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公開番号2025051754
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-04
出願番号2024163659
出願日2024-09-20
発明の名称バッテリパックを識別して性能を制御するためのバッテリパックの電圧サグの測定
出願人ミルウォーキーエレクトリックツールコーポレイション
代理人弁理士法人ITOH
主分類H02J 7/00 20060101AFI20250327BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】従来技術の問題を解決する。
【解決手段】バッテリパック給電デバイスは、バッテリパックを受けるように構成されるインターフェース、バッテリパックの電圧を検出するように構成される感知回路、および電子コントローラを含む。電子コントローラは、バッテリパックの無負荷電圧を示す感知回路からの第1の信号を受信し、無負荷電圧に基づいて閾値電圧を決定し、トリガスイッチのアクティブ化に応答して第1の動作パラメータで電気モータを駆動させる制御信号を生成し、感知回路から第2の信号を受信し、出力電圧が閾値電圧より下であることを示す第2の信号に応答して第1の動作パラメータよりも少ない第2の動作パラメータで電気モータを駆動させるように制御信号を更新するように構成される。第2の信号は、電気モータの動作中のバッテリパックの出力電圧を示す。
【選択図】図1A
特許請求の範囲【請求項１】
バッテリパックを受けるように構成されるインターフェースと、
前記バッテリパックの電圧を検出するように構成される感知回路と、
電子コントローラと、を含む、
バッテリパック給電デバイスであって、
前記電子コントローラは、
前記バッテリパックの無負荷電圧を示す第１の信号を前記感知回路から受信し、
前記無負荷電圧に基づいて閾値電圧を決定し、
トリガスイッチのアクティブ化に応答して当該バッテリパック給電デバイスの電気モータを駆動させるための制御信号であって、第１の動作パラメータで作動するように前記電気モータを駆動させる制御信号を生成し、
前記電気モータの動作中の前記バッテリパックの出力電圧を示す第２の信号を前記感知回路から受信し、
前記出力電圧が前記閾値電圧より下であることを示す前記第２の信号に応答して、前記制御信号を更新する、
ように構成され、
前記更新された制御信号は、第２の動作パラメータで作動するように前記電気モータを駆動させ、前記第２の動作パラメータは、前記第１の動作パラメータよりも少ない、
バッテリパック給電デバイス。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記閾値電圧は、当該バッテリパック給電デバイスの公称入力電圧の減少率として決定される、請求項１に記載のバッテリパック給電デバイス。
【請求項３】
前記減少率は、約２５％減少である、請求項２に記載のバッテリパック給電デバイス。
【請求項４】
当該バッテリパック給電デバイスの公称入力電圧が、約１８ボルトであり、前記閾値電圧は、約１３．５ボルトである、請求項１に記載のバッテリパック給電デバイス。
【請求項５】
前記制御信号は、第１のパルス幅変調信号を含み、
前記更新された制御信号は、第２のパルス幅変調信号を含み、
前記第１のパルス幅変調信号のデューティーサイクルは、前記第２のパルス幅変調信号のデューティーサイクルよりも大きい、
請求項１に記載のバッテリパック給電デバイス。
【請求項６】
前記第１の動作パラメータは、第１の電力出力であり、
前記第２の動作パラメータは、第２の電力出力であり、
前記第１の電力出力は、前記第２の電力出力よりも大きい、
請求項１に記載のバッテリパック給電デバイス。
【請求項７】
前記第１の動作パラメータは、第１のトルク出力であり、
前記第２の動作パラメータは、第２のトルク出力であり、
前記第１のトルク出力は、前記第２のトルク出力よりも大きい、
請求項１に記載のバッテリパック給電デバイス。
【請求項８】
前記第１の動作パラメータは、第１の動作持続時間であり、
前記第２の動作パラメータは、第２の動作持続時間であり、
前記第１の動作持続時間は、前記第２の動作持続時間よりも大きい、
請求項１に記載のバッテリパック給電デバイス。
【請求項９】
電気モータと、
前記電気モータに給電するバッテリパックを受けるように構成されるインターフェースと、
前記バッテリパックの電圧を検出するように構成される感知回路と、
電子コントローラと、を含む、
バッテリパック給電デバイスであって、
前記電子コントローラは、
前記バッテリパックからの試験電流引込を開始し、
前記試験電流引込中の前記バッテリパックの出力電圧を示す第１の信号を前記感知回路から受信し、
前記出力電圧が閾値より下でないことを示す前記第１の信号に応答して、前記電気モータを制御するための第１の制御モードを選択し、
前記出力電圧が前記閾値より下であることを示す前記第１の信号に応答して、前記電気モータを制御するための第２の制御モードを選択する、
ように構成され、
前記電子コントローラは、前記第１の制御モードにおいて前記電気モータを制御するための第１の制御信号を生成するように構成され、
前記電子コントローラは、前記第２の制御モードにおいて前記電気モータを制御するための第２の制御信号を生成するように構成され、
前記第２の制御信号は、前記第１の制御信号に比べて、前記電気モータの動作パラメータを減少させる、
バッテリパック給電デバイス。
【請求項１０】
前記閾値は、前記バッテリパックの設計された出力電圧の減少率として決定される、請求項９に記載のバッテリパック給電デバイス。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
（関連出願の参照）
本出願は、２０２３年９月２２日に出願された米国仮出願第６３／５８４，７７３号の利益を主張する。上記出願の開示全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
続きを表示（約 2,700 文字）【０００２】
（技術分野）
本開示は、動力工具(power tools)に関し、より詳細には、バッテリ駆動工具(battery-powered tools)に関する。
【発明の概要】
【０００３】
動力工具バッテリパックのための共通のインターフェースフォーマットを使用することは、様々な技術的および実用的な利点をもたらす。例えば、ユーザは、各ツールについて特定のバッテリパックを有することを必要とせずに異なるツール間でバッテリパックを容易に交換し得ることがある。バッテリパックが故障するあるいは充電不足になるならば、バッテリパックは、例えば、異なるツールからの、別のバッテリパックと素早く交換されることができる。共通のインターフェースフォーマットを有することは、異なるツールからの異なるバッテリパックが、同じ充電器で充電されることも可能にする。相互運用性に対するこれらの改良は、動力工具システムの柔軟性を大幅に向上させる。しかしながら、異なるバッテリパックは、異なる能力(capabilities)を有することがある。これらの能力の差は、設計の差に起因することがあり、あるいは、時間の経過にわたるバッテリセルの化学的性質または性能の自然な劣化に起因することがある。
【０００４】
例えば、異なる能力のバッテリパックは、異なる内部抵抗を有することがある。一部のより大きな容量(capacity)のバッテリパックは、一部のより低い容量のバッテリパックよりも低い内部抵抗を有することがある。一部のより高い容量のバッテリパックは、電極内のより活性な材料、より厚い電極、および／またはより大きな電極表面積を有する電極を有することがあり、それはバッテリパックの内部抵抗を減少させることがある。より大きな容量のバッテリパックは、並列に配置されたより多くのセルを有することもあり、それもバッテリパックの内部抵抗を減少させることがある。より大きな容量のバッテリパックは、より高い品質の電解液を使用することもあり、それも内部抵抗の低減に役立ち得る。より低い内部抵抗の関数として、より大きい容量のバッテリパックは、同じ電流引込(current draw)需要に応答して、より低い容量のバッテリパックよりも低い電圧降下(voltage drop)（電圧サグ(voltage sag)とも呼ばれる）を示すことがある。
【０００５】
この電圧降下Ｖは、オームの法則、すなわち、以下の式（１）に従って、バッテリパックの電流引込Ｉおよび内部抵抗Ｒの関数として表されることがある。
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【０００６】
式（１）によって示すように、
電流の流れに応じたバッテリパックの電圧降下は、内部抵抗の関数として直線的にスケールされる。従って、本明細書に記載されるように、電動ツール（例えば、ツールに含まれる電子コントローラ）は、バッテリパックの容量を決定し、バッテリパックの容量に基づいて電動ツールの制御信号を最適化するために、与えられた負荷（例えば、電流）に応答してバッテリパックによって示される電圧降下を使用するように構成される。
【０００７】
バッテリパックの容量を決定するために電圧降下を使用する（本明細書に記載する技術のような）技術は、特に低温で、（インピーダンスのような）他の特性を測定する技術に対する利点を提供することがある。例えば、バッテリパックのインピーダンスは、抵抗成分（例えば、抵抗）および反応成分（例えば、バッテリパック内の化学反応）の両方を含み、かつ／あるいはそれらの関数である。バッテリパック内の化学反応は、より低い温度で遅くなる傾向を有することがあるので、バッテリセルのインピーダンスは、より低い温度でのインピーダンスよりも増大する傾向を有する。バッテリパックの電圧降下は、バッテリパックの抵抗の関数であることがあるので、（本明細書に記載する技術のような）電圧降下ベースの技術は、他のインピーダンスベースの技術よりも低い温度でバッテリパック能力のより正確な評価をもたらす。
【０００８】
幾つかの例によれば、例えば、動力工具のような、バッテリパック給電デバイスは、バッテリパックの電圧を検出するように構成される感知回路と、電子コントローラとを含む。電子コントローラは、バッテリパックの無負荷電圧を示す第１の信号を感知回路から受信し、無負荷電圧に基づいて閾値電圧を決定し、トリガスイッチのアクティブ化に応答してデバイスの電気モータを駆動させるための制御信号を生成し、感知回路から第２の信号を受信し、出力電圧が閾値電圧より下であることを示す第２の信号に応答して制御信号を更新するように構成される。第２の信号は、電気モータの動作中のバッテリパックの出力電圧を示す。制御信号は、第１の動作パラメータで作動するように電気モータを駆動させる。更新された制御信号は、第２の動作パラメータで作動するように電気モータを駆動させる。第２の動作パラメータは、第１の動作パラメータよりも少ない。
【０００９】
幾つかの態様において、閾値電圧は、バッテリパック給電デバイスの公称入力電圧の減少率(パーセンテージ減少)として決定される。幾つかの態様において、減少率は、約２５％減少である。幾つかの態様では、バッテリパック給電デバイスの公称入力電圧が、約１８ボルトであり、閾値電圧は、約１３．５ボルトである。幾つかの態様において、制御信号は、第１のパルス幅変調信号を含み、更新された制御信号は、第２のパルス幅変調信号を含み、第１のパルス幅変調信号のデューティーサイクルは、第２のパルス幅変調信号のデューティーサイクルよりも大きい。
【００１０】
幾つかの態様において、第１の動作パラメータは、第１の電力出力であり、第２の動作パラメータは、第２の電力出力であり、第１の電力出力は、第２の電力出力よりも大きい。幾つかの態様において、第１の動作パラメータは、第１のトルク出力であり、第２の動作パラメータは、第２のトルク出力であり、第１のトルク出力は、第２のトルク出力よりも大きい。幾つかの態様において、第１の動作パラメータは、第１の動作持続時間であり、第２の動作パラメータは、第２の動作持続時間であり、第１の動作持続時間は、第２の動作持続時間よりも大きい。
（【００１１】以降は省略されています）

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