(57)【要約】【課題】サブアセンブリを備える、例えば剪定ばさみ、チェーンソー、果物摘み取り工具等の携帯用電源内蔵型工具ユニットを提供すること。【解決手段】この工具は、第２のサブアセンブリ３が、操作者によって持ち運びされることができ、各セルが１つまたは複数の素子によって並列に構成されている５個以上のセル６を直列に組み合わせることよって形成されたリチウムイオンまたはリチウムポリマー電気化学電池５と、時間にわたって制御された方法で最大電池容量および工具の最適利用を保証する電池５の制御および指令モジュール７とを備える。第１のサブアセンブリ２は、その動作中にエネルギーを引き出す対象のリチウムイオン電池またはリチウムポリマー電池５を保護するための限流システム８の制御を受け、第３のサブアセンブリ４は、電圧および電流がリチウムイオン電池またはリチウムポリマー電池５を再充電するのに適している電源を備える。【選択図】図３
2010158161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３つの分離する機能サブアセンブリ、すなわち、電気式アクチュエータを形成し工具の機械的動作を引き起こす第１のサブアセンブリと、電気エネルギー源を形成し再充電式電気化学電池を本質的に備える第２のサブアセンブリと、電池の制御された再充電を実行するように構成された充電器を形成する第３のサブアセンブリとを備える、例えば剪定ばさみ、チェーンソー、果物摘み取り工具、ワイヤ付き芝刈り機、ジャックハンマなどの携帯用電源内蔵型工具であって、
第２のサブアセンブリ（３）が、操作者によって持ち運び可能であり、一方では、各セルが１つまたは複数の素子によって並列に構成されている５個以上のセル（６）を直列結合することによって形成されたリチウムイオンまたはリチウムポリマー電気化学電池（５）と、他方では、好ましくは前記電池（５）のすぐ近傍に置かれる電子装置の形をとる、時間にわたって、制御される方法で電池の最大容量および工具の最適利用を保証する電池（５）用制御および指令モジュール（７）とで構成され、
第１のサブアセンブリ（２）が、エネルギーを引き出す対象のリチウムイオン電池またはリチウムポリマー電気化学電池（５）を保護するように構成された限流システム（８）の制御を動作中に受け、
第３のサブアセンブリ（４）が、電圧および電流がリチウムイオン電池またはリチウムポリマー電池（５）を再充電するのに適している少なくとも１つの電源からなることを特徴とする携帯用電源内蔵型工具。
【請求項２】
第２のサブアセンブリ（３）の電池（５）の電子制御および指令モジュール（７）が、電子カードの形で存在し、
充電の管理、
放電の管理、
各セル（６）の均等充電、
電池（５）の容量の評価および表示、
工具使用中の過電流に関する電池（５）の放電中の保護、
保管期間中の工具の管理、
警報の管理、
収集された情報の管理および伝送、
診断管理、
からなるタスクグループの少なくとも特定のタスク、好ましくはすべてのタスクを互いに実行するように構成された、メモリおよび補助的な回路に関連する例えばマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサなどの少なくとも１つのデジタル処理ユニット（９）を備えることを特徴とする請求項１に記載の電気工具アセンブリ。
【請求項３】
充電の管理、放電の管理、各セル（６）の均等充電ならびに電池（５）の容量の評価および表示のタスクを遂行するために、制御および指令モジュール（７）が、電池（５）を含む各セル（６）の電圧測定値を常に使用することを特徴とする請求項２に記載の電気工具アセンブリ。
【請求項４】
ｎ個のセル（６）によって直列に構成された電池（５）の場合、各セル（６）の電圧の測定値が、電池（５）のｎ個のセル（６）の端子にそれぞれ取り付けられ、かつそれぞれの対応するセル（６）の電圧を測定するように構成されたｎ個の同一アナログモジュール（１１）によって主に構成された電子収集チャネル（１０）によって提供され、次いで、ｎ個のモジュール（１１）のそれぞれによって測定された電圧値が、少なくとも１つのアナログマルチプレクサ（１２）によって、適切な回路（１３）による増幅後に、制御および指令モジュール（７）の一部を形成するデジタル処理ユニット（９）のアナログ／デジタル入力コンバータ（９’）に順々に転送されることを特徴とする請求項３に記載の電気工具アセンブリ。
【請求項５】
電圧測定用アナログモジュール（１１）は、各セル（６）について、抵抗（１１”）または抵抗入力素子を用いた演算増幅器（１１’）を備える差動電子アセンブリによって、セル（６）の正端子で測定された電圧とセル（６）の負端子で測定された電圧との間で減算を実行することを特徴とする請求項４に記載の電気工具アセンブリ。
【請求項６】
損失電流を非常に低く、例えば１時間当りに電池（５）の総容量の２万分の１未満にするために、各電圧測定モジュール（１１）の演算増幅器（１１’）を備える電子差動アセンブリが、インピーダンスが約１メガオーム以上の抵抗または抵抗入力素子（１１”）を備えることを特徴とする請求項５に記載の電気工具アセンブリ。
【請求項７】
各セル（６）の電圧測定値が、少なくとも５０ｍＶの測定精度で提供されることを特徴とする請求項３から６に記載の電気工具アセンブリ。
【請求項８】
少なくとも５０ｍＶの電圧の測定精度が、電池の制御および指令モジュール（７）の電子カードを製造する間の較正によって得られることを特徴とする請求項７に記載の電気工具アセンブリ。
【請求項９】
電子カードを製造する間の較正が、各電圧測定モジュール（１１）についてデジタル処理ユニット（９）にプログラミングすることによって、この較正演算に関して通常は各セル（６）の端子で測定される電圧の代わりに用いられる１つまたは複数の非常に正確な基準電圧の測定に応じて誤差を修正するためのパラメータを導入するものであることを特徴とする請求項８に記載の電気工具アセンブリ。
【請求項１０】
抵抗素子（１４’）と関連する電子スイッチ（１４）をベースにした散逸回路によって、各セル（６）の電圧測定値に基づいて、必要なら各セル（６）に対して充電電流の発生を制御するデジタル処理ユニット（９）によって、セル（６）の充電を互いに均等化するタスクが管理されることを特徴とする請求項２から９のいずれか一項に記載の電気工具アセンブリ。
【請求項１１】
放電を管理するタスクが、デジタル処理ユニット（９）によって各セル（６）の電圧データを連続的に検査し、セル（６）の電圧の１つがリチウムイオン素子またはリチウムポリマー素子の製造業者によって定められた最小放電閾値に達したことをデジタル処理ユニット（９）が検出したときに放電を遮断し、放電のスイッチングコンポーネント（１５）を非活動化して、それによって工具（２）を停止させるとともに、例えば可聴アラームまたは可視アラームを作動させることによって放電を止めるものであることを特徴とする請求項２から１０のいずれか一項に記載の電気工具アセンブリ。
【請求項１２】
充電を管理するタスク、電池（５）の容量を評価し表示するタスク、および放電中の過電圧から保護するタスクが、電池（１５）の充放電電流を測定するためのアナログ電子回路（１６）のおかげで、デジタル処理ユニット（９）によって連続的に管理されることを特徴とする請求項２から１１のいずれか一項に記載の電気工具アセンブリ。
【請求項１３】
充電を管理するタスク中、充電器を形成する第３のサブアセンブリ（４）が、電池（５）の制御および指令モジュール（７）の電子カードのレベルで第２のサブアセンブリ（３）に接続され、一方では、前記ユニット（９）が充放電電流測定用のアナログ電子回路（１６）によって充電電流が電池（５）の所定の閾値、例えば５０ｍＡまで降下したことを検出したときに、他方では、電池（５）の温度が許容制限値、例えば５５℃を超えたときに、あるいは、充電が理論的充電時間の何分の１かの所与の時間、例えば約２０％よりも長い時間延びたときに、デジタル処理ユニット（９）によって制御される充電スイッチングコンポーネント（１７）を開放することによって、充電の終了がもたらされることを特徴とする請求項１２に記載の電気工具アセンブリ。
【請求項１４】
電池（５）の容量の評価および表示のタスクが、デジタル処理ユニット（９）によって管理され、デジタル処理ユニット（９）が、充電中および工具使用中に、一方では、充放電電流測定用アナログ電子回路（１６）によって提供される電池（５）の瞬時的な充放電電流に関する情報を、他方では、各セル（６）の電圧測定値と、必ずというわけではないがより正確な計算のために、セル（６）の既知の平均内部抵抗とを、連続的に考慮することによって前記容量を計算することを特徴とする請求項３から９の一項に従属する請求項１２に記載の電気工具アセンブリ。
【請求項１５】
リチウムイオン電池またはリチウムポリマー電池が早期劣化または過熱するのを防止するように構成された、工具使用中の電池（５）の放電中の過電流に関する保護のタスクが、運転時間のエネルギー値が工具と、その用途と、第２のサブアセンブリ（３）の一部を形成するリチウムイオン電池またはリチウムポリマー電池（５）の所望の寿命とに応じて実験的に予め設定されるとすれば、電池（５）の最大放電電流を衝撃的に大幅に超過した場合、または電池（５）に許容される最大制限温度を超過した場合に放電電流を抑制し、あるいは、特定の運転時間に工具によって消費されるエネルギーに応じて放電電流を制限することを特徴とする請求項２から１４のいずれか一項に記載の電気工具アセンブリ。
【請求項１６】
放電電流の制限が、デジタル処理ユニット（９）または特殊なコンポーネントによって直接生成されたインパルス幅の変調コマンド（ＭＬＩ）を、パイロット段（１８）を介して例えばＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴコンポーネントの形で提供される放電スイッチングコンポーネント（１５）で与えることによって、デジタル処理ユニット（９）によって管理されることを特徴とする請求項１５に記載の電気工具アセンブリ。
【請求項１７】
充電中でなく、かつ所与の期間、例えば１０日間使用されていないときに、デジタル処理ユニット（９）が保管管理のタスクを自動的に実行し、このタスクでは、電池（５）の残容量がリチウムイオン素子またはリチウムポリマー素子の製造業者によって予め定められた蓄電容量よりも大きいかどうかを確かめ、残容量が蓄電容量よりもかなり大きい場合に、各セル（６）に並列接続された抵抗回路（１４、１４’）を用いてデジタル処理ユニット（９）によって蓄電容量が達成されるまで電池の自動放電を作動させ、その後、処理ユニット（９）を低消費電力モードで待機状態に置いてすべての電子回路を停止し、容量が蓄電容量よりも小さい場合に、デジタル処理ユニット（９）で可聴アラームおよび／または可視アラームを作動させることを特徴とする請求項２から１６のいずれか一項に記載の電気工具アセンブリ。
【請求項１８】
デジタル処理ユニット（９）が、制御および指令モジュール（７）による電圧測定によって、充電器（４）に接続するように構成された第２のサブアセンブリ（３）の端子（２０）の少なくとも一方で、加電圧下の充電器（４）が電池（５）に接続されていることを検出するように構成されることを特徴とする請求項２から１７のいずれか一項に記載の電気工具アセンブリ。
【請求項１９】
加電圧下の充電器（４）の電池（５）との接続を検出する機能が、工具が不使用段階で保管されている間、少なくとも１つのセル（６）が製造業者によって設定された最低電圧に達した瞬間を検出し、それによって電池（５）の自動再充電を作動させることが可能なように、特に適合する測定回路（１９）によって実行されることを特徴とする請求項１８に記載の電気工具アセンブリ。
【請求項２０】
制御および指令モジュール（７）が第２のサブアセンブリ（３）の対応する接続端子（２０）で充電器（４）の過電圧または不足電圧を検出したとき、この情報を使用するデジタル処理ユニット（９）が、充電の停止を命令し、可聴アラームおよび／または可視アラームを作動させることを特徴とする請求項１８または１９に記載の電気工具アセンブリ。
【請求項２１】
情報および診断機能を管理するタスクが、デジタル処理ユニット（９）のメモリ内に、例えば、再充電回数、工具の総使用時間の計算、電池（５）の経時的容量の変化、工具によって消費された平均エネルギーなど、工具の使用中に収集された情報を格納し、この情報が、電線接続、無線接続または赤外線接続（２３）によって、例えばパーソナルコンピュータタイプ、電子パーソナルアシスタンス、ＧＳＭなど、必要に応じてインターネットに接続される別個の利用端末に伝送されるように構成されていることを特徴とする請求項２から２０のいずれか一項に記載の電気工具アセンブリ。
【請求項２２】
再充電式電気エネルギー源を形成する第２のサブアセンブリ（３）の一部を形成する電池（５）の制御および指令モジュール（７）が、同じ電子カードのアクチュエータ（２）の電子制御および指令モジュールに関連し、場合によっては同じデジタル処理ユニット（９）の使用に関連することを特徴とする請求項２から２１のいずれか一項に記載の電気工具アセンブリ。
【請求項２３】
電池（５）の電子制御および指令モジュール（７）が、セル（６）が過電圧の場合に、デジタル処理ユニット（９）を妨げずに充電用スイッチングコンポーネント（１７）を直接非活動化することによって、それぞれを別々に充電の通常の停止を制御するように構成された、充電停止用の冗長安全回路（２１）をそれぞれのセル（６）に備えることを特徴とする請求項１から２１のいずれか一項に記載の電気工具アセンブリ。
【請求項２４】
電子制御および指令モジュール（７）が、アナログ電子測定回路（１６）によって電池（５）の最大許容値以上の放電電流を検出した場合に、デジタル処理ユニット（９）を妨げずに放電用スイッチングコンポーネント（１５）を直接非活動にすることによって、放電の停止を制御するように構成された放電停止用冗長回路（２１’）を備えることを特徴とする請求項１２または請求項１２に従属する場合の請求項１３から２３のいずれか一項に記載の電気工具アセンブリ。
【請求項２５】
リチウムイオン電池またはリチウムポリマー電池（５）を再充電するように構成された充電器を形成する第３のサブアセンブリ（４）が、特殊な電圧電流調整回路によって得られる、約０．５％の精度の電圧および定電流を生成することを特徴とする請求項１から２４のいずれか一項に記載の電気工具アセンブリ。
【請求項２６】
各機能サブアセンブリ（２、３および４）が、保護筐体および／または把持可能な筐体内に組み込まれており、前記サブアセンブリ（２、３、４）間でのエネルギー伝達ならびにコマンド伝送および／または制御信号伝送のために、取外し可能な可撓性接続線（２２、２２’）によって互いに２つずつ接続され得ることを特徴とする請求項１から２５のいずれか一項に記載の電気工具アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内蔵エネルギー源を備える装置および機器の分野に関し、より詳細には、内蔵電源を備える携帯用電気工具に関し、本発明の目的は、ポリマー電池またはリチウムイオン電池を備える上述タイプの工具のアセンブリである。
【背景技術】
【０００２】
以下では、「工具」とは一般に、肉体的な作業を行う際に、または操作者の制御下で前記作業を行う際に、操作者の肉体行為を容易にするようになされた装置または機器を意味する。工具アセンブリとは、その内蔵エネルギー源を備える工具を意味し、電源とは、このエネルギー源を意味する。
【０００３】
出願人によって既に製作された工具としては、果樹やブドウの木のサイズに合わせた電子剪定ばさみ、野菜バンドラおよび果物摘み取り工具を挙げることができる。
【０００４】
また、類似技術によって製作される上述のタイプの工具としては、チェーンソー、携帯型ワイヤ付き芝刈り機、ヘッジトリマおよびジャックハンマを非限定的に挙げることができる。
【０００５】
これらの携帯用電動工具は、それらが内蔵型であるとともに外部エネルギー源とは無関係であり、それによって操作者が完全に自由に行動できることから、油圧、空気圧または電気エネルギーで作動する類似の工具と本質的に区別される。それらは、動作時に汚染、悪臭、振動および騒音がなく、また使用時の信頼性から、熱機関によって作動する内蔵型携帯用電気工具からも区別される。
【０００６】
一方、これらの工具の使用がその静寂性および融通性により先例のない快適性をもたらすことが実証されている。
【０００７】
このような携帯用電源内蔵型工具は、通常、少なくとも３つの分離する機能サブアセンブリ、すなわち、電気アクチュエータを形成しこの工具の機械的動作を引き起こす第１のサブアセンブリと、電気エネルギー源を形成し再充電式電気化学電池を本質的に備える第２のサブアセンブリと、この電池の制御再充電に適合する充電器を形成する第３のサブアセンブリとを備える。
【０００８】
これらの工具の出現および進歩は、主に２つの技術的要因、すなわち、
一方では、より優れた容量／重量比を有する新型電池が市場に登場したこと、
他方では、非常に高い出力を有する電動機の技術が進歩したこと、
によるものである。
【０００９】
現在、例として述べた工具に使用される電池は、ニッケルカドミウム型またはニッケル水素型である。それらは、キログラム当り約３０〜５０ワット時のエネルギー容量を有する。
【００１０】
操作者が、特に公式勧告に基づいて、一日の連続作業にバンダリア（ｂａｎｄｏｌｉｅｒ）またはベルト内に最大４ｋｇを背中に携行する能力を有するものと考えると、現在の技術ではニッケルカドミウム型およびニッケル水素型の場合、操作者によって携行される電池の総容量が１５０〜２００ワット時になることが算出された。
【００１１】
この容量は、内蔵型携帯用電動工具に、半日作業するためにも、もちろん丸一日作業するためにも、必要なエネルギーを与えるのに十分ではない。
【００１２】
したがって、上述の利点および品質が提供される携帯用電源内蔵型工具の適用分野を広げることができるように、より優れた容量／重量比を有する電池の必要性および有効需要が存在する。
【００１３】
本発明は、この目的に向けて、携帯用電源内蔵型工具との関連で新技術のリチウムイオン電池およびリチウムポリマー電池を使用しようとするものである。
【００１４】
したがって、これらの電池は、現在、携帯電話、ビデオカメラおよび携帯用コンピュータで頻繁に使用されるが、携帯用電気工具、特に動力工具の適用分野では、こうした用途でそれらを使用する際に直面する問題があり、まだ使用されていない。しかし、これらの電池は、キログラム当り１５０〜２００ワット時の容量／重量比を提供し、この容量／重量比により、そうした携帯用電気工具の出力または寿命を、ニッケルカドミウム電池またはニッケル水素電池の場合のそれらの現在の能力に対して３倍さらには４倍にすることができるはずである。
【００１５】
留意されるべきは、電力要求を考慮に入れれば、携帯用電動工具に適用されるリチウムイオン電池およびリチウムポリマー電池の使用には、高電圧を供給する必要があることである。
【００１６】
したがって、リチウムイオン素子およびリチウムポリマー素子は、それらの性質により高電流を供給することができず、このため高電圧を得るために基本素子を直列に結合する必要があり、このようにして弱電流にもかかわらず大きな電力の供給が可能となる。
【００１７】
したがって、携帯用内蔵型動力工具での応用に適した電力を供給する電池を形成するためには、使用電圧に関して効力のある法律を遵守しながら、有用な使用電圧を提供することにより、多数の素子または各セルがいくつかの素子を並列に含む多数のセルが直列結合されるべきである。
【００１８】
複数の構成要素からなるこのような電池を制御し動作させようとすると、今日まで解決されていない多くの問題が生じる。
【００１９】
したがって、前述の用途（移動電話、ビデオカメラおよび携帯用コンピュータ）では、充放電中の使用がより単純で比較的取り扱いやすい電池は、一般に、直列に結合されているせいぜい４つの素子しか含んでいない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の目的は、上述の問題の解決策を見出すことである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
この目的のために、本発明は、上述のタイプの、すなわち前述した少なくとも３つの機能サブアセンブリを備える携帯用電源内蔵型工具アセンブリに関し、この工具アセンブリは、
第２のサブアセンブリが、操作者によって持ち運び可能であり、一方では、各セルが１つまたは複数の素子によって並列に構成されている５個以上のセルを直列結合することよって形成されたリチウムイオンまたはリチウムポリマー電気化学電池と、他方では、好ましくは前記電池のすぐ近傍に置かれる電子装置の形をとる、時間の経過にわたって、制御される方法で電池の最大容量および工具の最適利用を保証する、電池を使用し制御するモジュールとで構成され、
第１のサブアセンブリが、エネルギーを引き出す対象のリチウムイオン電池またはリチウムポリマー電池を保護するように構成された限流システムの使用を動作中に受け、
第３のサブアセンブリが、電圧および電流がリチウムイオン電池またはリチウムポリマー電池を再充電するのに適している少なくとも１つの電源からなることを特徴とする。
【００２２】
本発明は、非限定的な例として与えられ、かつ添付概略図を参照しながら説明される好ましい一実施形態に関する以下の記載からよりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】剪定ばさみの形をとる本発明による工具アセンブリの充電段階中の斜視図である。
【図２】図１の工具アセンブリの操作者による使用段階中の斜視図である。
【図３】工具アセンブリの一部を形成する第２の機能サブアセンブリの概要図である。
【図４】図３に示されている第２のサブアセンブリの特定構成要素の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１、３および４に見られるように、携帯用電源内蔵型工具１は、少なくとも３つの分離する機能サブアセンブリ２、３および４、すなわち、電気式アクチュエータを形成し工具の機械的動作を引き起こす第１のサブアセンブリ２と、電気エネルギー源を形成し再充電式電気化学電池５を本質的に備える第２のサブアセンブリ３と、電池５の制御された再充電を実行するように構成された充電器を形成する第３のサブアセンブリ４とを備える。
【００２５】
本発明によれば、第２のサブアセンブリ３は、操作者によって持ち運び可能であり、一方では、各セルが１つまたは複数の素子によって並列に構成されている５個以上のセル６を直列結合することによって形成されたリチウムイオンまたはリチウムポリマー電気化学電池５と、他方では、好ましくは前記電池５のすぐ近傍に置かれる電子装置の形をとる、時間にわたって、制御される方法で電池の最大容量および工具の最適利用を保証する電池５の制御操作モジュール７とで構成される。
【００２６】
さらに、第１のサブアセンブリ２は、エネルギーを引き出す対象のリチウムイオン電池またはリチウムポリマー電池５を保護するように構成された限流システム８の制御を動作中に受け、第３のサブアセンブリ４は、電圧および電流がリチウムイオン電池またはリチウムポリマー電池５を再充電するのに適している少なくとも１つの電源からなる。
【００２７】
電池５のすぐ近傍にモジュール７を置くことにより、ケーブル接続がより容易になり、測定信号および制御信号が、外乱、損失および寄生現象にさらされなくなり、伝送距離の縮小によりドリフトの影響を受けにくくなる。
【００２８】
第２のサブアセンブリ３および第３のサブアセンブリ４は、前記の２つサブアセンブリ３および４を一体化した単一ユニットの形をとることができ、あるいは、充電段階中に相互接続される２つの物質的に別個のモジュールの形をとることもできる。
【００２９】
もちろん、この後者の変更形態は、本発明との関連で、ユーザによって持ち運びされるように荷重を減少させることが好ましい。
【００３０】
本発明の好ましい一実施形態によれば、第２のサブアセンブリ３の電池５の電子制御および指令モジュール７は、電子カードの形で存在し、
充電の管理、
放電の管理、
各セル６の均等充電、
電池５の容量の評価および表示、
工具使用中の過負荷による電池５の放電中の保護、
保管期間中の工具の管理、
警報の管理、
収集された情報の管理および伝送、
診断管理、
からなるタスクグループの少なくとも特定のタスク、好ましくはすべてのタスクを互いに実行するように構成された、メモリおよび補助的な回路に関連する、例えばマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサなどの少なくとも１つのデジタル処理ユニット９を備える。
【００３１】
これらの様々なタスクの実行は、ユーザの命令および第２のサブアセンブリ３、ならびに必要に応じて第１のサブアセンブリ２および／または第３のサブアセンブリ４で測定された様々なパラメータの値を考慮して、工具アセンブリ１の動作管理プログラムの命令および制御の下でデジタル処理ユニット９によってトリガされ、案内される。
【００３２】
本発明の第１の特徴によれば、充電の管理、放電の管理、各セル６の均等充電、ならびに電池５の容量の評価および表示のタスクを遂行するためには、制御および指令モジュール７が、電池５を含む各セル６の電圧測定値を連続的に使用する。
【００３３】
この目的のために、添付図面のうちの図３および４に示されているように、本発明では、ｎ個のセル６によって直列に構成された電池５の場合、各セル６の電圧の測定値は、電池５のｎ個のセル６の端子にそれぞれ取り付けられ、かつそれぞれの対応するセル６の電圧を測定するように構成されたｎ個の同一アナログモジュール１１によって主に構成された電子収集チャネル１０によって提供され、次いで、ｎ個のモジュール１１のそれぞれによって測定された電圧値は、少なくとも１つのアナログマルチプレクサ１２によって、適切な回路１３による増幅後に、制御および指令モジュール７の一部を形成するデジタル処理ユニット９のアナログ／デジタル入力コンバータ９’に順々に転送される。
【００３４】
コンバータ９’は、ユニット９に組み込まれてもよく、あるいはユニット９から分離する回路を形成してもよい。
【００３５】
この電子収集チャネル１０によって、制御および指令モジュール７は、様々なセル６の電圧の逐次監視または繰返し監視を実行すると、ユニット９で利用可能な各セル６の電圧データの高頻度のリフレッシュをもたらし、それによって、異常な電圧値を測定した後の高速反応を考慮できるようになる。
【００３６】
添付図面のうちの図４に示されているように、電圧測定用アナログモジュール１１は、各セル６について、抵抗１１”または抵抗入力素子を用いた演算増幅器１１’を備える差動電子アセンブリによって、セル６の正端子で測定された電圧とセル６の負端子で測定された電圧との間で減算を実行する。
【００３７】
各セル６の確実かつ精密な制御で適切な測定感度を得るためには、各電圧測定モジュール１１の演算増幅器１１’を備える電子差動実装は、インピーダンスが約１メガオーム以上の抵抗または入力抵抗素子１１”を備えており、損失電流を非常に低く、限定はしないが例えば１時間当りに電池５の総容量の２万分の１未満にするためには、各セル６の電圧測定値が、少なくとも５０ｍＶの測定精度で提供されることが好ましい。
【００３８】
所望の電圧の測定精度、すなわち好ましくは少なくとも５０ｍＶは、電圧測定１１のアナログ誤差を個別に補償できるように、電池の制御および指令モジュール７の電子カードを製造する間の較正によって得られることが好ましい。
【００３９】
この較正は、例えば、各電圧測定モジュール１１についてデジタル処理ユニット９にプログラミングすることによって、この較正演算に関して通常は各セル６の端子で測定される電圧の代わりに用いられる１つまたは複数の非常に正確な基準電圧の測定に応じて誤差を修正するためのパラメータを導入するものでもよい。
【００４０】
ユニット９に所要の精度を有する測定信号を供給できるようにするには、アナログ／デジタルコンバータ９’は、出力として少なくとも１０個の重要ビットを提供する。
【００４１】
本発明の他の特徴によれば、抵抗素子１４’と関連する電子スイッチ１４をベースにした散逸回路（ｄｉｓｓｉｐａｔｉｎｇ  ｃｉｒｃｕｉｔ）によって、各セル６の電圧測定値に基づいて、必要なら各セル６に対して充電電流の発生を制御するデジタル処理ユニット９によって、セル６の充電を互いに均等化するタスクが管理される。
【００４２】
電池５の均等充電を実行するプロセスは、例えば、本発明の出願人によって２００３年１１月２０日に出願されたフランス特許出願第０３１３５７０号明細書に記載されたものでもよい。
【００４３】
本発明の他の特徴によれば、放電を管理するタスクは、デジタル処理ユニット９によって各セル６の電圧データを連続的に検査し、セル６のこれらの電圧の１つがリチウムイオン素子またはリチウムポリマー素子の製造業者によって予め定められた最小放電閾値に達したことをデジタル処理ユニット９が検出したときに放電を遮断し、放電スイッチングコンポーネント１５を非活動化して、それによって工具２を停止させるとともに、限定はしないが、例えば可聴アラームまたは可視アラームを作動させることによって放電を止めるものである。
【００４４】
添付図面のうちの図３および４に示されているように、本発明の他の特徴によれば、充電を管理するタスク、電池５の容量を評価し表示するタスク、および放電中の過充電に関して保護するタスクは、電池５の充放電電流を測定するためのアナログ電子回路１６のおかげで、デジタル処理ユニット９によって連続的に管理される。
【００４５】
充電を管理するタスク中、充電器を形成する第３のサブアセンブリ４は、電池５の制御および指令モジュール７の電子カードのレベルの第２のサブアセンブリ３に接続されるが、一方では、前記ユニット９が充放電電流測定用のアナログ電子回路１６によって充電電流が電池５の所定の閾値、例えば５０ｍＡまで降下したことを検出したときに、他方では、電池５の温度が所定の制限値、例えば５５度を超えたときに、あるいは、充電が理論的充電時間の何分の１かの所与の時間、例えば約２０％よりも長い時間延びたときに、デジタル処理ユニット９によって制御される充電スイッチングコンポーネント１７を開放することによって、充電の終了がもたらされることが好ましい。
【００４６】
さらに、電池５の容量の評価および表示のタスクは、デジタル処理ユニット９によって管理され、デジタル処理ユニット９は、充電中および工具使用中に、一方では、充放電電流測定用アナログ電子回路１６によって提供される電池５の瞬時的な充放電電流に関する情報を、他方では、各セル６の電圧測定値と、必ずというわけではないがより正確な計算のために、セル６の既知の平均内部抵抗とを連続的に考慮することによって前記容量を計算するものである。
【００４７】
リチウムイオン電池またはリチウムポリマー電池が早期劣化または過熱するのを防止するように構成された、工具使用中の電池５の放電中の過負荷に関する保護のタスクは、エネルギー値および運転時間が工具と、その用途と、第２のサブアセンブリ３の一部を形成するリチウムイオン電池またはリチウムポリマー電池５の所望の寿命とに応じて実験的に予め設定されるとすれば、電池５に許容される最大放電電流を衝撃的に大幅に超過した場合、または電池５に許容される最大制限温度を超過した場合に放電電流を抑制し、あるいは、特定の運転時間に工具によって消費されるエネルギーに応じて放電電流を制限するものである。
【００４８】
好ましい一変更形態によれば、放電電流の制限は、デジタル処理ユニット９または特殊なコンポーネントによって直接生成されるインパルス幅の変調制御（ＭＬＩ）を、パイロット段１８を介して例えばＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴコンポーネントの形で実施される放電スイッチングコンポーネント１５に適用することによって、デジタル処理ユニット９によって管理される。
【００４９】
最適保管条件を自動的に得るためには、電気工具アセンブリ１が充電中でなく、かつ所与の期間、例えば１０日間使用されていないときに、デジタル処理ユニット９は、保管管理するタスクを自動的に実行し、このタスクでは、電池５の残容量がリチウムイオン素子またはリチウムポリマー素子の製造業者によって予め定められた蓄電容量よりも大きいかどうかを確かめ、残容量が蓄電容量よりもかなり大きい場合に、各セル６に並列接続された抵抗回路１４’を用いてデジタル処理ユニット９によって蓄電容量が達成されるまで電池の自動放電を作動させ、その後、処理ユニット９を低消費電力モードで待機状態に置いてすべての電子回路を停止し、容量が蓄電容量よりも小さい場合に、デジタル処理ユニット９で可聴アラームおよび／または可視アラームを作動させる。
【００５０】
デジタル処理ユニット９は、制御および指令モジュール７による電圧測定によって、充電器４に接続するように構成された第２のサブアセンブリ３の端子２０の少なくとも一方、好ましくは正端子で、加電圧下の充電器４が電池５に接続されていることを検出するように構成されていることが好ましい。
【００５１】
この機能は、工具が不使用段階で保管されている間、少なくとも１つのセル６が製造業者によって設定された最低電圧に達した瞬間を検出し、それによって電池５の自動再充電を作動させることにより、必要に応じて特に適合する測定回路１９によって実行される。
【００５２】
制御および指令モジュール７が第２のサブアセンブリ３の対応する接続端子２０で充電器４の過電圧または不足電圧を検出したとき、この情報を使用するデジタル処理ユニット９は、充電の停止を命令し、可聴アラームおよび／または可視アラームを作動させる。
【００５３】
充電器４に接続するための端子対２０および工具２に接続するための端子対２０は、グラウンドに接続される共通の負端子を含むが、分離している正端子は、それぞれ対応するスイッチングコンポーネント１５または１７に結合されることに留意すべきである。
【００５４】
工具アセンブリ１の使用の長期制御ならびにそのメンテナンスやその技術的な管理計画を容易にするために、情報および診断機能を管理するタスクが、デジタル処理ユニット９のメモリ内に、例えば、再充電回数、工具使用時間の計算、電池５の経時的容量の変化、工具等によって消費された平均エネルギーなど、工具の使用中に収集された情報を格納し、これらのデータは、電線接続、無線接続または赤外線接続２３によって、例えばパーソナルコンピュータタイプ、電子パーソナルアシスタンス、ＧＳＭなど、必要に応じてインターネットに接続される別個の利用端末（ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ  ｔｅｒｍｉｎａｌ）に伝送される。
【００５５】
工具アセンブリ１の制御および指令手段の一体化を最適化するには、再充電式電気エネルギー源を形成する第２のサブアセンブリ３の一部を形成する電池５の制御および指令モジュール７は、同じ電子カードのアクチュエータ２の電子制御および指令モジュールに関連してもよく、場合によっては同じデジタル処理ユニット９の使用に関連してもよい。
【００５６】
デジタル回路９は、工具アセンブリ１を管理するプログラムおよび測定値の規定された収集の実行を制御する、図３にシンボルで示されている手段２４を含む。
【００５７】
アクチュエータ２用の制御および指令手段は、そのようなものとして知られており、本明細書でさらに説明はしない。
【００５８】
補足的な安全性を提供するには、電池５のセル６を極端な電圧条件または電流条件下で使用する場合にこれらのセルを保護できるようにして、第２のサブアセンブリ３と第１のサブアセンブリ２または第３のサブアセンブリ４との接続を切り離すための追加の回路が、デジタル処理ユニット９の周りに構成される上述の通常の制御システムと並列に設けられてもよい。
【００５９】
したがって、電池５の電子制御および指令モジュール７は、セル６が過電圧の場合に、デジタル処理ユニット９に関与せずに充電用スイッチングコンポーネントを直接非活動化することによってそれぞれを別々に充電の通常の停止を制御するように構成された、充電停止用の冗長安全回路（ｒｅｄｕｎｄａｎｔ  ｓａｆｅｔｙ  ｃｉｒｃｕｉｔ）２１を各セル６に備えることができる。
【００６０】
同様に、電子制御および指令モジュール７は、アナログ電子測定回路１６によって電池５の最大許容値以上の放電電流を検出した場合に、デジタル処理ユニット９を妨げずに放電用スイッチングコンポーネント１５を直接非活動にすることによって、放電の停止を制御するように構成された放電停止用冗長回路２１’を備えることができる。
【００６１】
リチウムイオン電池またはリチウムポリマー電池５を再充電するように構成された充電器を形成する第３のサブアセンブリ４は、特殊な電圧電流調整回路によって得られる、約０．５％の精度の電圧および定電流を生成することが好ましい。このような回路は、そのようなものとして知られており、補足説明を必要としない。
【００６２】
添付図面のうちの図１および２に示されているように、各機能サブアセンブリ２、３および４は、（サブアセンブリ３および４が分離する場合に）保護筐体内におよび／または個別ハンドリング用に組み込まれており、前記サブアセンブリ２、３、４間でのエネルギー伝達ならびにコマンド伝送および／または制御信号伝送のために、取外し可能な可撓性接続線２２、２２’によって互いに２つずつ接続されることができる。
【００６３】
電池５の充電は、接続ケーブル２２’でサブアセンブリ２および３が互いに接続されていても、そうでなくても行われることができることに留意されたい。
【００６４】
第１のサブアセンブリ２を密閉する筐体は、工具を保持することもし、少なくとも一部分についてはユーザの一部で容易、確実かつ快適に把持できるように、人間工学的に成形される。
【００６５】
さらに、ボタン類または類似の制御部材ならびに表示部および音響および／または光の警報手段は、それらのタイプと工具アセンブリ１の効果的利用中に操作者によってアクセス可能な要件とに応じて、一部が第１のサブアセンブリ２のケーシング内に存在し、一部が第２のサブアセンブリ３のケーシング内に存在することが好ましい。
【００６６】
もちろん、本発明は、説明され、添付図面に示されている実施形態には限定されない。変形形態は、特に様々な要素の構成に関してまたは技術的均等物の置換により、それによって本発明の保護範囲から逸脱することなく可能である。
【図１】
2010158161.tif 000003
【図２】
2010158161.tif 000004
【図３】
2010158161.tif 000005
【図４】
2010158161.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月12日(2010.2.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３つの分離する機能サブアセンブリ、すなわち、電気式アクチュエータを形成し工具の機械的動作を引き起こす第１のサブアセンブリと、電気エネルギー源を形成し再充電式電気化学電池を本質的に備える第２のサブアセンブリと、電池の制御された再充電を実行するように構成された充電器を形成する第３のサブアセンブリとを備える、例えば剪定ばさみ、チェーンソー、果物摘み取り工具、ワイヤ付き芝刈り機、ジャックハンマなどの携帯用電源内蔵型工具であって、
第２のサブアセンブリ（３）が、操作者によって持ち運び可能であり、一方では、各セルが１つまたは複数の素子によって並列に構成されている５個以上のセル（６）を直列結合することによって形成されたリチウムイオンまたはリチウムポリマー電気化学電池（５）と、他方では、好ましくは前記電池（５）のすぐ近傍に置かれる電子装置の形をとる、時間にわたって、制御される方法で電池の最大容量および工具の最適利用を保証する電池（５）用制御および指令モジュール（７）とで構成され、
第１のサブアセンブリ（２）が、エネルギーを引き出す対象のリチウムイオン電池またはリチウムポリマー電気化学電池（５）を保護するように構成された限流システム（８）の制御を動作中に受け、
第３のサブアセンブリ（４）が、電圧および電流がリチウムイオン電池またはリチウムポリマー電池（５）を再充電するのに適している少なくとも１つの電源からなり、
第２のサブアセンブリ（３）の電池（５）の電子制御および指令モジュール（７）が、電子カードの形で存在し、
充電の管理、
放電の管理、
各セル（６）の均等充電、
電池（５）の容量の評価および表示、
工具使用中の過電流に関する電池（５）の放電中の保護、
保管期間中の工具の管理、
警報の管理、
収集された情報の管理および伝送、
診断管理、
からなるタスクグループのタスクを互いに実行するように構成された、メモリおよび補助的な回路に関連する少なくとも１つのデジタル処理ユニット（９）を備え、
充電中でなく、かつ所与の期間使用されていないときに、デジタル処理ユニット（９）が保管管理のタスクを自動的に実行し、このタスクでは、電池（５）の残容量がリチウムイオン素子またはリチウムポリマー素子の製造業者によって予め定められた蓄電容量よりも大きいかどうかを確かめ、残容量が蓄電容量よりもかなり大きい場合に、各セル（６）に並列接続された抵抗回路（１４、１４’）を用いてデジタル処理ユニット（９）によって蓄電容量が達成されるまで電池の自動放電を作動させ、その後、処理ユニット（９）を低消費電力モードで待機状態に置いてすべての電子回路を停止し、容量が蓄電容量よりも小さい場合に、デジタル処理ユニット（９）で可聴アラームおよび／または可視アラームを作動させることを特徴とする携帯用電源内蔵型工具。