(57)【要約】【課題】  電池パックに含まれる保護回路での自己消費により、電池パック未使用時に電池電圧が低下することを抑制する。【解決手段】  複数の電池セル２ａ〜２ｃと、電池セル２ａ〜２ｃ毎の電圧異常および過電流等を監視する保護回路（ＩＣ１３）を具備し、電動工具および充電器と電気的に接続可能な正極端子３ａまたは負極端子３ｂと、その他の端子（４ａ、４ｂ）を有する電池パック１において、電池パック１を電動工具に非装着状態の際には、特定の端子間（負極端子３ｂとＬＤ端子４ａ）を短絡することで保護回路内の消費電力が大きなＩＣへの電源経路を遮断するようにした。このため、保護回路を改良すると共に、非導電材料でできた電池カバー６に導電体７を設け、電池カバー６装着時に導電体７が特定の端子間（３ｂ、４ａ）を短絡するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルよりなる電池組と、前記電池セル毎の電圧異常および過電流等を監視する保護回路を具備し、電動工具および充電器と電気的に接続可能な正極端子または負極端子と、外部機器と電気的に接続可能な端子を有する電池パックにおいて、前記端子間を電池パック外部から短絡接続することで保護回路を駆動させる電源経路を遮断する手段を有することを特徴とする電池パック。
【請求項２】
前記端子は、前記電動工具及び前記充電器の少なくとも一方と電気的に接続され、前記電池セルの状態信号を出力する情報端子であることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
【請求項３】
前記電池パックの複数の外部接続端子を覆うように電池パックに装着される電池カバーにおいて、前記電池パックの前記外部接続端子間を短絡接続する導電体を有することを特徴とする電池カバー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コードレス電動工具等に用いられる電池パックに関し、特に、リチウムイオン電池等の二次電池を使用する電池パックにおいて、長期保管による保護回路での自己消費を低減させる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コードレスの電動工具は、電源コードがないことから使い勝手が良く、電源が無い場所でも使えるため広く使用されている。コードレスの電動工具には、主電源となる充電式の電池が本体に内蔵されるものもあれば、本体に着脱可能に取付けられるものもある。電動工具の使用時間が長くなる場合においては、複数の電池パックを交換しながら使うことが多い。近年、電動工具においてコードレス電動工具を駆動する駆動電源として、高容量化、軽量化が可能なリチウムイオン二次電池が広く使用されている。例えば特許文献１のような従来技術における電池パックには、電動工具と接続するための端子（電極）が設けられ、電池パックを使用しないときには着脱可能式の電池カバーが取り付けられる。
【０００３】
リチウムイオン二次電池では、過負荷、過充電または過放電を行うと、電池の劣化が起こったり寿命が早まったりするので、電池パック内に専用の保護ＩＣもしくはマイコンよって過放電・過電流を監視することが広く行われる。この場合、電池パック内の専用の保護ＩＣもしくはマイコンは、電池セルによって常時駆動されるため電力を消費しているが、近年では改良が進みより低消費化を図ったものが生産されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２１２０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
リチウムイオン二次電池において、電池の性能を良好に維持するため、電圧異常および過電流等を保護する回路が必要不可欠である。しかし保護回路にはＩＣやマイコンに加え、回路内に構成されている抵抗より常時電力を消費してしまう。その消費対策を何ら施さないと、長期保管により放置された電池は保護回路での自己消費により電圧が低下し、電池の劣化や充電器によっては充電不可能となってしまう恐れがある。
【０００６】
本発明の目的は、電池パックに内蔵される保護回路での自己消費電力により電池電圧が低下することを抑制できる電池パックおよび電池カバーを提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、保管時など電池パックを使用していないときに、消費電力が大きなＩＣやマイコンへの電源経路を遮断し保護回路全体の消費を低減させるようにした電池パックおよび電池カバーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、電池パックに内蔵される保護回路内のＩＣやマイコンの電源経路に、ＯＮ／ＯＦＦ可能な半導体素子を設け、通常ＯＮ状態で保護回路を機能させ、保管時などで保護回路の機能を必要としない場合にはＩＣやマイコンをＯＦＦ状態に移行させることで実現できる。ＯＦＦ状態への移行は、保護回路に備えられた外部接続可能な端子と、正極端子または負極端子を短絡接続することにより行う。短絡接続を行う手段としては、様々な方法が考えられるが、一つの方法として、装着時に所定の端子間が導通（短絡）するように電池カバーの端子差込部分に導電体を設けることで達成できる。この短絡手段を有する電池カバーを電池パックに装着することにより、電池パックの保護回路内にあるＩＣやマイコンの電源経路を遮断することが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電池パックを使用しない場合に電池カバーを装着するようにすれば、保護回路での自己消費を抑えて電池電圧が低下することを抑制できるので、電池の劣化や充電不可となってしまうことを大幅に回避することができる。また電池パックを常時使用する場合には電池カバーを外すだけで、直ちに電池パックが使用可能な状態となるので、従来の電池パックと同様の使い勝手を維持できる。
【００１０】
また、電池パックを使わない際には電池カバーを装着して外部接続端子全体を覆うことで、異物等の混入により正極負極端子間が短絡することを防止し、保管時の安全性をさらに向上することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例に係る電池パックおよび電池カバーの構造を示す分解斜視図である。
【図２】従来の電池パック保護回路の回路図である。
【図３】本発明の実施例に係る電池パック保護回路図である。
【図４】本発明の実施例に係る電池パック保護回路図（抵抗定数の例）である。
【図５】本発明の第２の実施例に係る電池パック保護回路図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１２】
以下、本発明の実施例について、図を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施例に係る電池パックおよび電池カバーの構造を示す分解斜視図である。
【００１３】
電池パックは、上部ハウジング８と下部ハウジング９の内部に複数の電池セル２ａ、２ｂ、２ｃよりなる電池組と、電動工具や充電器の端子と電気的に接触がなされる正極端子３ａ、負極端子３ｂ、および電池セル毎の電圧異常および過電流等を監視し、異常時に保護回路から信号を出力するＬＤ端子４ａと、その他の端子４ｂを有する保護基板５が収容される。上部ハウジング８には、装着される電動工具（図示せず）の取付部の内壁と対応し、装着のための位置決めをするための複数のリブ８ａ、８ｂが設けられる。下部ハウジング９の両側面には、電池パックを電動工具から取り外す際に押すリリースボタン１０が設けられる。リリースボタン１０の上側には係止爪１１が設けられ、係止爪１１は電動工具の電池収容室（図示せず）の内壁に形成される凹部と掛止することにより電池パック１を図示しない電動工具に保持する。上部ハウジング８と下部ハウジング９のそれぞれは非導電体の材料にて、例えばプラスチック等の合成樹脂の一体成形により製造され、２本のネジ１２によって固定される。電池パックが電動工具の電池パックの収容部の突き当て部（図示せず）に当接するまで挿入されると、電池パックの上部ハウジング８に形成された複数のスリット８ｃを介して図示しない接続端子が電池パック側に設けられる端子群に挿入され、接続される。
【００１４】
電池セル２ａ、２ｂは横方向に寝せて並列に配置され、電池セル２ｃは上下方向に立てて配置される。電池セル２ａ、２ｂの上側には、保護基板５が設けられる。保護基板５は複数の端子３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂが固定される。保護基板５には更に、電圧異常および過電流等を保護するための保護回路を構成する電子素子が搭載される。尚、用いられる電池セルの本数や電池セルの収納位置、配置方向等は任意であり、図示した以外の収容方法であっても良い。
【００１５】
電池パックの端子３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂの一部を外部に露出させるスリット８ｃ部分は、外部から装着可能な電池カバー６が設けられる。電池カバー６は電池パックを、図示しない電動工具や充電器に装着しない際に電極部を保護するためのものであり、プラスチック等の非導電性材料の一体成形で構成される。電池カバー６は上部ハウジング８のスリット８ｃ付近の形状と対応するように構成されるもので、湾曲させた曲面部６ｃが形成され、左右の両側には作業者が装着及び取り外しをし易いように取っ手部６ｂが形成される。また、電池カバー６の後方側には取付時の位置あわせのためであって、リブ８ｂと対応する形状の切り欠き部６ａが形成される。
【００１６】
本実施例では、非導電性材料からなる電池カバー６の一部に、負極端子３ｂとＬＤ端子４ａを短絡接続するための導電体７を設け、電池カバー６を電池パックに装着した時に負極端子３ｂとＬＤ端子４ａが接続されるような構造とした。導電体７は、保護回路を駆動させる電源経路を遮断する手段となるものであり、電池カバー６から垂直方向に延びる２つの平板状の部分である垂直リブ７ａが形成される。垂直リブ７ａは、電動工具側に設けられる接続端子と同等の形状とすると好ましい。この導電体７の垂直リブ７ａが負極端子３ｂとＬＤ端子４ａに挿入されることにより電池カバー６は安定して保持され、併せて負極端子３ｂとＬＤ端子４ａが短絡される。本実施例では、複数の端子のうち、負極端子３ｂとＬＤ端子４ａが接続されるように構成したが、これは電池パック１内に設けるスイッチング素子（ＦＥＴ）の個数を最小限に抑え、コストを抑えるためである。尚、短絡させる端子はこれ以外であっても良く、例えば正極端子３ａとＬＤ端子４ａを短絡させるように構成しても良い。電池カバー６から延びる垂直リブは、図では省略しているが、導電体７による垂直リブだけでなく、電池カバー６と一体成形で製造される非導電体の垂直リブを設けて、その他の端子４ｂもいずれかと嵌合させるように構成しても良い。
【００１７】
図２は従来の電池パック保護回路の回路図である。電池セル２ａ〜２ｃが直列に接続され正極端子３ａと負極端子３ｂを介して電動工具本体に接続されエネルギーを供給する。ＩＣ１３は電池セルを監視するための制御用集積回路であって、各電池セル毎の電圧と電池に流れる負荷電流を監視し、所定の値と異なる異常な場合にはＩＣの０Ｖ端子１４から信号を出力し、ＬＤ端子４ａを介して電動工具内のスイッチをＯＦＦすることで電動工具のモータへのエネルギー供給を停止する。ＩＣ１３にはＶＤＤ端子１５から電池セル２ａから２ｃの電源が入力され、常に駆動しているため常時電力を消費している。
【００１８】
図３は本発明の実施例に係る電池パック保護回路図である。本実施例では電池セル２ａ〜２ｃのプラス側出力からＩＣ１３への電源経路の途中にＦＥＴ１６を設けて、ＦＥＴ１６を制御することによりＩＣ１３のＶＤＤ端子１５に入力される電力を遮断することができるように構成した。即ち、ＬＤ端子４ａが負極信号のときにＦＥＴ１７をＯＦＦにするようにして、ＦＥＴ１６のゲート信号をゼロ電位にすることによりＦＥＴ１６のソース−ドレイン間をＯＦＦするのでＩＣ１３への電源経路は遮断される。
【００１９】
一方、ＬＤ端子４ａがオープンのときはＦＥＴ１７がＯＮとなるためＦＥＴ１６もＯＮとなりＩＣ１３への電源経路が接続される。つまり、ＬＤ端子４ａと負極端子３ｂを短絡接続することによりＩＣ１３への電源経路は遮断され、ＬＤ端子４ａをオープン状態にすればＩＣ１３は通常駆動することが可能である。ＬＤ端子４ａと負極端子３ｂを短絡接続する形態としては、様々な方法が考えられるが、本実施例では前述したように電池カバー６を電池パック１のスリット８ｃ付近に装着することによりＬＤ端子４ａと負極端子３ｂが短絡されるように構成した。このように構成することで、作業者はＩＣ１３の動作を停止させるか否かを考慮することなく、電池パック１の電動工具への非装着時に電池カバー６を装着するだけで良いので、使い勝手が良いうえに確実に消費電力の低減を実現できる。
【００２０】
発明者が実際の電池パック１において調査したところ、電池カバー装着時は保護回路全体の消費電力を大きく低減できた。例として図４の回路図での抵抗定数で計算した場合、保護回路全体の消費電流は電池総電圧が１０．８Ｖで、電池カバー未装着時にＩＣ１３等で１８．６ｕＡの消費する状態において、電池カバーを装着した時にはＦＥＴ１６，１７等の回路だけの消費電力１．１ｕＡですんだので、消費電流を１／１７に抑制することが可能となった。
【実施例２】
【００２１】
次に図５を用いて本発明の第２の実施例を説明する。第１の実施例の電池カバー６では負極端子３ｂとＬＤ端子４ａを短絡させるように構成した。これに対して第２の実施例の電池カバー２６では正極端子３ａとＬＤ端子４ａを短絡させるように構成した。正極端子３ａとＬＤ端子４ａを短絡させる場合には、ＬＤ端子４ａとＦＥＴ１７との間にＦＥＴ２８を追加すればよい。ＦＥＴ２８のドレイン端子をＦＥＴ１７のゲート端子及び電池パック２１の正極端子３ａに、ＦＥＴ２８のゲート端子を抵抗を介してＬＤ端子４ａに、ソース端子をグランドに接続するようにＦＥＴ２８を配置する。電池カバー２６の基本形状は図２で示した形状と導電体２７を除いて同じ形状である。導電体２７は第１の実施例と違って正極端子３ａとＬＤ端子４ａを短絡させる形状とされる。正極端子３ａとＬＤ端子４ａを接続すると、電池電圧がＦＥＴ２８のゲートに印加されオンする。その結果、ＦＥＴ１７及びＦＥＴ１６がオフとなり、ＩＣ１３のＶＤＤ端子１５への電源経路が遮断される。尚、この構成においては、正極端子３ａとＬＤ端子４ａを短絡させる電池カバー２６の替わりに第１の実施例の電池カバー６を装着しても、ＩＣ１３への電源経路が遮断されるため消費電力の低減を実現できる。
【００２２】
以上のように第２の実施例においてもＬＤ端子４ａと正極端子３ａを短絡接続することによりＩＣ１３への電源経路は遮断され、ＬＤ端子４ａをオープン状態にすればＩＣ１３は通常駆動させることが可能である。但し、第２の実施例のようにＬＤ端子４ａと正極端子３ａに接続する場合には、ＬＤ端子４ａを負極端子３ｂに接続する場合よりＦＥＴ２８が１つ多く必要となるため、コスト面等を考慮すると負極端子３ｂとＬＤ端子４ａだけを短絡させる構成とした方が安く実現できる。
【００２３】
以上説明したように、本発明は従来の異常信号端子（ＬＤ端子）を流用、且つ共有することで実現可能であり、電池電圧低下による電池劣化や充電不可となってしまう問題を大幅に解決した。さらに電池カバーで外部接続端子全体を覆うことで異物等の混入により正極負極端子間が短絡することを防止できるので、保管時の安全性を十分保つことが可能となった。
【符号の説明】
【００２４】
１、２１  電池パック
２ａ、２ｂ、２ｃ  電池セル
３ａ  正極端子
３ｂ  負極端子
４ａ  ＬＤ端子
４ｂ  その他の端子
５、２５  保護基板
６、２６  電池カバー
６ａ  切り欠き部
６ｂ  取っ手部
６ｃ  曲面部
７、２７  導電体
７ａ  （導電体の）垂直リブ
８  上部ハウジング
８ａ、８ｂ  リブ
８ｃ  スリット
９  下部ハウジング
１０  リリースボタン
１１  係止爪
１２  ネジ
１４  （ＩＣの）０Ｖ端子
１５  （ＩＣの）ＶＤＤ端子
１６、１７、１８、２８  ＦＥＴ
【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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