JP2007282472A - 電動工具用電池パック及びこれを用いた充電システム、過充電防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安全性を確保しながらも、従来の電動工具用電池パックに比べて安価且つ軽量・小型化を実現した電動工具用電池パックを提供する。
【解決手段】電動工具用電池パック１０は、二次電池１１と、電動工具又は充電器２０と接続して二次電池１１への充放電を実現する第１及び第２の外部接続端子１２ａ，１２ｂと、二次電池１１の端子電圧を監視して、電動工具用電池パック１０が有する機器への制御信号を発信する制御手段１３と、制御手段１３に接続するサーミスタ１５とを備えている。制御手段１３は、二次電池１１が過充電状態であると判断したときには、サーミスタ１５を短絡させることによって擬似的に異常高温状態を作り出し、充電器２０の制御回路２１を作動させて強制的に充電を停止させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として、電動工具に用いられる電池パックの過充電を防止する技術に関するものである。

電気ドリル、アングルドリル、グラインダ、インパクトドリル、ねじ締め機等の回転工具や、携帯マルノコ、ジグソー、レシプロソー等の切断工具に代表される電動工具のなかには、電力供給源としての電池パックを接続して使用するものがある。そして、この電動工具用電池パックには、繰り返し充電して使用できるという利便性から、リチウムイオン電池などの二次電池が広く用いられている。

従来用いられている一般的な電動工具用電池パックは、例えば、図４に示すような構成を有している。ここで、図４は、従来の電動工具用電池パックと、この電池パックを充電するための充電器を示した模式図である。

図４に示されるように、従来の電動工具用電池パック５０は、二次電池５１と、３つの外部接続端子５２ａ，５２ｂ，５２ｃ、保護ＩＣ５３及び充電制御スイッチ５４から構成されている。外部接続端子のうちの＋（プラス）端子５２ａ及び−（マイナス）端子５２ｂは、図４に示すように、充電器６０と接続したときには電力の供給を受けて二次電池５１への充電を実現し、また、図示しない電動工具と接続したときには二次電池５１に充電された電力を放電して電動工具の電力供給源としての機能を発揮することになる。また、Ｔ端子５２ｃは、二次電池５１の温度情報を充電器６０側の制御回路６１に供給する働きを担っている。

また、保護ＩＣ５３は、二次電池５１の端子電圧や端子電流、二次電池５１の温度などを検知し、この情報に基づいて充電制御スイッチ５４に動作指令信号を発信することが可能となっている。そして、保護ＩＣ５３による電圧監視によって、過充電が検知されたときには充電制御スイッチ５４がＯＦＦされることによって充電が停止され、また、異常な温度上昇が検知されたときも同様に保護ＩＣ５３が充電制御スイッチ５４をＯＦＦすることによって充電が停止される。なお、異常な温度上昇の検知は、サーミスタなどの温度により抵抗値が変化する抵抗体（不図示）を用いることによって行われている。

以上のように、二次電池５１には、大量のエネルギが詰め込まれていることと、可燃性の有機溶媒を電解液に使用していることから、過電圧、過放電、過電流などから電池を守るためのいくつもの安全対策が採られている。特に、過充電時は、極板の結晶構造が崩れて内部短絡が発生し易くなる。電池自身には、シャットダウンセパレータや安全弁などが備わっているが、電池パックを構成する際には、それ以外にも、上述した保護ＩＣ５３と充電制御スイッチ５４など、安全対策のための機器を内蔵させて、二次電池５１に万が一異常が起きた場合の対策が施されている。

なお、保護ＩＣ５３と充電制御スイッチ５４の組み合わせによる異常防止手段を備える電池パックについては、例えば下記特許文献１に開示されている。

特開平９−１４７９２２号公報

しかしながら、従来の電動工具用電池パックは、消耗品であるにもかかわらず、保護ＩＣ５３や充電制御スイッチ５４などの高価な制御回路を設置しなければならなかったので、製造コストが高くならざるを得ないという問題を抱えていた。また、電池パックに内蔵される充電制御スイッチ５４にあっては、電流が流れる関係から発熱が大きいため、放熱板設置などの熱対策の実施が不可欠であった。しかしながら、電池パック内に放熱板などの熱対策部材を設置することは、電池パックの小型化や軽量化を阻害することになってしまうため、従来の電動工具用電池パックは、電動工具の操作性にも悪影響を及ぼすものであった。

本発明は、上述した課題の存在に鑑みて成されたものであって、その目的は、過充電発生等の不具合防止機能を維持しながらも、従来の電動工具用電池パックに比べて安価であり、しかも軽量・小型化を実現した電動工具用電池パック及びこれを用いた充電システム、過充電防止方法を提供することにある。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

本発明に係る電動工具用電池パック（１０）は、電動工具の電力供給源として用いられる電動工具用電池パック（１０）であって、二次電池（１１）と、電動工具又は充電器（２０）と接続して前記二次電池（１１）への充放電を実現する第１及び第２の外部接続端子（１２ａ，１２ｂ）と、前記二次電池（１１）の端子電圧を監視して、電動工具用電池パック（１０）が有する機器への制御信号を発信する制御手段（１３）と、前記制御手段（１３）に接続するサーミスタ（１５）と、を備え、前記制御手段（１３）は、前記二次電池（１１）が過充電状態であると判断したときに、前記サーミスタ（１５）を短絡させることによって擬似的に異常高温状態を作り出し、前記充電器（２０）の制御回路（２１）を作動させて強制的に充電を停止させるようにしたことを特徴とする。

本発明に係る充電システムは、電動工具の電力供給源として用いられる電動工具用電池パック（１０）と、前記電動工具用電池パック（１０）の充電を行う充電器（２０）と、によって構成される充電システムであって、前記電動工具用電池パック（１０）は、二次電池（１１）と、電動工具又は充電器（２０）と接続して前記二次電池（１１）への充放電を実現する第１及び第２の外部接続端子（１２ａ，１２ｂ）と、前記二次電池（１１）の端子電圧を監視して、電動工具用電池パック（１０）が有する機器への制御信号を発信する制御手段（１３）と、前記制御手段（１３）に接続するサーミスタ（１５）と、を備え、前記制御手段（１３）は、前記二次電池（１１）が過充電状態であると判断したときに、前記サーミスタ（１５）を短絡させることによって擬似的に異常高温状態を作り出し、前記充電器（２０）の制御回路（２１）を作動させて強制的に充電を停止させるようにしたことを特徴とする。

本発明に係る過充電防止方法は、電動工具の電力供給源として用いられる電動工具用電池パック（１０）の充電時に発生する過充電異常を検知したとき、充電器（２０）に備えられた制御回路（２１）を用いて充電を停止させるようにした過充電防止方法であって、二次電池（１１）の端子電圧を制御手段（１３）によって監視させ（ステップＳ１１）、前記制御手段（１３）が過充電を検知したときに（ステップＳ１２）、該制御手段（１３）に接続されたサーミスタ（１５）を短絡させるステップ（ステップＳ１３）と、前記サーミスタ（１５）の短絡によって擬似的な異常高温状態が作り出され（ステップＳ１４）、この異常高温状態を検知した前記制御回路（２１）が前記電動工具用電池パック（１０）への充電を停止させるステップ（ステップＳ１５）と、を有する処理を実行することを特徴とする。

本発明によれば、安全性を確保しながらも、従来の電動工具用電池パックに比べて安価であり、しかも軽量・小型化を実現した電動工具用電池パック及びこれを用いた充電システム、過充電防止方法を提供することができる。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る充電システムを示す回路ブロック図である。本実施形態に係る充電システムは、電動工具の電力供給源として用いられる電動工具用電池パック１０と、この電動工具用電池パック１０の充電を行う充電器２０とによって構成されている。

本実施形態に係る電動工具用電池パック１０は、４個の電池Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４からなる二次電池１１と、３つの外部接続端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、制御手段としてのＩＣ１３及びサーミスタ１５から構成されている（図２参照）。外部接続端子のうちの第１の外部接続端子である＋（プラス）端子１２ａ及び第２の外部接続端子である−（マイナス）端子１２ｂは、図１に示すように、充電器２０と接続したときには電力の供給を受けて二次電池１１への充電を実現し、また、図示しない電動工具と接続したときには二次電池１１に充電された電力を放電して電動工具の電力供給源としての機能を発揮することになる。また、Ｔ端子１２ｃは、サーミスタ１５の電気抵抗値に基づく温度情報を、充電器２０側の制御回路２１に伝達する働きを担っている。

ＩＣ１３は、二次電池１１の個々の電池Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の端子電圧を監視して、サーミスタ１５の電気抵抗値を変化させることが可能となっている。

一方、本実施形態に係る充電器２０は、ＤＣ電源２２及び制御回路２１を備えており、電動工具用電池パック１０の備える３つの外部接続端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃと接続することによって、二次電池１１の充電を行うことが可能となっている。なお、制御回路２１は、上述したように、Ｔ端子１２ｃを介する電動工具用電池パック１０からの制御信号を受信して、この制御信号に応じた充電器２０の動作制御を行うことができる。

以上、本実施形態に係る充電システムの基本構成について説明したが、本実施形態に係る充電システムは、過充電発生時の充電停止機構にさらなる特徴を有している。すなわち、本実施形態に係る電動工具用電池パック１０では、制御手段としてのＩＣ１３が、二次電池１１の各電池Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の端子間の電圧によって過充電状態であると判断すると、サーミスタ１５を短絡させることによってサーミスタ１５の電気抵抗値を０（ゼロ）Ωとし、擬似的に異常高温状態を作り出す構成を採用している。そして、サーミスタ１５の電気抵抗値が０（ゼロ）Ωとなると、充電器２０側の制御回路２１は電動工具用電池パック１０が異常高温状態にあると判断するので、充電器２０側では強制的な充電の停止が実行されることになる。

サーミスタ１５の短絡は、ＩＣ１３内の電気的な微小電力開閉スイッチ回路１３ａを閉成させることによって実現しているので、従来技術で用いていたようなＰｏｗｅｒ Ｍｏｓ ＦＥＴなどの大電流が開閉できる半導体スイッチである充電制御スイッチ５４（図４参照）を用いるものではない。したがって、本実施形態に係る電動工具用電池パック１０によれば、従来、小型化や軽量化を阻害していた充電制御スイッチ５４や放熱板等を省略することが可能となる。また、充電制御スイッチ５４や放熱板等を省略した構成の採用によって部品点数の削減が可能となるので、製造コストが削減される。

なお、本実施形態に係る電動工具用電池パック１０の具体的な構成は、図２において例示される回路図によって示されており、かかる回路構成によって、本発明の効果である、安全・安価且つ小型・軽量化を実現した電動工具用電池パックが実現されている。

続いて、本実施形態に係る充電システムを用いた過充電防止方法について説明する。図３は、本実施形態に係る充電システムを用いた過充電防止方法を説明するためのフローチャートである。

本実施形態に係る充電システムを用いた過充電防止方法では、まず、ＩＣ１３を用いて電池電圧を測定する（ステップＳ１１）。この電池電圧の測定は、二次電池１１の個々の電池Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の端子電圧をＩＣ１３に監視させることによって実現している。

ＩＣ１３が電池電圧の測定によって過充電状態を検知すると（ステップＳ１２）、ＩＣ１３は電池パック内に設置されたサーミスタ１５の電気抵抗値が０（ゼロ）Ωとなるようにサーミスタ１５を短絡させ、電動工具用電池パック１０が異常高温状態であるかのごとく擬似的な状態を作り出す（ステップＳ１３）。

サーミスタ１５の短絡によって電動工具用電池パック１０の擬似的な異常高温状態が作り出されると、充電器２０側では制御回路２１が電動工具用電池パック１０を異常高温と認識し（ステップＳ１４）、充電器２０の保護機能を動作させることによって充電が停止される（ステップＳ１５）。以上の処理によって、過充電異常の発生を確実に防止することが可能となっている。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。例えば、上述した本実施形態では、制御手段としてＩＣ１３を用いた場合を例示して説明したが、電圧検出器や比較回路としてのコンパレータによって制御手段を構成することも可能である。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

本実施形態に係る充電システムを示す回路ブロック図である。 本実施形態に係る電動工具用電池パックの具体的な回路構成を例示する図である。 本実施形態に係る充電システムを用いた過充電防止方法を説明するためのフローチャートである。 従来の電動工具用電池パックと、この電池パックを充電するための充電器を示した模式図である。

符号の説明

１０ 電動工具用電池パック、１１ 二次電池、１２ａ 第１の外部接続端子（＋（プラス）端子）、１２ｂ 第２の外部接続端子（−（マイナス）端子）、１２ｃ 外部接続端子（Ｔ端子）、１３ ＩＣ、１３ａ スイッチ回路、１５ サーミスタ、２０ 充電器、２１ 制御回路、２２ ＤＣ電源、５０ 電動工具用電池パック、５１ 二次電池、５２ａ 外部接続端子（＋（プラス）端子）、５２ｂ 外部接続端子（−（マイナス）端子）、５２ｃ 外部接続端子（Ｔ端子）、５３ 保護ＩＣ、５４ 充電制御スイッチ、６０ 充電器、６１ 制御回路、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４ 電池。

Claims (3)

1. 電動工具の電力供給源として用いられる電動工具用電池パックであって、
   二次電池と、
   電動工具又は充電器と接続して前記二次電池への充放電を実現する第１及び第２の外部接続端子と、
   前記二次電池の端子電圧を監視して、電動工具用電池パックが有する機器への制御信号を発信する制御手段と、
   前記制御手段に接続するサーミスタと、
   を備え、
   前記制御手段は、前記二次電池が過充電状態であると判断したときに、前記サーミスタを短絡させることによって擬似的に異常高温状態を作り出し、前記充電器の制御回路を作動させて強制的に充電を停止させるようにしたことを特徴とする電動工具用電池パック。
2. 電動工具の電力供給源として用いられる電動工具用電池パックと、
   前記電動工具用電池パックの充電を行う充電器と、
   によって構成される充電システムであって、
   前記電動工具用電池パックは、
   二次電池と、
   電動工具又は充電器と接続して前記二次電池への充放電を実現する第１及び第２の外部接続端子と、
   前記二次電池の端子電圧を監視して、電動工具用電池パックが有する機器への制御信号を発信する制御手段と、
   前記制御手段に接続するサーミスタと、
   を備え、
   前記制御手段は、前記二次電池が過充電状態であると判断したときに、前記サーミスタを短絡させることによって擬似的に異常高温状態を作り出し、前記充電器の制御回路を作動させて強制的に充電を停止させるようにしたことを特徴とする充電システム。
3. 電動工具の電力供給源として用いられる電動工具用電池パックの充電時に発生する過充電異常を検知したとき、充電器に備えられた制御回路を用いて充電を停止させるようにした過充電防止方法であって、
   二次電池の端子電圧を制御手段によって監視させ、前記制御手段が過充電を検知したときに、該制御手段に接続されたサーミスタを短絡させるステップと、
   前記サーミスタの短絡によって擬似的な異常高温状態が作り出され、この異常高温状態を検知した前記制御回路が前記電動工具用電池パックへの充電を停止させるステップと、
   を有する処理を実行することを特徴とする過充電防止方法。

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