JP6115275B2 - 電池パック - Google Patents

Description

この発明は、充電式工具の動力源としての使用可能な電池パックに関し、特に、満充電状態を表示可能な電池パックに関する。

ユーザが充電式工具の動力源として電池パックを使用する場合、充電による待機時間を省略するために複数個の電池パックを用意し、これらを使い回すことで効率良く作業を行っている。こうした充電式の電池パックは見た目では残量が分からないため、残量を表示する機能を備えた電池パックが製造され、実用に供されている。

ところで、こうした残量を表示する機能を備えた電池パックは、通常３段階から４段階程度の表示で電池残量を表示するようになっており、電池残量が３割程度減っていても満充電状態として表示する。このため、ユーザはおおよそでしか満充電状態を判断できないという問題があった。

しかも、電池パックの電圧値に基づいて残量が推定されているので、たとえ表示方法が改善されたとしても、少しの残量の差では検出されないという問題があった。

よって、ユーザが確実に満充電状態で電池パックを使用したい場合には、一度充電器に電池パックを装着し、満充電の表示が出るまで待つ必要があった。

この問題に関し、特許文献１には、バッテリーパックの底面に充電器の係合子と係合してスライドし、バッテリーの使用済み及び充電済みを指示する識別マーカを設けたバッテリーパックの発明が開示されている。このようなバッテリーパックによれば、最後にバッテリーパックを装着した対象が充電器であるか電気機器であるかを識別マーカによって判別できるため、満充電状態であるか否かの推測が可能となる。

特許第３４１６９６２号公報

しかし、上記した特許文献１記載のバッテリーパックでは、バッテリーパックに識別マーカを設けること加えて、充電器及び電気機器に識別マーカとの係合部を設ける必要があり、専用の機構を設けることによるコストアップを避けられないものであった。

また、最後にバッテリーパックを装着した対象が充電器であるか電気機器であるかを識別マーカによって判別するようにしているだけなので、充電器において満充電状態となるまで充電がされたか否かを判別することはできないし、電気機器に接続されていたことが分かったとしても、機器が使用された（通電した）ことの判断はできない。このため、バッテリーパックが満充電状態であるか否かを必ずしも判別することはできなかった。

さらに、満充電状態のものと、例えば一回だけ作動したものとが判別可能であったとしても、一回だけ作動したが実質的には満充電と変わらない物と、３割程度減っているものとの判別ができなければ、やはり、おおよそでしか満充電状態を判断できないという問題は改善できず、使用者の使い勝手を向上させることはできない。

そこで、本発明は、満充電状態を判別するための専用の機構を設けなくても、電池パックが満充電状態であるか否かを判別することができる電池パックを提供することを課題とする。

本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、以下を特徴とする。

（請求項１）
請求項１に記載の発明は、以下の点を特徴とする。
すなわち、請求項１に記載の電池パックは、充放電可能な電池パックであって、前記電池パックの電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部が検出した電圧に関する電圧変動情報を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記電圧変動情報に基づいて前記電池パックの残量を表示する表示部と、を備え、前記電圧変動情報は、前記電池パックの電圧が所定の電圧以下に降下した時間についての情報を含んでおり、前記表示部は、前記時間に基づいて判断された前記電池パックの残量を表示することを特徴とする。

（請求項２）
請求項２に記載の発明は、上記した請求項１記載の発明の特徴点に加え、以下の点を特徴とする。
すなわち、前記電圧変動情報は、前記電池パックの電圧が所定の電圧以下に降下した回数についての情報を含んでおり、前記表示部は、前記回数に基づいて判断された前記電池パックの残量を表示することを特徴とする。

（請求項３）
請求項３に記載の発明は、上記した請求項１又は２記載の発明の特徴点に加え、以下の点を特徴とする。

すなわち、前記電池パックの充電したときに、前記記憶手段に記憶された前記電圧変動情報をリセットすることを特徴とする。

（請求項４）
請求項４に記載の発明は、上記した請求項１〜３のいずれかに記載の発明の特徴点に加え、以下の点を特徴とする。
すなわち、前記電圧変動情報に基づく残量表示と、前記電池パックの電圧値に基づく残量表示を切り替えて表示可能であることを特徴とする。
（請求項５）
請求項５に記載の発明は、上記した請求項１〜４のいずれかに記載の発明の特徴点に加え、以下の点を特徴とする。
すなわち、前記電圧変動情報は、降下した電圧値と降下時間についての情報を含んでいることを特徴とする。

請求項１に記載の発明は上記の通りであり、充電式工具などで使用したときに降下する電圧値を監視して、変動した電圧情報を記憶手段に記憶することで、電池パックの使用量を判別するので、従来の電池パックに内蔵されている電圧検出部を使用して、電池パックの充電状態を記憶させることができる。そして、使用によって発生する電圧の変動を用いて電池使用量を推定するので、定常状態の電圧に差があらわれないような、わずかな残量の違いを表示部に表示することが可能になる。

さらに、電池パック自体が情報を記憶するので、工具から外したり、付け替えたりしても情報が保持されて、正確な表示が可能である。

しかも、ソフト的な制御のみで満充電状態が確認できるので、満充電状態を判別するために特別な機構を設けなくても、確実に電池パックが満充電状態であるか否かを判別することができる。

また、満充電状態の判別が電池パックのみで行えるため、充電器がなくても満充電を判別することができる。しかも、満充電を確認するために一度充電器に電池パックを装着して満充電の表示が出るまで待つ必要もないので、瞬時に満充電を判別することができる。
また、電池パックの電圧が所定の電圧以下に降下した時間に基づいて判断された電池パックの残量を表示するので、作動時間を記憶することで詳細な使用状況を把握することができ、詳細な電池残量を表示部に表示することが可能になる。

また、請求項２に記載の発明は上記の通りであり、電池パックの電圧が所定の電圧以下に降下した回数に基づいて判断された電池パックの残量を表示するので、作動回数を記憶することで詳細な使用状況を把握することができ、詳細な電池残量を表示部に表示することが可能になる。

また、請求項３に記載の発明は上記の通りであり、前記電池パックを充電したときに前記記憶手段に記憶された前記電圧変動情報をリセットする。すなわち、充電によって電池残量が変化し、記憶していた使用量と残量との関連がなくなるので、誤った残量を表示することがなくなる。

また、請求項４に記載の発明は上記の通りであり、前記電圧変動情報に基づく残量表示と、電池パックの電圧値に基づく残量表示とが切り替え可能である。このような態様によれば、例えば、充電器で満充電まで充電されてから使用された場合には電圧変動情報（すなわち使用量）に基づく残量表示を行い、充電器で満充電まで充電されないで使用された場合には（使用量を基にした残量の推測ができないので）電池パックの電圧値に基づく残量表示を行うなどの処理が可能となるので、電池の状態に応じた方法で精度良く残量を推測して表示することができる。

充電式工具に電池パックを取り付けた状態の外観図である。 電池パックの外観図である。 電池パック及び充電式工具の内部機構を示すブロック図である。 電池パックの電池残量の表示例を示す表である。

本発明の実施形態について、図を参照しながら説明する。

本実施形態に係る充電式工具１００及び電池パック１０は、図１に示すように、互いに着脱可能に形成されている。すなわち、充電式工具１００のグリップの下端部には、電池パック１０を取り付けるための取付部１０１が形成されており、グリップの下端面と電池パック１０の上端面とが接触するように電池パック１０を取り付け可能となっている。充電式工具１００は、このように取り付けられた電池パック１０から供給される電力によってモータ１０２を駆動させて作動する。

本実施形態に係る電池パック１０には、図２に示すように、前面に残量表示パネル１１が設けられている。残量表示パネル１１には、電池の残量を表示する表示部１２と、この表示部１２に残量を表示させるために使用される操作部１３と、が設けられている。

表示部１２は、透光性の素材を使用した３つの窓として設けられており、具体的には、左ＬＥＤ窓１２ａ、中ＬＥＤ窓１２ｂ、右ＬＥＤ窓１２ｃの３つの窓が横並びに配設されている。この各窓の背後にはそれぞれ緑と色とに発光する２色ＬＥＤが配設されている。具体的には、左ＬＥＤ窓１２ａ、中ＬＥＤ窓１２ｂ、右ＬＥＤ窓１２ｃのそれぞれに対応して左ＬＥＤ、中ＬＥＤ、右ＬＥＤの３つのＬＥＤが配設されている。これらのＬＥＤが発光すると、その光がＬＥＤ窓を介して外部から視認されるようになっている。

操作部１３は、押下操作可能に設けられており、この操作部１３の背面には制御回路基板２０上のスイッチ（図示せず）が配置されている。ユーザがこの操作部１３を押下操作すると、制御回路基板２０に設けられたスイッチがオンになり、信号を受信した充放電制御部２２（後述）が電池残量を表示する制御を行う。

電池パック１０に内蔵された制御回路基板２０は、特に図示しないが、ＣＰＵを中心に構成され、図３に示すように、不揮発性メモリで構成された記憶手段２３を備えている。また、この制御回路基板２０は、バッテリセル３０の電圧を検出する電圧検出部２４、及び、バッテリセル３０の充放電を制御するための充放電制御部２２を備えている。

電圧検出部２４は、図３に示すように、バッテリセル３０の電圧を検出可能に接続された回路であり、検出した電圧値に係る電圧信号を充放電制御部２２に出力できるように構成されている。

充放電制御部２２は、充電式工具１００や充電器などの外部機器との間でやり取りされる信号の入出力を制御するとともに、電圧検出部２４から出力された電圧信号を受信して、バッテリセル３０の充放電を制御するものである。

例えば、この充放電制御部２２は、充電器からの信号を基に、電池パック１０が充電器に接続されて充電が開始されたことを検知する。なお、充放電制御部２２が充電の開始を検知すると、後述する満充電情報及び電圧変動情報をリセット（具体的には、満充電情報の消去と、電圧変動情報のゼロリセット）する処理を行う。

また、例えば、この充放電制御部２２は、電圧検出部２４が検出したバッテリセル３０の電圧測定結果を基に、電池パック１０が充電器によって満充電となったか否かを判定する。具体的には、充電器によって電池パック１０を充電した場合において、電圧検出部２４が検出する電圧が所定の閾値を超えたときに満充電となったと判定する。そして、満充電となったと判定すると、充放電制御部２２は充電を停止する制御を実行し、かつ、充電が完了した旨をＬＥＤ２４〜２６などを使用してユーザに報知する。

また、充放電制御部２２は、このように電池パック１０が充電器によって満充電となったと判定したときに、満充電まで充電されたことを示す満充電情報を記憶手段２３に記憶させる。具体的には、記憶手段２３に記憶されている満充電情報を示すステータス値を書き換えることで、満充電状態である旨の情報を記憶手段２３に記憶させる。

また、この充放電制御部２２は、電圧検出部２４が検出したバッテリセル３０の電圧測定結果を基に、電池パック１０が充電式工具１００において使用されたと判定することができる。具体的には、充電式工具１００によって電池パック１０を使用した場合において、例えば充電式工具１００のトリガスイッチがオンになってモータ１０２が回転したときには電圧がドロップするため、このバッテリセル３０の電圧降下を電圧検出部２４が検出することで（電圧検出部２４が検出する電圧が特定の閾値よりも下がったことで）、電池パック１０が使用されたことを検知可能となっている。このように充放電制御部２２は、電池パック１０が使用されたことを検知すると、電圧変動情報を記憶手段２３に記憶させる。本実施形態においては、記憶手段２３は、電圧の降下回数に係るカウンタ変数を記憶しており、バッテリセル３０の電圧降下を電圧検出部２４が検出したときに、このカウンタ変数をカウントアップする処理を行う。

ところで、充放電制御部２２は、操作部１３が操作されたときに電池パック１０の残量を推定し、推定した電池パック１０の残量を表示部１２に表示する。本実施形態においては、電池パックの状態に応じて２つの異なる方法のいずれかを使用して残量を推定する。

すなわち、満充電情報が記憶されている場合には、電圧変動情報に基づいて残量を推定し、表示部１２に表示する。例えば、満充電状態からの電圧の降下回数が所定回数に満たない場合には、満充電であることが表示部１２に表示される。なお、厳密に言えば、電圧変動情報を記憶していない状態（電圧の降下回数がゼロの状態）が満充電状態であるが、使用される工具にもよるものの、多くの場合、数回程度の使用では、ほぼ満充電と同等の電池残量であると見なすことができるので、電圧の降下回数が所定回数に満たない場合、操作部１３が操作されると、満充電であることが表示部１２に表示されるようになっている。そして、満充電以外の表示を行う場合でも、電圧の降下回数を基に電池パック１０の使用量を推測し、推測した使用量を基に残量を推測し、表示部１２に表示する。

また、記憶手段２３が満充電情報を記憶していない場合、つまり充電は行われたが、満充電になるまで充電されなかったような場合には、電圧検出部２４が検出したバッテリセル３０の電圧値を基に電池残量を推測し、この推測した電池残量を表示部１２に表示する。

なお、上記した説明では、満充電情報が記憶されている場合には、充電器に接続されて満充電情報がリセットされない限りは、常に電圧の降下回数を基に電池パック１０の使用量を推測することとしている。しかしながら、これに限らず、電圧降下回数が所定の回数に達した時に満充電情報を消去する処理を行い、バッテリセル３０の電圧値に基づく残量表示に切り替えるようにしても良い。このような処理によれば、電池残量が多い場合には使用量ベースで残量検出を行い、電池残量が少ない場合には現在の電圧を基に残量検出を行うことができるので、状態に応じた精度の高い残量検出を行うことができる。

図４は操作部１３が操作されたときの具体的な表示態様を説明するための図である。この図４に示すように、満充電状態において操作部１３が操作されたときには３つのＬＥＤをすべて緑色で点灯させ、推測残量が７０％以上１００％未満の場合において操作部１３が操作されたときには３つのＬＥＤをすべて赤色で点灯させ、推測残量が４０％以上７０
％未満の場合において操作部１３が操作されたときには２つのＬＥＤを赤色で点灯させ、推測残量が１０％以上４０％未満の場合において操作部１３が操作されたときには１つのＬＥＤを赤色で点灯させ、推測残量が０％以上１０％未満の場合において操作部１３が操作されたときには１つのＬＥＤを赤色で点滅させ、推測残量が０％（過放電状態）の場合において操作部１３が操作されたときには３つのＬＥＤをすべて消灯させる制御を行う。

この場合の満充電は、全く使用されなかったものだけでなく、上記したように数回程度使用されたものを含むようにしてもよいし（例えば、図４の表示例で言えば、満充電後の使用回数が所定回数に満たない場合は３つのＬＥＤをすべて緑色で点灯させるようにしてもよい）、完全な満充電状態と数回使用されたほぼ満充電の状態とを区別して表示できるようにしてもよい（例えば、図４の表示例で言えば、満充電後の使用回数が０の場合には３つのＬＥＤをすべて緑色で点灯させ、使用回数が１以上かつ所定回数に満たない場合は１つ又は２つのＬＥＤを緑色で点灯させるようにしてもよい）。更には、このような表示方法を使用者が予め設定できるようにしてもよい。例えば、「満充電後に全く使用されていないもののみを満充電として表示」「満充電後に数回程度使用されたものを含んで満充電として表示」「満充電後に全く使用されていないものと、満充電後に数回程度使用されたものとを区別して表示」などの中から、使用者がどの方法で表示するかを選択して予め設定できるようにしてもよい。

なお、上記した実施形態においては、電圧検出部２４の検出結果によって、電池パック１０が満充電となったかの判定や、電池パック１０が充電式工具１００において使用されたかの判定を行うこととしたが、充電器からの充電完了信号を受信することによって電池パック１０が満充電となったことを判定したり、充電式工具１００からの使用信号を受信することによって電池パック１０が充電式工具１００において使用されたことを判定してもよい。

また、上記した実施形態においては、電圧検出部２４が検出したバッテリセル３０の電圧値を基に電池残量を推測することとしているが、このような方法によらずに電池残量を推測してもよい。例えば、電圧検出部２４が検出したバッテリセル３０の電圧降下を基に電池残量を推測してもよい。すなわち、電池パック１０が充電式工具１００において使用されたときにバッテリセル３０の電圧値が降下することを利用し、降下した電圧値と降下時間とを積算することで電池の使用量を推測し、この使用量を基に電池残量を推測してもよい。

本実施形態によれば、充放電制御部２２は、電池パック１０が充電器によって満充電となったと判定したときには、満充電情報を記憶手段２３に記憶させ、かつ、電池パック１０が充電式工具１００において使用されたと判定したときには、電圧変動情報を記憶手段２３に記憶し、また、記憶手段２３が満充電情報を記憶している状態で操作部１３が操作されたときには、電圧変動情報によって推定された電池残量を表示部１２に表示するので、満充電状態を判別するために特別な機構を設けなくても、確実に電池パック１０が満充電状態であるか否か、あるいはほぼ満充電状態であるか否か、を判別することができる。

また、満充電状態の判別が電池パック１０のみで行えるため、充電器がなくても満充電を判別することができる。しかも、満充電を確認するために一度充電器に電池パック１０を装着して満充電の表示が出るまで待つ必要もないので、瞬時に満充電を判別することができる。

また、前記充放電制御部２２は、電圧検出部２４がバッテリセル３０の電圧変動情報を収集するので、従来の電池パック１０に内蔵されている電圧検出部２４を使用して、電池パック１０の使用状況を把握し、記憶させることができる。

また、前記充放電制御部２２は、前記記憶手段２３が前記満充電情報を記憶していない状態で前記操作部１３が操作されたときには、バッテリセル３０の電圧値を基に電池残量を推測し、この推測した電池残量を前記表示部１２に表示する。

この様に、従来とは異なる残量の推測方法を組み合わせたことにより、従来の電圧値に基づく残量検出方法では判別できない程度の残量差を区別して表示することが可能になった。

よって、ユーザが操作部１３を操作するだけで満充電情報又は電池残量のいずれかが表示部１２に表示されるので、容易に満充電情報を含めた電池パック１０の充電状態を確認することができる。例えば、３段階から４段階程度の表示で電池残量を表示するようになっている従来の表示方法では使用者が判別できなかったような、ほぼ満充電のものと２〜３割程度使用した物との判別も瞬時に行えるようになる。当然、満充電情報以外にも８割充電や５割充電などの充電情報を記憶するようにして、この充電情報と電圧変動情報とを組み合わせることによっても、従来より詳細な残量予測が可能になる。

なお、上記実施例においては、電圧の降下回数をカウントすることで使用量の推定を行っているが、所定電圧以下に降下していた時間を計測し、電圧が降下していた総時間によって使用量を推定しても良いし、降下した電圧値と時間を組み合わせることで推定を行ってもよい。

また、電流値を監視することでも同様の効果を得られるが、従来通りの電圧による残量検知方法と組み合わせる場合、電圧検出手段と電流検出手段の両方が必要になるため、電圧だけで判断できた方が望ましい。

１０ 電池パック
１１ 残量表示パネル
１２ 表示部
１２ａ 左ＬＥＤ窓
１２ｂ 中ＬＥＤ窓
１２ｃ 右ＬＥＤ窓
１３ 操作部
２０ 制御回路基板
２２ 充放電制御部
２３ 記憶手段
２４ 電圧検出部
３０ バッテリセル
１００ 充電式工具
１０１ 取付部
１０２ モータ

Claims (5)

1. 充放電可能な電池パックであって、
   前記電池パックの電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電圧検出部が検出した電圧に関する電圧変動情報を記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶された前記電圧変動情報に基づいて前記電池パックの残量を表示する表示部と、
   を備え、
   前記電圧変動情報は、前記電池パックの電圧が所定の電圧以下に降下した時間についての情報を含んでおり、
   前記表示部は、前記時間に基づいて判断された前記電池パックの残量を表示することを特徴とする、電池パック。
2. 前記電圧変動情報は、前記電池パックの電圧が所定の電圧以下に降下した回数についての情報を含んでおり、
   前記表示部は、前記回数に基づいて判断された前記電池パックの残量を表示することを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
3. 前記電池パックを充電したときに前記記憶手段に記憶された前記電圧変動情報をリセット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. 前記電圧変動情報に基づく残量表示と、前記電池パックの電圧値に基づく残量表示を切り替えて表示可能であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の電池パック。
5. 前記電圧変動情報は、降下した電圧値と降下時間についての情報を含んでいることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の電池パック。

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