(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池を備えた電池パックが装着される電動工具であって、
前記二次電池からの電力により駆動されるモータと、
前記二次電池の電池特性及び電池状態を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記電池特性及び前記電池状態に基づいて目標電流値を設定し、前記目標電流値と一致するように前記モータに流れる電流を制御する制御部と、を備え、
前記電池特性は、内部抵抗及び定格電圧のうちの少なくとも一つであり、
前記電池状態は、電池電圧及び電池温度のうちの少なくとも一つであることを特徴とする電動工具。
【請求項２】
前記二次電池の電圧が第１の基準値以下となった場合に過放電と判断して前記二次電池から前記モータへの電力の供給を停止させる過放電検出部を更に備え、
前記制御部は、前記電池温度及び充電回数のうちの少なくとも一つと前記電池特性とに基づき前記第１の基準値を変更することを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
【請求項３】
前記二次電池の電流が第２の基準値以上となった場合に過電流と判断して前記二次電池から前記モータへの電力の供給を停止させる過電流検出部を更に備え、
前記制御部は、前記電池電圧、前記電池温度及び充電回数のうちの少なくとも一つと前記電池特性とに基づき前記第２の基準値を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動工具。
【請求項４】
モータを備えた電動工具に装着される電池パックであって、
前記モータに電力を供給する二次電池と、
前記二次電池の電池特性及び電池状態を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記電池特性及び前記電池状態に基づいて目標電流値を設定し、前記目標電流値と一致するように前記モータに流れる電流を制御する制御部と、を備え、
前記電池特性は、内部抵抗及び定格電圧のうちの少なくとも一つであり、
前記電池状態は、電池電圧及び電池温度のうちの少なくとも一つであることを特徴とする電池パック。
【請求項５】
前記二次電池の電圧が第１の基準値以下となった場合に過放電と判断して前記二次電池から前記モータへの電力の供給を停止させる過放電検出部を更に備え、
前記制御部は、前記電池温度及び充電回数のうちの少なくとも一つと前記電池特性とに基づき前記第１の基準値を変更することを特徴とする請求項４に記載の電池パック。
【請求項６】
前記二次電池の電流が第２の基準値以上となった場合に過電流と判断して前記二次電池から前記モータへの電力の供給を停止させる過電流検出部を更に備え、
前記制御部は、前記電池電圧、前記電池温度及び充電回数のうちの少なくとも一つと前記電池特性とに基づき前記第２の基準値を変更することを特徴とする請求項４又は５に記載の電池パック。
【請求項７】
二次電池を備えた電池パックが装着される電動工具であって、
前記二次電池からの電力により駆動されるモータと、
前記二次電池の放電経路に設けられたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のオン・オフのデューティを制御する制御回路と、
前記電池パック内に設けられ、前記二次電池の電池特性又は／及び電池状態を検出する検出部と、を備え、
前記電池特性は、内部抵抗及び定格電圧のうちの少なくとも一つであり、
前記電池状態は、電池温度及び電池電圧のうちの少なくとも一つであり、
前記検出部は前記電池特性及び／又は電池状態に基づき前記スイッチング素子のデューティ比情報を前記制御回路に送信し、
前記制御回路は前記デューティ比情報に基づき前記スイッチング素子を制御することを特徴とする電動工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の劣化を適切に防止することのできる電動工具及び電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動工具は、二次電池の劣化を防止するために、過放電又は過電流と判断した場合に、二次電池からモータへの電力供給を停止させている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−９５１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の電動工具では、二次電池の特性等を考慮していなかったため、二次電池によっては、過放電等の判断が遅くなり、その結果、二次電池を劣化させてしまうという問題が生じていた。
【０００５】
本発明は、斯かる実情に鑑み、二次電池の劣化を適切に防止することのできる電動工具及び電池パックを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、二次電池を備えた電池パックが装着される電動工具であって、前記二次電池からの電力により駆動されるモータと、前記二次電池の電池特性及び電池状態を検出する検出部と、前記検出部が検出した前記電池特性及び前記電池状態に基づいて目標電流値を設定し、前記目標電流値と一致するように前記モータに流れる電流を制御する制御部と、を備え、前記電池特性は、内部抵抗及び定格電圧のうちの少なくとも一つであり、前記電池状態は、電池電圧及び電池温度のうちの少なくとも一つであることを特徴とする電動工具を提供している。
【０００７】
このような構成によれば、電池セルの劣化を適切に防止すると同時に、その時点での電池セルの能力を大きく引き出すことが可能となる。
【０００８】
また、本発明の電動工具は、前記二次電池の電圧が第１の基準値以下となった場合に過放電と判断して前記二次電池から前記モータへの電力の供給を停止させる過放電検出部を更に備え、前記制御部は、前記電池温度及び充電回数のうちの少なくとも一つと前記電池特性とに基づき前記第１の基準値を変更することが好ましい。
【０００９】
このような構成によれば、電池セルの劣化をより適切に防止することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の電動工具は、前記二次電池の電流が第２の基準値以上となった場合に過電流と判断して前記二次電池から前記モータへの電力の供給を停止させる過電流検出部を更に備え、前記制御部は、前記電池電圧、前記電池温度及び充電回数のうちの少なくとも一つと前記電池特性とに基づき前記第２の基準値を変更することが好ましい。
【００１１】
このような構成によれば、電池セルの劣化をより適切に防止することが可能となる。
【００１２】
また、本発明の電動工具は、前記電池特性及び電池状態に対応する目標電流値を記憶した記憶部を更に備え、前記制御部は、前記目標電流値と一致するように前記モータに流れる電流を制御することが好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、記憶部を参照するという簡易な方法により目標電流値を決定することが可能となる。
【００１４】
また、本発明の別の観点では、モータを備えた電動工具に装着される電池パックであって、前記モータに電力を供給する二次電池と、前記二次電池の電池特性及び電池状態を検出する検出部と、前記検出部が検出した前記電池特性及び前記電池状態に基づいて目標電流値を設定し、前記目標電流値と一致するように前記モータに流れる電流を制御する制御部と、を備え、前記電池特性は、内部抵抗及び定格電圧のうちの少なくとも一つであり、前記電池状態は、電池電圧及び電池温度のうちの少なくとも一つであることを特徴とする電池パックを提供している。
【００１５】
このような構成によれば、電池セルの劣化を適切に防止すると同時に、その時点での電池セルの能力を大きく引き出すことが可能となる。
【００１６】
また、本発明の電池パックは、前記二次電池の電圧が第１の基準値以下となった場合に過放電と判断して前記二次電池から前記モータへの電力の供給を停止させる過放電検出部を更に備え、前記制御部は、前記電池温度及び充電回数のうちの少なくとも一つと前記電池特性とに基づき前記第１の基準値を変更することが好ましい。
【００１７】
このような構成によれば、電池セルの劣化をより適切に防止することが可能となる。
【００１８】
また、本発明の電池パックは、前記二次電池の電流が第２の基準値以上となった場合に過電流と判断して前記二次電池から前記モータへの電力の供給を停止させる過電流検出部を更に備え、前記制御部は、前記電池電圧、前記電池温度及び充電回数のうちの少なくとも一つと前記電池特性とに基づき前記第２の基準値を変更することが好ましい。
【００１９】
このような構成によれば、電池セルの劣化をより適切に防止することが可能となる。
【００２０】
また、本発明の電池パックは、前記電池特性及び電池状態に対応する目標電流値を記憶した記憶部を更に備え、前記制御部は、前記目標電流値と一致するように前記モータに流れる電流を制御することが好ましい。このような構成によれば、記憶部を参照するという簡易な方法により目標電流値を決定することが可能となる。
【００２１】
本発明は更に、二次電池を備えた電池パックが装着される電動工具であって、前記二次電池からの電力により駆動されるモータと、前記二次電池の放電経路に設けられたスイッチング素子と、前記スイッチング素子のオン・オフのデューティを制御する制御回路と、前記電池パック内に設けられ、前記二次電池の電池特性又は／及び電池状態を検出する検出部と、を備え、前記電池特性は、内部抵抗及び定格電圧のうちの少なくとも一つであり、前記電池状態は、電池温度及び電池電圧のうちの少なくとも一つであり、前記検出部は前記電池特性及び／又は電池状態に基づき前記スイッチング素子のデューティ比情報を前記制御回路に送信し、前記制御回路は前記デューティ比情報に基づき前記スイッチング素子を制御することを特徴とする電動工具を提供している。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の電動工具及び電池パックによれば、二次電池の劣化を適切に防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る電動工具及び電池パックの断面図
【図２】本発明の実施の形態に係る電動工具及び電池パックの回路図
【図３】本発明の実施の形態に係る制御による電流の変化の一例
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態に係る電動工具１及び電池パック２の断面図であり、図２は、電動工具１及び電池パック２の回路図である。
【００２６】
電動工具１は、一対の工具側端子１１と、モータ１２と、トリガスイッチ１３と、スイッチング素子１４と、チャック１５と、機構部１６と、工具側制御回路１７と、を備えている。電池パック２は、一対の電池側端子２１と、電池組２２と、電池特性検出抵抗２３と、電池温度検出素子２４と、電流検出回路２５と、電池側制御回路２６と、を備えている。図２に示すように、電動工具１と電池パック２とは、工具側端子１１及び電池側端子２１を介して着脱可能に接続される。また、工具側端子１１と電池側端子２１が接続されると、通信経路Ａが形成される。
【００２７】
まず、電動工具１の構成について説明する。モータ１２は、トリガスイッチ１３及びスイッチング素子１４を介して工具側端子１１に接続されており、ユーザの操作によりトリガスイッチ１３がオンされると駆動される。チャック１５は、図示しない先端工具を着脱可能に把持し、機構部１６は、モータ１２の動力をチャック１５に伝達する。
【００２８】
工具側制御回路１７は、電池パック２側で設定された目標電流値に対応する電流がモータ１２に流れるように、スイッチング素子１４のオン・オフのデューティ比を制御する。目標電流値の設定については後述する。
【００２９】
次に、電池パック２の構成について説明する。電池組２２は、複数の電池セル２２ａを直列に接続した構成となっており、電池セル２２ａとしては、例えば、ニッケルカドミウム電池（以下、ニカド電池）、ニッケル水素電池、又は、リチウムイオン電池等が考えられる。電池特性検出抵抗２３は、電池セル２２ａのメーカ及び種類に応じた抵抗値を有しており、電池特性信号を出力する。電池温度検出素子２４は、電池組２２に近接して配置されており、電池組２２の電池温度を検出し、電池温度信号を出力する。電流検出回路２５は、モータ１２に流れている電流値を検出し、電流信号を出力する。
【００３０】
電池側制御回路２６は、メモリ２６ａ及びマイコン２６ｂを備えている。メモリ２６ａには、電池セル２２ａの電池特性及び電池状態に適した、目標電流値、及び、過放電及び過電流の判別値が記憶されている。電池特性のパラメータとしては、例えば、電池セルメーカ（内部抵抗）及び電池の種類（定格電圧）が考えられ、電池状態のパラメータとしては、例えば、電池電圧及び電池温度（内部抵抗）が考えられる。
【００３１】
マイコン２６ｂには、電池特性検出抵抗２３から電池特性信号が、電池温度検出素子２４から電池温度信号が、電流検出回路２５から電流信号が入力される。また、マイコン２６ｂは、電池組２２の電池電圧を検出する。そして、マイコン２６ｂは、メモリ２６ａを参照して、電池特性及び電池状態に適した目標電流値を設定し、電動工具１の工具側制御回路１７に通信経路Ａを介して送信する。工具側制御回路１７は、当該設定値に基づき、スイッチング素子１４のオン・オフのデューティ比を制御する（ＰＷＭ制御）。このような構成により、電池組２２（電池セル２２ａ）の電池特性及び電池状態に適した負荷電流をモータ１２（電池セル２２ａ）に流すことが可能となる。
【００３２】
次に、メモリ２６ａに記憶されている目標電流値について詳細に説明する。
【００３３】
まず、電池特性のパラメータについて考えると、一般に、電池セルは、電流が流れるとその内部抵抗によって発熱するが、発熱量が大きくなると破損の虞もある。そして、発熱量は内部抵抗の大きさと電流の大きさに依存しており、内部抵抗は、電池セルの製造メーカによって異なる。従って、メモリ２６ａには、内部抵抗が大きい電池セル２２ａに対しては小さな目標電流値が、小さい電池セル２２ａに対しては大きな目標電流値が記憶されている。
【００３４】
また、電池セルが有する定格電圧は、その種類によって異なり、定格電圧が高いほど大きな電流を流すことができる。従って、メモリ２６ａには、定格電圧が高い電池セル２２ａ（例えば、リチウム電池の場合、３．６Ｖ）に対しては大きな目標電流値が、低い電池セル２２ａ（例えば、ニカド、ニッケル水素電池の場合、１．２Ｖ）に対しては小さな目標電流値が記憶されている。
【００３５】
次に、電池状態のパラメータについて考えると、電池電圧が高い場合にも、内部抵抗によって生じる発熱量は大きくなる。従って、メモリ２６ａには、電池電圧が高い電池セル２２ａに対しては小さな目標電流値が、低い電池セル２２ａに対しては大きな目標電流値が記憶されている。
【００３６】
また、電池セルは、低温では内部抵抗が大きいため、大きな電流を流すと大きく発熱する虞があり、一方、高温では、電池セル自体の温度が高いため、この場合も大きく発熱する虞がある。従って、メモリ２６ａには、電池温度が適正範囲内の電池セル２２ａに対しては大きな目標電流値が、適正範囲外の電池セル２２ａに対しては小さな目標電流値が記憶されている。
【００３７】
マイコン２６ｂは、メモリ２６ａを参照して、内部抵抗に対応する目標電流値、定格電圧に対応する目標電流値、電池電圧に対応する目標電流値、及び、電池温度に対応する目標電流値を取得し、これらの目標電流値の平均値を目標電流値として採用する。これにより、電池セル２２ａの劣化を適切に防止すると同時に、電池セル２２ａを劣化させる危険のない範囲で電池セル２２ａの能力を大きく引き出すことが可能となる。
【００３８】
図３は、電動工具１を継続して使用した場合の上記制御による電流の変化の一例を示したものである。図３では、電池セル２２ａの電池電圧は、モータ１２のパワーに引っ張られる形で時間と共に増加しており、それに伴い、電池温度も増加している。一方で、上記したように、メモリ２６ａには、電池電圧が高い電池セル２２ａ、及び、電池温度が適正範囲外の電池セル２２ａに対しては小さな目標電流値が記憶されているため、実負荷電流（目標電流）は減少するように制御されている。
【００３９】
また、マイコン２６ｂは、電池セル２２ａの電池電圧が第１の基準値以下となった場合に過放電と、モータ１２に流れる電流が第２の基準値以上となった場合には過電流と判断し、電動工具１の工具側制御回路１７に放電停止信号を送信する。ここで、本実施の形態によるメモリ２６ａには、電池特性及び電池状態に適した過放電及び過電流の判別基準値が記憶されており、マイコン２６ｂは、電池特性及び電池状態に応じて判別基準値も変更する。
【００４０】
例えば、メモリ２６ａには、定格電圧が高い電池セル２２ａに対しては大きな過電流の判別基準値が、定格電圧が低い電池セル２２ａに対しては小さな過電流の判別基準値が記憶されている。マイコン２６ｂは、メモリ２６ａを参照して、定格電圧に対応する判別基準値を採用することで、過電流による電池セル２２ａの劣化を適切に防止することができる。
【００４１】
また、メモリ２６ａには、内部抵抗が大きい電池セル２２ａに対しては小さな過放電の判別基準値が、小さい電池セル２２ａに対しては大きな過放電の判別基準値が記憶されている。マイコン２６ｂは、メモリ２６ａを参照して、内部抵抗に対応する判別基準値を採用することで、過放電による電池セル２２ａの劣化を適切に防止することができる。
【００４２】
以上のように、本実施の形態の電動工具１及び電池パック２では、電池特性及び電池状態に基づきモータ１２に流れる電流を制御しているので、電池セル２２ａの劣化を適切に防止すると同時に、その時点での電池セル２２ａの能力を大きく引き出すことが可能となる。例えば、内部抵抗が大きい電池セル２２ａに対しては電池セル２２ａに流れる電流を少なくすることができるので、電池セル２２ａの劣化を適切に防止することが可能となり、内部抵抗が小さい電池セル２２ａに対しては電池セル２２ａに流れる電流を多くすることができるので、電池セル２２ａを劣化させる危険のない範囲で電池セル２２ａの能力を大きく引き出すことが可能となる。
【００４３】
また、電池特性及び電池状態に基づき過放電及び過電流の判別基準値を変更しているので、電池セル２２ａの劣化をより適切に防止することができる。
【００４４】
また、メモリ２６ａには、電池特性及び電池状態に適した目標電流が記憶されているため、メモリ２６ａを参照するという簡易な方法により目標電流を決定することができる。
【００４５】
なお、本発明による電動工具１及び電池パック２は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。
【００４６】
例えば、電池状態として、使用回数を考慮に入れてもよい。電池セル２２ａは、使用回数（充電回数）が増えると、この場合にも内部抵抗が増加する。従って、使用回数を考慮に入れる場合には、使用回数が多い電池セル２２ａに対しては小さな目標電流値を、少ない電池セル２２ａに対しては大きな目標電流値をメモリ２６ａに記憶しておけばよい。
【００４７】
また、電動工具１の継続使用時間に比例して電池温度も増加するので、電池温度の代わりに継続使用時間を電池状態として考慮に入れてもよい。
【００４８】
また、上記実施の形態では、マイコン２６ｂは、電池特性及び電池状態の複数のパラメータの平均値を目標電流値として採用したが、電池セル２２ａの劣化の防止を最優先させる場合には、複数のパラメータに対応する目標電流値のうち、最も小さい目標電流値を採用すればよい。また、あるパラメータが電池セル２２ａの劣化させる危険性の高いものである場合には、複数のパラメータの平均値ではなく、危険性の高いパラメータに対応する目標電流値を採用する構成にすれば、電池セル２２ａの劣化をより適切に防止することができる。
【００４９】
また、上記実施の形態では、目標電流値及び判別基準値を設定するマイコン２６ｂは、電池パック２側に設けられていたが、電動工具１側に設けられてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１  電動工具、２  電池パック、１２  モータ、１４  スイッチング素子、１７  工具側制御回路、２２  電池組、２２ａ  電池セル、２３  電池特性検出抵抗、２４  電池温度検出素子、２５  電流検出回路、２６  電池側制御回路、２６ａ  メモリ、２６ｂ  マイコン
【図１】
0005614572.tif 000002
【図２】
0005614572.tif 000003
【図３】
0005614572.tif 000004