JP2015156783A - バッテリパック - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
[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。
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。
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。
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。
[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。
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。
[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。
[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。
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。
次に、温度検出回路296について説明する。
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。
[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。
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。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
[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。
[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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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