DE19504468A1

DE19504468A1 - Batterieladegerät mit Lebensdauererfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE19504468A1
Application number: DE19504468A
Authority: DE
Inventors: Nobuhiro Takano; Shigeru Shinohara
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 1994-02-10
Filing date: 1995-02-10
Publication date: 1995-08-17
Anticipated expiration: 2015-02-11
Also published as: US5677615A; DE19504468C2; TW423665U

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batterieladegerät zum Aufladen wiederaufladbarer Batterien wie beispielsweise Nickel-Cadmium-Batterien (nachstehend als "Ni-Cad-Batterien" bezeichnet). Die Erfindung betrifft insbesondere eine Lebensdauer-Erfassungsvorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie, welche das Ende der Lebensdauer oder Nutzungsdauer der wiederaufladbaren Batterie anzeigt.

Wiederaufladbare Batterien werden im allgemeinen in Batterie getriebenen Geräten deswegen verwendet, da sie wiederholt verwendet werden können. Immer dann, wenn festgestellt wird, daß die Batterien entladen sind, werden sie von den Geräten entfernt, bei welchen sie eingesetzt waren, und werden nach der erneuten Aufladung dort wieder angebracht. Allerdings sinkt, wie in Fig. 3 gezeigt ist, die Entladekapazität der Batterien abrupt ab, wenn die Wiederholungen der Lade/Entladezyklen eine bestimmte Grenze erreicht haben. Die wiederaufladbaren Batterien weisen daher eine begrenzte Lebensdauer oder Nutzungsdauer auf, und sie können nicht erneut verwendet werden, wenn sie das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben.

Die Batterien erreichen das Ende ihrer Lebensdauer, wenn der Innenwiderstand der Batterie ansteigt, was wie in Teil (b) von Fig. 3 gezeigt durch den Austritt des Elektrolyten hervorgerufen werden kann, oder wenn bei der Batterie ein innerer Kurzschluß auftritt, infolge einer Verschlechterung eines Trennmaterials, beispielsweise eines organischen Materials, oder infolge der Verringerung der Festigkeit der Elektrode. Insbesondere der Austritt des Elektrolyten stellt den Hauptgrund für derartige Vorgänge bei Batterien mit einer Anzahl von Zellen dar, die in Reihe geschaltet sind. Unterscheiden sich die Kapazitäten der mehreren Zellen, so ergibt sich eine zwangsweise Überladung und zu starke Entladung der Zelle mit der niedrigsten Kapazität.

Im Stand der Technik wird von einem Benutzer nur aufgrund seiner Erfahrung die Feststellung getroffen, ob die Batterie das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hat oder nicht. Allerdings erkennt der Benutzer nicht das Absinken der Batteriekapazität, und daher tritt bei Erreichen des Endes der Lebensdauer der Batterie der Elektrolyt aus der Batterie aus und führt zu einer Korrosion elektrischer Bauteile des Batterieladegeräts, so daß das Batterieladegerät beschädigt werden kann. Daher ist es erforderlich geworden, eine Vorrichtung bereitzustellen, die den Benutzer entsprechend informieren kann, wenn die Lebensdauer der Batterie abgelaufen ist. Weiterhin besteht bei den Benutzern ein Bedürfnis festzustellen, wann momentan eingesetzte Batterien durch neue Batterien ersetzt werden sollten, insbesondere dann, wenn die Benutzer Batterie-getriebene Werkzeuge verwenden, die unter starker Belastung angetrieben werden, wobei die Batterien mehrfach mit starker Entladungsrate eingesetzt werden.

Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der voranstehend geschilderten Schwierigkeiten entwickelt, und daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lebensdauer- Erfassungsvorrichtung für wiederaufladbare Batterien zur Verfügung zu stellen, welche verläßlich das Ende der Lebensdauer der wiederaufladbaren Batterie anzeigt.

Hierzu stellt die vorliegende Erfindung eine Lebensdauer- Erfassungsvorrichtung zur Bestimmung des Endes der Lebensdauer einer wiederaufladbaren Batterie zur Verfügung. Es ist eine Aufladevorrichtung zum Laden der Batterie mit einem Ladestrom vorgesehen, eine Batteriespannungs- Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Batteriespannung. Eine erste Vergleichsvorrichtung ist dazu vorgesehen, die von der Batteriespannungs-Erfassungseinrichtung festgestellte Batteriespannung mit einer vorbestimmten Bezugsspannung zu vergleichen. Eine Bestimmungsvorrichtung ist dazu vorgesehen, festzustellen, daß die Batterie das Ende der Lebensdauer erreicht hat, wenn die erste Vergleichsvorrichtung anzeigt, daß die Batteriespannung über der vorbestimmten Bezugsspannung liegt.

Weiterhin ist eine Temperatur-Erfassungsvorrichtung dazu vorgesehen, die Batterietemperatur zu Beginn der Ladung zu erfassen. Eine zweite Vergleichsvorrichtung ist dazu vorgesehen, die von der Temperatur-Erfassungsvorrichtung erfaßte Batterietemperatur mit einer vorbestimmten Bezugstemperatur zu vergleichen. Wenn die zweite Vergleichsvorrichtung anzeigt, daß die Batterietemperatur niedriger ist als die vorbestimmte Bezugstemperatur, so wird der Ladestrom so eingestellt, daß er einen zweiten Pegel aufweist, der kleiner ist als ein erster Pegel.

Die vorbestimmte Bezugsspannung wird in Abhängigkeit von der Batterietemperatur geändert. Weiterhin wird die vorbestimmte Bezugsspannung in Abhängigkeit von dem Ladestrom geändert.

Gemäß einer weiteren Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein Batterieladegerät zum Aufladen einer wiederaufladbaren Batterie zur Verfügung gestellt, bei welcher mehrere Zellen in Reihe geschaltet sind. Das Batterieladegerät weist eine Ladevorrichtung zum Laden der Batterie mit einem Ladestrom auf, und eine Batteriespannungs- Erfassungsvorrichtung zur Erfassung einer Maximalspannung der Batterie. Eine Lebensdauerende-Erfassungseinrichtung ist dazu vorgesehen zu erfassen, daß die Batterie das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hat, auf der Grundlage der Maximalspannung der Batterie, die von der Batteriespannungs- Erfassungseinrichtung festgestellt wird, und zur Erzeugung eines Lebensdauerendesignals. Eine Anzeigevorrichtung zeigt an, daß die Batterie das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hat, in Reaktion auf das Lebensdauerendesignal.

Eine Temperatur-Erfassungsvorrichtung ist dazu vorgesehen, die Batterietemperatur zu Beginn des Ladens zu erfassen. Der Ladestrom wird durch die Ladevorrichtung auf der Grundlage der Batterietemperatur festgelegt.

Vorzugsweise weist das Batterieladegerät eine Zellenanzahl- Erfassungsvorrichtung zur Erfassung der Zellenanzahl der Batterie auf. Die Lebensdauerende-Erfassungsvorrichtung stellt fest, daß die Batterie das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hat, und zwar weiterhin auf der Grundlage der Zellenanzahl der Batterie.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Batterieladegeräts gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Beschreibung des Betriebsablaufs einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ein Diagramm mit einer Darstellung der Anzahl von Wiederholungen der Ladung/Entladung in Abhängigkeit von der Entladekapazität einer Batterie;

Fig. 4 ein Diagramm der Ladecharakteristik einer "toten" Batterie;

Fig. 5 ein Diagramm der Ladecharakteristik einer noch verwendbaren Batterie bei niedriger Temperatur, wobei die Batterie mit einem Ladestrom mit Standardpegel geladen wird;

Fig. 6 ein Diagramm der Ladecharakteristik einer noch nutzbaren Batterie bei niedriger Temperatur, wobei die Batterie mit einem Ladestrom mit niedrigem Pegel geladen wird;

Fig. 7 ein Diagramm der Ladecharakteristik einer seit langem nicht benutzten Batterie;

Fig. 8 ein Diagramm der Ladecharakteristik einer toten Batterie bei Normaltemperatur;

Fig. 9 ein Diagramm der Ladecharakteristik einer toten Batterie bei niedriger Temperatur; und

Fig. 10 ein Diagramm der Ladecharakteristik einer normalen Batterie bei normaler Temperatur.

Nachstehend wird ein Batterieladegerät gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Zur Aufladung einer wiederaufladbaren Batterie durch das in Fig. 1 gezeigte Batterieladegerät wird die Batterie 2 zwischen einer Gleichrichter/Glättungsschaltung 30 (die nachstehend noch genauer beschrieben wird) und Masse angeschlossen. Das Batterieladegerät weist einen Batterietemperatur-Erfassungsabschnitt 2A zur Erfassung der Batterietemperatur auf. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Thermistor in dem Batterietemperatur- Erfassungsabschnitt 2A verwendet. Der Batterietemperatur- Erfassungsabschnitt 2A ist so angeordnet, daß er mit der Batterie in Kontakt steht oder nahe an dieser angeordnet ist. Die Batterie 2 besteht aus mehreren Zellen, die in Reihe geschaltet sind.

Das Batterieladegerät weist einen Widerstand 3 auf, der als Stromerfassungsvorrichtung zur Erfassung des in der Batterie 2 fließenden Ladestroms dient. Eine Gleichrichter/Glättungsschaltung 10 ist an eine Wechselspannungsquelle 1 angeschlossen, um die Wechselspannung in eine Gleichspannung umzuwandeln. Die Schaltung 10 weist einen Vollweg-Gleichrichter 11 und einen Glättungskondensator 12 auf. Eine Umschaltschaltung 20 ist an den Ausgang der Gleichrichter/Glättungsschaltung 10 angeschlossen und weist einen Hochfrequenztransformator 21 auf, einen MOSFET 22, und einen PWM-Steuer-IC 23 (PWM: Impulsbreitenmodulation). Der IC 23 ändert die Breite von Treiberimpulsen, die an den MOSFET 22 angelegt werden. Durch die Schaltvorgänge des MOSFET 22 entwickelt sich eine pulsierende Spannung an der Sekundärseite des Transformators 21. Eine weitere Gleichrichter/Glättungsschaltung 30 ist an den Ausgang der Umschaltschaltung 20 angeschlossen. Die Schaltung 30 weist Dioden 31 und 32 auf, eine Drosselspule 33, und einen Glättungskondensator 34. Ein Batteriespannungs- Erfassungsabschnitt 40 ist parallel zur Batterie 2 geschaltet und besteht aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen 41 und 42, so daß die Spannung über der Batterie 2 entsprechend dem Widerstandsverhältnis der beiden Widerstände geteilt wird. Das Ausgangssignal des Batteriespannungs- Erfassungsabschnitts 40 wird vom Verbindungspunkt der Widerstände 41 und 42 abgenommen.

Das Batterieladegerät weist weiterhin einen Mikrocomputer 50 auf, der mit einer CPU 51 versehen ist (die als Berechnungseinrichtung dient), einem ROM 52, einem RAM 53, einem Zeitgeber 54, einem A/D-Wandler 55, einem Ausgangsport 56 und einem Rücksetz-Eingangsport 57, die miteinander über eine Busleitung verbunden sind. Das RAM 53 weist einen ersten Speicherbereich 531 auf, in welchem abgetastete Batteriespannungen gespeichert werden, und einen zweiten Speicherbereich 532, in welchem abgetastete Batterietemperaturwerte gespeichert werden. Der erste Speicherbereich 531 dient als Batteriespannungsspeichereinrichtung und der zweite Speicherbereich 532 als Batterietemperaturspeichereinrichtung. Ein Ladestromsteuerabschnitt 60 ist zwischen den Stromerfassungsabschnitt (Widerstand) 3 und die Umschaltschaltung 20 geschaltet, um den Ladestrom auf einem vorbestimmten Pegel zu halten. Der Ladestromsteuerabschnitt 60 weist kaskadengeschaltete Operationsverstärker 61 und 62 sowie Widerstände 63 bis 66 auf.

Eine Konstantspannungsquelle 70 ist dazu vorgesehen, dem Mikrocomputer 50 und dem Ladestromsteuerabschnitt 60 konstante Spannungen zuzuführen. Die Konstantspannungsquelle 70 weist einen Transformator 71 auf, einen Vollweg- Gleichrichter 72, einen Glättungskondensator 73, einen Spannungsregler 74 mit drei Klemmen, und einen Rücksetz-IC 75. Der Rücksetz-IC 75 gibt ein Rücksetzsignal (reset) an den Rücksetz-Eingangsport 57 des Mikrocomputers 50 aus, um diesen zurückzusetzen. Ein Anzeigeabschnitt 80 für das Batterielebensdauerende (EOL) ist zwischen die Konstantspannungsquelle 70 und den Ausgangsport 56 des Mikrocomputers 50 geschaltet, um das Ende der Lebensdauer der Batterie 2 anzuzeigen. Der EOL-Anzeigeabschnitt 80 weist eine LED (lichtemittierende Diode) 81 sowie einen Widerstand 82 auf. Ein Ladestromfestlegungsabschnitt 90 ist zwischen den Ausgangsport 56 des Mikrocomputers 50 und die invertierende Eingangsklemme des kaskadengeschalteten Operationsverstärkers 62 geschaltet. Der Ladestrombestimmungsabschnitt 90 legt den Ladestrom dadurch fest, daß er die Spannung ändert, die an die invertierende Eingangsklemme des Operationsverstärkers 62 angelegt wird, entsprechend dem von dem Mikrocomputer 50 aus gegebenen Signal.

Ein Photokoppler 4, der als Ladesteuersignal- Übertragungseinrichtung dient, ist zwischen den Ausgangsport 56 des Mikrocomputers 50 und den PWM-Steuer-IC 23 der Umschaltschaltung 20 geschaltet. Der Photokoppler 4 dient zum Übertragen von Signalen von dem Mikrocomputer 50, um den Beginn und das Ende der Aufladung zu steuern. Ein weiterer Photokoppler 5, der als Ladestromsignal- Übertragungseinrichtung dient, ist zwischen den Ausgang des Operationsverstärkers 62 des Ladestromsteuerabschnitts 60 und den PWM-Steuer-IC 23 geschaltet. Der Photokoppler 5 dient zum Rückführen des Ladestromsignals an den PWM-Steuer-IC 23.

Nunmehr erfolgt eine Beschreibung von Kurven für die Batteriespannungscharakteristik für normale Batterien, die noch verwendbar sind (nachstehend als "verwendbare Batterien" bezeichnet) sowie von Batterien, welche das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben (nachstehend als "EOL-Batterien" bezeichnet).

Fig. 4 zeigt eine Kurve für die Batteriespannungscharakteristik einer EOL-Batterie, die mit einem ersten Ladestrom Iα geladen wird. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, hat die Batteriespannung die erste Lebensdauerende-Unterscheidungsspannung (nachstehend als "erste EOL-Unterscheidungsspannung" bezeichnet) Vrα in der Anfangsstufe der Aufladung überschritten.

Fig. 5 zeigt eine Kurve für die Batteriespannungscharakteristik einer verwendbaren Batterie auf niedriger Temperatur, die mit einem ersten Ladestrom Iα geladen wird. Ähnlich wie bei der in Fig. 4 gezeigten Kurve hat die Batteriespannung die erste EOL- Unterscheidungsspannung Vrα in der Anfangsstufe der Aufladung überschritten. Als Batterie auf niedriger Temperatur wird eine Batterie bezeichnet, deren Anfangstemperatur Tin, gemessen zu Beginn der Aufladung, niedriger ist als ein vorbestimmter Wert Tref.

Fig. 6 zeigt die Kurve für die Batteriespannungscharakteristik einer verwendbaren Batterie auf niedriger Temperatur, die mit einem zweiten Ladestrom Iβ geladen wird, der einen niedrigeren Pegel aufweist als der erste Ladestrom Iα. Wie aus Fig. 6 hervorgeht, hat die Batteriespannung eine zweite Lebensdauerende- Unterscheidungsspannung (nachstehend als "zweite EOL- Unterscheidungsspannung" bezeichnet) Vrβ in der Anfangsstufe der Aufladung nicht überschritten.

Fig. 7 zeigt die Kurve für eine Batteriespannungscharakteristik einer verwendbaren Batterie, die über einen längeren Zeitraum nicht benutzt wurde, deren Temperatur jedoch nicht so niedrig ist wie jene der Batterie auf niedriger Temperatur. Die Batterie wird mit dem ersten Ladestrom Iα geladen. Zwar steigt die Batteriespannung in der Anfangsstufe der Aufladung langsam an, jedoch überschreitet sie nicht die erste EOL-Unterscheidungsspannung Vrα. Die Anstiegsrate der Spannung während des Anfangsladungszeitraums ist nicht so hoch wie die Anstiegsrate der Spannung bei der nicht verwendbaren Batterie, die unter denselben Bedingungen geladen wird (vgl. Fig. 4).

Fig. 8 zeigt die Kurve für eine Batteriespannungscharakteristik der EOL-Batterie, deren Anfangstemperatur Tin, gemessen zu Beginn der Ladung, nicht niedriger ist als der vorbestimmte Wert Tref. Die EOL- Batterie wird mit dem ersten Ladestrom Iα über einen Zeitraum tα aufgeladen. Wie aus Fig. 8 hervorgeht, hat die Batteriespannung die erste EOL-Unterscheidungsspannung Vrα während eines Zeitraums tα seit dem Beginn der Aufladung überschritten.

Fig. 9 zeigt eine Kurve für die Batteriespannungscharakteristik einer EOL-Batterie auf niedriger Temperatur, die über einen Zeitraum tβ mit dem zweiten Ladestrom Iβ aufgeladen wird. Die Batteriespannung hat die zweite EOL-Unterscheidungsspannung Vrβ während eines Zeitraums tβ seit dem Beginn der Aufladung überschritten.

Fig. 10 zeigt eine Kurve einer Batteriespannungscharakteristik einer verwendbaren Batterie, deren Anfangstemperatur Tin, gemessen zu Beginn der Aufladung, nicht niedriger ist als der vorbestimmte Wert Tref. Die Batterie wird mit dem ersten Ladestrom Iα geladen. Wie aus Fig. 10 hervorgeht, hat die Batteriespannung nicht die erste EOL-Unterscheidungsspannung Vrα in der Anfangsstufe der Ladung überschritten, also zu einem Zeitpunkt, wenn seit dem Beginn der Ladung die Zeit tα abgelaufen ist.

Auf der Grundlage der verschiedenen Kurven für die Batteriespannungscharakteristik, die voranstehend geschildert wurden, kann dadurch unterschieden werden, ob die fragliche Batterie noch verwendbar ist, oder das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hat, und zwar durch Messung der Temperatur der Batterie zu Beginn der Ladung und nachfolgende Ermittlung, ob die Batteriespannung die erste oder zweite EOL- Unterscheidungsspannung erreicht hat, nachdem die Batterie entweder mit dem Ladestrom Iα oder Iβ über einen Zeitraum tα oder tβ geladen wurde.

Nachstehend erfolgt eine Beschreibung von Betriebsabläufen des Batterieladegeräts unter Bezugnahme auf das in Fig. 2 dargestellte Flußdiagramm. Hierbei werden Einzelschritte durch den Buchstaben "S" bezeichnet, gefolgt von der Nummer des Schrittes.

Wenn der Strom eingeschaltet wird, so gelangt der Mikrocomputer 50 in einen Bereitschaftszustand, bis festgestellt wird, daß die Batterie 2 in das Ladegerät eingesetzt ist (S101). Wenn unter Bezugnahme auf das vom Spannungserfassungsabschnitt 40 ausgegebene Signal der Mikrocomputer 50 feststellt, daß die Batterie 2 eingesetzt oder angeschlossen ist ("JA" im Schritt S101), so empfängt der Mikrocomputer 50 eine Anfangsbatterietemperatur Tin, welche vor Beginn einer Ladung gemessen wurde (S102). Die vor Beginn der Ladung gemessene Klemmenspannung des Thermistors 2A gibt die Anfangs-Batterietemperatur Tin an und wird dem A/D-Wandler 55 für eine Analog/Digitalwandlung zugeführt. Eine vorbestimmte Temperatur Tref zur Erfassung, ob die fragliche Batterie eine niedrige Temperatur aufweist oder nicht, wird von der Anfangsbatterietemperatur Tin subtrahiert, und dann erfolgt eine Entscheidung, ob das Ergebnis der Subtraktion einen positiven oder negativen Wert ergibt (S103).

Ist das Ergebnis der Subtraktion positiv, so wird festgelegt, daß die fragliche Batterie keine niedrige Temperatur aufweist ("NEIN" im Schritt S103). Für derartige Batterien werden eine Ladestromeinstellspannung Vα, die erste EOL- Unterscheidungsspannung Vrα, und eine Anfangsladungszeit tα eingestellt (S104). Die Spannung Vα dient dazu, den Ladestrom Iα hervorzurufen. Der Pegel der ersten EOL- Unterscheidungsspannung Vrα wird entsprechend dem Pegel des Ladestroms Iα festgelegt. Wird der Ladestrom Iα höher eingestellt, so wird die erste EOL-Unterscheidungsspannung größer, wogegen dann, wenn der Ladestrom Iα kleiner eingestellt wird, die erste EOL-Unterscheidungsspannung kleiner wird.

Dann gibt im Schritt S105 der Mikrocomputer 50 ein Ladestartsignal von dem Ausgangsport 56 an den PWM-Steuer-IC 23 über den Ladesteuersignal-Übertragungsabschnitt 4 aus, und beginnt die Ladung mit dem Ladestrom Iα. Bei Beginn der Ladung wird am Widerstand 3 der an die Batterie 2 angelegte Ladestrom erfaßt. Der Ladestromsteuerabschnitt 60 ermittelt die Differenz zwischen der Spannung Vα und der Spannung entsprechend dem Ladestrom, erfaßt durch den Widerstand 3 und koppelt dann die Differenz an den PWM-Steuer-IC 23 über den Photokoppler 5 zurück.

Genauer gesagt wird die Breite des an den Hochfrequenztransformator 21 angelegten Impulses verringert, wenn der momentane Ladestrom zu hoch ist, und vergrößert, wenn der momentane Ladestrom zu klein ist. Das Ausgangssignal der Sekundärwicklung des Hochfrequenztransformators 21 wird durch die Gleichrichter/Glättungsschaltung 30 gleichgerichtet und geglättet. Auf diese Weise wird der Ladestrom auf konstantem Pegel gehalten. Daher arbeiten der Widerstand 3, der Ladestromsteuerabschnitt 60, der Photokoppler 5, die Umschaltschaltung 20, und die Gleichrichter/Glättungsschaltung 30 so zusammen, daß sie den Ladestrom auf den vorbestimmten Wert Iα steuern bzw. regeln.

Daraufhin wird auf der Grundlage der Batteriespannung, die in der Anfangsstufe der Ladung erfaßt wurde, festgestellt, ob die Batterie das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hat oder nicht. Zu diesem Zweck wird die maximale Batteriespannung Vm auf Null eingestellt (S106), und werden die Batteriespannungen Vx, die seit Beginn der Ladung erfaßt wurden, aufeinanderfolgend in den Batteriespannungsspeicherabschnitt 531 eingegeben (S107). Der Maximalwert unter diesen Werten, die in dem Batteriespannungsspeicherabschnitt 531 gespeichert werden, wird als maximale Batteriespannung Vm festgehalten, und die aktualisierte Batteriespannung Vx wird mit der maximalen Batteriespannung Vm verglichen (S108). Wenn die aktualisierte Batteriespannung Vx größer ist als die maximale Batteriespannung Vm ("JA" im Schritt S108), so wird die maximale Batteriespannung Vm durch die aktualisierte Batteriespannung Vx ersetzt (S109).

Daraufhin wird überprüft, ob seit Beginn der Ladung die Anfangsladungszeit tα abgelaufen ist (S110). Ist die Anfangsladungszeit tα noch nicht abgelaufen ("NEIN" im Schritt S110), so kehrt das Programm zum Schritt S107 zurück, und dann werden die in den Schritten S107 bis Silo angegebenen Vorgänge mehrfach durchlaufen. Wenn die aktualisierte Batteriespannung Vx kleiner oder gleich der maximalen Batteriespannung Vm ist ("NEIN" im Schritt S108), so wird der Vorgang im Schritt S109 weggelassen, und das Programm geht sofort zum Schritt S110 über. Wenn die Anfangsladungszeit tα seit Beginn der Ladung abgelaufen ist ("JA" im Schritt S110), so wird eine Differenz zwischen der maximalen Batteriespannung Vm und der ersten EOL- Unterscheidungsspannung Vrα berechnet (S111). Ist die Differenz zwischen diesen Werten positiv ("JA" im Schritt S111), also ist die maximale Batteriespannung, die während der Anfangsladungsperiode erfaßt wurde, größer als die erste EOL-Unterscheidungsspannung Vrα, so wird festgestellt, daß die in das Ladegerät eingesetzte Batterie die in Fig. 4 gezeigte Kurve zeigt, und daraus geschlossen, daß die Batterie das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hat. In diesem Fall gibt der Mikrocomputer 50 ein Freischaltsignal an die LED 81 des EOL-Anzeigeabschnitts 80 aus, damit so die LED 81 aufleuchtet (S113). Gleichzeitig gibt der Mikrocomputer 50 das Ladestoppsignal vom Ausgangsport 56 an den PWM-Steuer-IC 23 aus, über die Ladesteuersignal-Übertragungseinrichtung 4, so daß die Ladung beendet wird (S114). Im Schritt S115 wird festgestellt, ob die Batterie 2 von dem Ladegerät entfernt wurde oder nicht. Falls dies der Fall ist ("NEIN" im Schritt S115), so kehrt das Programm zum Schritt S101 zurück, in welchem auf das Einsetzen einer anderen Batterie gewartet wird.

Ist die Differenz zwischen der maximalen Batteriespannung Vm und der ersten EOL-Unterscheidungsspannung Vrα negativ ("NEIN" im Schritt S111), also falls die während der Anfangsladungsperiode erfaßte maximale Batteriespannung nicht die erste EOL-Unterscheidungsspannung Vrα überschritten hat, so wird bestimmt, daß die in das Ladegerät eingesetzte Batterie die in Fig. 7 dargestellte Kurve zeigte, und hieraus geschlossen, daß die Batterie noch nicht das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hat und noch verwendbar ist. In diesem Fall wird im Schritt S112 festgestellt, ob die Batterie 2 vollständig aufgeladen ist oder nicht. Im Stand der Technik sind verschiedene Vorgehensweisen zur Erfassung eines vollständig geladenen Zustands der Batterie bekannt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein sogenanntes -ΔV-Verfahren zur Erfassung des vollständigen Ladungungszustands der Batterie verwendet. Mit fortschreitendem Laden der Batterie steigt die Batteriespannung an, erreicht eine Spitzenspannung und sinkt dann wieder ab. Bei dem -ΔV-Verfahren wird festgestellt, daß die Batterie vollständig geladen ist, wenn nach Erreichen des Spitzenwertes durch die Batteriespannung gegenüber dem Spitzenwert ein vorbestimmter Spannungsabfall -ΔV aufgetreten ist. Wenn die vollständige Aufladung festgestellt wird, so gibt der Mikrocomputer 50 ein Ladungsstopsignal an den PWM-Steuer-IC 23 aus, so daß das Laden beendet wird (S114). Wenn die vollständige Ladung nicht festgestellt wird ("NEIN" im Schritt S112), so wird die Erfassung von -AV ständig durchgeführt. Im Schritt S115 wird festgestellt, ob die Batterie 2 vom Ladegerät entfernt wurde oder nicht. Falls dies der Fall ist ("NEIN" im Schritt S115), so kehrt das Programm zum Schritt S101 zurück, in welchem auf das Einsetzen einer anderen Batterie gewartet wird.

Wenn im Schritt S103 das Ergebnis der Subtraktion (Tin-Tref) negativ ist, also wenn festgestellt wird, daß die vorbestimmte Temperatur Tref höher ist als die Anfangsbatterietemperatur Tin ("JA" im Schritt S103), so wird festgestellt, daß die fragliche Batterie eine niedrige Temperatur aufweist. Für derartige Batterien wird eine Ladestromeinstellspannung Vβ, die zweite EOL- Unterscheidungsspannung Vrβ, und eine Anfangsladungszeit tβ eingestellt (S116). Die Spannung Vβ dient dazu, den Ladungsstrom Iβ zu erzeugen. Wie bei der ersten EOL- Unterscheidungsspannung Vrα wird der Pegel der zweiten EOL- Unterscheidungsspannung Vrβ entsprechend dem Pegel des Ladestroms Iβ festgelegt. Wenn der Ladestrom Iβ höher eingestellt wird, so wird die zweite EOL- Unterscheidungsspannung Vrβ größer, wogegen bei einer niedrigeren Einstellung des Ladestroms Iβ die zweite EOL- Unterscheidungsspannung Vrβ kleiner wird. Daher ändert sich die Differenz zwischen Vrα und Vrβ in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Iα und Iβ. Die Anfangsladezeit tβ für die Batterie auf niedriger Temperatur wird kleiner oder gleich der Anfangsladezeit tα eingestellt. Nachdem die Einstellung von Vβ, Vrβ und tβ fertig ist, so werden in den Schritten S117 bis S124, ähnlich wie bei den Schritten S105 bis S112, die Anfangsladung, die Bestimmung, ob die Batterie das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hat oder nicht, und die Erfassung des vollständig geladenen Zustands durchgeführt. Falls sich bei der fraglichen Batterie herausstellt, daß sie das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hat, so wird die LED im Schritt S113 eingeschaltet. Stellt sich andererseits heraus, daß die Batterie noch verwendbar ist, und wird der vollständig geladene Zustand festgestellt, so wird das Laden der Batterie im Schritt S114 abgebrochen.

Zwar wurde die vorliegende Erfindung in bezug auf eine spezifische Ausführungsform beschrieben, jedoch werden Fachleuten auf diesem Gebiet verschiedene Änderungen und Modifikationen deutlich werden, die vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann die Anfangsbatterietemperatur mit jedem von mehreren Bezugswerten auf mehreren Pegeln verglichen werden, um die Batterie in bezug auf die Batterietemperatur exakter zu bewerten. Bei der voranstehend beschriebenen Ausführungsform wird angenommen, daß Batterien geladen werden, welche die gleiche Anzahl von in Reihe geschalteten Zellen aufweisen. Allerdings kann auch das Ende der Lebensdauer solcher Batterien festgestellt werden, die unterschiedliche Anzahlen an Zellen aufweisen, nämlich durch Änderung der EOL-Unterscheidungsspannung Vrα oder Vrβ abhängig von der Anzahl an Zellen. Die Anzahl an Zellen in der Batterie wird durch Laden der Batterie mit einem vorläufigen Ladestrom für einen vorbestimmten Zeitraum und Vergleichen der angestiegenen Batteriespannung, infolge der vorläufigen Ladung, mit jeder von mehreren Bezugsspannungen entsprechend der Anzahl an Zellen festgestellt. Weiterhin kann das Ende der Lebensdauer der Batterie dadurch ermittelt werden, daß die Batteriespannung während des Ladens eine geeignet eingestellte EOL-Unterscheidungsspannung überschreitet. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, die vorläufige Ladezeit einzustellen.

Wie voranstehend beschrieben ändern sich die EOL- Unterscheidungsspannungen Vrα und Vrβ in Abhängigkeit vom Ladestrom Iα bzw. Iβ. Wenn die Ladeströme Iα und Iβ zum Aufladen schnell aufladbarer Batterien höher eingestellt werden, die beispielsweise mit 5C geladen werden, so werden auch die EOL-Unterscheidungsspannungen höher eingestellt, wogegen dann, wenn die Ladeströme Iα und Iβ zur Aufladung von Standardbatterien kleiner eingestellt werden, die beispielsweise mit weniger als IC geladen werden, die EOL- Unterscheidungsspannungen ebenfalls kleiner eingestellt werden. Weiterhin ändern sich die EOL- Unterscheidungsspannungen Vrα und Vrβ ebenfalls in Abhängigkeit von der Temperatur der Batterie.

Beispiele für EOL-Unterscheidungsspannungen, die in Abhängigkeit von der Batterietemperatur, der Anzahl an Zellen in der Batterie, und dem Ladestrom eingestellt werden, sind in der nachstehenden Tabelle 1 angegeben. Eine schnell wiederaufladbare Batterie (1700 mAh) erfährt eine EOL- Unterscheidung durch EOL-Unterscheidungsspannungen. Eine nominelle Spannung jeder Zelle in der Batterie beträgt 1,2 V. Vier Arten von Batterien werden mit dem Ladestrom Iα von 4C geladen, nämlich eine 7,2 V-Batterie mit sechs Zellen, eine 9,6 V-Batterie mit 8 Zellen, eine 12 V-Batterie mit 10 Zellen und eine 24 V-Batterie mit 20 Zellen.

Tabelle 1

Beispiele für EOL-Unterscheidungsspannungen entsprechend der Anzahl an Zellen in der Batterie sind in der nachstehenden Tabelle 2 aufgeführt, wobei der Bezugstemperaturwert Tref zur Ermittlung von Batterien auf niedriger Temperatur auf 0°C eingestellt ist, der erste Ladestrom Iα auf 3C eingestellt ist, und der zweiten Ladestrom Iβ auf 1C eingestellt ist. Wie bei dem in Tabelle 1 gezeigten Beispiel erfahren schnell wiederaufladbare Batterien (1700 mAh) eine EOL- Unterscheidung.

Tabelle 2

Claims

1. Lebensdauer-Unterscheidungsvorrichtung für wiederaufladbare Batterien zur Feststellung des Endes der Lebensdauer einer wiederaufladbaren Batterie, mit:
einer Ladevorrichtung zum Laden der Batterie mit einem Ladestrom;
einer Batteriespannungs-Erfassungsvorrichtung zur Erfassung der Batteriespannung;
einer ersten Vergleichsvorrichtung zum Vergleichen der durch die Batteriespannungs-Erfassungsvorrichtung erfaßten Batteriespannung mit einer vorbestimmten Bezugsspannung; und
einer Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln, daß die Batterie das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hat, wenn die erste Vergleichsvorrichtung anzeigt, daß die Batteriespannung oberhalb der vorbestimmten Bezugsspannung liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperaturerfassungsvorrichtung zur Erfassung einer Batterietemperatur zu Beginn der Ladung vorgesehen ist, und eine zweite Vergleichsvorrichtung zum Vergleichen der Batterietemperatur, die durch die Temperatur- Erfassungsvorrichtung erfaßt wird, mit einer vorbestimmten Bezugstemperatur, wobei dann, wenn die zweite Vergleichsvorrichtung anzeigt, daß die Batterietemperatur niedriger ist als die vorbestimmte Bezugsspannung, der Ladestrom auf einen zweiten Pegel eingestellt wird, der kleiner ist als ein erster Pegel.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperaturerfassungsvorrichtung zur Erfassung einer Batterietemperatur zu Beginn der Ladung vorgesehen ist, wobei die vorbestimmte Bezugsspannung in Abhängigkeit von der Batterietemperatur geändert wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Bezugsspannung in Abhängigkeit von dem Ladestrom geändert wird.

5. Batterieladegerät zum Laden einer wiederaufladbaren Batterie, welche mehrere in Reihe geschaltete Zellen aufweist,
gekennzeichnet durch:
eine Ladevorrichtung zum Laden der Batterie mit einem Ladestrom;
eine Batteriespannungs-Erfassungsvorrichtung zur Erfassung einer Maximalspannung der Batterie;
eine das Ende der Lebensdauer erfassende Vorrichtung zur Feststellung, daß die Batterie das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hat, auf der Grundlage der Maximalspannung der Batterie, die von der Batteriespannungs-Erfassungsvorrichtung erfaßt wird, und zur Erzeugung eines Lebensdauerendesignals; und
eine Anzeigevorrichtung zur Anzeige, daß die Batterie das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hat, in Reaktion auf das Lebensdauerendesignal.

6. Batterieladegerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperatur-Erfassungsvorrichtung zur Erfassung einer Batterietemperatur zu Beginn der Ladung vorgesehen ist, wobei der Ladestrom durch die Ladevorrichtung in Abhängigkeit von der Batterietemperatur festgelegt wird.

7. Batterieladegerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zellenanzahlerfassungsvorrichtung zur Erfassung der Anzahl an Zellen der Batterie vorgesehen ist, wobei die Lebensdauerendeerfassungsvorrichtung auch unter Berücksichtigung der Zellenanzahl der Batterie feststellt, daß die Batterie das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hat.