JP2022098535A - 掃除機の充電制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の劣化について考慮しつつ、ユーザーが宅内にいても、宅外などの外出先にいたとしても使用予定時間を指定することができ、その使用予定時間時に満充電になるように充電電流を制御する掃除機の充電制御システムを提供する。【解決手段】充電台６で充電する電気掃除機１の充電制御システムは、ユーザーが持つ操作端末３からの指令を、充電台もしくは電気掃除機が有する通信ユニット１０１で受信し、指令を基に電気掃除機の二次電池１０５への充電を行う。標準充電モードは、満充電になるまで充電するステップと、満充電になると充電を停止するステップと、あらかじめ設定された充電を再開する閾値まで充電率が下がった場合は充電を再開して満充電になるまで充電するステップと、閾値以上の場合は充電を停止したまま維持するステップとを湯有する。計画充電モードは、ユーザーが指定した使用予定時間に応じて充電完了のタイミングを調整する。【選択図】図１

Description

本発明は、掃除機の充電制御システムに関するものである。

近年、二次電池を利用した充電式掃除機が普及している。掃除機の二次電池を充電し、満充電になった後もさらに充電を続けることは、二次電池の短寿命化に繋がるため望ましくない。そのため、充電制御方法には工夫が必要である。例えば、特許文献1ではユーザーの使用様態に応じた充電量を実現しつつ充電池を長寿命化する方法として、電力供給部において充電池への電力の供給が可能になった基準時からの経過時間の増加に応じて、停止、供給、停止の順に切換える切換操作を行う方法が開示されている。

特開２０１６－１７１７３０号公報

り、前述したとおり、二次電池の長寿命化の観点からは満充電（充電率が100%）の状態においてさらに充電をし続けることは好ましくない。そのため、充電台接続時において、充電完了となった後には一旦充電を停止し、ある設定した充電率まで下がった際に再び充電を開始することを繰り返す方法がある。一方で、ユーザーが使用する際には満充電の状態から使用でき、できる限り長く運転時間を確保できることが好ましい。

特許文献１では、ユーザーの使用態様などに応じて、充電池へ電力を供給することが可能であるシステムを提案しているが、ユーザーの事情により使用予定時間を変更したい場合や、宅外から使用予定時間を変更したい場合に変更が可能なものとはなっていなかった。

そこで、本発明では二次電池の劣化について考慮しつつ、ユーザーが宅内にいても、宅外などの外出先にいたとしても使用予定時間を指定することができ、その使用予定時間時に満充電になるように充電電流を制御する。それによって、ユーザーが使用するタイミングにおいて満充電になった状態から掃除機を使用でき、ユーザーはより長時間掃除機を利用することができるようにする。また、ユーザーの事情により掃除機の使用予定時間が変更されることも多いため、本発明はその際にも容易に変更が可能なものとする。

本発明は、スマートフォンなどの操作端末と掃除機との無線通信を可能とするシステムを備え、掃除機から離れた位置であっても掃除機の使用予定時間およびそれに伴った満充電のタイミング調整を行うことができることを特徴とする。また、ユーザーは標準モードと計画充電モードを選択することができるものとする。標準モードでは、電池容量が特定の閾値を下回ったときに自動的に補充電が実行され、どのタイミングで掃除機を動かしてもある程度の運転時間が確保される。計画充電モードでは、指定した使用予定時間に実際に運転した場合には最大の運転時間にて動かすことができる。

ユーザーが掃除機の使用予定時間を指定すればそれに合わせて満充電の状態となるよう制御し、掃除機を長い時間運転させることができる。また、使用予定時間を容易に変更できる。

掃除機と操作端末のシステムの模式図 (a) 実施形態のスティック用充電台の前方向斜視図。(b) 実施形態のスティック用充電台の後方向斜視図 実施形態のスティック用充電台にスティック掃除機が載置された前方向斜視図 操作端末のリモコン操作画面の例 充電制御のフローを示した図 掃除機を充電台に接続した際の充電率の推移を示す図

図を用いて本実施例の充電制御システムについて説明する。図１は、掃除機と操作端末との通信システムの模式図である。通信システムは、広域ネットワーク２、操作端末３、宅内（例えば家庭内）に配された無線ＬＡＮルータ４と充電台６、掃除機本体１で構成されている。充電台６には通信ユニット１０１と充電台基板１０２が備えられており、通信ユニット１０１が無線通信を通して携帯電話等の操作端末３とのデータのやり取りが可能である。掃除機本体１には電池１０５と、本体基板１０７と、モータ１０６が備えられている。掃除機本体１の電池１０５の情報は本体基板１０７を経由して充電台の通信ユニット１０１に送られる。なお、図１では通信ユニット１０１は充電台６に備えられている構成とされているが、それに限られず、通信ユニット１０１を図３に示すスティック掃除機の掃除機本体側に持つ構成としてもよい。

操作端末３は、例えば充電台６の使用者それぞれが所有する端末であって、好ましくは携帯電話等の可搬の端末である。なお、本実施例では操作端末３は携帯電話を想定して記載しているがこれに限られるものではなく、操作端末３は、広域ネットワークプロトコルまたは無線通信プロトコルを利用して充電台６と通信可能な機器であればその形態は問わない。広域ネットワークプロトコルを利用した通信の場合、広域ネットワーク２と無線ＬＡＮルータ４を介することで充電台６と通信可能である。無線通信プロトコルを利用した通信の場合も、充電台６との間では無線ＬＡＮルータ４を介することで通信可能である。
無線ＬＡＮルータ４は、広域ネットワークプロトコル及び無線通信プロトコルを利用して、無線ＬＡＮルータ４に送信されてきた情報を、送信先である他の機器（操作端末３、充電台６）に転送する機器である。

操作端末３には、充電台６への指令を行うことを可能にするプログラム（アプリケーション）がインストールされている。アプリケーションは、宅外から充電台６に指令しようとする場合は、広域ネットワークプロトコルを利用して無線LANルータ４を経由して指令が送られるように構成されており、宅内から指令しようとする場合は、無線通信プロトコルにより無線LANルータ４を経由して指令が送られるように構成されている。また、宅内に在る場合は、使用者の選択により広域ネットワークプロトコルを利用した通信に切替えることもできる。この場合、この操作端末は宅外から通信されているのと同様の状態になる。

[電池]
掃除機本体１に備えられている電池１０５は、充電台６を介して充電でき、充電したエネルギーを利用してモータ１０６を駆動できる。電池１０５は、例えば複数本の電池セルとセルの温度を検出する温度センサを組み合わせたパック状の形態にできる。電池としては種々公知の二次電池を採用できるが、充放電に関する電池特性の観点から、リチウムイオン電池が好ましい。

[電池制御]
無線通信を介した操作端末３からの操作を通じて、充電モードの設定、使用予定時間の設定・変更の指令を充電台６もしくは掃除機本体１が有する通信ユニット１０１により受け付けることができる。その指令は充電台基板１０２を経由し、掃除機本体１の本体基板１０７に送られる。掃除機本体１の本体基板１０７は操作端末３からの設定情報と電池１０５の状態の情報をもとに充電制御を行う。電池１０５の情報として具体的には電圧を監視し、電池１０５の最大電圧に対する割合から充電率を推定する。

[充電台]
充電台の一例を図２に示す。充電台はベース部材２０１とスタンド部材２０２とホルダ部材２０３から構成されている。ホルダ部材２０３には掃除機本体１に装着されている電池１０５を充電するためのACアダプタ取り付け部位２０４が備えられており、コンセントから商用電源を得て、掃除機本体１の電池１０５に充電電力を供給することができる。さらに、ベース部材２０１に充電基板１０２と通信ユニット１０１が備えられている。なお、充電基板１０２と通信ユニット１０１はベース部材２０１ではなく、ホルダ部材２０３に備えられている構成でもよい。

[充電台に載置された電気掃除機]
充電台に載置された電気掃除機の一例を図３に示す。電気掃除機は電池１０５と、本体基板１０７と、モータ１０６と、を有し、充電台とともに／もしくは電気掃除機側に通信ユニット１０１を有する。

[画面]
操作端末３にインストールされた、掃除機を制御するためのアプリケーションの起動後に表示することができる画面を図４に示す。画面は充電モード選択部として、標準充電モードを選択できる標準充電モード選択部３０１と計画充電モードを選択できる計画充電モード選択部３０２を備える。さらに、曜日選択部３０３、および時間指定部３０４から構成される。曜日選択部では月曜日から日曜日までの7通りを選択できる。曜日が選択されると、設定時の日時以降でその曜日のうち最も近い日付が自動的に指定される。時間指定部では分単位で時間を指定できる。

[充電モード]
標準充電モードと計画充電モードの詳細を表したフローチャートを図５に示す。また、各モードにおける充電率の推移を表す図を図６に示す。掃除機が充電台に接続された際４００にアプリケーションで計画充電モードが設定されれば、計画充電モードに移行する。そうでなかった場合には標準充電モードが実行される４０８。計画充電モードから標準充電モードに設定を変更したい場合にはアプリケーションにて再設定が必要であるが、ユーザーの使用予定時間が決まっていないときは基本的にアプリケーションでの設定は必要ない。

標準充電モード４０１では、まず満充電となるまで充電が実行される４０２。その後、満充電か否か判定され４０３、満充電となったら充電を停止する４０４。充電を停止した後は、電池の自然放電や電池との通信を行うための基板での電力消費などにより充電率は時間の経過とともに徐々に下がっていく。そこで充電を再開する基準として補充電実施充電率閾値を定め、その閾値以下となったか判定する４０５。閾値以下になった場合には、再び満充電になるまで充電を実施する４０５。なお、補充電実施充電率閾値より充電率が高い場合は、充電は実行しない４０６。図６の（ａ）に標準充電モードの充電率の推移を示しており、本図では補充電実施充電率閾値を充電率が８０％～８５％の間に設定している。このように補充電実施充電率閾値を比較的高い位置に設定すると、計画充電モードでなくともユーザーが急に掃除をしたくなった際も比較的長時間掃除をすることができる。なお、補充電実施充電率閾値は充電率が８０％～８５％の間に限られることなく、出荷時もしくはユーザーが自由に設定できるものとする。

計画充電モードでは、まずユーザーが掃除機の使用予定時間を設定する４０９。そして基準充電率以下であるか判定する４０９。基準充電率以下であった場合は、まずは通常充電を実行する４１１。これは、ユーザーが使用予定時間より早く掃除機を使用することになった場合に、ある程度の運転時間を確保するためのものである。基準充電率まで達した時点で、設定された使用予定時間をもとに計画充電をする際の充電電流を計算し４１２、使用予定時間にちょうど満充電になるように計画充電を実行する４１３。満充電になった時点で、予定通りであれば掃除機が運転されるはずであるが、運転が実行されなかった場合には標準充電モードに移行する４０１。計画充電の使用予定時間の変更が操作端末からあり次第、充電電流の計算は更新される。図６の（ｂ）に計画充電モードの基準充電率の推移を示しており、本図では基準充電率を補充電実施充電率閾値と同様に充電率８０％～８５％の間に設定している。

１ 掃除機本体
２ 広域ネットワーク
３ 操作端末
４ 無線ＬＡＮルータ
６ 充電台
１０１ 通信ユニット
１０２ 充電基板
１０３ コンセント
１０４ サーバー
１０５ 電池
１０６ モータ
１０７ 本体基板

二次電池は、充電することにより繰り返し利用することが可能な電池であるが、二次電池にも寿命があり、前述したとおり、二次電池の長寿命化の観点からは満充電（充電率が100%）の状態においてさらに充電をし続けることは好ましくない。そのため、充電台接続時において、充電完了となった後には一旦充電を停止し、ある設定した充電率まで下がった際に再び充電を開始することを繰り返す方法がある。一方で、ユーザーが使用する際には満充電の状態から使用でき、できる限り長く運転時間を確保できることが好ましい。

Claims (4)

1. 充電台で充電する電気掃除機の充電制御システムであって、
   ユーザーが持つ操作端末からの指令を前記充電台もしくは前記電気掃除機が有する通信ユニットが受信し、
   前記指令を基に前記電気掃除機の二次電池への充電を行うことを特徴とする充電制御システム。
2. 標準充電モードと計画充電モードを備えた充電制御システムであって、
   前記標準充電モードは満充電になるまで充電するステップと、満充電になると充電を停止するステップと、あらかじめ設定された充電を再開する閾値まで充電率が下がった場合は充電を再開して満充電になるまで充電するステップと、前記閾値以上の場合は充電を停止したまま維持するステップがあって、
   前記計画充電モードは、ユーザーが指定した使用予定時間に応じて充電完了のタイミングを調整することを特徴とする請求項１記載の充電制御システム。
3. 請求項１記載の前記指令は、前記操作端末にインストールされたアプリケーションを介してユーザにより選択可能であって、
   前記アプリケーションの画面は、充電モード選択部と曜日選択部と時間指定部を備えることを特徴とする請求項１記載の充電制御システムを実行可能なアプリケーション。
4. 前記標準充電モードは、前記二次電池が基準充電率以下であるかを判定するステップと、設定された使用予定時間を基に充電電流を計算するステップと、計画充電を実行するステップを有することを特徴とする請求項２記載の充電制御システム。

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