(57)【要約】【課題】電池パックの寿命を確保すると共に、連続的に使用可能な状態を維持する。【解決手段】図３（ｂ）に示されるように、低温域では実効電流を小さくしている。これにより、低温域における電圧降下を小さくしている。その後、温度が上昇して常温域になったら、モータ１０１をより強く回転させることができるように、実効電流を大きくする。常温域においては、内部抵抗は小さくなり電圧降下は小さくなっているために、過放電と認識されることはない。これによって温度は更に上昇してＴＰ２となり、高温域に達する。ここでは、図３（ｂ）に示されるように、再び実効電流を低下させている。【選択図】図３
2013211980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池が内蔵された電源が電動工具本体に接続された構成を具備する電動工具であって、
前記二次電池の温度を検出する温度検出手段と、
前記二次電池に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段の検出結果より前記二次電池が放電状態にあると認識された場合に、前記二次電池の出力電圧が予め定められた閾値を下回った場合には前記電源が前記電動工具本体に供給する放電電流を遮断する制御と、前記温度検出手段によって検出された温度に基づいて前記放電電流の実効値を変化させる制御と、を行う制御手段と、
を具備することを特徴とする電動工具。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記温度が予め設定された範囲外の場合に、前記温度が前記範囲内にある場合よりも前記放電電流の実効値を小さくする制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記温度が予め設定された範囲より低い場合に、前記温度が前記範囲内にある場合よりも前記放電電流の実効値を小さくする制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の電動工具。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記温度の時間変化における温度上昇率が予め定められた閾値よりも大きくなった場合に、前記放電電流の実効値を小さくする制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
【請求項５】
前記制御手段は、
前記二次電池から出力される電流が流されるスイッチング素子のオン・オフを制御する制御信号を出力することによってパルス状の前記放電電流を生成し、前記制御信号におけるパルスのデューティ比を制御することによって、前記放電電流の実効値の制御を行うことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の電動工具。
【請求項６】
前記二次電池はリチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の電動工具。
【請求項７】
請求項５に記載の電動工具において、前記電動工具本体に取り付けられることによって電源として機能する電池パックであって、  
前記二次電池と前記温度検出手段と前記電流検出手段と前記制御手段とを具備し、
前記制御手段は、制御信号を前記電動工具本体に設けられた前記スイッチング素子に出力することによって前記電動工具本体に流れる前記実効電流を制御することを特徴とする電池パック。
【請求項８】
前記制御手段は、
前記電流検出手段の検出結果より前記二次電池が充電中であると認識された場合において、前記二次電池の出力電圧が予め定められた閾値を超えた場合には充電電流を遮断する制御と、前記温度に基づいて前記充電電流の実効値を変化させる制御と、を行うことを特徴とする請求項７に記載の電池パック。
【請求項９】
前記制御手段は、
前記電流検出手段の検出結果より前記二次電池が充電中であると認識された場合において、前記二次電池の出力電圧が予め定められた閾値を下回った場合には充電電流を遮断する制御と、前記温度に基づいて前記充電電流の実効値を変化させる制御と、を行うことを特徴とする請求項７又は８に記載の電池パック。
【請求項１０】
前記制御手段は、
前記温度が予め定められた範囲外の場合に、前記温度が前記範囲内にある場合よりも前記充電電流の実効値を小さくする制御を行うことを特徴とする請求項８又は９に記載の電池パック。
【請求項１１】
前記制御手段は、
前記温度の時間変化における温度上昇率が予め定められた閾値よりも大きくなった場合に、前記充電電流の実効値を小さくする制御を行うことを特徴とする請求項８又は９に記載の電池パック。
【請求項１２】
前記二次電池はリチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項７から請求項１１までのいずれか１項に記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池が電源として用いられる電動工具、二次電池が収納されこの電動工具において電源として使用される電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
商用交流電源で動作するドリル等の電動工具を使用できる場所は、電源の取り出しが可能な場所でのみ使用できるのに対して、商用交流電源を使用せず電池パックが取り付けられて動作する電動工具はコードレスで使用できるため、こうした制限は存在しない。このため、電池パックが使用される電動工具は、携帯して使用する用途においては特に有効である。
【０００３】
こうした電池パックは直流の電源として使用され、その内部には複数の電池が設けられているのが一般的である。特に、この電池としては、放電後も充電することによって多数回の使用が可能である二次電池が多く使用されている。この二次電池としては、大容量かつ軽量とすることが可能であるリチウムイオン二次電池が最も有効である。リチウムイオン二次電池が使用される場合には、複数のリチウムイオン二次電池が直列あるいは並列に接続されて電池パックの中に搭載される。この電池パックが電動工具本体に取り付けられることによって、電動工具に通電をすることができる。また、この電池パックを充電器に取り付けることによって、この電池パック（リチウムイオン二次電池）を充電することができる。
【０００４】
リチウムイオン二次電池の充放電の際に流れる電流が定格値を越える、あるいは使用中に出力電圧が異常に低下する等の現象が発生した場合には、電動工具やリチウムイオン二次電池自身の劣化が生じることがある。このため、充放電の際の電流をモニターし、過電流が流れた際には電流を強制的に遮断する制御を行う保護回路等も電池パックに内蔵される。この保護回路は、リチウムイオン二次電池の電圧もモニターし、電圧が過放電閾値より低下した場合、或いは、過充電閾値に到達した場合にも電流を強制的に遮断する制御を行う。
【０００５】
ただし、電流だけを指標として電流を遮断するという動作を行うというだけでは劣化対策として充分ではない。このため、特許文献１には、電流だけでなく、充放電の際の電池の温度上昇も検知し、温度上昇が大きくなった場合に保護回路が充電経路や放電経路を遮断する制御を行う技術が記載されている。これによって、リチウムイオン二次電池自身を保護することができるため、その使用サイクル数（充放電を繰り返して使用できる回数）を高めることができ、寿命を長くすることもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
一方、二次電池を電源として使用する場合には、商用交流電源を用いる場合と異なり、連続して使用できる時間が制限され、この時間が経過すると、放電電流が得られなくなり、再び充電をすることが必要となる。このため、この放電可能時間（１回の充電後において連続的に放電電流が得られる時間）が充分長いことが必要である。従来の技術においては、リチウムイオン二次電池の使用サイクル数を長くすることは可能であるが、放電可能時間を長くすることはできなかった。
【０００８】
更に、この放電可能時間内であっても、例えば低温時においては異常な電池電圧の低下等が発生することがあり、工具使用中に保護回路によって強制的に電流が遮断され、使用が不可能となる場合があり、二次電池が過放電状態に達していないにもかかわらす工具が使用できない場合があった。
【０００９】
すなわち、電池パックの寿命を確保すると共に、連続的に使用可能な状態を環境温度によらず維持することは困難であった。
【００１０】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記の問題点を解決する発明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】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の電動工具は、二次電池が内蔵された電源が電動工具本体に接続された構成を具備する電動工具であって、前記二次電池の温度を検出する温度検出手段と、前記二次電池に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段の検出結果より前記二次電池が放電状態にあると認識された場合に、前記二次電池の出力電圧が予め定められた閾値を下回った場合には前記電源が前記電動工具本体に供給する放電電流を遮断する制御と、前記温度検出手段によって検出された温度に基づいて前記放電電流の実効値を変化させる制御と、を行う制御手段と、を具備することを特徴とする。
本発明の電動工具において、前記制御手段は、前記温度が予め設定された範囲外の場合に、前記温度が前記範囲内にある場合よりも前記放電電流の実効値を小さくする制御を行うことを特徴とする。
本発明の電動工具において、前記制御手段は、前記温度が予め設定された範囲より低い場合に、前記温度が前記範囲内にある場合よりも前記放電電流の実効値を小さくする制御を行うことを特徴とする。
本発明の電動工具において、前記制御手段は、前記温度の時間変化における温度上昇率が予め定められた閾値よりも大きくなった場合に、前記放電電流の実効値を小さくする制御を行うことを特徴とする。
本発明の電動工具において、前記制御手段は、前記二次電池から出力される電流が流されるスイッチング素子のオン・オフを制御する制御信号を出力することによってパルス状の前記放電電流を生成し、前記制御信号におけるパルスのデューティ比を制御することによって、前記放電電流の実効値の制御を行うことを特徴とする。
本発明の電動工具において、前記二次電池はリチウムイオン二次電池であることを特徴とする。
本発明の電池パックは、前記電動工具において、前記電動工具本体に取り付けられることによって電源として機能する電池パックであって、前記二次電池と前記温度検出手段と前記電流検出手段と前記制御手段とを具備し、前記制御手段は、制御信号を前記電動工具本体に設けられた前記スイッチング素子に出力することによって前記電動工具本体に流れる前記実効電流を制御することを特徴とする。
本発明の電池パックにおいて、前記制御手段は、前記電流検出手段の検出結果より前記二次電池が充電中であると認識された場合において、前記二次電池の出力電圧が予め定められた閾値を超えた場合には充電電流を遮断する制御と、前記温度に基づいて前記充電電流の実効値を変化させる制御と、を行うことを特徴とする。
本発明の電池パックにおいて、前記制御手段は、前記電流検出手段の検出結果より前記二次電池が充電中であると認識された場合において、前記二次電池の出力電圧が予め定められた閾値を下回った場合には充電電流を遮断する制御と、前記温度に基づいて前記充電電流の実効値を変化させる制御と、を行うことを特徴とする。
本発明の電池パックにおいて、前記制御手段は、前記温度が予め定められた範囲外の場合に、前記温度が前記範囲内にある場合よりも前記充電電流の実効値を小さくする制御を行うことを特徴とする。
本発明の電池パックにおいて、前記制御手段は、前記温度の時間変化における温度上昇率が予め定められた閾値よりも大きくなった場合に、前記充電電流の実効値を小さくする制御を行うことを特徴とする。
本発明の電池パックにおいて、前記二次電池はリチウムイオン二次電池であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は以上のように構成されているので、電池パックの寿命を確保すると共に、連続的に使用可能な状態を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態となる電動工具の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態となる電動工具におけるパルス状の放電電流の波形の例である。
【図３】本発明の実施の形態となる電動工具が使用される際の電池温度（ａ）、実効電流（ｂ）、電池電圧（ｃ）の電源オン時からの時間経過を示す図である。
【図４】低温域における電池温度（ａ）、実効電流（ｂ）、電池電圧（ｃ）の時間経過を、本発明の実施の形態となる電動工具と、従来の電動工具で比較した例である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態となる電動工具は、電源となる電池パックが電動工具本体に取り付けられて動作する。電動工具本体には、直流モータが内蔵され、例えばドライバドリルとして動作する。電池パックの中には、二次電池（リチウムイオン二次電池）が複数搭載されている。
【００１５】
図１は、この電動工具の構成を示す回路図である。この電動工具は、電池パック１０と電動工具本体１００が接続されて構成される。電池パック１０は、電動工具本体１００の筐体に機械的に支持されて取り付けられ、この際に電気的接続がとられるような構成とされている。この点については従来より使用されている電池パックと同様である。
【００１６】
電動工具本体１００（図１中の右側）には直流で動作するモータ１０１が設けられており、正側端子１０２と負側端子１０３を介してモータ１０１に直流電流が流されることによって、モータ１０１の軸が回転し、軸に連結された先端工具となるドリルビットが回転する。この電流経路にはトリガスイッチ１０４と電流遮断ＦＥＴ（スイッチング素子）１０５が設けられている。トリガスイッチ１０４は、電動工具の使用時に使用者によってオンされる。
【００１７】
また、電流遮断ＦＥＴ１０５のゲートには遮断信号端子１０６が接続されており、電流遮断ＦＥＴ１０５は、遮断信号端子１０６に印加された電圧がＨｉｇｈレベルの場合にはオン、Ｌｏｗレベルの場合にはオフとなるように制御される。ここで、例えば電動工具に異常が発生した場合には、遮断信号端子１０６をＬｏｗレベルに固定することによって、トリガスイッチ１０４のオン・オフに関わらず強制的に電流を遮断することができる。
【００１８】
また、遮断信号端子１０６に、ＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルの２値で構成されたパルス状の制御信号を入力し、そのデューティ比を制御することによって、モータ１０１に流れる電流の実効値を制御することもできる。この場合、ディーティ比は、１周期におけるオン時間（Ｈｉｇｈレベルの時間）をＴｏｎ、オフ時間（Ｌｏｗレベルの時間）をＴｏｆｆとすると、Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）となる。電流の実効値は、供給される直流電流値にこのデューティ比の平方根を乗じた値となる。リチウムイオン二次電池から得られる電流はリチウムイオン二次電池の特性や状態によって定まるにも関わらず、この制御信号におけるデューティ比を制御することによって、電池パック１０から電動工具本体１００に供給される電流の実効値を制御することができる。
【００１９】
ここで、電動工具本体１００と電池パック１０との電気的接点となるのは、正側端子１０２、負側端子１０３、遮断信号端子１０６である。このため、電池パック１０が電動工具本体１００に取り付けられた際には、これらの端子は電池パック１０側と接続される構成とされる。
【００２０】
電池パック１０においては、５個のリチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅが内蔵されている。リチウムイオン二次電池１１ａ等の個々の定格出力電圧は３．６Ｖ程度とされ、各々の出力が直列とされて最終的に電池パック正側端子１２、電池パック負側端子１３から出力される。なお、リチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅの充電は、この電池パック１０を電動工具本体１００の代わりに充電器に取り付け、充電器側から電池パック正側端子１２、電池パック負側端子１３を通して通電されることによって行うことができるが、電動工具本体１００を介して行うこともできる。放電時（使用時）と充電時においては、リチウムイオン二次電池１１ａ等に流れる電流は逆向きとなる。
【００２１】
この電池パック１０においては、リチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅの各々、あるいはこれらの合計の出力電圧が保護ＩＣ２０によって検出される。また、リチウムイオン二次電池１１ａ等の温度は、温度検出部３０によって検出される。リチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅにおける充電電流、放電電流は、電流検出部４０によって検出される。制御部５０には、保護ＩＣ２０、温度検出部３０、電流検出部４０の各々の検出結果が入力され、制御部５０は、その結果に応じて電池パック遮断信号端子１４に印加する電圧を制御する。
【００２２】
電池パック１０が電動工具１００に取り付けられた際には、電池パック正側端子１２と正側端子１０２、電池パック負側端子１３と負側端子１０３、電池パック遮断信号端子１４と遮断信号端子１０６とがそれぞれ接続される。これによって、電動工具１００にはリチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅによって直流電流が供給され、かつそのオン・オフが、遮断信号端子１０６を介して制御部５０によって制御される。この電池パック１０における大きな特徴は、直流電流のオン・オフの制御となっている。このオン・オフの制御には、（１）遮断信号端子１０６をＬｏｗレベルに固定して強制的に電流を遮断する制御と、（２）遮断信号端子１０６の電圧をパルス状とし、パルスのデューティ比を制御することにより、実効電流を零でない所定の値とする制御、の２種類がある。ここで、特に（２）の制御は、温度検出部３０によって検出された温度に応じて行われる。
【００２３】
以下に、電池パック１０における各部の詳細について説明する。
【００２４】
図１に示されるように、保護ＩＣ２０には、リチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅの正側の端子とリチウムイオン二次電池１１ｅの負側端子が接続される。これによって、保護ＩＣ２０は、リチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅの各々、あるいはこれらの合計の出力電圧を計測することができる。これらの電圧が異常に高い（過電圧である）と認識された場合（特に充電時）には、過電圧出力端子２０ａからその旨を制御部５０側に出力する。リチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅの定格電圧が３．６Ｖである場合には、例えば個々の電圧に対しては４．２Ｖ程度を閾値としてこの判定を行うことができる。これに対応する合計（電池パック正側端子１２・電池パック負側端子１３間）の電圧の閾値は２１Ｖとなり、合計電圧に対してはこの値を閾値として判定を行うことができる。すなわち、電池パック正側端子１２・電池パック負側端子１３間の電圧がこの閾値を越えた場合には、過電圧の状態であると保護ＩＣ２０によって認識され、これに対応した信号が制御部５０側に出力される。
【００２５】
逆に、リチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅの出力電圧が異常に低い（過放電である）と認識された場合（特に放電時）には、過放電出力端子２０ｂからこれに対応した信号を制御部５０側に出力する。リチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅの定格電圧が３．６Ｖである場合には、例えば個々の電圧に対しては２．０Ｖ程度を閾値としてこの判定を行うことができる。これに対応する合計の電圧の閾値は１０Ｖとなる。すなわち、電池パック正側端子１２・電池パック負側端子１３間の電圧がこの閾値を下回った場合には、過放電の状態であると保護ＩＣ２０によって認識され、これに対応した信号が制御部５０側に出力される。
【００２６】
温度検出部３０は、温度センサとなるサーミスタ３１を用いてリチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅの温度を計測する。このため、サーミスタ３１は、リチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅに近接して設置される。あるいは、実際にはリチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅは電池パック１０内で密着した状態で設置されるため、これらのうちのいずれかに貼付される構成としても、リチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅの全体の温度を計測することができる。サーミスタ３１には、抵抗３２を介して後述するレギュレータから定電圧（例えば５Ｖ）が供給される。サーミスタ３１の出力電圧はこれによって検出される温度に依存し、この出力電圧が制御部５０側に出力される。これにより、制御部５０（マイコン５１）は、この温度を認識することができる。
【００２７】
この温度にも閾値が設定され、検出された温度がこの閾値を越えた場合には、制御部５０は、電池パック遮断信号端子１４に印加する電圧をＬｏｗレベルに固定し、電流を強制的にオフする。これによって、リチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅが過度に加熱した際には電流は強制的にオフされる。この動作も、特許文献１等に記載された従来の技術と同様である。
【００２８】
電流検出部４０は、電流検出抵抗４１、充電電流検出部４２、放電電流検出部４３で構成される。充電電流検出部４２は、充電電流が流れることによって生ずる電流検出抵抗４１の両端の電圧を検出することによって、充電電流を計測する。放電電流検出部４３は、放電電流が流れることによって生ずる電流検出抵抗４１の両端の電圧を検出することによって、放電電流を計測する。すなわち、充電電流検出部４２、放電電流検出部４３によって、リチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅに流れる電流の向きを検知することができ、これによって、制御部５０は、リチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅが現在放電中であるか充電中であるかを認識することができる。
【００２９】
電流検出抵抗４１の正側の端子は保護ＩＣ２０にも過電流検出端子２０ｃを介して接続され、電流検出抵抗４１におけるこれと逆側の端子は接地される。保護ＩＣ２０は、過電流検出端子２０ｃの電位によってリチウムイオン二次電池に流れる電流を検出することができる。過電流を検出した場合、過電圧出力端子２０ａ又は過放電出力端子２０ｂからその旨を制御部５０側に出力する。過電流閾値以上の電流を検出した場合には過電流状態であると保護ＩＣ２０によって認識され、これに対応した信号が制御部５０側に出力される。
【００３０】
充電電流検出部４２は、オペアンプ４２ａ、抵抗４２ｂ〜４２ｆで構成され、オペアンプ４２ａの＋端子には、後述するレギュレータで形成された電圧を抵抗４２ｂ、４２ｃで分圧した定電圧が入力される。抵抗４２ｄ、４２ｅは電流検出抵抗４１と直列接続された構成とされ、抵抗４２ｄと抵抗４２ｅの接続点がオペアンプ４２ａの−端子に入力される。この構成により、充電電流検出部４２は差動増幅回路として機能し、充電電流やその変化をオペアンプ４２ａによって増幅して検出し、充電電流検出端子５１ａを介して制御部５０側に出力する。
【００３１】
同様に、放電電流検出部４３は、オペアンプ４３ａ、抵抗４３ｂ〜４３ｄで構成され、抵抗４３ｂは電流検出抵抗４１と直列接続された構成とされ、オペアンプ４３ａの＋端子に接続される。オペアンプ４３ａの−端子には、その出力電圧を抵抗４３ｃ、４３ｄで分圧した電圧が入力される。この構成により、放電電流検出部４３は非反転増幅回路として機能し、放電電流やその変化をオペアンプ４３ａによって増幅して検出し、放電電流検出端子５１ｂを介して制御部５０側に出力する。
【００３２】
制御部５０は、マイコン５１、レギュレータ５２、発振防止用コンデンサ５３、５４で構成される。マイコン５１には、前記の通り、温度検出部３０の出力（リチウムイオン二次電池の温度情報）、過電圧出力端子２０ａ、放電電流検出端子５１ｂ、過放電出力端子２０ｂからの出力（過電流に関する情報も含む）、充電電流検出端子５１ａ、放電電流検出端子５１ｂを介した電流検出部４０からの出力（充放電電流及びその変化に関する情報）、が入力される。マイコン５１は、これらの情報に応じて、マイコン出力信号端子５１ｃを介して電池パック遮断信号端子１４に印加する電圧を制御する。これによって、マイコン５１は、前記の通り、電流遮断ＦＥＴ１０５のオン・オフ、あるいは実効電流を制御する。また、マイコン５１は、充電電流検出端子５１ａ、放電電流検出端子５１ｂを介した入力によって、現在この電池パック１０が電動工具本体１００に取り付けられて使用中であるか（放電中であるか）、充電中であるかを認識することもできる。なお、ここでは、過放電や過電流による異常状態信号と、実効電流の制御信号とを出力する信号端子１４を共通化している。これにより、端子数を増加することがないため、電池パック１０を大型化することなく従来と同様のサイズに抑えることができる。この場合、実効電流の制御信号よりも異常状態信号を優先させることで、二次電池を確実に保護することができる。勿論、別々に信号端子を設けることもできる。
【００３３】
リチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅは、マイコン５１を駆動するための電源としても機能し、このためにレギュレータ５２とその両端の発振防止用コンデンサ５３、５４が用いられている。マイコン５１におけるマイコン電源入力端子５１ｇには、レギュレータ５２で生成された定電圧（例えば５Ｖ）が入力される。この電圧は、前記の通り、温度検出部３０、電流検出部４０等にも同時に供給される。
【００３４】
なお、電動工具１００における駆動電流の制御とは直接関係はないが、制御部５０には、残量表示部６０も接続されている。残量表示部６０においては３つのＬＥＤ（発光ダイオード）６１〜６３が使用され、各々のアノード側が抵抗６４〜６６を介して定電圧（例えば５Ｖ）に並列に接続されている。ＬＥＤ６１〜６３のカソードはそれぞれマイコン５１におけるＬＥＤ制御端子５１ｄ〜５１ｆに接続されている。
【００３５】
残量表示部６０は、推定されるリチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅの残量（あるいは１回の充電後における放電可能時間に対する残り時間）をＬＥＤ６１〜６３を発光させることによって表示する。この制御も制御部５０によって行われる。このためには、電流検出抵抗４１の出力電圧や放電電流検出部４３の出力の時間経過を用いてマイコン５１が放電電流の積分値を計算する。放電可能時間内におけるこの電流の積分値はリチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅの特性によって定まるため、この値と、時々刻々算出される電流の積分値とを比較することにより、残量を推定することが可能である。この場合、例えば充電直後の状態ではＬＥＤ６１〜６３の全てを点灯させ、残量が少なくなるに従ってこれらのうちの一つずつを消灯させる設定とすることができる。この制御は、例えばＬＥＤ制御端子５１ｄ〜５１ｆのレベルをＨｉｇｈ、Ｌｏｗに制御することによって行われ、この場合にはＬｏｗとされた端子に接続されたＬＥＤが点灯し、Ｈｉｇｈとされた端子に接続されたＬＥＤが消灯する。なお、放電可能時間内における電流の積分値は充電状態にも依存するため、マイコン５１は、充電時間内における充電電流の積分値を算出し、これと放電電流の積分値とを元にして残量を推定することもできる。また、充電時には充電状態を表示するようにしても良い。
【００３６】
なお、ＬＥＤ６１〜６３を用いて電池パック１０の状態を表示させる方法や表示させる情報は任意である。例えば、ＬＥＤ６１〜６３を適宜点滅させてもよい。あるいは、通常はＬＥＤ６１〜６３の点灯・消灯によって残量を表示させるが、リチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅにおける温度上昇等の異常事態が発生した場合にはこれらを点滅させることによって利用者にこれを認識させることも可能である。
【００３７】
次に、電動工具が使用される際において制御部５０が行う電流遮断ＦＥＴ１０５のオン・オフの動作について具体的に説明する。この動作には、前記の通り、（１）遮断信号端子１０６をＬｏｗレベルに固定して強制的に電流を遮断する制御と、（２）遮断信号端子１０６の電圧をパルス状とし、パルスのデューティ比を制御することにより、実効電流を零でない所定の値とする制御、の２種類がある。
【００３８】
まず、（１）強制的に電流を遮断する制御について説明する。例えば、モータ１０１（正側端子１０２・負側端子１０３間）に過電流が流れた場合（例えばドリルビットが相手材に食い込みロックした場合）においては、保護ＩＣ２０における過放電出力端子２０ｂからの出力や放電電流検出部４３からの出力（放電電流検出端子５１ｂの入力）によって、制御部５０はこれを認識することができる。また、リチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅの温度が上昇した場合（例えば高負荷作業を繰り返し行った場合）には、温度検出部３０の出力によって、制御部５０はこれを認識することができる。また、リチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅが過放電となった場合には、過放電出力端子２０ｂからの出力によって、制御部５０はこれを認識することができる。このため、過電流であると認識された場合、あるいは温度が異常に高くなったと認識された場合、または過放電であると認識された場合には、マイコン出力信号端子５１ｃの電圧をＬｏｗに固定することによって、電流遮断ＦＥＴ１０５を強制的にオフする。また、使用時間が放電可能時間を越えた場合には、放電電流を流した場合に大きく電池電圧が低下する。すなわち、二次電池の内部抵抗は、満充電状態から９０％程度の放電状態までは殆ど変らないが、放電終止電圧（過放電閾値）に近づくと増加する傾向にある。そのため、放電可能時間を越えた場合には内部抵抗が増加しているため、その二次電池から放電電流を流すと電圧降下が顕著に現れる。言い換えると、放電中の電池電圧Ｖは、開放電圧Ｅ０−放電電流Ｉ×内部抵抗Ｒの関係で変化するため、内部抵抗が大きくなると電池電圧は低下する。従って、電池電圧が過放電閾値を下回り、制御部５０は二次電池が過放電状態にあると判断し電流遮断ＦＥＴ１０５をオフする。この状態における使用はリチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅにとって好ましくないため、この場合も過放電と認識され、電流遮断ＦＥＴ１０５を強制的にオフされる。こうした過放電の際に電流が遮断される動作は、特許文献１等に記載された従来の技術におけるものと同様である。なお、放電可能時間は、マイコン５１はタイマーを備えており、二次電池の残容量（電池電圧や放電電流）から放電可能時間を算出することができる。
【００３９】
しかしながら、後述するように、電動工具を使用する上で問題がないにも関わらずこの動作（電流路遮断）が行われ、連続的に使用ができない（放電電流が得られない）場合があった。これを防止するため、制御部５０は、（２）パルスのデューティ比を制御することにより実効電流を零でない所定の値とする制御、も行う。
【００４０】
図２は、この場合において、電流の実効値を小さくする場合（ａ）、大きくする場合（ｂ）における正側端子１０２・負側端子１０３間に流れる電流の波形の例である。どちらの場合においても、瞬時的な電流は最大値（オン時）と最小値（＝０：オフ時）の２値となる。ここでは、デューティ比はＴｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）で定義され、最大値にこのデューティ比の平方根を乗じた値が電流の実効値（実効的なモータ１０１の駆動電流）となり、どちらにおいても、そのレベルが破線で示されている。図２（ａ）においては、デューティ比が小さくされ、図２（ｂ）においては、デューティ比が大きくされている。すなわち、制御部５０（マイコン５１）が、図２に対応してＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルが切り替わる制御信号を作成してマイコン出力信号端子５１ｃ（電池パック遮断信号端子１４）から出力することにより、電動工具本体１００が駆動される電流を図２のように制御することができる。なお、Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆはパルス周期であり、これを例えば（１ｍｓｅｃ）程度に設定すれば、モータ１０１の回転は実質的に連続的であるとみなせるため、好ましい。
【００４１】
制御部５０は、このパルス電流を、以下に示すように温度検出部３０で計測された温度に応じて変化させる。
【００４２】
図３（ａ）は、一般的にこの電動工具が使用される際の電池パック１０（リチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅ）の温度変化を示す。ここで、ｔ＝０において、トリガスイッチ１０４がオンされ、電流の供給が開始されるものとする。この場合に、制御部５０は、図３（ｂ）に示されるようにモータ１０１に流れる放電電流の実効値（実効電流）を制御する。この電流が流される際の電池パック１０からの出力電圧（電池パック正側端子１２・電池パック負側端子１３間の電圧）を図３（ｃ）に示す。ここで、この電圧も図２と同様にパルス状であるため、前記の電流と同様に実効電圧とする。
【００４３】
図３（ａ）に示されるように、リチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅの温度は、電源がオンされた直後から徐々に上昇する。このため、例えば、この温度域を低温域（温度ＴＰ１未満）、常温域（温度ＴＰ１以上ＴＰ２未満）、高温域（温度ＴＰ２以上）と設定することができる。この場合、電源オンから温度がＴＰ１になるまでの時間をｔ１、ＴＰ２になるまでの時間をｔ２とすることができる。例えばＴＰ１は０℃、ＴＰ２はこれよりも高い５０℃とすることができる。ただし、ＴＰ２は、制御部５０によって電流が強制的にオフされる温度よりも低いものとする。このため、少なくとも低温域、常温域においては、温度上昇のために電流が強制的にオフされることはない。なお、ここでは、電源オンされてからの経過時間がｔ３の時点ではもはやモータ１０１を駆動できる放電電流を確保することができない、すなわち、放電可能時間はｔ３であるものとする。ｔ３の時点ではリチウムイオン二次電池の電圧が過放電閾値（電池パック１０の電圧が１０Ｖ）となって過放電状態となるため、ｔ３以降は、電流は強制的にオフされる。
【００４４】
ここで、実効電流が一定である間は、リチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅの温度は時間経過に従って単調増加し、温度が変動する際には、各々の内部抵抗も変化する。一般的には、リチウムイオン二次電池の内部抵抗は低温で高く、高温では低くなる。このため、高温時と低温時で同じ大きさの実効電流が流される場合においては、低温時における電圧降下は高温時における電圧降下よりも大きくなる。
【００４５】
この際、前記の通り、保護ＩＣ２０を用いて過電圧、過放電、過電流を認識することによるオン・オフの制御も同時に行われている。このため、電池パック正側端子１２・電池パック負側端子１３間の電圧が例えば１０Ｖ以下となった場合には、制御部５０は過放電の状態であると認識し、強制的に出力がオフされる制御が行われる。このため、低温時においてリチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅから大電流出力を取り出した場合には、制御部５０が過放電であると認識をし、出力が強制的にオフされる場合がある。
【００４６】
これを防止するため、ここでは、図３（ｂ）に示されるように、低温域では実効電流を小さくしており、図３（ｂ）では６Ａとしている。これにより、低温域における電圧降下を小さくしている。その後、温度が上昇して常温域になったら、モータ１０１をより強く回転させることができるように、実効電流を大きくする。常温域においては、内部抵抗は小さくなり電圧降下は小さくなっているために、過放電と認識されることはない。ここでは、定格出力を２０Ａとした場合に、低温域におけるデューティ比を９％とすることによって実効電流を６Ａとし、常温域ではデューティ比を１００％（Ｔｏｆｆ＝０）とすることによって実効電流を定格の２０Ａとしている。
【００４７】
この場合の出力電圧の変化は、図３（ｃ）に示される通りとなる。低温域でオンとされた直後は、前記の通り、内部抵抗が大きいために、一時的に出力電圧が低下する。ただし、実効電流が小さく設定されているために電圧降下は小さく、出力電圧が過放電の判定の閾値である１０Ｖを下回ることはなく、強制的にオフとはされることはない。特に、安価なリチウムイオン二次電池（例えば単三型電池）ほど内部抵抗が大きいため、同じ大きさの実効電流が流れる場合に電圧降下が大きくなる。この場合、低温時であれば電圧降下は一層顕著に現れるため、安価な二次電池を用いた場合には、上記の制御は特に有効である。低温時に実効電流を小さくすることによって電圧降下を抑えることができるため、電池パック１０が過放電状態に達しておらず使用可能状態であるにも関わらず、工具使用途中で不意にモータ１０１が停止することを防止することができる。その後、通電に伴って徐々に温度は上昇し、同じ実効電流であっても、内部抵抗が低下するために出力電圧は上昇する。その後、温度は更に上昇して常温域に達する。
【００４８】
図４は、低温域で上記の制御によって実効電流を小さくした制御を行った場合と、低温域でも常温域と同様に実効電流を大きくした場合における温度（ａ）、実効電流（ｂ）、出力電圧（ｃ）の関係を拡大して比較した図である。ここでは、左側が上記の制御を行った場合（低温域で実効電流を小さくした場合）であり、右側が低温域でも常温域と同様に実効電流を大きくした場合（従来の電動工具における動作）となっている。
【００４９】
ここで、図４（ｃ）における破線は、過放電であると認識される閾値のレベルを示している。前記の通り、この温度域で実効電流を大きくした場合（右側）においては、電圧降下が大きくなるために、出力電圧がこの閾値を下回る。このため、図４（ｃ）右側に示されるように、出力電圧が１０Ｖまで低下した時点で過放電と認識され、電流は強制的にオフされる。しかしながら、この状態は単に内部抵抗が増大したことによって生じたものであり、実際は電池パック１０が過放電状態に達しておらず使用可能状態であるにも関わらず、過放電状態と誤判別した場合である。例えば満充電状態の電池パック１０を使用したにも関わらず工具使用直後にモータが停止してしまうため、作業者に違和感を与えてしまうことになる。
【００５０】
これに対して、制御部５０が上記の制御を行う場合には、低温域で過放電と認識されることなく、電池パック１０から電流が連続的に供給される。なお、図４（ａ）（ｃ）における点線は、仮に過放電と認識されずに通電が継続した場合の特性を示している。
【００５１】
図４右側に示されるように低温域で強制的に電流がオフされることを抑制することだけを目的とするなら、例えば、この制御における出力電圧の閾値（前記の場合には１０Ｖ）を、より低い値に設定してもよい。しかしながら、この場合には、リチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅ等の残量が低下して過放電の状態となった場合（劣化防止のため電流を強制的にオフすべき場合）において、電流がオフされない場合が生ずる。制御部５０が上記のように温度に応じて実効電流を制御することにより、低温域での内部抵抗の増大によって出力電圧が低下した場合にはオフせず、かつこのような過放電が発生した場合に強制的に電流をオフする制御を両立させることができる。
【００５２】
低温域から温度が上昇して常温域になった場合には、図３に示されるように、実効電流が定格の２０Ａ（デューティ比１００％）とされるため、モータ１０１をより強く回転させることができる。ただし、これによって温度は更に上昇してＴＰ２となり、高温域に達する。前記の通り、この温度が閾値を越えた場合にも、出力は強制的にオフされる。このため、高温域に達した後は、実効電流を再び低下させることにより、この温度上昇を抑制することが好ましい。ここでは、図３（ｂ）に示されるように、高温域で再び実効電流を低下させ、低温域と同様の６Ａ（デューティ比を９％）としている。この制御により、図３（ａ）に示されるように、高温域における温度上昇を飽和させることができる。これによって、高温域において電流が強制的にオフされることも抑制することができ、かつ二次電池の劣化を抑制することができる。さらに、電池パック１０が過放電状態ではなく使用可能な場合に、放電途中（工具使用中）に電流が強制的にオフされることを抑制でき、作業者に違和感を与えることがない。
【００５３】
時刻ｔ３においては、高温のために内部抵抗は充分低くなっているにも関わらず、電池電圧は１０Ｖまで低下しているため、制御部５０は、過放電の状態であると認識する。この状態は、もはやリチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅが充分な放電電流を供給できる状態ではなくなったことを意味し、制御部５０によって電流は強制的にオフされる。その後は、リチウムイオン二次電池１１ａ〜１１ｅが再度充電されてから再び使用される。
【００５４】
上記のように温度に応じて実効電流を制御することにより、この電池パック１０を電動工具本体１００に取り付けて、時刻ｔ３まで安定して使用することができる。この際、低温域と高温域で実効電流を低下させるために、連続的に使用可能な時間も長くすることができる。この際、電流はパルス的に制御されており、少なくとも実効電流が零となる期間はないため、連続的に電動工具を使用することができる。また、過放電が発生した場合には自動的に電流はオフされるため、二次電池の劣化を抑制しつつこの電動工具を使用することができる。
【００５５】
なお、上記の例では、温度域を低温域、常温域、高温域の３種類に区分し、常温域とこれ以外の温度域（低温域、高温域）で異なる２種類の実効電流値（デューティ比）を使用する設定とした。しかしながら、使用される際の通常の温度域と認められる温度域よりも低い温度、あるいはこれよりも高い温度において実効電流値を小さくする設定であれば、同様の効果を奏することは明らかである。例えば、低温域における内部抵抗の増大が問題にならず電圧降下が大きくならない場合には、高温域でのみ実効電流を小さくすることができる。逆に、高温域における温度上昇が問題にならない場合には、低温域においてのみ実効電流を小さくすることもできる。更に、低温域、高温域等の温度域の区分をより細かくして、設定される実効電流値の数をより多く、段階的に設定することもできる。
【００５６】
また、単なる温度ではなく、制御部５０が温度上昇率を認識し、これによって実効電流を制御することも可能である。ここで、温度上昇率として、例えば、現時点（電源オンからの経過時間ｔ）での温度ＴＰと電源オンの時点での温度ＴＰ０を用いて（ＴＰ−ＴＰ０）／ｔとしたものを用いることができる。また、これ以外にも、ある定められた短い時間内での平均の温度の変化率を同様に温度上昇率として定義することもできる。前記のような温度域の区分による制御の代わりに、こうした温度上昇率を用いた制御を行うことができる。この場合には、実際に温度が上昇する前に実効電流を小さくすることができるため、温度の上昇による悪影響を未然に防止することができる。
【００５７】
あるいは、温度とこの温度上昇率とを組み合わせた判定を行う、例えば、ある温度以上において温度上昇率が所定の値を超えた場合に実効電流を小さくする制御を行うことも可能である。このように、実効電流を変更するタイミングは、温度測定部３０が検出した温度に基づいて適宜設定することができる。
【００５８】
図３、４における電池電圧（ａ）、実効電流（ｂ）、電池電圧（ｃ）の時間依存性及びこれらの関係は、放電の際、すなわち、この電池パック１０が電動工具本体１００に取り付けられて使用される際のものである。一方、この電池パックが充電される際においても、低温時で大きな電圧降下があるために電池電圧が大きく低下する場合があること、高温時における温度上昇を抑制することが望ましいこと、は放電時と同様である。また、充電電流をパルス状にすることができることも明らかである。このため、上記の制御部５０の動作を使用時（放電時）だけでなく、充電時にも行うことが有効であることは明らかである。これにより、安定して充電を行うことができ、かつ充電時の寿命も確保される。
【００５９】
この場合、電流の流れる方向が変わるだけで、前記の放電の場合と同様にこの制御を行うことができる。充電の際には充電器を用いることになるが、実効電流を制御するために用いられるスイッチング素子を充電器あるいは電池パック１０の電流路に設け、その制御を上記と同様に行うことによって、この制御が可能である。また、電池パック１０内に放電用及び充電用の２つの電流検出部４０（４２、４３）を設けたため、放電中或いは充電中に逆方向の電流を検出した場合には、制御部５０は異常状態と判断して電流遮断ＦＥＴ１０５を遮断することで異常を検出することができる。また、充電中に電圧が異常に高くなった場合（出力電圧が予め定められた閾値を超えた場合）においては、充電電流を遮断する動作も行わせることができる。
【００６０】
また、上記の制御におけるパラメータ（温度域の境界となる温度や実効電流値等）は、放電時と充電時で個別に設定することができる。現在電池パック１０が放電中であるか、充電中であるかの判定は、制御部５０（マイコン５１）が、充電電流検出端子５１ａ、放電電流検出端子５１ｂを介した入力によって認識することができる。マイコン５１は、放電中である場合と充電中である場合とで、この制御を切り替えることができる。特に、電池パック１０を電動工具本体１００に接続した状態で充電器を接続して充電できる構成とした場合には有効である。
【００６１】
電動工具全体として図１の構成を具備すれば、二次電池の寿命が確保され、かつ連続的に使用可能な時間が長くなる（過放電状態ではない場合に遮断されることがない）という効果を奏することは明らかである。この際、どの構成要素を電動工具本体側、電池パック側に設けるかは適宜設定することが可能である。例えば、図１の構成におけるリチウムイオン二次電池のみが交換可能であり、これ以外の要素は一体化された構成の電動工具とすることもできる。あるいは、電流遮断ＦＥＴ（スイッチング素子）を電池パック側に設けることもできる。更に、上記の制御を行うことのできる構成であれば、図１の回路構成以外にも、任意の回路構成を使用することができる。過放電、過電圧、過電流や温度を検出するための構成についても任意である。
【００６２】
ただし、電流遮断ＦＥＴ１０５（スイッチング素子）は、例えば温度の異常な上昇の際に電流を遮断するという機能をもつために、モータ１０１の保護の点から、従来より電動工具本体内に設けられている場合が多い。すなわち、図１における電動工具本体１００のみの構成は従来より用いられている構成である。上記の電動工具の構成においては、この電流遮断ＦＥＴ１０５を用いて、実効電流の制御も行っている。この際、上記の構成の電池パック１０を電動工具本体１００に取り付けるだけで、上記のように実効電流が制御される。すなわち、従来の構成の電動工具本体１００に上記の構成の電池パック１０を取り付けるだけで、二次電池の寿命が確保され、かつ連続的に使用可能な時間が長い（過放電を誤検出することがない）電動工具が得られる。この場合、スイッチング素子を内蔵する充電器を用いれば、この電池パックをこの充電器と電動工具本体の両方に取り付けて充電する際に、上記の放電電流の制御も行うことができる。
【００６３】
また、上記の例では、電流遮断ＦＥＴに入力するパルスのデューティ比を制御することによって放電電流や充電電流の実効値を制御したが、これ以外の方法によってもこれらの電流値を制御することも可能である。こうした場合であっても、電動工具としては同様の効果を奏することは明らかである。
【００６４】
また、上記の例では、この電動工具が直流モータを用いたドライバドリルであるとしたが、上記の構成が二次電池で駆動される任意の電動工具において有効であることは明らかである。リチウムイオン二次電池以外の二次電池が用いられる場合も同様である。
【符号の説明】
【００６５】
１０  電池パック
１１ａ〜１１ｅ  リチウムイオン二次電池
１２  電池パック正側端子
１３  電池パック負側端子
１４  電池パック遮断信号端子
２０  保護ＩＣ
２０ａ  過電圧出力端子
２０ｂ  過放電出力端子
２０ｃ  過電流検出端子
３０  温度検出部
３１  サーミスタ
３２、４２ｂ〜４２ｆ、４３ｂ〜４３ｄ、６４〜６６  抵抗
４０  電流検出部
４１  電流検出抵抗
４２  充電電流検出部
４２ａ、４３ａ  オペアンプ
４３  放電電流検出部
５０  制御部
５１  マイコン
５１ａ  充電電流検出端子
５１ｂ  放電電流検出端子
５１ｃ  マイコン出力信号端子
５１ｄ〜５１ｆ  ＬＥＤ制御端子
５１ｇ  マイコン電源入力端子
５２  レギュレータ５２
５３、５４  発振防止用コンデンサ
６０  残量表示部
６１〜６３  ＬＥＤ
１００  電動工具本体
１０１  モータ
１０２  正側端子
１０３  負側端子
１０４  トリガスイッチ
１０５  電流遮断ＦＥＴ（スイッチング素子）
１０６  遮断信号端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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