JP2015104278A - 電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】 専用の端子を利用せずに、二次電池の種類を判別する電動工具を提供する。【解決手段】 モータと、電池パックと接続可能な接続手段と、前記接続手段に接続された前記電池パックの電圧値を検出する電圧検出手段と、前記モータを動作した後の前記二次電池の電圧値の変化に基づいて、前記電圧値の変化が大きい場合には小さい場合より前記モータの動作を制限する制御手段と、を備えることを特徴とする電動工具。【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池で駆動する電動工具に関する。

従来、電動工具に用いられる充電可能な電池パックにおいて、自身の種類を示す識別抵抗と、識別抵抗に接続された接続端子を有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような電池パックが充電される際には、充電装置は識別抵抗を接続端子を介して参照し、電池パックの種類を識別している。

特開２００９−１７８０１２号

ところで、電池パックは、複数の電池セルからなり、その電池セルの組が並列接続されているものと、並列接続されていない（１並列接続と呼ぶ）ものとがある。１並列接続の場合には、それ以外の並列接続のものと比較すると、１セル当たりに流れる電流が大きい。そのため、電池セルは、高負荷で継続して使用すると発熱などが原因で劣化または損傷するおそれがある。特に電動工具においては、出力する電流が例えば３０Ａやそれ以上になることもあるため、このような高負荷で長時間出力を続けると電池セルの劣化ないし損傷のおそれは高まる。

しかしながら、従来の電動工具では電池パックの種類を特定することができず、従って、このような１並列接続の電池パックが接続されたときに、高負荷で電力を消費してしまうと、電池パックを劣化ないし損傷してしまうおそれがある。

電動工具側にも、電池パックの識別抵抗を参照する専用の端子を設け、当該端子を介して電動工具が電池の種類を識別することも考えられる。しかしながら、このような構成では、端子の増設に伴いコストが増大するという問題がある。また、この場合であっても電池パックに識別抵抗が設けられていない場合には、電池の種類を特定できないため十分な対策にはなりえない。また、高負荷での長時間出力による電池セルの劣化ないし損傷を考慮し、１並列接続の電池パックを電動工具に機械的に接続できないように構成することも考えられる。しかしながら、低負荷での作業、或いは高負荷での短時間作業では１並列接続の電池パックであっても電池セルの劣化ないし損傷の可能性は低いため、そのような作業でも１並列接続の電池パックを使用できないことは作業効率を低下させることになる。

本発明は、斯かる実情に鑑み、専用の端子を利用せずに、二次電池の種類を判別する電動工具を提供しようとするものである。また、二次電池の種類に応じて連続使用を制限する電動工具を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、モータと、電池パックと接続可能な接続手段と、前記接続手段に接続された前記電池パックの電圧値を検出する電圧検出手段と、前記モータを動作した後の前記二次電池の電圧値の変化に基づいて、前記電圧値の変化が大きい場合には小さい場合より前記モータの動作を制限する制御手段と、を備えることを特徴とする電動工具を提供している。

このような構成によれば、電池に応じてモータの駆動を制限することができる。

また、本発明は、モータと、電池パックと接続可能な接続手段と、前記接続手段に接続された前記電池パックの内部抵抗に基づいて、前記内部抵抗が大きい場合には小さい場合より前記モータの動作を制限する制御手段と、を備えることを特徴とする電動工具を提供している。

このような構成によれば、電圧の変化に応じてモータの動作を制限することができる。

前記制御手段は、前記電圧値の変化又は前記内部抵抗に基づいて前記モータの連続駆動可能時間を変更することが好ましい。このような構成によれば、電圧の変化または内部抵抗に応じてモータの駆動を制限することができる。

前記接続手段は、前記電池パックが所定の使用条件下で使用されたときにその出力を制限させる必要がある第１種電池パックと、前記第１種電池パック以外の第２種電池パックとを選択的に接続可能に構成され、前記制御手段は、前記第１種電池パックが接続された場合に、前記第２種電池パックが接続された場合よりも前記モータの連続駆動可能時間を短くすることが好ましい。このような構成によれば、第１種電池パックを使用可能にできる。同時に、二次電池の劣化を防止することができる。

前記電池パックから前記モータへ供給される電流を検出する電流検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記電流検出手段の検出結果に基づき、前記電池パックの使用容量を積算し、当該積算値が所定値以上になったときに、前記モータの動作を停止することが好ましい。

また、本発明は、モータと、電池パックと接続可能な接続手段と、を備え、前記接続手段には、第１の二次電池を有する第１電池パックと、前記第１の二次電池とは異なる第２の二次電池を有する第２電池パックとが選択的に接続可能に構成され、前記接続手段に前記第１電池パックが接続された場合に、前記モータの出力を制限することを特徴とする電動工具を提供している。このような構成によれば、二次電池の劣化を防止することができる。

また、本発明は、モータと、電池パックと接続可能な接続手段と、を備え、前記接続手段には、第１の二次電池を有する第１電池パックと、前記第１の二次電池とは異なる第２の二次電池を有する第２電池パックとが選択的に接続可能に構成され、前記接続手段に前記第１電池パックが接続された場合には前記第２電池パックが接続された場合より前記モータの出力を制限するまでの時間が短いことを特徴とする電動工具を提供している。このような構成によれば、二次電池の劣化を防止することができる。

前記第１電池パックは前記第２電池パックより低容量であることが好ましい。

また、本発明は、モータと、二次電池と接続可能な接続手段と、前記接続手段に接続された前記二次電池の電圧値を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の検出結果を取得し、前記モータの動作による前記二次電池の電圧値の変化に基づいて、前記接続手段に接続されている前記二次電池の種類を判別する判別手段と、を備える電動工具を提供している。

また、前記判別手段は、前記二次電池が所定の使用条件下で使用されたときにその出力を停止させる必要がある第１種二次電池であるか、前記第１種二次電池以外の第２種二次電池であるかを前記二次電池の電圧の降下幅によって判別することが好ましい。

記判別手段は、前記モータを回転させる前の前記二次電池の動作前電圧値と、前記モータを所定時間回転させた後の前記二次電池の動作後電圧値との差である降下幅を取得し、前記降下幅が所定の閾値以上であったときに、前記二次電池は前記第１種二次電池であると判別することが好ましい。

以上のような構成によれば、二次電池の使用状況に応じて、二次電池が所定の使用条件下で使用されたときにその出力を停止させる必要がある第１種二次電池であるか否かを判別することができる。

前記二次電池から前記モータへ供給される電流値を検出する電流検出手段をさらに備え、前記判別手段は、前記電流検出手段の検出結果に基づき、前記二次電池から前記モータへ供給される電流値の平均電流を算出し、前記判別手段は、前記平均電流および前記動作前電圧に応じて前記所定の閾値を設定することが好ましい。このような構成によれば、平均電流および動作前電圧に応じて所定の閾値を適切に設定することができる。

前記二次電池は複数の電池セルを有し、前記判別手段は、複数の電池セルが全て直列に接続された構成である前記第１種二次電池と、複数の電池セルが並列に接続された構成である前記第２種二次電池とを判別することが好ましい。

前記接続手段と前記モータとの間に設けられ、前記モータのオンオフを切替えるスイッチをさらに備え、前記判別手段は、前記スイッチがオンされる毎に、前記モータが回転する前の前記二次電池の動作前電圧と、前記モータを所定時間回転させた後の前記二次電池の動作後電圧との差である降下幅を取得し、前記降下幅が所定の閾値以上であるかを判断し、前記判別手段は、前記降下幅が所定の閾値以上であると判断された回数に応じて、前記二次電池は前記第１種二次電池であるか前記第２種二次電池であるかを判別することが好ましい。このような構成によれば、判別手段は、降下幅が所定の閾値以上であるかを複数回判断するため、高い精度で二次電池が第１種二次電池であるか第２種二次電池であるかを判別することができる。

前記二次電池から前記モータへ供給される電流の値を検出する電流検出手段をさらに備え、前記判別手段は、前記電流検出手段の検出結果に基づき、前記二次電池の使用容量を積算し、当該積算値が所定値以上になったときに、前記二次電池の種類を判別することが好ましい。

前記二次電池から前記モータへの電力の供給を遮断する遮断手段をさらに有し、前記判別手段は、前記二次電池が前記第１種二次電池であると判別したときに、前記遮断手段に前記二次電池から前記遮断手段への電力の供給を遮断させることが好ましい。

このような構成によれば、第１種二次電池が高負荷で使用されることを避けることができる。

本発明の電動工具によれば、専用の端子を利用せずに、二次電池の種類を判別することができる。また、二次電池に応じて、電動工具の連続使用時間を制限することができる。

第１の実施の形態による電池パックと電動工具との回路図。 第１の実施の形態による特定の平均電流における初期電圧と閾値との関係を示したグラフ。 第１の実施の形態による複数の平均電流における初期電圧と閾値との関係を示したグラフ。 電池種別判定処理の前半部分のフローチャート。 電池種別判定処理の後半部分のフローチャート。 第２の実施の形態による特定の平均電流における初期電圧と閾値との関係を示したグラフ。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１に示されるようにコードレス電動工具２０（以下単に電動工具２０とする）と、充電可能な電池パック１とが接続されている。ここで、電動工具２０は、例えば、丸のこやカンナなどである。電池パック１は複数の二次電池２と、保護ＩＣ３と、電流検出回路７とを備えている。また、電池パック１はプラス端子、マイナス端子、Ｅ端子を備えている。プラス端子、及び、マイナス端子を介して二次電池の電力が電動工具２０へ供給される。Ｅ端子は保護ＩＣ３に接続される。

二次電池２は、複数の電池セルからなり、図１の例では、４つの電池セルが全て直列に接続されている。電池セル種別は、特に限定されるものではなく、任意の二次電池を対象としているが、本実施の形態では、電池セルにリチウムイオン電池を用いた例を説明する。また、以下では、４つの電池セルが全て直列に接続されていることを１並列接続と呼ぶ。尚、４つの直列に接続された電池セルを１つのセルユニットとしたときに、セルユニットが２並列、３並列に接続されていることを、２並列接続、３並列接続と呼ぶ。また、２つやそれ以上の電池セルが並列に接続され、その並列電池セルユニットが直列に４つ接続されていることも同様に２並列接続、３並列接続と呼ぶ。図１では、１並列接続の電池パックを例として示したが、１並列接続以外の２並列接続、３並列接続などの電池パックであってもよい。また、直列接続された電池セルは４つ以外であってもよい。

電流検出回路７は、二次電池２から出力される電流を検出している。詳細には、電流検出回路７はシャント抵抗を有し、シャント抵抗の電圧降下を保護ＩＣ３に出力する。

保護ＩＣ３は、電流検出回路７の検出結果に基づいて出力電流が所定値以上であるときは、過電流であると判断し、異常信号を端子６に出力する。また、保護ＩＣ３は、各電池セルの電圧を検出し、その中の１つでも過充電や過放電なったときに、異常信号をＥ端子へ出力する。

電動工具２０は、モータ８と、還流ダイオード９と、トリガスイッチ１０と、ＦＥＴ１７とを備えている。また、電動工具２０は、プラス端子４と、マイナス端子５と、端子６とを備え、それぞれ、電池パック１のプラス端子、マイナス端子、Ｅ端子に接続される。これら端子が本発明の接続手段に相当する。

電池パック１の電力はプラス端子４、マイナス端子５を介してモータ８に供給される。モータ８は電池パック１から供給される電力によって回転する。トリガスイッチ１０は、プラス端子４とモータ８との間に設けられ、モータ８の起動と停止とを切替える。また、ＦＥＴ１７は、モータ８とマイナス端子５との間に設けられ、モータ８の起動と停止とを切替える。還流ダイオード９は、モータ８で生じた逆起電力をバイパスし、ＦＥＴ１７に過大な電圧が印加されることを防いでいる。

電動工具２０は、さらに、マイコン１１と、電源保持回路１２と、遮断回路１３と、三端子レギュレータ１４と、トリガスイッチ検出回路１５と、ＦＥＴ駆動回路１６と、電池電圧検出回路１８と、シャント抵抗１９と、電流検出回路２１と、エラー信号検出回路２２とを備えている。

トリガスイッチ１０は、作業者によって操作され、モータ８の回転と停止とを切替える。具体的には、トリガスイッチ１０は接点ａ、ｂ、ｃを有している。接点ａは、接点ｂまたは接点ｃの何れか一方と接続される。接点ａはモータ８の一端および電源保持回路１２に接続され、接点ｂはモータ８の他端に接続されている。接点ｃはプラス端子４および遮断回路１３に接続されている。接点ａと接点ｂとが接続されると（オフ状態）、電池パック１からモータ８への電力の供給は遮断される。接点ａと接点ｃとが接続されると（オン状態）、電池パック１とモータ８とが導通する。

レギュレータ１４は、遮断回路１３を介してプラス端子４と接続されている。レギュレータ１４は、電池パック１から印加される電圧を昇圧または降圧し、マイコン１１へ駆動電力を供給する。

遮断回路１３の入力側は、電源保持回路１２の出力側と接続される。電源保持回路１２の入力側は、ａ端子および、マイコン１１の特定のポートと接続されている。電源保持回路１２は、遮断回路１３にハイ信号またはロー信号を出力する。具体的には、ａ端子またはマイコン１１の特定のポートの少なくとも一方から所定値以上の電圧（ハイ信号）が入力されていると、電源保持回路１２は遮断回路１３にハイ信号を出力する。これにより遮断回路は、オン状態となり、プラス端子４とレギュレータ１４とを導通させる。

ａ端子、および、マイコン１１の特定のポートの両方から所定値未満の電圧（ロー信号）が出力されている（言い換えれば、ハイ信号が出力されていない）ときに、電源保持回路１２は遮断回路１３にロー信号を出力する。これにより、遮断回路１３は、オフ状態となり、プラス端子４とレギュレータ１４とを遮断する。

電池電圧検出回路１８は、遮断回路１３とマイコン１１との間に設けられている。電池電圧検出回路１８は、複数の抵抗からなり、遮断回路１３を介してプラス端子４から印加されている電池電圧を分圧してマイコン１１に出力する。即ち、遮断回路１３がオン状態のときには、電池電圧検出回路１８は、プラス端子４の電位、即ち、接続されている電池パック１の電圧を分圧してマイコン１１に出力する。マイコン１１は、電池電圧検出回路１８からの分圧値に基づき電池パック１の電圧値を検出する。

エラー信号検出回路２２は、端子６とマイコン１１との間に設けられている。エラー信号検出回路２２は、端子６を介して保護ＩＣ３からの異常信号を入力し、対応する信号をマイコン１１へ出力する。

電流検出回路２１は増幅回路を有する。電流検出回路２１は、シャント抵抗１９による電圧降下を検出し、検出結果を増幅回路によって増幅し、マイコン１１のＡＤポートに出力する。マイコン１１は、電流検出回路２１の検出結果に基づいて、シャント抵抗１９に流れる電流値を検出する。

接点ａと接点ｃとが接続されると、トリガスイッチ検出回路１５には二次電池２の電圧が印加される。このときに、トリガスイッチ検出回路１５は、二次電池２の電池電圧（モータ８を駆動可能な電圧）が自身に印加されていることを示す所定の信号をマイコン１１の特定のポートに出力する。接点ａと接点ｂとが接続されるとトリガスイッチ検出回路１５には二次電池２の電圧が印加されない。このときには、トリガスイッチ検出回路１５は上述の所定の信号をマイコン１１に出力しない。

ＦＥＴ駆動回路１６は、マイコン１１の出力ポートとＦＥＴ１７との間に接続されている。ＦＥＴ駆動回路１６は、マイコン１１から出力される信号に基づいてＦＥＴ１７をオンオフさせる。

マイコン１１は、エラー信号検出回路２２から異常を示す信号を受け取ると、ＦＥＴ駆動回路１６を用いてＦＥＴ１７をオフさせる。

また、マイコン１１は、後述の電池種別判定処理に用いる閾値を保存するメモリを有している。

マイコン１１の起動について説明する。ここでは、マイコン１１は起動しておらず、トリガスイッチ１０の接点ａと接点ｂとが接続されているときを初期状態として説明する。初期状態は、例えば、電池パック１が電動工具２０に接続された直後の状態である。

作業者が、初期状態の電動工具２０のトリガスイッチ１０を操作して、接点ａと接点ｃとを接続すると、まず、電源保持回路１２の入力側に二次電池２の電圧が印加される。これにより、電源保持回路１２はハイ信号を遮断回路１３に出力する。電源保持回路１２からハイ信号が入力されると、遮断回路１３はオン状態になり端子４とレギュレータ１４とが導通する。これによりレギュレータ１４に二次電池２の電圧が印加され、レギュレータ１４は入力電圧を変圧し、マイコン１１にその駆動電力を供給する。マイコン１１は、起動すると直ちに電源保持回路１２に連なる出力ポートをハイ状態にする。これにより、たとえ接点ａと接点ｃとの接続が解除（トリガスイッチ１０をオフ）されても、電源保持回路１２は、遮断回路１３にハイ信号を継続的に出力する。そのため遮断回路１３もオン状態を維持し、レギュレータ１４からマイコン１１への電力の供給が維持され、マイコン１１が起動し続ける。

次に、本実施の形態における、マイコン１１が行う電池種別判定処理について説明する。マイコン１１は、電動工具２０に装着されている電池パック１が所定の条件下で使用されたときにその出力を制限させる必要がある種類の電池パックであるかを判断している。ここで、所定の条件とは、高負荷で継続して使用することであり、具体的には、電池パック１が継続して出力している際の、出力容量の積算値が所定値以上であることである。また、本実施の形態では、電池パックの種類として、電池パック１が１並列接続か、２並列接続以上であるかを判定している。一般的に、１並列接続の電池パックは、１セル当たりの発熱が増えるなどの理由により、高負荷で継続して使用すると電池セルの劣化を招いてしまう。

マイコン１１は電池パック１の出力容量を積算している。マイコン１１は、１並列接続の電池パック１が接続されている場合であって、出力容量の積算値（以下、積算容量）が所定値を超えた場合にはＦＥＴ１７をオフ或いは、ＦＥＴ１７をＰＷＭ制御する場合にはデューティ比を小さくさせて、電池パック１の出力を停止又は制限させる。１並列接続の電池パック１は高負荷で継続して使用すると、発熱などにより、損傷するおそれがある。上記のように電池パック１の出力を停止又は制限させることで１並列接続の電池パック１が高負荷で継続して使用されることを避けることができる。

図２は、１並列接続の電池パック１と、２並列接続の電池パック１とを判別するための閾値を示している。図２に示されるように、閾値は、電圧降下幅と比較される値であり、初期電圧に基づいて決定される。ここで、初期電圧は、モータ８が停止しているときの電池パック１の電圧値である。また、電圧降下幅は、初期電圧と、モータ８が駆動して所定期間経過したときの電圧との差である。尚、図２は、電池パック１の出力する平均電流が３０Ａの時の閾値を示している。例えば、初期電圧が１１．５Ｖのときの閾値は約３．３Ｖである。また、初期電圧が１４Ｖのときの閾値は約２．１Ｖであり、初期電圧が１６．５Ｖの時の閾値は約３．０Ｖである。尚、図２の白丸は１並列接続電池パック１を実際に使用した際の初期電圧と、電圧降下幅との関係をプロットしたものであり、黒丸は２並列接続電池パック１を実際に使用した際の初期電圧と、電圧降下幅との関係をプロットしたものである。閾値は、初期電圧毎に１並列電池の電圧降下幅と、２並列電池の電圧降下幅との間の点を取っている。黒丸、白丸のプロットから明らかなように、電圧降下幅は、初期電圧にかかわらず１並列電池の方が２並列電池よりも大きく、初期電圧が１４Ｖ近傍の電圧値で最低値を取る。また、本実施の形態では初期電圧が当該電圧値より離れるほど、電圧降下幅は増加する特性（以下、Ｖ字特性と呼ぶ）を持っている。従って、閾値もＶ字特性を有するように設定されている。マイコン１１は、この閾値を初期電圧の２次関数として近似し、保存している。なお、電池パック１の電圧降下はＶ字特性とは限らない。ここで、電圧降下幅は電池パック１の内部抵抗値に依存する。１並列接続電池パックは２並列接続電池パックよりも内部抵抗の値が大きくなるため、その抵抗に流れる電流が同じであれば、電圧降下幅は１並列接続電池パックの方が大きくなる。この内部抵抗による電圧降下に応じて電池パック１の出力（電動工具２０の連続使用時間、或いはモータの出力を制限するまでの不感時間）を制限することができる。

電池パック１の測定した電圧降下幅が閾値以上のときには、マイコン１１は、１並列接続電池パック１が接続していると暫定的に判定する。また、電圧降下幅が閾値未満のときには、２並列接続電池パック１が接続されていると暫定的に判定する。このような判定を複数回繰り返し、最終的に１並列接続か２並列接続かを判定する（後ほど詳述する）。

図３に示されるように、閾値（初期電圧の２次関数）は、電池パック１の出力する平均電流毎に設定される。本実施の形態では、平均電流の間隔０．５Ａ毎に異なる閾値が設定されている。同一の初期電圧では、平均電流が上がるほど、閾値が上昇する。

マイコン１１は、平均電流毎に、初期電圧の二次関数として閾値を保存している。尚、平均電流の間隔を０．５Ａとしたのは一例にすぎず、０．５Ａ以外の間隔で閾値を設定してもよい。また、図３では平均電流２０〜４０Ａの範囲の閾値を示したが、２０〜４０Ａの範囲以外の平均電流の閾値を有してもよい。但し、後述するように、本実施の形態では平均電流２０Ａ未満で動作する際には、閾値を用いた判定を行っていない。そのため、本実施の形態では、平均電流が２０Ａ未満の閾値は必要ないが、平均電流２０Ａ未満でも閾値を用いた判定を行う場合には、平均電流２０Ａ未満での閾値を用意する必要がある。なお、これらの閾値は実験により予め求めておきマイコン１１のメモリに保存しておく。

図４Ａ、４Ｂのフローチャートを参照して、電池種別判定処理について具体的に説明する。尚、本処理の開始時において、電池パック１は電動工具２０に装着されており、マイコン１１は起動しておらず、トリガスイッチ１０はオフ状態であるとする。ステップ２０１において、作業者がトリガスイッチ１０をオンにすると、電源保持回路１２に電池パック１の電圧（ハイ信号）が印加される。これにより電源保持回路１２はハイ信号を遮断回路１３に出力する。電源保持回路１２からハイ信号が入力されると、遮断回路１３はオン状態となる。これによりレギュレータ１４は、マイコン１１に駆動電力を供給し、マイコン１１が起動する。マイコン１１は、起動直後から継続して電源保持回路１２にハイ信号を出力する。これにより、仮にトリガスイッチ１０がオフになっても、電源保持回路１２はハイ信号を送出し続けることができ、マイコン１１に電力が供給され続ける。ステップ２０２において、マイコン１１は、電池電圧検出回路１８の出力結果に基づいて、無負荷状態での電池パック１の電圧を測定し、測定結果を初期電圧Ｖ０として記憶する。尚、この段階までは、マイコン１１は、ＦＥＴ１７をオフ状態に維持させている。ステップ２０３において、マイコン１１は、ＦＥＴ駆動回路１６を用いてＦＥＴ１７をオン状態にさせ、モータ８を駆動させる。ステップ２０４において、マイコン１１はトリガスイッチ検出回路１５によりトリガがオンされたか否かを判定する。ステップ２０４において、トリガスイッチ１０がオンされた場合には、ステップ２０６において、マイコン１１は、電流検出回路２１の検出結果に基づいて、電池パック１から供給されている電流値を特定し、ステップ２０７において、電池パック１の出力容量の積算を開始する。出力容量は、電流値と単位時間（例えば０．１秒）の積である。以降、マイコン１１は、単位時間ごとに出力容量を求め、その結果を積算する。

ステップ２０８において、マイコン１１はモータ８が駆動してから所定期間経過したかを判断する。所定期間が経過していないと判定したときには、ステップ２０９において、マイコン１１は、トリガスイッチ検出回路１５の検出結果に基づいて、トリガスイッチ１０がオン状態に維持されているかを判断し、トリガスイッチ１０がオフであると判断したときに（ステップ２０９：ＮＯ）、ステップ２０２に戻る。トリガスイッチ１０がオン状態に維持されているときに（ステップ２０９：ＹＥＳ）、ステップ２１０において、マイコン１１は、エラー信号検出回路２２を介して、電池パック１から異常信号が出力されているか判断する。異常信号が出力されていなければ、ステップ２０８に戻る。一方、異常信号が出力されていれば、ステップ２１１において、ＦＥＴ駆動回路１６にＦＥＴ１７をオフさせ、モータ８の回転を停止させる。次にステップ２１２において、マイコン１１は電源保持回路１２にロー信号を出力した状態を維持する。この状態では、トリガスイッチ１０はオフされていないため、マイコン１１に電力が供給されている。しかし、マイコン１１は電源保持回路１２にハイ信号を出力していないため、その後、作業者がトリガスイッチ１０をオフにするとマイコン１１への電力の供給が無くなり、マイコン１１は動作を終了する。これによりマイコン１１はリセットされる。このため、トリガスイッチ１０を再度オンしたときに、マイコン１１はステップ２０１からの処理を実行する。このとき、電池パック１からの異常信号がなくなっていれば、モータ８を駆動することが可能になる。例えば、電池パック１からの異常信号が過電流によるものであれば、一旦モータ８をオフすることにより、過電流状態は解消される。従って、再度トリガスイッチ１０をオンにすれば通常通り電動工具２０を使用することが可能になる。

一方、ステップ２０８において、所定期間経過したと判定した場合には、ステップ２１３において、マイコン１１は、電池電圧検出回路１８の出力結果に基づいて、現在の電池パック１の電圧値を計測し、現在の電圧値と、ステップ２０２において測定した初期電圧との差を電圧降下幅ΔＶとして求める。ステップ２１４において、マイコン１１は、モータ８の駆動開始から所定期間（ステップ２０８でＹＥＳとなった時間）までの平均電流を計算する。平均電流は例えば積算容量を所定時期間で割ることにより求める。ステップ２１５において、平均電流が所定値（本実施の形態では一例として２０Ａ）以上であるかを判断する。ステップ２１５において平均電流が所定値以上であった場合には、ステップ２１６において、マイコン１１は、初期電圧、平均電流、電圧降下幅に基づいて電池の種類を暫定的に判定する。具体的には、まず、図３に示されるように、マイコン１１は、初期電圧の二次関数として平均電流毎に記憶されている閾値の中からステップ２１５で求めた平均電流に対応する閾値（二次関数）を読み出す。マイコン１１は、読みだした二次関数に、ステップ２０２で測定した初期電圧を代入した値を閾値として設定する。ステップ２１７において、マイコン１１は、閾値と電圧降下幅とを比較し、電池パック１が１並列接続であるか否かを暫定的に判断する。具体的には、マイコン１１は、電圧降下幅が閾値以上であれば、１並列電池パック１が接続されていると暫定的に判断し（ステップ２１７：ＹＥＳ）、ステップ２１８において、カウンタＮ１をインクリメントする。電圧降下幅が閾値未満であれば、マイコン１１は、２並列接続以上の電池パック１が接続されていると暫定的に判断する（ステップ２１７：ＮＯ）、ステップ２１９においてカウンタＮ２をインクリメントする。ステップ２１８、または、ステップ２１９の後に、ステップ２２０において現在の積算容量が所定の値以上であるかを判断する。ここで、所定の値は、電動工具２０が使用する１並列接続の電池パック１の寿命が損なわない（低下しない）範囲内に収まるように予め設定されている。積算容量が所定の値以上である場合には、ステップ２２１において、カウンタＮ１が、カウンタＮ２に所定値αを加えた値以上であるかを判断する。ステップ２２１が肯定判定である場合には、マイコン１１は、１並列電池パック１が接続されていると確定する。ステップ２２１の判定は、ステップ２１７及び２１８で１並列接続と暫定的に判定された回数Ｎ１が、ステップ２１９で１並列接続以外と判定された回数Ｎ２にαを加えた数以上かを判断している。ここで、αは定数で本実施の形態では例えば５が設定されている。即ち、本実施の形態では、マイコン１１は、１並列接続と暫定的に判断された回数Ｎ１が、１並列接続以外と判定された回数Ｎ２よりも十分大きいときに１並列電池パック１が接続されていると確定している。ステップ２１７の複数回の判定を経て、かつ、Ｎ１がＮ２より十分大きいときに１並列接続電池パック１が接続されていると判断することで、誤判定を抑制して電池パック１の種類（１並列接続電池パック１かどうか）を確実に決定することができる。

ステップ２２１において肯定判定された場合には、ステップ２２２において、マイコン１１はＦＥＴ駆動回路１６にＦＥＴ１７をオフさせ、モータ８の駆動を停止する。これにより、電池パック１の出力も停止し、１並列接続の電池パック１が所定時間以上駆動するのを防ぐことができる。

ステップ２２３において、ＦＥＴ１７をオフさせてから所定時間経過するまで待機する。ステップ２２３を実行している間に、作業者が仮にトリガスイッチ１０を一旦オフして、再度オンしても、この間マイコン１１は絶えず電源保持回路にハイ信号を出力している。従って、電源保持回路１２はハイ信号を遮断回路１３に出力し続けるため、遮断回路１３はオン状態を維持する。このため、マイコン１１はリセットされず、継続して駆動する。そのため、ＦＥＴ１７もオフ状態を維持できる。ステップ２２２では、１並列接続の電池パック１が長時間出力するのを防ぐためにＦＥＴ１７をオフにしている。もし、トリガスイッチ１０を一旦オフし再度オンしたときに、マイコン１１がリセットされ、電池パック１の出力が可能になってしまうと、電池パック１は短い停止時間後に出力されるため、実質的に電池パック１は、所定期間以上電力を出力することが可能になってしまう。しかしながら、本実施の形態では、ステップ２２３において、マイコン１１が継続して駆動しているため、このように電池パック１が長時間出力するのを禁止することができる。

ステップ２２４ではマイコン１１は電源保持回路１２にハイ信号を出力しない。その後、作業者がトリガスイッチ１０をオフにするとマイコン１１への電力の供給が無くなり、マイコン１１は動作を終了する。これによりマイコン１１は、リセットされ、再度トリガスイッチ１０をオンしたときには、ステップ２０１からの処理が実行される。ステップ２２３により電池パック１の出力は所定時間停止している。そのため、高負荷での継続使用が避けられ、電池パック１から電力を再度出力しても問題ない状態になっている。そのため、ステップ２０１の処理が開始されれば、電池パック１を使用してモータ８を回転させることが可能になる。

ステップ２１５で平均電流が所定値（２０Ａ）以上でないと判断された場合には、出力されている平均電流が十分に小さいため、電池パック１がたとえ１並列接続であっても長時間の出力を行っても問題ない。この場合には、電池パック１の出力を停止させる必要がなく、Ｓ２１７の判定をおこなわずステップ２２０に移動する。尚、ステップ２１５で否定判定された場合に、ステップ２２０の判定も飛ばして、ステップ２２１に移動するようにしてもよい。

ステップ２２０において、積算容量が所定値未満であるか、またはステップ２２１においてカウンタＮ１が、カウンタＮ２と所定値αとの和未満である場合には、ステップ２２５においてトリガスイッチ１０がオンであるかを判定する。トリガスイッチ１０がオフである場合には、ステップ２０２に戻る。従って、その後トリガスイッチ１０が再度オンされれば、Ｓ２１７の判定が再び行われる。ステップ２２５においてトリガスイッチ１０がオン状態に維持されているときは、ステップ２２６において、マイコン１１は、エラー信号検出回路２２を介して、電池パック１から異常信号が出力されていないかを判断する。異常信号が出力されていなければ、ステップ２２０に戻る。ステップ２２６において、異常信号が出力されていれば、ステップ２１１に移動する。

ステップ２０４において、トリガスイッチ１０がオフと判定された場合には積算容量を所定量減算する。減算する所定量は、トリガスイッチ１０がオフされている時間に比例するようにしても良い。トリガスイッチ１０がオフの場合には電池パック１からの出力が停止しているため、電池パック１の継続使用が避けられている。そのため、停止時間に応じて積算容量から所定量を減算している。尚、図２Ａ、２Ｂのフローチャートより明らかではあるが、ステップ２０９、および、ステップ２２５でトリガスイッチ１０がオフされたと判定されれば、ステップ２０５の処理が実行さる。

上記の処理において、ステップ２２１では所定値αとして５を設定したが、５以外の値であってもよい。あるいは、αをゼロとしてもよい。αがゼロの場合には、ステップ２１７の１回のみの判定結果によってもステップ２２１が肯定判定される場合が生じるため、例えば、１並列接続電池パック１が接続されている可能性が少しでも存在する場合には、電池パック１の出力を停止させることが可能になる。

以上の電動工具２０の構成によれば、モータ８の動作前（無負荷時）の初期電圧と、モータ８が動作した後の電圧降下幅と、平均電流とに基づいて、電池の種類（電池パックの内部抵抗）、即ち、電池パック１が１並列接続か、２並列接続以上かを判断することができる。この際に、電池の種類を識別するための専用の端子を必要としないため、専用の端子を増設するコストを抑制することができる。

また、電池種を判断するための閾値を初期電圧と、平均電流とに応じて変化させている。このため、電池パック１の状態や、電池パック１がどのように電力を出力するかに応じて、適切な閾値を用いることができる。

また、トリガスイッチ１０がオフからオンに切り替わるごとに、言い換えれば、モータ８が停止し、再起動するごとに、電池パック１が１並列接続であるかを暫定的に判断し、暫定的な判断の複数回の結果に基づいて、電池パック１の電池の種類を確定している。これにより、誤判定を極力避けて電池パック１の種類を特定することができる。

さらに、電池パック１の内部抵抗から電池パック１の出力（電動工具２０の連続使用可能時間）を制限しているため、１並列接続、２並列接続にかかわらず、過負荷作業によって電池パック１が劣化することを抑制することができる。尚、内部抵抗は同じ並列数であっても電池セルの劣化度合いによって変化するため、過負荷作業による更なる電池パック１の劣化を抑制することができる。

さらに、電池パック１の出力の積算容量を計算し、積算容量が所定値以上であって、１並列接続と確定したときに電池パック１の出力を制限している。そのため、電池パック１を可能な限り継続して使用でき、かつ、電池パック１が損傷することのない適切なタイミングでその出力を停止することができる。

なお、過負荷状態が継続した際でも電池パック１の出力を停止させずに（電動工具２０の使用を禁止させずに）、電動工具２０の出力を制限するようにしても良い。具体的には、電動工具２０に接続された電池パック１が１並列接続の場合には、図４Ｂのステップ２２２において、ＦＥＴ１７を常にオン状態（ＰＷＭデューティ比が１００％）からＰＷＭデューティ比を低下させれば良い。この場合、モータ８は回転数が低下した状態で回転することになるため作業を継続することができ、さらに、モータ１８の回転数の低下により作業者に過負荷状態であることを報知することもできる。

次に第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では１並列接続の電池パック１と、２並列接続以上の電池パック１とを特定したが、第２の実施の形態では、１並列接続の電池パック１と、２並列接続の電池パック１と、３並列接続以上の電池パック１とを区別する。図５は、平均電流が３０Ａのときの閾値を示している。即ち、図５は、初期電圧と第１の閾値の関係と、初期電圧と第２の閾値の関係とが示されている。ここで、第１の閾値は、１並列接続と２並列接続とを判定する際に用いられ、第１の実施の形態閾値と同じ値をとる。即ち、図５の第１の閾値と図２の閾値とは同じ値である。第２の閾値は、２並列接続と３並列接続以上とを判定する際に用いられ、同一の初期電圧では第１の閾値より低い値をとる。第２の閾値も第１の閾値と同様にＶ字特性を有している。また、第２の閾値も初期電圧の二次関数として与えられる。第１の実施の形態と同様、第１の閾値も、第２の閾値も所定の平均電流間隔ごとに複数用意され、マイコン１１に保存される。

上記の第１の閾値と、第２の閾値を用いて１並列接続の電池パック１と、２並列接続の電池パック１と、３並列接続以上の電池パック１とを暫定的に判定する。具体的には、電圧降下幅が第１の閾値以上であれば１並列接続と暫定的に判定し、第２閾値以上かつ第１閾値未満であれば２並列接続と暫定的に判定し、第２閾値未満であれば３並列接続以上であると暫定的に判定する。１並列接続の電池パック１か、２並列接続の電池パック１か、３並列接続以上の電池パック１が、それぞれ暫定的に判定される毎にカウンタＮ１、Ｎ２、Ｎ３のうち対応するカウンタをインクリメントする。そして、カウンタＮ１〜Ｎ３のうち、Ｎ１がＮ２とＮ３と所定値αの和以上であれば１並列接続電池パック１と確定する。また、カウンタＮ１〜Ｎ３のうちＮ２がＮ３とＮ１と所定値αの和より大きければ２並列接続電池パック１と確定する。また、カウンタＮ１〜Ｎ３のうちＮ３がＮ１とＮ２と所定値αの和以上であれば３並列接続電池パック１と確定する。それ以外の場合には、電池パック１の接続数を確定しないようにする。

１並列電池パック１と確定され、かつ、積算容量が第１の所定値以上であれば、ＦＥＴ１７をオフする。また２並列電池パック１と確定され、かつ、積算容量が第１の所定値以上であれば、ＦＥＴ１７をＰＷＭ制御（ＰＷＭデューティ比を小さく）して出力を低下させる。また３並列と確定された場合には、ＦＥＴ１７をオン状態に維持する。或いは、１並列電池パック１と確定され、かつ、積算容量が第１の所定値以上であれば、ＦＥＴ１７をオフする。また２並列電池パック１と確定され、かつ、積算容量が第１の所定値より大きい第２の所定値以上であればＦＥＴ１７をオフする。

以上のような処理によれば、３種類の接続方法の電池パックを判定することができる。また、１並列接続電池パック１のみならず、２並列接続電池パック１もその積算容量に応じて出力を停止又は制限することができる。

本発明による電動工具は上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。

マイコン１１は、閾値を初期電圧の二次関数として、平均電流毎に保存していた。しかし、閾値は二次関数でなく、ほかの関数で近似してもよい。あるいは、二次関数の代わりに複数の初期電圧毎に閾値を保存しておき、保存されていない初期電圧値に関しては線形補完などで求めるようにしてもよい。尚、これらの閾値も、平均電流毎に用意され保存される。また、無負荷電圧と電圧降下とを電流毎に関連付けたマトリックスをマイコン１１（メモリ）内に保存し、検出した値がこのマトリックスのどこに当てはまるかによって電池パック１を判別してもよい。

第１の実施の形態では、電池パック１が、１並列接続かそれ以上かの２種類の電池パック１を特定した。第２の実施の形態では、電池パック１が、１並列接続か、２並列接続か、３並列接続以上かの３種類の電池パック１を特定した。しかしながら、必要に応じて４種類以上の電池パック１を特定するようにしてもよい。また、二次電池の並列数によってモータ出力を制限することに限らず、電池パックの容量に応じて、すなわち、容量が小さい場合にはモータの出力を制限するようにしてもよい。さらに、電池パック１側にマイコンが搭載されている場合には、電動工具２０のマイコン１１と同様の機能を電池パック１のマイコンに持たせてもよい。電池パック１に接続された電動工具２０が連続使用可能か否かを電池パック１側で判別し、電池パック１の出力を制限するようにしてもよい。

上記の実施の形態では、初期電圧は、モータ８が停止しているときの電圧値とし、初期電圧から所定期間経過したときの電圧降下幅を取得している。しかし、例えば、モータ８が起動して第１の所定期間経過したときの第１の電圧値と、第２の所定期間経過したときの第２の電圧値との差を電圧降下幅としてもよい。この場合には、図２、３で示した閾値を変形し、初期電圧の代わりに第１の電圧値とし、第１の電圧値と第２の電圧値との差である電圧降下幅と比較される閾値をマイコン１１に保存する。

１ 電池パック
２０ コードレス電動工具
８ モータ
１０ トリガスイッチ
１１ マイコン
１２ 電源保持回路
１３ 遮断回路
１５ トリガスイッチ検出回路
１６ ＦＥＴ駆動回路
１８ 電池電圧検出回路

Claims (18)

1. モータと、
   電池パックと接続可能な接続手段と、
   前記接続手段に接続された前記電池パックの電圧値を検出する電圧検出手段と、
   前記モータを動作した後の前記二次電池の電圧値の変化に基づいて、前記電圧値の変化が大きい場合には小さい場合より前記モータの動作を制限する制御手段と、
   を備えることを特徴とする電動工具。
2. モータと、
   電池パックと接続可能な接続手段と、
   前記接続手段に接続された前記電池パックの内部抵抗に基づいて、前記内部抵抗が大きい場合には小さい場合より前記モータの動作を制限する制御手段と、
   を備えることを特徴とする電動工具。
3. 前記制御手段は、前記電圧値の変化又は前記内部抵抗に基づいて前記モータの連続駆動可能時間を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動工具。
4. 前記接続手段は、前記電池パックが所定の使用条件下で使用されたときにその出力を制限させる必要がある第１種電池パックと、前記第１種電池パック以外の第２種電池パックとを選択的に接続可能に構成され、
   前記制御手段は、前記第１種電池パックが接続された場合に、前記第２種電池パックが接続された場合よりも前記モータの連続駆動可能時間を短くすることを特徴とする請求項３に記載の電動工具。
5. 前記電池パックから前記モータへ供給される電流を検出する電流検出手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記電流検出手段の検出結果に基づき、前記電池パックの使用容量を積算し、当該積算値が所定値以上になったときに、前記モータの動作を停止することを特徴とする請求項前記電池パックの種類を判別することを特徴とする請求項４に記載の電動工具。
6. モータと、
   電池パックと接続可能な接続手段と、を備え、
   前記接続手段には、第１の二次電池を有する第１電池パックと、前記第１の二次電池とは異なる第２の二次電池を有する第２電池パックとが選択的に接続可能に構成され、
   前記接続手段に前記第１電池パックが接続された場合に、前記モータの出力を制限することを特徴とする電動工具。
7. モータと、
   電池パックと接続可能な接続手段と、を備え、
   前記接続手段には、第１の二次電池を有する第１電池パックと、前記第１の二次電池とは異なる第２の二次電池を有する第２電池パックとが選択的に接続可能に構成され、
   前記接続手段に前記第１電池パックが接続された場合には前記第２電池パックが接続された場合より前記モータの出力を制限するまでの時間が短いことを特徴とする電動工具。
8. 前記第１電池パックは前記第２電池パックより低容量であることを特徴とする請求項６又は７に記載の電動工具。
9. モータと、
   二次電池と接続可能な接続手段と、
   前記接続手段に接続された前記二次電池の電圧値を検出する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段の検出結果を取得し、前記モータの動作による前記二次電池の電圧値の変化に基づいて、前記接続手段に接続されている前記二次電池の種類を判別する判別手段と、
   を備える電動工具。
10. 前記判別手段は、前記二次電池が所定の使用条件下で使用されたときにその出力を制限させる必要がある第１種二次電池であるか、前記第１種二次電池以外の第２種二次電池であるかを前記二次電池の電圧の降下幅によって判別することを特徴とする請求項９に記載の電動工具。
11. 前記判別手段は、前記モータを回転させる前の前記二次電池の動作前電圧値と、前記モータを所定時間回転させた後の前記二次電池の動作後電圧値との差である降下幅を取得し、前記降下幅が所定の閾値以上であったときに、前記二次電池は前記第１種二次電池であると判別することを特徴とする請求項１０に記載の電動工具。
12. 前記二次電池から前記モータへ供給される電流値を検出する電流検出手段をさらに備え、
    前記判別手段は、前記電流検出手段の検出結果に基づき、前記二次電池から前記モータへ供給される電流値の平均電流を算出し、
    前記判別手段は、前記平均電流および前記動作前電圧に応じて前記所定の閾値を設定することを特徴とする請求項１１に記載の電動工具。
13. 前記二次電池は複数の電池セルを有し、
    前記判別手段は、複数の電池セルが全て直列に接続された構成である前記第１種二次電池と、複数の電池セルが並列に接続された構成である前記第２種二次電池とを判別することを特徴とする請求項１０乃至１２の何れか１項に記載の電動工具。
14. 前記接続手段と前記モータとの間に設けられ、前記モータのオンオフを切替えるスイッチをさらに備え、
    前記判別手段は、前記スイッチがオンされる毎に、前記モータが回転する前の前記二次電池の動作前電圧と、前記モータを所定時間回転させた後の前記二次電池の動作後電圧との差である降下幅を取得し、前記降下幅が所定の閾値以上であるかを判断し、
    前記判別手段は、前記降下幅が所定の閾値以上であると判断された回数に応じて、前記二次電池は前記第１種二次電池であるか前記第２種二次電池であるかを判別することを特徴とする請求項１０に記載の電動工具。
15. 前記二次電池から前記モータへ供給される電流の値を検出する電流検出手段をさらに備え、
    前記判別手段は、前記電流検出手段の検出結果に基づき、前記二次電池の使用容量を積算し、当該積算値が所定値以上になったときに、前記二次電池の種類を判別することを特徴とする請求項１４に記載の電動工具。
16. 前記判別手段は、前記スイッチがオフであるときに、前記積算値から所定の量を減算することを特徴とする請求項１４に記載の電動工具。
17. 前記二次電池から前記モータへの電力の供給を遮断する遮断手段をさらに有し、
    前記判別手段は、前記二次電池が前記第１種二次電池であると判別したときに、前記遮断手段に前記二次電池から前記遮断手段への電力の供給を遮断させることを特徴とする請求項１０乃至１６の何れか１項に記載の電動工具。
18. 前記判別手段は、前記第１種二次電池が前記接続手段に接続された場合には前記モータの出力を制限することを特徴とする請求項１０乃至１７の何れかに記載の電動工具。

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