JP2010259234A

JP2010259234A - 電池パック

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Publication number: JP2010259234A
Application number: JP2009107036A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Miyazaki; 博宮崎; Masaaki Sakagami; 正昭阪上
Original assignee: Panasonic Electric Works Power Tools Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-04-24
Filing date: 2009-04-24
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2029-04-24
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Abstract

【課題】二次電池の容量をできるだけ多くしながら電池寿命の短縮を防ぐ。
【解決手段】電池温度が相対的に高い場合、電池温度が相対的に低い場合と比較して、充電器２の充電制御回路１９が定電流充電から定電圧充電に切り換える電圧（充電電圧）が低くなるから、過充電による電池寿命の短縮を防ぐことができる。しかも、電池温度が相対的に低い場合は充電電圧を高くすることにより、電池温度が高い場合と比較して二次電池４Ａ〜４Ｄの容量を多くすることができる。故に、制御回路７が測温素子Ｔｈの検出温度に応じて二次電池４Ａ〜４Ｄの検出電圧と比較する所定値を変化させるので、電池温度に応じて充電電圧が調整されることとなり、その結果、二次電池４Ａ〜４Ｄの容量をできるだけ多くしながら電池寿命の短縮を防ぐことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池パックに関するものである。

電動工具においては、携帯性や作業性を考慮して電源には二次電池が用いられている。特に最近では、軽量化及び高容量化の観点から従来のニッカド電池やニッケル水素電池に代えてリチウムイオン電池が普及してきている。但し、リチウムイオン電池はニッカド電池やニッケル水素電池と比べて過充電や過放電に弱いという欠点がある。

そのため、複数のリチウムイオン電池を直列接続してなる組電池をハウジング内に収納した電池パックにおいては、個々のリチウムイオン電池が過充電及び過放電とならないように種々の対策が施されている。

図６は特許文献１に記載されている従来例の電池パック１並びに充電器２を示す概略回路構成図である。以下、図６を参照して本従来例の概略を説明する。

電池パック１は、充電器２並びに電動工具にそれぞれ着脱自在に装着され、充電器２によって充電されるとともに電動工具に装着されたときに該電動工具に電力を供給するものであって、図６に示すように複数（図示例では４個）の二次電池４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを直列に接続してなる組電池４と、組電池４の正極並びに負極とそれぞれ接続される一対の電源端子５ａ，５ｂと、二次電池４Ａ〜４Ｄの両端電圧Ｖ１〜Ｖ４を個別に検出し検出電圧Ｖ１〜Ｖ４が第１の所定値Ｖth１（例えば、４．２Ｖ）よりも高いときに充電器２に対して充電制御信号を出力する第１の制御回路７と、二次電池４Ａ〜４Ｄの両端電圧Ｖ１〜Ｖ４を個別に検出し検出電圧Ｖ１〜Ｖ４が第１の所定値Ｖth１よりも低い第２の所定値Ｖth２（例えば、２．０Ｖ）を下回ったときに放電停止信号を出力する第２の制御回路８と、充電制御信号並びに放電停止信号を個別に出力する信号端子１３ｂ，１３ｄと、組電池４の正極と接続されるとともに充電器２から供給される充電電流が流れる第２の電源端子５ｃと、第２の電源端子５ｃを通して組電池４に供給される充電電流の経路を開閉する保護素子６と、二次電池４Ａ〜４Ｄの両端電圧Ｖ１〜Ｖ４を個別に検出し検出電圧が第１の所定値Ｖth１よりも高い第３の所定値Ｖth３（例えば、４．５Ｖ）を上回ったときに保護素子６を動作させて充電電流経路を開成する第３の制御回路９とを備えている。なお、二次電池４Ａ〜４Ｄにはリチウムイオン電池が用いられている。

保護素子６は、いわゆる非復帰形のヒュージング抵抗（ヒータ抵抗６ａに電流を流すことでヒューズ素子６ｂを溶断して電路を遮断するもの）である。また、信号端子１３ｂ，１３ｄは、信号用コネクタ１３に設けられた複数（図示例では６個）の信号端子１３ａ〜１３ｆに含まれるものである。ここで、信号端子１３ａはグランドに接続され、信号端子１３ｃは組電池４の温度を検出するための測温素子（サーミスタ）Ｔｈを介してグランドに接続され、信号端子１３ｆは識別用抵抗素子Ｒｘを介してグランドに接続され、信号端子１３ｅは第２の制御回路８と接続されている。なお、識別用抵抗素子Ｒｘとは、組電池４に関する情報（二次電池の個数、構成、電圧、容量など）に応じた抵抗値を有しており、充電器２や電動工具３において当該抵抗値から組電池４に関する情報を読み取ることが可能となっている。

第１の制御回路７は、４個の二次電池４Ａ〜４Ｄの正極の電位を取り込むことで各二次電池４Ａ〜４Ｄの両端電圧Ｖ１〜Ｖ４を検出して第１の所定値Ｖth１と比較し、少なくとも何れか一つの検出電圧が第１の所定値Ｖth１を超えていればＨレベルの信号（オープンドレイン出力のアクティブハイ信号）を出力する第１の検出回路７ａと、第１の検出回路７ａから出力されるＨレベルの信号を充電制御信号に変換する信号変換回路７ｂとを具備している。第１の検出回路７ａは集積回路（ＩＣ）として構成されており、充電器２又は電動工具に装着されていない状態（以下、放置状態という。）では組電池４から電源供給を受けて待機モードで動作し続けるものであるから、待機モードにおける消費電流が極めて少ない（例えば、１μＡ程度）ものである。信号変換回路７ｂは、充電器２又は電動工具に装着されている状態で電源ＶＤが供給されて動作するものであって、第１の検出回路７ａの出力信号でオン・オフされるスイッチング素子Ｑ６、電源ＶＤに対してスイッチング素子Ｑ６と並列に接続されたツェナーダイオードＺＤ６等で構成され、第１の検出回路７ａの出力信号がＬレベルのときはスイッチング素子Ｑ６がオフであるからＨレベル（＝電源電圧ＶＤ）の充電制御信号を信号端子１３ｂに出力し、第１の検出回路７ａの出力信号がＨレベルのときにスイッチング素子Ｑ６がオンすることでＬレベルの充電制御信号を信号端子１３ｂに出力する。なお、ツェナーダイオードＺＤ６はスイッチング素子Ｑ６のノイズ保護並びに逆耐圧保護用に設けられている。

第２の制御回路８は、第２の検出回路８ａ並びに信号変換回路８ｂ、遅延回路８ｃ、駆動回路８ｄ、電源制御回路８ｅを具備している。第２の検出回路８ａは、４個の二次電池４Ａ〜４Ｄの正極の電位を取り込むことで各二次電池４Ａ〜４Ｄの両端電圧Ｖ１〜Ｖ４を検出して第２の所定値Ｖth２と比較し、少なくとも何れか一つの検出電圧が第２の所定値Ｖth２を下回っていればＬレベルの信号（オープンコレクタ出力のアクティブロー信号）を出力する。信号変換回路８ｂは、第２の検出回路８ａから出力されるＬレベルの信号を放電停止信号に変換するものであって、第２の検出回路８ａの出力信号でオン・オフされるスイッチング素子Ｑ５、電源ＶＤに対してスイッチング素子Ｑ５と並列に接続されたツェナーダイオードＺＤ５等で構成され、充電器２又は電動工具３に装着されている状態で電源ＶＤが供給されて動作する。つまり、第２の検出回路８ａの出力信号がＨレベルのときはスイッチング素子Ｑ５がオンするからＬレベルの放電停止信号が信号端子１３ｄに出力され、第２の検出回路８ａの出力信号がＬレベルのときにスイッチング素子Ｑ５がオフすることでＨレベル（＝電源電圧ＶＤ）の放電停止信号が信号端子１３ｄに出力される。なお、ツェナーダイオードＺＤ５はスイッチング素子Ｑ５のノイズ保護並びに逆耐圧保護用に設けられている。遅延回路８ｃは抵抗Ｒ１８とコンデンサＣ９の積分回路からなり、第２の検出回路８ａの出力信号の立ち上がり時間に対して立ち下がり時間を長くするものである。また電源制御回路８ｅは、組電池４から第２の検出回路８ａへの電源供給を入切するものである。さらに駆動回路８ｄは、充電器２又は電動工具３に装着された状態で充電器２又は電動工具から与えられる制御信号に応じて電源制御回路８ｅを駆動させるものである。

第３の制御回路９は、４個の二次電池４Ａ〜４Ｄの正極の電位を取り込むことで各二次電池４Ａ〜４Ｄの両端電圧Ｖ１〜Ｖ４を検出して第３の所定値Ｖth３と比較し、少なくとも何れか一つの検出電圧が第３の所定値Ｖth３を超えていればＨレベルの信号（ＣＭＯＳ出力のアクティブハイ信号）を出力する第３の検出回路９ａと、第３の検出回路９ａからＨレベルの信号が出力されたときに保護素子６のヒータ抵抗６ａに通電してヒューズ素子６ｂを溶断する保護素子駆動回路９ｂとを具備する。第３の検出回路９ａは、第１の検出回路７ａと同様に集積回路（ＩＣ）として構成されており、放置状態では組電池４から電源供給を受けて待機モードで動作し続けることを考慮して、待機モードにおける消費電流が極めて少ない（例えば、１μＡ程度）ものである。保護素子駆動回路９ｂは、抵抗Ｒ２６とスイッチング素子Ｑ７からなり、第３の検出回路９ａからＨレベルの信号が出力されたときにスイッチング素子Ｑ７がオンして保護素子６のヒータ抵抗６ａに通電するものである。なお、電池パック１においては、組電池４の負極に接続された電源端子５ｂのグランドと信号端子１３ａのグランドとは直接接続されずに分離されている。したがって、充電器２又は電動工具の電源端子１７ａ，１７ｂ又は１８ａ，１８ｂと電源端子５ａ，５ｂあるいは第２の電源端子５ｃとが接触不良又は非接触状態となっても過大な放電電流や充電電流が流れるのを防ぐことができる。

一方、充電器２は、電池パック１の信号用コネクタ１３と着脱自在に接続される信号用コネクタ１４と、電池パック１の電源端子５ｂ並びに第２の電源端子５ｃとそれぞれ着脱自在に接続される電源端子１７ｂ，１７ａと、商用電源ＡＣから供給される交流電力を直流電力に変換して電源端子１７ａ，１７ｂに出力する電源回路２１と、電源回路２１の出力を調整して充電制御を行う充電制御回路１９とを備えている。信号用コネクタ１４は、それぞれ電池パック１の信号用コネクタ１３の信号端子１３ａ〜１３ｆと接続される信号端子１４ａ〜１４ｆを有し、信号端子１４ａがグランドに接続され、信号端子１４ｄ，１４ｆが充電制御回路１９の動作電源ＶＤＤに抵抗Ｒ２８，２９でプルアップされている。

次に、充電器２に装着して電池パック１を充電する場合の動作について説明する。電池パック１が充電器２に装着されて第２の電源端子５ｃと電源端子１７ａ、電源端子５ｂと電源端子１７ｂ、信号用コネクタ１３と信号用コネクタ１４がそれぞれ接続されると、充電制御回路１９では、信号端子１４ｃ，１４ｆの電圧が電源電圧ＶＤＤからプルアップ抵抗Ｒ２８，Ｒ２９と測温素子（サーミスタ）Ｔｈと識別用抵抗素子Ｒｘとで分圧された電圧に変化することを検出して電池パック１の装着を自動的に検知し、充電動作を開始する。充電動作を開始した充電制御回路１９は、信号端子１４ｅに制御信号ＶＤを印加して第２の制御回路８を動作させるとともに、信号端子１４ｆの電圧から電池パック１の情報を読み取り、さらに信号端子１４ｃの電圧から測温素子（サーミスタ）Ｔｈで検出した組電池４の温度を読み取る。そして、組電池４の温度が所定の温度範囲内であり、且つ信号端子１４ｂに入力する充電制御信号がＨレベル（各二次電池４Ａ〜４Ｄの両端電圧が第１の所定値Ｖth１（＝４．２Ｖ）以下）であれば、充電制御回路１９は電源回路２１を動作させて電池パック１の充電電流経路（第２の電源端子５ｃ→保護素子６→組電池４→電源端子５ｂ）に所定の充電電流を流して組電池４を充電する。また、何れかの二次電池４Ａ〜４Ｄの両端電圧が第１の所定値Ｖth１を上回って信号端子１４ｂに入力する充電制御信号がＬレベルになると、充電制御回路１９は電源回路２１を制御し充電電流を減少させて定電圧充電に移行し、以下、充電制御信号がＨレベルからＬレベルに切り替わる毎に段階的に充電電流を減少させ、充電電流が所定のしきい値以下になった時点で電源回路２１を停止させて充電を完了し、信号端子１４ｅに対する制御信号ＶＤの印加を停止して第２の制御回路８を停止させることで電池パック１における電流消費を抑える。電池パック１が充電器２から取り外されたことは、信号端子１５ｃ，１５ｆの電圧が電源電圧ＶＤＤまで上昇することによって充電制御回路１９で検出される。ここで、充電器２の信号用コネクタ１５において信号端子１５ｃ，１５ｆをプルアップ抵抗Ｒ２８，Ｒ２９で電源電圧ＶＤＤにプルアップしているから、信号端子１５ｅに対する制御信号ＶＤの印加を停止しても電池パック１の取り外しが検知できるものである。なお、プルアップ抵抗を電池パック１に設けた場合、信号端子を追加して電圧を印加しない限りは制御信号ＶＤを印加し続ける必要がある。

ところで本従来例においては、上述の充電時に４種類の安全機能が働くようになっている。ひとつめには、上述のように第１の制御回路７において何れかの二次電池４Ａ〜４Ｄの両端電圧が第１の所定値Ｖth１を上回ったときに充電制御信号をＨレベルからＬレベルに切り換えて充電器２の充電制御回路１９に知らせ、充電制御回路１９が電源回路２１を制御して充電電流を減少させている。ふたつめには、測温素子（サーミスタＴｈ）で二次電池４Ａ〜４Ｄの温度を検出し、検出温度が所定値（＝７０°）を超えた場合に充電制御回路１９が充電を停止するようにしている。みっつめには、第２の電源端子５ｃの電圧を充電制御回路１９で監視し、当該電圧が所定値（１７．５Ｖ）を超えると充電を停止するようにしている。よっつめには、何れかの二次電池４Ａ〜４Ｄの両端電圧が第３の所定値（＝４．５Ｖ）を超えたときに第３の制御回路９が保護素子６を動作させて充電電流経路を開成（遮断）している。

また、別の従来例として特許文献２に記載されている電池パックもある。特許文献２に記載されている従来例は、バッテリセル群（組電池）の温度を温度センサで検出し、電圧測定回路で測定した各セル電圧値及び電流測定回路で測定した充放電電流値並びに温度センサで検出した温度に基づいて各バッテリセル毎のそれぞれの内部電圧値を検出するとともに、各内部電圧値に基づいてバッテリセル群の残存容量を検出するものである。

特開２００７−１４３２８４号公報特開平１０−１２２８３号公報

ところで、二次電池の内で特にリチウムイオン電池は充電電圧を高くすると容量が多くなるものの寿命や安全性に不都合が生じ、逆に充電電圧を低くすると容量が少なくなるもの寿命や安全性に不都合は生じない。また、リチウムイオン電池は温度（電池温度）によって充電電圧の上限値が異なり、電池温度が適正な範囲を外れると寿命に悪影響が及び、特に、電池温度が適正な範囲を超える場合には充電電圧の上限値を低くしないと電池寿命が大幅に短くなるといった不具合が生じる。したがって、容量をできるだけ多くしながら電池寿命が短縮されることを防ぐためには、電池温度に応じて充電電圧（上限値）を適切なレベルに調整する必要がある。尚、特許文献１に記載されている前者の従来例は、測温素子で検出する二次電池の温度が所定値を超えた場合に充電器２が充電を停止するものであり、また、特許文献２に記載されている後者の従来例は、バッテリセル群の内部電圧値を電池温度で補正するものであって、何れも電池温度に応じて充電電圧を調整するものではなかった。

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、二次電池の容量をできるだけ多くしながら電池寿命の短縮を防ぐことができる電池パックを提供することにある。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、充電器に着脱自在に装着され、充電器によって充電される電池パックであって、複数の二次電池を接続してなる組電池と、組電池の正極並びに負極とそれぞれ接続される一対の電源端子と、前記二次電池の両端電圧を個別に検出し該検出電圧が所定値よりも高いときに充電器に対して充電制御信号を出力する制御回路と、前記充電制御信号を充電器に対して出力する信号端子と、前記組電池の温度を検出する測温素子とを備え、前記制御回路は、前記測温素子の検出温度に応じて前記検出電圧と比較する前記所定値を変化させることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、制御回路が、前記測温素子の検出温度に応じて前記検出電圧と比較する前記所定値を変化させるので、電池温度に応じて充電電圧が調整されることとなり、その結果、二次電池の容量をできるだけ多くしながら電池寿命の短縮を防ぐことができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記測温素子は温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタからなり、充電器と接続される一対の測温用信号端子間に接続され、前記測温用信号端子の一方が信号用のグランドに接続され、制御回路のグランドが組電池のグランドと接続されるとともに、信号用のグランドと組電池のグランドが分離されてなり、前記一方の測温用信号端子は絶縁回路を介して制御回路と接続されていることを特徴とする。

請求項２の発明によれば、充電電流が流れる際に電源端子の接触抵抗によって生じる電圧降下の影響が測温素子の検出温度に及ばないために測温素子による温度検出の精度が向上し、さらに、測温素子による温度検出を測温用信号端子を介して充電器側でも実行できるため、充電器に測温素子を設ける必要が無い。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記絶縁回路は、測温素子を含む抵抗ブリッジ回路と、抵抗ブリッジ回路で計測される測温素子の抵抗値を所定のしきい値と比較する比較器とからなり、前記制御回路は、前記比較器の比較結果に応じて前記検出電圧と比較する前記所定値を変化させることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記制御回路は、前記二次電池の両端電圧を個別に検出し該検出電圧が第１の所定値よりも高いときに充電制御信号を出力する第１の制御回路と、前記二次電池の両端電圧を個別に検出し該検出電圧が第１の所定値と異なる第２の所定値よりも高いときに充電制御信号を出力する第２の制御回路と、第１の制御回路が出力する充電制御信号と第２の制御回路が出力する充電制御信号とを比較器の出力に応じて択一的に選択して充電器に対して出力する選択回路とからなることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項２〜４の何れか１項の発明において、アノードが前記組電池のグランドに接続されるともとにカソードが前記測温用信号端子に接続された複数のダイオードを備えたことを特徴とする。

請求項５の発明によれば、組電池の負極側と接続されている電源端子に導通不良が生じた場合でも測温用信号端子を通じて制御回路に逆電圧が印加されることを防止できる。

本発明によれば、二次電池の容量をできるだけ多くしながら電池寿命の短縮を防ぐことができる。

実施形態の要部回路図である。同上の動作説明用のタイムチャートである。同上の動作説明用のタイムチャートである。同上の充電時の動作を説明するためのタイムチャートである。他の実施形態の要部回路図である。従来例を示す回路図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、本実施形態は電池パック１が備える第１の制御回路（以下、「制御回路」と略す。）７の構成に特徴があり、その他の構成については図６に示した従来例と共通である。よって、従来例と共通の構成要素には同一の符号を付して適宜図示並びに説明を省略する。

従来技術で説明したように、制御回路７は４個の二次電池４Ａ〜４Ｄの正極の電位を取り込むことで各二次電池４Ａ〜４Ｄの両端電圧Ｖ１〜Ｖ４を検出して第１の所定値Ｖth１と比較し、少なくとも何れか一つの検出電圧が第１の所定値Ｖth１を超えていればＨレベルの信号を出力する第１の検出回路７ａと、第１の検出回路７ａから出力されるＨレベルの信号を充電制御信号に変換する信号変換回路７ｂとを具備している。信号変換回路７ｂで変換された充電制御信号は電池パック１の信号端子１３ｂ及び充電器２の信号端子１４ｂを介して充電器２の充電制御回路１９に取り込まれる。

図４は、充電制御回路１９による充電過程全体の充電特性を示している。時刻ｔ１で電池パック１が充電器２に装着されると、その直後の期間Ｔ１（時刻ｔ１〜ｔ２）だけ、通常の充電電流Ｉ１よりも小さい充電電流Ｉ２で予備充電を行い、前記期間Ｔ１が経過した時刻ｔ２からは、通常の充電電流Ｉ１で定電流充電を行う。この間、電池パック１の第１の制御回路７から信号端子１３ｂ，１４ｂを介してＨレベルの充電制御信号が充電制御回路１９に出力されている。期間Ｔ２が経過して各二次電池４Ａ〜４Ｄの両端電圧が第１の所定値Ｖth１に達すると、第１の制御回路７から出力される充電制御信号がＨレベルからＬレベルに変化する。Ｌレベルの充電制御信号を受け取った充電制御回路１９は、その時刻ｔ３から定電圧充電に移行する。そして、定電圧充電への移行後、充電制御回路１９は、充電制御信号がＬレベルからＨレベルに変化するたびに充電電流を予め定める減分ΔＩ１ずつ低下してゆく多段定電流充電を行うことによって、第１の所定値Ｖth１を維持しながら、充電電流が抑制される。充電電流をその要領で下げてゆき、期間Ｔ３が経過して、予め定める電流値Ｉｅｎｄまで低下したら充電を完了する。

第１の検出回路７ａは、図１に示すように各二次電池４Ａ〜４Ｄの両端電圧を個別に検出し該検出電圧が第１の所定値Ｖth１よりも高いときにＨレベルの充電制御信号を出力する第１の制御回路７０と、二次電池４Ａ〜４Ｄの両端電圧を個別に検出し該検出電圧が第１の所定値Ｖth１と異なる第２の所定値Ｖth１’（＜Ｖth１）よりも高いときにＨレベルの充電制御信号を出力する第２の制御回路７１と、第１の制御回路７０が出力する充電制御信号と第２の制御回路７１が出力する充電制御信号とを測温素子Ｔｈの検出温度に応じて択一的に選択して充電器２に対して出力する選択回路（マルチプレクサ）７２とを有している。

一方、測温素子Ｔｈは温度上昇に伴って抵抗値が減少する負特性サーミスタからなり、充電器２と接続される一対の信号端子（以下、「測温用信号端子」と呼ぶ。）１３ａ，１３ｃ間に接続されている。そして、一方の測温用信号端子１３ａがツェナーダイオードＤ３を介して信号用のグランドＧｓに接続され、第１の制御回路７のグランドが組電池４のグランドＧｂと接続されるとともに、信号用のグランドＧｓと組電池４のグランドＧｂが分離されている。尚、一対の測温用信号端子１３ａ，１３ｃは絶縁回路（抵抗ブリッジ回路並びに比較器７３）を介して第１の制御回路７と接続されている。

抵抗ブリッジ回路は、５つの抵抗Ｒ１００〜Ｒ１０４と測温素子Ｔｈからなるケルビン（ダブル）形である。抵抗Ｒ１００の一端が測温用信号端子１３ａと測温素子Ｔｈの一端との接続点に接続され、抵抗Ｒ１００の他端がツェナーダイオードＤ３のカソードと抵抗Ｒ１０３の一端に接続されている。抵抗Ｒ１０３の他端は比較器７３の−端子と抵抗Ｒ１０２の一端に接続されている。抵抗Ｒ１０２の他端は抵抗Ｒ１０４の一端に接続され、抵抗Ｒ１０４の他端が信号端子１３ｆに接続されている。抵抗Ｒ１０１の一端が比較器７３の＋端子に接続され、抵抗Ｒ１０１の他端が測温用信号端子１３ｃと測温素子Ｔｈの他端との接続点に接続されている。尚、抵抗Ｒ１０２，Ｒ１０４の接続点と信号用のグランドＧｓの間にアノードをグランドＧｓ側としてツェナーダイオードＤ１が接続され、同じく、比較器７３の＋端子と信号用のグランドＧｓの間にアノードをグランドＧｓ側としてツェナーダイオードＤ２が接続されており、合計３つのツェナーダイオードＤ１〜Ｄ３によって端子１３ａ，１３ｃ，１３ｆに印加される静電気が比較器７３の入力端子に印加されるのを防止することができる。

比較器７３は、測温素子Ｔｈに生じる電圧降下に比例した電圧（検出温度に対応した電圧）と基準電圧Ｖrefとを比較し、その比較結果によって選択回路７２の選択を切り換えるものである。つまり、比較器７３の出力がＨレベルのときに選択回路７２が第１の制御回路７０が出力する充電制御信号を選択して出力し、比較器７３の出力がＬレベルのときに選択回路７２が第２の制御回路７１が出力する充電制御信号を選択して出力する。尚、比較器７３の−端子に入力される基準電圧Ｖrefは、充電器２から供給される電源電圧ＶＤＤを抵抗Ｒ１０４，Ｒ１０２，Ｒ１０３，Ｒ１００で分圧したものである。

次に、図２及び図３のタイムチャートを参照しながら本実施形態の充電時の動作を説明する。尚、図２及び図３において、（ａ）は比較器７３の＋端子に入力する電圧（測温素子Ｔｈにおける電圧降下に比例した電圧）、（ｂ）は比較器７３の出力、（ｃ）は各二次電池４Ａ〜４Ｄの両端電圧、（ｄ）は第１の制御回路７０の出力、（ｅ）は第２の制御回路７１の出力、（ｆ）は選択回路７２の出力、（ｇ）は充電器２から電池パック１に供給される充電電流をそれぞれ示している。

まず、組電池４の温度（電池温度）が相対的に低い場合について、図２のタイムチャートを参照して説明する。

充電中は電池温度が徐々に上昇して測温素子Ｔｈの抵抗値が減少するが、電池温度があまり高くならない場合（例えば、雰囲気温度が常温よりも十分に低い場合）には、比較器７３の＋端子に入力する電圧が基準電圧Ｖrefを下回らず（図２（ａ）参照）、比較器７３の出力はＨレベルのままとなる（図２（ｂ）参照）。故に、選択回路７２は第１の制御回路７０の出力信号を選択して信号変換回路７ｂに出力する（図２（ｄ），（ｆ）参照）。ここで、第１の制御回路７０では、各二次電池４Ａ〜４Ｄの両端電圧が第１の所定値Ｖth１に達するまではＬレベルの信号を出力し、第１の所定値Ｖth１を超えるとＨレベルの信号を出力する（図２（ｄ）参照）。よって、二次電池４Ａ〜４Ｄの両端電圧が第１の所定値Ｖth１に達するまではＨレベルの充電制御信号が出力され、充電器２の充電制御回路１９が定電流充電を行う（図２（ｇ）参照）。そして、二次電池４Ａ〜４Ｄの両端電圧が第１の所定値Ｖth１に達すると、第１の制御回路７０の出力がＨレベルとなり（図２（ｄ）参照）、その結果、制御回路７から出力される充電制御信号がＨレベルからＬレベルに変化する。Ｌレベルの充電制御信号を受け取った充電制御回路１９は定電流充電から定電圧充電に移行し、その後、多段定電流充電を行って充電を完了する（図２（ｇ）参照）。

続いて、電池温度が相対的に高い場合について、図３のタイムチャートを参照して説明する。

例えば、雰囲気温度が常温よりも十分に高い場合、充電中の電池温度が徐々に上昇し、比較器７３の＋端子に入力する電圧が基準電圧Ｖrefを下回り（図３（ａ）参照）、比較器７３の出力がＨレベルからＬレベルに変化する（図３（ｂ）参照）。故に、選択回路７２は比較器７３の出力がＨレベルの間は第１の制御回路７０の出力信号を選択しているが、比較器７３の出力がＬレベルに変化すると第２の制御回路７１の出力信号を選択して信号変換回路７ｂに出力する（図３（ｄ）〜（ｆ）参照）。ここで、第２の制御回路７１では、各二次電池４Ａ〜４Ｄの両端電圧が第２の所定値Ｖth１’に達するまではＬレベルの信号を出力し、第２の所定値Ｖth１’を超えるとＨレベルの信号を出力する（図３（ｅ）参照）。よって、二次電池４Ａ〜４Ｄの両端電圧が第２の所定値Ｖth１’に達するまではＨレベルの充電制御信号が出力され、充電器２の充電制御回路１９が定電流充電を行う（図３（ｇ）参照）。そして、二次電池４Ａ〜４Ｄの両端電圧が第２の所定値Ｖth１’に達すると、第２の制御回路７１の出力がＨレベルとなり（図３（ｅ）参照）、その結果、制御回路７から出力される充電制御信号がＨレベルからＬレベルに変化し、充電制御回路１９が定電流充電から定電圧充電に移行し、さらに、多段定電流充電を行って充電を完了する（図３（ｇ）参照）。

而して、電池温度が相対的に高い場合、電池温度が相対的に低い場合と比較して、充電器２の充電制御回路１９が定電流充電から定電圧充電に切り換える電圧（充電電圧）が低くなるから、過充電による電池寿命の短縮を防ぐことができる。しかも、電池温度が相対的に低い場合は充電電圧を高くすることにより、電池温度が高い場合と比較して二次電池４Ａ〜４Ｄの容量を多くすることができる。

このように本実施形態によれば、制御回路７が、測温素子Ｔｈの検出温度に応じて二次電池４Ａ〜４Ｄの検出電圧と比較する所定値を変化させるので、電池温度に応じて充電電圧が調整されることとなり、その結果、二次電池４Ａ〜４Ｄの容量をできるだけ多くしながら電池寿命の短縮を防ぐことができる。

また、本実施形態では測温素子Ｔｈの電圧降下（検出電圧）を直接制御回路７に取り込むのではなく、抵抗ブリッジ回路と比較器７３を介して、比較器７３の出力として取り込んでいるので、充電電流が流れる際に電源端子（信号端子１３ｃ，１３ｆ）の接触抵抗によって生じる電圧降下の影響が測温素子Ｔｈの検出温度に及ばないために測温素子Ｔｈによる温度検出の精度が向上し、さらに、測温素子Ｔｈによる温度検出を測温用信号端子１４ａ，１４ｃを介して充電器２側でも実行できるため、充電器２に測温素子を設ける必要が無いという利点がある。

ところで、負極側（グランド側）の電源端子５ｂ，１７ｂが接触不良等によってオープン状態となった場合、充電器２のグランドと組電池４のグランドＧｂとの間に、充電器２の電源回路２１の最大出力電圧と組電池４の電池電圧との差分に応じた電位差が生じ、この電位差により測温素子Ｔｈを介して第１の検出回路７ａに逆電圧が印加されてしまう虞がある。しかしながら本実施形態では、測温素子Ｔｈの両端と信号用のグランドＧｓとの間にツェナーダイオードＤ２，Ｄ３を挿入しているので、上述のような逆電圧が第１の検出回路７ａに印加されることを防止できるものである。

尚、図５に示すように測温素子Ｔｈを信号端子１３ｆ，１３ｃの間に接続し、抵抗Ｒ２８を充電器２の信号端子１４ａ，１４ｃ間に接続する構成としても構わない。

１電池パック
４Ａ〜４Ｄ二次電池
７ａ第１の検出回路
７０第１の制御回路
７１第２の制御回路
７２選択回路
７３比較器
Ｔｈ測温素子

Claims

充電器に着脱自在に装着され、充電器によって充電される電池パックであって、複数の二次電池を接続してなる組電池と、組電池の正極並びに負極とそれぞれ接続される一対の電源端子と、前記二次電池の両端電圧を個別に検出し該検出電圧が所定値よりも高いときに充電器に対して充電制御信号を出力する制御回路と、前記充電制御信号を充電器に対して出力する信号端子と、前記組電池の温度を検出する測温素子とを備え、前記制御回路は、前記測温素子の検出温度に応じて前記検出電圧と比較する前記所定値を変化させることを特徴とする電池パック。
前記測温素子は温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタからなり、充電器と接続される一対の測温用信号端子間に接続され、
前記測温用信号端子の一方が信号用のグランドに接続され、制御回路のグランドが組電池のグランドと接続されるとともに、信号用のグランドと組電池のグランドが分離されてなり、
前記一方の測温用信号端子は絶縁回路を介して制御回路と接続されていることを特徴とする請求項１記載の電池パック。
前記絶縁回路は、測温素子を含む抵抗ブリッジ回路と、抵抗ブリッジ回路で計測される測温素子の抵抗値を所定のしきい値と比較する比較器とからなり、
前記制御回路は、前記比較器の比較結果に応じて前記検出電圧と比較する前記所定値を変化させることを特徴とする請求項２記載の電池パック。
前記制御回路は、前記二次電池の両端電圧を個別に検出し該検出電圧が第１の所定値よりも高いときに充電制御信号を出力する第１の制御回路と、前記二次電池の両端電圧を個別に検出し該検出電圧が第１の所定値と異なる第２の所定値よりも高いときに充電制御信号を出力する第２の制御回路と、第１の制御回路が出力する充電制御信号と第２の制御回路が出力する充電制御信号とを比較器の出力に応じて択一的に選択して充電器に対して出力する選択回路とからなることを特徴とする請求項３記載の電池パック。
アノードが前記組電池のグランドに接続されるともとにカソードが前記測温用信号端子に接続された複数のダイオードを備えたことを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載の電池パック。