JP2012090368A - 工具用バッテリ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る工具用バッテリ10は、放電電流、あるいは充電電流の電流信号と各セル12の電圧信号とが入力される監視部22と、その監視部22からの信号に基づいて放電時、あるいは充電時の制御を行なう制御用マイコン24とを備える工具用バッテリ10であって、放電電流及び充電電流を検出する電流検出素子14からの電流信号が監視部22と制御用マイコン24とにそれぞれ入力されるように構成されている。
【選択図】図1
Description
特許文献1のバッテリでは、放電電流、あるいは充電電流をシャント抵抗によって電圧信号に変換した後、その信号を監視部に入力できるように構成されている。また、監視部には各セルの電圧信号が入力されるように構成されている。前記監視部は制御用マイコンに対して放電電流、あるいは充電電流のデータや各セルの電圧値のデータを伝送する。前記制御用マイコンは前記監視部からのデータに基づいて放電、あるいは充電の制御を行なえるように構成されている。
さらに、電流異常が発生した場合に、監視部の故障に起因する電流異常か、シャント抵抗等の故障に起因する電流異常かの判別が難しい。
請求項1の発明は、放電電流、あるいは充電電流の電流信号と各セルの電圧信号とが入力される監視部と、その監視部からの信号に基づいて放電時、あるいは充電時の制御を行なう制御用マイコンとを備える工具用バッテリであって、前記放電電流及び充電電流を検出する電流検出素子からの電流信号が前記監視部と前記制御用マイコンとにそれぞれ入力されるように構成されていることを特徴とする。
また、電流検出素子、あるいは電流検出回路が故障した場合、監視部と制御用マイコンとで共に電流異常となるため、電流検出素子等の故障を容易に判別できるようになる。
このため、制御用マイコンで常に監視部から制御用マイコンに伝送される電流信号と、電流検出素子から制御用マイコンに入力される電流信号とを比較できるようになる。
このように、電流異常が発生した場合、速やかに放電を禁止できるため、工具用バッテリ、あるいは電動工具の故障等を防止できる。
このように、電流異常が発生した場合、速やかに充電を禁止できるため、工具用バッテリ、あるいは充電器の故障等を防止できる。
以下、図1から図6に基づいて、本発明の実施形態1に係る工具用バッテリ10の説明を行なう。
<工具用バッテリ10の概要について>
工具用バッテリ10は、電動工具(図示省略)に連結されることで、その電動工具の電源として使用されるバッテリであり、充電器(図示省略)により充電可能なように構成されている。
工具用バッテリ10は、図1に示すように、リチウムイオン電池等の二次電池である複数本のセル12を備えており、それらのセル12が直列に接続されることで所定の電圧が得られるように構成されている。そして、直列に接続されたセル12の集合体(セル集合体120)のプラス電極が工具用バッテリ10のプラス端子Pに接続されている。また、前記セル集合体120のマイナス電極が工具用バッテリ10のマイナス端子Nに接続されている。さらに、セル集合体120のマイナス電極とマイナス端子Nとの間に位置するマイナスライン11nに電流検出素子であるシャント抵抗14が設けられている。
また、前記セル集合体120には、セル12の温度を検出するためのサーミスタ(図示省略)が設けられている。そして、サーミスタの信号が温度検出回路26で電圧信号に変換された後、後記するように、制御用マイコン24に入力されている。
工具用バッテリ10は、監視部22と制御用マイコン24と温度検出回路26とを備えている。
監視部22は、各々のセル12の電圧と、放電電流、あるいは充電電流を測定してそれらのデータを制御用マイコン24に伝送するためのICである。監視部22には、図1に示すように、各々のセル12の電圧が入力される入力端子ki1〜ki5と、放電電流信号、あるいは充電電流信号が入力される入力端子ki6,ki7と、制御用マイコン24に対してデータを伝送するための出力端子ko1とが設けられている。
制御用マイコン24は、監視部22から伝送された各セル12の電圧データと、放電電流、あるいは充電電流のデータと、セル12の温度データ等に基づいて、後記するように、放電、あるいは充電制御を行なうマイコンである。さらに、制御用マイコン24は、シャント抵抗14、増幅器15及び監視部22の故障監視を行なえるように構成されている。制御用マイコン24には、図1に示すように、監視部22から伝送されたデータが入力される入力端子ci3と、放電電流信号、あるいは充電電流信号が入力される入力端子ci6,ci7と、温度検出回路26からの温度信号が入力される入力端子ci2とが設けられている。即ち、前記放電電流信号、あるいは充電電流信号は、制御用マイコン24と監視部22とにそれぞれ入力されるようになっている。
さらに、制御用マイコン24には、電動工具に対して運転停止信号を出力するための出力端子co1と、充電器と通信するための通信端子co2が設けられている。ここで、制御用マイコン24の出力端子co1は工具用バッテリ10のオートストップ端子ASに接続されており、通信端子co2は工具用バッテリ10の通信端子COMに接続されている。
次に、図2、図3のフローチャートに基づいて工具用バッテリ10の動作について説明する。ここで、図2、図3のフローチャートを実行するためのプログラムは制御用マイコン24のメモリ(図示省略)に格納されている。
先ず、図2に基づいて、放電時における工具用バッテリ10の動作について説明する。なお、放電時には、工具用バッテリ10は電動工具に連結されており、工具用バッテリ10のプラス端子P、マイナス端子Nは、電動工具のプラス端子、マイナス端子にそれぞれ接続されている。また、工具用バッテリ10のオートストップ端子ASが電動工具のオートストップ端子に接続されており、工具用バッテリ10の通信端子COMは開放状態(浮いている状態)に保持されている。
制御用マイコン24のメモリには、放電電流の第1上限値Im1、第2上限値Im2、及び第3上限値Im3が予め格納されている。ここで、各々の上限値には、Im3>Im2>Im1の関係がある。
即ち、過負荷状態でなく、監視部22及びシャント抵抗14、増幅器15等が正常であれば、セル12の残容量が設定値以下、又はセル12の温度が設定値以上になるまで、ステップS101〜S104、及びステップS106の処理が所定時間毎に繰り返し実行される。
即ち、(Im3−Im2)が本発明における第1規定値に相当するようになる。
この場合には、上記したように、ステップS108で放電電流検出異常であることを記憶した後、電動工具に対してオートストップ信号を出力して、電動工具を停止させる(ステップS109)。また、その後の充電・放電も全て禁止する。これはEEPROM等の不揮発性メモリに記憶しているため、永久的にこの禁止状態を維持できる。
前述のように、第2上限値Im2>第1上限値Im1であるため、前記判定結果から[監視部22の放電電流データImon]−[制御用マイコン24の放電電流データIcpu]>第2上限値Im2−第1上限値Im1となる。即ち、本来ならば等しい値であるIcpuとImonと差異が(Im2−Im1)よりも大きいことになる。このため、監視部22の異常が考えられる。
即ち、(Im2−Im1)も本発明における第1規定値に相当するようになる。
なお、増幅器15、監視部22、制御用マイコン24等に異常がある場合には、監視部22の放電電流データImonと制御用マイコン24の放電電流データIcpuが共に不自然な値になるため、これにより異常判定することができる。
また、制御用マイコン24のメモリには、充電電流の第1上限値Im4、第2上限値Im5、及び第3上限値Im6が予め格納されている。ここで、各々の上限値には、Im6>Im5>Im4の関係がある。
充電時にも放電時と同様の制御が行なわれ、本来ならば等しい値である監視部22の充電電流データImonと制御用マイコン24の充電電流データIcpuと差異が(Im6−Im5)、あるいは(Im5−Im4)よりも大きくなった場合に、充電電流検出異常とされる。
異常が検出されると放電時と同様にEEPROM等の不揮発性メモリに記憶され、その後の充電・放電が永久的に禁止される。
即ち、(Im6−Im5)、あるいは(Im5−Im4)が本発明における第2規定値に相当する。
本実施形態に係る工具用バッテリ10によると、電流検出素子(シャント抵抗14等)からの電流信号が監視部22と制御用マイコン24とにそれぞれ入力されるように構成されている。このため、仮に監視部22が故障した場合、その監視部22から制御用マイコン24に送られる電流信号とシャント抵抗14等から制御用マイコン24に入力される電流信号との差異が大きくなるため、前記制御用マイコン24によって監視部22の故障を容易に発見できる。
また、監視部22等が故障した場合に、速やかに充放電を禁止できるため、工具用バッテリ10、電動工具、あるいは充電器の故障等を防止できる。
ここで、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における変更が可能である。例えば、本実施形態では、図2、図3のステップS104(S114)、ステップS106(116)で監視部22の放電電流データImonに基づく過負荷判定と、制御用マイコン24の放電電流データIcpuに基づく過負荷判定を行って放電(充電)電流検出異常を検出する例を示した。しかし、図4、図5に示すように、特に過負荷判定を行なわずに、ステップS124(S134)で、監視部22の放電電流データImonと制御用マイコン24の放電電流データIcpuとの差を演算し、|Icpu−Imon|が許容値I7(I8)以上となったときに放電(充電)電流検出異常と判定することも可能である。
即ち、許容値I7が本発明の第1規定値に相当し、許容値I8が本発明の第2規定値に相当する。
また、本実施形態では、監視部22をICにより構成する例を示したが、監視部22をマイコンで構成することも可能である。さらに、本実施形態では、監視部22と制御用マイコン24とを個別に備える工具用バッテリ10を例示したが、図6に示すように、監視部22と制御用マイコン24とを一つにまとめたマイコン、即ち、Sip(System in Package)マイコン20を使用することも可能である。
また、本実施形態では、電流検出素子としてシャント抵抗14を例示したが、シャント抵抗14の代わりに半導体素子であるFETのオン抵抗を使用することも可能である。
また、本実施形態では、監視部22の放電(充電)電流信号Imonをディジタル信号で制御用マイコン24に伝送する例を示したが、アナログ信号で送ることも可能である。
14・・・・シャント抵抗(電流検出素子)
15・・・・増幅器
20・・・・Sipマイコン
22・・・・監視部
24・・・・制御用マイコン
Claims (4)
- 放電電流、あるいは充電電流の電流信号と各セルの電圧信号とが入力される監視部と、その監視部からの信号に基づいて放電時、あるいは充電時の制御を行なう制御用マイコンとを備える工具用バッテリであって、
前記放電電流及び充電電流を検出する電流検出素子からの電流信号が前記監視部と前記制御用マイコンとにそれぞれ入力されるように構成されていることを特徴とする工具用バッテリ。 - 請求項1に記載された工具用バッテリであって、
前記監視部は、放電電流、あるいは充電電流の電流信号を通信により前記制御用マイコンに伝送できるように構成されていることを特徴とする工具用バッテリ。 - 請求項1又は請求項2のいずれかに記載された工具用バッテリであって、
前記監視部から前記制御用マイコンに送られる放電電流信号と、前記制御用マイコンが電流検出素子から得た放電電流信号との差異が第1規定値以上の場合には、前記制御用マイコンはその情報を記憶し、放電を禁止できるように構成されていることを特徴とする工具用バッテリ。 - 請求項1又は請求項2のいずれかに記載された工具用バッテリであって、
前記監視部から前記制御用マイコンに送られる充電電流信号と、前記制御用マイコンが電流検出素子から得た充電電流信号との差異が第2規定値以上の場合には、前記制御用マイコンはその情報を記憶し、充電を禁止できるように構成されていることを特徴とする工具用バッテリ。
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