JP4488381B2

JP4488381B2 - 電池パックシステム

Info

Publication number: JP4488381B2
Application number: JP2009186687A
Authority: JP
Inventors: 和征榊原
Original assignee: 和征榊原
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2028-10-21
Also published as: WO2010047255A1; JP2010104216A; JP2010104222A

Description

本発明は、電気機器と、その電気機器の電源として用いられる電池パックとを備えた電池パックシステムに関するものであり、特に、その電池パックが、リチウムイオン電池等の２次電池である電池セルが複数直列に接続されて成る電池セル群を備えている電池パックシステムに関するものである。

従来技術のコードレス電動工具（例えば、特許文献１参照。）は、商用電源から充電器を用いて電池パックの充電を行い、電池パックを電源として直流駆動式モータを駆動する。これに対し、交流駆動式電動工具は、電源コードを商用電源に直接接続して交流駆動式モータを駆動する。近年では、電池技術や充電制御技術等の発達により、コードレス電動工具で用いられる電池パックは高性能化しつつある。

特にリチウムイオン電池を用いた電池パックは、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池を用いた電池パックと比較し、その高いエネルギー密度によって軽量、高電圧、及び、高容量を実現できるようになり、これを使用するユーザーが増えつつある。

特開２００２−２５４３５５号公報

以下に、従来技術として、３６Ｖリチウムイオン電池パックを用いた３６Ｖコードレス電動工具システムと交流駆動式電動工具とを対比的に説明する。

コードレス電動工具に対するユーザーの要求事項の一つとして、高い出力性能が挙げられる。高い出力性能とは、コードレス電動工具の出力が交流駆動式電動工具の出力に近いことである。

３６Ｖコードレス電動工具システムの場合、例えば、１４．４Ｖリチウムイオン電池パックを用いた１４．４Ｖコードレス電動工具システムと比較し、相対的に優れた出力性能を有するが、交流駆動式電動工具と比較すると、未だ不足しているため、ユーザーは、商用電源の確保が困難な現場における作業時に、作業効率は低下するが、従来技術の３６Ｖコードレス電動工具を代替的に使用せざるを得ない。

従来技術として存在するコードレス電動工具用の電池パックの電圧は最大３６Ｖであり、商用電源の１００Ｖと比較すると、電動工具用モータへ供給できる電圧の差が大きい。そのため、交流駆動式電動工具に相当する出力が得られるコードレス電動工具が存在しないという課題、及び、商用電源に相当する出力が得られる電池パックが存在しないという課題の前に、出力が３６Ｖを上回る電池パックが存在しないという課題がある。

前述の課題を解決するため、電池パックに、電池セルが複数直列に接続されて成る電池セル群とその出力電圧を昇圧する昇圧回路とを収容させ、かつ、その昇圧回路により前記電池セル群の直流電圧を１００Ｖ相当に昇圧する方式を用いる場合がある。この場合、前記昇圧による負荷電流の増大に伴う電池セル及び昇圧回路の発熱が増大する。発熱の増大は、電池セル寿命の低下や発熱抑制のためのコストアップなどの新たな課題が生じるため、前記昇圧回路を用いた方式は好ましくない。

本発明者は、複数の電池セルが直列接続されて成る電池セル群の直流電圧を商用電源電圧に相当する高電圧となるように構成する方式を提案する。

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

例えば、前記従来技術の電池パックにおいて、充電完了後の電圧が４Ｖとなるリチウムイオン電池セルを２７個直列接続した電池セル群を用いる場合、前述の電池パック内部の各部位に最大１０８Ｖが高頻度で印加されることになる。そのため、従来技術の３６Ｖ以下の電池パックで用いられてきた内部構造では、前記最大１０８Ｖが高頻度で印加されることが想定されていないため、電池パックの絶縁信頼性が低下する。

以上の事情を背景にして、本発明は、電気機器と、その電気機器の電源として用いられる電池パックとを備えた電池パックシステムであって、その電池パックが、複数の電池セルが直列に接続されて成る電池セル群を備えるにもかかわらず、その電池パックの絶縁信頼性が向上したものを提供することを課題としてなされたものである。

本発明によれば、上記の課題を解決するために、電気機器と、その電気機器の電源として用いられる電池パックとを備えた電池パックシステムであって、前記電池パックは、複数の電池セルが直列接続された電池セル群と、その電池セル群の放電出力を前記電気機器へ供給するための放電出力端子とを含み、前記電気機器は、前記放電出力端子に接続され、前記電池パックから電力が入力される電力入力端子と、その電力入力端子から電力が供給されて作動する負荷部と、その負荷部の駆動と停止とを作業者が選択的に制御するために作業者によってオンとオフとにそれぞれ操作されるスイッチであって、オフに操作されると、当該スイッチがそれ自体、前記電力入力端子と前記負荷部とを互いに遮断して前記電池パックから前記負荷部への電力供給を停止させ、オンに操作されると、当該スイッチがそれ自体、それら電力入力端子と負荷部とを互いに通電させて前記電池パックから前記負荷部への電力供給を許可するものとを含むものが提供される。

当該電池パックシステムは、さらに、前記スイッチのオン・オフを検知するスイッチ検知部と、前記電池パックから供給される電力を蓄積する蓄電部であって、前記電池パックから前記負荷部への電力供給が停止されている場合に、前記スイッチ検知部に電力を供給し、それにより、前記スイッチ検知部の作動を可能にするものと、前記スイッチ検知部からの信号に基づき、前記スイッチがオフに操作されると、前記電池パックから前記負荷部への電力供給を停止させることを指令する停止指令信号を出力する一方、前記スイッチがオンに操作されると、前記電池パックから前記負荷部への電力供給を許可することを指令する許可指令信号を出力する第１制御手段と、前記複数の電池セルの直列接続を選択的に実現するために前記電池セル間に設けられた複数の通電遮断素子と、それら第１制御手段と複数の通電遮断素子とに接続された第２制御手段であって、前記第１制御手段が前記許可指令信号を出力した場合には、前記複数の通電遮断素子のすべてが通電状態となって前記複数の電池セルの直列接続が実現されるために前記電池パックから前記負荷部への電力供給が行われる一方、前記第１制御手段が前記停止指令信号を出力した場合には、前記複数の通電遮断素子のすべてが遮断状態となって前記複数の電池セルの直列接続が実現されないために前記電池パックから前記負荷部への電力供給が停止されるように、前記複数の通電遮断素子を制御するものとを含んでいる。

本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項には番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本発明が採用し得る技術的特徴の一部およびそれの組合せの理解を容易にするためであり、本発明が採用し得る技術的特徴およびそれの組合せが以下の態様に限定されると解釈すべきではない。すなわち、下記の態様には記載されていないが本明細書には記載されている技術的特徴を本発明の技術的特徴として適宜抽出して採用することは妨げられないと解釈すべきなのである。

さらに、各項を他の項の番号を引用する形式で記載することが必ずしも、各項に記載の技術的特徴を他の項に記載の技術的特徴から分離させて独立させることを妨げることを意味するわけではなく、各項に記載の技術的特徴をその性質に応じて適宜独立させることが可能であると解釈すべきである。

（１）電気機器と、その電気機器の電源として用いられる電池パックとを備えた電池パックシステムであって、
前記電池パックは、
複数の電池セルが直列接続された電池セル群と、
その電池セル群の放電出力を前記電気機器へ供給するための放電出力端子と、
それら電池セル群および放電出力端子を収容するケースと
を含み、
前記電池セル群は、その電池セル群に接続された入出力接続部と共に、電池モジュールを構成し、
その電池モジュールは、複数直列接続されて電池モジュール群を構成し、
前記電気機器は、
負荷部と、
前記放電出力端子から供給された電力を受けて前記負荷部を制御する負荷制御部であって、前記電池パックの放電を許可しない第１放電不許可状態において、前記負荷制御部から前記負荷部への電力供給を停止するとともに、第１信号を前記電池モジュール群に送信するものと
を含み、
前記電池モジュール群に属する複数の電池モジュールのうちの少なくとも一つは、前記負荷制御部に接続されるとともに、その負荷制御部から前記第１信号を受信すると、前記入出力接続部からの電圧の出力を停止する電池パックシステム。

この電池パックシステムによれば、電池パックの放電を許可しない第１放電不許可状態において、少なくとも一つの電池モジュールにおける入出力接続部からの電圧の出力が停止し、その結果、負荷部の停止状態において、電池セル群の電池セル間が電気的に遮断される。

それにより、互いに導通状態にある複数の電池セル（互いに直列に接続されている）の数が、電池セル群に属する電池セルの総数より減少する。その結果、互いに導通状態にある複数の電池セルの直列接続の全電圧が低下し、それにより、電池パック内部に高電圧が印加される状態が抑制される。その結果、負荷部の停止状態において、電池パックの絶縁信頼性が向上する。

さらに、この電池パックシステムによれば、電池モジュール群に属する複数の電池モジュールのうちの少なくとも一つであって、第１信号を受信すると、入出力接続部からの電圧の出力を停止するものへの第１信号の送信を選択的に行う制御部が、電池パックではなく、電気機器内に搭載される。

したがって、この電池パックシステムによれば、そのような制御部が、電池パック内に搭載される場合より、その電池パックの内部構造が単純化され、その結果、その電池パックの設計が容易となる。

（２）前記第１放電不許可状態は、前記放電出力端子からの供給電圧が所定値より低い状態と、前記電気機器が使用されない不使用時間が所定値を超えた状態と、前記負荷部が正常に駆動できない状態と、前記電気機器の起動スイッチがオフである状態との少なくとも一つを含む（１）項に記載の電池パックシステム。

この電池パックシステムによれば、前記放電出力端子からの供給電圧が所定値より低い状態と、前記電気機器が使用されない不使用時間が所定値を超えた状態と、前記負荷部が正常に駆動できない状態と、前記電気機器の起動スイッチがオフである状態との少なくとも一つである場合に、電池セル群の電池セル間が電気的に遮断され、それにより、負荷部の停止状態において、電池パックの絶縁信頼性が向上する。

（３）前記第１放電不許可状態は、前記電気機器の起動スイッチがオフである状態を含み、
前記負荷制御部は、前記起動スイッチがオンになると、前記電池パックの放電を許可する状態に移行する（１）項に記載の電池パックシステム。

この電池パックシステムによれば、電気機器の起動スイッチがオフになると、電池パックの放電が禁止され、その結果、電池セル群の電池セル間が電気的に遮断され、一方、電気機器の起動スイッチがオンになると、電池パックの放電が許可され、その結果、電池セル群の電池セル間が電気的に接続される。

（４）前記電池モジュール群は、前記電池セル群の放電を許可しない第２放電不許可状態において、第２信号を前記負荷制御部に送信し、
前記第１放電不許可状態は、前記負荷制御部が前記少なくとも一つの電池モジュールから前記第２信号を受信した状態を含む（１）ないし（３）項のいずれかに記載の電池パックシステム。

（５）前記第２放電不許可状態は、前記電池セル群の過放電状態と、前記電池セル群の過負荷状態と、前記電池セル群の温度が所定範囲外である状態と、前記電池セル群が使用されない不使用時間が所定値を超えた状態との少なくとも一つを含む（４）項に記載の電池パックシステム。

この電池パックシステムによれば、電池セル群の過放電状態と、電池セル群の過負荷状態と、電池セル群の温度が所定範囲外である状態と、電池セル群が使用されない不使用時間が所定値を超えた状態との少なくとも一つである場合に、電池セル群の電池セル間が電気的に遮断され、それにより、負荷部の停止状態において、電池パックの絶縁信頼性が向上する。

（６）前記電池パックは、さらに、
前記複数の電池セル間に設けられ、それら電池セルを互いに電気的に接続する通電状態とそれら電池セルを互いに電気的に遮断する遮断状態とに切り換わる通電遮断素子を含み、
前記電池モジュール群に属する複数の電池モジュールのうちの少なくとも一つは、前記第１信号を受信すると、前記通電遮断素子を前記遮断状態に切り換え、それにより、前記入出力接続部からの電圧の出力を停止する（１）ないし（５）項のいずれかに記載の電池パックシステム。

（７）さらに、前記電池パックを充電する充電器を備え、
その充電器は、
商用電源の交流電圧が入力され、その交流電圧を直流電圧に変換する電圧変換部と、
その変換された直流電圧を制御し、その制御された直流電圧により、前記電池モジュール群の充電を制御する充電制御部であって、前記電池パックの充電を許可しない第１充電不許可状態において、前記充電器による前記電池パックの充電を停止するとともに、第３信号を前記電池モジュール群に送信するものと
を含み、
前記電池モジュール群に属する複数の電池モジュールのうちの少なくとも一つは、前記充電制御部に接続されるとともに、その充電制御部から前記第３信号を受信すると、前記電池セル群への電圧の入力を停止する（１）ないし（６）項のいずれかに記載の電池パックシステム。

この電池パックシステムによれば、前記（１）項に係る電池パックシステムと同じ作用効果が実現されることに加えて、電池パックの充電を許可しない第１充電不許可状態において、少なくとも一つの電池モジュールにおける入出力接続部からの電圧の出力が停止し、その結果、電池パックの充電停止状態において、電池セル群の電池セル間が電気的に遮断される。

それにより、互いに導通状態にある複数の電池セル（互いに直列に接続されている）の数が、電池セル群に属する電池セルの総数より減少する。その結果、互いに導通状態にある複数の電池セルの直列接続の全電圧が低下し、それにより、電池パック内部に高電圧が印加される状態が抑制される。その結果、電池パックの充電停止状態において、電池パックの絶縁信頼性が向上する。

さらに、この電池パックシステムによれば、電池モジュール群に属する複数の電池モジュールのうちの少なくとも一つであって、第３信号を受信すると、電池セル群への電圧の入力を停止するものへの第３信号の送信を選択的に行う制御部が、電池パックではなく、充電器内に搭載される。

（８）電気機器と、その電気機器の電源として用いられる電池パックと、その電池パックを充電する充電器とを備えた電池パックシステムであって、
前記電池パックは、
複数の電池セルが直列接続された電池セル群と、
その電池セル群の放電出力を前記電気機器へ供給するための放電出力端子と、
それら電池セル群および放電出力端子を収容するケースと
を含み、
前記電池セル群は、その電池セル群に接続された入出力接続部と共に、電池モジュールを構成し、
その電池モジュールは、複数直列接続されて電池モジュール群を構成し、
前記充電器は、
商用電源の交流電圧が入力され、その交流電圧を直流電圧に変換する電圧変換部と、
その変換された直流電圧を制御し、その制御された直流電圧により、前記電池モジュール群の充電を制御する充電制御部であって、前記電池パックの充電を許可しない第１充電不許可状態において、前記充電器による前記電池パックの充電を停止するとともに、第３信号を前記電池モジュール群に送信するものと
を含み、
前記電池モジュール群に属する複数の電池モジュールのうちの少なくとも一つは、前記充電制御部に接続されるとともに、その充電制御部から前記第３信号を受信すると、前記電池セル群への電圧の入力を停止する電池パックシステム。

この電池パックシステムによれば、電池パックの充電を許可しない第１充電不許可状態において、少なくとも一つの電池モジュールにおける入出力接続部からの電圧の出力が停止し、その結果、電池パックの充電停止状態において、電池セル群の電池セル間が電気的に遮断される。

（９）前記第１充電不許可状態は、前記入力された電源電圧が異常である状態と、前記電池パックの満充電状態と、前記充電器が正常に作動できない状態との少なくとも一つを含む（８）項に記載の電池パックシステム。

この電池パックシステムによれば、前記入力された電源電圧が異常である状態と、前記電池パックの満充電状態と、前記充電器が正常に作動できない状態との少なくとも一つである場合に、電池セル群の電池セル間が電気的に遮断され、それにより、電池パックの充電停止状態において、電池パックの絶縁信頼性が向上する。

（１０）前記電池モジュール群は、前記電池セル群の充電を許可しない第２充電不許可状態において、第４信号を前記充電制御部に送信し、
前記第１充電不許可状態は、前記充電制御部が前記少なくとも一つの電池モジュールから前記第４信号を受信した状態を含む（８）または（９）項に記載の電池パックシステム。

（１１）前記第２充電不許可状態は、前記電池セル群の過充電状態と、前記電池セル群の過電流充電状態と、前記電池セル群の温度が所定範囲外である状態との少なくとも一つを含む（１０）項に記載の電池パックシステム。

この電池パックシステムによれば、電池セル群の過充電状態と、電池セル群の過電流充電状態と、電池セル群の温度が所定範囲外である状態との少なくとも一つである場合に、電池セル群の電池セル間が電気的に遮断され、それにより、電池パックの充電停止状態において、電池パックの絶縁信頼性が向上する。

（１２）前記電池パックは、さらに、
前記複数の電池セル間に設けられ、それら電池セルを互いに電気的に接続する通電状態とそれら電池セルを互いに電気的に遮断する遮断状態とに切り換わる通電遮断素子を含み、
前記電池モジュール群に属する複数の電池モジュールのうちの少なくとも一つは、前記第３信号を受信すると、前記通電遮断素子を前記遮断状態に切り換え、それにより、前記電池セル群への電圧の入力を停止する（７）ないし（１１）項のいずれかに記載の電池パックシステム。

本発明の一実施例は、３６Ｖ超の高電圧、特に商用電源に相当する電圧を出力する電池パック、前記電池パックを接続し駆動可能なコードレス電動工具、前記電池パックを充電可能な充電器で構成されるコードレス電動工具システムである。

なお、電池パックの放電負荷となる部位についてはコードレス電動工具に限らず、本発明の実施の形態と同様の使用が可能な電気機器も広く包含される。

本発明の一実施例に従う電池パックは、複数の電池セルを直列接続して電池セル群を成し、前記電池セル群の電池セル間に通電遮断（例えば、トランジスタ等、スイッチ）の手段を設け、前記通電遮断の手段は、電気機器が、負荷駆動を許可しない状態、また、充電器が前記電池パックの充電を許可しない状態において、前記電池セル間の遮断を実行する。これにより、電池セル群の超高電圧化にもかかわらず、電池パックの絶縁信頼性が向上する。

本発明の一実施例に従う電池パックは、電池パックに有する電池セル総数より相対的に少ない個数の電池セルを直列接続した電池セル群と、前記電池セル群の直流電圧を制御するモジュールコントローラとを、前記モジュールコントローラに接続された入出力端子（以下、「入出力接続部」ともいう）のみ露出するように外装物に収容した電池モジュールとし、前記電池モジュールを複数直列接続した電池モジュール群を電池パックのケースに収容する。これにより、電池パックの内部構造が単純化するとともに、電池パックの絶縁信頼性が向上する。

また、電池モジュールはモジュールコントローラを設け、前記モジュールコントローラは、電池セルの電圧、温度、又は、電流のいずれかを検知する手段と、前記検知の結果に基づき、電池セル群の直流電圧を入出力端子へ出力、入出力端子から電池セル群へ直流電圧を入力、及び、停止する手段を有する。これにより、電池パックの内部構造が単純化するとともに、電池パックの絶縁信頼性が向上する。

電気機器が収容する負荷制御部と電池パックが収容する電池モジュールのモジュールコントローラは、前記負荷制御部から前記モジュールコントローラへの方向と、前記負荷制御部と前記モジュールコントローラとの双方向のいずれかに、通電停止を示す信号の送受信を行う。前記負荷制御部が出力停止した場合は、前記負荷制御部から前記モジュールコントローラへ、また、前記モジュールコントローラが出力停止した場合は、前記モジュールコントローラから前記負荷制御部へ、通電停止を示す信号を送信する。前記信号を受信した負荷制御部、及び、モジュールコントローラは、各々が有する通電停止手段により通電の停止を実行する。これにより、電池パックの内部構造が単純化するとともに、電池パックの絶縁信頼性が向上する。

また、電気機器が収容する負荷制御部が通電を実行する場合は、前記負荷制御部から前記モジュールコントローラへ、通電の実行を示す信号を送信する。前記信号を受信したモジュールコントローラは、前記モジュールコントローラが有する通電手段により通電を実行する。これにより、電池パックの内部構造が単純化するとともに、電池パックの絶縁信頼性が向上する。

また、電気機器が収容する負荷制御部は、電池モジュール群の電圧、又は、電流のいずれかを検知する手段と、前記検知の結果に基づき、電気機器の電力供給端子から入力した電圧を負荷部へ供給、及び、停止する手段を有することで、電池パックの内部構造が単純化するとともに、電池パックの絶縁信頼性が向上する。

充電器が収容する充電制御部と電池パックが収容する電池モジュールのモジュールコントローラは、前記充電制御部から前記モジュールコントローラへの方向と、前記充電制御部と前記モジュールコントローラとの双方向のいずれかに、充電停止を示す信号の送受信を行う。前記充電制御部が充電停止した場合は、前記充電制御部から前記モジュールコントローラへ、また、前記モジュールコントローラが充電停止した場合は、前記モジュールコントローラから前記充電制御部へ、充電停止を示す信号を送信する。前記信号を受信した充電制御部、及び、モジュールコントローラは、各々が有する充電停止手段により充電の停止を実行する。これにより、電池パックの内部構造が単純化するとともに、電池パックの絶縁信頼性が向上する。

また、充電器が収容する充電制御部が充電を実行する場合は、前記充電制御部から前記モジュールコントローラへ、充電の実行を示す信号を送信する。前記信号を受信した充電制御部、及び、モジュールコントローラは、各々が有する通電手段により通電を実行する。これにより、電池パックの内部構造が単純化するとともに、電池パックの絶縁信頼性が向上する。

充電器が収容する充電制御部は、電池モジュール群の電圧、又は、電流、のいずれかを検知する手段と、前記検知の結果に基づき、電池モジュール群へ直流電圧を入力、及び、停止する手段を有することで、電池パックの内部構造が単純化するとともに、電池パックの絶縁信頼性が向上する。

まず、本発明の一実施例に従う電池パックとコードレス電動工具が奏し得る効果を出力性能に関して説明する。

本発明の一実施例に従うコードレス電動工具は、例えば、７２Ｖ、１００Ｖというような３６Ｖ超の直流電圧を電池パックから直流駆動式モータへ入力する。したがって、前記３６Ｖ超のコードレス電動工具は、従来技術の３６Ｖコードレス電動工具と比較し、高い出力を得ることができる。特に、電池パックの出力電圧が商用電源に相当する出力に近づくほど、従来技術の３６Ｖコードレス電動工具の出力との差が明白となる。

なお、前記３６Ｖ超の電圧は、交流、及び、直流の方式を問わず出力性能に関する効果を得ることができる。

電池パックに収容される電池セルは内部抵抗を有し、放電時は、負荷電流の二乗に比例するエネルギーが電池セルの発熱分として消費される。本発明の一実施例に従うコードレス電動工具の負荷電流は、特に商用電源に相当の電圧を用いて駆動する場合、従来技術の３６Ｖコードレス電動工具の負荷電流と比較すると、顕著に小さい。

したがって、本発明の一実施例に従う電池パックの発熱分として消費されるエネルギーは、従来技術の３６Ｖの電池パックに対し軽微となるため、電池セル寿命への影響も軽微となる。

次に、本発明の一実施例に従う電池パックとコードレス電動工具が奏し得る効果を絶縁信頼性に関して説明する。

本発明の一実施例に従うコードレス電動工具は、モータ、前記モータの駆動と停止を作業者が選択的に制御するためのスイッチ、及び、前記モータの回転数等を制御するための負荷制御部を有する。また、前記負荷制御部は、前記スイッチの開閉を検知する手段を有する。

本発明の一実施例に従う電池パックは、電池セル群の電池セル間に通電遮断の手段を設け、前記通電遮断の手段は、前記スイッチがオン、すなわち、前記モータが駆動する場合、前記負荷制御部は、前記スイッチがオンであることを示す信号を前記電池セル間に設けられた通電遮断手段へ送信し、前記遮断手段が通電状態となるように制御する。一方、前記スイッチがオフ、すなわち、前記モータを停止する場合、前記負荷制御部が負荷電流を検知し、前記負荷電流が所定値未満であることを検知してから所定時間が経過し、不使用状態であると判断した場合、電池パックからモータへ供給される電圧を検知し、前記電圧が所定値よりも低い過放電状態である場合、負荷部が正常に作動しない場合、のいずれかにおいて、前記負荷制御部は、放電不許可であると判断し、前記スイッチがオフであることを示す信号を前記電池セル間に設けられた通電遮断手段へ送信し、前記遮断手段が遮断状態となるように制御する。

電池セル群は、前述の放電不許可である場合に、前記通電遮断手段により、電池セル群が電池セル間において電気的に遮断される。

したがって、電池パック内部の異電圧セル間、電圧モニタ線の線間、電圧モニタ線と電池セルの空間に印加される電位は、商用電源電圧に対し相対的に低いため、前記各部位は高電圧が長期間印加されることがない。

例えば、充電完了後の電圧が４Ｖとなったリチウムイオン電池セルを２７個直列接続した電池セル群の場合、従来技術であれば、前述の各部位に最大１０８Ｖが高頻度で印加されることになるが、本発明の一実施例においては、電池セル９個直列接続する毎に遮断手段を設けることにより、放電出力停止時には、前述の遮断手段により遮断が実行され、前述の各部位には最大３６Ｖまでしか印加されることがない。したがって、前述の各部位は、最大１０８Ｖが高頻度に印加されないため、絶縁信頼性が向上する。

また、前記最大１０８Ｖが常時印加される従来技術の方式の場合、電池パック外部から、例えば、金属粉や水など導電性の異物が電池パック内部に侵入すると、電池パック内部に前記１０８Ｖを電源とした短絡回路が形成され絶縁破壊につながる可能性がある。さらに、前記導電性の異物が電池パック内部に侵入し、かつ、電池パック外部への付着等により、前記電池パック内部から前記電池パック外部へ、前記１０８Ｖを電源とした漏電回路が形成され感電につながる可能性がある。

本発明の一実施例に従う電池パックは、例えば、電池パックがコードレス電動工具に装着されず、出力されない不使用状態、及び、前記電池パックが前記コードレス電動工具に装着され、かつ、出力が許可されない不使用状態においては、電池パックの内部の電池セル群が電池セル間において電気的に遮断され、前述の各部位は最大３６Ｖまでしか印加されることがない。

したがって、前述のような導電性の異物による短絡回路や漏電回路が形成された場合においても、絶縁破壊の進行度を大幅に低減し、かつ、人体への感電に影響が極めて低いとされる電圧に抑え感電を防ぐことができる。これにより、電池パックの内部構造が単純化するとともに、電池パックの絶縁信頼性が向上する。

また、本発明の一実施例に従う電池パックは、収容する電池セルの総数に対し相対的に少ない個数の電池セルで構成された電池セル群を収容する電池モジュールを有する。前記電池モジュールの電池セル群は絶縁性ケースに収容されるため、他方の電池モジュールに収容される電池セル群と絶縁された状態で電池パック内部に配置される。

従来技術において、例えば、充電完了後の電圧が４Ｖとなったリチウムイオン電池セルを２７個直列接続した電池セル群の場合、各電池セルの電圧を測定するための電圧モニタ線は、グランド線を除き２７本必要となる。

前記電圧モニタ線において、例えば、直列接続された電池セル群のプラス側、及び、マイナス側の各末端に配置される２個の電池セルの電圧を測定する２本の電圧モニタ線は、前記電圧モニタ線間に２６セル分の電圧、すなわち、充電完了後であれば、１０４Vという高電圧が印加される。前記２本の電圧モニタ線を電池パック内部に配線する際、前記モニタ線間、及び、前記モニタ線と各電池セルとの間の絶縁信頼性が確保できる距離に配置することが必要である。

また、従来技術であれば、前記２７本の電池セルを直列接続した電池セル群において、前記電池セル群の並べ方によっては、充電完了後であれば、隣接する電池セル間に最大１０４Ｖという高電圧が印加される構造となり得る。

そのため、電池パック内に配線される前記２７本の電圧モニタ線と２７セルの電池セル全ての組み合わせ、また、隣接する電池セルの全ての組み合わせにおいて適切な絶縁距離を確保する必要があり、電池パック内の構造の複雑化につながる。

本発明の一実施例に従う電池パックは、例えば、前述の２７個の電池セルを９個毎にモジュールケースに収容し、電池モジュール内の電池セル群は他方の電池モジュール内に収容される電池セル群と絶縁される。また、各電池モジュール内に配線される電圧モニタ線間は、最大９セル分の電圧までしか印加されない。

したがって、電池モジュール内部の異電圧セル間、電圧モニタ線の線間、電圧モニタ線と電池セルの空間に印加される電位は、商用電源電圧に対し相対的に低いため、前記各部位は商用電源電圧において要する大きな絶縁距離等を設けなくて良い。これにより、電池モジュールの内部構造の簡易化に貢献する。

従来技術において、電池モジュールが収容する電池セルの状態を検知し電池モジュールの入出力を停止する方法がある。

この場合、電池パックに収容する少なくとも１個の電池モジュールが入出力を停止しても、電池パック内に収容される他方の電池モジュールは通電状態が保持されるため、前記通電状態の電池モジュールが直列接続される部位に前記通電状態が保持されている電池モジュールの個数に応じた高電圧が印加されて、絶縁信頼性が低下する。

そこで、本発明の一実施例に従う電池パックは、電池モジュールを設け、また、本発明の一実施例に従うコードレス電動工具は、負荷制御部を設け、前記負荷制御部と前記電池モジュールとの双方向、又は、前記負荷制御部から前記電池モジュールへの方向のいずれかの方向について、前記負荷制御部、又は、前記電池モジュールが、電池セル群の直流電圧の入出力、又は、停止を実行する際に、前記入出力、又は、停止の状態を示す信号の送受信を行う手段を有する。

これにより、電池パックの入出力、すなわち、充電、又は、放電が不要な場合に、通電状態の電池モジュールが直列接続された状態で保持されることを解除することで、絶縁信頼性を向上しながら、配線を複雑化することなく電池モジュールに有する電池セルの状態を認識することができ、電池パックの内部構造の簡易化に貢献する。

電池モジュールは、電池セル群、モジュールコントローラ、及び、充放電のための通電に用いる端子と前記負荷制御部と前記モジュールコントローラとの信号の送受信に用いる端子を絶縁性材料で形成されるケースに収容し、前記ケースから前記端子のみを外部に露出する。

したがって、外部から電池モジュール内に異物が侵入しない。これにより、電池モジュールに収容される電池セル群の異電圧電池セル間等の絶縁を確保しやすく、電池パックの内部構造の簡易化に貢献する。

次に、本発明の一実施例に従う電池パックと充電器が奏し得る効果を絶縁信頼性に関して説明する。

本発明の一実施例に従う充電器は、電池パックを充電するための充電制御部を有する。本発明の一実施例に従う電池パックは、電池セル群の電池セル間に通電遮断の手段を設ける。充電器が有する充電制御部は、前記電池パックの充電を実行する場合、前記充電の実行を示す信号を前記電池セル間に設けられた通電遮断手段へ送信し、前記遮断手段が通電状態となるように制御する。

一方、前記充電制御部は、前記電池パックの充電を停止する場合、前記充電の停止を示す信号を前記電池セル間に設けられた通電遮断手段へ送信し、前記遮断手段が遮断状態となるように制御する。前記充電制御部は、電池パックが満充電である場合、充電器が故障している場合、充電制御部に入力される商用電源の状態が前記充電制御部を駆動するのに適さない場合、のいずれかにおいて充電不許可の状態であると判断した場合に、前記通電遮断手段により遮断され、電池セル群が電池セル間において電気的に遮断される。

例えば、充電完了後の電圧が４Ｖとなったリチウムイオン電池セルを２７個直列接続した電池セル群の場合、従来技術であれば、前述の各部位に最大１０８Ｖが高頻度で印加されることになるが、本発明の一実施例においては、電池セル９個直列接続する毎に、遮断手段を設けることにより、充電停止時には、前述の遮断手段により遮断が実行され、前述の各部位には最大３６Ｖまでしか印加されることがない。

したがって、前述の各部位は、最大１０８Ｖが高頻度に印加されないため、絶縁信頼性が向上する。また、前記最大１０８Ｖが常時印加される従来技術の方式の場合、電池パック外部から、例えば、金属粉や水など導電性の異物が電池パック内部に侵入すると、電池パック内部に前記１０８Ｖを電源とした短絡回路が形成され絶縁破壊につながる可能性がある。

さらに、前記導電性の異物が電池パック内部に侵入し、かつ、電池パック外部への付着等により、前記電池パック内部から前記電池パック外部へ、前記１０８Ｖを電源とした漏電回路が形成され感電につながる可能性がある。

本発明の一実施例に従う電池パックは、例えば、電池パックが充電器に装着されず、充電がされない状態、及び、前記電池パックが前記充電器に装着され、かつ、充電が許可されない状態においては、電池パックの内部の電池セル群が電池セル間において電気的に遮断され、前述の各部位は最大３６Ｖまでしか印加されることがない。

本発明の一実施形態に従う電池パックの内部構造を示す側面図である。図１に示す電池モジュールの内部構造を示す側面図である。図２に示す電池モジュールの内部構造を示す上面図である。図１に示す電池パックとコードレス電動工具の接続時の内部構造を示す側面図である。図１に示す電池パックと充電器の接続時の内部構造を示す側面図である。図２に示す電池モジュールを示す機能ブロック図である。図４に示す電池パックとコードレス電動工具を示す機能ブロック図である。図５に示す電池パックと充電器を示す機能ブロック図である。図７に示す電池パックとコードレス電動工具の放電制御の流れを概念的に表すフローチャートである。図８に示す電池パックと充電器の充電制御の流れを概念的に表すフローチャートである。

以下に、図１ないし図１０を参照することにより、本発明のさらに具体的な一実施形態に従う電池パック、充電器、及び、コードレス電動工具を用いるコードレス電動工具システム（前述の「電池パックシステム」の一例である）を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に従う電池パック１００の内部構造の側面図を示す。

電池パック１００は、３個の電池モジュール１１２、端子カバースイッチ１１６を有する接続検知部１３６、絶縁性材料で形成された回路カバー１１７、絶縁性材料で形成されたフックボタン１０３、前記フックボタン１０３を摺動するためのスプリング１１９、絶縁性材料で形成された端子カバー１０７、前記端子カバー１０７を摺動するためのスプリング１１８、を絶縁性材料で形成された上ケース１０１と下ケース１０２に収容する。

電池モジュール１１２のモジュール入出力端子（前述の「入出力接続部」の一例である）１３１は、図示しない隣接する電池モジュール１１２のモジュール入出力端子１３１、又は、電池パック入出力端子１１０（前述の「放電出力端子」の一例として機能する場合がある）と接続する。斜線で示す回路カバー１１７は、電池パック入出力端子１１０、電池パック用第１・３信号入力端子１４９（図７参照）と電池パック用第２・４信号出力端子１５０（図７参照）の挿入口、及び、電池モジュール１１２と対向する面を除く周囲に被せる。

端子カバー１０７は、その動作と接続検知部１３６に設けられた端子カバースイッチ１１６の開閉動作が連動するように配置する。回路カバー１１７は、上ケース１０１が万が一破損した場合に、活電部となるモジュール入出力端子１３１、又は、電池パック入出力端子１１０と電池パック１００の外部との間に介在することで、前記活電部に人体が直接接触することを避けることができ、絶縁に関する信頼性を高める効果がある。

電池パック１００に用いる電池セル１２０は、直列接続した電池セル群の直流電圧を用いて、商用電源電圧の実効値に相当する電圧を出力できるような個数とし、電池モジュール１１２は、少なくとも２個以上で構成すると良い。特に、電池モジュール１１２に収容する電池セル１２０の個数は、電池パック１００に収容する電池セル１２０の総数の約数とすると良い。

本発明の一実施形態として、電池パック１００に収容する電池セル１２０を２７個、前記電池パック１００に収容する電池モジュール１１２を３個、及び、前記電池モジュール１１２に収容する電池セル１２０を９個として、以下に説明する。

なお、電池セル１２０は、リチウムイオン電池を用いると、小型軽量ながら高出力、及び、高容量を実現でき好適であるが、リチウムイオン電池に限らず、電池パック１００に収容して電圧出力が可能な２次電池を広く包含する。

図２は、電池モジュール１１２の内部構造の側面図を示す。

９個の電池セル１２０は、リード板１２１をスポット溶接により直列接続した電池セル群とする。特に、電池セル群の電圧は、リチウムイオン電池セルの場合、電池モジュール内の電池セル直列数を１０セル以下、すなわち、１セル３．６Ｖの公称電圧を有するリチウムイオン電池セルを直列接続して構成する電池モジュールの公称電圧を３６Ｖ以下、又は、リチウムイオン電池セルの満充電時の最大電圧は一般的に１セルあたり４．２Ｖであることから、満充電時のモジュール電圧が、４２Ｖ以下となるように構成すると良い。

これにより、電池モジュール内部の各部位に印加される電位が、人体への感電に影響があるとされる４２Ｖを上回らないため、製造時の安全性向上などにも貢献できる。

また、電池セル１２０の電圧を検知するための電圧モニタ線１２３の片側末端部をリード板１２１に接続し、残りの片側末端部をモジュールコントローラ１２２に接続する。温度センサ１２４は、電池セル温度を検知できる部位に設けモジュールコントローラ１２２と接続する。

電池モジュール１１２は、前記モジュールコントローラ１２２と接続するモジュール入出力端子１３１、図３に示すモジュール用１・３信号入力端子１４６、及び、モジュール用２・４信号出力端子１４７のみ前記電池モジュール１１２の外部に露出するように設ける。

図３は、電池モジュール１１２の内部構造の上面図を示す。

電池モジュール１１２は、９個の電池セル１２０を直列接続した電池セル群、電圧モニタ線１２３と温度センサ１２４、及び、モジュールコントローラ１２２を斜線図で示す絶縁性、かつ、弾性を有する緩衝体１２５を電池セル１２０の両端に介して、ケース同士の接合部にオーバーラップを設け、いずれも絶縁性材料で形成されたモジュールケース右１２６とモジュールケース左１２７により収容する。

また、電池モジュールの外装は、前記ケースを用いず熱収縮ラミネートシートを用いて前記内部部位を覆う手段も良い。なお、モジュールケース１２６、１２７に隙間が生じる場合は、絶縁性の充填剤を用いて前記隙間をモールドすると良い。

図４に、電池パック１００とコードレス電動工具２００の接続時の内部構造の側面図を示す。

電池パック１００をコードレス電動工具２００へ挿入すると、コードレス電動工具２００の負荷制御部２０１、電力入力端子２０９、第１信号出力端子２１０（図７参照）、及び、第２信号入力端子２１１（図７参照）を収容する端子ボックス２１４が、電池パック１００の端子カバー１０７を押しスライドさせる。

端子カバー１０７に接した端子カバースイッチ１１６は、端子カバー１０７と連動し、コードレス電動工具２００の電力入力端子２０９と電池パック１００の電池パック入出力端子１１０、電池パック１００の電池パック用１・３信号入力端子１４９（図７参照）とコードレス電動工具２００の第１信号出力端子２１０、及び、電池パック１００の電池パック用２・４信号出力端子１５０（図７参照）とコードレス電動工具２００の第２信号入力端子２１１が接合する位置でオンする。

電池パック１００のフックボタン１０３は、コードレス電動工具２００のハウジングケース２１２に設けられた係止凹部２１３に係合され、フックボタン１０３の解除動作が行われるまで電池パック１００とコードレス電動工具２００の接続状態が保持される。前述の端子カバースイッチ１１６がオフ状態からオン状態へ切り替えられることを起点として、電池パック１００は図９に示す放電制御シーケンスを実行し、コードレス電動工具２００の使用を可能にする。

図５に、電池パック１００と充電器３００の接続時の内部構造の側面図を示す。

充電器３００の電力供給端子３０７を電池パック１００の電池パック入出力端子１１０へ挿入すると、充電器３００の直流変換部３０２、充電制御部３０３、フックボタン３１０、及び、前記フックボタン３１０を摺動するためのスプリング３１０を収容するハウジングケース３１２が、電池パック１００の端子カバー１０７を押しスライドさせる。

端子カバー１０７に接した端子カバースイッチ１１６は、端子カバー１０７と連動し、充電器３００の電力供給端子３０７と電池パック１００の電池パック入出力端子１１０、電池パック１００の電池パック用１・３信号入力端子１４９（図７参照）と充電器３００の第３信号出力端子３０８、及び、電池パック１００の電池パック用２・４信号出力端子１５０（図７参照）と充電器３００の第４信号入力端子３０９が接合する位置でオンする。

充電器３００のフックボタン３１０は、電池パック１００の上ケース１０１に設けられた係止凹部１０４に係合され、フックボタン３１０の解除動作が行われるまで電池パック１００と充電器３００の接続状態が保持される。前述の端子カバースイッチ１１６がオフ状態からオン状態へ切り替えられることを起点として、電池パック１００は図１０に示す充電制御シーケンスを実行し、電池パック１００の充電を可能にする。

図６は、電池モジュール１１２の機能ブロック図を示す。

９個の電池セル１２０は直列接続され、モジュール充電用ＦＥＴ１２９、モジュール放電用ＦＥＴ１３０を介し、モジュール入出力端子１３１に接続される。モジュールコントローラ１２２は、電池セル電圧検知のための電圧モニタ線１２３、電池セル温度検知のための温度センサ１２４、及び、電流検知部１３８と接続し、モジュール充電用ＦＥＴ１２９とモジュール放電用ＦＥＴ１３０を用いて制御を行う。

また、モジュールコントローラ１２２は、第１・３信号入力部と第２・４信号出力部を設け、モジュール用第１・３信号入力端子１４６とモジュール用第２・４信号出力端子１４７を介して、後述のコードレス電動工具２００の負荷制御部２０１、及び、充電器３００の充電制御部３０３と信号の送受信を行う。

なお、複数の電池モジュール１１２が直列接続され１個の電池パック１００となる場合、各電池モジュール１１２のモジュール用第１・３信号入力端子１４６、及び、モジュール用第２・４信号出力端子１４７は、グランド電位の異なる他方の前記端子１４６、及び、１４７と接続されるため、絶縁性を確保しながら電気信号伝達が可能なフォトカプラ等の素子を用いると好適である。

また、図６では、モジュール充電用ＦＥＴ１２９、及び、モジュール放電用ＦＥＴ１３０の制御は、モジュール用第１・３信号入力端子１４６に入力された信号をモジュールコントローラ１２２で判断処理されることに基づくが、前記モジュール用第１・３信号入力端子１４６に入力された信号電圧を、前記各ＦＥＴの各ゲートへ直接入力し制御できるような信号変換手段を、電池パック、又は、コードレス電動工具と充電器のいずれかに設けても良い。

電気機器に多く用いられているリチウムイオン電池セルの代表的なサイズとして、直径１８ｍｍ、及び、高さ６５ｍｍの円筒形セルがある。本発明の一実施形態のように２７個のリチウムイオン電池セル１２０を電池パック１００に収容する場合、前述の直径１８ｍｍ、及び、高さ６５ｍｍの円筒形セルを用いて構成すると、電池パック１００は、電動工具ユーザーにとって大きすぎ、かつ、重すぎて使いにくいものとなる。

そこで、本発明の一実施形態においては、同じ直径１８ｍｍで、例えば、高さを２５ｍｍとした電池セル１２０を２７セル有する電池パック１００を提供する。

図３に示すように、前記直径１８ｍｍ、高さ２５ｍｍの９セルのリチウムイオン電池セル１２０の末端部を揃えて電池モジュール１１２に収容し、３個の電池モジュール１１２は、内部に収容する電池セルの軸心を、他方の電池モジュール１１２が収容する電池セルの軸心と揃えて、電池パック１００に収容する。

電池セル単位の場合、前記高さ２５ｍｍの電池セル１２０の１セル当たりに蓄えることができるエネルギー容量は高さ６５ｍｍの電池セルと比較し、電池セルの高さに相応して減少するが、電池セル群の場合、小型軽量と評価される従来技術の１４．４Ｖコードレス電動工具用の１４．４Ｖリチウムイオン電池パックで用いられる高さ６５ｍｍのリチウムイオン電池セルを８セル用いた電池セル群と比較すると、高さ２５ｍｍのリチウムイオン電池セルを２７セル用いた電池セル群の大きさ、及び、重さは、前記６５ｍｍのリチウムイオン電池セルを８セル用いた電池セル群と体感的に同程度と見なすことができ、かつ、高電圧化に伴う負荷電流の大幅な低減による電気ロスの大幅な低減により、電池パックとしての総合的な出力、及び、作業量は大幅に向上できる。

なお、前述のリチウムイオン電池セルの一形態として、直径１８ｍｍ、及び、高さ２５ｍｍの円筒形セルを一例に挙げたが、円筒形セルの場合、直径１６ｍｍ〜１８ｍｍ、及び、高さ２０〜３０ｍｍが、前述の総合的な効果を提供できる好適な形状範囲である。また、１セル当たりの容積が、前記範囲に相当する円筒形でない電池セル形状も前述の好適な形状範囲に包含する。

図７に、電池パック１００、及び、前記電池パック１００に対応するコードレス電動工具２００の機能ブロック図を示す。

複数の電池モジュール１１２は、モジュール入出力端子１３１を介して直列接続され電池モジュール１１２群を成し、電池パック１００に収容される。

前記電池モジュール１１２群は、電池パック入出力端子１１０に接続され、コードレス電動工具２００への電力供給を可能とする。３個の電池モジュール１１２の各第１・３信号入力端子１４６は並列接続され、電池パック用第１・３信号入力端子１４９に端子カバースイッチ１１６を有する接続検知部１３６を介して接続される。

また、３個の電池モジュール１１２の各モジュール用第２・４信号出力端子１４７は直列接続され、前記直列接続の末端部に位置する端子が電池パック用第２・４信号出力端子１５０に接続される。電池パック１００に接続されるコードレス電動工具２００は、負荷部２０２、及び、電池パック１００の電池パック入出力端子１１０より直流電圧に基づく電力供給を受けて負荷部２０２を制御する負荷制御部２０１を収容する。

負荷部２０２は、作業者が任意に開閉操作するスイッチ２０４、及び、前記負荷制御部２０１により制御される負荷制御用ＦＥＴ２０３を介して、電力入力端子２０９より電池パック１００の電力を受給する。

負荷制御部２０１は、電圧検知部２０６、電流検知部２０７、及び、スイッチ検知部２０５を有し、放電を許可できない状態、例えば、電池パック１００の電池パック入出力端子１１０より供給される直流電圧が所定値より低い場合、負荷電流が所定値より低い状態が所定時間経過し、不使用時間が所定時間経過したと判断される場合、スイッチ２０４が開放状態となったことを検知した場合、また、負荷部２０２の駆動中に、負荷制御部２０１が制御目標値とする電圧、又は、電流を維持できず、負荷部２０２が正常に駆動しないと判断される場合、の少なくともいずれか１つの場合において、負荷制御部２０１は、負荷部２０２への電力供給を停止した上で、前記停止をしたことを示す第１信号を、第１信号出力端子２１０を介して電池パック用第１・３信号入力端子１４９に送信する。

電池パック１００の各電池モジュール１１２の各モジュールコントローラ１２２は、前記電池パック用第１・３信号入力端子１４９に並列接続された各モジュール用第１・３信号入力端子１４６により受信し、モジュール放電用ＦＥＴ１３０をオフし、電池モジュール１１２に収容される電池セル群の直列電圧をモジュール入出力端子１３１へ出力することを停止する。

なお、コードレス電動工具２００の駆動中、すなわち、前記第１信号がコードレス電動工具２００から電池パック１００へ送信されない状況において、前記電池パック１００を前記コードレス電動工具２００から取り外した場合、前記電池パック１００の接続検知部１３６は、前記取り外しの動作に伴い端子カバースイッチ１１６がオフしたことを検知する。

接続検知部１３６は、コードレス電動工具２００の負荷制御部２０１と電池パック１００の各電池モジュール１１２の間に介在しているため、前記端子カバースイッチ１１６のオフ状態を検知した際、前記負荷制御部２０１の代わりに第１信号を送信することで、電池モジュール１１２の通電遮断処理を適切に行うことができる。

なお、電池モジュール１１２の出力が停止する際、負荷制御部２０１の回路方式によっては、電池パック１００からの電源供給を受けられず、負荷制御部２０１自身が停止し、適切な制御を行えない場合もある。その場合、蓄電機能を有するバックアップ付電源回路２０８をコードレス電動工具２００に設けて、負荷制御部２０１の駆動状態を保持すると好適である。

また、バックアップ付電源回路２０８を用いる代わりに電池パック１００から負荷制御部２０１へ電源を供給するための専用端子を、電池パック１００、及び、コードレス電動工具２００に設けても良い。

なお、負荷制御部２０１は、前記スイッチ２０４が再度閉じた状態、すなわち、作業者が負荷の駆動を再開した状態を検知した場合、前述のモジュール入出力端子１３１への出力停止状態を解除するが、図９にて詳細を後述する。

従来技術においては、コードレス電動工具等の電気機器側で負荷の駆動を停止しても、前記負荷の駆動停止を示す第１信号が存在しないため、電池パック内部の電池セル群は全て通電状態が保持され、電池パック内部の各部位は、全電池セルの直列電圧に伴う高電圧が常時印加されることとなり、絶縁信頼性が低下する課題がある。

これに対し、本発明の一実施形態においては、電池パック１００が電池パック外から前記第１信号を受信し、各電池モジュール１１２が、並列に前記第１信号を受信し、各電池モジュール１１２の出力を停止することで、電池パック内部に収容する電池セル群の直列電圧を電池モジュール１１２毎に遮断することできるため、電池パック内部の各部位に高電圧が常時印加されず、絶縁信頼性を向上することができる。

さらに、電池モジュール１１２に有するモジュール用第２・４信号出力端子１４７を用いることで、前述の絶縁信頼性を相乗的に向上することができる。電池モジュール１１２は、その電池モジュール１１２が収容する電池セル群の状態を検知し、前述の電池セル群の放電を許可できない状態を判断した場合、各電池モジュール１１２の出力を停止する。

従来技術においては、複数の電池モジュールの中の１個の電池モジュールが、その出力を停止した場合、他方の複数個の電池モジュールは通電状態が保持される。この状態においては、電池パック内部に通電状態の複数の電池モジュールが直列接続された状態で保持されるため、電池パック内部の各部位に前記通電状態の電池モジュール複数個分の高電圧が高頻度で印加され、絶縁信頼性の低下に影響する。

そこで、本発明の一実施形態においては、電池パック１００に収容される電池モジュール１１２群の中の１個の電池モジュール１１２のモジュールコントローラ１２２が、その出力を停止した場合、前記モジュールコントローラ１２２は、前記出力停止を示す第２信号を、モジュール用第２・４信号出力端子１４７、電池パック用第２・４信号出力端子１５０、及び、第２信号入力端子２１１を介して、コードレス電動工具２００の負荷制御部２０１へ送信する。

負荷制御部２０１は、前記第２信号を受信し、負荷部２０２の駆動停止処理を行い、かつ、第１信号を全ての電池モジュール１１２へ送信し、前記第１信号を受信した各電池モジュール１１２は出力停止を行うことができる。

なお、各電池モジュール１１２の各モジュール用第２・４信号出力端子１４７は、電池パック用第２・４信号出力端子１５０に直列接続されるため、電池パックに収容される電池モジュール１１２群の中の少なくとも１個の電池モジュール１１２が、第２信号を負荷制御部２０１へ送信することで、負荷制御部２０１は、第2信号を送信した前記電池モジュール１１２の他電池モジュール１１２との位置関係、及び、信号状態に関わらず、第２信号を受信、及び、検知することができる。

これにより、例えば、複数の電池モジュール１１２の中の１個の電池モジュールが出力停止し、他方の電池モジュール１１２が出力停止を行わなかった状態においても、前述の方式により、他方全ての電池モジュール１１２が出力停止し、電池パック内の各部位に印加される最大電圧を電池モジュール１１２の１個分の電圧に抑え、絶縁信頼性をさらに向上できる。

図８に、本発明の一実施形態に従う電池パック１００、及び、前記電池パック１００に対応する充電器３００の機能ブロック図を示す。

電池モジュール１１２群は、電池パック入出力端子１１０に接続され、充電器３００からの電力受給を可能とする。３個の電池モジュール１１２の各第１・３信号入力端子１４６は並列接続され、電池パック用第１・３信号入力端子１４９に端子カバースイッチ１１６を有する接続検知部１３６を介して接続される。

また、３個の電池モジュール１１２の各モジュール用第２・４信号出力端子１４７は直列接続され、前記直列接続の末端部に位置する端子が電池パック用第２・４信号出力端子１５０に接続される。

電池パック１００に接続される充電器３００は、商用電源入力部３０１より商用電源の交流電圧を入力し、前記交流電圧を直流電圧に変換する直流変換部３０２と、前記直流電圧を制御し、電池パック１００の電池パック入出力端子１１０より、電池パック１００に収容される電池モジュール１１２群の充電を行う充電制御部３０３を収容する。

前記電池モジュール１１２群は、前記充電制御部３０３により制御される充電用ＦＥＴ３０４、及び、電力供給端子３０７を介して、電池パック入出力端子１１０より充電器３００が充電用に変換した電力を受給する。

なお、前述の充電用に変換した電力とは、電池セル１２０をリチウムイオン電池とした場合、電池モジュール１１２群の電圧が所定電圧に達するまでは一定電流となるように制御を行い、前記電池モジュール１１２群の電圧が所定電圧に達してからは、前記電圧が所定電圧を維持するように制御を行うと好適である。

充電制御部３０３は、電圧検知部３０５、及び、電流検知部３０６を有し、充電を許可できない状態、例えば、電池モジュール１１２群の直列電圧が所定値を超える、又は、充電電圧を一定に保持する状態において充電電流が所定値を下回る状態を検知し、電池パック１００が満充電状態であると判断した場合、商用電源入力部４１１より入力される電源電圧が、直流変換部３０２、又は、充電制御部３０３の設計範囲を超えた電圧値となり、電池パック１００の充電に適さない場合、又は、電池パック１００の充電中に、充電制御部３０３が制御目標値とする電圧、又は、電流を維持できず、電池パック１００を正常に充電しないと判断される場合、の少なくともいずれか１つの場合において、電池パック１００への充電を停止した上で、前記停止したことを示す第３信号を、第３信号出力端子３０８を介して電池パック用第１・３信号入力端子１４９に送信する。

電池パック１００の各電池モジュール１１２の各モジュールコントローラ１２２は、前記電池パック用第１・３信号入力端子１４９に並列接続された各モジュール用第１・３信号入力端子１４６により受信し、モジュール充電用ＦＥＴ１２９をオフし、モジュール入出力端子１３１からモジュール１１２に収容される電池セル群への直流電圧を入力することを停止する。

なお、充電器３００の充電中、すなわち、前記第３信号が充電器３００から電池パック１００へ送信されない状況において、前記電池パック１００を前記充電器３００から取り外した場合、前記電池パック１００の接続検知部１３６は、前記取り外しの動作に伴い端子カバースイッチ１１６がオフしたことを検知する。

前記接続検知部１３６は、充電器３００の充電制御部３０３と電池パック１００の各電池モジュール１１２の間に介在しているため、前記端子カバースイッチ１１６のオフ状態を検知した際、前記充電制御部３０３の代わりに第３信号を送信することで、電池モジュール１１２の通電遮断処理を適切に行うことができる。

従来技術においては、充電器が電池パックの充電を停止しても、前記充電停止を示す第３信号が存在しないため、電池パック内部の電池セル群は全て通電状態が保持され、電池パック内部の各部位は、全電池セルの直列電圧に伴う高電圧が常時印加されることとなり、絶縁信頼性が低下する課題がある。

これに対し、本発明の一実施形態においては、電池パック１００が電池パック外から前記第３信号を受信し、各電池モジュール１１２が、並列に前記第３信号を受信し、前記各電池モジュール１１２の入力を停止することで、電池パック内部に収容する電池セル群の直列電圧を電池モジュール１１２の構成毎に遮断することできるため、電池パック内部の各部位に高電圧が常時印加されず、絶縁信頼性を向上することができる。

さらに、電池モジュール１１２に有するモジュール用第２・４信号出力端子１４７を用いることで、絶縁信頼性を相乗的に向上することができる。電池モジュール１１２は、電池モジュール１１２が収容する電池セル群の状態を検知し、前述の電池セル群の充電を許可できない状態であると判断した場合、各電池モジュール１１２の入力を停止する。

従来技術においては、複数の電池モジュールの中の１個の電池モジュールが、その充電を停止した場合、他方の複数個の電池モジュールは通電状態が保持される。この状態においては、電池パック内部に通電状態の複数の電池モジュールが直列接続された状態で保持されるため、電池パック内部の各部位に前記通電状態の電池モジュール複数個分の高電圧が高頻度で印加され、絶縁信頼性の低下に影響する。

そこで、本発明の一実施形態においては、電池パック１００に収容される電池モジュール１１２群の中の１個の電池モジュール１１２のモジュールコントローラ１２２が、その充電を停止した場合、前記モジュールコントローラ１２２は、前記充電停止を示す第４信号を、モジュール用第２・４信号出力端子１４７、電池パック用第２・４信号出力端子１５０、及び、第４信号入力端子３０９を介して、充電器３００の充電制御部３０３へ送信する。前記充電制御部３０３は、前記第４信号を受信し、電池パック１００の充電停止処理を行い、かつ、第３信号を全ての電池モジュール１１２へ送信し、前記第３信号を受信した各電池モジュール１１２は充電停止を行うことができる。

なお、各電池モジュール１１２の各モジュール用第２・４信号出力端子１４７は、電池パック用第２・４信号出力端子１５０に直列接続されるため、電池パックに収容される電池モジュール１１２群の中の少なくとも１個の電池モジュール１１２が、第４信号を充電制御部３０３へ送信することで、充電制御部３０３は、第４信号を送信した電池モジュール１１２の他電池モジュール１１２との位置関係、及び、信号状態に関わらず、第４信号を受信、及び、検知することができる。

これにより、例えば、複数の電池モジュール１１２の中の１個の電池モジュールが充電停止し、他方の電池モジュール１１２が充電停止を行わなかった状態においても、前述の方式により、他方全ての電池モジュール１１２が充電停止し、電池パック内の各部位に印加される最大電圧を電池モジュール１１２の１個分の電圧に抑え、絶縁信頼性をさらに向上できる。

第１ないし第４信号の送受信方法については、電池パック１００のモジュールコントローラ１２２とコードレス電動工具２００の負荷制御部２０１、及び、電池パック１００のモジュールコントローラ１２２と充電器３００の充電制御部３０３の間で、放電の実行、充電の実行、放電の停止、及び、充電の停止に関するお互いの制御を関連付けるものであり、有線方式、又は、無線方式を問わず、さらに、信号の種類は、アナログ信号、又は、デジタル信号を問わない。

特に、図９ないし図１０に示す第１ないし第４信号では、例えば、第１（ＯＮ）信号、第１（ＯＦＦ）信号、というように、通電を指示する信号と、停止を指示する信号に区分される。

例えば、電池パック１００、コードレス電動工具２００、及び、充電器３００で構成されるコードレス電動工具システムにおいて、前記通電を指示する信号の電圧波形を、特定の周波数と電圧を有するパルス電圧として、一方、前記停止を指示する信号の電圧は０Ｖとすると好適である。

これにより、電池パック１００は、コードレス電動工具２００の使用中に電池パック１００を前記コードレス電動工具２００から外した場合、又は、充電器３００によって電池パック１００を充電中に前記電池パック１００を前記充電器から外した場合に、前述の端子カバースイッチ１１６のオフ状態を検知し、負荷制御部２０１、又は、充電制御部３０３の代わりに第１信号、又は、第３信号を電池モジュールに送信する手段を用いることなく、電池モジュールの停止処理を行うことができる。

また、コードレス電動工具２００、又は、充電器３００の中のいずれか１つの回路が故障した場合においても、前記故障に伴う信号波形が、正規のパルス信号と異なることを、電池パック１００の各電池モジュール１１２が検知し、前記電池モジュールの停止処理を行うことができる。

また、第２信号及び第４信号については、前記第２信号及び第４信号を送信するための専用端子を設けず、コードレス電動工具２００の負荷制御部２０１、及び、充電器３００の充電制御部３０３が電池パック１００の電池モジュール１１２群の電池モジュール群電圧を測定し、前記電池モジュール１１２群の中の少なくとも１個の電池モジュール１１２が入出力を停止した際に発生する電池モジュール電圧の変化、例えば、電池モジュール群電圧がゼロとなった状態、又は、前記少なくとも１個の電池モジュール１１２の入出力停止に伴い電池モジュール群電圧が所定時間内に所定値以上の変化をなした状態を検知し、第２信号及び第４信号を受信した状態と同等であるとして、前記第２信号及び第４信号の受信後の動作処理に移行する方式を用いても良い。

さらには、前記第２信号及び第４信号を電池パック外へ伝達するための専用端子を電池モジュールに設けず、新規端子を電池パック、及び、電池モジュールに設け、前記新規端子は、電池モジュールの入出力停止を示す以外を主目的とする情報、例えば、電池モジュール内の各部の電圧、電流、温度、モジュール個別ＩＤナンバー等を伝達するために用いて、前記電池モジュールが入出力停止した際に、前記情報に特定の変化を加える方式も広く包含される。

電池パック１００が有する電池モジュール１１２は、モジュール充電用ＦＥＴ１２９、及び、モジュール放電用ＦＥＴ１３０が収容される。一方、前述のモジュールコントローラ１２２の機能を維持したまま、前記モジュール充電用ＦＥＴ１２９、及び、前記モジュール放電用ＦＥＴ１３０を電池モジュール１１２に収容せず、電池モジュール１１２の外部に配置する別の態様もある。

この態様においては、モジュール充電用ＦＥＴ及びモジュール放電用ＦＥＴを収容しないように構成された電池モジュールの外部に配置されたモジュール充電用ＦＥＴ、及び、モジュール放電用ＦＥＴは、前記電池モジュールのモジュールコントローラから指示信号を受信する手段を介して、通電、及び、遮断を実行することで、図７、及び、図８に示した実施形態と同等の絶縁信頼性を得ることができる。

前述の実施形態において、前記モジュール充電用ＦＥＴ及びモジュール放電用ＦＥＴのそれぞれの個数を前記電池モジュールと同じ個数とせず、前記複数の電池モジュールは、隣接する前記電池モジュール間に、モジュール充電用ＦＥＴ、及び、モジュール放電用ＦＥＴを介して、直列接続して電池セル群を成すこともできる。すなわち、図７、及び、図８に示した実施形態における絶縁信頼性を同等に確保しながら、部品点数を減らしコストダウンすることが可能となる。

したがって、絶縁信頼性の向上を目的とした本発明の電池パックにおいて、電池モジュールが収容する電池セル群の通電及び遮断を選択的に行う通電遮断素子を設ける位置は、電池モジュールの内外を問わず、また、電池パックに収容される前記通電遮断素子の個数は、電池モジュールの個数と同等であることを問わない。さらに、前記通電遮断素子は、例えば、リレーのような有接点素子、ＦＥＴのような非接点半導体素子など、その種類は問わない。

以下に、本発明の一実施形態に従うコードレス電動工具システムで用いる電池パック１００の電気的な制御に関する実施の形態をフローチャートに基づいて説明する。

なお、図９では、コードレス電動工具２００に相当する機能物を電気機器と広義で示しており、その電気機器とは、コードレス電動工具２００のように負荷駆動のオンオフを繰り返す電動掃除機、電動スクーター、電動エアコンプレッサなど広く包含する。以下のフローチャートの説明に関しては、図１ないし図８と関連付けて説明するため、“電気機器”を“コードレス電動工具２００”として説明する。

図９に、電池パック１００とコードレス電動工具２００との放電制御に関するフローチャートを示す。

ステップＳ１０１では、電池パック１００がコードレス電動工具２００に差し込まれた場合は、ステップＳ１０２へ進み、そうでない場合は待機する。前記差込状態の検知方法は、本発明の一実施形態においては、電池パック１００に設けられた接続検知部１３６が端子カバースイッチ１１６の機械的な開閉を電気信号に変換することによって行われるが、コードレス電動工具２００に抵抗素子、及び、前記抵抗素子に接続された端子を設け、また、電池パック１００に前記抵抗素子を検知するための端子を設け、前記抵抗素子が接続された状態を直接電気信号として検知する方法などもあり、一つに限らない。

ステップＳ１０２では、電池モジュール１１２のモジュールコントローラ１２２は、前記電池モジュール１１２が収容する電池セル１２０群の少なくとも１セルの電池セル１２０の電圧、温度、及び、電流を検知する。ステップＳ１０３では、モジュールコントローラ１２２は、電池セル１２０の少なくとも１セルが過放電を示す所定値以下の電圧である状態、電池セル温度が、電池セル１２０の寿命に影響する低温、又は、高温のように、放電を許可できる温度範囲を超える状態、又は、電池セル１２０の故障等により電池セル間の電圧ばらつきが所定値以上となる状態の少なくとも１つを検知した場合に、放電可能な状態ではないと判断し、ステップＳ１１９へ進み、そうでない場合には、放電可能な状態であると判断し、ステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０４では、電池モジュール１１２のモジュールコントローラ１２２は、モジュール放電用ＦＥＴ１３０をオンする。ステップＳ１０５では、モジュールコントローラ１２２は、前記モジュール放電用ＦＥＴ１３０がオン状態であることを示す第２（ＯＮ）信号を、コードレス電動工具２００の負荷制御部２０１へ送信し、ステップＳ１１３へ進む。

ステップＳ１１３では、電池モジュール１１２のモジュールコントローラ１２２は、前記電池モジュール１１２が収容する電池セル１２０群の少なくとも１セルの電池セル１２０の電圧、温度、及び、電流を検知する。ステップＳ１１４では、モジュールコントローラ１２２は、電池セル１２０の少なくとも１セルが過放電を示す所定値以下の電圧であることを検知した場合、過放電による電池セルの極板劣化等を防ぐ目的で、ステップＳ１１７へ進み、そうでない場合は、ステップＳ１１５へ進む。

ステップＳ１１５では、電池モジュール１１２のモジュールコントローラ１２２は、電池セル温度が、電池セル１２０の寿命に影響する低温、又は、高温のように、放電を許可できる温度範囲を超える状態、電池セル１２０の単位時間当たりの温度上昇が所定値以上の状態、電池セル１２０の故障等により電池セル間の電圧ばらつきが所定値以上となる状態、又は、負荷電流の大きさが電池セル１２０の通電許容範囲を超えた過負荷状態の少なくとも１つを検知した場合に、電池セル１２０が異常であると判断してステップＳ１１７へ進み、そうでない場合は、ステップＳ１１６へ進む。なお、前述の電圧ばらつきの検知により、電圧モニタ線１２３が断線した状態を検知することもできる。

ステップＳ１１６では、電池モジュール１１２のモジュールコントローラ１２２は、コードレス電動工具２００の負荷制御部２０１から、前記負荷制御部２０１が負荷部２０２の駆動を停止したことを示す第１（ＯＦＦ）信号を受信する。前記第１（ＯＦＦ）信号を受信した場合は、ステップＳ１１７へ、そうでない場合は、ステップＳ１０８へ進み、モジュール放電用ＦＥＴ１３０のオン状態を保持する。

なお、前記第１（ＯＦＦ）信号は、図７に示すように、電池パック１００に収容される各電池モジュール１１２の各モジュール用第１・３信号入力端子１４６が並列接続されているため、前記負荷制御部２０１が第１（ＯＦＦ）信号を送信した際、電池パック１００に収容される各電池モジュール１１２の各モジュールコントローラ１２２は、前記第１（ＯＦＦ）信号を並列に受信、すなわち、隣接する他方の電池モジュール１１２の状態に関わらず、全てのモジュールコントローラ１２２が同じ第１（ＯＦＦ）信号を同時に受信して、それぞれステップＳ１１６の実行処理を行う。

ステップＳ１１７では、電池モジュール１１２群の中の少なくとも一つの電池モジュール１１２のモジュールコントローラ１２２は、その少なくとも一つの電池モジュール１１２に対応するモジュール放電用ＦＥＴ１３０をオフする。

電池モジュール１１２群は、複数の電池モジュール１１２が互いに直列に接続されて構成されているが、ステップＳ１１７の実行により、それら電池モジュール１１２は、電池パック１００に収容される電池セル１２０の総数より少ない個数の電池セル１２０が、直列に接続されて成る複数の電池セル群となるように、電気的に遮断される。その結果、互いに常時導通状態にある複数の電池セル１２０の直列接続の全電圧が、電池パック１００に収容されるすべての電池セル１２０の直列接続の全電圧より低下し、それにより、絶縁信頼性（例えば、電池パック１００に雨水が浸入しても、ユーザーが感電せずに済む性質の強さ）が向上する。

ステップＳ１１８では、前記モジュールコントローラ１２２は、前記電池モジュール１１２のモジュール入出力端子１３１から、電池モジュール１１２の電池セル１２０群の直流電圧の出力を停止したことを示す第２（ＯＦＦ）信号を、コードレス電動工具２００の負荷制御部２０１へ送信し、ステップＳ１１２へ進む。

ステップＳ１０６では、コードレス電動工具２００の負荷制御部２０１は、ステップＳ１０５において電池モジュール１１２のモジュールコントローラ１２２から送信された第２（ＯＮ）信号を受信し、ステップＳ１０７へ進む。ステップＳ１０７では、前記負荷制御部２０１は、電池パック１００の電池モジュール１２０群から電力受給が可能であると判断し、負荷部２０２の駆動を開始する。

なお、第２（ＯＮ）信号は、図７に示すように、電池パック１００に収容される各電池モジュール１１２の各モジュール用第２・４信号出力端子１４７が直列接続されているため、電池パック１００に収容される電池モジュール１１２群の全ての電池モジュール１１２が前記第２（ＯＮ）信号を送信しないと、前記負荷制御部２０１は、第２（ＯＮ）信号を認識しない。

すなわち、第２（ＯＮ）信号を送信した電池モジュール１１２に隣接する他方の電池モジュール１１２が、故障等により、第２（ＯＮ）信号を送信できない場合には、負荷制御部２０１は、第２（ＯＮ）信号を受信できず、ステップＳ１０６以降のシーケンスを実行せず、コードレス電動工具２００の駆動を開始しない。

ステップＳ１０８では、コードレス電動工具２００の負荷制御部２０１は、電池パック電圧、すなわち、電池パック１００の電池パック入出力端子１１０の電圧、及び、電流を検知する。ステップＳ１０９では、前記負荷制御部２０１が、前記電池パック電圧が所定値を下回り過放電状態であることを検知した場合は、ステップＳ１１９へ進み、そうでない場合は、ステップＳ１１０へ進む。

なお、ステップＳ１１７において電池モジュール１１２のモジュールコントローラ１２２が、前記電池モジュール１１２が収容する電池セル１２０群の直流電圧の出力を停止すると、電池モジュール群の直列電圧で構成される電池パック電圧が低下するため、ステップＳ１０９で重ねて判断することができる。

ステップＳ１１０では、コードレス電動工具２００の負荷制御部２０１は、負荷電流の大きさが負荷部２０２の通電許容範囲を超えた過負荷状態を検知した場合、又は、負荷部２０２の駆動中に、負荷制御部２０１が制御目標値とする電圧、又は、電流を維持できず、負荷部２０２が異常状態であると検知した場合、のいずれかにおいて、ステップＳ１１９へ進み、そうでない場合は、ステップＳ１１１へ進む。

ステップＳ１１１では、コードレス電動工具２００の負荷制御部２０１は、前記負荷制御部２０１による制御状態に関わらず、スイッチ２０４が作業者によって強制的にオフされたことをスイッチ検知部２０５が検知してから所定時間が経過すると、ステップＳ１２０へ進み、そうでない場合は、ステップＳ１１２へ進む。

なお、前記所定時間は、例えば、短ければ０．１秒、長ければ１日というように、電気機器の用途に合わせて適宜設定すると良い。特に、コードレス電動工具２００の場合、前記所定時間の設定を短くするほど、ステップＳ１２１ないしＳ１２３からステップＳ１０２へ帰還する制御処理に従いスイッチ２０４のオン操作に伴う電池モジュール１１２の出力再開が行われ、作業者が任意でスイッチ２０４を開閉操作する状態に対し、電池パック１００に収容する電池セル１２０群の直列電圧を電池モジュール１１２の構成毎に遮断、及び、通電する状態が、実質的に連動し、電池パック内に高電圧が印加される時間を最大限抑制し、絶縁信頼性を向上できる。

ステップＳ１１２では、コードレス電動工具２００の負荷制御部２０１は、ステップＳ１１８において電池モジュール１１２群の中の少なくとも一つの電池モジュール１１２のモジュールコントローラ１２２から送信された第２（ＯＦＦ）信号を受信した場合は、ステップＳ１１９へ進み、そうでない場合は、ステップＳ１０８へ帰還し、負荷部２０２の駆動を継続する。

ステップＳ１１９では、コードレス電動工具２００の負荷制御部２０１は、負荷部２０２の駆動を停止し、ステップＳ１２０では、前記負荷制御部２０１は、電池パック１００の各電池モジュール１１２が有する各モジュールコントローラ１２２へ、前記負荷部２０２の駆動停止を示す第１（ＯＦＦ）信号を送信する。前記第１（ＯＦＦ）信号は、ステップＳ１１６にて制御処理される。

ステップＳ１２１では、コードレス電動工具２００の負荷制御部２０１は、スイッチ２０４が作業者によってオンされる状態をスイッチ検知部２０５が検知するまで待機する。前記スイッチ２０４がオン状態となることを検知すると、ステップＳ１２２へ進む。

ステップＳ１２２では、前記負荷制御部２０１は、電池パック１００の各電池モジュール１１２が有する各モジュールコントローラ１２２へ、前記スイッチ２０４がオン状態となったことを示す第１（ＯＮ）信号を送信する。

ステップＳ１２３において、前記各モジュールコントローラ１２２が、前記第１（ＯＮ）信号を受信し、ステップＳ１０２へ帰還し、ステップＳ１０２以降において、前記各電池モジュール１１２を出力状態とし、コードレス電動工具２００の負荷部２０２の駆動を再開する。

図１０に、電池パック１００と充電器３００との充電制御に関するフローチャートを示す。

ステップＳ２０１では、電池パック１００が充電器３００に差し込まれた場合は、ステップＳ２０２へ進み、そうでない場合は待機する。前記差込状態の検知方法は、本発明の一実施形態においては、電池パック１００に設けられた接続検知部１３６が端子カバースイッチ１１６の機械的な開閉を電気信号に変換することによって行われるが、充電器３００に抵抗素子、及び、前記抵抗素子に接続された端子を設け、また、電池パック１００に前記抵抗素子を検知するための端子を設け、前記抵抗素子が接続された状態を直接電気信号として検知する方法などもあり、一つに限らない。

ステップＳ２０２では、電池モジュール１１２のモジュールコントローラ１２２は、前記電池モジュール１１２が収容する電池セル１２０群の少なくとも１セルの電池セル１２０の電圧、温度、及び、電流を検知する。ステップＳ２０３では、モジュールコントローラ１２２は、電池セル１２０の少なくとも１セルが満充電により所定値以上の電圧である状態、電池セル温度が、電池セル１２０の寿命に影響する低温、又は、高温のように、充電を許可できる温度範囲を超える状態、又は、電池セル１２０の故障等により電池セル間の電圧ばらつきが所定値以上となる状態の少なくとも１つを検知した場合に、充電可能な状態ではないと判断し、ステップＳ２１８へ進み、そうでない場合には、充電可能な状態であると判断し、ステップＳ２０４へ進む。

ステップＳ２０４では、電池モジュール１１２のモジュールコントローラ１２２は、モジュール充電用ＦＥＴ１２９をオンする。ステップＳ２０５では、モジュールコントローラ１２２は、前記モジュール充電用ＦＥＴ１２９がオン状態であることを示す第４（ＯＮ）信号を、充電器３００の充電制御部３０３へ送信し、ステップＳ２１２へ進む。

ステップＳ２１２では、電池モジュール１１２のモジュールコントローラ１２２は、前記電池モジュール１１２が収容する電池セル１２０群の少なくとも１セルの電池セル１２０の電圧、温度、及び、電流を検知する。ステップＳ２１３では、モジュールコントローラ１２２は、電池セル１２０の少なくとも１セルが過充電を示す所定値以上の電圧であることを検知した場合、過充電による電池セルの極板劣化等を防ぐ目的で、ステップＳ２１６へ進み、そうでない場合は、ステップＳ２１４へ進む。

ステップＳ２１４では、電池モジュール１１２のモジュールコントローラ１２２は、電池セル温度が、電池セル１２０の寿命に影響する低温、又は、高温のように、充電を許可できる温度範囲を超える状態、電池セル１２０の単位時間当たりの温度上昇が所定値以上の状態、電池セル１２０の故障等により電池セル間の電圧ばらつきが所定値以上となる状態、又は、充電電流の大きさが電池セル１２０の通電許容範囲を超えた過電流充電状態の少なくとも１つを検知した場合に、電池セル１２０が異常であると判断してステップＳ２１６へ進み、そうでない場合は、ステップＳ２１５へ進む。なお、前述の電圧ばらつきの検知により、電圧モニタ線１２３が断線した状態を検知することもできる。

ステップＳ２１５では、電池モジュール１１２のモジュールコントローラ１２２は、充電器３００の充電制御部３０３から、前記充電制御部３０３が電池パック１００の充電を停止したことを示す第３（ＯＦＦ）信号を受信する。前記第３（ＯＦＦ）信号を受信した場合は、ステップＳ２１６へ、そうでない場合は、ステップＳ２０８へ進み、モジュール充電用ＦＥＴ１２９のオン状態を保持する。

なお、前記第３（ＯＦＦ）信号は、図８に示すように、電池パック１００に収容される各電池モジュール１１２の各モジュール用第１・３信号入力端子１４６が並列接続されているため、前記充電制御部３０３が第３（ＯＦＦ）信号を送信した際、電池パック１００に収容される各電池モジュール１１２の各モジュールコントローラ１２２は、前記第３（ＯＦＦ）信号を並列に受信、すなわち、隣接する他方の電池モジュール１１２の状態に関わらず、全てのモジュールコントローラ１２２が同じ第３（ＯＦＦ）信号を同時に受信して、それぞれステップＳ２１５の実行処理を行う。

ステップＳ２１６では、電池モジュール１１２群の中の少なくとも一つの電池モジュール１１２のモジュールコントローラ１２２は、モジュール充電用ＦＥＴ１２９をオフする。

電池モジュール１１２群は、複数の電池モジュール１１２が互いに直列に接続されて構成されているが、ステップＳ２１６の実行により、それら電池モジュール１１２は、電池パック１００に収容される電池セル１２０の総数より少ない個数の電池セル１２０が、直列に接続されて成る複数の電池セル群となるように、電気的に遮断される。その結果、互いに常時導通状態にある複数の電池セル１２０の直列接続の全電圧が、電池パック１００に収容されるすべての電池セル１２０の直列接続の全電圧より低下し、それにより、絶縁信頼性（例えば、電池パック１００に雨水が浸入しても、ユーザーが感電せずに済む性質の強さ）が向上する。

ステップＳ２１７では、前記モジュールコントローラ１２２は、前記電池モジュール１１２のモジュール入出力端子１３１から、電池モジュール１１２の電池セル１２０群への直流電圧の入力を停止したことを示す第４（ＯＦＦ）信号を、充電器３００の充電制御部３０３へ送信し、ステップＳ２１１へ進む。

ステップＳ２０６では、充電器３００の充電制御部３０３は、ステップＳ２０５において電池モジュール１１２のモジュールコントローラ１２２から送信された第４（ＯＮ）信号を受信し、ステップＳ２０７へ進む。ステップＳ２０７では、前記充電制御部３０３は、電池パック１００の電池モジュール１２０群への電力供給が可能であると判断し、前記電池パック１００の充電を開始する。

なお、第４（ＯＮ）信号は、図８に示すように、電池パック１００に収容される各電池モジュール１１２の各モジュール用第２・４信号出力端子１４７が直列接続されているため、電池パック１００に収容される電池モジュール１１２群の全ての電池モジュール１１２が前記第４（ＯＮ）信号を送信しないと、前記充電制御部３０３は、第４（ＯＮ）信号を認識しない。

すなわち、第４（ＯＮ）信号を送信した電池モジュール１１２に隣接する他方の電池モジュール１１２が、故障等により、第４（ＯＮ）信号を送信できない場合には、充電制御部３０３は、第４（ＯＮ）信号を受信できず、ステップＳ２０６以降のシーケンスを実行せず、電池パック１００の充電を開始しない。

ステップＳ２０８では、充電器３００の充電制御部３０３は、電池パック電圧、すなわち、電池パック１００の電池パック入出力端子１１０の電圧、及び、電流を検知する。ステップＳ２０９では、前記充電制御部３０３が、前記電池パック電圧が所定値を上回るか、又は、前記電池パック電圧を所定の電圧に維持する定電圧充電制御において充電電流が所定値を下回るか、のいずれかにより満充電状態であることを検知した場合は、ステップＳ２１８へ進み、そうでない場合は、ステップＳ２１０へ進む。

ステップＳ２１０では、充電器３００の充電制御部３０３は、充電電流の大きさが、充電制御部３０３、直流変換部３０２、又は、電池モジュール１１２群の少なくともいずれか１つの通電許容範囲を超えた過電流充電状態を検知した場合、又は、電池パック１００の充電中に、充電制御部３０３が制御目標値とする電圧、又は、電流を維持できず、充電制御部３０３が異常状態であると検知した場合、のいずれかにおいて、ステップＳ２１８へ進み、そうでない場合は、ステップＳ２１１へ進む。

なお、充電制御部３０３が異常状態であることを検知する方法として、前述の電池パック１００の充電電圧、又は、充電電流を検知する方法に、直流変換部３０２に入力される商用電源電圧を直接測定して、前記商用電源電圧が正しく入力されているかを判断する方法を加えても良い。

ステップＳ２１１では、充電器３００の充電制御部３０３は、ステップＳ２１７において電池モジュール１１２群の中の少なくとも一つの電池モジュール１１２のモジュールコントローラ１２２から送信された第４（ＯＦＦ）信号を受信した場合は、ステップＳ２１８へ進み、そうでない場合は、ステップＳ２０８へ帰還し、電池パック１００の充電を継続する。

ステップＳ２１８では、充電器３００の充電制御部３０３は、電池パック１００の充電を停止し、ステップＳ２１９では、前記充電制御部３０３は、電池パック１００の各電池モジュール１１２が有する各モジュールコントローラ１２２へ、前記電池パック１００の充電停止を示す第３（ＯＦＦ）信号を送信する。前記第３（ＯＦＦ）信号は、ステップＳ２１５にて制御処理され、ステップＳ２１６へ移行する。

以上、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明したが、これは例示であり、前記［発明の開示］の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。

Claims

電気機器と、その電気機器の電源として用いられる電池パックとを備えた電池パックシステムであって、
前記電池パックは、
複数の電池セルが直列接続された電池セル群と、
その電池セル群の放電出力を前記電気機器へ供給するための放電出力端子と
を含み、
前記電気機器は、
前記放電出力端子に接続され、前記電池パックから電力が入力される電力入力端子と、
その電力入力端子から電力が供給されて作動する負荷部と、
その負荷部の駆動と停止とを作業者が選択的に制御するために作業者によってオンとオフとにそれぞれ操作されるスイッチであって、オフに操作されると、当該スイッチがそれ自体、前記電力入力端子と前記負荷部とを互いに遮断して前記電池パックから前記負荷部への電力供給を停止させ、オンに操作されると、当該スイッチがそれ自体、それら電力入力端子と負荷部とを互いに通電させて前記電池パックから前記負荷部への電力供給を許可するものと
を含み、
当該電池パックシステムは、さらに、
前記スイッチのオン・オフを検知するスイッチ検知部と、
前記電池パックから供給される電力を蓄積する蓄電部であって、前記電池パックから前記負荷部への電力供給が停止されている場合に、前記スイッチ検知部に電力を供給し、それにより、前記スイッチ検知部の作動を可能にするものと、
前記スイッチ検知部からの信号に基づき、前記スイッチがオフに操作されると、前記電池パックから前記負荷部への電力供給を停止させることを指令する停止指令信号を出力する一方、前記スイッチがオンに操作されると、前記電池パックから前記負荷部への電力供給を許可することを指令する許可指令信号を出力する第１制御手段と、
前記複数の電池セルの直列接続を選択的に実現するために前記電池セル間に設けられた複数の通電遮断素子と、
それら第１制御手段と複数の通電遮断素子とに接続された第２制御手段であって、前記第１制御手段が前記許可指令信号を出力した場合には、前記複数の通電遮断素子のすべてが通電状態となって前記複数の電池セルの直列接続が実現されるために前記電池パックから前記負荷部への電力供給が行われる一方、前記第１制御手段が前記停止指令信号を出力した場合には、前記複数の通電遮断素子のすべてが遮断状態となって前記複数の電池セルの直列接続が実現されないために前記電池パックから前記負荷部への電力供給が停止されるように、前記複数の通電遮断素子を制御するものと
を含む電池パックシステム。
さらに、前記電池パックを充電する充電器を備え、
その充電器は、
商用電源の交流電圧が入力され、その交流電圧を直流電圧に変換する電圧変換部と、
その変換された直流電圧を制御し、その制御された直流電圧により、前記電池モジュール群の充電を制御する充電制御部と
を含み、
その充電制御部は、
前記充電器による前記電池パックの充電を停止する充電停止手段と、
その充電停止手段が前記充電器による充電を停止すると、前記充電の停止を示す充電停止信号を前記電池パックに送信する送信手段と
を含み、
前記電池パックは、前記充電制御部から前記充電停止信号を受信すると、前記通電遮断素子を前記遮断状態に切り換え、それにより、前記電池セル群への電圧の入力を停止するコントローラを含む請求項１に記載の電池パックシステム。