JP6060997B2 - 電池パック - Google Patents
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Description
バイメタルを有するサーモスタットと温度の上昇に対して抵抗値が増加する熱感抵抗素子とが並列接続された電流制御素子と、
制御信号によって溶断が制御されるヒューズと、
電池セルのそれぞれの電圧を測定する制御ICとを備えた電池パックであって、
電流制御素子は、複数の電池セルと放電電流の出力端子との間に直列に接続され、
ヒューズは、放電電流の出力端子と別個の放電時に開放とされる充電電流の供給端子と電池セルとの間に挿入され、
制御ICは、電池セルの電圧が過充電検出電圧、大過充電電圧および過放電電圧であることをそれぞれ検出し、過充電検出信号、大過充電検出信号および過放電検出信号を生成し、
マイクロコンピュータは、制御ICと接続され、ヒューズに対する制御信号を出力すると共に、データ通信端子を介して充放電指示用データを電池パックの外部に送信し、
充放電指示用データは、過充電検出信号に基づいて外部の充電装置に対して充電電流の遮断を指示し、過放電検出信号に基づいて外部のアプリケーション機器に対して放電電流の遮断を指示するデータであり、
マイクロコンピュータは大過充電検出信号に基づいてヒューズを溶断させる制御信号を出力し、
通常状態では、サーモスタットのバイメタルを通じて電池セルの放電電流が流れ、
放電電流が電池セルに対してダメージを与えるほど大となる過電流状態では、バイメタルが発熱により湾曲してサーモスタットを流れる電流路が遮断されて熱感抵抗素子を放電電流が流れ、
熱感抵抗素子が発熱すると、熱感抵抗素子の抵抗値が増大し、放電電流が制限または遮断されると共に、熱感抵抗素子の発熱によってバイメタルの湾曲状態が維持されるようにした電池パックである。
<1.第1の実施の形態>
<2.変形例>
なお、以下に説明する実施の形態は、この発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、この発明の範囲は、以下の説明において、特にこの発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
「電動工具の一例」
図1を参照してこの発明に対して適用できる電動工具例えば電動ドライバの一例について概略的に説明する。電動ドライバ1は、本体内にDCモータ等のモータ3が収納されている。モータ3の回転がシャフト4に伝達され、シャフト4によってねじが打ち込まれる。作業者が操作するトリガースイッチ2が設けられている。
図2に示すように、電池パック5が構成される。電池パック5では、二次電池例えばリチウムイオン二次電池の電池セルBT1,BT2,BT3,BT4およびBT5(これらの電池を特に区別する必要がない場合には,電池セルBTと総称する)が直列接続されている。一つの電池当たりの満充電電圧が4.2Vのリチウムイオン電池を用いた場合、この一実施形態の電池パック5の満充電電圧は21Vとなる。
図3に示すように、PTC付サーモスタット12は、可動接点21および固定接点22を有する。可動接点21がバイメタル23の可動端に固定される。バイメタル23の固定端が入力端子24に固定されている。バイメタル23は、熱膨張率が異なる2枚の金属板を貼り合わせたもので、温度が高くなると湾曲する。固定接点22が出力端子25に固定されている。バイメタル23によって、接点21および22を接触、離間させるスイッチの構成は、サーモスタットと称される。入力端子24と接続された導電性の支持板26と、出力端子25と接続された導電性の支持板28との間に、熱感抵抗素子としてのPTC素子27が挟まれている。すなわち、入力端子24および出力端子25間には、バイメタル23を含むサーモスタットを経由する電流路と、PTC素子27を経由する電流路とが並列に接続されている。
電池セルのリード電極、セパレータ等がダメージを受けるのは、過電流の電流値と流れる時間の積で規定される熱量が大きい場合である。電池セルBTにダメージを与えないように過電流を制限するPTC付サーモスタット12の特性は、実際に使用する電池セルの複数のサンプルを使用した測定結果に基づいて決定できる。すなわち、電池セルの多数のサンプルを用意し、各サンプルに対する放電電流値と放電時間とを変化させ、電池セルがダメージを受けたか否かを調べる。好ましくは、複数回の放電を行った後にダメージが調べられる。
(秒)である。曲線31が放電率100%を表している。破線の曲線32の内側の領域41がダメージ無しの領域である。曲線32と破線の曲線33とで挟まれた領域42は、電池セルにダメージが与えられる可能性が存在する領域である。例えば電池セルのセパレータの収縮が発生するセパレータ収縮領域である。曲線33と曲線31とで挟まれた領域43は、電池セルにダメージが与えられる領域である。例えば電池セルのセパレータの溶融が発生するセパレータ溶融領域である。
この発明の一実施の形態では、制御IC11で検出された電圧、電流の測定結果に基づいて、過充電、過放電、または過電流から電池セルBTを保護する保護動作がなされる。図5を参照して過充電に対する保護動作を説明する。例えば電池セルBTの過充電検出電圧が例えば4.2V±0.5Vと定められている。若し、電池セルBT2〜BT5のそれぞれの電圧が4.1Vであり、電池セルBT1の電圧が4.4Vであることが制御IC11によって検出されると、制御IC11の出力によってFET−Q1がオンされる。
以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば過充電、過放電に対する保護のためのスイッチング素子(FET)を電池パック内に設けても良い。また、PTC素子以外に正の温度特性を有する他の素子を使用しても良い。さらに、複数の電池セルは、直列接続以外に並列接続または直並列接続されても良い。
2・・・トリガースイッチ
3・・・モータ
5・・・電池パック
6・・・モータ制御部
11・・・制御IC
12・・・PTC付サーモスタット
14・・・ヒューズ
16・・・マイクロコンピュータ
21・・・可動接点
22・・・固定接点
23・・・バイメタル
27・・・PTC素子
41・・・ダメージ無し領域
42・・・セパレータ収縮領域
43・・・セパレータ溶断領域
BT1〜BT5・・・電池セル
COM・・・データ通信端子
Claims (5)
- 直列に接続された複数の電池セルと、
バイメタルを有するサーモスタットと温度の上昇に対して抵抗値が増加する熱感抵抗素子とが並列接続された電流制御素子と、
制御信号によって溶断が制御されるヒューズと、
上記電池セルのそれぞれの電圧を測定する制御ICとを備えた電池パックであって、
上記電流制御素子は、上記複数の電池セルと放電電流の出力端子との間に直列に接続され、
上記ヒューズは、上記放電電流の出力端子と別個の放電時に開放とされる充電電流の供給端子と上記電池セルとの間に挿入され、
上記制御ICは、電池セルの電圧が過充電検出電圧、大過充電電圧および過放電電圧であることをそれぞれ検出し、過充電検出信号、大過充電検出信号および過放電検出信号を生成し、
マイクロコンピュータは、上記制御ICと接続され、上記ヒューズに対する制御信号を出力すると共に、データ通信端子を介して充放電指示用データを電池パックの外部に送信し、
上記充放電指示用データは、上記過充電検出信号に基づいて外部の充電装置に対して充電電流の遮断を指示し、上記過放電検出信号に基づいて外部のアプリケーション機器に対して放電電流の遮断を指示するデータであり、
上記マイクロコンピュータは上記大過充電検出信号に基づいて上記ヒューズを溶断させる制御信号を出力し、
通常状態では、上記サーモスタットの上記バイメタルを通じて上記電池セルの放電電流が流れ、
上記放電電流が上記電池セルに対してダメージを与えるほど大となる過電流状態では、上記バイメタルが発熱により湾曲して上記サーモスタットを流れる電流路が遮断されて上記熱感抵抗素子を上記放電電流が流れ、
上記熱感抵抗素子が発熱すると、上記熱感抵抗素子の抵抗値が増大し、上記放電電流が制限または遮断されると共に、上記熱感抵抗素子の発熱によって上記バイメタルの湾曲状態が維持されるようにした電池パック。 - 電動工具のモータの電源として使用される請求項1に記載の電池パック。
- 上記電池セルの電圧から安定な直流電圧を形成するレギュレータが設けられている請求項1又は2に記載の電池パック。
- 上記マイクロコンピュータは、消費電力の節減のために、通常状態では、スリープ状態で動作し、上記制御ICからの信号を受けると、スリープ状態から通常動作状態に遷移するようになされている請求項1乃至3のいずれか一に記載の電池パック。
- 上記レギュレータの出力端子および端子GNDの間に、第1のFETおよび第2のFETが挿入され、
上記第1のFETは、上記制御ICが出力する上記過充電検出信号によってオンされ、上記第2のFETは、上記制御ICが出力する上記過放電検出信号によってオンされる請求項3記載の電池パック。
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