JP5313616B2 - Battery pack for electric tools and electric tools - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、繰り返し充電可能な二次電池からなる電動工具用バッテリパックと、この電動工具用バッテリパックを装着し、この電動工具用バッテリパックからの電力供給を受けて動作する電動工具に関する。 The present invention relates to an electric power tool battery pack composed of a rechargeable secondary battery and an electric power tool that is mounted with the electric power tool battery pack and operates by receiving electric power supplied from the electric power tool battery pack.
リチウムイオン二次電池からなるバッテリを用いた電動工具用バッテリパック(以下単に「バッテリパック」ともいう)では、バッテリへの充電中、又はバッテリから電力供給対象である電動工具への放電中にバッテリの状態を常時監視する必要があるため、通常、バッテリを電源として動作する監視回路が設けられている。監視回路による監視項目としては、例えば、バッテリを構成する各電池セルの電圧、各電池セルの温度(或いはバッテリ全体の温度)、バッテリからの充放電電流などがある。各電池セルの電圧の総和に基づくバッテリ全体の電圧も監視項目の1つである。 In a battery pack for an electric tool using a battery made of a lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as “battery pack”), the battery is being charged while the battery is being charged or discharged from the battery to the electric tool to which power is supplied. Therefore, a monitoring circuit that operates with a battery as a power source is usually provided. Examples of monitoring items by the monitoring circuit include the voltage of each battery cell constituting the battery, the temperature of each battery cell (or the temperature of the entire battery), and the charge / discharge current from the battery. The voltage of the entire battery based on the sum of the voltages of the battery cells is one of the monitoring items.
このようにバッテリパックに常時動作する監視回路が設けられていると、監視回路によって微量ながらも常時バッテリの電力が消費されることになる。そのため、電動工具への電力供給が行われなくてもバッテリの残容量は徐々に減少していき、比較的短期間でバッテリ容量が空になってしまう。 Thus, when the battery pack is provided with a monitoring circuit that always operates, the monitoring circuit always consumes a small amount of battery power although the trace amount is small. For this reason, the remaining capacity of the battery gradually decreases without supplying power to the power tool, and the battery capacity becomes empty in a relatively short period of time.
一方、監視回路の目的を考えると、バッテリが充電中、或いは電動工具への放電中のいずれの状態でもない不使用時は、通常、バッテリは安定した状態にあり、そのような状態のときは必ずしも監視をする必要性はない。そこで従来より、バッテリ不使用時にはバッテリパックをスリープモードに切り替えて監視回路の動作を停止させるようにする技術が知られている。 On the other hand, considering the purpose of the monitoring circuit, the battery is normally in a stable state when the battery is not being charged or discharged to the power tool. There is no need to monitor. Therefore, conventionally, a technique is known in which the battery pack is switched to the sleep mode to stop the operation of the monitoring circuit when the battery is not used.
スリープモードへ切り替えるタイミングは種々提案されており、例えば特許文献1には、負荷が蓄電池から遮断されたとき、その直後に又は時間的にずらして、蓄電池内の回路への給電エネルギーの供給を中止することが開示されている。また例えば、特許文献2には、電動工具のトリガスイッチの操作が解除されてから所定時間経過後に、バッテリパック内の制御部への電力供給を停止させることが開示されている。
ところで、電動工具の使用時など、バッテリからの放電が行われている放電中は、その放電電流とバッテリ内の内部抵抗によって、バッテリの電圧は低下し、またバッテリの温度は上昇する。そして、放電が終了すれば、バッテリ電圧は上昇して元の開放電圧値まで回復し、またバッテリ温度も低下して周囲温度近傍にまで回復して、バッテリは安定した状態となる。 By the way, during the discharge in which the battery is discharged, such as when the electric tool is used, the battery voltage decreases and the battery temperature increases due to the discharge current and the internal resistance in the battery. When the discharge is completed, the battery voltage rises and recovers to the original open-circuit voltage value, and the battery temperature also decreases and recovers to the vicinity of the ambient temperature, so that the battery becomes stable.
しかし、バッテリの特性上、放電中に低下したバッテリ電圧や上昇したバッテリ温度は、放電終了後に直ちに回復するのではなく、回復するまでにはある程度の時間を要する。つまり、放電終了直後の状態から徐々に回復していくのであり、逆に言えば、この徐々に回復している期間中はバッテリが化学的に安定した状態とはいえない。そして、この安定していない状態のとき、バッテリでは、何らかの原因で異常が発生する場合がある。 However, due to the characteristics of the battery, the battery voltage that has dropped during discharge and the battery temperature that has risen do not recover immediately after the end of discharging, but require some time to recover. In other words, the battery gradually recovers from the state immediately after the end of discharge, and conversely, the battery cannot be said to be in a chemically stable state during the gradually recovering period. In this unstable state, the battery may be abnormal for some reason.
放電終了直後の安定していない状態で発生するバッテリの異常として、例えば、バッテリを構成する電池セルの軽ショートが挙げられる。この軽ショートとは、セル内部の電極間が何らかの原因で短絡してしまう現象である。 As an abnormality of the battery that occurs in an unstable state immediately after the end of discharge, for example, a light short circuit of a battery cell constituting the battery can be cited. This light short is a phenomenon in which the electrodes inside the cell are short-circuited for some reason.
この軽ショートは、セル内部で電極間が短絡してもその短絡電流によって短絡箇所がすぐに溶断する(即ち瞬間的に生じるショートである)。そのため、軽ショートを起こしたバッテリは見かけ上は一応正常である。しかし、瞬間的に生じるショートとはいえ、セル内部で異常が生じたことには変わりないため、軽ショート発生時にはその発生を検出して、以後そのバッテリを使用不可とするなどの対処が必要である。 In this light short-circuit, even if the electrodes are short-circuited inside the cell, the short-circuit portion is immediately melted by the short-circuit current (that is, a short-circuit that occurs instantaneously). For this reason, a battery that has caused a light short circuit is apparently normal. However, even though it is a short-circuit that occurs instantaneously, it does not change that an abnormality has occurred inside the cell, so it is necessary to take measures such as detecting the occurrence of a light short-circuit and then disabling the battery. is there.
しかしながら、バッテリの消費電力を低減するために、放電終了直後にバッテリパックをスリープモードへ切り替えて監視回路の動作を停止させてしまうと、上述したように放電終了直後は軽ショート等の異常が発生する可能性の高い安定していない状態が暫く続くにもかかわらず監視回路が動作しないことから、当然ながら上述した軽ショート等の異常を検出することはできない。 However, if the battery pack is switched to the sleep mode immediately after the end of discharging to stop the operation of the monitoring circuit in order to reduce the power consumption of the battery, an abnormality such as a light short circuit occurs immediately after the end of discharging as described above. Since the monitoring circuit does not operate in spite of the unstable state that is likely to occur for a while, it is naturally impossible to detect the abnormality such as the light short circuit described above.
一方、放電終了直後にすぐにスリープモードに切り替えるのではなく、上記特許文献に記載のように、放電終了後から所定時間経過したときにスリープモードに切り替えるようにすれば、バッテリが安定するまで監視回路を動作させることは一応可能となる。 On the other hand, instead of switching to sleep mode immediately after the end of discharge, as described in the above-mentioned patent document, if the switch is made to sleep mode when a predetermined time has elapsed after the end of discharge, monitoring is performed until the battery becomes stable. It is possible to operate the circuit once.
しかし、放電終了直後からバッテリが安定するまでに要する時間は、放電中の電流や温度、セルの劣化具合などによって大きく左右されるため、この時間を正確に求めることは極めて困難である。そのため、例えばバッテリが安定するまでに最も時間がかかるケースを想定して、そのようなケースが生じてもバッテリが安定するまでは確実に監視回路が動作するよう、比較的余裕をもった長い時間を設定せざるを得なくなる。 However, since the time required for the battery to be stabilized immediately after the end of discharge greatly depends on the current and temperature during discharge, the degree of deterioration of the cells, and the like, it is extremely difficult to accurately obtain this time. For this reason, for example, assuming the case where it takes the longest time for the battery to stabilize, even if such a case occurs, it takes a relatively long time to ensure that the monitoring circuit operates until the battery becomes stable Must be set.
しかしこのように放電終了直後からスリープモードに切り替わるまでの時間が予め長い時間に設定されていると、当然ながら、その設定された時間が経過する前にバッテリが安定状態になることも十分に想定される(むしろその場合が多い)。そのため、バッテリの消費電力を効果的に低減することは困難である。 However, if the time from immediately after the end of discharge to the switch to the sleep mode is set to a long time in advance, it is naturally assumed that the battery is in a stable state before the set time elapses. (Rather often). For this reason, it is difficult to effectively reduce the power consumption of the battery.
この問題は、リチウムイオン二次電池を用いたバッテリパックに限らず、バッテリの状態を監視する監視回路を備えた種々のバッテリパックにおいても同様に生じ得る問題である。 This problem is not limited to battery packs that use lithium ion secondary batteries, but may also occur in various battery packs that include a monitoring circuit that monitors the state of the battery.
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、電動工具への放電終了直後からバッテリが安定するまでの間に確実にバッテリの状態を監視しつつバッテリの消費電力を効果的に低減することが可能な電動工具用バッテリパック、及びこのバッテリパックにより動作する電動工具を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and can effectively reduce the power consumption of the battery while reliably monitoring the state of the battery immediately after the discharge to the power tool is completed and until the battery is stabilized. It is an object of the present invention to provide a battery pack for a power tool that can be used, and a power tool that operates using the battery pack.
上記課題を解決するためになされた本発明の電動工具用バッテリパックは、少なくとも1つの電池セルを有するバッテリと、このバッテリから電力供給を受けて動作し、少なくとも、バッテリからの放電電流を検出する放電電流検出手段、電池セルの電圧を検出するセル電圧検出手段、及びバッテリの温度を検出する温度検出手段を有し、該各検出手段による検出結果に基づいてバッテリの状態を監視する監視回路と、この監視回路により放電電流が予め決められた規定電流値以下である放電終了状態となったことが検出された場合であって、更に監視回路により、電池セルの電圧の変化量が予め決められた電圧変化量安定範囲内にある電圧安定状態、又はバッテリの温度の変化量が予め決められた温度変化量安定範囲内にある温度安定状態の少なくともいずれか一方であることが検出されたときに、少なくとも監視回路の動作の一部又は全てを停止させることにより当該電動工具用バッテリパックをスリープモードに切り替えるスリープモード切替手段と、を備えたことを特徴とするものである。 The battery pack for an electric tool of the present invention made to solve the above-described problem operates with a battery having at least one battery cell and power supplied from the battery, and detects at least a discharge current from the battery. A monitoring circuit that has a discharge current detection unit, a cell voltage detection unit that detects a voltage of the battery cell, and a temperature detection unit that detects a temperature of the battery, and monitors a state of the battery based on a detection result by each detection unit; The monitoring circuit detects that the discharge current has reached a discharge end state that is equal to or less than a predetermined current value. The monitoring circuit further determines the amount of change in the voltage of the battery cell. Voltage stable state within the stable voltage change amount range, or stable temperature state where the battery temperature change amount is within the predetermined temperature change stable range Sleep mode switching means for switching the battery pack for the electric tool to the sleep mode by stopping at least a part or all of the operation of the monitoring circuit when it is detected that at least one of them is detected. It is characterized by.
このように構成されたバッテリバックでは、例えば電動工具などの電力供給対象に対するバッテリからの電力供給(即ちバッテリからの放電)が終了して放電終了状態となったとき、すぐにスリープ状態に切り替わるのではなく、バッテリが所定の安定状態(電圧安定状態又は温度安定状態の少なくとも一方)となったことが検出されたときに、スリープ状態に切り替わる。 In the battery back configured in this way, for example, when the power supply from the battery to the power supply target such as a power tool (that is, discharge from the battery) is finished and the discharge is finished, the sleep state is immediately switched to. Instead, when it is detected that the battery is in a predetermined stable state (at least one of the voltage stable state and the temperature stable state), the battery is switched to the sleep state.
そのため、放電終了後、少なくともバッテリが安定するまでの間は、監視回路による監視が継続され、上述したセルの軽ショートなどの異常が生じた場合にこれを確実に検出することができる。一方、バッテリが安定した状態になると、スリープモード切替手段によりスリープモードに切り替わり、監視回路はその動作の一部又は全てを停止する。 Therefore, after the discharge is completed, the monitoring by the monitoring circuit is continued at least until the battery is stabilized, and this can be reliably detected when an abnormality such as a light short circuit of the cell described above occurs. On the other hand, when the battery becomes stable, the sleep mode switching means switches to the sleep mode, and the monitoring circuit stops part or all of the operation.
従って、本発明の電動工具用バッテリパックによれば、電動工具への放電の終了後からバッテリが安定するまでの間に確実にバッテリの状態を監視しつつ、バッテリの消費電力を効果的に低減することができる。 Therefore, according to the battery pack for an electric tool of the present invention, the power consumption of the battery is effectively reduced while reliably monitoring the state of the battery after the discharge to the electric tool is completed and until the battery is stabilized. can do.
ここで、監視回路は、バッテリが有する全ての電池セルについて、その電圧の変化量が電圧変化量安定範囲内にある場合に、電圧安定状態であることを検出するものであるとよい。このように構成された電動工具用バッテリパックによれば、バッテリの異常をより確実に検出することができる。 Here, the monitoring circuit may detect the voltage stable state when the voltage change amount is within the voltage change amount stable range for all the battery cells included in the battery. According to the power tool battery pack configured as described above, it is possible to more reliably detect battery abnormality.
また、スリープモード切替手段は、監視回路により放電終了状態が検出された場合に、更に監視回路により、電圧安定状態及び温度安定状態が共に検出されたときに、スリープモードへの切り替えを行うものであるとよい。 The sleep mode switching means switches to the sleep mode when the discharge end state is detected by the monitoring circuit and when both the voltage stable state and the temperature stable state are further detected by the monitoring circuit. There should be.
このようにすれば、放電終了後、電池セルの電圧とバッテリの温度の双方が安定したとき、即ちバッテリが確実に安定した状態となったときに、スリープモードへの切り替えが行われるため、放電終了後のバッテリの監視を必要十分に行うことができる。 In this way, after the end of the discharge, when both the voltage of the battery cell and the temperature of the battery are stabilized, that is, when the battery is reliably stabilized, the switching to the sleep mode is performed. Monitoring of the battery after completion can be performed sufficiently.
また、スリープモード切替手段は、監視回路により放電終了状態が検出された場合であって、更に監視回路により、電圧安定状態及び温度安定状態が共に検出され且つバッテリの温度が予め決められた温度閾値より低いことが検出されたときに、スリープモードへの切り替えを行うようにするとよい。 The sleep mode switching means is a case in which the discharge end state is detected by the monitoring circuit, and further the voltage threshold value and the temperature stable state are both detected by the monitoring circuit and the battery temperature is predetermined. It is preferable to switch to the sleep mode when lower is detected.
即ち、バッテリの温度の変化量が温度変化量安定範囲内にあっても、温度そのものがまだ高温であると、バッテリに何らかの異常が生じる可能性がある。そのため、温度については変化量だけでなく値そのものについても安定した状態にあるかどうか、即ち温度閾値より低いかどうかを検出し、温度閾値よりも低い場合にスリープモードに切り替えるようにすれば、放電終了後のバッテリの監視をより高精度に行うことができる。 That is, even if the change amount of the battery temperature is within the temperature change amount stable range, if the temperature itself is still high, some abnormality may occur in the battery. Therefore, it is possible to detect whether the temperature is stable not only for the amount of change but also for the value itself, that is, whether it is lower than the temperature threshold, and if it is lower than the temperature threshold, switching to the sleep mode will result in discharge. Monitoring of the battery after completion can be performed with higher accuracy.
一方、監視回路は、電池セルの電圧の変化量が電圧変化量安定範囲を外れたこと、又はバッテリの温度の変化量が温度変化量安定範囲を外れたこと、の少なくとも一方を検出したときは、バッテリが異常状態であると判断するようにするとよい。 On the other hand, when the monitoring circuit detects at least one of the change in the voltage of the battery cell outside the voltage change amount stable range or the change in the battery temperature outside the temperature change stable range. It may be determined that the battery is in an abnormal state.
なお、異常状態であると判断した場合の対応については種々考えられ、例えば、単にその異常状態が生じた旨を記録したり、外部に報知するようにしたりしてもよいし、或いは、バッテリバック自体を以後使用できないように設定するようにしてもよい。 It should be noted that various actions can be taken when it is determined that an abnormal state has occurred. For example, the fact that the abnormal state has occurred may be recorded, an external notification may be made, or a battery back You may make it set so that itself cannot be used hereafter.
また、スリープモード切替手段によりスリープモードへの切り替えが行われた後、当該電動工具用バッテリパックにおいて予め決められたモード復帰条件が成立した場合は、モード復帰手段が当該電動工具用バッテリパックをスリープモードから通常の動作状態に復帰させるようにするとよい。 In addition, when a predetermined mode return condition is satisfied in the power tool battery pack after the sleep mode switching means is switched to the sleep mode, the mode return means sleeps the power tool battery pack. It is preferable to restore the normal operation state from the mode.
この場合、モード復帰条件としては種々考えられるが、例えば、モード復帰手段は、バッテリからの放電が開始されたことを検出する放電開始検出手段を有し、この放電開始検出手段により放電の開始が検出されたときにモード復帰条件が成立したものと判断するようにしてもよい。このようにすれば、スリープモードに切り替わった後、再び放電が開始されたときに、監視回路による監視動作も確実に再開させることができる。 In this case, various mode return conditions are conceivable. For example, the mode return means has a discharge start detection means for detecting the start of discharge from the battery, and the discharge start detection means starts discharge. When it is detected, it may be determined that the mode return condition is satisfied. In this way, when the discharge is started again after switching to the sleep mode, the monitoring operation by the monitoring circuit can be reliably restarted.
そして、このように放電開始検出手段を有する電動工具用バッテリパックは、より具体的には、次のように構成することができる。即ち、放電電流検出手段は、放電電流の大きさに対応した電気信号を取得する信号取得手段と、該信号取得手段により取得された電気信号を予め決められた第1のゲインにて増幅する信号増幅手段とを有すると共に、スリープモード切替手段によるスリープモードへの切り替えが行われた後も動作を継続するよう構成されている。放電開始検出手段は、信号増幅手段による増幅後の電気信号に基づいて放電が開始されたことの検出を行うよう構成されている。そして更に、監視回路が放電終了状態を検出したときに信号増幅手段のゲインを第1のゲインよりも大きい第2のゲインに切り替えるゲイン切替手段を備えている。 And the battery pack for electric tools which has a discharge start detection means in this way can be comprised as follows more specifically. That is, the discharge current detection means includes a signal acquisition means for acquiring an electrical signal corresponding to the magnitude of the discharge current, and a signal for amplifying the electrical signal acquired by the signal acquisition means with a predetermined first gain. And amplifying means, and the operation is continued even after switching to the sleep mode by the sleep mode switching means. The discharge start detecting means is configured to detect that the discharge has started based on the electric signal amplified by the signal amplifying means. In addition, gain switching means for switching the gain of the signal amplifying means to a second gain larger than the first gain when the monitoring circuit detects a discharge end state is provided.
このように構成された電動工具用バッテリパックでは、バッテリから電力供給対象への放電が行われている際は、信号増幅手段のゲインが第1のゲインに設定されていることによりその放電中の放電電流を確実に検出することができる一方、放電終了後には第1のゲインよりも大きい第2のゲインに設定されて小さい放電電流でも大きな値に増幅される。そのため、放電開始検出手段は、再び放電が開始されたときに、放電電流が小さい状態であってもこれを確実に検出することができ、バッテリパックをスリープモードから迅速に復帰させることができる。 In the battery pack for an electric power tool configured as described above, when discharging from the battery to the power supply target is performed, the gain of the signal amplifying unit is set to the first gain, so that the discharging is in progress. While the discharge current can be reliably detected, the second gain larger than the first gain is set after the end of the discharge, and a small discharge current is amplified to a large value. Therefore, when the discharge is started again, the discharge start detecting means can reliably detect this even if the discharge current is small, and can quickly return the battery pack from the sleep mode.
そして、このように放電終了状態となったときにゲイン切替手段が信号増幅手段のゲインを第2のゲインに切り替えるよう構成されている場合、ゲイン切替手段は、放電開始検出手段により放電の開始が検出されたときは、ゲインを再び第1のゲインへ切り替えるようにするとよい。 When the gain switching unit is configured to switch the gain of the signal amplifying unit to the second gain when the discharge end state is thus established, the gain switching unit is configured to start the discharge by the discharge start detecting unit. When detected, the gain may be switched to the first gain again.
このように、放電開始時にはゲインを再び第1のゲインに切り替える(ゲインを小さくする)ことで、放電終了時と放電中の双方で共に放電電流を確実に監視することができる。 Thus, by switching the gain to the first gain again at the start of discharge (decreasing the gain), the discharge current can be reliably monitored both at the end of discharge and during discharge.
また、電動工具用バッテリパックが、スリープモードのときにも動作してバッテリの電圧が予め決められた電圧下限閾値より低くなったか否かを判断するバッテリ電圧判断手段と、通常の動作状態のときに動作し、バッテリ電圧判断手段によってバッテリの電圧が電圧下限閾値より低くなったと判断された場合に、当該バッテリパックを、スリープモード時よりもバッテリの消費電力が小さいシャットダウンモードに切り替えるシャットダウンモード切替手段と、を備えた構成である場合は、モード復帰手段は、バッテリ電圧判断手段によりバッテリの電圧が電圧下限閾値より低くなったと判断されたときにモード復帰条件が成立したものと判断するようにしてもよい。 In addition, the battery pack for electric power tool operates in the sleep mode and determines whether or not the battery voltage has become lower than a predetermined voltage lower threshold, and when in a normal operation state When the battery voltage determining means determines that the battery voltage has become lower than the voltage lower limit threshold, the shutdown mode switching means switches the battery pack to a shutdown mode in which the battery power consumption is lower than in the sleep mode. When the battery voltage determining means determines that the battery voltage has become lower than the voltage lower limit threshold, the mode return means determines that the mode return condition is satisfied. Also good.
例えば、スリープモードに切り替わった後にそのままバッテリパックが使用されずに長期間放置されると、極微量ながらも監視回路及びバッテリの自然放電によってバッテリの容量は徐々に低下していき、やがて過放電状態となってしまうおそれがある。そこで、スリープモードに切り替わった後も、バッテリ電圧判断手段によるバッテリ電圧の監視は継続して行うようにし、バッテリ電圧が電圧下限閾値より低くなった場合には、モード復帰手段がスリープモードから復帰させるのである。 For example, if the battery pack is left unused for a long period of time after switching to the sleep mode, the capacity of the battery gradually decreases due to the natural discharge of the monitoring circuit and the battery, although it is extremely small, eventually the overdischarge state There is a risk of becoming. Therefore, even after switching to the sleep mode, the battery voltage determination means continuously monitors the battery voltage, and when the battery voltage becomes lower than the voltage lower limit threshold, the mode return means returns from the sleep mode. It is.
このように、バッテリ電圧が電圧下限閾値より低くなった場合にスリープモードから通常の動作状態に復帰させれば、シャットダウンモード切替手段によりバッテリパックがシャットダウンモードに切り替わるため、バッテリの消費電力をさらに抑制することができ、バッテリの過放電を防ぐことができる。 In this way, if the battery voltage falls below the voltage lower limit threshold, if the normal mode is restored from the sleep mode, the battery pack is switched to the shutdown mode by the shutdown mode switching means, further reducing the power consumption of the battery. This can prevent over-discharge of the battery.
また、当該電動工具用バッテリパックに対してバッテリを充電するための充電装置が接続されたことを検出する充電検出手段を備えるようにし、モード復帰手段は、この充電検出手段により充電装置の接続が検出されたときにモード復帰条件が成立したものと判断するようにするとよい。このようにすれば、充電装置が接続された場合にはバッテリパックは通常の動作状態に戻り、監視回路による監視も通常通り行われるようになるため、充電時のバッテリの監視を確実に行うことができるようになる。 Further, the battery pack for electric tool is provided with a charge detection means for detecting that a charging device for charging the battery is connected, and the mode return means is connected to the charging device by the charge detection means. It is preferable to determine that the mode return condition is satisfied when it is detected. In this way, when the charging device is connected, the battery pack returns to the normal operating state, and monitoring by the monitoring circuit is also performed as usual, so that the battery is reliably monitored during charging. Will be able to.
そして、上述した本発明の電動工具用バッテリパックは、このバッテリパックからの電力供給を受けて動作する工具本体と着脱自在に装着されるよう構成することで、この工具本体及びバッテリパックからなる電動工具を構成することができる。このように構成された電動工具によれば、バッテリパック内のバッテリの消費電力が効果的に低減されるため、バッテリパックの充電の頻度を抑制することができ、ユーザにとって使い勝手の良い電動工具を提供することが可能となる。 The above-described battery pack for an electric tool of the present invention is configured to be detachably attached to a tool main body that operates by receiving electric power supplied from the battery pack, so that the electric tool including the tool main body and the battery pack is provided. A tool can be constructed. According to the electric tool configured as described above, since the power consumption of the battery in the battery pack is effectively reduced, the frequency of charging the battery pack can be suppressed, and an electric tool that is easy to use for the user is provided. It becomes possible to provide.
以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
(1)充電式インパクトドライバの全体構成
図1は、本発明が適用された実施形態の充電式インパクトドライバ1の外観を表す斜視図である。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(1) Overall Configuration of Rechargeable Impact Driver FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a rechargeable impact driver 1 according to an embodiment to which the present invention is applied.
本実施形態の充電式インパクトドライバ1は、工具本体2と、この工具本体2の下端に着脱自在に装着されるバッテリパック10と、から構成されている。工具本体2は、左右の半割ハウジング3,4を組み付けることにより形成され、下方にハンドル部5が延設された本体ハウジング6を備える。この本体ハウジング6のハンドル部5の下端に、バッテリパック10が着脱自在に装着される。
The rechargeable impact driver 1 according to this embodiment includes a
また、本体ハウジング6の後方(図1の左側)は、当該充電式インパクトドライバ1の動力源となるモータ65(図3参照。本実施形態では直流モータ)を収納するモータ収納部7となっており、モータ収納部7よりも前方には、減速機構及び打撃機構が収納されている。そして、本体ハウジング6の先端には、打撃機構の先端に工具ビット(図示略)を装着するためのチャックスリーブ8が突設されている。
Further, the rear side of the main body housing 6 (left side in FIG. 1) is a
ここで、打撃機構は、例えば、減速機構を介して回転されるスピンドルと、スピンドルと共に回転し、且つ、軸方向へ移動可能なハンマと、ハンマの前方にあって先端に工具ビットが取り付けられるアンビルと、から構成されるものであり、次のように動作する。 Here, the striking mechanism includes, for example, a spindle that is rotated via a speed reduction mechanism, a hammer that rotates together with the spindle and that can move in the axial direction, and an anvil in which a tool bit is attached to the front end of the hammer. And operates as follows.
すなわち、打撃機構においては、モータ65の回転に伴いスピンドルが回転すると、ハンマを介してアンビルが回転して、工具ビット(例えばドライバビット)を回転させ、その後、工具ビットによるねじ締めが進みアンビルへの負荷が高まると、ハンマがコイルばねの付勢力に抗して後退してアンビルから外れ、そこからスピンドルと共に回転しつつコイルばねの付勢力で前進してアンビルに再係合することで、アンビルに間欠的な打撃を加え、増し締めを行う。
That is, in the striking mechanism, when the spindle rotates with the rotation of the
なお、この打撃機構については、従来より知られている(例えば、特開2006−218605号公報等、参照)ため、ここでは詳細な説明は省略する。
本体ハウジング6のハンドル部5には、使用者がハンドル部5を握った状態で操作し得るトリガスイッチ9が設けられている。使用者がこのトリガスイッチ9を操作すると、所定の最大回転速度を上限として、そのトリガスイッチ9の操作量(引き量)に応じた設定回転速度にてモータ65が回転する。
Since this striking mechanism is conventionally known (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-218605), detailed description thereof is omitted here.
The
バッテリパック10には、所定電圧の電池セルが直列に複数接続されてなるバッテリ31(図3参照)内蔵されている。そして、ハンドル部5内には、バッテリパック10内のバッテリ31から電力供給を受けて動作し、トリガスイッチ9が操作されているときにモータ65を回転させる駆動装置が収納されている。
The
(2)充電システムの全体構成
次に、バッテリパック10内のバッテリ31を充電するための充電システムについて図2を用いて説明する。図2は、本実施形態の充電システム30を示す斜視図である。図2に示すように、充電システム30は、バッテリパック10及びこれを充電する充電器20からなるものである。
(2) Overall Configuration of Charging System Next, a charging system for charging the
充電器20は、図示しない外部入力電源(例えばAC100V電源、或いは車両のシガーソケットからのDC電源など)から、バッテリ31を充電するための所定電圧の充電用直流電源を生成するものである。この充電器20は、上面の一端側にバッテリパック10が装着される充電側装着部12が形成されており、この充電側装着部12における所定の位置(充電側装着部12の内部)に充電側ターミナル11が設けられている。この充電側ターミナル11は、バッテリパック10へ充電用直流電源を供給するための充電側正極端子71と充電側負極端子72(いずれも図4参照)、さらにバッテリパック10との間で各種信号の送受信を行うための、充電器接続信号出力端子73(図4参照)を含む一又は複数の充電側信号端子を備えた構成となっている。また、充電器20には、当該充電器20の動作状態やバッテリパック10の充電状態等を外部へ表示するための、複数のLED等を備えた表示部13が設けられている。
The
バッテリパック10は、その一側面に、充電器20の充電側装着部12或いは工具本体2の下端に装着されるバッテリ側装着部22が形成されている。そして、このバッテリ側装着部22における所定の位置に、充電器20の充電側ターミナル11或いは工具本体2の工具側ターミナル(図示略)と電気的に接続されるバッテリ側ターミナル21が設けられている。
The
このバッテリ側ターミナル21は、充放電電流が通電されるバッテリ側正極端子51及びバッテリ側負極端子52や、バッテリ側信号端子19を備えた構成となっている。バッテリ側信号端子19は、より詳しくは、少なくとも充電器接続信号入力端子53及び放電停止信号出力端子54(図3,図4参照)を含む複数の端子からなるものであり、充電器20における充電器接続信号出力端子73(図4参照)を含む一又は複数の充電側信号端子、或いは、工具本体2における放電停止信号入力端子63(図3参照)を含む一又は複数の工具側信号端子と電気的に接続される。
The battery-
バッテリパック10のバッテリ側装着部22を充電器20の充電側装着部12に装着すると、双方のターミナル11,21が電気的に接続される。これにより、充電器20による、バッテリパック10内のバッテリ31の充電が可能な状態となる。
When the battery
一方、使用者がこのバッテリパック10を用いて充電式インパクトドライバ1を使用する際は、バッテリパック10を、充電器20へ装着する場合と同じ要領で工具本体2の下端に装着する。これにより、バッテリパック10のバッテリ側正極端子51とバッテリ側負極端子52がそれぞれ、工具本体2の工具側正極端子61(図3参照)と工具側負極端子62(図3参照)に電気的に接続され、バッテリパック10の電力が工具本体2へ供給可能な状態となる。
On the other hand, when the user uses the rechargeable impact driver 1 using the
(3)充電式インパクトドライバの電気的構成
次に、充電式インパクトドライバ1の電気的構成について、図3を用いて説明する。図3は、充電式インパクトドライバ1の電気的構成を簡略的に示すブロック図である。図3は、工具本体2にバッテリパック10が装着されて両者が電気的にも接続されているときの状態を示している。
(3) Electrical Configuration of Rechargeable Impact Driver Next, the electrical configuration of the rechargeable impact driver 1 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram schematically showing the electrical configuration of the rechargeable impact driver 1. FIG. 3 shows a state where the
まず、工具本体2に装着されるバッテリパック10の電気的構成について説明する。バッテリパック10には、工具本体2への放電(電力供給)や充電器20による充電を制御するための各種回路や、バッテリ31の状態を監視するための各種回路など、種々の回路が搭載されているが、図3では、バッテリパック10を構成する種々の回路のうち、バッテリ31の状態監視に関わる回路のみを図示し、監視動作とは無関係な回路については図示を省略している。
First, the electrical configuration of the
つまり、図3に示した、マイコン32を中心とするバッテリパック10内の各回路は、全体として、バッテリ31の状態を監視するための監視回路とみなすことができる。そこで、以下の説明では、工具本体2への放電中の制御や充電器20による充電中の制御に関する詳細説明は省略し、図3に示した監視回路の構成及び動作について、詳しく説明する。
That is, each circuit in the
本実施形態のバッテリパック10は、図3に示す通り、バッテリ31と、このバッテリ31の充放電制御や状態監視など、当該バッテリパック10における各種制御機能を統括的に担うマイコン32と、バッテリ31の電力を入力としてバッテリパック31内の各種回路を動作させるためのバッテリ側制御電源(電圧Vccの直流電源)を生成するバッテリ側レギュレータ33と、バッテリ31の正極側に接続されたバッテリ側正極端子51と、バッテリ31の負極側に接続されたバッテリ側負極端子52と、バッテリ側信号端子19(図2参照)を構成する充電器接続信号入力端子53及び放電停止信号出力端子54と、を備えている。
As shown in FIG. 3, the
バッテリ31は、複数の電池セルB1,B2,・・・,Bnが直列接続されてなるものである。本実施形態では、各電池セルB1,B2,・・・,Bnはいずれも定格電圧3.6Vのリチウムイオン二次電池であり、これが10個直列接続されている。そのため、バッテリ31全体の電圧(以下「バッテリ電圧」という)Vbatは正常時では36V近傍である。
The
このバッテリ31の電力は、バッテリ側正極端子51及びバッテリ側負極端子52を介して工具本体2へ供給される。また、充電器20によるバッテリ31の充電時には、後述するようにバッテリ正極端子51及びバッテリ負極端子52を介して充電器20からの充電用直流電源がバッテリ31へ供給される。
The electric power of the
バッテリ側制御電源Vccを生成するバッテリ側レギュレータ33には、バッテリ電圧Vbatが、シャットダウンスイッチ40及びダイオードD1を介して入力される。シャットダウンスイッチ40は、マイコン32からのシャットダウン信号に従ってオン・オフするものであり、そのオン・オフ制御の詳細については後述するが、バッテリ31が正常である限り、通常はオンされている。そのため、通常はバッテリ電圧Vbatがこのシャットダウンスイッチ40及びダイオードD1を介してバッテリ側レギュレータ33に入力される。バッテリ側レギュレータ33は、この入力されたバッテリ電圧Vbatを元に、バッテリ側制御電圧Vccを生成する。
A battery voltage Vbat is input to the
なお、バッテリパック10内の各回路は、図3に示すように、バッテリ側制御電源Vccによって動作する回路と、バッテリ電圧Vbatにより動作する回路とが混在している。そのため、シャットダウンスイッチ40を介して入力されるバッテリ電圧Vbatは、ダイオードD1のアノードへ入力されると共に、バッテリパック10内におけるこのバッテリ電圧Vbatにより動作する各回路へも入力される。
As shown in FIG. 3, each circuit in the
バッテリパック10は、更に、バッテリ31における各電池セルB1,B2,・・・,Bnの電圧(以下「セル電圧」という)のうちいずれか1つを選択的に出力するセル選択スイッチ38と、このセル選択スイッチ38により選択されたいずれか1つの電池セルの電圧を増幅してセル電圧信号として出力する差動増幅回路35と、バッテリ31の近傍に設けられ、電池セルの温度(以下「セル温度」という)を検出してセル温度信号として出力する温度検出回路39と、バッテリ電圧Vbatを分圧抵抗Rx,Ryで分圧したバッテリ電圧分圧値Vzと所定の第1基準電圧Vr1とを比較してその比較結果を電圧低下検出信号として出力する電圧低下検出用コンパレータ34(本発明のバッテリ電圧判断手段に相当)と、バッテリ31から工具本体2への放電時における放電電流を検出するための電流検出抵抗R1(本発明の信号取得手段に相当)と、この電流検出抵抗R1により検出された電流(即ち、電流値に対応した電圧信号)を所定のゲインで増幅して放電電流信号を生成するための、オペアンプ37及び各抵抗R2,R3,R4からなる非反転増幅回路(本発明の信号増幅手段に相当)と、この非反転増幅回路による増幅後の放電電流信号と所定の第2基準電圧Vr2とを比較してその比較結果を放電検出信号として出力する放電検出用コンパレータ36(本発明の放電開始検出手段に相当)と、充電器20が接続されたことを検出するための充電器検出用トランジスタTr1(本発明の充電検出手段に相当)と、マイコン32から出力される放電停止信号(詳細は後述)を工具本体2へ出力するための放電停止信号出力用トランジスタTr2と、を備えている。
The
なお、充電器検出用トランジスタTr1及び放電停止信号出力用トランジスタTr2として、本実施形態ではNPN型バイポーラトランジスタが用いられているが、これはあくまでも一例である。後述する工具本体2内の放電停止用トランジスタTr12についても同様である。
In this embodiment, an NPN bipolar transistor is used as the charger detection transistor Tr1 and the discharge stop signal output transistor Tr2, but this is only an example. The same applies to a discharge stopping transistor Tr12 in the
セル選択スイッチ38は、バッテリ電圧Vbatにより動作し、マイコン32からのセル選択信号に従って、このセル選択信号により指示されたいずれか1つの電池セルの電圧が出力されて差動増幅回路35へ入力されるよう構成されており、図示の如く複数のスイッチSW1a,SW2a、SW1b,SW2b,SW3a,・・・,SWnaを備えている。
The
このような構成により、セル選択信号によって例えば最も電位の低い電池セルB1が選択された場合は、セル選択スイッチ38において、その電池セルB1の負極と差動増幅回路35の非反転入力端子の間に接続されたスイッチSW1a、及び電池セルB1の正極と差動増幅回路35の反転入力端子の間に接続されたスイッチSW1bをそれぞれオンし、他のスイッチは全てオフする。これにより、セル選択スイッチ38からは、その選択された電池セルB1の電圧が差動増幅回路35へ入力される。
With such a configuration, when the battery cell B1 having the lowest potential is selected by the cell selection signal, for example, in the
また例えば、この電池セルB1の正極に接続された電池セルB2がセル選択信号によって選択された場合は、セル選択スイッチ38において、その電池セルB2の負極と差動増幅回路35の非反転入力端子の間に接続されたスイッチSW2a、及び電池セルB2の正極と差動増幅回路35の反転入力端子の間に接続されたスイッチSW2bをそれぞれオンし、他のスイッチは全てオフする。これにより、セル選択スイッチ38からは、その選択された電池セルB2の電圧が差動増幅回路35へ入力される。
Further, for example, when the battery cell B2 connected to the positive electrode of the battery cell B1 is selected by the cell selection signal, the negative electrode of the battery cell B2 and the non-inverting input terminal of the
差動増幅回路35は、バッテリ側制御電源Vccにより動作し、セル選択スイッチ38から入力された電圧(即ち選択された何れか一つの電池セルの電位差)が増幅され、セル電圧信号としてマイコン32へ入力される。
The
温度検出回路39は、例えばサーミスタなどの感温素子を備えた周知の温度センサとして構成されたものである。感温素子は、バッテリ31における各電池セルの近傍に設けられている。感温素子をどこに設けるか、或いはいくつ設けるかについては種々考えられ、例えば1つの感温素子を設けてこの感温素子に基づく検出結果を各電池セルのセル温度とみなすようにしてもよいし、各電池セルの各々に対して個別に感温素子を設け、電池セル毎に個々にセル温度を検出するようにしてもよい。本実施形態では、説明の簡略化のため、前者(感温素子が1つの場合)を前提として説明することとする。
The
電圧低下検出用コンパレータ34は、バッテリ電圧Vbat(又はバッテリ側制御電源Vcc)を電源として動作し、バッテリ電圧分圧値Vzが第1基準電圧Vr1以上の正常状態であればハイ(H)レベルの電圧低下検出信号をマイコン32へ出力する。一方、バッテリ電圧Vbatが低下してバッテリ電圧分圧値Vzが第1基準電圧Vr1より低くなると、ロー(L)レベルの電圧低下検出信号をマイコン32へ出力する。この電圧低下検出用コンパレータ34は、バッテリ31が過放電状態となるのを防ぐべく、過放電状態に近くなった場合にこれを検出するものである。そのため、第1基準電圧Vr1としては、過放電状態に近いことが検出できるような値が適宜設定される。本実施形態では、一例としてバッテリ電圧Vbatが25Vより低くなった場合にこれを検出できるよう、第1基準電圧Vr1は、25Vを分圧抵抗Rx,Ryで分圧したときの値に設定されている。
The voltage
電流検出抵抗R1は、バッテリ側負極端子52からバッテリ31の負極(最も電位の低い電池セルBnの負極)に至る通電経路に設けられており、この電流検出抵抗R1において放電電流により生じる電圧降下(電圧信号)が、非反転増幅回路を構成するオペアンプ37へ入力される。
The current detection resistor R1 is provided in a current-carrying path from the battery-side
この非反転増幅回路は、基本的には、バッテリ側制御電源Vccにより動作するオペアンプ37を備えると共に、その非反転入力端子に電流検出抵抗R1により検出された電圧信号が入力され、反転入力端子は抵抗R2を介してグランド(接地電位)に接続されると共に抵抗R3を介して出力端子に接続された、周知の構成となっている。そして、本実施形態では、このような構成を基本としつつ、更に、反転入力端子とマイコン32との間に抵抗R4を接続しており、これにより、非判定増幅回路のゲインを二種類に切り換えることが可能となっている。
This non-inverting amplifier circuit basically includes an
抵抗R4は、その一端がオペアンプ37の反転入力端子に接続され、他端がマイコン32のゲイン切替信号出力ポート47に接続されている。マイコン32は、ゲイン切替信号出力ポート47をハイインピーダンス又はLレベル出力のいずれかに切り替えることにより、非反転増幅回路のゲイン切り替えを実現する。
The resistor R4 has one end connected to the inverting input terminal of the
即ち、ゲイン切替信号としてハイインピーダンスの信号が出力されている通常状態においては、非反転増幅回路からみて抵抗R4は電気的に存在しないのと等価である。そのため、そのときの非反転増幅回路のゲインは、1+(R3/R2)となる。このときのゲインを、以下、第1のゲインという。この第1のゲインは、バッテリ31から工具本体2へ電力供給が行われて工具本体2が動作している定常状態での、比較的大きな放電電流(例えば数十Aの大電流)を適切に検出できるように設定されている。
That is, in a normal state where a high impedance signal is output as a gain switching signal, this is equivalent to the fact that the resistor R4 does not exist electrically as seen from the non-inverting amplifier circuit. Therefore, the gain of the non-inverting amplifier circuit at that time is 1+ (R3 / R2). The gain at this time is hereinafter referred to as a first gain. The first gain appropriately sets a relatively large discharge current (for example, a large current of several tens of A) in a steady state where power is supplied from the
一方、マイコン32は、後述するように放電電流が0Aになったとき、ゲイン切替信号としてLレベルの信号を出力することにより、非反転増幅回路のゲインを、上記第1のゲインよりも大きい第2のゲインに切り替える。即ち、ゲイン切替信号がLレベル信号となって、抵抗R4の他端(マイコン32側)が接地電位に接続された状態となると、非反転増幅回路のゲイン(第2のゲイン)は、1+{R3/(R2//R4)}となる。ここで、(R2//R4)は、抵抗R2と抵抗R4の並列合成抵抗を表す。つまり、第2のゲインは、第1のゲインよりも大きな値となる。
On the other hand, the
放電検出用コンパレータ36は、バッテリ側制御電源Vccにより動作し、オペアンプ37から出力される放電電流信号が第2基準電圧Vr2以上のときはHレベルの放電検出信号をマイコン32へ出力する。一方、オペアンプ37からの放電電流信号が第2基準電圧Vr2より低くなると、Lレベルの放電検出信号をマイコン32へ出力する。この放電検出用コンパレータ36は、工具本体2のトリガスイッチ9が操作されることによりバッテリ31から工具本体2への電力供給が開始されたときにこれを検出するためのものである。
The
工具本体2への電力供給が開始されると、負荷(ここではモータ65)の特性により、放電電流はすぐに上昇していって、やがて定常状態となる。そのため、放電を検出するための基準となる第2基準電圧Vr2は、例えばその定常状態のときの電流値(例えば数十A)に近い値としてもよいし、定常状態のときの電流値の約1/2とするなど、種々の値に設定することができる。しかし本実施形態では、放電が開始されたときに、定常状態になるのを待つことなく迅速にこれを検出できるよう、第2基準電圧Vr2は低い値(例えば1A)に設定されている。
When power supply to the
ここで、この放電検出用コンパレータ36に入力される放電電流信号は、オペアンプ37等からなる非反転増幅回路から入力されるものであるため、上述したように、この放電電流信号は非反転増幅回路のゲインによって異なるレベルとなる。このような構成において、仮に、非反転増幅回路のゲインが、大電流を適切に検出可能な第1のゲインに固定されたままだと、モータ低速時などの小さな値の放電電流(例えば数A)を確実に検出することが困難となる。
Here, since the discharge current signal input to the
そこで本実施形態では、マイコン32が、放電が終了したときには非反転増幅回路のゲインを第2のゲインに切り替え、少ない放電電流でもこれを検出できるようにしている。つまり、小さな電流を十分に検出できるよう、ゲインを高く設定しておくのである。そして、放電開始が検出されたときは、ゲインを再び第1のゲインに切り替え、大電流を適切に検出できるようにするのである。
Therefore, in this embodiment, the
このように非反転増幅回路のゲインを切り替えるようにしている目的は、基本的には、上述したように小さな電流でも確実に検出できるようにするためであるが、更には、マイコン32を含む監視回路が後述するようにスリープモードに移行した後、再び放電が開始されたときに、放電開始後迅速にスリープモードから通常の動作状態に復帰(ウェイクアップ)させるためでもある。放電終了時に第2のゲインに切り替えておけば、再び放電が開始されたときにその放電開始を、モータ低速時などのまだ電流値が小さい状態のときでも確実に検出することができ、より早くウェイクアップさせることができる。 The purpose of switching the gain of the non-inverting amplifier circuit in this way is basically to ensure that even a small current can be detected as described above. This is also for the purpose of quickly returning from the sleep mode to the normal operation state (wakeup) when the discharge is started again after the circuit shifts to the sleep mode as described later. By switching to the second gain at the end of the discharge, when the discharge is started again, the start of the discharge can be reliably detected even when the current value is still small, such as at a low motor speed. Can wake up.
充電器検出用トランジスタTr1は、ベースが充電器接続信号入力端子53に接続され、エミッタが接地電位に接続され、コレクタが抵抗R5を介してバッテリ側制御電源Vccに接続されると共にマイコン32の充電器接続検出信号入力ポート49に接続されている。この充電器検出用トランジスタTr1の動作については後で図4を用いて説明する。
The charger detection transistor Tr1 has a base connected to the charger connection
放電停止信号出力用トランジスタTr2は、ベースがマイコン32の放電停止信号出力ポート50に接続され、エミッタが接地電位に接続され、コレクタが放電停止信号出力端子54に接続されている。
The discharge stop signal output transistor Tr2 has a base connected to the discharge stop
マイコン32は、ハードウェアとしては、その内部にCPU56、ROM57、RAM58、不揮発性メモリ59などを備えた周知の構成となっており、バッテリ側レギュレータ33により生成されたバッテリ側制御電源Vccを電源として動作し、ROM57に記憶された各種プログラムに従って各種制御を実行する。
The
マイコン32は、信号が入出力されるポートとして、電圧低下検出用コンパレータ34からの電圧低下検出信号が入力される電圧低下検出信号入力ポート41、セル選択スイッチ38へのセル選択信号が出力されるセル選択信号出力ポート42、差動増幅回路35からのセル電圧信号が入力されるセル電圧信号入力ポート43、温度検出回路39からのセル温度信号が入力されるセル温度信号入力ポート44、放電検出用コンパレータ36からの放電検出信号が入力される放電検出信号入力ポート45、オペアンプ37からの放電電流信号が入力される放電電流信号入力ポート46、ゲイン切替信号が出力されるゲイン切替信号出力ポート47、シャットダウンスイッチ40を制御するシャットダウン信号が出力されるシャットダウン信号出力ポート48、充電器検出用トランジスタTr1から充電器接続検出信号が入力される充電器接続検出信号入力ポート49、放電停止信号出力用トランジスタTr2への放電停止信号が出力される放電停止信号出力ポート50、などを備えている。
The
次に、充電式インパクトドライバ1における工具本体2の電気的構成について説明する。図3に示すように、工具本体2は、バッテリパック10のバッテリ側正極端子51と電気的に接続される工具側正極端子61と、バッテリ側負極端子52と電気的に接続される工具側負極端子62と、バッテリパック10の放電停止信号出力端子54と電気的に接続される放電停止信号入力端子63と、トリガスイッチ9と、トリガスイッチ9が操作(オン)されたときにバッテリパック10から入力されるバッテリ電圧Vbatを元に工具本体2内の各部を動作させるための工具側制御電源(電圧Vddの直流電源)を生成する工具側レギュレータ64と、工具側正極端子61と工具側負極端子62の間に接続されたモータ65と、このモータ65と直列に接続された通電制御トランジスタTr11と、バッテリパック10からの放電停止信号が放電停止信号入力端子に63に入力されたときに通電制御トランジスタTr11をオフさせてモータ65の動作を停止させる(即ちバッテリ31から工具本体2への放電を停止させる)放電停止用トランジスタTr12と、を備えている。
Next, the electrical configuration of the
なお、通電制御トランジスタTr11は、本実施形態ではMOSFETである。また、モータ65には、その両端に、トリガスイッチ9のオフ時にモータ65の残留エネルギーを開放させるための環流用のダイオードD11が接続されている。
Note that the energization control transistor Tr11 is a MOSFET in this embodiment. Further, a recirculation diode D11 for releasing residual energy of the
このように構成された工具本体2では、トリガスイッチ9が操作されると、バッテリ31から工具本体2側への電力供給が開始され、これにより工具側レギュレータ64にて工具側制御電源Vddが生成されて、工具本体2内の各部へ供給される。これにより、放電停止用トランジスタTr12のベースには抵抗R12を介して工具用制御電源Vddが印加され、そのコレクタにも抵抗R11を介して工具側制御電源Vddが印加される。
In the
一方、バッテリパック10においては、バッテリ31に異常がなく、工具本体2への放電を許可しても良い場合、マイコン32は、放電停止信号出力ポート50からHレベルの放電停止信号(即ち放電を許可する信号)を出力し、放電停止信号出力端子54をLレベル(接地電位)とする。
On the other hand, in the
そのため、工具本体2において、放電停止用トランジスタTr12のベースも接地電位となり、この放電停止用トランジスタTr12はオフされる。これにより、通電制御トランジスタTr11はゲートに工具側制御電源Vddが印加されてオンし、モータ65への通電が許可される。
Therefore, in the
(4)充電システムの電気的構成
次に、図2に示した、バッテリパック10のバッテリ31を充電するための充電システム30の電気的構成について、図4を用いて説明する。図4は、充電システム30の電気的構成を簡略的に示すブロック図である。
(4) Electrical Configuration of Charging System Next, the electrical configuration of the charging
図4に示すように、バッテリ31を充電する際は、バッテリパック10が充電器20に装着される。充電器20は、バッテリパック10のバッテリ側正極端子51と電気的に接続される充電側正極端子71と、バッテリ側負極端子52と電気的に接続される充電側負極端子72と、バッテリパック10の充電器接続信号入力端子53と電気的に接続される充電器接続信号出力端子73と、2つの入力電源端子74,75を介して入力された外部入力電源から充電用直流電源を生成するコンバータ76と、を備えている。
As shown in FIG. 4, when charging the
また、充電器20には、図示は省略したものの、コンバータ76による充電用直流電源の生成を制御するなどの各種制御を行う制御回路が備えられている。また、コンバータ76は、充電側制御電源(電圧Vddの直流電源)を生成する充電側レギュレータ77を備えており、この充電側制御電源Vddにより、上記制御回路を含む充電器20内の各部が動作する。
Although not shown, the
また、充電器制御電源Vddは、充電器接続信号として充電器接続信号出力端子73からバッテリパック10にも入力される。この充電器接続信号は、バッテリパック10において充電器接続信号入力端子53を介して充電器検出用トランジスタTr1のベースに入力され、これによりこの充電器検出用トランジスタTr1はオンし、そのコレクタの電位、即ちマイコン32へ入力される充電器接続検出信号はLレベルとなる。
The charger control power supply Vdd is also input to the
つまり、バッテリパック10に充電器20が接続されていないときは、マイコン32に入力される充電器接続検出信号は、抵抗R5を介して入力されるバッテリ側制御電源VccによりHレベルとなる。一方、充電器20が接続されると、上記のように充電器20からの充電器接続信号(電圧Vdd)によって充電器検出用トランジスタTr1がオンして、マイコン32への充電器接続検出信号がLレベルとなる。そのため、マイコン32は、充電器接続検出信号のレベルに基づいて、充電器20が接続されている(詳しくはバッテリ31への充電が行われている)か否かを判断することができる。
That is, when the
更に、充電器20からバッテリパック10に入力された充電器接続信号(電圧Vdd)は、ダイオードD2を介してバッテリ側レギュレータ33にも入力される。バッテリ側レギュレータ33は、基本的にはバッテリ電圧Vbatを元にバッテリ側制御電源Vccを生成するが、シャットダウンスイッチ40がオフされてバッテリ電圧Vbatが入力されていない状態のときに、充電器20から充電器接続信号(即ち充電側制御電源Vdd)が入力されたときは、その充電側制御電源Vddを元にしてバッテリ側制御電源Vccを生成する。
Further, the charger connection signal (voltage Vdd) input from the
(5)バッテリパックにおけるバッテリ監視制御処理
上記のように構成されたバッテリパック10において、マイコン32は、本発明の監視回路を構成するものであると共に、本発明のスリープモード切替手段、モード復帰手段、及びシャットダウンモード切替手段に相当するものでもあり、その通常動作中(通常の動作状態)は、後述するスリープモード及びシャットダウンモードである場合を除き、常時、セル温度や各電池セルのセル電圧、バッテリ31の充放電時の電流などに基づいてバッテリ31を監視している。なお、充電時の充電電流を監視するための構成については本実施形態では説明を省略する。また、マイコン32によるバッテリ31の監視項目は、上述したセル電圧、セル温度、充放電電流に限らず、他の項目があってもよい。
(5) Battery monitoring control processing in the battery pack In the
つまり、通常動作中は、図3に図示したバッテリパック10内の監視回路を構成する各部がそれぞれ動作することにより、バッテリ31の各種監視が行われる。
一方、工具本体2への電力供給が行われていない場合など、スリープモードに切り替わるべき所定の条件が成立したときには、マイコン32は、自身を含む監視回路全体をスリープモードに切り替え、通常動作時よりもバッテリ31の消費電力を低く抑えるようにする。但し、スリープモード中はマイコン32をはじめとするバッテリパック10内の各部への電源供給が完全に停止するわけではなく、スリープモードから復帰してウェイクアップするための必要最小限の動作は引き続き行われる。
In other words, during normal operation, the various components of the monitoring circuit in the
On the other hand, when a predetermined condition to be switched to the sleep mode is satisfied, such as when the power supply to the
具体的には、マイコン32は、スリープモードに切り替わった後、少なくとも、放電検出用コンパレータ36からの電流検出信号に基づく、放電が開始されたか否かの判断、充電器検出用トランジスタTr1からの充電器接続検出信号に基づく、充電器20が接続されたか否かの判断、及び電圧低下検出用コンパレータ34からの電圧低下検出信号に基づく、バッテリ電圧分圧値Vzが第1基準電圧Vr1より低くなったか否か(即ち、本例ではバッテリ電圧Vbatが25Vより低くなったか否か)の判断は行う。
Specifically, after switching to the sleep mode, the
これにより、スリープモードへの切り替わり後、バッテリ31からの放電が開始されるか、充電器20が接続されるか、或いはバッテリ電圧分圧値Vzが第1基準電圧Vr1より低くなったか、のいずれかの復帰条件が成立した場合は、スリープモードから再び通常の動作状態に復帰する。そしてマイコン32は、後述するように、放電開始により復帰した場合は、バッテリ31の状態を監視しつつ放電(工具本体2への電力供給)を制御する。また、充電器20の接続により復帰した場合は、充電監視モードに入り、充電にかかわる各種制御や充電中のバッテリ31の状態監視等を行う。また、バッテリ電圧の低下により復帰した場合は、スリープモードよりも更にバッテリ31の消費電力が小さいシャットダウンモードへ移行する。
Thereby, after switching to the sleep mode, whether the discharge from the
シャットダウンモードへの移行は、具体的には、シャットダウン信号によってシャットダウンスイッチ40をオフさせることにより行う。そのため、シャットダウンモードに入ると、バッテリ電圧Vbatは、バッテリ側レギュレータ33を含むバッテリパック10内の監視回路全体に全く供給されなくなり、マイコン32をはじめとする監視回路全体の動作が完全に停止する。
Specifically, the transition to the shutdown mode is performed by turning off the
バッテリ電圧分圧値Vzが第1基準電圧Vr1より低い状態となっても引き続き上記のようにウェイクアップのために必要な動作を継続するようにすると、その消費電力は通常動作時よりは十分に低いとはいえ、バッテリ電力を消費していることは事実であるため、ゆっくりではあるがバッテリ31の放電が更に進み、バッテリ31が過放電状態となるおそれがある。そこで、本実施形態では、バッテリ電圧分圧値Vzが低下して第1基準電圧Vr1よりも低くなったときは、監視回路の機能よりもバッテリ31の過放電防止を優先し、シャットダウンスイッチ40をオフしてバッテリ31からバッテリパック10内の各部への電力供給を完全に遮断するのである。
Even if the battery voltage division value Vz is lower than the first reference voltage Vr1, if the operation necessary for the wakeup is continued as described above, the power consumption is sufficiently higher than that in the normal operation. Although it is low, since it is a fact that battery power is consumed, the discharge of the
次に、上記のように構成された本実施形態のバッテリパック10において、マイコン32が実行するバッテリ監視制御処理について、図5を用いて説明する。図5は、バッテリパック10内のマイコン32にて実行されるバッテリ監視制御処理を表すフローチャートである。バッテリパック10内のマイコン32では、CPU56がROM57から制御処理プログラムを読み出し、このプログラムに従って処理を実行する。
Next, battery monitoring control processing executed by the
このバッテリ監視制御処理が開始されると、まず充電器20が接続されているか否かが判断される(S110)。この判断は、マイコン32の充電器接続検出信号入力ポート49に入力される充電器接続検出信号に基づいて行われ、この充電器接続検出信号がHレベルであれば充電器20は接続されていないと判断され、Lレベルであれば充電器20が接続されているものと判断される。
When the battery monitoring control process is started, it is first determined whether or not the
そして、充電器20が接続されていると判断された場合は(S110:YES)、マイコン32を含むバッテリパック10内の監視回路は充電監視モードに入る(S120)。この充電監視モードでは、マイコン32は、RAM58に充電監視モードフラグを設定すると共に、バッテリ31の状態を監視しつつ、バッテリ31への充電を制御する。
When it is determined that the
一方、充電器20が接続されていないと判断された場合は(S110:NO)、バッテリ電圧Vbatが25Vより低いか否かが判断される(S130)。この判断は、電圧低下検出用コンパレータ34からの電圧低下検出信号に基づいて行われ、25Vより低いと判断された場合は(S130:YES)、バッテリ31が過放電状態となるおそれがあることから、データストアを行った後、シャットダウンモードへと移行させる(S370)。即ち、シャットダウンスイッチ40をオフさせることにより、バッテリ31からバッテリパック10内への電力供給を全て停止させるのである。
On the other hand, when it is determined that the
なお、データストアとは、マイコン32がRAM58等に保持していた各種データ(例えば充電回数、これまでに検出されたセル温度の最高値・最大値、放電電流の最大値・最小値などの各種履歴)を不揮発性メモリ59に記憶させるものである。
The data store refers to various data stored in the RAM 58 or the like by the microcomputer 32 (for example, the number of times of charging, the maximum value / maximum value of the cell temperature detected so far, the maximum value / minimum value of the discharge current, etc. (History) is stored in the
このようにシャットダウンモードに入った後は、充電器20が接続されて充電が開始されない限り、シャットダウンモードが維持される。そして、充電器20が接続された場合は、充電器20内の充電側制御電源VddがダイオードD2を介してバッテリ側レギュレータ33に入力されるため、バッテリ側レギュレータ33においてその充電側制御電源Vddを元にしたバッテリ側制御電源Vccの生成が開始され、そのバッテリ側制御電源Vccがマイコン32に入力される。これにより、マイコン32は、バッテリ監視制御処理を含む各種制御(通常動作)を開始することとなる。
After entering the shutdown mode in this way, the shutdown mode is maintained unless the
S130の判断処理においてバッテリ電圧Vbatが25V以上と判断されたときは(S130:NO)、各電池セルB1,B2,・・・,Bnの各々につき、セル電圧が2.0Vより低いか否かが判断される(S140)。このとき、全ての電池セルのセル電圧が2.0V以上ならば(S140:NO)、ステータスチェックを行うが(S150)、いずれか1つでもセル電圧が2.0Vより低い電池セルがあった場合は(S140:YES)、放電禁止モードに入る(S320)。 When the battery voltage Vbat is determined to be 25 V or higher in the determination process of S130 (S130: NO), whether or not the cell voltage is lower than 2.0 V for each of the battery cells B1, B2,. Is determined (S140). At this time, if the cell voltages of all the battery cells are 2.0V or more (S140: NO), a status check is performed (S150), but there is a battery cell whose cell voltage is lower than 2.0V in any one of them. If this is the case (S140: YES), the discharge inhibition mode is entered (S320).
具体的には、マイコン32内のRAM58に放電禁止モードフラグを設定すると共に、放電停止信号出力ポート50からLレベルの放電停止信号を出力する。これにより、工具本体2内の放電停止用トランジスタTr12がオンして通電制御トランジスタTr11がオフし、モータ65への通電(即ちバッテリ31からの放電)が停止される。
Specifically, a discharge inhibition mode flag is set in the RAM 58 in the
一方、S150のステータスチェックでは、バッテリ電圧Vbat、セル電圧、セル温度、放電電流などの、バッテリ31の状態を示す各種データの取得が行われる。
そして、放電電流信号入力ポート46に入力された放電電流信号に基づき、放電電流が80Aより大きいか否かが判断され(S160)、80Aより大きい場合は(S160:YES)、放電停止モードに入る(S310)。この放電停止モードでは、具体的には、マイコン32内のRAM58に放電停止モードフラグを設定すると共に、S320の放電禁止モードと同じように放電停止信号出力ポート50からLレベルの放電停止信号を出力することにより、バッテリ31から工具本体2への放電を停止させる。そして、再びS150のステータスチェック以降の処理に戻る。
On the other hand, in the status check in S150, various data indicating the state of the
Based on the discharge current signal input to the discharge current
放電電流が80A以下の場合は(S160:NO)、セル温度信号入力ポート44に入力されるセル温度信号に基づき、セル温度が80℃より大きいか否かが判断される(S170)。そして、セル温度が80℃より大きい場合は(S170:YES)、放電停止モードに入った上で(S310)、再びS150のステータスチェック以降の処理に戻る。セル温度が80℃以下の場合は(S170:NO)、S140と同じように再度セル電圧が2.0Vより低いか否かの判断が行われ(S180)、ここで1つでも2.0Vより低い電池セルがあれば(S180:YES)、放電禁止モードに入り(S320)、全ての電池セルが2.0V以上ならば(S180:NO)、放電許可モードに入る(S190)。具体的には、RAM58に放電許可モードフラグを設定する。
If the discharge current is 80 A or less (S160: NO), based on the cell temperature signal input to the cell temperature
つまり、本実施形態では、放電が行われる際、放電電流が80A以下であって、全ての電池セルのセル電圧が2.0V以上であって、且つセル温度が80℃以下ならば、放電許可条件の成立が継続したものとして、工具本体2への電力供給を継続し、工具本体2の動作を継続させるのである。
In other words, in this embodiment, when discharge is performed, if the discharge current is 80 A or less, the cell voltages of all the battery cells are 2.0 V or more, and the cell temperature is 80 ° C. or less, the discharge is permitted. Assuming that the conditions have been satisfied, the power supply to the
放電許可モードに入った後も、バッテリ31の監視は継続される。即ち、S190による放電許可モードへの移行後、まず、放電電流が0Aになっていないかどうか判断され(S200)る。放電中、即ち工具使用中ならば、放電は継続されているため(S200:NO)、再びS150のステータスチェック以下の処理に戻る。一方、トリガスイッチ9の操作が解除されてバッテリ31から工具本体2への放電が終了され、放電電流が0Aになると(S200:YES)、ゲイン切替信号出力ポート47からLレベルのゲイン切替信号を出力して、オペアンプ37等からなる非反転増幅回路のゲインを初期状態の第1のゲインから、これよりも大きい第2のゲインへと切り替える(S210)。
Even after entering the discharge permission mode, the monitoring of the
これにより、次にまた放電が開始されたときに、モータ低速時などの電流値がまだ小さな状態であってもその放電開始を迅速に検出することができる。なお、S200における0Aか否かの判断は、バッテリ31からの放電電流が完全に0Aであることを意味するのではなく、工具本体2への電力供給に伴うバッテリ31の放電が終了した状態(即ち工具本体2への供給が0Aとなった状態)を意味している。そのため、実際には、マイコン32を含むバッテリパック10内の各回路において消費される電力を基に放電終了判定用の規定電流値が設定され、この規定電流値以下であったならば放電終了状態になったものと判定してS210に進むようにされている。
As a result, when the discharge is started again, the start of the discharge can be quickly detected even if the current value is still small, such as at a low motor speed. Note that the determination of whether or not the current is 0 A in S200 does not mean that the discharge current from the
そして、S210により第2のゲインに切り替えて小さな放電電流でも精度良く検出できるようにした後は、あらためて放電電流が0Aより大きいか否かが判断される(S220)。即ち、バッテリ31から工具本体2への放電が終了した状態であるかどうかの判断が、S200に引き続いて確認的に行われる。
Then, after switching to the second gain in S210 so that even a small discharge current can be detected accurately, it is determined again whether or not the discharge current is greater than 0 A (S220). That is, whether or not the discharge from the
このとき、放電電流が0Aより大きくてまだ工具本体2への放電が続いていると判断された場合は(S220:YES)、非反転増幅回路のゲインを再び第1のゲインに切り替えて(S230)、S150に戻る。一方、工具本体2への放電電流が0Aであると判断された場合は(S220:NO)、放電終了状態になったものとして、スリープモードへ入る条件が成立しているか否か、換言すればバッテリ31が安定した状態であるか否かを判断するための、S240〜S270の各種判断が行われる。
At this time, when it is determined that the discharge current is larger than 0 A and the discharge to the
即ち、まずセル温度について、その変化量であるdT/dtが例えば5℃より小さいか否かが判断される(S240)。ここで、バッテリ31が正常状態であれば、放電終了後はセル温度が徐々に下がっていくはずである。しかし、放電終了後、バッテリ31が安定状態になるまでの安定していない状態において、例えばある電池セルにおいて既述の軽ショートが発生するなど、電池セルに異常が生じると、セル温度は急上昇する。そこで、S240では、このような電池セルの異常に伴うセル温度の急上昇を検出することによって電池セルの異常を検出するようにしているのである。
That is, it is first determined whether or not the cell temperature has a change amount dT / dt smaller than, for example, 5 ° C. (S240). Here, if the
そして、S240でセル温度の変化量dT/dtが5℃以上の場合は(S240:NO)、電池セルが異常状態であると判断(異常検出)し、充放電ともに禁止する充放電禁止モードに移行する(S380)。この充放電禁止モードに移行すると、以後、当該バッテリパック10は充放電いずれもできない状態となり、ユーザはもはやこのバッテリパック10を使用することはできなくなる。
If the cell temperature change amount dT / dt is 5 ° C. or more in S240 (S240: NO), it is determined that the battery cell is in an abnormal state (abnormality detection), and the charge / discharge prohibit mode is set to prohibit both charging and discharging. Transition is made (S380). After shifting to the charge / discharge inhibition mode, the
S240でセル温度の変化量dT/dtが5℃より小さいと判断された場合は(S240:YES)、続いて、各電池セルの各々につき、セル電圧の変化量dV/dtが例えば−100mVより大きいか否かが判断される(S250)。電池セルにおいて例えば軽ショートが発生すると、その電池セルの電圧は急激に低下する。そこで、S250では、このような電池セルの異常に伴うセル電圧の急低下を検出することによって、電池セルの異常を検出するようにしているのである。 If it is determined in S240 that the cell temperature variation dT / dt is smaller than 5 ° C. (S240: YES), then, for each battery cell, the cell voltage variation dV / dt is, for example, from −100 mV. It is determined whether or not it is larger (S250). For example, when a light short circuit occurs in a battery cell, the voltage of the battery cell rapidly decreases. Therefore, in S250, the battery cell abnormality is detected by detecting such a sudden drop in the cell voltage accompanying the abnormality of the battery cell.
そして、S250で、いずれか1つでもセル電圧の変化量dV/dtが−100mV以下である(つまり低下傾向が大きい)と判断された場合は(S250:NO)、電池セルが異常状態であると判断して、充放電ともに禁止する充放電禁止モードに移行する(S380)。 If it is determined in S250 that any one of the cell voltage changes dV / dt is -100 mV or less (that is, the decrease tendency is large) (S250: NO), the battery cell is in an abnormal state. Thus, the charging / discharging prohibition mode for prohibiting both charging and discharging is entered (S380).
S250で、全ての電池セルについてそのセル電圧の変化量dV/dtが−100mVより大きい(つまり低下傾向が小さい)と判断された場合は(S250:YES)、続いて、各電池セルの各々につき、セル電圧の変化量dV/dtが0以下であるか否かが判断される(S260)。このとき、セル電圧の変化量が0より大きい(つまりセル電圧が上昇している)場合は(S260:NO)、電池セルに異常は発生していないものの、まだ放電終了直後であってバッテリ31が安定していない状態であると判断され、再びS150以下の処理に戻る。
If it is determined in S250 that the cell voltage variation dV / dt is greater than −100 mV (that is, the decrease tendency is small) for all battery cells (S250: YES), then, for each battery cell Then, it is determined whether or not the change amount dV / dt of the cell voltage is 0 or less (S260). At this time, if the amount of change in the cell voltage is greater than 0 (that is, the cell voltage has increased) (S260: NO), although no abnormality has occurred in the battery cell, the
一方、セル電圧の変化量が0以下の場合、即ち、放電終了後からのセル電圧の上昇が収束して安定してきたと判断された場合は(S260:YES)、さらに続いて、セル温度Tが60℃より低いか否かが判断される(S270)。このS270の判断は、S250におけるセル温度の変化量の判断とは異なり、セル温度そのものの値を対象とした判断である。そして、セル温度が60℃以上の場合は(S270:NO)、バッテリ31がまだ安定していない状態であると判断され、再びS150以下の処理に戻る。一方、セル温度が60℃より低いと判断された場合は(S270:YES)、スリープモードへの移行条件が成立したものとして、マイコン32は、自身を含む監視回路全体をスリープモードへと切り替える(S280)。
On the other hand, when the change amount of the cell voltage is 0 or less, that is, when it is determined that the increase in the cell voltage after the end of discharge has converged and stabilized (S260: YES), the cell temperature T is further increased. It is determined whether the temperature is lower than 60 ° C. (S270). This determination in S270 is a determination for the value of the cell temperature itself, unlike the determination of the change in cell temperature in S250. If the cell temperature is 60 ° C. or higher (S270: NO), it is determined that the
スリープモード中は、通常の動作状態中に行われる、セル電圧の監視、セル温度の監視、充放電電流の監視をはじめ、監視回路で行われる各種監視動作は基本的に停止され、マイコン32による各種制御も基本的に停止されるが、既述の通り、少なくともスリープモードから再び通常の動作状態へ復帰させるために必要な機能は、引き続き行われる。
During the sleep mode, various monitoring operations performed by the monitoring circuit, including cell voltage monitoring, cell temperature monitoring, and charge / discharge current monitoring, which are performed during normal operation, are basically stopped by the
そして、スリープモードへの切り替わり後、バッテリ31からの放電が開始されるか、充電器20が接続されるか、或いはバッテリ電圧Vbatが25Vより低くなったか、のいずれかの復帰条件が成立した場合は(S290)、スリープモードから通常の動作状態へとウェイクアップさせ(S300)、再びS110以下の処理を行う。なお、S300のウェイクアップ処理では、S210にて第2のゲインに切り替わったゲインを再び第1のゲインに戻す処理も行われる。
Then, after switching to the sleep mode, when the discharge condition from the
この場合において、例えば、バッテリパック10に充電器20が接続されたことによりスリープモードから復帰した場合は、S110からS120へ進み、充電監視モードに入ることになる。また例えば、バッテリ電圧Vbatが25Vより低くなったことによりスリープモードから復帰した場合は、S110からS130に進んだ後、このS130の判断処理においてバッテリ電圧Vbatが25Vより低いと判断されて(S130:YES)、S370のデータストア及びシャットダウンモードへの移行処理に進む。
In this case, for example, when the
また、S320により放電禁止モードに移行した後は、S330に進み、S240と全く同じ判断処理、即ちセル温度の変化量dT/dtが5℃より小さいか否かが判断される。そして、セル温度の変化量dT/dtが5℃以上の場合は(S330:NO)、電池セルが異常状態であると判断して、充放電ともに禁止する充放電禁止モードに移行する(S380)。一方、セル温度の変化量dT/dtが5℃より小さいと判断された場合は(S330:YES)、続いてS340に進み、S250と全く同じ判断処理、即ち各電池セルの各々につき、セル電圧の変化量dV/dtが−100mVより大きいか否かが判断される。 Further, after shifting to the discharge inhibition mode in S320, the process proceeds to S330, and it is determined whether or not the same determination process as S240, that is, whether the cell temperature change amount dT / dt is smaller than 5 ° C. If the change dT / dt of the cell temperature is 5 ° C. or higher (S330: NO), it is determined that the battery cell is in an abnormal state, and a transition is made to a charge / discharge inhibition mode that inhibits both charging and discharging (S380). . On the other hand, if it is determined that the cell temperature change amount dT / dt is smaller than 5 ° C. (S330: YES), the process proceeds to S340, where the same determination process as S250, that is, the cell voltage for each battery cell. It is determined whether or not the change amount dV / dt is greater than −100 mV.
そして、いずれか1つでもセル電圧の変化量dV/dtが−100mV以下である(つまり低下傾向が大きい)と判断された場合は(S340:NO)、電池セルが異常状態であると判断して、充放電ともに禁止する充放電禁止モードに移行する(S380)。一方、全ての電池セルについてそのセル電圧の変化量dV/dtが−100mVより大きい(つまり低下傾向が小さい)と判断された場合は(S340:YES)、続いてS350に進み、S260と全く同じ判断処理、即ち各電池セルの各々につき、セル電圧の変化量dV/dtが0以下であるか否かが判断される。 If any one of the cell voltage changes dV / dt is determined to be −100 mV or less (that is, the decrease tendency is large) (S340: NO), it is determined that the battery cell is in an abnormal state. Then, the charging / discharging prohibition mode for prohibiting both charging and discharging is performed (S380). On the other hand, if it is determined that the cell voltage variation dV / dt is greater than −100 mV (that is, the decrease tendency is small) for all the battery cells (S340: YES), the process proceeds to S350 and is exactly the same as S260. Determination processing, that is, whether or not the cell voltage change amount dV / dt is 0 or less is determined for each battery cell.
そして、セル電圧の変化量が0より大きい場合は(S350:NO)、再びS320以下の処理に戻る。一方、セル電圧の変化量が0以下の場合は(S350:YES)、続いてS360に進み、S270と全く同じ判断処理、即ちセル温度Tが60℃より低いか否かが判断される。 If the change amount of the cell voltage is greater than 0 (S350: NO), the process returns to S320 and subsequent steps. On the other hand, when the change amount of the cell voltage is 0 or less (S350: YES), the process proceeds to S360, where it is determined whether or not the same determination process as S270, that is, whether the cell temperature T is lower than 60 ° C.
そして、セル温度が60℃以上の場合は(S360:NO)、再びS320以下の処理に戻る。一方、セル温度が60℃より低いと判断された場合は(S360:YES)、S370に進み、データストア及びシャットダウンモードへの移行処理が行われる。 And when cell temperature is 60 degreeC or more (S360: NO), it returns to the process below S320 again. On the other hand, when it is determined that the cell temperature is lower than 60 ° C. (S360: YES), the process proceeds to S370, and the process of shifting to the data store and the shutdown mode is performed.
(6)第1実施形態の効果
以上説明した本実施形態のバッテリパック10によれば、工具本体2への放電が終了した後(S220:NO)、セル温度の変化量dT/dtが5℃より小さくて温度変化が安定した状態になったこと(S240:YES)、バッテリ31を構成する全ての電池セルについてそのセル電圧の変化量dV/dtが−100mVより大きく(S250:YES)且つ0以下(S260:YES)のセル電圧安定状態になったこと、及びセル温度が60℃より低くて温度が安定した状態になったこと(S270:YES)、の各条件が全て成立したときに、当該バッテリパック10がスリープモードへ切り替わる(S280)。そのため、工具本体2への放電が終了してからバッテリ31が安定するまでの間に必要且つ十分にバッテリ31の状態を監視しつつ、バッテリ31の消費電力を効果的に低減することができる。
(6) Effects of First Embodiment According to the
しかも、放電終了後、単にスリープモードへの切り替わりの条件成立を判断しているだけではなく、セル温度が急上昇している場合(S240:NO)や、セル電圧の変化量が急低下している場合(S250:NO)には、バッテリ31が異常状態であるものと判断して、以後、このバッテリパック10が使用できないようにされる。そのため、消費電力の効果的な低減を実現しつつ、軽ショート等の異常発生に対しても確実にこれを検出して的確な対応をとることができる。
In addition, it is not only determined that the condition for switching to the sleep mode is satisfied after the discharge is completed, but also when the cell temperature is rapidly increasing (S240: NO), or the amount of change in the cell voltage is rapidly decreasing. In the case (S250: NO), it is determined that the
また、工具本体2への放電が行われている間は、オペアンプ37等からなる非反転増幅回路のゲインを第1のゲインとする一方、工具本体2への放電が終了したときにはそのゲインを第1のゲインより大きい第2のゲインに切り替えるようにしている。そのため、バッテリ31から工具本体2への放電が行われている間は、その放電中の放電電流(数十Aの比較的大きな電流)を確実に検出することができる。そして放電終了後には、より大きな第2のゲインによって小さい放電電流でも大きな値に増幅されるようになるため、再び放電が開始されたときに、モータ低速時などの放電電流が小さい状態であってもこれを確実に検出することができ、スリープモードから迅速に復帰させることができる。
Further, while the discharge to the
また、本実施形態では、スリープモードに切り替わった後も、バッテリ電圧分圧値Vzが第1基準電圧Vr1より低くなったか否かの判断は継続して行われ、第1基準電圧Vr1より低くなった場合には、スリープモードから復帰し、さらにシャットダウンモードへと切り替わる。つまり、バッテリ31の残容量が少なくなってバッテリ電圧が25Vより低くなった場合は、シャットダウンモードに移行してバッテリ31からの放電が完全に停止されるのである(但し自然放電は除く)。そのため、バッテリ31が過放電状態になるのを防ぐことが可能となる。
Further, in this embodiment, even after switching to the sleep mode, it is continuously determined whether or not the battery voltage divided value Vz is lower than the first reference voltage Vr1, and becomes lower than the first reference voltage Vr1. In the event of a failure, it returns from sleep mode and then switches to shutdown mode. That is, when the remaining capacity of the
(7)他の実施形態
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施の形態は、上記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。
(7) Other Embodiments The embodiment of the present invention has been described above. However, the embodiment of the present invention is not limited to the above embodiment, and various embodiments are included as long as they belong to the technical scope of the present invention. It goes without saying that the form of can be adopted.
例えば、放電終了後にスリープモードへ切り替わるための条件として、上記実施形態では、図5のバッテリ監視制御処理に示したように、セル温度の変化量dT/dtが5℃より小さい温度安定状態であること(S240:YES)、全ての電池セルについてそのセル電圧の変化量dV/dtが−100mVより大きく(S250:YES)且つ0以下である電圧安定状態であること(S260:YES)、及びセル温度Tが60℃より低いこと(S270:YES)、がそれぞれ設定され、これらが全て成立したときにスリープモードへ切り替わるようにしたが、例えば、セル温度の変化量dT/dtが5℃より小さい温度安定状態であること(S240:YES)のみをもってスリープモードに切り替えたり、全ての電池セルについてそのセル電圧の変化量dV/dtが−100mVより大きいこと(S250:YES)のみをもって電圧安定状態としてスリープモードに切り替えたり、これらS240及びS250の双方の条件が成立したときにスリープモードに切り替えたりするなど、スリープモードへの切り替え条件は種々の組み合わせを採用することができる。或いは、S240〜S270の条件判断に加えてさらに他の条件判断をも行うようにしてもよい。 For example, as a condition for switching to the sleep mode after the end of discharging, in the above-described embodiment, as shown in the battery monitoring control process of FIG. 5, the cell temperature change amount dT / dt is in a temperature stable state smaller than 5 ° C. (S240: YES), the cell voltage change amount dV / dt is greater than −100 mV (S250: YES) and 0 or less for all battery cells (S260: YES), and the cells The temperature T is lower than 60 ° C. (S270: YES), and when all of these are established, the mode is switched to the sleep mode. For example, the cell temperature change amount dT / dt is smaller than 5 ° C. Switching to sleep mode only when the temperature is stable (S240: YES), or for all battery cells Only when the cell voltage change amount dV / dt is greater than −100 mV (S250: YES), the voltage stable state is switched to the sleep mode, or when both the conditions of S240 and S250 are satisfied, the sleep mode is switched. For example, various combinations can be adopted as the condition for switching to the sleep mode. Alternatively, in addition to the condition determination in S240 to S270, another condition determination may be performed.
但し、放電終了直後のバッテリ31が安定していない状態の期間において確実に監視動作を継続でき、且つ、バッテリ31が安定状態に入った後は速やかにスリープモードに移行して消費電力を効果的に抑制するためには、より好ましくは、上記実施形態のS240〜S270に示した必要十分な条件判断を行うようにするとよい。
However, the monitoring operation can be surely continued during the period in which the
また、S240〜S270の各判断処理における具体的判断基準値として、図5に示した各値(S240の5℃、S250の−100mV、S260の0、S270の60℃)は、あくまでも一例であり、これとはことなる数値を適宜設定するようにしてもよい。このことは、他のS130、S140、S160、S170、S180、S200、S220、及びS330〜S360の各判断処理における判断基準値についても同様である。 Further, as specific determination reference values in the determination processes of S240 to S270, the values shown in FIG. 5 (5 ° C. of S240, −100 mV of S250, 0 of S260, 60 ° C. of S270) are merely examples. A numerical value different from this may be set as appropriate. The same applies to the determination reference values in the determination processes of other S130, S140, S160, S170, S180, S200, S220, and S330 to S360.
また、上記実施形態では、オペアンプ37からなる非反転増幅回路のゲインを、マイコン32からのゲイン切替信号によって二種類に切り替え可能としたが、3種類以上に切り替え可能な構成としてもよいし、或いは、連続的に変化できるような構成にしてもよい。
In the above embodiment, the gain of the non-inverting amplifier circuit composed of the
また、上記実施形態では、放電検出用コンパレータ36に対して、オペアンプ37からの放電電流信号が入力される構成としたが、電流検出抵抗R1の上流側の電圧信号(つまりオペアンプ37に入力される信号)をこの放電検出用コンパレータ36にも入力するようにしてもよい。
In the above embodiment, the discharge current signal from the
また、上記実施形態では、バッテリパック10において、マイコン32を含む、図3に示した各回路によって全体として監視回路が構成されるものとして説明したが、例えば、マイコン32とは別に監視用の専用回路(専用IC等)を設け、スリープモード時には、この専用IC等への電源供給を停止させるなどしてこの専用IC等の動作を停止させると共に、マイコン32を低消費電力にて動作(例えばスリープモードからの復帰条件が成立したかどうかを監視するだけの機能に限定して動作)させるようにしてもよい。
In the above embodiment, the
また、バッテリ31の構成は、上記実施形態では10個の電池セルが直列に接続された構成であったが、これはあくまでも一例であり、バッテリ31を構成する電池セルの数は特に限定されず、1つの電池セルを備えたバッテリであってもよいし、電池セルが直並列に接続されたものであってもよい。また、1つの電池セルの電圧やバッテリ電圧についても、上記実施形態で例示した値に限定されるものでないことはいうまでもない。
In addition, the configuration of the
また、上記実施形態では、バッテリ31を構成する各電池セルがリチウムイオン二次電池である場合を例に挙げて説明したが、これもあくまでも一例であり、電池セルがリチウムイオン二次電池以外の場合、或いは一次電池である場合も、同様に本発明を適用することができる。
Moreover, in the said embodiment, although the case where each battery cell which comprises the
1…充電式インパクトドライバ、2…工具本体、9…トリガスイッチ、10…バッテリパック、11…充電側ターミナル、12…充電側装着部、13…表示部、19…バッテリ側信号端子、20…充電器、21…バッテリ側ターミナル、22…バッテリ側装着部、30…充電システム、31…バッテリ、32…マイコン、33…バッテリ側レギュレータ、34…電圧低下検出用コンパレータ、35…差動増幅回路、36…放電検出用コンパレータ、37…オペアンプ、38…セル選択スイッチ、39…温度検出回路、40…シャットダウンスイッチ、41…電圧低下検出信号入力ポート、42…セル選択信号出力ポート、43…セル電圧信号入力ポート、44…セル温度信号入力ポート、45…放電検出信号入力ポート、46…放電電流信号入力ポート、47…ゲイン切替信号出力ポート、48…シャットダウン信号出力ポート、49…充電器接続検出信号入力ポート、50…放電停止信号出力ポート、51…バッテリ側正極端子、52…バッテリ側負極端子、53…充電器接続信号入力端子、54…放電停止信号出力端子、56…CPU、57…ROM、58…RAM、59…不揮発性メモリ、61…工具側正極端子、62…工具側負極端子、63…放電停止信号入力端子、64…工具側レギュレータ、65…モータ、71…充電側正極端子、72…充電側負極端子、73…充電器接続信号出力端子、74,75…入力電源端子、76…コンバータ、77…充電側レギュレータ、B1,B2,…,Bn…電池セル、D1,D2,D11…ダイオード、R1…電流検出抵抗、R2,R3,R4,R5,R11,R12…抵抗、Rx,Ry…分圧抵抗、Tr1…充電器検出用トランジスタ、Tr2…放電停止信号出力用トランジスタ、Tr11…通電制御トランジスタ、Tr12…放電停止用トランジスタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rechargeable impact driver, 2 ... Tool main body, 9 ... Trigger switch, 10 ... Battery pack, 11 ... Charge side terminal, 12 ... Charge side mounting part, 13 ... Display part, 19 ... Battery side signal terminal, 20 ...
Claims (12)
少なくとも1つの電池セルを有するバッテリと、
前記バッテリから電力供給を受けて動作し、少なくとも、前記バッテリからの放電電流を検出する放電電流検出手段、前記電池セルの電圧を検出するセル電圧検出手段、及び前記バッテリの温度を検出する温度検出手段を有し、該各検出手段による検出結果に基づいて前記バッテリの状態を監視する監視回路と、
前記監視回路により前記放電電流が予め決められた規定電流値以下である放電終了状態となったことが検出された場合であって、更に該監視回路により、前記電池セルの電圧の変化量が予め決められた電圧変化量安定範囲内にある電圧安定状態、又は前記バッテリの温度の変化量が予め決められた温度変化量安定範囲内にある温度安定状態の少なくともいずれか一方であることが検出されたときに、少なくとも該監視回路の動作の一部又は全てを停止させることにより当該電動工具用バッテリパックをスリープモードに切り替えるスリープモード切替手段と、
を備えたことを特徴とする電動工具用バッテリパック。 A battery pack for a power tool,
A battery having at least one battery cell;
The battery is operated by receiving power from the battery, and at least discharge current detection means for detecting a discharge current from the battery, cell voltage detection means for detecting the voltage of the battery cell, and temperature detection for detecting the temperature of the battery And a monitoring circuit for monitoring the state of the battery based on the detection result by each detection means,
In the case where it is detected by the monitoring circuit that the discharge current has reached a discharge end state that is equal to or less than a predetermined specified current value, the monitoring circuit further determines the amount of change in the voltage of the battery cell in advance. It is detected that at least one of a voltage stable state within a predetermined voltage change amount stable range and a temperature stable state where the battery temperature change amount is within a predetermined temperature change amount stable range. A sleep mode switching means for switching the battery pack for the electric tool to the sleep mode by stopping at least part or all of the operation of the monitoring circuit,
A battery pack for an electric tool, comprising:
前記監視回路は、前記バッテリが有する全ての前記電池セルについて、その電圧の変化量が前記電圧変化量安定範囲内にある場合に、前記電圧安定状態であることを検出する
ことを特徴とする電動工具用バッテリパック。 The battery pack for an electric tool according to claim 1,
The monitoring circuit detects that the voltage is stable when all the battery cells included in the battery have a voltage change amount in the voltage change amount stable range. Battery pack for tools.
前記スリープモード切替手段は、前記監視回路により前記放電終了状態が検出された場合であって、更に該監視回路により、前記電圧安定状態及び前記温度安定状態が共に検出されたときに、前記スリープモードへの切り替えを行う
ことを特徴とする電動工具用バッテリパック。 The battery pack for an electric tool according to claim 1 or 2,
The sleep mode switching means is when the discharge end state is detected by the monitoring circuit, and when the voltage stable state and the temperature stable state are both detected by the monitoring circuit, A battery pack for electric tools characterized by switching to
前記スリープモード切替手段は、前記監視回路により前記放電終了状態が検出された場合であって、更に該監視回路により、前記電圧安定状態及び前記温度安定状態が共に検出され且つ前記バッテリの温度が予め決められた温度閾値より低いことが検出されたときに、前記スリープモードへの切り替えを行う
ことを特徴とする電動工具用バッテリパック。 The battery pack for an electric tool according to claim 3,
The sleep mode switching means is the case where the discharge end state is detected by the monitoring circuit, and further, the voltage stable state and the temperature stable state are both detected by the monitoring circuit, and the temperature of the battery is set in advance. When it is detected that the temperature is lower than a predetermined temperature threshold, switching to the sleep mode is performed.
前記監視回路は、前記電池セルの電圧の変化量が前記電圧変化量安定範囲を外れたこと、又は前記バッテリの温度の変化量が前記温度変化量安定範囲を外れたこと、の少なくとも一方を検出したときに、前記バッテリが異常状態であると判断する
ことを特徴とする電動工具用バッテリパック。 It is a battery pack for electric tools in any one of Claims 1-4,
The monitoring circuit detects at least one of a change in the voltage of the battery cell outside the stable voltage change amount range or a change in the temperature of the battery outside the stable temperature change amount range. When the battery pack for an electric tool is determined, the battery is determined to be in an abnormal state.
前記スリープモード切替手段により前記スリープモードへの切り替えが行われた後、当該電動工具用バッテリパックにおいて予め決められたモード復帰条件が成立した場合に、当該電動工具用バッテリパックを前記スリープモードから通常の動作状態に復帰させるモード復帰手段を備えている
ことを特徴とする電動工具用バッテリパック。 A battery pack for an electric tool according to any one of claims 1 to 5,
After the switching to the sleep mode by the sleep mode switching unit, when a predetermined mode return condition is satisfied in the power tool battery pack, the power tool battery pack is normally moved from the sleep mode. A battery pack for an electric tool, characterized by comprising mode return means for returning to the operating state.
前記モード復帰手段は、前記バッテリからの放電が開始されたことを検出する放電開始検出手段を有し、該放電開始検出手段により前記放電の開始が検出されたときに前記モード復帰条件が成立したものと判断する
ことを特徴とする電動工具用バッテリパック。 The battery pack for an electric tool according to claim 6,
The mode return means has discharge start detection means for detecting that discharge from the battery has started, and the mode return condition is satisfied when the start of discharge is detected by the discharge start detection means A battery pack for a power tool characterized by being judged.
前記放電電流検出手段は、前記放電電流の大きさに対応した電気信号を取得する信号取得手段と、該信号取得手段により取得された電気信号を予め決められた第1のゲインにて増幅する信号増幅手段とを有すると共に、前記スリープモード切替手段による前記スリープモードへの切り替えが行われた後も動作を継続するよう構成されており、
前記放電開始検出手段は、前記信号増幅手段による増幅後の電気信号に基づいて前記放電が開始されたことの検出を行うよう構成されており、
更に、前記監視回路が前記放電終了状態を検出したときに前記信号増幅手段のゲインを前記第1のゲインよりも大きい第2のゲインに切り替えるゲイン切替手段を備えている
ことを特徴とする電動工具用バッテリパック。 The battery pack for an electric tool according to claim 7,
The discharge current detection means includes a signal acquisition means for acquiring an electric signal corresponding to the magnitude of the discharge current, and a signal for amplifying the electric signal acquired by the signal acquisition means with a predetermined first gain. And amplifying means, and configured to continue the operation after the sleep mode switching means is switched to the sleep mode,
The discharge start detection means is configured to detect that the discharge has started based on the electric signal after amplification by the signal amplification means,
The power tool further comprising: gain switching means for switching the gain of the signal amplifying means to a second gain larger than the first gain when the monitoring circuit detects the discharge end state. Battery pack.
前記ゲイン切替手段は、前記第2のゲインへの切り替え後、前記放電開始検出手段により前記放電の開始が検出されたときは、前記ゲインを再び前記第1のゲインへ切り替える
ことを特徴とする電動工具用バッテリパック。 The battery pack for an electric tool according to claim 8,
The gain switching means switches the gain to the first gain again when the start of discharge is detected by the discharge start detection means after switching to the second gain. Battery pack for tools.
前記スリープモードのときにも動作し、前記バッテリの電圧が予め決められた電圧下限閾値より低くなったか否かを判断するバッテリ電圧判断手段と、
前記通常の動作状態のときに動作し、前記バッテリ電圧判断手段によって前記バッテリの電圧が前記電圧下限閾値より低くなったと判断された場合に、当該電動工具用バッテリパックを、前記スリープモード時よりも前記バッテリの消費電力が小さいシャットダウンモードに切り替えるシャットダウンモード切替手段と、を備え、
前記モード復帰手段は、該バッテリ電圧判断手段により前記バッテリの電圧が前記電圧下限閾値より低くなったと判断されたときに前記モード復帰条件が成立したものと判断する
ことを特徴とする電動工具用バッテリパック。 It is a battery pack for electric tools in any one of Claims 6-9,
Battery voltage determining means that operates also in the sleep mode and determines whether or not the voltage of the battery is lower than a predetermined voltage lower limit threshold;
When the battery voltage determination means determines that the battery voltage has become lower than the voltage lower limit threshold, the power tool battery pack is connected to the battery pack for the electric tool more than in the sleep mode. Shutdown mode switching means for switching to a shutdown mode with low power consumption of the battery,
The battery for power tools, wherein the mode return means determines that the mode return condition is satisfied when the battery voltage determination means determines that the voltage of the battery is lower than the voltage lower limit threshold. pack.
当該電動工具用バッテリパックに対し、前記バッテリを充電するための充電装置が接続されたことを検出する充電検出手段を備え、
前記モード復帰手段は、前記充電検出手段により前記充電装置の接続が検出されたときに前記モード復帰条件が成立したものと判断する
ことを特徴とする電動工具用バッテリパック。 It is a battery pack for electric tools in any one of Claims 6-10,
Charge detecting means for detecting that the charging device for charging the battery is connected to the battery pack for the electric tool,
The battery pack for an electric tool, wherein the mode return means determines that the mode return condition is satisfied when connection of the charging device is detected by the charge detection means.
前記電動工具用バッテリパックが着脱自在に装着され、該電動工具用バッテリパックからの電力供給を受けて動作する工具本体と、
を備えたことを特徴とする電動工具。 A battery pack for an electric tool according to any one of claims 1 to 11,
A tool main body that is detachably mounted on the power tool battery pack and operates by receiving power from the power tool battery pack;
An electric tool comprising:
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