(57)【要約】  デュアルモード電池パック内の複数の電池セルを直列構成及び並列構成で選択的に接続するための、及び／又は個々のセル監視のための方法及びシステムについて開示する。デュアルモード電池パックは、一般に、ハウジングと、直列に接続された第１セットの電池セルと、直列に接続された第２セットの電池セルとを含むことができる。また、電池パックは、第１セットの電池セルに及び第２セットの電池セルに選択的に接続可能であり、係合されたときに、第１セットの電池セル及び第２セットの電池セルを直列構成に接続する直列接続接点と；第１セットの電池セル及び第２セットの電池セルに選択的に接続可能であり、係合されたときに、第１セットの電池セル及び第２セットの電池セルを並列構成で接続する並列接続接点と；を含む。
2019503038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デュアルモード電池パックであって、当該電池パックは、
ハウジングと、
該ハウジング内に位置付けされ、且つ直列に接続された第１セットの電池セルと、
前記ハウジング内に位置付けされ、且つ直列に接続された第２セットの電池セルと、
第１セットの電池セルに及び第２セットの電池セルに選択的に接続可能であり、係合したときに、第１セットの電池セル及び第２セットの電池セルを直列に接続する直列接続接点と、
第１セットの電池セル及び第２セットの電池セルに選択的に接続可能であり、係合したときに、第１セットの電池セル及び第２セットの電池セルを並列に接続する並列接続接点と、を有する、
電池パック。
【請求項２】
前記直列接続接点は常開接点を含み、前記並列接続接点は常閉接点を含む、請求項１に記載の電池パック。
【請求項３】
前記直列接続接点は、該直列接続接点を係合するために第１の電動工具の導電性ブレード接点を受容するように構成され、前記並列接続接点は、該並列接続接点を係合解除するために第１の電力工具の絶縁リブを受容するように構成される、請求項２に記載の電池パック。
【請求項４】
第１の電動工具は第１の電圧レベルで動作し、前記並列接続接点のセットが、第１の電圧レベルよりも低い第２の電圧レベルで動作する第２の電動工具の接点に導電的に結合されるように構成される、請求項３に記載の電池パック。
【請求項５】
電動工具の電源端子に結合される正端子及び負端子を含む端子ブロックをさらに有する、請求項１に記載の電池パック。
【請求項６】
第１セットの電池セルに接続され、且つ第１セットの電池セルを個別に監視するように構成された第１のアナログフロントエンドと、
第２セットの電池セルに接続され、且つ第２セットの電池セルを個別に監視するように構成された第２のアナログフロントエンドと、
第１のアナログフロントエンド及び第２のアナログフロントエンドに接続された電子プロセッサと、さらに有する、請求項１に記載の電池パック。
【請求項７】
第１のアナログフロントエンドは、第１セットの電池セルの電圧を個別に監視するように構成される、請求項６に記載の電池パック。
【請求項８】
前記プロセッサは、
第１のアナログフロントエンドから第１セットの電池セルの複数の電圧値を受信し、
前記複数の電圧値に基づいて、第１セットの電池セルを受動的にバランスさせる、請求項７に記載の電池パック。
【請求項９】
第２のアナログフロントエンドは、第２セットの電池セルの電圧を個別に監視するように構成される、請求項１に記載の電池パック。
【請求項１０】
プロセッサは、
第２のアナログフロントエンドから第２セットの電池セルの複数の電圧値を受信し、
前記複数の電圧値に基づいて、第２セットの電池セルを受動的にバランスさせる、請求項９に記載の電池パック。
【請求項１１】
デュアルモード電池パックを構成する方法であって、
前記電池パックは、ハウジングと、該ハウジング内に位置付けされ且つ直列に接続された第１セットの電池セルと、前記ハウジング内に位置付けされ且つ直列に接続された第２セットの電池セルとを有しており、当該方法は、
第１セットの電池セル及び第２セットの電池セルを並列に接続するように動作可能な並列接続接点を電動工具の絶縁リブを用いて係合解除するステップと、
第１セットの電池セル及び第２セットの電池セルを直列に接続するように動作可能な直列接続接点と前記電動工具の導電ブレードとを係合するステップと、を含む、
方法。
【請求項１２】
前記並列接続接点を係合解除するステップは、前記直列接続接点を係合するステップの前に行われる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記直列接続接点を係合解除するステップと、
前記並列接続接点を係合するステップと、をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記直列接続接点を係合解除するステップは、前記並列接続接点を係合するステップの前に行われる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
係合解除するステップは、常閉の並列接続接点を係合解除するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
係合するステップは、常開の直列接続接点を係合するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
デュアルモード電池パックであって、当該電池パックは、
ハウジングと、
該ハウジング内に位置付けされ、且つ直列に接続された第１セットの電池セルと、
前記ハウジング内に位置付けされ、且つ直列に接続された第２セットの電池セルと、
第１セットの電池セルに接続され、且つ第１セットの電池セルを個別に監視するように構成された第１のアナログフロントエンドと、
第２セットの電池セルに接続され、且つ第２セットの電池セルを個別に監視するように構成された第２のアナログフロントエンドと、
第１のアナログフロントエンド及び第２のアナログフロントエンドに接続された電子プロセッサと、を有する、
電池パック。
【請求項１８】
第１のアナログフロントエンドは、第１セットの電池セルの電圧を個別に監視するように構成される、請求項１７に記載の電池パック。
【請求項１９】
前記プロセッサは、
第１のアナログフロントエンドから第１セットの電池セルの複数の電圧値を受信し、
前記複数の電圧値に基づいて、第１セットの電池セルを受動的にバランスさせる、請求項１８に記載の電池パック。
【請求項２０】
第２のアナログフロントエンドは、第２セットの電池セルの電圧を個別に監視するように構成される、請求項１７に記載の電池パック。
【請求項２１】
前記プロセッサは、
第２のアナログフロントエンドから第２セットの電池セルの複数の電圧値を受信し、
前記複数の電圧値に基づいて、第２セットの電池セルを受動的にバランスさせる、請求項２０に記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、２０１５年１２月１１日に出願された係属中の米国仮特許出願第６２／２６６，２１５号について優先権を主張するものであり、この文献の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、概して、電池パック（battery pack）に関し、より具体的には、電動工具及び他の電気装置の電池パックに関する。
【発明の概要】
【０００３】
一般に、特定のプラットフォームでは、電動工具及び他の電子装置（一般に、「工具」又は「ツール」と呼ばれる）及び関連する電池パックは、特定の電圧レベル（例えば、１２Ｖ、１８Ｖ、又は２８Ｖ）で動作するように構成される。場合によっては、特定の電池パックから利用可能な電圧よりも高電圧（例えば、１８Ｖではなく３６Ｖ）で工具を動作させることが望ましい場合がある。より多くのセルを直列に配置して、高電圧対応工具のための新しい高電圧電池パック（例えば、３６Ｖパック）を形成することは可能であるが、これは、ユーザが、別個の高電圧パックを購入する必要があり、工具に低電圧を電力供給することができない。
【０００４】
従って、ユーザが、利用可能な電池パックを使用して、ある場合には工具を低電圧で（及び増大したアンペア時の容量又は実行時間で）駆動させ、別の場合には工具を高電圧で駆動させることが有利となり得る。このオプションによって、ユーザが、低電圧電池パック及び高電圧電池パックを別々に用意するのではなく、各場合に単一の電池パックを使用することが可能になる。従って、電池パック（例えば、１０個のセルを含む）の電圧を低電圧と高電圧（例えば、１８Ｖと３６Ｖ）との間で変化させる技術は、電池パックが、低電圧又は高電圧（例えば、１８Ｖ及び３６Ｖ）で動作する装置に結合されているかどうかに応じて、単一の電池パックが異なる電圧を選択的に出力できるようにするのが望ましい。
【０００５】
本明細書で開示される実施形態は、概して、並列構成及び直列構成のそれぞれ１８Ｖ及び３６Ｖの電圧レベルに関して行われる。しかしながら、実施形態及び開示される技術は、これらの特定の電圧レベルに限定されるものではなく、異なる電圧レベル（例えば、１２Ｖ及び２４Ｖ、２０Ｖ及び４０Ｖ、２８Ｖ及び５６Ｖ、６０Ｖ及び１２０Ｖ、並びに他の電圧レベル）、構成、アンペア時容量等に同様に適用可能である。
【０００６】
独立した実施形態及び方法が、デュアルモード電池パック内の複数の電池セルを直列構成及び並列構成で選択的に接続するために提供され得る。
【０００７】
デュアルモード電池パックは、このパックに取り付けられた電動工具又は他の電気装置に応じて、直列又は並列構成のいずれかに設定することができる。例えば、低電圧（例えば、１８Ｖ）で動作する工具がデュアルモード電池パックに結合されると、このパックは、並列構成に設定され、低電圧を出力する（一方で、増大したアンペア時容量又は実行時間を与え）；高電圧（例えば、３６Ｖ）で動作する工具がデュアルモード電池パックに結合されると、このパックは、直列構成に設定され、高電圧を出力する。低電圧工具及び高電圧工具は、異なる装置であってもよく、又は異なるモードで動作する装置であってもよい。
【０００８】
デュアル電圧機能を実現するために、いくつかの異なる電池パック及びツール構成を使用してもよい。工具は、電池パックと結合する際に、デュアルモード電池パックを、自動的に構成する又は直列又は並列構成のいずれかに構成して、その工具の適切な電圧レベルを出力させるような物理的構成を有してもよい。例えば、ツール及び／又はデュアルモード電池パック上の絶縁リブ、凹部、及び接点の配列は、そのような構成をもたらすことができる（例えば、図１５〜図２３を参照）。
【０００９】
加えて、いくつかの構成では、ユーザアクチュエータ（例えば、トグルスイッチ）を電池パックに設けて、電池パックの直列構成と並列構成とを切り替えるための電気的接続を機械的に入り切りすることができる。
【００１０】
さらに、いくつかの構成では、（例えば、ツール及び／又は電池パック内の）ソリッドステート電子機器は、自動的に（例えば、取り付けられた工具の特性を監視回路が検出した際に）又は手動で（例えば、ユーザ選択（トグルスイッチ）を介して）直列構成と並列構成との間で切り替えることができる。
【００１１】
独立した一実施形態では、デュアルモード電池パックは、一般に、ハウジングと；ハウジング内に位置付けされ、且つ直列に接続された第１セットの電池セルと；ハウジング内に位置付けされ、且つ直列に接続された第２セットの電池セルと；第１セットの電池セルに及び第２セットの電池セルに選択的に接続可能であり、係合したときに、第１セットの電池セル及び第２セットの電池セルを直列に接続する直列接続接点と；第１セットの電池セル及び第２セットの電池セルに選択的に接続可能であり、係合したときに、第１セットの電池セル及び第２セットの電池セルを並列に接続する並列接続接点と；を含むことができる。
【００１２】
別の独立した実施形態では、デュアルモード電池パックを構成する方法を提供することができる。この方法は、一般に、第１セットの電池セル及び第２セットの電池セルを並列に接続するように動作可能な並列接続接点を工具の絶縁リブを用いて係合解除するステップと、第１セットの電池セル及び第２セットの電池セルを直列に接続するように動作可能な直列接続接点と工具の導電性ブレードとを係合させるステップと、を含む。
【００１３】
さらに別の独立した実施形態では、デュアルモード電池パックは、一般に、ハウジングと；ハウジング内に位置付けされ、且つ直列に接続された第１セットの電池セルと；ハウジング内に位置付けされ、且つ直列に接続された第２セットの電池セルと；第１セットの電池セルに接続され、且つ第１セットの電池セルを個別に監視するように構成された第１のアナログフロントエンドと；第２セットの電池セルに接続され、且つ第２セットの電池セルを個別に監視するように構成された第２のアナログフロントエンドと；第１のアナログフロントエンド及び第２のアナログフロントエンドに接続された電子プロセッサと、を含むことができる。
【００１４】
本発明の他の独立した態様は、詳細な説明、特許請求の範囲、及び添付の図面を考慮することによって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】電池パック内の電池セルの第１の構成の概略図である。
【図２】電池パック内の電池セルの第２の構成の概略図である。
【図３】電池パック内のスイッチの構成の概略図である。
【図４】電池パック内のスイッチの構成の概略図である。
【図５】電池パック内のスイッチの構成の概略図である。
【図６】電池パックの一構成の回路図である。
【図７】電池パックの代替構成の回路図である。
【図８】電池パックの別の代替構成の回路図である。
【図９】電池パックのさらに別の代替構成の回路図である。
【図１０】電池パックの更なる代替構成の回路図である。
【図１１】電池パックの別の代替構成の回路図である。
【図１２】電池パックのさらに別の代替構成の回路図である。
【図１３】電池パックの更なる代替構成の回路図である。
【図１４】電池パックのＰＣＢ実装の回路図である。
【図１５】電池パックの側面図である。
【図１６】図１５の電池パックの上部ハウジングの部分的な側断面図である。
【図１７】図１５の電池パックの上部ハウジングの一部の部分的な側断面図である。
【図１８Ａ】図１５の電池パックの上部ハウジングの底面図である。
【図１８Ｂ】図１８Ａに示されるような上部ハウジングの一部の拡大底面図である。
【図１９Ａ】図１５の電池パックの上部ハウジングの背面図である。
【図１９Ｂ】図１９Ａに示されるような上部ハウジングの一部の拡大背面図である。
【図２０】図１５の電池パックの上部ハウジングの底面図であり、機械的接点を示す。
【図２１】電動工具の上部ハウジングの底面斜視図である。
【図２２】図１５の電池パックと図２１の電動工具との間の例示的な構成機構の底面斜視図である。
【図２３】図１５の電池パックと図２１の電動工具との間の別の例示的な構成機構の底面斜視図である。
【図２４】電池パックのバッテリ監視回路のブロック図である。
【図２５】並列構成の電池パックのバッテリ監視回路のブロック図である。
【図２６】直列構成の図２５のバッテリ監視回路のブロック図である。
【図２７】直列構成の電池パックのバッテリ監視回路のブロック図である。
【図２８】並列構成の図２７のバッテリ監視回路のブロック図である。
【図２９Ａ】高電圧（３６Ｖ）工具等の工具のハウジング半体の図である。
【図２９Ｂ】高電圧（３６Ｖ）工具等の工具のハウジング半体の図である。
【図２９Ｃ】高電圧（３６Ｖ）工具等の工具のハウジング半体の図である。
【図３０】バッテリ監視回路のブロック図である。
【図３１】代替バッテリ監視回路のブロック図である。
【図３２】共有集積回路間バスを使用するバッテリ監視回路のブロック図である。
【図３３Ａ】マルチプレクサ及び共有集積回路間バスを使用するバッテリ監視回路のブロック図である。
【図３３Ｂ】マルチプレクサ及び共有集積回路間バスを使用するバッテリ監視回路のブロック図である。
【図３４】複数の集積回路間バスを使用するバッテリ監視回路のブロック図である。
【図３５】シリアル周辺インターフェイスを使用するバッテリ監視回路のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の任意の独立した実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その適用において、以下の説明に記載されるか、又は以下の図面に示される構成要素の構造及び配置の詳細に限定されないことを理解すべきである。本発明は、他の独立した実施形態が可能であり、様々な方法で実施又は実行することが可能である。
【００１７】
電池パックの様々な技術及び構成を使用して、低出力電圧レベルを供給する構成（及び増大したアンペア時容量又は実行時間を含む）と、高出力電圧レベルを供給する構成との間で電池パックを切り替えることができる。図１及び図２は、工具４４用の電池パック４０（図１５〜図２３参照）における、高電圧出力のための直列構成と、低電圧出力及び増大したアンペア時容量又は実行時間のための並列構成とを提供するための２つの例示的な電池セル接続レイアウト４，１６（スイッチを含まない）を示す。第１のレイアウト４（図１参照）は、一般に、直列接続の５個のブロック８を含み、各ブロック８は２つのセル１２を並列に有する。第２のレイアウト１６（図２参照）は、一般に、５個の直列接続されたセル１２から構成されるブロック２０と、５個の直列接続されたセル１２から構成される別のブロック２０とが並列に接続される。各構成は、同じ公称出力電圧及び容量を与える。
【００１８】
一例として、各セル１２は、リチウムベースの化学物質と約３．６Ｖの公称電圧とを有し、約１５００ミリアンペア時間（mAh）の容量を有することができる。直列に接続された５個のこのようなセル１２は、１８Ｖの総公称出力電圧を供給し、直列に接続された１０個のこのようなセル１２は、３６Ｖの総公称出力電圧を供給する。他の数のセル１２及び／又はセルタイプ（異なる化学物質、電圧レベル、容量等を含む）を他の実施形態に使用して、電池パック４０の所望の特性を与えることができる。
【００１９】
以下で詳細に説明するように、アナログフロントエンド（AFE: Analog
Front End）又は他の回路を使用してセル１２を監視することができる。第１のレイアウト４では、セル１２の各対（すなわち、各ブロック８）を監視することで十分となり得る。第２のレイアウト１６では、各セル１２を監視することができる。いくつかの実施形態は、並列構成のときに、電池パック４０のセル１２をバランスさせるセル平衡化回路をさらに含むことができる。
【００２０】
構成を並列構成（低電圧出力を有する）と直列構成（高電圧出力を有する）との間で移行させるために、スイッチング機構を使用してもよい。いくつかのスイッチを様々な回路に配置して、並列構成と直列構成とを切り替えてもよい。これらのスイッチは、例えば、機械式スイッチ、リレースイッチ、バイポーラ接合トランジスタ（BJT）、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）等を用いて実現してもよい。
【００２１】
第１のレイアウト４（図１）では、１つのブロック８は、少なくとも３つのスイッチ２４を使用して、セル１２の並列接続と直列接続とを切り替えることができる。図３は、そのようなブロック８を並列構成と直列構成との間で切り替えるためにスイッチ２４がどのように配置されるかを示す。このアプローチを図１の回路に適用すると、図４に示されるように、１５個のスイッチ２４となる。図５では、３つのスイッチ２４を第２のレイアウト１６（図２）と組み合わせて使用して、ブロック２０及びセル１２の直列接続と並列接続とを切り替える技術を実施する。
【００２２】
直列構成と並列構成との切替えを達成するために、いくつかの異なるスイッチング技術を使用してもよい。いくつかのそのようなアプローチを、説明目的のために以下で議論する。しかしながら、他のアプローチも可能であり、本開示によって企図される。
【００２３】
図６は、直列構成及び並列構成のセル１２を構成機構に選択的に接続するデュアルモード電池パック４０の回路２８を示す。図示されるように、回路２８は、（例えば、第２のセルレイアウト１６のように）５個のセル１２から構成される２つのブロック２０を含む。５個のセル１２から構成される各ブロック２０は、並列接点３２に及び直列接点３６に接続される。セル１２は、ワイヤによって及び選択された接点３２，３６を介して、工具に電気的に接続するための接続点（電源接点（図示せず））に接続される。
【００２４】
ユーザが工具４４を電池パック４０に接続すると、この接続を使用して、電池パック４０が電池セル１２の直列構成で動作して高電圧を供給する、又は電池セル１２の並列構成で動作して低電圧を供給するかどうかを判定することができる。デュアルモード電池パック４０内のセル１２は、（例えば、工具４４上の）構成機構が、（１）直列接続接点３６を開ける（又は開けたままにする）及び（２）並列接続接点３２を閉じる（又は閉じたままにする）ときに、並列に接続される。あるいはまた、セル１２は、構成機構が、（１）並列接続接点３２を開ける（又は開けたままにする）及び（２）直列接続接点３６を閉じる（又は閉じたままにする）ときに、直列に接続される。
【００２５】
図６では、バーＳ１、Ｐ１、及びＰ２は、近づいており、異なる状況下で、直列又は並列構成のために接点３２，３６を閉じる又は開ける工具４４を表す。Ｐ１バー及びＰ２バーが導通し、且つＳ１バーが開いているときに、セル１２は並列構成である。Ｓ１バーが導通し、且つＰ１バー及びＰ２バーが開いているときに、セル１２は直列構成である。
【００２６】
あるいはまた、いくつかの例では、導体ではないバーＳ１、Ｐ１、及びＰ２のうちの１つ又は複数は、工具４４の一部である。例えば、並列接続接点３２は、電池パックの常閉接点であり、この常閉接点は、（例えば、工具４４の絶縁体によって）直列構成に電気的に分離される。
【００２７】
直列接続バーＳ１は、電池パック４０の常開の直列接続接点３６とインターフェイス接続する工具４４の導電性ブレード接点を含むことができる。常開の直列接続接点３６は、並列構成で開いており、（例えば、工具４４の導電性バーＳ１によって）直列構成に閉じられる。
【００２８】
例えば、低電圧で動作する工具が電池パック４０に結合されると、並列接続接点３２は乱されずに常閉状態のままにされる一方、直列接続接点３６も乱されずに常開状態のままにされ、電池パック４０の低電圧の並列構成を提供して工具に電力を供給する。高電圧で動作する工具が電池パック４０に結合されると、工具の絶縁リブ（例えば、バーＰ１及びＰ２によって表される）は、並列接続接点３２を分離して開状態に置く一方、工具の導電性ブレード（バーＳ１）は、直列接続接点３６を接続して閉状態にして、電池パック４０の高電圧の直列構成を提供して工具に電力を供給する。
【００２９】
図１５〜図２３は、図６の回路２８を構成するための機構を示す。より詳細には、デュアルモード電池パック４０と電動工具４４との間の接続が示される。デュアルモード電池パック４０は、２組の接点、すなわち、並列接続接点４８と直列接続接点５２とを有する（図２０参照）。並列接続接点４８は、閉じられたときに、セル１２を並列構成で接続し、直列接続接点５２は、閉じられたときに、セル１２を直列構成で接続する。短絡を回避するために、並列接続接点４８と直列接続接点５２との両方を同時に閉じることはできない。
【００３０】
デュアルモード電池パック４０は、取り付けられた工具を動作させるための電圧レベルに応じて、並列構成又は直列構成で選択的且つ代替的に構成されることになる。例えば、低電圧（例えば、１８Ｖ）で動作する工具がパック４０に結合されると、パック４０は、低電圧レベルを出力するために並列構成に設定される。高電圧（例えば、３６Ｖ）で動作する工具がパック４０に結合されると、パック４０は、高電圧レベルを出力するために直列構成に設定される。
【００３１】
この目的のために、常閉の並列接点４８と常開の直列接点５２とを用いて、低電圧レベルで動作する工具は、接点４８，５２の正常状態を妨げる又はその正常状態を変化させるのを回避するように構成される。対照的に、高電圧レベルで動作する工具は、接点４８，５２の正常状態を妨げ且つ接点４８，５２の正常状態を変化させる。
【００３２】
具体的には、工具は、並列接続接点４８を電気的に分離する絶縁構造（例えば、絶縁材料（例えば、プラスチック）から作製されたリブ５６）と、直列接続接点５２を電気的に接続する導電構造（例えば、ブレード接点６０）とを含む。図示された機構は、ブレード接点６０が直列接続接点５２を閉じる前に、リブ５６が並列接続接点４８を分離するように構成され且つ配置される。例えば、図１８Ａ〜図１８Ｂは、直列接続接点５２が係合する前に、並列接続接点４８が係合されるように、直列接続接点５２が挿入軸線６４に沿って前方に位置付けされることを示す。
【００３３】
図示される構成機構は、デュアルモード電池パック４０が高電圧レベルで動作する工具上で摺動されるとき、３つの挿入段階を含む：
挿入段階１（挿入前）
並列接続接点４８は閉じられている。
直列接続接点５２は開いている。
挿入段階２（挿入中）
並列接続接点４８は開けられる。
直列接続接点５２は開いたままである。
挿入段階３（電池パック４０は工具４４に電気的に結合される）
並列接続接点４８は開いたままである。
直列接続接点５２は閉じられる。
【００３４】
同様に、図示される構成機構は、デュアルモード電池パック４０が高電圧レベルで動作する工具から取り外されるとき、３つの取外し段階を含む：
取外し段階１（取外し前）
並列接続接点４８は開いている。
直列接続接点５２は閉じられている。
取外し段階２（取外し中；電池パック４０は工具４４から電気的に切り離される）
並列接続接点４８は開いたままである。
直列接続接点５２は開けられる。
取外し段階３（電池パック４０は工具４４から取り外される）
並列接続接点４８は閉じられる。
直列接続接点５２は開いている。
【００３５】
前述の例で述べたように、低電圧レベルで動作する工具がデュアルモード電池パック４０に結合されるとき、工具は、接点４８，５２の正常状態を妨げる又は正常状態を変化させるのを回避するように構成され、それによってパック４０は並列構成に留まり、低電圧レベルを出力する。そうするのを助けるために（図２０参照）、図示された接点４８，５２（スイッチング端子ブロック７６の一部）は、電池パックハウジング６８の上面の下の凹部にある。
【００３６】
電池パック４０は、電動工具４４の正端子及び負端子（図示せず）に接続するための正端子及び負端子（図示せず）を有する電源端子ブロック７２をハウジング６８の上部に含む。低電圧動作の例では、工具は電動工具の端子ブロック７２には係合するが、スイッチング端子ブロック７６には係合しない。
【００３７】
対照的に、高電圧動作では、工具は、（電池パック４０の電源端子に係合する）電源端子ブロック７２と（電池パック４０を直列構成に切り替える）スイッチング端子ブロック７６との両方に係合する。具体的には、構成機構は、リブ５６及びブレード接点６０がパックハウジング６０の上面の下の凹部内に延びて接点４８，５２に係合して接点４８，５２の状態を変化させるように支持された突起部を含む。
【００３８】
バッテリ４４を工具４４上に案内するレールシステムを、（例えば、図６〜図１４の実施形態の）スイッチングバッテリの機械的構造のために使用してもよい。図１５に示されるように、接点４８，５２は、垂直方向にも水平方向にもシフトされる。背部に向かう直列接続接点５２が閉じられる前に、正面に向けて軸線方向の並列接続接点４８が係合して開けられる。さらに、接点４８，５２の間の垂直方向のシフトによって、構成機構のギャップを可能な限り狭くすることが可能になる。接点４８，５２は、図１６〜図２０にさらに示される。
【００３９】
図示される接点４８，５２は、パーフボード（perfboard）に取り付けられる。正面の並列接続接点４８は、並列接続接点４８を囲む材料内に押し込まれ、並列接続接点４８が定位置に留まり、ばね張力を維持するのを確実にする。並列接続接点４８は、絶縁リブ５６によって開かれ、ばねは、アイドル又はデフォルトの並列構成を確実にするためにリブ５６が滑り出るときはいつでも、並列接続を再確立するために閉じられる。
【００４０】
高電圧レベルで動作可能な工具４４が、図２１に部分的に示される。図示される部分（例えば、ハンドルの底面）が、電池パック４０と係合可能である。図示されるように、工具４４は、複数の絶縁素子（例えば、２つのプラスチック又はポリマー製リブ５６）を含む。複数の導電体（例えば、２つのブレード接点６０）が、リブ５６の後方及び下方に設けられる。
【００４１】
図２２〜図２３は、リブ５６及び工具４４上の接点６０と電池パック４０の接点４８，５２との係合を示す。図示されるように、リブ５６は、並列接続接点４８を分割して分離する一方で、ブレード接点６０は、直列接続接点５２を閉じる。上述したように、リブ５６及び接点６０は、ブレード接点５２が直列接続接点５２を閉じる前に、リブ５６が並列接続接点４８を開けるように配置される。
【００４２】
図２９Ａ〜図２９Ｃは、高電圧レベルで動作する工具のハウジング半体８０を示す。ハウジング半体８０は、バッテリ４０を受容するための底部ハンドル部分８４を含む。図示されるように、ハンドル部分８４は、常閉の並列接続接点４８を分離するための絶縁リブ５６を含む。
【００４３】
他の構成（図示せず）では、電池パック４０の並列接続接点４８及び直列接続接点５２は、常開であり、且つ非接続状態である。低電圧で動作する工具が電池パック４０に取り付けられると、工具のブレード接点６０は並列接続接点４８を閉じる一方、直列接続接点５２は開いたままである。高電圧で動作する工具が電池パック４０に取り付けられると、工具のブレード接点６０は直列接続接点５２を閉じる一方、並列接続接点４８は開いたままである。いずれの場合も、工具は、開いたままである接点（例えば、並列構成の直列接続接点５２、直列構成の並列接続接点４８）に係合して絶縁する絶縁構造（例えば、リブ５６）を含む。
【００４４】
図７は、セル１２を並列構成及び直列構成に選択的に接続するための代替回路８８を示す。工具４４と電池パック４０との間の異なる構成機構は、図６の接続接点４８，５２の代わりに、複数のスイッチ（例えば、５個のスイッチ９２，９４，９６，９８，１００）を含む点である。図６と比較すると、接点の数を１つ又は２つの接点に減らすことができる。
【００４５】
スイッチ９２，９４，９６，９８，１００は、ナノ秒の範囲の切替え時間を有することができ、電池パック４０は、電池パック４０及び工具が完全に係合したとき、このパック４０が工具に係合し且つ第２の接点を閉じ始めと直ぐに、第１接点が開くように設計することができる。この構成により、短絡を防止するために接続部同士の間に十分な時間が確保される。
【００４６】
パック４０上の切換え装置（例えば、レバー１０４）が、工具によって作動又はトリガされる１つの接点を有することができ、直列構成と並列構成との間の切替えを実現するために使用され得る。図示の構成では、並列構成のスイッチ９２，９４，９６，９８は、切換えレバー１０４のデフォルト位置に基づいて通常オンであり、直列接続用のスイッチ１００は通常オフである。レバー１０４の位置を切り替えると、並列接続用のスイッチ９２，９４，９６，９８がオフにされ、その後、直列接続用のスイッチ１００がオンにされ、パック４０が直列構成に切り替えられる。
【００４７】
このような構成は、低電圧で動作する既存の工具（例えば、１８Ｖ工具）を、構造的に変更することなく、電池パック４０の並列構成に適合することができる。また、スイッチ９２，９４，９６，９８，１００を低電力で駆動させることも可能である。
【００４８】
所定の状態で、常閉接点は、閉じたままであり、スイッチ９２，９４，９６，９８を並列構成のために駆動することができる。高電圧で動作する工具が係合されると、レバー１０４は、例えば摺動することにより、センサ（例えば、リード接点（図示せず）等）をトリガすることによってトリガされ得る。レバー１０４は、１−３接続から１―２接続に切り替わる。並列回路が開かれ、その後直列回路が閉じられる。この時点で、スイッチ９２，９４，９６，９８はオフであり、スイッチ１００は正の電源Ｖ＋によって駆動される。その結果、セル１２は５Ｓ２Ｐ構成から直列１０Ｓ１Ｐ構成に切り替えられる。電池パック４０は高電圧レベルを出力し、工具はその電圧レベルで動作する。
【００４９】
図８は、セル１２を並列構成及び直列構成に選択的に接続するための別の代替回路１０８を示す。電子プロセッサ１１２及び複数のスイッチ（例えば、３つのスイッチ１１６，１１８，１２０，１２２，１２４）が、セル１２を並列構成及び直列構成に構成するように動作可能である。図示された実施形態では、レバー１０４はプロセッサ１１２に置き換えられている。スイッチ１１６，１１８，１２０，１２２，１２４を駆動するために、２つの標準入力及び出力ピン（標準Ｉ／Ｏ）を使用してもよい。
【００５０】
回路１０８は、図７の回路８８と同様に動作する。回路１０８は、所定の状態のままであり、回路１０８は、プロセッサ１１２によって並列に駆動され、低電圧構成を確立する。高電圧で動作する工具が電池パック４０に係合すると直ぐに、プロセッサ１１２の入力がトリガされ、回路１０８の構成を直列の高電圧レベル構成に変更する。
【００５１】
所定の状態の間に、スイッチ１１６，１１８，１２０，１２２は、プロセッサ１１２によって駆動される。ピン３０での入力がトリガされると直ぐに、プロセッサ１１２は、ピン１０をロー（Low）に、ピン９をハイ（high）に設定して、直列回路構成のためのスイッチ１２４を駆動することができる。プロセッサ１１２のプログラミングにより、スイッチ１２４を閉じる前に、スイッチ１１６，１１８，１２０，１２２を所望のタイミングで開けることが可能になる。
【００５２】
このシステムは、例えば、工具（又は他の電気装置）が低電圧レベルと高電圧レベルとの両方で動作可能である場合（例えば、工具のモータが低電圧レベル（例えば、１８Ｖ）と高電圧レベル（例えば、３６Ｖ）との両方で動作可能である場合）に、動的なソリューションを可能にする。工具の効率及び／又は動作は、最適又は所望の動作電圧レベルを選択すること（例えば、動作特性に基づいて自動的に、ユーザ入力に基づいて手動で等）により改善することができる。
【００５３】
いくつかの構成では、プロセッサ１１２のピン３０を、ハイに設定することができ、ユーザ入力（例えば、ユーザ駆動スイッチ（図示せず））として使用することができる。工具４４のモータ又は別の電気装置の負荷が低電圧レベルと高電圧レベルとの両方で動作できる場合に、ユーザ駆動スイッチを使用して直列又は並列構成を選択することができる。
【００５４】
いくつかの構成では、プロセッサ１１２の入力は、工具センサ（例えば、リード接点（図示せず））によって駆動してもよい。プロセッサ１１２を有する回路１０８は、プロセッサ１１２のリード接点入力がトリガされない限り、並列の低電圧構成のままとなり得る。工具センサ用のアクチベータ（例えば、リードセンサ用の磁石）を、高電圧で動作する工具に設けてもよい。工具４４がパック４０に近づき又は係合すると、磁石はリード接点をトリガして、プロセッサ１１２にセル１２を並列の低電圧構成から直列の高電圧構成に構成させることができる。同様のセンサ／アクチベータ（例えば、リード接点及び磁石）を、図７の回路８８のレバー１０４として使用してもよいことを理解されたい。
【００５５】
いくつかの構成では、トランスポンダ／近距離通信（NFC）システムは、電池パック４０内のプロセッサ１１２の入力をトリガして、セル１２を並列構成と直列構成との間で構成することができる。典型的なＮＦＣタグは、４８バイト〜８キロバイト（kB）の間のデータを含み、高電圧レベルで動作する工具を明確に識別するための独自の製造業者固有の技術を確立することができる。
【００５６】
いくつかの構成では、工具センサ又はトランスポンダ／ＮＦＣアプローチをユーザ選択アプローチと共に使用してもよい。プロセッサ１１２が、工具センサトランスポンダから、工具が電池パック４０の直列構成において高電圧レベルで動作していないか、又は高電圧レベルで動作可能でないと判断した場合、ユーザ入力は無視され得る。さらに他の実施形態では、工具センサ／トランスポンダからのデータを無効にするためにユーザ入力を使用してもよい。
【００５７】
いくつかの構成では、工具４４は、セル１２の構成を並列構成と直列構成との間で指示することができる。工具４４は、電池パック４０内のスイッチ１１６，１１８，１２０，１２２，１２４を制御するために、電池パック４０へのデータ接続を含むことができる。工具４４は、工具の構造（例えば、並列構成及び直列構成の一方のみで動作可能なモータ）、工具の現在の又は所望の動作条件（例えば、高電圧要件、所望の増大した実行時間／容量）等に基づいて、セル１２の最適構成に関する情報を送信することができる。次に、電池パック４０は、工具４４から受信した情報に基づいて、セル１２の接続を並列構成と直列構成との間で再構成することができる。
【００５８】
いくつかの構成では、別々のセンサが、並列構成の及び直列構成の選択をトリガすることができる。例えば、センサ（例えば、ホール効果センサ）をある構成要素（すなわち、工具４４又は電池パック４０）に使用して、他の構成要素の感知要素（例えば、磁石）の存在又は不在を検出してもよい。磁石の検出は、電池パック４０の構成を直列又は並列構成のうちの一方にさせ、磁石の不在の判定により、電池パック４０の構成を直列又は並列構成のうちの他方にさせる。
【００５９】
別の例では、ある構成要素内の１つ又は複数のセンサ（例えば、ホール効果センサ）は、他の構成要素内の１つ又は複数の感知要素（例えば、磁石）の（単なる存在ではなく）位置又は向きを検出して、電池パック４０を直列又は並列構成に構成するかどうかを決定する。
【００６０】
他のセンサ（例えば、機械的、光学的、電気的、磁気的、誘導的センサ等）を使用して、直列又は並列構成のセル１２の構成をトリガしてもよい。適用可能なセンサ（複数可）の出力は、電池パック４０を直列又は並列構成に構成するプロセッサ１１２に供給される。
【００６１】
図９は、セル１２を直列構成及び並列構成に選択的に接続するためのさらに別の代替回路１２８を示す。回路１２８を直列接続と並列接続との間で切り替えるために、デジタルゲートの組合せ（例えば、ＡＮＤゲート及びインバータ）を使用してもよい。アイドル状態では、並列回路が接続され、接点（この場合にはスイッチ１３２）が閉じられると直ぐに、回路は並列接続から直列接続に切り替わる。いくつかの実施形態では、抵抗器Ｒ２及びＲ３を有するスイッチ１３６及び１４０を使用して、短絡を防止するために並列回路又は直列回路が完全にスイッチオフされているかどうかを判定することができる。
【００６２】
図示される実施形態では、ＡＮＤゲート１４４は、インバータ１４８及び１５２の助けを借りて活性化することができる。ＡＮＤゲート１４４が活性化されると、スイッチ１５６，１５８，１６０，１６２がオンになり、電池パック４０は並列構成になる。さらに、ＡＮＤゲート１４４は、スイッチ１３６によって駆動される能動遅延回路を活性化させることもできる。スイッチ１３６を介した能動遅延回路を使用して、ＡＮＤゲート１６４がオンになるのを防止することができる。
【００６３】
スイッチ１３２がトリガされると、インバータ１５２はハイからローに変化し、ＡＮＤゲート１４４の出力がオフに切り替えられる。同時に、ＡＮＤゲート１６４は２つのハイ信号を得るが、スイッチ１３６がオフになる前にＡＮＤゲート１６４をオンにすることはできない。この時点で、回路１２８は活性ラインと不活性ラインを入れ替え、インバータ１４８の出力は、ハイからローに変化し、これはＡＮＤゲート１４４がオンになるのを防止するために使用される。この実施形態では、５個のスイッチ１５６，１５８，１６０，１６２，１６８が、スイッチ１３２を閉じるトリガシーケンスを提供し、且つ直列構成と並列構成とを切り替えるために使用することができる。トリガは、上述したセンサ、リード接点又はトランスポンダ／ＮＦＣシステム等の単一の接点で動作することができる。
【００６４】
図７〜図９の例では、スイッチ９２，９４，９６，９８，１００，１１６，１１８，１２０，１２２，１２４，１５６，１５８，１６０，１６２，１６８は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）として示される。スイッチ９２，９４，９６，９８，１００，１１６，１１８，１２０，１２２，１２４，１５６，１５８，１６０，１６２，１６８のＭＯＳＦＥＴの代わりに、バイポーラ接合トランジスタ（BJT）、リレースイッチ等の他のスイッチを使用してもよい。
【００６５】
図１０は、回路１８８を示しており、この回路１８８において、スイッチ１９２が、工具４４又は電池パック４０の外部に取り付けられ、回路１８８を並列構成と直列構成との間で切り替える。
【００６６】
セル１２を並列構成と直列構成との間で切り替えるために、トランジスタ回路を使用してもよい。図１１は、各経路について２つのトランジスタを有する並列構成の例示的なトランジスタ回路１９６を示す。図示されるように、回路１９６のアイドル状態は、負荷抵抗２００に対してゼロボルトを有し、且つ各経路内の１つのトランジスタに対して略完全なバッテリ電圧を有する。回路が切り替わると（全てのトランジスタが一緒に切り替わる）と直ぐに、全てのトランジスタに対する電圧降下はゼロに等しくなる。さらに、バッテリ電圧は変化し、互いにより近い値に収束する。それに加えて、負荷抵抗２００は、２０．６Ｖの電圧降下を示す。結果として、電池パック４０は並列構成で接続される。
【００６７】
図１２は、直列構成の電池パック４０を有するトランジスタ回路１９６を示す。図示されるように、回路１９６のアイドル状態は、負荷抵抗２０に対する電圧降下及び中間のトランジスタ２０４に対して４１．１７Ｖの電圧降下を示さず、これはトランジスタ２０４がアイドル状態では切り替えられないことを意味する。トランジスタ２０４（及びその回路と共に）が切り替えられると直ぐに、トランジスタ２０４に対する電圧降下はゼロになり、抵抗２００に関する電圧降下は、ゼロから４１．１７Ｖに変化する。
【００６８】
図１１及び図１２のトランジスタ回路１９６は、図１３にも示される。図１４は、回路１９６のプリント回路基板実装を示す。
【００６９】
電池パック４０のいくつかの実施形態では、１つ又は複数の監視用集積回路（IC）によって電池セル１２を監視して、例えば、セル１２の及び電池パック４０の寿命を保護及び延ばすことができる。セル１２を監視して、例えば、セル１２の過電圧、不足電圧、放電時の過電流、不均衡等を防止又は阻止することができる。
【００７０】
監視装置をブロック２０の最も正の端子と最も負の端子との間に接続することによって、セル１２の完全なブロック２０を監視するときに、ブロック２０の総電圧が監視されるが、個々のセル１２は監視されない。このような実施形態では、監視装置は、ブロック２０の電圧について妥当な値を検出することができるが、ブロック２０内のセル１２の望ましくない状態（例えば、セル不均衡）を検出できない可能性がある。こうして、ブロック２０内の個々のセルを監視可能な監視ＩＣが有利となり得る。
【００７１】
個々のセルの監視は、充電及び放電中にセルをバランスさせるために実施してもよい。例えば、充電中に、１つのセル１２が他のセル１２よりも先に約４．２Ｖの閾値に達すると、監視ＩＣはそのセル１２の充電を遮断することができるが、他のセル１２の充電は、例えば、同じ閾値に達するように僅かに高い電流で継続される。
【００７２】
図２４は、電池セル１２に接続された電池パック４０の監視ＩＣ２２０を示す。図示されるように、監視ＩＣ２２０は、個々のセル１２への接続が欠落しているため、各セル１２を個別に監視できない。監視ＩＣ２２０は、セル１２を正から負に集合的に監視することができるが、監視ＩＣ２２０は、個々のセル２２０を監視することができない。
【００７３】
電池セル１２は、供給電圧を監視ＩＣ２２０に供給することができる。従って、監視ＩＣ２２０は、バッテリブロック８又は２０に接続する必要があり得る。電池パック４０が構成を切り替えるとき、監視ＩＣ２２０の供給電圧はまた、低電圧レベルと高電圧レベルとの間で切り替わる。セルを個別に監視し、スイッチング電源電圧を処理可能な例示的な設計を以下に提供する。
【００７４】
図２５は、並列構成の例示的なバッテリ監視回路２２４を示す。図示される実施形態では、バッテリ監視回路２２４は、電子プロセッサ２３４と通信する２つの別々の監視ＩＣ２２８及び２３２を含む。いくつかの実施形態では、２つの監視ＩＣ２２８及び２３２は、直列に接続された最大６個又は最大１０個のセルを監視可能なホスト制御アナログフロントエンド（AFEs）を使用して実装することができる。
【００７５】
監視ＩＣ２２８は、直列構成の１０個のセル１２の全てを監視するために使用される一方、監視ＩＣ２３２はセル１２から切り離されて、監視ＩＣ２３２がセル電圧によってオンにならないようにされる。さらに、監視ＩＣ２２８及び２３２の両方は、最後のセル１２（例えば、セル１０）の負極に接続され得るが、これは、このポイントがセットアップのためのスターグランド（star ground）として機能するためである。
【００７６】
図２６は、直列構成のバッテリ監視回路２２４を示す。この構成では、監視ＩＣ２３２は、この監視ＩＣ２３２がセル１２を並列セットアップで監視するためにのみ使用され得るので、使用されないことがある。さらに、監視ＩＣ２２８及び２３２は、並列構成と直列構成との間の切替えに起因する変化する電圧レベルに対処するために、変動する供給電圧で動作するように設計してもよい。
【００７７】
図２７は、直列構成の別の例示的なバッテリ監視回路２３６を示す。バッテリ監視回路２３６は、図２５のバッテリ監視回路２２４と同様であるが、２つの監視ＩＣ２４０及び２４４は、５個のセル１２をそれぞれ監視する。監視ＩＣ２４０はセル１０からセル６に接続され、監視ＩＣ２４４はセル５からセル１に接続される。この接続により、監視ＩＣ２４４は＋３６Ｖ〜＋１８Ｖの間に接続されるが、監視ＩＣ２４０は＋１８Ｖ〜０Ｖの間に接続され、両方の監視ＩＣ２４０及び２４４が同様の動作電圧を受ける。監視ＩＣ２４０及び２４４の両方は、監視ＩＣ２４０及び２４４を同期させるために使用され得る電子プロセッサ２４８に接続される。
【００７８】
図２８は、並列構成のバッテリ監視回路２３６を示す。図示されるように、監視ＩＣ２４０と２４４との両方が＋１８Ｖ〜０Ｖの間に接続されるので、電池パック４０が並列構成と直列構成との間で切り替わるとき、監視ＩＣ２４０と２４４の動作電圧に追加の変更は不要である。
【００７９】
他の実施形態では、セル１２の１つのブロック２０にそれぞれ接続された複数の監視ＩＣではなく、単一の監視ＩＣが短時間に亘って電池セル１２の１つのブロック２０を監視し、次に同様の期間に亘って第２のブロックを監視するためにジャンプする。特に、充電の場合には、充電器が、装置を介した可能な放電（３０アンペア以上）と比較して非常に低い電流（６アンペア）を使用する可能性があるため、パック４０の電圧変化は、非常に遅い可能性がある。例えば、単一の監視ＩＣを使用して、第１の期間（例えば１０ｍｓ）の間、電池セル１２の第１のブロック２０を監視し、その後、第２の期間（例えば、１０ｍｓ）の間、電池セル１２の第２のブロック２０を監視すること等ができる。
【００８０】
図３０は、さらに別の例示的なバッテリ監視回路２４８を示す。図示されるように、バッテリ監視回路２４８は、２つの５Ｓ１Ｐセルブロック２０Ａ及び２０Ｂを含む。セルブロック２０Ａは、アナログフロントエンド（AFE）２５６Ａを使用して電子プロセッサ２５２Ａによって監視される。セルブロック２０Ｂは、ＡＦＥ２５６Ｂを使用して電子プロセッサ２５２Ｂによって監視される。
【００８１】
ＡＦＥ２５６Ａ−Ｂは、セルブロック２０Ａ−Ｂ内の個々のセルを監視することができる。ＡＦＥ２５６Ａ−Ｂは、例えば、Texas
Instrumentsによって設計されたＢＱ７６９２５ホスト制御アナログフロントエンドを使用して実装することができる。ＡＦＥ２５６Ａ−Ｂは、ＡＦＥ２５６として単独で呼ばれ、プロセッサ２５２Ａ−Ｂは、プロセッサ２５２として単独で呼ばれ得る。他の実施形態では、バッテリ監視回路２４８は、より多い又はより少ないプロセッサ２５２及びＡＦＥ２５６によって監視されるより多い又はより少ないセルブロック２０を含んでもよい。
【００８２】
ＡＦＥ２５６は、動作電力を、Ｖ３Ｐ３ラインを介してプロセッサ２５２に供給する。プロセッサ２５２は、シリアルクロック（SCL）を、ＳＣＬラインを介してＡＦＥ２５６に供給する。プロセッサ２５２及びＡＦＥ２５６は、ＳＤＡラインを介してシリアルデータを交換する。例えば、プロセッサ２５２は、所与の時間に監視される個々のセルのアドレスを、ＳＤＡラインを介してＡＦＥ２５６のレジスタに書き込むことができる。ＡＦＥ２５６は、電池セル１２の個々の電圧を測定するために使用される基準電圧を、ＶＲＥＦ＋ラインを介してプロセッサ２５２に供給する。ＡＦＥ２５６は、個々の状態（例えば、個々のセル１２の電圧）を、ＶＣＯＵＮＴラインを介してプロセッサ２５２に供給する。ＡＦＥ２５６は、ＳＤＡラインを介してＡＦＥ２５６に書き込まれた要求に基づいて、特定のセル１２の電圧をＶＣＯＵＮＴラインに供給することができる。バッテリ監視回路２４８は、プロセッサ２５２Ａ−Ｂと工具の電子プロセッサとの間の通信を容易にする結合回路、例えば光結合回路２５８を追加的に含むことができる。
【００８３】
図３１は、更なる代替のバッテリ監視回路２６０を示す。図示されるように、バッテリ監視回路２６０は、３つの５Ｓ１Ｐセルブロック２０Ａ−Ｃを含む。各セルブロック２０Ａ−Ｃは、ＡＦＥ２６８Ａ−Ｃをそれぞれ使用する単一の電子プロセッサ２６４によって監視される。上述したように、ＡＦＥ２６８Ａ−Ｃは、セルブロック２０Ａ−Ｃ内の個々のセル１２を監視することができる。ＡＦＥ２６８Ａ−Ｃは、単独でＡＦＥ２６８と呼ばれ得る。他の実施形態では、バッテリ監視回路２４８は、より多くの又はより少ないＡＦＥ２６８を使用するプロセッサ２６４によって監視されるより多くの又はより少ないセルブロック２０を含むことができる。
【００８４】
プロセッサ２６４は、ＡＦＥ２６８のうちの１つから動作電力を受け取ることができる。プロセッサ２６４は、シリアルクロックを、ＳＣＬラインを介してＡＦＥ２６８Ａ−Ｃに供給する。さらに、プロセッサ２６４及びＡＦＥ２６８Ａ−Ｃは、シリアルデータを、ＳＤＡラインを介して交換する。プロセッサ２６４は、アナログ入力ＡＮＩ０−５で基準電圧（ＶＲＥＦ＋）及び個々のセル状態（ＶＣＯＵＴ）を受け取ることができる。図示の例では、アナログ入力ＡＮＩ０−１はＡＦＥ２６８Ａに接続され、アナログ入力ＡＮＩ２−３はＡＦＥ２６８Ｂに接続され、アナログ入力ＡＮＩ４−５はＡＦＥ２６８Ｃに接続される。
【００８５】
図３２は、共有集積回路間（I2C:
inter-integrated circuit）バスを使用する別の代替バッテリ監視回路２７２を示す。図示されるように、バッテリ監視回路２７２は、ＡＦＥ２８０Ａ−Ｃをそれぞれ使用する単一の電子プロセッサ２７６によって監視される３つの５Ｓ１Ｐセルブロック２０Ａ−Ｃを含む。バッテリ監視回路２７２は、図３１のバッテリ監視回路２６０と同様に動作する。
【００８６】
ＡＦＥ２８０Ａ−Ｃは、共有Ｉ２Ｃチャネルを介してプロセッサ２７６と通信する。ＡＦＥ２８０Ａ−Ｃの出力は、プロセッサ２７６のアナログ入力ＡＮＩ０−３に供給される。セルブロック２０Ａ−Ｃ内の全てのセル１２が同様の電圧レベルで動作するので、プロセッサ２７６には、ＡＦＥ２８０Ａから単一の基準電圧（ＶＲＥＦ＋）が供給される。基準電圧ＶＲＥＦ＋は、アナログ入力ＡＮＩ０に供給される。個々のセルの状態（ＶＣＯＵＴ）は、ＡＦＥ２８０Ａ−Ｃからそれぞれアナログ入力ＡＮＩ１−３に提供される。バッテリ監視回路２７２は、共有Ｉ２Ｃチャネルを介してより多くの又はより少ないＡＦＥ２８０を使用するプロセッサ２７６によって監視されるより多くの又はより少ないセルブロック２０を含むことができる。バッテリ監視回路２７２は、光結合回路２８４も含むことができる。
【００８７】
図３３Ａ及び図３３Ｂは、マルチプレクサを使用するさらに別の代替バッテリ監視回路２８８を示す。図示されるように、バッテリ監視回路２８８は、ＡＦＥ２９６Ａ−Ｄを使用する単一の電子プロセッサ２９２によって監視される４個の５Ｓ１Ｐセルブロック２０Ａ−Ｄを含む。バッテリ監視回路２８８は、図３２のバッテリ監視回路２７２と同様に動作する。
【００８８】
ＡＦＥ２９６Ａ−Ｄは、共有Ｉ２Ｃチャネルを介してプロセッサ２９２と通信する。図３３Ａに示されるように、マルチプレクサ３００は、共有Ｉ２Ｃチャネル上のプロセッサ２９２とＡＦＥ２９６Ａ−Ｄとの間に接続される。プロセッサ２９２は、プロセッサ２９２が特定の時間に通信を交換するための２９６Ａ−Ｄ間のＡＦＥ２９６を選択するために、選択入力をマルチプレクサ３００に供給する。図３３Ｂに示されるように、プロセッサ２９２とＡＦＥ２９６Ａ−Ｄとの間の通信を容易にするために、複数のマルチプレクサ３００Ａ−Ｂを複数のＩ２Ｃチャネルを介して使用してもよい。バッテリ監視回路２８８は、光結合回路３０２も含むことができる。
【００８９】
図３４は、複数の集積回路間（I２C）バスを使用するさらに代替のバッテリ監視回路３０４を示す。図示されるように、バッテリ監視回路３０４は、ＡＦＥ３１２Ａ−Ｃをそれぞれ使用する単一の電子プロセッサ３０８によって監視される３つの５Ｓ１Ｐセルブロック２０Ａ−Ｃを含む。バッテリ監視回路３０４は、図３２のバッテリ監視回路２７２と同様に動作する。しかしながら、ＡＦＥ３１２Ａ−Ｃは、複数のＩ２Ｃチャネルを介してプロセッサ３０８と通信する。
【００９０】
例えば、ＡＦＥ３１２Ａは、Ｉ２ＣチャネルＩ２Ｃ１を介してプロセッサ３０８と通信し、ＡＦＥ３１２Ｂは、Ｉ２ＣチャネルＩ２Ｃ２を介してプロセッサ３０８と通信し、以下同様である。ＡＦＥ３１２Ａ−Ｃの出力は、図３２のバッテリ監視回路２７２と同様に、プロセッサ３０４のアナログ入力ＡＮＩ０−３に供給される。バッテリ監視回路３０４は、複数のＩ２Ｃチャネルを介してより多くの又はより少ないＡＦＥ３１２を使用するプロセッサ３０８によって監視されるより多くの又はより少ないセルブロック２０を含むことができる。バッテリ監視回路３０４は、光結合回路３１６も含むことができる。
【００９１】
図３５は、シリアル周辺インターフェイスを使用する別の代替バッテリ監視回路３２０を示す。図示されるように、いくつかの５Ｓ１Ｐブロック２０は、いくつかのＡＦＥ３２８を使用する単一の電子プロセッサ３２４によって監視される。ＡＦＥ３２８は、シリアル周辺インターフェイスバスを使用してプロセッサ３２４と通信する。バッテリ監視回路３２０は、セルバランシング中にセルブロック２０を放電するために、各セルブロック２０に亘って接続された抵抗器を有するいくつかのスイッチ３３２を含むこともできる。
【００９２】
上述したように、低電圧工具及び高電圧工具は、それぞれが所与の電圧レベルで動作する異なる工具であってもよい。上述したように、低電圧工具及び高電圧工具は、異なる電圧レベル又はモードで動作することができる１つのツール（又は他の電気装置）であってもよい。
【００９３】
例えば、デュアルモード電池パック４０を使用して、異なる電圧レベルで作動するように動作可能な再構成可能なデュアルモードモータを有する工具に電力を供給することができる。例えば、工具は、モータが低電圧電源によって最適に電力供給されるように構成された低電圧レベルモード（例えば、１８Ｖモード；増大したアンペア時間容量又は実行時間を含む）と、モータが高電圧電源によって最適に電力供給されるように構成された高電圧レベルモード（例えば、３６Ｖモード）とを有することができる。工具及び電池パック４０を最適な電圧レベルに設定することは、所与の電圧レベルでより効率的なモータ動作をもたらすことができる。
【００９４】
別の例として、デュアルモード工具は、再構成可能なデュアルモード負荷を有する別の電気装置であってもよい。
【００９５】
上述したように、本発明は、とりわけ、デュアルモード電池パック、及びデュアルモード構成を実施するための方法及びシステムを一般的に提供することができる。本発明は、一般に、個々のセルを監視及び／又はバランスさせるための方法及びシステムを提供することもできる。
【００９６】
本発明の１つ又は複数の独立した特徴及び／又は独立した利点は、以下の特許請求の範囲に記載され得る。
【図１】
2019503038.tif 000003
【図２】
2019503038.tif 000004
【図３】
2019503038.tif 000005
【図４】
2019503038.tif 000006
【図５】
2019503038.tif 000007
【図６】
2019503038.tif 000008
【図７】
2019503038.tif 000009
【図８】
2019503038.tif 000010
【図９】
2019503038.tif 000011
【図１０】
2019503038.tif 000012
【図１１】
2019503038.tif 000013
【図１２】
2019503038.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2019503038.tif 000016
【図１５】
2019503038.tif 000017
【図１６】
2019503038.tif 000018
【図１７】
2019503038.tif 000019
【図１８Ａ】
2019503038.tif 000020
【図１８Ｂ】
2019503038.tif 000021
【図１９Ａ】
2019503038.tif 000022
【図１９Ｂ】
2019503038.tif 000023
【図２０】
2019503038.tif 000024
【図２１】
2019503038.tif 000025
【図２２】
2019503038.tif 000026
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９Ａ】
2019503038.tif 000033
【図２９Ｂ】
2019503038.tif 000034
【図２９Ｃ】
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【図３０】
2019503038.tif 000036
【図３１】
2019503038.tif 000037
【図３２】
2019503038.tif 000038
【図３３Ａ】
2019503038.tif 000039
【図３３Ｂ】
2019503038.tif 000040
【図３４】
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【図３５】
2019503038.tif 000042
【国際調査報告】
2019503038.tif 000043
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