JP2020058124A - バッテリパック - Google Patents

Abstract

【課題】過放電状態になることを抑制可能なバッテリパックを提供する。【解決手段】スイッチを有する電動作業機へ電力を供給すバッテリパックは、制御部と、操作状態検出部と、放電電流検出部と、出力部と、を備える。制御部は、バッテリパックの状態に応じて、バッテリパックの放電を許可する放電許可信号、及びバッテリパックの放電を禁止する放電禁止信号のいずれかを生成する。操作状態検出部は、スイッチの操作状態を検出する。放電電流検出部は、バッテリパック内において放電電流を検出する。出力部は、制御部により生成された放電許可信号又は放電禁止信号を電動作業機へ出力する。出力部は、操作状態検出部によりスイッチのオフが検出され、且つ、放電電流検出部により所定値以上の放電電流が検出された場合に、制御部により生成された信号が放電許可信号及び放電禁止信号のいずれであっても、放電禁止信号を出力する。【選択図】図２

Description

本開示は、バッテリパックに関する。

特許文献１に記載のバッテリパックは、バッテリパックから電力の供給を受ける電動工具に接続され、制御ユニットと、スイッチ操作検出回路と、を備える。スイッチ操作検出回路は、電動工具に設けられ、電動工具の駆動を指令するために操作されるスイッチの状態を検出する。上記バッテリパックにおいて、制御ユニットは、スイッチ操作検出回路によりスイッチがオンになったことが検出されると、スリープモードから起動して、電動工具へ放電を許可する放電許可信号を出力する。

特許５２７０３８０号公報

上記バッテリパックにおいて、電動工具の駆動指令に対するバッテリパックの応答性を高くするため、主制御ユニットがスリープモードの間、主制御ユニットから放電許可信号の出力を継続することが考えられる。しかしながら、このようにした場合、スイッチ操作検出回路が故障すると、主制御ユニットは、スイッチがオンになっても、スイッチがオンになったことを検出できず、スリープモードのままで放電許可信号を出力し続ける。その結果、主制御ユニットがバッテリパックの放電状態を監視できない間に、バッテリパックの放電が継続され、バッテリパックが過放電状態になる可能性がある。

本開示の１つの局面は、過放電状態になることを抑制可能なバッテリパックを提供する。

本開示の１つの局面は、スイッチを有する電動作業機へ電力を供給するバッテリパックであって、制御部と、操作状態検出部と、放電電流検出部と、出力部と、を備える。制御部は、バッテリパックの状態に応じて、バッテリパックの放電を許可する放電許可信号、及びバッテリパックの放電を禁止する放電禁止信号のいずれかを生成するように構成される。操作状態検出部は、スイッチの操作状態を検出するように構成される。放電電流検出部は、バッテリパック内において放電電流を検出するように構成される。出力部は、制御部により生成された放電許可信号又は放電禁止信号を電動作業機へ出力するように構成される。また、出力部は、操作状態検出部によりスイッチのオフが検出され、且つ、放電電流検出部により所定値以上の放電電流が検出された場合に、制御部により生成された信号が放電許可信号及び放電禁止信号のいずれであっても、放電禁止信号を出力する。

本開示の１つの局面によれば、電動作業機の操作部のオフが検出されているにもかかわらず、所定値以上の放電電流が検出された場合には、操作状態検出部、もしくは電動作業機のスイッチ信号出力部が故障している可能性がある。この場合、バッテリパックから電動作業機へ放電許可信号を出力し続けると、バッテリパックが過放電状態になる可能性がある。そのため、操作部のオフが検出され且つ所定値以上の放電電流が検出された場合には、制御部により生成された信号にかかわらず、放電禁止信号が出力される。これにより、バッテリパックが過放電状態になることを抑制することができる。

また、バッテリパックは、スイッチのオフ及び所定値以上の放流電流が、所定時間継続して検出されたことに応じて、出力部から放電禁止信号を出力させるように構成された遅延部を備えてもよい。

遅延部を備えることにより、操作状態検出部又は放電電流検出部の検出結果が瞬時的に変動しても、放電許可信号又は放電禁止信号の出力に対する影響が抑制される。よって、放電許可信号又は放電禁止信号の出力を安定させることができる。

本実施形態に係るバッテリパックの構成を示すブロック図である。 本実施形態に係るバッテリパックの放電制御部の構成を示す回路図である。 本実施形態に係るバッテリパックのＭＰＵの生成信号、放電検出結果、トリガスイッチ検出結果、第１スイッチのドレイン電位、第３スイッチのゲート電位、及びＤＳ端子の出力を示すタイムチャートである。 本実施形態に係るバッテリパックに適用する充電器の構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。

＜１．バッテリパックの構成＞
まず、本実施形態に係るバッテリパック１００の構成について、図１を参照して説明する。バッテリパック１００は、外部機器に接続されて外部機器へ電力を供給する、又は外部機器から電力の供給を受ける。外部機器として、電力の供給を受けて作動する電動作業機やライトなどを含む。電動作業機は、ハンマドリル、チェーンソー、グラインダなどの電動工具や、草刈機、ヘッジトリマ、バリカンなどを含む。また、外部機器は、バッテリパック１００へ電力を供給する充電器を含む。

バッテリパック１００は、バッテリ６０と、Analog Front End（以下、ＡＦＥ）６１０と、Micro Processing Unit（以下、ＭＰＵ）６２０と、放電検出回路６３と、バッテリ電圧検出部６６と、電源回路７０と、Self Control Protector（以下、ＳＣＰ）部８０と、サブプリント回路基板制御部（以下、サブＰＣＢ制御部）９０と、を備える。

さらに、バッテリパック１００は、正極端子１１、負極端子１２、ＣＳ端子１３、ＤＴ端子１４、ＴＲ端子１５、ＤＳ端子１６、充電制御部２００、検出部３００、通信部４００、及び放電制御部５００を備える。

バッテリ６０は、複数のバッテリセルが直列接続されて構成されている。バッテリ６０は、例えば、リチウムイオンバッテリなどである。バッテリ６０の定格電圧は１８Ｖである。なお、バッテリ６０の定格電圧は、１８Ｖに限らず、３６Ｖや７２Ｖ等でもよい。

ＭＰＵ６２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏ等を備えたマイクロコンピュータを含み、バッテリ６０の充放電制御を含む各種制御を実行する。ＭＰＵ６２０は、後述する検出部３００により外部機器のトリガスイッチのオンが検出されるとウェイクアップし、トリガスイッチのオフが検出され、所定の条件を満たすとスリープモードへ移行する。

ＡＦＥ６１０は、アナログ回路であり、ＭＰＵ６２０からの指令に従いバッテリ６０に含まれる各バッテリセルのセル電圧を検出するとともに、サーミスタ６８を介して少なくとも１つのバッテリセルのセル温度を検出する。また、ＡＦＥ６１０は、複数のバッテリセルの残容量を均等化させるセルバランス処理を実行する。また、ＡＦＥ６１０は、サーミスタ６５を介して基板温度を検出する。さらに、ＡＦＥ６１０は、シャント抵抗６７を介して、バッテリ６０へ流れ込む充電電流及びバッテリ６０から流れ出る放電電流を検出する。そして、ＡＦＥ６１０は、検出したセル電圧、セル温度、基板温度、及び充放電電流の検出値をデジタル信号に変換し、変換した各デジタル信号をＭＰＵ６２０へ出力する。

また、ＡＦＥ６１０は、検出したバッテリ６０の状態に基づいて、バッテリ６０への充電を許可するか禁止するか判定し、充電許可信号又は充電禁止信号を生成して、充電制御部２００へ出力する。

放電検出回路６３は、シャント抵抗６７を介してバッテリ６０から流出する放電電流を検出する。そして、放電検出回路６３は、所定値以上の放電電流が流れているか否かを検出し、所定値以上の放電電流が流れている場合には放電あり信号を放電制御部５００へ出力し、所定値以上の放電電流が流れていない場合には放電なし信号を放電制御部５００へ出力する。

バッテリ電圧検出部６６は、バッテリ６０の両端子間の電圧であるバッテリ電圧を検出し、検出したバッテリ電圧をＭＰＵ６２０へ出力する。ＭＰＵ６２０は、バッテリ電圧検出部６６により検出されたバッテリ電圧と、ＡＦＥ６１０により検出されたセル電圧の合計とが一致するか否か判定する。

電源回路７０は、スイッチ７２とレギュレータ７３とを備える。レギュレータ７３は、バッテリパック１００（詳しくは、ＭＰＵ６２０）がシャットダウンしているとき、ＤＳ端子１６を介して充電器から補助電源の供給を受け、内部回路駆動用の電源電圧ＶＤＤを生成する。バッテリパック１００は、過放電状態になるとシャットダウンする。ＭＰＵ６２０は、レギュレータ７３によって生成された電源電圧ＶＤＤの供給を受けると、シャットダウン状態から起動しバッテリが充電可能な状態であれば充電許可信号を充電器に出力する。バッテリ電圧が所定の電圧に到達すると、スイッチ７２をオンにする。スイッチ７２がオンになると、レギュレータ７３は、バッテリ６０から電源供給を受けて、電源電圧ＶＤＤを生成する。

ＳＣＰ部８０は、ＳＣＰ回路８１とＳＣＰ診断部８２とを備える。ＳＣＰ回路８１は、バッテリ６０の正極側と正極端子１１とを接続する正極側接続線上に設けられている。ＳＣＰ回路８１は、ヒューズを備え、ＭＰＵ６２０からの指令に応じてヒューズを溶断させる回路である。ＳＣＰ回路８１のヒューズが溶断されることにより、正極側接続線が断線され、バッテリ６０は、充電及び放電が不可能な状態になる。すなわち、バッテリ６０は、再利用不可能な状態になる。

ＭＰＵ６２０は、バッテリパック１００から充電禁止信号を出力しても充電が止まらない場合、及び、バッテリパック１００から放電禁止信号を出力しても放電が止まらない場合に、安全を確保するために、最後の手段として、ＳＣＰ回路８１へヒューズを溶断させる指令を出す。すなわち、ＳＣＰ回路８１は、バッテリ６０の過充電状態及び過放電状態に対して二重に安全を確保するための回路である。ＳＣＰ診断部８２は、定期的に、ＳＣＰ回路８１が正常に作動するか否かを診断し、診断結果をＭＰＵ６２０へ出力する。

サブＰＣＢ制御部９０は、ＬＥＤ及びスイッチを備える。ＭＰＵ６２０は、スイッチが押されると電池残容量に応じてＬＥＤを点灯させる。電池残容量は、前記バッテリ電圧から算出しても良いし、電流の積算から算出しても良いし、両方を用いて算出しても良い。

ＭＰＵ６２０は、入力された各種信号に基づいてバッテリ６０の状態を判定する。そして、ＭＰＵ６２０は、判定したバッテリ６０の状態に基づいて、バッテリ６０への充電を許可するか禁止するかを判定し、充電許可信号又は充電禁止信号を生成して充電制御部２００へ出力する。また、ＭＰＵ６２０は、判定したバッテリ６０の状態に基づいて、バッテリ６０からの放電を許可するか禁止するかを判定し、放電許可信号又は放電禁止信号を生成して放電制御部５００へ出力する。また、ＭＰＵ６２０は、外部機器（詳しくは電動作業機）に対する応答性を高くするため、スリープモード中は継続して放電許可信号を生成して放電制御部５００へ出力する。

正極端子１１及び負極端子１２は、バッテリパック１００が外部機器に接続された場合に、外部機器の機器側正極端子及び機器側負極端子に接続される。これにより、バッテリパック１００から外部機器への電力の供給又は外部機器からバッテリパック１００への電力の供給が可能になる。

ＣＳ端子１３は、充電制御部２００に接続されており、バッテリパック１００が外部機器（詳しくは充電器）に接続された場合に、外部機器へ充電許可信号又は充電禁止信号を出力する。充電制御部２００は、ＮＡＮＤ回路を備え、ＡＦＥ６１０及びＭＰＵ６２０の両方から充電許可信号が入力された場合に、ＣＳ端子１３を介して充電許可信号を出力する。また、充電制御部２００は、ＡＦＥ６１０及びＭＰＵ６２０の少なくとも一方から充電禁止信号が入力された場合に、ＣＳ端子１３を介して充電禁止信号を出力する。

ＤＴ端子１４は、バッテリパック１００が外部機器に接続された場合に、外部機器の機器側通信端子に接続される。ここでの外部機器は、バッテリパック１００から電力の供給を受けて作動する作動部（例えば、モータ）と、作動部の作動及び停止を指令するためにユーザに操作されるトリガスイッチと、を備える電動作業機である。

また、ＤＴ端子１４は、検出部３００に接続されている。検出部３００は、検出回路３１０を含む。検出回路３１０は、ＤＴ端子１４を介して入力された信号に基づいて、バッテリパック１００に外部機器が接続状態か未接続状態かを検出する。また、検出回路３１０は、ＤＴ端子１４を介して入力された信号（具体的には、トリガスイッチ信号）に基づいて、外部機器のトリガスイッチがオンかオフかを検出する。そして、検出回路３１０は、外部機器が接続状態か未接続状態かについての検出結果をＭＰＵ６２０及びＡＦＥ６１０へ出力する。また、検出回路３１０は、トリガスイッチがオンかオフかについての検出結果をＭＰＵ６２０及び放電制御部５００へ出力する。検出回路３１０は、トリガスイッチのオンを検出した場合にはオン信号を放電制御部５００へ出力し、トリガスイッチのオフを検出した場合にはオフ信号を放電制御部５００へ出力する。

ＭＰＵ６２０は、入力された検出結果に基づいて、未接続情報、オフ情報、及びオン情報を含む機器情報を取得する。未接続情報は、外部機器がバッテリパック１００に未接続状態であることを示す情報である。オフ情報は、外部機器がバッテリパック１００に接続され且つトリガスイッチがオフであることを示す情報である。オン情報は、外部機器がバッテリパック１００に接続され且つトリガスイッチがオンであることを示す情報である。

ＴＲ端子１５は、通信部４００に接続されたシリアル通信用の端子である。通信部４００は、半二重のUniversal Asynchronous Receiver/Transmitter(UART)回路を備える。ＭＰＵ６２０は、通信部４００及びＴＲ端子１５を介して、外部機器とシリアル通信を行う。

ＤＳ端子１６は、放電制御部５００に接続されており、バッテリパック１００が外部機器（詳しくは、電動作業機）に接続された場合に、外部機器へ放電許可信号又は放電禁止信号を出力する。

放電制御部５００は、ＮＡＮＤ回路５１０，５３０と遅延回路５２０との機能を有する。ＮＡＮＤ回路５１０には、放電検出回路６３から出力される放電あり信号又は放電なし信号と、検出回路３１０から出力されるオフ信号又はオン信号とが入力される。ＮＡＮＤ回路５１０の出力は、遅延回路５２０に入力される。

ＮＡＮＤ回路５３０には、ＭＰＵ６２０から出力される放電許可信号又は放電禁止信号と、遅延回路５２０の出力が入力される。ＮＡＮＤ回路５３０の出力は、ＤＳ端子１６を介して外部機器へ出力される。なお、放電制御部５００の詳細は後述する。

＜２．放電制御部の回路構成＞
次に、放電制御部５００の具体的な回路構成について、図２を参照して説明する。ＤＳ端子１６には、電動工具７００の工具側ＤＳ端子７６、又は、後述する充電器８００の充電器側ＤＳ端子８６が接続される。電動工具７００は、電動作業機の一例である。

放電制御部５００は、第１スイッチＱ１と、第２スイッチＱ２と、第３スイッチＱ３と、第４スイッチＱ４と、第１抵抗器Ｒ１、第２抵抗器Ｒ２と、コンデンサＣ１と、を備える。
第１スイッチＱ１、第２スイッチＱ２、第３スイッチＱ３、及び第４スイッチＱ４は、ｎ型ＭＯＳＦＥＴによって構成されている。

第２抵抗器Ｒ２の第１端は、電源Ｖｄｄに接続されており、第２抵抗器Ｒ２の第２端は、第１スイッチＱ１のドレイン端子に接続されている。第１スイッチＱ１のソース端子は、第２スイッチＱ２のドレイン端子に接続されている。第２スイッチＱ２のソース端子はグランドに接続されている。

そして、第１スイッチＱ１のゲート端子には、検出回路３１０から出力されたオフ信号又はオン信号が入力される。オフ信号はHigh（以下、Ｈ）、オン信号はLow（以下、Ｌ）に設定されている。よって、第１スイッチＱ１は、トリガスイッチのオフが検出された場合にオンになり、トリガスイッチのオンが検出された場合にオフになる。

第２スイッチＱ２のゲート端子には、放電検出回路６３から出力された放電あり信号又は放電なし信号が入力される。放電あり信号はＨ、放電なし信号はＬが設定されている。よって、第２スイッチＱ２は、放電が検出された場合にオンになり、放電が検出されなかった場合にオフになる。

また、第１抵抗器Ｒ１の第１端は、第２抵抗器Ｒ２の第２端及び第１スイッチＱ１のドレイン端子に接続されている。第１抵抗器Ｒ１の第２端は、コンデンサＣ１の第１端及び第３スイッチＱ３のゲート端子に接続されている。コンデンサＣ１の第２端はグランドに接続されている。第１抵抗器Ｒ１とコンデンサＣ１は、遅延回路を構成している。すなわち、第１スイッチＱ１と第３スイッチＱ３の間に、遅延回路が設けられている。

第１スイッチＱ１及び第２スイッチＱ２のいずれかがオフの場合、第３スイッチＱ３のゲート端子には、電源Ｖｄｄの電圧が印加され、第３スイッチＱ３はオンになる。また、第１スイッチＱ１及び第２スイッチＱ２の両方がオンの場合、第３スイッチＱ３のゲート端子はグランドに接続され、第３スイッチＱ３はオフになる。

ただし、第１スイッチＱ１と第３スイッチＱ３との間に遅延回路が設けられているため、第１スイッチＱ１及び第２スイッチＱ２の両方がオンになっても、直ちに第３スイッチＱ３はオンからオフにならない。第１スイッチＱ１及び第２スイッチＱ２の両方がオンの状態が所定時間Ｔａ継続した場合に、第３スイッチＱ３はオフになる。すなわち、条件（ｉ）トリガスイッチのオフが検出され且つ放電ありが検出されること、が所定時間Ｔａ継続して成立した場合に、第３スイッチＱ３はオフになる。所定時間Ｔａは、時定数Ｘ×Ｙに応じた時間である。Ｘは第１抵抗器Ｒ１の抵抗値、ＹはコンデンサＣ１の静電容量値である。

第３スイッチＱ３のドレイン端子は、ＤＳ端子１６に接続されている。また、第３スイッチＱ３のドレイン端子は、ダイオードを介してレギュレータ７３に接続されている。第３スイッチＱ３のソース端子は、第４スイッチＱ４のドレイン端子に接続されている。第４スイッチＱ４のソース端子はグランドに接続されている。

そして、第４スイッチＱ４のゲート端子には、ＭＰＵ６２０から放電許可信号又は放電禁止信号が入力される。放電許可信号はＨ、放電禁止信号はＬが設定されている。よって、第４スイッチＱ４は、ＭＰＵ６２０から放電許可信号が出力された場合にオンになり、ＭＰＵ６２０から放電禁止信号が出力された場合にオフになる。

第３スイッチＱ３及び第４スイッチＱ４の両方がオンの場合、ＤＳ端子１６はグランドに接続され、ＤＳ端子１６の電位はＬになる。また、第３スイッチＱ３及び第４スイッチＱ４のいずれかがオフの場合、ＤＳ端子１６はハイインピーダンス（以下、ＨｉＺ）になる。そして、ＤＳ端子１６のＬ信号は放電許可信号、ＨｉＺ信号は放電禁止信号に設定されている。

つまり、条件（ｉ）が所定時間Ｔａ継続して成立した場合には、ＭＰＵ６２０により生成された生成信号が放電許可信号及び放電禁止信号のいずれであっても、ＤＳ端子１６から放電禁止信号が出力される。一方、ＭＰＵ６２０が放電禁止信号を生成した場合には、条件（ｉ）が所定時間Ｔａ継続して成立したか否かにかかわらず、ＤＳ端子１６から放電禁止信号が出力される。

なお、第１スイッチＱ１及び第２スイッチＱ２は、ＮＡＮＤ回路５１０の機能に相当し、第１抵抗器Ｒ１及びコンデンサＣ１は遅延回路５２０の機能に相当する。また、第３スイッチＱ３及び第４スイッチＱ４は、ＮＡＮＤ回路５３０の機能に相当する。

また、本実施形態では、ＭＰＵ６２０が制御部に相当し、検出回路３１０が操作状態検出部に相当する。また、放電検出回路６３が放電電流検出部に相当し、第３スイッチＱ３及び第４スイッチＱ４が出力部に相当する。また、第１抵抗器Ｒ１及びコンデンサＣ１が遅延部に相当する。

ＤＳ端子１６から出力された放電禁止信号は、工具側ＤＳ端子７６を介して、電動工具７００が備えるインターロック回路７１０に入力される。インターロック回路７１０は、放電禁止信号を受信すると、強制的に電動工具７００の動作を停止させる。

＜３．放電制御部の動作＞
次に、放電制御部５００の動作について、図３を参照して説明する。図３は、ＭＰＵ６２０により生成された生成信号、放電検出回路６３による放電検出結果（すなわち、第２スイッチＱ２のゲート電位）、検出回路３１０によるトリガスイッチ検出結果（すなわち、第１スイッチＱ１のゲート電位）、第１スイッチＱ１のドレイン電位、第３スイッチＱ３のゲート電位、及びＤＳ端子１６の電位のタイムチャートである。図３は、放電制御部５００が通常の動作をしている途中で、電動工具７００によるトリガスイッチ信号の出力から検出回路３１０によるトリガスイッチの状態検出までの経路で故障が発生し、放電制御部５００の動作が異常時動作に移行する過程を示している。上記経路で発生する故障は、検出回路３１０の故障、電動工具７００のトリガスイッチ信号出力部内のリード線等の断線などを含む。

時点ｔ０では、ＭＰＵ６２０はスリープモードであり、放電許可信号を生成している。この時点では、放電なし及びトリガスイッチのオフが検出されている。そのため、ＤＳ端子からは、放電許可信号が出力されている。

時点ｔ１において、放電ありが検出され、第２スイッチＱ２のゲート電位が上昇し始める。時点ｔ２において、トリガスイッチのオンが検出され、ゲート電位が低下し始める。また、トリガスイッチのオンが検出されたことに伴い、ＭＰＵ６２０はウェイクアプする。時点ｔ３では、第２スイッチＱ２がオンになる。時点ｔ４では、第１スイッチＱ１がオフになる。

第２スイッチＱ２がオフからオンへ切り替わり、且つ、第１スイッチＱ１がオンからオフへ切り替わる途中で、第１スイッチＱ１及び第２スイッチＱ２の両方がオンになる瞬間がある。このとき、破線の囲み部分に示すように、第１スイッチＱ１のドレイン電位が低下する。しかしながら、遅延回路が設けられているため、第１スイッチＱ１のドレイン電位の瞬時的な低下によって、第３スイッチＱ３のゲート電位がオフ閾値までは低下していない。

時点ｔ５において、放電なしが検出され、第２スイッチＱ２のゲート電位が低下し始める。時点ｔ６において、トリガスイッチのオフが検出され、第１スイッチＱ１のゲート電位が上昇し始める。また、トリガスイッチのオフが検出されたことに伴い、所定の条件を満たすとＭＰＵ６２０がスリープモードに移行する。時点ｔ７において、第２スイッチＱ２がオフになるとともに、第１スイッチＱ１がオンになる。

時点ｔ０から時点ｔ７までの期間、ＭＰＵ６２０は継続して放電許可信号を生成し、放電許可信号がＤＳ端子１６から継続して出力されている。
時点ｔ８において、放電ありが検出され、第２スイッチＱ２のゲート電位が上昇し始め、時点ｔ９において、第２スイッチＱ２がオンになる。一方、時点ｔ８から時点ｔ９までの期間、放電が検出されたにもかかわらず、第１スイッチＱ１のゲート電位はＨで一定である。すなわち、電動工具７００によるトリガスイッチ信号の出力から検出回路３１０によるトリガスイッチの状態検出までの経路において故障が発生し、トリガスイッチのオンが検出されていない。そのため、ＭＰＵ６２０は、スリープモードのまま放電許可信号を継続して生成している。

時点ｔ９において、第１スイッチＱ１及び第２スイッチＱ２の両方がオンになるため、第１スイッチＱ１のドレイン電位が低下し始める。時点ｔ１０において、第１スイッチＱ１のドレイン電位がＬになる。しかしながら、遅延回路が設けられているため、第１スイッチＱ１のドレイン電位がＬになっても、第３スイッチＱ３のゲート電位は直ちにＬにならない。時点ｔ１０では、第３スイッチＱ３のゲート電位はＨのままである。

時点ｔ１１において、第３スイッチＱ３のゲート電位は低下し始める。これに伴い、ＤＳ端子の電位がＬからＨｉＺに変化し始める。そして、時点ｔ１２において、第３スイッチＱ３のゲート電位がＬになり、第３スイッチＱ３がオフになる。これに伴い、ＤＳ端子の電位がＨｉＺになり、ＭＰＵ６２０により放電許可信号が生成されているにもかかわらず、ＤＳ端子から放電禁止信号が出力される。時点ｔ９から時点ｔ１２までの期間が所定時間Ｔａに相当する。

＜４．充電器の構成＞
次に、充電器８００の構成について、図４を参照して説明する。充電器８００の充電回路は、１次側と２次側とが絶縁した構成になっている。

充電回路の１次側には、コンセント８９０、保護素子８８５、ラインフィルタ８８４、整流回路８８３、ＰＦＣ回路８８２、平滑回路８８１が設けられている。
また、充電回路の１次側と２次側に跨って、メインコンバータ８７１、フォトカプラ８４７，８６９，８７０、及びサブコンバータ８４８が設けられている。

また、充電回路の２次側には、充電器側正極端子８２０、充電器側負極端子８４０、充電器側ＣＳ端子８３、充電器側ＤＴ端子８４、ＲＴ端子８５、充電器側ＤＳ端子８６、及びＵＳＢ端子８７を備える。充電器側正極端子８２０、充電器側負極端子８４０、充電器側ＣＳ端子８３、充電器側ＤＴ端子８４、ＲＴ端子８５、充電器側ＤＳ端子８６は、それぞれ、バッテリパック１００の正極端子１１、負極端子１２、ＣＳ端子１３、ＤＴ端子１４、ＴＲ端子１５、ＤＳ端子８６に接続される。

さらに、充電回路の２次側には、制御回路８５０が設けられている。制御回路８５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏ等を備えるマイクロコンピュータを中心に構成されている。

コンセント８９０は、商用電源などの外部電源に接続される。外部電源は、ＡＣ１００ＶやＡＣ２００Ｖなど何でもよい。保護素子８８５は、充電回路の各素子を保護する。ラインフィルタ８８４は、外部電源から供給された交流電力のノイズを除去する。整流回路８８３は、交流電力を整流して直流電力に変換する。ＰＦＣ回路８８２は、整流回路８８３によって整流された直流電力の力率を改善する。平滑回路８８１は、力率が改善された直流電力を平滑化する。メインコンバータ８７１は、降圧コンバータであり、平滑回路８８１により平滑化された直流電力の電圧を、バッテリパック１００の充電に適した電圧に降圧する。サブコンバータ８４８は、降圧コンバータであり、平滑回路８８１により平滑化された直流電力を、メインコンバータ８７１の出力電圧とは異なる電圧に降圧する。メインコンバータ８７１及びサブコンバータ８４８は、Pulse Width Modulation（ＰＷＭ）制御される。

また、充電回路の２次側には、同期整流回路８６７、平滑回路８６５、整流回路８４６、平滑回路８４５、レギュレータ８４４、ＤＣファン８４２，８４３、ブザー８４１、３色のＬＥＤ８２１，８２２，８２３、ＤＣＤＣコンバータ８１７、及びＵＳＢコントロールＩＣ８１６が設けられている。

同期整流回路８６７は、メインコンバータ８７１により降圧された直流電力を同期整流する。平滑回路８６５は、同期整流回路８６７により整流された直流電力を平滑化して、充電器側正極端子８２０に接続された正極側ラインに出力する。

整流回路８４６は、サブコンバータ８４８により降圧された直流電力を整流する。平滑回路８４５は、整流回路８４６により整流された直流電力を平滑化して、平滑化した１２．５Ｖの直流電力をレギュレータ８４４、ＤＣファン８４２，８４３、ブザー８４１、及びＤＣＤＣコンバータ８１７へ出力する。また、平滑回路８４５は、平滑化した１２．５Ｖの直流電力を後述する電流制限回路８１１へ出力する。

レギュレータ８４４は、１２．５Ｖの直流電力から５Ｖの直流電力を生成し、制御回路８５０及び３色のＬＥＤ８２１，８２２，８２３へ供給する。ＬＥＤ８２１，８２２，８２３は、緑、赤、黄のＬＥＤであり、制御回路８５０に制御されて、充電処理の状態等を示すために点灯したり点滅したりする。

ＤＣファン８４３は、１２．５Ｖの直流電力を受けて駆動し、充電器８００に装着されたバッテリパック１００を冷却するための直流ファンである。ＤＣファン８４２は、１２．５Ｖの直流電力を受けて駆動し、回路基板を冷却するための直流ファンである。ブザー８４１は、１２．５Ｖの直流電力を受けて作動し、制御回路８５０に制御されて、充電処理の状態に応じて音を出力する。

ＤＣＤＣコンバータ８１７は、１２．５Ｖの直流電力を５Ｖの直流電力に変換し、ＵＳＢコントロールＩＣ８１６を介して、ＵＳＢ端子８７から出力する。これにより、ＵＳＢ端子８７と、スマートフォンやタブレット端末などのＵＳＢ端子とをＵＳＢケーブルで接続すると、スマートフォンやタブレット端末をＵＳＢ充電することができる。

さらに、平滑回路８４５は、平滑化した直流電力を、フォトカプラ８４７を介してサブコンバータ８４８へ出力する。これにより、サブコンバータ８４８は、フィードバック制御される。

また、充電回路の２次側には、電流制限回路８１１，８１２、短絡保護回路８１０、及びシャント抵抗８１３が設けられている。
電流制限回路８１１は、平滑回路８４５から受けた直流電力の電流値を制限して、短絡保護回路８１０へ出力する。短絡保護回路８１０は、充電器側ＤＳ端子８６に接続されている。短絡保護回路８１０は、バッテリパック１００がシャットダウン状態の場合、電流制限回路８１１から受けた直流電力を、充電器側ＤＳ端子８６を介してバッテリパック１００へ出力する。この直流電力は、バッテリパック１００のシャットダウン時における補助電源になる。また、短絡保護回路８１０は、バッテリパック１００が非シャットダウン状態で、且つ、放電制御部５００の第３スイッチＱ３及び第４スイッチＱ４がオンの場合に、電力供給を強制的に停止する。すなわち、短絡保護回路８１０は、バッテリパック１００のＤＳ端子１６から放電許可信号が出力されている場合に、電力供給を強制的に停止する。

図２に示すように、短絡保護回路８１０は、スイッチＱ５，Ｑ６と、抵抗器Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、を備える。スイッチＱ５は例えばｎｐｎ型バイポーラトランジスタである。スイッチＱ６は例えばｐｎｐ型バイポーラトランジスタである。

ダイオードＤ１，Ｄ２のカソード端子は、充電器側ＤＳ端子８６に接続されている。ダイオードＤ１のアノード端子は、プルアップ抵抗を介して電源５Ｖ及び抵抗器Ｒ３の第１端に接続されている。抵抗器Ｒ３の第２端は、抵抗器Ｒ４の第１端及びスイッチＱ５のベース端子に接続されている。抵抗器Ｒ４の第２端及びスイッチＱ５のエミッタ端子はグランドに接続されている。

ダイオードＤ２のアノード端子は、スイッチＱ６のコレクタ端子に接続されている。スイッチＱ６のエミッタ端子は、電源１２Ｖと抵抗器Ｒ６の第１端に接続されている。抵抗器Ｒ６の第２端は、スイッチＱ６のベース端子及び抵抗器Ｒ５の第１端に接続されている。抵抗器Ｒ５の第２端は、スイッチＱ５のコレクタ端子に接続されている。

充電器側ＤＳ端子８６の電位がＨｉＺの場合、電源５ＶからスイッチＱ５のベース端子へ電流が流れ、スイッチＱ５がオンになる。スイッチＱ５がオンになると、スイッチＱ６のベース端子からスイッチＱ５へ電流が流れ、スイッチＱ６がオンになる。これにより、充電器側ＤＳ端子８６からバッテリパック１００へ１２Ｖの補助電源を供給可能になる。

一方、充電器側ＤＳ端子の電位がＬの場合、スイッチＱ５のベース端子の電位が略０になり、ベース端子に電流が流れない。そのため、スイッチＱ５はオフになる。スイッチＱ５がオフの場合、スイッチＱ６のベース端子からスイッチＱ５へ電流が流れないため、スイッチＱ６もオフになる。そのため、充電器側ＤＳ端子８６からバッテリパック１００へ補助電源の供給が停止される。

電流制限回路８１２は、充電器側ＤＴ端子８４を介して入力された信号の電流を制限する。
充電器側ＣＳ端子８３は、バッテリパック１００のＣＳ端子１３から充電許可信号又は充電禁止信号が入力される。充電器側ＣＳ端子８３に入力された充電許可信号又は充電禁止信号は、制御回路８５０に入力される。制御回路８５０は、充電禁止信号を取得した場合に、フォトカプラ８６９を介して、メインコンバータ８７１へ充電禁止信号を出力する。メインコンバータ８７１は充電禁止信号を受信すると動作を停止する。これにより、充電器８００からバッテリパック１００への充電電流の放出が停止される。

また、充電器側ＣＳ端子８３に入力された充電禁止信号は、制御回路８５０を経由せずに、直接フォトカプラ８６９に入力され、メインコンバータ８７１へ出力される。すなわち、充電器側ＣＳ端子８３に放電禁止信号が入力された場合、制御回路８５０を経由する経路と、制御回路８５０を経由しない経路の２つの経路で、メインコンバータ８７１へ充電禁止信号が入力される。制御回路８５０を経由しない経路は、非常的な充電停止経路として設けられている。

また、制御回路８５０は、ＲＴ端子８５を介して、バッテリパック１００のＭＰＵ６２０とシリアル通信を行い、バッテリパック１００の状態に関するバッテリ情報を取得する。そして、制御回路８５０は、取得したバッテリ情報に基づいて、バッテリパック１００の充電を停止すべか否か判定し、充電を停止すべきと判定した場合には、フォトカプラ８６９を介して、メインコンバータ８７１へ充電禁止信号を出力する。通常、制御回路８５０は、バッテリパック１００から充電禁止信号を受信する前に、取得したバッテリ情報に基づいて充電禁止信号を出力する。

シャント抵抗８１３は、制御回路８５０がバッテリパック１００へ流れる充電電流の電流値を取得するために設けられている。制御回路８５０は、取得した電流値と、メインコンバータを制御するために生成したＰＷＭ信号とを比較して、第１フィードバック制御量を算出する。そして、制御回路８５０は、算出した第１フィードバック制御量を、フォトカプラ８７０を介して、メインコンバータ８７１へ出力する。

また、制御回路８５０は、生成したＰＷＭ信号を、フォトカプラ８７０を介して、メインコンバータ８７１へ出力する。さらに、制御回路８５０は、平滑回路８６５により平滑化された直流電力と生成したＰＷＭ信号とを比較して、第２フィードバック制御量を算出する。そして、制御回路８５０は、算出した第２フィードバック制御量を、フォトカプラ８７０を介して、メインコンバータ８７１へ出力する。これにより、メインコンバータ８７１は、フィードバック制御される。

さらに、充電回路の２次側には、プリ充電回路８６１、ＢＥＰ８６２、放電経路遮断部８３３，８３４、過電圧保護回路８３２、ＡＤセルフチェック回路８３１、及び高温部品検出部８３０が設けられている。

プリ充電回路８６１は、正極側ラインに接続されている。制御回路８５０は、充電処理を実行する前に、プリ充電回路８６１を用いて、放電経路等の断線やバッテリパック１００のバッテリ電圧をチェックする。
放電経路遮断部８３３，８３４は、それぞれ、正極側ラインに設けられたＦＥＴスイッチを含み、制御回路８５０からの指令に応じて、ＦＥＴスイッチをオン又はオフする。すなわち、放電経路遮断部８３３，８３４は、制御回路８５０からの指令に応じて、正極側ラインを接続又は遮断する。

ＢＥＰ８６２は、ＦＥＴスイッチなどを含み、正極側ラインを電流が逆流することを防止する。すなわち、ＢＥＰ８６２は、平滑回路８６５から充電器側正極端子８２０へ向かって流れるべき電流が、充電器側正極端子８２０（すなわちバッテリパック）から平滑回路８６５へ向かって流れることを防止する。また、平滑回路８６５等の短絡故障時に充電器側正極端子８２０（すなわちバッテリパック）から短絡電流が流れることを防止する。

過電圧保護回路８３２は、バッテリパック１００のバッテリ電圧を検出し、バッテリ電圧が閾値よりも高い場合に、フォトカプラ８６９を介して充電禁止信号をメインコンバータ８７１へ出力する。すなわち、閾値よりも高いバッテリ電圧が検出された場合には、制御回路８５０を経由せずに、メインコンバータ８７１へ充電禁止信号が入力される。

ＡＤセルフチェック回路８３１は、制御回路８５０に含まれるＡＤ変換回路が故障しているか否か自己診断する回路である。
高温部品検出部８３０は、バッテリパック１００の温度を検出し、検出した温度を制御回路８５０へ入力する。

＜５．効果＞
以上説明した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）電動工具７００のトリガスイッチのオフが検出されているにもかかわらず、所定値以上の放電電流が検出された場合には、電動工具７００によるトリガスイッチ信号の出力から検出回路３１０によるトリガスイッチの状態検出までの経路で故障が発生している可能性がある。この場合、バッテリパック１００から電動工具７００へ放電許可信号を出力し続けると、ＭＰＵ６２０が放電状態を監視しないままバッテリパック１００は放電を続けて、バッテリパック１００が過放電状態になる可能性がある。そのため、トリガスイッチのオフが検出され且つ所定値以上の放電電流が検出された場合には、ＭＰＵ６２０により生成された生成信号にかかわらず、バッテリパック１００から放電禁止信号が出力される。これにより、バッテリパック１００が過放電状態になることを抑制することができる。

（２）遅延回路５２０を備えることにより、第１スイッチＱ１及び第２スイッチＱ２の状態が瞬時的に変動しても、放電許可信号又は放電禁止信号の出力に対する影響が抑制される。よって、放電許可信号又は放電禁止信号の出力を安定させることができる。

（他の実施形態）
以上、本開示を実施するための形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（ａ）上記実施形態では、第１スイッチＱ１，第２スイッチＱ２，第３スイッチＱ３，第４スイッチＱ４をｎ型ＭＯＳＦＥＴによって構成したが、本開示はこれに限定されるものではない。ＮＡＮＤ回路５１０，５３０の機能を実現できる構成であれば、どのような構成でもよい。

（ｂ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１１…正極端子、１２…負極端子、１３…ＣＳ端子、１４…ＤＴ端子、１５…ＴＲ端子、１６…ＤＳ端子、６０…バッテリ、６３…放電検出回路、６５…サーミスタ、６６…バッテリ電圧検出部、６７…シャント抵抗、６８…サーミスタ、７０…電源回路、７２…スイッチ、７３…レギュレータ、７６…工具側通信端子、８０…ＳＣＰ部、８１…ＳＣＰ回路、８２…ＳＣＰ診断部、８３…充電器側ＣＳ端子、８４…充電器側ＤＴ端子、８５…ＲＴ端子、８６…充電器側ＤＳ端子、８７…ＵＳＢ端子、９０…サブＰＣＢ制御部、１００…バッテリパック、２００…充電制御部、３００…検出部、３１０…検出回路、４００…通信部、５００…放電制御部、５１０，５３０…ＮＡＮＤ回路、５２０…遅延回路、６２０…ＭＰＵ、７００…電動工具、７１０…インターロック回路、８００…充電器、８１０…短絡保護回路、８１１、８１２…電流制限回路、８１３…シャント抵抗、８１６…ＵＳＢコントロールＩＣ、８１７…コンバータ、８２０…充電器側正極端子、８２１，８２２，８２３…ＬＥＤ、８３０…高温部品検出部、８３１…セルフチェック回路、８３２…過電圧保護回路、８３３，８３４…放電経路遮断部、８４０…充電器側負極端子、８４１…ブザー、８４２，８４３…ＤＣファン、８４４…レギュレータ、８４７…フォトカプラ，８６９，８７０、８４８…サブコンバータ、８５０…制御回路、８７１…メインコンバータ。

Claims (2)

1. スイッチを有する電動作業機へ電力を供給するバッテリパックであって、
   前記バッテリパックの状態に応じて、前記バッテリパックの放電を許可する放電許可信号、及び前記バッテリパックの放電を禁止する放電禁止信号のいずれかを生成するように構成された制御部と、
   前記スイッチの操作状態を検出するように構成された操作状態検出部と、
   前記バッテリパック内において放電電流を検出するように構成された放電電流検出部と、
   前記制御部により生成された前記放電許可信号又は前記放電禁止信号を前記電動作業機へ出力するように構成された出力部と、を備え、
   前記出力部は、前記操作状態検出部により前記スイッチのオフが検出され、且つ、前記放電電流検出部により所定値以上の放電電流が検出された場合に、前記制御部により生成された信号が前記放電許可信号及び前記放電禁止信号のいずれであっても、前記放電禁止信号を出力する、
   バッテリパック。
2. 前記スイッチのオフ及び前記所定値以上の放流電流が、所定時間継続して検出されたことに応じて、前記出力部から前記放電禁止信号を出力させるように構成された遅延部を備える、
   請求項１に記載のバッテリパック。

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