JP2009296879A - バッテリ駆動される電気装置、再充電可能なバッテリユニットおよびバッテリ充電装置ならび該装置からなる装置システム - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリユニットの電子回路の煩雑さをできるだけ少なくすることによって大きな熱の発生を回避しかつサイズを小さく維持すること。
【解決手段】バッテリ駆動の電気装置と、バッテリユニットと、充電装置とからなり、バッテリユニットは監視回路を有しており、この監視回路によって、バッテリユニットの動作量が検出されかつ動作量に依存する制御信号がスイッチ手段に対して供給され、スイッチ手段により、バッテリユニットの充放電過程が制御される装置システムにおいて、電気装置にスイッチ手段が設けられており、このスイッチ手段により、バッテリユニットの監視回路から出力される制御信号に依存して電気装置の電力が制御され、充電装置に別のスイッチ手段が設けられており、この別のスイッチ手段により、充電装置からバッテリユニットに伝送される充電電流が制御されるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリ駆動される電気装置、再充電可能なバッテリユニットおよびバッテリ充電装置ならびにこれらの装置からなる装置システムに関し、ここでこのバッテリユニットは監視回路を有しており、この監視回路によってバッテリユニットの少なくとも１つの動作量が検出され、またこの監視装置によって上記の動作量に依存する制御信号がスイッチ手段に対して供給され、このスイッチ手段によりバッテリユニットの充電ないしは放電過程が制御される。

ＥＰ６６５６２８Ａ２には再充電可能なバッテリユニットが記載されており、これは一方ではバッテリ駆動の電気装置に接続することが可能であり、これによってその電気エネルギーをこの装置に供給することができ、またこのユニットは他方では充電装置に装填可能であり、これによってこの充電装置から再充電のためのエネルギーを受け取ることができる。このバッテリユニットには監視回路が設けられており、この監視回路によって、少なくとも１つの動作量、例えば、充電ないしは放電電流またはバッテリユニットの端子電圧が検出され、またこれに依存する制御信号が、このバッテリユニットに設けられたスイッチ手段に対して供給される。このスイッチ手段によってバッテリユニットの充電ないしは放電過程が制御される。このことが意味するのは、例えば、所定の放電閾値を下回ったことが上記の監視回路によって記録された場合、上記のスイッチ手段によって、バッテリユニットからこれに接続された電気装置への電流が遮断されることである。また同様にスイッチ手段によって、充電装置からバッテリユニットへの電流が遮断され、ここでこの遮断はバッテリユニットが、そのために監視回路の制御信号によって初期化される場合に行われ、またこの初期化は、所定の充電閾値を上回ったことがこの監視回路によって記録されると直ちに行われるのである。

すなわちＥＰ６６５６２８Ａ２から公知の再充電可能なこのバッテリユニットには、監視回路も、このバッテリユニットの充電ないしは放電過程を制御するスイッチ手段も共に設けられている。例えば比較的大きな電力で駆動される電気工具装置を使用する場合のように、極めて大きな充電ないしは放電電流が流れるバッテリユニットでは、上記のスイッチ手段により、極めて大きな電力がスイッチングされ、これによって相応に大きな熱がバッテリユニットに発生してしまう。さらに、バッテリユニットに監視回路も、充電ないしは放電過程を制御するスイッチ手段も共に組み込まれる場合、バッテリユニットのサイズも大きくなってしまうのである。

また監視回路の他に充電ないしは放電過程を制御するスイッチ手段を含むバッテリユニットはより高価になる。少なくとも１つのバッテリ駆動の電気装置と、再充電可能なバッテリユニットと、バッテリ充電装置とからなる装置システムでは、最も消耗してしまうのはバッテリユニットそのものである。したがってできる限りに多くの電子回路を組み込むことによってバッテリユニットそのものを高価にしてしまうことは殊に不利なのである。

欧州特許第６６５６２８Ａ２号明細書 ドイツ連邦共和国特許第４１０６７２５Ａ１号明細書

本発明の課題は、請求項１の上位概念に記載した、少なくとも１つのバッテリ駆動の電子装置と、再充電可能なバッテリユニットと、バッテリ充電装置とからなる装置システムを提供して、バッテリユニットの電子回路ができる限り煩雑でなく、これによってバッテリユニットにおける大きな熱の発生が回避され、さらにバッテリユニットのサイズができる限り小さく維持されるようにすることである。

上記の課題は、請求項１に記載の装置システムにより、ないしは各請求項の装置、すなわちバッテリユニット、バッテリ充電装置によって解決され、ここではバッテリユニットに監視装置だけが設けられており、この監視回路により、バッテリユニットの少なくとも１つの動作量が検出されかつ少なくとも１つのこの動作量に依存する制御信号が供給される。バッテリユニットの充電ないしは放電過程を制御する制御信号が供給されるスイッチ手段は、電気装置ないしは充電装置に設けられる。すなわちバッテリユニットが電気装置に接続される場合、その中に設けられているスイッチ手段によって電気装置の電力が制御され、ここでこの制御はバッテリユニットから供給される制御信号に依存して行われる。またバッテリユニットが充電装置に接続される場合、その中に設けられているスイッチ手段によって、バッテリユニットに伝送される充電電流が制御され、ここでこの制御は、バッテリユニットから供給される制御信号に依存して行われる。

再充電可能なバッテリユニットのブロック回路図である。 電気装置のブロック回路図である。 バッテリ充電装置のブロック回路図である。

バッテリユニットの充電ないしは放電過程を制御するスイッチ手段は、バッテリユニットから出されて、それに接続可能な装置に移される。これによってこの装置システム内で最も消耗し、ひいて最も頻繁に交換しなければならないユニットがより安価になるのである。

従属請求項によれば有利にも、バッテリユニットの監視回路によって、以下の１つまたは複数の動作量が検出される。すなわち、
バッテリユニットに流れ込むないしはここから流れ出る電流および／またはバッテリユニットの端子電圧および／またはバッテリユニットの温度または温度に関係する量が検出されるのである。

以下では図面に示した実施例に基づいて本発明を詳しく説明する。

図１〜３には、装置システムに所属する３つのユニットのブロック回路図が示されている。ここで図１には再充電可能なバッテリユニット１０が、図２には電気装置２０（殊に手作業工具機械−例えばドライバ（Schrauber）、ドリル、ハンマードリル、のこぎり、研磨機など）が、また図３にはバッテリ充電装置３０が示されている。図１に示したバッテリユニットは、一方ではエネルギーを供給するために電気装置２０に接続可能であり、他方では再充電のために充電装置３０に接続可能である。バッテリユニット１０から外部に引き出された端子１，２，３は、電気装置２０および充電装置３０において、対応する端子を有しており、これらも同じ参照符号１，２，３を有する。

バッテリユニット１０は、１つまたは複数の再充電可能なバッテリセル１１を含んでいる。プラスおよびマイナス極からは給電線路１２および１３が外部の給電端子１および２に通じている。バッテリユニット１０には監視回路１４が設けられている。監視回路１４によって、このバッテリユニット、詳しくいうと１つまたは複数のバッテリセルの１つまたは複数の動作量が検出される。これらの動作量には、例えば、放電電流（これは電気装置２０の端子においてバッテリユニットから流れ出す電流である）ないしは充電電流（これは充電装置３０の端子においてバッテリユニットに流れ込む電流である）、および／または１つまたは複数のバッテリセルにおいて測定した端子電圧、および／または１つまたは複数のバッテリセルの温度、または温度に関連する量である。１つまたは複数のバッテリセルの温度を検出するため、１つまたは複数のバッテリセルの近くに温度センサ１６が配置されている。

監視回路１４によって、１つまたは複数の動作量から、バッテリユニットの充電ないしは放電過程に対する制御信号が導き出される。公知技術、例えばＥＰ６６５６２８Ａ２またはＤＥ４１０６７２５Ａ１（特許文献２参照）からすでに公知のように、バッテリユニットの１つまたは複数の動作量に依存する制御信号は、バッテリユニットが所定の低放電閾値に達した場合、バッテリユニットからこれに接続された電気装置２０への電流を遮断または低減するのに使用される。またはバッテリユニット１０が充電装置３０に接続されている場合、この制御信号により、上側の充電閾値または上側の温度閾値に達した際に充電過程が遮断ないしは低減され、すなわち充電装置３０とバッテリユニット１０との間の電流が遮断ないしは低減される。上記の制御信号は、監視回路１４により信号線路１５を介して出力され、ここでこの信号線路は外部の信号線路端子３に通じている。

図２にはバッテリユニット１０に接続される電気装置２０が示されている。電気装置２０には電気的な駆動器２１が設けられており、これは通例、電気モータである。電気的な駆動器２１には給電線路２２および２３が通じており、これらはバッテリユニット１０の給電線路１２，１３に接触接続可能である。２つの給電線路２２，２３のうちの１つには、電気的に制御可能なスイッチ２４が設けられている。電気的に制御可能なスイッチとしては通例ＭＯＳＦＥＴが使用される。スイッチ２４を制御するため、スイッチ手段２５が電気装置２０に設けられている。これらのスイッチ手段２５は、外部の信号線路端子３に接続されている信号線路２６を介して、バッテリユニット１０からの制御信号を受け取る。

バッテリユニット１０からのこの制御信号により、バッテリユニット１０の放電状態について供給される情報に依存して、スイッチ手段２５により、スイッチ２４が制御される。例えば、バッテリユニット１０の監視回路１４により、所定の低充電閾値を下回ったことが記録されると、これに相応してスイッチ手段２５に伝送される制御信号により、スイッチ２４の開成がトリガされ、これによって電気装置２０はもはや電流をバッテリユニット１０から取り出せなくなる。電気装置２０の電力を突然遮断する変わりに状況によっては監視回路１４から供給される制御信号に依存してスイッチ手段２５により電力をしだいに段階的に下げることも可能である。一般的にはスイッチ手段２５を介して電気装置２０による電力消費を制御して、電力消費の最大限界値をつねにバッテリユニット１０の目下の充電状態に適合させることが可能である。これによってバッテリユニット１０がいたわって作動され、可能な限りの長い寿命が得られる。

図３に示した充電装置３０には、制御可能な電流ないしは電圧源３１が設けられている。この制御可能な電流ないしは電圧源は一方では電源網端子４，５を有しており、他方では給電線路３２，３３が外部の給電線路端子１，２に通じている。制御可能な電流または電圧源３１は、外部の信号線路端子３に通じている信号線路３４を介して、バッテリユニット１０の監視回路１４によって形成された制御信号を受け取る。制御可能な電流または電圧源３１のスイッチ手段により、給電線路３２，３３を介してバッテリユニット１０に流れる充電電流が制御され、ここでこれはバッテリユニット１０で形成されかつ充電装置３０に伝送される制御信号に依存して行われる。例えばこの制御信号は、制御可能な電流または電圧源３１のスイッチ手段に、バッテリユニット１０が上側の充電閾値にいつ到達したかをシグナリングし、その結果としてつぎに制御可能な電流または電圧源３１からの充電電流を遮断ないしはしだいに下げることをシグナリングするのである。

上記のように信号線路１５，２６，３４を介してバッテリユニット１０と、電気装置２０と、充電装置３０との間で情報交換が行われる。この情報交換は、バッテリユニット１０から電気回路２０ないしは充電装置３０の一方向だけに可能なのではなく、逆方向にも行うことができる。各装置１０，２０，３０の目下の動作状態についてこのように双方向に情報交換が行われることによって、過剰な負担およびそれに相応する装置の大きな消耗が大いに低減される。

信号線路１５，２６，３４は双方向の情報交換に対して有利にはバス線路として実施され、このバス線路を介して制御信号データをシリアルなデータストリームとして一方向にまたは双方向に伝送することができる。

１，２ バッテリユニットの端子
３ バッテリユニットの信号線路端子
４，５ 電源網端子
１０ 再充電可能なバッテリユニット
１２，１３ 給電線路
１４ 監視回路
１５ 信号線路
１６ 温度センサ
２０ 電気装置
２１ 電気的な駆動器
２２，２３ 給電線路
２４ 電気的に制御可能なスイッチ
２５ スイッチ手段
２６ 信号線路
３０ バッテリ充電装置
３１ 制御可能な電流ないしは電圧源
３２，３３ 給電線路
３４ 信号線路

Claims (6)

1. 少なくとも１つのバッテリ駆動される電気装置（２０）と、再充電可能なバッテリユニット（１０）と、バッテリ充電装置（３０）とからなる装置システムであって、
   前記バッテリユニット（１０）は監視回路（１４）を有しており、
   該監視回路によって、前記バッテリユニット（１０）の少なくとも１つの動作量が検出されかつ前記動作量に依存する制御信号がスイッチ手段（２５，３１）に対して供給され、
   該スイッチ手段により、前記バッテリユニット（１０）の充電ないしは放電過程が制御される形式の装置システムにおいて、
   前記電気装置（２０）にスイッチ手段（２５）が設けられており、
   当該スイッチ手段（２５）により、バッテリユニット（１０）の監視回路（１４）から出力される制御信号に依存して前記電気装置の電力が制御され、
   前記充電装置（３０）にスイッチ手段（３１）が設けられており、
   当該スイッチ手段（３１）により、充電装置（３０）からバッテリユニット（１０）に伝送される充電電流が制御されることを特徴とする装置システム。
2. バッテリユニットであって、
   該バッテリユニットは、エネルギー供給のために電気装置（２０）に、またバッテリユニット（１０）の再充電のために充電装置（３０）に電気的に接続され、
   前記バッテリユニット（１０）は監視回路（１４）を有しており、
   該監視回路によって、バッテリユニット（１０）の少なくとも１つの動作量が検出されかつ該動作量から充電ないしは放電過程を制御する制御信号が導き出される形式のバッテリユニットにおいて、
   前記バッテリユニット（１０）は手段（１５）を有しており、
   該手段によって、バッテリユニット（１０）の外部、すなわち電子装置（２０）ないしは充電装置（３０）に設けられているスイッチ手段（２５，３１）に制御信号が伝送され、
   前記の電子装置（２０）のスイッチ手段（２５）は、バッテリユニット（１０）の制御信号に依存して当該電子装置の電力を制御するために設けられており、
   前記の充電装置（３０）のスイッチ手段（３１）は、充電装置（３０）からバッテリユニット（１０）に伝送される充電電流を制御するために設けられていることを特徴とするバッテリユニット（１０）。
3. バッテリユニット（１０）に対する充電装置であって、
   前記バッテリユニット（１０）は監視回路（１４）を有しており、
   該監視回路（１４）によって、バッテリユニット（１０）の少なくとも１つの動作量が検出されかつ該動作量から充電過程を制御する制御信号が導き出される形式の充電装置において、
   該充電装置（３０）にスイッチ手段（３１）が設けられており、
   該スイッチ手段（３１）によって、充電装置（３０）からバッテリユニット（１０）に伝送される充電電流が制御され、
   当該制御は、前記のバッテリユニット（１０）の制御信号に依存して行われることを特徴とする充電装置。
4. 前記のバッテリユニット（１０）の監視回路（１４）によって、１つまたは複数の動作量としてバッテリユニット（１０）に流れ込むないしは該バッテリユニットから流れ出す電流および／またはバッテリユニット（１０）の端子電圧および／またはバッテリユニット（１０）の温度または温度に関係する量が検出される、
   請求項１に記載の装置システム。
5. 前記のバッテリユニット（１０）の監視回路（１４）によって、１つまたは複数の動作量としてバッテリユニット（１０）に流れ込むないしは該バッテリユニットから流れ出す電流および／またはバッテリユニット（１０）の端子電圧および／またはバッテリユニット（１０）の温度または温度に関係する量が検出される、
   請求項２に記載のバッテリユニット。
6. 前記スイッチ手段（３１）を制御する制御信号は、バッテリユニット（１０）に流れ込む充電電流および／またはバッテリユニット（１０）の端子電圧および／またはバッテリユニット（１０）の温度または温度に関係する量に依存する、
   請求項３に記載の充電装置。

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