JP4933298B2 - 通信システム、電池パック、及び電池パック接続機器 - Google Patents

Description

本発明は、電池を備えるとともにこの電池に直接又は間接的に関連する情報の送受信を行う通信システム、この通信システムを構成する電池パック、及び電池パック接続機器に関する。

従来より、内部に電池を備えた電池パックを装着してこの電池パックからの電力供給を受けて動作する機器として、電池パックとの間で通信を行うものが知られている。送受信される情報としては、例えば、電池パック内の電池の残容量や温度、放電状態など、電池パックから機器側へ送信される情報が主である。

また、繰り返し充電可能な二次電池を内蔵した電池パックにおいては、内部電池（二次電池）を充電する際に電池パックを充電器に接続する。この充電器としても、充電の際に電池パックとの間で通信を行うよう構成されたものが知られている。この場合に送受信される情報としても、電池パック内の電池の温度や充電履歴、内部電池の充電特性データ、充・放電状態など、適切な充電を行うために電池パックから充電器側へ送信される情報が主である。

このように、電池パックとこの電池パックが装着される各種機器との間で通信が行われるよう構成されたシステム（通信システム）においては、通常、電池パック及び各種機器の双方に、電力供給用の正極端子及び負極端子のほかに、通信のための端子或いはコネクタが別途設けられる。そして、この通信用の端子或いはコネクタを介して通信が行われるのが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１には、電池パックに、給電用の正極及び負極の各端子に加えて通信端子を一つ設けると共に、充電アダプタ（充電器）にも、電池パックに対応して正極、負極、通信用の三つの端子を設けてなる充電装置が記載されている。この充電装置では、充電器に電池パックが装着されると、双方の通信端子を介して相互に通信が行われつつ、正極及び負極の各端子を介して充電器から電池パックへの充電が行われる。
特開２０００−２０９７８８号公報

しかしながら、近年、充電機能の高機能化、電池パックを装着して動作する各種機器の高機能化により、相互に送受信すべき情報の種類は増加傾向にあり、これに伴って通信端子の数も増加する傾向にある。

このように、通信用の端子が増加すると、その分、電池パック及びこれが装着される各種機器の大型化、コストアップが避けられなくなる。また、端子数が多くなればなるほど、相互接続される端子間の接触不良の懸念が増加する。接触不良が生じると、通信に異常が生じて適切な充電或いは適切な電力供給が行われなくなるおそれがある。そのため、コストの面、信頼性維持の面からも、端子の数はできる限り少ない方がよい。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、通信専用の端子を設けることなく、電池の正極及び負極に接続される電力供給用の端子を用いて通信を行えるようにすることを目的とする。

本発明者は、電池には、その物理的構成上、電池の種類によって程度の差こそあれ、内部にインダクタンス成分が含まれているということに着目した。通常、安定した電力供給を行うという電池本来の機能から考えれば、電池内部に含まれるインダクタンス成分は不要のものである。しかし本発明者は、発想を転換して、このインダクタンス成分を有効利用することによって通信を行えるとの考えに至った。

即ち、上記課題を解決するためになされた本発明の通信システムは、電池パックと、この電池パックを着脱可能な電池パック接続機器とを備えてなるものである。電池パックは、電池を有すると共に、該電池の正極と接続された電池側正極端子および該電池の負極と接続された電池側負極端子を有する。電池パック接続機器は、電池パックが装着されたときにその電池パックの電池側正極端子と接続される機器側正極端子及び電池パックが装着されたときにその電池パックの電池側負極端子と接続される機器側負極端子を有し、電池パックが装着されることにより、互いに接続された各正極端子及び各負極端子を介して、電池から電力供給を受けて動作する又は電池へ充電用の電力供給を行う。
そして、電池パック及び電池パック接続機器の少なくとも一方に、各正極端子及び各負極端子を介して情報を送信するための送信手段が設けられ、その送信手段が設けられた一方とは異なる他方に、その送信手段によって送信された情報を受信するための受信手段が設けられている。
送信手段は、電池パックに設けられている場合には、電池パックが電池パック接続機器に装着されているときに、送信すべき情報に応じたタイミングで電池の正極と負極の間を導通・遮断することにより該電池の電圧を情報に応じて変化させる電圧変化動作を行うことによって、各正極端子及び各負極端子を介して電池パック接続機器へ情報の送信を行う。また、送信手段は、電池パック接続機器に設けられている場合には、電池パックが電池パック接続機器に装着されているときに、送信すべき情報に応じたタイミングで機器側正極端子と機器側負極端子の間を導通・遮断することにより電池パック内の電池の電圧を変化させる電圧変化動作を行うことによって、各正極端子及び各負極端子を介して電池パックへ情報の送信を行う。
そして、受信手段は、電池パックが電池パック接続機器に装着されているときに、送信手段の電圧変化動作により生じた電池の電圧変化を検出し、該検出した電圧変化に基づいて送信手段からの情報を受信する。

この通信システムでは、送信手段が、送信すべき情報に応じて電池の正極と負極の間を導通・遮断させる。即ち、送信手段が電池パックに設けられている場合には、その電池パック内の電池の正極と負極の間を導通・遮断することにより電池の電圧を変化させる電圧変化動作を行う。また、送信手段が電池パック接続機器に設けられている場合には、その電池パック接続機器の機器側正極端子と機器側負極端子の間を導通・遮断することによって電池パック内の電池の電圧を変化させる電圧変化動作を行う。
この導通・遮断によって、電池の正極から負極へ電流が流れる（或いはその電流が変化する）わけだが、既述の通り、電池にはその内部にインダクタンス成分（寄生インダクタンス）が含まれている。そのため、導通を開始したことにより電流が流れ始める（電流が変化し始める）過渡期においては、電流の変化に応じて電池内部に生じる起電圧（内部インダクタンス成分に起因する起電圧）によって、電池の正極・負極間に電圧変化（詳しくは電圧降下）が生じる。そして受信手段は、送信手段の電圧変化動作により生じた電圧変化を検出する。

つまり、送信手段は、電池の正極・負極間を導通させることにより生じる、電池内部のインダクタンス成分に起因した電圧変化を用いて、情報送信を行う。そして受信手段は、その正極・負極間の電圧変化を検出することで、情報受信を行うのである。

従って、上記のように構成された本発明の通信システムによれば、電池の正極・負極間の電圧変化に基づく通信を行うため、電池パックと電池パック接続機器との間で通信を行うにあたり、電池パックには電池側正極端子と電池側負極端子、電池パック接続機器にはこれらと接続される機器側正極端子及び機器側負極端子があれば十分であり、通信専用の端子を別途設ける必要がない。

なお、本発明の電池は、一つの電池セルからなるものであってもよいし、複数の電池セルからなる組電池として構成されたものであってもよい。後者の場合、組電池全体として一つの電池を構成することとなる。

また、本発明の電池は、一次電池であってもよいし二次電池であってもよい。いずれであっても、物理的構成上、内部のインダクタンス成分を完全にゼロにすることは現実的に不可能であり、どのような電池であれ、わずかではあっても内部インダクタンス成分が含まれている。そのため、その内部インダクタンス成分に起因した電圧変化を生じさせると共にその電圧変化を検出可能な限り、あらゆる種類の電池について本発明を適用することができる。
また、本発明の電池パック接続機器は、例えばよく知られているバッテリチェッカのような、電池パック内の状態（電池の電圧や内部抵抗など）を検査する機器も含むものとする。

送信手段としては、送信すべき情報に応じて電池の電圧を変化させることができる限り種々の構成が考えられるが、例えば、スイッチング素子と、このスイッチング素子をオン・オフするスイッチング制御手段とを備えた構成にするとよい。スイッチング素子は、当該送信手段が電池パックに設けられている場合には、電池の正極と負極の間を導通・遮断するために該正極と負極の間に設けられ、逆に当該送信手段が電池パック接続機器に設けられている場合には機器側正極端子と機器側負極端子の間を導通・遮断するために機器側正極端子と機器側負極端子の間に設けられる。そして、スイッチング制御手段は、送信すべき情報に応じたタイミングでスイッチング素子をオン・オフすることにより、電池の正極と負極の間に、送信すべき情報に応じたタイミングで電圧変化を生じさせる。

上記のように送信手段を構成すれば、スイッチング素子がオンされると電池の正極・負極間が導通し、正極からスイッチング素子を介して負極へ電流が流れる。そのため、その導通開始時には電池内部のインダクタンス成分に起因して電池の電圧が変化する。その後スイッチング素子を一旦オフさせて再びオンさせると、また同じように電池内部のインダクタンス成分に起因して電池の電圧が変化する。この動作を、送信すべき情報に応じたタイミング（回数、時間間隔）で行うことで、送信手段は所望の情報を送信することができる。

従って、上記構成の通信システムによれば、送信手段を簡易的に構成しつつ、確実に電池の電圧を変化させて情報送信を行うことができる。
なお、上記構成の送信手段において、電池の正極と負極との間にスイッチング素子のみが設けられた構成だと、スイッチング素子がオンされると電池の正極・負極間が実質的に短絡されることになる（但しスイッチング素子のオン抵抗が０と仮定した場合）。この短絡は、情報送信のために電池に電圧変化を生じさせることを目的とした極短時間であれば特に問題とはならないが、短絡状態が長くなればなるほど当然ながら電池およびその周辺に悪影響を及ぼす。

そこで、送信手段は更に、スイッチング素子と直列に、電流抑制手段を備えるのが好ましい。即ち、当該送信手段が電池パックに設けられている場合には、電池の正極からスイッチング素子を経て負極に至る通電経路において該スイッチング素子と直列に電流抑制手段を設け、当該送信手段が電池パック接続機器に設けられている場合には機器側正極端子からスイッチング素子を経て機器側負極端子に至る通電経路において該スイッチング素子と直列に電流抑制手段を設ける。この電流抑制手段は、スイッチング素子のオン時に通電経路を流れる電流を抑制するためのものである。この電流抑制手段により、スイッチング素子のオン時間が継続しても、電池の正極・負極が短絡される（或いは短絡時間が必要以上に長くなる）のが防止される。

電流抑制手段としては、例えば、コンデンサを用いるとよい。コンデンサを電流抑制手段としてスイッチング素子と直列に設ければ、スイッチング素子をオンした瞬間は、電池の正極・負極間が短絡状態となって電池の正極からコンデンサ及びスイッチング素子を介して負極へ瞬間的に短絡電流が流れ、電池内部のインダクタンス成分に起因した電池電圧の変化（低下）が生じるものの、その後コンデンサの充電電圧が上昇するのに伴って通電電流は徐々に小さくなる。そのため、導通時に必要以上に電流が流れるのを抑制しつつ、情報送信に必要な電圧変化を確実に発生させることが可能となる。

また更に、このコンデンサと並列に抵抗を接続すれば、スイッチング素子のオン後再びオフさせたときに、この抵抗を介してコンデンサの充電エネルギーを放電させることができる。そのため、次のスイッチング素子のオンに対する備えを迅速に行うことができる。

上記構成の受信手段は、更に、電池の電圧変化を検出する電圧変化検出手段と、この電圧変化検出手段によって検出された電圧変化のうち、送信手段の電圧変化動作によって生じる、予め設定された周波数帯域の電圧変化を抽出するフィルタ手段と、を備え、フィルタ手段により抽出された電圧変化に基づいて情報を取得する構成であるとよい。電圧変化検出手段は、当該受信手段が電池パックに設けられている場合にはその電池パック内の電池の電圧変化を検出し、当該受信手段が電池パック接続機器に設けられている場合には機器側正極端子と機器側負極端子の間の電圧変化を検出することによって電池の電圧変化を検出する。

受信手段をこのように構成することで、電池の正極・負極間に生じる電圧変化のうち、本来検出すべきである、送信手段によって生じた電圧変化を確実に検出できると共に、送信手段の動作以外の要因（例えばノイズ等）によって生じる電圧変化の誤検出を防ぐことができる。

なお、上述した本発明の通信システムは、既述の通り、電池として一次電池及び二次電池のいずれが用いられていてもよいが、例えばリチウムイオン二次電池が用いられている場合に特に有効である。

リチウムイオン二次電池は、その構造上、他の種類の二次電池或いは一次電池に比べて電池内部のインダクタンス成分が大きい。そのため、その比較的大きいインダクタンス成分を利用してより良好に通信を行うことができる。

また、電池パック又は電池パック接続機器のいずれか一方にのみ送信手段を、他方にのみ受信手段を設けるようにした通信システムを構成してもよいが、送信手段及び受信手段が電池パック及び電池パック接続機器の双方に設けられた通信システムを構成してもよい。即ち、この通信システムは、電池パックに設けられた受信手段は、電池パック接続機器に設けられた送信手段から送信された情報を取得し、電池パック接続機器に設けられた受信手段は、電池パックに設けられた送信手段から送信された情報を取得するよう構成されている。

このように構成された通信システムによれば、電池パックから電池パック接続機器への情報送信と、電池パック接続機器から電池パックへの情報送信が共に可能となるため、双方向通信が可能な高性能の通信システムを、通信専用の端子を設けることなく構築することが可能となる。

また、上記課題を解決するためになされた本発明の電池パックは、上述した、電池パック及び電池パック接続機器からなる通信システムを構成するものである。そのため、この電池パックによれば、電池側正極端子及び電池側負極端子のほかに通信用の端子を設けることなく、電池パック接続機器との間で通信を行うことができる。

また、上記課題を解決するためになされた本発明の電池パック接続機器は、上述した、電池パック及び電池パック接続機器からなる通信システムを構成するものである。そのため、この電池パック接続機器によれば、機器側正極端子及び機器側負極端子のほかに通信用の端子を設けることなく、電池パックとの間で通信を行うことができる。

電池パック接続機器は、より具体的には、例えば、電池パックが装着されたときに該電池パックが備える電池への電力供給を行って該電池を充電する充電装置であってもよいし、また例えば、電池パックが装着されたときに該電池パックが備える電池からの電力供給を受けて駆動する電動工具であってもよい。

前者（充電装置）の場合、電池パックと充電装置が共に通信専用の端子を設けることなく相互間の通信が可能となる。そのため、そのような簡易的な構成にて、例えば電池パック内の各種情報を充電装置が取得（受信）する、などの各種通信が可能となる。

また後者（電動工具）の場合、電池パックと電動工具が共に通信専用の端子を設けることなく相互間の通信が可能となる。そのため、そのような簡易的な構成にて、例えば電池パック内の各種情報を電動工具が取得（受信）する、といった各種通信が可能となる。

以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
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６０（図１では図示略。図９参照。）を収容している。
ギアハウジング３は、駆動モータ６０の駆動力をドリルチャック４に伝達するギア機構（図示略）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（図示略）を着脱自在に装着する装着機構（図示略）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するためのトリガスイッチ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、電池パック８の内部構成について、図３に基づいて説明する。図３は、電池パック８の電気的構成を表す説明図である。図３に示すように、本実施形態の電池パック８は、組電池１０と、この組電池１０の正極に接続された正極端子１１と、組電池１０の負極に接続された負極端子１２と、データ受送信回路１３とを備えている。また、図示は省略したものの、組電池１０の温度を検出する温度センサも備えている。

組電池１０は、より詳細には、複数の電池セルが直列接続された構成となっており、駆動モータ６０を駆動するための電圧（本実施形態では１４．４Ｖ）を生成する。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、一つの電池セルが３．６Ｖの直流電圧を生成する。本実施形態では、４つの電池セルが直列接続されることによって一つの組電池１０をなしており、全体として１４．４Ｖの電圧を生成している。そして、この組電池１０の正極は正極端子１１に接続され、負極は、電池パック８のグランド（基準電位）ラインを介して負極端子１２に接続されている。

正極端子１１及び負極端子１２は、組電池１０の電力をドライバドリル１の本体へ供給したり、後述する充電器２０（図４参照）から充電用電力の供給を受けたりするためのものであるが、本実施形態では更に、電池パック８とドライバドリル１との通信及び電池パック８と充電器２０との通信にも用いられる。なお、以下の説明において、この正極端子１１及び負極端子１２をまとめて「電池パック８の給電端子」ともいう。

データ受送信回路１３は、データ送信回路１４と、データ受信回路１５と、マイコン１６とを備えている。
データ送信回路１４は、電池パック８からドライバドリル１の本体或いは充電器２０へ各種データ（情報）を送信するための回路である。送信される情報としては、組電池１０の残容量や温度、充電履歴、充・放電状態、充電特性データなど、種々のものがある。

データ受信回路１５は、ドライバドリル１の本体或いは充電器２０から送信されたデータ（情報）を受信するための回路である。
マイコン１６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、ＥＥＰＲＯＭ等を備えた周知の構成のものであり、電池パック８から外部へのデータ送信及び外部から電池パック８へのデータ受信を制御する。即ち、マイコン１６は、データ送信時には、送信すべきデータに応じてデータ送信回路１４を動作させる。また、データ受信時には、データ受信回路１５にて受信されたデータに基づく各種処理を実行する。なお、電池パック８には、マイコン１６の動作に必要な所定の電源電圧Ｖｃｃを生成する電源回路（図示略）が内蔵されている。マイコン１６は、この電源回路からの電源電圧Ｖｃｃの供給を受けて動作する。

次に、電池パック８内の組電池１０の充電に用いられる充電器２０について、図４に基づいて説明する。図４は、充電器２０の電気的構成を表す説明図である。本実施形態の充電器２０は、電池パック８に内蔵された組電池１０を充電するためのものであり、図４に示すように、正極端子２１と、負極端子２２を備える。なお、以下の説明において、この充電器２０の正極端子２１及び負極端子２２をまとめて「充電器２０の充電端子」ともいう。

電池パック８の充電時に電池パック８を充電器２０に装着すると、充電器２０の充電端子と電池パック８の給電端子が接続される。即ち、充電器２０の正極端子２１と電池パック８の正極端子１１が電気的且つ機械的に接続されると共に、充電器２０の負極端子２２と電池パック８の負極端子１２も電気的且つ機械的に接続される。

充電器２０には、外部から商用交流電源３１（例えばＡＣ１００Ｖ）が入力され、この商用交流電源３１から入力された交流電力は、整流回路２３によって整流される。整流回路２３によって整流された電源電力は、スイッチング（ＳＷ）電源制御回路２４を介して、トランス２５の一次巻線２６に入力される。なお、本実施形態の整流回路２３は、４本のダイオードを用いたブリッジ形全波整流回路として構成されている。

スイッチング電源制御回路２４は、整流回路２３によって整流された電源電力を平滑化する平滑回路や、一次巻線２６の通電電流を増減させるためのＭＯＳトランジスタＱ２のオン・オフを制御するスイッチング制御回路等を備えている。なお、本実施形態のＭＯＳトランジスタＱ２は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。

このスイッチング電源制御回路２４は、ＣＣ／ＣＶ制御部２９からの制御信号に従って動作する。より詳しくは、マイコン３６が充電電力を制御するための指令をＣＣ／ＣＶ制御部２９へ出力する。そしてＣＣ／ＣＶ制御部２９が、このマイコン３６からの指令に基づいて、充電器２０の充電端子からの出力が定電流（ＣＣ）／定電圧（ＣＶ）となるよう、スイッチング電源制御回路２４へ制御信号を出力する。スイッチング電源制御回路２４は、このＣＣ／ＣＶ制御部２９からの制御信号に従って、ＭＯＳトランジスタＱ２をオン・オフ制御するのである。

スイッチング電源制御回路２４によってＭＯＳトランジスタＱ２がオン・オフ制御されると、トランス２５の一次巻線２６に流れる電流が増減する。すると、それに応じた電力が二次巻線２７に出力される。この二次巻線２７に出力された電力は、ダイオードＤ１及びコンデンサＣ１からなる回路によって整流・平滑化される。そして、その整流・平滑化された後の電力である充電電力は、充電許可／停止回路２８を介して、充電器２０の充電端子（正極端子２１及び負極端子２２）から出力される。

充電許可／停止回路２８は、整流用のダイオードＤ１のカソードと正極端子２１との間を導通・遮断するためのスイッチング素子（本実施形態ではＭＯＳＦＥＴ）と、このＭＯＳＦＥＴをオン・オフさせるためにゲートへ印加する駆動信号を生成するゲート駆動回路などを備えたものである。この充電許可／停止回路２８は、マイコン３６からの指令に従って動作する。即ち、マイコン３６から充電許可指令が出力された場合は、充電器２０の充電端子へ充電電力を出力させ、マイコン３６から充電停止指令が出力された場合は、充電器２０の充電端子側への充電電力出力を遮断する。

また、充電器２０は、データ受送信回路３３を備えている。このデータ受送信回路３３は、充電器２０から電池パック８へデータ（情報）を送信すると共に電池パック８から送信されてきたデータ（情報）を受信・処理するためのものであり、ハードウェア的には電池パック８内のデータ受送信回路１３と基本的に同じ構成である。

即ち、充電器２０が備えるデータ受送信回路３３は、電池パック８が備えるデータ受送信回路１３と同様、データ送信回路３４と、データ受信回路３５と、マイコン３６とを備えている。

データ送信回路３４は、充電器２０から電池パック８へ各種データを送信するための回路である。送信されるデータは、後述するように、電池パック８へデータ送信を要求する際に送信するリセットパルスやデータ要求コマンドなどが主なものである。

データ受信回路３５は、電池パック８から送信された各種データを受信するための回路である。
マイコン３６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、ＥＥＰＲＯＭ等を備えた周知の構成のものであり、充電器２０から電池パック８へのデータ送信及び電池パック８から充電器２０へのデータ受信を制御する。即ち、マイコン３６は、データ送信時には、送信すべきデータに応じてデータ送信回路３４を動作させる。また、データ受信時には、データ受信回路３５にて受信されたデータに基づく各種処理を実行する。なお、電池パック８と同様、この充電器２０にも、マイコン３６の動作に必要な所定の電源電圧Ｖｃｃを生成する電源回路（図示略）が内蔵されている。マイコン３６は、この電源回路からの電源電圧Ｖｃｃの供給を受けて動作する。

マイコン３６は、データ送信回路３４、データ受信回路３５の制御を行うほか、充電器２０が備えるその他の各種機能の制御も実行する。即ち、上述したように、充電器２０としての基本的機能である充電電力の制御（ＣＣ／ＣＶ制御部２９への指令出力）や、充電許可／停止回路２８の制御なども行う。

このように構成された充電器２０に、電池パック８を装着すると、電池パック８の給電端子と充電器２０の充電端子が互いに接続され、充電可能な状態となる。この状態において、マイコン３６は、ＲＯＭ（図示略）に格納された充電制御プログラムを実行することにより、ＣＣ／ＣＶ制御部２９および充電許可／停止回路２８へ指令を出力して充電を開始させる。一方、充電制御処理を行う過程で、必要に応じてデータ送信回路３４及びデータ受信回路３５を制御することにより、電池パック８との通信も実行する。充電器２０は、電池パック８と通信を行い、電池パック８における各種情報を取得することで、電池パック８の状態に応じた最適な充電を行うことができる。

具体的には、電池パック８のマイコン１６が備えるＥＥＰＲＯＭ（図示略）に組電池１０の充電特性データ（充電電流、充電電圧等を決定するために用いられるデータ）が記憶されている場合は、充電器２０のマイコン３６は充電時にその充電特性データを電池パック８から取得し、その充電特性データに基づいた充電を行うことができる。また例えば、ＥＥＰＲＯＭに格納されている組電池１０の充電履歴や、図示しない温度センサからの温度情報を取得することにより、これら取得した情報に基づいて最適な方法・時間で充電することができる。このように、充電器２０と電池パック８との通信によって充電器２０が電池パック８から各種情報を取得し、その取得した情報に基づいて充電を行うことにより、電池パック８の寿命（詳しくは組電池１０の寿命）を可能な限り延ばすことが可能となる。

次に、電池パック８に設けられているデータ送信回路１４とデータ受信回路１５、及び充電器２０に設けられているデータ送信回路３４とデータ受信回路３５の具体的回路構成及び本発明のデータ送信方法・受信方法の原理について、図５に基づいて説明する。図５は、データ送信回路とデータ受信回路を表す電気回路図である。図５では、図示のように、電池パック８については組電池１０及びデータ送信回路１４のみ表し、充電器２０についてはデータ受信回路３５のみ表している。以下、この図５に基づいて、電池パック８から充電器２０へデータ送信する方法について説明する。

まず、電池パック８が備える組電池１０には、図示のように、その内部にインダクタンス成分（寄生インダクタンス）Ｌ１が含まれている。このインダクタンス成分は、リチウムイオン二次電池に限らず、他の二次電池や一次電池であっても、物理的構成上、程度の差こそあれ含まれているものである。本実施形態では、組電池１０の内部に含まれているインダクタンス成分Ｌ１を利用して、データ送信を行う。なお、言うまでもないが、図５において組電池１０の内部にインダクタンス成分Ｌ１としてコイルの回路記号が記されているが、これは、組電池１０にインダクタンス成分が含まれていることを視覚的に明示するための等価回路であって、電池セルとは別に別途コイル素子が直列接続されているわけではない。

電池パック８が備えるデータ送信回路１４は、主として、組電池１０の正極と負極との間を導通・遮断するための導通トランジスタＱ１と、この導通トランジスタＱ１のオン時に組電池１０の正極からこの導通トランジスタＱ１を経て負極へ至る通電経路に必要以上に短絡電流が流れないよう、その通電電流を抑制するための電流抑制コンデンサＣ０１とを備える。なお、本実施形態の導通トランジスタＱ１はＮＰＮ形バイポーラトランジスタである。

より詳しくは、電流抑制コンデンサＣ０１は、一端が組電池１０の正極（正極端子１１）に接続され、他端が導通トランジスタＱ１のコレクタに接続されている。また、導通トランジスタＱ１は、エミッタが組電池１０の負極（負極端子１２；グランドライン）に接続され、ベースは抵抗Ｒ０２を介してマイコン１６（図５では図示略）に接続されている。また、電流抑制コンデンサＣ０１と並列に放電抵抗Ｒ０１が接続されており、導通トランジスタＱ１のベース−エミッタ間には抵抗Ｒ０３が接続されている。

このように構成されたデータ送信回路１４において、データ送信が行われない間は導通トランジスタＱ１はオフされたままであるが、データ送信時には、マイコン１６が、送信すべきデータ（情報）に応じたタイミングで導通トランジスタＱ１をオン・オフ制御することで、データ送信を行う。

ここで、本発明のデータ送信の原理、即ち、導通トランジスタＱ１をオン・オフすることにより生じる、電池パック８内の電圧変化について、図６を参照しつつ説明する。図６には、電池パック８について、Ａ点（抵抗Ｒ０２の一端であり、マイコン１６からのデータ入力（データｉｎ）点）の電圧と、Ｃ−Ｂ間の電圧（電流抑制コンデンサＣ０１の充電電圧）と、Ｃ点の電圧が示されている。なお、Ａ点の電圧とは、より詳しくは、グランドラインを基準としたときのＡ点の電位をいい、Ｃ点の電圧とは、より詳しくは、グランドラインを基準としたＣ点の電位（つまり電池パック８の給電端子間の電圧であり、組電池１０の電圧）をいう。

図６に示すように、マイコン１６からの駆動パルスによって、導通トランジスタＱ１がオン・オフされると、これに伴い、組電池１０の正極（正極端子１１）から電流抑制コンデンサＣ０１及び導通トランジスタＱ１を経て負極（負極端子１２）に至る通電経路（以下「通信用通電経路」ともいう）が導通・遮断され、電流抑制コンデンサＣ０１も充・放電される。即ち、マイコン１６から抵抗Ｒ０２を介して導通トランジスタＱ１のベースへハイレベルの駆動パルスが入力されると、導通トランジスタＱ１はオンする（Ａ点参照）。この導通トランジスタＱ１のオンにより、通信用通電経路が導通状態となって、電流抑制コンデンサＣ０１が急速に充電される（Ｃ−Ｂ間参照）。

即ち、導通トランジスタＱ１がオフされていて通信用通電経路に電流が流れていない状態から、導通トランジスタＱ１がオンされて通信用通電経路が導通すると、急に電流が流れ始める（つまり電流抑制コンデンサＣ０１の急速充電が開始される）。そのため、この通信用通電経路の導通開始時には、組電池１０内部のインダクタンス成分Ｌ１の作用によって組電池１０の電圧が瞬間的に低下する（Ｃ点参照）。

ここでいうインダクタンス成分Ｌ１の作用とは、コイル（インダクタンス成分）の電流が変化しようとするとコイルはその電流変化を妨げるような起電力を発生するというものであり、電磁気学の分野において「レンツの法則」としてよく知られているものである。この作用により、導通トランジスタＱ１のオンの瞬間、組電池１０内部のインダクタンス成分Ｌ１を流れる電流の変化に相当する起電圧によって、組電池１０の正極・負極間に電圧降下が起こるのである。

なお、導通トランジスタＱ１がオンした瞬間こそ、通信用通電経路に電流が流れ始めて電流抑制コンデンサＣ０１が急速に充電されるものの、図６に示すようにその充電はごく短時間で完了する。そのため、組電池１０の電圧変化は、導通トランジスタＱ１がオンされた直後に瞬間的に生じる。

また、組電池１０の電圧変化（Ｃ点波形）は、より詳しくは、図６において拡大図として示しているように、導通トランジスタＱ１のオン直後にまず内部インダクタンス成分Ｌ１に起因した電圧降下が瞬間的に生じる。その後、電流抑制コンデンサＣ０１の充電完了に伴って通信用通電経路を流れる電流が急激に減少する。そのため、組電池１０内部のインダクタンス成分Ｌ１にはその電流減少を妨げようとする誘起電圧が発生し、組電池１０の電圧は急激に上昇する。このように、組電池１０の電圧は、導通トランジスタＱ１のオン直後は急激に低下するが、その後は脈動しながら徐々に収束していく。

上記のように導通トランジスタＱ１をオンさせることにより組電池１０に電圧変化を生じさせた後は、マイコン１６が駆動パルスをローレベルにして導通トランジスタＱ１をオフさせる。すると、電流抑制コンデンサＣ０１の充電エネルギーは、放電抵抗Ｒ０１によって放電される。なお、この放電抵抗Ｒ０１の抵抗値は、電流抑制コンデンサＣ０１の充電完了後に通信用通電経路に無駄に電流が流れないよう（つまり組電池１０のエネルギーが無駄に消費されないよう）な値であって、且つ、電流抑制コンデンサＣ０１の充電エネルギーを迅速に放電し得る程度の値である。

このようにして導通トランジスタＱ１がオフされ、電流抑制コンデンサＣ０１の放電が完了すると、再び導通トランジスタＱ１をオンさせて組電池１０に電圧変化を生じさせることが可能な状態となる。この状態において、再びマイコン１６が駆動パルスをハイレベルにして導通トランジスタＱ１をオンさせると、通信用通電経路が導通し、上述したように電流抑制コンデンサＣ０１が瞬間的に充電されると共に組電池１０の電圧が変化する。

データ送信回路１４は、導通トランジスタＱ１をオンさせて組電池１０の電圧を変化させた後、導通トランジスタＱ１を一旦オフさせて電流抑制コンデンサＣ０１を放電させる、という一連の動作（以下「電圧変化動作」ともいう）を１セットとして、この電圧変化動作を送信すべきデータの種類に応じて一又は複数セット繰り返すことで、データの送信を行う。或いは、この電圧変化動作を複数セット繰り返す場合にその繰り返し時間間隔を変えることで、データ送信を行うようにしてもよい。

図６では、時刻ｔ１で駆動パルスをハイレベルにして導通トランジスタＱ１をオンさせた後、時刻ｔ２で一旦駆動パルスをローレベルにし、その後時刻ｔ３で再び駆動パルスをハイレベルにして導通トランジスタＱ１をオンさせた後、時刻ｔ４で一旦駆動パルスをローレベルにし、その後さらに時刻ｔ５で再び駆動パルスをハイレベルにして導通トランジスタＱ１をオンさせる例が示されている。このような動作により、時刻ｔ１，ｔ３，ｔ５でそれぞれ組電池１０の電圧が変化する。

一方、充電器２０に設けられたデータ受信回路３５は、図５に示すように、データ検出回路４１と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４２と、波形整形回路４３とを備えている。
データ検出回路４１は、微分回路として構成されている。即ち、一端が正極端子２１に接続されたコンデンサＣ１１と、一端がこのコンデンサＣ１１の他端に接続され、他端が負極端子２２（グランドライン）に接続された抵抗Ｒ１１とを備える。そして、コンデンサＣ１１と抵抗Ｒ１１の接続点Ｄの電圧が次段のローパスフィルタ４２に入力される。

本実施形態のデータ検出回路４１は、回路構成上は微分回路となっているものの、その出力（Ｄ点波形）は、厳密には入力波形の微分波形ではなく、図６に示すように、入力波形をレベルシフトした形となる。なお、このデータ検出回路４１は、組電池１０の電圧変化の中からデータ送信回路１４の動作によって生じた電圧変化のみを抽出するハイパスフィルタと見なすこともできる。つまり、このデータ検出回路４１は、データ送信回路１４の動作により生じる電圧変化の周波数よりも低い所定の周波数を低域遮断周波数として、その低域遮断周波数より低い周波数成分の通過を阻止するものである。

ローパスフィルタ４２は、データ検出回路４１の出力波形、即ちデータ送信回路１４の動作による組電池１０の電圧変化に応じた波形（図６のＤ点波形参照）の中から、この電圧変化波形の周波数よりも高い周波数帯域の成分をカットするためのものである。このローパスフィルタ４２により、ノイズ等によって生じる組電池１０の電圧変化（データ送信回路１４の動作以外の要因で生じる電圧変化）が誤ってデータ送信回路１４からのデータであると誤検出されるのが防止される。

波形整形回路４３は、ローパスフィルタ４２からの出力信号を整形するものであり、本実施形態では、コンパレータ４４とＤラッチ４５を備えている。ローパスフィルタ４２からの出力信号は、まず、コンパレータ４４にて基準電圧Ｖｒｅｆと比較される。そして、ローパスフィルタからの出力信号が基準電圧Ｖｒｅｆより大きい場合に、コンパレータ４４の出力がハイレベルとなる。本実施形態では、データ送信回路１４の動作によって組電池１０に電圧変化が生じたときに、コンパレータ４４の出力がハイレベルとなるよう、基準電圧Ｖｒｅｆが設定されている。

なお、組電池１０の電圧変化は、既述の通り、導通トランジスタＱ１のオン直後の瞬間的（過渡的）なものである。そのため、導通トランジスタＱ１がオンされて組電池１０に電圧変化が生じた瞬間は、その電圧変化が検出されることによってコンパレータ４４の出力は一時的にハイレベルとなるが、組電池１０の電圧変化は急速に収まるため、コンパレータ４４の出力もそれに伴ってすぐにローレベルとなる。つまり、コンパレータ４４の出力は、データ送信回路１４によって組電池１０に電圧変化が生じる毎に、ごく短時間ハイレベルとなって再びローレベルに戻る。

コンパレータ４４の出力は、Ｄラッチ４５のクロック入力端子（ＣＬ端子）に入力される。また、このＤラッチのデータ入力端子（Ｄ端子）には、出力Ｑ￣が入力される。このような構成により、データ送信回路１４の動作によって組電池１０に電圧変化が生じることによりコンパレータ４４の出力がハイレベルになる毎に（図６においては時刻ｔ１，ｔ３，ｔ５で）、Ｄラッチの出力Ｑはレベル反転する。この出力Ｑがマイコン３６へ入力される。

即ち、図６に示すように、波形整形回路４３の出力波形であるＥ点の波形は、データ送信回路１４の動作によって組電池１０の電圧が変化する時刻ｔ１にてハイレベルに転じ、その後再び組電池１０の電圧が変化する時刻ｔ３にてローレベルに転じ、その後再び組電池１０の電圧が変化する時刻ｔ３にてハイレベルに転じる。

従って、例えばデータ送信回路１４において、組電池１０の電圧変化を周期Ｔで生じさせれば、データ受信回路３５からマイコン３６には、パルス幅Ｔのパルスが周期２Ｔで出力されることになる。そのため、送信すべきデータの種類毎に、組電池１０の電圧変化をどの程度の時間間隔で何回生じさせるかを予め決めておけば、異なる複数種類のデータを確実に送受信することができる。

なお、図５では、電池パック８に設けられたデータ送信回路１４から充電器２０に設けられたデータ受信回路３５へデータ送信される場合を例に挙げて、データ送信回路１４とデータ受信回路３５の構成および相互間のデータ送受信の原理について説明したが、充電器２０に設けられたデータ送信回路３４（図４参照）についても、図５で説明した電池パック８内のデータ送信回路１４と全く同じ構成であり、全く同じようにしてデータ送信を行う。つまり、充電器２０に電池パック８が装着されているときに、充電器２０から電池パック８へデータ送信を行う際は、充電器２０内のデータ送信回路３４が正極端子２１と負極端子２２の間を導通・遮断することにより、電池パック８内の組電池１０の電圧を変化させる。

電池パック８に設けられたデータ受信回路１５（図３参照）についても、図５で説明した充電器２０内のデータ受信回路３５と全く同じ構成であり、全く同じようにしてデータ受信を行う。

ここで、充電器２０と電池パック８との間の通信処理シーケンスの一例を、図７に基づいて説明する。本実施形態では、充電器２０に電池パック８が装着されて電池パック８の給電端子と充電器２０の充電端子が接続されたときに、図７に示す手順でデータ通信が行われる。図７は、充電器２０がデータ要求側、電池パック８がデータ返信側として、充電器２０が充電を行うために必要な各種情報（電池パック８に関する既述の各種情報）を電池パック８へ要求する例を示している。また、図８に、このデータ通信における、電池パック８のデータ受信回路１５からの出力波形および充電器２０のデータ受信回路３５からの出力波形を示す。

充電器２０に電池パック８が装着されると、図７に示すように、データ要求側である充電器２０が電池パック８に対するデータ要求を開始する。具体的には、まず、充電器２０が電池パック８へリセットパルスを送信する。このリセットパルスは、電池パック８で受信されたときにそのデータ受信回路１５からの出力が、図８に示すように一定期間ローレベルとなるパルスである。

電池パック８は、通常はリセットパルス待機状態にあるが、充電器２０からのリセットパルスを受信するとリセットパルス待機状態を解除し、充電器２０へ応答パルスを送信する。この応答パルスは、充電器２０で受信されたときにそのデータ受信回路３５からの出力が、図８に示すような一定期間ローレベルとなるパルス（上記のリセットパルスより短いパルス幅）である。

この電池パック８からの応答パルスを充電器２０が受信すると、充電器２０は、電池パック８へデータ要求コマンドを送信する。このデータ要求コマンドは、電池パック８で受信されたときにそのデータ受信回路１５から要求対象のデータに応じたパルス列となって出力される。図８においてデータ要求コマンドの波形が破線で描かれているのは、要求対象のデータによってパルス列を構成するパルス数やパルス幅が異なるということを示している。

電池パック８は、充電器２０からのデータ要求コマンドを受信すると、要求されたデータ（情報）を送信する。この送信データは、充電器２０で受信されたときにその受信回路３５から受信データに応じたパルス列となって出力される。図８において受信データの波形が破線で描かれているのは、上記のデータ要求コマンド波形と同様、受信データによってパルス列を構成するパルス数やパルス幅が異なるということを示している。

充電器２０は、電池パック８からの送信データを正常に受信すると、電池パック８へ終了コマンドを送信する。この終了コマンドは、図８では破線で示されているが、実際には予め決められた規則で配列されたパルス列である。

電池パック８は、充電器２０からの終了コマンドを受信すると、充電器２０へ応答パルスを送信して、このデータ通信処理を終了する。この応答パルスは、リセットパルス待機状態解除後に充電器２０へ送信した応答パルスと同じものである。充電器２０は、終了コマンドに対して電池パック８から応答パルスが受信されると、このデータ通信処理を終了する。

このように、本実施形態では、データ要求側（図７の例では充電器２０）からのリセットパルス送信に始まって、終了コマンドに対するデータ返信側（図７の例では電池パック８）からの応答パルスを受信するまでが、１回のデータ通信期間となる。なお、データ要求側、返信側ともに、パルス或いはコマンド等の信号を送信した後、規定時間経過後も送信先からの応答・返信がない場合は、通信不成立として一旦その実行中の通信処理を中止する。そして、データ要求側からのリセットパルス送信から再びリトライする。ノイズ等によってデータエラーが発生した場合も、上記同様に通信不成立とし、はじめから（リセットパルス送信から）リトライする。

次に、ドライバドリル１の本体の内部構成について、図９に基づいて説明する。ドライバドリル１の本体内部には、駆動モータ６０を駆動制御するためのモータコントローラ５０が設けられている。図９は、ドライバドリル１本体内のモータコントローラ５０の電気的構成を表す説明図である。モータコントローラ５０は、図９に示すように、正極端子５１と、負極端子５２を備える。なお、以下の説明において、このモータコントローラ５０の正極端子５１及び負極端子５２をまとめて「ドライバドリル１本体の給電端子」ともいう。

ドライバドリル１の使用時に電池パック８をドライバドリル１本体に装着すると、ドライバドリル１本体の給電端子と電池パック８の給電端子が接続される。即ち、モータコントローラ５０の正極端子５１と電池パック８の正極端子１１が電気的且つ機械的に接続されると共に、モータコントローラ５０の負極端子５２と電池パック８の負極端子１２も電気的且つ機械的に接続される。

ドライバドリル１本体には、既述の通り、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６０が設けられている。この駆動モータ６０は、ブラシ付きＤＣモータである。この駆動モータ６０は、一端がトリガスイッチ６を介して正極端子５１へ接続され、他端が駆動トランジスタ５８を介して負極端子５２（グランドライン）へ接続されている。なお、本実施形態の駆動トランジスタ５８は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。これにより、電池パック８が装着された状態においてトリガスイッチ６がオンされると共に駆動トランジスタ５８がオンされると、電池パック８からドライバドリル１本体に電力が供給されて駆動モータ６０に電流が流れ、ドライバドリル１が動作する。

トリガスイッチ６は、より詳しくは、ドライバドリル１本体の使用者が直接操作する引金６２と、この引金６２の引きしろに応じた信号であって駆動モータ６０の回転数を設定するための回転数設定信号を出力するモータ回転数設定部６３とを備えている。モータ回転数設定部６３からの回転数設定信号は、マイコン５６に入力される。

駆動トランジスタ５８は、モータ駆動回路５９によりオン・オフ駆動される。より詳しくは、マイコン５６が、モータ回転数設定部６３からの回転数設定信号に基づき、駆動モータ６０を制御するための指令をモータ駆動回路５９へ出力する。そして、モータ駆動回路５９が、このマイコン５６からの指令に応じたデューティ比にて駆動トランジスタ５８をオン・オフさせる。これにより、駆動モータ６０には引金６２の引きしろに応じた電流が流れ、引きしろに応じた回転数・トルクで駆動モータ６０が回転することになる。

なお、駆動モータ６０と並列に、この駆動モータ６０への通電方向とは逆方向にダイオード６１が接続されている。このダイオード６１は、駆動トランジスタ５８のオフ時に駆動モータ６０の電流を還流させるためのものである。

さらに、このドライバドリル１本体のモータコントローラ５０にも、上述した電池パック８や充電器２０と同様、データ受送信回路５３が設けられている。このデータ受送信回路５３は、ドライバドリル１本体から電池パック８へデータ（情報）を送信すると共に電池パック８から送信されてきたデータ（情報）を受信・処理するためのものであり、ハードウェア的には電池パック８内のデータ受送信回路１３と基本的に同じ構成である。

即ち、ドライバドリル１本体のモータコントローラ５０が備えるデータ受送信回路５３は、電池パック８が備えるデータ受送信回路１３と同様、データ送信回路５４と、データ受信回路５５と、マイコン５６とを備えている。

データ送信回路５４は、ドライバドリル１本体から電池パック８へ各種データを送信するための回路である。送信されるデータは、上述した充電器２０からの送信データと同様、電池パック８へデータ送信を要求する際に送信するリセットパルスやデータ要求コマンドなどが主なものである。

データ受信回路５５は、電池パック８から送信された各種データを受信するための回路である。
マイコン５６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、ＥＥＰＲＯＭ等を備えた周知の構成のものであり、ドライバドリル１本体から電池パック８へのデータ送信及び電池パック８からドライバドリル１本体へのデータ受信を制御する。即ち、マイコン５６は、データ送信時には、送信すべきデータに応じてデータ送信回路５４を動作させる。また、データ受信時には、データ受信回路５５にて受信されたデータに基づく各種処理を実行する。なお、電池パック８と同様、このドライバドリル１本体にも、マイコン５６の動作に必要な所定の電源電圧Ｖｃｃを生成する電源回路（図示略）が内蔵されている。マイコン５６は、この電源回路からの電源電圧Ｖｃｃの供給を受けて動作する。

マイコン５６は、データ送信回路５４、データ受信回路５５の制御を行うほか、ドライバドリル１本体が備えるその他の各種機能の制御も実行する。即ち、上述したように、ドライバドリル１本体の基本的機能である駆動モータ６０の駆動・制御なども行う。

なお、ドライバドリル１本体のモータコントローラ５０に設けられたデータ送信回路５４も、図５で説明した電池パック８内のデータ送信回路１４と全く同じ構成であり、全く同じようにしてデータ送信を行う。つまり、ドライバドリル１の本体に電池パック８が装着されているときに、ドライバドリル１の本体から電池パック８へデータ送信を行う際は、ドライバドリル１本体内のデータ送信回路５４が正極端子５１と負極端子５２の間を導通・遮断することにより、電池パック８内の組電池１０の電圧を変化させる。また、ドライバドリル１の本体に設けられたデータ受信回路５５についても、図５で説明した充電器２０内のデータ受信回路３５と全く同じ構成であり、全く同じようにしてデータ受信を行う。そのため、データ送信回路５４及びデータ受信回路５５の詳細説明は省略する。

但し、ドライバドリル１が使用者によって使用されている期間は、駆動トランジスタ５８が高速スイッチングされることにより駆動モータ６０の通電が制御されるため、電池パック８の給電端子電圧（つまり組電池１０の電圧）は大きく変動する。そのため、ドライバドリル１の使用（駆動モータ６０への通電）による電圧変動とデータ送信回路１４，５４の動作による電圧変動とが確実に切り分けられるよう、データ受信回路１５，５５内の各部（データ検出回路及びローパスフィルタ）を設計する必要がある。或いは、駆動モータ６０の回転中は通信を行わない又は中断するよう設計する必要がある。

また、ドライバドリル１本体に電池パック８が装着されたときも、相互間でデータ通信処理が開始されるが、その通信シーケンスは、図７及び図８に示した充電器２０と電池パック８との通信シーケンスと同様である。

以上詳述したように、本実施形態では、電池パック８と、この電池パック８内の組電池１０を充電する充電器２０と、電池パック８が装着されることでこの電池パック８からの電力供給を受けて動作するドライバドリル１とが、いずれも、データ送信回路及びデータ受信回路を備えている。

そして、データ送信回路は、組電池１０の内部に含まれるインダクタンス成分Ｌ１を利用してデータ送信を行う。即ち、図５で説明したように、導通トランジスタＱ１をオンさせることにより組電池１の正極と負極の間を導通させ、正極から電流抑制コンデンサＣ０１及び導通トランジスタＱ１を介して電流を流すことにより、組電池１０に、その電流変化に応じた電圧変化を生じさせる。より具体的には、図６で説明したように、導通トランジスタＱ１をオフ→オン→オフさせるという一連の動作（電圧変化動作）をデータの種類に応じて所定回数・所定時間間隔で行うことで、所望のデータを送信できる。

データ受信回路は、データ送信回路から送信されたデータ（つまり電圧変化）を検出し、波形整形してマイコンへ出力する。既述の図８は、その波形整形後の波形の一例である。

従って、本実施形態によれば、電池パック８、充電器２０、ドライバドリル１がそれぞれ備えるデータ送信回路１４，３４，５４がデータ送信をする際、上記のように組電池１０に含まれるインダクタンス成分Ｌ１を利用して組電池１０の正極・負極間（電池パック８の正極端子１１と負極端子１２の間）に電圧変化を生じさせることによりデータ送信を行い、データ受信回路はその電圧変化を検出することによりデータ受信を行う。そのため、電池パック８、充電器２０、ドライバドリル１のいずれも、組電池１０の正極及び負極に接続する端子（電池パック８の給電端子、充電器２０の充電端子、ドライバドリル１本体の給電端子）があれば十分であり、別途通信専用の端子を設ける必要がない。

しかも、組電池１０に電圧変化を生じさせるためのデータ送信回路１４，３４，５４としては、電圧変化を生じさせるという目的だけを考えれば、組電池１０の正極・負極間を導通・遮断する導通トランジスタＱ１さえ備えればよい。ただ、導通トランジスタＱ１だけだと、この導通トランジスタＱ１のオン期間中は常時大電流が流れてしまう。そのため、本実施形態では、導通トランジスタＱ１と直列に電流抑制コンデンサＣ０１を接続するようにしている。この電流抑制コンデンサＣ０１により、導通トランジスタＱ１のオン直後には瞬間的に大きい電流が流れて組電池１０の電圧が十分に変化し、その後はその電流抑制コンデンサＣ０１が充電されることによって通電電流がほぼ０（放電抵抗Ｒ０１を介してわずかに流れる）となる。

このように、データ送信回路１４がごく簡易的な構成でありながら、組電池１０の正極・負極間が短絡される（或いは短絡時間が必要以上に長くなる）のを防止でき、しかも組電池１０の電圧を十分に変化させることができ、結果、データ通信を確実に行うことができる。

データ受信回路についても、図５で説明したように、微分回路（ハイパスフィルタ）として構成されたデータ検出回路４１によって組電池１０の電圧変化を検出するようにしているのに加え、その検出信号をさらにローパスフィルタ４２を介して波形整形回路４３へ入力するようにしている。そのため、トータルとして所望の電圧変化（データ送信回路１４の動作により生じた電圧変化）のみを確実に抽出することができ、信頼性の高いデータ通信が可能となる。

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素の対応関係を明らかにする。本実施形態において、組電池１０は本発明の電池に相当し、導通トランジスタＱ１は本発明のスイッチング素子に相当し、マイコン１６，３６，５６はいずれも本発明のスイッチング制御手段に相当し、電流抑制コンデンサＣ０１は本発明の電流抑制手段に相当し、放電抵抗Ｒ０１は本発明の抵抗に相当し、データ検出回路４１は本発明の電圧変化検出手段に相当し、充電器２０は本発明の充電装置に相当し、ドライバドリル１は本発明の電動工具に相当する。また、データ検出回路４１及びローパスフィルタ４２により本発明のフィルタ手段が構成される。

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ものではなく、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、データ送信回路１４，３４，５４を構成する導通トランジスタＱ１（図５参照）としてバイポーラトランジスタを用いたが、これに代えてＭＯＳＦＥＴを用いても良い。

また、同じくデータ送信回路１４，３４，５４を構成する電流抑制コンデンサＣ０１についても、コンデンサではなく抵抗を用いても良い。要するに、図５に示したデータ送信回路１４から電流抑制コンデンサＣ０１及び放電抵抗Ｒ０１を取り除き、代わりに所定抵抗値（放電抵抗Ｒ０１の抵抗値よりも小さい値）の抵抗を接続し、これを電流抑制手段として機能させるのである。このようにコンデンサの代わりに抵抗を用いても、導通トランジスタＱ１がオンされた瞬間は組電池１０の電圧が変化するため、データ通信が可能である。但し、コンデンサを用いる場合に比べ、導通トランジスタＱ１がオンされた瞬間の電流が小さくなるため組電池１０の電圧変化量が小さくなり、しかも、導通期間中は常時所定の電流が流れ続けて電力の無駄が生じる。そのため、上記実施形態のように電流抑制コンデンサＣ０１を用いるのが好ましい。

また、上記実施形態では、電池パック８、充電器２０、ドライバドリル１本体のいずれもデータ送信回路とデータ受信回路の双方を備えたものとして説明したが、これはあくまでも一例であり、データ送信回路又はデータ受信回路のいずれか一方のみを備えて片方向通信を行うような構成であってもよい。

更に、上記実施形態では、組電池１０を構成する二次電池がリチウムイオン二次電池であったが、例えば、組電池１０がリチウムポリマ二次電池やニッケル水素二次電池などといった他の種類の二次電池によって構成されている場合、さらには一次電池で構成されている場合であっても、上記同様、本発明を適用可能である。ただし、一次電池の場合は、通常、充電は行われないため、電池パック８とドライバドリル１本体との組み合わせとなる。

つまり、どのような電池であれ、その物理的構成上、わずかではあっても内部にインダクタンス成分が含まれている。そのため、その内部インダクタンス成分に起因した電圧変化を生じさせると共にその電圧変化を検出することができる限り、あらゆる種類の電池に対して本発明を適用できる。

なお、電池の種類によっては、内部インダクタンス成分が小さくて通信に必要十分な大きさの電圧変化が得られないことも考えられる。そのような場合は、例えば、微小な電圧変化を増幅する回路をデータ受信回路側に設けてもよい。また例えば、組電池１０と直列に別途コイルを接続し、このコイルの性質を利用して十分な大きさの電圧変化を生じさせるようにしてもよい。つまり、電池内部に含まれるインダクタンス成分だけでは不足する分を、別途コイルを接続することで補うのである。

但し、電池パック８から電力供給を受けて動作する機器側からみれば、電源側にコイルが接続されている状態というのはあまり好ましくはない。そのため、可能な限り、別途コイルを接続することなく純粋に電池内部のインダクタンス成分のみを利用して電圧変化を生じさせるようにするのが好ましい。

また、上記実施形態では、データ受信回路１５，３５，５５が、データ検出回路４１及びローパスフィルタ４２によって、給電端子間（或いは充電端子間）の電圧変化のうちデータ送信回路１４，３４，５５の動作によって生じた電圧変化のみを抽出（フィルタリング）するようにしたが、これらデータ検出回路４１及びローパスフィルタ４２によるフィルタリングに代えて（或いはこれに加えて）、波形整形回路４３からの出力信号に対してマイコンが所定のフィルタプログラムを実行することによって所望のデータを抽出するようにしてもよい。

更に、上記実施形態の組電池１０は、電池セルを複数（４つ）直列接続したものとして説明したが、これもあくまでも一例であって、４つに限らないのはもちろん、電池セル一つで所望の電圧をとり出せるのであれば一つの電池セルのみで電池パック８を構成してもよい。

また、上記実施形態では、電池パック８からの電力供給を受けて動作する機器としてドライバドリル１を例に挙げて説明したが、ドライバドリル１はあくまでも一例であり、例えばインパクトレンチ、インパクトドライバ、ハンマドリル、ピンタッカ、バッテリライト、充電式蛍光灯、充電式ラジオなどの、電池パックからの電力供給を受けて動作する機器、あるいは、バッテリチェッカのように電池パック内の電池電圧その他各種情報を取得するよう構成された機器など、電池パックを接続して使用するあらゆる機器に対して本発明を適用できる。

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。 電池パックの電気的構成を表す説明図である。 充電器の電気的構成を表す説明図である。 データ送信回路とデータ受信回路を表す電気回路図である。 データ送信回路とデータ受信回路の動作を説明するための説明図である。 充電器と電池パックとの間の通信処理を表すシーケンス図である。 図７の通信処理における、電池パック及び充電器の各データ受信回路からの出力波形を示す説明図である。 ドライバドリル本体内のモータコントローラの電気的構成を表す説明図である。

１…ドライバドリル、６…トリガスイッチ、７…電池パック装着部、８…電池パック、１０…組電池、１１，２１，５１…正極端子、１２，２２，５２…負極端子、１３，３３，５３…データ受送信回路、１４，３４，５４…データ送信回路、１５，３５，５５…データ受信回路、１６，３６，５６…マイコン、２０…充電器、２３…整流回路、２４…スイッチング電源制御回路、２５…トランス、２６…一次巻線、２７…二次巻線、２８…充電許可／停止回路、２９…ＣＣ／ＣＶ制御部、３１…商用交流電源、４１…データ検出回路、４２…ローパスフィルタ、４３…波形整形回路、４４…コンパレータ、４５…Ｄラッチ、５８…駆動トランジスタ、５９…モータ駆動回路、６０…駆動モータ、６２…引金、６３…モータ回転数設定部、Ｃ０１…電流抑制コンデンサ、Ｌ１…インダクタンス成分、Ｑ１…導通トランジスタ、Ｒ０１…放電抵抗、Ｃ１１，Ｃ１２…コンデンサ、Ｒ１１，Ｒ１２…抵抗

Claims (12)

1. 電池を有すると共に、該電池の正極と接続された電池側正極端子および該電池の負極と接続された電池側負極端子を有する電池パックと、
   前記電池パックを着脱可能であって、前記電池パックが装着されたときにその電池パックの前記電池側正極端子と接続される機器側正極端子及び前記電池パックが装着されたときにその電池パックの前記電池側負極端子と接続される機器側負極端子を有し、前記電池パックが装着されることにより、互いに接続された前記各正極端子及び前記各負極端子を介して、前記電池から電力供給を受けて動作する又は該電池へ充電用の電力供給を行う電池パック接続機器と、
   を備え、
   前記各正極端子及び前記各負極端子を介して情報を送信するために前記電池パック及び前記電池パック接続機器の少なくとも一方に設けられ、前記電池パックが前記電池パック接続機器に装着されているときに、前記電池パックに設けられている場合には送信すべき情報に応じたタイミングで前記電池の正極と負極の間を導通・遮断することにより該電池の電圧を変化させる電圧変化動作を行うことによって、前記電池パック接続機器に設けられている場合には送信すべき情報に応じたタイミングで前記機器側正極端子と前記機器側負極端子の間を導通・遮断することにより前記電池パック内の前記電池の電圧を変化させる電圧変化動作を行うことによって、該各正極端子及び該各負極端子を介して当該一方とは異なる他方へ前記情報の送信を行う送信手段と、
   前記送信手段によって送信された前記情報を受信するために、前記電池パック及び前記電池パック接続機器のうち該送信手段が設けられた一方とは異なる他方に設けられ、前記電池パックが前記電池パック接続機器に装着されているときに、前記送信手段の前記電圧変化動作により生じた前記電池の電圧変化を検出し、該検出した電圧変化に基づいて前記送信手段からの前記情報を受信する受信手段と、
   を備えることを特徴とする通信システム。
2. 請求項１記載の通信システムであって、
   前記送信手段は、
   該送信手段が前記電池パックに設けられている場合には前記電池の正極と負極の間を導通・遮断するために該正極と負極の間に設けられ、該送信手段が前記電池パック接続機器に設けられている場合には前記機器側正極端子と前記機器側負極端子の間を導通・遮断するために該機器側正極端子と該機器側負極端子の間に設けられた、スイッチング素子と、
   前記送信すべき情報に応じたタイミングで前記スイッチング素子をオン・オフすることにより前記電圧変化動作を行うスイッチング制御手段と、
   を備えることを特徴とする通信システム。
3. 請求項２記載の通信システムであって、
   前記送信手段は、
   該送信手段が前記電池パックに設けられている場合には前記電池の正極から前記スイッチング素子を経て負極に至る通電経路において該スイッチング素子と直列に設けられ、該送信手段が前記電池パック接続機器に設けられている場合には前記機器側正極端子から前記スイッチング素子を経て前記機器側負極端子に至る通電経路において該スイッチング素子と直列に設けられ、該スイッチング素子のオン時に該通電経路を流れる電流を抑制するための、電流抑制手段を備える
   ことを特徴とする通信システム。
4. 請求項３記載の通信システムであって、
   前記電流抑制手段はコンデンサである
   ことを特徴とする通信システム。
5. 請求項４記載の通信システムであって、
   前記コンデンサと並列に抵抗が接続されている
   ことを特徴とする通信システム。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の通信システムであって、
   前記受信手段は、
   該受信手段が前記電池パックに設けられている場合には前記電池の電圧変化を検出するための、該受信手段が前記電池パック接続機器に設けられている場合には前記機器側正極端子と前記機器側負極端子の間の電圧変化を検出することによって前記電池の電圧変化を検出するための、電圧変化検出手段と、
   前記電圧変化検出手段により検出された電圧変化のうち、前記送信手段の前記電圧変化動作によって生じる、予め設定された周波数帯域の電圧変化を抽出するフィルタ手段と、
   を備え、前記フィルタ手段により抽出された電圧変化に基づいて前記情報を取得する
   ことを特徴とする通信システム。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の通信システムであって、
   前記電池は、リチウムイオン二次電池である
   ことを特徴とする通信システム。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の通信システムであって、
   前記送信手段及び前記受信手段は、前記電池パック及び前記電池パック接続機器の双方に設けられ、
   前記電池パックに設けられた前記受信手段は、前記電池パック接続機器に設けられた前記送信手段から送信された情報を取得し、前記電池パック接続機器に設けられた前記受信手段は、前記電池パックに設けられた前記送信手段から送信された情報を取得する
   ことを特徴とする通信システム。
9. 請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の通信システムを構成する電池パック。
10. 請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の通信システムを構成する電池パック接続機器。
11. 請求項１０記載の電池パック接続機器であって、
    当該電池パック接続機器は、前記電池パックが装着されたときに該電池パックが備える前記電池への電力供給を行って該電池を充電する充電装置である
    ことを特徴とする電池パック接続機器。
12. 請求項１０記載の電池パック接続機器であって、
    当該電池パック接続機器は、前記電池パックが装着されたときに該電池パックが備える前記電池からの電力供給を受けて駆動する電動工具である
    ことを特徴とする電池パック接続機器。

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