JP5376775B2 - 電池電圧の監視 - Google Patents

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Description

本開示は、電池の監視に関し、より詳細には電池の電圧放電の監視に関する。
動力工具、電気自動車、他の携帯型装置などのいくつかの電気装置は、電池パックによって電力供給されうる。動力工具にコードレス電池パックを取り付けることにより、使用者は、電源コードに制約されることなく自由に動き回ることができる。
電池パックは、電池が電力供給したり充電されたりすることができるように、電池およびスイッチング回路を含むことができる。電池を安全に使用し続けるために、1つまたは複数の監視機能が電池パックに含まれている回路によって実行されてもよい。例えば、各電池の電圧レベルが監視されてもよい。
特定の化学電池(battery cell chemistries)、例えばリチウムイオン電池は、それらの電圧レベルが高電圧閾値を上回るまたは低電圧閾値を下回る場合に有害となりうる。したがって、従来の回路は、電池の電圧を監視し、その監視電圧を所定の低電圧閾値および高電圧閾値と比較することができる。どちらの閾値に達した場合でも安全機能(例えば、監視率の増大、スイッチの開放など)を開始することができる。しかし、閾値ブリーチ(threshold breech)の決定にはかなりの時間がかかることがあり、そのような長い時間は、電池の安全限界を超える可能性がある。
本開示の一態様によれば、装置が、集積回路に実装された電池ゲージ回路を含む。電池ゲージ回路は、スイッチのうちのそれぞれの1つに関連する電池の電圧低下に応答して個々に開放する複数のスイッチを含む。電池ゲージ回路はまた、スイッチのうちの少なくとも1つが開状態であるかどうか判定する論理装置も含む。電池ゲージ回路はまた、少なくとも1つのスイッチが開状態であるかどうかを示すデータを保存するレジスタも含む。電池ゲージ回路はまた、スイッチのうちの少なくとも1つが開状態である場合に、負荷への電力供給の停止を開始するコントローラも含む。コントローラは、開状態のスイッチの識別もする。一実施形態では、本明細書で提供される電池ゲージ回路は、電池パックに付属されているマイクロコントローラとともに機能することができる。
本開示の他の態様によれば、電池パックは、複数の電池と、これらの電池から負荷に電力を供給する放電スイッチ回路(discharge switch circuitry)とを含む。電池パックはまた、集積回路に実装された電池ゲージ回路も含む。電池ゲージ回路は、スイッチのうちのそれぞれの1つに関連する、電池のうちの1つの電圧低下に応答して個々に開放する複数のスイッチを含む。電池ゲージ回路はまた、スイッチのうちの少なくとも1つが開状態であるかどうか判定するように構成された論理装置も含む。電池ゲージ回路はまた、少なくとも1つのスイッチが開状態であるかどうかを示すデータを保存するレジスタも含む。電池ゲージ回路はまた、スイッチのうちの少なくとも1つが開状態である場合に、放電スイッチ回路の開放を開始するコントローラも含む。コントローラはまた、開状態のスイッチを識別する。
本開示の他の態様によれば、一方法が、複数のスイッチのうちの1つを、そのスイッチが開放されるのに関連する電池の電圧低下に応答して開放することを含む。この方法はまた、スイッチのうちの少なくとも1つが開状態であるかどうかを、論理装置を用いて判定することも含む。この方法はまた、少なくとも1つのスイッチが開状態であるかどうかを示すレジスタにデータを保存することも含む。この方法はまた、スイッチのうちの少なくとも1つが開状態である場合に、放電スイッチ回路を開放することも含む。この方法はまた、開状態のスイッチを識別することも含む。
本開示の他の態様によれば、一品目が、マシンによって実行されたときに以下の動作をもたらす命令を保存する記憶媒体を含む。一動作が、複数のスイッチのうちの1つを、そのスイッチが開放されるのに関連する電池の電圧低下に応答して開放することを含む。他の動作は、スイッチのうちの少なくとも1つが開状態であるかどうかを、論理装置を用いて判定することを含む。他の動作は、少なくとも1つのスイッチが開状態であるかどうかを示すレジスタにデータを保存することを含む。他の動作は、スイッチのうちの少なくとも1つが開状態である場合に、放電スイッチ回路を開放することを含む。他の動作は、開状態のスイッチを識別することを含む。
本開示の追加の利点および態様は、本発明の実施形態が本発明を実施するために検討された最良の態様を例示することにより簡単に示され記載されている以下の詳細説明から当業者には容易に明らかになるであろう。後述するように、本開示により他の様々な実施形態が可能であり、本開示のいくつかの細部について、本開示の精神から全く逸脱することなく様々の明らかな点で改変することができる。したがって、図面および説明は、例示的な性格のものとして見なされるべきであり、制限的なものとして見なされるべきではない。
図1を参照すると、例示的なコードレス動力工具100が、ドリル102および電池パック104を含むことができる。ドリル102には、様々な作業(例えば、穴あけ、ねじの挿入および/または取外しなど)を行うために、1つまたは複数のドリルビット、ねじ回しのヘッドなどを取り付けることができる。この例示的な動力工具にはドリルが含まれるが、他の実施形態には、他のタイプの電気工具および/または装置(例えば、真空掃除機、丸のこ、ドリル、投光器、レーザガイド/レベル(laser guide/level)など)が含まれうる。
電池パック104は一般に、ドリル102に電力を供給するための電源(例えば電池)を含むことができる。コードレス電源を設けることにより、使用者は、壁ソケットに接続された電源コードに制約されることなく、自由に歩き回りコードレス動力工具100を使用することができる。電池パック104は、いくらかの期間の間、電力を供給するとともに、デジタルまたはアナログデータバス、例えば無線リンク(図示せず)、並列ケーブル(図示せず)、ユニバーサルシリアルバスケーブル(図示せず)、および/またはネットワークケーブルを介して、コンピュータ装置(computing device)(図示せず)とデータを共有することができる。共有データは、状態データ(例えば、電源充電レベル、ドリルの運転状態または遊休状態など)、識別データ(例えば、ドリルの製造業者、電池パックに含まれている電池の型式など)、および/または他のタイプの情報を含むことができる。
図2を参照すると、電池パック104のブロック図が示されている。電池パック104は、電池モジュール200、電力制御スイッチ回路202および電池ゲージ回路204を含むことができる。電池モジュール200は、ドリル102に含まれている1つまたは複数の負荷(例えばモータ)に電力を供給することができる電池群または他のタイプのエネルギー蓄積装置(例えば燃料電池など)を含むことができる。ドリル102に供給される電力を制御するためには、電池モジュール200は電力制御スイッチ回路202に接続されてもよい。例えば、供給されている電力が所定の閾値を下回った場合、電力制御スイッチ回路202は、電池モジュール200とドリル102のモータとの間の接続を開放することができる。あるいは、適正量の電力が電池モジュール200によって供給される場合、電力制御スイッチ回路202は、電池モジュールとドリル102のモータとの間の接続を閉じることによって電力供給を可能にすることができる。
電池ゲージ回路204は、電池モジュール200とドリル102のモータとの間の接続または切断に関して、電力制御スイッチ回路202を制御することができる。この制御を行うために、電池ゲージ回路204は、電池モジュール200を監視することができる。例えば、電池ゲージ回路204は、電池モジュール200に含まれうる1つまたは複数の電池の電圧を監視することができる。1つまたは複数の電池の電圧が所定のレベルを下回る場合(または上回る場合)、電池ゲージ回路204は、電力制御スイッチ回路202をトリガして、電池モジュール200とドリル102のモータとの間の接続を開放することができる。あるいは、電池の電圧が安全動作範囲内にある場合、電池ゲージ回路204は、電力制御スイッチ回路202に電池モジュール200とドリル102のモータとの間の接続を閉路させることができる。
電池ゲージ回路204は、電力制御スイッチ回路202の動作を制御するとともに、電池パック104に接続されうるコンピュータシステム(computing system)(図示せず)に情報を送信しかつ/またはそのコンピュータシステムから情報を受信することができる。例えば、電池ゲージ回路204は、電池モジュール200に含まれている電池のうちの1つまたは複数の電圧レベルを表すことができるデータを伝送することができる。データは、事前定義された安全範囲内で動作していない個々の電池(または複数の電池)を識別するコンピュータシステムに供給されてもよい。データ伝送は、例えば定期的にかつ/または特定事象の発生に基づいて、スケジュール設定されてもよい。例えば、各電池の電圧を表すデータは、毎秒1回または複数回伝送されてもよい。1つまたは複数の事象によってトリガされた伝送に関しては、電圧データは、ドリル102のモータが遊休状態でありかつ電池パック104から電力を引き出していない可能性があるときはいつでも伝送されうる。電池ゲージ回路204は、1つまたは複数のデータ送信方式(例えば圧縮、符号化、暗号化など)および/または受信方式(例えば解凍、復号化、暗号解読など)を実行して、情報を1つまたは複数の接続されているコンピュータシステムと共有することもできる。
図3を参照すると、電池モジュール200および電池ゲージ回路204のブロック図が示されている。電池モジュール200は、ドリル102のモータに電力供給するために使用されうる1つまたは複数の電池または他のタイプのエネルギー蓄積装置(例えば燃料電池など)を含むことができる。この実施形態では、電池モジュール200は、7個の電池300a、300b、300c、300d、300e、300fおよび300gを含むことができるが、それより多いまたは少ない電池が実装されてもよい。電池は、電池モジュール200によって供給される電圧が電池300a〜300gのそれぞれの電圧の総和とほぼ同等になりうるように直列接続されてもよい。この総和電圧を供給するためには、電池300aが、(ドリル102のモータに電圧を供給することができる)電力制御スイッチ回路202に接続されてもよい。この実施形態では、電池300gが接地端子302に接続されてもよい。
各電池300a〜300gの電圧を監視するためには、各電池の片側が電池ゲージ回路204に接続されてもよい。この実施形態では、各電池300a〜300gの正端子が電池ゲージ回路204に接続されてもよい。各正端子は、抵抗器およびコンデンサを含む個々の低域通過フィルタに接続されてもよい。例えば、電池300aは、抵抗器304aおよびコンデンサ306aを含む低域通過フィルタに接続されてもよい。同様に、電池300b〜300gは、抵抗器304b〜304gおよびコンデンサ306b〜306gをそれぞれ含む低域通過フィルタに接続されてもよい。
電池300a〜300gの電圧は、抵抗器304a〜304gおよびコンデンサ306a〜306gをそれぞれ含むことができる低域通過フィルタによってフィルタがかけられた後、レベルシフタ308に供給されてもよい。レベルシフタ308は、アナログ領域からデジタル領域に変換されるのに備えて、各電圧信号を調整することができる(例えば、電圧レベルを上げる、電圧レベルを下げる、フィルタをかける、など)。この実施形態では、レベルシフタ308は、調整済みの電圧信号を、各アナログ電圧信号をデジタル信号(例えば、8ビット2進数、12ビット2進数など)に変換することができるアナログデジタルコンバータ(ADC) 310に供給する。ADC 310は、1つまたは複数の変換技術(例えば、フラッシュコンバータ、後続の擬似コンバータ、シグマデルタコンバータなど)を実装することができる。さらに、単一のADC 310が電池ゲージ回路204に含まれていてもよく、いくつかの実施形態では、複数のADCが実装されてもよい。
ADCコンバータ310は、1つまたは複数のデジタル信号(各電池300a〜300gの電圧を表す)をコンピュータシステム(図示せず)に供給することができる。このコンピュータシステムは、コードレス動力工具100に組み込まれてもよく、かつ/またはコードレス動力工具から(無線リンクまたは他のタイプの接続部を介して)遠隔に位置していてもよい。この電圧レベル表現をコンピュータシステムに提供することにより、電池300a〜300gのうちの1つまたは複数の電圧低下を検出することができる。検出された後、電池モジュール200から動力ドリル102のモータへの電力供給を停止させるために、1つまたは複数の制御信号が放電スイッチ回路202に送られてもよい。さらに、各電池300a〜300gの電圧レベルを提供することにより、コンピュータシステム(computer system)は、電池のうちのどの1つ(または複数)の電圧レベルが低下しているのかを識別することができる。識別された後、1つまたは複数の不十分な電池を再充電して、それらの電圧を適正なレベルにまで補充することができる。(1つまたは複数の電池の)電圧レベルの低下を検出するとともに、他の事象を監視することもできる。例えば、所定の閾値を上回る電圧レベルおよび/または他のタイプの事象(例えば、閾値を上回る電池モジュール200内の温度など)を検出することができる。
ADC 310は典型的には、各電池300a〜300gの電圧を表す1つまたは複数のデジタル信号を生成することができる。ADC 310は、これらの電池の電圧をある期間にわたって反復的にサンプリングすることができる。各サンプル期間の間、ADC 310は、1つまたは複数のデジタル信号を生成し、コンピュータシステムに供給することができる。それによって、各電池の電圧をある期間にわたって監視することができる。そのようなADC 310による反復的な変換は、かなりの電力量を消費することがある。さらに、ある期間にわたって1つまたは複数のデジタル信号を反復生成するために、かなりの処理時間および資源を電池ゲージ回路204およびコンピュータシステムから必要とすることがある。さらに、これらの信号を処理するために必要な時間により、1つまたは複数の電池の電圧低下の検出および/または1つ(または複数)の不十分な電池の識別が遅延することがある。
1つまたは複数の電池302a〜302gの電圧が低下しているかどうかを判定するための検出時間は、電池ゲージ回路204内に専用処理経路312を含めることによって短縮することができる。処理経路312により、電圧レベルが低下している可能性のある1つまたは複数の電池300a〜300gを識別するための処理時間も短縮することができる。処理経路312内に組合せ論理装置などの構成要素を組み込むことにより、ADC 310を使用する場合に比べて消費電力および処理時間をかなり低減することができる。例えば、ADC 310では、デジタルデータを変換しコンピュータシステムに転送するために数ミリ秒の処理時間(例えば、7ミリ秒)を必要とすることがある。それと比べると、処理経路312では、電池300a〜300gのうちの1つまたは複数が電圧低下しているかどうかを判定するために、数マイクロ秒のクロックサイクル(例えば、2クロックサイクル(2マイクロ秒))を必要とすることがある。
この機能を可能にするため、処理経路312は、追加の回路および/または構成要素を含むことができる。例えば、スイッチ314a、314b、314c(図示せず)、314d(図示せず)、314e(図示せず)、314f(図示せず)および314gが、電池ゲージ回路204に含まれていてもよい。抵抗器316a、316b、316c(図示せず)、316d(図示せず)、316e(図示せず)、316f(図示せず)および316gが、電池ゲージ回路204に含まれていてもよい。1つまたは複数のNANDゲート318などの組合せ論理構成要素が、処理経路312内に含まれていてもよい。各電池300a〜300gの電圧の状態を表すデータを保存するためには、レジスタ群320が経路312内に含まれていてもよい。この実施形態では、レジスタ群320は、8つのレジスタ322、324、326、328、330、332、334および336を含む。レジスタ322〜336のうちの1つまたは複数にアクセスするためには、コントローラ338が処理経路312内に含まれていてもよい。コントローラ322は、電池300a〜300gのうちの1つまたは複数が電圧低下しているかどうかを判定するとともに、電圧低下している可能性のある1つまたは複数の電池を識別することができる。
スイッチ314a〜314gは、それぞれコンデンサ306a〜306gとレベルシフタ308との間に接続することができる。この実施形態では、スイッチ314a〜314gのそれぞれが、N型金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)として実装されてもよい。しかし、いくつかの実施形態では、他のタイプの電界効果トランジスタ(例えばP型MOSFET)および/または他のタイプのトランジスタ(例えばバイポーラ接合トランジスタ)が、スイッチ314a〜314gのうちの1つまたは複数を実装するために使用されてもよい。電池300a〜300gの電圧は、それぞれスイッチ314a〜314gに実質的にバイアスをかけることができる。例えば、電池300aの電圧を表す信号を、(抵抗器304aおよびコンデンサ306aを介して)スイッチ314aに供給することができる。その電圧が所定の閾値とほぼ同等かまたはそれを上回る場合、スイッチ314aはバイアスされて閉路することができる。バイアス閉路された場合、電池300aの電圧を表す信号を、(スイッチ314aを介して)抵抗器316aに供給することができる。スイッチ314aからの受信信号に基づいて、抵抗器316aの両端間に電圧が存在することができる。例えば、電池300aに適正な電圧が存在する場合、スイッチ314aはバイアス閉路され、電池300aの電圧を表す電圧が抵抗器316aの両端間に存在することができる。
あるいは、電池300aの電圧はスイッチ314aをバイアスせず、スイッチ314aは閉路しないことがある。例えば、電池300aの電圧は、スイッチ314aにバイアスをかけるために必要な所定の閾値よりも低いことがある。電池300aのこの電圧の低下は、電力供給により発生することがある。スイッチ314aはバイアスされず閉路することができないので、比較的少ない量の電流が抵抗器316aを流れることができる。それによって、抵抗器316aの両端間には比較的低い電圧が存在することができる。この低い電圧は、コントローラ338によって検出されうる。さらに、この低い電圧に基づいて、コントローラ338は、電池300aを不足電圧であるものとして識別し、適切な応答(例えば、負荷の切離しおよび/または電池300aの再充電)を開始することができる。抵抗器316aと同様に、抵抗器316b〜316gは、電池300b〜300gのうちの1つまたは複数が電圧低下しているかどうかを検出するために、コントローラ338によって使用されうる。さらに、抵抗器316b〜316gの両端間の電圧は、コントローラ338が低電圧故障状態にある1つまたは複数の電池を識別する際の助けとなりうる。これを受けて、割込み回路342が、故障状態を表すコントローラ338への割込みをもたらすことができる。割込み回路342によってもたらされる割込みにより、コントローラ338は保護モードに入って電池が放電できないようにし、したがって不足電圧状態の電池を保護することができる。NANDゲート318の出力は、例えばNANDゲート318の出力が論理「1」である場合、(割込み回路342を介して)コントローラ338への割込みをトリガするために使用されてもよい。これにより、コントローラ338は本明細書に記載されている態様でレジスタ320から読み出すことができる。
電池300a〜300gの電圧のうちの1つまたは複数が低下しているかどうかを検出するためには、抵抗器316a〜316gのそれぞれが、NANDゲート318の入力部に接続されてもよい。この実施形態の場合、NANDゲート318は、7つの入力部(例えば、各抵抗器316a〜316g用の入力部)を含むことができる。NANDゲート318の論理機能に基づいて、ゲートに対する各入力が論理「1」であれば、論理「0」を出力することができる。したがって、NANDゲート318に対するいずれかの入力が論理「0」であれば、ゲートの出力は論理「1」とすることができる。したがって、スイッチ314a〜314gのうちの1つまたは複数がバイアス閉路されていない場合、抵抗器316a〜316gのうちの当該の1つまたは複数の電圧が比較的低いことがある。したがって、この比較的低い電圧は、NANDゲート318に論理「0」が入力されていると考えることができる。それによって、NANDゲート318の1つまたは複数の入力部に論理「0」が与えられた場合、ゲートは論理「1」を出力することができる。したがって、電池300a〜300gのうちの1つまたは複数が電圧低下している場合、NANDゲート318から論理「1」を出力することができる。この論理「1」は、電池300a〜300gのうちの1つまたは複数の電圧低下を検出するために、コントローラ338によって使用されうる。この実施形態では、NANDゲート318は、電圧低下を検出するための論理演算を行う。しかし、いくつかの実施形態では、他のタイプの組合せ論理(例えば、ANDゲート、ORゲート、排他的ORゲート、NORゲートなど)が、個別にまたは組み合わせて実装されてもよい。組合せ論理装置(例えばNANDゲート318)を使用することにより、1つまたは複数の電圧低下を、比較的短時間(例えば、2クロックサイクル)の間に検出することができる。さらに、組合せ論理を使用することにより、消費電力がADC 310によって引き出される電力に比べて低減される。
この実施形態では、NANDゲート318の出力を、レジスタ群320に供給することができる。具体的には、出力(例えば、電池300a〜300gのうちの1つまたは複数が電圧低下している場合に論理「1」)を、レジスタ322(「任意電池」と表示)に供給することができる。レジスタ322にデータ(NANDゲート318の出力を表す)を保存することにより、このデータは、演算を実行するためにコントローラ338によって使用されうる。例えば、コントローラ338は、電池300a〜300gのうちの1つまたは複数が電圧低下しているかどうかを判定するために、そのデータを使用することができる。低下している場合、コントローラ338は、例えば、ドリル102のモータへの電力供給を停止させるために放電スイッチ回路202に信号を送ることができる。
データは、抵抗器316a〜316gのそれぞれの電圧を表すレジスタ群320に供給されうる。この実施形態では、NANDゲート318の各入力部(例えば、7つの入力部)が、レジスタ群320に接続されうる。この接続により、それぞれの個々の入力部を、レジスタ群320に含まれる1つのレジスタに割り当てることができる。例えば、抵抗器316aに接続される入力部を、レジスタ324(「電池1」と表示)に割り当てることができる。それに対応して、抵抗器316b〜316gに接続される入力部を、それぞれレジスタ326〜336に割り当てることができる。電圧低下が生じているかどうかを表すために、データは個々のレジスタに入力されうる。例えば、電池300aの電圧が低下した場合、(スイッチ314aがバイアス閉路されないので、)抵抗器316aの両端間の電圧は比較的低くなりうる。抵抗器316aの両端間のこの低い電圧は、その電圧が所定の閾値を下回る場合に論理「0」を表すことができる。したがって、論理「0」は、電池300aの電圧低下を示すためにレジスタ324に入力されうる。あるいは、電池300aに適正な電圧が存在する場合、(スイッチ314aがバイアス閉路されるので、)抵抗器316aの両端間に電圧が存在することができる。このシナリオでは、論理「1」は、レジスタ322に入力されうる。同様のデータが、電池300b〜300gの電圧を示すためにそれぞれレジスタ326〜336に入力されうる。したがって、スイッチ314a〜314gおよび抵抗器316a〜316gは、実質的に受動的にかつ比較的短時間の間に各電池300a〜300gの状態をレジスタ群320に供給する。
コントローラ338は、電池300a〜300gのうちの1つまたは複数において電圧低下が生じているかどうかを判定するために、レジスタ群320内のレジスタのうちの1つまたは複数にアクセスすることができる。さらに、コントローラ338は、1つまたは複数の電池のうちのどれが不十分な電圧レベルを有しているかを識別するために、1つまたは複数のレジスタ322〜336にアクセスすることができる。コントローラ338は、1つまたは複数の一般的なプロセッサ(例えばマイクロプロセッサ)として、あるいは1つまたは複数の特化された装置(例えば、特定用途向け集積回路(ASIC)など)によって実装されてもよい。コントローラ338および/またはレジスタ群320は、モノリシック構造として単一の集積回路に実装されてもよい。電池ゲージ回路204も同様に、モノリシック構造として単一の集積回路に実装されてもよい。レジスタ群320は、メモリ(例えば、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読出し専用メモリ(ROM)、スタティックRAM(SRAM)など)に存在することもできる。
電池300a〜300gのうちの1つまたは複数が最低許容電圧に達したかどうかを判定するためには、コントローラ338は、電圧モニタ340を実行することができる。電圧低下が生じているかどうかを判定するとともに、電圧モニタ340を実行することにより、電圧低下している可能性のある特定の1つの電池(または複数の電池)を識別することもできる。電圧モニタ340は、デジタル電子回路に、あるいはコンピュータのハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせたものに実装されてもよい。電圧モニタ340はまた、コンピュータプログラム製品として、例えば、情報担体、例えば機械可読記憶装置(例えばRAM、ROM、ハードドライブ、CD-ROMなど)や伝播信号の形で具体的に実施されるコンピュータプログラムとして実装されてもよい。コンピュータプログラム製品は、データ処理装置、例えばプログラマブルプロセッサや1つまたは複数のコンピュータによって実行されうる、あるいはそれの動作を制御することができる。コンピュータプログラムは、コンパイラ型またはインタプリタ型言語を含むプログラミング言語のうちの1つまたは複数の形態で書き込まれてもよく、スタンドアロンプログラムとして、あるいはコンピュータ環境での使用に適したモジュール、構成要素、サブルーチンまたは他のユニットとして任意形態で導入されてもよい。コンピュータプログラムは、1つの場所の1つのコンピュータ装置(例えばコントローラ、コンピュータシステムなど)において、あるいは複数の場所に分散されかつ通信網によって相互接続された複数のコンピュータ装置(例えば複数のコントローラ)において実行されるように導入されてもよい。
電圧モニタ340は、レジスタ322にアクセスして、スイッチ314a〜314gのうちの1つまたは複数が開状態(バイアス閉路されていない)であるかどうかを判定し、電圧低下している可能性のある対応する1つまたは複数の電池を決定することができる。例えば、電圧モニタ340は、レジスタ322にアクセスし、保存された情報を読み出すことができる。この情報に基づいて、電圧モニタ340は、スイッチ314a〜314gのうちの1つまたは複数が開状態であるかどうかを比較的瞬時に判定することができる。例えば、論理「0」がレジスタ322に保存されたデータで表される場合、電圧モニタ340は、少なくとも1つのスイッチが開状態であると判定することができる。あるいは、論理「1」がレジスタ322に保存されたデータで表されてもよい。データにアクセスしこれを読み取ることにより、電圧モニタ340は、スイッチ314a〜314gのどれも開状態でない可能性があると判定することができる。
電池300a〜300gのうちの少なくとも1つが電圧低下している可能性があると判定することにより、コントローラ338は、適切な1つまたは複数のアクションを開始することができる。例えば、コントローラ338は、放電スイッチ回路202に供給されうる制御信号の生成を開始することができる。放電スイッチ回路202は、その制御信号を受け取ったときに、電池モジュール200とドリル102のモータとの間の接続を開放することができる。この接続を開放することにより、電池300a〜300gのうちの1つまたは複数が有害な低電圧状態にあることがあるので、電力供給を停止することができる。電池300a〜300gの監視率を増大させることも、適切なアクションであることがある。例えば、コントローラ338は、電池300a〜300gのうちの1つまたは複数が電圧低下している可能性があると判定したとき、ADC 310およびコンピュータシステムに電池300a〜300gを監視するよう要求することができる。
電圧モニタ340は、電圧低下している可能性のある1つまたは複数の電池を識別することもできる。例えば、電圧モニタ340は、(レジスタ322の内容によって)少なくとも1つの電池の電圧低下を検出した後、レジスタ324〜336のそれぞれにアクセスすることができる。この実施形態では、レジスタ324〜336のうちの1つまたは複数が論理「0」を表すデータを保存している場合、関連する電池が電圧低下している可能性がある。あるいは、レジスタ324〜336のうちの1つ(または複数)が論理「1」を表しうるデータを保存している場合、関連する電池は、まもなく適正なレベルにまで充電されうる。電圧レベルが低下している1つまたは複数の電池を識別することにより、コントローラ338は、適切な1つまたは複数のアクションを開始する(例えば、識別された電池の再充電を開始する)ための信号を生成することができる。
図4は、電圧モニタ340の動作のうちのいくつかを含む流れ図400を示す。例えば、いくつかの動作は、スイッチ314a〜314gのうちの1つまたは複数が開状態であるかどうかを判定するために、レジスタ322にアクセスしてレジスタの内容を読み出すこと402を含むことができる。開状態のスイッチは、対応する電池が電圧低下していることを表すことができる。動作は、スイッチ300a〜300gのうちの1つまたは複数が開状態であるかどうかを判定すること404も含むことができる。例えば、電圧モニタ340は、レジスタ322が論理「1」を表すデータを保存している可能性があると判定することができる。NANDゲート318によって与えられるように、論理「1」は、スイッチ314a〜314gのうちの1つまたは複数が開状態である可能性があることを表すことができる。あるいは、保存されたデータは、論理「0」を表し、それによってスイッチ314a〜314gのどれも開状態でない可能性があることを表すことができる。スイッチ314a〜314gのどれも開状態でない可能性があると判定した場合、他の動作は、レジスタ322の内容にアクセスすること402に戻ることを含むことができる。
スイッチ314a〜314gのうちの1つまたは複数が開状態である可能性があると判定した場合、他の動作は、放電スイッチ回路202による電力供給停止を開始すること406を含むことができる。他の動作は、開状態のスイッチを識別すること408も含むことができる。1つの(または複数の)開状態のスイッチを識別することにより、コントローラ338は、1つ(または複数)の開状態のスイッチにそれぞれ関連する1つ(または複数)の電池を識別することができる。その電池が識別された後、コントローラ338は、1つまたは複数の適切なアクションを開始することができる。例えば、コントローラ338は、開状態のスイッチに関連する電池の再充電を開始することができる。
流れ図400に関連する動作のうちの1つまたは複数は、入力データ(例えばレジスタ322〜336の内容)で動作しかつ出力(例えば1つまたは複数の制御信号)を生成することによって動作を実施するように、コンピュータプログラムを実行する1つまたは複数のプログラマブルプロセッサ(例えばコントローラ338)によって実行されてもよい。これらの動作は、専用の論理回路(例えば、FPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)、ASIC(特定用途向け集積回路)など)として実装されたコントローラ338によって実行されてもよい。いくつかの構成では、流れ図400に関連する動作のうちの1つまたは複数は(他の動作とともに)、電池が監視されている動力工具や携帯型装置のタイプに依存することができる。例えば、携帯型装置タイプのために、追加の動作が実行されてもよく、あるいは動作が実行されなくてもよい。
いくつかの実施形態では、コントローラ338は、コンピュータプログラムを実行するのに適していてもよく、一例として、一般的なマイクロプロセッサおよび/または専用のマイクロプロセッサを含んでいてもよい。一般にプロセッサは、メモリ(例えばROM、RAMなど)から命令およびデータを受け取ることができる。コントローラ338は、データを保存するための1つまたは複数の大容量記憶装置(例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスクなど)に動作可能に結合されて、それらからデータを受け取るまたはそれらにデータを転送するあるいは両方とも行うことができる。コンピュータプログラムの命令およびデータを実施するのに適した情報担体としては、一例として、半導体メモリ装置、例えばEPROM、EEPROMおよびフラッシュメモリ装置と、磁気ディスク、例えば内部ハードディスクまたは着脱可能なディスクと、光磁気ディスクと、CD-ROMディスクおよびDVD-ROMディスクとを含む不揮発性メモリの形態のものでもよい。
上述のように、電池のうちの1つまたは複数において電圧低下が生じた場合に、電力供給が停止されてもよい。いくつかの構成では、電力供給は、他の事象によって停止されてもよい。例えば、電力供給は、過充電の影響を低減するために充電運転中に停止されてもよい。
いくつかの実施について説明してきた。それにかかわらず、様々な修正が加えられうることが理解されるであろう。したがって、他の実施は特許請求の範囲内にある。
電池パックを含む動力工具の概略図である。 図1に示されている電池パックの各部分を示すブロック図である。 図2に示されている電池の電圧レベルを比較的瞬時に監視する例示的な電池ゲージを示すブロック図である。 図2に示されている電池ゲージに含まれるコントローラの動作のうちのいくつかを示す流れ図である。
符号の説明
100 コードレス動力工具
102 ドリル、動力ドリル
104 電池パック
200 電池モジュール
202 電力制御スイッチ回路、放電スイッチ回路
204 電池ゲージ回路
300a〜300g 電池
302 接地端子
304a〜304g 抵抗器
306a〜306g コンデンサ
308 レベルシフタ
310 アナログデジタルコンバータ
312 処理経路
314a〜314g スイッチ
316a〜316g 抵抗器
318 NANDゲート
320,322,324,326,328,330,332,334,336 レジスタ
338 コントローラ
340 電圧モニタ

Claims (13)

  1. 集積回路に実装された電池ゲージ回路を備える装置であって、
    前記電池ゲージ回路が、
    各々が複数の電池のうちのそれぞれの1つに関連していて、スイッチのうちのそれぞれの1つに関連する電池の電圧低下に応答して個々に開放するように構成された複数の前記スイッチと、
    前記スイッチのうちの少なくとも1つが開状態であるかどうかを判定するように構成された論理装置と、
    少なくとも1つのスイッチが開状態であるかどうかを示すデータを保存するように構成されたレジスタと、
    前記レジスタにアクセスして、前記レジスタの中の前記データを用いて少なくとも1つのスイッチが開状態であるかどうかを判定し、かつ前記スイッチのうちの少なくとも1つが開状態である場合に、負荷への電力供給の停止を開始するように構成されたコントローラとを含み、前記コントローラがさらに、前記開状態のスイッチを識別するように構成されていて、
    前記電池ゲージ回路が、
    各々が前記電池のうちのそれぞれの1つに関連していて、レジスタに関連する1つの当該スイッチが開状態であるかどうかを識別するデータを個々に保存するように構成された複数の前記レジスタをさらに含む
    ことを特徴とする、装置。
  2. 前記スイッチのうちの少なくとも1つが、トランジスタを含むことを特徴とする、請求項1に記載の装置。
  3. 前記スイッチのうちの少なくとも1つが、電界効果トランジスタを含むことを特徴とする、請求項1に記載の装置。
  4. 前記コントローラが、前記開状態のスイッチを識別するために前記複数のレジスタにアクセスすることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
  5. 前記論理装置が、NANDゲートを含むことを特徴とする、請求項1に記載の装置。
  6. 前記コントローラが、放電スイッチ回路の開放を開始して前記負荷への電力供給の停止を開始することを特徴とする、請求項1に記載の装置。
  7. 複数の電池と、
    前記電池から負荷に電力を供給するように構成された放電スイッチ回路と、
    集積回路に実装された電池ゲージ回路とを備える電池パックであって、
    前記電池ゲージ回路が、
    各々が複数の電池のうちのそれぞれの1つに関連していて、スイッチのうちのそれぞれの1つに関連する、前記電池のうちの1つの電圧低下に応答して個々に開放するように構成された複数の前記スイッチと、
    前記スイッチのうちの少なくとも1つが開状態であるかどうかを判定するように構成された論理装置と、
    少なくとも1つのスイッチが開状態であるかどうかを表すデータを保存するように構成されたレジスタと、
    前記レジスタにアクセスして、前記レジスタの中の前記データを用いて少なくとも1つのスイッチが開状態であるかどうかを判定し、かつ前記スイッチのうちの少なくとも1つが開状態である場合に、前記放電スイッチ回路の開放を開始するように構成されたコントローラとを含み、前記コントローラがさらに、前記開状態のスイッチを識別するように構成されていて、
    前記電池ゲージ回路が、
    各々が前記電池のうちのそれぞれの1つに関連していて、レジスタに関連する1つの当該スイッチが開状態であるかどうかを識別するデータを個々に保存するように構成された複数の前記レジスタをさらに含む
    ことを特徴とする、電池パック。
  8. 前記スイッチのうちの少なくとも1つが、トランジスタを含むことを特徴とする、請求項７に記載の電池パック。
  9. 前記スイッチのうちの少なくとも1つが、電界効果トランジスタを含むことを特徴とする、請求項７に記載の電池パック。
  10. 前記コントローラが、前記開状態のスイッチを識別するために前記複数のレジスタにアクセスすることを特徴とする、請求項７に記載の電池パック。
  11. 前記論理装置が、NANDゲートを含むことを特徴とする、請求項７に記載の電池パック。
  12. 複数のスイッチのうちの1つを、前記スイッチが開放されるのに関連する電池の電圧低下に応答して開放するステップと、
    前記スイッチのうちの少なくとも1つが開状態であるかどうかを、論理装置を用いて判定するステップと、
    少なくとも1つのスイッチが開状態であるかどうかを示すレジスタにデータを保存するステップと、
    前記レジスタにアクセスするステップと、
    前記レジスタの中の前記データを用いて少なくとも1つのスイッチが開状態であるかどうかを判定するステップと、
    前記スイッチのうちの少なくとも1つが開状態である場合に、放電スイッチ回路を開放するステップと、
    前記開状態のスイッチを識別するステップと
    を含み、
    1つの当該スイッチが開状態であるかどうかを識別するために、複数のレジスタのうちの1つにデータを保存するステップをさらに含む
    ことを特徴とする方法。
  13. 複数のスイッチのうちの1つを、前記スイッチが開放されるのに関連する電池の電圧低下に応答して開放する動作と、
    前記スイッチのうちの少なくとも1つが開状態であるかどうかを、論理装置を用いて判定する動作と
    が行われ、
    マシンによって実行されたときに、以下の動作、すなわち
    少なくとも1つのスイッチが開状態であるかどうかを示すレジスタにデータを保存する動作と、
    前記レジスタにアクセスする動作と、
    前記レジスタの中の前記データを用いて少なくとも1つのスイッチが開状態であるかどうかを判定する動作と、
    前記スイッチのうちの少なくとも1つが開状態である場合に、放電スイッチ回路を開放する動作と、
    前記開状態のスイッチを識別する動作とをもたらす命令を保存していて、
    前記命令が、前記マシンによって実行されたときに、以下の追加の動作、すなわち
    1つの当該スイッチが開状態であるかどうかを識別するために、複数のレジスタのうちの1つにデータを保存する動作をもたらすことを特徴とする
    記憶媒体。
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