(57)【要約】【課題】      組電池を構成する電池群間での自己放電差に起因する影響に効果的に対処する技術を提供する。【解決手段】  １又は複数の電池セルから成る電池群が複数組み合わせて形成される組電池であって、複数の電池群のうち第１及び第２の電池群（リチウムイオン電池群１１０，ニッケル水素電池群１２０）につき、第１の電池群（リチウムイオン電池群１１０）中の少なくとも１つの電池セルと、第２の電池群（ニッケル水素電池群１２０）中の少なくとも１つの電池セルとの間の自己放電差に起因して生じる残容量差に基づいて、給電手段によって第１の電池群から第２の電池群に給電を行う。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１又は複数の電池セルから成る電池群が複数組み合わせて形成される組電池であって、
前記複数の電池群のうち第１及び第２の電池群につき、第１の電池群中の少なくとも１つの電池セルと、第２の電池群中の少なくとも１つの電池セルとの間の自己放電差に起因して生じる残容量差に基づいて、第１の電池群から第２の電池群に給電を行う給電手段を有する組電池。
【請求項２】
請求項１に記載の組電池であって、
前記第１の電池群と前記第２の電池群とでは、異種の電池セルが含まれている組電池。
【請求項３】
１又は複数の第１の種類の電池セルから成る第１の電池群と、前記第１の種類とは異なる種類の、１又は複数の第２の種類の電池セルから成る第２の電池群が組み合わせて形成される組電池であって、
第１の電池群中の少なくとも１つの第１の種類の電池セルと、第２の電池群中の少なくとも１つの第２の種類の電池セルとの間に生じる残容量差に基づいて、第１の電池群から第２の電池群に給電を行う給電手段を有する組電池。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の組電池であって、第１あるいは第２の電池群のプラス側に接続可能な充電部材を有し、
前記充電部材が第１の電池群のプラス側に接続されて、前記給電手段を用いて第１の電池群から充電部材に給電が行われた後、前記充電部材が第２の電池群のプラス側に接続されて、前記給電手段を用いて充電部材から第２の電池群に給電が行われる組電池。
【請求項５】
請求項４に記載の組電池であって、前記充電部材を第１あるいは第２の電池群のプラス側に接続可能な切換手段を有し、
前記切換手段で、前記充電部材が第１の電池群のプラス側に接続される回路と、前記充電部材が第２の電池群のプラス側に接続される回路とを切換可能な組電池。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の組電池を備えた電池パックであって、
前記第１及び第２の電池群中の少なくとも１つの電池セルの残容量に関する指標を検出する検出手段と、当該残容量に関する指標から前記残容量差を決定するプログラムを記憶する記憶手段と、制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記記憶手段から前記プログラムを読み出し、前記検出手段で検出した残容量に関する指標を用いて前記残容量差を決定し、決定した前記残容量差に基づいて前記給電手段を用いて第１の電池群から第２の電池群に給電を行う電池パック。
【請求項７】
請求項６に記載の電池パックであって、
前記検出手段で検出する残容量に関する指標は、第１及び第２の電池群中の少なくとも１つの電池セルの電圧である電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池群で構成された組電池及び電池パックにおいて、電池群間での自己放電差に起因する影響に効果的に対処するのに資する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の電池セルを直列に接続した組電池の一例が、特許３３４９３４１号公報に開示されている（特許文献１参照）。この組電池は、複数の非水系二次電池セル（例えば、リチウムイオン二次電池セル）による非水系二次電池群と、複数の水溶液系二次電池セル（例えば、ニッケル水素二次電池セル）による水溶液系二次電池群とから構成されている。
【特許文献１】特許３３４９３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような組電池は、充電した後に放置しておくと自己放電をするが、非水系二次電池セルと水溶液系二次電池セルとでは自己放電速度が相違する。一般的には、水溶液系二次電池セルの方が非水系二次電池セルよりも自己放電速度が速い。このため、所定期間経過後には、水溶液系二次電池セルの方が、非水系二次電池セルよりも電池の残容量が少なくなる。このように、組電池を構成する電池群（１又は複数の電池セルから構成されている。）の間に残容量差が発生すると、種々の不都合が生じる。
例えば、電池群間に残容量差が生じている状態で組電池を再充電すると、各電池群の残容量に上乗せして充電が行われるため、残容量が多い非水系二次電池群は過充電になり易く、一方、残容量が少ない水溶液系二次電池群は満充電し難い。また、組電池群間に残容量差が生じている状態で組電池を放電すると、残容量が少ない水溶液系二次電池群は過放電となり易い。このため、各電池群の性能を十分に活用することができない可能性がある。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、組電池を構成する電池群間での自己放電差に起因する影響に効果的に対処するのに資する技術を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を達成するため、各請求項記載の発明が構成される。
請求項１に記載の発明によれば、１又は複数の電池セルから成る電池群が複数組み合わせて形成される組電池が構成される。
複数の電池セルによって電池群を構成する場合、各電池群は同種の電池セルを組み合わせて構成してもよく、また異種の電池セルを組み合わせて構成してもよい。電池セルとしては、典型的には、リチウムイオン電池セルやニッケル水素電池セル等が用いられ得る。さらに複数の電池セルによって電池群を構成する場合、各電池セルは相互に直列に接続してもよく、あるいは並列に接続してもよい。同様に電池群同士は、相互に直列に接続してもよく、あるいは並列に接続してもよい。
【０００５】
このような、組電池の出力電圧の仕様(一般的に公称電圧と称呼されている。)は、組電池を構成する電池群中の電池セルの種類、数、接続態様、また電池群の接続態様等によって決定される。典型的には、複数の電池セルを直列に接続した組電池の公称電圧は、各電池セルの公称電圧を加算した値として設定することができる。すなわち、電池群内で電池セルが直列に接続され、なおかつ電池群同士も直列に接続された組電池の公称電圧は、全ての電池セルの公称電圧を加算した値として設定することができる。
組電池の中でも、公称電圧が、概ね１２Ｖ，２４Ｖ等の組電池は、電動工具等多くの機器で用いられている。特に電動工具用の組電池では、瞬間的な大出力に加え継続的な大出力が要求される場合が多く、でき得る限り組電池の性能を高く維持しておく必要性がある。また、電動工具用の組電池は、概して電池の消費量が多い使用状況にある場合が多く、充電器で繰り返し充電しつつ使用するので高い耐久性が要求されることが多い。
【０００６】
ところで上記した電池群については、当該電池群を構成する各電池セルの種類、あるいは各電池セル周辺の外気温が相違する等により、各電池セル毎の単位時間あたりの自己放電量（自己放電速度）に差が生じることがある。このように各電池セルの自己放電差に起因して各電池群間に残容量差が生じると、上記従来の技術において説明したように各電池群の性能を十分に引き出し難い場合がある。本発明に係る組電池では、かかる問題に対処するべく、複数の電池群のうち第１及び第２の電池群につき、第１の電池群中の少なくとも１つの電池セルと、第２の電池群中の少なくとも１つの電池セルとの間の自己放電差に起因して生じる残容量差に基づいて、第１の電池群から第２の電池群に給電を行う給電手段が設けられる。
典型的には、給電手段は、第２の電池群中の少なくとも１つの電池セルの残容量が、第１の電池群中の少なくとも１つの電池セルの残容量よりも所定量少ない場合に、給電手段を用いて第１の電池群から第２の電池群に給電を行う。
【０００７】
ここで、電池群の「残容量」とは、すなわち、電池群が放電を終了するまでに取り出すことができる残電気量（Ａｈ）を示す。
また、「第１の電池群中の少なくとも１つの電池セルと、第２の電池群中の少なくとも１つの電池セルとの間の自己放電に起因して生じる残容量差に基づいて」とは、比較対象同士の残容量差を求めて比較する方法、及び各比較対象の残容量を求めて比較する方法をいずれも包含する。ここで、比較対象は、電池群全体同士、電池群を構成する一部の電池セル同士、一方の電池群を構成する一部の電池セルと他方の電池群全体のいずれでもよい。また、比較対象同士の残容量差、もしくは各比較対象の残容量を求める場合、電圧等の残容量に関する指標から算出してもよい。また、残容量差及び残容量を算出せずに、電圧等の残容量に関する指標を比較することで残容量差を知ることが可能な場合には、「残容量差」として残容量に関する指標の差を用いる事をも好適に包含する。
また、「残容量差に基づいて、第１の電池群から第２の電池群に給電を行う」とは、典型的には電池群間の残容量差が縮小するように電池群間で給電を行うことを示すが、給電を行う時点においての電池群間の残容量差については、これが縮小するように給電するものではない場合も含め広く包含する。すなわち、給電を行う時点においての電池群間の残容量差に関わらず、例えば、所定期間経過後に残容量が少なくなる電池群を予測して他の該電池群に該電池群に予め給電を行っておく場合も包含する。
また、「給電手段」とは、第１の電池群から第２の電池群に給電を行うための回路、部品等の構成を広く包含する。
【０００８】
本発明の組電池によれば、給電手段を用いて、電池群間での自己放電差に起因して生じる残容量差に基づいて、典型的には残容量差が縮小するように、第１の電池群から第２の電池群に給電を行うことができる。これにより、組電池を再充電する際に、各電池群の残容量に上乗せして充電が行われても、前記した過充電や充電不足が生じにくく、また、組電池を放電する際にも前記した過放電が生じにくく、各電池群の性能を十分に活用することが可能となった。
また、最も自己放電速度が速い電池群の影響で、他の電池群に残容量が存在しているにもかかわらず、組電池として動作不可能になる可能性が低減される。これにより、組電池の自己放電による残容量不足に起因する寿命を長くすることが可能となった。
また、本発明の組電池は、前述したように、でき得る限り組電池の性能を高く維持しておく必要性、及び高い耐久性が要求される電動工具用の組電池にも好適に適用され得る。
【０００９】
（請求項２に記載の発明）
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の組電池において、前記した第１の電池群と第２の電池群とでは、異種の電池セルが含まれている。
異種の電池セルとしては、典型的には、リチウムイオン電池セルやニッケル水素電池セルやニッケルカドミウム電池セル等の中から適宜選択されて用いられる。典型的には、第１の電池群を、公称電圧が高く（約３．６Ｖ）自己放電速度が遅いが一般的には高価なリチウムイオン電池セルにより形成し、第２の電池群を、公称電圧が低く（約１．２Ｖ）自己放電速度が速いが一般的にはリチウムイオン電池セルよりも安価なニッケル水素電池セルにより形成する。これにより、リチウムイオン電池セルとニッケル水素電池セルのそれぞれの特性を生かした組電池が形成される。また、例えば、リチウムイオン電池セル３個とニッケル水素電池セル１個（３．６×３＋１．２＝１２）で、容易に、前述した電動工具等多くの機器で用いられている公称電圧１２Ｖの組電池を形成することができる。勿論、上記した以外の組み合わせも、好適に包含する。
【００１０】
このように、第１の電池群と第２の電池群に異種の電池セルが含まれていると、異種の電池セルでは前記した自己放電量（自己放電速度）に差があるので、電池群間に前記した残容量差が生じ易い。本発明によれば、上記した状況に効果的に対処をし、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏する。
【００１１】
（請求項３に記載の発明）
請求項３に記載の発明によれば、１又は複数の第１の種類の電池セルから成る第１の電池群と、１又は複数の第２の種類の電池セルから成る第２の電池群が組み合わせて形成される組電池が構成される。
第１の種類の電池セルと第２の種類の電池セルは、前述した異種の電池セルとして構成される。
そして、第１の電池群の中の少なくとも１つの第１の種類の電池セルと、第２の電池群の中の少なくとも１つの第２の種類の電池セルとの間に生じる残容量差に基づいて、第１の電池群から第２の電池群に給電を行う給電手段が設けられている。
典型的には、給電手段は、第２の電池群中の少なくとも１つの第２の種類の電池セルの残容量が、第１の電池群中の少なくとも１つの第１の種類の電池セルの残容量よりも所定量少ない場合に、給電手段を用いて第１の電池群から第２の電池群に給電を行う。
【００１２】
第１の種類の電池セルと第２の種類の電池セルとしては、典型的には、リチウムイオン電池セルやニッケル水素電池セルやニッケルカドミウム電池セル等から適宜選択される。このような異種の電池セル間では、前記した自己放電速度等の特性に差があるので、電池群間に前記した残容量差が生じ易い。
本発明によれば、上記した状況に効果的に対処をし、給電手段を用いて、電池群間での残容量差に基づいて、典型的には残容量差が縮小するように、第１の電池群から第２の電池群に給電を行うことができる。これにより、組電池を再充電する際に、各電池群の残容量に上乗せして充電が行われても、前記した過充電や充電不足が生じにくく、また、組電池を放電する際にも前記した過放電が生じにくく、各電池群の性能を十分に活用することが可能となった。さらには、自己放電差に起因して各電池群間に残容量差が生じた場合も、残容量差を縮小するように第１の電池群から第２の電池群に給電を行うことができる。このため、最も自己放電速度が速い電池群の影響で、他の電池群に残容量が存在しているにもかかわらず、組電池として動作不可能になる可能性が低減される。これにより、組電池の自己放電による残容量不足に起因する寿命を長くすることが可能となった。また、本発明の組電池は、でき得る限り組電池の性能を高く維持しておく必要性、及び高い耐久性が要求される電動工具用の組電池にも好適に適用され得る。
【００１３】
（請求項４に記載の発明）
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の組電池において、さらに第１あるいは第２の電池群のプラス側に接続可能な充電部材を備えている。「充電部材」は、任意のタイミングで充電及び放電が可能なコンデンサ等の受動素子で構成されるのが好ましい。また、充電部材が「第１あるいは第２の電池群のプラス側に接続可能」な態様としては、充電部材が第１の電池群のプラス側に接続される回路と、充電部材が第２の電池群のプラス側に接続される回路とを切り換え可能な態様であることが好ましい。
【００１４】
本発明では、第１の電池群から第２の電池群に給電が行われる際には、充電部材が第１の電池群のプラス側に接続されて第１の電池群から充電部材に給電が行われた後、充電部材が第２の電池群のプラス側に接続されて充電部材から第２の電池群に給電が行われる。このように、本発明では、第１の電池群から第２の電池群への給電を充電部材を介在して行うので、上記した給電を確実に行うことができる。
電池群は、その種類、接続態様、環境等の要因により、好適な給電方法（例えば、給電のタイミング、給電の電流値）が相違する場合がある。そこで、充電部材が、例えばコンデンサ等の受動素子で構成されていれば、任意のタイミングで充電部材から第２の電池群への給電が行われればよく、当該電池群にとって好適な給電タイミングで給電を実現することができる。また、充電部材への給電及び充電部材からの給電は、典型的には抵抗等の素子で給電の電流値を制限すればよく、当該電池群にとって好適な給電動作を簡単な構成で実現することができる。
【００１５】
（請求項５に記載の発明）
請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の組電池において、さらに、充電部材が第１の電池群のプラス側に接続される回路と、充電部材が第２の電池群のプラス側に接続される回路とを切換可能な切換手段を有している。
「切換手段」は、リレースイッチ等の機構的なスイッチ、スイッチング素子等の電気的なスイッチをすべて包含する。典型的には、第２の電池群中の少なくとも１つの電池セルの残容量が第１の電池群中の少なくとも１つの電池セルの残容量よりも所定量少ない場合に、切換手段によって、充電部材が第１の電池群のプラス側に接続される。そして、第１の電池群から充電部材に給電が行われた後、切換手段によって、充電部材が第２の電池群のプラス側に接続される。そして、充電部材から第２の電池群に給電が行われる。本発明によれば、このようにして、切換手段によって適切に充電部材の接続回路が切り換えられつつ、第１の電池群から第２の電池群に確実に給電が行われる。
【００１６】
（請求項６に記載の発明）
請求項６に記載の発明によれば、請求項１〜５のいずれかに記載の組電池を備えた電池パックが構成される。
「電池パック」は、典型的には、組電池、充電器等の外部機器を用いて組電池を充電する回路構成、電動工具等の機器を接続して組電池を放電する（すなわち、組電池を消費する）回路構成を有する。また、「電池パック」は、好ましくは、上記組電池と、上記回路構成及び充電器や電動工具等の機器の対応する端子に接続可能な接続端子が実装されたプリント基板とが収容される筺体を備え、充電器や電動工具等の機器に着脱及び接続可能な構成となっている。
【００１７】
そして、本発明の電池パックは、さらに、第１及び第２の電池群中の少なくとも１つの電池セルの残容量に関する指標を検出する検出手段と、当該残容量に関する指標から第１の電池群中の少なくとも１つの電池セルと第２の電池群中の少なくとも１つの電池セルとの残容量差を決定するプログラムを記憶する記憶手段と、記憶手段から前記したプログラムを読み出して検出手段で検出した残容量に関する指標を用いて前記した残容量差を決定し、決定した残容量差に基づいて前記した給電手段を用いて第１の電池群から第２の電池群に給電を行う制御手段とを有している。
【００１８】
「残容量に関する指標」は、少なくとも制御手段がこれから第１の電池群中の少なくとも１つの電池セルと第２の電池群中の少なくとも１つの電池セルとの残容量差を決定することができればよく、残容量そのもの、残容量を決定することができる電圧等の検出値をいずれも包含する。
残容量に関する指標を検出する回路構成及び部品等は、本発明の「検出手段」に対応する要素である。
【００１９】
また、前記したプログラムが記憶されている「記憶手段」は、制御手段とは別の部材（例えば、ＲＯＭ等の記憶素子）で構成される形態、制御手段に内蔵されている形態を全て包含する。記憶手段には、予め、前述した残容量差を決定して残容量差を縮小する給電動作を行うためのプログラムが記憶されているのが好ましい。残容量差を決定する方法としては、検出手段による検出値を用いて制御手段が残容量差を算出する方法、検出手段による検出値を用いて制御手段が予め設定され記憶されている残容量差情報を抽出する方法等種々の方法が考えられる。また、記憶手段には、各電池群や電池セルの種類に対応する固有パラメータが記憶されていて、残容量差を決定する際に、制御手段が読み出して用いることができるのが好ましい。これによれば、制御手段は、種々の電池群や電池セルの残容量差を容易に決定して、残容量差を縮小する給電動作を行うことができる。
【００２０】
また、「制御手段」は、典型的には、ＣＰＵを用いて構成される。制御手段は、記憶手段や検出手段を用いて、記憶手段に記憶されている前述したプログラムに基づいて、所定のタイミングで第１の電池群中の少なくとも１つの電池セルと第２の電池群中の少なくとも１つの電池セルとの残容量差を決定する。また、所定のタイミングで決定した残容量差に基づいて給電手段を用いて第１の電池群から第２の電池群に給電を行う。なお、制御手段の電源は、好ましくは、電池パック内の組電池から供給されている。このため、充電した電池パックを放置しておく場合でも、適宜自動的に制御手段が残容量差を縮小するように電池群間の給電動作を実行するので、最も自己放電速度が速い電池群の影響で、他の電池群に残容量が存在しているにもかかわらず、電池パックとして動作不可能になる可能性が低減される。これにより、本発明の電池パックでは、電池パック内の組電池の自己放電による残容量不足に起因する寿命を長くすることが可能となった。また、電池パックを再充電する際に、電池群の残容量に上乗せして充電が行われても過充電や充電不足が生じにくく、また、組電池を放電する際にも前記した過放電が生じにくく、各電池群の性能を十分に活用することが可能となった。
【００２１】
（請求項７に記載の発明）
請求項７に記載の発明によれば、請求項６に記載の電池パックの検出手段で検出する残容量に関する指標として、第１及び第２の電池群中の少なくとも１つの電池セルの電圧が用いられる。
本発明によれば、容易な構成で残容量に関する指標を検出することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、組電池を構成する電池群間の残容量差を縮小するのに資する技術が提供されることとなった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明を実施するための最良の形態の一例につき、図面を参照しつつ説明する。本実施の形態では、一例として、リチウムイオン電池群とニッケル水素電池群を直列に接続した組電池を有する電池パックについて説明する。本実施の形態に係る電池パック１００の構成を図１のブロック図に模式的に示す。また、図１では、電池パック１００を充電する充電器２００の一例の構成も併せて示す。
【００２４】
まず、図１を用いて電池パック１００の構成を説明する。
電池パック１００は、上記した組電池と、充電器２００等の外部機器を用いて組電池が充電される回路構成、及び電動工具等の機器が接続された時に組電池が放電される（すなわち、組電池が消費される）回路構成、及び充電器２００や電動工具等の機器の対応する端子に接続可能な端子ＴＥ１〜ＴＥ４が実装されたプリント基板とを有する。また、電池パック１００は、図示は省略しているものの、組電池やプリント基板が収容される筺体を備え、充電器２００や電動工具等の機器に着脱可能な構成となっている。そして、電池パック１００が充電器２００に装着されると、電池パック１００の端子ＴＥ１〜ＴＥ４が対応する充電器２００の端子ＴＥ１１〜ＴＥ１４に接続され、充電器２００を用いて電池パック１００の組電池を充電可能な状態となる。一方、図示省略しているものの、電池パック１００が電動工具等の機器に装着されると、電池パック１００の端子ＴＥ１〜ＴＥ４が対応する機器の端子に接続され、電池パック１００の組電池で機器に電源を供給可能な状態となる。
【００２５】
上記した電池パック１００の筺体に収容されている組電池としては、リチウムイオン電池群１１０とニッケル水素電池群１２０が直列に接続された組電池が設けられている。また、プリント基板に実装されている各種回路構成は、ＣＰＵを有し電池パック１００の動作を制御する電池制御部１３０、組電池を充電する充電制御プログラムやパラメータ等が記憶されているＲＯＭ１４０、ニッケル水素電池群１２０の近傍に配置されたサーミスタＴＭ、充電器２００ないしは充電後の電池パック１００を機器に接続する端子ＴＥ１〜ＴＥ４、電池制御部１３０によって切り換えられるスイッチＳＷ１、ダイオードＤ１、及び受動素子の抵抗Ｒ１，Ｒ２、コンデンサＣ１を備えている。
リチウムイオン電池群１１０、ニッケル水素電池群１２０は、それぞれ、本発明における「第１の電池群」、「第２の電池群」に対応する要素である。また、コンデンサＣ１は本発明における「充電部材」に、スイッチＳＷ１は本発明における「切換手段」に、電池制御部１３０は本発明における「制御手段」、「記憶手段」に対応する要素である。
【００２６】
ここで、組電池について詳細を説明する。前記したように、リチウムイオン電池群１１０とニッケル水素電池群１２０は直列に接続されている。また、リチウムイオン電池群１１０を構成するリチウムイオン電池セル１１１〜１１３は、リチウムイオン電池群１１０内で直列に接続されている。一方、ニッケル水素電池群１２０は、１個のニッケル水素電池セル１２１によって構成されている。
１本のリチウムイオン電池セルの出力電圧は約３．６Ｖ、１本のニッケル水素電池セルの出力電圧は約１．２Ｖに設定されているため、このように、直列に接続した３本のリチウムイオン電池セル１１１〜１１３でリチウムイオン電池群１１０と、１本のニッケル水素電池セル１２１でニッケル水素電池群１２０とを直列に接続することで、電池パック１００の出力電圧を１２Ｖ（３．６Ｖ×３＋１．２Ｖ＝１２Ｖ）にすることができる。
リチウムイオン電池セル１１１〜１１３は、本発明の「第１の電池群を構成する１又は複数の電池セル」及び「第１の種類の電池セル」に対応する。また、ニッケル水素電池セル１２１は、本発明の「第２の電池群を構成する１又は複数の電池セル」及び「第２の種類の電池セル」に対応する。また、リチウムイオン電池セル１１１〜１１３とニッケル水素電池セル１２１は、本発明の「異種の電池セル」に対応する。
【００２７】
このように構成された組電池のリチウムイオン電池群１１０のプラス側（図１に示す上側）は電池パック１００の端子ＴＥ１と、ニッケル水素電池群１２０のマイナス側（図１に示す下側）は電池パック１００の端子ＴＥ２と接続されている。電池パック１００が充電器２００に装着されると、端子ＴＥ１，ＴＥ２は、後述する充電器２００の端子ＴＥ１１，ＴＥ１２にそれぞれ接続され、リチウムイオン電池群１１０及びニッケル水素電池群１２０が充電される。また、電池パック１００が電動工具等の機器に装着されると、端子ＴＥ１，ＴＥ２は、機器の対応する端子に接続され、リチウムイオン電池群１１０及びニッケル水素電池群１２０が放電をして機器に電源を供給する。
【００２８】
また、ニッケル水素電池群１２０のマイナス側にはサーミスタＴＭの一端が接続され、サーミスタＴＭの他端は端子ＴＥ３に接続されている。サーミスタＴＭの本体は、ニッケル水素電池群１２０の近傍に配置されており、ニッケル水素電池群１２０の温度が上昇するとサーミスタＴＭのインピーダンスが低下する構成となっている。これにより、電池パック１００が充電器２００に装着されて端子ＴＥ３が充電器２００の端子ＴＥ１３に接続されると、後述する充電器２００の制御部２３０は、サーミスタＴＭから電池パック１００の端子ＴＥ３、充電器２００の端子ＴＥ１３を介して出力される信号を受信する。そして、制御部２３０はサーミスタＴＭのインピーダンスからニッケル水素電池群１２０の温度を検出することができる。
【００２９】
また、ＲＯＭ１４０は端子ＴＥ４に接続されており、電池パック１００が充電器２００に装着されると、端子ＴＥ４が後述する充電器２００の端子ＴＥ１４に接続される。後述する充電器２００の制御部２３０は、ＲＯＭ１４０から端子ＴＥ４、端子ＴＥ１４を介して、予めＲＯＭ１４０に記憶されている電池パック１００の充電制御プログラムや電池パック１００の固有パラメータを読み取ることができる。
【００３０】
また、リチウムイオン電池セル１１３のマイナス端子とニッケル水素電池セル１２１のプラス端子の間には接続点Ｐが設けられている。接続点Ｐは、電池制御部１３０の端子１３２に接続されている。これにより、電池制御部１３０は、リチウムイオン電池群１１０の電圧とニッケル水素電池群１２０の電圧をそれぞれ検出することができる。
【００３１】
また、接続点Ｐは、逆方向電流を阻止するダイオードＤ１のカソードに接続されている。ダイオードＤ１のアノードは、コンデンサＣ１からニッケル水素電池１２０へ給電する際の電流を制限する抵抗Ｒ２を介してスイッチＳＷ１の接点Ｓ３に接続されている。スイッチＳＷ１の接点Ｓ２はリチウムイオン電池群１１０からコンデンサＣ１へ給電する際の電流を制限する抵抗Ｒ１を介して電池制御部１３０の端子１３１に接続されている。また、スイッチＳＷ１の端子Ｓ１は電池制御部１３０の端子１３３に接続されているとともに、コンデンサＣ１の一端（図示上側端子）に接続されている。コンデンサＣ１の他端（図示下側端子）は、電池制御部１３０の端子１３４に接続されている。
そして、端子ＴＥ１は、電池制御部１３０の端子１３１に、端子ＴＥ２は、電池制御部１３０の端子１３４に、接続されている。これにより、端子ＴＥ１、リチウムイオン電池群１１０のプラス側端子、抵抗Ｒ１の一端、電池制御部１３０の端子１３１が接続される。また、端子ＴＥ２、ニッケル水素電池群１２０のマイナス側端子、サーミスタＴＭの一端、コンデンサＣ１の図示下側端子、電池制御部１３０の端子１３４が接続される。
【００３２】
このように各部品を接続することにより、スイッチＳＷ１が接点Ｓ２側に接続されている時には、コンデンサＣ１がリチウムイオン電池群１１０のプラス側に抵抗Ｒ１を介して接続され、リチウムイオン電池群１１０からコンデンサＣ１に給電を行う回路を構成する。また、コンデンサＣ１が充電されているとともに、スイッチＳＷ１が接点Ｓ３側に接続されている時には、コンデンサＣ１がニッケル水素電池群のプラス側にダイオードＤ１、抵抗Ｒ２を介して接続され、コンデンサＣ１からニッケル水素電池群１２０に給電を行う回路を構成する。一方、コンデンサＣ１が充電されておらず、スイッチＳＷ１が接点Ｓ３側に接続されている時には、ニッケル水素電池群１２０はダイオードＤ１によりコンデンサＣ１方向への放電は阻止されているので、リチウムイオン電池群１１０及びニッケル水素電池群１２０が放電（負荷接続時）ないしは充電後放置されていることで自己放電する回路を構成する。
リチウムイオン電池群１１０からコンデンサＣ１に給電を行う回路構成及び部品、コンデンサＣ１からニッケル水素電池群１２０に給電を行う回路構成及び部品が、本発明の「給電手段」に対応する要素である。
【００３３】
また、上記したように各部品を接続することにより、電池制御部１３０は、端子１３１及び端子１３２間の電位差を検出して、リチウムイオン電池群１１０の電圧を検出することができる。また、端子１３２及び端子１３４間の電位差を検出して、ニッケル水素電池群１２０の電圧を検出することができる。
このリチウムイオン電池群１１０の電圧、ニッケル水素電池群１２０の電圧、もしくは端子１３１及び端子１３２間の電位差、及び端子１３２及び端子１３４間の電位差が、本発明の「残容量に関する指標」に対応する要素であり、リチウムイオン電池群１１０の電圧及びニッケル水素電池群１２０の電圧を検出する回路構成（端子１３１及び端子１３２間の電位差、及び端子１３２及び端子１３４間の電位差を検出する回路構成）及び部品が、本発明の「検出手段」に対応する要素である。
さらに、電池制御部１３０は、端子１３３及び端子１３４間の電位差を検出してコンデンサＣ１の端子電圧を検出することができる。
また、電池制御部１３０は記憶部を有しており、記憶部には、予め、検出手段により検出したリチウムイオン電池群１１０とニッケル水素電池群１２０の電圧から残容量差を決定するプログラム、残容量差を縮小するように給電動作を行う手順を示すプログラム等が記憶されてる。この記憶部が、本発明の「記憶手段」に対応する要素である。
なお、電池制御部１３０は、組電池を電源として動作するのが好ましいが、電池制御部１３０動作用のコンデンサ等の充電手段が設けられていて、組電池充電時に当該充電手段を充電しておき、電池制御部１３０はこれを用いて動作する構成としてもよい。
【００３４】
次に、電池パック１００を充電する充電器２００の構成の概要を説明する。
充電器２００は、ＡＣ入力電源を電池パック１００充電用の直流電源に変換する電源回路２１０、電源回路２１０を制御する充電制御部２２０、充電器２００の動作を制御する制御部２３０、充電器２００が充電動作を行うためのパラメータ等（充電器２００の型式等による）が記憶された記憶部２４０、電池パック１００との接続のための端子ＴＥ１１〜ＴＥ１４、ＡＣ入力電源を接続する入力端子ＳＥ１１，ＳＥ１２を備えている。
【００３５】
電源回路２１０の入力側は、ＡＣ入力電源を接続可能な入力端子ＳＥ１１，ＳＥ１２に接続されている。また、電源回路２１０の出力側は、電源回路２１０でＡＣ入力電源から変換され電池パック１００を充電する直流電源の出力端子ＴＥ１１，ＴＥ１２に接続されている。図１に示す充電器２００では、出力端子ＴＥ１１が電源供給端子、出力端子ＴＥ１２が接地端子となっている。さらに、電源回路２１０は、図示省略しているものの電源回路２１０でＡＣ入力電源から変換された制御用電源（図示省略）を出力している。この制御用電源は、充電器２００内のＩＣ等に供給される。制御部２３０には、記憶部２４０、電源供給端子ＴＥ１１、端子ＴＥ１３、端子ＴＥ１４、及び充電制御部２２０が接続されている。
【００３６】
次に、引き続き図１を用いて、電池パック１００（すなわち、リチウムイオン電池群１１０、ニッケル水素電池群１２０）を充電器２００で充電する一般的な動作を説明する。
まず、充電器２００の入力端子ＳＥ１１，ＳＥ１２にＡＣ入力電源が接続される。これにより、電源回路２１０でＡＣ入力電源が変換された制御用電源が、充電器２００内の制御部２３０、充電制御部２２０、記憶部２４０に供給され、充電器２００は動作を開始する。
そして、電池パック１００が充電器２００に装着され、充電器２００の各端子ＴＥ１１〜ＴＥ１４が電池パック１００の端子ＴＥ１〜４にそれぞれ接続される。この際、電池パック１００のスイッチＳＷ１は、初期状態として、接点Ｓ３側に接続されている。
【００３７】
このように接続されることにより、前述したように、充電器２００の制御部２３０は、電池パック１００のＲＯＭ１４０に記憶されている充電制御プログラムや電池パック１００の固有パラメータを端子ＴＥ４、端子ＴＥ１４を介して読み取る。制御部２３０は、ＲＯＭ１４０から読み取った充電制御プログラムとパラメータ等の情報を用いて、電池パック１００の充電開始時の好適な充電電流値を算出し、充電制御部２２０に当該充電電流値を指示する信号を出力する。充電制御部２２０は、制御部２３０から出力された信号に基づいて、電源回路２１０が当該充電電流値を出力するように制御する。このように電池パック１００のリチウムイオン電池群１１０と、ニッケル水素電池群１２０に対して充電が開始される。
そして、制御部２３０は、端子ＴＥ１１に接続された接続線を介して充電電流値を監視していて、充電電流値が設定値以下になった場合には、組電池（リチウムイオン電池群１１０と、ニッケル水素電池群１２０）の充電が完了したことを判別し、充電動作を終了する。
【００３８】
また、充電動作中、制御部２３０は、端子ＴＥ３、端子ＴＥ１３を介してサーミスタＴＭの出力信号を受信している。そして、制御部２３０は、サーミスタＴＭの温度が上昇するとインピーダンスが低下する特性に基づいてサーミスタＴＭの出力信号から、サーミスタＴＭが近傍に配置されているニッケル水素電池群１２０の温度が設定温度未満であることを監視している。制御部２３０は、ニッケル水素電池群１２０の温度が設定温度以上であることを検出した場合、充電制御部２２０に充電動作を停止する信号を出力する。一般的に、ニッケル水素電池セルはリチウムイオン電池セルと比較して充電動作により温度が上昇し易く、然るに、少なくともニッケル水素電池群１２０の温度を監視することにより各電池群の温度上昇による不具合を防止することができる。
このようにして、充電器２００を用いて、電池パック１００のリチウムイオン電池群１１０とニッケル水素電池群１２０が充電される。
【００３９】
ところで、充電された電池パック１００は充電器２００から外して放置しておくと、組電池を構成する電池群１１０，１２０が自己放電をして時間経過とともに電池群１１０，１２０の容量が減少する。電池群１１０，１２０の単位時間あたりの自己放電量（自己放電速度）は、当該電池群１１０，１２０を構成する各電池セルの種類、あるいは各電池セル周辺の外気温が相違する等により差が生じることがある。このように各電池セルの自己放電差に起因して各電池群１１０，１２０間に残容量差が生じると、各電池群１１０，１２０の性能を十分に活用できない可能性がある。
そこで、本発明の電池パック１００につき、電池群１１０，１２０間の残容量差を縮小する動作を、図２〜図５を用いて説明する。電池パック１００の動作を示すブロック図を図２〜図４に、また、電池制御部１３０のＣＰＵが実行する電池群間の残容量差を縮小するプログラムのフローチャート図を図５に示す。
【００４０】
まず、充電が完了した電池パック１００を充電器２００から外して放置しておく場合、電池パック１００は図２に示す状態となっている。この状態では、スイッチＳＷ１が接点Ｓ３側に接続されており、図中点線方向へと自己放電電流が流れて組電池が自己放電をする。そして、例えば数ヶ月単位の期間が経過すると、自己放電による組電池の容量の減少が進行する。ところで、実質的に同等の環境におかれた場合には、組電池を構成する電池群のうちリチウムイオン電池群１１０の方がニッケル水素電池群１２０よりも自己放電速度が遅いことが一般的に知られている。このため、所定期間経過後には、ニッケル水素電池群１２０の残容量の方が、リチウムイオン電池群１１０の残容量よりも少くなる傾向にある。
そこで、電池制御部１３０のＣＰＵは、リチウムイオン電池群１１０とニッケル水素電池群１２０の残容量差に基づいて、リチウムイオン電池群１１０からニッケル水素電池群１２０に給電を行う。
【００４１】
この電池制御部１３０のＣＰＵが実行するリチウムイオン電池群１１０からニッケル水素電池群１２０に給電を行う処理を、図５に示すフローチャート図に基づいて、図２〜図４のブロック図を参照しつつ説明する。
図５に示すフローチャート図のステップＳ１０では、電池制御部１３０は、所定期間毎に、リチウムイオン電池群１１０とニッケル水素電池群１２０の電圧を検出する。自己放電による残容量の低下は日時単位で検出しても変化していない場合が多く、所定期間毎としては、例えば週に１度ないしは月に１度程度、このようにして各電池群の電圧を検出すれば足る。そして、電池制御部１３０は、各電池群の電圧を検出したらステップＳ１２の処理に進む。
【００４２】
ステップＳ１２では、電池制御部１３０は、リチウムイオン電池群１１０とニッケル水素電池群１２０の残容量を算出する。ところで、一般的に、電池の電圧から残容量を算出する場合の算出方法は公知であるので、詳細な説明は省略する。そして、電池制御部１３０は、各電池群１１０，１２０の残容量を算出したらステップＳ１４の処理に進む。
【００４３】
ステップＳ１４では、電池制御部１３０は、リチウムイオン電池群１１０の残容量とニッケル水素電池群１２０の残容量を比較する。電池制御部１３０は、ニッケル水素電池群１２０の残容量がリチウムイオン電池群１１０の残容量よりも所定量少ないことを判別した場合には（ステップＳ１４でＹＥＳ）ステップＳ１６の処理に進み、一方、少ないことを判別しなければ（ステップＳ１４でＮＯ）ステップＳ１０の処理に戻る。
【００４４】
ステップＳ１６では、電池制御部１３０は、スイッチＳＷ１を接点Ｓ２側に切り換える（併せて図３参照）。これにより、リチウムイオン電池群１１０のプラス側が抵抗Ｒ１、スイッチＳＷ１の接点Ｓ２を介してコンデンサＣ１の一端（図３に示す上側端子）に接続（リチウムイオン電池群１１０からコンデンサＣ１への給電回路）されるとともに、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ２の接続（コンデンサＣ１からニッケル水素電池群１２０への給電回路）が切断される。そして、電池制御部１３０はステップＳ１８の処理に進む。
【００４５】
ステップＳ１８では、リチウムイオン電池群１１０のプラス側が抵抗Ｒ１、スイッチＳＷ１の接点Ｓ２を介してコンデンサＣ１の一端に接続されることで（併せて図３参照）、抵抗Ｒ１により制限された電流（図３に示す点線矢印）がリチウムイオン電池群１１０からコンデンサＣ１へと流れ、リチウムイオン電池群１１０からコンデンサＣ１への給電が行われる。そして、電池制御部１３０はステップＳ２０の処理に進む。
【００４６】
ステップＳ２０では、電池制御部１３０は、コンデンサＣ１の端子電圧が所定値以上になったか否かを判別する（併せて図３参照）。そして、電池制御部１３０は、コンデンサＣ１の端子電圧が所定値以上であれば（ステップＳ２０のＹＥＳ）ステップＳ２２の処理に進み、コンデンサＣ１の端子電圧が所定値未満であれば（ステップＳ２０のＮＯ）ステップＳ１８の処理に戻り給電を継続する。
【００４７】
ステップＳ２２では、電池制御部１３０は、スイッチＳＷ１を接点Ｓ３側に切り換える（併せて図４参照）。これにより、ニッケル水素電池群１２０のプラス側がダイオードＤ１、抵抗Ｒ２、スイッチＳＷ１の接点Ｓ３を介してコンデンサＣ１の一端に接続（コンデンサＣ１からニッケル水素電池群１２０への給電回路）されるとともに、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１の接続（リチウムイオン電池群１１０からコンデンサＣ１への給電回路）は切断される。そして、電池制御部１３０は、ステップＳ２４の処理に進む。
【００４８】
ステップＳ２４では、コンデンサＣ１の一端（図４に示すコンデンサＣ１の上側端子）がスイッチＳＷ１の接点Ｓ３、抵抗Ｒ２、ダイオードＤ１を介してニッケル水素電池群１２０に接続されることで、コンデンサＣ１からニッケル水素電池群１２０に、抵抗Ｒ２により制限された電流（図４に示す点線矢印）が流れ、コンデンサＣ１からニッケル水素電池群１２０への給電が行われる。そして、電池制御部１３０は、ステップＳ２６の処理に進む。
【００４９】
ステップＳ２６では、電池制御部１３０は、ニッケル水素電池群１２０の電圧とコンデンサＣ１の端子電圧が平衡し、コンデンサＣ１からニッケル水素電池群１２０への給電を完了したか否かを判別する。例えば、この給電が完了するのに十分な設定時間を設定しておき、当該設定時間が経過したか否かを判別する。コンデンサＣ１からニッケル水素電池群１２０への給電が完了していれば（ステップＳ２６のＹＥＳ）、電池制御部１３０はリターンし、給電が完了していなければ（ステップＳ２６のＮＯ）、ステップＳ２４の処理に戻り充電を継続する。
【００５０】
このようにして、電池制御部１３０は、自己放電速度の速いニッケル水素電池群１２０の残容量が自己放電速度の遅いリチウムイオン電池群１１０の残容量よりも所定量少ないことを検出したら、スイッチＳＷ１を切り換えて、リチウムイオン電池群１１０からコンデンサＣ１への給電を行う。そして、この給電が完了したら、再びスイッチＳＷ１を切り換えて、コンデンサＣ１からニッケル水素電池群１２０への給電を行う。然るに、リチウムイオン電池群１１０とニッケル水素電池群１２０間の残容量差を縮小することができる。
これにより、電池パック１００を充電してから放置後長時間が経過したため、充電器２００で再充電をする際、各電池群１１０，１２０の残容量に上乗せして充電が行われても、過充電や充電不足が生じにくい。さらには、自己放電速度の速いニッケル水素電池群１２０の影響で、リチウムイオン電池群１１０に残容量が存在するにもかかわらず組電池として動作不可能になる可能性が低減され、電池パック１００の自己放電による寿命も長くなる。
【００５１】
また、本発明の電池パック１００は、充電器２００に装着した状態で放置しておいた場合についても同様の給電動作を行い、電池群１１０，１２０間に生じた残容量差を縮小することができる。一般的には、充電器２００は、電池パック１００を装着することで自動的に電池パック１００を充電するものが多用されているが、例えば、充電器２００が電池パック１００を装着してなおかつ充電開始キー等を操作することで充電を開始するものである場合、電池パック１００を充電器２００で充電後、充電器２００に装着した状態で放置して自己放電により電池の残容量が低下しても自動的に再充電されない構成である場合が考えられる。
このような場合、本発明の電池パック１００では、電池制御部１３０で、自己放電によりニッケル水素電池群１２０の残容量がリチウムイオン電池群１１０の残容量より所定量少なくなったことを判別したら、リチウムイオン電池群１１０からニッケル水素電池群１２０に給電を行う。
この際、充電器２００の制御用電源を電池パック１００に出力可能な構成の場合には、電池パック１００の電池制御部１３０は、充電器２００の制御用電源を用いて動作可能となる。充電器２００の制御用電源を電池パック１００に出力可能な構成の一例としては、充電器２００及び電池パック１００の双方に、充電器２００の制御用電源が入出力される端子が設けられていることが考えられる。
【００５２】
もちろん、本発明の電池パック１００は、電動工具等の機器に装着されていても、機器が動作中（すなわち、各電池群１１０，１２０が放電中）ではなければ、本実施の形態の場合と同様の給電動作を行い、電池群１１０，１２０間に生じた残容量差を縮小することができる。
【００５３】
さらに本発明の趣旨に鑑み、以下の態様を構成することができる。
（態様１）
「請求項１に記載の組電池であって、
当該組電池が有する第１の電池群を放電しつつ、前記残容量差に基づいて、第１の電池群から第２の電池群に給電を行う給電手段を有する組電池。」
【００５４】
この「放電」とは、典型的には、組電池が機器等に接続されて電源を供給している場合、すなわち組電池を使用している場合においての機器等への放電を意味している。
この態様によれば、組電池を使用している時に、第１の電池群の少なくとも１つの電池セルと、第２の電池群の少なくとも１つの電池セルとの残容量差に基づいて、第１の電池群での放電（しいては、機器等の使用）は継続しつつ第１の電池群から第２の電池群への給電を行うことができる。
典型的には、第１の電池群と第２の電池群が直列接続されている場合には、組電池を使用中に、第２の電池群の少なくとも１つの電池セルの残容量が第１の電池群の少なくとも１つの電池セルの残容量よりも所定量少なければ、第１の電池群と第２の電池群との直列接続を切断するとともに第１の電池群のみを機器等へ放電する回路に接続する。同時に、第１の電池群から第２の電池群に給電を行う回路に接続する。
これによれば、機器等の使用を継続しつつ第１、第２の電池群間の残容量差を縮小することができる。
【００５５】
（態様２）
「請求項１に記載の組電池であって、
前記複数の各電池セルの公称電圧に基づく組電池の公称電圧が、組電池で作動される機器に対応する所定の電圧値であることを特徴とする組電池。」
【００５６】
組電池で作動される機器には、種々の電源電圧を要するものがあり、組電池は、当該組電池の公称電圧が機器の電源電圧に適合するものを選択する。
中でも、電動工具の電源としては、公称電圧９．６Ｖ，１２Ｖ，１５．６Ｖ，２４Ｖ等の組電池が用いられている。電動工具用の組電池は、前述したように、できる限り性能を高く維持しておく必要があり、また、高い耐久性が要求されることが多い。本発明によれば、機器に適合する電源電圧を供給する組電池において、組電池を構成する電池群間での残容量差を効果的に縮小することができる。これにより、性能を高く維持しつつ、耐久性のよい組電池を形成することができ、しいては、電動工具にも好適に適用できることとなった。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本実施の形態に係る電池パック１００のブロック図を、電池パック１００を充電する充電器２００のブロック図とともに示す。
【図２】電池パック１００の組電池が自己放電をしている状態を示す。
【図３】リチウムイオン電池群１１０からコンデンサＣ１への給電を行っている状態を示す。
【図４】コンデンサＣ１からニッケル水素電池群１２０への給電を行っている状態を示す。
【図５】電池制御部１３０における電池群１１０，１２０間の残容量差を縮小する処理を、フローチャート図で示す。
【符号の説明】
【００５８】
１００  電池パック
１１０  リチウムイオン電池群
１２０  ニッケル水素電池群
１３０  電池制御部
２００  充電器
Ｃ１    コンデンサ
ＳＷ１  スイッチ
ＴＭ    サーミスタ
【図１】
2005160233.tif 000003
【図２】
2005160233.tif 000004
【図３】
2005160233.tif 000005
【図４】
2005160233.tif 000006
【図５】
2005160233.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成15年12月3日(2003.12.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
複数の電池セルを直列に接続した組電池の一例が、特許３３４９３２１号公報に開示されている（特許文献１参照）。この組電池は、複数の非水系二次電池セル（例えば、リチウムイオン二次電池セル）による非水系二次電池群と、複数の水溶液系二次電池セル（例えば、ニッケル水素二次電池セル）による水溶液系二次電池群とから構成されている。
【特許文献１】特許３３４９３２１号公報