DE69033939T2

DE69033939T2 - Ladegerät

Info

Publication number: DE69033939T2
Application number: DE69033939T
Authority: DE
Inventors: Isao Harigaya; Takayuki Saeki; Koji Takahashi; Hiroyuki Takimoto; Kazumitsu Tobe
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-12-11
Filing date: 1990-12-10
Publication date: 2002-09-12
Anticipated expiration: 2010-12-11
Also published as: EP0432690A3; DE69033939D1; US5864222A; EP0689274A3; US5861732A; DE69025868D1; EP0689274A2; EP0432690B1; DE69025868T2; EP0689274B1; EP0432690A2

Description

Gebiet der Erfindung:

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Ladegerät zum Laden einer Sekundärbatterie.

Beschreibung des Standes der Technik:

Ein herkömmliches Ladegerät umfasst eine Anzeigeeinrichtung, um einen Benutzer über die Tatsache in Kenntnis zu setzen, dass das Laden der Sekundärbatterie abgeschlossen ist. Überlicherweise ist das Informationssystem so aufgebaut, dass die Spannung zwischen den Anschlüssen der Sekundärbatterie, die zu laden ist, überwacht wird und eine dahingehende Entscheidung getroffen wird, dass das Laden der Sekundärbatterie abgeschlossen ist, wenn die Spannung zwischen den Anschlüssen der Sekundärbatterie, die zu laden ist, auf einen vorbestimmten Pegel angestiegen ist. In Übereinstimmung mit der Entscheidung, die wie vorstehend beschrieben getroffen wird, wird die Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen einer vorbestimmten Information angesteuert.
Allerdings ist das herkömmliche Ladegerät nicht in der Lage, den Benutzer über die spezifische Zeit zu informieren, die zur vollständigen Ladung der Batterie während des Ladeprozesses verstrichen ist. Des weiteren kann der Benutzer nicht über die Zeit informiert werden, in der das mit der Batterie, die nicht vollständig geladen wurde, belastete Gerät benutzt werden kann. Zudem kann das Ausmaß der Ladung der Batterie, die nicht vollständig geladen wurde, ebenfalls nicht dem Benutzer mitgeteilt werden.
Die Übersetzung der Japanischen Patentanmeldung JP 1206846 offenbart ein Batterieladegerät mit einem Mikrocomputer, der die zum Laden erforderliche Zeit unter Bezugnahme auf den gemessenen Wert der Batteriespannung bestimmt. Die verbleibende Zeit zum Laden wird konstant durch einen Anzeigeabschnitt angezeigt.
Die Übersetzung der Japanischen Patentanmeldung JP 1127981 offenbart ein Batterieladegerät, das die gemessene Batteriespannung mit einem unteren und einem oberen Grenzspannungswert mittels zweier jeweiliger Vergleicher vergleicht, um eine Angabe entweder einer Warnung bezüglich niedriger Batterieladung oder eines Zustands voller Ladung zu erzeugen. Die Lade- oder Entladezustände werden durch LEDs angezeigt, die durch Zeitzähler gesteuert werden und jeweils einen Abschnitt von 20% wiedergeben.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ladegerät bereitzustellen, dass die vorstehend beschriebenen Probleme überwinden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Ladegerät bereitzustellen, dass den Ladezustand der Batterie erfassen kann.
Zur Lösung der vorstehend beschriebenen Aufgaben wird erfindungsgemäß ein Ladegerät zum Laden einer Sekundärbatterie gemäß Patentanspruch 1 oder Patentanspruch 2 bereitgestellt.
Zum Lösen der vorstehend beschriebenen Aufgabe liegt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung in einem Aufladegerät zum Laden einer Sekundärbatterie mit:
einer Messeinrichtung zur Messung der Spannung zwischen Anschlüssen der Batterie, die aufgeladen wird, und
einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung des Ladezustands der Batterie entsprechend der Spannung zwischen Anschlüssen der Batterie, die durch die Messeinrichtung gemessen wird, und den Lade- /Entladecharakteristika in Bezug auf die Spannung zwischen den Anschlüssen der Batterie, wobei die Spannung zwischen den Anschlüssen die Spannung der Batterie ist, die geladen wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Ladegerät bereitzustellen, das genau den Ladezustand der Batterie ungeachtet einer Streuung der Charakteristika der Batterien erfassen kann.
Zum Lösen dieser Aufgabe wird gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ein Ladegerät zum Laden einer Sekundärbatterie geschaffen mit:
einer Leerlaufspannungsmesseinrichtung zur Messung der Leerlaufspannung einer Batterie, die geladen wird, und
einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung des Lade- /Entladezustands der Batterie entsprechend der durch die Leerlaufspannungsmesseinrichtung gemessenen Leerlaufspannung und den Lade-/Entladecharakteristika in Bezug auf die Leerlaufspannung der Batterie.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Ladegerät zu schaffen, das den Ladezustand der Batterie ohne Durchführung eines besonderen Vorgangs erfassen kann.
Zum Lösen dieser Aufgabe besteht eine Ausgestaltung der Erfindung in einem Ladegerät zum Laden einer Sekundärbatterie mit:
einer Einrichtung zur Messung der elektromotorischen Kraft einer Batterie, die geladen wird, und
einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung des Ladezustands der Batterie entsprechend der durch die Einrichtung zur Messung der elektromotorischen Kraft gemessenen elektromotorischen Kraft und den Lade- /Entladecharakteristika in Bezug auf die elektromotorische Kraft der Batterie.
Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachstehenden Beschreibung deutlicher.

Kurzbeschreibung der Zeichnung:

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild, das den Aufbau gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel eines Ladegeräts gemäß der Erfindung veranschaulicht,
Fig. 2 zeigt einen Graphen, der die Entladecharakteristika veranschaulicht, die angezeigt werden, wenn eine vorbestimmte Last an einer Ni-Cd- Sekundärbatterie angeschlossen wird,
Fig. 3 zeigt einen Graphen, der die Ladecharakteristika veranschaulicht, die angezeigt werden, wenn die Ni-Cd- Sekundärbatterie mit einem vorbestimmten elektrischen Strom aufgeladen wird,
Fig. 4 zeigt einen Graphen, der die zeitliche Änderung in den Ladecharakteristika gemäß Fig. 3 veranschaulicht,
Fig. 5 zeigt ein Flussdiagramm eines Berechnungssteuerschaltkreises 18 gemäß Fig. 1,
Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild, das den Aufbau gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel für das Aufladegerät gemäß der Erfindung veranschaulicht,
Fig. 7 zeigt ein Flussdiagramm eines Berechnungssteuerschaltkreises 122 gemäß Fig. 6,
Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild, das den Aufbau gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel für das Aufladegerät gemäß der Erfindung veranschaulicht,
Fig. 9 zeigt ein Flussdiagramm eines in Fig. 8 gezeigten Berechnungssteuerschaltkreises 222,
Fig. 10 zeigt ein Blockschaltbild, das den Aufbau gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel für das Aufladegerät gemäß der Erfindung veranschaulicht,
Fig. 11(a) und 11(b) veranschaulichen jeweils den Signalverlauf eines Ladestroms und die Spannung zwischen Anschlüssen einer Batterie 310 gemäß Fig. 10, und
Fig. 12 zeigt ein Flussdiagramm eines in Fig. 10 gezeigten Berechnungssteuerschaltkreises 318.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele:

Nachstehend sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Zunächst ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild, das den Aufbau gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel für ein Ladegerät gemäß der Erfindung veranschaulicht. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine zu ladende Batterie, und das Bezugszeichen 12 bezeichnet einen Spannungsmessschaltkreis zur Messung der Spannung zwischen Anschlüssen der Batterie 10. Das Bezugszeichen 14 stellte einen Ladeschaltkreis (Ladeschaltung) zur Erzeugung eines vorbestimmten Ladestroms zum Laden der Batterie 10. Das Bezugszeichen 18 bezeichnet einen Berechnungssteuerschaltkreis mit einem Mikrocomputer zur Steuerung des Betriebs der Ladeschaltung I&sub4; und zum Erhalt des Ausmaßes der Aufladung der Batterie 10 entsprechend dem Ausgang des Spannungsmessschaltkreises 12. Das Bezugszeichen 20 stellt eine Anzeige zur Anzeige des Ergebnisses der durch den Berechnungssteuerschaltkreis 18 durchgeführten Berechnung und des Zustands der Steuerung. Das Bezugszeichen 22 stellt einen Speicher zum Speichern von Charakteristikerdaten der Batterie 10 wie die Lade- /Entladecharakteristika dar.
Der Spannungsmessschaltkreis 12 misst die Spannung zwischen Anschlüssen der Batterie 10, wenn die Ladeschaltung 14 die Batterie 10 auflädt, so dass das Ergebnis der Messung zu dem Berechnungssteuerschaltkreis 18 übertragen wird. Der Berechnungssteuerschaltkreis 18 vergleicht das Ergebnis der Messung der Spannung mit Daten bezüglich der Lade-/Entladecharakteristika der Batterie 10, die in dem Speicher 22 gespeichert sind, so dass das Ausmaß der Ladung oder dergleichen bestimmt wird. Der Berechnungssteuerschaltkreis 18 veranlasst dann, dass die Anzeigeeinrichtung 20 das Ergebnis der auf diese Weise durchgeführten Bestimmung anzeigt.
Fig. 2 ist eine Kurvendarstellung, die die Entladecharakteristika darstellt, die angezeigt werden, wenn eine vorbestimmte Last mit einer Ni-Cd- Sekundärbatterie verbunden ist, wobei die Ordinatenachse die Spannung zwischen den Anschlüssen der Batterie und die Abszissenachse die verstrichene Zeit kennzeichnet. Wie sich aus der Fig. 2 entnehmen lässt, fällt die Spannung zwischen den Anschlüssen monoton in Übereinstimmung mit einem Ablauf der Zeit ab. Gemäß Fig. 2 kennzeichnet das Symbol TE die Zeit, in der die vollständig geladene Batterie verwendet werden kann. Fig. 3 ist ein Kurvenverlauf, der die Ladecharakteristika darstellt, die angezeigt werden, wenn die Ni-Cd- Sekundärbatterie mit einem vorbestimmten elektrischen Strom geladen wird, wobei die Ordinatenachse die Spannung zwischen den Anschlüssen der Batterie und die Abszissenachse die Zeit kennzeichnet. Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, sinkt die Spannung zwischen den Anschlüssen der Batterie leicht ab, wenn die Batterie vollständig geladen wurde. Daher kann durch Erfassen der Tatsache, dass die Spannung zwischen den Anschlüssen der Batterie abgesunken ist, geschlossen werden, ob die Batterie vollständig geladen wurde oder nicht. Das Symbol TF kennzeichnet die Zeit, die zum vollständigen Laden der Batterie 10 erforderlich ist, wenn diese vollständig entladen wurde, wobei angenommen ist, dass das Symbol VE die niedrigste Spannung zwischen den Anschlüssen kennzeichnet, mit der ein Betrieb des Gerätes möglich ist.
Die Tabelle 1 zeigt Daten der Entladecharakteristika, die in Fig. 2 gezeigt sind, und Daten der Ladecharakteristika, die in Fig. 3 gezeigt sind, wobei die Tabelle 1 in dem Speicher 22 gespeichert ist. Unter Bezugnahme auf die Tabelle 1 zeigt Merkmal bzw. Spalte A numerisch das Ladeausmaß in einem Bereich von 100 bis 0, B die Zeit von 0 bis TF, die zum vollständigen Laden der Batterie erforderlich ist, und C die Zeit von TE bis 0, die zum vollständigen Entladen der Batterie erforderlich ist. Unter der Annahme, dass die Spannung zwischen den Anschlüssen einer Batterie, die in einem gewissen Ausmaß bereits verwendet wurde, VO beträgt, wird, gemäß Fig. 2, die Zeit, in der die Batterie benutzt werden kann, TE- TO (Minuten), was wiederum als CO dann in der Variablen C des Speichers 22 gespeichert wird. Zu diesem Zeitpunkt kann eine Annahme getroffen werden, dass die Batterie für TO/TE · 100 (%) verwendet wurde, was wiederum als AO dann in der Variablen A des Speichers 22 gespeichert wird. Des weiteren kann eine Schätzung durchgeführt werden, dass die Batterie in TF · TO/TE (Minuten) vollständig geladen werden kann, was wiederum als BO dann in der Variablen B des Speichers 22 gespeichert wird. Tabelle 1
Fig. 4 zeigt einen Kurvenverlauf, der die zeitlich ablaufende Änderung in den Ladecharakteristika darstellt, die in Fig. 3 gezeigt sind. Das Ausmaß des Ladens kann weiter akkurat durch Überwachung der Charakteristika hinsichtlich der Änderung in der Spannung zwischen den Anschlüssen, die in Fig. 4 gezeigt sind, sowie der Ladecharakteristika, die in Fig. 3 gezeigt sind, bestimmt werden.
Fig. 5 zeigt ein Flussdiagramm des in Fig. 1 gezeigten Berechnungssteuerschaltkreises 18. Zunächst betätigt der Berechnungssteuerschaltkreis 18 den Ladeschaltkreis 14 zum Starten des Ladens (S1). Dann wird die Spannung V zwischen Anschlüssen der Batterie 10, die geladen wird, durch den Spannungsmesskreis 12 gemessen (S2). Die gemessene Spannung V zwischen den Anschlüssen wird mit einer in dem Speicher 22 gespeicherten Tabelle 1 gezeigten Daten verglichen, so dass die entsprechenden Daten A, B und C in Tabelle 1 gelesen werden (S3). Die auf diese Weise gelesenen Daten werden zu der Anzeigeeinrichtung 20 übertragen, damit sie angezeigt werden (S4).
Da die Batterie 10 in einem Fall, wenn der Wert des Datums A niedriger als "100" ist, nicht vollständig geladen ist (S5), wird veranlasst, dass der Ladeschaltkreis 14 den Ladevorgang fortsetzt. Da die Batterie 10 in einem Fall, in dem die Spannung zwischen den Anschlüssen verringert ist, vollständig geladen ist (S6), wurde die Batterie 10 vollständig geladen. Daher wird zum Stoppen des Aufladens eine in dem Speicher 22 gespeicherte Variable V als die Spannung zwischen den Anschlüssen für die Spannung VF zwischen den Anschlüssen für die Zeit des vollständigen Ladens umgeschrieben, bevor der Ablauf zu Schritt S3 zurückkehrt (S7), in dem das Datum A, das "100" angibt, aus dem Speicher 22 gelesen wird. In einem Fall, in dem der Wert des Datums A gleich "100" ist, wurde die Batterie 10 vollständig aufgeladen. Daher wird der Betrieb des Ladeschaltkreises 14 gestoppt (S8) und der Aufladevorgang endet.
Wie es vorstehend beschrieben ist, kann gemäß diesem Ausführungsbeispiel das Ausmaß der Aufladung der Batterie, die zur vollständigen Aufladung der Batterie erforderliche anzunehmende Zeit und die Zeit, in der die Batterie verwendet werden kann, quantitativ ermittelt werden.
Nachstehend ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild, das den Aufbau gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel für das Ladegerät gemäß der Erfindung veranschaulicht. In Fig. 6 kennzeichnet das Bezugszeichen 110 eine Batterie, die zu laden ist, und 112 einen Spannungsmessschaltkreis zur Messung der Spannung zwischen den Anschlüssen der Batterie 110. Das Bezugszeichen 114 kennzeichnet einen Ladeschaltkreis zum Laden der Batterie 110 und 116 kennzeichnet einen Widerstand zur Messung des Ausmaßes des Ladens der Batterie 110. Das Bezugszeichen 120 kennzeichnet einen Schalter zum wahlweisen Verbinden des Ladeschaltkreises 114 oder des Widerstands 116 mit der Batterie 110, um das Laden mit dem Ladeschaltkreis 114 oder das Entladen mit dem Widerstand 116 auszuwählen. Das Bezugszeichen 122 kennzeichnet einen Berechnungssteuerschaltkreis mit einem Mikrocomputer zur Steuerung der Arbeitsweise des Ladeschaltkreises 114 und des Schaltvorgangs des Schalters 120 und zur Ermittelung des Ausmaßes des Ladens der Batterie 110 in Übereinstimmung mit dem Ausgang des Spannungsmessschaltkreises 112. Das Bezugszeichen 124 kennzeichnet eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen des Ergebnisses der Berechnung, die durch den Berechnungssteuerschaltkreis 122 durchgeführt wurde, und des Zustandes der Steuerung. Das Bezugszeichen 126 kennzeichnet einen Befehls- bzw. Anweisungsschalter zum Anweisen des Berechnungssteuerschaltkreises 122, das Ausmaß des Ladens der Batterie 110 zu messen. Das Bezugszeichen 128 kennzeichnet einen Speicher zum Speichern der Charakteristikdaten, wie der Lade/Entlade- Charakteristika der Leerlaufspannung der Batterie 110, die zu laden ist.
Der Berechnungssteuerschaltkreis 122 bringt den Ladeschaltkreis 114 in einen Operationszustand und veranlasst, dass der Schalter 120 mit einem Kontakt "a" verbunden wird, der in der Zeichnung dargestellt ist, wenn die Batterie 110 geladen wird. Während des Aufladevorgangs veranlasst der Berechnungssteuerschaltkreis 122, dass der Schalter 120 mit dem in der Zeichnung dargestellten Kontakt "b" für eine deutlich kurze Zeit zu einem vorbestimmten Intervall oder im Ansprechen auf die Betätigung des Schalters 126 verbunden wird. Folglich wird die Batterie 110 über den Widerstand 116 entladen. Dann wird die Spannung zwischen den Anschlüssen der Batterie 110 durch den Spannungsmesskreis 122 gemessen, nachdem das Übergangsphänomen geendet hat. Der auf diese Weise gemessene Spannungspegel wird dem Spannungssteuerschaltkreis 122 zugeführt.
Die vorstehend beschriebenen Entladecharakteristika gemäß Fig. 2 sind als die Entladecharakteristika in einem Fall, in dem beispielsweise der Widerstand 116 mit einer Ni-Cd- Sekundärbatterie verbunden ist, in Form von Daten in dem Speicher 128 gespeichert. Dann wird die Spannung zwischen Anschlüssen der Batterie 110 gemessen, wenn der Widerstand 116 angeschlossen ist, bei dem es sich um die vorbestimmte Last handelt. Folglich kann das Ausmaß der Aufladung der Batterie, die aufgeladen wird, quantitativ ermittelt werden. Das heißt, dass der Berechnungssteuerschaltkreis 122 die anfängliche Spannung V zwischen den Anschlüssen, die angezeigt wird, wenn der Widerstand 116 mit der Batterie 110 verbunden ist, mit den in Fig. 2 gezeigten Entladecharakteristika (insbesondere die in dem Speicher 128 gespeicherten Entladecharakteristikdaten) vergleicht, so dass das Ausmaß der Aufladung bestimmt wird.
Die in Tabelle 1 gezeigten Daten sind in den Speicher 128 in ähnlicher Weise wie dem Speicher 22 gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gespeichert. Gemäß Tabelle 1 zeigt das Datum A numerisch das Ausmaß der Aufladung in einem Bereich von 100 bis 0, B zeigt die Zeit 0 bis TF, die zum vollständigen Laden der Batterie erforderlich ist, und C zeigt die Zeit TE bis 0, die erforderlich ist, um die niedrigste Spannung VE zu zeigen, bei der die Batterie verwendet werden kann. Unter der Annahme, dass die Spannung zwischen Anschlüssen einer Batterie, die bis zu einem gewissen Grad verwendet worden ist, V&sub0; ist, wird die Zeit, in der die Batterie verwendet werden kann, anhand Fig. 2 TE-T&sub0; (Minuten), die als C&sub0; dann in der Variablen C des Speichers 112 gespeichert wird. Dabei kann eine Annahme gemacht werden, dass die Batterie um T&sub0;/TE · 100 (%) verwendet worden ist, was als A&sub0; dann in der Variablen A des Speichers 128 gespeichert wird. Weiterhin kann eine Schätzung gemacht werden, dass die Batterie in TF · T&sub0;/TE (Minuten) vollständig geladen werden kann, was als B0 dann in der Variablen B des Speichers 128 gespeichert wird.
Fig. 7 zeigt ein Flussdiagramm des Berechnungssteuerschaltkreises 122 gemäß Fig. 6. Der Berechnungssteuerschaltkreis 122 betätigt zunächst den Ladeschaltkreis 114 derart, dass der Ladevorgang gestartet wird (S101). Dann wird der Schalter 120 mit dem Kontakt "b" verbunden, wie es in der Zeichnung gezeigt ist (S102), und die Spannung zwischen den Anschlüssen V&sub0; der Batterie 110, die durch den Widerstand 116 wiedergegeben ist, wird durch den Spannungsmessschaltkreis 112 gemessen (S103). Die in Schritt 103 gemessene Spannung V&sub0; zwischen den Anschlüssen wird mit in Tabelle 1 gezeigten Daten verglichen und in dem Speicher 128 gespeichert. Dann werden das entsprechende Ladeausmaß A, die zum Laden der Batterie erforderliche Zeit B und die restliche Zeit C, in der die Batterie verwendet werden kann, gelesen (5104). Die auf diese Weise gelesenen Daten werden der Anzeigeeinrichtung 124 zugeführt, damit sie angezeigt werden (S105). Da die Batterie 110 in einem Fall, in dem der Wert des Datums A niedriger als "100" ist, nicht vollständig aufgeladen ist, wird der Schalter 120 mit dem Kontakt "a" verbunden, so dass die Batterie durch einen (nicht gezeigten) Zeitgeber eingestellte vorbestimmte Zeit aufgeladen wird (S107, S108 und S109). Als eine Alternative dazu kehrt der Ablauf zu S110 und S102 im Ansprechen auf die Betätigung des Schalters 126 zurück, so dass die Spannung zwischen den Anschlüssen gemessen wird.
Die Spannung zwischen den Anschlüssen der Batterie 110 wird ebenfalls durch den Spannungsmesskreis 112 während des Aufladevorgangs gemessen (S111). Falls die Spannung zwischen den Anschlüssen nicht absinkt, kehrt der Ablauf zu Schritt S108 zurück, in dem der Ladevorgang fortgesetzt wird. Falls die Spannung zwischen den Anschlüssen sich verringert hat (S111), kehrt der Ablauf zu Schritt S104 zurück (S112), in dem die Variable V zu der Spannung zwischen den Anschlüssen VF umgeschrieben wird, die zu dem Zeitpunkt angezeigt wird, wenn die Batterie vollständig aufgeladen ist, so dass das Datum A mit dem Wert "100" aus dem Speicher 128 gelesen wird.
Da die Batterie 110 vollständig aufgeladen worden ist, falls das Datum A in Schritt S106 gleich "100" ist, wird der Betrieb des Ladeschaltkreises 114 gestoppt (S113) und der Ladevorgang wird gestoppt.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Ausmaß der Aufladung der Batterie quantitativ entsprechend dem Ergebnis eines Vergleichs zwischen der Spannung zwischen den Anschlüssen bestimmt, die sich zeigt, wenn die vorbestimmte Last angeschlossen ist. Das Ausmaß der Aufladung kann weiter genau bestimmt werden, wenn der Aufbau derart eingerichtet ist, dass die Last mit der Batterie für eine vorbestimmte Zeit verbunden ist und die Änderung in der Spannung zwischen den Anschlüssen während der vorstehend beschriebenen Verbindung mit den vorstehend beschriebenen Entladecharakteristika verglichen wird. Weiterhin kann ein anderer Aufbau angewandt werden, der derart angeordnet ist, dass die Spannung zwischen den Anschlüssen in einem Zustand im Wesentlichen ohne Last und die Spannung zwischen den Anschlüssen in einem Zustand, in dem eine vorbestimmte Last angeschlossen ist, derart gemessen werden, dass das Ausmaß der Ladung der Batterie entsprechend der Differenz zwischen den Spannungen zwischen den Anschlüssen bestimmt wird.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, können gemäß diesem Ausführungsbeispiel das Ausmaß der Aufladung der Batterie, die zum vollständigen Aufladen der Batterie erforderliche Zeit und die Zeit, in der die Batterie verwendet werden kann, quantitativ in Erfahrung gebracht werden.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild, das den Aufbau gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel für das Ladegerät gemäß der Erfindung darstellt. In Fig. 8 kennzeichnet das Bezugszeichen 210 eine Batterie, die zu laden ist, und 212 einen Spannungsmessschaltkreis zur Messung der Spannung zwischen den Anschlüssen der Batterie 210. Das Bezugszeichen 214 kennzeichnet einen Ladeschaltkreis zum Laden der Batterie 210 und 216 sowie 218 kennzeichnen Widerstände zur Messung des Ausmaßes des Ladens der Batterie 210. Das Bezugszeichen 220 kennzeichnet einen Schalter zum wahlweisen Verbinden des Ladeschaltkreises 214, des Widerstands 216 oder des Widerstandes 218 mit der Batterie 210, um das Laden mit dem Ladeschaltkreis 214 oder das Entladen mit dem Widerstand 216 oder dem Widerstand 218 auszuwählen. Das Bezugszeichen 222 kennzeichnet einen Berechnungssteuerschaltkreis, der einen Mikrocomputer zur Steuerung der Arbeitsweise des Ladeschaltkreises 214 und des Schaltvorgangs des Schalters 220 und zum Ermitteln des Ausmaßes des Ladens der Batterie 210 in Übereinstimmung mit dem Ausgang des Spannungsmessschaltkreises 212 umfasst.
Das Bezugszeichen 224 kennzeichnet eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen des Ergebnisses der Berechnung, die durch den Berechnungssteuerschaltkreis 222 durchgeführt wurde, und des Zustandes der Steuerung. Das Bezugszeichen 226 kennzeichnet einen Befehls- bzw. Anweisungsschalter zum Anweisen des Berechnungssteuerschaltkreises 222, das Ausmaß des Ladens der Batterie 210 zu messen. Das Bezugszeichen 228 kennzeichnet einen Speicher zum Speichern der Charakteristikdaten, wie der Lade/Entlade-Charakteristika der Leerlaufspannung der Batterie 210, die zu laden oder zu messen ist.
Der Berechnungssteuerschaltkreis 222 steuert den Schalter 220 auf den Kontakt "a", wenn die Batterie 210 geladen wird, und startet den Ladeschaltkreis 214. Die Spannung zwischen den Anschlüssen der Batterie, die zu laden ist, wird durch den Spannungsmessschaltkreis 212 durch Verbinden des Schalters 220 mit dem Kontakt "b" oder "c" gemessen, und zwar zu einem vorbestimmten Zeitintervall, zu einem Zeitintervall, das der Spannung zwischen den Anschlüssen der Batterie 210 entspricht, zu einem optionalen Zeitintervall oder in Übereinstimmung mit der Betätigung des Schalters 226. Die Spannung zwischen den Anschlüssen, die derart durch den Spannungsmessschaltkreis 212 gemessen wurde, wird dem Berechnungssteuerschaltkreis 222 zugeführt.
Der Berechnungssteuerschaltkreis 222 berechnet die elektromotorische Kraft v der Batterie 210 aus der Spannung zwischen den Anschlüssen V1, die angezeigt wird, wenn der Widerstand 216 mit der Batterie 210 verbunden ist, und aus der Spannung zwischen den Anschlüssen V2, die angezeigt wird, wenn der Widerstand 218 mit dieser verbunden ist. Da der Widerstandswert von jedem der Widerstände 216 und 218 ein bekannter Wert ist, können die nachstehenden Verhältnisse unter der Annahme erhalten werden, dass die elektrischen Ströme I1 bzw. I2 sind, der interne Widerstand der Batterie 210 R ist und die elektromotorische Kraft (Leerlaufspannung) v ist:
R = (V1 - V2)/(I2 - I1)
v = V1 + I1 · R = V2 + I2 · R = (I2 · V1 - I1 · V2)/(I2 - I1)... (1)
Die elektromotorische Kraft v ist nicht durch externe Faktoren wie durch den internen Widerstand R und die Widerstände der verbundenen Zuleitungsdrähte beeinflusst. Daher kann das Ausmaß des Ladens/Entladens der Batterie 210 unter Verwendung der elektromotorische Kraft genau bestimmt werden.
Tabelle 2 zeigt Daten der in Fig. 2 gezeigten Entladecharakteristika und der in Fig. 3 gezeigten Ladecharakteristika, wobei die in Tabelle 2 gezeigten Daten in dem Speicher 228 sind. Die in Tabelle 2 gezeigten Daten sind in dem Speicher 228 gespeichert. Gemäß Tabelle 2 zeigt der Punkt (item) A das Ausmaß des Ladens in einem Bereich von 100 bis 0, B die Zeit von 0 bis TF, die zum vollständigen Laden der Batterie erforderlich ist, und C die Zeit von TE bis 0, die zum Auftreten der niedrigsten Spannung VE erforderlich ist, mit der die Batterie verwendet werden kann. Unter der Annahme, dass die Spannung zwischen den Anschlüssen einer Batterie, die bereits zu einem bestimmten Ausmaß verwendet wurde, VO beträgt, wird die Zeit, in der die Batterie verwendet werden kann, entsprechend Fig. 1 zu TE-TO (Minuten), welche als CO dann in der Variablen C des Speichers 228 gespeichert wird. Zu diesem Zeitpunkt kann eine Annahme dahingehend getroffen werden, dass die Batterie bereits zu TO/TE · 100 (%) verwendet wurde, was wiederum als AO dann in der Variablen A des Speichers 228 gespeichert wird. Des weiteren kann eine Schätzung durchgeführt werden, dass die Batterie vollständig in TE · TO/TE (Minuten) geladen werden kann, was wiederum als BO dann in der Variablen B des Speichers 228 gespeichert wird. Tabelle 2
Fig. 5 ist ein Flussdiagramm hinsichtlich der Arbeitsweise eines Berechnungssteuerschaltkreises 222, der in Fig. 8 gezeigt ist. Der Berechnungssteuerschaltkreis 222 betreibt den Ladeschaltkreis 214 zunächst so, dass der Ladevorgang begonnen wird (S201). Dann wird der Schalter 220 mit dem Kontakt "b" verbunden (S202), so dass die Spannung zwischen den Anschlüssen V1 der Batterie 210 mittels des Widerstands 216 durch den Spannungsmessschaltkreis 212 gemessen wird (S203). Dann wird der Schalter 220 mit dem Kontakt "c" verbunden (S204), so dass die Spannung zwischen den Anschlüssen V1 der Batterie 210 mittels des Widerstandes 218 durch den Spannungsmessschaltkreis 212 gemessen wird (S205). Die Spannungen V1 und V2, die in den Schritten S203 und 205 gemessen wurden, und deren elektrische Ströme 11 und 12 werden in die Gleichung (1) übertragen, so dass die elektromotorische Kraft v der Batterie 210 berechnet wird (S206). Die erhaltene elektromotorische Kraft v wird mit der Datentabelle 2, die in dem Speicher 228 gespeichert ist, in Verbindung gebracht, so dass die entsprechenden Daten A, B und C, die in Tabelle 2 gezeigt sind, ausgelesen werden (S207) Die derart gelesenen Daten werden an die Anzeigeeinrichtung 224 übermittelt, so dass die Daten angezeigt werden (S208). Da die Batterie 210 nicht vollständig geladen ist, falls der Wert des Datums A kleiner als "100" ist (S209), wird der Schalter 220 mit dem Kontakt "a" verbunden (S210), so dass die Batterie 210 für eine vorbestimmte Zeit geladen wird, die durch einen Zeitgeber (nicht gezeigt) eingestellt ist (S2111 und S212). Als Alternative dazu kehrt der Ablauf zu dem Schritt S202 als Reaktion auf die Betätigung des Schalters 226 zurück, so dass die Spannung zwischen den Anschlüssen gemessen wird. Falls die Spannung zwischen den Anschlüssen der Batterie 210 abgefallen ist (S214), wird die elektromotorische Kraft v, die in dem Speicher 228 gespeichert ist, auf die elektromotorische Kraft vE für den vollständig geladenen Zustand zurückgeschrieben, bevor der Ablauf zu dem Schritt S207 zurückkehrt (S215). Im Schritt S207 wird ein Datum A von dem Speicher 228 ausgelesen, das "100" ausdrückt.
Da die Batterie 210 vollständig geladen wurde, falls das Datum A gleich "100" im Schritt S209 ist, wird der Betrieb des Ladeschaltkreises 214 angehalten (S216) und der Ladeablauf abgeschlossen.
Entsprechend dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Lade/Entlade-Ausmaß in Übereinstimmung mit der elektromotorische Kraft der Batterie geschätzt. Des weiteren kann ein weiterer Aufbau verwendet werden, wobei die zwei Widerstandswerte erhalten werden, in dem eine teilweise Überbrückung eines Widerstandes als eine Alternative zu dem vorstehend beschriebenen Aufbau verwendet wird, bei dem zwei Widerstände 216 und 218 geschaltet werden.
Wie vorstehend beschrieben kann gemäß der vorliegenden Erfindung das Ausmaß des Ladens/Entladens der Batterie, die zum vollständigen Laden der Batterie erforderliche Zeit und die Zeit, in der die Batterie verwendet werden kann, genau ermittelt werden. Des weiteren kann, da das Ausmaß des Ladens in Übereinstimmung mit der Leerlaufspannung bestimmt wird, das Ausmaß des Ladens bei einer Vielzahl von Batterien vereinheitlicht werden.
Nachstehend ist ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 10 zeigt ein Blockschaltbild, das den Aufbau gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel für das Ladegerät gemäß der Erfindung veranschaulicht. In Fig. 10 bezeichnet das Bezugszeichen 310 eine zu ladende Batterie und 312 bezeichnet einen Spannungsmessschaltkreis zur Messung der Spannung zwischen Anschlüssen der Batterie 310. Das Bezugszeichen 314 bezeichnet einen Ladeschaltkreis, der zumindest zwei oder mehrere Arten von Ladeströmen zum Laden der Batterie 310 erzeugen kann. Das Bezugszeichen 316 bezeichnet einen elektrischen Stromschalterschaltkreis zum Schalten des durch den Ladeschaltkreis 314 erzeugten Ladestroms. Das Bezugszeichen 318 bezeichnet einen Berechnungssteuerschaltkreis mit einem Mikrocomputer zur Steuerung des Betriebs des Ladeschaltkreises 314 und zur Auswahl des Ladestroms über den Stromschalterschaltkreis 316, wobei der Mikrocomputer weiterhin das Ausmaß des Aufladens der Batterie 310 entsprechend dem Ausgang des Spannungsmessschaltkreises 312 erhält. Das Bezugszeichen 320 bezeichnet eine Anzeigeeinrichtung zur Anzeige des Ergebnisses der durch den Berechnungssteuerschaltkreis 318 durchgeführten Berechnung und des Zustands der Steuerung. Das Bezugszeichen 322 bezeichnet einen Anweisungsschalter zur Anweisung des Berechnungssteuerschaltkreises 318, um das Ausmaß der Aufladung der Batterie 310 zu messen. Das Bezugszeichen 324 bezeichnet einen Speicher zum Speichern von Charakteristikerdaten wie die Lade- /Entladecharakteristika der Batterie 310.
Der Berechnungssteuerschaltkreis 322 steuert den Ladeschaltkreis 314 über den Stromschalterschaltkreis 316 derart, dass die Batterie 310 mit zwei Arten von Ladeströmen 11 und 12 geladen wird, wie es in Fig. 11(a) und 11(b) gezeigt ist. Die Spannung zwischen den Anschlüssen der Batterie 310, die angezeigt wird, wenn die vorstehend beschriebenen zwei elektrischen Ströme 11 und 12 zum Laden der Batterie 310 verwendet werden, wird durch den Speichermessschaltkreis 312 gemessen. Entsprechend dem Ergebnis der Messung wird die elektromotorische Kraft (Leerlaufspannung) der Batterie 310 berechnet. Das heißt, dass unter der Annahme, dass der Innenwiderstand der Batterie 310 R ist, die elektromotorische Kraft v ist, die Spannung zwischen den Anschlüssen der Batterie 310 bei Verwendung des Ladestroms I&sub1; V&sub1; ist, und dass die Spannung zwischen den Anschlüssen der Batterie 310 bei Verwendung des Ladestroms I&sub2; V&sub2; ist, die nachstehenden Beziehungen gelten:
R = (V&sub1; - V&sub2;)/(I&sub2; - I&sub1;)
v = V&sub1; + I&sub1; · R = V&sub2; + I&sub2; · R = (I&sub2; · V&sub1; - I&sub1; · V&sub2;)/(I&sub2; - I&sub1;)... (2)
Die elektromotorische Kraft v ist nicht durch externe Faktoren wie durch den internen Widerstand R und die Widerstände der verbundenen Zuleitungsdrähte beeinflusst. Daher kann das Ausmaß des Ladens/Entladens der Batterie 210 unter Verwendung der elektromotorische Kraft genau bestimmt werden.
Tabelle 2 zeigt Daten der in Fig. 2 gezeigten Entladecharakteristika und der in Fig. 3 gezeigten Ladecharakteristika, wobei die in Tabelle 2 gezeigten Daten in dem Speicher 324 sind. Die in Tabelle 2 gezeigten Daten sind in dem Speicher 228 gespeichert. Gemäß Tabelle 2 zeigt der Punkt (item) A das Ausmaß des Ladens in einem Bereich von 100 bis 0, B die Zeit von 0 bis TF, die zum vollständigen Laden der Batterie erforderlich ist, und C die Zeit von TE bis 0, die zum Auftreten der niedrigsten Spannung VE erforderlich ist, mit der die Batterie verwendet werden kann. Unter der Annahme, dass die Spannung zwischen den Anschlüssen einer Batterie, die bereits zu einem bestimmten Ausmaß verwendet wurde, VO beträgt, wird die Zeit, in der die Batterie verwendet werden kann, entsprechend Fig. 2 zu TE-TO (Minuten), welche als CO dann in der Variablen C des Speichers 324 gespeichert wird. Zu diesem Zeitpunkt kann eine Annahme dahingehend getroffen werden, dass die Batterie bereits zu TO/TE · 100 (%) verwendet wurde, was wiederum als AO dann in der Variablen A des Speichers 228 gespeichert wird. Des weiteren kann eine Schätzung durchgeführt werden, dass die Batterie vollständig in TE · TO/TE (Minuten) geladen werden kann, was wiederum als BO dann in der Variablen B des Speichers 324 gespeichert wird.
Fig. 12 zeigt ein Flussdiagramm des Berechnungssteuerschaltkreises 318 gemäß Fig. 10. Der Berechnungsteuerschaltkreis 318 betätigt zunächst die Ladeschaltung 314 (S301), und der Ladestrom I&sub2; wird der Batterie 310 zugeführt (S302). Dann wird die Spannung zwischen den Anschlüssen V&sub2; der Batterie zu diesem Zeitpunkt durch den Spannungsmessschaltkreis 312 gemessen (S303). Danach wird der Ladestrom I&sub1; den Ladeschaltkreis 314 für eine sehr kurze Zeitdauer zugeführt, die zur Messung der Spannung erforderlich ist (S204). Dann wird die Spannung V&sub1; zwischen den Anschlüssen der Batterie 310 zu diesem Zeitpunkt gemessen (S305). Der Berechnungssteuerschaltkreis 318 setzt daraufhin die Pegel der Spannung zwischen den Anschlüssen V&sub1; und V&sub2;, die mit den Ladeströmen I&sub1; und I&sub2; in Schritten S303 und S305 gemessen worden sind, in die vorstehend beschriebene Gleichung ein, so dass die elektromotorische Kraft v der Batterie 310 berechnet wird (S306). Die erhaltene elektromotorische Kraft v wird mit Daten verglichen, die in der in dem Speicher 324 gespeicherten Tabelle 2 gezeigt sind. Dann werden die entsprechenden Datenpunkte A, B und C der Tabelle 2 gelesen (S307), um diese zu der Anzeigeeinrichtung 320 zu übertragen, wobei die Anzeigeeinrichtung 320 diese anzeigt (S308).
Da die Batterie 310 noch nicht vollständig geladen ist, wenn der Wert des Datums A niedriger als "100" ist, wird das Laden der Batterie 310 fortgesetzt, während der Ausgang des Ladeschaltkreises 314 auf den großen Ladestrom I&sub2; eingestellt wird (S310), wobei die Aufladung für eine vorbestimmte Zeit fortgesetzt wird, die durch einen (nicht dargestellten) Zeitgeber eingestellt wird (S311). Als eine Alternative dazu kehrt der Ablauf zu Schritt S302 im Ansprechen auf die Betätigung des Schalters 322 zurück, so dass die Spannung zwischen den Anschlüssen gemessen wird. Falls die Spannung zwischen den Anschlüssen der Batterie, die geladen wird, sich absenkt (S313), wird die in dem Speicher 324 gespeicherte elektromotorische Kraft v zu der elektromotorischen Kraft vF für den vollständig geladenen Zustand umgeschrieben, bevor der Ablauf zu Schritt S307 zurückkehrt (S314). Dann werden die Daten A, die "100" ausdrücken, aus dem Speicher 324 gelesen.
Da die Batterie 310 vollständig aufgeladen worden ist, falls der Wert des Datums A gleich "100" in Schritt S309 ist, wird der Betrieb des Ladeschaltkreises 314 gestoppt (S315), und der Aufladevorgang wird beendet.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Ausmaß der Aufladung bzw. Entladung entsprechend der elektromotorischen Kraft der Batterie geschätzt. Er kann jedoch ebenfalls entsprechend der Spannung zwischen den Anschlüssen geschätzt werden.
In einem Fall, wenn das Ausmaß entsprechend der Spannung zwischen den Anschlüssen geschätzt wird, wird die Genauigkeit bis zu einem gewissen Grad im Vergleich zu der Genauigkeit verschlechtert, die erhalten wird, wenn die elektromotorische Kraft verwendet wird. Jedoch kann der Betrieb des Berechnungssteuerschaltkreises 318 vereinfacht werden.
Wie vorstehend beschrieben können gemäß diesem Ausführungsbeispiel das Ausmaß des Ladens/Entladens der Batterie, Faktoren hinsichtlich des Status des Ladens/Entladens der Batterie, wie der zum vollständigen Laden der Batterie erforderlichen Zeit und der Zeit, in der die Batterie verwendet werden kann, genau ermittelt werden.
Obwohl die Erfindung in dieser bevorzugten Form mit einem gewissen Ausmaß an Genauigkeit beschrieben wurde, soll festgehalten werden, dass die vorliegende Offenbarung der bevorzugten Ausführungsform hinsichtlich von Konstruktionsdetails geändert wurde und die Kombination und der Aufbau von Teilen ohne Abweichung vom Umfang der nachstehend beanspruchten Erfindung modifiziert werden kann.
Ein Ladegerät zum Laden einer Sekundärbatterie ist derart angeordnet, dass die Spannung zwischen den Anschlüssen der Batterie, die zu laden ist, gemessen wird, so dass der Ladezustand der Batterie entsprechend der gemessenen Spannung zwischen den Anschlüssen der Batterie, die geladen wird, und den Lade-/Entladecharakteristika in Bezug auf die Spannung zwischen den Anschlüssen der Batterie erfasst wird. Folglich kann der Ladezustand der Batterie genau erfasst werden.

Claims

1. Ladegerät zum Laden einer Sekundärbatterie, mit

einer Messeinrichtung (12, 112, 212, 312), die eine Anschlussspannung einer Batterie (10, 110, 210, 310) misst,

einer Speichereinrichtung (22, 128, 228, 324), die Ladeeigenschaftsdaten der Batterie speichert, wobei die Ladeeigenschaftsdaten eine Beziehung zwischen der Anschlussspannung der Batterie und einer verbleibenden Zeit zum Laden der Batterie wiedergeben,

einer Berechnungseinrichtung (18, 122, 222, 318), die einen Ladezustand der Batterie durch Vergleichen der Anschlussspannung mit den in der Speichereinrichtung gespeicherten Ladeeigenschaftsdaten der Batterie bestimmt, und

einer Anzeigeeinrichtung (20, 124, 224, 320), die Informationen entsprechend der verbleibenden Zeit zum Laden der Batterie entsprechend dem durch die Berechnungseinrichtung bestimmten Ladezustand der Batterie anzeigt.

2. Ladegerät zum Laden einer Sekundärbatterie, mit

einer Speichereinrichtung (22, 128, 228, 324), die Entladeeigenschaftsdaten der Batterie speichert, wobei die Entladeeigenschaftsdaten eine Beziehung zwischen der Anschlussspannung der Batterie und einer Verwendungszeitdauer der Batterie wiedergeben,

einer Berechnungseinrichtung (18, 122, 222, 318), die einen Entladezustand der Batterie durch Vergleichen der Anschlussspannung mit den in der Speichereinrichtung gespeicherten Entladeeigenschaftsdaten der Batterie bestimmt, und

einer Anzeigeeinrichtung (20, 124, 224, 320), die Informationen entsprechend der Verwendungszeitdauer der Batterie entsprechend dem durch die Berechnungseinrichtung bestimmten Entladezustand der Batterie anzeigt.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anschlussspannung die Zwischenanschlussspannung oder die elektromotorische Kraft der Batterie ist.