(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電電流、あるいは充電電流の電流信号と各セルの電圧信号とが入力される監視部と、その監視部からの信号に基づいて放電時、あるいは充電時の制御を行なう制御用マイコンとを備える工具用バッテリであって、
前記放電電流及び充電電流を検出する電流検出素子からの電流信号が前記監視部と前記制御用マイコンとにそれぞれ入力されるように構成されており、
前記監視部から前記制御用マイコンに送られる放電電流信号と、前記制御用マイコンが電流検出素子から得た放電電流信号との差異が第１規定値以上の場合には、前記制御用マイコンはその情報を記憶し、放電を禁止できるように構成されていることを特徴とする工具用バッテリ。
【請求項２】
放電電流、あるいは充電電流の電流信号と各セルの電圧信号とが入力される監視部と、その監視部からの信号に基づいて放電時、あるいは充電時の制御を行なう制御用マイコンとを備える工具用バッテリであって、
前記放電電流及び充電電流を検出する電流検出素子からの電流信号が前記監視部と前記制御用マイコンとにそれぞれ入力されるように構成されており、
前記監視部から前記制御用マイコンに送られる充電電流信号と、前記制御用マイコンが電流検出素子から得た充電電流信号との差異が第２規定値以上の場合には、前記制御用マイコンはその情報を記憶し、充電を禁止できるように構成されていることを特徴とする工具用バッテリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電電流、あるいは充電電流の電流信号と各セルの電圧信号とが入力される監視部と、その監視部からの信号に基づいて放電時、あるいは充電時の制御を行なう制御用マイコンとを備える工具用バッテリに関する。
【背景技術】
【０００２】
これに関連する従来のバッテリが特許文献１に記載されている。
特許文献１のバッテリでは、放電電流、あるいは充電電流をシャント抵抗によって電圧信号に変換した後、その信号を監視部に入力できるように構成されている。また、監視部には各セルの電圧信号が入力されるように構成されている。前記監視部は制御用マイコンに対して放電電流、あるいは充電電流のデータや各セルの電圧値のデータを伝送する。前記制御用マイコンは前記監視部からのデータに基づいて放電、あるいは充電の制御を行なえるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０９７９５４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、上記したバッテリでは、放電電流、あるいは充電電流の信号が監視部に入力された後、その監視部を介して制御用マイコンに伝送されるように構成されている。このため、例えば、前記監視部が故障して電流検出に異常がある場合でも、その電流値が正常範囲から大きく外れない限り、前記監視部の故障を発見できなくなる。即ち、制御用マイコンが誤った電流データに基づいて充電や放電の制御を行なうことで、バッテリ等が損傷することがある。
さらに、電流異常が発生した場合に、監視部の故障に起因する電流異常か、シャント抵抗等の故障に起因する電流異常かの判別が難しい。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、工具用バッテリの電流検出素子、電流等の監視部の故障判定を速やかに行なえるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。
請求項１の発明は、放電電流、あるいは充電電流の電流信号と各セルの電圧信号とが入力される監視部と、その監視部からの信号に基づいて放電時、あるいは充電時の制御を行なう制御用マイコンとを備える工具用バッテリであって、前記放電電流及び充電電流を検出する電流検出素子からの電流信号が前記監視部と前記制御用マイコンとにそれぞれ入力されるように構成されており、前記監視部から前記制御用マイコンに送られる放電電流信号と、前記制御用マイコンが電流検出素子から得た放電電流信号との差異が第１規定値以上の場合には、前記制御用マイコンはその情報を記憶し、放電を禁止できるように構成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明によると、電流検出素子からの電流信号が監視部と制御用マイコンとに入力されるように構成されている。このため、仮に監視部が故障した場合、その監視部から制御用マイコンに送られる電流信号と電流検出素子から制御用マイコンに入力される電流信号との差異が顕著になる。このため、前記制御用マイコンによって監視部の故障を速やかに発見できる。
また、電流検出素子、あるいは電流検出回路が故障した場合、監視部と制御用マイコンとで共に電流異常となるため、電流検出素子等の故障を容易に判別できるようになる。
また、電流異常が発生した場合、速やかに放電を禁止できるため、工具用バッテリ、あるいは電動工具の故障等を防止できる。
【０００８】
請求項２の発明は、放電電流、あるいは充電電流の電流信号と各セルの電圧信号とが入力される監視部と、その監視部からの信号に基づいて放電時、あるいは充電時の制御を行なう制御用マイコンとを備える工具用バッテリであって、前記放電電流及び充電電流を検出する電流検出素子からの電流信号が前記監視部と前記制御用マイコンとにそれぞれ入力されるように構成されており、前記監視部から前記制御用マイコンに送られる充電電流信号と、前記制御用マイコンが電流検出素子から得た充電電流信号との差異が第２規定値以上の場合には、前記制御用マイコンはその情報を記憶し、充電を禁止できるように構成されていることを特徴とする。
このように、電流異常が発生した場合、速やかに充電を禁止できるため、工具用バッテリ、あるいは充電器の故障等を防止できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、工具用バッテリの電流検出素子、電流等の監視部の故障判定を速やかに行なえるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態１に係る工具用バッテリの回路ブロック図である。
【図２】前記工具用バッテリの放電時の動作を表すフローチャートである。
【図３】前記工具用バッテリの充電時の動作を表すフローチャートである。
【図４】変更例に係る工具用バッテリの放電時の動作を表すフローチャートである。
【図５】変更例に係る工具用バッテリの充電時の動作を表すフローチャートである。
【図６】変更例に係る工具用バッテリの回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［実施形態１］
以下、図１から図６に基づいて、本発明の実施形態１に係る工具用バッテリ１０の説明を行なう。
＜工具用バッテリ１０の概要について＞
工具用バッテリ１０は、電動工具（図示省略）に連結されることで、その電動工具の電源として使用されるバッテリであり、充電器（図示省略）により充電可能なように構成されている。
工具用バッテリ１０は、図１に示すように、リチウムイオン電池等の二次電池である複数本のセル１２を備えており、それらのセル１２が直列に接続されることで所定の電圧が得られるように構成されている。そして、直列に接続されたセル１２の集合体（セル集合体１２０）のプラス電極が工具用バッテリ１０のプラス端子Ｐに接続されている。また、前記セル集合体１２０のマイナス電極が工具用バッテリ１０のマイナス端子Ｎに接続されている。さらに、セル集合体１２０のマイナス電極とマイナス端子Ｎとの間に位置するマイナスライン１１ｎに電流検出素子であるシャント抵抗１４が設けられている。
【００１４】
前記シャント抵抗１４は、電圧降下を抑えるために抵抗値が小さく設定されている。このため、放電電流、あるいは充電電流の電流値は、微電圧信号に変換された状態で検出される。工具用バッテリ１０は増幅器１５を備えており、前記微電圧信号を前記増幅器１５により予め決められた電圧信号まで増幅した状態で、後記するように、監視部２２と制御用マイコン２４とに入力できるように構成されている。以後、前記増幅器１５によって増幅された電圧信号を、放電電流信号、あるいは充電電流信号と呼ぶことにする。
また、前記セル集合体１２０には、セル１２の温度を検出するためのサーミスタ（図示省略）が設けられている。そして、サーミスタの信号が温度検出回路２６で電圧信号に変換された後、後記するように、制御用マイコン２４に入力されている。
【００１５】
＜監視部２２について＞
工具用バッテリ１０は、監視部２２と制御用マイコン２４と温度検出回路２６とを備えている。
監視部２２は、各々のセル１２の電圧と、放電電流、あるいは充電電流を測定してそれらのデータを制御用マイコン２４に伝送するためのＩＣである。監視部２２には、図１に示すように、各々のセル１２の電圧が入力される入力端子ｋｉ１〜ｋｉ５と、放電電流信号、あるいは充電電流信号が入力される入力端子ｋｉ６，ｋｉ７と、制御用マイコン２４に対してデータを伝送するための出力端子ｋｏ１とが設けられている。
【００１６】
＜制御用マイコン２４について＞
制御用マイコン２４は、監視部２２から伝送された各セル１２の電圧データと、放電電流、あるいは充電電流のデータと、セル１２の温度データ等に基づいて、後記するように、放電、あるいは充電制御を行なうマイコンである。さらに、制御用マイコン２４は、シャント抵抗１４、増幅器１５及び監視部２２の故障監視を行なえるように構成されている。制御用マイコン２４には、図１に示すように、監視部２２から伝送されたデータが入力される入力端子ｃｉ３と、放電電流信号、あるいは充電電流信号が入力される入力端子ｃｉ６，ｃｉ７と、温度検出回路２６からの温度信号が入力される入力端子ｃｉ２とが設けられている。即ち、前記放電電流信号、あるいは充電電流信号は、制御用マイコン２４と監視部２２とにそれぞれ入力されるようになっている。
さらに、制御用マイコン２４には、電動工具に対して運転停止信号を出力するための出力端子ｃｏ１と、充電器と通信するための通信端子ｃｏ２が設けられている。ここで、制御用マイコン２４の出力端子ｃｏ１は工具用バッテリ１０のオートストップ端子ＡＳに接続されており、通信端子ｃｏ２は工具用バッテリ１０の通信端子ＣＯＭに接続されている。
【００１７】
＜工具用バッテリ１０の動作について＞
次に、図２、図３のフローチャートに基づいて工具用バッテリ１０の動作について説明する。ここで、図２、図３のフローチャートを実行するためのプログラムは制御用マイコン２４のメモリ（図示省略）に格納されている。
先ず、図２に基づいて、放電時における工具用バッテリ１０の動作について説明する。なお、放電時には、工具用バッテリ１０は電動工具に連結されており、工具用バッテリ１０のプラス端子Ｐ、マイナス端子Ｎは、電動工具のプラス端子、マイナス端子にそれぞれ接続されている。また、工具用バッテリ１０のオートストップ端子ＡＳが電動工具のオートストップ端子に接続されており、工具用バッテリ１０の通信端子ＣＯＭは開放状態（浮いている状態）に保持されている。
制御用マイコン２４のメモリには、放電電流の第１上限値Ｉｍ１、第２上限値Ｉｍ２、及び第３上限値Ｉｍ３が予め格納されている。ここで、各々の上限値には、Ｉｍ３＞Ｉｍ２＞Ｉｍ１の関係がある。
【００１８】
工具用バッテリ１０に前記電動工具が連結されると放電可能状態になり、この状態から放電電流が監視される。即ち、ステップＳ１０１でシャント抵抗１４、増幅器１５により検出された放電電流信号が制御用マイコン２４に入力されて放電電流データＩｃｐｕとして記憶される。また、前記放電電流信号が監視部２２に入力されて放電電流データＩｍｏｎとして記憶され、その放電電流データＩｍｏｎが制御用マイコン２４に伝送される（ステップＳ１０２）。さらに、各々のセル１２の電圧信号、及びセル１２の温度信号が制御用マイコン２４に入力されてこれらのデータが記憶され、制御用マイコン２４によって放電制御が行なわれる（ステップＳ１０３）。即ち、制御用マイコン２４は、各々のセル１２の電圧データ、放電電流データ及びセル１２の温度データに基づいてセル１２の監視を行い、前記セル１２の残容量が設定値以下になったとき、又は放電電流が設定値以上になったとき、又はセル１２の温度が設定値以上になったときに、前記電動工具に対してオートストップ信号を出力する。
【００１９】
さらに、制御用マイコン２４は、監視部２２から制御用マイコン２４に伝送された放電電流データＩｍｏｎが第２上限値Ｉｍ２以上であるか、否かを判定する（ステップＳ１０４）。即ち、監視部２２の放電電流データＩｍｏｎに基づいて工具用バッテリ１０の過負荷判定が行なわれる。そして、過負荷でないと判定された場合（ステップＳ１０４  ＮＯ）、制御用マイコン２４に記憶された放電電流データＩｃｐｕに基づいて過負荷判定が行なわれる（ステップＳ１０６）。即ち、前記放電電流データＩｃｐｕが第３上限値Ｉｍ３以上であるか、否かが判定される。そして、過負荷でないと判定された場合（ステップＳ１０６  ＮＯ）、処理はステップＳ１０１に戻される。
即ち、過負荷状態でなく、監視部２２及びシャント抵抗１４、増幅器１５等が正常であれば、セル１２の残容量が設定値以下、又はセル１２の温度が設定値以上になるまで、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４、及びステップＳ１０６の処理が所定時間毎に繰り返し実行される。
【００２０】
しかし、監視部２２の放電電流データＩｍｏｎに基づく過負荷判定で過負荷ではないと判定され（（Ｉｍｏｎ＜Ｉｍ２）  ステップＳ１０４  ＮＯ）、制御用マイコン２４の放電電流データＩｃｐｕに基づく過負荷判定で過負荷と判定された場合には（（Ｉｃｐｕ≧Ｉｍ３）  ステップＳ１０６  ＹＥＳ）、ステップＳ１０８で放電電流検出異常であることを記憶する。この場合、監視部２２の放電電流データＩｍｏｎが第２上限値Ｉｍ２より小さく、制御用マイコン２４の放電電流データＩｃｐｕが第３上限値Ｉｍ３より大きいと判定されている。前述のように、第３上限値Ｉｍ３＞第２上限値Ｉｍ２であるため、前記判定結果から［制御用マイコン２４の放電電流データＩｃｐｕ］−［監視部２２の放電電流データＩｍｏｎ］＞第３上限値Ｉｍ３−第２上限値Ｉｍ２となる。即ち、本来ならば等しい値であるＩｃｐｕとＩｍｏｎと差異が（Ｉｍ３−Ｉｍ２）よりも大きいことになる。このため、監視部２２の異常が考えられる。
即ち、（Ｉｍ３−Ｉｍ２）が本発明における第１規定値に相当するようになる。
この場合には、上記したように、ステップＳ１０８で放電電流検出異常であることを記憶した後、電動工具に対してオートストップ信号を出力して、電動工具を停止させる（ステップＳ１０９）。また、その後の充電・放電も全て禁止する。これはＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリに記憶しているため、永久的にこの禁止状態を維持できる。
【００２１】
また、上記とは逆に、監視部２２の放電電流データＩｍｏｎに基づく過負荷判定で過負荷と判定され（（Ｉｍｏｎ≧Ｉｍ２）  ステップＳ１０４  ＹＥＳ）、制御用マイコン２４の放電電流データＩｃｐｕに基づく過負荷判定で過負荷ではないと判定された場合にも（（Ｉｃｐｕ＜Ｉｍ１）  ステップＳ１０５  ＮＯ）、ステップＳ１０８で放電電流検出異常を記憶し、電動工具に対してオートストップ信号を出力する（ステップＳ１０９）。
前述のように、第２上限値Ｉｍ２＞第１上限値Ｉｍ１であるため、前記判定結果から［監視部２２の放電電流データＩｍｏｎ］−［制御用マイコン２４の放電電流データＩｃｐｕ］＞第２上限値Ｉｍ２−第１上限値Ｉｍ１となる。即ち、本来ならば等しい値であるＩｃｐｕとＩｍｏｎと差異が（Ｉｍ２−Ｉｍ１）よりも大きいことになる。このため、監視部２２の異常が考えられる。
即ち、（Ｉｍ２−Ｉｍ１）も本発明における第１規定値に相当するようになる。
【００２２】
さらに、監視部２２の放電電流データＩｍｏｎに基づく過負荷判定で過負荷と判定され（ステップＳ１０４  ＹＥＳ）、制御用マイコン２４の放電電流データＩｃｐｕに基づく過負荷判定で過負荷と判定された場合には（ステップＳ１０５  ＹＥＳ）、実際に過負荷であるため電動工具に対してオートストップ信号を出力する（ステップＳ１０７、Ｓ１０９）。
なお、増幅器１５、監視部２２、制御用マイコン２４等に異常がある場合には、監視部２２の放電電流データＩｍｏｎと制御用マイコン２４の放電電流データＩｃｐｕが共に不自然な値になるため、これにより異常判定することができる。
【００２３】
次に、図３に基づいて、充電時における工具用バッテリ１０の動作について説明する。なお、充電時には、工具用バッテリ１０は充電器に連結されており、工具用バッテリ１０のプラス端子Ｐ、マイナス端子Ｎは、充電器のプラス端子、マイナス端子にそれぞれ接続されている。また、工具用バッテリ１０の通信端子ＣＯＭが充電器の通信端子に接続されており、工具用バッテリ１０のオートストップ端子ＡＳは充電器内で制御用電源（この場合は5V）に抵抗でプルアップされ、充電器内のＣＰＵに接続されている。そして、充電中、充電器は通信端子ＣＯＭの情報とオートストップ端子ＡＳの情報に矛盾がある場合には、充電を停止するようにプログラムされている。
また、制御用マイコン２４のメモリには、充電電流の第１上限値Ｉｍ４、第２上限値Ｉｍ５、及び第３上限値Ｉｍ６が予め格納されている。ここで、各々の上限値には、Ｉｍ６＞Ｉｍ５＞Ｉｍ４の関係がある。
充電時にも放電時と同様の制御が行なわれ、本来ならば等しい値である監視部２２の充電電流データＩｍｏｎと制御用マイコン２４の充電電流データＩｃｐｕと差異が（Ｉｍ６−Ｉｍ５）、あるいは（Ｉｍ５−Ｉｍ４）よりも大きくなった場合に、充電電流検出異常とされる。
異常が検出されると放電時と同様にＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリに記憶され、その後の充電・放電が永久的に禁止される。
即ち、（Ｉｍ６−Ｉｍ５）、あるいは（Ｉｍ５−Ｉｍ４）が本発明における第２規定値に相当する。
【００２４】
＜本実施形態に係る工具用バッテリ１０の長所について＞
本実施形態に係る工具用バッテリ１０によると、電流検出素子（シャント抵抗１４等）からの電流信号が監視部２２と制御用マイコン２４とにそれぞれ入力されるように構成されている。このため、仮に監視部２２が故障した場合、その監視部２２から制御用マイコン２４に送られる電流信号とシャント抵抗１４等から制御用マイコン２４に入力される電流信号との差異が大きくなるため、前記制御用マイコン２４によって監視部２２の故障を容易に発見できる。
また、監視部２２等が故障した場合に、速やかに充放電を禁止できるため、工具用バッテリ１０、電動工具、あるいは充電器の故障等を防止できる。
【００２５】
＜変更例＞
ここで、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本実施形態では、図２、図３のステップＳ１０４（Ｓ１１４）、ステップＳ１０６（１１６）で監視部２２の放電電流データＩｍｏｎに基づく過負荷判定と、制御用マイコン２４の放電電流データＩｃｐｕに基づく過負荷判定を行って放電（充電）電流検出異常を検出する例を示した。しかし、図４、図５に示すように、特に過負荷判定を行なわずに、ステップＳ１２４（Ｓ１３４）で、監視部２２の放電電流データＩｍｏｎと制御用マイコン２４の放電電流データＩｃｐｕとの差を演算し、｜Ｉｃｐｕ−Ｉｍｏｎ｜が許容値Ｉ７（Ｉ８）以上となったときに放電（充電）電流検出異常と判定することも可能である。
即ち、許容値Ｉ７が本発明の第１規定値に相当し、許容値Ｉ８が本発明の第２規定値に相当する。
また、本実施形態では、監視部２２をＩＣにより構成する例を示したが、監視部２２をマイコンで構成することも可能である。さらに、本実施形態では、監視部２２と制御用マイコン２４とを個別に備える工具用バッテリ１０を例示したが、図６に示すように、監視部２２と制御用マイコン２４とを一つにまとめたマイコン、即ち、Ｓｉｐ（System in Package）マイコン２０を使用することも可能である。
また、本実施形態では、電流検出素子としてシャント抵抗１４を例示したが、シャント抵抗１４の代わりに半導体素子であるＦＥＴのオン抵抗を使用することも可能である。
また、本実施形態では、監視部２２の放電（充電）電流信号Ｉｍｏｎをディジタル信号で制御用マイコン２４に伝送する例を示したが、アナログ信号で送ることも可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１２・・・・セル
１４・・・・シャント抵抗（電流検出素子）
１５・・・・増幅器
２０・・・・Ｓｉｐマイコン
２２・・・・監視部
２４・・・・制御用マイコン
【図１】
0005554204.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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