JP6207127B2 - 測定システム - Google Patents

Description

本発明は、バッテリパックにおける物理量を測定するための測定システムに関する。

二次電池を内蔵したバッテリパックとして、二次電池の残容量を算出する機能を備えたものが知られている。バッテリパックにて算出された残容量は、例えばそのバッテリパックを装着して二次電池からの電力により動作する電動工具において二次電池の残容量を簡易表示させるために用いるなど、種々の目的で利用される。

二次電池の残容量を算出する方法は種々知られており、例えば特許文献１には、パック電池内の電流検出部にて放電電流を検出し、これを逐次積算して放電容量を算出して、その放電容量を満充電容量から減算することで残容量を算出する技術が記載されている。

また、特許文献２には、電池パック内に二次電池からの充放電電流を検出する電流検出抵抗を設け、これにより検出された放電電流および充電電流の双方の時間積算値を加減算することにより残容量を算出する技術が記載されている。このように放電と充電の双方を考慮することで、残容量をより正確に算出できる。

特開２０１０−１６４３２２号公報 特許第３２２５１１９号公報

しかし、電動工具用のバッテリパックの場合、充電電流は最高でも例えば１０Ａ程度であるのに対し、放電電流は最高で例えば１００Ａを超える場合もあるなど、充電電流と放電電流は大きく異なる。そのため、バッテリパック内に設けられた同じ電流検出部にて充電電流および放電電流の双方を検出しようとすると、その電流検出部は必然的に１００Ａ程度の電流値まで計測可能に構成されることから、電流値が低くなるほど検出誤差が大きくなってしまう。そのため、残容量を正確に算出することが困難となる。

放電電流だけに着目しても、電動工具の動作状態によってその電流値は例えば１００Ａを超える高い値となることもあれば例えば１０Ａ以下の低い値となることもあり、その変動の幅は大きい。そのため、動作時の放電電流が低いほどその検出精度も低くなって検出誤差が大きくなり、残容量を正確に算出することが困難となる。

上述したバッテリパックにおける残容量算出の例は一例であり、他の検出対象（物理量）を検出手段で検出する場合も同様の問題が生じうる。即ち、検出対象の物理量の範囲が広いほど、検出手段をその範囲内の最大値まで検出可能な構成にする必要があることから、検出値が低くなるほど検出精度が落ちてしまう。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、検出対象の物理量の範囲にかかわらず、簡素な構成にてその物理量を高精度に検出することができ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は、バッテリを内蔵したバッテリパックと、そのバッテリパックが接続される少なくとも一種類の接続機器とを備えた測定システムであって、バッテリパックは、そのバッテリパック内における所定の物理量を検出するための、所定の測定レンジを有する第１の検出手段を備える。接続機器は、同じ物理量を検出するための、測定レンジが第１の検出手段とは異なる第２の検出手段を備える。また、バッテリパックおよび接続機器のうち少なくとも一方は、他方から送信されてきた、その他方が備える検出手段による検出結果を直接または間接的に示す検出値関連情報を受信する受信手段と、その受信手段により受信した検出値関連情報、または自身が備える検出手段による検出結果を用いて、所定の測定処理を行う測定処理手段と、を備える。そして、バッテリパックおよび接続機器のうち他方は、一方へ検出値関連情報を送信する送信手段を備える。なお、測定レンジとは、検出手段により正常に検出可能な物理量の測定範囲（検出範囲）の最大値を意味する。

このように構成された本発明の測定システムでは、バッテリパックと接続機器の双方がそれぞれ同じ物理量を検出するための検出手段を備えている。これら各検出手段は、検出対象の物理量は同じであるが、その測定レンジが異なる。そのため、物理量が大きい場合には測定レンジが高い方の検出手段によりその物理量を精度良く検出でき、物理量が小さい場合には測定レンジが低い方の検出手段によりその物理量を精度良く検出できる。

そして、測定処理手段は、当該測定処理手段が設けられている一方における検出手段からの検出結果以外に、他方における検出手段の検出結果（検出値関連情報）についてもその他方から送信してもらうことで、測定レンジが異なる検出手段による検出結果についても容易に取得することができる。

そのため、本発明の測定システムによれば、検出対象の物理量の範囲にかかわらず、簡素な構成にてその物理量を高精度に検出することができる。
検出対象の物理量は種々考えられ、例えば、バッテリから放電またはバッテリに充電される電流とすることができる。その場合、バッテリパックの第１の検出手段と接続機器の第２の検出手段では、それぞれ、異なる測定レンジにて電流が検出される。そのため、各検出手段の検出結果を用いて測定処理を行うことで、精度の高い測定処理を行うことができる。

検出対象の物理量が電流である場合、第１の検出手段は、所定の第１の測定レンジにて電流を検出できるよう構成され、第２の検出手段は、第１の測定レンジよりも低い所定の第２の測定レンジにて電流を検出できるよう構成されたものであるとよい。

このように構成された測定システムによれば、比較的大きい値の電流については第１の検出手段による検出結果を採用し、比較的小さい値の電流については第２の検出手段による検出結果を採用することで、測定処理手段は、電流の変動範囲が大きい場合でも高い精度で電流値（または電流値を示す情報）を取得し、測定処理を行うことができる。

上記構成の測定システムにおいて、接続機器としては種々のものが考えられるが、例えば、バッテリを充電するための充電器とすることができる。このようにバッテリパックと充電器とが接続されてなるシステムにおいては、測定処理手段は、バッテリから放電が行われているときは第１の検出手段による検出結果を用いて測定処理を行い、充電器によりバッテリへの充電が行われているときは第２の検出手段による検出結果を用いて測定処理を行うようにするとよい。

即ち、バッテリパックが他の接続機器に接続されてバッテリ電力がその接続機器で消費される場合の放電電流と、充電器によりバッテリが充電される場合の充電電流とを比較すると、接続機器の消費電力にもよるが、一般に、放電電流の方が充電電流よりも相対的に大きいことが多い。

そこで、バッテリからの放電時はバッテリパックが備える第１の検出手段による検出結果を用い、充電器からバッテリへの充電時は充電器が備える第２の検出手段による検出結果を用いることで、測定処理手段は、放電電流と充電電流の差が大きい場合でも高い精度で電流値（または電流値を示す情報）を取得し、測定処理を行うことができる。

また、上記のようにバッテリパックと充電器とが接続されてなるシステムにおいては、バッテリパックが受信手段および測定処理手段を備えて充電器が送信手段を備えるようにし、測定処理手段は、測定処理として、バッテリの残容量の演算を行うものであるとよい。

このように構成された測定システムによれば、バッテリパック側の測定処理手段は、充電時の充電電流を示す情報については充電器から取得するため、たとえ充電電流値が小さくても、充電器側で検出された高精度の充電電流情報を得ることができる。そのため、バッテリの残容量を演算するにあたり、充電時の残容量の演算についても高精度で行うことができ、全体として残容量演算の精度を向上させることができる。

接続機器としては、例えばバッテリの電力により動作する電気機器とすることもできる。このようにバッテリパックと電気機器とが接続されてなるシステムにおいては、バッテリパックが受信手段および測定処理手段を備えて電気機器が送信手段を備えるようにし、測定処理手段は、電気機器から検出値関連情報を受信した場合にはその受信した検出値関連情報を用いて測定処理を行い、電気機器から検出値関連情報が受信されない場合には第１の検出手段による検出結果を用いて測定処理を行うようにするとよい。

このように、バッテリパック側の測定処理手段は、自身側の検出手段（第１の検出手段）による検出結果を用いることを基本としつつ、電気機器から検出値関連情報を受信した場合にはその受信した検出値関連情報を用いるようにすることで、その電気機器への放電時の放電電流についても高い精度で取得することができる。

特に、電気機器の定格電力が小さかったり或いは電気機器が軽負荷で動作しているときなどの、放電電流がバッテリパック側の測定レンジに対して小さい値になるような場合に有効となる。またそのような場合に、測定処理としてバッテリの残容量を演算するよう構成されている場合には、小さな値の放電電流についても高精度で取得して残容量演算に反映させることができるため、残容量の演算精度を向上させることができる。

また、検出対象の物理量が電流である場合には、送信手段は、検出した電流値を直接示す情報を送信してもよいが、電流値を間接的に示す情報として例えば電流値を時間積算（積分）した結果を送信するようにしてもよい。

即ち、バッテリパックおよび接続機器のうち送信手段を備えている方は、自身が備える検出手段により検出された電流を時間積算することにより電流積算値を算出する電流積算手段を備える。そして、送信手段は、電流積算手段により算出された電流積算値を検出値関連情報として送信する。

このように、電流の検出結果をそのまま送信するのではなく電流積算値として送信することで、測定処理として電流積算値を用いる処理を行うよう構成されている場合には測定処理の演算負荷を軽減できる。しかも、仮に他方側の電流積算値を一方側で演算しようとすると、比較的短い周期で他方側から電流値を取得して（電流値を送信してもらって）それを時間積算する必要があり、バッテリパックと接続機器の相互間の通信頻度が高くなる。

これに対し、電流積算値を送信してもらうようにすれば、受信側において電流の時間積算をする必要がないことから、通信頻度を低下させることができる。また、上述した残容量の演算は、電流の時間積算に基づいて行うことができる。そのため、測定処理として残容量の演算を行うよう構成されている場合に、検出値関連情報として電流積算値を送信してもらうようにすると、測定処理にかかる負荷および通信負荷の両面においてより効果的である。

実施形態のバッテリパックおよび充電器の概略構成を表す構成図である。 実施形態のバッテリパックおよび電動工具の概略構成を表す構成図である。 バッテリパックのバッテリ制御マイコンが実行する残容量算出処理を表すフローチャートである。 充電器の充電制御マイコンが実行する充電容量送信処理を表すフローチャートである。 電動工具のモータ制御マイコンが実行する放電容量送信処理を表すフローチャートである。 バッテリパックのバッテリ制御マイコンが実行するバッテリ電圧送信処理を表すフローチャートである。 充電器の充電制御マイコンが実行するバッテリ電圧取得処理を表すフローチャートである。

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。
本実施形態は、本発明を電動工具のバッテリパックにおけるバッテリの残容量算出に適用したものである。図１に示すように、バッテリパック１は、内部にバッテリ（二次電池）１１を搭載したものであり、充電器３に接続することによって充電器３からバッテリ１１を充電できるよう構成されている。なお、図１は、バッテリパック１が充電器３に装着されて両者が電気的にも接続された状態を示している。

また、図２に示すように、バッテリパック１は、電動工具５に着脱可能に構成されており、電動工具５に装着されることで、バッテリ１１の電力を電動工具５に供給して電動工具５を動作させることができる。なお、図２は、バッテリパック１が電動工具５に装着されて両者が電気的にも接続された状態を示している。

以下、図１および図２を用いて、バッテリパック１、充電器３、および電動工具５の具体的構成について説明する。
バッテリパック１は、電動工具５（図２参照）およびその他の各種電気機器（図示略）に着脱可能であってこれら電動工具５および各種電気機器の電源として用いられるものである。

バッテリパック１は、図１および図２に示すように、バッテリ１１と、監視ＩＣ１２と、バッテリ制御マイコン１３と、バッテリ側電流検出回路１４と、正極側端子２１と、負極側端子２２と、第１信号端子２３と、第２信号端子２４とを備えている。

バッテリ１１は、複数（本実施形態では４個）のバッテリセル１６，１７，１８，１９が直列接続されて構成されている。本実施形態の各バッテリセル１６，１７，１８，１９は、単体で３．６Ｖの直流電圧を発生するリチウムイオン二次電池である。そのため、バッテリ１１全体の電圧は直流１４．４Ｖである。なお、図１に示したバッテリ１１の構成はあくまでも一例であり、バッテリ１１を構成する各バッテリセルの数や接続状態、電圧等は、図１の構成に限定されるものではない。

バッテリ１１の正極（最も高電位側のバッテリセル１６の正極）は、正極側端子２１に接続されており、バッテリ１１の負極（最も低電位側のバッテリセル１９の負極）は、バッテリ側電流検出回路１４を介して負極側端子２２に接続されている。

監視ＩＣ１２は、バッテリ１１の電圧を検出してバッテリ制御マイコン１３へ出力する機能、バッテリ１１の各バッテリセル１６，１７，１８，１９の電圧をそれぞれ監視して何れか一つでもバッテリセルの電圧が過電圧状態となったらその旨の信号（過電圧信号）をバッテリ制御マイコン１３へ出力する機能などを備えた、バッテリ１１監視用の集積回路（ＩＣ）である。

バッテリ側電流検出回路１４は、負極側端子２２からバッテリ１１の負極に至る通電経路上に設けられ、この通電経路を流れる電流、即ちバッテリ１１に充電される充電電流およびバッテリ１１から放電される放電電流を検出する。

本実施形態のバッテリ側電流検出回路１４は、主に、負極側端子２２からバッテリ１１の負極に至る通電経路上に設けられたシャント抵抗からなるものであり、このシャント抵抗の電圧を、電流を示す検出値としてバッテリ制御マイコン１３へ出力する。

バッテリ側電流検出回路１４のシャント抵抗は、後述する充電器側電流検出回路３４のシャント抵抗や工具側電流検出回路５４（図２参照）のシャント抵抗に対して相対的に抵抗値が小さいものが用いられている。そのため、バッテリ側電流検出回路１４の測定レンジは、充電器側電流検出回路３４および工具側電流検出回路５４の測定レンジに比べて相対的に高い。

より具体的には、本実施形態では、バッテリパック１のバッテリ側電流検出回路１４は、測定レンジが約１００Ａと高く、１００Ａまでの電流を検出することができる。このようにバッテリ側電流検出回路１４の測定レンジが高いのは、バッテリパック１を装着可能な各種の電動工具の中には最大１００Ａ程度の電流供給を受けて動作する高負荷（高出力）の電動工具もあるためである。このような大電流も検出できるよう、バッテリ側電流検出回路１４の測定レンジは高く設定されているのである。

一方、充電器３の充電器側電流検出回路３４および電動工具５の工具側電流検出回路５４は、測定レンジが約１０Ａと低い。充電器側電流検出回路３４の測定レンジがこのように低いのは、充電器３からバッテリパック１を充電する際の充電電流は最大でも１０Ａ程度であるからである。

バッテリパック１は、詳細は後述するが、バッテリ１１からの放電電流およびバッテリ１１への充電電流に基づいてバッテリ１１の残容量を算出するよう構成されている。そのため、バッテリパック１は、放電時の放電容量については自身が備えるバッテリ側電流検出回路１４の検出結果を用いて算出するようにし、充電時の充電容量については充電器３が備える充電器側電流検出回路３４の検出結果を用いて算出するようにしている。

充電時の充電電流についても、バッテリパック１のバッテリ側電流検出回路１４で検出しようと思えばできないことはない。そのため、バッテリパック１は、充電時の充電容量についても、自身が備えるバッテリ側電流検出回路１４の検出結果を用いて算出することも可能である。

しかし、バッテリ側電流検出回路１４の測定レンジは既述の通り約１００Ａと高い。そのため、そのような高い測定レンジの検出回路によって約１０Ａ程度の低い電流を検出すると、精度の高い検出結果を得るのは難しい。そのため、充電容量を高い精度で算出することが難しく、ひいてはバッテリ１１の残容量を高い精度で算出することが困難となる。

そこで本実施形態では、充電器３に測定レンジの低い充電器側電流検出回路３４を設け、充電時の充電電流についてはその充電器側電流検出回路３４で高精度に検出するようにしている。そして、バッテリパック１は、充電時においてはその充電器側電流検出回路３４の検出結果を取得して（詳細にはその時間積算値を取得して）充電容量を算出するようにしている。

また、本実施形態の電動工具５（図２参照）は、バッテリパック１を装着可能な各種電動工具の中で定格電流が小さいものであり、動作時にバッテリパック１から供給される電流は最大でも約１０Ａ程度であり、充電電流と同レベルである。そのため、バッテリパック１をこの電動工具５に装着して電動工具５を動作させる場合に、電動工具５への小さな放電電流をバッテリパック１のバッテリ側電流検出回路１４で検出すると、充電電流について述べた問題と同様の問題（検出精度の低下）が生じる。

そこで本実施形態では、定格電力の小さい電動工具５に測定レンジの低い工具側電流検出回路５４を設け、この電動工具５への放電電流についてはその工具側電流検出回路５４で高精度に検出するようにしている。そして、バッテリパック１は、この電動工具５への放電時においてはその工具側電流検出回路５４の検出結果を取得して（詳細にはその時間積算値を取得して）充電容量を算出するようにしている。なお、上述した各電流や測定レンジの具体的数値はあくまでも一例である。

バッテリ制御マイコン１３は、監視ＩＣ１２からバッテリ１１の電圧を取得してバッテリ電圧を監視する機能、監視ＩＣ１２から過電圧信号が入力された場合に所定の保護動作を行う機能、およびバッテリ１１の残容量を算出する残容量算出機能を含む、各種の機能を備えたマイクロコンピュータである。

なお、バッテリ制御マイコン１３の機能は、マイクロコンピュータにより構成することは必須ではなく、各種ロジック回路等からなるＩＣ（制御用ＩＣ）にて構成するなど、種々の形態で実現できる。後述する充電制御マイコン３３及びモータ制御マイコン５３についても同様である。

また、バッテリ制御マイコン１３は、第１信号端子２３に接続されており、この第１信号端子２３を介して充電器３や電動工具５とデータ通信可能に構成されている。即ち、バッテリパック１が充電器３に装着されているときは、バッテリパック１の第１信号端子２３が充電器３の第１信号端子４３に接続され、充電器３の充電制御マイコン３３とデータ通信可能となる。これにより、バッテリ制御マイコン１３は、充電制御マイコン３３から充電容量を取得することができる。

また、バッテリ制御マイコン１３は、第２信号端子２４に接続されており、この第２信号端子２４を介して充電器３からの充電器接続信号ＣＨＧ（電圧Ｖｄｄ）が入力可能に構成されている。即ち、バッテリパック１が充電器３に装着されているときは、バッテリパック１の第２信号端子２４が充電器３の第２信号端子４４に接続される。そのため、充電器３において制御電圧Ｖｄｄが生成されている場合にはその制御電圧Ｖｄｄが充電器接続信号ＣＨＧとしてバッテリ制御マイコン１３へ入力される。バッテリ制御マイコン１３は、充電器接続信号ＣＨＧの入力の有無によって充電器３の接続の有無を検出することができる。

バッテリ制御マイコン１３が備える残容量算出機能については後で図３〜図５を用いて詳述するが、その概要は次の通りである。即ち、バッテリ制御マイコン１３は、バッテリ側電流検出回路１４により検出された電流を入力し、その検出された電流を時間積算（積分）することで、バッテリ１１の容量の変化分を算出する。

本実施形態では、充電器３から充電が行われている間は、充電器３からバッテリ制御マイコン１３へ、データ通信によって充電容量が入力されるよう構成されている。そのため、バッテリ制御マイコン１３は、充電時にバッテリ１１へ充電される充電容量については、充電器３から受信される充電容量を取得して残容量算出に用いる。

従って、バッテリ制御マイコン１３は、基本的には、放電時にはバッテリ側電流検出回路１４により検出された電流（放電電流）を時間積算して放電容量を算出し、充電時には充電器３から送信されてきた充電容量（充電器側電流検出回路３４で検出された電流（充電電流）に基づいて充電制御マイコン３３が算出したもの）を取得する。そして、バッテリ制御マイコン１３は、例えば満充電時のバッテリ１１の充電容量（満充電容量）から放電容量の減算および充電容量の加算を行っていくことで、バッテリ１１の残容量を算出する。

但し、図２に示した電動工具５は、定格電力が小さいことから、放電容量を自身で算出してバッテリパック１へ送信するよう構成されている。そのため、バッテリパック１は、電動工具５に接続されて電動工具５へ電力を供給しているときは、電動工具５から送信されてくる放電容量を取得して残容量算出を行うようにしている。

その他、バッテリパック１は、図示は省略したものの、バッテリ１１の電圧を降圧して所定電圧値の制御電圧を生成する電源回路も備えており、監視ＩＣ１２やバッテリ制御マイコン１３はこの制御電圧により動作する。

次に、充電器３について説明する。充電器３は、図１に示すように、入力整流回路３１と、充電用スイッチング電源回路３２と、充電制御マイコン３３と、充電器側電流検出回路３４と、電圧検出回路３５と、制御電源生成回路３６と、正極側端子４１と、負極側端子４２と、第１信号端子４３と、第２信号端子４４と、を備えている。

入力整流回路３１は、商用電源等の交流（ＡＣ）電源から供給される交流電圧を整流するものであり、その整流出力は、充電用スイッチング電源回路３２及び制御電源生成回路３６に出力される。

充電用スイッチング電源回路３２は、入力整流回路３１からの出力に基づいてバッテリ１１への直流の充電電力を生成するスイッチング電源回路であり、充電制御マイコン３３により駆動制御される。

充電器側電流検出回路３４は、負極側端子４２から充電用スイッチング電源回路３２の正・負各出力端子（図示略）のうち負極端子に至る通電経路上に設けられ、この通電経路を流れる電流、即ちバッテリ１１に充電される充電電流を検出する。

本実施形態の充電器側電流検出回路３４は、主に、負極側端子４２から充電用スイッチング電源回路３２の負極端子に至る通電経路上に設けられたシャント抵抗からなるものであり、このシャント抵抗の電圧を、電流を示す検出値として充電制御マイコン３３へ出力する。

本実施形態の充電器３によるバッテリ充電時の充電電流は、既述の通り、最大でも１０Ａ程度である。そのため、充電器側電流検出回路３４のシャント抵抗は、バッテリパック１のバッテリ側電流検出回路１４のシャント抵抗に対して相対的に抵抗値が大きい。即ち、充電器側電流検出回路３４の測定レンジは、バッテリ側電流検出回路１４の測定レンジに比べて相対的に低く、本実施形態では例えば約１０Ａである。

電圧検出回路３５は、バッテリパック１のバッテリ１１の電圧（バッテリ電圧）を検出してその検出したバッテリ電圧を充電制御マイコン３３へ入力する。
制御電源生成回路３６は、入力整流回路３１からの出力に基づいて所定の制御電圧Ｖｄｄ（例えば直流３．３Ｖ）を生成するスイッチング電源回路である。この制御電源生成回路３６により生成された制御電圧Ｖｄｄは、充電制御マイコン３３の動作用電源となるほか、充電器３にバッテリパック１が装着されている場合には充電器接続信号ＣＨＧとして第２信号端子４４からバッテリパック１へ出力される。

充電制御マイコン３３は、バッテリパック１内のバッテリ制御マイコン１３と同様、マイクロコンピュータにて構成されている。充電制御マイコン３３は、バッテリパック１のバッテリ制御マイコン１３からデータ通信にて受信した各種情報や電圧検出回路３５により検出されたバッテリ電圧などに基づいて充電用スイッチング電源回路３２を駆動制御することで、バッテリ１１への充電パターン（充電電流、充電電圧等）を制御する。

また、充電制御マイコン３３は、充電器側電流検出回路３４により検出された電流（充電電流）を一定期間毎に時間積算（積分）することにより、その一定期間内にバッテリ１１に充電された充電容量を算出する。そして、その算出した充電容量を、第１信号端子４３からバッテリパック１へ送信する。

次に、電動工具５について説明する。電動工具５は、図２に示すように、モータ５１と、駆動用スイッチング素子５２と、モータ制御マイコン５３と、工具側電流検出回路５４と、トリガスイッチ５５と、正極側端子６１と、負極側端子６２と、信号端子６３と、を備えている。

正極側端子６１は、トリガスイッチ５５を介してモータ５１の一端に接続されている。負極側端子６２は、工具側電流検出回路５４および駆動用スイッチング素子５２を介してモータ５１の他端に接続されている。

本実施形態のモータ５１は、ブラシ付き直流モータである。また、本実施形態のモータ５１は、定格電力が小さく、動作時の電流が最大でも１０Ａ程度である。バッテリパック１を装着して使用する各種電動工具の中には、定格電力の大きいものでは動作時の電流が最大１００Ａ程度に達するものもあるが、それに比べると、本実施形態の電動工具５は定格電力が小さい部類に入る。

トリガスイッチ５５は、電動工具５に設けられた図示しないトリガを使用者が操作することによりオン・オフされる。即ち、使用者がトリガを引くとオンし、使用者がトリガを離すとオフされる。トリガスイッチ５５のオン・オフの情報は、モータ制御マイコン５３にも入力される。

モータ制御マイコン５３は、トリガスイッチ５５がオンされると、駆動用スイッチング素子５２をオンさせることで、バッテリパック１からモータ５１への通電を開始させ、これによりモータ５１を動作させる。トリガスイッチ５５がオフされると、モータ制御マイコン５３は、駆動用スイッチング素子５２をオフさせることで、モータ５１への通電を停止させる。なお、駆動用スイッチング素子５２は、本実施形態ではＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴであるが、これはあくまでも一例である。

工具側電流検出回路５４は、負極側端子６２から駆動用スイッチング素子５２に至る通電経路上に設けられ、この通電経路を流れる電流、即ちバッテリ１１からモータ５１へ放電される放電電流を検出する。

本実施形態の工具側電流検出回路５４は、主に、負極側端子６２から駆動用スイッチング素子５２に至る通電経路上に設けられたシャント抵抗からなるものであり、このシャント抵抗の電圧を、電流を示す検出値としてモータ制御マイコン５３へ出力する。

本実施形態の電動工具５動作時の放電電流は、既述の通り、最大でも１０Ａ程度である。そのため、工具側電流検出回路５４のシャント抵抗は、バッテリパック１のバッテリ側電流検出回路１４のシャント抵抗に対して相対的に抵抗値が大きい。即ち、工具側電流検出回路５４の測定レンジは、バッテリ側電流検出回路１４の測定レンジに比べて相対的に低く、本実施形態では例えば約１０Ａである。

モータ制御マイコン５３は、工具側電流検出回路５４により検出された電流（放電電流）を一定期間毎に時間積算（積分）することにより、その一定期間内にバッテリ１１から放電された放電容量を算出する。そして、その算出した放電容量を、信号端子６３からバッテリパック１へ送信する。

次に、バッテリパック１のバッテリ制御マイコン１３が備える残容量算出機能について、図３〜図５のフローチャートを用いてより具体的に説明する。
バッテリ制御マイコン１３がバッテリ１１の残容量を算出するために実行する残容量算出処理は図３に示す通りであるが、この残容量算出処理を説明するのに先立って、充電器３で実行される充電容量送信処理、および電動工具５で実行される放電容量送信処理について説明する。

まず、充電器３の充電制御マイコン３３が実行する充電容量送信処理について、図４を用いて説明する。充電制御マイコン３３が備えるメモリ（図示略）には、図４の充電容量送信処理のプログラムが格納されている。充電制御マイコン３３が備えるＣＰＵ（図示略）は、制御電圧Ｖｄｄの供給を受けて動作を開始すると、図４の充電容量送信処理を実行する。

充電制御マイコン３３は、図４の充電容量送信処理を開始すると、まずＳ２１０で、バッテリ１１への充電中であるか否かを判断する。充電制御マイコン３３は、バッテリ１１への充電を制御するという基本的機能を備えているため、充電中であるか否かは当然ながら自身で把握できる。

充電が行われていない間はこのＳ２１０の判断処理を繰り返すが（Ｓ２１０：ＮＯ）、充電中ならば（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、Ｓ２２０で、充電電流Ｉｃを検出する。即ち、充電器側電流検出回路３４から電流検出結果を取得し、その検出結果から充電電流Ｉｃを検出する。

そしてＳ２３０で、充電容量Ｃｃを算出する。このＳ２３０の処理は、充電中、所定の時間間隔Δｔで行われるようにされている。そのため、Ｓ２３０の充電容量Ｃｃの算出は、次式（１）により行う。

Ｃｃ＝Ｃｃ＋Ｉｃ・Δｔ ・・・（１）
つまり、時間間隔Δｔ毎にそのΔｔ間の充電容量を加算（時間積算）していくのである。
そして、Ｓ２４０で、送信タイミングになったか否かを判断する。送信タイミングは、少なくとも上記Δｔよりは大きい（例えばΔｔの数十倍〜数百倍）所定の周期で到来するものである。

まだ送信タイミングでない場合は（Ｓ２４０：ＮＯ）、Ｓ２５０で充電中であるか否かを判断し、充電中ならばＳ２２０に戻る。つまり、充電が行われている間は、送信タイミングが到来するまでＳ２２０〜Ｓ２３０の演算を繰り返すことで、充電容量の時間積算を行っていく。

そして、送信タイミングが到来したとき（Ｓ２４０：ＹＥＳ）、または送信タイミングはまだ到来していないものの充電が停止したときは（Ｓ２５０：ＮＯ）、Ｓ２６０にて、現在算出されている充電容量Ｃｃをバッテリパック１へ送信する。そして、Ｓ２７０で充電容量Ｃｃを０にクリアして、Ｓ２１０に戻る。

次に、電動工具５のモータ制御マイコン５３が実行する放電容量送信処理について、図５を用いて説明する。モータ制御マイコン５３が備えるメモリ（図示略）には、図５の放電容量送信処理のプログラムが格納されている。モータ制御マイコン５３が備えるＣＰＵ（図示略）は、その動作を開始すると、図５の放電容量送信処理を実行する。

モータ制御マイコン５３は、図５の放電容量送信処理を開始すると、まずＳ３１０で、放電中であるか否か、即ちバッテリパック１からモータ５１への放電が行われているか否かを判断する。この判断は、例えば工具側電流検出回路５４の検出結果、トリガスイッチ５５がオンされているか否か、などに基づいて行うことができる。

放電が行われていない間はこのＳ３１０の判断処理を繰り返すが（Ｓ３１０：ＮＯ）、放電中ならば（Ｓ３１０：ＹＥＳ）、Ｓ３２０で、放電電流Ｉｄｘを検出する。即ち、工具側電流検出回路５４から電流検出結果を取得し、その検出結果から放電電流Ｉｄｘを検出する。

そしてＳ３３０で、放電容量Ｃｄｘを算出する。このＳ３３０の処理は、放電中、所定の時間間隔Δｔで行われるようにされている。そのため、Ｓ３３０の放電容量Ｃｄｘの算出は、次式（２）により行う。

Ｃｄｘ＝Ｃｄｘ＋Ｉｄｘ・Δｔ ・・・（２）
つまり、充電器３における図４のＳ２３０の処理と同じ要領で、時間間隔Δｔ毎にそのΔｔ間の放電容量を加算（時間積算）していくのである。

そして、Ｓ３４０で、送信タイミングになったか否かを判断する。送信タイミングは、充電器３における図４のＳ２４０の処理と同様、少なくとも上記Δｔよりは大きい（例えばΔｔの数十倍〜数百倍）所定の周期で到来するものである。

まだ送信タイミングでない場合は（Ｓ３４０：ＮＯ）、Ｓ３５０で放電中であるか否かを判断し、放電中ならばＳ３２０に戻る。つまり、放電が行われている間は、送信タイミングが到来するまでＳ３２０〜Ｓ３３０の演算を繰り返すことで、放電容量の時間積算を行っていく。

そして、送信タイミングが到来したとき（Ｓ３４０：ＹＥＳ）、または送信タイミングはまだ到来していないものの放電が停止したときは（Ｓ３５０：ＮＯ）、Ｓ３６０にて、現在算出されている放電容量Ｃｄｘをバッテリパック１へ送信する。そして、Ｓ３７０で放電容量Ｃｄｘを０にクリアして、Ｓ３１０に戻る。

次に、バッテリパック１のバッテリ制御マイコン１３が実行する残容量算出処理について、図３を用いて説明する。バッテリ制御マイコン１３が備えるメモリ（図示略）には、図３の残容量算出処理のプログラムが格納されている。バッテリ制御マイコン１３が備えるＣＰＵ（図示略）は、その動作を開始すると、図３の残容量算出処理を実行する。

バッテリ制御マイコン１３は、図３の残容量算出処理を開始すると、まずＳ１１０で、放電中であるか否か、即ちバッテリ１１から放電が行われているか否かを判断する。この判断は、例えば、バッテリ側電流検出回路１４による検出結果、バッテリ制御マイコン１３における他の外部マイコンとの通信内容、充電器３からの充電器接続信号ＣＨＧの有無などに基づいて行うことができる。

放電が行われていない場合は（Ｓ１１０：ＮＯ）、Ｓ１８０にて、充電中であるか否か、即ち充電器３によりバッテリ１１の充電が行われているか否かを判断する。この判断も、Ｓ１１０と同じようにして行うことができる。

充電も行われていない場合は（Ｓ１８０：ＮＯ）、Ｓ１１０に戻るが、充電中ならば（Ｓ１８０：ＹＥＳ）、Ｓ１９０で、充電器３から充電容量Ｃｃの算出データを受信したか否かを判断する。充電容量Ｃｃの算出データが受信されない場合は（Ｓ１９０：ＮＯ）、Ｓ１１０に戻るが、充電器３から充電容量Ｃｃの算出データが送信されたことによりこれを受信した場合は（Ｓ１９０：ＹＥＳ）、Ｓ２００にて、バッテリ１１の残容量Ｃを算出する。具体的には、次式（３）により行う。

Ｃ＝Ｃ＋Ｃｃ ・・・（３）
つまり、現在の残容量Ｃに受信した充電容量Ｃｃを加算することで、残容量Ｃを更新演算するのである。なお、残容量Ｃの初期値は、例えばバッテリパック１の製造時にそのときの残容量を計測してその値を残容量Ｃとして設定するようにしてもよいし、充電器３によりバッテリ１１が所定の容量（例えば満充電状態）に充電される毎にそのときの容量を残容量Ｃとして設定するようにしてもよい。Ｓ２００で残容量Ｃを算出すると、Ｓ１１０に戻る。

一方、Ｓ１１０で放電中と判断した場合は（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、Ｓ１２０にて、放電容量Ｃｄの算出データ（Ｃｄｘ）の通信を実行中であるか否かを判断する。
本実施形態の電動工具５は、自身で放電容量Ｃｄｘを算出してバッテリパック１へ送信する機能をもっている。そのため、バッテリパック１が電動工具５に装着されると、双方のマイコン間で所定の通信処理が行われ、バッテリ制御マイコン１３は電動工具５からの放電容量Ｃｄｘの受信準備を整え、電動工具５のモータ制御マイコンは放電容量Ｃｄｘの算出データの送信準備を整える。

バッテリ制御マイコン１３は、上記のように接続対象機器との通信によって外部から放電容量Ｃｄｘの受信準備を整えた場合は、Ｓ１２０において通信実行中である（つまり放電容量Ｃｄｘは外部からもらえる）と判断して、Ｓ１６０に進む。

Ｓ１６０では、外部（電動工具５等）から放電容量Ｃｄｘの算出データを受信したか否かを判断する。ここで、放電容量Ｃｄｘの算出データが受信されない場合は（Ｓ１６０：ＮＯ）、Ｓ１１０に戻るが、例えば電動工具５に装着されていてその電動工具５から放電容量Ｃｄｘの算出データが送信されたことによりこれを受信した場合は（Ｓ１６０：ＹＥＳ）、Ｓ１７０にて、バッテリ１１の残容量Ｃを算出する。具体的には、次式（４）により行う。

Ｃ＝Ｃ−Ｃｄｘ ・・・（４）
つまり、現在の残容量Ｃから受信した放電容量Ｃｄｘを減算することで、残容量Ｃを更新演算するのである。Ｓ１７０で残容量Ｃを算出すると、Ｓ１１０に戻る。

Ｓ１２０で、放電容量Ｃｄの算出データＣｄｘの通信が実行中でなかった場合は（Ｓ１２０：ＮＯ）、放電電流Ｃｄについて自身で算出すべく、Ｓ１３０に進む。Ｓ１３０では、放電電流Ｉｄｏを検出する。即ち、バッテリ側電流検出回路１４から電流検出結果を取得し、その検出結果から放電電流Ｉｄｏを検出する。

そしてＳ１４０で、放電容量Ｃｄｏを算出する。このＳ１４０の処理は、放電中、所定の時間間隔Δｔで行われるようにされている。そのため、Ｓ１４０の放電容量Ｃｄｏの算出は、次式（５）により行う。

Ｃｄｏ＝Ｉｄｏ・Δｔ ・・・（５）
そして、Ｓ１５０で、その算出した放電容量Ｃｄｏを用いて残容量Ｃを算出する。具体的には、次式（６）により行う。

Ｃ＝Ｃ−Ｃｄｏ ・・・（６）
つまり、現在の残容量Ｃから、算出したΔｔ間の放電容量Ｃｄｏを減算することで、残容量Ｃを更新演算するのである。Ｓ１５０で残容量Ｃを算出すると、Ｓ１１０に戻る。

以上説明したように、本実施形態のバッテリパック１は、バッテリ制御マイコン１３が、放電中は自身で検出・算出した放電容量Ｃｄｏを用いて残容量Ｃを算出し、充電中は充電器３から受信した充電容量Ｃｃを用いて残容量Ｃを算出することを基本として残容量Ｃの算出を行う。ただし、図２に示した本実施形態の電動工具５のように、放電容量Ｃｄｘを検出・算出してバッテリパック１へ送信するよう構成されている機器等が接続されている場合には、その機器等から受信する放電容量Ｃｄｘを用いて残容量Ｃを算出する。

バッテリパック１のバッテリ側電流検出回路１４の測定レンジは、接続される工具によっては大きな電流が流れる場合もあることから、高め（本例では約１００Ａ）に設定されている。そのため、充電器３による充電電流や電動工具５への放電電流などのように電流値が小さい場合には、その小さい電流値を精度良く検出することは難しい。

そこで、充電器３及び電動工具５にはそれぞれ測定レンジの低い（本例では約１０Ａ）電流検出回路を設け、充電器３からの充電電流については充電器３が備える測定レンジの低い充電器側電流検出回路３４によって充電電流を検出し、それに基づいて充電制御マイコン３３が充電容量を算出する。電動工具５への放電電流についても、電動工具５が備える測定レンジの低い工具側電流検出回路５４によって放電電流を検出し、それに基づいてモータ制御マイコン５３が放電容量を算出する。そのため、充電器３で算出される充電容量および電動工具５で算出される放電容量は、いずれも精度の高い値となる。

このように、充電器３および電動工具５にそれぞれ測定レンジの低い電流検出回路を設け、各々から充電容量、放電容量の算出結果をデータ通信にて取得するという簡素な構成によって、バッテリ制御マイコン１３による高い精度でのバッテリ１１の残容量Ｃの算出が実現される。つまり、バッテリ１１に流れる電流の変動範囲が大きい場合であっても、高い精度で電流値を検出し、その電流値に基づいて放電容量または充電容量を高い精度で算出することができる。そのため、残容量Ｃを高い精度で算出できるのである。

また、バッテリ制御マイコン１３がバッテリ１１の残容量Ｃを算出するにあたっては、充電器３からは必ずしも充電容量の算出結果を送信してもらう必要はなく、充電器３において検出された充電電流のデータを送信してもらい、それを用いてバッテリ制御マイコン１３が充電容量を算出することもできる。電動工具５に対しても同様であり、電動工具５からは必ずしも放電容量の算出結果を送信してもらう必要はなく、電動工具５において検出された放電電流のデータを送信してもらい、それを用いてバッテリ制御マイコン１３が放電容量を算出するようにしてもよい。

しかしそのようにすると、バッテリ制御マイコン１３は、短い周期で繰り返し電流データを取得して容量演算（時間積算等）を行う必要があり、データ通信の頻度が高くなってしまう。これに対し、本実施形態では、充電器３からは充電電流ではなくそれをもとに算出された充電容量が送信され、電動工具５からは放電電流ではなくそれをもとに算出された放電容量が送信される。そのため、本実施形態においてはバッテリパック１と接続機器との間のデータ通信の頻度を低下させることが可能となる。

なお、本実施形態において、充電器３および電動工具５はいずれも本発明の接続機器の一例に相当し、このうち特に電動工具５は本発明の電気機器の一例に相当し、バッテリ側電流検出回路１４は本発明の第１の検出手段の一例に相当し、充電器側電流検出回路３４および工具側電流検出回路５４はいずれも本発明の第２の検出手段の一例に相当し、バッテリ制御マイコン１３は本発明の測定処理手段および受信手段の一例に相当し、充電制御マイコン３３およびモータ制御マイコン５３は本発明の送信手段および電流積算手段の一例に相当する。

また、図４のＳ２３０の処理および図５のＳ３３０の処理は本発明の電流積算手段が実行する処理の一例に相当し、図３のＳ１５０，Ｓ１７０，Ｓ２２０の処理は本発明の測定処理手段が実行する処理の一例に相当する。

［変形例］
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。

例えば、検出対象の物理量は電流に限らず、バッテリパック１とこれに接続される接続機器の双方で検出できるものであれば何でも良い。具体例として、例えば充電中にバッテリパック１からバッテリ電圧を送信する例が考えられる。

充電器３の充電制御マイコン３３は、バッテリ１１を充電する際、バッテリ１１の電圧を逐次監視しながら充電制御を行う。そのため、適切な充電制御を行うためには、できる限り高い精度でバッテリ電圧を検出する必要がある。充電器３は、バッテリ電圧を検出するための電圧検出回路３５を備えているため、この電圧検出回路３５の検出結果を用いて充電制御を行うことももちろん可能である。しかしその一方で、本実施形態のバッテリパック１は、監視ＩＣ１２を備え、この監視ＩＣ１２にてバッテリ電圧を比較的高精度で検出することができる。そのため、監視ＩＣ１２で検出したバッテリ電圧をデータ通信にて充電器３に送信すれば、充電制御マイコン３３はより高い精度で充電制御を行うことができる。

このようにバッテリパック１から充電器３へバッテリ電圧を送信するよう構成されている場合の、各マイコン１３，３３の処理について、図６および図７を用いて説明する。
バッテリパック１のバッテリ制御マイコン１３は、図６のバッテリ電圧送信処理を開始すると、まずＳ４１０で、バッテリ１１の充電中であるか否かを判断する。充電中でなければこのバッテリ電圧送信処理を終了するが、充電中ならば、Ｓ４２０にて、充電器３からデータ通信にてバッテリ電圧送信要求を受信したか否か判断する。充電器３からバッテリ電圧送信要求を受信しない場合はこのバッテリ電圧送信処理を終了するが、バッテリ電圧送信要求を受信した場合は、Ｓ４３０にて、バッテリ電圧を検出する。具体的には、監視ＩＣ１２からバッテリ電圧の検出結果を取得する。そしてＳ４４０で、そのバッテリ電圧を充電器３へ送信する。

充電器３の充電制御マイコン３３は、図７のバッテリ電圧取得処理を開始すると、まずＳ５１０で、バッテリパック１へデータ通信にてバッテリ電圧送信要求を送信する。そして、Ｓ５２０で、バッテリパック１からバッテリ電圧を受信したか否か判断する。

ここで、バッテリ電圧を受信しなかった場合は、Ｓ５４０にて、充電器３の電圧検出回路３５で検出されたバッテリ電圧を、制御用の正規のバッテリ電圧として取得する。一方、バッテリパック１からバッテリ電圧を受信した場合は、Ｓ５３０にて、その受信したバッテリ電圧を、制御用の正規のバッテリ電圧として取得する。

上述したバッテリ電圧の例もあくまでも一例であり、その他の種々の物理量に対して本発明を適用できる。
また、バッテリ１１から放電される電流値は、バッテリパック１が接続される接続機器によって、或いは接続機器の動作状態（負荷状態）によって変動する。そのため、接続機器からの検出結果（放電容量等）の送信は、上記実施形態の電動工具５のように常時行うのではなく、接続機器に流れる電流の変動範囲に基づき必要に応じて送信するようにしてもよい。例えば、バッテリ制御マイコン１３は、放電電流が大きい場合はバッテリパック１のバッテリ側電流検出回路１４の検出結果を用いて残容量を算出し、放電電流が小さい場合には接続機器へ送信要求を出して（或いは接続機器自ら放電電流が小さくなったことを判断して）接続機器から放電電流又は放電容量のデータを送信してもらうようにしてもよい。

また、本実施形態では、バッテリ制御マイコン１３が主体的にバッテリ１１の残容量を算出する構成であったが、検出対象の物理量によっては、バッテリパック１が接続される接続機器側において主体的に物理量の検出やその検出結果に基づく各種演算処理（測定処理）等を行うようにしてもよい。

また、本発明の適用は、図１に示したバッテリパック１と充電器３とからなる構成、および図２に示したバッテリパック１と電動工具５とからなる構成に限定されるものではなく、バッテリパック１とこれを接続（装着）可能なあらゆる接続機器に対して適用可能である。充電器以外の接続機器としては、例えば充電式ラジオ等の電気機器、充電式クリーナーなどの電気作業機などがある。

１…バッテリパック、３…充電器、５…電動工具、１１…バッテリ、１２…監視ＩＣ、１３…バッテリ制御、１４…バッテリ側電流検出回路、１６〜１９…バッテリセル、２１，４１，６１…正極側端子、２２，４２，６２…負極側端子、２３，４３…第１信号端子、２４，４４…第２信号端子、３１…入力整流回路、３２…充電用スイッチング電源回路、３３…充電制御マイコン、３４…充電器側電流検出回路、３５…電圧検出回路、３６…制御電源生成回路、５１…モータ、５２…駆動用スイッチング素子、５３…モータ制御マイコン、５４…工具側電流検出回路、５５…トリガスイッチ、６３…信号端子

Claims (1)

1. バッテリを内蔵したバッテリパックと、そのバッテリパックが接続される少なくとも一種類の接続機器とを備えた測定システムであって、
   前記バッテリパックは、前記バッテリから放電または前記バッテリに充電される電流を所定の第１の測定レンジにて検出できるように構成された第１の検出手段を備え、
   前記接続機器は、
   同じ前記電流を、前記第１の測定レンジよりも低い所定の第２の測定レンジにて検出できるように構成された第２の検出手段と、
   前記第２の検出手段による検出結果を直接または間接的に示す検出値関連情報を前記バッテリパックへ送信する送信手段と、
   を備え、
   前記バッテリパックは、
   前記接続機器から送信されてきた前記検出値関連情報を受信する受信手段と、
   前記接続機器から前記バッテリへの充電が行われているときは前記受信手段により受信した前記検出値関連情報を用いて前記バッテリの残容量の演算を行い、前記バッテリから放電が行われているときは前記第１の検出手段による検出結果を用いて前記バッテリの残容量の演算を行う測定処理手段と、
   を備え、
   前記接続機器として、前記バッテリを充電するための充電器を備え、
   前記充電器は、前記バッテリの充電開始後、前記第２の検出手段により検出された電流を時間積算することによって充電容量を算出する充電容量算出手段を備え、
   前記充電器の前記送信手段は、前記充電器による前記バッテリの充電開始後、一定周期で到来する充電器側送信タイミング毎に、その充電器側送信タイミングの直前の前記一定周期内に前記充電容量算出手段で算出された充電容量を前記検出値関連情報としてバッテリパックへ送信し、前記充電器による前記バッテリの充電が停止されたときには、その停止直前の前記充電器側送信タイミングから停止までの期間に前記充電容量算出手段で算出された充電容量を前記検出値関連情報として前記バッテリパックへ送信するように構成されている
   ことを特徴とする測定システム。

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