DE19704310A1

DE19704310A1 - Lade-Entladesteuerschaltung, Überlade-Verhinderungsschaltung und Überentlade-Verhinderungsschaltung

Info

Publication number: DE19704310A1
Application number: DE19704310A
Authority: DE
Inventors: Tsukasa Itou; Satoshi Narukawa
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-02-13
Filing date: 1997-02-05
Publication date: 1997-08-14
Also published as: GB2310327A; GB2310327B; JP3421519B2; US5880575A; GB9700980D0; FR2744852A1; FR2744852B1; JPH09285028A

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft eine Überlade- Verhinderungsschaltung, eine Überentlade- Verhinderungsschaltung und eine Lade-Entladesteuerschaltung, um Batterie-Überladen oder -Überentladen bei einer Vielzahl von serienverbundenen Batterien zu verhindern.

Wenn eine Vielzahl von in Serie verbundenen Batterien geladen oder entladen wird, entsteht durch die Unterschiedlichkeit der Charakteristiken jeder Batterie das Problem, daß eine Batterie überladen oder überentladen werden kann. Insbesondere wenn eine Batterie einer Vielzahl von in Serie verbundenen Batterien eine kleinere Kapazität als die anderen Batterien hat, wird ein Batterienladen fortgeführt werden, während die Batterieeinheit nicht voll geladen ist, obwohl die Batterie mit niedriger Kapazität volle Ladung erreicht hat. Als eine Folge davon wird die Batterie niedriger Kapazität überladen werden. Ähnlich wird, wenn die Batterieeinheit in einem Entladung erlaubenden Zustand ist, das Entladen fortfahren, obwohl die Batterie niedriger Kapazität einen Zustand erreicht hat, bei dem ein Entladen ausgesetzt werden sollte. Dies wird die Batterie niedriger Kapazität einer Überentladung unterziehen.

Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 7-163060, veröffentlicht 23. Juni 1995, offenbart eine Schaltung, um ein Überladen oder Überentladen von allen Batterien einer Vielzahl von in Serie verbundenen Batterien zu verhindern und um alle Batterien in dem gleichen Ladungs- oder Entladungszustand zu lassen. Um ein Überladen oder Überentladen irgendeiner Batterie einer Vielzahl von in Serie verbundenen Batterien, die eine Batterievariation aufweisen, zu verhindern, stellt die in dieser Offenbarung zitierte Schaltung Überlade-Verhinderungsschaltungen und Überentlade- Verhinderungsschaltungen für jede Batterie bereit. Eine Überlade-Verhinderungsschaltung ist aufgebaut aus einer mit der Batterie in Serie verbundenen Diode, einer Schaltvorrichtung zum Vorbeileiten von Ladestrom und einem Spannungsmeßgerät, um den An-Aus-Zustand der Schaltvorrichtung zu steuern. Eine Überentlade- Verhinderungsschaltung ist aufgebaut aus einer in Serie mit der Batterie verbundenen Schaltvorrichtung, einer Diode, um einen Ladestrom vorbeizuleiten, und einem Spannungsmeßgerät, um den An-Aus-Zustand der Schaltvorrichtung zu steuern.

Diese Schaltung verhindert ein Überladen einer Batterie niedriger Kapazität durch Betrieb der dieser Batterie entsprechenden Überlade-Verhinderungsschaltung, um einen Ladestrom von dieser Batterie niedriger Kapazität weg vorbeizuleiten, wenn sie voll geladen ist. Andere Batterien fahren ohne Überladen bis zur vollen Ladung fort.

Ähnlich wird während einem Entladen das Überentladen einer Batterie niedriger Kapazität verhindert, durch Betrieb der entsprechenden Überentlade-Verhinderungsschaltung, um den Entladestrom der Batterie niedriger Kapazität vorbeizuleiten, wenn sie einen Zustand erreicht hat, bei dem ein Entladen ausgesetzt werden sollte. Andere Batterien fahren mit der Entladung fort, ohne daß irgendeine der Batterien überentladen wird.

Auf diese Weise verhindert die Schaltung der oben erwähnten Offenbarung ein Überladen und Überentladen von allen der in Serie verbundenen Batterien. Da jedoch eine Überlade- Verhinderungsschaltung und eine Überentlade- Verhinderungsschaltung für jede Batterie vorgesehen ist, ist die Zahl von Schaltungsbestandteilen groß und die Schaltungsstruktur außerordentlich komplex.

Weiterhin ist ein Energieverlust mit diesen Dioden verbunden, da die Dioden, die Bestandteile der Überlade- Verhinderungsschaltung sind, mit den Batterien in Serie verbunden sind. Insbesondere erhöht sich dieser Energieverlust, wenn die Anzahl von in Serie verbundenen Batterien sich erhöht. Zusätzlich müssen die Schaltvorrichtungen, die Bestandteile der Überentlade- Verhinderungsschaltungen sind, und die mit den Batterien in Serie verbunden sind, von einem Typ sein, der dem Entladestrom widersteht.

Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltung einfacher Struktur bereitzustellen, die ein Überladen oder Überentladen einer Vielzahl von in Serie verbundenen Batterien verhindert.

Die obige und weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden ganzheitlicher mit der folgenden detaillierten Beschreibung und mit den dazugehörigen Zeichnungen offensichtlich.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Überlade-Verhinderungsschaltung der vorliegenden Erfindung, die ein Überladen einer Vielzahl von in Serie verbundenen Batterien verhindert, ist charakterisiert durch eine Erfassungsschaltung, die aufeinanderfolgend den Ladezustand von jeder Batterie bestimmt, zumindest eine Vorbeiführschaltung, die parallel mit einer der in Serie verbundenen Batterien verbunden ist, und eine Verbindungsschaltung, die wahlweise eine annähernd vollgeladene Batterie mit einer Vorbeiführschaltung verbindet, in Antwort auf Ergebnisse von der Erfassungsschaltung.

Auf ähnliche Weise ist die Überentlade-Verhinderungsschaltung der vorliegenden Erfindung, die ein Überentladen einer Vielzahl von in Serie verbundenen Batterien verhindert, gekennzeichnet durch eine Erfassungsschaltung, die aufeinanderfolgend den Entladezustand von jeder Batterie erfaßt, zumindest eine Vorbeiführschaltung, die parallel mit einer der in Serie verbundenen Batterien verbunden ist, und einer Verbindungsschaltung, die in Antwort auf Ergebnisse von der Erfassungsschaltung wahlweise eine annähernd vollgeladene Batterie mit einer Vorbeiführschaltung verbindet.

Zuletzt ist die Überlade- und Entladesteuerschaltung der vorliegenden Erfindung, die ein Überladen und Überentladen von einer Vielzahl von in Serie verbundenen Batterien verhindert, gekennzeichnet durch eine Erfassungsschaltung, die aufeinanderfolgend den Lade- und Entladezustand von jeder Batterie bestimmt, zumindest eine Vorbeiführschaltung, die parallel mit einer der Vielzahl von in Serie verbundenen Batterien verbunden ist, und eine Verbindungsschaltung, die in Antwort auf Ergebnisse von der Erfassungsschaltung wahlweise eine annähernd vollgeladene oder vollentladene Batterie mit einer Vorbeiführschaltung verbindet.

Die Schaltung der vorliegenden Erfindung erfaßt aufeinanderfolgend die am meisten geladene oder entladene Batterie unter der Vielzahl von in Serie verbundenen Batterien. Durch wahlweises Verbinden der am meisten geladenen oder entladenen Batterie mit einer Vorbeiführschaltung, ist eine komplizierte Schaltungsstruktur unnötig, und alle Batterien können gleichförmig geladen oder entladen werden, während ein Überladen oder Überentladen verhindert wird.

Weiterhin kann durch Integrieren der Erfassungsschaltung, der Vorbeiführschaltung und der Verbindungsschaltung in eine einzige Einheit die Schaltungsstruktur vereinfacht werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine Schrägsicht, die ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltdiagramm eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 4 zeigt einen Graphen, der Entladekurven für ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Mit Bezug auf Fig. 1 wird ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung gezeigt. B1 bis Bn sind eine Vielzahl von in Serie verbundenen Batterien, wie z. B. Nickelkadmium-, Nickelhydrid- oder Lithiumbatterien, die geladen werden sollen. Bauteil 1 ist eine Ladeschaltung zum Laden der Batterien B1 bis Bn und umfaßt bekannte Schaltungen, wie z. B. Konstantstrom und/oder Konstantspannungsladeschaltungen, abhängend vom Batterietyp. Bauteil 2 ist ein Ladeschalter, der zwischen die Ladeschaltung 1 und die Batterien eingeführt ist, Bauteil 3 ist eine durch die Batterien angetriebene Last und Bauteil 4 ist ein Entladeschalter, der zwischen die Last 3 und die Batterien eingeführt ist.

Bauteil 5 ist eine Erfassungsschaltung, um den Lade- und Entladezustand von jeder Batterie B1 bis Bn zu bestimmen. Die Erfassungsschaltung ist aufgebaut aus einer Spannungserfassungsschaltung 51, um aufeinanderfolgend die Batteriespannung von jeder Batterie zu messen, einer A/D-Wandlerschaltung 52, um die festgestellte analoge Batteriespannung in einen digitalen Wert umzuwandeln, und einer Überwachungsschaltung 53, um den Lade- und Entladezustand von jeder Batterie basierend auf der Batteriespannungsausgabe von dem A/D-Umwandler 52 zu überwachen.

Die Überwachungsschaltung 53 umfaßt einen Mikrocomputer. Während eines Batterieladens überwacht die Überwachungsschaltung 53 den Ladezustand von jeder Batterie B1 bis Bn, basierend auf der Batteriespannung, die aufeinanderfolgend durch die Spannungserfassungsschaltung 51 abgefühlt wird. Z.B. wird der Ladezustand von jeder Batterie aufeinanderfolgend überwacht, durch die Änderungsrate der Batteriespannung, wie sie sich mit dem Laden erhöht. Wenn irgendeine der Batterien B1 bis Bn ungefähr volle Ladung erreicht (z. B. 70-90% geladen), wird ein Erfassungssignal ausgegeben.

Wechselweise überwacht während eines Batterieentladens die Überwachungsschaltung 53 den Entladungszustand der Batterien B1 bis Bn. Insbesondere wird ein Erfassungssignal ausgegeben, wenn eine Batteriespannung auf eine festgestellte Spannung abfällt.

Der Lade- oder Entladezustand, bei dem das Erfassungssignal ausgegeben wird, wird passend zu der Menge des Lade- oder Entladestromes gesetzt. Z.B. wird die festgelegte Spannung für eine Erfassungssignalausgabe während des Batterieentladens ungefähr invers proportional zu der Menge eines Entladestromes von den Batterien B1 bis Bn gesetzt.

Bauteil 6 ist eine Vorbeiführschaltung, die parallel mit einer der Batterien B1 bis Bn verbunden ist. Diese Vorbeiführschaltung 6 umfaßt eine Hilfsbatterie 61, die vom selben Typ wie die Vielzahl von Batterien B1 bis Bn ist, eine Vielzahl von parallel mit der Hilfsbatterie 61 verbundenen Dioden 62, eine Entladeschaltung 63, die parallel mit den Dioden 62 und der Hilfsbatterie 61 verbunden ist, und die aus einem in Serie verbundenen Entladewiderstand 64 und einem Entladeschalter 65 aufgebaut ist und einem strombegrenzenden Widerstand 66, der mit der Hilfsbatterie 61 in Serie verbunden ist.

Die Hilfsbatterie 61 wird durch einen Ladestrom geladen, der durch die Vorbeiführschaltung 6 vorbeigeführt wird, wenn die Batterien B1 bis Bn geladen werden, und wird entladen, wenn die Batterien B1 bis Bn entladen werden. Es ist wünschenswert, daß die Hilfsbatterie 61 die gleiche wie die zu ladenden Batterien B1 bis Bn ist. Falls die Batterien B1 bis Bn Nickel-Kadmiumbatterien sind, dann sollte die Hilfsbatterie 61 ebenfalls eine Nickel-Kadmiumbatterie sein. Weiterhin kann die Hilfsbatterie 61 die gleiche äquivalente Batteriekapazität als eine der Batterien B1 bis Bn haben, es reicht jedoch aus, wenn sie 15% bis 50% von dieser Kapazität hat. Zuletzt, wie später besprochen, da die Hilfsbatterie 61 schweren Lade- und Entladezuständen ausgesetzt ist und da die Wahrscheinlichkeit einer frühen Verschlechterung hoch ist, sollte sie einfach ausgetauscht werden können.

Die Dioden 62 und die Entladeschaltung 63 sind Bauteile, die ein Überladen der Hilfsbatterie 61 durch Vorbeiführen von Ladestrom während eines Ladens der Batterien B1 bis Bn verhindern. Die Dioden 62 verhindern ein Überladen der Hilfsbatterie 61 durch Leiten, wenn die Hilfsbatteriespannung einen vorbestimmten Wert erreicht. Die Entladeschaltung 63 verhindert Überladeverschlechterung durch passendes Entladen der Hilfsbatterie 61 durch Schalten des Entladeschalters in den An-Zustand.

Bauteil 7 ist eine Verbindungsschaltung, die in Antwort auf Ergebnisse von der Erfassungsschaltung 5 eine Vorbeiführschaltung 6 mit einer Batterie der B1- bis Bn-Gruppe verbindet, die als annähernd vollgeladen oder vollentladen bestimmt ist. Die Verbindungsschaltung 7 besteht aus Auswahlschaltern SW1 bis SWn und einer Schalt-Schaltung 71. Entweder Relaisschalter oder Halbleiterschalter werden als die Auswahlschalter SW1 bis SWn verwendet.

Das Folgende beschreibt den Betrieb dieser Schaltung zuerst während eines Ladens der Batterien B1 bis Bn. Entsprechend dem Start des Ladens sind die Auswahlschalter SW1 bis SWn alle in den Aus-Zustand gesetzt. In der Vorbeiführschaltung 6 wird der Entladeschalter 65 zuerst in den An-Zustand gesetzt, um die Hilfsbatterie 61 in einem ausreichend entladenen Zustand zu belassen.

Nachfolgend wird der Ladeschalter 2 in den An-Zustand gesetzt und ein Laden der Batterien B1 bis Bn wird begonnen. Wenn das Laden beginnt, fühlt die Spannungserfassungsschaltung 51 periodisch die Batteriespannung von jeder Batterie B1 bis Bn in einer aufeinanderfolgenden Weise ab und gibt diese Spannungen an den A/D-Wandler 52 aus. Die Überwachungsschaltung 53 überwacht den Ladezustand von jeder Batterie, basierend auf jeder über den A/D-Wandler 52 erhaltenen Batteriespannung.

Falls die Batterien B1 bis Bn alle die gleichen Charakteristiken aufweisen und sich ihre Ladezustände alle auf die gleiche Weise verändern, dann gibt es keine Probleme. Wenn dies jedoch nicht der Fall ist, wird sich eine der Batterien B1 bis Bn (die Batterie mit der niedrigsten Kapazität) einem vollgeladenen Zustand am schnellsten annähern. Wenn eine der Batterien B1 bis Bn (hypothetischerweise Batterie B1) annähernd volle Ladung (70% bis 90% geladen) erreicht, gibt die Überwachungsschaltung 53 ein Erfassungssignal aus.

Die Schalt-Schaltung 71 reagiert auf das Erfassungssignal durch Schalten des Auswahlschalters SW1 in den An-Zustand, um die Vorbeiführschaltung 6 parallel mit der Batterie B1 zu verbinden. Demzufolge fließt ein Teil von irgendeinem in die Batterie B1 fließenden Ladestrom nun zu der Hilfsbatterie 61 der Vorbeiführschaltung 6. Als eine Folge wird ein in die Batterie B1 fließender Ladestrom im Vergleich mit den anderen Batterien B2 bis Bn reduziert und ein Überladen der Batterie B1 wird verhindert. Unterdessen gibt es keine Änderung des Ladestromes, der in die anderen Batterien B2 bis Bn fließt und deren normales Laden fährt fort.

Darauf folgend, falls die Erfassungsschaltung 5 erfaßt, daß eine der Batterien B2 bis Bn, die nicht mit der Vorbeiführschaltung 6 verbunden ist (hypothetischerweise Batterie B2) näher an voller Ladung als Batterie B1 ist, ändert die Verbindungsschaltung 7 die Verbindung der Vorbeiführschaltung 6 von B1 nach B2.

Auf diese Weise, wann immer die Batterie bestimmt wird, für die ein Laden am weitesten fortgeschritten ist, wird diese mit der Vorbeiführschaltung 6 verbunden. Dies hat einen gleichförmigen Ladezustand für alle der Batterien B1 bis Bn ohne ein Überladen zur Folge.

Als nächstes wird der Schaltungsbetrieb während des Entladens der Batterien B1 bis Bn beschrieben. Entsprechend dem Beginn des Entladens sind die Auswahlschalter SW1 bis SWn alle in den Aus-Zustand gesetzt. Der Entladeschalter 4 wird in den An-Zustand gesetzt und ein Entladen der Batterien B1 bis Bn beginnt. Die Spannungserfassungsschaltung 51 fühlt periodisch die Batteriespannung von jeder Batterie B1 bis Bn auf eine aufeinanderfolgende Weise ab und gibt diese Spannungen an den A/D-Wandler 52 aus. Die Überwachungsschaltung 53 überwacht den Entladungszustand von jeder Batterie, basierend auf jeder über den A/D-Wandler 52 enthaltenen Batteriespannung.

Die Überwachungsschaltung 53 gibt ein Erfassungssignal aus, wenn die Spannung von einer der Batterien (hypothetischerweise Batterie B1) auf die vorbestimmte Spannung abfällt. Die Schalt-Schaltung 71 reagiert auf das Erfassungssignal durch Schalten des Auswahlschalters SW1 in den An-Zustand, der die Vorbeiführschaltung 6 parallel mit Batterie B1 verbindet. Verbunden mit der Vorbeiführschaltung 6 wird die Batterie B1 durch die Hilfsbatterie 61 entlastet, die einen Teil des Entladestromes annimmt. Demzufolge wird die Entladerate der Batterie B1 vermindert, ihr Spannungsabfall wird gelindert und ihr Überentladen wird verhindert.

Nachfolgend, falls die Erfassungsschaltung 5 erfaßt, daß eine der Batterien B2 bis Bn, die nicht mit der Vorbeiführschaltung 6 verbunden ist (hypothetischerweise Batterie B2) in einem tieferen Entladezustand als Batterie B1 ist, ändert die Verbindungsschaltung 7 die Verbindung der Vorbeiführschaltung 6 von B1 zu B2.

Auf diese Weise wird, wann immer die Batterie bestimmt wird, für die ein Entladen am weitesten fortgeschritten ist, diese mit der Vorbeiführschaltung 6 verbunden. Dieses hat einen gleichförmigen Entladezustand für alle Batterien B1 bis Bn ohne Überentladen zur Folge.

Obwohl in diesem Ausführungsbeispiel nur eine Vorbeiführschaltung 6 bereitgestellt wird, können zwei oder drei Vorbeiführschaltungen in dem Fall vorgesehen werden, in dem eine große Zahl von Batterien in Serie verbunden sind. Es ist jedoch mit Hinblick auf ein Vermeiden von komplexen Schaltungen am besten, die Zahl der Vorbeiführschaltungen zu minimieren.

Mit Bezug auf Fig. 2 und 3 wird eine Schrägsicht und ein Blockdiagramm einer Vielzahl von Batterien (B21 bis B2n und B31 bis B3n) gezeigt, die als Batteriereihen verbunden sind, und welche die Erfassungsschaltung, die Vorbeiführschaltung und die Verbindungsschaltung von Fig. 1 als eine einzige Einheit integrieren. In Fig. 2 sind rechtwinklige Batterien B21 bis B2n (zehn Batterien in diesem Ausführungsbeispiel) auf eine lineare Weise angeordnet und durch Rückhalteteile 81a bis 81d als eine Einheit zusammengehalten. Jede der Batterien B21 bis B2n ist elektrisch in Serie verbunden und die positiven und negativen Anschlüsse von jeder Batterie sind an der oberen Oberfläche zugänglich.

Ein Steuerkasten 90 ist auf der oberen Oberfläche von freiliegenden Batterieanschlüssen befestigt und passend mit den positiven und negativen Anschlüssen der Batterien B21 bis B2n verbunden. Der Steuerkasten 90 ist eine einzelne Struktur, welche die Erfassungsschaltung, die Vorbeiführschaltung und die Verbindungsschaltung integriert. In Fig. 3 sind die Erfassungsschaltung und die Schalt- Schaltung der Verbindungsschaltung als ein einziger Block gezeigt, der die Steuerschaltung 91 ist. Die Steuerschaltung 91 ist mit Batterien B31 bis B3n verbunden.

Die Auswahlschalter, welche die Verbindungsschaltung bilden, sind n-Relaisschalter Ry1 bis Ryn. Die Relaisschalter Ry1 bis Ryn bestehen jeweils aus positiven Relaisanschlüssen Ry1+ bis Ryn+, die an den positiven Anschlußseiten der Batterien B31 bis B3n vorgesehen sind, aus negativen Relaisanschlüssen Ry1- bis Ryn-, die an den negativen Anschlußseiten der Batterien B31 bis B3n vorgesehen sind, und Relaissteueranschlüssen Ryls bis Ryns, welche die positiven Relaisanschlüsse Ry1+ bis Ryn+ und die negativen Relaisanschlüsse Ry1- bis Ryn- an- und ausschalten. Die Relaissteueranschlüsse Ryls bis Ryns sind ihrerseits durch die Schalt-Schaltung der Steuerschaltung 91 gesteuert. Wenn z. B. ein An-Signal an den
Relaissteueranschluß Ry1s ausgegeben wird, werden der positive Steueranschluß Ry1+ und der negative Relaisanschluß Ry1- in den An-Zustand geschaltet und eine Vorbeiführschaltung 36 wird parallel mit einer Batterie B31 geschaltet.

Auf diese Weise, durch Integrieren der Erfassungsschaltung, der Vorbeiführschaltung und der Verbindungsschaltung als ein einziger Steuerkasten 90, wird der Aufbau vereinfacht.

Nun wurde eine Batterieanordnung von zehn (n=10) in Serie verbundenen, hermetisch abgedichteten rechtwinkligen Nickel- Kadmiumbatterien vorbereitet, jede mit einer eingestuften Kapazität von 100Ah und einer eingestuften Spannung von 1,2V. Zusätzlich wurde eine hermetisch abgedichtete zylindrische Nickel-Kadmiumbatterie mit einer eingestuften Kapazität von 20Ah und einer eingestuften Spannung von 1,2V als die Hilfsbatterie der Vorbeiführschaltung vorbereitet.

Das System wurde dann einem wiederholten Konstantstromladen mit 10A und einem Konstantstromentladen mit 20A unterzogen. Die Ergebnisse für die Batterie mit der am stärksten verschlechterten Batteriekapazität der zehn sind in Tabelle 1 zusammen mit den Ergebnissen für ein System des Standes der Technik (nicht mit der Vorbeiführschaltung der vorliegenden Erfindung versehen) gezeigt. Hier wurde, um das Konstantstromladen zu beenden, eine volle Ladung durch ein passendes, wohlbekanntes Verfahren, wie z. B. das Batteriespannungserfassungsverfahren, des Temperaturmeßverfahrens, des -AV-Verfahrens oder des Spitzenerfassungsverfahrens bestimmt. Entsprechend wurde ein Konstantstromentladen beendet, wenn die Spannung der Batterieanordnung 10 V wurde.

Tabelle 1

Aus Tabelle 1 ist offensichtlich, daß der Stand der Technik eine drastische Verringerung der Batteriekapazität zeigt, wenn die Zahl der Lade-Entladezyklen sich erhöht. Nach 600 Zyklen war die anfängliche Batteriekapazität ungefähr 50% abgefallen, und nach 900 Zyklen konnten Batteriekapazitätsdaten nicht erhalten werden. Jedoch nach 900 Lade-Entladezyklen des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung war die Batteriekapazität nicht mehr als ungefähr 10% mit Bezug auf die anfängliche Kapazität abgefallen. Aus Tabelle 1 ist es offensichtlich, daß das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Überladen und Überentladen von Batterien B1 bis Bn verhindert.

Zuletzt, mit Bezug auf Fig. 4, sind Entladekurven für Batterieanordnungen nach 300 Lade-Entladezyklen gezeigt. Wie in Fig. 4 gezeigt, fällt die Batteriespannung beim Stand der Technik nach ungefähr 3,5 Stunden schnell ab und es wird ein Zweistufen-Spannungsabfall beobachtet. Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geht jedoch vor einem schnellen Spannungsabfall zu ungefähr 5 Stunden über.

Da diese Erfindung auf mehrere Weisen ausgeführt werden kann, ohne von dem Gedanken von essentiellen Charakteristiken davon abzuweichen, ist das vorliegende Ausführungsbeispiel daher veranschaulichend und nicht beschränkend, da der Bereich der Erfindung vielmehr durch die angefügten Ansprüche als durch die ihnen vorausgehende Beschreibung bestimmt ist, und alle Änderungen, die innerhalb der Bereiche und Grenzen der Ansprüche oder einem entsprechenden solcher Grenzen und Bereiche davon fallen, sind daher als von den Ansprüchen umfaßt anzusehen.

Claims

1. Eine Lade-Entladesteuerschaltung zum Verhindern von Überladen und Überentladen einer Vielzahl von in Serie verbundenen Batterien, welche umfaßt:

(1) eine Erfassungsschaltung zum Feststellen des Lade- und Entladezustands der Batterien;
(2) zumindest eine Vorbeiführschaltung, die parallel mit einer der in Serie verbundenen Batterien verbunden ist; und
(3) eine Verbindungsschaltung, die in Antwort auf Erfassungsergebnisse von der Erfassungsschaltung selektiv die Vorbeiführschaltung mit einer Batterie verbindet, bei der festgestellt ist, daß sie sich in einem ungefähr vollgeladenen Zustand oder ungefähr vollentladenen Zustand befindet.

2. Eine Lade-Entladesteuerschaltung nach Anspruch 1, worin die Vorbeiführschaltung mit einer wiederaufladbaren Hilfsbatterie versehen ist und zugehörige Überlade- Verhinderungsbauteile parallel mit der Hilfsbatterie verbunden sind.

3. Eine Lade-Entladesteuerschaltung nach Anspruch 2, worin die Vorbeiführschaltung mit einer Entladeschaltung parallel mit der Hilfsbatterie versehen ist.

4. Eine Lade-Entladesteuerschaltung nach Anspruch 2, worin die Überlade-Verhinderungsbauteile eine Vielzahl von in Serie verbundenen Dioden enthalten.

5. Eine Lade-Entladesteuerschaltung nach Anspruch 1, worin die Erfassungsschaltung eine Batteriespannung abfühlt, um eine Batterie in einem annähernd vollgeladenen Zustand oder annähernd vollentladenen Zustand festzustellen.

6. Eine Lade-Entladesteuerschaltung nach Anspruch 5, worin die Erfassungsschaltung aufeinanderfolgend die Batteriespannung der Batterien abfühlt, die geladen werden.

7. Eine Lade-Entladesteuerschaltung nach Anspruch 6, worin die Erfassungsschaltung versehen ist mit einer Spannungserfassungsschaltung zum aufeinanderfolgenden Abfühlen der Batteriespannung von jeder Batterie, einer A/D-Wandlerschaltung zum Wandeln der festgestellten Batteriespannung in einen digitalen Wert und einer Überwachungsschaltung zum Überwachen des Lade- und Entladezustands von jeder Batterie, basierend auf der Batteriespannungsausgabe von dem A/D-Wandler.

8. Eine Lade-Entladesteuerschaltung nach Anspruch 1, worin die Verbindungsschaltung mit Auswahlschaltern versehen ist, um eine der in Serie verbundenen Batterien mit der Vorbeiführschaltung zu verbinden, und einer Schalt-Schaltung zum Schalten dieser Auswahlschalter.

9. Eine Lade-Entladesteuerschaltung nach Anspruch 1, worin die Erfassungsschaltung, die Vorbeiführschaltung und die Verbindungsschaltung in eine einzige Einheit integriert sind und mit der Vielzahl von in Serie verbundenen Batterien verbunden sind.

10. Eine Überlade-Verhinderungsschaltung zum Verhindern von Überladen einer Vielzahl von in Serie verbundenen Batterien, welche umfaßt:

(1) eine Erfassungsschaltung zum Feststellen des Ladezustands von jeder der Batterien, die geladen werden;
(2) zumindest eine Vorbeiführschaltung, die parallel mit einer der in Serie verbundenen Batterien verbunden ist; und
(3) eine Verbindungsschaltung, die in Antwort auf Erfassungsergebnisse von der Erfassungsschaltung selektiv die Vorbeiführschaltung mit einer Batterie verbindet, bei der festgestellt ist, daß sie sich in einem ungefähr vollgeladenen Zustand befindet.

11. Eine Überlade-Verhinderungsschaltung nach Anspruch 10, worin die Vorbeiführschaltung mit einer wiederaufladbaren Hilfsbatterie versehen ist und zugehörige Überlade-Verhinderungsbauteile parallel mit der Hilfsbatterie verbunden sind.

12. Eine Überlade-Verhinderungsschaltung nach Anspruch 11, worin die Vorbeiführschaltung mit einer Entladeschaltung parallel mit der Hilfsbatterie versehen ist.

13. Eine Überlade-Verhinderungsschaltung nach Anspruch 11, worin die Überlade-Verhinderungsbauteile eine Vielzahl von in Serie verbundenen Dioden enthalten.

14. Eine Überlade-Verhinderungsschaltung nach Anspruch 10, worin die Erfassungsschaltung eine Batteriespannung abfühlt, um eine Batterie in einem annähernd vollgeladenen Zustand festzustellen.

15. Eine Überlade-Verhinderungsschaltung nach Anspruch 14, worin die Erfassungsschaltung aufeinanderfolgend eine Batteriespannung der Batterien abfühlt, die geladen werden.

16. Eine Überlade-Verhinderungsschaltung nach Anspruch 15, worin die Erfassungsschaltung mit einer Spannungserfassungsschaltung versehen ist, zum aufeinanderfolgenden Abfühlen der Batteriespannung von jeder Batterie, einer A/D-Wandlerschaltung zum Wandeln der abgefühlten Batteriespannung in einen digitalen Wert, und einer Überwachungsschaltung zum Überwachen des Ladezustands von jeder Batterie, basierend auf der Batteriespannungsausgabe von dem A/D-Wandler.

17. Eine Überlade-Verhinderungsschaltung nach Anspruch 10, worin die Verbindungsschaltung mit Auswahlschaltern versehen ist, um eine der in Serie verbundenen Batterien mit der Vorbeiführschaltung zu verbinden, und mit einer Schalt-Schaltung zum Schalten dieser Auswahlschalter.

18. Eine Überlade-Verhinderungsschaltung nach Anspruch 10, worin die Erfassungsschaltung, die Vorbeiführschaltung und die Verbindungsschaltung in eine einzige Einheit integriert sind und mit der Vielzahl von in Serie verbundenen Batterien verbunden sind.

19. Eine Über-Entladeverhinderungsschaltung zum Verhindern von Überentladen einer Vielzahl von in Serie verbundenen Batterien, welche umfaßt:

(1) eine Erfassungsschaltung zum Feststellen des Entladezustands von jeder der geladenen Batterien;
(2) zumindest eine Vorbeiführschaltung, die parallel mit einer der in Serie verbundenen Batterien verbunden ist; und
(3) eine Verbindungsschaltung, die in Antwort auf Erfassungsergebnisse von der Erfassungsschaltung wahlweise die Vorbeiführschaltung mit einer Batterie verbindet, bei der festgestellt ist, daß sie sich in einem annähernd vollentladenen Zustand befindet.

20. Eine Überentlade-Verhinderungsschaltung nach Anspruch 19, worin die Vorbeiführschaltung mit einer wiederaufladbaren Hilfsbatterie versehen ist und zugehörige Überlade-Verhinderungsbauteile parallel mit der Hilfsbatterie verbunden sind.

21. Eine Überentlade-Verhinderungsschaltung nach Anspruch 20, worin die Vorbeiführschaltung mit einer Entladeschaltung parallel mit der Hilfsbatterie versehen ist.

22. Eine Überentlade-Verhinderungsschaltung nach Anspruch 20, worin die Über-Ladeverhinderungsbauteile eine Vielzahl von in Serie verbundenen Dioden enthalten.

23. Eine Überentlade-Verhinderungsschaltung nach Anspruch 19, worin die Erfassungsschaltung eine Batteriespannung abfühlt, um eine Batterie in einem annähernd vollentladenen Zustand festzustellen.

24. Eine Überentlade-Verhinderungsschaltung nach Anspruch 23, worin die Erfassungsschaltung aufeinanderfolgend eine Batteriespannung der Batterien abfühlt, die entladen werden.

25. Eine Überentlade-Verhinderungsschaltung nach Anspruch 24, worin die Erfassungsschaltung versehen ist mit einer Spannungserfassungsschaltung zum aufeinanderfolgenden Abfühlen der Batteriespannung jeder Batterie, einer A/D-Wandlerschaltung zum Wandeln der festgestellten Batteriespannung in einen digitalen Wert und einer Überwachungsschaltung zum Überwachen des Entladezustands von jeder Batterie, basierend auf der Batteriespannungsausgabe von dem A/D-Wandler.

26. Eine Überentlade-Verhinderungsschaltung nach Anspruch 19, worin die Verbindungsschaltung mit Auswahlschaltern versehen ist, um eine der in Serie verbundenen Batterien mit der Vorbeiführschaltung zu verbinden, und einer Schalt-Schaltung zum Schalten dieser Auswahlschalter.

27. Eine Überentlade-Verhinderungsschaltung nach Anspruch 19, worin die Erfassungsschaltung, die Vorbeiführschaltung und die Verbindungsschaltung in eine einzige Einheit integriert sind und mit der Vielzahl von in Serie verbundenen Batterien verbunden sind.