JP2014073020A - 電池パック及び充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 デジタル対応可能な電池パックと、デジタル対応電池パック及びアナログ対応電池パックの双方を充電可能な充電装置を提供すること。
【解決手段】 再充電可能な二次電池の限られた情報をアナログ情報により充電装置に伝達し、その情報に基づき、予め固定された充電制御を行う充電装置・二次電池と、二次電池の多種多様な情報をデジタル通信により充電装置に送達し、よりフレキシブルな充電制御を行う充電装置・二次電池の２つの方式に対応して互換性を維持した構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は電池パック及び電装置に関する。

コードレス電動工具用の電源として電池組を内蔵した電池パックが用いられる。この種の電池パックを充電する充電装置には、電池パックに設けられた端子に対応する端子が設けられており、これら端子を介して電池パックに内蔵された二次電池の情報を表すアナログ信号を充電装置側で取り込み、当該信号に基づき二次電池の充電制御を行っていた(例えば、特許文献１参照)。

特開２００９−１７８０１２号公報

現在、電動工具の電池パックに内蔵される二次電池セルはリチウムイオン電池セルが主流であるが、他にニッケル系正極を有する二次電池セル等、複数の種類の二次電池セルが存在している。また、同じ種類、例えば、リチウムイオン電池セルを用いた電池パックであっても、工具の用途に合わせて複数の出力電圧のものがあり、電池容量も数Ａｈから数十Ａｈと多岐に及んでいる。さらに、二次電池セルの充電時の充電電圧も、電池セル仕様の多様化に伴い、同一の出力電圧規格に属する同一種別の電池パックであっても複数の種類が存在している。

しかしながら、従来の充電装置と電池パック双方に設けられている端子の数と役割は固定的、限定的であり、そのため、電池組を構成するセルの数や電池の温度等の限られた電池情報のみが電池パックから充電装置に提供されるに過ぎなかった。ゆえに、充電装置は、セルの数や電池の温度といった限られた電池情報のみに基づき、多種の電池パックに対して概ね妥当な充電機能を提供するか、又は、予め条件が登録された特定の電池パックに好適な充電機能のみを提供することしかできず、多種多様な二次電池に対し、個別的特徴を踏まえた精度の高い充電制御を行うことは困難であった。

本発明は、従来の電池パック(以下、「既存電池パック」又は「アナログ対応型電池パック」という。)と同じ端子数、同じ端子配列の電池パックであって、より多くの情報をデジタル化することで充電装置側に送信可能に構成された電池パック（以下、「デジタル対応型電池パック」という。）を提供すると共に、既存電池パックとデジタル対応型電池パックのいずれが装着されたかを判別可能であり、いずれの電池パックが装着されても，装着された電池パックに対応した充電が可能な充電装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の電池パックは、充電装置により充電可能な二次電池と、充電装置が有する充電側接続手段と接続可能な電池側接続手段と、二次電池に関する第１の電池情報を表すアナログ信号を生成する第１情報生成手段と、二次電池に関する第２の電池情報を表すデジタル信号を生成する第２情報生成手段と、充電側接続手段を介して接続された充電装置の種別を判定する充電装置判別手段と、判別対象の充電装置がデジタル対応型であると充電装置判別手段が判別した場合には、第２情報生成手段を選択して電池側接続手段に接続する選択接続手段と、を有することを特徴としている。

このような構成の電池パックは、デジタル対応型の充電装置に接続して充電することができ、第１の電池情報とともに第２の電池情報を参照しながら精密な制御の下で充電をすることができる。更に、アナログ対応型の充電装置を用いても従来通りの充電をすることができる。

請求項２に記載の電池パックは、請求項１に記載の構成において、充電側接続手段に電池側接続手段が接続されると、選択接続手段は第１情報生成手段を電池接続手段に接続することを特徴としている。

請求項１に記載されたようなデジタル対応型電池パックであっても、接続された充電装置がデジタル対応型であるかアナログ対応型であるかは接続した時点では不明であるので、接続当初は、二次電池に関する第１の電池情報を表すアナログ信号を充電装置に伝達、いずれの充電装置であっても、充電対象の電池パックに関する情報を入手できるようにしている。

請求項３に記載の電池パックは、請求項１若しくは請求項２に記載の構成において、充電装置の問い合わせに対する応答として、充電装置に接続されている電池パックがデジタル対応型であることを充電装置に伝達する電池パック種別情報伝達手段を更に有することを特徴としている。

このような構成によれば、充電装置は充電対象の電池パックの種別を認識することができる。

請求項４に記載の電池パックは、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の構成において、第１情報生成手段は、二次電池の温度を検出し、検出した二次電池の温度を表すアナログ温度信号を生成するアナログ温度信号生成手段と、少なくとも二次電池を構成する電池セルの数を表すアナログ電池セル数信号を生成するアナログ電池セル数信号生成手段と、を有し、電池側接続手段は、アナログ温度信号生成手段が生成するアナログ温度信号を出力する第１の端子と、アナログ電池セル数信号生成手段が生成するアナログ電池セル数信号を出力する第２の端子と、を有することを特徴としている。

このように、デジタル対応型の電池パックは、アナログ対応型の電池パックが有する構成をも有しており、コンパチブルな使用が可能となっている。

請求項５に記載の電池パックは、請求項４に記載の構成において、第２情報生成手段は第２の端子に接続されることを特徴としている。

このような構成によれば、デジタル対応型電池パックに特有の第２情報生成手段から充電装置へのデジタル信号の送信は既存の第２の端子を用いて行うので、新たな端子を設ける必要がない。

請求項６に記載の電池パックは、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の構成において、第２の電池情報には、充電方式、充電電圧、充電電流、充電時間、終止電流、充電容量、充放電の履歴情報、及び、プレチャージのうちの少なくとも１つを含むことを特徴としている。

第２の電池情報の具体的内容は上記の通りであるので、電池パックに関する詳細な情報を充電装置側に提供することができ、提供された情報に基づいて充電装置は精密な制御の下で充電を行うことができる。

請求項７に記載の充電装置は、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のデジタル対応型電池パックと、アナログ信号にのみ対応可能なアナログ対応型電池パックのいずれをも充電可能な充電装置であって、充電側接続手段と接続可能な装置側接続手段と、装置側接続手段を介して接続された電池パックがデジタル対応型電池パックかアナログ対応型電池パックのいずれであるかを判定する電池パック判定手段と、電池側接続手段を介して供給されるアナログ信号若しくはデジタル信号に基づき、装置側接続手段を介して接続された電池パックに内蔵される二次電池の充電を制御する制御手段と、を有することを特徴としている。

このように、デジタル対応型電池パックとアナログ対応型電池パックのいずれをも充電可能な充電装置であるが、いずれの電池パックであるかを判定した上で、判定結果に基づき適宜充電制御をおこなうようにしている。

請求項８に記載の充電装置は、請求項７に記載の構成において、制御手段は、電池側接続手段を介して供給されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換機能を有することを特徴としている。

制御手段は、アナログ対応電池を充電するときでも、提供されるアナログ信号をデジタル信号に変換した上で、充電制御を行っている。

請求項９に記載の充電装置は、請求項８に記載の構成において、デジタル対応電池パックが装置側接続手段に接続された場合には、制御手段は第２の情報生成手段からデジタル信号を受信するデジタル通信を行うことを特徴としている。

このように、デジタル対応型電池パックとデジタル対応型充電装置間でデジタル通信を行うことができるので、充電対象の電池パックに関するより詳細な情報を充電器側に効率よく伝達することができる。

請求項１０に記載の充電装置は、請求項７若しくは請求項８に記載の構成において、アナログ対応型電池パックが装置側接続手段に接続された場合には、制御手段はアナログ対応型電池パックが有する第１の情報生成手段からアナログ信号を受信するアナログ通信を行うことを特徴としている。

デジタル対応型充電装置にアナログ対応型電池パックが接続された場合においても、従来通りの充電を行うことができので、互換性のある充電装置となっている。

請求項１１に記載の充電装置は、二次電池に関する電池情報を表すデジタル信号を出力するデジタル対応型電池パックと、アナログ信号にのみ対応可能なアナログ対応型電池パックのいずれをも充電可能な充電装置であって、充電装置は、電池パックに設けられた充電側接続手段と接続可能な装置側接続手段と、装置側接続手段を介して接続された電池パックがデジタル対応型電池パックかアナログ対応型電池パックのいずれであるかを判定する電池パック判定手段と、電池側接続手段を介して供給されるアナログ信号若しくはデジタル信号に基づき、装置側接続手段を介して接続された電池パックに内蔵される二次電池の充電を制御する制御手段と、を有することを特徴としている。

このように、デジタル対応型電池パックとアナログ対応型電池パックのいずれをも充電可能な充電装置であり、いずれの電池パックであるかを判定した上で、判定結果に基づき適宜充電制御をおこなうようにしている。

請求項１２に記載の充電装置は、請求項１１に記載の構成において、制御手段は、電池側接続手段を介して供給されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換機能を有することを特徴としている。

制御手段は、アナログ対応電池を充電するときでも、提供されるアナログ信号をデジタル信号に変換した上で、充電制御を行っている。

請求項１３に記載の充電装置は、請求項１１若しくは請求項１２に記載の構成において、デジタル対応電池パックが装置側接続手段に接続された場合には、制御手段は当該デジタル対応電池パックが有する情報生成手段からデジタル信号を受信するデジタル通信を行うことを特徴としている。

このように、デジタル対応型電池パックとデジタル対応型充電装置間でデジタル通信を行うことができるので、充電対象の電池パックに関するより詳細な情報を充電器側に効率よく伝達することができる。

請求項１４に記載の充電装置は、請求項１２に記載の構成において、アナログ対応型電池パックが装置側接続手段に接続された場合には、制御手段は当該アナログ対応型電池パックが有する情報生成手段からアナログ信号を受信するアナログ通信を行うことを特徴としている。

デジタル対応型充電装置にアナログ対応型電池パックが接続された場合においても、従来通りの充電を行うことができので、互換性のある充電装置となっている。

本発明の電池パック及び充電装置によれば、従来行われていたアナログ対応型電池パックに対する充電制御機能を担保しつつ、デジタル対応型電池パックに対してはより詳細な電池情報をデジタル通信によりデジタル対応型充電器に伝達し、伝達された電池情報に基づきデジタル対応型充電装置はより精密な充電制御を行うことができる。

本発明の実施の形態による充電器の構成を示したブロック図。 本発明の実施の形態による充電器と電池パックの概略構成図と動作を説明するためのフローチャート。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る充電システム１を示したものである。充電システム１は、電池パック１０と、電池パック１０を充電する充電装置１００とからなる。本実施の形態による充電装置１００（以下、「デジタル対応型充電装置」ともいう。）は、アナログ方式で充電制御可能な既存電池パックと、デジタル方式で充電制御可能な本実施の形態による電池パック（以下、「デジタル対応型電池パック」ともいう。）のいずれをも充電することができるように構成されている。従って、デジタル対応型充電装置で既存電池パックを充電する場合、デジタル対応型充電装置でデジタル対応型電池パックを充電する場合、更に、既存電池パックを充電するための既存の充電装置によりデジタル対応型電池パックを充電する場合の３通りの充電パターンが存在する。このうち、図１は、デジタル対応型充電池でデジタル対応型電池パックを充電する場合を示したものである。

図１に示したように、電池パック１０は、本体内に、電池組１１と、保護ＩＣ１２と、レギュレータ１３と、感温素子であるサーミスタ１４と、電池種判別素子１５と、マイクロコンピュータ(以下、「電池側マイコン」という。)１６と、過充電信号入力部１７と、ショート回路１８と、スイッチ回路（以下、「電池側スイッチ回路」という。）１９と、を備えている。

電池組１１は、電池種（リチウムイオン電池、ニッケルカドミウム電池等）、電池組１１を構成する電池セルの数，及び、接続形態により特定され、多種多様の電池組が存在する。例えば、4つのリチウムイオン電池を直列接続したもの（この場合の電池電圧は１４．４Ｖ）、５つのリチウムイオン電池を直列接続したもの（この場合の電池電圧は１８Ｖ）、あるいは、複数の電池セル（ａ個）を直列接続したブロックを複数個（ｂ個）用意し、ｂ個のブロックの対応する電池セルを相互に接続することでａ個の直列ブロックをｂ個並列接続したような構成のものでもよい。

電池パック１０に設けられているスイッチ回路１９（以下、「電池パック側スイッチ回路１９」と称す。）は、第１スイッチ部と第２スイッチ部とから構成され、第１スイッチ部は、一端がサーミスタ１４に，他端がＬＳ端子に接続された第１スイッチＳＷ１と、一端がマイクロコンピュータ１６（以下、「電池側マイコン１６」という）の入力端子に、他端がＬＳ端子に接続された第２スイッチＳＷ２とから構成されている。また、第２スイッチ部は、一端が電池種判別素子１５に，他端がＴ端子に接続された第３スイッチＳＷ３と、一端が電池側マイコン１６の入力端子に、他端がＴ端子に接続された第４スイッチＳＷ４とから構成されている。第１スイッチ部の第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２とは相補的にオン／オフする。即ち、第１スイッチＳＷ１がオンであれば第２スイッチＳＷ２はオフ、あるいは第１スイッチＳＷ１がオフであれば第２スイッチＳＷ２はオンとなる。同様に、第２スイッチ部の第３スイッチＳＷ３と第４スイッチＳＷ４も相補的にオン・オフする。

電池パック１０が充電装置１００に装着された直後においては、第１スイッチ部を構成する第１スイッチＳＷ１はオン、第２スイッチＳＷ２はオフとなっており、第２スイッチ部を構成する第３スイッチＳＷ３はオン、第４スイッチＳＷ４はオフとなっている。

サーミスタ１４は、電池組１１に接触又は近接して配置されており、電池組１１の温度に応じて抵抗値が変化する。サーミスタ１４は、電池パック１０が充電装置１００に装着されると、その一端が電池側スイッチ回路１９の第１スイッチＳＷ１を介してＬＳ端子に接続され、充電装置１００に対して電池温度を表すアナログ信号を出力する。電池側スイッチ回路１９の第１スイッチＳＷ１がオン、第２スイッチＳＷ２がオフであれば、サーミスタ１４はＬＳ端子に接続されることになり、この接続状態は既存電池パックに設けられているサーミスタとＬＳ端子が接続された状態に相当する。

保護ＩＣ１２は、各電池セルの電圧を監視し、電池セルの少なくとも１つが過電圧になったと判断した場合には、過充電信号を出力する。当該過充電信号は過充電信号入力部１７に入力される。電池側スイッチ回路１９の第１スイッチＳＷ１がオン、第２スイッチＳＷ２がオフであれば、過充電信号入力部１７がＬＳ端子に接続されることになり、この接続状態は既存電池パックに設けられている過充電信号入力部とＬＳ端子が接続された状態に対応する。過充電信号が入力された過充電信号入力部１７はＬＳ端子に異常信号を出力し、この異常信号は、電池組１１が過充電状態であることを表すアナログ信号であり、このアナログ信号がＬＳ端子を介して充電装置１００に送出される。

電池種判別素子１５は、電池組１１の電池種、セル数及びその接続形態に応じた固有の抵抗値を有する抵抗素子である。電池種判別素子１５は、電池パック１０が充電装置１００に装着されると、その一端が第３スイッチＳＷ３及びＴ端子を介して充電装置１００に電気的に接続される。充電装置１００は電池種判別素子１５の抵抗を検出することで、装着されている電池パックに内蔵されている電池組１１を特定することができる。電池側スイッチ回路１９の第３スイッチＳＷ３がオン、第４スイッチＳＷ４がオフの状態は、既存電池パックに設けられている電池種判別素子が、Ｔ端子が接続された状態に相当する。

レギュレータ１３は、電池組１１に接続されており、電池組１１を電源として所定の駆動電圧を生成し、電池側マイコン１６に印加する。

ショート回路１８は、電池種判別素子１５の非接地側端子と電池側マイコン１６の出力端子の間に接続されている。ショート回路１８の具体的回路構成は図２に示された通りであり、エミッタ接地のトランジスタ１８１と、ベース抵抗、及びバイアス抵抗により構成されている。具体的には、トランジスタ１８１のベースはベース抵抗を介して電池側マイコン１６の出力端子に接続されている。バイアス抵抗はベース・エミッタ間に接続されている。

電池側マイコン１６はレギュレータ１３から駆動電圧が供給されると起動し、各種入力情報に基づいて所定の処理を行う。電池側マイコン１６には、ショート回路１８に接続される出力端子の他に、電池パック側スイッチ回路１９の第２スイッチＳＷ２と第４スイッチＳＷ４に接続される出力端子が設けられている。

また、電池側マイコン１６は内部にメモリ（図示せず）を有し、メモリには、電池パック１０の充電方式、充電電圧、充電電流、充電時間、終止電流、充電容量、充放電の履歴情報、プレチャージの条件等を電池パック１０の充電条件として記憶している。これらの充電条件は、電池パック側スイッチ回路１９の第２スイッチＳＷ２とＬＳ端子を介した第１の線路と、第４スイッチＳＷ４とＴ端子を開始田第２の線路を介して充電装置１００に送信される。

次に、デジタル対応型充電池１００について説明する。充電装置１００は、１次側整流回路２０と、メイン電源回路３０と、トランス４０と、２次側整流回路５０と、電流制御・設定回路６０と、電池電圧検出回路７０と、電圧制御・設定回路８０と、フィードバック切替回路９０と、定電圧電源回路１１０と、電池種判別回路１２０と、電池温度・過電流検出回路１３０と、マイクロコンピュータ１４０（以下、「装置側マイコン１４０」という。）と、表示手段１５０と、レギュレータ１６０と、を備えている。

１次側整流回路２０は、交流電源２１から供給される交流電力を整流して出力する。

メイン電源回路３０は、スイッチングＩＣ３１と、ＦＥＴ３２と、ラッチ回路３３と、を備えている。メイン電源回路３０では、スイッチングＩＣ３１及びＦＥＴ３２によるＰＷＭ制御により、トランス４０の１次側への出力電力を調整する。ラッチ回路３３は、カプラ３４を介して装置側マイコン１４０から出力される信号により、電池パック１０の充電を強制的に終了させる。

２次側整流回路５０は、トランス４０の２次側から出力されたパルス電力を整流して電池パック１０に供給する。

電流制御設定回路６０は、装置側マイコン１４０からの信号に応じて電池パック１０の充電電流を設定して、電池パック１０に流れる充電電流を検出すると共に、検出した充電電流に基づき対応する信号をフィードバック切替回路９０に出力する。

電池電圧検出回路７０は、電池パック１０の充電電圧を検出する。

電圧制御設定回路８０は、ポテンショメータ８１と共に、電池パック１０の充電電圧を制御する。電圧制御設定回路８０は、装置側マイコン１４０からの信号に応じて充電電圧を設定し、対応する信号をフィードバック切替回路９０に出力する。

フィードバック切替回路９０は、電流制御設定回路６０と電圧制御設定回路８０との出力信号に基づき、電池パック１０の充電電圧及び充電電流を目標値とするように、メイン電源３０にカプラ９１を介して信号を出力する。

定電圧電源回路１１０は、補助電源１１１と、トランス１１２と、電源１１３、１１４と、ファン１１５と、レギュレータ１１６とを備えており、１次側整流回路２０から出力される電圧から直流電圧Ｖｃｃを生成して装置側マイコン１４０へ供給する。定電圧電源回路１１０は、装置側マイコン１４０からのカプラ１１７を介して送られてくる信号により、動作を停止する。

電池種判別回路１２０は、所定の抵抗値を有する抵抗素子１２１を有する。電池パック１０が装着されると、抵抗素子１２１と電池パック１０側に設けられている電池種判別素子１５とがＴ端子を介して接続され、電池種判別素子１５の抵抗値、即ち二次電池１１の種別を表すアナログ信号が装置側マイコン１４０のＡ／Ｄ入力ポートに入力される。なお、このとき電池種判別回路１２０を構成するトランジスタ１２１はオフとなっている。

電池温度・過充電検出回路１３０は、電池温度検出回路１３１と過充電検出回路１３２により構成される。電池温度検出回路１３１は、サーミスタ１４の抵抗値に基づき電池パック１０の温度に対応した温度信号を装置側マイコン１４０に入力し、電池パック１０から過充電信号が出力される場合は、当該信号を装置側マイコン１４０に入力する。

表示部１５０は、ＬＥＤからなり、装置側マイコン１４０に接続されている。表示部１５０は、電池パックの未装着、充電中、又は充電終了の状態をＬＥＤの発光色を変えることによって表示する。

装置側マイコン１４０は、最初に、電池種判別回路１２０から入力された信号に基づき、電池パック１０の２次電池の種別、セル数、及び、接続形態を判断して、メイン電源回路３０に対して充電開始信号を出力する。また、後述する電池パック１０からのパルス信号によって表される充電容量、充電電圧、許容電流、終止電流などの充電条件に対応した信号を、電流制御設定回路６０及び電圧制御設定回路８０に出力する。さらに、装置側マイコン１４０は、電池温度・過電流検出回路１３０により、電池パック１０の充電異常を検知した場合は、電池パック１０の充電を強制的に停止させる。実施の形態によっては、装置側マイコン１４０は、充電時間を計測し、所定時間経過後に電池パック１０の充電を停止する。

レギュレータ１６０は１２Ｖを電源電圧として電池側マイコン１６の駆動電圧（例えば、５Ｖ）を生成し、Ｖ端子を介して電池側マイコン１６に印加する。

また、充電装置１００は、装着された電池パック１０の電池側マイコン１６への電力供給のオン・オフを切り換えるスイッチ回路１６０を備える。スイッチ回路１６０は、電池パック１０が装着された場合にオンになる。スイッチ回路１６０はオンになると、端子Ｔ５を介して電池パック１０の電池側マイコン１６に直流電圧Ｖｃｃ、すなわち５Ｖを印加し、その結果電池側マイコン１６を起動させる。

充電装置１００には更にスイッチ回路１７０（以下、「装置側スイッチ回路１７０」という。）が設けられている。装置側スイッチ回路１７０は、第１スイッチ部と第２スイッチ部とから構成され、第１スイッチ部は、一端がＬＳ端子に，他端が電池温度・過電流検出回路１３０に接続された第１スイッチＳＷ１０と、一端が同じくＬＳ端子に、他端が装置側マイコン１４０に接続された第２スイッチＳＷ２０とから構成されている。また、第２スイッチ部は、一端がＴ端子に，他端が装置側マイコン１４０に接続された第３スイッチＳＷ３０と、一端が同じくＴ端子に、他端が装置側マイコン１４０に接続された第４スイッチＳＷ４０とから構成されている。

電池パック１０が充電装置１００に装着された直後においては、第１スイッチ部を構成する第１スイッチＳＷ１０はオン、第２スイッチＳＷ２０はオフとなっており、第２スイッチ部を構成する第３スイッチＳＷ３０はオフ、第４スイッチＳＷ４０はオンとなっている。第１スイッチ部の第１スイッチＳＷ１０と第２スイッチＳＷ２０、及び第２スイッチ部の第３スイッチＳＷ３０と第４スイッチＳＷ４０とはそれぞれ相補的にオン・オフする。

次に、充電装置に電池パックを装着し充電を行う場合の動作について説明する。

充電を開始する前に、充電装置に装着された電池パックがデジタル対応の新型のものであるか（デジタル対応型電池パック）、あるいは既存の電池パックであるのかを判定する必要がある。同時に、デジタル対応型電池パック１０を充電するに際しては、充電装置が新型（デジタル対応型充電装置）かあるいは既存のものであるかを判定する必要がある。

図１及び図２に示されているように、デジタル対応型充電装置１００にデジタル対応型電池パック１０を装着したときは、前述のように、電池パック１０側の第１スイッチＳＷ１はオン、第２スイッチＳＷ２はオフ、第３スイッチＳＷ３はオン、第４スイッチＳＷ４はオフに、また、充電器側の第１スイッチＳＷ１０はオン、第２スイッチＳＷ２０はオフ、第３スイッチＳＷ３０はオン、第４スイッチＳＷ４０はオフとなっている。

デジタル対応型電池パック１０がデジタル対応型充電装置１００に装着されると、最初は共にアナログモードで動作する（Ｓ１０，Ｓ１００）。各スイッチのオン・オフは上記の通り設定されているので、電池パック１０内の電池種識別素子１５と充電装置１００内の電池種判別回路１２０を構成する抵抗素子１２１が接続され、電池種判別素子１５両端の分圧電圧が装置側マイコン１４０のＡ／Ｄ変換部に入力される。このとき、装置側マイコン１４０はローレベルの信号を、ショート回路１８０を構成するＦＥＴ素子１８１に出力しており、ＦＥＴ素子１８１はオフとなっている。装置側マイコン１４０は、入力された電池種識別素子１５の抵抗値から装着された電池パック１０に内蔵されている電池組１１の少なくともセル数を判別する（Ｓ１０１）。

既存電池パックには，デジタル対応型電池パック１０に設けられている電池側スイッチ回路１９に相当する回路は設けられておらず、また、既存充電装置にもデジタル対応型装置１００に設けられている装置側スイッチ回路１６０に相当する回路は設けられていないが、既存電池パックをデジタル対応型充電装置１００に装着した場合、及び、デジタル対応型電池パック１０を既存充電装置に装着した場合にも、アナログモードによるセル数判別は上記と同様に行われる。

次に、デジタル対応型充電池１０は、装着されている電充電装置がデジタル対応のものであるかどうかを判定する。そのために、装置側マイコン１４０は、ショート回路１８０のＦＥＴ素子１８１に対して出力していたローレベルの信号をハイレベルの信号に切り替え、ＦＥＴ素子１８１をオンとすることでＴ端子をショートする（Ｓ１０２）。このようにデジタル対応型充電装置１００はＴ端子をショートする機能を有しているが、既存充電装置はかかる機能を有していない。そのため、電池パック１０側では、Ｔ端子がショートされているか否かにより装着した充電装置が新型か既存型かを判別することができる（Ｓ１１）。このとき、デジタル対応型充電池１０の電池側スイッチ回路１９の第３スイッチＳＷ３はオフ、第４スイッチＳＷ４はオンとなっており、電池側マイコン１６はＴ端子がショートされた状態であることを認識することができる。

Ｔ端子がショートされれば（Ｓ１１：ＹＥＳ），電池パック側では、装着した充電装置がデジタル対応型のデジタル対応型充電池器であると認識し（Ｓ１２）、Ｔ端子がショートされなければ（Ｓ１１：ＮＯ）、装着した充電装置は既存の充電装置であると認識する（Ｓ１６）。電池パックを装着した充電装置が既存の充電装置である場合には、電池パックが新型のものか既存のものかに拘わらず、アナログモードでの動作を継続し（Ｓ１７）、既存の充電装置により従来と同じ方式で充電を開始する。

電池パック側で使用する充電装置が新型のものか既存のものかを判別した後、充電装置１００側は装着された電池パックが新型のものか既存のものかを判別する。そのために、充電装置１００側から行ったＴ端子のショートを一度解除し（Ｓ１０２）、電池パック１０側からＴ端子をショートできるか否かを判定する。デジタル対応型電池パック１０にはショート回路１８が設けられており、電池パック側マイコン１６からのショート指令信号（ハイレベル）に応答してショート回路１８はＴ端子をアースに接続することができる。充電装置１００側でＴ端子がショートされていることが確認できれば（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、装着されている電池パック１０はデジタル対応型の新型ものであることがわかる（Ｓ１０８）。一方、Ｔ端子がショートされなければ（Ｓ１０４：ＮＯ）、装着されている電池パックは既存のものであると判定される（Ｓ１０５）。

具体的には、デジタル対応型電池パック１０には，図１及び図２に示されているように、ショート回路１８が設けられている。図２に示されているように、ショート回路１８は電池パック側マイコン１６から出力されたショート指令信号に応答してトランジスタ１８１はオンとなる。その結果、Ｔ端子はショートされる（Ｓ１３）。既存電池パックにはこの種のショート回路は設けられておらず、Ｔ端子は電池種判別素子１５に接続されたままであるので、Ｔ端子がショートされることはない。

充電装置１００側で、Ｔ端子がショートされず、そのため既存電池パックが装着されていると判定された場合には（Ｓ１０５）、アナログモードを継続し（Ｓ１０６），装着されている既存電池パックを従来のアナログ方式による制御の下で充電を行う（Ｓ１０６）。図２に示されているように、ＬＳ端子を介してサーミスタ１４と充電装置側の温度検出回路１３１が接続され、電池組１１の温度を表すアナログ信号が装置側マイコンのＡ／Ｄ変換部に入力され、電池組１１が高温であると判断されると充電は停止される。また、図２には示されていないが、少なくとも一つの電池セルが過充であることを示す過充電信号が保護ＩＣ１２から出力された場合には、過充電信号入力部１７より異常信号が出力され、ＬＳ端子を介して充電装置側に伝送される。充電装置側では、電池パックからの異常信号は過充電検出回路１３２を経由して電池側マイコン１４０に入力される。装置側マイコン１４０が過充電状態であることを検出した場合には充電を停止する。

装着されている電池パックがデジタル対応の新型のものである場合には（Ｓ１０８），電池パック１０側のショート回路１８はＴ端子のショート状態を解除した上で（Ｓ１４）、電池パック１０側の第１スイッチＳＷ１をオフ、第２スイッチＳＷ２をオン、第３スイッチＳＷ３をオフ、第４スイッチＳＷ４をオンに、また、充電器側の第１スイッチＳＷ１０をオフ、第２スイッチＳＷ２０をオン、第３スイッチＳＷ３０をオフ、第４スイッチＳＷ４０をオンに切り替える（Ｓ１０９）。このように初期状態とは逆の位置に各スイッチを切り替えることにより、アナログモードからデジタルモードに切り替える（Ｓ１０９）。図２中、アナログモードにおける信号線路は実線で、デジタルモードにおける信号線路は点線で示してある。

デジタルモードに切り替えられると，デジタル対応型充電装置１００に内蔵されている装置側マイコン１４０とデジタル対応型電池パック１０に内蔵されている電池パック側マイコン１６とが直接接続され、両マイコン間でデジタル通信が行われる（Ｓ２００）。デジタル対応型電池パック１０に設けられている電池側マイコン１６には記憶装置が備わっており、当該記憶装置にはデジタル対応型電池パック１０に関する電池情報が記憶されている。電池情報には、充電方式、充電電圧、充電電流、充電時間、終止電流、充電容量、充放電の履歴情報、及び、プレチャージのうちの少なくとも１つを含んでいる。これらの情報をパルス列信号として電池パック１０からデジタル対応型充電装置１００に送信し、デジタル対応型充電装置１００では受け取った電池パックに関する情報に基づいて当該電池パックの特性に沿った緻密な制御の下で充電を行うことができる。尚、上記実施の形態では、パルス列信号を送る通信ラインとして、電池種判別素子１５の情報を伝達するための接続ラインを利用する。

以上のように、本実施の形態によれば、デジタル対応型の電池パック１０をデジタル対応型充電装置１００で充電しようとする場合には、充電対象尾電池パックに関する様々な充電条件を、デジタル通信を介して充電装置１００側で取得することができるので、充電対象の電池パックの特性に沿った精密な充電制御を行うことができる。また、デジタル対応型の電池パック１０は従来のアナログ対応型充電装置でも充電可能であり、アナログ対応型の電池パックもデジタル対応型充電装置１００で充電可能であるので、互換性が保たれており使用者にとっては利便性が高い。

本発明による電池パック及び充電装置は、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された範囲で種々の改良や改変が可能である。例えば、上記した実施の形態では、パルス通信を行うために電池種（セル数）の判別を行うために用いる既存のＴ端子を利用したが、電池温度情報を充電装置側に知らせるために用いられる既存のＬＳ端子を利用してもよい。

なお、上記実施の形態における二次電池の電池種情報、過充電状態に関する情報、及び、電池温度情報は、特許請求の範囲に記載した「第１の電池情報」に、電池パック１０の充電方式、充電電圧、充電電流、充電時間、終止電流、充電容量、充放電の履歴情報、プレチャージの条件等は、特許請求の範囲に記載した「第２の電池情報」に対応する。また、電池パックと充電装置のそれぞれが有するＬＳ端子とＴ端子は、それぞれ「電池側接続手段」と「充電側接続手段」に相当する。本実施の形態における過充電信号入力部１７，サーミスタ１４及び電池種判別素子１５は特許請求の範囲に記載した「第１情報生成手段」に、また、前記第１の電池情報を記憶した電池パック側マイコン１６の記憶装置（図示せず）と記憶装置に記憶されている情報を読み出しデジタル通信を可能にする電池パック側マイコン１６が「第２情報生成手段」に相当する。更に、Ｔ端子、電池側スイッチ回路１９、及び、電池パック側マイコン１６が「充電装置判別手段」に相当し、電池パック側スイッチ回路１９は「選択接続手段」に相当する。Ｔ端子、装置側マイコン１４０、ショート回路１８０，及び、装置側スイッチ回路１６０は「電池パック判定手段」に相当する。

１：充電システム、 １０：電池パック、 １１：電池組、 １２：保護ＩＣ、 １３：スイッチングＩＣ、 １４：サーミスタ、 １５：電池種判別素子、 １６：電池側マイコン、 １７：過充電信号入力部 、１８：ショート回路、 １９：電池パック側スイッチ回路、 ２０：１次側整流回路、 ２１：交流電源、 ３０：メイン電源回路、 ３１：スイッチングＩＣ、 ３２：ＦＥＴ、 ３３：ラッチ回路、 ４０：トランス、 ５０：２次側整流回路、 ６０：電流制御設定回路、 ７０：電池電圧検出回路、 ８０：電圧制御設定回路、 ８１：ポテンショメータ、 ９０：フィードバック切替回路、 ９１：カプラ、 １００：充電装置、 １１０：定電圧電源回路、 １１１：補助電源、 １１２：トランス、 １１３：電源、 １１５：ファン、 １１６：レギュレータ、 １１７：カプラ、 １２０：電池種判別回路、 １３０：電池温度・過電流検出回路、 １３１：電池温度検出回路、 １３２：過電流検出回路、 １４０：装置側マイコン、 １５０：表示部、１６０：装置側スイッチ回路、 １７０：装置側スイッチ回路、 １８０：ショート回路

Claims (14)

1. 充電装置により充電可能な二次電池と、
   前記充電装置が有する充電側接続手段と接続可能な電池側接続手段と、
   前記二次電池に関する第１の電池情報を表すアナログ信号を生成する第１情報生成手段と、
   前記二次電池に関する第２の電池情報を表すデジタル信号を生成する第２情報生成手段と、
   前記充電側接続手段を介して接続された前記充電装置の種別を判定する充電装置判別手段と、
   判別対象の前記充電装置がデジタル対応型であると前記充電装置判別手段が判別した場合には、前記第２情報生成手段を選択して前記電池側接続手段に接続する選択接続手段と、
   を有することを特徴とする電池パック。
2. 前記充電側接続手段に前記電池側接続手段が接続されると、前記選択接続手段は前記第１情報生成手段を前記電池接続手段に接続することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 前記充電装置の問い合わせに対する応答として、前記充電装置に接続されている電池パックがデジタル対応型であることを前記充電装置に伝達する電池パック種別情報伝達手段を更に有することを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載の電池パック。
4. 前記第１情報生成手段は、
   前記二次電池の温度を検出し、検出した前記二次電池の温度を表すアナログ温度信号を生成するアナログ温度信号生成手段と、
   少なくとも前記二次電池を構成する電池セルの数を表すアナログ電池セル数信号を生成するアナログ電池セル数信号生成手段と、
   を有し、
   前記電池側接続手段は、
   前記アナログ温度信号生成手段が生成するアナログ温度信号を出力する第１の端子と、
   前記アナログ電池セル数信号生成手段が生成するアナログ電池セル数信号を出力する第２の端子と、
   を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電池パック。
5. 前記第２情報生成手段は前記第２の端子に接続されることを特徴とする請求項４に記載の電池パック。
6. 前記第２の電池情報には、充電方式、充電電圧、充電電流、充電時間、終止電流、充電容量、充放電の履歴情報、及び、プレチャージのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の電池パック。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のデジタル対応型電池パックと、アナログ信号にのみ対応可能なアナログ対応型電池パックのいずれをも充電可能な充電装置であって、
   前記充電側接続手段と接続可能な装置側接続手段と、
   前記装置側接続手段を介して接続された電池パックが前記デジタル対応型電池パックか前記アナログ対応型電池パックのいずれであるかを判定する電池パック判定手段と、
   前記電池側接続手段を介して供給される前記アナログ信号若しくは前記デジタル信号に基づき、前記装置側接続手段を介して接続された電池パックに内蔵される二次電池の充電を制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする充電装置。
8. 前記制御手段は、前記電池側接続手段を介して供給される前記アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換機能を有することを特徴とする請求項７に記載の充電装置。
9. 前記デジタル対応電池パックが前記装置側接続手段に接続された場合には、前記制御手段は前記第２の情報生成手段から前記デジタル信号を受信するデジタル通信を行うことを特徴とする請求項７若しくは請求項８に記載の充電装置。
10. 前記アナログ対応型電池パックが前記装置側接続手段に接続された場合には、前記制御手段は前記アナログ対応型電池パックが有する前記第１の情報生成手段から前記アナログ信号を受信するアナログ通信を行うことを特徴とする請求項７若しくは請求項８に記載の充電装置。
11. 二次電池に関する電池情報を表すデジタル信号を出力するデジタル対応型電池パックと、アナログ信号にのみ対応可能なアナログ対応型電池パックのいずれをも充電可能な充電装置であって、前記充電装置は、
    電池パックに設けられた充電側接続手段と接続可能な装置側接続手段と、
    前記装置側接続手段を介して接続された電池パックが前記デジタル対応型電池パックか前記アナログ対応型電池パックのいずれであるかを判定する電池パック判定手段と、
    前記電池側接続手段を介して供給される前記アナログ信号若しくは前記デジタル信号に基づき、前記装置側接続手段を介して接続された電池パックに内蔵される二次電池の充電を制御する制御手段と、
    を有することを特徴とする充電装置。
12. 前記制御手段は、前記電池側接続手段を介して供給される前記アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換機能を有することを特徴とする請求項１１に記載の充電装置。
13. 前記デジタル対応電池パックが前記装置側接続手段に接続された場合には、前記制御手段は当該デジタル対応電池パックが有する情報生成手段から前記デジタル信号を受信するデジタル通信を行うことを特徴とする請求項１１若しくは請求項１２に記載の充電装置。
14. 前記アナログ対応型電池パックが前記装置側接続手段に接続された場合には、前記制御手段は当該アナログ対応型電池パックが有する前記情報生成手段から前記アナログ信号を受信するアナログ通信を行うことを特徴とする請求項１１若しくは請求項１２に記載の充電装置。

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