JP4488381B2 - Battery pack system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気機器と、その電気機器の電源として用いられる電池パックとを備えた電池パックシステムに関するものであり、特に、その電池パックが、リチウムイオン電池等の2次電池である電池セルが複数直列に接続されて成る電池セル群を備えている電池パックシステムに関するものである。 The present invention relates to a battery pack system including an electric device and a battery pack used as a power source of the electric device, and in particular, a battery cell in which the battery pack is a secondary battery such as a lithium ion battery. The present invention relates to a battery pack system including a plurality of battery cells connected in series.
従来技術のコードレス電動工具(例えば、特許文献1参照。)は、商用電源から充電器を用いて電池パックの充電を行い、電池パックを電源として直流駆動式モータを駆動する。これに対し、交流駆動式電動工具は、電源コードを商用電源に直接接続して交流駆動式モータを駆動する。近年では、電池技術や充電制御技術等の発達により、コードレス電動工具で用いられる電池パックは高性能化しつつある。 A conventional cordless power tool (see, for example, Patent Document 1) charges a battery pack using a charger from a commercial power source, and drives a DC drive motor using the battery pack as a power source. On the other hand, an AC drive type electric tool drives an AC drive type motor by directly connecting a power cord to a commercial power source. In recent years, battery packs used in cordless power tools have been improved in performance due to the development of battery technology and charge control technology.
特にリチウムイオン電池を用いた電池パックは、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池を用いた電池パックと比較し、その高いエネルギー密度によって軽量、高電圧、及び、高容量を実現できるようになり、これを使用するユーザーが増えつつある。 In particular, battery packs using lithium ion batteries can realize light weight, high voltage, and high capacity due to their high energy density compared to battery packs using nickel cadmium batteries or nickel metal hydride batteries. The number of users is increasing.
以下に、従来技術として、36Vリチウムイオン電池パックを用いた36Vコードレス電動工具システムと交流駆動式電動工具とを対比的に説明する。 Hereinafter, as a conventional technique, a 36V cordless power tool system using a 36V lithium ion battery pack and an AC drive type power tool will be described in comparison.
コードレス電動工具に対するユーザーの要求事項の一つとして、高い出力性能が挙げられる。高い出力性能とは、コードレス電動工具の出力が交流駆動式電動工具の出力に近いことである。 One of the user requirements for cordless power tools is high output performance. High output performance means that the output of the cordless power tool is close to the output of the AC drive type power tool.
36Vコードレス電動工具システムの場合、例えば、14.4Vリチウムイオン電池パックを用いた14.4Vコードレス電動工具システムと比較し、相対的に優れた出力性能を有するが、交流駆動式電動工具と比較すると、未だ不足しているため、ユーザーは、商用電源の確保が困難な現場における作業時に、作業効率は低下するが、従来技術の36Vコードレス電動工具を代替的に使用せざるを得ない。 In the case of a 36V cordless power tool system, for example, it has a relatively superior output performance compared to a 14.4V cordless power tool system using a 14.4V lithium ion battery pack, but compared with an AC drive type power tool. However, since there is still a shortage, the user is forced to use the 36V cordless power tool of the prior art as an alternative, although the work efficiency is reduced during work in the field where it is difficult to secure commercial power.
従来技術として存在するコードレス電動工具用の電池パックの電圧は最大36Vであり、商用電源の100Vと比較すると、電動工具用モータへ供給できる電圧の差が大きい。そのため、交流駆動式電動工具に相当する出力が得られるコードレス電動工具が存在しないという課題、及び、商用電源に相当する出力が得られる電池パックが存在しないという課題の前に、出力が36Vを上回る電池パックが存在しないという課題がある。 The voltage of the battery pack for a cordless electric tool existing as a conventional technique is 36 V at maximum, and the difference in voltage that can be supplied to the electric tool motor is larger than that of 100 V of the commercial power supply. Therefore, the output exceeds 36V before the problem that there is no cordless power tool that can obtain an output equivalent to an AC drive type electric tool and the problem that there is no battery pack that can obtain an output equivalent to a commercial power source. There is a problem that a battery pack does not exist.
前述の課題を解決するため、電池パックに、電池セルが複数直列に接続されて成る電池セル群とその出力電圧を昇圧する昇圧回路とを収容させ、かつ、その昇圧回路により前記電池セル群の直流電圧を100V相当に昇圧する方式を用いる場合がある。この場合、前記昇圧による負荷電流の増大に伴う電池セル及び昇圧回路の発熱が増大する。発熱の増大は、電池セル寿命の低下や発熱抑制のためのコストアップなどの新たな課題が生じるため、前記昇圧回路を用いた方式は好ましくない。 In order to solve the above-described problem, the battery pack accommodates a battery cell group in which a plurality of battery cells are connected in series and a booster circuit that boosts the output voltage of the battery pack. There is a case where a method of boosting the DC voltage to 100V is used. In this case, the heat generation of the battery cell and the booster circuit increases as the load current increases due to the boost. Since the increase in heat generation causes new problems such as a reduction in battery cell life and an increase in cost for suppressing heat generation, the method using the booster circuit is not preferable.
本発明者は、複数の電池セルが直列接続されて成る電池セル群の直流電圧を商用電源電圧に相当する高電圧となるように構成する方式を提案する。 The inventor proposes a system in which a DC voltage of a battery cell group formed by connecting a plurality of battery cells in series is set to a high voltage corresponding to a commercial power supply voltage.
この方式を実現するにあたり、従来技術の方式、すなわち、複数の電池セルを直列接続した電池セル群、電池セル群の電池セルに接続される電圧モニタ線、電圧モニタ線に接続される放電制御部、及び、放電制御部に接続される放電端子をケースに収容する方式を用いると、電池セル群の超高電圧化に伴い、電池パック内部の異電圧セル間、電圧モニタ線の線間、電圧モニタ線と電池セルの空間、放電端子の両極間、など多くの箇所が高電位となる。そのため、絶縁性の確保のための電池パックの内部構造の複雑化、異物侵入時の絶縁破壊など絶縁に関する新たな課題が生じる。 In realizing this method, a conventional method, that is, a battery cell group in which a plurality of battery cells are connected in series, a voltage monitor line connected to the battery cells of the battery cell group, a discharge control unit connected to the voltage monitor line When using a method in which the discharge terminal connected to the discharge control unit is housed in the case, with the super high voltage of the battery cell group, between the different voltage cells in the battery pack, between the voltage monitor lines, the voltage Many places such as the space between the monitor line and the battery cell and between the electrodes of the discharge terminal are at high potential. Therefore, new problems relating to insulation arise, such as a complicated internal structure of the battery pack for ensuring insulation and dielectric breakdown when a foreign substance enters.
例えば、前記従来技術の電池パックにおいて、充電完了後の電圧が4Vとなるリチウムイオン電池セルを27個直列接続した電池セル群を用いる場合、前述の電池パック内部の各部位に最大108Vが高頻度で印加されることになる。そのため、従来技術の36V以下の電池パックで用いられてきた内部構造では、前記最大108Vが高頻度で印加されることが想定されていないため、電池パックの絶縁信頼性が低下する。 For example, in the conventional battery pack, when a battery cell group in which 27 lithium ion battery cells having a voltage of 4 V after charging are connected in series is used, a maximum of 108 V is frequently applied to each part inside the battery pack. Will be applied. Therefore, in the internal structure that has been used in the battery pack of 36V or less of the prior art, it is not assumed that the maximum 108V is applied with high frequency, so that the insulation reliability of the battery pack is lowered.
以上の事情を背景にして、本発明は、電気機器と、その電気機器の電源として用いられる電池パックとを備えた電池パックシステムであって、その電池パックが、複数の電池セルが直列に接続されて成る電池セル群を備えるにもかかわらず、その電池パックの絶縁信頼性が向上したものを提供することを課題としてなされたものである。 Against the background of the above circumstances, the present invention is a battery pack system comprising an electric device and a battery pack used as a power source of the electric device, and the battery pack is connected to a plurality of battery cells in series. In spite of having the battery cell group thus formed, it is an object to provide a battery pack having improved insulation reliability.
本発明によれば、上記の課題を解決するために、電気機器と、その電気機器の電源として用いられる電池パックとを備えた電池パックシステムであって、前記電池パックは、複数の電池セルが直列接続された電池セル群と、その電池セル群の放電出力を前記電気機器へ供給するための放電出力端子とを含み、前記電気機器は、前記放電出力端子に接続され、前記電池パックから電力が入力される電力入力端子と、その電力入力端子から電力が供給されて作動する負荷部と、その負荷部の駆動と停止とを作業者が選択的に制御するために作業者によってオンとオフとにそれぞれ操作されるスイッチであって、オフに操作されると、当該スイッチがそれ自体、前記電力入力端子と前記負荷部とを互いに遮断して前記電池パックから前記負荷部への電力供給を停止させ、オンに操作されると、当該スイッチがそれ自体、それら電力入力端子と負荷部とを互いに通電させて前記電池パックから前記負荷部への電力供給を許可するものとを含むものが提供される。 According to the present invention, in order to solve the above-described problem, a battery pack system including an electric device and a battery pack used as a power source of the electric device, wherein the battery pack includes a plurality of battery cells. includes a serially connected battery cell groups, and a discharge output for supplying a discharge output of the battery cell group to the electric device, the electric device is connected to the discharge output terminal, the power from the battery pack Is turned on and off by the worker so that the worker can selectively control the power input terminal to which the power is input , the load unit that is operated by supplying power from the power input terminal , and the driving and stopping of the load unit. a switch operated respectively bets, when operated off the switch itself, from the battery pack to shut off said power input terminal and the load unit together to the load unit When the power supply is stopped and turned on, the switch itself energizes the power input terminal and the load unit to allow the power supply from the battery pack to the load unit. Things are provided.
当該電池パックシステムは、さらに、前記スイッチのオン・オフを検知するスイッチ検知部と、前記電池パックから供給される電力を蓄積する蓄電部であって、前記電池パックから前記負荷部への電力供給が停止されている場合に、前記スイッチ検知部に電力を供給し、それにより、前記スイッチ検知部の作動を可能にするものと、前記スイッチ検知部からの信号に基づき、前記スイッチがオフに操作されると、前記電池パックから前記負荷部への電力供給を停止させることを指令する停止指令信号を出力する一方、前記スイッチがオンに操作されると、前記電池パックから前記負荷部への電力供給を許可することを指令する許可指令信号を出力する第1制御手段と、前記複数の電池セルの直列接続を選択的に実現するために前記電池セル間に設けられた複数の通電遮断素子と、それら第1制御手段と複数の通電遮断素子とに接続された第2制御手段であって、前記第1制御手段が前記許可指令信号を出力した場合には、前記複数の通電遮断素子のすべてが通電状態となって前記複数の電池セルの直列接続が実現されるために前記電池パックから前記負荷部への電力供給が行われる一方、前記第1制御手段が前記停止指令信号を出力した場合には、前記複数の通電遮断素子のすべてが遮断状態となって前記複数の電池セルの直列接続が実現されないために前記電池パックから前記負荷部への電力供給が停止されるように、前記複数の通電遮断素子を制御するものとを含んでいる。 The battery pack system further includes a switch detection unit that detects on / off of the switch, and a power storage unit that accumulates power supplied from the battery pack, and supplies power from the battery pack to the load unit. When the switch is stopped, power is supplied to the switch detection unit, thereby enabling the switch detection unit to operate, and the switch is operated to turn off based on a signal from the switch detection unit. When the switch is turned on, the power from the battery pack to the load unit is output when the switch is turned on while outputting the stop command signal for commanding the power supply from the battery pack to the load unit to be stopped. a first control means for outputting a permission command signal for commanding to allow the supply, between the battery cells to selectively implement a series connection of the plurality of battery cells A plurality of current blocking elements provided, a second control means connected to the their first control means and a plurality of current blocking devices, in the case where the first control means has output the permission command signal In addition, since all of the plurality of energization cut-off elements are energized and serial connection of the plurality of battery cells is realized, power is supplied from the battery pack to the load unit, while the first control means When the stop command signal is output , all of the plurality of energization cutoff elements are in a cutoff state, and the series connection of the plurality of battery cells is not realized, so that power is supplied from the battery pack to the load unit For controlling the plurality of energization cut-off elements so as to be stopped .
本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項には番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本発明が採用し得る技術的特徴の一部およびそれの組合せの理解を容易にするためであり、本発明が採用し得る技術的特徴およびそれの組合せが以下の態様に限定されると解釈すべきではない。すなわち、下記の態様には記載されていないが本明細書には記載されている技術的特徴を本発明の技術的特徴として適宜抽出して採用することは妨げられないと解釈すべきなのである。 The following aspects are obtained by the present invention. Each aspect is divided into sections, each section is given a number, and is described in a form that cites other section numbers as necessary. This is for facilitating understanding of some of the technical features that can be adopted by the present invention and combinations thereof, and the technical features that can be adopted by the present invention and combinations thereof are limited to the following embodiments. Should not be interpreted. That is, it should be construed that it is not impeded to appropriately extract and employ the technical features described in the present specification as technical features of the present invention although they are not described in the following embodiments.
さらに、各項を他の項の番号を引用する形式で記載することが必ずしも、各項に記載の技術的特徴を他の項に記載の技術的特徴から分離させて独立させることを妨げることを意味するわけではなく、各項に記載の技術的特徴をその性質に応じて適宜独立させることが可能であると解釈すべきである。 Further, describing each section in the form of quoting the numbers of the other sections does not necessarily prevent the technical features described in each section from being separated from the technical features described in the other sections. It should not be construed as meaning, but it should be construed that the technical features described in each section can be appropriately made independent depending on the nature.
(1) 電気機器と、その電気機器の電源として用いられる電池パックとを備えた電池パックシステムであって、
前記電池パックは、
複数の電池セルが直列接続された電池セル群と、
その電池セル群の放電出力を前記電気機器へ供給するための放電出力端子と、
それら電池セル群および放電出力端子を収容するケースと
を含み、
前記電池セル群は、その電池セル群に接続された入出力接続部と共に、電池モジュールを構成し、
その電池モジュールは、複数直列接続されて電池モジュール群を構成し、
前記電気機器は、
負荷部と、
前記放電出力端子から供給された電力を受けて前記負荷部を制御する負荷制御部であって、前記電池パックの放電を許可しない第1放電不許可状態において、前記負荷制御部から前記負荷部への電力供給を停止するとともに、第1信号を前記電池モジュール群に送信するものと
を含み、
前記電池モジュール群に属する複数の電池モジュールのうちの少なくとも一つは、前記負荷制御部に接続されるとともに、その負荷制御部から前記第1信号を受信すると、前記入出力接続部からの電圧の出力を停止する電池パックシステム。
(1) A battery pack system comprising an electric device and a battery pack used as a power source for the electric device,
The battery pack is
A battery cell group in which a plurality of battery cells are connected in series;
A discharge output terminal for supplying the discharge output of the battery cell group to the electrical device;
Including a battery cell group and a discharge output terminal.
The battery cell group, together with an input / output connection connected to the battery cell group, constitutes a battery module,
The battery modules are connected in series to form a battery module group,
The electrical equipment is
A load section;
A load control unit that receives the power supplied from the discharge output terminal to control the load unit, and in a first discharge non-permitted state that does not permit discharge of the battery pack, from the load control unit to the load unit And stopping the power supply, and transmitting a first signal to the battery module group,
At least one of the plurality of battery modules belonging to the battery module group is connected to the load control unit, and when receiving the first signal from the load control unit, the voltage from the input / output connection unit Battery pack system that stops output.
この電池パックシステムによれば、電池パックの放電を許可しない第1放電不許可状態において、少なくとも一つの電池モジュールにおける入出力接続部からの電圧の出力が停止し、その結果、負荷部の停止状態において、電池セル群の電池セル間が電気的に遮断される。 According to this battery pack system, in the first discharge non-permitted state where the discharge of the battery pack is not permitted, the output of the voltage from the input / output connection unit in at least one battery module is stopped, and as a result, the load unit is stopped. , The battery cells of the battery cell group are electrically disconnected.
それにより、互いに導通状態にある複数の電池セル(互いに直列に接続されている)の数が、電池セル群に属する電池セルの総数より減少する。その結果、互いに導通状態にある複数の電池セルの直列接続の全電圧が低下し、それにより、電池パック内部に高電圧が印加される状態が抑制される。その結果、負荷部の停止状態において、電池パックの絶縁信頼性が向上する。 Thereby, the number of the plurality of battery cells (connected in series with each other) in a conductive state is reduced from the total number of battery cells belonging to the battery cell group. As a result, the total voltage of the series connection of the plurality of battery cells that are in conduction with each other is reduced, thereby suppressing the state in which a high voltage is applied inside the battery pack. As a result, the insulation reliability of the battery pack is improved when the load portion is stopped.
さらに、この電池パックシステムによれば、電池モジュール群に属する複数の電池モジュールのうちの少なくとも一つであって、第1信号を受信すると、入出力接続部からの電圧の出力を停止するものへの第1信号の送信を選択的に行う制御部が、電池パックではなく、電気機器内に搭載される。 Furthermore, according to this battery pack system, at least one of the plurality of battery modules belonging to the battery module group that stops outputting the voltage from the input / output connection unit when receiving the first signal. The control unit that selectively transmits the first signal is mounted not in the battery pack but in the electric device.
したがって、この電池パックシステムによれば、そのような制御部が、電池パック内に搭載される場合より、その電池パックの内部構造が単純化され、その結果、その電池パックの設計が容易となる。 Therefore, according to this battery pack system, the internal structure of the battery pack is simplified compared to the case where such a control unit is mounted in the battery pack, and as a result, the design of the battery pack is facilitated. .
(2) 前記第1放電不許可状態は、前記放電出力端子からの供給電圧が所定値より低い状態と、前記電気機器が使用されない不使用時間が所定値を超えた状態と、前記負荷部が正常に駆動できない状態と、前記電気機器の起動スイッチがオフである状態との少なくとも一つを含む(1)項に記載の電池パックシステム。 (2) The first discharge disapproval state includes a state in which a supply voltage from the discharge output terminal is lower than a predetermined value, a state in which the electric equipment is not used exceeds a predetermined value, and the load unit The battery pack system according to (1), including at least one of a state in which the electric device cannot be normally driven and a state in which a start switch of the electric device is off.
この電池パックシステムによれば、前記放電出力端子からの供給電圧が所定値より低い状態と、前記電気機器が使用されない不使用時間が所定値を超えた状態と、前記負荷部が正常に駆動できない状態と、前記電気機器の起動スイッチがオフである状態との少なくとも一つである場合に、電池セル群の電池セル間が電気的に遮断され、それにより、負荷部の停止状態において、電池パックの絶縁信頼性が向上する。 According to this battery pack system, the supply voltage from the discharge output terminal is lower than a predetermined value, the non-use time when the electric device is not used exceeds a predetermined value, and the load unit cannot be driven normally. When at least one of the state and the state in which the start switch of the electric device is off, the battery cells of the battery cell group are electrically disconnected, thereby the battery pack in the stopped state of the load unit Improves insulation reliability.
(3) 前記第1放電不許可状態は、前記電気機器の起動スイッチがオフである状態を含み、
前記負荷制御部は、前記起動スイッチがオンになると、前記電池パックの放電を許可する状態に移行する(1)項に記載の電池パックシステム。
(3) The first discharge non-permission state includes a state where a start switch of the electrical device is off,
When the start switch is turned on, the load control unit shifts to a state in which discharge of the battery pack is permitted.
この電池パックシステムによれば、電気機器の起動スイッチがオフになると、電池パックの放電が禁止され、その結果、電池セル群の電池セル間が電気的に遮断され、一方、電気機器の起動スイッチがオンになると、電池パックの放電が許可され、その結果、電池セル群の電池セル間が電気的に接続される。 According to this battery pack system, when the start switch of the electric device is turned off, the discharge of the battery pack is prohibited, and as a result, the battery cells of the battery cell group are electrically disconnected, while the start switch of the electric device When is turned on, discharging of the battery pack is permitted, and as a result, the battery cells of the battery cell group are electrically connected.
(4) 前記電池モジュール群は、前記電池セル群の放電を許可しない第2放電不許可状態において、第2信号を前記負荷制御部に送信し、
前記第1放電不許可状態は、前記負荷制御部が前記少なくとも一つの電池モジュールから前記第2信号を受信した状態を含む(1)ないし(3)項のいずれかに記載の電池パックシステム。
(4) The battery module group transmits a second signal to the load control unit in a second discharge non-permitted state where the discharge of the battery cell group is not permitted.
The battery pack system according to any one of (1) to (3), wherein the first discharge non-permission state includes a state in which the load control unit receives the second signal from the at least one battery module.
(5) 前記第2放電不許可状態は、前記電池セル群の過放電状態と、前記電池セル群の過負荷状態と、前記電池セル群の温度が所定範囲外である状態と、前記電池セル群が使用されない不使用時間が所定値を超えた状態との少なくとも一つを含む(4)項に記載の電池パックシステム。 (5) The second discharge disapproval state includes an overdischarge state of the battery cell group, an overload state of the battery cell group, a state where the temperature of the battery cell group is outside a predetermined range, and the battery cell. The battery pack system according to (4), including at least one of a state in which a group is not used and a non-use time exceeds a predetermined value.
この電池パックシステムによれば、電池セル群の過放電状態と、電池セル群の過負荷状態と、電池セル群の温度が所定範囲外である状態と、電池セル群が使用されない不使用時間が所定値を超えた状態との少なくとも一つである場合に、電池セル群の電池セル間が電気的に遮断され、それにより、負荷部の停止状態において、電池パックの絶縁信頼性が向上する。 According to this battery pack system, the overdischarge state of the battery cell group, the overload state of the battery cell group, the state where the temperature of the battery cell group is outside a predetermined range, and the non-use time when the battery cell group is not used When at least one of the states exceeding the predetermined value, the battery cells in the battery cell group are electrically disconnected, thereby improving the insulation reliability of the battery pack when the load portion is stopped.
(6) 前記電池パックは、さらに、
前記複数の電池セル間に設けられ、それら電池セルを互いに電気的に接続する通電状態とそれら電池セルを互いに電気的に遮断する遮断状態とに切り換わる通電遮断素子を含み、
前記電池モジュール群に属する複数の電池モジュールのうちの少なくとも一つは、前記第1信号を受信すると、前記通電遮断素子を前記遮断状態に切り換え、それにより、前記入出力接続部からの電圧の出力を停止する(1)ないし(5)項のいずれかに記載の電池パックシステム。
(6) The battery pack further includes:
Including an energization interruption element that is provided between the plurality of battery cells and switches between an energization state in which the battery cells are electrically connected to each other and an interruption state in which the battery cells are electrically interrupted from each other;
When at least one of the plurality of battery modules belonging to the battery module group receives the first signal, the energization cutoff element is switched to the cutoff state, thereby outputting a voltage from the input / output connection unit. The battery pack system according to any one of (1) to (5).
(7) さらに、前記電池パックを充電する充電器を備え、
その充電器は、
商用電源の交流電圧が入力され、その交流電圧を直流電圧に変換する電圧変換部と、
その変換された直流電圧を制御し、その制御された直流電圧により、前記電池モジュール群の充電を制御する充電制御部であって、前記電池パックの充電を許可しない第1充電不許可状態において、前記充電器による前記電池パックの充電を停止するとともに、第3信号を前記電池モジュール群に送信するものと
を含み、
前記電池モジュール群に属する複数の電池モジュールのうちの少なくとも一つは、前記充電制御部に接続されるとともに、その充電制御部から前記第3信号を受信すると、前記電池セル群への電圧の入力を停止する(1)ないし(6)項のいずれかに記載の電池パックシステム。
(7) Furthermore, a charger for charging the battery pack is provided,
The charger is
A voltage conversion unit that receives an AC voltage of a commercial power supply and converts the AC voltage into a DC voltage;
In the first charging non-permitted state in which charging of the battery module group is controlled by controlling the converted DC voltage, and the charging of the battery module group is controlled by the controlled DC voltage, And stopping charging of the battery pack by the charger, and transmitting a third signal to the battery module group,
When at least one of the plurality of battery modules belonging to the battery module group is connected to the charge control unit and receives the third signal from the charge control unit, the voltage input to the battery cell group The battery pack system according to any one of (1) to (6).
この電池パックシステムによれば、前記(1)項に係る電池パックシステムと同じ作用効果が実現されることに加えて、電池パックの充電を許可しない第1充電不許可状態において、少なくとも一つの電池モジュールにおける入出力接続部からの電圧の出力が停止し、その結果、電池パックの充電停止状態において、電池セル群の電池セル間が電気的に遮断される。 According to this battery pack system, in addition to realizing the same operational effect as the battery pack system according to the above (1), at least one battery in the first charge disapproval state in which charging of the battery pack is not permitted. The output of the voltage from the input / output connection in the module is stopped, and as a result, the battery cells in the battery cell group are electrically disconnected in the battery pack charging stopped state.
それにより、互いに導通状態にある複数の電池セル(互いに直列に接続されている)の数が、電池セル群に属する電池セルの総数より減少する。その結果、互いに導通状態にある複数の電池セルの直列接続の全電圧が低下し、それにより、電池パック内部に高電圧が印加される状態が抑制される。その結果、電池パックの充電停止状態において、電池パックの絶縁信頼性が向上する。 Thereby, the number of the plurality of battery cells (connected in series with each other) in a conductive state is reduced from the total number of battery cells belonging to the battery cell group. As a result, the total voltage of the series connection of the plurality of battery cells that are in conduction with each other is reduced, thereby suppressing the state in which a high voltage is applied inside the battery pack. As a result, the insulation reliability of the battery pack is improved when the battery pack is not charged.
さらに、この電池パックシステムによれば、電池モジュール群に属する複数の電池モジュールのうちの少なくとも一つであって、第3信号を受信すると、電池セル群への電圧の入力を停止するものへの第3信号の送信を選択的に行う制御部が、電池パックではなく、充電器内に搭載される。 Further, according to this battery pack system, when at least one of the plurality of battery modules belonging to the battery module group receives the third signal, the input of the voltage to the battery cell group is stopped. A control unit that selectively transmits the third signal is mounted not in the battery pack but in the charger.
したがって、この電池パックシステムによれば、そのような制御部が、電池パック内に搭載される場合より、その電池パックの内部構造が単純化され、その結果、その電池パックの設計が容易となる。 Therefore, according to this battery pack system, the internal structure of the battery pack is simplified compared to the case where such a control unit is mounted in the battery pack, and as a result, the design of the battery pack is facilitated. .
(8) 電気機器と、その電気機器の電源として用いられる電池パックと、その電池パックを充電する充電器とを備えた電池パックシステムであって、
前記電池パックは、
複数の電池セルが直列接続された電池セル群と、
その電池セル群の放電出力を前記電気機器へ供給するための放電出力端子と、
それら電池セル群および放電出力端子を収容するケースと
を含み、
前記電池セル群は、その電池セル群に接続された入出力接続部と共に、電池モジュールを構成し、
その電池モジュールは、複数直列接続されて電池モジュール群を構成し、
前記充電器は、
商用電源の交流電圧が入力され、その交流電圧を直流電圧に変換する電圧変換部と、
その変換された直流電圧を制御し、その制御された直流電圧により、前記電池モジュール群の充電を制御する充電制御部であって、前記電池パックの充電を許可しない第1充電不許可状態において、前記充電器による前記電池パックの充電を停止するとともに、第3信号を前記電池モジュール群に送信するものと
を含み、
前記電池モジュール群に属する複数の電池モジュールのうちの少なくとも一つは、前記充電制御部に接続されるとともに、その充電制御部から前記第3信号を受信すると、前記電池セル群への電圧の入力を停止する電池パックシステム。
(8) A battery pack system comprising an electric device, a battery pack used as a power source for the electric device, and a charger for charging the battery pack,
The battery pack is
A battery cell group in which a plurality of battery cells are connected in series;
A discharge output terminal for supplying the discharge output of the battery cell group to the electrical device;
Including a battery cell group and a discharge output terminal.
The battery cell group, together with an input / output connection connected to the battery cell group, constitutes a battery module,
The battery modules are connected in series to form a battery module group,
The charger is
A voltage conversion unit that receives an AC voltage of a commercial power supply and converts the AC voltage into a DC voltage;
In the first charging non-permitted state in which charging of the battery module group is controlled by controlling the converted DC voltage, and the charging of the battery module group is controlled by the controlled DC voltage, And stopping charging of the battery pack by the charger, and transmitting a third signal to the battery module group,
When at least one of the plurality of battery modules belonging to the battery module group is connected to the charge control unit and receives the third signal from the charge control unit, the voltage input to the battery cell group To stop the battery pack system.
この電池パックシステムによれば、電池パックの充電を許可しない第1充電不許可状態において、少なくとも一つの電池モジュールにおける入出力接続部からの電圧の出力が停止し、その結果、電池パックの充電停止状態において、電池セル群の電池セル間が電気的に遮断される。 According to this battery pack system, in the first charging non-permitted state where the charging of the battery pack is not permitted, the output of the voltage from the input / output connection unit in at least one battery module is stopped, and as a result, the charging of the battery pack is stopped In the state, the battery cells of the battery cell group are electrically disconnected.
それにより、互いに導通状態にある複数の電池セル(互いに直列に接続されている)の数が、電池セル群に属する電池セルの総数より減少する。その結果、互いに導通状態にある複数の電池セルの直列接続の全電圧が低下し、それにより、電池パック内部に高電圧が印加される状態が抑制される。その結果、電池パックの充電停止状態において、電池パックの絶縁信頼性が向上する。 Thereby, the number of the plurality of battery cells (connected in series with each other) in a conductive state is reduced from the total number of battery cells belonging to the battery cell group. As a result, the total voltage of the series connection of the plurality of battery cells that are in conduction with each other is reduced, thereby suppressing the state in which a high voltage is applied inside the battery pack. As a result, the insulation reliability of the battery pack is improved when the battery pack is not charged.
さらに、この電池パックシステムによれば、電池モジュール群に属する複数の電池モジュールのうちの少なくとも一つであって、第3信号を受信すると、電池セル群への電圧の入力を停止するものへの第3信号の送信を選択的に行う制御部が、電池パックではなく、充電器内に搭載される。 Further, according to this battery pack system, when at least one of the plurality of battery modules belonging to the battery module group receives the third signal, the input of the voltage to the battery cell group is stopped. A control unit that selectively transmits the third signal is mounted not in the battery pack but in the charger.
したがって、この電池パックシステムによれば、そのような制御部が、電池パック内に搭載される場合より、その電池パックの内部構造が単純化され、その結果、その電池パックの設計が容易となる。 Therefore, according to this battery pack system, the internal structure of the battery pack is simplified compared to the case where such a control unit is mounted in the battery pack, and as a result, the design of the battery pack is facilitated. .
(9) 前記第1充電不許可状態は、前記入力された電源電圧が異常である状態と、前記電池パックの満充電状態と、前記充電器が正常に作動できない状態との少なくとも一つを含む(8)項に記載の電池パックシステム。 (9) The first charge disapproval state includes at least one of a state where the input power supply voltage is abnormal, a fully charged state of the battery pack, and a state where the charger cannot operate normally. The battery pack system according to item (8).
この電池パックシステムによれば、前記入力された電源電圧が異常である状態と、前記電池パックの満充電状態と、前記充電器が正常に作動できない状態との少なくとも一つである場合に、電池セル群の電池セル間が電気的に遮断され、それにより、電池パックの充電停止状態において、電池パックの絶縁信頼性が向上する。 According to this battery pack system, when the input power supply voltage is abnormal, the battery pack is at least one of a fully charged state and a state where the charger cannot operate normally. The battery cells in the cell group are electrically disconnected, thereby improving the insulation reliability of the battery pack when the battery pack is stopped from being charged.
(10) 前記電池モジュール群は、前記電池セル群の充電を許可しない第2充電不許可状態において、第4信号を前記充電制御部に送信し、
前記第1充電不許可状態は、前記充電制御部が前記少なくとも一つの電池モジュールから前記第4信号を受信した状態を含む(8)または(9)項に記載の電池パックシステム。
(10) The battery module group transmits a fourth signal to the charge control unit in a second charging non-permitted state where charging of the battery cell group is not permitted,
The battery pack system according to (8) or (9), wherein the first charge disapproval state includes a state in which the charge control unit receives the fourth signal from the at least one battery module.
(11) 前記第2充電不許可状態は、前記電池セル群の過充電状態と、前記電池セル群の過電流充電状態と、前記電池セル群の温度が所定範囲外である状態との少なくとも一つを含む(10)項に記載の電池パックシステム。 (11) The second charge disapproval state is at least one of an overcharge state of the battery cell group, an overcurrent charge state of the battery cell group, and a state where the temperature of the battery cell group is outside a predetermined range. The battery pack system according to item (10), including
この電池パックシステムによれば、電池セル群の過充電状態と、電池セル群の過電流充電状態と、電池セル群の温度が所定範囲外である状態との少なくとも一つである場合に、電池セル群の電池セル間が電気的に遮断され、それにより、電池パックの充電停止状態において、電池パックの絶縁信頼性が向上する。 According to this battery pack system, when the battery cell group is at least one of an overcharge state, an overcurrent charge state of the battery cell group, and a state where the temperature of the battery cell group is outside a predetermined range, The battery cells in the cell group are electrically disconnected, thereby improving the insulation reliability of the battery pack when the battery pack is stopped from being charged.
(12) 前記電池パックは、さらに、
前記複数の電池セル間に設けられ、それら電池セルを互いに電気的に接続する通電状態とそれら電池セルを互いに電気的に遮断する遮断状態とに切り換わる通電遮断素子を含み、
前記電池モジュール群に属する複数の電池モジュールのうちの少なくとも一つは、前記第3信号を受信すると、前記通電遮断素子を前記遮断状態に切り換え、それにより、前記電池セル群への電圧の入力を停止する(7)ないし(11)項のいずれかに記載の電池パックシステム。
(12) The battery pack further includes:
Including an energization interruption element that is provided between the plurality of battery cells and switches between an energization state in which the battery cells are electrically connected to each other and an interruption state in which the battery cells are electrically interrupted from each other;
When at least one of the plurality of battery modules belonging to the battery module group receives the third signal, the energization cut-off element is switched to the cut-off state, thereby inputting a voltage to the battery cell group. The battery pack system according to any one of (7) to (11), which is stopped.
本発明の一実施例は、36V超の高電圧、特に商用電源に相当する電圧を出力する電池パック、前記電池パックを接続し駆動可能なコードレス電動工具、前記電池パックを充電可能な充電器で構成されるコードレス電動工具システムである。 An embodiment of the present invention includes a battery pack that outputs a high voltage exceeding 36 V, particularly a voltage equivalent to a commercial power supply, a cordless electric tool that can be driven by connecting the battery pack, and a charger that can charge the battery pack. A cordless power tool system configured.
なお、電池パックの放電負荷となる部位についてはコードレス電動工具に限らず、本発明の実施の形態と同様の使用が可能な電気機器も広く包含される。 In addition, about the site | part used as the discharge load of a battery pack, not only a cordless electric tool but the electric equipment which can be used similarly to embodiment of this invention is also included widely.
本発明の一実施例に従う電池パックは、複数の電池セルを直列接続して電池セル群を成し、前記電池セル群の電池セル間に通電遮断(例えば、トランジスタ等、スイッチ)の手段を設け、前記通電遮断の手段は、電気機器が、負荷駆動を許可しない状態、また、充電器が前記電池パックの充電を許可しない状態において、前記電池セル間の遮断を実行する。これにより、電池セル群の超高電圧化にもかかわらず、電池パックの絶縁信頼性が向上する。 A battery pack according to an embodiment of the present invention includes a plurality of battery cells connected in series to form a battery cell group, and a means for interrupting energization (for example, a transistor or a switch) is provided between the battery cells of the battery cell group. The energization shut-off means executes the shut-off between the battery cells in a state where the electric device does not permit load driving, and in a state where the charger does not permit charging of the battery pack. Thereby, the insulation reliability of the battery pack is improved in spite of the ultrahigh voltage of the battery cell group.
本発明の一実施例に従う電池パックは、電池パックに有する電池セル総数より相対的に少ない個数の電池セルを直列接続した電池セル群と、前記電池セル群の直流電圧を制御するモジュールコントローラとを、前記モジュールコントローラに接続された入出力端子(以下、「入出力接続部」ともいう)のみ露出するように外装物に収容した電池モジュールとし、前記電池モジュールを複数直列接続した電池モジュール群を電池パックのケースに収容する。これにより、電池パックの内部構造が単純化するとともに、電池パックの絶縁信頼性が向上する。 A battery pack according to an embodiment of the present invention includes a battery cell group in which a number of battery cells that are relatively smaller than the total number of battery cells included in the battery pack are connected in series, and a module controller that controls a DC voltage of the battery cell group. A battery module housed in an exterior so as to expose only an input / output terminal connected to the module controller (hereinafter also referred to as “input / output connection portion”), and a battery module group in which a plurality of the battery modules are connected in series. House in pack case. This simplifies the internal structure of the battery pack and improves the insulation reliability of the battery pack.
また、電池モジュールはモジュールコントローラを設け、前記モジュールコントローラは、電池セルの電圧、温度、又は、電流のいずれかを検知する手段と、前記検知の結果に基づき、電池セル群の直流電圧を入出力端子へ出力、入出力端子から電池セル群へ直流電圧を入力、及び、停止する手段を有する。これにより、電池パックの内部構造が単純化するとともに、電池パックの絶縁信頼性が向上する。 Further, the battery module is provided with a module controller, and the module controller inputs / outputs a DC voltage of the battery cell group based on the result of the detection and a means for detecting any one of the voltage, temperature or current of the battery cell. Means for outputting to the terminal, inputting DC voltage from the input / output terminal to the battery cell group, and stopping. This simplifies the internal structure of the battery pack and improves the insulation reliability of the battery pack.
電気機器が収容する負荷制御部と電池パックが収容する電池モジュールのモジュールコントローラは、前記負荷制御部から前記モジュールコントローラへの方向と、前記負荷制御部と前記モジュールコントローラとの双方向のいずれかに、通電停止を示す信号の送受信を行う。前記負荷制御部が出力停止した場合は、前記負荷制御部から前記モジュールコントローラへ、また、前記モジュールコントローラが出力停止した場合は、前記モジュールコントローラから前記負荷制御部へ、通電停止を示す信号を送信する。前記信号を受信した負荷制御部、及び、モジュールコントローラは、各々が有する通電停止手段により通電の停止を実行する。これにより、電池パックの内部構造が単純化するとともに、電池パックの絶縁信頼性が向上する。 The module controller of the load control unit accommodated in the electric device and the battery module accommodated in the battery pack is either in the direction from the load control unit to the module controller or in both directions of the load control unit and the module controller. Then, transmission / reception of a signal indicating that energization is stopped is performed. When the output of the load controller is stopped, the load controller transmits a signal indicating that the power supply is stopped from the load controller to the module controller, and when the output of the module controller is stopped, the module controller transmits a signal indicating the stop of energization. To do. The load control unit and the module controller that have received the signal execute the energization stop by the energization stop means included in each. This simplifies the internal structure of the battery pack and improves the insulation reliability of the battery pack.
また、電気機器が収容する負荷制御部が通電を実行する場合は、前記負荷制御部から前記モジュールコントローラへ、通電の実行を示す信号を送信する。前記信号を受信したモジュールコントローラは、前記モジュールコントローラが有する通電手段により通電を実行する。これにより、電池パックの内部構造が単純化するとともに、電池パックの絶縁信頼性が向上する。 In addition, when the load control unit accommodated in the electric device executes energization, a signal indicating execution of energization is transmitted from the load control unit to the module controller. The module controller that has received the signal executes energization by energizing means included in the module controller. This simplifies the internal structure of the battery pack and improves the insulation reliability of the battery pack.
また、電気機器が収容する負荷制御部は、電池モジュール群の電圧、又は、電流のいずれかを検知する手段と、前記検知の結果に基づき、電気機器の電力供給端子から入力した電圧を負荷部へ供給、及び、停止する手段を有することで、電池パックの内部構造が単純化するとともに、電池パックの絶縁信頼性が向上する。 In addition, the load control unit accommodated in the electric device includes a unit that detects either the voltage or current of the battery module group, and the voltage input from the power supply terminal of the electric device based on the detection result. By having the means for supplying and stopping the battery pack, the internal structure of the battery pack is simplified and the insulation reliability of the battery pack is improved.
充電器が収容する充電制御部と電池パックが収容する電池モジュールのモジュールコントローラは、前記充電制御部から前記モジュールコントローラへの方向と、前記充電制御部と前記モジュールコントローラとの双方向のいずれかに、充電停止を示す信号の送受信を行う。前記充電制御部が充電停止した場合は、前記充電制御部から前記モジュールコントローラへ、また、前記モジュールコントローラが充電停止した場合は、前記モジュールコントローラから前記充電制御部へ、充電停止を示す信号を送信する。前記信号を受信した充電制御部、及び、モジュールコントローラは、各々が有する充電停止手段により充電の停止を実行する。これにより、電池パックの内部構造が単純化するとともに、電池パックの絶縁信頼性が向上する。 The module controller of the battery controller accommodated in the charger controller accommodated in the charger and the battery pack is either in the direction from the charge controller to the module controller or in both directions of the charge controller and the module controller. Then, transmission / reception of a signal indicating that charging is stopped is performed. When the charging control unit stops charging, a signal indicating charging stop is transmitted from the charging control unit to the module controller, and when the module controller stops charging, the module controller transmits a signal indicating charging stop. To do. The charge control unit and the module controller that have received the signal execute the charge stop by the charge stop means included in each. This simplifies the internal structure of the battery pack and improves the insulation reliability of the battery pack.
また、充電器が収容する充電制御部が充電を実行する場合は、前記充電制御部から前記モジュールコントローラへ、充電の実行を示す信号を送信する。前記信号を受信した充電制御部、及び、モジュールコントローラは、各々が有する通電手段により通電を実行する。これにより、電池パックの内部構造が単純化するとともに、電池パックの絶縁信頼性が向上する。 Moreover, when the charge control part which a charger accommodates performs charge, the signal which shows execution of charge is transmitted from the said charge control part to the said module controller. The charging control unit and the module controller that have received the signal execute energization by energizing means included in each. This simplifies the internal structure of the battery pack and improves the insulation reliability of the battery pack.
充電器が収容する充電制御部は、電池モジュール群の電圧、又は、電流、のいずれかを検知する手段と、前記検知の結果に基づき、電池モジュール群へ直流電圧を入力、及び、停止する手段を有することで、電池パックの内部構造が単純化するとともに、電池パックの絶縁信頼性が向上する。 The charging control unit accommodated in the charger includes means for detecting either the voltage or current of the battery module group, and means for inputting and stopping the DC voltage to the battery module group based on the detection result. As a result, the internal structure of the battery pack is simplified and the insulation reliability of the battery pack is improved.
まず、本発明の一実施例に従う電池パックとコードレス電動工具が奏し得る効果を出力性能に関して説明する。 First, effects that can be achieved by the battery pack and the cordless power tool according to the embodiment of the present invention will be described in terms of output performance.
本発明の一実施例に従うコードレス電動工具は、例えば、72V、100Vというような36V超の直流電圧を電池パックから直流駆動式モータへ入力する。したがって、前記36V超のコードレス電動工具は、従来技術の36Vコードレス電動工具と比較し、高い出力を得ることができる。特に、電池パックの出力電圧が商用電源に相当する出力に近づくほど、従来技術の36Vコードレス電動工具の出力との差が明白となる。 A cordless power tool according to an embodiment of the present invention inputs a DC voltage exceeding 36 V, such as 72 V and 100 V, from a battery pack to a DC drive motor. Therefore, the cordless power tool exceeding 36V can obtain a higher output than the 36V cordless power tool of the prior art. In particular, as the output voltage of the battery pack approaches the output corresponding to the commercial power supply, the difference from the output of the prior art 36V cordless electric tool becomes clearer.
なお、前記36V超の電圧は、交流、及び、直流の方式を問わず出力性能に関する効果を得ることができる。 In addition, the voltage exceeding 36V can obtain the effect regarding output performance irrespective of an alternating current and a direct current system.
電池パックに収容される電池セルは内部抵抗を有し、放電時は、負荷電流の二乗に比例するエネルギーが電池セルの発熱分として消費される。本発明の一実施例に従うコードレス電動工具の負荷電流は、特に商用電源に相当の電圧を用いて駆動する場合、従来技術の36Vコードレス電動工具の負荷電流と比較すると、顕著に小さい。 The battery cell accommodated in the battery pack has an internal resistance, and at the time of discharging, energy proportional to the square of the load current is consumed as the heat generated by the battery cell. The load current of the cordless power tool according to the embodiment of the present invention is remarkably small as compared with the load current of the 36V cordless power tool of the prior art, particularly when the cordless power tool is driven using a voltage corresponding to a commercial power source.
したがって、本発明の一実施例に従う電池パックの発熱分として消費されるエネルギーは、従来技術の36Vの電池パックに対し軽微となるため、電池セル寿命への影響も軽微となる。 Therefore, the energy consumed as the heat generated by the battery pack according to the embodiment of the present invention is lighter than that of the 36V battery pack of the prior art, so the influence on the battery cell life is also light.
次に、本発明の一実施例に従う電池パックとコードレス電動工具が奏し得る効果を絶縁信頼性に関して説明する。 Next, an effect that the battery pack and the cordless power tool according to the embodiment of the present invention can achieve will be described with respect to insulation reliability.
本発明の一実施例に従うコードレス電動工具は、モータ、前記モータの駆動と停止を作業者が選択的に制御するためのスイッチ、及び、前記モータの回転数等を制御するための負荷制御部を有する。また、前記負荷制御部は、前記スイッチの開閉を検知する手段を有する。 A cordless power tool according to an embodiment of the present invention includes a motor, a switch for an operator to selectively control driving and stopping of the motor, and a load control unit for controlling the rotation speed of the motor. Have. The load control unit includes means for detecting opening and closing of the switch.
本発明の一実施例に従う電池パックは、電池セル群の電池セル間に通電遮断の手段を設け、前記通電遮断の手段は、前記スイッチがオン、すなわち、前記モータが駆動する場合、前記負荷制御部は、前記スイッチがオンであることを示す信号を前記電池セル間に設けられた通電遮断手段へ送信し、前記遮断手段が通電状態となるように制御する。一方、前記スイッチがオフ、すなわち、前記モータを停止する場合、前記負荷制御部が負荷電流を検知し、前記負荷電流が所定値未満であることを検知してから所定時間が経過し、不使用状態であると判断した場合、電池パックからモータへ供給される電圧を検知し、前記電圧が所定値よりも低い過放電状態である場合、負荷部が正常に作動しない場合、のいずれかにおいて、前記負荷制御部は、放電不許可であると判断し、前記スイッチがオフであることを示す信号を前記電池セル間に設けられた通電遮断手段へ送信し、前記遮断手段が遮断状態となるように制御する。 A battery pack according to an embodiment of the present invention includes a means for interrupting energization between battery cells of a battery cell group, and the means for interrupting energization includes the load control when the switch is turned on, that is, when the motor is driven. The unit transmits a signal indicating that the switch is on to an energization cutoff unit provided between the battery cells, and controls the cutoff unit to be in an energized state. On the other hand, when the switch is off, that is, when the motor is stopped, the load control unit detects a load current, and a predetermined time elapses after detecting that the load current is less than a predetermined value. When it is determined that the battery is in a state, the voltage supplied from the battery pack to the motor is detected, the voltage is in an overdischarge state lower than a predetermined value, or the load unit does not operate normally. The load control unit determines that the discharge is not permitted, and transmits a signal indicating that the switch is off to the energization cutoff unit provided between the battery cells so that the cutoff unit enters a cutoff state. To control.
電池セル群は、前述の放電不許可である場合に、前記通電遮断手段により、電池セル群が電池セル間において電気的に遮断される。 In the battery cell group, when the discharge is not permitted, the battery cell group is electrically disconnected between the battery cells by the energization interrupting means.
したがって、電池パック内部の異電圧セル間、電圧モニタ線の線間、電圧モニタ線と電池セルの空間に印加される電位は、商用電源電圧に対し相対的に低いため、前記各部位は高電圧が長期間印加されることがない。 Accordingly, the potential applied between the different voltage cells in the battery pack, between the voltage monitor lines, and the space between the voltage monitor line and the battery cells is relatively low with respect to the commercial power supply voltage. Is not applied for a long time.
例えば、充電完了後の電圧が4Vとなったリチウムイオン電池セルを27個直列接続した電池セル群の場合、従来技術であれば、前述の各部位に最大108Vが高頻度で印加されることになるが、本発明の一実施例においては、電池セル9個直列接続する毎に遮断手段を設けることにより、放電出力停止時には、前述の遮断手段により遮断が実行され、前述の各部位には最大36Vまでしか印加されることがない。したがって、前述の各部位は、最大108Vが高頻度に印加されないため、絶縁信頼性が向上する。 For example, in the case of a battery cell group in which 27 lithium ion battery cells having a voltage of 4V after completion of charging are connected in series, a maximum of 108V is frequently applied to each of the aforementioned parts in the conventional technique. However, in one embodiment of the present invention, by providing a shut-off means every time nine battery cells are connected in series, when the discharge output is stopped, the shut-off is executed by the above-mentioned shut-off means. It can only be applied up to 36V. Therefore, since the maximum of 108 V is not frequently applied to each of the aforementioned parts, the insulation reliability is improved.
また、前記最大108Vが常時印加される従来技術の方式の場合、電池パック外部から、例えば、金属粉や水など導電性の異物が電池パック内部に侵入すると、電池パック内部に前記108Vを電源とした短絡回路が形成され絶縁破壊につながる可能性がある。さらに、前記導電性の異物が電池パック内部に侵入し、かつ、電池パック外部への付着等により、前記電池パック内部から前記電池パック外部へ、前記108Vを電源とした漏電回路が形成され感電につながる可能性がある。 Further, in the case of the prior art method in which the maximum voltage of 108V is constantly applied, when conductive foreign matter such as metal powder or water enters the battery pack from the outside of the battery pack, the power supply of 108V is supplied to the battery pack. A short circuit may be formed, leading to dielectric breakdown. Furthermore, when the conductive foreign matter enters the battery pack and adheres to the outside of the battery pack, an electric leakage circuit using the 108V as a power source is formed from the inside of the battery pack to the outside of the battery pack. There is a possibility of connection.
本発明の一実施例に従う電池パックは、例えば、電池パックがコードレス電動工具に装着されず、出力されない不使用状態、及び、前記電池パックが前記コードレス電動工具に装着され、かつ、出力が許可されない不使用状態においては、電池パックの内部の電池セル群が電池セル間において電気的に遮断され、前述の各部位は最大36Vまでしか印加されることがない。 In the battery pack according to the embodiment of the present invention, for example, the battery pack is not attached to the cordless power tool and is not output, and the battery pack is attached to the cordless power tool, and the output is not permitted. In a non-use state, the battery cell group inside a battery pack is electrically interrupted between battery cells, and each of the aforementioned parts is applied only up to 36V.
したがって、前述のような導電性の異物による短絡回路や漏電回路が形成された場合においても、絶縁破壊の進行度を大幅に低減し、かつ、人体への感電に影響が極めて低いとされる電圧に抑え感電を防ぐことができる。これにより、電池パックの内部構造が単純化するとともに、電池パックの絶縁信頼性が向上する。 Therefore, even in the case where a short circuit or leakage circuit is formed due to the conductive foreign matter as described above, the voltage at which the progress of dielectric breakdown is greatly reduced and the influence on the electric shock to the human body is extremely low Electric shock can be prevented. This simplifies the internal structure of the battery pack and improves the insulation reliability of the battery pack.
また、本発明の一実施例に従う電池パックは、収容する電池セルの総数に対し相対的に少ない個数の電池セルで構成された電池セル群を収容する電池モジュールを有する。前記電池モジュールの電池セル群は絶縁性ケースに収容されるため、他方の電池モジュールに収容される電池セル群と絶縁された状態で電池パック内部に配置される。 Moreover, the battery pack according to one embodiment of the present invention includes a battery module that houses a battery cell group composed of a relatively small number of battery cells relative to the total number of battery cells to be housed. Since the battery cell group of the battery module is accommodated in the insulating case, the battery cell group is disposed inside the battery pack in a state of being insulated from the battery cell group accommodated in the other battery module.
従来技術において、例えば、充電完了後の電圧が4Vとなったリチウムイオン電池セルを27個直列接続した電池セル群の場合、各電池セルの電圧を測定するための電圧モニタ線は、グランド線を除き27本必要となる。 In the prior art, for example, in the case of a battery cell group in which 27 lithium ion battery cells having a voltage of 4 V after completion of charging are connected in series, the voltage monitor line for measuring the voltage of each battery cell is a ground line. Except 27 are required.
前記電圧モニタ線において、例えば、直列接続された電池セル群のプラス側、及び、マイナス側の各末端に配置される2個の電池セルの電圧を測定する2本の電圧モニタ線は、前記電圧モニタ線間に26セル分の電圧、すなわち、充電完了後であれば、104Vという高電圧が印加される。前記2本の電圧モニタ線を電池パック内部に配線する際、前記モニタ線間、及び、前記モニタ線と各電池セルとの間の絶縁信頼性が確保できる距離に配置することが必要である。 In the voltage monitor line, for example, two voltage monitor lines for measuring voltages of two battery cells arranged at the positive side and the negative side of the battery cell group connected in series are the voltage A voltage of 26 cells is applied between the monitor lines, that is, a high voltage of 104 V is applied after completion of charging. When the two voltage monitor lines are wired inside the battery pack, it is necessary to arrange them at a distance that can ensure insulation reliability between the monitor lines and between the monitor line and each battery cell.
また、従来技術であれば、前記27本の電池セルを直列接続した電池セル群において、前記電池セル群の並べ方によっては、充電完了後であれば、隣接する電池セル間に最大104Vという高電圧が印加される構造となり得る。 Further, in the conventional technique, in the battery cell group in which the 27 battery cells are connected in series, depending on how the battery cell group is arranged, a high voltage of 104 V at the maximum between adjacent battery cells is obtained after charging is completed. Can be applied.
そのため、電池パック内に配線される前記27本の電圧モニタ線と27セルの電池セル全ての組み合わせ、また、隣接する電池セルの全ての組み合わせにおいて適切な絶縁距離を確保する必要があり、電池パック内の構造の複雑化につながる。 Therefore, it is necessary to secure an appropriate insulation distance in the combination of all the 27 voltage monitor lines and 27 battery cells wired in the battery pack, and in all the combinations of adjacent battery cells. This leads to a complicated structure.
本発明の一実施例に従う電池パックは、例えば、前述の27個の電池セルを9個毎にモジュールケースに収容し、電池モジュール内の電池セル群は他方の電池モジュール内に収容される電池セル群と絶縁される。また、各電池モジュール内に配線される電圧モニタ線間は、最大9セル分の電圧までしか印加されない。 A battery pack according to an embodiment of the present invention, for example, accommodates the aforementioned 27 battery cells in every nine module cases, and the battery cell group in the battery module is accommodated in the other battery module. Insulated from the group. Further, only a maximum voltage of 9 cells is applied between the voltage monitor lines wired in each battery module.
したがって、電池モジュール内部の異電圧セル間、電圧モニタ線の線間、電圧モニタ線と電池セルの空間に印加される電位は、商用電源電圧に対し相対的に低いため、前記各部位は商用電源電圧において要する大きな絶縁距離等を設けなくて良い。これにより、電池モジュールの内部構造の簡易化に貢献する。 Therefore, the potential applied between the different voltage cells in the battery module, between the voltage monitor lines, and between the voltage monitor line and the battery cells is relatively low with respect to the commercial power supply voltage. It is not necessary to provide a large insulation distance required for the voltage. This contributes to simplification of the internal structure of the battery module.
従来技術において、電池モジュールが収容する電池セルの状態を検知し電池モジュールの入出力を停止する方法がある。 In the prior art, there is a method of detecting the state of the battery cell accommodated in the battery module and stopping the input / output of the battery module.
この場合、電池パックに収容する少なくとも1個の電池モジュールが入出力を停止しても、電池パック内に収容される他方の電池モジュールは通電状態が保持されるため、前記通電状態の電池モジュールが直列接続される部位に前記通電状態が保持されている電池モジュールの個数に応じた高電圧が印加されて、絶縁信頼性が低下する。 In this case, even if at least one battery module accommodated in the battery pack stops input / output, the other battery module accommodated in the battery pack is kept in the energized state. A high voltage corresponding to the number of battery modules in which the energized state is maintained is applied to the parts connected in series, and the insulation reliability decreases.
そこで、本発明の一実施例に従う電池パックは、電池モジュールを設け、また、本発明の一実施例に従うコードレス電動工具は、負荷制御部を設け、前記負荷制御部と前記電池モジュールとの双方向、又は、前記負荷制御部から前記電池モジュールへの方向のいずれかの方向について、前記負荷制御部、又は、前記電池モジュールが、電池セル群の直流電圧の入出力、又は、停止を実行する際に、前記入出力、又は、停止の状態を示す信号の送受信を行う手段を有する。 Therefore, a battery pack according to an embodiment of the present invention is provided with a battery module, and a cordless electric tool according to an embodiment of the present invention is provided with a load control unit, and the load control unit and the battery module are bidirectional. Or when the load control unit or the battery module performs input / output of a DC voltage of the battery cell group or stop for any direction of the direction from the load control unit to the battery module. And means for transmitting / receiving a signal indicating the input / output or stop state.
これにより、電池パックの入出力、すなわち、充電、又は、放電が不要な場合に、通電状態の電池モジュールが直列接続された状態で保持されることを解除することで、絶縁信頼性を向上しながら、配線を複雑化することなく電池モジュールに有する電池セルの状態を認識することができ、電池パックの内部構造の簡易化に貢献する。 As a result, when the input / output of the battery pack, that is, charging or discharging is not required, the insulation reliability is improved by canceling that the energized battery modules are held in series. However, the state of the battery cell included in the battery module can be recognized without complicating the wiring, which contributes to simplification of the internal structure of the battery pack.
電池モジュールは、電池セル群、モジュールコントローラ、及び、充放電のための通電に用いる端子と前記負荷制御部と前記モジュールコントローラとの信号の送受信に用いる端子を絶縁性材料で形成されるケースに収容し、前記ケースから前記端子のみを外部に露出する。 The battery module accommodates a battery cell group, a module controller, and terminals used for energization for charging and discharging, and terminals used for signal transmission and reception between the load controller and the module controller, in a case formed of an insulating material. Then, only the terminal is exposed to the outside from the case.
したがって、外部から電池モジュール内に異物が侵入しない。これにより、電池モジュールに収容される電池セル群の異電圧電池セル間等の絶縁を確保しやすく、電池パックの内部構造の簡易化に貢献する。 Therefore, foreign matter does not enter the battery module from the outside. Thereby, it is easy to ensure insulation between the different voltage battery cells of the battery cell group accommodated in the battery module, and contribute to simplification of the internal structure of the battery pack.
次に、本発明の一実施例に従う電池パックと充電器が奏し得る効果を絶縁信頼性に関して説明する。 Next, effects that can be achieved by the battery pack and the charger according to the embodiment of the present invention will be described with respect to insulation reliability.
本発明の一実施例に従う充電器は、電池パックを充電するための充電制御部を有する。本発明の一実施例に従う電池パックは、電池セル群の電池セル間に通電遮断の手段を設ける。充電器が有する充電制御部は、前記電池パックの充電を実行する場合、前記充電の実行を示す信号を前記電池セル間に設けられた通電遮断手段へ送信し、前記遮断手段が通電状態となるように制御する。 A charger according to an embodiment of the present invention includes a charge control unit for charging a battery pack. The battery pack according to one embodiment of the present invention is provided with means for interrupting energization between the battery cells of the battery cell group. When charging the battery pack, the charging control unit included in the charger transmits a signal indicating execution of the charging to the energization interruption unit provided between the battery cells, and the interruption unit enters the energization state. To control.
一方、前記充電制御部は、前記電池パックの充電を停止する場合、前記充電の停止を示す信号を前記電池セル間に設けられた通電遮断手段へ送信し、前記遮断手段が遮断状態となるように制御する。前記充電制御部は、電池パックが満充電である場合、充電器が故障している場合、充電制御部に入力される商用電源の状態が前記充電制御部を駆動するのに適さない場合、のいずれかにおいて充電不許可の状態であると判断した場合に、前記通電遮断手段により遮断され、電池セル群が電池セル間において電気的に遮断される。 On the other hand, when the charging control unit stops charging the battery pack, the charging control unit transmits a signal indicating the charging stop to the energization blocking unit provided between the battery cells, so that the blocking unit enters a blocking state. To control. The charge control unit is configured such that the battery pack is fully charged, the charger is faulty, the state of the commercial power input to the charge control unit is not suitable for driving the charge control unit, When it is determined that charging is not permitted in any of the battery cells, the current is cut off by the energization cut-off means, and the battery cell group is cut off electrically between the battery cells.
したがって、電池パック内部の異電圧セル間、電圧モニタ線の線間、電圧モニタ線と電池セルの空間に印加される電位は、商用電源電圧に対し相対的に低いため、前記各部位は高電圧が長期間印加されることがない。 Accordingly, the potential applied between the different voltage cells in the battery pack, between the voltage monitor lines, and the space between the voltage monitor line and the battery cells is relatively low with respect to the commercial power supply voltage. Is not applied for a long time.
例えば、充電完了後の電圧が4Vとなったリチウムイオン電池セルを27個直列接続した電池セル群の場合、従来技術であれば、前述の各部位に最大108Vが高頻度で印加されることになるが、本発明の一実施例においては、電池セル9個直列接続する毎に、遮断手段を設けることにより、充電停止時には、前述の遮断手段により遮断が実行され、前述の各部位には最大36Vまでしか印加されることがない。 For example, in the case of a battery cell group in which 27 lithium ion battery cells having a voltage of 4V after completion of charging are connected in series, a maximum of 108V is frequently applied to each of the aforementioned parts in the conventional technique. However, in one embodiment of the present invention, each time nine battery cells are connected in series, by providing a shut-off means, when charging is stopped, the shut-off means is executed by the aforementioned shut-off means. It can only be applied up to 36V.
したがって、前述の各部位は、最大108Vが高頻度に印加されないため、絶縁信頼性が向上する。また、前記最大108Vが常時印加される従来技術の方式の場合、電池パック外部から、例えば、金属粉や水など導電性の異物が電池パック内部に侵入すると、電池パック内部に前記108Vを電源とした短絡回路が形成され絶縁破壊につながる可能性がある。 Therefore, since the maximum of 108 V is not frequently applied to each of the aforementioned parts, the insulation reliability is improved. Further, in the case of the prior art method in which the maximum voltage of 108V is constantly applied, when conductive foreign matter such as metal powder or water enters the battery pack from the outside of the battery pack, the power supply of 108V is supplied to the battery pack. A short circuit may be formed, leading to dielectric breakdown.
さらに、前記導電性の異物が電池パック内部に侵入し、かつ、電池パック外部への付着等により、前記電池パック内部から前記電池パック外部へ、前記108Vを電源とした漏電回路が形成され感電につながる可能性がある。 Furthermore, when the conductive foreign matter enters the battery pack and adheres to the outside of the battery pack, an electric leakage circuit using the 108V as a power source is formed from the inside of the battery pack to the outside of the battery pack. There is a possibility of connection.
本発明の一実施例に従う電池パックは、例えば、電池パックが充電器に装着されず、充電がされない状態、及び、前記電池パックが前記充電器に装着され、かつ、充電が許可されない状態においては、電池パックの内部の電池セル群が電池セル間において電気的に遮断され、前述の各部位は最大36Vまでしか印加されることがない。 The battery pack according to one embodiment of the present invention is, for example, in a state where the battery pack is not attached to the charger and is not charged, and in a state where the battery pack is attached to the charger and charging is not permitted. The battery cell group inside the battery pack is electrically cut off between the battery cells, and each of the aforementioned parts is only applied up to 36V.
したがって、前述のような導電性の異物による短絡回路や漏電回路が形成された場合においても、絶縁破壊の進行度を大幅に低減し、かつ、人体への感電に影響が極めて低いとされる電圧に抑え感電を防ぐことができる。これにより、電池パックの内部構造が単純化するとともに、電池パックの絶縁信頼性が向上する。 Therefore, even in the case where a short circuit or leakage circuit is formed due to the conductive foreign matter as described above, the voltage at which the progress of dielectric breakdown is greatly reduced and the influence on the electric shock to the human body is extremely low Electric shock can be prevented. This simplifies the internal structure of the battery pack and improves the insulation reliability of the battery pack.
以下に、図1ないし図10を参照することにより、本発明のさらに具体的な一実施形態に従う電池パック、充電器、及び、コードレス電動工具を用いるコードレス電動工具システム(前述の「電池パックシステム」の一例である)を詳細に説明する。 A cordless power tool system using a battery pack, a charger, and a cordless power tool according to a more specific embodiment of the present invention (hereinafter referred to as the “battery pack system” described above) by referring to FIGS. Will be described in detail.
図1は、本発明の一実施形態に従う電池パック100の内部構造の側面図を示す。
FIG. 1 shows a side view of the internal structure of a
電池パック100は、3個の電池モジュール112、端子カバースイッチ116を有する接続検知部136、絶縁性材料で形成された回路カバー117、絶縁性材料で形成されたフックボタン103、前記フックボタン103を摺動するためのスプリング119、絶縁性材料で形成された端子カバー107、前記端子カバー107を摺動するためのスプリング118、を絶縁性材料で形成された上ケース101と下ケース102に収容する。
The
電池モジュール112のモジュール入出力端子(前述の「入出力接続部」の一例である)131は、図示しない隣接する電池モジュール112のモジュール入出力端子131、又は、電池パック入出力端子110(前述の「放電出力端子」の一例として機能する場合がある)と接続する。斜線で示す回路カバー117は、電池パック入出力端子110、電池パック用第1・3信号入力端子149(図7参照)と電池パック用第2・4信号出力端子150(図7参照)の挿入口、及び、電池モジュール112と対向する面を除く周囲に被せる。
A module input / output terminal (an example of the aforementioned “input / output connection unit”) 131 of the
端子カバー107は、その動作と接続検知部136に設けられた端子カバースイッチ116の開閉動作が連動するように配置する。回路カバー117は、上ケース101が万が一破損した場合に、活電部となるモジュール入出力端子131、又は、電池パック入出力端子110と電池パック100の外部との間に介在することで、前記活電部に人体が直接接触することを避けることができ、絶縁に関する信頼性を高める効果がある。
The
電池パック100に用いる電池セル120は、直列接続した電池セル群の直流電圧を用いて、商用電源電圧の実効値に相当する電圧を出力できるような個数とし、電池モジュール112は、少なくとも2個以上で構成すると良い。特に、電池モジュール112に収容する電池セル120の個数は、電池パック100に収容する電池セル120の総数の約数とすると良い。
The number of
本発明の一実施形態として、電池パック100に収容する電池セル120を27個、前記電池パック100に収容する電池モジュール112を3個、及び、前記電池モジュール112に収容する電池セル120を9個として、以下に説明する。
As one embodiment of the present invention, 27
なお、電池セル120は、リチウムイオン電池を用いると、小型軽量ながら高出力、及び、高容量を実現でき好適であるが、リチウムイオン電池に限らず、電池パック100に収容して電圧出力が可能な2次電池を広く包含する。
The
図2は、電池モジュール112の内部構造の側面図を示す。
FIG. 2 shows a side view of the internal structure of the
9個の電池セル120は、リード板121をスポット溶接により直列接続した電池セル群とする。特に、電池セル群の電圧は、リチウムイオン電池セルの場合、電池モジュール内の電池セル直列数を10セル以下、すなわち、1セル3.6Vの公称電圧を有するリチウムイオン電池セルを直列接続して構成する電池モジュールの公称電圧を36V以下、又は、リチウムイオン電池セルの満充電時の最大電圧は一般的に1セルあたり4.2Vであることから、満充電時のモジュール電圧が、42V以下となるように構成すると良い。
Nine
これにより、電池モジュール内部の各部位に印加される電位が、人体への感電に影響があるとされる42Vを上回らないため、製造時の安全性向上などにも貢献できる。 Thereby, since the potential applied to each part in the battery module does not exceed 42 V, which is considered to have an influence on the electric shock to the human body, it is possible to contribute to improvement of safety at the time of manufacture.
また、電池セル120の電圧を検知するための電圧モニタ線123の片側末端部をリード板121に接続し、残りの片側末端部をモジュールコントローラ122に接続する。温度センサ124は、電池セル温度を検知できる部位に設けモジュールコントローラ122と接続する。
Further, one end of the voltage monitor line 123 for detecting the voltage of the
電池モジュール112は、前記モジュールコントローラ122と接続するモジュール入出力端子131、図3に示すモジュール用1・3信号入力端子146、及び、モジュール用2・4信号出力端子147のみ前記電池モジュール112の外部に露出するように設ける。
The
図3は、電池モジュール112の内部構造の上面図を示す。
FIG. 3 shows a top view of the internal structure of the
電池モジュール112は、9個の電池セル120を直列接続した電池セル群、電圧モニタ線123と温度センサ124、及び、モジュールコントローラ122を斜線図で示す絶縁性、かつ、弾性を有する緩衝体125を電池セル120の両端に介して、ケース同士の接合部にオーバーラップを設け、いずれも絶縁性材料で形成されたモジュールケース右126とモジュールケース左127により収容する。
The
また、電池モジュールの外装は、前記ケースを用いず熱収縮ラミネートシートを用いて前記内部部位を覆う手段も良い。なお、モジュールケース126、127に隙間が生じる場合は、絶縁性の充填剤を用いて前記隙間をモールドすると良い。
Moreover, the exterior of a battery module is good also as a means which covers the said internal site | part using a heat shrink laminate sheet, without using the said case. In addition, when a clearance gap produces in
図4に、電池パック100とコードレス電動工具200の接続時の内部構造の側面図を示す。
FIG. 4 shows a side view of the internal structure when the
電池パック100をコードレス電動工具200へ挿入すると、コードレス電動工具200の負荷制御部201、電力入力端子209、第1信号出力端子210(図7参照)、及び、第2信号入力端子211(図7参照)を収容する端子ボックス214が、電池パック100の端子カバー107を押しスライドさせる。
When the
端子カバー107に接した端子カバースイッチ116は、端子カバー107と連動し、コードレス電動工具200の電力入力端子209と電池パック100の電池パック入出力端子110、電池パック100の電池パック用1・3信号入力端子149(図7参照)とコードレス電動工具200の第1信号出力端子210、及び、電池パック100の電池パック用2・4信号出力端子150(図7参照)とコードレス電動工具200の第2信号入力端子211が接合する位置でオンする。
The
電池パック100のフックボタン103は、コードレス電動工具200のハウジングケース212に設けられた係止凹部213に係合され、フックボタン103の解除動作が行われるまで電池パック100とコードレス電動工具200の接続状態が保持される。前述の端子カバースイッチ116がオフ状態からオン状態へ切り替えられることを起点として、電池パック100は図9に示す放電制御シーケンスを実行し、コードレス電動工具200の使用を可能にする。
The
図5に、電池パック100と充電器300の接続時の内部構造の側面図を示す。
FIG. 5 shows a side view of the internal structure when
充電器300の電力供給端子307を電池パック100の電池パック入出力端子110へ挿入すると、充電器300の直流変換部302、充電制御部303、フックボタン310、及び、前記フックボタン310を摺動するためのスプリング310を収容するハウジングケース312が、電池パック100の端子カバー107を押しスライドさせる。
When the
端子カバー107に接した端子カバースイッチ116は、端子カバー107と連動し、充電器300の電力供給端子307と電池パック100の電池パック入出力端子110、電池パック100の電池パック用1・3信号入力端子149(図7参照)と充電器300の第3信号出力端子308、及び、電池パック100の電池パック用2・4信号出力端子150(図7参照)と充電器300の第4信号入力端子309が接合する位置でオンする。
The
充電器300のフックボタン310は、電池パック100の上ケース101に設けられた係止凹部104に係合され、フックボタン310の解除動作が行われるまで電池パック100と充電器300の接続状態が保持される。前述の端子カバースイッチ116がオフ状態からオン状態へ切り替えられることを起点として、電池パック100は図10に示す充電制御シーケンスを実行し、電池パック100の充電を可能にする。
The hook button 310 of the
図6は、電池モジュール112の機能ブロック図を示す。
FIG. 6 shows a functional block diagram of the
9個の電池セル120は直列接続され、モジュール充電用FET129、モジュール放電用FET130を介し、モジュール入出力端子131に接続される。モジュールコントローラ122は、電池セル電圧検知のための電圧モニタ線123、電池セル温度検知のための温度センサ124、及び、電流検知部138と接続し、モジュール充電用FET129とモジュール放電用FET130を用いて制御を行う。
Nine
また、モジュールコントローラ122は、第1・3信号入力部と第2・4信号出力部を設け、モジュール用第1・3信号入力端子146とモジュール用第2・4信号出力端子147を介して、後述のコードレス電動工具200の負荷制御部201、及び、充電器300の充電制御部303と信号の送受信を行う。
The
なお、複数の電池モジュール112が直列接続され1個の電池パック100となる場合、各電池モジュール112のモジュール用第1・3信号入力端子146、及び、モジュール用第2・4信号出力端子147は、グランド電位の異なる他方の前記端子146、及び、147と接続されるため、絶縁性を確保しながら電気信号伝達が可能なフォトカプラ等の素子を用いると好適である。
When a plurality of
また、図6では、モジュール充電用FET129、及び、モジュール放電用FET130の制御は、モジュール用第1・3信号入力端子146に入力された信号をモジュールコントローラ122で判断処理されることに基づくが、前記モジュール用第1・3信号入力端子146に入力された信号電圧を、前記各FETの各ゲートへ直接入力し制御できるような信号変換手段を、電池パック、又は、コードレス電動工具と充電器のいずれかに設けても良い。
In FIG. 6, the control of the module charging FET 129 and the
電気機器に多く用いられているリチウムイオン電池セルの代表的なサイズとして、直径18mm、及び、高さ65mmの円筒形セルがある。本発明の一実施形態のように27個のリチウムイオン電池セル120を電池パック100に収容する場合、前述の直径18mm、及び、高さ65mmの円筒形セルを用いて構成すると、電池パック100は、電動工具ユーザーにとって大きすぎ、かつ、重すぎて使いにくいものとなる。
A typical size of a lithium ion battery cell that is often used in electric equipment is a cylindrical cell having a diameter of 18 mm and a height of 65 mm. When 27 lithium
そこで、本発明の一実施形態においては、同じ直径18mmで、例えば、高さを25mmとした電池セル120を27セル有する電池パック100を提供する。
Therefore, in one embodiment of the present invention, a
図3に示すように、前記直径18mm、高さ25mmの9セルのリチウムイオン電池セル120の末端部を揃えて電池モジュール112に収容し、3個の電池モジュール112は、内部に収容する電池セルの軸心を、他方の電池モジュール112が収容する電池セルの軸心と揃えて、電池パック100に収容する。
As shown in FIG. 3, the end portions of the nine lithium
電池セル単位の場合、前記高さ25mmの電池セル120の1セル当たりに蓄えることができるエネルギー容量は高さ65mmの電池セルと比較し、電池セルの高さに相応して減少するが、電池セル群の場合、小型軽量と評価される従来技術の14.4Vコードレス電動工具用の14.4Vリチウムイオン電池パックで用いられる高さ65mmのリチウムイオン電池セルを8セル用いた電池セル群と比較すると、高さ25mmのリチウムイオン電池セルを27セル用いた電池セル群の大きさ、及び、重さは、前記65mmのリチウムイオン電池セルを8セル用いた電池セル群と体感的に同程度と見なすことができ、かつ、高電圧化に伴う負荷電流の大幅な低減による電気ロスの大幅な低減により、電池パックとしての総合的な出力、及び、作業量は大幅に向上できる。
In the case of a battery cell unit, the energy capacity that can be stored per cell of the
なお、前述のリチウムイオン電池セルの一形態として、直径18mm、及び、高さ25mmの円筒形セルを一例に挙げたが、円筒形セルの場合、直径16mm〜18mm、及び、高さ20〜30mmが、前述の総合的な効果を提供できる好適な形状範囲である。また、1セル当たりの容積が、前記範囲に相当する円筒形でない電池セル形状も前述の好適な形状範囲に包含する。 In addition, although the cylindrical cell of diameter 18mm and height 25mm was mentioned as an example as one form of the above-mentioned lithium ion battery cell, in the case of a cylindrical cell, diameter 16mm-18mm and height 20-30mm However, this is a preferable shape range that can provide the above-described overall effect. In addition, a battery cell shape whose volume per cell is not a cylindrical shape corresponding to the above range is also included in the above preferable shape range.
図7に、電池パック100、及び、前記電池パック100に対応するコードレス電動工具200の機能ブロック図を示す。
In FIG. 7, the functional block diagram of the cordless
複数の電池モジュール112は、モジュール入出力端子131を介して直列接続され電池モジュール112群を成し、電池パック100に収容される。
The plurality of
前記電池モジュール112群は、電池パック入出力端子110に接続され、コードレス電動工具200への電力供給を可能とする。3個の電池モジュール112の各第1・3信号入力端子146は並列接続され、電池パック用第1・3信号入力端子149に端子カバースイッチ116を有する接続検知部136を介して接続される。
The
また、3個の電池モジュール112の各モジュール用第2・4信号出力端子147は直列接続され、前記直列接続の末端部に位置する端子が電池パック用第2・4信号出力端子150に接続される。電池パック100に接続されるコードレス電動工具200は、負荷部202、及び、電池パック100の電池パック入出力端子110より直流電圧に基づく電力供給を受けて負荷部202を制御する負荷制御部201を収容する。
Further, the module second and fourth
負荷部202は、作業者が任意に開閉操作するスイッチ204、及び、前記負荷制御部201により制御される負荷制御用FET203を介して、電力入力端子209より電池パック100の電力を受給する。
The
負荷制御部201は、電圧検知部206、電流検知部207、及び、スイッチ検知部205を有し、放電を許可できない状態、例えば、電池パック100の電池パック入出力端子110より供給される直流電圧が所定値より低い場合、負荷電流が所定値より低い状態が所定時間経過し、不使用時間が所定時間経過したと判断される場合、スイッチ204が開放状態となったことを検知した場合、また、負荷部202の駆動中に、負荷制御部201が制御目標値とする電圧、又は、電流を維持できず、負荷部202が正常に駆動しないと判断される場合、の少なくともいずれか1つの場合において、負荷制御部201は、負荷部202への電力供給を停止した上で、前記停止をしたことを示す第1信号を、第1信号出力端子210を介して電池パック用第1・3信号入力端子149に送信する。
The
電池パック100の各電池モジュール112の各モジュールコントローラ122は、前記電池パック用第1・3信号入力端子149に並列接続された各モジュール用第1・3信号入力端子146により受信し、モジュール放電用FET130をオフし、電池モジュール112に収容される電池セル群の直列電圧をモジュール入出力端子131へ出力することを停止する。
Each
なお、コードレス電動工具200の駆動中、すなわち、前記第1信号がコードレス電動工具200から電池パック100へ送信されない状況において、前記電池パック100を前記コードレス電動工具200から取り外した場合、前記電池パック100の接続検知部136は、前記取り外しの動作に伴い端子カバースイッチ116がオフしたことを検知する。
When the
接続検知部136は、コードレス電動工具200の負荷制御部201と電池パック100の各電池モジュール112の間に介在しているため、前記端子カバースイッチ116のオフ状態を検知した際、前記負荷制御部201の代わりに第1信号を送信することで、電池モジュール112の通電遮断処理を適切に行うことができる。
Since the
なお、電池モジュール112の出力が停止する際、負荷制御部201の回路方式によっては、電池パック100からの電源供給を受けられず、負荷制御部201自身が停止し、適切な制御を行えない場合もある。その場合、蓄電機能を有するバックアップ付電源回路208をコードレス電動工具200に設けて、負荷制御部201の駆動状態を保持すると好適である。
When the output of the
また、バックアップ付電源回路208を用いる代わりに電池パック100から負荷制御部201へ電源を供給するための専用端子を、電池パック100、及び、コードレス電動工具200に設けても良い。
Further, a dedicated terminal for supplying power from the
なお、負荷制御部201は、前記スイッチ204が再度閉じた状態、すなわち、作業者が負荷の駆動を再開した状態を検知した場合、前述のモジュール入出力端子131への出力停止状態を解除するが、図9にて詳細を後述する。
The
従来技術においては、コードレス電動工具等の電気機器側で負荷の駆動を停止しても、前記負荷の駆動停止を示す第1信号が存在しないため、電池パック内部の電池セル群は全て通電状態が保持され、電池パック内部の各部位は、全電池セルの直列電圧に伴う高電圧が常時印加されることとなり、絶縁信頼性が低下する課題がある。 In the prior art, even if the driving of the load is stopped on the electric device side such as a cordless electric tool, there is no first signal indicating that the driving of the load is stopped. Therefore, all the battery cells in the battery pack are in the energized state. The high voltage accompanying the series voltage of all the battery cells is always applied to each part inside the battery pack, and there is a problem that the insulation reliability is lowered.
これに対し、本発明の一実施形態においては、電池パック100が電池パック外から前記第1信号を受信し、各電池モジュール112が、並列に前記第1信号を受信し、各電池モジュール112の出力を停止することで、電池パック内部に収容する電池セル群の直列電圧を電池モジュール112毎に遮断することできるため、電池パック内部の各部位に高電圧が常時印加されず、絶縁信頼性を向上することができる。
On the other hand, in one embodiment of the present invention, the
さらに、電池モジュール112に有するモジュール用第2・4信号出力端子147を用いることで、前述の絶縁信頼性を相乗的に向上することができる。電池モジュール112は、その電池モジュール112が収容する電池セル群の状態を検知し、前述の電池セル群の放電を許可できない状態を判断した場合、各電池モジュール112の出力を停止する。
Furthermore, by using the module second and fourth
従来技術においては、複数の電池モジュールの中の1個の電池モジュールが、その出力を停止した場合、他方の複数個の電池モジュールは通電状態が保持される。この状態においては、電池パック内部に通電状態の複数の電池モジュールが直列接続された状態で保持されるため、電池パック内部の各部位に前記通電状態の電池モジュール複数個分の高電圧が高頻度で印加され、絶縁信頼性の低下に影響する。 In the prior art, when one battery module among a plurality of battery modules stops outputting, the other plurality of battery modules are kept in an energized state. In this state, since a plurality of energized battery modules are held in series in the battery pack, a high voltage corresponding to the plurality of energized battery modules is frequently generated in each part inside the battery pack. It is applied by and affects the deterioration of insulation reliability.
そこで、本発明の一実施形態においては、電池パック100に収容される電池モジュール112群の中の1個の電池モジュール112のモジュールコントローラ122が、その出力を停止した場合、前記モジュールコントローラ122は、前記出力停止を示す第2信号を、モジュール用第2・4信号出力端子147、電池パック用第2・4信号出力端子150、及び、第2信号入力端子211を介して、コードレス電動工具200の負荷制御部201へ送信する。
Therefore, in one embodiment of the present invention, when the
負荷制御部201は、前記第2信号を受信し、負荷部202の駆動停止処理を行い、かつ、第1信号を全ての電池モジュール112へ送信し、前記第1信号を受信した各電池モジュール112は出力停止を行うことができる。
The
なお、各電池モジュール112の各モジュール用第2・4信号出力端子147は、電池パック用第2・4信号出力端子150に直列接続されるため、電池パックに収容される電池モジュール112群の中の少なくとも1個の電池モジュール112が、第2信号を負荷制御部201へ送信することで、負荷制御部201は、第2信号を送信した前記電池モジュール112の他電池モジュール112との位置関係、及び、信号状態に関わらず、第2信号を受信、及び、検知することができる。
The second and fourth
これにより、例えば、複数の電池モジュール112の中の1個の電池モジュールが出力停止し、他方の電池モジュール112が出力停止を行わなかった状態においても、前述の方式により、他方全ての電池モジュール112が出力停止し、電池パック内の各部位に印加される最大電圧を電池モジュール112の1個分の電圧に抑え、絶縁信頼性をさらに向上できる。
As a result, for example, even when one battery module among the plurality of
図8に、本発明の一実施形態に従う電池パック100、及び、前記電池パック100に対応する充電器300の機能ブロック図を示す。
FIG. 8 shows a functional block diagram of a
複数の電池モジュール112は、モジュール入出力端子131を介して直列接続され電池モジュール112群を成し、電池パック100に収容される。
The plurality of
電池モジュール112群は、電池パック入出力端子110に接続され、充電器300からの電力受給を可能とする。3個の電池モジュール112の各第1・3信号入力端子146は並列接続され、電池パック用第1・3信号入力端子149に端子カバースイッチ116を有する接続検知部136を介して接続される。
The
また、3個の電池モジュール112の各モジュール用第2・4信号出力端子147は直列接続され、前記直列接続の末端部に位置する端子が電池パック用第2・4信号出力端子150に接続される。
Further, the module second and fourth
電池パック100に接続される充電器300は、商用電源入力部301より商用電源の交流電圧を入力し、前記交流電圧を直流電圧に変換する直流変換部302と、前記直流電圧を制御し、電池パック100の電池パック入出力端子110より、電池パック100に収容される電池モジュール112群の充電を行う充電制御部303を収容する。
A
前記電池モジュール112群は、前記充電制御部303により制御される充電用FET304、及び、電力供給端子307を介して、電池パック入出力端子110より充電器300が充電用に変換した電力を受給する。
The
なお、前述の充電用に変換した電力とは、電池セル120をリチウムイオン電池とした場合、電池モジュール112群の電圧が所定電圧に達するまでは一定電流となるように制御を行い、前記電池モジュール112群の電圧が所定電圧に達してからは、前記電圧が所定電圧を維持するように制御を行うと好適である。
The power converted for charging is controlled so that when the
充電制御部303は、電圧検知部305、及び、電流検知部306を有し、充電を許可できない状態、例えば、電池モジュール112群の直列電圧が所定値を超える、又は、充電電圧を一定に保持する状態において充電電流が所定値を下回る状態を検知し、電池パック100が満充電状態であると判断した場合、商用電源入力部411より入力される電源電圧が、直流変換部302、又は、充電制御部303の設計範囲を超えた電圧値となり、電池パック100の充電に適さない場合、又は、電池パック100の充電中に、充電制御部303が制御目標値とする電圧、又は、電流を維持できず、電池パック100を正常に充電しないと判断される場合、の少なくともいずれか1つの場合において、電池パック100への充電を停止した上で、前記停止したことを示す第3信号を、第3信号出力端子308を介して電池パック用第1・3信号入力端子149に送信する。
The charging
電池パック100の各電池モジュール112の各モジュールコントローラ122は、前記電池パック用第1・3信号入力端子149に並列接続された各モジュール用第1・3信号入力端子146により受信し、モジュール充電用FET129をオフし、モジュール入出力端子131からモジュール112に収容される電池セル群への直流電圧を入力することを停止する。
Each
なお、充電器300の充電中、すなわち、前記第3信号が充電器300から電池パック100へ送信されない状況において、前記電池パック100を前記充電器300から取り外した場合、前記電池パック100の接続検知部136は、前記取り外しの動作に伴い端子カバースイッチ116がオフしたことを検知する。
In addition, when the
前記接続検知部136は、充電器300の充電制御部303と電池パック100の各電池モジュール112の間に介在しているため、前記端子カバースイッチ116のオフ状態を検知した際、前記充電制御部303の代わりに第3信号を送信することで、電池モジュール112の通電遮断処理を適切に行うことができる。
Since the
従来技術においては、充電器が電池パックの充電を停止しても、前記充電停止を示す第3信号が存在しないため、電池パック内部の電池セル群は全て通電状態が保持され、電池パック内部の各部位は、全電池セルの直列電圧に伴う高電圧が常時印加されることとなり、絶縁信頼性が低下する課題がある。 In the prior art, even when the charger stops charging the battery pack, there is no third signal indicating the charging stop, so that all the battery cells in the battery pack are kept energized, A high voltage accompanying the series voltage of all battery cells is always applied to each part, and there is a problem that the insulation reliability is lowered.
これに対し、本発明の一実施形態においては、電池パック100が電池パック外から前記第3信号を受信し、各電池モジュール112が、並列に前記第3信号を受信し、前記各電池モジュール112の入力を停止することで、電池パック内部に収容する電池セル群の直列電圧を電池モジュール112の構成毎に遮断することできるため、電池パック内部の各部位に高電圧が常時印加されず、絶縁信頼性を向上することができる。
On the other hand, in one embodiment of the present invention, the
さらに、電池モジュール112に有するモジュール用第2・4信号出力端子147を用いることで、絶縁信頼性を相乗的に向上することができる。電池モジュール112は、電池モジュール112が収容する電池セル群の状態を検知し、前述の電池セル群の充電を許可できない状態であると判断した場合、各電池モジュール112の入力を停止する。
Furthermore, by using the module second and fourth
従来技術においては、複数の電池モジュールの中の1個の電池モジュールが、その充電を停止した場合、他方の複数個の電池モジュールは通電状態が保持される。この状態においては、電池パック内部に通電状態の複数の電池モジュールが直列接続された状態で保持されるため、電池パック内部の各部位に前記通電状態の電池モジュール複数個分の高電圧が高頻度で印加され、絶縁信頼性の低下に影響する。 In the prior art, when one battery module among the plurality of battery modules stops charging, the other plurality of battery modules are kept in an energized state. In this state, since a plurality of energized battery modules are held in series in the battery pack, a high voltage corresponding to the plurality of energized battery modules is frequently generated in each part inside the battery pack. It is applied by and affects the deterioration of insulation reliability.
そこで、本発明の一実施形態においては、電池パック100に収容される電池モジュール112群の中の1個の電池モジュール112のモジュールコントローラ122が、その充電を停止した場合、前記モジュールコントローラ122は、前記充電停止を示す第4信号を、モジュール用第2・4信号出力端子147、電池パック用第2・4信号出力端子150、及び、第4信号入力端子309を介して、充電器300の充電制御部303へ送信する。前記充電制御部303は、前記第4信号を受信し、電池パック100の充電停止処理を行い、かつ、第3信号を全ての電池モジュール112へ送信し、前記第3信号を受信した各電池モジュール112は充電停止を行うことができる。
Therefore, in one embodiment of the present invention, when the
なお、各電池モジュール112の各モジュール用第2・4信号出力端子147は、電池パック用第2・4信号出力端子150に直列接続されるため、電池パックに収容される電池モジュール112群の中の少なくとも1個の電池モジュール112が、第4信号を充電制御部303へ送信することで、充電制御部303は、第4信号を送信した電池モジュール112の他電池モジュール112との位置関係、及び、信号状態に関わらず、第4信号を受信、及び、検知することができる。
The second and fourth
これにより、例えば、複数の電池モジュール112の中の1個の電池モジュールが充電停止し、他方の電池モジュール112が充電停止を行わなかった状態においても、前述の方式により、他方全ての電池モジュール112が充電停止し、電池パック内の各部位に印加される最大電圧を電池モジュール112の1個分の電圧に抑え、絶縁信頼性をさらに向上できる。
Thereby, for example, even in a state where one battery module among the plurality of
第1ないし第4信号の送受信方法については、電池パック100のモジュールコントローラ122とコードレス電動工具200の負荷制御部201、及び、電池パック100のモジュールコントローラ122と充電器300の充電制御部303の間で、放電の実行、充電の実行、放電の停止、及び、充電の停止に関するお互いの制御を関連付けるものであり、有線方式、又は、無線方式を問わず、さらに、信号の種類は、アナログ信号、又は、デジタル信号を問わない。
Regarding the first to fourth signal transmission / reception methods, the
特に、図9ないし図10に示す第1ないし第4信号では、例えば、第1(ON)信号、第1(OFF)信号、というように、通電を指示する信号と、停止を指示する信号に区分される。 In particular, in the first to fourth signals shown in FIGS. 9 to 10, for example, a first (ON) signal and a first (OFF) signal, such as a signal instructing energization and a signal instructing stop. It is divided.
例えば、電池パック100、コードレス電動工具200、及び、充電器300で構成されるコードレス電動工具システムにおいて、前記通電を指示する信号の電圧波形を、特定の周波数と電圧を有するパルス電圧として、一方、前記停止を指示する信号の電圧は0Vとすると好適である。
For example, in the cordless power tool system including the
これにより、電池パック100は、コードレス電動工具200の使用中に電池パック100を前記コードレス電動工具200から外した場合、又は、充電器300によって電池パック100を充電中に前記電池パック100を前記充電器から外した場合に、前述の端子カバースイッチ116のオフ状態を検知し、負荷制御部201、又は、充電制御部303の代わりに第1信号、又は、第3信号を電池モジュールに送信する手段を用いることなく、電池モジュールの停止処理を行うことができる。
Thereby, the
また、コードレス電動工具200、又は、充電器300の中のいずれか1つの回路が故障した場合においても、前記故障に伴う信号波形が、正規のパルス信号と異なることを、電池パック100の各電池モジュール112が検知し、前記電池モジュールの停止処理を行うことができる。
In addition, even when any one of the circuits in the
また、第2信号及び第4信号については、前記第2信号及び第4信号を送信するための専用端子を設けず、コードレス電動工具200の負荷制御部201、及び、充電器300の充電制御部303が電池パック100の電池モジュール112群の電池モジュール群電圧を測定し、前記電池モジュール112群の中の少なくとも1個の電池モジュール112が入出力を停止した際に発生する電池モジュール電圧の変化、例えば、電池モジュール群電圧がゼロとなった状態、又は、前記少なくとも1個の電池モジュール112の入出力停止に伴い電池モジュール群電圧が所定時間内に所定値以上の変化をなした状態を検知し、第2信号及び第4信号を受信した状態と同等であるとして、前記第2信号及び第4信号の受信後の動作処理に移行する方式を用いても良い。
Further, for the second signal and the fourth signal, no dedicated terminal for transmitting the second signal and the fourth signal is provided, the
さらには、前記第2信号及び第4信号を電池パック外へ伝達するための専用端子を電池モジュールに設けず、新規端子を電池パック、及び、電池モジュールに設け、前記新規端子は、電池モジュールの入出力停止を示す以外を主目的とする情報、例えば、電池モジュール内の各部の電圧、電流、温度、モジュール個別IDナンバー等を伝達するために用いて、前記電池モジュールが入出力停止した際に、前記情報に特定の変化を加える方式も広く包含される。 Furthermore, a dedicated terminal for transmitting the second signal and the fourth signal to the outside of the battery pack is not provided in the battery module, a new terminal is provided in the battery pack and the battery module, and the new terminal is connected to the battery module. Used to convey information other than indicating input / output stop, for example, voltage, current, temperature, module individual ID number of each part in the battery module, when the battery module stops input / output A method of adding a specific change to the information is also widely included.
電池パック100が有する電池モジュール112は、モジュール充電用FET129、及び、モジュール放電用FET130が収容される。一方、前述のモジュールコントローラ122の機能を維持したまま、前記モジュール充電用FET129、及び、前記モジュール放電用FET130を電池モジュール112に収容せず、電池モジュール112の外部に配置する別の態様もある。
A
この態様においては、モジュール充電用FET及びモジュール放電用FETを収容しないように構成された電池モジュールの外部に配置されたモジュール充電用FET、及び、モジュール放電用FETは、前記電池モジュールのモジュールコントローラから指示信号を受信する手段を介して、通電、及び、遮断を実行することで、図7、及び、図8に示した実施形態と同等の絶縁信頼性を得ることができる。 In this aspect , the module charging FET and the module discharging FET arranged outside the battery module configured not to accommodate the module charging FET and the module discharging FET are supplied from the module controller of the battery module. Insulation reliability equivalent to that of the embodiment shown in FIG. 7 and FIG. 8 can be obtained by executing energization and interruption through means for receiving the instruction signal.
前述の実施形態において、前記モジュール充電用FET及びモジュール放電用FETのそれぞれの個数を前記電池モジュールと同じ個数とせず、前記複数の電池モジュールは、隣接する前記電池モジュール間に、モジュール充電用FET、及び、モジュール放電用FETを介して、直列接続して電池セル群を成すこともできる。すなわち、図7、及び、図8に示した実施形態における絶縁信頼性を同等に確保しながら、部品点数を減らしコストダウンすることが可能となる。 In the above-described embodiment , the number of each of the module charging FET and the module discharging FET is not the same as the number of the battery modules, and the plurality of battery modules are arranged between adjacent battery modules. A battery cell group can also be formed by connecting in series via a module discharge FET. That is, it is possible to reduce the number of parts and reduce the cost while ensuring the same insulation reliability in the embodiment shown in FIGS.
したがって、絶縁信頼性の向上を目的とした本発明の電池パックにおいて、電池モジュールが収容する電池セル群の通電及び遮断を選択的に行う通電遮断素子を設ける位置は、電池モジュールの内外を問わず、また、電池パックに収容される前記通電遮断素子の個数は、電池モジュールの個数と同等であることを問わない。さらに、前記通電遮断素子は、例えば、リレーのような有接点素子、FETのような非接点半導体素子など、その種類は問わない。 Therefore, in the battery pack of the present invention for the purpose of improving the insulation reliability, the position of providing the energization interrupting element for selectively energizing and interrupting the battery cell group accommodated in the battery module is not limited to the inside or outside of the battery module. In addition, the number of the current interrupting elements accommodated in the battery pack may be equal to the number of battery modules. Further, the energization interruption element may be of any kind, such as a contact element such as a relay or a non-contact semiconductor element such as an FET.
以下に、本発明の一実施形態に従うコードレス電動工具システムで用いる電池パック100の電気的な制御に関する実施の形態をフローチャートに基づいて説明する。
Hereinafter, an embodiment related to electrical control of a
なお、図9では、コードレス電動工具200に相当する機能物を電気機器と広義で示しており、その電気機器とは、コードレス電動工具200のように負荷駆動のオンオフを繰り返す電動掃除機、電動スクーター、電動エアコンプレッサなど広く包含する。以下のフローチャートの説明に関しては、図1ないし図8と関連付けて説明するため、“電気機器”を“コードレス電動工具200”として説明する。
In FIG. 9, a functional object corresponding to the cordless
図9に、電池パック100とコードレス電動工具200との放電制御に関するフローチャートを示す。
FIG. 9 shows a flowchart regarding discharge control between the
ステップS101では、電池パック100がコードレス電動工具200に差し込まれた場合は、ステップS102へ進み、そうでない場合は待機する。前記差込状態の検知方法は、本発明の一実施形態においては、電池パック100に設けられた接続検知部136が端子カバースイッチ116の機械的な開閉を電気信号に変換することによって行われるが、コードレス電動工具200に抵抗素子、及び、前記抵抗素子に接続された端子を設け、また、電池パック100に前記抵抗素子を検知するための端子を設け、前記抵抗素子が接続された状態を直接電気信号として検知する方法などもあり、一つに限らない。
In step S101, when the
ステップS102では、電池モジュール112のモジュールコントローラ122は、前記電池モジュール112が収容する電池セル120群の少なくとも1セルの電池セル120の電圧、温度、及び、電流を検知する。ステップS103では、モジュールコントローラ122は、電池セル120の少なくとも1セルが過放電を示す所定値以下の電圧である状態、電池セル温度が、電池セル120の寿命に影響する低温、又は、高温のように、放電を許可できる温度範囲を超える状態、又は、電池セル120の故障等により電池セル間の電圧ばらつきが所定値以上となる状態の少なくとも1つを検知した場合に、放電可能な状態ではないと判断し、ステップS119へ進み、そうでない場合には、放電可能な状態であると判断し、ステップS104へ進む。
In step S <b> 102, the
ステップS104では、電池モジュール112のモジュールコントローラ122は、モジュール放電用FET130をオンする。ステップS105では、モジュールコントローラ122は、前記モジュール放電用FET130がオン状態であることを示す第2(ON)信号を、コードレス電動工具200の負荷制御部201へ送信し、ステップS113へ進む。
In step S104, the
ステップS113では、電池モジュール112のモジュールコントローラ122は、前記電池モジュール112が収容する電池セル120群の少なくとも1セルの電池セル120の電圧、温度、及び、電流を検知する。ステップS114では、モジュールコントローラ122は、電池セル120の少なくとも1セルが過放電を示す所定値以下の電圧であることを検知した場合、過放電による電池セルの極板劣化等を防ぐ目的で、ステップS117へ進み、そうでない場合は、ステップS115へ進む。
In step S <b> 113, the
ステップS115では、電池モジュール112のモジュールコントローラ122は、電池セル温度が、電池セル120の寿命に影響する低温、又は、高温のように、放電を許可できる温度範囲を超える状態、電池セル120の単位時間当たりの温度上昇が所定値以上の状態、電池セル120の故障等により電池セル間の電圧ばらつきが所定値以上となる状態、又は、負荷電流の大きさが電池セル120の通電許容範囲を超えた過負荷状態の少なくとも1つを検知した場合に、電池セル120が異常であると判断してステップS117へ進み、そうでない場合は、ステップS116へ進む。なお、前述の電圧ばらつきの検知により、電圧モニタ線123が断線した状態を検知することもできる。
In step S115, the
ステップS116では、電池モジュール112のモジュールコントローラ122は、コードレス電動工具200の負荷制御部201から、前記負荷制御部201が負荷部202の駆動を停止したことを示す第1(OFF)信号を受信する。前記第1(OFF)信号を受信した場合は、ステップS117へ、そうでない場合は、ステップS108へ進み、モジュール放電用FET130のオン状態を保持する。
In step S116, the
なお、前記第1(OFF)信号は、図7に示すように、電池パック100に収容される各電池モジュール112の各モジュール用第1・3信号入力端子146が並列接続されているため、前記負荷制御部201が第1(OFF)信号を送信した際、電池パック100に収容される各電池モジュール112の各モジュールコントローラ122は、前記第1(OFF)信号を並列に受信、すなわち、隣接する他方の電池モジュール112の状態に関わらず、全てのモジュールコントローラ122が同じ第1(OFF)信号を同時に受信して、それぞれステップS116の実行処理を行う。
The first (OFF) signal is connected to each module first and third
ステップS117では、電池モジュール112群の中の少なくとも一つの電池モジュール112のモジュールコントローラ122は、その少なくとも一つの電池モジュール112に対応するモジュール放電用FET130をオフする。
In step S117, the
電池モジュール112群は、複数の電池モジュール112が互いに直列に接続されて構成されているが、ステップS117の実行により、それら電池モジュール112は、電池パック100に収容される電池セル120の総数より少ない個数の電池セル120が、直列に接続されて成る複数の電池セル群となるように、電気的に遮断される。その結果、互いに常時導通状態にある複数の電池セル120の直列接続の全電圧が、電池パック100に収容されるすべての電池セル120の直列接続の全電圧より低下し、それにより、絶縁信頼性(例えば、電池パック100に雨水が浸入しても、ユーザーが感電せずに済む性質の強さ)が向上する。
The
ステップS118では、前記モジュールコントローラ122は、前記電池モジュール112のモジュール入出力端子131から、電池モジュール112の電池セル120群の直流電圧の出力を停止したことを示す第2(OFF)信号を、コードレス電動工具200の負荷制御部201へ送信し、ステップS112へ進む。
In step S118, the
ステップS106では、コードレス電動工具200の負荷制御部201は、ステップS105において電池モジュール112のモジュールコントローラ122から送信された第2(ON)信号を受信し、ステップS107へ進む。ステップS107では、前記負荷制御部201は、電池パック100の電池モジュール120群から電力受給が可能であると判断し、負荷部202の駆動を開始する。
In step S106, the
なお、第2(ON)信号は、図7に示すように、電池パック100に収容される各電池モジュール112の各モジュール用第2・4信号出力端子147が直列接続されているため、電池パック100に収容される電池モジュール112群の全ての電池モジュール112が前記第2(ON)信号を送信しないと、前記負荷制御部201は、第2(ON)信号を認識しない。
As shown in FIG. 7, the second (ON) signal is connected to the module second and fourth
すなわち、第2(ON)信号を送信した電池モジュール112に隣接する他方の電池モジュール112が、故障等により、第2(ON)信号を送信できない場合には、負荷制御部201は、第2(ON)信号を受信できず、ステップS106以降のシーケンスを実行せず、コードレス電動工具200の駆動を開始しない。
That is, when the
ステップS108では、コードレス電動工具200の負荷制御部201は、電池パック電圧、すなわち、電池パック100の電池パック入出力端子110の電圧、及び、電流を検知する。ステップS109では、前記負荷制御部201が、前記電池パック電圧が所定値を下回り過放電状態であることを検知した場合は、ステップS119へ進み、そうでない場合は、ステップS110へ進む。
In step S108, the
なお、ステップS117において電池モジュール112のモジュールコントローラ122が、前記電池モジュール112が収容する電池セル120群の直流電圧の出力を停止すると、電池モジュール群の直列電圧で構成される電池パック電圧が低下するため、ステップS109で重ねて判断することができる。
When the
ステップS110では、コードレス電動工具200の負荷制御部201は、負荷電流の大きさが負荷部202の通電許容範囲を超えた過負荷状態を検知した場合、又は、負荷部202の駆動中に、負荷制御部201が制御目標値とする電圧、又は、電流を維持できず、負荷部202が異常状態であると検知した場合、のいずれかにおいて、ステップS119へ進み、そうでない場合は、ステップS111へ進む。
In step S110, the
ステップS111では、コードレス電動工具200の負荷制御部201は、前記負荷制御部201による制御状態に関わらず、スイッチ204が作業者によって強制的にオフされたことをスイッチ検知部205が検知してから所定時間が経過すると、ステップS120へ進み、そうでない場合は、ステップS112へ進む。
In step S111, the
なお、前記所定時間は、例えば、短ければ0.1秒、長ければ1日というように、電気機器の用途に合わせて適宜設定すると良い。特に、コードレス電動工具200の場合、前記所定時間の設定を短くするほど、ステップS121ないしS123からステップS102へ帰還する制御処理に従いスイッチ204のオン操作に伴う電池モジュール112の出力再開が行われ、作業者が任意でスイッチ204を開閉操作する状態に対し、電池パック100に収容する電池セル120群の直列電圧を電池モジュール112の構成毎に遮断、及び、通電する状態が、実質的に連動し、電池パック内に高電圧が印加される時間を最大限抑制し、絶縁信頼性を向上できる。
The predetermined time may be appropriately set according to the use of the electric device, for example, 0.1 seconds if it is short and 1 day if it is long. In particular, in the case of the
ステップS112では、コードレス電動工具200の負荷制御部201は、ステップS118において電池モジュール112群の中の少なくとも一つの電池モジュール112のモジュールコントローラ122から送信された第2(OFF)信号を受信した場合は、ステップS119へ進み、そうでない場合は、ステップS108へ帰還し、負荷部202の駆動を継続する。
In step S112, when the
ステップS119では、コードレス電動工具200の負荷制御部201は、負荷部202の駆動を停止し、ステップS120では、前記負荷制御部201は、電池パック100の各電池モジュール112が有する各モジュールコントローラ122へ、前記負荷部202の駆動停止を示す第1(OFF)信号を送信する。前記第1(OFF)信号は、ステップS116にて制御処理される。
In step S119, the
ステップS121では、コードレス電動工具200の負荷制御部201は、スイッチ204が作業者によってオンされる状態をスイッチ検知部205が検知するまで待機する。前記スイッチ204がオン状態となることを検知すると、ステップS122へ進む。
In step S121, the
ステップS122では、前記負荷制御部201は、電池パック100の各電池モジュール112が有する各モジュールコントローラ122へ、前記スイッチ204がオン状態となったことを示す第1(ON)信号を送信する。
In step S122, the
ステップS123において、前記各モジュールコントローラ122が、前記第1(ON)信号を受信し、ステップS102へ帰還し、ステップS102以降において、前記各電池モジュール112を出力状態とし、コードレス電動工具200の負荷部202の駆動を再開する。
In step S123, each
図10に、電池パック100と充電器300との充電制御に関するフローチャートを示す。
FIG. 10 shows a flowchart relating to charging control between the
ステップS201では、電池パック100が充電器300に差し込まれた場合は、ステップS202へ進み、そうでない場合は待機する。前記差込状態の検知方法は、本発明の一実施形態においては、電池パック100に設けられた接続検知部136が端子カバースイッチ116の機械的な開閉を電気信号に変換することによって行われるが、充電器300に抵抗素子、及び、前記抵抗素子に接続された端子を設け、また、電池パック100に前記抵抗素子を検知するための端子を設け、前記抵抗素子が接続された状態を直接電気信号として検知する方法などもあり、一つに限らない。
In step S201, if the
ステップS202では、電池モジュール112のモジュールコントローラ122は、前記電池モジュール112が収容する電池セル120群の少なくとも1セルの電池セル120の電圧、温度、及び、電流を検知する。ステップS203では、モジュールコントローラ122は、電池セル120の少なくとも1セルが満充電により所定値以上の電圧である状態、電池セル温度が、電池セル120の寿命に影響する低温、又は、高温のように、充電を許可できる温度範囲を超える状態、又は、電池セル120の故障等により電池セル間の電圧ばらつきが所定値以上となる状態の少なくとも1つを検知した場合に、充電可能な状態ではないと判断し、ステップS218へ進み、そうでない場合には、充電可能な状態であると判断し、ステップS204へ進む。
In step S <b> 202, the
ステップS204では、電池モジュール112のモジュールコントローラ122は、モジュール充電用FET129をオンする。ステップS205では、モジュールコントローラ122は、前記モジュール充電用FET129がオン状態であることを示す第4(ON)信号を、充電器300の充電制御部303へ送信し、ステップS212へ進む。
In step S204, the
ステップS212では、電池モジュール112のモジュールコントローラ122は、前記電池モジュール112が収容する電池セル120群の少なくとも1セルの電池セル120の電圧、温度、及び、電流を検知する。ステップS213では、モジュールコントローラ122は、電池セル120の少なくとも1セルが過充電を示す所定値以上の電圧であることを検知した場合、過充電による電池セルの極板劣化等を防ぐ目的で、ステップS216へ進み、そうでない場合は、ステップS214へ進む。
In step S <b> 212, the
ステップS214では、電池モジュール112のモジュールコントローラ122は、電池セル温度が、電池セル120の寿命に影響する低温、又は、高温のように、充電を許可できる温度範囲を超える状態、電池セル120の単位時間当たりの温度上昇が所定値以上の状態、電池セル120の故障等により電池セル間の電圧ばらつきが所定値以上となる状態、又は、充電電流の大きさが電池セル120の通電許容範囲を超えた過電流充電状態の少なくとも1つを検知した場合に、電池セル120が異常であると判断してステップS216へ進み、そうでない場合は、ステップS215へ進む。なお、前述の電圧ばらつきの検知により、電圧モニタ線123が断線した状態を検知することもできる。
In step S214, the
ステップS215では、電池モジュール112のモジュールコントローラ122は、充電器300の充電制御部303から、前記充電制御部303が電池パック100の充電を停止したことを示す第3(OFF)信号を受信する。前記第3(OFF)信号を受信した場合は、ステップS216へ、そうでない場合は、ステップS208へ進み、モジュール充電用FET129のオン状態を保持する。
In step S <b> 215, the
なお、前記第3(OFF)信号は、図8に示すように、電池パック100に収容される各電池モジュール112の各モジュール用第1・3信号入力端子146が並列接続されているため、前記充電制御部303が第3(OFF)信号を送信した際、電池パック100に収容される各電池モジュール112の各モジュールコントローラ122は、前記第3(OFF)信号を並列に受信、すなわち、隣接する他方の電池モジュール112の状態に関わらず、全てのモジュールコントローラ122が同じ第3(OFF)信号を同時に受信して、それぞれステップS215の実行処理を行う。
As shown in FIG. 8, the third (OFF) signal is connected in parallel to the first and third
ステップS216では、電池モジュール112群の中の少なくとも一つの電池モジュール112のモジュールコントローラ122は、モジュール充電用FET129をオフする。
In step S216, the
電池モジュール112群は、複数の電池モジュール112が互いに直列に接続されて構成されているが、ステップS216の実行により、それら電池モジュール112は、電池パック100に収容される電池セル120の総数より少ない個数の電池セル120が、直列に接続されて成る複数の電池セル群となるように、電気的に遮断される。その結果、互いに常時導通状態にある複数の電池セル120の直列接続の全電圧が、電池パック100に収容されるすべての電池セル120の直列接続の全電圧より低下し、それにより、絶縁信頼性(例えば、電池パック100に雨水が浸入しても、ユーザーが感電せずに済む性質の強さ)が向上する。
The
ステップS217では、前記モジュールコントローラ122は、前記電池モジュール112のモジュール入出力端子131から、電池モジュール112の電池セル120群への直流電圧の入力を停止したことを示す第4(OFF)信号を、充電器300の充電制御部303へ送信し、ステップS211へ進む。
In step S217, the
ステップS206では、充電器300の充電制御部303は、ステップS205において電池モジュール112のモジュールコントローラ122から送信された第4(ON)信号を受信し、ステップS207へ進む。ステップS207では、前記充電制御部303は、電池パック100の電池モジュール120群への電力供給が可能であると判断し、前記電池パック100の充電を開始する。
In step S206, the charging
なお、第4(ON)信号は、図8に示すように、電池パック100に収容される各電池モジュール112の各モジュール用第2・4信号出力端子147が直列接続されているため、電池パック100に収容される電池モジュール112群の全ての電池モジュール112が前記第4(ON)信号を送信しないと、前記充電制御部303は、第4(ON)信号を認識しない。
As shown in FIG. 8, the fourth (ON) signal is connected to the module second and fourth
すなわち、第4(ON)信号を送信した電池モジュール112に隣接する他方の電池モジュール112が、故障等により、第4(ON)信号を送信できない場合には、充電制御部303は、第4(ON)信号を受信できず、ステップS206以降のシーケンスを実行せず、電池パック100の充電を開始しない。
That is, when the
ステップS208では、充電器300の充電制御部303は、電池パック電圧、すなわち、電池パック100の電池パック入出力端子110の電圧、及び、電流を検知する。ステップS209では、前記充電制御部303が、前記電池パック電圧が所定値を上回るか、又は、前記電池パック電圧を所定の電圧に維持する定電圧充電制御において充電電流が所定値を下回るか、のいずれかにより満充電状態であることを検知した場合は、ステップS218へ進み、そうでない場合は、ステップS210へ進む。
In step S208, the charging
ステップS210では、充電器300の充電制御部303は、充電電流の大きさが、充電制御部303、直流変換部302、又は、電池モジュール112群の少なくともいずれか1つの通電許容範囲を超えた過電流充電状態を検知した場合、又は、電池パック100の充電中に、充電制御部303が制御目標値とする電圧、又は、電流を維持できず、充電制御部303が異常状態であると検知した場合、のいずれかにおいて、ステップS218へ進み、そうでない場合は、ステップS211へ進む。
In step S210, the charging
なお、充電制御部303が異常状態であることを検知する方法として、前述の電池パック100の充電電圧、又は、充電電流を検知する方法に、直流変換部302に入力される商用電源電圧を直接測定して、前記商用電源電圧が正しく入力されているかを判断する方法を加えても良い。
As a method for detecting that the charging
ステップS211では、充電器300の充電制御部303は、ステップS217において電池モジュール112群の中の少なくとも一つの電池モジュール112のモジュールコントローラ122から送信された第4(OFF)信号を受信した場合は、ステップS218へ進み、そうでない場合は、ステップS208へ帰還し、電池パック100の充電を継続する。
In step S211, the charging
ステップS218では、充電器300の充電制御部303は、電池パック100の充電を停止し、ステップS219では、前記充電制御部303は、電池パック100の各電池モジュール112が有する各モジュールコントローラ122へ、前記電池パック100の充電停止を示す第3(OFF)信号を送信する。前記第3(OFF)信号は、ステップS215にて制御処理され、ステップS216へ移行する。
In step S218, the charging
以上、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明したが、これは例示であり、前記[発明の開示]の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。 As mentioned above, although one embodiment of the present invention was described in detail based on a drawing, this is an illustration, and it is various based on the knowledge of those skilled in the art including the aspect described in the section of the [Disclosure of the Invention]. The present invention can be implemented in other forms that have been modified or improved.
Claims (2)
前記電池パックは、
複数の電池セルが直列接続された電池セル群と、
その電池セル群の放電出力を前記電気機器へ供給するための放電出力端子と
を含み、
前記電気機器は、
前記放電出力端子に接続され、前記電池パックから電力が入力される電力入力端子と、
その電力入力端子から電力が供給されて作動する負荷部と、
その負荷部の駆動と停止とを作業者が選択的に制御するために作業者によってオンとオフとにそれぞれ操作されるスイッチであって、オフに操作されると、当該スイッチがそれ自体、前記電力入力端子と前記負荷部とを互いに遮断して前記電池パックから前記負荷部への電力供給を停止させ、オンに操作されると、当該スイッチがそれ自体、それら電力入力端子と負荷部とを互いに通電させて前記電池パックから前記負荷部への電力供給を許可するものと
を含み、
当該電池パックシステムは、さらに、
前記スイッチのオン・オフを検知するスイッチ検知部と、
前記電池パックから供給される電力を蓄積する蓄電部であって、前記電池パックから前記負荷部への電力供給が停止されている場合に、前記スイッチ検知部に電力を供給し、それにより、前記スイッチ検知部の作動を可能にするものと、
前記スイッチ検知部からの信号に基づき、前記スイッチがオフに操作されると、前記電池パックから前記負荷部への電力供給を停止させることを指令する停止指令信号を出力する一方、前記スイッチがオンに操作されると、前記電池パックから前記負荷部への電力供給を許可することを指令する許可指令信号を出力する第1制御手段と、
前記複数の電池セルの直列接続を選択的に実現するために前記電池セル間に設けられた複数の通電遮断素子と、
それら第1制御手段と複数の通電遮断素子とに接続された第2制御手段であって、前記第1制御手段が前記許可指令信号を出力した場合には、前記複数の通電遮断素子のすべてが通電状態となって前記複数の電池セルの直列接続が実現されるために前記電池パックから前記負荷部への電力供給が行われる一方、前記第1制御手段が前記停止指令信号を出力した場合には、前記複数の通電遮断素子のすべてが遮断状態となって前記複数の電池セルの直列接続が実現されないために前記電池パックから前記負荷部への電力供給が停止されるように、前記複数の通電遮断素子を制御するものと
を含む電池パックシステム。 A battery pack system comprising an electric device and a battery pack used as a power source for the electric device,
The battery pack is
A battery cell group in which a plurality of battery cells are connected in series;
And a discharge output for supplying a discharge output of the battery cell group to the electric device,
The electrical equipment is
A power input terminal that is connected to the discharge output terminal and receives power from the battery pack;
A load unit that operates when power is supplied from the power input terminal ;
A switch operated respectively to the on and off by an operator to the operator driving the and stopping of the load portion is selectively controlled, when operated off the switch itself, the When the power input terminal and the load section are cut off from each other to stop the power supply from the battery pack to the load section and are turned on, the switch itself turns off the power input terminal and the load section. Energizing each other to permit power supply from the battery pack to the load unit;
Including
The battery pack system further includes:
A switch detection unit for detecting on / off of the switch;
A power storage unit that accumulates power supplied from the battery pack, and when the power supply from the battery pack to the load unit is stopped, supplies power to the switch detection unit, thereby Enabling the operation of the switch detector,
When the switch is turned off based on a signal from the switch detection unit, a stop command signal is output to instruct to stop power supply from the battery pack to the load unit, while the switch is turned on. A first control means for outputting a permission command signal for commanding permission of power supply from the battery pack to the load unit;
A plurality of energization interrupting elements provided between the battery cells to selectively realize series connection of the plurality of battery cells ;
The second control means connected to the first control means and the plurality of energization cutoff elements, and when the first control means outputs the permission command signal , all of the plurality of energization cutoff elements are When power is supplied from the battery pack to the load unit in order to realize the serial connection of the plurality of battery cells in an energized state, while the first control means outputs the stop command signal The plurality of energization interrupting elements are all in an interrupted state, and the series connection of the plurality of battery cells is not realized, so that the power supply from the battery pack to the load unit is stopped. A battery pack system including a device that controls a current-carrying-off element.
その充電器は、
商用電源の交流電圧が入力され、その交流電圧を直流電圧に変換する電圧変換部と、
その変換された直流電圧を制御し、その制御された直流電圧により、前記電池モジュール群の充電を制御する充電制御部と
を含み、
その充電制御部は、
前記充電器による前記電池パックの充電を停止する充電停止手段と、
その充電停止手段が前記充電器による充電を停止すると、前記充電の停止を示す充電停止信号を前記電池パックに送信する送信手段と
を含み、
前記電池パックは、前記充電制御部から前記充電停止信号を受信すると、前記通電遮断素子を前記遮断状態に切り換え、それにより、前記電池セル群への電圧の入力を停止するコントローラを含む請求項1に記載の電池パックシステム。 Furthermore, a charger for charging the battery pack is provided,
The charger is
A voltage conversion unit that receives an AC voltage of a commercial power supply and converts the AC voltage into a DC voltage;
A charge control unit that controls the converted DC voltage and controls charging of the battery module group by the controlled DC voltage;
Including
The charge controller is
Charging stopping means for stopping charging of the battery pack by the charger;
When the charging stop means stops charging by the charger, a transmitting means for transmitting a charge stop signal indicating the stop of charging to the battery pack;
Including
The battery pack includes a controller that, when receiving the charge stop signal from the charge control unit, switches the energization cut-off element to the cut-off state, thereby stopping input of a voltage to the battery cell group. The battery pack system described in 1.
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