JP4558706B2 - 電池保護装置、電池パック、及び電動工具 - Google Patents

Description

本発明は、電池の異常検出信号出力時に電池の電力が無駄に消費されてしまうことを防止して電池を保護する技術に関する。

従来より、直列接続された複数の電池セル（素電池）を１つのパッケージに収めた電池パックを過充電や過放電などの異常から保護する様々な電池保護回路が考案されている。そして、そのなかの１つとして、各電池セルの正極と負極との間の電圧に基づいて、各電池セルの異常を検出する電池保護用ＩＣを備えた電池保護回路が知られている（非特許文献１を参照）。

この電池保護回路では、電池保護用ＩＣが、各電池セルの正極及び負極に接続され、各電池セルから電力を供給されるとともに、各電池セルの正極と負極との間の電圧を監視している。また、電池保護用ＩＣには、Ｐチャネル型のＦＥＴが外付けされ、このＦＥＴのドレイン及びソースが、最も電位の高い電池セルの正極と、電池パックの正極端子（外部機器との接続端子）との間に接続されている。そして、電池セルの過充電や過放電が発生すると、電池保護用ＩＣが、予め決められた電圧値を有する異常検出信号をＦＥＴのゲートに出力して、ＦＥＴをＯＦＦし、電池セルの正極と電池パックの正極端子との電気的接続を遮断する。
ミツミ電機株式会社、"リチウムイオン電池保護用（４セル直列用）Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ＩＣ ＭＭ３１１４ Ｓｅｒｉｅｓ"、応用回路図、［online］、［２００６年１２月６日検索］、インターネット＜ＵＲＬ ： http://www.mitsumi.co.jp/Catalog/ic/battery/mm/3114/text01.pdf＞

ここで、上述の電池保護回路を用いて、異常検出信号を、例えば充電制御用ＣＰＵに伝送しようとすると、電池セルの異常発生時に、電池保護用ＩＣが、異常検出信号を出力し続けるため、電池の電力が無駄に消費されてしまう可能性がある。

そこで、本発明は、電池の異常時に予め決められた電圧値を有する異常検出信号を出力しても、異常検出信号の出力に起因して電池の電力が無駄に消費されてしまうことを防止可能な技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１記載の電池保護装置は、少なくとも１つの電池から電力を供給され、該少なくとも１つの電池の状態に関して予め決められた異常条件が成立したことを検出すると、予め決められた電圧値を有する異常検出信号を出力する電池監視手段と、異常検出信号の出力に伴って生じる電流である異常検出電流が異常検出信号の伝送経路を流れると、該伝送経路を遮断する伝送経路遮断手段とを備えることを特徴とする。

この電池保護装置では、電池監視手段が異常検出信号を出力して、伝送経路に異常検出電流が流れると、伝送経路が遮断されるため、異常検出電流が流れ続けることがない。
したがって、異常検出信号の出力に起因して、電池の電力が無駄に消費されてしまうことを防止できる。

尚、上記電池は、電池セルでもよいし、複数の電池セルを１つのパッケージに収めた電池でもよい（以下同様）。
また、異常条件は、どのような条件であってもよく、例えば、請求項２記載のように、電池の過充電、過放電、短絡のうちの少なくとも１つであってもよい。

このように異常条件が設定されていれば、過充電、過放電、短絡のうちの少なくとも１つが発生した際に、異常検出信号の出力に起因して電池の電力が無駄に消費されてしまうことを防止できる。

また、異常検出信号の電圧値は伝送経路に応じて設定されていればよい。例えば、伝送経路が少なくとも１つの電池の負極に接続されている場合には、異常検出信号は、少なくとも１つの電池の負極よりも電位が高ければよい。

また、伝送経路遮断手段は、異常検出電流が流れると伝送経路を遮断するのであれば、どのように構成されていてもよい。
例えば、請求項４記載のように、伝送経路遮断手段は、伝送経路上で異常検出電流を受けて作動するとよい。

この場合、異常検出電流を確実に検出して、伝送経路を遮断することができる。
また、請求項５記載のように、伝送経路遮断手段は、予め決められた電圧値もしくは電流値を有する駆動信号を入力されると、伝送経路を導通する経路スイッチング手段と、該経路スイッチング手段に駆動信号を出力する駆動信号出力手段と、異常検出電流が伝送経路を流れると、駆動信号出力手段の作動を停止させる作動停止手段とを備えるとよい。

この場合、電池に異常が発生すると、駆動信号の出力が停止されるため、駆動信号出力手段が電池から電力の供給を受けて駆動信号を出力するように構成されていても、電池の電力が無駄に消費されてしまうことを防止できる。

また、電池は複数あり、これら電池が電池１セル毎に並列接続され、この並列接続された電池セル群が直列接続されていてもよい。また、伝送経路は、これら複数の電池のうち、負極の電位が最も低い電池の負極に接続されていてもよい。また、電池監視手段は、異常検出信号を伝送経路へ出力するために該伝送経路に接続された出力端子を備えていてもよい。そして、電池監視手段は、伝送経路に接続された電池の負極よりも負極の電位が高い電池から電力を供給され、当該電池監視手段に電力を供給する電池の負極よりも電位の高い異常検出信号を出力端子から出力する一方、異常検出信号の非出力時には、出力端子の電位を当該電池監視手段に電力を供給する電池の負極の電位に設定してもよい。

ここで、この場合、電池保護装置は、請求項６記載のように、異常検出信号が出力されたときに出力端子と伝送経路とを導通する出力スイッチング手段を備えるとよい。
このように電池保護装置が構成されていれば、伝送経路の基準電位と、出力端子の基準電位とが異なることに起因して、異常検出信号が出力されていないにも拘わらず、伝送経路に電流が流れ、伝送経路が誤って遮断されてしまうことを防止できる。

次に、請求項７記載の電池パックは、少なくとも１つの電池と、請求項１乃至請求項６いずれか記載の電池保護装置とを備えることを特徴とする。
この電池パックには、上述の電池保護装置が具備されているため、上述の電池保護装置と同様の効果を発揮する。

次に、請求項８記載の発明は、少なくとも１つの電池を搭載し、該少なくとも１つの電池から供給される電力によって駆動する電動工具であって、請求項１乃至請求項６いずれか記載の電池保護装置を備えることを特徴とする。

すなわち、この電動工具には上述の電池保護装置が具備されているため、上述の電池保護装置と同様の効果を発揮する。
次に、請求項９記載の発明は、電力によって駆動する電動工具であって、請求項７記載の電池パックを備えることを特徴とする。

この電動工具には、上述の電池パックが具備されているため、上述の電池パックと同様の効果、つまり、上述の電池保護装置と同様の効果を発揮する。
ここで、この電動工具は、請求項１０記載のように、電池パックを離脱可能に装着する装着手段を備えるとよい。

このように電動工具が構成されていれば、電動工具の使用者は、電池パックの異常時に電池パックを交換するだけで、電池パックの異常に起因した不具合を容易に解消できる。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
まず、図１は、本発明を適用したドライバドリルの側面図である。
図１に示すように、ドライバドリル１の本体は、モータハウジング２と、モータハウジング２の前方に位置するギアハウジング３と、ギアハウジング３の前方に位置するドリルチャック４と、モータハウジング２の下方に位置するハンドグリップ５とから構成されている。

モータハウジング２は、ドリルチャック４を回転駆動させる駆動力を発生する駆動モータ（図示せず）を収容している。
ギアハウジング３は、駆動モータの駆動力をドリルチャック４に伝達するギア機構（図示せず）を収容している。

ドリルチャック４は、当該ドリルチャック４の前端部に工具ビット（図示せず）を着脱自在に装着する装着機構（図示せず）を備えている。
ハンドグリップ５は、ドライバドリル１の使用者が当該ハンドグリップ５を片手で把持可能に成形されている。そして、ハンドグリップ５の上部前方には、ドライバドリル１の使用者が駆動モータをＯＮ／ＯＦＦするためのトリガ６が設けられている。また、ハンドグリップ５の下端部には、電池パック８を離脱可能に装着する電池パック装着部７が設けられている。より具体的には、図２に示すように、電池パック装着部７は、ドライバドリル１の使用者が電池パック８を前方に摺動させることで電池パック８を当該電池パック装着部７から離脱できるように構成されている。尚、図２は、ドライバドリル１の本体から電池パック８を離脱させた様子を示す側面図である。

次に、図３は、電池パック８に搭載された一部の電子回路の構成を示す回路図である。
図３に示すように、電池パック８は、電池セル回路１１と、電池保護回路１２とを備えている。

電池セル回路１１は、電池パック８の正極１１１と負極１１２とを備えている。尚、負極１１２は、電池パック８のグラウンド（基準電位）ラインに接続されている。
そして、正極１１１と負極１１２との間には、複数の電池セルが直列接続され、駆動モータを駆動するための駆動電圧（本実施形態では３６Ｖ）が生成されている。尚、本実施形態の各電池セルは、リチウムイオン二次電池であり、３．６Ｖの直流電圧を生成する。そして、電池セル回路１１では、１０個の電池セル（負極１１２から正極１１１に向かう順に電池セルＢ１〜Ｂ１０と称する）が直列接続されている。

一方、電池保護回路１２は、３つのセルモニタＩＣ１２１，１２２，１２３を備えている。これらセルモニタＩＣ１２１，１２２，１２３は、当該セルモニタＩＣ１２１，１２２，１２３に接続された各電池セルの正極と負極との間の電圧に基づいて、各電池セルの過充電及び過放電を検出する。そして、セルモニタＩＣ１２１，１２２，１２３は、過充電を検出したことを示す過充電検出信号や、過放電を検出したことを示す過放電検出信号を出力する。

より具体的には、セルモニタＩＣ１２１は、正極側電源端子（ＶＤＤ）と、グラウンド端子（ＶＳＳ）と、第１セル電圧入力端子（Ｖ１）と、第２セル電圧入力端子（Ｖ２）と、第３セル電圧入力端子（Ｖ３）と、過充電検出出力端子（ＯＶ）と、過放電検出出力端子（ＤＣＨＧ）とを備えている。

セルモニタＩＣ１２１の正極側電源端子（ＶＤＤ）は、当該セルモニタＩＣ１２１への電力供給を受けるとともに、当該セルモニタＩＣ１２１が監視すべき電池セルのうち、最も電位が高い電池セルの正極側電圧を入力するための入力端子である。そして、この正極側電源端子（ＶＤＤ）には、電池セルＢ４の正極が接続されている。

また、セルモニタＩＣ１２１のグラウンド端子（ＶＳＳ）は、当該セルモニタＩＣ１２１の基準電位を設定するための入力端子であるとともに、当該セルモニタＩＣ１２１が監視すべき電池セルのうち、最も電位の低い電池セルの負極側電圧を入力するための入力端子である。そして、このグラウンド端子（ＶＳＳ）には、電池セルＢ１の負極が接続されている。

但し、セルモニタＩＣ１２１の正極側電源端子（ＶＤＤ）とグラウンド端子（ＶＳＳ）との間には、当該セルモニタＩＣ１２１に安定した電力供給を行うためのバイパス用コンデンサＣ１が接続されている。

また、セルモニタＩＣ１２１の第１セル電圧入力端子（Ｖ１）は、当該セルモニタＩＣ１２１が監視すべき電池セルのうち、最も電位の高い電池セルの負極側電圧と２番目に電位の高い電池セルの正極側電圧を入力するための入力端子である。そして、第１セル電圧入力端子（Ｖ１）には、抵抗器Ｒ３を介して、電池セルＢ４の負極と電池セルＢ３の正極とが接続されている。

また、セルモニタＩＣ１２１の第２セル電圧入力端子（Ｖ２）は、当該セルモニタＩＣ１２１が監視すべき電池セルのうち、２番目に電位の高い電池セルの負極側電圧と３番目に電位の高い電池セルの正極側電圧を入力するための入力端子である。そして、第２セル電圧入力端子（Ｖ２）には、抵抗器Ｒ２を介して、電池セルＢ３の負極と電池セルＢ２の正極とが接続されている。

また、セルモニタＩＣ１２１の第３セル電圧入力端子（Ｖ３）は、当該セルモニタＩＣ１２１が監視すべき電池セルのうち、３番目に電位の高い電池セルの負極側電圧と最も電位の低い電池セルの正極側電圧を入力するための入力端子である。そして、第３セル電圧入力端子（Ｖ３）には、抵抗器Ｒ１を介して、電池セルＢ２の負極と電池セルＢ１の正極とが接続されている。

但し、セルモニタＩＣ１２１の正極側電源端子（ＶＤＤ）と第１セル電圧入力端子（Ｖ１）との間、第１セル電圧入力端子（Ｖ１）と第２セル電圧入力端子（Ｖ２）との間、第２セル電圧入力端子（Ｖ２）と第３セル電圧入力端子（Ｖ３）との間、第３セル電圧入力端子（Ｖ３）とグラウンド端子（ＶＳＳ）との間にはそれぞれ、コンデンサＣ５，Ｃ４，Ｃ３，Ｃ２が順に接続されている。すなわち、コンデンサＣ５単体や、コンデンサＣ２〜Ｃ４と抵抗器Ｒ１〜Ｒ３とで形成されるローパスフィルタによって、これら入力端子へ流入するノイズを抑制している。

また、セルモニタＩＣ１２１の過充電検出出力端子（ＯＶ）は、過充電検出信号を出力するための出力端子である。尚、過充電検出出力端子（ＯＶ）の出力電圧は、過充電の非検出時には、Ｌｏｗ（本実施形態では、電池セルＢ１の負極電圧）に設定される一方、過充電の検出時には、Ｈｉｇｈ（電池セルＢ１の負極電圧よりも高い電圧）に設定される。つまり、過充電検出信号は、電池セルＢ１の負極電圧よりも高い電圧値を有する信号である。

そして、セルモニタＩＣ１２１の過充電検出出力端子（ＯＶ）は、ダイオードＤ１のアノードに接続され、ダイオードＤ１と電流制限用抵抗器Ｒ８とを介して、導体配線１２４に接続されている。尚、導体配線１２４は、当該導体配線１２４の一端が電池セルＢ１の負極に接続され、電池セルＢ１の負極を基準電位としている。

また、セルモニタＩＣ１２１の過放電検出出力端子（ＤＣＨＧ）は、過放電検出信号を出力するための出力端子である。尚、過放電検出出力端子（ＤＣＨＧ）の出力電圧は、過放電の非検出時には、Ｌｏｗ（本実施形態では、電池セルＢ１の負極電圧）に設定される一方、過放電の検出時には、Ｈｉｇｈ（電池セルＢ１の負極電圧よりも高い電圧）に設定される。つまり、過放電検出信号は、電池セルＢ１の負極電圧よりも高い電圧値を有する信号である。

そして、セルモニタＩＣ１２１の過放電検出出力端子（ＤＣＨＧ）は、ダイオードＤ２のアノードに接続され、ダイオードＤ２と電流制限用抵抗器Ｒ９とを介して、導体配線１２４に接続されている。

また、セルモニタＩＣ１２２は、第３セル電圧入力端子（Ｖ３）が具備されていないだけで、各端子の機能はセルモニタＩＣ１２１と同様である。
セルモニタＩＣ１２２について説明すると、セルモニタＩＣ１２２の正極側電源端子（ＶＤＤ）には、電池セルＢ７の正極が接続されている。

また、セルモニタＩＣ１２２のグラウンド端子（ＶＳＳ）には、電池セルＢ５の負極と電池セルＢ４の正極とが接続されている。
但し、セルモニタＩＣ１２２の正極側電源端子（ＶＤＤ）とグラウンド端子（ＶＳＳ）との間には、当該セルモニタＩＣ１２２に安定した電力供給を行うためのバイパス用コンデンサＣ６が接続されている。

また、セルモニタＩＣ１２２の第１セル電圧入力端子（Ｖ１）には、抵抗器Ｒ５を介して、電池セルＢ７の負極と電池セルＢ６の正極とが接続されている。
また、セルモニタＩＣ１２２の第２セル電圧入力端子（Ｖ２）には、抵抗器Ｒ４を介して、電池セルＢ６の負極と電池セルＢ５の正極とが接続されている。

但し、セルモニタＩＣ１２２の正極側電源端子（ＶＤＤ）と第１セル電圧入力端子（Ｖ１）との間、第１セル電圧入力端子（Ｖ１）と第２セル電圧入力端子（Ｖ２）との間、第２セル電圧入力端子（Ｖ２）とグラウンド端子（ＶＳＳ）との間にはそれぞれ、コンデンサＣ９，Ｃ８，Ｃ７が順に接続されている。すなわち、コンデンサＣ９単体や、コンデンサＣ７，Ｃ８と抵抗器Ｒ４，Ｒ５とで形成されるローパスフィルタによって、これら入力端子へ流入するノイズを抑制している。

ここで、セルモニタＩＣ１２２の基準電位は、電池セルＢ５の負極の電位に設定されており、導体配線１２４の基準電位とは異なる。このため、セルモニタＩＣ１２２の過充電検出出力端子（ＯＶ）や過放電検出出力端子（ＤＣＨＧ）が、セルモニタＩＣ１２１の過充電検出出力端子（ＯＶ）や過放電検出出力端子（ＤＣＨＧ）と同様に処理されていると、過充電検出出力端子（ＯＶ）や過放電検出出力端子（ＤＣＨＧ）の出力電圧がＬｏｗに設定されても、導体配線１２４に電流が流れてしまう。

そこで、セルモニタＩＣ１２２の過充電検出出力端子（ＯＶ）には、Ｐチャネル型ＦＥＴからなるトランジスタＴｒ１が接続されている。
より具体的には、セルモニタＩＣ１２２の過充電検出出力端子（ＯＶ）は、トランジスタＴｒ１のソースに接続されている。そして、トランジスタＴｒ１のドレインは、ダイオードＤ３のアノードに接続され、ダイオードＤ３と電流制限用抵抗器Ｒ１０とを介して、導体配線１２４に接続されている。また、トランジスタＴｒ１のゲートは、電池セルＢ５の負極に接続されている。

つまり、セルモニタＩＣ１２２の過充電検出出力端子（ＯＶ）の出力電圧がＬｏｗの場合には、トランジスタＴｒ１のゲート−ソース間に電位差が生じず、トランジスタＴｒ１がＯＦＦに設定され、過充電検出出力端子（ＯＶ）と導体配線１２４との間の電気的接続が遮断される。そして、セルモニタＩＣ１２２の過充電検出出力端子（ＯＶ）の出力電圧がＨｉｇｈの場合には、トランジスタＴｒ１のゲート−ソース間に電位差が生じるため、トランジスタＴｒ１がＯＮし、過充電検出出力端子（ＯＶ）と導体配線１２４とが電気的に接続され、セルモニタＩＣ１２２から導体配線１２４へと過充電検出信号が出力される。

一方、セルモニタＩＣ１２２の過放電検出出力端子（ＤＣＨＧ）には、Ｐチャネル型ＦＥＴからなるトランジスタＴｒ２が接続されている。
より具体的には、セルモニタＩＣ１２２の過放電検出出力端子（ＤＣＨＧ）は、トランジスタＴｒ２のソースに接続されている。そして、トランジスタＴｒ２のドレインは、ダイオードＤ４のアノードに接続され、ダイオードＤ４と電流制限用抵抗器Ｒ１１とを介して、導体配線１２４に接続されている。また、トランジスタＴｒ２のゲートは、電池セルＢ５の負極に接続されている。

つまり、セルモニタＩＣ１２２の過放電検出出力端子（ＤＣＨＧ）の出力電圧がＬｏｗの場合には、トランジスタＴｒ２のゲート−ソース間に電位差が生じず、トランジスタＴｒ２がＯＦＦに設定され、過放電検出出力端子（ＤＣＨＧ）と導体配線１２４との間の電気的接続が遮断される。そして、セルモニタＩＣ１２２の過放電検出出力端子（ＤＣＨＧ）の出力電圧がＨｉｇｈの場合には、トランジスタＴｒ２のゲート−ソース間に電位差が生じるため、トランジスタＴｒ２がＯＮし、過放電検出出力端子（ＤＣＨＧ）と導体配線１２４とが電気的に接続され、セルモニタＩＣ１２２から導体配線１２４へと過放電検出信号が出力される。

また、セルモニタＩＣ１２３は、セルモニタＩＣ１２２と全く同様のＩＣである。
セルモニタＩＣ１２３について説明すると、セルモニタＩＣ１２３の正極側電源端子（ＶＤＤ）には、電池セルＢ１０の正極が接続されている。

また、セルモニタＩＣ１２３のグラウンド端子（ＶＳＳ）には、電池セルＢ８の負極が接続されている。
但し、セルモニタＩＣ１２３の正極側電源端子（ＶＤＤ）とグラウンド端子（ＶＳＳ）との間には、当該セルモニタＩＣ１２３に安定した電力供給を行うためのバイパス用コンデンサＣ１０が接続されている。

また、セルモニタＩＣ１２３の第１セル電圧入力端子（Ｖ１）には、抵抗器Ｒ７を介して、電池セルＢ１０の負極と電池セルＢ９の正極とが接続されている。
また、セルモニタＩＣ１２３の第２セル電圧入力端子（Ｖ２）には、抵抗器Ｒ６を介して、電池セルＢ９の負極と電池セルＢ８の正極とが接続されている。

但し、セルモニタＩＣ１２３の正極側電源端子（ＶＤＤ）と第１セル電圧入力端子（Ｖ１）との間、第１セル電圧入力端子（Ｖ１）と第２セル電圧入力端子（Ｖ２）との間、第２セル電圧入力端子（Ｖ２）とグラウンド端子（ＶＳＳ）との間にはそれぞれ、コンデンサＣ１３，Ｃ１２，Ｃ１１が順に接続されている。すなわち、コンデンサＣ１３単体や、コンデンサＣ１２，Ｃ１１と抵抗器Ｒ６，Ｒ７とで形成されるローパスフィルタによって、これら入力端子へ流入するノイズを抑制している。

また、セルモニタＩＣ１２３の基準電位は、電池セルＢ８の負極の電位に設定されており、導体配線１２４の基準電位とは異なる。このため、セルモニタＩＣ１２３の過充電検出出力端子（ＯＶ）や過放電検出出力端子（ＤＣＨＧ）は、セルモニタＩＣ１２２の過充電検出出力端子（ＯＶ）や過放電検出出力端子（ＤＣＨＧ）と同様に処理されている。

すなわち、セルモニタＩＣ１２３の過充電検出出力端子（ＯＶ）には、Ｐチャネル型ＦＥＴからなるトランジスタＴｒ３が接続されている。
より具体的には、セルモニタＩＣ１２３の過充電検出出力端子（ＯＶ）は、トランジスタＴｒ３のソースに接続されている。そして、トランジスタＴｒ３のドレインは、ダイオードＤ５のアノードに接続され、ダイオードＤ５と電流制限用抵抗器Ｒ１２とを介して、導体配線１２４に接続されている。また、トランジスタＴｒ３のゲートは、電池セルＢ８の負極に接続されている。

つまり、セルモニタＩＣ１２３の過充電検出出力端子（ＯＶ）の出力電圧がＬｏｗの場合には、トランジスタＴｒ３のゲート−ソース間に電位差が生じず、トランジスタＴｒ３がＯＦＦに設定され、過充電検出出力端子（ＯＶ）と導体配線１２４との間の電気的接続が遮断される。そして、セルモニタＩＣ１２３の過充電検出出力端子（ＯＶ）の出力電圧がＨｉｇｈの場合には、トランジスタＴｒ３のゲート−ソース間に電位差が生じるため、トランジスタＴｒ３がＯＮし、過充電検出出力端子（ＯＶ）と導体配線１２４とが電気的に接続され、セルモニタＩＣ１２３から導体配線１２４へと過充電検出信号が出力される。

一方、セルモニタＩＣ１２３の過放電検出出力端子（ＤＣＨＧ）には、Ｐチャネル型ＦＥＴからなるトランジスタＴｒ４が接続されている。
より具体的には、セルモニタＩＣ１２３の過放電検出出力端子（ＤＣＨＧ）は、トランジスタＴｒ４のソースに接続されている。そして、トランジスタＴｒ４のドレインは、ダイオードＤ６のアノードに接続され、ダイオードＤ６と電流制限用抵抗器Ｒ１３とを介して、導体配線１２４に接続されている。また、トランジスタＴｒ４のゲートは、電池セルＢ８の負極に接続されている。

つまり、セルモニタＩＣ１２３の過放電検出出力端子（ＤＣＨＧ）の出力電圧がＬｏｗの場合には、トランジスタＴｒ４のゲート−ソース間に電位差が生じず、トランジスタＴｒ４がＯＦＦに設定され、過放電検出出力端子（ＤＣＨＧ）と導体配線１２４との間の電気的接続が遮断される。そして、セルモニタＩＣ１２３の過放電検出出力端子（ＤＣＨＧ）の出力電圧がＨｉｇｈの場合には、トランジスタＴｒ４のゲート−ソース間に電位差が生じるため、トランジスタＴｒ４がＯＮし、過放電検出出力端子（ＤＣＨＧ）と導体配線１２４とが電気的に接続され、セルモニタＩＣ１２３から導体配線１２４へと過放電検出信号が出力される。

また、導体配線１２４は、電流バイパス用抵抗器Ｒ１４と電流制限用抵抗器Ｒ１５とを介して、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタであるトランジスタＴｒ７のコレクタに接続されている。そして、トランジスタＴｒ７のエミッタは、電池セルＢ１の負極に接続されている。

また、導体配線１２４は、ｐｎｐ型バイポーラトランジスタＴｒ５のエミッタに接続されている。トランジスタＴｒ５のエミッタ及びベースは、上述の電流バイパス用抵抗器Ｒ１４を介して相互に接続され、トランジスタＴｒ５のコレクタは、電流制限用抵抗器Ｒ１６と電流バイパス用抵抗器Ｒ１７とを介して電池セルＢ１の負極に接続されている。

また、電池保護回路１２は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと称する）１２５を備えている。
マイコン１２５は、正極側電源端子（ＶＤＤ）と、グラウンド端子（ＶＳＳ）と、エラー入力端子（ＥＲＲＯＲ ＩＮ）と、駆動信号出力端子（ＥＲＲＯＲ ＳＷ）とを備えている。

マイコン１２５の正極側電源端子（ＶＤＤ）は、当該マイコン１２５への電力供給を受けるための入力端子である。そして、この正極側電源端子（ＶＤＤ）は、図示しない電圧レギュレータに接続され、この電圧レギュレータで生成された直流電圧（ＶＣＣ）が印加されている。

また、マイコン１２５のグラウンド端子（ＶＳＳ）は、マイコン１２５の基準電位を設定するための入力端子である。そして、このグラウンド端子（ＶＳＳ）は、電池セルＢ１の負極に接続されている。

但し、マイコン１２５の正極側電源端子（ＶＤＤ）とグラウンド端子（ＶＳＳ）との間には、当該マイコン１２５に安定した電力供給を行うためのバイパス用コンデンサＣ１４が接続されている。

また、マイコン１２５のエラー入力端子（ＥＲＲＯＲ ＩＮ）は、過充電検出信号及び過放電検出信号が出力された旨を検出するための入力端子である。そして、このエラー入力端子（ＥＲＲＯＲ ＩＮ）は、電流制限抵抗器Ｒ２０を介して、上述の電圧レギュレータに接続されているとともに、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタであるトランジスタＴｒ６のコレクタにも接続されている。尚、トランジスタＴｒ６のエミッタは、電池セルＢ１の負極に接続されている一方、トランジスタＴｒ６のベースは、上述の電流バイパス用抵抗器Ｒ１７を介して電池セルＢ１の負極に接続されている。

また、マイコン１２５の駆動信号出力端子（ＥＲＲＯＲ ＳＷ）は、電流制限用抵抗器Ｒ１８と電流バイパス用抵抗器Ｒ１９とを介して、電池セルＢ１の負極に接続されている。また、上述のトランジスタＴｒ７のベースも電流バイパス用抵抗器Ｒ１９を介して、電池セルＢ１の負極に接続されている。尚、マイコン１２５の駆動信号出力端子（ＥＲＲＯＲ ＳＷ）は、電池セルＢ１の負極よりも電位の高い駆動信号を出力し、トランジスタＴｒ７にベース電流を供給する。

以上のように構成された電池保護回路１２では、各電池セルＢ１〜Ｂ１０のいずれにも過充電や過放電が発生していない場合には、マイコン１２５がトランジスタＴｒ７に駆動信号を出力し続けて、トランジスタＴｒ７にベース電流を供給し続ける。

これにより、トランジスタＴｒ７は、ＯＮされ続け、導体配線１２４と電池セルＢ１の負極とが電気的に接続される。
そして、セルモニタＩＣ１２１，１２２，１２３のいずれかが電池セルの過充電もしくは過放電を検出して、過充電検出信号や過放電検出信号を導体配線１２４へ出力すると、これら信号に起因した電流である異常検出電流が電流バイパス用抵抗器Ｒ１４、電流制限用抵抗器Ｒ１５、トランジスタＴｒ７のコレクタ−エミッタ間を介して電池セルＢ１の負極へ流出する。

また、このように異常検出電流が流れたことによって、トランジスタＴｒ５がＯＮされ、異常検出電流がトランジスタＴｒ５のエミッタ−コレクタ間、電流制限用抵抗器Ｒ１６、電流バイパス用抵抗器Ｒ１７を介して、電池セルＢ１の負極へ流出する。

そして、異常検出電流が電流制限用抵抗器Ｒ１６、電流バイパス用抵抗器Ｒ１７を流れたことによりトランジスタＴｒ６がＯＮされ、電圧レギュレータからの電流が電流制限用抵抗器Ｒ２０、トランジスタＴｒ６のコレクタ−エミッタ間を介して電池セルＢ１の負極に流出する。

これにより、マイコン１２５のエラー入力端子（ＥＲＲＯＲ ＩＮ）に印加されていた電圧は、ＨｉｇｈからＬｏｗへ変化し、マイコン１２５は、異常検出電流が流れたことを検出する。

マイコン１２５は、異常検出電流が流れたことを検出すると、駆動信号出力端子（ＥＲＲＯＲ ＳＷ）からの駆動信号の出力を停止し、トランジスタＴｒ７をＯＦＦする。トランジスタＴｒ７をＯＦＦすると、トランジスタＴｒ５，Ｔｒ６もＯＦＦし、導体配線１２４と電池セルＢ１の負極との電気的接続が遮断される。

以上により、電池保護回路１２では、異常検出信号が流れ続けることがなく、過充電検出信号や過放電検出信号の出力に起因して電池セルの電力が無駄に消費されてしまうことを防止できる。

また、電池セルＢ１の負極とは基準電位が異なるセルモニタＩＣ１２２，１２３では、過充電検出信号及び過放電検出信号が出力されるときに、これら信号の出力端子（過充電検出出力端子（ＯＶ）及び過放電検出出力端子（ＤＣＨＧ））が導体配線１２４と電気的に接続される。一方、過充電検出信号及び過放電検出信号が出力されていないときには、これら信号の出力端子と導体配線１２４との電気的な接続は遮断される。このため、電池保護回路１２では、過充電検出信号及び過放電検出信号が出力されていないにも拘わらず、セルモニタＩＣ１２２，１２３の過充電検出出力端子（ＯＶ）や過放電検出出力端子（ＤＣＨＧ）から導体配線１２４へ電流が流出することを防止できる。

より具体的には、電池セルＢ４の正極からセルモニタＩＣ１２２のグラウンド端子（ＶＳＳ）、過充電検出出力端子（ＯＶ）を通って、電池セルＢ１の負極を基準電位とした導体配線１２４へ電流が流出することと、電池セルＢ４の正極からセルモニタＩＣ１２２のグラウンド端子（ＶＳＳ）、過放電検出出力端子（ＤＣＨＧ）を通って、導体配線１２４へ電流が流出することとを防止できる。また、電池セルＢ７の正極からセルモニタＩＣ１２３のグラウンド端子（ＶＳＳ）、過充電検出出力端子（ＯＶ）を通って、導体配線１２４へ電流が流出することと、電池セルＢ７の正極からセルモニタＩＣ１２３のグラウンド端子（ＶＳＳ）、過放電検出出力端子（ＤＣＨＧ）を通って、導体配線１２４へ電流が流出することとを防止できる。

また、ドライバドリル１は、電池パック８を離脱可能に装着できるため、ドライバドリル１の使用者は、電池パック８の異常時に電池パック８を交換するだけで、電池パック８の異常に起因した不具合を容易に解消できる。

尚、本実施形態では、セルモニタＩＣ１２１，１２２，１２３が本発明における電池監視手段に相当し、マイコン１２５と、トランジスタＴｒ５〜Ｔｒ７と、抵抗器Ｒ１４〜Ｒ２０とが本発明における伝送経路遮断手段に相当する。

また、本実施形態では、トランジスタＴｒ７が本発明における経路スイッチング手段に相当し、マイコン１２５が本発明における駆動信号出力手段に相当し、マイコン１２５と、トランジスタＴｒ５，Ｔｒ６と、抵抗器Ｒ１６，Ｒ１７，Ｒ２０とが本発明における作動停止手段に相当する。

また、本実施形態では、セルモニタＩＣ１２２，１２３の過充電検出出力端子（ＯＶ）及び過放電検出出力端子（ＤＣＨＧ）が本発明における出力端子に相当し、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４が本発明における出力スイッチング手段に相当する。

また、本実施形態では、電池パック８が本発明における電池パックに相当し、ドライバドリル１が本発明における電動工具に相当し、電池パック装着部７が本発明における装着手段に相当する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態では、トランジスタＴｒ５〜Ｔｒ７にバイポーラトランジスタを用いたが、バイポーラトランジスタに代えて、ＦＥＴなどの他の形態のスイッチ素子を用いても勿論よい。

また、上記実施形態では、セルモニタＩＣ１２１，１２２，１２３は、電池セルの過充電や過放電を検出したが、電池セルの短絡などといった他の電気的異常を検出してもよい。

また、上記実施形態では、電池保護回路１２にマイコンを用いたが、マイコンに代えて、論理回路やプログラマブル・ロジック・デバイスを用いても勿論よい。
また、上記実施形態では、電池保護回路１２は電池パック８に設けられていたが、ドライバドリル１の本体（例えば、ハンドグリップ５）に設けられていてもよい。または、電池保護回路１２の一部の構成要素（例えばマイコン１２５）がドライバドリル１の本体に設けられ、残りの構成要素が電池パック８に設けられてもよい。

また、上記実施形態では、本発明をリチウムイオン二次電池に適用したが、例えば、リチウムポリマ二次電池やニッケル水素二次電池、マンガン一次電池などといった他の形態の電池に適用しても勿論よい。

また、上記実施形態では、ドライバドリル１は電池パック８を着脱可能に構成されていたが、着脱不能に一体化されていてもよい。
また、上記実施形態では、本発明をドライバドリルに適用したが、例えば電動レンチなどの他の形態の電動工具に適用しても勿論よい。

本発明を適用したドライバドリルの側面図である。 ドライバドリルの本体から電池パックを離脱させた様子を示す側面図である。 電池パックに搭載された一部の電子回路の構成を示す回路図である。

符号の説明

１…ドライバドリル、２…モータハウジング、３…ギアハウジング、４…ドリルチャック、５…ハンドグリップ、６…トリガ、７…電池パック装着部、８…電池パック、１１…電池セル回路、１２…電池保護回路、１１１…正極、１１２…負極、１２１，１２２，１２３…セルモニタＩＣ、１２４…導体配線、１２５…マイコン。

Claims (10)

1. 少なくとも１つの電池から電力を供給され、該少なくとも１つの電池の状態に関して予め決められた異常条件が成立したことを検出すると、予め決められた電圧値を有する異常検出信号を出力する電池監視手段と、
   前記異常検出信号の出力に伴って生じる電流である異常検出電流が前記異常検出信号の伝送経路を流れると、該伝送経路を遮断する伝送経路遮断手段と
   を備えることを特徴とする電池保護装置。
2. 請求項１記載の電池保護装置であって、
   前記異常条件は、
   前記電池の過充電、過放電、短絡のうちの少なくとも１つである
   ことを特徴とする電池保護装置。
3. 請求項１または請求項２記載の電池保護装置であって、
   前記伝送経路は、
   前記少なくとも１つの電池の負極に接続され、
   前記異常検出信号は、
   前記少なくとも１つの電池の負極よりも電位が高いこと
   を特徴とする電池保護装置。
4. 請求項１乃至請求項３いずれか記載の電池保護装置であって、
   前記伝送経路遮断手段は、
   前記伝送経路上で前記異常検出電流を受けて作動する
   ことを特徴とする電池保護装置。
5. 請求項１乃至請求項４いずれか記載の電池保護装置であって、
   前記伝送経路遮断手段は、
   予め決められた電圧値もしくは電流値を有する駆動信号を入力されると、前記伝送経路を導通する経路スイッチング手段と、
   該経路スイッチング手段に前記駆動信号を出力する駆動信号出力手段と、
   前記異常検出電流が前記伝送経路を流れると、前記駆動信号出力手段の作動を停止させる作動停止手段と
   を備えることを特徴とする電池保護装置。
6. 請求項１乃至請求項５いずれか記載の電池保護装置であって、
   前記電池は、複数あるとともに、直列接続され、
   前記伝送経路は、複数の前記電池のうち、負極の電位が最も低い電池の負極に接続され、
   前記電池監視手段は、
   前記異常検出信号を前記伝送経路へ出力するために該伝送経路に接続された出力端子を備え、
   前記伝送経路に接続された前記電池の負極よりも負極の電位が高い前記電池から電力を供給され、当該電池監視手段に電力を供給する前記電池の負極よりも電位の高い前記異常検出信号を前記出力端子から出力する一方、前記異常検出信号の非出力時には、前記出力端子の電位を当該電池監視手段に電力を供給する前記電池の負極の電位に設定し、
   当該電池保護装置は、
   前記異常検出信号が出力されたときに前記出力端子と前記伝送経路とを導通する出力スイッチング手段を備える
   ことを特徴とする電池保護装置。
7. 少なくとも１つの電池と、
   請求項１乃至請求項６いずれか記載の電池保護装置と
   を備えることを特徴とする電池パック。
8. 少なくとも１つの電池を搭載し、該少なくとも１つの電池から供給される電力によって駆動する電動工具であって、
   請求項１乃至請求項６いずれか記載の電池保護装置を備える
   ことを特徴とする電動工具。
9. 電力によって駆動する電動工具であって、
   請求項７記載の電池パックを備える
   ことを特徴とする電動工具。
10. 請求項９記載の電動工具であって、
    前記電池パックを離脱可能に装着する装着手段を備える
    ことを特徴とする電動工具。

Images