JP2012125073A - 電池パック及びそれを備えた電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】電気二重層キャパシタの充電完了時に信号を出力する回路において、充電完了判定の基準電圧を電池から得ることにより、この電池の残量によって異なる電気二重層キャパシタの充電完了時を明確にすることができる電池パックを備えた電動工具を提供する。
【解決手段】電池パックを備えた電動工具において、電気二重層キャパシタ１０３〜１０８と、電気二重層キャパシタ１０３〜１０８を充電する電池１０１と、電気二重層キャパシタ１０３〜１０８の電圧を検出する抵抗１０９，１１０と、電池１０１の電圧を検出する抵抗１１１，１１２と、これらの出力を比較するオペアンプ１１３とを有し、オペアンプ１１３は、抵抗１１１，１１２の分圧値を基準電圧とし、抵抗１０９，１１０の分圧値が基準電圧を上回った場合に電気二重層キャパシタ１０３〜１０８の充電が完了したことを示す信号を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池パック及びそれを備えた電動工具の技術に関し、特に、一次電池または二次電池で電気二重層キャパシタを充電し、この電気二重層キャパシタが駆動源となる電動工具に関するものである。

例えば、電動工具の技術においては、充電した二次電池でモータを動かすコードレス工具がすでに実用化されている。また、急速充放電が可能で長寿命など、二次電池には無い特徴を持つ電気二重層キャパシタもすでに知られている。

しかし、電気二重層キャパシタは二次電池と異なり、充電状態により電気二重層キャパシタ間電圧が変化するため、二次電池の代用品としてではなく、二次電池と併用することで補助電源として利用されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００３−４８１７７号公報

前述したような、二次電池で電気二重層キャパシタを充電し、この電気二重層キャパシタが駆動源となる電動工具において、電気二重層キャパシタの急速充電の利便性を追及するため、電気二重層キャパシタの充電完了時に信号を出力する回路を設けた場合、二次電池の残量により電気二重層キャパシタへの満充電値が異なることから、充電完了時が明確に表示されない問題が考えられる。

そこで、本発明の目的は、上記した問題を解決するため、電気二重層キャパシタの充電完了時に信号を出力する回路において、充電完了判定の基準電圧を電池から得ることにより、この電池の残量によって異なる電気二重層キャパシタの充電完了時を明確にすることができる電池パック及びそれを備えた電動工具を提供することである。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

すなわち、上記目的を達成するため、本発明の電池パックは、電気二重層キャパシタと、電気二重層キャパシタを充電する電池と、電気二重層キャパシタの電圧を検出する第１電圧検出手段と、電池の電圧を検出する第２電圧検出手段と、第１電圧検出手段の出力と第２電圧検出手段の出力とを比較する第１比較手段とを有し、第１比較手段は、第２電圧検出手段の出力を基準電圧とし、第１電圧検出手段の出力が基準電圧を上回った場合に電気二重層キャパシタの充電が完了したことを示す信号を出力することを特徴とする。さらに望ましくは、第１比較手段の出力により電気二重層キャパシタの充電状態を表示する第１表示手段を有することを特徴とする。

また、本発明の電池パックを備えた電動工具は、電池及び電気二重層キャパシタに並列に接続されたモータを有し、モータは、電気二重層キャパシタを駆動源とすることを特徴とする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

すなわち、本発明によれば、充電完了判定の基準電圧を電池から得ることにより、この電池の残量によって異なる電気二重層キャパシタの充電完了時を明確にすることができる。この結果、電池パック及びそれを備えた電動工具において、電気二重層キャパシタの急速充電の利便性の追及に対しても、電気二重層キャパシタの充電完了時を簡便に知ることができる。また、電気二重層キャパシタを駆動源とし、電池の代用品としての性質を活かすことができる。

本発明の実施形態１に係る電池パックを備えた電動工具の構成の一例を示す回路図である。 本発明の実施形態２に係る電池パックを備えた電動工具の構成の一例を示す回路図である。 本発明の実施形態２に係る電池パックを備えた電動工具の動作フローの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態２に係る電池パックを備えた電動工具において、時間に対する電池の分圧値と電気二重層キャパシタ列の分圧値の関係の一例を示す説明図である。 本発明の実施形態３に係る電池パックを備えた電動工具の構成の一例を示す回路図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

［実施形態１］
本発明の実施形態１を、図１を用いて説明する。

本実施形態１の電動工具に備えられた電池パックは、電気二重層キャパシタ（電気二重層キャパシタ１０３〜１０８）と、電気二重層キャパシタを充電する電池（電池１０１）と、電気二重層キャパシタの電圧を検出する第１電圧検出手段（抵抗１０９，１１０）と、電池の電圧を検出する第２電圧検出手段（抵抗１１１，１１２）と、第１電圧検出手段の出力と第２電圧検出手段の出力とを比較する第１比較手段（オペアンプ１１３）とを有し、第１比較手段は、第２電圧検出手段の出力を基準電圧とし、第１電圧検出手段の出力が基準電圧を上回った場合に電気二重層キャパシタの充電が完了したことを示す信号を出力することを特徴とする。さらに望ましくは、第１比較手段の出力により電気二重層キャパシタの充電状態を表示する第１表示手段（ＬＥＤ１１５）を有することを特徴とする。

そして、上記電池パックを備えた電動工具は、電池及び電気二重層キャパシタに並列に接続されたモータ（モータ１１８）を有し、モータは、電気二重層キャパシタを駆動源とすることを特徴とする。

以上の特徴を有する本実施形態１の電動工具を、以下において具体的に説明する。

＜電動工具の構成＞
図１は、本発明の実施形態１に係る電池パックを備えた電動工具の構成の一例を示す回路図である。

本実施形態１の電動工具は、電池パック１００と、この電池パック１００を駆動源とする電動工具本体１１６から構成されている。この電動工具は、電動工具本体１１６に電池パック１００が装着されることで、電池パック１００と電動工具本体１１６とが電気的に接続される。

電池パック１００は、電池１０１、ダイオード１０２、電気二重層キャパシタ１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８、抵抗１０９，１１０、抵抗１１１，１１２、オペアンプ１１３、抵抗１１４、ＬＥＤ１１５から構成されている。電池１０１としては、一次電池または二次電池が用いられる。以下では、電気二重層キャパシタ１０３〜１０８のキャパシタ列を、単に電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８とも記載する。

電動工具本体１１６は、モータ制御回路１１７、モータ１１８から構成されている。

電池パック１００において、電池１０１の正極端子は、ダイオード１０２のアノードに接続されている。ダイオード１０２のカソードは、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の高電位側に接続されている。電池１０１の負極端子は、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の低電位側に接続されている。電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８は、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０５、電気二重層キャパシタ列１０６〜１０８がそれぞれ直列に接続され、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０５と電気二重層キャパシタ列１０６〜１０８が並列に接続されているものである。これらの直並列に接続された電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８は、電池１０１により充電される。なお、本実施の形態では、電気二重層キャパシタ列を２列としたが、１列、３列以上であっても良い。

また、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の高電位側と低電位側との間には、直列に接続された抵抗１０９と抵抗１１０が接続されている。抵抗１０９と抵抗１１０との接続点は、オペアンプ１１３の正入力端子（＋）に接続されている。電池１０１の正極端子と負極端子との間には、直列に接続された抵抗１１１と抵抗１１２が接続されている。抵抗１１１と抵抗１１２との接続点は、オペアンプ１１３の負入力端子（−）に接続されている。

そして、オペアンプ１１３の出力端子は、抵抗１１４の一端に接続されている。抵抗１１４の他端は、ＬＥＤ１１５のアノードに接続されている。ＬＥＤ１１５のカソードは、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の低電位側に接続されている。

また、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の高電位側は、電池パック１００の正極端子に接続されている。電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の低電位側は、電池パック１００の負極端子に接続されている。

電動工具本体１１６において、電動工具本体１１６の正極端子と負極端子は、モータ制御回路１１７に接続されている。モータ制御回路１１７は、モータ１１８の正極端子と負極端子に接続されている。

以上のような構成および接続による電池パック１００と電動工具本体１１６は、電動工具として、電動工具本体１１６に電池パック１００が装着されることで、電池パック１００の正極端子が電動工具本体１１６の正極端子に電気的に接続され、かつ、電池パック１００の負極端子が電動工具本体１１６の負極端子に電気的に接続される。

＜電動工具の動作＞
次に、前述した図１の電動工具の動作について説明する。

電池パック１００において、電池１０１は、ダイオード１０２を介して、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８に接続され、これらの電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８は電池１０１により充電される。そして、電動工具本体１１６において、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８に充電された電圧がモータ制御回路１１７を介してモータ１１８に供給され、モータ１１８が駆動される。

また、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の電圧は、抵抗１０９，１１０によって分圧される。一方、電池１０１の電圧は、抵抗１１１，１１２によって分圧される。このように、抵抗１１１，１１２により分圧された電池１０１の分圧値は、オペアンプ１１３の負入力端子（−）に入力され、基準電圧となる。一方、オペアンプ１１３の正入力端子（＋）には、抵抗１０９，１１０により分圧された電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の分圧値が入力される。

そして、オペアンプ１１３は、正入力端子（＋）に入力された電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の分圧値と、負入力端子（−）に入力された電池１０１の分圧値とを比較する。この比較の結果、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の分圧値が、電池１０１の分圧値を上回った場合には、オペアンプ１１３は、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の充電が完了したことを示す信号、すなわちハイの信号を出力する。

さらに、オペアンプ１１３の出力がハイとなると、出力電流は抵抗１１４を介してＬＥＤ１１５に流れ、ＬＥＤ１１５を点灯させ、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の充電が完了したことを知らせる。この状態は、モータ１１８が駆動可能な状態である。

一方、オペアンプ１１３による比較の結果、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の分圧値が、電池１０１の分圧値を下回った場合には、オペアンプ１１３はロウの信号を出力するために、ＬＥＤは消灯する。この状態は、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の充電が完了していない状態である。

＜実施形態１の効果＞
以上に説明した本実施形態１の電動工具によれば、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の電圧を検出する抵抗１０９，１１０、電池１０１の電圧を検出する抵抗１１１，１１２、これらの出力を比較するオペアンプ１１３、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の充電状態を表示するＬＥＤ１１５などを有することで、オペアンプ１１３は、基準電圧を電池１０１から得て、この電池１０１により充電される電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の充電が完了したことを示す信号を出力してＬＥＤ１１５を点灯させることにより、電池１０１の残量によって異なる電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の充電完了時を明確にすることができる。

すなわち、オペアンプ１１３は、充電完了判定の基準電圧を電池１０１から得ることで、電池残量にかかわらず、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の充電完了を正確に検出することが可能となる。さらに、ＬＥＤ１１５で表示することで、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の充電完了を容易に知ることが可能となる。また、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８および電池１０１の電圧の検出に、抵抗１０９，１１０、抵抗１１１，１１２による分圧抵抗を用いることで、回路が容易になる。

この結果、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の急速充電の利便性の追及に対しても、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の充電完了時を簡便に知ることができる。また、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８を駆動源とし、電池１０１の代用品としての性質を活かすことができる。

［実施形態２］
本発明の実施形態２を、図２〜４を用いて説明する。

本実施形態２の電動工具は、前記実施形態１に対して、電池残量を表示する機能と充電未完了時にモータの駆動を禁止する機能とが追加されている点が異なる。

本実施形態２の電動工具に備えられた電池パックは、電池残量を表示する機能として、電気二重層キャパシタの電圧と電池残量表示の基準電圧とを比較する第２比較手段（オペアンプ１３０）と、第２比較手段による比較の結果、電池残量表示の基準電圧が電気二重層キャパシタの電圧を上回った場合に点灯する第２表示手段（ＬＥＤ１３２）とを有することを特徴とする。

さらに、充電未完了時にモータの駆動を禁止する機能として、モータに直列に接続された第２スイッチ（ＦＥＴ１２４）を有し、さらに、第１比較手段（オペアンプ１１３）とは逆に動作して、電気二重層キャパシタの充電が未完了であることを示す信号を出力する第３比較手段（オペアンプ１２０）と、第３比較手段の出力により動作し、電気二重層キャパシタの充電が未完了である場合に第２スイッチ（ＦＥＴ１２４）をオフにしてモータの駆動を禁止する第３スイッチ（トランジスタ１２１）とを有することを特徴とする。

以上の特徴を有する本実施形態２の電動工具を、この特徴部分を主にして、以下において具体的に説明する。

＜電動工具の構成＞
図２は、本発明の実施形態２に係る電池パックを備えた電動工具の構成の一例を示す回路図である。

本実施形態２の電動工具は、電池パック１００と、この電池パック１００を駆動源とする電動工具本体１１６から構成されている。

電池パック１００は、電池１０１、ダイオード１０２、電気二重層キャパシタ１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８、抵抗１０９，１１０、抵抗１１１，１１２、オペアンプ１１３、抵抗１１４、ＬＥＤ１１５に加えて、さらに、オペアンプ１２０、トランジスタ１２１、抵抗１２２，１２３、オペアンプ１３０、ＦＥＴ１３１、ＬＥＤ１３２、抵抗１３３、ツェナーダイオード１３４、コンデンサ１３５、抵抗１３６，１３７，１３８から構成されている。

電動工具本体１１６は、モータ制御回路１１７、モータ１１８に加えて、さらに、ＦＥＴ１２４、抵抗１２５、工具スイッチ１２６から構成されている。抵抗１２５および工具スイッチ１２６は、モータ制御回路１１７内に設けられている。

電池パック１００において、オペアンプ１２０は、正入力端子（＋）がオペアンプ１１３の負入力端子（−）に接続され、負入力端子（−）がオペアンプ１１３の正入力端子（＋）に接続されている。オペアンプ１２０の出力端子は、抵抗１２２の一端に接続されている。抵抗１２２の他端は、トランジスタ１２１のベースに接続されている。トランジスタ１２１のベースとエミッタの間には、抵抗１２３が接続されている。トランジスタ１２１のコレクタは、電池パック１００の信号端子に接続されている。

また、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の高電位側と低電位側との間には、直列に接続された抵抗１３６と抵抗１３７が接続されている。抵抗１３６と抵抗１３７との接続点は、オペアンプ１３０の負入力端子（−）に接続されている。抵抗１３７の両端には、コンデンサ１３５が接続されている。また、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の高電位側と低電位側との間には、抵抗１３３とこの抵抗１３３の方向に順方向に接続されたツェナーダイオード１３４が接続されている。抵抗１３３とツェナーダイオード１３４との接続点は、オペアンプ１３０の正入力端子（＋）に接続されている。

そして、オペアンプ１３０の出力端子は、抵抗１３８の一端に接続されている。抵抗１３８の他端は、ＬＥＤ１３２のアノードに接続されている。ＬＥＤ１３２のカソードは、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の低電位側に接続されている。

また、オペアンプ１３０の出力端子は、ＦＥＴ１３１のゲートに接続されている。ＦＥＴ１３１のドレインは抵抗１１４とＬＥＤ１１５の接続点に接続されている。ＦＥＴ１３１のソースは、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の低電位側に接続され、グランド電位となっている。

電動工具本体１１６において、電動工具本体１１６の正極端子と負極端子は、モータ制御回路１１７に接続されている。モータ制御回路１１７の内部では、電動工具本体１１６の正極端子に工具スイッチ１２６の一端が接続されている。工具スイッチ１２６の他端は、抵抗１２５の一端に接続されている。抵抗１２５の他端は、電動工具本体１１６の信号端子に接続されている。

また、モータ制御回路１１７の外部において、工具スイッチ１２６の他端は、モータ１１８の正極端子に接続されている。モータ１１８の負極端子は、ＦＥＴ１２４のドレインに接続されている。ＦＥＴ１２４のゲートは、電動工具本体１１６の信号端子に接続されている。ＦＥＴ１２４のソースは、電動工具本体１１６の負極端子に接続されている。

以上のような構成および接続による電池パック１００と電動工具本体１１６は、電動工具として、電動工具本体１１６に電池パック１００が装着されることで、電池パック１００の正極端子が電動工具本体１１６の正極端子に電気的に接続され、かつ、電池パック１００の負極端子が電動工具本体１１６の負極端子に電気的に接続されるのに加えて、電池パック１００の信号端子が電動工具本体１１６の信号端子に電気的に接続される。

＜電動工具の動作＞
次に、前述した図２の電動工具の動作について説明する。

本実施形態２においても、抵抗１０９，１１０、抵抗１１１，１１２、オペアンプ１１３、抵抗１１４、ＬＥＤ１１５による動作は前記実施形態１と同様であり、オペアンプ１１３は、正入力端子（＋）に入力された電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の分圧値と、負入力端子（−）に入力された電池１０１の分圧値とを比較し、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の分圧値が電池１０１の分圧値を上回った場合にはハイの信号を出力し、ＬＥＤ１１５を点灯させて、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の充電が完了したことを知らせる。一方、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の分圧値が、電池１０１の分圧値を下回った場合にはロウの信号を出力するためにＬＥＤは消灯する。この状態は、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の充電が完了していない状態である。この動作を、（１）充電完了を表示する機能の動作と記載する。

この（１）充電完了を表示する機能の動作と並行して、本実施形態２においては、（２）電池残量を表示する機能、（３）充電未完了時にモータの駆動を禁止する機能が動作している。

（２）電池残量を表示する機能
この電池残量を表示する機能の動作は、オペアンプ１３０、ＦＥＴ１３１、ＬＥＤ１３２、抵抗１３３、ツェナーダイオード１３４、コンデンサ１３５、抵抗１３６，１３７，１３８により実現される。

オペアンプ１３０は、正入力端子（＋）に、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の高電位側と低電位側との間に接続された抵抗１３３とツェナーダイオード１３４との接続点が接続され、電池残量表示の基準電圧に相当する電圧が入力される。一方、負入力端子（−）には、電池１０１の高電位側と低電位側との間（電池１０１と並列）に接続された抵抗１３６と抵抗１３７との接続点が接続され、電池電圧に相当する電圧が入力される。なお、ダイオード１０２による電圧ドロップは微小であるため、抵抗１３６と抵抗１３７を電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の高電位側と低電位側との間に接続しても良い。

そして、オペアンプ１３０は、正入力端子（＋）に入力された電池残量表示の基準電圧と、負入力端子（−）に入力された電池電圧とを比較し、電池電圧が電池残量表示の基準電圧を下回った場合にはハイの信号を出力し、ＬＥＤ１３２を点灯させて、電池残量がなくなったことを知らせる。この時に同時に、オペアンプ１３０の出力端子に接続されたＦＥＴ１３１がオンし、ＬＥＤ１１５のアノード側がグラント電位に落ちる（接続される）ため、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の充電完了状態を表示するＬＥＤ１１５は消灯する。

一方、オペアンプ１３０による比較の結果、電池電圧が電池残量表示の基準電圧を上回った場合には、オペアンプ１３０はロウの信号を出力するために、ＬＥＤ１３２は消灯する。この状態は、電池残量がなくなっていない状態（電池１０１が使用可能な状態）である。この時には、オペアンプ１３０の出力端子に接続されたＦＥＴ１３１がオフしているため、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の充電完了状態を表示するＬＥＤ１１５は点灯している状態である。

（３）充電未完了時にモータの駆動を禁止する機能
この充電未完了時にモータの駆動を禁止する機能の動作は、オペアンプ１２０、トランジスタ１２１、抵抗１２２，１２３、ＦＥＴ１２４、抵抗１２５、工具スイッチ１２６により実現される。

オペアンプ１２０は、オペアンプ１１３とは逆に、正入力端子（＋）に、オペアンプ１１３の負入力端子（−）が接続され、電池１０１の分圧値が入力される。一方、負入力端子（−）には、オペアンプ１１３の正入力端子（＋）が接続され、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の分圧値が入力される。

そして、オペアンプ１２０は、正入力端子（＋）に入力された電池１０１の分圧値と、負入力端子（−）に入力された電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の分圧値とを比較し、電池１０１の分圧値が電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の分圧値を上回った場合にはハイの信号を出力し、トランジスタ１２１をオンにする。トランジスタ１２１がオンすると、抵抗１２５を介してＦＥＴ１２４のゲートはグランド電位に落ちるため、ＦＥＴ１２４はオフとなり、モータ１１８の駆動を禁止する。

一方、オペアンプ１２０による比較の結果、電池１０１の分圧値が電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の分圧値を下回った場合には、オペアンプ１２０はロウの信号を出力するために、トランジスタ１２１はオフとなる。トランジスタ１２１がオフの時は、抵抗１２５を介して電池電圧（キャパシタ電圧）がＦＥＴ１２４のゲートに印加されＦＥＴ１２４がオンするため、モータ１１８は駆動できる状態である。

以上の（１）充電完了を表示する機能の動作、（２）電池残量を表示する機能の動作、（３）充電未完了時にモータの駆動を禁止する機能の動作をまとめると、図３及び図４のように示すことができる。図３は、電動工具の動作フローの一例を示すフローチャートである。図４は、時間に対する電池の分圧値と電気二重層キャパシタ列の分圧値の関係の一例を示す説明図である。

図３に示すように、電池電圧と電池残量表示の基準電圧との大小比較（図３−Ｓ１：オペアンプ１３０）は常に行っており、この比較結果に応じて以下の２つの制御を行う。

（ａ）電池電圧＞電池残量表示の基準電圧
図４において、時間０〜Ｔ５までは、電池電圧が電池残量表示の基準電圧を上回っているため、充電完了状態を表示するＬＥＤ１１５は点灯することができる状態である。この状態では、電池残量状態を表示するＬＥＤ１３２は消灯している。

このとき、電池１０１の分圧値と電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の分圧値の大小比較（図３−Ｓ２：オペアンプ１１３）に応じて、充電完了状態を表示するＬＥＤ１１５は点灯または消灯となる。

例えば、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の分圧値が電池１０１の分圧値を上回る場合は、充電完了状態を表示するＬＥＤ１１５は点灯し、同時に、電池残量状態を表示するＬＥＤ１３２は消灯し、モータ１１８は駆動する（図３−Ｓ３）。

一方、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の分圧値が電池１０１の分圧値を下回る場合は、充電完了状態を表示するＬＥＤ１１５は消灯し、同時に、電池残量状態を表示するＬＥＤ１３２は消灯し、モータ１１８は停止する（図３−Ｓ４）。

具体的に、図４において、時間０では、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８は電池１０１により充電され、充電完了時の電圧値となっている。この時の電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の分圧値は、電池１０１の分圧値よりも低くなっている。この理由は、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８は、電池１０１からダイオード１０２を介して接続されているため、充電電圧に順方向電圧ドロップが発生するためである。

時間Ｔ１で、工具スイッチ１２６をオンにする。工具スイッチ１２６をオンすると、モータ１１８は駆動し、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の充電電圧は直線的に減少するため、この電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の分圧値も直線的に減少する。この場合に、電池１０１の分圧値も直線的に減少する。

時間Ｔ２では、工具スイッチ１２６をオフにする。工具スイッチ１２６をオフすると、モータ１１８は停止し、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の充電電圧は対数関数的に増加するため、この電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の分圧値も対数関数的に増加する。この場合に、電池１０１の分圧値も対数関数的に増加する。

以降、時間Ｔ３では、再び工具スイッチ１２６をオンにし、時間Ｔ４では、再び工具スイッチ１２６をオフにし、時間Ｔ５では、再び工具スイッチ１２６をオンにする。

以上の工具スイッチ１２６のオンとオフを繰り返す時間Ｔ１〜Ｔ５において、時間ｔ１〜ｔ２、時間ｔ３〜ｔ４の間では、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の分圧値が電池１０１の分圧値を上回るので、ＬＥＤ１１５は点灯する。一方、時間ｔ２〜ｔ３の間では、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の分圧値が電池１０１の分圧値を下回るので、ＬＥＤ１１５は消灯する。

（ｂ）電池電圧＜電池残量表示の基準電圧
図４において、時間ｔ４以降は、電池電圧が電池残量表示の基準電圧より低いので、充電完了状態を表示するＬＥＤ１１５は点灯することができない状態である。この状態では、電池残量状態を表示するＬＥＤ１３２が点灯する。このとき、充電完了状態を表示するＬＥＤ１１５は消灯維持となる。すなわち、電池残量状態を表示するＬＥＤ１３２が点灯し、同時に、充電完了状態を表示するＬＥＤ１１５は消灯し、モータ１１８は停止する（図３−Ｓ５）。

具体的に、図４において、時間Ｔ６では、電池残量表示の基準電圧より電池電圧が下回り、電池残量がなくなっている状態なので、キャパシタ充電完了時にＬＥＤ１１５は点灯しない。

＜実施形態２の効果＞
以上に説明した本実施形態２の電動工具によれば、前記実施形態１と同様の構成により前記実施形態１と同様の効果を得ることができ、さらに、電池残量を表示する機能として、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の電圧と電池残量表示の基準電圧とを比較するオペアンプ１３０、この比較の結果、電池残量表示の基準電圧が電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の電圧を上回った場合に点灯するＬＥＤ１３２などを有することで、オペアンプ１３０は電池残量表示の基準電圧が電池１０１の電圧を上回った場合にＬＥＤ１３２を点灯させることができる。

さらに、充電未完了時にモータの駆動を禁止する機能として、モータ１１８に直列に接続されたＦＥＴ１２４、さらに、オペアンプ１１３とは逆に動作して、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の充電が未完了であることを示す信号を出力するオペアンプ１２０、この出力により動作し、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の充電が未完了である場合にＦＥＴ１２４をオフにしてモータ１１８の駆動を禁止するトランジスタ１２１などを有することで、オペアンプ１２０は電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の充電が未完了である場合にモータ１１８の駆動を禁止することができる。

［実施形態３］
本発明の実施形態３を、図５を用いて説明する。

本実施形態３の電動工具は、前記実施形態１に対して、電池の種類に応じて基準電圧を変更する機能が追加されている点が異なる。

本実施形態３の電動工具に備えられた電池パックは、電池の種類に応じて基準電圧を変更する機能として、第２電圧検出手段の分圧抵抗（抵抗１１１）に直列に接続され、互いに並列に接続された複数の抵抗（抵抗１１２ａ，１１２ｂ）と、複数の抵抗のそれぞれに直列に接続された複数の第１スイッチ（トランジスタ１４３，１４４）と、電池の種類を判別し、この判別した電池の種類に応じて複数の抵抗のいずれかに切り換えるために複数の第１スイッチを制御する制御手段（マイコン１４２）とを有し、第１比較手段（オペアンプ１１３）は、分圧抵抗と制御手段の制御により切り換えられた抵抗とによる分圧電圧を基準電圧とすることを特徴とする。

以上の特徴を有する本実施形態３の電動工具を、この特徴部分を主にして、以下において具体的に説明する。

＜電動工具の構成＞
図５は、本発明の実施形態３に係る電池パックを備えた電動工具の構成の一例を示す回路図である。

本実施形態３の電動工具は、電池パック１００と、この電池パック１００を駆動源とする電動工具本体１１６から構成されている。

電池パック１００は、電池１０１、ダイオード１０２、電気二重層キャパシタ１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８、抵抗１０９，１１０、抵抗１１１，１１２、オペアンプ１１３、抵抗１１４、ＬＥＤ１１５に加えて、さらに、レギュレータ１４１、マイコン１４２、トランジスタ１４３，１４４、抵抗１４５，１４６，１４７，１４８から構成されている。

例えば、抵抗１１２は、２種類の電池１０１に対応するために、抵抗１１２ａと抵抗１１２ｂから構成されている。また、電池１０１は、取り付け／取り外し可能であり、この電池１０１側に電池１０１の種類に応じた抵抗１４５が設けられている。

電動工具本体１１６は、前記実施形態１と同様に、モータ制御回路１１７、モータ１１８から構成されている。

電池パック１００において、電池１０１は、正極側が正極端子に接続され、負極側が負極端子に接続されると共に、抵抗１４５を介して信号端子（Ｔ）に接続されている。電池１０１の正極端子は、レギュレータ１４１の入力側に接続されている。レギュレータ１４１の出力側は、マイコン１４２の電源端子に接続されている。電池１０１の負極端子は、マイコン１４２のＧＮＤ端子に接続されている。

また、電池１０１の信号端子（Ｔ）は、マイコン１４２の入力端子に接続されている。マイコン１４２の電源端子と入力端子との間には、抵抗１４６が接続されている。マイコン１４２の第１出力端子は、抵抗１４７を介して、トランジスタ１４３のベースに接続されている。トランジスタ１４３のコレクタは、抵抗１１２ａを介して、オペアンプ１１３の負入力端子（−）に接続されている。

さらに、マイコン１４２の第２出力端子は、抵抗１４８を介して、トランジスタ１４４のベースに接続されている。トランジスタ１４４のコレクタは、抵抗１１２ｂを介して、オペアンプ１１３の負入力端子（−）に接続されている。そして、トランジスタ１４３のエミッタ、トランジスタ１４４のエミッタは、マイコン１４２のＧＮＤ端子に接続されている。

以上のような構成および接続による電池パック１００と電動工具本体１１６は、電動工具として、電動工具本体１１６に電池パック１００が装着されることで、電池パック１００の正極端子が電動工具本体１１６の正極端子に電気的に接続され、かつ、電池パック１００の負極端子が電動工具本体１１６の負極端子に電気的に接続される。

さらに、電池パック１００においては、電池１０１が取り付け／取り外し可能であり、種類の異なる複数の電池１０１を接続することができるようになっている。

＜電動工具の動作＞
次に、前述した図５の電動工具において、電池の種類に応じて基準電圧を変更する機能の動作について説明する。

まず、電池パック１００に電池１０１が接続されると、レギュレータ１４１によってマイコン１４２に駆動電源が供給されてマイコン１４２が起動した後、電池パック１００に接続された電池１０１の抵抗１４５の情報を、マイコン１４２で読み取る。この抵抗１４５は、抵抗値が電池電圧に対して固定（電池電圧によって異なる値）であり、この抵抗値に応じた電圧が電池１０１の種類を識別するための情報としてマイコン１４２により読み取られる。なお、抵抗１４５の抵抗値は、電池の種類（例えばリチウム電池、ニカド電池、ニッケル水素電池）によって異なる値が設定されていても良い。

次に、マイコン１４２は、抵抗１４５から読み取った情報をもとに、トランジスタ１４３またはトランジスタ１４４のベースに入力を与え、入力を与えられた少なくとも一方のトランジスタ１４３または／およびトランジスタ１４４がオンされる。

例えば、電池１０１が種類ａの場合には、トランジスタ１４３をオンにして、トランジスタ１４４をオフにする。トランジスタ１４３がオンされた場合は、抵抗１１１と抵抗１１２ａの分圧値がオペアンプ１１３の負入力端子（−）に入力される。

また、電池１０１が種類ｂの場合には、トランジスタ１４４をオンにして、トランジスタ１４３をオフにする。トランジスタ１４４がオンされた場合は、抵抗１１１と抵抗１１２ｂの分圧値がオペアンプ１１３の負入力端子（−）に入力される。

さらに、電池１０１が種類ｃの場合には、トランジスタ１４３及び１４４をオンにする。この場合は、抵抗１１１と抵抗１１２ａ及び１１２ｂの合成抵抗の分圧値がオペアンプ１１３の負入力端子（−）に入力される。

そして、オペアンプ１１３は、電池１０１の種類に応じて負入力端子（−）に入力された電池１０１の分圧値と、正入力端子（＋）に入力された電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の分圧値とを比較し、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の分圧値が電池１０１の分圧値を上回った場合には充電完了状態を表示するＬＥＤ１１５を点灯させ、一方、電気二重層キャパシタ列１０３〜１０８の分圧値が電池１０１の分圧値を下回った場合にはＬＥＤ１１５は消灯する。

＜実施形態３の効果＞
以上に説明した本実施形態３の電動工具によれば、前記実施形態１と同様の構成により前記実施形態１と同様の効果を得ることができ、さらに、電池の種類に応じて基準電圧を変更する機能として、抵抗１１１に直列に接続された複数の抵抗１１２ａ，１１２ｂ、抵抗１１２ａ，１１２ｂのそれぞれに直列に接続された複数のトランジスタ１４３，１４４、電池１０１の種類を判別し、この判別した電池１０１の種類に応じて抵抗１１２ａ，１１２ｂのいずれかに切り換えるためにトランジスタ１４３，１４４を制御するマイコン１４２などを有することで、マイコン１４２が電池１０１の種類を判別し、それぞれのトランジスタ１４３，１４４のコレクタ側に接続された抵抗１１２ａ，１１２ｂを選択することで、接続された電池１０１の種類に応じてオペアンプ１１３の負入力端子に入力される基準電圧を変更することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記した実施形態３では、抵抗１１２ａ，１１２ｂとトランジスタ１４３，１４４を用いて基準電圧を変更するようにしたが、マイコン１４２から直接オペアンプ１１３の負入力端子に、接続された電池１０１の種類に応じて異なる信号（電圧）を出力するようにしても良い。

本発明の電池パック及びそれを備えた電動工具は、特に、一次電池または二次電池で電気二重層キャパシタを充電し、この電気二重層キャパシタが駆動源となる電動工具に利用可能である。

１００：電池パック、１０１：電池、１０２：ダイオード、１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８：電気二重層キャパシタ、１０９，１１０：抵抗、１１１，１１２：抵抗、１１３：オペアンプ、１１４：抵抗、１１５：ＬＥＤ、１１６：電動工具本体、１１７：モータ制御回路、１１８：モータ、
１２０：オペアンプ、１２１：トランジスタ、１２２，１２３：抵抗、１２４：ＦＥＴ、１２５：抵抗、１２６：工具スイッチ、
１３０：オペアンプ、１３１：ＦＥＴ、１３２：ＬＥＤ、１３３：抵抗、１３４：ツェナーダイオード、１３５：コンデンサ、１３６，１３７，１３８：抵抗、
１１２ａ，１１２ｂ：抵抗、１４１：レギュレータ、１４２：マイコン、１４３，１４４：トランジスタ、１４５，１４６，１４７，１４８：抵抗。

Claims (8)

1. 電気二重層キャパシタと、
   前記電気二重層キャパシタを充電する電池と、
   前記電気二重層キャパシタの電圧を検出する第１電圧検出手段と、
   前記電池の電圧を検出する第２電圧検出手段と、
   前記第１電圧検出手段の出力と前記第２電圧検出手段の出力とを比較する第１比較手段とを有し、
   前記第１比較手段は、
   前記第２電圧検出手段の出力を基準電圧とし、
   前記第１電圧検出手段の出力が前記基準電圧を上回った場合に前記電気二重層キャパシタの充電が完了したことを示す信号を出力することを特徴とする電池パック。
2. 請求項１記載の電池パックにおいて、
   前記第１比較手段の出力により前記電気二重層キャパシタの充電状態を表示する第１表示手段をさらに有することを特徴とする電池パック。
3. 請求項１記載の電池パックにおいて、
   前記第１及び第２電圧検出手段は、分圧抵抗から構成されることを特徴とする電池パック。
4. 請求項２記載の電池パックにおいて、
   前記電気二重層キャパシタの電圧と電池残量表示の基準電圧とを比較する第２比較手段と、
   前記第２比較手段による比較の結果、前記電池残量表示の基準電圧が前記電気二重層キャパシタの電圧を上回った場合に点灯する第２表示手段とをさらに有することを特徴とする電池パック。
5. 請求項４記載の電池パックにおいて、
   前記第２表示手段が点灯している場合には前記第１表示手段による前記電気二重層キャパシタの充電状態の表示を禁止することを特徴とする電池パック。
6. 請求項３記載の電池パックにおいて、
   前記第２電圧検出手段の分圧抵抗に並列に接続された複数の抵抗と、
   前記複数の抵抗のそれぞれに直列に接続された複数の第１スイッチと、
   前記電池の種類を判別し、この判別した電池の種類に応じて前記複数の抵抗のいずれかに切り換えるために前記複数の第１スイッチを制御する制御手段とをさらに有し、
   前記第１比較手段は、前記分圧抵抗と前記制御手段の制御により切り換えられた抵抗とによる分圧電圧を前記基準電圧とすることを特徴とする電池パック。
7. 請求項１〜６のいずれか一項記載の電池パックを備えた電動工具であって、
   前記電池及び前記電気二重層キャパシタに並列に接続されたモータを有し、
   前記モータは、前記電気二重層キャパシタを駆動源とすることを特徴とする電動工具。
8. 請求項７記載の電動工具において、
   前記モータに直列に接続された第２スイッチをさらに有し、
   前記電池パックは、
   前記第１比較手段とは逆に動作して、前記電気二重層キャパシタの充電が未完了であることを示す信号を出力する第３比較手段と、
   前記第３比較手段の出力により動作し、前記電気二重層キャパシタの充電が未完了である場合に前記第２スイッチをオフにして前記モータの駆動を禁止する第３スイッチとをさらに有することを特徴とする電動工具。

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