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.