JP3783576B2 - 充電機能付き直流電源装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は着脱可能な電池パックを電源とするコードレス工具(以下単に工具という)に着脱可能なアダプタを備えたケーブルを介して直流電圧を供給し、工具未使用時に電池パックを充電する充電機能付き直流電源装置に関するもので、電池パックの満充電を確実に検出できるようにしたものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、工具は電源ケーブルによる作業上の制約が無く、どのような場所においても作業できるというメリットを有しているが、電池パックの容量が低下すると電池パックを充電するか別の充電済み電池パックと交換しなければならないという問題があった。そこで、作業場所と交流電源設置場所が近く作業中の移動が少ない場合には交流を直流に変換する直流電源を用い、作業場所と交流電源設置場所が遠く作業中の移動が多い場合には電池パックを用い、作業状況に合わせて工具の電源として電池パックと直流電源を併用していた。しかし、作業場所に充電器と直流電源を持ち込まなければ効率のよい作業ができないという問題がある。この問題を解決する案として特開2000−184614号に記載の充電機能付き直流電源装置を提案した。この電源装置は、工具の使用を検出し、工具の使用時は充電をしないで直流電力を供給し、工具を使用していない時は電池パックを充電するものである。すなわち工具への電力供給を優先的に行い、電池パックへの充電は工具の未使用時に行うものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開2000−184614号によれば、電池パックの満充電検出は当然のことながら充電時にのみ行われるので、満充電直前に工具が使用されると、電池パックへの充電電流の供給が停止し、その後工具の使用が停止すると、充電電流の供給を再開してから改めて満充電検出するようになり、確実な満充電検出ができないといった問題がある。
【0004】
すなわち、電池電圧検出または電池温度に基づいて満充電検出を行う場合、工具の使用に対応して充電が停止・再開するので、電池電圧または電池温度の変化量を検出演算するサンプリング幅の間は満充電検出の動作ができないためである。
【0005】
更に、充電中に工具の使用、使用停止が短い時間間隔で頻繁に繰り返された場合、充電回路はその都度開閉されるようになる。この開閉をリレー接点で行う場合、工具の使用・使用停止に対応させて充電・充電停止を行うと、リレー接点の開閉回数が増えリレーの寿命ひいては電源装置の寿命が短くなるという問題がある。
【0006】
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、確実な満充電検出及び長寿命化が可能な充電機能付き直流電源装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記した目的は、電池温度検出手段の検出出力を電池パックの充電時以外にも監視して満充電を判別するようにすることにより達成される。
【0008】
また工具の使用・未使用を検出判別し、連続未使用時間が所定時間以内なら充電を再開しないようにすることにより達成される。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施形態を示した図面を参照して説明する。図1は本発明充電機能付き直流電源装置の一実施形態を示す斜視図である。
【0010】
1はACコード組、2は充電機能付き直流電源装置本体(以下単に電源装置本体という)、3はアダプタ組であり一端に電動工具4に接続するアダプタプラグ、他端に電源装置本体2に接続する出力ケーブルとを有する。アダプタプラグは、上部が電池パック5の挿入部と同じ形状をしており、電池パック5と同様に電動工具4に着脱可能となっている。
【0011】
図2は充電機能付き直流電源装置の一実施形態を示すブロック図である。ACコード組1はAC100Vの商用交流電源に接続される。アダプタ組3は複数の電動工具4に対し、各々の定格電圧に対応する電圧を出力させるための出力電圧設定手段3aを備えている。電動工具4はDCモータ4a及び直列に接続された電源スイッチ4bを内蔵し、電源スイッチ4bがオンされた時、アダプタ組3を介して、電源装置本体2から電源が供給される。電動工具4に装着可能な電池パック5は、充電可能な蓄電池5a及び蓄電池5aの近傍または接触されて取り付けられる温度素子5b(例えばサーミスタ等)から構成される。
【0012】
10は種々の駆動電圧の電動工具4に対応する所定の駆動電圧及び電池電圧が異なる種々の電池パック5を充電可能な如く所定の充電電流を出力可能なスイッチング電源で、第一整流平滑回路11、高周波トランス12、第二整流平滑回路13、スイッチング素子14、スイッチング制御回路15から構成され、スイッチング制御回路15はスイッチング素子14の駆動パルス幅を変えて第二整流平滑回路13の出力電圧及び出力電流を調整する。
【0013】
電源出力制御手段20は、電源スイッチ4bのオン時に電動工具4の駆動電圧を制御し、電源スイッチ4bのオフ時で電池パック5が充電可能な場合に充電電流を制御する電圧・電流制御回路21、駆動電圧及び充電電流の値を設定する電圧・電流設定回路22から構成される。電動工具4が駆動している時は、電圧検出回路42の信号に基づきスイッチング制御回路15に帰還をかけスイッチング素子14のスイッチングデューティを制御し、同時に出力電流検出回路41からの信号に基づきアダプタ組3のケーブルにおける電圧降下分を補正する機能を有する。また電源スイッチ4bのオフ時で電池パック5が充電可能な場合は、出力電流検出回路41からの信号に基づきスイッチング制御回路15に帰還をかけ、スイッチング素子14のスイッチングデューティを制御し、電池パック5への充電電流を電池状態検出手段50の出力に基づいて制御する。
【0014】
電源出力切り換え手段30は、電源スイッチ4bのオン時に電源出力を電動工具4に供給可能にする電源出力スイッチ回路31、電動工具4の未使用時に電池パック5への充電を可能にする充電出力スイッチ回路32から構成される。充電出力スイッチ回路32は、例えば上記した如くまた特願2001−111023で提案した如く、リレー回路から構成される。
【0015】
電源出力検出手段40は、電源スイッチ4bのオン時に電動工具4に供給される電流または電源スイッチ4bのオフ時に電池パック5に供給される充電電流を検出する出力電流検出回路41、第二整流平滑回路13の出力電圧を検出する電圧検出回路42、電源スイッチ4bがオンされたことを検出し、その瞬間に充電不許可信号及び電動工具4への電源供給を許可する信号を出力するトリガ検出回路43、アダプタ組3の出力電圧設定手段3aの設定電圧を検出する出力電圧設定検出回路44等から構成される。
【0016】
電池状態検出手段50は、蓄電池5aの電池電圧を検出する電池電圧検出回路51、電池パック5内の温度素子5bの特性に応じて電池温度を検出する電池温度検出回路52から構成される。
【0017】
本発明制御手段を構成するマイコン60は、電源出力検出手段40の出力及び電池状態検出手段50の出力に基づいて、電動工具4の駆動電圧の設定、電動工具4未使用時における電池パック5の充電電流の設定を行うと共に、電動工具4の未使用すなわち電源スイッチ4bのオフ及び電池状態検出手段50の出力に基づき充電可能か否かを判別し、電池パック5が充電可能な時はトリガ検出回路43を介して充電出力スイッチ回路32に充電許可信号を出力する等の機能を有する。
【0018】
例えばLED等から構成される表示回路70は、マイコン60の出力に基づいて、電動工具4が使用中、電動工具4が使用可能か否かの表示、または電池パック5が充電中であること等を表示する。補助電源回路80は、マイコン60等の電源及び電源出力制御手段20、電源出力検出手段40及び電池状態検出手段50等の基準電圧Vccを供給する。
【0019】
次に図2のブロック図、図3のフローチャートを参照して本発明充電機能付き電源装置の動作を説明する。ACコード組1をAC100Vの商用交流電源に接続すると、補助電源回路80が起動し、マイコン60及び電源出力制御手段20等に基準電圧Vccを供給する。そしてマイコン60は記憶手段であるRAM内の充電完了フラグ、充電中フラグ及び電池パック5が電源装置本体2の電池パック挿入口に挿入されたことを示す電池パックフラグ及び負荷電流零カウンタをリセットすると共に電源出力切り換え手段30の充電出力スイッチ回路32をオフさせる信号を出力してイニシャルセットを行う(ステップ301)。続いて、マイコン60はスイッチング電源10のスイッチング制御回路15にスイッチング電源10が起動する信号を出力し(ステップ302)、電動工具4の電源スイッチ4bがオンした時は、電源出力検出手段40のトリガ検出回路43が電源出力切り換え手段30における電源出力スイッチ回路31をオンさせ、電動工具4の定格電圧に対応する所定の駆動電圧を供給する。
【0020】
次いでマイコン60は、電池状態検出手段50の電池電圧検出回路51及び電池温度検出回路52の出力に基づいて、電池パック5が電源装置本体2に挿入されているか否かを判別し(ステップ303)、電池パック5が挿入されていると判別した時は電池パックフラグをセットし(ステップ305)、挿入されていない時は、RAM内の充電完了フラグ、充電中フラグ、電池パックフラグ及び負荷電流零カウンタをリセットする(ステップ304)。続いて、電源スイッチ4bがオフされたかを判別するため、出力電流検出回路41の出力に基づいて、負荷電流が零か否かを判別する(ステップ306)。
【0021】
負荷電流が零の場合、電池パック5が電源装置本体2に挿入されているか否かを判別し(ステップ307)、電池パック5が電源装置本体2に挿入されてない場合は、再度ステップ303に戻る。電池パック5が挿入されている時は、電池パック5が充電完了しているか否かを判別し(ステップ308)、充電完了の時はステップ303に戻る。電池パック5が充電完了状態でない場合は、電池パック5が充電中であるか否かを判別し(ステップ309)、充電中でない場合は、電池パック5が充電すべきでない電池高温であるか否かの判別を、電池温度検出回路52の出力に基づいて行い(ステップ310)、電池パック5が高温の時は、再度ステップ303に戻る。ステップ310において電池パック5が高温でない時は、引き続きトリガ検出回路43の出力に基づいて、常に電源スイッチ4bがオンされたか否かを監視し(ステップ311)、ステップ311において電源スイッチ4bがオンされていない場合は所定の充電電流に制御すべく、電圧・電流設定回路22に信号を出力し(ステップ312)、次いで、トリガ検出回路43及び充電出力スイッチ回路32に充電許可信号を出力し(ステップ313)、トリガ検出回路43を介して電源出力スイッチ回路31をオフさせると同時に、充電出力スイッチ回路32をオンさせて充電を開始し、充電中フラグをセットし(ステップ320)、ステップ303に戻る。
【0022】
ステップ306において負荷電流が零でない場合は、負荷電流零カウンタをクリアし(ステップ315)、引き続きトリガ検出回路43の出力に基づいて、電源スイッチ4bがオンされたか否かを監視し(ステップ316)、ステップ316において電源スイッチ4bがオンされている場合は、引き続き電池パック5の充電中に電源スイッチ4bがオンされたか否かを判別し(ステップ317)、充電中フラグがある場合は、ステップ311にジャンプする。充電中フラグがない場合はステップ307に戻る。
【0023】
ステップ316において、電源スイッチ4bがオンされてない場合は、引き続き電池パック5が充電完了しているか否かを判別し(ステップ318)充電完了のときはステップ303に戻る。電池パック5が充電完了状態でない場合は、次いで電池パック5の電池電圧検出による満充電判別を行う(ステップ319)。満充電判別は電池電圧を電池電圧検出回路51を介してマイコン60に入力することにより行われる。電池電圧検出による満充電判別としては、周知の如く、ピーク検出、−ΔV検出等がある。電池パック5が満充電の場合は充電中フラグをリセットし(ステップ328)、充電完了フラグをセットし(ステップ329)、充電出力スイッチ回路32をオフして(ステップ330)再びステップ303に戻る。
【0024】
ステップ319において、満充電でない場合は、電池パック5が充電すべきでない電池高温であるか否かの判別を、電池温度検出回路52の出力に基づいて行い(ステップ320)、電池パック5が高温の時は、前述と同様に再度ステップ328以降の処理を行う。電池パック5が高温でない場合は、引き続き電池パック5に内蔵されている温度素子5bの特性から電池温度検出回路52の出力に基づいて所定サンプリング幅の電池温度勾配を演算し、その温度勾配が所定値K以上の場合は満充電と判別する周知のdT/dt検出による満充電判別を行う(ステップ321)。ステップ321において電池パック5の温度勾配が所定値K以下の場合は、ステップ303に戻る。所定値K以上の温度勾配を検出した場合は、電池パック5は満充電と判別し、前述と同様に再度ステップ328以降の処理を行う。
【0025】
ステップ309において、電池パック5が充電中の場合、すなわちここでは、充電中に電源スイッチ4bが一度オンされ、その後電源スイッチ4bがオフされたとき、負荷電流零カウンタをスタートし(ステップ322)、次いで負荷電流零の状態が連続してすなわち工具4の連続未使用時間が所定時間経過したか否かを判別、すなわち連続で電源スイッチ4bがオフされているか否かを判別し(ステップ323)、所定時間経過した時は、電池パック5の充電を再開すべく、ステップ311にスキップする。なおこの所定時間は、例えば満充電判別のための電池電圧や電池温度のサンプリング時間または工具4の実際の使用形態を考慮して設定するのが望ましく、一例を挙げれば1分である。
【0026】
ステップ323において、負荷電流零の状態が連続で所定時間経過していない場合は、引き続きトリガ検出回路43及び充電出力スイッチ回路32に充電不許可信号を出力し(ステップ324)、次いで電池パック5が電源装置本体2に挿入されているか否かを判別し(ステップ325)、電池パック5が電源装置本体2に挿入されていない場合はステップ303に戻り、電池パック5が挿入されているときは、充電中に電源スイッチ4bが一度オンされ、充電を行っていない状態でも連続的に満充電判別をすべく、電池パック5が充電すべきでない電池高温であるか否かの判別を、電池温度検出回路52の出力に基づいて行い(ステップ326)、電池パック5が高温の時は、前述と同様に再度ステップ328以降の処理を行う。電池パック5が高温でない場合は、引き続き電池パック5に内蔵されている温度素子5bの特性から電池温度検出回路52の出力に基づいて所定サンプリング幅の電池温度勾配を演算し、その温度勾配が所定値K1(K1≦K)以上の場合は満充電と判別するdT/dt検出による満充電判別を行う(ステップ327)。ステップ327において電池パック5の温度勾配が所定値K1以下の場合は、ステップ303に戻る。所定値K1以上の温度勾配を検出した場合は、電池パック5は満充電と判別し、前述と同様に再度ステップ328以降の処理を行う。
【0027】
ここでdT/dt検出の判別閾値K、K1を充電中と充電停止時とで異なるとしたが、これに限るものではなく、同じ値に設定してもよい。最も重要なことは、dT/dt検出における温度勾配の演算を充電中及び充電停止中に関係なく、連続的に行うことであり、これにより、電池パック5が満充電直前の状態でコードレス工具が動作しても、充電電流の有無に関係なく電池温度検出による満充電判別を行うので、確実な満充電検出が可能となる。
【0028】
これは満充電直前で電池パック5への充電電流の供給が停止しても、例えば電池パック5がニカド電池やニッケル水素電池のように満充電間際から酸素ガスを発生し、その吸収反応で発熱するような電池では、充電停止後でも少なからず温度上昇するためであり、それゆえ、連続的な温度検出による満充電判別は有効である。
【0029】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、満充電を正確かつ確実に検出することが可能になると共に長寿命化が可能な充電機能付き直流電源装置を提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明充電機能付き直流電源装置の一実施形態を示す斜視図。
【図2】本発明充電機能付き直流電源装置の一実施形態を示すブロック図。
【図3】本発明充電機能付き直流電源装置の動作説明用フローチャート。
【符号の説明】
2は電源装置本体、3はアダプタ組、4は電動工具、5は電池パック、10はスイッチング電源、20は電源出力制御手段、30は電源出力切り換え手段、40は電源出力検出手段、43はトリガ検出回路、50は電池状態検出回路、52は電池温度検出手段、60はマイコンである。
Claims (3)
- 着脱可能な電池パックを電源とするコードレス工具に着脱可能なアダプタを備えたケーブルを介して直流電圧を供給し、コードレス工具未使用時に電池パックを充電する充電機能付き直流電源装置であって、
電池パックの温度を検出する電池温度検出手段と、電池温度検出手段の検出出力を受け、検出出力が所定の値になった時電池パックが満充電になったと判別するマイコンとを備え、マイコンは電池パックの充電時以外にも電池温度検出手段の検出出力を受けて電池パックの充電時以外にも満充電を判別するようにしたことを特徴とする充電機能付き直流電源装置。 - 着脱可能な電池パックを電源とするコードレス工具に着脱可能なアダプタを備えたケーブルを介して直流電圧を供給し、コードレス工具未使用時に電池パックを充電する充電機能付き直流電源装置であって、
コードレス工具の連続未使用時間を演算し、連続未使用時間が所定時間経過後に充電を再開する信号を出力するマイコンを設けたことを特徴とする充電機能付き直流電源装置。 - 前記コードレス工具に流れる負荷電流を検出する負荷電流検出手段を設け、負荷電流検出手段が負荷電流を検出していない時コードレス工具が未使用と判別することを特徴とした請求項2記載の充電機能付き直流電源装置。
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