JP2011035982A

JP2011035982A - 電池パック

Info

Publication number: JP2011035982A
Application number: JP2009177901A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hanawa; 浩之塙; Haruhisa Fujisawa; 治久藤澤
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2011-02-17

Abstract

【課題】未使用時の電池セルの放電を抑制する電池パックを提供する。
【解決手段】電池パック１０は、電動工具又は充電器に接続される本体２０と、二次電池からなる電池セル３１と、電池セルを過充電又は過放電から保護する保護回路４０とを有する。保護回路４０は、電池セル３１に接続されてセル電圧を監視する保護ＩＣ４１と、保護ＩＣ４１と電池セル３１との間に接続されたスイッチ４２とを有する。本体２０が電動工具や充電器から外れているときに、スイッチ４２はオフ状態にあって、電池セル３１の放電路を遮断する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動工具や充電器から外れているときの放電を抑制する電池パックに関する。

充放電可能な電池として、リチウムイオン電池等の二次電池が知られている。このような電池は、充放電時における過充電および過放電の保護を行うための保護基板と共に電池パックとして構成されている。例えば、図１に示すように、電池パック１は、複数の電池セル２で構成された電池セル群３と、電動工具や充電器と接続される接続端子４と、充放電時における電池セル２の過充電および過放電の保護を行うための保護回路５を備えて構成されている。

電池パック１は、電池セル群３と保護回路５との間に電流路ＣＰが形成されているので、電池セル２は未使用時においても放電する。そこで、未使用時の電池セル２Ａの放電を防止するために、未使用時には電池セル群３と保護回路５との間の電流路を遮断し、電動工具に接続されたときにかかる電流路を閉成する構成を取るものがある（例えば、特許文献１）。

特開平１０−２８３３４号公報

しかしながら、保護回路５では、電池セル２のセル電圧をモニタする保護ＩＣ６が、電池セル２とセル電圧信号線７によって接続されている。従って、未使用時に電池セル群３と保護回路５との電流路ＣＰを遮断しても、セル電圧信号線７を経由して保護ＩＣ６と電池セル２との間に形成される電流路が閉じていると、電池セル２から電流が流れて電池セル２が過放電に到り、電池パック１の特性を劣化させることがある。

本発明は、上記問題点に鑑み、未使用時の電池セルの放電を抑制する電池パックを提供することを目的とする。

本発明の電池パックは、電動工具又は充電器と接続可能な本体と、前記本体に設けられ二次電池からなる電池セルと、前記電池セルを過充電又は過放電から保護する保護回路とを有し、前記保護回路は、前記電池セルと電気的に接続されて電流路を構成する電池パックであって、前記保護回路は、前記電池セルに接続されて前記電池セルのセル電圧を監視する保護ＩＣと、前記保護ＩＣと前記電池セルとの間に接続されて前記電流路を開閉するスイッチとを有し、前記本体が前記電動工具又は充電器から外れているときに前記スイッチは前記電流路を開放することを特徴とする。

上記構成によれば、本体が電動工具や充電器から外れているとき、電池セルと保護回路とによって形成された電流路は、スイッチによって遮断されて開放している。従って、電池セルからは、電流路に電流が流れないので、電池セルは放電せず、電池セルの過放電の発生を防止する。また、本体が電動工具や充電器から外れているときの電池セルの放電が抑制されるので、電池パックの長期保管が可能となる。

好ましくは、前記本体を電動工具又は充電器に接続するときに、前記電動工具又は充電器から伝達される信号により前記スイッチはオンになり、前記電流路は閉じることを特徴とする。このような構成により、本体が電動工具や充電器に接続されると、電流路は閉じるので、保護ＩＣは、電池セルに電気的に接続されてセル電圧を監視できる。従って、セル電圧に基づいて電池セルを過充電又は過放電から保護できる。

好ましくは、前記電流路は、前記電池セルから前記保護回路に給電する給電用電流路と、前記セル電圧を検出するために前記電池セルと前記保護ＩＣとを接続する信号用電流路とからなり、前記スイッチは、少なくとも前記給電用電流路を開放することを特徴とする。給電用電流路は、信号用電流路に比較して流れる電流量が多い。従って、給電用電流路を本体を電動工具や給電機から外しているときに遮断することによって、電池セルの放電による電力消費を低減できる。

好ましくは、前記スイッチは、前記保護ＩＣの低電位側に接続されていることを特徴とする。このような構成によれば、本体を電動工具や給電機から外しているときに、給電用電流路のみならず信号用電流路をも遮断して開放することによって、電池セルからの放電を抑制できる。従って、電池セルの放電をより一層低減でき、電池パックのより長期に亘る保管が可能となる。

本発明の電池パックによれば、本体が電動工具や充電器から外れているときは、電池セルの放電を抑制して過放電の発生を予防する。

従来の電池パックの構成図である。本発明による電池パックの構成図である。図２に示す電池パックを電動工具に取り付けたときに電池パックが電動工具と共に形成する構成図を示す。図２に示す電池パックを充電器に取り付けたときに電池パックが充電器と共に形成する構成図を示す。

以下、本発明の電池パックの実施の形態を図２から図４を参照して説明する。以下の説明において、「電池パックの未使用時」とは、電池パックを接続可能な電動工具や充電器などの他の装置に対して電池パックを外した状態としたり、電池パックが単体で扱われていたり或いは保管されている状態を指す状態を含むものとする。

図２に、電池パック１０を示す。電池パック１０は、本体２０に、電池セル群３０と保護回路４０とを有する。電池セル群３０は、例えば各々がリチウムイオン素電池からなるセル３１の４つが直列に接続されて構成される。電池セル群３０は、正極側の一端がシャント抵抗３２を介して正極側端子２１に接続され、負極側の他端が負極側端子２２に接続されている。電池パック１０は、充電器や電動工具に接続すると、端子２１、２２を介して電池セル３１の充電及び放電が可能となる。

保護回路４０は、保護ＩＣ４１と、スイッチ４２とを有する。保護ＩＣ４１は、端子Ａが電池セル群３０の正極側に接続され、端子Ｂが電池セル群３０の負極側にスイッチ４２を介して接続されて、電池セル群３０から給電されて動作する。すなわち、保護ＩＣ４１は、電池セル群３０と共に給電用電流路ＰＦを構成する。また、保護ＩＣ４１は、各電池セル３１の正極・負極端子間に現れるセル電圧を監視するために、セル電圧信号線４３によって電池セル３１と接続されている。すなわち、電池セル３１は、セル電圧信号線４３によって保護ＩＣ４１と共に信号用電流路ＰＳを構成する。さらに、保護ＩＣ４１は、セル電圧に基づいて電池セル３１の過放電を検出した場合は、本体２０が接続された電動工具に対して過放電の発生を示す信号を送り、電動工具との間に形成される電流路を遮断する。

スイッチ４２は、例えばＦＥＴからなり、ドレイン端子Ｄが保護ＩＣ４１の端子Ｂと接続され、ソース端子Ｓが電池セル群３０の負極側に接続されている。ゲート端子Ｇは、過放電信号出力端子２３に接続され、ゲート端子Ｇとソース端子Ｓとの間に所定値以上の電位差が生じなければ、スイッチ４２はオフ状態を維持し、保護ＩＣ４１の端子Ｂと電池セル群３０の負極側との間に形成される電流路Ｐ１の開放を維持するようになっている。従って、給電用電流路ＰＦは、電池セル群３０及び電流路Ｐ１を含み、スイッチ４２がオン状態になると、電池セル３１の放電路を形成する。また、信号用電流路ＰＳは、電池セル群３０及び電流路Ｐ１を含み、スイッチ４２がオン状態になると、電池セル３１の放電路を形成する。

電池電圧識別端子２４と負極側端子２２との間には抵抗Ｒ１，Ｒ２が直列に接続され、抵抗Ｒ１，Ｒ２は、電池パック１０が充電器や電動工具に取り付けられたときに、抵抗Ｒ１，Ｒ２の合成抵抗値によって示される電池セル群３０の電池セル３１の個数や接続状態を、充電器や電動工具に通知する。抵抗Ｒ３は、スイッチ４２のソース端子Ｓとゲート端子Ｇと並列に接続されている。さらに、保護回路４０は、ＦＥＴ４４と、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３とを有する。ＦＥＴ４４のソース端子Ｓは、過放電信号出力端子２３に、ドレイン端子Ｄは、負極側端子２２に、ゲート端子Ｇは、保護ＩＣ４１にそれぞれ接続されている。ダイオードＤ１は、カソードがＦＥＴ４２のゲート端子Ｇに接続され、アノードがＦＥＴ４４のゲート端子Ｇと共に保護ＩＣ４１に接続されている。ダイオードＤ２は、カソードがＦＥＴ４２のゲート端子Ｇに接続され、アノードがＦＥＴ４４のソース端子Ｓに接続されている。ダイオードＤ３は、カソードがＦＥＴ４２のゲート端子Ｇに接続され、アノードが抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点に接続されている。

上記構成の電池パック１０は、充電器や電動工具から外れているときは、過放電信号出力端子２３には信号が入力しないので、スイッチ４２を構成するＦＥＴのゲート・ソース間に電位差が生じない。従って、スイッチ４２はオフ状態を維持するので電流路Ｐ１は拓いた状態を維持するので、給電用電流路ＰＦ及び信号用電流路ＰＳのいずれの電流路も開放されることになり、電池セル３１からの放電路が電池パック１０内に存在しない。故に、電池セル３１の放電を抑制でき、電池セル３１の過放電の発生を予防できる。従って、電池パック１０の特性の劣化を防止できる。

次に、図３を参照して、電池パック１０を電動工具５０に取り付けて電池パック１０から電動工具５０に給電するときの動作を説明する。電動工具５０は、モータ５１と、トリガスイッチ５２と、スイッチ５３とが、正極側端子５４と負極側端子５５との間に直列に接続されている。トリガスイッチ５２は、ユーザにより電動工具５０の使用時にはオンにされる。スイッチ５３は、電池セル３１が過放電になるとオフにされてモータ５１への給電を遮断するが、それ以外は通常オン状態にある。正極側端子５４及び負極側端子５５は、それぞれ電池パックの正極側端子２１及び負極側端子２２に接続される。正極側端子５４と負極側端子５５との間には、正極側から抵抗Ｒ４とコンデンサＣ１とが順次直列に接続されている。抵抗Ｒ４とコンデンサＣ１との接続点Ｃは、端子５６に接続されている。端子５６は、電池パック１０の過放電信号出力端子２３に接続可能に構成されている。

電池パック１０を電動工具５０に取り付けると、電池パック側の端子２１、２２、２３は、それぞれ電動工具５０側の端子５４、５５、５６に電気的に接続され、電池パック１０の放電路を形成する。このとき、電池セル群３０の電池電圧が端子５４、５５間に印加され、この電池電圧のうち、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ１とによって分圧されコンデンサＣ１に印加された電圧が、端子５６及び過放電信号出力端子２３を介してスイッチ４２のゲート端子Ｇに印加され、スイッチ４２をオンにする。従って、給電用電流路ＰＦ及び信号用電流路ＰＳのいずれも閉じるので、保護ＩＣ４１は、電池セル群３０に電気的に接続されて動作可能となる。故に、保護ＩＣ４１は、放電している電池セル３１のセル電圧を測定でき、電池セル３１の過放電の発生を監視する。

次に、図４を参照して、充電器６０に取り付けて電池パック１０を充電するときの動作を説明する。充電器６０は、定電圧源Ｖと、充電制御ユニット６１とを有する。定電圧Ｖは、抵抗Ｒ５を介して端子６４に接続されている。充電制御ユニット６１は、正極側端子６２と負極側端子６３との間に接続され、抵抗Ｒ５と端子６４との間に接続されている。端子６４は、電池電圧識別端子２４に接続可能である。

電池パック１０を充電器６０に取り付けると、電池パック側の端子２１、２２、２４は、それぞれ充電器６０の端子６２、６３、６４に接続され、電池セル３１を充電する。このとき、定電圧源の電圧Ｖが抵抗Ｒ１〜Ｒ３，Ｒ５によって分圧された電圧値が、スイッチ４２のゲート端子Ｇに印加され、スイッチ４２をオンにする。従って、給電用電流路ＰＦ及び信号用電流路ＰＳのいずれも閉じるので、保護ＩＣ４１は、電池セル群３０に電気的に接続され動作可能となる。故に、保護ＩＣ４１は、充電されている電池セル３１のセル電圧を測定して、電池セル３１の過充電の発生を監視することができる。

上記実施の形態では、スイッチ４２は、保護ＩＣ４１の負極側に挿入したが、保護ＩＣ４１の正極側に挿入することもできる。この場合、電池パック１０の未使用時にスイッチ４２をオフにしたとき、給電用電流路ＰＦは遮断されるが、信号用電流路ＰＳは閉じた状態を維持するので、電池セル３１は信号用電流路ＰＳで放電する。しかし、信号用電流路ＰＳに流れる電流量は、給電用電流路ＰＦに流れる電流量に比較して小さいので、電池セル３１の放電は抑制される。従って、電池セル３１の過放電の発生を予防することができる。

また、上記の実施の形態では、電池セル群３０は、４つの電池セル３１を直列接続して構成したが、直列に接続する電池セルの個数は任意の個数とすることができる。また、電池セル群３０は、並列接続した電池セルを複数直列接続して構成しても良い。

本発明の電池パックは、電動工具の電源として利用することができる。

１０電池パック
２０本体
３１電池セル
４０保護回路
４１保護ＩＣ
４２スイッチ

Claims

電動工具又は充電器と接続可能な本体と、
前記本体に設けられ二次電池からなる電池セルと、
前記電池セルを過充電又は過放電から保護する保護回路と
を有し、前記保護回路は、前記電池セルと電気的に接続されて電流路を構成する電池パックであって、
前記保護回路は、
前記電池セルに接続されて前記電池セルのセル電圧を監視する保護ＩＣと、
前記保護ＩＣと前記電池セルとの間に接続されて前記電流路を開閉するスイッチと
を有し、前記本体が前記電動工具又は充電器から外れているときに前記スイッチは前記電流路を開放することを特徴とする電池パック。
前記本体を電動工具又は充電器に接続するときに、前記電動工具又は充電器から伝達される信号により前記スイッチはオンになって前記電流路は閉じることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
前記電流路は、前記電池セルから前記保護回路に給電する給電用電流路と、前記セル電圧を検出するために前記電池セルと前記保護ＩＣとを接続する信号用電流路とからなり、
前記スイッチは、少なくとも前記給電用電流路を開放することを特徴とする請求項１及び２のいずれか一方に記載の電池パック。
前記スイッチは、前記保護ＩＣの低電位側に接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の電池パック。