電池パック
【課題】 少ない本数の乾電池によって充電可能な電池パックを提供する。
【解決手段】 電池パック１は、二次電池２ａからなる電池組２と、乾電池５が着脱自在に電気的に装着される乾電池装着部６と、乾電池装着部と電池組との間に形成され且つ充電装置との間に形成される電流路とは異なる充電電流路７と、乾電池５から電池組２への充電を制御する制御部８と、を有する。
【解決手段】 電池パック１は、二次電池２ａからなる電池組２と、乾電池５が着脱自在に電気的に装着される乾電池装着部６と、乾電池装着部と電池組との間に形成され且つ充電装置との間に形成される電流路とは異なる充電電流路７と、乾電池５から電池組２への充電を制御する制御部８と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池からなる電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、二次電池からなる電池パックは、専用の充電装置に接続することにより充電が行われている。また、充電装置の電源設備が無い場合に備えて、電池パックを、二次電池よりもエネルギー密度が高い乾電池（一次電池）を利用して充電することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−７８４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、電池パックの充電に専用の充電装置を必要とする場合、電池パックの充電が必要となったときに、ユーザーが充電装置を携帯していなかったり、充電装置の電源設備が周辺に無いときは、電池パックをその場で充電することができないことになる。また、乾電池を用いて電池パックを充電する場合、電池パックの用途が電動工具向けであって内部の電池組の充電電圧が高い場合は、相当数の乾電池を用いる必要があり、電池パックの大型化を招いていた。また、多くの乾電池を用意することは、ユーザーの経済的負担の増大を招くことにもなっていた。
【０００５】
本発明の目的は、入手が容易な乾電池を利用すると共に少ない本数の乾電池によって充電可能な電池パックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１記載の電池パックは、電動工具及び充電装置の一方に着脱自在に装着され、前記電動工具に接続されるときは前記電動工具に電力を供給すると共に前記充電装置に接続されるときは前記充電装置により充電される電池パックであって、複数の二次電池を接続してなる電池組と、前記充電装置と電気的に接続される充電端子と、前記電池組と前記充電端子との間に形成される第１の充電電流路と、乾電池が着脱自在に電気的に装着される乾電池装着部と、前記乾電池装着部と前記電池組との間に形成される第２の充電電流路と、前記乾電池から前記第２の充電電流路を経由した前記電池組への充電を制御する制御部と、を有することを特徴とする。
【０００７】
電池パックは、充電装置が充電端子に接続されると、第１の充電電流路を介して電池組が充電される。一方、充電装置が充電端子に接続されずに乾電池が乾電池装着部に装着されているときは、制御部の制御により、乾電池から第２の充電電流路を経由して電池組への充電が行われる。電池組を乾電池からの電力で充電するときは、第２の充電電流路を使い、充電装置と電気的に接続される第１の充電電流路を使わないので、乾電池の出力電圧が、充電装置からの出力電圧とは異なる場合であっても、乾電池を用いて電池組を充電することができる。
【０００８】
請求項２記載の電池パックは、請求項１記載の電池パックであって、前記制御部は、手動によりオンとなり前記第２の充電電流路を閉じる第１のスイッチ手段を有することを特徴とする。この構成により、乾電池装着部に装着された乾電池の無用な放電を防止することができる。
【０００９】
請求項３記載の電池パックは、請求項２に記載の電池パックであって、前記制御部は、電力供給により動作するマイコンと、前記マイコンに電力を供給する電源回路と、を有し、前記第１のスイッチ手段がオンになると前記電源回路から前記マイコンへ電力が供給されることを特徴とする。この構成により、乾電池によって電池組を充電するときにのみ、電源回路からマイコンに電力を供給してマイコンを動作させることができるので、電池パックの内部において無用な電力の消費を抑制することができる。
【００１０】
請求項４記載の電池パックは、請求項３記載の電池パックであって、前記第１のスイッチ手段は、前記乾電池から前記電源回路への電流路を開閉する第２のスイッチ手段と、前記電池組から前記電源回路への電流路を開閉する第３のスイッチ手段と、を有し、前記マイコンは、前記電源回路への入力電圧に応じて前記第２のスイッチ手段及び前記第３のスイッチ手段を制御することを特徴とする。この構成により、マイコンは、乾電池の出力電圧が低下したときには、電池組から電力が供給されるので、その動作を継続させることができる。
【００１１】
請求項５記載の電池パックは、請求項１から４までのいずれか一に記載の電池パックであって、前記制御部は、前記乾電池の出力電圧を検出する電圧検出回路を有し、前記出力電圧が所定電圧以下になったときに、前記乾電池から前記電池組への充電を停止させることを特徴とする。この構成により、乾電池の出力電圧が充電に適さないものとなったときに充電を停止することにより、無駄な電力の消費を防ぐことができる。
【００１２】
請求項６記載の電池パックは、請求項１から５のいずれか一に記載の電池パックであって、前記制御部は、前記乾電池の容量及び前記電池組の状態の少なくとも１つを表示する表示回路を有することを特徴とする。この構成により、乾電池の容量及び電池組の状態を視覚的に確認することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、乾電池の出力電圧が充電装置の出力電圧とは異なる場合であっても、例えば市販の乾電池を用いて電池パックを充電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による電池パックの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明による電池パックの回路図を示す。
【図３】本発明による電池パックを充電する動作を示すフローチャート（前半部分）である。
【図４】本発明による電池パックを充電する動作を示すフローチャート（後半部分）である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
【００１６】
図１に、本発明の実施形態である電池パック１を示す。電池パック１は、複数の電池セル２ａを接続してなる電池組２と、充電装置１００と電気的に接続される一対の充電端子３と、充電端子３と電池組２との間に形成される第１の充電電流路としての充電装置用電流路４と、乾電池５が着脱自在に電気的に装着される乾電池装着部６と、乾電池装着部６に装着された乾電池５と電池組２との間に形成される第２の充電電流路としての乾電池用電流路７と、乾電池５から電池組２への充電を制御する制御部８と、を有する。本実施の形態においては、電池組２は、電池セル２ａとしての定格電圧３．６Ｖ／セルのリチウムイオン電池セルの４つを直列に接続して構成される。乾電池５は、初期電圧１．６Ｖのアルカリ乾電池の４つを直列に接続したものが用いられる。また、第２の電流路７は、図２に示すように、乾電池５の正極側から電池組２の正極側に延在する高電位ラインＸと、乾電池５の負極側から電池組２の負極側に延在して高電位ラインＸに比較して低電位となる低電位ラインＹと、からなる。
【００１７】
電池パック１は、充電端子３に電動工具（図示せぬ）が接続されると、電池組２から電動工具に向けて電力を供給することができる。一方、電池パック１は、充電端子３に充電装置１００が接続されると、電池組２が充電装置１００から第１の電流路４を介して充電される。また、電池組２は、乾電池装着部６に装着された乾電池５からも充電される。
【００１８】
次に、制御部８の具体的な回路構成を、図２を参照して説明する。制御部８は、乾電池５の出力電圧を充電電圧に変換する電圧変換回路１０と、第１の電流路７を開閉する第１のスイッチ回路１１と、マイクロコンピュータ（マイコン）１２と、マイコン１２に電力を供給する電源回路１３と、を有する。さらに、制御部８は、乾電池５の出力電圧を検出する乾電池電圧検出回路１４と、電池組２の充電電圧を検出する電池組電圧検出回路１５と、乾電池５から電源回路１３への電流路を開閉する第２のスイッチ回路１６と、電池組２から電源回路１３への電流路を開閉する第３のスイッチ回路１７と、電池組２と電池組電圧検出回路１５との間に形成される電流路を開閉するための第４のスイッチ回路１８と、手動により押下されるとオフからオンに切り替わるトリガスイッチ１９と、を有する。
【００１９】
また、マイコン１２には、充電装置１００の接続の有無を判別する充電装置接続判別手段２０と、電池組２の温度を検出する第１のサーミスタ２１と、表示回路２４と、電池組２の保護回路２８とが接続されている。第１の電流路７を流れる電流を検出するために、制御部８は、第１の電流路７に挿入された検出抵抗２５と、検出抵抗２５を流れる電流を検出する電流検出回路２６と、電流検出回路２６の出力を電圧変換回路１０へとフィードバックするためのフィードバック回路２７と、を有する。なお、電池組２の温度を充電装置１００に通知するために、第１のサーミスタ２１とは別に、第２のサーミスタ２２が電池パック１に設けられている。
【００２０】
電圧変換回路１０は、少ない本数の乾電池５から得られる出力電圧を電池組２の充電電圧用に昇圧するための昇圧回路からなる。電圧変換回路１０は、昇圧のためのスイッチング制御をおこなうＰＷＭ制御回路１０ａと、昇圧用コイル１０ｂと、ＰＷＭ制御回路１０ａのＰＷＭ信号によってスイッチング動作するＭＯＳＦＥＴ１０ｃと、平滑用ダイオード１０ｄと、平滑用コンデンサ１０ｅとで構成される。昇圧用コイル１０ｂは、高電位ラインＸに挿入される。ＭＯＳＦＥＴ１０ｃは、ソースが低電位ラインＹに接続され、ドレインが高電位ラインＸに接続され、ゲートには、ＰＷＭ制御回路１０ａのＰＷＭ信号が入力されるように接続されている。電流変換回路１０は、乾電池５から電池組２を充電する場合に、乾電池５の出力電圧を昇圧して電池組２に電力を供給する。
【００２１】
第１のスイッチ回路１１は、ＭＯＳＦＥＴ１１ａと、ＭＯＳＦＥＴ１１ｂとからなり、乾電池５と電池組２とを接続する第１の電流路７を開閉する。ＭＯＳＦＥＴ１１ａは、ソース・ドレイン間が高電位ラインＸに挿入されるように接続され、ゲートが抵抗を介してソース側に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１１ｂは、ソースが低電位ラインＹに接続され、ドレインが抵抗を介してＭＯＳＦＥＴ１１ａのゲートに接続され、ゲートが抵抗を介してソース側に接続されている。マイコン１２の出力信号によってＭＯＳＦＥＴ１１ｂがターンオンすると、ＭＯＳＦＥＴ１１ａがターンオンして、第２の電流路７は閉じて乾電池５から電池組２に向けて電流が流れる。一方、ＭＯＳＦＥＴ１４ｂがターンオフすると、ＭＯＳＦＥＴ１４ａがターンオフして、第２の電流路７は開かれ、乾電池５から電池組２に向けて流れる電流は遮断される。従って、第１のスイッチ回路１１のオン・オフにより、電池組２の充電の開始または停止を切り替えることができる。
【００２２】
マイコン１２は、乾電池５及び電池組２の状態を監視して、電池組２の充電を制御する。このため、マイコン１２には、乾電池電圧検出回路１４からの乾電池電圧検出信号と、電池組電圧検出回路１５からの電池組電圧検出信号と、充電装置接続判別手段２０からの充電装置接続信号と、第１のサーミスタ２１からの電池組温度検出信号と、電流検出回路２６からの電流検出信号と、保護回路２８からの過充電信号とが入力される。そして、マイコン１２は、入力された各信号の状態に基づいて、第１乃至第４のスイッチ回路１１、１６、１７、１８と表示回路２４とを制御する信号を出力する。
【００２３】
電源回路１３は、定電圧ＩＣ１３ａと、発振防止用コンデンサ１３ｂ、１３ｃと、逆流阻止用ダイオード１３ｅ、１３ｆとで構成される。乾電池５又は電池組２から入力された電圧は、定電圧ＩＣ１３ａによって所定電圧に変換され、マイコン１２の駆動電力Ｖｃｃ（例えば５Ｖ）としてマイコン１２に供給される。
【００２４】
乾電池電圧検出回路１４は、抵抗分圧回路からなり、乾電池５の出力電圧を検出してマイコン１２に向けて出力する。
【００２５】
電池組電圧検出回路１５は、抵抗分圧回路からなり、電池組２の電池電圧を検出し、マイコン１２とフィードバック回路２７とに向けてそれぞれ出力する。
【００２６】
第２のスイッチ回路１６は、第２のスイッチ手段として、ＭＯＳＦＥＴ１６ａとＭＯＳＦＥＴ１６ｂとで構成され、乾電池５と電源回路１３とを接続する第３の電流路を開閉する。ＭＯＳＦＥＴ１６ａは、ソースがダイオードを介して乾電池５の正極側に接続され、ドレインが電源回路１３に接続され、ゲートが抵抗を介してソース側に接続される。ＭＯＳＦＥＴ１６ｂは、ソースが低電位ラインＹに接続され、ドレインが抵抗を介してＭＯＳＦＥＴ１６ａのゲートに接続され、ゲートが抵抗を介してソース側に接続されている。マイコン１２の出力信号によってＭＯＳＦＥＴ１６ｂがターンオンすると、ＭＯＳＦＥＴ１６ａがターンオンし、電流路は閉じて電流が乾電池５から電源回路１３に向けて流れる。一方、ＭＯＳＦＥＴ１６ｂがターンオフすると、ＭＯＳＦＥＴ１６ａはターンオフして第３の電流路が開き、第３の電流路を流れる電流は遮断される。従って、第２のスイッチ回路１６のオン・オフにより、乾電池５から電源回路１３への給電・給電停止を切り替えることができる。
【００２７】
第３のスイッチ回路１７は、第３のスイッチ手段として、ＭＯＳＦＥＴ１７ａとＭＯＳＦＥＴ１７ｂとで構成され、電池組２と電源回路１３とを接続する第４の電流路を開閉する。ＭＯＳＦＥＴ１７ａは、ソースが電池組２の正極側に接続され、ドレインが電源回路１３に接続され、ゲートが抵抗を介してソース側に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１７ｂは、ソースが低電位ラインＹに接続され、ドレインが抵抗を介してＭＯＳＦＥＴ１７ａのゲートに接続され、ゲートがマイコン１２に接続されると共に抵抗を介して低電位ラインＹに接続されている。マイコン１２の出力信号によってＭＯＳＦＥＴ１７ｂがターンオンすると、ＭＯＳＦＥＴ１７ａはターンオンし、電流路は閉じて電流が電池組２から電源回路１３に向けて流れる。一方、ＭＯＳＦＥＴ１７ｂがターンオフすると、ＭＯＳＦＥＴ１７ａはターンオフして第４の電流路は開放され、第４の電流路を流れる電流は遮断される。第３のスイッチ回路１７のオン・オフにより、電池組２から電源回路１３への給電・給電停止を切り替えることができる。
【００２８】
第４のスイッチ回路１８は、ＭＯＳＦＥＴ１８ａとＭＯＳＦＥＴ１８ｂで構成され、電池組２と電池組電圧検出回路１５とを接続する第５の電流路を開閉する。ＭＯＳＦＥＴ１８ａは、ソース・ドレイン間が電池組２の正極側と電池組電圧検出回路１５との間の電流路を構成するように挿入され、ゲートが抵抗を介してソース側に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１８ｂは、ソースが低電位ラインＹに接続され、ドレインが抵抗を介してＭＯＳＦＥＴ１８ａのゲートに接続され、ゲートがマイコン１２に接続されると共に抵抗を介してソース側に接続されている。マイコン１２の出力信号によってＭＯＳＦＥＴ１８ｂがターンオンすると、ＭＯＳＦＥＴ１８ａはターンオンし、電池組２から電池組電圧検出回路１５への電流路は閉じて電流が流れる。一方、ＭＯＳＦＥＴ１８ｂがターンオフすると、ＭＯＳＦＥＴ１８ａはターンオフして第５の電流路が開放され、第５の電流路を流れる電流は遮断される。このように、第４のスイッチ回路１８のオン・オフにより、電池組電圧検出回路１５の起動のオン・オフを切り替えることができる。
【００２９】
トリガスイッチ１９は、第１のスイッチ手段として、一対の接点からなり、一方の接点がダイオードを介して乾電池５に接続され、他方の接点が電力回路１３に接続され、ユーザーにより押下されているときのみ、一対の接点間が閉じるスイッチである。さらに、トリガスイッチ１９は、ＭＯＳＦＥＴ１６ａのソース・ドレイン間と並列に接続されている。従って、トリガスイッチ１９が押下されて接点が閉じると、乾電池５の電力が電源回路１３を介してマイコン１２に供給されるので、マイコン１２を起動できる。すなわち、トリガスイッチ１９を操作することによって、乾電池５から電池組２への給電を開始させることができる。
【００３０】
充電装置接続判別手段２０は、充電装置接続判別用端子２０ａと充電装置接続判別用抵抗２０ｂで構成される。充電装置１００が電池パック１に接続されると、充電装置接続判別用抵抗２０ｂに充電装置１００から出力される所定の電圧が印加されるので、マイコン１２は、充電装置接続判別用抵抗２０ｂの両端に印加される電圧を検出することにより、充電装置１００の接続の有無を判別する。
【００３１】
第１のサーミスタ２１は、電池組２の温度に応じて両端の電圧が変化する測温素子であり、電池組２の温度をマイコン１２に入力する。
【００３２】
第２のサーミスタ２２は、電池組２の温度に応じて両端の電圧が変化する測温素子であり、温度検出用端子２２ａを介して、電池組２の温度を充電装置１００に伝える。
【００３３】
表示回路２４は、ＬＥＤ２４ａとＬＥＤ２４ｂとからなり、マイコン１２からの制御信号によって、点灯の状態を切り替えて、乾電池５の残容量や制御部８の動作状態をユーザーに知らせる。具体的に、残容量表示については、乾電池５の出力電圧が４．８Ｖ以上の場合、ＬＥＤ２４ａ、２４ｂの双方を点灯させて、乾電池５の残容量が半分以上であることをユーザーに知らせる。乾電池電圧が４．０Ｖ以上４．８Ｖ未満の場合、ＬＥＤ２４ａを消灯しつつもＬＥＤ２４ｂを点灯させ、乾電池５の残容量が半分に満たないことをユーザーに知らせる。乾電池電圧が４．０Ｖ未満の場合、ＬＥＤ２４ａ、２４ｂの双方を消灯させ、乾電池５の残容量が不十分であり、充電をおこなえないことをユーザーに知らせる。
【００３４】
また、制御部８の動作状態の表示については、充電中の場合、前述した残容量表示で点灯しているＬＥＤを断続的な点灯状態、すなわち点滅状態にする。乾電池５の残容量が十分に残っていても、乾電池５または電池組２の温度が所定値以上の場合、前述した残容量表示で点灯しているＬＥＤを点滅状態にし、電池が高温状態のため充電を開始しない充電保留中であることをユーザーに知らせる。例えば、充電中では、残容量に応じて、４．０Ｖ〜４．８Ｖの場合であれば一方のＬＥＤのみを点滅させ、４．８Ｖを上回る場合では両方のＬＥＤを同時に点滅させ、４．０Ｖ未満の場合は他方のＬＥＤのみを点滅させる。高温状態では、残容量に関係なく２つのＬＥＤを交互に点滅させ、常温に戻ったら、上記の要領で点滅させてもよい。或いは、ＬＥＤの一方を残容量用、他方を充電状態用にし、点灯、点滅、消灯を切り替えるようにすることもできる。
【００３５】
電流検出回路２６は、第２の電流路７を流れる電流、すなわち検出抵抗２５を流れる電流を検出して、マイコン１２とフィードバック回路２７とに向けて出力する。
【００３６】
フィードバック回路２７は、第２の電流路７を流れる電流が所定の電流値を越えないように、定電流フィードバック信号を電圧変換回路１０に出力すると共に、電池組２の充電電圧が所定電圧値を超えないように、定電圧フィードバック信号を電圧変換回路１０に出力する。
【００３７】
保護回路２８は、汎用のリチウムイオン電池用保護ＩＣ（図示せず）を使用した回路であって、電池組２の各電池セル２ａのセル電圧を監視し、電池セル２ａのいずれか１つでも過充電となった場合に、過充電信号をマイコン１２と過充電信号出力端子２８ａとに出力する。なお、過充電信号出力端子２８ａは、電池パック１に充電装置１００が接続されている場合に、電池セル２ａの過充電を充電装置１００に通知するために設けられている。なお、電池パック１が電動工具に接続された場合、保護回路２８は、電池セル２ａのいずれか１つの電圧が所定の電圧（過放電電圧）以下に低下した場合には、電動工具側に過放電信号を出力するように構成されている。
【００３８】
次に、電池パック１の充電について、図３及び図４のフローチャートを参照しながら説明する。電池パック１は、充電装置１００に接続されず、且つマイコン１２への電力供給が開始される前は、第２から第５までの電流路のいずれもが、対応するスイッチ回路１１、１６、１７、１８によって開かれており、電池組２から電池パック１内のいずれの部材にも電流が流れないようになっている。
【００３９】
まず、乾電池５を乾電池装着部６に装着する（Ｓ１００）。次に、トリガスイッチ１９が押下されると（Ｓ１０１）、トリガスイッチ１９を介して乾電池５から電源回路１３への給電が開始されて電源回路１３が起動し、マイコン１２が動作を開始する（Ｓ１０３）。マイコン１２は、動作を開始すると直ちに初期設定をおこなう（Ｓ１０４）。
【００４０】
初期設定において、マイコン１２は、第１のスイッチ回路１１の開放状態を維持して第２の電流路７を開放状態とし（Ｓ１０４ａ）、乾電池５から電池組２への充電を開始しない。次に、マイコン１２は、信号を出力して第２のスイッチ回路１６を閉じて第３の電流路を閉じることにより（Ｓ１０４ｂ）、トリガスイッチ１９の操作を止めてトリガスイッチ１９がオフとなった後も、乾電池５から電源回路１３への電力供給が維持されるようにする。また、第３の電流路が閉じることにより、乾電池電圧検出回路１４は、乾電池５の出力電圧の検出を開始する。
【００４１】
次に、マイコン１２は、信号を出力して第３のスイッチ回路１７を閉じて第４の電流路を閉じるので（Ｓ１０４ｃ）、電池組２の電力が電源回路１３に供給されるようになる。乾電池５と電池組２の双方から電源回路１３に電力供給できるようにしておくことにより、乾電池５の出力電圧が急激に低下してもマイコン１２の駆動を継続することができる。なお、どちらか一方の電流路を閉じて、電圧状態に応じて他方の電流路に切り替えるようにしても良い。次に、第４のスイッチ回路１８を閉じて第５の電流路を閉じ（Ｓ１０４ｄ）、二次電池電圧検出回路１５が電池組２の充電電圧を検出できるようにする。
【００４２】
次に、マイコン１２は、乾電池電圧検出回路１４からの出力に基づいて、乾電池５の出力電圧が充電に必要な所定の電圧値４．０Ｖ以上であるか否かを判定する（Ｓ１０５）。出力電圧が４．０Ｖ未満であった場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、マイコン１２の動作を停止するためにステップＳ１０６へ進む。なお、充電に必要な電圧値とは、乾電池５の出力電圧を入力電圧とする電圧変換回路１０の出力電圧を、電池組２の充電電圧に変換することのできる電圧値をいう。
【００４３】
ステップＳ１０６において、マイコン１２は、第２のスイッチ回路１６を開放し（Ｓ１０６ａ）、次に、第３のスイッチ回路１７を開放する（Ｓ１０６ｂ）。この動作により、電源回路１３への電力供給が断たれ、マイコン１２は動作を停止する。マイコン１２の停止により、マイコン１２による各スイッチ回路へ出力信号の出力が停止するので、電池パック１内部の全てのスイッチ回路が開かれて電流が流れず、電池パック１内部の電力消費が抑制される。
【００４４】
ステップＳ１０５において、出力電圧が４．０Ｖ以上の場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、マイコン１２は、表示回路２４において乾電池５の出力電圧に対応した残容量を表示すると共に（Ｓ１０７）、点灯状態を維持することで充電が行われていないことを表示する（Ｓ１０８）。
【００４５】
次に、マイコン１２は、電池組２の充電電圧が正常範囲にあるか否かを判定する（Ｓ１０９）、電池組２の充電電圧が正常範囲にない場合（Ｓ１０９：ＮＯ）、マイコン１２の動作を停止するためにステップＳ１０６へ進む。一方、電池組２の充電電圧が正常範囲にある場合（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、次のステップＳ１１０へ進む。
【００４６】
次に、マイコン１２は、保護回路２８から過充電信号が出力されているか否かを判定する（Ｓ１１０）。過充電信号が出力されていた場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、マイコン１２の動作を停止するためにステップＳ１０６へ進む。ステップＳ１１０において、過充電信号が出力されていない場合（Ｓ１１０：ＮＯ）、次のステップＳ１１１へ進む。
【００４７】
次に、マイコン１２は、充電装置１００が電池パック１に接続されているか否かを判定する（Ｓ１１１）。充電装置１００が接続されている場合（Ｓ１１１：ＹＥＳ）、マイコン１２の動作を停止するためにステップＳ１０６へ進む。充電装置１００が接続されている場合には、充電装置１００に内蔵された充電回路により充電を行うため、乾電池５によって電池組２を充電する必要がないので、乾電池５の余計な電力消費を防止するために、マイコン１２の動作を止めることができる。
【００４８】
また、充電装置用の電流路（第１の電流路４）と乾電池用の電流路（第２の電流路７）とを別々に設けたため、制御部８の回路構成を乾電池の仕様に合わせれば良いため、制御部８を安価な回路部品で構成することができる。２つの充電路を共通にしてしまうと、一般に、乾電池の充電電流よりも充電装置１００の充電電流の方が多いため、充電装置１００の充電電流に合わせて制御部８の回路部品を決定する必要があり、制御部８のために高価な部品を使用しなければならない。しかし、本実施の形態では、充電装置用の電流路と乾電池用の電流路とを別々に設けたため、本発明の制御部は安価な回路部品で構成することができる。一方、ステップＳ１１１において、充電装置１００が接続されていない場合（Ｓ１１１：ＮＯ）、次のステップＳ１１３へ進む。
【００４９】
ステップＳ１１３にて、マイコン１２は、電池組２の温度が５０℃以下であるか判定する。電池組２の温度が５０℃以下ではなかった場合（Ｓ１１３：ＮＯ）、ステップＳ１１４へ進む。
【００５０】
ステップＳ１１４において、マイコン１２は、初めてステップＳ１１４に進んでから再びステップ１１４に戻るループのループ回数をカウントすることによって、トリガスイッチ１９の押下から一定時間経過しているか否かを判定する（Ｓ１１４）。一定時間経過していないと判定した場合は（Ｓ１１４：ＮＯ）、ステップＳ１０５に戻る。一定時間経過したと判定した場合（Ｓ１１４：ＹＥＳ）、マイコン１２の動作を停止するためにステップＳ１０６へ進む。
【００５１】
ステップＳ１１３において、電池組２の温度が５０℃以下であった場合（Ｓ１１３：ＹＥＳ）、次のステップＳ１１５へ進む。
【００５２】
ステップＳ１１３及びＳ１１４によって、電池組２の温度が５０℃を超える高温状態の場合、マイコン１２は、電池組２の充電の保留を維持する。このとき、マイコン１２が駆動しているので、待機電力として乾電池５と電池組２の電力が少しずつ消費される。そこで、電池組２の高温状態が一定時間以上継続した場合、マイコン１２の動作を停止させて、余計な電力消費を抑制している。
【００５３】
ステップＳ１１５において、マイコン１２は、第１のスイッチ回路１１を閉じて第２の電流路７を閉じることによって、電圧変換回路１０を起動させて、電池組２の充電を開始する。
【００５４】
次に、マイコン１２は、表示回路２４によって乾電池５の電圧に対応した残容量を表示し（Ｓ１１６）、点灯しているＬＥＤを点滅させることによって充電中であることを表示する（Ｓ１１７）。
【００５５】
次に、マイコン１２は、電池組２に流れる充電電流は正常範囲にあるか否か（Ｓ１１８）、電池組２の充電電圧は正常範囲にあるか否か（Ｓ１１９）、保護回路２８より過充電信号は出力されているか否か（Ｓ１２０）、電池組２の温度は５５℃以下か否か（Ｓ１２２）、充電装置１００が接続されたか否か（Ｓ１２３）、を順次判定する。これらのステップにおいて、充電電流が正常範囲を外れたと判定された場合（Ｓ１１８：ＮＯ）、電池組２の充電電圧が正常範囲を外れたと判定された場合（Ｓ１１９：ＮＯ）、保護回路２８より過充電信号が出力されたと判定された場合（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、電池組２の温度は５５℃以下でないと判定された場合（Ｓ１２２：ＮＯ）、充電装置１００が接続されたと判定された場合（Ｓ１２３：ＹＥＳ）、電池組２の充電を終了するために、ステップＳ１０６へ進み、マイコン１２の動作を停止する。なお、ステップ１２３にて、充電装置１００が接続されたと判定された場合には、充電装置１００による充電を行う。一方、ステップＳ１２３にて、充電装置１００が接続されていないと判定された場合（Ｓ１２３：ＮＯ）、ステップＳ１２４へと進み、電池組２の充電を継続する。
【００５６】
ステップＳ１２４において、マイコン１２は、乾電池５の電圧が４．０Ｖ以下に低下したか否かを判定する（Ｓ１２４）。４．０Ｖ以下であった場合（Ｓ１２４：ＹＥＳ）、充電を終了するために、ステップＳ１０６へ進み、マイコン１２の動作を停止する。４．０Ｖ以下ではなかった場合（Ｓ１２４：ＮＯ）、次のステップＳ１２５へ進む。
【００５７】
ステップＳ１２５において、マイコン１２は、電池組２の充電電圧が満充電電圧である１６．７Ｖまで到達したか否かを判定する（Ｓ１２５）。電池組２の電圧が１６．７Ｖまで到達した場合（Ｓ１２５：ＹＥＳ）、充電を終了するために、ステップＳ１０６へ進み、マイコン１２の動作を停止する。電池組２の充電電圧が１６．７Ｖに到達していない場合（Ｓ１２５：ＮＯ）、ステップＳ１１６へ戻り、電池組２の充電を継続する。
【００５８】
上記のステップＳ１１６〜Ｓ１２５を繰り返すことによって、電池組２の充電電圧が満充電電圧に到達するので、この満充電をマイコン１２が検出することによって、ステップＳ１０６にて、マイコン１２は動作を停止する。
【００５９】
電池パック１の上記構成によれば、充電装置による充電のみならず、容易に入手できる乾電池５を利用して充電できる。
【００６０】
また、乾電池５によって得られる電圧が、電池組２の充電電圧と異なる場合であっても、電池パック１を充電することができる。すなわち、乾電池の個数が少ない場合であっても、電池パック１を充電できる。従って、電池パック１を、充電装置などの電源設備を必要とせずに充電することができる。
【００６１】
さらに、第１のスイッチ回路を備えているので、乾電池を装着したからといって直ちに電池組２の充電が開始されるわけではないので、トリガスイッチ１９の操作により、必要に応じたタイミングで電池組２を充電することができる。
【００６２】
また、乾電池５から電池組２への充電を制御する制御部８のマイコン１２には、スイッチ回路により実際に充電を行うときにのみ給電されるようになっている。従って、待機電力などの電池組２の充電に用いられない電力の消費を抑制することができる。
【００６３】
さらに、制御部８のマイコン１２は、乾電池５或いは電池組２のいずれからも給電されるように構成されている。従って、乾電池５からの出力電圧が急速に低下した場合であっても電池組２からの給電によって、マイコン１２は安定してその駆動を継続することができる。また、マイコン１２への給電は、乾電池５ａ或いは電池組２のいずれとするかを、手動或いは自動で切り替わるように構成することもできる。手動で切り替える場合は、電源回路１３のダイオード１３ｅ，１３ｆを手動で切替可能なスイッチで構成することもできる。自動で切り替える場合は、ダイオード１３ｅ，１３ｆをそれぞれスイッチで構成し、乾電池電圧検出回路１４と電池組電圧検出回路１５とからの出力に応じて、マイコン１２が当該スイッチを切り替えるようにしても良い。
【００６４】
また、乾電池５の出力電圧を検出することによって、乾電池５の出力電圧が、例えば電池組２を充電できないほどの低い電圧値に低下した場合に、電池組２の充電を停止することができる。従って、電池パック１の内部で無駄な電力消費をしないので、省エネルギを達成できる。
【００６５】
さらに、乾電池５の状態や、電池組２の充電の有無を表示回路２４によって視覚的に確認することができ、ユーザは電池パック１の状態を容易に把握することができる。
【００６６】
なお、上記実施の形態において、電池組２として、４つのリチウムイオン電池セル２ａを直列に接続したものを用いたが、電池セルとしては、二次電池セルであれば適宜の種類の二次電池セルを用いることができ、直列接続する個数も４つに限定されなし、並列接続しても良い。また、二次電池ではなく電気二重層キャパシタでも良い。
【００６７】
また、乾電池５として、アルカリ乾電池に限らず、適宜の種類の一次電池を用いることができ、直列接続する乾電池の個数も４つに限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の電池パックは、二次電池を利用して充電装置或いは乾電池によって充電可能な適宜の電池パックに利用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１ 電池パック
２ 電池組
３ 充電端子
４ 第１の充電電流路
５ 乾電池装着部
７ 第２の充電電流路
８ 制御部
１００ 充電装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池からなる電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、二次電池からなる電池パックは、専用の充電装置に接続することにより充電が行われている。また、充電装置の電源設備が無い場合に備えて、電池パックを、二次電池よりもエネルギー密度が高い乾電池（一次電池）を利用して充電することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−７８４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、電池パックの充電に専用の充電装置を必要とする場合、電池パックの充電が必要となったときに、ユーザーが充電装置を携帯していなかったり、充電装置の電源設備が周辺に無いときは、電池パックをその場で充電することができないことになる。また、乾電池を用いて電池パックを充電する場合、電池パックの用途が電動工具向けであって内部の電池組の充電電圧が高い場合は、相当数の乾電池を用いる必要があり、電池パックの大型化を招いていた。また、多くの乾電池を用意することは、ユーザーの経済的負担の増大を招くことにもなっていた。
【０００５】
本発明の目的は、入手が容易な乾電池を利用すると共に少ない本数の乾電池によって充電可能な電池パックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１記載の電池パックは、電動工具及び充電装置の一方に着脱自在に装着され、前記電動工具に接続されるときは前記電動工具に電力を供給すると共に前記充電装置に接続されるときは前記充電装置により充電される電池パックであって、複数の二次電池を接続してなる電池組と、前記充電装置と電気的に接続される充電端子と、前記電池組と前記充電端子との間に形成される第１の充電電流路と、乾電池が着脱自在に電気的に装着される乾電池装着部と、前記乾電池装着部と前記電池組との間に形成される第２の充電電流路と、前記乾電池から前記第２の充電電流路を経由した前記電池組への充電を制御する制御部と、を有することを特徴とする。
【０００７】
電池パックは、充電装置が充電端子に接続されると、第１の充電電流路を介して電池組が充電される。一方、充電装置が充電端子に接続されずに乾電池が乾電池装着部に装着されているときは、制御部の制御により、乾電池から第２の充電電流路を経由して電池組への充電が行われる。電池組を乾電池からの電力で充電するときは、第２の充電電流路を使い、充電装置と電気的に接続される第１の充電電流路を使わないので、乾電池の出力電圧が、充電装置からの出力電圧とは異なる場合であっても、乾電池を用いて電池組を充電することができる。
【０００８】
請求項２記載の電池パックは、請求項１記載の電池パックであって、前記制御部は、手動によりオンとなり前記第２の充電電流路を閉じる第１のスイッチ手段を有することを特徴とする。この構成により、乾電池装着部に装着された乾電池の無用な放電を防止することができる。
【０００９】
請求項３記載の電池パックは、請求項２に記載の電池パックであって、前記制御部は、電力供給により動作するマイコンと、前記マイコンに電力を供給する電源回路と、を有し、前記第１のスイッチ手段がオンになると前記電源回路から前記マイコンへ電力が供給されることを特徴とする。この構成により、乾電池によって電池組を充電するときにのみ、電源回路からマイコンに電力を供給してマイコンを動作させることができるので、電池パックの内部において無用な電力の消費を抑制することができる。
【００１０】
請求項４記載の電池パックは、請求項３記載の電池パックであって、前記第１のスイッチ手段は、前記乾電池から前記電源回路への電流路を開閉する第２のスイッチ手段と、前記電池組から前記電源回路への電流路を開閉する第３のスイッチ手段と、を有し、前記マイコンは、前記電源回路への入力電圧に応じて前記第２のスイッチ手段及び前記第３のスイッチ手段を制御することを特徴とする。この構成により、マイコンは、乾電池の出力電圧が低下したときには、電池組から電力が供給されるので、その動作を継続させることができる。
【００１１】
請求項５記載の電池パックは、請求項１から４までのいずれか一に記載の電池パックであって、前記制御部は、前記乾電池の出力電圧を検出する電圧検出回路を有し、前記出力電圧が所定電圧以下になったときに、前記乾電池から前記電池組への充電を停止させることを特徴とする。この構成により、乾電池の出力電圧が充電に適さないものとなったときに充電を停止することにより、無駄な電力の消費を防ぐことができる。
【００１２】
請求項６記載の電池パックは、請求項１から５のいずれか一に記載の電池パックであって、前記制御部は、前記乾電池の容量及び前記電池組の状態の少なくとも１つを表示する表示回路を有することを特徴とする。この構成により、乾電池の容量及び電池組の状態を視覚的に確認することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、乾電池の出力電圧が充電装置の出力電圧とは異なる場合であっても、例えば市販の乾電池を用いて電池パックを充電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による電池パックの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明による電池パックの回路図を示す。
【図３】本発明による電池パックを充電する動作を示すフローチャート（前半部分）である。
【図４】本発明による電池パックを充電する動作を示すフローチャート（後半部分）である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
【００１６】
図１に、本発明の実施形態である電池パック１を示す。電池パック１は、複数の電池セル２ａを接続してなる電池組２と、充電装置１００と電気的に接続される一対の充電端子３と、充電端子３と電池組２との間に形成される第１の充電電流路としての充電装置用電流路４と、乾電池５が着脱自在に電気的に装着される乾電池装着部６と、乾電池装着部６に装着された乾電池５と電池組２との間に形成される第２の充電電流路としての乾電池用電流路７と、乾電池５から電池組２への充電を制御する制御部８と、を有する。本実施の形態においては、電池組２は、電池セル２ａとしての定格電圧３．６Ｖ／セルのリチウムイオン電池セルの４つを直列に接続して構成される。乾電池５は、初期電圧１．６Ｖのアルカリ乾電池の４つを直列に接続したものが用いられる。また、第２の電流路７は、図２に示すように、乾電池５の正極側から電池組２の正極側に延在する高電位ラインＸと、乾電池５の負極側から電池組２の負極側に延在して高電位ラインＸに比較して低電位となる低電位ラインＹと、からなる。
【００１７】
電池パック１は、充電端子３に電動工具（図示せぬ）が接続されると、電池組２から電動工具に向けて電力を供給することができる。一方、電池パック１は、充電端子３に充電装置１００が接続されると、電池組２が充電装置１００から第１の電流路４を介して充電される。また、電池組２は、乾電池装着部６に装着された乾電池５からも充電される。
【００１８】
次に、制御部８の具体的な回路構成を、図２を参照して説明する。制御部８は、乾電池５の出力電圧を充電電圧に変換する電圧変換回路１０と、第１の電流路７を開閉する第１のスイッチ回路１１と、マイクロコンピュータ（マイコン）１２と、マイコン１２に電力を供給する電源回路１３と、を有する。さらに、制御部８は、乾電池５の出力電圧を検出する乾電池電圧検出回路１４と、電池組２の充電電圧を検出する電池組電圧検出回路１５と、乾電池５から電源回路１３への電流路を開閉する第２のスイッチ回路１６と、電池組２から電源回路１３への電流路を開閉する第３のスイッチ回路１７と、電池組２と電池組電圧検出回路１５との間に形成される電流路を開閉するための第４のスイッチ回路１８と、手動により押下されるとオフからオンに切り替わるトリガスイッチ１９と、を有する。
【００１９】
また、マイコン１２には、充電装置１００の接続の有無を判別する充電装置接続判別手段２０と、電池組２の温度を検出する第１のサーミスタ２１と、表示回路２４と、電池組２の保護回路２８とが接続されている。第１の電流路７を流れる電流を検出するために、制御部８は、第１の電流路７に挿入された検出抵抗２５と、検出抵抗２５を流れる電流を検出する電流検出回路２６と、電流検出回路２６の出力を電圧変換回路１０へとフィードバックするためのフィードバック回路２７と、を有する。なお、電池組２の温度を充電装置１００に通知するために、第１のサーミスタ２１とは別に、第２のサーミスタ２２が電池パック１に設けられている。
【００２０】
電圧変換回路１０は、少ない本数の乾電池５から得られる出力電圧を電池組２の充電電圧用に昇圧するための昇圧回路からなる。電圧変換回路１０は、昇圧のためのスイッチング制御をおこなうＰＷＭ制御回路１０ａと、昇圧用コイル１０ｂと、ＰＷＭ制御回路１０ａのＰＷＭ信号によってスイッチング動作するＭＯＳＦＥＴ１０ｃと、平滑用ダイオード１０ｄと、平滑用コンデンサ１０ｅとで構成される。昇圧用コイル１０ｂは、高電位ラインＸに挿入される。ＭＯＳＦＥＴ１０ｃは、ソースが低電位ラインＹに接続され、ドレインが高電位ラインＸに接続され、ゲートには、ＰＷＭ制御回路１０ａのＰＷＭ信号が入力されるように接続されている。電流変換回路１０は、乾電池５から電池組２を充電する場合に、乾電池５の出力電圧を昇圧して電池組２に電力を供給する。
【００２１】
第１のスイッチ回路１１は、ＭＯＳＦＥＴ１１ａと、ＭＯＳＦＥＴ１１ｂとからなり、乾電池５と電池組２とを接続する第１の電流路７を開閉する。ＭＯＳＦＥＴ１１ａは、ソース・ドレイン間が高電位ラインＸに挿入されるように接続され、ゲートが抵抗を介してソース側に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１１ｂは、ソースが低電位ラインＹに接続され、ドレインが抵抗を介してＭＯＳＦＥＴ１１ａのゲートに接続され、ゲートが抵抗を介してソース側に接続されている。マイコン１２の出力信号によってＭＯＳＦＥＴ１１ｂがターンオンすると、ＭＯＳＦＥＴ１１ａがターンオンして、第２の電流路７は閉じて乾電池５から電池組２に向けて電流が流れる。一方、ＭＯＳＦＥＴ１４ｂがターンオフすると、ＭＯＳＦＥＴ１４ａがターンオフして、第２の電流路７は開かれ、乾電池５から電池組２に向けて流れる電流は遮断される。従って、第１のスイッチ回路１１のオン・オフにより、電池組２の充電の開始または停止を切り替えることができる。
【００２２】
マイコン１２は、乾電池５及び電池組２の状態を監視して、電池組２の充電を制御する。このため、マイコン１２には、乾電池電圧検出回路１４からの乾電池電圧検出信号と、電池組電圧検出回路１５からの電池組電圧検出信号と、充電装置接続判別手段２０からの充電装置接続信号と、第１のサーミスタ２１からの電池組温度検出信号と、電流検出回路２６からの電流検出信号と、保護回路２８からの過充電信号とが入力される。そして、マイコン１２は、入力された各信号の状態に基づいて、第１乃至第４のスイッチ回路１１、１６、１７、１８と表示回路２４とを制御する信号を出力する。
【００２３】
電源回路１３は、定電圧ＩＣ１３ａと、発振防止用コンデンサ１３ｂ、１３ｃと、逆流阻止用ダイオード１３ｅ、１３ｆとで構成される。乾電池５又は電池組２から入力された電圧は、定電圧ＩＣ１３ａによって所定電圧に変換され、マイコン１２の駆動電力Ｖｃｃ（例えば５Ｖ）としてマイコン１２に供給される。
【００２４】
乾電池電圧検出回路１４は、抵抗分圧回路からなり、乾電池５の出力電圧を検出してマイコン１２に向けて出力する。
【００２５】
電池組電圧検出回路１５は、抵抗分圧回路からなり、電池組２の電池電圧を検出し、マイコン１２とフィードバック回路２７とに向けてそれぞれ出力する。
【００２６】
第２のスイッチ回路１６は、第２のスイッチ手段として、ＭＯＳＦＥＴ１６ａとＭＯＳＦＥＴ１６ｂとで構成され、乾電池５と電源回路１３とを接続する第３の電流路を開閉する。ＭＯＳＦＥＴ１６ａは、ソースがダイオードを介して乾電池５の正極側に接続され、ドレインが電源回路１３に接続され、ゲートが抵抗を介してソース側に接続される。ＭＯＳＦＥＴ１６ｂは、ソースが低電位ラインＹに接続され、ドレインが抵抗を介してＭＯＳＦＥＴ１６ａのゲートに接続され、ゲートが抵抗を介してソース側に接続されている。マイコン１２の出力信号によってＭＯＳＦＥＴ１６ｂがターンオンすると、ＭＯＳＦＥＴ１６ａがターンオンし、電流路は閉じて電流が乾電池５から電源回路１３に向けて流れる。一方、ＭＯＳＦＥＴ１６ｂがターンオフすると、ＭＯＳＦＥＴ１６ａはターンオフして第３の電流路が開き、第３の電流路を流れる電流は遮断される。従って、第２のスイッチ回路１６のオン・オフにより、乾電池５から電源回路１３への給電・給電停止を切り替えることができる。
【００２７】
第３のスイッチ回路１７は、第３のスイッチ手段として、ＭＯＳＦＥＴ１７ａとＭＯＳＦＥＴ１７ｂとで構成され、電池組２と電源回路１３とを接続する第４の電流路を開閉する。ＭＯＳＦＥＴ１７ａは、ソースが電池組２の正極側に接続され、ドレインが電源回路１３に接続され、ゲートが抵抗を介してソース側に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１７ｂは、ソースが低電位ラインＹに接続され、ドレインが抵抗を介してＭＯＳＦＥＴ１７ａのゲートに接続され、ゲートがマイコン１２に接続されると共に抵抗を介して低電位ラインＹに接続されている。マイコン１２の出力信号によってＭＯＳＦＥＴ１７ｂがターンオンすると、ＭＯＳＦＥＴ１７ａはターンオンし、電流路は閉じて電流が電池組２から電源回路１３に向けて流れる。一方、ＭＯＳＦＥＴ１７ｂがターンオフすると、ＭＯＳＦＥＴ１７ａはターンオフして第４の電流路は開放され、第４の電流路を流れる電流は遮断される。第３のスイッチ回路１７のオン・オフにより、電池組２から電源回路１３への給電・給電停止を切り替えることができる。
【００２８】
第４のスイッチ回路１８は、ＭＯＳＦＥＴ１８ａとＭＯＳＦＥＴ１８ｂで構成され、電池組２と電池組電圧検出回路１５とを接続する第５の電流路を開閉する。ＭＯＳＦＥＴ１８ａは、ソース・ドレイン間が電池組２の正極側と電池組電圧検出回路１５との間の電流路を構成するように挿入され、ゲートが抵抗を介してソース側に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１８ｂは、ソースが低電位ラインＹに接続され、ドレインが抵抗を介してＭＯＳＦＥＴ１８ａのゲートに接続され、ゲートがマイコン１２に接続されると共に抵抗を介してソース側に接続されている。マイコン１２の出力信号によってＭＯＳＦＥＴ１８ｂがターンオンすると、ＭＯＳＦＥＴ１８ａはターンオンし、電池組２から電池組電圧検出回路１５への電流路は閉じて電流が流れる。一方、ＭＯＳＦＥＴ１８ｂがターンオフすると、ＭＯＳＦＥＴ１８ａはターンオフして第５の電流路が開放され、第５の電流路を流れる電流は遮断される。このように、第４のスイッチ回路１８のオン・オフにより、電池組電圧検出回路１５の起動のオン・オフを切り替えることができる。
【００２９】
トリガスイッチ１９は、第１のスイッチ手段として、一対の接点からなり、一方の接点がダイオードを介して乾電池５に接続され、他方の接点が電力回路１３に接続され、ユーザーにより押下されているときのみ、一対の接点間が閉じるスイッチである。さらに、トリガスイッチ１９は、ＭＯＳＦＥＴ１６ａのソース・ドレイン間と並列に接続されている。従って、トリガスイッチ１９が押下されて接点が閉じると、乾電池５の電力が電源回路１３を介してマイコン１２に供給されるので、マイコン１２を起動できる。すなわち、トリガスイッチ１９を操作することによって、乾電池５から電池組２への給電を開始させることができる。
【００３０】
充電装置接続判別手段２０は、充電装置接続判別用端子２０ａと充電装置接続判別用抵抗２０ｂで構成される。充電装置１００が電池パック１に接続されると、充電装置接続判別用抵抗２０ｂに充電装置１００から出力される所定の電圧が印加されるので、マイコン１２は、充電装置接続判別用抵抗２０ｂの両端に印加される電圧を検出することにより、充電装置１００の接続の有無を判別する。
【００３１】
第１のサーミスタ２１は、電池組２の温度に応じて両端の電圧が変化する測温素子であり、電池組２の温度をマイコン１２に入力する。
【００３２】
第２のサーミスタ２２は、電池組２の温度に応じて両端の電圧が変化する測温素子であり、温度検出用端子２２ａを介して、電池組２の温度を充電装置１００に伝える。
【００３３】
表示回路２４は、ＬＥＤ２４ａとＬＥＤ２４ｂとからなり、マイコン１２からの制御信号によって、点灯の状態を切り替えて、乾電池５の残容量や制御部８の動作状態をユーザーに知らせる。具体的に、残容量表示については、乾電池５の出力電圧が４．８Ｖ以上の場合、ＬＥＤ２４ａ、２４ｂの双方を点灯させて、乾電池５の残容量が半分以上であることをユーザーに知らせる。乾電池電圧が４．０Ｖ以上４．８Ｖ未満の場合、ＬＥＤ２４ａを消灯しつつもＬＥＤ２４ｂを点灯させ、乾電池５の残容量が半分に満たないことをユーザーに知らせる。乾電池電圧が４．０Ｖ未満の場合、ＬＥＤ２４ａ、２４ｂの双方を消灯させ、乾電池５の残容量が不十分であり、充電をおこなえないことをユーザーに知らせる。
【００３４】
また、制御部８の動作状態の表示については、充電中の場合、前述した残容量表示で点灯しているＬＥＤを断続的な点灯状態、すなわち点滅状態にする。乾電池５の残容量が十分に残っていても、乾電池５または電池組２の温度が所定値以上の場合、前述した残容量表示で点灯しているＬＥＤを点滅状態にし、電池が高温状態のため充電を開始しない充電保留中であることをユーザーに知らせる。例えば、充電中では、残容量に応じて、４．０Ｖ〜４．８Ｖの場合であれば一方のＬＥＤのみを点滅させ、４．８Ｖを上回る場合では両方のＬＥＤを同時に点滅させ、４．０Ｖ未満の場合は他方のＬＥＤのみを点滅させる。高温状態では、残容量に関係なく２つのＬＥＤを交互に点滅させ、常温に戻ったら、上記の要領で点滅させてもよい。或いは、ＬＥＤの一方を残容量用、他方を充電状態用にし、点灯、点滅、消灯を切り替えるようにすることもできる。
【００３５】
電流検出回路２６は、第２の電流路７を流れる電流、すなわち検出抵抗２５を流れる電流を検出して、マイコン１２とフィードバック回路２７とに向けて出力する。
【００３６】
フィードバック回路２７は、第２の電流路７を流れる電流が所定の電流値を越えないように、定電流フィードバック信号を電圧変換回路１０に出力すると共に、電池組２の充電電圧が所定電圧値を超えないように、定電圧フィードバック信号を電圧変換回路１０に出力する。
【００３７】
保護回路２８は、汎用のリチウムイオン電池用保護ＩＣ（図示せず）を使用した回路であって、電池組２の各電池セル２ａのセル電圧を監視し、電池セル２ａのいずれか１つでも過充電となった場合に、過充電信号をマイコン１２と過充電信号出力端子２８ａとに出力する。なお、過充電信号出力端子２８ａは、電池パック１に充電装置１００が接続されている場合に、電池セル２ａの過充電を充電装置１００に通知するために設けられている。なお、電池パック１が電動工具に接続された場合、保護回路２８は、電池セル２ａのいずれか１つの電圧が所定の電圧（過放電電圧）以下に低下した場合には、電動工具側に過放電信号を出力するように構成されている。
【００３８】
次に、電池パック１の充電について、図３及び図４のフローチャートを参照しながら説明する。電池パック１は、充電装置１００に接続されず、且つマイコン１２への電力供給が開始される前は、第２から第５までの電流路のいずれもが、対応するスイッチ回路１１、１６、１７、１８によって開かれており、電池組２から電池パック１内のいずれの部材にも電流が流れないようになっている。
【００３９】
まず、乾電池５を乾電池装着部６に装着する（Ｓ１００）。次に、トリガスイッチ１９が押下されると（Ｓ１０１）、トリガスイッチ１９を介して乾電池５から電源回路１３への給電が開始されて電源回路１３が起動し、マイコン１２が動作を開始する（Ｓ１０３）。マイコン１２は、動作を開始すると直ちに初期設定をおこなう（Ｓ１０４）。
【００４０】
初期設定において、マイコン１２は、第１のスイッチ回路１１の開放状態を維持して第２の電流路７を開放状態とし（Ｓ１０４ａ）、乾電池５から電池組２への充電を開始しない。次に、マイコン１２は、信号を出力して第２のスイッチ回路１６を閉じて第３の電流路を閉じることにより（Ｓ１０４ｂ）、トリガスイッチ１９の操作を止めてトリガスイッチ１９がオフとなった後も、乾電池５から電源回路１３への電力供給が維持されるようにする。また、第３の電流路が閉じることにより、乾電池電圧検出回路１４は、乾電池５の出力電圧の検出を開始する。
【００４１】
次に、マイコン１２は、信号を出力して第３のスイッチ回路１７を閉じて第４の電流路を閉じるので（Ｓ１０４ｃ）、電池組２の電力が電源回路１３に供給されるようになる。乾電池５と電池組２の双方から電源回路１３に電力供給できるようにしておくことにより、乾電池５の出力電圧が急激に低下してもマイコン１２の駆動を継続することができる。なお、どちらか一方の電流路を閉じて、電圧状態に応じて他方の電流路に切り替えるようにしても良い。次に、第４のスイッチ回路１８を閉じて第５の電流路を閉じ（Ｓ１０４ｄ）、二次電池電圧検出回路１５が電池組２の充電電圧を検出できるようにする。
【００４２】
次に、マイコン１２は、乾電池電圧検出回路１４からの出力に基づいて、乾電池５の出力電圧が充電に必要な所定の電圧値４．０Ｖ以上であるか否かを判定する（Ｓ１０５）。出力電圧が４．０Ｖ未満であった場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、マイコン１２の動作を停止するためにステップＳ１０６へ進む。なお、充電に必要な電圧値とは、乾電池５の出力電圧を入力電圧とする電圧変換回路１０の出力電圧を、電池組２の充電電圧に変換することのできる電圧値をいう。
【００４３】
ステップＳ１０６において、マイコン１２は、第２のスイッチ回路１６を開放し（Ｓ１０６ａ）、次に、第３のスイッチ回路１７を開放する（Ｓ１０６ｂ）。この動作により、電源回路１３への電力供給が断たれ、マイコン１２は動作を停止する。マイコン１２の停止により、マイコン１２による各スイッチ回路へ出力信号の出力が停止するので、電池パック１内部の全てのスイッチ回路が開かれて電流が流れず、電池パック１内部の電力消費が抑制される。
【００４４】
ステップＳ１０５において、出力電圧が４．０Ｖ以上の場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、マイコン１２は、表示回路２４において乾電池５の出力電圧に対応した残容量を表示すると共に（Ｓ１０７）、点灯状態を維持することで充電が行われていないことを表示する（Ｓ１０８）。
【００４５】
次に、マイコン１２は、電池組２の充電電圧が正常範囲にあるか否かを判定する（Ｓ１０９）、電池組２の充電電圧が正常範囲にない場合（Ｓ１０９：ＮＯ）、マイコン１２の動作を停止するためにステップＳ１０６へ進む。一方、電池組２の充電電圧が正常範囲にある場合（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、次のステップＳ１１０へ進む。
【００４６】
次に、マイコン１２は、保護回路２８から過充電信号が出力されているか否かを判定する（Ｓ１１０）。過充電信号が出力されていた場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、マイコン１２の動作を停止するためにステップＳ１０６へ進む。ステップＳ１１０において、過充電信号が出力されていない場合（Ｓ１１０：ＮＯ）、次のステップＳ１１１へ進む。
【００４７】
次に、マイコン１２は、充電装置１００が電池パック１に接続されているか否かを判定する（Ｓ１１１）。充電装置１００が接続されている場合（Ｓ１１１：ＹＥＳ）、マイコン１２の動作を停止するためにステップＳ１０６へ進む。充電装置１００が接続されている場合には、充電装置１００に内蔵された充電回路により充電を行うため、乾電池５によって電池組２を充電する必要がないので、乾電池５の余計な電力消費を防止するために、マイコン１２の動作を止めることができる。
【００４８】
また、充電装置用の電流路（第１の電流路４）と乾電池用の電流路（第２の電流路７）とを別々に設けたため、制御部８の回路構成を乾電池の仕様に合わせれば良いため、制御部８を安価な回路部品で構成することができる。２つの充電路を共通にしてしまうと、一般に、乾電池の充電電流よりも充電装置１００の充電電流の方が多いため、充電装置１００の充電電流に合わせて制御部８の回路部品を決定する必要があり、制御部８のために高価な部品を使用しなければならない。しかし、本実施の形態では、充電装置用の電流路と乾電池用の電流路とを別々に設けたため、本発明の制御部は安価な回路部品で構成することができる。一方、ステップＳ１１１において、充電装置１００が接続されていない場合（Ｓ１１１：ＮＯ）、次のステップＳ１１３へ進む。
【００４９】
ステップＳ１１３にて、マイコン１２は、電池組２の温度が５０℃以下であるか判定する。電池組２の温度が５０℃以下ではなかった場合（Ｓ１１３：ＮＯ）、ステップＳ１１４へ進む。
【００５０】
ステップＳ１１４において、マイコン１２は、初めてステップＳ１１４に進んでから再びステップ１１４に戻るループのループ回数をカウントすることによって、トリガスイッチ１９の押下から一定時間経過しているか否かを判定する（Ｓ１１４）。一定時間経過していないと判定した場合は（Ｓ１１４：ＮＯ）、ステップＳ１０５に戻る。一定時間経過したと判定した場合（Ｓ１１４：ＹＥＳ）、マイコン１２の動作を停止するためにステップＳ１０６へ進む。
【００５１】
ステップＳ１１３において、電池組２の温度が５０℃以下であった場合（Ｓ１１３：ＹＥＳ）、次のステップＳ１１５へ進む。
【００５２】
ステップＳ１１３及びＳ１１４によって、電池組２の温度が５０℃を超える高温状態の場合、マイコン１２は、電池組２の充電の保留を維持する。このとき、マイコン１２が駆動しているので、待機電力として乾電池５と電池組２の電力が少しずつ消費される。そこで、電池組２の高温状態が一定時間以上継続した場合、マイコン１２の動作を停止させて、余計な電力消費を抑制している。
【００５３】
ステップＳ１１５において、マイコン１２は、第１のスイッチ回路１１を閉じて第２の電流路７を閉じることによって、電圧変換回路１０を起動させて、電池組２の充電を開始する。
【００５４】
次に、マイコン１２は、表示回路２４によって乾電池５の電圧に対応した残容量を表示し（Ｓ１１６）、点灯しているＬＥＤを点滅させることによって充電中であることを表示する（Ｓ１１７）。
【００５５】
次に、マイコン１２は、電池組２に流れる充電電流は正常範囲にあるか否か（Ｓ１１８）、電池組２の充電電圧は正常範囲にあるか否か（Ｓ１１９）、保護回路２８より過充電信号は出力されているか否か（Ｓ１２０）、電池組２の温度は５５℃以下か否か（Ｓ１２２）、充電装置１００が接続されたか否か（Ｓ１２３）、を順次判定する。これらのステップにおいて、充電電流が正常範囲を外れたと判定された場合（Ｓ１１８：ＮＯ）、電池組２の充電電圧が正常範囲を外れたと判定された場合（Ｓ１１９：ＮＯ）、保護回路２８より過充電信号が出力されたと判定された場合（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、電池組２の温度は５５℃以下でないと判定された場合（Ｓ１２２：ＮＯ）、充電装置１００が接続されたと判定された場合（Ｓ１２３：ＹＥＳ）、電池組２の充電を終了するために、ステップＳ１０６へ進み、マイコン１２の動作を停止する。なお、ステップ１２３にて、充電装置１００が接続されたと判定された場合には、充電装置１００による充電を行う。一方、ステップＳ１２３にて、充電装置１００が接続されていないと判定された場合（Ｓ１２３：ＮＯ）、ステップＳ１２４へと進み、電池組２の充電を継続する。
【００５６】
ステップＳ１２４において、マイコン１２は、乾電池５の電圧が４．０Ｖ以下に低下したか否かを判定する（Ｓ１２４）。４．０Ｖ以下であった場合（Ｓ１２４：ＹＥＳ）、充電を終了するために、ステップＳ１０６へ進み、マイコン１２の動作を停止する。４．０Ｖ以下ではなかった場合（Ｓ１２４：ＮＯ）、次のステップＳ１２５へ進む。
【００５７】
ステップＳ１２５において、マイコン１２は、電池組２の充電電圧が満充電電圧である１６．７Ｖまで到達したか否かを判定する（Ｓ１２５）。電池組２の電圧が１６．７Ｖまで到達した場合（Ｓ１２５：ＹＥＳ）、充電を終了するために、ステップＳ１０６へ進み、マイコン１２の動作を停止する。電池組２の充電電圧が１６．７Ｖに到達していない場合（Ｓ１２５：ＮＯ）、ステップＳ１１６へ戻り、電池組２の充電を継続する。
【００５８】
上記のステップＳ１１６〜Ｓ１２５を繰り返すことによって、電池組２の充電電圧が満充電電圧に到達するので、この満充電をマイコン１２が検出することによって、ステップＳ１０６にて、マイコン１２は動作を停止する。
【００５９】
電池パック１の上記構成によれば、充電装置による充電のみならず、容易に入手できる乾電池５を利用して充電できる。
【００６０】
また、乾電池５によって得られる電圧が、電池組２の充電電圧と異なる場合であっても、電池パック１を充電することができる。すなわち、乾電池の個数が少ない場合であっても、電池パック１を充電できる。従って、電池パック１を、充電装置などの電源設備を必要とせずに充電することができる。
【００６１】
さらに、第１のスイッチ回路を備えているので、乾電池を装着したからといって直ちに電池組２の充電が開始されるわけではないので、トリガスイッチ１９の操作により、必要に応じたタイミングで電池組２を充電することができる。
【００６２】
また、乾電池５から電池組２への充電を制御する制御部８のマイコン１２には、スイッチ回路により実際に充電を行うときにのみ給電されるようになっている。従って、待機電力などの電池組２の充電に用いられない電力の消費を抑制することができる。
【００６３】
さらに、制御部８のマイコン１２は、乾電池５或いは電池組２のいずれからも給電されるように構成されている。従って、乾電池５からの出力電圧が急速に低下した場合であっても電池組２からの給電によって、マイコン１２は安定してその駆動を継続することができる。また、マイコン１２への給電は、乾電池５ａ或いは電池組２のいずれとするかを、手動或いは自動で切り替わるように構成することもできる。手動で切り替える場合は、電源回路１３のダイオード１３ｅ，１３ｆを手動で切替可能なスイッチで構成することもできる。自動で切り替える場合は、ダイオード１３ｅ，１３ｆをそれぞれスイッチで構成し、乾電池電圧検出回路１４と電池組電圧検出回路１５とからの出力に応じて、マイコン１２が当該スイッチを切り替えるようにしても良い。
【００６４】
また、乾電池５の出力電圧を検出することによって、乾電池５の出力電圧が、例えば電池組２を充電できないほどの低い電圧値に低下した場合に、電池組２の充電を停止することができる。従って、電池パック１の内部で無駄な電力消費をしないので、省エネルギを達成できる。
【００６５】
さらに、乾電池５の状態や、電池組２の充電の有無を表示回路２４によって視覚的に確認することができ、ユーザは電池パック１の状態を容易に把握することができる。
【００６６】
なお、上記実施の形態において、電池組２として、４つのリチウムイオン電池セル２ａを直列に接続したものを用いたが、電池セルとしては、二次電池セルであれば適宜の種類の二次電池セルを用いることができ、直列接続する個数も４つに限定されなし、並列接続しても良い。また、二次電池ではなく電気二重層キャパシタでも良い。
【００６７】
また、乾電池５として、アルカリ乾電池に限らず、適宜の種類の一次電池を用いることができ、直列接続する乾電池の個数も４つに限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の電池パックは、二次電池を利用して充電装置或いは乾電池によって充電可能な適宜の電池パックに利用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１ 電池パック
２ 電池組
３ 充電端子
４ 第１の充電電流路
５ 乾電池装着部
７ 第２の充電電流路
８ 制御部
１００ 充電装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動工具及び充電装置の一方に着脱自在に装着され、前記電動工具に接続されるときは前記電動工具に電力を供給すると共に前記充電装置に接続されるときは前記充電装置により充電される電池パックであって、
複数の二次電池を接続してなる電池組と、
前記充電装置と電気的に接続される充電端子と、
前記電池組と前記充電端子との間に形成される第１の充電電流路と、
乾電池が着脱自在に電気的に装着される乾電池装着部と、
前記乾電池装着部と前記電池組との間に形成される第２の充電電流路と、
前記乾電池から前記第２の充電電流路を経由した前記電池組への充電を制御する制御部と、
を有することを特徴とする電池パック。
【請求項２】
前記制御部は、
手動によりオンとなり前記第２の充電電流路を閉じる第１のスイッチ手段を有することを特徴とする請求項１記載の電池パック。
【請求項３】
前記制御部は、
電力供給により動作するマイコンと、
前記マイコンに電力を供給する電源回路と、
を有し、
前記第１のスイッチ手段がオンになると前記電源回路から前記マイコンへ電力が供給されることを特徴とする請求項２に記載の電池パック。
【請求項４】
前記第１のスイッチ手段は、
前記乾電池から前記電源回路への電流路を開閉する第２のスイッチ手段と、
前記電池組から前記電源回路への電流路を開閉する第３のスイッチ手段と、
を有し、
前記マイコンは、前記電源回路への入力電圧に応じて前記第２のスイッチ手段及び前記第３のスイッチ手段を制御することを特徴とする請求項３記載の電池パック。
【請求項５】
前記制御部は、前記乾電池の出力電圧を検出する電圧検出回路を有し、前記出力電圧が所定電圧以下になったときに、前記乾電池から前記電池組への充電を停止させることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一に記載の電池パック。
【請求項６】
前記制御部は、
前記乾電池の容量及び前記電池組の状態の少なくとも１つを表示する表示回路を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一に記載の電池パック。
【請求項１】
電動工具及び充電装置の一方に着脱自在に装着され、前記電動工具に接続されるときは前記電動工具に電力を供給すると共に前記充電装置に接続されるときは前記充電装置により充電される電池パックであって、
複数の二次電池を接続してなる電池組と、
前記充電装置と電気的に接続される充電端子と、
前記電池組と前記充電端子との間に形成される第１の充電電流路と、
乾電池が着脱自在に電気的に装着される乾電池装着部と、
前記乾電池装着部と前記電池組との間に形成される第２の充電電流路と、
前記乾電池から前記第２の充電電流路を経由した前記電池組への充電を制御する制御部と、
を有することを特徴とする電池パック。
【請求項２】
前記制御部は、
手動によりオンとなり前記第２の充電電流路を閉じる第１のスイッチ手段を有することを特徴とする請求項１記載の電池パック。
【請求項３】
前記制御部は、
電力供給により動作するマイコンと、
前記マイコンに電力を供給する電源回路と、
を有し、
前記第１のスイッチ手段がオンになると前記電源回路から前記マイコンへ電力が供給されることを特徴とする請求項２に記載の電池パック。
【請求項４】
前記第１のスイッチ手段は、
前記乾電池から前記電源回路への電流路を開閉する第２のスイッチ手段と、
前記電池組から前記電源回路への電流路を開閉する第３のスイッチ手段と、
を有し、
前記マイコンは、前記電源回路への入力電圧に応じて前記第２のスイッチ手段及び前記第３のスイッチ手段を制御することを特徴とする請求項３記載の電池パック。
【請求項５】
前記制御部は、前記乾電池の出力電圧を検出する電圧検出回路を有し、前記出力電圧が所定電圧以下になったときに、前記乾電池から前記電池組への充電を停止させることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一に記載の電池パック。
【請求項６】
前記制御部は、
前記乾電池の容量及び前記電池組の状態の少なくとも１つを表示する表示回路を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一に記載の電池パック。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１１９１０９（Ｐ２０１２−１１９１０９Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６５９８６（Ｐ２０１０−２６５９８６）
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００００５０９４）日立工機株式会社 (1,861)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００００５０９４）日立工機株式会社 (1,861)
【Ｆターム（参考）】
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