DE69424696T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Unterscheidung von Batterietypen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Unterscheidung von Batterietypen

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    • G01R31/378—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC] specially adapted for the type of battery or accumulator
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    • H—ELECTRICITY
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Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung und auf ein Verfahren zur Identifizierung des Zellentyps einer Batterie, und insbesondere auf eine Schaltung und ein Verfahren zur Identifizierung des Zellentyps einer Batterie, während sich die Batterie in der Schaltung und im Betrieb befindet.
    • Hintergrund und Zusammenfassung der Erfindung
  • Es sind Batterien unter Verwendung verschiedener Zellentechnologien (Zellentypen), entwickelt worden, wobei diese weit verbreitet verwendet werden. Zwei der am weitest verbreiteten Zellentypen sind Alkali- und Nickel-Cadmium-Zellentypen (Ni-Cd). Weitere Zellentypen umfassen Nickel-Metall-Hydrid- und verschiedene Lithium-Technologien. Bei vielen Anwendungen sind Batterien unterschiedlicher Zellentypen untereinander austauschbar. Beispielsweise können bei vielen elektronischen Haushaltsprodukten, wie z. B. Taschenrechnern, Palmtop-Computern und dergleichen, sowohl Batterien vom Alkali- als auch Ni-Cd-Typ verwendet werden.
  • In einigen Fällen ist es jedoch notwendig, zwischen den Zellentypen der Batterien, die bei einer bestimmten Anwendung verwendet werden, zu unterscheiden. Bei einigen Palmtop-Computern wird beispielsweise ein Ende-Der-Lebensdauer- oder ein Ladezustandsverfahren verwendet, um die verbleibende Energie in der Batterie zu ermitteln und um dem Benutzer eine Anzeige derselben zu liefern. Typischerweise sind diese Verfahren von der Spannungscharakteristik der Batterie über dem Entladezyklus derselben abhängig. Da sich die Spannungscharakteristik der Batterien zwischen den Zellentypen unterscheidet, muß der Zellentyp der Batterie bekannt sein, um die verbleibende Batterieenergie genau zu ermitteln. Falls eine Batterie mit einer Spannungscharakteristik eines anderen Zellentyps verglichen wird, wird die Messung der verbleibenden Energie fehlerhaft sein. Eine Verwendung eines ungeeigneten Zellentyps könnte bei der Diagnose einer vollständig geladenen Batterie das Ergebnis liefern, daß die Batterie eine unzureichende Restladung aufweist. Der Benutzer könnte eine solche Batterie, deren Ladezustand falsch diagnostiziert wurde, verfrüht ablegen oder unnötigerweise wiederaufladen. Eine Verwendung eines ungeeigneten Zellentyps könnte ferner ergeben, daß eine Diagnose des bevorstehenden Endes der Lebensdauer einer Batterie mit geringer Restladung ein falsches Ergebnis liefern könnte. Der Benutzer, der sich auf eine solche Diagnose verläßt, könnte bei dem tatsächlichen Versagen der Batterie wertvolle Daten verlieren.
  • Eine Zellentypunterscheidung ist ferner bezüglich des Wiederaufladens einer Batterie kritisch. Einige Zellentypen, wie z. B. Ni-Cd-Zellen, sind wiederaufladbar, während andere, wie z. B. Alkali-Zellen, nicht wiederaufladbar sind. Falls ein Wiederaufladestrom an eine nicht-wiederaufladbare Batterie angelegt wird, erhöht sich die Temperatur der Batterie und damit der Innendruck derselben sehr schnell. Wenn der Wiederaufladevorgang fortgesetzt wird, wird die Batterie schließlich auslaufen, wobei dies eine Leckage von ätzenden Chemikalien aus der Batterie und möglicherweise eine Explosion ergibt.
  • Gegenwärtig sind viele batteriebetriebene Produkte darauf angewiesen, daß der Benutzer, der durch ein Benutzerhandbuch oder durch Warnhinweise, die an dem batteriebetriebenen Produkt angebracht sind, Anweisungen erhält, Batterien mit dem korrekten Zellentyp auswählt und verwendet. Einige Palmtop- Computer verwenden sogar eine Benutzerabfrage, um vor einer Ermittlung des Ladezustands der Batterie den Zellentyp zu identifizieren. Wenn jedoch die möglichen Konsequenzen einer Verwendung eines ungeeigneten Zellentyps betrachtet werden, ist es erwünscht, ein System zu haben, um den unvorsichtigen Benutzer eines batteriebetriebenen Produkts davor zu schützen, Batterien mit dem falschen Zellentyp zu verwenden.
  • Hersteller von batteriebetriebenen Produkten haben sich ferner auf mechanische Sperrschemata verlassen, um einen Schutz gegenüber einer Verwendung eines ungeeigneten Zellentyps vorzusehen. Typische mechanische Sperrvorrichtungen schützen vor einer Verwendung eines ungeeigneten Zellentyps, indem der Einbau von Batterien verhindert wird, die nicht eine bestimmte Größe, Form oder ein bestimmtes anderes mechanisches Merkmal aufweisen. Lediglich Batterien, die das spezielle mechanische Merkmal aufweisen, können eingebaut werden. Typischerweise weist das mechanische Merkmal keinen Standard- Entwurf auf, um sicherzustellen, daß lediglich Batterien des gewünschten Zellentyps dieses mechanische Merkmal aufweisen. Die Verwendung von Nicht-Standard-Batterien ergibt jedoch üblicherweise eine begrenzte Verfügbarkeit geeigneter Batterien für die Öffentlichkeit. Produkte, die diese Schemata verwenden, können daher Schwierigkeiten haben, eine allgemeine Akzeptanz zu erreichen. Ferner sind Sperrschemata für Ladezustandsanzeigen von Palmtop-Computern nicht brauchbar, bei denen die Verwendung von untereinander austauschbaren Zellentypen erwünscht ist, jedoch der spezielle Zellentyp bekannt sein muß.
  • Daher wird die Fähigkeit benötigt, den Zellentyp einer Batterie identifizieren zu können, während sich die Batterie in Verwendung befindet. Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Identifizierung des zellentyps einer Batterie, vorzugsweise während sich dieselbe in der Schaltung und im Betrieb befindet. Die Erfindung verwendet den Serienwiderstand der Batterie, um den Zellentyp derselben zu identifizieren.
  • Batterien unterschiedlicher Zellentypen weisen unterschiedliche Entladecharakteristika für ein bestimmten Entladeverfahren auf. Die meisten elektronischen Systeme verwenden ein Entladeverfahren mit einer gepulsten konstanten Leistung (d. h., eine konstante Leistung wird intermittierend aus der Batterie entnommen). Weitere Entladeverfahren weisen eine Entladung mit einer konstanten Lastimpedanz, mit einem konstanten Strom und mit einer konstanten Leistung auf. Es ist möglich, das Verhalten verschiedener Zellentypen unter einem spezifischen Entladeverfahren und einer spezifischen Endanwendung zu charakterisieren. Das charakteristische Verhalten eines Zellentyps bei einer spezifischen Verwendung kann dann angewendet werden, um eine Unterscheidung zwischen den Zellentypen zu treffen.
  • Die veröffentlichte internationale Patentanmeldung Nr. WO 92/17791 beschreibt ein System zum Sortieren gebrauchter Batterien, indem verschiedene ferromagnetische Charakteristika derselben gemessen werden.
  • Die EP-A-0432689 beschreibt ein System zum Bestimmen sowohl des Typs einer Batterie als auch der Restleistung. Bei diesem System wird die Leerlaufspannung der Batterie bestimmt, indem der Spannungsabfall über zwei unterschiedliche bekannte Widerstände gemessen wird, die abwechselnd in einem Schaltkreis mit der Batterie plaziert werden.
  • Eine spezielle Zellenentladecharakteristik, der Serienwiderstand, ist unter einer gepulsten, konstanten Entladungsverwendung für verschiedene Zellentypen unterschiedlich. Beispielsweise fällt der Serienwiderstand von Alkali-Batterien während ihrer Lebensdauer in einen bestimmten Bereich. Der Serienwiderstand von Ni-Cd-Batterien fällt jedoch in einen zweiten Bereich von Werten, der sich größtenteils von dem von Alkali-Batterien unterscheidet. Die vorliegende Erfindung verwendet dieses Verhalten des Serienwiderstands der Batterien, um die Zellentypen zu unterscheiden.
  • Bei einigen Zellentypen sind jedoch die Serienwiderstandswerte der Zellentypen nicht über dem vollen Entladezyklus derselben unterschiedlich. Beispielsweise zeigen sowohl Al kali- als auch Ni-Cd-Zellentypen während unterschiedlicher Abschnitte ihrer Lebensdauerzyklen Serienwiderstandswerte in einem bestimmten Zwischenbereich von Werten. In solchen Fällen ist es ferner notwendig, eine zweite Entladecharakteristik zu verwenden, wie z. B. die Batteriespannung, um eine Unterscheidung zwischen den Zellentypen zu treffen. Wenn die Zellentypen Serienwiderstandswerte in dem Zwischenbereich zeigen, fällt die Batteriespannung oder eine andere Entladecharakteristik der Zellentypen in verschiedene, unterschiedliche Bereiche.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bestimmen eines Batterietyps geschaffen, wie es in Anspruch 1 definiert ist.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Unterscheidung von Batteriezellentypen geschaffen, wie es in Anspruch 8 definiert ist.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mißt die Batterietestschaltung den Serienwiderstand einer Batterie durch Pulsen der Batterie mit einem Strompuls bekannter Größe und durch Messen der Änderung der Batteriespannung, die durch den Puls erzeugt wird. Der Serienwiderstand ist das Verhältnis der Spannungsänderung zu der Größe des Strompulses. Die Testschaltung mißt die Batteriespannung durch Abtasten der Spannung und durch Digitalisieren der abgetasteten Spannung.
  • Die Zellentypidentifikationsschaltung ist vorzugsweise in einem Mikroprozessor ausgeführt, der programmiert ist, um das Verfahren der vorliegenden Erfindung auszuführen, wobei die Schaltung jedoch auch in einer dedizierten Hardware ausgeführt sein kann. Die Identifikationsschaltung empfängt die Serienwiderstands- und Spannungsmessungen von der Testschaltung und vergleicht die Messungen mit feststehenden Bereichen des Batterieverhaltens für die Zellentypen. Die Identifikationsschaltung identifiziert daraufhin die Batterie als den Zellentyp, der dem Bereich zugeordnet ist, in dem die Messungen liegen.
  • Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels bezugnehmend auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 ist ein graphischer Verlauf des Serienwiderstands von Alkali- und Ni-Cd-Batterien über dem Ladezustandsprofil derselben (prozentuale Restladung in der Batterie).
  • Fig. 2 ist ein graphischer Verlauf der Batteriespannung als Funktion der prozentualen Restladung von Alkali- und Ni-Cd-Batterien, deren Serienwiderstand sich in einem Zwischenbereich in dem graphischen Verlauf von Fig. 1 befindet.
  • Fig. 3 ist ein Blockdiagramm einer Schaltung zur Bestimmung und Identifizierung eines Batteriezellentyps gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 4 ist ein Blockdiagramm einer Batterietestschaltung in der Schaltung von Fig. 3.
    • Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
  • Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unterscheidet zwischen zwei üblichen untereinander austauschbaren Batteriezellentypen, d. h. Alkali- und Ni-Cd-Zellentypen, wobei eine Messung des Serienwiderstands der Bat terie verwendet wird. Bevor die Serienwiderstandsmessung verwendet werden kann, um den Zellentyp der Batterie zu identifizieren, ist es zuerst notwendig, das Verhalten des Serienwiderstands der Zellentypen für ein bestimmtes Entladeverfahren zu charakterisieren. Die Serienwiderstandscharakteristik der Zellentypen kann empirisch durch Beobachtung eines Zellentypverhaltens während des Entladens oder aus den Spezifikationen eines Batterieherstellers bestimmt werden.
  • Wenn Alkali- und Ni-Cd-Batterien einer Entladung mit einer gepulsten konstanten Leistung ausgesetzt sind, die für elektronische Schaltungen typisch ist, weisen diese Batterien jeweils unterschiedliche Serienwiderstandscharakteristika auf. Bezugnehmend auf Fig. 1 ist der mittlere Serienwiderstand von Batterien vom Alkali-Typ als Funktion ihres Ladezustands (gemessen als prozentualer Anteil einer vollen Restladung) graphisch als eine abfallende Kurve 20 dargestellt. Die Werte für den maximalen und den minimalen Serienwiderstand, die Alkali-Batterien zeigen, sind als Funktion des Ladezustands jeweils durch die abfallenden Kurven 22, 24 auf jeder Seite der Kurve 20 des mittleren Alkali-Serienwiderstands dargestellt. Bei jedem gegebenen Ladezustand zwischen leer (0%-Restladung) und vollständig geladen (100%- Restladung) fällt der Serienwiderstand der Alkali-Batterien zwischen die Maximum-Kurve 22 und die Minimum-Kurve 24.
  • Der mittlere Serienwiderstand von Ni-Cd-Batterien als Funktion des Ladezustands derselben ist graphisch durch eine zweite abfallende Kurve 28, die sich unter der Kurve 24 des minimalen Alkali-Serienwiderstands befindet, dargestellt. Ni-Cd-Batterien zeigen einen charakteristischen Serienwiderstand, der zwischen eine Kurve 30 für den maximalen Ni-Cd- Serienwiderstand, die sich über der Kurve 28 für den mittleren Ni-Cd-Serienwiderstand befindet, und eine Kurve 32 für den minimalen Ni-Cd-Serienwiderstand, der sich unterhalb der Mittelwert-Kurve 28 befindet, fällt.
  • Ein nächster Schritt bei der Bestimmung eines Batteriezel lentyps besteht darin, die Bereiche der Werte zu identifizieren, die ausschließlich von bestimmten Zellentypen gezeigt werden. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden ausschließliche Serienwiderstandsbereiche sowohl für Alkali- als auch Ni-Cd-Zellentypen identifiziert. Bei dem graphischen Verlauf von Fig. 1 befindet sich ein maximaler Serienwiderstandswert 36, der von Ni-Cd-Batterien gezeigt wird, an einem Punkt 38 entlang der Kurve 30 für den maximalen Ni-Cd-Serienwiderstands bei einer 0%-Restladung. Die Serienwiderstandswerte über dem maximalen Ni-Cd-Serienwiderstandswert 36 werden ausschließlich von Alkali-Batterien gezeigt. Folglich bildet bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung der maximale Ni-Cd-Serienwiderstandswert 36 eine untere Grenze eines Bereichs 40 eines Serienwiderstandswertes, der ausschließlich von Alkali-Batterien gezeigt wird.
  • Ein minimaler Serienwiderstandswert 44, der von Alkali-Batterien gezeigt wird, liegt auf der Kurve 24 für den minimalen Alkali-Serienwiderstand bei einer 100%-Restladung (Punkt 46). Serienwiderstandswerte unter dem minimalen Alkali-Serienwiderstandswert 44 werden ausschließlich von Ni-Cd-Batterien gezeigt. Der minimale Alkali-Serienwiderstandswert 44 bildet somit eine obere Grenze eines Bereichs 48 von Serienwiderstandswerten, die ausschließlich von Ni-Cd-Batterien gezeigt werden.
  • Der minimale Alkali-Serienwiderstand 44 (die obere Grenze des Ni-Cd-Bereichs) ist niedriger als der maximale Ni-Cd-Serienwiderstand 36 (die untere Grenze des Alkali-Bereichs). Zwischen den Grenzen 36, 44 des Alkali- und des Ni-Cd-Bereichs befindet sich ein Zwischenbereich 52 von Serienwiderstandswerten, die sowohl von Alkali- als auch Ni-Cd-Zellentypen gezeigt werden. Alkali-Batterien zeigen jedoch Serienwiderstandswerte in dem Zwischenbereich, wenn dieselben vollständig oder nahezu vollständig geladen sind, wohingegen Ni-Cd-Batterien Serienwiderstandswerte in dem Zwischenbereich zeigen, wenn dieselben entladen oder nahezu entladen sind.
  • Der Zellentyp einer Batterie wird bestimmt, indem der Serienwiderstand der Batterie gemessen und der gemessene Serienwiderstand mit den Grenzen 36, 44 der ausschließlichen Bereiche 40, 48 verglichen wird. Der Serienwiderstand der Batterie wird zuerst mit der unteren Grenze 36 des Alkali-Bereichs verglichen. Serienwiderstände, die größer als die untere Grenze 36 sind, liegen in dem Alkali-Bereich 40. Falls der Serienwiderstandswert der Batterie größer als die untere Grenze 36 ist, muß die Batterie folglich vom Alkali-Typ sein. Falls jedoch der gemessene Serienwiderstand der Batterie niedriger als die untere Grenze 36 des Alkali-Bereichs ist, wird der Serienwiderstand der Batterie auch mit der oberen Grenze 44 des Ni-Cd-Bereichs verglichen. Batterien mit Serienwiderstandswerten, die niedriger als die obere Grenze 44 des Ni-Cd-Bereichs sind, (d. h., der Serienwiderstand befindet sich innerhalb des Ni-Cd-Bereichs 48) sind Batterien vom Ni-Cd-Typ.
  • Wenn der Serienwiderstand der Batterie in dem Zwischenbereich 52 liegt (niedriger als die untere Grenze 36 des Alkali-Bereichs, jedoch größer als die obere Grenze 44 des Ni- Cd-Bereichs), könnte die Batterie entweder vom Alkali- oder vom Ni-Cd-Typ sein. Um den Zellentyp einer Batterie zu bestimmen, die einen Serienwiderstand innerhalb des Zwischenbereichs aufweist, muß eine weitere Entladecharakteristik von Alkali- und Ni-Cd-Batterien berücksichtigt werden.
  • Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Spannungscharakteristik von Alkali- und Ni-Cd-Zellentypen verwendet, um eine Unterscheidung zwischen Batterien zu treffen, die einen Serienwiderstand in dem Zwischenbereich 52 aufweisen. Durch Charakterisieren der Spannung von Alkali- und Ni-Cd-Batterien, deren Serienwiderstand in den Zwischenbereich fällt, kann eine Grenze bestimmt werden, um zwischen den Zellentypen zu unterscheiden.
  • Bezugnehmend auf einen in Fig. 2 gezeigten, graphischen Verlauf der Batteriespannung über dem Ladezustand weisen Alkali-Batterien, die einen Serienwiderstand in dem Zwischenbereich 52 (Fig. 1) aufweisen, eine Restladung auf, die größer als ein minimaler (Alkali-) Ladezustand 64 ist und in der Nähe einer 100%-Restladung liegt. Ni-Cd-Batterien mit einem Serienwiderstand in dem Zwischenbereich 52 (Fig. 1) weisen jedoch eine Restladung auf, die niedriger als ein maximaler (Ni-Cd-) Ladezustand 66 ist und in der Nähe einer vollständigen Entladung (0%-Restladung) liegt. Alkali-Batterien, deren Restladung sich über der minimalen Alkali-Ladung 64 befindet, zeigen Batteriespannungen über einer minimalen Alkali-Spannung 68. Ni-Cd-Batterien, deren Restladung niedriger als der maximale Ni-Cd-Ladezustand 66 ist, zeigen Batteriespannungen, die niedriger als eine maximale Ni-Cd-Spannung 70 sind. Die maximale Ni-Cd-Spannung 70 befindet sich unter der minimalen Alkali-Spannung 68. Folglich wird bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Batteriespannungsgrenze 72 zwischen der maximalen Ni-Cd-Spannung 70 und der minimalen Alkali-Spannung 68 gewählt, um zwischen denjenigen Batteriespannungen, die von Alkali-Batterien mit Serienwiderständen in dem Zwischenbereich 52 (Alkali-Spannungsbereich 74) gezeigt werden, und denjenigen Batteriespannungen, die von Ni-Cd-Batterien mit Serienwiderstandswerten in dem Zwischenbereich (Ni-Cd-Spannungsbereich 76) gezeigt werden, zu unterscheiden.
  • Der Zellentyp der Batterien, deren gemessener Serienwiderstand sich innerhalb des Zwischenbereichs 52 befindet, wird unter Verwendung der Batteriespannungsgrenze 72 bestimmt. Wenn bestimmt wird, daß eine Batterie einen Serienwiderstand in dem Zwischenbereich aufweist, wird auch die Batteriespannung gemessen. Die gemessene Batteriespannung wird mit der Batteriespannungsgrenze 72 verglichen. Batterien, deren gemessene Batteriespannung größer als die Batteriespannungsgrenze 72 ist, sind Batterien von Alkali-Typ. Falls jedoch die gemessene Batteriespannung niedriger als die Batteriespannungsgrenze 72 ist, ist die Batterie eine Batterie vom Ni-Cd-Typ.
  • Sobald der Zellentyp einer Batterie gemäß diesem Verfahren bestimmt ist, wird dem Benutzer oder einer weiteren Schaltung, die die Informationen benötigt, der Zellentyp mitgeteilt. Der Zellentyp der Batterie kann beispielsweise dem Benutzer mitgeteilt werden, indem eine LED, die dem bestimmten Zellentyp entspricht, beleuchtet wird. Der Zellentyp kann ferner einer weiteren Schaltung mitgeteilt werden, wie z. B. einer Abschalt-Schaltung in einem Batterieladegerät, indem ein Signal angelegt wird, das dem bestimmten Zellentyp der Batterie, die wiederaufgeladen wird, entspricht. Die Abschalt-Schaltung könnte dann ein Wiederaufladen einer Batterie verhindern, bei der festgestellt wurde, daß dieselbe einen nicht-wiederaufladbaren Zellentyp aufweist.
  • Bezugnehmend auf Fig. 3 weist eine Schaltung 80 zum Bestimmen des Zellentyps einer Batterie 82 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Batterietestschaltung 86 und eine Zellentypidentifikationsschaltung 88 auf. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Batterie 82 in ein batteriebetriebenes Produkt eingebaut, um eine Last 90 mit Leistung zu versorgen. Die Schaltung 80 ist in das batteriebetriebene Produkt aufgenommen, um eine Identifikation des Batterietyps mit einem ID-Signal an einem Eingang 92 bereitzustellen.
  • Die Batterietestschaltung 86 ist mit der Batterie 82 verbunden und mißt den Serienwiderstand und die Batteriespannung der Batterie 82. Bezugnehmend auf Fig. 4 weist die Batterietestschaltung 86 vorzugsweise eine Konstantstromquelle 96 auf, die über einen Stromschalter 102 mit der Batterie 82 gekoppelt ist. Der Stromschalter 102 schließt sich ansprechend auf ein Strompulsfreigabesignal, das an einem Eingang 104 angelegt ist, um die Stromquelle 96 mit der Batterie 82 zu verbinden. Durch Anlegen des Strompulsfreigabesignals an den Eingang 104 kann die Batterie 82 selektiv mit einem Strom bekannter Amplitude angesteuert werden, der von der Stromquelle 96 zugeführt wird.
  • Die Batterietestschaltung 86 weist ferner eine herkömmliche Spannungs-Abtast-Und-Halte-Schaltung ("sample-and-hold"- Schaltung) 108 auf, die über einen Kondensator 110 wechselstrommäßig mit der Batterie gekoppelt ist. Ansprechend auf ein Abtastfreigabesignal, das an einem Eingang 112 angelegt ist, tastet die Spannungs-Abtast-Und-Halte-Schaltung 108 eine Spannung an einem Spannungseingang 114 ab und liefert das abgetastete Signal an einen Eingang 116. Der Ausgang 146 ist über einen Schalter 120 mit einem Analog/Digital-Wandler (ADW) 122 gekoppelt. Der Schalter 120 verbindet ansprechend auf ein Testauswahlsignal, das an einem Eingang 126 anliegt, selektiv einen Eingang 124 für eine analoge Spannung des ADW 122 mit dem Ausgang 116 der Spannungs-Abtast-Und-Halte- Schaltung 108 oder mit der Batterie 82. Der ADW 122 stellt an einem Ausgang 130 einen digitalen Wert bereit, der einem analogen Signal an seinem Eingang 124 entspricht.
  • Wenn der Serienwiderstand der Batterie 82 gemessen wird, wird der Schalter 120 aktiviert, um den Ausgang 116 der Spannungs-Abtast-Und-Halte-Schaltung 108 mit dem ADW 122 zu verbinden, indem das Testauswahlsignal für eine Serienwiderstandsmessung an dem Eingang 126 angelegt wird. Das Strompulsfreigabesignal liegt eine kurze Zeit lang an dem Eingang 104 an, so daß die Batterie 82 mit einem Strompuls bekannter Amplitude angesteuert wird. Nachdem sich der Strompuls auf einer bekannten Amplitude stabilisiert hat, wird das Abtastfreigabesignal an dem Eingang 112 angelegt. Da der Eingang 114 der Spannungs-Abtast-Und-Halte-Schaltung 108 wechselstrommäßig mit der Batterie 82 gekoppelt ist, ist die Spannung an dem Eingang 114, wenn sich der Strompuls stabilisiert, eine Spannungsdifferenz der Batterie 82, die durch das Ansteuern der Batterie mit dem Strompuls hervorgerufen wird. Wenn das Abtastfreigabesignal angelegt wird, tastet folglich die Spannungs-Abtast-Und-Halte-Schaltung 108 die durch den Strompuls verursachte Batteriespannungsdifferenz ab. Diese Batteriespannungsdifferenz ist durch die folgende Gleichung folgendermaßen auf den Serienwiderstand bezogen:
  • R = ΔV/ΔI
  • wobei R der Serienwiderstand, ΔV die Batteriespannungsdifferenz und ΔI die Strompulsamplitude ist. Die Batteriespannungsdifferenz wird von dem ADW 122 in einen digitalen Wert umgewandelt und als eine skalierte Messung des Serienwiderstandes an dem Ausgang 130 bereitgestellt.
  • Wenn die Spannung der Batterie 82 gemessen wird, wird das Testauswahlsignal an dem Eingang 126 angelegt, um die Batterie 82 über den Schalter 120 mit dem Eingang 124 des ADW 122 zu verbinden. Der ADW 122 bildet dann einen digitalen Wert an dem Ausgang 130, der proportional zu der Batteriespannung ist.
  • Die Zellentypidentifikationsschaltung 88 bestimmt den Zellentyp der Batterie aus den Serienwiderstands- und Batteriespannungsmessungen gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung. Die Zellentypidentifikationsschaltung 88 kann einen oder mehrere Komparatoren zum Vergleichen der Serienwiderstandsmessung mit den vorbestimmten Grenzen 36, 44 der Alkali- und Ni-CD-Bereiche 34, 48 und der Batteriespannungsmessung mit der Batteriespannungsgrenze 72 aufweisen. Die Zellentypidentifikationsschaltung 88 würde ferner eine Logikschaltung aufweisen, um aus dem Vergleich der Messungen mit den Grenzen den Zellentyp zu bestimmen, und um einen digitalen Wert, der dem Zellentyp entspricht, an dem Ausgang 82 zu bilden.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Schaltung 80 jedoch in einem Palmtop-Computer enthalten, um den Zellentyp der Batterie 82 zu bestimmen, bevor der La dezustand der Batterie ermittelt wird. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel ist die Zellentypidentifikationsschaltung 88 vorzugsweise softwaremäßig implementiert und wird durch den Mikroprozessor des Computers ausgeführt. Unter der Steuerung der Software erzeugt der Mikroprozessor das Testauswahlsignal, das Strompulsfreigabesignal und das Abtastfreigabesignal, um die Serienwiderstands- und Batteriespannungsmessungen mittels der Batterietestschaltung 86 zu erzeugen. Der Mikroprozessor liest dann die Messungen aus der Batterietestschaltung und vergleicht die Messungen mit den vorbestimmten Grenzen 36, 44 und 72. Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung bestimmt der Mikroprozessor dann einen digitalen Wert, der dem Zellentyp der Batterie 82 entspricht. Der Zellentypwert kann dann von dem Mikroprozessor bei einer darauf folgenden Ladezustandsermittlungsprozedur verwendet werden.
  • Nachdem die Prinzipien der Erfindung bezugnehmend auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben und dargestellt worden sind, wird es offensichtlich, daß die Erfindung bezüglich der Anordnung und Details modifiziert werden kann, ohne von diesen Prinzipien abzuweichen. Beispielsweise werden bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung Serienwiderstands- und Spannungsmessungen der Erfindung mit verschiedenen Grenzen verglichen, um zu bestimmen, ob sich die Messung in einem Bereich von Werten befindet, der von einem bestimmten Zellentyp gezeigt wird. Bei anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung können andere Einrichtungen verwendet werden, um zu bestimmen, ob sich eine Messung in einem bestimmten Bereich befindet. Eine solche Einrichtung ist eine Nachschlagtabelle, die einer Mehrzahl von möglichen Meßwerten bestimmte Bereiche zuordnet. Nach dem Messen des Serienwiderstands oder einer Batteriespannung wird einfach der Bereich, in dem die Messung liegt, aus der Tabelle ausgelesen. Die Nachschlagtabelle kann ferner modifiziert werden, um einem Paar von Serienwiderstands- und Spannungsmessungen den Zellentyp einer Batterie mit diesen Messungen zuzuordnen.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Bestimmung, ob eine Serienwiderstands- und Spannungsmessung einer Batterie einem speziellen Zellentyp zugeordnet ist, ausgeführt, indem eine Funktion (z. B. das Produkt) der Serienwiderstands- und Batteriespannungsmessungen berechnet und das Ergebnis mit ausschließlichen Bereichen der Funktion, die von verschiedenen Zellentypen gezeigt wird, verglichen wird.

Claims (11)

1. Ein Verfahren zum Bestimmen eines Batterietyps aus einem ersten und einem zweiten Kandidatenzellentyp, die einen gemeinsamen Bereich von Serienwiderstandswerten zeigen, wobei die Batterie Anschlüsse für eine positive und negative Ausgangsspannung aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Messen des Serienwiderstandes der Batterie zwischen den Anschlüssen für die positive und negative Ausgangsspannung derselben;
Bestimmen, ob der Serienwiderstand der Batterie in einem ersten vorbestimmten Bereich von Serienwiderstandswerten liegt, die von Batterien sowohl des ersten als auch zweiten Zellentyps gezeigt werden;
wobei, wenn bestimmt wird, daß der Serienwiderstand der Batterie in dem ersten vorbestimmten Bereich von Serienwiderstandswerten liegt, die von Batterien sowohl des ersten als auch des zweiten Zellentyps gezeigt werden, das Verfahren ferner folgende Schritte aufweist:
Messen der Spannung der Batterie zwischen den Anschlüssen für die positive und negative Ausgangsspannung derselben;
Bestimmen, ob die Spannung der Batterie in einem zweiten vorbestimmten Bereich von Spannungen liegt, die von Batterien des ersten Zellentyps gezeigt werden, deren Serienwiderstand in dem ersten vorbestimmten Bereich von Serienwiderstandswerten liegt;
Bestimmen, ob die Spannung der Batterie in einem drit ten vorbestimmten Bereich von Spannungen liegt, der von Batterien des zweiten Zellentyps gezeigt wird, deren Serienwiderstand sich in dem ersten vorbestimmten Bereich von Serienwiderstandswerten befindet;
Identifizieren, daß die Batterie den ersten Zellentyp aufweist, falls sich der Serienwiderstand in dem ersten vorbestimmten Bereich von Serienwiderstandswerten befindet und sich die Spannung in dem zweiten Bereich von Spannungen befindet; und
Identifizieren, daß die Batterie den zweiten Zellentyp aufweist, wenn sich der Serienwiderstand in dem ersten vorbestimmten Bereich von Serienwiderstandswerten befindet und sich die Spannung in dem dritten Bereich von Spannungen befindet.
2. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner mit folgenden Schritten:
Bestimmen, ob sich der Serienwiderstand der Batterie in einem vierten vorbestimmten Bereich (40) von Serienwiderstandswerten befindet, die von Batterien eines ersten Zellentyps gezeigt werden; und
Identifizieren, daß die Batterie den ersten Zellentyp aufweist, falls sich der Serienwiderstand der Batterie in dem vierten Bereich befindet.
3. Das Verfahren gemäß Anspruch 2, ferner mit folgenden Schritten:
Einrichten einer oberen Schwelle (36) des Serienwiderstands, die größer als die obere Grenze des ersten vorbestimmten Bereichs ist;
Bestimmen, ob der Serienwiderstand der Batterie (82) größer als die obere Schwelle des Serienwiderstands ist; und
Identifizieren, daß die Batterie den ersten Zellentyp aufweist, falls der Serienwiderstandswert der Batterie größer als die obere Schwelle des Serienwiderstands ist.
4. Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit folgenden Schritten:
Bestimmen, ob sich der Serienwiderstand der Batterie (82) in einem weiteren vorbestimmten Bereich (48) von Serienwiderstandswerten befindet, die von Batterien eines zweiten Zellentyps gezeigt werden; und
Identifizieren, daß die Batterie den zweiten Zellentyp aufweist, falls sich der Serienwiderstand der Batterie in dem weiteren Bereich befindet.
5. Das Verfahren gemäß Anspruch 4, ferner mit folgenden Schritten:
Einrichten einer unteren Schwelle (44) des Serienwiderstands, die niedriger als die untere Grenze des ersten vorbestimmten Bereichs ist;
Bestimmen, ob der Serienwiderstand der Batterie (82) niedriger als die untere Schwelle des Serienwiderstands ist; und
Identifizieren, daß die Batterie den zweiten Zellentyp aufweist, falls der Serienwiderstandswert der Batterie niedriger als die untere Schwelle des Serienwiderstands ist.
6. Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schritt der Spannungsbestimmung den Schritt des Bestimmens aufweist, ob die Spannung der Batterie niedriger oder größer als eine Spannungsschwelle ist.
7. Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schritt des Messens des Serienwiderstands der Batterie folgende Schritte aufweist:
Anlegen einer Stromdifferenz bekannter Größe an die Batterie mittels einer Konstantstromquelle; und
Messen einer Spannungsdifferenz der Batterie, die sich aufgrund der angelegten Stromdifferenz ergibt und dadurch auf den Serienwiderstand der Batterie bezogen ist.
8. Vorrichtung zur Unterscheidung von Batteriezellentypen zwischen einem ersten und zweiten Kandidatenzellentyp, die einen gemeinsamen Bereich (52) von Serienwiderstandswerten zeigen, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist:
eine Batterieserienwiderstandstesteinrichtung (86), die für eine Verbindung mit einer Batterie (82) angeordnet ist, zum Bestimmen, ob der Serienwiderstand der Batterie in dem gemeinsamen Bereich (52) der Serienwiderstandswerte liegt;
eine Batteriespannungstesteinrichtung (86), die für eine Verbindung mit der Batterie angeordnet ist, zum Bestimmen, ob die Spannung der Batterie in einem ersten vorbestimmten Bereich von Spannungen (74), die von Batterien des ersten Zellentyps gezeigt werden, oder in einem zweiten vorbestimmten Bereich von Spannungen (76), die von Batterien des zweiten Zellentyps gezeigt werden, liegt; und
eine Bestimmungseinrichtung (88), die auf die Batterieserienwiderstandstesteinrichtung (86) und die Batteriespannungstesteinrichtung (86) anspricht, zum Identifi zieren, daß die Batterie (82) den ersten Zellentyp aufweist, falls sich der Serienwiderstand in dem gemeinsamen Bereich (52) von Serienwiderstandswerten befindet und sich die Spannung in dem ersten vorbestimmten Bereich von Spannungen (74) befindet, und zum Identifizieren, daß die Batterie (82) den zweiten Zellentyp aufweist, falls sich der Serienwiderstand in dem gemeinsamen Bereich (52) von Serienwiderstandswerten befindet und sich die Spannung in dem zweiten vorbestimmten Bereich von Spannungen (76) befindet.
9. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der die Bestimmungseinrichtung (88) angeordnet ist, um zu bestimmen, ob der Serienwiderstandswert und der Spannungswert in einem beliebigen einer Mehrzahl von Bereichen (40, 48, 74, 76) von Serienwiderstands- und Spannungs-Werten liegen, wobei jeder Bereich von Serienwiderstands- und Spannungs-Werten einem Zellentyp zugeordnet ist, und um zu identifizieren, daß die Batterie einen Zellentyp aufweist, der dem Bereich zugeordnet ist, in dem der Serienwiderstandswert und der Spannungswert liegen.
10. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 9, bei der die Bestimmungseinrichtung folgende Merkmale aufweist:
eine Serienwiderstandsvergleichseinrichtung (88) zum Vergleichen des Serienwiderstandswertes mit einer oberen Schwelle (36) und mit einer unteren Schwelle (44); und
eine Spannungsvergleichseinrichtung (88) zum Vergleichen des Spannungswertes mit einer Spannungsschwelle (72);
wobei die Serienwiderstandsvergleichseinrichtung und die Spannungsvergleichseinrichtung eine erste Anzeige (92) liefern, die einem ersten Zellentyp entspricht, wenn der Serienwiderstandswert größer als die obere Schwelle ist, eine zweite Anzeige (92) liefern, die einem zweiten Zellentyp entspricht, wenn der Serienwiderstandswert niedriger als die untere Schwelle ist, und, wenn sich der Serienwiderstandswert zwischen der oberen und unteren Schwelle befindet, die erste Anzeige liefern, wenn der Spannungswert größer als die Spannungsschwelle ist, und die zweite Anzeige liefern, wenn der Spannungswert niedriger als die Spannungsschwelle ist.
11. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der die Bestimmungseinrichtung ferner eine Nachschlagtabelleneinrichtung zum Zuordnen eines Zellentyps zu einer Mehrzahl von möglichen Serienwiderstands- und Spannungs-Werten aufweist.
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