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JP2014204571A - 電動機器システム及びバッテリパック - Google Patents

電動機器システム及びバッテリパック Download PDF

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忠彦 小早川
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均 鈴木
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Tadaaki Fukumoto
匡章 福本
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Abstract

【課題】電動機器システムにおいて、バッテリ電流を検出する電流検出部に、２系統の検出回路を設けることなく、電流検出部の異常（故障）を判定できるようにする。【解決手段】バッテリパック２の異常判定部４８は、バッテリ１０から電動工具５０への放電時及びバッテリ１０への充電時に、電流検出回路２６からの検出信号により得られるバッテリ電流（放電電流若しくは充電電流）から、バッテリ電圧及びバッテリ温度の変化量を推定し、その推定結果（推定電圧変化量及び推定温度変化量）と、セル電圧測定ＩＣ２０及び温度検出回路２２から得られるバッテリ電圧及びバッテリ温度の実変化量との差の一方が既定値を越えると、電流検出抵抗２４及び電流検出回路２６からなる電流検出部の異常を判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリパックと電動機器と充電装置とにより構成される電動機器システム、及び、バッテリパックに関する。
従来、電動機器に電源供給を行うバッテリパックには、バッテリパック内のバッテリから電動機器への放電時及び充電装置からバッテリへの充電時に流れるバッテリ電流を検出する電流検出部が設けられている。
電流検出部は、バッテリへの充・放電時にバッテリ電流を監視するのに用いられるものであり、例えば、バッテリへの通電経路に設けられた電流検出素子（一般に電流検出用抵抗）と、電流検出素子を介してバッテリ電流を検出する検出回路とにより構成される。
ところで、電流検出部において、検出回路が故障すると、バッテリやその周辺回路に異常電流が流れたことを検出することができず、延いては、電動機器システムを過電流等から保護することができなくなる。
このため、従来では、電流検出素子を介してバッテリ電流を検出する検出回路としての機能を、充放電制御用のＩＣ（マイクロコンピュータ）と、バッテリ電圧監視用の監視ＩＣとの、２つのＩＣに持たせ、各ＩＣで得られたバッテリ電流の差異に基づき、電流検出部が正常に動作しているか否かを判断することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１２−９０６３８号公報
上記提案の技術によれば、電流検出部の異常判定を行うことができ、電流検出部の異常時にバッテリ電流を誤検出してしまうのを防止することができる。
しかし、上記提案の技術では、電流検出部の異常判定のために、バッテリ電流の検出回路を２系統設ける必要があり、そのためのスペースが２倍必要になることから、単に部品コストが増加するだけでなく、バッテリパックの小型化の妨げになるという問題があった。
また、こうした問題は、バッテリパックだけに限らず、電動機器や充電装置に電流検出部が設けられている場合には、電動機器や充電装置においても同様に発生する。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、バッテリパックを備えた電動機器システムにおいて、バッテリ電流を検出する電流検出部に、２系統の検出回路を設けることなく、電流検出部の異常（故障）を判定できるようにすることを目的とする。
請求項１〜請求項５に記載の発明は、充放電可能なバッテリを有するバッテリパック、バッテリパックを電源とする電動機器、及び、バッテリパックを充電する充電装置を備えた電動機器システムに関する発明である。
請求項１に記載の電動機器システムにおいては、電流検出部が、バッテリパック内のバッテリへの充電時若しくは放電時にバッテリに流れるバッテリ電流を検出し、バッテリ状態検出部が、バッテリ電圧、及び、バッテリ電流が流れる際に発熱する発熱部の温度、の少なくとも一方を検出する。
また、バッテリへの充電時若しくは放電時には、判定手段が、電流検出部にて検出されたバッテリ電流に基づき、バッテリ状態検出部にて検出されるバッテリ電圧及び発熱部の温度の少なくとも一方の変化量を推定する。
また、判定手段は、バッテリ状態検出部にて検出されたバッテリ電圧及び発熱部の温度の少なくとも一方の実変化量を算出し、その算出した実変化量と推定した変化量との差が既定値以上である場合に、電流検出部の異常を判定する。
つまり、バッテリへの充電時や放電時には、電流検出部にて検出されたバッテリ電流に応じてバッテリ電圧や発熱部の温度が変化する。
そこで、本発明では、電流検出部にて検出されたバッテリ電圧に基づき、バッテリ電圧若しくは発熱部の温度の変化量を推定し、その推定した変化量が実変化量と一致しているか否かを判断することで、電流検出部が正常に動作しているか否かを判断するのである。
従って、本発明の電動機器システムによれば、電動機器システムに通常設けられているバッテリ電圧検出回路や温度検出回路を用いて、電流検出部の異常（故障）を検出することができる。
またこのように、本発明の電動機器システムによれば、バッテリ電流検出用の検出回路を２系統設けることなく、電流検出部の異常判定を実施できることから、電流検出部の異常判定のための構成部品が増加し、システム全体が大型化するのを防止できる。また、電動機器システムのコストアップを招くのも防止できる。
次に、請求項２に記載の電動機器システムにおいては、判定手段は、電流検出部の異常を判定すると、その旨を記憶手段に記憶する。
このため、電動機器システムを次回利用する際、記憶手段に電流検出部の異常（換言すれば故障）が記憶されているか否かを確認することができ、電流検出部が故障しているにもかかわらず、電動機器システムを動作させてしまうのを防止することができる。
なお、請求項３に記載のように、記憶手段としては、不揮発性メモリを用いることが望ましい。
つまり、記憶手段として、不揮発性メモリを利用すれば、記憶手段に供給される電源が遮断された場合でも、記憶手段に電流検出部の異常判定結果を保持させることができ、電動機器システムを次回利用する際に、電流検出部が故障しているにもかかわらず、電動機器システムを動作させてしまうのを防止できる。
次に、請求項４に記載の電動機器システムにおいて、判定手段は、実変化量と推定した変化量との差が既定値以上であると判定した回数をカウントするカウント手段を備える。そして、判定手段は、そのカウント手段によるカウント値が所定値に達すると、電流検出部に異常があると判断する。
このため、判定手段が、実変化量と推定した変化量との差が既定値以上となったときに、判定手段が、瞬時に電流検出部に異常があると判断してしまい、実際には、電流検出部が故障していないにもかかわらず、電流検出部の異常（故障）が誤検出されるのを防止できる。
なお、カウント手段のカウント値は、判定手段が、実変化量と推定した変化量との差が規定値以上であると判定する度に更新（カウントアップ若しくはカウントダウン）するようにすればよいが、請求項５に記載のように、バッテリへの充電が完了したときには、判定手段が、カウント手段のカウント値を初期値に設定するようにしてもよい。
つまり、バッテリへの充電時に、判定手段が電流検出部の異常（故障）を判断するまでの間にバッテリへの充電が完了した際には、電流検出部は正常に動作していると考えられる。
そこで、請求項５に記載の電動機器システムにおいては、バッテリへの充電が完了した場合に、カウント手段のカウント値を初期化することで、その後のカウント手段のカウント動作によって電流検出部の異常（故障）が誤判定されるのを防止するのである。
ここで、本発明において、異常判定の対象となる電流検出部は、電動機器システムを構成するバッテリパック、電動機器、及び、充電装置のいずれに設けられていてもよい。
また、異常判定を行うのに用いられるバッテリ状態検出部及び判定手段は、それぞれ、電流検出部が設けられたバッテリパック、電動機器、若しくは、充電装置に設けてもよく、或いは、電流検出部とは異なる部分（バッテリパック、電動機器、若しくは、充電装置）に設けるようにしてもよい。
そして、特に、請求項６に記載のように、本発明を、バッテリパック単体に適用し、バッテリパック内に、電流検出部、バッテリ状態検出部、及び、異常判定手段を設けるようにすれば、本発明の効果をより発揮することができる。
つまり、バッテリパックは、電動機器や充電装置に比べ小型化が要求されているが、本発明を適用すれば、電流検出部の異常（故障）を、バッテリパックの大型化を招くことなく、バッテリパック単体で検出できるようになり、本発明の効果が最も顕著に現れることになる。
実施形態のバッテリパック及び電動工具の構成を表すブロック図である。 実施形態のバッテリパック及び充電装置の構成を表すブロック図である。 バッテリパックが放電モードであるとき制御回路にて実行される異常判定処理を表すフローチャートである。 バッテリパックが充電モードであるとき制御回路にて実行される異常判定処理を表すフローチャートである。 電動工具及び充電装置の変形例を表すブロック図である。
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１に示すように、本実施形態のバッテリパック２は、充放電可能な複数（図では５個）のセル１１、１２、１３、１４、１５を直列接続してなるバッテリ１０を備える。
バッテリパック２の筐体は、電動工具５０及び充電装置８０（図２参照）の何れかに選択的に装着可能に構成されている。
バッテリ１０の正極側及び負極側は、バッテリパック２を電動工具５０に装着した際、電動工具５０の正極側及び負極側の各端子５４，５５にそれぞれ接続される端子４及び５に接続されている。
このため、バッテリパック２を電動工具５０に装着すれば、端子４、５及び電動工具５０側の端子５４、５５を介して、バッテリ１０から電動工具５０へ電源供給を行うことができる。
また、バッテリ１０の正極側は、過充電保護回路２８を介して、充電用の端子６にも接続されている。これに対し、充電装置８０には、バッテリパック２を装着した際、バッテリパック２の端子６、５に接続される端子８６、８５が設けられている（図２参照）。
このため バッテリパック２を充電装置８０に装着すれば、端子８６、８５、端子６、５、及び過充電保護回路２８を介して、充電装置８０からバッテリ１０への充電を行うことができる。
従って、本実施形態のバッテリパック２は、電動工具５０及び充電装置８０と共に、本発明の電動機器システムを構成していることになる。
なお、過充電保護回路２８は、制御回路４０にてバッテリ１０への過充電が検出された際に、充電装置８０からバッテリ１０への充電経路を遮断するためのものであり、制御回路４０からの制御信号により動作する。
次に、バッテリ１０において、各セル１１〜１５の正極側は、それぞれ、抵抗Ｒ１〜Ｒ５を介して、セル電圧測定ＩＣ２０に接続されている。
セル電圧測定ＩＣ２０は、各セル１１〜１５の両端電圧（セル電圧）を個々に検出する電圧検出部１８を内蔵している。
そして、この電圧検出部１８により検出された各セル１１〜１５のセル電圧に応じた検出信号は、制御回路４０に入力される。
なお、セル電圧測定ＩＣ２０へのセル電圧の入力経路には、抵抗Ｒ１〜Ｒ５を介して各セル１１〜１５に並列接続されるコンデンサＣ１〜Ｃ５が設けられている。
このコンデンサＣ１〜Ｃ５は、セル電圧測定ＩＣ２０に入力されるセル電圧がノイズ等で変動するのを防止するためのものである。
次に、バッテリ１０の負極側と端子５とを接続する負極側の接続経路には、バッテリ１０から電動工具５０への放電電流、及び、充電装置８０からバッテリ１０への充電電流を検出するための電流検出抵抗２４が接続されている。
そして、この電流検出抵抗２４には、その両端電圧からバッテリ電流（詳しくは放電電流及び充電電流）を検出し、バッテリ電流に応じた検出信号を制御回路４０に入力する電流検出回路２６が接続されている。
また、バッテリ１０には、セルの温度を検出する温度検出回路２２が設けられており、この温度検出回路２２からの検出信号も、制御回路４０に入力される。
制御回路４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を中心とするワンチップのマイクロコンピュータ（マイコン）にて構成されており、Ａ／Ｄ変換器４２と、ＣＰＵがＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより実現される制御部４４と、を備える。
制御部４４は、制御回路４０の機能ブロックであり、バッテリ１０への充・放電時に充・放電電流やバッテリ電圧を監視し、異常時に充放電を停止させるバッテリ制御部４６、及び、本発明の主要部である異常判定部４８、として機能する。
なお、異常判定部４８は、電流検出抵抗２４及び電流検出回路２６からなる電流検出部の異常（換言すれば故障）を判定するためのものであり、制御回路４０には、その異常検出結果を記憶するための不揮発性メモリ３８が接続されている。
また、Ａ／Ｄ変換器４２は、制御部４４からの指令に従い、セル電圧測定ＩＣ２０、電流検出回路２６、及び、温度検出回路２２からの検出信号を、デジタルデータに変換して、取り込むためのものである。
次に、バッテリパック２には、充電装置８０から電源電圧Ｖｃを取り込むための端子７、充電装置８０との間で通信を行うための端子８、及び、電動工具５０に放電制御信号を出力するための端子９、が備えられている。
端子７には、端子７の電位が充電装置８０からの入力電圧（電源電圧Ｖｃ）によりハイレベルになったときに、バッテリパック２が充電装置８０に装着されたことを検出する充電器検出部３２が接続されており、充電器検出部３２からの検出信号も、制御回路４０に入力される。
このため、制御回路４０は、充電器検出部３２から入力される検出信号により、バッテリパック２が充電装置８０に装着されて、バッテリパック２の動作モードが、充電装置８０からバッテリ１０への充電を行う充電モードになったことを、検知できる。
また、端子９には、バッテリ１０から電源供給を受けて放電制御信号を生成する放電制御回路３０が設けられており、放電制御回路３０は、端子９に電動工具５０の端子５９が接続された際に、これら各端子９、５９を介して電動工具５０に放電制御信号を出力する。
この放電制御回路３０は、制御回路４０に接続されており、制御回路４０側では、放電制御回路３０からの放電制御信号の出力状態から、バッテリパック２が電動工具５０に装着されて、バッテリパック２の動作モードが電動工具５０に電源供給を行う放電モードになったことを、検知できる。
またバッテリパック２には、制御回路４０やその周辺回路に電源電圧（直流定電圧）Ｖｂを供給するための電源回路３４が設けられている。
この電源回路３４は、バッテリ１０、若しくは、端子７を介して接続される充電装置８０、から電源供給を受けて、電源電圧Ｖｂを生成するものである。
そして、バッテリ１０から電源回路３４への電源供給経路には、バッテリ電圧が低下した際に、この電源供給経路を遮断するシャットダウン回路３６が設けられている。
次に、バッテリパック２と共に電動機器システムを構成する電動工具５０及び充電装置８０は、それぞれ、図１、図２に示すように構成されている。
図１に示すように、電動工具５０は、動力源となる直流モータ５２（以下、単にモータという）を備える。このモータ５２は、端子５４、５５及び端子４、５を介してバッテリパック２内のバッテリ１０から電源供給を受ける通電経路上に設けられている。
また、モータ５２の通電経路上には、電動工具５０の使用者によりオン・オフされるメインスイッチ６２、及び、制御回路７０によりオン・オフされる通電制御用のスイッチング素子（図ではＦＥＴ）６４、が設けられている。
そして、モータ５２には、モータ５２への通電時にメインスイッチ６２若しくはスイッチング素子６４がオフ（換言すれば通電経路が遮断）されることにより、モータ５２の巻線に蓄積されたエネルギにてモータ５２の負極側に発生する高電圧を、モータ５２の正極側に戻すためのダイオード６８が、並列に接続されている。
制御回路７０は、端子９及び端子５９を介してバッテリパック２から入力される放電制御信号を受けて、スイッチング素子６４をオン状態にすることで、モータ５２への通電経路を形成し、バッテリ１０からの放電を許可するものである。
また、電動工具５０には、バッテリ１０から電源供給を受けて電源電圧を生成する電源回路６６が設けられており、制御回路７０は、この電源回路６６から電源供給を受けて動作する。
従って、電動工具５０においては、バッテリパック２が装着されて、バッテリ１０から電源回路６６に電源供給がなされることにより、電源回路６６及び制御回路７０が順に動作を開始する。
そして、制御回路７０の動作によって、スイッチング素子６４がオン状態になり、その後、使用者がメインスイッチ６２を操作することにより、モータ５２（延いては電動工具５０）の駆動／停止を切り換えることができるようになる。
一方、充電装置８０には、図２に示すように、商用電源１００から電源供給を受けて、バッテリパック２内のバッテリ１０を充電する充電回路８２が設けられている。
充電回路８２は、商用電源１００から供給される交流電圧を直流電圧に変換して、バッテリ１０への充電を行うものであるが、バッテリ１０への充電は、制御回路９０により制御される。
そして、充電回路８２は、この制御回路９０を駆動するための電源電圧Ｖｃを生成し、その生成された電源電圧Ｖｃは、端子８７、及びバッテリパック２側の端子７を介して、バッテリパック２に出力される。
この電源電圧Ｖｃは、充電回路８２が商用電源１００から電源供給を受けているときには常に生成される。このため、バッテリパック２においてバッテリ１０から電源回路３４への電源供給が遮断されていても、充電回路８２が商用電源１００に接続されていれば、端子８７から端子７を介してバッテリパック２内の電源回路３４に電源電圧Ｖｃが供給される。
従って、バッテリパック２は、バッテリ電圧が低下して、制御回路４０が動作停止状態になっていても、充電装置８０に装着することにより、制御回路４０を動作させて、バッテリ１０への充電を行うことができる。
また、制御回路９０は、バッテリパック２の制御回路４０と同様、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を中心とするマイコンにて構成されており、ＣＰＵがＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより充電制御部９２として機能する。
また、充電装置８０には、充電装置８０にバッテリパック２が装着されたときに、バッテリパック２側の端子８に接続される端子８８が設けられている。
そして、制御回路９０は、これら端子８８、８を介して、バッテリパック２側の制御回路４０と通信を行うことで、バッテリ電圧やバッテリ１０への充電電流を取得し、充電回路８２を制御する。
このように、本実施形態においては、バッテリパック２、電動工具５０及び充電装置８０により本発明の電動機器システムが構成されており、バッテリパック２に、電流検出部としての電流検出抵抗２４及び電流検出回路２６が設けられている。
そして、バッテリパック２の制御回路４０は、バッテリ制御部４６の動作によって、バッテリ１０から電動工具５０への放電時及び充電装置８０からバッテリ１０への充電時に、電流検出回路２６からの検出信号に基づきバッテリ電流（詳しくは放電電流及び充電電流）を監視する。
また、制御回路４０は、バッテリ電流の異常を検出すると、放電制御回路３０からの放電制御信号の出力を停止させるか、或いは、過充電保護回路２８により充電経路を遮断させることにより、電動工具５０側でのモータ５２の駆動、或いは、充電装置８０によるバッテリ１０への充電を停止させる。
このため、電流検出部としての電流検出抵抗２４及び電流検出回路２６に異常が生じ、バッテリ電流を正常に検出できなくなると、バッテリ電流の異常時に、電動工具５０側でのモータ５２の駆動を停止させたり、充電装置８０によるバッテリ１０への充電を停止させたりすることができなくなる。
そこで、本実施形態では、制御回路４０内に、電流検出抵抗２４及び電流検出回路２６からなる電流検出部の異常を判定する異常判定部４８としての機能を設け、異常判定時には、その旨を不揮発性メモリ３８に記憶することで、その後、電流検出部が修理されるまで、バッテリ１０への充・放電を禁止するようにされている。
以下、制御回路４０にて、異常判定部４８としての機能を実現するために実行される異常判定処理について、図３、図４のフローチャートに沿って説明する。
なお、図３は、バッテリパック２の動作モードが放電モードにあるときに、制御回路４０にて実行される異常判定処理を表し、図４は、バッテリパック２の動作モードが充電モードにあるときに、制御回路４０にて実行される異常判定処理を表している。
図３に示すように、放電モードでの異常判定処理では、まずＳ１１０（Ｓはステップを表す）にて、電流検出部の異常を判定した回数をカウントする異常判定カウンタＣのカウント値が、予め設定された閾値以上になったか否かを判断する。
そして、Ｓ１１０にて、異常判定カウンタＣの値は、閾値以上ではないと判断されると、Ｓ１２０に移行して、現在、バッテリ特性データの測定タイミングであるか否かを判断する。
バッテリ特性データは、電流検出回路２６からの検出信号により得られる放電電流データ（Ｉｄ）、セル電圧測定ＩＣ２０からの検出信号により得られるバッテリ電圧データ（Ｖ）、及び、温度検出回路２２からの検出信号により得られるバッテリ温度データ（Ｔ）である。
そして、これらバッテリ特性データの測定タイミングは、予め設定された所定時間間隔で発生するようにされており、Ｓ１２０では、前回の測定タイミングからの経過時間から、現在、バッテリ特性データの測定タイミングであるか否かを判断する。
Ｓ１２０にて、現在、バッテリ特性データの測定タイミングであると判定されると、Ｓ１３０に移行し、電流検出回路２６、セル電圧測定ＩＣ２０、及び、温度検出回路２２からの検出信号を、Ａ／Ｄ変換器４２を介して取り込むことで、放電電流データ（Ｉｄ）、バッテリ電圧データ（Ｖ）、及び、バッテリ温度データ（Ｔ）を取得する。
Ｓ１４０では、Ｓ１３０で取得した放電電流データ（Ｉｄ）と予め設定された変化量推定用の演算式（若しくはマップ）に基づき、バッテリ１０から放電電流が流れることにより生じるバッテリ電圧及びバッテリ温度の変化量（推定電圧変化量△Ｖｄｅ、推定温度変化量△Ｔｄｅ）を算出する。
また、Ｓ１４０では、Ｓ１３０にて今回取得したバッテリ電圧データ（Ｖ）及びバッテリ温度データ（Ｔ）の前回値からの変化量（実電圧変化量△Ｖ、実温度変化量△Ｔ）を算出する。
次に、Ｓ１５０では、Ｓ１４０にて算出した実電圧変化量△Ｖと推定電圧変化量△Ｖｄｅとの差の絶対値｜△Ｖ−△Ｖｄｅ｜が、予め設定された異常判定用の既定値Ｖｔｈ１を越えたか否かを判断する。
また、Ｓ１５０にて、｜△Ｖ−△Ｖｄｅ｜は既定値Ｖｔｈ１以下であると判断されると、Ｓ１６０に移行し、Ｓ１４０にて算出した実温度変化量△Ｔと推定温度変化量△Ｔｄｅとの差の絶対値｜△Ｔ−△Ｔｄｅ｜が、予め設定された異常判定用の既定値Ｔｔｈ１を越えたか否かを判断する。
Ｓ１５０にて｜△Ｖ−△Ｖｄｅ｜は既定値Ｖｔｈ１を越えたと判断されるか、Ｓ１６０にて｜△Ｔ−△Ｔｄｅ｜は既定値Ｔｔｈ１を越えたと判断されると、電流検出回路２６による放電電流の検出結果（換言すれば、電流検出抵抗２４及び電流検出回路２６からなる電流検出部）に異常があると判断して、Ｓ１７０に移行する。
そして、Ｓ１７０では、異常判定カウンタＣをインクリメント（＋１カウントアップ）し、Ｓ１８０に移行する。また、Ｓ１６０にて｜△Ｔ−△Ｔｄｅ｜は既定値Ｔｔｈ１を越えていないと判断された場合にも、Ｓ１８０に移行する。
Ｓ１８０では、Ｓ１１０と同様、異常判定カウンタＣのカウント値が、予め設定された閾値以上になったか否かを判断する。
そして、異常判定カウンタＣの値が閾値以上であれば、Ｓ２００に移行し、電流検出部が故障していると判断して、バッテリ１０からの放電を禁止し、その旨（電流検出部の永久故障）を不揮発性メモリ３８に記憶する。
なお、このＳ２００の処理は、Ｓ１１０にて異常判定カウンタＣの値が閾値以上であると判断された場合にも、同様に実行される。
一方、Ｓ１８０にて、異常判定カウンタＣの値は閾値異常ではないと判断された場合、或いは、Ｓ１２０にて、現在、バッテリ特性データの測定タイミングではないと判断された場合には、Ｓ１９０に移行する。
そして、Ｓ１９０では、バッテリパック２が電動工具５０から取り外されて、放電モードの終了条件が成立したか否かを判断し、放電モード終了条件が成立していれば、当該異常判定処理を終了し、放電モード終了条件が成立していなければ、再度Ｓ１２０の処理に移行することで、上記一連の処理を実行する。
次に、図４に示すように、充電モードでの異常判定処理では、まずＳ２１０にて、異常判定カウンタＣのカウント値が閾値以上になったか否かを判断する。そして、異常判定カウンタＣのカウント値が閾値以上でなければ、Ｓ２１５に移行して、充電装置８０にバッテリ１０への充電を開始させ、Ｓ２２０に移行する。
Ｓ２２０では、Ｓ１２０と同様、現在、バッテリ特性データの測定タイミングであるか否かを判断する。
Ｓ２２０にて、現在、バッテリ特性データの測定タイミングであると判定されると、Ｓ２３０に移行し、電流検出回路２６、セル電圧測定ＩＣ２０、及び、温度検出回路２２からの検出信号を、Ａ／Ｄ変換器４２を介して取り込むことで、充電電流データ（Ｉｃ）、バッテリ電圧データ（Ｖ）、及び、バッテリ温度データ（Ｔ）を取得する。
Ｓ２４０では、Ｓ２３０で取得した充電電流データ（Ｉｄ）と予め設定された変化量推定用の演算式（若しくはマップ）に基づき、充電装置８０からバッテリ１０に充電電流が供給されることにより生じるバッテリ電圧及びバッテリ温度の変化量（推定電圧変化量△Ｖｃｅ、推定温度変化量△Ｔｃｅ）を算出する。
また、Ｓ２４０では、上述したＳ１４０と同様、Ｓ２３０にて今回取得したバッテリ電圧データ（Ｖ）及びバッテリ温度データ（Ｔ）の前回値からの変化量（実電圧変化量△Ｖ、実温度変化量△Ｔ）を算出する。
次に、Ｓ２５０では、Ｓ２４０にて算出した実電圧変化量△Ｖと推定電圧変化量△Ｖｃｅとの差の絶対値｜△Ｖ−△Ｖｃｅ｜が、予め設定された異常判定用の既定値Ｖｔｈ２を越えたか否かを判断する。
また、Ｓ２５０にて、｜△Ｖ−△Ｖｃｅ｜は既定値Ｖｔｈ２以下であると判断されると、Ｓ２６０に移行し、Ｓ１４０にて算出した実温度変化量△Ｔと推定温度変化量△Ｔｃｅとの差の絶対値｜△Ｔ−△Ｔｃｅ｜が、予め設定された異常判定用の既定値Ｔｔｈ２を越えたか否かを判断する。
Ｓ２５０にて｜△Ｖ−△Ｖｃｅ｜は既定値Ｖｔｈ２を越えたと判断されるか、Ｓ２６０にて｜△Ｔ−△Ｔｃｅ｜は既定値Ｔｔｈ２を越えたと判断されると、電流検出回路２６による充電電流の検出結果（換言すれば、電流検出部）に異常があると判断して、Ｓ２７０に移行する。
そして、Ｓ２７０では、異常判定カウンタＣをインクリメント（＋１カウントアップ）し、Ｓ２８０に移行する。また、Ｓ２６０にて｜△Ｔ−△Ｔｃｅ｜は既定値Ｔｔｈ２を越えていないと判断された場合にも、Ｓ２８０に移行する。
Ｓ２８０では、Ｓ２１０と同様、異常判定カウンタＣのカウント値が、予め設定された閾値以上になったか否かを判断する。
そして、異常判定カウンタＣの値が閾値以上であれば、Ｓ３００に移行し、電流検出部が故障していると判断して、充電装置８０からバッテリ１０への充電を禁止し、その旨（電流検出部の永久故障）を不揮発性メモリ３８に記憶する。
なお、このＳ３００の処理は、Ｓ２１０にて異常判定カウンタＣの値が閾値以上であると判断された場合にも、同様に実行される。
一方、Ｓ２８０にて、異常判定カウンタＣの値は閾値異常ではないと判断された場合、或いは、Ｓ２２０にて、現在、バッテリ特性データの測定タイミングではないと判断された場合には、Ｓ２９０に移行する。
そして、Ｓ２９０では、充電装置８０からバッテリ１０への充電が完了したか否かを判断し、充電が完了していれば、Ｓ３１０にて、異常判定カウンタＣを値０に設定することにより、異常判定カウンタＣを初期化した後、当該異常判定処理を終了する。
また、充電が完了していなければ、再度Ｓ２２０の処理に移行することで、上記一連の処理を実行する。
以上説明したように、本実施形態のバッテリパック２においては、動作モードが放電モード及び充電モードであるとき、制御回路４０が、電流検出回路２６からの検出信号により得られるバッテリ電流（放電電流若しくは充電電流）から、バッテリ電圧及びバッテリ温度の変化量を推定する。
そして、制御回路４０は、その推定結果（推定電圧変化量及び推定温度変化量）と、バッテリ電圧及びバッテリ温度の実変化量との差が、異常判定用の既定値を越えると、電流検出抵抗２４及び電流検出回路２６からなる電流検出部に異常が発生したと判定する。
また、制御回路４０は、電流検出部の異常を判定すると、その判定回数をカウントし、そのカウント値が、所定の閾値に達すると、電流検出部が故障していると判断して、バッテリ１０に対する充・放電を禁止し、不揮発性メモリ３８に電流検出部の永久故障を記憶する。
従って、本実施形態のバッテリパック２においては、バッテリパック２に通常設けられているバッテリ電圧検出回路（本実施形態ではセル電圧測定ＩＣ２０）、及び、バッテリ温度検出用の温度検出回路２２を用いて、電流検出部の異常（故障）を検出することができる。
よって、本実施形態のバッテリパック２によれば、従来のように、バッテリ電流検出用の検出回路を２系統設けることなく、検出したバッテリ電流が正常であるか否かの判定、換言すれば電流検出部の異常判定、を実施することができ、異常判定のための構成を簡単にすることができる。
このため、本実施形態によれば、電流検出部の異常判定を行うために部品点数が増加し、バッテリパック２を小型化することができなくなるとか、バッテリパック２のコストアップを招く、という問題を解決することができる。
また、本実施形態では、電流検出部の異常の判定回数が所定の閾値に達したときに、電流検出部の故障を判断して、バッテリ１０への充放電を禁止することから、ノイズ等の外乱により電流検出部の異常を誤判定した場合に、充放電を禁止してしまうようなことはなく、耐ノイズ性を向上することができる。
また、電流検出部の異常判定回数をカウントする異常判定カウンタＣは、充電モードで充電装置８０からバッテリ１０への充電が完了した際に、初期値０に戻されることから、誤判定の回数が増加することにより、電流検出部が故障したと判断されるのを防止することができる。
また、本実施形態では、異常判定カウンタＣの値が閾値に達し、電流検出部が故障（永久故障）していると判断した際には、その旨を、不揮発性メモリ３８に書き込むようにされている。
このため、本実施形態によれば、バッテリ１０の放電等により、電流検出部の永久故障の検出結果が消滅することはなく、電流検出部が修理されて不揮発性メモリ３８が初期化されるまでは、バッテリ１０への充放電を禁止させることができる。
なお、本実施形態においては、セル電圧測定ＩＣ２０及び温度検出回路が、本発明のバッテリ状態検出部に相当し、制御回路４０（詳しくは異常判定部４８）が、本発明の判定手段に相当し、異常判定回数をカウントするのに用いられる異常判定カウンタＣが、本発明のカウント手段に相当する。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態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内にて種々の態様をとることができる。
例えば、上記実施形態では、電流検出部は、電動機器システムを構成するバッテリパック２に設けられており、その異常判定は、バッテリパック２内で行うものとして説明したが、電流検出部が、電動機器である電動工具５０や充電装置８０に設けられている場合には、これら各部で異常判定を行うようにするとよい。
そして、そのためには、電動工具５０及び充電装置８０を、それぞれ、図５（ａ）、（ｂ）に示すように構成すればよい。
以下、この構成を、上記実施形態の変形例１、２として説明する。
［変形例１］
図５（ａ）に示す電動工具５０には、スイッチング素子６４から端子５５に至る通電経路上に電流検出抵抗７１が設けられており、電流検出回路７２が、電流検出抵抗７１の両端電圧からモータ電流（ここではバッテリ１０からの放電電流）を検出するようになっている。そして、電流検出回路７２からの検出信号は、制御回路７０に入力される。
制御回路７０は、バッテリパック２の制御回路４０と同様、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を中心とするマイコンにて構成されており、ＣＰＵがＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより駆動制御部７４及び異常判定部７８として機能する。
なお、駆動制御部７４は、バッテリパック２からの放電制御信号に基づき、放電許可信号を出力することでスイッチング素子６４をオン状態にし、モータ５２への通電経路を形成するものである。
また、図５（ａ）に示す電動工具５０には、バッテリ電圧を検出する電圧検出回路７５、モータ電流が流れることにより発熱するスイッチング素子６４の温度を検出する温度検出回路７６、及び、電流検出部の異常（永久故障）を記憶するための不揮発性メモリ７９が設けられている。
そして、異常判定部７８は、電流検出回路７２、電圧検出回路７５、及び、温度検出回路７６からの検出信号に基づき、図３に示した放電モードでの異常判定処理と同様の手順で、電流検出抵抗７１及び電流検出回路７２にて構成される電流検出部の異常判定を行う。
従って、図５（ａ）に示す電動工具５０によれば、電動工具５０に設けられた電流検出部の異常を判定することができ、上記実施形態のバッテリパック２と同様の効果を得ることができる。
［変形例２］
次に、図５（ｂ）に示す充電装置８０には、充電回路８２から端子８５に至る充電電流の経路上に、電流検出抵抗９３が設けられており、電流検出回路９４が、電流検出抵抗９３の両端電圧からモータ電流（ここでは充電電流）を検出するようになっている。そして、電流検出回路９４からの検出信号は、制御回路９０に入力される。
制御回路７０は、ＣＰＵがＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、充電制御部９２及び異常判定部９８として機能する。
また、図５（ｂ）に示す充電装置８０には、バッテリ電圧を検出する電圧検出回路９５、充電電流が流れることにより発熱する充電回路８２の温度を検出する温度検出回路９６、及び、電流検出部の異常（永久故障）を記憶するための不揮発性メモリ９９が設けられている。
そして、異常判定部９８は、電流検出回路９４、電圧検出回路９５、及び、温度検出回路９６からの検出信号に基づき、図４に示した充電モードでの異常判定処理と同様の手順で、電流検出抵抗９３及び電流検出回路９４にて構成される電流検出部の異常判定を行う。
従って、図５（ｂ）に示す充電装置８０によれば、充電装置８０に設けられた電流検出部の異常を判定することができ、上記実施形態のバッテリパック２と同様の効果を得ることができる。
次に、上記実施形態及び変形例１、２では、電流検出部にて検出されたバッテリ電流に基づき、バッテリ電圧の電圧変化量、及び、バッテリ電流が流れることにより温度が変化する発熱部（具体的には、バッテリ１０のセル、スイッチング素子６４、充電回路８２）の温度変化量を推定する。
そして、その推定したバッテリ電圧及び温度の推定変化量と、バッテリ電圧及び温度の実変化量との差（絶対値）の一方が既定値を越えると、電流検出部に異常があると判定する。
しかし、この異常判定に用いるパラメータは、バッテリ電圧の変化量だけであってもよく、発熱部の温度の変化量だけであってもよい。
また、上記実施形態及び変形例１、２では、電流検出部が設けられた装置内（つまり、バッテリパック２、電動工具５０、充電装置８０内）で、電流検出部の異常を判定するものとして説明した。
しかし、例えば、電動工具５０若しくは充電装置８０に設けられた電流検出部の異常をバッテリパック２内で判定する、というように、電動機器システムを構成するバッテリパック、電動機器、充電装置のうち、電流検出部が設けられた装置と、その電流検出部の異常を判定する装置とが異なっていてもよい。
但し、この場合、電流検出部により検出されたバッテリ電流や、異常判定に必要なバッテリ電圧、温度等を、異常判定を行う装置側で取得できるように、これらのデータを装置間で送受信するよう構成する必要はある。
また、上記実施形態及び変形例１、２では、電動機器システムを構成する電動機器は、電動工具５０であるものとして説明したが、本発明は、充放電可能なバッテリパックを装着することで使用可能となる電動機器を備えたシステムであれば、上記実施形態と同様に適用することができる。
そして、特に、充電電流・放電電流が大きい電動工具や園芸工具を備えたシステムにおいては、電流変化に対応して温度変化や電圧変化が顕著に現れることから、本発明は、この種のシステムに適用することで、より効率的に電流検出部の異常を判定できるようになる。
２…バッテリパック、１０…バッテリ、２０…セル電圧測定ＩＣ、２２，７６，９６…温度検出回路、２４，７１，９３…電流検出抵抗、２６，７２，９４…電流検出回路、２８…過充電保護回路、３０…放電制御回路、３２…充電器検出部、３４，６６…電源回路、３６…シャットダウン回路、３８，７９，９９…不揮発性メモリ、４０，７０，９０…制御回路、４２…Ａ／Ｄ変換器、４４…制御部、４６…バッテリ制御部、４８，７８，９８…異常判定部、５０…電動工具、５２…モータ、６２…メインスイッチ、６４…スイッチング素子、６８…ダイオード、７４…駆動制御部、７５，９５…電圧検出回路、８０…充電装置、８２…充電回路、９２…充電制御部。
特開２０１２−９０３６８号公報

Claims (6)

  1. 充放電可能なバッテリを有するバッテリパックと、該バッテリパックを電源とする電動機器と、前記バッテリパックを充電する充電装置と、を備えた電動機器システムにおいて、
    前記バッテリへの充電時若しくは放電時に前記バッテリに流れるバッテリ電流を検出する電流検出部と、
    バッテリ電圧、及び、前記バッテリ電流が流れる際に発熱する発熱部の温度、の少なくとも一方を検出するバッテリ状態検出部と、
    前記バッテリへの充電時若しくは放電時に、前記電流検出部にて検出されたバッテリ電流に基づき、前記バッテリ状態検出部にて検出される前記バッテリ電圧及び前記発熱部の温度の少なくとも一方の変化量を推定すると共に、前記バッテリ状態検出部にて検出されたバッテリ電圧及び前記発熱部の温度の少なくとも一方の実変化量を算出し、該算出した実変化量と前記推定した変化量との差が既定値以上である場合に、前記電流検出部の異常を判定する判定手段と、
    を備えたことを特徴とする電動機器システム。
  2. 前記判定手段は、前記電流検出部の異常を判定すると、その旨を記憶手段に記憶することを特徴とする請求項１に記載の電動機器システム。
  3. 前記記憶手段は、不揮発性メモリであることを特徴とする請求項２に記載の電動機器システム。
  4. 前記判定手段は、前記実変化量と前記推定した変化量との差が既定値以上であると判定した回数をカウントするカウント手段を備え、該カウント手段によるカウント値が所定値に達すると、前記電流検出部に異常があると判断することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の電動機器システム。
  5. 前記判定手段は、前記バッテリへの充電が完了すると、前記カウント手段のカウント値を初期値に設定することを特徴とする請求項４に記載の電動機器システム。
  6. 充放電可能なバッテリを有するバッテリパックであって、
    前記バッテリに流れるバッテリ電流を検出する電流検出部と、
    前記バッテリのバッテリ電圧及び温度の少なくとも一方を検出するバッテリ状態検出部と、
    前記電流検出部にて検出されたバッテリ電流に基づき、前記バッテリ状態検出部にて検出される前記バッテリ電圧及び温度の少なくとも一方の変化量を推定すると共に、前記バッテリ状態検出部にて検出されたバッテリ電圧及び温度の少なくとも一方の実変化量を算出し、該算出した実変化量と前記推定した変化量との差が既定値以上である場合に、前記電流検出部の異常を判定する判定手段と、
    を備えたことを特徴とするバッテリパック。
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