JP5338552B2 - 電池パックおよび電動工具 - Google Patents

Description

本発明は，電池パックおよび電動工具に関するものである。

近年，コードレス電動工具において，駆動電源である電池の残容量をＬＥＤ等によって表示し，使用者に現在の電池残容量を知らせるものがある。この電池残容量を測定する方法として特許文献１が開示されている。これは電池の充放電時の電流値を常に測定し，その結果を積算して電池の残容量を求めているものである。

特開２００１−１１６８１２号公報

しかしながら上記従来方法では，電流を測定するために電流の充放電経路に抵抗器を設けなくてはならず，そのために無駄な電力が消費されてしまう問題がある。また、出力された積算電流から電池の残容量を検出するために電流検出を常時行う必要があり、残容量を検出する回路を常に働かせる必要があり、電池の容量を無駄に消費するという問題がある。
本発明は、上記した問題点を解消し、電池の残容量を正確に表示することができる電池パック及び電動工具を提供することである。
また、本発明の他の目的は、残容量検出に伴う電池セルの無駄な電力消費を防止することである。

上記課題を解決するために請求項１の発明では、電池セルと、前記電池セルの電池電圧を検出する電圧検出手段と、前記電池電圧に基づいて前記電池セルの残容量を検出する残容量検出手段と、前記電池電圧の変動率が所定以上となったときに前記残容量検出手段の前記残容量の検出を停止する制御手段を備え、前記制御手段は充電器に接続されているときには前記電池電圧の検出を許可することを特徴とする電池パック。

請求項２の発明では、残容量に応じた表示を行う残容量表示ランプを備え、電池電圧の変動率が所定以上となったときには残容量表示ランプの表示態様を変更することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。

請求項３の発明では、電池セルを有する電池パックと、前記電池セルの電池電圧を検出する電圧検出手段と、前記電池電圧に基づいて前記電池セルの残容量を検出する残容量検出手段と、前記電池電圧の変動率が所定以上となったときに前記残容量検出手段の前記残容量の検出を停止する制御手段と、前記残容量に応じた表示を行う残容量表示ランプを備え、前記制御手段は前記電池電圧の変動率が所定以上となったときには前記残容量表示ランプの表示形態を切り替えると共に前記電池パックが充電器に接続されているときには前記電池電圧の検出を許可することを特徴とする電動工具。

請求項1及び請求項４の発明では、電池電圧の変動率が所定の変動率以上となると、電池セルの残容量検出を停止するため、負荷状態となって電池電圧が変化したときには残容量検出が行われない。電池セルの電池電圧は、負荷状態によって変化するため、この変化した電池電圧に基づいて検出される残容量は電池セルの正確な残容量を反映したものではなくなる。従って、本発明によれば残容量検出の誤検出を防止できるとともに、電池セルの無駄な電力消費を抑えることができる。
請求項２及び請求項５の発明によれば、表示態様を異ならせたことにより使用者が表示ランプに表示された残容量を誤って認識することを防止し、正しい残容量を認識させることができる。

請求項３の発明によれば，電池パックが充電器に接続されているときに電池電圧の変動を検出しないようにしたため，充電中の電圧変動を負荷状態であると間違って判別することを防止でき，なおかつ使用者が充電中の電池容量を確認できるようになる。

請求項６及び請求項７の発明によれば、負荷状態であったとしても、電池セルの残容量を正確に検出することができる。

本発明の実施形態を示す回路図。 本発明の実施形態を示す回路図。 図１に示した実施形態に係る電池パックの動作に係るフローチャート。 本発明の他の実施形態の動作を説明した図

以下，本発明の実施形態について，図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明電池パック及び電動工具の一実施形態を示す構成図である。図１において，１０１は電池パック，２０１は電動工具本体である。電池パック１０１には電池セル１０３，１０４，１０５，各電池セルの電圧を監視し，過充電，過放電を知らせるための信号を出力する電池保護ＩＣ１０２，電池セルの温度を検出するためのサーミスタ１０６が内蔵されている。また，電池残容量表示部では抵抗器１０８，１０９，１１０，１１１，１２０，１２１，１２２，コンデンサ１１２，１１３，１１５，ＦＥＴ１０９，レギュレータ１１４，マイコン１１６，ＬＥＤ１１７，１１８，１１９がある。
初めに電池保護ＩＣ１０２から出力される過放電信号ＬＤは電池セル１０３，１０４，１０５が過放電状態でなければＬレベルを出力する。この過放電信号ＬＤは抵抗器１０７，１０８を通ってＦＥＴ１０９に接続されて，ＦＥＴ１０９はＯＮ状態となり，レギュレータ１１４に電圧が供給される。レギュレータ１１４は定電圧源であり，マイコン１１６やＬＥＤ１１７，１１８，１１９に定電圧を供給するためのものである。この状態から電池セル１０３，１０４，１０５の電圧が低下し電池保護ＩＣ１０２が過放電状態と判断すると電池保護ＩＣ１０２から出力される過放電信号ＬＤはＨレベルとなり，その結果ＦＥＴ１０９はＯＦＦ状態となるため，電池残容量表示部には電源が供給されなくなり，消費電力を抑えることができる。また，過放電信号ＬＤは電動工具本体２０１にも出力されている。電動工具本体２０１は，モータ２０２とＦＥＴ２０３，ＦＥＴ２０３を制御するための制御回路２０４で構成されており，過放電信号ＬＤが制御回路２０４に入力されると直ちにＦＥＴ２０３をＯＦＦにしてモータ２０２の駆動を停止させるようにしている。また、制御回路２０４は、使用者により操作されるトリガスイッチ（図示せず）の操作量に応じてＦＥＴ２０３に出力するＰＷＭ制御信号のデューティ比を変更し、モータの回転速度を調整する。
次に電池パック１０１の電池残容量表示機能の一連の動作について，図３のフローチャートに沿って説明する。初めにマイコン１１６は電池電圧の測定を行う（ステップ４０１）。電池電圧は抵抗器１１０，１１１によって適当な値に分圧されてマイコン１１６のＡ/Ｄコンバータ入力部に入力される。次にマイコン１１６は測定した電圧値に応じて電池の残容量を表示するＬＥＤの数を決める（ステップ４０２〜４０７）。具体的には電池電圧が１２．０Ｖ以上のときはＬＥＤ１１７，１１８，１１９の３つのＬＥＤを点滅し，満充電に近いことを使用者に知らせる。また，電池電圧が１１．５Ｖ〜１２．０ＶのときにはＬＥＤ１１７，１１８の２つのＬＥＤを点滅，１１．０Ｖ〜１１．５ＶのときにはＬＥＤ１１７の１つのＬＥＤを点滅，１１．０Ｖ以下のときにはＬＥＤは点滅しなくなり，使用者に電池残容量がないことを知らせる。次にマイコン１１６は充電器に接続されているかどうかの判別を行う。具体的に図２を用いて説明する。図２に示す３０１は充電器である。充電器３０１は大きく分けて充電電流を供給する充電回路３０２と充電中の制御行う制御回路３０３で構成されている。制御回路３０３は充電中の電池パック１０１の過充電の監視を行い，電池保護ＩＣ１０２から過充電状態を示す過充電信号ＬＥが出力されたときは直ちに充電を停止させる。また，制御回路３０３は電池パック内の温度の監視も行っている。電池パックには温度によって抵抗値が変化するサーミスタ１０６が内蔵されており，充電器内の抵抗器３０４との分圧した電池温度信号ＬＳの電圧値によって温度の測定を行っている。この電池温度信号ＬＳは電池パック内のマイコン１１６にも入力されている。電池温度信号ＬＳは充電器３０１が接続されていなければ０Ｖ，充電器３０１が接続されていれば，抵抗器３０４との分圧した電圧値となるため，マイコン１１６は電池パック１０１が充電器３０１に接続されているかどうかを判別することができる。ここで，充電器に接続されていないと判別したときは，ステップ４０９に進み電池電圧の変動の検出を行う。ステップ４０９の電池電圧変動の検出は，電動工具本体３０１が使用状態であるかどうかの判別を行うものである。
モータ２０２が停止状態から動作状態（負荷状態）に移行すると、モータ２０２へ供給される負荷電流によって電池電圧の変動が生じる。モータ２０２が起動すると電池電圧が低下するため、単位時間当たりの低下率（変動率）が所定の低下率（変動率）以上か否かで電動工具の使用により電池電圧が変動したかを判断する。また、本実施例では、ＦＥＴ２０３にＰＷＭ信号を出力し、そのデューティ比を変えることによりモータ２０２を変速させているため、ＦＥＴ２０３のオン、オフで電池電圧が変動する。従って、ＦＥＴ２０３のオン、オフによる電池電圧の変動も検出するようになっている。
マイコン１１６は電動工具本体３０１が使用状態であると判別したときは（ステップＳ４０９でＹｅｓ）、現在の電池残容量に応じたＬＥＤを点灯させて使用者が電池残容量を認識しやすくする（ステップ４１０）。次に電動工具本体３０１が使用状態であると判別してから３秒間はＬＥＤを点灯させ，なおかつ電池電圧の測定は行わないようにする（ステップ４１１）。これは電動工具本体３０１が使用時は負荷によって電池電圧が低下するため，このときに電池電圧を測定してしまうと正確な電池残容量の表示ができず，実際よりも電池残容量を低く表示してしまうことを防止するためである。次に電動工具本体３０１が使用状態であると判別してから３秒間経過したときはステップ４０９に戻り、再び電動工具本体３０１が使用状態であるかどうかの判別を行う。また，ステップ４０８において電池パック１０１が充電器３０１に接続されていると判別したときには，この電池電圧変動の検出を行わないようにしている。これはステップ４０９における電池電圧の変動値の判定基準が非常に微小な変動値としているために，マイコン１１６が充電中の電圧変動を誤検出してしまい，電動工具本体３０１が使用状態であると判別して，電池残容量のＬＥＤ表示が充電完了まで変化しないことを防止するためである。これにより充電中に電池残容量のＬＥＤ表示を行えるために使用者が充電中の電池容量を確認できる。次に再びステップ４０１に戻り，再度電池電圧の測定を行う。

なお，本実施例では電池セルが３つ直列に接続された電池パックについて説明しているが，これに限られるものではない。その場合，その電池パックのセル数に最適なＬＥＤ表示を切り換える電池電圧値の設定を行えばよい。

本実施例では、電池電圧の変動率が所定の変動率以上となると、電池セルの残容量検出を停止するため、負荷状態となって電池電圧が変化したときには残容量検出が行われない。電池セルの電池電圧は、負荷状態によって変化するため、この変化した電池電圧に基づいて検出される残容量は電池セルの正確な残容量を反映したものではなくなる。従って、本実施例では残容量検出の誤検出を防止できるとともに、電池セルの無駄な電力消費を抑えることができる。

また、例えば、検出した電池電圧が所定の基準値に低下したときに残容量検出を停止するような構成とした場合、満充電電池と容量の少なくなった電池とでは、電池電圧の低下度合いが異なる。満充電電池では電池電圧の低下度合いが小さく、容量の少ない電池では電池電圧の低下度合いが大きくなる。このため、満充電電池では、電池電圧があまり低下せず負荷状態であるにもかかわらず残容量の検出が行われることが考えられる。これに対して本実施例ように変動率で残容量検出の停止を決定するようにるれば、いずれの電池も負荷状態で電池電圧が低下方向に変動するため、これを検出することで負荷状態での斬容量検出を確実に停止できる。
また、残容量検出時と非検出時とでＬＥＤの表示態様を異ならせたことにより使用者が表示ランプに表示された残容量を誤って認識することを防止し、正しい残容量を認識させることができる。

また、電池パックが充電器に接続されているときに電池電圧の変動を検出しないようにしたため，充電中の電圧変動を負荷状態であると間違って判別することを防止でき、なおかつ使用者が充電中の電池容量を確認できるようになる。

尚、上記実施例のように、電池電圧が変動した場合に電池電圧の検出を停止してLEDの表示状態を変える方法のほかに、電池電圧の検出は続けつつLEDの表示状態のみを変える（LEDを点灯状態にする）ようにしても良い。

本発明の他の実施例について説明する。本実施例では、電池電圧の変動率が所定以上となる前の電池電圧と、所定以上となった後の電池電圧とから電池セルの残容量を算出する。図４に示すように、トリガスイッチをＯＮすると電池電圧が低下し、その後使用状態が続くと電池電圧が次第に減少していく。そしてトリガスイッチをＯＦＦすると無負荷状態となり電池電圧が回復する。

本実施例では、トリガスイッチがＯＮされたとき（またはＯＮされる前）の電圧と、トリガスイッチをＯＮしてから例えば３０秒経過毎（３０ｓ）の電池電圧を検出し、これらの電池電圧から無負荷状態における電池電圧を算出する。

トリガスイッチをＯＮしたとき（ＯＮする前）の電池電圧をＶ１、トリガスイッチをＯＮしてから３０秒経過したときの電池電圧をＶ２とすると、無負荷状態における電池電圧Ｖａは、Ｖａ＝Ｖ１−｛（Ｖ１−Ｖ２）×α｝で求めることができる。ここで、αは補正値であり、例えば０．０５に設定されている。この値は０．０５以外の数値でもよく、実験により適切な値を設定することができる。

さらに３０秒経過したときには、現在の電池電圧Ｖ３と前回算出した無負荷状態の電池電圧Ｖａから無負荷状態の電池電圧Ｖｂを算出する。電池電圧Ｖｂは、Ｖｂ＝Ｖａ−｛（Ｖａ−Ｖ３）×α｝で求めることができる。このように、トリガスイッチがＯＮされてから所定の周期で無負荷状態の電池電圧を算出し、算出した無負荷状態の電池電圧から残容量を検出する。本実施例によれば、負荷状態であったとしても、電池セルの残容量を正確に検出することができ、長時間にわたる作業を行っているときでも電池セルの残容量を正確に検出することができる。

１０１…電池パック １０２…電池保護ＩＣ
１０３，１０４，１０５…電池セル １０６…サーミスタ
１０７，１０８，１１０，１１１，１２０，１２１，１２２…抵抗器
１０９：ＦＥＴ １１２，１１３，１１５…コンデンサ
１１４：レギュレータ １１６…マイコン
１１７，１１８，１１９…ＬＥＤ

Claims (3)

1. 電池セルと、
   前記電池セルの電池電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電池電圧に基づいて前記電池セルの残容量を検出する残容量検出手段と、
   前記電池電圧の変動率が所定以上となったときに前記残容量検出手段の前記残容量の検出を停止する制御手段を備え、前記制御手段は充電器に接続されているときには前記電池電圧の検出を許可すること特徴とする電池パック。
2. 前記残容量に応じた表示を行う残容量表示ランプを備え、
   前記電池電圧の変動率が所定以上となったときには前記残容量表示ランプの表示態様を変更することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 電池セルを有する電池パックと、
   前記電池セルの電池電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電池電圧に基づいて前記電池セルの残容量を検出する残容量検出手段と、
   前記電池電圧の変動率が所定以上となったときに前記残容量検出手段の前記残容量の検出を停止する制御手段と、前記残容量に応じた表示を行う残容量表示ランプを備え、
   前記制御手段は前記電池電圧の変動率が所定以上となったときには前記残容量表示ランプの表示形態を切り替えると共に前記電池パックが充電器に接続されているときには前記電池電圧の検出を許可することを特徴とする電動工具。