金属部品を遮断させることによって、過大電流による負荷部、電源部等の破損を防ぐ電子部品である。従来の電池パックにおいては、電力経路に定格以上の電流が流れた際に、ジュール熱によりヒューズに含まれる合金部品が溶断するようにする。このヒューズによる電力遮断は、電気的な制御では復帰できない不可逆的なものである。
【0003】
電池パックの通常起こりうる軽微な異常の一つとして、いわゆる“過放電”と“過充電”状態がある。“過放電”は、電池パックを電気機器本体としての電動工具本体で使用している際に、規定の下限電圧又は下限容量以下にまで放電した状態である。この状態に到達した場合は、電池パックに内蔵される電気回路の制御によって電池パックの使用（放電）ができない状態にされる（放電禁止状態）。この制御を行うために電池パックと電気機器本体の間には、例えばＬＤ信号（異常信号）のやりとりが行われる。放電禁止状態は電気機器本体としての外部充電装置にて充電して電池セルの電圧が回復することで、電池パックの制御部のマイコンによって放電禁止状態が自動的に解除される。
【0004】
“過充電”とは、電池パックを電気機器本体としての外部充電装置を用いて充電している際に、規定の上限電圧又は上限充電容量に到達した状態である。この状態に到達した場合は、電池パックに内蔵される電気回路の制御によって電池パックの充電ができない状態（充電禁止状態）にされる。この制御を行うために電池パックと電気機器本体の間には、例えばＬＳ信号（異常信号）のやりとりが行われる。充電禁止状態は電池パックを電気機器本体としての電動工具本体に装着して使用して電池セルの電圧が満充電状態から低下すると、電池パックの制御部のマイコンによって充電禁止状態が自動的に解除される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１９－００４６３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
従来の電池パックにおいては、電気的な制御では復帰できない不可逆的な電力遮断（ヒューズによる遮断）と、電気的な制御によって復帰可能な可逆的な電力遮断（ＬＤ信号、ＬＳ信号による遮断制御）の２種類の遮断が行われていた。発明者らの検討によると、不可逆的な電力遮断を行う異常状態に至る前に、短絡箇所において致命的な短絡現象が起こる前の過渡的な現象、例えば、短絡対象の２つの部位がわずかに接触して離れたりする、いわゆるチャタリングのような予兆現象が生ずることがわかった。そこで発明者らはそのような予兆現象の発生を検知して、ヒューズによる不可逆的な電力遮断を行う前に、電池パックをヒューズ手段とは別の方法により使用不可状態にできれば、電池パックや電気機器本体の破損を一層抑制できると考えた。
【0007】
本発明は上記背景に鑑みてなされたものであって、その目的は不可逆的な電力遮断を行う前の、予兆的な異常現象を早期に検出して、電池パックの使用を阻止できるようにした電池パック及びそれを用いた電気機器を提供することにある。本発明の他の目的は、電池パックの製造コストの上昇を抑えつつ予兆的な異常現象発生を検出する機能を付加した電池パック及びそれを用いた電気機器を提供することにある。本発明の他の目的は、複数の接続端子を備えた電池パックにおいて、接続端子部における短絡状態を精度良く検出できるようにした電池パック及びそれを用いた電気機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本願において開示される発明のうち代表的な特徴を説明すれば次のとおりである。本発明の一つの特徴によれば、電池セルと、電池セルに電気的に接続され外部の電気機器本体に接続される接続部と、電池セルの放電又は充電を制御する制御部と、を備えた電池パックであって、制御部は、電池パックに関する所定の異常状態である場合、電池セルの放電又は充電を停止又は禁止する。またその後に所定の異常状態であると判別した後に所定の異常状態でなくなったとしても、制御部は電池セルの放電又は充電の停止又は禁止を維持したままとする。この所定の異常状態は、電池セルの電圧、電池セルに流れる電流、電池セルの温度の少なくともいずれかに関する１つ又は複数の物理量が所定の条件を満たした場合である。また、所定の条件は、電池セルの電圧が所定値より低い状態が所定時間内に複数回発生した場合、又は、電池セルに流れる電流が所定値以上の状態が所定時間内に複数回発生した場合である。このように制御部は、電気機器本体に接続された状態で所定の異常状態である場合に充電及び放電を停止又は禁止するとともに、その後に所定の異常状態が解消されても充電及び放電の停止又は禁止の状態を維持する。
【0009】
本発明の他の特徴によれば、制御部は電池セルの充電を禁止する充電禁止信号を出力する、又は、電池セルの放電を禁止する放電禁止信号を出力するよう構成され、電気機器本体から取り外されて充電装置に接続しても電池セルの充電を禁止する。電池パックは、充電禁止信号が伝達される充電禁止信号出力回路、又は、放電禁止信号が伝達される放電禁止信号出力回路を備える。また、電池パックの接続部（端子部）は、充電禁止信号出力回路を介して伝達された充電禁止信号を充電装置に出力する充電禁止信号出力端子、又は、放電禁止信号出力回路を介して伝達された放電禁止信号を電気機器本体に出力する放電禁止信号出力端子を有する。さらに電池パックの制御部は、（１）一度充電禁止信号を出力すると充電禁止信号の出力を維持する、又は、充電装置が接続されると充電禁止信号を再度出力する、（２）一度放電禁止信号を出力すると放電禁止信号の出力を維持する、又は、電気機器本体が接続されると放電禁止信号を再度出力する、の（１）か（２）のいずれかの制御を行うように構成した。
【0010】
本発明のさらに他の特徴によれば、電池セルと接続部（端子部）の間にヒューズを設け、ヒューズによる過電流の遮断と、制御部の電気制御による充電及び放電の禁止の二系統の遮断機能を有する。また、接続部には、制御部から充電禁止信号及び放電禁止信号を出力する信号端子を含み、制御部は、異常状態が一時的な状態にある場合は充電禁止信号及び放電禁止信号を解除可能とし、異常状態が連続的に発生する状態にある場合は充電禁止信号を解除不能とした。さらに、複数の電池セルが直列に接続されたセルユニットとして少なくとも第１及び第２のセルユニットを有し、第１のセルユニットが第２のセルユニットよりも高電圧側に接続された状態で第１及び第２のセルユニットが互いに直列に接続される直列接続状態と、並列接続状態に切り替えられるよう構成され、電気機器本体の端子形状によって、直列接続状態又は並列接続状態のいずれかが選択される。
【0011】
本発明のさらに他の特徴によれば、電池セルと、電池セルに電気的に接続され外部の電気機器本体に接続される接続部（端子部）と、電池セルを制御する制御部と、を備えた電池パックにおいて、制御部は、接続部のチャタリングに起因する短い時間の短絡を検出すると、電池セルの充電及び放電を禁止すると共に、電気機器本体として充電装置に接続しても禁止の状態を維持するようにした。また、この電池パックにおいて、外部の電気機器本体に接続された状態で異常状態になると、制御部は、電池セルの充電及び放電を禁止すると共に、ユーザの操作によって禁止の状態を解除できないように構成した。また、複数の電池セルが直列に接続されたセルユニットとして少なくとも第１及び第２のセルユニットを有する電池パックにおいて、セルユニット間で短絡が生じた場合、セルユニットの放電経路又は充電経路を完全に遮断する前に、放電経路又は前記充電経路を所定の条件で遮断するよう構成した。この電池パックは、制御部と、放電経路又は充電経路に設けられたヒューズと、を有する。セルユニット間で短絡が生じた場合、放電経路又は充電経路をヒューズによって完全に遮断する前に、制御部によって放電経路又は前記充電経路を遮断するよう構成する。制御部による遮断はユーザの操作によって解除不能に構成される。これらのような電池パックは、電池パックを着脱可能な電池パック装着部と、接続部に接続される機器側端子部と、電池パックから供給される電力により駆動される負荷部と、を有する電気機器本体に装着することで電気機器が構成される。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、電池パックの接続部（端子部）付近で発生するチャタリングのような予兆現象を早期に検出することにより、ヒューズによる電力遮断よりも早い段階で、制御部の制御によって電池パックを使用禁止状態にできる。この結果、電池パックの完全な端子短絡に至ることを未然に防ぐことが可能となる。さらに、予兆現象の検知制御を、電池パックの制御部で実行されるソフトウェアによって実現したので、電気機器本体側の構成を変えることがなく、本発明を実施できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の実施例に係る電池パック１００が装着される電動工具本体１の斜視図である。
【図2】本発明の実施例に係る電池パック１００の斜視図である。
【図4】（Ａ）は正極端子（１６２と１７２）、負極端子（１６７と１７７）の形状を示す部分斜視図と高電圧出力時の接続回路を示す図であり、（Ｂ）は高電圧電気機器のターミナル部３０と、電池パック１００側の端子との接続状況を示すための部分斜視図である。
【図5】（Ａ）は正極端子（１６２と１７２）、負極端子（１６７と１７７）の形状を示す部分斜視図と低電圧出力時の接続回路を示す図であり、（Ｂ）は低電圧電気機器のターミナル部８０と、電池パック１００側の端子との接続状況を示すための部分斜視図である。
【図6】本実施例の電池パック１００の回路図である。
【図7】本実施例の電池パック１００と高電圧用の電気機器本体（電動工具本体１）の接続時の回路図である。
【図8】本実施例の電池パック１００と外部充電装置３００の接続時の回路図である。
【図9】本実施例の電池パック１００におけるチャタリング現象発生時の各信号波形を示す図である。
【図10】本実施例の電池パック１００におけるチャタリング現象の検出手順を示すフローチャートである
【図11】本実施例の電池パック１００におけるチャタリング現象検出後の制御手順を示すフローチャートである。
【図12】本発明の第２の実施例に係る電池パック１００Ａの回路図である。
【図13】従来のヒューズによる電力遮断状態を説明するための波形図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例1】
【0014】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。本明細書においては、電気機器の一例として電池パックにて動作する電動工具を用いて説明するものとする。
【0015】
図１は本発明の実施例に係る電池パック１００が装着される電動工具本体１の斜視図である。電気機器の一形態である電動工具には様々な種類のものがあり、広く用いられている定格電圧１８Ｖの電池パックを用いる電動工具に加えて、より高出力が得られる定格電圧３６Ｖの電池パック１００を用いる電動工具が市販されている。また、出願者によって定格電圧１８Ｖの電動工具本体と定格電圧３６Ｖの電動工具本体１のいずれにも装着可能な複数電圧対応の電池パックが市販されている。
【0016】
図１で示す電動工具本体１はインパクト工具と呼ばれるものであって、ビット等の先端工具９を出力軸に装着し、先端工具に回転力や軸方向の打撃力を加えることにより締め付け作業を行う。電動工具本体１は、外形を形成する外枠たるハウジング２を備える。ハウジング２は、略筒状の胴体部２ａと、胴体部２ａの軸方向中央付近から直交方向（下方）に延在するハンドル部２ｂが形成される。ハウジング２の前方側には出力軸たるアンビル（図では見えない）が設けられ、出力軸に断面形状が六角形状の六角穴（図示せず）が形成され、出力軸の先端には先端工具９を装着するためのワンタッチ式の先端工具保持部８が設けられる。ここでは先端工具９としてプラスのドライバービットが装着されている。ハンドル部２ｂの一部であって作業者が把持した際に人差し指があたる付近には、トリガ状のトリガスイッチ４が設けられる。トリガスイッチ４の近傍には、出力軸の回転方向を切り換える為の正逆切替レバー５が設けられる。ハンドル部２ｂの下方には電池パック１００を装着するための電池パック装着部２ｃが形成される。
【0017】
電池パック装着部２ｃには、左右両側の内壁部分に前後方向に平行に延びる溝部を含むレール部１１ａ、１１ｂが形成され、それらの間にターミナル部３０が設けられる。ターミナル部３０は、合成樹脂等の不導体材料の一体成形により製造され、そこに金属製の複数の端子、例えば正極入力端子３２、負極入力端子３７、ＬＤ端子（異常信号端子）３８が鋳込まれる。さらに、電池パック１００の下側正極端子１７２（図４で後述）と下側負極端子１７７（図４で後述）を短絡させるためのＵ字状のショートバーが鋳込まれており、ショートバーの一端が短絡用端子３９ａとなり、他端が短絡用端子３９ｂとなる。ここでは正極入力端子３２の下側に離間するように短絡用端子３９ａが配置され、負極入力端子３７の下側に離間するように短絡用端子３９ｂが配置される。尚、ここでは後述する他の信号用の接続端子については省略して図示していない。
【0018】
ターミナル部３０は、装着方向（前後方向）の突き当て面となる垂直面３０ａと、水平面３０ｂが形成され、水平面３０ｂは電池パック１００の装着時に、上段面１１３（図２で後述）と隣接、対向する面となる。水平面３０ｂの前方側には、電池パック１００の隆起部１１５と当接する湾曲部１２が形成され、湾曲部１２の左右中央付近には突起部１４が形成される。突起部１４は左右方向に２分割で形成される電動工具本体１のハウジングのネジ止め用のボスを兼ねると共に、電池パック１００の装着方向への相対移動を制限するストッパの役目も果たす。
【0019】
図２は本発明の実施例に係る電池パック１００の斜視図である。電池パック１００は、上ケース１１０と下ケース１０１からなるケースに、定格電圧３．６Ｖのリチウムイオン電池セルを１０本収容したものである。電池パック１００の前方の段差部１１２から上段面１１３にて後方側に延びる部分がスロット群配置領域１２０になる。上ケース１１０の下段面１１１と上段面１１３は階段状に形成され、それらの接続部分から後方側に延びる複数のスロット１２１～１２８が形成される。スロット１２１～１２８は電池パック装着方向に所定の長さを有するように切り欠かれた部分であって、この切り欠かれた部分の内部には、電動工具本体１又は外部の充電装置（図示せず）の機器側端子と嵌合可能な複数の接続端子が配設される。スロット１２１～１２８は、電池パック１００の右側側面に近い側のスロット１２１が充電用正極端子（Ｃ＋端子）の挿入口となり、スロット１２２が放電用正極端子（＋端子）の挿入口となる。また、左側側面に近い側のスロット１２７が負極端子（－端子）の挿入口となる。正極端子と負極端子（電力端子群）の間には、電池パック１００と電動工具本体１や外部の充電装置（図示せず）への信号伝達用の複数の信号端子が配置され、ここでは信号端子用の４つのスロット１２３～１２６が電力端子群の間に設けられる。尚、スロット１２３は予備の端子挿入口であり、本実施例では端子は設けられない。
【0020】
スロット１２４は電池パック１００の識別情報となる信号を電動工具本体又は充電装置に出力するためのＴ端子用の挿入口である。スロット１２５は外部の充電装置（図示せず）からの制御信号が入力されるためのＶ端子用の挿入口である。スロット１２６はセルに接触して設けられた図示しないサーミスタ（感温素子）による電池の温度情報を出力するためのＬＳ端子用の挿入口である。負極端子（－端子）の挿入口となるスロット１２７の左側には、さらに電池パック１００内に含まれる電池保護回路（図示せず）による異常停止信号を出力するＬＤ端子用のスロット１２８が設けられる。
【0021】
電池パック１００の上段面１１３の側面には、２本のレール部（レール溝）１１８ａ、１１８ｂが形成される。レール部１１８ａ、１１８ｂは、長手方向が電池パック１００の装着方向と平行になるように形成される。レール部１１８ａ、１１８ｂの溝部分は、前方側端部が開放端となり、後方側端部が隆起部１１５の前側壁面と接続された閉鎖端となる。上段面１１３の後方側には、隆起するように形成された隆起部１１５が形成される。隆起部１１５の中央付近に窪み状のストッパ部１１９が形成される。ストッパ部１１９は、電池パック１００を、電池パック装着部２ｃに装着した際に突起部１４（図１参照）の突き当て面となる。電池パック１００が電動工具本体１の所定の位置に装着されると電動工具本体１に配設された複数の端子（機器側端子）と電池パック１００に配設された複数の接続端子が接触して導通状態となる。電池パック１００を電動工具本体１から取り外すときは、左右両側にあるラッチ１１６ａ、１１６ｂを押すことにより、爪状の係止部１１７ａ（図では見えない）、１１７ｂが内側に移動して係止状態が解除されるので、その状態で電池パック１００を装着方向と反対側に移動させる。
【0022】
本実施例の電池パック１００は、電池パック１００側の端子構成と、３６Ｖ用の電動工具本体１の機器側のターミナル部３０の端子構成を工夫することにより、１８Ｖ用の従来の電動工具本体にも３６Ｖ用の電動工具本体１にも装着できるようにした。この装着の際に、電池パック１００を１８Ｖ用の電動工具本体に装着すると電池パック１００の出力が自動的に１８Ｖとなり、３６Ｖ用の電動工具本体１に装着すると電池パック１００の出力が自動的に３６Ｖとなるように構成した。通常、電池パックの出力電圧は固定であるが、電池パック１００では電池セルを収容するケース内に複数のセルユニットを設け、それらを直列接続として出力するか、並列接続として出力するかを接続手段により選択可能とすることにより、異なる電圧の機器に対応可能とした。この電池パックは、複数の電気機器を使用する際に、それぞれ別種類の電池パックを準備する必要がなくなる。また、電圧の切り替えに際して特別な操作が不要であって、操作ミス発生の虞がない。
【0023】
図３は図２の電池パック１００の展開斜視図である。電池パック１００の筐体は、上下方向に分離可能な上ケース１１０と下ケース１０１によって形成され、下ケース１０１の内部空間には、１０本の電池セルが収容される。１０本の電池セルは、５本ずつ直列接続してなるセルユニットが２組設けられる。これら２つのセルユニットを直列接続した状態とすることで３６Ｖの定格出力（高電圧出力）が得られ、並列接続した状態とすることで１８Ｖの定格出力（低電圧出力）が得られる。出力電圧の自動切り替えを実現するために、第１のセルユニットと第２のセルユニットの正極にそれぞれ接続される２つの正極端子（１６２、１７２）を設け、第１のセルユニットと第２のセルユニットの負極にそれぞれ接続される２つの負極端子（１６７、１７７）を設け、電池パック１００を低電圧用の電気機器本体に装着すると、電池パックから第１のセルユニットと第２のセルユニットの並列接続出力（低電圧）が出力される。同様に、電池パック１００を高電圧用の電気機器本体（例えば電動工具本体１）に装着すると、電池パック１００から第１のセルユニットと第２のセルユニットの直列接続出力（高電圧）が出力される。
【0024】
上ケース１１０と下ケース１０１は４本のネジ（図示せず）によって固定される。複数の電池セル（図示せず）は、５本ずつ２段にスタックさせた状態で、合成樹脂等の不導体で構成されたセパレータ１４５にて固定される。セパレータ１４５は電池セルの両端部となる左右両側だけが開口するようにして複数の電池セルを保持する。
【0025】
セパレータ１４５の上側には、回路基板１５０が固定される。回路基板１５０の前後方向の中央よりもやや前側には、スロット群配置領域１６０が設けられ、そこに複数の接続端子（１６１、１６２、１６４～１６８、１７１、１７２、１７７）が横方向に並べて半田付けによって固定すると共に、これら接続端子と図示しない回路パターンとの電気的な接続を行う。回路基板１５０にはさらに、電池保護ＩＣやマイクロコンピュータ、ＰＴＣサーミスタ、抵抗、コンデンサ、ヒューズ、発光ダイオード等の様々な電子素子（ここでは図示していない）を搭載する。回路基板１５０の材質は、素材に対して絶縁性のある樹脂を含浸した基板上に、銅箔など導電体によってパターン配線を印刷したプリント基板と呼ばれるものであり、単層基板、両面基板、多層基板を用いることができる。本実施例では、両面基板を用いて回路基板１５０の上面（表面であって図３から見える上側の面）と下面（裏面）に配線パターンが形成される。
【0026】
本実施例の電池パック１００の接続端子群のうち、正極端子と負極端子だけは２つずつ設けられる。それ以外の接続端子、即ち、スロット１２４～１２６、１２８のＴ端子、Ｖ端子、ＬＳ端子、ＬＤ端子（いずれも図示せず）の数は１つずつであって、従来から用いられる電圧固定電池パックと同様の端子形状である。正極端子（１６１、１６２、１７１、１７２）と負極端子（１６７、１７７）は、左右方向に大きく離れた箇所に配置され、それらの間には３つの信号端子（Ｔ端子１６４、Ｖ端子１６５、ＬＳ端子１６６）が設けられる。本実施例では電力端子用の部品として、水平方向に延びる腕部が上側の左右に１組、下側の左右に１組の合計２組設けられたものを用いる。尚、信号端子（１６４～１６６、１６８）においても上下に２つの腕部を有するが、これらは同一部材により形成され電気的に同電位である。
【0027】
負極端子対（１６７、１７７）の左側にはＬＤ端子１６８が設けられる。ＬＤ端子１６８も上側と下側の２組の腕部を有するように形成される。すべての信号端子（１６４～１６６、１６８）は、回路基板１５０の形成された複数の取付孔にそれぞれの脚部を表面から裏面にまで貫通させて、裏面側で半田付けにより固定される。以上のように、回路基板１５０上に図示しない電子素子が搭載され、複数の接続端子が半田付けにより固定されたあとに図示しないネジによってセパレータ１４５に固定される。
【0028】
下ケース１０１は、上面が開口された略直方体の形状であって、底面と、底面に対して鉛直方向に延びる前面壁、後面壁、右側側壁、左側側壁により構成される。下ケース１０１の内部空間はセパレータ１４５を収容するのに好適な形状とされる。下ケースの前面壁のほぼ中央には、スリット１０４が設けられる。上ケース１１０のスリット１３４は、充電装置にて充電を行う際に電池パック１００の内部空間に下ケース１０１のスリット１０４から外気を取り込み、電池パック１００の内部を冷却した後に、上ケース１１０のスリット１３４を介して充電装置に冷却風を流入させるための流入口として用いられ、下ケース１０１のスリット１０４は冷却風の吸気口として用いられる。尚、冷却風の流れは逆であっても良い。
【0029】
電池セル側からの出力の回路基板１５０への接続（電池セルと回路基板１５０との接続）は、上方向に板状に延びる接続用の引出しタブ２６１、２６６、２７１、２７６を介して行われる。また直列接続された電池セルの中間接続点からのリード線の端部２９４、２９６～２９９が上方向に延びるように配置され、回路基板１５０上に半田付けされる。さらに、直列接続された電池セルの中間接続点からの中間引出しタブ２６２、２６３が回路基板１５０に接続されるべく、上方向に延びるように配置される。セパレータ１４５の上側には、回路基板１５０を固定する為のネジボス１４６、１４７が形成される。
【0030】
セパレータ１４５は１０本の電池セルを５本ずつ、上下２段にスタックしたものである。セパレータ１４５の円筒状の空間内に電池セルが挿入される。１０本の電池セルは、いわゆる１８６５０サイズと呼ばれる直径１８ｍｍ、長さ６５ｍｍの複数回充放電可能なリチウムイオン電池セルが用いられる。各電池セルの軸線はそれぞれ平行になるように積み重ねられ、隣接するセルの向きを交互に逆になるように配置して、隣接する電池セルの正極端子と負極端子を金属製の接続板（図では見えない）を用いて接続される。このようにして５本の電池セルが相互に接続されてセルユニットを構成する。ここではセルユニットを２組収容する。
【0031】
上側セルユニット１３０の正極は、引出しタブ２６１が形成された引出し板を用いて回路基板１５０に接続され、上側セルユニット１３０の負極は、引出しタブ２６６が形成された引出し板を用いて回路基板１５０に接続される。同様にして下側セルユニット１４０の正極は、引出しタブ２７１が形成された引出し板２７０を用いて回路基板１５０に接続され、下側セルユニット１４０の負極は、引出しタブ２７６が形成された引出し板を用いて回路基板１５０に接続される。ここで、引き出し板２７０と引出しタブ２７１の間には、ヒューズ１８２（後述する図６参照）の役割を果たす幅狭部２７２が形成される。幅狭部２７２は閾値I１以上の大電流が所定時間以上継続した場合に溶けおちることにより切断状態となることにより、引き出し板２７０と引出しタブ２７１との電気的な接続状態を解消する。尚、図３では見えないが上側セルユニット１３０用の引出しタブ２６１にも、幅狭部が形成されることによりヒューズ１５２（後述する図６参照）の機能を果たす。
【0032】
図４（Ａ）は本実施例の正極端子（１６２と１７２）、負極端子（１６７と１７７）の形状を示す部分斜視図と高電圧出力時の接続回路を示す図であり、（Ｂ）は高電圧用電気機器本体のターミナル部３０と、電池パック１００側の端子との接続状況を示すための部分斜視図である。図４（Ａ）に示すように、本実施例の電池パック１００の接続端子群のうち、正極端子と負極端子だけは２つずつ設けられる。スロット１２２（図３参照）には、上側正極端子１６２と下側正極端子１７２が並んで配置される。上側正極端子１６２と下側正極端子１７２は金属板のプレス加工によって形成され、脚部を回路基板１５０に貫通させて、貫通された側を半田付け等により固定する。上側正極端子１６２と下側正極端子１７２は距離を隔てて配置され、物理的に非接触状態にあり、電池パック１００内では電気的に非導通状態にある。同様にしてスロット１２７（図３参照）には、上側負極端子１６７と下側負極端子１７７が並んで配置される。上側負極端子１６７と下側負極端子１７７も距離を隔てて配置され、物理的に非接触状態にあり、電池パック１００内では電気的に非導通状態にある。上側正極端子１６２と上側負極端子１６７、下側正極端子１７２と下側負極端子１７７は同じ金属部品である。
【0033】
電池パック１００の内部には、５本のリチウムイオンの電池セルが直列に接続された下側セルユニット１４０と電池セルが直列に接続された上側セルユニット１３０が収容され、上側セルユニット１３０の正極が第一正極端子に相当する上側正極端子１６２に接続され、上側セルユニット１３０の負極が第一負極端子に相当する下側負極端子１７７に接続される。同様に、下側セルユニット１４０の正極が第二正極端子に相当する下側正極端子１７２に接続され、下側セルユニット１４０の負極が第二負極端子に相当する上側負極端子１６７に接続される。尚、ここでいうセルユニットの上側、下側とは、電池セルが下ケース１０１内の上段にあるか下段にあるかという物理的な位置を指すのでは無くて、２つのセルユニットを直列接続した際に、グランド側に位置する方のセルユニットを“下側セルユニット”と呼び、直列接続した際に高い電圧側に位置する方のセルユニットを“上側セルユニット”と呼ぶものであり、電気的な電位を基準としている。
【0034】
このような電池パック１００の形態において、電動工具本体１側の正極入力端子３２を上側正極端子１６２に接続し、負極入力端子３７を上側負極端子１６７に接続するとともに、点線３９で示すように電動工具本体１側のターミナル部３０に含まれるショートバーにて下側正極端子１７２と下側負極端子１７７を電気的に接続すれば、下側セルユニット１４０と上側セルユニット１３０の直列接続の出力、即ち定格電圧３６Ｖが電池パック１００から電動工具本体１の負荷装置４０に出力されることになる。
【0035】
図４（Ｂ）は定格電圧３６Ｖの電動工具本体１のターミナル部３０と、電池パック１００側の接続端子（１６２、１６７、１７２，１７７）との接続関係を示す図である。ターミナル部３０は、電動工具本体１の電池パック装着部２ｃに設けられる。ターミナル部３０には、電池パック１００のスロット１２１～１２８（図２参照）に対応する機器側端子（３２、３９ａ、３４～３６、３７、３９ｂ、３８）が設けられ、合成樹脂製の基台３１に鋳込まれるようにして固定される。短絡回路３９は金属板でできたショートバーであり、図４で示したように正極入力端子３２や負極入力端子３７等の他の機器側端子と共に、合成樹脂製の基台３１にＵ字状に折り曲げた金属板を鋳込むことで構成できる。Ｕ字状に折り曲げた金属板の一方側の端部が短絡用端子３９ａとなり、他方側の端部が短絡用端子３９ｂとなる。基台３１の上側の接続端子部と、下側の板状の端子部であって同じ参照符号の部分は電気的に導通されている金属板により構成される。ここではスロット１２３（図３参照）に対応する位置には機器側端子は設けられない。電力用の入力端子として、受電用の正極入力端子３２と負極入力端子３７は他の端子と比べて小さいサイズで構成され、短絡用端子３９ａ、３９ｂの上側にそれぞれ設けられる。正極入力端子３２と短絡用端子３９ａは導通していない。また、負極入力端子３７と短絡用端子３９ｂは導通していない。
【0036】
電池パック１００の装着時において、正極入力端子３２は上側正極端子１６２だけに嵌合し、負極入力端子３７は上側負極端子１６７だけに嵌合する。また、電動工具本体１のターミナル部３０には、下側正極端子１７２と下側負極端子１７７を短絡させる小さい短絡用端子３９ａ、３９ｂが設けられるので、電池パック１００の装着時には下側正極端子１７２と下側負極端子１７７が短絡回路３９によって電気的に接続される。
【0037】
正極入力端子３２は、上側正極端子１６２と嵌合する部分であって平板状に形成された端子部と、電動工具本体１側の回路基板側との結線を行うものであって基台３１の上方に突出する端子部により構成される。正極入力端子３２は合成樹脂製の基台３１に鋳込まれる。負極入力端子３７も正極入力端子３２と同様であって、端子板の高さが、他の端子（３４～３６、３８）板に比べて半分よりやや小さい程度の高さとされる。他の端子（３４～３６、３８）は信号伝達用の端子である。ターミナル部３０の合成樹脂製の基台３１の前側と後側には、ハウジングによって挟持されるための凹部３１ａと３１ｂが設けられる。
【0038】
図４（Ｂ）において、電池パック１００を装着する際には、電池パック１００を電動工具本体１に対して差し込み方向（スライド方向）に沿って相対移動させると、正極入力端子３２と短絡用端子３９ａが同一のスロット１２２（図４参照）を通って内部まで挿入され、上側正極端子１６２と下側正極端子１７２にそれぞれ嵌合される。このとき、正極入力端子３２が上側正極端子１６２の嵌合部間を押し広げるようにして上側正極端子１６２の腕部１６２ａと１６２ｂの間に圧入され、短絡用端子３９ａが下側正極端子１７２の腕部１７２ａと１７２ｂの間を押し広げるようにして圧入される。同様にして、負極入力端子３７と短絡用端子３９ｂが同一のスロット１２７（図２参照）を通って内部まで挿入され、それぞれ上側負極端子１６７と下側負極端子１７７に嵌合される。この際、負極入力端子３７が嵌合部間を押し広げるようにして上側負極端子１６７の腕部１６７ａと１６７ｂの間に圧入される。さらに、短絡用端子３９ｂが下側負極端子１７７の腕部１７７ａと１７７ｂの間を押し広げるようにして圧入される。このように図４（Ｂ）の接続形態の実現によって、下側セルユニット１４０と上側セルユニット１３０の直列接続の出力、即ち定格電圧３６Ｖが電池パック１００から出力されることになる。
【0039】
図５（Ａ）及び（Ｂ）は、従来の定格電圧１８Ｖの電動工具本体（図示せず）に本実施例の電池パック１００を装着した際の接続状態を示す図である。ターミナル部８０は、電動工具本体の電池パック装着部に設けられる。ターミナル部８０には、正極入力端子８２、負極入力端子８７等の接続端子が、合成樹脂製の基台８１に鋳込まれるようにして固定される。その他の機器側端子（８４～８６、８８）は、図４のターミナル部３０に固定された機器側端子（３４～３６、３８）と同じである。電池パック１００が電動工具本体に取り付けられるときは、正極入力端子８２の端子部は、上側正極端子１６２と下側正極端子１７２の開口端部の双方を押し広げるように嵌合圧入されて、正極入力端子８２の端子部の上側一部の領域が上側正極端子１６２と接触し、下側一部の領域が下側正極端子１７２と接触する。このように正極入力端子８２の端子部を上側正極端子１６２の腕部１６２ａ、１６２ｂと下側正極端子１７２の腕部１７２ａ、１７２ｂに同時に嵌合させることによって、２つの正極端子（１６２と１７２）が短絡状態となる。同様にして負極入力端子８７の端子部は、上側負極端子１６７と下側負極端子１７７の開口端部の双方を押し広げるように嵌合圧入されて、負極入力端子８７の端子部の上側一部の領域が上側負極端子１６７と接触し、下側一部の領域が下側負極端子１７７と接触する。このように負極入力端子８７の端子部を上側負極端子１６７の腕部１６７ａ、１６７ｂと下側負極端子１７７の腕部１７７ａ、１７７ｂに同時に嵌合させることによって、２つの負極端子（１６７と１７７）が短絡状態となり、電動工具本体には下側セルユニット１４０と上側セルユニット１３０の並列接続の出力、即ち定格電圧１８Ｖが出力される。なお、上述した端子部は接続部に相当する。
【0040】
以上のように本実施例の電池パック１００は、１８Ｖ用の電動工具本体か３６Ｖ用の電動工具本体１のいずれかに装着することにより、電池パック１００の出力が自動的に切り替わる。この電圧切替えは、電動工具本体側のターミナル部の形状によって自動的に行われるので、電圧設定ミスの生ずる虞が無い。
【0041】
電池パック１００を外部充電装置（図示せず）を用いて充電する場合は、従来の１８Ｖ用電池パックと同じ充電装置にて充電が可能である。電池パック１００のスロット１２１には、上側正極端子１６２と下側正極端子１７２と同等の形状の充電用の正極端子１６１、１７１（図３参照）が設けられるので、放電用の正極端子（１６２、１７２）の代わりに、充電用の正極端子１６１、１７１を外部充電装置（図示せず）の正極端子に接続するようにすれば良い。このように電池パック１００は、下側セルユニット１４０と上側セルユニット１３０を並列接続させた状態として１８Ｖ用の充電装置を用いて充電を行うことができる。
【0042】
図６は本実施例の電池パック１００の内部回路を示すブロック図である。ここでは上側セルユニット１３０及び下側セルユニット１４０に対する、制御部１９０と保護ＩＣ１５１、１８１の接続状況を説明するための基本的な構成部分だけを図示しており、その他の関連する回路、特に、機器本体側の信号端子とのやりとりを行うための回路等の図示を省略している。電池パック１００は、図４にて示したように上側正極端子（上＋）１６２と、下側正極端子（下＋）１７２と、上側負極端子（上－）１６７と、下側負極端子（下－）１７７と、ＬＳ端子１６６、ＬＤ端子１６８を有して構成される。電池パック１００にはこれら以外に、充電用の上側正極端子（上Ｃ＋）１６１及び下側正極端子（下Ｃ＋）１７１と、その他の信号端子群（Ｔ端子、Ｖ端子）が設けられるが、ここではそれらの図示を省略している。上側正極端子１６２と下側負極端子１７７には、上側セルユニット１３０の出力が接続される。即ち、上側セルユニット１３０の正極（＋出力）が上側正極端子１６２に接続され、上側セルユニット１３０の負極（－出力）が下側負極端子１７７に接続される。同様にして、下側セルユニット１４０の正極（＋出力）が下側正極端子１７２に接続され、下側セルユニット１４０の負極（－出力）が上側負極端子１６７に接続される。
【0043】
ＬＳ端子１６６は充電禁止信号出力端子に相当し、ＬＤ端子１６８は放電禁止信号出力端子に相当する。また、制御部１９０とＬＤ端子１６８とを電気的に接続する放電禁止信号出力回路を有する。放電禁止信号出力回路は、図６において、制御部１９０、制御部１９０とスイッチング素子１９１を接続するライン（第２回路部）、スイッチング素子１９１とＬＳ端子１６６を接続するライン（第３回路部）スイッチング素子１９１、ＬＤ端子１６８を含んで構成されている。この放電禁止信号出力回路は、後述するように、チャタリング現象が生じた際に電池パック１００の放電を停止（禁止）するよう放電禁止信号１８７（ＬＤ信号２５０）を出力し、その後、別の電気機器本体に接続しても電池パック１００の放電ができないように放電の禁止状態を維持する。また、制御部１９０とＬＳ端子１６６とを電気的に接続する充電禁止信号出力回路を有している。充電禁止信号出力回路は、図６において、制御部１９０、制御部１９０とＬＳ端子１６６とを接続するライン（第１回路部）、ＬＳ端子を含んで構成されている。この充電禁止信号出力回路は、後述するように、電池パック１００を電気機器本体に接続した状態で放電中にチャタリング現象が生じた場合、充電禁止信号１８８を出力し、電池パック１００を充電装置３００に接続しても充電できないようにする。即ち、制御部１９０は、チャタリング現象を検出すると放電禁止信号１８７（ＬＤ信号２５０）を出力すると共に充電禁止信号１８８（ＬＳ信号２５５）も出力するように構成されている。
【0044】
上側セルユニット１３０と下側セルユニット１４０にはそれぞれ、電池セルの電圧を監視するための保護ＩＣ１５１、１８１が設けられ、これら保護ＩＣ１５１、１８１にはマイコンを有する制御部１９０が接続される。保護ＩＣ１５１は、上側セルユニット１３０の各電池セルの両端電圧を入力することにより、過充電保護機能、過放電保護機能の他、セルバランス機能、カスケード接続機能、断線検出機能を実行するもので、“リチウムイオン電池用保護ＩＣ”として市販されている集積回路である。また、保護ＩＣ１５１は、上側セルユニット１３０のいずれかの電池セルの電圧が所定の下限値まで低下して過放電状態になった場合は、過放電を示す信号（ハイ信号）１５６を制御部１９０に出力する。また、図示しない外部の充電装置に電池パック１００が装着されて、充電が行われている際に、保護ＩＣ１５１は上側セルユニット１３０のいずれかの電池セルの電圧が所定の上限値を超えたことを検出して過充電状態となった場合は、過充電状態を示す過充電信号（ハイ信号）１５５を制御部１９０に出力する。
【0045】
下側セルユニット１４０には保護ＩＣ１８１が接続される。保護ＩＣ１８１は下側セルユニット１４０内の各電池セルの電圧を監視し、いずれかの電池セルの電圧が所定の下限値まで低下した状態（過放電状態）を検出した場合に過放電信号１８６（ハイ信号）を制御部１９０に出力する。また、図示しない外部の充電装置に電池パック１００が装着されて、充電が行われている際に、保護ＩＣ１８１は下側セルユニット１４０のいずれかの電池セルの電圧が所定の上限値を越えたことを検出した場合に、過充電状態を示す過充電信号１８５（ハイ信号）を制御部１９０に出力する。
【0046】
下側セルユニット１４０の回路中、即ち下側正極端子１７２と上側負極端子１６７の間の回路中には、制御部１９０がさらに設けられる。つまり、上側セルユニット１３０と並列に設けられる回路には保護ＩＣ１５１が配置されるのに対して、下側セルユニット１４０と並列に設けられる回路には、保護ＩＣ１８１とマイコン（Micro Controller Unit）を有する制御部１９０が配置される。制御部１９０には、保護ＩＣ１５１からの出力（過放電信号１５６、過充電信号１５５）と、保護ＩＣ１８１からの出力（過放電信号１８６、過充電信号１８５）が入力される。制御部１９０は、上側セルユニット１３０と下側セルユニット１４０の電圧を監視する。上側セルユニット１３０と下側セルユニット１４０に含まれる各電池セルの電圧調整は、それぞれの保護ＩＣ１５１、１８１が行う。制御部１９０は、電流値やセル温度の監視を行うと共に、上側セルユニット１３０と下側セルユニット１４０の状態を監視して双方の動作状況を統合して制御、例えばセルユニット間の電圧バランスの調整を行う。
【0047】
下側セルユニット１４０のグランド側には電流値を測定するためのシャント抵抗１８９が設けられ、電流検出回路１８４はシャント抵抗１８９の両端電圧を測定することにより電流値を検出する。電流検出回路１８４の出力は制御部１９０に入力される。制御部１９０は、電動工具本体１に緊急的な停止が必要となった場合には、ＬＤ端子１６８を介して放電禁止信号１８７を電気機器本体側に伝達する。また制御部１９０は、ＬＳ端子１６６を介して図示しない充電装置に充電禁止信号１８８を出力する。
【0048】
制御部１９０には、図示しない記憶装置が設けられ、図示しないマイコンによって動作するソフトウェアやパラメータ等を適宜記憶する。また制御部１９０には、セル温度検出手段１９３が接続される。セル温度検出手段１９３には図示しない複数の温度センサの出力が接続される。温度センサとしては、サーミスタを用いることができ、サーミスタの一つ以上を上側セルユニット１３０に接する又は近接する箇所に設け、別のサーミスタを下側セルユニット１４０に接する又は近接する箇所に設けている。セル温度検出手段１９３は、温度変化に対するサーミスタの電気抵抗の変化を利用して、上側セルユニット１３０と下側セルユニット１４０のそれぞれの温度を測定し、制御部１９０に出力する。
【0049】
制御部１９０の駆動用の電源は、下側セルユニット１４０に接続される電源回路（電源部）１８０によって生成され、基準電圧ＶＤＤが制御部１９０に供給される。本実施例の電池パック１００は、１８Ｖと３６Ｖの電圧切替式なので、上側セルユニット１３０側の保護回路に制御部１９０（マイコン）を搭載すると、２つのセルユニットの直列接続時と並列接続時において、制御部１９０のグランド電位が変わってしまう。そこで、下段側（グランド側）に電源回路１８０を設けるようにして電源回路１８０のグランド電位が変化しないようにした。この制御部１９０の配置により、出力電圧を定格１８Ｖと３６Ｖの切替式としても制御部１９０を安定して稼働できる。制御部１９０は、自身にかかる電源電圧（ＶＤＤ）の保持と、解除を切り替えることができ、通常動作状態（ノーマルモード）と動作機能制限状態（いわゆるスリープモード）と動作停止状態（いわゆるシャットダウン）を有する。
【0050】
制御部１９０には、上側正極端子１６２に接続される上側電圧検出回路１５７の出力が入力される。この出力は、電池パック１００が電動工具本体１や外部充電装置（図示せず）に装着されていない場合は、上側セルユニット１３０の電位を示す。一方、低電圧（１８Ｖ）用の電動工具本体１に装着された場合、上側正極端子１６２と下側正極端子１７２が接続されるため、上側セルユニット１３０と下側セルユニット１４０の各々の正極が同電位となり、各々の負極が同電位となる。このことから制御部１９０は、上側正極端子１６２の電位と、下側正極端子１７２の電位を比較することによって、電池パック１００が非装着の状態であるか、低電圧機器本体に装着されているか、高電圧機器本体に装着されているかを判別できる。尚、下側正極端子１７２の電位検出のためには、下側セルユニット１４０内の電池セルのうち最上位の電池セルの正極電位を制御部１９０が取得できるように構成すると良い。電池パック１００からの電力供給を止めなければならない状況、例えば、放電時の過大電流、放電時のセル電圧の低下（過放電）、セル温度の異常上昇（過温度）等が生じた際には、制御部１９０を介して電動工具本体側に放電禁止信号１８７を伝達することで、電動工具本体の動作を素早く停止できる。放電禁止信号１８７の伝達は、制御部１９０のＩ／Ｏポートからハイ信号を出力することによりスイッチング素子１９１を導通させることによってＬＤ端子１６８をグランド電位に落とすことによって行われる。
【0051】
制御部１９０の状態には、ノーマル、スリープ、シャットダウンの３段階がある。ノーマルは制御部１９０が常時起動している状態である。スリープは外部回路や制御部１９０自身の機能の動作を最小限に制限し、制御部１９０が自ら間欠的に起動するモードであり、例えば１０ミリ秒の起動後に２４０ミリ秒停止するというような動作を繰り返す。シャットダウンは、基準電圧ＶＤＤが全く供給されない状態であって、制御部１９０が完全に停止している状態である。制御部１９０は、電池パック１００が電動工具本体に装着されている時だけでなく、装着されていないときも動作可能である。但し、電池パック１００が装着されていない時や、装着時であっても電動工具が一定時間以上使用されていない時、例えば、電気機器本体のトリガ操作が終了してから２時間程度トリガ操作が行われなかった場合は、制御部１９０はスリープ状態に移行する。電動工具本体のトリガスイッチ４が再び引かれてモータ３（図７参照）に電流が流れると、制御部１９０は、電流検出回路１８４によって検出される電流値の増加を検知してノーマル状態に復帰する。
【0052】
図７は電池パック１００が装着される電動工具本体１（高電圧用電気機器）の回路図である。右側が電池パック１００であり、具体的な回路構成は図６で示したものと同一であるので繰り返しの説明は省略する。図４で示したように定格３６Ｖの電動工具本体１のターミナル部３０（図４参照）には、下側正極端子１７２と下側負極端子１７７を短絡させる短絡回路３９が含まれる。このように電動工具本体１に短絡回路３９を有するターミナル部３０（図４参照）を設けることによって、２つの正極端子（１６２、１７２）と２つの負極端子（１６７、１７７）を有する本実施例の電池パック１００を装着するだけで、上側セルユニット１３０と下側セルユニット１４０の直列接続回路を確立することができる。つまり、電動工具本体１の正極入力端子３２には、上側に位置する上側正極端子１６２だけが接続され、負極入力端子３７には上側に位置する負極端子１６７だけが接続される。また、下側に位置する下側正極端子１７２と、下側に位置する下側負極端子１７７は、短絡回路３９によって接続される。
【0053】
電動工具本体１には、モータ３の回転制御を行うための制御部２０が含まれる。制御部２０にはマイコンが含まれ、制御部２０には駆動用の基準電圧ＶＤＤ１（５Ｖ又は３．３Ｖ）が供給される。基準電圧ＶＤＤ１は、正極入力端子３２と負極入力端子３７の両端電圧を入力とする電源回路２１により供給される。電圧検出回路２２は正極入力端子３２と負極入力端子３７の間の電圧（電池パック１００の電圧）を測定するもので、その出力は制御部２０に出力される。制御部２０の入力ポートには電圧検出回路２２から正極入力端子３２の電圧（Ｖ＋）が入力される。制御部２０は、出力ポート（Ａ／Ｄ出力端子）を介してスイッチング素子２５をオンにするための信号を出力する。スイッチング素子２５は、放電禁止信号１８７（ＬＤ信号）を受信した際に、制御部２０のマイコンの制御によってモータ３を停止させるためのスイッチである。スイッチ（ＳＷ）状態検出回路２３は、トリガスイッチ４の状態がオンかオフかを検出する回路であり、トリガスイッチ４のレバーが少しでも引かれるとオン信号を制御部２０に出力する。制御部２０は各種の制御用の信号や、センサ類からの入力信号、電池パック１００への制御信号等の様々な信号の入出力が行われる。電流検出回路２４は、シャント抵抗２６の両端電圧を測定することによってモータ３に流れる電流値の大きさを制御部２０に出力する。
【0054】
ＬＤ端子３８は、抵抗器２８を介して制御部２０の入出力ポートに接続される。抵抗器２８と制御部２０の間は、抵抗器２７を介して基準電圧ＶＤＤ１に接続される。電池パック１００側の制御部１９０が放電禁止信号１８７を出力する（ハイにする）と、スイッチング素子１９１が導通することによって、ＬＤ端子１６８、３８（後述するＬＤ信号）がグランド電位に落とされる。この結果、抵抗器２８に接続される制御部２０の入力電位が、抵抗器２７と２８による基準電圧ＶＤＤ１の分圧電位に変化するので、制御部２０は、電池パック１００から放電禁止が指示されたことを検出できる。ＬＤ端子３８は放電禁止信号入力端子に相当する。
【0055】
図８は本実施例の電池パック１００が外部充電装置３００に接続された際の入出力回路図である。電池パック１００側の構成は図６で示した回路と同一であるが、装着される相手側機器（電気機器本体）が充電装置３００となる。充電装置３００はマイコン等を有する制御部３２０を含み、電源回路３１０の出力にて電池パック１００を定格１８Ｖの電池パックと同様に充電する。充電装置３００の正極端子３３２と負極端子３３７は、図５で示した正極入力端子８２と負極入力端子８７と同一形状であるため、電池パック１００が外部充電装置３００に接続されると上側セルユニット１３０と下側セルユニット１４０が並列接続された状態になる。電源回路３１０は、商用交流電源３０１を整流して所定の直流、電圧を得るものである。図中には記載していないが、電源回路３１０の出力から制御部３２０の動作用の基準電圧ＶＤＤ２を生成する定電圧電源回路も含まれる。電源回路３１０から電池パック１００に出力される電流の大きさは、シャント抵抗３１１を用いて電流検出回路３１５にて検出され、制御部３２０のマイコンに出力される。また、電池電圧検出回路３１７が設けられ、正極端子３３２と負極端子３３７の間の電圧が測定され、制御部３２０のマイコンに出力される。充電装置３００にはＬＳ端子３３６が設けられ、電池パック１００側のＬＳ端子１６６と接続される。ＬＳ端子３３６は充電禁止信号入力端子に相当する。
【0056】
充電禁止信号１８８は、電池パック１００の制御部１９０のマイコンから出力され、通常の充電中において、電池電圧が満充電に至るまでは充電禁止信号１８８は出力されないが（Ｌｏｗ信号状態）、電池電圧が満充電に到達すると充電禁止信号１８８が出力される（Ｈｉｇｈ信号状態）。ＬＳ端子３３６の電位が高くなると（Ｈｉｇｈ信号状態）、制御部３２０のマイコンは電源回路３１０の出力を停止させることにより電池パック１００への充電を停止する。本実施例では、電池パック１００がヒューズ１５２、１８２による溶断に至る前に異常状態であると制御部１９０のマイコンが判断した際にも、充電禁止信号１８８を連続的に出力するように構成した。このように充電禁止信号１８８をＨｉｇｈレベルに保つことによって電池パック１００の充電を行わないようにすることができる。この充電を行わない動作は、電池セル側から見るとヒューズ１５２、１８２が溶断された状態と同じである。尚、充電装置３００ではＬＤ端子１６８の出力信号を利用しないため、充電装置３００側から出力される放電禁止信号を受信するＬＤ端子は設けられない。しかしながら、ＬＤ端子１６８の出力信号を制御部３２０のマイコンが受信できるように構成するようにしても良い。尚、制御部３２０が電池電圧検出回路３１７を介して電池パック１００の電圧を監視し、電池パック１００の電圧が満充電に到達すると、制御部３２０が充電を停止するように制御しても良い。
【0057】
図９は本実施例の電池パック１００におけるチャタリング現象発生時の各信号波形を示す図である。図９（Ａ）～（Ｄ）の横軸は時間（単位：ミリ秒）であり、それぞれの横軸の時間を合わせて図示している。図９（Ａ）は電流値２３０の波形図であり、縦軸は電流（単位：Ａ）である。電流値２３０は、電流検出回路１８４を用いて制御部１９０のマイコンにより検出される。時刻ｔ１において作業者が電動工具本体１のトリガスイッチ４をオンにすると、矢印２３０ａに示すように大きく上昇し（モータ５３の始動電流）、その後は矢印２３０ｂに示すように負荷に応じた電流量に落ち着く。このように電流値２３０が流れている最中に何らかの理由、例えば電力端子部の短い時間間隔のショート状態が発生すると、例えば、矢印２３１～２３３のように短い時間で電流値の急上昇の状態が発生する（例えば複数回）。これらのパルス状電流２３１～２３３は、第１の閾値電流Ｉ１を越えているが、第２の閾値電流Ｉ２は越えていない。ここで、第１の閾値電流Ｉ１は、本実施例におけるパルス状の異常電流の発生を検知するための電流閾値（例えば２００Ａ）であり、第２の閾値電流Ｉ２は、図６で示した回路中のヒューズ１５２、１８２の溶融に影響する定格遮断電流（例えば２５０Ａ）である。ここでは、時刻ｔ２からパルス状電流２３１が流れ、第１の閾値電流Ｉ１を越えた状態の電流が持続時間ＤＴ
１
だけ続く。同様にして、時刻ｔ３及びｔ４から短時間短絡等に起因するパルス状電流２３２、２３３が持続時間ＤＴ
２
、ＤＴ
３
だけ流れる。そして、後述するように、時刻ｔ６において、電池パック１００からＬＤ信号２５０が出力されて電気機器本体（電動工具本体１）の制御部２０が電池パック１００の放電を停止（遮断）することで電流値２３０がゼロになる。尚、作業者が時刻ｔ６又は時刻ｔ５～ｔ６の間でトリガスイッチ４をオフにしても電流値２３０がゼロになる。
【0058】
図９（Ｂ）は、セルユニットの両端子間の電圧値２４０（単位：ボルト）の波形図である。ここでは、上側端子電圧検出回路１５７によって測定された端子電圧を示しており、電池パック１００が３６Ｖ電気機器本体に接続されている場合は、上側セルユニット１３０と下側セルユニット１４０の合計電圧を示し、電池パック１００が１８Ｖ電気機器本体に接続されている場合は、上側セルユニット１３０と下側セルユニット１４０の並列接続状態の電圧を示す。電圧値２４０は、電流値２３０の大きさに応じて電圧降下によって低下する。時刻ｔ１において作業者が電動工具本体１のトリガスイッチ４をオンにすると、矢印２４０ａに示すように最初大きく低下し、その後は矢印２３０ｂに示す電流値２３０に応じて電圧低下して、矢印２４０ｂのような電圧値２４０に落ち着く。尚、矢印２４０ｂの状態での電圧値２４０は電池パック１００がこれ以上充電することができない満充電状態ではないため（満充電状態に対して電圧又は容量が小さいため）、電池パック１００が正常の状態（例えば電池セルの温度は正常な範囲（充電可能な温度範囲））で充電装置３００に接続すれば充電が開始される。このように時に、矢印２３１～２３３に対応する短い時間間隔のショート状態が発生すると、電圧値２４０も矢印２４１～２４３のように短い時間の急低下状態が発生する。即ち、時刻ｔ２から所定時間ＤＴ１だけ電圧閾値Ｖ１（第１の閾値電圧）よりも低下状態が続き、その後、時間ＩＴ１だけ経過した時刻ｔ３に再び電圧値２４０が電圧閾値Ｖ１よりも低下する。時刻ｔ３から所定時間ＤＴ
２
だけ電圧閾値Ｖ１よりも低下状態が続いたら、電圧値２４０が電圧閾値Ｖ１より高い状態に復帰する。その後、時間ＩＴ２だけ経過した時刻ｔ４に再び電圧値２４０が電圧閾値Ｖ１よりも低下する。時刻ｔ４から所定時間ＤＴ
３
だけ電圧閾値Ｖ１よりも低下状態が続いたら時刻ｔ５において、電圧値２４０が電圧閾値Ｖ１より高い状態に復帰する。そして、後述するように、時刻ｔ６において、電池パック１００からＬＤ信号２５０が出力されて電気機器本体（電動工具本体１）の制御部２０が電池パック１００の放電を停止（遮断）することで電流値がゼロにとなり、無負荷時の電池電圧に戻る。尚、作業者が時刻ｔ６又は時刻ｔ５～ｔ６の間でトリガスイッチ４をオフにしても無負荷時の電池電圧に戻る。ここで、電圧閾値Ｖ１は制御部１９０の動作電圧（ＶＤＤ）より低い電圧としても良い。又は、過放電の閾値（電池セル１つ当たり２．５Ｖ）より小さい値（例えば１．５Ｖ）を電圧閾値Ｖ１としても良い。
【0059】
図９（Ｃ）は、本実施例におけるＬＤ信号の出力状態を示す。ＬＤ信号とは制御部１９０のマイコンが電気機器本体側へ放電禁止信号１８７を伝達するための信号であり、電気機器本体側のＬＤ端子３８又は８８、電池パック１００側のＬＤ端子１６８に接続される。ここでは、ＬＤ端子の電位（ＬＤ信号２５０）がＨｉｇｈの時が電池パック１００からの放電を許可する状態である。ＬＤ信号２５０は接続される電気機器本体（電動工具本体１）側の制御部２０のマイコンに伝達されるか、又は、電気機器本体側の電力経路中に接続されたスイッチング素子のゲート信号に接続される。時刻ｔ５において３つ目の電圧値２４０の低下（矢印２４３）が所定時間以上（例えば時刻ｔ３から所定時間ＤＴ３）経過したら、制御部１９０のマイコンはＬＤ信号２５０をＨｉｇｈからＬｏｗに切り替えることによって（放電禁止信号１８７をＬｏｗからＨｉｇｈに切り替えることによって）電池パック１００のその後の使用を禁止する。尚、一旦電池パック１００の使用を禁止すると、例えば電池パック１００の温度が正常範囲であっても使用することができない。時刻ｔ５でＬＤ信号２５０をＨｉｇｈからＬｏｗに切り替えて、その後の時刻ｔ６で放電を停止（電池パック１００の使用を禁止）している。この時刻ｔ５と時刻ｔ６との間の時間は、ＬＤ信号２５０が出力されてから電気機器本体の制御部２０がＬＤ信号２５０を受信（認識）して放電（電流）を遮断（停止）するまでの時間（遅延時間）である。時刻ｔ５で直ちに放電（電流）を遮断するように構成しても良い。
【0060】
ＬＤ信号２５０の切り替えに対応させて、図９（Ｄ）のように時刻ｔ５において、ＬＳ信号２５５をＬｏｗからＨｉｇｈにする。ＬＳ信号２５５は、充電装置３００の充電動作を許可するための信号であり、Ｌｏｗ状態にあるときは充電が可能であるが、Ｈｉｇｈ状態にあるときは充電装置３００の充電動作が禁止される。ＬＳ信号２５５は充電禁止信号１８８と同じ信号である。尚、放電禁止信号と充電禁止信号の出し方やＨｉｇｈとＬｏｗ状態の割り当ては任意であり、どのような信号にて電力負荷を有する電気機器本体への電力供給を禁止し、どのような信号にて充電装置からの電力供給を阻止するかは任意である。例えば、一旦、使用禁止状態となり、ＬＤ信号２５０やＬＳ信号２５５が禁止状態に切り替えられたら、その後は常に禁止状態を示す信号を出力し続ける（維持する）ようにしても良いし（図９の状態）、禁止信号を出力してから所定時間後に出力を停止し、別の電気機器本体（電動工具本体や充電装置）に接続された際に再度禁止信号を出力するようにしても良い。或いは、制御部１９０をシャットダウンさせて、ユーザではシャットダウンを解除できないようにしても良い。
【0061】
チャタリング現象以上の長い時間間隔の大きな電流上昇及び大きな電圧降下が生じた場合、即ち図１３に示したような短絡状態が発生した時は、図１０での制御とは別に、ヒューズ１５２、又は／及び、１８２が溶融することにより電池パック１００からの電力供給を停止（遮断）させる。図１３は、従来のヒューズ１５２、１８２による電力遮断状態を説明するための波形図である。ヒューズ１５２、１８２は、定格以上の大電流が電池パック１００及び外部の電気機器本体側に流れることによる電力経路及び電池セルの加熱や破損、発火を防ぐために設けられる電気部品であり、普段は抵抗がほとんどない導体として動作する。何らかの異常によって矢印２３６ａのように電力経路に定格Ｉ２以上の電流２３５が流れ、矢印２３６ｂに示すように時刻ｔ１１まで定格Ｉ２以上の電流２３５が流れ続けると、ジュール熱により内蔵する合金部品が溶断することにより、電力経路が切断されて、不導状態にすることにより電池パック１００及び外部の電気機器本体を保護する。ヒューズ（電力ヒューズ）には定格があり、その遮断特性は、第２の閾値電流Ｉ２を越えた大きさと、その継続時間によって変化し、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１に至る時間間隔がどの程度かは一定ではない。しかしながら、ヒューズ１５２、１８２の特性に関しては本願発明の本質部分ではないので、これ以上の説明は省略する。
【0062】
図１０は本実施例の電池パック１００におけるチャタリング現象の検出手順を示すフローチャートである。図１０に示す一連の手順は、制御部１９０に含まれるマイコンが予め格納されたプログラムによってソフトウェア的に実行可能である。ここで用いられる変数は、下記である。ＤＴ：電池電圧が第１の閾値電圧（所定値Ｖ１）未満となっている状態の持続時間 ＩＴ：最後に第１の閾値未満となった電圧降下が消滅した時からの時間 ｎ：電池電圧が第１の電圧閾値Ｖ１未満となった電圧降下回数
【0063】
最初にマイコンは、上側電圧回路１５７の出力を用いて上側セルユニット１３０のユニット電圧が、第１の閾値電圧Ｖ１を下回っているか否かを判定する（ステップ２１１）。ここで、ユニット電圧が第１の閾値電圧Ｖ１を上回っている場合は、降下状態の持続時間を測定するためにカウンタＤＴを０にクリアし、（ステップ２１２）、合計電圧が第１の閾値電圧Ｖ１未満の場合は、持続時間ＤＴを１単位時間だけインクリメントすることにより持続時間ＤＴのカウントを行う（ステップ２１３）。尚、上側電圧回路１５７によって上側セルユニット１３０と下側セルユニット１４０の合計電圧を検出し、この合計電圧に基づいて図１０の処理を実行しても良い。又、上側電圧回路１５７とは別の全体電圧回路を設けても良いし、下側電圧回路を設けて、下側電圧回路の検出結果に基づいて図１０の処理を実行しても良い。
【0064】
次に、所定の時間間隔のパルス状になった電圧の落ち込みの持続時間ＤＴ（図９参照）が判定閾値ＤＴｍａｘに到達したか否かを判定する（ステップ２１４）。ここで持続時間ＤＴが判定閾値ＤＴｍａｘに到達していない場合は、単なる尖塔状のノイズであることがあり得るため、カウントせずにステップ２１７に進む。持続時間ＤＴが判定閾値ＤＴｍａｘに到達した場合は、チャタリング現象又はヒューズにより遮断されるべき異常が発生していると判定され、パルス状の電圧降下の回数をカウントするカウンタｎを１つインクリメントする（ステップ２１５）と共に、電圧降下のパルスが消滅した時からの時間間隔を測定するためのカウンタＩＴをゼロにクリアする（ステップ２１６）。
【0065】
ステップ２１７では、最後に電圧降下した時、即ち最後の電圧降下が消滅した時からの時間ＩＴを単位時間１だけインクリメントし、次に、その時間が所定の閾値Ｔ２を越えたか否かを判定する（ステップ２１８）。時間ＩＴが閾値Ｔ２を越えていない場合はステップ２２０に進み、時間ＩＴが閾値Ｔ２（例えば１秒）を越えた場合、即ちパルス２４１～２４３の間隔が所定の間隔を越えた場合であって、いわゆるチャタリング現象を構成するパルス群が形成（発生）されなかった場合は電圧降下回数ｎをゼロクリアする（ステップ２１９）。チャタリング現象は短時間で複数回繰り返して発生するため、閾値Ｔ２以内に複数回のパルスが発生した場合にはチャタリング現象が発生したと判断する。
【0066】
ステップ２２０では、カウントされた電圧降下回数ｎが所定の閾値回数Ｎ以上か否かを判定する。図９の実施例は、閾値回数Ｎ＝３として所定の時間間隔内（閾値Ｔ２内）に３回のパルス２４１～２４３が出現したら、電池パック１００を使用不可にするべく“充電／放電禁止モード”を設定し、そのモード情報を制御部１９０に含まれる不揮発性メモリ（図示せず）に記憶させる（ステップ２２１）。
【0067】
以上の制御を制御部１９０のマイコンが起動している間に連続して実行することで、マイコンは電池パック１００から外部電気機器本体への電力供給経路中にチャタリング現象が発生したことを検出し、短絡に繋がるようなチャタリングの場合は電池パック１００のその後の使用を禁止する。
【0068】
図１１は本実施例の電池パック１００におけるチャタリング現象検出後の制御手順、即ち、図１０のステップ２２１が実行された後の制御部１９０の制御手順を示すフローチャート２２５である。図１１のフローは、図１０のステップ２２１が実行された後に制御部１９０に含まれるマイコンによって実行されるもので、図１０のフローチャートとは平行して実行され、マイコンが起動している間は継続して実行される。最初に、マイコンは、自らの動作モードとして“充電／放電禁止モード”に設定されているかどうかを判定する（ステップ２２６）。“充電／放電禁止モード”かどうかは、マイコンが制御部１９０に含まれる不揮発性メモリ（図示せず）の特定領域のフラグを読み取ることで判定できる。従って、電池パック１００が取り外されて、マイコンがシャットダウン状態となっても、再び電池パック１００のマイコン起動時に図１１のフローチャートが実行されることにより、“充電／放電禁止モード”が設定されていたらその禁止モードが継続して設定されることになる。
【0069】
まず、ステップ２２６にて、“充電／放電禁止モード”が設定されていない場合は、ステップ２２６を繰り返すことにより待機し、設定されている場合は、充電禁止信号（ＬＳ信号）１８８をＬＳ端子１６６（図６参照）に出力し（ステップ２２７）、放電禁止信号（ＬＤ信号）１８７（ＬＤ信２５０）をＬＤ端子１６８（図６参照）に出力し（ステップ２２８）、ステップ２２６に戻る。このようにして、本実施例の実施によってチャタリング現象が判定されたら、電池パック１００はマイコンを使ったソフトウェアによる制御によってＬＳ信号及びＬＤ信号を停止状態に保つことにより使用禁止状態、即ち、ヒューズ１５２、１８２が切れた時と同等の状態を維持する。この制御によって、本実施例の電池パック１００は、ヒューズ１５２、１８２が溶断する前の段階にて短絡発生の初期状態を検出でき、電池パック１００の使用を停止することができる。
【0070】
本実施例では、電池パック１００を電気機器本体として電動工具本体１に接続した状態で制御部１９０が異常（チャタリング現象）を検出すると、電池パック１００が“充電／放電禁止モード”に設定されることを説明した。しかしながら、電池パック１００を電気機器本体として充電装置に接続した状態で異常を検出した場合にも電池パック１００が“充電／放電禁止モード”に設定されるようにしても良い。そして、電池パック１００が接続された電気機器本体の種類（電動工具本体や充電装置）にかかわらず、電池パック１００が“充電／放電禁止モード”に設定された場合は、一旦取り外して再び外部の電気機器本体（電動工具本体等）や、充電装置に接続しても禁止状態が維持されることになる。つまり、電池パック１００の充電及び放電禁止状態は、ユーザによる操作では解除できないことになる。この状態がいわゆる“永久使用停止状態”、“使用の永久禁止状態”である。尚、メーカ側の修理により、接続端子（ヒューズ）の状態を確認することにより電池パック１００が継続使用不能か継続使用可能かを判定して、継続使用可能な場合は、制御部１９０に含まれる不揮発性メモリ（図示せず）の特定領域のフラグをクリアすることにより電池パック１００を使用可能状態に戻すようにしても良い。この使用可能状態に戻すにはメーカだけが所有する専用の機器を必要とし、ユーザ側ではクリアできないようにすることが重要である。
【0071】
第１の実施例では、放電禁止信号１８７（ＬＤ信号２５０）及び充電禁止信号１８８（ＬＳ信号２５５）をそれぞれ、ＬＤ端子１６８、ＬＳ端子１６６を介して、接続された外部の電気機器本体に出力するように構成したが、電池パック１００自身で放電及び充電を禁止するように構成しても良い。この場合、放電経路にスイッチング素子２５に相当する放電禁止用のスイッチング素子を設け、放電禁止信号１８７（ＬＤ信号２５０）によって当該スイッチング素子を遮断、即ち放電経路を遮断すれば良い。更に、充電経路にも同様に充電禁止用のスイッチング素子を設け、チャタリング現象による放電禁止信号１８７（ＬＤ信号２５０）が制御部１９０から出力された際に充電禁止信号１８８（ＬＳ信号）を出力し、充電禁止用のスイッチング素子を遮断する。この構成により、チャタリング現象が生じて放電を停止した後に、電池パック１００を充電装置３００に接続しても、電池パック１００内の充電禁止用スイッチング素子が遮断されているため充電不能とすることができる。このような電池パック１００自身で放電及び充電を禁止するように構成した電池パックの構成を図１２を用いて説明する。
【実施例2】
【0072】
図１２は本発明の第２の実施例に係る電池パック１００Ａの回路図である。第２の実施例では、ヒューズ１５２、１８２と共に作用する第２の遮断機能として、制御部１９０のマイコンによって設定される“セルフコントロールプロテクター”を用いた遮断手段１５３、１８３を設けた。第２の実施例では第２の遮断機能のすべてをソフトウェアで制御するのではなくて、第２の遮断機能の起動だけをソフトウェアで制御し、第２の遮断機能の起動後はソフトウェアによる制御を不要としたものである。遮断手段１５３は、上側正極端子１６２と上側セルユニット１３０との電力経路を遮断するものであり、遮断の実行を制御部１９０からの指示信号により行う。ここで“セルフコントロールプロテクター”は、内部に電力経路を遮断させるヒューズエレメントが設けられ、そのヒューズエレメントの直下にヒータが配置された電子素子であり、制御部１９０のマイコンからの電気信号によってヒータへの通電を制御することによりヒューズエレメントの溶融による回路遮断をソフトウェアの制御で実行できる。この“セルフコントロールプロテクター”としては、例えばデクセリアルズ株式会社（Dexerials Corporation）の表面実装型ヒューズを用いることができる。遮断手段１８３は下側正極端子１７２と下側セルユニット１４０との電力経路を遮断するヒューズであり、遮断手段１５３と同様に制御部１９０からの指示信号により遮断の実行を行うことができる。このように電力経路中に従来からのヒューズ１５２、１８２と直列に“セルフコントロールプロテクター”を用いた遮断手段１５３、１８３を設けたので、第１の実施例で判定された“充電／放電禁止モード”を用いたソフトウェア制御にて電力供給経路を物理的に遮断することができる。
【0073】
遮断手段１５３、１８３による遮断の手順は図１０で示したフローチャートと同じである。第１の実施例では図１０のステップ２２１において、“充電／放電禁止モード”の設定として、そのモード情報を制御部１９０に含まれる不揮発性メモリ（図示せず）に記憶させていたが、その記憶の代わりに、又は、その記憶と共にマイコンは遮断手段１５３、１８３のヒータへの通電を行う制御信号を出力することによって、遮断手段１５３、１８３に含まれるヒューズエレメントを溶断させる。
【0074】
第２の実施例では、ハード的な動作だけの従来型のヒューズ１５２、１８３による第１のヒューズ機能と、ソフトウェアによって動作させる第２のヒューズ機能を併用したので、チャタリング現象等の従来のヒューズ１５２、１８３による遮断に至らないような予兆的な短絡現象においても、効果的に電気回路や電池セルを保護することが可能となる。
【0075】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、本実施例の電池パックは電圧切替え方式のものに限定されずに、従来から広く用いられる電圧固定式の電池パックにおいても同様に適用できる。また、使用する電池セルのサイズや種類は、実施例中で述べた１８６５０サイズのリチウムイオン電池だけに限られずに、その他サイズや種類であっても良い。また、電池パック（電池セル）の電圧又は電池セルに流れる電流に基づいて異常状態（チャタリング現象）を判別したが、電池パック（電池セル）の温度に基づいても異常状態を判別するようにしても良い。チャタリングによる短絡が生じると大電流が流れるため、それに伴って電池セルの温度が上昇するため、温度情報に基づいても判別することができる。また、異常状態としてはチャタリング現象に限らず、電池パックの使用を禁止すべき状態であれば適用することができる。例えば電池セルの異常高温が考えられる。
【符号の説明】
【0076】
１…電動工具本体（電気機器本体）、２…ハウジング、２ａ…胴体部、２ｂ…ハンドル部、２ｃ…電池パック装着部、３…モータ、４…トリガスイッチ（トリガＳＷ）、５…正逆切替レバー、８…先端工具保持部、９…先端工具、１１ａ，１１ｂ…レール部、１２…湾曲部、１４…突起部、２０…制御部、２１…電源回路、２２…電圧検出回路、２３…スイッチ状態検出回路、２４…電流検出回路、２５…スイッチング素子、２６…シャント抵抗、２７，２８…抵抗器、３０…ターミナル部、３０ａ…垂直面、３０ｂ…水平面、３１…基台、３１ａ，３１ｂ…凹部、３２…正極入力端子、３７…負極入力端子、３８…ＬＤ端子、３９…短絡回路、３９ａ，３９ｂ…短絡用端子、４０…負荷装置、５３…モータ、８０…ターミナル部、８１…基台、８２…正極入力端子、８７…負極入力端子、９０…負荷装置、１００，１００Ａ…電池パック、１０１…下ケース、１０４…スリット、１１０…上ケース、１１１…下段面、１１２…段差部、１１３…上段面、１１５…隆起部、１１６ａ，１１６ｂ…ラッチ、１１７ａ，１１７ｂ…係止部、１１８ａ，１１８ｂ…レール部、１１９…ストッパ部、１２０…スロット群配置領域、１２１～１２８…スロット、１３０…上側セルユニット、１３４…スリット、１４０…下側セルユニット、１４５…セパレータ、１４６，１４７…ネジボス、１５０…回路基板、１５１…（上側セルユニット用の）保護ＩＣ、１５２…ヒューズ、１５３…遮断手段、１５５…過充電信号、１５６…過放電信号、１５７…上側電圧検出回路、１６０…スロット群配置領域、１６２…上側正極端子、１６２ａ，１６２ｂ…（上側正極端子の）腕部、１６４…Ｔ端子、１６５…Ｖ端子、１６６…ＬＳ端子、１６７…上側負極端子、１６７ａ，１６７ｂ…（上側負極端子の）腕部、１６８…ＬＤ端子、１７２…下側正極端子、１７２ａ，１７２ｂ…（下側正極端子の）腕部、１７７…下側負極端子、１７７ａ，１７７ｂ…（下側負極端子の）腕部、１８０…電源回路、１８１…（下側セルユニット用の）保護ＩＣ、１８２…ヒューズ、１８３…遮断手段、１８４…電流検出回路、１８５…過充電信号、１８６…過放電信号、１８７…放電禁止信号、１８８…充電禁止信号、１８９…シャント抵抗、１９０…制御部、１９１…スイッチング素子、１９３…セル温度検出手段、２３０…電流値、２３１～２３３…パルス状電流、２３５…電流値、２４０…電圧値、２４１…パルス、２５０…ＬＤ信号、２５５…ＬＳ信号、２６１，２６２，２６６…引出しタブ、２７０…引き出し板、２７１，２７６…引出しタブ、２７２…幅狭部、２９４，２９６～２９９…（リード線の）端部、３００…外部充電装置、３０１…商用交流電源、３１０…電源回路、３１１…シャント抵抗、３１５…電流検出回路、３１７…電池電圧検出回路、３２０…制御部、３３２…正極端子、３３６…ＬＳ端子、３３７…負極端子、Ｉ１…（チャタリング現象判定用の）閾値電流、Ｉ２…（ヒューズによる）遮断閾値電流、Ｔ２…閾値、Ｖ１…電圧閾値、ＶＤＤ，ＶＤＤ１，ＶＤＤ２…基準電圧
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】