(57)【要約】【課題】機器本体へのバッテリユニットの装着によって自動的に複数の電池セル組の直列接続を導通させる場合と比較して信頼性を高めることの可能な電気機器を提供する。【解決手段】工具本体３のトリガを引くと、トリガ連動スイッチ３６がオンし、起動用スイッチング素子Ｔｒ１がオンする。これにより、第１の電池セル組２１のプラス端子の電圧が、起動用スイッチング素子Ｔｒ１、ダイオードＤ４、ダイオードＤ６、抵抗Ｒ７、及び抵抗Ｒ４を経由して遮断用スイッチング素子Ｍ４の制御端子に印加され、遮断用スイッチング素子Ｍ４がオンする。すると、第１の電池セル組２１のプラス端子からの電流がフォトダイオードＤ１〜Ｄ３に流れる。フォトダイオードＤ１〜Ｄ３が発光すると、その光を受光したフォトトランジスタＱ１〜Ｑ３が導通し、セル組間スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３がオンし、第１の電池セル組２１〜第４の電池セル組２４の直列接続が導通する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの電池セルをそれぞれ含む複数の電池セル組を有するバッテリユニットと、前記バッテリユニットを着脱自在に装着して前記バッテリユニットからの供給電圧で動作する機器本体と、を備える電気機器であって、
前記複数の電池セル組の間に設けられて前記複数の電池セル組と直列接続を成すセル組間スイッチング素子と、使用者の起動操作に連動して前記セル組間スイッチング素子をオフからオンに切り替える直列接続起動回路と、を備える、電気機器。
【請求項２】
使用者の停止操作から所定の時間が経過するまでの間に前記セル組間スイッチング素子をオンからオフに切り替える請求項１に記載の電気機器。
【請求項３】
前記直列接続起動回路は一部の電池セル組からの供給電圧で動作を開始する請求項１又は２に記載の電気機器。
【請求項４】
前記一部の電池セル組を前記複数の電池セル組の中から選択する第１の選択手段を備える請求項３に記載の電気機器。
【請求項５】
前記セル組間スイッチング素子がオンのときに前記複数の電池セル組によって充電されるキャパシタを備え、前記セル組間スイッチング素子がオンからオフに切り替わると前記キャパシタに蓄えた電力によって一部の電池セル組を充電する、請求項１から４のいずれか一項に記載の電気機器。
【請求項６】
前記キャパシタからの充電対象となる電池セル組を選択する第２の選択手段を備える請求項５に記載の電気機器。
【請求項７】
前記セル組間スイッチング素子が前記機器本体側に設けられ、前記バッテリユニットを前記機器本体に装着することで前記複数の電池セル組が前記セル組間スイッチング素子を介して直列接続される、請求項１から６のいずれか一項に記載の電気機器。
【請求項８】
前記直列接続起動回路は発光素子を含み、前記起動操作が行われると一部の電池セル組から前記発光素子に通電し、前記発光素子の光を利用して前記セル組間スイッチング素子をオフからオンに切り替える、請求項１から７のいずれか一項に記載の電気機器。
【請求項９】
前記発光素子の光を受光する受光素子を含み、前記受光素子は、いずれかの電池セル組の一方の端子と前記セル組間スイッチング素子の制御端子との間に設けられ、前記発光素子の光を受光するとオンになって前記電池セル組の一方の端子と前記制御端子とを導通させる、請求項８に記載の電気機器。
【請求項１０】
前記発光素子と前記受光素子とが一体のフォトカプラを構成している請求項９に記載の電気機器。
【請求項１１】
前記セル組間スイッチング素子がオフからオンに切り替わった後は前記複数の電池セル組から前記発光素子に通電し、その後に使用者の停止操作が行われても所定の時間は前記発光素子への通電を継続する、請求項８から１０のいずれか一項に記載の電気機器。
【請求項１２】
前記直列接続起動回路は、前記一部の電池セル組から前記発光素子への通電経路に設けられ、前記起動操作に連動してオフからオンに切り替わる起動用スイッチング素子を有する、請求項８から１１のいずれか一項に記載の電気機器。
【請求項１３】
前記発光素子に直列接続された遮断用スイッチング素子と、使用者の停止操作から所定の時間が経過するまでの間に前記遮断用スイッチング素子をオンからオフに切り替えるコントローラとを備える、請求項８から１２のいずれか一項に記載の電気機器。
【請求項１４】
前記コントローラは、前記セル組間スイッチング素子がオフからオンに切り替ってから前記複数の電池セル組からの供給電圧で起動し、前記セル組間スイッチング素子がオンからオフに切り替わると停止する、請求項１３に記載の電気機器。
【請求項１５】
前記複数の電池セル組からの供給電圧を降圧して前記発光素子及び前記コントローラに供給する電源を備える請求項１３又は１４に記載の電気機器。
【請求項１６】
少なくとも１つの電池セルをそれぞれ含む複数の電池セル組を有するバッテリユニットと、前記バッテリユニットを着脱自在に装着して前記バッテリユニットからの供給電圧で動作する機器本体と、を備える電気機器であって、
前記複数の電池セル組の間に設けられて前記複数の電池セル組と直列接続を成すセル組間スイッチング素子と、使用者の起動操作に連動して前記セル組間スイッチング素子をオフからオンに切り替えるフォトカプラと、を備える、電気機器。
【請求項１７】
前記フォトカプラは発光素子を含み、前記起動操作が行われると一部の電池セル組から前記発光素子に通電し、前記発光素子の光を利用して前記セル組間スイッチング素子をオフからオンに切り替える、請求項１６に記載の電気機器。
【請求項１８】
前記発光素子の光を受光する受光素子を含み、前記受光素子は、いずれかの電池セル組の一方の端子と前記セル組間スイッチング素子の制御端子との間に設けられ、前記発光素子の光を受光するとオンになって前記電池セル組の一方の端子と前記制御端子とを導通させる、請求項１７に記載の電気機器。
【請求項１９】
前記機器本体は、交流電源に接続するＡＣ接続端子を有し、前記ＡＣ接続端子は、前記バッテリユニットを取り外したときには接続可能な一方、前記バッテリユニットを装着しているときは接続不可能である、請求項１から１８のいずれか一項に記載の電気機器。
【請求項２０】
前記電池セルのサイズが１４５００サイズである請求項１から１９のいずれか一項に記載の電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セル組を有するバッテリユニットを装着して動作する電動工具等の電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリユニット内の二次電池の直列本数を増加させた場合の感電を防止する技術が知られている。例えば下記特許文献１では、電動車両等のバッテリでの感電防止のために、バッテリユニットにおいて二次電池を分割させて２つの組電池を構成し、バッテリユニットに設けられている放電端子を組電池毎に並列的に設けて接続し、車両本体側に、組電池同士を直列に接続する直列接続端子と、直列接続端子により複数の組電池同士が直列に接続された状態で給電される受電端子とを設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１１６２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術は、バッテリユニットの装着によって自動的に二次電池の直列接続が形成されて高電圧が発生する構成であり、電池や機器（電池の装着先）に不具合があったときに高電圧を遮断保護することはできない。
【０００５】
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、機器本体へのバッテリユニットの装着によって自動的に複数の電池セル組の直列接続を導通させる場合と比較して信頼性を高めることの可能な電気機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は、電気機器である。この電気機器は、
少なくとも１つの電池セルをそれぞれ含む複数の電池セル組を有するバッテリユニットと、前記バッテリユニットを着脱自在に装着して前記バッテリユニットからの供給電圧で動作する機器本体と、を備える電気機器であって、
前記複数の電池セル組の間に設けられて前記複数の電池セル組と直列接続を成すセル組間スイッチング素子と、使用者の起動操作に連動して前記セル組間スイッチング素子をオフからオンに切り替える直列接続起動回路と、を備える。
【０００７】
使用者の停止操作から所定の時間が経過するまでの間に前記セル組間スイッチング素子をオンからオフに切り替えてもよい。
【０００８】
前記直列接続起動回路は一部の電池セル組からの供給電圧で動作を開始してもよい。
【０００９】
前記一部の電池セル組を前記複数の電池セル組の中から選択する第１の選択手段を備えてもよい。
【００１０】
前記セル組間スイッチング素子がオンのときに前記複数の電池セル組によって充電されるキャパシタを備え、前記セル組間スイッチング素子がオンからオフに切り替わると前記キャパシタに蓄えた電力によって一部の電池セル組を充電してもよい。
【００１１】
前記キャパシタからの充電対象となる電池セル組を選択する第２の選択手段を備えてもよい。
【００１２】
前記セル組間スイッチング素子が前記機器本体側に設けられ、前記バッテリユニットを前記機器本体に装着することで前記複数の電池セル組が前記セル組間スイッチング素子を介して直列接続されてもよい。
【００１３】
前記直列接続起動回路は発光素子を含み、前記起動操作が行われると一部の電池セル組から前記発光素子に通電し、前記発光素子の光を利用して前記セル組間スイッチング素子をオフからオンに切り替えてもよい。
【００１４】
前記発光素子の光を受光する受光素子を含み、前記受光素子は、いずれかの電池セル組の一方の端子と前記セル組間スイッチング素子の制御端子との間に設けられ、前記発光素子の光を受光するとオンになって前記電池セル組の一方の端子と前記制御端子とを導通させてもよい。
【００１５】
前記発光素子と前記受光素子とが一体のフォトカプラを構成していてもよい。
【００１６】
前記セル組間スイッチング素子がオフからオンに切り替わった後は前記複数の電池セル組から前記発光素子に通電し、その後に使用者の停止操作が行われても所定の時間は前記発光素子への通電を継続してもよい。
【００１７】
前記直列接続起動回路は、前記一部の電池セル組から前記発光素子への通電経路に設けられ、前記起動操作に連動してオフからオンに切り替わる起動用スイッチング素子を有してもよい。
【００１８】
前記発光素子に直列接続された遮断用スイッチング素子と、使用者の停止操作から所定の時間が経過するまでの間に前記遮断用スイッチング素子をオンからオフに切り替えるコントローラとを備えてもよい。
【００１９】
前記コントローラは、前記セル組間スイッチング素子がオフからオンに切り替ってから前記複数の電池セル組からの供給電圧で起動し、前記セル組間スイッチング素子がオンからオフに切り替わると停止してもよい。
【００２０】
前記複数の電池セル組からの供給電圧を降圧して前記発光素子及び前記コントローラに供給する電源を備えてもよい。
【００２１】
本発明のもう１つの態様は、電気機器である。この電気機器は、
少なくとも１つの電池セルをそれぞれ含む複数の電池セル組を有するバッテリユニットと、前記バッテリユニットを着脱自在に装着して前記バッテリユニットからの供給電圧で動作する機器本体と、を備える電気機器であって、
前記複数の電池セル組の間に設けられて前記複数の電池セル組と直列接続を成すセル組間スイッチング素子と、使用者の起動操作に連動して前記セル組間スイッチング素子をオフからオンに切り替えるフォトカプラと、を備える。
【００２２】
もう１つの態様において、前記フォトカプラは発光素子を含み、前記起動操作が行われると一部の電池セル組から前記発光素子に通電し、前記発光素子の光を利用して前記セル組間スイッチング素子をオフからオンに切り替えてもよい。
【００２３】
もう１つの態様において、前記発光素子の光を受光する受光素子を含み、前記受光素子は、いずれかの電池セル組の一方の端子と前記セル組間スイッチング素子の制御端子との間に設けられ、前記発光素子の光を受光するとオンになって前記電池セル組の一方の端子と前記制御端子とを導通させてもよい。
【００２４】
前記機器本体は、交流電源に接続するＡＣ接続端子を有し、前記ＡＣ接続端子は、前記バッテリユニットを取り外したときには接続可能な一方、前記バッテリユニットを装着しているときは接続不可能であってもよい。
【００２５】
前記電池セルのサイズが１４５００サイズであってもよい。
【００２６】
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やシステム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。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、使用者の起動操作に連動してセル組間スイッチング素子をオフからオンに切り替える構成のため、機器本体へのバッテリユニットの装着だけで複数の電池セル組の直列接続を導通させる場合と比較して信頼性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電気機器の回路図。
【図２】（Ａ）は工具本体３の接続部の模式図（その１）、（Ｂ）は電池パック２の接続部の模式図（その１）。
【図３】（Ａ）は工具本体３の接続部の模式図（その２）、（Ｂ）は電池パック２の接続部の模式図（その２）。
【図４】本発明の実施の形態２に係る電気機器の回路図。
【図５】本発明の実施の形態３に係る電気機器の回路図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
【００３０】
図１は、本発明の実施の形態１に係る電動工具の回路図である。電動工具は、電気機器の例示であり、電池パック２（バッテリユニット）と、工具本体３（機器本体）とを備える。電池パック２は、工具本体３に着脱自在に装着されている。工具本体３は、電池パック２からの供給電圧で動作する。
【００３１】
電池パック２は、第１の電池セル組２１〜第４の電池セル組２４を有する。電池セル組の数は、複数であれば特に限定されない。各々の電池セル組は、例えば、一つ以上のリチウム電池セル１０１を含むリチウム電池組であり、電気機器を駆動する動力源（電力供給源）となるものである。各々の電池セル組において電池セル１０１の直列接続数と並列接続数は、必要な電圧や容量によって適宜設定されるが、４個直列から１０個直列が望ましい。電池セル１０１は、好ましくは１４５００サイズのセルとする。
【００３２】
以下、一例として、各々の電池セル組が１０個直列の場合（電池パック２全体で合計４０セルの場合）の電池パック２の寸法と重量について説明する。１４５００サイズのセルは、φ１４ｍｍ×高さ５０ｍｍであり、その体積は、
１４×１４×π／４×５０＝７６９７ｍｍ3
である。ただし、円柱セルを隙間なくパック内に積むことはできないため、円柱セルが入る四角柱を考えると、その四角柱の体積は、
１４×１４×５０＝９８００ｍｍ3＝９．８ｃｍ3
となる。これが４０セル分あるから、合計の体積は、
９．８ｃｍ3×４０セル＝３９２ｃｍ3＝０．３９２Ｌ
となり、この立方根は、約７．３２ｃｍである。したがって、１４５００サイズのセルを４０セル収容するためには、電池パック２は少なくとも一辺が７．３２ｃｍのサイズとなる。なお、各セル間には隙間（例えば１ｍｍ程度）が必要となると共に、保護基板等のスペースも必要となるため、電池パック２のサイズは若干大きくなる。一方、各セルを“俵積み”すれば、一辺あたり７．３２ｃｍより小さくすることも可能である。また、質量に関しても、１４５００サイズのセルは約２０ｇのため、
２０ｇ／セル×４０セル＝０．８ｋｇ
と軽量である。したがって、１４５００サイズのセルであれば、４０セルを一つの電池パックに収容しても、手持ち式工具に使用することが可能である。なお、比較として１８６５０サイズのセルを４０セル用いることを考えると、質量は１．８５ｋｇ（＝４６．３ｇ／セル×４０セル）であり、体積は８４２．４ｃｍ3、立方根は９．４４ｃｍとなる。
【００３３】
工具本体３は、セル組間スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３（Ｎチャンネル型ＦＥＴ）と、フォトカプラ３１〜３３と、電源３４（電源回路）と、整流手段としてのダイオードブリッジ３５と、トリガ連動スイッチ３６（機械式スイッチ）と、起動用スイッチング素子Ｔｒ１（ＰＮＰ型トランジスタ）と、遮断用スイッチング素子Ｍ４（Ｎチャンネル型ＦＥＴ）と、遮断開始用スイッチング素子Ｍ５（Ｎチャンネル型ＦＥＴ）と、コントローラ３７と、インバータ３８と、モータ３９とを備える。フォトカプラ３１〜３３はそれぞれ、発光素子としてのフォトダイオードＤ１〜Ｄ３と、受光素子としてのフォトトランジスタＱ１〜Ｑ３とを一体に有する。
【００３４】
セル組間スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３は、第１の電池セル組２１〜第４の電池セル組２４の間に設けられて第１の電池セル組２１〜第４の電池セル組２４と直列接続を成す。具体的には、第１の電池セル組２１のプラス端子と第２の電池セル組２２のマイナス端子との間にセル組間スイッチング素子Ｍ１が設けられる。第２の電池セル組２２のプラス端子と第３の電池セル組２３のマイナス端子との間にセル組間スイッチング素子Ｍ２が設けられる。第３の電池セル組２３のプラス端子と第４の電池セル組２４のマイナス端子との間にセル組間スイッチング素子Ｍ３が設けられる。すなわち、バッテリユニット２を工具本体３に装着することで、第１の電池セル組２１〜第４の電池セル組２４がセル組間スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３を介して直列接続される。
【００３５】
第１の電池セル組２１のマイナス端子は、トリガ連動スイッチ３６と抵抗Ｒ８を介して起動用スイッチング素子Ｔｒ１の制御端子（ベース）に接続される。トリガ連動スイッチ３６と抵抗Ｒ８の相互接続点はコントローラ３７に接続される。第１の電池セル組２１のプラス端子は、起動用スイッチング素子Ｔｒ１のエミッタに接続される。起動用スイッチング素子Ｔｒ１のコレクタは、ダイオードＤ４のアノードに接続される。ダイオードＤ４のカソードは抵抗Ｒ６を介してフォトダイオードＤ３のアノードに接続される。フォトダイオードＤ３のカソードはフォトダイオードＤ２のアノードに接続される。フォトダイオードＤ２のカソードはフォトダイオードＤ１のアノードに接続される。フォトダイオードＤ１のカソードは遮断用スイッチング素子Ｍ４のドレインに接続される。遮断用スイッチング素子Ｍ４のソースは第１の電池セル組２１のマイナス端子に接続される。
【００３６】
ダイオードＤ４のカソードと抵抗Ｒ６の相互接続点は、ダイオードＤ６のアノードに接続される。ダイオードＤ６のカソードと遮断用スイッチング素子Ｍ４の制御端子（ゲート）との間に抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ４が直列接続される。抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ４の相互接続点は、遮断開始用スイッチング素子Ｍ５のドレインに接続される。遮断開始用スイッチング素子Ｍ５のソースは第１の電池セル組２１のマイナス端子に接続される。遮断開始用スイッチング素子Ｍ５の制御端子（ゲート）は、抵抗Ｒ５を介してコントローラ３７に接続される。
【００３７】
第２の電池セル組２２のプラス端子とセル組間スイッチング素子Ｍ１の制御端子（ゲート）との間には、フォトトランジスタＱ１と抵抗Ｒ１とが直列接続される。第３の電池セル組２３のプラス端子とセル組間スイッチング素子Ｍ２の制御端子（ゲート）との間には、フォトトランジスタＱ２と抵抗Ｒ２とが直列接続される。第４の電池セル組２４のプラス端子とセル組間スイッチング素子Ｍ３の制御端子（ゲート）との間には、フォトトランジスタＱ３と抵抗Ｒ３とが直列接続される。
【００３８】
第１の電池セル組２１のマイナス端子は、コントローラ３７及びインバータ３８にそれぞれ接続される（図示は省略するが電源３４にも接続される）。第４の電池セル組２４のプラス端子は、電源３４及びインバータ３８にそれぞれ接続される。コントローラ３７とインバータ３８は相互に接続される。インバータ３８の出力端子間にモータ３９が設けられる。電源３４の出力端子はコントローラ３７及びダイオードＤ５のアノードに接続される。ダイオードＤ５のカソードはダイオードＤ４のカソードと抵抗Ｒ６の相互接続点に接続される。
【００３９】
工具本体３には商用電源等の交流電源も接続可能であり、工具本体３のＡＣ接続端子３０１，３０２間にはダイオードブリッジ３５が設けられている。交流電源を接続した場合は、第１の電池セル組２１〜第４の電池セル組２４の直列合成電圧に替えてダイオードブリッジ３５の出力電圧が工具本体３の駆動電圧となる。
【００４０】
図２（Ａ）は、工具本体３の接続部の模式図（その１）である。図２（Ｂ）は、電池パック２の接続部の模式図（その１）である。図２（Ａ）に示す工具本体３のＤＣ接続端子３００と、図２（Ｂ）に示す電池パック２の工具接続端子２００とを接続すると、電池パック２の接続部によって工具本体３のＡＣ接続端子３０１，３０２が隠れる（ＡＣ接続はできない）。一方、図２（Ａ）に示す工具本体３のＡＣ接続端子３０１，３０２にＡＣケーブル（不図示）を接続すると、ＡＣケーブルが邪魔になって電池パック２を接続できない。こうしてＡＣとＤＣの重複接続が防止される。
【００４１】
図３（Ａ）は、工具本体３の接続部の模式図（その２）である。図３（Ｂ）は、電池パック２の接続部の模式図（その２）である。図３（Ｃ）は、ＡＣ電源側の接続部の模式図である。本図の場合、工具本体３のＤＣ接続端子３００とＡＣ接続端子３０１，３０２が並んでいるが、工具本体３の接続部と電池パック２の接続部とを接続するとＡＣ接続端子３０１，３０２が隠れ、工具本体３の接続部とＡＣ電源側の接続部とを接続するとＤＣ接続端子３００が隠れ、ＡＣとＤＣの重複接続が防止される。工具接続端子４００を備えるＡＣ電源側の接続部は電池パック２と同等の形状とすればよい。
【００４２】
図１に示す電動工具の動作を説明する。工具本体３に電池パック２が装着された状態で使用者が工具本体３のトリガ（不図示）を引くと（起動操作を行うと）、トリガ連動スイッチ３６がオンする。すると、第１の電池セル組２１のプラス端子から起動用スイッチング素子Ｔｒ１のエミッタ端子、制御端子（ベース端子）、及び抵抗Ｒ８を通って電流が流れて起動用スイッチング素子Ｔｒ１がオンする。これにより、第１の電池セル組２１のプラス端子の電圧が、起動用スイッチング素子Ｔｒ１、ダイオードＤ４、ダイオードＤ６、抵抗Ｒ７、及び抵抗Ｒ４を経由して遮断用スイッチング素子Ｍ４の制御端子に印加され、遮断用スイッチング素子Ｍ４がオンする。すると、第１の電池セル組２１のプラス端子からの電流がフォトカプラ３１〜３３のフォトダイオードＤ１〜Ｄ３に流れる。フォトダイオードＤ１〜Ｄ３が発光すると、その光を受光したフォトトランジスタＱ１〜Ｑ３が導通し、セル組間スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３がオンし、第１の電池セル組２１〜第４の電池セル組２４の直列接続が起動（導通）する。
【００４３】
第１の電池セル組２１〜第４の電池セル組２４の直列接続が形成されると、第１の電池セル組２１〜第４の電池セル組２４の直列合成電圧が電源３４に入力され、電源３４が起動する。電源３４は、入力電圧を所定の定電圧に降圧してコントローラ３７に供給する。これによりコントローラ３７が起動する（それまでの動作、すなわち上述の直列接続起動動作は、コントローラ３７の制御によらず自動的に行われる）。コントローラ３７はトリガの引き代等に応じてインバータ３８を制御し、インバータ３８によってモータ３９が駆動される。インバータの構成と動作は周知なのでここでは説明を省略する。電源３４の起動後は、フォトダイオードＤ１〜Ｄ３には電源３４の出力端子から通電される。なお、ダイオードＤ４があることにより、電源３４の出力電圧が起動用スイッチング素子Ｔｒ１側に逆流することが防止される。また、ダイオードＤ５があることにより、電源３４の起動前に第１の電池セル組２１の電圧によってコントローラ３７が起動することを防止している。
【００４４】
使用者が工具本体３のトリガを元に戻すと（停止操作を行うと）、トリガ連動スイッチ３６がオフする。ただし、フォトダイオードＤ１〜Ｄ３には電源３４の出力端子から通電されるため、トリガを元に戻してから所定の時間は直列接続の起動状態（導通状態）が維持される。このため、トリガを戻してから所定の時間以内に再度トリガを引いたときは、直列接続の起動動作は行われず、直ちにモータ３９が駆動される。一方、トリガを元に戻してから所定の時間が経過すると、コントローラ３７は遮断開始用スイッチング素子Ｍ５の制御端子への入力信号（直列解除信号）をローレベルからハイレベルに切り替えて遮断開始用スイッチング素子Ｍ５をオンする。すると、遮断用スイッチング素子Ｍ４の制御端子が第１の電池セル組２１のマイナス端子と同電位になって遮断用スイッチング素子Ｍ４がオフし、フォトダイオードＤ１〜Ｄ３への通電が停止され、フォトトランジスタＱ１〜Ｑ３がオフし、セル組間スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３がオフし、第１の電池セル組２１〜第４の電池セル組２４の直列接続が解除される。直列接続が解除されると、電源３４もオフとなり、コントローラ３７も停止する。
【００４５】
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。
【００４６】
(1) 使用者がトリガを引く操作（起動操作）に連動してセル組間スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３をオフからオンに切り替える構成のため、工具本体３への電池パック２の装着だけで第１の電池セル組２１〜第４の電池セル組２４の直列接続を導通させる場合と比較して、不具合があったときに高電圧を遮断保護しやすく、信頼性を高めることが可能となる。
【００４７】
(2) 電源３４の起動後は電源３４からフォトダイオードＤ１〜Ｄ３に通電するため、第１の電池セル組２１のみからフォトダイオードＤ１〜Ｄ３に通電し続ける場合と比較して、第１の電池セル組２１の消耗によるセル組間の残容量のアンバランスが生じにくい。
【００４８】
(3) 使用者がトリガを戻しても所定の時間は第１の電池セル組２１〜第４の電池セル組２４の直列接続を維持するため、使用者がトリガを戻すたびに直列接続を解除して電源３４とコントローラ３７を停止する場合と比較して、間欠的にトリガを引くときの再起動が不要で効率が良い。
【００４９】
(4) セル組間スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３を電池パック２に設けると、セル組間スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３のオン故障時に高電圧が端子間に発生し続けるという問題があるところ、本実施の形態ではセル組間スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３を工具本体３に設けているため、セル組間スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３のオン故障時にも電池パック２を工具本体３に装着しない限り高電圧は発生せず、且つ、消耗品である電池パック２のコストを抑えることができる。
【００５０】
(5) セル組間スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３は大電流が流れる経路に設けられるため、セル組間スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３には大型のＦＥＴ（大電流が流せるもの）を使用する必要がある。この種のＦＥＴのゲート電圧は一般的に１０Ｖ以上（最大で２０Ｖ程度）の高電圧が必要になるため、その電圧を生成するための電源回路が必要となり、コスト高、大型化を招く。この点、本実施の形態では、フォトカプラ３１〜３３を利用することにより、ＦＥＴのゲートには直接電池パック２の電池電圧を印加することができるため、ゲート電圧生成回路を簡素化することができる。
【００５１】
(6) 電池パック２が工具本体３に接続されていない場合に、電池パック２からの出力はないため、電池パック２の無駄な消費を抑えることができる。
【００５２】
図４は、本発明の実施の形態２に係る電気機器の回路図である。この電気機器は、図１に示した実施の形態１のものと比較して、セル組間スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３がオンのときに第１の電池セル組２１〜第４の電池セル組２４によって充電されるキャパシタＣを備え、セル組間スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３がオフになったときにキャパシタＣに蓄えた電力によって第１の電池セル組２１を充電する構成である点で相違し、その他の点で一致する。以下、その相違点に係る構成について説明する。
【００５３】
第４の電池セル組２４のプラス端子にはダイオードＤ７のアノードが接続される。ダイオードＤ７のカソードは抵抗Ｒ１１の一端に接続される。抵抗Ｒ１１の他端はキャパシタＣの一端に接続される。キャパシタＣの他端は第１の電池セル組２１のマイナス端子に接続される。抵抗Ｒ１１とキャパシタＣの相互接続点には抵抗Ｒ１０の一端が接続される。抵抗Ｒ１０の他端は充電用スイッチング素子Ｍ７（Ｐチャンネル型ＦＥＴ）のソースに接続される。充電用スイッチング素子Ｍ７のドレインは第１の電池セル組２１のプラス端子に接続される。充電用スイッチング素子Ｍ７の制御端子（ゲート）は抵抗Ｒ１５の一端に接続される。抵抗Ｒ１５の他端は充電開始用スイッチング素子Ｍ６（Ｎチャンネル型ＦＥＴ）のドレインに接続される。充電開始用スイッチング素子Ｍ６のソースは第１の電池セル組２１のマイナス端子に接続される。充電開始用スイッチング素子Ｍ６の制御端子（ゲート）は抵抗Ｒ９を介してコントローラ３７に接続される。
【００５４】
セル組間スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３がオンのとき、キャパシタＣは、端子電圧が最大で第１の電池セル組２１〜第４の電池セル組２４の直列合成電圧と等しくなるまで充電される。この状態で使用者が工具本体３のトリガを元に戻してから所定の時間が経過すると、コントローラ３７は、遮断開始用スイッチング素子Ｍ５の制御端子への入力信号（直列解除信号）をローレベルからハイレベルに切り替えると同時に、又は切替え後に微小時間待機してから、充電開始用スイッチング素子Ｍ６の制御端子への入力信号（充電開始信号）をローレベルからハイレベルに切り替える。これにより、実施の形態１と同様に第１の電池セル組２１〜第４の電池セル組２４の直列接続が解除されるとともに、充電開始用スイッチング素子Ｍ６がオンし、充電用スイッチング素子Ｍ７の制御端子が第１の電池セル組２１のマイナス端子と同電位になって充電用スイッチング素子Ｍ７がオンする。キャパシタＣは第１の電池セル組２１よりも高電圧まで充電されているので、キャパシタＣから抵抗Ｒ１０及び充電用スイッチング素子Ｍ７を経由して第１の電池セル組２１に充電電流が流れ、第１の電池セル組２１が充電される。なお、コントローラ３７が停止すると遮断開始用スイッチング素子Ｍ５がオフして充電が継続できなくなるが、工具本体３の電源内キャパシタ（不図示）の容量により、直列接続解除後のコントローラ３７の持続時間（すなわちキャパシタＣから第１の電池セル組２１への充電可能時間）を確保することができる。
【００５５】
本実施の形態によれば、実施の形態１の効果に加え、第１の電池セル組２１〜第４の電池セル組２４の直列接続の起動（導通）に用いた第１の電池セル組２１を直列接続の解除後にキャパシタＣから充電するので、セル組間の残容量のアンバランスを低減することができる。
【００５６】
図５は、本発明の実施の形態３に係る電気機器の回路図である。この電気機器は、図１に示した実施の形態１のものと比較して、直列接続の起動（導通）に用いる電池セル組を任意に選択できる点と、セル組間スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３がオンのときに第１の電池セル組２１〜第４の電池セル組２４によって充電されるキャパシタＣを備え、セル組間スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３がオフになったときにキャパシタＣに蓄えた電力によって任意に選択した電池セル組を充電する構成である点で相違し、その他の点で一致する。以下、その相違点に係る構成について説明する。
【００５７】
実施の形態２と同様に、ダイオードＤ７、抵抗Ｒ１１及びキャパシタＣが第４の電池セル組２４のプラス端子と第１の電池セル組２１のマイナス端子との間に直列接続される。抵抗Ｒ１１及びキャパシタＣの相互接続点とプラス側選択スイッチ４２の一端との間には、フォトカプラ４１のフォトトランジスタＱ４（受光素子）が設けられる。プラス側選択スイッチ４２の一端には起動用スイッチング素子Ｔｒ１のエミッタも接続される。プラス側選択スイッチ４２の他端は、パックコントローラ４４の制御により、いずれかの電池セル組のプラス端子に選択的に接続される。
【００５８】
ダイオードＤ４,Ｄ５の相互接続点には抵抗Ｒ１２の一端が接続される。抵抗Ｒ１２の他端はフォトカプラ４１のフォトダイオードＤ８（発光素子）のアノードに接続される。フォトダイオードＤ８のカソードは充電用第１スイッチング素子Ｍ９（Ｎチャンネル型ＦＥＴ）のドレインに接続される。充電用第１スイッチング素子Ｍ９のソースは第１の電池セル組２１のマイナス端子に接続される。充電用第１スイッチング素子Ｍ９の制御端子（ゲート）は抵抗Ｒ１６を介してコントローラ３７に接続される。
【００５９】
第１の電池セル組２１のマイナス端子には、充電用第２スイッチング素子Ｍ８（Ｎチャンネル型ＦＥＴ）のソースが接続される。充電用第２スイッチング素子Ｍ８のドレインは抵抗Ｒ１４の一端に接続される。抵抗Ｒ１４の他端はマイナス側選択スイッチ４３の一端に接続される。マイナス側選択スイッチ４３の他端は、パックコントローラ４４の制御により、いずれかの電池セル組のマイナス端子に選択的に接続される。プラス側選択スイッチ４２の他端とマイナス側選択スイッチ４３の他端は同じ電池セル組のプラス端子とマイナス端子にそれぞれ接続される。充電用第２スイッチング素子Ｍ８の制御端子（ゲート）は抵抗Ｒ１３を介してコントローラ３７に接続される。マイナス側選択スイッチ４３の一端と第１の電池セル組２１のマイナス端子との間には、ダイオードＤ９が設けられる。ダイオードＤ９は、直列接続起動時に起動時に起動用スイッチング素子Ｔｒ１のベース電流の経路を成すとともに、直列接続起動後にマイナス側選択スイッチ４３の一端から第１の電池セル組２１のマイナス端子への電流の逆流を防止する。
【００６０】
起動に先だって、パックコントローラ４４は、各々の電池セル組のコントローラから残容量等の情報を取得し、第１の電池セル組２１〜第４の電池セル組２４の直列接続の起動（導通）に用いる電池セル組を、第１の電池セル組２１〜第４の電池セル組２４の中から選択する（例えば残容量が最も多い電池セル組を選択する）。そして、パックコントローラ４４は、選択した電池セル組のプラス端子とマイナス端子がプラス側選択スイッチ４２の他端とマイナス側選択スイッチ４３の他端にそれぞれ接続されるようにプラス側選択スイッチ４２とマイナス側選択スイッチ４３を制御する。
【００６１】
使用者が工具本体３のトリガ（不図示）を引くと（起動操作を行うと）、トリガ連動スイッチ３６がオンする。すると、パックコントローラ４４により選択された電池セル組のプラス端子から、プラス側選択スイッチ４２、起動用スイッチング素子Ｔｒ１のエミッタ、同ベース、抵抗Ｒ８、トリガ連動スイッチ３６、ダイオードＤ９、マイナス側選択スイッチ４３、選択された電池セル組のマイナス端子という経路で電流が流れ、起動用スイッチング素子Ｔｒ１がオンする。これにより、選択された電池セル組のプラス端子の電圧が、起動用スイッチング素子Ｔｒ１、ダイオードＤ４、ダイオードＤ６、抵抗Ｒ７、及び抵抗Ｒ４を経由して遮断用スイッチング素子Ｍ４の制御端子に印加され、遮断用スイッチング素子Ｍ４がオンする。すると、選択された電池セル組のプラス端子からの電流がフォトカプラ３１〜３３のフォトダイオードＤ１〜Ｄ３に流れる（電流はダイオードＤ９を経由して選択された電池セル組のマイナス端子に戻る）。フォトダイオードＤ１〜Ｄ３が発光すると、その光を受光したフォトトランジスタＱ１〜Ｑ３が導通し、セル組間スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３がオンし、第１の電池セル組２１〜第４の電池セル組２４の直列接続が起動（導通）する。
【００６２】
セル組間スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３がオンのとき、キャパシタＣは、端子電圧が最大で第１の電池セル組２１〜第４の電池セル組２４の直列合成電圧と等しくなるまで充電される。また、パックコントローラ４４は、起動動作後所定時間経過後に各々の電池セル組のコントローラから残容量等の情報を取得し、キャパシタＣから充電する電池セル組を第１の電池セル組２１〜第４の電池セル組２４の中から選択する（例えば残容量が最も少ない電池セル組を選択する）。そして、パックコントローラ４４は、選択した電池セル組のプラス端子とマイナス端子がプラス側選択スイッチ４２の他端とマイナス側選択スイッチ４３の他端にそれぞれ接続されるようにプラス側選択スイッチ４２とマイナス側選択スイッチ４３を制御する。
【００６３】
使用者が工具本体３のトリガを元に戻してから所定の時間が経過すると、コントローラ３７は、遮断開始用スイッチング素子Ｍ５の制御端子への入力信号（直列解除信号）をローレベルからハイレベルに切り替えるとともに、切替え後に微小時間待機してから、充電用第１スイッチング素子Ｍ９及び充電用第２スイッチング素子Ｍ８の制御端子への入力信号（充電開始信号）をローレベルからハイレベルに切り替える。これにより、実施の形態１と同様に第１の電池セル組２１〜第４の電池セル組２４の直列接続が解除され、その後に充電用第１スイッチング素子Ｍ９及び充電用第２スイッチング素子Ｍ８がオンする。すると、電源３４から抵抗Ｒ１２を経由してフォトカプラ４１のフォトダイオードＤ８に電流が流れる（このとき直列接続は解除されているが電源３４は不図示の電源内キャパシタによりオンしている）。そしてフォトカプラ４１のフォトトランジスタＱ４がフォトダイオードＤ８の光を受けてオンし、キャパシタＣの一端と選択された電池セル組のプラス端子がフォトトランジスタＱ４を介して導通する。また、キャパシタＣの他端と選択された電池セル組のマイナス端子は、充電用第２スイッチング素子Ｍ８及び抵抗Ｒ１４を介して導通する。キャパシタＣは選択された電池セル組よりも高電圧まで充電されているので、キャパシタＣにより、選択された電池セル組が充電される。
【００６４】
本実施の形態によれば、実施の形態１の効果に加え、第１の電池セル組２１〜第４の電池セル組２４の直列接続の起動（導通）に用いる電池セル組を任意に選択できるので、セル組間の残容量のアンバランスを低減することができる。また、任意に選択した電池セル組を直列接続の解除後にキャパシタＣから充電するので、これによってもセル組間の残容量のアンバランスを低減することができる。さらに、パックコントローラ４４は各々の電池セル組のコントローラによって残容量等の情報を取得しているので、任意に選択した電池セル組のみをキャパシタＣから充電するだけでなく、各コントローラからの情報に応じて各電池セル組を任意に充電することもできる。
【００６５】
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。以下、変形例について触れる。
【００６６】
セル組間スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３は、フォトＭＯＳリレーのスイッチ部であってもよい。この場合、フォトダイオードＤ１〜Ｄ３をフォトＭＯＳリレーの発光部とすればよい。
【００６７】
使用者の起動及び停止操作は、トリガを引く及び戻す操作に限定されず、例えば他のスイッチのオンオフ操作であってもよい。
【００６８】
電気機器として交流電源により駆動する電動工具を例にしたが、インバータ３８を削除して直流電源によって駆動する電動工具にも適用できる。また、フォトカプラではなくトランスを用いてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
２  電池パック、２１〜２４  電池セル組、３  工具本体、３１〜３３  フォトカプラ、３４  電源、３５  ダイオードブリッジ、３６  トリガ連動スイッチ、３７  コントローラ、３８  インバータ、３９  モータ、１０１  電池セル、Ｍ１〜Ｍ３  セル組間スイッチング素子、Ｍ４  遮断用スイッチング素子、Ｍ５  遮断開始用スイッチング素子、Ｔｒ１  起動用スイッチング素子、Ｄ１〜Ｄ３  フォトダイオード、Ｑ１〜Ｑ３  フォトトランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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