АККУМУЛЯТОРНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ ПРИВОДНОГО ИНСТРУМЕНТА И ПРИВОДНОЙ ИНСТРУМЕНТ
ACCUMULATOR POWER SUPPLY SOURCE FOR POWER-DRIVEN TOOL AND POWER-DRIVEN TOOL

Уровень техники
Настоящее изобретение относится к аккумуляторному источнику питания для приводного инструмента, который включает в себя перезаряжаемый вторичный аккумулятор, и приводному инструменту, к которому присоединяется аккумуляторный источник питания для приводного инструмента и который управляется посредством приема электропитания от аккумуляторного источника питания для приводного инструмента.
В аккумуляторном источнике питания для приводного инструмента, использующем аккумулятор, который включает в себя ионно-литиевую аккумуляторную батарею (в дальнейшем также называемую "аккумуляторный источник питания"), в общем, предусмотрена схема мониторинга. Схема мониторинга управляется с использованием аккумулятора в качестве источника питания. Схема мониторинга предусмотрена, поскольку необходимо всегда отслеживать состояние аккумулятора в ходе зарядки или в ходе разрядки в приводной инструмент, который является объектом, который должен снабжаться мощностью от аккумулятора. Параметры, которые должны отслеживаться посредством схемы мониторинга, включают в себя, например, напряжение каждого элемента аккумулятора, составляющего аккумулятор, температуру каждого элемента аккумулятора (или температуру всего аккумулятора), ток зарядки/разрядки в/из аккумулятора и т.п. Напряжение всего аккумулятора на основе общей суммы напряжения каждого элемента аккумулятора также может быть одним из параметров, которые должны отслеживаться.
Когда схема мониторинга, которая всегда активирована, предусмотрена в аккумуляторном источнике питания, как описано выше, неизбежно, что электроэнергия аккумулятора всегда потребляется посредством схемы мониторинга, хотя и в небольшом количестве. Следовательно, даже если аккумулятор не подает электроэнергию в приводной инструмент, оставшаяся емкость аккумулятора постепенно уменьшается до нуля за сравнительно короткий период времени.
Между тем, в отношении объекта схемы мониторинга, когда аккумулятор не заряжается, не разряжается в приводной инструмент, т.е. когда не используется, аккумулятор, в общем, находится в стабильном состоянии и не обязательно его состояние должно отслеживаться. Следовательно, традиционно известна технология, в которой операции схемы мониторинга прекращаются посредством переключения аккумуляторного источника питания в экономичный режим, когда аккумулятор не используется.
Предлагается согласование времени на то, чтобы переключать аккумуляторный источник питания в экономичный режим. Один пример раскрыт в нерассмотренной патентной публикации (Япония) номер 2003-264008. В этой публикации предлагается, что, когда нагрузка отключается от аккумуляторной батареи, сразу же или через некоторое время после этого подача энергии распределения нагрузки в схему в аккумуляторной батарее прекращается. Другой пример раскрыт в нерассмотренной патентной публикации (Япония) номер 2006-280043. В этой публикации предлагается, что, как только действия с курковым переключателем в приводном инструменте закончены, подача электропитания в модуль управления аккумуляторного источника питания прекращается по истечении предварительно определенного периода времени.
В вышеописанном способе, в то время как аккумулятор разряжается (например, когда приводной инструмент используется), напряжение аккумулятора понижается, а температура аккумулятора повышается за счет тока разрядки и внутреннего сопротивления в аккумуляторе. Затем, когда разрядка закончена, напряжение аккумулятора повышается так, чтобы возвращаться к исходному значению напряжения на выводах аккумулятора, а температура аккумулятора падает так, чтобы возвращаться к значению близко к температуре окружающей среды, в силу чего аккумулятор переходит в стабильное состояние.
Вследствие свойств аккумулятора, тем не менее, пониженное напряжение аккумулятора и повышенная температура аккумулятора в результате разрядки не восстанавливаются сразу после того, как разрядка закончена, а требуют определенного периода времени, чтобы вернуться к исходному состоянию. Другими словами, аккумулятор постепенно возвращается из состояния сразу после разрядки, и наоборот, аккумулятор не может считаться химически стабильным в ходе постепенного возвращения к своему исходному состоянию. Также, в то время как аккумулятор находится в таком нестабильном состоянии, могут возникать нарушения в работе аккумулятора вследствие некоторых причин.
Пример подобного нарушения в работе аккумулятора, возникающего в нестабильном состоянии сразу после разрядки, включает в себя небольшое короткое замыкание в элементах аккумулятора, составляющих аккумулятор. Небольшое короткое замыкание - это явление, при котором межэлектродная секция в элементе аккумулятора замыкается накоротко вследствие некоторых причин.
Когда межэлектродная секция в элементе аккумулятора замкнута накоротко, что вызывает небольшое короткое замыкание, короткозамкнутая секция быстро расплавляется за счет тока короткого замыкания (т.е. мгновенное короткое замыкание). Аккумулятор, в котором возникло небольшое короткое замыкание, кажется, не имеет нарушений в работе в настоящий момент. Тем не менее, даже такое мгновенное короткое замыкание остается отклонением в работе, которое возникло в элементе аккумулятора. Следовательно, необходимо предоставлять процесс, который может обнаруживать возникновение небольшого короткого замыкания и делать аккумулятор непригодным для использования после обнаружения.
Тем не менее, если работа схемы мониторинга прекращена за счет переключения аккумуляторного источника питания в экономичный режим сразу после того, как разрядка закончена, чтобы уменьшать потребление электроэнергии аккумулятора, нарушение в работе, такое как вышеупомянутое небольшое короткое замыкание, может не обнаруживаться. Это обусловлено тем, что схема мониторинга не работает в течение некоторого периода времени после того, как разрядка закончена, когда длится нестабильное состояние, в котором нарушение в работе, такое как небольшое короткое замыкание, возникает с большой вероятностью, как описано выше.
Вместо переключения аккумуляторного источника питания в экономичный режим сразу после разрядки можно сделать так, чтобы схема мониторинга работала, по меньшей мере, до тех пор, пока аккумулятор не перейдет в стабильное состояние, если аккумуляторный источник питания переключается в экономичный режим по истечении предварительно определенного периода времени, как описано в вышеупомянутом патентном документе.
Тем не менее, чрезвычайно трудно точно определить требуемый период времени, пока аккумулятор не перейдет в стабильное состояние после разрядки, поскольку на этот период времени очень большое влияние оказывают ток и температура в ходе разрядки, уровень износа элемента аккумулятора и т.п. Следовательно, этот период времени не может помочь в определении и задается сравнительно большим с тем, чтобы схема мониторинга постоянно работала до тех пор, пока аккумулятор не перейдет в стабильное состояние, даже в случае, если аккумулятору требуется максимально длительное время для того, чтобы переходить в стабильное состояние.
Когда период времени вскоре после разрядки до тех пор, пока аккумуляторный источник питания не переключается в экономичный режим, заранее определяется равным относительно длительному времени, очень вероятно (или скорее это зачастую имеет место), что аккумулятор переходит в стабильное состояние до того, как предварительно определенное время истекает. Следовательно, трудно фактически уменьшать потребление электроэнергии аккумулятора.
Данная проблема может возникать в различных аккумуляторных источниках питания, которые включают в себя схему мониторинга для отслеживания состояния аккумулятора, а также в аккумуляторном источнике питания, включающем в себя ионно-литиевые аккумуляторные батареи.
Сущность изобретения
В аккумуляторном источнике питания для приводного инструмента и приводном инструменте, приводимом в действие посредством аккумуляторного источника питания согласно одному аспекту настоящего изобретения, предпочтительно фактически уменьшать потребление электроэнергии аккумулятора при постоянном мониторинге состояния аккумулятора вскоре после того, как разрядка в приводной инструмент закончена, до тех пор, пока аккумулятор не перейдет в стабильное состояние.
Аккумуляторный источник питания согласно одному аспекту настоящего изобретения включает в себя аккумулятор, схему мониторинга и модуль переключения в экономичный режим.
Аккумулятор включает в себя, по меньшей мере, один элемент аккумулятора.
Схема мониторинга управляется посредством приема электропитания от аккумулятора.
Модуль переключения в экономичный режим переключает аккумуляторный источник питания в экономичный режим посредством прекращения, по меньшей мере, части или всех операций схемы мониторинга, когда схема мониторинга обнаруживает состояние окончания разрядки, в котором ток разрядки от аккумулятора равен или ниже предварительно определенного заданного значения тока, и схема мониторинга дополнительно обнаруживает, по меньшей мере, одно из стабильного состояния по напряжению, где величина изменения напряжения в элементе аккумулятора находится в пределах предварительно определенного стабильного диапазона величины изменения напряжения, и стабильного состояния по температуре, где величина изменения температуры в аккумуляторе находится в пределах предварительно определенного стабильного диапазона величины изменения температуры.
Аккумуляторный источник питания, сконфигурированный так, как описано выше, переключается в экономичный режим не сразу после того, когда электропитание от аккумулятора (т.е. разрядка от аккумулятора) в объект, который должен снабжаться мощностью, такой как приводной инструмент, закончено, и аккумуляторный источник питания переходит в состояние окончания разрядки, а когда обнаруживается, что аккумулятор переходит в предварительно определенное стабильное состояние (по меньшей мере, одно из стабильного состояния по напряжению и стабильного состояния по температуре).
После того как разрядка закончена, следовательно, отслеживание посредством схемы мониторинга продолжается, по меньшей мере, до тех пор, пока аккумулятор не перейдет в стабильное состояние, тем самым предоставляя возможность точного обнаружения любого нарушения в работе, такого как вышеописанное небольшое короткое замыкание в элементе аккумулятора. С другой стороны, когда аккумулятор находится в стабильном состоянии, модуль переключения в экономичный режим переключает аккумулятор в экономичный режим, и схема мониторинга прекращает часть или все свои операции.
Следовательно, согласно аккумуляторному источнику питания настоящего изобретения, потребление электроэнергии аккумулятора может быть фактически уменьшено при постоянном мониторинге состояния аккумулятора после того, как разрядка в приводной инструмент закончена, до тех пор, пока аккумулятор не перейдет в стабильное состояние.
Здесь предпочтительно, чтобы схема мониторинга обнаруживала стабильное состояние по напряжению в случае, если величины изменения напряжения во всех элементах аккумулятора, включенных в аккумулятор, находятся в пределах стабильного диапазона величины изменения напряжения. Согласно аккумуляторному источнику питания, сконфигурированному так, как описано выше, нарушение в работе аккумулятора может обнаруживаться более точно.
Дополнительно, предпочтительно, чтобы модуль переключения в экономичный режим переключал аккумуляторный источник питания в экономичный режим в случае, если схема мониторинга обнаруживает состояние окончания разрядки и дополнительно обнаруживает оба из стабильного состояния по напряжению и стабильного состояния по температуре.
Это позволяет выполнять необходимый и достаточный мониторинг состояния аккумулятора после того, как разрядка закончена, поскольку аккумуляторный источник питания переключается в экономичный режим, когда оба параметра из напряжения элемента аккумулятора и температуры аккумулятора становятся стабильными после того, как разрядка закончена, т.е. когда аккумулятор переходит в достаточно стабильное состояние.
Кроме того, предпочтительно, чтобы модуль переключения в экономичный режим переключал аккумуляторный источник питания в экономичный режим, когда схема мониторинга обнаруживает состояние окончания разрядки и дополнительно обнаруживает оба из стабильного состояния по напряжению и стабильного состояния по температуре, а также обнаруживает, что температура аккумулятора ниже предварительно определенного порогового значения температуры.
Даже если величина изменения температуры в аккумуляторе находится в пределах стабильного диапазона величины изменения температуры, нарушение в работе может возникать в аккумуляторе, если сама температура по-прежнему является высокой. Следовательно, если обнаруживается, является или нет стабильной сама температура, а также величина изменения температуры, т.е. если обнаруживается, является или нет температура ниже порогового значения температуры, и затем аккумуляторный источник питания переключается в экономичный режим, когда температура находится ниже порогового значения температуры, и мониторинг состояния аккумулятора после того, как разрядка закончена, может выполняться более точно.
С другой стороны, предпочтительно, чтобы схема мониторинга определяла, что аккумулятор находится в неработоспособном состоянии, когда схема мониторинга обнаруживает, по меньшей мере, одно из состояния, где величина изменения напряжения в элементе аккумулятора выходит за пределы стабильного диапазона величины изменения напряжения, и состояния, где величина изменения температуры в аккумуляторе выходит за пределы стабильного диапазона величины изменения температуры.
Когда схема мониторинга определяет, что аккумулятор находится в неработоспособном состоянии, могут быть приняты различные меры, например простая регистрация или внешнее уведомление о возникновении неработоспособного состояния, либо можно задавать сам аккумуляторный источник питания так, чтобы он становился непригодным для использования после этого.
В случае, если после того, как аккумуляторный источник питания переключается в экономичный режим посредством модуля переключения в экономичный режим, и предварительно определенные условия возврата в рабочий режим удовлетворяются в аккумуляторном источнике питания, предпочтительно, чтобы модуль возврата в рабочий режим возвращал аккумуляторный источник питания из экономичного режима в нормальное работоспособное состояние.
В таком случае, различные условия возврата в рабочий режим могут быть возможными. Например, модуль возврата в рабочий режим может включать в себя модуль обнаружения начала разрядки, который обнаруживает, что разрядка от аккумулятора начата. В этом случае, модуль возврата в рабочий режим может определять, обнаружено или нет начало разрядки, посредством модуля обнаружения начала разрядки. Когда начало разрядки обнаружено, модуль возврата в рабочий режим может выполнять обработку, чтобы возвращать аккумуляторный источник питания из экономичного режима в нормальное работоспособное состояние, в качестве обработки, выполняемой, когда условие возврата в рабочий режим удовлетворяется. Это позволяет схеме мониторинга безусловно перезапускать операции мониторинга, когда разрядка начата снова, после того как аккумуляторный источник питания был переключен в экономичный режим.
Здесь предпочтительно, чтобы схема мониторинга включала в себя, по меньшей мере, одно из модуля обнаружения тока разрядки, который обнаруживает ток разрядки от аккумулятора, модуля обнаружения напряжения элемента, который обнаруживает напряжение элемента аккумулятора, и модуля обнаружения температуры, который обнаруживает температуру аккумулятора; и предпочтительно, чтобы схема мониторинга отслеживала состояние аккумулятора на основе результата обнаружения, получаемого от каждого модуля обнаружения.
Дополнительно аккумуляторный источник питания может включать в себя переключатель выбора элемента, который выборочно выводит напряжение, по меньшей мере, одного из элементов аккумулятора, включенных в аккумулятор; и модуль усиления, который усиливает и выводит напряжение, по меньшей мере, одного из элементов аккумулятора, выбранных посредством переключателя выбора элемента и посредством модуля обнаружения напряжения элемента, может обнаруживать напряжение элемента аккумулятора на основе сигнала, выводимого из модуля усиления.
Более конкретно, аккумуляторный источник питания, включающий в себя модуль обнаружения начала разрядки, также может быть выполнен следующим образом: модуль обнаружения тока разрядки включает в себя модуль получения сигнала, который получает электрический сигнал, соответствующий величине тока разрядки, и модуль усиления сигнала, который усиливает электрический сигнал, полученный посредством модуля получения сигнала, с предварительно определенным первым усилением. Модуль обнаружения тока разрядки выполнен с возможностью продолжать работу после того, как аккумуляторный источник питания переключается в экономичный режим посредством модуля переключения в экономичный режим. Модуль обнаружения начала разрядки выполнен с возможностью обнаруживать начало разрядки на основе электрического сигнала, усиленного посредством модуля усиления сигнала. Кроме того, аккумуляторный источник питания дополнительно включает в себя модуль переключения коэффициента усиления, который переключает усиление модуля усиления сигнала на второе усиление, которое больше первого усиления, когда схема мониторинга обнаруживает состояние окончания разрядки.
В аккумуляторном источнике питания, сконфигурированном так, как описано выше, в ходе разрядки от аккумулятора в объект, который должен снабжаться мощностью, ток разрядки может точно обнаруживаться, поскольку усиление модуля усиления сигнала задано равным первому усилению, тогда как после того, как разрядка закончена, усиление задается равным второму усилению, которое больше первого усиления, в силу чего даже небольшая величина тока разрядки усиливается до большего значения. Следовательно, модуль обнаружения начала разрядки может точно обнаруживать, что разрядка начата снова, даже когда величина тока разрядки является небольшой, тем самым предоставляя возможность быстрого возвращения аккумуляторного источника питания из экономичного режима.
В случае, если модуль переключения коэффициента усиления выполнен с возможностью переключать усиление модуля усиления сигнала на второе усиление, когда аккумуляторный источник питания переходит в состояние окончания разрядки, предпочтительно, чтобы модуль переключения коэффициента усиления снова переключал усиление на первое усиление, когда модуль обнаружения начала разрядки обнаруживает начало разрядки.
Как описано выше, переключение усиления на первое усиление (уменьшение усиления) снова, когда разрядка начата, позволяет точно отслеживать ток разрядки как в ходе, так и после разрядки.
Аккумуляторный источник питания может включать в себя модуль определения напряжения аккумулятора и модуль переключения в режим отключения. Модуль определения напряжения аккумулятора может управляться в экономичном режиме и определять то, падает или нет напряжение аккумулятора ниже предварительно определенного нижнего предела диапазона пороговых напряжений. Модуль переключения в режим отключения может управляться в нормальном работоспособном состоянии и переключать аккумуляторный источник питания в режим отключения, когда модуль определения напряжения аккумулятора определяет, что напряжение аккумулятора падает ниже нижнего предела диапазона пороговых напряжений. В режиме отключения потребление электроэнергии аккумулятора меньше потребления в экономичном режиме. Когда модуль определения напряжения аккумулятора определяет, что напряжение аккумулятора падает ниже нижнего предела диапазона пороговых напряжений, модуль возврата в рабочий режим может выполнять обработку, чтобы возвращать аккумуляторный источник питания из экономичного режима в нормальное работоспособное состояние, в качестве обработки, выполняемой, когда условие возврата в рабочий режим удовлетворяется.
Например, когда аккумуляторный источник питания не используется в течение длительного периода времени после того, как переключен в экономичный режим, емкость аккумулятора постепенно понижается вследствие естественной разрядки в схеме мониторинга и аккумуляторе, хотя в очень незначительной величине, и в итоге возникает возможность избыточной разрядки аккумулятора. Следовательно, модуль определения напряжения аккумулятора непрерывно отслеживает напряжение аккумулятора даже после того, как аккумуляторный источник питания переключается в экономичный режим, и модуль возврата в рабочий режим возвращает аккумуляторный источник питания из экономичного режима, когда напряжение аккумулятора падает ниже нижнего предела диапазона пороговых напряжений.
Как описано выше, если аккумуляторный источник питания возвращается из экономичного режима в нормальное работоспособное состояние, когда напряжение аккумулятора падает ниже нижнего предела диапазона пороговых напряжений, модуль переключения в режим отключения переключает аккумуляторный источник питания в режим отключения, тем самым дополнительно уменьшая потребление электроэнергии аккумулятора и предотвращая избыточную разрядку аккумулятора.
Аккумуляторный источник питания может включать в себя модуль обнаружения зарядки, который обнаруживает, что зарядное устройство для аккумуляторов для зарядки аккумулятора подключено к аккумуляторному источнику питания. Когда модуль обнаружения зарядки обнаруживает, что зарядное устройство для аккумуляторов подключено, модуль возврата в рабочий режим может выполнять обработку, чтобы возвращать аккумуляторный источник питания из экономичного режима в нормальное работоспособное состояние, в качестве обработки, выполняемой, когда условие возврата в рабочий режим удовлетворяется. Вследствие этого, аккумуляторный источник питания возвращается в нормальное работоспособное состояние, когда зарядное устройство для аккумуляторов подключается к нему, и схеме мониторинга инструктируется отслеживать аккумуляторный источник питания в обычном режиме, в силу чего состояние аккумулятора в ходе зарядки может точно отслеживаться.
Посредством конфигурирования вышеупомянутого аккумуляторного источника питания настоящего изобретения таким образом, чтобы он съемным образом присоединялся к корпусу инструмента, управляемому посредством приема электропитания от аккумуляторного источника питания, приводной инструмент может состоять из корпуса инструмента и аккумуляторного источника питания. Согласно приводному инструменту, сконфигурированному так, как описано выше, потребление электроэнергии аккумулятора в аккумуляторном источнике питания фактически уменьшается, и, следовательно, может уменьшаться частота зарядок аккумуляторного источника питания, что обеспечивает возможность предоставления удобного в использовании приводного инструмента.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение далее описывается в вариантах осуществления в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 является видом в перспективе, показывающим внешний вид перезаряжаемого ударного инструмента в варианте осуществления;
фиг.2 является видом в перспективе, показывающим систему зарядки в варианте осуществления;
фиг.3 является блок-схемой, кратко показывающей электрическую конфигурацию перезаряжаемого ударного инструмента;
фиг.4 является блок-схемой, кратко показывающей электрическую конфигурацию системы зарядки; и
фиг.5A и 5B являются блок-схемами последовательности операций способа, показывающими процессы управления для мониторинга состояния аккумуляторов, выполняемого в аккумуляторном источнике питания.
Подробное описание предпочтительных
вариантов осуществления
(1) Общая конструкция перезаряжаемого ударного инструмента
Как показано на фиг.1, перезаряжаемый ударный инструмент 1 в настоящем варианте осуществления включает в себя корпус 2 инструмента и аккумуляторный источник 10 питания. Аккумуляторный источник 10 питания съемно присоединен к нижнему концу корпуса 2 инструмента. Корпус 2 инструмента формируется посредством сборки правого и левого кожухов 3 и 4. Корпус 2 инструмента включает в себя кожух 6 корпуса с рукояткой 5, удлиняющейся в своей нижней части. Аккумуляторный источник 10 питания съемно присоединен к нижнему концу рукоятки 5 кожуха 6 корпуса.
Кожух 7 электродвигателя для размещения электродвигателя 65 (электродвигателя постоянного тока в настоящем варианте осуществления, как показано на фиг.3) в качестве источника механической энергии перезаряжаемого ударного инструмента 1 предоставляется на задней стороне (на левой стороне на фиг.1) кожуха 6 корпуса. Механизм снижения числа оборотов и ударный механизм размещены перед кожухом 7 электродвигателя. Втулка 8 патрона для прикрепления насадки (не показано) на верхний конец ударного механизма предоставляется выступающей перед кожухом 6 корпуса.
Ударный механизм включает в себя, например, вал, вращаемый через механизм снижения числа оборотов, молоток, вращаемый со шпинделем и перемещаемый в осевом направлении, и упор, предоставляемый перед молотком для насадки сверла на его верхний конец. Ударный механизм работает следующим образом.
В частности, в ударном механизме, когда вал вращается согласно вращению электродвигателя 65, упор вращается через молоток, заставляя сверло (например, сверло шуруповерта) вращаться. Впоследствии, когда затягивание винта посредством насадки продолжается, и нагрузка на упор возрастает, молоток отводится против силы смещения спиральной пружины, чтобы отступать от упора. Затем, вращаясь вместе со шпинделем, молоток продвигается вперед посредством силы смещения спиральной пружины, чтобы снова зацепляться с упором, чтобы осуществлять прерывистый удар по упору, тем самым выполняя дополнительное затягивание винта.
Пример такого ударного механизма раскрыт в нерассмотренной публикации (Япония) номер 2006-0218605. Его подробное пояснение опущено в данном документе.
Рукоятка 5 кожуха 6 корпуса включает в себя курковый переключатель 9, управляемый пользователем, зажимающим рукоятку 5. Когда пользователь управляет курковым переключателем 9, электродвигатель 65 вращается с заданной частотой вращения в соответствии с рабочей величиной (величиной протягивания) куркового переключателя 9 вплоть до предварительно определенной максимальной частоты вращения.
Аккумуляторный источник 10 питания включает в себя аккумулятор 31 (см. фиг.3), в котором множество элементов аккумулятора, имеющих предварительно определенное напряжение, подключены последовательно. Рукоятка 5 вмещает узел привода, который управляется посредством приема электропитания от аккумулятора 31 в аккумуляторном источнике 10 питания и вращает электродвигатель 65 в то время, как курковый переключатель 9 управляется.
(2) Общая структура системы зарядки
Система зарядки для зарядки аккумулятора 31 в аккумуляторном источнике 10 питания далее описывается со ссылкой на фиг.2. Как показано на фиг.2, система 30 зарядки включает в себя аккумуляторный источник 10 питания и зарядное устройство 20 для аккумуляторов для зарядки аккумуляторного источника 10 питания.
Зарядное устройство 20 для аккумуляторов формирует мощность зарядки постоянного тока с предварительно определенным напряжением для зарядки аккумулятора 31 от внешнего входного источника питания (не показан), такого как источник питания переменного тока на 100 В, источник мощности постоянного тока от гнезда прикуривателя автомобиля и т.п. Зарядное устройство 20 для аккумуляторов включает в себя секцию 12 крепления на стороне зарядного устройства, сформированную на одной торцевой стороне верхней поверхности зарядного устройства 20 для аккумуляторов. Аккумуляторный источник 10 питания присоединяется к секции 12 крепления на стороне зарядного устройства. В предварительно определенной позиции секции 12 крепления на стороне зарядного устройства (в секции 12 крепления на стороне зарядного устройства) дополнительно предоставляется контактный вывод 11 на стороне зарядного устройства. Контактный вывод 11 выполнен с возможностью включать в себя один или более сигнальных контактных выводов на стороне зарядного устройства. Сигнальные контактные выводы на стороне зарядного устройства включают в себя положительный контактный вывод 71 на стороне зарядного устройства, отрицательный контактный вывод 72 на стороне зарядного устройства и выходной контактный вывод 73 сигнала подключения зарядного устройства (см. фиг.4). Контактные выводы 71 и 72 подают в аккумуляторный источник 10 питания мощность зарядки постоянного тока. Контактный вывод 73 передает/принимает различные сигналы в/из аккумуляторного источника 10 питания. Зарядное устройство 20 для аккумуляторов дополнительно включает в себя дисплей 13, снабженный множеством светодиодов, и т.п. Дисплей 13 указывает рабочее состояние зарядного устройства 20 для аккумуляторов, состояние зарядки аккумуляторного источника 10 питания и т.п.
Аккумуляторный источник 10 питания включает в себя секцию 22 крепления на стороне аккумулятора, сформированную на одной его стороне. Секция 22 крепления на стороне аккумулятора присоединена к секции 12 крепления на стороне зарядного устройства зарядного устройства 20 для аккумуляторов или к нижнему концу корпуса 2 инструмента. В предварительно определенной позиции в секции 22 крепления на стороне аккумулятора дополнительно предоставляется контактный вывод 21. Контактный вывод 21 электрически подключен к контактному выводу 11 зарядного устройства 20 для аккумуляторов или контактному выводу на стороне инструмента (не показан) корпуса 2 инструмента.
Контактный вывод 21 выполнен с возможностью включать в себя положительный контактный вывод 51 на стороне аккумулятора, отрицательный контактный вывод 52 на стороне аккумулятора и сигнальный контактный вывод 19 на стороне аккумулятора. На контактные выводы 51 и 52 подается ток зарядки/разрядки. Контактный вывод 19 включает в себя множество контактных выводов, включающих в себя, по меньшей мере, входной контактный вывод 53 сигнала подключения зарядного устройства и выходной контактный вывод 54 сигнала прекращения разрядки (см. фиг.3 и 4). Контактный вывод 19 электрически подключен к одному или более сигнальным контактным выводам на стороне зарядного устройства, включая контактный вывод 73 (см. фиг.4) в зарядном устройстве 20 для аккумуляторов, или к одному или более сигнальным контактным выводам на стороне инструмента, включая входной контактный вывод 63 сигнала прекращения разрядки (см. фиг.3) в корпусе 2 инструмента.
Когда секция 22 крепления на стороне аккумулятора аккумуляторного источника 10 питания присоединена к секции 12 крепления на стороне зарядного устройства для зарядного устройства 20 для аккумуляторов, оба из контактных выводов 11 и 21 электрически подключены друг к другу, тем самым предоставляя возможность зарядки аккумулятора 31 в аккумуляторном источнике 10 питания посредством зарядного устройства 20 для аккумуляторов.
Когда пользователь использует перезаряжаемый ударный инструмент 1 с аккумуляторным источником 10 питания, аккумуляторный источник 10 питания присоединен к нижнему концу корпуса 2 инструмента таким же образом, как в случае, если аккумуляторный источник 10 питания присоединен к зарядному устройству 20 для аккумуляторов. Таким образом, контактные выводы 51 и 52 в аккумуляторном источнике 10 питания электрически подключены, соответственно, к положительному контактному выводу 61 на стороне инструмента (см. фиг.3) и отрицательному контактному выводу 62 на стороне инструмента (см. фиг.3) в корпусе 2 инструмента. Это дает возможность снабжать энергией инструмент 2 от аккумуляторного источника 10 питания.
(3) Электрическая конфигурация перезаряжаемого ударного инструмента
Электрическая конфигурация перезаряжаемого ударного инструмента 1 далее описывается со ссылкой на фиг.3. Фиг.3 показывает состояние, в котором аккумуляторный источник 10 питания присоединен к корпусу 2 инструмента. На фиг.3 аккумуляторный источник 10 питания и корпус 2 инструмента также подключены друг к другу электрически.
Сначала поясняется электрическая конфигурация аккумуляторного источника 10 питания, который должен присоединяться к корпусу 2 инструмента. Аккумуляторный источник 10 питания включает в себя множество различных схем, таких как различные схемы для управления разрядкой (электропитанием) в корпус 2 инструмента и зарядкой посредством зарядного устройства 20 для аккумуляторов, различные схемы для мониторинга состояния аккумулятора 31 и т.п. Среди вышеупомянутых схем фиг.3 показывает только схемы, связанные с мониторингом состояния аккумулятора 31, и опускает схемы, не связанные с мониторингом.
Другими словами, схемы в аккумуляторном источнике 10 питания, показанные на фиг.3, включают в себя микрокомпьютер 32 в качестве основного компонента и могут считаться схемой мониторинга для отслеживания состояния аккумулятора 31 в целом. Соответственно, подробное описание относительно процессов управления в ходе разрядки на корпус 2 инструмента и в ходе зарядки посредством зарядного устройства 20 для аккумуляторов опущено в последующем описании. Конфигурация и работа схемы мониторинга, показанной на фиг.3, подробно описываются далее.
Как показано на фиг.3, аккумуляторный источник 10 питания по настоящему варианту осуществления включает в себя аккумулятор 31, микрокомпьютер 32, стабилизатор 33 на стороне аккумулятора и контактные выводы 51, 52, 53 и 54. Микрокомпьютер 32, в общем, выполняет различные функции управления в аккумуляторном источнике 10 питания, например управление зарядкой/разрядкой аккумулятора 31 и мониторинг состояния аккумулятора 31. Стабилизатор 33 формирует управляющее напряжение питания на стороне аккумулятора (источник питания постоянного тока, имеющий напряжение Vcc), с помощью электроэнергии аккумулятора 31 в качестве ввода, для управления различными схемами в аккумуляторном источнике 10 питания. Контактный вывод 51 подключается к положительной клемме аккумулятора 31. Контактный вывод 52 подключается к отрицательной клемме аккумулятора 31. Контактные выводы 53 и 54 составляют контактный вывод 19 (см. фиг.2).
Аккумулятор 31 сконфигурирован посредством соединения множества элементов B1, B2,…, Bn аккумулятора последовательно. В настоящем варианте осуществления, соответствующие элементы B1, B2,…, Bn аккумулятора могут быть ионно-литиевыми перезаряжаемыми аккумуляторами, имеющими номинальное напряжение 3,6 В, и десять ионно-литиевых перезаряжаемых аккумуляторов могут быть подключены последовательно. Следовательно, в этом примере, полное напряжение аккумулятора 31 (в дальнейшем называемое "напряжением аккумулятора") Vbat составляет приблизительно 36 В в рабочем состоянии.
Электроэнергия из аккумулятора 31 подается в корпус 2 инструмента через контактные выводы 51 и 52. Когда аккумулятор 31 заряжается посредством зарядного устройства 20 для аккумуляторов, напряжение питания зарядки постоянного тока подается в аккумулятор 31 от зарядного устройства 20 для аккумуляторов через контактные выводы 51 и 52, как описано ниже.
Напряжение Vbat аккумулятора вводится в стабилизатор 33 через переключатель 40 отключения и диод D1. Переключатель 40 отключения включается/отключается в соответствии с сигналом отключения из микрокомпьютера 32. Подробности управления включением/отключением описаны ниже. Поскольку переключатель 40 отключения, в общем, включен до тех пор, пока аккумулятор 31 находится в работоспособном состоянии, напряжение Vbat аккумулятора, в общем, вводится в стабилизатор 33 через переключатель 40 отключения и диод D1. Стабилизатор 33 формирует напряжение Vcc питания на основе вводимого напряжения Vbat аккумулятора.
В аккумуляторном источнике 10 питания, как показано на фиг.3, схема, управляемая с помощью напряжения Vcc питания, и схема, управляемая с помощью напряжения Vbat аккумулятора, присутствуют в комбинации. Напряжение Vbat аккумулятора, вводимое через переключатель 40 отключения, вводится в анод диода D1. Напряжение Vbat аккумулятора также вводится в каждую схему в аккумуляторном источнике 10 питания, которая должна управляться с помощью напряжения Vbat аккумулятора.
Аккумуляторный источник 10 питания дополнительно включает в себя переключатель 38 выбора элемента, дифференциальную усилительную схему 35, схему 39 обнаружения температуры, модуль 34 сравнения для обнаружения пониженного напряжения, резистор R1 для обнаружения тока, неинвертирующую усилительную схему, модуль 36 сравнения для обнаружения разрядки, транзистор Tr1 для обнаружения зарядного устройства и транзистор Tr2 для вывода сигнала прекращения разрядки. Переключатель 38 выборочно выводит одно из напряжений (в дальнейшем называемое "напряжением элемента") элементов B1, B2 …, Bn аккумулятора в аккумуляторе 31. Схема 35 усиливает напряжение одного из элементов аккумулятора, выбранного посредством переключателя 38 выбора элемента, и выводит усиленное напряжение как сигнал напряжения элемента. Схема 39 предоставляется около аккумулятора 31. Схема 39 обнаруживает температуру элемента аккумулятора (в дальнейшем называемую "температурой элемента") и выводит температуру в качестве сигнала температуры элемента. Модуль 34 сравнения сравнивает разделенное значение Vz напряжения аккумулятора, полученное посредством деления напряжения Vbat аккумулятора посредством резисторов Rx и Ry делителя напряжения на предварительно определенное первое опорное напряжение Vr1, и выводит результат сравнения как сигнал обнаружения пониженного напряжения. Резистор R1 используется для того, чтобы обнаруживать ток разрядки во время разрядки от аккумулятора 31 на корпус 2 инструмента. Неинвертирующая усилительная схема содержит операционный усилитель 37 и резисторы R2, R3 и R4 и используется для того, чтобы формировать сигнал тока разрядки посредством усиления тока, обнаруженного посредством резистора R1 (т.е. сигнал напряжения, соответствующий значению тока), с предварительно определенным усилением. Модуль 36 сравнения сравнивает сигнал тока разрядки, усиленный посредством неинвертирующей усилительной схемы, с предварительно определенным вторым опорным напряжением Vr2. Затем модуль 36 сравнения выводит результат сравнения в качестве сигнала обнаружения разрядки. Транзистор Tr1 используется для того, чтобы обнаруживать, что зарядное устройство 20 для аккумуляторов подключено. Tr2 используется для того, чтобы выводить сигнал прекращения разрядки (подробно описан ниже), выводимый из микрокомпьютера 32, в корпус 2 инструмента.
В качестве транзисторов Tr1 и Tr2 в настоящем варианте осуществления используется биполярный транзистор с n-p-n-структурой только в качестве примера. То же относится к случаю транзистора Tr12 прекращения разрядки в корпус 2 инструмента, который описан ниже.
Переключатель 38 выбора элемента управляется от напряжения Vbat аккумулятора. Переключатель 38 сконфигурирован так, что в соответствии с сигналом выбора элемента от микрокомпьютера 32 напряжение в одном из элементов аккумулятора, указанных посредством сигнала выбора элемента, выводится и затем вводится в схему 35. Как проиллюстрировано, переключатель 38 выбора элемента включает в себя множество переключателей SW1a, SW2a, SW1b, SW2b, SW3a,…, SWna.
Переключатель SW1a подключается между отрицательным электродом элемента B1 аккумулятора и неинвертирующим входным контактным выводом схемы 35. Переключатель SW1b подключается между положительным электродом элемента B1 аккумулятора и инвертирующим входным контактным выводом схемы 35. В переключателе 38 выбора элемента, сконфигурированном так, как описано выше, в случае, например, если элемент B1 аккумулятора с наименьшим электрическим потенциалом выбран посредством сигнала выбора элемента, переключатели SW1a и SW1b включаются, а все остальные переключатели выключаются. Как результат, напряжение выбранного элемента B1 аккумулятора вводится от переключателя 38 выбора элемента в схему 35.
Переключатель SW2a подключается между отрицательным электродом элемента B2 аккумулятора и неинвертирующим входным контактным выводом схемы 35. Переключатель SW2b подключается между положительным электродом элемента B2 аккумулятора и неинвертирующим входным контактным выводом схемы 35. В другом случае, например, где элемент B2 аккумулятора, подключенный к положительному электроду элемента B1 аккумулятора, выбирается посредством сигнала выбора элемента, переключатели SW2a и SW2b включаются, а все остальные переключатели выключаются в переключателе 38 выбора элемента. Как результат, напряжение выбранного элемента B2 аккумулятора вводится от переключателя 38 выбора элемента в схему 35.
Схема 35 управляется от напряжения Vcc питания. Напряжение, вводимое от переключателя 38 выбора элемента (т.е. разность потенциалов любого выбранного из элементов аккумулятора), усиливается посредством схемы 35 и вводится в микрокомпьютер 32 в качестве сигнала напряжения элемента.
Схема 39 сконфигурирована как известный датчик температуры, включающий в себя термочувствительное устройство, такое как терморезистор. Термочувствительное устройство предусмотрено около каждого элемента аккумулятора в аккумуляторе 31. Различные конфигурации могут использоваться в отношении того, где термочувствительное устройство должно быть предоставлено, или сколько термочувствительных устройств должно быть предоставлено. Например, одно термочувствительное устройство может быть предоставлено, и результат обнаружения на основе устройства может рассматриваться как температура элемента каждого элемента аккумулятора. Альтернативно, термочувствительные устройства могут быть отдельно предоставлены для каждого из элементов аккумулятора, и температура элемента может быть по отдельности обнаружена относительно каждого элемента аккумулятора. В настоящем варианте осуществления, дается пояснение на основе первого варианта (случая, когда предоставлено одно термочувствительное устройство), чтобы упрощать описание.
Модуль 34 сравнения управляется от напряжения Vbat аккумулятора (или напряжения Vcc питания). Модуль 34 сравнения выводит сигнал обнаружения пониженного напряжения с высоким (H) уровнем в микрокомпьютер 32 в работоспособном состоянии, где разделенное значение Vz напряжения аккумулятора равно или превышает первое опорное напряжение Vr1. С другой стороны, в случае, если напряжение Vbat аккумулятора уменьшается, и значение напряжения Vz тем самым падает ниже напряжения Vr1, модуль 34 сравнения выводит сигнал обнаружения пониженного напряжения с низким (L) уровнем в микрокомпьютер 32. Модуль 34 сравнения предназначен для того, чтобы предотвращать избыточную разрядку аккумулятора 31, и обнаруживает, когда аккумулятор 31 находится практически в состоянии избыточной разрядки. Соответственно, напряжение Vr1 надлежащим образом задается равным значению, которое позволяет обнаруживать, когда аккумулятор 31 находится практически в состоянии избыточной разрядки. В настоящем варианте осуществления, в качестве примера, для того чтобы обнаруживать, когда напряжение Vbat аккумулятора падает ниже 25 В, напряжение Vr1 задается равным значению, полученному посредством деления 25 В на резисторах Rx и Ry.
Резистор R1 предоставляется на токонесущем пути, идущем от контактного вывода 52 к отрицательному электроду аккумулятора 31 (отрицательному электроду элемента B1 аккумулятора с наименьшим электрическим потенциалом). Падение напряжения (сигнала напряжения), вызываемое посредством тока разрядки в резисторе R1, вводится в операционный усилитель 37, который составляет неинвертирующую усилительную схему.
Неинвертирующая усилительная схема, в основном, включает в себя операционный усилитель 37, который управляется от напряжения Vcc питания и имеет известную конфигурацию. Сигнал напряжения, обнаруженный посредством резистора R1, вводится в неинвертирующий входной контактный вывод. Инвертирующий входной контактный вывод подключается к линии заземления (потенциалу земли) через резистор R2. Инвертирующий входной контактный вывод также подключается к выходному контактному выводу через резистор R3. В настоящем варианте осуществления, который содержит вышеописанную конфигурацию в качестве основы, резистор R4 дополнительно подключается между инвертирующим входным контактным выводом и микрокомпьютером 32. Усиление неинвертирующей усилительной схемы может быть переключено между двумя уровнями при этой конфигурации.
Один конец резистора R4 подключается к инвертирующему входному контактному выводу операционного усилителя 37, а другой конец подключается к порту 47 вывода сигнала переключения коэффициента усиления в микрокомпьютере 32. Микрокомпьютер 32 осуществляет переключение усиления неинвертирующей усилительной схемы посредством переключения порта 47 между высоким полным сопротивлением и выходом L-уровня.
Другими словами, в работоспособном состоянии, где сигнал с высоким полным сопротивлением выводится в качестве сигнала переключения коэффициента усиления, резистор R4 эквивалентен электрически несуществующему элементу с точки зрения неинвертирующей усилительной схемы. Следовательно, усиление неинвертирующей усилительной схемы в таком случае равно 1+(R3/R2), что в дальнейшем упоминается как первое усиление. Первое усиление задается, чтобы надлежащим образом обнаруживать сравнительно большую величину тока разрядки (например, сильный ток в несколько десятков ампер) в установившемся режиме, где корпус 2 инструмента управляется посредством приема электропитания от аккумулятора 31.
С другой стороны, когда ток разрядки падает до 0 А, как описано ниже, микрокомпьютер 32 переключает усиление неинвертирующей усилительной схемы на второе усиление, которое больше первого усиления, посредством вывода сигнала L-уровня как сигнала переключения коэффициента усиления. Более конкретно, в случае, если сигнал переключения коэффициента усиления - это сигнал L-уровня, и другая клемма (клемма микрокомпьютера 32) резистора R4 подключается к потенциалу земли, усиление (второе усиление) неинвертирующей усилительной схемы равно 1+(R3/(R2//R4)). Здесь (R2//R4) представляет параллельное комбинированное сопротивление резистора R2 и резистора R4. Вкратце, второе усиление становится больше первого усиления.
Модуль 36 сравнения управляется от напряжения Vcc питания. Модуль 36 сравнения выводит сигнал обнаружения разрядки H-уровня в микрокомпьютер 32 в случае, если сигнал тока разрядки, выводимый из операционного усилителя 37, равен или превышает второе опорное напряжение Vr2. С другой стороны, в случае, если сигнал тока разрядки, выводимый из операционного усилителя 37, меньше напряжения Vr2, модуль 36 сравнения выводит сигнал обнаружения разрядки L-уровня в микрокомпьютер 32. Модуль 36 сравнения предназначен для того, чтобы обнаруживать, когда подача питания от аккумулятора 31 на корпус 2 инструмента начата посредством операции с курковым переключателем 9 корпуса 2 инструмента.
Когда подача питания в корпус 2 инструмента начата, ток разрядки сразу увеличивается вследствие свойств нагрузки (например, электродвигателя 65 здесь) и вскоре переводится в установившийся режим. Следовательно, напряжение Vr2, которое является критерием для обнаружения разрядки, может быть задано равным различным значениям, например напряжению, соответствующему значению тока, близкому к значению тока в установившемся режиме (например, несколько десятков ампер), или напряжению, соответствующему значению тока, приблизительно в одну половину значения тока в установившемся режиме. В настоящем варианте осуществления, тем не менее, напряжению Vr2 присваивается меньшее значение (например, напряжение, соответствующее 1 А) так, чтобы разрядка могла обнаруживаться быстро без необходимости ожидать достижения установившегося режима после того, как разрядка начата.
Сигнал тока разрядки, вводимый в модуль 36 сравнения, вводится от неинвертирующей усилительной схемы, включающей в себя операционный усилитель 37. Сигнал тока разрядки варьируется по уровню в зависимости от усиления неинвертирующей усилительной схемы, как описано выше. В такой конфигурации, при условии, что усиление неинвертирующей усилительной схемы остается фиксировано равным первому усилению, в силу чего сильный ток может надлежащим образом обнаруживаться, должно быть трудным точно обнаруживать небольшую величину тока разрядки (например, несколько ампер), например, в течение малооборотного вращения электродвигателя.
В настоящем варианте осуществления, следовательно, микрокомпьютер 32 переключает усиление неинвертирующей усилительной схемы на второе усиление, когда разрядка закончена. Даже небольшая величина тока разрядки тем самым может обнаруживаться. Таким образом, усиление задается достаточно высоким, чтобы небольшой ток удовлетворительно обнаруживался. Затем, когда начало разрядки обнаружено, усиление снова переключается на первое усиление, в силу чего сильный ток может удовлетворительно обнаруживаться.
Цель предоставления возможности переключения усиления неинвертирующей усилительной схемы, по сути, состоит, в основном, в том, чтобы позволять точно обнаруживать даже небольшую величину тока, как описано выше. Дополнительная цель заключается в том, чтобы упрощать быстрое восстановление (активацию) схемы мониторинга, включающей в себя микрокомпьютер 32, из экономичного режима в нормальное работоспособное состояние, когда разрядка перезапущена после того, как схема мониторинга переходит в экономичный режим, как описано позже. Переключение на второе усиление в конце разрядки позволяет точно обнаруживать, когда разрядка начата повторно, даже когда значение тока является небольшим, например, в течение малооборотного вращения привода, и активировать схему мониторинга более быстро.
В транзисторе Tr1 база подключается к контактному выводу 53, эмиттер подключается к потенциалу земли, а коллектор подключается к источнику Vcc питания через резистор R5. Коллектор также подключается к порту 49 ввода сигнала обнаружения подключения зарядного устройства микрокомпьютера 32. Операции транзистора Tr1 описываются ниже со ссылкой на фиг.4.
В транзисторе Tr2 база подключается к порту 50 вывода сигнала прекращения разрядки микрокомпьютера 32, эмиттер подключается к потенциалу земли, а коллектор подключается к контактному выводу 54.
Микрокомпьютер 32 имеет известную конфигурацию, включающую в себя ЦПУ 56, ПЗУ 57, ОЗУ 58, энергонезависимое запоминающее устройство 59 и т.п., в качестве аппаратных средств. Микрокомпьютер 32 управляется от напряжения Vcc питания, формируемого посредством стабилизатора 33. Микрокомпьютер 32 выполняет различные операции управления в соответствии с различными программами, сохраненными в ПЗУ 57.
Микрокомпьютер 32 включает в себя следующие порты, на которые вводятся/выводятся сигналы: порт 41 ввода сигнала обнаружения пониженного напряжения, порт 42 вывода сигнала выбора элемента, порт 43 ввода сигнала напряжения элемента, порт 44 ввода сигнала температуры элемента, порт 45 ввода сигнала обнаружения разрядки, порт 46 ввода сигнала тока разрядки, порт 47 вывода сигнала переключения коэффициента усиления, порт 48 вывода сигнала отключения, порт 49 ввода сигнала обнаружения подключения зарядного устройства, порт 50 вывода сигнала прекращения разрядки и т.п. Сигнал обнаружения пониженного напряжения от модуля 34 сравнения вводится в порт 41. Сигнал выбора элемента в переключатель 38 выбора элемента выводится из порта 42. Сигнал напряжения элемента от схемы 35 вводится в порт 43. Сигнал температуры элемента от схемы 39 вводится в порт 44. Сигнал обнаружения разрядки от модуля 36 сравнения вводится в порт 45. Сигнал тока разрядки от операционного усилителя 37 вводится в порт 46. Сигнал переключения коэффициента усиления выводится из порта 47. Сигнал SD отключения, управляющий переключателем 40 отключения, выводится из порта 48. Сигнал обнаружения подключения зарядного устройства от транзистора Tr1 вводится в порт 49. Сигнал прекращения разрядки в транзистор Tr2 выводится от порта 50.
Далее описывается электрическая конфигурация корпуса 2 инструмента в перезаряжаемом ударном инструменте 1. Как показано на фиг.3, корпус 2 инструмента включает в себя контактные выводы 61, 62 и 63, курковый переключатель 9, стабилизатор 64 на стороне инструмента, электродвигатель 65, транзистор Tr11 регулирования подачи питания и транзистор Tr12. Контактный вывод 61 электрически подключен к контактному выводу 51 аккумуляторного источника 10 питания. Контактный вывод 62 электрически подключен к контактному выводу 52. Контактный вывод 63 электрически подключен к контактному выводу 54 аккумуляторного источника 10 питания. Стабилизатор 64 формирует управляющий источник питания на стороне инструмента (источник питания постоянного тока с напряжением Vdd) для управления соответствующими секциями в корпусе 2 инструмента на основе напряжения Vbat аккумулятора, вводимого от аккумуляторного источника 10 питания, когда курковый переключатель 9 управляется (включается). Электродвигатель 65 подключается между контактными выводами 61 и 62. Транзистор Tr11 подключается последовательно с электродвигателем 65. Транзистор Tr12 прекращает работу электродвигателя 65 (т.е. прекращает разрядку от аккумулятора 31 на корпус 2 инструмента) посредством выключения транзистора Tr11, когда сигнал прекращения разрядки от аккумуляторного источника 10 питания вводится в контактный вывод 63.
В качестве транзистора Tr11 может использоваться полевой МОП-транзистор в настоящем варианте осуществления. Оба конца электродвигателя 65 подключаются к диоду D11, используемому в качестве диода свободного хода для высвобождения остаточной энергии электродвигателя 65, когда курковый переключатель 9 переключается в нерабочее положение.
В корпусе 2 инструмента, сконфигурированном так, как описано выше, когда курковый переключатель 9 управляется, подача питания начинается из аккумулятора 31 на клемму корпуса 2 инструмента. Напряжение Vdd питания тем самым формируется в стабилизаторе 64 и подается в каждую секцию в корпусе 2 инструмента. Как результат, напряжение Vdd питания прикладывается к базе транзистора Tr12 через резистор R12. Напряжение Vdd питания также прикладывается к коллектору транзистора Tr12 через резистор RU.
В аккумуляторном источнике 10 питания, в случае, если нарушение в работе не обнаружено в аккумуляторе 31, и разрядка на корпус 2 инструмента может быть разрешена, микрокомпьютер 32 выводит сигнал прекращения разрядки H-уровня (т.е. сигнал, чтобы разрешать разрядку) от порта 50. Также контактный вывод 54 переводится к L-уровню (потенциалу земли).
Следовательно, в корпусе 2 инструмента база транзистора Tr12 также оказывается потенциалом земли, в силу чего транзистор Tr12 выключается. Напряжение Vdd питания тем самым прикладывается к затвору транзистора Tr11, который включен, чтобы разрешать подавать питание на электродвигатель 65.
(4) Электрическая конфигурация системы зарядки
Электрическая конфигурация системы 30 зарядки, как показано на фиг.2, для зарядки аккумулятора 31 в аккумуляторном источнике 10 питания далее описывается со ссылкой на фиг.4.
Как показано на фиг.4, при зарядке аккумулятора 31 аккумуляторный источник 10 питания присоединяется к зарядному устройству 20 для аккумуляторов. Зарядное устройство 20 для аккумуляторов включает в себя контактные выводы 71, 72 и 73 и преобразователь 76. Контактный вывод 71 электрически подключен к контактному выводу 51 аккумуляторного источника 10 питания. Контактный вывод 72 электрически подключен к контактному выводу 52. Контактный вывод 73 электрически подключен к контактному выводу 53 аккумуляторного источника 10 питания. Преобразователь 76 формирует мощность зарядки постоянного тока от внешнего входного источника питания, вводимого через два входных контактных вывода 74 и 75 источника питания.
Хотя не показано, зарядное устройство 20 для аккумуляторов дополнительно включает в себя схему управления, выполняющую различные операции управления, такие как управление формированием мощности зарядки постоянного тока посредством преобразователя 76. Преобразователь 76 включает в себя стабилизатор 77 на стороне зарядного устройства, который формирует управляющее напряжение питания на стороне зарядного устройства (источник питания постоянного тока с напряжением Vdd), с помощью которого управляются различные секции в зарядном устройстве 20 для аккумуляторов, включая вышеупомянутую схему управления.
Управляющий источник питания Vdd на стороне зарядного устройства также вводится в аккумуляторный источник 10 питания как сигнал подключения зарядного устройства от контактного вывода 73. В аккумуляторном источнике 10 питания сигнал подключения зарядного устройства вводится в базу транзистора Tr1 через контактный вывод 53. Транзистор Tr1 тем самым включается, и электрический потенциал его коллектора, т.е. сигнал, который должен быть введен в микрокомпьютер 32, становится равным L-уровню.
Когда зарядное устройство 20 для аккумуляторов не подключено к аккумуляторному источнику 10 питания, сигнал, вводимый в порт 49 микрокомпьютера 32, становится равным H-уровню вследствие напряжения Vcc питания, вводимого через резистор R5. С другой стороны, когда зарядное устройство 20 для аккумуляторов подключено к аккумуляторному источнику 10 питания, транзистор Tr1 включен, как описано выше, вследствие сигнала подключения зарядного устройства (напряжения Vdd) из зарядного устройства 20 для аккумуляторов, в силу чего сигнал в порт 49 микрокомпьютера 32 становится равным L-уровню. Следовательно, микрокомпьютер 32 может определять, подключено или нет зарядное устройство 20 для аккумуляторов (в частности, заряжается ли аккумулятор 31), на основе уровня сигнала, вводимого через порт 49.
Кроме того, сигнал подключения зарядного устройства (напряжение Vdd), вводимый от зарядного устройства 20 для аккумуляторов в аккумуляторный источник 10 питания, также вводится в стабилизатор 33 через диод D2. Стабилизатор 33 формирует напряжение Vcc питания по существу из напряжения Vbat аккумулятора. Тем не менее, в случае, если сигнал подключения зарядного устройства (т.е. напряжение Vdd питания) вводится от зарядного устройства 20 для аккумуляторов при условии, что напряжение Vbat аккумулятора не вводится вследствие выключенного состояния переключателя 40 отключения, напряжение Vcc питания формируется от напряжения Vdd питания, вводимого от зарядного устройства 20 для аккумуляторов.
(5) Процессы управления для мониторинга состояния аккумуляторов в аккумуляторном источнике питания
В аккумуляторном источнике 10 питания, сконфигурированном таким образом, микрокомпьютер 32 всегда отслеживает состояние аккумулятора 31 на основе температуры элемента, напряжения элемента для каждого элемента аккумулятора, электрического тока во время зарядки и разрядки аккумулятора 31 и т.п., при работе без нарушений (в нормальном работоспособном состоянии), за исключением экономичного режима и режима отключения, которые поясняются далее. Пояснение конфигурации мониторинга тока зарядки во время зарядки опущено в настоящем варианте осуществления. Параметры, которые должны отслеживаться посредством микрокомпьютера 32 в отношении аккумулятора 31, не ограничены вышеуказанным напряжением элемента, температурой элемента и током зарядки/разрядки, и могут отслеживаться другие параметры.
В нормальном работоспособном состоянии состояние аккумулятора 31 по-разному отслеживается посредством работы каждой секции, составляющей схему мониторинга в аккумуляторном источнике 10 питания, показанном на фиг.3.
С другой стороны, если данные условия для переключения микрокомпьютера 32 в экономичный режим удовлетворяются, как в случае, когда корпус 2 инструмента не принимает электропитание, микрокомпьютер 32 переключает всю схему мониторинга (в том числе себя) в экономичный режим. Потребление электроэнергии аккумулятора 31 тем самым уменьшается по сравнению с потреблением в нормальном работоспособном состоянии. В экономичном режиме, тем не менее, электропитание в каждую секцию, в том числе микрокомпьютер 32, в аккумуляторном источнике 10 питания не прекращается полностью. Минимально необходимые операции выполняются непрерывно, чтобы возвращаться из экономичного режима и активироваться.
В частности, после переключения в экономичный режим микрокомпьютер 32 определяет, по меньшей мере, то, начата или нет разрядка, на основе сигнала от модуля 36 сравнения; подключено или нет зарядное устройство 20 для аккумуляторов, на основе сигнала от транзистора Tr1, и падает или нет значение Vz напряжения ниже напряжения Vr1 (т.е. в настоящем примере, падает или нет напряжение Vbat аккумулятора ниже 25 В), на основе сигнала от модуля 34 сравнения.
Вследствие этого, если любое из условий возврата в рабочий режим, т.е. условие, что разрядка от аккумулятора 31 начата, условие, что зарядное устройство 20 для аккумуляторов подключено, и условие, что значение Vz напряжения падает ниже напряжения Vr1, удовлетворяются после переключения в экономичный режим, микрокомпьютер 32 снова возвращается из экономичного режима в нормальное работоспособное состояние. Когда возвращен в рабочий режим вследствие начала разрядки, микрокомпьютер 32 управляет разрядкой (подачей питания на корпус 2 инструмента), при этом отслеживая состояние аккумулятора 31, как описано ниже. Когда возвращен в рабочий режим вследствие подключения зарядного устройства 20 для аккумуляторов, микрокомпьютер 32 переходит в режим мониторинга зарядки и выполняет различные операции управления, связанные с зарядкой, мониторингом состояния аккумулятора 31 в ходе зарядки и т.п. Когда возвращен в рабочий режим вследствие понижения напряжения аккумулятора, микрокомпьютер 32 переключается в режим отключения, в котором потребление электроэнергии аккумулятора 31 меньше потребления в экономичном режиме.
В частности, переключение в режим отключения выполняется посредством отключения переключателя 40 отключения в соответствии с сигналом отключения. Следовательно, в режиме отключения напряжение Vbat аккумулятора вообще не подается во всю схему мониторинга, в том числе стабилизатор 33 в аккумуляторном источнике 10 питания, в силу чего операции всей схемы мониторинга, в том числе и микрокомпьютера 32, полностью прекращаются.
Микрокомпьютер 32 может быть сконфигурирован таким образом, чтобы продолжать операции, требуемые для активации, как описано выше, даже если значение Vz напряжения падает ниже напряжения Vr1. В таком случае, хотя потребление электроэнергии значительно ниже, чем потребление в нормальном работоспособном состоянии, напряжение аккумулятора потребляется медленно, но устойчиво, в силу чего разрядка аккумулятора 31 продолжается далее, и аккумулятор 31 может переходить в состояние избыточной разрядки. В настоящем варианте осуществления, следовательно, когда значение Vz напряжения падает ниже напряжения Vr1, приоритетным является предотвращать избыточную разрядку аккумулятора 31 согласно функциям схемы мониторинга. Более конкретно, переключатель 40 отключения выключается, и подача электроэнергии от аккумулятора 31 в каждую секцию аккумуляторного источника 10 питания тем самым полностью блокируется.
В дальнейшем в этом документе приводится пояснение со ссылкой на фиг.5A и 5B процессов управления для мониторинга состояния аккумуляторов, которые выполняются посредством микрокомпьютера 32, в аккумуляторном источнике 10 питания по настоящему варианту осуществления, сконфигурированном так, как описано выше. В микрокомпьютере 32 в аккумуляторном источнике 10 питания ЦПУ 56 считывает программу процесса управления из ПЗУ 57 и выполняет процессы в соответствии с программой.
Когда процессы управления для мониторинга состояния аккумуляторов начаты, первоначально определяется то, подключено или нет зарядное устройство 20 для аккумуляторов (этап S110), на основе сигнала, введенного в порт 49 микрокомпьютера 32. Когда сигнал, вводимый в порт 49 имеет H-уровень, определяется, что зарядное устройство 20 для аккумуляторов не подключено, тогда как, когда сигнал, вводимый в порт 49 имеет L-уровень, определяется, что зарядное устройство 20 для аккумуляторов подключено.
Когда определено, что зарядное устройство 20 для аккумуляторов подключено (этап S110 - ДА), схема мониторинга, включающая в себя микрокомпьютер 32 в аккумуляторном источнике 10 питания, переходит в режим мониторинга зарядки (этап S120). В режиме мониторинга зарядки микрокомпьютер 32 задает флаг режима мониторинга зарядки в ОЗУ 58. Микрокомпьютер 32 также управляет зарядкой аккумулятора 31 при мониторинге состояния аккумулятора 31.
С другой стороны, когда определено, что зарядное устройство 20 для аккумуляторов не подключено (этап S110 - НЕТ), определяется то, ниже или нет напряжение Vbat аккумулятора, чем 25 В (этап S130), на основе сигнала от модуля 34 сравнения. Когда определено, что напряжение Vbat аккумулятора ниже 25 В (этап S130 - ДА), схема мониторинга переключается в режим отключения (этап S370) после того, как сохранение данных выполнено, поскольку аккумулятор 31 может переходить в состояние избыточной зарядки. Таким образом, электропитание от аккумулятора 31 в аккумуляторный источник 10 питания полностью прекращается посредством выключения переключателя 40 отключения.
Вышеупомянутое сохранение данных упоминается как сохранение различных данных в энергонезависимом запоминающем устройстве 59 из микрокомпьютера 32 (например, в ОЗУ 58 и т.п.), в котором хранятся различные данные. Различные данные могут включать в себя, например, различные предыстории, такие как количество зарядок, наибольшее и наименьшее значения температуры элемента, наибольшее и наименьшее значения тока разрядки.
После перехода в режим отключения, как описано выше, режим отключения поддерживается, если зарядное устройство 20 для аккумуляторов не подключено, и зарядка тем самым начата. Когда зарядное устройство 20 для аккумуляторов подключается, напряжение Vdd питания в зарядном устройстве 20 для аккумуляторов вводится в стабилизатор 33 через диод D2. Стабилизатор 33 тем самым начинает формировать напряжение Vcc питания из напряжения Vdd питания. Формируемое напряжение Vcc питания вводится в микрокомпьютер 32, который тем самым начинает выполнять различные операции управления (операции в режиме работы без нарушений), включая процессы управления для мониторинга состояния аккумуляторов.
Когда определено, что напряжение Vbat аккумулятора составляет 25 В или выше (этап S130 - НЕТ) в процессе определения на этапе S130, для каждого из элементов B1, B2..., Bn аккумулятора определяется то, имеет он или нет напряжение элемента ниже 2,0 В (этап S140). Когда напряжения элемента для всех элементов аккумулятора равны 2,0 В или выше (этап S140 - НЕТ), выполняется проверка состояния (этап S150). С другой стороны, когда какой-либо из элементов аккумулятора имеет напряжение элемента ниже 2,0 В (этап S140 - ДА), схема мониторинга переходит в режим запрещения разрядки (этап S320).
В частности, микрокомпьютер 32 задает флаг режима запрещения разрядки в ОЗУ 58 в микрокомпьютере 32, а также выводит сигнал L-уровня из порта 50. Как результат, транзистор Tr12 включается, а транзистор Tr11 выключается в корпусе 2 инструмента, в силу чего подача питания на электродвигатель 65 (т.е. разрядка от аккумулятора 31) прекращается.
При проверке состояния на этапе S150 получаются различные данные, показывающие состояние аккумулятора 31, такие как напряжение Vbat аккумулятора, напряжение элемента, температура элемента, ток разрядки и т.п.
Затем определяется, больше или нет ток разрядки 80 А (этап S160), на основе сигнала, вводимого в порт 46. Когда ток разрядки больше 80 А (этап S160 - ДА), схема мониторинга переходит в режим прекращения разрядки (этап S310). В режиме прекращения разрядки, в частности, микрокомпьютер 32 задает флаг режима прекращения разрядки в ОЗУ 58 в микрокомпьютере 32а, а также выводит сигнал прекращения разрядки L-уровня от порта 50, как в режиме запрещения разрядки, на этапе S320. Разрядка из аккумулятора 31 на корпус 2 инструмента тем самым прекращается, и процесс снова возвращается к проверке состояния на этапе S150.
Когда ток разрядки составляет 80 А или меньше (этап S160 - НЕТ), определяется, выше или нет температура элемента 80°C (этап S170), на основе сигнала, вводимого в порт 44. Когда температура элемента выше 80°C (этап S170 - ДА), схема мониторинга переходит в режим прекращения разрядки (этап S310), и процесс снова возвращается к проверке состояния на этапе S150. С другой стороны, когда температура элемента составляет 80°C или ниже (этап S170 - НЕТ), снова определяется, является ли напряжение элемента ниже 2,0 В (этап S180), таким же образом, как на этапе S140. Когда какой-либо из элементов напряжения имеет напряжение элемента ниже 2,0 В (этап S180 - ДА), схема мониторинга переходит в режим запрещения разрядки (этап S320), тогда как, когда все элементы аккумулятора имеют 2,0 В или выше (этап S180 - НЕТ), схема мониторинга переходит в режим разрешения разрядки (этап S190). В частности, микрокомпьютер 32 задает флаг режима разрешения разрядки в ОЗУ 58.
В настоящем варианте осуществления, при условии, что ток разрядки равен 80 А или менее, напряжения элемента для всех элементов аккумулятора равны 2,0 В или выше, а температура элемента равна 80°C или ниже, когда разрядка выполняется, определяется, что условия разрешения зарядки удовлетворены. Как результат, подача питания в корпус 2 инструмента продолжается, тем самым давая возможность непрерывного управления корпусом 2 инструмента.
После перехода в режим разрешения разрядки аккумулятор 31 также продолжает отслеживаться. В частности, после переключения в режим разрешения разрядки на этапе S190, первоначально определяется то, становится или нет ток разрядки равным 0 А (этап S200). В ходе разрядки, т.е. в то время, когда инструмент используется, разрядка является непрерывной (этап S200 - НЕТ), и процесс снова возвращается к проверке состояния на этапе S150. С другой стороны, когда разрядка от аккумулятора 31 в корпус 2 инструмента завершается посредством действия отпускания куркового переключателя 9, ток разрядки становится равным 0 А (этап S200 - ДА). В таком случае, микрокомпьютер 32 выводит сигнал L-уровня от порта 47, тем самым переключая усиление неинвертирующей усилительной схемы, которая включает в себя операционный усилитель 37 и другие элементы, с первого усиления в исходном состоянии на второе усиление, которое больше первого усиления (этап S210).
Это позволяет, когда разрядка перезапускается в следующий раз, быстро обнаруживать перезапуск разрядки, даже когда значение тока по-прежнему является небольшим, например, в течение малооборотного вращения электродвигателя. При определении того, равен или нет ток разрядки 0 А, на этапе S200, ток разрядки от аккумулятора 31 не должен полностью равняться 0 А, а 0 А здесь означает состояние, когда разрядка аккумулятора 31, сопровождающая подачу питания на корпус 2 инструмента, закончена (т.е. состояние, когда подача питания на корпус 2 инструмента становится равной 0 А). На практике, следовательно, заданное значение тока для определения завершения разрядки может быть задано на основе электроэнергии, потребляемой в каждой схеме, включая микрокомпьютер 32 в аккумуляторном источнике 10 питания. Когда ток разрядки меньше заданного значения тока, может быть определено, что разрядка аккумулятора 31 закончена. Процесс переходит к этапу S210 после процесса на этапе S200.
После того, как усиление неинвертирующей усилительной схемы переключено на второе усиление на этапе S210, что предоставляет возможность точного обнаружения даже относительно небольшого тока разрядки, снова определяется, больше или нет ток разрядки 0 А (этап S220). Другими словами, определяется, для подтверждения после S200, закончена или нет разрядка от аккумулятора 31 на корпус 2 инструмента.
Здесь, когда определено, что ток разрядки больше 0 А, и разрядка на корпус 2 инструмента является непрерывной (этап S220 - ДА), микрокомпьютер 32 снова переключает усиление неинвертирующей усилительной схемы на первое усиление (этап S230), и процесс возвращается к этапу S150. С другой стороны, когда определено, что ток разрядки на корпус 2 инструмента равен 0 А (этап S220 - НЕТ), разрядка считается законченной, и процесс переходит к этапу S240-S270, чтобы определять то, удовлетворены или нет условия для перехода в экономичный режим, другими словами, находится ли аккумулятор 31 в стабильном состоянии.
В частности, первоначально определяется, относительно температуры элемента, является ли величина изменения температуры элемента dT/dt меньше, например, 5°C (этап S240). Если аккумулятор 31 находится в состоянии без нарушений в работе, температура элемента должна постепенно понижаться после того, как разрядка закончена. В нестабильном состоянии после того, как разрядка закончена, прежде чем аккумулятор 31 становится стабильным, тем не менее, если какие-либо нарушения в работе возникают в элементе аккумулятора, к примеру небольшое короткое замыкание в элементе аккумулятора, как описано ранее, температура элемента резко возрастает. Посредством проведения процесса согласно этапу S240 становится возможным обнаруживать нарушение в работе элемента аккумулятора посредством обнаружения такого резкого повышения температуры элемента, сопровождающего нарушение в работе элемента аккумулятора.
Когда величина изменения температуры элемента dT/dt составляет 5°C или более (этап S240 - НЕТ), определяется, что элемент аккумулятора находится в неработоспособном состоянии (обнаружение нарушения в работе), и схема мониторинга переключается в режим запрещения зарядки/разрядки (этап S380), в котором запрещены как зарядка, так и разрядка. После переключения в режим запрещения зарядки/разрядки аккумуляторный источник 10 питания не может заряжаться и разряжаться, в силу чего пользователь больше не может использовать аккумуляторный источник 10 питания.
Когда определено, что величина изменения температуры элемента dT/dt меньше 5°C (этап S240 - ДА), затем определяется, больше или нет величина изменения напряжения элемента dV/dt каждого из элементов аккумулятора чем, например, -100 мВ (этап S250). Если, например, небольшое короткое замыкание возникает в элементе аккумулятора, его напряжение резко понижается. Посредством проведения процесса согласно этапу S250 становится возможным обнаруживать нарушение в работе элемента аккумулятора посредством обнаружения такого резкого падения напряжения элемента, сопровождающего нарушение в работе элемента аккумулятора.
Когда определено, что величина изменения напряжения элемента dV/dt равна -100 мВ или менее в каком-либо из элементов аккумулятора (этап S250 - НЕТ), другими словами, если демонстрируется тенденция большого снижения напряжения элемента, определяется, что элемент аккумулятора находится в неработоспособном состоянии, и схема мониторинга переключается в режим запрещения зарядки/разрядки (этап S380), в котором запрещены как зарядка, так и разрядка.
Когда определено, что величина изменения напряжения элемента dV/dt больше -100 мВ во всех элементах аккумулятора (этап S250 - ДА), другими словами, если демонстрируется тенденция небольшого снижения напряжения элемента, затем определяется, равна или нет величина изменения напряжения элемента dV/dt 0 или меньше в каждом из элементов аккумулятора (этап S260). Когда величина изменения напряжения элемента dV/dt больше 0 (этап S260 - НЕТ), другими словами, когда напряжение элемента повышается, определяется то, что, хотя нарушений в работе не возникает в элементах аккумулятора, аккумулятор 31 находится в нестабильном состоянии сразу после того, как разрядка закончена, и процесс снова возвращается к этапу S150.
С другой стороны, когда величина изменения напряжения элемента dV/dt равна 0 или менее, другими словами, когда определено то, что повышение напряжения элемента после разрядки нивелируется, и аккумулятор 31 становится стабильным (этап S260 - ДА), затем определяется, является или нет температура элемента T ниже 60°C (этап S270). Это определение на этапе S270 отличается от определения на основе величины изменения температуры элемента на этапе S240. Определение на этапе S270 - это определение на основе значения самой температуры элемента. Когда температура элемента равна 60°C или выше (этап S270 - НЕТ), определено, что аккумулятор 31 по-прежнему находится в нестабильном состоянии, и процесс снова возвращается к этапу S150. С другой стороны, когда определено, что температура элемента ниже 60°C (этап S270 - ДА), микрокомпьютер 32 считает, что условия для переключения в экономичный режим удовлетворены, и переключает всю схему мониторинга, в том числе сам микрокомпьютер 32, в экономичный режим (этап S280).
В экономичном режиме различные операции мониторинга (в том числе мониторинг напряжения элемента, мониторинг температуры элемента и мониторинг тока зарядки/разрядки), выполнявшиеся в схеме мониторинга в нормальном работоспособном состоянии, по существу прекращаются, и различные операции управления посредством микрокомпьютера 32 также по существу прекращаются. Тем не менее, операции, требуемые, по меньшей мере, для того, чтобы снова возвращаться из экономичного режима в нормальное работоспособное состояние, выполняются непрерывно, как описано выше.
После переключения в экономичный режим, если любое из условий возврата удовлетворяется (этап S290), схема мониторинга активируется из экономичного режима в нормальное работоспособное состояние (этап S300), и процессы на этапе S110 и далее выполняются снова. Вышеупомянутые условия возврата включают в себя условие, что разрядка от аккумулятора 31 начата, условие, что зарядное устройство 20 для аккумуляторов подключено, и условие, что напряжение Vbat аккумулятора падает ниже 25 В. В процессе активации на этапе S300 также выполняется процесс для возвращения усиления, которое переключалось на второе усиление на этапе S210, на первое усиление.
Например, в случае, если схема мониторинга возвращена из экономичного режима вследствие подключения зарядного устройства 20 для аккумуляторов к аккумуляторному источнику 10 питания, процесс переходит от S110 к этапу S120, и схема мониторинга переходит в режим мониторинга зарядки. В случае, если схема мониторинга возвращена из экономичного режима вследствие понижения напряжения Vbat аккумулятора ниже 25 В, процесс переходит от S110 к этапу S130. На этапе S130 определяется, что напряжение Vbat аккумулятора ниже 25 В (этап S130 - ДА), и процесс переходит к этапу S370, где выполняется сохранение данных, и схема мониторинга переключается в режим отключения.
После переключения в режим запрещения разрядки на этапе S320 процесс переходит к этапу S330, где выполняется процесс определения, который является идентичным процессу на этапе S240. Таким образом, определяется, составляет ли величина изменения температуры элемента dT/dt меньше 5°C. Когда величина изменения температуры элемента dT/dt равна 5°C или более (этап S330 - НЕТ), определяется, что элемент аккумулятора находится в неработоспособном состоянии, и схема мониторинга переключается в режим запрещения зарядки/разрядки (этап S380). С другой стороны, когда определено, что величина изменения температуры элемента dT/dt меньше 5°C (этап S330 - ДА), процесс далее переходит к этапу S340. На этапе S340 выполняется процесс определения, который является идентичным процессу на этапе S250, т.е. определяется, больше или нет величина изменения напряжения элемента dV/dt чем -100 мВ в каждом из элементов аккумулятора.
Когда определено, что величина изменения напряжения элемента dV/dt равна -100 мВ или менее в каком-либо из элементов аккумулятора (этап S340 - НЕТ), другими словами, если демонстрируется тенденция большого снижения напряжения элемента, определяется, что элемент аккумулятора находится в неработоспособном состоянии, и схема мониторинга переключается в режим запрещения зарядки/разрядки (этап S380). С другой стороны, когда определено, что величина изменения напряжения элемента dV/dt больше -100 мВ во всех элементах аккумулятора (этап S340 - ДА), другими словами, если демонстрируется тенденция небольшого снижения напряжения элемента, процесс далее переходит к этапу S350. На этапе S350 выполняется процесс определения, который является идентичным процессу на этапе S260, т.е. определяется, является ли величина изменения напряжения элемента dV/dt 0 или менее в каждом из элементов аккумулятора.
Когда величина изменения напряжения элемента dV/dt больше 0 (этап S350 - НЕТ), процесс снова возвращается к этапу S320. С другой стороны, когда величина изменения напряжения элемента dV/dt равна 0 или менее (этап S350 - ДА), процесс далее переходит к этапу S360. На этапе S360 выполняется процесс определения, который является идентичным процессу на этапе S270, т.е. определяется, является или нет температура элемента T ниже 60°C.
Когда температура элемента равна 60°C или выше (этап S360 - НЕТ), процесс снова возвращается к этапу S320. С другой стороны, когда определено, что температура элемента ниже 60°C (этап S360 - ДА), процесс переходит к этапу S370, где выполняется сохранение данных, и схема мониторинга переключается в режим отключения.
(6) Результаты вышеописанной конфигурации
Согласно аккумуляторному источнику 10 питания по настоящему варианту осуществления, как описано выше, после того, как закончена разрядка в корпус 2 инструмента (этап S220 - НЕТ), аккумуляторный источник 10 питания переключается в экономичный режим (этап S280), когда все из следующих условий удовлетворяются: условие, что величина изменения температуры элемента dT/dt меньше 5°C, указывающее на то, что изменение температуры становится стабильным (этап S240 - ДА); условие, что величина изменения напряжения элемента dV/dt больше -100 мВ во всех элементах аккумулятора, составляющих аккумулятор 31 (этап S250 - ДА), а также 0 или менее (этап S260 - ДА), указывающее на то, что напряжение элемента становится стабильным; и условие, что температура элемента T ниже 60°C (этап S270 - ДА), указывающее на то, что температура становится стабильной. Следовательно, становится возможным фактически уменьшать потребление электроэнергии аккумулятора 31 во время выполнения необходимого и достаточного мониторинга состояния аккумулятора 31 после того, как разрядка на корпус 2 инструмента закончена, до того, как аккумулятор 31 становится стабильным.
Помимо этого, после того, как разрядка закончена, микрокомпьютер 32 не только определяет, удовлетворяются или нет условия для переключения в экономичный режим, но также определяет, что аккумулятор 31 находится в неработоспособном состоянии, когда температура элемента резко возрастает (этап S240 - НЕТ) или напряжение элемента резко падает (этап S250 - НЕТ), и делает аккумуляторный источник 10 питания непригодным для использования после этого. Следовательно, становится возможным, если возникает какое-либо нарушение в работе, такое как небольшое короткое замыкание, точно обнаруживать это нарушение в работе и надлежащим образом реагировать, при этом достигая эффективного уменьшения потребления электроэнергии.
В ходе разрядки на корпус 2 инструмента усиление неинвертирующей усилительной схемы, включающей в себя операционный усилитель 37, задается равным первому усилению. Когда разрядка на корпус 2 инструмента закончена, усиление переключается на второе усиление, которое больше первого усиления. Следовательно, в то время как разрядка от аккумулятора 31 на корпус 2 инструмента выполняется, можно точно обнаруживать ток разрядки (сравнительно большую величину тока нескольких десятков ампер) в ходе разрядки. После того, как разрядка закончена, даже небольшая величина тока усиливается до большого значения с большим вторым коэффициентом усиления. Следовательно, когда разрядка перезапущена, даже если ток разрядки является небольшим, например, в течение малооборотного вращения электродвигателя, ток разрядки может точно обнаруживаться, и схема мониторинга может быстро возвращаться из экономичного режима.
В настоящем варианте осуществления, после переключения в экономичный режим непрерывно определяется, действительно ли разделенное значение Vz напряжения аккумулятора падает ниже первого опорного напряжения Vr1, и когда значение Vz напряжения падает ниже напряжения Vr1, схема мониторинга возвращается из экономичного режима и дополнительно переключается в режим отключения. Другими словами, когда оставшаяся емкость аккумулятора 31 понижается, и напряжение аккумулятора падает ниже 25 В, схема мониторинга переключается в режим отключения, и разрядка от аккумулятора 31 полностью прекращается (за исключением естественной разрядки). Тем самым возможно предотвращать переход аккумулятора 31 в состояние избыточной разрядки.
(7) Другие конфигурации
Следует понимать, что вышеописанные конфигурации настоящего изобретения не ограничены таким образом и могут принимать различные формы, при этом по-прежнему находясь в пределах объема, применимого для настоящего изобретения.
Например, в качестве условий для переключения схемы мониторинга в экономичный режим после того, как разрядка закончена, можно приспосабливать различные комбинации вышеупомянутых условий (этап S240-S270) для переключения схемы мониторинга в экономичный режим. Например, схема мониторинга может переключаться в экономичный режим только при условии, когда величина изменения температуры элемента dT/dt меньше 5°C (этап S240 - ДА), что указывает на то, что температура является стабильной; только при условии, когда величина изменения напряжения элемента dV/dt больше -100 мВ во всех элементах аккумулятора (этап S250 - ДА), что указывает на то, что напряжение является стабильным; или только при условии, когда оба из вышеупомянутых условий S240 и S250 удовлетворяются. Альтернативно, другие условия могут быть дополнительно добавлены к условиям S240-S270, чтобы определять, следует или нет переключать схему мониторинга в экономичный режим.
Более предпочтительно, тем не менее, выполнять определение на основе вышеупомянутых необходимых и достаточных условий, показанных на этапе S240-S270 вышеописанного варианта осуществления, чтобы непрерывно продолжать операции мониторинга в то время, когда аккумулятор 31 сразу находится в нестабильном состоянии после того, как разрядка закончена, а также фактически уменьшать потребление электроэнергии посредством быстрого переключения схемы мониторинга в экономичный режим после того, как аккумулятор 31 переходит в стабильное состояние.
В качестве конкретного опорного значения в каждом из процессов определения S240-S270, каждое значение на фиг.5B (5°C на этапе S240, -100 мВ на этапе S250, 0 на этапе S260 и 60°C на этапе S270) задается только в качестве примера, и различные значения могут задаваться надлежащим образом. То же самое относится к опорному значению в каждом из других процессов определения S130, S140, S160, S170, S180, S200, S220 и S330-S360.
В вышеприведенном варианте осуществления усиление неинвертирующей усилительной схемы, включающей в себя операционный усилитель 37, задано переключаемым к одному из двух усилений с помощью сигнала переключения коэффициента усиления от микрокомпьютера 32. Тем не менее, усиление может быть выполнено с возможностью переключения на одно из трех или более усилений или может быть выполнено с возможностью быть непрерывно переменным.
В вышеприведенном варианте осуществления сигнал от операционного усилителя 37 вводится в модуль 36 сравнения. Тем не менее, сигнал напряжения на входной стороне резистора R1 (т.е. сигнал, вводимый в операционный усилитель 37) также может вводиться в модуль 36 сравнения.
В вышеприведенном варианте осуществления описано, что схема мониторинга в аккумуляторном источнике 10 питания выполнена в целом посредством каждой схемы, показанной на фиг.3, включая микрокомпьютер 32. Тем не менее, схема, выделенная мониторингу (например, специализированная ИС и т.п.), может предоставляться, например, отдельно от микрокомпьютера 32. В экономичном режиме работа специализированной ИС и т.п. может прекращаться посредством прекращения предоставления питания в специализированную ИС и т.п., в то время как микрокомпьютер 32 может управляться с помощью потребления на низком уровне мощности, например, посредством ограничения своей функции только отслеживания того, удовлетворяются или нет условия возврата из экономичного режима.
В вышеприведенном варианте осуществления аккумулятор 31 выполнен из десяти элементов аккумулятора, подключенных последовательно, только в качестве примера. Тем не менее, число элементов аккумулятора, составляющих аккумулятор 31, не ограничено конкретным образом, и аккумулятор 31 может включать в себя только один элемент аккумулятора или может быть выполнен посредством множества элементов аккумулятора, подключенных последовательно-параллельно. Следует понимать, что напряжение каждого элемента аккумулятора и напряжение аккумулятора также не ограничено значениями, иллюстрируемыми в вышеописанном варианте осуществления.
В вышеприведенном варианте осуществления ионно-литиевая аккумуляторная батарея иллюстрируется в качестве каждого из элементов аккумулятора, составляющих аккумулятор 31, только в качестве примера. Тем не менее, первичный аккумулятор или аккумулятор, отличный от ионно-литиевой аккумуляторной батареи, также может быть применен к настоящему изобретению в качестве элементов аккумулятора.