(57)【要約】【課題】燃料電池を用い、小型で、しかも作動時間の長い電動工具を提供する。【解決手段】工具を駆動する電動モータ１０、電動モータ１０に電力を供給する二次電池２０、二次電池２０を充電するための燃料電池３０、二次電池２０の残容量（出力電圧）を検出する二次電池電圧計２２、電動モータ１０に加わる負荷の量を 検出する負荷電流計２４及び制御部４０を備え、制御部４０では、二次電池電圧計２２で検出された二次電池２０の残容量及び負荷電流計２４で検出された電動モータ１０に加わる負荷に基づき、平均負荷電流が燃料電池３０の出力より小さいときには、残容量の低下に従って燃料電池３０の出力を上げていき、平均負荷電流が燃料電池３０の出力より大きいときには、燃料電池３０からの充電により、残容量が上昇するに従って燃料電池３０の出力を下げていくというように、燃料電池３０から二次電池２０への充電パターンの制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力供給を受け、取り付けられた工具を駆動する電動モータと、
前記電動モータに電気的に接続され、前記電動モータに電力を供給する二次電池と、
前記二次電池に電気的に接続され、前記二次電池を充電するための燃料電池と、
前記二次電池の残容量を検出する残容量検出手段と、
前記残容量検出手段により検出した前記二次電池の残容量に基づき、前記燃料電池から前記二次電池への充電パターンの制御を行う制御手段と、
を備えたことを特徴とする電動工具。
【請求項２】
請求項１に記載の電動工具において、
前記電動モータの負荷電流を検出する負荷電流検出手段を備え、
前記制御手段は、
前記残容量検出手段で検出した前記二次電池の残容量及び前記負荷電流検出手段で検出した前記電動モータの負荷電流に基づき、前記燃料電池から前記二次電池への充電パターンの制御を行うことを特徴とする電動工具。
【請求項３】
請求項１に記載の電動工具において、
前記二次電池の内部温度を検出する二次電池温度検出手段を備え、
前記制御手段は、
前記残容量検出手段で検出した前記二次電池の残容量及び前記二次電池温度検出手段で検出した前記二次電池の内部温度に基づき、前記燃料電池から前記二次電池への充電パターンの制御を行うことを特徴とする電動工具。
【請求項４】
請求項１に記載の電動工具において、
前記電動モータの負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、
前記二次電池の内部温度を検出する二次電池温度検出手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記残容量検出手段で検出した前記二次電池の残容量、前記負荷電流検出手段で検出した前記電動モータの負荷電流及び前記二次電池温度検出手段で検出した前記二次電池の内部温度に基づき、前記燃料電池から前記二次電池への充電パターンの制御を行うことを特徴とする電動工具。
【請求項５】
請求項１に記載の電動工具において、
前記二次電池が放電状態であるか否かを検出する放電検出手段を備え、
前記制御手段は、
前記放電検出手段で、前記二次電池が放電状態にあることが検出された場合に、前記燃料電池から前記二次電池への充電を行わず、前記二次電池が放電状態にないことが検出された場合に、前記燃料電池から前記二次電池への充電を行うことを特徴とする電動工具。
【請求項６】
請求項１に記載の電動工具において、
前記二次電池の内部温度を検出する二次電池温度検出手段と、
前記二次電池の出力電圧を検出する二次電池電圧計と、
前記燃料電池の内部温度を検出する燃料電池温度検出手段と、
前記燃料電池の出力電圧を検出する燃料電池電圧検出手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記二次電池温度検出手段で検出した前記二次電池の内部温度、前記二次電池電圧計で検出した前記二次電池の出力電圧、前記燃料電池温度検出手段で検出した前記燃料電池の温度及び前記燃料電池電圧検出手段で検出した前記燃料電池の出力電圧に基づいて、前記燃料電池から前記二次電池への充電電流を制御することを特徴とする電動工具。
【請求項７】
請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の電動工具において、
前記残容量検出手段は、前記二次電池の出力電圧に基づいて前記二次電池の残容量を検出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、電動工具、特に電源として燃料電池を備えた電動工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動モータの電源として二次電池と燃料電池とを併用して使用する電動工具がある。この電動工具は、電動モータに二次電池を電気的に接続し、燃料電池を電気的に二次電池に接続する構成となっている。このような構成により、電動モータに対しては二次電池から電力を供給し、燃料電池から二次電池に電力を供給することで二次電池を充電するようになっている。（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２００８−２６０１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記電動工具では、単に、二次電池と燃料電池とを電気的に接続しているだけであるため、二次電池の残容量とは無関係に、常に燃料電池から二次電池への充電が行われる。つまり、燃料電池から二次電池に対して常に充電が行われるようになっている。したがって、燃料電池の出力が最も発電効率の高いポイントで使用できず燃料消費が速くなり、さらに、ポンプ等の補器を常に動かしているので、二次電池と燃料電池を併せた電源全体としての電力供給時間が短くなる。
【０００５】
したがって、燃料電池に一定量の燃料を充填した場合における電動工具の作動時間が短くなるという問題がある。換言すれば、電力供給時間を長くしようとすれば、燃料電池の燃料タンクの容量を大きくする必要があるため、電動工具が大型化してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、燃料電池を用い、小型で、しかも一定量の燃料を充填した場合における作動時間の長い電動工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この欄においては、発明に対する理解を容易にするため、必要に応じて「発明を実施するための形態」欄において用いた符号を付すが、この符号によって請求の範囲を限定することを意味するものではない。
【０００８】
上記「発明が解決しようとする課題」において述べた問題を解決するためになされた本発明は、電動モータ（１０）、二次電池（２０）、燃料電池（３０）、残容量検出手段（２２）及びを備えた電動工具（１）である。
【０００９】
電動モータ（１０）は、電力供給を受けて、取り付けられた工具を駆動し、二次電池（２０）は、電動モータ（１０）に電気的に接続され、電動モータ（１０）に電力を供給する。また、燃料電池（３０）は、二次電池（２０）に電気的に接続され、二次電池（２０）を充電するために用いられる。
【００１０】
残容量検出手段（２２）は、二次電池（２０）の残容量を検出し、制御手段（４０）は、残容量検出手段（２２）で検出された二次電池（２０）の残容量に基づき燃料電池（３０）から二次電池（２０）への充電パターンの制御を行う。
【００１１】
このような構成とすることで、電動工具（１）を小型で、しかも、一定量の燃料を充填した場合における作動時間が長いものとすることができる。以下説明する。
工具を駆動する電動モータ（１０）には二次電池（２０）から電力が供給され、二次電池（２０）には燃料電池（３０）から充電が行われる。電動工具（１）は、通常、作動時には大きな負荷が加わるものの、負荷状態と無負荷状態（例えば、電気ドリルのように作動／停止の状態）が頻繁に繰り返されるという状況下で使用される。したがって、瞬間消費電力は大きいが、平均消費電力は小さいという電力消費特性を有している。
【００１２】
そこで、大きな瞬間消費電力の供給に適する二次電池（２０）から電動モータ（１０）に電力を供給し、二次電池（２０）を充電するためには、大きな瞬間消費電力の供給に適しない燃料電池（３０）を用いる。
【００１３】
そして、燃料電池（３０）から二次電池（２０）への充電の際には、電動工具の電力消費特性に適するように、二次電池（２０）の残容量に基づき、燃料電池（３０）から二次電池（２０）への充電パターンの制御を行うようにするのである。
【００１４】
そうすると、例えば、二次電池（２０）に残容量が少なくなり、二次電池（２０）に対する充電が必要なときには燃料電池（３０）から充電を行い、充電が不要な場合には燃料電池（３０）からの充電を行わないようにすれば、ポンプ等、補器の消費電力を抑えることができるので、一定量の燃料に対する燃料電池（３０）の作動時間を延ばすことができる。
【００１５】
換言すれば、燃料電池（３０）を小型化することができ、しかも、作動時間の長い電動工具（１）とすることができる。
また、本発明において、電動モータ（１０）の負荷電流を検出する負荷電流検出手段（２４）を備え、制御手段（４０）は、残容量検出手段（２２）で検出した二次電池（２０）の残容量及び負荷電流検出手段（２４）で検出した電動モータ（１０）の負荷電流に基づき、燃料電池（３０）から二次電池（２０）への充電パターンの制御を行うようするとよい。
【００１６】
このようにすると、二次電池（２０）の残容量に加え、電動モータ（１０）の負荷電流に基づいて二次電池（２０）への充電パターンを制御できるので、負荷電流が多いとき、例えば、電動モータ（１０）の作動中には二次電池（２０）への充電を行わず、負荷電流の少ないとき、例えば、電動モータ（１０）の停止中などに二次電池（２０）の充電をするという充電方法とすることができる。
【００１７】
また、電動モータ（１０）の負荷電流は、例えば、電動モータ（１０）に電気的に接続されている二次電池（２０）の出力電流を計測するなど、容易かつ簡易な構成で検出できる。
【００１８】
つまり、電動モータ（１０）の負荷電流を簡易な構成で容易に検出ができるので、電動工具（１）を小型・軽量化することができ、ひいては、低価格化することができる。
ところで、二次電池（２０）には、所定の充電電圧、所定の温度範囲内でなければ充電することができないという特性がある。
【００１９】
そこで、本発明において、二次電池（２０）の内部温度を検出する二次電池温度検出手段（２６）を備え、制御手段（４０）は、残容量検出手段（２２）で検出した二次電池（２０）の残容量及び二次電池温度検出手段（２６）で検出した二次電池（２０）の内部温度に基づき、燃料電池（３０）から二次電池（２０）への充電パターンの制御を行うようにするとよい。
【００２０】
このようにすると、内部温度に依存して変化する二次電池（２０）の充電特性に応じて、効率よく二次電池（２０）の充電や放電（つまり、電動工具（１）の作動）が可能となる。
【００２１】
なお、二次電池（２０）の内部温度とは、二次電池（２０）において発電反応が起こっている二次電池（２０）の内部の温度を意味している。
また、本発明において、電動モータ（１０）の負荷電流を検出する負荷電流検出手段（２４）と、二次電池（２０）の内部温度を検出する二次電池温度検出手段（２６）と、を備え、制御手段（４０）は、残容量検出手段（２２）で検出した二次電池（２０）の残容量、負荷電流検出手段（２４）で検出した電動モータ（１０）の負荷電流及び二次電池温度検出手段（２６）で検出した二次電池（２０）の内部温度に基づき、燃料電池（３０）から二次電池（２０）への充電パターンの制御を行うようにしてもよい。
【００２２】
このようにすると、負荷電流検出手段（１４）により検出できる電動モータ（１０）の作動状態と、二次電池温度検出手段（２６）で検出した二次電池（２０）の内部温度の両方に基づいて、二次電池（２０）の充電パターン制御を行うことができる。
【００２３】
また、本発明において、二次電池（２０）が放電状態であるか否かを検出する放電検出手段（２２）を備え、制御手段（４０）は、放電検出手段（２２）で、二次電池（２０）が放電状態にあることが検出された場合に、燃料電池（３０）から二次電池（２０）への充電を行わず、二次電池（２０）が放電状態にないことが検出された場合に、燃料電池（３０）から二次電池（２０）への充電を行うようにしてもよい。
【００２４】
このようにすると、放電検出手段（２２）として、例えば、二次電池（２０）の出力電流を計測できるようにし、計測した出力電流の有無を判定するだけで、二次電池（２０）が放電状態であるか否かを判定することができる。したがって、非常に簡易な構成で、燃料電池（３０）から二次電池（２０）への充電制御を行うことができるので、電動工具（１）を小型化することができる。
【００２５】
また、一般的に、二次電池（２０）の出力と充電とを、同じ端子を用いて行う構成とすることが多い。したがって、負荷である電動モータ（１０）側から見た場合、二次電池（２０）と燃料電池（３０）とが並列接続されていることになるが、その場合であっても、二次電池（２０）の放電がなされていないときに、燃料電池（３０）から二次電池（２０）への充電が行われ、二次電池（２０）の放電が行われているときには、燃料電池（３０）から二次電池（２０）への充電が行われないので、電動モータ（１０）の負荷が燃料電池（３０）に与える影響が非常に少なくなる。つまり、電動モータ（１０）の負荷変動による燃料電池（３０）の寿命等の性能に与える影響が少なくなるので、燃料電池（３０）を長寿命化することができる。
【００２６】
ところで、燃料電池（３０）には、燃料電池（３０）を構成する燃料電池（３０）のセル（あるいは燃料電池（３０）セルを積層した燃料電池（３０）スタック）が所定の温度にならないと発電できないという特性がある。また、前述のように、二次電池（２０）には、所定の充電電圧、所定の温度範囲内でなければ充電することができないという特性がある。
【００２７】
そこで、本発明において、二次電池（２０）の内部温度を検出する二次電池温度検出手段（２６）と、二次電池（２０）の出力電圧を検出する二次電池電圧計（２２）と、燃料電池（３０）の内部温度を検出する燃料電池温度検出手段（３６）と、燃料電池（３０）の出力電圧を検出する燃料電池電圧検出手段（３２）と、を備えるようにする。
【００２８】
そして、制御手段（４０）は、二次電池温度検出手段（２６）で検出した二次電池（２０）の内部温度、二次電池電圧計（２２）で検出した二次電池（２０）の出力電圧、燃料電池温度検出手段（３６）で検出した燃料電池（３０）の温度及び燃料電池電圧検出手段（３２）で検出した燃料電池（３０）の出力電圧に基づいて、燃料電池（３０）から二次電池（２０）への充電電流を制御するようにするとよい。
【００２９】
このようにすると、
二次電池（２０）の出力電圧、燃料電池（３０）の出力電圧によって得られる二次電池（２０）や燃料電池（３０）の残容量に加え、内部温度に依存して変化する燃料電池（３０）の発電特性や内部温度に依存して変化する二次電池（２０）の充電特性に応じて、効率よく二次電池（２０）の充電や放電（つまり、電動工具（１）の作動）が可能となるので、効率のよい充電派点の制御ができるようになる。
【００３０】
なお、燃料電池（３０）の内部温度とは、燃料電池（３０）の発電反応が起こっている燃料電池（３０）の内部の温度を意味している。
ところで、一般的に、二次電池（２０）の残容量は、その出力電圧によって検出することができる。つまり、残容量が所定の値以下になると二次電池（２０）の出力電圧が低下してくる。
【００３１】
そこで、本発明において、残容量検出手段（２２）は、二次電池（２０）の出力電圧に基づいて二次電池（１０）の残容量を検出するようにすると、二次電池（２０）の出力電圧を  例えば電圧計で検出するという簡易な構成で二次電池（２０）の残容量を検出することができるので、燃料電池（３０）を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１実施形態における電動工具の概略の構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態における制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態における制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】電動工具使用時の負荷電流パターンの例を示す図である。
【図５】第２実施形態における電動工具の概略の構成を示すブロック図である。
【図６】第２実施形態における制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】第３実施形態における電動工具の概略の構成を示すブロック図である。
【図８】第３実施形態における制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】二次電池の残容量に基づいて充電パターンの制御を行う様子を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
［第１実施形態］
図１は、本発明が適用された電動工具１の概略の構成を示すブロック図である。電動工具１は図１に示すように、電動モータ１０、電動モータスイッチ１２、二次電池２０、燃料電池３０、二次電池電圧計２２、負荷電流計２４、燃料電池電圧計３２、制御部４０及び報知装置５０を備えている。
【００３４】
電動モータ１０は、ＤＣモータであり、電力供給を受け、駆動軸に取り付けられた工具を駆動する。また、電動モータスイッチ１２は、二次電池２０と電動モータ１０とを電気的に接続している導電線に設置されたオン／オフスイッチであり、制御部４０からの指令信号により、二次電池２０から電動モータ１０への電力供給をオン／オフする。
【００３５】
ここで、「駆動軸に取り付けられた工具」とは、ドリルなどのように、電動モータ１０の駆動軸に取り付けられた工具以外に、駆動軸に取り付けられたギア或いはプーリ及びベルトなどの駆動力の伝達機構によって作動する工具を含む意味である。
【００３６】
二次電池２０は、充電可能なリチウムイオン電池であり、電動モータ１０に導電線を介して電気的に接続され、電動モータ１０に駆動電力を供給する。なお、リチウムイオン電池の代わりに、負荷の種類によって、ニッケル・カドミウム電池やニッケル水素電池など他の二次電池を用いてもよい。
【００３７】
燃料電池３０は、改質器を介さずに、電動工具１内部の図示しない燃料電池セル（燃料電池スタック）に直接メタノール、ジメチルエーテル或いはヒドラジンなどの液体燃料を供給して発電を行うＤＦＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌの略）であるが、図示しない改質器を用いるＰＥＦＣ（固体高分子形燃料電池）、ＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）など他の種類の燃料電池であってもよい。
【００３８】
燃料電池３０は、導電線で二次電池２０に電気的に接続され、燃料電池セル（燃料電池スタック）における発電反応により生成した電力で二次電池２０を充電する。
二次電池電圧計２２は、二次電池２０の残容量を検出するものであり、具体的には、二次電池２０の出力端子に並列に接続され、二次電池２０の出力電圧を検出することにより、二次電池２０の残容量を検出するために用いられる。
【００３９】
一般的に、二次電池２０の残容量が減少するとその出力電圧が減少するため、二次電池２０の出力電圧を検出すれば、二次電池２０の残容量を検出することができる。また、残容量と出力電圧の関係は、使用される二次電池２０の種類によって定まる特性であり、一般的に知られたものであるので、その説明は省略する。
【００４０】
負荷電流計２４は、電動モータ１０に加わる負荷の量を検出するものであり、電動モータ１０の電力入力端子と二次電池２０の出力端子の間に、導電線を介して直列に接続された電流計である。電動モータ１０に加わる負荷として、電動モータ１０の負荷電流を検出する。
【００４１】
報知装置５０は、電動工具１の使用者等に対して電動工具１が使用不可状態であることを報知するための装置であり、ＬＥＤや白熱電球などの発光により報知するもの、或いは、ブザー、スピーカによる電子音或いは音声などの音響により報知するものである。
【００４２】
ここで、「使用不可状態」とは、例えば二次電池の残容量が少ないため充電待ちである状態や二次電池が使用不可である状態などがある。
制御部４０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏを備えており、二次電池電圧計２２で検出された二次電池２０の残容量及び負荷電流計２４で検出された電動モータ１０に加わる負荷に基づき、燃料電池３０から二次電池２０への充電パターンの制御を行う。
【００４３】
具体的には、制御部４０は、二次電池電圧計２２で検出した二次電池２０の出力電圧から求められる残容量及び負荷電流計２４で検出した電動モータ１０の負荷電流に基づき、燃料電池３０から二次電池２０への充電パターンを以下の（ア）〜（キ）に示すようにして制御する。
【００４４】
（ア）燃料電池３０の出力電流（以下、単に「出力電流」とも呼ぶとも呼ぶ）が二次電池２０の平均負荷電流（以下、単に「平均負荷電流」とも呼ぶ）以下か否かを判定する。
（イ）出力電流≦平均負荷電流、かつ、二次電池２０の残容量が８０％以下に低下した場合、燃料電池３０の出力をオフから低出力に切り換える。ここで、「低出力」とは、燃料電池３０の定格出力から出力オフの間で、発電効率が高くなるように予め定められた出力値を意味している。
【００４５】
（ウ）さらに、二次電池２０の残容量が３０％以下に低下した場合、燃料電池３０の出力を高出力に切り換える。ここで、「高出力」とは、燃料電池３０の定格出力を意味している
（エ）さらに、二次電池２０の残容量が０％に低下した場合、燃料電池３０の出力を高出力のままとし、工具を使用不可にする（電動モータ１０への電力供給をオフにする）。
【００４６】
（オ）上記（ア）の判定において、出力電流＞平均負荷電流、かつ、二次電池２０の残容量が３０％に上昇した場合、燃料電池３０の出力を高出力とし、工具の使用を可能とする（電動モータ１０への電力供給をオンにする）。
【００４７】
（カ）さらに、二次電池２０の残容量が５０％に上昇した場合、燃料電池３０の出力を高出力から低出力へ切り換える。
（キ）さらに、二次電池２０の残容量が１００％に上昇した場合、燃料電池３０の出力を低出力からオフに切り換える。
【００４８】
（制御処理）
次に、図２及び図３に基づいて、制御部４０において実行される制御処理について説明する。図２，３は、制御処理の流れを示すフローチャートである。制御処理は、図示しないＲＯＭに格納されたプログラムとして実行され、電動工具１の図示しないメインスイッチがオンされたときに起動される。
【００４９】
制御処理では、まずＳ１００において、二次電池２０の平均負荷電流が取得される。この平均負荷電流は、一定期間負荷電流を測定し、その平均値から求める。電動工具１における負荷電流と平均負荷電流の一例を図４に示す。図４においては、負荷電流を実線で示し、平均負荷電流を一点鎖線で示し、充電電流を破線で示している。
【００５０】
続くＳ１０５において、燃料電池電流計３４から燃料電池３０の出力電流が取得され、続くＳ１１０では、Ｓ１００において取得された平均負荷電流（ＳＢＩ）及びＳ１０５において取得された出力電流（ＦＣＩ）が共に０であるか否かが判定される。
【００５１】
そして、平均負荷電流（ＳＢＩ）及び出力電流（ＦＣＩ）が共に０であると判定された場合（Ｓ１１０：Ｙｅｓ）、処理が終了され、平均負荷電流（ＳＢＩ）及び出力電流（ＦＣＩ）のうち少なくとも一方が０でないと判定された場合（Ｓ１１０：Ｎｏ）には、処理がＳ１１５へ移行される。
【００５２】
続くＳ１１５では、二次電池電圧計２２から二次電池２０の出力電圧が取得され、続くＳ１２０では、Ｓ１００において取得された平均負荷電流（ＳＢＩ）とＳ１０５において取得された出力電流（ＦＣＩ）とが比較され、出力電流（ＦＣＩ）≦平均負荷電流（ＳＢＩ）であるか否かが判定される。
【００５３】
そして、出力電流（ＦＣＩ）≦平均負荷電流（ＳＢＩ）であると判定された場合（Ｓ１２０：Ｙｅｓ）、処理がＳ１２５へ移行され、出力電流（ＦＣＩ）≦平均負荷電流（ＳＢＩ）でないと判定された場合（Ｓ１２０：Ｎｏ）、処理がＳ１６５（図３参照）へ移行される。
【００５４】
続くＳ１２５では、Ｓ１１５において取得された二次電池２０の出力電圧から、二次電池２０の残容量が８０％以下であるか否かが判定される。
そして、残容量が８０％以下と判定された場合（Ｓ１２５：Ｙｅｓ）、処理がＳ１３０へ移行され、８０％未満であると判定された場合（Ｓ１２５：Ｎｏ）、処理がＳ１４５へ移行される。
【００５５】
Ｓ１３０では、Ｓ１１５において取得された二次電池２０の出力電圧から、二次電池２０の残容量が３０％以下であるか否かが判定される。
そして、残容量が３０％以下と判定された場合（Ｓ１３０：Ｙｅｓ）、処理がＳ１３５へ移行され、３０％未満であると判定された場合（Ｓ１３０：Ｎｏ）、処理がＳ１４０へ移行される。
【００５６】
Ｓ１３５では、燃料電池３０に対する燃料の供給量を定格値まで増加させることにより、燃料電池３０の出力が低出力から高出力に切り換えられる。
Ｓ１４０では、燃料電池３０を低出力として二次電池２０の充電が開始される。燃料電池３０を低出力とするためには、燃料電池３０に供給されるメタノールなどの燃料の供給量を定格値から所定量減少させればよい。
【００５７】
ここで、燃料電池３０は低出力状態では、効率が良く、かつ、燃料の供給量を減少させることができるので、燃料電池３０の出力を低出力とすることで、燃料電池３０の作動時間を延ばすことができ、さらに、燃料電池及び二次電池の負荷が減るので寿命が向上する。
【００５８】
Ｓ１４５では、燃料電池３０に対する燃料の供給を停止することにより、燃料電池３０から二次電池２０の充電が停止される。
Ｓ１５０では、Ｓ１１５において取得された二次電池２０の出力電圧から、二次電池２０の残容量が０％であるか否かが判定される。
【００５９】
そして、残容量が０％と判定された場合（Ｓ１５０：Ｙｅｓ）、処理がＳ１５５へ移行され、０％でないと判定された場合（Ｓ１５０：Ｎｏ）、処理がＳ１００へ戻され、制御処理が繰り返される。
【００６０】
Ｓ１５５では、電動モータスイッチ１２がオフされ、電動モータ１０に対する電力供給が遮断され、続くＳ１６０において、報知装置５０に警告報知をするように信号が出力される。
【００６１】
警告報知信号とは、報知装置５０がＬＥＤや白熱電球で構成されている場合やブザーや電子音を出力するためのスピーカで構成されている場合には、オン／オフ信号であり、音声をスピーカで出力する場合には、出力指令信号である。
【００６２】
そして、警告報知信号が出力された後、処理がＳ１００へ戻され、制御処理が繰り返される。
Ｓ１６５（図３参照）では、Ｓ１１５において取得された二次電池２０の出力電圧から、二次電池２０の残容量が３０％以上であるか否かが判定される。そして、残容量が３０％以上と判定された場合（Ｓ１６５：Ｙｅｓ）、処理がＳ１７０へ移行され、３０％未満であると判定された場合（Ｓ１６５：Ｎｏ）、処理がＳ１９５へ移行される。
【００６３】
Ｓ１７０では、電動モータスイッチ１２がオンされ、電動モータ１０に対する電力供給が開始される。
続くＳ１７５では、Ｓ１１５において取得された二次電池２０の出力電圧から、二次電池２０の残容量が５０％以上であるか否かが判定される。そして、残容量が５０％以上と判定された場合（Ｓ１７５：Ｙｅｓ）、処理がＳ１８０へ移行され、５０％未満であると判定された場合（Ｓ１７５：Ｎｏ）、処理がＳ１９５へ移行される。
【００６４】
Ｓ１８０では、Ｓ１１５において取得された二次電池２０の出力電圧から、二次電池２０の残容量が１００％であるか否かが判定される。そして、残容量が１００％と判定された場合（Ｓ１８０：Ｙｅｓ）、処理がＳ１８５へ移行され、１００％でないと判定された場合（Ｓ１８０：Ｎｏ）、処理がＳ１９０へ移行される。
【００６５】
Ｓ１８５では、燃料電池３０に対する燃料供給を停止することにより、燃料電池３０から二次電池２０への充電が停止された後、処理がＳ１００へ戻され、制御処理が繰り返される。
【００６６】
Ｓ１９０では、燃料電池３０に対する燃料の供給量を定格値から所定量減少させることにより、燃料電池３０の出力が高出力から低出力に切り換えられた後、処理がＳ１００へ戻され、制御処理が繰り返される。
【００６７】
Ｓ１９５では、燃料電池３０を高出力として二次電池２０の充電が開始された後、処理がＳ１００へ戻され、制御処理が繰り返される。燃料電池３０を高出力とするためには、燃料電池３０に供給されるメタノールなどの燃料の供給量を定格値とすればよい。
【００６８】
（電動工具１の特徴）
以上に説明した電動工具１は、大きな瞬間消費電力の供給に適する二次電池２０から電動モータ１０に電力を供給し、二次電池２０を充電するためには、大きな瞬間消費電力の供給に適しない燃料電池３０を用いている。
【００６９】
そして、燃料電池３０から二次電池２０への充電の際には、電動工具１の電力消費特性に適するように、二次電池２０の残容量を検出し、電動モータ１０に加わる負荷として、電動モータ１０の負荷電流を検出している。
【００７０】
また、制御部４０では、二次電池電圧計２２で検出した二次電池２０の残容量及び負荷電流計２４で検出した電動モータ１０の負荷電流に基づき、燃料電池３０から二次電池２０への充電パターンの制御を行っている。
【００７１】
したがって、一定量の燃料に対する燃料電池３０の作動時間を延ばすことができる。換言すれば、燃料電池３０を小型化することができ、しかも、作動時間の長い電動工具１とすることができる。
【００７２】
また、二次電池２０の残容量を二次電池電圧計２２で検出し、電動モータ１０の負荷電流を負荷電流計２４で検出しているので、従来技術を利用して容易かつ簡易な構成で検出できる。したがって、電動工具１を小型・軽量化することができ、ひいては、低価格化することができる。
【００７３】
また、二次電池２０の残容量が少なくなった場合、使用不可である旨の警告報知がなされるので、充電中に電動工具２が使用されることがないので、効率よく二次電池２０の充電が行われる。
【００７４】
この場合、二次電池２０に燃料電池３０から充電されている場合であっても、二次電池２０に残容量がある場合には、使用不可にはしないので、電動工具１に電力を供給しながら二次電池２０の充電を行うことができる。
［第２実施形態］
次に、第１実施形態の電動工具１において、二次電池２０が放電状態であるか否かを検出するようにした第２実施形態について図５及び図６に基づいて説明する。
【００７５】
図５は、第２実施形態における電動工具の概略の構成を示すブロック図であり、図６は、制御部４０で実行される制御処理の流れを示すフローチャートである。
第２実施形態の電動工具２は、図５に示すように、第１実施形態の電動工具１の構成品のうち、電動モータスイッチ１２、二次電池電圧計２２、燃料電池電圧計３２及び燃料電池電流計３４を削除し、負荷電流計２４を残している。
【００７６】
そして、制御部４０において実行される制御処理は、図６に示すように、Ｓ３００において、負荷電流計２４から負荷電流が取得され、続くＳ３０５では、Ｓ３００において取得された負荷電流が予め定めたれた値以上であるか否かが判定される。
【００７７】
負荷電流が予め定められた値以上であるときは、二次電池２０から電動モータ１０へ電力が供給されている場合であるので、二次電池２０が放電状態であるか否かが判定できる。
【００７８】
ここで、「予め定められた値」とは、二次電池２０が放電状態であることを判定するために十分な値の電流値であり、検出ノイズなどを考慮して、使用される電動モータ１０の特性により定められる値である。
【００７９】
そして、負荷電流が予め定められた値以上と判定された場合（Ｓ３０５：Ｙｅｓ）、処理がＳ３１０へ移行され、負荷電流が予め定められた値未満と判定された場合（Ｓ３０５：Ｎｏ）には、処理がＳ３１５へ移行される。
【００８０】
Ｓ３１０では、燃料電池３０から二次電池２０への充電が停止された後、処理がＳ３００へ戻され、制御処理が繰り返される。また、Ｓ３１５では、燃料電池３０から二次電池２０への充電が開始された後、処理がＳ３００へ戻され、制御処理が繰り返される。
【００８１】
第２実施形態における電動工具２では、二次電池２０の出力電流の有無を判定するだけで、放電状態であるか否かを判定することができる。したがって、負荷電流計２４のみを用いるという非常に簡易な構成で、燃料電池３０から二次電池２０への充電制御ができるので、電動工具２を小型化することができる。
【００８２】
また、二次電池２０の出力と入力とを同じ端子で行った場合、つまり、負荷である電動モータ１０側から見た場合、二次電池２０と燃料電池３０とが並列接続されている場合であっても、二次電池２０の放電がなされていないときに、燃料電池３０から二次電池２０への充電が行われ、二次電池２０の放電が行われているときには、燃料電池３０から二次電池２０への充電が行われない。
【００８３】
したがって、電動モータ１０の負荷が燃料電池３０に与える影響が非常に少なくなる。つまり、電動モータ１０の負荷変動による燃料電池３０の寿命等の性能に与える影響が少なくなるので、燃料電池３０を長寿命化することができる。
［第３実施形態］
次に、二次電池２０及び燃料電池３０の温度と出力電圧に基づいて、二次電池２０を燃料電池３０で充電する際の制御を行うようにした第３実施形態における電動工具３について図７及び図８に基づいて説明する。
【００８４】
図７は、電動工具３の概略の構成を示すブロック図であり、図８は、電動工具３の制御部４０において実行される制御処理の流れを示すフローチャートである。
第３実施形態における電動工具３は、図７に示すように、二次電池電圧計２２、二次電池温度センサ２６、燃料電池電圧計３２、燃料電池温度センサ３６を備えている。なお、第１実施形態における電動工具１と同じ構成品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００８５】
二次電池温度センサ２６は、二次電池２０内部温度を検出するセンサであり、燃料電池温度センサ３６は、燃料電池３０の内部温度を検出するセンサである。
二次電池温度センサ２６及び燃料電池温度センサ３６は、熱電対、シリコンダイオード、ＧａＡｌＡｓダイオードなどの半導体センサ或いは白金抵抗センサ、ロジウム鉄抵抗センサ、セルノックス抵抗センサなどの抵抗型センサなどが用いられる。
【００８６】
なお、二次電池２０の内部温度とは、二次電池２０において発電反応が起こっている二次電池２０の内部の温度を意味し、燃料電池３０の内部温度とは、燃料電池３０の発電反応が起こっている燃料電池３０の内部の温度を意味している。
【００８７】
したがって、二次電池温度センサ２６及び燃料電池温度センサ３６は、二次電池２０や燃料電池３０の内部に直接プローブを挿入しておくタイプのセンサであってもよいし、内部温度を外部から間接的に検出する、例えば、放射熱を検出するタイプのセンサであってもよい。
【００８８】
制御部４０における制御処理は、図８に示すように、Ｓ４００において、二次電池２０の出力電圧の範囲を及び予め定められた充電条件を取得する。なお、二次電池２０の出力電圧の範囲を及び予め定められた充電条件は、図示しないＲＯＭに予め格納されている。
【００８９】
続くＳ４０５において、燃料電池温度センサ３６から燃料電池３０の内部温度が取得されるとともに、燃料電池電圧計３２から燃料電池３０の出力電圧が取得される。
続くＳ４１０では、Ｓ４０５において取得された燃料電池３０の内部温度及び出力電圧が正常であるか否かが判定される。ここで、内部温度及び出力電圧が、Ｓ４００において取得された温度範囲及び電圧範囲であれば正常であると判定される。
【００９０】
そして、温度範囲及び電圧範囲が正常であると判定された場合（Ｓ４１０：Ｙｅｓ）、処理がＳ４１５へ移行され、正常でないと判定された場合（Ｓ４１０：Ｎｏ）には、処理がＳ４２５へ移行される。
【００９１】
Ｓ４１５では、二次電池温度センサ２６から二次電池２０の内部温度が取得されるとともに、二次電池電圧計２２から二次電池２０の出力電圧が取得される。
続くＳ４２０では、Ｓ４１５において取得された二次電池２０の内部温度及び出力電圧が正常であるか否かが判定される。ここで、内部温度及び出力電圧が、Ｓ４００において取得された温度範囲及び電圧範囲であれば正常であると判定される。
【００９２】
そして、温度範囲及び電圧範囲が正常であると判定された場合（Ｓ４２０：Ｙｅｓ）、処理がＳ４３０へ移行され、正常でないと判定された場合（Ｓ４２０：Ｎｏ）には、処理がＳ４２５へ移行される。
【００９３】
Ｓ４２５では、燃料電池３０から二次電池２０への充電が停止される。
Ｓ４３０では、燃料電池３０の出力電流が二次電池及び燃料電池の温度、電圧によって決定される。燃料電池３０の出力電流の決定は、燃料電池３０に供給される燃料流量を決定することにより行われたり、燃料電池に内蔵している制御回路により行われたりする。出力電流と燃料流量との関係は、使用する燃料電池の種類によって個別に定まる特性であるので、詳細な説明は省略する。
【００９４】
続くＳ４３５では、燃料電池３０から二次電池２０への充電が開始される。
このような電動工具３では、二次電池２０の内部温度と出力電圧及び燃料電池３０の温度及び出力電圧に基づいて、燃料電池３０から二次電池２０への充電電流を制御している。
【００９５】
したがって、燃料電池３０の温度に依存する発電特性や二次電池２０の充電特性に応じて効率よく二次電池２０の充電や放電（つまり、電動工具３の作動）が可能となり、燃料電池や二次電池の故障防止も可能となる。
【００９６】
［その他の実施形態］
（１）第１実施形態では、二次電池２０の残容量及び電動モータ１０の負荷電流に基づいて充電パターンを制御しつつ燃料電池３０から二次電池２０へ充電を行ったが、二次電池２０の残容量のみに基づいて充電パターンを制御してもよい。
【００９７】
二次電池２０の残容量を二次電池２０の出力電圧として二次電池電圧計２２で検出し、検出した電圧値が予め設定して値以下になった場合に、燃料電池３０から二次電池２０への充電を開始し、二次電池２０の残容量が定格値になった場合、つまり、二次電池電圧計２２で検出した予め設定した定格値に達したら燃料電池３０から二次電池２０への充電を停止するのである。
【００９８】
具体的には、図９に示すように、電動工具を使用している期間（図９中Ｔ１で示す期間）は充電を行わず、二次電池による放電を繰り返した結果（図９中山谷で示される部分）、二次電池２０の出力電圧が一定電圧（図９中ΔＶで示す値）低下し、かつ、放電が一定期間（図９中Ｔ２で示す期間）停止した場合に燃料電池３０から二次電池２０への充電を行う。
【００９９】
そして、二次電池２０の電圧が定格値まで上昇したら（図９中Ｔ３で示す期間）充電を停止する。
（２）また、第１実施形態では、二次電池２０の残容量及び電動モータ１０の負荷電流に基づいて充電パターンを制御し、第２実施形態では、二次電池２０が放電状態にあるか否かによって充電パターンを制御し、第３実施形態では、二次電池２０及び燃料電池３０の出力電圧及び内部温度に基づいて充電パターンを制御したが、これらのパターンを組み合わせて充電パターンを制御するようにしてもよい。
【０１００】
（３）第１実施形態〜第３実施形態では、電動モータ１０、二次電池２０及び燃料電池３０を、導電線を介して接続したが、導電線を介さず、端子同士を直接接続するなどにより小型化を図ることもできる。
【０１０１】
（４）第１実施形態では、二次電池２０の残容量を二次電池２０の出力電圧で検出していたが、残容量検出方法は二次電池電圧２０の検出だけでなく、二次電池２０の放電電流を積算することによって計算してもよい。
【符号の説明】
【０１０２】
１，２，３…電動工具、１０…電動モータ、１２…電動モータスイッチ、２０…二次電池、２２…二次電池電圧計、２４…負荷電流計、２６…二次電池温度センサ、３０…燃料電池、３２…燃料電池電圧計、３４…燃料電池電流計、３６…燃料電池温度センサ、４０…制御部、５０…報知装置。
【図１】
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【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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【図７】
2011212792.tif 000009
【図８】
2011212792.tif 000010
【図９】
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