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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Batterieladegerät zum Laden
sekundärer
Batterien, wie beispielsweise Nickel-Cadmium-Batterien und Nickel-Hydrogen-Batterien.
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2. Beschreibung des zugehörigen Standes
der Technik
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Batteriepakete,
die darin eine Nickel-Cadmium-Batterie oder eine Nickel-Hydrogen-Batterie
unterbringen, werden als Energiequellen für verschiedene Arten von tragbaren
Vorrichtungen verwendet, wie beispielsweise für ein drahtloses Elektrowerkzeug.
Das Batteriepaket für
das drahtlose Elektrowerkzeug bringt typischerweise einen Temperatursensor
zusammen mit der Batterie unter. Durch den Temperatursensor erfasste
Batterietemperaturen werden zum Bestimmen des Zustands einer vollständigen Ladung
der Batterie verwendet.
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Die
japanische Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. HEI-6-113475
offenbart ein dT/dt-Erfassungsverfahren zum Bestimmen des Zustands
einer vollständigen
Ladung unter Verwendung der erfassten Batterietemperaturen. Insbesondere
wird, während
die Batterietemperatur bei jeder Abtastzeit mit der Verwendung des
Temperatursensors erfasst wird, ein Batterietemperaturgradient (hierin
nachfolgend mit "BTG" abgekürzt) jedes
Mal berechnet, wenn die Batterietemperatur erfasst wird, und zwar basierend
auf den neu und zuvor erfassten Batterietemperaturen. Die Batterie
wird als vollständig
geladen bestimmt, wenn der aktuell berechnete BTG-Wert um einen
vorbestimmten Wert größer als der
minimale BTG-Wert ist.
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Die
Batteriepakete werden von der tragbaren Vorrichtung entfernt, wenn
die Batterieladung niedrig wird, mit einem Batterieladegerät geladen
und darauf folgend erneut in die tragbare Vorrichtung eingelegt. Die
Reihe von Operationen, wie sie oben beschrieben sind, werden mehrere
Male wiederholt, insoweit es die Zyklusdienst-Lebensdauer des Batteriepakets zulässt. Jedoch
verschleißt
das wiederholte Einlegen des Batteriepakets in und die Entfernung
des Batteriepakets von der tragbaren Vorrichtung die Kontakte des
Batteriepakets, oder sonst werden die Kontakte als Ergebnis einer
profanen Änderung
korrodiert. Ein Verschleiß oder
eine Korrosion der Kontakte erhöht einen
Kontaktwiderstand. Dasselbe gilt in Bezug auf die Anschlüsse des
Batterieladegeräts,
die in elektrischer Verbindung mit den Kontakten des Batteriepakets
sind.
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Das
Batteriepaket hat positive und negative Anschlüsse, um an die Batterieanschlüsse angeschlossen
zu werden. Ebenso hat das Batteriepaket einen Temperaturmessanschluss,
um an einen Temperaturerfassungsanschluss auf der Seite des Batterieladegeräts angeschlossen
zu werden. Eine über den
Temperatursensor entwickelte Spannung wird über den Kontakt des Temperaturmessanschlusses und
des Temperaturerfassungsanschlusses an das Batterieladegerät angelegt.
Unter den drei Anschlüssen
des Batteriepakets wird der negative Anschluss als gemeinsamer Anschluss
des Temperatursensors und der Batterie verwendet. Wenn das Batteriepaket geladen
wird, während
ihr positiver und ihr negativer Anschluss an die entsprechenden
Batterieanschlüsse
angeschlossen sind, wird eine Kontaktspannung Vc aufgrund eines
Kontaktwiderstands induziert, der in einem Kontaktbereich der zwei
Anschlüsse
existiert. Die Spannung an dem Anschluss der Batterieseite ist höher als
die Spannung an dem Anschluss der Ladegeräteseite. Die Ausgangsspannung
von dem Temperaturerfassungsanschluss ist aufgrund des Kontaktwiderstands
Vc höher
als ein echter Wert.
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Ein
Schalten des Ladestroms während
der Ladeoperation ändert
die Kontaktspannung, was wiederum die Ausgangsspannung vom Temperatursensor ändert. Demgemäß resultiert
ein Schalten des Ladestroms in einer virtuellen großen Temperaturänderung.
Somit kann der berechnete BTG-Wert fehlerhaft anzeigen, dass das
Batteriepaket einen Zustand einer vollständigen Ladung erreicht hat.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Angesichts
des Vorangehenden ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Batterieladegerät zur Verfügung zu
stellen, das die vorgenannten Nachteile eliminiert, die die herkömmlichen
Batterieladegeräte begleiten,
und eine genaue Bestimmung einer vollständigen Ladung selbst dann sicherstellt,
wenn Kontaktbedingungen zwischen dem Batteriepaketanschluss und
dem Ladegeräteanschluss
aufgrund einer profanen Änderung
verschlechtert werden.
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Zum
Erreichen der obigen und anderer Aufgaben wird ein Batterieladegerät zum Laden
eines Batteriepakets zur Verfügung
gestellt. Das Batteriepaket hat eine Batterie, einen Temperatursensor
zum Erfassen einer Temperatur der Batterie und einen Batterieanschluss.
Grundsätzlich
enthält
das Batterieladegerät
einen Ladegeräteanschluss,
eine Ladestrom-Erzeugungsschaltung, einen Batterietemperaturdetektor
und eine Steuerung. Der Batterieanschluss ist an den Ladegeräteanschluss
angeschlossen, wenn die Batterie geladen wird. Die Ladestrom-Erzeugungsschaltung
erzeugt einen Ladestrom zum Laden der Batterie. Der Batterietemperaturdetektor
erfasst eine Temperatur der Batterie, während er mit dem Temperatursensor
zusammen arbeitet, und gibt ein Temperatursignal aus, das die Temperatur
der Batterie anzeigt. Der Steuerung wird das Temperatursignal von
dem Batterietemperaturdetektor zugeführt, sie korrigiert das Temperatursignal
und stellt ein korrigiertes Temperatursignal zur Verfügung. Das
korrigierte Temperatursignal ist im Wesentlichen frei von einem
Einfluss eines Kontaktwiderstandes, der sich in einem Kontaktteil
des Batterieanschlusses und des Ladegeräteanschlusses ergab.
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Das
Batterieladegerät
kann weiterhin eine Ladestrom-Steuerschaltung
enthalten. Die Lade-Steuerschaltung ändert den Pegel des Ladestroms.
Unter einem praktischen Gesichtspunkt ist es wünschenswert, dass die Steuerung
das Temperatursignal korrigiert, wenn die Ladestrom-Steuerschaltung den
Pegel des Ladestroms zu einem anderen Pegel ändert. Wenn der Pegel des Ladestroms
während
eines Ladens umgeschaltet wird, wird das Batterietemperatursignal
durch den Kontaktwiderstand beeinflusst, der sich in dem Kontaktteil
des Batterieanschlusses und des Ladegeräteanschlusses ergab. Das Batterietemperatursignal
zeigt keine genaue Temperatur der Batterie, wenn es durch den Kontaktwiderstand
beeinflusst ist.
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Es
ist vorzuziehen, dass die Steuerung das Temperatursignal unter Verwendung
eines Korrekturwerts korrigiert, der von einem ersten Temperatursignal
erhalten wird, das durch den Batterietemperaturdetektor erfasst
wird, bevor die Ladestrom-Steuerschaltung
den Pegel des Ladestroms ändert,
und eines zweiten Temperatursignals, das durch den Batterietemperaturdetektor
erfasst wird, nachdem die Ladestrom-Steuerschaltung den Pegel des
Ladestroms ändert.
In diesem Fall ist der Korrekturwert äquivalent zu einem Wert, der
durch Subtrahieren des ersten Temperatursignals von dem zweiten
Temperatursignal erhalten wird.
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Die
Temperatursignale, die durch den Batterietemperaturdetektor erfasst
werden, bevor die Ladestrom-Steuerschaltung den Pegel des Ladestroms ändert, können nicht
korrigiert werden.
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Die
Steuerung berechnet einen Batterietemperaturgradienten basierend
auf zwei Signalen, die aus den korrigierten Temperatursignalen und
den Temperatursignalen ausgewählt
werden, und bestimmt, dass die Batterie einen Zustand einer vollständigen Ladung
erreicht hat, basierend auf dem berechneten Batterietemperaturgradienten.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
besonderen Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie andere Aufgaben
werden aus der folgenden Beschreibung offensichtlich werden, und zwar
genommen in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, wobei:
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1 eine elektrische Schaltungsanordnung eines
Batterieladegeräts
und eines Batteriepakets gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine erklärende perspektivische
Ansicht ist, die das Batterieladegerät und das Batteriepaket zeigt;
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3A einen Batterieladegeräteanschluss zeigt,
wenn er von der Richtung B in 2 aus
angeschaut wird;
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3B den Batterieladegeräteanschluss
in Kontakt mit einem Batteriepaketanschluss zeigt;
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4 ein Ersatzschaltbild des
Batterieladegerät
s und des Batteriepakets in Kontakt miteinander ist;
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5 ein Ablaufdiagramm ist,
das Schritte bei einem Verfahren zum Steuern des Batterieladegeräts des bevorzugten
Ausführungsbeispiels
zeigt;
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6A ein Zeitdiagramm ist,
das eine Änderung
bei einer Batteriespannung zeigt;
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6B ein Zeitdiagramm ist,
das eine Änderung
bei einem Ladestrom zeigt;
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6C ein Zeitdiagramm ist,
das eine Änderung
bei einer Batterietemperatur zeigt;
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6D ein Zeitdiagramm ist,
das eine Änderung
bei einem einer Analog/Digital-Wandlung unterzogenen BTG-Wert zeigt,
wenn eine Korrektur von erfassten Batterietemperaturwerten durchgeführt wird;
und
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6E ein Zeitdiagramm ist,
das eine Änderung
bei einem einer Analog/Digital-Wandlung unterzogenen BTG-Wert zeigt,
wenn keine Korrektur von erfassten Batterietemperaturwerten durchgeführt wird.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird beschrieben werden, während auf die beigefügten Zeichnungen
Bezug genommen wird.
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1 zeigt eine elektrische
Schaltungsanordnung eines Batterieladegeräts und eines Batteriepakets
gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Wie es gezeigt ist, enthält das Batteriepaket 2 eine
aufladbare Batterie 2a und einen Temperatursensor 2b.
Die Batterie 2a besteht aus einer Vielzahl von in Reihe
geschalteten Batteriezellen. Der Temperatursensor 2b ist
angrenzend zu oder in Kontakt mit der Batterie 2a angeordnet.
Beispielsweise wird ein Thermistor als der Temperatursensor 2b verwendet.
Das Batteriepaket 2 hat einen positiven Anschluss 2c,
einen negativen Anschluss 2d und einen Temperaturmessanschluss 2e,
unter welchen der negative Anschluss 2d als gemeinsamer
Anschluss der Batterie 2a und des Temperatursensors 2b verwendet
wird.
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Das
Batterieladegerät 3 hat
einen positiven Anschluss 3c, einen negativen Anschluss 3d und
einen Batterietemperaturerfassungsanschluss 3e, die jeweils
an den positiven Anschluss 2c, den negativen Anschluss 2d und
den Temperaturmessanschluss 2e des Batteriepakets 2 angeschlossen
sind, wenn das Batteriepaket 2 in das Batterieladegerät 3 geladen bzw.
eingelegt ist.
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Das
Batterieladegerät 3 ist
eine computergesteuerte Vorrichtung, die darin einen Mikrocomputer 50 enthält. Der
Mikrocomputer 50 enthält
eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) 51, einen Nurlesespeicher
(ROM) 52, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 53,
einen Zeitgeber 54, einen Analog/Digital-(A/D)-Wandler 55,
ein Ausgangsport 56 und ein Rücksetz-Eingangsport 57.
Die CPU 51 implementiert eine Batterietemperaturabtastoperation,
eine BTG-Berechnungsoperation,
eine Vergleichsoperation und andere Operationen gemäß Programmen,
die im ROM 52 gespeichert sind. Insbesondere tastet die CPU 51 Batterietemperaturen
bei jedem vorbestimmten Intervall ab. Die Ausgabe von dem Temperaturmessanschluss 2e des
Batteriepakets 2 zeigt die Batterietemperatur an. Die CPU 51 berechnet
BTG-Werte basierend auf der aktuellen Batterietemperatur und einer
zuvor erfassten Batterietemperatur. Eine vorbestimmte Anzahl von
Abtastzeiten ist zwischen diesen zwei Batterietemperaturen angeordnet,
die als Basis für
die Berechnung von BTG-Werten verwendet werden. Weiterhin bestimmt
die CPU 51, dass das Batteriepaket 2 einen Zustand
einer vollständigen
Ladung erreicht hat, während
sie den neu berechneten BTG-Wert mit einem Wert für eine Entscheidung
einer vollständigen
Ladung vergleicht.
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Der
RAM 53 hat einen Batterietemperatur-Speicherbereich 531,
einen Korrekturwert-Speicherbereich 532 und einen BTG-Wert-Speicherbereich 533.
Der Batterietemperatur-Speicherbereich 531 speichert eine
vorbestimmte Anzahl von allerletzten Batterietemperaturen. Die älteste Batterietemperatur
unter demjenigen, die in dem Speicherbereich 531 gespeichert
sind, wird gelöscht,
und die neu erfasste Batterietemperatur wird jedes Mal gespeichert,
wenn die Batterietemperatur erfasst wird. Der Korrekturwert-Speicherbereich 532 speichert
Korrekturwerte, die dann verwendet werden, wenn der Pegel des Ladestroms
zu einem anderen Pegel geschaltet wird. Der BTG-Wert-Speicherbereich 533 speichert
die jeweils berechneten BTG-Werte.
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Das
Batterieladegerät 3 enthält auch
eine Umschalt-Energieversorgung.
Die Umschalt-Energieversorgung ist konfiguriert aus einer gleichrichtenden/glättenden
Schaltung 10 einer Primärseite,
die an eine Netz-Energieversorgung 1 mit 100 V AC angeschlossen
ist, einer Umschaltschaltung 20, die an den Ausgang der
Schaltung 10 angeschlossen ist und einer gleichrichtenden/glättenden
Schaltung 30 einer Sekundärseite. Die Primärseiten-Gleichrichter/Glättungs- Schaltung 10 enthält eine
Vollwellen-Gleichrichterschaltung 11 und einen Glättungskondensator 12.
Die Umschaltschaltung 20 enthält einen Hochfrequenztransformator 21,
einen MOSFET 22 und einen PWM-Steuer-IC 23. Der PWM-Steuer-IC 23 ist
an den Gateanschluss des MOSFET 22 zum Einstellen eines
Ausgangsstroms von der Sekundärseiten-Gleichrichter/Glättungs-Schaltung 30 durch Ändern einer
Breite des an den MOSFET 22 angelegten Pulses angeschlossen. Die
Sekundärseiten-Gleichrichter/Glättungs-Schaltung 30 enthält Dioden 31, 32,
eine Drosselspule 33 und einen Glättungskondensator 34.
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Das
Batterieladegerät 3 enthält weiterhin eine
Ladestrom-Steuerschaltung.
Die Ladestrom-Steuerschaltung 60 hat eine Eingangsseite, die
an einen Stromerfassungswiderstand 4 angeschlossen ist,
der wiederum an den negativen Anschluss 2d des Batteriepakets 2 über die
negativen Anschlüsse 3d des
Batterieladegeräts 3 angeschlossen
ist. Die Ausgangsseite der Schaltung 60 ist an die Umschaltschaltung 20 über einen
Fotokoppler 6 angeschlossen. Die Schaltung 60 enthält in Reihe geschaltete
Operationsverstärker 61 und 62,
einen Eingangswiderstand 63 und einen Rückkoppelwiderstand 64 des
Operationsverstärkers 61 der
ersten Stufe und einen Eingangswiderstand 65 und einen Rückkoppelwiderstand 66 des
Operationsverstärkers 62 der
zweiten Stufe. Ein Anweisungssignal, das vom Ausgangsport 56 des
Mikrocomputers 50 ausgegeben wird, wird an eine Ladestrom-Einstelleinheit 80 angelegt,
und die Ausgabe der Ladestrom-Einstelleinheit 80 wird an
den invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 62 der
zweiten Stufe angelegt. Die Ladestrom-Einstelleinheit 80 ist vorgesehen,
um den Ladestrom gemäß dem Anweisungssignal
vom Mikrocomputer 50 durch Ändern der an den invertierenden
Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 62 der zweiten
Stufe angelegten Spannung einzustellen. Die Ladestrom-Steuerschaltung 60 steuert
den PWM-Steuer-IC 23, um den Ausgangsstrom derart einzustellen,
dass er mit einem Stromwert übereinstimmt,
der in der Ladestrom-Einstelleinheit 80 eingestellt ist.
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Das
Ausgangsport 56 des Mikrocomputers 50 ist an den
PWM-Steuer-IC 23 über einen
Fotokoppler 5 angeschlossen. Ein Lade-Start/Stopp-Steuersignal
wird von dem Ausgangsport 56 ausgegeben und an den PWM-Steuer-IC 23 angelegt.
Der PWM-Steuer-IC 23 wird
aktiviert, wenn das Ladestart-Steuersignal angelegt wird, und wird
deaktiviert, wenn das Ladestopp-Steuersignal
angelegt wird.
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Das
Batterieladegerät 3 enthält eine
Konstantspannungsquelle 70, die an die Netz-Energieversorgung
1 mit 100 V AC angeschlossen ist, und führt eine positive Gleichspannung
Vcc (5 V) zu dem Mikrocomputer 1, den Operationsverstärkern in
der Ladestrom-Steuerschaltung 60 und zu anderen Schaltungen
zu. Die Konstantspannungsquelle 70 enthält einen Leistungs- bzw. Energieversorgungstransformator 71,
eine Vollwellen-Gleichrichterschaltung 72,
einen Regler 74 mit drei Anschlüssen, einen Glättungskondensator 73 und
einen Rücksetz-IC 75. Der
Rücksetz-IC 75 ist
an das Rücksetz-Eingangsport 57 des
Mikrocomputers 50 angeschlossen.
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Das
Batterieladegerät 3 enthält weiterhin eine
Batteriespannungs-Erfassungsschaltung 40 und eine Batterietemperatur-Erfassungsschaltung 90. Die
Batteriespannungs-Erfassungsschaltung 40 ist zusammengesetzt
aus zwei Widerständen 41 und 42,
die über
der Batterie 2a in Reihe geschaltet sind. Die über dem
Widerstand 42 entwickelte Spannung zeigt die Spannung über der
Batterie 2a an. Die Batterietemperatur-Erfassungsschaltung 90 ist
zusammengesetzt aus zwei Widerständen 91 und 92,
die in Reihe zwischen der positiven Spannung Vcc und der Erde angeschlossen
sind. Der Thermistor 2b ist parallel zu dem Widerstand 92 geschaltet,
so dass der Widerstandswert des Thermistors 2b, der sich
in Abhängigkeit
von der Temperatur des Batteriepakets 2 ändert, in
eine Spannung umgesetzt wird, und die resultierende Spannung wird
zu dem A/D-Wandler 55 des Mikrocomputers 90 eingegeben.
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Bei
einem Betrieb empfängt
dann, wenn das Batteriepaket 2 in das Batterieladegerät 3 zum
Laden eingelegt ist, die Ladestrom-Steuerschaltung 60 das Stromsignal
von dem Stromerfassungswiderstand 4 und koppelt bzw. führt das
Stromsignal über
den Fotokoppler 6 zurück
zu dem PWM-Steuer-IC 23.
Der PWM-Steuer-IC 23 steuert den Umschaltgrad des MOSFET 22 zum
Steuern des zum Batteriepaket 2 zugeführten Ladestroms auf einen
in der Ladestrom-Einstelleinheit 80 eingestellten Pegel.
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2 zeigt eine äußere Erscheinung
des Batteriepakets 2 und die innere Struktur einer Batteriepaket-Einfügeaussparung 202 des
Batterieladegeräts 3.
Das Batteriepaket 2 hat ein Gehäuse 2f, in welchem
die Batterie 2a und der Temperatursensor 2b untergebracht
sind. Das Batteriepaket 2 ist mit einem Einfügeteil versehen.
Die Anschlüsse 2c, 2d und 2e sind
an der Außenfläche des
Einfügeteils
freigelegt. Das Batterieladegerät 3 enthält ein Gehäuse 203,
das mit der Batteriepaket-Einfügeaussparung 202 ausgebildet
ist. Der Einfügeteil
des Batteriepakets 2 wird in die Einfügeaussparung 202 eingefügt, wie
es durch einen Pfeil A in 2 angezeigt
ist. Ein Substrat 201, auf welchem die in 1 gezeigte elektrische Schaltung angebracht
ist, ist in dem Gehäuse 203 untergebracht.
Die elektrische Schaltung ist in 2 nicht
gezeigt. Die Anschlüsse 3c, 3d und 3e des
Batterieladegeräts 3 sind
an dem Substrat 201 vorgesehen und innerhalb der Batteriepaket-Einfügeaussparung 202 freigelegt.
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3A zeigt den positiven Anschluss 3c des Batterieladegeräts 3,
wenn er von einer Richtung B in 2 aus
angeschaut wird. 3B zeigt
einen Kontaktzustand, bei welchem der positive Anschluss 3C des
Batterieladegeräts 3 in
Kontakt mit dem positiven Anschluss 2c des Batteriepakets 2 ist.
Jeder der Anschlüsse 3c, 3d und 3e des Batterieladegeräts 3 ist aus
einer länglichen
Metallplatte mit Elastizität
hergestellt. Wie es in 3A gezeigt
ist, ist der Anschluss 3c gefaltet und an dem Substrat 201 angebracht.
Wie es in 3B gezeigt
ist, wird der gefaltete Anschluss 3c dann, wenn der Einfügeteil des
Batteriepakets 2 in die Aussparung 202 eingefügt ist,
durch den Anschluss 2c des Batteriepakets 2 nach
innen gedrückt. Die übrigen Anschlüsse 3d und 3e des
Batterieladegeräts 3 sind
auf gleiche Weise geformt und deformiert.
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Wie
es zuvor beschrieben ist, wird als Ergebnis einer profanen Änderung
ein Kontaktwiderstandswert in dem Anschlussteil der Anschlüsse ausstehend. 4 zeigt ei elektrisches
Ersatzschaltbild der Anschlussteile. Wie es gezeigt ist, existiert
ein Kontaktwiderstandswert Rcc zwischen dem positiven Anschluss 3c des
Batterieladegeräts 3 und
dem entsprechenden positiven Anschluss 2c des Batteriepakets 2;
ein Kontaktwiderstandswert Rcd zwischen den negativen Anschlüssen 3d und 2d;
und ein Kontaktwiderstandswert Rce zwischen dem Temperaturmessanschluss 2e des
Batteriepakets 2 und dem Temperaturerfassungsanschluss 3e des
Batterieladegeräts 3.
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Es
wird nun angenommen, dass ein Strom Ith, der im Temperatursensor 2b fließt, im Vergleich mit
einem Ladestrom Ic, der in der Batterie 2a fließt, ausreichend
klein ist. Eine Kontaktspannung Vc, die nachfolgend angegeben ist,
wird über
einem Teil zwischen den negativen Anschlüssen 2d und 3d entwickelt,
wo der Widerstandswert Rcd einen Kontaktwiderstand ergibt. Vc = Rcd × Ic (1)
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Stellt
man den Widerstandswert des Temperatursensors 2b mit Rth
dar, ist. die Eingangsspannung Vin, die an den A/D-Wandler 55 des
Mikrocomputers 50 über
die Batterietemperatur- Erfassungsschaltung 90 angelegt
wird, durch die nachfolgende Gleichung gegeben. Vin = R92·Rth·Vcc /(R91·R92 + R92·Rth + Rth·R91) + R91·R92·Vc /(R91·R92 +
R92·Rth
+ Rth·R91) (2)wobei R91
und R92 Widerstandswerte der Widerstände R91 bzw. R92 darstellen.
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Es
kann aus der Gleichung (2) erkannt werden, dass die Eingangsspannung
Vin, die die Batterietemperatur anzeigt, durch die Kontaktspannung Vc
beeinflusst wird.
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Wenn
der Ladestrom zu einem niedrigeren Pegel geschaltet wird, wird die
Kontaktspannung Vc kleiner, wie es aus der Gleichung (1) gesehen
werden kann. Das Kleinerwerden der Kontaktspannung Vc verkleinert
auch die Eingangsspannung Vin, wie es aus der Gleichung (2) klar
wird. Wenn ein NTC-Thermistor
als der Temperatursensor 2b verwendet wird, verkleinert
der Temperaturanstieg des Batteriepakets 2 die Eingangsspannung
Vin. Demgemäß wird die
Batterietemperatur derart erfasst, dass sie höher als ein tatsächlicher
Wert ist, wenn der Ladestrom zu einem niedrigeren Pegel umgeschaltet wird.
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Wenn
der Kontakt des Batteriepakets 2 mit dem Batterieladegerät 3 perfekt
ist, ist eine Kontaktspannung Vc, die sich im Kontaktteil ergab,
klein genug, so dass ein Einfluss der Kontaktspannung Vc auf die
Eingangsspannung Vin vernachlässigt
werden kann. Jedoch dann, wenn der Anschlusskontaktzustand aufgrund
eines Verschleißes
oder einer Korrosion der Anschlüsse
nicht gut ist, kann der Einfluss der Kontaktspannung Vc auf die
Eingangsspannung Vin nicht vernachlässigt werden. Obwohl ein Kontaktwiderstand
im Kontaktteil des positiven Anschlusses 2c und des Temperaturmessanschlusses 2e existiert, wird
die Eingangsspannung Vin durch die Kontaktwiderstände in diesen Kontaktteilen
nicht beeinflusst. Der Kontaktwiderstand Rce im Kontaktteil des
Temperaturmessanschlusses 2e kann aufgrund dessen vernachlässigt werden,
weil der Strom Ith, der darin fließt, im Vergleich mit dem Ladestrom
extrem klein ist. Zusätzlich
ist auch eine Änderung
bezüglich
des Pegels des Stroms Ith sehr klein, so dass sie nicht signifikant
ist.
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Als
Nächstes
wird ein Verfahren zum Steuern des Batterieladegeräts unter
Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm in 5 und
die Zeitdiagramme in den 6A bis 6D beschrieben werden. 6A zeigt eine Änderung
bezüglich
der Batteriespannung; 6B eine Änderung
bezüglich
des Ladestroms; und 6C eine Änderung
bezüglich
der Batterietemperatur. 6D zeigt
die einer A/D-Umwandlung unterzogenen BTG-Werte, die gemäß dem Ausführungsbeispiel
berechnet werden, das später
zu beschreiben ist.
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Wenn
das Batterieladegerät 3 mit
Energie versorgt wird, wartet die CPU 51, bis das Batteriepaket 2 in
die Batteriepaket-Einfügeaussparung 202 des
Batterieladegeräts 3 eingefügt ist (S501).
Wenn das Batteriepaket 2 in die Einfügeaussparung 202 eingefügt ist,
beginnt die CPU 51 ein Laden des Batteriepakets 2 mit
einem Ladestrom I0 (S502). Die Zeit, bei welcher das Laden des Batteriepakets 2 startet,
ist auf einer Zeitachse in den 6A bis 6D durch "0" angezeigt.
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Als
Nächstes
werden Anfangseinstellungen bezüglich
der sechs allerletzten Batterietemperaturwerte Ti-06, Ti-05,...,
Ti-01, eines minimalen BTG-Werts dT/dt(min), eines Stromwechsel-(CCO
= current changeover-)Flags und eines Batterietemperatur-Korrekturwerts
Tk durchgeführt
(S503). Es sollte beachtet werden, dass das Symbol ∞ in S503
des Ablaufdiagramms einen maximalen Wert unter allen möglichen
einer A/D-Umwandlung unterzogenen Werten anzeigt. Das bedeutet,
dass ein maximaler einer A/D-Umwandlung unterzogener Wert auf die verschiedenen
Parameter eingestellt wird. Die sechs letzten Batterietemperaturwerte
Ti-06, Ti-05, ..., Ti-01 werden in dem Batterietemperatur-Speicherbereich 531 gespeichert.
Wie der BTG-Wert dT/dt(min) berechnet wird, wird später beschrieben
werden. Der minimale BTG-Wert unter allen berechneten BTG-Werten
wird in dem BTG-Wert-Speicherbereich 533 behalten.
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Als
Nächstes
wird der Abtastzeitgeber gestartet (S504). Der Zeitgeber 54 wird
als der Abtastzeitgeber verwendet. Wenn die Abtastzeit Δt abgelaufen
ist (S505: JA), wird der Abtastzeitgeber neu gestartet (S506). Bei
diesem Ausführungsbeispiel
ist die Abtastzeit Δt
auf 10 Sekunden eingestellt.
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Die
CPU 51 erfasst eine Vorkorrektur-Batterietemperatur Tin' (S507). Die Vorkorrektur-Batterietemperatur
Tin' ist ein einer
A/D-Umwandlung unterzogener Wert der über dem Widerstand 92 entwickelten
Spannung. Als Nächstes
wird eine Batterietemperaturkorrektur durchgeführt (S508). Eine Nachkorrektur-Batterietemperatur
Tin wird durch Subtrahieren des Korrekturwerts Tk von der Vorkorrektur-Batterietemperatur
Tin' berechnet,
d.h. Tin = Tin' – Tk (S508).
Es sollte beachtet werden, dass die Batterietemperaturkorrektur,
bevor der Pegel des Ladestroms umgeschaltet wird, nicht durchgeführt werden muss.
Demgemäß wird der
Korrekturwert Tk auf 0 eingestellt (Tk = 0) und somit gilt Tin =
Tin'.
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Als
Nächstes
wird ein BTG-Wert dT/dt(min) basierend auf der Nachkorrektur-Batterietemperatur Tin
entsprechend der neu erfassten Vorkorrektur-Batterietemperatur Tin' und der ältesten
Nachkorrektur-Batterietemperatur Ti-06, die zu einer Zeit erfasst
und berechnet ist, die sechs Abtastzeiten vor der neu erfassten
Batterietemperatur ist, berechnet (S509). Im folgenden Schritt wird
eine Bestimmung diesbezüglich
durchgeführt,
ob der so berechnete BTG-Wert dT/dt(in) kleiner als Null ist oder
nicht (S510). Die in S510 durchgeführte Bestimmung wird "JA" sein, wenn noch
keine sechs Abtastzeiten ab der Zeit abgelaufen sind, zu welcher
die Batterietemperaturerfassung gestartet wird. In diesem Fall springt
die Routine bzw. das Programm zu S513. Wenn die in S510 durchgeführte Bestimmung
offenbart, dass der BTG-Wert dT/dt(in) nicht kleiner als Null ist
(S510: NEIN), dann wird der neu berechnete BTG-Wert dT/dt(in) mit
dem minimalen BTG-Wert dT/dt(min)
verglichen, der in dem BTG-Wert-Speicherbereich 533 gehalten
wird (S511). Wenn der neu berechnete BTG-Wert dT/dt(in) kleiner
als der minimale BTG-Wert dT/dt(min)
ist (S511: JA), wird der in dem BTG-Wert-Speicherbereich 533 gehaltene
Wert durch den neu berechneten BTG-Wert dT/dt(in) ersetzt, und der
letztere Wert wird als der aktualisierte minimale BTG-Wert dT/dt(min)
verwendet (S512). Andererseits springt dann, wenn der neu berechnete BTG-Wert
dT/dt(in) nicht kleiner als der minimale BTG-Wert dT/dt(min) ist
(S511: NEIN), die Routine zu S513, wo eine Bestimmung diesbezüglich durchgeführt wird,
ob das CCO-Flag "1" ist oder nicht.
Wenn das CCO-Flag "1" ist, springt die
Routine zu S515, um zu bestimmen, ob das Batteriepaket 2 einen
Zustand einer vollständigen
Ladung erreicht hat.
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Wenn
das CCO-Flag nicht "1" ist (S513: NEIN),
bestimmt die CPU 51, ob die neu erfasste und korrigierte
Batterietemperatur Tin über
45°C ist
oder nicht (S514). Diese Bestimmung wird zu einer Zeit tb durchgeführt (siehe 6A bis 6D). Wenn die neu erfasste und korrigierte
Batterietemperatur Tin gleich 45°C
oder darüber
ist (S514: JA), wird das CCO-Flag auf "1" gesetzt
(S517). Wenn die Temperatur so hoch wie 45°C oder darüber ist, wird die Zyklusdienst-Lebensdauer
der Batterie verkürzt
werden. Daher wird zum Unterdrücken
eines Temperaturanstiegs der Batterie der Pegel eines Ladestroms
auf I1 (I0 > I1) erniedrigt,
indem die Ladestrom-Einstelleinheit 80 gesteuert wird (S518).
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Wenn
der Pegel des Ladestroms erniedrigt wird, stellt die erfasste Batterietemperatur
aufgrund einer Änderung
bezüglich
eines Erdungspegels keine reale bzw. echte Temperatur dar.
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Zum
Korrigieren der erfassten Batterietemperatur wird die Batterietemperatur
Tin' sofort erfasst (S519),
nachdem der Pegel des Ladestroms geändert wird, um einen Korrekturwert
Tk zu erhalten. Der Korrekturwert TK wird durch Subtrahieren der
Batterietemperatur Tin, die erfasst wird, direkt bevor der Pegel
des Ladestroms geändert
wird, von der Batterietemperatur Tin' berechnet (S520). Unter Verwendung
des Korrekturwerts Tk wird eine korrigierte Batterietemperatur Tin
durch Subtrahieren des Korrekturwerts Tk von der Batterietemperatur
Tin' berechnet und
in dem Batterietemperatur-Speicherbereich 531 gespeichert,
woraufhin die Routine zu S505 zurückspringt.
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Es
sollte beachtet werden, dass eine Zeitperiode, die zum Ausführen der
Schritte 519 bis 521 nötig ist, im Vergleich mit der
Abtastzeit der Batterietemperatur ausreichend kurz ist. Wenn die
Batterietemperatur Tin unter 45°C
ist (S514: NEIN), bestimmt die CPU 51, ob ein Wert, der
die Subtraktion des minimalen BTG-Werts dT/dt(min) von dem aktuell
berechneten BTG-Wert dT/dt ist, größer als ein vorbestimmter Wert
P ist oder nicht (S515). Wenn der subtrahierte Wert größer als
der Wert P ist (S515: JA), dann wird für das Batteriepaket 2 bestimmt,
dass es vollständig geladen
ist, und somit wird ein Laden des Batteriepakets 2 gestoppt
(S522). Das Ende eines Ladens (EOC = end of charge) tritt zu einer
Zeit te in den Zeitdiagrammen der 6A bis 6D auf. Wenn das Batteriepaket 2 von
dem Batterieladegerät 3 getrennt
wird (S523: JA), springt die Routine zurück zu S501.
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Wenn
der subtrahierte Wert, nämlich dT/dt(in) – dT(min),
gleich dem vorbestimmten Wert P oder kleiner als dieser ist (S515:
NEIN), werden die sechs Batterietemperaturwerte Ti-05, Ti-04,...,
Ti-01, die im Batterietemperatur-Speicherbereich 531 gespeichert
sind, zu den Speicherstellen verschoben, wo Ti-06, TI-05,..., Ti-02
gespeichert worden sind, während
der älteste
Batterietemperaturwert Ti-06 aus dem Speicherbereich 531 hinaus
gestoßen
wird. Die neu erfasste Batterietemperatur Tin wird als Tin-01 gespeichert.
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Während die
Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsbeispiele davon detailliert
beschrieben worden ist, wäre
es Fachleuten auf dem Gebiet offensichtlich, dass viele Modifikationen und
Variationen daran durchgeführt
werden können, ohne
von dem Sinngehalt der Erfindung abzuweichen, von welcher der Schutzumfang
durch die beigefügten
Ansprüche
definiert ist.
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Bei
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
werden die BTG-Werte basierend auf der neu erfassten Batterietemperatur
und der Batterietemperatur berechnet, die zu einer Zeit erfasst
wird, die sechs Abtastzeiten vor der neu erfassten Batterietemperatur
ist. Der BTG-Wert kann unter Verwendung von anderen Daten berechnet
werden. Beispielsweise kann der BTG-Wert unter Verwendung der Batterietemperatur
berechnet werden, die zu einer Zeit erfasst wird, die zwölf Abtastzeiten
vor der neu erfassten Batterietemperatur ist. Obwohl das beschriebene
Ausführungsbeispiel
den Pegel eines Ladestroms von I0 zu I1 umschaltet, wenn die Batterietemperatur
45°C erreicht
hat, ist die kritische Temperatur nicht auf 45°C beschränkt. Der Pegel des Ladestroms
kann erniedrigt werden, wenn die Batterietemperatur eine Temperatur
erreicht hat, die höher als
45°C ist
(beispielsweise 50 °C),
wenn das Batteriepaket 2 mit einem Kühlventilator gekühlt werden kann,
der in dem Batterieladegerät 3 vorgesehen
ist. Weiterhin ist die Abtastzeit nicht auf 10 Sekunden beschränkt, sondern
kann auf kürzer
oder länger
als 10 Sekunden (beispielsweise 5 Sekunden) eingestellt werden.
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6E zeigt ein Zeitdiagramm,
das einer A/D-Umwandlung unterzogene BTG-Werte zeigt, die ohne ein
Durchführen
einer Batterietemperaturkorrektur berechnet sind. In diesem Fall
hat der subtrahierte Wert dT/dt(in) – dT/min) den vorbestimmten Wert
P überschritten,
direkt nachdem der Pegel des Ladestroms erniedrigt wird. Somit wird
ein Laden des Batteriepakets 2 gestoppt, bevor das Batteriepaket 2 den
Zustand einer vollständigen
Ladung erreicht hat.
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Gemäß dem beschriebenen
Ausführungsbeispiel
kann bei der Berechnung der BTG-Werte dT/dt(in) unter Verwendung
der korrigierten Batterietemperaturwerte das Batteriepaket 2 adäquat zu
der vollständigen
Ladung aufgeladen werden, und zwar selbst dann, wenn der Kontaktzustand
zwischen dem Batteriepaket 2 und dem Batterieladegerät 3 als
Ergebnis einer profanen Änderung
verschlechtert wird.