JP7123772B2 - charger - Google Patents
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Description
本開示は、バッテリを充電する充電器に関する。 The present disclosure relates to chargers for charging batteries.
下記の特許文献1には、バッテリパックと、バッテリパックを充電する充電器とを備えた充電システムが開示されている。この充電システムでは、充電器は、バッテリパックの充電を制御するマイコン(以下、「充電マイコン」と称する)と、充電マイコンの電源電圧(以下、「充電器電源電圧」と称する)を生成する電源回路(以下、「充電器電源回路」と称する)とを備えている。バッテリパックは、バッテリと、バッテリパック内の状態に応じて各種制御を実行するマイコン(以下、「バッテリマイコン」と称する)と、バッテリの電力からバッテリマイコンの電源電圧(以下、「バッテリ電源電圧」と称する)を生成する電源回路(以下、「バッテリ電源回路」と称する)とを備えている。 Patent Document 1 below discloses a charging system that includes a battery pack and a charger that charges the battery pack. In this charging system, the charger includes a microcomputer that controls charging of the battery pack (hereinafter referred to as "charging microcomputer") and a power supply that generates a power supply voltage for the charging microcomputer (hereinafter referred to as "charger power supply voltage"). circuit (hereinafter referred to as "charger power supply circuit"). The battery pack consists of a battery, a microcomputer (hereinafter referred to as "battery microcomputer") that executes various controls according to the state of the battery pack, and a power supply voltage for the battery microcomputer (hereinafter referred to as "battery power supply voltage") from the battery power. and a power supply circuit (hereinafter referred to as a "battery power supply circuit") that generates a battery.
特許文献1に記載の充電システムは、さらに、充電器電源回路で生成された充電器電源電圧がバッテリパックに供給されるように構成されている。バッテリ電源回路は、バッテリの充電容量不足等によってバッテリの電力からバッテリ電源電圧を生成できない場合であっても、充電器から供給される充電器電源電圧からバッテリ電源電圧を生成できるように構成されている。バッテリ電源回路は、一般に、リニアレギュレータを備える。 The charging system described in Patent Document 1 is further configured such that the charger power supply voltage generated by the charger power supply circuit is supplied to the battery pack. The battery power supply circuit is configured to generate the battery power supply voltage from the charger power supply voltage supplied from the charger even when the battery power supply voltage cannot be generated from the battery power due to insufficient charging capacity of the battery. there is Battery power circuits typically include a linear regulator.
近年、バッテリパックにおけるバッテリの高電圧化が進みつつある。特許文献1に記載のバッテリパックにおいて、バッテリ電圧が高くなると、バッテリ電源回路における入出力電圧差、即ち入力電圧(バッテリの電圧)の電圧値と出力電圧(バッテリ電源電圧)の電圧値との差、が大きくなる。 In recent years, the voltage of batteries in battery packs has been increasing. In the battery pack described in Patent Document 1, when the battery voltage increases, the input/output voltage difference in the battery power supply circuit, that is, the difference between the voltage value of the input voltage (battery voltage) and the voltage value of the output voltage (battery power supply voltage). , becomes larger.
リニアレギュレータは、一般に、スイッチングレギュレータに比べて、発熱(即ち熱損失)が大きく、特に入出力電圧差が大きいほど発熱が大きくなる。そこで、入出力電圧差が大きくても発熱を抑制するために、スイッチングレギュレータを備えたバッテリ電源回路を採用することが考えられる。 Linear regulators generally generate more heat (that is, heat loss) than switching regulators, and in particular, the greater the input-output voltage difference, the greater the heat generation. Therefore, in order to suppress heat generation even when the input/output voltage difference is large, it is conceivable to adopt a battery power supply circuit having a switching regulator.
しかし、スイッチングレギュレータは、一般に、定められた電圧値の出力電圧を生成するために最低限必要な入出力電圧差が、リニアレギュレータの場合よりも大きい。
そのため、充電器電源電圧とバッテリ電源電圧との差が小さい充電システムでは、バッテリ電源回路としてスイッチングレギュレータを用いると、充電器電源電圧からバッテリ電源電圧を適正に生成することが困難になり得る。
However, a switching regulator generally requires a minimum input-output voltage difference to generate an output voltage of a specified voltage value, which is larger than that of a linear regulator.
Therefore, in a charging system in which the difference between the charger power supply voltage and the battery power supply voltage is small, if a switching regulator is used as the battery power supply circuit, it may be difficult to properly generate the battery power supply voltage from the charger power supply voltage.
本開示の1つの局面は、充電器からバッテリパックへ供給される、バッテリを充電するための充電電力とは別に生成される電源電圧によって、バッテリパックにおいて必要な電源電圧を適正に生成できるようにすることを目的とする。 One aspect of the present disclosure is that the power supply voltage generated separately from the charging power for charging the battery, which is supplied from the charger to the battery pack, is used to properly generate the power supply voltage required in the battery pack. intended to
本開示の1つの局面における充電器は、バッテリパックを着脱可能であって、バッテリパックへ充電電力を供給するように構成されている。バッテリパックは、電動作業機に着脱可能に構成されている。充電器は、充電電力生成回路と、充電制御回路と、第1電源回路と、第2電源回路と、出力端子とを備える。 A charger in one aspect of the present disclosure is configured to have a detachable battery pack and to supply charging power to the battery pack. The battery pack is configured to be attachable to and detachable from the electric working machine. The charger includes a charging power generation circuit, a charging control circuit, a first power circuit, a second power circuit, and an output terminal.
充電電力生成回路は、充電器に入力される入力電力から、バッテリパックを充電するための充電電力を生成する。充電制御回路は、直流の充電制御電圧を受けて作動し、充電電力生成回路による充電電力の生成を制御する。第1電源回路は、充電制御電圧を生成する。第2電源回路は、第1電源回路とは別に設けられ、充電制御電圧とは異なる電圧値を有する直流のバッテリ供給電圧を生成する。出力端子は、充電器に装着されたバッテリパックにおける入力端子に接続される。出力端子は、第2電源回路で生成されたバッテリ供給電圧を、充電器に装着されたバッテリパックへ出力する。 The charging power generation circuit generates charging power for charging the battery pack from input power input to the charger. The charge control circuit receives a DC charge control voltage and operates to control generation of charge power by the charge power generation circuit. The first power supply circuit generates a charge control voltage. The second power supply circuit is provided separately from the first power supply circuit and generates a DC battery supply voltage having a voltage value different from the charging control voltage. The output terminal is connected to the input terminal on the battery pack attached to the charger. The output terminal outputs the battery supply voltage generated by the second power supply circuit to the battery pack attached to the charger.
このように構成された充電器では、充電制御電圧とは別に、第2電源回路によってバッテリ供給電圧が生成され、そのバッテリ供給電圧がバッテリパックへ出力される。そのため、バッテリパックにおいて必要な電源電圧を適正に生成することが可能となる。 In the charger configured in this manner, the battery supply voltage is generated by the second power supply circuit separately from the charge control voltage, and the battery supply voltage is output to the battery pack. Therefore, it is possible to properly generate the power supply voltage required in the battery pack.
第2電源回路は、充電制御電圧の電圧値よりも高い電圧値を有するバッテリ供給電圧を生成してもよい。このように構成された充電器では、バッテリパックにおいて、必要な電源電圧をより適正に生成することが可能となる。 The second power supply circuit may generate a battery supply voltage having a voltage value higher than the voltage value of the charging control voltage. With the charger configured in this way, it is possible to more appropriately generate the necessary power supply voltage in the battery pack.
充電器は、さらに、逆流防止回路を備えていてもよい。逆流防止回路は、第2電源回路と出力端子との間に設けられる。逆流防止回路は、充電器に装着されたバッテリパックから入力端子及び出力端子を介して第2電源回路へ電流が流入することを抑制する。 The charger may further comprise a backflow prevention circuit. The backflow prevention circuit is provided between the second power supply circuit and the output terminal. The backflow prevention circuit prevents current from flowing from the battery pack attached to the charger to the second power supply circuit via the input terminal and the output terminal.
このように構成された充電器では、バッテリパックから充電器の第2電源回路へ出力端子を介して意図しない電流が流入することを抑制することが可能となる。そのため、充電器の信頼性が向上する。 In the charger configured in this manner, it is possible to suppress an unintended current from flowing from the battery pack to the second power supply circuit of the charger via the output terminal. Therefore, the reliability of the charger is improved.
第2電源回路は、充電器に装着されたバッテリパックにおけるバッテリ電源回路へバッテリ供給電圧を供給するように構成されていてもよい。バッテリ電源回路は、バッテリ供給電圧から、バッテリ供給電圧の電圧値よりも低い電圧値を有するバッテリ制御電圧を生成するように構成されていてもよい。バッテリ制御電圧は、バッテリパックにおける、バッテリパックの充電を制御するように構成されたバッテリ制御回路を作動させるために用いられてもよい。 The second power supply circuit may be configured to supply battery supply voltage to a battery power supply circuit in a battery pack attached to the charger. The battery power circuit may be configured to generate from the battery supply voltage a battery control voltage having a voltage value lower than the voltage value of the battery supply voltage. The battery control voltage may be used to operate a battery control circuit in the battery pack that is configured to control charging of the battery pack.
このように構成された充電器では、バッテリ供給電圧をバッテリパックへ供給することにより、そのバッテリ供給電圧によってバッテリ制御回路を適正に作動させることが可能となる。 In the charger configured in this way, by supplying the battery supply voltage to the battery pack, the battery control circuit can be properly operated by the battery supply voltage.
以下、添付の図面を参照しつつ、本開示の例示的な実施形態を説明する。
[実施形態]
(1)充電システム及び電動作業機の概要
図1~図3を参照して、本実施形態の充電システム及び電動作業機について説明する。
Exemplary embodiments of the present disclosure will now be described with reference to the accompanying drawings.
[Embodiment]
(1) Overview of Charging System and Electric Working Machine A charging system and an electric working machine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG.
本実施形態の充電システムは、図1に示すバッテリパック10と、図2に示す充電器40とを備える。充電器40は、バッテリパック10を着脱可能に構成されている。
図1に示すように、バッテリパック10はバッテリ20を備える。バッテリ20は、充電及び放電が可能な二次電池である。バッテリ20は、どのような二次電池であってもよい。本実施形態では、バッテリ20は例えばリチウムイオン電池である。バッテリ20の定格電圧値はどのような値であってもよい。
The charging system of this embodiment includes a
As shown in FIG. 1 ,
本実施形態では、バッテリ20の定格電圧値は例えば57.6Vである。また、本実施形態のバッテリ20は、例えば、直列接続された16個のセルを備え、各セルの定格電圧値は例えば3.6Vである。バッテリ20の実際の電圧値は、充電状態によって変化し得る。具体的には、バッテリ20の電圧値は57.6Vよりも低い値になり得るし、57.6Vよりも高い値(例えば64V)にもなり得る。なお、上述した、バッテリ20におけるセルの数、セルの定格電圧値、バッテリ20の定格電圧値は、一例である。バッテリ20におけるセルの数、セルの定格電圧値、バッテリ20の定格電圧値は様々な値をとり得る。
In this embodiment, the rated voltage value of the
充電器40にバッテリパック10が装着されると、充電器40は、バッテリパック10とデータ通信を行うことにより、バッテリ20の充電に関する各種情報を取得する。充電器40は、バッテリパック10から取得した各種情報に基づいて、バッテリ20へ充電電力を供給することにより、バッテリ20を充電する。
When the
バッテリパック10は、後述する作業機本体200(図3参照)を含む各種の電動機器に着脱可能である。バッテリパック10は、バッテリパック10が装着された電動機器へバッテリ20の電力(以下、「バッテリ電力」と称する)を供給するように構成されている。
The
本実施形態の電動作業機は、図1に示すバッテリパック10と、図3に示す作業機本体200とを備える。作業機本体200は、バッテリパック10を着脱可能に構成されている。
The electric working machine of this embodiment includes a
作業機本体200にバッテリパック10が装着されると、作業機本体200にバッテリ電力が入力される。作業機本体200は、バッテリ電力によって作動する。
作業機本体200は、例えば園芸用、石工用、金工用、木工用などの各種の用途のいずれかに応じた作業を行うことが可能に構成されている。本実施形態の電動作業機は、例えば、草や小径木などを刈り払うための充電式刈払機であってもよい。
When
The work machine
(2)バッテリパックの構成
図1に示すように、バッテリパック10は、正極端子11、負極端子12、及びVcc/TFB端子13を備える。正極端子11は、バッテリ20の正極に接続されている。負極端子12は、バッテリ20の負極に接続されている。
(2) Configuration of Battery Pack As shown in FIG. The
図1に示すように、バッテリパック10は、さらに、バッテリ制御回路15と、電源入力回路16と、電源回路17と、装着検出回路18とを備えている。装着検出回路18は、Vcc/TFB端子13及びバッテリ制御回路15に接続されている。
As shown in FIG. 1, the
バッテリ制御回路15は、バッテリ20の電圧(以下、「バッテリ電圧」と称する)の値(以下、「バッテリ電圧値」と称する)、バッテリから放電される放電電流、バッテリに入力される充電電流、及びバッテリの温度などの各種情報を取得する。バッテリ制御回路15は、取得した各種情報に基づいて、バッテリ20の充電及び放電を制御する。
The
バッテリ20が充電器40によって充電される際は、バッテリ制御回路15は、充電器40とデータ通信を行うことにより、充電に必要な情報を相互に送受信する。バッテリ制御回路15は、例えば、バッテリ電圧値に基づいて、バッテリ20を充電するために必要な充電電流の値を演算し、その値を示す充電電流指令値を充電器40へ送信する。
When the
なお、バッテリ制御回路15は、例えば、CPU及びメモリを含むマイクロコンピュータを備えている。メモリは、RAM、ROM、フラッシュメモリ等の半導体メモリを含んでもよい。メモリは、CPUがバッテリパック10の各種機能を達成するために読み込み、実行する各種プログラムやデータを記憶する。これら各種機能は、前述のようなソフトウェア処理に限るものではなく、その一部又は全部が、論理回路やアナログ回路等を組み合わせたハードウェアを用いて達成されてもよい。
Note that the
電源入力回路16は、第1ダイオードD01と第2ダイオードD02とを備える。第1ダイオードD01のアノードは、スイッチング素子T01を介してバッテリ20の正極に接続されている。スイッチング素子T01は、本実施形態では例えばpチャネルMOSFETである。第1ダイオードD01のアノードは、スイッチング素子T01のドレインに接続されている。スイッチング素子T01のソースはバッテリ20の正極に接続されている。スイッチング素子T01のゲートはバッテリ制御回路15に接続されている。
The
第2ダイオードD02のアノードは、Vcc/TFB端子13に接続されている。第1ダイオードD01のカソードと第2ダイオードのカソードは、互いに接続されると共に、電源回路17の入力端子に接続されている。
The anode of the second diode D02 is connected to the Vcc/
バッテリ制御回路15は、バッテリ電圧に基づいて、バッテリ20が過放電状態であるか否か判断する。バッテリ制御回路15は、バッテリ20が過放電状態であるか否かをどのような方法で判断してもよい。バッテリ制御回路15は、例えば、バッテリ電圧値が所定の電圧下限値未満である場合に過放電状態であると判断してもよい。
バッテリ制御回路15は、バッテリ20が過放電状態ではない間は、スイッチング素子T01をオンすることにより、バッテリ電力を、スイッチング素子T01及び第1ダイオードD01を介して電源回路17へ供給する。バッテリ制御回路15は、バッテリ20が過放電状態であると判断した場合は、スイッチング素子T01をオフすることにより、電源回路17へのバッテリ電力の供給を遮断する。
The
なお、バッテリ制御回路15は、バッテリ20における各セルの電圧値を監視し、少なくとも1つのセルの電圧値が所定のセル電圧下限値未満である場合に過放電状態であると判断してもよい。
Note that the
また、バッテリ制御回路15とは別に、バッテリ20における各セルの電圧値をモニタする監視回路を備え、その監視回路が、少なくとも1つのセルの電圧値が所定のセル電圧下限値未満である場合に過放電状態であると判断するようにしてもよい。この場合、バッテリ制御回路15は、監視回路によって過放電状態であると判断された場合にスイッチング素子T01をオフしてもよい。
In addition to the
電源回路17は、入力される直流の電圧を、その入力される電圧の電圧値よりも低い電圧値を有する直流の制御電圧Vcに変換して出力する。電源回路17により生成される制御電圧Vcは、バッテリ制御回路15を含む、バッテリパック10内の各部において、それらの電源として用いられる。
The
バッテリ20が過放電状態ではない場合、電源回路17には、スイッチング素子T01及び第1ダイオードD01を介してバッテリ電圧が入力される。この場合、電源回路17は、バッテリ電圧を制御電圧Vcに変換して出力する。
When the
バッテリ20が過放電状態になると、バッテリ制御回路15は、自身をシャットダウンモードに設定する。具体的には、バッテリ制御回路15は、スイッチング素子T01をオフして電源回路17へのバッテリ電圧の入力を遮断することにより、電源回路17からの制御電圧Vcの出力を停止させ、バッテリ制御回路15自身の動作を停止させる。
When the
シャットダウンモードでは、バッテリ制御回路15は動作を停止しているため、自らスイッチング素子T01をオンさせることはできない。バッテリ制御回路15のシャットダウンモードは、作動中の充電器40にバッテリパック10を装着することによって解除される。
In the shutdown mode, since the
作動中の充電器40にバッテリパック10が装着されると、図4に示すように、Vcc/TFB端子13に、充電器40から、後述する直流のバッテリ供給電圧Vccが入力される。Vcc/TFB端子13に入力されたバッテリ供給電圧Vccは、第2ダイオードD02を介して電源回路17に入力される。シャットダウンモード中に電源回路17にバッテリ供給電圧Vccが入力されると、電源回路17は、バッテリ供給電圧Vccを制御電圧Vcに変換して出力する。これにより、バッテリ制御回路15が起動する。シャットダウンモードから起動したバッテリ制御回路15は、バッテリ20が充電されることによってバッテリ電圧値が電圧下限値以上になると、スイッチング素子T01をオンする。これにより、バッテリ電圧が電源回路17に入力され、電源回路17は、バッテリ電圧から制御電圧Vcを生成可能となる。
When the
電源回路17は、どのように構成されていてもよい。本実施形態では、電源回路17は、非絶縁型のスイッチングレギュレータ(いわゆるDCDCコンバータ)を備える。電源回路17に入力されたバッテリ電圧又は制御電圧Vcは、電源回路17におけるスイッチングレギュレータにて、制御電圧Vcに降圧される。
The
制御電圧Vcの電圧値及びバッテリ供給電圧Vccの電圧値は、どのような値であってもよい。本実施形態では、バッテリ供給電圧Vccは例えば8Vであり、制御電圧Vcは例えば3.3Vである。 The voltage value of the control voltage Vc and the voltage value of the battery supply voltage Vcc may be any values. In this embodiment, the battery supply voltage Vcc is, for example, 8V, and the control voltage Vc is, for example, 3.3V.
充電器40からVcc/TFB端子13に入力されたバッテリ供給電圧Vccは、さらに、装着検出回路18にも入力される。また、バッテリパック10が作業機本体200に装着された場合、Vcc/TFB端子13には、作業機本体200から本体検知電圧が入力される。
The battery supply voltage Vcc input from the
装着検出回路18は、バッテリパック10が充電器40または電動機器に装着されたことをバッテリ制御回路15が検出するために設けられている。図1及び図4に示すように、装着検出回路18は、抵抗器R01,R02,R03、ツェナーダイオードD03、コンデンサC01及びスイッチング素子T02を備える。スイッチング素子T02は、本実施形態では例えばnチャネルMOSFETである。
The
抵抗器R01の第1端はVcc/TFB端子13に接続され、抵抗器R01の第2端はスイッチング素子T02のゲートに接続されている。スイッチング素子T02のソースは、バッテリパック10における基準電位を有するグランドラインに接続される。ツェナーダイオードD03,コンデンサC01及び抵抗器R02は、いずれも、スイッチング素子T02のゲートとグランドラインとの間に接続されている。スイッチング素子T02のドレインは、抵抗器R03の第1端に接続されると共にバッテリ制御回路15に接続されている。抵抗器R03の第2端には、制御電圧Vcが入力される。
A first end of the resistor R01 is connected to the Vcc/
バッテリパック10が充電器40及び電動機器のいずれにも装着されていない場合、装着検出回路18におけるスイッチング素子T02はオフする。この場合、装着検出回路18からバッテリ制御回路15には、非装着信号(具体的にはHレベルの信号)が入力される。
When the
一方、バッテリパック10が例えば充電器40に装着されることにより、図4に示すように充電器40からのバッテリ供給電圧VccがVcc/TFB端子13を介して装着検出回路18に入力されると、スイッチング素子T02はオンする。この場合、装着検出回路18からバッテリ制御回路15へ、装着信号(具体的にはLレベルの信号)が出力される。
On the other hand, when the
また、バッテリパック10が例えば作業機本体200に装着されることにより、作業機本体200からの本体検知電圧がVcc/TFB端子13を介して装着検出回路18に入力されると、スイッチング素子T02はオンする。よってこの場合も、装着検出回路18からバッテリ制御回路15へ装着信号が入力される。
Further, when the
バッテリ制御回路15は、装着検出回路18から入力される非装着信号または装着信号に基づいて、バッテリパック10がどこにも装着されていないか、または、充電器40もしくは電動機器に装着されているかを検出することができる。
The
バッテリ制御回路15は、シリアル通信機能を備えている。具体的には、バッテリ制御回路15は、送信データを不図示の送信端子を介して充電器40又は電動機器へ送信する。また、バッテリ制御回路15は、充電器40又は電動機器から不図示の受信端子を介して受信データを受信する。
The
(3)充電器の構成
図2に示すように、充電器40は、正極端子41、負極端子42、及びVcc端子43を備える。
(3) Configuration of Charger As shown in FIG. 2, the
充電器40にバッテリパック10が装着されると、正極端子41にバッテリパック10の正極端子11が接続され、負極端子42にバッテリパック10の負極端子12が接続され、Vcc端子43にバッテリパック10のVcc/TFB端子13が接続される。
When the
充電器40は、さらに、電源プラグ50と、整流回路51と、PFC(Power Factor Correction)回路52と、平滑回路53と、メインコンバータ54と、正極ライン55と、負極ライン56と、ラインスイッチ回路57と、スイッチ駆動回路58と、充電制御回路60と、電流検出回路61と、差動増幅回路62と、ローパスフィルタ63と、出力設定回路64とを備える。
The
電源プラグ50は、例えば交流100Vの電圧を供給する商用電源などの交流電源に接続され、交流電源から交流電力を受けるように構成されている。整流回路51は、電源プラグ50から入力される交流電力を整流して直流電力に変換し、出力する。PFC回路52は、整流回路51から出力された直流電力の力率を改善する。平滑回路53は、PFC回路52によって力率が改善された直流電力を平滑化する。
The
メインコンバータ54には、平滑回路53によって平滑化された直流電力が入力される。メインコンバータ54は、平滑回路53から入力された直流電力を、バッテリ20の充電に適した電圧を有する充電電力に変換し、出力する。メインコンバータ54は、本実施形態では例えば絶縁型の降圧スイッチング電源回路を備えている。メインコンバータ54は、後述する出力設定回路64から入力されるスイッチング指令に従って作動し、充電電力を生成する。
The DC power smoothed by the smoothing
メインコンバータ54には、正極ライン55の第1端及び負極ライン56の第1端が接続されている。メインコンバータ54により生成された充電電力は、正極ライン55及び負極ライン56を介してバッテリパック10へ供給される。正極ライン55の第2端は正極端子41に接続され、負極ライン56の第2端は負極端子42に接続されている。
A first end of the
ラインスイッチ回路57は、正極ライン55に設けられ、正極ライン55を導通または遮断する。ラインスイッチ回路57は、充電制御回路60によって、スイッチ駆動回路58を介してオンまたはオフされる。ラインスイッチ回路57がオンすると、正極ライン55が導通し、バッテリパック10へ充電電力を供給可能な状態になる。ラインスイッチ回路57がオフすると、正極ライン55が遮断され、バッテリパック10へ充電電力が供給されない状態になる。ラインスイッチ回路57は、どのように構成されていてもよい。ラインスイッチ回路57は、例えば、正極ライン55を導通または遮断するように構成された少なくとも1つのスイッチング素子(例えばMOSFET)を備えていてもよい。
The
電流検出回路61は、負極ライン56に設けられている。電流検出回路61は、負極ライン56を流れる電流の電流値を示す電流検出信号Siを出力する。電流検出信号Siは、本実施形態では、負極ライン56を流れる電流の電流値に応じた電圧値を有する。電流検出回路61は、例えば、負極ライン56に挿入されたシャント抵抗器(不図示)を備え、シャント抵抗器の両端間の電圧に応じた電流検出信号Siを出力するように構成されていてもよい。
A
電流検出信号Siは、充電制御回路60および差動増幅回路62に入力される。充電制御回路60は、バッテリパック10とのデータ通信によってバッテリパック10から取得される前述の充電電流指令値に応じたPWM信号、即ち充電電流指令値に応じたデューティ比のパルス信号を生成し、ローパスフィルタ63へ出力する。ローパスフィルタ63は、充電制御回路60から入力されるPWM信号を平滑化して差動増幅回路62へ出力する。
Current detection signal Si is input to charge
差動増幅回路62は、ローパスフィルタ63によって平滑化されたPWM信号の電圧値と、電流検出信号Siの電圧値との差に応じた差動信号Difを出力する。差動信号Difは、出力設定回路64に入力され、出力設定回路64を介して前述のスイッチング指令としてメインコンバータ54へ出力される。メインコンバータ54は、スイッチング指令として入力される差動信号Difに基づき、差動信号Difがゼロになるように、即ち、メインコンバータ54から出力される充電電流の値が、充電電流指令値が示す電流値に一致するように、充電電力を生成する。
The
なお、出力設定回路64には、充電制御回路60から充電電圧上限値が入力されると共に、正極ライン55の電圧(詳しくはメインコンバータ54とラインスイッチ回路57との間の電圧)が入力される。出力設定回路64は、正極ラインの電圧値が充電電圧上限値以下の場合は、差動信号Difをスイッチング指令としてメインコンバータ54へ出力する。一方、出力設定回路64は、正極ラインの電圧値が充電電圧上限値より高い場合は、充電電力を低減させるためのスイッチング指令を出力することにより、メインコンバータ54から出力される充電電力の電圧値を低減させる。
The
正極ライン55における、メインコンバータ54とラインスイッチ回路57との間には、整流回路65と、平滑回路66とが設けられている。本実施形態のメインコンバータ54は絶縁型であるため、メインコンバータ54から出力される充電電力は交流である。整流回路65は、メインコンバータ54から出力された交流の充電電力を整流する。平滑回路66は、整流回路65により整流された充電電力を平滑化する。なお、平滑回路66は、例えばコンデンサを備えていてもよい。また、充電器は、ラインスイッチ回路57がオンされる前に、平滑回路66のコンデンサに充電された電荷を放電させるための、放電回路を備えていてもよい。
A rectifying
正極ライン55における、ラインスイッチ回路57と正極端子41との間には、ダイオードD41が設けられている。ダイオードD41は、正極端子41からラインスイッチ回路57への電流の逆流を抑制する。
A diode D41 is provided between the
充電器40は、さらに、サブコンバータ68と、整流回路69と、平滑回路70と、整流回路71と、平滑回路72と、第1電源回路73とを備える。
サブコンバータ68には、平滑回路53によって平滑化された直流電力が入力される。サブコンバータ68は、平滑回路53から入力された直流電力を、メインコンバータ54の出力電圧値とは異なる電圧値の電源用電力に変換して出力する。サブコンバータ68は、本実施形態では例えば絶縁型の降圧スイッチング電源回路を備えている。そのため、サブコンバータ68から出力される電源用電力は交流である。
The DC power smoothed by the smoothing
サブコンバータ68から出力された電源用電力は、2系統に分岐して、整流回路69及び整流回路71へ入力される。整流回路71は、サブコンバータ68からの電源用電力を整流する。平滑回路72は、整流回路71で整流された電源用電力を平滑化する。平滑回路72から出力された直流電圧は、第1電源回路73に入力される。第1電源回路73は、平滑回路72から入力された直流電圧(例えば12V)を、その直流電圧の電圧値よりも低い電圧値を有する直流の第1電源電圧Vdcに変換して出力する。
The power supply power output from the sub-converter 68 is branched into two systems and input to the
第1電源電圧Vdcは、充電制御回路60を含む、充電器40における各部で、電源として用いられる。
第1電源電圧Vdcの電圧値は、どのような値であってもよい。本実施形態では、第1電源電圧Vdcの電圧値は例えば5Vである。第1電源回路73は、どのように構成されていてもよい。第1電源回路73は、例えば、リニアレギュレータを備え、そのリニアレギュレータによって第1電源電圧Vdcが生成されるように構成されていてもよい。
The first power supply voltage Vdc is used as a power supply in each part of
The voltage value of the first power supply voltage Vdc may be any value. In this embodiment, the voltage value of the first power supply voltage Vdc is, for example, 5V. The first
整流回路69は、サブコンバータ68からの電源用電力を整流する。平滑回路70は、整流回路69で整流された電源用電力を平滑化することにより、直流の第2電源電圧VDを生成する。第2電源電圧VDの電圧値は、第1電源電圧Vdcの電圧値よりも高い。第2電源電圧VDの電圧値は、どのような値であってもよい。本実施形態では、第2電源電圧VDの電圧値は、例えば12Vである。第2電源電圧VDは、例えば、不図示のファン及びブザーなどで用いられる。
The
充電器40は、さらに、第2電源回路74を備える。第2電源回路74には、第2電源電圧VDが入力される。第2電源回路74は、入力された第2電源電圧VDを、その第2電源電圧VDの電圧値よりも低い電圧値を有する直流のバッテリ供給電圧Vccに変換して出力する。バッテリ供給電圧Vccの電圧値は、第1電源電圧Vdcの電圧値よりも高い。本実施形態では、バッテリ供給電圧Vccの電圧値は、前述の通り例えば8Vである。
第2電源回路74で生成されたバッテリ供給電圧Vccは、ダイオードD42及びVcc端子43を介して、充電器40に装着されたバッテリパック10へ供給される。
充電制御回路60は、バッテリパック10とデータ通信を行いながらバッテリ20の充電を行う。即ち、スイッチ駆動回路58を介してラインスイッチ回路57をオンすると共に、前述のPWM信号を出力してメインコンバータ54に充電電力を生成させることにより、充電電力をバッテリパック10へ供給する。スイッチ駆動回路58は、充電制御回路60から入力されるスイッチ駆動指令に従ってラインスイッチ回路57をオンまたはオフする。
The battery supply voltage Vcc generated by the second
The
充電制御回路60は、シリアル通信機能を備えている。具体的には、充電制御回路60は、送信データを不図示の送信端子を介してバッテリパック10へ送信する。また、充電制御回路60は、バッテリパック10から不図示の受信端子を介して受信データを受信する。
The charging
このように構成された充電器40では、充電制御回路60は、バッテリパック10が充電器40に装着されたことを検出すると、バッテリ20を充電するための充電制御処理を実行する。具体的には、バッテリパック10とシリアルデータ通信を行うことにより、前述の充電電流指令値を含む各種情報を取得する。そして、バッテリ20の充電が必要な場合、ラインスイッチ回路57をオンし、充電電流指令値に応じたPWM信号を出力することにより、充電を開始する。
In
ここで、Vcc端子43からバッテリパック10へ供給される電圧が、充電制御回路60などの電源電圧として用いられる第1電源電圧Vdc(本実施形態では5V)ではなく、第1電源電圧Vdcの電圧値よりも高いバッテリ供給電圧Vcc(本実施形態では8V)である理由について、以下に説明する。
Here, the voltage supplied from the
仮に、Vcc端子43から電圧値5Vの第1電源電圧Vdcが出力されるようにした場合、バッテリパック10の電源回路17には、その5Vの第1電源電圧Vdcが入力される。
Assuming that the
バッテリパック10の電源回路17は、本実施形態では、スイッチングレギュレータを備える。スイッチングレギュレータは、一般に、リニアレギュレータに比べて、要求される最低入出力電圧差が大きい。なお、最低入出力電圧差とは、定められた値の出力電圧(即ち変換(降圧)後の電圧)を生成するために最低限必要な入力電圧(即ち変換前の電圧)の電圧値と、出力電圧の電圧値との差である。
The
リニアレギュレータは、例えば、5Vの電圧から3.3Vの電圧を生成することが可能である。これに対し、スイッチングレギュレータは、最低入出力電圧差が例えば1.8Vと、リニアレギュレータの最低入出力電圧差(例えば約0.3V)よりも大きい。そのため、スイッチングレギュレータを用いて5Vの入力電圧から3.3Vの出力電圧を生成することは困難である。 A linear regulator, for example, can generate a voltage of 3.3V from a voltage of 5V. On the other hand, the switching regulator has a minimum input/output voltage difference of, for example, 1.8 V, which is larger than the minimum input/output voltage difference of the linear regulator (for example, about 0.3 V). Therefore, it is difficult to generate an output voltage of 3.3V from an input voltage of 5V using a switching regulator.
特に、本実施形態では、図4に示すように、充電器40の第2電源回路74とバッテリパック10の電源回路17との間に、ダイオードD42及びダイオードD02が存在する。ダイオードD42における電圧降下をVd42、ダイオードD02における電圧降下をVd02とすると、ダイオードD42のアノードに入力すべき電圧の値は、バッテリパック10の電源回路17の出力電圧値(例えば3.3V)と、電源回路17の最低入出力電圧差(例えば1.8V)と、Vd42(例えば0.9V)と、Vd02(例えば0.72V)との合計値(例えば6.72V)よりも大きい値である。
In particular, in this embodiment, a diode D42 and a diode D02 are present between the second
そこで、本実施形態の充電器40は、第1電源回路73とは別に、第2電源回路74を備えている。第2電源回路74は、第2電源電圧VD(例えば12V)を、第1電源電圧Vdcよりも高く前述の合計値(例えば6.72V)よりも高い電圧値のバッテリ供給電圧Vccに変換する。そして、そのバッテリ供給電圧Vccが、Vcc端子43を介してバッテリパック10へ供給される。
Therefore, the
バッテリ供給電圧Vccは、本実施形態では、例えば8Vである。理論的には、バッテリ供給電圧Vccは6.72Vよりも高い電圧であればよいが、第2電源回路74における出力電圧の誤差(例えば約±1V)などを考慮して、本実施形態の第2電源回路74は、例えば8Vのバッテリ供給電圧Vccを生成するように構成されている。バッテリパック10の電源回路17は、8Vのバッテリ供給電圧Vccを受け、このバッテリ供給電圧Vccを、3.3Vの制御電圧Vcに適正に変換する。
The battery supply voltage Vcc is, for example, 8V in this embodiment. Theoretically, the battery supply voltage Vcc should be a voltage higher than 6.72 V, but in consideration of the output voltage error (for example, about ±1 V) in the second
バッテリパック10の電源回路17が、リニアレギュレータではなくスイッチングレギュレータを備えている理由について、以下説明する。仮に、電源回路17がリニアレギュレータを備えていれば、充電器40から5Vの第1電源電圧Vdcが供給されても3.3Vの出力電圧を生成できる。
The reason why the
しかし、電源回路17に入力される電圧は、シャットダウンモード時を除き、基本的にはバッテリ電圧である。本実施形態のバッテリ20は、バッテリ電圧値の定格値が例えば57.6Vであり、制御電圧Vcとの電圧差が大きい。リニアレギュレータは、一般に、スイッチングレギュレータに比べて、変換によって損失する電力(主に熱損失)が大きい。また、リニアレギュレータは、一般に、スイッチングレギュレータに比べて、入出力電圧差が大きいほど、電力の損失も大きくなる。そのため、本実施形態では、バッテリ電圧を3.3Vの電圧に変換する電源回路17として、リニアレギュレータではなくスイッチングレギュレータを用いている。
However, the voltage input to the
充電器40において、第2電源回路74からのバッテリ供給電圧VccがダイオードD42を介してバッテリパック10へ出力されるように構成されている理由について、図4を参照しつつ以下説明する。
The reason why
充電器40にバッテリパック10が装着されて充電器40によりバッテリ20が充電されている場合、充電器40からバッテリパック10への充電電流は、通常、充電器40の正極端子41→バッテリパック10の正極端子11→バッテリ20の正極→バッテリ20→バッテリ20の負極→バッテリパック10の負極端子12→充電器40の負極端子42→・・・というルートで流れる。
When the
これに対し、何らかの要因で、バッテリ20の負極と負極端子12との電気的接続が解除された場合を想定する。この場合、バッテリ20の負極からの充電電流のルートは、図4に太線矢印で示すように、バッテリ20の負極→グランドライン→装着検出回路18→Vcc/TFB端子13→充電器40のVcc端子43→・・・という、不適正なルートになり得る。
On the other hand, it is assumed that the electrical connection between the negative electrode of
そこで、本実施形態では、充電電流が上記のような不適正なルートで流れることを抑制するために、充電器40において、Vcc端子43にダイオードD42が接続されている。
(4)作業機本体の構成
図3に示すように、作業機本体200は、正極端子201、負極端子202、及びTFB端子203を備える。
Therefore, in the present embodiment, the diode D42 is connected to the
(4) Configuration of Work Machine Main Body As shown in FIG.
作業機本体200にバッテリパック10が装着されると、正極端子201にバッテリパック10の正極端子11が接続され、負極端子202にバッテリパック10の負極端子12が接続され、TFB端子203にバッテリパック10のVcc/TFB端子13が接続される。
When the
作業機本体200は、さらに、モータ駆動回路211と、モータ212と、駆動機構213と、出力ツール214と、駆動スイッチ215と、スイッチ駆動回路216と、操作部217と、操作検出回路218と、駆動制御回路220と、電源入力回路221と、電源回路222とを備える。
モータ駆動回路211には、正極端子201及び負極端子202からバッテリ電力が入力される。モータ駆動回路211は、駆動制御回路220から入力される駆動指令に基づき、モータ212へ電力を供給する。モータ212は、駆動制御回路220から供給される電力により回転する。駆動機構213は、モータ212の回転を出力ツール214に伝達する。出力ツール214は、モータ212の回転力を駆動源として駆動機構213を介して駆動される。出力ツール214は、作業機本体200の外部に作用することにより電動作業機の機能を達成するように構成されている。出力ツール214は、例えば、草や小径木などを刈り払うための回転刃であってもよい。また例えば、出力ツール214は、被加工材に穴を開けるためのドリルビットであってもよい。また例えば、出力ツール214は、送風または吸引するための羽根であってもよい。
Battery power is input to the
正極端子201とモータ駆動回路211との間の通電経路には、この通電経路を導通または遮断するための駆動スイッチ215が設けられている。駆動スイッチ215は、駆動制御回路220によりスイッチ駆動回路216を介して制御される。
An electric path between the
操作部217は、電動作業機の使用者により操作される。操作検出回路218は、使用者による操作部217の操作を検出し、操作を検出した場合に操作検出信号を駆動制御回路220へ出力する。駆動制御回路220は、操作検出信号が入力された場合、駆動スイッチ215をオンすると共に、モータ駆動回路211を駆動することにより、モータ212を回転させる。
The
電源入力回路221には、正極端子201からバッテリ電圧Vpが入力される。電源入力回路221は、不図示のスイッチング素子を備え、バッテリ電圧Vpをそのスイッチング素子を介してバッテリ電圧Vbとして出力する。
A battery voltage Vp is input to the power
作業機本体200に装着されているバッテリパック10が正常である場合、電源入力回路221におけるスイッチング素子はオンされ、電源入力回路221からバッテリ電圧Vbが出力される。一方、バッテリパック10に所定の異常(例えば過放電)が生じると、バッテリパック10から電源入力回路221へ異常信号が入力される。電源入力回路221は、異常信号が入力された場合は、スイッチング素子をオフしてバッテリ電圧Vbの出力を停止する。
When the
電源回路222は、バッテリ電圧Vbを、そのバッテリ電圧Vbの電圧値よりも低い電圧値を有する直流の制御電源電圧Vdmに変換して出力する。駆動制御回路220を含む、作業機本体200内の各部は、制御電源電圧Vdmによって動作する。
The
(5)実施形態の効果
以上説明した実施形態によれば、以下の効果を奏する。
即ち、本実施形態の充電器40は、充電制御回路60を作動させるための第1電源電圧Vdcとは別に、第2電源回路74によってバッテリ供給電圧Vccが生成される。そして、そのバッテリ供給電圧Vccが、Vcc端子43からバッテリパック10へ出力される。
(5) Effect of Embodiment According to the embodiment described above, the following effects are obtained.
That is, in the
そのため、バッテリパック10において、充電器40から入力されるバッテリ供給電圧Vccから制御電圧Vcを適正に生成することが可能となる。
また、本実施形態では、第2電源回路74は、第1電源回路73が生成する第1電源電圧Vdcの電圧値(例えば5V)よりも高い電圧値(例えば8V)を有するバッテリ供給電圧Vccを生成する。つまり、充電制御回路60を作動させるための第1電源電圧Vdcよりも高い電圧値のバッテリ供給電圧Vccが、第1電源電圧Vdcとは別に生成されて、バッテリパック10へ供給される。そのため、バッテリパック10において、必要な電圧値の制御電圧Vcをより適正に生成することが可能となる。
Therefore, in
Further, in the present embodiment, the second
充電器40において、第2電源回路74とVcc端子43との間には、ダイオードD42が設けられている。このダイオードD42により、充電器40に装着されたバッテリパック10からVcc/TFB端子13及びVcc端子43を介して第2電源回路74へ電流が流入することが抑制される。
A diode D42 is provided between the second
また、本実施形態では、充電器40からバッテリパック10へ供給されるバッテリ供給電圧Vccは、バッテリパック10において、バッテリ制御回路15を作動させるための制御電圧Vcを生成するために利用され得る。そのため、バッテリ20が例えば過放電状態になって、バッテリパックがシャットダウンモードになったとしても、バッテリパック10を充電器40に装着することで、バッテリパック10のシャットダウンモードを解除することが可能となる。
Also, in this embodiment, the battery supply voltage Vcc supplied from the
なお、メインコンバータ54は本開示における充電電力生成回路の一例に相当する。Vcc端子43は本開示における出力端子の一例に相当する。ダイオードD42は本開示における逆流防止回路の一例に相当する。バッテリパック10における電源回路17は本開示におけるバッテリ電源回路の一例に相当する。バッテリパック10におけるVcc/TFB端子13は本開示における入力端子の一例に相当する。第1電源電圧Vdcは本開示における充電制御電圧の一例に相当する。制御電圧Vcは本開示におけるバッテリ制御電圧の一例に相当する。
Note that the
[2.他の実施形態]
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
[2. Other embodiments]
Although the embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made.
(1)上記実施形態では、第2電源回路74は、第2電源電圧VDからバッテリ供給電圧Vccを生成したが、第2電源回路74は、どの電圧からバッテリ供給電圧Vccを生成してもよい。
(1) In the above embodiment, the second
例えば、第2電源電圧VDとは別の電源電圧を生成する電源回路が設けられていてもよい。そして、第2電源回路74は、その電源回路で生成された電源電圧からバッテリ供給電圧Vccを生成してもよい。
For example, a power supply circuit that generates a power supply voltage different from the second power supply voltage VD may be provided. Then, the second
(2)充電器40におけるダイオードD42は、少なくともバッテリパック10から第2電源回路74への電流の流入を抑制し、第2電源回路74以外の他の特定の回路への流入は許容するように設けられていてもよい。あるいは、ダイオードD42は、バッテリパック10からVcc端子43へ流入する電流の全てを抑制するように設けられていてもよい。また、ダイオードD42とは別の回路によって上記の電流流入を抑制してもよい。
(2) The diode D42 in the
(3)第1電源回路73は、どの電圧から第1電源電圧Vdcを生成してもよい。例えば、第1電源回路73は、第2電源回路74で生成されたバッテリ供給電圧Vccを受け、そのバッテリ供給電圧Vccから第1電源電圧Vdcを生成してもよい。また例えば、第1電源回路73は、第2電源電圧VDを受け、その第2電源電圧VDから第1電源電圧Vdcを生成してもよい。
(3) The first
(4)バッテリパック10における電源回路17は、スイッチングレギュレータとは異なるレギュレータを備えていてもよい。電源回路17は、例えばリニアレギュレータを備え、リニアレギュレータにて制御電圧Vcを生成するように構成されていてもよい。
(4) The
(5)上記実施形態における1つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、1つの構成要素が有する1つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、1つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される1つの機能を、1つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。 (5) A plurality of functions possessed by one component in the above embodiment may be realized by a plurality of components, or a function possessed by one component may be realized by a plurality of components. . Also, a plurality of functions possessed by a plurality of components may be realized by a single component, or a function realized by a plurality of components may be realized by a single component. Also, part of the configuration of the above embodiment may be omitted. Moreover, at least part of the configuration of the above embodiment may be added or replaced with respect to the configuration of the other above embodiment.
10…バッテリパック、11…正極端子、12…負極端子、13…Vcc/TFB端子、15…バッテリ制御回路、16…電源入力回路、17…電源回路、18…装着検出回路、20…バッテリ、40…充電器、41…正極端子、42…負極端子、43…端子、54…メインコンバータ、60…充電制御回路、68…サブコンバータ、73…第1電源回路、74…第2電源回路、200…作業機本体、D42…ダイオード。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記充電器に入力される入力電力から、前記バッテリパックを充電するための充電電力を生成するように構成された充電電力生成回路と、
直流の充電制御電圧を受けて作動し、前記充電電力生成回路による前記充電電力の生成を制御するように構成された充電制御回路と、
前記充電制御電圧を生成するように構成された第1電源回路と、
前記第1電源回路とは別に設けられ、前記充電制御電圧とは異なる電圧値を有する直流のバッテリ供給電圧を生成するように構成された第2電源回路と、
前記第2電源回路で生成された前記バッテリ供給電圧を、前記充電器に装着された前記バッテリパックへ出力するように構成された出力端子であって、前記充電器に装着された前記バッテリパックにおける入力端子に接続されるように構成された出力端子と、
を備える充電器。 A charger configured to detachably mount a battery pack detachably attached to an electric working machine, and configured to supply charging power to the battery pack,
a charging power generation circuit configured to generate charging power for charging the battery pack from input power input to the charger;
a charging control circuit configured to operate upon receiving a DC charging control voltage and control generation of the charging power by the charging power generation circuit;
a first power supply circuit configured to generate the charge control voltage;
a second power supply circuit provided separately from the first power supply circuit and configured to generate a DC battery supply voltage having a voltage value different from the charge control voltage;
An output terminal configured to output the battery supply voltage generated by the second power supply circuit to the battery pack attached to the charger, the output terminal in the battery pack attached to the charger an output terminal configured to be connected to the input terminal;
charger with
前記第2電源回路は、前記充電制御電圧の電圧値よりも高い電圧値を有する前記バッテリ供給電圧を生成するように構成されている、充電器。 The charger according to claim 1,
The charger, wherein the second power supply circuit is configured to generate the battery supply voltage having a voltage value higher than the voltage value of the charging control voltage.
さらに、前記第2電源回路と前記出力端子との間に設けられた逆流防止回路であって、前記充電器に装着された前記バッテリパックから前記入力端子及び前記出力端子を介して前記第2電源回路へ電流が流入することを抑制するように構成された逆流防止回路を備える、充電器。 The charger according to claim 1 or claim 2,
Further, a backflow prevention circuit provided between the second power supply circuit and the output terminal, wherein the second power supply is supplied from the battery pack attached to the charger via the input terminal and the output terminal. A charger comprising a backflow prevention circuit configured to prevent current from flowing into the circuit.
前記第2電源回路は、前記充電器に装着された前記バッテリパックにおけるバッテリ電源回路へ前記バッテリ供給電圧を供給するように構成され、前記バッテリ電源回路は、前記バッテリ供給電圧から、前記バッテリパックにおける前記バッテリパックの充電を制御するように構成されたバッテリ制御回路を作動させるための、前記バッテリ供給電圧の電圧値よりも低い電圧値を有するバッテリ制御電圧を生成するように構成されている、充電器。 The charger according to any one of claims 1 to 3,
The second power supply circuit is configured to supply the battery supply voltage to a battery power supply circuit in the battery pack attached to the charger, and the battery power supply circuit converts the battery supply voltage from the battery supply voltage to a battery power supply in the battery pack. a battery control voltage configured to generate a battery control voltage having a voltage value lower than that of the battery supply voltage for operating a battery control circuit configured to control charging of the battery pack; vessel.
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