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JP2011211861A - 電池パック及び電動工具 - Google Patents

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Abstract

【課題】 モータ及び二次電池を適切に保護することのできる電池パックを提供する。
【解決手段】 電池パック２は、モータ１２を備えた電動工具１に装着可能であり、モータ１２に電力を供給する電池セル２２ａと、モータ１２に関する負荷情報及び電池セル２２ａに関する電池情報に基づきモータ１２に流れる電流を制御するマイコン２６と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータ及び二次電池を適切に保護することのできる電池パック及び電動工具に関する。
従来の電池パック及び電動工具は、二次電池の劣化を防止するために過電流又は過放電と判断した場合に、二次電池からモータへの電力供給を停止させている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００９−９５１６２号公報
しかしながら、従来の電池パック及び電動工具では、過電流等の閾値が一定であったため、状況によっては過電流等の判断が遅くなり、その結果、二次電池を劣化させてしまうという問題が生じていた。また、過電流の閾値等は、二次電池の保護のみを考慮して設定され、モータの保護を考慮して設定されていたわけではなかった。
本発明は、斯かる実情に鑑み、モータ及び二次電池を適切に保護することのできる電池パック及び電動工具を提供しようとするものである。
また、本発明は、モータを備えた電動工具に装着される電池パックであって、前記モータに電力を供給する二次電池と、前記モータに関する負荷情報及び前記二次電池に関する電池情報に基づき前記モータに流れる電流を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする電池パックを提供している。
このような構成によれば、モータ及び二次電池を適切に保護することが可能となる。
また、本発明の電池パックは、複数の過電流閾値を記憶した記憶部を更に備え、前記制御部は、前記負荷情報に対応する過電流閾値と前記電池情報に対応する過電流閾値のうち小さい方の過電流閾値を前記記憶部から選択し、前記二次電池に流れる電流が前記選択した過電流閾値以上となった場合に過電流と判断して前記二次電池から前記モータへの電力の供給を停止させることが好ましい。
このような構成によれば、モータ及び二次電池をより適切に保護することが可能となる。
また、本発明の電池パックは、複数の過放電閾値を記憶した記憶部を更に備え、前記制御部は、前記負荷情報に対応する過放電閾値と前記電池情報に対応する過放電閾値のうち大きい方の過放電閾値を前記記憶部から選択し、前記二次電池の電圧が前記選択した過放電閾値以下となった場合に過放電と判断して前記二次電池から前記モータへの電力の供給を停止させることが好ましい。
このような構成によれば、モータ及び二次電池をより適切に保護することが可能となる。
また、本発明の別の観点では、二次電池を備えた電池パックが装着される電動工具であって、前記二次電池からの電力により駆動されるモータと、前記モータに関する負荷情報及び前記二次電池に関する電池情報に基づき前記モータに流れる電流を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする電動工具を提供している。
このような構成によれば、モータ及び二次電池を適切に保護することが可能となる。
また、本発明の電動工具は、複数の過電流閾値を記憶した記憶部を更に備え、前記制御部は、前記負荷情報に対応する過電流閾値と前記電池情報に対応する過電流閾値のうち小さい方の過電流閾値を前記記憶部から選択し、前記二次電池に流れる電流が前記選択した過電流閾値以上となった場合に過電流と判断して前記二次電池から前記モータへの電力の供給を停止させることが好ましい。
このような構成によれば、モータ及び二次電池をより適切に保護することが可能となる。
また、本発明の電動工具は、複数の過放電閾値を記憶した記憶部を更に備え、前記制御部は、前記負荷情報に対応する過放電閾値と前記電池情報に対応する過放電閾値のうち大きい方の過放電閾値を前記記憶部から選択し、前記二次電池の電圧が前記選択した過放電閾値以下となった場合に過放電と判断して前記二次電池から前記モータへの電力の供給を停止させることが好ましい。
このような構成によれば、モータ及び二次電池をより適切に保護することが可能となる。
本発明の電池パック及び電動工具によれば、モータ及び二次電池を適切に保護することが可能となる。
本発明の実施の形態に係る電動工具及び電池パックの断面図 本発明の実施の形態に係る電動工具及び電池パックの回路図
以下、本発明の実施の形態を図１及び図２を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電動工具１及び電池パック２の断面図であり、図２は、電動工具１及び電池パック２の回路図である。
電動工具１は、一対の工具側端子１１と、モータ１２と、トリガスイッチ１３と、スイッチング素子１４と、チャック１５と、機構部１６と、工具側メモリ１７と、を備えている。電池パック２は、一対の電池側端子２１と、電池組２２と、電圧検出部２３と、温度検出部２４と、電流検出部２５と、マイコン２６と、放電停止信号出力部２７と、充電停止信号出力部２８と、を備えている。図２に示すように、電動工具１と電池パック２とは、工具側端子１１及び電池側端子２１を介して着脱可能に接続される。
まず、電動工具１の構成について説明する。モータ１２は、トリガスイッチ１３及びスイッチング素子１４を介して工具側端子１１に接続されており、ユーザの操作によりトリガスイッチ１３がオンされると駆動される。チャック１５は、図示しない先端工具を着脱可能に把持し、機構部１６は、モータ１２の動力をチャック１５に伝達する。工具側メモリ１７には、モータ１２に関する負荷情報が記憶されており、負荷情報は、電池パック２のマイコン２６に出力される。負荷情報については後述する。
次に、電池パック２の構成について説明する。電池組２２は、複数の電池セル（二次電池）２２ａを直列に接続した構成となっており、電池セル２２ａとしては、例えば、ニッケルカドミウム電池（以下、ニカド電池）、ニッケル水素電池、又は、リチウムイオン電池等の二次電池が考えられる。
電圧検出部２３は、電池組２２の電池電圧を検出し、マイコン２６に出力する。温度検出部２４は、電池組２２に近接して配置されており、電池組２２の電池温度を検出し、マイコン２６に出力する。電流検出部２５は、モータ１２に流れている電流を検出し、マイコン２６に出力する。
マイコン２６は、電池側メモリ２６ａを備えており、電池側メモリ２６ａには、電池セル２２ａの電池特性が記憶されている。また、電池側メモリ２６ａには、複数の過電流閾値及び複数の過放電閾値が記憶されている。
マイコン２６は、過電流又は過放電を判別した場合に放電停止信号出力部２７より放電停止信号を出力してスイッチング素子１４をオフさせ、放電を停止させる。また、電動工具１の替わりに図示しない充電器が接続されている状態で過充電を検出した場合には充電停止信号出力部２８より充電停止信号を出力し、充電器による充電を停止させる。
次に、電池側メモリ２６ａに記憶されている過電流閾値及び過放電閾値について詳細に説明する。
本実施の形態では、マイコン２６は、電池側メモリ２６ａに記憶された複数の過電流閾値から負荷情報に対応する過電流閾値及び電池情報に対応する過電流閾値を抽出し、抽出した過電流閾値のうち小さい方の過電流閾値を選択する。そして、電流検出部２５によって検出された電流が選択した過電流閾値以上となった場合に過電流と判断して放電停止信号出力部２７より放電停止信号を出力する。
また、マイコン２６は、電池側メモリ２６ａに記憶された複数の過放電閾値から負荷情報に対応する過放電閾値及び電池情報に対応する過放電閾値を抽出し、抽出した過放電閾値のうち大きい方の過放電閾値を選択する。そして、電圧検出部２３によって検出された電圧が選択した過放電閾値以下となった場合に過放電と判断して放電停止信号出力部２７より放電停止信号を出力する。
続いて、マイコン２６による過電流閾値及び過放電閾値の抽出及び選択についてより詳細に説明する。
まず、負荷情報に対応する過電流閾値について考えると、負荷情報としては、例えば、モータ１２の定格電流が考えられ、マイコン２６は、定格負荷電流が小さい場合には小さな過電流閾値を抽出し、定格負荷電流が大きい場合には大きな過電流閾値を抽出する。
次に、電池情報に対応する過電流閾値について考える。電池情報としては、例えば、電池特性及び電池状態が考えられ、電池特性の具体例としては、電池セルメーカ（内部抵抗）及び電池の種類（定格電圧）が考えられ、電池状態の具体例としては、電池電圧及び電池温度（内部抵抗）が考えられる。
電池特性のうち、電池セルメーカについて考えると、一般に、電池セルは、電流が流れるとその内部抵抗によって発熱するが、発熱量が大きくなると破損の虞もある。そして、発熱量は内部抵抗の大きさと電流の大きさに依存しており、内部抵抗は、電池セルの製造メーカによって異なる。従って、マイコン２６は、電池セル２２ａの内部抵抗が大きい場合には小さな過電流閾値を抽出し、電池セル２２ａの内部抵抗が小さい場合には大きな過電流閾値を抽出する。
電池特性のうち、電池の種類について考えると、電池セルが有する定格電圧は、その種類によって異なり、定格電圧が高いほど大きな電流を流すことができる。従って、マイコン２６は、電池セル２２ａの定格電圧が高い場合（例えば、リチウム電池の場合、３．６Ｖ）には大きな過電流閾値を抽出し、電池セル２２ａの定格電圧が低い場合（例えば、ニカド、ニッケル水素電池の場合、１．２Ｖ）には小さな過電流閾値を抽出する。
電池状態のうち、電池電圧について考えると、電池電圧が高い場合にも、内部抵抗によって生じる発熱量は大きくなる。従って、マイコン２６は、電池電圧が高い場合には小さな過電流閾値を抽出し、電池電圧が低い場合には大きな過電流閾値を抽出する。
電池状態のうち、電池温度について考えると、電池セルは、低温では内部抵抗が大きいため、大きな電流を流すと大きく発熱する虞があり、一方、高温では電池セル自体の温度が高いため、この場合も大きく発熱する虞がある。従って、マイコン２６は、電池温度が適正範囲内の場合には大きな過電流閾値を抽出し、電池温度が適正範囲外の場合には小さな過電流閾値を抽出する。
そして、マイコン２６は、以上のようにして抽出された過電流閾値のうち最も小さい過電流閾値を選択し、電流検出部２５によって検出された電流が選択した過電流閾値以上となった場合に過電流と判断して放電停止信号出力部２７より放電停止信号を出力する。
以上より、電池セル２２ａよりもモータ１２（負荷）の保護を優先させる場合には負荷情報に対応する過電流閾値が選択され、モータ１２（負荷）よりも電池セル２２ａの保護を優先させる場合には電池情報に対応する過電流閾値が選択されることとなる。
例えば、定格負荷電流が小さい場合には負荷情報に対応する過電流閾値が選択されるものと考えられ、この場合には、ライトのような１Ａに満たない負荷の短絡等の異常時に確実に放電を停止させることができる。また、定格負荷電流が大きい場合には電池情報に対応する過電流閾値が選択されるものと考えられ、この場合には、電池セル２２ａの劣化を防止することができる。
過放電閾値については過電流閾値の場合と逆の思想により抽出及び選択される。
すなわち、マイコン２６は、定格負荷電流が小さい場合には大きな過放電閾値を抽出し、定格負荷電流が大きい場合には小さな過放電閾値を抽出する。また、電池セル２２ａの内部抵抗が大きい場合には大きな過放電閾値を抽出し、電池セル２２ａの内部抵抗が小さい場合には小さな過放電閾値を抽出する。また、電池セル２２ａの定格電圧が高い場合には小さな過放電閾値を抽出し、電池セル２２ａの定格電圧が低い場合には大きな過放電閾値を抽出する。また、電池電圧が高い場合には大きな過放電閾値を抽出し、電池電圧が低い場合には小さな過放電閾値を抽出する。また、電池温度が適正範囲内の場合には小さな過放電閾値を抽出し、電池温度が適正範囲外の場合には大きな過放電閾値を抽出する。
そして、マイコン２６は、以上のようにして抽出された過放電閾値のうち最も大きい過放電閾値を選択し、電圧検出部２３によって検出された電圧が選択した過放電閾値以下となった場合に過放電と判断して放電停止信号出力部２７より放電停止信号を出力する。
このように、本実施の形態による電動工具１及び電池パック２では、負荷情報及び電池情報に基づきモータに流れる電流を制御するので、モータ１２（負荷）及び電池セル２２ａを適切に保護することが可能となる。
また、本実施の形態による電動工具１及び電池パック２では、負荷情報に対応する過電流閾値と電池情報に対応する過電流閾値のうち小さい方の過電流閾値を記憶部から選択するので、モータ１２（負荷）及び電池セル２２ａをより適切に保護することが可能となる。
また、本実施の形態による電動工具１及び電池パック２では、負荷情報に対応する過放電閾値と電池情報に対応する過放電閾値のうち大きい方の過放電閾値を記憶部から選択するので、モータ１２（負荷）及び電池セル２２ａをより適切に保護することが可能となる。
なお、本発明による電動工具１及び電池パック２は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。
例えば、マイコン２６は、過電流閾値及び過放電閾値以外にも、負荷情報及び電池情報に基づいてモータ１２に流れる電流を制御してもよい。その場合、基本的にはモータ１２に流れる電流を定格負荷電流と一致させるように制御し、例えば、電池温度が適正範囲外となった場合にモータ１２に流れる電流を下げる等の制御が考えられる。
また、上記実施の形態では、抽出した過電流閾値のうち最も小さい過電流閾値を選択し、抽出した過放電閾値のうち最も大きい過放電閾値を選択したが、それらの平均値を採用してもよい。
また、電池セル２２ａは、使用回数（充電回数）が増えると内部抵抗が増加するので、電池状態として使用回数を考慮に入れてもよい。
また、電動工具１の継続使用時間に比例して電池温度も増加するので、電池温度の代わりに継続使用時間を電池状態として考慮に入れてもよい。
また、上記実施の形態では、マイコン２６は、電池パック２側に設けられていたが、電動工具１側に設けられてもよい。
１ 電動工具
２ 電池パック
１２ モータ
２２ａ 電池セル
２３ 電圧検出部
２４ 温度検出部
２５ 電流検出部
２６ マイコン
２６ａ 電池側メモリ
２６ａ メモリ

Claims (6)

  1. モータを備えた電動工具に装着される電池パックであって、
    前記モータに電力を供給する二次電池と、
    前記モータに関する負荷情報及び前記二次電池に関する電池情報に基づき前記モータに流れる電流を制御する制御部と、
    を備えたことを特徴とする電池パック。
  2. 複数の過電流閾値を記憶した記憶部を更に備え、
    前記制御部は、前記負荷情報に対応する過電流閾値と前記電池情報に対応する過電流閾値のうち小さい方の過電流閾値を前記記憶部から選択し、前記二次電池に流れる電流が前記選択した過電流閾値以上となった場合に過電流と判断して前記二次電池から前記モータへの電力の供給を停止させることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
  3. 複数の過放電閾値を記憶した記憶部を更に備え、
    前記制御部は、前記負荷情報に対応する過放電閾値と前記電池情報に対応する過放電閾値のうち大きい方の過放電閾値を前記記憶部から選択し、前記二次電池の電圧が前記選択した過放電閾値以下となった場合に過放電と判断して前記二次電池から前記モータへの電力の供給を停止させることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池パック。
  4. 二次電池を備えた電池パックが装着される電動工具であって、
    前記二次電池からの電力により駆動されるモータと、
    前記モータに関する負荷情報及び前記二次電池に関する電池情報に基づき前記モータに流れる電流を制御する制御部と、
    を備えたことを特徴とする電動工具。
  5. 複数の過電流閾値を記憶した記憶部を更に備え、
    前記制御部は、前記負荷情報に対応する過電流閾値と前記電池情報に対応する過電流閾値のうち小さい方の過電流閾値を前記記憶部から選択し、前記二次電池に流れる電流が前記選択した過電流閾値以上となった場合に過電流と判断して前記二次電池から前記モータへの電力の供給を停止させることを特徴とする請求項４に記載の電動工具。
  6. 複数の過放電閾値を記憶した記憶部を更に備え、
    前記制御部は、前記負荷情報に対応する過放電閾値と前記電池情報に対応する過放電閾値のうち大きい方の過放電閾値を前記記憶部から選択し、前記二次電池の電圧が前記選択した過放電閾値以下となった場合に過放電と判断して前記二次電池から前記モータへの電力の供給を停止させることを特徴とする請求項４又は５に記載の電動工具。
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