JP2015050833A - 電池パック、それを備えた電動工具及び充電器 - Google Patents

Abstract

【課題】 ニカド電池と完全互換性を有し、ニカド電池対応の電動工具や充電器等を既存の構成のまま使用可能なリチウムイオン電池の電池パックを提供する。
【解決手段】 プラス端子Ｂ＋及びマイナス端子Ｂ−と、２セルのリチウムイオン電池３ａからなる二次電池３と、を有する電池パック１に、二次電池３の電池電圧を当該二次電池３の定格電圧以上に昇圧して制御電圧を生成し、二次電池３の電流経路に配置された放電ＦＥＴ６ａ及び充電ＦＥＴ６ｂの制御電圧に入力する昇圧回路１２を設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、二次電池からなる電池パックに関し、特に、リチウムイオン電池からなる電池パック、その電池パックを備えた電動工具及び電池パックを充電する充電器に関する。

電動工具の電源として、二次電池を内蔵する電池パックが使用されている。電池パックに内蔵される二次電池には、従来、大電流で放電が可能であり、短時間で充電可能なニッケルカドミウム電池（以下、ニカド電池と記す）が広く使用されていた。例えば、１セルあたり１．２Ｖの出力を有するニカド電池を６セル直列接続して構成される電池パックは、７．２Ｖの出力を有する。

一方、ニカド電池に使用されるカドミウムの有害性から、近年では新たにリチウムイオン電池が二次電池として主流となっている。リチウムイオン電池は出力密度が高く、１セルあたり３．６Ｖの出力を有するため、２セルのリチウムイオン電池を直列接続することにより、７．２Ｖの出力を有する電池パックを構成可能である。そこで、ニカド電池対応の電動工具や充電器を既存の構成のまま使用可能なリチウムイオン電池の電池パックが所望されている。

リチウムイオン電池では、過充電や過放電等が行われると、電池の劣化や故障等の可能性がある。そのため、電池パック内に保護ＩＣ及びＦＥＴを設け、充電開始時又は放電開始時に、ＦＥＴをオンするとともに、各電池セルの電池電圧を保護ＩＣにより監視する。そして、電池電圧が所定電圧値以上に上昇した場合又は所定電圧値以下に低下した場合、保護ＩＣから信号を出力し、この信号に基づきＦＥＴをオフすることにより、充放電経路を遮断するといった安全性に対する対策がとられている。

特開２００８−２３６８７７号公報

ＦＥＴをオンするためには、通常、約１０Ｖのゲート電圧が必要である。しかしながら、２セルのリチウムイオン電池を直列接続した電池パックでは、電池電圧が１０Ｖに満たないため、ＦＥＴを確実にオンすることができないといった問題があった。

本発明は上記した課題に鑑みなされたものであり、ニカド電池と完全互換性を有し、ニカド電池対応の電動工具や充電器等を既存の構成のまま使用可能なリチウムイオン電池の電池パック、それを備えた電動工具及び充電器を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明に係る電池パックは、プラス端子及びマイナス端子と、二次電池と、二次電池の電池電圧を当該二次電池の定格電圧以上に昇圧し、二次電池の電流経路に配置されたスイッチング素子の制御電圧を生成する昇圧手段と、を有することを特徴とする。

かかる構成によれば、スイッチング素子の制御電圧が二次電池の定格電圧よりも高い場合も、スイッチング素子を確実にオンして充放電が可能となる。

また、スイッチング素子は、プラス端子及びマイナス端子間において二次電池に直列接続されることが好ましい。

かかる構成によれば、電池パックに接続して使用される電動工具や充電器にスイッチング素子を設けずとも、安全に使用可能となる。

また、プラス端子及びマイナス端子への充電器の接続を検知する充電器検知手段と、充電器の接続が検知されると、昇圧手段により制御電圧を生成させてスイッチング素子に入力し、スイッチング素子をオンする制御手段と、を更に有することが好ましい。

かかる構成によれば、充電器が接続されていない場合は、昇圧手段による昇圧動作が停止されるので、消費電力の抑制が可能となる。

充電器を接続するための接続端子を更に有しても良い。この場合、充電器検知手段は、充電器から接続端子に入力される接続信号に基づき、充電器の接続を検知することが好ましい。

かかる構成によれば、充電器の接続を確実に検知して、スイッチング素子を的確にオンし、二次電池への充電の開始が可能となる。

また、二次電池の電池電圧を監視して、電池電圧が第一閾値以上に上昇すると、過充電信号を出力する監視手段を更に有しても良い。この場合、制御手段は、過充電信号に基づき、昇圧手段による制御電圧の生成を停止させて、スイッチング素子をオフすることが好ましい。

かかる構成によれば、二次電池の過充電を防止可能となるので、二次電池の劣化や故障が抑制される。

上記した電池パックは、プラス端子及びマイナス端子に接続された電動工具の起動を検知する工具検知手段と、電動工具の起動が検知されると、昇圧手段により制御電圧を生成させてスイッチング素子に入力し、スイッチング素子をオンする制御手段と、を更に有することが好ましい。

かかる構成によれば、電池パックに電動工具が接続された場合も、電動工具が起動されるまでは、昇圧手段による昇圧動作が停止されるので、消費電力の抑制が可能となる。

また、工具検知手段は、電動工具に流れる電流を検出する電流検出回路からなることが好ましい。

かかる構成によれば、電動工具の起動を確実に検知して、スイッチング素子を的確にオンし、電動工具への電力供給が可能となる。

二次電池の電池電圧を監視して、電池電圧が第二閾値以下に低下すると、過放電信号を出力する監視手段を更に有しても良い。この場合、制御手段は、過放電信号に基づき、昇圧手段による制御電圧の生成を停止させて、スイッチング素子をオフすることが好ましい。

かかる構成によれば、二次電池の過放電を防止可能となるので、二次電池の劣化や故障が抑制される。

上記した電池パックにおいて、二次電池は、２セルのリチウムイオン電池を直列接続してなることが好ましい。

かかる構成によれば、６セルのニカド電池を直列接続してなる二次電池を含む電池パックと完全互換性のあるリチウムイオン電池の電池パックを提供可能となる。

また、本発明に係る電動工具は、上記した電池パックが装着され、電池パックを駆動源とするモータと、モータを起動させるトリガと、を有することを特徴とする。

かかる構成によれば、スイッチング素子の制御電圧が二次電池の定格電圧よりも高い場合も、スイッチング素子を確実にオンすることが可能となるので、電池パックの二次電池から電力供給を受けて電動工具を使用可能となる。

また、本発明に係る充電器は、上記した電池パックを充電する充電回路と、充電回路を制御する制御回路と、制御回路の電源を生成する電源回路と、を有することを特徴とする。

かかる構成によれば、スイッチング素子の制御電圧が二次電池の定格電圧よりも高い場合も、スイッチング素子を確実にオンすることが可能となるので、充電器から電池パックの二次電池への充電が可能となる。

本発明に係る電池パックによれば、従来のニカド電池対応の電動工具及び充電器を既存の構成のまま使用可能となる。

本発明の実施の形態に係る電池パックの断面図である。 本発明の実施の形態に係る電池パックの工具装着面を示す図である。 電池パックの電動工具への装着例を示す図である。 実施の形態に係る電池パックの電気的構成を示すブロック図である。 充電器の電気的構成を示すブロック図である。 電動工具の電気的構成を示すブロック図である。 実施の形態に係る電池パックにおける充放電動作を示すフローチャートである。 実施の形態に係る電池パックにおける充電動作を示すタイムチャートである。 実施の形態に係る電池パックにおける放電動作を示すタイムチャートである。

以下、本発明の実施の形態に係る電池パックについて、図１乃至図９を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る電池パックの断面図である。図２は、本発明の実施の形態に係る電池パックの工具装着面を示す図であり、図１の電池パック１を右側から見た図である。

本実施の形態に係る電池パック１は、ケース２の内部に２セルのリチウムイオン電池からなる二次電池３を含んで構成される。電池パック１では、これら２セルのリチウムイオン電池が直列に接続されて、二次電池３を構成する。

ケース２の内側面には、図２に示されるように、１対のリブ４が突設される。また、ケース２内部の底面側には、制御基板５が設けられる。制御基板５は、リブ４を避けた形状に形成され、その両面には、充電用及び放電用のＦＥＴ６や、保護ＩＣ７、マイコン８等が搭載される。本実施の形態では、制御基板５において、二次電池３側の面に保護ＩＣ７、一方のＦＥＴ６を配置し、二次電池３と反対側の面にマイコン８、他のＦＥＴ６を配置している。

図３は、電池パックの電動工具への装着例を示す図である。電池パック１は、工具装着面を電動工具２０の底面に接続して装着される。

次に、電池パック１の電気的構成について、説明する。図４は、実施の形態に係る電池パックの電気的構成を示すブロック図である。

電池パック１は、図４に示されるように、プラス端子Ｂ＋、マイナス端子Ｂ−、充電器接続端子Ｔ及びサーミスタ接続端子Ｓを備える。電池パック１を電動工具２０の電源として用いる場合、電動工具２０の対応するプラス端子及びマイナス端子に、電池パック１のプラス端子及びマイナス端子をそれぞれ接続する。また、電池パック１を充電器により充電する場合には、充電器の対応するプラス端子及びマイナス端子に、電池パック１のプラス端子及びマイナス端子をそれぞれ接続するとともに、充電器の電池接続端子及びサーミスタ接続端子に、電池パック１の充電器接続端子及びサーミスタ接続端子をそれぞれ接続する。尚、電池パック１を電動工具２０の電源として用いる場合には、電池パック１のプラス端子から電動工具２０を介して電池パック１のマイナス端子に電流が流れ、充電器で充電する場合には、逆方向に電流が流れる。

電池パック１のプラス端子Ｂ＋及びマイナス端子Ｂ−間には、図４に示されるように、二次電池３、放電ＦＥＴ６ａ及び充電ＦＥＴ６ｂが直列に接続される。

二次電池３は、２セルのリチウムイオン電池３ａが直列に接続されて構成される。リチウムイオン電池３ａは、１セルあたり３．６Ｖの出力を有し、二次電池３の定格電圧は７．２Ｖである。

放電ＦＥＴ６ａは、二次電池３の負極側に接続され、二次電池３からの出力電流を遮断するための放電用のスイッチング素子である。また、充電ＦＥＴ６ｂは、放電ＦＥＴ６ａ及びマイナス端子間に接続され、二次電池３への入力電流を遮断するための充電用のスイッチング素子である。

電池パック１には、更に、保護ＩＣ７、電流検出回路９、充電器検知回路１０、サーミスタ接続回路１１、昇圧回路１２、トランジスタ１３、トランジスタ１４、５Ｖレギュレータ１５及びマイコン８が内蔵される。

保護ＩＣ７は、本発明の監視手段に相当し、二次電池３に接続され、各リチウムイオン電池３ａの電池電圧を監視する。何れかのセルの電池電圧が第一閾値以上に上昇すると、保護ＩＣ７は、二次電池３への充電を停止させて過充電を防止するための過充電信号を出力する。また、何れかのセルの電池電圧が第二閾値以下に低下すると、保護ＩＣ７は、二次電池３からの放電を停止させて過放電を防止するための過放電信号を出力する。出力された過充電信号及び過放電信号は、マイコン８に入力される。

電流検出回路９は、放電ＦＥＴ６ａ及び充電ＦＥＴ６ｂ間の電圧を測定し、この電圧に基づき、二次電池３への充電電流又は二次電池３からの放電電流を検出する。すなわち、電流に比例した信号が電流検出回路９から出力される。電流が０の場合、電流検出回路９は、ゼロ信号を出力する。出力されたゼロ信号は、マイコン８に入力される。

また、マイコン８は、本発明の工具検知手段に相当する。電池パック１が電動工具２０に接続されて後述のトリガ２２がオンされた際、二次電池３の電圧がトリガ２２及び後述のモータ２１を介してマイナス端子Ｂ−に印加される。このマイナス端子Ｂ−に印加された電圧（起動信号）が５Ｖレギュレータ１５に入力されることにより、５Ｖレギュレータ１５が起動する。５Ｖレギュレータ１５が起動すると、マイコン８の制御電圧が生成され、それによりマイコン８が起動する。マイナス端子Ｂ−の電圧（起動信号）は、５Ｖレギュレータ１５に入力されるとともに、起動したマイコン８にも入力され、マイコン８はこの起動信号により電動工具２０の起動を検知する。

充電器検知回路１０は、本発明の充電器検知手段に相当し、充電器から充電器接続端子Ｔを介して入力される接続信号に基づき、充電器の接続を検知する。充電器の接続を検知すると、充電器検知回路１０は、５Ｖレギュレータ１５を起動するとともに、接続信号をマイコン８に伝達する。

サーミスタ接続回路１１は、電池パック１の二次電池３の近傍に設けられた図示せぬサーミスタに接続され、二次電池３の温度を示す温度信号がサーミスタから入力されると、温度信号をマイコン８に伝達する。また、サーミスタ接続回路１１は、サーミスタ接続端子Ｓを介して充電器に温度信号を入力する。

昇圧回路１２は、トランジスタ１３を介して放電ＦＥＴ６ａに接続されるとともに、トランジスタ１４を介して充電ＦＥＴ６ｂに接続される。マイコン８に電動工具２０の起動信号、又は充電器検知回路１０から充電器との接続信号が入力されると、マイコン８は昇圧回路１２に昇圧信号を出力するとともにトランジスタ１３及び１４をオンする。昇圧回路１２は、マイコン８の制御に基づき、二次電池３の電池電圧を昇圧し、制御電圧として出力する。本実施の形態では、昇圧回路１２は、電池電圧を１２Ｖに昇圧する。ここで、放電ＦＥＴ６ａ及び充電ＦＥＴ６ｂをオンさせることが可能なゲート電圧を約１０Ｖとする。出力された制御電圧は、トランジスタ１３を介して放電ＦＥＴ６ａに印加され、放電ＦＥＴ６ａがオンされる。また、制御電圧は、トランジスタ１４を介して充電ＦＥＴ６ｂに印加され、充電ＦＥＴ６ｂがオンされる。更に、昇圧回路１２は、二次電池３の電池電圧を昇圧することなく出力する。出力された電池電圧は、５Ｖレギュレータ１５に入力される。尚、電池電圧を昇圧して５Ｖレギュレータ１５に入力しても良い。

５Ｖレギュレータ１５は、マイナス端子Ｂ−、充電器検知回路１０、昇圧回路１２及びマイコン８に接続され、マイコン８の制御電源を生成する。５Ｖレギュレータ１５は、電動工具２０の起動信号又は充電器検知回路１０からの信号により起動され、昇圧回路１２を介して入力された電池電圧に基づき５Ｖの定電圧を生成し、マイコン８に印加する。

トランジスタ１３及びトランジスタ１４は、それぞれ、ベースがマイコン８に接続され、マイコン８の制御に基づき動作する。

マイコン８は、５Ｖレギュレータ１５から制御電源が供給されると起動し、各種入力信号に基づき所定の処理を行う。マイコン８は、本発明の制御手段に相当する。

次に、電池パック１に接続される充電器の構成について、説明する。図５は、充電器の電気的構成を示すブロック図である。

充電器３０は、交流電源４０に接続して使用され、図５に示されるように、プラス端子Ｂ＋、マイナス端子Ｂ−、電池接続端子Ｔ、サーミスタ接続端子Ｓ、充電回路３１、電源回路３２及び制御回路３３を含んで構成される。

充電回路３１は、プラス端子Ｂ＋及びマイナス端子Ｂ−に接続され、図示せぬ整流・平滑回路やトランス等を含んで構成される。充電回路３１は、交流電源４０から供給される交流電力を整流及び平滑し、トランスで降圧する。充電回路３１は、トランス出力を整流及び平滑して、電池パック１に供給する。

電源回路３２は、図示せぬ整流・平滑回路やトランス、レギュレータ等を含んで構成される。電源回路３２は、交流電源４０から供給される交流電力に基づき、制御回路３３の動作電圧（例えば５Ｖ）を生成する。

制御回路３３は、電池接続端子Ｔ及びサーミスタ接続端子Ｓに接続され、各接続端子からの入力情報に基づき、充電器３０に接続された電池パック１の状態を判断し、当該状態に応じて充電回路３１を制御する機能を有する。また、制御回路３３は、電池パック１の接続時に、電池接続端子Ｔを介して電池パック１に接続信号を入力する。更に、制御回路３３は、電池パック１の５Ｖレギュレータ１５を再起動させるための再起動信号を出力する。

次に、電池パック１に接続して使用される電動工具２０の構成について、説明する。図６は、電動工具の構成を示すブロック図である。

電動工具２０は、図６に示されるように、プラス端子Ｂ＋、マイナス端子Ｂ−、モータ２１及びトリガ２２を含んで構成される。

電動工具２０を電池パック１に接続した状態で、トリガ２２をオンすると、電池パック１からプラス端子に印加される電池電圧が、トリガ２２、モータ２１、マイナス端子を介して、電池パック１のマイナス端子に印加されることとなる。電池パック１のマイコン８は、マイナス端子に印加された電圧、すなわち起動信号に基づき、電動工具２０の起動を検知する。

次に、上記のように構成された電池パック１の動作について、フローチャートに沿って説明する。図７は、実施の形態に係る電池パックにおける充放電動作を示すフローチャートである。

まず、電池パック１に充電器３０を接続して、二次電池３の充電処理を行う場合の動作について、説明する。

電池パック１が充電器３０に接続されると、充電器３０から電池パック１の充電器接続端子Ｔに接続信号が入力される。この接続信号に基づき、充電器検知回路１０が充電器３０の接続を検知し（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、５Ｖレギュレータ１５を起動すべく信号を出力するとともに、接続信号をマイコン８に伝達する。

５Ｖレギュレータ１５は、充電器検知回路１０からの信号により起動され、制御電源を生成し、マイコン８に供給する（ステップＳ１０２）。これにより、マイコン８が起動し、各部の制御を行う。昇圧回路１２は、マイコン８の制御に基づき、電池電圧の昇圧を開始する（ステップＳ１０２）。昇圧回路１２は、昇圧した電池電圧を制御電圧として出力する。また、マイコン８が、トランジスタ１３及びトランジスタ１４をオンし、昇圧回路１２から出力された制御電圧が、放電ＦＥＴ６ａ及び充電ＦＥＴ６ｂに印加される。これにより、放電ＦＥＴ６ａ及び充電ＦＥＴ６ｂがオンされ（ステップＳ１０２）、充電器３０から二次電池３への充電が開始される。

充電器３０の接続（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）のもと、二次電池３への充電中、保護ＩＣ７は各リチウムイオン電池３ａの電池電圧を監視する。そして、何れかのリチウムイオン電池３ａの電池電圧が第一閾値に達すると、保護ＩＣ７は過充電信号を出力する（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）。出力された過充電信号は、マイコン８に入力する。

過充電信号が入力されると、マイコン８は、二次電池３への充電を停止すべく、トランジスタ１４をオフする。これにより、充電ＦＥＴ６ｂへの制御電圧の印加が停止され、充電ＦＥＴ６ｂはオフされる（ステップＳ１０５）。

充電器接続端子Ｔからの接続信号の入力がオフされると、充電器検知回路１０及びマイコン８は、充電器３０の接続の解除を検知する（ステップＳ１０３：ＮＯ、ステップＳ１０６：ＮＯ）。

充電器３０の接続が解除された後、放電ＦＥＴ６ａ及び充電ＦＥＴ６ｂを流れる電流０が検出され、電流検出回路９からゼロ信号が入力される（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）と、マイコン８は、電流０の時間を計測する。そして、所定の時間が経過する（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）と、マイコン８は、５Ｖレギュレータ１５を制御して、制御電源をオフする（ステップＳ１０９）。これにより、充電処理は終了する。

充電器３０の接続が解除された後も、放電ＦＥＴ６ａ及び充電ＦＥＴ６ｂを電流が流れ続ける場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）、充電回路異常と判断して制御電源（５Ｖレギュレータ１５）を停止して（ステップＳ１０９）、充電処理を終了する。この場合、異常表示用のＬＥＤ等の報知手段を設ければ、作業者に異常状態であることを知らせることができる。

上記のように、電池パック１が充電器３０に接続されると、二次電池３の電池電圧にかかわらず電池電圧を定格電圧以上に昇圧して制御電圧が生成され、ＦＥＴ６がオンされる。また、充電電流が０になり所定の時間が経過すると、電池電圧の昇圧が停止される。

図８は、実施の形態に係る電池パックにおける充電動作を示すタイムチャートである。電池パック１が充電器３０に接続され、時刻ｔ１において、充電器３０から充電器接続端子Ｔを介して接続信号が入力される。この接続信号に基づき、制御電源（５Ｖレギュレータ１５）がオンされ、昇圧回路１２による昇圧が開始される。また、マイコン８の制御に基づき、電池電圧を昇圧して生成された制御電圧が放電ＦＥＴ６ａ及び充電ＦＥＴ６ｂに印加され、放電ＦＥＴ６ａ及び充電ＦＥＴ６ｂがオンされる。これにより、マイナス端子Ｂ−及びプラス端子Ｂ＋間に充電電流が流れ、充電器３０から二次電池３への充電が開始される。

電池電圧が上昇し、何れかのリチウムイオン電池３ａの電池電圧が第一閾値に達すると、保護ＩＣ７から過充電信号が出力される（時刻ｔ２）。この過充電信号に基づき、充電ＦＥＴ６ｂへの制御電圧の印加が停止され、充電ＦＥＴ６ｂがオフされる。これにより、充電電流は０になる。

時刻ｔ３において、電池パック１が充電器３０から取り外されると、接続信号の入力が停止する。接続信号の停止後、充電電流０が所定の時間経過すると、昇圧回路１２による昇圧が停止されるとともに、制御電源（５Ｖレギュレータ１５）がオフされる（時刻ｔ４）。これにより、放電ＦＥＴ６ａへの制御電圧の印加も停止され、放電ＦＥＴ６ａはオフされる。

上記のように、接続信号の入力に伴い、電池電圧が昇圧され、放電ＦＥＴ６ａ及び充電ＦＥＴ６ｂがオンされる。また、充電器３０の取り外し後、充電電流０が所定の時間経過すると、制御電源がオフされ、電池電圧の昇圧が停止される。

次に、電池パック１に電動工具２０を接続して起動した場合の放電処理の流れについて、図７に沿って説明する。

電池パック１のプラス端子及びマイナス端子に電動工具２０が接続された後、電動工具２０のトリガ２２がオンされると、二次電池３から電池パック１のプラス端子に印加される電池電圧に基づき、電動工具２０のプラス端子及びマイナス端子間に電流が流れ、電動工具２０が起動される（ステップＳ１１０）。そして、電池パック１のマイナス端子Ｂ−には、電圧が印加されることとなる。

マイナス端子Ｂ−に印加される電圧、すなわち起動信号が、５Ｖレギュレータ１５に入力されると、５Ｖレギュレータ１５が起動して制御電源を生成し、マイコン８に供給する（ステップＳ１１１）。これにより、マイコン８が起動し、各部の制御を行う。マイコン８には、起動信号が入力され、この起動信号に基づき、マイコン８が昇圧回路１２に昇圧信号を入力する。マイコン８からの昇圧信号により昇圧回路１２が起動すると、昇圧回路１２は、電池電圧の昇圧を開始し（ステップＳ１１１）、昇圧した電池電圧を制御電圧として出力する。マイコン８は、トランジスタ１３及びトランジスタ１４をオンし、昇圧回路１２から出力された制御電圧が、放電ＦＥＴ６ａ及び充電ＦＥＴ６ｂに印加される。これにより、放電ＦＥＴ６ａ及び充電ＦＥＴ６ｂがオンされ（ステップＳ１１１）、電池パック１から電動工具２０への電力供給が開始される。

二次電池３の放電中、保護ＩＣ７は各リチウムイオン電池３ａの電池電圧を監視する。そして、何れかのリチウムイオン電池３ａの電池電圧が低下して第二閾値に達すると、保護ＩＣ７は過放電信号を出力する（ステップＳ１１２：ＹＥＳ）。出力された過放電信号は、マイコン８に入力する。

過放電信号が入力されると、マイコン８は、二次電池３からの放電を停止すべく、トランジスタ１３をオフする。これにより、放電ＦＥＴ６ａへの制御電圧の印加が停止され、放電ＦＥＴ６ａはオフされる（ステップＳ１１３）。

放電ＦＥＴ６ａ及び充電ＦＥＴ６ｂを流れる電流０が検出され、電流検出回路９からゼロ信号が入力された（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）後、所定の時間が経過する（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）と、マイコン８は、５Ｖレギュレータ１５を制御して、制御電源をオフする（ステップＳ１０９）。これにより、放電処理は終了する。

放電開始後、各リチウムイオン電池３ａの電池電圧が第二閾値に低下する前、すなわち過放電信号が出力される前（ステップＳ１１２：ＮＯ）に、電動工具２０のトリガ２２がオフされると、電池パック１から電動工具２０への電力供給は停止する。電流検出回路９により、放電ＦＥＴ６ａ及び充電ＦＥＴ６ｂを流れる電流０が検出される（ステップＳ１１４：ＹＥＳ）と、電流検出回路９はマイコン８へゼロ信号を入力する。このゼロ信号に基づき、マイコン８は、電流０の時間計測を開始する。そして、所定の時間が経過する（ステップＳ１１５：ＹＥＳ）と、マイコン８は、トランジスタ１３をオフする。これにより、放電ＦＥＴ６ａへの制御電圧の印加が停止され、放電ＦＥＴ６ａはオフされる（ステップＳ１１３）。一方、過放電信号が出力される前（ステップＳ１１２：ＮＯ）であって、電動工具２０のトリガ２２がオンされ続けている場合（ステップＳ１１４：ＮＯ）は、通常の作業を継続することができる。

放電ＦＥＴ６ａのオフ後、電流０（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）が所定の時間経過する（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）と、マイコン８は、５Ｖレギュレータ１５を制御して、制御電源をオフする（ステップＳ１０９）。これにより、放電処理は終了する。

放電ＦＥＴ６ａをオフした後も放電ＦＥＴ６ａ及び充電ＦＥＴ６ｂを電流が流れ続ける場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）、放電回路異常と判断して制御電源（５Ｖレギュレータ１５）を停止し（ステップＳ１０９）、放電処理を終了する。

上記のように、電池パック１が電動工具２０に装着され、電動工具２０が起動されると、二次電池３の電池電圧にかかわらず電池電圧を定格電圧以上に昇圧して制御電圧が生成され、ＦＥＴ６がオンされる。また、放電電流が０になり所定の時間が経過すると、電池電圧の昇圧が停止される。

図９は、実施の形態に係る電池パックにおける放電動作を示すタイムチャートである。電池パック１が電動工具２０に装着された後、時刻ｔ１１において、電動工具２０のトリガ２２がオンされ、電動工具２０が起動されると、制御電源がオンされ、昇圧回路１２による昇圧が開始される。また、マイコン８の制御に基づき、電池電圧を昇圧して生成された制御電圧が放電ＦＥＴ６ａ及び充電ＦＥＴ６ｂに印加され、放電ＦＥＴ６ａ及び充電ＦＥＴ６ｂがオンされる。これにより、二次電池３から放電電流が流れ、電池パック１から電動工具２０への電力供給が開始される。尚、トリガ２２がオンされた直後の電池電圧の低下は、モータ２１の起動時に放電電流が瞬間的に大きくなること（起動電流）による電圧降下である。

作業の経過とともに電池電圧が低下していき、時刻ｔ１２において、各リチウムイオン電池３ａのうち少なくとも一方の電池電圧が第二閾値に低下して過放電信号が出力されると、或いは電動工具２０のトリガ２２がオフされると、二次電池３からの放電電流が０になる。放電電流０が所定時間経過すると、放電ＦＥＴ６ａへの制御電圧の印加が停止され、放電ＦＥＴ６ａがオフされる（時刻ｔ１３）。

放電ＦＥＴ６ａのオフ後、放電電流０が所定時間経過すると、昇圧回路１２による昇圧が停止されるとともに、制御電源がオフされる（時刻ｔ１４）。これにより、充電ＦＥＴ６ｂへの制御電圧の印加も停止され、充電ＦＥＴ６ｂはオフされる。

上記のように、電動工具２０の起動が検知されると、電池電圧が昇圧され、放電ＦＥＴ６ａ及び充電ＦＥＴ６ｂがオンされる。また、放電電流０が所定の時間経過すると、制御電源がオフされ、電池電圧の昇圧が停止される。

以上のように、本実施の形態の電池パック１によれば、昇圧回路１２が電池パック１に内蔵されるため、ＦＥＴ６の制御電圧が二次電池３の電池電圧（出力電圧）よりも高い場合も、昇圧回路１２により電池電圧を昇圧して制御電圧が生成され、ＦＥＴ６を確実にオンして充放電処理の開始が可能となる。したがって、６セルのニカド電池を直列接続してなる二次電池を含む電池パックと完全互換性を有するリチウムイオン電池の電池パックを提供可能となり、ニカド電池対応の電動工具及び充電器を既存の構成のまま使用可能となる。また、充電器３０の接続後或いは電動工具２０の起動後に、電池電圧が昇圧され、充放電電流が停止されて所定の時間経過後に、電池電圧の昇圧が停止されるので、消費電力の抑制が可能となる。また、電池パック１内の制御部品の配置を工夫することにより、電池パック１の大型化を抑え、既存のニカド電池パックと同程度の大きさとすることができるため、既存の電動工具及び充電器に接続することが可能となる。

尚、既存の電動工具や充電器に放電ＦＥＴ６ａ及び充電ＦＥＴ６ｂが内蔵されている場合には、ＦＥＴを電池パック１に内蔵する必要はない。例えば、放電ＦＥＴ６ａが電動工具２０内に配置される場合、電池パック１にＦＥＴ制御端子を設け、マイコン８からの信号でトランジスタ１３をオンすると、昇圧回路１２で昇圧された電圧が当該ＦＥＴ制御端子を介して電動工具２０側のＦＥＴ６ａのゲートに印加されるように構成すれば良い。

１ 電池パック
２ ケース
３ 二次電池
３ａ リチウムイオン電池
４ リブ
５ 制御基板
６ａ 放電ＦＥＴ
６ｂ 充電ＦＥＴ
７ 保護ＩＣ
８ マイコン
９ 電流検出回路
１０ 充電器検知回路
１１ サーミスタ接続回路
１２ 昇圧回路
１３ トランジスタ
１４ トランジスタ
１５ ５Ｖレギュレータ
２０ 電動工具
２１ モータ
２２ トリガ
３０ 充電器
３１ 充電回路
３２ 電源回路
３３ 制御回路
４０ 交流電源

Claims (11)

1. プラス端子及びマイナス端子と、
   二次電池と、
   前記二次電池の電池電圧を当該二次電池の定格電圧以上に昇圧し、前記二次電池の電流経路に配置されたスイッチング素子の制御電圧を生成する昇圧手段と、
   を有することを特徴とする電池パック。
2. 前記スイッチング素子は、前記プラス端子及び前記マイナス端子間において前記二次電池に直列接続されることを特徴とする請求項１記載の電池パック。
3. 前記プラス端子及び前記マイナス端子への充電器の接続を検知する充電器検知手段と、
   前記充電器の接続が検知されると、前記昇圧手段により前記制御電圧を生成させて前記スイッチング素子に入力し、該スイッチング素子をオンする制御手段と、
   を更に有することを特徴とする請求項１又は２記載の電池パック。
4. 前記充電器を接続するための接続端子を更に有し、
   前記充電器検知手段は、前記充電器から前記接続端子に入力される接続信号に基づき、前記充電器の接続を検知することを特徴とする請求項３記載の電池パック。
5. 前記二次電池の前記電池電圧を監視して、該電池電圧が第一閾値以上に上昇すると、過充電信号を出力する監視手段を更に有し、
   前記制御手段は、前記過充電信号に基づき、前記昇圧手段による前記制御電圧の生成を停止させて、前記スイッチング素子をオフすることを特徴とする請求項３記載の電池パック。
6. 前記プラス端子及び前記マイナス端子に接続された電動工具の起動を検知する工具検知手段と、
   前記電動工具の起動が検知されると、前記昇圧手段により前記制御電圧を生成させて前記スイッチング素子に入力し、該スイッチング素子をオンする制御手段と、
   を更に有することを特徴とする請求項１又は２記載の電池パック。
7. 前記工具検知手段は、前記電動工具に流れる電流を検出する電流検出回路からなることを特徴とする請求項６記載の電池パック。
8. 前記二次電池の前記電池電圧を監視して、該電池電圧が第二閾値以下に低下すると、過放電信号を出力する監視手段を更に有し、
   前記制御手段は、前記過放電信号に基づき、前記昇圧手段による前記制御電圧の生成を停止させて、前記スイッチング素子をオフすることを特徴とする請求項６記載の電池パック。
9. 前記二次電池は、２セルのリチウムイオン電池を直列接続してなることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の電池パック。
10. 請求項１乃至９の何れか一項に記載の電池パックが装着される電動工具であって、
    前記電池パックを駆動源とするモータと、
    前記モータを起動させるトリガと、を有することを特徴とする電動工具。
11. 請求項１乃至９の何れか一項に記載の電池パックを充電する充電器であって、
    前記電池パックを充電する充電回路と、
    前記充電回路を制御する制御回路と、
    前記制御回路の電源を生成する電源回路と、を有することを特徴とする充電器。

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