JP5153930B2 - 携帯型電動機器のための電力供給方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、ユーザーの必要に応じて1つまたは1つより多くの並列接続された電池または電池パックを使用して携帯型電動機器へ電力を供給する方法及び装置に関する。

本文で用いる「携帯型電動機器」とは、任意の電気装置または電力で作動する機器、つまり自立型電源により電気的に動力を供給されることを必要とし、かつ使用中ユーザーの手で保持される機器を指す。電源は例えば1つの電池または電池パックであり得、携帯型である必要はないが、その代わり動力機器そのものからは分離が可能である。例：ユーザーは動力機器を手に持ち、電池または電池パックをハーネスあるいはバックパックあるいは携帯用ベルトに入れて身に着ける。「動力機器」には、機器が作動している外部に動力を伝達するためのモーターまたはアクチュエーターの使用を伴う。ノート型パソコンや携帯電話、あるいはコンピュータは例えば動力装置ではなく、上記の定義に当てはまらない。

このような携帯型電動機器の例として、剪定ばさみ、ドリル、リベッター、刈り込みばさみ、鋸、摘果道具、芝刈り機、ブッシュカッター、ヘッジカッター、リーフブロワー、インパクトスパナ、空気ハンマー、工業分野でケーブル、ホース、フレキシブルパイプや金属板を切断するのに用いられる電動切断機器などを挙げることができ、実例はこれらに限定されない。医療分野でもこのような機器は用いられ得る。

本文で用いる「電池」とは、限定はされないが好ましくは充電式電池であり、1個または数個のセルから構成される電池パック、例えばニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池などであることが好ましい。

1つの電池だけを使用して前述の定義による携帯型電動機器への電力を供給する方法及び装置が、最新技術として知られている。

FR2862558 （Pellenc社）には、少なくとも4つのセルを含む1つのリチウムイオンまたはリチウムポリマーの電気化学電池及び電子ドライバ回路によって、電力を供給される剪定ばさみが報告されている。

US6105206には、ユーザーが身に装着する電池パックにより電力を供給される携帯型電動リーフブロワーが報告されている。

EP1747710 及び EP1747711には、ユーザーのベルトに固定された電池パックにより電力を供給される電動剪定ばさみが報告されている。

先行技術によるこのような携帯型電動機器用の電池パックは通常、動力装置と通信する電子ドライバ回路及び後述で「バッテリーインテリジェンス」と名づけられる回路を備える、1つの筐体に統合される。この回路は、電池の充電状態（SOC）を管理及びチェックする。そして低電圧及び/または高電圧を回避させ、ショート及び/または温度変化から電池を保護し、セル間の平衡を保たせることを可能にする。

しかしながら、このような携帯型電動機器に電力を供給するのに1つの電池だけを使用することにはいくつかの難点がある。まず、葡萄や果樹剪定用の剪定道具の場合のようにユーザーが身に装着する電池はほぼ数キロ規模の重量であり、電動機器を用いるユーザーがこの機器を6時間もしくはそれ以上の時間装着し続けることは困難である。さらに、例えば通常より太い枝を剪定しなければならない場合、ユーザーは最大有能電力より上に電力を上げることができない。最後に、既存の技術では電子ドライバ回路は電池及びバッテリーインテリジェンスと同じ筐体内で統合される。すなわち電池を交換するときには電子ドライバ回路の交換も必要となり、電子ドライバ回路からバッテリーインテリジェンスを切り離すことも不可能である。

他方、少なくとも2つの電池または電池パックの並列接続には、充電状態が異なるためにこれら少なくとも2つの電池の開路電圧（OCV）が等しくないときに制御不能な電流ループが起こることを回避するための、保護回路が必要となる。従来の方法では、2つまたは2つより多くの電池パックを1セットのコンデンサに並列接続するために昇降圧DC/DC コンバータを用いる。こうしたDC/DC コンバータは一方向性であり得る、すなわち電池からの電力供給を可能にするのみである。あるいは二向性であり得る、すなわち発電モードのモーターまたは他の電池などからの充電が可能である。しかしながら、電圧レベルを合わせるために少なくとも2つの電池または電池パックをDC/DC コンバータを用いて並列接続するには、前述の携帯型電動機器への電力供給にはほとんど適さない複雑な電子回路が必要となる。

US2006132086 ではDC/DC 電圧コンバータを含む電源選択用の装置が報告されている。

US2010097034では、複雑な電子回路を含む階層的電池制御システムが報告されている：このシステムには監視・均等化モジュールと通信・決定モジュールを連結するための中間モジュールがいくつか必要である。

W02009/015960には電池グループ内の充電量を均等化するための電流イコライザーが報告されている。記憶バッファの使用、すなわちイコライザ中の誘導子あるいはコンデンサ素子が追加の損失源を構成する。

したがって、1つよりより多くの電池を使用できる携帯型電動機器に電力を供給するための方法と装置が必要である。

必要時には1つよりより多くの電池とより簡単で既存の技術よりも損失の少ない電気回路を使用して、携帯型電動機器に電力を供給するための、方法と装置が必要とされている。

仏国特許第２８６２５５８号明細書 米国特許第６１０５２０６号明細書 欧州特許第１７４７７１０号明細書 欧州特許第１７４７７１１号明細書 米国特許第２００６１３２０８６号明細書 米国特許第２０１００９７０３４号明細書 国際公開公報第２００９／０１５９６０号

本発明によればこうした目的は、請求項1による携帯型電動機器に電力を供給するための装置という手段、請求項8による携帯型電動機器に電力を供給するための方法という手段、及び請求項13による装置に携帯型電動機器へ電力を供給させるためのコンピュータプログラム製品という手段、によって達成される。

有利なことに本発明による装置には、本装置を少なくとも2つの電池及び少なくとも2つのスイッチに接続するための、少なくとも2つのコネクタが備わっている。指令回路は、以下の電池を使用してこの携帯型電動機器へ電力を供給する指令を出すように配列されている。

- ただ1つの電池。すなわち装置の出力電圧が、最も高い開路電圧を示す電池以外の各電池の開路電圧よりも高い場合、もっとも高い開路電圧を示す電池。

- 上述電池及び少なくとも他の1つの電池。これは装置の出力電圧が、この他の1つの電池の開路電圧より低い場合であり、これらの少なくとも2つの電池は並列接続される。

言い換えるなら、本発明による装置により電動機器を手で持つユーザーは、自分のニーズにおいて電動機器に電力を供給することができるようになる: 例えば、太い枝を切断するためにユーザーがより大きい電力を必要とするとき、1つの電池のみを用いる代わりに、この第1の電池と並列に第2の電池のプラグを差すことができ、各電池の型や充電状態を考慮する必要がない。

有利なことにさらにこの技術は、例えば細い枝だけを切断するときにユーザーは1つの電池のみを装着することが可能なので、ユーザーが身に装着する電池の重量をより良く分割することを可能とする。

本発明ではバッテリーインテリジェンスは各々の電池に統合される。換言すれば、バッテリーインテリジェンスは電子ドライバ回路を含む主電子ボードから分離されている。その上、電子ドライバ回路全体を変えることなく電池を交換することが可能である。

本発明による装置は、既存の技術よりも簡単な方法で、1つあるいは2つあるいは2つより多くの並列接続された電池を用いた携帯型電動機器への電力供給を処理し、DC/DC コンバータや追加の損失を生む記憶素子は使用しない。

有利なことに本発明による装置は、電池内部抵抗を利用して、電子ドライバ回路に統合され得るDSPによって処理されるダイオード等価理論を実装する。このDSPは特別な平衡化電子機器を使わずに、異なるテクノロジーを持つ電池間及び/または異なる充電状態SOC）を持つ電池間の平衡を保つことを可能にする。換言すれば、異なる開路電圧（OCV）を持つ並列接続された数個の電池パック間の電流ループは阻止される。つまりこれらの電池パック間の電力分配はほぼ理想的である。

有利なことに本発明による装置により、ユーザーのニーズによって1モジュラーが機器へ電力供給することが可能である。その上、本装置は電池のテクノロジーに依存しない。

本発明は同様に、
- 前述の装置と、
- 少なくとも2つの電池と、
- 1枚の電子カードと、
- 前述少なくとも2つの電池及び/または前述電子カードを保持するための手段と、
- 携帯型電動機器と、
- 携帯型電動機器と装置及び/または電子ドライバ回路間の接続と、
- ユーザーによる携帯型電動機器の装着を可能にする手段と、を含めるシステムに関する。

上記の装着手段は、ハーネスまたはバックパックまたは携帯用ベルトであり得る。

装置は電子ドライバ回路に統合可能である。

前述少なくとも2つの電池を保持するための手段は、さらに前述電子ドライバ回路を保持可能である。

システムはさらにユーザーコントロールモジュールを含め得る。

システムはさらに前述少なくとも2つの電池を前述電子ドライバ回路に接続する手段を含め得る。

システムはさらに前述少なくとも2つの電池の平均充電量を前述携帯型電動機器に表示させる手段を含め得る。

システムはさらに、前述少なくとも2つの電池の平均充電量と他の情報を、電子ドライバ回路上及び/または前述少なくとも2つの電池上に表示させる手段を含め得る。

保持手段は、機械的及び/または電気的プラグコネクタあるいはケーブル、及びコネクタを含み得る。

少なくとも2つの電池はバッテリーインテリジェンスを含め得る。そしてこれらの電池は異なるテクノロジーを持ち得る。

システムはさらに、前述少なくとも2つの電池を充電及び/またはチェック及び/または診断するための充電装置を含め得る。

例という方法で提示され、図で説明される本発明の実施形態の記述の助けにより、本発明はより良く理解されるであろう:
電池の1モデル構築例である。 1つの電池の電圧-電流関係図である。 電池の電圧、電池からの供給電力及び電池内部損失の1例である。 ダイオード等価理論の1実装例である。 並列接続された2つの電池から供給される電流の1例である。 並列接続された2つの電池から供給される電力の1例である。 本発明による装置の回路実装の可能な1実施形態である。 a、bはそれぞれ、本発明による装置の1実施形態の、前面図と背面図であり、cはbの詳細図である。 少なくとも2つの電池と、本発明のいくつかの実施形態による装置の電子ドライバ回路間の接続の、可能な2実施形態である。 ユーザーコントロールモジュールをさらに含む、本発明による装置の1実施形態である。

1つの電池あるいは電池パックは、図1aのようにモデリングされ得る。すなわち、DC電圧は内部抵抗R_iを伴うU_o をもたらすため、U_oは電池の電流が0のときの電池の電圧と等価である開路電圧（OCV）に対応する。例えばOCVは空の電池（充電状態SOC= 0%）においては約30Vに相当し、フル充電された電池（充電状態SOC=100%）においては約42Vに相当する。

R_iは電池内部抵抗に対応する。リチウムイオン電池パックの典型的な値は20℃で760mΩである。電池内部抵抗値はより低い温度で増加する。U は電池内部抵抗以内での電圧降下を盛り込んだ電池出力電圧に対応する。

1つの電池から供給される電力は

に一致する。

図1bはその関係を図で示している（1）。

図2は、電池の電圧B_v、電池の供給電力Pdc、及び図1aのモデルによる1電池の電池内損失B_l の1例を示している。図2によると、供給電力が電池内損失と等しくなるとき、つまり電池内損失が

と等しいときに電力は最大に達する。

2つのダイオード回路を経て2つまたは2つより多くの電池を並列接続することは、1つの電池から他の電池への電流ループを理想的に抑制し、電池間の電力を理想的に分割することが、理論及び実地試験によって実証されている。これが図3で説明されている。

理想的なダイオード回路つまり導電降下がないダイオード回路を用いれば、並列接続された2つの電池のいずれかから供給される電流は、次の3つの電圧値の関数で決定され得る。すなわち機器に供給される出力電圧U、第1の電池の開路電圧OCV1、及び第2の電池の開路電圧OCV2であり、次の式による:

これらの基本式（2）-（3）により、内部抵抗値及びOCV値が分かればすぐに、それぞれの電池から供給される電流lbatt₁、lbatt₂が理論上計算で導かれる。2つよりより多くの並列接続された電池についても同様の考察が有効である。

図4a及び図4bは、2つのダイオード回路を経て並列接続された2つの電池から供給される電流と電力の各例を示している。この例では、電池1と名づけられる第1の電池の開路電圧OCVは42V、電池2と名づけられる第2の電池のOCVは36Vであり、2つの電池は同じテクノロジーを持ち、電池内部抵抗値は R_i1 = R_i2 = 0.76 Wである。

より高いOCVを示す電池1は、電圧Uが42Vから36Vの範囲内にある間、すなわち OCV1= 42V < U < OCV2 = 36Vのとき、単独で電流/電力を供給する。

より低いOCVを示す電池2は、電圧Uが36Vより低いときのみ、すなわち U < OCV2 = 36Vのとき、電流/電力の一部を送る。換言すれば、総供給電力が、OCV2と等しい出力電圧Uに対応する本例における約300Wより下がるまで、総供給電流I_totは電池1の電流lbatt1と等しい。総供給電力が約300Wより大きいとき、総供給電流I_totは、電池1のlbatt1と電池2のlbatt2を足した合計と等しい。総供給電力P_totについても同様の考察が有効である（図 4b）。

換言すれば、より高いOCVを示す電池は出力電圧Uの全電圧範囲に単独で使用され得る。より低いOCVを示す電池は、出力電力Uがこのより低いOCV値を下回ったとき直ちにより高いOCVを持つ電池に並列に接続され得る。

電池1すなわちより高い充電状態を示す電池はそのとき、特別な平衡化電子機器を必要とせずに自然に電池間の平衡を保とうとする適応力の大部分を提供する。

当分野の技術者は、これらの考察を2つよりより数多くの個数の電池に拡大していくことができる。

2つまたは2つより多くの並列接続した電池は異なるOCVや異なる充電状態（SOC）を持つことが可能であるし、異なるテクノロジーによっても実現され得る。

式（2）から（4）は、2つまたは2つより多くの電池または電池パックをダイオード回路を用いて並列接続することが異なるOCVを持つ電池間の電流ループを理想的に防ぎ、電池間の理想的な電力分割あるいは平衡をもたらすことを提示している。

この「ダイオードの等価理論」を実装し、同様の電池間の電力分割を提供するには、簡単なダイオード回路を用いることが可能であろう。しかしながらダイオード回路はそれら自身を横断する電圧降下に関連した損失をいくらか生み、これらのダイオード回路を1つの指令回路で指令することは不可能である。

本発明では、ダイオード回路はスイッチ、例えば継電器、トランジスタ、サイリストなどのスイッチに置き換えられ、これらは1つの指令回路で制御されている。その指令回路は例えばハードウエア及び/または前述の「ダイオードの等価理論」を模擬的に再現及び/または近似するソフトウエア制御理論である。異なる使用率でスイッチを制御することは、例えば電力分割の変更を可能にするであろう。

本発明では、ダイオード回路は電子的に改良されたダイオード回路に置き換えられ得る。つまり、継電器、トランジスタ、サイリストなどの制御スイッチのような追加的な電子回路をもつダイオード回路であり、これらはダイオード回路が電流を伝導していると想定されるとき内部での損失を低減するために、電池と並列につながっている。

図5は、本発明による装置1の可能な1実施形態を表している。本実施形態は2つの電池または電池パックの並列接続の操作を可能にする。当分野の技術者は図に示された技術を、2つよりより数多くの並列接続した電池または電池パックに適用させることができる。

図示された装置は、1つの直線関係LRを経て2つのペアコンデンサC38とC39の少なくとも1つを横断する電圧Vbrに関連した出力電圧Uによって、携帯型電動機器に電力を供給することを可能にする。本発明による装置には、2つの電池B1とB2のコネクタJ10とJ20に個々に接続するための2つのコネクタJ11及びJ21が含められる。2つの電池は異なるOCV、例えばOCV1 > OCV2を示すと想定する。2つの電池は電池保持の手段、例えば電池入れにプラグを差し込むことが可能である。電動機器のためのコネクタ（図示されていない）が出力電圧Uを供給することを可能にする。

前述したように、簡単なダイオード回路によってスイッチ10、14は実現可能と言えるだろう。しかしこの簡単な方法では、これらダイオード回路自身の指令に1つの指令回路を用いることができない。その上、ダイオード回路を横断する電圧損失は無視できないものであり、二方向の電流の流れは許可されない。こうした理由のため、スイッチ10、14は1つのトランジスタ及びトランジスタを指令するためのいくつかの構成要素によって実現される。これが図5で説明されている。

指令可能なスイッチを用いることで損失は低減され、1つの指令回路を用いることが可能である。この指令回路は図示されていないが、図に示される「ダイオード等価理論」に調和して携帯型電動機器への電力供給を指令するよう配列されている。電力供給に用いられる電池は、
- 電池B1 -最も高い開路電圧OCV1を示す -電圧Uが電池B2の開路電圧OCV2より高い場合である。
- 電圧Uが電池B2の開路電圧OCV2より低い場合、電池B1及び電池B2。これらは並列接続される。

指令回路は図には示されていないデジタル信号処理（DSP）回路をさらに含め得る。他の実施形態では指令回路にマイクロプロセッサまたはFPGAが含まれる。１つの好ましい実施形態では、後述のように、DSPあるいはマイクロプロセッサあるいはFPGAが電子ドライバ回路10に統合され得る。後述のように、電流及び/または電圧センサー、及びアナログ・デジタル・コンバータが、指令回路への入力シグナル送信用に用いられることが好ましい。

好ましい実施形態における装置には、少なくとも2つのスイッチ10、14と少なくとも2つの電池B1、B2間の一方向及び/または二方向の電流の流れを可能にするように配列された、2つの接続スイッチ9、13が含まれる。

2つの接続スイッチ9、13の各々は、並列なダイオード回路を個々に持つトランジスタQ9とQ13を含める。例えばPチャネルMOS電界効果トランジスタである。このダイオード回路は発電機の規約により正の電流のみを許可する。好ましい実施形態におけるスイッチ10、14の各々は、並列なダイオード回路を個々に持つトランジスタQ10とQ14を含み、このダイオード回路はQ9、Q13が各々ONのときに負の電流を許可する。

電池B1の電圧Vbatt1と電池B2の電圧Vbatt2はまた、後述するホットプラグ受動回路に属するダイオード回路D7及びD8を経て、携帯型電動機器のユーザーが直接操作するメインスイッチJ5にも接続される。

図5の装置は、電池B1における以下のようなさまざまの状態や配置を扱うことを可能にする。:
- B1のプラグが電池入れに差し込まれていない状態。
- B1のプラグ差し込まれており、メインスイッチJ5がOFF、スイッチ10がOFFの状態。
この場合ではJ5がOFFということは、ダイオード回路D7、D8、D9及び抵抗器R28、R29で構成され、装置のプリチャージを可能にするホットプラグ受動回路がアクティブでないということを意味する。そして10すなわちトランジスタQ10 がOFFであることにより電池B1の電流を切断することができる。

- B1のプラグ差し込まれており、メインスイッチJ5がON、スイッチ10がOFFの状態。
J5がONということはホットプラグ受動回路がアクティブであることを意味する。すなわち2つの高電圧ペアコンデンサC38及びC39が、抵抗器R28及びR29を経て電池1の電圧Vbatt1まで充電される。これらの抵抗器の抵抗値は高く、ある実施形態では2.2kΩに等しい。これによりC38及びC39を充電する電流を制限することができる。

- B1のプラグ差し込まれており、メインスイッチJ5がON、スイッチ10がON、スイッチ9がOFFの状態。
この配列は、トランジスタQ9のダイオード回路を経て電池B1を接続することを可能にする。スイッチ10がON及びスイッチ9がOFFということは、電池B1が電力を供給するのみであることを意味し、電池B1を充電することはあり得ない。換言すれば、電流はB1から供給されるだけであり、流れは一方向、つまり発電機の規約により正の方向だけであり得る。

- B1のプラグ差し込まれており、メインスイッチJ5がON、スイッチ10がON、スイッチ9がONの状態。
この配列は、トランジスタQ9を経て電池B1を接続することを可能にする。この場合、電池の送電は2方向であり得る。換言すればB1は電力を供給できるし、あるいはB1を充電することが可能である。

電池B2についても、スイッチQ10はQ14と同等の、Q9はQ13と同等の機能を持つため、同様の考察が有効である。

スイッチ10、14の各々を経て電池が機器に接続される前に、ホットプラグ受動手順あるいはプリチャージ手順は実行される。この手順によれば2つの電池の電圧Vbatt1とVbatt2は、それぞれの電流によって高電圧ペアコンデンサC38、C39の少なくとも1つを充電することができる。この電流はダイオード回路D7、D8、D9及び抵抗器R28、R29によって制限される。ウェイクアップされたDSPはこれらのコンデンサを横断する電圧を検知し、スイッチ10、14それぞれの上で作動することで電池B1、B2を機器に接続する。実際、ホットプラグ受動手順が完了しているかどうかを検知するために、高電圧ペアコンデンサC38及びC39を横断する電圧Vbrが測定される。手順が完了すれば電池を機器に接続できる。

図示された装置は、前述の指令回路で実行される制御方式によって制御可能である。指令回路は、以下の測定点で測定される以下の入力信号を用いる:

- Vsw_m: 抵抗器R24及びR25を含む分圧回路が、メインスイッチJ5がONであるかOFFであるかを判定するための、電圧Vsw_mの測定を可能にする。

- Vbatt1_m: 抵抗器R32及びR33を含む分圧回路は、携帯型電動機器のモーターが停止中の電池B1の開路電圧を測定することで電池B1の電圧Vbatt1_mの測定を可能にし、そしてB1が接続されているかどうかの判定とともにその充電状態のチェックも可能にする。

- Vbatt2_m: 抵抗器R40及びR41を含む分圧回路は、携帯型電動機器のモーターが停止中の電池B2の開路電圧を測定することで電池B2の電圧Vbatt2_mの測定を可能にし、そしてB2が接続されているかどうかの判定とともにその充電状態のチェックも可能にする。

- Vbr: 電池を機器に接続できるよう、ホットプラグ受動手順がその前に完了しているかどうかを判定するために高電圧ペアコンデンサC38及びC39を横断する電圧Vbrも測定される。

異なる測定値の比較は、ハードウエア比較器を用いること、あるいは測定値をデジタル領域に変換しソフトウエア比較器を用いることで実施できる。

ホットプラグ受動手順が完全に完了するとき、制御方式は次のタスクを実行する:

- 放電し切っていない電池に相当するOCVを持つ1つまたは複数の電池は、電池B1の場合スイッチ10すなわちトランジスタQ10、電池B2の場合スイッチ14すなわちトランジスタQ14を用いて機器に接続されるか、または接続可能な状態となる。

- 携帯型電動機器のモーターが停止中、つまり低い電力が消費されている間、スイッチ10及び14は、スイッチ9と13の各々を経て電池B1、B2のそれぞれに接続される。これには電池B1の場合トランジスタQ9のダイオード回路、電池B2の場合トランジスタQ13のダイオード回路が使用される。携帯型電動機器のモーターが停止中、接続された電池B1及びB2のOCV値は、Vbatt1_m 及びVbatt2_mを制御することで継続的に測定される。

- 携帯型電動機器のモーターが作動中、つまりより高い電力が消費されている間、スイッチ9を経たスイッチ10と電池B1間の接続、スイッチ13を経たスイッチ14と電池B2間の接続の各々が、必要な電力を供給し得るであろう。この接続には電池B1の場合はトランジスタQ9のダイオード回路、電池B2の場合はトランジスタQ13のダイオード回路が使用される。これらの接続ダイオード回路内での電力損失を低減するため、より高いOCVを示す電池、本例では電池B1は、スイッチ9のトランジスタつまりトランジスタQ9を経て接続され得る。
より低いOCVを示す電池すなわち電池B2の接続ダイオード回路内での電力損失を低減するために、電池B2の電圧が負荷下で自身のOCVより下がるまたは等しくなるとき、電池B2はトランジスタQ13を経て接続され得る（battery voltage = OCV - RI）。

- モーターが作動し発電している間、例えばモータースピードを減速するための制動状態である間、スイッチ10はスイッチ9のダイオード回路のみを経て電池B1に、スイッチ14はスイッチ13のダイオード回路のみを経て電池B2に接続され得る。すなわち電池への充電を阻止するために、電池1用のトランジスタQ9のダイオード回路及び電池2用のトランジスタQ13のダイオード回路はともにOFFの状態である。
充電のため、高電圧ペアコンデンサC38 及びC39を横断する電圧が電池のOCVより高くなるとすぐ、電池はそれぞれ、電池1はスイッチ9のトランジスタすなわちトランジスタQ9、電池2はスイッチ13のトランジスタすなわちトランジスタQ13を経て接続され得る。
1つの実施形態ではより高いOCVを示す電池を充電することが可能である。

メインスイッチJ5によって実装される機能性について説明する:

- ダイオード回路D7及びD8を用いて電池パックを機器に接続することにより、電池間の電流ループを回避しプリチャージ回路においても電力分割を実施すること。

- スイッチJ5がONに入れられているとき、C38及びC39コンバータが完全に空であればDSPは長期間電力が供給されない状態でいることができるだろう。プリチャージ回路は、ダイオード回路D9及び抵抗器R28及びR29を経てC38及びC39コンバータに限られた電流を充電することができ、電子ドライバ回路内のDSPをウエイクアップさせることができる。

- スイッチJ5がOFFに入れられているとき、電子ドライバ回路はスイッチ9、10、13及び14を経た電池により供給され続けている。ダイオード回路D9及び電圧Vsw_m の測定により、DSPはスイッチJ5がOFFに入れられていることを検知でき、あらかじめ定められたタイミングで自動的に電源を切ることができる。1つの実施形態では、スイッチJ5がOFFに設定されたときに電池から電子ドライバ回路はもう供給されず、システムは強制的にOFFになる。

上述の制御戦略は一例と考えられるべきである。他のアプローチは同等の結果をもたらすことができるであろう。例えば「ダイオードの等価理論」を用いて制御可能なスイッチを駆動するのに、モーターが回転しているかどうかを考慮せず、高電圧コンデンサC38 及びC39を横断する電圧値を電池パックのOCV値に比較して考慮するのみとすることが可能である。電池パックのOCV値は、電子ドライバ回路の消費が低いとき、例えばlbattが50mAの範囲内のときなどに測定され得る。

2つまたは2つより多くの電池あるいは電池パックを並列接続するために制御スイッチを使って実装する「ダイオードの等価理論」アプローチは、例えば電動剪定ばさみのような携帯型電動機器に電力を供給することを可能にする。電池あるいは電池パックはユーザーのニーズに応じて、保持手段、例えば電池入れなどに接続され得る: 換言すれば、ユーザーは装着する重量を軽減するために1つだけの電池にプラグを差すことができるし、自律性と利用可能なピーク電力を増大させるために2つまたは2つより多くの電池を接続することができる。

電池あるいは電池パック1つ1つは、プロテクション及び/または電池セル管理及び/または平衡化回路、すなわち1つのバッテリーインテリジェンスで構築されると想定する。電池パックの充電は独立した充電器により処理されるであろう。1つの実施形態では、充電器は電池をチェックし診断することができる。

システムには、電池パックのテクノロジーを問わず並列接続された2つまでの電池パックによって供給され得る、電子ドライバ回路10を含め得る。電子ドライバ回路10は、N相線モーターを提供する接続30を経て接続された携帯型電動機器20を制御する。Nは、ブラシレスモーターの場合N = 3 、ステッピングモーターの場合N = 4、直流モーターの場合N = 2である。そして電子ドライバ回路10は、携帯型電動機器のユーザーコントロール、例えば指調節機能、複数のモード選択ボタンなどを連結させるための、1セットの通信回路を制御する。1つの実施形態では、1つより多くの携帯型電動機器がこれらの通信回路を使って1枚の電子カードと通信できる。通信回路は有線、またはWiFi, Bueltooth, ZigBeeのような無線であり得る。

好ましい1実施形態では、携帯型電動機器20には1つのモーター、例えば三相ブラシレスモーター、二相ステッピングモーター、直流モーターなどと、いくつかのユーザー・コントロール・インターフェースが含まれる。ユーザー・コントロール・インターフェースには、例えば指調節位置を読み取ることを可能にするマイクロコントローラ、キーポジション及び/または機器の状態を検出するインデックスセンサーなどが含まれる。別の実施形態では、携帯型電動機器は1つより多くのモーター及び/またはアクチュエータを含む。

好ましい1実施形態では、電池パック入れごとに1本のケーブルが電池パックB1、B2を電子ドライバ回路10に接続する。図7aに示される1実施形態では、機械的及び電気的プラグコネクタ42は電池B1、B2のそれぞれを電池入れ40に接続し、電池入れ40はケーブル32を経て電気的に電子ドライバ回路に接続される。図7bに示される別の1実施形態では、プラグコネクタ44は電池B1、B2と電池入れ40の間を機械的に接続させるのみであり、ケーブル34が電池B1、B2のそれぞれを電子ドライバ回路10に電気的に接続する。

図8は、ユーザーインターフェースに機能性を追加するためにユーザーの意のままに配置され得る、任意のユーザーコントロールモジュール80の使用の可能性を示している。

メインスイッチJ5は、電子ドライバ回路10の中あるいは任意のユーザーコントロールモジュール80の中あるいは携帯型電動機器20の中に配置されることが可能である。

装着手段50、例えばハーネス、バックパックあるいは携帯用ベルトは、前述の様々な要素をユーザーに保持させることを可能にする。これが図 6a、 6b 及び 8で説明されている。

図6cは可能な1実施形態を表す。ここでは、電池のプラグは電池入れ40の1つの側に差し込まれ、電池入れはもう一方の側で電子ドライバ回路10に接続される。カバー41はこれらの電池と電子ドライバ回路を保護する。

携帯型電動機器のユーザーコントロールを電子ドライバ回路に連結するのに使用される通信回路は、ISO 11898 標準に合致するコントローラー・エリア・ネットワーク（CAN） のシリアル通信物理層を用いて設計することが可能である。CANの送受信機は、特異的なCANバスとCANコントローラ間で、1 Mbps までの信号速度で発信及び受信機能を提供する。そして、同じ通信回路セット上で数個のユーザーインターフェイスモジュールを接続可能にする重要な特性を提供する。

専用プロトコル例えばRS232専用プロトコルは、このCANのハードウエア上でSyncバイトとCRCを用いて開発可能である。「マスタースレーヴ」の制御戦略により、電子ドライバ回路は同じ通信回路セット上で接続された数個の機器と連結することが可能になる。RS232プロトコルとCANの使用は実行しやすく、耐久特性を実現する。

この戦略は竿（細長い棒）のある携帯型電動機器を保持できる可能性、そして電子ドライバ回路と機器の間にユーザーコントロールモジュールを順に追加してゆける可能性を開く。この追加的なコントロールモジュールの存在検知はポーリング方式で実行され得る。

好ましい1実施形態では、本発明による装置は電子ドライバ回路10に統合される。

別の実施形態では、例えばLEDsの手段は携帯型電動機器20上に電池B1、B2の平均充電状態を表示する。別の実施形態では、例えばLEDsの手段は電子ドライバ回路10上及び/または電池B1、B2上に、各電池の平均充電状態とともに他の情報も表示する。

電池は異なるテクノロジーで実現され得る。例えばニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池などである。好ましい1実施形態では、各電池の重量は700gより軽い。

各電池の電圧降下はそれ自身のテクノロジー、すなわち内部抵抗、SOC及びセルがある場合にはセル数、によって決まる。

接続したり取り外したりできる2つまたは2つ以上の電池の使用は「ホットプラグ」の管理を伴う。そのとき以下が可能である。

- 電池が長時間使われなければ自動的に本発明による装置を取り外すこと（オートパワーオフ）。

- 空の電池を取り外し、他の電池を使って稼動し続けること。

Claims (7)

1. 少なくとも２つの電池（Ｂ１、Ｂ２）に装置を接続するための少なくとも２つのコネクタ（Ｊ１１、Ｊ２１）と、
   少なくとも２つのスイッチ（１０、１４）と、
   前記スイッチ（１０、１４）の指令回路と
   を備える、出力電圧（Ｕ）で携帯型電動機器（２０）に電力を供給するための装置であり、前記指令回路は、
   前記出力電圧（Ｕ）が、いずれの他の電池の開路電圧（ＯＣＶ２）よりも高い場合に、最も高い開路電圧（ＯＣＶ１）を示す電池（Ｂ１）を、
   前記出力電圧（Ｕ）が、前記他の電池（Ｂ２）の開路電圧（ＯＣＶ２）よりも低い場合に、少なくとも１つの他の電池（Ｂ２）、及び、最も高い開路電圧（ＯＣＶ１）を示す電池（Ｂ１）を
   用いて前記携帯型電動機器へ電力を供給するよう前記スイッチに指令するために前記指令回路が配列され、
   前記最も高い開路電圧（ＯＣＶ１）を示す電池（Ｂ１）及び前記少なくとも他の１つの電池（Ｂ２）は並列接続されることを特徴とする装置。
2. 前記少なくとも２つのスイッチ（１０、１４）と前記少なくとも２つの電池（Ｂ１、Ｂ２）間の一方向及び／または二方向の電流の流れを可能にするよう配列された少なくとも２つの接続スイッチ（９、１３）、をさらに備える請求項１に記載の装置。
3. 前記装置は、ホットプラグ受動回路（Ｄ７、Ｄ８、Ｄ９、Ｒ２４、Ｒ２５）をさらに備え、
   該ホットプラグ受動回路は、第１のダイオード（Ｄ７）と第２のダイオード（Ｄ８）とを備え、
   該第１と第２のダイオード（Ｄ７、Ｄ８）は、最も高い開路電圧（ＯＣＶ１）を示す電池（Ｂ１）と少なくとも１つの他の電池（Ｂ２）との電池電圧接点（Ｖｂａｔｔ１，Ｖｂａｔｔ２）に接続されており、前記第１と第２のダイオード（Ｄ７、Ｄ８）は、少なくとも１つのパワーブリッジコンデンサ（Ｃ３８，Ｃ３９）をプリチャージするために配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. 少なくとも２つのコネクタ（Ｊ１１、Ｊ２１）を用いて機器を少なくとも２つの電池（Ｂ１、Ｂ２）に接続する方法と、
   携帯型電動機器（２０）へ電力を供給するよう少なくとも２つのスイッチ（１０、１４）に指令する方法と、
   を含む、装置の出力電力（Ｕ）により携帯型電動機器に電力を供給するための方法であり、この電力供給には、
   前記出力電圧（Ｕ）が、いずれの他の電池の開路電圧（ＯＣＶ２）よりも高い場合に、最も高い開路電圧（ＯＣＶ１）を示す電池（Ｂ１）を、
   前記出力電圧（Ｕ）が、前記他の電池（Ｂ２）の開路電圧（ＯＣＶ２）よりも低い場合に、少なくとも１つの他の電池（Ｂ２）、及び、最も高い開路電圧（ＯＣＶ１）を示す電池（Ｂ１）を用い、
   前記最も高い開路電圧（ＯＣＶ１）を示す電池（Ｂ１）及び前記少なくとも他の１つの電池（Ｂ２）は並列接続されることを特徴とする方法。
5. 少なくとも２つの接続スイッチ（９、１３）を用いて、前記少なくとも２つのスイッチ（１０、１４）と前記少なくとも２つの電池（Ｂ１、Ｂ２）間の一方向及び／または二方向の電流の流れを可能にする方法、をさらに含む請求項４に記載の方法。
6. ホットプラグ受動手順をさらに備え、
   該ホットプラグ受動手順は、
   第１と第２のダイオード（Ｄ７、Ｄ８）を、最も高い開路電圧（ＯＣＶ１）を示す電池（Ｂ１）と少なくとも１つの他の電池（Ｂ２）との電池電圧接点（Ｖｂａｔｔ１，Ｖｂａｔｔ２）に接続し、
   前記第１と第２のダイオード（Ｄ７、Ｄ８）を介して、少なくとも１つのパワーブリッジコンデンサ（Ｃ３８，Ｃ３９）をプリチャージし、
   少なくとも１つのパワーブリッジコンデンサ（Ｃ３８，Ｃ３９）の電圧（Ｖｂｒ）を測定し、
   前記少なくとも１つの他の電池（Ｂ２）と最も高い開路電圧（ＯＣＶ１）を示す電池（Ｂ１）とを、前記測定電圧（Ｖｂｒ）に応じて、装置（２０）に接続することを特徴とする請求項４又は５に記載の方法。
7. 装置に出力電力（Ｕ）によって携帯型電動機器（２０）へ電力を供給させるためのコンピュータプログラム製品であり、
   前記携帯型電動機器（２０）へ電力を供給することを少なくとも２つのスイッチ（１０、１４）に指令するために実行可能な命令を実行することを特徴とし、
   この電力供給には、
   前記出力電圧（Ｕ）が、いずれの他の電池の開路電圧（ＯＣＶ２）よりも高い場合に、最も高い開路電圧（ＯＣＶ１）を示す電池（Ｂ１）を、
   前記出力電圧（Ｕ）が、前記他の電池（Ｂ２）の開路電圧（ＯＣＶ２）よりも低い場合に、少なくとも１つの他の電池（Ｂ２）、及び、最も高い開路電圧（ＯＣＶ１）を示す電池（Ｂ１）を、
   用い、
   前記最も高い開路電圧（ＯＣＶ１）を示す電池（Ｂ１）及び前記少なくとも他の１つの電池（Ｂ２）は並列接続されることを特徴とするコンピュータプログラム製品。

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