DE4225088A1

DE4225088A1 - Batterieentladevorrichtung

Info

Publication number: DE4225088A1
Application number: DE4225088A
Authority: DE
Inventors: Eiji Satsuma; Tetsuya Okada; Takahiro Yamashita
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1991-07-31
Filing date: 1992-07-29
Publication date: 1993-02-04
Anticipated expiration: 2012-07-30
Also published as: US5355072A; US5479084A; DE4225088C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterieentladevorrichtung, und insbesondere eine Vorrichtung, die durch Tiefentladung die tatsächliche Leistungskapazität einer Batterie wiedergewinnt, die infolge des Gedächtniseffekts verringert wurde. Das als Gedächtniseffekt bekannte Phänomen ist allgemein wohlbekannt. Der Gedächtniseffekt, bei welchem die Batteriespannung in zwei Stufen während der Tiefentladung nach einer Wiederholung flacher Ladungs/Entladungszyklen abfällt, tritt in wiederaufladbaren Batterien auf, beispielsweise Nickel-Kadmium- oder Nickel-Wasserstoff-Batterien. In Fig. 1 stellt die gestrichelte Kurve A die Entladungscharakteristik einer Batterie mit Gedächtniseffekt dar, wogegen die durchgezogene Kurve B die Entladungscharakteristik einer normalen Batterie ohne Gedächtniseffekt zeigt. Diese Figur verdeutlicht, daß mit fortschreitender Entladung die Spannung bei einer Batterie mit Gedächtniseffekt nach einer kürzeren Betriebsdauer absinkt. Wenn daher eine Batterie mit Gedächtniseffekt bei einem Gerät verwendet wird, welches bei einer bestimmten Spannung abschaltet, wird die tatsächliche Leistungskapazität der Batterie verringert.

Wenn der Gedächtniseffekt bei einer wiederaufladbaren Batterie auftritt, die als Energiequelle bei unterschiedlichen batteriegetriebenen Geräten verwendet wird, treten daher auf diese Weise Probleme auf, wie etwa das Absinken der Arbeitsspannung der wiederaufladbaren Batterie unter die Betriebsspannung des Geräts, wodurch das arbeitende Gerät plötzlich seinen Betrieb einstellt. Andererseits trennen batteriegetriebene Geräte, beispielsweise die 8-mm-Videokamera, die Batterie elektrisch ab und stellen den Kamerabetrieb ein, wenn die Batteriespannung unter die Betriebsspannung der Kamera absinkt. Dies dient dazu, ein unvorhersehbares Verhalten des Gerätes zu vermeiden, welches durch den Betrieb des Gerätes bei einer reduzierten Batteriespannung hervorgerufen wird.

Häufig wird die Betriebsspannung für diese Art von Geräten auf einen Wert eingestellt, der die Batterie nicht vollständig entlädt und ihr eine bestimmte Restenergie läßt. Daher ist ein Auftreten des Gedächtniseffekts bei derartigen Anwendungen besonders wahrscheinlich, bei denen der Ladungs/Entladungszyklus der Batterie wiederholt wird.

Gemäßigte Tiefentladungsverfahren wurden entwickelt, um den Gedächtniseffekt auszuschalten (japanische Veröffentlichung 1 93 516, 1987). Die in dieser Veröffentlichung beschriebene Entladungsvorrichtung weist eine Entladungseinrichtung auf, um eine wiederaufladbare Batterie tief zu entladen, wenn ihre Spannung unter einen eingestellten Wert absinkt. Die Entladungseinrichtung verwendet entweder einen Zeitgeber, um eine Tiefentladung zu erreichen, bis ein eingestelltes Zeitintervall verstrichen ist, oder einen Batteriespannungssensor, um eine Tiefentladung zu erreichen, bis eine eingestellte Spannung erreicht ist.

Die in dieser Veröffentlichung beschriebene Entladungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß der tatsächliche Batterieleistungsverlust infolge des Gedächtniseffekts durch eine Batterietiefentladung wiedergewonnen wird, nämlich durch eine Entladung zur Ausschaltung des Gedächtniseffekts. Daher wird eine Gedächtniseffekt-Eliminierungsentladung durchgeführt, um die tatsächliche Leistungskapazität einer Batterie wiederzugewinnen, wenn diese infolge des Gedächtniseffektes verringert wurde. Eine Gedächtniseffekt-Eliminierungsentladung wird beispielsweise durchgeführt, wenn die tatsächliche Leistungskapazität einer Batterie auf 80% ihrer Normalkapazität abgesunken wäre. Allerdings führt selbst eine Tiefentladung einer Batterie ohne tatsächliche Leistungsverringerung infolge des Gedächtniseffekts nicht zu einer Erholung der Leistungskapazität. Die Gedächtniseffekt-Eliminierungsentladung einer Batterie ohne Gedächtniseffekt verschwendet nicht nur Energie, sondern verkürzt auch die Entladungszykluslebensdauer der Batterie. Darüber hinaus führt eine Durchführung einer Gedächtniseffekt-Eliminierungsentladung, die jedesmal durchgeführt wird, wenn die Batteriespannung absinkt, nicht dazu, daß die ursprüngliche, tatsächliche Leistungskapazität der Batterie wiedergewonnen wird.

Eine Entladungsvorrichtung, die immer dann automatisch eine Gedächtniseffekt-Eliminierungsentladung durchführt, wenn die Batteriespannung unter einen eingestellten Wert absinkt, weist den Nachteil auf, daß infolge der Tatsache, daß die Gedächtniseffekt-Eliminierungsentladung jedesmal dann durchgeführt wird, wenn die Batteriespannung absinkt, Zeit verbraucht wird, um die Batterie tief zu entladen, und ebenso dafür, sie aus dem tiefentladenen Zustand wieder aufzuladen.

Die vorliegende Erfindung wurde zur Ausschaltung dieser Nachteile entwickelt. Daher besteht eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Batterieentladungsvorrichtung, die dadurch den Gedächtniseffekt eliminieren kann, daß die Batterie zu geeigneten Zeiten entladen wird.

Die Batterieentladungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Entladungseinrichtung auf, um die Batterie zu entladen, und eine Steuereinrichtung, um die Entladung zu kontrollieren. Die Steuereinrichtung weist eine der nachstehenden vier Schaltungen auf.

1. Die Steuereinrichtung ist mit einer Batteriespannungs-Meßeinrichtung und einem Zeitgeber versehen, der in Reaktion auf das Ausgangssignal der Spannungsmeßeinrichtung aktiviert wird. Wenn die Batteriespannung unter eine vorbestimmte Spannung absinkt, so wird dies durch die Spannungsmeßeinrichtung festgestellt, und der Zeitgeber beginnt seinen Zähltakt. Wenn der Zeitgeber seinen Takt beendet hat, leitet die Steuereinrichtung die Entladungseinrichtung dahingehend, daß diese die Batterieentladung beginnt.
2. Die Steuereinrichtung ist mit einer Strommeßeinrichtung versehen, um zu ermitteln, ob von der Batterie Energie abgegeben wird oder nicht, und weist eine Batteriespannungs-Meßeinrichtung auf, sowie einen Zeitgeber, der in Reaktion auf das Ausgangssignal der Spannungsmeßeinrichtung aktiviert wird. Wenn die Strommeßeinrichtung feststellt, daß die Batterie keine Energie liefert, und wenn die Spannungsmeßeinrichtung feststellt, daß die Batteriespannung unter die vorbestimmte Spannung abgesunken ist, dann beginnt der Zeitgeber seinen Takt. Nach einem eingestellten Zeitintervall beendet der Zeitgeber seinen Takt, und die Steuereinrichtung veranlaßt die Entladungseinrichtung zur Entladung der Batterie.
3. Die Steuereinrichtung weist die Batterieentladungseinrichtung auf, eine Strommeßeinrichtung, um zu ermitteln, ob von der Batterie Energie geliefert wird oder nicht, und einen Batterieentladungsschalter. Wenn die Strommeßeinrichtung feststellt, daß von der Batterie keine Energie geliefert wird, und zur selben Zeit der Entladungsschalter betätigt wurde, entlädt die Entladungseinrichtung die Batterie.
4. Die Steuereinrichtung ist mit einer Strommeßeinrichtung versehen, um zu ermitteln, ob von der Batterie Energie geliefert wird oder nicht, und mit einer Batterieleistungskapazität-Meßeinrichtung, um den Leistungspegel der Batterie zu ermitteln. Wenn die Strommeßeinrichtung feststellt, daß von der Batterie keine Energie geliefert wird, und wenn die Batterieleistungskapazitäts-Meßeinrichtung feststellt, daß die Batteriekapazität unter einen vorbestimmten Pegel abgesunken ist, so veranlaßt die Steuereinrichtung die Entladungseinrichtung dazu, mit der Batterieentladung zu beginnen. Auf diese Weise wird die Gedächtniseffekt-Eliminierungsentladung durch die Entladungseinrichtung begonnen.

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

Fig. 1 eine grafische Darstellung der Batteriespannungsverringerung infolge des Gedächtniseffekts;

Fig. 2 eine perspektivische Seitenansicht mit einer Darstellung eines Batteriekastens, eines Adapters zur Anzeige verbleibender Leistung, und einer 8-mm-Videokamera;

Fig. 3 ein Blockschaltbild der ersten bevorzugten Ausführungsform der Batterieentladungsvorrichtungsschaltung;

Fig. 4 ein Flußdiagramm mit einer Darstellung des Betriebsablaufs der Batterieentladungsvorrichtung von Fig. 3;

Fig. 5 ein Blockschaltbild der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Batterieentladungsvorrichtungsschaltung;

Fig. 6 ein Flußdiagramm mit einer Darstellung des Betriebsablaufs der Batterieentladungsvorrichtung von Fig. 5;

Fig. 7 ein Blockschaltbild der dritten bevorzugten Ausführungsform der Batterieentladungsvorrichtungsschaltung;

Fig. 8 ein Flußdiagramm mit einer Darstellung des Betriebsablaufs der Batterieentladungsvorrichtung von Fig. 7;

Fig. 9 ein Blockschaltbild der vierten bevorzugten Ausführungsform der Batterieentladungsvorrichtungsschaltung; und

Fig. 10 ein Flußdiagramm mit einer Darstellung des Betriebsablaufs der Batterieentladungsvorrichtung von Fig. 9.

Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf der Grundlage erläuternder Zeichnungen beschrieben.

Das Teil 1 in Fig. 2 und Fig. 3 ist der Adapter zur Anzeige verbleibender Leistung, der in der Batterieentladungsvorrichtung gemäß der Erfindung vorgesehen ist. Dieser Adapter 1 zur Anzeige verbleibender Leistung liegt zwischen dem Batteriekasten 2 und der 8-mm-Videokamera 3. Im einzelnen ist der Adapter 1 mit Oberflächen versehen, die sowohl an den Batteriekasten 2 als auch an die Videokamera 3 angepaßt sind, und der Batteriekasten 2 liefert Energie an die Videokamera 3 über den Adapter 1. Darüber hinaus wird, als die Antriebsenergiequelle, der verbleibende Leistungspegel des Batteriekastens durch den Adapter 1 angezeigt.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, weist der Adapter 1 zur Anzeige verbleibender Leistung eine Entladungseinrichtung 10 und eine Steuereinrichtung 11 auf. Die Steuereinrichtung 11 ist mit einer Strommeßeinrichtung 4 versehen, um den Fluß des elektrischen Stroms zu ermitteln, der von dem Batteriekasten 2 geliefert wird, mit einem Mikrocomputer 5 zum Integrieren des Ausgangssignals der Strommeßeinrichtung 4, und mit einer Anzeigeeinrichtung 6 zur Anzeige der Ergebnisse der Berechnung des Mikrocomputers 5. Die Anzeigeeinrichtung 6 weist fünf LEDs (lichtemittierende Dioden) auf, die entsprechend aufleuchten, um den Leistungspegel des Batteriekastens 2 in Intervallen von 20% anzuzeigen.

Weiterhin ist die Steuereinrichtung 11, die in dem Adapter 1 zur Anzeige verbleibender Leistung vorgesehen ist, mit einer Spannungsmeßeinrichtung 7 versehen, um die Spannung des Batteriekastens 2 zu messen. Die Entladungseinrichtung 10 ist mit einem Batteriekasten-Entladungswiderstand 8 und einer Schalteinrichtung 9 versehen, um den Batteriekasten 2 und den Entladungswiderstand 8 zu verbinden. Die Schalteinrichtung 9 schaltet ein und aus, abhängig vom Ausgangssignal des Mikrocomputers 5. Weiterhin weist der Mikrocomputer 5 eine Zeitgeberschaltung (nicht gezeigt) auf, die durch das Ausgangssignal der Spannungsmeßeinrichtung 7 betrieben wird.

Der Adapter 1 zur Anzeige verbleibender Leistung, der den voranstehend beschriebenen Bauteilaufbau aufweist, und der zwischen dem Batteriekasten 2 und die Videokamera 3 geschaltet ist, zeigt (über die Anzeigeeinrichtung 6) die verbleibende Leistung des Batteriekastens 2 an, wenn die Videokamera 3 mit Strom versorgt wird. Die Spannung des Batteriekastens 2 wird ebenfalls durch die Spannungsmeßeinrichtung 7 gemessen. Die Batteriespannung sinkt ab, während die Videokamera 3 betrieben wird, bis schließlich die Abschaltspannung der Videokamera erreicht ist. Wenn die Batteriespannung die Abschaltspannung erreicht, so wird die Videokamera 3 so eingestellt, daß sie elektrisch den Batteriekasten 2 abtrennt. Hier wird die Referenzspannung der Spannungsmeßeinrichtung 7 vorher auf die Abschaltspannung eingestellt. Der Betriebsablauf der in Fig. 3 dargestellten Entladungsvorrichtung wird durch das Flußdiagramm von Fig. 4 erläutert. Wie aus diesem Flußdiagramm hervorgeht, gibt die Spannungsmeßeinrichtung 7 ein vorbestimmtes Signal an den Mikrocomputer 5 ab, wenn die Batteriespannung unter die Abschaltspannung der Kamera absinkt. Zu diesem Zeitpunkt aktiviert der Mikrocomputer 5 seine residente Zeitgeberschaltung. Nachdem die Zeitgeberschaltung ein eingestelltes Zeitintervall ausgetaktet hat, gibt der Mikrocomputer 5 ein vorbestimmtes Signal an die Schalteinrichtung 9 ab, und die Schalteinrichtung 9 verbindet den Batteriekasten 2 mit dem Entladungswiderstand 8. Dies führt dazu, daß der Batteriekasten 2 seine verbleibende Energie durch den Entladungswiderstand 8 entlädt. Zusätzlich mißt der Adapter 1 die Batteriespannung während der Entladung über den Entladungswiderstand 8 durch die Spannungsmeßeinrichtung 7. Wenn die Spannung auf die endgültige Entladungsspannung von 1 Volt pro Zelle absinkt, so gibt der Mikrocomputer 5 wiederum ein Signal an die Schalteinrichtung 9 ab, und der Batteriekasten 2 wird von dem Entladungswiderstand 8 abgetrennt, wodurch die Entladung beendet wird.

In dem Fall, in welchem der Batteriekasten 2 sofort erneut wieder geladen werden soll, um mit einer Videokamera oder einer anderen Last erneut benutzt zu werden, so wird der Batteriekasten sofort von der Videokamera entfernt und an einem Ladegerät angebracht, um die Rückladung zu beginnen, nachdem seine Spannung unter die Abschaltspannung abgesunken ist. Da die Batteriespannung sofort anzusteigen beginnt, wird unter diesen Umständen der Batteriekasten 2 nicht mit dem Entladungswiderstand 8 verbunden und wird schnell wieder aufgeladen.

In dem Fall allerdings, wenn der Batteriekasten 2 nach Erreichen der Abschaltspannung nicht verwendet wird, setzt die Zeitgeberschaltung ihren Takt fort, da die Batteriespannung unter der Abschaltspannung liegt, und - wie voranstehend beschrieben - die Batterieentladung beginnt nach einem eingestellten Zeitintervall. Auf diese Weise wird, wenn der Batteriekasten 2 nicht verwendet wird, dieser automatisch vollständig entladen, um das Auftreten des Gedächtniseffekts zu verhindern. Wenn die Batterie wieder aufgeladen wird, kann sie daher ihre volle Leistungskapazität erreichen, und es läßt sich eine stabile Aktivierung der Last sicherstellen.

Bei der voranstehend beschriebenen Entladungsvorrichtung wird die Batterie nach einem eingestellten Zeitintervall vollständig entladen, welches nach der Entladung der Batterie auf eine vorbestimmte Spannung beginnt. Wenn die Batterie nicht verwendet wird, so kann sie automatisch vollständig entladen werden, wodurch der Gedächtniseffekt vermieden wird, eine Wiederaufladung mit voller Kapazität sichergestellt wird, und eine stabile Energieversorgung der Last sichergestellt wird.

In Fig. 5 ist nunmehr eine Entladungsvorrichtung mit einem unterschiedlichen Schaltungsaufbau dargestellt. Der in Fig. 5 gezeigte Mikrocomputer 55 weist einen (nicht gezeigten) Zeitgeber auf. Weiterhin wird der Betriebsablauf der Schaltung von Fig. 5 durch das Flußdiagramm von Fig. 6 erläutert. Im einzelnen mißt, wenn der Batteriekasten 51 mit einem Batterieladegerät verbunden und geladen wird, die Strommeßeinrichtung 54 einen Ladestrom und gibt ein vorbestimmtes Signal an den Mikrocomputer 55 aus. Wenn dies erfolgt, so stellt der Mikrocomputer 55 fest, daß die Batteriezellenanordnung 52 geladen wird, und gibt ein Signal an die Entladungseinrichtung 50 aus, welches jegliche Verbindung zwischen der Entladungseinrichtung 50 und der Batteriezellenanordnung 52 unterbricht. Daher findet keine Widerstandsentladung über die Entladungseinrichtung 50 statt. Darüber hinaus aktiviert die Anzeigeeinrichtung 56 infolge eines Signals von dem Mikrocomputer 55 keine Anzeige.

Wenn dann der Batteriekasten 51 mit der Last 53 verbunden ist und diese versorgt, mißt die Strommeßeinrichtung 54 den Laststrom und gibt ein vorgeschriebenes Signal an den Mikrocomputer 55 ab. Daher findet - wie vorher - keine Widerstandsentladung über die Entladungseinrichtung 50 statt. Wenn der Batteriekasten 51 weder geladen wird noch die Last 53 versorgt, noch über einen Widerstand entladen wird, so mißt die Spannungsmeßeinrichtung 57 die Batteriespannung. Wenn die Batteriespannung unter der vorgeschriebenen Spannung V_a liegt, so empfängt der Mikrocomputer 55 ein Signal von der Spannungsmeßeinrichtung 57 und aktiviert den Zeitgeber innerhalb des Mikrocomputers 55. Nach einem eingestellten Intervall, welches durch den Zeitgeber ausgetaktet wird, wird ein Signal an die Entladungseinrichtung 50 abgegeben, um die Batteriezellenanordnung 52 mit der Entladungseinrichtung 50 zu verbinden. Daher erfolgt eine Widerstandsentladung über die Entladungseinrichtung 50. Zusätzlich empfängt die Anzeigeeinrichtung 56 ein Signal von dem Mikrocomputer 55, um die Anzeige zu aktivieren. Hier wird die vorgeschriebene Spannung V_a so ausgewählt, daß sie gleich der Abschaltspannung der versorgten Last ist. Wenn kein Energiefluß zur Batterie hin oder von dieser weg erfolgt, entlädt die Entladungseinrichtung 50 die Batterie auf diese Weise, wenn die Spannungsmeßeinrichtung 57 eine Batteriespannung unterhalb der vorgeschriebenen Spannung mißt und wenn der Zeitgeber damit fertig ist, das eingestellte Zeitintervall auszuzählen. Schließlich ist die Widerstandsentladung beendet, wenn während der Entladung über den Widerstand die Batteriespannung unter die vorbestimmte Spannung V_b absinkt. Die vorgeschriebene endgültige Entladungsspannung V_b wird so gewählt, daß sie 1 Volt pro Batteriezelle beträgt.

Bei dieser Ausführungsform ist die Batterieentladungsvorrichtung innerhalb des Batteriekastens 51 vorgesehen, jedoch ist diese Ausführungsform nicht auf eine derartige Anordnung beschränkt und kann auch so ausgebildet sein, daß sie als Adapter ausgebildet ist, der frei mit der Batterie verbunden und von dieser getrennt werden kann.

Die in Fig. 5 gezeigte Entladungsvorrichtung weist eine Batterieentladungseinrichtung auf, eine Strommeßeinrichtung, um zu bestimmen, ob Energie zur Batterie oder von dieser wegfließt, eine Batteriespannungs-Meßeinrichtung, und einen Zeitgeber, der durch ein Ausgangssignal von der Spannungsmeßeinrichtung aktiviert wird. Wenn die Strommeßeinrichtung feststellt, daß keine Energie zur Batterie hin oder von dieser wegfließt, und wenn weiterhin die Spannungsmeßeinrichtung eine Batteriespannung unterhalb der vorgeschriebenen Spannung mißt, und der Zeitgeber das Austakten des eingestellten Zeitintervalls beendet, entlädt die Entladungseinrichtung die Batterie. Daher kann eine automatische Batterieentladung beispielsweise zu solchen Zeiten durchgeführt werden, nachdem eine Verwendung zur Versorgung der Last erfolgt ist.

In Fig. 7 ist eine Entladevorrichtung mit einem unterschiedlichen Schaltungsaufbau gezeigt. Diese Entladungsvorrichtung ist ebenfalls innerhalb des Batteriekastens 71 vorgesehen. Im einzelnen weist der Batteriekasten 71 mehrere Ni-Cd(NickelCadmium)Batterien auf, die in Reihe geschaltet sind, um eine Batteriezellenanordnung 72 zu bilden, und ist mit einer Batteriezellenanordnungs-Entladeeinrichtung 70 sowie einer Steuereinrichtung 81 zur Kontrolle der Entladungseinrichtung 70 versehen. Die Steuereinrichtung 71 ist mit einer Spannungsmeßeinrichtung 77 versehen, die an beide Klemmen der Batteriezellenanordnung 72 angeschlossen ist, um die Batteriespannung zu messen mit einer Strommeßeinrichtung 74, die in Reihe mit der Batteriezellenanordnung 72 geschaltet ist, um zu ermitteln, ob Energie zur Anordnung hin oder von dieser wegfließt, mit einer Anzeigeeinrichtung 76 zur Anzeige, ob die Batteriezellenanordnung über die Entladungseinrichtung 70 entladen wird, mit einem Mikrocomputer 75, der Signale zum Steuern der Entladungseinrichtung 70 ausgibt, mit der Spannungsmeßeinrichtung 77, der Strommeßeinrichtung 74, der Anzeigeeinrichtung 76, und einem Entladungsschalter 78, der mit dem Mikrocomputer 75 verbunden ist. Dieser Batteriekasten 71 wird wahlweise mit der Last 73 oder einem Batterieladegerät (nicht gezeigt) verbunden, um die Last zu versorgen oder durch das Batterieladegerät geladen zu werden. Die Entladungseinrichtung 70 weist einen Entladungswiderstand auf.

Der Betriebsablauf der Entladungsvorrichtung von Fig. 7 mit der voranstehend beschriebenen Bauteilanordnung wird anhand des Flußdiagramms von Fig. 8 beschrieben.

Wenn der Batteriekasten 71 mit einem Batterieladegerät verbunden ist und geladen wird, so mißt die Strommeßeinrichtung 74 einen Ladestrom und gibt ein vorbestimmtes Signal an den Mikrocomputer 75 aus. Wenn dies auftritt, so stellt der Mikrocomputer 75 fest, daß die Batteriezellenanordnung 72 geladen wird, und gibt ein Signal an die Entladungseinrichtung 70 ab, wodurch jegliche Verbindung zwischen der Entladungseinrichtung 70 und der Batteriezellenanordnung 72 unterbrochen wird. Daher findet keine Widerstandsentladung über die Entladungseinrichtung 70 statt. Zusätzlich empfängt die Anzeigeeinrichtung 76 ein Signal von dem Mikrocomputer 75 und zeigt keine Entladung an.

Wenn daraufhin der Batteriekasten 71 mit der Last 73 verbunden ist und diese versorgt, so mißt die Strommeßeinrichtung 74 den Laststrom und gibt ein vorbestimmtes Signal an den Mikrocomputer 75 aus. Daher findet - wie vorher - keine Widerstandsentladung über die Entladungseinrichtung 50 statt.

Wenn der Batteriekasten 71 weder geladen wird, noch die Last 73 versorgt, und wenn darüber hinaus die Spannungsmeßeinrichtung 77 eine Batteriespannung mißt, die unter der vorgeschriebenen Spannung liegt, so empfängt der Mikrocomputer 75 ein Signal von der Spannungsmeßeinrichtung 77 und gibt ein Signal an die Entladungseinrichtung 70 aus, welches jegliche Verbindung zwischen der Entladungseinrichtung 70 und der Batteriezellenanordnung 72 unterbricht. Daher findet keine Widerstandsentladung über die Entladungseinrichtung 70 statt. Zusätzlich empfängt die Anzeigeeinrichtung 76 ein Signal von dem Mikrocomputer 75 und zeigt keine Entladung an. Hierbei wird die vorgeschriebene Spannung so gewählt, daß sie gleich der Abschaltspannung der verwendeten Last 73 ist.

Wenn die Batteriespannung oberhalb der vorbestimmten Spannung liegt, so wird der Entladungsschalter 78 betätigt, und es findet bereits eine Widerstandsentladung über die Entladungseinrichtung 70 statt, und der Mikrocomputer 75 gibt ein Signal an die Entladungseinrichtung 70 aus, welches jegliche Verbindung zwischen der Entladungseinrichtung 70 und der Batteriezellenanordnung 72 unterbricht. Zusätzlich empfängt die Anzeigeeinrichtung 76 ein Signal von dem Mikrocomputer 75 und zeigt keine Entladung an. Wenn allerdings keine Widerstandsentladung stattfindet, so gibt der Mikrocomputer 75 ein Signal an die Entladungseinrichtung 70 ab, um die Batteriezellenanordnung 72 mit der Entladungseinrichtung 70 zu verbinden. Daher findet eine Widerstandsentladung statt. Zusätzlich zeigt die Anzeigeeinrichtung 76 an, daß eine Entladung stattfindet.

Die voranstehenden Vorgänge werden wiederholt. Insbesondere wird eine Widerstandsentladung beendet, wenn der Entladungsschalter 78 betätigt wird und eine Widerstandsentladung über die Entladungseinrichtung 70 stattfindet. Wenn der Entladungsschalter 78 ein weiteres Mal betätigt wird, so beginnt wiederum eine Widerstandsentladung. Während die Widerstandsentladung weitergeht und die Batteriespannung unter den vorgeschriebenen Wert absinkt, wird schließlich die Widerstandsentladung beendet.

Die in Fig. 7 gezeigte Entladungsvorrichtung weist eine Batterieentladungseinrichtung auf, eine Strommeßeinrichtung, um zu ermitteln, ob von der Batterie aus oder zu dieser hin Energie fließt, und einen Batterieentladungsschalter 78. Wenn die Strommeßeinrichtung feststellt, daß keine Energie zur Batterie hin oder von dieser weg fließt, und wenn der Entladungsschalter betätigt wird, entlädt die Entladungseinrichtung die Batterie. Daher kann die Batterie dadurch entladen werden, daß der Entladungsschalter gedrückt wird, beispielsweise wenn die Batterie nicht verwendet wird. Da keine Batterieentladung ohne Betätigung des Entladungsschalters stattfindet, kann darüber hinaus die Batterie einfach wieder geladen werden, ohne weitere Betätigung, nämlich dadurch, daß sie einfach mit einem Batterieladegerät verbunden wird.

In Fig. 9 ist ein Blockschaltbild einer Entladungsvorrichtung mit einer unterschiedlichen Schaltungsanordnung gezeigt. Die in dieser Figur gezeigte Entladungsvorrichtung ist mit einer Steuereinrichtung 100 versehen, einer Entladungseinrichtung 90, und einer Anzeigeeinrichtung 96. Die Steuereinrichtung 100 weist eine Spannungsmeßeinrichtung 97 auf, eine Strommeßeinrichtung 94, und eine Batteriepegel-Meßeinrichtung 101.

Die Spannungsmeßeinrichtung 97 ist mit beiden Klemmen der Batteriezellenanordnung 92 verbunden, um die Batteriespannung zu messen. Die Strommeßeinrichtung 94 ist in Reihe mit der Batteriezellenanordnung 92 geschaltet, um zu ermitteln, ob Energie zu der Anordnung hin oder von dieser weg fließt. Die Strommeßeinrichtung 94 ist beispielsweise mit einem Strommeßwiderstand 94A versehen, der in Reihe mit der Batterie geschaltet ist, und mit einem Verstärker 94B, der an beide Klemmen des Strommeßwiderstands 94A angeschlossen ist, um dessen Spannung zu verstärken. Der Strommeßwiderstand 94A erzeugt eine Spannung proportional zum Strom der Batteriezellenanordnung 92. Wenn Energie von der Batteriezellenanordnung 92 zur Last fließt oder wenn ein Ladestrom zur Batteriezellenanordnung fließt, so gibt die Strommeßeinrichtung 94 ein diesem Strom proportionales Signal aus. Der Verstärker 94B wird dazu verwendet, die Größe des Strommeßwiderstands 94A zu begrenzen und Meßverluste zu verringern.

Die Batteriepegel-Meßeinrichtung 101 ist mit einem Mikrocomputer 95 versehen, um die tatsächliche Batterieleistungskapazität aus dem Ausgangssignal der Strommeßeinrichtung 94 zu berechnen. Signale sowohl von der Strommeßeinrichtung 94 als auch von der Spannungsmeßeinrichtung 97 werden dem Mikrocomputer 95 eingegeben. Der Mikrocomputer 95 weist einen A/D-Wandler (nicht gezeigt) auf, um die analogen Eingangssignale in digitale Werte umzuwandeln.

Der Mikrocomputer 95 arbeitet mit Eingangssignalen von sowohl der Strommeßeinrichtung 94 als auch der Spannungsmeßeinrichtung 97, um die tatsächliche Batterieleistungskapazität zu berechnen. Der Mikrocomputer 95 berechnet die tatsächliche Batterieleistungskapazität, bis die Batteriespannung auf den entgültigen Wert V_END abfällt. Die Batterieleistungskapazität kann dadurch berechnet werden, daß der Laststrom zeitlich integriert wird, von einer vollständig geladenen Batterie bis zu dem Zeitpunkt, an welchem die Spannung unter den Endwert V_END absinkt. Beispielsweise wird die Endspannung V_END auf 1,16 Volt pro Zelle für Ni-Cd-Batterien eingestellt. Allerdings wird die Endspannung für die Leistungskapazitätsberechnung V_END gleich der Abschaltspannung des versorgten Geräts oder geringfügig höher gewählt. Die Abschaltspannung des versorgten Geräts wird beispielsweise auf 1,14 Volt bis 1,15 Volt eingestellt. Die Spannung wird auf diese Weise eingestellt, da die Batterieleistungskapazität berechnet wird, während die Batterie während der Verwendung des versorgten Gerätes entladen wird. Würde die Endspannung für die Leistungskapazitätsberechnung V_END unterhalb der Abschaltspannung des versorgten Gerätes liegen, so würde die Entladung über die Last beendet, bevor die Leistungskapazitätsberechnung vollständig abgeschlossen wäre, und eine Kapazitätsberechnung wäre unmöglich.

Die Entladungseinrichtung 90 ist parallel zur Batteriezellenanordnung 92 geschaltet und führt eine Widerstandstiefentladung zum Eliminieren des Gedächtniseffekts bei einer Batterie durch, die in Folge des Gedächtniseffekts eine verringerte Leistungskapazität aufweist. Die Entladungseinrichtung 90 ist mit einem Entladungswiderstand 99 und einem in Reihe geschalteten Schaltelement 98 versehen. Das Schaltelement 98 wird durch Signale von der Batteriepegel-Meßeinrichtung 101 gesteuert. Wenn das Schaltelement 98 eingeschaltet wird, so erfolgt eine Gedächtniseffekteliminierungs-Widerstandsentladung der Batterie über den Entladungswiderstand 99. Wenn das Schaltelement 98 abgeschaltet wird, so wird die Gedächtniseffekt- Eliminierungswiderstandsentladung beendet.

Die Anzeigeeinrichtung 96 zeigt die Batterieleistungskapazität während der normalen Verwendung an, und zeigt die Entladung während der Gedächtniseffekteliminierungs-Widerstandsentladung an.

Die voranstehend beschriebene Entladungsvorrichtung arbeitet auf die folgende, in dem Flußdiagramm von Fig. 10 dargestellte Weise.

(1) Zunächst erfolgt eine Entscheidung, ob die Batterie geladen wird oder nicht. Wenn der Batteriekasten mit einem Batterieladegerät verbunden ist und geladen wird, so mißt die Strommeßeinrichtung 94 den Ladestrom, der dem Mikrocomputer 95 eingegeben wird. Der Mikrocomputer 95 stellt fest, daß die Batteriezellenanordnung 92 geladen wird, und schaltet das Schaltelement 98 der Entladungseinrichtung 90 ab. Wenn daher die Batteriezellenanordnung 92 geladen wird, so findet keine Gedächtniseffekt-Eliminierungswiderstandsentladung über die Entladungseinrichtung 90 statt. Weiterhin zeigt die Anzeigeeinrichtung 96 keine Entladung an.

(2) Wenn die Batterie nicht geladen wird, so stellt der Mikrocomputer 95 fest, ob die Batterie entladen wird. Wenn die Batterie mit der Last verbunden ist und diese mit Strom versorgt, so mißt die Strommeßeinrichtung 94 den Laststrom und gibt diesen dem Mikrocomputer 95 ein. In diesem Zustand wird das Schaltelement 98 der Entladungseinrichtung 90 abgeschaltet, und es wird keine Gedächtniseffekt-Eliminierungswiderstandsentladung durchgeführt.

Wenn der Mikrocomputer 95 aus dem Signal von der Strommeßeinrichtung 92 feststellt, daß die Batterie entladen wird, so integriert der Mikrocomputer 95 das Signal der Strommeßeinrichtung 92, um die Leistungskapazität zu berechnen. Nach der Integration vergleicht der Mikrocomputer 95 das Signal von der Spannungsmeßschaltung mit der Endspannung V_END. Ist die Batteriespannung größer als V_END, so wird die Batteriekapazität integriert, während die folgende Schleife wiederholt wird.

Kapazität integrieren - Batteriespannung < V_END? - Laden - Entladen - Kapazität integrieren.

(4) Wenn die Batteriespannung unter den Endwert V_END absinkt, vergleicht der Mikrocomputer 95 die integrierte Batteriekapazität mit der vorgeschriebenen Batteriekapazität. Die vorgeschriebene Batteriekapazität wird vorher in dem Speicher des Mikrocomputers 95 eingestellt. Beispielsweise wird die vorgeschriebene Batteriekapazität auf den Bereich von 60% bis 90% eingestellt, vorzugsweise auf den Bereich von 70% bis 85% der ursprünglich angegebenen Batteriekapazität. Wenn die Batteriekapazität kleiner ist als der vorgeschriebene Wert, so beginnt die Entladungseinrichtung 90 mit einer Batterieentladung. Während die Entladungseinrichtung 90 eine Gedächtniseffekt-Eliminierungswiderstandsentladung durchführt, zeigt die Anzeigeeinrichtung 96 an, daß die Entladung stattfindet.

Der Mikrocomputer 95 kann auch dadurch eine Gedächtniseffekt-Eliminierungswiderstandsentladung beginnen, daß er die Leistungskapazität aus der verbleibenden Batteriekapazität berechnet. Die verbleibende Batterieleistung kann dadurch berechnet werden, daß die entladene Kapazität von der ursprünglichen, spezifizierten Kapazität der Batterie subtrahiert wird. Im einzelnen kann die verbleibende Batterieleistung dadurch berechnet werden, daß die Leistungskapazität, die bis zum Erreichen der Endspannung V_END entladen wurde, von der ursprünglichen, spezifierten Kapazität der Batterie subtrahiert wird. Wenn im Speicher des Mikrocomputers 95 die verbleibende Batterieleistung kleiner wird als die vorgeschriebene Kapazität, oder entsprechend die entladene Kapazität größer als ein vorgeschriebener Wert wird, beginnt der Mikrocomputer mit der Gedächtniseffekt- Eliminierungswiderstandsentladung.

(5) Der Mikrocomputer 95 ermittelt die Batteriespannung aus dem Signal der Spannungsmeßschaltung und beurteilt, ob die Batteriespannung die endgültige Entladungsspannung erreicht hat oder nicht. Die Batterie wird entladen, bis die Batteriespannung die endgültige Entladungsspannung erreicht. Diese Entladung stellt eine Widerstandstiefentladung zur Eliminierung des Gedächtniseffekts dar. Die endgültige Entladungsspannung ist eine Spannung, welche die Batterie tief entlädt, wobei beispielsweise die endgültige Entladungsspannung auf 1 Volt pro Zelle für Ni-Cd-Batterien eingestellt wird.

Die Vorgänge (1) bis (5) werden wiederholt, und die Batterie wird entladen, wenn ihre Leistungskapazität in Folge des Gedächtniseffekts abnimmt. Darüber hinaus wird eine Gedächtniseffekt-Eliminierungswiderstandsentladung durchgeführt, nachdem überprüft wurde, daß die Batterie weder geladen noch entladen wird. Da die Vorgänge (1) bis (5) in einer Schleife wiederholt werden, wird die Gedächtniseffekt-Eliminierungswiderstandsentladung angehalten, wenn die Batterieladung beginnt, oder wenn sich die Batterie durch eine Gerätelast entlädt.

Die in Fig. 9 gezeigte Entladungsvorrichtung ist innerhalb des Batteriekastens angeordnet. Es ist ebenfalls möglich, die Entladevorrichtung in der elektronischen Ausrüstung vorzustehen, oder in dem Batterieladegerät. Die in Fig. 9 gezeigte Batterieentladungsvorrichtung mißt die Leistungskapazität der Batterie und führt eine Gedächtniseffekt-Eliminierungswiderstandsentladung durch, wenn die Leistungskapazität unter eine feste Leistungskapazität absinkt.

Die Widerstandsentladung zur Eliminierung des Gedächtniseffekts dient dazu, die Leistungskapazität einer Batterie wiederherzustellen, die in Folge des Gedächtniseffekts verringert wurde. Eine Leistungskapazitätserholung kann nicht bei einer Batterie stattfinden, die keine Leistungsverringerung aufweist. Die Widerstandsentladung zum Eliminieren des Gedächtniseffekts wird durch manuelle Betätigung begonnen, wenn die Batteriespannung unter einen festen Wert absinkt, oder wenn eine entladene Batterie über ein eingestelltes Zeitintervall nicht verwendet wird. Die Entladungsvorrichtung führt nicht immer eine Tiefentladung einer Batterie mit in Folge des Gedächtniseffekts verringerter Leistungskapazität durch. Andererseits verbraucht die Tiefentladung einer Batterie ohne eine verringerte Leistungskapazität Zeit während der Entladung und ebenso während des Ladens, und dies verringert die Lebensdauer des BatterieLadungs/Entladungszyklus.

Die in Fig. 9 gezeigte Entladungsvorrichtung weist die Eigenschaft auf, daß in Folge der Tatsache, daß eine Widerstandsentladung zum Eliminieren des Gedächtniseffekts bei der Batterie dann durchgeführt wird, wenn ihre Leistungskapazität in Folge des Gedächtniseffekts verringert ist, kein überflüssiges Entladen und Wieder aufladen erfolgt, und daß die Batterie unter Idealbedingungen tiefentladen wird. Da der Energiefluß zur Batterie hin oder von dieser weg gemessen wird, wird darüber hinaus keine Widerstandsentladung zum Eliminieren des Gedächtniseffekts begonnen, wenn die Batterie verwendet wird. Daher weisen diese Vorrichtung und die Widerstandsentladung zum Eliminieren des Gedächtniseffekts das Merkmal auf, daß dann, wenn die Batterie wieder geladen wird, sie ihre vollständige Leistungskapazität wieder erreichen kann, und daß sich eine stabile Aktivierung der Last garantieren läßt.

Claims

1. Batterieentladungsvorrichtung, gekennzeichnet durch:

a) eine Entladungseinrichtung zum Entladen der Batterie,
b) eine Steuereinrichtung zum Steuern der Entladungseinrichtung, wobei die Steuereinrichtung
- (1) eine Batteriespannungs-Meßeinrichtung aufweist sowie
- (2) einen Zeitgeber, um die Entladungseinrichtungen entsprechend dem Ausgangssignal von der Spannungsmeßeinrichtung zu steuern, wobei die Spannungsmeßeinrichtung den Zeitgeber startet, wenn die Batteriespannung unter eine vorgeschriebenen Spannung abfällt, und die Entladungseinrichtung eine Batterieentladung beginnt, wenn der Zähltakt des Zeitgebers beendet ist.

2. Batterieentladungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung

(1) eine Strommeßeinrichtung aufweist, um zu ermitteln, ob zur Batterie hin oder von dieser weg Energie fließt,
(2) eine Batteriespannungs-Meßeinrichtung, und
(3) einen durch ein Ausgangssignal von der Spannungsmeßeinrichtung aktivierten Zeitgeber, wobei die Strommeßeinrichtung feststellt, daß keine Energie zur Batterie hin oder von dieser weg fließt, die Spannungsmeßeinrichtung die Batteriespannung unterhalb der vorgeschriebenen Spannung mißt, der Zeitgeber beginnt, wenn sowohl keine Energie fließt als auch die Spannung unterhalb der vorgeschriebenen Spannung liegt, und die Entladungseinrichtung die Batterie entlädt, wenn der Zähltakt des Zeitgebers abgelaufen ist.

3. Batterieentladungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungseinrichtung einen Entladungswiderstand und ein Schaltelement aufweist.

4. Batterieentladungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Mikrocomputer aufweist.

5. Batterieentladungsvorrichtung, gekennzeichnet durch:

a) eine Entladungseinrichtung zum Entladen der Batterie,
b) eine Steuereinrichtung zum Steuern der Entladungseinrichtung, wobei die Steuereinrichtung
- (1) eine Strommeßeinrichtung aufweist, um zu ermitteln, ob zur Batterie hin oder von dieser weg Energie fließt, und
- (2) einen Batterieentladungsschalter,
wobei die Entladungseinrichtung die Batterie entlädt, wenn die Strommeßeinrichtung feststellt, daß keine Energie zur Batterie hin oder von dieser weg fließt, und wenn der Entladungsschalter betätigt wird.

6. Batterieentladungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungseinrichtung einen Entladungswiderstand und ein Schaltelement aufweist.

7. Batterieentladungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Mikrocomputer aufweist.

8. Batterieentladungsvorrichtung, gekennzeichnet durch:

a) eine Entladungseinrichtung zum Entladen der Batterie,
b) eine Steuereinrichtung zum Steuern der Entladungseinrichtung, wobei die Steuereinrichtung
- (1) eine Strommeßeinrichtung aufweist, um zu ermitteln, ob zur Batterie hin oder von dieser weg Energie fließt, und
- (2) eine Batterieleistungskapazitäts- Meßeinrichtung, um die Batteriekapazität zu ermitteln,
wobei die Steuereinrichtung die Entladungseinrichtung so steuert, daß diese eine Batterieentladung beginnt, wenn die Strommeßeinrichtung feststellt, daß keine Energie zur Batterie hin oder von dieser weg fließt, und weiterhin die Batterieleistungskapazitäts-Meßeinrichtung feststellt, daß die Batteriekapazität unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt.

9. Batterieentladungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungseinrichtung einen Entladungswiderstand und ein Schaltelement aufweist.

10. Batterieentladungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Mikrocomputer aufweist.