DE102004013911A1 - Batteriepack und Verfahren zum Feststellen von Unnormalitäten des Batteriepacks - Google Patents

Batteriepack und Verfahren zum Feststellen von Unnormalitäten des Batteriepacks Download PDF

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Takamasa Sumoto Yamazoe
Masatsugu Sumoto Naka
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Abstract

Das Batteriepack ist mit einer wiederaufladbaren Batterie (4), die geladen werden kann, und einer Schutzeinrichtung (3) zum Schutz der wiederaufladbaren Batterie (4) beim Auftreten von Unnormalitäten versehen. Die Schutzeinrichtung (3) ist mit einem mit der ersten Elektrode der wiederaufladbaren Batterie (4) verbundenen, außen freiliegenden ersten Ausgangsanschluss (6A), einem mit der zweiten Elektrode der wiederaufladbaren Batterie (4) verbundenen, außen freiliegenden zweiten Ausgangsanschluss (6B) und einem außen freiliegenden dritten Ausgangsanschluss (6A) zur Signalfeststellung als Ausgangsanschlüsse versehen und hat einen Kontaktschaltteil (12), der einen Kontakt schalten kann, wenn eine Unnormalität der wiederaufladbaren Batterie (4) festgestellt wird. Die Schutzeinrichtung (3) ist als ein Teil mit den Ausgangsanschlüssen (6) und dem Kontaktschaltteil (12) ausgebildet. Der Kontaktschaltteil (12) ist mit einem Ende an die zweite Elektrode der wiederaufladbaren Batterie (4) angeschlossen, und das andere Ende ist so geschaltet, dass es zwischen einem mit dem zweiten Ausgangsanschluss (6B) verbundenen Kontakt und einem mit dem dritten Ausgangsanschluss (6C) verbundenen Kontakt schalten kann. Wird keine Unnormalität festgestellt, dann liegt das andere Ende an dem mit dem zweiten Ausgangsanschluss (6B) verbundenen Kontakt, und wenn eine Unnormalität festgestellt wird, schaltet das andere Ende zu dem mit dem dritten Ausgangsanschluss (6C) verbundenen Kontakt (Fig. 1).

Description

  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Batteriepack, das wiederaufladbare Batterien enthält, und auf ein Verfahren, um Unnormalitäten des Batteriepacks zu ermitteln.
  • 2. Diskussion des Standes der Technik
  • Ein Batteriepack enthält wiederaufladbare Batterien (Sekundärbatterien), die wiederholt aufgeladen werden können, wie etwa Nickel-Cadmium-Batterien, Nickel-Wasserstoff-Batterien und Lithium-Ionen-Batterien. Abhängig von den Betriebsbedingungen kann bei tragbaren elektrischen Geräten, welche Batteriepacks benutzen, ein übermäßiger Strom fließen. Weil sich aus einem übermäßigen Strom Probleme wie Fehlfunktionen ergeben können, hat man zur Vermeidung übermäßigen Stromflusses in den Batteriepacks elektronische Schaltungen vorgesehen, die mit Überstromschutzschaltungen ausgebildet sind. Inzwischen hat man in Batteriepacks ohne Überstromschutzschaltungen einfachere Stromkreisunterbrecheranordnungen vorgesehen, um einen übermäßigen Stromfluss abzuschneiden. Wenn ein Stromkreisunterbrecher einen übermäßigen Stromfluss feststellt, dann veranlasst er ein Abtrennen der Stromversorgungsschaltung, um den Strom zu unterbrechen (siehe die japanische noch nicht geprüfte Patentpublikation Nr. 2000-315483).
  • Wenn jedoch durch einen solchen Stromkreisunterbrecher der Strom vollständig abgeschnitten wird, dann können vorübergehende Störimpulse erzeugt werden, und weil der Betrieb der elektrischen Einrichtung unterbrochen wird, können Probleme auftreten, wie aus dem Betrieb heraus verlorengehende Daten. Die Erfindung wurde gemacht, um diese Arten von Problemen zu lösen. Daher besteht die erste Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines Batteriepacks, welches die Feststellung von Unnormalitäten mit einer einfachen Schaltungskonfiguration erlaubt, und in der Schaffung eines Verfahrens zur Feststellung von Unnormalitäten von Batteriepacks.
  • Weil es außerdem viele verschiedene Arten von elektrischen Geräten gibt, die Batteriepacks benutzen, wie etwa tragbare elektrische Geräte, gibt es auch viele verschiedene Typen von aufladbaren Batterien, die in Batteriepacks enthalten sind. Insbesondere wird die spezielle Spannung einer wiederaufladbaren Batterie durch das an sie angeschlossene elektrische Gerät bestimmt, und man muss ein aufladbare Batterien enthaltendes Batteriepack anschließen, das für den Typ des elektrischen Gerätes geeignet ist. Daher hat man ein Batteriepack bereitgestellt, das mit einem elektrischen Signalanschluss versehen ist, mit Hilfe dessen das elektrische Gerät den Typ des angeschlossenen Batteriepacks bestimmen kann (siehe japanisches Patent Nr. 3085539).
  • Wie bereits gesagt wurde, sind einige Batteriepacks mit einer Überstromschutzschaltung versehen, welche einen übermäßigen Stromfluss in einem den Batteriepack verwendenden elektrischen Gerät verhindert. Wenn man diese Art von Schutzschaltung vorsieht, benötigt man jedoch elektronische Teile und Platinen für die Schaltungsimplementierung, und man hat Probleme zusätzlicher Herstellungsschritte und höherer Kosten. Weil diese Art von Schutzschaltungen innerhalb des Batterie tergebracht werden muss, ergibt sich ferner das Problem, dass das Batteriepack größer wird.
  • Die Erfindung wurde auch dazu entwickelt, diese Arten von Problemen zu lösen. Es ist daher eine zweite Aufgabe der Erfindung ein Batteriepack zu schaffen, welches eine Unterscheidung des Typs der in dem Batteriepack enthaltenen wiederaufladbaren Batterien erlaubt und welche eine preiswerte Realisierung der Batterieschutzfunktion mit minimalem Platzbedarf in dem Batteriepack erlaubt.
  • Diese und weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen noch deutlicher.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Zur Lösung der oben genannten Aufgaben ist gemäß der Erfindung ein Batteriepack mit einer aufladbaren Batterie, die eine erste und eine zweite Elektrode aufweist, und einer Schutzeinrichtung ausgestattet, welche die wiederaufladbare Batterie schützt, wenn eine Unnormalität festgestellt wird. Die Schutzeinrichtung ist mit einem ersten Ausgangsanschluss, der von außen zugänglich ist und mit der ersten Elektrode der Batterie verbunden ist, einem zweiten Ausgangsanschluss, der von außen zugänglich ist und mit der zweiten Elektrode der wiederaufladbaren Batterie verbunden ist, einem dritten Ausgangsanschluss, der von außen zugänglich ist, um Signale festzustellen, und einem Kontaktschaltteil ausgestattet, das bei Feststellung einer Unnormalität zum Schutz der Batterie einen Kontakt schalten kann. Die Schutzeinrichtung ist mit ihren Ausgangsanschlüssen und dem Kontaktschaltteil als eine einzelne Einheit konfiguriert. Der Kontaktschaltteil ist an einem Ende mit der zweiten Elektrode der wiederaufladbaren Batterie verbunden und am anderen Ende in einer Weise geschaltet, welche es ermöglicht, zwischen einem mit dem zweiten Ausgangsanschluss verbundenen Kontakt und einem mit dem dritten Ausgangsanschluss verbundenen Kontakt umzuschalten. Der Kontaktschaltteil ist so konfiguriert, dass er die zweite Elektrode der wiederaufladbaren Batterie im normalen Betrieb mit dem mit dem zweiten Ausgangsanschluss verbundenen Kontakt und bei Feststellung einer Unnormalität mit dem mit dem dritten Ausgangsanschluss verbundenen Kontakt verbindet.
  • Ein weiteres erfindungsgemäßes Batteriepack ist mit seinem dritten Ausgangsanschluss mit einer Detektoreinrichtung verbunden, welche den Typ der wiederaufladbaren Batterie identifiziert. Der dritte Ausgangsanschluss ist andererseits mit einer Detektoreinrichtung verbunden, welche einen Temperaturanstieg der wiederaufladbaren Batterie erkennt.
  • Bei einem weiteren Batteriepack gemäß der Erfindung ist die Detektoreinrichtung zwischen dem dritten Ausgangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss geschaltet.
  • Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Batteriepack ist eine Sicherheitskomponente in der Schutzeinrichtung enthalten, um die wiederaufladbare Batterie zu schützen, wenn eine Unnormalität festgestellt wird. Die Sicherheitskomponente ist mit einem Schutzelement versehen, welches zwischen die zweite Elektrode der wiederaufladbaren Batterie und den zweiten Ausgangsanschluss geschaltet ist. Dieses Schutzelement kann ein PTC-Bauelement sein.
  • Bei einem weiteren Batteriepack gemäß der Erfindung ist die Sicherheitskomponente und die Detektoreinrichtung an der Oberfläche auf der den von außen zugänglichen Ausgangsanschlüssen gegenüberliegenden Seite angeschlossen. Außerdem kann die Detektoreinrichtung auch unmittelbar zwischen den zweiten und dritten Ausgangsanschlüssen auf der den von außen zugänglichen Ausgangsanschlüssen gegenüberliegenden Oberfläche geschaltet sein.
  • Bei einem anderen Batteriepack gemäß der Erfindung sind die wiederaufladbare Batterie und die Schutzeinrichtung zu einer einzelnen Einheit in Harz eingeschmolzen.
  • Bei einem weiteren Batteriepack gemäß der Erfindung ist der Kontaktschaltteil mit einem bimetallbetätigten Arm versehen. Ein Ende des Arms ist am Knoten C befestigt, welcher an die zweite Elektrode der wiederaufladbaren Batterie angeschlossen ist, und das andere Ende dient als Schaltende. Das Schaltende kann mit dem Kontakt A verbunden sein, der an den zweiten Ausgangsanschluss angeschlossen ist, um den Arm in der normalen Betriebsposition parallel zu dem Schutzelement zu bringen, und er kann mit dem mit dem dritten Ausgangsanschluss verbundenen Kontakt B verbunden sein, um bei einem unnormalen Betriebszustand den dritten Ausgangsanschluss mit der zweiten Elektrode der Batterie zu verbinden. Wenn der durch das Bimetall aktivierte Arm eine Unnormalität feststellt, indem ein Temperaturanstieg gefühlt wird, dann schaltet er von der normalen Betriebsposition in die Position für unnormalen Betrieb um. Wenn der Arm keine Unnormalität mehr fühlt, dann kehrt er in die normale Betriebsposition zurück.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Feststellung von Unnormalitäten eines Batteriepacks ist ein solches, welches Unnormalitäten eines mit einer wiederaufladbaren Batterie, die eine erste und eine zweite Elektrode hat, versehenen Batteriepacks feststellt, und ferner eine Schutzeinrichtung hat, welche die wiederaufladbare Batterie schützt, wenn ein unnormaler Zustand auftritt. Dieses Verfahren hat einen Schritt, bei dem für ein mit dem Batteriepack verbundenes elektrisches Gerät ein Antwortsignal von der Detektoreinrichtung, welche den Typ der wiederaufladbaren Batterie erkennt, über den mit der Detektoreinrichtung verbundenen dritten Ausgangsanschluss festgestellt wird, wenn die Schutzeinrichtung keine Unnormalität der wiederaufladbaren Batterie feststellt. Das Verfahren enthält auch einen Schritt zur Überbrückung der Detektoreinrichtung und zum Verbinden der zweiten Elektrode der wiederaufladbaren Batterie mit dem dritten Ausgangsanschluss, wenn die Schutzeinrichtung eine Unnormalität einer wiederaufladbaren Batterie feststellt. Weiterhin enthält das Verfahren einen Schritt, um Unnormalitäten des elektrischen Gerätes über den dritten Ausgangsanschluss festzustellen, wobei ein Übergang zu einem vorbestimmten Modus für unnormalen Betrieb erfolgt, welcher den Betrieb mit einer Spannung der wiederaufladbaren Batterie erlaubt, die niedriger als die vorgesehene Spannung ist. Im Betrieb kann bei dem erwähnten Modus für unnormalen Betrieb eine Anzeige auf einem speziellen Bildschirm erfolgen.
  • Das Batteriepack und das Verfahren zur Feststellung von Unnormalitäten des Batteriepacks, wie oben beschrieben, haben die hervorragende Eigenschaft, dass Unnormalitäten effektiv mit einer einfachen Schaltungskonfiguration festgestellt werden können, weil das Batteriepack und das Verfahren zur Feststellung von Unnormalitäten des Batteriepacks gemäß der Erfindung sich durch eine Detektoreinrichtung auszeichnen, die sowohl zum Erkennen des Typs der wiederaufladbaren Batterie wie auch zum Feststellen von Unnormalitäten dient. Bei diesem Aufbau kann das mit dem Batteriepack verbundene Gerät über den Signalanschluss zuverlässig den Batterietyp und Unnormalitäten überwachen und erkennen.
  • Bei dem oben beschriebenen Batteriepack ist die Erkennung des Typs der internen wiederaufladbaren Batterie durch eine externe elektrische Anordnung möglich, und ein Batteriepack mit Batterieschutz lässt sich in einer kompakten Konfiguration preiswert realisieren, und zwar speziell, weil das Batteriepack mit einem Signalanschluss in einem Anschlussteil versehen ist, in dem die Schutzeinrichtung sitzt, und dieser Signalanschluss ist mit einer Detektoreinrichtung verbunden, welche den Typ der wiederaufladbaren Batterie erkennt. Demzufolge kann eine Vielzahl unterschiedlicher Typen von Batteriepacks von der elektrischen Einrichtung genau unterschieden werden, und dies erlaubt eine optimale Benutzung entsprechend dem Typ der angeschlossenen Batteriepack. Weiterhin kann die Detektoreinrichtung dazu dienen, sowohl den wiederaufladbaren Batterietyp zu erkennen wie auch Ünnormalitäten der Batterie festzustellen, wodurch der Aufbau vereinfacht und der Anschlussteil miniaturisiert wird und ein Beitrag geleistet wird, den gesamten Batteriepack leichter und kompakter zu bauen.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt ein Schaltbild für den normalen Betrieb eines Batteriepacks für eine Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 ist ein Schaltbild für den Fall der Feststellung von Unnormalitäten in einem Batteriepack bei einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 3 ist eine vergrößerte Schrägansicht, welche den Ausgangsanschlussbereich eines Batteriepacks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 4 ist eine auseinandergezogene Schrägansicht des gesamten Batteriepacks gemäß 3;
  • 5 ist eine Ersatzschaltung, welche das Batteriepack und die elektrische Schaltung gemäß 1 zeigt;
  • 6 ist ein Ersatzschaltbild des Batteriepacks und der elektrischen Schaltung gemäß 2;
  • 7 zeigt einen Querschnitt eines Beispiels einer Konfiguration eines Kontaktschaltteils im normalen Betrieb;
  • 8 zeigt einen Querschnitt eines Beispiels einer Konfiguration eines Kontaktschaltteils beim Feststellen von Unnormalitäten;
  • 9 ist eine Schrägansicht eines Anschlussbereichs für ein Batteriepack gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 10 ist eine auseinandergezogene Schrägansicht des Anschlussbereichs für ein Batteriepack gemäß 9;
  • 11 ist eine Draufsicht auf den Anschlussteil für ein Batteriepack gemäß 9;
  • 12 ist ein Längsschnitt durch den Anschlussteil eines Batteriepacks gemäß 9;
  • 13 ist eine Unteransicht des Anschlussteils für ein Batteriepack gemäß 9;
  • 14 ist ein Längsschnitt durch den Anschlussteil eines Batteriepacks gemäß 9 an einer Batterie montiert;
  • 15 ist ein Schaltbild, welches den Schaltungsentwurf des Ausgangsbereichs eines Batteriepacks nach einer verwandten Technologie zeigt;
  • 16 zeigt ein Schaltbild für die Ausgangsbereichsschaltung eines Batteriepacks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 17 zeigt ein Schaltbild für die Ausgangsbereichsschaltung eines Batteriepacks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Wenn auch die nachstehenden Ausführungsformen als konkrete Beispiele technischer Konzepte die Erfindung zeigen sollen, ist das Batteriepack und das Verfahren zum Feststellen von Unnormalitäten gemäß der Erfindung nicht auf das Folgende beschränkt. Um diese detaillierte Beschreibung und die Ansprüche leicht verständlich zu machen, sind weiterhin die den Teilen der Ausführungsformen zugeordneten Bezugsziffern in den Ansprüchen angegeben. Jedoch sind die in den Ansprüchen genannten Teile in keiner Weise auf die in den dargestellten Ausführungsformen gezeigten Teile beschränkt. Bei den in den Figuren gezeigten Teilen sind Merkmale wie Größe und gegenseitige Position übertrieben dargestellt, um die Beschreibung klarer zu machen. Weiterhin können mehrere Strukturelemente der Erfindung als einziges Teil realisiert werden, welches die Zwecke mehrerer Bauelemente erfüllt.
  • Die 1 und 2 zeigen Schaltbilder eines Batteriepacks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und die 3 und 4 sind perspektivische Darstellungen des Batteriepacks. Das in diesen Figuren gezeigte Batteriepack ist mit einer wiederaufladbaren Batterie 4 und einer Schutzeinrichtung 3 zur Verhinderung von Ereignissen wie unnormaler Entladung der wiederaufladbaren Batterie 4 ausgestattet. Die Schutzeinrichtung 3 ist mit einem Schutzelement 5, einem Kontaktschaltteil 12 und einer Detektoreinrichtung 17 versehen. Die Schutzeinrichtung 3 hat ferner einen ersten, einen zweiten und einen dritten Ausgangsanschluss 6A, 6B und 6C. Wie die 3 und 4 zeigen, sind die drei Anschlüsse 6 in einer Linie mit den von außen zugänglichen Elektrodenoberflächen angeordnet. Obwohl gemäß diesen Figuren diese Ausgangsanschlüsse in einer geraden Linie von links nach rechts in der Reihenfolge zwei ter Ausgangsanschluss 6B, dritter Ausgangsanschluss 6C und erster Ausgangsanschluss 6A angeordnet sind, sollte jedoch klar sein, dass keine Beschränkung auf diese Anordnung vorliegt. Vielmehr kann die Anordnung der Ausgangsanschlüsse auch vertauscht sein, und man kann optimal vertikale, horizontale, schräge, dreieckige oder andere Anschlussanordnungen vorsehen. Die positive Elektrode der wiederaufladbaren Batterie 4 ist mit dem ersten Ausgangsanschluss 6A verbunden. Ein Ende des Schutzelementes 5 und ein Ende des Kontaktschaltteils 12 sind mit der negativen Elektrode der wiederaufladbaren Batterie 4 verbunden. Das andere Ende des Schutzelementes 5 ist mit einem Ende der Detektoreinrichtung 17 und dem zweiten Ausgangsanschluss 6B verbunden. Das andere Ende der Detektoreinrichtung 17 ist mit dem dritten Ausgangsanschluss 6C verbunden.
  • Der dritte Ausgangsanschluss 6C ist mit der Detektoreinrichtung 17 verbunden und dient der Identifizierung des Typs der wiederaufladbaren Batterie 4. Weiterhin kann der dritte Ausgangsanschluss 6C mit einem Temperatursensor, wie einem Thermistor, zusätzlich oder anstelle der Detektoreinrichtung 17 verbunden sein, um die Temperatur der wiederaufladbaren Batterie 4 festzustellen.
  • Der Kontaktschaltteil 12 ist so konfiguriert, dass ein Ende immer fest liegt, während das andere Schaltende ein Umschalten erlaubt, wenn eine Unnormalität festgestellt wird. Bei den Beispielen nach den 1 und 2 liegt das feste Ende des Kontaktschaltteils 12 (Knoten C in 1) zwischen der negativen Elektrode der wiederaufladbaren Batterie 4 und dem Schutzelement 5. Das Schaltende kann demgegenüber entweder am anderen Ende des Schutzelementes 5 (Knoten A in 1) oder zwischen dem Detektor 17 und dem dritten Ausgangsanschluss 6C (Knoten B in 2) umschalten. Dieser Kontaktschaltteil 12 schaltet sein Schaltende zum Kontaktknoten A, was die normale Betriebsposition darstellt, wenn keine Unnormalitäten auftreten oder bei normalem Betrieb, und schaltet sein Schaltende zum Kontaktknoten B, was die unnormale Position darstellt, wenn eine Unnormalität festgestellt wird. Im normalen Betrieb kann die Schaltung nach 1 demgemäß durch das Ersatzschaltbild nach 5 dargestellt werden, während bei Unnormalitäten das Schaltbild gemäß 2 als Ersatzschaltbild nach 6 gezeichnet werden kann.
  • Wenn keine Unnormalitäten auftreten oder im normalen Betrieb, dann ist das Schutzelement 5 kurzgeschlossen, weil der Kontaktschaltteil 12 die Knoten C und A miteinander verbindet und das Schutzelement 5 nur einen vernachlässigbaren Strom führt. Wie das Ersatzschaltbild 5 zeigt, ist also der erste Ausgangsanschluss 6A und der zweite Ausgangsanschluss 6B jeweils entsprechend mit den positiven und negativen Elektroden der wiederaufladbaren Batterie verbunden, und es wird elektrische Leistung von der wiederaufladbaren Batterie 4 zu dem mit dem Batteriepack verbundenen Gerät geliefert. Außerdem ist der dritte Ausgangsanschluss 6C über die Detektoreinrichtung 17 mit der negativen Elektrode der wiederaufladbaren Batterie 4 verbunden. Daher tritt am dritten Ausgangsanschluss 6C eine vorgeschriebene Spannung auf. Weil in dem elektrischen Gerät zwischen dem ersten Ausgangsanschluss 6A und dem dritten Ausgangsanschluss 6C ein Spannungsteilerwiderstand R1 liegt, wie 1 zeigt, wird am dritten Ausgangsanschluss 6C ein Spannungswert festgestellt, welcher die Klemmenspannung an den Anschlüssen der wiederaufladbaren Batterie 4 heruntergeteilt durch den Widerstand R1 und die Detektoreinrichtung 17 darstellt.
  • Bei dieser Konfiguration dient die Detektoreinrichtung 17 nicht nur zur Erkennung des Batteriepacks, sondern auch zum Feststellen eines unnormalen Zustandes. Während eines unnormalen Betriebs schaltet das Schaltende des Kontaktschaltteils 12 vom Knoten A auf den Knoten B. Dadurch werden die Knoten C und B miteinander verbunden, und die Schaltungskonfiguration ändert sich vom Ersatzschaltbild gemäß 5 in dasjenige der 6. Weil bei dieser Konfiguration der dritte Ausgangsanschluss 6C mit der negativen Elektrode der wiederaufladbaren Batterie 4 verbunden ist, welche die Referenzspannung ist, tritt an diesem Anschluss keine Spannung auf. Daher kann das elektrische Gerät eine Unnormalität des Batteriepacks durch Feststellen einer Spannung am dritten Ausgangsanschluss 6C ermitteln, welche vom Spannungsteilerwert, der durch R1 und die Detektoreinrichtung 17 bestimmt wird, auf Null abfällt. Weil außerdem der zweite Ausgangsanschluss 6B mit der negativen Elektrode der Batterie 4 über das Schutzelement 5 verbunden ist, verringert sich der Stromfluss.
  • Zu dieser Zeit kann das elektrische Gerät in einen vorbeschriebenen unnormalen Betriebszustand übergehen. Bei dem in den 5 und 6 gezeigten Schaltungsbeispiel des mit dem Batteriepack verbundenen elektrischen Gerätes hat dieses einen Steuerteil 18, welcher den dritten Ausgangsanschluss 6C überwacht, und einen Displayteil 19, welcher vom Steuerteil 18 gesteuert wird. Der Steuerteil 18 und der Displayteil 19 empfangen elektrische Leistung von der wiederaufladbaren Batterie über den ersten Ausgangsanschluss 6A und den zweiten Ausgangsanschluss 6B. Wenn die Spannung am dritten Ausgangsanschluss 6C, wie 5 zeigt, den Wert hat, welcher durch den Spannungsteiler mit dem Widerstand R1 und der Detektoreinrichtung 17 bestimmt wird, dann wertet der Steuerteil 18 die Situation als normal. Wenn andererseits die Spannung am dritten Ausgangsanschluss 6C auf Null abfällt, wie 6 zeigt, dann wertet der Steuerteil 18 die Bedingungen des Batteriepacks als unnormal und liefert Instruktionen, um auf ei nen vorbestimmten Unnormal-Modus des Betriebs überzugehen. Als Operationen für den Unnormal-Modus erfolgen Aktionen wie eine Warnung des Benutzers, dass eine Unnormalität des Batteriepacks aufgetreten ist, Schützen oder Sichern von Daten im Betriebsablauf, Schalten auf einen Modus niedriger Betriebsspannung oder Schalten auf eine Reservebatterie. Beispielsweise kann in einem Fall, wo das elektrische Gerät ein tragbares Telefon (Mobiltelefon) ist, dann, wenn der Steuerteil 18 eine Unnormalität feststellt, auf dem Displayteil eine das Auftreten einer Unnormalität beschreibende Nachricht oder ein Standby-Schirmbild dargestellt werden, während die Operationen unterbrochen und die Daten zwischenzeitlich gespeichert werden. Der Steuerteil 18 kann als integrierte Gate-Array-Schaltung konfiguriert werden, etwa als FPGA oder ASIC. Für den Displayteil 19 kann ein Flüssigkristalldisplay oder ein Leuchtdioden(LED)-Display verwendet werden.
  • Die Stromzuführung für einen unnormalen Betriebszustand erfolgt von der wiederaufladbaren Batterie 4 über das Schutzelement 5. Weil die Größe des über das Schutzelement 5 zugeführten Stromes begrenzt ist, sind Unnormal-Betriebszustände solche, die mit geringerer als normaler Leistung ausgeführt werden können. In einem Fall, wo das elektrische Gerät eine alternative Stromquelle hat, kann es diese anstatt oder zusätzlich zu der wiederaufladbaren Batterie 4 benutzen. Beispielsweise kann das elektrische Gerät eine alternative Stromquelle wie eine gehäuseinterne Reservebatterie benutzen oder einen Kondensator, welcher im normalen Betrieb von dem Batteriepack geladen wird und sich während des unnormalen Betriebs entlädt.
  • Das Schutzelement 5 ist ein Widerstand oder ein Hochtemperatur-Hochstrom-Schutzelement. Speziell kann für das Schutzelement ein Bauelement benutzt werden, welches einen Temperatur anstieg oder Stromanstieg feststellt und den Strom begrenzt, wie etwa ein PTC-Bauelement. Ein PTC-Bauelement (mit positivem Temperaturkoeffizienten) ist eine Materialverbindung, die eine positiv ansteigende Widerstands-Temperatur-Charakteristik hat. Ein PTC-Bauelement hat eine solche Charakteristik, dass der Widerstand mit der Temperatur ansteigt, und blockiert wirksam den Stromfluss, wenn ein Temperaturanstieg festgestellt wird.
  • Der Kontaktschaltteil 12 stellt ebenfalls einen Temperaturanstieg und einen Stromanstieg fest. Wie oben erwähnt, schaltet das Schaltende bei Feststellung einer Unnormalität, um die elektrische Verbindung zu ändern. Wird keine Unnormalität festgestellt, dann liegt der Kontaktschaltteil 12 parallel zum Schutzelement 5, und wenn eine Unnormalität festgestellt wird, dann verbindet der Kontaktschaltteil 12 die negative Elektrode der aufladbaren Batterie 4 mit dem dritten Ausgangsanschluss 6C. Für diesen Typ von Kontaktschaltteil 12 kann man ein Bimetall benutzen. Ein solches Bimetall ist aus zwei Arten dünner Metallplatten mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten hergestellt, welche miteinander verbunden sind. Bei Temperaturänderungen ändert sich die Krümmung der beiden Metallplatten entsprechend den unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten, und die Bimetallplatte biegt sich durch. Beispielsweise wird häufig als Bimetall eine Kombination von Invar (64% Fe,:36% Ni) und Bronze (Cu,Sn) benutzt, und zwischen die beiden Metalle kann zur weichen Änderung der Krümmung ein drittes Metall mit einem dazwischenliegenden Ausdehnungskoeffizienten sandwichartig angeordnet werden.
  • Ein Beispiel für die Ausbildung eines Kontaktschaltteils 12 unter Verwendung von Bimetall ist in den 7 und 8 gezeigt. Diese Figuren sind Querschnitte, welche freiliegende Teile des ersten Ausgangsanschlusses 6A, des dritten Aus gangsanschlusses 6C und des zweiten Ausgangsanschlusses 6B an der Oberseite des Batteriepacks zeigen. 7 zeigt das Kontaktschaltteil 12 vor der Aktivierung, wenn keine Unnormalität festgestellt wird, und 8 zeigt ein Beispiel eines Kontaktschaltteils 12, was infolge Feststellung einer Unnormalität aktiviert ist. Das Kontaktschaltteil 12 hat einen Arm 12A, der durch Bimetall aktiviert wird, wobei dieser Arm 12A entweder direkt oder indirekt durch Bimetall aktiviert wird. Der Kontaktschaltteil 12 nach den 7 und 8 hat einen Arm 12A und eine Druckplatte 12B. Der Arm 12A ist eine flexible Platte aus leitendem Material, vorzugsweise kann man eine Kupferlegierung hierfür benutzen. Der Metallplattenarm 12A ist so ausgebildet, dass er sich in seinem normalen Zustand nach unten krümmt. Die Druckplatte 12B ist aus Bimetall gebildet und an der Unterseite des Arms 12A angeordnet und drückt nach oben gegen ihn. Die Druckplatte 12B hat normalerweise eine konvexe Form, wie 7 zeigt, aber ihre Enden federn bei Feststellung einer Unnormalität nach oben in eine konkave Form und drücken den Arm 12A gegen die obere Fläche, wie dies 8 zeigt.
  • In diesen Figuren besteht der erste Ausgangsanschluss 12A aus Nickelblech und ist mit der positiven Elektrode der wiederaufladbaren Batterie 4 verbunden. Die Detektoreinrichtung 17 ist zwischen den dritten Ausgangsanschluss 6C und den zweiten Ausgangsanschluss 6B geschaltet, welche ähnlich aus Nickelblech hergestellt sind. Eine aus einem Kupferlegierungsblech hergestellte Basisplatte 11 befindet sich unterhalb der Ausgangsanschlüsse und ist an die negative Elektrode der wiederaufladbaren Batterie 4 angeschlossen. Ein Silberlegierungsbasisplattenkontakt 11B und ein PTC-Bauelement, welches das Schutzelement 5 ist, sind mit der oberen Fläche der Basisplatte 11 verbunden. Die obere und die untere Fläche dieses PTC-Elementes bilden seine Kontakte. Ferner befindet sich links und rechts vom PTC-Bauelement Isoliermaterial 13A, 13B. Wie 7 zeigt, wird die Bimetalldruckplatte 12B, die auf der Oberseite des PTC-Bauelementes aufsitzt, von dem Isoliermaterial 13A, 13B unterstützt und ist von den anderen Materialien isoliert. Ein Kupferlegierungsplattenarm 12A ist mit einem vom Schaltende des Arms 12A nach unten weisenden beweglichen Kontakt 10A und einem auf der Rückseite des Arms 12A vom Schaltende etwas zurückversetzten beweglichen Kontakt 10B versehen. Diese Kontakte sind beide oberflächlich versilbert. Der Kontaktschaltteil 12 kann als Einheit für sich mit dem Ausgangsanschlussteil 6D zusammengebaut sein.
  • Der Kontaktschaltteil 12 arbeitet folgendermaßen.
    • (1) Beim normalen Betrieb, wenn also der Temperaturbereich nicht unnormal ist, drückt der Arm 12A nachgiebig gegen die untere Oberfläche, wie es 7 zeigt. In diesem Zustand ist das hintere Ende des Arms 12A, welches das am Punkt C feste Ende ist, mit dem zweiten Ausgangsanschluss 6B verbunden, und das Vorderende des Arms 12A, welches das Schaltende bildet, hat den beweglichen Kontakt 10A in Berührung mit dem Basisplattenkontakt 11B, welcher den mit der Basisplatte 11 verbundenen Punkt A darstellt. Da die Basisplatte 11 mit der negativen Elektrode der Batterie 4 verbunden ist, sind die Punkte A und C in diesem Zustand verbunden, und der zweite Ausgangsanschluss 6B ist unmittelbar mit der negativen Elektrode der Batterie 4 verbunden, ohne Leitungsführung durch das PTC-Bauelement. Da die Druckplatte 12B, die auf der oberen Seite des PCT-Elementes aufsitzt, nichts anderes elektrisch kontaktiert, leitet dieses nicht. Der dritte Ausgangsanschluss 6C ist hierbei mit dem zweiten Ausgangsanschluss 6B über die Detektoreinrichtung 17 verbunden. Infolgedessen bestehen die im Ersatzschaltbild der 5 veranschaulichten Verbindungen, und das elektrische Gerät wird von der wieder aufladbaren Batterie 4 in dem Batteriepack mit elektrische Leistung versorgt, und der dritte Ausgangsanschluss C ist mit der Detektoreinrichtung 17 verbunden.
    • (2) Wenn die innere Batterietemperatur unnormal ansteigt, dann krümmt sich die Bimetalldruckplatte 12B, und ihre Enden federn nach oben, wie es 8 zeigt, und sie drückt den Arm 12A nachgiebig gegen die obere Fläche. Punkt A wird abgetrennt, und der bewegliche Kontakt 12B berührt den dritten Ausgangsanschluss 6C am Punkt B. Gleichzeitig wird die Oberseite des PTC-Bauelementes mit dem zweiten Ausgangsanschluss 6B über die Druckplatte 12B und den Arm 12A verbunden. Bei dieser Konfiguration ist das Detektoreinrichtung 17 von den Oberseitenverbindungen des Armes 12A überbrückt, und der dritte Ausgangsanschluss 6C ist unmittelbar mit dem zweiten Ausgangsanschluss 6B verbunden. Außerdem ist der zweite Ausgangsanschluss 6B über das PTC-Bauelement mit der negativen Elektrode der Batterie 4 über die untere Seite des Arms verbunden. Bei dieser Konfiguration wird dem elektrischen Gerät über das PTC-Bauelement ein begrenzter Strom zugeführt, und der Steuerteil 18 des elektrischen Geräts stellt eine Unnormalität fest und geht in den abnormalen Betriebsmodus über.
    • (3) Wenn der Temperaturanstieg beendet wird und die Temperatur infolge der Strombegrenzung durch das PTC-Bauelement wieder in den normalen Bereich gelangt, dann kehrt die Bimetalldruckplatte 12B in die Stellung gemäß 7 zurück, der Druck auf den Arm 12A hört auf, und dieser drückt sich wieder flexibel gegen die untere Oberfläche, und die normale Konfiguration wird wieder hergestellt. Durch Wiederholung dieser Vorgänge liefert der Batteriepack geeignete elektrische Leistung an das elektrische Gerät, wobei unnormale Zustände vermieden werden.
  • Bei diesem Beispiel sind das Schutzelement 5 und der Kontaktschaltteil 12, welcher den Temperaturanstieg feststellt, zusammenmontiert, und bei unnormalen Zuständen schaltet der Kontaktschaltteil 12 die Verbindungen, während das Hochtemperatur-Hochstrom-Schutzelement den Strom begrenzt. Dazu wird die Temperatur für Bimetall- und PTC-Aktivierung etwa gleich gewählt.
  • Der Kontaktschaltteil 12 ist nicht auf den oben beschriebenen Aufbau beschränkt. Beispielsweise kann der Arm 12A ohne Verwendung einer Druckplatte 12B aus Bimetall gebildet werden, und der Arm kann selbst so ausgebildet werden, dass er sich biegt.
  • Bei dem oben beschriebenen Beispiel ist der Kontaktschaltteil 12 als eine einzelne Struktur mit dem Ausgangsanschlussteil 6D ausgebildet. Bei dem Batteriepack gemäß den 3 und 4 wird der gegossene Harzbereich 21 zum äußeren Gehäuse 1. Beim Zusammenbauen zur Bildung des gegossenen Harzbereichs 21 dieses Batteriepacks wird die noch nicht montierte Batterie 7, welches die wiederaufladbare Batterie 4 ist, mit dem Ausgangsanschlussteil 6D zur Bildung des Kerns des Batteriepacks, der in dem Gießharzbereich 21 fixiert ist, durch Spritzgießen zusammengefügt. Ein Batteriepack mit einem als Plastikgehäuse gebildeten äußeren Gehäuse wird montiert durch Zusammenfügen des Schutzelementes 3 mit der Batterie 7 als Batteriepackkern und Einsetzen des Kernes in das Außengehäuse. Die Montage des Batteriepacks ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt, sondern man kann auch in ein separat gegossenes Plastikaußengehäuse einen Batteriepackkern einsetzen, der aus einem mit einer Batterie verbundenen Ausgangsanschlussteil gebildet ist. Ferner kann der Kontaktschaltteil separat vom Ausgangsanschlussteil hergestellt und mit diesem zusammen montiert werden.
  • Bei dem oben erläuterten Beispiel wird die Spannung am dritten Ausgangsanschluss 6C abgefühlt, um normale und unnormale Bedingungen zu beurteilen, jedoch kann das System auch so konfiguriert werden, dass es Strom statt Spannung feststellt. Weiterhin war bei dem oben beschriebenen Beispiel der erste Ausgangsanschluss die positive Elektrode und der zweite Ausgangsanschluss die negative Elektrode, jedoch können positive und negative Elektroden bei einer Schaltungskonfiguration auch vertauscht werden, bei welcher der erste Ausgangsanschluss die positive Elektrode und der zweite Ausgangsanschluss die negative Elektrode ist, um die gleichen Ergebnisse zu erhalten.
  • Da die Detektoreinrichtung 17 bei der obigen Konfiguration sowohl zum Erkennen des Typs der wiederaufladbaren Batterie wie auch zum Feststellen von Unnormalitäten dient, reduziert sich die Anzahl der Bauelemente, und es wird eine preiswerte Konfiguration möglich. Auch ist der Kontaktschaltteil mit einer einfachen Struktur unter Verwendung eines Bimetallschalterkontaktes realisiert. Auf diese Weise werden die erforderlichen Kosten bei der oben beschriebenen Ausführungsform reduziert durch Implementierung der Unnormalitätsfeststellung und des Überstromschutzes mit einer einfachen Struktur und ohne Verwendung einer komplexen Überstromschutzeinrichtung aus einer Mehrzahl elektronischer Schaltungen. Weiterhin wird beim Auftreten einer Unnormalität der Strom nicht völlig mit einem Stromkreisunterbrecher abgeschaltet, sondern ein Teilstrom wird aufrechterhalten, der einen Unnormal-Modus-Betrieb erlaubt, das Auftreten der Unnormalität wird unmittelbar an das elektrische Gerät weitergeleitet, und es wird ein Datenverlust infolge einer momentanen Stromabschaltung vermieden. Außerdem erfolgt eine Erholung durch automatische Rückkehr zum Normalbetrieb beim Aufhören der unnormalen Zustände.
  • Das in den 3 und 4 gezeigte Batteriepack ist in den Eckbereichen des Außengehäuses 1 mit Ausrichtungsausschnitten 2 versehen, um das Batteriepack fest in einem (nicht dargestellten) Batteriebefestigungsteil des elektrischen Gerätes zu positionieren. Im Beispiel der Figuren sind die Ausrichtungsausschnitte 2 an beiden Seiten der vorderen Oberfläche des Außengehäuses vorgesehen, in welchem die Ausgangsanschlüsse 6 gehalten sind. Da ein Batteriepack mit Ausrichtungsausnehmungen 2 im Batteriebefestigungsabschnitt des elektrischen Gerätes in eine feste Position passen kann, kann sie ohne Veränderung ihrer Position am elektrischen Gerät fest angebracht werden. Jedoch muss das Batteriepack gemäß einer Ausführungsform der Erfindung nicht notwendigerweise Ausrichtungsausschnitte am Außengehäuse haben, weil nämlich das Batteriepack zur Halterung in einer festen Position passend zum Batteriehalterungsabschnitt des elektrischen Gerätes gemacht werden kann.
  • Für die detaillierte Beschreibung der Schutzeinrichtung 3 zeigt 9 eine perspektivische Ansicht, 10 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, 11 eine Draufsicht, 12 einen Längsschnitt, 13 eine Unteransicht und 14 einen Längsschnitt, welcher die Schutzeinrichtung 3 an eine Batterie 7 angesetzt zeigt. Die in diesen Figuren gezeigte Schutzeinrichtung 3 hat eine Abdeckung 15 für die Ausgangsanschlüsse 6, einen Kontaktschaltteil 12 zum Schalten der Kontakte beim Auftreten eines unnormalen Zustandes, ein Schutzelement 5 zur Begrenzung des Stroms und zum Schutz der wiederaufladbaren Batterie 4 beim Auftreten einer Unnormalität und eine Schutzeinrichtungsbasis 16. Diese Schutzeinrichtung 3 wird durch Verbindung ihrer Abdeckung 15 mit der Basis 16 und die Anordnung von Sicherheitselementen 20, wie dem Kontaktschaltteil 12 und dem Schutzelement 5, zwischen Abdeckung 15 und Basis 16 hergestellt. Die Abdeckung 15 und die Basis 16 werden mit Schrauben oder Haken etc., oder durch Verschweißen, Verkleben etc. miteinander verbunden. Außerdem können die Abdeckung 15 und die Basis 16 mit Kunstharz zusammengefügt werden, einschließlich eines Spritzens der Schutzeinrichtung 3 als einzelne Einheit.
  • Die Schutzeinrichtung 3 ist mit der Batterie 7, welche die wiederaufladbare Batterie 4 bildet, elektrisch verbunden. Bei dem Batteriepack ist die wiederaufladbare Batterie 4 ganz oder teilweise in den gespritzten Kunstharzbereich 21 eingesetzt und fixiert, und die Schutzeinrichtung 3 ist ebenfalls dort eingesetzt und fixiert, wobei die Ausgangsanschlüsse 6 außen frei liegen. Die Schutzeinrichtung 3 ist mit einem Isoliergehäuse ausgebildet, und die Abdeckung 15 und die Basis 16 sind ganz oder teilweise aus Isoliermaterial hergestellt. Die Ausgangsanschlüsse 6 des Batteriepacks sind an der Oberfläche der Abdeckung 15 der Schutzeinrichtung 3 angebracht, und die Ausgangsanschlüsse 6 sind über die Schutzeinrichtung 3 in den gespritzten Kunstharzbereich 21 eingesetzt und fixiert.
  • Der erste Ausgangsanschluss 6A, der zweite Ausgangsanschluss 6B und der dritte Ausgangsanschluss 6C, welche die Ausgangsanschlüsse 6 bilden, sind nebeneinander etwa in derselben Ebene mit etwa gleicher Form von außen zugänglich auf der Abdeckung 15 angeordnet. Die Abdeckung 15 ist aus Kunstharz hergestellt und bildet ein einzelnes Teil mit den Ausgangsanschlüssen. Die Schutzeinrichtung 3 kann mit dem Kunstharz als einzelnes Stück mit der Abdeckung 15 und der Basis 16 gespritzt werden. Auf diese Weise wird sie als einzelne Einheit gebildet, welche Schutzelemente in einem Isoliergehäuse und an der Oberfläche frei liegende Ausgangsanschlüsse des Batteriepacks hat.
  • Das Schutzelement 5, welches die wiederaufladbare Batterie 4 gegen unnormale Zustände schützt, befindet sich in einem offenen Bereich an der zusammenpassenden Oberfläche von Abdeckung 15 und Basis 16. Das Schutzelement 5 ist zwischen die wiederaufladbare Batterie 4 und den Ausgangsanschlüssen 6 angeschlossen und schaltet den Ausgang der wiederaufladbare Batterie 4 beim Auftreten von Unnormalitäten ab, um einen Überstrom zu vermeiden. Das Schutzelement 5 kann in der Schutzeinrichtung 3 untergebracht sein, um es unmittelbar mit den Ausgangsanschlüssen 6 zu verbinden, oder um es in einer Position nahe bei den Ausgangsanschlüssen anzuordnen. Demnach ist eine separate Schutzschaltung nicht notwendig, und es werden keine Schaltungsplatine und elektrische Komponenten benötigt, und man braucht auch keinen zusätzlichen Raum innerhalb des Batteriepacks zur Unterbringung dieser Teile vorzusehen, was zur Reduzierung von Größe und Kosten beiträgt.
  • Die Schutzeinrichtung 3 hat weiterhin eine Detektoreinrichtung 17, welche den Typ der wiederaufladbaren Batterie erkennt und direkt an der Oberseite der Ausgangsanschlüsse 6 angebracht ist. Während die Vorderflächen der Ausgangsanschlüsse 6 außen als Verbindungsanschlüsse für das elektrische Gerät frei liegen, dienen die Rückseiten der Ausgangsanschlüsse zur Anbringung der Detektoreinrichtung 17, welche durch Löten oder Punktschweißen etc. direkt an den Ausgangsanschlüssen 6 befestigt ist. Durch die Benutzung beider Seiten der Ausgangsanschlüsse 6 in dieser Weise wird der Platz für die Schutzeinrichtung 3 effektiv ausgenutzt, um eine kompakte Struktur zu ermöglichen. Weiterhin werden die Leiterverbindungen zwischen der Detektoreinrichtung 17 und den Ausgangsanschlüssen 6 minimiert, und das Weglassen von Schaltverbindungen und Schaltungsplatinen trägt bei zur Verringerung der Kosten und des Raumbedarfs. Es folgt nun eine detaillierte Beschreibung der einzelnen Komponenten.
  • [Ausgangsanschlüsse]
  • Wie 3 zeigt, weist die Abdeckung 15 der Schutzeinrichtung 3 Ausgangsanschlüsse 6 auf, die an deren Oberseite angebracht sind. Die Ausgangsanschlüsse 6 liegen außerhalb des Außengehäuses 1 frei und dienen der Verbindung mit den (nicht veranschaulichten) Stromversorgungsanschlüssen des elektrischen Gerätes. Die Ausgangsanschlüsse 6 weisen einen ersten Ausgangsanschluss 6A und einen zweiten Ausgangsanschluss 6B auf, die mit dem positiven bzw. negativen Stromversorgungsanschluss verbunden sind, sowie einen dritten Ausgangsanschluss 6C, der als Signalanschluss dient. Diese Ausgangsanschlüsse 6 liegen außen als rechteckige Formen ungefähr derselben Größe frei, die nebeneinander in der Abdeckung angeordnet sind und einteilig mit der Kunstharzabdeckung 15 gebildet sind. In den 9 und 10 sind die Ausgangsanschlüsse 6 etwa in einer geraden Linie angeordnet und bilden von links nach rechts den ersten Ausgangsanschluss 6A, den dritten Ausgangsanschluss 6C und den zweiten Ausgangsanschluss 6B, jedoch versteht es sich, dass keine Beschränkung auf diese Anordnung vorliegt.
  • [Signalanschluss]
  • Der dritte Ausgangsanschluss 6C, welcher den Signalanschluss bildet, arbeitet als ein Identifizierungsanschluss zur Bestimmung des Typs des Batteriepacks. Bei der verwandten Technologie von Batteriepacks werden die Ausgangsanschlüsse 6 von einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluss 6 gebildet, welche mit dem positiven bzw. negativen Stromanschluss der wiederaufladbaren Batterie verbunden sind. Ein Batteriepack nach diesem Stand der Technik mit einem Anschluss zur Signaldetektierung ist beispielsweise in 15 gezeigt, wo der Signalanschluss mit dem negativen Ausgangsanschluss kurzgeschlossen ist. Im Gegensatz dazu ist bei einer Ausführungsform der Erfindung die Detektoreinrichtung 17 mit dem Signalanschluss verbunden, wie es 16 zeigt.
  • [Detektoreinrichtung]
  • Die Detektoreinrichtung 17 ist entsprechend den Eigenschaften und dem Typ des Batteriepacks mit der wiederaufladbaren Batterie 4 bemessen. Beispielsweise kann bei Realisierung der Detektoreinrichtung 17 in Form eines Widerstandes, dessen Widerstandswert auf die Kapazität der wiederaufladbaren Batterie abgestimmt ist, das mit dem Batteriepack verbundene elektrische Gerät die Batteriekapazität des Batteriepacks erkennen. Weil das elektrische Gerät bestimmen kann, ob ein geeignetes Batteriepack eingesetzt ist oder nicht, kann der Benutzer sich versichern, ob ein geeignetes Batteriepack ausgewählt und an das Gerät angeschlossen wurde, selbst wenn mehrere Typen von Batteriepacks verfügbar sind. Ist ein Batteriepack als von einem anderen Typ erkannt worden, beispielsweise wenn die Spannung des Batteriepacks nicht zum elektrischen Gerät passt, dann kann eine Fehlerinformation angezeigt werden, und die Spannung des Batteriepacks wird nicht akzeptiert, oder der Benutzer kann über den Bildschirm 19 oder dgl. darüber informiert werden, dass er ein falsches Batteriepack angeschlossen hat.
  • Weiterhin kann dann, wenn das elektrische Gerät ein Batterieladegerät zum Aufladen des Batteriepacks ist, die Batteriekapazität durch Erfassen des Widerstandes über den dritten Ausgangsanschluss 6C bestimmt werden, und das Batteriepack kann in optimaler Weise geladen werden. Speziell ist für einen konstanten Ladestrom von 760 mA der Widerstand der Detektoreinrichtung 17 auf 75 kΩ eingestellt, und für einen konstanten Ladestrom von 820 mA auf 85 kΩ. Auf diese Weise kann das mit dem Batteriepack verbundene elektrische Gerät Information bezüglich der Eigenschaften der wiederaufladbaren Batterie 4 erhalten, die durch die Detektoreinrichtung 17 definiert und über die Spannung oder den Strom etc., welche am Signalanschluss festgestellt worden sind, ermittelt werden.
  • Außerdem kann die Authentizität des Batteriepacks aufgrund der Detektoreinrichtung 17 bestimmt werden. Wenn beispielsweise ein Batteriepack mit der gleichen Klemmenspannung, die jedoch nicht als authentisches Batteriepack empfohlen ist, mit anderen Worten also ein Batteriepack ohne Detektoreinrichtung 17, an das elektrische Gerät angeschlossen wird, dann wird es durch Erfassen der Spannung am dritten Ausgangsanschluss 6C als nicht authentisch erkannt. In diesem Fall kann das elektrische Gerät die Authentizität des Batteriepacks erkennen und als Fehlermeldung etc. anzeigen. Speziell können Probleme wie Versorgungsspannungsinstabilität resultieren, wenn man ein Batteriepack schlechter Qualität anschließt, welches nicht die authentischen Spezifikationen aufweist, wie etwa ein Produktpiratenbatteriepack, und diese Probleme lassen sich vermeiden durch sicheres Erkennen der Batterieauthentizität, und die Zuverlässigkeit des Batteriepacks lässt sich so besser garantieren.
  • Die Detektoreinrichtung 17 kann ein Widerstand oder ein Kondensator sein, und es kann ein Chipwiderstand oder ein IC-Chip verwendet werden. Gemäß 17 sind beispielsweise ein Widerstand R2 und ein Kondensator C2 parallel zueinander zwischen den zweiten Ausgangsanschluss 6B und den dritten Ausgangsanschluss 6C geschaltet. Wie 10 zeigt, sind diese Bauelemente auf der Rückseite der Anschlüsse fixiert und stellen zwischen diesen eine leitende Brücke dar. Damit ist eine Batterieidentifizierung mit minimaler Leitungskürze ohne Drähte möglich, so dass sich die Anzahl der Komponenten verringert, Platz gespart wird und die Kosten niedrig gehalten werden.
  • Wenn als Detektoreinrichtung 17 ein IC-Chip etc. benutzt wird, dann kann eine Datenkommunikation zwischen der Batteriepack und dem elektrischen Gerät über den Signalanschluss stattfinden, und es ist eine detailliertere Batteriepackidentifizierung möglich.
  • Der dritte Ausgangsanschluss 6C, der den Signalanschluss bildet, kann außer seiner Funktion zur Identifizierung des Batteriepacks auch als Unnormalitätsdetektoranschluss dienen, um Unnormalitäten der wiederaufladbaren Batterie 4 festzustellen. Das elektrische Gerät kann über das Auftreten einer Unnormalität informiert werden durch das Auftreten einer Spannungs- oder Stromänderung am Signalanschluss, wenn eine Unnormalität festgestellt wird. Durch Verwendung des Signalanschlusses sowohl zur Identifizierung des Batterietyps wie zur Feststellung von Unnormalitäten, können die Zahl von Anschlüssen und Teilen reduziert werden, so dass die Anordnung einfacher wird und Größe und Kosten reduziert werden.
  • [Kontaktschaltteil]
  • Der in 10 gezeigte Kontaktschaltteil 12 ist ein Stromkreisunterbrecher. Der Stromkreisunterbrecher ist mit Sicherheitselementen 20 ausgebildet, die sich zwischen der Abdeckung 15 und der Basis 16 befinden, und ist mit einer beweglichen Kontaktplatte 12D versehen. Die bewegliche Kontaktplatte 12D ist eine flexibel deformierbare leitende Metallplatte, welche mit einem Ende am zweiten Ausgangsanschluss 6B und am dritten Ausgangsanschluss 6C befestigt ist und an deren Vorderende eine Metallkontaktplatte 12C befestigt ist. Die bewegbare Kontaktplatte 12D befindet sich im EIN-Zustand, wenn das Kontaktmetall 12C einen festen Kontakt 14 auf einem an der Basis 16 angebrachten Leiter 18 berührt, und sie kann in einen AUS-Zustand umschalten, wenn sie sich vom Leiter 8 trennt. Die bewegbare Kontaktplatte 12D ist aus einem sich mit der Temperatur verbiegenden Metall hergestellt, das sich selbst mit der Temperatur deformiert, oder es kann mit Temperaturänderungen über ein separates sich mit der Temperatur verbiegendes Metallmaterial in den EIN- oder AUS-Zustand gebracht werden. Das sich mit der Temperatur verbiegende Metall ist ein Bimetall oder Trimetall aus Metalllaminaten unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten. Das sich mit der Temperatur verbiegende Metall verbiegt sich bei Temperaturanstieg und die bewegliche Kontaktplatte 20D schaltet von der EIN-Position in die AUS-Position um.
  • Das sich temperaturabhängig verbiegende Metall des Stromkreisunterbrechers erfasst die Batterietemperatur und schaltet die bewegliche Kontaktplatte 12D EIN und AUS. Obwohl nicht veranschaulicht, kann der Stromkreisunterbrecher auch so ausgebildet ist, dass der Batteriestrom im temperaturabhängig verbiegbaren Metall fließt, oder es kann ein wärmeabhängiger Widerstand in Reihe mit der Batterie geschaltet werden, der so ausgebildet ist, dass er das temperaturabhängig verbiegbare Metall aufheizt, und der Stromkreisunterbrecher kann Überstrom feststellen und den Stromfluss unterbrechen. Die bewegbare Kontaktplatte kann ebenfalls aus temperaturabhängig verbiegbarem Metall bestehen. Da die bewegbare Metallplatte bei dieser Art von Stromkreisunterbrecher auch als temperaturabhängig verbiegbares Metall benutzt wird, kann der innere Aufbau einfacher gehalten werden.
  • Obwohl in dem Kontaktschaltteil 12 nach 10 ein Stromkreisunterbrecher verwendet ist, so kann auch ein PTC-Bauelement, eine Sicherung oder eine Schutzschaltung in einer Form einer elektronischen Schaltung für das Schutzelement 5 benutzt werden oder in Kombination mit dem Kontaktschaltteil 12 verwendet werden.
  • [Schutzelement]
  • Die Schutzeinrichtung 3 ist mit einem Schutzelement 5 versehen, welches den Strom abschaltet, um die Batterie sicher zu schützen, wenn ein unnormaler Batteriezustand auftritt. Außer einem PTC-Bauelement kann eine Sicherung oder eine Schutzschaltung in Form einer elektronischen Schaltung als das Schutzelement 5 benutzt werden. Im Falle der Benutzung eines PTC-Bauelements ist in der Basis 16 ein Material untergebracht, dessen elektrischer Widerstand radikal ansteigt, wenn die Temperatur eine eingestellte Temperatur überschreitet, und welches den Stromfluss effektiv herunterfährt. Eine Sicherung stellt einen Überstrom fest und unterbricht den Stromfluss. Im Fall der Verwendung einer Sicherung ist ein Schutzelement, das bei übermäßigem Strom durchschmilzt, in der Basis 16 untergebracht. Eine Schutzschaltung, die als elektronische Schaltung ausgebildet ist, ermittelt Überstrom, Temperatur, Überladung oder Überentladung und steuert den Lade- und Entladestrom. Eine als elektronische Schaltung ausgebildete Schutzschaltung wird implementiert durch Unterbringung der elektrischen Komponenten in der Basis 16. Andererseits kann auch ein Stromkreisunterbrecher, welcher Temperatur oder Überstrom feststellt und den Stromfluss unterbricht, anstelle des Schutzelements 5 verwendet werden. Da der Kontaktschaltteil 12, wie etwa ein Stromkreisunterbrecher, gemäß obiger Beschreibung auch Temperatur und Stromanstieg feststellt, können der Kontaktschaltteil 12 und das Schutzelement 5 kombiniert werden, um Unnormalitäten festzustellen und Batterie und Schaltung zu schützen. Bei dem Beispiel nach den 1 und 2 sind ein Schutzelement 5, das Temperaturanstieg feststellt, und ein Kontaktschaltteil 12 miteinander kombiniert, um die Verbindungen des Kontaktschaltteils zu ändern, wenn eine Unnormalität auftritt, und auch um den Stromfluss mit einer Hochtemperatur-Hochstrom-Schutzeinrichtung zu begrenzen. Daher werden die Ansprechtemperatur für das Bimetall und PTC-Bauelement etwa gleich gewählt.
  • Die in 14 gezeigte Schutzeinrichtung 3 weist Ausgangsanschlüsse 6 auf, die an der Oberfläche der Abdeckung 15 befestigt sind, und die Schutzeinrichtung 3 dient zusätzlich als Anschlusshalter, um die Ausgangsanschlüsse 6 in bestimmten Positionen zu fixieren. Der erste Ausgangsanschluss 6A ist mit der Batterie 7 verbunden, der dritte Ausgangsanschluss 6C ist mit dem zweiten Ausgangsanschluss 6B über die Detektoreinrichtung 17 verbunden, und der dritte Ausgangsanschluss 6B ist mit der Batterie 7 über ein Sicherheitselement 20 verbunden, das sich in der Basis 16 befindet. Die Ausgangsanschlüsse 6 sind in die Plastikabdeckung 15 eingebettet und in ihr fixiert. Jedoch können die Ausgangsanschlüsse 6 auch an der Abdeckung 15 mit Hilfe von Stiften, Schrauben oder durch Festpressen etc. angebracht sein.
  • Die Schutzeinrichtung 3 ist auch mit Ausrichtungsausnehmungen 5A versehen, um den Batteriepackkern zeitweilig in der richtigen Ausrichtung in der Gießform zu halten, wenn der gespritzte Kunstharzbereich 21 gebildet wird. Die in den Figuren gezeigte Basis 16 ist mit einer Mehrzahl von Ausrichtungsausnehmungen 5A auf beiden Seiten von ihrer Unterfläche versehen. Die Ausrichtungsausnehmungen 5A sind in der Unterfläche der Basis 16 vorgesehene Rücksprünge. Stifte in der Gießform greifen in die Ausrichtungsausnehmungen 5A ein, um die Schutzeinrichtung 3 vorübergehend in der richtigen Position in der Gießform zu halten.
  • Bei der in 14 gezeigten Schutzeinrichtung 3 ist ein Paar Leiter 8 zum Anschluss an die Batterie 7 an der Abdeckung 15 und der Basis 16 angebracht. Das Leiterpaar führt zu den positiven und negativen Elektroden der Batterie 7, um die Schutzeinrichtung 3 mit der Batterie 7 zu verbinden. Die Leiter 8 erstrecken sich außerhalb der Abdeckung 15. Eine Leitung ist als Einheit mit der den ersten Ausgangsanschluss 6A bildenden Metallplatte ausgebildet. Der andere Leiter 8 steht über das in der Basis 16 befindliche Sicherheitselement 20 in Verbindung mit dem Ausgangsanschluss 6B. Die Leiter sitzen fest an der hervorstehenden Elektrode 7A und der ebenen Elektrode 7B der Batterie 7, um die Phosphore 3 mit der Batterie 7 zu verbinden. Die Leiter sind mittels eines Verfahrens wie Widerstandsschweißen oder Laserschweißen etc. mit den Elektroden der Batterie 7 verschweißt und an diesen befestigt. Durch Verbinden der Schutzeinrichtung 3 mit der Batterie 7 über das Paar von Leitern 8 ist der Kern des Batteriepacks zusammengebaut. Ein Batteriepack mit der Schutzeinrichtung 3, an welcher mit der Batterie 7 verbundene Ausgangsanschlüsse 6 angebracht sind, kann die Schutzeinrichtung 3, die Ausgangsanschlüsse 6 und die Batterie 7 ohne Verwendung einer Schaltungsplatine verbinden. Daher ist das Batteriepack gemäß 14 und die Schutzeinrichtung 3 in den Kunstharzspritzgussbereich 21, welcher das Außengehäuse 1 bildet, ohne Schaltungsplatine eingesetzt und fixiert. Allerdings kann bei dem erfindungsgemäßen Batteriepack das Schutzelement auch an einer Schaltungsplatine angebracht und über diese mit der Batterie verbunden sein. Außerdem können die Ausgangsanschlüsse mit einem Anschlusshalter verbunden sein und in einer bestimmten Position im Außengehäuse fixiert sein.
  • Weil der Typ der wiederaufladbaren Batterie, der in dem oben beschriebenen Batteriepack untergebracht ist, ermittelt werden kann, kann das elektrische Gerät genau zwischen mehreren Typen von Batteriepacks unterscheiden, und es kann eine Warnung beim Anschließen eines Batteriepacks gegeben werden, welche die Erfordernisse nicht erfüllt, Batteriepacks, welche nicht zu den Spezifikationen passen, können ausgeschlossen werden, es kann eine für das Batteriepack am besten geeignete Ladung durchgeführt werden, und das Batteriepack kann in optimaler Weise benutzt werden. Beispielsweise besteht keine Notwendigkeit zur Änderung der Form des Batteriepacks in eine bestimmte Form, um dem mit ihr verbundenen elektrischen Gerät angepasst zu sein, die Verbindung eines anderen Typs von Batteriepack mit einer Form, die zum elektrischen Gerät passt, lässt sich vermeiden, und eine falsche Verbindung von Batteriepacks kann effektiv ausgeschlossen werden. Speziell erlaubt eine Konfiguration, bei welcher die Detektoreinrichtung, welche den Batterietyp erkennt, unmittelbar an der Rückseite der freiliegenden Flächen der Ausgangsanschlüsse angebracht ist, eine maximale Schaltungsvereinfachung, macht eine Verdrahtung zur Minimierung der Anzahl von Teilen unnötig und trägt zur Größen- und Kostenreduzierung bei. Schließlich wird im Falle, wo ein Schutz gegen unnormalen Strom im Anschlussteil des Batteriepacks integriert ist, der Signalanschluss nicht nur zur Erkennung der wiederaufladbaren Batterie benutzt, sondern auch zum Feststellen von Batterieunnormalitäten, so dass die Anzahl von Anschlüssen verringert wird und ein Beitrag zur Verringerung der Größe des Batteriepacks geleistet wird.
  • Da die Erfindung in verschiedenen Formen realisiert werden kann, ohne vom Geist ihrer wesentlichen Eigenschaften abzuweichen, sind die beschriebenen Ausführungsformen lediglich als Beispiel, nicht jedoch einschränkend zu werten, weil der Umfang der Erfindung durch die beiliegenden Ansprüche und nicht durch die ihnen vorangehende Beschreibung definiert wird, und alle Änderungen, die in die Maße und Grenzen der Ansprüche oder Äquivalente hiervon fallen, sollen durch die Ansprüche abgedeckt werden.
  • Die Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2003-81065 vom 24. März 2003 und der japanischen Patentanmeldung Nr. 2003-120660 vom 24. April 2003, deren Inhalte hiermit durch Bezugnahme einbezogen werden.

Claims (15)

  1. Batteriepack mit einer wiederaufladbaren Batterie (4), die eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode hat; und einer Schutzeinrichtung (3) zum Schutz der wiederaufladbaren Batterie (4), wenn eine Unnormalität der wiederaufladbaren Batterie (4) festgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung (3) Ausgangsanschlüsse (6) hat einschließlich einem außen freiliegenden ersten Ausgangsanschluss (6A), der mit der ersten Elektrode der wiederaufladbaren Batterie (4) verbunden ist, einem außen freiliegenden zweiten Ausgangsanschluss (6B), der mit der zweiten Elektrode der wiederaufladbaren Batterie (4) verbunden ist, einem außen freiliegenden dritten Ausgangsanschluss (6C) für eine Signalfeststellung, und einem Kontaktschaltteil (12), der eine Kontaktschaltung zum Schutz der wiederaufladbaren Batterie erlaubt, wenn eine Unnormalität der wiederaufladbaren Batterie (4) festgestellt wird, wobei die Schutzeinrichtung (3) durch die Ausgangsanschlüsse (6) und den Kontaktschaltteil (7) als ein einzelnes Teil gebildet ist, und der Kontaktschaltteil (12) mit einem Ende an die zweite Elektrode der wiederaufladbaren Batterie (4) angeschlossen ist und mit dem anderen Ende so geschaltet ist, dass ein Umschalten zwischen einem mit dem zweiten Ausgangsanschluss (6B) verbundenen Kontakt und einem mit dem dritten Ausgangsanschluss (6C) verbundenen Kontakt möglich ist, wobei dann, wenn keine Unnormalität festgestellt wird, das andere Ende mit dem mit dem zweiten Ausgangsanschluss (6B) verbunde nen Kontakt verbunden ist, und dann, wenn eine Unnormalität festgestellt ist, das andere Ende auf den mit dem dritten Ausgangsanschluss (6C) verbundenen Kontakt geschaltet wird.
  2. Batteriepack nach Anspruch 1, wobei der dritte Ausgangsanschluss (6C) zum Erkennen des Typs der wiederaufladbaren Batterie (4) mit einer Detektoreinrichtung (17) verbunden ist.
  3. Batteriepack nach Anspruch 1, bei welchem der dritte Ausgangsanschluss (6C) mit einer Detektoreinrichtung (17) zum Erkennen eines Temperaturanstiegs der wiederaufladbaren Batterie (4) verbunden ist.
  4. Batteriepack nach Anspruch 2, bei welchem die Detektoreinrichtung (17) zwischen den dritten Ausgangsanschluss (6C) und den zweiten Ausgangsanschluss (6B) geschaltet ist.
  5. Batteriepack nach Anspruch 1, bei welchem ein Schutzelement (5) zwischen die zweite Elektrode der wiederaufladbaren Batterie (4) und den zweiten Ausgangsanschluss (6B) geschaltet ist und als in der Schutzeinrichtung (3) untergebrachtes Sicherheitselement (20) ausgebildet ist, um die wiederaufladbare Batterie zu schützen, wenn eine Unnormalität der wiederaufladbaren Batterie festgestellt wird.
  6. Batteriepack nach Anspruch 5, bei welchem das Schutzelement (5) ein PTC-Bauelement ist.
  7. Batteriepack nach Anspruch 4, bei welchem ein Schutzelement (5) zwischen die zweite Elektrode der wiederaufladbaren Batterie (4) und den zweiten Ausgangsanschluss (6B) geschaltet ist und als in der Schutzeinrichtung (3) untergebrachtes Sicherheitselement (20) ausgebildet ist, um die wie deraufladbare Batterie zu schützen, wenn eine Unnormalität der wiederaufladbaren Batterie festgestellt wird.
  8. Batteriepack nach Anspruch 7, bei welchem das Schutzelement (5) ein PTC-Bauelement ist.
  9. Batteriepack nach Anspruch 7, bei welchem das Sicherheitselement (20) und die Detektoreinrichtung (17) der Schutzeinrichtung (3) an derjenigen Oberfläche verbunden sind, welche der außen freiliegenden Oberfläche der Ausgangsanschlüsse (6) gegenüberliegt.
  10. Batteriepack nach Anspruch 9, bei welchem die Detektoreinrichtung (17) zwischen den zweiten Ausgangsanschluss (6B) und den dritten Ausgangsanschluss (6C) durch direkte Anbringung an der Rückseite der freiliegenden Ausgangsanschlussoberflächen elektrisch angeschlossen ist.
  11. Batteriepack nach Anspruch 1, bei welchem die wiederaufladbare Batterie (4) und die Schutzeinrichtung (3) zur Bildung eines einzelnen Teils in Kunstharz eingegossen sind.
  12. Batteriepack nach Anspruch 1, bei welchem der Kontaktschaltteil (12) durch einen bimetallbetätigten Arm (12A) gebildet ist.
  13. Batteriepack nach Anspruch 12, bei welchem ein Ende des Arms (12A) ein festes Ende (C) und das andere Ende ein Schaltende ist, und in seiner Normalposition das Schaltende an einem mit dem zweiten Ausgangsanschluss (6B) verbundenen Kontakt (A) liegt und den Arm (12A) parallel zum Schutzelement (5) schaltet, wobei das Schaltende in eine unnormale Position umschalten kann und an einem mit dem dritten Ausgangsanschluss (6C) verbundenen Kontakt (B) liegt und den dritten Ausgangsanschluss (6C) mit der zweiten Elektrode der wiederaufladbaren Batterie (4) verbindet, und wenn eine Unnormalität in Folge eines Temperaturanstiegs vom bimetallbetätigten Arm (12A) festgestellt wird, von der normalen Position in die unnormale Position umschaltet, und wenn der Arm (12A) die Unnormalität nicht mehr feststellt, in die normale Position zurückkehrt.
  14. Verfahren zum Feststellen von Unnormalitäten eines Batteriepacks, welches mit einer wiederaufladbaren Batterie (4), die geladen werden kann, und einer Schutzeinrichtung (3) zum Schutz der wiederaufladbaren Batterie (4) beim Feststellen einer Unnormalität versehen ist, mit: – einem Schritt, bei dem dann, wenn die Schutzeinrichtung (3) keine Unnormalität der wiederaufladbaren Batterie (4) feststellt, das mit dem Batteriepack verbundene elektrische Gerät ein Signal von der Detektoreinrichtung (17) an dem mit dieser verbundenen dritten Ausgangsanschluss (6C) feststellt, welches für den Typ der wiederaufladbaren Batterie (4) kennzeichnend ist; – einem Schritt, bei welchem die Schutzeinrichtung (3) eine Unnormalität der wiederaufladbaren Batterie (4) feststellt, um die Detektoreinrichtung (17) zu überbrücken und die zweite Elektrode der wiederaufladbaren Batterie (4) mit dem dritten Ausgangsanschluss (6C) zu verbinden; und – einem Schritt, bei welchem das elektrische Gerät eine Unnormalität über den dritten Ausgangsanschluss (6C) feststellt und in einen speziellen Unnormal-Betriebszustand übergeht, bei welchem mit einer niedrigeren Spannung als der Soll-Spannung der wiederaufladbaren Batterie (4) gearbeitet werden kann.
  15. Verfahren zum Feststellen von Unnormalitäten eines Batteriepacks nach Anspruch 14, bei welchem der Unnormal-Betriebszustand durch ein spezielles Schirmbild angezeigt wird.
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