(57)【要約】【課題】二次電池装置が長期間放置される場合でも、二次電池の過放電を防止する。【解決手段】二次電池１２と、二次電池１２の残容量を表示する残容量表示回路１４と、二次電池１２から残容量表示回路１４に流れる電流をオン−オフする第１スイッチＳＷ１と、二次電池１２の電圧が第１の設定値以下となったときに、第１スイッチＳＷ１をオフする第１電圧検出回路（Ｒ３，Ｒ２）と、第１スイッチＳＷ１がオフされたときに、二次電池１２から第１電圧検出回路（Ｒ３，Ｒ２）に流れる電流を遮断する遮断手段（ＳＷ２，Ｒ４，Ｒ５）とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池と、
二次電池の残容量を表示する残容量表示回路と、
二次電池から残容量表示回路に流れる電流をオン−オフする第１のスイッチと、
二次電池の電圧が第１の設定値以下となったときに、第１のスイッチをオフする第１の電圧検出回路と、
第１のスイッチがオフされたときに、二次電池から第１の電圧検出回路に流れる電流を遮断する遮断手段と、
を有することを特徴とする二次電池装置。
【請求項２】
前記遮断手段は、二次電池から第１の電圧検出回路に流れる電流をオン−オフする第２のスイッチと、第１のスイッチがオフされると二次電池からの電流が流れなくなる回路上に配置され、二次電池の電圧が第２の設定値以下となったときに第２のスイッチをオフする第２の電圧検出回路とを有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池装置。
【請求項３】
第１の電圧検出回路は、二次電池の電圧を２つの抵抗で分圧した電圧により電圧検出を行うものであり、それら２つの抵抗の接続点には二次電池の両電極に接続された＋側端子と−側端子以外の第３の端子が接続されていることを特徴とする請求項２に記載の二次電池装置。
【請求項４】
第２の電圧検出回路は、二次電池の電圧を２つの抵抗で分圧した電圧により電圧検出を行うものであり、それら２つの抵抗の接続点には二次電池の両電極に接続された＋側端子と−側端子以外の第４の端子が接続されていることを特徴とする請求項３に記載の二次電池装置。
【請求項５】
二次電池装置は電動工具に装着されて該電動工具に電力を供給するものであって、二次電池から電動工具に電力が供給されているときは第１の電圧値の信号を出力する一方で二次電池から電動工具に電力が供給されていないときは第１の電圧値より小さい第２の電圧値の信号を出力する信号出力手段が二次電池装置又は電動工具に設けられており、その信号出力手段から出力される信号が第１の電圧検出回路の２つの抵抗の接続点又は第２の電圧検出回路の２つの抵抗の接続点に入力するようになっていることを特徴とする請求項４に記載の二次電池装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池の残容量を表示する残容量表示回路を備えた二次電池装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の二次電池装置としては、特許文献１に開示されたものが知られている。
特許文献１に開示された二次電池装置では、二次電池のプラス極に電力供給スイッチを介して残容量表示回路が接続される。電力供給スイッチは、二次電池の電圧を測定する電池電圧測定回路と、電池電圧測定回路により測定される電圧が所定値以下に低下したときにオフ状態となるトランジスタスイッチとで構成される。この二次電池装置では、二次電池が放電してその電圧が所定値以下となるとトランジスタスイッチがオフ状態となる。このため、二次電池から残容量表示回路への電力供給が自動的に停止し、二次電池の過放電を防止する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２７６６９０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した特許文献１に記載の二次電池装置では、残容量表示回路への電力供給を停止した後も、電池電圧測定回路に電流が流れ電力が消費される。したがって、残容量表示回路への電力供給停止後も二次電池は放電を続け、二次電池の過放電を完全に防止することはできなかった。特に、工場出荷時からユーザによって使用されるまでの期間は長期間となる場合があり、このような場合に二次電池が過放電してしまう場合があった。
【０００５】
そこで、本発明は、二次電池装置が長期間放置される場合でも、二次電池の過放電を防止することができる二次電池装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段と作用と効果】上記課題を解決するために、本願発明に係る二次電池装置は、二次電池と、二次電池の残容量を表示する残容量表示回路と、二次電池から残容量表示回路に流れる電流をオン−オフする第１のスイッチと、二次電池の電圧が第１の設定値以下となったときに、第１のスイッチをオフする第１の電圧検出回路と、第１のスイッチがオフされたときに、二次電池から第１の電圧検出回路に流れる電流を遮断する遮断手段と、を有する。
この二次電池装置では、第１の電圧検出回路で検出される二次電池の電圧が第１の設定値以下となると第１のスイッチがオフし、二次電池から残容量表示回路に流れる電流が遮断される。また、第１のスイッチがオフすると、遮断手段によって二次電池から第１の電圧検出回路に流れる電流が自動的に遮断される。したがって、残容量表示回路への電力供給停止後は自動的に第１の電圧検出回路に電流が流れなくなるため、二次電池の過放電を防止することができる。
【０００７】
なお、前記遮断手段は、二次電池から第１の電圧検出回路に流れる電流をオン−オフする第２のスイッチと、第１のスイッチがオフされると二次電池からの電流が流れなくなる回路上に配置され、二次電池の電圧が第２の設定値以下となったときに第２のスイッチをオフする第２の電圧検出回路とを有することが好ましい。
このような構成では、第１のスイッチがオフすると第２の電圧検出回路に電流が流れなくなって、第２のスイッチがオフされる。このため、二次電池から第１の電圧検出回路に流れる電流を遮断することができる。このように第１のスイッチがオフすると第２のスイッチがオフされ、また、第２のスイッチがオフすると第１のスイッチがオフされる。
【０００８】
上記二次電池装置においては、第１の電圧検出回路は、二次電池の電圧を２つの抵抗で分圧した電圧により電圧検出を行うものであり、それら２つの抵抗の接続点には二次電池の両電極に接続された＋側端子と−側端子以外の第３の端子が接続されていることが好ましい。
このような構成によると、第３の端子を所定の電源又はグランド等に接続することで第１の電圧検出回路で検出される電圧を制御することができ、第１のスイッチのオン−オフを制御することができる。したがって、例えば、二次電池を充電した状態で工場から出荷する場合は、第１のスイッチを強制的にオフすることで第２のスイッチもオフする。これによって、工場出荷時からユーザ使用時までの間が長期間となっても、二次電池が過放電してしまうことを防止することができる。
【０００９】
同様に、第２の電圧検出回路は、二次電池の電圧を２つの抵抗で分圧した電圧により電圧検出を行うものであり、それら２つの抵抗の接続点には二次電池の両電極に接続された＋側端子と−側端子以外の第４の端子が接続されていることも好ましい。このような構成によっても、上述した作用効果と同一の作用効果を奏することができる。
【００１０】
さらに、上記二次電池装置は電動工具に装着されて該電動工具に電力を供給するものであって、二次電池から電動工具に電力が供給されているときは第１の電圧値の信号を出力する一方で二次電池から電動工具に電力が供給されていないときは第１の電圧値より小さい第２の電圧値の信号を出力する信号出力手段が二次電池装置又は電動工具に設けられる。そして、その信号出力手段から出力される信号が第１の電圧検出回路の２つの抵抗の接続点又は第２の電圧検出回路の２つの抵抗の接続点に入力するようになっていることが好ましい。
このような構成によると、電動工具起動時の起動電流や大きな負荷電流によって二次電池の電圧降下が大きくなっても、第１の電圧検出回路（又は第２の電圧検出回路）の分圧が低下しすぎることが防止される。したがって、第１のスイッチ（又は第２のスイッチ）が起動電流等によってオフされてしまうことが防止され、残容量表示が継続して行われる。
【００１１】
【発明の実施の形態】上述した請求項に記載の二次電池装置は、下記の形態で好適に実施することができる。
（形態１）  第１のスイッチは電界効果トランジスタである。第１の電圧検出回路は、二次電池の電圧を２つの抵抗で分圧して第１のスイッチ（電界効果トランジスタ）のゲート端子に出力する。第１のスイッチのゲート端子と一方の端子との間の電圧が所定の電圧値を越えると、第１のスイッチがオンして残容量表示回路に電流が流れる。
（形態２）  第２のスイッチは、第１の電圧検出回路と二次電池のマイナス極との間に配された電界効果トランジスタである。第２の電圧検出回路は、第１のスイッチと二次電池のマイナス極との間に配されている。第２の電圧検出回路は、二次電池の電圧を２つの抵抗で分圧して第２のスイッチ（電界効果トランジスタ）のゲート端子に出力する。第２のスイッチのゲート端子と一方の端子との間の電圧が所定の電圧値を越えると、第２のスイッチがオンして第１の電圧検出回路に電流が流れる。
【００１２】
【第１実施例】以下、本発明の第１実施例について図面を参照して説明する。図１は、第１実施例に係る二次電池装置（以下、電池パックという）の回路図である。図１に示すように電池パック１０は、二次電池１２と、二次電池１２の残容量を表示する残容量表示回路１４とを有する。
【００１３】
二次電池１２のプラス極は＋端子（ａ１）に接続され、二次電池１２のマイナス極はシャント抵抗Ｒ９を介して−端子（ａ２）に接続されている。電池パック１０が充電器２０に装着されると、＋端子（ａ１）と−端子（ａ２）は充電器２０の端子（ｂ１），（ｂ２）を介して充電電流出力部２２に接続される。これによって、充電器２０の充電電流出力部２２から二次電池１２に充電電流が供給されるようになっている。一方、電池パック１０が電動工具（図示省略）に装着されると、＋端子（ａ１）と−端子（ａ２）が電動工具に設けられた対応する端子に接続し、二次電池１２から電動工具のモータに電力が供給されるようになっている。
【００１４】
また、二次電池１２のプラス極には、保護抵抗Ｒ６と第１スイッチング素子ＳＷ１〔ＰチャンネルＦＥＴ（電界効果トランジスタ）〕を介して残容量表示回路１４に接続されている。残容量表示回路１４は、例えば従来と同様に、二次電池１２に流れる電流を検知して二次電池１２の残容量を演算し、演算により求めた残容量を表示する。残容量の表示は、例えば、残容量に応じて点灯するＬＥＤの数を変える等により行われる。
第１スイッチング素子ＳＷ１の出力端子（残容量表示回路１４が接続されている端子）には、２つの抵抗Ｒ４，Ｒ５を介して−端子（ａ２）が接続されている。抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５の接続点には、トランジスタＴＲ１のコレクタ端子が接続されている。トランジスタＴＲ１のベース端子は、抵抗Ｒ８とツェナーダイオードＺＤ１を介して端子（ａ３）に接続されている。トランジスタＴＲ１のエミッタ端子は−端子（ａ２）に接続されている。トランジスタＴＲ１のベース端子とエミッタ端子は抵抗Ｒ７で接続されている。
【００１５】
さらに、二次電池１２のプラス極には、上述した第１スイッチング素子ＳＷ１，抵抗Ｒ４及び抵抗Ｒ５と並列に、抵抗Ｒ３，抵抗Ｒ２及び第２スイッチング素子ＳＷ２が接続されている。抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ２の接続点は、上述した第１スイッチング素子ＳＷ１のゲート端子に接続されている。また、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ２の接続点は、抵抗Ｒ１を介してグランド端子（ａ６）に接続されている。
第２スイッチング素子ＳＷ２は、ＮチャンネルＦＥＴ（電界効果トランジスタ）である。第２スイッチング素子ＳＷ２のゲート端子には、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５の接続点が接続されている。
【００１６】
なお、電池パック１０のケース内には、二次電池１２の温度を検出するためのサーミスタＴＭと、二次電池１２の充電特性等を記憶するＥＥＰＲＯＭ１６が収容されている。電池パック１０が充電器２０に装着されると、サーミスタＴＭは端子（ａ４）、充電器２０側の端子（ｂ４）を介して充電器２０の温度検知部２６に接続される。一方、ＥＥＰＲＯＭ１６は端子（ａ５）、充電器２０側の端子（ｂ５）を介してＣＰＵ２４に接続される。充電器２０の温度検知部２６は、サーミスタＴＭからの出力に基づいて二次電池１２の温度を検知し、その温度をＣＰＵ２４に出力する。ＣＰＵ２４は、温度検知部２６から出力される二次電池１２の温度とＥＥＰＲＯＭ１６から読取った二次電池１２の充電特性に基づいて、充電電流出力部２２から二次電池１２に供給する充電電流値を決定するようになっている。なお、充電器２０には５Ｖ電源２８が内蔵され、５Ｖ電源２８は端子（ｂ３）とグランド端子（ｂ６）に接続されている。
【００１７】
次に、上述した電池パック１０の動作を説明する。まず、電池パック１０が充電器２０に接続されておらず、かつ、二次電池１２から残容量表示回路１４に電力が供給されている状態を説明する。
二次電池１２から残容量表示回路１４に電力が供給されている状態では、第１スイッチング素子ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＷ２は共にオンとなっている。すなわち、二次電池１２の電圧ＶＢを抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ２で分圧した信号が第１スイッチング素子ＳＷ１のゲート端子に入力し、第１スイッチング素子ＳＷ１がオンとなっている。また、第１スイッチング素子ＳＷ１と−端子（ａ２）間の電圧Ｖ２（＝二次電池１２の電圧ＶＢ）を抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５で分圧した信号が第２スイッチング素子ＳＷ２のゲート端子に入力し、第２スイッチング素子ＳＷ２もオンとなっている。
二次電池１２の容量が少なくなって抵抗Ｒ３の両端間の電圧Ｖ１（又は抵抗Ｒ５の両端間の電圧Ｖ３）が所定値以下に低下すると、第１スイッチング素子ＳＷ１（又は第２スイッチング素子ＳＷ２）がオフとなる。第１スイッチング素子ＳＷ１がオフとなると、抵抗Ｒ４，Ｒ５に電流が流れなくなって第２スイッチング素子ＳＷ２もオフとなる（同様に、第２スイッチング素子ＳＷ２がオフとなると、抵抗Ｒ３，Ｒ２に電流が流れなくなって第１スイッチング素子ＳＷ１もオフとなる。）。これによって、電圧Ｖ１＝電圧Ｖ３＝０Ｖとなって、残容量表示回路１４の電源がオフでラッチされる。したがって、二次電池１２の容量が少なくなると、残容量表示回路１４へ流れる電流が自動的に遮断され、また、抵抗Ｒ３，Ｒ２（すなわち、二次電池１２の電圧を検出する電圧検出回路）に流れる電流も自動的に遮断される。これによって、電池パック１０が長期間放置されても二次電池１２の過放電が防止される。
【００１８】
次に、二次電池１２から残容量表示回路１４に電力が供給されていない状態で、電池パック１０が充電器２０に装着されたときを説明する。電池パック１０が充電器２０に装着されると、電池パック１０の−端子（ａ２）と電池パック１０のグランド端子（ａ６）が充電器２０によって接続される。このため、二次電池１２→抵抗Ｒ６→抵抗Ｒ３→抵抗Ｒ１→グランド端子（ａ６）→−端子（ａ２）→シャント抵抗Ｒ９→二次電池１２という回路が形成される。このため、二次電池１２に充電が行われて二次電池１２の電圧ＶＢが高くなると、抵抗Ｒ３の両端間の電圧Ｖ１も上昇し、第１スイッチング素子ＳＷ１がオンする。第１スイッチング素子ＳＷ１がオンすると、残容量表示回路１４並びに抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５に電流が流れる。これによって、抵抗Ｒ５の両端間の電圧Ｖ３も上昇し、第２スイッチング素子ＳＷ２がオンする。
このように、第１スイッチング素子ＳＷ１がオンすることで第２スイッチング素子ＳＷ２をオンするための電圧Ｖ３が確保され、第２スイッチング素子ＳＷ２がオンすることで第１スイッチング素子ＳＷ１をオンするための電圧Ｖ１が確保される。このようにして、残容量表示回路１４の電源がオンでラッチされるため、充電器２０から電池パック１０を取り外しても（すなわち、−端子（ａ２）とグランド端子（ａ６）が切り離されても）、残容量表示回路１４に二次電池１２から電力が供給される。
【００１９】
また、電池パック１０の工場出荷前の品質検査時においては、電池パック１０の各種動作確認が行われるため、第１スイッチング素子ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＷ２はオンでラッチされている。このため、品質検査が終了すると、専用の冶具を用いて電池パック１０の端子（ａ３）と−端子（ａ２）間にツェナーダイオードＺＤ１の定格電圧よりも大きな電圧を印加することが好ましい。このような電圧が端子（ａ３）と−端子（ａ２）間に印加されると、トランジスタＴＲ１がオンし、抵抗Ｒ５の両端間の電圧Ｖ３が０Ｖとなる。したがって、第２スイッチング素子ＳＷ２がオフされ、第１スイッチング素子ＳＷ１もオフされる。これによって、残容量表示回路１４への電源をオフでラッチした状態で出荷を行うことができ、工場出荷時からユーザ使用時までの期間が長くなっても、二次電池の過放電を防止することができる。
【００２０】
なお、上述した実施例において、第１スイッチング素子ＳＷ１がオフとなるときの二次電池の電圧と、第２スイッチング素子ＳＷ２がオフとなるときの二次電池の電圧は、抵抗Ｒ３，Ｒ２と抵抗Ｒ４，Ｒ５の設定を変更すること等によって種々に変えることができる。したがって、第１スイッチング素子ＳＷ１がオフとなるときの二次電池の電圧と第２スイッチング素子ＳＷ２がオフとなるときの二次電池の電圧を同一電圧に設定することもできるし、異なる電圧に設定することもできる。
【００２１】
【第２実施例】次に、第２実施例に係る電池パックについて図面を参照して説明する。図２は第２実施例に係る電池パックの回路図であり、図３は第２実施例の残容量表示回路に内蔵される回路の一部を示す図である。
図２から明らかなように、第２実施例の電池パックも第１実施例の電池パック１０と略同一の構成を有し、第１スイッチング素子ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＷ２とによって残容量表示回路３０等への電源のオン−オフをラッチする。しかしながら、第２実施例では、残容量表示回路３０の出力端子３４からの信号が第２スイッチング素子ＳＷ２のゲート端子に入力する点、並びに、工場出荷時のオフラッチ方法及び充電器装着時のオフラッチ解除方法が異なる。以下、第１実施例と異なる点のみを説明する。
【００２２】
第２実施例の残容量表示回路３０には端子（ｃ３）と端子（ｃ４）が接続されている。電池パックを電動工具に装着すると、端子（ｃ３）が電動工具の対応する端子（図示省略）に接続される。電動工具に二次電池１２から電力が供給されていると（すなわち、電動工具のトリガスイッチがＯＮされて電動工具のモータに電力が供給されていると）、電動工具側から端子（ｃ３）を介してトリガスイッチＯＮの信号が残容量表示回路３０に入力するようになっている。このため、残容量表示回路３０は、二次電池１２から電動工具に対して電力が供給されているか否かを判定することができる。なお、他方の端子（ｃ４）は、電池パックが充電器に装着されたときに、充電器の対応する端子に接続される。
また、残容量表示回路３０は、二次電池１２の残容量を演算するためにシャント抵抗Ｒ９を流れる電流を検知している。したがって、シャント抵抗Ｒ９に電流が流れているか否かにより、二次電池１２に充電が行われているか否かを判定することもできる。
【００２３】
図３に示すように、残容量表示回路３０には、二次電池１２に電流が流れているとき（すなわち、電動工具に対して二次電池１２から電力が供給されているとき、又は、充電器から二次電池１２に充電電流が流れているとき）にのみ、５Ｖの信号を発生する電源が設けられている。この５Ｖ電源には、複数の発光ダイオードが並列に接続され、これら発光ダイオードの他端はＩＣ素子３２に接続されている。ＩＣ素子３２は、二次電池１２の残容量に応じて発光ダイオードの点灯数を制御する。
上記５Ｖ電源は残容量表示回路３０の出力端子３４に接続され、出力端子３４にはダイオードＤ１を介して第２スイッチング素子ＳＷ２のゲート端子が接続されている。したがって、二次電池１２から電動工具に電力が供給されていると（又は二次電池１２が充電されていると）、第２スイッチング素子ＳＷ２のゲート端子には少なくとも５Ｖの信号が入力することとなる。このため、電動工具起動時の起動電流や大きな負荷電流等によって二次電池１２の電圧が大きく降下しても、第２スイッチング素子ＳＷ２がオフしないようにすることができる。また、電動工具起動時の起動電流等を考慮しなくてもよいため、第２スイッチング素子ＳＷ２の作動電圧（第２スイッチング素子がオフとなるときの二次電池の電圧）を高くすることができ、二次電池からの放電を早めに停止することができる。
なお、本実施例においては、第１スイッチング素子ＳＷ１の作動電圧（第１スイッチング素子ＳＷ１がオフとなるときの二次電池の電圧）が第２スイッチング素子ＳＷ２の作動電圧より低く設定されている。このため、電動工具起動時の起動電流や大きな負荷電流等によって二次電池１２の電圧が大きく降下しても、第１スイッチング素子ＳＷ１はオフされないようになっている。
【００２４】
さらに、第２スイッチング素子ＳＷ２のゲート端子には抵抗を介して端子（ｃ６）が接続されている。端子（ｃ６）と端子（ｃ５）にはツェナーダイオードＺＤ３が接続されている。
工場出荷時等に第１スイッチング素子ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＷ２をオフでラッチするには、冶具４０によって−端子（ｃ５）と端子（ｃ６）を接続する。−端子（ｃ５）と端子（ｃ６）を接続すると、第２スイッチング素子ＳＷ２のゲート端子には０Ｖの信号が入力する。したがって、第２スイッチング素子ＳＷ２がオフされ、これによって第１スイッチング素子ＳＷ１もオフされる。
一方、第１スイッチング素子ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＷ２をオフラッチ状態からオンでラッチするために、充電器２０に電池パックが装着されたときに充電器２０の５Ｖ電源２９が−端子（ｃ５）と端子（ｃ６）に接続されるようにする。かかる構成によると、充電器２０に電池パックが装着されると、第２スイッチング素子ＳＷ２のゲート端子に５Ｖの信号が入力し、第２スイッチング素子ＳＷ２がオンする。第２スイッチング素子ＳＷ２がオンすると、これによって第１スイッチング素子ＳＷ１もオンする。
【００２５】
以上、本発明のいくつかの実施例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、上述した実施例では、二次電池の分圧が電界効果トランジスタのゲート端子に直接入力するようにしたが、本発明はこのような形態に限られない。例えば、電界効果トランジスタに換えて単なるトランジスタを用いることもできる。この場合、二次電池の分圧を比較回路の一端に入力し、二次電池の分圧を基準電圧と比較する。そして、二次電池の電圧が基準電圧より低下したときに比較回路の出力をオフし、これによってトランジスタをオフするようにする。このような構成によっても、残容量表示回路への電源供給等を自動的に遮断することができる。
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の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。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例に係る二次電池装置（電池パック）の回路図である。
【図２】第２実施例に係る二次電池装置（電池パック）の回路図である。
【図３】第２実施例の残容量表示回路に内蔵される回路の一部を示す図である。
【符号の説明】
１０：電池パック
１２：二次電池
１４：残容量表示回路
２０：充電器
ＳＷ１：第１スイッチング素子
ＳＷ２：第２スイッチング素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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