WO2004095611A1

WO2004095611A1 - 組電池及び組電池を収容する電池パック

Info

Publication number: WO2004095611A1
Application number: PCT/JP2004/005612
Authority: WO
Inventors: Kazuyuki Sakakibara
Original assignee: Makita Corporation
Priority date: 2003-04-21
Filing date: 2004-04-20
Publication date: 2004-11-04
Also published as: JP4738730B2; JP2004342580A

Abstract

本発明は、小型軽量化された電池パック２０を提供する。電池パック２０は、異なる種類の電池群２４，２６が直列に接続された組電池を収容する。組電池を構成する電池群２４，２６のうちエネルギ重量密度又はエネルギ体積密度の高い電池群２６の電圧ほど、エネルギ重量密度又はエネルギ体積密度の低い電池群２４の電圧より高くなっている。電池パック２０に収容される組電池は、エネルギ重量密度又はエネルギ体積密度の高い電池群ほどその出力電圧が高いため、より小さい重量又は体積で高いエネルギが蓄積される。したがって、電池パック２０が小型軽量化される。

Description

明細書

組電池及び組電池を収容する電池パック技術分野

本発明は、異なる種類の電池群を直列に接続した組電池に関する。背景技術

特開平 9一 1 8 0 7 6 8号公報は、異なる種類の電池群を直列に接続した組電池を開示する。この組電池は、 4本の非水系二次電池（リチウムイオン二次電池 ) と、 1 2本の水溶液系二次電池（ニッケル一水素二次電池）から構成され、これらの電池群は直列に接続される。非水系二次電池群の出力電圧は、水溶液系二次電池群の出力電圧と同一とされる。水溶液系二次電池群を構成する 1本の電池の容量は、非水系二次電池群を構成する 1本の電池の容量より小さくされる。この組電池を充電するための充電器は、水溶液系二次電池の充電状態を検知し、その検知した充電状態に基づいて組電池の充電を行う。

ところで、電池パック（二次電池を収容した電源装置）は、各種ケーブルレス電動機器（例えば、コードレス電動工具、コードレス掃除機）の電源として用いられ、ケーブルレス電動機器とともにユーザによって持ち運びされる。また、コ一ドレス電動機器を長時間継続使用するためには、ユーザは複数の電池パックを携帯する必要がある。このため、電池パックの小型軽量化が強く望まれている。しかしながら、上述した組電池は、各電池を効果的に充電することを主目的として検討されたものであり、小型軽量化の観点から検討されたものではなかった。本発明は、小型軽量化を可能とする組電池及びこのような組電池を収容する電池パックを提供することを目的とする。発明の開示

本発明に係る組電池は、直列に接続された種類が異なる複数の電池群によって構成することができる。そして、これら電池群のうちエネルギ重量密度又はエネルギ体積密度の高い電池群の電圧ほど、エネルギ重量密度又はエネルギ体積密度の低い電池群の電圧より高くする。

この組電池は、エネルギ重量密度又はエネルギ体積密度の高い電池群ほどその出力電圧が高いため、より小さい重量又は体積で高いエネルギが蓄積され、小型軽量化が可能となる。

組電池を構成する電池群の種類やその数は任意であり、 2種類の電池群を組合せてもよいし、あるいは、 2種類を越える種類（例えば、 3種類）の電池群を組合せてもよい。例えば、リチウムイオン電池とニッケル一水素電池を組合せて組電池とすることができ、あるいは、リチウムイオン電池とエッケルー水素電池とエッケル一力ドミゥム電池を組合せて組電池とすることができる。

また、各電池群を構成する電池の数は、その組電池が用いられる電動機器の作動電圧に応じて適宜決定できる。従って、 1本の電池で 1の種類の電池群を構成してもよいし、 2本以上の電池で 1の種類の電池群を構成してもよい。

また、エネルギ重量密度又はエネルギ体積密度の高い電池群を構成する電池の容量ほど、エネルギ重量密度又はエネルギ体積密度の低い電池群を構成する電池の容量より小さくなつていることが好ましい。この場合、エネルギ重量密度又はエネルギ体積密度の高い電池群にあわせて充電を行っても、エネルギ重量密度又はエネルギ体積密度の低い電池群が過充電となることを防止することができる。また、本発明は、上述した耝電池を収容するのに適した電池パックを提供する。この電池パックは、充電特性データ（例えば、組電池への充電電流を決めるためのデータ）を記憶するメモリを備える。充電特性データは、エネルギ重量密度又はエネルギ体積密度の最も高い電池群に関する充電特性データとすることができる。電池パックが充電器に接続されると、充電器は電池パックのメモリから充電特性データを読取り、読取った充電特性データに基づいて組電池に充電を行うことが好ましい。したがって、電池パックの組電池には、エネルギ重量密度又はエネルギ体積密度の最も高い電池群に重みをおいた充電が行われる。

電池パックのメモリには、不揮発性のメモリや E E P R OM、あるいは、 I C チップを用いることができる。また、充電特性データには、組電池への充電電流を制御する充電制御プログラムを用いることができる。例えば、充電器が電池電圧に基づいて充電を行う場合は、電池パックのメモリは目標となる電圧上昇パターンを記憶し、あるいは、充電器が電池温度に基づいて充電を行う場合は、電池パックのメモリは目標となる温度上昇パターンを記憶することができる。

また、充電特性データが充電制御プログラムである場合は、その充電制御プログラムは、エネルギ重量密度'又はエネルギ体積密度の低い電池群の安全性を確保しながら充電電流を制御するプログラムであることが好ましい。これによつて、エネルギ重量密度又はエネルギ体積密度の高い電池群に重みをおいた充電を行いながら、エネルギ重量密度又はエネルギ体積密度の低い電池群の安全性を確保することができる。本発明の一つの態様の電池パックでは、電池群毎に、電池群の電圧が測定される。充電器の制御部は、各電池群の電圧をそれぞれ測定し、測定された各電圧に基づいて充電電流を制御することができる。また、本発明の他の態様の電池パックは、電池群毎に当該電池群を充電するための充電端子を備えることができる。例えば、電池パックが第 1の電池群と第 2 の電池群を収容する場合、電池パックには、第 1の電池群のプラス極に接続された第 1充電端子と、第 1の電池群のマイナス極及び第 2の電池群のブラス極に接続された第 2充電端子と、第 2の電池群のマイナス極に接続された第 3充電端子を備える。充電器は、電池パックに設けられた各充電端子に対応する接続端子と、それら接続端子に充電電流を供給する電源回路を備える。この電源回路は、切換回路を介して各接続端子に接続される。切換回路は、電源回路からの充電電流を供給する電池群（充電する電池群）を切換える。例えば、電池パックが上述した第 1〜3充電端子を備える場合（第 1， 2電池群を有する場合）、切換回路は、電源回路を第 1充電端子と第 2充電端子に接続する状態（第 1の電池群を充電する状態）と、電源回路を第 2充電端子と第 3充電端子に接続する状態（第 2の電池群を充電する状態）とに切換える。充電器の制御部は、切換回路を制御して電池群毎に充電を行う。したがって、電池群毎に充電を行うことができるため、各電池群に適した充電を行うことができる。また、本発明の他の態様の電池パックは、電池群毎にその電池群の温度を検出する温度検出素子と、これら温度検出素子からの信号が入力する温度比較回路を備えることができる。温度比較回路は、各温度検出素子から出力される信号に基づいて充電制御を行うための制御信号（例えば、高い方の温度に応じた信号、低い方の温度に応じた信号、両者の差に応じた信号) を出力する。充電器は、電池パックの温度比較回路から出力される制御信号に基づいて充電制御を行う制御部を備える。したがって、各電池群の温度をモニターしながら電池パックから充電器に出力される制御信号は 1つとなり、電池パックと充電器とを接続する接続端子数を減らすことができる。また、本発明の他の態様の電池パックは、各電池群の電池毎にその電池の電圧を示す信号が入力する電圧変換回路を備える。電圧変換回路は、入力する各電池の電圧に基づいて充電制御を行うための制御信号（例えば、各電池電圧のうち最大の電池電圧等）を出力する。充電装置は、電池パックの電圧変換回路から出力される信号に基づいて充電制御を行う制御部を備える。したがって、各電池群の電圧をモニターしながら電池パックから充電器に出力される制御信号は 1つとなり、電池パックと充電器とを接続する接続端子数を減らすことができる。さらに、本発明の他の態様の電池パックは、各電池群の電圧と、少なくとも一つの電池群の温度を検出する電圧 ·温度検出回路を備える。電圧 ·温度検出回路は、入力する各電池群の電圧と所定の電池群の温度に基づいて充電制御を行うための制御信号を出力する。充電装置は、電池パックの電圧■温度検出回路から出力される制御信号に基づいて充電制御を行う制御部を備える。したがって、各電池群の電圧や温度をモニターしながら電池パックから充電器に出力される制御信号は 1つとなり、電池パックと充電器とを接続する接続端子数を減らすことがでさる。図面の簡単な説明図 1は、第 1実施形態に係る電池パックと、その電池パックを充電する充電器を併せて示す機能プロック図である。

図 2は、図 1に示す充電器の制御部において行われる処理のフローチヤ一トであ +る。

図 3は、第 2実施形態に係る電池パックと、その電池パックを充電する充電器を併せて示す機能ブロック図である。

図 4は、第 3実施形態に係る電池パックと、その電池パックを充電する充電器を併せて示す機能プロック図である。

図 5は、温度比較回路の回路構成の一例を示す回路図である。

図 6は、第 4実施形態に係る電池パックと、その電池パックを充電する充電器を併せて示す機能プロック図である。

図 7は、第 5実施形態に係る電池パックと、その電池パックを充電する充電器を併せて示す機能プロック図である。発明を実施するための最良の形態

(第 1実施形態）

以下、本発明の第 1実施形態に係る電池パックについて図面を参照して説明する。図 1は、電池パック 2 0と、電池パック 2 0を充電する充電器 1 0を併せて示す機能プロック図である。

図 1に示すように電池パック 2 0は、ニッケル一水素電池群 2 4と、ニッケル一水素電池群 2 4に直列に接続されたリチウムイオン電池群 2 6を備える。ニッケルー水素電池群 2 4は、 1又は 2本以上のニッケル水素—電池によって構成される。 1本のニッケル一水素電池の重量は約 6 0 gであり、また、その出力電圧は約 1 . 2 Vで、その容量は約 3 . 3 A hとなっている。一方、リチウムイオン電池群 2 6も、 1又は 2本以上のリチウムイオン電池によって構成される。 1本のリチウムイオン電池の重量は約 8 0 gであり、また、その出力電圧は約 3 . 6 Vで、その容量は約 3 . 0 A hとなっている。したがって、リチウムイオン電池のほうがニッケル一水素電池と比較して、エネルギ重量密度が高く、かつ、その容量は小さくなっている。リチウムイオン電池の数とニッケル一水素電池の数は、リチウムイオン電池群 2 6の出力電圧がニッケル一水素電池群 2 4の出力電圧より高くなるように決められている。例えば、電池パック 2 0の出力電圧を 1 2 Vとした場合、 3本のリチウムイオン電池によりリチウムイオン電池群 2 6を構成し、 1本のニッケル一水素電池によりニッケルー水素電池群 2 4を構成することができる。この場合、リチウムイオン電池群 2 6によって約 1 0 . 8 Vを出力し、ニッケル一水素電池群 2 4によって約 1 . 2 Vを出力する。このとき、リチウムイオン電池群 2 6の重量は約 2 4 0 gとなり、エッケルー水素電池群 2 4の重量は約 6 0 gとなり、その総重量は約 3 0 0 gとなる。

あるいは、 2本のリチウムイオン電池によりリチウムイオン電池群 2 6を構成し、 4本のエッケルー水素電池によりニッケル一水素電池群 2 4を構成することもできる。この場合、リチウムイオン電池群 2 6によって約 7 . 2 Vを出力し、ニッケル一水素電池群 2 4によって約 4 . 8 Vを出力する。このとき、リチウムイオン電池群 2 6の重量は約 1 6 0 gとなり、ニッケル一水素電池群 2 4の重量は 2 4 0 gとなり、その総重量は約 4 0 0 gとなる。

なお、 1 2 Vの電池パック 2 0をニッケル一水素電池のみで構成した場合は、ニッケル一水素電池は 1 0本となり、その重量は約 6 0 0 gとなる。したがって、リチウムイオン電池とニッケル—水素電池を組合せることで、従来の単種類の電池（例えば、ニッケル一水素電池，ニッケル一カドミウム電池）により構成される電池パックと比較して、その重量を軽くすることができる。また、リチウムイオン電池とニッケル—水素電池を組合せる場合、リチウムイオン電池の数を多くするほどその総重量を小さくすることができる。

ニッケル一水素電池群 2 4のプラス極は端子 T 1に接続される。また、 -ッケルー水素電池群 2 4のマイナス極とリチウムイオン電池群 2 6のプラス極は端子 T 2に接続される。さらに、リチウムイオン電池群 2 6のマイナス極は端子 T 3 に接続される。電池パック 2 0が充電器 1 0に装着されると、これらの端子 T 1 ， T 2， Τ 3は充電器 1 0側の端子 t 1， t 2 , t 3にそれぞれ接続される。なお、電池パック 2 0が電動機器（例えば、電動工具）に装着されると、端子 T 1 ， T 3が電動機器の対応する端子に接続され、電池群 2 4， 2 6から電動機器の駆動源（例えば、モータ）に電力が供給されるようになっている。

また、リチウムイオン電池群 26のマイナス極にはサーミスタ 22の一端が接続され、サーミスタ 22の他端は端子 T 4に接続されている。サーミスタ 22はニッケル一水素電池群 24の近傍に配置され、ニッケル—水素電池群 24の温度が上昇すると、サーミスタ 22のインピーダンスが低下するようになつている。後述する充電器 10の制御部 1 6は、サーミスタ 22 (すなわち、端子 T4) から出力される信号の電圧によってニッケル一水素電池群 24の温度を検出する。さらに、電池パック 20は、端子 T 5に接続された EEPROM28を備える。 EEPROM28には、電池パック 20の型式や電池群 24， 26を充電するための充電制御プログラムが格納されている。この充電制御プログラムは、リチゥムイオン電池の充電特性に基づいて作成されている。

次に、電池パック 20を充電するための充電器 10について説明する。充電器 10は、電源回路 1 2と、電源回路 1 2を制御するための充電電流 ·電圧制御部 14及び制御部 1 6を備える。

電源回路 1 2の入力側には図示省略した外部交流電源が接続可能とされ、その出力側には端子 t l , t 3が接続されている。電池パック 20が充電器 10に装着されると、電源回路 1 2がニッケル一水素電池群 24及びリチウムイオン電池群 26に接続されるようになっている。電源回路 1 2は、入力する外部交流電源を変換して、充電電流（直流電流）をニッケル一水素電池群 24及びリチウムィオン電池群 26に供給する。

制御部 1 6は、プロセッサ、マイクロプロセッサ又はマイクロコンピュータ (CPU, ROM, RAM等が 1チップ化されたもの）によって構成される。制御部 1 6には端子 t 4， t 5 (すなわち、電池パック 20の端子 T 4， Τ 5と接続される）が接続される。充電器 10に電池パック 20が装着されると、制御部 16にはサーミスタ 22から出力される信号 (すなわち、ニッケル一水素電池群 24の温度に応じて電圧が変化する信号）が入力し、また、制御部 1 6は Ε Ε Ρ ROM 28と通信可能となる。

さらに、制御部 1 6には、電源回路 1 2から出力される充電電圧に基づく端子 t 1 (すなわち、電池パック 20の端子 T 1) からの信号と、端子 t 2 (すなわち、電池パック 20の端子 T 2) からの信号と、端子 t 3 (すなわち、電池パック 20の端子 T 3) からの信号が入力するようになっている。これによつて、制御部 1 6は、ニッケル一水素電池群 24の電圧と、リチウムイオン電池群 26の電圧を独立して計測する。また、制御部 16は、端子 t 3から入力する信号の電圧から抵抗 R (電源回路 1 2と端子 t 3との間に配された抵抗 R) による電圧降下量を測定し、これによつて、電源回路 1 2から電池群 24， 26に供給している充電電流の電流値を計測している。さらに、制御部 1 6には記憶部 1 8が接続されている。記憶部 1 8には、充電器 10の型式や充電電流値を決定するための情報等が記憶されている。

充電電流 ·電圧制御部 14は、制御部 1 6から出力される充電電流値に従って電源回路 1 2から電池群 24， 26に供給される充電電流を制御する。例えば、電源回路 1 2から電池群 24， 26に出力される充電電流が一定となるように充電電流を制御し、あるいは、リチウムイオン電池群 26の電圧が一定の値となるように充電電流を制御する。

次に、電池パック 20の電池群 24， 26を充電する際の充電器 10の動作を説明する。電池パック 20が充電器 10に装着されると、まず、充電器 10の制御部 1 6は電池パック 20の EE PROM 28から充電制御プログラムを読取る。制御部 16は、 EE PROM 28から読取った充電制御プログラムに従って充電電流値を決定し、決定した充電電流値を充電電流 ·電圧制御部 14に出力する。充電電流 ·電圧制御部 14は、制御部から出力された充電電流値等に基づいて電源回路 1 2を制御する。これによつて、電池群 24， 26が充電される。以下、 EEPROM28から読取った充電制御プロダラムに従って制御部 1 6が行う充電処理について説明する。

図 2は制御部 1 6で行われる充電処理のフローチヤ一トを示している。図 2に示すように、制御部 1 6は、まず、電池群 24， 26に供給される充電電流が一定の電流値となるように充電を開始する（S 10)。具体的には、制御部 1 6は、充電制御プログラムにより指定された充電開始時の充電電流値を充電電流 ·電圧制御部 14に出力する。充電電流 ·電圧制御部 14は、指示された充電電流値となるように電源回路 1 2を制御する。これによつて、ニッケル一水素電池群 24 を構成する各電池とリチウムイオン電池群 2 _;6を構成する各電池に対し充電が開合される。

次いで、制御部 1 6はリチウムイオン電池群 2 6の電圧が設定電圧以上となつたか否かを判定する ( S 1 2 )。すなわち、制御部 1 6は、端子 t 2と端子 t 3 からそれぞれ入力する信号の電位からリチウムイオン電池群 2 6の電圧を求め、その電圧と設定電圧とを比較する。

リチウムイオン電池群 2 6の電圧が設定電圧以上の場合〔ステップ S 1 2で Y E S〕はステップ S I 4に進み、リチウムイオン電池群 2 6の電圧が設定電圧未満の場合〔ステップ S 1 2で N O〕はステップ S 1 0に戻って一定電流で充電が継続される。したがって、リチウムイオン電池群 2 6の電圧が設定電圧となるまで、一定電流で電池群 2 4， 2 6が充電されていくこととなる。

ステップ S 1 4に進むと、制御部 1 6はリチウムイオン電池群 2 6の電圧が一定の電圧値（すなわち、ステップ S 1 2の設定電圧）となるように電池群 2 4， 2 6に供給する充電電流を制御する。すなわち、制御部 1 6は、リチウムイオン電池群 2 6の電圧が一定となるように充電電流値を決定し、その決定した充電電流値を充電電流 ·電圧制御部 1 4に出力する。

次いで、制御部 1 6は、サーミスタ 2 2で計測される電池温度（すなわち、二ッケルー水素電池群 2 4の温度）が設定温度以下となっているか否かを判定する ( S 1 6 )。ニッケル—水素電池群 2 4の温度が設定温度を越える場合〔ステツプ S 1 6で N O〕は、ニッケル一水素電池群 2 4を構成する電池が劣化する危険性があるためステップ S 2 0に進んで充電を停止する。一方、ニッケル一水素電池群 2 4の温度が設定温度以下の場合〔ステップ S 1 6で Y E S〕は、ニッケル一水素電池群 2 4の電圧が設定電圧（ただし、ステップ S 1 2の設定電圧とは異なる）以下となるか否かを判定する（S 1 7 )。具体的には、制御部 1 6は、端子 t 1と端子 t 2からの信号の電位からニッケル一水素電池群 2 4の電圧を求め、その電圧とステップ S 1 7の設定電圧とを比較する。

ニッケル一水素電池群 2 4の電圧が設定電圧を越える場合〔ステップ S 1 7で N O] は、ニッケル一水素電池群 2 4を構成する電池が破損する危険性があるためステップ S 2 0に進んで充電を停止する。一方、ニッケル一水素電池群 2 4の電圧が設定電圧以下の場合〔ステップ S 1 7で Y E S〕は、電池群 2 4， 2 6に供給する充電電流の電流値が設定電流値以下となったか否かを判定する ( S 1 8 )。

充電電流値が設定電流値以下となる場合〔ステップ S 1 8で Y E S〕は、リチゥムイオン電池群 2 6を構成する電池への充電が完了したとして充電を停止する ( S 2 0 ) ₀ 逆に、充電電流値が設定電流値を越える場合〔ステップ S 1 8で N O〕は、充電が完了していないとしてステップ S 1 4に戻って、ステップ S 1 4 からの処理を繰り返す。したがって、電池群 2 4 , 2 6に供給される充電電流は時間の経過に伴って徐々に減少し、充電電流が設定電流となると充電が停止される。

上述したことから明らかなように、本実施形態の充電器 1 0は、まず、リチウムイオン電池群 2 6の電圧が設定電圧となるまで一定電流で充電し、次いで、リチウムイオン電池群 2 6の電圧が一定の電圧（設定電圧）で維持し、充電電流値が設定電流値に低下すると充電を停止する。したがって、充電器 1 0は、出力電圧が高いリチウムイオン電池群 2 6の充電特性に基づいて充電を行い、これによつて、電池パック 2 0が効率的に充電される。

また、電池パック 2 0への充電中はニッケル一水素電池群 2 4の電池温度ゃ電池電圧を計測し、計測した電池温度や電池電圧によつて充電を停止するか否かを決定する。このため、リチウムイオン電池群 2 6の充電特性に基づいて電池パック 2 0を充電しても、ニッケル一水素電池群の劣化やその破損を防止することができる。

さらに、ュッケルー水素電池群 2 4を構成する電池の容量は、リチウムイオン電池群 2 6を構成する電池の容量より大きい。このため、リチウムイオン電池群 2 6を構成する電池を満充電となるまで充電を行っても、ニッケル一水素電池群 2 4を構成する電池が過充電となってしまうことが防止される。

(実施形態 2 )

次に、本発明の第 2実施形態について図面を参照して説明する。図 3は第 2実施形態の電池パック 2 0 aと充電器 1 0 aを併せて示す機能プロック図である。図 3に示すように、電池パック 2 0 a , 充電器 1 0 aは、それぞれ第 1実施形態の電池パック 2 0 , 充電器 1 0と略同一の構成を有する。ただし、第 2実施形態では、電池パック 2 0 aのニッケル一水秦電池群 2 4 a，リチウムイオン電池群 2 6 aのそれぞれを個別に充電できる点で第 1実施形態と異なっている。

電池パック 2 0 aは、ニッケル一水素電池群 2 4 aと、ニッケル一水素電池群 2 4 aに直列に接続されたリチウムイオン電池群 2 6 aを備える。エッケル一水素電池群 2 4 aを構成するニッケル一水素電池の本数及び容量、並びに、リチウムイオン電池群 2 6 aを構成するリチウムイオン電池の本数及び容量は、第 1実施形態と同様となっている。なお、以下に説明する第 3〜5実施形態においても、特にことわらない限り、各電池群の本数及び容量等は第 1実施形態と同様とする。

ニッケル一水素電池群 ₂ 4 _aのプラス極は端子 T 1に、ニッケル一水素電池群 2 4 aのマイナス極とリチウムイオン電池群 2 6 aのプラス極は端子 T 2に、リチウムイオン電池群 2 6 aのマイナス極は端子 T 3にそれぞれ接続されている。また、リチウムイオン電池群 2 6 aのマイナス極には、ニッケル—水素電池群 2 4 aの温度を検出するためのサーミスタ 2 2 aの一端が接続され、サーミスタ 2 2 aの他端は端子 T 4に接続されている。

電池パック 2 0 aの E E P R O M 2 8 aは端子 T 5に接続されている。 E E P R OM 2 8 aには、ニッケル—水素電池群 2 4 aを充電するためのデータ（例えば、型式，充電制御プログラム等）と、リチウムイオン電池群 2 6 aを充電するためのデータ（例えば、型式、充電制御プログラム等）が格納されている。ニッケル一水素電池群 2 4 aや、リチウムイオン電池群 2 6 aを充電するときの充電制御方式としては、公知の種々の制御方式を用いることができる。 -ッケルー水素電池群 2 4 aを充電するときの充電制御方式としては、例えば、サーミスタ 2 2 aによって検出されるニッケル一水素電池群 2 4 aの温度が所定の温度上昇パターンとなるように充電電流を決定する制御方式を採用することができる。一方、リチウムイオン電池群 2 6 aを充電するときの充電制御方式としては、例えば、第 1実施形態と同様の定電流一定電圧制御方式（充電初期は定電流充電を行い、電池群の電圧が所定値を超えると定電圧充電を行う方式）を採用することができる。あるいは、リチウムイオン電池群 2 6 aを充電するときの充電制御方式として、リチウムイオン電池群 2 6 aの電圧が所定の電圧上昇パターンとなるように充電電流を決定する制御方式を用いることもできる。

充電器 1 0 aは、電源回路 1 2 aと、電源回路 1 2 aを制御するための充電電流 '電圧制御部 1 4 a及び制御部 1 6 aを備える。第 2実施形態では、電源回路 1 2 aの出力側はスィツチ 1 9 aを介して端子 t 1 , t 2, t 3が接続されている。スィッチ 1 9 aは、制御部 1 6 aによつて制御され、電源回路 1 2 aが接続される端子を切換える。すなわち、電源回路 1 2 aを端子 t 1 , t 2に接続する状態と、電源回路 1 2 aを端子 t 2， t 3に接続する状態に切換える。電源回路 1 2 &が端子1: 1 , t 2に接続されると、電源回路 1 2 aとニッケル一水素電池群 24 aが接続され、ニッケル一水素電池群 24 aが充電可能な状態となる。一方、電源回路 1 2 aが端子 t 2, t 3に接続されると、電源回路 1 2 aとリチウムイオン電池群 2 6 aが接続され、リチウムイオン電池群 2 6 aが充電可能な状態となる。

制御部 1 6 aには、端子 1~ t 3のうち電源回路 1 2 aに接続されている 2 つの端子と、端子 t 4, t 5が接続されている。したがって、端子 t 1〜 t 3のうちスィツチ 1 9 aによって選択された 2つの端子から入力する信号によって、制御部 1 6 aは電池群 24 a又は電池群 2 6 aの電池電圧を検出する。また、端子 t 4から入力する信号によって、制御部 1 6 aはニッケル一水素電池群 24の温度を検出する。さらに、制御部 1 6 aは端子 t 5を介して EE P ROM2 8 a と通信可能となる。

制御部 1 6 aは、スィッチ 1 9 aを操作することで電源回路 1 2 aが接続される電池群（24 a又は 2 6 a ) を選択する。そして、選択した電池群に応じた充電制御プログラムを EE PROM 2 8 aから読取り、その充電制御プログラムに従って充電電流値又は充電電圧値を決定し、決定した充電電流値又は充電電圧値を充電電流■電圧制御部 1 4 aに出力する処理を行う。充電電流 ·電圧制御部 1 4 aは、制御部 1 6 aから出力される充電電流値又は充電電圧値に従って、電源回路 1 2 aから電池群 24 a又は電池群 2 6 aに供給する充電電流を制御する。例えば、ニッケル一水素電池群 24 aに対しては、ニッケル一水素電池群 24 a の電池温度が所定の温度上昇パターンとなるように充電電流を制御し、一方、リチウムイオン電池群 2 6 aに対しては、充電初期には一定の充電電流が流れるようにし、リチウムイオン電池群 2 6 aの電圧が設定値を超えるとリチウムイオン電池群 2 6 aの電圧が一定となるようにする。

上述の説明から明らかなように、第 2実施形態では、電池パック 2 0 aの電池群 2 4 a， 2 6 aを個別に充電する。このため、電池群 2 4 a， 2 6 a毎に、異なる充電制御方式（満充電検出方式を含む）を採用することができる。したがつて、各電池群 2 4 a， 2 6 aを、当該電池群の充電特性に応じて充電を行うことができ、これによつて、各電池群 2 4 a， 2 6 aを短時間で、かつ、精度良く満充電とすることができる。

(実施形態 3 )

次に、本発明の第 3実施形態について図面を参照して説明する。図 4は第 3実施形態の電池パック 2 0 bと充電器 1 0 bを併せて示す機能プロック図である。図 4に示すように第 3実施形態では、電池パック 2 0 b内に収容された電池群 2 4 b , 2 6 bの温度をそれぞれ検出し、それら検出された温度の一方を用いて電池群 2 4 b , 2 6 bを充電する点で、第 1 , 2実施形態と異なる。

電池パック 2 O bも、ニッケル一水素電池群 2 4 bと、ニッケル一水素電池群 2 4 bに直列に接続されたリチウムイオン電池群 2 6 bを備える。エッケルー水素電池群 2 4 bの近傍にはニッケル一水素電池群 2 4 bの温度を検出するサーミスタ 2 2 b力 S、リチウムイオン電池群 2 6 bの近傍にはリチウムイオン電池群 2 6 bの温度を検出するサーミスタ 2 5 bが設けられる。サーミスタ 2 2 b， 2 5 bは一端が端子 T 4 (充電器 1 0 bの端子 t 4 ) を介して接地され、その他端は温度比較回路 2 l bに接続されている。

温度比較回路 2 l bは、端子 T 3及び端子 T 4を介して充電器 1 O bに設けられた第 2電源回路 1 3 bに接続され、第 2電源回路 1 3 bから供給される電力によって動作する。温度比較回路 2 l bは、サーミスタ 2 2 b , 2 5 bから出力される信号のうち、検出した温度が高い方のサーミスタの信号を出力する。例えば、サーミスタ 2 2 bで検出した温度がサーミスタ 2 5 bで検出した温度より高い 2

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場合は、サーミスタ ²2 bから出力される信号（すなわち、サーミスタ 22 で検出された温度に応じた信号）を出力する。温度比較回路 2 1 bから出力された信号は、充電器 10 bの制御部 1 6 bに入力する。

充電器 1 0 bは、第 1電源回路 1 1 bと、温度比較回路 2 1 bに電力を供給する第 2電源回路 1 3 bと、第 1電源回路 l i bを制御するための充電電流制御部 14 b及ぴ制御部 1 6 b等を備える。第 1電源回路 1 1 bは、入力する外部交流電源を直流電源に変換し、電池群 24 b， 26 bに充電電流を供給する。

制御部 1 6 bは、電池群 24 b及び 26 bに供給する充電電流の電流値を決定する。具体的には、制御部 1 6 bは、電池群 24 b， 26 bの電圧を測定し、その測定される電圧が所定の電圧パターンとなるよう充電電流値を決定する。決定された充電電流値は、充電電流制御部 14 bに出力され、充電電流制御部 14 b は制御部 1 6 bから出力された充電電流値に基づいて第 1電源回路 1 1 bを制御する。また、制御部 16 bは、温度比較回路 2 1 bから出力される信号をモエタ一し、その信号によって電池群 24 bと 26 bのいずれか一方が設定温度以上となったと判定すると、電池群 24 b， 26 bの充電を停止する。これによつて、電池群 24 b又は 26 bが高温となることによる損傷等を未然に防止する。

上述した温度比較回路 21 bについて説明する。温度比較回路 2 1 bの回路図の一例を図 5に示す。図 5中、 42はニッケル一水素電池群 24 bの温度を検出する第 1温度検出回路であり、 44はリチウムイオン電池群 26 bの温度を検出する第 2温度検出回路であり、これらの回路 42, 44は温度比較回路 21 bに接続されている。

第 1温度検出回路 42は感温素子であるサーミスタ 22 bを備える。サーミスタ 22 bの一端は接地され、他端はコンデンサ C 1及ぴ固定抵抗 R 1の一端に接続される。コンデンサ C 1の他端及ぴ固定抵抗 R 1の他端は共に電源線（第 2電源回路 1 3 bの電源線）に接続される。サーミスタ 22 bと固定抵抗 R 1の接続端である A点には、温度比較回路 21 bが接続される。サーミスタ 22 bは、感知した温度が高くなるに応じて抵抗値が小さくなる。したがって、サーミスタ 2 2 bで感知する温度が高くなるに応じて、第 1温度検出回路 42から温度比較回路 2 1 bへ出力される信号の電圧 V 1は低くなる。 5612

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第 2温度検出回路 4 4も第 1温度検出回路 4 2と同一の構成を有する。したがつて、サーミスタ 2 5 bで感知する温度が高くなるに応じてその抵抗値が小さくなり、第 2温度検出回路 4 4から温度比較回路 2 1 bへ出力される信号の電圧 V 2も低下する。

本実施形態では、サーミスタ 2 2 b , 2 5 b、固定抵抗 R 1 , R 2並びにコンデンサ C I , C 2は、同一の電気的特性を有するように調整されている。このため、第 1温度検出回路 4 2から出力される信号の電圧 V 1と第 2温度検出回路 4 4から出力される信号の電圧 V 2を単純に比較することで、サーミスタ 2 2 bで感知した温度が高いのか、サーミスタ 2 5 bで感知した温度が高いのかを判別することができる。

温度比較回路 2 1 bはダイォード D 1 , D 2および固定抵抗 R 3で構成されている。ダイオード D 1の力ソード側は、第 1温度検出回路 4 2の A点に接続される。ダイオード D 2の力ソード側は、第 2温度検出回路 4 4の B点に接続される。ダイォード D 1のァノード側及びダイォード D 2のァノード側は共に C点で接続されている。 C点には一端を電源線（第 2電源回路 1 3 bの電源線）に接続された固定抵抗 R 3が接続される。上記 C点は、端子 T 5 (端子 t 5 ) を介して充電器 1 0 bの制御部 1 6 bに接続されている。なお、ダイオード D l， D 2の特性（オフセット電圧等）は、同一特性となるように調整されている。

第 1温度検出回路 4 2の A点の電圧 V 1が第 2温度検出回路 4 4の B点の電圧 V 2より大きい場合（すなわち、第 2温度検出回路 4 4で検出される温度 T ₂ > 第 1温度検出回路 4 2で検出される温度 1 となる場合）、 C点から Β点に向つて電流は流れ、 C点から Α点に向って電流は流れない。このとき、 C点の電圧 V Cは B点の電圧 V 2に V。（ダイォード D 2の順方向電圧等により決まる電圧降下量）を加えたものとなる。逆に、第 1温度検出回路 4 2の A点の電圧 V Iが第 2温度検出回路 4 4の B点の電圧 V 2より小さい場合（すなわち、第 1温度検出回路 4 2で検出される温度 1 >第 2温度検出回路 4 4で検出される温度 T ₂となる場合）、 C点から Α点に向って電流は流れ、 C点から B点に向って電流は流れない。このとき、 C点の電圧 V Cは A点の電圧 V 1に Vo (ダイオード D 1の順方向電圧等により決まる電圧降下量）を加えたものとなる。上述したことから明らかなように、温度比較回路 2 l bは、サーミスタ 2 2 b の電圧 V 1とサーミスタ 2 5 bの電圧 V 2のうち、電圧値が低いほうの信号（サ一ミスタで感知された温度が高い方）のみを充電器 1 O bの制御部 1 6 bに出力する。したがって、制御部 1 6 bは、電池群 2 4 b， 2 6 bの温度のうち高い方の温度だけを監視し、これによつて、電池パック 2 0 bと充電器 1 0 bとを接続する接続端子数を少なくすることができる。特に、電池パックに収容する電池群の種類が多くなると、接続端子数を少なくできる利点は大きくなる。

なお、上述の例では、各サーミスタ 2 2 b , 2 5 bで検出された温度のうち高い方の温度に係る信号を制御部 1 6 bに出力したが、電池パック 2 0 b (温度比較回路 2 l b ) から制御部 1 6 bに出力する信号はこのような例に限られない。例えば、サーミスタ 2 2 b， 2 5 bで検出された温度のうち低い方の信号を出力してもよい。また、サーミスタ 2 2 b , 2 5 bのいずれかで検出された信号の変化率（温度変化率）を出力するようにしてもよい。さらには、サーミスタ 2 2 b ， 2 5 bで測定された 2つの温度の差を出力するようにしてもよいし、サーミスタ 2 2 b， 2 5 bで測定された 2つの温度の変化率の差を出力するようにしてもよい。電池パックに収容される各電池群の充電特性に応じて決定した充電制御方式に併せて、適切な制御パラメータ（温度変化率等）を電池パックから充電器に向かって出力することが好ましい。 (実施形態 4 )

次に、本発明の第 4実施形態について図面を参照して説明する。図 6は第 4実施形態の電池パック 2 0 cと充電器 1 0 cを併せて示す機能プロック図である。図 6に示すように、電池パック 2 0 cでは、ニッケル—水素電池群 2 4 cを構成する各電池（セル）と、リチウムイオン電池群 2 6 cを構成する各電池（セル）の電圧がそれぞれ検出される。検出された各電圧は、パッテリ電圧変換回路 2 7 c (以下、 V T変換回路という）に入力する。

V T変換回路 2 7 cは、充電器 1 0 cに設けられた第 2電源回路 1 3 cに接続され、第 2電源回路 1 3 cから供給される電力によって動作する。 V T変換回路 2 7 cは、電池群 2 4 c， 2 6 cを構成する各電池の電圧のうち最大となっているものに基づいて、充電制御用の制御信号を生成し出力する。例えば、電池群 2 4 c , 2 6 cのうち電池群 2 6 cを構成する一のリチウムイオン電池の電圧が最大となっているときは、そのリチウムイオン電池の電圧を充電制御用の信号に変換して出力する。 V T変換回路 2 7 cから出力された信号は、充電器 1 0 cの制御部 1 6 cに入力する。制御部 1 6 cは、入力する制御信号から電池群 2 4 c， 2 6 c (詳しくは、電池電圧が最大となっている電池）の電池電圧の上昇率を求め、この電池電圧の上昇率から電池群 2 4 c， 2 6 cの電圧上昇パターンが予め設定された電圧上昇パターンとなるように充電電流値を決定する。充電電流制御部 1 4 cは、制御部 1 6 cで決定された充電電流値に基づいて第 1電源回路 1 1 cを駆動し、これによつて、充電器 1 0 cから電池パック 2 0 cに制御部 1 6 c で決定された充電電流が供給される。

したがって、同一種類の電池間において充電特性にバラツキがあるような場合 (すなわち、充放電時に電池間で電圧や充電容量に差が生じる場合）であっても、電池毎に電圧をモニターするため、 1の電池電圧が上昇しすぎることが防止される。これによつて、個々の電池間の特性のバラツキによる電池の過充電または過放電を防止することができる。例えば、リチウムイオン電池群 2 6 cの各電池の電池電圧にバラツキが生じている場合でも、最も電圧が高くなる電池に基づいて充電電流が決定されるため、電圧上昇によるリチウムィォン電池の破損等が防止される。

なお、 V T変換回路 2 7 cにより行われる信号の変換処理は、充電器 1 0 cの充電制御プログラムと、電池群 2 4 c， 2 6 cに対して実際に行う充電制御方式によって決まる。例えば、充電器 1 0 cの充電制御プログラムが電池温度に基づくものであり、電池群 2 4 c , 2 6 cに対して行う充電制御方式が電池電圧に基づくものである場合は、検出した電池電圧に基づいて電池パック 2 0 cの充電制御方式から決まる充電電流値を、制御部 1 6 cがその充電制御プログラム（電池温度に基づく充電制御プログラム）から決定できるように、電池パック 2 0 cで検出した電池電圧を所定の温度を示す信号（制御信号）に変換する。あるいは、充電器 1 0 cの充電制御プログラムが電池温度の変化率に基づくものであり、電池群 2 4 c， 2 6 cに対して行う充電制御方式が電池電圧に基づくものである場合は、検出した電池電圧に基づいて電池パック 2 0 cの充電制御方式から決まる充電電流値を、制御部 1 6 cがその充電制御プログラム（電池温度の変化率に基づく充電制御プログラム) から決定できるように、電池パック 2 0 cで検出した電池電圧を所定の温度変化率を示す信号に変換する。このように V T変換回路により行われる、検出信号から制御信号への変換処理は、充電器側の充電制御方式と電池パック側の充電制御方式の相違により、種々に変形 ·応用することができる。なお、 V T変換回路の具体的な回路構成等については、特開 2 0 0 2— 1 9 1 1 3 5号公報に詳しく開示されている。 (実施形態 5 )

次に、本発明の第 5実施形態について図面を参照して説明する。図 7は第 5実施形態の電池パック 2 0 dと充電器 1 0 dを併せて示す機能プロック図である。図 7に示すように、電池パック 2 0 dは、ニッケル一水素電池群 2 4 dの電圧とリチウムイオン電池群 2 6 dの電圧をそれぞれ検出し、さらに、ニッケル-水素電池群 2 4 dの温度をサーミスタ 2 2 dによって検出する。検出された各電圧及ぴ温度は、電圧 ·温度検出回路 2 9 dに入力する。

電圧 ·温度検出回路 2 9 dは、充電器 1 0 dに設けられた第 2電源回路 1 3 d に接続され、第 2電源回路 1 3 dから供給される電力によって動作する。電圧 - 温度検出回路 2 9 dは、検出された電池群 2 4 d， 2 6 dの各電池電圧と、ニッケルー水素電池群 2 4 dの温度に基づいて、充電制御用の制御信号を生成して出力する。例えば、ニッケル一水素電池群 2 4 dの電圧が設定電圧以下で、かつ、ニッケル-水素電池群 2 4 dの温度が設定温度以下の場合は、電圧■温度検出回路 2 9 dは、リチウムイオン電池群 2 6 dの電圧を制御信号として出力する。一方、ニッケル一水素電池群 2 4 dの電圧が設定電圧を越えるか、あるいは、ニッケル一水素電池群 2 4 dの温度が設定温度を越えると、充電を停止するための信号（充電停止信号）を出力することができる。したがって、充電器 1 0 dの制御部 1 6 dは、リチウムイオン電池群 2 6 dの電圧が制御信号として入力する間は定電流 -定電圧充電制御方式（第 1実施形態参照）で充電を行い、満充電となるか、電圧 ·温度検出回路 2 9 dから充電停止信号が入力すると、電池パック 2 0 dの充電を停止する。

上述したことから明らかなように、第 5実施形態によると、電池パック 2 0 d 側で電池群 2 4 d， 2 6 dの電池電圧の検出及ぴ電池群 2 4 dの温度検出を行い、充電制御に必要な制御信号のみを出力する。このため、充電器 1 0 dの制御部 1 6 dは、 1つの制御信号のみを扱えばよい。上述した第 3〜 5実施形態の説明から明らかなように、これらの実施形態では電池パック側で充電制御に必要な制御信号 (制御パラメータ）を 1つ生成し、充電器側のハード構成は同一となっている。したがって、充電器で実行される充電制御プログラムに応じた制御信号を各電池パックから出力するように構成することで、異なる充電制御方式の電池パックを同一の充電器（すなわち、同一の充電制御プログラム）で充電することができる。

また、同一の充電制御プログラムではなく電池パックに応じた充電制御プ口グラムを充電器で実行するようにしてもよい。例えば、電池パック側に当該電池パック用の充電制御プログラムを記憶しておく。電池パックが充電器に接続されると、電池パック側に記憶された充電制御プログラムを充電器の制御部が読み取り実行する。あるいは、充電器側に複数の充電制御プログラムを予め格納しておき、接続された電池パックに応じて充電制御プログラムを選択するようにしてもよい。例えば、電池パックが充電器に接続されると、充電器の制御部は電池パックの型式等を電池パックの E E P R OMから読取り、その読取った型式等に基づいて実行する充電制御プログラムを選択する。以上、本発明のいくつかの実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

例えば、上記各実施形態は、リチウムイオン電池で構成される電池群と、ニッケルー水素電池で構成される電池群を直列に接続した例であつたが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、リチウムイオン電池で構成される電池群とニッケル一力ドミゥム電池から構成される電池群（又はニッケル一亜鉛電池で構成される電池群等）を組合せることもできる。

また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

Claims

請求の範囲

1 . 組電池であって、

1又は 2以上の第 1の電池からなる第 1の電池群と、

第 1の電池群と直列に接続され、第 1の電池と種類が異なる 1又は 2以上の第 2の電池からなる第 2の電池群と、を備え、

第 1の電池群と第 2の電池群のうちエネルギ重量密度又はエネルギ体積密度の高い電池群の電圧が、エネルギ重量密度又はエネルギ体積密度の低い電池群の電圧より高くなっている組電池。

2 . エネルギ重量密度又はエネルギ体積密度の高い電池群を構成する電池の容量ほど、エネルギ重量密度又はエネルギ体積密度の低い電池群を構成する電池の容量より小さくなっている請求の範囲第 1項に記載の組電池。

3 . 電池パックであって、

請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の組電池と、

その組電池の充電特性データを記憶するメモリと、を備え、

その充電特性データが、エネルギ重量密度又はエネルギ体積密度の最も高い電池群の充電特性に基づいたデータである電池パック。

4 . 前記充電特性データは、組電池への充電電流を制御するための充電制御プログラムである請求の範囲第 3項に記載の電池パック。

5 . 前記充電制御プログラムは、エネルギ重量密度又はエネルギ体積密度の最も高い電池群の充電特性に基づいて充電電流を制御すると共に、エネルギ重量密度又はエネルギ体積密度の低い電池群の温度又は電圧が予め設定された設定値を超えると充電を停止するプログラムである請求の範囲第 4項に記載の電池パック。

6 . 電池パックと充電器を有する装置であって、

電池パックは、請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の組電池と、組電池を構成する電池群毎に当該電池群を充電するための充電端子とを有し、

充電器は、電源回路と、電池パックに設けられた各充電端子に接続される接続端子と、それら接続端子と電源回路との間に配されたスィッチと、を有し、そのスィツチは、電源回路と電池パックの各電池群とを選択的に接続する装置。

7 . 電池パックと充電器を有する装置であって、

電池パックは、請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の組電池と、その組電池を充電制御するための制御信号を出力する回路と、を有し、

充電器は、電源回路と、電池パックから出力される制御信号に基づいて電源回路から電池パックの組電池に供給する充電電流を制御する制御部と、を有する装置。

8 . 電池パックは、電池群毎に当該電池群の温度を検出する温度検出素子をさらに有し、前記制御信号出力回路は、それら温度検出素子から出力される信号に基づいて制御信号を出力する請求の範囲第 7項に記載の装置。

9 . 前記制御信号出力回路は、組電池を構成する電池毎に検出された電池電圧に基づいて制御信号を出力する請求の範囲第 7項に記載の装置。

1 0 . 電池パックは、組電池を構成する少なくとも一つの電池群の温度を検出する温度検出素子をさらに有し、前記制御信号出力回路は、温度検出素子から出力される信号と電池群毎に検出された電圧とに基づいて、制御信号を出力する請求の範囲第 7項に記載の装置。