JP6442255B2 - バッテリパック - Google Patents

Description

本発明は、バッテリから外部負荷への放電を制御する制御回路を備えたバッテリパックに関する。

この種のバッテリパックには、バッテリから外部負荷への放電経路に、ＦＥＴ等からなるスイッチング素子が設けられており、制御回路は、スイッチング素子を導通させることで、バッテリから外部負荷への放電を許可する。

また、制御回路は、例えば、バッテリから外部負荷への放電時に放電電流が閾値以上となり、その状態（つまり過電流状態）が所定時間以上継続した場合など、放電時に異常が生じると、スイッチング素子を遮断させて、バッテリを過放電等から保護する（例えば、特許文献１参照）。

特許第４８３１１７１号公報

ところで、バッテリパックにおいては、制御回路が、バッテリから電源供給を受けて動作することから、外部負荷側での短絡等によって、バッテリからの放電電流が過大となって、バッテリ電圧が急激に低下し、制御回路が動作を停止してしまうことがある。

この場合、制御回路は、動作停止前にスイッチング素子を遮断させることができないので、制御回路の動作停止後、スイッチング素子に電流が流れ続けることがある。
なお、これは、スイッチング素子の制御端子（スイッチング素子がＦＥＴの場合にはゲート、バイポーラトランジスタの場合にはベース）には、通常、入力電圧を安定化させるためのコンデンサが設けられているためである。

つまり、制御回路の動作停止によって制御回路からスイッチング素子の制御端子に駆動電圧が入力されなくなっても、スイッチング素子は制御端子に接続されたコンデンサに蓄積された電荷が放電されるまで、オン状態となり、電流が流れ続けるのである。

この場合、スイッチング素子の制御端子の電圧は、前記コンデンサの放電により、緩やかに低下する。そのため、スイッチング素子のオン抵抗が増加するため、スイッチング素子での消費電力が増加し、スイッチング素子が故障することがある。

そこで本発明は、バッテリからの放電を制御する制御回路を備えたバッテリパックにおいて、バッテリ電圧の急激な低下によって制御回路が動作を停止しても、放電経路上のスイッチング素子を速やかに遮断させて、スイッチング素子が故障するのを防止できるようにすることを目的とする。

本発明のバッテリパックには、バッテリと、バッテリから外部負荷への放電経路に設けられて、その放電経路を導通・遮断させるスイッチング素子と、制御回路と、保護回路とが備えられている。

制御回路は、バッテリから電源供給を受けて動作し、スイッチング素子を導通させることにより、バッテリから外部負荷への放電を許可する。また、制御回路は、バッテリから外部負荷への放電時に、バッテリ又は外部負荷に異常が発生すると、スイッチング素子を遮断させて、バッテリから外部負荷への放電を禁止する。

そして、保護回路は、制御回路の動作状態を監視し、制御回路が動作不能になったときに、スイッチング素子を遮断させる。
このため、本発明のバッテリパックによれば、バッテリ電圧が急激に低下して、制御回路が動作不能になったとしても、保護回路がその旨を検知して、スイッチング素子を遮断することになる。

このため、スイッチング素子が導通状態にあるときに、バッテリ電圧が急激に低下した際、スイッチング素子に電流が流れ続けるのを防止し、その通電によりスイッチング素子が故障するのを防止することができる。

ここで、保護回路を動作させるためには、保護回路駆動用の電源が必要になるが、保護回路は、バッテリ電圧の低下時にも動作させる必要があるため、その電源としては、バッテリ又は制御回路から充電される蓄電部を用いるとよい。

そして、この蓄電部には、保護回路がスイッチング素子を遮断するのに要する電力を充電すればよいため、蓄電部には、容量の小さなコンデンサを利用することができ、コスト、サイズを抑えることができる。

また、バッテリ又は制御回路から蓄電部への充電経路には、逆流防止用のダイオードを設けるようにしてもよい。
そして、このようにすれば、バッテリ電圧や制御回路の電源電圧が低下したときに、蓄電部に充電された電力がバッテリ又は制御回路へ放電されるのを防止し、保護回路をより確実に動作させることができるようになる。

次に、保護回路は、制御回路から周期的に出力されるパルス信号を監視することにより制御回路の動作停止を判定する第１保護回路（所謂ウォッチドッグ回路）として構成してもよく、或いは、制御回路の出力ポートの電位の変化から制御回路の動作停止を判定する第２保護回路として構成してもよい。また、保護回路は、第１保護回路と第２保護回路との組み合わせにて構成してもよい。

そして、保護回路を、第１保護回路（所謂ウォッチドッグ回路）として構成する場合には、制御回路を、正常動作時に第１出力ポートから所定周期でパルス信号を出力するよう構成するとよい。

つまり、このようにすれば、第１保護回路は、制御回路の第１出力ポートからパルス信号が出力されなくなると、制御回路が動作不能になったと判断して、スイッチング素子を遮断させるように構成すればよい。

なお、第１保護回路の電源として蓄電部を設ける場合、その蓄電部には、バッテリからダイオードを介して充電されるように構成するとよい。
つまり、第１保護回路は、制御回路の第１出力ポートからパルス信号が出力されなくなったときに、制御回路が動作不能になったことを判定するため、バッテリ電圧が急激に低下してから第１保護回路がスイッチング素子を遮断できるようになるまでには、所定の遅れ時間を要する。

このため、蓄電部には、その遅れ時間の間、第１保護回路を動作させるのに要する電力量を充電しておく必要があり、このためには、蓄電部への充電電圧を高くするとよい。
従って、第１保護回路の電源となる蓄電部への充電には、制御回路の電源電圧を利用するよりも、その電源電圧よりも高いバッテリ電圧を利用するとよい。そして、この構成により、蓄電部の容量を小さくすることができ、コスト、サイズを抑えることができる。

一方、保護回路を、第２保護回路として構成する場合には、制御回路が通常動作しているときに、第２出力ポートが所定電位（ハイ又はロー）となり、制御回路が動作を停止すると、第２出力ポートが開放されてフローティング状態となるように、制御回路を構成するとよい。

そして、この場合、第２保護回路は、バッテリ電圧の低下に伴い制御回路が動作不能になって、第２出力ポートがフローティング状態になったときに、スイッチング素子を遮断させることができるので、スイッチング素子を速やかに遮断させることができるようになる。

なお、第２保護回路の電源として蓄電部を設ける場合、その蓄電部には、制御回路からダイオードを介して充電されるように構成するとよい。
そして、このようにすれば、制御回路が通常動作しているときに、制御回路の電源電圧と蓄電部への充電電圧とを同電圧にすることができ、これら各電圧の電圧差により第２保護回路から第２ポート或いはその逆方向へと電流が流れるのを防止することができる。

つまり、第２保護回路の電源となる蓄電部に対し、バッテリ電圧にて充電するようにした場合、第２保護回路の電源電圧が制御回路の電源電圧よりも大きくなるので、その電圧差により、第２保護回路から第２ポート或いはその逆方向（負電源の場合）へと流れることが考えられる。

この場合、電圧制限素子を設けて、蓄電部から第２保護回路に供給される電源電圧を制限することで、第２保護回路と第２ポートとの間に電流が流れないようにする必要があるが、蓄電部への充電を制御回路から行うようにすれば、電圧制限素子を不要にすることができる。

実施形態のバッテリパックの外観を表す斜視図である。 第１実施形態のバッテリパックの回路構成を表す電気回路図である。 第１実施形態の保護回路の動作を表すタイムチャートである。 第２実施形態のバッテリパックの回路構成を表す電気回路図である。 第２実施形態の保護回路の保護動作を表すタイムチャートである。 第３実施形態のバッテリパックの回路構成を表す電気回路図である。 第３実施形態の保護回路の動作を表すタイムチャートである。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
本実施形態のバッテリパック１は、電動工具に電源供給を行うためのものであり、図１に示すように、バッテリパック１の外壁には、電動工具や充電器に着脱自在に装着するためのコネクタ部４が設けられている。そして、このコネクタ部４には、電動工具及び充電器と電気的に接続するための電源端子部６及び接続端子部８が設けられている。

また、図２に示すように、バッテリパック１には、電源端子部６に設けられた正極側端子６Ａ及び負極側端子６Ｂと、充電用正極側端子６Ｃと、接続端子部８に設けられた接続端子８Ａ〜８Ｃと、バッテリパック１のケース内に収納されたバッテリ１０及び充放電制御用の各種回路と、が備えられている。

ここで、正極側端子６Ａ及び負極側端子６Ｂは、バッテリパック１を電動工具に装着した際、電動工具の正極側端子及び負極側端子に接続されて、バッテリ１０から電動工具に電力供給するためのものである。

このため、正極側端子６Ａには、正極側電源ラインＬＡを介してバッテリ１０の正極端子１０Ａが接続され、負極側端子６Ｂには、負極側電源ラインＬＢを介してバッテリ１０の負極端子１０Ｂが接続されている。

なお、バッテリ１０の負極端子１０Ｂからバッテリパック１の負極側端子６Ｂに至る負極側電源ラインＬＢには、負極端子１０Ｂ側から順に電流検出用の抵抗ＳＲ及び遮断スイッチ２２が設けられている。また、バッテリ１０の負極端子１０Ｂは、バッテリパック１内のグランドラインに接続されている。

次に、接続端子８Ａは、バッテリパック１を電動工具に装着した際に、バッテリパック１内の制御回路２０と電動工具側の制御回路とを通信可能に接続するためのものであり、バッテリパック１内では信号線を介して制御回路２０に接続されている。

また、接続端子８Ｂは、バッテリパック１を充電器に装着した際に、制御回路２０と充電器側の制御回路とを通信可能に接続するためのものであり、バッテリパック１内では信号線を介して制御回路２０に接続されている。

また、接続端子８Ｃは、バッテリパック１を充電器に装着した際に、充電器側の電源ラインに接続されて、バッテリパック１内の充電器検出部１６に充電器の電源電圧を入力するためのものである。

このため充電器検出部１６は、接続端子８Ｃからの入力電圧によりバッテリパック１が充電器に接続されたことを検出し、その旨を表す検出信号を制御回路２０に出力する。
また、充電用正極側端子６Ｃは、正極側端子６Ａと同様、正極側電源ラインＬＡに接続されており、バッテリパック１を充電器に装着した際、負極側電源ラインＬＢとの間で、充電器から充電電圧を取り込み、バッテリ１０に充電電流を供給するのに用いられる。

次に、制御回路２０は、バッテリ１０への充放電を制御するためのものであり、ＣＰＵ２０ａ、ＲＯＭ２０ｂ、ＲＡＭ２０ｃを中心とするマイコンにて構成されている。
そして、制御回路２０は、バッテリパック１を電動工具に装着した際、接続端子８Ａを介して、電動工具側の制御回路との間で双方向通信ができるようになる。

また、制御回路２０は、バッテリパック１を電動工具に装着した際、充電器検出部１６を介してその旨を検知し、接続端子８Ｂを介して、充電器側の制御回路との間で双方向通信ができるようになる。

また、バッテリ１０は、充放電可能な複数のバッテリセルＢ１、Ｂ２、…Ｂｎを、正極端子１０Ａと負極端子１０Ｂとの間に直列接続することにより構成されており、電動工具を駆動するための直流電圧を発生する。なお、本実施形態では、バッテリ１０は、例えば、リチウムイオン電池にて構成される。

そして、バッテリ１０には、バッテリ状態を検出するためのＡＦＥ（アナログ・フロント・エンド）１２が接続されている。
ＡＦＥ１２は、制御回路２０からの指令に従いバッテリ１０を構成するバッテリセルＢ１、Ｂ２、…Ｂｎのセル電圧を検出して、検出結果を制御回路２０に出力するよう構成されたアナログ回路である。

また、ＡＦＥ１２には、負極側電源ラインＬＢに設けられた抵抗ＳＲを介してバッテリ１０への充電電流やバッテリ１０からの放電電流を検出し、その検出結果を制御回路２０に出力する電流検出回路（図示せず）も内蔵されている。

また、バッテリパック１には、正極側端子６Ａからの出力電圧Ｖpack（換言すればバッテリ電圧）を検出するための電圧検出回路１４や、バッテリ１０から電力供給を受けて制御回路２０の電源電圧（直流定電圧）Ｖｃｃを生成するレギュレータ１８も備えられている。

なお、電圧検出回路１４は、出力電圧Ｖpackを分圧する２つの抵抗Ｒ１１，Ｒ１２にて構成されており、その分圧電圧を、出力電圧Ｖpackの検出結果として、制御回路２０に入力する。

また、レギュレータ１８には、接続端子８Ｃからも電力供給できるようになっている。これは、バッテリ電圧の低下時に、バッテリパック１が充電器に装着された際に、充電器からレギュレータ１８に電力供給を行うことで、制御回路２０を駆動できるようにするためである。

次に、負極側電源ラインＬＢに設けられた遮断スイッチ２２は、ＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ２２と、スイッチング素子Ｑ２２のゲート・ソース間に設けられた抵抗Ｒ２２及びコンデンサＣ２２と、により構成されている。

スイッチング素子Ｑ２２は、例えば、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴにて構成されており、ドレインは、負極側端子６Ｂに接続され、ソースは、抵抗ＳＲを介してバッテリ１０の負極端子１０Ｂに接続されている。

また、スイッチング素子Ｑ２２のゲートには、制御スイッチＳＷ１、抵抗Ｒ１及びダイオードＤ１を介して、正極側電源ラインＬＡに接続されている。
制御スイッチＳＷ１は、一端が正極側電源ラインＬＡに直接接続されており、他端が、抵抗Ｒ１及びダイオードＤ１を介して、スイッチング素子Ｑ２２のゲートに接続されている。

また、ダイオードＤ１は、アノードが抵抗Ｒ１に接続され、カソードがスイッチング素子Ｑ２２のゲートに接続されている。
制御スイッチＳＷ１は、抵抗Ｒ１及びダイオードＤ１と共にスイッチング素子Ｑ２２駆動用のバイアス回路を構成しており、制御回路２０からの制御信号によりオン・オフされる。

そして、制御スイッチＳＷ１がオン状態であるときには、スイッチング素子Ｑ２２のゲートに駆動電圧が印加されて、スイッチング素子Ｑ２２（延いては遮断スイッチ２２）がオン状態となり、バッテリ１０に対する充放電が可能となる。なお、この状態では、コンデンサＣ２２が充電される。

また、制御スイッチＳＷ１がオン状態からオフ状態に切り替えられると、制御スイッチＳＷ１からスイッチング素子Ｑ２２に駆動電圧が供給されなくなるが、切り替え直後には、コンデンサＣ２２からスイッチング素子Ｑ２２に駆動電圧が供給される。

従って、スイッチング素子Ｑ２２（延いては遮断スイッチ２２）は、コンデンサＣ２２の放電によりゲート・ソース間電圧が閾値Ｖｔｈ以下になるまでオン状態となり、所定の放電期間経過後、オフ状態となって、バッテリ１０への充放電経路を遮断する。

なお、この放電期間は、コンデンサＣ２２の容量と抵抗Ｒ２２の抵抗値とにより決定される時定数により設定される。このように放電期間を設定するのは、ノイズ等でスイッチング素子Ｑ２２の駆動電圧が変動した際に、遮断スイッチ２２がオフ状態に切り替えられて、バッテリ１０への充電又は放電が停止されるのを防止するためである。つまり、コンデンサＣ２２は駆動電圧を安定化するために用いられる。

次に、制御回路２０は、バッテリパック１が電動工具及び充電器に接続されていないときには、制御スイッチＳＷ１をオフ状態に制御することで、遮断スイッチ２２をオフし、バッテリ１０への充放電経路を遮断させる。

また、制御回路２０は、バッテリパック１が電動工具又は充電器に接続されているときには、制御スイッチＳＷ１をオン状態に制御することで、遮断スイッチ２２をオンし、バッテリ１０への充電経路又は放電経路を導通させる。

また、制御回路２０は、制御スイッチＳＷ１をオン状態に制御しているときに、ＡＦＥ１２や電圧検出回路１４からの検出信号を監視することで、バッテリ１０の充放電時の電圧又は電流の異常を検出する。

そして、異常検出時には、制御回路２０は、出力ポートＰ１から、遮断スイッチ２２を速やかにオフさせるための遮断信号（ハイレベル）を出力する。
つまり、本実施形態では、ダイオードＤ１から遮断スイッチ２２（詳しくはスイッチング素子Ｑ２２のゲート）への駆動電圧の入力経路に、この入力経路をグランドラインに接地するためのスイッチング素子Ｑ１が設けられている。

そして、制御回路２０は、バッテリ１０への充放電時にバッテリ電圧や充放電電流等の異常を検出すると、スイッチング素子Ｑ１をオンして、スイッチング素子Ｑ２２のゲートをグランド電位にすることで、遮断スイッチ２２をオフさせる。

このように、異常検出時に、スイッチング素子Ｑ１を介して、遮断スイッチ２２をオフさせるのは、遮断スイッチ２２のコンデンサＣ２２を速やかに放電させて、バッテリ１０への充放電経路を速やかに遮断させるためである。

また、このために用いられるスイッチング素子Ｑ１は、ドレインが抵抗Ｒ２を介して、スイッチング素子Ｑ２２のゲートに接続され、ソースがグランドラインに接地され、ゲート・ソース間に抵抗Ｒ３が設けられた、ＦＥＴ（例えばｎチャネルＭＯＳＦＥＴ）にて構成されている。

そして、スイッチング素子Ｑ１のゲートには、制御回路２０の出力ポートＰ１から出力される遮断信号（ハイレベル）が、抵抗Ｒ５及びダイオードＤ３を介して入力され、スイッチング素子Ｑ１は、この遮断信号によりオン状態に切り替えられる。

なお、ダイオードＤ３は、逆流防止用のダイオードであり、アノードが抵抗Ｒ５を介して、制御回路２０の出力ポートＰ１に接続され、カソードがスイッチング素子Ｑ１のゲートに接続されている。

また、抵抗Ｒ２の抵抗値は、コンデンサＣ２２を速やかに放電させるために、遮断スイッチ２２の抵抗Ｒ２２よりも小さい値に設定されている。
次に、スイッチング素子Ｑ１のゲートには、制御回路２０の動作状態を監視する、所謂ウォッチドッグ回路としての保護回路２４と、蓄電部としてのコンデンサＣ１とが接続されている。

コンデンサＣ１は、一端が、ダイオードＤ２、抵抗Ｒ１及び制御スイッチＳＷ１を介して正極側電源ラインＬＡに接続されると共に、抵抗Ｒ４を介してスイッチング素子Ｑ１のゲートに接続されており、他端がグランドラインに接地されている。

ダイオードＤ２は、アノードが、抵抗Ｒ１とダイオードＤ１との接続点に接続されており、カソードがコンデンサＣ１の一端に接続されている。
このため、コンデンサＣ１は、制御スイッチＳＷ１がオン状態であるとき、抵抗Ｒ１を介してバッテリ１０から直接充電され、その充電電圧が抵抗Ｒ４及び抵抗Ｒ３にて分圧されて、スイッチング素子Ｑ１のゲートに印加されることになる。

また、制御回路２０は、正常動作しているときに、出力ポートＰ２から所定時間間隔で周期的にパルス信号（図３に示すWatch Dog Pulse ）を出力するように構成されている。
そして、保護回路２４は、このパルス信号を受けて、スイッチング素子Ｑ１のゲートをグランドラインに接地することで、スイッチング素子Ｑ１をオフ状態に保持する。

また、保護回路２４は、制御回路２０からパルス信号が出力されなくなると、制御回路２０が正常動作していないことを検出して、スイッチング素子Ｑ１のゲートとグランドラインとの間を開放する。

この結果、スイッチング素子Ｑ１のゲートには、コンデンサＣ１から、スイッチング素子Ｑ１の閾値電圧Ｖｔｈよりも高い高電圧が印加されて、スイッチング素子Ｑ１はオン状態となる。

このため、遮断スイッチ２２は、制御回路２０の出力ポートＰ２からパルス信号が出力されなくなったとき（つまり制御回路２０の動作停止時若しくは異常動作時）には、保護回路２４の動作によって、速やかに遮断されることになる。

なお、保護回路２４には、ドレインが、抵抗Ｒ３１を介してスイッチング素子Ｑ１のゲートに接続され、ソースが、グランドラインに接地され、ゲート・ソース間に抵抗Ｒ３２が設けられた、ＦＥＴ（例えばｎチャネルＭＯＳＦＥＴ）からなるスイッチング素子Ｑ３１が備えられている。

また、保護回路２４には、一端がスイッチング素子Ｑ３１のゲートに接続され、他端がグランドラインに接地されたコンデンサＣ３１も備えられている。
そして、このコンデンサＣ３１は、制御回路２０の出力ポートＰ２から出力されるパルス信号（ハイレベル）により、抵抗Ｒ３３、コンデンサＣ３２及びダイオードＤ３１を介して充電され、パルス信号の出力停止時に抵抗Ｒ３２を介して放電される。

このように構成された本実施形態の保護回路２４においては、図３に示すように、制御回路２０の出力ポートＰ２からパルス信号（Watch Dog Pulse ）が周期的に出力されているときには、スイッチング素子Ｑ３１のゲート電圧が閾値電圧Ｖｔｈ以上となる。

従って、制御回路２０が正常動作しているときには、スイッチング素子Ｑ３１はオン状態となり、スイッチング素子Ｑ１をオフさせる。
また、制御回路２０の出力ポートＰ２からのパルス信号（Watch Dog Pulse ）の出力が停止すると（時点ｔ１）、コンデンサＣ３１が放電されることにより、スイッチング素子Ｑ３１のゲート電圧が徐々に低下する。

そして、そのゲート電圧が閾値電圧Ｖｔｈよりも低くなると（時点ｔ２）、スイッチング素子Ｑ３１がオフ状態となり、スイッチング素子Ｑ１をオンさせる。
従って、本実施形態によれば、バッテリ１０から電動工具への放電時に、バッテリ電圧の急激な低下によって制御回路２０が動作を停止し、出力ポートＰ１からの遮断信号が出力されない場合には、保護回路２４により遮断スイッチ２２をオフさせて、放電電流を遮断させることができる。

このため、制御回路２０が動作を停止した際に、遮断スイッチ２２内のコンデンサＣ２２が放電されるまでスイッチング素子Ｑ２２がオン状態となって、スイッチング素子Ｑ２２に電流が流れ続け、スイッチング素子Ｑ２２が故障するのを防止することができる。

なお、本実施形態においては、遮断スイッチ２２を構成するスイッチング素子Ｑ２２が、本発明のスイッチング素子に相当し、制御回路２０の出力ポートＰ２が、本発明の第１出力ポートに相当し、保護回路２４が、本発明の第１保護回路に相当する。また、抵抗Ｒ１及びダイオードＤ２を介してバッテリ１０から充電されるコンデンサＣ１が、本発明の蓄電部に相当する。
［第２実施形態］
第２実施形態のバッテリパック２は、基本構成は第１実施形態のバッテリパック１と同じであるため、以下の説明では、第１実施形態のバッテリパック１と異なる点について説明する。

図４に示すように、本実施形態のバッテリパック２には、負極側電源ラインＬＢに、遮断スイッチ２２と遮断スイッチ２６とが直列に接続されている。
遮断スイッチ２６は、遮断スイッチ２２と同様、ＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ２６と、スイッチング素子Ｑ２６のゲート・ソース間に設けられた抵抗Ｒ２６及びコンデンサＣ２６と、により構成されている。

スイッチング素子Ｑ２６のドレインは、負極側端子６Ｂに接続され、ゲートは、ダイオードＤ４、抵抗Ｒ６及び制御スイッチＳＷ１を介して、正極側電源ラインＬＡに接続されている。

また、ダイオードＤ４は、アノードが抵抗Ｒ６に接続され、カソードがスイッチング素子Ｑ２６のゲートに接続されている。
このため、制御スイッチＳＷ１がオン状態であるときには、スイッチング素子Ｑ２６のゲートに駆動電圧が印加されて、スイッチング素子Ｑ２６（延いては遮断スイッチ２６）がオン状態となる。また、制御スイッチＳＷ１がオフ状態であるときには、スイッチング素子Ｑ２６（延いては遮断スイッチ２６）がオフ状態となる。

次に、ダイオードＤ４から遮断スイッチ２６（詳しくはスイッチング素子Ｑ２６のゲート）への駆動電圧の入力経路には、この入力経路を、抵抗Ｒ７を介してグランドラインに接地するためのスイッチング素子Ｑ２が設けられている。

スイッチング素子Ｑ２は、スイッチング素子Ｑ１と同様、ＦＥＴ（例えばｎチャネルＭＯＳＦＥＴ）にて構成されており、ドレインが抵抗Ｒ７を介してスイッチング素子Ｑ２６のゲートに接続され、ソースがグランドラインに接地されている。また、スイッチング素子Ｑ２のゲート・ソース間には、抵抗Ｒ８が設けられている。

また、スイッチング素子Ｑ２のゲートには、制御回路２０から出力される電源電圧Ｖｄｄを、ダイオードＤ４１を介して取り込み、蓄電部としてのコンデンサＣ４１を充電する充電回路２８が接続されている。

そして、充電回路２８には、コンデンサＣ４１の充電電圧を抵抗Ｒ８との間で分圧して、スイッチング素子Ｑ２のゲートに印加し、スイッチング素子Ｑ２をオンさせる、抵抗Ｒ４１が設けられている。

また、抵抗Ｒ４１とスイッチング素子Ｑ２のゲートとの接続経路は、制御回路２０の出力ポートＰ３に接続されている。
制御回路２０において、この出力ポートＰ３には、制御回路２０がレギュレータ１８から電源供給を受けて動作しているときに、オン状態となって、出力ポートＰ３をグランドラインに接地する出力トランジスタ（図示せず）が接続されている。

このため、制御回路２０の動作中は、スイッチング素子Ｑ２はオフ状態となり、遮断スイッチ２６は、制御スイッチＳＷ１を介して供給される駆動電圧によりオン状態となる。
また、バッテリ電圧の急激な低下によって、制御回路２０が動作を停止すると、出力ポートＰ３はフローティング状態となる。

また、制御回路２０が動作を停止すると、制御回路２０から電源電圧Ｖｄｄが出力されなくなるが、制御回路２０が動作を停止したときには、充電回路２８内のコンデンサＣ４１が充電されている。

このため、図５に示すように、バッテリ１０から電動工具への放電時に、制御回路２０が動作を停止したときには（時点ｔ１）、コンデンサＣ４１からスイッチング素子Ｑ２のゲートに、閾値電圧Ｖｔｈよりも高い電圧が印加されて、スイッチング素子Ｑ２がオン状態となる。

そして、スイッチング素子Ｑ２がオン状態になれば、遮断スイッチ２６内のスイッチング素子Ｑ２６のゲートが閾値電圧Ｖｔｈよりも低くなり、スイッチング素子Ｑ２６がオフ状態となるため、バッテリ１０から電動工具への放電電流が遮断される。

従って、本実施形態のバッテリパック２によれば、バッテリ電圧の急激な低下によって制御回路２０が動作を停止した際、出力ポートＰ３からの出力が正常にフローティング状態に切り替えられたときには、第１実施形態のバッテリパック１よりも早く放電経路を遮断させることができる。

また、例えば、制御回路２０の出力ポートＰ３に設けられた出力トランジスタの故障等によって、出力ポートＰ３がフローティング状態に切り替わらないときには、第１実施形態と同様、保護回路２４によって放電経路が遮断される。

このため、本実施形態のバッテリパック２によれば、バッテリ電圧の急激な低下によって制御回路２０が動作を停止した際に、放電経路をより確実に遮断させて、遮断スイッチ２２、２６内のスイッチング素子Ｑ２２、Ｑ２６が故障するのを防止できる。

なお、本実施形態においては、遮断スイッチ２２、２６を構成するスイッチング素子Ｑ２２、Ｑ２６が、本発明のスイッチング素子に相当し、制御回路２０の出力ポートＰ２が、本発明の第１出力ポートに相当し、保護回路２４が、本発明の第１保護回路に相当する。

また、制御回路２０の出力ポートＰ３は、本発明の第２出力ポートに相当し、スイッチング素子Ｑ２及び抵抗Ｒ７、Ｒ８が本発明の第２保護回路に相当し、充電回路２８内で充電されるコンデンサＣ４１が、本発明の蓄電部に相当する。
［第３実施形態］
第３実施形態のバッテリパック３は、基本構成は第１実施形態のバッテリパック１と同じであるため、以下の説明では、第１実施形態のバッテリパック１と異なる点について説明する。

図６に示すように、本実施形態のバッテリパック３においては、制御回路２０に、第１実施形態の出力ポートＰ１に代えて、第２実施形態の出力ポートＰ３が設けられている。
出力ポートＰ３は、抵抗Ｒ５及びダイオードＤ５を介して、スイッチング素子Ｑ１のゲートに接続されており、抵抗Ｒ５とダイオードＤ５（詳しくはダイオードＤ５のアノード）との接続点には、充電回路２９が接続されている。

この充電回路２９は、第１実施形態のダイオードＤ２、コンデンサＣ１及び抵抗Ｒ４に代えて設けられるものであり、第２実施形態の充電回路２８と同様に構成されている。
すなわち、充電回路２９は、制御回路２０から出力される電源電圧Ｖｄｄを、ダイオードＤ４２を介して取り込み、蓄電部としてのコンデンサＣ４２を充電し、コンデンサＣ４２の充電電圧を、抵抗Ｒ４２を介して、抵抗Ｒ５とダイオードＤ５との接続点に印加するように構成されている。

なお、ダイオードＤ５及びＤ４２には、例えば、他のダイオード（ＰＮ接合ダイオード）に比べて順方向の電圧効果が低く、スイッチング速度が速い、ショットキーバリアダイオードにて構成されている。

また、上記各実施形態と同様、スイッチング素子Ｑ１のゲート（詳しくはスイッチング素子Ｑ１のゲートとダイオードＤ５のカソードとの接続点）には、保護回路２４が接続されるが、保護回路２４には、その接続用の素子として、ダイオードＤ３３が設けられている。

このダイオードＤ３３は、アノードがスイッチング素子Ｑ３１のドレインに接続され、カソードがスイッチング素子Ｑ１のゲートに接続されている。また、スイッチング素子Ｑ３１のドレインには、抵抗Ｒ３１を介して、制御回路２０から出力される電源電圧Ｖｄｄが印加されている。

このため、制御回路２０が正常動作しているときには、保護回路２４のスイッチング素子Ｑ３１はオン状態となり、保護回路２４からスイッチング素子Ｑ１のゲートに駆動用の高電圧が出力されることはない。

これに対し、制御回路２０が誤動作して、出力ポートＰ２からのパルス信号（Watch Dog Pulse ）の出力が停止すると、コンデンサＣ３１が放電されることにより、スイッチング素子Ｑ３１がオフ状態となる。

すると、保護回路２４からスイッチング素子Ｑ１のゲートには、ダイオードＤ３３を介して、駆動用の高電圧（電圧値：Ｖｄｄ−ダイオードＤ３３の順方向電圧（所謂Ｖｆ））が出力され、スイッチング素子Ｑ１がオン状態となる。

従って、本実施形態において、保護回路２４は、一般的なウォッチドッグ回路として動作し、制御回路２０を構成するマイコンの暴走時等に、遮断スイッチ２２をオフさせて、放電電流を遮断させることができる。

一方、バッテリパック３から電動工具への放電中に、バッテリ電圧が低下して、制御回路２０が動作を停止した際には、制御回路２０から出力される電源電圧Ｖｄｄも低下しているので、保護回路２４は、スイッチング素子Ｑ１をオンさせることができない。

しかし、図７に示すように、電動工具への放電中に制御回路２０が動作を停止すると（時点ｔ１）、出力ポートＰ３がフローティング状態となるため、コンデンサＣ４２からスイッチング素子Ｑ１のゲートに、閾値電圧Ｖｔｈよりも高い電圧が印加される。なお、この電圧は、コンデンサＣ４２の充電電圧を抵抗Ｒ４２とＲ３とで分圧した電圧である。

すると、スイッチング素子Ｑ１は、オン状態となるため、遮断スイッチ２２内のスイッチング素子Ｑ２２のゲートが閾値電圧Ｖｔｈよりも低くなり、スイッチング素子Ｑ２２がオフ状態となって、バッテリ１０から電動工具への放電電流が遮断される。

従って、本実施形態のバッテリパック３によれば、バッテリ電圧の急激な低下によって制御回路２０が動作を停止して、出力ポートＰ３からの出力が正常にフローティング状態に切り替えられたときには、第２実施形態のバッテリパック２と同様に、速やかに放電経路を遮断させることができる。

なお、本実施形態においては、制御回路２０の出力ポートＰ３が、本発明の第２出力ポートに相当し、充電回路２９及びダイオードＤ５が、本発明の第２保護回路に相当し、充電回路２９内で充電されるコンデンサＣ４２が、本発明の蓄電部に相当する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて、種々の態様をとることができる。
例えば、上記実施形態では、遮断スイッチ２２、２６を構成するスイッチング素子Ｑ２２、Ｑ２６等、バッテリパック１〜３内に設けられるスイッチング素子は、ＦＥＴであるものとして説明したが、スイッチング素子は、バイポーラトランジスタであってもよい。

また、上記実施形態では、バッテリパック１〜３は、電動工具に電源供給を行うものとして説明したが、本発明のバッテリパックは、バッテリを内蔵していて外部負荷に直流電源を供給するものであれば、上記実施形態と同様に適用することができる。

１〜３…バッテリパック、４…コネクタ部、６…電源端子部、６Ａ…正極側端子、６Ｂ…負極側端子、６Ｃ…充電用正極側端子、８…接続端子部、８Ａ〜８Ｃ…接続端子、１０…バッテリ、１０Ａ…正極端子、１０Ｂ…負極端子、１２…ＡＦＥ、１４…電圧検出回路、１６…充電器検出部、１８…レギュレータ、２０…制御回路、Ｐ１〜Ｐ３…出力ポート、２０ａ…ＣＰＵ、２０ｂ…ＲＯＭ、２０ｃ…ＲＡＭ、ＳＷ１…制御スイッチ、２２，２６…遮断スイッチ、Ｑ２２，Ｑ２６…スイッチング素子、２４…保護回路、２８，２９…充電回路、Ｃ１，Ｃ４１，Ｃ４２…コンデンサ（蓄電部）、Ｄ２，Ｄ４１，Ｄ４２…ダイオード（逆流防止用）。

Claims (5)

1. バッテリと、
   前記バッテリから外部負荷への放電経路に設けられ、該放電経路を導通・遮断させるスイッチング素子と、
   前記バッテリから電源供給を受けて動作し、前記スイッチング素子を導通させることにより、前記バッテリから前記外部負荷への放電を許可し、該放電時に前記バッテリ又は前記外部負荷に異常が発生すると、前記スイッチング素子を遮断させて、前記バッテリから前記外部負荷への放電を禁止する制御回路と、
   前記制御回路の動作状態を監視し、前記制御回路が動作不能になったときに、前記スイッチング素子を遮断させる保護回路と、
   を備え、
   前記保護回路の電源として、前記バッテリ又は前記制御回路から充電される蓄電部を備え、
   前記制御回路は、当該制御回路の動作時に所定電位となり、動作停止時にフローティング状態となる第２出力ポートを有し、
   前記保護回路として、前記制御回路の前記第２出力ポートがフローティング状態になると、前記制御回路が動作不能になったと判断して、前記スイッチング素子を遮断させる第２保護回路、を備えた、バッテリパック。
2. 前記バッテリ又は前記制御回路から前記蓄電部への充電経路には、逆流防止用のダイオードが設けられている、請求項１に記載のバッテリパック。
3. 請求項２に記載のバッテリパックにおいて、
   前記第２保護回路の電源となる前記蓄電部は、前記制御回路から前記ダイオードを介して充電されるように構成されている、バッテリパック。
4. 前記制御回路は、正常動作時に第１出力ポートから所定周期でパルス信号を出力するよう構成されており、
   前記保護回路として、
   前記第１出力ポートから前記パルス信号が出力されなくなると、前記制御回路が動作不能になったと判断して、前記スイッチング素子を遮断させる第１保護回路、
   を備えた、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のバッテリパック。
5. 請求項２を引用する請求項４に記載のバッテリパックにおいて、
   前記第１保護回路の電源となる前記蓄電部は、前記バッテリから前記ダイオードを介して充電されるように構成されている、バッテリパック。

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