JP6100003B2 - 電動機械器具、及びその本体 - Google Patents

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Description

本発明は、電動機械器具に関する。
下記特許文献1に開示された電動工具は、当該電動工具の本体に2つのバッテリパックを装着可能に構成されている。この電動工具では、当該電動工具の本体に装着された2つのバッテリパックが直列接続されることによって、当該電動工具を適切に駆動するのに必要な電圧を得ている。
特開2011−161602号公報
複数のバッテリパックを直列接続して使用する電動工具では、新しいバッテリパックと古いバッテリパックが混在したり、あるいは初期特性の異なる複数のバッテリパックが混在したりするなど、放電能力の異なる様々なバッテリパックが組み合わされて使用される可能性がある。
放電能力が異なる複数のバッテリパックが直列接続されて使用されると、放電能力の差によっては、特に放電能力の低い方のバッテリパックにダメージがかかる可能性がある。具体的には、例えば内部インピーダンスの高い(放電能力の低い)バッテリパックと内部インピーダンスの低い(放電能力の高い)バッテリパックが直列接続されて使用されると、内部インピーダンスの高いバッテリはバッテリ電圧が比較的大きく下がるものの、内部インピーダンスの低いバッテリのバッテリ電圧はあまり下がらない。
そのため、トータルとして負荷に印加される電圧はあまり下がらず、負荷にはその印加電圧に応じた大きな電流を流すことができる。すると、内部インピーダンスの高いバッテリは、バッテリ電圧がより大きく下がって、ダメージを受ける可能性がある。更に、電流が大きければ大きいほど、内部インピーダンスが高いバッテリではバッテリ内部の発熱も大きくなるため、ダメージが大きくなる可能性がある。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、直列接続された複数のバッテリパックから電力供給を受けて動作する電動機械器具において、複数のバッテリパックの放電能力が異なっても、放電による各バッテリパック(特に放電能力の低いバッテリパック)へのダメージを抑えつつ適切な放電制御を行えるようにすることを目的とする。
上記課題を解決するためになされた、本発明の第1局面における電動機械器具は、複数のバッテリパックと、装着部と、電力源形成部と、モータと、放電能力情報取得部と、制御パラメータ設定部と、制御部とを備えている。
複数のバッテリパックは、それぞれ、バッテリを内蔵している。装着部には、複数のバッテリパックが着脱可能に装着される。電力源形成部は、複数のバッテリパックが装着部に装着されている場合に各バッテリパックの各バッテリを直列接続することにより電力源を形成する。モータは、電力源形成部により形成された電力源からの電力により動作する。
放電能力情報取得部は、複数のバッテリパックの各々から、それらに内蔵されているバッテリの放電能力を示す情報である放電能力情報を取得する。制御パラメータ設定部は、放電能力情報取得部が取得した放電能力情報に基づき、少なくとも放電能力が最も低いバッテリの放電能力情報に基づいて、電力源からモータへの放電を制御するための少なくとも1つの制御パラメータを設定する。制御部は、制御パラメータ設定部が設定した少なくとも1つの制御パラメータを用いて電力源からモータへの放電を制御する。
このように構成された電動機械器具では、装着された複数のバッテリパックの中で放電能力が最も低いバッテリの放電能力に基づいて制御パラメータが設定され、その制御パラメータに基づいてモータへの放電が制御される。これにより、放電能力が最も低いバッテリを考慮した適切な制御パラメータを設定することができる。そのため、複数のバッテリの放電能力が異なっても、放電による各バッテリ(特に放電能力の低いバッテリ)へのダメージを抑えつつ適切な放電制御を行うことができる。
放電制御用の制御パラメータとしては、例えば、電力源からの放電状態を示す物理量に対する、放電を制限又は停止させるための制限領域を示すものとすることができる。この場合、制御部は、上記物理量が、対応する制御パラメータが示す制限領域内に入った場合、電力源からモータへの放電を制限又は停止するようにするとよい。
放電能力の最も低いバッテリの放電能力に基づいて、放電を制限又は停止させるための制限領域を設定するようにすることで、放電時における放電能力の最も低いバッテリへのダメージを効果的に抑制することができる。
この場合、制御パラメータとしては、より具体的には、電力源からモータへの放電時における放電電流の上限値である過電流閾値、放電時における電力源の電圧の下限値である過放電閾値、及びモータへ連続して放電が行われている間における電力源からの放電電流積算値の上限値である過負荷閾値、のうち少なくとも1つを設定するようにするとよい。
過電流閾値、過放電閾値、及び過負荷閾値のうち少なくとも1つを制御パラメータとして設定(しかも放電能力の最も低いバッテリの放電能力に基づいて設定)することで、各バッテリを過電流、過放電又は過負荷から効果的に保護することが可能となり、放電能力の最も低いバッテリへのダメージをより効果的に抑制することができる。
バッテリパックから取得する放電能力情報は種々考えられるが、放電能力情報として少なくともバッテリの劣化の度合いを示す情報が含まれている場合は、制御パラメータ設定部は、劣化の度合いが最も大きいバッテリのその劣化の度合いに基づいて、少なくとも1つの制御パラメータを設定するようにするとよい。
バッテリを繰り返し使用することなどによってバッテリが劣化していくと、例えばバッテリ内部のインピーダンスが高くなるなど、バッテリの放電能力が低下する。そのため、バッテリの劣化の度合いを示す情報を各バッテリから取得してそれに基づいて制御パラメータを設定し、放電を制御することで、放電による各バッテリ(特に劣化の度合いが最も大きいバッテリ)へのダメージを効果的に抑えつつ適切な放電制御を行うことができる。
バッテリパックから取得する放電能力情報として、バッテリを構成するバッテリセルの初期特性を示す情報が含まれている場合は、制御パラメータ設定部は、その初期特性により示される放電能力が最も低いバッテリのその初期特性に基づいて、少なくとも1つの制御パラメータを設定するようにするとよい。
バッテリセルの初期特性が異なれば、バッテリの放電能力も異なる。そのため、バッテリセルの初期特性を示す情報を各バッテリから取得してそれに基づいて制御パラメータを設定し、放電を制御することで、放電による各バッテリ(特に初期特性が示す放電能力が最も低いバッテリ)へのダメージを効果的に抑えつつ適切な放電制御を行うことができる。
放電能力の最も低いバッテリに基づいて過電流閾値又は過負荷閾値を設定して放電制御を行う場合、モータへの放電量がその設定された閾値に達した場合はその放電能力の最も低いバッテリがどれであるかを認識できるように報知するようにしてもよい。
具体的には、制御パラメータ設定部は、制御パラメータとして、電力源からモータへの放電時における放電電流の上限値である過電流閾値、及びモータへ連続して放電が行われている間における電力源からの放電電流積算値の上限値である過負荷閾値のうち少なくとも1つを設定する。そして、電力源からの放電状態を示す物理量のうち過電流閾値又は過負荷閾値に対応した物理量(つまり放電電流又は放電電流積算値)が対応する閾値に達した場合に、報知部が、放電能力が最も低いバッテリを示す所定の報知を行う。
このように、放電量が閾値に達した場合に、放電能力が最も低いバッテリを報知することで、電動機械器具の使用者はどのバッテリが最も放電性能の低い状態になっているかを認識することができる。そのため、使用者は、その報知内容に従って、例えば報知されたバッテリを放電能力の高いバッテリに交換するなどといった適切な処置を適切なタイミングでとることができ、使用者の作業性、使い勝手が向上する。
本発明の第2局面における、電動機械器具の本体は、装着部と、電力源形成部と、モータと、放電能力情報取得部と、制御パラメータ設定部と、制御部とを備えている。
装着部には、複数のバッテリパックが着脱可能に装着される。電力源形成部は、複数のバッテリパックが装着部に装着されている場合に各バッテリパックの各バッテリを直列接続することにより電力源を形成する。モータは、電力源形成部により形成された電力源からの電力により動作する。放電能力情報取得部は、複数のバッテリパックの各々から、それらに内蔵されているバッテリの放電能力を示す情報である放電能力情報を取得する。制御パラメータ設定部は、放電能力情報取得部が取得した放電能力情報に基づき、少なくとも放電能力が最も低いバッテリの放電能力情報に基づいて、電力源からモータへの放電を制御するための少なくとも1つの制御パラメータを設定する。制御部は、制御パラメータ設定部が設定した少なくとも1つの制御パラメータを用いて電力源からモータへの放電を制御する。
このように構成された本体では、装着された複数のバッテリパックの中で放電能力が最も低いバッテリの放電能力に基づいて適切な制御パラメータが設定され、その制御パラメータに基づいてモータへの放電が制御される。そのため、本発明の第1局面と同様の効果を発揮し得る。
本発明が適用された実施形態の電動機械器具の斜視図である。 実施形態の電動機械器具の電気的構成を表す回路図である。 制御回路のMCUが実行するメイン処理のフローチャートである。 図3のメイン処理におけるS210の放電制御処理を表すフローチャートである。 本発明を適用可能な電動工具の一例を表す斜視図である。
以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に示された具体的手段や構造等に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の形態を採り得る。また、下記の実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略した態様も本発明の実施形態である。
(1)電動機械器具の全体構成
図1に示すように、本実施形態の電動機械器具1は、電動作業機として構成され、より具体的には、草や小径木を刈り払ういわゆる刈払機として構成されている。
電動機械器具1の本体10は、モータユニット2と、モータユニット2の一端に連結されたシャフトパイプ3とを備えている。
モータユニット2は、当該モータユニット2の内部に後述のモータ61(図2参照)及びこれを制御するための制御回路15を収納している。本実施形態のモータ61は、ブラシ付き直流モータである。
モータユニット2は、当該モータユニット2の他端に、第1バッテリパック11及び第2バッテリパック12の2つのバッテリパックを離脱可能に装着するバッテリ装着部13が設けられている。より具体的には、バッテリ装着部13は、当該バッテリ装着部13上で各バッテリパック11,12をそれぞれ図中矢印に示す方向にスライドさせることによって、各バッテリパック11,12をそれぞれ個別に着脱可能に構成されている。
また、モータユニット2は、当該モータユニット2の外カバーの一側面に、第1バッテリパック11の状態等を示す第1表示LED16と、第2バッテリパック12の状態等を示す第2表示LED17とが設けられている。各表示LED16,17は、詳しくは、発光素子であるLEDとそれを駆動する駆動回路により構成されている。なお、各表示LED16,17に代えて他の各種形態の表示器を用いるようにしてもよい。
シャフトパイプ3は、中空棒状に形成されている。シャフトパイプ3における、モータユニット2とは反対側の端部には、カッター4を離脱可能に装着するカッター装着部5が設けられている。カッター4は、全体として略円板状であって、周縁に複数の刃が設けられている。
シャフトパイプ3の軸方向における中間位置近傍には、ハンドル6が設けられている。このハンドル6には、電動機械器具1の使用者が右手で把持するための右手グリップ7と、使用者が左手で把持するための左手グリップ8とが設けられている。そして、右手グリップ7には、使用者がカッター4の回転を操作するためのトリガスイッチ9が設けられている。
シャフトパイプ3の内部には、図示しない駆動力伝達軸(以下、伝達軸と略称する)が収容されている。伝達軸の一端は、モータユニット2に収納された後述のモータ61のロータに連結されている。伝達軸の他端は、カッター装着部5に設けられた図示しない複数のギアを介してカッター4に連結されている。このため、モータ61の回転駆動力は、伝達軸と複数のギアとを介してカッター4に伝達される。
(2)電動機械器具の電気的構成
電動機械器具1は、図2に示すような回路構成を備えている。図2には、各バッテリパック11,12の内部回路と、本体側の制御回路15とが示されている。なお、説明の便宜上、図2において、制御回路15内には、トリガスイッチ9及びモータ61も図示されている。
第1バッテリパック11は、直列接続された複数(本実施形態では5つ)のセル21,22,23,24,25からなるバッテリ20を備えている。第2バッテリパック12も、直列接続された複数(本実施形態では5つ)のセル41,42,43,44,45からなるバッテリ40を備えている。本実施形態における各セル21〜25,41〜45はいずれも、二次電池(例えばリチウムイオン二次電池)セルとして構成されている。
第1バッテリパック11において、バッテリ20の正極は正極端子31に接続され、バッテリ20の負極は負極端子32に接続されている。これら正極端子31及び負極端子32は、第1バッテリパック11が本体10に装着されると、それぞれ本体10側の第1正極端子81及び第1負極端子82と接続される。
第2バッテリパック12においても、バッテリ40の正極は正極端子51に接続され、バッテリ40の負極は負極端子52に接続されている。これら正極端子51及び負極端子52は、第2バッテリパック12が本体10に装着されると、それぞれ本体10側の第2正極端子91及び第2負極端子92と接続される。
第1バッテリパック11は、バッテリ20の状態をモニタして各種処理を行うバッテリ管理ユニット(BMU)26を備えている。BMU26は、バッテリ20の電圧(以下、バッテリ電圧と称する)や各セル21〜25の電圧(以下、セル電圧と称する)などの、バッテリ20の状態を監視する。BMU26は、データ通信端子34を介して本体10側の制御ユニット(MCU)62との間でデータ通信が可能であり、必要に応じて、バッテリ20に関する情報をMCU62へ送信する。
BMU26がMCU62へ送信する情報として、少なくとも、バッテリ20の内部抵抗(内部インピーダンス)DCIR1、過電流閾値LC1及び過負荷閾値OL1がある。これらは、バッテリ20の放電能力を示す情報である。より具体的には、内部抵抗DCIR1は、バッテリ20の劣化の度合いを示す情報であり、各閾値LC1、OL1は、バッテリ20を構成する各バッテリセル21〜25の初期特性を示す情報である。
バッテリ20の劣化が進むほど、内部抵抗DCIR1は大きくなる。そのため、内部抵抗DCIRが大きいほどバッテリ20の放電能力が低いといえる。第1バッテリパック11のBMU26は、バッテリ20の電圧や電流値などに基づいて定期的に内部抵抗DCIR1を演算し、図示しないメモリに保持している。そのため、BMU26は、常に最新の内部抵抗DCIR1を演算し保持しているといえる。
過電流閾値LC1及び過負荷閾値OL1は、バッテリ20を構成する各セル21〜25の初期特性の1つとして、第1バッテリパック11の出荷前にBMU26内の図示しないメモリに保持される。これら各閾値LC1、OL1は、第1バッテリパック11内でバッテリ20の保護等のために用いられることもあるが、本実施形態では、本体10側のMCU62に送信されてMCU62で用いられる。
なお、過電流閾値LC1は、バッテリ20からの放電電流の上限値を示すものであり、過負荷閾値OL1は、バッテリ20から連続して放電が行われている連続放電中における、放電電流の時間積算(積分)値の上限値を示すものである。そのため、各閾値LC1、OL1のいずれも、その値が小さいほどバッテリ20の放電能力が低いといえる。BMU26は、内部抵抗DCIR、過電流閾値LC1及び過負荷閾値OL1を、本体側のMCU62から要求があった場合にMCU62へ送信する。
また、BMU26は、バッテリ20からの放電を禁止すべき場合にその旨を示す放電停止信号DS1を出力する。BMU26における、放電停止信号DS1の出力端子は、第1トランジスタ27のベースに接続されている。第1トランジスタ27のエミッタは第1グランドライン(第1バッテリパック11のバッテリ20の負極と同電位のグランドライン)に接続され、コレクタは第2トランジスタ28のベースに接続されている。第2トランジスタ28のエミッタはバッテリ20の正極に接続され、コレクタは放電停止信号出力端子33に接続されている。
BMU26は、放電を許可すべき場合は、第1トランジスタ27のベースへの出力をHighレベル(Hレベル)とするが、放電を停止すべき場合は、第1トランジスタ27のベースへLowレベル(Lレベル)の放電停止信号DS1を出力する。
このような構成により、バッテリ20からの放電を許可すべき状態であってBMU26から放電停止信号DS1が出力されていない間(つまりHレベル出力の間)は、各トランジスタ27,28がオンし、放電停止信号出力端子33からバッテリ電圧が出力される。この放電停止信号出力端子33から出力されるバッテリ電圧は、本体10において放電停止信号入力端子83から入力され、MCU62に入力される。なお、図2では図示を省略したが、放電停止信号入力端子83とMCU62との間には、実際には、第1バッテリパック11から入力されるバッテリ電圧を所定の低電圧にレベルシフトしてMCU62へ入力させるためのインタフェース回路が設けられている。
バッテリ20からの放電を停止すべき状態であってBMU26から放電停止信号DS1が出力されると(つまりLレベル出力になると)、各トランジスタ27,28がオフし、放電停止信号出力端子33からの出力はハイインピーダンス(Hi−Z)となる。このHi−Zレベルの出力信号が、本体10側において、放電停止信号AS1としてMCU62へ入力される。
第2バッテリパック12も、第1バッテリパック11と同様の構成であり、バッテリ40の状態をモニタして各種処理を行うBMU46や、バッテリ40からの放電の許可又は停止を本体10のMCU62へ伝えるための2つのトランジスタ47,48及び放電停止信号出力端子53、BMU46と本体10のMCU62との間でデータ通信を行うためのデータ通信端子54などを備えている。
第2バッテリパック12の構成や機能は第1バッテリパック11と同じであるため、第2バッテリパック12についての詳細説明は省略するが、BMU46がデータ通信端子54を介して本体側のMCU62へ送信する情報について簡単に説明する。第2バッテリパック12のBMU46も、第1バッテリパック11のBMU26と全く同じように、バッテリ40の内部抵抗(内部インピーダンス)DCIR2、過電流閾値LC2及び過負荷閾値OL2を本体側のMCU62へ送信する。これら各値DCIR2、LC2、OL2は、第2バッテリパック12のバッテリ40の放電能力を示す情報である。
次に、本体10内の制御回路15について説明する。制御回路15は、MCU62と、電源回路63と、スイッチ(SW)操作検出回路64と、駆動用FET65と、ドライバ66と、電流検出回路67と、差動アンプ68と、分圧器69と、各表示LED16,17とを備えている。
制御回路15においては、第1正極端子81からモータ61を経て第2負極端子92に至る通電経路が形成されている。この通電経路における、第1正極端子81とモータ61の一端との間の経路には、この経路を導通・遮断するためのトリガスイッチ9が設けられている。モータ61の他端から第2負極端子92に至る経路には、駆動用FET65及び電流検出回路67がこの順に直列接続されている。
トリガスイッチ9は、より詳しくは、第1正極端子81とモータ61の一端との間の経路を導通・遮断するためのメインスイッチ70と、使用者によるトリガスイッチ9の引き操作量に応じたアナログ電圧である操作量信号Siを生成するためのボリューム(可変抵抗)71とを備える。
使用者がトリガスイッチ9をわずかに引くと、メインスイッチ70がオンし、第1正極端子81とモータ61の一端との間の経路が導通する。その状態から使用者がさらにトリガスイッチ9を引くと、その引き操作量に応じた操作量信号SiがMCU62に入力される。なお、トリガスイッチ9がオン(オフ)されたというときは、メインスイッチ70がオン(オフ)されたことを意味する。
第1バッテリパック11の負極端子32に接続される第1負極端子82は、第2バッテリパック12の正極端子51に接続される第2正極端子91と接続されている。つまり、各バッテリパック11,12が本体10に装着されると、各バッテリ20,40が直列接続された状態となる。そのため、本体10の第1正極端子81と第2負極端子92との間の電圧、即ちモータ61の駆動用として供給される駆動用電圧は、各バッテリ電圧の総和となる。
電源回路63は、降圧レギュレータにより構成され、第1正極端子81を介して入力される第1バッテリパック11のバッテリ電圧を所定電圧値の制御電圧Vccに変換して出力する。第1バッテリパック11のバッテリ電圧は、第1正極端子81からダイオード73を介して電源回路63の入力端子に入力される。電源回路63からの制御電圧Vccは、MCU62や差動アンプ68、トリガスイッチ9内のボリューム71、各表示LED16,17などの、制御回路15内の各部の動作用電源として用いられる。
なお、電源回路63の入力端子には、ダイオード73のカソードが接続されると共に、別のダイオード74のカソードも接続されている。このダイオード74のアノードは、第1グランドラインに接続されると共にダイオード72のカソードに接続されており、ダイオード72のアノードは第2グランドライン(第2バッテリパック12のバッテリ40の負極と同電位)に接続されている。
このような構成により、本体10に少なくとも第1バッテリパック11が装着されると、第1バッテリパック11のバッテリ20の電圧が電源回路63に供給されて電源回路63が作動し、制御電圧Vccが生成される。そのため、2つのバッテリパック11,12のうち少なくとも第1バッテリパック11が本体10に装着されれば、MCU62をはじめ制御電圧Vccを電源とする各部が動作することができる。
スイッチ操作検出回路64は、トリガスイッチ9のオン・オフ状態を検出してそのオン・オフ状態を示す信号をMCU62へ出力する。電流検出回路67は、モータ61に流れる電流(以下、駆動電流Imと称する)を検出して、その駆動電流Imを示す検出信号をMCU62へ出力する。
差動アンプ68は、第1バッテリパック11のバッテリ20のバッテリ電圧を検出し、そのバッテリ電圧に応じた第1電圧検出信号VB1をMCU62へ出力する。分圧器69は、第2バッテリパック12のバッテリ40のバッテリ電圧を所定の分圧比で分圧し、その分圧値を、バッテリ電圧を示す第2電圧検出信号VB2としてMCU62へ出力する。
MCU62は、各バッテリ20,40が直列接続されてなる電力源からモータ61への放電を制御することによりモータ61の駆動を制御するものであり、本実施形態ではマイクロコンピュータにより構成されている。MCU62は、トリガスイッチ9がオフされている間は、駆動用FET65をオフさせることで、モータ61への通電を停止する。一方、トリガスイッチ9がオンされると、MCU62は、駆動用FET65をPWM駆動させることで、各バッテリ20,40からの電力をモータ61に供給し、モータ61を回転駆動させる。
駆動用FET65の制御は、詳しくは、ドライバ66を介して行われる。MCU62は、トリガスイッチ9がオンされたことによりモータ61を駆動させる際は、トリガスイッチ9の引き操作量に応じたduty比のPWM駆動信号Dpをドライバ66へ出力して、引き操作量に応じた電流をモータ61へ通電(放電)させることで、モータ61を駆動(回転)させる。
MCU62は、トリガスイッチ9がオフされたことによりモータ61を停止させる際は、duty比が0のPWM駆動信号Dpをドライバ66へ出力することで、駆動用FET65を完全にオフさせて、モータ61への放電を停止させる。ドライバ66は、MCU62から入力されるPWM駆動信号Dpに基づき、そのデューティ比にて駆動用FET65をPWM駆動する。
MCU62は、第1バッテリパック11から放電停止信号AS1が入力されるか又は第2バッテリパック12から放電停止信号AS2が入力された場合は、駆動用FET65をオフさせて各バッテリパック11,12からモータ61への放電を停止させる。また、MCU62は、各表示LED16,17の表示(点灯)制御も行う。
また、MCU62は、第1データ通信端子84を介して第1バッテリパック11のBMU26とデータ通信可能であり、第2データ通信端子94を介して第2バッテリパック12のBMU46とデータ通信可能である。
具体的には、MCU62は、必要に応じて、第1バッテリパック11から第1データ通信端子84を介して、バッテリ20の内部抵抗DCIR1、過電流閾値LC1、及び過負荷閾値OL1を取得する。MCU62は、第2バッテリパック12からも、必要に応じて、第2データ通信端子94を介して、バッテリ40の内部抵抗DCIR2、過電流閾値LC2、及び過負荷閾値OL2を取得する。
MCU62は、各バッテリパック11,12からそれぞれ各内部抵抗DCIR1,DCIR2を取得すると、これら各内部抵抗DCIR1,DCIR2に基づいて、制限電流LCtを算出する。この制限電流LCtは、後述するメイン処理で用いられるものであって、各過電流閾値LC1、LC2よりも小さい値である。
そして、その算出した制限電流LCtや、各バッテリパック11,12から取得した各閾値LC1,LC2,OL1,OL2に基づいて、後述するメイン処理において、各バッテリパック11,12からモータ61への放電を制限又は停止させる。すなわち、駆動電流Imが制限電流LCt以上となった場合は、駆動電流Imが制限電流LCt未満になるようにPWM駆動信号のduty比を制御する。また、駆動電流Imがいずれかの過電流閾値以上となった場合は、モータ61への放電を停止させる。また、駆動電流Imに基づいて算出される負荷カウンタ値OLc(放電電流の時間積算値)がいずれかの過負荷閾値以上となった場合も、モータ61への放電を停止させる。
つまり,本実施形態のMCU62は、モータ61の駆動を制御する機能と、モータ61への放電状態を監視して必要に応じてモータ61への放電を制限又は停止させる放電状態監視機能とを兼ね備えている。ただし、このように両機能を1つのMCU62(詳しくは1つのマイコン)が兼ね備えるようにするのは必須ではなく、両機能をそれぞれ別々のMCUやIC等によって実現させるようにしてもよい。
また、MCU62は、図示しないメモリを備えており、このメモリに、各バッテリパック11,12から取得した上記各種情報や、後述するモータ停止状態フラグや負荷カウンタ値OLcなどを記憶する。
(3)本体のMCUが実行するメイン処理の説明
次に、本体10のMCU62が実行するメイン処理について、図3を用いて説明する。MCU62は、少なくとも第1バッテリパック11が装着されることにより制御電圧Vccが供給されて動作を開始すると、図3のメイン処理を実行する。
MCU62は、図3のメイン処理を開始すると、S110で、第1バッテリパック11のBMU26へ第1バッテリ放電能力情報を要求することによりその第1バッテリ放電能力情報を取得する。具体的には、バッテリ20の内部抵抗DCIR1、過電流閾値LC1、及び過負荷閾値OL1を取得する。
S120では、第2バッテリパック12の接続が検出されたか否か、すなわち第2バッテリパック12が接続されていない状態から接続された状態に変化したか否かを判断する。この判断は、例えば、分圧器69からの第2電圧検出信号VB2に基づいて行うことができる。第2バッテリパック12の接続が検出されない間はこのS120の判断を繰り返すが、第2バッテリパック12の接続が検出された場合は、S130に進む。
S130では、第2バッテリパック12のBMU46へ第2バッテリ放電能力情報を要求することによりその第2バッテリ放電能力情報を取得する。具体的には、バッテリ40の内部抵抗DCIR2、過電流閾値LC2、及び過負荷閾値OL2を取得する。
S140では、取得した両内部抵抗DCIR1、DCIR2の値より、制限電流LCtを算出する。制限電流LCtの算出方法は種々考えられる。例えば、大きい方の内部抵抗DCIRの値から、瞬間的な過放電(例えばバッテリパック側のBMUの電源が落ちてBMUの動作が停止するような過放電)が発生しないようなレベルの電流を演算してその電流を制限電流LCtとすることができる。また例えば、2つの内部抵抗DCIR1,DCIR2を加算した値から、瞬間的な過放電(例えば本体10側のMCU62の電源が落ちてMCU62の動作が停止するような過放電)が発生しないようなレベルの電流を演算して、その電流を制限電流LCtとしてもよい。少なくとも大きい方の内部抵抗DCIRの値を用いる限り、制限電流LCtの算出方法は特に限定されるものではない。
制限電流LCtを算出後、S150では、第2バッテリパック12が接続されているか否か判断する。第2バッテリパック12が接続されていない場合はS120に戻るが、第2バッテリパック12が接続されている場合は、S160に進む。
S160では、メインスイッチ70がオンされているか否か判断する。メインスイッチ70がオンされていない場合は、S180でモータ61の動作を停止させる。つまり、PWM駆動信号Dpの出力を停止する(duty比を0にする)。そして、S190で、モータ停止状態保持フラグをクリアし、S200で、負荷カウンタのカウンタ値OLcを0にクリアして、S150に戻る。
S160でメインスイッチ70がオンされている場合は、S170で、モータ停止状態保持フラグがクリアされているか否か判断する。モータ停止状態保持フラグがクリアされていない場合はS150に戻るが、モータ停止状態保持フラグがクリアされている場合は、S210の放電制御処理を実行して、S150に戻る。
S210の放電制御処理の詳細は、図4に示す通りである。MCU62は、図4の放電制御処理を開始すると、S310で、第1バッテリパック11から第1放電停止信号AS1が入力されているか否か判断する。第1放電停止信号AS1が入力されていない場合はS330に進む。第1放電停止信号AS1が入力されている場合は、S320で、第1表示LED16を10秒間表示(点灯)させるよう設定する。なお、表示LEDを表示させる時間が10秒間であることはあくまでも一例である。後述するS340,S370,S390,S440,S460の各処理においても同様である。
S320で第1表示LED16を10秒間点灯させるよう設定すると、第1表示LED16が10秒間表示される。一方、MCU62の処理としては、S320で第1表示LED16の表示設定を行うと、S470へ進む。S470では、モータ61の動作を停止させる。つまり、PWM駆動信号Dpの出力を停止する(duty比を0にする)。そして、S480でモータ停止状態フラグをセットして、この放電制御処理を終了する。
なお、S320での第1表示LED16の表示設定を経てS470でモータ61の動作が停止された場合、ユーザは、第1表示LED16が表示されていることから、第1バッテリパック11に起因してモータ61が停止したことを認識できる。後述するS370又はS440を経てS470でモータ61の動作が停止された場合も同様である。
S330では、第2バッテリパック12から第2放電停止信号AS2が入力されているか否か判断する。第2放電停止信号AS2が入力されていない場合はS350に進む。第2放電停止信号AS2が入力されている場合は、S340で、第2表示LED17を10秒間表示(点灯)させるよう設定する。
S340で第2表示LED17を10秒間点灯させるよう設定すると、第2表示LED17が10秒間表示される。一方、MCU62の処理としては、S340で第2表示LED17の表示設定を行うと、S470でモータ61の動作を停止させ、S480でモータ停止状態フラグをセットして、この放電制御処理を終了する。
なお、S340での第2表示LED17の表示設定を経てS470でモータ61の動作が停止された場合、ユーザは、第2表示LED17が表示されていることから、第2バッテリパック12に起因してモータ61が停止したことを認識できる。後述するS390又はS460を経てS470でモータ61の動作が停止された場合も同様である。
各放電停止信号AS1,AS2がいずれも入力されていない場合は(S330:NO)、S350で、モータ動作を実行する。すなわち、トリガスイッチ9の引き操作量に応じたduty比のPWM駆動信号Dpを出力することにより、モータ61を動作(回転)させる。
S360では、モータ61に流れる駆動電流Imが、第1バッテリパック11の過電流閾値LC1以上か否か判断する。駆動電流Imが過電流閾値LC1より小さい場合はS380に進む。駆動電流Imが過電流閾値LC1以上の場合は、S370で、S320と同様に第1表示LED16を10秒間表示するよう表示設定を行って、S470以降に進む。つまりモータ61の動作を停止させる。
S380では、モータ61に流れる駆動電流Imが、第2バッテリパック12の過電流閾値LC2以上か否か判断する。駆動電流Imが過電流閾値LC2より小さい場合はS400に進む。駆動電流Imが過電流閾値LC2以上の場合は、S390で、S340と同様に第2表示LED17を10秒間表示するよう表示設定を行って、S470以降に進む。つまりモータ61の動作を停止させる。
駆動電流Imが各過電流閾値LC1,LC2のいずれよりも小さい場合は(S380:NO)、S400で、駆動電流Imが制限電流LCt以上か否か判断する。駆動電流Imが制限電流LCtより小さい場合はS420に進む。駆動電流Imが制限電流LCt以上の場合は、S410で、駆動電流Imが制限電流LCt未満になるようにPWM駆動信号のduty比を変更して、S420に進む。
S410においてPWM駆動信号Dpのduty比を具体的にどのように変更するかについては種々の方法が考えられる。例えば、微小な一定量だけduty比を低下させて次の制御周期でS400の判断を仰ぎ、それでもまだ駆動電流Imが制限電流LCt以上ならば再びS410でduty比を上記一定量だけ低下させる、というように、駆動電流Imが制限電流LCt以下になるまでduty比を少しずつ低下させていく方法が考えられる。また例えば、駆動電流Imと制限電流LCtとの差に基づき、その差が0になるようなduty比の低下量を演算して、その低下量だけduty比を低下させるという方法も考えられる。
S420では、負荷カウンタの積算処理を行う。具体的には、現在の負荷カウンタ値OLcに駆動電流Imの値(MCU62内でAD変換された値)を加算して負荷カウンタ値OLcを更新する。この負荷カウンタ値OLcは、トリガスイッチ9がオフされると図3のS200の処理によってクリアされる。そのため、この負荷カウンタ値OLcは、トリガスイッチ9がオンされている間(モータ61へ連続的に放電されている間)のモータ61の駆動電流(放電電流)Imの時間積算値を示すものである。
S420で負荷カウンタ値OLcの積算を行うと、S430で、その負荷カウンタ値OLcが、第1バッテリパック11の過負荷閾値OL1以上か否か判断する。負荷カウンタ値OLcが過負荷閾値OL1より小さい場合はS450に進む。負荷カウンタ値OLcが過負荷閾値OL1以上の場合は、S440で、S320と同様に第1表示LED16を10秒間表示するよう表示設定を行って、S470以降に進む。つまりモータ61の動作を停止させる。
S450では、負荷カウンタ値OLcが、第2バッテリパック12の過負荷閾値OL2以上か否か判断する。負荷カウンタ値OLcが過負荷閾値OL2より小さい場合はこの放電制御処理を終了する。負荷カウンタ値OLcが過負荷閾値OL2以上の場合は、S460で、S340と同様に第2表示LED17を10秒間表示するよう表示設定を行って、S470以降に進む。つまりモータ61の動作を停止させる。
なお、各バッテリパック11,12からの各放電停止信号AS1,AS2によって対応する表示LEDを表示させるS320、S340の処理においては、バッテリパック側の保護機能が作動したことを使用者が認識できるように、他のS370,S390,S440,S460の表示とは異なる表示方法で表示させるようにしてもよい。このようにすることで、モータ61が停止したときに、表示LEDの表示内容から、どちらのバッテリパックに起因して停止したのかを知ることができるだけでなく、更に、バッテリパック側の保護機能の作動により停止したのかそれとも本体側の監視機能によって停止したのかも認識することができる。
(4)実施形態の効果等
以上説明した本実施形態の電動機械器具1によれば、装着された各バッテリパック11,12の中で、少なくとも、放電能力が最も低いバッテリの放電能力を考慮して、放電制御のための各閾値LC1,LC2,OL1,OL2や制限電流LCtなどの各種制御パラメータが設定される。これにより、少なくとも放電能力が最も低いバッテリが考慮された適切な制御パラメータにて、放電制御が行われる。そのため、各バッテリ20,40の放電能力が異なっても、放電による各バッテリ(特に放電能力の低いバッテリ)へのダメージを抑えつつ、適切な放電制御を行うことができる。
また、本実施形態の電動機械器具1では、少なくとも放電能力が最も低いバッテリの放電能力に基づき、制御パラメータとして、放電を制限又は停止させるための制御パラメータ、より具体的には過電流閾値、過負荷閾値及び制限電流が設定される。そのため、各バッテリ20,40を過電流や過負荷から効果的に保護することが可能となり、且つ通常動作時における放電電流を制限電流以内に抑えることができるため、放電能力の最も低いバッテリへのダメージをより効果的に抑制することができる。
また、各バッテリパック11,12から取得する放電能力情報として、本実施形態では、各バッテリ20,40の劣化の度合いを示す各内部抵抗DCIR1,DCIR2を取得し、それらに基づいて制御パラメータを設定している。そのため、放電による各バッテリ20,40(特に劣化の度合いが最も大きいバッテリ)へのダメージを効果的に抑えつつ適切な放電制御を行うことができる。
更に、各バッテリパック11,12からは、放電能力情報として、バッテリを構成するバッテリセルの初期特性を示す各閾値LC1,LC2,OL1,OL2を取得するようにしている。そして、それらを用いて制御パラメータを設定している。そのため、放電による各バッテリ20,40(特に初期特性が示す放電能力が最も低いバッテリ)へのダメージを効果的に抑えつつ適切な放電制御を行うことができる。
なお、本実施形態において、各内部抵抗DCIR1,DCIR2、各過電流閾値LC1,LC2、及び各過負荷閾値OL1,OL2は、いずれも、本発明の放電能力情報の一例に相当する。また、本実施形態では、各過電流閾値LC1,LC2及び各過負荷閾値OL1,OL2については本体側のMCU62がそのまま放電制御に用いている。そのため、各過電流閾値LC1,LC2及び各過負荷閾値OL1,OL2は、本実施形態では、本発明の放電能力情報の一例であると共に本発明の制御パラメータの一例でもある。制限電流LCtも本発明の制御パラメータの一例である。また、本実施形態において、駆動電流Im及び負荷カウンタ値OLcはいずれも本発明の放電状態を示す物理量の一例に相当する。
[他の実施形態]
(1)上記実施形態では、各バッテリ20,40の放電能力を示す情報として、内部抵抗DCIR、過電流閾値LC、及び過負荷閾値OLを取得し、これらをもとに制御パラメータを設定して放電制御を行ったが、各バッテリ20,40の放電能力を示す情報はこれらに限定されるものではない。
例えば、各バッテリパック11,12から各バッテリ20,40の放電時最低電圧を示す過放電閾値を取得できる場合、その過放電閾値を取得して、その過放電閾値が最も高いバッテリ(つまり放電能力が最も低いバッテリ)の過放電閾値に基づいて、電動機械器具全体の過放電閾値を設定して放電制御するようにしてもよい。つまり、モータ61に印加される電圧(第1正極端子81と第2負極端子92の間の電圧)が過放電閾値以下となった場合に放電を停止させるようにすることができる。
(2)上記実施形態では、各バッテリ20,40から取得した各過電流閾値LC1,LC2及び各過負荷閾値OL1,OL2をそのまま制御パラメータとして用いて過電流判定、過負荷判定を行ったが、これはあくまでも一例である。各バッテリ20,40から取得した各過電流閾値LC1,LC2及び各過負荷閾値OL1,OL2を用いて別途閾値を設定し、その閾値を用いて放電制御を行うようにしてもよい。
(3)上記実施形態では、各バッテリ20,40双方の放電性能をもとに放電制御を行ったが、放電性能の最も低いバッテリの放電性能のみを用いて制御パラメータを設定し、放電制御を行うようにしてもよい。すなわち、例えば第1バッテリパック11の内部抵抗DCIR1の方が第2バッテリパック12の内部抵抗DCIR2よりも大きい場合は、第2バッテリパック12の内部抵抗DCIR2は用いず第1バッテリパック11の内部抵抗DCIR1を用いて制限電流LCtなどの制御パラメータを設定してもよい。また例えば、第1バッテリパック11の過電流閾値LC1の方が第2バッテリパック12の過電流閾値LC2よりも大きい場合は、第1バッテリパック11の過電流閾値LC1は用いず第2バッテリパック12の過電流閾値LC2を用いて制御パラメータを設定してもよい。
(4)上記実施形態は、バッテリの放電能力を示す情報のうち、特にバッテリの劣化の度合いを示す情報として、バッテリの内部抵抗DCIRを例示したが、これはあくまでも一例である。バッテリの放電能力を示す情報のうち、特にバッテリセルの初期特性を示す情報についても、上記実施形態では過電流閾値や過放電閾値を例示したが、これらもあくまでも一例である。
(5)上記実施形態では、2つのバッテリパック11,12を装着して使用される電動機械器具1について説明したが、本発明は、3つ以上のバッテリパックを装着してそれらを直列接続して使用する他の各種電動機械器具に対しても適用できる。バッテリパックを3つ以上装着する構成の場合、3つのバッテリパックのうち少なくとも放電能力が最も低いバッテリパックの放電能力に基づいて制御パラメータを設定して放電制御を行えばよい。
なお、放電能力の高・低は、放電能力を示す情報毎に異なることもあり得る。例えば、内部抵抗DCIRについては第1バッテリパック11よりも第2バッテリパック12の方が大きいものの、過電流閾値LCについては第1バッテリパック11よりも第2バッテリパック12の方が大きいというケースも考えられる。この場合、内部抵抗DCIRという観点では、第2バッテリパック12の方が放電能力が低いとみることができるが、過電流閾値LCという観点では、第1バッテリパック11の方が放電能力が低いとみることができる。
(6)上記実施形態では、バッテリパック毎に個別に表示LEDを設けたが、これは必須ではない。LEDを用いて報知すること自体も必須ではない。どちらのバッテリに起因してモータ61の動作が停止したのかを使用者が認識できる限り、具体的にどのような方法で報知を行うかについては特に限定されるものではない。
(7)上記実施形態では、本体側のMCU62がマイクロコンピュータにより構成されているものとして説明したが、MCU62は、マイクロコンピュータに限らず、例えばASICやFPGA、その他の各種IC、ロジック回路等により構成してもよい。
(8)上記実施形態のモータ61はブラシ付きDCモータであったが、ブラシ付きDCモータ以外の他のモータ(例えばブラシレスモータ、各種ACモータなど)を備えた電動機械器具に対しても本発明を適用可能である。
(9)上記実施形態では、本発明を電動作業機(具体的には刈払機)に適用した例を示したが、本発明は、電動作業機に限らずあらゆる種類の電動機械器具に適用可能である。例えば、図5に例示したような電動機械器具100にも適用可能である。図5に示した電動機械器具100は、具体的には、被材へ穴をあけたりネジの締結作業を行ったりするために用いられる電動工具として構成されている。
図5の電動機械器具100は、本体103のバッテリ装着部104に2つのバッテリパック101,102が装着されて使用される。2つのバッテリパック101,102がバッテリ装着部104に装着されると、各バッテリパック101,102内の各バッテリが直列接続されて、本体103に収容されているモータの電力源となる。このように構成された電動機械器具100に対しても、本発明を適用でき、図3に示したメイン処理にてモータ駆動制御や放電制御等を行うことができる。
1,100…電動機械器具、2…モータユニット、3…シャフトパイプ、4…カッター、5…カッター装着部、6…ハンドル、7…右手グリップ、8…左手グリップ、9…トリガスイッチ、10,103…本体、11,101…第1バッテリパック、12、102…第2バッテリパック、13,104…バッテリ装着部、15…制御回路、16…第1表示LED、17…第2表示LED、20,40…バッテリ、21〜25,41〜45…セル、27,47…第1トランジスタ、28,48…第2トランジスタ、31,51…正極端子、32,52…負極端子、33,53…放電停止信号出力端子、34,54…データ通信端子、61…モータ、62…MCU、63…電源回路、64…スイッチ操作検出回路、65…駆動用FET、66…ドライバ、67…電流検出回路、68…差動アンプ、69…分圧器、70…メインスイッチ、71…ボリューム、72,73,74…ダイオード、81…第1正極端子、82…第1負極端子、83,93…放電停止信号入力端子、84…第1データ通信端子、91…第2正極端子、92…第2負極端子、94…第2データ通信端子。

Claims (7)

  1. バッテリを内蔵する複数のバッテリパックと、
    前記複数のバッテリパックを着脱可能に装着する装着部と、
    前記複数のバッテリパックが前記装着部に装着されている場合に前記各バッテリパックの各バッテリを直列接続することにより電力源を形成する電力源形成部と、
    前記電力源からの電力により動作するモータと、
    前記複数のバッテリパックの各々から、内蔵されているバッテリの放電能力を示す情報である放電能力情報を取得する放電能力情報取得部と、
    前記放電能力情報取得部が取得した前記放電能力情報に基づき、少なくとも前記放電能力が最も低いバッテリの前記放電能力情報に基づいて、前記電力源から前記モータへの放電を制御するための少なくとも1つの制御パラメータを設定する制御パラメータ設定部と、
    前記電力源から前記モータへの放電状態を示す物理量であって、前記制御パラメータ設定部が設定する前記少なくとも1つの制御パラメータに対応した物理量を検出する物理量検出部と、
    前記物理量検出部が検出した前記物理量と、前記検出した物理量に対応した前記制御パラメータとの大小関係を比較し、前記比較の結果に基づいて、前記電力源から前記モータへの放電を制御する制御部と、
    を備えていることを特徴とする電動機械器具。
  2. 請求項1に記載の電動機械器具であって、
    前記制御パラメータの少なくとも1つは、対応する前記物理量に対する、放電を制限又は停止させるための制限領域を示すものであり、
    制御部は、前記物理量検出部が検出した前記物理量が、対応する制御パラメータが示す前記制限領域内に入った場合、前記電力源から前記モータへの放電を制限又は停止する
    ことを特徴とする電動機械器具。
  3. 請求項2に記載の電動機械器具であって、
    前記制御パラメータ設定部は、前記制御パラメータとして、前記電力源から前記モータへの放電時における放電電流の上限値である過電流閾値、前記放電時における前記電力源の電圧の下限値である過放電閾値、及び前記モータへ連続して放電が行われている間における前記電力源からの放電電流積算値の上限値である過負荷閾値のうち少なくとも1つを設定する
    ことを特徴とする電動機械器具。
  4. 請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の電動機械器具であって、
    前記放電能力情報には、少なくとも前記バッテリの劣化の度合いを示す情報が含まれ、
    前記制御パラメータ設定部は、前記劣化の度合いが最も大きいバッテリのその劣化の度合いに基づいて前記少なくとも1つの制御パラメータを設定する
    ことを特徴とする電動機械器具。
  5. 請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の電動機械器具であって、
    前記放電能力情報には、少なくとも前記バッテリを構成するバッテリセルの初期特性を示す情報が含まれ、
    前記制御パラメータ設定部は、前記初期特性により示される前記放電能力が最も低いバッテリのその初期特性に基づいて、前記少なくとも1つの制御パラメータを設定する
    ことを特徴とする電動機械器具。
  6. 請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の電動機械器具であって、
    前記制御パラメータ設定部は、前記制御パラメータとして、前記電力源から前記モータへの放電時における放電電流の上限値である過電流閾値、及び前記モータへ連続して放電が行われている間における前記電力源からの放電電流積算値の上限値である過負荷閾値のうち少なくとも1つを設定し、
    さらに、前記物理量検出部が検出した前記物理量のうち前記過電流閾値又は前記過負荷閾値に対応した物理量が対応する前記閾値に達した場合に、前記放電能力が最も低いバッテリを示す所定の報知を行う報知部を備えている
    ことを特徴とする電動機械器具。
  7. 電動機械器具の本体であって、
    複数のバッテリパックを着脱可能に装着する装着部と、
    前記複数のバッテリパックが前記装着部に装着されている場合に前記各バッテリパックの各バッテリを直列接続することにより電力源を形成する電力源形成部と、
    前記電力源からの電力により動作するモータと、
    前記複数のバッテリパックの各々から、内蔵されているバッテリからの放電能力を示す情報である放電能力情報を取得する放電能力情報取得部と、
    前記放電能力情報取得部が取得した前記放電能力情報に基づき、少なくとも前記放電能力が最も低いバッテリの前記放電能力情報に基づいて、前記電力源から前記モータへの放電を制御するための少なくとも1つの制御パラメータを設定する制御パラメータ設定部と、
    前記電力源から前記モータへの放電状態を示す物理量であって、前記制御パラメータ設定部が設定する前記少なくとも1つの制御パラメータに対応した物理量を検出する物理量検出部と、
    前記物理量検出部が検出した前記物理量と、前記検出した物理量に対応した前記制御パラメータとの大小関係を比較し、前記比較の結果に基づいて、前記電力源から前記モータへの放電を制御する制御部と、
    を備えていることを特徴とする電動機械器具の本体。
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