JP2011229317A - 電動工具用バッテリの内部温度推定装置及び電動工具用装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】バッテリパック内のMCUは、バッテリからの放電時に、サーミスタにより検出されるバッテリ温度(表面温度)の温度上昇量「Tnow−Tini」を、バッテリの内部温度を表す推定値として算出し、温度上昇量が、判定値「△T−x」以上になると、放電電流等の制限処理で用いられる閾値を補正して、放電制御を制限し、温度上昇量が温度上昇許容基本値△T以上になると、放電を停止させる(S220〜S250)。また、温度上昇許容基本値△Tについては、サーミスタにより検出された表面温度、充電履歴、放電履歴、バッテリの開放電圧、残容量に基づき、表面温度が高い場合やバッテリ状態が悪い場合ほど値△Tが小さくなるよう、マイナス補正する(S180〜S210)。
【選択図】図6
Description
そこで、従来、電子機器に装着されるバッテリパックに、バッテリと共に温度検出用のセンサ(サーミスタ等)を組み込むことで、バッテリへの充電時やバッテリから電子機器への放電時にバッテリのセルの温度(以下、単にバッテリ温度ともいう)を検出できるようにし、センサによる検出温度が許容温度範囲から外れると、充・放電を停止するか、或いは、充・放電電流を低減することが提案されている(例えば、特許文献1等参照)。
このため、電動工具用のバッテリの充・放電時に、センサによる検出温度に基づき、バッテリへの充・放電を制限(停止若しくは電流低減)するようにすると、バッテリの内部温度が許容温度範囲を超えているにも関わらず、センサによる検出温度が上限温度に達せず、バッテリへの充・放電を制限することができなくなるとか、逆に、バッテリへの充・放電時間が短く、バッテリの内部温度が許容温度範囲を超えていないにも関わらず、センサによる検出温度が上限温度に達し、バッテリへの充・放電を制限してしまう、という問題があった。
つまり、例えば、図7,図8は、バッテリから負荷に放電電流を流した際に測定した、バッテリからの放電電流と、バッテリの出力電圧と、バッテリの表面温度(実測温度)と、温度検出用センサ(サーミスタ)からの検出信号に基づき制御用のマイコンが認識した認識温度と、の関係を表している。
ところで、バッテリの放電時や充電時には、バッテリの内部温度及び表面温度は上昇する筈であるが、周囲環境によっては、外乱等によって一時的に低下することも考えられる。
そして、判定手段が、内部温度推定装置にて得られたバッテリの内部温度を表す推定値が、予め設定された過熱判定用の設定温度を越えたか否かを判定し、判定手段にて内部温度の推定値が設定温度を超えたと判断されると、保護手段が、バッテリからの放電若しくはバッテリへの充電を停止又は制限することで、バッテリを保護する。
このため、本発明の電動工具用装置には、請求項4に記載のように、内部温度推定装置にて推定値を算出するのに用いられた検出温度若しくはその初期値に基づき、検出温度若しくは初期値が高いほど低くなるように、判定手段がバッテリの過熱判定に用いる設定温度を補正する、第1の設定温度補正手段を設けるようにしてもよい。
(電動工具全体の構成)
図1は、本発明が適用された実施形態の電動工具の側面図である。
ギアハウジング16は、駆動モータM1の駆動力をドリルチャック18に伝達するギア機構(図示せず)を収容している。
ハンドグリップ20は、電動工具の使用者が当該ハンドグリップ20を片手で把持可能に成形されている。そして、ハンドグリップ20の上部前方には、電動工具の使用者が駆動モータM1を駆動/停止するためのトリガスイッチ22が設けられている。
より具体的には、図2に示すように、バッテリパック装着部24は、電動工具の使用者がバッテリパック40を前方に摺動させることでバッテリパック40を当該バッテリパック装着部24から離脱できるように構成されている。なお、図2は、電動工具の本体10からバッテリパック40を離脱させた様子を示す側面図である。
(電動工具本体10の回路構成)
次に、図4は、バッテリパック40を本体10に装着した際に、バッテリパック40と本体10とで形成される駆動モータM1制御用の回路を表す回路図である。
次に、本体10には、内部回路駆動用の電源電圧を生成する制御用電源回路36と、バッテリパック40との間で信号を入出力する入出力回路38とが備えられている。
トランジスタQ2は、NPN型バイポーラトランジスタにて構成されており、そのベースは、抵抗R3を介して、信号端子34Aに接続されるとともに、抵抗R4を介して、グランドに接地されている。
(バッテリパック40の回路構成)
一方、バッテリパック40には、電源端子部44に設けられた正極側端子44A及び負極側端子44Bと、接続端子部46に設けられた3つの信号端子46A,46B,46Cと、バッテリ50と、バッテリ制御回路60とが備えられている。
また、温度測定回路66は、バッテリ50周囲に配置されるサーミスタを含み、サーミスタを介してバッテリ温度を測定して、その測定温度に応じた電圧値を有する温度検出信号をMCU70に出力する。
(充電器80の回路構成)
次に、図5は、バッテリパック40を充電器80に装着した際に、バッテリパック40と充電器80とで形成されるバッテリ充電用の回路を表す回路図である。
整流回路92は、商用電源等の交流電源から供給される交流電圧を整流するものであり、その整流出力は、充電用スイッチング電源回路94及び制御用スイッチング電源回路98に出力される。
MCU96は、バッテリパック40内のMCU70と同様、マイクロコンピュータにて構成されており、バッテリ制御回路60内のMCU70から信号端子46B、86Bを介して、バッテリ状態を取り込み、充電用スイッチング電源回路94を駆動制御することで、バッテリ50への充電パターン(充電電流、充電電圧等)を制御する。
そして、充電器80のグランドは、負極側端子84B、及び、バッテリパック40の負極側端子44Bを介して、バッテリ50の負極側端子52Bに接続され、充電用スイッチング電源回路94にて生成された充電電圧は、正極側端子84A、及び、バッテリパック40の正極側端子44Aを介して、バッテリ50の正極側端子52Aに印加される。
このため、バッテリパック40が充電器80に装着されて、制御用スイッチング電源回路98にて電源電圧Veeが生成されると、バッテリパック40側では、この電源電圧Veeに対応したハイレベルの信号が、信号端子86C、46Cを介して、充電器検出回路72に入力され、充電器検出回路72からMCU70に入力される検出信号の信号レベルが、ハイレベルからローレベルに変化することになる。
(バッテリパック40内のMCU70の動作)
次に、バッテリパック40内のMCU70の動作について説明する。
次に、MCU70は、充電器検出回路72からの検出信号(ローレベル)により起動した際には、バッテリ50の状態(バッテリ電圧、バッテリ容量等)を表す各種情報を、信号端子46B、86Bを介して充電器80のMCU96に出力し、その後、充電器80からバッテリ50への充電が開始されると、バッテリ保護のための充電制御処理を実行する。
また、充電制御処理は、充電器検出回路72からの検出信号がハイレベルになるまで(換言すれば充電器80から電源電圧Veeが入力されなくなるまで)継続され、検出信号がハイレベルになると、MCU70は、バッテリパック40が充電器80から取り外されたものと判断して、スリープモードに移行する。
以下、この放電禁止判定処理について説明する。
(放電禁止判定処理)
この放電禁止判定処理は、MCU70において、一定周期(例えば、0.5秒毎)で繰り返し実行される処理であり、処理が開始されると、まず、S110(Sはステップを表す)にて、温度測定回路66から現在のバッテリ温度(詳しくはバッテリ50の表面温度)Tnowを読み込む、読込処理を実行する。
なお、S150、S160の処理により、放電開始時温度Tiniを更新するのは、MCU70が起動されてスリープモードに移行する迄の通常モード時、バッテリ50からの放電は、連続的に実施されることはなく、トリガスイッチ22の操作・停止により断続的に実施されることから、放電の一時的な停止によってバッテリ温度Tnowが放電開始時温度Tiniよりも低下することがあるためである。
つまり、温度上昇量「Tnow−Tini」は、バッテリ50の内部温度の変化量に比例することから、本実施形態では、温度上昇量「Tnow−Tini」を、バッテリ50の内部温度を表す推定値として利用し、その推定値である温度上昇量「Tnow−Tini」からバッテリ50内部の温度上昇(換言すれば過熱)を判定するようにしている。
なお、S180〜S210において、温度上昇許容基本値△Tをマイナス補正する際には、上記各パラメータが所定の閾値よりも高いか低いかを判断することにより、マイナス補正の要否を判定して、温度上昇許容基本値△Tを設定値だけマイナス補正するようにしてもよく、上記各パラメータの値に基づき補正量を算出して、温度上昇許容基本値△Tをマイナス補正するようにしてもよい。
一方、S120にて、現在、バッテリ50への充電中であると判断されると、S260に移行する。そして、S260では、前回の放電時にバッテリ50の温度上昇量「Tnow−Tini」が判定値「△T−x」に達し、S230にて通常時の放電制御に制限をかけたか、或いは、前回の放電時にバッテリ50の温度上昇量「Tnow−Tini」が温度上昇許容基本値△Tに達し、放電を停止させたか、を判定する。
(実施形態の効果)
以上説明したように、本実施形態では、バッテリパック40に設けられたMCU70が、図6に示した放電禁止判定処理を実行する。そして、この放電禁止判定処理では、バッテリパック40から駆動モータM1への放電時に、温度測定回路66により測定されたバッテリ温度(詳しくは表面温度)の放電開始時からの温度上昇量「Tnow−Tini」を、バッテリ50の内部温度を表す推定値として算出し、その温度上昇量「Tnow−Tini」が、温度上昇許容基本値△T以上になると、バッテリ50内部が許容上限温度に達したと判断して、放電を停止させる(S240、S250)。
(変形例)
以上、本発明の一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。
また、上記実施形態では、ブラシ付き直流モータが駆動モータM1として用いられていたが、ブラシレス直流モータや交流モータが用いられてもよい。ただし、ブラシレス直流モータや交流モータを駆動モータM1として用いる場合には、本体10をそのように構成する必要はある。
Claims (7)
- 電動工具用装置に設けられ、電動工具の電源であるバッテリのセルの温度を検出する温度検出手段から検出温度を読み込み、該検出温度から前記バッテリの内部温度を推定する電動工具用バッテリの内部温度推定装置であって、
前記バッテリからの放電開始時、若しくは、前記バッテリへの充電開始時に、前記温度検出手段から検出温度を読み込み、該検出温度を初期値として設定する初期値設定手段と、
前記バッテリからの放電時、若しくは、前記バッテリへの充電時に、前記温度検出手段から検出温度を読み込み、該読み込んだ検出温度の最新値と前記初期値設定手段にて設定された初期値とから前記バッテリのセルの温度上昇量を算出する温度上昇量算出手段と、
を備え、前記温度上昇量算出手段にて算出された温度上昇量を前記バッテリの内部温度を表す推定値として出力することを特徴とする電動工具用バッテリの内部温度推定装置。 - 前記温度上昇量算出手段は、前記温度検出手段から読み込んだ検出温度が、前記初期値設定手段にて設定された初期値よりも低いときには、前記温度検出手段から読み込んだ検出温度を、前記初期値として再設定することを特徴とする請求項1に記載の電動工具用バッテリの内部温度推定装置。
- 請求項1又は請求項2に記載の電動工具用バッテリの内部温度推定装置と、
前記内部温度推定装置にて得られた前記バッテリの内部温度を表す推定値が、予め設定された過熱判定用の設定温度を越えたか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段にて前記内部温度の推定値が前記設定温度を超えたと判断されると、前記バッテリからの放電若しくは前記バッテリへの充電を停止又は制限し、前記バッテリを保護する保護手段と、
を備えたことを特徴とする電動工具用装置。 - 前記判定手段が前記バッテリの過熱判定に用いる設定温度を、前記内部温度推定装置にて前記推定値を算出するのに用いられた検出温度若しくは該検出温度の初期値に基づき、該検出温度若しくは初期値が高いほど前記設定温度が低くなるように補正する第1の設定温度補正手段、
を備えたことを特徴とする請求項3に記載の電動工具用装置。 - 前記判定手段が前記バッテリの過熱判定に用いる設定温度を、前記バッテリの充放電履歴、開放電圧、及び、残容量の少なくとも一つに基づき、前記設定温度を補正する第2の設定温度補正手段、
を備えたことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の電動工具用装置。 - 前記保護手段は、前記バッテリからの放電時若しくは前記バッテリへの充電時に、前記バッテリからの放電若しくは前記バッテリへの充電を停止又は制限すると、次回のバッテリへの充電時に流れる充電電流若しくは次回のバッテリからの放電時に流れる放電電流を制限することを特徴とする請求項3〜請求項5の何れか1項に記載の電動工具用装置。
- 前記電動工具用装置は、前記バッテリが収納されたバッテリパック、該バッテリパックが着脱自在に装着される電動工具本体、又は、前記バッテリパックが着脱自在に装着される充電器、であることを特徴とする請求項3〜請求項6の何れか1項に記載の電動工具用装置。
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