JP5480692B2

JP5480692B2 - 電動工具

Info

Publication number: JP5480692B2
Application number: JP2010073587A
Authority: JP
Inventors: 啓河合; 正昭阪上; 博宮崎
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: WO2011118471A1; JP2011201004A

Description

本発明は、電動工具に関し、殊に、電動工具の電源として取り付ける電池パックの過放電防止技術に関するものである。

従来から電動工具は電池パックの二次電池の劣化を抑制するため、電池パックの電池電圧が低下した際に、電動工具の使用（電池パックの放電）を抑えて、二次電池の過放電を防止する過放電防止制御を有するものがある（特許文献１等参照）。

この制御として、例えば、放電中に電池電圧を検出し、予め設定された所定の閾値に電池電圧が下がる（達する）と、駆動源であるモータの回転駆動を停止あるいは制限し電池パックの放電を抑えることで、二次電池の過放電を防止するものがある。そして、この制御が行われると、使用者は電池パックに蓄えられた電池容量が無くなったと判断するため、電池パックは電動工具から充電器に付け替えられて、二次電池の充電が行われるものである。

そのため、この閾値は電池パックの電池容量をより多く利用可能とすることが好まれるために電池パックの電池電圧の利用可能な範囲の下限あるいは下限より少し高い直前の値に予め設定（記憶）されたものである。

また、従来の電動工具には、設定された閾値に適合した専用の電池パック以外に、定格電圧がそれより低い電池パックも利用可能としたものもある。

特開２００１−９５１５８号公報

しかしながら、図５に示すように、適合した専用の電池パックより定格電圧の低い電池パックは電圧帯の違いから、電池電圧の利用可能な範囲Ｓの下限Ｓ１と、予め設定されている閾値Ｌと、の間に大きな差（ずれ）を生じるものである。そのため、十分利用可能な電池容量が残った容量余りの状態で過放電防止制御が行われることになり、電池パックの電池容量を十分に利用することができないものである。もちろん、適合した電池パックより定格電圧の高いものを装着させて使用すれば、閾値Ｌに達する前に電池電圧の利用可能な範囲Ｓの下限Ｓ１に至るために過放電を生じ、二次電池の劣化をまねくものである。

つまり、従来の電動工具では電圧帯が同じ電池パックでしか二次電池の劣化を抑制した良好な過放電防止制御を行えないという問題がある。

そこで、この事情に鑑み、電池パック毎の電圧帯の違いによる電池電圧の利用可能な範囲の下限と閾値のずれを解消し、電圧帯の異なる電池パックを選択的に装着しても過放電防止制御を良好に行える電動工具を提供することを課題とした。

この課題を解決するために、本発明の電動工具は、モータを駆動源とする駆動ブロックと、前記駆動ブロックに電力を供給し選択的に装着される定格電圧の異なる二つ以上の電池パックと、前記電池パックの過放電を防止する過放電防止制御を行う制御回路と、を有し、前記制御回路は装着された前記電池パックから電圧帯情報を検知してこの電圧帯情報から前記電圧帯を識別し、前記過放電防止制御用の閾値に前記識別した電圧帯に応じた値を用いるものであることを特徴とする。

また、前記制御回路は、前記電池パックからの電力供給が開始される電源起動時に前記電圧帯情報から前記装着された電池パックの前記電圧帯を識別し、前記電圧帯識別後前記電力供給が停止するまで前記電圧帯を変更しないものであることが好ましい。

また、前記電池パックの電池温度を検出する温度検出部を前記電池パックに備え、前記制御回路は前記温度検出部から検出された電池温度に応じて前記閾値を補正するものであることが好ましい。

このような構成としたことで、電池パック毎の電圧帯の違いによる電池電圧の利用可能な範囲の下限と閾値のずれを解消でき、電圧帯の異なる電池パックを選択的に装着しても過放電防止制御を良好に行うことができる。

実施形態の一例の電動工具の一部を省略した構成図である。同上の電動工具の選択的に取付可能な電池パックの一部を省略した構成図であり、（ａ）が電池パックＡであり、（ｂ）が電池パックＢである。同上の電動工具の一部を省略した回路図である。温度検出部を追加した例の（ａ）一部を省略した回路図と（ｂ）温度変化における閾値補正の説明図である。電圧帯の異なる電池パックにおける電池電圧の利用可能な範囲と閾値の説明図である。

以下、実施形態の一例を図面に基づいて説明する。

本例の電動工具は、図１に示すように、使用者が把持して使用し外部に回転駆動あるいは往復駆動を出力する電動工具本体１と、電動工具本体１に脱着自在で取り付けられ電動工具本体１に電力を供給する電源である電池パック８と、からなる。

この電池パック８は、図２に示すように、３．６Ｖの二次電池９（セル）を三つ有し定格電圧が１０．８Ｖの電池パックＡ８ａと、二次電池９を四つ有し定格電圧が１４．４Ｖの電池パックＢ８ｂと、の二種類を備えている。そして、この電池パック８のうちいずれか一つを選んで（選択的に）電動工具本体１に電源として取り付けられる（装着される）ものである。

また、電動工具本体１は、図１及び図３に示すように、モータ（特に図示しない）を駆動源とし回転駆動や往復駆動を出力する駆動ブロック２と、使用者が把持する把持部３と、電池パック８が選択的に装着されるパック装着部４と、を有している。そして、把持部３にはモータの回転のオンオフや回転出力や回転方向等を外部操作する操作部（特に図示しない）を有するスイッチブロック５を備えると共に、電動工具を制御する制御回路６が内蔵されている。

この制御回路６は、図３に示すように、スイッチブロック５の外部操作に伴う操作信号が入力されると共に、操作信号等に応じてスイッチング素子７等を制御してモータの回転のオンオフや回転数等を制御するものである。そして、制御回路６はモータの制御の他に、パック装着部４に装着された電池パック８の過放電を防止する過放電防止制御も行っている。

この過放電防止制御とは、装着された電池パック８の電池電圧が放電等により閾値Ｌに達する（閾値Ｌまで低下する）とモータの回転を停止あるいは回転数を制限する制御を行うものである。そして、この過放電防止制御により電池パック８の電圧低下を使用者に認識させて、電池パック８の過放電を防止すると共に、電池パック８の充電や新たな電池パック８への交換を促がすものである。

なお、電池電圧は電圧検出部（特に図示しない）で検出されて制御回路６に出力されるものであり、制御回路６は電池パック８から供給された電力から電池電圧を検出する等で電圧検出部を兼ねてもよい。もちろん、過放電防止制御は、閾値Ｌとそれより高い第２の閾値Ｌを備え、第２の閾値Ｌに達するとモータの回転数を低減して駆動を制限し、閾値Ｌに達するとモータの回転を停止する二段階で過放電を防止するものでもよい。

また、閾値Ｌは装着された電池パック８毎に制御回路６がその電池パック８から識別した電圧帯に応じて夫々決定するものである。そして、この電圧帯は閾値Ｌが決定される電池電圧の範囲である利用可能な範囲Ｓの値や定格電圧等であり、制御回路６が各電池パック８の電圧帯情報から識別するものである。更に、この電圧帯情報は各電池パック８に夫々設けられた電圧帯情報源１０から制御回路６が検知するものである。

この電圧帯情報源１０とは、例えば、電圧帯毎に異なる抵抗値に設定された識別用の抵抗や、電圧帯の値を制御回路６に出力する記憶素子等の記憶部や、パック装着部４等を介して物理的手段で電圧帯情報を検知させるもの等である。

詳しくは、識別用の抵抗が電圧帯情報源１０であるものは、制御回路６が抵抗値を読み取り、その抵抗値と制御回路６に予め記憶されたデータベース等から電池パック８の電圧帯を識別し、識別結果から閾値Ｌを決定するものである。なお、識別用の抵抗に印加する電圧を一定値に調整する検知用電源（電圧調整部）を電動工具本体１に設けて、電池パック８毎の供給電力の差（電池電圧等の差）の影響を容易になくす（補正する）ことができ好ましい。

更に、記憶部が電圧帯情報源１０であるものは、記憶部が電圧帯情報として定格電圧や範囲Ｓの値等の電圧帯の値を制御回路６に出力し、制御回路６がその電圧帯から閾値Ｌを決定するものである。なお、記憶部は電池パック８の二次電池９の種類や定格電圧を識別するための情報を電圧帯情報として出力し、制御回路６にデータベース等を参照させて電圧帯を判断させるものでもよい。

また、物理的手段が電圧帯情報源１０であるものは、例えば、電池パック８のパック装着部４に嵌まり合う凸部や凹部あるいは引掛るフック等の寸法や形状が電圧帯毎に異ならせて設けたものがある。このものでは、制御回路６が装着時にパック装着部４を介してその寸法や形状等の差を電圧帯情報として検知し、データベース等から電圧帯を識別するもの等である。なお、物理的手段はパック装着部４に対する電池パック８の装着に利用されるものに限らず、装着に利用されないものであってもよい。例えば、電圧帯毎に深さの異なる凹所あるいは位置や数が異なる複数の突起部等を電池パック８の外面等に設け、凹所の形状や突起部の配置等の差から制御回路６が電圧帯情報を検知するもの等がある。

つまり、制御回路６は電圧帯情報源１０から電圧帯情報を検知し、その検知結果から電動工具本体１に装着された電池パック８の電圧帯を識別し、識別した電圧帯に基づいて装着された電池パック８に応じた閾値Ｌを夫々決定するものである。そして、電圧帯情報とは、電池パック８の電圧帯毎に夫々異ならせて設けられた抵抗値等の制御回路６に電圧帯を判断（識別）させるための情報や、電圧帯の値が示された情報等である。

このように、各電池パック８に電圧帯情報源１０を設けると共に、装着された電池パック８の各電圧帯を制御回路６に識別させることで、電池パック８毎に夫々電圧帯に応じた閾値Ｌを決定することができる。そのため、異なる電圧帯を有する電池パック８を装着しても、過放電の発生を抑制すると共に、電池電圧が範囲Ｓの下限Ｓ１近くになる（閾値Ｌに達する）まで電池パック１を電動工具の電源として良好に利用することができる。

つまり、制御回路６が電池パック８毎に電圧帯から閾値Ｌを夫々決定するため、容量余りや過放電等を生じることなく、定格電圧の高いものや低いもの等の電圧帯が異なる複数種類の電池パック８を電動工具の電源に利用できるものとなっている。

なお、電動工具本体１に選択的に装着可能な電池パック８の数も二つに限らず、電圧帯が夫々異なるものであれば、三つ以上でもよく、ましてや選択可能な電池パック８は二次電池９の種類が異なるものでもよい。そして、電池パック８の定格電圧や各二次電池９の電圧及び数（セル数）の数字は単なる例示に過ぎず、設計時に適宜決定されるものである。

また、電池パック８から電動工具本体１に電力供給が開始された電源起動時に、制御回路６は前述の電圧帯情報から電圧帯を識別すると共に、識別した電圧帯から閾値Ｌを決定する処理を行うである。そして、閾値Ｌ決定後、電動工具本体１への電力供給が停止されるまで、制御回路６は電圧帯情報に変化が生じても電源起動時に識別した電圧帯（電圧帯の値）を変更しないものとなっている。

つまり、制御回路６は電源起動時にしか電圧帯の識別を行わないものであり、回転駆動出力中（作業中）に生じた電磁波や振動等のノイズで変質した電圧帯情報が入力されても制御回路６は電源起動時に識別した電圧帯を変更しないものである。なお、電力供給が停止される状態とは、例えば、過放電防止制御が行われた際や、電池パック８を離脱させた際や、スイッチブロック５の外部操作により電池パック８からの電力供給が遮断された際等である。

このように、電源起動時に電圧帯を識別すると共に、識別した電圧帯を作業中に変更しないため、電圧帯の識別精度を向上でき、作業中のノイズの影響を閾値Ｌが受け難くすることができる。そのため、閾値Ｌの決定精度が向上され、安定した過放電防止制御を行い易いものとなっている。

なお、制御回路６は電源起動時に検知した電圧帯情報（電圧帯の値）から装着された電池パック８が駆動ブロック２の電源として利用可能か否かも判断して、利用不可能と判断すると駆動ブロック２を駆動させないものが好ましい。

また、制御回路６が閾値Ｌを範囲Ｓの下限Ｓ１より高い値に決定するものにおいて、図４に示すように、二次電池９の電池温度を検出する温度検出部１１を電池パック８に備え、制御回路６が電池温度に応じて閾値Ｌを変更するものがある。なお、図４（ｂ）中の符号Ｌ１が変更前の閾値Ｌであり、符号Ｌ２が変更後の閾値Ｌである。

詳しくは、作業中に温度検出部１１が電池温度を検出すると共に検出結果（電池温度）を制御回路６に出力し、制御回路６が電池温度の変化に応じて閾値Ｌを補正するものである。

例えば、電動工具を穴開口等の高負荷作業や長時間の連続作業等を行うと、放電に伴う発熱で電池パック８の電池温度が上昇し、電池パック８内の二次電池９の内部抵抗が増加することがある。そして、内部抵抗の増加に伴い電池電圧が低下するため、電池容量が十分残っていても、高めに決定された閾値Ｌに電池電圧が達することがある。

この温度上昇したものでは、検出温度が所定の上限値を上昇した際（高温時）に、閾値Ｌ１を範囲Ｓの下限Ｓ１あるいはその直前に値を下げる（閾値Ｌ２に変更する）補正を行うものである。そして、閾値Ｌ１を低い値（閾値Ｌ２）に下げることで、温度上昇に伴う内部抵抗増加によって過放電防止制御が行われることを回避でき、高温時でも電動工具を良好に利用することができる。

なお、温度上昇に伴う閾値Ｌの変更後、検出温度が上限値より下回れば、制御回路６が閾値Ｌ２から閾値Ｌ１に上げる（戻す）補正を行うことが好ましい。もちろん、閾値Ｌと第２の閾値Ｌを有するものであれば、高温時に制御回路６が第２の閾値Ｌを下げてあるいは無くして、第２の閾値Ｌに達した際（一段階目）の過放電防止制御を電池温度に応じて調整可能なものにしてもよい。

また、寒冷地や冷凍物用倉庫等の環境温度が低い場所での作業等で電池温度が低い際（低温時）にも二次電池９の種類によっては内部抵抗が増加するため、電池容量が十分残っていても、電池電圧が低下して閾値Ｌ１に達することがある。

この温度低下したものでは、検出温度が所定の下限値に低下した際（低温時）に、制御回路６が閾値Ｌ１を低い値（閾値Ｌ２）に下げる補正を行うものである。そして、低温時に閾値Ｌを補正するため、温度低下に伴う内部抵抗変化によって過放電防止制御が行われることを回避でき、低温時でも電動工具を良好に利用することができる。

なお、温度低下に伴う閾値Ｌの変更後に、電池温度が下限値より高くなれば、制御回路６が閾値Ｌ２から閾値Ｌ１に上げる補正を行うことが好ましい。もちろん、閾値Ｌと第２の閾値Ｌを有するものであれば、低温時に制御回路６が第２の閾値Ｌを下げてあるいは無くして、一段階目の過放電防止制御を電池温度に応じて調整可能なものにしてもよい。

このように、電池温度の変動に応じて制御回路６が閾値Ｌを変化させるため、電池温度の変動に伴う二次電池９の内部抵抗の変化（電池電圧の低下）に対応して閾値Ｌを補正（調整）するものとなっている。そのため、内部抵抗の増加に伴う電池電圧の低下によって過放電防止制御が行われることを抑制でき、電池温度の変化に対する過放電防止制御の判定精度が向上し、電池温度による作業性の低下を抑制することができる。

１電動工具本体
２駆動ブロック
６制御回路
８電池パック
９二次電池
１１温度検出部
Ｌ閾値

Claims

モータを駆動源とする駆動ブロックと、前記駆動ブロックに電力を供給し選択的に装着される定格電圧の異なる二つ以上の電池パックと、前記電池パックの過放電を防止する過放電防止制御を行う制御回路と、を有し、前記制御回路は装着された前記電池パックから電圧帯情報を検知してこの電圧帯情報から前記電圧帯を識別し、前記過放電防止制御用の閾値に前記識別した電圧帯に応じた値を用いるものであることを特徴とする電動工具。
前記制御回路は、前記電池パックからの電力供給が開始される電源起動時に前記電圧帯情報から前記装着された電池パックの前記電圧帯を識別し、前記電圧帯識別後前記電力供給が停止するまで前記電圧帯を変更しないものであることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
前記電池パックの電池温度を検出する温度検出部を前記電池パックに備え、前記制御回路は前記温度検出部から検出された電池温度に応じて前記閾値を補正するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動工具。