JP7192877B2 - 電気機器システム - Google Patents

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Description

本発明は、電気機器システムに関する。
下記特許文献１は、制御部と電池パック遮断信号端子を有する電池パックを開示する。この電池パックでは、制御部に、保護ＩＣの過電圧出力端子及び過放電出力端子等が接続される。制御部は、これら端子からの情報に応じて、電池パック遮断信号端子に印加する電圧を制御する。
特開２０１３－２１１９８０号公報
特許文献１の電池パックは、充電禁止信号を充電装置に出力するための端子についての開示が無い。充電禁止信号の出力のために別途端子を設けると、端子数が増える。
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、端子数の増大を抑制可能な電池パックを備えた電気機器システムを提供することにある。また、単一の端子に複数の機能を持たせた電池パックを備えた電気機器システムを提供することにある。
本発明のある態様は、電気機器システムである。この電気機器システムは、
電池パックと、前記電池パックを充電する充電装置本体と、を備える電気機器システムであって、
前記電池パックは、
電池セルと、
前記電池セルの状態を監視する制御部と、
前記電池セルの状態に応じて充放電禁止信号を前記充電装置本体に出力可能であると共に前記充放電禁止信号を電気機器本体に出力可能である信号端子と、を備え、
前記充電装置本体は、
充電回路と、
充電を制御する充電器側制御部と、
前記信号端子に接続され、前記充放電禁止信号が入力される充電器側信号端子と、
前記充電回路から前記電池パックへの充電電力の出力、遮断を切り替えるスイッチと、
前記充電器側制御部による充電可否の判定結果を示す信号と、前記充電器側信号端子で受信した信号と、に基づいて前記スイッチのオンオフを切り替える切替回路と、を備え、
前記電池パックは、前記電池セルが過放電となって前記充放電禁止信号が出力された状態で前記充電装置本体に接続されると、前記充放電禁止信号が停止又は前記電池セルが正常時の信号に変化して前記充電装置本体によって充電されるよう構成され、
前記切替回路は、前記判定結果を示す信号が充電可能を示すレベルであり且つ前記充電器側信号端子で受信した信号が充電許可を示すレベルである場合に前記スイッチをオンし、それ以外の場合には前記スイッチをオフにするよう構成される。
前記電池パックは、前記電池セルが満充電又は充電禁止電圧となって前記充放電禁止信号が出力された状態で前記電気機器本体に接続されると、前記充放電禁止信号が停止又は前記電池セルが正常時の信号に変化して前記電気機器本体に放電するように構成してもよい。
前記充放電禁止信号は、前記充電装置本体での充電を禁止する充電禁止信号と、前記電気機器本体による放電を禁止する放電禁止信号と、を含み、
前記充電禁止信号と前記放電禁止信号は同じ信号レベルでもよい。
前記放電禁止信号は、前記電池セルの電圧が第１の所定値未満の第１セル状態になると前記制御部から出力され、前記充電禁止信号は、前記電池セルの電圧が前記第１の所定値よりも大きい第２の所定値を超えた第２セル状態になると前記制御部から出力されるようにしてもよい。
前記制御部は、充電が行われる場合、前記放電禁止信号を前記信号端子に出力せず、前記電池セルの状態に応じて前記充電禁止信号を前記信号端子に出力してもよい。
前記制御部は、充電が行われる場合以外は、前記充電禁止信号を前記信号端子に出力せず、前記電池セルの状態に応じて前記放電禁止信号を前記信号端子に出力してもよい。
前記外部機器との間で通信を行うための通信端子を備え、前記制御部は、前記通信端子を利用した通信により、充電が行われる場合か否かを判断してもよい。
前記制御部は、前記通信端子において、充電が行われる場合を示す信号を所定時間受信しない場合、充電が行われる場合以外であると判断してもよい。
前記電池パックは、前記充電装置本体に接続される複数の端子を備え、
前記複数の端子は、正極端子と、負極端子と、前記制御部と前記充電装置本体との間で通信するための通信端子と、前記信号端子と、を有してもよい。
また、前記通信端子及び前記信号端子は夫々単一の端子としてもよい。
前記電池パックに接続可能な前記電気機器本体を備え、
前記電気機器本体は、
機器側制御部と、
前記電池パックの前記信号端子に接続され、前記充放電禁止信号が入力される機器側信号端子と、を備えてもよい。
前記電池パックの電圧が所定値以下の場合に前記信号端子から前記切替回路への信号入力を遮断する遮断回路を備えてもよい。
前記所定値は、前記電池パックの制御部が起動可能となる電圧値より大きくてもよい。
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、端子数の増大を抑制可能な電池パックを備えた電気機器システムを提供することができる。また、単一の端子に複数の機能を持たせた電池パックを備えた電気機器システムを提供することができる。
本発明の実施の形態１に係る電気機器システム（充電システム）１の回路ブロック図。 図１の電池パック５０を、制御部８９を有する電気機器本体８０に接続した状態の回路ブロック図。 図１の電池パック５０を、制御部を有さない電気機器本体９０に接続した状態の回路ブロック図。 電気機器システム（充電システム）１の動作の一例を示すタイムチャート。 電池パック５０の動作のフローチャート。 充電装置１０の待機モードの動作のフローチャート。 充電装置１０の充電中モードの動作のフローチャート。 充電装置１０の充電終了モードの動作のフローチャート。 本発明の実施の形態２に係る電気機器システム（充電システム）２の回路ブロック図。 電気機器システム（充電システム）２の動作の一例を示すタイムチャート。 充電装置１０Ａの充電中モードの動作のフローチャート。
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
（実施の形態１） 図１は、本発明の実施の形態１に係る電気機器システム（充電システム）１の回路ブロック図である。電気機器システム（充電システム）１は、外部機器としての充電装置１０（充電装置本体）と、電池パック５０と、を備える。充電装置１０は、電池パック５０との接続用に、機器側プラス端子２１と、機器側通信端子としての機器側Ｄ端子２２と、機器側信号端子（充電器側信号端子）としての機器側ＬＤ端子２３と、機器側マイナス端子２４と、を有する。電池パック５０は、電池側プラス端子６１と、電池側通信端子としての電池側Ｄ端子６２と、電池側信号端子としての電池側ＬＤ端子６３と、電池側マイナス端子６４と、を有する。機器側プラス端子２１と電池側プラス端子６１が互いに接続される。機器側Ｄ端子２２と電池側Ｄ端子６２が互いに接続される。機器側ＬＤ端子２３と電池側ＬＤ端子６３が互いに接続される。機器側マイナス端子２４と電池側マイナス端子６４が互いに接続される。なお、Ｄ端子とＬＤ端子は夫々、単一の端子のみから構成されている。
充電装置１０は、電源回路１１と、制御部（機器側制御部であり充電器側制御部）１３と、通信回路１５と、接続検出回路１７と、スイッチ１９と、停止信号検出回路２７と、切替回路としてのＡＮＤ回路３１と、を有する。電源回路１１は、商用電源等の外部の交流電源５から供給される交流電圧を電池パック５０の充電用の直流電圧に変換して機器側プラス端子２１に出力すると共に、前記交流電圧を制御用の直流電圧VDD2に変換して充電装置１０の各回路に供給する。制御部１３は、充電装置１０の全体の動作を制御する。通信回路１５は、機器側Ｄ端子２２に接続され、制御部１３の制御に従い電池パック５０の通信回路５７との間で通信信号の送受信を行う。接続検出回路１７は、機器側Ｄ端子２２に接続され、電池パック５０の接続の有無を検出する。スイッチ１９は、例えばリレーであり、ＡＮＤ回路３１の出力信号によって開閉される。ＡＮＤ回路３１の出力信号がハイレベルのときはスイッチ１９はオン、ローレベルのときはスイッチ１９はオフである。ＡＮＤ回路３１は、制御部１３のリレーオンオフ信号（充電可否の判定結果を示す信号）及び機器側ＬＤ端子２３で受信した信号が共にハイレベルの場合にハイレベルの信号を出力してスイッチ１９をオンし、少なくとも一方がローレベルの場合にローレベルの信号を出力してスイッチ１９をオフする。停止信号検出回路２７は、機器側ＬＤ端子２３からの入力信号により、充電の許否を検出する。充電装置１０は、充電電流の経路に抵抗Ｒ５を有する。抵抗Ｒ５の両端の電圧により、制御部１３が充電電流を検出する。制御部１３は、機器側プラス端子２１の電圧により、電池パック５０の電圧を検出する。
電池パック５０は、不図示の電源回路と、制御部（電池側制御部）５３と、電池セル群５５と、通信回路５７と、温度検出素子６７と、を有する。電源回路は、電池セル群５５の出力電圧を制御用の直流電圧ＶDD1に変換して電池パック５０の各回路に供給する。充電装置１０のスイッチ１９がオンの場合、電源回路は、充電装置１０の電源回路１１の出力電圧を制御用の直流電圧ＶDD1に変換して電池パック５０の各回路に供給する。制御部５３は、電池パック５０の全体の動作を制御する。電池セル群５５は、複数の電池セルを有する。通信回路５７は、電池側Ｄ端子６２に接続され、制御部５３の制御に従い充電装置１０の通信回路１５との間で通信信号の送受信を行う。図示は省略したが、電池側Ｄ端子６２に接続検出回路を設け、充電装置１０あるいは他の電気機器の接続の有無を検出する構成としてもよい。また、電池側Ｄ端子６２とグランドとの間に、電池パック５０の情報（定格電圧や接続セル数、セルの接続形態等）に応じた抵抗値の判別抵抗を有してもよい。温度検出素子６７は、例えばサーミスタであり、電池セル群５５の近傍に配置され、電池セル群５５の温度を検出する。制御部５３は、電池セル群５５の各セルの電圧を監視する。電池パック５０は、放電電流の経路に抵抗Ｒ４を有する。抵抗Ｒ４の両端の電圧により、制御部５３が放電電流を検出する。
制御部５３は、電池セル群５５の状態（電池セル群５５の温度や各セルの電圧等）を監視し、電池セルの状態により、充電許否及び放電許否を判断する。制御部５３は、充電許可及び放電許可の場合には電池側ＬＤ端子６３にハイレベルの信号（充電許可信号かつ放電許可信号であって第１信号状態に相当）を出力し、充電拒否及び放電拒否の場合には電池側ＬＤ端子６３にローレベルの信号（充電禁止信号かつ放電禁止信号であって第２信号状態に相当）を出力する。制御部５３は、充電が行われる場合、電池セル群５５の状態が放電禁止か否かの判定結果を電池側ＬＤ端子６３に出力せず、電池セル群５５の状態が充電禁止か否かの判定結果を電池側ＬＤ端子６３に出力する。すなわち、充電が行われる場合には放電禁止信号を電池側ＬＤ端子６３に出力せず、又は放電禁止信号を電池セル群５５の状態が正常時の信号（正常信号）に変化させ、電池セル群５５の状態に応じて充電禁止信号を電池側ＬＤ端子６３に出力する。制御部５３は、充電が行われる場合以外は、電池セル群５５の状態が充電禁止か否かの判定結果を電池側ＬＤ端子６３に出力せず、電池セル群５５の状態が放電禁止か否かの判定結果を電池側ＬＤ端子６３に出力する。すなわち、充電が行われる場合以外は、充電禁止信号を電池側ＬＤ端子６３に出力せず、又は充電禁止信号を電池セル群５５の状態が正常時の信号（正常信号）に変化させ、電池セル群５５の状態に応じて放電禁止信号を電池側ＬＤ端子６３に出力する。制御部５３は、電池側Ｄ端子６２を利用した通信（充電装置１０の制御部１３との通信）により、充電が行われる場合か否かを判断する。制御部５３は、電池側Ｄ端子６２において、充電が行われる場合を示す信号を所定時間受信しない場合、充電が行われる場合以外であると判断する。充電装置１０に図示しない判別抵抗を設け、制御部５３は、前記判別抵抗を利用して電池パック５０に充電装置１０が接続されたか否かを判断し、充電装置１０が接続されたと判断した場合に、充電が行われる場合と判断してもよい。ここで、充電禁止信号、放電禁止信号は共に、共通のＬＤ端子６３を介して外部機器に出力されることから、以降、これらの信号を総称して充放電禁止信号と呼ぶこともある。
図２は、図１の電池パック５０を、制御部８９（機器側制御部）を有する外部機器としての電気機器８０（電気機器本体）に接続した状態の回路ブロック図である。電気機器８０は、例えば電動工具（電動工具本体）である。電気機器８０は、電池パック５０との接続用に、機器側プラス端子８１と、機器側信号端子としての機器側ＬＤ端子８３と、機器側マイナス端子８４と、を有する。機器側プラス端子８１と電池側プラス端子６１が互いに接続される。機器側ＬＤ端子８３と電池側ＬＤ端子６３が互いに接続される。機器側マイナス端子８４と電池側マイナス端子６４が互いに接続される。電気機器８０は、機器側プラス端子８１と機器側マイナス端子８４との間に直列接続された、スイッチ８６と、モータ８５と、スイッチング素子８７と、抵抗８８と、を有する。スイッチ８６は、作業者がオンオフするスイッチである。スイッチング素子８７は、機器側ＬＤ端子８３からの入力信号に応じて制御部８９がオンオフを制御するスイッチである。制御部８９は、機器側ＬＤ端子８３からの入力信号がハイレベルの場合はスイッチング素子８７をオン（導通）し、ローレベルの場合はスイッチング素子８７をオフ（遮断）する。制御部８９は、抵抗８８の両端の電圧により、モータ８５に流れる電流を検出する。制御部８９は、機器側プラス端子８１の電圧により、電池パック５０の出力電圧を検出する。電圧ＶＤＤ３が制御部８９に供給される。
図３は、図１の電池パック５０を、図２の制御部８９に相当する制御部を有さない外部機器としての電気機器９０（電気機器本体）に接続した状態の回路ブロック図である。電気機器９０は、例えば電動工具（電動工具本体）である。電気機器９０は、電池パック５０との接続用に、機器側プラス端子９１と、機器側信号端子としての機器側ＬＤ端子９３と、機器側マイナス端子９４と、を有する。機器側プラス端子９１と電池側プラス端子６１が互いに接続される。機器側ＬＤ端子９３と電池側ＬＤ端子６３が互いに接続される。機器側マイナス端子９４と電池側マイナス端子６４が互いに接続される。電気機器９０は、機器側プラス端子９１と機器側マイナス端子９４との間に直列接続された、スイッチ９６と、モータ９５と、スイッチング素子９７と、を有する。スイッチ９６は、作業者がオンオフするスイッチである。スイッチング素子９７は、機器側ＬＤ端子９３からの入力信号に応じてオンオフされるスイッチである。機器側ＬＤ端子９３からの入力信号がハイレベルの場合はスイッチング素子９７はオン、ローレベルの場合はスイッチング素子９７はオフとなる。なお、スイッチング素子９７を制御部としてもよい。
図４は、システム（充電システム）１の動作の一例を示すタイムチャートである。時刻ｔ１以前は、充電装置１０に電池パック５０が接続されておらず、充電装置１０の制御部１３は待機モード（図６）であり、電池パック５０の制御部５３の状態認識は非充電中（充電が行われる場合以外）である。電池パック５０の電圧は放電禁止電圧未満のため、制御部５３は、電池側ＬＤ端子６３に放電禁止信号（充電禁止信号と同レベルの電圧信号）を出力している。時刻ｔ１において充電装置１０に電池パック５０が接続されると、充電装置１０の制御部１３は、充電中モード（図７）となり、電池パック５０の制御部５３に充電が行われる場合であることを示す信号を送信する。制御部５３は、充電が行われる場合であることを示す信号を充電装置１０から受信し、時刻ｔ２において状態認識を充電中（充電が行われる場合）とする。制御部５３は、充電中との状態認識になったことで、電池側ＬＤ端子６３への放電禁止信号の出力を停止（放電禁止か否かの判定結果の出力を停止）し、電池側ＬＤ端子６３に充電許可信号（放電許可信号と同レベルの電圧信号）を出力する。
時刻ｔ２以降、充電装置１０の電源回路１１から電池パック５０の電池セル群５５に充電電圧及び充電電流が供給され、電池パック５０の充電が進められる。充電期間中、通信回路１５、５７による通信（制御部１３、５３間の通信）が行われる。通信では、充電が行われる場合であることを示す信号が制御部１３から制御部５３に送信され、また、電池セル群５５の温度、各セルの電圧等が、制御部５３から制御部１３に送信される。時刻ｔ３において充電が完了すると（電池パック５０の電圧が満充電電圧である充電禁止電圧に到達すると）、充電装置１０の制御部１３は充電終了モード（図８）となり、電池パック５０の制御部５３は電池側ＬＤ端子６３に充電禁止信号を出力する。制御部５３は、充電が行われる場合であることを示す信号を最後に受信してから所定時間ｔｘが経過した時刻ｔ４において、状態認識を非充電中（充電が行われる場合以外）とする。制御部５３は、非充電中との状態認識になったことで、電池側ＬＤ端子６３への充電禁止信号の出力を停止（充電禁止か否かの判定結果の出力を停止）し、電池側ＬＤ端子６３に放電許可信号を出力する。時刻ｔ５において充電装置１０から電池パック５０が外されると、制御部１３は待機モード（図６）に移行する。
図５は、電池パック５０の動作のフローチャートである。制御部５３は、充電装置１０等の電気機器に接続されて起動する（Ｓ１）。例えば、起動信号の受信によって電池パック５０の電源回路（図示せず）が起動し、電源回路から制御部５３に動作電圧を供給することによって制御部５３が起動する。起動信号の受信は、専用端子を用いてもよいし、電池側Ｄ端子６２を利用してもよい。制御部５３は、電池側Ｄ端子６２において接続された電気機器（例えば充電装置１０の制御部１３）からデータ通信情報要求を受信しない場合は（Ｓ２のＮＯ）、充電が行われる場合以外と判断し、電池セル群５５の温度が所定値以下であり（Ｓ３のＮＯ）、各電池セルの電圧が第１所定値Ｖ１以上であり（Ｓ４のＮＯ）、かつ放電電流が所定値以下であれば（Ｓ５のＮＯ）、放電許可信号を電池側ＬＤ端子６３に出力する（Ｓ６）。制御部５３は、電池セルの温度が所定値を超えている場合（Ｓ３のＹＥＳ）、少なくとも１つの電池セルの電圧が第１所定値Ｖ１未満の場合（Ｓ４のＹＥＳ）、又は放電電流が所定値を超えた場合（Ｓ５のＹＥＳ）、放電禁止信号を電池側ＬＤ端子６３に出力する（Ｓ７）。なお、第１所定値Ｖ１は電池セルが過放電と判断するための電圧値である。また、放電禁止信号を出力する状態が第１のセル状態に相当する。
制御部５３は、電池側Ｄ端子６２において接続された電気機器からデータ通信情報要求を受信した場合は（Ｓ２のＹＥＳ）、充電が行われる場合と判断し、電池セル群５５の状態（電池セル群５５の温度や各セルの電圧等）を電池側Ｄ端子６２から電気機器に送信する（Ｓ８）。制御部５３は、電池セル群５５の温度が所定値以下であり（Ｓ９のＮＯ）、各電池セルの電圧が第２所定値Ｖ２以下の場合（Ｓ１０のＮＯ）、充電許可信号を電池側ＬＤ端子６３に出力する（Ｓ１１）。制御部５３は、電池セルの温度が所定値を超えている場合（Ｓ９のＹＥＳ）、又は少なくとも１つの電池セルの電圧が第２所定値Ｖ２を超えている場合（Ｓ１０のＹＥＳ）、充電禁止信号を電池側ＬＤ端子６３に出力する（Ｓ１２）。制御部５３は、充電装置１０等の電気機器への接続が所定時間検出されない場合（Ｓ１５のＹＥＳ）、シャットダウンする（Ｓ１７）。シャットダウンは、例えば電池パック５０の電源回路（図示せず）を停止することで行われる。なお、第２所定値Ｖ２は電池セルが満充電と判断するための電圧値である。また、充電禁止信号を出力する状態が第２のセル状態に相当する。
図６は、充電装置１０の待機モードの動作のフローチャートである。制御部１３は、電池パック５０の接続を検出すると（Ｓ２１のＹＥＳ）、充電中モードに移行する。
図７は、充電装置１０の充電中モードの動作のフローチャートである。制御部１３は、通信回路１５からＤ端子２２及び６２を介して電池パック５０に電池状態情報要求を送信する（Ｓ２３）。制御部１３は、通信回路１５がＤ端子２２及び６２を介して電池パック５０から電池状態情報を受信すると（Ｓ２５のＹＥＳ）、電池パック５０の状態（温度等）に問題がなく（Ｓ２７のＹＥＳ）、充電電流が所定値あるいは所定範囲であり（Ｓ２９のＹＥＳ）、電池パック５０の電圧が満充電電圧Ｖ２未満であり（Ｓ３１のＹＥＳ）、かつＬＤ端子２３及び６３を介して電池パック５０から充電禁止信号を受信しない場合（Ｓ３３のＹＥＳ）、電池パック５０の充電を開始、継続する（Ｓ３５）。制御部１３は、充電装置１０から電池パック５０が外された場合（Ｓ３７のＮＯ）、待機モード（図６）に移行する。制御部１３は、ステップＳ２５において電池状態情報を所定時間受信しない場合（Ｓ２５のＮＯ、Ｓ３９のＹＥＳ）、電池パック５０の状態に問題がある場合（Ｓ２７のＮＯ）、充電電流が所定値あるいは所定範囲でない場合（Ｓ２９のＮＯ）、電池パック５０の電圧が満充電電圧Ｖ２以上の場合（Ｓ３１のＮＯ）、あるいはＬＤ端子２３及び６３を介して電池パック５０に充電禁止信号を受信した場合（Ｓ３３のＮＯ）、電池パック５０の充電を停止し（Ｓ４１）、充電終了モード（図８）に移行する。
図８は、充電装置１０の充電終了モードの動作のフローチャートである。制御部１３は、電池パック５０の接続を検出しなくなると（Ｓ４３のＮＯ）、待機モードに移行する。
本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。
(1) 機器側ＬＤ端子２３及び電池側ＬＤ端子６３を、充電許可信号及び放電許可信号、並びに充電禁止信号及び放電禁止信号の送受信に共用するため、端子数を削減できる。
(2) 電池パック５０の制御部５３は、充電が行われる場合、電池セル群５５の状態が放電禁止か否かの判定結果を電池側ＬＤ端子６３に出力せず、電池セル群５５の状態が充電禁止か否かの判定結果を電池側ＬＤ端子６３に出力するため、電池パック５０の電圧が放電禁止電圧以下であっても（過放電であっても）充電を行える。
(3) 制御部５３は、充電が行われる場合以外は、電池セル群５５の状態が充電禁止か否かの判定結果を電池側ＬＤ端子６３に出力せず、電池セル群５５の状態が放電禁止か否かの判定結果を電池側ＬＤ端子６３に出力するため、電池パック５０の電圧が充電禁止電圧以上であっても放電を行える。また、充電装置１０以外の電気機器（電池パック５０の放電先となる電気機器）は、放電が行われる場合であることを電池パック５０に報知する構成を持つ必要がなく、構成を簡略化できる。
(4) 充電装置１０の制御部１３は、電池パック５０から通信の応答が無い場合は充電を行わないため、電池パック５０の制御部が充電が行われる場合であることを認識できず過充電保護が有効にならないまま充電されることを抑制できる。また、所定のデータ通信が可能な電池パック５０のみが充電対象となるため、模倣が困難となる。
（実施の形態２） 図９は、本発明の実施の形態２に係る電気機器システム（充電システム）２の回路ブロック図である。充電システム２は、図１に示した実施の形態１のものと比較して、充電装置１０が充電装置１０Ａ（充電装置本体）に替わった点で相違し、その他の点で一致する。以下、充電装置１０Ａのうち充電装置１０と異なる部分を中心に説明する。
充電装置１０Ａは、切替回路としての遮断回路２９を有する。遮断回路２９は、電池パック５０の電圧が所定値以下の場合に、機器側ＬＤ端子２３からＦＥＴ等のスイッチング素子Ｑ３のゲート（制御端子）への信号入力を遮断する。前記所定値は、電池パック５０の制御部５３が起動可能となる電圧値より大きい。スイッチング素子Ｑ３、コンデンサＣ３、抵抗Ｒ２、Ｒ３は、図１のＡＮＤ回路３１の具体構成の一例である。
スイッチ１９は、リレーであり、コイル部に電流が流れるとオンになる。スイッチ１９のコイル部の一端は、電源電圧VDD2が供給される電源ラインに接続される。コイル部の他端は、スイッチング素子Ｑ３のドレインに接続される。スイッチング素子Ｑ３のソースはグランドに接続される。スイッチング素子Ｑ３のゲート、ソース間に、抵抗Ｒ３及びコンデンサＣ３が並列接続される。スイッチング素子Ｑ３のゲートは、スイッチング素子Ｑ２のエミッタに接続される。スイッチング素子Ｑ２のコレクタは、機器側ＬＤ端子２３に接続される。スイッチング素子Ｑ２のベース（制御端子）は、スイッチング素子Ｑ１のドレインに接続される。スイッチング素子Ｑ１のソースはグランドに接続される。スイッチング素子Ｑ１のゲート（制御端子）、ソース間に、抵抗Ｒ１が接続される。スイッチング素子Ｑ１のゲートは、ツェナーダイオードＤ１のアノードに接続される。ツェナーダイオードＤ１のカソードは、電源回路１１に出力端子に接続される。ツェナーダイオードＤ１のカソードは、スイッチ１９のスイッチ部を介して機器側プラス端子２１に接続される。
電池パック５０の電圧が、スイッチング素子Ｑ１のゲートしきい値電圧（スイッチング素子Ｑ１がターンオンする電圧）Ｖthと、ツェナーダイオードＤ１の電圧Ｖｚと、の合計（Ｖth＋Ｖｚ）よりも小さい場合、スイッチング素子Ｑ１はオフのため、スイッチング素子Ｑ２もオフである。このため、機器側ＬＤ端子２３からスイッチング素子Ｑ３のゲートへの信号入力は、スイッチング素子Ｑ２によって遮断される。したがって、制御部１３がスイッチング素子Ｑ３のゲートに充電可能の判定結果を示すハイレベルの信号を印加すれば、スイッチング素子Ｑ３がターンオンし、スイッチ１９のコイル部に電流が流れ、スイッチ１９のスイッチ部がオンとなる。一方、電池パック５０の電圧が、ツェナーダイオードＤ１の電圧Ｖｚと、スイッチング素子Ｑ１のゲートしきい値電圧Ｖthと、の合計（Ｖth＋Ｖｚ）以上の場合、スイッチング素子Ｑ１がオンとなり、スイッチング素子Ｑ２もオンとなる。このため、機器側ＬＤ端子２３からスイッチング素子Ｑ３のゲートへの信号入力は遮断されない。この場合、制御部１３がスイッチング素子Ｑ３のゲートに向けてハイレベルの信号を出力しても、機器側ＬＤ端子２３がローレベルであれば、抵抗Ｒ２での電圧降下により、スイッチング素子Ｑ３のゲート電位はローレベルとなり、スイッチング素子Ｑ３はターンオンしない。
図１０は、充電システム２の動作の一例を示すタイムチャートである。時刻ｔ８より前は、充電装置１０Ａに電池パック５０が接続されておらず、充電装置１０Ａの制御部１３は待機モード（図６）である。時刻ｔ８において充電装置１０Ａに電池パック５０が接続されると、充電装置１０Ａの制御部１３は、充電中モード（図７）となる。電池パック５０の電圧は、電池パック５０の制御部５３が起動するために必要な電圧Ｖａ未満である。このため、制御部１３は、電池パック５０の制御部５３との通信を行えない。この場合、制御部１３は、時刻ｔ９においてスイッチ１９をターンオンし、充電を開始する。
時刻ｔ１０において電池パック５０の電圧がＶａ以上になると、電池パック５０の制御部５３が起動する。制御部５３は、通信により充電が行われる場合であることを認識するまでは、充電が行われる場合以外と認識しており、かつ電圧Ｖａは放電禁止電圧より低い。このため、制御部５３は、放電禁止信号を電池側ＬＤ端子６３に出力する。充電装置１０Ａでは、機器側ＬＤ端子２３に放電禁止信号が入力されるが、Ｖａ＜Ｖth＋Ｖｚのため、放電禁止信号は遮断回路２９に遮断される。制御部１３は、スイッチング素子Ｑ３のゲートに充電可能の判定結果を示すハイレベルの信号を印加し、時刻ｔ１０以降も充電が継続される。時刻ｔ１０において充電装置１０Ａの制御部１３と電池パック５０の制御部５３との間で通信が開始され、時刻ｔ１１において制御部５３は、状態認識を充電中（充電が行われる場合）とする。制御部５３は、充電中との状態認識になったことで、電池側ＬＤ端子６３への放電禁止信号の出力を停止（放電禁止か否かの判定結果の出力を停止）し、電池側ＬＤ端子６３に充電許可信号（放電許可信号と同レベルの電圧信号）を出力する。
時刻ｔ１２において電池パック５０の電圧がＶth＋Ｖｚ以上になると、スイッチング素子Ｑ１がターンオンし、遮断回路２９による遮断が解除される。時刻ｔ１３において充電が完了すると（電池パック５０の電圧が満充電電圧である充電禁止電圧に到達すると）、充電装置１０Ａの制御部１３は充電終了モード（図８）となり、電池パック５０の制御部５３は電池側ＬＤ端子６３に充電禁止信号を出力する。これにより停止信号検出回路２７が充電禁止信号を検出し、制御部１３はリレー１９をオフするための信号をスイッチング素子Ｑ３の制御端子に出力することでスイッチ１９はターンオフする。制御部５３は、充電が行われる場合であることを示す信号を最後に受信してから所定時間が経過した時刻ｔ１４において、状態認識を非充電中（充電が行われる場合以外）とする。制御部５３は、非充電中との状態認識になったことで、電池側ＬＤ端子６３への充電禁止信号の出力を停止（充電禁止か否かの判定結果の出力を停止）し、電池側ＬＤ端子６３に放電許可信号を出力する。時刻ｔ１５において充電装置１０Ａから電池パック５０が外されると、制御部１３は待機モード（図６）に移行し、スイッチング素子Ｑ１はターンオフする。
図１１は、充電装置１０Ａの充電中モードの動作のフローチャートである。以下、図７との相違点を中心に説明する。制御部１３は、ステップＳ２５において電池状態情報を電池パック５０から所定時間受信しない場合（Ｓ２５のＮＯ、Ｓ３９のＹＥＳ）、電池パック５０の電圧がＶａ未満であり（Ｓ５１のＹＥＳ）、機器側ＬＤ端子２３において充電禁止信号を受信せず（Ｓ５３のＹＥＳ）、かつ充電中モードに移行してから所定時間が経過してなければ（Ｓ５５のＮＯ）、電池パック５０の充電を開始、継続する（Ｓ５７）。制御部１３は、ステップＳ５１において電池パック５０の電圧がＶａ以上の場合（Ｓ５１のＮＯ）、電池パック５０の充電を停止し（Ｓ４１）、充電終了モード（図８）に移行する。制御部１３は、ステップＳ５３において機器側ＬＤ端子２３で充電禁止信号を受信した場合（Ｓ５３のＮＯ）、電池パック５０の電圧がＶａ以上であれば（Ｓ５９のＮＯ）、電池パック５０の充電を停止し（Ｓ６１）、充電終了モード（図８）に移行する。制御部１３は、ステップＳ５９において電池パック５０の電圧がＶａ未満であれば（Ｓ５９のＹＥＳ）、ステップＳ５５に進む。制御部１３は、ステップＳ５５において、充電中モードに移行してから所定時間が経過した場合（Ｓ５５のＹＥＳ）、電池パック５０の充電を停止し（Ｓ６１）、充電終了モード（図８）に移行する。
本実施の形態によれば、電池パック５０が電池セル群５５の電圧で制御部５３を起動できない程度に過放電になっている場合においても、充電装置１０Ａにより電池パック５０を好適に充電できる。すなわち、充電の過程で電池パック５０の制御部５３が起動して放電禁止信号を電池側ＬＤ端子６３に出力しても、充電装置１０Ａでは遮断回路２９により放電禁止信号を遮断するため、制御部１３の制御により、電池パック５０の充電を中断等することなく継続できる。
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。
１，２…システム（充電システム）、１０，１０Ａ…充電装置、１１…電源回路、１３…制御部（機器側制御部）、１５…通信回路、１７…接続検出回路、１９…スイッチ、２１…機器側プラス端子、２２…機器側Ｄ端子、２３…機器側ＬＤ端子、２４…機器側マイナス端子、２７…停止信号検出回路、２９…遮断回路、３１…ＡＮＤ回路、５０…電池パック、５３…制御部（電池側制御部）、５５…電池セル群、５７…通信回路、６１…電池側プラス端子（充電用プラス端子）、６２…電池側Ｄ端子、６３…電池側ＬＤ端子、６４…電池側マイナス端子、６７…温度検出素子、８０…電気機器、８１…機器側プラス端子、８３…機器側ＬＤ端子、８４…機器側マイナス端子、８５…モータ、８６…スイッチ、８７…スイッチング素子、８８…抵抗、８９…制御部（機器側制御部）、９０…電気機器、９１…機器側プラス端子、９３…機器側ＬＤ端子、９４…機器側マイナス端子、９５…モータ、９６…スイッチ、９７…スイッチング素子

Claims (10)

  1. 電池パックと、前記電池パックを充電する充電装置本体と、を備える電気機器システムであって、
    前記電池パックは、
    電池セルと、
    前記電池セルの状態を監視する制御部と、
    前記電池セルの状態に応じて充放電禁止信号を前記充電装置本体に出力可能であると共に前記充放電禁止信号を電気機器本体に出力可能である信号端子と、を備え、
    前記充電装置本体は、
    充電回路と、
    充電を制御する充電器側制御部と、
    前記信号端子に接続され、前記充放電禁止信号が入力される充電器側信号端子と、
    前記充電回路から前記電池パックへの充電電力の出力、遮断を切り替えるスイッチと、
    前記充電器側制御部による充電可否の判定結果を示す信号と、前記充電器側信号端子で受信した信号と、に基づいて前記スイッチのオンオフを切り替える切替回路と、を備え、
    前記電池パックは、前記電池セルが過放電となって前記充放電禁止信号が出力された状態で前記充電装置本体に接続されると、前記充放電禁止信号が停止又は前記電池セルが正常時の信号に変化して前記充電装置本体によって充電されるよう構成され、
    前記切替回路は、前記判定結果を示す信号が充電可能を示すレベルであり且つ前記充電器側信号端子で受信した信号が充電許可を示すレベルである場合に前記スイッチをオンし、それ以外の場合には前記スイッチをオフにするよう構成される、電気機器システム。
  2. 前記電池パックは、前記電池セルが満充電又は充電禁止電圧となって前記充放電禁止信号が出力された状態で前記電気機器本体に接続されると、前記充放電禁止信号が停止又は前記電池セルが正常時の信号に変化して前記電気機器本体に放電するように構成した、請求項１に記載の電気機器システム。
  3. 前記充放電禁止信号は、前記充電装置本体での充電を禁止する充電禁止信号と、前記電気機器本体による放電を禁止する放電禁止信号と、を含み、
    前記充電禁止信号と前記放電禁止信号は同じ信号レベルである、請求項２に記載の電気機器システム。
  4. 前記放電禁止信号は、前記電池セルの電圧が第１の所定値未満の第１セル状態になると前記制御部から出力され、前記充電禁止信号は、前記電池セルの電圧が前記第１の所定値よりも大きい第２の所定値を超えた第２セル状態になると前記制御部から出力される、請求項３に記載の電気機器システム。
  5. 前記制御部は、充電が行われる場合、前記放電禁止信号を前記信号端子に出力せず、前記電池セルの状態に応じて前記充電禁止信号を前記信号端子に出力する、請求項３又は４に記載の電気機器システム。
  6. 前記制御部は、充電が行われる場合以外は、前記充電禁止信号を前記信号端子に出力せず、前記電池セルの状態に応じて前記放電禁止信号を前記信号端子に出力する、請求項５に記載の電気機器システム。
  7. 前記電池パックは、前記充電装置本体に接続される複数の端子を備え、
    前記複数の端子は、正極端子と、負極端子と、前記制御部と前記充電装置本体との間で通信するための通信端子と、前記信号端子と、を有する、請求項１に記載の電気機器システム。
  8. 前記通信端子及び前記信号端子は夫々単一の端子である、請求項７に記載の電気機器システム。
  9. 前記電池パックに接続可能な前記電気機器本体を備え、
    前記電気機器本体は、
    機器側制御部と、
    前記電池パックの前記信号端子に接続され、前記充放電禁止信号が入力される機器側信号端子と、を備える、請求項１に記載の電気機器システム。
  10. 前記電池パックの電圧が所定値以下の場合に前記信号端子から前記切替回路への信号入力を遮断する遮断回路を備える、請求項１に記載の電気機器システム。
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