JP2015156783A - バッテリパック - Google Patents

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Abstract

【課題】 保護素子を備えるバッテリパックにおいて、保護素子が異常状態であっても、バッテリパックの異常時に電流の通電を抑制できる技術を提供する。【解決手段】 バッテリパック40においては、制御回路60は、バッテリ50の充電または放電が行われていない時に、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72が正常状態か異常状態かを判定する。制御回路60は、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72のうち少なくとも一方が異常状態である場合には、遮断スイッチ70または遮断スイッチ72を遮断状態(オフ状態)に切り替える。これにより、バッテリ50と電源端子部44との電気的接続を適切に遮断することができ、バッテリパック40の異常時に電流の通電を抑制することができる。【選択図】図5

Description

本発明は、充放電可能な1個または複数の二次電池を有するバッテリを内蔵し、充電器からバッテリへの充電及びバッテリから電動機器への電力供給(放電)を実施するバッテリパックに関する。
電動工具や電動作業機等の電動機器に装着されて電力供給を行うバッテリパックには、充放電可能な1個または複数の二次電池を有するバッテリと、バッテリ電圧やバッテリへの充放電時に流れる電流を監視してバッテリへの充放電を制御する制御回路と、外部機器(充電器または電動機器)を電気的に接続するための一対の外部端子と、が備えられている。
また、バッテリパックとしては、異常が生じた場合に、バッテリと外部端子とを接続する電流経路に電流が流れるのを抑制するための保護素子を備える構成のバッテリパックが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
保護素子は、バッテリパックの異常時にバッテリと外部端子とを接続する電流経路に電流が流れた場合に、バッテリと外部端子との電気的接続を遮断することで、バッテリや外部機器(充電器や電動機器)を破損から保護する。保護素子は、例えば、ヒューズ、SCP(セルフコントロールプロテクタ)、FETなどで構成することができる。
特許第5281843号公報
しかし、上記従来のバッテリパックにおいて、保護素子が異常状態である場合(故障している場合)には、バッテリと外部端子との電気的接続を適切に遮断することができず、バッテリや外部機器(充電器や電動機器)を保護できない虞がある。
例えば、保護素子としてSCPを備えるバッテリパックにおいて、SCPにおけるヒューズ溶断のためのヒータがオープン故障(断線故障)している場合には、SCPでのヒューズ溶断ができなくなり、バッテリと外部端子との電気的接続を適切に遮断することができず、バッテリや外部機器(充電器や電動機器)を保護できない。
また、保護素子としてFETを備えるバッテリパックにおいて、FETがショート故障(短絡故障)している場合には、FETをOFF状態(開状態)に制御できないため、バッテリと外部端子との電気的接続を適切に遮断することができず、バッテリや外部機器(充電器や電動機器)を保護できない。
そこで、本発明は、保護素子を備えるバッテリパックにおいて、保護素子が異常状態であっても、バッテリパックの異常時に電流の通電を抑制できる技術を提供することを目的とする。
上記目的を達成するためになされた本発明の1つの局面におけるバッテリパックは、バッテリと、制御部と、一対の外部端子と、第1電流遮断部と、第2電流遮断部と、を備えている。
バッテリは、充放電可能な1個または複数の二次電池を有する。制御部は、バッテリの状態を監視し、バッテリへの充放電を制御する。一対の外部端子は、外部機器を電気的に接続するために備えられている。
第1電流遮断部は、バッテリと外部端子とを接続して充放電電流が通電される電源供給経路に設けられ、制御部からの指令に基づいて電源供給経路を通電状態または遮断状態に切り替える。第2電流遮断部は、電源供給経路において第1電流遮断部と直列接続され、制御部からの指令に基づいて電源供給経路を通電状態または遮断状態に切り替える。
制御部は、バッテリの充電または放電が行われていない時に、第1電流遮断部および第2電流遮断部が正常状態か異常状態かを判定する。このため、このバッテリパックは、バッテリの充電動作や放電動作に悪影響を及ぼすことなく、第1電流遮断部および第2電流遮断部の状態を判定できる。
そして、制御部は、第1電流遮断部および第2電流遮断部の両方が正常状態である場合には、第1電流遮断部および第2電流遮断部を通電状態に切り替える。これにより、バッテリパックでのバッテリの充電動作や放電動作を可能としつつ、バッテリパックの異常時には第1電流遮断部および第2電流遮断部による保護動作(バッテリと外部端子との電気的接続の遮断)が可能となる。
また、制御部は、第1電流遮断部および第2電流遮断部のうち少なくとも一方が異常状態である場合には、第1電流遮断部または第2電流遮断部を遮断状態に切り替える。これにより、バッテリと外部端子との電気的接続を適切に遮断することができ、バッテリパックの異常時に電流の通電を抑制することができる。
よって、本局面のバッテリパックによれば、保護素子としての第1電流遮断部および第2電流遮断部のうち少なくとも一方が異常状態であっても、バッテリパックの異常時に電流の通電を抑制できる。
次に、上述のバッテリパックにおいては、制御部は、当該バッテリパックと外部機器との接続が解除された後に、第1電流遮断部および第2電流遮断部のうち少なくとも一方の状態を判定してもよい。
バッテリパックと外部機器との接続が解除された直後は、外部機器(充電器や電動器具など)に接続されていない状態であり、バッテリの充電または放電が行われていない状態であるため、第1電流遮断部および第2電流遮断部の状態を確認するのに適したタイミングとなる。
次に、上述のバッテリパックにおいては、第1電流遮断部は、電源供給経路のうちバッテリの負電極から外部端子までの経路に設けられ、第2電流遮断部は、電源供給経路のうちバッテリの正電極から外部端子までの経路に設けられてもよい。
そして、制御部は、第1電流遮断部が正常状態か異常状態かを判定するにあたり、第1電流遮断部を遮断状態に制御するとともに第2電流遮断部を通電状態に制御し、その状況下において、第1電流遮断部から外部端子までの第1電源供給経路の電位に基づいて、第1電流遮断部が正常状態か異常状態かを判定してもよい。
つまり、第1電流遮断部を遮断状態に制御するとともに第2電流遮断部を通電状態に制御した状況下においては、第1電流遮断部が正常状態であれば、第1電源供給経路の電位はバッテリの負電極の電位とは無関係の値となるが、第1電流遮断部が異常状態(特に、短絡異常)であれば、第1電源供給経路の電位はバッテリの負電極とほぼ同電位となる。
このため、第1電流遮断部を遮断状態に制御するとともに第2電流遮断部を通電状態に制御した状況下での第1電源供給経路の電位に基づいて、第1電流遮断部が正常状態か異常状態かを判定することができる。
次に、上述のバッテリパックにおいては、第1電流遮断部がバッテリの負電極から外部端子までの経路に設けられ、第2電流遮断部がバッテリの正電極から外部端子までの経路に設けられる場合には、第1電流遮断部から外部端子までの第1電源供給経路と、第2電流遮断部から外部端子までの第2電源供給経路と、を接続する状態判定回路を備えてもよい。
状態判定回路は、バッテリの放電方向の通電を許容するダイオードと、ダイオードのアノード側に直列接続される抵抗素子と、ダイオードのアノードにカソードが接続されると共にグランド電位にアノードが接続されるツェナーダイオードと、を備えている。
この状態判定回路のうち、ツェナーダイオードとダイオードとの接続点の電位は、第1電源供給経路の電位または第2電源供給経路の電位に応じて変化するため、第1電流遮断部および第2電流遮断部が正常状態であるか異常状態であるかの判定に用いることができる。
例えば、第1電流遮断部の状態(正常状態、異常状態)を判定する場合、第1電流遮断部を遮断状態に制御するとともに第2電流遮断部を通電状態に制御した状況下で、第1電流遮断部が正常状態であれば、第2電源供給経路から抵抗素子およびツェナーダイオードを介してグランドに電流が流れるため、ツェナーダイオードとダイオードとの接続点の電位は、ツェナーダイオードの降伏電圧に応じた電位となる。また、第1電流遮断部を遮断状態に制御するとともに第2電流遮断部を通電状態に制御した状況下で、第1電流遮断部が異常状態(特に、短絡異常)であれば、第2電源供給経路から抵抗素子、ダイオード、第1電流遮断部を介してバッテリに電流が流れるため、ツェナーダイオードとダイオードとの接続点の電位は、ダイオードの順方向電圧に応じた電位となる。
また、例えば、第2電流遮断部の状態(正常状態、異常状態)を判定する場合、第2電流遮断部を遮断状態に制御するとともに第1電流遮断部を遮断状態に制御した状況下で、第2電流遮断部が正常状態であれば、状態判定回路には電流が流れないため、ツェナーダイオードとダイオードとの接続点の電位は、ツェナーダイオードを介して接続されるグランド電位に対応した低電位となる。さらに、第2電流遮断部を遮断状態に制御するとともに第1電流遮断部を遮断状態に制御した状況下で、第2電流遮断部が異常状態(特に、短絡状態)であれば、第2電源供給経路から抵抗素子およびツェナーダイオードを介してグランドに電流が流れるため、ツェナーダイオードとダイオードとの接続点の電位は、ツェナーダイオードの降伏電圧に応じた電位となる。
このため、制御部は、状態判定回路のうちツェナーダイオードとダイオードとの接続点の電位に基づいて、第1電流遮断部および第2電流遮断部が正常状態か異常状態かを判定することができる。
つまり、本局面のバッテリパックは、状態判定回路を備えることで、第1電流遮断部および第2電流遮断部のうち少なくとも一方について正常状態か異常状態かを判定することができる。
なお、第1電源供給経路の電位は、第1電流遮断部の電位も含む概念であり、第2電源供給経路の電位は、第2電流遮断部の電位も含む概念である。
次に、上述のバッテリパックにおいては、第1電流遮断部がバッテリの負電極から外部端子までの経路に設けられ、第2電流遮断部がバッテリの正電極から外部端子までの経路に設けられる場合には、第1電流遮断部から外部端子までの第1電源供給経路と、第2電流遮断部から外部端子までの第2電源供給経路と、所定の駆動用電圧を出力する電圧出力端子と、に接続される第2状態判定回路を備えてもよい。
第2状態判定回路は、判定用抵抗部と、判定用ダイオードと、スイッチング部と、を備えている。
判定用抵抗部は、一端が電圧出力端子に接続され、他端が判定用ダイオードのアノードに接続される。
スイッチング部は、一端が判定用ダイオードのカソードに接続され、他端が第1電源供給経路に接続される。そして、スイッチング部は、第1電源供給経路と第2電源供給経路との間に電位差が生じる場合には判定用ダイオードのカソードと第1電源供給経路とを電気的に接続し、第1電源供給経路と第2電源供給経路との間に電位差が生じない場合には判定用ダイオードのカソードと第1電源供給経路とを電気的に遮断するよう構成されている。
この第2状態判定回路のうち、判定用抵抗部と判定用ダイオードとの接続点の電位は、第1電源供給経路と第2電源供給経路との間に電位差が生じているか否かによって変化するため、第1電流遮断部および第2電流遮断部が正常状態であるか異常状態であるかの判定に用いることができる。
例えば、第1電流遮断部の状態(正常状態、異常状態)を判定する場合、第1電流遮断部を遮断状態に制御するとともに第2電流遮断部を通電状態に制御した状況下で、第1電流遮断部および第2電流遮断部がいずれも正常状態であれば、第1電源供給経路と第2電源供給経路との間には電位差が生じない。これにより、スイッチング部が、判定用ダイオードのカソードと第1電源供給経路とを電気的に遮断するため、電圧出力端子から判定用抵抗部、判定用ダイオード、スイッチング部、第1電源供給経路、第1電流遮断部を介してバッテリの負電極に向かう電流は流れない。このとき、判定用抵抗部と判定用ダイオードとの接続点の電位は、電圧出力端子から出力される駆動用電圧に応じた電位となる。
他方、第1電流遮断部の状態(正常状態、異常状態)を判定する場合、第1電流遮断部を遮断状態に制御するとともに第2電流遮断部を通電状態に制御した状況下で、第1電流遮断部が異常状態(特に、短絡異常)であり、第2電流遮断部が正常状態であれば、第1電源供給経路と第2電源供給経路との間に電位差が生じる。これにより、スイッチング部が、判定用ダイオードのカソードと第1電源供給経路とを電気的に接続するため、電圧出力端子から判定用抵抗部、判定用ダイオード、スイッチング部、第1電源供給経路、第1電流遮断部を介してバッテリの負電極に向けて電流が流れる。このとき、判定用抵抗部と判定用ダイオードとの接続点の電位は、判定用ダイオード、スイッチング部、第1電源供給経路、第1電流遮断部における電圧降下分に応じた電位となる。
これらのことから、第1電流遮断部を通電状態に制御するとともに第2電流遮断部を通電状態に制御した状況下で、判定用抵抗部と判定用ダイオードとの接続点の電位を測定して、その電位を用いることで、第1電流遮断部の状態(正常状態、異常状態)を判定することができる。
また、第2電流遮断部の状態(正常状態、異常状態)を判定する場合、第1電流遮断部を通電状態に制御するとともに第2電流遮断部を通電状態に制御した状況下で、第1電流遮断部および第2電流遮断部がいずれも正常状態であれば、第1電源供給経路と第2電源供給経路との間に電位差が生じる。これにより、スイッチング部が、判定用ダイオードのカソードと第1電源供給経路とを電気的に接続するため、電圧出力端子から判定用抵抗部、判定用ダイオード、スイッチング部、第1電源供給経路、第1電流遮断部を介してバッテリの負電極に向けて電流が流れる。このとき、判定用抵抗部と判定用ダイオードとの接続点の電位は、判定用ダイオード、スイッチング部、第1電源供給経路、第1電流遮断部における電圧降下分に応じた電位となる。
他方、第2電流遮断部の状態(正常状態、異常状態)を判定する場合、第1電流遮断部を通電状態に制御するとともに第2電流遮断部を通電状態に制御した状況下で、第1電流遮断部が正常状態で、第2電流遮断部が異常状態(特に、断線異常)であれば、第1電源供給経路と第2電源供給経路との間に電位差は生じない。これにより、スイッチング部が、判定用ダイオードのカソードと第1電源供給経路とを電気的に遮断するため、電圧出力端子から判定用抵抗部、判定用ダイオード、スイッチング部、第1電源供給経路、第1電流遮断部を介してバッテリの負電極に向かう電流は流れない。このとき、判定用抵抗部と判定用ダイオードとの接続点の電位は、電圧出力端子から出力される駆動用電圧に応じた電位となる。
これらのことから、第1電流遮断部を通電状態に制御するとともに第2電流遮断部を通電状態に制御した状況下で、判定用抵抗部と判定用ダイオードとの接続点の電位を測定して、その電位を用いることで、第2電流遮断部の状態(正常状態、異常状態)を判定することができる。
このため、制御部は、第2状態判定回路のうち判定用抵抗部と判定用ダイオードとの接続点の電位に基づいて、第1電流遮断部および第2電流遮断部が正常状態か異常状態かを判定することができる。
つまり、本局面のバッテリパックは、第2状態判定回路を備えることで、第1電流遮断部および第2電流遮断部のうち少なくとも一方について正常状態か異常状態かを判定することができる。
なお、第1電源供給経路の電位は、第1電流遮断部の電位も含む概念であり、第2電源供給経路の電位は、第2電流遮断部の電位も含む概念である。
次に、上述のバッテリパックにおいては、第1電流遮断部は、電源供給経路に直列接続されるとともにON状態またはOFF状態に切替可能なスイッチング素子を備えてもよく、第2電流遮断部は、電源供給経路に直列接続されるヒューズと、ヒューズを溶断するための発熱体と、を有する保護回路を備えてもよい。
そして、制御部は、第1電流遮断部が異常状態であると判断した場合に、第2電流遮断部の発熱体に通電してヒューズを溶断することで、電源供給経路を遮断してもよい。
このように、第2電流遮断部の発熱体に通電してヒューズを溶断することで、第1電流遮断部が異常状態であるとしても、バッテリパックの異常時に電源供給経路に電流が流れるのを確実に抑制できる。
次に、上述のバッテリパックにおいては、第2電流遮断部が前記保護回路を備える場合には、制御部は、第2電流遮断部のうち発熱体の電位に基づいて、第2電流遮断部が正常状態か異常状態かを判定してもよい。
つまり、保護回路を有する第2電流遮断部が正常状態であれば、発熱体の電位はバッテリの正電極の電位とほぼ同電位となるが、保護回路を有する第2電流遮断部が異常状態(特に、断線異常)であれば、発熱体の電位はバッテリの正電極の電位とは無関係の電位となる。
このため、保護回路を有する第2電流遮断部については、発熱体の電位に基づいて、正常状態か異常状態かを判定することができる。
次に、上述のバッテリパックにおいては、第2電流遮断部が前記保護回路を備える場合には、第2電流遮断部は、並列接続された複数の保護回路を備えてもよい。
そして、バッテリパックには、複数の保護回路におけるそれぞれの発熱体に個別に接続されて、ヒューズを溶断するための電流を発熱体に通電する複数の通電制御部が備えられ、制御部は、複数の発熱体のうち1つの電位に基づいて、第2電流遮断部が正常状態か異常状態かを判定してもよい。
並列接続された複数の保護回路を備える第2電流遮断部を用いることで、放電電流や充電電流が大電流となる場合にも、第2電流遮断部を介した通電が可能となる。
また、複数の保護回路におけるそれぞれの発熱体に個別に接続される複数の通電制御部を備えることで、複数の保護回路をそれぞれ正常動作させることができる。
もし、複数の発熱体に対して1個の通電制御部で通電する場合には、複数の発熱体の一端を1本にまとめた状態で通電制御部に接続される。この場合、通電制御部を介することなく複数の発熱体が互いに電気的に接続される構成となるため、通電制御部による通電制御に拘わらず、複数の発熱体の間で予想外の電流が流れる可能性がある。このような予想外の電流が発生すると、不適切なタイミングでヒューズが溶断する可能性がある。
これに対して、複数の保護回路におけるそれぞれの発熱体に個別に接続される複数の通電制御部を備えることで、複数の発熱体に予想外の電流が流れるのを抑制でき、複数の保護回路をそれぞれ正常動作させることができる。
次に、上述のバッテリパックにおいては、第1電流遮断部がバッテリの負電極から外部端子までの経路に設けられ、第2電流遮断部がバッテリの正電極から外部端子までの経路に設けられる場合には、第1電流遮断部は、電源供給経路に直列接続されるとともにON状態またはOFF状態に切替可能なスイッチング素子を備えてもよく、第2電流遮断部は、前記電源供給経路に直列接続されるとともにON状態またはOFF状態に切替可能なスイッチング素子を備えてもよい。
そして、制御部は、第2電流遮断部が正常状態か異常状態かを判定するにあたり、第1電流遮断部および第2電流遮断部ともに遮断状態に制御し、その状況下において、第2電流遮断部から外部端子までの第2電源供給経路の電位に基づいて、第2電流遮断部が正常状態か異常状態かを判定してもよい。
つまり、第1電流遮断部および第2電流遮断部ともに遮断状態に制御した状況下においては、第2電流遮断部が正常状態であれば、第2電源供給経路の電位はバッテリの正電極の電位とは無関係の値となるが、第2電流遮断部が異常状態(特に、短絡異常)であれば、第2電源供給経路の電位はバッテリの正電極とほぼ同電位となる。
このため、第1電流遮断部および第2電流遮断部ともに遮断状態に制御した状況下での第2電源供給経路の電位に基づいて、第2電流遮断部が正常状態か異常状態かを判定することができる。
次に、上述のバッテリパックにおいては、第1電流遮断部および第2電流遮断部のうち少なくとも一方が異常状態であると判定された場合に、当該バッテリパックが充放電禁止状態であることを記憶する記憶部を備えてもよい。
これにより、制御部は、外部機器(充電器や電動機器など)が接続された場合には、記憶部の記憶内容に基づいて当該バッテリパックが充放電禁止状態であるか否かを判定でき、充放電禁止状態である場合には、ソフトウェア的な手段によって充放電を禁止することができる。
このバッテリパックによれば、ソフトウェア的およびハードウェア的な手段の両面で充放電を禁止できるため、安全面での信頼性が向上する。
次に、上述の記憶部を備えるバッテリパックにおいては、記憶部に充放電禁止状態と記憶されている状況下において、電源供給経路における通電を検出した場合に、第1電流遮断部および第2電流遮断部のうち少なくとも一方を通電不可能な状態に切り替える永久故障判定部を備えてもよい。
記憶部に充放電禁止状態と記憶されている場合には、第1電流遮断部および第2電流遮断部のうち少なくとも一方が異常状態と判定されている状況であり、このような状況下で電源供給経路に電流が通電されるのは、バッテリパックに何らかの異常が生じて、バッテリが放電していると考えられる。
そこで、永久故障判定部が、記憶部に充放電禁止状態と記憶されている状況下において、電源供給経路における通電を検出した場合に、第1電流遮断部および第2電流遮断部のうち少なくとも一方を通電不可能な状態に切り替えることで、電源供給経路での電流の通電を強制的に停止するとともに、バッテリの異常な放電を停止できる。
このバッテリパックによれば、バッテリの異常な放電を停止することができ、バッテリの異常放電による事故の発生を抑制できる。
次に、上述のバッテリパックにおいては、第2電流遮断部は、電源供給経路のうち充電時電流および放電時電流のいずれもが流れる経路に備えられてもよい。
つまり、電源供給経路における第2電流遮断部の設置位置が、充電時電流のみが流れる電源供給経路、あるいは放電時電流のみが流れる電源供給経路である場合には、充電時電流および放電時電流のうちいずれか一方の電流の通電は抑制できるが、他方の電流の通電を抑制することができない。
これに対して、充電時電流および放電時電流のいずれもが流れる電源供給経路に第2電流遮断部が備えられることで、バッテリパックの異常時に充電時電流および放電時電流のそれぞれについて電流の通電を抑制できる。また、充電器が正しく満充電検出ができず、過充電であることをバッテリ内で検出した際に、第2電流遮断部を遮断することで、過充電も抑制できる。
本発明のバッテリパックによれば、保護素子としての第1電流遮断部および第2電流遮断部が異常状態であっても、バッテリパックの異常時に電流の通電を抑制できる。
実施形態の電動工具全体の構成を表す側面図である。 電動工具本体に装着されるバッテリパックの外観を表す斜視図である。 バッテリパックを含む電動工具全体の回路構成を表すブロック図である。 バッテリパックの充電に用いられる充電器の構成を表すブロック図である。 バッテリパック内の制御回路にて実行される遮断部状態判定処理を表すフローチャートである。 第2実施形態のバッテリパックの回路構成を表すブロック図である。 第2実施形態のバッテリパック内の制御回路にて実行される遮断部状態判定処理を表すフローチャートである。 第3実施形態のバッテリパックの回路構成を表すブロック図である。 第3実施形態のバッテリパック内の制御回路にて実行される永久故障設定処理を表すフローチャートである。 第3実施形態のバッテリパック内の制御回路にて実行される遮断部状態判定処理を表すフローチャートである。 バッテリパックに備えられる基板の表側面および裏側面における外観を表した説明図である。
以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
尚、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
[電動工具全体の構成]
図1に示すように、本実施形態の電動工具は、所謂ドライバドリルとして構成された電動工具本体10と、電動工具本体10に着脱可能に装着されて、電動工具本体10に電源供給を行うバッテリパック40とを備える。
電動工具本体10は、モータハウジング14と、モータハウジング14の前方に位置するギアハウジング16と、ギアハウジング16の前方に位置するドリルチャック18と、モータハウジング14の下方に位置するハンドグリップ20とを備えている。
モータハウジング14は、ドリルチャック18を回転駆動させる駆動力を発生するモータ30(図3参照)を収容している。
ギアハウジング16は、モータ30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。
ドリルチャック18は、当該ドリルチャック18の前端部に工具ビット(図示せず)を着脱自在に装着する装着機構(図示せず)を備えている。
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モータ30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。
また、ハンドグリップ20の下端部には、バッテリパック40を着脱可能に装着するためのバッテリパック装着部24が設けられている。この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を電動工具本体10の前方に摺動させることで、バッテリパック40を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。
つまり、図2に示すように、バッテリパック40の上部には、電動工具本体10のバッテリパック装着部24や、充電器80(図4参照)に接続するためのコネクタ部42が形成されている。また、コネクタ部42には、電動工具本体10及び充電器80と電気的に接続するための電源端子部44及び接続端子部46が設けられている。
一方、バッテリパック40は、コネクタ部42を有するケース(図2参照)内に、コネクタ部42を介して充放電可能なバッテリ50を収納したもの(図3参照)である。
そして、バッテリパック40は、コネクタ部42を介して電動工具本体10に装着することで、コネクタ部42に設けられた電源端子部44及び接続端子部46を介して、電動工具本体10の内部回路と電気的に接続され、電動工具本体10に直流電源を供給できるようになる(図3参照)。
また同様に、バッテリパック40は、コネクタ部42を介して充電器80(図4参照)に装着することで、電源端子部44及び接続端子部46を介して、充電器80側の充電回路と電気的に接続され、充電器80からバッテリ50に充電できるようになる。
[電動工具本体の回路構成]
図3に示すように、電動工具本体10には、バッテリパック40の電源端子部44に接続するための端子として、正極側端子26A、負極側端子26Bが備えられ、同じく接続端子部46に接続するための端子として、接続端子28Aが備えられている。
正極側端子26Aは、トリガスイッチ22及び正極側電源ラインL1Aを介して、モータ30の一端に接続されており、負極側端子26Bは、モータ30への通電制御用のスイッチング素子Q1及び負極側電源ラインL1Bを介して、モータ30の他端に接続されている。
本実施形態では、モータ30は、例えば、ブラシ付き直流モータにて構成されており、トリガスイッチ22がオン状態であるとき、スイッチング素子Q1が駆動回路32を介してオンされることにより、通電されて、回転する。
なお、モータ30には、スイッチング素子Q1のターンオフ時に負極側電源ラインL1Bに発生した高電圧を正極側電源ラインL1Aに戻すためのダイオード(所謂フライホイールダイオード)D1が接続されている。また、スイッチング素子Q1は、nチャネルMOSFETにて構成されており、駆動回路32からゲートへは抵抗R1を介して駆動信号が入力される。
また、電動工具本体10には、CPU、ROM、RAMを中心とするマイコンにて構成され、バッテリパック40からの指令に従い駆動回路32を介してスイッチング素子Q1のオン/オフ状態を制御する制御回路34が設けられている。
また、電動工具本体10には、トリガスイッチ22がオン状態であるとき、バッテリパック40から電源供給を受けて、制御回路34や駆動回路32に電源供給を行う電源回路36、及び、トリガスイッチ22の操作量を検出する検出回路38、も設けられている。
そして、制御回路34は、電源回路36から電源供給(電源電圧Vdd)を受けて起動すると、後述するバッテリパック40内の制御回路60との間で通信を行うことで、バッテリパック40が電動工具本体10に装着されたことを通知する。
また、制御回路34は、検出回路38にて検出されたトリガスイッチ22の操作量に応じて駆動回路32に制御信号を出力することで、モータ30の回転速度を制御する。
また、制御回路34には、LED35が接続されており、制御回路34は、動作時にLED35を点灯させて、その旨を使用者に通知する。
[バッテリパックの回路構成]
次に、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、接続端子部46に設けられた接続端子46A〜46D、バッテリ50、バッテリ状態検出用のAFE(アナログ・フロント・エンド)52、及び、制御回路60が備えられている。
正極側端子44Aには、正極側電源ラインL2Aを介して、バッテリ50の正極側端子50Aが接続され、負極側端子44Bには、負極側電源ラインL2Bを介して、バッテリ50の負極側端子50Bが接続されている。なお、バッテリ50の負極側端子50Bは、バッテリパック40内のグランドラインに接続されている。また、正極側電源ラインL2Aのうち遮断スイッチ72から電源端子部44の正極側端子44Aまでの経路を経路L2Aaと定義し、負極側電源ラインL2Bのうち遮断スイッチ70から電源端子部44の負極側端子44Bまでの経路を経路L2Baと定義する。なお、経路L2Aaには、遮断スイッチ72および電源端子部44の正極側端子44Aが含まれる。また、経路L2Baには、遮断スイッチ70および電源端子部44の負極側端子44Bが含まれる。
そして、バッテリパック40を電動工具本体10に装着した際、正極側端子44Aは、電動工具本体10の正極側端子26Aと接続され、負極側端子44Bは、電動工具本体10の負極側端子26Bと接続され、接続端子46Aは、電動工具本体10の接続端子28Aに接続される。
また、制御回路60は、電動工具本体10内の制御回路34と同様、CPU60a、ROM60b、RAM60cを中心とするマイコンにて構成されている。さらに、制御回路60は、不揮発性メモリであるフラッシュROM60dを備えている。
そして、制御回路60は、バッテリパック40を電動工具本体10に装着した際、接続端子46A及び接続端子28Aを介して、電動工具本体10内の制御回路34に接続されて、制御回路34との間で双方向通信ができるようになる。
なお、接続端子46B〜46Dは、バッテリパック40を充電器80に装着した際、充電器80側の接続端子部に接続されるものであり、バッテリパック40を電動工具本体10に装着した際には、開放状態となる。
また、接続端子46Dは、正極側端子44Aと同様、正極側電源ラインL2Aに接続されており、バッテリパック40を充電器80に装着した際、負極側電源ラインL2Bとの間で、充電器80から充電電圧を取り込み、バッテリ50に充電電流を供給するのに用いられる。
バッテリ50は、正極側端子50Aと負極側端子50Bとの間に、複数のバッテリセルB1、B2、…Bnを直列接続することにより構成されており、モータ30を駆動するための駆動電圧(例えば、直流36V)を発生する。
なお、バッテリセルB1、B2、…Bnは、例えば、単体で3.6Vの直流電圧を発生するリチウムイオンバッテリにて構成される。
AFE52は、制御回路60からの指令に従いバッテリ50を構成するバッテリセルB1、B2、…Bnのセル電圧を検出すると共に、負極側電源ラインL2Bに設けられた電流検出用抵抗SRを介してバッテリ50への充電電流やバッテリ50からの放電電流を検出するよう構成されたアナログ回路である。そして、AFE52により検出されたセル電圧や充放電電流は、制御回路60に入力される。
また、電流検出用抵抗SRには、放電電流を検出する放電電流検出回路54が接続され、放電電流検出回路54には、放電電流が所定の過負荷判定閾値に達したか否かを判定する過負荷判定回路56が接続されている。そして、放電電流検出回路54による検出結果及び過負荷判定回路56による判定結果も、制御回路60に入力される。
なお、放電電流検出回路54は、電流検出用抵抗SRの両端の電位差から放電電流を検出するためのものであり、オペアンプからなる差動増幅回路にて構成されている。また、過負荷判定回路56は、放電電流検出回路54からの出力電圧と、過負荷判定閾値としての基準電圧とを比較するコンパレータにて構成されている。
また、バッテリパック40には、バッテリ電圧VBを検出するバッテリ電圧検出回路58、バッテリ50のセル温度TH1を検出するサーミスタ62、及び、上記各回路や電源ラインが形成された基板の基板温度TH2を検出するサーミスタ64も設けられている。そして、これら各部にて検出されたバッテリ電圧VB、セル温度TH1、及び、基板温度TH2も、制御回路60に入力される。
なお、バッテリ電圧検出回路58は、バッテリ50の両端電圧VBを、抵抗R2、R3にて分圧し、その分圧電圧を、制御回路60に入力するように構成されている。また、温度検出素子であるサーミスタ62、64は、それぞれ、バッテリパック40内のレギュレータ66にて生成された電源電圧Vccを抵抗R4、R5との間で分圧し、その分圧電圧を、セル温度TH1及び基板温度TH2の検出結果として、制御回路60に入力する。
レギュレータ66は、正極側電源ラインL2A又は後述の充電器80から電源供給を受けて、内部回路駆動用の電源電圧(直流定電圧)Vccを生成するものである。
すなわち、レギュレータ66の入力側には、ダイオードD2及びダイオードD3のカソードがそれぞれ接続されている。そして、ダイオードD2のアノードは、シャットダウンスイッチSW1を介して、バッテリパック40内の正極側電源ラインL2Aに接続され、ダイオードD3のアノードは、後述する充電器80から充電器側電源電圧Vddを取り込むための接続端子46Cに接続されている。
シャットダウンスイッチSW1は、制御回路60から出力されるシャットダウン信号によってオフ状態に切り換えられるものであり、バッテリ50が正常であれば、オン状態に保持される。
つまり、制御回路60は、バッテリパック40が長期放置されるなどして、バッテリ50の放電が進み、バッテリ電圧VBが著しく低下すると、バッテリ50の過放電防止のために、シャットダウン信号を出力して、シャットダウンスイッチSW1をオフ状態に切り換える。
このため、シャットダウンスイッチSW1がオン状態となる通常時には、レギュレータ66には、バッテリ50から正極側電源ラインL2Aを介して供給されるバッテリ電圧VBと、充電器80から供給される電源電圧Vddのうち、大きい方が入力されることになる。
これに対し、シャットダウンスイッチSW1がオフ状態であるとき、バッテリパック40が充電器80に装着されていなければ、レギュレータ66は電源電圧Vccを生成できないことから、制御回路60は動作を停止する。
しかし、その状態で、バッテリパック40が充電器80に装着されて、充電器80から接続端子46Cに電源電圧Vddが供給されると、レギュレータ66は、その電源電圧Vddにて、バッテリパック40の内部回路駆動用の電源電圧Vccを生成する。
この結果、制御回路60が起動し、制御回路60による制御の下に、充電器80からバッテリ50への充電が開始されることになる。
また次に、バッテリパック40には、接続端子46Cに入力される電源電圧Vddから、バッテリパック40が充電器80に装着されたことを検出する充電器検出回路68、負極側電源ラインL2Bを遮断させる遮断スイッチ70、及び、正極側電源ラインL2Aを遮断させる遮断スイッチ72が備えられている。
ここで、遮断スイッチ70は、ドレイン同士、ソース同士を接続することにより、互いに並列接続された一対のスイッチング素子Q2、Q3にて構成されている。そして、ドレインをバッテリパック40の負極側端子44B側に配置し、ソースをバッテリ50の負極側端子50B側に配置することで、負極側電源ラインL2B上に設けられている。
スイッチング素子Q2、Q3は、nチャネルMOSFETにて構成されており、正極側電源ラインL2Aと負極側電源ラインL2Bとの間に設けられた共通のバイアス回路74にて、同時にオン・オフできるようにされている。
つまり、バイアス回路74は、制御回路60からの信号によりオン・オフされる制御スイッチSW2と抵抗R6と抵抗R7との直列回路にて構成されている。そして、直列回路の制御スイッチSW2側端部が正極側電源ラインL2Aに接続され、抵抗R7側端部が負極側電源ラインL2Bに接続されている。
また、抵抗R6と抵抗R7との接続点は、各スイッチング素子Q2、Q3のゲートに接続され、しかも、その抵抗R7には、ゲート電圧を安定化させるコンデンサC1が並列接続されている。
従って、制御スイッチSW2がオン状態で、スイッチング素子Q2、Q3のゲートに所定のバイアス電圧が印加され、スイッチング素子Q2、Q3がオン状態になると、負極側電源ラインL2Bが導通状態となって、バッテリ50に対する充・放電電流が流れる。
そして、このとき、2つのスイッチング素子Q2、Q3には、充・放電電流が分流して流れることから、スイッチング素子を一つのFETにて構成した場合に比べて、スイッチング素子Q2、Q3に許容電流が小さいものを利用できる。または、スイッチング素子Q2、Q3の許容電流が大きいものを利用することでより大きな電流を流すことも可能になる。
また、制御スイッチSW2がオフ状態となって、スイッチング素子Q2、Q3のゲートにバイアス電圧が印加されなくなると、スイッチング素子Q2、Q3が共にオフ状態となって、負極側電源ラインL2Bが遮断される。
なお、基板温度TH2を検出するサーミスタ64は、遮断スイッチ70を構成するスイッチング素子Q2、Q3の近傍に配置されている。
これは、バッテリ50から遮断スイッチ70を介して電動工具本体10へ流れる放電電流が大きくなると(換言すれば、バッテリ50が過負荷状態になると)、遮断スイッチ70の温度が高くなるためである。
つまり、本実施形態では、制御回路60において、サーミスタ64を介して検出される基板温度TH2に基づき、バッテリ50の過負荷状態を判定できるようにしている。
一方、遮断スイッチ72は、正極側電源ラインL2A上に設けられるヒューズ部72aと、通電により発熱してヒューズ部72aを溶断させるヒータ部(詳しくは発熱抵抗体)72bとを有する3つの保護回路F1〜F3にて構成されている。
各保護回路F1〜F3は、バッテリ50への充・放電電流を分流させて、各ヒューズ部72aに流れる電流を少なくするため、互いに並列に接続されている。このため、遮断スイッチ72を一つの保護回路で構成した場合に比べて、各保護回路F1〜F3に許容電流の小さいものを利用できる。または、保護回路F1〜F3の許容電流が大きいものを利用することでより大きな電流を流すことも可能になる。
そして、各保護回路F1〜F3において、ヒータ部72bの一端には、それぞれ、ヒューズ部72aを介して正極側電源ラインL2Aが接続され、ヒータ部72bの他端は、それぞれ、スイッチング素子Q4〜Q6を介して、グランドラインに接続されている。
なお、スイッチング素子Q4〜Q6は、上述したスイッチング素子Q1〜Q3と同様、nチャネルMOSFETにて構成されており、ドレインが、保護回路F1〜F3のヒータ部72bに接続され、ソースが、グランドラインに接続されている。また、スイッチング素子Q4〜Q6のゲートは、それぞれ、抵抗R8〜R10を介して、制御回路60の一つの出力ポートに接続されている。
このため、各保護回路F1〜F3は、制御回路60の出力ポートから抵抗R8〜R10を介して各スイッチング素子Q4〜Q6のゲートにハイレベルの駆動信号が入力されて、各スイッチング素子Q4〜Q6がオン状態になると、ヒータ部72bが発熱して、ヒューズ部72aが溶断することになる。
そして、ヒューズ部72aが溶断すると、正極側電源ラインL2Aが遮断されるが、その後、ヒューズ部72aを導通させることはできないことから、制御回路60が各保護回路F1〜F3を介して正極側電源ラインL2Aを遮断させた後は、その状態が保持され、バッテリパック40は使用できなくなる。
なお、保護回路F1のヒータ部72bとスイッチング素子Q4のドレインとの接続部は、状態判定回路76を介して、負極側電源ラインL2Bに接続されている。状態判定回路76は、抵抗R11,ダイオードD4,ツェナーダイオードDZ1を備えている。抵抗R11は、一端がスイッチング素子Q4のドレインに接続され、他端がダイオードD4のアノードに接続される。また、ダイオードD4は、アノードが抵抗R11に接続され、カソードが負極側電源ラインL2Bに接続されている。また、抵抗R11とダイオードD4との接続点には、ツェナーダイオードDZ1のカソードが接続されており、ツェナーダイオードDZ1のアノードは、グランドラインに接続されている。
状態判定回路76(抵抗R11、ダイオードD4及びツェナーダイオードDZ1)は、バッテリパック40が電動工具本体10及び充電器80の何れにも接続されていないときに、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72の状態(正常状態、異常状態)を判定するために備えられている。具体的には、遮断スイッチ70が短絡故障していないかどうか、遮断スイッチ72が断線故障していないかどうか、を確認するのに用いられる。
つまり、バッテリパック40が電動工具本体10及び充電器80に接続されていない状態で、遮断スイッチ70をオフさせると、遮断スイッチ70が正常であれば、抵抗R11を介してツェナーダイオードDZ1に降伏電圧よりも高い高電圧が印加されて、ツェナーダイオードDZ1に微少電流が流れる。
このため、状態判定回路76における抵抗R11とツェナーダイオードDZ1との接続点の電位Vchは、ツェナーダイオードDZ1の降伏電圧に対応した高電位となる。
これに対し、遮断スイッチ70が短絡故障している場合には、抵抗R11を介してダイオードD4に順方向の電流が流れることから、状態判定回路76における抵抗R11とダイオードD4との接続点(換言すれば抵抗R11とツェナーダイオードDZ1との接続点)の電位Vchは、ダイオードD4の順方向電圧(0.6〜0.7V)に対応した低電位となる。
また、バッテリパック40が電動工具本体10及び充電器80に接続されていない状態で、遮断スイッチ70をオフさせると、遮断スイッチ72(詳細には、保護回路F1)が正常状態(ヒューズ部72aが溶断していない状態、かつ、ヒータ部72bが正常に接続されている状態)であれば、抵抗R11を介してツェナーダイオードDZ1に降伏電圧よりも高い高電圧が印加されて、ツェナーダイオードDZ1に微少電流が流れる。このため、状態判定回路76における抵抗R11とツェナーダイオードDZ1との接続点の電位Vchは、ツェナーダイオードDZ1の降伏電圧に対応した高電位となる。
これに対し、遮断スイッチ72が断線故障している場合(ヒューズ部72aが溶断している場合)には、遮断スイッチ72(詳細には、保護回路F1)と状態判定回路76とが互いに電気的に絶縁された状態となり、状態判定回路76には電流が流れない。このとき、状態判定回路76における抵抗R11とツェナーダイオードDZ1との接続点の電位Vchは、ツェナーダイオードDZ1を介して接続されるグランド電位に対応した低電位となる。
つまり、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72がともに正常状態である場合には、状態判定回路76の電位Vchは高電位となり、遮断スイッチ70が異常状態(短絡異常状態)であるか、遮断スイッチ72が異常状態(断線異常状態)である場合には、状態判定回路76の電位Vchは低電位となる。
このため、制御回路60は、バッテリパック40が電動工具本体10及び充電器80に接続されていないときに、制御スイッチSW2(延いては遮断スイッチ70)を一時的にオフ状態に切り換え、状態判定回路76におけるツェナーダイオードDZ1のカソード側電位(電位Vch)を取り込むことで、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72の故障判定(状態判定)を行うことができる。
なお、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72の状態判定を行うための遮断部状態判定処理の処理内容については、後述する。
このように構成されたバッテリパック40は、電動工具本体10に装着されて、トリガスイッチ22が操作されると、バッテリ50からモータ30への電源供給経路が形成されることから、モータ30に電流を流し、モータ30を回転させることになる。
また、このようにバッテリパック40から電動工具本体10に放電電流が流れ、モータ30が駆動されているとき、制御回路60は、異常判定処理を実行することで、AFE52により検出されるセル電圧、放電電流検出回路54により検出される放電電流、サーミスタ62、64により検出されるセル温度TH1、基板温度TH2を監視する。
そして、制御回路60は、その監視結果に基づき、バッテリ50の過負荷若しくは過放電を判定し、過負荷若しくは過放電を判定すると、電動工具本体10の制御回路34にモータ30の停止指令を出力することで、スイッチング素子Q1をオフ状態に制御させる。
また、このように、スイッチング素子Q1をオフ状態に制御すると、制御回路60は、バッテリ50からの放電が停止したか否かを判定し、バッテリ50からの放電が停止していなければ、遮断スイッチ70をオフ状態に制御する。
なお、遮断スイッチ70は、オン・オフ状態を切換可能であるため、制御回路60は、遮断スイッチ70を一旦オフ状態すると、その後、バッテリ50を過負荷若しくは過放電から保護する必要がないときに、遮断スイッチ70をオン状態に復帰させる遮断解除処理を実行する。
また、このように遮断スイッチ70をオフ状態に制御すると、制御回路60は、再度、バッテリ50からの放電が停止したか否かを判定し、バッテリ50からの放電が停止していなければ、遮断スイッチ72をオフ状態に切り換え、バッテリ50からの放電を停止させる。
[充電器の回路構成]
次に、充電器80には、図4に示すように、外部電源(本例ではAC100V電源)を直流に整流する入力整流回路82、入力整流回路82にて整流された直流電源からバッテリ充電用の充電電力を生成する充電用スイッチング電源回路84、充電用スイッチング電源回路84による充電電力の生成(延いてはバッテリ50への充電)を制御する制御回路86、及び、入力整流回路82にて整流された直流電源から制御回路86を動作させるための電源電圧(直流定電圧)Vddを生成する電源回路88、が備えられている。
制御回路86は、電動工具本体10及びバッテリパック40内の制御回路34、60と同様、CPU、ROM、RAM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86は、バッテリパック40が充電器80に装着されると、充電器80側の接続端子90A及びバッテリパック40側の接続端子46Bを介して、バッテリパック40内の制御回路60に接続され、制御回路60との間で双方向通信ができるようになる。
また、充電器80には、バッテリパック40が充電器80に装着された際に、バッテリパック40側の接続端子46Cに対し、電源回路88にて生成された電源電圧Vddを印加するための接続端子90Bが設けられている。
また、充電器80には、正極側充電端子80A及び負極側充電端子80Bも設けられており、バッテリパック40が充電器80に装着された際には、正極側充電端子80Aがバッテリパック40の接続端子46Dに接続され、負極側充電端子80Bがバッテリパック40の負極側端子44Bに接続される。
なお、正極側充電端子80Aは、充電用スイッチング電源回路84からの充電電圧の出力ラインに接続されて、充電電圧を、バッテリパック40の接続端子46D(延いてはバッテリ50の正極側端子50A)に印加するのに用いられる。また、負極側充電端子80Bは、充電用スイッチング電源回路84と共通のグランドラインに接続されている。
この結果、バッテリパック40内のバッテリ50には、正極側充電端子80A及び負極側充電端子80Bを介して、充電用スイッチング電源回路84にて生成された充電電力が供給されることになる。
そして、制御回路86は、バッテリパック40内の制御回路60との通信により、バッテリ50への充電状態を監視しつつ、バッテリ50が満充電状態になるまで、充電用スイッチング電源回路84からの充電電力を制御する。
[バッテリパックにて実行される遮断部状態判定処理]
次に、バッテリパック40の制御回路60にて実行される遮断部状態判定処理について説明する。
なお、遮断部状態判定処理は、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72の状態(正常状態であるか異常状態であるか)を判定するための処理であり、充電器検出回路68によってバッテリパック40が充電器80に接続されたと判定されると実行される。遮断スイッチ70については、異常状態として短絡異常状態を判定し、遮断スイッチ72については、異常状態として断線異常状態を判定する。
遮断部状態判定処理は、図5に示すフローチャートの内容に従って処理を実行する。
遮断部状態判定処理が起動されると、まず、S110(Sはステップを表す)では、充電器80が接続状態であるか否かを判定しており、肯定判定の場合にはS110を繰り返し実行し、否定判定の場合にはS120に移行する。
S120では、遮断スイッチ70(一対のスイッチング素子Q2、Q3)をオフ状態に設定する。具体的には、制御スイッチSW2をオフ状態に制御する。これにより、スイッチング素子Q2、Q3のゲートにバイアス電圧が印加されなくなり、スイッチング素子Q2、Q3が共にオフ状態となって、負極側電源ラインL2Bが遮断状態となり、バッテリ50の負極側端子50Bと電源端子部44の負極側端子44Bとが電気的に遮断される。
次のS130では、予め定められた待機時間(本実施形態では、100[msec])が経過するまで待機する。
次のS140では、状態判定回路76における抵抗R11とツェナーダイオードDZ1との接続点の電位Vchが、予め定められた判定基準値Vth1(本実施形態では、1.5[V])以上であるか否かを判定しており、肯定判定の場合にはS150に移行し、否定判定の場合にはS160に移行する。
なお、上述したように、遮断スイッチ70(スイッチング素子Q2、Q3)および遮断スイッチ72(詳細には、保護回路F1)のいずれもが正常状態の場合には、状態判定回路76における抵抗R11とツェナーダイオードDZ1との接続点の電位Vchは、ツェナーダイオードDZ1の降伏電圧(本実施形態では、2.0[V])に対応した高電位となる。また、上述したように、遮断スイッチ70(スイッチング素子Q2、Q3)が異常状態(短絡異常状態)であるか、遮断スイッチ72(詳細には、保護回路F1)が異常状態(断線異常状態)の場合には、状態判定回路76における抵抗R11とツェナーダイオードDZ1との接続点の電位Vchは、ダイオードD4の順方向電圧(0.6〜0.7V)あるいはグランド電位に対応した低電位となる。
このため、判定基準値Vth1には、ツェナーダイオードDZ1の降伏電圧(本実施形態では、2.0[V])とダイオードD4の順方向電圧(0.6〜0.7V)との境界値となる値が設定されている。
S140で肯定判定されてS150に移行すると、S150では、遮断スイッチ70(スイッチング素子Q2、Q3)および遮断スイッチ72(詳細には、保護回路F1)のいずれもが正常状態であると判定して、遮断スイッチ70(スイッチング素子Q2、Q3)をオン状態に設定する。具体的には、制御スイッチSW2をオン状態に制御する。これにより、スイッチング素子Q2、Q3のゲートに所定のバイアス電圧が印加され、スイッチング素子Q2、Q3がオン状態になると、負極側電源ラインL2Bが導通状態となって、バッテリ50の負極側端子50Bと電源端子部44の負極側端子44Bとが電気的に接続される。
S140で否定判定されてS160に移行すると、S160では、遮断スイッチ70(スイッチング素子Q2、Q3)および遮断スイッチ72(詳細には、保護回路F1)のうち少なくとも一方が異常状態であると判定して、制御スイッチSW2のオフ状態を継続すると共に、遮断スイッチ72における保護回路F1,保護回路F2,保護回路F3のそれぞれについて、ヒューズ部72aを溶断する。具体的には、スイッチング素子Q4〜Q6のそれぞれをオン状態に制御することで、保護回路F1,保護回路F2,保護回路F3のそれぞれについて、ヒータ部72bの発熱によりヒューズ部72aを溶断する。
これにより、正極側電源ラインL2Aまたは負極側電源ラインL2Bの少なくとも一方が遮断状態となり、バッテリ50と電源端子部44との電気的接続を適切に遮断することができる。
例えば、正極側電源ラインL2Aについては、保護回路F1,保護回路F2,保護回路F3のすべてがオフ状態となり、遮断スイッチ72がオフ状態となるため、正極側電源ラインL2Aが遮断状態となり、バッテリ50の正極側端子50Aと電源端子部44の正極側端子44Aとが電気的に遮断される。また、負極側電源ラインL2Bについては、制御スイッチSW2がオフ状態となり、遮断スイッチ70がオフ状態となるため、負極側電源ラインL2Bが遮断状態となり、バッテリ50の負極側端子50Bと電源端子部44の負極側端子44Bとが電気的に遮断される。
この結果、バッテリ50と電源端子部44との電気的接続を適切に遮断することができ、バッテリパック40の異常時にバッテリパック40に電動工具本体10が接続された場合に電流が通電されることを抑制できる。つまり、遮断スイッチ70(スイッチング素子Q2、Q3)および遮断スイッチ72のうち少なくとも一方が異常状態であっても、バッテリパック40の異常時に電流の通電を抑制できる。
次のS170では、バッテリパック40が充電および放電が禁止された状態(充放電禁止状態)であることを表す情報を、制御回路60の不揮発性メモリであるフラッシュROM60dに記憶する。これにより、バッテリパック40に電動工具本体10や充電器80が接続された場合に、電動工具本体10や充電器80に対して、バッテリパック40が「充放電禁止状態」であることを通知することが可能となる。
次のS180では、スイッチング素子Q4〜Q6のそれぞれをオフ状態に制御する。
S150またはS180の処理が完了すると、遮断部状態判定処理が終了する。
[効果]
以上説明したように、本実施形態のバッテリパック40は、バッテリ50の負極側端子50Bから電源端子部44の負極側端子44Bまでの負極側電源ラインL2Bに設けられる遮断スイッチ70と、バッテリ50の正極側端子50Aから電源端子部44の正極側端子44Aまでの正極側電源ラインL2Aに設けられる遮断スイッチ72と、を備える。
制御回路60で実行される遮断部状態判定処理では、バッテリパック40が充電器80から取り外された後に(S110で肯定判定)、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72が正常状態か異常状態かを判定するステップ(S120〜S140)を実行する。つまり、制御回路60は、バッテリ50の充電または放電が行われていない時に、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72が正常状態か異常状態かを判定する。
このため、バッテリパック40は、バッテリ50の充電動作や放電動作に悪影響を及ぼすことなく、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72の状態を判定できる。
そして、制御回路60は、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72が正常状態と判定した場合には(S140で肯定判定)、遮断スイッチ70を通電状態に切り替える(S150)。これにより、バッテリパック40でのバッテリ50の充電動作や放電動作を可能としつつ、バッテリパック40の異常時(例えば、過負荷判定回路56,サーミスタ62,サーミスタ64などによって過電流を検出した場合など)には、遮断スイッチ70や遮断スイッチ72による保護動作(バッテリ50と電源端子部44との電気的接続の遮断)が可能となる。
また、制御回路60は、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72のうち少なくとも一方が異常状態である場合には、遮断スイッチ70または遮断スイッチ72を遮断状態(オフ状態)に切り替える。これにより、バッテリ50と電源端子部44との電気的接続を適切に遮断することができ、バッテリパック40の異常時に電流の通電を抑制することができる。
よって、本実施形態のバッテリパック40によれば、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72のうち少なくとも一方が異常状態であっても、遮断スイッチ70または遮断スイッチ72を遮断状態(オフ状態)に切り替えることにより、バッテリパック40の異常時に電流の通電を抑制することができる。
なお、バッテリパック40においては、制御回路60は、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72が正常状態か異常状態かを判定するにあたり、遮断スイッチ70を遮断状態(オフ状態)に制御するとともに遮断スイッチ72を通電状態(オン状態)に制御し、その状況下において、負極側電源ラインL2Bのうち遮断スイッチ70から電源端子部44の負極側端子44Bまでの経路L2Baの電位に基づいて、遮断スイッチ70が正常状態か異常状態かを判定している。
つまり、遮断スイッチ70を遮断状態に制御するとともに遮断スイッチ72を通電状態に制御した状況下においては、遮断スイッチ70が正常状態であれば、経路L2Baの電位はバッテリ50の負極側端子50Bの電位とは無関係の値となる。しかし、遮断スイッチ70が異常状態(短絡異常状態)であれば、経路L2Baの電位はバッテリ50の負極側端子50Bの電位とほぼ同電位となる。
このため、遮断スイッチ70を遮断状態(オフ状態)に制御するとともに遮断スイッチ72を通電状態(オン状態)に制御した状況下での経路L2Baの電位に基づいて、遮断スイッチ70が正常状態か異常状態かを判定することができる。
また、バッテリパック40は、正極側電源ラインL2Aのうち経路L2Aaと、負極側電源ラインL2Bのうち経路L2Baとを接続する状態判定回路76を備える。
この状態判定回路76のうち、ツェナーダイオードDZ1とダイオードD4との接続点の電位Vchは、経路L2Aaの電位または経路L2Baの電位に応じて変化するため、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72が正常状態であるか異常状態であるかの判定に用いることができる。なお、経路L2Baの電位は、遮断スイッチ70の電位も含む概念であり、経路L2Aaの電位は、遮断スイッチ72の電位も含む概念である。
例えば、遮断スイッチ70の状態(正常状態、異常状態)を判定する場合、遮断スイッチ70を遮断状態(オフ状態)に制御するとともに遮断スイッチ72を通電状態(オン状態)に制御した状況下で、遮断スイッチ70が正常状態であれば、経路L2Aaから抵抗R11およびツェナーダイオードDZ1を介してグランドに電流が流れる。このとき、ツェナーダイオードDZ1とダイオードD4との接続点の電位Vchは、ツェナーダイオードDZ1の降伏電圧(本実施形態では、2.0[V])に応じた電位となる。
また、遮断スイッチ70を遮断状態(オフ状態)に制御するとともに遮断スイッチ72を通電状態(オン状態)に制御した状況下で、遮断スイッチ70が異常状態(短絡異常状態)であれば、経路L2Aaから抵抗R11、ダイオードD4、遮断スイッチ70を介してバッテリ50に電流が流れるため、ツェナーダイオードDZ1とダイオードD4との接続点の電位Vchは、ダイオードD4の順方向電圧に応じた電位となる。
このため、制御回路60は、状態判定回路76のうちツェナーダイオードDZ1とダイオードD4との接続点の電位Vchに基づいて、遮断スイッチ70が正常状態か異常状態かを判定することができる。
また、バッテリパック40が電動工具本体10及び充電器80に接続されていない状態で、遮断スイッチ70をオフさせると、遮断スイッチ72(詳細には、保護回路F1)が正常状態(ヒューズ部72aが溶断していない状態)であれば、上述のように、状態判定回路76における電位Vchは、ツェナーダイオードDZ1の降伏電圧に対応した高電位となる。
これに対し、遮断スイッチ72が断線故障している場合(ヒューズ部72aが溶断している場合、または、ヒータ部72bが開放故障している場合)には、上述のように、状態判定回路76における電位Vchは、グランド電位に対応した低電位となる。
このため、制御回路60は、状態判定回路76のうちツェナーダイオードDZ1とダイオードD4との接続点の電位Vchに基づいて、遮断スイッチ72が正常状態か異常状態かを判定することができる。
つまり、バッテリパック40は、状態判定回路76を備えることで、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72について正常状態か異常状態かを判定することができる。
次に、バッテリパック40においては、制御回路60は、バッテリパック40と充電器80との接続が解除された後に、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72の状態を判定する。
バッテリパック40と充電器80との接続が解除された直後は、外部機器(充電器や電動器具など)に接続されていない状態であり、バッテリ50の充電または放電が行われていない状態であるため、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72の状態を確認するのに適したタイミングとなる。
よって、バッテリパック40は、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72の状態を確認するのに適したタイミングで遮断スイッチ70および遮断スイッチ72の状態を判定しているため、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72の状態を適切に判定することができる。
次に、バッテリパック40においては、遮断スイッチ70は、負極側電源ラインL2Bに直列接続されるとともにON状態またはOFF状態に切替可能なスイッチング素子Q2,Q3を備えており、遮断スイッチ72は、正極側電源ラインL2Aに直列接続されるヒューズ部72aと、ヒューズ部72aを溶断するための発熱体としてのヒータ部72bと、を有する保護回路F1,F2,F3を備えている。
そして、制御回路60は、遮断スイッチ70が異常状態であると判断した場合に、遮断スイッチ72のヒータ部72bに通電してヒューズ部72aを溶断することで、正極側電源ラインL2Aを遮断する。
このように、遮断スイッチ72のヒータ部72bに通電してヒューズ部72aを溶断することで、遮断スイッチ70が異常状態であるとしても、バッテリパック40の異常時に正極側電源ラインL2Aおよび負極側電源ラインL2Bに電流が流れるのを確実に抑制できる。
次に、バッテリパック40においては、制御回路60は、遮断スイッチ72のうちヒータ部72bの電位に基づいて、遮断スイッチ72が正常状態か異常状態かを判定する。
つまり、保護回路F1を有する遮断スイッチ72が正常状態であれば、ヒータ部72bの電位はバッテリ50の正極側端子50Aの電位とほぼ同電位となるが、保護回路F1を有する遮断スイッチ72が異常状態(特に、断線異常)であれば、ヒータ部72bの電位はバッテリ50の正極側端子50Aの電位とは無関係の電位となる。
このため、保護回路F1を有する遮断スイッチ72については、ヒータ部72bの電位に基づいて、正常状態か異常状態かを判定することができる。
次に、バッテリパック40においては、遮断スイッチ72は、並列接続された複数の保護回路F1〜F3を備える。並列接続された複数の保護回路F1〜F3を備える遮断スイッチ72を用いることで、放電電流や充電電流が大電流となる場合にも、遮断スイッチ72を介した通電が可能となる。
制御回路60は、複数のヒータ部72bのうち1つの電位に基づいて、遮断スイッチ72が正常状態か異常状態かを判定している。並列接続された複数の保護回路F1〜F3においては、過電流に起因していずれか1つの保護回路が異常状態(断線異常状態)になると、他の保護回路にも過電流が流れてしまい、最終的には全ての保護回路が異常状態(断線異常状態)となる可能性が高い。そのため、複数の保護回路のそれぞれについて判定する必要性は低くなり、1つの保護回路におけるヒータ部72bの電位に基づき判定することで、遮断スイッチ72の状態を判定できる。
そして、バッテリパック40には、複数のスイッチング素子Q4〜Q6が備えられており、スイッチング素子Q4〜Q6は、保護回路F1〜F3におけるそれぞれのヒータ部72bに個別に接続されて、ヒューズ部72aを溶断するための電流をヒータ部72bに通電する。
このように、保護回路F1〜F3におけるそれぞれのヒータ部72bに個別に接続される複数のスイッチング素子Q4〜Q6を備えることで、複数の保護回路F1〜F3をそれぞれ正常動作させることができる。
もし、複数のヒータ部72bに対して1個のスイッチング素子で通電する場合には、複数のヒータ部72bの一端を1本にまとめた状態でスイッチング素子に接続される。この場合、スイッチング素子を介することなく複数のヒータ部72bが互いに電気的に接続される構成となるため、スイッチング素子による通電制御に拘わらず、複数のヒータ部72bの間で予想外の電流が流れる可能性がある。このような予想外の電流が発生すると、不適切なタイミングでヒューズ部72aが溶断する可能性がある。
これに対して、複数の保護回路F1〜F3におけるそれぞれのヒータ部72bに個別に接続される複数のスイッチング素子Q4〜Q6を備えることで、複数のヒータ部72bに予想外の電流が流れるのを抑制でき、複数の保護回路F1〜F3をそれぞれ正常動作させることができる。
次に、バッテリパック40においては、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72のうち少なくとも一方が異常状態であると判定された場合に、バッテリパック40が充放電禁止状態であることを制御回路60のフラッシュROM60dに記憶する。
これにより、制御回路60は、外部機器(充電器80や電動工具本体10など)が接続された場合には、フラッシュROM60dの記憶内容に基づいてバッテリパック40が充放電禁止状態であるか否かを判定でき、充放電禁止状態である場合には、ソフトウェア的な手段によって充放電を禁止することができる。また、過放電でSW1を開放してシャットダウンした後、充電器80に挿入され制御回路60(マイコン)が立ち上がった場合でも、不揮発性メモリであるフラッシュROM60dに記憶されているため、確実に充電を禁止し、また、その後の放電も禁止することができる。
このバッテリパック40によれば、ソフトウェア的およびハードウェア的な手段の両面で充放電を禁止できるため、安全面での信頼性が向上する。
次に、バッテリパック40においては、遮断スイッチ72は、正極側電源ラインL2Aのうち、充電時電流および放電時電流のいずれもが流れる経路に備えられている。
つまり、正極側電源ラインL2Aにおける遮断スイッチ72の設置位置が、充電時電流のみが流れる経路、あるいは放電時電流のみが流れる経路である場合には、充電時電流および放電時電流のうちいずれか一方の電流の通電は抑制できるが、他方の電流の通電を抑制することができない。
これに対して、充電時電流および放電時電流のいずれもが流れる経路に遮断スイッチ72が備えられることで、バッテリパック40の異常時に充電時電流および放電時電流のそれぞれについて電流の通電を抑制できる。
[特許請求の範囲との対応関係]
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
バッテリセルB1〜Bnが二次電池の一例に相当し、バッテリ50がバッテリの一例に相当し、制御回路60が制御部の一例に相当し、電源端子部44の正極側端子44Aおよび負極側端子44B,接続端子部46の接続端子46Dが外部端子の一例に相当する。
正極側電源ラインL2Aおよび負極側電源ラインL2Bが電源供給経路の一例に相当し、遮断スイッチ70が第1電流遮断部の一例に相当し、遮断スイッチ72が第2電流遮断部の一例に相当し、状態判定回路76が状態判定回路の一例に相当する。経路L2Baが第1電源供給経路の一例に相当し、経路L2Aaが第2電源供給経路の一例に相当する。
遮断スイッチ70のスイッチング素子Q2,Q3が第1電流遮断部のスイッチング素子の一例に相当し、遮断スイッチ72の保護回路F1〜F3が第2電流遮断部の保護回路の一例に相当し、ヒューズ部72aがヒューズの一例に相当し、ヒータ部72bが発熱体の一例に相当し、スイッチング素子Q4〜Q6が通電制御部の一例に相当し、制御回路60のフラッシュROM60dが記憶部の一例に相当する。
[第2実施形態]
上記実施形態(以下、第1実施形態ともいう)では、バッテリの正電極から外部端子までの電源供給経路に設けられる第2電流遮断部として、保護回路F1〜F3を有する遮断スイッチ72を備えたバッテリパック40について説明したが、第2電流遮断部は、スイッチング素子を有する遮断スイッチで構成してもよい。
そこで、第2実施形態として、第2電流遮断部がスイッチング素子Q7、Q8を有する遮断スイッチ172で構成された第2バッテリパック140について説明する。
なお、第2実施形態の第2バッテリパック140は、第1実施形態のバッテリパック40と比べて、遮断スイッチ72を遮断スイッチ172に置き換えて構成されるが、バッテリ50,遮断スイッチ70などの構成は同様である。このため、以下の説明では、第1実施形態と同様の構成については同一符号を付して説明するとともに、第1実施形態との相違点を中心に記載する。
図6に示すように、第2バッテリパック140は、バッテリ50の正極側端子50Aから正極側端子44Aまでの正極側電源ラインL2Aに遮断スイッチ172が備えられている。
ここで、遮断スイッチ172は、直列接続された2つのスイッチング素子Q7,Q8を備えている。スイッチング素子Q7、Q8は、pチャネルMOSFETにて構成されている。
スイッチング素子Q7は、ソースがバッテリ50の正極側端子50Aに接続され、ドレインがスイッチング素子Q8のドレインに接続されている。スイッチング素子Q8は、ソースが第2バッテリパック140の正極側端子44Aに接続されている。
2つのスイッチング素子Q7,Q8は、制御回路60からの指令信号に基づいて、同時にオン・オフできるように構成されている。つまり、指令信号に基づいてスイッチング素子Q7、Q8がオン状態になると、正極側電源ラインL2Aが導通状態となって、バッテリ50に対する充・放電電流が流れる。また、指令信号に基づいてスイッチング素子Q7、Q8が共にオフ状態になると、正極側電源ラインL2Aが遮断される。
なお、正極側電源ラインL2Aのうち遮断スイッチ172と電源端子部44の正極側端子44Aとの間の経路L2Aaは、状態判定回路76を介して、負極側電源ラインL2Bに接続されている。
状態判定回路76は、第2バッテリパック140が電動工具本体10及び充電器80の何れにも接続されていないときに、遮断スイッチ70および遮断スイッチ172の状態(正常状態、異常状態)を判定するために備えられている。具体的には、遮断スイッチ70が短絡故障していないかどうか、遮断スイッチ172が短絡故障していないかどうか、を確認するのに用いられる。
つまり、第2バッテリパック140が電動工具本体10及び充電器80に接続されていない状態で、遮断スイッチ70をオフさせるとともに遮断スイッチ172をオンさせた場合、遮断スイッチ70が正常であれば、抵抗R11を介してツェナーダイオードDZ1に降伏電圧よりも高い高電圧が印加されて、ツェナーダイオードDZ1に微少電流が流れる。このため、状態判定回路76における抵抗R11とツェナーダイオードDZ1との接続点の電位Vchは、ツェナーダイオードDZ1の降伏電圧に対応した高電位となる。
これに対し、遮断スイッチ70が短絡故障している場合には、抵抗R11を介してダイオードD4に順方向の電流が流れることから、状態判定回路76における抵抗R11とダイオードD4との接続点(換言すれば抵抗R11とツェナーダイオードDZ1との接続点)の電位Vchは、ダイオードD4の順方向電圧(0.6〜0.7V)に対応した低電位となる。
また、第2バッテリパック140が電動工具本体10及び充電器80に接続されていない状態で、遮断スイッチ70および遮断スイッチ172をそれぞれオフさせると、遮断スイッチ172が正常であれば、遮断スイッチ172によってバッテリ50の正極側端子50Aと状態判定回路76とが互いに電気的に絶縁された状態となり、状態判定回路76には電流が流れない。このとき、状態判定回路76における抵抗R11とツェナーダイオードDZ1との接続点の電位Vchは、グランド電位に対応した低電位となる。
これに対し、遮断スイッチ70および遮断スイッチ172をそれぞれオフさせた場合に、遮断スイッチ172が短絡故障している場合には、抵抗R11を介してツェナーダイオードDZ1に降伏電圧よりも高い高電圧が印加されて、ツェナーダイオードDZ1に微少電流が流れる。このため、状態判定回路76における抵抗R11とツェナーダイオードDZ1との接続点の電位Vchは、ツェナーダイオードDZ1の降伏電圧に対応した高電位となる。
このため、制御回路60は、第2バッテリパック140が電動工具本体10及び充電器80に接続されていないときに、遮断スイッチ70をオフさせるとともに遮断スイッチ172をオンさせた場合に、状態判定回路76における電位Vchを取り込むことで、遮断スイッチ70の故障判定(状態判定)を行うことができる。また、制御回路60は、第2バッテリパック140が電動工具本体10及び充電器80に接続されていないときに、遮断スイッチ70および遮断スイッチ172をそれぞれオフさせた場合に、状態判定回路76における電位Vchを取り込むことで、遮断スイッチ172の故障判定(状態判定)を行うことができる。
[第2実施形態での遮断部状態判定処理]
ここで、遮断スイッチ70および遮断スイッチ172の状態判定を行うための遮断部状態判定処理の処理内容について説明する。
なお、遮断部状態判定処理は、遮断スイッチ70および遮断スイッチ172の状態(正常状態であるか異常状態であるか)を判定するための処理であり、充電器検出回路68によって第2バッテリパック140が充電器80に接続されたと判定されると実行される。遮断スイッチ70および遮断スイッチ172のそれぞれについて、異常状態として短絡異常状態を判定する。
第2実施形態の遮断部状態判定処理は、図7に示すフローチャートの内容に従って処理を実行する。
遮断部状態判定処理が起動されると、まず、S210(Sはステップを表す)では、充電器80が接続状態であるか否かを判定しており、肯定判定の場合にはS210を繰り返し実行し、否定判定の場合にはS220に移行する。
S220では、遮断スイッチ70(一対のスイッチング素子Q2、Q3)をオフ状態に設定するとともに、遮断スイッチ172(スイッチング素子Q7、Q8)をオン状態に設定する。
具体的には、制御スイッチSW2をオフ状態に制御することで遮断スイッチ70をオフ状態に設定し、遮断スイッチ172に対してオン状態の指令信号を出力することで遮断スイッチ172をオン状態に設定する。
これにより、負極側電源ラインL2Bは、遮断スイッチ70によって遮断状態となり、バッテリ50の負極側端子50Bと電源端子部44の負極側端子44Bとが電気的に遮断される。また、正極側電源ラインL2Aは、遮断スイッチ172によって導通状態となり、バッテリ50の正極側端子50Aと電源端子部44の正極側端子44Aとが電気的に接続される。
次のS230では、予め定められた待機時間(本実施形態では、100[msec])が経過するまで待機する。
次のS240では、状態判定回路76における抵抗R11とツェナーダイオードDZ1との接続点の電位Vchが、予め定められた判定基準値Vth1(本実施形態では、1.5[V])以上であるか否かを判定しており、肯定判定の場合にはS250に移行し、否定判定の場合にはS290に移行する。
なお、上述したように、第2バッテリパック140が電動工具本体10及び充電器80に接続されていない状態で、遮断スイッチ70をオフさせるとともに遮断スイッチ172をオンさせた場合、遮断スイッチ70が正常であれば、状態判定回路76における電位Vchは、ツェナーダイオードDZ1の降伏電圧に対応した高電位となる。これに対し、遮断スイッチ70が短絡故障している場合には、状態判定回路76における電位Vchは、ダイオードD4の順方向電圧(0.6〜0.7V)に対応した低電位となる。
このため、判定基準値Vth1には、ツェナーダイオードDZ1の降伏電圧(本実施形態では、2.0[V])とダイオードD4の順方向電圧(0.6〜0.7V)との境界値となる値が設定されている。
S240で肯定判定されてS250に移行すると、S250では、遮断スイッチ70(一対のスイッチング素子Q2、Q3)をオフ状態に設定するとともに、遮断スイッチ172(スイッチング素子Q7、Q8)をオフ状態に設定する。
具体的には、制御スイッチSW2をオフ状態に制御することで遮断スイッチ70をオフ状態に設定し、遮断スイッチ172に対してオフ状態の指令信号を出力することで遮断スイッチ172をオフ状態に設定する。
これにより、負極側電源ラインL2Bは、遮断スイッチ70によって遮断状態となり、バッテリ50の負極側端子50Bと電源端子部44の負極側端子44Bとが電気的に遮断される。また、正極側電源ラインL2Aは、遮断スイッチ172によって遮断状態となり、バッテリ50の正極側端子50Aと電源端子部44の正極側端子44Aとが電気的に遮断される。
次のS260では、予め定められた待機時間(本実施形態では、100[msec])が経過するまで待機する。
次のS270では、状態判定回路76における抵抗R11とツェナーダイオードDZ1との接続点の電位Vchが、予め定められた判定基準値Vth1(本実施形態では、1.5[V])以下であるか否かを判定しており、肯定判定の場合にはS280に移行し、否定判定の場合にはS290に移行する。
S270で肯定判定されてS280に移行すると、S280では、遮断スイッチ70および遮断スイッチ172のいずれもが正常状態であると判定して、遮断スイッチ70および遮断スイッチ172をそれぞれオン状態に設定する。
これにより、バッテリ50の負極側端子50Bと電源端子部44の負極側端子44Bとが電気的に接続されると共に、バッテリ50の正極側端子50Aと電源端子部44の正極側端子44Aとが電気的に接続される。
S240で否定判定されるか、S270で否定判定されてS290に移行すると、S290では、遮断スイッチ70および遮断スイッチ172のうち少なくとも一方が異常状態であると判定して、遮断スイッチ70および遮断スイッチ172をそれぞれオフ状態に設定する。
これにより、正極側電源ラインL2Aまたは負極側電源ラインL2Bの少なくとも一方が遮断状態となり、バッテリ50と電源端子部44との電気的接続を適切に遮断することができる。この結果、バッテリ50と電源端子部44との電気的接続を適切に遮断することができ、第2バッテリパック140の異常時に第2バッテリパック140に電動工具本体10が接続された場合に電流が通電されることを抑制できる。つまり、遮断スイッチ70および遮断スイッチ172のうち少なくとも一方が異常状態であっても、第2バッテリパック140の異常時に電流の通電を抑制できる。
次のS300では、第2バッテリパック140が充電および放電が禁止された状態(充放電禁止状態)であることを表す情報を、制御回路60のフラッシュROM60dに記憶する。これにより、第2バッテリパック140に電動工具本体10や充電器80が接続された場合に、電動工具本体10や充電器80に対して、第2バッテリパック140が「充放電禁止状態」であることを通知することが可能となる。
S280またはS300の処理が完了すると、遮断部状態判定処理が終了する。
[第2実施形態の効果]
以上説明したように、本実施形態の第2バッテリパック140は、バッテリ50の負極側端子50Bから電源端子部44の負極側端子44Bまでの負極側電源ラインL2Bに設けられる遮断スイッチ70と、バッテリ50の正極側端子50Aから電源端子部44の正極側端子44Aまでの正極側電源ラインL2Aに設けられる遮断スイッチ172と、を備える。
遮断スイッチ70および遮断スイッチ172は、いずれもスイッチング素子を備えて構成されている。
そして、制御回路60は、遮断スイッチ172が正常状態か異常状態かを判定するにあたり、遮断スイッチ172および遮断スイッチ70をオフ状態(遮断状態)に制御し(S250)、その状況下において、経路L2Aaの電位に基づいて、遮断スイッチ172が正常状態か異常状態かを判定する。
つまり、遮断スイッチ172および遮断スイッチ70を遮断状態に制御した状況下においては、遮断スイッチ172が正常状態であれば、経路L2Aaの電位はバッテリ50の正極側端子50Aの電位とは無関係の値となるが、遮断スイッチ172が異常状態(特に、短絡異常)であれば、経路L2Aaの電位はバッテリ50の正極側端子50Aとほぼ同電位となる。
このため、遮断スイッチ172および遮断スイッチ70を遮断状態に制御した状況下での経路L2Aaの電位に基づいて、遮断スイッチ172が正常状態か異常状態かを判定することができる。
そして、第2バッテリパック140は、第1実施形態のバッテリパック40と同様に、制御回路60は、遮断スイッチ70および遮断スイッチ172のうち少なくとも一方が異常状態である場合には、遮断スイッチ70または遮断スイッチ172を遮断状態(オフ状態)に切り替える。これにより、バッテリ50と電源端子部44との電気的接続を適切に遮断することができ、第2バッテリパック140の異常時に電流の通電を抑制することができる。
よって、第2バッテリパック140によれば、遮断スイッチ70および遮断スイッチ172のうち少なくとも一方が異常状態であっても、遮断スイッチ70または遮断スイッチ172を遮断状態(オフ状態)に切り替えることにより、第2バッテリパック140の異常時に電流の通電を抑制することができる。
[第2実施形態における特許請求の範囲との対応関係]
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
遮断スイッチ70が第1電流遮断部の一例に相当し、遮断スイッチ172が第2電流遮断部の一例に相当する。遮断スイッチ70のスイッチング素子Q2,Q3が第1電流遮断部のスイッチング素子の一例に相当し、遮断スイッチ172のスイッチング素子Q7,Q8が第2電流遮断部のスイッチング素子の一例に相当する。
[第3実施形態]
次に、第3実施形態として、上記第1実施形態のバッテリパック40のうち、少なくとも状態判定回路76を第2状態判定回路276に置き換えた構成の第3バッテリパック240について説明する。
また、第3バッテリパック240は、第1実施形態のバッテリパック40のうち、温度検出素子であるサーミスタ62、64を用いてセル温度TH1及び基板温度TH2を検出するための抵抗R4、R5に代えて、温度検出回路296を備えている。
なお、第3実施形態の第3バッテリパック240は、第1実施形態のバッテリパック40と比べて、少なくとも状態判定回路76および抵抗R4,R5を第2状態判定回路276および温度検出回路296に置き換えて構成されるが、バッテリ50,遮断スイッチ70,遮断スイッチ72などの構成は同様である。このため、以下の説明では、第1実施形態と同様の構成については同一符号を付して説明するとともに、第1実施形態との相違点を中心に記載する。
図8に示すように、第3バッテリパック240は、第2状態判定回路276および温度検出回路296を備えている。
第2状態判定回路276は、スイッチング素子Q9,抵抗R12、抵抗R13,ダイオードD5を備えている。
スイッチング素子Q9は、nチャネルMOSFETにて構成されており、ゲートが抵抗R12を介してスイッチング素子Q4のドレインに接続され、ドレインがダイオードD5のカソードに接続され、ソースが負極側電源ラインL2Bの経路L2Baに接続される。ダイオードD5は、アノードが抵抗R13を介して制御回路60の電圧出力端子60eに接続されている。ダイオードD5のアノードと抵抗R13との接続点(電位Vch)は、制御回路60の判定用入力端子60fに接続されている。
スイッチング素子Q9は、負極側電源ラインL2B(詳細には、経路L2Ba)と正極側電源ラインL2A(経路L2Aa)との間に電位差が生じる場合には、ドレインからソースへの通電を許可する状態(ON状態)となり、ダイオードD5のカソードと負極側電源ラインL2B(詳細には、経路L2Ba)とを電気的に接続する。また、スイッチング素子Q9は、負極側電源ラインL2B(詳細には、経路L2Ba)と正極側電源ラインL2A(経路L2Aa)との間に電位差が生じない場合には、ドレインからソースへの通電を禁止する状態(OFF状態)となり、ダイオードD5のカソードと負極側電源ラインL2B(詳細には、経路L2Ba)とを電気的に遮断する。
このように、第2状態判定回路276のうち抵抗R13とダイオードD5との接続点の電位Vchは、負極側電源ラインL2B(詳細には、経路L2Ba)と正極側電源ラインL2A(経路L2Aa)との間に電位差が生じているか否かによって変化する。このため、第2状態判定回路276における電位Vchは、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72が正常状態であるか異常状態であるかの判定に用いることができる。
つまり、第2状態判定回路276は、第3バッテリパック240が電動工具本体10及び充電器80の何れにも接続されていないときに、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72の状態(正常状態、異常状態)を判定するために備えられている。具体的には、遮断スイッチ70が短絡異常であるかどうか、遮断スイッチ72が断線異常であるかどうか、を確認するのに用いられる。
例えば、遮断スイッチ70の状態(正常状態、異常状態(特に、短絡異常))を判定する場合、電圧出力端子60eから出力される駆動用電圧Vjをハイレベル(本実施形態では、3.3[V])に設定し、遮断スイッチ70をOFF状態(遮断状態)に制御するとともに遮断スイッチ72をON状態(通電状態)に制御する。この状況下で、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72がいずれも正常状態であれば、負極側電源ラインL2B(詳細には、経路L2Ba)と正極側電源ラインL2A(経路L2Aa)との間に電位差は生じない。
これにより、スイッチング素子Q9が、ダイオードD5のカソードと負極側電源ラインL2B(詳細には、経路L2Ba)とを電気的に遮断するため、電圧出力端子60eから抵抗R13、ダイオードD5、スイッチング素子Q9、経路L2Ba、遮断スイッチ70を介してバッテリ50の負電極に向かう電流は流れない。このとき、抵抗R13とダイオードD5との接続点の電位Vchは、電圧出力端子60eから出力される駆動用電圧Vjに応じた電位となる。
他方、駆動用電圧Vjをハイレベルに設定し、遮断スイッチ70をOFF状態に制御するとともに遮断スイッチ72をON状態に制御した状況下で、遮断スイッチ70が短絡異常であり、遮断スイッチ72が正常状態であれば、負極側電源ラインL2B(詳細には、経路L2Ba)と正極側電源ラインL2A(経路L2Aa)との間に電位差が生じる。
これにより、スイッチング素子Q9が、ダイオードD5のカソードと負極側電源ラインL2B(詳細には、経路L2Ba)とを電気的に接続するため、電圧出力端子60eから抵抗R13、ダイオードD5、スイッチング素子Q9、経路L2Ba、遮断スイッチ70を介してバッテリ50の負電極に向かう電流が流れる。このとき、抵抗R13とダイオードD5との接続点の電位Vchは、電圧出力端子60eから出力される駆動用電圧Vjに応じた電位ではなく、ダイオードD5、スイッチング素子Q9、経路L2Ba、遮断スイッチ70における電圧降下分に応じた電位(グランド電位に近い電位)となる。
これらのことから、駆動用電圧Vjをハイレベルに設定し、遮断スイッチ70をOFF状態に制御するとともに遮断スイッチ72をON状態に制御した状況下で、抵抗R13とダイオードD5との接続点の電位Vchを測定して、その電位Vchを用いることで、遮断スイッチ70の状態(正常状態、異常状態)を判定することができる。
また、遮断スイッチ72の状態(正常状態、異常状態(特に、断線異常))を判定する場合、電圧出力端子60eから出力される駆動用電圧Vjをハイレベルに設定し、遮断スイッチ70をON状態(通電状態)に制御するとともに遮断スイッチ72をON状態(通電状態)に制御する。この状況下で、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72がいずれも正常状態であれば、負極側電源ラインL2B(詳細には、経路L2Ba)と正極側電源ラインL2A(経路L2Aa)との間に電位差が生じる。
これにより、スイッチング素子Q9が、ダイオードD5のカソードと負極側電源ラインL2B(詳細には、経路L2Ba)とを電気的に接続するため、電圧出力端子60eから抵抗R13、ダイオードD5、スイッチング素子Q9、経路L2Ba、遮断スイッチ70を介してバッテリ50の負電極に向かう電流が流れる。このとき、抵抗R13とダイオードD5との接続点の電位Vchは、電圧出力端子60eから出力される駆動用電圧Vjに応じた電位ではなく、ダイオードD5、スイッチング素子Q9、経路L2Ba、遮断スイッチ70における電圧降下分に応じた電位(グランド電位に近い電位)となる。
他方、駆動用電圧Vjをハイレベルに設定し、遮断スイッチ70をON状態に制御するとともに遮断スイッチ72をON状態に制御した状況下で、遮断スイッチ72が断線異常であれば、負極側電源ラインL2B(詳細には、経路L2Ba)と正極側電源ラインL2A(経路L2Aa)との間に電位差は生じない。
これにより、スイッチング素子Q9が、ダイオードD5のカソードと負極側電源ラインL2B(詳細には、経路L2Ba)とを電気的に遮断するため、電圧出力端子60eから抵抗R13、ダイオードD5、スイッチング素子Q9、経路L2Ba、遮断スイッチ70を介してバッテリ50の負電極に向かう電流は流れない。このとき、抵抗R13とダイオードD5との接続点の電位Vchは、電圧出力端子60eから出力される駆動用電圧Vjに応じた電位となる。
これらのことから、駆動用電圧Vjをハイレベルに設定し、遮断スイッチ70をON状態に制御するとともに遮断スイッチ72をON状態に制御した状況下で、抵抗R13とダイオードD5との接続点の電位Vchを測定して、その電位Vchを用いることで、遮断スイッチ72の状態(正常状態、異常状態)を判定することができる。
このため、制御回路60は、第3バッテリパック240が電動工具本体10及び充電器80に接続されていないときに、駆動用電圧Vjをハイレベルに切り替えて、第2状態判定回路276における電位Vchを取り込むことで、電位Vchに基づいて遮断スイッチ70および遮断スイッチ72の故障判定(状態判定)を行うことができる。
なお、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72の状態判定を行うための遮断部状態判定処理の処理内容については、後述する。
次に、温度検出回路296について説明する。
温度検出回路296は、スイッチング素子Q10,抵抗R14,スイッチング素子Tr1、スイッチング素子Q11,抵抗R15,抵抗R16、抵抗R17を備えている。
スイッチング素子Q10は、nチャネルMOSFETにて構成されており、ゲートが抵抗R14を介して制御回路60の温度検出指令出力端子60gに接続され、ドレインがサーミスタ62を介して制御回路60の温度検出信号入力端子60hに接続され、ソースがグランド電位に接続される。スイッチング素子Q10のゲートは、抵抗R15および抵抗R16を介して負極側電源ラインL2Bの経路L2Baにも接続される。
スイッチング素子Q11は、nチャネルMOSFETにて構成されており、ゲートがスイッチング素子Tr1のコレクタに接続され、ドレインがサーミスタ64を介して制御回路60の温度検出信号入力端子60hに接続され、ソースが負極側電源ラインL2Bの経路L2Baに接続される。スイッチング素子Q11のゲートは、抵抗R17を介して電源電圧Vccが供給される電源ラインにも接続されている。
スイッチング素子Tr1は、NPN型トランジスタで構成されており、ベースが抵抗R15を介して制御回路60の温度検出指令出力端子60gに接続され、コレクタが抵抗R17を介して電源電圧Vccが供給される電源ラインに接続され、エミッタが負極側電源ラインL2Bの経路L2Baに接続される。スイッチング素子Tr1のベースとエミッタとの間には、抵抗R16が接続されている。
このような構成の温度検出回路296は、制御回路60の温度検出指令出力端子60gから出力される温度検出指令信号S1がハイレベルになると、スイッチング素子Q10およびスイッチング素子Tr1がそれぞれON状態(通電状態)となるとともに、スイッチング素子Q11がOFF状態(遮断状態)となる。
このとき、温度検出信号入力端子60hからサーミスタ62およびスイッチング素子Q10を介してグランドに向かう方向に電流が流れ、サーミスタ62およびスイッチング素子Q10の両端に発生する電圧(換言すれば、温度検出信号入力端子60hに入力される電位)は、サーミスタ62の抵抗値に応じて変化する。そして、サーミスタ62の抵抗値は、バッテリ50のセル温度TH1に応じて変化することから、温度検出指令信号S1がハイレベルの時に温度検出信号入力端子60hで検出される電位は、バッテリ50のセル温度TH1の検出に利用できる。
また、温度検出回路296は、制御回路60の温度検出指令出力端子60gから出力される温度検出指令信号S1がローレベルになると、スイッチング素子Q10およびスイッチング素子Tr1がそれぞれOFF状態(遮断状態)となるとともに、スイッチング素子Q11がON状態(通電状態)となる。
このとき、温度検出信号入力端子60hからサーミスタ64およびスイッチング素子Q11を介してグランドに向かう方向に電流が流れ、サーミスタ64およびスイッチング素子Q11の両端に発生する電圧(換言すれば、温度検出信号入力端子60hに入力される電位)は、サーミスタ64の抵抗値に応じて変化する。そして、サーミスタ64の抵抗値は、遮断スイッチ70などが備えられる基板の基板温度TH2に応じて変化することから、温度検出指令信号S1がローレベルの時に温度検出信号入力端子60hで検出される電位は、基板温度TH2の検出に利用できる。
つまり、温度検出回路296は、温度検出指令信号S1がローレベルの時には、基板温度TH2に応じて電位が変化する温度検出信号Stを温度検出信号入力端子60hに対して出力し、温度検出指令信号S1がハイレベルの時には、バッテリ50のセル温度TH1に応じて電位が変化する温度検出信号Stを温度検出信号入力端子60hに対して出力する。
このような温度検出回路296を用いることで、制御回路60における1個の入力端子しか利用できない場合であっても、制御回路60において2種類(バッテリ50のセル温度TH1、基板温度TH2)の温度検出処理が可能となる。
[第3実施形態での永久故障設定処理]
次に、制御回路60において実行される永久故障設定処理について説明する。
制御回路60は、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72のうち少なくとも一方が異常状態と判定された状況下(「永久故障レベル1」)において、放電電流検出回路54およびAFE52によってセル電圧または充放電電流が検出された場合に、永久故障設定処理を実行する。つまり、永久故障設定処理は、一定周期毎に実行される処理ではなく、制御回路60の不揮発性メモリであるフラッシュROM60dに「永久故障レベル1」と記憶されている状況下において、負極側電源ラインL2Bにおける通電を検出した場合に、割り込み処理として実行される処理である。
第3実施形態の永久故障設定処理は、図9に示すフローチャートの内容に従って処理を実行する。
永久故障設定処理が起動されると、まず、S310(Sはステップを表す)では、第3バッテリパック240が重大故障状態であると判定する。
また、S310では、遮断スイッチ70(制御スイッチSW2)をオフ状態に制御すると共に、遮断スイッチ72における保護回路F1,保護回路F2,保護回路F3のそれぞれについて、ヒューズ部72aを溶断する。具体的には、スイッチング素子Q4〜Q6のそれぞれをオン状態に制御することで、保護回路F1,保護回路F2,保護回路F3のそれぞれについて、ヒータ部72bの発熱によりヒューズ部72aを溶断する。
つまり、第3バッテリパック240が重大な故障状態であると判定した場合には、遮断スイッチ70をOFF状態(遮断状態)にするとともに遮断スイッチ72におけるヒューズ部72aを溶断して、充放電電流が流れるのを抑制することで、第3バッテリパック240で重大な事故(過放電など)が発生することを抑制する。
次のS320では、第3バッテリパック240が充電および放電が禁止された状態(充放電禁止状態)であることを表す情報を、制御回路60の不揮発性メモリであるフラッシュROM60dに記憶する。これにより、第3バッテリパック240に電動工具本体10や充電器80が接続された場合に、電動工具本体10や充電器80に対して、第3バッテリパック240が「充放電禁止状態」であることを通知することが可能となる。
次のS330では、第3バッテリパック240の状態が「永久故障レベル2」であることを、制御回路60の不揮発性メモリであるフラッシュROM60dに記憶する処理を実行する。
なお、「永久故障レベル2」は、第3バッテリパック240が重大な故障状態であることを示す故障レベルであり、「永久故障レベル1」(遮断スイッチ70および遮断スイッチ72のうち少なくとも一方が異常状態と判定された状況)よりも深刻な故障状態を示す故障レベルである。
S330の処理が完了すると、永久故障設定処理が終了する。
[第3実施形態での遮断部状態判定処理]
ここで、第3実施形態の第3バッテリパック240において遮断スイッチ70および遮断スイッチ72の状態判定を行うための遮断部状態判定処理の処理内容について説明する。
なお、遮断部状態判定処理は、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72の状態(正常状態であるか異常状態であるか)を判定するための処理であり、充電器検出回路68によって第3バッテリパック240が充電器80に接続されたと判定されると実行される。遮断スイッチ70については、異常状態として短絡異常状態を判定し、遮断スイッチ72については、異常状態として断線異常状態を判定する。
第3実施形態の遮断部状態判定処理は、図10に示すフローチャートの内容に従って処理を実行する。
遮断部状態判定処理が起動されると、まず、S410(Sはステップを表す)では、充電器80が接続状態であるか否かを判定しており、肯定判定の場合にはS410を繰り返し実行し、否定判定の場合にはS420に移行する。
S420では、制御回路60のフラッシュROM60dにおいて、第3バッテリパック240の状態として「永久故障レベル2」が記憶されているか否かを判定しており、肯定判定の場合にはS430に移行し、否定判定の場合にはS440に移行する。
なお、「永久故障レベル2」は、上述のように、永久故障設定処理が実行されると制御回路60のフラッシュROM60dに記憶される。
S420で肯定判定されてS430に移行すると、S430では、第3バッテリパック240が充電および放電が禁止された状態(充放電禁止状態)であることを表す情報を、制御回路60の不揮発性メモリであるフラッシュROM60dに記憶する。これにより、第3バッテリパック240に電動工具本体10や充電器80が接続された場合に、電動工具本体10や充電器80に対して、第3バッテリパック240が「充放電禁止状態」であることを通知することが可能となる。また、「永久故障レベル2」のフラッシュROM60dへの記憶状態は維持する。
S420で否定判定されてS440に移行すると、S440では、駆動用電圧Vjをハイレベルに設定すると共に、遮断スイッチ70をON状態(具体的には、制御スイッチSW2をON状態)に制御する。
次のS450では、第2状態判定回路276におけるダイオードD5のアノードと抵抗R13との接続点の電位Vchが、予め定められた第2判定基準値Vth2(本実施形態では、1.0[V])以下であるか否かを判定しており、肯定判定の場合にS490に移行し、否定判定の場合にS460に移行する。
なお、S450では、駆動用電圧Vjがハイレベルで、かつ遮断スイッチ70がON状態(通電状態)の時に検出された第2状態判定回路276の電位Vchに基づいて、遮断スイッチ72の故障判定(状態判定)を行っている。
S450で否定判定されてS460に移行すると、S460では、遮断スイッチ72(詳細には、保護回路F1)が異常状態(断線異常)であると判定する。
また、S460では、遮断スイッチ70(制御スイッチSW2)をオフ状態に制御すると共に、駆動用電圧Vjをローレベルに設定する。
この結果、バッテリ50と電源端子部44との電気的接続を適切に遮断することができ、第3バッテリパック240の異常時に第3バッテリパック240に電動工具本体10が接続された場合に電流が通電されることを抑制できる。つまり、遮断スイッチ72が異常状態であっても、第3バッテリパック240の異常時に電流が通電されることを抑制できる。
次のS470では、第3バッテリパック240が充電および放電が禁止された状態(充放電禁止状態)であることを表す情報を、制御回路60の不揮発性メモリであるフラッシュROM60dに記憶する。これにより、第3バッテリパック240に電動工具本体10や充電器80が接続された場合に、電動工具本体10や充電器80に対して、第3バッテリパック240が「充放電禁止状態」であることを通知することが可能となる。
次のS480では、第3バッテリパック240の状態が「永久故障レベル1」であることを、制御回路60の不揮発性メモリであるフラッシュROM60dに記憶する処理を実行する。
なお、「永久故障レベル1」とは、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72のうち少なくとも一方が異常状態と判定されたことを示す故障レベルである。
S450で肯定判定されてS490に移行すると、S490では、遮断スイッチ70をOFF状態(具体的には、制御スイッチSW2をOFF状態)に制御する。
次のS500では、駆動用電圧Vjがハイレベルで、かつ遮断スイッチ70がOFF状態(遮断状態)の時に検出された第2状態判定回路276の電位Vchに基づいて、遮断スイッチ70の故障判定(状態判定)を行っている。
S500で否定判定されてS510に移行すると、S510では、遮断スイッチ70が異常状態(短絡異常)であると判定する。
また、S510では、遮断スイッチ70(制御スイッチSW2)のオフ状態を維持すると共に、駆動用電圧Vjをローレベルに設定する。
この結果、バッテリ50と電源端子部44との電気的接続を適切に遮断することができ、第3バッテリパック240の異常時に第3バッテリパック240に電動工具本体10が接続された場合に電流が通電されることを抑制できる。つまり、遮断スイッチ70(スイッチング素子Q2、Q3)が異常状態であっても、第3バッテリパック240の異常時に電流が通電されることを抑制できる。
次のS520では、第3バッテリパック240が充電および放電が禁止された状態(充放電禁止状態)であることを表す情報を、制御回路60の不揮発性メモリであるフラッシュROM60dに記憶する。これにより、第3バッテリパック240に電動工具本体10や充電器80が接続された場合に、電動工具本体10や充電器80に対して、第3バッテリパック240が「充放電禁止状態」であることを通知することが可能となる。
次のS530では、第3バッテリパック240の状態が「永久故障レベル1」であることを、制御回路60の不揮発性メモリであるフラッシュROM60dに記憶する処理を実行する。
S500で肯定判定されてS540に移行すると、S540では、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72がいずれも正常状態であると判定する。
また、S540では、遮断スイッチ70(制御スイッチSW2)をオン状態にすると共に、駆動用電圧Vjをローレベルに設定する。
S430、S480、S530、S540のいずれかの処理が完了すると、遮断部状態判定処理が終了する。
[第3実施形態の効果]
以上説明したように、本実施形態の第3バッテリパック240は、第2状態判定回路276を備えており、第2状態判定回路276のうち抵抗R13とダイオードD5との接続点の電位Vchに基づいて、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72の状態(正常状態、異常状態)を判定するように構成されている。
そして、制御回路60は、第3バッテリパック240が電動工具本体10及び充電器80に接続されていないときに、駆動用電圧Vjをハイレベルに切り替えて、第2状態判定回路276における電位Vchを取り込むことで、電位Vchに基づいて遮断スイッチ70および遮断スイッチ72の故障判定(状態判定)を行う。
よって、第3バッテリパック240によれば、駆動用電圧Vjがハイレベルに設定されたときの第2状態判定回路276の電位Vchに基づいて遮断スイッチ70および遮断スイッチ72の故障判定(状態判定)を行うことができる。
また、第3バッテリパック240においては、制御回路60は、フラッシュROM60dに「永久故障レベル1」と記憶されている状況下において、負極側電源ラインL2Bにおける通電を検出した場合に、永久故障設定処理を実行する。
永久故障設定処理では、遮断スイッチ70(制御スイッチSW2)をオフ状態に制御すると共に、遮断スイッチ72における保護回路F1,保護回路F2,保護回路F3のそれぞれについて、ヒューズ部72aを溶断する処理を行う(S310)。これにより、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72のうち少なくとも一方を通電不可能な状態に切り替えることができる。
つまり、フラッシュROM60dに「永久故障レベル1」と記憶されているのは、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72のうち少なくとも一方が異常状態と判定されている状況であり、このような状況下で負極側電源ラインL2Bにおける通電が検出されるのは、第3バッテリパック240に何らかの異常が生じて、バッテリ50が放電していると考えられる。
そこで、制御回路60が永久故障設定処理を実行して、遮断スイッチ70および遮断スイッチ72のうち少なくとも一方を通電不可能な状態に切り替えて、充放電電流が流れるのを抑制することで、負極側電源ラインL2Bにおける通電を強制的に停止するとともに、バッテリ50の異常な放電を停止できる。これにより、第3バッテリパック240で重大な事故(過放電など)が発生することを抑制する。
よって、第3バッテリパック240によれば、バッテリ50の異常な放電を停止することができ、バッテリ50の異常放電による事故の発生を抑制できる。
[第3実施形態における特許請求の範囲との対応関係]
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
第2状態判定回路276が第2状態判定回路の一例に相当し、電圧出力端子60eが電圧出力端子の一例に相当し、駆動用電圧Vjが駆動用電圧の一例に相当し、抵抗R13が判定用抵抗部の一例に相当し、ダイオードD5が判定用ダイオードの一例に相当し、スイッチング素子Q9がスイッチング部の一例に相当する。
AFE52、放電電流検出回路54、永久故障設定処理を実行する制御回路60が永久故障判定部の一例に相当する。
[他の実施形態]
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において、様々な態様にて実施することが可能である。
例えば、上記の各実施形態では、第1電流遮断部としての遮断スイッチ70が2個のスイッチング素子Q2,Q3を備える構成であるが、第1電流遮断部遮断は、単数のスイッチング素子を備える構成であっても良く、3個以上のスイッチング素子が並列接続された構成であってもよい。
また、第2電流遮断部としての遮断スイッチ72は、3個の保護回路F1〜F3を備える構成であるが、第2電流遮断部は、単数の保護回路を備える構成であっても良く、2個あるいは4個以上の保護回路が並列接続された構成であっても良い。
さらに、遮断部状態判定処理での待機時間や判定基準値Vth1は、上記数値に限定されることはなく、バッテリパック,電動工具本体,充電器の仕様や用途などに応じて、適切な値を設定することができる。
また、バッテリパックは、バッテリと基板92とを備えて、基板92にAFE52,制御回路60(制御部)、遮断スイッチ70(第1電流遮断部)、遮断スイッチ72(第2電流遮断部)などが実装される構成を採ることができる。この場合、図11に示すように、基板92には、バッテリ用端子93として、バッテリ50の正極側端子50Aと接続される受電端子93aと、バッテリ50の負極側端子50Bと接続されるグランド端子93bと、が備えられる。受電端子93aおよびグランド端子93bは、基板92のうち周縁部領域において、互いに離れた位置に配置してもよい。これにより、基板92の中央領域に、制御回路60やAFE52などを配置することが可能となる。
さらに、基板92には、外部端子としての電源端子部44(正極側端子44Aおよび負極側端子44B)と接続される外部接続端子94(正極接続端子94aおよび負極接続端子94b)と、外部端子としての接続端子部46の接続端子46Dと接続される外部接続端子94(充電用端子94c)と、が備えられる。そして、外部接続端子94(正極接続端子94a、負極接続端子94b、充電用端子94c)は、基板92のうち受電端子93aとグランド端子93bとの中間領域に配置しても良い。これにより、基板92の周縁部領域に配置された受電端子93aおよびグランド端子93bのそれぞれから外部接続端子94までの接続経路を効率よく配置することができる。
また、基板92のうち受電端子93aと正極接続端子94aとの間の領域、あるいは受電端子93aと充電用端子94cとの間の領域に、遮断スイッチ72(第2電流遮断部)の保護回路F1〜F3を配置してもよい。これにより、受電端子93aと正極接続端子94a(あるいは、充電用端子94c)とを最短距離で接続することができ、電源供給経路のうち大電流が流れる経路を短縮することが可能となる。同様に、基板92のうちグランド端子93bと負極接続端子94bとの間の領域に、遮断スイッチ70(第1電流遮断部)のスイッチング素子Q2,Q3を配置してもよい。これにより、グランド端子93bと負極接続端子94bとを最短距離で接続することができ、電源供給経路のうち大電流が流れる経路を短縮することが可能となる。
さらに、遮断スイッチ72(第2電流遮断部)の実装位置に関しては、基板92のうち正極接続端子94aを実装している表側面に遮断スイッチ72(第2電流遮断部)の構成要素(保護回路F1〜F3)の全てを実装しても良いし、図11のように、正極接続端子94aを実装している表側面とは反対側の裏側面に遮断スイッチ72(第2電流遮断部)の構成要素の一部(保護回路F3)を実装しても良い。同様に、遮断スイッチ70(第1電流遮断部)の実装位置に関しては、図11のように、基板92のうち負極接続端子94bを実装している表側面に遮断スイッチ70(第1電流遮断部)の全てを実装しても良いし、あるいは、負極接続端子94bを実装している表側面とは反対側の裏側面に遮断スイッチ70(第1電流遮断部)の一部を実装しても良い。
基板のうち同一面に第2電流遮断部(または第1電流遮断部)の構成要素の全てを実装する場合には、基板に対して第2電流遮断部(または第1電流遮断部)を実装する工程での工数を減らすことができる。また、基板のうち表側面に第2電流遮断部(または第1電流遮断部)の構成要素の一部を実装し、基板のうち裏側面にその他の構成要素を実装する場合には、各構成要素の配置を工夫することで、基板における実装面積を有効に利用できるため、より多くの部品を基板に実装することが可能となる。
さらに、上記の各実施形態では、遮断スイッチ70(第1電流遮断部)がバッテリの負電極から外部端子までの経路に設けられ、遮断スイッチ72(第2電流遮断部)がバッテリの正電極から外部端子までの経路に設けられる構成であるが、遮断スイッチ70(第1電流遮断部)および遮断スイッチ72(第2電流遮断部)がバッテリの正電極から外部端子までの経路において直列接続される構成であってもよい。あるいは、遮断スイッチ70(第1電流遮断部)および遮断スイッチ72(第2電流遮断部)がバッテリの負電極から外部端子までの経路において直列接続される構成であってもよい。
また、第3実施形態の第3バッテリパック240では、例えば、S540において、フラッシュROM60dにおける「永久故障レベル1」の記憶を消去(削除)する処理を実施する構成としてもよい。
このような第3バッテリパック240では、例えば、何らかの理由(ノイズなど)により誤って遮断スイッチ70が異常状態(短絡異常状態)と判定されて「永久故障レベル1」とフラッシュROM60dに記憶されたとしても、その後、遮断部状態判定処理が再度実行された際に、遮断スイッチ70が正常状態と判定されることで、「永久故障レベル1」の記憶を解除(消去)できる。
つまり、ノイズなどの影響による誤判定(遮断スイッチ70が異常状態(短絡異常状態)との誤判定)が生じたとしても、遮断部状態判定処理が再度実行されることで、正しい判定を行うことが可能となる。このような第3バッテリパック240によれば、遮断スイッチの状態判定における判定精度の低下を抑制できる。
10…電動工具本体、22…トリガスイッチ、30…モータ、32…駆動回路、34…
制御回路、36…電源回路、38…検出回路、L1A,L2A…正極側電源ライン、L1B,L2B…負極側電源ライン、40…バッテリパック、42…コネクタ部、44…電源端子部、46…接続端子部、50…バッテリ、B1〜Bn…バッテリセル、52…AFE(アナログ・フロント・エンド)、54…放電電流検出回路、56…過負荷判定回路、58…バッテリ電圧検出回路、60…制御回路、60c…RAM、60d…フラッシュROM、62,64…サーミスタ、66…レギュレータ、68…充電器検出回路、70,72,172…遮断スイッチ、F1〜F3…保護回路、72a…ヒューズ部、72b…ヒータ部、74…バイアス回路、76…状態判定回路、80…充電器、82…入力整流回路、84…充電用スイッチング電源回路、86…制御回路、88…電源回路、140…第2バッテリパック、240…第3バッテリパック、276…第2状態判定回路、296…温度検出回路。

Claims (12)

  1. 充放電可能な1個または複数の二次電池を有するバッテリと、
    前記バッテリの状態を監視し、前記バッテリへの充放電を制御する制御部と、
    外部機器を電気的に接続するための一対の外部端子と、
    を備えるバッテリパックであって、
    前記バッテリと前記外部端子とを接続して充放電電流が通電される電源供給経路に設けられ、前記制御部からの指令に基づいて前記電源供給経路を通電状態または遮断状態に切り替える第1電流遮断部と、
    前記電源供給経路において前記第1電流遮断部と直列接続され、前記制御部からの指令に基づいて前記電源供給経路を通電状態または遮断状態に切り替える第2電流遮断部と、
    を備えており、
    前記制御部は、前記バッテリの充電または放電が行われていない時に、前記第1電流遮断部および前記第2電流遮断部が正常状態か異常状態かを判定し、前記第1電流遮断部および前記第2電流遮断部の両方が正常状態である場合には、前記第1電流遮断部および前記第2電流遮断部を通電状態に切り替え、前記第1電流遮断部および前記第2電流遮断部のうち少なくとも一方が異常状態である場合には、前記第1電流遮断部または前記第2電流遮断部を遮断状態に切り替えること、
    を特徴とするバッテリパック。
  2. 前記制御部は、当該バッテリパックと前記外部機器との接続が解除された後に、前記第1電流遮断部および前記第2電流遮断部のうち少なくとも一方の状態を判定すること、
    を特徴とする請求項1に記載のバッテリパック。
  3. 前記第1電流遮断部は、前記電源供給経路のうち前記バッテリの負電極から前記外部端子までの経路に設けられ、
    前記第2電流遮断部は、前記電源供給経路のうち前記バッテリの正電極から前記外部端子までの経路に設けられ、
    前記制御部は、前記第1電流遮断部が正常状態か異常状態かを判定するにあたり、前記第1電流遮断部を遮断状態に制御するとともに前記第2電流遮断部を通電状態に制御し、その状況下において、前記第1電流遮断部から前記外部端子までの第1電源供給経路の電位に基づいて、前記第1電流遮断部が正常状態か異常状態かを判定すること、
    を特徴とする請求項1または請求項2に記載のバッテリパック。
  4. 前記第1電流遮断部から前記外部端子までの第1電源供給経路と、前記第2電流遮断部から前記外部端子までの第2電源供給経路と、を接続する状態判定回路が備えられ、
    前記状態判定回路は、前記バッテリの放電方向の通電を許容するダイオードと、前記ダイオードのアノード側に直列接続される抵抗素子と、前記ダイオードのアノードにカソードが接続されると共にグランド電位にアノードが接続されるツェナーダイオードと、を備えており、
    前記制御部は、前記状態判定回路のうち前記ツェナーダイオードと前記ダイオードとの接続点の電位に基づいて、前記第1電流遮断部および前記第2電流遮断部のうち少なくとも一方について正常状態か異常状態かを判定すること、
    を特徴とする請求項3に記載のバッテリパック。
  5. 前記第1電流遮断部から前記外部端子までの第1電源供給経路と、前記第2電流遮断部から前記外部端子までの第2電源供給経路と、所定の駆動用電圧を出力する電圧出力端子と、に接続される第2状態判定回路が備えられ、
    前記第2状態判定回路は、判定用抵抗部と、判定用ダイオードと、スイッチング部と、を備えており、
    前記判定用抵抗部は、一端が前記電圧出力端子に接続され、他端が前記判定用ダイオードのアノードに接続され、
    前記スイッチング部は、一端が前記判定用ダイオードのカソードに接続され、他端が前記第1電源供給経路に接続されるとともに、前記第1電源供給経路と前記第2電源供給経路との間に電位差が生じる場合には前記判定用ダイオードのカソードと前記第1電源供給経路とを電気的に接続し、前記第1電源供給経路と前記第2電源供給経路との間に電位差が生じない場合には前記判定用ダイオードのカソードと前記第1電源供給経路とを電気的に遮断するよう構成されており、
    前記制御部は、前記第2状態判定回路のうち前記判定用抵抗部と前記判定用ダイオードとの接続点の電位に基づいて、前記第1電流遮断部および前記第2電流遮断部のうち少なくとも一方について正常状態か異常状態かを判定すること、
    を特徴とする請求項3に記載のバッテリパック。
  6. 前記第1電流遮断部は、前記電源供給経路に直列接続されるとともにON状態またはOFF状態に切替可能なスイッチング素子を備えており、
    前記第2電流遮断部は、前記電源供給経路に直列接続されるヒューズと、前記ヒューズを溶断するための発熱体と、を有する保護回路を備えており、
    前記制御部は、前記第1電流遮断部が異常状態であると判断した場合に、前記第2電流遮断部の前記発熱体に通電して前記ヒューズを溶断することで、前記電源供給経路を遮断すること、
    を特徴とする請求項1から請求項5のうちいずれか一項に記載のバッテリパック。
  7. 前記制御部は、前記第2電流遮断部のうち前記発熱体の電位に基づいて、前記第2電流遮断部が正常状態か異常状態かを判定すること、
    を特徴とする請求項6に記載のバッテリパック。
  8. 前記第2電流遮断部は、並列接続された複数の前記保護回路を備えており、
    前記複数の保護回路におけるそれぞれの前記発熱体に個別に接続されて、前記ヒューズを溶断するための電流を前記発熱体に通電する複数の通電制御部が備えられ、
    前記制御部は、複数の前記発熱体のうち1つの電位に基づいて、前記第2電流遮断部が正常状態か異常状態かを判定すること、
    を特徴とする請求項6または請求項7に記載のバッテリパック。
  9. 前記第1電流遮断部は、前記電源供給経路に直列接続されるとともにON状態またはOFF状態に切替可能なスイッチング素子を備えており、
    前記第2電流遮断部は、前記電源供給経路に直列接続されるとともにON状態またはOFF状態に切替可能なスイッチング素子を備えており、
    前記制御部は、前記第2電流遮断部が正常状態か異常状態かを判定するにあたり、前記第1電流遮断部および前記第2電流遮断部ともに遮断状態に制御し、その状況下において、前記第2電流遮断部から前記外部端子までの第2電源供給経路の電位に基づいて、前記第2電流遮断部が正常状態か異常状態かを判定すること、
    を特徴とする請求項3から請求項5のうちいずれか一項に記載のバッテリパック。
  10. 前記第1電流遮断部および前記第2電流遮断部のうち少なくとも一方が異常状態であると判定された場合に、当該バッテリパックが充放電禁止状態であることを記憶する記憶部を備えること、
    を特徴とする請求項1から請求項9のうちいずれか一項に記載のバッテリパック。
  11. 前記記憶部に前記充放電禁止状態と記憶されている状況下において、前記電源供給経路における通電を検出した場合に、前記第1電流遮断部および前記第2電流遮断部のうち少なくとも一方を通電不可能な状態に切り替える永久故障判定部を備えること、
    を特徴とする請求項10に記載のバッテリパック。
  12. 前記第2電流遮断部は、前記電源供給経路のうち充電時電流および放電時電流のいずれもが流れる経路に備えられること、
    を特徴とする請求項1から請求項11のうちいずれか一項に記載のバッテリパック。
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