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WO2016098565A1 - 電動工具 - Google Patents

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Publication number
WO2016098565A1
WO2016098565A1 PCT/JP2015/083428 JP2015083428W WO2016098565A1 WO 2016098565 A1 WO2016098565 A1 WO 2016098565A1 JP 2015083428 W JP2015083428 W JP 2015083428W WO 2016098565 A1 WO2016098565 A1 WO 2016098565A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
battery pack
discharge current
temperature
discharge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2015/083428
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
祥和 河野
一彦 船橋
俊彰 小泉
弘識 益子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koki Holdings Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Koki Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Koki Co Ltd filed Critical Hitachi Koki Co Ltd
Priority to CN201580069127.1A priority Critical patent/CN107107327B/zh
Priority to JP2016564765A priority patent/JP6548044B2/ja
Priority to US15/536,946 priority patent/US10886764B2/en
Priority to EP15869773.0A priority patent/EP3235601B1/en
Publication of WO2016098565A1 publication Critical patent/WO2016098565A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25FCOMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25FCOMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for
    • B25F5/02Construction of casings, bodies or handles
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/30Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/00032Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by data exchange
    • H02J7/00036Charger exchanging data with battery
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0025Sequential battery discharge in systems with a plurality of batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to an electric tool that can be connected to a battery pack.
  • the predetermined temperature for stopping discharge is the lowest temperature among the rated temperatures of all connectable battery packs. If a battery pack with a relatively high rated temperature is connected among the connectable battery packs, the discharge is stopped at a temperature at which it is not necessary to stop the discharge. The original performance of the battery pack cannot be fully exhibited, and appropriate discharge control cannot be performed.
  • an object of this invention is to provide the electric tool which can perform appropriate discharge control with respect to each of the battery pack from which a battery kind differs.
  • the present invention provides a battery connecting portion in which one of the first battery pack and the second battery pack having a smaller capacity than the first battery pack is removable, and the power of the battery pack.
  • Battery type discriminating means for discriminating the battery pack connected to the battery, and the current threshold value when the second battery pack is connected is greater than the current threshold value when the first battery pack is connected.
  • each battery pack is appropriately protected and each battery is protected.
  • the performance of the pack can be fully exhibited.
  • the discharge current when the discharge current becomes equal to or greater than the current threshold, the discharge current is cut off after a predetermined time.
  • the discharge current when a larger discharge current flows, the discharge current can be cut off in a shorter period.
  • deterioration or failure of the battery pack can be appropriately suppressed, and a discharge current that slightly exceeds the overcurrent threshold can flow for a longer period than a discharge current that significantly exceeds the overcurrent threshold. Can be improved.
  • the battery pack further comprises battery temperature detecting means for detecting the battery temperature of the battery pack, and is configured to cut off the discharge current when the battery temperature is equal to or higher than a temperature threshold, and the temperature threshold of the second battery pack. Is preferably smaller than the temperature threshold of the first battery pack.
  • the discharge current can be cut off based on the battery temperature. For this reason, deterioration or failure of the battery pack can be further suppressed.
  • the present invention further includes a battery connection part to which the battery pack can be attached and detached, a motor driven by the power of the battery pack, and current detection means for detecting a discharge current flowing from the battery pack to the motor.
  • Battery temperature detection means for detecting the battery temperature of the battery pack, cutoff control means for cutting off the discharge current when a predetermined condition relating to the discharge current is satisfied, and the battery connected to the battery connection portion
  • Battery type discriminating means for discriminating the battery type of the pack, the predetermined condition is changed according to the battery type, and when the battery temperature is equal to or higher than a temperature threshold, When the battery temperature is lower than the temperature threshold, an electric power tool is provided in which the discharge allowable time is changed according to the magnitude of the discharge current.
  • the present invention provides a battery connection part in which a battery pack can be attached and detached, a motor driven by the power of the battery pack, and current detection for detecting a discharge current flowing from the battery pack to the motor.
  • Means a shut-off control means for shutting off the discharge current when a predetermined condition relating to the discharge current is satisfied, and a battery type discriminating means for discriminating the battery type of the battery pack connected to the battery connecting portion.
  • the power tool is provided, wherein the predetermined condition is changed according to the battery type.
  • the predetermined condition relating to the discharge current can be changed according to the battery type of the connected battery pack, and the discharge current can be cut off using the predetermined condition relating to the discharge current corresponding to the battery type. For this reason, it is possible to set a predetermined condition relating to an appropriate discharge current for each of the battery packs of different battery types, appropriately protect each battery pack, and sufficiently exhibit the performance of each battery pack. Can be made. That is, appropriate discharge control can be performed for each of the battery packs of different battery types.
  • the battery pack further includes battery temperature detecting means for detecting the battery temperature of the battery pack, and the shutoff control means determines whether or not the predetermined condition is satisfied when the battery temperature is equal to or higher than a temperature threshold. It is preferable to interrupt the discharge current.
  • the discharge current can be cut off regardless of whether or not the predetermined condition is satisfied. . For this reason, deterioration or failure of the battery pack can be further suppressed.
  • the predetermined condition is preferably satisfied when a state where the discharge current is equal to or greater than an overcurrent threshold continues for a predetermined period.
  • the discharge current when the discharge current is equal to or greater than the overcurrent threshold and the state continues for a predetermined period, the discharge current is interrupted. Therefore, by appropriately setting the predetermined period, when the discharge current exceeds the overcurrent threshold for a moment (when the motor is started), the discharge can be continued without interrupting the discharge current, that is, the operation can be continued. And work efficiency can be improved.
  • the predetermined period is a first period when the discharge current is a first current value that is equal to or greater than the overcurrent threshold, and the discharge current is a second current value that is greater than the first current value. It is preferable that the second period is shorter than the first period.
  • the discharge current when a larger discharge current flows in a state where a discharge current equal to or higher than the overcurrent threshold flows, the discharge current can be cut off in a shorter period.
  • the discharge current that greatly exceeds the overcurrent threshold is cut off in a short period of time, and deterioration or failure of the battery pack can be appropriately suppressed, and the discharge current that slightly exceeds the overcurrent threshold is overcurrent. Since it can flow for a period longer than the discharge current that greatly exceeds the threshold, work efficiency can be improved.
  • the storage control unit further includes a storage case for storing the shut-off control unit, the shut-off control unit is connected to the battery pack via a lead wire, and the storage case has a rib portion for holding the lead wire. preferable.
  • the electric tool which can perform appropriate discharge control with respect to each of the battery pack from which a battery kind differs can be provided.
  • FIG. 1 is a circuit diagram including a block diagram showing an electrical configuration of an electric power tool according to an embodiment of the present invention and a battery pack connected to the electric power tool. It is a battery kind discrimination
  • the flowchart which shows the discharge control by the control part of the electric tool by embodiment of this invention. It is a fragmentary sectional side view which shows the rear part of the electric tool by the modification of embodiment of this invention. It is a left view which shows the control unit of the electric tool by the modification of embodiment of this invention. It is a rear view which shows the control unit of the electric tool by the modification of embodiment of this invention. It is the elements on larger scale of FIG. 7 which shows the right rib part of the circuit board case in the electric tool by the modification of embodiment of this invention.
  • the electric tool 1 is an electric tool in which a tip tool attached to an output unit (not shown) represented by a disc grinder or the like rotates.
  • the electric power tool 1 is configured so that the battery pack 2 can be attached and detached.
  • the motor 11 is driven to rotate by using the battery pack 2 as a power source, and the output unit (not shown) rotates, so that the tip tool (not shown) rotates and works. It becomes possible.
  • the electric power tool 1 can also connect a battery pack of a type other than the battery pack 2, in other words, a battery pack having a different battery type from the battery pack 2.
  • FIG. 1 is a circuit diagram including a block diagram showing an electrical configuration of the electric power tool 1 and the battery pack 2, and shows a state where the electric power tool 1 and the battery pack 2 are connected.
  • the battery pack 2 serving as a driving power source for the electric tool 1 will be described.
  • the battery pack 2 mainly includes a battery set 21, a battery side terminal portion 22, and a protection IC 23.
  • the battery pack 2 includes a casing (not shown), and a tool connection portion that can be connected to the electric power tool 1 is formed in the casing.
  • the battery set 21 is a set in which four battery cells 21 ⁇ / b> A are connected in series, and is accommodated in a casing (not shown) of the battery pack 2.
  • the positive terminal of the battery cell 21 ⁇ / b> A having the highest potential in the battery set 21 is connected to the battery side terminal portion 22.
  • the minus terminal of the lowest battery cell 21 ⁇ / b> A in the battery set 21 is connected to the ground and the battery-side terminal portion 22 via the shunt resistor 24.
  • the positive terminal and the negative terminal of each battery cell 21A are connected to the protection IC 23, and the voltages of all four cells are individually monitored by the protection IC 23.
  • the battery cell 21A is a lithium secondary battery, and the rated voltage is 3.6V.
  • the battery type of the battery pack is type C.
  • the battery type of the battery pack is a classification of the battery pack, and is classified according to the characteristics of the battery set built in the battery pack.
  • the characteristics of the battery set include the rated voltage, rated discharge current, rated temperature, overdischarge threshold based on the rated voltage, overcurrent threshold based on the rated discharge current, and the maximum allowable temperature based on the rated temperature. It is the characteristic which the whole battery group which should be considered in charge / discharge control, such as. Therefore, if the battery type is different, the characteristics, that is, the overcurrent threshold, the allowable maximum temperature, and the like are different, and if the battery type is the same, the characteristics are also the same. If the battery type is found, the characteristics are found.
  • the number of battery cells included in the battery set the number of connection configurations, that is, the number of parallel connections and the number of series connections, the rated voltage per cell, the rated discharge current, the allowable maximum temperature, etc. differ
  • Battery type is different. For example, a battery having a configuration in which three battery cells are connected in series and not connected in parallel even if the rated voltage per cell is the same and the battery set has six battery cells.
  • a battery pack (3 para) having a battery set having three battery packs connected in parallel and a battery pack having a battery set having six battery cells connected in series are rated voltage in the entire battery pack, Since the characteristics such as the rated discharge current are different, the battery types are different. Also, the battery type is different when the size of the battery cell is different, for example, the battery type is different also when the capacity of the battery pack is different depending on the number of battery cells connected in parallel (para number) or the size of the battery cell.
  • the battery side terminal portion 22 is provided at a connection portion of a casing (not shown), and includes a discharge plus terminal 22A, a discharge minus terminal 22B, a temperature signal terminal 22C, a stop signal terminal 22D, and a battery type discrimination terminal 22E. It has.
  • the electric power tool 1 When the battery pack 2 is connected to the electric power tool 1, the electric power tool 1 is provided with five terminals: a discharge positive terminal 22A, a discharge negative terminal 22B, a temperature signal terminal 22C, a stop signal terminal 22D, and a battery type determination terminal 22E. It is connected to a predetermined terminal part.
  • the discharge plus terminal 22A is connected to the plus terminal of the battery cell 21A having the highest potential in the battery set 21.
  • the discharge plus terminal 22A is a terminal for discharging connected to a discharge path for allowing a discharge current provided in the electric tool 1 to flow.
  • the electric power of the battery set 21 (battery cell 21A) is supplied to the electric tool 1 via the discharge plus terminal 22A.
  • the discharge minus terminal 22B is connected to the minus terminal of the battery cell 21A having the lowest potential in the battery set 21 via the shunt resistor 24 and is connected to the ground.
  • the discharge minus terminal 22 ⁇ / b> B is connected to the discharge path of the electric tool 1 when the battery pack 2 is connected to the electric tool 1.
  • the shunt resistor 24 is a resistor used for detecting a current flowing through the battery set 21 during charging / discharging, and both ends thereof are connected to the protection IC 23.
  • the temperature signal terminal 22C is connected to the ground via a thermistor 25 disposed in the vicinity of the battery cell 21A.
  • the temperature signal terminal 22 ⁇ / b> C outputs a battery temperature signal indicating the battery temperature of the battery pack 2 (the temperature of the battery set 21) to the electric tool 1 using the characteristic that the resistance value of the thermistor 25 changes.
  • the stop signal terminal 22 ⁇ / b> D is connected to the protection IC 23, and outputs a discharge stop signal output from the protection IC 23 to the electric tool 1.
  • the battery type discrimination terminal 22E is connected to the ground via the battery type discrimination resistor 26.
  • the battery type discrimination resistor 26 has a specific resistance value determined for each battery type.
  • the power tool 1 reads the resistance value of the battery type determination resistor 26 and determines the battery type of the battery pack 2. Details of the battery type discrimination by the electric power tool 1 will be described later.
  • the protection IC 23 is an IC that individually monitors the voltages of the battery cells 21 ⁇ / b> A constituting the battery set 21.
  • the protection IC 23 outputs a discharge stop signal from the stop signal terminal 22D to the electric tool 1 when there is even one battery cell 21A that is determined to be in an overdischarged state. Further, the protection IC 23 takes in the voltage drop value of the shunt resistor 24 and calculates the current value from the voltage drop value.
  • the electric tool 1 mainly includes a motor 11, a tool side terminal portion 12, an FET 13, and a control unit 14.
  • the electric power tool 1 includes a housing (not shown).
  • the motor 11 is accommodated in a housing (not shown), and is connected to the tool side terminal portion 12 via a switch 15.
  • the motor 11 is driven by the power of the battery pack 2 supplied via the tool side terminal portion 12.
  • the switch 15 is a slide-type switch operated by the user, and the tool-side terminal portion 12 and the motor 11 are connected in the on state and are not connected in the off state. That is, the switch 15 allows the discharge current from the battery pack 2 to flow to the motor 11 in the on state, and cuts off the discharge current in the off state.
  • the tool side terminal portion 12 is formed in a battery mounting portion to which the battery pack 2 formed in a housing (not shown) is detachable, and includes a plus terminal 12A, a minus terminal 12B, a temperature terminal 12C, and a signal terminal 12D. And a determination terminal 12E.
  • the plus terminal 12A is a terminal connected to the discharge plus terminal 22A of the battery pack 2 in a state where the battery pack 2 is connected to the electric tool 1.
  • the plus terminal 12 ⁇ / b> A is connected to the motor 11 and the control unit 14 via the switch 15.
  • the battery mounting part and the tool side terminal part 12 are examples of the battery connection part of the present invention.
  • the minus terminal 12 ⁇ / b> B is a terminal connected to the discharge plus terminal 22 ⁇ / b> B of the battery pack 2, and is connected to the motor 11 via the shunt resistor 16 and the FET 13.
  • the shunt resistor 16 is a resistor for detecting a discharge current flowing through the motor 11, and one end thereof is connected to the control unit 14.
  • the control unit 14 takes in the value of the voltage drop of the shunt resistor 16 and calculates the value of the discharge current from the value of the voltage drop.
  • the shunt resistor 16 and the control unit 14 function as current detection means of the present invention.
  • the plus terminal 12A and the minus terminal 12B are connected to the discharge plus terminal 22A and the discharge minus terminal 22B of the battery pack 2, respectively, so that the battery set 21 and the motor 11 are connected and a discharge current flows through the motor 11. A path is formed.
  • the temperature terminal 12 ⁇ / b> C is a terminal connected to the temperature signal terminal 22 ⁇ / b> C of the battery pack 2.
  • the temperature terminal 12C is connected to the reference voltage Vcc via the voltage dividing resistor 17.
  • the reference voltage Vcc and the ground of the battery pack 2 are connected via the voltage dividing resistor 17 and the thermistor 25.
  • the reference voltage Vcc is divided by the voltage dividing resistor 17 and the thermistor 25, and the divided voltage appears at the connection point between the voltage dividing resistor 17 and the temperature terminal 12C, that is, the voltage dividing point 17a.
  • the divided voltage appearing at the voltage dividing point 17a is output as a battery temperature signal to the control unit 14 connected to the voltage dividing point 17a.
  • the control unit 14 calculates the battery temperature of the battery pack 2 based on the divided voltage at the voltage dividing point 17a, that is, the battery temperature signal.
  • the reference voltage Vcc is 5 V
  • the resistance value of the voltage dividing resistor 17 is 10 k ⁇ .
  • the temperature terminal 12C and the control unit 14 function as battery temperature detection means of the present invention.
  • the signal terminal 12D is a terminal connected to the stop signal terminal 22D of the battery pack 2.
  • the signal terminal 12D is connected to the control unit 14.
  • the protection IC 23 of the battery pack 2 outputs a discharge stop signal
  • the discharge stop signal is input to the control unit 14 via the signal terminal 12D and the stop signal terminal 22D of the battery pack 2.
  • the determination terminal 12E is a terminal connected to the battery type determination terminal 22E of the battery pack 2.
  • the determination terminal 12E is connected to the reference voltage Vcc via the voltage dividing resistor 18.
  • the reference voltage Vcc and the ground of the battery pack 2 are connected via the voltage dividing resistor 18 and the battery type determination resistor 26.
  • the reference voltage Vcc is divided by the voltage dividing resistor 18 and the battery type determining resistor 26, and the divided voltage appears at the connection point between the voltage dividing resistor 18 and the determining terminal 12E, that is, the voltage dividing point 18a.
  • the divided voltage appearing at the voltage dividing point 18a is a battery type determining voltage for determining the battery type of the battery pack 2, and the battery type divided voltage is applied to the control unit 14 connected to the voltage dividing point 18a. Is output.
  • the controller 14 determines the battery type of the battery pack 2 by reading the resistance value of the battery type determination resistor 26 based on the divided voltage at the voltage dividing point 18a, that is, the battery type determination voltage. Details of the relationship between the battery discharge of the battery pack 2, the resistance value of the battery type discrimination resistor 26, and the divided voltage of the voltage dividing point 18a will be described later. In the present embodiment, the resistance value of the voltage dividing resistor 18 is 10 k ⁇ .
  • the determination terminal 12E and the control unit 14 function as battery type determination means of the present invention.
  • the FET 13 is a P-type channel field effect transistor, the drain thereof is connected to the motor 11, the source is connected to the negative terminal 12 ⁇ / b> B via the shunt resistor 16, and the gate is connected to the control unit 14.
  • the FET 13 is turned on during a period in which a voltage signal (high signal) is output from the control unit 14 to the gate, and is turned off during a period in which the voltage signal is not output. That is, when the FET 13 and the switch 15 are each in the ON state, the discharge current flows through the motor 11 and is driven, and when either one is in the OFF state, the discharge current does not flow through the motor 11 and the driving is stopped. .
  • the control unit 14 can block the discharge current flowing through the motor 11 by turning off the FET 13.
  • the control unit 14 stores a discharge control program used for discharge control, a calculation unit having a central processing unit (CPU) (not shown) that performs calculation based on various data, the discharge control program, various data, various threshold values, and the like.
  • a memory unit having a ROM (not shown) and a RAM (not shown) for temporarily storing data, and a timer for measuring time are mainly provided.
  • the control unit 14 is a microcomputer.
  • the control unit 14 determines the battery type of the connected battery pack according to the discharge control program, sets the cutoff condition most suitable for the determined battery type of the battery pack, and sets the discharge current when the cutoff condition is satisfied. Discharge control that shuts off and protects the battery pack is performed.
  • 2 and 3 are a battery type determination table and a cutoff condition table stored in advance in the storage unit of the control unit 14, and
  • FIG. 4 is a flowchart showing the discharge control performed based on the discharge control program.
  • the control unit 14 functions as a cutoff control unit of the present invention.
  • the interruption condition is a condition for determining whether or not the discharge current should be interrupted, and is closely related to the characteristics of the battery pack, that is, the rated discharge current and the rated temperature.
  • the different blocking conditions are different.
  • the state in which the discharge current should be cut off is a state in which there is a great risk that the battery pack (battery cell) of the battery pack will deteriorate rapidly if the state continues. This is a state where protection should be prioritized.
  • the control unit 14 detects the battery type determination voltage, and determines the battery type by referring to the battery type determination table of FIG. 2 stored in the ROM of the storage unit.
  • the battery type discrimination table of FIG. 2 divides the reference voltage Vcc by the battery type, the resistance value of the battery type discrimination resistor having a unique value for each battery type, and the battery type discrimination resistor and the voltage dividing resistor 18. The relationship between the battery type discrimination voltage appearing at the voltage dividing point 18a and the voltage range for the control unit 14 to discriminate the battery type is shown.
  • the battery pack has a battery type discrimination resistor having a resistance value of 1 k ⁇ .
  • the reference voltage Vcc 5 V
  • the battery type discrimination resistor having a resistance value of 1 k ⁇
  • the voltage dividing resistor 18 having a resistance value of 10 k ⁇
  • the control unit 14 determines that the battery type is type A when the input battery type determination voltage is in the voltage range of 0 to 1.0V. In this way, the control unit 14 determines the battery type within a predetermined voltage range in consideration of the error of the output battery type determination voltage.
  • the voltage range is set to a range of ⁇ 0.5 V with reference to a theoretically output battery type discrimination voltage (0.5 V for type A).
  • the reason why an error occurs in the battery type discrimination voltage is that the resistance value of the battery type discrimination resistor varies depending on the individual, the resistance value of the voltage dividing resistor 18 and the battery type discrimination resistor due to the temperature, etc., the voltage fluctuation of the reference voltage Vcc. Etc.
  • the battery type discrimination resistance is 4.3 k ⁇ , and the battery type discrimination voltage is theoretically 1.
  • the voltage range used by the control unit 14 to determine the type B is 1.0V to 2.0V.
  • the battery type discrimination resistance is 10 k ⁇
  • the battery type discrimination voltage is theoretically 2.5 V
  • the voltage range used by the control unit 14 to discriminate type C is 2.0 V to 3 0.0V.
  • the battery type discrimination resistance is 24 k ⁇
  • the battery type discrimination voltage is theoretically 3.5 V
  • the voltage range used by the control unit 14 to discriminate type D is 3.0 V to 4 0.0V.
  • the battery type discrimination resistance is 91 k ⁇
  • the battery type discrimination voltage is theoretically 4.5 V
  • the voltage range used by the control unit 14 to discriminate type E is 4.0 V to 5 0.0V.
  • the control unit 14 sets a blocking condition according to the determined battery type of the battery pack 2. Specifically, the control unit 14 sets a blocking condition suitable for the determined battery type by referring to the blocking condition table of FIG. 3 stored in the ROM of the storage unit.
  • the interruption condition table in FIG. 3 shows the interruption conditions determined for each battery type. As shown in FIG. 3, the cutoff condition differs for each battery type, and is determined for each battery type in consideration of its characteristics.
  • the interruption condition includes an interruption condition relating to the battery temperature and an interruption condition relating to the discharge current.
  • the interruption condition regarding the battery temperature will be described. As shown in FIG. 3, different temperature thresholds are provided for each of the battery packs of types A to E, and the cutoff condition is satisfied when the battery temperature becomes equal to or higher than the temperature threshold.
  • the interruption condition regarding the battery temperature is 70 ° C. or more (temperature threshold is 70 ° C.).
  • temperature threshold is 70 ° C.
  • the cutoff condition is satisfied regardless of the discharge current.
  • the shut-off conditions for type A battery temperature are 100 ° C. or higher (temperature threshold 100 ° C.), type B is 80 ° C. or higher (temperature threshold 80 ° C.), type D is 60 ° C.
  • the temperature threshold is 50 ° C. or more (temperature threshold 50 ° C.), and the height of the determined temperature threshold is gradually decreased in the order of types A, B, C, D, and E. This is because the rated temperature of type A is the highest, and then the rated temperature gradually decreases in the order of types B, C, D, and E.
  • types A to E have different battery pack capacities, and the capacities are in the relationship of A> B> C> D> E.
  • capacitance changes with the difference in the magnitude
  • the temperature threshold of a battery pack (battery type C) with a small capacity is set to a value smaller than the temperature threshold value of a battery pack (battery type A) with a large capacity (for example, 2 parameters).
  • the temperature threshold is reduced.
  • the interruption condition related to the discharge current is not simply whether or not the discharge current exceeding the overcurrent threshold, that is, overcurrent, but the degree of overcurrent and the period during which the overcurrent continues to flow (overcurrent continuation period) It is defined by two factors. 3 s, 3 s, and 0.1 s shown in FIG. 3 indicate an allowable overcurrent duration (allowable discharge time or predetermined time) determined according to the overcurrent level. The interruption condition is satisfied when an allowable overcurrent continuation period determined in accordance with is passed.
  • the overcurrent threshold of the battery pack (battery type C) with a small capacity (for example, 1 para) is set to a value smaller than the overcurrent threshold of the battery pack (battery type A) with a large capacity (for example, 2 para). Yes. Accordingly, for example, in the case of a tool that performs continuous work such as a grinder, the use of a 1-para battery pack having a larger load on each battery cell than a 2-para battery pack is restricted (the overcurrent threshold is reduced). Thereby, deterioration of a battery pack can be suppressed.
  • the interruption condition relating to the discharge current is an example of a predetermined condition relating to the discharge current in the present invention.
  • the allowable overcurrent duration is an example of the predetermined period of the present invention.
  • the overcurrent level is classified into three stages in all battery types A to E, and the allowable overcurrent is increased as the overcurrent level increases.
  • the duration is getting shorter. This is because the higher the degree of overcurrent and the longer the overcurrent duration, the greater the risk of battery pack deterioration or failure.
  • the allowable overcurrent duration is 10 s at a relatively low overcurrent of 20 A or more and less than 40 A, and the medium overcurrent is 40 A or more and 60 A.
  • the overcurrent continuation period allowed is less than 3 s, and the overcurrent continuation period allowed is 60 s, which is a relatively high overcurrent, and is 0.1 s.
  • blocking conditions regarding the discharge current with respect to battery types A, B, C, and E are as having shown in the interruption
  • a current value of 20 A or more and less than 40 A is an example of the first current value of the present invention
  • a current value of 40 A or more and less than 60 A is an example of the first current value and the second current value of the present invention
  • 10s is an example of the first period of the present invention
  • 3s is an example of the first period and the second period of the present invention
  • 0.1s is an example of the second period of the present invention.
  • the overcurrent threshold is set to 70A for type A, 50A for type B, 30A for type C, 20A for type D, and 10A for type E.
  • the magnitude of the overcurrent threshold is set to type A, It is gradually lower in the order of B, C, D, E. This is because the rated discharge current of type A is the largest, and then the rated discharge current gradually decreases in the order of types B, C, D, and E.
  • the battery sets in the type A and B battery packs have a battery set having a configuration in which two battery cells connected in series are connected in parallel.
  • step 201 when the user operates the switch 15 with the battery pack 2 connected to the electric power tool 1 to turn on the switch 15, the discharge control by the control unit 14 is started.
  • the reference voltage Vcc is generated in the electric power tool 1.
  • the reference voltage Vcc is divided by the voltage dividing resistor 18 and the battery type determining resistor 26 of the battery pack 2, and the battery type determining voltage appears at the voltage dividing point 18a.
  • the battery type determination voltage is 2.5V.
  • step 202 the control unit 14 detects the battery type discrimination voltage that appears at the voltage dividing point 18a.
  • step 203 the control unit 14 determines the battery type (for example, the capacity of the battery pack) based on the battery type determination table of FIG. In the present embodiment, the control unit 14 determines that the battery type determination voltage is within the voltage range of 2.0V to 3.0V, and determines that the battery type of the battery pack 2 is type C.
  • a blocking condition is set according to the battery type of the battery pack 2 determined in step 204.
  • the control unit 14 sets the blocking condition used for the type C battery pack with reference to the blocking condition table of FIG. 4 stored in the ROM of the storage unit.
  • the drive of the motor 11 is started in step 205.
  • the motor 11 is driven by the control unit 14 outputting a high signal to the gate of the FET 13, turning the FET 13 on, and continuously outputting the high signal to keep the FET 13 on.
  • the discharge current and the battery temperature are detected in step 206.
  • the detection of the discharge current is performed using the shunt resistor 16, and the current value of the discharge current is calculated from the voltage drop value of the shunt resistor 16.
  • the battery temperature is detected using the divided voltage at the voltage dividing point 17a, that is, the battery temperature signal.
  • the battery type of the battery pack 2 is type C (single-sized battery pack having a small capacity)
  • the battery temperature is less than 70 ° C. and 30 A or higher.
  • the discharge current (overcurrent) of less than 60A continuously flows for 10s or more the battery temperature is less than 70 ° C
  • the discharge current (overcurrent) of 60A or more and less than 80A continuously flows for 3s or more the battery temperature Is below 70.degree. C. and the discharge current (overcurrent) of 80 A or more continuously flows for 0.1 s or longer.
  • step 207 If it is determined in step 207 that the cutoff condition is satisfied (Yes in step 207), the discharge current is cut off in step 211 and the motor 11 is stopped.
  • the interruption of the discharge current and the stop of the motor 11 are performed by stopping the high signal output from the control unit 14 to the FET 13, in other words, by outputting a low signal and turning off the FET 13.
  • the discharge control by the control unit 14 ends, and the discharge of the battery pack 2 stops.
  • step 207 When it is determined in step 207 that the cutoff condition is not satisfied (No in step 207), the motor 11 is continuously driven, and in step 208, the battery set voltage is detected.
  • the battery voltage is detected by measuring the voltage across the battery set 21 applied between the plus terminal 12A and the minus terminal 12B.
  • step 209 After the battery voltage is detected, it is determined in step 209 whether or not the battery group voltage is less than 10.0V. When it is determined in step 209 that the battery assembly voltage is not less than 10.0 V (No in step 209), the process returns to step 205 and the drive of the motor 11 is continued.
  • Step 210 when the battery set voltage is less than 10.0 V (Yes in Step 209), it is determined in Step 210 whether or not a discharge stop signal is output from the battery pack 2. When the discharge stop signal is not output (No in Step 210), the process returns to Step 205 and the driving of the motor 11 is continued.
  • step 210 when the discharge stop signal is output (Yes in step 210), the motor 11 is stopped in step 211.
  • Steps 209 and 210 are steps for determining whether or not the battery set 21 of the battery pack 2 is in an overdischarged state. When the determination on the electric power tool 1 side matches the determination on the battery pack 2 side ( When both step 209 and step 210 are Yes), the discharge current is cut off.
  • Step 205 to Step 210 it is determined whether or not the discharge current should be interrupted using the interrupting condition corresponding to the battery type of the battery pack 2 every time Step 207 is passed.
  • Step 207 the motor 11 is continuously driven while it is determined whether or not the battery pack 2 is in an overdischarged state.
  • the discharge control by the control unit 14 ends.
  • the control unit 14 in the electric power tool 1 should discriminate the battery type of the connected battery pack 2 and detect the discharge current flowing through the motor 11 to cut off the discharge current.
  • the discharge current is cut off when a cut-off condition for determining whether or not there is, and the cut-off condition is changed according to the battery type of the connected battery pack.
  • an appropriate blocking condition can be set for each of the battery packs of different battery types, each battery pack can be appropriately protected, and the performance of each battery pack can be sufficiently exhibited. it can. That is, according to the electric tool 1 according to the embodiment of the present invention, appropriate discharge control can be performed for each of the battery packs having different battery types.
  • control part 14 detects the battery temperature of the battery pack 2, and when the battery temperature which has a great influence on deterioration or failure of the battery pack 2 becomes more than a temperature threshold value, is the interruption condition regarding the discharge current satisfied? The discharge current can be cut off regardless of whether or not. For this reason, deterioration or failure of the battery pack 2 can be further suppressed.
  • blocking conditions regarding the discharge current in the electric tool 1 are satisfy
  • the allowable overcurrent duration is a relatively low overcurrent (30 A or more and less than 60 A in Type C) in which the discharge current is equal to or higher than the overcurrent threshold (30 A in Type C).
  • 10 s which is a medium overcurrent larger than a relatively low overcurrent (60 A or more and less than 80 A in Type C), which is 3 s shorter than 10 s and larger than a medium overcurrent
  • the overcurrent is high enough (80 A or more in type C)
  • it is 0.1 s shorter than 3 s.
  • the discharge current can be cut off in a shorter period.
  • the discharge current that greatly exceeds the overcurrent threshold is cut off in a short period of time, and deterioration or failure of the battery pack can be appropriately suppressed, and the discharge current that slightly exceeds the overcurrent threshold is overcurrent. Since it can flow for a period longer than the discharge current that greatly exceeds the threshold, work efficiency can be improved.
  • An electric power tool 101 shown in FIG. 5 is a disc grinder, and an electric tool that enables grinding work by rotating an output part in a state where a disc grindstone (not shown) is attached to an output part (not shown). It is a tool.
  • the discharge control is performed by a microcomputer (not shown) mounted on a circuit board (not shown), which will be described later, and the contents of the discharge control are the same as those performed by the control unit 14 in the electric tool 1. Omitted.
  • the configuration inside the housing 102 in the electric power tool 101 will be described, and for the convenience of the description, the directions of the arrows shown in FIGS.
  • the electric power tool 101 includes a housing 102 that forms an outline of the electric tool 101, and a battery mounting portion formed in a shape that can be connected to a battery pack (not shown) at the rear end of the housing 102. 107 is provided.
  • the battery mounting portion 107 has a connection terminal 108 configured to be connectable to the battery side terminal portion of the battery pack in a state where the battery pack is attached.
  • the power of the battery pack can be supplied to the electric power tool 101 by connecting the connection terminal 108 and the battery side terminal portion.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional side view showing the rear part of the electric power tool 101.
  • the battery mounting part 107 and the connection terminal 108 are examples of the battery connection part of the present invention.
  • a brushless motor 103 In addition, a brushless motor 103, a power switch 104, a control unit 105, and a remaining amount display unit 106 are accommodated in the housing 102.
  • the brushless motor 103 is a three-phase brushless DC motor including a rotor having a permanent magnet, a stator having a three-phase winding, and a rotating shaft fixed to the rotor so as to be coaxially rotatable.
  • the brushless motor 103 is housed inside the rear portion of the housing 102 so that the direction in which the rotation shaft extends is the front-rear direction.
  • a Hall sensor substrate 103 ⁇ / b> A is attached to the rear end portion of the brushless motor 103.
  • the hall sensor substrate 103 ⁇ / b> A is used for detecting the position of the rotor of the brushless motor 103.
  • the brushless motor 103 is an example of the motor of the present invention.
  • the power switch 104 is a switch mechanism that allows / cuts off the discharge current flowing through the brushless motor 103 and is housed behind the hall sensor substrate 103 ⁇ / b> A inside the housing 102.
  • the control unit 105 includes a circuit board case 105A, a heat radiation fin 105B, a circuit board (not shown), and six FETs (not shown).
  • a microcomputer that performs discharge control in the electric power tool 101 is mounted on the circuit board.
  • the circuit board case 105 ⁇ / b> A is provided behind the power switch 104 inside the housing 102.
  • the circuit board case 105A has a tank shape with an open front end, and has a substantially rectangular shape when viewed in the front-rear direction.
  • a circuit board (not shown) and six FETs are accommodated in the circuit board case 105A.
  • the circuit board case 105A is filled with urethane resin, and the circuit board and the six FETs are fixed by the urethane resin.
  • the control unit 105 functions as current detection means, interruption control means, battery type determination means, and battery temperature detection means of the present invention, and the circuit board case 105A is an example of a storage case of the present invention.
  • the radiating fin 105B is configured to extend in the front-rear direction, and is provided in close contact with the six FETs.
  • the six FETs are cooled by the radiation fins 105B.
  • a remaining amount display unit 106 is accommodated behind and below the control unit 105.
  • the remaining amount display unit 106 includes a liquid crystal portion that displays the remaining amount of the connected battery pack, and the liquid crystal portion is configured to be visible from the opening of the housing 102.
  • Two positive and negative power supply leads 109, a plurality of control leads 110, and a plurality of display leads 111 extend from the circuit board.
  • the two power supply leads 109 and the plurality of control lead wires 110 once extend forward from the circuit board and bend backward, pass through the right side of the right side surface of the circuit board case 105A, and are located behind the circuit board case 105A.
  • the connection terminal 108 is connected.
  • the plurality of display lead wires 111 are once extended forward from the circuit board and bent backward, passing through the left side of the left side surface of the circuit board case 105A and passing through the circuit board case.
  • the remaining amount display unit 106 is connected to the rear and lower side of 105A.
  • FIG. 6 is a left side view showing the control unit 105.
  • a right rib portion 105C is provided on the right side surface of the circuit board case 105A (FIGS. 5, 7, and 8), and a left rib portion 105D is provided on the left side surface. (FIGS. 6 and 7).
  • 7 is a rear view showing the control unit 105
  • FIG. 8 is a partially enlarged view of FIG. 7 showing the right rib portion 105C.
  • the right rib portion 105C extends from the circuit board and has two power supply leads 109 and a plurality of control lead wires 110 connected to the connection terminal 108 on the right side surface of the circuit board case 105A. This is a portion that is held in contact with the first right rib 112, the second right rib 113, the third right rib 114, and the fourth right rib 115.
  • the left rib portion 105D is a portion for holding a plurality of display lead wires 111 extending from the circuit board and connected to the remaining amount display portion 106 in contact with the left side surface of the circuit board case 105A.
  • the first left rib 116 and the second left rib 117 are provided.
  • the first right rib 112 will be described.
  • the first right rib 112, the second right rib 113, the third right rib 114, the fourth right rib 115, the first left rib 116, and the second left rib 117 are different in size, but are substantially the same or symmetrical. Therefore, the description of the ribs other than the first right rib 112 is omitted.
  • the first right rib 112 includes a parallel portion 112A and a curved portion 112B.
  • the parallel portion 112A extends in the vertical direction in parallel with the right side surface of the circuit board case 105A, and has the same dimension as the longitudinal length of the circuit board case 105A.
  • the parallel portion 112A holds the power supply lead 109 in cooperation with the right side surface of the circuit board case 105A.
  • the curved portion 112B is a portion that connects the upper portion of the parallel portion 112A and the circuit board case 105A.
  • the curved portion 112B extends rightward from the right side surface of the circuit board case 105A, curves downward as it goes rightward, and has the same dimension as the longitudinal length of the circuit board case 105A.
  • the curved portion 112 ⁇ / b> B regulates the upward movement of the power supply lead 109.
  • the power tool 101 includes the circuit board case 105A that accommodates the circuit board, and the circuit board passes through the two power supply leads 109 and the plurality of control leads 110. Connected to the battery pack.
  • the circuit board case 105 ⁇ / b> A has a right rib portion 105 ⁇ / b> C that holds two power supply leads 109 and a plurality of control leads 110. For this reason, since the two power supply leads 109 and the plurality of control lead wires 110 that connect the circuit board and the battery pack are held in the circuit board case 105A, the power supply lead 109 and the control lead wire 110 are disconnected due to vibration. Can be suppressed, and the assemblability can be improved.
  • the interruption condition related to the battery temperature is set as a temperature threshold, and when the battery temperature is equal to or higher than the temperature threshold, the interruption condition is satisfied and the discharge current is interrupted.
  • blocking conditions regarding discharge current according to the grade of battery temperature may be sufficient instead of interrupting
  • the degree of overcurrent is classified into three stages, but is not limited to this, and may be five stages or ten stages. In this case, finer discharge control is possible, and more appropriate discharge control is possible.
  • the present invention there are five types of determination of the battery type of the battery pack.
  • the present invention is not limited to this, and may be increased as long as the control unit 14 can determine. In this case, appropriate discharge control can be performed for more types of battery packs.

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Abstract

電池種の異なる電池パックのそれぞれに対して適切な放電制御が可能な電動工具を提供するため、第1電池パックと、該第1電池パックよりも容量が小さい第2電池パックと、の一方が着脱可能な電池接続部と、該電池パックの電力によって駆動するモータと、該電池パックから該モータに流れる放電電流を検出する電流検出手段と、該放電電流が電流閾値以上になった場合に該放電電流を遮断する遮断制御手段と、該電池接続部に接続された該電池パックを判別する電池種判別手段と、を備え、該第2電池パックが接続された場合の該電流閾値は、該第1電池パックが接続された場合の該電流閾値より小さい。

Description

電動工具
本発明は、電池パックと接続可能な電動工具に関する。
従来から、電池パックの電力を用いてモータを駆動させて所定の作業を行う電動工具が広く使用されている。このような電動工具において、定格放電電流、定格温度等が互いに異なる複数種類の電池パック、すなわち、電池種の異なる電池パックと接続可能であり、且つ、電池パックの温度を検出して当該温度が所定温度を超えた場合に電池パックの放電を停止する放電制御を行う電動工具が知られている(特許文献1)。
特開2003-157905号公報
しかしながら、上述の電動工具において、接続可能な全ての電池パックの劣化、故障を抑制するため、放電を停止させるための所定温度を、接続可能な全ての電池パックの定格温度の中で最も低い温度を基準として設定した場合であって、接続可能な電池パックの中で定格温度が比較的高い電池パックが接続された場合には、放電を停止させる必要がない温度で放電を停止してしまい、当該電池パックの本来の性能を十分に発揮させることができず、適切な放電制御をすることができない。また仮に、上述の電動工具において、定格温度が比較的高い電池パックの性能を十分に発揮させるために、定格温度が比較的高い電池パックを基準に放電を停止させる所定温度を設定した場合には、定格温度が比較的低い電池パックに対して適切な保護がなされず適切な放電制御を行うことができない。このように、特許文献1に記載の電動工具においては、電池種の異なる電池パックのそれぞれに対して適切な放電制御を行うことができないという問題があった。
そこで本発明は、電池種の異なる電池パックのそれぞれに対して適切な放電制御を行うことができる電動工具を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明は、第1電池パックと、該第1電池パックよりも容量が小さい第2電池パックと、の一方が着脱可能な電池接続部と、該電池パックの電力によって駆動するモータと、該電池パックから該モータに流れる放電電流を検出する電流検出手段と、該放電電流が電流閾値以上になった場合に該放電電流を遮断する遮断制御手段と、該電池接続部に接続された該電池パックを判別する電池種判別手段と、を備え、該第2電池パックが接続された場合の該電流閾値は、該第1電池パックが接続された場合の該電流閾値より小さいことを特徴とする電動工具を提供する。
このような構成によると、接続された電池パックの電池種(電池セルの接続形態)に応じて放電電流を制限することができるため、それぞれの電池パックを適切に保護し、且つ、それぞれの電池パックの性能を十分に発揮させることができる。
上記構成において、該放電電流が該電流閾値以上になった場合に、所定経過後に該放電電流を遮断するように構成され、該放電電流が大きい程、該所定時間は短いことが好ましい。
このような構成によると、より大きい放電電流が流れている場合には、より短い期間で放電電流を遮断することができる。これにより、電池パックの劣化又は故障を適切に抑制することができ、且つ、過電流閾値を僅かに超える程度の放電電流は過電流閾値を大幅に超える放電電流よりも長い期間流せるため、作業効率を向上させることができる。
また、該電池パックの電池温度を検出する電池温度検出手段を更に備え、該電池温度が温度閾値以上である場合、該放電電流を遮断するように構成され、該第2電池パックの該温度閾値は、該第1電池パックの該温度閾値より小さいことが好ましい。
このような構成によると、電池温度に基づいて放電電流を遮断することができる。このため、より電池パックの劣化又は故障を抑制することができる。
上記課題を解決するために本発明はさらに、電池パックが着脱可能な電池接続部と、該電池パックの電力によって駆動するモータと、該電池パックから該モータに流れる放電電流を検出する電流検出手段と、該電池パックの電池温度を検出する電池温度検出手段と、該放電電流に関する所定条件が満たされた場合に該放電電流を遮断する遮断制御手段と、該電池接続部に接続された該電池パックの電池種を判別する電池種判別手段と、を備え、該所定条件は、該電池種に応じて変更され、該電池温度が温度閾値以上である場合に該放電電流を遮断すると共に、該電池温度が該温度閾値未満の場合には、放電電流の大きさに応じて放電許容時間を変更することを特徴とする電動工具を提供する。
上記構成において、該放電電流が大きい程、放電許容時間を短くすることが好ましい。
また、上記課題を解決するために本発明は、電池パックが着脱可能な電池接続部と、該電池パックの電力によって駆動するモータと、該電池パックから該モータに流れる放電電流を検出する電流検出手段と、該放電電流に関する所定条件が満たされた場合に該放電電流を遮断する遮断制御手段と、該電池接続部に接続された該電池パックの電池種を判別する電池種判別手段と、を備え、該所定条件は、該電池種に応じて変更されることを特徴とする電動工具を提供する。
このような構成によると、接続された電池パックの電池種に応じて放電電流に関する所定条件を変更し、当該電池種に応じた放電電流に関する所定条件を用いて放電電流を遮断することができる。このため、電池種の異なる電池パックのそれぞれに対して適切な放電電流に関する所定条件を設定することができ、それぞれの電池パックを適切に保護し、且つ、それぞれの電池パックの性能を十分に発揮させることができる。すなわち、電池種の異なる電池パックのそれぞれに対して適切な放電制御を行うことができる。
上記構成において、該電池パックの電池温度を検出する電池温度検出手段を更に備え、該遮断制御手段は、該電池温度が温度閾値以上である場合、該所定条件が満たされているか否かにかかわらず該放電電流を遮断することが好ましい。
このような構成によると、電池パックの劣化又は故障に多大な影響を与える電池温度が温度閾値以上になった場合、所定条件が満たされているか否かにかかわらず放電電流を遮断することができる。このため、より電池パックの劣化又は故障を抑制することができる。
また、該所定条件は、該放電電流が過電流閾値以上である状態が所定期間継続した場合に満たされることが好ましい。
このような構成によると、放電電流が過電流閾値以上である状態となり、且つ、当該状態が所定期間継続した場合に、放電電流が遮断される。したがって、所定期間を適切に定めることにより、放電電流が一瞬だけ過電流閾値以上となった場合(モータ起動時)等に、放電電流を遮断せず放電を継続、すなわち、作業を継続することができ、作業効率を向上させることができる。
また該所定期間は、該放電電流が該過電流閾値以上である第1電流値である場合に第1期間であり、該放電電流が該第1電流値よりも大きい第2電流値である場合には該第1期間よりも短い第2期間であることが好ましい。
このような構成によると、過電流閾値以上の放電電流が流れている状態において、より大きい放電電流が流れている場合には、より短い期間で放電電流を遮断することができる。これにより、過電流閾値を大幅に超える放電電流は短い期間で遮断され、電池パックの劣化又は故障を適切に抑制することができ、且つ、過電流閾値を僅かに超える程度の放電電流は過電流閾値を大幅に超える放電電流よりも長い期間流せるため、作業効率を向上させることができる。
また、該遮断制御手段を収容する収容ケースを更に備え、該遮断制御手段は、リード線を介して該電池パックと接続され、該収容ケースは、該リード線を保持するリブ部を有することが好ましい。
このような構成によると、遮断制御手段と電池パックとを接続するリード線が収容ケースに保持されるため、振動によるリード線の断線を抑制でき、且つ、組立性を向上させることができる。
本発明によれば、電池種の異なる電池パックのそれぞれに対して適切な放電制御が可能な電動工具を提供することができる。
本発明の実施の形態による電動工具、及び、電動工具に接続された電池パックの電気的構成を示すブロック図を含む回路図である。 本発明の実施の形態による電動工具における電池種判別テーブルである。 本発明の実施の形態による電動工具における遮断条件テーブルである。 本発明の実施の形態による電動工具の制御部による放電制御を示すフローチャート。 本発明の実施の形態の変形例による電動工具の後部を示す部分断面側面図である。 本発明の実施の形態の変形例による電動工具の制御ユニットを示す左側面図である。 本発明の実施の形態の変形例による電動工具の制御ユニットを示す背面図である。 本発明の実施の形態の変形例による電動工具における回路基板ケースの右リブ部を示す図7の部分拡大図である。
以下、図1乃至図4に基づいて本発明の実施の形態による電動工具1について説明する。電動工具1は、ディスクグラインダ等に代表される図示せぬ出力部に取付けられた先端工具が回転する電動式の工具である。電動工具1は、電池パック2が着脱可能に構成されており、電池パック2を電源としてモータ11が回転駆動し、図示せぬ出力部が回転することで、図示せぬ先端工具が回転し作業可能となる。また電動工具1は、電池パック2以外の種類の電池パック、言い換えれば、電池パック2とは電池種の異なる電池パックをも接続可能である。電池種については後述する。図1は、電動工具1及び電池パック2の電気的構成を示すブロック図を含む回路図であり、電動工具1と電池パック2とが接続された状態を示している。
以下の説明において、具体的な数値に言及した場合、例えば、時間について「5s」等のように言及した場合、当該数値と完全に一致する場合だけでなく、当該数値と略同一である場合も含むものとする。また、位置関係等に言及した場合、例えば、平行、直交、反対等のように言及した場合、完全に平行、直交、反対等である場合だけでなく、略平行、略直交、略反対等である場合を含むものとする。
最初に電動工具1の駆動電源となる電池パック2について説明する。図1に示されているように電池パック2は、電池組21と、電池側端子部22と、保護IC23とを主に備えている。また電池パック2は、図示せぬケーシングを備えており、当該ケーシングには電動工具1と接続可能な工具接続部が形成されている。
電池組21は、電池セル21Aを直列に4セル接続した組であり、電池パック2の図示せぬケーシングに収容されている。電池組21の中で最も電位の高い電池セル21Aのプラス端子は、電池側端子部22に接続されている。電池組21の中で最も低い電池セル21Aのマイナス端子は、シャント抵抗24を介してグランド及び電池側端子部22に接続されている。また、それぞれの電池セル21Aのプラス端子及びマイナス端子は、保護IC23に接続されており、保護IC23によって4セル全ての電圧が個別に監視されている。本実施の形態において、電池セル21Aは、リチウム二次電池であり、定格電圧は3.6Vである。また電池パックの電池種は、種別Cである。
ここで、電池パックの電池種について説明する。電池種とは、電池パックの分類であり、電池パックが内蔵している電池組の特性をもって分類される。また電池組の特性とは、電池組全体で見た場合の定格電圧、定格放電電流、定格温度、定格電圧に基づく過放電閾値、定格放電電流に基づく過電流閾値、定格温度に基づく許容最高温度等などの充放電制御において考慮すべき電池組全体が有する特性である。したがって、電池種が異なれば当該特性、すなわち過電流閾値、許容最高温度なども異なり、電池種が同一であれば当該特性も同一である。また電池種が判明すれば、当該特性が判明する。
具体的には、電池組が備えている電池セルのセル数、接続構成すなわち並列接続の数及び直列接続の数、1セル当りの定格電圧、定格放電電流、許容最高温度等が異なるものは、電池種が異なる。例えば、1セル当たりの定格電圧が同一で且つ電池組が当該電池セルを6個有する場合であっても、当該電池セルを3セル直列に接続し並列接続されていない構成の電池組を有する電池パック(1パラ)と、当該電池セルを3セル直列に接続した組を2組並列に接続した構成の電池組を有する電池パック(2パラ)と、当該電池セルを2セル直列に接続した組を3組並列に接続した構成の電池組を有する電池パック(3パラ)と、当該電池セルを6セル直列に接続した構成の電池組を有する電池パックとは、互いに電池組全体における定格電圧、定格放電電流等の特性が異なるため、電池種が異なる。また、電池セルの大きさが異なる場合も電池種が異なり、例えば並列接続する電池セルの数(パラ数)や電池セルの大きさの違いによって電池パックの容量が異なる場合も電池種が異なる。
電池側端子部22は、図示せぬケーシングの接続部に設けられており、放電プラス端子22Aと、放電マイナス端子22Bと、温度信号端子22Cと、停止信号端子22Dと、電池種判別端子22Eとを備えている。電動工具1に電池パック2が接続された場合、放電プラス端子22A、放電マイナス端子22B、温度信号端子22C、停止信号端子22D、電池種判別端子22Eの5つの端子が電動工具1に設けられた所定の端子部と接続される。
放電プラス端子22Aは、電池組21の中で最も電位の高い電池セル21Aのプラス端子と接続されている。放電プラス端子22Aは、電池パック2が電動工具1に接続された場合、電動工具1に設けられた放電電流を流すための放電路に接続される放電用の端子である。放電時、電池組21(電池セル21A)の電力は、放電プラス端子22Aを介して電動工具1に供給される。
放電マイナス端子22Bは、電池組21の中で最も電位の低い電池セル21Aのマイナス端子にシャント抵抗24を介して接続されており、且つグランドに接続されている。放電マイナス端子22Bは、電池パック2が電動工具1に接続された場合、電動工具1の放電路に接続される。シャント抵抗24は、充放電時に電池組21を流れる電流を検出するために用いられる抵抗であり、その両端は保護IC23に接続されている。
温度信号端子22Cは、電池セル21Aの近傍に配置されたサーミスタ25を介してグランドに接続されている。温度信号端子22Cは、サーミスタ25の抵抗値が変化する特性を利用して、電池パック2の電池温度(電池組21の温度)を示す電池温度信号を電動工具1に出力する。
停止信号端子22Dは、保護IC23に接続されており、保護IC23が出力する放電停止信号を電動工具1に出力する。
電池種判別端子22Eは、電池種判別抵抗26を介してグランドに接続されている。電池種判別抵抗26は、電池種毎に決められた固有の抵抗値を有している。電池パック2が電動工具1に接続された場合に、電動工具1は電池種判別抵抗26の抵抗値を読取り、電池パック2の電池種を判別する。電動工具1による電池種の判別の詳細については後述する。
保護IC23は、電池組21を構成する電池セル21Aのそれぞれの電圧を個別に監視するICである。保護IC23は、過放電状態であると判断される電池セル21Aが一つでも存在した場合、放電停止信号を停止信号端子22Dから電動工具1に出力する。また保護IC23は、シャント抵抗24の電圧降下の値を取込み、当該電圧降下の値から電流の値を算出する。
次に、電動工具1について説明する。図1に示されているように電動工具1は、モータ11と、工具側端子部12と、FET13と、制御部14とを主に備えている。また電動工具1は、図示せぬハウジングを備えている。
モータ11は、図示せぬハウジングに収容されており、スイッチ15を介して工具側端子部12に接続されている。モータ11は、工具側端子部12を介して供給される電池パック2の電力によって駆動する。スイッチ15は、ユーザによって操作されるスライド式のスイッチであり、オン状態において工具側端子部12とモータ11とを接続状態とし、オフ状態において非接続状態とする。すなわち、スイッチ15はオン状態でモータ11に電池パック2からの放電電流が流れることを許容し、オフ状態で当該放電電流を遮断する。
工具側端子部12は、図示せぬハウジングに形成された電池パック2が着脱可能な電池装着部に形成されており、プラス端子12Aと、マイナス端子12Bと、温度端子12Cと、信号端子12Dと、判別端子12Eとを備えている。
プラス端子12Aは、電動工具1に電池パック2が接続された状態で、電池パック2の放電プラス端子22Aと接続される端子である。またプラス端子12Aは、スイッチ15を介してモータ11及び制御部14と接続されている。電池装着部及び工具側端子部12は、本発明の電池接続部の一例である。
マイナス端子12Bは、電池パック2の放電プラス端子22Bと接続される端子であり、シャント抵抗16及びFET13を介してモータ11に接続されている。シャント抵抗16は、モータ11を流れる放電電流を検出するための抵抗であり、その一端は制御部14に接続されている。制御部14は、シャント抵抗16の電圧降下の値を取込み、当該電圧降下の値から放電電流の値を算出する。シャント抵抗16及び制御部14は、本発明の電流検出手段として機能する。
また、プラス端子12A及びマイナス端子12Bが電池パック2の放電プラス端子22A及び放電マイナス端子22Bにそれぞれ接続されることで、電池組21とモータ11とを接続し且つモータ11に放電電流を流す放電路が形成される。
温度端子12Cは、電池パック2の温度信号端子22Cと接続される端子である。また温度端子12Cは、分圧抵抗17を介して基準電圧Vccに接続されている。温度端子12Cと電池パック2の温度信号端子22Cとが接続された状態では、基準電圧Vccと電池パック2のグランドとが分圧抵抗17及びサーミスタ25を介して接続された状態となる。当該状態において基準電圧Vccは、分圧抵抗17及びサーミスタ25によって分圧され、分圧電圧は分圧抵抗17と温度端子12Cとの間の接続点すなわち分圧点17aに現れる。分圧点17aに現れた分圧電圧は、分圧点17aに接続されている制御部14に電池温度信号として出力される。制御部14は分圧点17aの分圧電圧すなわち電池温度信号に基づいて電池パック2の電池温度を算出する。なお、本実施の形態において基準電圧Vccは5Vであり、分圧抵抗17の抵抗値は10kΩである。温度端子12C及び制御部14は、本発明の電池温度検出手段として機能する。
信号端子12Dは、電池パック2の停止信号端子22Dと接続される端子である。また信号端子12Dは制御部14に接続されている。電池パック2の保護IC23が放電停止信号を出力した場合、放電停止信号は信号端子12D及び電池パック2の停止信号端子22Dを介して制御部14に入力される。
判別端子12Eは、電池パック2の電池種判別端子22Eと接続される端子である。また判別端子12Eは、分圧抵抗18を介して基準電圧Vccに接続されている。判別端子12Eと電池パック2の電池種判別端子22Eとが接続された状態では、基準電圧Vccと電池パック2のグランドとが分圧抵抗18及び電池種判別抵抗26を介して接続された状態となる。当該状態において基準電圧Vccは、分圧抵抗18及び電池種判別抵抗26によって分圧され、分圧電圧は分圧抵抗18と判別端子12Eとの間の接続点すなわち分圧点18aに現れる。分圧点18aに現れた分圧電圧は、電池パック2の電池種を判別するための電池種判別電圧であり、当該電池種分圧電圧は分圧点18aに接続されている制御部14に出力される。制御部14は、分圧点18aの分圧電圧すなわち電池種判別電圧に基づいて電池種判別抵抗26の抵抗値を読取ることで、電池パック2の電池種を判別する。電池パック2の電池出と電池種判別抵抗26の抵抗値と分圧点18aの分圧電圧との関係の詳細については後述する。なお、本実施の形態において分圧抵抗18の抵抗値は、10kΩである。判別端子12E及び制御部14は、本発明の電池種判別手段として機能する。
FET13は、P型チャネルの電界効果トランジスタであり、そのドレインはモータ11に接続され、ソースはシャント抵抗16を介してマイナス端子12Bに接続され、ゲートは制御部14に接続されている。FET13は、そのゲートに制御部14から電圧信号(ハイ信号)が出力されている期間はオン状態となり、当該電圧信号が出力されていない期間はオフ状態となる。すなわち、FET13及びスイッチ15がそれぞれオン状態である場合に、モータ11に放電電流が流れ駆動し、いずれか一方でもオフ状態となった場合には、モータ11に放電電流は流れず駆動を停止する。制御部14は、FET13のオフ状態とすることでモータ11に流れる放電電流を遮断することができる。
制御部14は、放電制御に用いる放電制御プログラム、各種データに基づいて演算を行う図示せぬ中央処理装置(CPU)を有する演算部と、当該放電制御プログラム、各種データ、各種閾値等を記憶するための図示せぬROM及びデータを一時記憶するための図示せぬRAMを有する記憶部と、時間を計測するタイマとを主に備えている。なお、本実施の形態において、制御部14はマイコンである。
次に、図2乃至図4に基づいて制御部14による放電制御について説明する。制御部14は、放電制御プログラムに従って、接続された電池パックの電池種を判別し、判別された電池パックの電池種に最も適した遮断条件を設定し、遮断条件を満たした場合に放電電流を遮断して電池パックを保護する放電制御を行う。図2及び図3は、制御部14の記憶部に予め記憶された電池種判別テーブル及び遮断条件テーブルであり、図4は放電制御プログラムに基づいて行われる放電制御を示すフローチャートである。制御部14は、本発明の遮断制御手段として機能する。
なお、遮断条件とは、放電電流を遮断すべき状態であるか否かを判定するための条件であり、電池パックの特性すなわち定格放電電流、定格温度等と密接に関係しており、電池種が異なれば遮断条件も異なる。また放電電流を遮断すべき状態とは、当該状態が継続すると電池パックの電池組(電池セル)が急激に劣化する虞が大きい状態であり、放電電流を遮断して作業効率よりも電池パックの保護を優先させるべき状態である。
ここで、制御部14による電池種の判別について説明する。制御部14は、電池種判別電圧を検出し、記憶部のROMに記憶された図2の電池種判別テーブルを参照することで、電池種の判別を行う。図2の電池種判別テーブルは、電池種と、電池種毎に固有の値を持つ電池種判別抵抗の抵抗値と、当該電池種判別抵抗と分圧抵抗18とで基準電圧Vccを分圧した場合の分圧点18aに現れる電池種判別電圧と、制御部14が電池種を判別するための電圧範囲との関係を示している。
例えば、図2に示されているように電池パックの電池種が種別Aである場合、当該電池パックは抵抗値1kΩの電池種判別抵抗を有している。種別Aの電池パックが電動工具1に接続された場合、基準電圧Vcc(5V)は抵抗値1kΩの電池種判別抵抗と抵抗値10kΩの分圧抵抗18とにより分圧され、制御部14に出力される電池種判別電圧は理論上、0.5Vである。
また制御部14は、入力された電池種判別電圧が0~1.0Vの電圧範囲にある場合、電池種が種別Aであると判別する。このように制御部14は、出力される電池種判別電圧の誤差を考慮して所定の電圧範囲をもって電池種を判別する。電圧範囲は、理論上出力される電池種判別電圧(種別Aであれば0.5V)を基準として±0.5Vの範囲に設定されている。電池種判別電圧に誤差が生じる理由としては、電池種判別抵抗の抵抗値の個体によるバラつき、気温等に起因する分圧抵抗18及び電池種判別抵抗の抵抗値の変動、基準電圧Vccの電圧変動等が挙げられる。
なお、図2に示されているように、電動工具1に接続された電池パックの電池種が種別Bである場合は、電池種判別抵抗は4.3kΩ、電池種判別電圧は理論上1.5Vであり、制御部14が種別Bを判別するために用いる電圧範囲は1.0V~2.0Vである。電池種が種別Cである場合は、電池種判別抵抗は10kΩ、電池種判別電圧は理論上2.5Vであり、制御部14が種別Cを判別するために用いる電圧範囲は2.0V~3.0Vである。電池種が種別Dである場合は、電池種判別抵抗は24kΩ、電池種判別電圧は理論上3.5Vであり、制御部14が種別Dを判別するために用いる電圧範囲は3.0V~4.0Vである。電池種が種別Eである場合は、電池種判別抵抗は91kΩ、電池種判別電圧は理論上4.5Vであり、制御部14が種別Eを判別するために用いる電圧範囲は4.0V~5.0Vである。
次に制御部14による遮断条件に設定について説明する。制御部14は、判別した電池パック2の電池種に応じて遮断条件を設定する。具体的には、制御部14は、記憶部のROMに記憶された図3の遮断条件テーブルを参照することで、判別した電池種に適した遮断条件を設定する。
図3の遮断条件テーブルは、電池種毎に定められた遮断条件を示している。図3に示されているように、遮断条件は、電池種毎に異なり、電池種毎にその特性を考慮して定められている。また遮断条件は、電池温度に関する遮断条件と、放電電流に関する遮断条件とを含んでいる。
まず、電池温度に関する遮断条件について説明する。図3に示されているように、種別A~Eの電池パックのそれぞれに対して、異なった温度閾値が設けられており、電池温度が当該温度閾値以上となった場合に遮断条件を満たす。例えば、電池パックの電池種が種別Cである場合、電池温度に関する遮断条件は70℃以上(温度閾値は70℃)である。言い換えれば、電池温度が70℃以上となった場合は、放電電流の如何にかかわらず遮断条件を満たす。なお、種別Aの電池温度に関する遮断条件は100℃以上(温度閾値100℃)、種別Bでは80℃以上(温度閾値80℃)、種別Dでは60℃以上(温度閾値60℃)、種別Eでは50℃以上(温度閾値50℃)であり、定められた温度閾値の高さは種別A、B、C、D、Eの順で徐々に低くなっている。これは、種別Aの定格温度が最も高く、次いで種別B、C、D、Eの順で定格温度が徐々に低くなっているからである。ここで、種別A~Eは電池パックの容量が異なっており、容量はA>B>C>D>Eの関係となっている。容量は電池セルの大きさの違いや、電池セルの接続方式によって異なり、並列に接続される電池セルの数が増えると容量が大きくなる。例えば、容量の小さい(例えば1パラ)の電池パック(電池種C)の温度閾値は、容量の大きい(例えば2パラ)の電池パック(電池種A)の温度閾値よりも小さい値に設定されている。これにより、例えば、グラインダのように連続作業を行う工具の場合、2パラの電池パックよりも各電池セルにかかる負荷が大きい1パラの電池パックの使用を制限する(温度閾値を小さくする)ことで、電池パックの劣化を抑制することができる。
次に、放電電流に関する遮断条件を説明する。図3に示されているように、種別A~Eの電池パックにそれぞれに対して、異なった放電電流に関する遮断条件が定められている。放電電流に関する遮断条件は、単純に過電流閾値以上の放電電流すなわち過電流が流れているか否かではなく、過電流の程度及び過電流が継続して流れている期間(過電流継続期間)の2つの要素によって定められている。図3に示されている10s、3s、0.1sは、過電流の程度に応じて定められた許容される過電流継続期間(放電許容時間又は所定時間)を示しており、過電流の程度に応じて定められた許容される過電流継続期間を経過した場合に遮断条件が満たされる。容量の小さい(例えば1パラ)の電池パック(電池種C)の過電流閾値は、容量の大きい(例えば2パラ)の電池パック(電池種A)の過電流閾値よりも小さい値に設定されている。これにより、例えば、グラインダのように連続作業を行う工具の場合、2パラの電池パックよりも各電池セルにかかる負荷が大きい1パラの電池パックの使用を制限する(過電流閾値を小さくする)ことで、電池パックの劣化を抑制することができる。放電電流に関する遮断条件は、本発明における放電電流に関する所定条件の一例である。また、許容される過電流継続期間は、本発明の所定期間の一例である。
また、図3に示されているように、種別A~Eのすべての電池種において過電流の程度は、3段階に分類されており、過電流の程度が高くなるに従って、許容される過電流継続期間が短くなっている。これは、過電流の程度が高く且つ過電流継続期間が長い程、電池パックの劣化又は故障の虞がより大きくなるからである。例えば、電池パックの電池種が種別Dである場合、比較的程度の低い過電流である20A以上40A未満では許容される過電流継続期間は10sであり、中程度の過電流である40A以上60A未満では許容される過電流継続期間は3sであり、比較的程度の高い過電流である60A以上では許容される過電流継続期間は0.1sである。なお、電池種A、B、C、Eに対する放電電流に関する遮断条件は、図3の遮断条件テーブルに示されたとおりである。種別Dにおいて、20A以上40A未満の電流値は本発明の第1電流値の一例、40A以上60A未満の電流値は本発明の第1電流値及び第2電流値の一例、60A以上の電流値は本発明の第2電流値の一例である。また種別Dにおいて、10sは本発明の第1期間の一例、3sは本発明の第1期間及び第2期間の一例、0.1sは本発明の第2期間の一例である。
また過電流閾値は、種別Aが70A、種別Bが50A、種別Cが30A、種別Dが20A、種別Eが10Aに定められており、定められた過電流閾値の大きさは、種別A、B、C、D、Eの順で徐々に低くなっている。これは、種別Aの定格放電電流が最も大きく、次いで種別B、C、D、Eの順で定格放電電流が徐々に小さくなっているからである。なお、種別A及びBの電池パックにおける電池組は直列に接続した電池セルを2組並列に接続した構成の電池組を有している。
次に、制御部14による放電制御の設定について図4のフローチャートを参照しながら説明する。
ステップ201において、電動工具1に電池パック2を接続した状態でユーザがスイッチ15を操作し、スイッチ15をオン状態とすると、制御部14による放電制御が開始される。このとき、電動工具1において基準電圧Vccが発生する。基準電圧Vccが発生すると、分圧抵抗18と電池パック2の電池種判別抵抗26とにより基準電圧Vccが分圧され、分圧点18aに電池種判別電圧が現れる。本実施の形態においては、電池パック2の電池種は種別Cであり、電池種判別抵抗26の抵抗値は10kΩであるため、電池種判別電圧は、2.5Vである。
次にステップ202において、制御部14は、分圧点18aに現れた電池種判別電圧を検出する。電池種判別電圧を検出した後、ステップ203において、制御部14は図2の電池種判別テーブルに基づいて電池種(例えば電池パックの容量)を判別する。本実施の形態において、制御部14は電池種判別電圧が2.0V~3.0Vの電圧範囲内であると判断し、電池パック2の電池種は種別Cであると判別する。
電動工具1に接続された電池パック2の電池種を判別した後は、ステップ204において判別した電池パック2の電池種に応じて遮断条件を設定する。本実施の形態において、制御部14は、記憶部のROMに記憶された図4の遮断条件テーブルを参照して種別Cの電池パックに用いられる遮断条件を設定する。
遮断条件を設定した後は、ステップ205においてモータ11の駆動を開始する。モータ11の駆動は、制御部14がFET13のゲートにハイ信号を出力し、FET13をオン状態とし、当該ハイ信号を継続的に出力することでFET13をオン状態に維持することで行われる。
モータ11の駆動が開始された後は、ステップ206において放電電流及び電池温度を検出する。放電電流の検出は、シャント抵抗16を用いて行われ、シャント抵抗16の電圧降下の値から放電電流の電流値を算出する。また電池温度の検出は、分圧点17aの分圧電圧すなわち電池温度信号を用いて行われる。
放電電流及び電池温度が検出された後は、設定された遮断条件を満たすか否かを判定する。本実施の形態においては、電池パック2の電池種は種別C(容量の小さい1パラの電池パック)であるため、電池温度が70℃以上である場合、電池温度が70℃未満で且つ30A以上60A未満の放電電流(過電流)が10s以上継続して流れた場合、電池温度が70℃未満で且つ60A以上80A未満の放電電流(過電流)が3s以上継続して流れた場合、電池温度が70℃未満で且つ80A以上の放電電流(過電流)が0.1s以上継続して流れた場合の4つの場合に遮断条件を満たす。
ステップ207において遮断条件を満たすと判断した場合(ステップ207のYes)、ステップ211で放電電流を遮断してモータ11を停止させる。放電電流の遮断及びモータ11の停止は、制御部14がFET13に出力していたハイ信号を停止する、言い換えれば、ロー信号を出力してFET13をオフ状態とすることで行われる。なお、放電電流が遮断されると制御部14による放電制御は終了し、電池パック2の放電は停止する。
ステップ207において遮断条件を満たしていないと判断した場合(ステップ207のNo)、モータ11の駆動を継続し、ステップ208において電池組電圧を検出する。電池電圧の検出は、プラス端子12Aとマイナス端子12Bとの間に印加されている電池組21の両端電圧を測定することで行われる。
電池電圧の検出の後、ステップ209において電池組電圧が10.0V未満であるか否かを判断する。ステップ209で電池組電圧が10.0V未満でないと判断した場合(ステップ209のNo)、ステップ205に戻りモータ11の駆動を継続する。
他方、電池組電圧が10.0V未満である場合(ステップ209のYes)、ステップ210で電池パック2から放電停止信号が出力されているか否かを判断する。放電停止信号が出力されていない場合、(ステップ210のNo)、ステップ205に戻りモータ11の駆動を継続する。
ステップ210において、放電停止信号が出力されている場合(ステップ210のYes)、ステップ211でモータ11を停止する。ステップ209及びステップ210は、電池パック2の電池組21が過放電状態となっているか否かを判断するステップであり、電動工具1側の判断と電池パック2側の判断とが一致した場合(ステップ209及びステップ210がともにYesの場合)に放電電流を遮断する。
このように、ステップ205~ステップ210を繰り返しながら、ステップ207を経由する毎に電池パック2の電池種に応じた遮断条件を用いて放電電流を遮断すべきか否かの判断が行われ、さらにステップ209及び210では電池パック2が過放電状態であるか否か判断が行われながら、モータ11の駆動は継続される。なお、ユーザがスイッチ15を操作してオフ状態とした場合には制御部14による放電制御は終了する。
上述したように本発明の実施の形態による電動工具1における制御部14は、接続された電池パック2の電池種の判別及びモータ11に流れる放電電流の検出を行い、放電電流を遮断すべきであるか否かを判断するための遮断条件を満たした場合に放電電流を遮断し、当該遮断条件を接続された電池パックの電池種に応じて変更する。このため、電池種の異なる電池パックのそれぞれに対して適切な遮断条件を設定することができ、それぞれ電池パックを適切に保護しつつ、且つ、それぞれの電池パックの性能を十分に発揮させることができる。すなわち、本発明の実施の形態による電動工具1によれば、電池種の異なる電池パックのそれぞれに対して適切な放電制御を行うことができる。
また制御部14は、電池パック2の電池温度を検出し、電池パック2の劣化又は故障に多大な影響を与える電池温度が温度閾値以上になった場合、放電電流に関する遮断条件が満たされているか否かにかかわらず放電電流を遮断することができる。このため、より電池パック2の劣化又は故障を抑制することができる。
また、電動工具1における放電電流に関する遮断条件は、放電電流が過電流閾値以上である状態が許容される過電流継続期間経過した場合に満たされる。このため、放電電流が過電流閾値以上である状態となり、且つ、当該状態が許容される過電流継続期間経過した場合に、放電電流が遮断される。したがって、許容される過電流継続期間を適切に定めることにより、放電電流が一瞬だけ過電流閾値以上となった場合(モータ起動時)等に、放電電流を遮断せず放電を継続、すなわち、作業を継続することができ、作業効率を向上させることができる。
また電動工具1において、許容される過電流継続期間は、放電電流が過電流閾値(種別Cでは30A)以上である比較的程度の低い過電流(種別Cでは30A以上60A未満)である場合に10sであり、比較的程度の低い過電流よりも大きい中程度の過電流(種別Cでは60A以上80A未満)である場合には10sよりも短い3sであり、中程度の過電流よりも大きい比較的程度の高い過電流(種別Cでは80A以上)である場合には3sよりも短い0.1sである。
このため、過電流閾値以上の放電電流が流れている状態において、より大きい放電電流が流れている場合には、より短い期間で放電電流を遮断することができる。これにより、過電流閾値を大幅に超える放電電流は短い期間で遮断され、電池パックの劣化又は故障を適切に抑制することができ、且つ、過電流閾値を僅かに超える程度の放電電流は過電流閾値を大幅に超える放電電流よりも長い期間流せるため、作業効率を向上させることができる。
次に、図5乃至図8に基づいて、本発明の実施の形態の変形例による電動工具101について説明する。図5に示されている電動工具101は、ディスクグラインダであり、図示せぬ円板砥石等を図示せぬ出力部に取付けた状態で出力部を回転させることで研削作業が可能となる電動式の工具である。なお、電動工具101において放電制御は後述の図示せぬ回路基板に実装された図示せぬマイコンが行い、放電制御の内容は電動工具1における制御部14が行う内容と同一であるため、説明を省略する。ここでは、電動工具101におけるハウジング102内部の構成について説明し、当該説明の便宜のため図5乃至図8に示された矢印の方向を前後左右上下と定義する。
図5に示されているように電動工具101は、その外郭をなすハウジング102を備えており、ハウジング102の後端部には図示せぬ電池パックと接続可能な形状に形成された電池装着部107が設けられている。電池装着部107は、電池パックがされた状態で電池パックの電池側端子部と接続可能に構成された接続ターミナル108を有している。接続ターミナル108と電池側端子部とが接続されることで電池パックの電力が電動工具101に供給可能となる。図5は、電動工具101の後部を示す部分断面側面図である。電池装着部107及び接続ターミナル108は、本発明の電池接続部の一例である。
またハウジング102内部には、ブラシレスモータ103と、パワースイッチ104と、制御ユニット105と、残量表示部106とが収容されている。
ブラシレスモータ103は、永久磁石を有するロータ、三相巻線を有するステータ、ロータに同軸回転可能に固定された回転軸を備えた三相ブラシレスDCモータである。ブラシレスモータ103は、その回転軸の延びる方向が前後方向となるようにハウジング102後部の内部に収容されている。ブラシレスモータ103の後端部には、ホールセンサ基板103Aが取付けられている。ホールセンサ基板103Aは、ブラシレスモータ103のロータの位置検出に用いられる。ブラシレスモータ103は、本発明のモータの一例である。
パワースイッチ104は、ブラシレスモータ103に流れる放電電流を許容/遮断するスイッチ機構であり、ハウジング102内部においてホールセンサ基板103Aの後方に収容されている。
制御ユニット105は、回路基板ケース105Aと、放熱フィン105Bと、図示せぬ回路基板と、図示せぬ6個のFETとを備えている。回路基板には電動工具101における放電制御を行うマイコンが実装されている。回路基板ケース105Aは、ハウジング102内部においてパワースイッチ104の後方に設けられている。回路基板ケース105Aは、前端部が開口する槽形状であり、前後方向視において略矩形をなしている。回路基板ケース105A内には、図視せぬ回路基板及び6個のFETが収容されている。回路基板ケース105A内には、ウレタン樹脂が充填されており、当該ウレタン樹脂によって回路基板及び6個のFETが固定されている。制御ユニット105は本発明の電流検出手段、遮断制御手段、電池種判別手段及び電池温度検出手段として機能し、回路基板ケース105Aは本発明の収容ケースの一例である。
放熱フィン105Bは、前後方向に延びるように構成され、6個のFETに密着して設けられている。放熱フィン105Bによって6個のFETは冷却される。また、制御ユニット105の後方且つ下方には残量表示部106が収容されている。残量表示部106は、接続された電池パックの残量を表示する液晶部分を有しており、当該液晶部分はハウジング102の開口から視認可能に構成されている。
回路基板からはプラス及びマイナスの2本の電源リード線109と複数の制御リード線110と複数の表示用リード線111とが延出している。2本の電源リード線109及び複数の制御リード線110は、回路基板から前方に一旦延出するとともに後方に屈曲し、回路基板ケース105Aの右側面の右方を通り、回路基板ケース105Aの後方の接続ターミナル108に接続されている。また図6に示されているように複数の表示用リード線111は、回路基板から前方に一旦延出するとともに後方に屈曲し、回路基板ケース105Aの左側面の左方を通り、回路基板ケース105Aの後方且つ下方の残量表示部106に接続されている。図6は、制御ユニット105を示す左側面図である。
図5乃至図8に示されているように回路基板ケース105Aの右側面には右リブ部105Cが設けられており(図5、図7、図8)、左側面には左リブ部105Dが設けられている(図6、図7)。図7は、制御ユニット105を示す背面図であり、図8は右リブ部105Cを示す図7の部分拡大図である。
図7に示されているように右リブ部105Cは、回路基板から延出し接続ターミナル108に接続される2本の電源リード線109及び複数の制御リード線110を回路基板ケース105Aの右側面に当接させた状態で保持する部分であり、第1右リブ112と、第2右リブ113と、第3右リブ114と、第4右リブ115とを有している。また左リブ部105Dは、回路基板から延出し残量表示部106に接続される複数の表示用リード線111を回路基板ケース105Aの左側面に当接させた状態で保持する部分であり、第1左リブ116と第2左リブ117とを有している。
ここで、第1右リブ112の形状について説明する。なお、第1右リブ112、第2右リブ113、第3右リブ114、第4右リブ115、第1左リブ116、第2左リブ117は、互いに大きさは異なるが、略同一又は対称の形状をなしているため、第1右リブ112以外のリブについては説明を省略する。
図8に示されているように第1右リブ112は、平行部112A及び湾曲部112Bを備えている。平行部112Aは、回路基板ケース105Aの右側面と平行に上下方向に延び、且つ、回路基板ケース105Aの前後方向長と同一の寸法を有する。平行部112Aは、回路基板ケース105Aの右側面と協働して電源リード線109を挟持している。湾曲部112Bは、平行部112Aの上部と回路基板ケース105Aとを接続する部分である。湾曲部112Bは、回路基板ケース105Aの右側面から右方に延出するとともに右方に向かうに従って下方に湾曲し、且つ、回路基板ケース105Aの前後方向長と同一の寸法を有する。湾曲部112Bは、電源リード線109の上方への移動を規制している。
このように、本発明の実施の形態の変形例による電動工具101は、回路基板を収容する回路基板ケース105Aを備え、回路基板は2本の電源リード線109及び複数の制御リード線110を介して電池パックと接続される。また回路基板ケース105Aは、2本の電源リード線109及び複数の制御リード線110を保持する右リブ部105Cを有している。このため、回路基板と電池パックとを接続する2本の電源リード線109及び複数の制御リード線110が回路基板ケース105Aに保持されるため、振動による電源リード線109及び制御リード線110の断線を抑制でき、且つ、組立性を向上させることができる。
本発明による電動工具は、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された発明の要旨の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、本実施の形態においては、電池温度に関する遮断条件を温度閾値として、電池温度が当該温度閾値以上となった場合に遮断条件を満たし、放電電流を遮断する構成としたが、電池温度が温度閾値以上となった場合、放電電流を遮断するのではなく、電池温度の程度に応じて、放電電流に関する遮断条件を変更する構成であってもよい。この場合、より細やかな放電制御が可能となり、より適切な放電制御が可能となる。
また、本実施の形態においては、過電流の程度を3段階に分類したが、これに限られず、5段階や10段階としてもよい。この場合、より細やかな放電制御が可能となり、より適切な放電制御が可能となる。
また、本実施の形態においては、電池パックの電池種の判別は5種類であったが、これに限られず、制御部14が判別可能な限りにおいて増加させてもよい。この場合、より多くの種類の電池パックに対して適切な放電制御が可能となる。
1,101…電動工具、2…電池パック、11…モータ、12…工具側端子部、12C…温度端子、12E…判別端子、14…制御部、15…スイッチ、16…シャント抵抗、21…電池組、21A…電池セル、22…電池側端子部、26…電池種判別抵抗、102…ハウジング、103…ブラシレスモータ、105…制御ユニット、105A…回路基板ケース、105C…右リブ部、105D…左リブ部、109…電源リード線、110…制御リード線、Vcc…基準電圧

Claims (11)

  1. 第1電池パックと、該第1電池パックよりも容量が小さい第2電池パックと、の一方が着脱可能な電池接続部と、
    該電池パックの電力によって駆動するモータと、
    該電池パックから該モータに流れる放電電流を検出する電流検出手段と、
    該放電電流が電流閾値以上になった場合に該放電電流を遮断する遮断制御手段と、
    該電池接続部に接続された該電池パックを判別する電池種判別手段と、を備え、
    該第2電池パックが接続された場合の該電流閾値は、該第1電池パックが接続された場合の該電流閾値より小さいことを特徴とする電動工具。
  2. 該放電電流が該電流閾値以上になった場合に、所定時間経過後に該放電電流を遮断するように構成され、
    該放電電流が大きい程、該所定時間は短いことを特徴とする請求項1に記載の電動工具。
  3. 該電池パックの電池温度を検出する電池温度検出手段を更に備え、
    該電池温度が温度閾値以上である場合、該放電電流を遮断するように構成され、
    該第2電池パックの該温度閾値は、該第1電池パックの該温度閾値より小さいことを特徴とする請求項1又は2に記載の電動工具。
  4. 該第1電池パックは複数の電池セルを並列に接続して構成され、該第2電池パックは単数又は複数の電池セルを直列に接続して構成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電動工具。
  5. 電池パックが着脱可能な電池接続部と、
    該電池パックの電力によって駆動するモータと、
    該電池パックから該モータに流れる放電電流を検出する電流検出手段と、
    該電池パックの電池温度を検出する電池温度検出手段と、
    該放電電流に関する所定条件が満たされた場合に該放電電流を遮断する遮断制御手段と、
    該電池接続部に接続された該電池パックの電池種を判別する電池種判別手段と、を備え、
    該所定条件は、該電池種に応じて変更され、該電池温度が温度閾値以上である場合に該放電電流を遮断すると共に、該電池温度が該温度閾値未満の場合には、放電電流の大きさに応じて放電許容時間を変更することを特徴とする電動工具。
  6. 該放電電流が大きい程、放電許容時間を短くすることを特徴とする請求項5に記載の電動工具。
  7. 電池パックが着脱可能な電池接続部と、
    該電池パックの電力によって駆動するモータと、
    該電池パックから該モータに流れる放電電流を検出する電流検出手段と、
    該放電電流に関する所定条件が満たされた場合に該放電電流を遮断する遮断制御手段と、
    該電池接続部に接続された該電池パックの電池種を判別する電池種判別手段と、を備え、
    該所定条件は、該電池種に応じて変更されることを特徴とする電動工具。
  8. 該電池パックの電池温度を検出する電池温度検出手段を更に備え、
    該遮断制御手段は、該電池温度が温度閾値以上である場合、該所定条件が満たされているか否かにかかわらず該放電電流を遮断することを特徴とする請求項7に記載の電動工具。
  9. 該所定条件は、該放電電流が過電流閾値以上である状態が所定期間継続した場合に満たされることを特徴とする請求項7又は8に記載の電動工具。
  10. 該所定期間は、該放電電流が該過電流閾値以上である第1電流値である場合に第1期間であり、該放電電流が該第1電流値よりも大きい第2電流値である場合には該第1期間よりも短い第2期間であることを特徴とする請求項9に記載の電動工具。
  11. 該遮断制御手段を収容する収容ケースを更に備え、
    該遮断制御手段は、リード線を介して該電池パックと接続され、
    該収容ケースは、該リード線を保持するリブ部を有することを特徴とする請求項7乃至10のいずれか1項に記載の電動工具。
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