JP7123772B2 - 充電器 - Google Patents

Description

本開示は、バッテリを充電する充電器に関する。

下記の特許文献１には、バッテリパックと、バッテリパックを充電する充電器とを備えた充電システムが開示されている。この充電システムでは、充電器は、バッテリパックの充電を制御するマイコン（以下、「充電マイコン」と称する）と、充電マイコンの電源電圧（以下、「充電器電源電圧」と称する）を生成する電源回路（以下、「充電器電源回路」と称する）とを備えている。バッテリパックは、バッテリと、バッテリパック内の状態に応じて各種制御を実行するマイコン（以下、「バッテリマイコン」と称する）と、バッテリの電力からバッテリマイコンの電源電圧（以下、「バッテリ電源電圧」と称する）を生成する電源回路（以下、「バッテリ電源回路」と称する）とを備えている。

特許文献１に記載の充電システムは、さらに、充電器電源回路で生成された充電器電源電圧がバッテリパックに供給されるように構成されている。バッテリ電源回路は、バッテリの充電容量不足等によってバッテリの電力からバッテリ電源電圧を生成できない場合であっても、充電器から供給される充電器電源電圧からバッテリ電源電圧を生成できるように構成されている。バッテリ電源回路は、一般に、リニアレギュレータを備える。

特開２０１６－０１０１９８号公報

近年、バッテリパックにおけるバッテリの高電圧化が進みつつある。特許文献１に記載のバッテリパックにおいて、バッテリ電圧が高くなると、バッテリ電源回路における入出力電圧差、即ち入力電圧（バッテリの電圧）の電圧値と出力電圧（バッテリ電源電圧）の電圧値との差、が大きくなる。

リニアレギュレータは、一般に、スイッチングレギュレータに比べて、発熱（即ち熱損失）が大きく、特に入出力電圧差が大きいほど発熱が大きくなる。そこで、入出力電圧差が大きくても発熱を抑制するために、スイッチングレギュレータを備えたバッテリ電源回路を採用することが考えられる。

しかし、スイッチングレギュレータは、一般に、定められた電圧値の出力電圧を生成するために最低限必要な入出力電圧差が、リニアレギュレータの場合よりも大きい。
そのため、充電器電源電圧とバッテリ電源電圧との差が小さい充電システムでは、バッテリ電源回路としてスイッチングレギュレータを用いると、充電器電源電圧からバッテリ電源電圧を適正に生成することが困難になり得る。

本開示の１つの局面は、充電器からバッテリパックへ供給される、バッテリを充電するための充電電力とは別に生成される電源電圧によって、バッテリパックにおいて必要な電源電圧を適正に生成できるようにすることを目的とする。

本開示の１つの局面における充電器は、バッテリパックを着脱可能であって、バッテリパックへ充電電力を供給するように構成されている。バッテリパックは、電動作業機に着脱可能に構成されている。充電器は、充電電力生成回路と、充電制御回路と、第１電源回路と、第２電源回路と、出力端子とを備える。

充電電力生成回路は、充電器に入力される入力電力から、バッテリパックを充電するための充電電力を生成する。充電制御回路は、直流の充電制御電圧を受けて作動し、充電電力生成回路による充電電力の生成を制御する。第１電源回路は、充電制御電圧を生成する。第２電源回路は、第１電源回路とは別に設けられ、充電制御電圧とは異なる電圧値を有する直流のバッテリ供給電圧を生成する。出力端子は、充電器に装着されたバッテリパックにおける入力端子に接続される。出力端子は、第２電源回路で生成されたバッテリ供給電圧を、充電器に装着されたバッテリパックへ出力する。

このように構成された充電器では、充電制御電圧とは別に、第２電源回路によってバッテリ供給電圧が生成され、そのバッテリ供給電圧がバッテリパックへ出力される。そのため、バッテリパックにおいて必要な電源電圧を適正に生成することが可能となる。

第２電源回路は、充電制御電圧の電圧値よりも高い電圧値を有するバッテリ供給電圧を生成してもよい。このように構成された充電器では、バッテリパックにおいて、必要な電源電圧をより適正に生成することが可能となる。

充電器は、さらに、逆流防止回路を備えていてもよい。逆流防止回路は、第２電源回路と出力端子との間に設けられる。逆流防止回路は、充電器に装着されたバッテリパックから入力端子及び出力端子を介して第２電源回路へ電流が流入することを抑制する。

このように構成された充電器では、バッテリパックから充電器の第２電源回路へ出力端子を介して意図しない電流が流入することを抑制することが可能となる。そのため、充電器の信頼性が向上する。

第２電源回路は、充電器に装着されたバッテリパックにおけるバッテリ電源回路へバッテリ供給電圧を供給するように構成されていてもよい。バッテリ電源回路は、バッテリ供給電圧から、バッテリ供給電圧の電圧値よりも低い電圧値を有するバッテリ制御電圧を生成するように構成されていてもよい。バッテリ制御電圧は、バッテリパックにおける、バッテリパックの充電を制御するように構成されたバッテリ制御回路を作動させるために用いられてもよい。

このように構成された充電器では、バッテリ供給電圧をバッテリパックへ供給することにより、そのバッテリ供給電圧によってバッテリ制御回路を適正に作動させることが可能となる。

実施形態のバッテリパックの電気的構成を示す説明図である。 実施形態の充電器の電気的構成を示す説明図である。 実施形態の作業機本体の電気的構成を示す説明図である。 充電器の各端子とバッテリパックの各端子とが接続された状態を示す説明図である。

以下、添付の図面を参照しつつ、本開示の例示的な実施形態を説明する。
［実施形態］
（１）充電システム及び電動作業機の概要
図１～図３を参照して、本実施形態の充電システム及び電動作業機について説明する。

本実施形態の充電システムは、図１に示すバッテリパック１０と、図２に示す充電器４０とを備える。充電器４０は、バッテリパック１０を着脱可能に構成されている。
図１に示すように、バッテリパック１０はバッテリ２０を備える。バッテリ２０は、充電及び放電が可能な二次電池である。バッテリ２０は、どのような二次電池であってもよい。本実施形態では、バッテリ２０は例えばリチウムイオン電池である。バッテリ２０の定格電圧値はどのような値であってもよい。

本実施形態では、バッテリ２０の定格電圧値は例えば５７．６Ｖである。また、本実施形態のバッテリ２０は、例えば、直列接続された１６個のセルを備え、各セルの定格電圧値は例えば３．６Ｖである。バッテリ２０の実際の電圧値は、充電状態によって変化し得る。具体的には、バッテリ２０の電圧値は５７．６Ｖよりも低い値になり得るし、５７．６Ｖよりも高い値（例えば６４Ｖ）にもなり得る。なお、上述した、バッテリ２０におけるセルの数、セルの定格電圧値、バッテリ２０の定格電圧値は、一例である。バッテリ２０におけるセルの数、セルの定格電圧値、バッテリ２０の定格電圧値は様々な値をとり得る。

充電器４０にバッテリパック１０が装着されると、充電器４０は、バッテリパック１０とデータ通信を行うことにより、バッテリ２０の充電に関する各種情報を取得する。充電器４０は、バッテリパック１０から取得した各種情報に基づいて、バッテリ２０へ充電電力を供給することにより、バッテリ２０を充電する。

バッテリパック１０は、後述する作業機本体２００（図３参照）を含む各種の電動機器に着脱可能である。バッテリパック１０は、バッテリパック１０が装着された電動機器へバッテリ２０の電力（以下、「バッテリ電力」と称する）を供給するように構成されている。

本実施形態の電動作業機は、図１に示すバッテリパック１０と、図３に示す作業機本体２００とを備える。作業機本体２００は、バッテリパック１０を着脱可能に構成されている。

作業機本体２００にバッテリパック１０が装着されると、作業機本体２００にバッテリ電力が入力される。作業機本体２００は、バッテリ電力によって作動する。
作業機本体２００は、例えば園芸用、石工用、金工用、木工用などの各種の用途のいずれかに応じた作業を行うことが可能に構成されている。本実施形態の電動作業機は、例えば、草や小径木などを刈り払うための充電式刈払機であってもよい。

（２）バッテリパックの構成
図１に示すように、バッテリパック１０は、正極端子１１、負極端子１２、及びＶｃｃ／ＴＦＢ端子１３を備える。正極端子１１は、バッテリ２０の正極に接続されている。負極端子１２は、バッテリ２０の負極に接続されている。

図１に示すように、バッテリパック１０は、さらに、バッテリ制御回路１５と、電源入力回路１６と、電源回路１７と、装着検出回路１８とを備えている。装着検出回路１８は、Ｖｃｃ／ＴＦＢ端子１３及びバッテリ制御回路１５に接続されている。

バッテリ制御回路１５は、バッテリ２０の電圧（以下、「バッテリ電圧」と称する）の値（以下、「バッテリ電圧値」と称する）、バッテリから放電される放電電流、バッテリに入力される充電電流、及びバッテリの温度などの各種情報を取得する。バッテリ制御回路１５は、取得した各種情報に基づいて、バッテリ２０の充電及び放電を制御する。

バッテリ２０が充電器４０によって充電される際は、バッテリ制御回路１５は、充電器４０とデータ通信を行うことにより、充電に必要な情報を相互に送受信する。バッテリ制御回路１５は、例えば、バッテリ電圧値に基づいて、バッテリ２０を充電するために必要な充電電流の値を演算し、その値を示す充電電流指令値を充電器４０へ送信する。

なお、バッテリ制御回路１５は、例えば、ＣＰＵ及びメモリを含むマイクロコンピュータを備えている。メモリは、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリを含んでもよい。メモリは、ＣＰＵがバッテリパック１０の各種機能を達成するために読み込み、実行する各種プログラムやデータを記憶する。これら各種機能は、前述のようなソフトウェア処理に限るものではなく、その一部又は全部が、論理回路やアナログ回路等を組み合わせたハードウェアを用いて達成されてもよい。

電源入力回路１６は、第１ダイオードＤ０１と第２ダイオードＤ０２とを備える。第１ダイオードＤ０１のアノードは、スイッチング素子Ｔ０１を介してバッテリ２０の正極に接続されている。スイッチング素子Ｔ０１は、本実施形態では例えばｐチャネルＭＯＳＦＥＴである。第１ダイオードＤ０１のアノードは、スイッチング素子Ｔ０１のドレインに接続されている。スイッチング素子Ｔ０１のソースはバッテリ２０の正極に接続されている。スイッチング素子Ｔ０１のゲートはバッテリ制御回路１５に接続されている。

第２ダイオードＤ０２のアノードは、Ｖｃｃ／ＴＦＢ端子１３に接続されている。第１ダイオードＤ０１のカソードと第２ダイオードのカソードは、互いに接続されると共に、電源回路１７の入力端子に接続されている。

バッテリ制御回路１５は、バッテリ電圧に基づいて、バッテリ２０が過放電状態であるか否か判断する。バッテリ制御回路１５は、バッテリ２０が過放電状態であるか否かをどのような方法で判断してもよい。バッテリ制御回路１５は、例えば、バッテリ電圧値が所定の電圧下限値未満である場合に過放電状態であると判断してもよい。

バッテリ制御回路１５は、バッテリ２０が過放電状態ではない間は、スイッチング素子Ｔ０１をオンすることにより、バッテリ電力を、スイッチング素子Ｔ０１及び第１ダイオードＤ０１を介して電源回路１７へ供給する。バッテリ制御回路１５は、バッテリ２０が過放電状態であると判断した場合は、スイッチング素子Ｔ０１をオフすることにより、電源回路１７へのバッテリ電力の供給を遮断する。

なお、バッテリ制御回路１５は、バッテリ２０における各セルの電圧値を監視し、少なくとも１つのセルの電圧値が所定のセル電圧下限値未満である場合に過放電状態であると判断してもよい。

また、バッテリ制御回路１５とは別に、バッテリ２０における各セルの電圧値をモニタする監視回路を備え、その監視回路が、少なくとも１つのセルの電圧値が所定のセル電圧下限値未満である場合に過放電状態であると判断するようにしてもよい。この場合、バッテリ制御回路１５は、監視回路によって過放電状態であると判断された場合にスイッチング素子Ｔ０１をオフしてもよい。

電源回路１７は、入力される直流の電圧を、その入力される電圧の電圧値よりも低い電圧値を有する直流の制御電圧Ｖｃに変換して出力する。電源回路１７により生成される制御電圧Ｖｃは、バッテリ制御回路１５を含む、バッテリパック１０内の各部において、それらの電源として用いられる。

バッテリ２０が過放電状態ではない場合、電源回路１７には、スイッチング素子Ｔ０１及び第１ダイオードＤ０１を介してバッテリ電圧が入力される。この場合、電源回路１７は、バッテリ電圧を制御電圧Ｖｃに変換して出力する。

バッテリ２０が過放電状態になると、バッテリ制御回路１５は、自身をシャットダウンモードに設定する。具体的には、バッテリ制御回路１５は、スイッチング素子Ｔ０１をオフして電源回路１７へのバッテリ電圧の入力を遮断することにより、電源回路１７からの制御電圧Ｖｃの出力を停止させ、バッテリ制御回路１５自身の動作を停止させる。

シャットダウンモードでは、バッテリ制御回路１５は動作を停止しているため、自らスイッチング素子Ｔ０１をオンさせることはできない。バッテリ制御回路１５のシャットダウンモードは、作動中の充電器４０にバッテリパック１０を装着することによって解除される。

作動中の充電器４０にバッテリパック１０が装着されると、図４に示すように、Ｖｃｃ／ＴＦＢ端子１３に、充電器４０から、後述する直流のバッテリ供給電圧Ｖｃｃが入力される。Ｖｃｃ／ＴＦＢ端子１３に入力されたバッテリ供給電圧Ｖｃｃは、第２ダイオードＤ０２を介して電源回路１７に入力される。シャットダウンモード中に電源回路１７にバッテリ供給電圧Ｖｃｃが入力されると、電源回路１７は、バッテリ供給電圧Ｖｃｃを制御電圧Ｖｃに変換して出力する。これにより、バッテリ制御回路１５が起動する。シャットダウンモードから起動したバッテリ制御回路１５は、バッテリ２０が充電されることによってバッテリ電圧値が電圧下限値以上になると、スイッチング素子Ｔ０１をオンする。これにより、バッテリ電圧が電源回路１７に入力され、電源回路１７は、バッテリ電圧から制御電圧Ｖｃを生成可能となる。

電源回路１７は、どのように構成されていてもよい。本実施形態では、電源回路１７は、非絶縁型のスイッチングレギュレータ（いわゆるＤＣＤＣコンバータ）を備える。電源回路１７に入力されたバッテリ電圧又は制御電圧Ｖｃは、電源回路１７におけるスイッチングレギュレータにて、制御電圧Ｖｃに降圧される。

制御電圧Ｖｃの電圧値及びバッテリ供給電圧Ｖｃｃの電圧値は、どのような値であってもよい。本実施形態では、バッテリ供給電圧Ｖｃｃは例えば８Ｖであり、制御電圧Ｖｃは例えば３．３Ｖである。

充電器４０からＶｃｃ／ＴＦＢ端子１３に入力されたバッテリ供給電圧Ｖｃｃは、さらに、装着検出回路１８にも入力される。また、バッテリパック１０が作業機本体２００に装着された場合、Ｖｃｃ／ＴＦＢ端子１３には、作業機本体２００から本体検知電圧が入力される。

装着検出回路１８は、バッテリパック１０が充電器４０または電動機器に装着されたことをバッテリ制御回路１５が検出するために設けられている。図１及び図４に示すように、装着検出回路１８は、抵抗器Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ０３、ツェナーダイオードＤ０３、コンデンサＣ０１及びスイッチング素子Ｔ０２を備える。スイッチング素子Ｔ０２は、本実施形態では例えばｎチャネルＭＯＳＦＥＴである。

抵抗器Ｒ０１の第１端はＶｃｃ／ＴＦＢ端子１３に接続され、抵抗器Ｒ０１の第２端はスイッチング素子Ｔ０２のゲートに接続されている。スイッチング素子Ｔ０２のソースは、バッテリパック１０における基準電位を有するグランドラインに接続される。ツェナーダイオードＤ０３，コンデンサＣ０１及び抵抗器Ｒ０２は、いずれも、スイッチング素子Ｔ０２のゲートとグランドラインとの間に接続されている。スイッチング素子Ｔ０２のドレインは、抵抗器Ｒ０３の第１端に接続されると共にバッテリ制御回路１５に接続されている。抵抗器Ｒ０３の第２端には、制御電圧Ｖｃが入力される。

バッテリパック１０が充電器４０及び電動機器のいずれにも装着されていない場合、装着検出回路１８におけるスイッチング素子Ｔ０２はオフする。この場合、装着検出回路１８からバッテリ制御回路１５には、非装着信号（具体的にはＨレベルの信号）が入力される。

一方、バッテリパック１０が例えば充電器４０に装着されることにより、図４に示すように充電器４０からのバッテリ供給電圧ＶｃｃがＶｃｃ／ＴＦＢ端子１３を介して装着検出回路１８に入力されると、スイッチング素子Ｔ０２はオンする。この場合、装着検出回路１８からバッテリ制御回路１５へ、装着信号（具体的にはＬレベルの信号）が出力される。

また、バッテリパック１０が例えば作業機本体２００に装着されることにより、作業機本体２００からの本体検知電圧がＶｃｃ／ＴＦＢ端子１３を介して装着検出回路１８に入力されると、スイッチング素子Ｔ０２はオンする。よってこの場合も、装着検出回路１８からバッテリ制御回路１５へ装着信号が入力される。

バッテリ制御回路１５は、装着検出回路１８から入力される非装着信号または装着信号に基づいて、バッテリパック１０がどこにも装着されていないか、または、充電器４０もしくは電動機器に装着されているかを検出することができる。

バッテリ制御回路１５は、シリアル通信機能を備えている。具体的には、バッテリ制御回路１５は、送信データを不図示の送信端子を介して充電器４０又は電動機器へ送信する。また、バッテリ制御回路１５は、充電器４０又は電動機器から不図示の受信端子を介して受信データを受信する。

（３）充電器の構成
図２に示すように、充電器４０は、正極端子４１、負極端子４２、及びＶｃｃ端子４３を備える。

充電器４０にバッテリパック１０が装着されると、正極端子４１にバッテリパック１０の正極端子１１が接続され、負極端子４２にバッテリパック１０の負極端子１２が接続され、Ｖｃｃ端子４３にバッテリパック１０のＶｃｃ／ＴＦＢ端子１３が接続される。

充電器４０は、さらに、電源プラグ５０と、整流回路５１と、ＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路５２と、平滑回路５３と、メインコンバータ５４と、正極ライン５５と、負極ライン５６と、ラインスイッチ回路５７と、スイッチ駆動回路５８と、充電制御回路６０と、電流検出回路６１と、差動増幅回路６２と、ローパスフィルタ６３と、出力設定回路６４とを備える。

電源プラグ５０は、例えば交流１００Ｖの電圧を供給する商用電源などの交流電源に接続され、交流電源から交流電力を受けるように構成されている。整流回路５１は、電源プラグ５０から入力される交流電力を整流して直流電力に変換し、出力する。ＰＦＣ回路５２は、整流回路５１から出力された直流電力の力率を改善する。平滑回路５３は、ＰＦＣ回路５２によって力率が改善された直流電力を平滑化する。

メインコンバータ５４には、平滑回路５３によって平滑化された直流電力が入力される。メインコンバータ５４は、平滑回路５３から入力された直流電力を、バッテリ２０の充電に適した電圧を有する充電電力に変換し、出力する。メインコンバータ５４は、本実施形態では例えば絶縁型の降圧スイッチング電源回路を備えている。メインコンバータ５４は、後述する出力設定回路６４から入力されるスイッチング指令に従って作動し、充電電力を生成する。

メインコンバータ５４には、正極ライン５５の第１端及び負極ライン５６の第１端が接続されている。メインコンバータ５４により生成された充電電力は、正極ライン５５及び負極ライン５６を介してバッテリパック１０へ供給される。正極ライン５５の第２端は正極端子４１に接続され、負極ライン５６の第２端は負極端子４２に接続されている。

ラインスイッチ回路５７は、正極ライン５５に設けられ、正極ライン５５を導通または遮断する。ラインスイッチ回路５７は、充電制御回路６０によって、スイッチ駆動回路５８を介してオンまたはオフされる。ラインスイッチ回路５７がオンすると、正極ライン５５が導通し、バッテリパック１０へ充電電力を供給可能な状態になる。ラインスイッチ回路５７がオフすると、正極ライン５５が遮断され、バッテリパック１０へ充電電力が供給されない状態になる。ラインスイッチ回路５７は、どのように構成されていてもよい。ラインスイッチ回路５７は、例えば、正極ライン５５を導通または遮断するように構成された少なくとも１つのスイッチング素子（例えばＭＯＳＦＥＴ）を備えていてもよい。

電流検出回路６１は、負極ライン５６に設けられている。電流検出回路６１は、負極ライン５６を流れる電流の電流値を示す電流検出信号Ｓｉを出力する。電流検出信号Ｓｉは、本実施形態では、負極ライン５６を流れる電流の電流値に応じた電圧値を有する。電流検出回路６１は、例えば、負極ライン５６に挿入されたシャント抵抗器（不図示）を備え、シャント抵抗器の両端間の電圧に応じた電流検出信号Ｓｉを出力するように構成されていてもよい。

電流検出信号Ｓｉは、充電制御回路６０および差動増幅回路６２に入力される。充電制御回路６０は、バッテリパック１０とのデータ通信によってバッテリパック１０から取得される前述の充電電流指令値に応じたＰＷＭ信号、即ち充電電流指令値に応じたデューティ比のパルス信号を生成し、ローパスフィルタ６３へ出力する。ローパスフィルタ６３は、充電制御回路６０から入力されるＰＷＭ信号を平滑化して差動増幅回路６２へ出力する。

差動増幅回路６２は、ローパスフィルタ６３によって平滑化されたＰＷＭ信号の電圧値と、電流検出信号Ｓｉの電圧値との差に応じた差動信号Ｄｉｆを出力する。差動信号Ｄｉｆは、出力設定回路６４に入力され、出力設定回路６４を介して前述のスイッチング指令としてメインコンバータ５４へ出力される。メインコンバータ５４は、スイッチング指令として入力される差動信号Ｄｉｆに基づき、差動信号Ｄｉｆがゼロになるように、即ち、メインコンバータ５４から出力される充電電流の値が、充電電流指令値が示す電流値に一致するように、充電電力を生成する。

なお、出力設定回路６４には、充電制御回路６０から充電電圧上限値が入力されると共に、正極ライン５５の電圧（詳しくはメインコンバータ５４とラインスイッチ回路５７との間の電圧）が入力される。出力設定回路６４は、正極ラインの電圧値が充電電圧上限値以下の場合は、差動信号Ｄｉｆをスイッチング指令としてメインコンバータ５４へ出力する。一方、出力設定回路６４は、正極ラインの電圧値が充電電圧上限値より高い場合は、充電電力を低減させるためのスイッチング指令を出力することにより、メインコンバータ５４から出力される充電電力の電圧値を低減させる。

正極ライン５５における、メインコンバータ５４とラインスイッチ回路５７との間には、整流回路６５と、平滑回路６６とが設けられている。本実施形態のメインコンバータ５４は絶縁型であるため、メインコンバータ５４から出力される充電電力は交流である。整流回路６５は、メインコンバータ５４から出力された交流の充電電力を整流する。平滑回路６６は、整流回路６５により整流された充電電力を平滑化する。なお、平滑回路６６は、例えばコンデンサを備えていてもよい。また、充電器は、ラインスイッチ回路５７がオンされる前に、平滑回路６６のコンデンサに充電された電荷を放電させるための、放電回路を備えていてもよい。

正極ライン５５における、ラインスイッチ回路５７と正極端子４１との間には、ダイオードＤ４１が設けられている。ダイオードＤ４１は、正極端子４１からラインスイッチ回路５７への電流の逆流を抑制する。

充電器４０は、さらに、サブコンバータ６８と、整流回路６９と、平滑回路７０と、整流回路７１と、平滑回路７２と、第１電源回路７３とを備える。
サブコンバータ６８には、平滑回路５３によって平滑化された直流電力が入力される。サブコンバータ６８は、平滑回路５３から入力された直流電力を、メインコンバータ５４の出力電圧値とは異なる電圧値の電源用電力に変換して出力する。サブコンバータ６８は、本実施形態では例えば絶縁型の降圧スイッチング電源回路を備えている。そのため、サブコンバータ６８から出力される電源用電力は交流である。

サブコンバータ６８から出力された電源用電力は、２系統に分岐して、整流回路６９及び整流回路７１へ入力される。整流回路７１は、サブコンバータ６８からの電源用電力を整流する。平滑回路７２は、整流回路７１で整流された電源用電力を平滑化する。平滑回路７２から出力された直流電圧は、第１電源回路７３に入力される。第１電源回路７３は、平滑回路７２から入力された直流電圧（例えば１２Ｖ）を、その直流電圧の電圧値よりも低い電圧値を有する直流の第１電源電圧Ｖｄｃに変換して出力する。

第１電源電圧Ｖｄｃは、充電制御回路６０を含む、充電器４０における各部で、電源として用いられる。
第１電源電圧Ｖｄｃの電圧値は、どのような値であってもよい。本実施形態では、第１電源電圧Ｖｄｃの電圧値は例えば５Ｖである。第１電源回路７３は、どのように構成されていてもよい。第１電源回路７３は、例えば、リニアレギュレータを備え、そのリニアレギュレータによって第１電源電圧Ｖｄｃが生成されるように構成されていてもよい。

整流回路６９は、サブコンバータ６８からの電源用電力を整流する。平滑回路７０は、整流回路６９で整流された電源用電力を平滑化することにより、直流の第２電源電圧ＶＤを生成する。第２電源電圧ＶＤの電圧値は、第１電源電圧Ｖｄｃの電圧値よりも高い。第２電源電圧ＶＤの電圧値は、どのような値であってもよい。本実施形態では、第２電源電圧ＶＤの電圧値は、例えば１２Ｖである。第２電源電圧ＶＤは、例えば、不図示のファン及びブザーなどで用いられる。

充電器４０は、さらに、第２電源回路７４を備える。第２電源回路７４には、第２電源電圧ＶＤが入力される。第２電源回路７４は、入力された第２電源電圧ＶＤを、その第２電源電圧ＶＤの電圧値よりも低い電圧値を有する直流のバッテリ供給電圧Ｖｃｃに変換して出力する。バッテリ供給電圧Ｖｃｃの電圧値は、第１電源電圧Ｖｄｃの電圧値よりも高い。本実施形態では、バッテリ供給電圧Ｖｃｃの電圧値は、前述の通り例えば８Ｖである。

第２電源回路７４で生成されたバッテリ供給電圧Ｖｃｃは、ダイオードＤ４２及びＶｃｃ端子４３を介して、充電器４０に装着されたバッテリパック１０へ供給される。
充電制御回路６０は、バッテリパック１０とデータ通信を行いながらバッテリ２０の充電を行う。即ち、スイッチ駆動回路５８を介してラインスイッチ回路５７をオンすると共に、前述のＰＷＭ信号を出力してメインコンバータ５４に充電電力を生成させることにより、充電電力をバッテリパック１０へ供給する。スイッチ駆動回路５８は、充電制御回路６０から入力されるスイッチ駆動指令に従ってラインスイッチ回路５７をオンまたはオフする。

充電制御回路６０は、シリアル通信機能を備えている。具体的には、充電制御回路６０は、送信データを不図示の送信端子を介してバッテリパック１０へ送信する。また、充電制御回路６０は、バッテリパック１０から不図示の受信端子を介して受信データを受信する。

このように構成された充電器４０では、充電制御回路６０は、バッテリパック１０が充電器４０に装着されたことを検出すると、バッテリ２０を充電するための充電制御処理を実行する。具体的には、バッテリパック１０とシリアルデータ通信を行うことにより、前述の充電電流指令値を含む各種情報を取得する。そして、バッテリ２０の充電が必要な場合、ラインスイッチ回路５７をオンし、充電電流指令値に応じたＰＷＭ信号を出力することにより、充電を開始する。

ここで、Ｖｃｃ端子４３からバッテリパック１０へ供給される電圧が、充電制御回路６０などの電源電圧として用いられる第１電源電圧Ｖｄｃ（本実施形態では５Ｖ）ではなく、第１電源電圧Ｖｄｃの電圧値よりも高いバッテリ供給電圧Ｖｃｃ（本実施形態では８Ｖ）である理由について、以下に説明する。

仮に、Ｖｃｃ端子４３から電圧値５Ｖの第１電源電圧Ｖｄｃが出力されるようにした場合、バッテリパック１０の電源回路１７には、その５Ｖの第１電源電圧Ｖｄｃが入力される。

バッテリパック１０の電源回路１７は、本実施形態では、スイッチングレギュレータを備える。スイッチングレギュレータは、一般に、リニアレギュレータに比べて、要求される最低入出力電圧差が大きい。なお、最低入出力電圧差とは、定められた値の出力電圧（即ち変換（降圧）後の電圧）を生成するために最低限必要な入力電圧（即ち変換前の電圧）の電圧値と、出力電圧の電圧値との差である。

リニアレギュレータは、例えば、５Ｖの電圧から３．３Ｖの電圧を生成することが可能である。これに対し、スイッチングレギュレータは、最低入出力電圧差が例えば１．８Ｖと、リニアレギュレータの最低入出力電圧差（例えば約０．３Ｖ）よりも大きい。そのため、スイッチングレギュレータを用いて５Ｖの入力電圧から３．３Ｖの出力電圧を生成することは困難である。

特に、本実施形態では、図４に示すように、充電器４０の第２電源回路７４とバッテリパック１０の電源回路１７との間に、ダイオードＤ４２及びダイオードＤ０２が存在する。ダイオードＤ４２における電圧降下をＶｄ４２、ダイオードＤ０２における電圧降下をＶｄ０２とすると、ダイオードＤ４２のアノードに入力すべき電圧の値は、バッテリパック１０の電源回路１７の出力電圧値（例えば３．３Ｖ）と、電源回路１７の最低入出力電圧差（例えば１．８Ｖ）と、Ｖｄ４２（例えば０．９Ｖ）と、Ｖｄ０２（例えば０．７２Ｖ）との合計値（例えば６．７２Ｖ）よりも大きい値である。

そこで、本実施形態の充電器４０は、第１電源回路７３とは別に、第２電源回路７４を備えている。第２電源回路７４は、第２電源電圧ＶＤ（例えば１２Ｖ）を、第１電源電圧Ｖｄｃよりも高く前述の合計値（例えば６．７２Ｖ）よりも高い電圧値のバッテリ供給電圧Ｖｃｃに変換する。そして、そのバッテリ供給電圧Ｖｃｃが、Ｖｃｃ端子４３を介してバッテリパック１０へ供給される。

バッテリ供給電圧Ｖｃｃは、本実施形態では、例えば８Ｖである。理論的には、バッテリ供給電圧Ｖｃｃは６．７２Ｖよりも高い電圧であればよいが、第２電源回路７４における出力電圧の誤差（例えば約±１Ｖ）などを考慮して、本実施形態の第２電源回路７４は、例えば８Ｖのバッテリ供給電圧Ｖｃｃを生成するように構成されている。バッテリパック１０の電源回路１７は、８Ｖのバッテリ供給電圧Ｖｃｃを受け、このバッテリ供給電圧Ｖｃｃを、３．３Ｖの制御電圧Ｖｃに適正に変換する。

バッテリパック１０の電源回路１７が、リニアレギュレータではなくスイッチングレギュレータを備えている理由について、以下説明する。仮に、電源回路１７がリニアレギュレータを備えていれば、充電器４０から５Ｖの第１電源電圧Ｖｄｃが供給されても３．３Ｖの出力電圧を生成できる。

しかし、電源回路１７に入力される電圧は、シャットダウンモード時を除き、基本的にはバッテリ電圧である。本実施形態のバッテリ２０は、バッテリ電圧値の定格値が例えば５７．６Ｖであり、制御電圧Ｖｃとの電圧差が大きい。リニアレギュレータは、一般に、スイッチングレギュレータに比べて、変換によって損失する電力（主に熱損失）が大きい。また、リニアレギュレータは、一般に、スイッチングレギュレータに比べて、入出力電圧差が大きいほど、電力の損失も大きくなる。そのため、本実施形態では、バッテリ電圧を３．３Ｖの電圧に変換する電源回路１７として、リニアレギュレータではなくスイッチングレギュレータを用いている。

充電器４０において、第２電源回路７４からのバッテリ供給電圧ＶｃｃがダイオードＤ４２を介してバッテリパック１０へ出力されるように構成されている理由について、図４を参照しつつ以下説明する。

充電器４０にバッテリパック１０が装着されて充電器４０によりバッテリ２０が充電されている場合、充電器４０からバッテリパック１０への充電電流は、通常、充電器４０の正極端子４１→バッテリパック１０の正極端子１１→バッテリ２０の正極→バッテリ２０→バッテリ２０の負極→バッテリパック１０の負極端子１２→充電器４０の負極端子４２→・・・というルートで流れる。

これに対し、何らかの要因で、バッテリ２０の負極と負極端子１２との電気的接続が解除された場合を想定する。この場合、バッテリ２０の負極からの充電電流のルートは、図４に太線矢印で示すように、バッテリ２０の負極→グランドライン→装着検出回路１８→Ｖｃｃ／ＴＦＢ端子１３→充電器４０のＶｃｃ端子４３→・・・という、不適正なルートになり得る。

そこで、本実施形態では、充電電流が上記のような不適正なルートで流れることを抑制するために、充電器４０において、Ｖｃｃ端子４３にダイオードＤ４２が接続されている。
（４）作業機本体の構成
図３に示すように、作業機本体２００は、正極端子２０１、負極端子２０２、及びＴＦＢ端子２０３を備える。

作業機本体２００にバッテリパック１０が装着されると、正極端子２０１にバッテリパック１０の正極端子１１が接続され、負極端子２０２にバッテリパック１０の負極端子１２が接続され、ＴＦＢ端子２０３にバッテリパック１０のＶｃｃ／ＴＦＢ端子１３が接続される。

作業機本体２００は、さらに、モータ駆動回路２１１と、モータ２１２と、駆動機構２１３と、出力ツール２１４と、駆動スイッチ２１５と、スイッチ駆動回路２１６と、操作部２１７と、操作検出回路２１８と、駆動制御回路２２０と、電源入力回路２２１と、電源回路２２２とを備える。

モータ駆動回路２１１には、正極端子２０１及び負極端子２０２からバッテリ電力が入力される。モータ駆動回路２１１は、駆動制御回路２２０から入力される駆動指令に基づき、モータ２１２へ電力を供給する。モータ２１２は、駆動制御回路２２０から供給される電力により回転する。駆動機構２１３は、モータ２１２の回転を出力ツール２１４に伝達する。出力ツール２１４は、モータ２１２の回転力を駆動源として駆動機構２１３を介して駆動される。出力ツール２１４は、作業機本体２００の外部に作用することにより電動作業機の機能を達成するように構成されている。出力ツール２１４は、例えば、草や小径木などを刈り払うための回転刃であってもよい。また例えば、出力ツール２１４は、被加工材に穴を開けるためのドリルビットであってもよい。また例えば、出力ツール２１４は、送風または吸引するための羽根であってもよい。

正極端子２０１とモータ駆動回路２１１との間の通電経路には、この通電経路を導通または遮断するための駆動スイッチ２１５が設けられている。駆動スイッチ２１５は、駆動制御回路２２０によりスイッチ駆動回路２１６を介して制御される。

操作部２１７は、電動作業機の使用者により操作される。操作検出回路２１８は、使用者による操作部２１７の操作を検出し、操作を検出した場合に操作検出信号を駆動制御回路２２０へ出力する。駆動制御回路２２０は、操作検出信号が入力された場合、駆動スイッチ２１５をオンすると共に、モータ駆動回路２１１を駆動することにより、モータ２１２を回転させる。

電源入力回路２２１には、正極端子２０１からバッテリ電圧Ｖｐが入力される。電源入力回路２２１は、不図示のスイッチング素子を備え、バッテリ電圧Ｖｐをそのスイッチング素子を介してバッテリ電圧Ｖｂとして出力する。

作業機本体２００に装着されているバッテリパック１０が正常である場合、電源入力回路２２１におけるスイッチング素子はオンされ、電源入力回路２２１からバッテリ電圧Ｖｂが出力される。一方、バッテリパック１０に所定の異常（例えば過放電）が生じると、バッテリパック１０から電源入力回路２２１へ異常信号が入力される。電源入力回路２２１は、異常信号が入力された場合は、スイッチング素子をオフしてバッテリ電圧Ｖｂの出力を停止する。

電源回路２２２は、バッテリ電圧Ｖｂを、そのバッテリ電圧Ｖｂの電圧値よりも低い電圧値を有する直流の制御電源電圧Ｖｄｍに変換して出力する。駆動制御回路２２０を含む、作業機本体２００内の各部は、制御電源電圧Ｖｄｍによって動作する。

（５）実施形態の効果
以上説明した実施形態によれば、以下の効果を奏する。
即ち、本実施形態の充電器４０は、充電制御回路６０を作動させるための第１電源電圧Ｖｄｃとは別に、第２電源回路７４によってバッテリ供給電圧Ｖｃｃが生成される。そして、そのバッテリ供給電圧Ｖｃｃが、Ｖｃｃ端子４３からバッテリパック１０へ出力される。

そのため、バッテリパック１０において、充電器４０から入力されるバッテリ供給電圧Ｖｃｃから制御電圧Ｖｃを適正に生成することが可能となる。
また、本実施形態では、第２電源回路７４は、第１電源回路７３が生成する第１電源電圧Ｖｄｃの電圧値（例えば５Ｖ）よりも高い電圧値（例えば８Ｖ）を有するバッテリ供給電圧Ｖｃｃを生成する。つまり、充電制御回路６０を作動させるための第１電源電圧Ｖｄｃよりも高い電圧値のバッテリ供給電圧Ｖｃｃが、第１電源電圧Ｖｄｃとは別に生成されて、バッテリパック１０へ供給される。そのため、バッテリパック１０において、必要な電圧値の制御電圧Ｖｃをより適正に生成することが可能となる。

充電器４０において、第２電源回路７４とＶｃｃ端子４３との間には、ダイオードＤ４２が設けられている。このダイオードＤ４２により、充電器４０に装着されたバッテリパック１０からＶｃｃ／ＴＦＢ端子１３及びＶｃｃ端子４３を介して第２電源回路７４へ電流が流入することが抑制される。

また、本実施形態では、充電器４０からバッテリパック１０へ供給されるバッテリ供給電圧Ｖｃｃは、バッテリパック１０において、バッテリ制御回路１５を作動させるための制御電圧Ｖｃを生成するために利用され得る。そのため、バッテリ２０が例えば過放電状態になって、バッテリパックがシャットダウンモードになったとしても、バッテリパック１０を充電器４０に装着することで、バッテリパック１０のシャットダウンモードを解除することが可能となる。

なお、メインコンバータ５４は本開示における充電電力生成回路の一例に相当する。Ｖｃｃ端子４３は本開示における出力端子の一例に相当する。ダイオードＤ４２は本開示における逆流防止回路の一例に相当する。バッテリパック１０における電源回路１７は本開示におけるバッテリ電源回路の一例に相当する。バッテリパック１０におけるＶｃｃ／ＴＦＢ端子１３は本開示における入力端子の一例に相当する。第１電源電圧Ｖｄｃは本開示における充電制御電圧の一例に相当する。制御電圧Ｖｃは本開示におけるバッテリ制御電圧の一例に相当する。

［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（１）上記実施形態では、第２電源回路７４は、第２電源電圧ＶＤからバッテリ供給電圧Ｖｃｃを生成したが、第２電源回路７４は、どの電圧からバッテリ供給電圧Ｖｃｃを生成してもよい。

例えば、第２電源電圧ＶＤとは別の電源電圧を生成する電源回路が設けられていてもよい。そして、第２電源回路７４は、その電源回路で生成された電源電圧からバッテリ供給電圧Ｖｃｃを生成してもよい。

（２）充電器４０におけるダイオードＤ４２は、少なくともバッテリパック１０から第２電源回路７４への電流の流入を抑制し、第２電源回路７４以外の他の特定の回路への流入は許容するように設けられていてもよい。あるいは、ダイオードＤ４２は、バッテリパック１０からＶｃｃ端子４３へ流入する電流の全てを抑制するように設けられていてもよい。また、ダイオードＤ４２とは別の回路によって上記の電流流入を抑制してもよい。

（３）第１電源回路７３は、どの電圧から第１電源電圧Ｖｄｃを生成してもよい。例えば、第１電源回路７３は、第２電源回路７４で生成されたバッテリ供給電圧Ｖｃｃを受け、そのバッテリ供給電圧Ｖｃｃから第１電源電圧Ｖｄｃを生成してもよい。また例えば、第１電源回路７３は、第２電源電圧ＶＤを受け、その第２電源電圧ＶＤから第１電源電圧Ｖｄｃを生成してもよい。

（４）バッテリパック１０における電源回路１７は、スイッチングレギュレータとは異なるレギュレータを備えていてもよい。電源回路１７は、例えばリニアレギュレータを備え、リニアレギュレータにて制御電圧Ｖｃを生成するように構成されていてもよい。

（５）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。

１０…バッテリパック、１１…正極端子、１２…負極端子、１３…Ｖｃｃ／ＴＦＢ端子、１５…バッテリ制御回路、１６…電源入力回路、１７…電源回路、１８…装着検出回路、２０…バッテリ、４０…充電器、４１…正極端子、４２…負極端子、４３…端子、５４…メインコンバータ、６０…充電制御回路、６８…サブコンバータ、７３…第１電源回路、７４…第２電源回路、２００…作業機本体、Ｄ４２…ダイオード。

Claims (4)

1. 電動作業機に着脱可能に構成されたバッテリパックを着脱可能に構成され、前記バッテリパックへ充電電力を供給するように構成された充電器であって、
   前記充電器に入力される入力電力から、前記バッテリパックを充電するための充電電力を生成するように構成された充電電力生成回路と、
   直流の充電制御電圧を受けて作動し、前記充電電力生成回路による前記充電電力の生成を制御するように構成された充電制御回路と、
   前記充電制御電圧を生成するように構成された第１電源回路と、
   前記第１電源回路とは別に設けられ、前記充電制御電圧とは異なる電圧値を有する直流のバッテリ供給電圧を生成するように構成された第２電源回路と、
   前記第２電源回路で生成された前記バッテリ供給電圧を、前記充電器に装着された前記バッテリパックへ出力するように構成された出力端子であって、前記充電器に装着された前記バッテリパックにおける入力端子に接続されるように構成された出力端子と、
   を備える充電器。
2. 請求項１に記載の充電器であって、
   前記第２電源回路は、前記充電制御電圧の電圧値よりも高い電圧値を有する前記バッテリ供給電圧を生成するように構成されている、充電器。
3. 請求項１又は請求項２に記載の充電器であって、
   さらに、前記第２電源回路と前記出力端子との間に設けられた逆流防止回路であって、前記充電器に装着された前記バッテリパックから前記入力端子及び前記出力端子を介して前記第２電源回路へ電流が流入することを抑制するように構成された逆流防止回路を備える、充電器。
4. 請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の充電器であって、
   前記第２電源回路は、前記充電器に装着された前記バッテリパックにおけるバッテリ電源回路へ前記バッテリ供給電圧を供給するように構成され、前記バッテリ電源回路は、前記バッテリ供給電圧から、前記バッテリパックにおける前記バッテリパックの充電を制御するように構成されたバッテリ制御回路を作動させるための、前記バッテリ供給電圧の電圧値よりも低い電圧値を有するバッテリ制御電圧を生成するように構成されている、充電器。

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