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JP7321850B2 - 充電器および充電システム - Google Patents

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Description

本開示は、充電器および充電システムに関する。
バッテリパックを充電するための充電器がある。バッテリパックとしては、その特性や形状などが異なる複数種類のバッテリパックが存在する。充電器は、予め定められた特定のバッテリパックを充電するように構成されているものがある。そのような充電器は、特定のバッテリパックとは異なる他の種類のバッテリパックを充電することが難しい。
例えば、充電器には、充電前に、バッテリパックからバッテリパックの型式情報を取得するものがある。そのような充電器は、バッテリパックから取得した型式情報に基づいて、そのバッテリパックに適した充電制御を実行するように構成されている。しかし、このような充電器は、型式情報を送信できない構成のバッテリパックについては、充電することができない。
これに対して、充電器およびアダプタを備える充電システムが提案されている。充電システムは、型式情報を送信できるアダプタを充電器とバッテリパックとの間に介在させて、バッテリパックに代わりアダプタが充電器に型式情報を送信する技術である(特許文献1)。この技術によれば、バッテリパックに代わりアダプタが充電器に型式情報を送信することで、型式情報を送信できない構成のバッテリパックを充電することが可能となる。
特開2001-245436号公報
しかし、充電器へ型式情報を送信できたとしても、充電器がバッテリパックの状態変化に応じて充電電流を制御する場合において、バッテリパックの状態判定に遅延が生じた場合には、充電電流を適切に制御できない可能性がある。
例えば、バッテリパックにおける充電電流の切替周期に関して、適切に充電を行うための切替周期は、バッテリパックの種類や特性などによって異なる場合がある。また、充電器においては、充電電流の切替周期に関して、実行可能な切替周期が短いものと、実行可能な切替周期が長いものと、が存在する。
そして、充電電流の切替周期が長い充電器を用いて、充電電流を短い切替周期で切り替える必要のあるバッテリパックを充電する場合、充電器による充電電流の切替が遅れてしまい、適正に充電できない可能性がある。また、大電流の充電電流が流れた状態で、充電電流の切替が遅れた場合には、バッテリパックが破損する可能性がある。
そこで、本開示の一局面においては、バッテリパックの状態変化に応じて充電電流を制御するにあたり、バッテリパックの種類に応じて適切に充電電流を切り替えできる充電器および充電システムを提供できることが望ましい。
本開示の一局面における充電器は、接続された接続機器へ充電電流を出力する充電器であって、電流出力部と、接続機器判定部と、第1充電制御部と、第2充電制御部と、を備える。
電流出力部は、充電器に接続された接続機器へ充電電流を出力するように構成されている。接続機器判定部は、接続機器との間で第1通信プロトコルに基づくデジタル通信により信号の送受信を行い、接続機器の種類を判定するように構成されている。
第1充電制御部は、接続機器判定部において、接続機器が第1機器であると判定されることに応じて、電流出力部の充電電流を制御するように構成されている。第1充電制御部は、第1通信プロトコルに基づくデジタル通信により、第1要求情報を受信するように構成されている。第1要求情報は、第1機器における充電電流の要求値に関する情報である。
第2充電制御部は、接続機器判定部において、接続機器が第2機器であると判定されることに応じて、電流出力部の充電電流を制御するように構成されている。第2充電制御部は、第1通信プロトコルとは異なる第2通信プロトコルに基づくデジタル通信により、第2要求情報を受信するように構成されている。第2要求情報は、第2機器における充電電流の要求値に関する情報である。
第2通信プロトコルで第2要求情報を取得するために送受信が必要な最小情報量は、第1通信プロトコルで第1要求情報を取得するために送受信が必要な最小情報量に比べて、小さい。
このような充電器は、第2機器から第2要求情報を取得するにあたり、第2通信プロトコルを用いることで、第1通信プロトコルを用いる場合に比べて、送受信が必要な最小情報量を小さくすることができる。このため、充電器は、第2機器から第2要求情報を取得するための所要時間を、第1機器から第1要求情報を取得するための所要時間よりも短縮できる。
これにより、充電器は、第2機器に充電電流を出力する場合には、第1機器に充電電流を出力する場合に比べて、出力する充電電流をより短い切替周期で切り替えることができる。
よって、この充電器は、第2機器が、第1機器に比べて、より短い切替周期で充電電流を切替える必要がある場合でも、第2機器に対して、適切に充電電流を切り替えることができ、第2機器に対して適切に充電電流を出力することができる。
次に、上述の充電器においては、接続機器判定部は、充電器をマスター装置とし、接続機器をスレーブ装置として、第1通信プロトコルに基づく信号の送受信を行い接続機器の種類を判定するように構成されてもよい。充電器は、通信切替部を備えてもよい。
通信切替部は、接続機器判定部において、接続機器が第2機器であると判定されることに応じて、充電器と第2機器とのデジタル通信を、第2通信プロトコルに基づくデジタル通信に切り替えるように構成されてもよい。このとき、通信切替部は、充電器をスレーブ装置とし、第2機器をマスター装置として、第2通信プロトコルに基づくデジタル通信に切り替えてもよい。
第2充電制御部は、充電器をスレーブ装置とし、第2機器をマスター装置として、第2通信プロトコルに基づくデジタル通信により第2要求情報を受信するように構成されてもよい。
このような充電器を用いることで、充電器から第2機器に対して第2要求情報の問合せを行うことなく、マスタ装置である第2機器からスレーブ装置である充電器に対して第2要求情報を送信できる。つまり、この充電器は、第2機器に対する問合せを行うことなく第2要求情報を取得できるため、第2要求情報の取得に要する時間を短縮でき、単位時間あたりの第2要求情報の取得頻度を高めることができる。
したがって、この充電器によれば、単位時間あたりの第2要求情報の取得頻度を高めることで、迅速に充電電流を切り替えることができ、第2機器の状態変化に対する充電電流の制御に遅延が生じるのを抑制できる。
次に、本開示の他の一局面における充電システムは、上述の充電器と、アダプタと、を備えてもよい。アダプタは、充電器に接続するように構成されてもよい。第2機器は、アダプタであってもよい。アダプタは、第3機器と接続するとともに、充電器からの充電電流を第3機器に出力するように構成されてもよい。
この充電システムは、第3機器を充電するにあたり、第3機器が第1通信プロトコルまたは第2通信プロトコルに基づくデジタル通信が不可能な場合であっても、アダプタを用いることで、充電器による第3機器の充電が可能となる。
次に、上述の充電システムにおいては、第1機器は、第1通信プロトコルに基づくデジタル通信により第1要求情報を出力するように構成された第1バッテリであってもよい。第3機器は、第2バッテリであってもよい。
アダプタは、情報受信部と、情報出力部と、を備えてもよい。情報受信部は、第2バッテリでの充電電流の要求値を受信するように構成されてもよい。情報出力部は、第2通信プロトコルに基づくデジタル通信により、第2要求情報として、第2バッテリでの充電電流の要求値に関する情報を充電器に出力するように構成されてもよい。
この充電システムにおいては、充電器が第1バッテリと直接接続されることで第1バッテリを充電できると共に、充電器がアダプタを介して第2バッテリと接続されることで第2バッテリを充電できる。これにより、この充電システムは、異なる種類の第1バッテリと第2バッテリとを充電できる。
次に、上述の充電システムにおいては、情報受信部は、アナログ通信により、第2バッテリでの充電電流の要求値を受信するように構成されてもよい。
アナログ通信によれば、第2バッテリから受信する充電電流の要求値がリアルタイムで更新されるため、情報受信部は、充電電流の要求値を第2バッテリから速やかに受信できる。そして、情報受信部で受信された充電電流の要求値に基づいて、情報出力部が第2バッテリでの充電電流の要求値に関する情報を充電器に出力することで、充電電流の要求値を充電器に送信できる。
これにより、この充電システムによれば、充電電流の要求値を短時間で第2バッテリからアダプタを介して充電器に送信でき、充電器における充電電流の出力値を短い時間間隔で更新できる。
なお、デジタル通信では、データ送信周期を短く設定するとデータ送信処理の処理負荷が大きくなるため、充電電流の要求値を短時間で更新することが難しい場合がある。これに対して、この充電システムでは、アナログ通信により第2バッテリでの充電電流の要求値を送信するため、充電電流の要求値を短時間で更新することができる。
第1バッテリパックおよび充電器の概要を示すブロック図である。 第2バッテリパック、アダプタおよび充電器の概要を示すブロック図である。 充電器の機器側MPUが実行する充電制御処理の処理内容を表すフローチャートである。 第1バッテリパックのMPUが実行する充電条件設定処理の処理内容を表すフローチャートである。 アダプタのアダプタMPUが実行する情報送受信処理の処理内容を表すフローチャートである。 第2バッテリパックのMPUが実行する要求電流設定処理の処理内容を表すフローチャートである。
以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
尚、本開示は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
[1.第1実施形態]
[1-1.全体構成]
本実施形態に係る充電器600および充電システム1の構成について、図1および図2を参照して説明する。
図1に示すように、充電器600は、第1バッテリパック100が接続されるように構成されるとともに、接続された第1バッテリパック100を充電するように構成されている。
図2に示すように、充電システム1は、充電器600およびアダプタ700を備える。アダプタ700は、充電器600に接続するとともに、第2バッテリパック800に接続するように構成されている。アダプタ700は、充電器600からの充電電流を第2バッテリパック800に出力するように構成されている。
つまり、充電システム1は、第2バッテリパック800が接続されるように構成されるとともに、接続された第2バッテリパック800を充電するように構成されている。換言すれば、充電システム1は、充電器600がアダプタ700を介して第2バッテリパック800に接続されるように構成されている。
[1-2.充電器および第1バッテリパック]
充電器600の構成について、図1を参照して説明する。
充電器600は、機器側Micro Processing Unit 611(以下、機器側MPU611ともいう)と、機器側電源回路613と、機器側通信部619と、シャント抵抗621と、補助電源623と、接続検出部630と、を備える。充電器600は、機器側正極端子61と、機器側負極端子62と、機器側DT端子64と、機器側TR端子65と、機器側DS端子66と、を備える。
機器側MPU611は、CPU、ROM、RAM及びI/O等を備えたマイクロコンピュータを含み、充電器600の充電制御を含む各種制御を実行する。機器側電源回路613は、直流電力を供給する電源である。機器側電源回路613は、商用電源(例えば、AC100V)からの交流電力をAC/DCコンバータなどによって直流電力に変換して、直流電力を供給可能に構成されている。機器側電源回路613は、充電器600に接続された接続機器へ充電電流を出力するように構成されている。機器側通信部619は、半二重のUniversal Asynchronous Receiver/Transmitter(UART)回路を備える。
機器側正極端子61および機器側負極端子62は、それぞれ機器側電源回路613に電気的に接続されている。機器側DT端子64は、接続検出部630に接続されている。機器側TR端子65は、機器側通信部619に接続されている。機器側DS端子66は、補助電源623に接続されている。
機器側正極端子61,機器側負極端子62,機器側DT端子64,機器側TR端子65,機器側DS端子66は、それぞれ、充電器600に第1バッテリパック100が接続されることに応じて、後述する正極端子11,負極端子12,DT端子14,TR端子15,DS端子16に接続されるように構成されている。
シャント抵抗621は、機器側電源回路613と機器側負極端子62とを繋ぐ電流経路に設けられている。機器側MPU611は、シャント抵抗621を介して、機器側電源回路613から流れ出る放電電流を検出する。
第1バッテリパック100は、外部機器に接続されて外部機器へ電力を供給するように構成されると共に、外部機器に接続されて外部機器から電力の供給を受けるように構成されている。外部機器は、充電器600、電動作業機、ライトなどを含む。電動作業機およびライトは、電力の供給を受けて作動する。電動作業機は、ハンマドリル、グラインダなどの電動工具や、草刈機、ヘッジトリマ、バリカン、チェーンソーなどの園芸工具、などを含む。
図1に示すように、第1バッテリパック100は、充電器600に接続されて充電器600から電力供給を受けられるように構成されている。
第1バッテリパック100は、バッテリセル60と、Analog Front End610(以下、AFE610ともいう)と、Micro Processing Unit620(以下、MPU620ともいう)と、電源回路116と、シャント抵抗67と、を備える。
さらに、第1バッテリパック100は、正極端子11、負極端子12、DT端子14、TR端子15、DS端子16、検出部300(以下、DT回路300ともいう)、通信部400(以下、UART半二重I/F回路400ともいう)、及び放電制御部500(以下、DS回路500ともいう)を備える。
バッテリセル60は、複数のバッテリセルが直列接続されて構成されている。バッテリセル60は、充電および放電が可能な二次電池であり、例えば、リチウムイオンバッテリなどである。本実施形態のバッテリセル60の定格電圧は、例えば18Vである。なお、バッテリセル60の定格電圧は、18Vに限らず、36Vや72V等でもよい。バッテリセル60は、第1バッテリパック100に接続された充電器600からの充電電流により充電されるように構成されている。また、バッテリセル60は、複数のバッテリセルを備える場合には、複数のバッテリセルが直列接続される構成に限られることはなく、複数のバッテリセルが並列接続される構成であってもよい。複数のバッテリセルが並列接続される構成を採ることで、バッテリセル60の容量を増大してもよい。さらに、バッテリセル60は、複数のバッテリセルが直列接続された直列セル部を複数備えるとともに、複数の直列セル部が並列接続される構成であってもよい。
MPU620は、CPU、ROM、RAM及びI/O等を備えたマイクロコンピュータを含み、バッテリセル60の充放電制御を含む各種制御を実行する。また、MPU620は、各種信号が入力される複数の割り込みポートPI(図示省略)を備える。MPU620は、検出部300により充電器600との接続状態が検出され、所定の条件を満たすと、通常動作モード(制御動作状態)から、動作の一部を停止して消費電力を抑えるスリープモード(低電力動作状態)へ移行する。そして、MPU620は、スリープモード中に、いずれかの割り込みポートPIに信号が入力されると、ウェイクアップして、通常動作モードへ移行する。例えば、MPU620は、検出部300により充電器600との接続状態が検出されて、割り込みポートPIを介して接続検出情報Sa1が入力されるとウェイクアップする。また、MPU620は、充電器600の取り外しが検出され、所定の条件を満たすとスリープモードへ移行する。
つまり、MPU620は、通常動作モード(制御動作状態)とスリープモード(低電力動作状態)とを含む複数の動作モード(動作状態)のいずれかに切替可能に構成されている。制御動作状態は、バッテリセル60の充電および放電を制御する動作状態である。低電力動作状態は、バッテリセル60の充電および放電の制御を行わない動作状態であり、制御動作状態よりも電力消費が少ない動作状態である。
AFE610は、アナログ回路であり、MPU620からの指令に従いバッテリセル60に含まれる各バッテリセルのセル電圧を検出するとともに、バッテリセル60に備えられたサーミスタ(図示省略)を介して少なくとも1つのバッテリセルのセル温度を検出する。また、AFE610は、複数のバッテリセルの残容量を均等化させるセルバランス処理を実行する。また、AFE610は、回路基板に備えられたサーミスタ(図示省略)を介して基板温度を検出する。さらに、AFE610は、シャント抵抗67を介して、バッテリセル60へ流れ込む充電電流及びバッテリセル60から流れ出る放電電流を検出する。そして、AFE610は、検出したセル電圧、セル温度、基板温度、及び充放電電流の検出値をデジタル信号に変換し、変換した各デジタル信号をMPU620へ出力する。
シャント抵抗67は、バッテリセル60と負極端子12とを繋ぐ電流経路に設けられている。
電源回路116は、レギュレータを備える。レギュレータは、第1バッテリパック100(詳しくは、MPU620)がシャットダウンしているとき、DS端子16を介して充電器600の補助電源623から電力供給を受け、内部回路駆動用の電源電圧VDDを生成する。
第1バッテリパック100は、過放電状態になるとシャットダウンする。MPU620は、電源回路116によって生成された電源電圧VDDの供給を受けると、シャットダウン状態から起動し、バッテリセル60が充電可能な状態であれば充電許可信号を充電器600に出力する。バッテリ電圧が所定の電圧に到達すると、電源回路116に対してバッテリセル60からの電力が供給される。電源回路116は、バッテリセル60から電力供給を受けて、電源電圧VDDを生成する。
MPU620は、入力された各種信号に基づいてバッテリセル60の状態を判定する。そして、MPU620は、判定したバッテリセル60の状態に基づいて、バッテリセル60からの放電を許可するか禁止するかを判定し、放電許可信号または放電禁止信号を生成して放電制御部500へ出力する。また、MPU620は、外部機器(詳細には、電動作業機)に対する応答性を高くするため、スリープモード中は継続して放電許可信号を生成して放電制御部500へ出力してもよい。
正極端子11及び負極端子12は、第1バッテリパック100が外部機器(図示省略)または充電器600に接続された場合に、外部機器の機器側正極端子および機器側負極端子、または充電器600の機器側正極端子61および機器側負極端子62に接続される。これにより、第1バッテリパック100から外部機器への電力の供給、または充電器600から第1バッテリパック100への電力の供給が可能になる。
DT端子14は、第1バッテリパック100が充電器600に接続された場合に、充電器600の機器側DT端子64に接続される。DT端子14の電位VDTは、充電器600が未接続状態か接続状態かに応じて変化する。また、機器側DT端子64及びDT端子14の電位VDTは、第1バッテリパック100がシャットダウン状態か非シャットダウン状態かに応じて変化する。
接続検出部630は、機器側DT端子64及びDT端子14の電位VDTが、第1バッテリパック100のシャットダウン状態を示す電位か、非シャットダウン状態を示す電位か判定する。接続検出部630は、判定結果に基づいて、第1バッテリパック100がシャットダウン状態か否かを示すシャットダウン情報を検出する。
DT端子14は、第1バッテリパック100の検出部300に接続されている。検出部300は、DT端子14の電位VDTを検出し、検出した電位VDTに基づいて、充電器600が第1バッテリパック100に未接続状態であることを示す電位か否か判定し、未接続状態または接続状態を検出する。検出部300は、検出結果を割り込みポートPI(図示省略)を介してMPU620へ出力する。なお、検出部300は、検出結果をAFE610へ出力してもよい。また、検出部300は、検出結果をMPU620およびAFE610のそれぞれに出力してもよい。
MPU620は、入力された検出結果に基づいて、未接続情報、オフ情報、及びオン情報を含む機器情報を取得する。機器情報(未接続情報、オフ情報及びオン情報)は、充電器600から第1バッテリパック100へ送信され、第1バッテリパック100により受信される情報である。
未接続情報は、充電器600が第1バッテリパック100に未接続状態であることを示す情報である。オフ情報は、充電器600が第1バッテリパック100に接続されていることを示す情報である。オン情報は、充電器600が第1バッテリパック100に接続されていることを示す情報である。
TR端子15は、通信部400に接続されたシリアル通信用の端子である。通信部400は、半二重のUniversal Asynchronous Receiver/Transmitter(UART)回路を備える。
機器側MPU611は、第1バッテリパック100の充電が完了して第1バッテリパック100が取り外された後、通常動作モード(制御動作状態)を維持するように構成されている。つまり、機器側MPU611は、常時、バッテリパックの接続有無を監視するように構成されている。
なお、機器側MPU611は、待機電力削減をするために、第1バッテリパック100の充電が完了して第1バッテリパック100の取り外しが検出された後、所定の条件を満たすと、通常動作モード(制御動作状態)から、動作の一部を停止して消費電力を抑えるスリープモード(低電力動作状態)へ移行するように構成されてもよい。この場合、機器側MPU611は、通常動作モードからスリープモードに移行する前に、スリープ移行信号Sa2を機器側通信部619を介してMPU620に送信する。スリープ移行信号Sa2は、充電器600の機器側MPU611がスリープモードに移行したことを示すパラメータ信号である。
このような機器側MPU611は、スリープモード中に、いずれかの割り込みポートPIに信号が入力されると、ウェイクアップして、通常動作モードへ移行するように構成されてもよい。例えば、機器側MPU611は、第1バッテリパック100との接続状態が検出されて、割り込みポートPIを介して接続検出情報Sb1が入力されるとウェイクアップするように構成されてもよい。また、このような機器側MPU611は、充電が完了する前に第1バッテリパック100の取り外しが検出され、所定の条件を満たした場合に、スリープモードへ移行するように構成されてもよい。
MPU620および機器側MPU611は、通信部400、TR端子15、機器側TR端子65,機器側通信部619を介してシリアル通信を行う。MPU620および機器側MPU611は、通信接続が確立されている間は、予め定められた通信周期Tc(例えば、Tc=4[sec])ごとに通信するように構成されている。MPU620、通信部400、TR端子15は、充電器600との間で双方向通信を行うように構成された通信部としての機能を発揮する。
DS端子16は、放電制御部500に接続されている。第1バッテリパック100が外部機器(詳しくは、電動作業機)に接続された場合には、DS端子16は、外部機器へ放電許可信号または放電禁止信号を出力する。放電制御部500は、MPU620から入力される放電許可信号または放電禁止信号に基づいて、DS端子16を介して、放電許可信号または放電禁止信号を出力する。また、DS端子16は、シャットダウン状態の第1バッテリパック100が充電器600に接続された場合には、機器側DS端子66を介して補助電源623からの電力が入力される。
[1-3.充電システムおよび第2バッテリパック]
充電システム1の構成について、図2を参照して説明する。
充電システム1は、充電器600およびアダプタ700を備える。充電システム1は、第2バッテリパック800が接続されるように構成されるとともに、接続された第2バッテリパック800を充電するように構成されている。換言すれば、充電システム1は、充電器600がアダプタ700を介して第2バッテリパック800に接続されるように構成されている。
充電器600は、図1を参照しつつ上述したように構成されている。そのため、図2では、充電器600は簡略化して記載しており、ここでの充電器600に関する詳細説明は省略する。
図2に示すように、アダプタ700は、充電器600に接続すると共に、第2バッテリパック800に接続するように構成されている。アダプタ700は、充電器600からの充電電流を第2バッテリパック800に出力するように構成されている。
アダプタ700は、アダプタMicro Processing Unit 711(以下、アダプタMPU711ともいう)と、電源回路713と、第1アダプタ通信部715と、第2アダプタ通信部717と、受信部719と、を備える。アダプタ700は、第1正極端子731と、第1負極端子732と、第1DT端子734と、第1TR端子735と、第1DS端子736と、を備える。アダプタ700は、第2正極端子741と、第2負極端子742と、ID端子744と、TM1端子745と、を備える。
アダプタ700が充電器600に接続されると、第1正極端子731、第1負極端子732、第1DT端子734、第1TR端子735、第1DS端子736は、それぞれ、機器側正極端子61、機器側負極端子62、機器側DT端子64、機器側TR端子65、機器側DS端子66に接続される。アダプタ700が第2バッテリパック800に接続されると、第2正極端子741、第2負極端子742、ID端子744、TM1端子745は、それぞれ、後述の第2バッテリ正極端子831、第2バッテリ負極端子832、バッテリID端子834、バッテリTM1端子835に接続される。
アダプタMPU711は、CPU、ROM、RAM及びI/O等を備えたマイクロコンピュータを含み、アダプタ700の各種制御を実行する。
電源回路713は、レギュレータを備える。アダプタ700が充電器600に接続されると、電源回路713は、第1DS端子736を介して充電器600の補助電源623から電力供給を受け、内部回路駆動用の電源電圧VDDを生成する。アダプタMPU711は、電源回路713によって生成された電源電圧VDDの供給を受けると、シャットダウン状態から起動する。
第1アダプタ通信部715は、アダプタMPU711および第1TR端子735に接続されている。第1アダプタ通信部715は、半二重のUniversal Asynchronous Receiver/Transmitter(UART)回路を備える。第1TR端子735は、第1アダプタ通信部715に接続されたシリアル通信用の端子である。
第2アダプタ通信部717は、アダプタMPU711およびID端子744に接続されている。第2アダプタ通信部717は、アダプタ通信プロトコルに基づく通信制御を行う通信回路を備える。アダプタ通信プロトコルは、マスタースレーブ形式で通信を行う通信プロトコルであり、UART通信プロトコルに比べて、通信手続きが簡易に構成された通信プロトコルである。ID端子744は、第2アダプタ通信部717に接続された通信用の端子である。
受信部719は、アダプタMPU711およびTM1端子745に接続されている。受信部719は、アナログ電圧で表される情報を受信するように構成されている。TM1端子745は、受信部719に接続されたアナログ電圧受信用の端子である。
第2バッテリパック800は、第1バッテリパック100と同様に、外部機器に接続されて外部機器へ電力を供給するように構成されると共に、外部機器に接続されて外部機器から電力の供給を受けるように構成されている。
図2に示すように、第2バッテリパック800は、アダプタ700を介して充電器600に接続されて、充電器600から電力供給を受けられるように構成されている。
第2バッテリパック800は、第2バッテリセル841と、Analog Front End843(以下、AFE843ともいう)と、Micro Processing Unit820(以下、MPU820ともいう)と、通信部823と、送信部825と、電源回路827と、シャント抵抗845と、を備える。第2バッテリパック800は、第2バッテリ正極端子831、第2バッテリ負極端子832、バッテリID端子834と、バッテリTM1端子835と、を備える。
第2バッテリセル841は、複数のバッテリセルが直列接続されて構成されている。第2バッテリセル841は、充電および放電が可能な二次電池であり、例えば、リチウムイオンバッテリなどである。本実施形態の第2バッテリセル841の定格電圧は、例えば18Vである。なお、第2バッテリセル841の定格電圧は、18Vに限らず、36Vや72V等でもよい。また、第2バッテリセル841は、複数のバッテリセルを備える場合には、複数のバッテリセルが直列接続される構成に限られることはなく、複数のバッテリセルが並列接続される構成であってもよい。複数のバッテリセルが並列接続される構成を採ることで、第2バッテリセル841の容量を増大してもよい。さらに、第2バッテリセル841は、複数のバッテリセルが直列接続された直列セル部を複数備えるとともに、複数の直列セル部が並列接続される構成であってもよい。
MPU820は、CPU、ROM、RAM及びI/O等を備えたマイクロコンピュータを含み、第2バッテリセル841の充放電制御を含む各種制御を実行する。MPU820は、各種信号が入力される複数の割り込みポートPI(図示省略)を備えてもよい。
通信部823は、MPU820およびバッテリID端子834に接続されている。通信部823は、上述のアダプタ通信プロトコルに基づく通信制御を行う通信回路を備える。バッテリID端子834は、通信部823に接続された通信用の端子である。
送信部825は、MPU820およびバッテリTM1端子835に接続されている。送信部825は、後述する第2要求電流Irsなどの情報を表すアナログ電圧である情報電圧Vtmを出力するように構成されている。バッテリTM1端子835は、送信部825に接続されたアナログ電圧送信用の端子である。
AFE843は、アナログ回路であり、MPU820からの指令に従い第2バッテリセル841に含まれる各バッテリセルのセル電圧を検出するとともに、第2バッテリセル841に備えられたサーミスタ(図示省略)を介して少なくとも1つのバッテリセルのセル温度を検出する。また、AFE843は、複数のバッテリセルの残容量を均等化させるセルバランス処理を実行する。また、AFE843は、回路基板に備えられたサーミスタ(図示省略)を介して基板温度を検出する。さらに、AFE843、シャント抵抗845を介して、第2バッテリセル841へ流れ込む充電電流及び第2バッテリセル841から流れ出る放電電流を検出する。そして、AFE843は、検出したセル電圧、セル温度、基板温度、及び充放電電流の検出値をデジタル信号に変換し、変換した各デジタル信号をMPU820へ出力する。
シャント抵抗845は、第2バッテリセル841と第2バッテリ負極端子832とを繋ぐ電流経路に設けられている。
電源回路827は、レギュレータを備える。電源回路827は、第2バッテリセル841のバッテリ電圧が所定の電圧である場合には、第2バッテリセル841から電力供給される。電源回路827は、第2バッテリセル841から電力供給を受けて、電源電圧VDDを生成する。
[1-4.充電制御処理(充電器および第1バッテリパック)]
充電時に充電器600および第1バッテリパック100で実行される各種処理について説明する。具体的には、充電器600の機器側MPU611が実行する充電制御処理、および第1バッテリパック100のMPU620が実行する充電条件設定処理について、それぞれ、図3および図4のフローチャートを参照して説明する。
機器側MPU611は、第1バッテリパック100との接続状態が検出されて、割り込みポートPIを介して接続検出情報Sb1が入力されるとウェイクアップし、充電制御処理を開始する。MPU620は、検出部300により充電器600との接続状態が検出されて、割り込みポートPIを介して接続検出情報Sa1が入力されるとウェイクアップし、通常動作モード(制御動作状態)での動作を開始し、充電条件設定処理を開始する。
なお、機器側MPU611による充電制御処理、およびMPU620による充電条件設定処理は、それぞれ同時期に開始されて、その後並行して実行される。
機器側MPU611は、充電制御処理を開始すると、図3に示すように、まず、S110(Sはステップを表す。以下同様。)において、充電システム1に接続された接続機器があるか否かを判定し、肯定判定するとS120に移行し、否定判定すると同ステップを繰り返し実行することで待機する。なお、本実施形態では、接続機器としてバッテリパックまたはアダプタが接続されていることで、S110で肯定判定される。本実施形態では、バッテリパックの一例として第1バッテリパック100が接続されるとS110で肯定判定され、アダプタの一例としてアダプタ700が接続されるとS110で肯定判定される。
機器側MPU611は、S110で肯定判定されてS120に移行すると、充電器600の初期通信に用いる充電器初期通信信号を接続機器に対して送信する。このとき、機器側MPU611は、機器側通信部619を介して接続機器である第1バッテリパック100に対して、第1通信プロトコルにおけるマスターとして、スレーブであるMPU620へ充電器初期通信信号を送信する。充電器600と第1バッテリパック100との間の通信プロトコルを、以下の説明では、第1通信プロトコルともいう。
他方、MPU620は、充電条件設定処理を開始すると、図4に示すように、まず、S410において、充電器600との接続があるか否かを判定し、肯定判定するとS420に移行し、否定判定すると同ステップを繰り返し実行することで待機する。
MPU620は、S410で肯定判定されてS420に移行すると、充電器600から初期通信信号を受信したか否かを判定し、肯定判定するとS430に移行し、否定判定すると同ステップを繰り返し実行することで待機する。
MPU620は、次のS430で、充電器初期通信信号に対する応答信号を充電器600に送信する。このとき、MPU620は、通信部400を介して充電器600に対して、応答信号を送信する。
他方、機器側MPU611は、次のS130で、充電器初期通信信号に対する応答信号を第1バッテリパック100から受信したか否かを判定し、肯定判定するとS140に移行し、否定判定するとS210に移行する。このとき、充電器600に接続された接続機器が第1バッテリパック100である場合には、充電器600に対して応答信号が送信される。なお、充電器600に接続された接続機器がアダプタ700である場合には、アダプタ700は、充電器初期通信信号に対する応答信号を送信しないため、充電器600に対して応答信号は送信されない。
機器側MPU611は、S130で肯定判定されてS140に移行すると、第1バッテリパック100の充電を開始する。具体的には、機器側電源回路613による充電電流の出力を開始し、第1バッテリパック100に対する充電電流の出力を開始する。
なお、充電制御処理のうち、S130で否定判定されてS210に移行した後の処理は、充電器600にアダプタ700が接続された場合の処理である。そのため、S130で否定判定されてS210に移行した後の処理については、後述する。
他方、MPU620は、次のS440において、バッテリセル60のセル電圧Vc1を測定する。このとき、MPU620は、AFE610を介してバッテリセル60のセル電圧Vc1を取得する。
MPU620は、次のS450において、バッテリセル60のセル電圧Vc1に対応した充電電流Ich1に相当する要求電流Ireを計算する。このとき、MPU620は、バッテリセル60に関するセル電圧Vc1と充電電流Ich1との相関関係に基づいて定められた計算式またはマップ情報などを用いて、セル電圧Vc1に対応した要求電流Ireを計算する。計算式またはマップ情報などは、セル電圧Vc1が高くなるほど、要求電流Ireが小さい値となるように構成されている。
MPU620は、次のS460において、機器側MPU611から要求電流Ireの問合せ信号Sq1を受信したか否かを判定し、肯定判定するとS470に移行し、否定判定するとS440に移行する。MPU620は、S460で肯定判定されるまで、S440からS460のステップを繰り返し実行する。
他方、機器側MPU611は、次のS150に移行すると、MPU620との通信において、マスターとして、スレーブであるMPU620に対して要求電流Ireの問合せ信号Sq1を送信する。このとき、機器側MPU611は、機器側通信部619を介して第1通信プロトコルにおけるマスターとして、スレーブであるMPU620への問い合わせを行う。
これに対して、MPU620は、問合せ信号Sq1を受信すると、S460で肯定判定してS470に移行し、要求電流Ireを機器側MPU611に対して送信する。このとき、MPU620は、機器側MPU611からの問い合わせに対する応答として、通信部400を介したUART通信により要求電流Ireを送信する。
これに対して、機器側MPU611は、次のS160に移行すると、応答信号としての要求電流Ireを受信する。このとき、機器側MPU611は、要求電流Ireを受信するまで待機する。つまり、S160を実行する機器側MPU611は、第1バッテリパック100から充電条件情報の1つである要求電流Ireを取得する。
機器側MPU611は、次のS170に移行すると、受信した要求電流Ireに基づいて、第1バッテリパック100に対して出力する充電電流を制御する。このとき、機器側MPU611は、充電電流を要求電流Ireに近づけるように、機器側電源回路613を制御する。
機器側MPU611は、次のS180に移行すると、受信した要求電流Ireが予め定められた完了判定値Ithよりも小さいか否かを判定し(Ire<Ith)、肯定判定するとS190に移行し、否定判定するとS150に移行する。機器側MPU611は、S180で肯定判定されるまで、S150からS180までのステップを繰り返し実行する。
完了判定値Ithは、充電器600に接続された接続機器(例えば、第1バッテリパック100など)が充電完了したか否かを判定するための判定値が設定されている。完了判定値Ithは、例えば、0[A]を設定してもよい。
機器側MPU611は、S180で肯定判定されてS190に移行すると、第1バッテリパック100の充電が完了したと判定する。
機器側MPU611は、次のS200で、接続機器の接続があるか否かを判定し、肯定判定すると同ステップを繰り返し実行することで待機し、否定判定するとS110に移行する。換言すれば、S200では、充電が完了した第1バッテリパック100が充電器600に接続されている間は肯定判定されて、第1バッテリパック100が充電器600から取り外されると否定判定される。
つまり、機器側MPU611は、S200を実行することで、充電が完了した第1バッテリパック100が充電器600から取り外されたか否かを判定している。第1バッテリパック100が充電器600から取り外されると、機器側MPU611は、再びS110に移行して、新たなバッテリパックあるいは新たなアダプタが接続されるまでの間、S110を繰り返し実行して待機する。
以上のようにして、機器側MPU611が充電制御処理のうちS110からS200までのステップを実行するとともに、MPU620が充電条件設定処理を実行することで、充電器600による第1バッテリパック100の充電が実行される。
[1-5.充電制御処理(充電システムおよび第2バッテリパック)]
充電システム1が第2バッテリパック800を充電するときに、充電器600、アダプタ700、第2バッテリパック800のそれぞれで実行される各種処理について説明する。具体的には、充電器600の機器側MPU611が実行する充電制御処理、アダプタ700のアダプタMPU711が実行する情報送受信処理、および第2バッテリパック800のMPU820が実行する要求電流設定処理について、それぞれ、図3、図5および図6のフローチャートを参照して説明する。
機器側MPU611は、アダプタ700との接続状態が検出されて、割り込みポートPIを介して接続検出情報Sb1が入力されるとウェイクアップし、充電制御処理を開始する。アダプタMPU711は、第1DS端子736を介して充電器600の補助電源623から電力供給を受けた電源回路713が電源電圧VDDを生成し、電源電圧VDDが供給されると起動する。MPU820は、図示しない接続判定部にてアダプタ700との接続状態が検出されて、割り込みポートPIを介して接続判定部から接続検出情報Sa1が入力されるとウェイクアップし、要求電流出力処理を開始する。
なお、機器側MPU611による充電制御処理、およびアダプタMPU711による情報送受信処理は、それぞれ同時期に開始されて、その後並行して実行される。その後、第2バッテリパック800がアダプタ700に接続されると、MPU820による要求電流出力処理が開始されて、その後、充電制御処理および情報送受信処理と並行して実行される。
機器側MPU611は、充電制御処理を開始すると、上述のように、S110において、充電器600に接続された接続機器があるか否かを判定し、肯定判定するとS120に移行し、否定判定すると同ステップを繰り返し実行することで待機する。なお、ここでは、接続機器としてアダプタ700が接続されていることで、S110で肯定判定される。
機器側MPU611は、S110で肯定判定されてS120に移行すると、充電器600の初期通信に用いる充電器初期通信信号を接続機器に対して送信する。このとき、機器側MPU611は、機器側通信部619を介して接続機器であるアダプタ700に対して、第1通信プロトコルにおけるマスターとして、スレーブであるアダプタMPU711へ充電器初期通信信号を送信する。このときの充電器600とアダプタ700との間の第1通信プロトコルは、上述の充電器600と第1バッテリパックとの間の第1通信プロトコルと同じである。
他方、アダプタMPU711は、情報送受信処理を開始すると、図5に示すように、まず、S610において、充電器600の補助電源623からの電力供給があるか否かを判定し、肯定判定するとS620に移行し、否定判定すると同ステップを繰り返し実行することで待機する。ここでは、電源回路713が電源電圧VDDを出力しているか否かに基づいて、補助電源623からの電力供給の有無を判定する。
アダプタMPU711は、S610で肯定判定されてS620に移行すると、充電器600から充電器初期通信信号を受信したか否かを判定し、肯定判定するとS630に移行し、否定判定すると同ステップを繰り返し実行することで待機する。
アダプタMPU711は、S620で肯定判定されてS630に移行すると、アダプタマスターモード指令信号Samを充電器600に送信する。このとき、アダプタMPU711は、第1アダプタ通信部715を介して充電器600に対して、アダプタマスターモード指令信号Samを送信する。つまり、アダプタMPU711は、充電器600からの充電器初期通信信号に対する応答信号ではなく、アダプタマスターモード指令信号Samを充電器600に送信する。
他方、機器側MPU611は、次のS130で、充電器初期通信信号に対する応答信号をアダプタ700から受信したか否かを判定し、肯定判定するとS140に移行し、否定判定するとS210に移行する。ここでは、充電器600に接続された接続機器がアダプタ700である場合についての説明であるため、充電器600に対して応答信号は送信されない。
機器側MPU611は、S130で否定判定されてS210に移行すると、アダプタマスターモード指令信号Samをアダプタ700から受信したか否かを判定し、肯定判定するとS220に移行し、否定判定するとS120に移行する。
このとき、充電器600に接続された接続機器が、充電器初期通信信号に対する応答信号を出力する機器では無く、かつ、アダプタマスターモード指令信号Samを出力する機器では無い場合には、機器側MPU611は、S120,S130,S210の各ステップを繰り返し実行することで待機する。
機器側MPU611は、S210で肯定判定されてS220に移行すると、アダプタ700との第2通信プロトコルにおいて、機器側MPU611をマスターからスレーブに変更する処理を実行する。機器側MPU611は、次のS230では、アダプタ700に対して、アダプタマスターモードへの切替を許可するモード切替許可信号を送信する。
他方、アダプタMPU711は、次のS640において、充電器600からのモード切替許可信号を受信したか否かを判定し、肯定判定するとS650に移行し、否定判定すると同ステップを繰り返し実行することで待機する。
アダプタMPU711は、S640で肯定判定してS650に移行すると、機器側MPU611との通信に関して、「マスター:機器側MPU611。スレーブ:アダプタMPU711。」という通信プロトコル(上述の第1通信プロトコルに相当。)から、「マスター:アダプタMPU711。スレーブ:機器側MPU611。」という通信プロトコル(以下、第2通信プロトコルともいう。)への切替を行う。
また、アダプタMPU711は、S650において、機器側MPU611との通信において、マスターとして、スレーブである機器側MPU611に対して、「0[A]の要求電流Ire」および「バッテリ接続待機状態であることを示す表示指令信号Sd」を送信する。つまり、アダプタMPU711は、第2通信プロトコルにおけるマスターとして、スレーブである機器側MPU611へ要求電流Ireおよび表示指令信号Sdを送信する。
他方、機器側MPU611は、S230に続くS240において、アダプタ700からの要求電流Ireおよび表示指令信号Sdを受信したか否かを判定し、肯定判定するとS250に移行し、否定判定すると同ステップを繰り返し実行することで待機する。
機器側MPU611は、S240で肯定判定してS250に移行すると、要求電流Ireおよび表示指令信号Sdを受信したことを示す受信応答信号Srrを、アダプタMPU711に対して送信する。このとき、機器側MPU611は、第2通信プロトコルにおけるスレーブとして、マスターであるアダプタMPU711へ受信応答信号Srrを送信する。
機器側MPU611は、次のS260において、受信した要求電流Ireに基づいて、アダプタ700に対して出力する出力電流Ioutを算出する。例えば、機器側MPU611は、要求電流Ireをそのまま出力電流Ioutとして算出してもよいし、要求電流Ireに何らかの補正を行い、補正後の値を出力電流Ioutとして算出してもよい。
機器側MPU611は、次のS270では、アダプタ700へ出力する電流をS260で算出した出力電流Ioutに近づけるように、機器側電源回路613を制御する。また、機器側MPU611は、S270では、表示指令信号Sdに基づいて、充電器600に備えられた表示部(図示省略)の表示内容を更新する。例えば、「バッテリ接続待機状態」であることを示す表示指令信号Sdの場合には「バッテリ待機」と表示し、「バッテリ充電中」であることを示す表示指令信号Sdの場合には「充電中」と表示し、「バッテリ充電完了」であることを示す表示指令信号Sdの場合には「充電完了」と表示する。
機器側MPU611は、次のS280では、充電器600に接続された接続機器があるか否かを判定し、肯定判定するとS240に移行し、否定判定するとS110に移行する。換言すれば、S280では、アダプタ700が充電器600に接続されている間は肯定判定し、アダプタ700が充電器600から取り外されると否定判定される。
つまり、機器側MPU611は、アダプタ700が充電器600に接続されている間は、S280で肯定判定してS240からS280までの処理を繰り返し実行する。また、機器側MPU611は、アダプタ700が充電器600から取り外されると、再びS110に移行して、新たなバッテリパックあるいは新たなアダプタが接続されるまでの間、S110を繰り返し実行して待機する。
他方、アダプタMPU711は、S650に続くS660では、機器側MPU611からの受信応答信号Srrを受信する。このとき、アダプタMPU711と機器側MPU611との間の通信プロトコルに関しては、「マスター:機器側MPU611。スレーブ:アダプタMPU711。」という第1通信プロトコルではなく、「マスター:アダプタMPU711。スレーブ:機器側MPU611。」という第2通信プロトコルでの通信が行われている。
アダプタMPU711は、次のS670では、アダプタ700に第2バッテリパック800が接続されているか否かを判定し、肯定判定されるとS680に移行し、否定判定するとS650に移行する。アダプタMPU711は、アダプタ700に第2バッテリパック800が接続されるまで、S650からS670までの処理を繰り返し実行することで待機する。
アダプタMPU711は、S670で肯定判定してS680に移行すると、アダプタ通信プロトコルにおけるマスターとして、スレーブである第2バッテリパック800へ初期確認信号Sbcを送信する。アダプタ通信プロトコルは、マスタースレーブ形式で通信を行う通信プロトコルであり、UART通信プロトコルに比べて、通信手続きが簡易に構成された通信プロトコルである。初期確認信号Sbcは、第2バッテリパック800に対して、充電制御データの送信が可能であるか否かを確認するための信号である。アダプタMPU711は、第2アダプタ通信部717を用いて、アダプタ通信プロトコルに基づく通信を行う。
他方、第2バッテリパック800のMPU820は、アダプタ700との接続状態が検出されて要求電流出力処理を開始すると、図6に示すように、まずは、S810にて、アダプタMPU711からの初期確認信号Sbcを受信したか否かを判定し、肯定判定するとS820に移行し、否定判定すると同ステップを繰り返し実行することで待機する。
MPU820は、次のS820では、充電制御データの送信が可能であることを示す送信可能応答信号Sarを、アダプタMPU711に送信する。このとき、MPU820は、アダプタ通信プロトコルにおけるスレーブとして、マスターであるアダプタMPU711へ送信可能応答信号Sarを送信する。
MPU820は、次のS830では、第2バッテリセル841の第2セル電圧Vc2に対応した第2充電電流Ich2に相当する第2要求電流Irsを計算する。このとき、MPU820は、第2バッテリセル841に関する第2セル電圧Vc2と第2充電電流Ich2との相関関係に基づいて定められた計算式またはマップ情報などを用いて、第2セル電圧Vc2に対応した第2要求電流Irsを計算する。計算式またはマップ情報などは、第2セル電圧Vc2が高くなるほど、第2要求電流Irsが小さい値となるように構成されている。
また、MPU820は、S830では、第2要求電流Irsを表す情報電圧Vtmを送信部825から出力する。具体的には、MPU820は、送信部825からバッテリTM1端子835を介して、アダプタ700に対して、アナログ電圧としての情報電圧Vtmを出力する。
MPU820は、S830での処理を所定の実行周期ごとに実行することで、第2バッテリセル841の状態に応じた情報電圧Vtmをアダプタ700に対して出力する。
他方、アダプタMPU711は、S680に続くS690において、送信可能応答信号Sarを受信する。このとき、アダプタMPU711は、送信可能応答信号Sarを受信するまで待機する。
アダプタMPU711は、次のS700において、第2バッテリパック800が充電可能な状態であると判定して、第2バッテリパック800の充電を開始する。具体的には、アダプタMPU711は、以下のS710からS750の処理を繰り返し実行することで、充電器600からの電力供給による第2バッテリパック800の充電を行う。
アダプタMPU711は、次のS710において、アナログ電圧としての情報電圧VtmをAD変換して、デジタル値としての情報電圧Vtmを取得する。また、アダプタMPU711は、S710において、情報電圧Vtmに基づいて要求電流Ireを算出する。ここでは、アダプタMPU711は、MPU820のS830で用いた計算式またはマップ情報を用いて、情報電圧Vtmが表す第2要求電流Irsを算出し、その算出結果を要求電流Ireに設定する。
アダプタMPU711は、次のS720において、要求電流Ireが予め定められた完了判定値Ithよりも小さいか否かを判定し(Ire<Ith)、肯定判定するとS740に移行し、否定判定するとS730に移行する。完了判定値Ithは、アダプタ700に接続された接続機器(例えば、第2バッテリパック800など)が充電完了したか否かを判定するための判定値が設定されている。完了判定値Ithは、例えば、0[A]を設定してもよい。
アダプタMPU711は、S720で否定判定されてS730に移行すると、機器側MPU611との通信において、マスターとして、スレーブである機器側MPU611に対して、「S710で算出した要求電流Ire」および「バッテリ充電中を示す表示指令信号Sd」を送信する。
アダプタMPU711は、S720で肯定判定されてS740に移行すると、機器側MPU611との通信において、マスターとして、スレーブである機器側MPU611に対して、「0[A]を表す要求電流Ire」および「バッテリ充電完了を示す表示指令信号Sd」を送信する。
つまり、アダプタMPU711は、S730またはS740を実行することで、第2通信プロトコルにおけるマスターとして、スレーブである機器側MPU611へ要求電流Ireおよび表示指令信号Sdを送信する。
他方、機器側MPU611は、アダプタMPU711から要求電流Ireおよび表示指令信号Sdを受信すると、S240で肯定判定し、その後、S250において、受信応答信号SrrをアダプタMPU711に対して送信する。そして、機器側MPU611は、S260にて、受信した要求電流Ireに基づいて出力電流Ioutを算出し、S270では、アダプタ700へ出力する電流を出力電流Ioutに近づけるように制御するとともに、表示指令信号Sdに基づいて、表示部(図示省略)の表示内容を更新する。
つまり、機器側MPU611は、S240からS280までの処理を繰り返し実行する間、受信した要求電流Ireに基づいてアダプタ700を介して第2バッテリパック800へ出力する電流を制御するとともに、表示指令信号Sdに基づいて、第2バッテリパック800の状態を表示部(図示省略)に表示する。
他方、アダプタMPU711は、S730またはS740に続くS750において、機器側MPU611からの受信応答信号Srrを受信する。これにより、アダプタMPU711は、機器側MPU611が要求電流Ireおよび表示指令信号Sdを受信したと判定できる。
このあと、アダプタMPU711は、S710からS750までの処理を繰り返し実行することで、第2バッテリパック800から情報電圧Vtmに対応する第2要求電流Irsを繰り返し受信するとともに、充電器600に対して、第2要求電流Irsに応じた要求電流Ireおよび表示指令信号Sdを繰り返し送信する。
以上のようにして、機器側MPU611が充電制御処理のうちS240からS280までの各ステップを実行し、アダプタMPU711が情報送受信処理のうちS710からS750までの各ステップを実行し、MPU820が要求電流設定処理を実行することで、充電システム1(詳細には、充電器600およびアダプタ700)による第2バッテリパック800の充電が実行される。
[1-6.要求電流の変化に対する充電電流の更新について]
上述のように、充電器600による第1バッテリパック100の充電時には、充電器600は、第1バッテリパック100との接続確認から充電完了までの間、第1通信プロトコルにおけるマスターとして、スレーブの第1バッテリパック100との間で通信を行う。この場合、充電器600は、第1バッテリパック100から要求電流Ireを受け取るためには、その都度、第1バッテリパック100へ問合せ信号Sq1を送信する必要がある。
なお、要求電流Ireを表すデジタルデータは、データサイズが2byteのデジタルデータとして実現できる。
そして、第1通信プロトコルでは、マスターからスレーブに対する送信データは、データサイズが60byteと定められている。このため、マスターの充電器600からスレーブの第1バッテリパック100に対して、問合せ信号Sq1を含む送信データを送信するためには、60byteのデータを送信する必要がある。
また、第1通信プロトコルでは、スレーブからマスターに対する応答データは、データサイズが84byteと定められている。このため、スレーブの第1バッテリパック100からマスターの充電器600に対して、要求電流Ireを含む応答データを送信するためには、84byteのデータを送信する必要がある。
これらのことから、充電器600による第1バッテリパック100の充電時には、充電器600が要求電流Ireを受け取るためには、144byte(=60byte+84byte)のデータが必要となる。
次に、充電システム1による第2バッテリパック800の充電時には、充電器600は、接続確認の段階では、第2通信プロトコルにおけるマスターとしてアダプタ700との間で通信を行い、その後に、マスタースレーブの切替を行うことで、スレーブとしてアダプタ700との間で通信を行う。そして、アダプタ700は、マスターとして、要求電流Ireを充電器600に繰り返し送信するため、充電器600は、アダプタ700に問合せ信号Sq1を送信する必要が無い。
また、第2通信プロトコルでは、マスターからスレーブに対する送信データは、データサイズが8byteと定められている。このため、マスターのアダプタ700からスレーブの充電器600に対して、要求電流Ireを含む送信データを送信するためには、8byteのデータを送信すればよい。
つまり、充電システム1による第2バッテリパック800の充電時には、充電器600がアダプタ700から要求電流Ireを受け取るためには、8byteのデータを利用できれば十分である。
なお、サイズの小さいデータの送受信を行う場合、サイズの大きいデータの送受信を行う場合に比べて、データ送受信の実行頻度を高めることができる。このため、アダプタ700から充電器600への要求電流Ireの送信頻度は、第1バッテリパック100から充電器600への要求電流Ireの送信頻度に比べて、高めることができる。これにより、充電器600は、第2バッテリパック800の充電時には、短い時間間隔で要求電流Ireを受信することができる。
このため、第2バッテリパック800の充電にあたり、第2要求電流Irsの変化を迅速に充電器600の出力電流(換言すれば、充電電流)に反映させる必要がある場合には、アダプタ700および充電器600を備える充電システム1を用いるとよい。これにより、第2要求電流Irsの変化を迅速に充電器600の出力電流(換言すれば、充電電流)に反映することができる。
[1-7.効果]
以上説明したように、充電器600においては、機器側MPU611が、S120およびS130を実行することで、充電器600に接続された接続機器との間で第1通信プロトコルに基づくデジタル通信により信号の送受信を行い、接続機器の種類を判定するように構成されている。つまり、機器側MPU611は、S130で肯定判定されると、接続機器が第1バッテリパック100であると判定し、S130で否定判定されて、S210で肯定判定されると、接続機器がアダプタ700であると判定する。
機器側MPU611は、充電器600に接続された接続機器が第1バッテリパック100であると判定されること(S130で肯定判定)に応じて、S140からS200までの処理を実行することで、機器側電源回路613が出力する出力電流(換言すれば、充電電流)を制御する。機器側MPU611は、S140からS200までの処理を実行することで、第1通信プロトコルに基づくデジタル通信により、第1バッテリパック100から要求電流Ireを受信するように構成されている。第1バッテリパック100から受信した要求電流Ireは、第1バッテリパック100における充電電流の要求値に関する情報である。この要求電流Ireは、本開示における第1要求情報に相当する。
機器側MPU611は、S240からS280までの処理を実行することで、充電器600に接続された接続機器がアダプタ700であると判定されること(S130で否定判定)に応じて、機器側電源回路613が出力する出力電流(換言すれば、充電電流)を制御するように構成されている。
機器側MPU611は、S240からS280までの処理を実行することで、第1通信プロトコルとは異なる第2通信プロトコルに基づくデジタル通信により、アダプタ700から要求電流Ireを受信するように構成されている。アダプタ700から受信した要求電流Ireは、アダプタ700における充電電流の要求値に関する情報であり、また、第2バッテリパック800における充電電流の要求値に関する情報である。この要求電流Ireは、本開示における第2要求情報に相当する。
上述のように、本実施形態の充電器600においては、第1通信プロトコルで第1要求情報(換言すれば、要求電流Ire)を取得するために送受信が必要な最小情報量は、144byteである。また、充電器600においては、第2通信プロトコルで第2要求情報(換言すれば、要求電流Ire)を取得するために送受信が必要な最小情報量は、8byteである。つまり、充電器600においては、第2通信プロトコルで第2要求情報を取得するために送受信が必要な最小情報量は、第1通信プロトコルで第1要求情報を取得するために送受信が必要な最小情報量に比べて、小さい。
充電器600は、アダプタ700から要求電流Ireを取得するにあたり、第2通信プロトコルを用いることで、第1通信プロトコルを用いる場合に比べて、送受信が必要な最小情報量を小さくすることができる。このため、充電器600は、アダプタ700から要求電流Ire(第2要求情報)を取得するための所要時間を、第1バッテリパック100から要求電流Ire(第1要求情報)を取得するための所要時間よりも短縮できる。
これにより、充電器600は、アダプタ700に充電電流を出力する場合には、第1バッテリパック100に充電電流を出力する場合に比べて、出力する充電電流をより短い切替周期で切り替えることができる。
よって、充電器600は、第2バッテリパック800が接続されたアダプタ700が、第1バッテリパック100に比べて、より短い切替周期で充電電流を切替える必要がある場合でも、適切に充電電流を切り替えることができ、アダプタ700に対して適切に充電電流を出力することができる。つまり、充電器600は、アダプタ700に接続された第2バッテリパック800に対して、適切に充電電流を切り替えることができ、適切に充電電流を出力することができる。
次に、機器側MPU611は、S120,S130,S210を実行することで、充電器600をマスター装置とし、接続機器(第1バッテリパック100、アダプタ700)をスレーブ装置として、第1通信プロトコルに基づく信号の送受信を行い接続機器の種類を判定する。
機器側MPU611は、S220およびS230を実行することで、S130およびS210での判定結果に基づき接続機器がアダプタ700であると判定されることに応じて、充電器600とアダプタ700とのデジタル通信を、第2通信プロトコルに基づくデジタル通信に切り替える。このとき、機器側MPU611は、充電器600をスレーブ装置とし、アダプタ700をマスター装置として、第2通信プロトコルに基づくデジタル通信に切り替える。
この充電器600を用いることで、充電器600からアダプタ700に対して第2要求情報である要求電流Ireの問合せを行うことなく、マスタ装置であるアダプタ700からスレーブ装置である充電器600に対して要求電流Ireを送信できる(S240,S730,S740)。つまり、充電器600は、アダプタ700に対する問合せを行うことなく要求電流Ireを取得できるため、要求電流Ireの取得に要する時間を短縮でき、単位時間あたりの要求電流Ireの取得頻度を高めることができる。
したがって、充電器600によれば、単位時間あたりの要求電流Ireの取得頻度を高めることで、迅速に充電電流を切り替えることができ、アダプタ700または第2バッテリパック800の状態変化に対する充電電流の制御に遅延が生じるのを抑制できる。
次に、充電システム1は、充電器600およびアダプタ700を備えると共に、第2バッテリパック800を充電するように構成されている。アダプタ700は、充電器600に接続するとともに、第2バッテリパック800に接続するように構成されている。アダプタ700は、充電器600からの充電電流を第2バッテリパック800に出力するように構成されている。
このため、第2バッテリパック800が第1通信プロトコルまたは第2通信プロトコルに基づくデジタル通信が不可能な場合であっても、アダプタ700を用いることで、充電器600による第2バッテリパック800の充電が可能となる。
よって、充電システム1は、充電器600のみでは充電できない第2バッテリパック800を充電することができる。また、充電器600は、アダプタ700を用いた第2バッテリパック800の充電にあたり、第2バッテリパック800が第1バッテリパック100に比べてより短い切替周期で充電電流を切替える必要がある場合でも、第2バッテリパック800に対して、適切に充電電流を切り替えることができる。
なお、第1バッテリパック100は、第1通信プロトコルに基づくデジタル通信により要求電流Ire(第1要求情報)を出力するように構成されている。このため、第1バッテリパック100は、充電器600に直接接続して充電することが可能である。
アダプタ700においては、アダプタMPU711は、S710を実行することで、第2バッテリパック800から情報電圧Vtmを受信する。情報電圧Vtmは、第2バッテリパック800の第2要求電流Irsを表すアナログ電圧である。第2要求電流Irsは、第2バッテリパック800における充電電流の要求値である。アダプタMPU711は、S730またはS740を実行することで、第2通信プロトコルに基づくデジタル通信により、第2要求情報としての要求電流Ireを充電器600に出力する。
つまり、充電システム1においては、充電器600が第1バッテリパック100と直接接続されることで第1バッテリパック100を充電できると共に、充電器600がアダプタ700を介して第2バッテリパック800と接続されることで第2バッテリパック800を充電できる。これにより、充電システム1は、異なる種類の第1バッテリパック100と第2バッテリパック800とを充電できる。
アダプタMPU711は、S710を実行することで、受信部719を介して、アナログ通信により第2バッテリパック800での第2要求電流Irs(充電電流の要求値)を受信する。
アナログ通信によれば、第2バッテリパック800から受信する情報電圧Vtm(充電電流の要求値)がリアルタイムで更新されるため、アダプタMPU711は、充電電流の要求値である第2要求電流Irsを第2バッテリパック800から速やかに受信できる。そして、アダプタMPU711は、S710で受信された第2要求電流Irsに基づいて、S730またはS740で要求電流Ireを充電器600に出力することで、第2バッテリパック800における充電電流の要求値を充電器600に送信できる。
よって、充電システム1によれば、充電電流の要求値を短時間で第2バッテリパック800からアダプタ700を介して充電器600に送信でき、充電器600における充電電流の出力値を短い時間間隔で更新できる。
なお、デジタル通信では、データ送信周期を短く設定するとデータ送信処理の処理負荷が大きくなるため、充電電流の要求値を短時間で更新することが難しい場合がある。これに対して、充電システム1では、アナログ通信により第2バッテリパック800での充電電流の要求値を送信するため、充電電流の要求値を短時間で更新することができる。
[1-8.文言の対応関係]
ここで、文言の対応関係について説明する。
機器側電源回路613が電流出力部の一例に相当し、第1バッテリパック100が第1接続機器の一例に相当し、アダプタ700が第2機器の一例に相当し、第2バッテリパック800が第3機器の一例に相当する。
S120,S130,S210を実行する機器側MPU611が接続機器判定部の一例に相当し、S140からS200までの処理を実行する機器側MPU611が第1充電制御部の一例に相当し、S240からS280までの処理を実行する機器側MPU611が第2充電制御部の一例に相当する。S220およびS230を実行する機器側MPU611が通信切替部の一例に相当する。
S710を実行するアダプタMPU711および受信部719が情報受信部の一例に相当し、S730またはS740を実行するアダプタMPU711および第1アダプタ通信部715が情報出力部の一例に相当する。
[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、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
(2a)上記実施形態では、第2機器としてアダプタ700を備える形態について説明したが、第2機器としてバッテリパック(以下、第3バッテリパックともいう)を備える形態であってもよい。第3バッテリパックは、充電器600と接続されてから通信プロトコルの切替が行われるまでは、充電器600と第1通信プロトコルで通信を行い、その後、充電器600との通信プロトコルを第2通信プロトコルに切り替えるように構成されてもよい。これにより、充電器600は、アダプタ700を利用しない場合でも、第1バッテリパック100および第3バッテリパックの2種類のバッテリパックを少なくとも充電できる。
(2b)上記実施形態では、第2バッテリパック800からアダプタ700への第2要求電流Irsの通知を、アナログ信号である情報電圧Vtmを用いた形態について説明したが、第2要求電流Irsの通知方法は、この方法に限られることはない。例えば、第2バッテリパック800からアダプタ700への第2要求電流Irsの通知を、デジタル信号を用いて実現してもよい。
(2c)上記実施形態では、第1バッテリパック(通信部400)と充電器600との通信方式、アダプタ700(通信部400)と充電器600との通信方式として、シリアル通信を採用した形態について説明したが、通信方式はシリアル通信に限られず、パラレル通信や多重通信など、他の通信方式を採用しても良い。
(2d)上記実施形態における1つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を1つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。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または置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
1…充電システム、60…バッテリセル、100…第1バッテリパック、300…検出部(DT回路)、400…通信部(UART半二重I/F回路)、500…放電制御部(DS回路)、600…充電器、611…機器側MPU、613…機器側電源回路、619…機器側通信部、620…MPU、630…接続検出部、700…アダプタ、711…アダプタMPU、715…第1アダプタ通信部、717…第2アダプタ通信部、719…受信部、800…第2バッテリパック、820…MPU、823…通信部、825…送信部、841…第2バッテリセル。

Claims (5)

  1. 接続された接続機器へ充電電流を出力する充電器であって、
    前記充電電流を出力するように構成された電流出力部と、
    前記接続機器との間で第1通信プロトコルに基づくデジタル通信により信号の送受信を行い、前記接続機器の種類を判定するように構成された接続機器判定部と、
    前記接続機器判定部において、前記接続機器が第1機器であると判定されることに応じて、前記電流出力部の前記充電電流を制御するように構成された第1充電制御部であって、前記第1通信プロトコルに基づくデジタル通信により、前記第1機器における前記充電電流の要求値に関する第1要求情報を受信するように構成された第1充電制御部と、
    前記接続機器判定部において、前記接続機器が第2機器であると判定されることに応じて、前記電流出力部の前記充電電流を制御するように構成された第2充電制御部であって、前記第1通信プロトコルとは異なる第2通信プロトコルに基づくデジタル通信により、前記第2機器における前記充電電流の要求値に関する第2要求情報を受信するように構成された第2充電制御部と、
    を備え、
    前記第1通信プロトコルは、双方向通信プロトコルであり、
    前記第2通信プロトコルは、双方向通信プロトコルであり、
    前記第2通信プロトコルで前記第2要求情報を取得するために送受信が必要な最小情報量は、前記第1通信プロトコルで前記第1要求情報を取得するために送受信が必要な最小情報量に比べて、小さい、
    充電器。
  2. 請求項1に記載の充電器であって、
    前記接続機器判定部は、当該充電器をマスター装置とし、前記接続機器をスレーブ装置として、前記第1通信プロトコルに基づく信号の送受信を行い前記接続機器の種類を判定するように構成され、
    当該充電器は、
    前記接続機器判定部において、前記接続機器が前記第2機器であると判定されることに応じて、当該充電器と前記第2機器とのデジタル通信を、当該充電器をスレーブ装置とし、前記第2機器をマスター装置として、前記第2通信プロトコルに基づくデジタル通信に切り替えるように構成された通信切替部を備え、
    前記第2充電制御部は、当該充電器をスレーブ装置とし、前記第2機器をマスター装置として、前記第2通信プロトコルに基づくデジタル通信により前記第2要求情報を受信するように構成されている、
    充電器。
  3. 充電器と、前記充電器に接続するように構成されたアダプタと、を備える充電システムであって、
    前記充電器は、請求項1または請求項2に記載の充電器であり、
    前記第2機器は、前記アダプタであり、
    前記アダプタは、第3機器と接続するとともに、前記充電器からの前記充電電流を前記第3機器に出力するように構成されている、
    充電システム。
  4. 請求項3に記載の充電システムであって、
    前記第1機器は、前記第1通信プロトコルに基づくデジタル通信により前記第1要求情報を出力するように構成された第1バッテリであり、
    前記第3機器は、第2バッテリであり、
    前記アダプタは、
    前記第2バッテリでの前記充電電流の要求値を受信するように構成された情報受信部と、
    前記第2通信プロトコルに基づくデジタル通信により、前記第2要求情報として、前記第2バッテリでの前記充電電流の要求値に関する情報を前記充電器に出力するように構成された情報出力部と、
    を備える、
    充電システム。
  5. 請求項4に記載の充電システムであって、
    前記情報受信部は、アナログ通信により、前記第2バッテリでの前記充電電流の要求値を受信するように構成されている、
    充電システム。
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