JP2011015538A - 電池パック、該電池パックを電源として備えたコードレス電動工具、および該電池パックを充電する充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２種類の電圧を出力する電池パック、その電池パックを電源とする工具及びその電池パックを適正に充電できる充電装置を提供する。
【解決手段】 電池パック２００は、第１の電池セル２０１ａのプラス側に接続された第１のプラス端子２０７と、第２の電池セル２０１ｂのプラス側に接続された第２のプラス端子２０８とを有し、電池側マイナス端子２０９との間にそれぞれ１４．４Ｖと１０．８Ｖの電圧を出力する。駆動電圧１４．４Ｖの工具本体２１４は、第１のプラス端子２０７および電池側マイナス端子２０９と接続されて駆動し、駆動電圧１０．８Ｖの工具本体３１３は、第２のプラス端子２０８および電池側マイナス端子２０９と接続されて駆動する。充電装置５００は、電池セル２０１ａと、電池セル２０１ｂ〜２０１ｄとを順次別々に充電するため、電池の斬容量が異なっても均一に充電可能である。
【選択図】図７

Description

本発明は電池パック、その電池パックを電源として備えたコードレス電動工具、およびその電池パックを充電する充電装置に関する。

釘打機やインパクトドライバなどの電動工具において、コードレス電動工具を駆動する電池として更なる高容量化、小型化、軽量化が要望されている。この要望に対して、出力密度が高いリチウムイオン電池を用いた電池パックが商品化され、普及してきている。

このようなコードレス電動工具用の電池パックには様々な種類のものがあり、例えば、電動工具本体のハンドル部に挿入して装着する方式（差し込み方式）や、ハンドル部の下端部にスライドさせることにより装着する方式（スライド方式）がある。このように異なる装着方式の電池パックを、いずれの方式においても使用可能にするため、アダプタを用いて電池パックを電動工具に装着可能にした例がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−７３７９９号公報

上記のようなコードレス電動工具は、対応する電池で駆動した場合にのみ適正に動作するように設計されている。しかし、コードレス電動工具には、様々な電圧帯の電池で駆動するものがあり、同じ種類の工具であっても、様々な電圧の電池を駆動源とする工具が存在している。

例えば、リチウムイオン電池３本（一般にリチウムイオン電池1本の電圧は３．６Ｖであるので、この場合３．６ｘ３＝１０．８Ｖとなる）で駆動するように設計された工具を、リチウムイオン電池4本から成る電池（３．６Ｖｘ４＝１４．４Ｖ）で駆動した場合は、過大なパワーがモータ等に加わるため工具を損傷してしまう可能性がある。このためユーザは、個々の工具毎に適した電池を夫々所持しておく必要があり、利便性を欠くといった問題がある。

このような問題を解決するために、例えば電池パック・工具間において電池種を判別できるような素子と、電流ラインにスイッチング素子を設け、工具の適正動作電圧よりも大きい電圧の電池が装着されたと判別した場合は、スイッチング素子のデューティ比を絞ることによって、過度なパワーをモータ等に加えずに使用するような構成も考えられるが、コスト面や回路設置面積が必要である等のデメリットが考えられる。

そこで本発明は、1つの電池で、駆動電圧の異なる２つの工具のどちらにも対応することができる、安価で構成が簡単な電池パック、コードレス電動工具及び、電池パックに対応した充電装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、直列接続された複数の電池セルと、直列に接続された複数の電池セルの中の最も電位の低い電池セルのマイナス側に接続され基準電位が出力される電池側マイナス端子と、複数の電池セルの中で基準電位に対し最も電位の高い第1の電池セルのプラス側に接続され第1の電位が出力される第１のプラス端子と、複数の電池セルの中で第1の電池セル以外の第２の電池セルのプラス側に接続され第２の電位が出力される第２のプラス端子と、を備えていることを特徴とする電池パックである。

このような構成によると、第１のプラス端子と電池側マイナス端子との間に第１の電位による電位差を発生し、第２のプラス端子と電池側マイナス端子との間に第２の電位による電位差を発生する。

請求項２に記載の発明は、直列接続された複数の電池セルからなる電池組と、電池組のプラス側に接続された第1の端子と、電池組のマイナス側端子に接続された第２の端子と、電池組のうち第1の端子及び第２の端子とは異なる位置に接続された第３の端子を備え、第1の端子と第３の端子とで第1の端子対を形成するとともに、第２の端子と第３の端子とで第２の端子対を形成し、第1の端子対で発生する電圧と第２の端子対で発生する電圧とが異なる電圧に設定されていることを特徴とする電池パックである。

このような構成によると、電池パックは、第1の端子対で発生する電圧または第２の電子対で発生する電圧を出力する。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、電池セルはリチウムイオン電池であることを特徴としている。

このような構成によると、高容量、小型かつ軽量の電池パックとなる。

請求項４に記載の発明は、駆動源となる複数の電池セルが直列接続された電池パックと電池パックが装着される工具本体とを備えた電動工具であって、電池パックは、前記直列に接続された複数の電池セルの中の最も電位の低い電池セルのマイナス側に接続され基準電位が出力される電池側マイナス端子と、複数の電池セルの中で前記基準電位に対し最も電位の高い第1の電池セルのプラス側に接続され第1の電位が出力される第１のプラス端子と、複数の電池セルの中で第1の電池セル以外の第２の電池セルのプラス側に接続され第２の電位が出力される第２のプラス端子と、を有し、工具本体は、コードレス電動工具が適正に駆動する駆動電圧に相当する電位が出力される第１のプラス端子または第２のプラス端子のいずれかに対応する第３のプラス端子と、電池側マイナス端子と接続される工具側マイナス端子と、を有し、工具本体の第３のプラス端子と電池パックの第１のプラス端子または第２のプラス端子とが前記駆動電圧に応じて接続され、前記工具側マイナス端子と前記電池側マイナス端子とが接続されることにより使用されることを特徴とする電動工具である。

このような構成によると、工具本体には、駆動電圧に応じた第３のプラス端子が設けられており、電池パックと接続する際には、駆動電圧に対応する出力が得られる電池パック側の第１のプラス端子または第２のプラス端子と工具本体側の第３のプラス端子とが接続される。

請求項５に記載の発明は、駆動源となる複数の電池セルが直列接続された電池パックと電池パックが装着される工具本体とを備えた電動工具であって、電池パックは、直列接続された複数の電池セルからなる電池組と、電池組のプラス側に接続された第1の端子と、電池組のマイナス側端子に接続された第２の端子と、電池組のうち第1の端子及び第２の端子とは異なる位置に接続された第３の端子を備え、第1の端子と第３の端子とで第1の端子対を形成するとともに、第２の端子と第３の端子とで第２の端子対を形成し、第1の端子対で発生する電圧と第２の端子対で発生する電圧とが異なる電圧に設定されており、工具本体は、第１の端子対または前記第２の端子対のいずれかに対応して接続される本体側端子対を有し、本体側端子を介して電池パックから電力供給を受けることを特徴とする電動工具である。

このような構成によると、工具本体側には、駆動電圧に対応した本体側端子対が設けられており、電池パックの第1の端子対または第２の端子対と接続される。

請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の電池パックの充電を行う充電装置であって、電池パックの第１のプラス端子に接続される第１のプラス充電端子と、電池パックの前記第２のプラス端子に接続される第２のプラス充電端子と、電池パックの電池側マイナス端子に接続される充電側マイナス端子と、電池パックを充電する電力が出力される充電出力プラス端子および充電出力マイナス端子と、充電出力プラス端子に第１のプラス充電端子または第２のプラス充電端子を接続させる第１の切替手段と、第１の切替手段が、充電出力プラス端子と第１のプラス充電端子とを接続している場合には、充電用マイナス端子に第２のプラス充電端子を接続する第１の接続状態とし、第１の切替手段が、充電出力プラス端子と第２のプラス充電端子とを接続している場合には、充電用マイナス端子に充電側マイナス端子を接続する第２の接続状態とする第２の切替手段と、を有することを特徴とする充電装置である。

このような構成によると、まず最も電位の高い側に接続された第１の電池セルが第1の接続状態において充電され、その他の電池セルは、第２の接続状態において充電される。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、第１のプラス端子と第２のプラス端子との間に接続される電池セルのセルあたりの電圧を第１の電池電圧として検出する第１の電池電圧検出手段と、第２のプラス端子と電池側マイナス端子との間に接続される電池セルのセルあたりの電圧を第２の電池電圧として検出する第２の電池電圧検出手段と、をさらに有し、電池パックを充電する際には、第１の接続状態において充電を行った後、第２の電池電圧が第１の電池電圧に達するまで第２の接続状態において充電を行うことを特徴としている。

このような構成によると、電池パック内の各電池セルは、使用状況の履歴に拘わらずセルあたりの電圧が同じになるように充電される。

請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、第１のプラス端子と第２のプラス端子との間に接続される電池セルのセルあたりの電圧を第１の電池電圧として検出する第１の電池電圧検出手段と、第２のプラス端子と電池側マイナス端子との間に接続される電池セルのセルあたりの電圧を第２の電池電圧として検出する第２の電池電圧検出手段と、第１の電池電圧と第２の電池電圧とを比較し、より大きい方を特定する電池電圧比較手段と、をさらに有し、電池電圧比較手段が第１の電池電圧をより大きいと特定した場合には、第２の接続状態において第２の電池電圧が第１の電池電圧に達するまで充電を行った後、所定時間待機し、電池電圧比較手段が第２の電池電圧をより大きいと特定した場合には、第１の接続状態において第１の電池電圧が第２の電池電圧に達するまで充電を行った後、所定時間待機し、所定時間待機した後、第１の接続状態及び第２の接続状態のそれぞれにおいて充電を行うことを特徴としている。

このような構成によれば、電動工具の駆動に使用した直後で電池パックの温度が上昇している場合などに、すべての電池セルの充電前の電圧、温度の条件をそろえてから充電を行うことになる。

請求項９に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、第１の充電端子に電池パックの第１のプラス端子が未接続であることを判別し、未接続信号を出力する電池接続端子判別手段、をさらに有し、未接続信号が出力された場合には、第２の接続状態において充電を行うことを特徴としている。

このような構成によれば、第１のプラス充電端子に対応する第１のプラス端子を備えていない電池パックが接続された場合には、第２のプラス端子と電池側マイナス端子との間に接続された電池セルの充電が行われる。

請求項１０に記載の発明は、請求項２に記載の電池パックの充電を行う充電装置であって、電池パックの第１の端子に接続される第１の充電端子と、電池パックの第２の端子に接続される第２の充電端子と、電池パックの第３の端子に接続される第３の充電端子と、電池パックを充電する電力が出力される充電出力プラス端子および充電出力マイナス端子と、充電出力プラス端子に第１の充電端子または第３の充電端子を接続させる第１の切替手段と、第１の切替手段が、充電出力プラス端子と第１の充電端子とを接続している場合には、充電用マイナス端子に第３の充電端子を接続する第１の接続状態とし、第１の切替手段が、充電出力プラス端子と第３の充電端子とを接続している場合には、充電用マイナス端子に第２の端子を接続する第２の接続状態とする第２の切替手段と、を有することを特徴とする充電装置である。

このような構成によると、第1の接続状態において第１の端子と第３の端子との間に接続された電池セルが所定電圧まで充電され、その他の電池セルは、第２の接続状態において充電される。

請求項１１に記載の発明によれば、請求項１０に記載の発明において、第１の端子と第３の端子との間に接続される電池セルのセルあたりの電圧を第１の電池電圧として検出する第１の電池電圧検出手段と、第３の端子と第２の端子との間に接続される電池セルのセルあたりの電圧を第２の電池電圧として検出する第２の電池電圧検出手段と、をさらに有し、電池パックを充電する際には、第１の接続状態において充電を行った後、第２の電池電圧が第１の電池電圧に達するまで第２の接続状態において充電を行うことを特徴としている。

このような構成によると、電池パック内の各電池セルは、使用状況の履歴に拘わらずセルあたりの電圧が同じになるように充電される。

請求項１２に記載の発明によれば、請求項１０に記載の発明において、第１の端子と第３の端子との間に接続される電池セルのセルあたりの電圧を第１の電池電圧として検出する第１の電池電圧検出手段と、第３の端子と第２の端子との間に接続される電池セルのセルあたりの電圧を第２の電池電圧として検出する第２の電池電圧検出手段と、第１の電池電圧と第２の電池電圧とを比較し、より大きい方を特定する電池電圧比較手段と、をさらに有し、電池電圧比較手段が第１の電池電圧をより大きいと特定した場合には、第２の接続状態において第２の電池電圧が第１の電池電圧に達するまで充電を行った後、所定時間待機し、電池電圧比較手段が第２の電池電圧をより大きいと特定した場合には、第１の接続状態において第１の電池電圧が第２の電池電圧に達するまで充電を行った後、所定時間待機し、所定時間待機した後、第１の接続状態及び第２の接続状態のそれぞれにおいて充電を行うことを特徴としている。

このような構成によれば、電動工具の駆動に使用した直後で電池パックの温度が上昇している場合などに、すべての電池セルの充電前の電圧、温度の条件をそろえてから充電を行うことになる。

請求項１３に記載の発明によれば、請求項１０に記載の発明において、第１の充電端子に電池パックの第１の端子が未接続であることを判別し、未接続信号を出力する電池接続端子判別手段、をさらに有し、未接続信号が出力された場合には、第２の接続状態において充電を行うことを特徴としている。

このような構成によれば、第１の充電端子に対応する第１の端子を備えていない電池パックが接続された場合には、第２の端子対間に接続された電池セルの充電が行われる。

請求項１に記載の電池パックによれば、第１の電位に応じた出力を第１のプラス端子と電池側マイナス端子とにより出力し、第２の電位に応じた出力を第２のプラス端子と電池側マイナス端子とにより出力することができる。

請求項２に記載の電池パックによれば、第１の端子対より出力される電圧と、第２の端子対より出力される電圧とを異なる電圧に設定することにより、複数の出力電圧を出力可能である。

請求項３に記載の電池パックによれば、２種類の出力を高容量、小型、軽量の電池パックにより出力可能である。

請求項４および請求項５に記載のコードレス電動工具によれば、１種類の電池パックを用意すれば、異なる駆動電圧のコードレス電動工具の電源として使用可能となり、使い勝手のよいコードレス電動工具となる。

請求項６および請求項１０に記載の充電装置によれば、異なる駆動電圧のコードレス電動工具に使用されたことによって、各電池セルの容量低下が異なる場合においても、自動的にすべてのセルを充電することが可能になる。

請求項７および請求項１１に記載の充電装置によれば、複数種類の駆動電圧のコードレス電動工具に使用されたことによって各電池セルの容量低下が異なる場合においても、セルあたりの容量が同等となるように充電可能である。

請求項８および請求項１２に記載の充電装置によれば、電動工具を駆動するために使用した直後などに充電を行う場合に、使用した電池と未使用の電池の充電状態をそろえることが可能になり、充電後に電動工具を駆動する際出力や容量が不足することを防止できる。

請求項９に記載の充電装置によれば、第１のプラス充電端子に対応する端子のない電池パックが接続された場合にも充電が可能となる。請求項１３に記載の充電装置によれば、第１の充電端子に対応する端子のない電池パックが接続された場合にも充電が可能となる。

本発明による電池パック、コードレス電動工具、および電池パックを充電する充電装置によれば、駆動電圧の異なるコードレス電動工具を同一の電池パックを用いて駆動することができる。また、電池パックを使用した際、接続したコードレス電動工具本体の駆動電圧の高低によって複数の電池セルの容量がアンバランスに減少している場合にも、常に複数の電池セルをセルあたりの電圧が同等になるように充電することが可能であるとともに、安価で構成が簡単であるという優れた効果を奏し得る。

本発明の一実施形態による出力１４．４Ｖの電池パックと駆動電圧１４．４Ｖの電動工具本体の接続状態を示す図。 本発明の一実施形態による出力１４．４Ｖの電池パックと駆動電圧１０．８Ｖの電動工具本体との接続状態を示す図。 本発明の一実施形態による出力１０．８Ｖの電池パックと対応コードレス電動工具の接続状態を示す図。 本発明の一実施形態による出力１４．４Ｖの電池パックおよび電動工具本体の外観図。 本発明の一実施形態による出力１４．４Ｖの電池パックと出力１０．８Ｖの電池パックの端子配列の比較対照図。 本発明の一実施形態による駆動電圧１４．４Ｖの工具と駆動電圧１０．８Ｖの工具の端子配列の比較対照図。 本発明の一実施の形態による充電装置の回路図。 本発明の一実施の形態による充電装置の充電時における動作を示すフローチャート。 本発明の一実施形態による充電装置において充電時のリレーの設定を説明する図。 本発明の一実施形態による充電装置において充電時のリレーの設定を説明する図。 本発明の一実施形態による充電装置の充電時における動作の変形例を示すフローチャート。 本発明の一実施形態による充電装置の充電時における動作の変形例を示すフローチャート。

本発明の一実施の形態による電池パック、コードレス電動工具、および充電装置について図１から図１０を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施の形態による電池パック２００及び電池パック２００を接続可能なコードレス電動工具本体２１４（以下、単に工具本体２１４という）の回路構成および接続状態を示す図である。電池パック２００は、電圧１４．４ボルト（Ｖ）を出力可能な電池であり、工具本体２１４は、適正に駆動する駆動電圧が１４．４Ｖのコードレス電動工具の本体である。

図１に示すように、電池パック２００は、互いに直列に接続された４本の電池セル２０１ａ〜２０１ｄ（まとめて、電池セル２０１ともいう）、保護ＩＣ２０２、電池電圧判別素子２０３、サーミスタ２０４、過充電検出回路２０５、過放電検出回路２０６により構成されている。入出力端子として、第１のプラス端子２０７、第２のプラス端子２０８、電池側マイナス端子２０９、Ｔ端子２１０、Ｓ端子２１１、Ｏ端子２１２、Ｕ端子２１３を備えている。

第１のプラス端子２０７は、４本の電池セル２０１の中で最も電位の高い側に位置する電池セル２０１ａのプラス側に接続され、第２のプラス端子２０８は、電池セル２０１ａよりも1セル下の電位に位置する電池セル２０１ｂのプラス側に接続され、電池側マイナス端子２０９は、最も電位の低い側に位置する電池セル２０１ｄのマイナス側に接続されている。

電池セル２０１は、例えばリチウムイオン電池であり、一般に１本あたり３．６Ｖの電圧を有するので4本では３．６Ｖｘ４=１４．４Ｖとなる。電池パック２００では、第１のプラス端子２０７と電池側マイナス端子２０９との間に４本の電池セル２０１ａ〜２０１ｄが直列に接続され、１４．４Ｖの電圧を出力する。また、第２のプラス端子２０８と電池側マイナス端子２０９との間には３本の電池セル２０１ｂ〜２０１ｄが直列に接続され、１０．８Ｖの電圧を出力する。

Ｔ端子２１０は、電池電圧判別素子２０３に接続され、後述の充電装置接続時に充電装置側に接続される。Ｓ端子２１１は、サーミスタ２０４に接続され、後述の充電装置接続時に充電装置側に接続される。Ｏ端子２１２は、過充電検出回路２０５に接続され、後述の充電装置接続時に充電装置側に接続される。端子Ｕ２１３は、過放電検出回路２０６に接続されており、後述の工具本体２１４のＵ端子２２０と接続される。

保護ＩＣ２０２は、４本の電池セル２０１のそれぞれプラス端子と、基準電位となる最も電位の低い側に位置する電池セル２０１ｄのマイナス端子とに接続されており、電池セル２０１の個々のセル電圧を監視している。リチウムイオン電池は一般に過電圧、過放電によって電池の性能を損なう可能性があるため、個々の電圧を監視して過電圧、過放電を防ぐ必要がある。保護ＩＣ２０２は、図１おける電池セル４本の中の１本でも所定の電圧以上または所定の電圧以下に達した場合は、所定の信号を出力する。

電池電圧判別素子２０３は、電池パック２００においては、出力電圧１４．４Ｖの電池であることが判別できるような所定の抵抗値を持つ抵抗である。サーミスタ２０４は、電池温度を検出するための感温素子であり、電池セル２０１の近傍に設けられている。電池電圧判別素子２０３およびサーミスタ２０４は工具本体２１４使用時には使用せず、後述する充電時に使用するものであり、詳細は充電動作の説明時において説明する。

過充電検出回路２０５は、保護回路２０２において、電池セル２０１の中の一つでも過電圧であると判断される所定の電圧以上に達した場合に、保護回路２０２から出力される信号を検出するための過充電信号検出回路である。但し過充電検出回路２０５は工具本体２１４使用時には使用せず、後述する充電時に使用するものであり、詳細は充電動作の説明時において説明する。過放電検出回路２０６は、保護回路２０２において、電池セル２０１の中の一つでも過放電であると判断される所定の電圧以下に達した場合に、保護回路２０２から出力される信号を検出するための過放電信号検出回路である。過放電時に保護回路２０２において出力された信号は、過放電検出回路２０６からＵ端子２１３を介して出力される。

工具本体２１４は、適正に駆動する駆動電圧が１４．４Ｖの電動工具であり、電池パック２００と接続されて駆動される。工具本体２１４は、モータ２１５、トリガスイッチ２１６、ＦＥＴ２１７、プラス端子２１８、工具側マイナス端子２１９、Ｕ端子２２０を備えている。モータ２１５は、トリガスイッチ２１６に接続されており、工具本体２１４の動力源となるモータである。トリガスイッチ２１６は、プラス端子２１８とＦＥＴ２１７のドレインとの間に接続され、ユーザがこのスイッチを操作するとモータ２１５と電池パック２００との電気的接続がオンオフされ、工具本体２１４の動作をオンオフするように構成されている。ＦＥＴ２１７は、ドレインがトリガ２１６に接続され、ソースが工具側マイナス端子２１９に接続され、ゲートがＵ端子２２０に接続され、Ｕ端子２２０に入力される信号に応じてオンオフするスイッチである。

電池パック２００との接続時には、プラス端子２１８は、電池パック２００の第１のプラス端子２０７に接続され、工具側マイナス端子２１９は電池側マイナス端子２０９に接続され、Ｕ端子２２０は、電池パック側のＵ端子２１３と接続される。

ここでＵ端子２２０は上述したように電池パック２００のＵ端子２１３と接続され、電池パック２００の保護回路２０２において過放電が検出された際に出力された信号が、過放電検出回路２０６及びＵ端子２１３、２２０を介して工具本体２１４内のＦＥＴ２１７のゲートに印加され、ＦＥＴ２１７をオフにすることによってモータ２１５と電池パック２００との電気的接続を遮断する。

図１に示すように、工具本体２１４のプラス端子２１８と工具側マイナス端子２１９とは、第１のプラス端子２０７と電池側マイナス端子２０９とそれぞれ同時に接続可能な配置になっており、工具本体２１４と電池パック２００とを接続すると、工具本体２１４のプラス端子２１８と工具側マイナス端子２１９との間に電池パック２００が出力する電池電圧１４．４Ｖが印加され、工具本体２１４が駆動される。また、電池パック２００において保護ＩＣ２０２により過放電が検出されると、Ｕ端子２１３、２２０を介して工具本体２１４内のＦＥＴ２１７のゲートに信号が印加されオフすることにより、放電ラインが電気的に遮断されるような構成になっている。

次に、図２を参照しながら、本発明の一実施の形態による電池パック２００に、適正に駆動する駆動電圧が１０．８Ｖの工具本体３１３を接続する場合について説明する。図２に示すように、工具本体３１３は、駆動電圧１０．８Ｖの電動工具本体であるが、出力電圧１４．４Ｖとすることが可能な電池パック２００と接続することにより駆動することができる。

図２に示すように、工具本体３１３は、モータ３１４、トリガスイッチ３１５、ＦＥＴ３１６、プラス端子３１７、工具側マイナス端子３１８、Ｕ端子３１９を備えている。モータ３１５は、トリガスイッチ３１５に接続され、工具本体３１３の動力源となるモータである。トリガスイッチ３１５は、プラス端子３１７とＦＥＴ３１６のドレインとの間に接続され、ユーザがこのスイッチを操作するとモータ３１４と電池パック２００との電気的接続がオンオフされ、工具本体３１３の動作をオンオフするように構成されている。ＦＥＴ３１６は、ドレインがトリガ３１５に接続され、ソースが端子３１８に接続され、ゲートがＵ端子３１９に接続され、Ｕ端子３１９に入力される信号に応じてオンオフするスイッチである。

電池パック２００との接続時には、プラス端子３１７は、電池パック２００の第２のプラス端子２０８に接続され、工具側マイナス端子３１８は電池側マイナス端子２０９に接続され、Ｕ端子３１９は、電池パック側のＵ端子２１３と接続される。

ここでＵ端子３１９は上述したように電池パック２００のＵ端子２１３と接続され、電池パック２００の保護回路２０２において過放電が検出された際に出力された信号が、過放電検出回路２０６及びＵ端子２１３、３１９を介して工具本体３１３内のＦＥＴ３１６のゲートに印加され、ＦＥＴ３１６をオフにすることによってモータ３１４と電池パック２００との電気的接続を遮断する。

図２に示すように、工具本体３１３のプラス端子３１７と工具側マイナス端子３１８とは、第２のプラス端子２０８と電池側マイナス端子２０９とそれぞれ同時に接続可能な配置になっており、工具本体３１３と電池パック２００とを接続すると、工具本体３１３のプラス端子３１７と工具側マイナス端子３１８との間に電池パック２００が出力する電池電圧１０．８Ｖが印加され、駆動電圧１０．８Ｖで工具本体３１３が駆動される。また、電池パック２００において保護ＩＣ２０２により過放電が検出されると、Ｕ端子２１３、３１９を介して工具本体３１３内のＦＥＴ３１６のゲートに信号が印加されオフすることにより、放電ラインが電気的に遮断されるような構成になっている。

次に、工具本体３１３に、出力１０．８Ｖ専用の電池パック３００を接続する例について、図３、図４を参照しながら説明する。図３に示すように、電池パック３００は、互いに直列に接続された３本の電池セル３０１ａ〜３０１ｃ（まとめて、電池セル３０１ともいう）、保護ＩＣ３０２、電池電圧判別素子３０３、サーミスタ３０４、過充電検出回路３０５、過放電検出回路３０６により構成されている。入出力端子として、電池側プラス端子３０７、電池側マイナス端子３０８、Ｔ端子３０９、Ｓ端子３１０、Ｏ端子３１１、Ｕ端子３１２を備えている。

電池パック３００では、電池側プラス端子３０７と電池側マイナス端子３０８との間に３本の電池セル３０１ａ〜３０１ｃが直列に接続されている。電池側プラス端子３０７は、３本の電池セル３０１の中で最も電位の高い側に位置する電池セル３０１ａのプラス側に接続され、電池側マイナス端子３０８は、最も電位の低い側に位置する電池セル３０１ｃのマイナス側に接続されている。電池セル３０１は、例えばリチウムイオン電池であり、一般に１本あたり３．６Ｖの電圧を有するので３本では３．６Ｖｘ３=１０．８Ｖの出力電圧となる。

Ｔ端子３０９は、電池電圧判別素子３０３に接続され、後述の充電装置接続時に充電装置側に接続される。Ｓ端子３１０は、サーミスタ３０４に接続され、後述の充電装置接続時に充電装置側に接続される。Ｏ端子３１１は、過充電検出回路３０５に接続され、後述の充電装置接続時に充電装置側に接続される。端子Ｕ３１２は、過放電検出回路３０６に接続されており、工具本体３１３のＵ端子３１９と接続される。

保護ＩＣ３０２は、３本の電池セル３０１のそれぞれプラス端子と、基準電位となる最も電位の低い側に位置する電池セル３０１ｃのマイナス端子とに接続されており、電池セル３０１の個々の電圧を監視している。リチウムイオン電池は一般に過電圧、過放電によって電池の性能を損なう可能性があるため、個々の電圧を監視して過放電を防ぐ必要がある。保護ＩＣ３０２は図３おける電池セル３本の中の１本でも所定の電圧以上または所定の電圧以下に達した場合は所定の信号を出力する。

電池電圧判別素子３０３は、電池パック３００においては、出力電圧１０．８Ｖの電池であることが判別できるような所定の抵抗値を持つ抵抗である。サーミスタ３０４は、電池温度を検出するための感温素子であり、電池セル３０１の近傍に設けられている。電池電圧判別素子３０３およびサーミスタ３０４は工具本体３１３使用時には使用せず、充電時に使用するものである。

過充電検出回路３０５は、保護回路３０２において、電池セル３０１の中の一つでも過電圧であると判断される所定の電圧以上に達した場合に、保護回路３０２から出力される信号を検出するための過充電信号検出回路である。但し過充電検出回路３０５は工具本体３１３使用時には使用せず、充電時に使用するものである。過放電検出回路３０６は、保護回路３０２において、電池セル３０１の中の一つでも過放電であると判断される所定の電圧以下に達した場合に、保護回路３０２から出力される信号を検出するための過放電信号検出回路である。過放電時に保護回路３０２において出力された信号は、過放電検出回路３０６からＵ端子２１３を介して出力される。

図３に示したように、工具本体３１３のプラス端子３１７と工具側マイナス端子３１８とは、電池パック３００の電池側プラス端子３０７と電池側マイナス端子３０８とそれぞれ同時に接続可能な配置になっており、工具本体３１３と電池パック３００とを接続すると、工具本体３１３のプラス端子３１７と工具側マイナス端子３１８との間に電池パック３００が出力する電池電圧１０．８Ｖが印加され、駆動電圧１０．８Ｖで工具本体３１３が駆動される。また、電池パック３００において保護ＩＣ３０２により過放電が検出されると、Ｕ端子３１３、３１９を介して工具本体３１３内のＦＥＴ３１６のゲートに信号が印加されオフすることにより、放電ラインが電気的に遮断されるような構成になっている。

上記のような電池パック３００と工具本体３１３は、例えば図４に示すような外観となっている。電池パック３００は、内部に図示せぬ電池セル３０１が設置されており、外部上面に工具及び充電装置と接続するための端子３０７〜３１２を備えている。工具本体３１３の下面には、図示せぬ端子３１７〜３１９が設けられており、工具本体３１３の下部に電池パック３００を取り付け、端子３１７〜３１９と端子３０７〜３１２とを接続させることにより、電池パック３００を電源として工具本体３１３を駆動する。

なお、図１、図２に示した電池パック２００の工具との装着部（端子などの形状）は、電池パック３００と同様の構造をしているものとする。よって、１４．４Ｖの電圧を出力可能な電池パック２００を、図２に示したように１０．８Ｖの工具本体３１３に装着することができる。すなわち、電池パック２００は、図１および図２を参照して説明したように、駆動電圧が１４．４Ｖの工具本体４１２と接続可能であるとともに、駆動電圧１０．８Ｖの工具本体３１３とも接続可能である。逆に、駆動電圧１０．８Ｖの工具本体３１３は、１４．４Ｖの電圧を出力可能な電池パック２００、出力１０．８Ｖ専用の電池パック３００のいずれによっても駆動が可能である。また、電池パック２００と電池パック３００とは、同じ充電装置に接続が可能であることになる。

ここで、図５を参照しながら、電池パック２００と電池パック３００との端子配列の一例について比較説明するとともに、図６を参照しながら工具本体２１４と工具本体３１３との端子配列の一例について比較説明する。

図５に示すように、出力１４．４Ｖの電池パック２００と、出力１０．８Ｖの電池パック３００とは、電池側マイナス端子２０９、３０８、Ｔ端子２１０、３０９、Ｓ端子２１１、３１０、Ｏ端子２１２、３１１、U端子２１３、３１２の位置が対応して同じ位置にある。また、電池パック２００の第２のプラス端子２０８、すなわち１０．８Ｖ電池に相当する電圧を出力する端子は、電池パック３００の電池側プラス端子３０７と同じ位置にある。一方、電池パック２００の第１のプラス端子２０７、すなわち１４．４Ｖ電池に相当する電圧を出力する端子は、電池パック３００のいずれの端子とも対応しない位置にある。

図６に示すように、駆動電圧１４．４Ｖの工具本体２１４と駆動電圧１０．８Ｖの工具本体３１３の端子配列においては、電池側マイナス端子２１９、３１８、U端子２２０、３１９の位置は対応して同じ位置にある。工具本体２１４のプラス端子２１８と、工具本体３１３のプラス端子３１７に位置においては、互いにいずれの端子とも対応しない位置にある。

以上のように、図４に示したような電池パック２００および電池パック３００の工具及び充電器への装着部の外観が同一形状であるという条件の下で、図５及び図６に示したような電池パック２００、３００及び工具本体２１４、３１３の端子配列にすれば、図１および図２を参照して説明したように、１４．４Ｖの出力が可能な電池パック２００は、駆動電圧１４．４Ｖの工具本体２１４を駆動するために使用できるとともに、駆動電圧１０．８Ｖの工具本体３１３にも使用することができる。

しかし、図２に示したように、電池パック２００で駆動電圧１０．８Ｖの工具本体３１３を動作させた場合、電池セル２０１の4セル中電池セル２０１ａは使用されないので、他の３セルと電圧がアンバランス状態になってしまう。このため充電装置においては、そのアンバランスを補正するような形で充電を行う必要がある。

以下、図７を参照しながら、複数の電池セルの使用状態がアンバランスになっている場合にもそれを補正する形での充電が可能な充電装置について説明する。

図7は、本発明の一実施形態による充電装置５００の回路図である。充電装置５００には、交流電源１が接続されて電力を供給されており、整流平滑回路１０、スイッチング回路２０、整流平滑回路３０、充電電圧制御回路１００、電流ライン切替回路８を備え、マイコン５０に動作を制御されながら出力側に接続された二次電池の充電を行う。また、マイコン５０などの電源となる電源４０を備えるとともに、電流検出用抵抗３、充電電流制御回路６０、充電電流設定回路７０、電池温度検出回路８０、電池電圧検出回路９０、表示回路７、フォトカプラ４、５、電池種判別抵抗９を有している。

図７は、電池パック２００の充電を行う場合の例である。電池パック２００については図１および図２における電池パック２００の構成と同一であるので、同一符号を付し説明を省略する。

整流平滑回路１０は、全波整流回路１１と平滑用コンデンサ１２からなり、交流電源１から入力された交流を整流および平滑する。スイッチング回路２０は、高周波トランス２１、ＭＯＳＦＥＴ２２、ＰＷＭ制御ＩＣ２３からなる。ＰＷＭ制御ＩＣ２３はＭＯＳＦＥＴ２２の駆動パルス幅を変えて整流平滑回路３０の出力電圧を調整するスイッチング電源ＩＣである。整流平滑回路３０は、ダイオード３１、平滑コンデンサ３２、放電用抵抗３３からなり、高周波トランス２１の出力を整流平滑する。電流検出用抵抗３は、整流平滑回路３０のマイナス側と基準電位との間に接続され、充電電流を検出している。

充電電圧制御回路１００は、ポテンショメータ１０１、抵抗１０２、１０５、１０８、１０９、１１０、ＦＥＴ１０７、コンデンサ１０３、シャントレギュレータ１０４、整流ダイオード１１１から構成される。整流平滑回路３０の出力側に、ポテンショメータ１０１と抵抗１０５とが互いに直列に接続されている。抵抗１０６の入力側はポテンショメータ１０１の出力側に接続され、出力側はＦＥＴ１０７のドレインに接続されている。ＦＥＴ１０７のソースは基準電位に接続され、ゲートには基準電位との間に抵抗１０８が接続されるとともに、抵抗１０９を介してマイコン５０の出力ポート５１ｂに接続されている。ポテンショメータ１０１の出力側には、コンデンサ１０３、抵抗１０２、抵抗１１０、ダイオード１１１が互いに直列に接続され、さらにフォトカプラ５に接続されている。抵抗１１０と抵抗１０２との接続点は、シャントレギュレータ１０４を介して基準電位に接続されている。

充電電圧は、ポテンショメータ１０１と、抵抗１０５及び抵抗１０６との分圧値が、シャントレギュレータ１０４の基準値となるように定められる。例えば、ポテンショメータ１０１と、抵抗１０５とで定められる値は1セルのリチウムイオン電池を充電するための値とし、抵抗１０５と抵抗１０６の並列抵抗（ＦＥＴ１０７をオンさせることによる並列抵抗）とで定められる値は３セルのリチウムイオン電池を充電するための値と定める。

電流ライン切替回路８は、電圧制御回路の出力側に設けられ電池パックへ出力する電流ラインを切替えるためのリレーであり、第１リレー８ａ、第２リレー８ｂ、逆起電力防止用のダイオード８ｃ、８ｄから構成される。第１リレー８ａ及び第２リレー８ｂには共に２つの接点８ａ―１、８ａ―２、８ｂ−２、８ｂ−２があり、マイコン５０の出力ポート５１ｂからの信号により、充電電力が出力される充電出力プラス端子８ａ―３、充電出力マイナス端子８ｂ−３との接続を切替えることができる。リレー８ａ、８ｂの動作条件については後述する。

電源４０は、トランス４１ａ〜４１ｃ、スイッチング素子４２、制御素子４３、整流ダイオード４４、コンデンサ４５、４７、レギュレータ４６、リセットＩＣ４８からなりマイコン５０やオペアンプ６１、６５の電源となる所定電圧Ｖｃｃを出力する。

マイコン５０は、出力ポート５１ａ、５１ｂ、Ａ／Ｄ入力ポート５２、リセットポート５３から構成され、充電装置５００の動作を制御する。

充電電流設定回路７０は、抵抗７１、７２、７３から構成される。基準電圧Ｖｃｃを抵抗７１、７２、７３によって分圧した値を、充電電流を設定する際の基準値として充電電流制御回路６０のオペアンプ６５の非反転出力端子に入力している。

充電電流制御回路６０は、オペアンプ６１、６５、抵抗６２、６３、６４、６６、６７、ダイオード６８からなり、充電電流を検出している電流検出用抵抗３による電圧値と電流設定回路７０からの信号に応じて出力される信号を、フォトカプラ５を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還することにより充電電流を制御する回路である。

フォトカプラ５は、電圧制御回路１００および充電電流制御回路６０から出力される信号をＰＷＭ制御ＩＣ２３に帰還する充電制御信号伝達手段である。

温度検出回路８０は、電池温度を検出する回路であり、抵抗８１、８２から構成される。基準電圧Ｖｃｃは電池パック２００内のサーミスタ２０４と抵抗８２との並列抵抗と、抵抗８１とにより分圧され、その値がマイコン５０のＡ／Ｄポート５２に電池温度情報として入力される。

電池電圧検出回路９０は、抵抗９１、９２から構成される。充電プラス端子８ａ―３における電圧は抵抗９１、９２によって分圧され、その値がマイコン５０のＡ／Ｄポート５２に電池電圧情報として入力される。

電池種判別抵抗９は、電池パック２００のＳ端子２１１と接続されている。電圧Ｖｃｃを電池パック２００の電池電圧種毎に定められた抵抗である電池電圧判別素子２０３と電池種判別抵抗９とで分圧した値がマイコン５０のＡ／Ｄポート５２に入力され、その値に基づいてマイコン５０は電池セル２０１の電池種を判別する。

マイコン５０のＡ／Ｄポート５２には、電池パック２００の保護回路２０２からの信号が、過充電検出回路２０５およびＯ端子２１を介して入力されている。マイコン５０は、保護回路２０２からの信号に基づき、充電の有無を判断する。

フォトカプラ４は、マイコン５０の出力ポート５１に接続されており、マイコン５０からの信号により充電の開始および停止を制御する信号をＰＷＭ制御ＩＣＩＣ２３に伝達する。

表示回路7は、充電の状態を表示するための表示手段であり、ＬＥＤ７ａ、抵抗７ｂ、７ｃから構成される。マイコン５０の出力ポート５１ａから抵抗７ｂにハイ信号を出力すると、ＬＥＤ７ａは赤点灯し、マイコン５０の出力ポート５１ａから抵抗７ｃにハイ信号を出力すると、ＬＥＤ７ａは緑点灯し、マイコン５０の出力ポート５１ａから抵抗７ｂ、７ｃ両方にハイ信号を出力するとＬＥＤ７ａは橙に点灯する。本実施の形態による充電回路５００おいては、充電前はＬＥＤ７ａを赤点灯させ、充電中は橙点灯させ、充電終了後は緑点灯させるものとする。

以上のように構成された充電回路５００の動作について、図７から図１０を参照しながら説明する。図８は、本発明の一実施形態による充電回路５００の動作を示すフローチャートである。図８では、充電回路５００に４セルの電池パック２００が接続されている状態を示している。

電池実装前においては、表示回路７の表示は赤点灯である（ステップ８０１）。ステップ８０２において、電池が実装されたか否かを判別する。電池の実装は、電池温度検出手段８０、電池種判別抵９、電池電圧検出回路９０の出力により判別する。ステップ８０２において電池が実装されたと判別した場合は、電池種判別回路９によって電池種（セル数）の判別を行う（ステップ８０３）。本実施形態においては３セルと４セルの電池を充電することができるものとする。

セル数が４セルであると判別した場合は（ステップ８０４）、図９に示すように、リレー８ａは端子８ａ―３との接続を接点８ａ−１側に、リレー８ｂは端子８ｂ−３との接続を接点８ｂ−１側にし、１セルの電池セル２０１ａを充電するための設定にする（ステップ８０５）。このとき、リレー８ａ、８ｂはマイコン５０の出力ポート５１ｂと接続されており、接点の設定は、マイコン５０の出力ポート５１ｂからの信号によって行われるように構成されている。本実施形態においては、例えばリレー８ａに接続されたマイコン５０の出力ポート５１ｂからハイ信号を出力することによって、端子８ａ―３と接点８ａ−１とが接続され、リレー８ｂに接続されたマイコン５０の出力ポート５１ｂからハイ信号を出力することによって、端子８ｂ―３と接点８ｂ−１とが接続されるものとする。

ステップ８０５においてリレーの設定を行った後は、充電電圧を１セルの電池の充電を行うための設定にする（ステップ８０６）。１セルの電池の充電を行うための充電電圧の設定は、ＦＥＴ１０７をオフさせることによって行う。ＦＥＴ１０７をオフさせる制御は、抵抗１０９に接続されたマイコン５０の出力ポート５１ｂからロー信号を出力することによって行う。１セルの電池の充電を行うための電圧設定値としては、例えば４．２０Vに設定すればよい。

本実施形態においては、４セルの電池パック２００は、4セル対応の工具（１４．４Ｖ対応の工具本体２１４）と３セル対応の工具（１０．８Ｖ対応の工具本体３１３）のどちらの工具にも使用することができるので、使用状況によっては、4セルの中の３セルと、他の1セルがアンバランス状態になっている可能性がある。そこで、まず１セルについてある所定の条件で充電を行い、その後、残りの３セルについてはじめの１セルで行った充電の条件と同じ条件で充電を行えばアンバランスを解消することができる。

次に、充電を開始すべく出力ポート５１ａにおけるフォトカプラ４に接続されたポートからロー信号を出力し、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を稼動状態にする(ステップ８０７)。また、充電中の表示回路７の表示は橙点灯である（ステップ８０８）。続いて、充電中の１セルの電池が満充電か否かを判別する（ステップ８０９）。充電中においては、電流検出用抵抗３によって検出された電位をオペアンプ６１によって反転増幅し、マイコン５０のＡ／Ｄポート５２に取込むことにより充電電流を監視する。本実施形態においては、定電流・定電圧充電を行うので、定電圧区間における充電電流がある所定値以下に達した場合を満充電であると判別するものとする。

ステップ８０９において満充電であると判別した場合は、出力ポート５１ａにおけるフォトカプラ４に接続されたポートからハイ信号を出力し、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を一旦停止状態にする（ステップ８１０）。

次に、充電した１セル以外の残りの３セルを充電すべく、図１０に示すように、リレー８ａは端子８ａ―３との接続を接点８ａ−２側に、リレー８ｂは端子８ｂ−３との接続を接点８ｂ−２側にし、３セルの電池セル２０１ｂ〜２０１ｄを充電するための設定にする（ステップ８１１）。リレーの接点の設定は、マイコン５０の出力ポート５１ｂからの信号によって行われるものとする。本実施形態においては、例えばリレー８ａに接続されたマイコン５０の出力ポート５１ｂからロー信号を出力することによって、端子８ａ―３が接点８ａ―２に接続され、リレー８ｂに接続されたマイコン５０の出力ポート５１ｂからロー信号を出力することによって、端子８ｂ―３が接点８ｂ−２に接続されるものとする。

ステップ８１１においてリレー８ａ、８ｂの設定を行った後は、充電電圧を３セルの電池の充電を行うための設定にする（ステップ８１２）。３セルの電池の充電を行うための充電電圧の設定は、ＦＥＴ１０７をオンさせることによって行う。ＦＥＴ１０７をオンさせる制御は、抵抗１０９に接続されたマイコン５０の出力ポート５１ｂからハイ信号を出力することによって行う。３セルの電池の充電を行うための電圧設定値は、先述した１セルの電池の充電を行う時に設定した値とセルあたりの電圧が同じになるように設定する。本実施形態においては、１セルあたりの電圧で４．２０Vに設定したので、３セルの電池の充電に対して４．２Ｖｘ３セル=１２．６Vに設定すればよい。

次に、充電を再開すべく出力ポート５１ａにおけるフォトカプラ４に接続されたポートからロー信号を出力し、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を稼動状態にする(ステップ８１３)。続いて充電中の３セルの電池セル２０１ｂ〜２０１ｄが満充電か否かを判別する（ステップ８１４）。充電中において、電流検出用抵抗３によって検出された電位をオペアンプ６１によって反転増幅し、マイコン５０のＡ／Ｄポート５２に取込むことにより充電電流を監視している。本実施形態においては、定電流・定電圧充電を行うので、定電圧区間における充電電流がある所定値以下に達した場合を満充電であると判別するものとする。この満充電であると判別する充電電流の所定値は、ステップ８０９で１セルの電池セル２０１ａの充電時において満充電であると判別した充電電流の値と同じ値であるものとする。

ステップ８０９において満充電であると判別した場合は、出力ポート５１ａにおけるフォトカプラ４に接続されたポートからハイ信号を出力し、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を停止状態にする（ステップ８１５）。また、充電終了後の表示回路７の表示は緑点灯である（ステップ８１６）。

ステップ８０４において４セルの電池ではなくて、３セルの電池であると判別した場合はステップ８１８〜８２２の処理を行う。３セルの電池とは、例えば電池パック３００等である。ステップ８１８〜８２０の処理はステップ８１１〜８８１３の処理と実質的に同じであり、リレー８ａ、８ｂを図１０の接続状態とし(ステップ８１８)、充電電圧を３セルの充電を行う場合の設定にして(ステップ８１９)、充電を開始する（ステップ８２０）。このとき、表示回路７の表示は、橙点灯である（ステップ８２１）。満充電を検出すると（ステップ８２２）ステップ８１５へ進み、充電を終了する。その後、電池が充電器から抜けた場合（ステップ８１７）は、ステップ８０１に戻る。

上記のような充電方法によれば、例えば４本の電池セル２０１ａ〜２０１ｄを直列に接続した電池パック２００において、そのうちの電池セル２０１ｂ〜２０１ｄの３本のみを使用して容量がアンバランスになっている時にも、先ず１本の電池セル２０１ａを充電し、満充電になった後にセルあたりの電圧が同一になるように電池セル２０１ｂ〜２０１ｄを充電するので、電池の使用状況がセル毎に異なる場合にも均一に充電することができる。また、同じ充電装置５００を用いて、３本の電池セルを備えた例えば電池パック３００を充電することもできる。

なお、上記の充電方法においては、先ず電池セル２０１ａを充電し、その後３セルの電池セル２０１ｂ〜２０１ｄを充電するようにしたが、先に電池セル２０１ｂ〜２０１ｄを充電した後に電池セル２０１ａを充電するようにしてもよい。また、電池パックのセル数を判別し、充電制御をおこなっているが、充電開始前、電池パックを接続した際の接点８ａ―１の電位を監視するなどの方法で、電池パック側に第１のプラス端子が備えられているか否かを判別するようにしてもよい。

次に、充電装置５００による充電方法の変形例について、図１１、図１２を参照しながら説明する。電池パックをコードレス電動工具に接続して作業を行うと、電池パックの温度が上昇している場合が多い。このような電池パックを充電装置に接続して充電を行う際、特に複数のセルの中で使用された電池セルと未使用な電池セルとがあるような場合、電池セルの温度や初期電圧が異なることにより、同一の充電条件で充電を行っても同一の充電状態とならないなどといった問題が生ずることがある。本変形例は、このような問題を解決するための方法の一例である。なお、充電回路５００に４セルの電池が接続されている場合には、電池パック２００が接続されているものとする。

図１１、図１２は、本実施の形態による充電回路５００の動作の変形例を示すフローチャートである。電池実装前においては、表示回路７の表示は赤点灯である（ステップ９０１）。ステップ９０２において、電池が実装されたか否かを判別する。電池の実装は、電池温度検出手段８０、電池種判別抵抗９、電池電圧検出回路９０の出力により判別する。ステップ９０２において電池が実装されたと判別した場合は、セル数を検出する(ステップ９０３)。セル数は、電池種判別抵抗９および電池電圧検出回路９０の出力により検出する。

セル数が４セルであると判別した場合(ステップ９０４：ＹＥＳ)、図１０に示すように、リレー８ａは端子８ａ―３との接続を接点８ａ−２側に、リレー８ｂは端子８ｂ−３との接続を接点８ｂ−２側にし、３セルの電池セル２０１ｂ〜２０１ｄを充電する場合の設定にする（ステップ９０５）。このとき、電池電圧検出回路９０の出力によりセルあたりの電圧を検出し、記憶する(ステップ９０６)。

続いて、図９に示すように、リレー８ａは端子８ａ―３との接続を接点８ａ−１側に、リレー８ｂは端子８ｂ−３との接続を接点８ｂ−１側にし、１セルの電池セル２０１ａを充電する場合の設定にする（ステップ９０７）。このとき、電池電圧検出回路９０の出力により、電池セル２０１ａの電圧を検出し、記憶する(ステップ９０８)。

ステップ９０６において記憶した３本の電池セル２０１ｂ〜２０１ｄのセルあたりの電圧が、ステップ９０８において記憶した電池セル２０１ａの電圧よりも大きいか否かを判別し(ステップ９０９)、大きい場合にはステップ９１０に進む。

ステップ９１０では、図９に示すように、リレー８ａは端子８ａ―３との接続を接点８ａ−１側に、リレー８ｂは端子８ｂ−３との接続を接点８ｂ−１側にし、１セルの電池セル２０１ａを充電する場合の設定にする。ステップ９１０においてリレー８ａ、８ｂの設定を行った後は、充電電圧を１セルの電池の充電を行うための設定にする（ステップ９１１）。1セルの電池の充電を行うための充電電圧の設定は、ＦＥＴ１０７をオフさせることによって行う。1セルの電池の充電を行うための電圧設定値は、例えば４．２０Vの電圧に設定すればよい。

次に、充電を開始すべく出力ポート５１ａにおけるフォトカプラ４に接続されたポートからロー信号を出力し、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を稼動状態にする(ステップ９１２)。このとき、表示回路７の表示は橙点灯である(ステップ９１３)。続いて充電中の1セルの電池セル２０１ａの電圧が、ステップ９０６で記憶した電池セル２０１ｂ〜２０１ｄのセルあたりの電圧に達したか否かを判別する(ステップ９１４)。達した場合には、出力ポート５１ａにおけるフォトカプラ４に接続されたポートからハイ信号を出力し、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を停止状態にすることにより、一旦充電を終了する（ステップ９１５）。ここで、電池温度を下げるため、所定時間待機する。所定時間が経過すると、図１２の段階Ａへ進む(ステップ９１６)。

ステップ９０６において記憶した３本の電池セル２０１ｂ〜２０１ｄのセルあたりの電圧が、ステップ９０８において記憶した電池セル２０１ａの電圧よりも小さい場合（ステップ９０９：ＮＯ）には、ステップ９１７に進む。

ステップ９１７では、図１０に示すように、リレー８ａは端子８ａ―３との接続を接点８ａ−２側に、リレー８ｂは端子８ｂ−３との接続を接点８ｂ−２側にし、３セルの電池セル２０１ｂ〜２０１ｄを充電するための設定にする（ステップ９１８）。３セルの電池の充電を行うための充電電圧の設定は、ＦＥＴ１０７をオンさせることによって行う。３セルの電池の充電を行うための電圧設定値は、例えば４．２０ｘ３＝１０．８Vの電圧に設定すればよい。

次に、充電を開始すべく出力ポート５１ａにおけるフォトカプラ４に接続されたポートからロー信号を出力し、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を稼動状態にする(ステップ９１９)。このとき、表示回路７の表示は橙点灯である(ステップ９２０)。続いて充電中の電池セル２ｂ〜２ｄのセルあたりの電圧が、ステップ９０８で記憶した電池セル２０１ａの電圧に達したか否かを判別する(ステップ９２１)。達した場合には、ステップ９１５に進み、一旦充電を終了する。

ステップ９０４において、４セルの電池ではなくて、３セルの電池であると判別した場合はステップ９２２〜９２６の処理を行う。ステップ９２２〜９２５の処理はステップ９１７〜９２０の処理と同じであるため、説明を省略する。

充電開始後は、充電中の３セルの電池が満充電か否かを判別する（ステップ９２６）。充電中においては、電流検出用抵抗３によって検出された電位をオペアンプ６１によって反転増幅し、マイコン５０のＡ／Ｄポート５２に取込むことにより充電電流を監視する。本実施形態においては、定電流・定電圧充電を行うので、定電圧区間における充電電流がある所定値以下に達した場合を満充電であると判別するものとする。ステップ９２６において満充電であると判別した場合は、図１２の段階Ｂにすすむ。

続いて、図１２のフローチャートによる動作ついて説明する。ステップ９１６の後、図１０に示すように、リレー８ａは端子８ａ―３との接続を接点８ａ−２側に、リレー８ｂは端子８ｂ−３との接続を接点８ｂ−２側にし、３セルの電池セル２０１ｂ〜２０１ｄを充電するための設定にする（ステップ９３０）。

ステップ９３０においてリレーの設定を行った後は、充電電圧を３セルの電池の充電を行うための設定にする（ステップ９３１）。３セルの電池の充電を行うための充電電圧の設定は、ＦＥＴ１０７をオンさせることによって行う。３セルの電池の充電を行うための電圧設定値としては、例えばセルあたりの電圧で４．２０V、すなわち３セルの電池の充電に対して４．２Ｖｘ３セル=１２．６Vに設定すればよい。

次に、充電を再開すべく出力ポート５１ａにおけるフォトカプラ４に接続されたポートからロー信号を出力し、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を稼動状態にする(ステップ９３２)。続いて、充電中の３セルの電池が満充電か否かを判別する（ステップ９３３）。充電中においては、電流検出用抵抗３によって検出された電位をオペアンプ６１によって反転増幅し、マイコン５０のＡ／Ｄポート５２に取込むことにより充電電流を監視する。本変形例においては、定電流・定電圧充電を行うので、定電圧区間における充電電流がある所定値以下に達した場合を満充電であると判別するものとする。

ステップ９３３において満充電であると判別した場合は、出力ポート５１ａにおけるフォトカプラ４に接続されたポートからハイ信号を出力し、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を一旦停止状態にする（ステップ９３４）。

次に、充電した３セル以外の残りの1セルを充電すべく、図９に示すように、リレー８ａは端子８ａ―３との接続を接点８ａ−１側に、リレー８ｂは端子８ｂ−３との接続を接点８ｂ−１側にし、１セルの電池セル２０１ａを充電するための設定にする（ステップ９３５）。

ステップ９３５においてリレー８ａ、８ｂの設定を行った後は、充電電圧を１セルの電池の充電を行うための設定にする（ステップ９３６）。1セルの電池の充電を行うための充電電圧の設定は、ＦＥＴ１０７をオフさせることによって行う。1セルの電池の充電を行うための電圧設定値は、先述した３セルの電池の充電を行う時に設定した値とセルあたりの電圧が同じになるように設定する。本変形例においては、３セル充電時においてセルあたり４．２０Vの電圧に設定したので、1セルを充電する時の値としては、４．２Ｖｘ１セル＝４．２Ｖに設定すればよい。

次に、充電を再開すべく出力ポート５１ａにおけるフォトカプラ４に接続されたポートからロー信号を出力し、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を稼動状態にする(ステップ９３７)。続いて、充電中の1セルの電池セル２０１ａが満充電か否かを判別する（ステップ９３８）。充電中において、電流検出用抵抗３によって検出された電位をオペアンプ６１によって反転増幅し、マイコン５０のＡ／Ｄポート５２に取込むことにより充電電流を監視する。本変形例においては、定電流・定電圧充電を行うので、定電圧区間における充電電流がある所定値以下に達した場合を満充電であると判別するものとする。この満充電であると判別する充電電流の所定値は、ステップ９３３で３セル電池セル２０１ｂ〜２０１ｄの充電時において満充電であると判別した充電電流の値と同じ値であるものとする。

ステップ９３８において満充電であると判別した場合は、出力ポート５１ａにおけるフォトカプラ４に接続されたポートからハイ信号を出力し、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を停止状態にする（ステップ９３９）。また、充電終了後の表示回路７の表示は緑点灯である（ステップ９４０）。その後、電池が充電器から抜けた場合（ステップ９４１）は、図１１の段階Ｃに戻る。なお、図１２のフローチャートにおいて、ステップＳ９３０〜Ｓ９３３のステップ群と、ステップＳ９３５〜Ｓ９３８のステップ群との順序を入れ替えた制御としてもよい。

以上のように、本変形例によれば、電池パックを電動工具に接続して作業を行った直後など、電池温度が上昇し、しかも複数の電池のうち使用したものと未使用のものが混在しているような場合にも、各電池セルの電圧をいったん同一にした後に所定時間待機することにより電池温度を降下させ、各電池セルを同一条件で充電することができる。

上記実施の形態および変形例において、第１のプラス端子２０７は、本発明の第１のプラス端子および第１の端子に相当し、第２のプラス端子２０８は、本発明の第２のプラス端子および第３の端子に相当し、電池側マイナス端子２０９は、本発明の電池側マイナス端子および第２の端子に相当する。プラス端子２１８は、本発明の第３のプラス端子に相当し、プラス端子２１８と工具側マイナス端子２１９とは、本発明の工具側端子対を形成している。電池セル２０１ａは、第１の電池セルに相当し、電池セル２０１ｂ〜２０１ｄは第２の電池セルに相当する。

接点８ａ―１は、第1のプラス充電端子および第１の充電端子に相当し、接点８ａ―２、８ｂ−１は、第２のプラス充電端子および第３の充電端子に相当し、接点８ｂ−２は、充電側マイナス端子および第２の充電端子に相当し、端子８ａ―３は、充電出力プラス端子に相当し、端子８ｂ―３は、充電出力マイナス端子に相当する。電池電圧検出回路９０およびマイコン５０が、第１の電池電圧検出手段及び第２の電池電圧検出手段、電池電圧比較手段、電池接続端子判別手段に相当する。

本発明による電池パック、その電池パックを電源として備えたコードレス電動工具、およびその電池パックを充電する充電装置は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、電池パック２００において、電池セルが４本の場合について説明したが、複数であれば他の本数でもよい。第２のプラス端子２０８は、２番目に高い電位に位置する電池セル２０１ｂのプラス側に接続されているが、電池セル２０１ｃ、２０１ｄに接続してもよい。この場合、充電装置側の充電電圧を対応する電池セル数に合わせて変更する。

電池パック２００、３００、工具本体２１４、３１３、充電装置５００の構成、および充電方法の手順は、同様の作用、動作を可能にするものであれば他の構成でもよい。

本発明の電池パック、その電池パックを電源として備えたコードレス電動工具、およびその電池パックを充電する充電装置は、様々なコードレス電気機器に利用できる。

１：交流電源 ４、５：フォトカプラ ７：表示回路 ８：電流ライン切替回路 ９：電池種判別用抵抗 １０、３０：整流平滑回路 ２０：スイッチング回路 ５０：マイコン ６０：充電電流制御回路 ７０：充電電流設定回路 ８０：電池温度検出回路 ９０：電池電圧検出回路 １００：電圧制御回路 ２００：電池パック ２０１、２０１ａ〜２０１ｄ：電池セル ２０３：電池電圧判別素子 ２０４：サーミスタ ２０５：過充電検出回路 ２０６：過放電検出回路 ２０７：第１のプラス端子 ２０８：第２のプラス端子 ２０９：電池側マイナス端子 ２１４：工具本体 ２１８：プラス端子 ２１９：工具側マイナス端子 ３００：電池パック ３１３：工具本体

Claims (13)

1. 直列接続された複数の電池セルと、
   前記直列接続された複数の電池セルの中の最も電位の低い電池セルのマイナス側に接続され基準電位が出力される電池側マイナス端子と、
   前記複数の電池セルの中で前記基準電位に対し最も電位の高い第1の電池セルのプラス側に接続され第1の電位が出力される第１のプラス端子と、
   前記複数の電池セルの中で前記第1の電池セル以外の第２の電池セルのプラス側に接続され第２の電位が出力される第２のプラス端子と、
   を有することを特徴とする電池パック。
2. 直列接続された複数の電池セルからなる電池組と、
   前記電池組のプラス側に接続された第1の端子と、
   前記電池組のマイナス側端子に接続された第２の端子と、
   前記電池組のうち前記第1の端子及び前記第２の端子とは異なる位置に接続された第３の端子を備え、
   前記第1の端子と前記第３の端子とで第1の端子対を形成するとともに、前記第２の端子と前記第３の端子とで第２の端子対を形成し、前記第1の端子対で発生する電圧と前記第２の端子対で発生する電圧とが異なる電圧に設定されていることを特徴とする電池パック。
3. 前記電池セルはリチウムイオン電池であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電池パック。
4. 駆動源となる複数の電池セルが直列接続された電池パックと前記電池パックが装着される工具本体とを備えた電動工具であって、
   前記電池パックは、
   前記直列接続された複数の電池セルの中の最も電位の低い電池セルのマイナス側に接続され基準電位が出力される電池側マイナス端子と、
   前記複数の電池セルの中で前記基準電位に対し最も電位の高い第1の電池セルのプラス側に接続され第1の電位が出力される第１のプラス端子と、
   前記複数の電池セルの中で前記第1の電池セル以外の第２の電池セルのプラス側に接続され第２の電位が出力される第２のプラス端子と、
   を有し、
   前記工具本体は、
   前記コードレス電動工具が適正に駆動する駆動電圧に相当する電位が出力される前記第１のプラス端子または前記第２のプラス端子のいずれかに対応する第３のプラス端子と、
   前記電池側マイナス端子と接続される工具側マイナス端子と、
   を有し、
   前記工具本体の前記第３のプラス端子と前記電池パックの前記第１のプラス端子または前記第２のプラス端子とが前記駆動電圧に応じて接続され、前記工具側マイナス端子と前記電池側マイナス端子とが接続されることにより使用されることを特徴とする電動工具。
5. 駆動源となる複数の電池セルが直列接続された電池パックと前記電池パックが装着される工具本体とを備えた電動工具であって、
   前記電池パックは、
   直列接続された複数の電池セルからなる電池組と、
   前記電池組のプラス側に接続された第1の端子と、
   前記電池組のマイナス側端子に接続された第２の端子と、
   前記電池組のうち前記第1の端子及び前記第２の端子とは異なる位置に接続された第３の端子を備え、
   前記第1の端子と前記第３の端子とで第1の端子対を形成するとともに、前記第２の端子と前記第３の端子とで第２の端子対を形成し、前記第1の端子対で発生する電圧と前記第２の端子対で発生する電圧とが異なる電圧に設定されており、
   前記工具本体は、
   前記第１の端子対または前記第２の端子対のいずれかに対応して接続される本体側端子対を有し、
   前記本体側端子を介して前記電池パックから電力供給を受けることを特徴とする電動工具。
6. 請求項１に記載の電池パックの充電を行う充電装置であって、
   前記電池パックの前記第１のプラス端子に接続される第１のプラス充電端子と、
   前記電池パックの前記第２のプラス端子に接続される第２のプラス充電端子と、
   前記電池パックの前記電池側マイナス端子に接続される充電側マイナス端子と、
   前記電池パックを充電する電力が出力される充電出力プラス端子および充電出力マイナス端子と、
   前記充電出力プラス端子に前記第１のプラス充電端子または前記第２のプラス充電端子を接続させる第１の切替手段と、
   前記第１の切替手段が、前記充電出力プラス端子と前記第１のプラス充電端子とを接続している場合には、前記充電用マイナス端子に前記第２のプラス充電端子を接続する第１の接続状態とし、前記第１の切替手段が、前記充電出力プラス端子と前記第２のプラス充電端子とを接続している場合には、前記充電用マイナス端子に前記充電側マイナス端子を接続する第２の接続状態とする第２の切替手段と、
   を有することを特徴とする充電装置。
7. 前記第１のプラス端子と前記第２のプラス端子との間に接続される前記電池セルのセルあたりの電圧を第１の電池電圧として検出する第１の電池電圧検出手段と、
   前記第２のプラス端子と前記電池側マイナス端子との間に接続される前記電池セルのセルあたりの電圧を第２の電池電圧として検出する第２の電池電圧検出手段と、
   をさらに有し、
   前記電池パックを充電する際には、前記第１の接続状態において充電を行った後、前記第２の電池電圧が前記第１の電池電圧に達するまで前記第２の接続状態において充電を行うことを特徴とする請求項６に記載の充電装置。
8. 前記第１のプラス端子と前記第２のプラス端子との間に接続される前記電池セルのセルあたりの電圧を第１の電池電圧として検出する第１の電池電圧検出手段と、
   前記第２のプラス端子と前記電池側マイナス端子との間に接続される前記電池セルのセルあたりの電圧を第２の電池電圧として検出する第２の電池電圧検出手段と、
   前記第１の電池電圧と前記第２の電池電圧とを比較し、より大きい方を特定する電池電圧比較手段と、
   をさらに有し、
   前記電池電圧比較手段が前記第１の電池電圧をより大きいと特定した場合には、前記第２の接続状態において前記第２の電池電圧が前記第１の電池電圧に達するまで充電を行った後、所定時間待機し、
   前記電池電圧比較手段が前記第２の電池電圧をより大きいと特定した場合には、前記第１の接続状態において前記第１の電池電圧が前記第２の電池電圧に達するまで充電を行った後、所定時間待機し、
   前記所定時間待機した後、前記第１の接続招待及び前記第２の接続状態のそれぞれにおいて充電を行うことを特徴とする請求項６に記載の充電装置。
9. 前記第１の充電端子に前記電池パックの第１のプラス端子が未接続であることを判別し、未接続信号を出力する電池接続端子判別手段、をさらに有し、
   前記未接続信号が出力された場合には、前記第２の接続状態において充電を行うことを特徴とする請求項６に記載の充電装置。
10. 請求項２に記載の電池パックの充電を行う充電装置であって、
    前記電池パックの前記第１の端子に接続される第１の充電端子と、
    前記電池パックの前記第２の端子に接続される第２の充電端子と、
    前記電池パックの前記第３の端子に接続される第３の充電端子と、
    前記電池パックを充電する電力が出力される充電出力プラス端子および充電出力マイナス端子と、
    前記充電出力プラス端子に前記第１の充電端子または前記第３の充電端子を接続させる第１の切替手段と、
    前記第１の切替手段が、前記充電出力プラス端子と前記第１の充電端子とを接続している場合には、前記充電用マイナス端子に前記第３の充電端子を接続する第１の接続状態とし、前記第１の切替手段が、前記充電出力プラス端子と前記第３の充電端子とを接続している場合には、前記充電用マイナス端子に前記第２の端子を接続する第２の接続状態とする第２の切替手段と、
    を有することを特徴とする充電装置。
11. 前記第１の端子と前記第３の端子との間に接続される前記電池セルのセルあたりの電圧を第１の電池電圧として検出する第１の電池電圧検出手段と、
    前記第３の端子と前記第２の端子との間に接続される前記電池セルのセルあたりの電圧を第２の電池電圧として検出する第２の電池電圧検出手段と、
    をさらに有し、
    前記電池パックを充電する際には、前記第１の接続状態において充電を行った後、前記第２の電池電圧が前記第１の電池電圧に達するまで前記第２の接続状態において充電を行うことを特徴とする請求項１０に記載の充電装置。
12. 前記第１の端子と前記第３の端子との間に接続される前記電池セルのセルあたりの電圧を第１の電池電圧として検出する第１の電池電圧検出手段と、
    前記第３の端子と前記第２の端子との間に接続される前記電池セルのセルあたりの電圧を第２の電池電圧として検出する第２の電池電圧検出手段と、
    前記第１の電池電圧と前記第２の電池電圧とを比較し、より大きい方を特定する電池電圧比較手段と、
    をさらに有し、
    前記電池電圧比較手段が前記第１の電池電圧をより大きいと特定した場合には、前記第２の接続状態において前記第２の電池電圧が前記第１の電池電圧に達するまで充電を行った後、所定時間待機し、
    前記電池電圧比較手段が前記第２の電池電圧をより大きいと特定した場合には、前記第１の接続状態において前記第１の電池電圧が前記第２の電池電圧に達するまで充電を行った後、所定時間待機し、
    前記所定時間待機した後、前記第１の接続状態及び前記第２の接続状態のそれぞれにおいて充電を行うことを特徴とする請求項１０に記載の充電装置。
13. 前記第１の充電端子に前記電池パックの第１の端子が未接続であることを判別し、未接続信号を出力する電池接続端子判別手段、をさらに有し、
    前記未接続信号が出力された場合には、前記第２の接続状態において充電を行うことを特徴とする請求項１０に記載の充電装置。

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