JP2014099244A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】電池セル群の放電停止時に、電池セルの絶縁信頼性が向上する電池パックを提供する。
【解決手段】複数の電池セル１２０が直列接続されて成る電池パックに、電池セル１２０の電圧を検知する手段１２３と、電池セル１２０の温度を検知する手段１２４と、電池セル１２０の入出力端子１３１に電圧を出力する状態とその出力を停止する状態とに切り換わる手段１３０と、放電制御回路とを設ける。その放電制御回路は、手段１２３，１２４の検知結果に基づき、電池セル１２０の入出力端子１３１に接続された放電出力端子への電圧の出力を停止する際に、その出力停止を示す信号を手段１３０に送信し、その手段１３０は、前記放電制御回路より受信した信号に基づき、入出力端子１３１への電圧の出力を停止する。
【選択図】図１６

Description

本発明は、リチウムイオン電池等の２次電池を用いて構成される電池パックに関するものである。

従来技術のコードレス電動工具（例えば、特許文献１参照。）は、商用電源から充電器を用いて電池パックの充電を行い、電池パックを電源として直流駆動式モータを駆動する。また、交流駆動式電動工具は電源コードを商用電源に直接接続して交流駆動式モータを駆動する。近年では、電池技術や充電制御技術等の発達により、コードレス電動工具で用いられる電池パックは高性能化しつつある。特にリチウムイオン電池を用いた電池パックは、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池を用いた電池パックと比較し、その高いエネルギー密度によって軽量、高電圧、及び、高容量を実現できるようになり、これを使用するユーザーが増えつつある。
特開２００２−２５４３５５号公報

以下に、従来技術として挙げられる１４．４Ｖリチウムイオン電池パックを用いた１４．４Ｖコードレス電動工具システム、３６Ｖリチウムイオン電池パックを用いた３６Ｖコードレス電動工具システム、及び、交流駆動式電動工具を比較し、本発明が解決しようとする課題を説明する。

コードレス電動工具に対するユーザーの要求事項として、主に、高い作業性能とコストの低減が挙げられる。高い作業性能とは、作業負担の軽減のため電池パックの質量が軽いこと、コードレス電動工具の出力が交流駆動式電動工具の出力に近いこと、コードレス電動工具の１充電当たりの作業量が多いこと、及び、前記作業量を超えた連続作業が必要な場合には、交流駆動式電動工具のようにコード付電動工具として連続的に使用できることである。また、コストの低減とは、電池パックと充電器のイニシャルコストを低減すること、及び、電池パックの長寿命化によりランニングコストを低減することである。

従来技術の１４．４Ｖコードレス電動工具システム、及び、３６Ｖコードレス電動工具システムは、前述のユーザーの要求事項の一部に特化して完成した形態となっているため、課題が残る。

１４．４Ｖコードレス電動工具システムの場合、ユーザーが軽いと体感し満足する電池パックの質量、軽負荷作業における１充電当たりが十分であるとユーザーが満足する作業量、及び、３６Ｖコードレス電動工具と比較して相対的に低い電力容量で構成される電池パックと充電器によりイニシャルコストを低減できるという長所に特化している。したがって、出力性能、及び、重負荷作業における１充電当たりの作業量は、３６Ｖコードレス電動工具システムより劣るという課題が残る。

３６Ｖコードレス電動工具システムの場合、１４．４Ｖコードレス電動工具システムと比較し、相対的に優れた出力性能と１充電当たりの作業量、及び、相対的に負荷電流が低減することに伴い電池セル寿命が向上しランニングコストを低減できるという長所に特化している。したがって、電池パックの質量がユーザーにとって携帯できると感じる重さの上限であること、及び、相対的に高い電力容量で構成される電池パックと充電器によりイニシャルコストが上がるという課題が残る。また、３６Ｖコードレス電動工具の出力については、交流駆動式電動工具と比較すると、未だ不足しているため、ユーザーは、商用電源の確保が困難な現場における作業時に、作業効率は低下するが、従来技術のコードレス電動工具を代替的に使用せざるを得ないという根本的な課題が残っている。

また、電池パックに蓄えられる電力容量は有限であり、充電１回当たりの作業量が限られるため、交流駆動式電動工具のように連続的な作業を行うことはできない。そこで従来技術においては、例えば、コードレス電動工具をＡＣ−ＤＣコンバータ装置に接続して、コード付き直流駆動式電動工具として連続作業を実現するものがある。しかし、連続作業が行えるようになっても、ＡＣ−ＤＣコンバータ装置を接続したコードレス電動工具は、商用電源と比較し相対的に低い電圧で駆動するため出力性能が不足し、また、ＡＣ−ＤＣコンバータ装置の発熱抑制のための回路のコストアップ、及び、大電流負荷に対する回路保護のため重負荷作業に対応できないという課題がある。

以上より、電池パックの質量、出力、作業量、イニシャルコスト、及び、ランニングコストに対して、バランス良く高く評価できるコードレス電動工具システムが存在していないことが総合的な課題である。

特に出力性能においては、従来技術として存在するコードレス電動工具用の電池パックの電圧は最大３６Ｖであり、商用電源の１００Ｖと比較すると、出力性能の差が大きい。したがって、交流駆動式電動工具に相当する出力が得られるコードレス電動工具が存在しない、及び、商用電源に相当する出力が得られる電池パックが存在しないという課題の前に、前述の総合的な課題を解決しながら、出力が３６Ｖを上回る電池パックが存在しないという課題がある。

３６Ｖを上回る電圧に設定するため、従来技術の電池パックの構成に従い、電池セルの直列個数を増やし、直流高電圧の電池パックを用いてコードレス電動工具を使用すると、コードレス電動工具において新たな課題が生じる。直流高電圧の場合、コードレス電動工具に用いるスイッチの接点の遮断時にアークが切れず、前記スイッチが故障に至るおそれがある場合がある。

また、電池パックに収容する電池セルを、例えば、商用電源電圧に相当するようなセル数で構成する場合、手持ち使用を目的とした電池パックにおいて新たな課題が生じる。例えば、従来技術に従い、充電完了後のセル電圧が４Vとなったリチウムイオン電池セルを２７個直列接続した１０８Vの電池セル群、前記電池セル群に接続された放電制御回路、及び、前記放電制御回路に接続された出力端子をケースに収容した電池パックの場合、前記電池パックの内部には、最大１０８Vの高電圧が高頻度で印加される部位が存在することになる。その際、従来技術の３６V以下の電池パックにおいては商用電源電圧に対して十分に低い電圧を用いていたため生じることのなかった電池パック内部の絶縁破壊、また、電池パック外部からの異物混入等による前記電池パック外部への漏電という絶縁信頼性に関する課題が生じる。

また、直流高電圧の電池セル群を電池パック内に収容する際に生じる前述の課題を回避するため、直列接続された直流電圧が、例えば、３６V以下になるように電池セル群を構成し、前記電池セル群の直流電圧を昇圧回路により昇圧し、前記昇圧した直流電圧を正逆発振回路により正逆発振し交流電圧を得る方式を用いた場合、電池セルの負荷電流の増大に伴う電池セル、及び、昇圧回路の発熱が増大する。電池セル群の直列電圧と最終的に出力する交流電圧の実効値の差が大きいほど、前記発熱の増大は顕著となる。したがって、発熱を抑制する手段を電池パックに収容すると、従来技術のコードレス電動工具で用いられる電池パックと比較し、サイズ、コストの大幅なアップなどの課題が生じる。

本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項には番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本発明が採用し得る技術的特徴の一部およびそれの組合せの理解を容易にするためであり、本発明が採用し得る技術的特徴およびそれの組合せが以下の態様に限定されると解釈すべきではない。すなわち、下記の態様には記載されていないが本明細書には記載されている技術的特徴を本発明の技術的特徴として適宜抽出して採用することは妨げられないと解釈すべきなのである。

さらに、各項を他の項の番号を引用する形式で記載することが必ずしも、各項に記載の技術的特徴を他の項に記載の技術的特徴から分離させて独立させることを妨げることを意味するわけではなく、各項に記載の技術的特徴をその性質に応じて適宜独立させることが可能であると解釈すべきである。

（１） 電気機器の電源として用いられる電池パックであって、
複数の電池セルが直列接続された電池セル群と、
その電池セル群の放電を制御する放電制御回路と、
前記電池セル群の放電出力を前記電気機器へ供給するための放電出力端子と、
それら電池セル群、放電制御回路及び放電出力端子を収容するケースと
を含み、
前記電池セル群は、その電池セル群に接続された入出力端子と共に、電池モジュールを構成し、
その電池モジュールは、複数直列接続されて電池モジュール群を構成し、
その電池モジュール群は、前記放電制御回路に接続され、
当該電池パックは、さらに、
前記電池セル群の少なくとも１個の電池セルの電圧と、前記電池セル群の少なくとも１個の電池セルの温度と、電流との少なくとも１つを検知する第１検知手段と、
前記入出力端子に電圧を出力する状態とその出力を停止する状態とに切り換わる第１切換手段と
を含み、
前記放電制御回路は、前記第１検知手段の検知結果に基づき、前記放電出力端子への電圧の出力を停止する際に、その出力停止を示す第１信号を前記第１切換手段に送信し、
前記第１切換手段は、前記放電制御回路より受信した前記第１信号に基づき、前記入出力端子への電圧の出力を停止する電池パック。

この電池パックによれば、電池セル群の放電停止時に、第１切換手段によって電池セルが絶縁されるため、放電停止時における電池セルの絶縁信頼性が向上する。

（２） 電気機器の電源として用いられる電池パックであって、
複数の電池セルが直列接続された電池セル群と、
その電池セル群の放電を制御する放電制御回路と、
前記電池セル群の放電出力を前記電気機器へ供給するための放電出力端子と、
それら電池セル群、放電制御回路及び放電出力端子を収容するケースと
を含み、
前記電池セル群は、その電池セル群に接続された入出力端子と共に、電池モジュールを構成し、
その電池モジュールは、複数直列接続されて電池モジュール群を構成し、
その電池モジュール群は、前記放電制御回路に接続され、
前記複数の電池モジュールは、それぞれ、各電池モジュールの状態を、前記入出力端子に電圧を出力する電圧出力状態とその出力を停止する出力停止状態とに選択的に制御するモジュール制御回路を含み、
各電池モジュールのモジュール制御回路は、前記出力停止状態となると、出力停止を示す出力停止信号を、当該電池パック内の他の電池モジュールのモジュール制御回路に送信し、
各電池モジュールのモジュール制御回路は、前記出力停止信号を受信すると、前記入出力端子への電圧の出力を停止する電池パック。

この電池パックによれば、電池セル群の放電停止時に、モジュール制御回路によって電池セルが絶縁されるため、放電停止時における電池セルの絶縁信頼性が向上する。

（３） 電気機器の電源として用いられる電池パックであって、
複数の電池セルが直列接続された電池セル群と、
その電池セル群を充電する充電制御回路と、
それら電池セル群及び充電制御回路を収容するケースと
を含み、
前記電池セル群は、その電池セル群に接続された入出力端子と共に、電池モジュールを構成し、
その電池モジュールは、複数直列接続されて電池モジュール群を構成し、
その電池モジュール群は、前記充電制御回路に接続され、
当該電池パックは、さらに、
前記電池セル群の少なくとも１個の電池セルの電圧と、前記電池セル群の少なくとも１個の電池セルの温度と、電流との少なくとも１つを検知する第２検知手段と、
前記電池セル群に電圧を入力する状態とその入力を停止する状態とに切り換わる第２切換手段と
を含み、
前記充電制御回路は、前記第２検知手段の検知結果に基づき、前記電池モジュール群への電圧の入力を停止する際に、その入力停止を示す第２信号を前記第２切換手段に送信し、
前記第２切換手段は、前記充電制御回路より受信した前記第２信号に基づき、前記電池セル群への電圧の入力を停止する電池パック。

この電池パックによれば、電池セル群の充電停止時に、第２切換手段によって電池セルが絶縁されるため、充電停止時における電池セルの絶縁信頼性が向上する。

（４） 電気機器の電源として用いられる電池パックであって、
複数の電池セルが直列接続された電池セル群と、
その電池セル群を充電する充電制御回路と、
それら電池セル群及び充電制御回路を収容するケースと
を含み、
前記電池セル群は、その電池セル群に接続された入出力端子と共に、電池モジュールを構成し、
その電池モジュールは、複数直列接続されて電池モジュール群を構成し、
その電池モジュール群は、前記充電制御回路に接続され、
前記複数の電池モジュールは、それぞれ、各電池モジュールの状態を、前記電池セル群に電圧を入力する電圧入力状態とその入力を停止する入力停止状態とに選択的に制御するモジュール制御回路を含み、
各電池モジュールのモジュール制御回路は、前記入力停止状態となると、入力停止を示す入力停止信号を、当該電池パック内の他の電池モジュールのモジュール制御回路に送信し、
各電池モジュールのモジュール制御回路は、前記入力停止信号を受信すると、前記電池セル群への電圧の入力を停止する電池パック。

この電池パックによれば、電池セル群の充電停止時に、モジュール制御回路によって電池セルが絶縁されるため、充電停止時における電池セルの絶縁信頼性が向上する。

（５） コードレス電動工具と、そのコードレス電動工具に着脱可能に装着されてそのコードレス電動工具に電力を供給する電池パックと、前記コードレス電動工具および前記電池パックにそれぞれ着脱可能に装着されて電力を供給する電源コードアダプタとを有する電動工具ユニットであって、
前記コードレス電動工具は、雄型コンセント状の電力入力端子と、絶縁性材料で構成された外形部が凹状を成すダミー凹部とを有し、
前記電池パックは、絶縁性材料で構成された外形部が凹状を成す充電用インレットと、前記電力入力端子が挿入されるべき雌型の放電用コンセントとを有し、
前記電源コードアダプタは、前記ダミー凹部および前記充電用インレットにそれぞれ挿入されるべき、絶縁性材料で構成された外形部が凸状を成す充電用電力供給端子と、前記電力入力端子が挿入されるべき雌型コンセント状の放電用電力供給端子とを有する電動工具ユニット。

この電動工具ユニットによれば、電池パック、コードレス電動工具及び電源コードアダプタの３者のうちの２者の組合せのいずれであっても、互いに接続されるべき接続部同士を、互いに干渉することなく、使用することが可能となる。

（６） コードレス電動工具と、そのコードレス電動工具に着脱可能に装着されてそのコードレス電動工具に電力を供給する電池パックと、前記コードレス電動工具および前記電池パックにそれぞれ着脱可能に装着されて電力を供給する電源コードアダプタとを有する電動工具ユニットであって、
前記コードレス電動工具は、雌型コンセント状の電力入力端子と、絶縁性材料で構成された外形部が凹状を成すダミー凹部とを有し、
前記電池パックは、絶縁性材料で構成された外形部が凹状を成す充電用インレットと、前記電力入力端子が挿入されるべき雄型の放電用コンセントとを有し、
前記電源コードアダプタは、前記ダミー凹部および前記充電用インレットがそれぞれ挿入されるべき、絶縁性材料で構成された外形部が凸状を成す充電用電力供給端子と、前記電力入力端子に挿入されるべき雄型コンセント状の放電用電力供給端子とを有する電動工具ユニット。

この電動工具ユニットによれば、電池パック、コードレス電動工具及び電源コードアダプタの３者のうちの２者の組合せのいずれであっても、互いに接続されるべき接続部同士を、互いに干渉することなく、使用することが可能となる。

（７） 複数個の電池セルと、各電池セルに接続された入出力端子と、それら複数個の電池セルに共通の放電出力端子とを含む電池パックであって、
当該電池パックが電気的に使用されない不使用時間の長さを検知する手段と、
その検知された不使用時間が基準時間を超える場合に、前記入出力端子を非通電とする手段と
を含む電池パック。

この電池パックによれば、当該電池パックの不使用時に、入出力端子を非通常とする手段によって電池セルが絶縁されるため、不使用時における電池セルの絶縁信頼性が向上する。

（８） 複数個の電池セルと、各電池セルに接続された入出力端子と、それら複数個の電池セルに共通の放電出力端子とを含む電池パックであって、
前記放電出力端子に電気機器のコンセントプラグが接続されているか否かを検知する手段と、
前記放電出力端子に前記電気機器のコンセントプラグが接続されていない状態と、前記放電出力端子に前記電気機器のコンセントプラグが接続されたまま当該電池パックが基準時間以上、不使用である状態とのいずれかである場合に、前記入出力端子と前記放電出力端子とのうちの少なくとも一方の出力を停止させる手段と
を含む電池パック。

この電池パックによれば、当該電池パックの不使用時に、入出力端子と放電出力端子とのうちの少なくとも一方を非通電とする手段によって、電池セル及び放電出力端子がいずれも絶縁されるため、不使用時における電池セルの絶縁信頼性が向上する。

（９） 電気機器の電源として用いられる電池パックであって、
複数の電池セルが直列接続された電池セル群と、
その電池セル群の放電を制御する放電制御回路と、
前記電池セル群の放電出力を前記電気機器へ供給するための放電出力端子と、
それら電池セル群、放電制御回路及び放電出力端子を収容するケースと
を含み、
前記電池セル群は、その電池セル群に接続された入出力端子と共に、電池モジュールを構成し、
各電池セルは、セル軸心を有して円筒状を成しており、
前記複数の電池セルは、各電池モジュールごとに、互いに直列に電気的に接続されており、
各電池モジュールは、中空箱状を成す絶縁性のモジュールハウジングを有し、
前記複数の電池セルは、各電池モジュールごとに、前記セル軸心が互いに平行となる姿勢で平面的に配列されるように、前記モジュールハウジング内に収容され、
前記複数の電池モジュールは、前記セル軸心に平行な方向に配列されるように、前記ケース内に収容され、
当該電池パックは、さらに、前記配列された複数の電池モジュールのうち互いに隣接するものの互いに対向する外壁面間にクリアランスを形成する絶縁性のクリアランス形成部を含み、
前記互いに隣接する電池モジュールの外壁面同士は、前記クリアランス形成部を介して互いに接触する電池パック。

この電池パックによれば、絶縁性のモジュールハウジングと、互いに隣接するモジュールの外壁面間に形成されるクリアランス（絶縁空間）とにより、互いに隣接するモジュールが互いに絶縁され、その結果、互いに隣接するモジュール間において電池セルの絶縁信頼性が向上する。

さらに、この電池パックによれば、電池モジュールにおいて直列の電池セルに発生し得る熱を、クリアランスを介して大気に放出することが可能となり、その結果、電池モジュールの放熱性が向上する。

この電池パックの一実施例においては、各電池モジュールのモジュールハウジングを構成する複数の外壁面のうち、前記セル軸心に平行な方向において互いに対向する２つの外壁面には、それぞれ、隣接する他の電池モジュールのモジュールハウジングの外壁面に接触する複数の絶縁性の突起が形成されており、それら複数の突起がそれぞれ、前記クリアランス形成部として機能する。

この実施例の一態様においては、それら複数の突起が、同じモジュールハウジングにおける前記２つの外壁面の間において互いに位置的にずれるように配置されている。

この態様によれば、ある電池モジュールのモジュールハウジングの外壁面に形成される突起と、隣接する他の電池モジュールのモジュールハウジングの外壁面に形成される突起とが、位置に関して互いにずれるように配置される。それにより、複数の電池モジュールが並ぶ方向における寸法の最小化が可能となり、ひいては、最小限の容積で電池パック内部の絶縁信頼性を向上させることができる。

前記（９）項に係る電池パックの別の実施例においては、前記ケースの内壁面に、その内壁面から、互いに隣接する電池モジュール間に突出してそれら電池モジュール間にクリアランスを形成するための絶縁性の突起が形成されており、その突起が、前記クリアランス形成部として機能する。

（１０） 電気機器の電源として用いられる電池パックであって、
前記電気機器は、それに供給されるべき電圧の特性（例えば、電圧の実効値の時間的変化、電圧の周波数の時間的変化、電圧の極性の時間的変化、電圧の出力の時間的変化、出力停止の時間的変化のうちのいずれか、またはそれらから成る複数の組合せのうちのいずれか）を指示する電圧特性指示信号を出力し、
当該電池パックは、さらに、
複数の電池セルが直列接続された電池セル群と、
前記電圧特性指示信号を入力するための入力端子と、
前記電池セル群の電圧を前記電気機器に出力するために、前記電池セル群の電圧の特性を、前記入力端子に入力された電圧特性指示信号に応じた特性に変換する変換回路（例えば、インバータ回路）と
を含む電池パック。

この電池パックによれば、電気機器が希望する電圧、すなわち、その電気機器が指示する電圧特性に従う電圧が電気機器に対して出力されることにより、電気機器で使用される電圧を制御するためにその電気機器に組み込むべき部品の点数を削減することができる。

（１１） 電気機器の電源として用いられる電池パックであって、
前記電気機器は、当該電池パックにとっての外部装置として構成され、
当該電池パックは、
複数の電池セルが直列接続された電池セル群と、
前記電池セル群の放電出力を前記電気機器へ供給するための放電出力端子と、
それら電池セル群及び放電出力端子を収容するケースと
を含み、
前記電気機器は、前記電池セル群の放電を制御する放電制御回路を含み、
前記電池セル群は、その電池セル群に接続された入出力端子と共に、電池モジュールを構成し、
その電池モジュールは、複数直列接続されて電池モジュール群を構成し、
その電池モジュール群は、前記放電制御回路に接続され、
当該電池パックは、さらに、
前記電池セル群の少なくとも１個の電池セルの電圧と、前記電池セル群の少なくとも１個の電池セルの温度と、電流との少なくとも１つを検知する第１検知手段と、
前記入出力端子に電圧を出力する状態とその出力を停止する状態とに切り換わる第１切換手段と
を含み、
前記放電制御回路は、前記第１検知手段の検知結果に基づき、前記放電出力端子への電圧の出力を停止する際に、その出力停止を示す第１信号を前記第１切換手段に送信し、
前記第１切換手段は、前記放電制御回路より受信した前記第１信号に基づき、前記入出力端子への電圧の出力を停止する電池パック。

この電池パックによれば、電池セル群の放電停止時に、第１切換手段によって電池セルが絶縁されるため、放電停止時における電池セルの絶縁信頼性が向上する。

（１２） 電気機器の電源として用いられる電池パックであって、
複数の電池セルが直列接続された電池セル群と、
その電池セル群を収容するケースと
を含み、
前記電池セル群は、当該電池パックにとっての外部装置としての充電器によって充電され、
その充電器は、前記電池セル群を充電する充電制御回路を含み、
前記電池セル群は、その電池セル群に接続された入出力端子と共に、電池モジュールを構成し、
その電池モジュールは、複数直列接続されて電池モジュール群を構成し、
その電池モジュール群は、前記充電制御回路に接続され、
当該電池パックは、さらに、
前記電池セル群の少なくとも１個の電池セルの電圧と、前記電池セル群の少なくとも１個の電池セルの温度と、電流との少なくとも１つを検知する第２検知手段と、
前記電池セル群に電圧を入力する状態とその入力を停止する状態とに切り換わる第２切換手段と
を含み、
前記充電制御回路は、前記第２検知手段の検知結果に基づき、前記電池モジュール群への電圧の入力を停止する際に、その入力停止を示す第２信号を前記第２切換手段に送信し、
前記第２切換手段は、前記充電制御回路より受信した前記第２信号に基づき、前記電池セル群への電圧の入力を停止する電池パック。

この電池パックによれば、電池セル群の充電停止時に、第２切換手段によって電池セルが絶縁されるため、充電停止時における電池セルの絶縁信頼性が向上する。

以下、本発明の他の種々の側面に従う電池パックまたは他の装置の特徴を説明する。

本発明の一側面によれば、電気機器の電源として用いる電池パックであって、
複数の電池セルが直列接続された電池セル群と、
その電池セル群の放電を制御する放電制御回路と、
前記電池セル群の放電出力を前記電気機器へ供給するための放電出力端子（例えば、直流を交流に変換して電気機器に出力する方式か、直流をそのまま電気機器に出力する方式）と、
それら電池セル群、放電制御回路及び放電出力端子を収容するケースと
を含み、
前記電池セル群は、その電池セル群に接続された入出力端子と共に、電池モジュールを構成し、
その電池モジュールは、複数直列接続されて電池モジュール群を構成し、
その電池モジュール群は、前記放電制御回路に接続され、
当該電池パックは、さらに、
前記電池セル群の少なくとも１個の電池セルの電圧と、前記電池セル群の少なくとも１個の電池セルの温度と、電流との少なくとも１つを検知する第１検知手段と、
前記入出力端子に電圧を出力する状態（すなわち、放電状態）とその出力を停止する状態（すなわち、放電停止状態）とに切り換わる第１切換手段（この手段は、例えば、スイッチであって、その配置位置は、前記ケースの内部でもよいし外部でもよい）と
を含み、
前記放電制御回路は、前記第１検知手段の検知結果に基づき、前記放電出力端子への電圧の出力を停止する際に、その出力停止を示す第１信号を前記第１切換手段に送信し、
前記第１切換手段は、前記放電制御回路より受信した前記第１信号に基づき、前記入出力端子への電圧の出力を停止する電池パックが提供される。

この電池パックによれば、電池セルの放電停止時に、電池セルが絶縁されるため、放電停止時の絶縁信頼性が向上する。

本発明の別の側面によれば、電気機器の電源として用いる電池パックであって、
複数の電池セルが直列接続された電池セル群と、
その電池セル群を充電する充電制御回路（例えば、最初から直流で電池セルを充電する方式か、交流を直流に変換して電池セルを充電する方式）と、
それら電池セル群及び充電制御回路を収容するケースと
を含み、
前記電池セル群は、その電池セル群に接続された入出力端子と共に、電池モジュールを構成し、
その電池モジュールは、複数直列接続されて電池モジュール群を構成し、
その電池モジュール群は、前記充電制御回路に接続され、
当該電池パックは、さらに、
前記電池セル群の少なくとも１個の電池セルの電圧と、前記電池セル群の少なくとも１個の電池セルの温度と、電流との少なくとも１つを検知する第２検知手段と、
前記電池セル群に電圧を入力する状態（すなわち、充電状態）とその入力を停止する状態（すなわち、充電停止状態）とに切り換わる第２切換手段（この手段は、例えば、スイッチであって、その配置位置は、前記ケースの内部でもよいし外部でもよい）と
を含み、
前記充電制御回路は、前記第２検知手段の検知結果に基づき、前記電池モジュール群への電圧の入力を停止する際に、その入力停止を示す第２信号を前記第２切換手段に送信し、
前記第２切換手段は、前記充電制御回路より受信した前記第２信号に基づき、前記電池セル群への電圧の入力を停止する電池パックが提供される。

この電池パックによれば、電池セルが充電異常から保護されるため、充電制御の信頼性が向上する。

本発明のさらに別の側面によれば、電気機器の電源として用いる電池パックであって、（ａ）複数の電池セルが直列接続された電池セル群と、（ｂ）その電池セル群の直流電圧を交流電圧に変換する放電制御回路と、（ｃ）その放電制御回路の出力を前記電気機器へ供給するための交流出力端子（前述の「放電出力端子」の一例である）とがケース内に収容されて成ることを特徴とする電池パックが提供される。

本発明の一実施例は、複数の電池セルを直列接続した電池セル群の直流電圧を正逆発振する方式を用いる。この方式を実現するにあたり、従来技術の方式、すなわち、複数の電池セルを直列接続した電池セル群、電池セル群の電池セルに接続される電圧モニタ線、電圧モニタ線に接続される制御部、及び、制御部に接続される放電端子をケースに収容する方式を用いた場合、電池セル群の超高電圧化に伴い、電池パック内部の異電圧セル間、電圧モニタ線の線間、電圧モニタ線と電池セルの空間、放電端子の両極間、など多くの箇所が高電位となり、絶縁性の確保のための電池パックの内部構造の複雑化、異物侵入時の絶縁破壊など絶縁に関する新たな課題が生じる。

例えば、前記従来技術の電池パックにおいて、充電完了後の電圧が４Ｖとなるリチウムイオン電池セルを２７個直列接続した電池セル群を用いる場合、前述の各部位に最大１０８Ｖが高頻度で印加されることになる。そのため、従来技術の３６Ｖ以下の電池パックで用いられてきた内部構造では、前記最大１０８Ｖが高頻度で印加されることが想定されていないため、絶縁信頼性が低下する。

ところで、従来技術の充電器は、商用電源電圧を直流変換、及び、絶縁降圧を行い、電池パックの充電を行う。従来技術の充電器と電池パックにおいては、充電時に充電器が故障した場合、電池パック側で充電停止し、また、充電時に電池パック側が故障した場合、充電器側で充電停止する二重保護の方法が用いられている。

本発明の一実施例では、前述の絶縁性に関する課題を解決した超高電圧の電池セル群を有する電池パックを用いるため、従来技術の充電器で用いられる絶縁降圧部が不要となり、簡易的な直流変換部を電池パックに内蔵し、商用電源と電池パックを電源コードのみを接続して充電する方式を可能とした。しかし、この場合、商用電源側は制御不可能であるため、充電時に電池パック側が故障した場合、充電停止不能となる二重保護に関する新たな課題が生じる。

本発明の一実施例は、３６Ｖ超の高電圧、特に商用電源に相当する交流電圧を出力する電池パック、前記電池パックを接続し駆動可能なコードレス電動工具、前記電池パックを商用電源に接続し充電を可能にする電源コード、前記電池パックを商用電源に接続し充電を可能にする電源コードアダプタ、前記コードレス電動工具に接続し商用電源から連続的な電力供給を可能にする電源コードアダプタ、また、前述の電池パックの充電とコードレス電動工具の連続使用の両方に使用可能とすることもできる電源コードアダプタで構成される電動工具システムである。

なお、電池パックの放電負荷となる部位については電動工具に限らず、本発明の実施の形態と同様の使用が可能な電気機器も広く包含される。

本発明の一実施例の電池パックは、複数の電池セルを直列接続し、３６Ｖ超とする電池セル群と、前記電池セル群の直流電圧を交流電圧に変換する放電制御回路、前記放電制御回路の出力を電動工具へ供給するための、交流出力端子をケースに収容する。これにより、３６Ｖ超の出力を得ながら、高電圧における電動工具のスイッチの耐久性の課題を解決する。

また、電池パックの交流電圧の実効値を、商用電源電圧の実効値を含むように設定し、かつ、電池パックの交流電圧の周波数を、商用電源電圧の周波数を含むように設定することで、商用電源に相当する電力を、本発明のコードレス電動工具に供給することができ、出力、作業量、イニシャルコスト、及び、ランニングコストに関する課題を解決する。

さらに、交流出力端子を、交流駆動式電動工具の電力入力用のコンセントプラグを挿入可能とすることで、交流駆動式電動工具が使用可能となり、代替的に従来の出力不足のコードレス電動工具を使用せざるを得なかった課題を解決する。

本発明の一実施例の電池パックは、電池セル群の電池セル間に通電遮断（例えば、トランジスタ等、スイッチ）の手段を設け、前記通電遮断の手段は、放電制御回路が、放電出力を許可できない状態において、前記電池セル間の遮断を実行する。これにより、電池セル群の超高電圧化における絶縁に関する課題を解決する。

本発明の一実施例の電池パックは、電池パックに有する電池セル総数より相対的に少ない個数の電池セルを直列接続した電池セル群と、前記電池セル群の直流電圧を制御するモジュール制御回路とを、前記モジュール制御回路に接続された入出力端子のみ露出するように外装物に収容した電池モジュールとし、前記電池モジュールを複数直列接続した電池モジュール群を、放電制御回路に接続し電池パックのケースに収容する。これにより、電池パックの内部構造の複雑化と絶縁に関する課題を解決する。

また、電池モジュールはモジュール制御回路を設け、モジュール制御回路は、電池セルの電圧、温度、又は、電流のいずれかを検知する手段と、前記検知の結果に基づき、電池セル群の直流電圧を入出力端子へ出力、及び、停止する手段を有する。これにより、電池パックの内部構造の複雑化と絶縁に関する課題を解決する。

放電制御回路とモジュール制御回路は、前記放電制御回路から前記モジュール制御回路への方向と、前記放電制御回路と前記モジュール制御回路の双方向と、電池パック内に収容される複数の電池モジュールのモジュール制御回路間の双方向とのいずれかに、放電停止を示す信号の送受信を行い、放電制御回路が出力停止した場合は、放電制御回路からモジュール制御回路へ、また、モジュール制御回路が出力停止した場合は、モジュール制御回路から放電制御回路、又は、電池パック内に収容される他方の電池モジュールのモジュール制御回路へ、出力停止を示す信号を送信する。前記信号を受信した放電制御回路、及び、モジュール制御回路は、各々の出力を停止する方法を有する。これにより、電池パックの内部構造の複雑化と絶縁に関する課題を解決する。

また、放電制御回路は、電池モジュール群の各々の電池モジュールの電圧、電池モジュールの温度、又は、電流のいずれかを検知する手段と、前記検知の結果に基づき、交流出力端子へ交流電圧を出力、及び、停止する手段を有することで、電池パックの内部構造の複雑化と絶縁に関する課題を解決する。

本発明の一実施例の電池パックは、交流出力端子に交流駆動式電動工具の電力入力端子であるコンセントプラグが接続される状態を検知する手段を設け、前記検知の結果に基づき、放電制御回路が、交流出力端子へ交流電圧を出力、及び、停止することで、電池パックの絶縁に関する課題を解決する。

また、交流出力端子へのコンセントプラグ接続の検知手段として、コンセントプラグの差し込み動作と連動するカバーと、前記カバーに連動するスイッチを用いることで、電池パックの絶縁に関する課題を解決する。

本発明の一実施例の電池パックは、充電端子と、充電端子より入力した商用電源電圧を直流電圧に変換し、前記直流電圧を制御する充電制御回路を有し、充電器を用いることなく、電源コードを充電端子に接続することで充電可能となる。これにより、イニシャルコストに関する課題を解決する。

また、モジュール制御回路は、電池セルの電圧、電池セルの温度、又は、電流のいずれかを検知する手段と、前記検知の結果に基づき、電池セル群へ直流電圧を入力、及び、停止する手段を有することで、充電時の二重保護に関する課題を解決する。

充電制御回路とモジュール制御回路は、前記充電制御回路から前記モジュール制御回路への方向と、前記充電制御回路と前記モジュール制御回路の双方向と、電池パック内に収容される複数の電池モジュールのモジュール制御回路間の双方向とのうちのいずれかに、充電停止を示す信号の送受信を行い、充電制御回路が充電停止した場合は、充電制御回路からモジュール制御回路へ、また、モジュール制御回路が充電停止した場合は、モジュール制御回路から充電制御回路、又は、電池パック内に収容される他方の電池モジュールのモジュール制御回路へ、充電停止を示す信号を送信する。前記信号を受信した充電制御回路、及び、モジュール制御回路は、各々の充電を停止する方法を有する。これにより、充電時の二重保護に関する課題と絶縁に関する課題を解決する。

充電制御回路は、電池モジュール群の各々の電池モジュールの電圧、電池モジュールの温度、又は、電流、のいずれかを検知する手段と、前記検知の結果に基づき、電池モジュール群へ直流電圧を入力、及び、停止する手段を有することで、充電時の二重保護に関する課題と絶縁に関する課題を解決する。

また、充電制御回路は、充電端子に電池パックの外部より電力を供給する電力供給端子が接続される状態を検知する手段、及び、前記検知の結果に基づき、電池モジュール群へ直流電圧を入力、及び、停止する手段を有することで、電池パックの絶縁に関する課題を解決する。

本発明の一実施例の電池パックの電池セルを、特に、リチウムイオン電池とすることで、本発明のコードレス電動工具は、質量、出力、作業量、イニシャルコスト、及び、ランニングコストに関する課題を総合的、かつ、効果的に解決する。

本発明の一実施例の電源コードアダプタは、本発明の電池パックに装着するための導入部が絶縁性材料で形成されたケースと、電池パックの充電端子と接続される電力供給端子と、商用電源より電力供給端子へ交流電圧を供給する電源コードを設ける。電池パックは、電源コードアダプタを接続し、充電器を用いることなく充電を行うことができるため、イニシャルコストに関する課題を解決する。

また、電源コードアダプタは、本発明の一実施例のコードレス電動工具に装着するための導入部と、商用電源より前記コードレス電動工具の電力入力端子へ交流電圧を供給する電力供給端子を設けることにより、作業量、及び、イニシャルコストに関する課題を解決する。

ここで、電源コードアダプタを電池パックの充電を目的として前記電池パックに接続する構造、及び、前記電源コードアダプタをコードレス電動工具への電力供給を目的として前記コードレス電動工具へ接続する構造は、従来技術において共用できない課題がある。仮に、充電を目的とした係合関係として、電池パックを凹、電源コードアダプタを凸とした場合、電池パックをコードレス電動工具に接続し駆動することを目的とした係合関係として、電池パックを前述の通り凹とすると、コードレス電動工具は凸となる。しかし、電池パックを用いず商用電源から直接電力を供給することを目的として電源コードアダプタをコードレス電動工具へ接続すると、前述で仮定した係合関係では凸同士となり干渉し、接続不可となる課題が生じる。

そこで、本発明の一実施例の電池パック、電源コードアダプタ、及び、コードレス電動工具は、前記コードレス電動工具に、前記電源コードアダプタの充電を目的として有する凸型の充電端子を、相手方に係合可能な通電しない（電気的な接続は行わず、機械的な接続のみ行う）ダミー凹部を設けることにより、前述の３者の内のいずれの２者の組み合わせにおいても係合する構造を提供することで、前述の係合関係の課題、及び、イニシャルコストの課題を解決する。

具体的には、例えば、コードレス電動工具と、そのコードレス電動工具に着脱可能に装着されて電力を供給する電池パックと、前記コードレス電動工具および電池パックにそれぞれ着脱可能に装着されて電力を供給する電源コードアダプタとを有する電動工具ユニットであって、
前記コードレス電動工具は、雄型コンセント状の電力入力端子と、絶縁性材料で構成された外形部が凹状を成すダミー凹部とを有し、
前記電池パックは、絶縁性材料で構成された外形部が凹状を成す充電用インレットと、前記電力入力端子が挿入されるべき雌型の放電用コンセントとを有し、
前記電源コードアダプタは、前記ダミー凹部および前記充電用インレットにそれぞれ挿入されるべき、絶縁性材料で構成された外形部が凸状を成す充電用電力供給端子と、前記電力入力端子が挿入されるべき雌型コンセント状の放電用電力供給端子とを有するものが提供される。

また、コードレス電動工具と、そのコードレス電動工具に着脱可能に装着されて電力を供給する電池パックと、前記コードレス電動工具および電池パックにそれぞれ着脱可能に装着されて電力を供給する電源コードアダプタとを有する電動工具ユニットであって、
前記コードレス電動工具は、雌型コンセント状の電力入力端子と、絶縁性材料で構成された外形部が凹状を成すダミー凹部とを有し、
前記電池パックは、絶縁性材料で構成された外形部が凹状を成す充電用インレットと、前記電力入力端子が挿入されるべき雄型の放電用コンセントとを有し、
前記電源コードアダプタは、前記ダミー凹部および前記充電用インレットがそれぞれ挿入されるべき、絶縁性材料で構成された外形部が凸状を成す充電用電力供給端子と、前記電力入力端子に挿入されるべき雄型コンセント状の放電用電力供給端子とを有するものが提供される。

まず、本発明の各側面に従う電池パックまたは他の装置が奏し得る効果を出力性能に関して説明する。

本発明の一実施例のコードレス電動工具は、例えば、４８Ｖ、７２Ｖ、１００Ｖというような電池パックから３６Ｖ超の交流電圧を交流駆動式モータへ入力する。したがって、本発明のコードレス電動工具の出力は、特に、商用電源に相当する出力に近づくほど、従来技術の１４．４Ｖ、及び、３６Ｖにて駆動するコードレス電動工具の出力との差が明白となる。

電池パックに収容される電池セルは内部抵抗を有し、放電時は、負荷電流の二乗に比例するエネルギーが電池セルの発熱分として消費される。本発明の一実施例のコードレス電動工具の負荷電流は、特に商用電源に相当の電圧を用いて駆動する場合、従来技術の１４．４Ｖ、及び、３６Ｖにて駆動するコードレス電動工具の負荷電流と比較すると、顕著に小さい。したがって、本発明の電池パックの発熱分として消費されるエネルギーは、従来技術の１４．４Ｖ、及び、３６Ｖの電池パックに対し軽微となる。

また、本発明の一実施例の電池パックは、商用電源の実効値に相当する交流電圧を出力するため、商用電源用のコンセントプラグを接続可能な放電出力端子を設けることができる。したがって、従来の交流駆動式電動工具においても、電源コードを本発明の電池パックに接続し使用可能となる。よって、ユーザーが様々な作業内容に対する各々の交流駆動式電動工具を所有し使用する際、商用電源の確保が困難な場合に簡易的な補助電源として本発明の電池パックを用いることができ、また、商用電源の確保のために、出力において満足されない従来技術のコードレス電動工具を代替的に使用する必要もなくなり、電動工具の利便性が高まる。

また、本発明の別の側面によれば、電池パックの出力端子より出力される電圧を、交流電圧に限らず、直流電圧、又は、電気機器側からの信号に応じて変化する電圧とすることで、電気機器の出力性能を向上できる。特に電動工具のようなモータ負荷を基本とする電気機器においては、効率の高い直流専用モータや周波数制御によるモータ回転制御を利用することで、電池パックの高電圧化と共に相乗的な出力向上が可能となる。

次に、本発明の各側面に従う電池パックまたは他の装置が奏し得る効果を作業量に関して説明する。

本発明の一実施例のコードレス電動工具は、従来技術のコードレス電動工具と比較し、負荷電流が顕著に小さく発熱分として消費されるエネルギーが小さいため、電池パックからモータへの電力供給効率が高い。したがって、本発明の電池パックが供給を要する負荷電流は、従来技術の電池パックに対して、電池パックの出力電圧比の逆数倍よりさらに低減することができる。すなわち、同じ被加工材に対する加工作業を行う場合、本発明の電池パックがモータへ供給を要する電力容量は、従来技術の電池パックと比較し低減できる。以上より、本発明の電池パックにおいては、従来技術の電池パックに対する出力電圧比の逆数倍よりも電池セル容量を小さく設定しても、ユーザーに満足される作業量を提供することができる。

また、作業量が電池パックの１充電で可能な作業量を上回り、さらに連続的な作業が必要となる場合、本発明の一実施例のコードレス電動工具に本発明の一実施例の電源コードアダプタを接続することにより、コード付きの交流駆動式電動工具と同様の連続作業が可能となる。商用電源から直接電力供給を受けて駆動する交流駆動式モータを用いるため、従来技術にあるＡＣ−ＤＣコンバータ装置自体が不要となり、ＡＣ−ＤＣコンバータ装置の課題が解消される。

次に、本発明の各側面に従う電池パックまたは他の装置が奏し得る効果を電池パックの質量に関して説明する。

本発明の一実施例のコードレス電動工具に用いる電池パックは、従来のコードレス電動工具に用いる電池パックと比較し、相対的に少ない電力容量の電池パックを用いても、出力、及び、作業量がユーザーに満足されるものとなる。電池パックの質量は、主に、収容される電池セル群の総電力容量に依存する。したがって、本発明の電池パックの質量についても、ユーザーに満足される軽さを実現することができる。

次に、本発明の各側面に従う電池パックまたは他の装置が奏し得る効果をイニシャルコストに関して説明する。

本発明の一実施例のコードレス電動工具に用いる電池パックは、従来のコードレス電動工具に用いる電池パックと比較し、相対的に少ない電力容量の電池パックを用いても、出力、作業量、及び、質量はユーザーに満足されるものとなる。電池パックのイニシャルコストは、主に、収容される電池セル群のコストに依存し、電池セル群のコストは、主にその総電力容量に依存する。したがって、本発明の一実施例のコードレス電動工具システムは、従来技術のコードレス電動工具システムと比較し、相対的に電池パックの総電力容量が少なく、また、電池パックを充電するための充電器が不要となり、かつ、電源コードアダプタが電池パックの充電、及び、コードレス電動工具への電力供給に共用可能となることから、イニシャルコストの低減に貢献する。

次に、本発明の各側面に従う電池パックまたは他の装置が奏し得る効果をランニングコストに関して説明する。

本発明の一実施例のコードレス電動工具に用いる電池パックは、従来のコードレス電動工具に用いる電池パックと比較し、相対的に少ない電力容量の電池パックを用いることができるため、商用電源から供給を要する電力量が相対的に少なくなる。また、負荷電流の低減に伴い、複雑な充電制御方式等を用いることなく電池セルの極板劣化などの寿命進行が抑えられ、電池パックの長寿命化を実現する。したがって、本発明のコードレス電動工具システムは、商用電源からの受給量を抑えることによる商用電源の使用コストを低減し、また、電池パックの長寿命化に伴う電池パックの買い替えサイクルが長期化することにより、ランニングコストの低減に貢献する。

次に、本発明の各側面に従う電池パックまたは他の装置が奏し得る効果を、新たな課題として生じる電池パックの絶縁に関して説明する。

本発明の一実施例の電池パックは、電池セル群の電池セル間に通電遮断の手段を設け、前記通電遮断の手段は、放電制御回路の出力時に通電する。一方、放電制御回路が出力しない場合、電池セル群は、前記通電遮断の手段により遮断され、電池パックに収容される電池セルの総数に対し、相対的に少ない個数の電池セル群に電気的に分割される。したがって、電池パック内部の異電圧セル間、電圧モニタ線の線間、電圧モニタ線と電池セルの空間に印加される電位は、商用電源電圧に対し相対的に低いため、前記各部位は高電圧が長期間印加されることがない。

例えば、充電完了後の電圧が４Ｖとなったリチウムイオン電池セルを２７個直列接続した電池セル群の場合、従来技術であれば、前述の各部位に最大１０８Ｖが高頻度で印加されることになるが、本発明においては、電池セル９個直列接続する毎に、遮断手段を設けることにより、放電出力停止時には、前述の遮断手段により遮断が実行され、前述の各部位には最大３６Ｖまでしか印加されることがない。したがって、前述の各部位は、最大１０８Ｖが高頻度に印加されないため、絶縁信頼性が向上する。また、前記最大１０８Ｖが常時印加される従来技術の方式の場合、電池パック外部から、例えば、金属粉や水など導電性の異物が電池パック内部に侵入すると、電池パック内部に前記１０８Ｖを電源とした短絡回路が形成され絶縁破壊につながる。さらに、前記導電性の異物が電池パック内部に侵入し、かつ、電池パック外部への付着等により、前記電池パック内部から前記電池パック外部へ、前記１０８Ｖを電源とした漏電回路が形成され感電につながる。特に、前記導電性の異物が電池パック外部から前記電池パック内部へ侵入しやすいのは、前記電池パックがコードレス電動工具に装着されない不使用状態、すなわち、電池パックの端子が配置される面が外部に露出する状況である。

本発明の一実施例の電池パックは、例えば、前記電池パックが前記コードレス電動工具に装着されず、出力が許可されない不使用状態においては、電池パックの内部の電池セル群は遮断され、前述の各部位は最大３６Ｖまでしか印加されることがないため、前述のような導電性の異物による短絡回路や漏電回路が形成された場合においても、絶縁破壊の進行度を大幅に低減し、かつ、人体への感電に影響が極めて低いとされる電圧に抑え感電を防ぐことができる。これにより、電池パックの内部構造の簡易化、及び、絶縁信頼性の向上に貢献する。

また、本発明の一実施例の電池パックは、収容する電池セルの総数に対し相対的に少ない個数の電池セルで構成された電池セル群を収容する電池モジュールを有する。前記電池モジュールの電池セル群は絶縁性ケースに収容されるため、他方の電池モジュールに収容される電池セル群と絶縁された状態で配置される。

従来技術であれば、例えば、充電完了後の電圧が４Ｖとなったリチウムイオン電池セルを２７個直列接続した電池セル群の場合、各電池セルの電圧を測定するための電圧モニタ線は、グランド線を除き２７本必要となる。前記電圧モニタ線において、例えば、直列接続された電池セル群のプラス側、及び、マイナス側の各末端に配置される２個の電池セルの電圧を測定する２本の電圧モニタ線は、前記電圧モニタ線間に２６セル分の電圧、すなわち、充電完了後であれば、１０４Vという高電圧が印加される。前記２本の電圧モニタ線を電池パック内部に配線する際、前記モニタ線間、及び、前記モニタ線と各電池セルとの間の絶縁信頼性が確保できる距離に配置することが必要である。したがって、電池パック内に配線される前記２７本の電圧モニタ線と２７セルの電池セル全ての組み合わせにおける適切な絶縁距離を確保する必要があり、電池パック内の構造の複雑化につながる。

本発明の一実施例の電池パックは、例えば、前述の２７個の電池セルを９個毎にモジュールケースに収容し、電池モジュール内の電池セル群は他方の電池モジュール内に収容される電池セル群と絶縁される。また、各電池モジュール内に配線される電圧モニタ線間は、最大９セル分の電圧までしか印加されない。したがって、電池モジュール内部の異電圧セル間、電圧モニタ線の線間、電圧モニタ線と電池セルの空間に印加される電位は、商用電源電圧に対し相対的に低いため、前記各部位は商用電源電圧において要する大きな絶縁距離等を設けなくて良い。これにより、電池モジュールの内部構造の簡易化に貢献する。

従来技術において、電池モジュールが収容する電池セルの状態を検知し電池モジュールの入出力を停止する方法があるが、この場合、前記電池モジュールが入出力を停止しても、電池パック内に収容される他方の電池モジュールは通電状態が保持されるため、前記通電状態の電池モジュールが直列接続される部位に前記直列接続状態が保持される電池モジュール群の高電圧が印加されて、絶縁信頼性が低下する。

そこで、本発明の一実施例の電池パックは、放電制御回路を有するメインコントローラ、及び、電池モジュールを設け、前記メインコントローラと前記電池モジュールとの相互の方向、前記メインコントローラから前記電池モジュールへの方向、又は、前記電池モジュールと電池パック内に収容される他方の電池モジュールとの相互の方向のいずれかの方向について、前記メインコントローラ、又は、前記電池モジュールが、入出力、又は、停止を実行する際に、前記入出力、又は、停止の状態を示す信号の送受信を行う手段を有する。これにより、電池パックの入出力が不要な場合に、通電状態の電池モジュールが直列接続された状態で保持されることを解消することで、絶縁信頼性を向上しながら、配線を複雑化することなく電池モジュールに有する電池セルの状態を認識することができ、電池パックの内部構造の簡易化に貢献する。

この電池パックにおける電池モジュールは、電池セル群、及び、モジュール制御回路を絶縁性材料で形成されるケースに収容し、前記ケースから入出力端子のみ外部に露出し、メインコントローラと接続するため、外部から電池モジュール内に異物が侵入しない。したがって、電池モジュールに収容される電池セル群の異電圧電池セル間等の絶縁を確保しやすく、電池パックの内部構造の簡易化に貢献する。

従来技術の電池パックには、前記電池パックに収容する電池セルの残容量がなくなった際に、過放電防止を目的として入出力端子を非通電状態とする手段を有するものがある。前記従来技術の電池パックの場合、電池セルの残容量が残っている際は、通電状態が維持される。例えば、前記従来技術を用いて商用電源に相当する出力を得ることを目的として、リチウムイオン電池セル２７個を直列接続した電池パックの場合、充電直後に１セル当たりの電圧が４Ｖ、すなわち、電池セル群の電圧は１０８Ｖとなり、例えば、前記満充電充電状態にて半年間不使用状態であった場合、電池セルの自己放電、及び、電池パックの回路消費に伴い若干の電圧低下はあるが、電池パック内部の各部位、及び、入出力端子は、最大１０８Ｖに近い状態が半年間印加されることとなり、絶縁劣化や異物侵入時の漏電などの課題が生じる。

そこで、本発明の一実施例によれば、各々入出力端子を有する複数個の電池モジュールを有する電池パックであって、当該電池パックが電気的に使用されない不使用時間の長さを検知する手段と、その検知された不使用時間が基準時間を超える場合に、各電池モジュールの入出力端子を非通電とする手段とを含むものが提供される。

この電池パックによれば、当該電池パック内部の各部位、及び、入出力端子の両極間における長期間の高電圧印加を防ぎ、絶縁信頼性が向上する。また、放電が必要な場合に電池モジュールの入出力端子を通電した状態においても、前記電池モジュールの入出力端子部の端子間電圧は商用電源電圧と比較し相対的に低いため、商用電源電圧において要する大きな絶縁距離等を設けなくて良いため、電池パックの内部構造の簡易化に貢献する。

また、本発明の一実施例によれば、各々入出力端子を有する複数個の電池モジュールとそれらに共通の放電出力端子とを有する電池パックであって、前記放電出力端子に電気機器のコンセントプラグが接続されているか否かを検知する手段と、前記放電出力端子に前記電気機器のコンセントプラグが接続されていない状態と、前記放電出力端子に前記電気機器のコンセントプラグが接続されたまま当該電池パックが基準時間以上、電気的に不使用である状態とのいずれかである場合に、前記入出力端子と前記放電出力端子とのうちの少なくとも一方の出力を停止させる手段とを含むものが提供される。

この電池パックによれば、放電出力端子にコンセントプラグが接続されていない状態と、コンセント端子にコンセントプラグが接続されたまま不使用が継続された状態との少なくとも一方である場合において、前記出力を遮断することにより、前記各端子の両極間に電圧が長期間印加されることにより発生するトラッキング現象を防ぐことができる。また、前記検知手段と連動するコンセントカバーを用いることでユーザーへ視覚的な安心感を提供することもできる。

次に、本発明の各側面に従う電池パックまたは他の装置が奏し得る効果を、新たな課題として生じる充電時の二重保護に関して説明する。

本発明の一実施例の電池パックの電池モジュールに収容されるモジュールコントローラは、電池モジュールに収容する電池セルの充電状態を検知する手段、及び、電池セルの充電が許容できない状態であることを判断すると、電池モジュール内の充電経路を遮断する手段を有する。充電制御回路を有するメインコントローラは、電池モジュールの入出力端子より電池モジュールの充電状態を検知する手段、及び、電池モジュールの充電が許容できない状態であることを判断すると、充電入力端子と電池モジュール群の間の充電経路を遮断する手段を有する。

また、メインコントローラとモジュールコントローラは、前記メインコントローラと前記モジュールコントローラとの相互の充電停止信号の送受信、前記メインコントローラから前記モジュールコントローラの方向への充電停止信号の送受信、又は、前記モジュールコントローラと電池パック内に収容される他方の電池モジュールのモジュールコントローラとの相互の充電停止信号の送受信を行う手段のいずれかを有し、メインコントローラが充電遮断を行った場合、モジュールコントローラは前記メインコントローラの遮断状態を前記メインコントローラが送信した充電停止信号を受信することで検知し、電池モジュール内の充電経路を遮断し、また、モジュールコントローラが充電遮断を行った場合、メインコントローラ、又は、他方の電池モジュールに収容されるモジュールコントローラは、前記モジュールコントローラの遮断状態を、前記モジュールコントローラが送信した充電停止信号を受信することで検知し、充電入力端子と電池モジュール群の間の充電経路を遮断する手段を有する。

本発明の一実施例の電池パックは複数の電池モジュールを直列接続するため、仮に１個の電池モジュールが充電遮断できない故障に至った場合においても、前述のいずれかの充電遮断手段を用いることで、残りの電池モジュール、又は、メインコントローラの充電遮断が可能となる。したがって、制御不能の商用電源を電池パックに直結して充電する際、電池パック内で充電遮断を実行する部位、すなわち、１個のメインコントローラ、又は、複数の電池モジュールにおいて、いずれか１個の部位が充電遮断できない状態となっても、残りの複数の部位が充電遮断を実行するため、二重保護以上の信頼性を実現することができる。

発明の実施するための最良の形態

以下に、図１ないし図１２を参照することにより、本発明の第１実施形態に従う電池パックを用いるコードレス電動工具を詳細に説明する。

図１ないし図７には、コードレス電動工具を用いるシステム（電動工具ユニット）の構成が概略的に示され、また、図８ないし図１２には、コードレス電動工具を用いるシステムの使用の形態を概略的に説明するための機能ブロック図が示されている。

図１は、コードレス電動工具システムに使用される電池パック１００の外観を示す。電池パック１００は、内部構成部品を、いずれも絶縁性材料で形成された上ケース１０１と下ケース１０２により収容している。上ケース１０１には可動式のフックボタン１０３と、係止凹部１０４、スライドレール１０５、商用電源用コンセントと同じ端子口形状の放電用コンセント１０６と絶縁性材料で形成された可動式コンセントカバー１０７、放電用コンセント１０６と同じ挿入方向である充電用インレット１０８を有する。また、スライドレール１０５の先端部には、ガイド凹部１０９を有する。

図２は、コードレス電動工具システムに属するコードレス電動工具２００の外観を示す。また、図３はそのコードレス電動工具２００の底面の外観を示す。コードレス電動工具２００は、商用電源で駆動可能な交流駆動式モータを収容した交流駆動式モータ収容部２０１、交流駆動式モータを制御するスイッチ２０２、ハンドル２０３、電池パック１００を接続するための電池パック保持部２０４を有する。電池パック保持部２０４は、電池パック１００のスライドレース１０５に沿ったガイドレール２０５、電池パック１００のフックボタン１０３に沿った係止凹部２０６、絶縁性材料で形成された端子収容部２０７を有する。端子収容部２０７は、商用電源に対応するコンセントプラグと同じ端子形状でモータへ電力を供給するための電力入力端子２０８と通電端子を含まないダミー凹部２０９を有する。

図４は、コードレス電動工具システムに使用される電源コードアダプタ２５０の外観を示す。また、図５は、図４に示す電源コードアダプタ２５０の底面の外観を示す。電源コードアダプタ２５０は、主に絶縁性材料で形成されたケース２５１、電源コード２５２、電源コード２５２の末端に有するコンセントプラグ２５３で構成され、コードレス電動工具２００の係止凹部２０６に沿ったフックボタン２５４、スライドレール２５５、放電用電力供給端子２５６、充電用電力供給端子２５７を有する。充電用電力供給端子２５７は、電池パック１００の充電用インレット１０８、及び、コードレス電動工具２００のダミー凹部２０９に沿って挿入できる。電源コード２５２の電源コードアダプタ２５０とのつなぎ部分はコードガード２５８を有する。また、スライドレール２５５の先端に位置するスライドレール先端部２５９は、電池パック１００のガイド凹部１０９に挿入できる。

図６は、コードレス電動工具システムに使用される電池パック１００を充電するための充電用電源コード２８０の外観を示す。充電用電源コード２８０の末端には、それぞれ、コンセントプラグ２８１と充電用電力供給端子２８２を有し、特に充電用電力供給端子２８２は、電源コードアダプタ２５０の充電用電力供給端子２５７と同じ形状であり、電池パック１００の充電用インレット１０８に沿って挿入できる。

図７は、従来技術の交流駆動式電動工具の外観を示す。交流駆動式電動工具３００は、商用電源から交流電圧を入力するためのコンセントプラグ３０１を有する。

図８は、本発明の一実施形態に従う電池パック１００と本発明の一実施形態に従うコードレス電動工具２００を接続した状態を示す機能ブロック図である。電池パック１００は、商用電源の実効値に相当する交流電力を出力する。コードレス電動工具２００は、電池パック１００が出力する交流電力を、電池パック１００の放電用コンセント端子１１０から電力入力端子２０８とスイッチ２０２を介し、交流駆動式モータ２１０を駆動する。

図９は、本発明の一実施形態に従う電池パック１００と従来技術の交流駆動式電動工具３００を接続した状態を示す機能ブロック図である。電池パック１００は、商用電源の実効値に相当する交流電力を放電用コンセント端子１１０より出力する。交流駆動式電動工具３００は、電池パック１００が出力する交流電力を用いて、電池パック１００の放電用コンセント端子１１０からコンセントプラグ３０１とスイッチ３０２を介し、交流駆動式モータ３０３を駆動する。

図１０は、本発明の一実施形態に従う電池パック１００と充電用電源コード２８０を接続した状態を示す機能ブロック図である。電池パック１００は、充電器を用いることなく、商用電源から直接入力し充電する方式を有する。したがって、電池パック１００は、商用電源に接続された充電用電源コード２８０から充電用電力供給端子２８２、充電用インレット端子１１１を介し充電する。

図１１は、本発明の一実施形態に従う電池パック１００と本発明の一実施形態に従う電源コードアダプタ２５０を接続した状態を示す機能ブロック図である。電池パック１００は、充電器を用いることなく、商用電源から直接入力し充電する方式を有する。したがって、電池パック１００は、商用電源に接続された電源コードアダプタ２５０の充電用電力供給端子２５７、充電用インレット端子１１１を介し充電する。

図１２は、本発明の一実施形態に従う電源コードアダプタ２５０と本発明の一実施形態に従うコードレス電動工具２００を接続した状態を示す機能ブロック図である。コードレス電動工具２００は、商用電源に接続された電源コードアダプタ２５０の放電用電力供給端子２５６から電力入力端子２０８とスイッチ２０２を介し、交流駆動式モータ２１０を駆動する。

以下、本発明の一実施形態に従うコードレス電動工具システムの構造に関する実施の形態を図面に基づいて説明する。

本発明の一実施形態に従う電池パック１００の内部構造を、図１３〜図１５、及び、図１７〜図１８に示す。また、電池パック１００の第１実施形態の機能ブロック図を図１６、及び、図１９に示す。本発明の一実施形態に従う電池パック１００と本発明の一実施形態に従うコードレス電動工具２００、及び、従来技術の交流駆動式電動工具３００の電源コードのコンセントプラグ３０１を接続した状態を図２０〜図２１に示す。また、本発明の一実施形態に従う電池パック１００と充電用電源コード２８０、及び、本発明の一実施形態に従う電源コードアダプタ２５０を接続した状態を図２２〜図２３に示す。さらに、本発明の一実施形態に従うコードレス電動工具２００と本発明の一実施形態に従う電源コードアダプタ２５０を接続した状態を、図２４に示す。

本発明の一実施形態に従う電池パック１００に用いるリチウムイオン電池セル１２０は、直列接続した電池セル群の直流電圧を正逆発振し商用電圧に相当する実効値を出力できるような個数とし、電池モジュール１１２は、少なくとも２個以上で構成すると良い。特に、電池モジュール１１２に収容する電池セル１２０の個数は、電池セル１２０の総数の約数とすると良い。なお、電池セル１２０は、リチウムイオン電池に限らず、電池パック１００に収容して電圧出力が可能な２次電池を広く包含する。以下に、本発明の一実施形態として、２７個のリチウムイオン電池セル１２０、及び、３個の電池モジュール１１２を用いた電池パック１００を説明する。

図１３は、本発明の一実施形態に従う電池パック１００の分解斜視図を示す。本発明の一実施形態に従う電池パック１００は、３個の電池モジュール１１２、メインコントロールボックス１１４、絶縁性材料で形成されたコントローラカバー１１７、絶縁性材料で形成されたフックボタン１０３、前記フックボタン１０３を摺動するためのスプリング１１９、絶縁性材料で形成されたコンセントカバー１０７、前記コンセントカバー１０７を摺動するためのスプリング１１８、を絶縁性材料で形成された上ケース１０１と下ケース１０２に収容する。コントローラカバー１１７は、メインコントロールボックス１１４に設けられた放電用コンセント端子１１０の両極間に壁を介在させる形状とすると、より絶縁に関する信頼性を高めることができる。また、コンセントカバー１０７も前記放電用コンセント端子１１０の両極間に介在しながら摺動可能とする壁を設けても良い。

図１４は、本発明の一実施形態に従う電池モジュール１１２の内部構造の側面図を示す。９個の電池セル１２０は、リード板１２１をスポット溶接等により直列接続した電池セル群とする。特に、電池セル群の電圧は、リチウムイオン電池セルの場合、電池モジュール内の電池セル数を１０セル以下、すなわち、１セル３．６Ｖの公称電圧を有するリチウムイオン電池セルを直列接続して構成する電池モジュールの公称電圧を３６Ｖ、又は、リチウムイオン電池セルの満充電時の最大電圧は一般的に１セルあたり４．２Ｖであることから、満充電時のモジュール電圧が、４２Ｖ以下となるように構成すると良い。これにより、電池モジュール内部の各部位に印加される電位が、人体への感電に影響があるとされる４２Ｖを上回らないため、製造時の安全性向上などにも貢献できる。また、電池セル１２０の電圧を検知するための電圧モニタ線１２３の片側末端部をリード板１２１に接続し、残りの片側末端部をモジュールコントローラ１２２に接続する。温度センサ１２４は、電池セル温度を検知できる部位に設けモジュールコントローラ１２２と接続する。モジュールコントローラ１２２とメインコントロールボックス１１４を接続するため、電池入出力端子部１１３のみ電池モジュール１１２の外部に露出するように設ける。

図１５は、本発明の一実施形態に従う電池モジュール１１２の内部構造の上面図を示す。電池モジュール１１２は、９個の電池セル１２０を直列接続した電池セル群、電圧モニタ線１２３と温度センサ１２４、及び、本発明の第１実施形態のモジュールコントローラ１２２を斜線図で示す絶縁性、かつ、弾性を有する緩衝体１２５を電池セル１２０の両端に介して、図１４に示す電池セル１２０に沿った内壁と接合部にオーバーラップを設け、いずれも絶縁性材料で形成されたモジュールケース右１２６とモジュールケース左１２７により収容する。また、電池モジュールの外装は、熱収縮ラミネートシートを用いて前記内部部位を覆う手段も良い。電池入出力端子部１１３は、モジュール入出力部１３１、モジュールコントローラデジタル通信部１３２で構成される。なお、モジュールケース１２６、１２７に隙間が生じる場合は、絶縁性の充填剤を用いて前記隙間をモールドすると良い。

図１６は、本発明の一実施形態に従う電池モジュールの第１実施形態の機能ブロック図を示す。９個の電池セル１２０は直列接続され、モジュール充電用ＦＥＴ１２９、モジュール放電用ＦＥＴ１３０を介し、モジュール入出力部１３１に接続される。モジュールコントローラ１２２は、セル電圧検知のための電圧モニタ線１２３、セル温度検知のための温度センサ１２４と接続し、モジュール充電用ＦＥＴ１２９とモジュール放電用ＦＥＴ１３０を用いて制御を行う。また、モジュールコントローラ１２２は、モジュールコントローラデジタル通信部１３２を設け、モジュールコントローラデジタル通信部１３２とメインコントローラデジタル通信部１３９を介して、後述のメインコントローラ１３４とデジタル通信を行う。

図１７は、本発明の一実施形態に従う電池パック１００の内部構造の側面図、図１８は、本発明の一実施形態に従う電池パック１００の内部構造の上面図を示す。電池モジュール１１２の電池入出力端子部１１３をメインコントロールボックス１１４のメインコントローラ・モジュール間接続端子部１１５と接続する。斜線で示すコントローラカバー１１７は、充電用インレット端子１１１と放電用コンセント端子１１０の挿入口、及び、メインコントロールボックス１１４の電池モジュール１１２と隣接する面を除く周囲に被せる。コンセントカバー１０７は、これを摺動するためのコンセントカバー用スプリング１１８を設け、メインコントロールボックス１１４に設けられたコンセントカバースイッチ１１６をコンセントカバー１０７の動作に連動するように配置する。前記各部位とフックボタン１０３、及び、フックボタン１０３を摺動するためのフックボタン用スプリング１１９を、接合部にオーバーラップを設けた上ケース１０１と下ケース１０２を用いて収容する。コントローラカバー１１７は、上ケース１０１が万が一破損した場合に、メインコントロールボックス１１４の活電部と電池パック１００の外部との間に介在することで、絶縁に関する信頼性を高める効果がある。

図１５に示すように、電池モジュール１１２のモジュールケース１２７（モジュールハウジング）の６つの外壁面のうち、そこに収容される電池セル１２０のセル軸心に平行な方向において互いに対向する２つの外壁面（図においては、上側の外壁面と、下側の外壁面）にそれぞれ、複数の絶縁性の突起３１０が一体的に形成されている。それら２つの側壁面の一方に形成される複数の突起３１０は、他方に形成される複数の突起３１０に対して、セル軸心に直角な方向にずらされている。

したがって、図１８に示すように、各電池モジュール１１２は、自身の突起３１０において、隣接する他の電池モジュール１１２の外壁面のうち、突起３１０が形成されていない部分に接触する。このとき、各電池モジュール１１２の突起３１０は、隣接する他の電池モジュール１１２の突起３１０との間に、外壁面に沿った方向に延びるクリアランス３１２を形成する。このように、隣接する電池モジュール１１２同士の間にクリアランスを確保すると、多直列の電池セル群における熱のこもりを効果的に抑制することができる。すなわち、各電池モジュール１１２において多直列の電池セル１２０に発生し得る熱を、クリアランス３１２を介して大気に放出することが可能となるのである。

また、コンセントカバー１０７が動作することにより、ユーザーへ通電状況を視覚的に示すことができるが、電池セル１２０の残容量検知手段を設け、残容量表示と兼ねて通電状況を示すランプを設けることも良い。

電気機器に多く用いられているリチウムイオン電池セルの代表的なサイズとして、直径１８ｍｍ、及び、高さ６５ｍｍの円筒形セルがある。本発明の一実施形態のように２７個のリチウムイオン電池セル１２０を電池パック１００に収容する場合、前述の直径１８ｍｍ、及び、高さ６５ｍｍの円筒形セルを用いて構成すると、電池パック１００は、電動工具ユーザーにとって大きすぎ、かつ、重すぎて使いにくいものとなる。そこで、本発明の一実施形態では、同じ直径１８ｍｍで、例えば、高さを２５ｍｍとした電池セル１２０を２７セル有する電池パック１００を提供する。

図１４、図１５、図１７、及び、図１８に示すように、前記直径１８ｍｍ、高さ２５ｍｍの９セルのリチウムイオン電池セル１２０の末端部を揃えて電池モジュール１１２に収容し、３個の電池モジュール１１２は、内部に収容する電池セルの軸心を、他方の電池モジュール１１２が収容する電池セルの軸心と揃えて、電池パック１００に収容する。セル単位の場合、前記高さ２５ｍｍの電池セル１２０の１セル当たりの容量は高さ６５ｍｍの電池セルと比較し、セルの高さに相応して減少するが、セル群の場合、小型軽量と評価される従来技術の１４．４Ｖコードレス電動工具用の１４．４Ｖリチウムイオン電池パックで用いられる高さ６５ｍｍのリチウムイオン電池セルを８セル用いた電池セル群と比較すると、高さ２５ｍｍのリチウムイオン電池セルを２７セル用いた電池セル群の大きさ、及び、重さは、前記６５ｍｍのリチウムイオン電池セルを８セル用いた電池セル群と体感的に同程度と見なすことができ、かつ、高電圧化に伴う負荷電流の大幅な低減による電気ロスの大幅な低減により、電池パックとしての総合的な出力、及び、作業量は大幅に向上できる。

なお、前述のリチウムイオン電池セルの一形態として、直径１８ｍｍ、及び、高さ２５ｍｍの円筒形セルを一例に挙げたが、円筒形セルの場合、直径１６ｍｍ〜１８ｍｍ、及び、高さ２０〜３０ｍｍが、前述の総合的な効果を提供できる好適な形状範囲である。また、１セル当たりの容積が、前記範囲に相当する円筒形でない電池セル形状も前述の好適な形状範囲に包含する。

図１９に、本発明の一実施形態に従う電池パック１００の第１実施形態の機能ブロック図を示す。直列接続された３個の電池モジュール１１２は、４個のＦＥＴを主要な素子として構成される放電制御部１４０を介して放電用コンセント端子１１０に接続され、また、１個のＳＣＲを主要な素子として構成される充電制御部１４１を介して充電用インレット端子１１１に接続される。メインコントローラ１３４は、バックアップ付電源回路１３３より電力供給を受け、電池モジュール電圧検知のための電池モジュール電圧検知部１３７、充放電電流を検知する電流検知部１３８、コンセントカバー１０７の動作を検知するコンセントカバー検知部１３６、及び、充電用インレット端子１１１に商用電源が接続されたことを検知する充電用インレット検知部１３５を接続する。また、メインコントローラ１３４は、メインコントローラデジタル通信部１３９を設け、メインコントローラデジタル通信部１３９とモジュールコントローラデジタル通信部１３２を介して、モジュールコントローラ１２２とデジタル通信を行う。

放電制御部１４０は、直列した電池セル群の直流電圧を正逆発振することを目的とし、４個のＦＥＴを用いなくてもその目的を達する手段を用いれば良い。特に正逆発振出力の制御においては、ゼロ電圧出力期間を設け、電池セル群の直流電圧を比較し商用電源電圧を含む実効値となるようにゼロ電圧出力期間を制御し、電池セルの残容量による電池セル電圧の変化に対し一定の出力を得られるようにすると、ユーザーが電池セルの残容量減少に伴う出力低下を感じることなく作業が可能となる。

さらに、第３実施形態の説明において後述するが、前述の交流出力に限らず、電気機器から受信した信号に応じて、正電圧、又は、負電圧の直流電圧出力に任意に対応させることで、電気機器の用途に応じた性能向上に貢献できる。

充電制御部１４１については、商用電源から直列した電池セル群に電流量を調整しながら直流電流を流し込むことを目的とし、１個のＳＣＲを用いなくてもその目的を達する手段を用いれば良い。特に充電制御においては、リチウムイオン電池電圧が所定電圧に達するまでは上限電流を設けた一定電流となるように充電制御を行い、リチウムイオン電池電圧が所定電圧に達してからは、電池電圧が所定電圧となるように充電制御を行う。例えば、電池セル電圧、及び、充電電流を検知し、充電電流と充電電圧が目的の値となるようにＳＣＲの点弧角を制御すると良い。

なお、本発明の一実施形態では、充電制御部１４１を電池パック１００に収容する形態であるが、充電制御部１４１を電池パック１００外に設け、電池パック１００の状態を認識する手段、及び、電池パック１００と接続する手段をケースに収容する充電器として別体化しても良い。

モジュールコントローラ１２２とメインコントローラ１３４の間で行われるデジタル通信に関しては、３個の電池モジュール１１２のモジュールコントローラ１２２のグランドが各々異なる電位に接地されるため、例えば、電池モジュール１１２内、又は、メインコントローラ１３４内のいずれかにフォトカプラを設け、絶縁を確保しながらデジタル通信を行うと良い。

なお、通信方法については、メインコントローラ１３４とモジュールコントローラ１２２の間でお互いの制御を関連付けることが目的であり、メインコントローラ１３４が放電用コンセント端子１１０へ出力を停止する際に、その出力停止を示す第１信号（前記（１）項における「第１信号」に相当する）、モジュールコントローラ１２２がモジュール入出力部１３１への出力を停止する際に、その出力停止を示す第２信号、メインコントローラ１３４が電池モジュール群への充電のための入力を停止する際に、その入力停止を示す第３信号（前記（３）項における「第２信号」に相当する）、モジュールコントローラ１２２が電池セル群への充電のための入力を停止する際に、その入力停止を示す第４信号、にそれぞれ相当するアナログ信号を用いても良い。

また、第２信号及び第４信号については、前記第２信号及び第４信号を送信するための専用端子を設けず、メインコントローラ１３４が各電池モジュール１１２の電池モジュール電圧を測定し、前記電池モジュール１１２が入出力を停止した際に発生する電池モジュール電圧の変化、例えば、前記入出力停止に伴い電池モジュール電圧がゼロとなった状態、又は、前記入出力停止に伴い電池モジュール電圧が所定時間内に所定値以上の変化をなした状態を検知し、前記検知結果を、第２信号及び第４信号を受信した状態と同等であるとして、前記第２信号及び第４信号の受信後の動作処理に移行する方式を用いても良い。さらには、前記第２信号及び第４信号のみを伝達するための端子を電池モジュールに設けず、新規端子を電池モジュールに設け、前記新規端子は、電池モジュールの入出力停止を示す以外を主目的とする情報、例えば、電池モジュール内の各部の電圧、電流、温度、モジュール個別ＩＤナンバー等を伝達するために用いて、前記電池モジュールが入出力停止した際に、前記情報に特定の変化を加える方式も広く包含される。

図２０に電池パック１００とコードレス電動工具２００の接続時の内部構造の側面図を示す。電池パック１００をコードレス電動工具２００へ挿入すると、コードレス電動工具２００の端子収容部２０７が、電池パック１００のコンセントカバー１０７を押しスライドさせる。コンセントカバー１０７に接したコンセントカバースイッチ１１６は、コンセントカバー１０７と連動し、コードレス電動工具２００の電力入力端子２０８と電池パック１００の放電用コンセント端子１１０が接合する位置でオンする。電池パック１００のフックボタン１０３は、コードレス電動工具２００の係止凹部２０６に固定され、フックボタン１０３の解除動作が行われるまで電池パック１００はコードレス電動工具２００に固定される。ここで、電池パック１００は放電許可判断を行い、放電動作へ移行し、コードレス電動工具２００の使用を可能にする。

図２１に電池パック１００とコンセントプラグ３０１の接続時の内部構造の側面図を示す。電池パック１００に交流駆動式電動工具３００のコンセントプラグ３０１を挿入すると、コンセントプラグ３０１は、電池パック１００のコンセントカバー１０７を押しスライドさせる。コンセントカバー１０７に接したコンセントカバースイッチ１１６は、コンセントカバー１０７と連動し、コンセントプラグ３０１と電池パック１００の放電用コンセント端子１１０が接合する位置でオンする。ここで、電池パック１００は放電許可判断を行い、放電動作へ移行し、交流駆動式電動工具３００の使用を可能にする。

図２２に電池パック１００と充電用電源コード２８０の接続時の内部構造の側面図を示す。電池パック１００の充電用インレット１０８に充電用電源コード２８０の充電用電力供給端子２８２を挿入すると、電池パック１００の充電用インレット端子１１１に商用電源を供給することができる。この際、コンセントカバー１０７は動作せず、コンセントカバースイッチ１１６もオフであるが、メインコントローラ１３４は充電用インレット検知部１３５により電池パック１００に充電用電源コード２８０が挿入されたことを検知し、充電許可判断を行い、充電動作へ移行し、電池パック１００の充電を可能にする。

図２３に電池パック１００と電源コードアダプタ２５０の接続時の内部構造の側面図を示す。電池パック１００に電源コードアダプタ２５０の充電用電力供給端子２５７を挿入すると、電池パック１００の充電用インレット端子１１１に商用電源を供給することができる。この時、電源コードアダプタ２５０がコンセントカバー１０７を押しスライドすることにより、コンセントカバースイッチ１１６はオンとなるが、前記オン状態による充電許可判断は行わず、メインコントローラ１３４は充電用インレット検知部１３５により電池パック１００に充電用電力供給端子２５７が挿入されたことを検知し、充電許可判断を行い、充電動作へ移行し、電池パック１００の充電を可能にする。

ここで、電源コードアダプタ２５０を商用電源に接続している状態において充電用電力供給端子２５７は、商用電源の交流電圧が常時印加される。したがって、充電用電力供給端子２５７は、感電防止のため、絶縁性材料を端子の周囲に被せた凸型の形状となり、充電用電力供給端子２５７に係合する電池パック１００の充電用インレット端子１１１の周囲を覆うケース形状は凹型となる。また、電源コードアダプタ２５０のスライドレール先端部２５９は電池パック１００のガイド凹部１０９に導入され、電源コードアダプタ２５０のフックボタン２５４は電池パック１００の係止凹部１０４に固定され、フックボタン２５４の解除動作が行われるまで電源コードアダプタ２５０は電池パック１００に固定される。

図２４にコードレス電動工具２００と電源コードアダプタ２５０の接続時の内部構造の側面図を示す。電源コードアダプタ２５０のスライドレール部２５５は、電池パック１００のスライドレール部１０５と同じように、コードレス電動工具２００のガイドレール部２０５に沿って挿入できる。電源コードアダプタ２５０のフックボタン２５４がコードレス電動工具２００の係止凹部２０６に固定されるまで挿入すると、コードレス電動工具２００の端子収容部２０７に設けた電源入力端子２０８が、電源コードアダプタ２５０の放電用電力供給端子２５６と接続され、コードレス電動工具２００に搭載する交流駆動式モータ２１０へ電力が供給可能となる。

図２３に示したように、電源コードアダプタ２５０は、電池パック１００の充電を目的として、電池パック１００と係合するケース構造を有する。そのため、電源コードアダプタ２５０には充電用電力供給端子２５７が設けられており、充電用電力供給端子２５７は、感電防止のため、絶縁性材料を端子の周囲に被せた凸型の形状となる。これに対し、コードレス電動工具２００は、電池パック１００、及び、電源コードアダプタ２５０から電力供給を受けるために、電力入力端子２０８を有する。電力入力端子２０８と係合する電池パック１００の放電用コンセント端子１１０、及び、電源コードアダプタ２５０の放電用電力供給端子２５６は、商用電源電圧に相当する高電圧を出力するため、感電防止のため、手で直接触れることのできない凹型の形状となる。したがって、電力入力端子２０８の形状は凸型の形状となる。

ここで、従来技術におけるコードレス電動工具では、電池パック１００から電力供給を受けることを目的とした端子のみを有し、前記端子は、本発明の一実施例のコードレス電動工具２００において電力入力端子２０８に相当する。しかし、従来技術のまま電源コードアダプタ２５０を従来技術と同じ構成のコードレス電動工具に装着しようとすると、前記電源コードアダプタ２５０には、電池パック１００の充電を目的とした凸型の電力入力端子２０８を有するため、干渉し係合できない。

そこで、本発明の一実施例においては、コードレス電動工具２００に有する絶縁性材料で形成された端子収容部２０７に、通電しないダミー凹部を設ける。電源コードアダプタ２５０をコードレス電動工具２００に接続する時は、電力入力端子２０８は、通電しないダミー凹部２０９に収納される。これにより、本発明の一実施例の電池パック１００、電源コードアダプタ２５０及びコードレス電動工具２００は、前述の３者の内のいずれの２者の組み合わせにおいても係合する構造を実現できる。

図２３と図２４に示すように、電源コードアダプタ２５０は、電池パック１００及びコードレス電動工具２００のいずれも接続可能であり、電源コードアダプタ２５０の電源コード２５２は、電源コードアダプタ２５０を電池パック１００及びコードレス電動工具２００に接続する進行方向と異なる方向に配置すると良い。特に、電源コード２５２を配置方向は、コードレス電動工具２００の交流駆動式モータ収容部２０１からハンドル２０３へ延長した方向に沿うと、使用時の電源コードの取り回しが容易となり、より高い作業性をユーザーに提供できる。

以上より、本発明の一実施形態に従う電池パック１００、コードレス電動工具２００、電源コードアダプタ２５０により、電池パック１００の質量、出力、作業量、イニシャルコスト及びランニングコストに対して、バランス良く高く評価できるコードレス電動工具システムを実現することが可能となる。

以下に、本発明の第２実施形態に従う電池パック１００−２を図３１、図３２に基づいて説明する。

第１実施形態の電池パック１００に収容される電池モジュール１１２では、モジュール充電用ＦＥＴ１２９（前記（３）項における「第２切換手段」の一例）及びモジュール放電用ＦＥＴ１３０（前記（１）項における「第１切換手段」の一例）を有する。前記各ＦＥＴは、通電時に発熱を伴うため、電池モジュール１１２に収容される電池セル群へその熱が伝播し、電池セル群の寿命低下に影響する場合がある。この課題を解決する実施形態として、第２実施形態を説明する。

図３１に、第２実施形態の電池パック１００−２に収容される電池モジュール１１２−２の機能ブロック図を示す。電池モジュール１１２−２内部には、第１実施形態で収容するモジュール充電用ＦＥＴ１２９及びモジュール放電用ＦＥＴ１３０を含まず、モジュールコントローラ１２２−２は、充電及び放電の可否を判断する手段を有し、前記ＦＥＴを通電及び遮断の制御をするための信号を、充放電遮断信号端子１４３に送信するための手段を有する。前記通電及び遮断に関する制御方法は、第１実施形態と同じである。

図３２に、第２実施形態の電池パック１００−２の機能ブロック図を示す。複数の電池モジュール１１２−２は、隣接する前記電池モジュール１１２−２間に、モジュール充電用ＦＥＴ１２９、及び、モジュール放電用ＦＥＴ１３０を介して、直列接続する。前記ＦＥＴ１２９、１３０は、前記電池モジュール１１２−２の充放電遮断信号端子１４３に接続され、モジュールコントローラ１２２−２が、通電及び遮断の制御を行う。電池パック１００−２に収容される電池モジュール１１２−２全てに、モジュール充電用ＦＥＴ１２９及びモジュール放電用ＦＥＴ１３０を接続しても良いが、図３２に示すように、直列接続した電池モジュール１１２−２において、正極側の末端に配置された電池モジュール１１２−２を除き、前記ＦＥＴを接続することにより、第１実施形態における絶縁信頼性を同等に確保しながら、部品点数を減らしコストダウンすることが可能となる。

以下に、本発明の第３実施形態に従う電池パック１００−３を図３３、図３４に基づいて説明する。

第１実施形態の電池パック１００に収容される複数の電池モジュール１１２とメインコントローラ１３４は、メインコントローラ１３４から電池モジュール１１２へ、又は、電池モジュール１１２からメインコントローラ１３４へ、充放電を許可、又は不許可するための信号の受け渡しを行うため、メインコントローラデジタル通信部１３９とモジュールコントローラデジタル通信部１３２が接続されている。ここで、メインコントローラ１３４を配置する基板は、前記各電池モジュール１１２と前記通信のための配線、及び、前記配線に基づく回路レイアウトが必要となるが、特に、電池パック１００に収容する電池モジュール１１２の数が多くなると、前記通信のための配線の増加に伴い前記回路レイアウトは複雑となり、コストアップにつながる。この課題を解決する実施形態として、第３実施形態を説明する。

図３３に、第３実施形態の電池パック１００−３に収容される電池モジュール１１２−３の機能ブロック図を示す。電池モジュール１１２−３は、第１実施形態にて有するモジュールコントローラデジタル通信部１３２の代わりに、モジュール間通信端子１４４を有する。モジュールコントローラ１２２−３は、第１実施形態におけるモジュールコントローラ１２２と同様に、充電、及び、放電の可否を判断する手段を有し、前記判断の結果に基づき、充電、及び、放電の実行、又は、停止の制御を行う。ここで、前記モジュールコントローラ１２２−３は、前記電池モジュール１１２−３の充電、及び、放電の実行、又は、停止の状態を、電池パック１００−３に収容される他方全ての電池モジュール１１２−３に隣接する他方の電池モジュール１１２−３を介して送信する手段、電池パック１００−３に収容される他方全ての電池モジュール１１２−３の充電及び放電の実行又は停止の状態を、隣接する他方の電池モジュール１１２−３を介して受信する手段、及び、前記受信内容に従い充電及び放電の実行又は停止を行う手段を有する。

図３４に、第３実施形態の電池パック１００−３の機能ブロック図を示す。複数の電池モジュール１１２−３は直列接続され、電池パック１００−３に収容される。また、隣接する電池モジュール１１２−３は、前記各電池モジュール１１２−３のモジュール間通信端子１４４を用いて連結され、電池パック１００−３に収容される全ての電池モジュール１１２−３間の信号の送受信を可能とする。これにより、第１実施形態における電池モジュールとメインコントローラを接続する配線が削除されることにより、前記メインコントローラを配置する基板の回路レイアウトが簡略化され、特に、電池モジュールの個数を多く収容する電池パックにおいて、コストダウンの効果が高まる。また、第１実施形態において、電池パックに収容される少なくとも１個の電池モジュールが充放電を停止した際に、電池モジュールからメインコントローラへの停止信号の送信、前記停止信号を受信したメインコントローラが停止動作の際に、メインコントローラから電池モジュールへ停止信号の送信を行うことで、他方の電池モジュールの充放電を連動的に停止することを実現した効果について、第3実施形態においても同等の効果を得ることができるため、電池モジュールの個数に応じて、第１実施形態、又は、第３実施形態を選択的に使用することができる。

ところで、本発明の一実施形態に従う電池パックは、電池セルを直列接続した電池セル群、前記電池セル群の直流電圧を交流電圧に変換する放電制御回路を有するが、これを活用してコードレス電動工具における新しい課題の解決に貢献できる。以下に、第３実施形態を示す図３４に基づいて説明する。

図３４に示す電池パック１００−３は、電池モジュール１１２−３を直列接続した電池モジュール群、前記電池モジュール群の直流電圧を交流変換する放電制御部１４０−３、前記放電制御部１４０−３に制御信号を送信するメインコントローラ１３４−３、前記放電制御部１４０−３で出力される電力をコードレス電動工具に供給する放電用端子１１０−３、及び、電池パック１００−３に接続されたコードレス電動工具が、前記電池パック１００−３に対し出力電圧特性を要求する信号を送信し、前記信号を前記メインコントローラ１３４−３が受信するための電圧特性指示入力端子１４５を有する。

前記コードレス電動工具が、例えば、前記電圧特性指示入力端子１４５に印加する信号電圧を０Ｖとして出力すると、前記コードレス電動工具に接続された前記電池パック１００−３のメインコントローラ１３４−３が前記０Ｖを検知し、前記メインコントローラ１３４−３は、放電制御部１４０−３を制御し電池モジュール１１２−３群の直流電圧を交流電圧に変換し、放電用端子１１０−３より前記交流電圧を出力する。また、前記コードレス電動工具が、前記信号電圧を３Ｖとして出力すると、前記放電制御部１４０−３の制御により放電用端子１１０−３に電池モジュール１１２−３群の直列電圧を正電圧として直接出力する。また、前記コードレス電動工具が、前記信号電圧を４Ｖとして出力すると、放電制御部１４０−３により放電用端子１１０−３への出力を停止する。また、前記コードレス電動工具が、前記信号電圧を５Ｖとすると、放電制御部１４０−３は、電池モジュール１１２−３群の直列電圧を正逆反転して、負電圧として放電用端子１１０−３より出力する。

前記方式は、前記電池パックから前記コードレス電動工具に収容するモータへ、正電圧、負電圧、前記正負の電圧を任意の周波数で反転する交流電圧、さらには、正電圧出力と出力停止、又は、負電圧出力と出力停止のいずれかを任意の周波数で構成する矩形波など、自在な電圧入力を可能とする。例えば、従来技術において商用電源で駆動する交流駆動式電動工具に効率の高い直流専用モータを使用する場合、前記商用電源より入力した交流電圧を前記電動工具内で直流変換し、直流専用モータを駆動するための制御回路を有するため、電動工具のコストアップの要因となっていた。本発明の第３実施形態の電池パックでは、任意の電圧を電動工具側からの要求に応じて直接供給させることで、電動工具内の部品点数を削減し、かつ、モータ出力効率を高めることができる。

また、コードレス電動工具には、モータの回転方向を切り替えるための正逆切替スイッチを有するものがあるが、第３実施形態で示す前記方式を用いるコードレス電動工具においては、前記コードレス電動工具内の前記正逆切替スイッチを削除し、接続される第3実施形態の電池パックへ正逆切替を要求する信号を送信するのみで、正逆切替を可能とする。これにより、前記コードレス電動工具の内部に収容する正逆切替のための手段としては、前記信号を送信するだけの構成となり、大電流の通電を必要としない。したがって、従来技術において、コードレス電動工具の内部の限られた容積に配置しながら大電流の通電を必要とする正逆切替スイッチには、耐久性の低下や、耐久性向上のためのコストアップの課題があるが、本発明の第3実施形態によって前記課題を解決することができる。また、電圧特性指示入力端子１４５に入力される信号電圧が０Ｖの場合、電池パック１００−３は、放電用端子１１０−３より交流電圧を出力することで、前記電池パック１００−３を従来技術の交流駆動式電動工具に接続した場合は、前記交流駆動式電動工具の駆動を可能とするため、電池パック１００−３、電圧特性指示入力端子１４５に対応した電動工具、及び、前記電圧特性指示入力端子１４５に対応していない電動工具との互換性も実現できる。

なお、電圧特性指示入力端子１４５に入力される電圧と放電用端子１１０−３より出力される電圧は、任意の相関があればよく、前述の実施形態に限らない。また、電圧特性を指示する手段としては、電動工具側から電池パック側へ前記指示を伝達する手段があればよく、例えば、無線方式による信号伝達も含まれる。また、交流対応電動工具と直流対応電動工具の互換性を目的とした場合には、例えば、電池パックにスイッチを設け、前記電池パックが、直流対応電動工具との接続時には前記スイッチが前記直流対応電動工具の一部に押されて閉じ、一方、交流対応電動工具との接続時には前記スイッチが押されることなく開いた状態を保持する電池パック、及び、前記電動工具との係合関係とし、前記電池パックは、前記スイッチが閉じてオンの場合は直流出力、開いてオフの場合は交流出力に変更する方法も含まれる。

以下に、本発明の第４実施形態に従う電池パック１００−４を図３５〜図３７に基づいて説明する。

本発明の第１実施形態の電池パックにおいては、絶縁信頼性の向上を目的として、電池モジュール１１２とメインコントローラ１３４との充放電停止に関する第１信号ないし第４信号の送受信、及び、前記送受信に基づく制御について、デジタル通信を一例に用いているが、第４実施形態の方式においては、第１実施形態における同等の絶縁信頼性の実現と、かつ、より簡易的な回路構成によるコストダウンを実現する。複数の電池モジュールを直列接続した電池モジュール群の直流電圧を出力制御する手段、及び、前記電池モジュール群に対し充電制御する手段の配置については、前記出力制御、及び、前記充電制御の手段を第１実施形態に示すような電池パック内の配置、又は、第４実施形態に示すような電池パック外の配置の選択肢があり、さらに、電池パックとしての出力については、直流電圧、交流電圧、又は、任意電圧の出力の選択肢がある。

本発明の一実施例によれば、前記配置の選択肢、及び、前記出力の選択肢のいずれの組み合わせであっても、同等の絶縁信頼性の向上の効果を得られるため、高い絶縁性信頼を確保しながら、製品の用途に応じて、電池パック、及び、前記電池パックに対応する電気機器、充電器、及び、電源コードアダプタの内部構成の選択を広げることができる。

図３５に、第４実施形態の電池パック１００−４に収容される電池モジュール１１２−４の機能ブロック図を示す。

電池モジュール１１２−４は、第１実施形態にて有するモジュールコントローラデジタル通信部１３２の代わりに、第１・３信号入力端子１４６、及び、第２・４信号出力端子１４７を有する。複数の電池モジュール１１２−４が直列接続され１個の電池パック１００−４となる場合、各電池モジュール１１２−４のモジュール用第１・３信号入力端子１４６、及び、モジュール用第２・４信号出力端子１４７は、グランド電位の異なる他方の前記端子１４６、及び、１４７と接続されるため、絶縁性を確保しながら電気信号伝達が可能なフォトカプラ等の素子を用いると好適である。

図３６に、第４実施形態の電池パック１００−４、及び、前記電池パック１００−４に対応する電気機器４００の機能ブロック図を示す。

複数の電池モジュール１１２−４は直列接続され、電池パック１００−４に収容される。電池モジュール１１２−４の各第１・３信号入力端子１４６は、電池パック用第１・３信号入力端子１４９に並列接続される。また、電池モジュール１１２−４の各モジュール用第２・４信号出力端子１４７は、電池パック用第２・４信号出力端子１５０に直列接続される。電池パック１００−４に接続される電気機器４００は、負荷部４０２、及び、負荷部４０２を電池パック１００−４の入出力端子１４８より直流電圧に基づく電力供給を受けて制御する負荷制御部４０１を収容する。

負荷制御部４０１は、放電を許可できない状態、例えば、電池パック１００−４の入出力端子１４８より供給される直流電圧が所定値より低い場合、不使用時間が所定時間経過した場合、また、負荷部４００が正常に駆動しない場合、のいずれかの場合において、負荷部４００への電力供給を停止した上で、負荷制御部４０１は、前記停止をしたことを示す第１信号を電池パック用第１・３信号入力端子１４９に送信する。各電池モジュール１１２−４の各モジュールコントローラ１２２−４は、前記電池パック用第１・３信号入力端子１４９に並列接続された各第１・３信号入力端子１４６により受信し、出力を停止する。

従来技術においては、電気機器側で駆動を停止しても、前記第１信号が存在しないため、電池パック内部の電池セル群は全て通電状態が保持され、電池パック内部の各部位は、全電池セルの直列電圧に伴う高電圧が常時印加されることとなり、絶縁信頼性が低下する課題がある。

これに対し、本発明の第４実施形態においては、電池パック１００−４が電池パック外から前記第１信号を受信し、各電池モジュール１１２−４が、並列に前記第１信号を受信し、各電池モジュール１１２−４の出力を停止することで、電池パック内部に収容する電池セル群の直列電圧を電池モジュール１１２−４毎に遮断することできるため、絶縁信頼性を向上することができる。

さらに、電池モジュール１１２−４に有するモジュール用第２・４信号出力端子１４７を用いることで、前述の絶縁信頼性を相乗的に向上することができる。電池モジュール１１２−４は、電池モジュール１１２−４が収容する電池セル群の状態を検知し、前記電池セル群の放電を許可できない状態、例えば、過放電状態、過負荷状態、放電を許可できる温度範囲外である状態、又は、不使用時間が所定時間（基準時間）以上経過した状態、の少なくともいずれか１つであることを判断した場合、各電池モジュール１１２−４の出力を停止する。

従来技術においては、複数の電池モジュールの中の１個の電池モジュールが出力を停止した場合、他方の複数個の電池モジュールは通電状態が保持される。この状態においては、電池パック内部に通電状態の複数の電池モジュールが直列接続された状態で保持されるため、電池パック内部の各部位に前記通電状態の電池モジュール複数個分の高電圧が高頻度で印加され、絶縁信頼性の低下に影響する。

そこで、本発明の第４実施形態においては、電池パック１００−４に収容される電池モジュール１１２−４群の中の１個の電池モジュール１１２−４のモジュールコントローラ１２２−４が、その出力を停止した場合、前記モジュールコントローラ１２２−４は、前記出力停止を示す第２信号を、モジュール用第２・４信号出力端子１４７、及び、電池パック用第２・４信号出力端子１５０を介して、負荷制御部４０１へ送信する。負荷制御部４０１は、前記第２信号を受信し、負荷部４００の駆動停止処理を行い、かつ、第１信号を全ての電池モジュール１１２−４へ送信し、前記第１信号を受信した各電池モジュール１１２−４は出力停止を行うことができる。

なお、各電池モジュール１１２−４の各モジュール用第２・４信号出力端子１４７は、電池パック用第２・４信号出力端子１５０に直列接続されるため、電池パックに収容される電池モジュール１１２−４群の中の少なくとも１個の電池モジュール１１２−４が、第２信号を負荷制御部４０１へ送信することで、負荷制御部４０１は、第2信号を送信した前記電池モジュール１１２−４の他電池モジュール１１２−４との位置関係に関わらず、第２信号を受信、及び、検知することができる。これにより、例えば、複数の電池モジュール１１２−４の中の１個の電池モジュールが出力停止し、他方の電池モジュール１１２−４が出力停止を行わなかった状態においても前述の方式により、他方全ての電池モジュール１１２−４が出力停止し、電池パック内の各部位に印加される最大電圧を電池モジュール１１２−４の１個分の電圧に抑え、絶縁信頼性をさらに向上できる。

図３７に、第４実施形態の電池パック１００−４、及び、前記電池パック１００−４に対応する充電器４１０の機能ブロック図を示す。

複数の電池モジュール１１２−４は直列接続され、電池パック１００−４に収容される。電池モジュール１１２−４の各第１・３信号入力端子１４６は、電池パック用第１・３信号入力端子１４９に並列接続される。また、電池モジュール１１２−４の各モジュール用第２・４信号出力端子１４７は、電池パック用第２・４信号出力端子１５０に直列接続される。電池パック１００−４に接続される充電器４１０は、商用電源入力部４１１より商用電源の交流電圧を入力し、前記交流電圧を直流電圧に変換する直流変換部４１２と、前記直流電圧を制御し、電池パックの入出力端子１４８より、電池パック１００−４内の電池モジュール１１２−４の充電を行う充電制御部４１３を収容する。

充電制御部４１３は、充電を許可できない状態、例えば、電池パック１００−４が満充電状態である場合、商用電源入力部４１１より入力される電源電圧が電池パック１００−４の充電に適さない場合、又は、充電制御部４１３を構成する回路素子等が故障する場合、のいずれかの場合において、電池パック１００−４への充電を停止した上で、前記充電を停止したことを示す第３信号を電池パック用第１・３信号入力端子１４９に送信する。各電池モジュール１１２−４の各モジュールコントローラ１２２−４は、前記電池パック用第１・３信号入力端子１４９に並列接続された各第１・３信号入力端子１４６により受信し、入力を停止する。

従来技術においては、充電器が電池パックの充電を停止しても、前記第３信号が存在しないため、電池パック内部の電池セル群は全て通電状態が保持され、電池パック内部の各部位は、全電池セルの直列電圧に伴う高電圧が常時印加されることとなり、絶縁信頼性が低下する課題がある。

これに対し、本発明の第４実施形態においては、電池パック１００−４が電池パック外から前記第３信号を受信し、各電池モジュール１１２−４が、並列に前記第３信号を受信し、前記各電池モジュール１１２−４の出力を停止することで、電池パック内部に収容する電池セル群の直列電圧を電池モジュール１１２−４毎に遮断することできるため、絶縁信頼性を向上することができる。

さらに、電池モジュール１１２−４に有するモジュール用第２・４信号出力端子１４７を用いることで、絶縁信頼性を相乗的に向上することができる。電池モジュール１１２−４は、電池モジュール１１２−４が収容する電池セル群の状態を検知し、前記電池セル群の充電を許可できない状態、例えば、過充電状態、過電流充電状態、充電が許可できない温度範囲外である状態、の少なくともいずれか１つであることを判断した場合、各電池モジュール１１２−４の入力を停止する。

従来技術においては、複数の電池モジュールの中の１個の電池モジュールが充電を停止した場合、他方の複数個の電池モジュールは通電状態が保持される。この状態においては、電池パック内部に通電状態の複数の電池モジュールが直列接続された状態で保持されるため、電池パック内部の各部位に前記通電状態の電池モジュール複数個分の高電圧が高頻度で印加され、絶縁信頼性の低下に影響する。

そこで、本発明の第４実施形態においては、電池パック１００−４に収容される電池モジュール１１２−４群の中の１個の電池モジュール１１２−４のモジュールコントローラ１２２−４が、その充電を停止した場合、前記モジュールコントローラ１２２−４は、前記充電停止を示す第４信号を、モジュール用第２・４信号出力端子１４７、及び、電池パック用第２・４信号出力端子１５０を介して、充電制御部４１３へ送信する。前記充電制御部４１３は、前記第４信号を受信し、電池パック１００−４の充電停止処理を行い、かつ、第３信号を全ての電池モジュール１１２−４へ送信し、前記第３信号を受信した各電池モジュール１１２−４は充電停止を行うことができる。

なお、各電池モジュール１１２−４の各モジュール用第２・４信号出力端子１４７は、電池パック用第２・４信号出力端子１５０に直列接続されるため、電池パックに収容される電池モジュール１１２−４群の中の少なくとも１個の電池モジュール１１２−４が、第４信号を充電制御部４１３へ送信することで、充電制御部４１３は、第４信号を送信した電池モジュール１１２−４の他電池モジュール１１２−４との位置関係に関わらず、第４信号を受信、及び、検知することができる。これにより、例えば、複数の電池モジュール１１２−４の中の１個の電池モジュールが充電停止し、他方の電池モジュール１１２−４が充電停止を行わなかった状態においても前述の方式により、他方全ての電池モジュール１１２−４が充電停止し、電池パック内の各部位に印加される最大電圧を電池モジュール１１２−４の１個分の電圧に抑え、絶縁信頼性をさらに向上できる。

以下に、本発明の一実施形態に従うコードレス電動工具システムで用いる電池パック１００の電気的な制御に関する実施の形態をフローチャートに基づいて説明する。図２５に電池パック１００の全体的な動作の概略を示し、図２６〜図３０に詳細の動作を示す。

図２５に電池パック１００の基本動作に関するフローチャートを示す。ステップＳ００１のスタンバイモードにおける各制御部の状態は以下である。モジュールコントローラ１２２は、電池モジュール１１２に内蔵する電池セル１２０より電源供給を受けながら次のステップへ移行するための待機状態である。また、電池モジュール１１２のモジュール充電用ＦＥＴ１２９とモジュール放電用ＦＥＴ１３０はオフしている。メインコントローラ１３４は、電池モジュール１１２からの電源供給を受けられないため、バックアップ付電源回路１３３に有するバックアップコンデンサ等の蓄電部より電源供給を受け次のステップへ移行するための待機状態となっている。また、メインコントローラ１３４が制御する放電制御部１４０のＦＥＴ、及び、充電制御部１４１のＳＣＲもオフしている。

ステップＳ００２では、充電用電源コード２８０、電源コードアダプタ２５０、コードレス電動工具２００、又は、交流駆動式電動工具３００のコンセントプラグ３０１のいずれかが電池パック１００に接続されると、ステップＳ００４へ進む。

ステップＳ００３では、ステップＳ００１のスタンバイモードが長期間継続された場合に、ステップＳ１０１の長期保管モードに移行する。長期保管モードでは、電池パック１００のバックアップ付電源回路１３３に有するバックアップコンデンサ等の蓄電部の残容量がなくなるため、メインコントローラ１３４はオフとなる。また、電池モジュール１１２に内蔵する電池セル１２０の残容量は前記蓄電部より相対的に多いが、過放電による電池セルの極板劣化等を防ぐため、モジュールコントローラ１２２は、通常動作時より動作電流を抑えた微小電流で待機する。ステップＳ１０１の長期保管モードは、ステップＳ００４の充電インレット１０８が接続され充電が行われるまで継続する。

ステップＳ００４では、充電用電源コード２８０の充電用電力供給端子２８２、又は、電源コードアダプタ２５０の充電用電力供給端子２５７のいずれかが電池パック１００に接続された場合、ステップＳ２０１の充電開始前の処理に関する充電準備モードを経てステップＳ３０１の充電モードへ移行する。そして、充電を開始した後は、ステップＳ２０２において充電停止が必要な状態となった場合には、ステップＳ００１のスタンバイモードに戻る。

ステップＳ００５では、コードレス電動工具２００の電力入力端子２０８、又は、交流駆動式電動工具３００のコンセントプラグ３０１のいずれかが電池パック１００に接続された場合、ステップＳ４０１の放電開始前の処理に関する放電準備モードを経てステップＳ５０１の放電モードへ移行する。そして、放電を開始した後は、ステップＳ００７に示すように放電停止が必要な状態となった場合にステップＳ００１のスタンバイモードに戻る。

図２６に電池パック１００の長期保管モードに関するフローチャートを示す。ステップＳ１０２において、充電用電源コード２８０の充電用電力供給端子２８２、又は、電源コードアダプタ２５０の充電用電力供給端子２５７のいずれかが電池パック１００に接続された場合、電池パック１００の充電用インレット検知用ダイオード１４２を介してバックアップ付電源回路１３３が起動する。ステップＳ１０３では、バックアップ付電源回路１３３の起動に伴い、メインコントローラ１３４が起動し、ステップＳ１０４では、バックアップ付電源回路１３３に有するバックアップコンデンサ等の蓄電池への充電を開始する。ステップＳ１０５において、メインコントローラ１３４は、モジュールコントローラ１２２へメインコントローラデジタル通信部１３９、モジュールコントローラデジタル通信部１３２を介してデジタル通信を開始する。ステップＳ１０６では、モジュールコントローラ１２２は、前記通信開始をトリガとして起動し、ステップＳ２０１の充電準備モードへ移行する。

図２７に電池パック１００の充電準備モードに関するフローチャートを示す。ステップＳ２０４では、メインコントローラ１３４は入力された商用電源電圧を検知する。ステップＳ２０５において、商用電源電圧が充電を許可できる電圧範囲内であれば、ステップＳ２０６へ移行する。逆に、充電を許可できる電圧範囲外であれば、ステップＳ２０１に戻り、電池パック内の回路を異常電圧入力による故障から保護する。ステップＳ２０６では、メインコントローラ１３４は、モジュールコントローラ１２２へ充電許可の指示信号を送信する。ステップＳ２０７では、モジュールコントローラ１２２は、前記充電許可信号を受信する。

ステップＳ２０８では、モジュールコントローラ１２２は、各電池セル１２０の電圧と温度を検知する。ステップＳ２０９では、モジュールコントローラ１２２は、収容する電池セル１２０の少なくとも１セルが満充電により所定値以上の電圧である状態、電圧モニタ線１２３が断線した状態、又は、電池セル１２０の故障等により電池セル１２０間の電圧ばらつきが所定値以上となる状態のいずれかにて充電を不許可と判断し、ステップＳ２１０にてモジュール充電用ＦＥＴ１２９のオフを保持する。逆に、ステップＳ２０９において、全ての電池セル１２０の電池セル電圧が満充電ではない所定値未満の電圧であり、かつ、電池セル１２０間の電圧ばらつきが所定値未満となる状態を認識した場合は、ステップＳ２１１へ進み、モジュールコントローラ１２２がメインコントローラ１３４へ、電池セル１２０の電圧が充電許可できることを示す情報信号を送信する。

ステップＳ２１２では、モジュールコントローラ１２２は、電池セル温度が、電池セル１２０の寿命に影響する低温、又は、高温のように、充電を許可できる所定範囲を超えた温度値であることを判断すると、ステップＳ２１０へ進む。逆に、充電を許可できる所定範囲内の温度値であることを判断すると、ステップＳ２１３へ進み、モジュールコントローラ１２２がメインコントローラ１３４へ、電池セル１２０の温度値が充電許可できることを示す情報信号を送信し、ステップＳ２１４にてモジュール充電用ＦＥＴ１２９をオンする。

一方、メインコントローラ１３４は、ステップＳ２０６でモジュールコントローラ１２２へ充電許可の指示信号を送信し、ステップＳ２１５にて、モジュールコントローラ１２２からの電池セル電圧が充電許可できることを示す情報信号を受信待機する。メインコントローラ１３４は、前記情報信号を３個全てのモジュールコントローラ１２２から受信した場合は、ステップＳ２１６へ進む。一方、３個のモジュールコントローラ１２２の内の少なくとも１個から前記情報信号を受信しなかった場合は、ステップＳ２１９へ進む。

ステップＳ２１６では、メインコントローラ１３４は、モジュールコントローラ１２２からの電池セル温度が充電許可できることを示す情報信号を受信待機する。前記情報信号を３個全てのモジュールコントローラ１２２から受信した場合は、ステップＳ２１７へ進む。一方、３個のモジュールコントローラ１２２の内の少なくとも１個から前記情報信号を受信しなかった場合は、ステップＳ２０１の充電準備モードの初期処理ステップへ戻る。したがって、初期処理ステップへ戻る状態とは、既にステップＳ２１５で電池セル電圧は充電許可できることから、例えば、放電直後の高温の電池パックが室温雰囲気下に放置され、電池セル温度が充電許可できる温度範囲内に入る直前までは、ステップＳ２１６からステップＳ２０１に戻り、ステップＳ２１６に帰還する処理が繰り返され、電池セル温度が充電許可できる温度範囲内に入ると、ステップＳ２１７へ移行する。

ステップＳ２１７では、メインコントローラ１３４が３個の電池モジュール１１２の電池モジュール電圧を検知する。ステップＳ２１８では、３個の電池モジュール１１２の内の少なくとも１個の電池モジュール電圧が、満充電のため所定値以上の電圧である状態、又は、電池セル１２０、電池モジュール１１２の故障等により電池モジュール１１２間の電圧ばらつきが所定値以上となる状態のいずれかにて充電を不許可とするため、ステップＳ２１９へ進み、メインコントローラ１３４からモジュールコントローラ１２２へ充電を不許可とする指示信号を送信し、ステップＳ２２０にてモジュールコントローラ１２２がモジュール充電用ＦＥＴ１２９をオフし、ステップＳ００１のスタンバイモードへ移行する。逆に、ステップＳ２１８において、電池モジュール電圧が全て所定値未満の電圧であり、かつ、電池モジュール１１２間の電圧ばらつきが所定値未満となる状態を検知した場合は、ステップＳ３０１の充電モードへ進む。

図２７の充電準備モードにおいて、仮に、３個の内の１個の電池モジュール１１２内に電圧異常の電池セル１２０が混入し、モジュールコントローラ１２２が何らかの故障によりステップＳ２０９で、電池セル電圧が充電許可できる電圧範囲内にあると誤判断し、ステップＳ２１１でメインコントローラ１３４へセル電圧が充電許可できることを示す誤った情報信号を送信したとする。ステップＳ２１７で、メインコントローラ１３４は、各電池モジュール電圧を検知し、ステップＳ２１８において、電圧異常の電池セル１２０が混入した電池モジュール１１２の電池モジュール電圧が充電許可できる電圧範囲内にない、又は、他の電池モジュール電圧と比較して電位差がある、すなわち電池モジュール１１２間の電圧ばらつきがあるという状態のいずれかを検知し、ステップＳ２１９以降へ移行する。これにより、メインコントローラ１３４自身も充電モードへ移行しないため、充電制御部１４１のＳＣＲをオフとし、モジュールコントローラ１２２も、メインコントローラ１３４から充電不許可の指示信号を受信して、モジュール充電用ＦＥＴ１２９をオフする。以上より、電池モジュール１１２の誤検知に対する保護が成立する。

また、電圧異常の電池セル１２０が混入した前記電池モジュール１１２のモジュールコントローラ１２２が、前記誤検知後に、改めてメインコントローラ１３４から、充電不許可の指示信号を受信し、モジュール充電用ＦＥＴ１２９をオフしようとした際、前記モジュール充電用ＦＥＴ１２９がショート故障して遮断できないような異常状態が重複した場合においても、残りの正常な２個の電池モジュール１１２のモジュールコントローラ１２２が、メインコントローラ１３４から充電不許可の指示を受信し、各々のモジュール充電用ＦＥＴ１２９をオフし、保護が成立する。

また、仮に、メインコントロールボックス１１４が何らかの故障により、充電停止できなくなった場合においても、３個のモジュールコントローラ１２２が独立して各々の電池モジュール１１２の充電状態、又は、メインコントローラ１３４とのデジタル通信状態のいずれかを検知し、モジュールコントローラ１２２自身の判断により充電停止が可能となる。

図２８に電池パック１００の充電モードに関するフローチャートを示す。ステップＳ３０２に示すように、リチウムイオン電池セル１２０に対し一般的なＣＣＣＶ充電制御を行う。すなわち、リチウムイオン電池電圧が所定電圧に達するまでは上限電流を設け、所定電流を超えないように制御し、リチウムイオン電池電圧が所定電圧に達してからは、電池電圧が所定電圧となるように充電電流と充電電圧を制御する方法である。

ステップＳ３０３に示すように、充電中に充電インレット１０８が取り外されたことを検知すると、ステップＳ３０４にてメインコントローラ１３４は充電制御部１４１のＳＣＲをオフし、ステップＳ３０５にてメインコントローラ１３４はモジュールコントローラ１２２へ充電不許可の指示信号を送信し、ステップＳ３０６にてモジュールコントローラ１２２は前記指示信号を受信し、ステップＳ３０７にてモジュール充電ＦＥＴ１２９をオフし、ステップＳ００１のスタンバイモードへ移行する。一方、ステップＳ３０３にて、充電インレット１０８が取り外されることなく充電が行われる場合は、メインコントローラ１３４による処理ステップＳ３０８とモジュールコントローラ１２２による処理ステップＳ３１２へ移行する。

ステップＳ３０８では、メインコントローラ１３４が電池モジュール１１２の電池モジュール電圧と充電電流値を検知する。ステップＳ３０９にて、メインコントローラ１３４により、電池モジュール電圧が所定値以上の状態、又は、充電末期の定電圧充電制御において充電電流が所定値以下の状態のいずれかにより満充電であることを判断した場合に、ステップＳ３０４以降の充電停止の処理ステップへ移行する。ステップＳ３１０では、充電電流が過電流となる状態、非通電となる状態、商用電源の変動により充電電圧と充電電流のいずれかが目的とする値に制御できない状態、又は、電池モジュール１１２間の電圧ばらつきが所定値以上の状態のうちの少なくとも１つを検知した場合は、ステップＳ３０４以降の充電停止の処理ステップへ移行する。ステップＳ３１１では、モジュールコントローラ１２２がモジュール充電用ＦＥＴ１２９をオフしたことを示す情報信号をメインコントローラ１３４が受信した場合に、ステップＳ３０４以降の充電停止の処理ステップへ移行する。

ステップＳ３１２では、モジュールコントローラ１２２が、電池セル１２０の各セル電圧と温度を検知する。ステップＳ３１３にて、モジュールコントローラ１２２により、電池モジュール１１２に有する電池セル１２０の少なくとも１個が所定の電圧を上回るという状態から満充電であることを判断した場合に、ステップＳ３１５にてモジュール充電用ＦＥＴ１２９をオフし、ステップＳ３１６にてモジュールコントローラ１２２により電池モジュール１１２側で充電遮断したことを示す情報信号をメインコントローラ１３４へ送信する。ステップＳ３１４では、モジュールコントローラ１２２により、電池セル温度が充電許可できる温度範囲を超える状態、電池セル１２０の単位時間当たりの温度上昇が所定値以上の状態、電池セル１２０間の電圧ばらつきが所定値以上の状態、又は、電圧モニタ線１２３が断線した状態のうちの少なくとも１つを検知した場合に、ステップＳ３１５へ移行する。ステップＳ３１５においてモジュール充電用ＦＥＴ１２９が遮断されると、ステップＳ３０８では、メインコントローラ１３４が電池モジュール側で充電を遮断された場合に示す電圧であることを重ねて判断し、さらに、ステップＳ３１６で充電遮断が実行されたことを示す情報信号をメインコントローラ１３４へ送信されることにより、ステップＳ３１１で重ねて判断され、ステップＳ３０４以降の充電停止の処理ステップへ移行する。

なお、図２８では、本発明の第１実施形態の電池パック１００の制御について代表的に説明しているが、本発明の第３実施形態の電池パック１００−３のように、電池モジュール１１２−３間で、充電停止を示す信号の送受信を行う場合も、ステップＳ３１６において、モジュールコントローラ１１２−３が前記信号を送信する対象を、本発明の第１実施形態の電池パックのメインコントローラ１３４から本発明の第３実施形態の電池パックのモジュールコントローラ１１２−３に変更し、ステップＳ３０６で前記信号を受信したモジュールコントローラ１１２−３が充電停止を行うことで、同じ効果を得られる。

図２９に電池パック１００の放電準備モードに関するフローチャートを示す。ステップＳ４０３では、メインコントローラ１３４は、モジュールコントローラ１２２へ放電許可の指示信号を送信する。なお、ステップＳ１０１の長期保管モードにある状態でステップＳ４０３に進むと、メインコントローラ１３４は起動していないため、次のステップへ進むことはない。したがって、長期保管され残容量のない電池セル１２０がさらなる過放電を受けることを防ぐ。ステップＳ４０４では、モジュールコントローラ１２２は、前記指示信号を受信する。ステップＳ４０５では、モジュールコントローラ１２２は、各電池セル１２０の電圧と温度を検知する。ステップＳ４０６では、モジュールコントローラ１２２は、電池セル１２０の少なくとも１セルが過放電を示す所定値以下の電圧である状態、電圧モニタ線１２３が断線した状態、又は、電池セル１２０の故障等により電池セル間の電圧ばらつきが所定値以上となる状態のうちの少なくとも１つを検知し放電を不許可と判断し、ステップＳ４０７にてモジュール放電用ＦＥＴ１３０のオフを保持する。逆に、収容する電池セル１２０の各電池セル電圧が全て過放電ではない所定値以上の電圧であり、かつ、電池セル間の電圧ばらつきが所定値未満となる状態を認識した場合は、ステップＳ４０８へ進み、モジュールコントローラ１２２がメインコントローラ１３４へ、電池セル１２０の電圧が放電許可できることを示す情報信号を送信する。

ステップＳ４０９では、モジュールコントローラ１２２は、電池セル温度が、電池セル１２０の寿命に影響する低温、又は、高温のように、放電を許可できる所定範囲を超えた温度値であることを判断すると、ステップＳ４０７へ進み、逆に、放電を許可できる所定範囲内の温度値であることを判断すると、ステップＳ４１０へ進み、モジュールコントローラ１２２がメインコントローラ１３４へ、電池セル１２０の温度値が放電許可できることを示す情報信号を送信し、ステップＳ４１１にて、モジュール放電用ＦＥＴ１３０をオンする。

一方、メインコントローラ１３４は、ステップＳ４０３でモジュールコントローラ１２２へ放電許可の指示信号を送信し、ステップＳ４１２にて、モジュールコントローラ１２２からの電池セル電圧が放電許可できることを示す情報信号を受信待機する。メインコントローラ１３４は、前記情報信号を３個のモジュールコントローラ１２２の全てから受信した場合は、ステップＳ４１３へ進む。一方、３個のモジュールコントローラ１２２の少なくとも１個から前記情報信号を受信しなかった場合は、ステップＳ４１６へ進む。

ステップＳ４１３では、メインコントローラ１３４は、モジュールコントローラ１２２からの電池セル温度が放電許可できることを示す情報信号を受信待機する。前記情報信号を３個のモジュールコントローラ１２２の全てから受信した場合は、ステップＳ４１４へ進む。一方、３個のモジュールコントローラ１２２の少なくとも１個から前記情報信号を受信しなかった場合は、ステップＳ４０１の放電準備モードの初期処理ステップへ戻る。初期処理ステップへ戻る状態とは、既にステップＳ４１２で電池セル電圧は放電許可できることから、例えば、屋外の高温環境下に放置され放電不許可の高温となった電池パック１００が室内の室温雰囲気下に放置され、電池セル温度が放電許可できる温度範囲内に入る直前までは、ステップＳ４１３からステップＳ４０１に戻り、ステップＳ４１３に帰還する処理が繰り返され、電池セル温度が放電許可できる温度範囲内に入ると、ステップＳ４１４へ移行する。

ステップＳ４１４では、メインコントローラ１３４が３個の電池モジュール１１２の電池モジュール電圧を検知する。ステップＳ４１４にて、少なくとも１個の電池モジュール１１２の電池モジュール電圧が、過放電を示す所定値以下の電圧である状態、又は、電池モジュール等の故障により電池モジュール１１２間の電圧ばらつきが所定値以上となる状態のいずれかにて放電を不許可とするため、ステップＳ４１６へ進み、メインコントローラ１３４からモジュールコントローラ１２２へ放電不許可の指示信号を送信し、ステップＳ４１７にてモジュールコントローラ１２２がモジュール放電用ＦＥＴ１３０をオフし、ステップＳ００１のスタンバイモードへ移行する。逆に、全ての電池モジュール電圧が過放電ではない所定値以上の電圧であり、かつ、電池モジュール１１２間の電圧ばらつきが所定値未満となる状態を検知した場合は、ステップＳ５０１の放電モードへ進む。

図３０に電池パック１００の放電モードに関するフローチャートを示す。ステップＳ５０３において、メインコントローラ１３４が放電制御部１４０を用いて商用電源の実効値に相当する正逆発振出力を行う。ステップＳ５０４とステップＳ５０５においては、放電モード開始から所定時間内に所定値以上の負荷電流が検知された場合に、ステップＳ５０６以降の放電停止の処理ステップへ移行する。例えば、交流駆動式電動工具において、トグルスイッチタイプを用いたグラインダのように、スイッチをオンしたままコンセントプラグを電池パック１００に差し込んだ場合に、刃物が不意に動作することを防ぐ。

ステップＳ５０６以降は、放電停止の処理ステップである。ステップＳ５０６にてメインコントローラ１３４が放電制御部１４０の放電用ＦＥＴをオフする。ステップＳ５０７では、メインコントローラ１３４はモジュールコントローラ１２２へ放電を不許可とする指示を送信する。ステップＳ５０８では、モジュールコントローラ１２２が前記放電不許可の指示を受信し、ステップＳ５０９でモジュールコントローラ１２２は、モジュール放電用ＦＥＴ１３０をオフし、ステップＳ００１のスタンバイモードへ移行する。

ステップＳ５０４とステップＳ５０５にて、放電モード開始より所定時間内に所定値以上の電流が流れていないことが確認されると、ステップＳ５１０にてメインコントローラ１３４が放電制御部１４０を用いて商用電源の実効値に相当する正逆発振出力を行う。ステップＳ５１１に示すように、放電中にコンセントプラグが取り外されたことを検知すると、ステップＳ５０６以降の放電停止処理ステップへ進み、コンセントプラグが取り外されることなく放電を行う場合は、メインコントローラ１３４による処理ステップＳ５１２とモジュールコントローラ１２２による処理ステップＳ５１６へ移行する。

ステップＳ５１２では、メインコントローラ１３４が電池モジュール１１２の電池モジュール電圧と放電電流を検知する。ステップＳ５１３にて、メインコントローラ１３４が、３個の内の少なくとも１個の電池モジュール１１２の電池モジュール電圧が過放電により所定の電圧を下回る状態、又は、電池モジュール１１２間の電圧ばらつきが所定値以上の状態のいずれかを検知した場合、ステップＳ５０６以降の放電停止処理ステップへ移行する。ステップＳ５１４では、メインコントローラ１３４が、過負荷により所定値以上の放電電流となることを検知した場合は、ステップＳ５０６以降の放電停止処理ステップへ移行する。ステップＳ５１５では、モジュールコントローラ１２２がモジュール放電用ＦＥＴ１３０をオフしたことを示す情報信号をメインコントローラ１３４が受信した場合に、ステップＳ５０６以降の放電停止の処理ステップへ移行する。

ステップＳ５２１では、メインコントローラ１３４が、コンセントプラグが取り外されないまま放電が行われない状態が所定時間以上、例えば、１日以上継続されることを検知すると、ステップＳ５０６以降の放電停止の処理ステップへ移行する。これにより、例えば、コードレス電動工具２００に電池パック１００を接続し、不使用で長期間放置されるような場合に、電池パック１００はスタンバイモードへ移行し、放電経路を遮断し、電池パック１００の内部の各部位に印加される最大電圧を電池モジュール１１２の１個分の電池モジュール電圧に抑えることで、絶縁信頼性を向上する。なお、電池モジュール１１２が、前述の不使用状態を検知して、本発明の第１実施形態においては、第１信号、及び、第３信号を用いたメインコントローラ１３４と電池モジュール１１２との相互の送受信により、また、本発明の第３実施形態においては、電池モジュール１１２間相互の停止信号の送受信により、電池パック１００に収容される全ての電池モジュール１１２の出力停止を行い、同様の絶縁信頼性の向上の効果を得ることもできる。

ステップＳ５１６では、モジュールコントローラ１２２が、電池セル１２０の各セル電圧と温度を検知する。ステップＳ５１７にて、モジュールコントローラ１２２が、電池モジュール１１２に有する電池セル１２０の少なくとも１個が過放電により所定の電圧を下回る状態、又は、電圧モニタ線１２３が断線した状態のいずれかになると、ステップＳ５１９にてモジュール放電用ＦＥＴ１３０をオフし、ステップＳ５２０にてモジュールコントローラ１２２により電池モジュール１１２側で放電遮断したことを示す情報信号をメインコントローラ１３４へ送信する。ステップＳ５１８では、モジュールコントローラ１２２が、電池セル温度が放電許可できる温度範囲を超える状態、電池セル１２０の単位時間当たりの温度上昇が所定値以上の状態、又は、電池セル１２０間の電圧ばらつきが所定値以上の状態のうちの少なくとも１つを検知した場合に、ステップＳ５１９へ移行する。ステップＳ５１９においてモジュール放電用ＦＥＴ１３０が遮断されると、ステップＳ５１２では、メインコントローラ１３４が電池モジュール１１２側で放電を遮断された電圧であることを重ねて判断し、さらに、ステップＳ５２０で放電遮断が実行されたことを示す情報信号をメインコントローラ１３４へ送信されることにより、ステップＳ５１５で重ねて判断され、ステップＳ５０６以降の充電停止の処理ステップへ移行する。

なお、図３０では、本発明の第１実施形態の電池パック１００の制御について代表的に説明しているが、本発明の第３実施形態の電池パック１００−３のように、電池モジュール１１２−３間で、放電停止を示す信号の送受信を行う場合も、ステップＳ５２０において、モジュールコントローラ１１２−３が前記信号を送信する対象を、本発明の第１実施形態の電池パックのメインコントローラ１３４から本発明の第3実施形態の電池パックのモジュールコントローラ１１２−３に変更し、ステップＳ５０８で前記信号を受信したモジュールコントローラ１１２−３が放電停止を行うことで、同じ効果を得られる。

以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、前記［発明の開示］の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。

本発明の第１実施形態に従う電池パックの外観を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に従うコードレス電動工具の外観を示す斜視図である。 図２に示すコードレス電動工具の底面の外観を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に従う電源コードアダプタの外観を示す斜視図である。 図４に示す電源コードアダプタの底面の外観を示す斜視図である。 図１に示す電池パックを充電する充電用電源コードの外観を示す斜視図である。 交流駆動式電動工具の外観を示す斜視図である。 図１に示す電池パックと図２に示すコードレス電動工具とを相互に接続された状態で示す機能ブロック図である。 図１に示す電池パックと図７に示す交流駆動式電動工具とを相互に接続された状態で示す機能ブロック図である。 図１に示す電池パックと充電用電源コードとを相互に接続された状態で示す機能ブロック図である。 図１に示す電池パックと電源コードアダプタとを相互に接続された状態で示す機能ブロック図である。 図２に示すコードレス電動工具と電源コードアダプタとを相互に接続された状態で示す機能ブロック図である。 図１に示す電池パックを示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態に従う電池モジュールの内部構造を示す側面図である。 図１４に示す電池モジュールの内部構造を示す上面図である。 図１４に示す電池モジュールを示す機能ブロック図である。 図１に示す電池パックの内部構造を示す側面図である。 図１に示す電池パックの内部構造を示す上面図である。 図１に示す電池パックを示す機能ブロック図である。 図１に示す電池パックと図２に示すコードレス電動工具の接続時の内部構造の側面図である。 図１に示す電池パックとコンセントプラグの接続時の内部構造の側面図である。 図１に示す電池パックと充電用電源コードの接続時の内部構造の側面図である。 図１に示す電池パックと電源コードアダプタの接続時の内部構造の側面図である。 図２に示すコードレス電動工具と電源コードアダプタの接続時の内部構造の側面図である。 図１に示す電池パックの基本動作に関するフローチャートである。 図１に示す電池パックの長期保管モードに関するフローチャートである。 図１に示す電池パックの充電準備モードに関するフローチャートである。 図１に示す電池パックの充電モードに関するフローチャートである。 図１に示す電池パックの放電準備モードに関するフローチャートである。 図１に示す電池パックの放電モードに関するフローチャートである。 本発明の第２実施形態に従う電池モジュールの機能ブロック図である。 本発明の第２実施形態に従う電池パックの機能ブロック図である。 本発明の第３実施形態に従う電池モジュールの機能ブロック図である。 本発明の第３実施形態に従う電池パックの機能ブロック図である。 本発明の第４実施形態に従う電池モジュールの機能ブロック図である。 本発明の第４実施形態に従う電池パック、及び、電気機器の機能ブロック図である。 本発明の第４実施形態に従う電池パック、及び、充電器の機能ブロック図である。

符号の説明

１００：本発明の第１実施形態に従う電池パック
１００−２：本発明の第２実施形態に従う電池パック
１００−３：本発明の第３実施形態に従う電池パック
１００−４：本発明の第４実施形態に従う電池パック
１０１：上ケース
１０２：下ケース
１０３：フックボタン
１０４：係止凹部
１０５：スライドレール部
１０６：放電用コンセント
１０７：コンセントカバー
１０８：充電用インレット
１０９：ガイド凹部
１１０：放電用コンセント端子
１１０−３：本発明の第３実施形態に従う放電用端子
１１１：充電用インレット端子
１１２：本発明の第１実施形態に従う電池モジュール
１１２−２：本発明の第２実施形態に従う電池モジュール
１１２−３：本発明の第３実施形態に従う電池モジュール
１１２−４：本発明の第４実施形態に従う電池モジュール
１１３：電池モジュール端子部
１１４：メインコントロールボックス
１１５：メインコントローラ・モジュール間接続端子部
１１６：コンセントカバースイッチ
１１７：コントローラカバー
１１８：コンセントカバー用スプリング
１１９：フックボタン用スプリング
１２０：電池セル
１２１：リード板
１２２：本発明の第１実施形態に従うモジュールコントローラ
１２２−２：本発明の第２実施形態に従うモジュールコントローラ
１２２−３：本発明の第３実施形態に従うモジュールコントローラ
１２２−４：本発明の第４実施形態に従うモジュールコントローラ
１２３：電圧モニタ線
１２４：温度センサ
１２５：緩衝体
１２６：モジュールケース右
１２７：モジュールケース左
１２８：シリコンボンド
１２９：モジュール充電用ＦＥＴ
１３０：モジュール放電用ＦＥＴ
１３１：モジュール入出力部
１３２：モジュールコントローラデジタル通信部
１３３：バックアップ付電源回路
１３４：メインコントローラ
１３４−３：本発明の第３実施形態に従うメインコントローラ
１３５：充電用インレット検知部
１３６：コンセントカバー検知部
１３７：電池モジュール電圧検知部
１３８：電流検知部
１３９：メインコントローラデジタル通信部
１４０：放電制御部
１４０−３：本発明の第３実施形態に従う放電制御部
１４１：充電制御部
１４２：充電用インレット検知用ダイオード
１４３：充放電遮断信号端子
１４４：モジュール間通信端子
１４５：電圧特性指示入力端子
１４６：モジュール用第１・３信号入力端子
１４７：モジュール用第２・４信号出力端子
１４８：本発明の第4実施形態に従う電池パックの入出力端子
１４９：電池パック用第１・３信号入力端子
１５０：電池パック用第２・４信号出力端子
２００：コードレス電動工具
２０１：交流駆動式モータ収容部
２０２：スイッチ
２０３：ハンドル
２０４：電池パック保持部
２０５：ガイドレール部
２０６：係止凹部
２０７：端子収容部
２０８：電力入力端子
２０９：ダミー凹部
２１０：交流駆動式モータ
２５０：電源コードアダプタ
２５１：ケース
２５２：電源コード
２５３：コンセントプラグ
２５４：フックボタン
２５５：スライドレール部
２５６：放電用電力供給端子
２５７：充電用電力供給端子
２５８：コードガード
２５９：スライドレール先端部
２８０：充電用電源コード
２８１：コンセントプラグ
２８２：充電用電力供給端子
３００：交流駆動式電動工具
３０１：コンセントプラグ
３０２：スイッチ
３０３：交流駆動式モータ
３１０：突起
３１２：クリアランス
４００：電気機器
４０１：負荷制御部
４０２：負荷部
４１０：充電器
４１１：商用電源入力部
４１２：直流変換部
４１３：充電制御部

負荷制御部４０１は、放電を許可できない状態、例えば、電池パック１００−４の入出力端子１４８より供給される直流電圧が所定値より低い場合、不使用時間が所定時間経過した場合、また、負荷部４０２が正常に駆動しない場合、のいずれかの場合において、負荷部４０２への電力供給を停止した上で、負荷制御部４０１は、前記停止をしたことを示す第１信号を電池パック用第１・３信号入力端子１４９に送信する。各電池モジュール１１２−４の各モジュールコントローラ１２２−４は、前記電池パック用第１・３信号入力端子１４９に並列接続された各第１・３信号入力端子１４６により受信し、出力を停止する。

そこで、本発明の第４実施形態においては、電池パック１００−４に収容される電池モジュール１１２−４群の中の１個の電池モジュール１１２−４のモジュールコントローラ１２２−４が、その出力を停止した場合、前記モジュールコントローラ１２２−４は、前記出力停止を示す第２信号を、モジュール用第２・４信号出力端子１４７、及び、電池パック用第２・４信号出力端子１５０を介して、負荷制御部４０１へ送信する。負荷制御部４０１は、前記第２信号を受信し、負荷部４０２の駆動停止処理を行い、かつ、第１信号を全ての電池モジュール１１２−４へ送信し、前記第１信号を受信した各電池モジュール１１２−４は出力停止を行うことができる。

Claims (12)

1. 電気機器の電源として用いられる電池パックであって、
   複数の電池セルが直列接続された電池セル群と、
   その電池セル群の放電を制御する放電制御回路と、
   前記電池セル群の放電出力を前記電気機器へ供給するための放電出力端子と、
   それら電池セル群、放電制御回路及び放電出力端子を収容するケースと
   を含み、
   前記電池セル群は、その電池セル群に接続された入出力端子と共に、電池モジュールを構成し、
   その電池モジュールは、複数直列接続されて電池モジュール群を構成し、
   その電池モジュール群は、前記放電制御回路に接続され、
   当該電池パックは、さらに、
   前記電池セル群の少なくとも１個の電池セルの電圧と、前記電池セル群の少なくとも１個の電池セルの温度と、電流との少なくとも１つを検知する第１検知手段と、
   前記入出力端子に電圧を出力する状態とその出力を停止する状態とに切り換わる第１切換手段と
   を含み、
   前記放電制御回路は、前記第１検知手段の検知結果に基づき、前記放電出力端子への電圧の出力を停止する際に、その出力停止を示す第１信号を前記第１切換手段に送信し、
   前記第１切換手段は、前記放電制御回路より受信した前記第１信号に基づき、前記入出力端子への電圧の出力を停止する電池パック。
2. 電気機器の電源として用いられる電池パックであって、
   複数の電池セルが直列接続された電池セル群と、
   その電池セル群の放電を制御する放電制御回路と、
   前記電池セル群の放電出力を前記電気機器へ供給するための放電出力端子と、
   それら電池セル群、放電制御回路及び放電出力端子を収容するケースと
   を含み、
   前記電池セル群は、その電池セル群に接続された入出力端子と共に、電池モジュールを構成し、
   その電池モジュールは、複数直列接続されて電池モジュール群を構成し、
   その電池モジュール群は、前記放電制御回路に接続され、
   前記複数の電池モジュールは、それぞれ、各電池モジュールの状態を、前記入出力端子に電圧を出力する電圧出力状態とその出力を停止する出力停止状態とに選択的に制御するモジュール制御回路を含み、
   各電池モジュールのモジュール制御回路は、前記出力停止状態となると、出力停止を示す出力停止信号を、当該電池パック内の他の電池モジュールのモジュール制御回路に送信し、
   各電池モジュールのモジュール制御回路は、前記出力停止信号を受信すると、前記入出力端子への電圧の出力を停止する電池パック。
3. 電気機器の電源として用いられる電池パックであって、
   複数の電池セルが直列接続された電池セル群と、
   その電池セル群を充電する充電制御回路と、
   それら電池セル群及び充電制御回路を収容するケースと
   を含み、
   前記電池セル群は、その電池セル群に接続された入出力端子と共に、電池モジュールを構成し、
   その電池モジュールは、複数直列接続されて電池モジュール群を構成し、
   その電池モジュール群は、前記充電制御回路に接続され、
   当該電池パックは、さらに、
   前記電池セル群の少なくとも１個の電池セルの電圧と、前記電池セル群の少なくとも１個の電池セルの温度と、電流との少なくとも１つを検知する第２検知手段と、
   前記電池セル群に電圧を入力する状態とその入力を停止する状態とに切り換わる第２切換手段と
   を含み、
   前記充電制御回路は、前記第２検知手段の検知結果に基づき、前記電池モジュール群への電圧の入力を停止する際に、その入力停止を示す第２信号を前記第２切換手段に送信し、
   前記第２切換手段は、前記充電制御回路より受信した前記第２信号に基づき、前記電池セル群への電圧の入力を停止する電池パック。
4. 電気機器の電源として用いられる電池パックであって、
   複数の電池セルが直列接続された電池セル群と、
   その電池セル群を充電する充電制御回路と、
   それら電池セル群及び充電制御回路を収容するケースと
   を含み、
   前記電池セル群は、その電池セル群に接続された入出力端子と共に、電池モジュールを構成し、
   その電池モジュールは、複数直列接続されて電池モジュール群を構成し、
   その電池モジュール群は、前記充電制御回路に接続され、
   前記複数の電池モジュールは、それぞれ、各電池モジュールの状態を、前記電池セル群に電圧を入力する電圧入力状態とその入力を停止する入力停止状態とに選択的に制御するモジュール制御回路を含み、
   各電池モジュールのモジュール制御回路は、前記入力停止状態となると、入力停止を示す入力停止信号を、当該電池パック内の他の電池モジュールのモジュール制御回路に送信し、
   各電池モジュールのモジュール制御回路は、前記入力停止信号を受信すると、前記電池セル群への電圧の入力を停止する電池パック。
5. コードレス電動工具と、そのコードレス電動工具に着脱可能に装着されてそのコードレス電動工具に電力を供給する電池パックであって請求項１ないし４のいずれかに記載のものと、前記コードレス電動工具および前記電池パックにそれぞれ着脱可能に装着されて電力を供給する電源コードアダプタとを有する電動工具ユニットであって、
   前記コードレス電動工具は、雄型コンセント状の電力入力端子と、ダミー凹部とを有し、
   前記電池パックは、凹状の充電用インレットと、前記電力入力端子が挿入されるべき雌型の放電用コンセントとを有し、
   前記電源コードアダプタは、前記ダミー凹部および前記充電用インレットにそれぞれ挿入されるべき凸状の充電用電力供給端子と、前記電力入力端子が挿入されるべき雌型コンセント状の放電用電力供給端子とを有する電動工具ユニット。
6. コードレス電動工具と、そのコードレス電動工具に着脱可能に装着されてそのコードレス電動工具に電力を供給する電池パックであって請求項１ないし４のいずれかに記載のものと、前記コードレス電動工具および前記電池パックにそれぞれ着脱可能に装着されて電力を供給する電源コードアダプタとを有する電動工具ユニットであって、
   前記コードレス電動工具は、雌型コンセント状の電力入力端子と、ダミー凹部とを有し、
   前記電池パックは、凹状の充電用インレットと、前記電力入力端子が挿入されるべき雄型の放電用コンセントとを有し、
   前記電源コードアダプタは、前記ダミー凹部および前記充電用インレットがそれぞれ挿入されるべき凸状の充電用電力供給端子と、前記電力入力端子に挿入されるべき雄型コンセント状の放電用電力供給端子とを有する電動工具ユニット。
7. 請求項１ないし４のいずれかに記載の電池パックであって、
   当該電池パックが電気的に使用されない不使用時間の長さを検知する手段と、
   その検知された不使用時間が基準時間を超える場合に、前記入出力端子を非通電とする手段と
   を含む電池パック。
8. 請求項１ないし４および７のいずれかに記載の電池パックであって、
   前記放電出力端子に前記電気機器のコンセントプラグが接続されているか否かを検知する手段と、
   前記放電出力端子に前記電気機器のコンセントプラグが接続されていない状態と、前記放電出力端子に前記電気機器のコンセントプラグが接続されたまま当該電池パックが基準時間以上、不使用である状態とのいずれかである場合に、前記入出力端子と前記放電出力端子とのうちの少なくとも一方の出力を停止させる手段と
   を含む電池パック。
9. 請求項１ないし４、７および８のいずれかに記載の電池パックであって、
   各電池セルは、セル軸心を有して円筒状を成しており、
   前記複数の電池セルは、各電池モジュールごとに、互いに直列に電気的に接続されており、
   各電池モジュールは、中空箱状を成す絶縁性のモジュールハウジングを有し、
   前記複数の電池セルは、各電池モジュールごとに、前記セル軸心が互いに平行となる姿勢で平面的に配列されるように、前記モジュールハウジング内に収容され、
   前記複数の電池モジュールは、前記セル軸心に平行な方向に配列されるように、前記ケース内に収容され、
   当該電池パックは、さらに、前記配列された複数の電池モジュールのうち互いに隣接するものの互いに対向する外壁面間にクリアランスを形成する絶縁性のクリアランス形成部を含み、
   前記互いに隣接する電池モジュールの外壁面同士は、前記クリアランス形成部を介して互いに接触する電池パック。
10. 請求項１ないし４、７、８および９のいずれかに記載の電池パックであって、
    前記電気機器は、それに供給されるべき電圧の特性を指示する電圧特性指示信号を出力し、
    当該電池パックは、さらに、
    前記電圧特性指示信号を入力するための入力端子と、
    前記電池セル群の電圧を前記電気機器に出力するために、前記電池セル群の電圧の特性を、前記入力端子に入力された電圧特性指示信号に応じた特性に変換する変換回路と
    を含む電池パック。
11. 電気機器の電源として用いられる電池パックであって、
    前記電気機器は、当該電池パックにとっての外部装置として構成され、
    当該電池パックは、
    複数の電池セルが直列接続された電池セル群と、
    前記電池セル群の放電出力を前記電気機器へ供給するための放電出力端子と、
    それら電池セル群及び放電出力端子を収容するケースと
    を含み、
    前記電気機器は、前記電池セル群の放電を制御する放電制御回路を含み、
    前記電池セル群は、その電池セル群に接続された入出力端子と共に、電池モジュールを構成し、
    その電池モジュールは、複数直列接続されて電池モジュール群を構成し、
    その電池モジュール群は、前記放電制御回路に接続され、
    当該電池パックは、さらに、
    前記電池セル群の少なくとも１個の電池セルの電圧と、前記電池セル群の少なくとも１個の電池セルの温度と、電流との少なくとも１つを検知する第１検知手段と、
    前記入出力端子に電圧を出力する状態とその出力を停止する状態とに切り換わる第１切換手段と
    を含み、
    前記放電制御回路は、前記第１検知手段の検知結果に基づき、前記放電出力端子から前記電気機器への電圧の入力を停止する際に、その入力停止を示す第１信号を前記第１切換手段に送信し、
    前記第１切換手段は、前記放電制御回路より受信した前記第１信号に基づき、前記入出力端子への電圧の出力を停止する電池パック。
12. 電気機器の電源として用いられる電池パックであって、
    複数の電池セルが直列接続された電池セル群と、
    その電池セル群を収容するケースと
    を含み、
    前記電池セル群は、当該電池パックにとっての外部装置としての充電器によって充電され、
    その充電器は、前記電池セル群を充電する充電制御回路を含み、
    前記電池セル群は、その電池セル群に接続された入出力端子と共に、電池モジュールを構成し、
    その電池モジュールは、複数直列接続されて電池モジュール群を構成し、
    その電池モジュール群は、前記充電制御回路に接続され、
    当該電池パックは、さらに、
    前記電池セル群の少なくとも１個の電池セルの電圧と、前記電池セル群の少なくとも１個の電池セルの温度と、電流との少なくとも１つを検知する第２検知手段と、
    前記電池セル群へ電圧を入力する状態とその入力を停止する状態とに切り換わる第２切換手段と
    を含み、
    前記充電制御回路は、前記第２検知手段の検知結果に基づき、前記充電器から前記電池モジュール群への電圧の出力を停止する際に、その出力停止を示す第２信号を前記第２切換手段に送信し、
    前記第２切換手段は、前記充電制御回路より受信した前記第２信号に基づき、前記電池セル群への電圧の入力を停止する電池パック。

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