JP6373662B2 - バッテリパック - Google Patents

Description

本発明は、電動工具等の外部負荷に電源供給を行うバッテリパックに関する。

電動工具等の外部負荷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。

特開２０１４−３８８１６号公報

しかしながら、上記のように複数のバッテリブロックを並列接続した場合、バッテリブロック間での充電容量のばらつき等によって、特定のバッテリブロックから他のバッテリブロックへ電流が流れ込み、信頼性が低下するという問題がある。例えば、複数のバッテリブロックの内、特定のバッテリブロックに短絡等の異常が生じているような場合には、そのバッテリブロックを介して、他のバッテリブロックが放電されてしまうという問題がある。

また、複数のバッテリブロックを並列接続した場合、バッテリパック全体の内部抵抗が低くなるので、例えば、電動工具のモータを所定電流で駆動した場合、一つのバッテリブロックから電力供給した場合に比べて、バッテリパックからの出力電圧が低下しなくなる。そして、このようにバッテリパックからの出力電圧が低下しなくなると、高電圧によって大電流が流れやすくなるため、モータが高温になって損傷するなど、信頼性が低下するという問題がある。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、複数のバッテリブロックをケース内に収納可能なバッテリパックにおいて、各バッテリブロックに対する充・放電を安全に実施して、バッテリパックの信頼性を高めることを目的とする。

本発明のバッテリパックは、複数のバッテリブロックと、この複数のバッテリブロックにそれぞれ設けられて、当該バッテリパックに接続される充電器又は外部負荷との通電を遮断する通電遮断部と、充電制御部又は放電制御部とを備える。

そして、充電制御部又は放電制御部は、バッテリブロックへの充電開始時又はバッテリブロックからの放電開始時に、状態検出部から得られる各バッテリブロックの状態に基づき、複数のバッテリブロックの中から充電又は放電を行うバッテリブロックを１つ選択し、その選択したバッテリブロックの通電遮断部を導通させる。

このため、本発明によれば、バッテリパック内の複数のバッテリブロックが同時に充電若しくは放電されるのを防止し、充電又は放電時に、バッテリ電圧が高いバッテリブロックからバッテリ電圧が低いバッテリブロックへと電流が流れるのを防止できる。

また、外部負荷への放電時に、バッテリブロック同士が並列接続されることにより、バッテリパック全体の内部抵抗が低くなって、バッテリパックから外部負荷への出力電圧が高くなり、外部負荷を劣化させてしまうのを防止できる。

よって、本発明によれば、複数のバッテリブロックを備えたバッテリパックの信頼性を向上できる。
ここで、充電制御部又は放電制御部は、選択したバッテリブロックに対する充電又は放電開始後、各バッテリブロックの残容量の差が許容範囲以上になると、通電遮断部を導通させて充電又は放電を行うバッテリブロックを切り替えるようにしてもよい。

このようにすれば、各バッテリブロックの残容量の差が許容範囲を超えることのないよう、各バッテリブロックをバランスよく充電又は放電させることができる。
なお、この場合、バッテリブロックへの充電時には、各バッテリブロックの残容量として、各バッテリブロックの満充電時を１００％とする相対容量を利用するとよく、バッテリブロックからの放電時には、各バッテリブロックの実容量を利用するとよい。

また、例えば、充電時に、バッテリブロックが満充電状態であったり、バッテリブロックに異常が生じているときには、そのバッテリブロックへの充電は禁止すべきである。また、放電時に、バッテリブロックの残容量が少ないときや、バッテリブロックに異常が生じているときには、そのバッテリブロックからの放電は禁止すべきである。

そこで、充電制御部又は放電制御部において、通電遮断部を導通させて充電又は放電を行うバッテリブロックを切り替えるときには、切り替え先のバッテリブロックが充電又は放電を実施可能であるか否かを判断して、充電又は放電が可能でなければ、バッテリブロックの切り替えを禁止するようにしてもよい。

このようにすれば、充電又は放電を行うバッテリブロックの切り替えによって、バッテリブロックへの充電又は放電を正常に実施できなくなるのを防止し、バッテリパックへの充電時又は放電時の安全性を向上できる。

また、放電制御部が、放電を行うバッテリブロックを切り替える際には、現在選択中のバッテリブロックからの放電経路に通電遮断部として設けられた第１の放電スイッチをオン状態に保持した状態で、切り替え先のバッテリブロックからの放電経路に通電遮断部として設けられた第２の放電スイッチをオン状態にし、その後、第１の放電スイッチをオフ状態に切り替えるようにしてもよい。

このようにすれば、外部負荷への放電を実施するバッテリブロックを切り替えるときに、現在選択中のバッテリブロックの放電経路と、切り替え先のバッテリブロックの放電経路とが同時に遮断されて、外部負荷への電源供給が一時的に停止（所謂、瞬断）するのを防止できる。

なお、この場合、第１の放電スイッチと第２の放電スイッチとが一時的に同時にオン状態となるため、バッテリブロックの電圧差により、片方のバッテリブロックから他方のバッテリブロックへ流れ込みが生じることが考えられる。しかしながら、電源の瞬断を防止するには、双方のスイッチがオン状態となる時間を非常に短い時間に設定すればよいため、バッテリブロックを劣化させることなく、切り替えができる。

ところで、放電を行うバッテリブロックを、各バッテリブロックの残容量だけで切り替えるようにすると、放電中のバッテリブロックの残容量が少なくなったときに、バッテリブロックから外部負荷への出力電圧が急激に低下し、このときにバッテリブロックを切り替えることになる。

この場合、切り替え前後の出力電圧が大きく変化し、電動機器の動作（例えば、モータの回転）が不安定になり、作業性を損ねることが考えられる。
そこで、放電制御部は、選択中のバッテリブロックから外部負荷へ放電しているときに、選択中のバッテリブロックのバッテリ電圧と放電電流とに基づき、そのバッテリブロックの無負荷電圧を推定し、その無負荷電圧が他のバッテリブロックよりも低くなったときに、放電に使用するバッテリブロックを切り替えるようにしてもよい。

つまり、このようにすれば、バッテリパックからの放電完了前に出力電圧が大きく変化するのを防止できる。このため、外部負荷を最後まで安定して駆動できるバッテリパックを提供できる。

また、外部負荷への放電電流の電流値や出力電圧の変化量が大きいときに（換言すれば外部負荷の消費電力が大きいときに）、外部負荷に対し放電を行うバッテリブロックを切り替えると、外部負荷への電力供給が不安定となって、外部負荷を良好に駆動できなくなることが考えられる。

そこで、放電制御部は、選択中のバッテリブロックから外部負荷へ放電しているときに、外部負荷への放電電流の電流値若しくは外部負荷への出力電圧の変化量がしきい値以上であれば、外部負荷へ放電を行うバッテリブロックの切り替えを禁止するようにしてもよい。

つまり、外部負荷への放電電流や出力電圧の変化量が大きいときには、外部負荷へ放電を行うバッテリブロックの切り替えを禁止することで、外部負荷への電力供給を安定して行うことができるようになる。

次に、バッテリパックには、外部負荷への放電中に、バッテリブロック毎に設定されている過負荷カウンタを、各バッテリブロックから流れる放電電流に応じて加算することで、各バッテリブロックの負荷状態を監視する負荷状態監視部を設けてもよい。

そして、この場合、放電制御部は、負荷状態監視部にて加算される過負荷カウンタの内、外部負荷への放電用として選択しているバッテリブロックの過負荷カウンタが、当該バッテリブロックの過負荷状態を表すカウント値に達すると、当該バッテリブロックから外部負荷への放電を禁止するようにしてもよい。

つまり、このようにすれば、外部負荷への放電用として選択しているバッテリパックが過負荷状態になったときに、そのバッテリパックから外部負荷への放電が禁止されることになるので、その放電によりバッテリパックが劣化するのを防止することができる。

また、この場合、放電制御部は、外部負荷への放電用として選択しているバッテリブロックの過負荷カウンタが前記過負荷状態を表すカウント値に達すると、他のバッテリブロックの過負荷カウンタが、放電可能なカウント値であるか否かを判定するようにしてもよい。

そして、その判定により、他のバッテリブロックの過負荷カウンタが放電可能なカウント値であれば、外部負荷への放電を行うバッテリブロックを、他のバッテリブロックに切り替えるようにする。

放電制御部をこのように構成すれば、放電中のバッテリブロックが過負荷状態となったときに、他のバッテリブロックを利用して、外部負荷への放電を継続できるようになる。つまり、この場合、各バッテリブロックを劣化させることなく、外部負荷に安定して電力供給を行うことができるようになる。

また、バッテリブロックから外部負荷への放電を禁止した際、放電禁止期間に応じて、そのバッテリブロックの過負荷カウンタを減算するか、或いは、過負荷カウンタをクリアするようにすれば、放電を禁止したバッテリブロックから外部負荷への放電を実施できるようになる。このため、上記のように放電に用いるバッテリブロックを切り替えることで、バッテリパックから外部負荷へ電力供給可能な時間を長くすることができる。

次に、各バッテリブロックから外部負荷へ放電を行う放電経路には、通電遮断部としての放電スイッチを設け、更に、その放電スイッチに対し直列に、外部負荷への放電電流の電流方向を順方向とする整流素子を設けるようにしてもよい。

このようにすれば、複数のバッテリブロックの一つが外部負荷への放電用として選択されて、その放電経路に通電遮断部として設けられた放電スイッチがオン状態になったときに、その選択されたバッテリブロックから他のバッテリブロックに電流が流れ込むのを、整流素子によって防止できる。

またこの場合、整流素子に対し並列にスイッチング素子を設け、更に、外部負荷への放電電流を検出して、放電電流が流れているときにスイッチング素子を導通させる放電検出部を設けるようにしてもよい。

つまり、このようにすれば、選択されたバッテリブロックの放電スイッチがオン状態になって、そのバッテリブロックから外部負荷へ向けて放電電流が流れた際には、その旨が放電検出部にて検出されて、スイッチング素子がオン状態に切り換えられることになる。このため、整流素子に大電流が流れるのを防止し、整流素子が劣化するのを防止できる。

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充電制御処理を表すフローチャートである。 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。 図６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。 充電時の各ブロックのバッテリ電圧及び充電電流の変化を表すタイムチャートである。 放電時の出力電圧の変化を表すタイムチャートである。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
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、２に示すように、バッテリパック２は、２つのバッテリブロック（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、ケース４の側壁（図１では手前側）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。

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、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。

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。

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、逆流防止ＦＥＴ６４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。

次に、充放電制御部４８は、ＭＣＵ(Micro Control Unit)にて構成されており、充放電部１６、１８内のバッテリ制御部６８を介して、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。
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。

図５に示すように、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、充電制御処理を実行する。
この充電制御処理では、まずＳ１００にて、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。そして、続くＳ１１０では、各ブロック１０、２０のバッテリ制御部６８から、バッテリ１２、２２の両端電圧（つまりバッテリ電圧）を取得し、Ｓ１２０に移行する。

Ｓ１２０では、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、最初に充電を開始すべきブロックを選択する。
つまり、本実施形態では、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とを同時に充電するのではなく、これら各ブロック１０、２０のバッテリ１２、２２を交互に充電する。

このため、Ｓ１２０では、２つのブロック１０、２０の内、例えば、バッテリ電圧が低い方を、充電ブロックとして選択する。
次に、Ｓ１３０では、Ｓ１２０にて充電ブロックとして選択したブロック（以下、選択ブロックという）１０又は２０のバッテリ制御部６８に対し、充電ＦＥＴ５２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の充電ＦＥＴ５２をオンさせる。

また、続くＳ１４０では、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２を動作させることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２から充電電圧を出力させる。この結果、選択ブロックのバッテリ１２又は２２への充電が開始されることになる。

なお、充放電制御部４８は、バッテリ１２、２２への充電時、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２からの出力（電流・電圧）を制御することで、選択ブロックのバッテリ１２又は２２に対しＣＣ−ＣＶ充電（定電流定電圧充電）を行う。

このように、Ｓ１４０にてＤＣ／ＤＣコンバータ４２を動作させて、選択ブロックのバッテリ１２又は２２への充電を開始すると、Ｓ１５０にて、充電中のバッテリ１２又は２２は満充電状態になったか否かを判断する。

そして、充電中のバッテリ１２又は２２は満充電状態でなければ、Ｓ１６０に移行して、現在充電中のバッテリ１２又は２２の残容量Ａが、充電していない非選択ブロックのバッテリ２２又は１２の残容量Ｂよりも所定値以上大きいか否か（換言すれば、残容量の差（Ａ−Ｂ）が所定値以上になったか否か）を判断する。

なお、この判断には、各バッテリ１２、２２の絶対容量ではなく、後述のＳ２００にて、前回各バッテリ１２、２２が満充電状態となったときに記憶したバッテリ容量を１００％とする相対容量が使用される。

これは、充電中のバッテリの相対容量の計算方法によって算出された残容量が、他のバッテリの相対容量の計算方法によって算出された残容量よりも所定値以上大きくなったことを検出して、充電するバッテリを切り替えることで、各ブロック１０、２０のバッテリ１２、２２が略同時に満充電となって、充電制御を完了できるようにするためである。

Ｓ１６０にて、各ブロック１０、２０のバッテリ１２、２２の相対容量の差は所定値以上になったと判断されると、Ｓ１７０に移行し、そうでなければ、再度Ｓ１５０に移行する。

Ｓ１７０では、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２の動作を停止（オフ）させることにより、現在充電中のバッテリ１２又は２２への充電を停止させる。そして、続くＳ１８０では、充電ブロックを今まで充電していなかった非選択ブロックに変更することで、選択ブロックを切り替え、再度Ｓ１４０に移行する。

次に、Ｓ１５０にて、充電中のバッテリ１２又は２２は満充電状態になったと判断されると、Ｓ１９０に移行して、今回満充電状態になった選択ブロックのバッテリ１２又は２２に加え、非選択ブロックのバッテリ２２又は１２も満充電状態になっているか否かを判断する。

そして、２つのブロック１０、２０のバッテリ１２、２２が共に満充電状態になっていれば、今回の充電は完了したと判断して、Ｓ２００に移行し、非選択ブロックのバッテリ２２又は１２は未だ満充電状態になっていなければ、Ｓ１７０に移行する。

次に、Ｓ２００では、Ｓ１６０での相対容量の比較のために、各ブロック１０、２０のバッテリ１２、２２の現在の充電容量（換言すれば満充電時の充電容量）を記憶し、Ｓ２１０に移行する。なお、充電容量は、既知の容量から充電を開始し、満充電状態になるまでの間の充電電流値を積算して得ることができる。

Ｓ２１０では、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２の動作を停止（オフ）させることにより、選択ブロックのバッテリ１２又は２２への充電を停止させる。
また、続くＳ２２０では、選択ブロック１０又は２０のバッテリ制御部６８に対し、充電ＦＥＴ５２をオフさせる指令を送信することで、選択ブロック１０又は２０の充電ＦＥＴ５２をオフさせる。

そして、最後に、Ｓ２３０にて、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をスリープ状態にし、当該充電制御処理を終了する。なお、充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、図８に示すように、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、図６に示すように、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、放電制御処理を実行する。
この充電制御処理では、まずＳ３１０にて、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を起動し、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７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、放電ブロックを切り替え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、放電ブロックを切り替え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をオン状態に切り替え、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。

非選択ブロックの放電ＦＥＴ６２をオン状態にした瞬間、選択ブロックの放電ＦＥＴ６２もオンしている。そのため、バッテリブロックの電圧差により、片方のバッテリブロックから他方のバッテリブロックへ流れ込みが生じることが考えられる。しかしながら、この双方の放電ＦＥＴ６２がオン状態である時間は非常に短いため、バッテリブロックを劣化させることなく、切り替えができる。

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）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、図９に示すように、バッテリ１２、２２の残容量が少なくなると、バッテリパック２からの出力電圧が急激に低下し、このときに放電ブロックを切り替えると、出力電圧が大きく変化するからである。

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、バッテリパック２からの出力電圧が大きく変化するのを防止し、外部負荷を安定して駆動できるようにしている。

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、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をスリープ状態にし、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、図８に示すように、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。

以上説明したように、本実施形態のバッテリパック２には、第１ブロック１０と第２ブロックとの２つのバッテリブロックに分けて、バッテリ１２、２２が設けられている。
そして、各バッテリ１２、２２への充電及び放電は、各バッテリ１２、２２の充電経路及び放電経路に設けられた充電ＦＥＴ５２若しくは放電ＦＥＴ６２を交互に駆動することで、ブロック毎に実施される。

また、各バッテリ１２、２２の充電経路及び放電経路には、それぞれ、逆流防止ダイオード５４及び逆流防止ＦＥＴ６４が設けられている。
このため、本実施形態のバッテリパック２によれば、各ブロック１０、２０のバッテリ１２、２２が同時に充電又は放電されるのを防止し、充電時若しくは放電時に、バッテリ電圧が高いブロックからバッテリ電圧が低いブロックへと電流が流れるのを防止できる。

また、放電時に各ブロック１０、２０のバッテリ１２、２２が並列接続されることがない、または、切り替え時に瞬間的に並列接続されるだけなので、その並列接続によりバッテリパック２全体の内部抵抗が低くなって、外部負荷への出力電圧が高くなり、外部負荷を劣化させてしまうのを防止できる。

また、充電時には、充電中のバッテリの残容量（相対容量）が他方のバッテリよりも所定値以上大きくなったときに、充電するバッテリを変更する。このため、バッテリ１２、２２への充電時には、図８に例示するように、両バッテリ１２、２２が略同時に満充電となるよう、各バッテリ１２、２２をバランスよく交互に充電することができる。

また、充電するバッテリを変更する際には、最初にＤＣ／ＤＣコンバータ４２の動作を停止させることから、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２の動作中に充電電流の出力経路が遮断されて、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２の出力側に高電圧が発生するのを防止できる。

一方、外部負荷への放電時には、放電中のバッテリの残容量（絶対容量）が他方のバッテリよりも所定値以上低くなったときに、放電するバッテリを変更する。このため、外部負荷への放電時には、図９に例示するように、各バッテリ１２、２２からの放電が略同時に終了するよう、各バッテリ１２、２２をバランスよく交互に放電させることができる。

また、放電時には、放電中のバッテリの無負荷電圧を推定し、その無負荷電圧が他のバッテリの無負荷電圧よりも所定値以上小さくなったときにも、放電に用いるバッテリを変更する。このため、バッテリ１２、２２の残容量が少ないときに、バッテリパック２からの出力電圧が大きく変化するのを防止し、外部負荷を最後まで安定して駆動することが可能となる。

また、放電に用いるバッテリを変更する際には、放電中のバッテリの放電ＦＥＴ６２をオン状態に保持した状態で、他方のバッテリの放電ＦＥＴ６２をオン状態に切り替え、その後、今まで放電していたバッテリの放電ＦＥＴ６２の放電ＦＥＴ６２をオフ状態に切り替える。

このため、放電に用いるバッテリを変更する際に、２つのバッテリ１２、２２からの放電経路が同時に遮断されて、外部負荷への電源供給が一時的に停止（所謂、瞬断）するのを防止できる。

また本実施形態では、各ブロック１０、２０に設けたバッテリ制御部６８により、各バッテリ１２、２２の状態を監視し、放電対象となるバッテリが、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は、そのバッテリからの放電を禁止する。このため、各バッテリ１２、２２を、これらの異常状態から保護し、安全性を向上できる。

また、バッテリから外部負荷への放電時には、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ある場合には、放電に用いるバッテリを変更するのを禁止する。

このため、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とき、放電に用いるバッテリを変更することで、外部負荷への電力供給が不安定となり、外部負荷の運転に影響を与えるのを防止できる。

なお、本実施形態において、各ブロック１０、２０の充放電部１６、２６に設けられた充電ＦＥＴ５２及び放電ＦＥＴ６２は、本発明の通電遮断部に相当し、バッテリ制御部６８は、本発明の状態検出部に相当し、充放電制御部４８は、本発明の充電制御部及び放電制御部に相当する。

以上、本発明の一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内にて種々の態様をとることができる。
例えば、上記実施形態では、放電ＦＥＴ６２に対し直列に逆流防止ＦＥＴ６４を設け、逆流防止ＦＥＴ６４の寄生ダイオード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ものとして説明した。

これに対し、逆流防止ＦＥＴ６４に代えて、外部負荷への放電電流の電流方向を順方向とする整流素子（ダイオード等）を設けるようにしてもよい。
そしてこの場合、整流素子には、ＦＥＴ等のスイッチング素子を並列に接続し、放電電流が流れた際に、放電検出部６６にて、そのスイッチング素子をオンするようにするとよい。

つまり、このようにすれば、上記実施形態の逆流防止ＦＥＴ６４と同様、放電検出部６６にてスイッチング素子をオンさせることで、整流素子（上記実施形態では寄生ダイオード６５）に大電流が流れるのを防止し、整流素子（寄生ダイオード６５）を放電電流から保護することができる。

また、上記実施形態では、各ブロック１０、２０のバッテリ１２、２２の過負荷状態を検出するために、放電電流に基づき、過負荷カウンタを加減算するものとして説明したが、例えば、過負荷カウンタは、放電電流がしきい値以上であるときにカウントアップ（加算）し、バッテリパック２から外部負荷への放電が終了したときに、クリアするようにしてもよい。

また、上記実施形態では、バッテリ１２、２２は、２つのブロック１０、２０に分けられ、ブロック１０、２０毎に設けられた充放電部１６、２６を介して、充電及び放電されるものとしたが、バッテリのブロック数は、３以上であってもよい。なお、バッテリを３ブロック以上に分けた場合、各ブロックには上記実施形態と同様、充放電部を設けるとよい。

２…バッテリパック、４…ケース、５…電源コード、６…メインＳＷ、７…充電用コネクタ、８…ＡＣプラグ、９…ＡＣ／ＤＣ変換器（充電用アダプタ）、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、２４…支持部材、２６…充放電部、３０…セル、４０…回路基板、４２…ＤＣ／ＤＣコンバータ、４４…自己溶断ヒューズ、４４ａ…ヒューズ部、４４ｂ…発熱抵抗体、４６…電源部、４８…充放電制御部、５０…出力端子、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、７０…過電圧保護部、７２…温度センサ、７４…抵抗、８２…スイッチング素子、８４…ダイオード、８８…ヒューズ。

Claims (7)

1. 外部負荷に電源供給を行うバッテリパックであって、
   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それぞれ設けられ、当該バッテリパックに接続される前記外部負荷との間の通電を遮断する通電遮断部と、
   前記バッテリブロックからの放電開始時に、前記各バッテリブロックの状態を検出する状態検出部から得られる前記各バッテリブロックの状態に基づき、前記複数のバッテリブロックの中から放電を行うバッテリブロックを１つ選択して、該選択したバッテリブロックの前記通電遮断部を導通させる放電制御部と、
   を備え、
   前記放電制御部は、
   前記選択したバッテリブロックに対する放電開始後、前記各バッテリブロックの残容量の差が許容範囲以上になると、前記通電遮断部を導通させて放電を行うバッテリブロックを切り替え、
   前記選択中のバッテリブロックから前記外部負荷へ放電しているときに、前記外部負荷への放電電流の電流値若しくは外部負荷への出力電圧の変化量がしきい値以上であれば、前記外部負荷へ放電を行うバッテリブロックの切り替えを禁止する、
   ことを特徴とするバッテリパック。
2. 前記放電制御部は、
   前記放電を行うバッテリブロックの切り替え時に、切り替え先のバッテリブロックが放電を実施可能か否かを判断して、放電を実施可能でなければ、前記放電を行うバッテリブロックの切り替えを禁止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、
   前記放電を行うバッテリブロックを切り替える際には、現在選択中のバッテリブロックからの放電経路に前記通電遮断部として設けられた第１の放電スイッチをオン状態に保持した状態で、切り替え先のバッテリブロックからの放電経路に前記通電遮断部として設けられた第２の放電スイッチをオン状態にし、その後、前記第１の放電スイッチをオフ状態に切り替えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバッテリパック。
4. 前記放電制御部は、
   前記選択中のバッテリブロックから前記外部負荷へ放電しているときに、該選択中のバッテリブロックのバッテリ電圧と放電電流とに基づき、当該バッテリブロックの無負荷電圧を推定し、該推定した無負荷電圧が他のバッテリブロックの無負荷電圧よりも低くなると、前記外部負荷への放電を行うバッテリブロックを、他のバッテリブロックに切り替えることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のバッテリパック。
5. 前記バッテリパックから前記外部負荷への放電中に、前記バッテリブロック毎に設定されている過負荷カウンタを、前記各バッテリブロックから流れる放電電流に応じて加算することで、前記各バッテリブロックの負荷状態を監視する負荷状態監視部を備え、
   前記放電制御部は、前記負荷状態監視部にて加算される過負荷カウンタの内、前記外部負荷への放電用として選択しているバッテリブロックの過負荷カウンタが、当該バッテリブロックの過負荷状態を表すカウント値に達すると、当該バッテリブロックから前記外部負荷への放電を禁止することを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のバッ
   テリパック。
6. 前記放電制御部は、前記外部負荷への放電用として選択しているバッテリブロックの過負荷カウンタが前記過負荷状態を表すカウント値に達すると、他のバッテリブロックの過負荷カウンタが、放電可能なカウント値であるか否かを判定して、他のバッテリブロックの過負荷カウンタが放電可能なカウント値であれば、前記外部負荷への放電を行うバッテリブロックを、他のバッテリブロックに切り替えることを特徴とする請求項５に記載のバッテリパック。
7. 前記各バッテリブロックから外部負荷へ放電を行う放電経路に、前記通電遮断部としての放電スイッチと共に直列に設けられ、前記外部負荷への放電電流の電流方向を順方向とする整流素子と、
   前記整流素子に対し並列に設けられたスイッチング素子と、
   前記外部負荷への放電電流を検出して、該放電電流が流れているときに前記スイッチング素子を導通させる放電検出部と、
   を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のバッテリパック。

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