JP2020531845A - 充電式バッテリの充電量の判定方法 - Google Patents

Abstract

電動工具（１）と少なくとも１つの充電式バッテリ（１２）とを備え、前記少なくとも１つの充電式バッテリは電動工具に電力を供給するために使用されるシステムに於ける充電量を判定する方法。この方法は第１の時刻に、少なくとも１つの充電式バッテリの充電の第１の充電量を検出する工程と、第２の時刻と第３の時刻との間に、電動工具の電気的負荷（７）に電力を供給するために、少なくとも１つの充電式バッテリから電動工具に流れる電流の電流値を検出すると工程と、第２の時刻と第３の時刻の間の検出された電流値に基づいて第２の充電量を決定する工程と、第２の時刻で第３の充電量を判定するために、第１の充電量から第２の充電量を差し引く工程と、を備える。さらにこの方法を実施するための、充電式バッテリ、電動工具、そして少なくとも１つの充電式バッテリと電動工具とを備えたシステムにも関する。【選択図】図１

Description

本発明は、電動工具と少なくとも１つの再充電可能な充電式バッテリとを備え、少なくとも１つのその充電式バッテリは電動工具に電力を供給するために使用されるシステムに於ける充電量を判定する方法に関する。

本発明は、この方法を実施するための充電式バッテリ及び電動工具にも関する。本発明は、この方法を実施するための少なくとも１つの充電式バッテリと電動工具とを備えたシステムにも関する。

コードレス電動工具は、電力すなわちエネルギーを供給するための再充電可能な充電式バッテリにより動作することができる。コードレス電動工具は、例えば、充電式バッテリ駆動のねじ締め機、ハンマードリル等でもよい。

充電式バッテリは、通常、電気エネルギー用に多くの蓄電セル、すなわちエネルギー貯蔵セルを備える。最新の充電式バッテリは、蓄電セルに電気エネルギーを充電するか、あるいは電気エネルギーを蓄電セルから取り出すといった、蓄電セルの充電若しくは放電プロセスを制御する目的で、充電式バッテリにおける様々なプロセスの閉ループ及び開ループ制御のための電子制御システムを有する。蓄電セルは、充電式バッテリセル又は二次電池としても知られている。

通常、経済性の観点から、先行技術の充電式バッテリは、バッテリ駆動の電動工具のユーザーに、その充電式バッテリの現状の充電状態、すなわちなおも利用可能なエネルギー量を随時確実に表示する装置を備えてはいない。

しかし、現状の充電状態、すなわち充電式バッテリにそれまでに蓄積されているエネルギー量若しくは充電量を可能な限り正確に検出することにより、ユーザーはそのバッテリ駆動の電動工具を用いて、充電式バッテリの残存充電量により、なおも予定の作業若しくは仕事が完了できるか否か、又はあらかじめ充電式バッテリを充電する必要があるか否か、をより正確に判断することができる。

先行技術によれば、現状の、すなわち実際の充電状態（すなわち、充電量又はエネルギー量）の判定は、充電式バッテリの無負荷電圧を測定することによりすでに可能である。しかし、この測定は、電動工具が充電式バッテリから電動工具に電流が流れない非作動状態にある場合にのみ可能である。

そのため、本発明の目的は、電動工具と少なくとも１つの充電式バッテリとを備え、その少なくとも１つの充電式バッテリは電動工具に電力を供給するために使用されるシステムに於ける充電量を判定する方法を提供することである。

さらに、本発明の目的は、前述の課題を解決することができる方法を実施するための、充電式バッテリ、電動工具、及び少なくとも１つの充電式バッテリと電動工具とを備えたシステムを提供することである。

この目的は、独立項１、２、３、及び４の要旨に係る発明により達成される。

この目的は特に、電動工具と少なくとも１つの充電式バッテリとを備え、この少なくとも１つの充電式バッテリは電動工具に電力を供給するために使用されるシステムに於ける充電量を判定する方法により達成される。

本発明において、この方法は、
第１の時刻に、少なくとも１つの充電式バッテリの充電の第１の充電量を検出する工程と、
第１の時刻と第２の時刻との間に、その少なくとも１つの充電式バッテリから電動工具に、その電動工具に電力を供給するために流れる電流の電流値を検出する工程と、
第１の時刻と第２の時刻との間の検出された電流値に基づいて第２の充電量を決定する工程と、
第２の時刻で第３の充電量を判定するために、第１の充電量から第２の充電量を差し引く工程と、
を備える。

それにより、特に第３の充電量を判定することにより、充電式バッテリの現状すなわち実際の充電状態を確実に判定することが、たとえバッテリ駆動の電動工具の使用中でも、すなわち、充電式バッテリから電動工具に電流が流れている場合、及び電動工具の電気モータが作動している場合であっても、可能である。従って、バッテリ駆動の電動工具のユーザーは、以後の仕事のために充電式バッテリになおも蓄積されているエネルギーを常に正確に判断することができる。

本発明の優位性のある態様では、少なくとも１つの充電式バッテリの充電の第１の充電量を不揮発性メモリ（ＮＶＭ）に保存することも可能である。

第１の時刻と第２の時刻との間の期間は、第１の時間間隔と呼ぶこともできる。第２の時刻と第３の時刻との間の期間は、第２の時間間隔と呼ぶこともできる。

本発明の目的は、電動工具への接続が可能で、この方法を実施するように構成された充電式バッテリによっても達成される。この充電式バッテリは、充電式バッテリ内の充電の第１の充電量を検出するための充電量測定装置を備え得る。

さらに本発明の目的は、この方法を実施するための電動工具によって達成される。この電動工具は、電動工具に電力を供給するために、少なくとも１つの充電式バッテリから電動工具に流れる、電動工具の電流の電流値を検出するための電流測定装置を備え得る。電動工具は、第１の時刻と第２の時刻との間に検出された電流値に基づいて第２の充電量を判定するためのプロセッサをさらに備え得る。

加えて、本発明の目的は、この方法を実施するための、少なくとも１つの充電式バッテリと電動工具とを備えたシステムによって達成される。

本発明のさらなる効果は、以下の図面の記載から見出すことができる。図面は、本発明の様々な模範的実施例を示す。図面、発明の詳細の説明、及び請求の範囲は、様々な機能を組み合わせて記載されている。当業者は、それぞれの技術的特徴を考慮し、さらなる有用な組み合わせを実現するであろう。

図面は以下の通りである。

電動工具に接続された、本発明に係る充電式バッテリを備えた、電動工具の断面図を示す図である。

図１は本発明の電動工具１を示す。電動工具１は、例えば、充電式バッテリ駆動のねじ締め機の形で構成されており、実質的にハウジング２と、ハンドル３と、工具ホルダ４と、起動スイッチ５と、基礎部６とを備える。

電気モータ７、歯車機構８、駆動シャフト９、及び出力シャフト１０は、ハウジング２の内部に位置する。電気モータ７は回転可能な回転子と固定子とを備え、駆動シャフト１０を介して歯車機構８に接続されている。図面では回転子も固定子も表示されていない。

歯車機構８は、駆動シャフト９によってさらに工具ホルダ４に接続されている。電気モータ７は、出力シャフト１０、歯車機構８及び駆動シャフト９により、工具ホルダ４に伝達可能なトルクを生成するように機能する。この工具ホルダ４は電動工具１のハウジング２の前端２ａに配置されている。工具１１は、例えばねじ締め機の刃（ビットとも呼ばれる）でありこの工具ホルダ４で受けて、保持することができる。この工具ホルダ４は、トルクを駆動シャフト９からビットの形態の工具１１に伝達して、ねじを材料（例えば、木材）にねじ込む。図面ではこの材料とこのネジは図示されていない。

ハンドル３がハウジング２の下端に取り付けられている。このハンドル３は、特に、前側３ａと下端３ｂとを有する。起動スイッチ５がその前側３ａに配置されている。この起動スイッチ５により、電動工具１のユーザーは、電気モータ７及びそれ故に工具１１を回転させることができる。

さらに、基礎部６がハンドル３の下端３ｂに取り付けられている。充電式バッテリ１２は、その一部として、基礎部６の下端６ａに取り外し可能に取り付けられている。

再充電可能な充電式バッテリ１２は電動工具１に取り外し可能に接続され、電動工具１に電力すなわち電流を供給するために使用される。このために、充電式バッテリ１２は、実質的に内部に多数のエネルギー貯蔵セル１３（充電式バッテリセルとも呼ばれる）を備え、さらにコントローラ１４を備える。これらのエネルギー貯蔵セル１３とコントローラ１４とは互いに接続されている。電気エネルギーすなわち充電電力はエネルギー貯蔵セル１３によって蓄積され、負荷に対して利用可能になる。

次に、充電式バッテリ１２のコントローラ１４は、充電量測定装置１５を備える。充電量測定装置１５は、エネルギー貯蔵セル１３に蓄積された充電電力の第１の充電量を検出するために使用される。この第１の充電量は、特定の時刻においてエネルギー貯蔵セル１３で利用可能な充電電力に等しい。

各エネルギー貯蔵セル１３は、上部セルホルダ１６及び下部セルホルダ１７によってコントローラ１４に機械的及び電気的に接続されており、電気エネルギーすなわち電流を各エネルギー貯蔵セル１３からコントローラ１４に流すことができる。コントローラ１４が備えた充電量測定装置１５は、時間間隔をもって、すなわち特定の時刻の間隔で、エネルギー貯蔵セル１３にそれまでに蓄積された充電量を測定する。測定された充電量の値は、不揮発性メモリ３０に保存される。

電動工具１の制御装置１８は、ハンドル３の内側に設けられている。この制御装置１８は、電気モータ７及び起動スイッチ５に接続されるとともに、各ライン１９経由で充電式バッテリ１２のコントローラ１４にも接続されている。このライン１９は、信号及び電流を伝送するために使用される。

起動スイッチ５を方向Ｂに動かすことにより、起動スイッチ５から制御装置１８に信号を送信することができ、その結果として、次に制御装置１８は充電式バッテリ１２のコントローラ１４に信号を送信する。コントローラ１４に送信された信号の結果として、特定の電流値の電気エネルギーすなわち電流が、エネルギー貯蔵セル１３から電動工具１の電気的負荷、特に電気モータ７に送られる。起動スイッチ５の方向Ｂへの移動に従って信号を制御装置１８に送るために、起動スイッチ５はポテンショメータを備える（図示されていない）。

起動スイッチ５が再び方向Ａに移動すると、対応する信号がポテンショメータによって制御装置１８に送信され、エネルギー貯蔵セル１３から電動工具１にそれ以上の充電電力すなわち電流が流れなくなる。

この制御装置１８は電流測定装置２０とプロセッサ２１とをさらに備える。

電流測定装置２０は、電気的負荷に電力を供給するためにエネルギー貯蔵セル１３から電動工具１、特に電気モータ７に流れる電流の電流値を検出するために使用される。この電流値の検出又は測定は、特定の時間長又は特定の時間間隔で、第１の時刻ｔ_１と第２の時刻ｔ_２との間で行われる。

本発明の方法を実施するために、エネルギー貯蔵セル１３の現状の充電量Ｑ（ｔ_１）が、特定の第１の時刻ｔ_１で最初に検出される。充電式バッテリ１２の充電量測定装置１５が、この充電量Ｑ（ｔ_１）の検出又は測定に使用される。現状の充電量Ｑ（ｔ_１）の値はメモリ３０に保存される。この場合、複数の充電量の値もメモリ３０に系統的に保存することができる。充電式バッテリ１２のコントローラ１４は、現状の充電量Ｑ（ｔ_１）の値をライン１９経由で電動工具１の制御装置１８に送信する。

電動工具１が使用中の場合、すなわち、電気モータ７の起動スイッチ５によって動作されている場合、電流はエネルギー貯蔵セル１３から電気モータ７に、充電式バッテリ１２のコントローラ１４、ライン１９、及び電動工具１の制御装置１８経由で流れる。この電流は、電気モータ７の回転子（図示されていない）を回転運動させ、それにより工具１１にトルクを発生させることができる。

制御装置１８の電流測定装置２０は、第１の時間間隔、すなわち、第１の時刻ｔ_１と第２の時刻ｔ_２との間に、エネルギー貯蔵セル１３からコントローラ１４経由で最終的に電気モータ７に至る電流の量を検出する。式は以下の通り、

ここで、
Ｑ（ｔ_３）＝第３の時刻にエネルギー貯蔵セル１３に残留する総充電量
Ｑ（ｔ_１）＝第１の時刻におけるエネルギー貯蔵セル１３の現状の充電量
Ｉ＝電流（アンペア：Ａ又はｍＡ）
ｔ＝時間
ｔ_１−ｔ_２＝第１の時刻と第２の時刻との間の時間間隔

プロセッサ２１は、電動工具１の電気的負荷に電力を供給するために、流れる電流の時間間隔、すなわち、第１の時刻ｔ_１と第２の時刻ｔ_２の間の積分として充電量を決定する。

この充電量の決定は、時間に対する電流の積分が、本体に流入又は通過した電力量を表すという事実に基づく。

制御装置１８は、ライン１９経由で、充電式バッテリ１２のコントローラ１４に、電動工具１で決定された充電量の値を送信する。充電式バッテリ１２のコントローラ１４では、決定された充電量（すなわち、流れた電流の時間に対する積分）が、検出された充電量Ｑ（ｔ_１）から差し引かれ（減算され）、それにより、時刻ｔ_３でエネルギー貯蔵セル１３になおも実際に蓄積されている充電量Ｑ（ｔ_３）を判定する。

時刻ｔ_３の時点でなおも利用可能な判定済み充電量Ｑ（ｔ_３）は、充電式バッテリ１２上の表示装置４０に表示することができる。従って、電動工具１のユーザーは、充電式バッテリ１２から実際にどれだけの電力がなおも利用可能であるかを知らされることとなる。

さらなる実施例（図示されていない）では、時刻ｔ_３の時点でもエネルギー貯蔵セル１３でなおも利用可能な判定済み充電量Ｑ（ｔ_３）を表示するための表示装置４０を電動工具１に配置することも可能である。

加えて、さらなる実施例（図示されていない）において、時刻ｔ_３の時点でもエネルギー貯蔵セル１３でなおも利用可能な判定済み充電量Ｑ（ｔ_３）の表示は、ワイヤレス接続によって外部表示装置に送信される。例えば、このような外部表示装置は拡張現実眼鏡、スマートフォン等でよい。

さらに、上述の方法において、電動工具１で判定済みの充電量は、作業工程中、すなわち、作業工程の開始から終了までに消費される電流の積分とすることも可能である。

ここで言う作業工程とは、対応する電動工具１を使用した実際の作業プロセス、例えば、孔を掘削する、ねじをねじ込む、特定の長さの材料をのこぎりで切る等のプロセスを意味する。特定の作業工程又は特定の作業プロセスに必要な充電量を判定することにより、エネルギー貯蔵セル１３に現時点で存在する充電量Ｑ（ｔ_３）を使用してなおも実施できる作業工程の数を確認及び表示することができる。

Claims (4)

1. 電動工具（１）と少なくとも１つの充電式バッテリ（１２）とを備え、前記少なくとも１つの充電式バッテリ（１２）は前記電動工具（１）に電力を供給するために使用されるシステムに於ける充電量を判定する方法であって、
   第１の時刻（ｔ_１）に、前記少なくとも１つの充電式バッテリ（１２）の充電の第１の充電量を検出する工程と、
   前記第１の時刻（ｔ_１）と第２の時刻（ｔ_２）との間に前記電動工具（１）の電気的負荷（７）に電力を供給するために、前記少なくとも１つの前記充電式バッテリ（１２）から前記電動工具（１）に流れる電流の電流値を検出する工程と、
   前記第１の時刻（ｔ_１）と前記第２の時刻（ｔ_２）との間の前記検出された電流値に基づいて第２の充電量を決定する工程と、
   前記第２の時刻（ｔ_２）で第３の充電量を判定するために、前記第１の充電量から前記第２の充電量を差し引く工程と、
   を備えることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法を実施するための、前記電動工具（１）に接続可能な充電式バッテリ（１２）であって、前記充電式バッテリ（１２）の充電の第１の充電量を検出するための充電量測定装置（１５）を有すること、を特徴とする充電式バッテリ。
3. 請求項１に記載の方法を実施するための、前記充電式バッテリ（１２）に接続可能な電動工具（１）であって、前記電動工具（１）の電気的負荷（７）に電力を供給するために、前記少なくとも１つの前記充電式バッテリ（１２）から前記電動工具（１）に流れる前記電動工具（１）の電流の電流値を検出するための電流測定装置（２０）と、第１の時刻（ｔ_１）と第２の時刻（ｔ_２）との間の前記検出された電流値に基づき、前記第２の充電量を決定するためのプロセッサ（２１）を有すること、を特徴とする電動工具。
4. 請求項１に記載の方法を実施するための、前記少なくとも１つの充電式バッテリ（１２）と前記電動工具（１）とを備えたシステム。
   
   

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