JP2017193050A - バッテリパック - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの過負荷時や過放電時にバッテリからアクチュエータへの電源供給経路を遮断する保護機能を有する電動作業機器において、その保護機能によりバッテリを確実に保護できるようにする。
【解決手段】トリガスイッチ２２が操作されてモータ３０を駆動しているときに、過放電若しくは過負荷を検出すると、スイッチング素子Ｑ１によりモータ３０への電源供給経路を遮断させる。その後、バッテリ５０からの放電を停止できたか否かを判断して、放電を停止できていなければ、遮断スイッチ７０によりモータ３０への電源供給経路を遮断させる。また、遮断スイッチ７０を遮断してもバッテリ５０放電を停止できなければ、ヒューズにて構成された遮断スイッチ７２によりモータ３０への電源供給経路を遮断させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、バッテリから電源供給を受けて動作するアクチュエータを備えた電動作業機器に関する。

電動工具や電動掃除機等の電動作業機器には、その動作時に、バッテリの過負荷若しくは過放電を検出すると、バッテリからアクチュエータへの電源供給経路を遮断して、バッテリが劣化するのを防止する保護機能が設けられている（例えば、特許文献１等参照）。

特開２０１２−１３５８４９号公報

しかしながら、従来の電動作業機器では、バッテリの過負荷若しくは過放電を検出したときに、バッテリからアクチュエータへの電源供給経路に設けられた遮断素子（引用文献１ではＦＥＴ）を遮断状態にするだけである。

このため、遮断素子が短絡故障している場合には、上記保護機能によって、電源供給経路を遮断することができず、バッテリの放電が継続されて、バッテリが劣化してしまうという問題があった。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、バッテリの過負荷時や過放電時にバッテリからアクチュエータへの電源供給経路を遮断してバッテリを保護する保護機能を有する電動作業機器において、その保護機能によって、バッテリを過負荷や過放電からより確実に保護できるようにすることを目的とする。

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の電動作業機器においては、バッテリからアクチュエータへの電源供給時に、異常検出手段にて、バッテリの過負荷若しくは過放電が検出されると、制御手段が、バッテリからアクチュエータへの電源供給経路に設けられた第１の遮断素子によって、電源供給経路を遮断させる。

また、制御手段は、第１の遮断素子により電源供給経路を遮断させると、バッテリからの放電が停止したか否かを判断し、バッテリからの放電が停止していなければ、第１の遮断素子とは異なる第２の遮断素子により、電源供給経路を遮断させる。

このため、請求項１に記載の電動作業機器によれば、第１の遮断素子の短絡故障、制御手段から第１の遮断素子への遮断信号経路の故障等によって、電源供給経路を遮断できないときには、制御手段は、第２の遮断素子により電源供給経路を遮断させることができる。

このため、異常検出手段にてバッテリの過負荷若しくは過放電が検出された際に、バッテリからの放電をより確実に停止させて、バッテリを保護することができる。
また、請求項１に記載の電動作業機器によれば、第１の遮断素子と第２の遮断素子との両方を同時に動作させることで、電源供給経路を遮断させるのではなく、第１の遮断素子を優先的に動作させ、第１の遮断素子にてバッテリからの放電を停止できないときに、第２の遮断素子を動作させる。この結果、第２の遮断素子により電源供給経路を遮断させる頻度を減らし、第２の遮断素子の故障率を下げることができる。

次に、請求項２に記載の電動作業機器においては、制御手段は、電源供給経路を流れる電流、バッテリの電圧変化、及び、バッテリ若しくは電動作業機器の温度変化、の少なくとも１つに基づき、バッテリからの放電停止を判断する。

つまり、第１の遮断素子により電源供給経路を遮断できない場合、制御手段が第１の遮断素子を遮断状態に切り換えても、電源供給経路には負荷電流が流れ続け、バッテリ電圧は低下して、バッテリ若しくは電動作業機器の温度は上昇する。

これらのパラメータの内、電源供給経路に流れる電流は、電源供給経路が遮断されると速やかに低下して最終的には零になるので、検出値と閾値との比較によってバッテリからの放電停止を判断できる。

これに対し、バッテリ電圧や温度は、第１の遮断素子により電源供給経路を遮断できたときにも変化するため、検出値だけではバッテリからの放電が停止したか否かを判断することは難しい。しかし、バッテリ電圧や温度は、第１の遮断素子により電源供給経路を遮断できたときと、遮断できないときとで、検出値の変化が異なる。

そこで、請求項２では、第１の遮断素子による電源供給経路の遮断後、電源供給経路に流れる電流、バッテリ電圧、若しくは、バッテリ又は電動作業機器の温度を検出し、その検出した電流値、バッテリ電圧の変化、若しくは、検出温度の変化、に基づきバッテリからの放電停止を判断する。

この結果、請求項２に記載の電動作業機器によれば、第１の遮断素子により電源供給経路を遮断させた後、バッテリからの放電が停止したか否かを、より正確に判断できるようになり、延いては、第２の遮断素子の動作を必要最小限に抑えて、第２の遮断素子の故障率を低減することが可能となる。

次に、請求項３に記載の電動作業機器においては、アクチュエータ及び第１の遮断素子は、電動作業機器本体に設けられ、バッテリ及び第２の遮断素子は、電動作業機器本体に接続されてアクチュエータへの電源供給を行うバッテリパックに設けられる。

このため、請求項３に記載の電動作業機器によれば、第１の遮断素子を、電動作業機器におけるアクチュエータ駆動用のスイッチング素子（例えばモータへの通電電流制御用のスイッチング素子）と兼用させることで、バッテリのサイズを小さくし、コストを下げることができる。

また、電動作業機器を、電動作業機器本体とバッテリパックとにより構成した場合、電動作業機器本体には、アクチュエータやアクチュエータ駆動用のスイッチング素子だけでなく、スイッチング素子を駆動制御する制御部、バッテリの残容量等を表示する表示部、作業箇所を照らすための照明部、等も設けられる。

そして、第１の遮断素子をバッテリパックに設けて、バッテリパックから電動作業機器本体への電源供給経路を遮断するようにすると、制御部、表示部、照明部等への電源供給経路も遮断されてしまう。

しかし、請求項３に記載のように、第１の遮断素子を電動作業機器本体に設けることで、第１の遮断素子によりアクチュエータへの電源供給経路を遮断させた場合に、制御部、表示部、照明部等への電源供給を継続させることができるようになる。

次に、請求項４に記載の電動作業機器においては、第２の遮断素子は、電源供給経路を一旦遮断すると当該遮断状態を保持し、バッテリパックが電動作業機器本体から外されると、電源供給経路の遮断を解除する。

また、請求項５に記載の電動作業機器においては、第２の遮断素子は、電源供給経路を一旦遮断すると当該遮断状態を保持し、バッテリパックが、バッテリへの充電を行う充電器に装着されると（換言すれば、バッテリパックが電動作業機器本体から外されているときに）、電源供給経路の遮断を解除する。

この結果、請求項４及び請求項５に記載の電動作業機器によれば、バッテリパックと電動作業機器本体とが接続されている状態で、第２の遮断素子が遮断状態から導通状態に切り換えられて、電動作業機器本体側のアクチュエータが駆動可能になるのを防止できる。

なお、請求項４、５に記載の電動作業機器を実現する場合、第２の遮断素子を、一旦遮断状態に切り換えられると、その状態を保持可能な自己保持型のスイッチング素子にて構成してもよい。

しかし、請求項６に記載のように、第２の遮断素子を、制御手段からの制御信号により導通／遮断を切換可能なスイッチング素子にて構成すれば、スイッチング素子をトランジスタ等で構成でき、装置構成を簡単にすることができる。

なお、第２の遮断素子を請求項６に記載のように構成する場合、制御手段は、バッテリパックに設ける必要がある。つまり、制御手段をバッテリパックに設けることで、バッテリパックが電動作業機器本体から外されたとき、若しくは、バッテリパックが充電器に接続されたときに、第２の遮断素子による電源供給経路の遮断を解除できるようになる。

次に、請求項７に記載の電動作業機器においては、制御手段は、第２の遮断素子を遮断させると、バッテリからの放電が停止したか否かを判断する。そして、バッテリからの放電が停止していなければ、複数の遮断素子の内、第１の遮断素子及び第２の遮断素子とは異なる第３の遮断素子により電源供給経路を遮断させる。

このため、請求項７に記載の電動作業機器によれば、第１の遮断素子及び第２の遮断素子を順に遮断状態に切り換えても、バッテリからの放電を停止することができない場合に、第３の遮断素子により電源供給経路を遮断させて、バッテリからの放電を停止させることができる。

よって、請求項７に記載の電動作業機器によれば、異常検出手段にてバッテリの過負荷若しくは過放電が検出された際に、請求項１〜請求項６に記載のものよりも、より確実に、バッテリからの放電を停止させて、バッテリを保護することが可能となる。

なお、請求項３〜請求項６に記載の電動作業機器のように、電動作業機器が電動作業機器本体とバッテリパックとで構成される場合、第３の遮断素子は、請求項８に記載のように、バッテリ及び第２の遮断素子と共に、バッテリパックに設けるようにするとよい。

またこの場合、第３の遮断素子は、請求項９に記載のように、電源供給経路を溶断により遮断するヒューズ部と、通電により発熱してヒューズ部を溶断させるヒータ部とを備えた保護回路にて構成し、制御手段が第３の遮断素子により電源供給経路を遮断させる際には、バッテリからヒータ部へ通電することにより、ヒューズ部を溶断させるようにするとよい。

つまり、請求項９に記載の電動作業機器によれば、第１の遮断素子及び第２の遮断素子により電源供給経路を遮断して、バッテリからの放電を停止することができない場合に、第３の遮断素子により電源供給経路を遮断させることで、第３の遮断素子が設けられたバッテリパックを、電動作業機器本体の電源として使用できなくすることができる。

ところで、第３の遮断素子及び制御手段を、請求項９に記載のように構成した場合、制御手段が、バッテリから第３の遮断素子のヒータ部へ通電しても、バッテリ電圧の低下によって、ヒータ部を充分発熱させることができず、ヒューズ部を溶断できないことが考えられる。

このため、請求項９に記載の電動作業機器において、制御手段は、請求項１０に記載のように、第３の遮断素子により電源供給経路を遮断させる際に、バッテリ電圧が、ヒューズ部を溶断可能な電力をヒータ部に供給し得る所定電圧に達していなければ、バッテリ電圧が所定電圧に復帰するのを待って、バッテリからヒータ部へ通電するように構成するとよい。

つまり、このようにすれば、バッテリからヒータ部への通電により、ヒューズ部を確実に溶断させて、その後、バッテリパックを使用できないようにすることができる。

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異常判定処理を表すフローチャートである。 バッテリパック内の制御回路にて実行される遮断解除処理を表すフローチャートである。 異常判定処理の変形例を表すフローチャートである。

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。

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。

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、後述の異常判定処理（図５参照）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（図６参照）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異常判定処理及び遮断解除処理］
次に、バッテリパック４０の制御回路６０（詳しくはＣＰＵ６０ａ）にて実行される異常判定処理及び遮断解除処理について説明する。

上述したように、異常判定処理は、バッテリパック４０が電動工具本体１０に装着されている状態で、トリガスイッチ２２が操作されて（トリガスイッチ：オン）、その旨が電動工具本体１０の制御回路３４から通知されたときに、バッテリパック４０内の制御回路６０（詳しくはＣＰＵ６０ａ）にて実行される。

図５に示すように、異常判定処理では、まずＳ１１０（Ｓはステップを表す）にて、ＡＦＥ５２、放電電流検出回路５４、サーミスタ６２、６４を介して、セル電圧、放電電流、セル温度ＴＨ１及び基板温度ＴＨ２を測定し、Ｓ１２０に移行する。

Ｓ１２０では、トリガスイッチ２２がオン状態であるときに電動工具本体１０の駆動回路３２によりオンされるスイッチング素子Ｑ１が、当該異常判定処理（後述のＳ１４０）によって既に遮断状態に制御されているか否かを判断する。

そして、スイッチング素子Ｑ１が遮断状態に制御されていなければ、Ｓ１３０に移行して、スイッチング素子Ｑ１の遮断条件が成立したか否かを判断する。
このスイッチング素子Ｑ１の遮断条件は、例えば、Ｓ１１０で測定したセル電圧、放電電流、セル温度ＴＨ１及び基板温度ＴＨ２毎に下記の条件を設定したものであり、下記の条件の内の少なくとも一つが成立したときに、スイッチング素子Ｑ１の遮断条件が成立したと判断する。

・セル電圧条件：ｎ個のセルの中で最大のセル電圧が、連続１秒間３．０Ｖ未満
・放電電流条件：放電電流の大きさに応じて更新されるカウント値が、５０Ａの放電電流が１０秒間流れたときのカウント値
・セル温度条件：セル温度６０°Ｃ以上を連続１秒間検出
・基板温度条件：基板温度５０°Ｃ以上を連続１秒間検出
なお、セル電圧条件は、バッテリ５０の過放電によりセル電圧が低下したことを判定する条件であり、放電電流条件はモータ３０に加わる負荷が過大となって放電電流が上昇したことを判定する条件であり、これら各条件によって、過放電・過負荷を判定できる。

また、セル温度条件及び基板温度条件も、過放電・過負荷に伴うセル及び基板の温度上昇を判定する条件であり、過放電・過負荷を判定できる。
次に、Ｓ１３０にて、スイッチング素子Ｑ１の遮断条件が成立したと判定されると、Ｓ１４０に移行し、電動工具本体１０の制御回路３４に、スイッチング素子Ｑ１をオフさせる指令を送信することで、スイッチング素子Ｑ１を強制的に遮断させる。

この結果、スイッチング素子Ｑ１やその駆動回路３２が正常であれば、モータ３０への電源供給経路がスイッチング素子Ｑ１により遮断されて、バッテリ５０からの放電が停止され、バッテリ５０を過放電・過負荷から保護することができる。

また、Ｓ１４０にて、スイッチング素子Ｑ１を遮断させた場合、若しくは、Ｓ１３０にて、スイッチング素子Ｑ１の遮断条件は成立していないと判断された場合には、Ｓ１５０に移行し、トリガスイッチ２２がオフされたか否かを判断する。

そして、Ｓ１５０にて、トリガスイッチ２２はオフされたと判断されると、当該異常判定処理を終了し、トリガスイッチ２２はオフされていないと判断されると、再度Ｓ１１０に移行する。

次に、Ｓ１２０にて、スイッチング素子Ｑ１は遮断状態に制御されていると判断された場合には、Ｓ１６０に移行し、遮断スイッチ７０は遮断状態に制御されているか否かを判断する。

そして、遮断スイッチ７０が遮断状態に制御されていなければ、Ｓ１７０に移行して、遮断スイッチ７０の遮断条件が成立したか否かを判断する。
遮断スイッチ７０の遮断条件は、例えば、Ｓ１１０で測定したセル電圧、放電電流、セル温度ＴＨ１及び基板温度ＴＨ２毎に下記の条件を設定したものであり、下記の条件の内の少なくとも一つが成立したときに、遮断スイッチ７０の遮断条件が成立したと判断する。

・セル電圧条件：ｎ個のセルの中で最大のセル電圧が、連続２秒間２．５Ｖ未満
・放電電流条件：放電電流の大きさに応じて更新されるカウント値が、５０Ａの放電電流が１１秒間流れたときのカウント値
・セル温度条件：セル温度７０°Ｃ以上を連続１秒間検出
・基板温度条件：基板温度６０°Ｃ以上を連続１秒間検出
この遮断スイッチ７０の遮断条件では、判定閾値である電圧、電流、温度、時間等のパラメータが、スイッチング素子Ｑ１の遮断条件よりも成立し難い値に設定されている。

これは、スイッチング素子Ｑ１によりモータ３０への電源供給経路を遮断した直後には、スイッチング素子Ｑ１の遮断条件が成立していることが考えられるからである。
つまり、遮断スイッチ７０の遮断条件をスイッチング素子Ｑ１の遮断条件と一致させると、スイッチング素子Ｑ１にてモータ３０への電源供給経路を遮断できていているにもかかわらず、遮断スイッチ７０の遮断条件が成立したと判断して、遮断スイッチ７０を遮断してしまうことが考えられる。

そこで、本実施形態では、Ｓ１７０において、Ｓ１４０にてスイッチング素子Ｑ１を遮断状態に制御したにもかかわらずバッテリ５０からの放電が停止していないことを判断できるように、遮断スイッチ７０による遮断条件を、スイッチング素子Ｑ１の遮断条件に比べて、成立し難いように設定している。

次に、Ｓ１７０にて、遮断スイッチ７０の遮断条件が成立したと判定されると、Ｓ１８０に移行し、制御スイッチＳＷ２を通常時のオン状態からオフ状態に切り換えることで、遮断スイッチ７０を遮断する。

この結果、スイッチング素子Ｑ１を遮断状態に制御したにもかかわらず、モータ３０への電源供給経路を介してバッテリ５０からの放電が継続されている場合に、遮断スイッチ７０を遮断することによりその電源供給経路を遮断し、バッテリ５０を過放電・過負荷から保護することができる。

なお、Ｓ１８０にて、遮断スイッチ７０を遮断させた場合、若しくは、Ｓ１７０にて、遮断スイッチ７０の遮断条件は成立していないと判断された場合には、上述したＳ１５０に移行し、トリガスイッチ２２がオフされたか否かを判断する。

次に、Ｓ１６０にて、遮断スイッチ７０は遮断状態に制御されていると判断された場合には、Ｓ１９０に移行し、遮断スイッチ７２の遮断条件が成立したか否かを判断する。
遮断スイッチ７２の遮断条件は、例えば、Ｓ１１０で測定したセル電圧、放電電流、セル温度ＴＨ１及び基板温度ＴＨ２毎に下記の条件を設定したものであり、下記の条件の内の少なくとも一つが成立したときに、遮断スイッチ７２の遮断条件が成立したと判断する。

・セル電圧条件：ｎ個のセルの中で最大のセル電圧が、連続３秒間２．５Ｖ未満
・放電電流条件：放電電流の大きさに応じて更新されるカウント値が、５０Ａの放電電流が１２秒間流れたときのカウント値
・セル温度条件：セル温度８０°Ｃ以上を連続１秒間検出
・基板温度条件：基板温度７０°Ｃ以上を連続１秒間検出
この遮断スイッチ７２の遮断条件では、判定閾値である電圧、電流、温度、時間等のパラメータが、スイッチング素子Ｑ１の遮断条件、及び、遮断スイッチ７０の遮断条件よりも成立し難い値に設定されている。

これは、遮断スイッチ７０の遮断条件が成立して、遮断スイッチ７０によりモータ３０への電源供給経路を遮断した直後には、遮断スイッチ７０の遮断条件が成立していることが考えられるからである。

つまり、遮断スイッチ７２の遮断条件を、スイッチング素子Ｑ１や遮断スイッチ７０の遮断条件と一致させると、遮断スイッチ７０にてモータ３０への電源供給経路を遮断できているにもかかわらず、遮断スイッチ７２の遮断条件が成立したと判断して、遮断スイッチ７２を遮断してしまうことが考えられる。

そこで、本実施形態では、Ｓ１９０において、Ｓ１８０にて遮断スイッチ７０を遮断状態に制御したにもかかわらずバッテリ５０からの放電が停止していないことを判断できるように、遮断スイッチ７２による遮断条件を、スイッチング素子Ｑ１及び遮断スイッチ７０の遮断条件に比べて、成立し難いように設定している。

そして、Ｓ１９０にて、遮断スイッチ７２の遮断条件が成立したと判定されると、Ｓ２００に移行し、スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６へ駆動信号（ハイレベル）を出力することで、通常時のオフ状態からオン状態に切り換え、遮断スイッチ７２を構成する保護回路Ｆ１〜Ｆ３を遮断させる。

この結果、スイッチング素子Ｑ１及び遮断スイッチ７０を遮断状態に制御したにもかかわらず、モータ３０への電源供給経路を介してバッテリ５０からの放電が継続されている場合に、遮断スイッチ７２を構成する保護回路Ｆ１〜Ｆ３内のヒューズ部７２ａを溶断させて、バッテリパック４０を使用できないようにすることができる。

なお、Ｓ２００にて、遮断スイッチ７２を遮断させた場合、若しくは、Ｓ１９０にて、遮断スイッチ７０の遮断条件は成立していないと判断された場合には、上述したＳ１５０に移行し、トリガスイッチ２２がオフされたか否かを判断する。

ところで、Ｓ２００にて、遮断スイッチ７２を遮断させた場合には、保護回路Ｆ１〜Ｆ３内のヒューズ部７２ａが溶断するので、その後トリガスイッチ２２を操作しても、バッテリ５０からモータ３０への放電経路は形成されず、モータ３０が回転することはない。

これに対し、遮断スイッチ７０は、一旦遮断状態にしても、制御回路６０からの出力により導通状態に復帰させることができる。
そして、Ｓ１８０にて遮断スイッチ７０を遮断した場合、その後、バッテリパック４０が電動工具本体１０装着されている状態で、例えば、温度低下等の所定の復帰条件成立時に、制御回路６０が遮断スイッチ７０を導通状態に復帰させようとすると、トリガスイッチ２２の操作によって、モータ３０が駆動可能になってしまう。

そこで、制御回路６０は、Ｓ１８０にて、遮断スイッチ７０を遮断した後は、図６に示す遮断解除処理を実行することで、バッテリパック４０が電動工具本体１０から取り外されて、充電器８０へ装着されたときに、遮断スイッチ７０の遮断を解除する。

図６に示すように、遮断解除処理では、Ｓ２１０にて、充電器検出回路６８からの入力信号に基づき、バッテリパック４０が充電器８０へ装着されたか否かを判断し、バッテリパック４０が充電器８０へ装着されていなければ、再度Ｓ２１０の判定処理を実行することにより、バッテリパック４０が充電器８０へ装着されるのを待つ。

そして、Ｓ２１０にて、バッテリパック４０が充電器８０へ装着されると、Ｓ２２０に移行して、制御スイッチＳＷ２をオフ状態からオン状態に切り換えることで、遮断スイッチ７０の遮断を解除し（つまり遮断スイッチ７０を導通させ）、当該遮断解除処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態の電動工具においては、トリガスイッチ２２が操作されてモータ３０を駆動しているときに、スイッチング素子Ｑ１の遮断条件が成立すると、スイッチング素子Ｑ１によりモータ３０への電源供給経路を遮断させる（Ｓ１３０、Ｓ１４０）。

また、スイッチング素子Ｑ１により電源供給経路を遮断させた後は、遮断スイッチ７０の遮断条件が成立したか否か（詳しくは、バッテリ５０からの放電を停止できていないか否か）を判断し、バッテリ５０からの放電を停止できていなければ、遮断スイッチ７０によりモータへの電源供給経路を遮断させる（Ｓ１７０、Ｓ１８０）。

このため、バッテリ５０の過負荷時や過放電時に、スイッチング素子Ｑ１によりモータ３０への電源供給経路を遮断できない場合に、遮断スイッチ７０により電源供給経路を遮断して、バッテリ５０からの放電を停止させ、バッテリ５０を保護することができる。

また、遮断スイッチ７０により電源供給経路を遮断させた後は、遮断スイッチ７２の遮断条件が成立したか否か（詳しくは、バッテリ５０からの放電を停止できていないか否か）を判断し、バッテリ５０からの放電を停止できていなければ、遮断スイッチ７２によりモータへの電源供給経路を遮断させる（Ｓ１９０、Ｓ２００）。

このため、遮断スイッチ７０によりモータ３０への電源供給経路を遮断できない場合には、遮断スイッチ７２により電源供給経路を遮断して、バッテリ５０からモータ３０への放電を停止させ、モータ３０が焼損するのを防止できる。

また、遮断スイッチ７０にてモータ３０への通電経路を遮断できない場合には、遮断スイッチ７２を構成する保護回路Ｆ１〜Ｆ３内のヒューズ部７２ａを溶断させるので、バッテリパック４０の使用を禁止させることができる。このため、遮断スイッチ７０が故障したバッテリパック４０を再度使用することにより、安全性が低下するのを防止できる。

また、本実施形態では、過放電、過負荷といった異常を検出したときに、スイッチング素子Ｑ１と遮断スイッチ７０との両方を同時に遮断させることで、これらの故障時の安全性を確保するのではなく、異常検出時にスイッチング素子Ｑ１を優先的に遮断させ、それでもバッテリ５０からの放電を停止できないときに、遮断スイッチ７０を遮断させる。

この結果、遮断スイッチ７０によりモータ３０への電源供給経路を遮断させる頻度を減らし、遮断スイッチ７０の故障の発生率を低減することができる。
スイッチング素子Ｑ１、遮断スイッチ７０、及び、遮断スイッチ７２の遮断条件を、電流、電圧、温度等の検出値だけで設定するのではなく、その検出値の継続時間（換言すれば時間的変化）を含めて設定しているので、過放電及び過負荷をより精度良く検出することができる。

また、スイッチング素子Ｑ１、遮断スイッチ７０、及び、遮断スイッチ７２の遮断条件を、各々異なる条件に設定しているので、スイッチング素子Ｑ１、遮断スイッチ７０による通電経路遮断後のバッテリ５０からの放電を正確に判断することができる。

このため、遮断スイッチ７０による遮断頻度を低減して、遮断スイッチ７０の劣化を抑えることができると共に、バッテリ５０からの放電を誤判定して、遮断スイッチ７２を遮断し、バッテリパック４０を使用できなくするのを防止できる。

また、遮断スイッチ７０を遮断した場合には、その後、バッテリパック４０が電動工具本体１０から外され、更に、充電器８０に装着されたときに、遮断スイッチ７０を導通状態にさせるので、電動工具本体１０に接続されている状態でモータ３０が駆動可能になるのを防止し、より安全性を向上できる。

なお、本実施形態において、モータ３０は、本発明のアクチュエータに相当し、スイッチング素子Ｑ１は、本発明の第１の遮断素子に相当し、遮断スイッチ７０は、本発明の第２の遮断素子に相当し、遮断スイッチ７２は、本発明の第３の遮断素子に相当する。

また、バッテリパック４０内の制御回路６０は、本発明の異常検出手段及び制御手段として機能する。そして、異常検出手段としての機能は、図５の異常判定処理において実行されるＳ１６０〜Ｓ２００の処理、及び、図６の遮断解除処理により実現される。

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。
例えば、上記実施形態では、第２の遮断素子である遮断スイッチ７０の遮断を解除するのは、バッテリパック４０が充電器８０に装着されたときであるものとして説明したが、バッテリパック４０が電動工具本体１０から取り外されたときに、遮断スイッチ７０の遮断を解除するようにしてもよい。

但し、この場合には、バッテリパック４０内の制御回路６０が、電動工具本体１０内の制御回路３４との通信若しくはセンサ等を利用して、バッテリパック４０が電動工具本体１０から取り外されたことを検知できるようにする必要がある。

また、この場合、図６に示す遮断解除処理においては、Ｓ２１０にて、バッテリパック４０が電動工具本体１０から外されたか否かを判断し、バッテリパック４０が電動工具本体１０から外された場合に、Ｓ２２０に移行して、遮断スイッチ７０の遮断を解除するようにすればよい。

次に、上記実施形態では、図５に示す異常判定処理において、遮断スイッチ７２の遮断条件が成立したと判断すると（Ｓ１９０−ＹＥＳ）、Ｓ２００にて、スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６をオン状態に切り換え、遮断スイッチ７２を構成する保護回路Ｆ１〜Ｆ３を遮断せる。

しかし、このとき、バッテリ５０の放電によりバッテリ電圧が低下していると、保護回路Ｆ１〜Ｆ３のヒータ部７２ｂに充分電流を流すことができず、ヒータ部７２ｂの発熱量が少なくなって、ヒューズ部７２ａを溶断できないことが考えられる。

そこで、この問題を防止するには、図５のＳ２００における遮断スイッチ７２の遮断処理を、図７に示すように実行し、この遮断処理にて、遮断フラグが値１にセットされているときには、図７に示す割込処理を実行するようにするとよい。

すなわち、Ｓ２００の遮断スイッチ７２の遮断処理においては、まずＳ３１０にて、バッテリ電圧検出回路５８を介してバッテリ電圧ＶＢを検出し、Ｓ３２０にて、バッテリ電圧ＶＢが予め設定された判定電圧ＶＢｔｈ以上であるか否かを判断する。

この判定電圧ＶＢｔｈは、バッテリ５０からヒータ部７２ｂに対し、ヒューズ部７２ａを溶断可能な電力を供給し得る下限電圧であり、実験等で予め設定されている。
Ｓ３２０にて、バッテリ電圧ＶＢが判定電圧ＶＢｔｈ以上であると判断されると、Ｓ３３０に移行し、スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６をオフ状態からオン状態に切り換えることで、各保護回路Ｆ１〜Ｆ３のヒータ部７２ｂに通電してヒューズ部７２ａを溶断させ、当該遮断処理を終了する。

また、Ｓ３２０にて、バッテリ電圧ＶＢが判定電圧ＶＢｔｈ未満であると判断されると、Ｓ３４０に移行して、遮断フラグを値１にセットすることで、遮断スイッチ７２を遮断させることをフラッシュＲＯＭ６０ｄに記憶し、当該遮断処理を終了する。

また、遮断フラグが値１にセットされている場合には、制御回路６０において、所定時間間隔で、図７に示す割込処理を実行する。
この割り込み処理では、Ｓ４１０にて、バッテリ電圧検出回路５８を介してバッテリ電圧ＶＢを検出し、Ｓ４２０にて、バッテリ電圧ＶＢが上述した判定電圧ＶＢｔｈ以上であるか否かを判断する。

そして、バッテリ電圧ＶＢが判定電圧ＶＢｔｈ以上でなければ、当該割込処理を終了し、逆に、バッテリ電圧ＶＢが判定電圧ＶＢｔｈ以上であれば、Ｓ４３０に移行する。
Ｓ４３０では、スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６をオフ状態からオン状態に切り換えることで、ヒューズ部７２ａを溶断させ、続くＳ４４０にて、フラッシュＲＯＭ６０ｄ内の遮断フラグを値０にリセットし、当該割込処理を終了する。

このように、遮断スイッチ７２の遮断処理及び割込処理を実行するようにすれば、図５の異常判定処理実行時にバッテリ電圧ＶＢが低下していて、遮断スイッチ７２を遮断できない場合であっても、その後、バッテリ電圧ＶＢが判定電圧以上に復帰したときに、遮断スイッチ７２を遮断させることができる。

また、上記実施形態では、遮断スイッチ７０は互いに並列接続された２つのスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３にて構成され、遮断スイッチ７２は互いに並列接続された３つの保護回路Ｆ１〜Ｆ３にて構成されているが、これは各遮断スイッチに通電可能な電流量を確保するためである。

従って、一つのスイッチング素子或いは一つの保護回路にて、モータ３０の駆動に必要な電流量を通電できる場合には、各遮断スイッチ７０、７２を一つのスイッチング素子或いは一つの保護回路にて構成してもよい。

また次に、上記実施形態では、スイッチング素子Ｑ１又は遮断スイッチ７０の遮断後、バッテリ５０からの放電を停止できた否かを判断するに当たって、放電電流条件として、放電電流が所定値以上となった時間を設定しておくことで、放電電流の時間的変化に基づき放電停止を判定するようにしている。

しかし、バッテリ５０からの放電を停止できていれば、放電電流は速やかに低下し、最終的には零になる。このため、放電電流条件としては、セル電圧（バッテリ電圧）やセル温度・基板温度（電動工具の温度）等のように、必ずしも検出値の時間的変化を設定する必要はなく、単に、放電電流の閾値を設定するようにしてもよい。つまり、放電電流が閾値以下になったか否かを判断することにより、放電停止を判定するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、電動工具に適用した場合について説明したが、本発明は、充電式掃除機、充電式草刈り器等、バッテリから電源供給を受けて動作する電動作業機器であれば、上記実施形態と同様に適用することができる。また、本発明は、モータ以外のアクチュエータ（例えば、ソレノイド等）を備えた電動作業機器であっても、適用できる。

また、上記実施形態のバッテリパック４０と電動工具本体１０のように、バッテリは、必ずしも電動作業機器本体と別体で構成する必要はなく、バッテリを内蔵した電動作業機器であっても、本発明を適用することはできる。

１０…電動工具本体、２２…トリガスイッチ、３０…モータ、３２…駆動回路、Ｑ１…スイッチング素子、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、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、６２，６４…サーミスタ、６６…レギュレータ、６８…充電器検出回路、７０，７２…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。

本発明は、電動作業機器に電力供給を行うためのバッテリパックに関する。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、電動作業機器に電力供給を行うバッテリパックにおいて、バッテリの過負荷時や過放電時にバッテリから電動作業機器への放電経路を遮断して、バッテリを過負荷や過放電からより確実に保護できるようにすることを目的とする。

かかる目的を達成するためになされた本発明のバッテリパックは、電動作業機器に電力供給を行うためのものであり、バッテリ、異常検出手段、遮断素子、及び、制御手段を備える。

異常検出手段は、バッテリの過負荷若しくは過放電を検出するためのものであり、遮断素子は、バッテリから電動作業機器への放電経路に設けられ、この放電経路を遮断可能に構成されている。そして、制御手段は、異常検出手段にてバッテリの過負荷若しくは過放電が検出されると、遮断素子により放電経路を遮断させる。

また、遮断素子は、放電経路を溶断により遮断するヒューズ部と、通電により発熱してヒューズ部を溶断させるヒータ部とを備えた保護回路にて構成されている。そして、制御手段は、遮断素子により放電経路を遮断させる際には、バッテリからヒータ部へ通電することによりヒューズ部を溶断させる。

従って、本発明のバッテリパックによれば、バッテリが過負荷状態若しくは過放電状態になったときには、遮断素子を構成する保護回路のヒューズ部を溶断させて、バッテリから電動作業機器への放電経路を遮断することができる。

このため、バッテリが過負荷状態若しくは過放電状態になったときには、放電経路を遮断することで、バッテリからの放電を停止させて、バッテリを過負荷や過放電から確実に保護することができる。

ここで、遮断素子は、保護回路を複数並列接続することにより構成されていてもよい。
このようにすれば、バッテリから電動作業機器への放電電流を複数の保護回路にて分流させて、各保護回路のヒューズ部に流れる電流を少なくすることができる。

よって、遮断素子を一つの保護回路で構成した場合に比べて、保護回路に許容電流の小さいものを利用できる。また、複数の保護回路を利用することで、電動作業機に対しより大きな電流を供給することができる。

また、この場合、遮断素子を構成する複数の保護回路には、それぞれ、バッテリからヒータ部への通電経路を導通させるためのスイッチング素子が設けられていてもよい。そして、遮断素子がこのように構成されている場合には、制御手段は、保護回路毎に設けられた複数のスイッチング素子を導通させることで、放電経路を遮断させることができる。

一方、異常検出手段は、バッテリから電動作業機器への放電電流に基づきバッテリの過負荷を判定するよう構成されていて、制御手段は、異常検出手段にてバッテリの過負荷が判定されると、遮断素子により放電経路を遮断させるよう構成されていてもよい。

また、異常検出手段は、バッテリを構成するセルの電圧が低下したときにバッテリの過放電を判定するよう構成されていて、制御手段は、異常検出手段にてバッテリの過放電が判定されると、遮断素子により放電経路を遮断させるよう構成されていてもよい。

なお、本実施形態においては、遮断スイッチ７２が、本発明の遮断素子に相当する。

また、バッテリパック４０内の制御回路６０は、本発明の異常検出手段及び制御手段として機能し、異常検出手段としての機能は、図５の異常判定処理により実現される。

Claims (10)

1. バッテリと、
   該バッテリから電源供給を受けて動作するアクチュエータと、
   前記バッテリから前記アクチュエータへの電源供給時に、前記バッテリの過負荷若しくは過放電を検出する異常検出手段と、
   前記バッテリから前記アクチュエータへの電源供給経路に設けられ、当該電源供給経路を遮断可能な複数の遮断素子と、
   前記異常検出手段にて前記バッテリの過負荷若しくは過放電が検出されると、前記複数の遮断素子の内、予め設定された第１の遮断素子により前記電源供給経路を遮断させる制御手段と、
   を備え、前記制御手段は、前記第１の遮断素子により前記電源供給経路を遮断させると、前記バッテリからの放電が停止したか否かを判断し、前記バッテリからの放電が停止していなければ、前記複数の遮断素子の内、前記第１の遮断素子とは異なる第２の遮断素子により前記電源供給経路を遮断させることを特徴とする電動作業機器。
2. 前記制御手段は、前記バッテリからの放電停止を、
   前記電源供給経路を流れる電流、前記バッテリの電圧変化、及び、前記バッテリ若しくは前記電動作業機器の温度変化、の少なくとも１つに基づき判断する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動作業機器。
3. 前記アクチュエータ及び前記第１の遮断素子は、電動作業機器本体に設けられ、
   前記バッテリ及び前記第２の遮断素子は、前記電動作業機器本体に接続されて前記アクチュエータへの電源供給を行うバッテリパックに設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動作業機器。
4. 前記第２の遮断素子は、前記電源供給経路を一旦遮断すると当該遮断状態を保持し、前記バッテリパックが前記電動作業機器本体から外されると、前記電源供給経路の遮断を解除することを特徴とする請求項３に記載の電動作業機器。
5. 前記第２の遮断素子は、前記電源供給経路を一旦遮断すると当該遮断状態を保持し、前記バッテリパックが、前記バッテリへの充電を行う充電器に装着されると、前記電源供給経路の遮断を解除することを特徴とする請求項３に記載の電動作業機器。
6. 前記制御手段は、前記バッテリパックに設けられており、
   前記第２の遮断素子は、前記制御手段からの制御信号により導通／遮断を切換可能なスイッチング素子である、
   ことを特徴とする請求項３〜請求項５の何れか１項に記載の電動作業機器。
7. 前記制御手段は、
   前記第２の遮断素子を遮断させると、前記バッテリからの放電が停止したか否かを判断し、前記バッテリからの放電が停止していなければ、前記複数の遮断素子の内、前記第１の遮断素子及び前記第２の遮断素子とは異なる第３の遮断素子により前記電源供給経路を遮断させる、
   ことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の電動作業機器。
8. 請求項３〜請求項６の何れか１項を引用する請求項７に記載の電動作業機器において、
   前記第３の遮断素子は、前記バッテリ及び前記第２の遮断素子と共に、前記バッテリパックに設けられていることを特徴とする電動作業機器。
9. 前記第３の遮断素子は、前記電源供給経路を溶断により遮断するヒューズ部と、通電により発熱して前記ヒューズ部を溶断させるヒータ部とを備えた保護回路にて構成され、
   前記制御手段は、前記第３の遮断素子により前記電源供給経路を遮断させる際には、前記バッテリから前記ヒータ部へ通電することにより前記ヒューズ部を溶断させる、
   ことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の電動作業機器。
10. 前記制御手段は、前記第３の遮断素子により前記電源供給経路を遮断させる際に、前記バッテリの電圧が、前記ヒューズ部を溶断可能な電力を前記ヒータ部に供給し得る所定電圧に達していなければ、前記バッテリの電圧が所定電圧に復帰するのを待って、前記バッテリから前記ヒータ部へ通電することを特徴とする請求項９に記載の電動作業機器。