JP2016019302A - バッテリパック - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの増大を抑制しつつ、電力の浪費を抑制できるバッテリパックを提供する。
【解決手段】バッテリパック２は、充放電制御部４８が各バッテリ制御部６８を制御することで各ブロック１０、２０の放電状態を制御するため、接続点５１と出力端子５０との間に高価なスイッチング部を備えることなく、バッテリ１２、２２から出力端子５０への電流経路を接続状態または遮断状態のいずれかに切り替えることができる。充放電制御部４８は、メインＳＷ６がオフ状態となった場合（換言すれば、省消費電力モードが選択された場合。Ｓ３６０でＹＥＳ判定）には、各ブロック１０、２０のバッテリ制御部６８をスリープ状態にする（Ｓ４７０）ことで、通常消費電力モードに比べて、バッテリパック２における全体としての消費電力を低減できる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、並列接続された複数のバッテリブロックを備えて、外部負荷に対して放電するバッテリパックに関する。

電動工具等の電動作業機器に電源供給を行うバッテリパックとして、背負い式のバッテリパックが知られている（例えば、特許文献１等参照）。
このバッテリパックは、バッテリパック内に蓄電可能な電力量（換言すればバッテリ容量）を増加するため、ケース内に複数のバッテリブロックを収納できるようになっている。そして、ケースに複数のバッテリブロックが収納された際には、その収納されたバッテリブロック同士を並列接続することで、各バッテリブロックに対する充・放電を同時に実施できるようにされている。

また、このバッテリパックは、並列接続されたバッテリブロック同士の接続点と、外部負荷に接続される放電端子と、を接続する放電経路上にスイッチング部を備える構成である。このスイッチング部は、ＯＮ状態（接続状態）とＯＦＦ状態（遮断状態）とに切替可能に構成されている。

このような構成により、スイッチング部をＯＮ状態にすることで、バッテリパック内部の保護ＩＣ及び電池側マイコンへの電力供給を開始して、各種制御処理を開始するとともに、放電経路を通電状態（バッテリブロックと放電端子とが接続された状態）とすることができる。また、バッテリパックを長時間使用しない場合には、スイッチング部をＯＦＦ状態にしておくことで、保護ＩＣ及び電池側マイコンへの電力供給も遮断することが可能となり、電力の浪費や過放電等によるバッテリブロックの劣化を抑制することが可能な構成となっている。

また、バッテリブロックとしては、自身の内部に内部スイッチを備えて、外部への電流経路を通電状態または遮断状態に切り替えるものがある。このような内部スイッチを備えるバッテリブロックは、他のバッテリブロックと並列接続した際に、内部スイッチの状態を適切に制御することで、他のバッテリブロックとの間で不必要な充放電が行われることを抑制できるため、バッテリブロック間で無駄に電力消費されることを抑制できる。

特開２０１４−０１７９５１号公報

しかし、内部スイッチを内蔵するバッテリブロックを複数備えるバッテリパックにおいて、放電経路上（並列接続されたバッテリブロック同士の接続点と放電端子とを接続する放電経路上）にスイッチング部を設ける場合には、スイッチの個数が増大するため、バッテリパックとしての製造コストが増大するという問題がある。

とりわけ、複数のバッテリブロックから放電された電流が重畳される放電経路においては、大きな電流が流れる可能性があるため、大電流に耐えられる高価なスイッチング部を設ける必要があり、製造コストの増加がより大きくなる。

そこで、本発明は、製造コストの増大を抑制しつつ、電力の浪費を抑制できるバッテリパックを提供することを目的とする。

本発明の１つの局面のバッテリパックは、並列接続された複数のバッテリブロックと、複数のバッテリブロックにおけるそれぞれの放電状態を制御する放電制御部と、当該バッテリパックにおける複数の動作モードのうちいずれか１つを選択するために使用者が操作するモード設定部と、を備える。

複数のバッテリブロックは、それぞれ、充放電可能なバッテリセルと、経路状態切替部と、を備える。経路状態切替部は、バッテリセルから外部負荷への電流経路を接続状態または遮断状態のいずれかに切り替える。

バッテリパックにおける複数の動作モードには、通常消費電力モード、省消費電力モードが少なくとも含まれている。
放電制御部は、経路状態切替部を制御することでバッテリブロックの放電状態を制御する。

放電制御部が、複数のバッテリブロックのうち少なくとも１つについて、バッテリセルから外部負荷への電流経路が接続状態となるように、経路状態切替部を制御することで、外部負荷への放電が可能となる。また、放電制御部が、全てのバッテリブロックについて、バッテリセルから外部負荷への電流経路が遮断状態となるように、経路状態切替部を制御することで、バッテリパックでの電力浪費の抑制や、過放電等によるバッテリブロックの劣化の抑制が可能となる。

つまり、このバッテリパックは、放電制御部および各バッテリブロックの経路状態切替部を備えることで、上述したスイッチング部のような構成を備えることなく、バッテリセルから外部負荷への電流経路を接続状態または遮断状態のいずれかに切り替えることができる。

そして、放電制御部は、モード設定部において省消費電力モードが選択された場合には、モード設定部において通常消費電力モードが選択された場合よりも、経路状態切替部での消費電力を低減させる。

つまり、このバッテリパックにおいては、使用者によりモード設定部が操作されて省消費電力モードが選択されることで、通常消費電力モードに比べて、経路状態切替部での消費電力を低減させることで、バッテリパック全体としての消費電力を低減できる。

よって、本発明のバッテリパックによれば、高価なスイッチング部を必要としないため、製造コストの増大を抑制できるとともに、使用者によりモード設定部が操作されて省消費電力モードが選択されることで、バッテリパック全体としての消費電力を低減できるため、電力の浪費を抑制できる。

なお、経路状態切替部は、自身の動作状態として、バッテリセルから外部負荷への電流経路の切替を行う起動状態（通常消費電力モード）と、前記電流経路の切替を行わないスリープ状態（スリープモード）と、を少なくとも有していてもよい。そして、放電制御部は、バッテリパックの動作モードとして通常消費電力モードが選択された場合には、経路状態切替部を起動状態に制御し、バッテリパックの動作モードとして省消費電力モードが選択された場合には、経路状態切替部をスリープ状態に制御してもよい。なお、経路状態切替部は、起動状態における自身内部での消費電力に比べて、スリープ状態における自身内部での消費電力が小さくなるよう構成されている。

次に、上述のバッテリパックにおいては、放電制御部は、モード設定部において省消費電力モードが選択された場合には、経路状態切替部での消費電力を低減させた後に、モード設定部において通常消費電力モードが選択された場合よりも、自身の消費電力を低減してもよい。

つまり、モード設定部において省消費電力モードが選択された場合には、経路状態切替部に加えて、放電制御部についても、通常消費電力モードではなく、低消費電力モード（スリープモード）に移行して、消費電力を低減しても良い。

なお、放電制御部は、自身の動作状態として、経路状態切替部の制御を行う起動状態（通常消費電力モード）と、経路状態切替部の制御を行わないスリープ状態（（スリープモード））と、を少なくとも有していてもよい。そして、放電制御部は、バッテリパックの動作モードとして通常消費電力モードが選択された場合には、自身の動作状態を起動状態に制御し、バッテリパックの動作モードとして省消費電力モードが選択された場合には、自身の動作状態をスリープ状態に制御してもよい。なお、放電制御部は、起動状態における自身内部での消費電力に比べて、スリープ状態における自身内部での消費電力が小さくなるよう構成されている。

次に、上述のバッテリパックにおいては、放電制御部は、モード設定部において通常消費電力モードが選択された場合には、電流経路の状態切替を行うための切替用電力を経路状態切替部へ供給することを許可し、モード設定部において省消費電力モードが選択された場合には、経路状態切替部への切替用電力の供給を停止する構成であっても良い。

このように、経路状態切替部に対する切替用電力の供給状態を切り替えることで、経路状態切替部での消費電力を変更することが可能となる。
そして、省消費電力モードが選択された場合には、経路状態切替部への切替用電力の供給を停止することで、通常消費電力モードが選択された場合に比べて、経路状態切替部での消費電力を低減できる。

次に、上述のバッテリパックにおいては、放電制御部は、複数のバッテリブロックの全てについて放電不可能となった場合には、モード設定部において通常消費電力モードが選択された場合よりも、経路状態切替部での消費電力を低減させてもよい。

つまり、複数のバッテリブロックの全てが放電不可能となった場合には、バッテリパックとして外部負荷に対する正常な放電が不可能な状態であり、通常消費電力モードで動作しても、電力を無駄に消費することになる。

そのため、複数のバッテリブロックの全てが放電不可能となった場合には、モード設定部の操作状態に関わらず、モード設定部において通常消費電力モードが選択された場合よりも、経路状態切替部での消費電力を低減させることで、電力の無駄な消費を抑制できる。

なお、バッテリブロックが放電不可能となるのは、例えば、バッテリセルが過放電状態、高温（過熱）状態、過負荷状態のいずれかである場合が挙げられる。

本発明のバッテリパックによれば、製造コストの増大を抑制できるとともに、バッテリパック全体としての消費電力を低減できるため、電力の浪費を抑制できる。

実施形態のバッテリパックの外観を表す斜視図である。 実施形態のバッテリパックの内部構成を表す斜視図である。 実施形態のバッテリパックの回路構成を表すブロック図である。 図３に示す第１、第２ブロックの構成を表す回路図である。 図３の充放電制御部にて実行される放電制御処理を表すフローチャートである。 放電制御処理のＳ３５０にて起動される過負荷検出処理を表すフローチャートである。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
本実施形態のバッテリパック２は、例えば、使用者が手に持って使用する電動工具や電動草刈機等の電動作業機に対し電源供給を行うためのものである。

図１、図２に示すように、バッテリパック２は、２つのブロック（第１ブロック１０、第２ブロック２０）に分けられたバッテリ１２、２２を、合成樹脂製のケース（筐体）４内に収納することにより構成されている。

各バッテリ１２、２２は、電動工具に装着して使用されるバッテリに比べて大容量（例えば、６Ａｈ）であり、重量も体積も大きいことから、ケース４は、使用者がベルトを使って背負うことができるようになっている。

そして、図１に示すように、ケース４の側壁には、電源コード５を介して外部機器に電源供給（放電）するのを許可する主電源スイッチ（以下、メインＳＷという）６、及び、充電用アダプタから充電用の直流電圧を取り込むための充電用コネクタ７が設けられている。

メインＳＷ６は、バッテリパック２の動作モードを選択するために備えられており、使用者の操作によって動作モードが選択される。バッテリパック２の動作モードとしては、通常消費電力モードおよび省消費電力モードの２種類のモードがある。

メインＳＷ６は、いわゆるプッシュ式スイッチであり、使用者による押下操作が繰り返される毎に、オン状態（押下部分がスイッチ内部に収容された収容状態）とオフ状態（押下部分がスイッチの外部に突出した突出状態）とが交互に切替わるよう構成されている。

メインＳＷ６がオフ状態からオン状態に切り替えられると、後述する充放電制御部４８は、バッテリパック２の動作モードとして通常消費電力モードが選択されたと判定する。また、メインＳＷ６がオフ状態に設定されると、後述する充放電制御部４８は、バッテリパック２の動作モードとして省消費電力モードが選択されたと判定する。

なお、充電用コネクタ７には、防水用のキャップが被されている。また、充電用コネクタ７に接続される充電用アダプタは、図３に例示するように、ＡＣプラグ８を介して商用電源から電源電圧（交流）を取り込み、所定の直流電圧に変換して出力するＡＣ／ＤＣ変換器９にて構成される。

次に、各ブロック１０、２０のバッテリ１２、２２は、図４に示すように多数のセル３０にて構成されており、ケース４内には、各ブロック１０、２０毎にセル３０を固定した支持部材１４、２４を介して、固定されている。

また、ケース４内には、これら各ブロック１０、２０のバッテリ１２、２２に加えて、各バッテリ１２、２２に対する充電及び放電を制御するための回路部品が実装された回路基板４０が収納される。

この回路基板４０は、図３，図４に示す充放電用回路の共通基板であり、ケース４内には、各ブロック１０、２０のバッテリ１２、２２を覆うように、各ブロック１０、２０の支持部材１４、２４に固定されている。

また、回路基板４０のバッテリ１２、２２とは反対側には、所定の間隔を開けて放熱用のヒートシンク（図示せず）が配置される。そして、このヒートシンクは、回路基板４０に実装されたＦＥＴ等の発熱体が固定されて、発熱体からの熱を放熱する。

［１−２．充放電用回路］
次に、この回路基板４０にて構成される充放電用回路について説明する。
図３に示すように、回路基板４０には、充放電用回路として、上記各ブロック１０、２０のバッテリ１２、２２毎に設けられる充放電部１６、２６、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２、自己溶断ヒューズ４４、電源部４６、及び、充放電制御部４８が組み付けられている。

充放電部１６、２６は、各ブロック１０、２０のバッテリ１２、２２に対する充電及び放電の切り替え、及び、バッテリ状態の監視を行うためのものであり、回路基板４０上の配線パターンにて構成されるポートＰ１〜Ｐ６を介して、他の回路に接続される。

ここで、ポートＰ１は、バッテリ１２、２２への充電電圧を入力するためのものであり、ポートＰ２は、電源コード５が接続される出力端子５０へバッテリ電圧を出力するためのものであり、ポートＰ３は、ヒューズ８８を介して回路基板４０のグランドに接地するためのものである。

充放電部１６、２６のそれぞれのポートＰ２は、いずれも接続点５１に接続されると共に、接続点５１を介して出力端子５０へ接続されている。
また、ポートＰ４は、充放電制御部４８との間で通信を行うためのものであり、ポートＰ５は、バッテリ１２、２２への充電経路を遮断する遮断信号を出力するためのものであり、ポートＰ６は、電源部４６にバッテリ電圧を出力するためのものである。

図４に示すように、各充放電部１６、２６において、バッテリ１２、２２の正極側は、充電スイッチとしてのＦＥＴ（以下、充電ＦＥＴという）５２及び逆流防止ダイオード５４を介して、ポートＰ１に接続されている。

なお、逆流防止ダイオード５４は、アノードがポートＰ１側、カソードがバッテリ１２、２２の正極側、となるように配置されることで、バッテリ１２、２２の正極からポートＰ１側に電流が流れるのを防止するためのものである。

また、バッテリ１２、２２の正極側は、放電スイッチとしてのＦＥＴ（以下、放電ＦＥＴという）６２、及び、逆流防止用のＦＥＴ（以下、逆流防止ＦＥＴという）６４を介して、ポートＰ２に接続されている。

逆流防止ＦＥＴ６４は、寄生ダイオード６５にて、ポートＰ２側からバッテリ１２、２２の正極側に電流が流れるのを防止するためのものである。
そして、寄生ダイオード６５の両端（つまり、逆流防止ＦＥＴ６４のドレイン、ソース）には、その両端電圧から寄生ダイオード６５の順方向に放電電流が流れたことを検出して、放電ＦＥＴ６２をオンさせる放電検出部６６が接続されている。

なお、バッテリ１２、２２の正極側は、ポートＰ６にも接続されている。
また、各充放電部１６、２６には、充電ＦＥＴ５２及び放電ＦＥＴ６２のオン・オフ状態を切り替えるバッテリ制御部６８、及び、バッテリ１２、２２への充電時に各セル３０の電圧を監視して、過電圧になると充電を停止させる過電圧保護部７０が備えられている。

バッテリ制御部６８は、ポートＰ４を介して充放電制御部４８との間で通信を行い、充放電制御部４８からの指令に従い充電ＦＥＴ５２及び放電ＦＥＴ６２をオン・オフさせる。

また、バッテリ制御部６８には、バッテリ１２、２２を構成する各セル３０の両端電圧、バッテリ温度を検出する温度センサ７２からの検出信号、バッテリ１２、２２の充放電経路に設けられた抵抗７４の両端電圧（換言すれば充放電電流）が入力される。

そして、バッテリ制御部６８は、これら各入力データを、ポートＰ４を介して充放電制御部４８に出力する。また、バッテリ制御部６８は、バッテリ１２、２２への充電時や放電時に流れる充放電電流に基づき、バッテリ１２、２２の残容量を監視しており、その監視結果も、ポートＰ４を介して充放電制御部４８に出力する。

過電圧保護部７０は、バッテリ１２、２２を構成する各セル３０の両端電圧を取り込み、その電圧が通常よりも高い過電圧になると、バッテリ１２、２２への充電経路を遮断させるための遮断信号を、ポートＰ５から出力させる。

なお、バッテリ制御部６８及び過電圧保護部７０は、上述した機能を有する集積回路（ＩＣ）にて構成されている。
次に、回路基板４０において、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２及び自己溶断ヒューズ４４は、充電用コネクタ７から各充放電部１６、２６のポートＰ１に至る充電経路の内、各充放電部１６、２６共通の充電経路に設けられている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、充電用コネクタ７に接続された充電用アダプタ（ＡＣ／ＤＣ変換器９等）から供給される直流電圧（例えば、ＤＣ１２Ｖ）を、バッテリ１２、２２を充電するのに必要な直流電圧（例えば、ＤＣ４２Ｖ）に昇圧するためのものである。

そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２にて生成された直流電圧は、自己溶断ヒューズ４４を介して、各充放電部１６、２６のポートＰ１へ、バッテリ１２、２２の充電電圧として入力される。

次に、自己溶断ヒューズ４４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２から充放電部１６、２６への充電経路上に設けられるヒューズ部４４ａと、通電により発熱してヒューズ部４４ａを溶断させる発熱抵抗体４４ｂとを備える。

発熱抵抗体４４ｂは、一端が充電経路に接続され、他端がＮＰＮトランジスタからなるスイッチング素子８２を介してグランドラインに接地されている。また、スイッチング素子８２の制御端子（ベース）には、充放電部１６、２６のポートＰ５が接続されている。

このため、各充放電部１６、２６（詳しくは過電圧保護部７０）は、ポートＰ５から遮断信号（ハイレベル）を出力することで、スイッチング素子８２をオンさせ、これにより自己溶断ヒューズ４４を溶断させて、バッテリ１２、２２への充電経路を遮断することができる。

次に、電源部４６には、外部の充電用アダプタから充電用コネクタ７に入力された直流電圧、及び、充放電部１６、２６のポートＰ６から出力されるバッテリ電圧が、それぞれ、逆流防止用のダイオード８４、８５、８６を介して入力される。

そして、電源部４６は、その入力された直流電圧から、充放電制御部４８や充放電部１６、２６を駆動するための電源電圧（直流定電圧）を生成して、これら各部に供給する。
また、電源部４６は、充電用コネクタ７に外部の充電用アダプタから直流電圧が入力されているとき（つまりバッテリ１２、２２への充電時）には、その直流電圧を利用して電源電圧を生成し、そうでなければ、充放電部１６、２６から供給されるバッテリ電圧を利用して電源電圧を生成する。

さらに、電源部４６は、充放電制御部４８からの指令に基づいて、充放電部１６、２６の放電ＦＥＴ６２に対する駆動用電力の出力状態を切替可能に構成されている。つまり、電源部４６は、充放電制御部４８から出力許可指令を受信すると、放電ＦＥＴ６２に対して駆動用電力を出力し、充放電制御部４８から出力停止指令を受信すると、放電ＦＥＴ６２に対する駆動用電力の出力を停止する。

次に、充放電制御部４８は、ＭＣＵ(Micro Control Unit)にて構成されており、ＭＣＵは、ＣＰＵを搭載した集積回路であり、記憶している各種のプログラムに基づいて各種処理を実行する。充放電制御部４８は、例えば、充放電部１６、１８内のバッテリ制御部６８を介して、各ブロック１０、２０毎にバッテリ１２、２２への充電及び放電を制御する。

また、充放電制御部４８は、バッテリ１２、２２への充電時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２を動作させることで、充電用の高電圧を生成させる。
また、充放電制御部４８及び各ブロック１０、２０のバッテリ制御部６８は、消費電力を抑えるために、通常、スリープ状態になっている。

そして、充放電制御部４８は、充電用コネクタ７に外部の充電用アダプタから直流電圧が入力されたとき、若しくは、外部操作によってメインＳＷ６がオフ状態からオン状態に切り替えられたときに起動（ウェイクアップ）し、充電制御処理若しくは放電制御処理を実行する。

また、バッテリ制御部６８は、充放電制御部４８の起動後、充放電制御部４８から送信される起動指令に従い起動する。
［１−３．充放電制御部で実行される制御処理］
次に、充放電制御部４８にて実行される充電制御処理及び放電制御処理について説明する。

まず、充電用アダプタからの直流電圧の入力により充放電制御部４８が起動すると、充放電制御部４８は充電制御処理を実行する。
充電制御処理について簡単に説明すると、充電制御処理では、第１ブロック１０及び第２ブロック２０のバッテリ１２、２２への充電を、ブロック１０、２０毎に交互に実施する。また、充電制御処理では、充電するバッテリ１２、２２の切り替えは、充電中のバッテリの相対容量が、他のバッテリの相対容量に比べて所定値以上大きくなった時点で行う。この結果、各ブロック１０、２０のバッテリ１２、２２は、交互にバランス良く充電されてゆき、略同タイミングで満充電となって、バッテリ１２、２２への充電が完了する。

次に、充電用コネクタ７が充電用アダプタとは接続されていない状態で、メインＳＷ６がオフ状態からオン状態に切り替えられることにより、充放電制御部４８が起動すると、充放電制御部４８は放電制御処理を実行する。

図５に示すように、この放電制御処理では、まずＳ３１０にて、電源部４６に出力許可指令を送信して、放電ＦＥＴ６２に対する駆動用電力の出力を許可するとともに、各ブロック１０、２０のバッテリ制御部６８に起動指令を送信することにより、バッテリ制御部６８を起動する。

続くＳ３２０にて、その起動した各バッテリ制御部６８から、バッテリ電圧を取得する。
そして、続くＳ３３０では、Ｓ３２０で各バッテリ制御部６８から取得したバッテリ電圧に基づき、最初に外部負荷への放電を開始すべき放電ブロックを選択する。

つまり、本実施形態では、充電時と同様、外部負荷への電源供給（つまり放電）についても、第１ブロック１０のバッテリ１２と、第２ブロック２０のバッテリ２２とを交互に切り替えながら実施する。このため、Ｓ３３０では、２つのブロック１０、２０の内、例えば、バッテリ電圧が高い方を、放電ブロックとして選択する。

次に、Ｓ３４０では、Ｓ３３０にて放電ブロックとして選択した選択ブロック１０又は２０のバッテリ制御部６８に対し、放電ＦＥＴ６２をオンさせる指令を送信することで、選択ブロック１０又は２０の放電ＦＥＴ６２をオンさせる。

また、続くＳ３５０では、外部負荷への放電により各ブロック１０、２０のバッテリ１２、２２に加わる負荷を検出するための過負荷検出処理を起動する。
この過負荷検出処理は、当該放電制御処理実行時にバッテリ１２、２２から外部負荷に流れる負荷電流に基づき過負荷カウンタを更新することで、各バッテリ１２、２２の負荷状態を監視する処理であり、図６に示す手順で実行される。

すなわち、過負荷検出処理は、予め設定された設定時間毎に、各ブロック１０、２０のバッテリ１２、２２に対し実行される。そして、この過負荷検出処理では、まずＳ５１０にて、バッテリ制御部６８から放電電流を取得し、Ｓ５２０にて、その取得した放電電流が予め設定されたしきい値以上であるか否かを判断する。

そして、放電電流がしきい値以上であれば、現在のバッテリ１２又は２２に加わっている負荷が大きいと判断して、Ｓ５３０にて、そのバッテリ１２又は２２の過負荷カウンタをインクリメント（＋１）する。

また、放電電流がしきい値未満であれば、バッテリ１２又は２２からの放電は停止しているか、或いは、放電していてもバッテリ負荷は小さいので、Ｓ５４０にて、そのバッテリ１２又は２２の過負荷カウンタをデクリメント（−１）する。

この結果、各バッテリ１２、２２の過負荷カウンタは、外部負荷への放電電流が大きく、かつ、放電時間が長いほど、大きくなり、放電停止時や、放電電流が小さい場合には、減少するように、更新されることになる。

このように、Ｓ３５０にて過負荷検出処理を起動すると、Ｓ３６０に移行し、メインＳＷ６が外部操作によってオフ状態に切り替えられたか否かを判断する。
そして、メインＳＷ６がオフ状態に切り替えられていれば、Ｓ４６０に移行し、メインＳＷ６がオフ状態に切り替えられていなければ、Ｓ３７０に移行して、現在放電中のバッテリ１２又は２２に対する保護動作が必要であるか否かを判断する。

この保護動作は、対象となるバッテリ１２、２２が、過放電状態、高温（過熱）状態、若しくは、過負荷状態にあるときに、放電を停止させるものである。
このため、Ｓ３７０では、現在放電ブロックとして選択されている選択ブロック１０又は２０のバッテリ制御部６８から、バッテリ電圧を取得し、その取得したバッテリ電圧が所定値以下であるとき、バッテリ１２又は２２が過放電状態にあると判断する。

また、Ｓ３７０では、選択ブロック１０又は２０のバッテリ制御部６８から、バッテリ温度を取得し、バッテリ温度が所定温度以上であるとき、バッテリ１２又は２２が高温（過熱）状態にあると判断する。

また、Ｓ３７０では、Ｓ３５０にて起動した過負荷検出処理にて更新される過負荷カウンタの内、現在放電中のバッテリ１２又は２２の過負荷カウンタを読み出し、過負荷カウンタの値が所定の過負荷判定値以上であるとき、バッテリ１２又は２２が過負荷状態にあると判断する。

このように、現在放電中のバッテリ１２又は２２が過放電状態、高温（過熱）状態、若しくは、過負荷状態であり、Ｓ３７０にて、そのバッテリに対する保護動作が必要であると判断されると、Ｓ４４０に移行し、保護動作が必要でなければ、Ｓ３８０に移行する。

Ｓ３８０では、外部負荷の運転状態が安定しているか否かを判断することにより、放電ブロックを切替可能であるか否かを判断する。
つまり、例えば、外部負荷としてのモータが加速状態若しくは高負荷状態にある場合、放電ブロックを現在放電中の選択ブロックから非選択ブロックに切り替えると、外部負荷への供給電力が変化して、外部負荷の運転に影響を与えることが考えられる。

そこで、Ｓ３８０では、現在放電中のバッテリからの放電電流の大きさ、及び、バッテリ電圧の変化に基づき、外部負荷が過渡運転状態若しくは高負荷運転状態にあるか否かを判断し、外部負荷が過渡運転状態及び高負荷運転状態にないときに、放電ブロックを切替可能であると判断する。

そして、Ｓ３８０にて、外部負荷が過渡運転状態若しくは高負荷運転状態にあり、放電ブロックを切り替えることはできないと判断されると、再度Ｓ３７０に移行し、Ｓ３８０にて、放電ブロックを切り替え可能であると判断されると、Ｓ３９０に移行する。

Ｓ３９０では、現在放電ブロックとして選択されている選択ブロックのバッテリ１２又は２２の残容量Ｃを算出する。そして、続くＳ４００にて、その残容量Ｃが、非選択ブロックのバッテリ２２又は１２の残容量Ｄよりも所定値以上小さいか否か（換言すれば残容量の差（Ｄ−Ｃ）が所定値以上か否か）を判断する。

なお、この判断には、各バッテリ１２、２２の絶対容量が使用される。これは、各バッテリ１２、２２から外部負荷に供給可能な電力量を略同じにして、放電に使用するバッテリを切り替えることで、外部負荷を安定して駆動できるようにするためである。

Ｓ４００にて、各ブロック１０、２０のバッテリ１２、２２の絶対容量の差は所定値以上になったと判断されると、Ｓ４１０に移行して、放電ブロックを、現在選択中の選択ブロックから非選択ブロックに切り替え、Ｓ３６０に移行する。

なお、Ｓ４１０での放電ブロックの切り替えは、まず、非選択ブロックの放電ＦＥＴ６２をオン状態に切り換え、その後、所定時間が経過して非選択ブロックからの放電が安定してから、選択ブロックの放電ＦＥＴ６２をオフ状態に切り替える、といった手順で実行される。

これは、放電ブロックの切り替えにより外部負荷への電力供給が瞬断したり、不安定になったりするのを防止するためである。
次に、Ｓ４００にて、各ブロック１０、２０のバッテリ１２、２２の絶対容量の差は所定値以上になっていないと判断された場合には、Ｓ４２０に移行し、選択ブロックのバッテリ１２又は２２の無負荷電圧を推定する。

具体的には、現在放電ブロックとして選択されているブロック１０又は２０のバッテリ制御部６８から、バッテリ電圧及び放電電流を取得し、予め設定された計算式『バッテリ電圧＋放電電流×係数１＋係数２』を用いて、対応するバッテリの無負荷電圧を推定する。

なお、係数２は、実際の無負荷電圧に比べて推定した無負荷電圧が所定のオフセット電圧分（例えば、１Ｖ未満の値）だけ大きくなるようにするための、オフセット値である。
そして、続くＳ４３０では、非選択ブロックのバッテリ制御部６８から、バッテリ電圧（つまり無負荷電圧）を取得し、Ｓ４２０にて推定した選択ブロックのバッテリの無負荷電圧は非選択ブロックのバッテリの無負荷電圧よりも小さいか否かを判断する。

Ｓ４３０にて、選択ブロックのバッテリの無負荷電圧は非選択ブロックのバッテリの無負荷電圧よりも小さいと判断されなければ、再度Ｓ３７０に移行する。逆に、Ｓ４３０にて、選択ブロックの無負荷電圧は非選択ブロックの無負荷電圧よりも小さいと判断されると、Ｓ４１０に移行して、放電ブロックを切り替える。

これは、バッテリ１２、２２の残容量が少なくなると、放電に伴うバッテリ電圧の低下率が大きくなり、放電ブロックを切り替えた直後に、出力端子５０からの出力電圧が外部負荷を駆動できない低電圧まで急峻に低下することがあるためである。

つまり、本実施形態では、Ｓ４２０、Ｓ４３０の処理により、バッテリ１２、２２間での無負荷電圧の差を監視して、その差が大きくならないように放電ブロックを切り替えることで、各バッテリ１２、２２からの電力供給によって外部負荷を動作させることのできる期間を、延ばすようにしているのである。

次に、Ｓ３７０にて保護動作が必要であると判断されたときに実行されるＳ４４０においては、現在放電ブロックとして選択されているブロックとは異なる他ブロックからの放電が可能であるか否かを判断する。

そして、他ブロックからの放電が可能であれば、Ｓ４１０に移行して、放電ブロックを切り替えた後、再度Ｓ３７０に移行する。また、他ブロックからの放電が可能でなければ、Ｓ４５０にて、現在放電ブロックとして選択されている選択ブロック１０又は２０のバッテリ制御部６８に対し、放電ＦＥＴ６２をオフさせる指令を送信することで、放電ＦＥＴ６２をオフさせ、Ｓ４６０に移行する。

Ｓ４６０では、全ブロック１０、２０の放電ＦＥＴ６２をオフさせることで、各バッテリ１２、２２から外部負荷への放電を停止させる。
また、続くＳ４７０では、電源部４６に出力停止指令を送信して、放電ＦＥＴ６２に対する駆動用電力の出力を停止するとともに、各ブロック１０、２０のバッテリ制御部６８に対しスリープ状態への移行指令を送信することで、各バッテリ制御部６８をスリープ状態にする。

Ｓ４７０での処理が完了すると、当該放電制御処理を終了する。なお、放電制御処理終了後は、充放電制御部４８は、スリープ状態へ移行する。
このように放電制御処理では、各ブロック１０、２０のバッテリ１２、２２を放電ブロックとして交互に切り替えながら、出力端子５０に接続された外部負荷への放電（電力供給）を実施する。また、放電ブロックの切り替えは、放電中のバッテリの残量量（絶対容量）が、他のバッテリの残容量（絶対容量）に比べて所定値以上小さくなった時点で行う。この結果、バッテリパック２から外部負荷への出力電圧は、放電ブロックの切り替えによって大きく変化することがなく、外部負荷に対し電源電圧を安定して供給することができる。

上述したように、充放電制御部４８は、外部操作によってメインＳＷ６がオフ状態からオン状態に切り替えられたときに起動（ウェイクアップ）し、放電制御処理を開始して、電源部４６から放電ＦＥＴ６２に対する駆動用電力の出力を許可するとともに、各ブロック１０、２０のバッテリ制御部６８を起動する（Ｓ３１０）。

また、放電制御処理では、メインＳＷ６がオフ状態に設定されると（Ｓ３６０でＹＥＳ判定）、全ブロック１０、２０の放電ＦＥＴ６２をオフさせ（Ｓ４６０）、さらに、電源部４６から放電ＦＥＴ６２に対する駆動用電力の出力を停止させ、各ブロック１０、２０のバッテリ制御部６８をスリープ状態にする（Ｓ４７０）。

そして、充放電制御部４８は、放電制御処理のＳ４７０の処理を完了すると、自身の動作状態を、起動状態（通常消費電力モード）からスリープ状態（低消費電力モード）に移行する。

なお、充放電制御部４８は、自身の動作状態として、各ブロック１０、２０のバッテリ制御部６８の制御を行う起動状態と、各ブロック１０、２０のバッテリ制御部６８の制御を行わないスリープ状態と、を少なくとも有している。充放電制御部４８は、起動状態における自身内部での消費電力に比べて、スリープ状態における自身内部での消費電力が小さくなるよう構成されている。

［１−４．第１実施形態の効果］
以上説明したように、本実施形態のバッテリパック２においては、動作モードとして、通常消費電力モードおよび省消費電力モードの２種類のモードが設けられており、使用者によるメインＳＷ６の操作によって動作モードを選択可能に構成されている。

また、このバッテリパック２は、充放電制御部４８および各ブロック１０、２０のバッテリ制御部６８を備えており、充放電制御部４８は、各バッテリ制御部６８を制御することで各ブロック１０、２０の放電状態を制御する。つまり、バッテリパック２においては、充放電制御部４８からの指令に従いバッテリ制御部６８が放電ＦＥＴ６２をオン・オフさせることで、バッテリ１２、２２から出力端子５０への電流経路を接続状態または遮断状態のいずれかに切り替えることができる。

具体的には、充放電制御部４８が、複数のブロック１０、２０のうち少なくとも１つについて、バッテリ１２、２２から出力端子５０への電流経路が接続状態となるように、各バッテリ制御部６８を制御することで、出力端子５０から外部負荷への放電が可能となる。また、充放電制御部４８が、全てのブロック１０、２０について、バッテリ１２、２２から出力端子５０への電流経路が遮断状態となるように、各バッテリ制御部６８を制御することで、バッテリパック２での電力浪費の抑制や、過放電等によるバッテリ１２、２２の劣化の抑制が可能となる。

このため、バッテリパック２は、接続点５１と出力端子５０との間に高価なスイッチング部を備えることなく、バッテリ１２、２２から出力端子５０への電流経路を接続状態または遮断状態のいずれかに切り替えることができる。

次に、充放電制御部４８は、メインＳＷ６がオフ状態となった場合（換言すれば、省消費電力モードが選択された場合）には、各ブロック１０、２０のバッテリ制御部６８をスリープ状態にする（Ｓ４７０）。バッテリ制御部６８は、起動状態に比べて、スリープ状態の方が自身の内部での電力消費量は小さくなる。

これにより、充放電制御部４８は、メインＳＷ６がオフ状態となった場合（換言すれば、省消費電力モードが選択された場合）には、メインＳＷ６がオフ状態からオン状態に切り替えられた場合（換言すれば、通常消費電力モードが選択された場合）よりも、バッテリ制御部６８での消費電力が小さくなるように、バッテリ制御部６８を制御する。

つまり、バッテリパック２においては、使用者によりメインＳＷ６が操作されて省消費電力モードが選択されることで、通常消費電力モードに比べて、バッテリ制御部６８での消費電力を低減することで、バッテリパック２における全体としての消費電力を低減できる。

よって、バッテリパック２によれば、接続点５１と出力端子５０との放電経路上に高価なスイッチング部を必要としないため、製造コストの増大を抑制できるとともに、使用者によりメインＳＷ６が操作されて省消費電力モードが選択されることで、バッテリパック全体としての消費電力を低減できるため、電力の浪費を抑制できる。

なお、バッテリパック２は、メインＳＷ６において省消費電力モードが選択された場合には、バッテリ制御部６８に加えて、充放電制御部４８についても、起動状態（通常消費電力モード）からスリープ状態（低消費電力モード）に移行するよう構成されている。

これにより、省消費電力モードが選択された場合には、通常消費電力モードが選択された場合よりも、充放電制御部４８での電力消費量を低減できるため、より一層、バッテリパック全体としての消費電力を低減でき、電力の浪費を抑制できる。

次に、充放電制御部４８は、メインＳＷ６がオフ状態からオン状態に切り替えられた場合（換言すれば、通常消費電力モードが選択された場合）には、自身が起動して、各ブロック１０、２０のバッテリ制御部６８を起動させることに加えて、電源部４６から放電ＦＥＴ６２に対する駆動用電力の出力を許可する（Ｓ３１０）。

また、充放電制御部４８は、メインＳＷ６がオフ状態となった場合（換言すれば、省消費電力モードが選択された場合）には、各ブロック１０、２０のバッテリ制御部６８をスリープ状態にすることに加えて、電源部４６から放電ＦＥＴ６２に対する駆動用電力の出力を停止させている（Ｓ４７０）。このように、電源部４６からの駆動用電力の出力を停止させることで、放電ＦＥＴ６２での電力消費量を低減できる。

つまり、充放電制御部４８は、省消費電力モードが選択された場合には、通常消費電力モードが選択された場合よりも、放電ＦＥＴ６２での消費電力が小さくなるように、電源部４６での電力供給状態を切替制御している。

よって、バッテリパック２によれば、使用者によりメインＳＷ６が操作されて省消費電力モードが選択されることで、放電ＦＥＴ６２での消費電力を低減できるため、より一層、バッテリパック全体としての消費電力を低減でき、電力の浪費を抑制できる。

次に、充放電制御部４８は、各ブロック１０、２０の全てが放電不可能な状態になると（Ｓ４４０でＮＯ判定）、メインＳＷ６の操作状態に関わらず、各ブロック１０、２０のバッテリ制御部６８をスリープ状態にする（Ｓ４７０）。

つまり、充放電制御部４８は、各ブロック１０、２０の全てが放電不可能な状態になると（Ｓ４４０でＮＯ判定）、現在放電ブロックとして選択されている選択ブロック１０又は２０の放電ＦＥＴ６２をオフさせ（Ｓ４５０）、全ブロック１０、２０の放電ＦＥＴ６２をオフさせ（Ｓ４６０）て、外部負荷への電力供給を停止する。また、充放電制御部４８は、各ブロック１０、２０の全てが放電不可能な状態になると（Ｓ４４０でＮＯ判定）、電源部４６から放電ＦＥＴ６２に対する駆動用電力の出力を停止するとともに、各ブロック１０、２０のバッテリ制御部６８をスリープ状態にする（Ｓ４７０）。

つまり、各ブロック１０、２０の全てが放電不可能な状態となった場合には、バッテリパック２として外部負荷に対する正常な放電が不可能な状態であり、通常消費電力モードで動作しても、電力を無駄に消費することになる。

そのため、各ブロック１０、２０の全てが放電不可能な状態となった場合には、メインＳＷ６の操作状態に関わらず、各ブロック１０、２０におけるバッテリ制御部６８での消費電力を低減することで、電力の無駄な消費を抑制できる。

［１−５．特許請求の範囲との対応関係］
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
第１ブロック１０および第２ブロック２０が複数のバッテリブロックの一例に相当し、充放電制御部４８が放電制御部の一例に相当し、主電源スイッチ６（メインＳＷ６）がモード設定部の一例に相当し、バッテリ１２，２２がそれぞれバッテリセルの一例に相当している。

また、放電ＦＥＴ６２およびバッテリ制御部６８が経路状態切替部の一例に相当し、電源部４６から放電ＦＥＴ６２および逆流防止ＦＥＴ６４に対して出力される駆動用電力が切替用電力の一例に相当している。

［２．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、上記の実施形態は、２個のバッテリブロック（第１ブロック１０および第２ブロック２０）を備える構成について説明したが、バッテリブロックは２個に限られることはなく、３個以上であってもよい。

また、モード設定部としての主電源スイッチ６（メインＳＷ６）は、プッシュ式スイッチに限られることはなく、スライド式スイッチや、複数の押下ボタンからなる操作部など、複数の動作モードを選択可能な構成であれば、任意の構成を採用することができる。

また、上記実施形態では、充放電制御部がＣＰＵを搭載した集積回路で構成されているが、充放電制御部は、個別の各種電子部品を組み合わせて構成されていてもよいし、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｅｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）であってもよいし、例えばＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのプログラマブル・ロジック・デバイスであってもよいし、あるいはこれらの組み合わせであってもよい。

また、上記実施形態におけるバッテリパックは、充電可能な二次電池として構成されていたが、充電不能な一次電池として構成されていてもよい。

２…バッテリパック、４…ケース、６…主電源スイッチ（メインＳＷ）、７…充電用コネクタ、９…ＡＣ／ＤＣ変換器、１０…第１ブロック、１２…バッテリ、１４…支持部材、１６…充放電部、２０…第２ブロック、２２…バッテリ、３０…セル、４０…回路基板、４６…電源部、４８…充放電制御部、５０…出力端子、５１…接続点、５２…充電ＦＥＴ、５４…逆流防止ダイオード、６２…放電ＦＥＴ、６４…逆流防止ＦＥＴ、６５…寄生ダイオード、６６…放電検出部、６８…バッテリ制御部。

Claims (4)

1. 並列接続された複数のバッテリブロックと、
   前記複数のバッテリブロックにおけるそれぞれの放電状態を制御する放電制御部と、
   当該バッテリパックにおける複数の動作モードのうちいずれか１つを選択するために使用者が操作するモード設定部と、
   を備えており、
   前記複数のバッテリブロックは、それぞれ、
   充放電可能なバッテリセルと、
   前記バッテリセルから外部負荷への電流経路を接続状態または遮断状態のいずれかに切り替える経路状態切替部と、を備え、
   前記複数の動作モードには、通常消費電力モード、省消費電力モードが少なくとも含まれており、
   前記放電制御部は、前記経路状態切替部を制御することで前記バッテリブロックの放電状態を制御しており、前記モード設定部において前記省消費電力モードが選択された場合には、前記モード設定部において前記通常消費電力モードが選択された場合よりも、前記経路状態切替部での消費電力を低減させること、
   を特徴とするバッテリパック。
2. 前記放電制御部は、前記モード設定部において前記省消費電力モードが選択された場合には、前記経路状態切替部での消費電力を低減させた後に、前記モード設定部において前記通常消費電力モードが選択された場合よりも、自身の消費電力を低減すること、
   を特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
3. 前記放電制御部は、前記モード設定部において前記通常消費電力モードが選択された場合には、前記電流経路の状態切替を行うための切替用電力を前記経路状態切替部へ供給することを許可し、前記モード設定部において前記省消費電力モードが選択された場合には、前記経路状態切替部への前記切替用電力の供給を停止すること、
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載のバッテリパック。
4. 前記放電制御部は、前記複数のバッテリブロックの全てについて放電不可能となった場合には、前記モード設定部において前記通常消費電力モードが選択された場合よりも、前記経路状態切替部での消費電力を低減させること、
   を特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のバッテリパック。

Images