JP2020054169A - Electrical machine - Google Patents
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Abstract
【課題】一方の電池パックから他方の電池パックへの電流流れ込みを防ぎ、電池パックのセル温度上昇を抑えて、電池延命を増大させる。【解決手段】電池パック装着部を2つ有し、並列接続させて電池パックによって作業機器を稼働させる電気機器であって、電池パック100Aの放電経路に、一方向のみの電流を許容して逆方向の電流を遮断する第一の放電遮断部(FET1、FET3)を設け、第二の電池パック100Bの放電経路に、一方向のみの電流を許容して逆方向の電流を遮断する第二の放電遮断部(FET2、FET4)を設けた。制御部50は、電池パックのうち電圧の高い方の経路の電流を導通状態として、双方の電池パックの電圧が同じになったら、第一及び第二の放電遮断部を導通状態にする。【選択図】図5PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent current from flowing from one battery pack to the other battery pack, suppress an increase in cell temperature of the battery pack, and increase battery life. An electric device that has two battery pack mounting portions and is connected in parallel to operate a working device by the battery pack, and allows a current in only one direction in a discharge path of a battery pack 100A and reverses the electric current. A first discharge cutoff unit (FET1, FET3) for cutting off a current in one direction is provided, and a second path for allowing a current in only one direction and blocking a current in the opposite direction is provided in the discharge path of the second battery pack 100B. Discharge interruption parts (FET2, FET4) were provided. The control unit 50 brings the current in the path of the higher voltage in the battery pack into the conducting state, and when the voltages of both battery packs become the same, brings the first and second discharge interruption units into the conducting state. [Selection diagram] FIG.
Description
本発明は電池パックを電源としてモータ、照明等の負荷を駆動する電気機器に関し、特に、装着された複数の電池パックを効率良く使用するための改良に関する。 The present invention relates to an electric device that drives a load such as a motor and lighting using a battery pack as a power source, and more particularly to an improvement for efficiently using a plurality of mounted battery packs.
電動工具等の電気機器が、リチウムイオン電池等の二次電池を用いた電池パックにて駆動されるようになり、電気機器のコードレス化が進んでいる。例えば、モータにより先端工具を駆動する手持ち式の電動工具においては、電源として装着可能な電池パックが用いられ、電池パックに蓄電された電気エネルギーにてモータを駆動する。放電によって電池パックの電圧が低下したら電池パックを電動工具本体から取り外して、外部充電装置を用いて充電され、再び電動工具本体に装着される。 Electric devices such as electric tools are driven by battery packs using secondary batteries such as lithium-ion batteries, and cordless electric devices are becoming more cordless. For example, in a hand-held power tool that drives a tip tool by a motor, a battery pack that can be mounted as a power source is used, and the motor is driven by electric energy stored in the battery pack. When the voltage of the battery pack is reduced by the discharge, the battery pack is detached from the power tool main body, charged using an external charging device, and mounted again on the power tool main body.
コードレス型の電動工具や電気機器においては所定の稼働時間の確保や、所定の出力の確保が要求され、二次電池の性能向上に伴い電池パックの高容量化や高電圧化が図られてきた。また、電池パックを電源とする電気機器が開発されるにつれ、様々な電圧の電池パックが商品化されるようになった。電池パックの容量は、使用する電池セルを高容量のものとするか、又は、複数のセル組又はセルを並列接続することで高容量化を図ることが一般的である。また、特許文献1では、複数の電池パックを一つの電動工具に装着できるようにして、稼働時間を延ばすようにしている。 Cordless power tools and electrical equipment require a certain amount of operation time and a certain amount of output. Higher capacity and higher voltage battery packs have been attempted as secondary battery performance has improved. . Also, with the development of electric equipment using a battery pack as a power source, battery packs of various voltages have been commercialized. Generally, the capacity of the battery pack is increased by increasing the capacity of the battery cells used or by connecting a plurality of cell sets or cells in parallel. Further, in Patent Literature 1, a plurality of battery packs can be mounted on one electric power tool to extend the operating time.
コードレスの電気機器において、同一電圧の電池パックを同時に複数装着可能とした構成では、電池パックを一つずつ放電する方法(切り替え方式)と、電池パックを並列に接続して放電する方法(並列方式)の2つが知られている。切り替え方式では、装着した電池パックの個数(n個)分だけ稼動可能時間がn倍に増大する。並列方式の場合は、電池パックから並列放電することで、同じ出力電流を得るために電池パック個々に流す電流値が小さくてすむので、様々なメリットが得られる。例えば、定格電流の低いセルの使用が可能で、安価にできる。また、より大きな電流を流すことで、高出力な機器を実現できる。温度上昇を抑えて電池寿命を延ばすこともできる。さらに、並列放電することで、ひとつずつ放電する場合の切り替わり時に生ずる出力の急な変化がなく、電池パックの使用開始から電池残量不足による使用終了時まで電気機器の出力を連続的に変化させることができる。この場合、ユーザは違和感なく電気機器を使用でき、電池の消費を自然に感じることができる。 In a cordless electric device, in which a plurality of battery packs of the same voltage can be simultaneously mounted, a method of discharging battery packs one by one (switching method) and a method of connecting battery packs in parallel and discharging (parallel method) ) Are known. In the switching method, the operable time is increased by n times by the number (n) of the mounted battery packs. In the case of the parallel system, by discharging in parallel from the battery packs, it is possible to reduce the value of the current flowing through each battery pack in order to obtain the same output current, so that various advantages can be obtained. For example, a cell having a low rated current can be used, and the cost can be reduced. In addition, by supplying a larger current, a high-output device can be realized. The battery life can be extended by suppressing the temperature rise. Furthermore, by performing the parallel discharge, there is no sudden change in the output that occurs at the time of switching when discharging one by one, and the output of the electric device is continuously changed from the start of use of the battery pack to the end of use due to insufficient battery power. be able to. In this case, the user can use the electric device without feeling uncomfortable, and can naturally feel the consumption of the battery.
一方、電池パックを並列に接続して放電するにあたって、単純に並列接続すると、一方の電池パックからもう一方の電池パックへ電流が流れ込んでしまう現象が生ずることがある。特に、残容量の差が大きくて電池電圧の差が大きい電池パック間では、セルの定格を超える大電流が流れ込んでしまい、セルの劣化・故障を招く。また、セルのアンバランスが発生している電池パックが存在する場合、つまり性能低下セルが含まれる場合は、その電池パックに充電されることを意味するので、性能低下を起こしていない正常セルが過充電状態に至って、電池パック全体としての劣化の進行や故障を招く虞がある。 On the other hand, when the battery packs are connected in parallel and discharged, simply connecting them in parallel may cause a phenomenon that current flows from one battery pack to the other battery pack. In particular, a large current exceeding the cell rating flows between battery packs having a large difference in the remaining capacity and a large difference in the battery voltage, resulting in deterioration and failure of the cell. In addition, when there is a battery pack in which cell imbalance occurs, that is, when a cell with reduced performance is included, it means that the battery pack is charged. There is a risk that the battery pack as a whole will be degraded or malfunction due to an overcharged state.
本発明は上記背景に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、同一定格電圧の電池パックを並列に接続して放電することで高出力かつ長時間の稼働を可能とする電気機器を提供することにある。
本発明の他の目的は、複数の電池パックの並列接続を行うにあたり、一方の電池パックからもう一方の電池パックへの電流流れ込みを防いで、電池パックのセル温度上昇を抑えて、電池延命の増大を図った電気機器を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、電池パックの並列接続回路に半導体スイッチング素子又はダイオードを挿入し、起動時に半導体スイッチング素子又はダイオードの故障検出を行うことによって安定して動作させるようにした電気機器を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、複数接続した電池パックの並列接続と単独接続を切り替えることによって、性能差(例えば電圧差)のある電池パックを効率良く使用できるようにした電気機器を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above background, and an object of the present invention is to provide an electric device capable of operating for a long time with high output by connecting and discharging battery packs having the same rated voltage in parallel. Is to provide.
Another object of the present invention is to prevent a current from flowing from one battery pack to another battery pack when connecting a plurality of battery packs in parallel, suppress a rise in cell temperature of the battery pack, and extend the life of the battery. An object of the present invention is to provide an electric device that has been increased.
Still another object of the present invention is to provide an electric device in which a semiconductor switching element or a diode is inserted in a parallel connection circuit of a battery pack, and a stable operation is performed by detecting a failure of the semiconductor switching element or the diode at startup. To provide.
Still another object of the present invention is to provide an electric device in which a battery pack having a performance difference (for example, a voltage difference) can be used efficiently by switching between a parallel connection and a single connection of a plurality of connected battery packs. It is in.
本願において開示される発明のうち代表的な特徴を説明すれば次のとおりである。
本発明の一つの特徴によれば、電池パックを装着する電池パック装着部を複数有し、装着された複数の電池パックを並列接続させて作業機器を稼働させる電気機器において、第一の電池パックの放電経路に、一方向のみの電流を許容して逆方向の電流を遮断する第一の放電遮断部を設け、第二の電池パックの放電経路に、一方向のみの電流を許容して逆方向の電流を遮断する第二の放電遮断部を設けた。また、第一及び第二の放電遮断部の接続又は遮断を制御する制御部を設け、制御部は電池パックのうち電圧の高い方の経路の電流を導通状態として、双方の電池パックの電圧が同じになったら、第一及び第二の放電遮断部を導通状態にするようにした。第一及び第二の放電遮断部はそれぞれ複数の素子を有し、素子にはマイコンによって電流経路を接続又は遮断の制御可能なFET等のスイッチング素子を含めて構成した。
The typical features of the invention disclosed in the present application will be described as follows.
According to one feature of the present invention, in an electric device having a plurality of battery pack mounting portions for mounting a battery pack and operating a working device by connecting the plurality of mounted battery packs in parallel, a first battery pack is provided. In the discharge path, a first discharge interrupting portion is provided to allow a current in only one direction and interrupt a current in the reverse direction, and to allow a current in only one direction in a discharge path of the second battery pack, A second discharge interrupter for interrupting the current in the direction was provided. In addition, a control unit is provided for controlling connection or cutoff of the first and second discharge cutoff units, and the control unit sets the current of the higher voltage path of the battery packs to a conduction state, and the voltage of both battery packs is reduced. When they became the same, the first and second discharge interrupting portions were made conductive. Each of the first and second discharge interrupting sections has a plurality of elements, and the elements include a switching element such as an FET that can control connection or interruption of a current path by a microcomputer.
本発明の他の特徴によれば、第一及び第二の放電遮断部には、直列接続されたダイオードと電界効果トランジスタ、又は、直列接続された2つの電界効果トランジスタを含んで構成する。直列接続された2つの電界効果トランジスタは、それぞれボディダイオードを有し、ソースとドレインの向きが逆になるように接続される。また、電池パックから第一及び第二の放電遮断部との経路中にトリガスイッチ等のスイッチ手段を設けて、作業機器の稼働又は停止をスイッチ手段で切り替えるようにした。トリガスイッチがオンされると電池パックが並列接続可能状態となり、制御部が第1の経路中のスイッチング素子と第2の経路のスイッチング素子をオンにすることによって電池パックの並列接続を確立する。電池パックは、それぞれ放電停止信号を出力する機能を有し、制御部は放電停止信号が出力されたらその電池パックの出力経路の放電遮断部を遮断状態として、残りの電池パックの放電を継続させる。 According to another feature of the present invention, the first and second discharge interrupting sections include a diode and a field effect transistor connected in series, or two field effect transistors connected in series. The two field-effect transistors connected in series each have a body diode and are connected so that the directions of the source and the drain are reversed. Further, switch means such as a trigger switch is provided in a path from the battery pack to the first and second discharge interrupting sections, and the operation or stop of the work equipment is switched by the switch means. When the trigger switch is turned on, the battery packs can be connected in parallel, and the control unit turns on the switching element in the first path and the switching element in the second path to establish parallel connection of the battery packs. Each of the battery packs has a function of outputting a discharge stop signal, and when the discharge stop signal is output, the control unit sets the discharge cutoff unit of the output path of the battery pack to a cutoff state and continues discharging the remaining battery packs. .
本発明のさらに他の特徴によれば、複数の電池パックを並列接続させて作業機器を稼働させる電気機器において、複数の電池パックの接続経路のそれぞれにトリガスイッチと半導体スイッチング素子と逆電圧保護素子を直列に設け、トリガスイッチがオンになったら、制御部によって半導体スイッチング素子をオンにして電池パックの並列接続回路を確立させる。このように制御部が半導体スイッチング素子のオンオフを制御するので、制御部は、電池パックの電圧に応じて複数の電池パックの放電開始タイミングを異なるように制御することができる。例えば、制御部は、トリガスイッチがオンになった後に複数の電池パックの残量に応じて単独放電させるか、並列放電させるかを判断して、半導体スイッチング素子を制御することが可能となる。 According to still another feature of the present invention, in an electric device for operating a working device by connecting a plurality of battery packs in parallel, a trigger switch, a semiconductor switching device, and a reverse voltage protection device are provided in each of the connection paths of the plurality of battery packs. Are provided in series, and when the trigger switch is turned on, the control unit turns on the semiconductor switching element to establish a parallel connection circuit of the battery packs. Since the control unit controls the ON / OFF of the semiconductor switching element in this manner, the control unit can control the discharge start timings of the plurality of battery packs to be different depending on the voltage of the battery pack. For example, after the trigger switch is turned on, the control unit can control the semiconductor switching element by determining whether to perform single discharge or parallel discharge in accordance with the remaining amounts of the plurality of battery packs.
本発明によれば、同一定格電圧の電池パックを並列に接続して放電することで高出力かつ長時間の稼働を可能とすることができる。また、複数の電池パックの並列接続時に一方の電池パックからもう一方の電池パックへの電流流れ込みを防ぐことができるため、電池パックのセル温度上昇を抑えて、電池延命の増大を図ることができる。また、複数の電池パックを並列接続しても安定して動作させることができる。電池パックの並列接続を行って、高電圧電池パック側から低電圧電池パック側への逆電圧を阻止する構成において、オンオフを切り替える半導体スイッチング素子と、それに直列に接続される逆電圧防止用の半導体スイッチング素子又はダイオードをさらに設けたので、制御部によって並列接続の確立や遮断を任意に制御できる。また、逆電圧を阻止するためのボディダイオード付き半導体スイッチング素子を導通又は非導通状態に切り替え可能なので、ボディダイオードの発熱が大きいことが予想される場合は非導通状態にしてボディダイオードの発熱を抑えることが可能となる。さらに、複数の電池パックによる電位差が大きいうちは単独接続とし、電位差が許容値以下になったら並列接続にするようにしたので、電位差の大きい電池パックを装着した場合であっても並列接続運転が可能となった。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a high output and long-time operation | movement can be made possible by connecting and discharging the battery pack of the same rated voltage in parallel. In addition, when a plurality of battery packs are connected in parallel, current can be prevented from flowing from one battery pack to the other battery pack, so that a rise in cell temperature of the battery pack can be suppressed, and the life of the battery can be increased. . Even if a plurality of battery packs are connected in parallel, stable operation can be achieved. In a configuration in which battery packs are connected in parallel to prevent reverse voltage from the high-voltage battery pack side to the low-voltage battery pack side, a semiconductor switching element that switches on and off, and a semiconductor for reverse voltage prevention connected in series to the switching element Since the switching element or the diode is further provided, establishment and interruption of the parallel connection can be arbitrarily controlled by the control unit. In addition, since the semiconductor switching element with a body diode for preventing a reverse voltage can be switched between a conductive state and a non-conductive state, when it is expected that the body diode generates a large amount of heat, the body diode is turned off to suppress the heat generation of the body diode. It becomes possible. Furthermore, single connection is performed while the potential difference between the plurality of battery packs is large, and parallel connection is performed when the potential difference becomes equal to or less than the allowable value.Therefore, even when a battery pack having a large potential difference is mounted, the parallel connection operation is performed. It has become possible.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明を省略する。本明細書においては、電気機器の一例として電池パックにて動作する電動工具を例示して説明するものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same portions are denoted by the same reference numerals, and repeated description will be omitted. In this specification, a power tool that operates on a battery pack will be described as an example of an electric device.
図1は電動工具の斜視図である。電動工具は、電動工具本体1とそれに装着される2つの電池パック100(100A、100B)によって構成され、図示しないモータによる回転駆動力を用いて図示しない先端工具や作業機器を駆動する。電動工具本体1は、外形を形成する外枠たるハウジング2を備え、ハウジング2にはハンドル部3が形成され、ハンドル部3の上端付近には、作業者が操作するトリガスイッチ4が設けられる。ハンドル部3の下方には電池パック100を装着するための電池パック装着部10が形成される。ハウジング2の前方側には先端工具取付部9が設けられる。また、ハウジング2の後部には外気をハウジング2の内部に取り込むための風窓7(吸気口)が設けられる。なお、風窓7はハウジング2の内部の空気を外部に排出するための排気口としても良い。
FIG. 1 is a perspective view of the power tool. The power tool includes a power tool main body 1 and two battery packs 100 (100A, 100B) mounted on the power tool main body, and drives a tip tool and work equipment (not shown) using a rotational driving force of a motor (not shown). The power tool main body 1 includes a
電池パック装着部10には電池パック100(100A、100B)を2つ装着できる。本明細書では説明の便宜上、一方側を電池パックA(100A)とし、他方側の電池パックを電池パックB(100B)として説明する。基本的に両者の電池パック100A、100Bは同一電圧、同一容量を想定して以下の説明をする。しかしながら、本実施例では、電池容量の異なる同一定格電圧の電池パックを接続しても良いし、定格電圧、定格容量の双方が異なる電池パックを接続することも可能である。
Two battery packs 100 (100A, 100B) can be mounted on the battery
電池パック100A、100Bは、電池パック装着部10に形成されたレール機構(図では見えない)によって電動工具本体1に着脱可能に構成される。電池パック100の内部には、定格3.6Vのリチウムイオン電池セルが5本収容されており、定格18Vの直流を電動工具本体1に供給する。電池パック100の後方面の上部にはラッチボタン130が形成され、電池パック100が電動工具本体1に装着されている際に、ラッチボタン130を押すことによって、ラッチ機構のラッチ爪と電動工具本体1との掛止状態が解除されるので、電池パック100を後方側に相対移動させることで取り外すことができる。2つ装着できる電池パック100A、100Bは、別々に、順不同で電池パック装着部10に対する装着及び取り外しが可能である。
The battery packs 100A and 100B are configured to be detachable from the power tool main body 1 by a rail mechanism (not shown) formed on the battery
図2は図1の電動工具の回路図である。電動工具本体1は定格電圧18Vで動作するもので、電池パック装着部10(図1参照)には2つの同一形式の電池パック100A、100Bの取付用のターミナル部(図示せず)が形成される。電池パック100A、100Bの内部には、3.6Vのリチウムイオン二次電池のセル101〜105が5本直列接続されて一つのセル組110を形成し、セル組110の正極側出力が正極端子141に接続され、セル組110の負極側出力が負極端子142に接続される。電池パック100A、100B内にはセル101〜105の充電及び放電制御用の制御部120が設けられる。制御部120は電池セル101〜105の端子間電圧をそれぞれ監視する専用のIC、例えば電池保護ICとして市販されているものを使用できる。ここではセル組110から制御部120への信号線146を1本で図示しているが、実際には101〜105の端子間の電位を伝達する6本の配線を含む。
FIG. 2 is a circuit diagram of the power tool of FIG. The power tool main body 1 operates at a rated voltage of 18 V, and a battery pack mounting portion 10 (see FIG. 1) is formed with terminal portions (not shown) for mounting two identical types of
制御部120は電池セル101〜105の電圧を監視し、いずれかの電池セル101〜105が過放電状態になったら、放電を停止又は制限させるために、LD端子143に対して放電停止を指示する信号(放電停止信号147)を送出する。尚、電池パック100A、100Bが電動工具本体1ではなくて外部充電器に接続されている際には、LD端子143は充電を停止させるための指示信号(充電停止信号147)を送出するために用いられる。充電を停止させる際には、制御部120が電池セル101〜105の電圧を監視し、いずれかの電池セル101〜105が過充電状態になったら、充電停止信号をLD端子143に伝達する。LS端子144は、サーミスタ145の出力を電動工具本体1、又は、図示しない外部充電器に伝達するための端子である。図2ではサーミスタ145の位置を厳密に示していないが、温度を測定したい対象物、例えば電池セル101〜105の側面にサーミスタが配置され、セルの温度に応じた信号がLS端子144から出力される。尚、サーミスタ145の出力信号は、直接電動工具本体1側に出力するのでは無くて、制御部120に出力するようにして、制御部120がLS端子144への信号を生成するように構成しても良い。
The
電動工具本体1には、2組の正極入力端子41、46と2組の負極入力端子42、47が設けられる。正極入力端子41、46からの電力は、トリガスイッチ4を介してモータ35に送電される。正極入力端子41とモータ35までの経路には、トリガスイッチ4の第一極4aと、第一の放電遮断部が設けられる。第一の放電遮断部はFET(電界効果トランジスタ)1と、D(ダイオード)1によって構成される。同様にして、正極入力端子46とモータ35までの経路には、トリガスイッチ4の第二極4bと第二の放電遮断部が設けられる。第二の放電遮断部はFET2と、ダイオードD2によって構成される。半導体スイッチング素子の一種であるFET1、FET2は、制御部50に含まれるマイクロコンピュータ(以下、「マイコン50a」と称する)からのゲート信号53、54によって導通状態(オン状態)と、非導通状態(オフ状態)が切り替えられる。FET1とFET2のドレイン−ソース間にはそれぞれボディダイオードが設けられ、そのボディダイオードの順方向は、主電流(放電電流)の流れる方向と反対向きにされる。ダイオードD1、D2は、2つの電池パック100A、100Bを並列接続した際に、電池電圧の高い方から低い方に流れる逆電流を阻止するための逆電圧保護素子である。
The power tool main body 1 is provided with two sets of
トリガスイッチ4は、2回路1接点(双極単投)スイッチであって、トリガレバーが引かれると、正極入力端子41からFET1への経路と、正極入力端子46からFET2への経路がそれぞれ独立して同時にオンになる。電動工具本体1にはさらに、LD端子43、48とLS端子44、49も2組設けられ、信号線63〜66を介して制御部50に伝達される。
The
電動工具本体1に電池パック100A、100Bの少なくとも一つが接続されて、トリガスイッチ4が最初にオンになると、図示しない電源回路が起動して制御部50に電源を供給することによりマイコン50aが起動する。するとマイコン50aは、FET1とFET2の動作が正常であるかをチェックした後に、ゲート信号53、54を用いてFET1、FET2のいずれか一方又は双方をオン状態とする。その結果、モータ35に電源が供給されるので、モータ35が起動する。モータ35の負極側端子は、スイッチング素子36を介して負極入力端子42、47と接続される。
When at least one of the battery packs 100A and 100B is connected to the power tool main body 1 and the
マイコン50aは、電池パック100やFET1、2の状態を監視するために、電池電圧を測定するための複数の電圧信号線を有する。電池パック100Aの電圧信号51は、トリガスイッチ4(第一極4a)の出力側であってFET1の入力側の電圧(電池パックA側の電圧)を測定するためで、マイコン50aのA/D変換器に入力される。電池パック100Bの電圧信号52は、トリガスイッチ4(第二極4b)の出力側であってFET2の入力側の電圧(電池パックB側の電圧)を測定するためで、マイコン50aのA/D変換器に入力される。マイコン50aからは、FET1、2のゲート信号53、54が出力され、マイコン50aによってFET1、2のオン又はオフが制御される。
The
電池パック100A側の出力電圧信号55は、FET1の出力側の電圧を測定するための信号線であり、電池パック100B側の出力電圧信号56は、FET2の出力側の電圧を測定するための信号線であり、共にマイコン50aのA/D変換器に入力される。マイコン50aは、電圧信号(51、52、55、56)を比較することによって、FET1、FET2、D1、D2の異常を検知することが可能となる(検知手順は図4にて後述する)。
The
サーミスタ38は、回路基板上のFET1、FET2、ダイオードD1、D2の近傍に設けられ、これらの素子の温度を検知する。サーミスタ38は回路基板に1つだけ設けても良いし、精度を上げたい場合は、それぞれに対応させて設けても良い。マイコン50aは、サーミスタ38からの回路温度信号57をA/D変換することによって回路基板の温度を測定することができ、温度上昇が高い場合には、ゲート信号53、54のいずれか又は双方をローにすることにより、FET1側の電力経路、又は/及び、FET2側の電力経路を遮断できる。なお、FET1、FET2の別の使い方として、遮断だけに使用するのではなくて、周期的にゲート信号53、54のオンとオフを繰り返して出力を制限するPWM制御を行うようにしても良い。
The
モータ35の正極側端子への接続前に、ダイオードD1、D2のカソード側が短絡されることにより、電池パック100Aと100Bの並列接続回路が確立される。モータ35は、ブラシ付きの直流モータである。しかしながら、図示しないインバータ回路を更に追加して、インバータ回路を用いてブラシレスDCモータを駆動するように構成しても良い。図示しないインバータ回路は、6個のFET又はIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)を用いて構成される公知の回路構成を用いれば良く、マイコン50aによって制御可能である。
Before the
モータ35の負極端子から負極入力端子42、47への電力経路中には、スイッチング素子36とシャント抵抗37が介在される。スイッチング素子36は例えばFETで構成でき、マイコン50aの指示によってモータ35の回転を停止するために挿入される。通常状態ではスイッチング素子36のゲート信号58がハイとされることによりモータ35のオンが許容される状態となるが、制御部50が作業終了を自動的に検知してモータ35の停止制御をしたい場合、又は、何らかの異常発生(高温、過電流)が生じてモータ35を停止させたい場合は、マイコン50aがゲート信号58をローにすることによってスイッチング素子36をオフにする。すると作業者によるトリガスイッチ4のオン操作にかかわらずにモータ35の回転を停止するか、停止状態を保つ。シャント抵抗37は、モータ35に流れる電流値を測定するために挿入され、シャント抵抗37の両端電圧が信号線59(図では1本だが実際には2本)によってマイコン50aに入力されるので、マイコン50aはモータ35に流れる電流の実測値を測定できる。
A switching
次に図3を用いて、FET1、2を用いた電力入力経路の制御手順を説明する。ステップ200で始まるフローは、電池パック100A、100Bの少なくとも一方が電動工具本体1に装着されて、マイコン50aが起動すると、制御部50にあらかじめ格納されている制御プログラムをマイコン50aが実行することによって行われる。図2の回路図ではマイコン50aの電源回路の図示をしていないが、図1に示す電動工具本体1では、最初のトリガレバー4が引かれた際に電源回路に電源が供給されてマイコン50aが起動し、トリガレバー4が戻された後の所定時間(例えば数分〜十数分)の間、図示しない電源の自己保持回路によってマイコン50aのオン状態が維持される。トリガレバー4が戻されて所定時間が経過すると、マイコン50aは自ら電源をシャットダウンする。
Next, a control procedure of a power input path using the
マイコン50aが起動して、ステップ200以降の処理が開始されると、最初にマイコン50aは電力制御用の素子、即ちFET1、FET2、D1、D2が故障していないかどうかを検出する(ステップ201)。この故障検出の手順は図4を用いて後述する。次に、マイコン50aは、ステップ201の検出結果からFET1、2、又は、ダイオードD1、D2のいずれかが故障しているか否かを判定する(ステップ202)。ここで、いずれかの故障を検出した際には、マイコン50aはゲート信号53、54をロー状態にすることによりFET1、FET2をオフとして電力入力経路を遮断し、さらにゲート信号58をローにしてスイッチング素子36(図2参照)をオフとすることによりモータ35のオフ状態を保つ(ステップ217)。この後、異常が発生した電動工具本体1は、正常な動作ができないため使用できなくなり、場合によってはメーカによる修理を受けることになる。
When the
ステップ202において故障が検出されない場合(正常な場合)は、LD端子43(図2参照)を介して伝達される電池パック100AからのLD信号の状態によって、マイコン50aは電池パック100Aからの放電を許可して良いかを判断し(ステップ203)、許可して良いならば、LS端子44(図2)を介して入力される電池パック100Aの温度を用いて電池パック100Aの温度が、停止させねばならない高温になっているかを検出する(ステップ204)。電池温度が所定の閾値以下の正常範囲にある場合は、マイコン50aは電圧信号51から電池パック100Aの電池電圧を測定し、電池パック100Aの電圧が過放電のために停止させねばならない所定電圧値以上であるかを判定する(ステップ205)。電池パック100Aの電池電圧が、所定値以上である場合は、マイコン50aは、ゲート信号53(図2参照)をハイ状態にすることによりFET1をオン状態として、電池パック100Aからモータ35への電源供給を開始する。ステップ203、205でNOの場合、又は、ステップ204でYESの場合はステップ207に進み、マイコン50aはゲート信号53(図2参照)をロー状態にすることによりFET1をオフ状態に保つ(ステップ207)。
If no failure is detected in step 202 (normal), the
次に、ステップ208〜212によって電池パックB側の接続判断を行う。これらの手順はステップ203〜207と全く同一である。LD端子48(図2参照)を介して伝達される電池パック100BからのLD信号の状態によって、マイコン50aは電池パックBからの放電を許可して良いかを判断し(ステップ208)、許可して良いならば、LS端子49(図2)の信号を用いて電池パック100Bの温度が高温か否かを検出する(ステップ209)。電池温度が正常な場合は、マイコン50aは電池パック100Bの電圧が過放電であるかを判定する(ステップ210)。電池パック100Bの電池電圧が、所定値以上である場合は、マイコン50aは、ゲート信号54(図2参照)をハイ状態にすることによりFET2をオン状態として、電池パック100Bからモータ35への電源供給を開始する。ステップ208、210でNOの場合、又は、ステップ209でYESの場合はステップ212に進み、マイコン50aはゲート信号54(図2参照)をロー状態にすることによりFET1をオフ状態に保つ(ステップ212)。
Next, connection determination on the battery pack B side is performed in
次にマイコン50aは、FET1、FET2のゲート信号53、54の状態から、FET1とFET2の双方がオフ状態にあるか否かを判定する(ステップ213)。ここで、FET1とFET2の双方がオフであることは、ステップ207と212の双方が実行されたことを意味する。双方がオフではない場合、マイコン50aは、サーミスタ38の出力からFET1、FET2、D1、D2を搭載した回路基板の温度(回路温度)が許容値を越えて高温になっているか否かを判定する(ステップ214)。ここで、回路温度が所定値以下の場合は、マイコン50aはシャント抵抗37(図2参照)の両端電圧から電流値を測定し、測定した電流値が所定の許容値内であるか否かを判定する(ステップ215)。電流値が許容値以内である場合は、マイコン50aはスイッチング素子36のゲート信号58をハイにすることにより、トリガスイッチ4が引かれた時のモータ35の起動を許容するようにして(ステップ216)、ステップ203に戻る。
Next, the
ステップ213〜215のいずれかがYESの場合は、マイコン50aはゲート信号58(図2参照)をロー状態にすることによりモータ35が回転しないようにして、ゲート信号53、54(図2参照)をロー状態に保つことにより、FET1、FET2をオフ状態にしてから(ステップ218)ステップ201に戻る。
If any of
次に図4のフローチャートを用いて、図3のステップ201における故障検出手順を説明する。故障検出ステップ201では、FET1、FET2、ダイオードD1、D2のそれぞれが正常に働いているかをチェックするもので、これらはマイコン50aによって実行される。まず、マイコン50aは電池パック100Aの出力電圧信号55(図2参照)から、FET1の出力電圧が所定値以下であるかを検出することにより、FET1の故障の有無を判定する(ステップ221)。この検出の際には、トリガスイッチ4がオンであるもののFET1はまだオフの状態なので、FET1側に出力信号はほぼゼロになるはずである。従って、FET1の出力電圧がある程度以上の場合は、FET1に異常があるので、ステップ230に進み、「FET1に異常あり」として、図3のフローチャートに戻る。
Next, the failure detection procedure in
次に、マイコン50aは電池パック100Bの出力電圧信号56(図2参照)から、FET2の出力電圧が所定値以下であるかを検出することにより、FET2の故障の有無を判定する(ステップ222)。FET2の出力電圧が所定の値よりも大きい場合はステップ230に進み、「FET2に異常あり」として、図3のフローチャートに戻る。ステップ222で、FET2の出力電圧が所定値以下の場合は、FET1とFET2の双方が正常であることを意味するので、マイコン50aはFET1のゲート信号53をハイにすることによって、FET1をオンにする(ステップ223)。ここでFET1がオンになったということは、ダイオードD1に順方向電圧が加わったことを意味する。
Next, the
次にマイコン50aは、出力電圧信号56(図2参照)を用いて電池パック100B側のダイオードD2のアノード側に電池パック100A側の電力が印加されているか、具体的には電位が所定値以下であるかを判定する(ステップ224)。ここで電池パック100Bの出力電圧信号56がほぼゼロで無いということは、ダイオードD2が故障していて逆電圧防止効果が失われていることを意味するので、ステップ230に進む。ステップ224にて出力電圧信号56が所定の値以下ならば、マイコン50aはFET1をオフにしてFET2をオンにし(ステップ225、226)、次にダイオードD1の故障検出を行う。マイコン50aは、出力電圧信号55(図2参照)を用いてダイオードD1のアノード側に電池パック100B側の電力が印加されているか、具体的には電位が所定値以下であるかを判定する(ステップ227)。ここで電池パック100Aの出力電圧信号55がほぼゼロで無いということは、ダイオードD1が故障していて逆電圧防止効果が失われていることを意味するので、ステップ230に進む(ステップ227)。ステップ227にて出力電圧信号55が所定の値以下ならば、マイコン50aはFET2をオフにして(ステップ228)、「FET1、FET2に故障なし」として、図3のフローチャートのステップ201に戻る。
Next, the
以上、第一の実施例によれば、電動工具等の電気機器の起動時に、FET1、FET2やダイオードD1、D2の故障が無いことを確認してから、並列接続回路を確立するようにしたので、電池パックの一方側から他方側に電流が流れてしまう逆流現象を効果的に阻止できる。また、FET1又はFET2が故障したとしても、FET1、FET2のボディダイオードの向きがダイオードD1、D2の向きと逆になるように接続しているので、一方の電池パックから他方の電池パックへの電流が流れ込むことを確実に阻止できる。
As described above, according to the first embodiment, the parallel connection circuit is established after confirming that there is no failure in the
次に図5〜図15を用いて本発明の第二の実施例について説明する。図5は第二の実施例に係る電動工具本体1Aの回路図である。基本的な回路構成は図2で示した第一の実施例と同じように、電池パック100Aの放電経路に、一方向のみの電流を許容して逆方向の電流を遮断する第一の放電遮断部(FET1、FET3)を設け、第二の電池パック100Bの放電経路に、一方向のみの電流を許容して逆方向の電流を遮断する第二の放電遮断部(FET2、FET4)を設けた。同じ箇所には同じ番号の参照符号を付すことにより繰り返しの説明は省略する。第二の実施例で異なる箇所は、図2で示したダイオードD1、D2の代わりにFET3、FET4を設けたことである。FET3、FET4は、ボディダイオード付きの電界効果トランジスタで有り、FET1とFET3のソースとドレインの向きを逆にすることにより、ボディダイオードの順方向も反対向きとなるようにした。この結果、FET1とFET3の双方がオフの時であっても双方向に流れる電流を阻止できる。同様にして、FET2とFET4はソースとドレインの向きを逆にすることにより、ボディダイオードの順方向も反対となるようにした。FET3、FET4は、ゲート信号61、62によってマイコン50aからオン又はオフを制御可能である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a circuit diagram of a power tool
次に図6のフローチャートを用いて電動工具本体1AにおけるFET1〜4の制御手順を説明する。基本的な流れは図3と同じであり、同じ手順の箇所には同じ参照番号を付しているので繰り返しの説明は省略する。唯一の違いは太枠で示した部分で、ステップ201Aでの故障検出ステップで、ダイオードD1、D2の代わりにFET3、FET4の故障を検出することと、ステップ211、212の後にFET3、FET4の制御ステップ300を挿入したことにある。また、ステップ202にてFET故障が検出されたら、ステップ217AにてFET3とFET4のオフの制御(太枠219aの部分)が加わったこと、同様にステップ218AにてFET3、FET4のオフの制御(太枠219bの部分)が加わったことである。
Next, a control procedure of the FETs 1 to 4 in the power tool
故障検出ステップ201Aは、図4と全く同じ手順で行うことができる。図4にて“D2故障検出”を“FET4故障検出”に、“D1故障検出”を“FET3故障検出”に置き換えれば、制御自体は同じである。
The
図6において、ステップ203〜207にてFET1のオンオフ制御、208〜212にてFET2のオンオフ制御が済んだら、新たに設けられるステップ300にて、FET3、FET4の制御が行われる。ここでFET3、FET4の制御の仕方には図7及び図8に示すように2つの方法がある。
In FIG. 6, after the on / off control of the FET 1 is completed in
図7はステップ300のFET3、FET4の制御の具体例を示すものである。この方法は、電池パック100Aと100Bが並列接続時に、FET3、FET4のボディダイオードを使用する方法である。先ず、最初に電池パック100Aの電圧が、電池パック100Bの電圧よりも所定量(αボルト)以上高いか否か判定する(ステップ311)。ここで、電位差が大きい場合、即ち電池パック100Aと電池パック100Bの電圧差が所定値α以上である場合は、マイコン50aはFET3をオンにして図7処理を終了して図6のステップ213に戻る(ステップ316)。ステップ316が実行されると、FET3側は導通するが、FET4はオフのままである。電池パック100Aの電圧が高い場合は、電池パックAから電池パックB側への電流が流れる虞があるが、FET4はオフのままである上に、FET4にはボディダイオードが図2のダイオードD2と同方向に入っているため、電池パック100Aから電池パック100Bへ電流が流れ込むことを防止できる。
FIG. 7 shows a specific example of the control of FET3 and FET4 in
ステップ311にて、電位差が少ない場合、即ち電池パック100Aと電池パック100Bの電圧差が所定値α未満である場合は、マイコン50aはFET3をンオフにして(ステップ312)、次に電池パック100Bの電圧が、電池パック100Aの電圧よりも所定量(αボルト)以上高いか否か判定する(ステップ313)。ここで、電位差が大きい場合は、マイコン50aはFET4をオンにし(ステップ315)、電位差が小さい場合はFET4をオフのままとする(ステップ314)。これら図7の処理が終わったら図6のステップ213に移る。
In
以上、図7の制御では電池パック100A、100Bの経路中のFET3、FET4のうち、大きく電圧が高い側のFETだけをオンとして、小さい方のFETはオフのままとして、オフされた側のFETのボディダイオードを逆方向電流阻止に用いる。また、両方の電池パックの電圧がほぼ等しい場合は、FET3、FET4の双方をオフとすることにより、双方のボディダイオードを逆方向電流阻止に用いる。このように、FET3、4をダイオードD1、D2の機能に近い使い方だけでなく、FET3、FET4を積極的にオンにすることによって違う使い方をする。
As described above, in the control of FIG. 7, only the FET with the larger voltage is turned on among the
図8は、図6のステップ300のFET3、4の別の制御手順を示すフローチャートである。ここではFET3、FET4を用いて2つの電池パック100A、100Bの並列接続を行うか単独接続を行うかを、電池電圧に応じて、マイコン50aからきめ細かく切り替えるようにしたものである。まず、FET3、FET4の制御(ステップ300A)では、モータ301の回転がオンにできる状態か否か、即ちスイッチング素子36がオン状態であるかを判定する(ステップ301)。モータ35がオンできる状態で無い場合は、FET3、FET4もオフとしてFET3、FET4の制御処理を終了する(ステップ305)。
FIG. 8 is a flowchart showing another control procedure of the
ステップ301で、モータ301の回転がオンにできる状態の場合は、マイコン50aは電池パック100A、100Bを並列放電にするか否かを、判別する(ステップ302)。判別の方法は図9及び図10を用いて後述する。次にマイコン50aは、ステップ302による判別結果が、並列放電か否かを判定し(ステップ303)、並列放電の場合はマイコン50aからゲート信号61、62をハイにすることによりFET3とFET4の双方をオンとして(ステップ304)、処理を終了する。ステップ303で並列放電でない場合は、ステップ311以下の処理を実行するが、それらは図7に示したフローチャートと同一の処理であって同じステップ番号を付しているので、繰り返しの説明は省略する。
If it is determined in
図9は図8のステップ302における、電池パックの並列放電可否の判別手順を示すフローチャートである。最初にマイコン50aは、電池パック100Aと電池パック100Bの電圧が実質的に等しいか否かを判定する(ステップ321)。ここで電池電圧が等しい場合は、並列放電を選択し(ステップ322)、等しくない場合は、非並列放電を選択する(ステップ323)。どの程度の電圧差までを、等しいと見なすか否かは、並列接続時に一方の電池パックから他方の電池パック側への電流が実質的に流れない程度の電位差を考慮して設定すれば良い。尚、図9の制御の代案として、ステップ321において電池パック100Aと電池パック100Bの電圧比較でなくて、双方の電圧の減少傾きをそれぞれ監視し、傾きが実質的に等しい場合は並列放電を選択し(ステップ322)、傾きが等しくない場合は非並列放電を選択する(ステップ323)ような制御とすることも可能である。
FIG. 9 is a flowchart showing the procedure for determining whether or not the battery packs can be discharged in parallel in
図10は図8のステップ302における、電池パックの並列放電可否の判断する別の手順を示すフローチャートである。最初にマイコン50aは、電池パック100Aの電圧の減少があるか否かを判定する(ステップ331)。減少が無い場合は非並列放電を選択する(ステップ334)。減少がある場合は、マイコン50aは、電池パック100Bの電圧の減少があるか否かを判定する(ステップ332)。減少が無い場合は非並列放電を選択し(ステップ334)、減少がある場合は並列放電を選択する(ステップ333)。ここで、双方の電池パック100A、101Bの電圧が共に減少しているは、双方の電圧がそろっていて同様の電圧減少が生じていることを示している。すなわち、一方の電池パックから他方の電池パック側へ逆流電流は流れず、夫々の電池パックから負荷(モータ)の方向に電流が流れる程度の電位差になっていることを示している。
FIG. 10 is a flowchart showing another procedure for determining whether or not the battery packs can be discharged in parallel in
次に、図11を用いて第二の実施例に係る電動工具本体(電気機器本体)1Aの放電制御を説明する。図11(A)はFET1〜4の動作手順のタイミングチャート、(B)(C)は電池パック100A、100Bの電池電圧と電池温度の関係を示すグラフ、(D)は電池パック100A、100Bから電動工具本体(作業機器本体)側に供給される合成出力電圧を示すグラフである。それぞれのグラフの横軸は時間の経過(単位:秒)であり、時間軸を合わせて表示している。図11の例は、従来から広く用いられている単純な並列放電状態を示すものであり、時刻t1にて作業者がトリガスイッチ4をオンにすると、スリープ状態にあったマイコン50aが起動し、マイコン50aはFET1〜4の故障が無いことを確認してから、FET1〜4をすべてオンにすることによって、電池パック100Aと電池パック100Bを並列接続状態とする。装着される電池パック100A、100Bが同じ形式の電池パックの場合、(B)(C)に示す電圧550、570のように、作業の進行と共に等しい割合で電圧が低下する。また、電池パック100A、100Bから放電する際には、発熱による電池パックの温度上昇が生じて、例えば点線で示す温度560、580のように徐々に上昇する。この際の電動工具本体(作業機器本体)側に供給される出力電圧は(D)の電圧590のようになり、時刻t1〜時刻t9まで徐々に低下する。電圧590の低下状況は、図11ではリニアに減少しているが、実際には負荷の大きさによって電圧は変動するのでリニアにはならない。
Next, discharge control of the power tool main body (electric device main body) 1A according to the second embodiment will be described with reference to FIG. 11A is a timing chart of the operation procedure of the FETs 1 to 4, (B) and (C) are graphs showing the relationship between the battery voltage and the battery temperature of the battery packs 100A and 100B, and (D) is from the battery packs 100A and 100B. It is a graph which shows the combined output voltage supplied to a power tool main body (work equipment main body) side. The horizontal axis of each graph is the passage of time (unit: second), and the time axis is also displayed. Example of FIG. 11 shows a simple parallel discharge state has been widely used, the operator at time t 1 is When you turn on the
電池パック100A、100Bの電圧550、570は、時刻t9において放電停止電圧に到達する。放電停止電圧は、電池パック100A、100Bから放電停止指示される電圧であっても良いし、電動工具本体1Aのマイコン50aが指示する電圧であっても良い。時刻t9で、マイコン50aがFET1〜4へのゲート信号をローにすることによって、電池パック100A、100Bからの電源供給は停止される。以上、図11で示した放電制御が、電池残量のほぼ等しい電池パック100A、100Bを並列接続した際の放電特性である。
図12は第二の実施例に係る電動工具本体(電気機器本体)1Aの放電制御の別の手順を示す図である。図示している項目は図11と同じである。図12では、時刻t1にて作業者がトリガスイッチ4をオンにすると、マイコン50aはFET1〜4をオンにすることによって、電池パック100Aと電池パック100Bを並列接続状態とする。装着される電池パック100A、100Bが同じ形式であっても、電池パックの状態、特に充電量や劣化の度合いの違いによって双方の電池パック100Aと電池パック100Bが同じとは限らない。ここでは、時刻t1〜t5まで同じ状態で電圧551、571が低下したとする。しかしながら、電池パック100Bは電池の劣化から同じ放電量であっても電池温度581の上昇が電池温度561よりも高い例を示している。この場合は、マイコン50aは時刻t5において電池温度581が、矢印581aに示すように電池保持可能な上限温度に到達したことを検知し、電池パック100Bからの放電を停止すべくFET2とFET4のゲート信号54、62(図12(A)の信号521、541)をオフにする。すると、時刻t5以降は電池パック100A側からの放電だけとなり、時刻t7にて、電池パック100Aの電圧551が放電停止電圧に到達したため、マイコン50aはFET1、FET3をオフにして電池パック100Aからの放電を停止させる。このように、電池パック100Aと電池パック100Bの放電経路にそれぞれ2つのFETを挿入させているので、並列接続と単独接続(非並列接続)の切り替えが容易である。
FIG. 12 is a diagram showing another procedure of the discharge control of the power tool main body (electric device main body) 1A according to the second embodiment. The illustrated items are the same as those in FIG. In Figure 12, when the operator at time t 1 turns on the
図13は本願発明の第三の実施例に係る電気機器本体(電気機器本体)1Aの放電制御手順を示す図であり、(A)〜(D)は図11と同じ項目である。図13では、並列接続前に単独接続にて電池パック100Aと100Bの2つの電圧を揃えるようにして、電圧が揃ってから並列接続を行うようにしたものである。ここでは装着前の電池パック100Aの電圧が高くて、装着前の電圧パック100Bの電圧が低い例(満充電でない例)を示しており、時刻t1にてトリガスイッチがオンにされると、マイコン50aは電圧信号51、52を用いて電池パック100Aと電池パック100Bの電圧を測定し、電圧が高い電池パック(本例では電池パック100A)だけを接続状態とする。即ち、時刻t1においては、ゲート信号53、61(図13(A)の信号512、532)をハイとしてFET1とFET3をオンとし、ゲート信号54、62(図13(A)の信号522、542)をローにしてゲートFET2、4をオフ状態とする。この結果、時刻t1〜t3までは、電池パック100Aの出力だけが作業機器側に伝達されるので、(D)に示す出力電圧592の該当部分(矢印592a)は、矢印552aと同じとなる。また、図13(C)の矢印572aでわかるように時刻t1〜t3までは、電池パック100B側の電力は消費されない。
FIG. 13 is a diagram showing a discharge control procedure of the electric device main body (electric device main body) 1A according to the third embodiment of the present invention, wherein (A) to (D) are the same items as FIG. In FIG. 13, the two voltages of the battery packs 100A and 100B are made equal by single connection before the parallel connection, and the parallel connection is performed after the voltages are made equal. Here is high voltage of the
マイコン50aは、稼働中の電池パック100Aと100Bの電圧を引き続き監視し、t3にて電圧552と電圧572が等しくなると、ゲート信号54、62(図13(A)の信号522、542)をハイにすることにより電池パック100Aと電池パック100Bの並列接続を確立する。この際、電池パック100Aから電池パック100B、又は逆方向へ電流が流れ込む可能性のないため、FET3、FET4での発熱を抑えることが可能となる。時刻t3以降は、電池パック100Aと電池パック100Bの合成出力電圧は矢印592bのように低下する。電圧552と電圧572の電圧低下の進行は、並列接続されているため矢印552b、572bに示すように同じとなる。図13(B)(C)には、電池パック100A、100Bの電池パックの温度562、582の一例を示している。電動工具本体1による大きな電力消費により、電池パック100Aの単独放電では放電による発熱が大きく、矢印562aに示すように温度上昇が激しい。しかしながら、時刻t3以降では、並列接続により電池パック1つ当たりの負荷が半減するため、矢印562bのように温度上昇が穏やかになる。時刻t8において双方の電池パック100A、100Bが放電停止電圧に到達すると、マイコン50aはFET1〜FET4のすべてのゲート信号をローにしてオフ状態とする。
The
図14は本発明の第二の実施例に係る電動工具本体(電気機器本体)1Aの第四の放電制御を説明するための図である。この例は、図13と同じく並列接続前に電池パック100Aと100Bの2つの電圧を揃えるようにして、電圧が揃ってから並列接続を行うようにしたものである。ここでは装着前の電池パック100Aの電圧が高く、電圧パックBの電圧が低い例ではあるが、それが充電量の差から来るものではなく、電池パックの種類の違いから来るものである。ここでは、電池パック100Aの定格電圧が18V、電池パック100Bの定格電圧が14.4Vの例を示している。時刻t1にてトリガスイッチがオンにされると、マイコン50aは電圧信号51、52を用いて電池パック100Aと電池パック100Bの電圧を測定し、電圧が高い電池パック(本例では電池パック100A)だけを接続状態とする。即ち、時刻t1においては、ゲート信号53、61(図14(A)の信号513、533)をハイとしてFET1とFET3をオンとし、ゲート信号54、62(図14(A)の信号523、543)をローにしてゲートFET2、4をオフ状態とする。この結果、時刻t1〜t2までは、電池パック100Aの出力だけが電動工具本体(作業機器本体)側に伝達されるので、(D)に示す出力電圧593の該当部分(矢印593a)は、矢印553aと同じとなる。また、図14(C)の矢印573aでわかるように時刻t1〜t2までは、電池パック100B側の電力は消費されない。
FIG. 14 is a view for explaining the fourth discharge control of the power tool main body (electric device main body) 1A according to the second embodiment of the present invention. In this example, the two voltages of the battery packs 100A and 100B are equalized before the parallel connection, as in FIG. 13, and the parallel connection is performed after the voltages are equalized. Here, the voltage of the
マイコン50aは、稼働中の電池パック100Aと100Bの電圧を引き続き監視し、t2にて電圧552と電圧572が等しくなると、ゲート信号54、62をハイにすることにより電池パック100Aと電池パック100Bの並列接続を確立する。時刻t2以降は、電池パック100Aと電池パック100Bの合成出力電圧は矢印593bのように低下する。電圧553と電圧573の電圧低下の進行は、並列接続されているため同じとなるが、電池パックの性能の違いから電池パック100Aの電池温度563の上昇と電池パック100Bの電池温度583の温度上昇は等しくならない。マイコン50aは、稼働中の電池パック100Aと100Bのそれぞれの電圧を引き続き監視し、時刻t6にて放電停止電圧に到達した電池パック100Aの放電を停止させるべく、ゲート信号53、61をローにしてFET1とFET3をオフにする。時刻t6以降は電池パック100Bの単独放電となる為、図14(C)の矢印573bのように電圧573の放電量が大きくなる。そしてマイコン50aは、時刻t10にて電池パック100Bが放電停止電圧に到達したことを検知して、ゲート信号54、62をローにしてFET1〜FET4のすべてをオフ状態とする。
The
図15は本発明の第二の実施例に係る電動工具本体(電気機器本体)1Aの第五の放電制御を説明するための図である。本実施例ではFET1〜FET4をそれぞれマイコン50aからオン又はオフの制御ができるから、このような従来から広く用いられている単独切り替え放電の制御も容易となる。時刻t1にて作業者がトリガスイッチ4をオンにすると、マイコン50aは、予め決められている順序(例えば電池パック100A側が先、又は、電池電圧の高い方)に従って、一方の電池パック側の経路を導通させる。ここでは時刻t1において、ゲート信号53、61(図15(A)の信号514、534)をハイとしてFET1とFET3をオンにする。FET2とFET4はオフのままである。この結果、時刻t1〜t4までは電池パック100Aの単独放電となり、合成電圧594は、電圧554と同じとなる。
FIG. 15 is a diagram for explaining the fifth discharge control of the power tool main body (electric device main body) 1A according to the second embodiment of the present invention. In this embodiment, since the on / off control of each of the FETs 1 to 4 can be controlled by the
時刻t4において、電池パック100Aの電圧554が放電停止電圧にまで低下すると、マイコン50aは、ゲート信号53、61をローとしてFET1とFET3をオフとし、ゲート信号54、62(図15(A)の信号524、544)をハイにしてゲートFET2、4をオン状態とする。この結果、時刻t4〜t11までは電池パック100Bの単独放電となり、合成電圧594は、電圧574と同じとなる。時刻t11において、電池パック100Bの電圧574が放電停止電圧にまで低下すると、マイコン50aは、ゲート信号54、62をローにしてFET1〜FET4のすべてをオフ状態とする。
At time t 4, the
以上、図11〜図15にてFET1〜FET4の制御例を説明したが、本実施例によってボディダイオード付きのFET3、4を使用する並列接続構成で、FET3、4を導通オンが許容できるとき、即ち、一方の電池パックから他方の電池パックへ電流が流れ込む可能性のない状態でFET3、FET4をオンすることで、FET3、FET4での発熱を抑えることができる。特に、FETのボディダイオードにて順方向電圧×電流のエネルギーで発熱することを防止できる。また、FET3、4のオンオフをマイコン50aから電気的に制御可能なので、電池パックの並列接続、単独接続の切り替え制御を高度に行うことができるようになった。
As described above, the control examples of the FETs 1 to 4 have been described with reference to FIGS. 11 to 15. In this embodiment, when the
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば上述の実施例では、電気機器本体を電動工具の例で説明したが、電動工具だけに限定されずに、電池パック100A、100Bを電源として稼動する任意の電気機器で実現できる。また、電気機器本体に装着できる電池パックの数は、上述の例では2つであるが3つ以上であっても良く、それぞれの電力経路にFETとダイオード、又は、2つのFETをそれぞれ設けるようにすれば良い。 As described above, the present invention has been described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the electric device main body has been described as an example of the electric tool. However, the present invention is not limited to the electric tool, and may be realized by any electric device that operates using the battery packs 100A and 100B as a power supply. Also, the number of battery packs that can be mounted on the electric device body is two in the above example, but may be three or more, and an FET and a diode or two FETs may be provided in each power path. You can do it.
1、1A 電動工具本体 2 ハウジング 3 ハンドル部
4 トリガスイッチ 4a (トリガスイッチの)第一極
4b (トリガスイッチの)第二極 7 風窓 9 先端工具取付部
10 電池パック装着部 35 モータ 36 スイッチング素子
37 シャント抵抗 38 サーミスタ 41、46 正極入力端子
42、47 負極入力端子 43、48 LD端子 44、49 LS端子
50 制御部 50a マイコン 51、52 電圧信号
53、54 ゲート信号 55、56 出力電圧信号
57 回路温度信号 58 ゲート信号 59 信号線
61、62 ゲート信号 63〜66 信号線
100、100A、100B 電池パック 101〜105 電池セル
110 セル組 120 制御部 130 ラッチボタン
141 正極端子 142 負極端子
143 LD端子 144 LS端子 145 サーミスタ
146 信号線 147 充放電停止信号
510〜514 FET1の状態
520〜524 FET2の状態
530〜534 FET3の状態
540〜544 FET4の状態
550〜554 (電池パックAの)電圧
560〜564 (電池パックAの)温度
570〜574 (電池パックBの)電圧
580〜584 (電池パックBの)温度
590〜594 出力電圧
DESCRIPTION OF
Claims (10)
第一の電池パックの放電経路に、一方向のみの電流を許容して逆方向の電流を遮断する第一の放電遮断部を設け、
第二の電池パックの放電経路に、一方向のみの電流を許容して逆方向の電流を遮断する第二の放電遮断部を設け、
前記第一及び第二の放電遮断部の接続又は遮断を制御する制御部を設け、
前記制御部は、前記電池パックのうち電圧の高い方の経路の電流を導通状態として、双方の電池パックの電圧が同じになったら、第一及び第二の放電遮断部を導通状態にすることを特徴とする電気機器。 An electric device having a plurality of battery pack mounting portions for mounting a battery pack, and operating a working device by connecting the mounted plurality of battery packs in parallel,
In the discharge path of the first battery pack, a first discharge cutoff unit that allows current in only one direction and cuts off current in the opposite direction is provided,
In the discharge path of the second battery pack, a second discharge cutoff unit that allows a current in only one direction and blocks a current in the opposite direction is provided,
Providing a control unit for controlling connection or interruption of the first and second discharge interruption unit,
The control unit sets the current in the higher voltage path of the battery pack to a conductive state, and sets the first and second discharge interrupting units to a conductive state when the voltages of both battery packs become the same. Electrical equipment characterized by the following.
前記制御部が第1の経路中のスイッチング素子と第2の経路のスイッチング素子をオンにすることによって前記電池パックの並列接続を確立することを特徴とする請求項5に記載の電気機器。 When the switch is turned on, the battery packs can be connected in parallel,
The electric device according to claim 5, wherein the control unit establishes a parallel connection of the battery packs by turning on a switching element in a first path and a switching element in a second path.
前記制御部は、前記放電停止信号が出力されたらその電池パックの出力経路の前記放電遮断部を遮断状態として、残りの前記電池パックの放電を継続させることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の電気機器。 Each of the battery packs has a function of outputting a discharge stop signal,
7. The method according to claim 1, wherein, when the discharge stop signal is output, the control unit sets the discharge interrupting unit in an output path of the battery pack to an interrupted state to continue discharging the remaining battery packs. An electrical device according to any one of the preceding claims.
複数の前記電池パックの接続経路のそれぞれに、トリガスイッチと、半導体スイッチング素子と逆電圧保護素子を直列に設け、
前記トリガスイッチがオンになったら、制御部によって前記半導体スイッチング素子をオンにして前記電池パックの並列接続回路を確立させるようにしたことを特徴とする電気機器。 An electric device having a plurality of battery pack mounting portions for mounting a battery pack, and operating a working device by connecting the mounted plurality of battery packs in parallel,
In each of the connection paths of the plurality of battery packs, a trigger switch, a semiconductor switching element and a reverse voltage protection element are provided in series,
When the trigger switch is turned on, the control unit turns on the semiconductor switching element to establish a parallel connection circuit of the battery packs.
定格電圧が異なる複数の前記電池パックを同時に接続可能とし、
複数の前記電池パックの接続経路のそれぞれに、半導体スイッチング素子と逆電圧保護素子を直列に設け、
前記半導体スイッチング素子のオンオフを制御する制御部は、前記電池パックの電圧に応じて電池パックの放電開始タイミングを異なるように制御することを特徴とする電気機器。 An electric device having a plurality of battery pack mounting portions for mounting a battery pack, and operating a working device by connecting the mounted plurality of battery packs in parallel,
A plurality of battery packs having different rated voltages can be connected at the same time,
In each of the connection paths of the plurality of battery packs, a semiconductor switching element and a reverse voltage protection element are provided in series,
An electric device, wherein the control unit that controls on / off of the semiconductor switching element controls the discharge start timing of the battery pack to be different according to the voltage of the battery pack.
前記制御部は、前記トリガスイッチがオンになった後に複数の前記電池パックの残量に応じて単独放電させるか、並列放電させるかを判断して、前記半導体スイッチング素子を制御することを特徴とする請求項9に記載の電気機器。
A two-pole trigger switch is provided in a path between the semiconductor switching element and the battery pack,
The controller, after the trigger switch is turned on, determines whether to perform single discharge or parallel discharge according to the remaining amount of the plurality of battery packs, and controls the semiconductor switching element. The electric device according to claim 9.
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