JP5744509B2

JP5744509B2 - 電動工具用バッテリ

Info

Publication number: JP5744509B2
Application number: JP2010292565A
Authority: JP
Inventors: 将史野田; 鐘雲梁
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2030-12-28
Also published as: EP2472666B1; US20120166847A1; JP2012139751A; KR101355218B1; US9214702B2; RU2011153682A; KR20120089997A; CN102544603A; RU2569322C2; EP2472666A1

Description

本発明は、充電器により充電が可能な構成で、電動工具の電源として使用される電動工具用バッテリに関する。

これに関連する従来の電動工具用バッテリが特許文献１に記載されている。
特許文献１の電動工具用バッテリは、使用状態、即ち、充電器が連結され、あるいは電動工具が連結されて工具メインスイッチがオンした状態で、内部のマイコンが周辺回路の電源をオンして充電、あるいは放電を制御可能なアクティブモードに切替わる。
また、電動工具用バッテリが使用されていないときには、前記マイコンが前記周辺回路の電源をオフすることでスリープモードに切替わるように構成されている。このため、電動工具用バッテリが使用されていないときに、電動工具用バッテリの電力消費を抑えることができる。

特開２０１０−９３９５３号公報

しかし、スリープモードでは、マイコンの機能の一部を停止し、また、マイコンが周辺回路の動作を停止させるため、電動工具用バッテリの温度、バッテリ電圧、放電電流等のバッテリ状態を測定することができない。このため、電動工具用バッテリのバッテリ状態を表す履歴データがスリープモードの期間中空白になる。
電動工具用バッテリの寿命には、その電動工具用バッテリが置かれている環境、例えば、周辺温度等が大きく影響するが、スリープモードの期間中履歴データが存在しないため、その期間中に電動工具用バッテリがどのような環境下にあったのかを把握することが出来なくなる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、電動工具用バッテリが使用されていないときでも、その電動工具用バッテリの履歴データを残せるようにすることである。

上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。
請求項１の発明は、使用状態でマイコンが周辺回路を動作状態にして充電、あるいは放電を制御可能なアクティブモードに切替わり、不使用状態で前記マイコンが前記周辺回路を停止状態にしてスリープモードに切替わるように構成されている電動工具用バッテリであって、第１のカウンタ、または第２のカウンタを備えており、前記マイコンは、前記スリープモードのときに、定期的にアクティブモードに切替わって前記周辺回路を動作させ、前記周辺回路を通じてマイコンがバッテリ状態を測定できるように構成されており、さらに、前記マイコンは、前記スリープモードのときに、アクティブモードに切替わり、さらに前記スリープモードに戻るまでの間で、前記第１のカウンタ、または第２のカウンタをカウントアップすることを特徴とする。

本発明によると、マイコンはスリープモードのときに、定期的に短時間のアクティブモードに切替わり、バッテリ状態を測定できるように構成されている。このため、スリープモードのときにもバッテリ状態を定期的に測定することが可能になる。したがって、電動工具用バッテリのバッテリ状態を表すデータ（履歴データ）の空白期間がなくなる。
さらに、第１のカウンタ、または第２のカウンタにより、スリープモードのときの時間、即ち、電動工具用バッテリが使用されていない時間を積算できるようになる。

請求項２の発明によると、マイコンは、アクティブモードのときに、スリープモードのときと同じ間隔、または異なる間隔で、前記第１のカウンタ、または第２のカウンタをカウントアップすることを特徴とする。このため、アクティブモードのときの時間、即ち、電動工具用バッテリが使用されているときの時間を積算できるようになる。

請求項３の発明によると、バッテリ状態としてバッテリ温度を測定可能なように構成されていることを特徴とする。
このため、電動工具用バッテリが使用されていないときの周辺温度等を把握できるようになる。
請求項４の発明によると、バッテリ状態としてバッテリ電圧を測定可能なように構成されていることを特徴とする。
請求項５の発明によると、バッテリ状態として放電電流を測定可能なように構成されていることを特徴とする。

請求項６の発明によると、記憶素子を備えており、周辺回路により測定されたバッテリ状態のデータが前記記憶素子に記憶できるように構成されていることを特徴とする。
このため、履歴データを電動工具用バッテリ内に蓄えておくことができる。
請求項７の発明によると、記憶素子に記憶されているデータを外部装置に伝送可能なように、その記憶素子と前記外部装置とを電気的に接続するための接続手段が設けられていることを特徴とする。
このため、電動工具用バッテリ内の記憶素子に記憶されている履歴データを、例えば、パソコン等で読み出すことができるようになる。

請求項８の発明によると、放電電流が検出された場合、又は電動工具のトリガスイッチのオン状態が検出された場合、又は充電器の接続が検出された場合には、前記マイコンが前記第１のカウンタ、または第２のカウンタをカウントアップせずに、アクティブモードに切替わることを特徴とする。

本発明によると、電動工具用バッテリが使用されていないときでも、電動工具用バッテリの消費電力を抑えつつ、その電動工具用バッテリの履歴データを残せるようになる。

電動工具用バッテリと電動工具との連結状態を表す斜視図である。電動工具用バッテリと充電器との連結状態を表す斜視図である。本発明の実施形態１に係る電動工具用バッテリの回路ブロック図である。充電器の回路ブロック図である。電動工具の回路ブロック図である。電動工具用バッテリのアクティブルーチンにおける動作フローチャートである。電動工具用バッテリのスリープルーチンにおける動作フローチャートである。前記電動工具用バッテリがスリープモードのときの状態を表すタイムチャートである。

［実施形態１］
以下、図１から図８に基づいて、本発明の実施形態１に係る電動工具用バッテリ１０の説明を行なう。
＜電動工具用バッテリ１０の概要について＞
電動工具用バッテリ１０は、図１に示すように、電動工具３０に連結されることで、その電動工具３０の電源として使用されるバッテリである。また、電動工具用バッテリ１０は、図２に示すように、充電器４０に連結されることで、その充電器４０によって充電を行なえるように構成されている。
電動工具用バッテリ１０は、図３の回路図に示すように、リチウムイオン電池等の二次電池である複数本のセル１２を備えており、それらのセル１２が直列に接続されることで所定の電圧が得られるように構成されている。また、電動工具用バッテリ１０のマイナスライン１１ｎには、電流検出素子であるシャント抵抗１４が設けられている。

前記シャント抵抗１４は、電圧降下を抑えるために抵抗値が小さく設定されている。このため、放電電流、あるいは充電電流の電流値は、微電圧信号に変換された状態で検出される。前記微電圧信号は、増幅器１５により予め決められた電圧信号まで増幅された後、後記する監視部２２と制御用マイコン２４とに入力できるように構成されている。以後、前記増幅器１５によって増幅された電圧信号を、放電電流信号、あるいは充電電流信号と呼ぶことにする。
また、直列に接続されたセル１２の集合体（セル集合体１２０）には、セル１２の温度を検出するためのサーミスタ（図示省略）が取付けられている。そして、サーミスタの信号が温度検出回路２６で電圧信号に変換された後、制御用マイコン２４に入力される。

＜電圧検出回路２１、監視部２２等について＞
電動工具用バッテリ１０は、電圧検出回路２１と監視部２２と制御用マイコン２４、及び温度検出回路２６等を備えている。
電圧検出回路２１は、各々のセル１２の電圧を検出する回路であり、各々のセル１２の電圧信号を監視部２２に出力できるように構成されている。
監視部２２は、各々のセル１２の電圧信号と、放電電流信号、あるいは充電電流信号をディジタルに変換してそれらのデータを制御用マイコン２４に伝送するためのＩＣである。監視部２２には、図３に示すように、各々のセル１２の電圧信号が入力される入力端子ｋｉ１と、放電電流信号、あるいは充電電流信号が入力される入力端子ｋｉ６と、制御用マイコン２４に対してデータを伝送するための出力端子ｋｏ１とが設けられている。

＜制御用マイコン２４について＞
制御用マイコン２４は、監視部２２から伝送された各セル１２の電圧データと、放電電流、あるいは充電電流のデータと、セル１２の温度データ等に基づいて、放電制御、あるいは充電制御等を行なうマイコンである。制御用マイコン２４には、図３に示すように、監視部２２から伝送されたデータが入力される入力端子ｃｉ３と、放電電流信号、あるいは充電電流信号が入力される入力端子ｃｉ６と、温度検出回路２６からの温度信号が入力される入力端子ｃｉ２とが設けられている。また、制御用マイコン２４には、充電器４０の定電圧電源Ｖｃｃを検出するＶｃｃ検出回路２７からの信号が入力される入力端子ｃｉ８が設けられている。
さらに、制御用マイコン２４には、電動工具３０に対して運転停止信号を出力するための出力端子ｃｏ１と、充電器４０、あるいはパソコン等と通信するための通信端子ｃｏ２が設けられている。

＜電動工具用バッテリ１０の連結部２８について＞
電動工具用バッテリ１０の電圧検出回路２１と監視部２２と制御用マイコン２４、及び温度検出回路２６等はハウジング１０ｈ（図１、図２参照）に収納されており、そのハウジング１０ｈの上面１０ｕに電動工具３０、あるいは充電器４０が連結される連結部２８（図３参照）が設けられている。
前記連結部２８には、図３に示すように、セル集合体１２０のプラス電極が接続されるプラス端子Ｐと、マイナス電極が接続されるマイナス端子Ｎが設けられている。また、連結部２８には、Ｖｃｃ検出回路２７が接続されるＶｃｃ端子と、制御用マイコン２４の出力端子ｃｏ１が接続されるＡＳ端子と、制御用マイコン２４の出力端子ｃｏ２が接続されるIＤ端子とが設けられている。

そして、図１に示すように、電動工具用バッテリ１０が電動工具３０に連結された状態で、電動工具用バッテリ１０のプラス端子Ｐ、マイナス端子Ｎが電動工具３０の電源用端子Ｐ，Ｎ（図５参照）にそれぞれ接続される。そして、電動工具用バッテリ１０のＡＳ端子が、図５に示すように、オートストップ端子ＡＳに接続される。また、オートストップ端子ＡＳはドライブ回路３２に接続されている。
電動工具３０のトリガスイッチ３５を引くと、電源回路３４に電動工具用バッテリ１０から電源が供給され、ＡＳ端子に電圧が発生し、電動工具用バッテリ１０内の制御用マイコン２４の出力端子ｃｏ１を通じて制御用マイコン２４は電動工具３０のトリガスイッチ３５が引かれたことを検出できる。
また、図２に示すように、電動工具用バッテリ１０が充電器４０に連結された状態で、電動工具用バッテリ１０のプラス端子Ｐ、マイナス端子Ｎが充電器４０の電源回路４１（図４参照）に設けられた充電用端子Ｐ，Ｎにそれぞれ接続される。また、電動工具用バッテリ１０のＶｃｃ端子が充電器４０の電源回路４１の定電圧電源端子Ｖｃｃに接続され、電動工具用バッテリ１０のIＤ端子が充電器４０のマイコン４３の通信端子IＤに接続される。
即ち、電動工具用バッテリ１０のIＤ端子が本発明の接続手段に相当し、充電器４０、あるいはパソコン等が本発明の外部装置に相当する。

＜電動工具用バッテリ１０の動作について＞
次に、図６、図７のフローチャートに基づいて電動工具用バッテリ１０の動作について説明する。ここで、図６、図７のフローチャートを実行するためのプログラムは制御用マイコン２４のメモリに格納されている。
先ず、電動工具用バッテリ１０が使用されている状態、即ち、電動工具用バッテリ１０が充電器４０に接続されている場合、あるいは電動工具用バッテリ１０が電動工具３０に接続されて、トリガスイッチ３５（図１及び図５参照）がオンしている場合（アクティブモード）における電動工具用バッテリ１０の動作フローチャート（以下、アクティブルーチンという）について説明する。
アクティブルーチンの場合、図６のステップＳ１０１，１０２で制御用マイコン２４がアクティブ設定（クロック高速設定）される。また、制御用マイコン２４の周辺回路、即ち、電圧検出回路２１、監視部２２、増幅器１５、温度検出回路２６、及びＶｃｃ検出回路２７等の電源がオンされる。そして、この状態で、電動工具用バッテリ１０のセル１２の電圧、放電電流、あるいは充電電流、及びセル１２の温度が測定される（ステップＳ１０３）。

電動工具用バッテリ１０が充電器４０に接続されている場合には（図２参照）、Ｖｃｃ検出回路２７（図３参照）が充電器４０からのＶｃｃを検出する。そのため、ステップＳ１０４の判断はＹＥＳとなり、ステップＳ１０６で充電制御処理が行なわれる。また、電動工具用バッテリ１０が電動工具３０に接続されている場合には（図１参照）、Ｖｃｃ検出回路２７（図３参照）が充電器４０からのＶｃｃを検出できない。そのため、ステップＳ１０４の判断はＮＯとなり、ステップＳ１０５で放電制御処理が行なわれる。そして、ステップＳ１０７で電動工具用バッテリ１０のバッテリ状態（使用状態）、即ち、セル１２の電圧（バッテリ電圧）、放電電流、あるいは充電電流、セル１２の温度（バッテリ温度）等のデータが制御用マイコン２４の内部にある記憶素子（ＥＥＰＲＯＭ等）に記憶される（履歴データ記憶）。
次に、ステップＳ１０８で前記記憶素子内の生涯動作時間カウンタがカウントアップされ、ステップＳ１０９でスリープルーチン移行判定が行なわれる。
ここで、生涯動作時間カウンタは、電動工具用バッテリ１０が工場から出荷された時からの時間をカウントするカウンタである。
また、スリープルーチンとは、電動工具用バッテリ１０が使用されていない状態であり、電動工具用バッテリ１０が充電器４０、あるいは電動工具３０に接続されていない場合、あるいは電動工具用バッテリ１０が電動工具３０に接続されていてもトリガスイッチ３５がオンしていない場合（スリープモード）における電動工具用バッテリ１０の動作フローチャート（図７参照）である。

電動工具用バッテリ１０がアクティブモードにあるときは、ステップＳ１０９の判断がＮＯとなるため、処理はステップＳ１０３に戻る。即ち、電動工具用バッテリ１０がアクティブモードにあるときは、ステップＳ１０３〜ステップＳ１０９までの処理が一定時間毎（約０．５秒）に繰り返し行なわれる。そして、前記処理が繰り返された回数だけ、生涯動作時間カウンタがカウントアップされる。
次に、例えば、充電が完了して、充電器４０から電動工具用バッテリ１０が外されると、図７のステップＳ１０９の判断がＹＥＳとなり、電動工具用バッテリ１０が約１分間の待機時間後、前記スリープルーチン（図７参照）に移行する。

スリープルーチンの移行時には、図７のステップＳ１２１で制御用マイコン２４がアクティブ設定（クロック高速設定）状態に保持され、電圧検出回路２１、監視部２２、増幅器１５、温度検出回路２６、及びＶｃｃ検出回路２７等の電源オンが保持される。次に、スリープルーチンの移行時における電動工具用バッテリ１０のセル１２の電圧（バッテリ電圧）、充放電電流、及びセル１２の温度（バッテリ温度）が測定される（ステップＳ１２２）。そして、放電電流が検出された場合（ステップＳ１２３ＹＥＳ）、又はトリガスイッチ３５のオン状態が検出された場合（ステップＳ１２４ＹＥＳ）、又は充電器４０の接続が検出された場合には（ステップＳ１２５ＹＥＳ）、再び図６のアクティブルーチンに戻される。即ち、処理は図６のステップＳ１０３に進む。
また、放電電流等が検出されず（ステップＳ１２３ＮＯ）、かつトリガスイッチ３５のオン状態が検出されず（ステップＳ１２４ＮＯ）、かつ充電器４０の接続が検出されなければ（ステップＳ１２５ＮＯ）、ステップＳ１２６でスリープルーチンの移行時におけるセル１２の電圧、放電電流、セル１２の温度等のデータが記憶素子（ＥＥＰＲＯＭ）に記憶される。

次に、ステップＳ１２７で前記生涯動作時間カウンタがカウントアップされ、ステップＳ１２８で過放電状態であるか否かが判定される。過放電状態とは、セル１２の電圧が許容電圧よりも低下した場合であり、過放電状態のときは（ステップＳ１２８ＹＥＳ）、制御用マイコン２４がシャットダウンされて電動工具用バッテリ１０の動作が終了する。
過放電状態でない場合には（ステップＳ１２８ＮＯ）、ステップＳ１２９で制御用マイコン２４をスリーブ設定（クロック低速設定）する。さらに、周辺回路、即ち、電圧検出回路２１、監視部２２、増幅器１５、温度検出回路２６、及びＶｃｃ検出回路２７等の電源がオフされて前記周辺回路２１，２２，１５，２６，２７の動作が停止する。これによって、電動工具用バッテリ１０は低消費モード（スリープモード）となる。そして、ウエイクアップトリガが検出されるまで、あるいは前記低消費モードの開始から規定時間経過するまでステップＳ１３０とステップＳ１３１間の処理が繰り返し実行される。このようにして、スリープモードが規定時間（約１分）継続すると、ステップＳ１３１の規定時間経過？の判断がＹＥＳとなり、処理はステップＳ１２１に進む。そして、再び、制御用マイコン２４がアクティブ設定され、電圧検出回路２１、監視部２２等の周辺回路の電源がオンされてセル１２の電圧、電流、温度が測定されて（ステップＳ１２２）、それらのデータが記憶される（ステップＳ１２６）。次に、生涯動作時間カウンタがカウントアップされて（Ｓ１２７）、再び、低消費モード（スリープモード）となる（ステップＳ１２９）。そして、規定時間経過するまで低消費モード（スリープモード）が継続して行なわれる。

即ち、図６に示すアクティブルーチンの処理から図７に示すスリーブルーチンの処理に移行すると、図８に示すように、スリープモードが規定時間（約１分）継続した後、短時間のアクティブモードに切替わり、セル１２の電圧（バッテリ電圧）、電流、温度（バッテリ温度）が測定される。また、生涯動作時間カウンタがカウントアップされる。ただし、ここでは、アクティブルーチンでのサイクル（約０．５秒）との整合性を保つために、１２０増加させる。この生涯動作カウンタに一定時間（約０．５秒）を乗じることで、製造してからの経過時間を算出することが可能になる。
そして、再び、スリープモードが規定時間（約１分）継続し、短時間のアクティブモードに切替わることが繰り返される。このように、スリープルーチンに移行しても生涯動作時間カウンタが動作するようになる。ここで、短時間のアクティブモードの時間は、約０．５秒程度である。
また、スリープモードが継続しているときに、例えば、電動工具用バッテリ１０と充電器４０との接続、あるいは電動工具３０のトリガスイッチ３５のオンが検出されると、図７のステップＳ１３０のウエイクアップトリガ検出？の判断がＹＥＳとなり、処理はステップＳ１２１からステップＳ１２５を介して図６のアクティブルーチンに移行する。

＜本実施形態に係る電動工具用バッテリ１０の長所について＞
本実施形態に係る電動工具用バッテリ１０によると、制御用マイコン２４は、スリープモードのときに、定期的に短時間のアクティブモードに切替わり、バッテリ状態を測定できるように構成されている。このため、スリープモードのときにもバッテリ状態（セル電圧、電流、温度）を定期的に測定することができる。したがって、電動工具用バッテリ１０の低消費電力状態を維持しつつ、電動工具用バッテリのバッテリ状態を表すデータ（履歴データ）の空白期間がなくなる。
また、履歴データを制御用マイコン２４の内部にある記憶素子（ＥＥＰＲＯＭ等）内に記憶しておくことができる。
さらに、スリープモードのときの時間、即ち、電動工具用バッテリ１０が使用されていない時間をカウントできるようになる。また、アクティブモードのときの時間、即ち、電動工具用バッテリが使用されているときの時間もカウントできるようになる。
また、制御用マイコン２４の出力端子ｃｏ２が通信端子（ＩＤ端子）に接続されているため、電動工具用バッテリ１０内の記憶素子（ＥＥＰＲＯＭ）に記憶されている履歴データを、例えば、パソコン等で読み出すことができるようになる。

＜変更例＞
ここで、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本実施形態では、制御用マイコン２４内のＥＥＰＲＯＭを電動工具用バッテリ１０の記憶素子とした例を示したが、制御用マイコン２４の外部に設けたＥＥＰＲＯＭを記憶素子として使用することも可能である。
また、本実施形態では、スリープモード中に約１分毎に短時間のアクティブモードにする例を示したが、スリープモード中における短時間のアクティブモードの間隔を適宜変更可能することが可能である。
また、生涯動作時間カウンタの容量に制限がある場合には、アクティブルーチンでカウントアップする生涯動作時間カウンタ（第１のカウンタ）とは別のカウンタ（第２のカウンタ）を設け、スリープルーチンでの定期的なアクティブモードでは、この第２のカウンタをスリープルーチンのサイクル毎に１だけカウントアップすることも可能である。
この場合、
（生涯動作時間カウンタ）×（アクティブルーチンのサイクル）+（第２のカウンタ）×（スリープルーチンのサイクル）
により、製造してからの経過時間を算出することが可能である。

１０・・・・電動工具用バッテリ
２１・・・・電圧検出回路（周辺回路）
２２・・・・監視部（周辺回路）
２４・・・・制御用マイコン（マイコン）
２６・・・・温度検出回路（周辺回路）
２７・・・・Ｖｃｃ検出回路（周辺回路）
３０・・・・電動工具
４０・・・・充電器（外部装置）
ＩD・・・・ＩD端子（接続手段）

Claims

使用状態でマイコンが周辺回路を動作状態にして充電、あるいは放電を制御可能なアクティブモードに切替わり、不使用状態で前記マイコンが前記周辺回路を停止状態にしてスリープモードに切替わるように構成されている電動工具用バッテリであって、
第１のカウンタ、または第２のカウンタを備えており、
前記マイコンは、前記スリープモードのときに、定期的にアクティブモードに切替わって前記周辺回路を動作させ、前記周辺回路を通じてマイコンがバッテリ状態を測定できるように構成されており、
さらに、前記マイコンは、前記スリープモードのときに、アクティブモードに切替わり、さらに前記スリープモードに戻るまでの間で、前記第１のカウンタ、または第２のカウンタをカウントアップすることを特徴とする電動工具用バッテリ。
請求項１に記載された電動工具用バッテリであって、
前記マイコンは、前記アクティブモードのときに、前記スリープモードのときと同じ間隔、または異なる間隔で、前記第１のカウンタ、または第２のカウンタをカウントアップすることを特徴とする電動工具用バッテリ。
請求項１又は請求項２のいずれかに記載された電動工具用バッテリであって、
前記バッテリ状態としてバッテリ温度を測定可能なように構成されていることを特徴とする電動工具用バッテリ。
請求項１から請求項３のいずれかに記載された電動工具用バッテリであって、
前記バッテリ状態としてバッテリ電圧を測定可能なように構成されていることを特徴とする電動工具用バッテリ。
請求項１から請求項４のいずれかに記載された電動工具用バッテリであって、
前記バッテリ状態として放電電流を測定可能なように構成されていることを特徴とする電動工具用バッテリ。
請求項１から請求項５のいずれかに記載された電動工具用バッテリであって、
記憶素子を備えており、
前記周辺回路により測定された前記バッテリ状態のデータが前記記憶素子に記憶できるように構成されていることを特徴とする電動工具用バッテリ。
請求項６に記載された電動工具用バッテリであって、
前記記憶素子に記憶されているデータを外部装置に伝送可能なように、その記憶素子と前記外部装置とを電気的に接続するための接続手段が設けられていることを特徴とする電動工具用バッテリ。
請求項５から請求項７のいずれかに記載された電動工具用バッテリであって、
前記放電電流が検出された場合、又は電動工具のトリガスイッチのオン状態が検出された場合、又は充電器の接続が検出された場合には、前記マイコンが前記第１のカウンタ、または第２のカウンタをカウントアップせずに、アクティブモードに切替わることを特徴とする電動工具用バッテリ。