DE69828672T2

DE69828672T2 - Batterierestkapazitätsmesser

Info

Publication number: DE69828672T2
Application number: DE69828672T
Authority: DE
Inventors: Nobuo Hiratsuka-shi Shibuya; Hideki Yokohama-shi Miyamoto; Hirotaka Kawasaki-shi Sakai; Makoto Yokohama-shi Tsuchihata
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2018-10-31
Also published as: HK1020613A1; EP0913698A1; CN1216827A; KR19990037500A; CN1107875C; DE69828672D1; EP0913698B1; TW407212B; US6140928A; KR100442042B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterierestkapazität-Meßvorrichtung und insbesondere eine Batterierestkapazität-Meßvorrichtung, die in der Lage ist, die Restkapazität einer Sekundärbatterie mit hoher Genauigkeit zu messen, und die für die Unterbringung zusammen mit der Sekundärbatterie geeignet ist.
Beschreibung des Standes der Technik
Aufladbare Sekundärbatterien wie beispielsweise Nickel-Wasserstoff-Akkus, Lithiumionbatterien, usw., haben sich jüngst bis zu einem spürbaren Grad verbreitet und werden jetzt allgemein als Stromquellen für verschiedene elektronische Apparate einschließlich PCs verwendet. Dieser Tage werden außerdem verschiedene Versuche gemacht, um sogenannte Batteriepakete zu entwickeln, in denen eine Sekundärbatterie zusammen mit Schutzschaltungen für die Sekundärbatterie und einer Meßvorrichtung zum Messen der Batterierestkapazität untergebracht werden.
Die Batterierestkapazität-Meßvorrichtung umfasst allgemein eine Strommeßschaltung, um auf der Basis einer Spannung an einem Nebenschlußwiderstand für die Stromerfassung, der mit der Sekundärbatterie in Reihe geschaltet ist, die Lade- und Entladeströme zu messen, die durch die Sekundärbatterie fließen. Die Batterierestkapazität wird durch einen Mikroprozessor bestimmt, der die Lade- und Entladeströme akkumuliert, die von der Strommeßschaltung erfasst werden. Die Strommeßschaltung der Batteriekapazität-Meßvorrichtung wird benötigt, um die Lade- und Entladeströme der Sekundärbatterie mit hoher Genauigkeit zu erfassen. Weiterhin wird erfordert, dass die Batteriekapazität-Meßvorrichtung, die die Strommeßschaltung einschließt und von der elektrischen Energie betrieben wird, die von der Sekundärbatterie zugeführt wird, ihren Stromverbrauch so gering wie möglich hält.
Jedoch ist die herkömmliche Srommeßschaltung, die sich aus diskreten Schaltkomponenten zusammensetzt, im Stromverbrauch re lativ hoch. Weiterhin macht das Verbessern der Strommeßgenauigkeit der Strommeßschaltung den Aufbau der Schaltung kompliziert. Es ist daher schwierig, die Batteriekapazität-Meßvorrichtung einschließlich der Strommeßschaltung zusammen mit der Sekundärbatterie unterzubringen, um ein Batteriepaket zu bilden.
Für gewöhnlich werden für den Schutz der Sekundärbatterie gegen einen Überstrom Stromsicherungen verwendet. Jedoch ist der Strompegel für den Schmelzstrom der Stromsicherungen unsicher, und außerdem variiert die Schmelzzeit abhängig vom Stromwert. Daher können einige Stromsicherungen keine zuverlässige Schutzmessung gegen einen Überstrom gewährleisten. Diesbezüglich können die Stromsicherungen von einer elektronischen Überstrom-Erfassungsschaltung ersetzt werden, die einen Schutzbetrieb gegen einen Überstrom bereitstellt, wenn sie einen Überstrom in der Sekundärbatterie erfasst, um dadurch die Sekundärbatterie und die von der Batterie betriebenen elektronischen Vorrichtungen zu schützen.
Jedoch hat die Überstrom-Erfassungsschaltung einen komplizierten Schaltungsaufbau und verwendet diskrete Komponenten, so dass ihr Stromverbrauch relativ hoch ist. Wenn möglich können diese Erfassungsschaltungen aufgebaut sein, um in Übereinstimmung mit der Ausgabe der Strommeßschaltung einen Überstrom zu erfassen. In diesem Fall sinkt jedoch die Meßgenauigkeit der Strommeßschaltung. Spezifischer: wenn die Überstrom-Erfassungsschaltung aufgebaut ist, um den Überstrom in Übereinstimmung mit einem Stromwert zu erfassen, der von der Strommeßschaltung erfasst wird, muss der Dynamikbereich der Meßschaltung weit genug sein, um sowohl normale als auch übermäßige Lade- und Entladeströme zu erfassen. Solchermaßen wird nicht nur die Erfassungsgenauigkeit der Strommeßschaltung sondern auch ihre Überstrom-Meßgenauigkeit gesenkt. Im Falle, wo die Strommeßschaltung und die Überstrom-Erfassungsschaltung unabhängig voneinander gebildet sind, ist der Schaltungsaufbau zu groß bemessen.
Wie zuvor erwähnt, setzen sich die herkömmliche Strommeßschaltung und die Überstrom-Erfassungsschaltung aus diskreten Schaltkomponenten zusammen, und ihr Stromverbrauch ist relativ hoch. Wenn diese Schaltungen gemeinsam mit der Sekundärbatterie in einem Batteriepaket eingeschlossen sind, ist das Batteriepaket zu groß und die begrenzte Kapazität der Sekundärbatterie wird unnütz verbraucht.
Die Energie (Kapazitätmerkmale) der Sekundärbatterie ist sehr Temperatur-empfindlich, und. bisher hat das Batteriepaket nicht genügend Platz für einen Wärmestrahlungsmechanismus oder dergleichen. Beim gemeinsamen Unterbringen der Batteriekapazität-Meßvorrichtung mit der Sekundärbatterie zum Realisieren des Batteriepakets muss daher die Wärmeerzeugung von der Meßvorrichtung so niedrig wie möglich gehalten werden.
Da die herkömmliche Batterierestkapazität-Meßvorrichtung, die aus diskreten Schaltkomponenten besteht, viel Strom verbraucht, ist es äußerst schwierig, ein Batteriepaket zu realisieren, das das Erfordernis der Reduzierung der Wärmeerzeugung erfüllt. Selbst wenn die Batteriekapazität-Meßvorrichtung aufgebaut sein kann, um bestimmte Arbeitsbedingungen eines Batteriepakets zu erfüllen und zusammen mit der Sekundärbatterie im Batteriepaket eingeschlossen ist, kann es der Meßvorrichtung manchmal misslingen, richtig zu arbeiten, wenn die Arbeitsbedingungen des Batteriepakets variieren. Solchermaßen ist es schwer, eine Batterierestkapazität-Meßvorrichtung bereitzustellen, die den verschiedenen Batteriepaket-Arbeitsbedingungen angepasst ist.
Eine Meß- und Anzeigevorrichtung, die ausgebildet ist, um den Strom einen Batterie zu messen und anzuzeigen, wird in den Patent-Abstracts aus Japan, Vol. 17, Nr. 157 (P-1511), 26. März, 1993, & JP 04-323580 A (MATSHUSHITA ELECTRIC WORKS LTD), 12. Nov., 1992) offenbart. Diese Schrift beschreibt einen Widerstand 3 zum Erfassen der Spannung eines elektrischen Stroms, der von einer Batterie 1 zu einer Aufladung 2 bereitgestellt wird, und einen Verstärker 4/OP1 zum Verstärken der erfassten Spannung, und ein Einstellmittel VR1–VR2 zum Einstellen der Spannungsausgabe. Die Restkapazität der Batterie wird von einer Berechnungsschaltung 11 berechnet und an einer Anzeigeschaltung B angezeigt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batterierestkapazität-Meßvorrichtung mit einer stromsparenden Strommeßschaltung bereitzustellen, die in der Lage ist, die Meßlade- und -entladeströme einer Sekundärbatterie mit hoher Genauigkeit zu messen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Batterierestkapazität-Meßvorrichtung mit einer stromsparenden Überstrom-Erfassungsschaltung bereitzustellen, die in der Lage ist, einen Überstrom in einer Sekundärbatterie auf einfache und sichere Weise zu erfassen.
Noch eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Batterierestkapazität-Meßvorrichtung mit einer Überstrom-Erfassungsschaltung bereitzustellen, die in der Lage ist, auf einfache Weise ihren Überstrom-Erfassungspegel und die Überstrom-Erfassungsansprechzeit zu ändern, um sich den spezifischen Merkmalen und der vorgesehenen Verwendung einer Sekundärbatterie anzupassen, wodurch erlaubt wird, dass die Vorrichtung eine allgemeine Vielseitigkeit hat.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Batterierestkapazität-Meßvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, eine Verschwendung des Stromverbrauchs zu vermeiden, wodurch der Energiesparbetrieb gewährleistet wird.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Batterierestkapazität-Meßvorrichtung bereitzustellen, die dazu geeignet ist, zusammen mit einer Sekundärbatterie untergebracht zu werden.
Eine Batterierestkapazität-Meßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wie im Anspruch 1 definiert, umfasst eine Strommeßschaltung zum Messen der Lade- und Entladeströme einer Sekundärbatterie. Die Strommeßschaltung schließt eine Differentialverstärkerschaltung zum Erfassen einer Spannung an einem Widerstand für die Stromerfassung ein, der mit der Sekundärbatterie in Reihe geschaltet ist, eine Offset-Spannungsreglerschaltung zur selektiven Anlegung einer Offset-Spannung an der Differentialverstärkerschaltung und zur veränderlichen Einstellung der Offset-Spannung, und eine Verstärkungseinstellung-Schaltung zur veränderlichen Einstellung der Verstärkung der Differentialverstärkerschaltung.
Gemäß der oben beschriebenen Batterierestkapazität-Meßvorrichtung können die Meßfehler der Strommeßschaltung wirkungsvoll kompensiert werden, um die Meßgenauigkeit der Schaltung zu verbessern, indem eine Offset-Spannung, die an die Differentialverstärkerschaltung angelegt wird, und die Verstärkung der Verstärkerschaltung eingestellt werden.
Vorzugsweise schließt die Strommeßschaltung weiterhin einen Polaritätsinversion-Schaltkreis ein, der zwischen dem Widerstand und der Differentialverstärkerschaltung liegt. Der Polaritätsinversion-Schaltkreis ändert die Eingabe-Polarität der Spannung am Widerstand, in dem die Polarität der Spannung an die Differentialverstärkerschaltung eingegeben wird. Die Differentialverstärkerschaltung wird von einer einzigen Stromquelle betrieben. Der Polaritätsinversion-Schaltkreis nimmt eine erste Schaltstellung ein, wenn die Sekundärbatterie geladen wird, und nimmt eine zweite Schaltstellung ein, wenn die Sekundärbatterie entladen wird, wobei die Eingabe-Polarität in der zweiten Schaltstellung derjenigen in der ersten Schaltstellung entgegengesetzt ist.
In der Batterierestkapazität-Meßvorrichtung, die über diese bevorzugte Strommeßschaltung verfügt, wird die Spannung am Widerstand mittels des Polaritätsinversion-Schaltkreises an der Differentialverstärkerschaltung angelegt, und zwar, ungeachtet vom Betriebszustand (Laden oder Entladen) der Sekundärbatterie, mit derselben Polarität. Solchermaßen können die Lade- und Entladeströme sogar mithilfe der Differentialverstärkerschaltung gemessen werden, die von der einzigen Stromquelle betrieben werden und innerhalb eines begrenzten Betriebs- bzw. Polaritätsbereich betrieben werden können. Diese Strommeßschaltung macht es, verglichen mit einer Schaltung, in der die Differentialverstärkerschaltung durch positive und negative Stromquellen betrieben wird, möglich, den Aufbau der betreibende Stromquelle und der Differentialverstärkerschaltung zu vereinfachen, und senkt den Stromverbrauch der Differentialverstärkerschaltung. Die solchermaßen aufgebaute Strommeßschaltung eignet sich, um in Form einer integrierten Schaltung aufgebaut zu werden. Die Batteriekapazität-Meßvorrichtung, die über die in einer integrierten Schaltungsform konfigurierte Strommeßschaltung verfügt, ist geeignet, um zusammen mit der Sekundärbatterie untergebracht zu werden.
Eine Batterierestkapazität-Meßvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Strommeßschaltung zum Erfassen einer Spannung an einem Widerstand für die Stromerfassung, der mit einer Sekundärbatterie in Reihe geschaltet ist, und zum Messen der Lade- und Entladeströme der Sekundärbatterie in Übereinstimmung mit der Spannung am Widerstand, und eine Überstrom-Erfassungsschaltung, um die Spannung am Widerstand unabhängig von der Strommeßschaltung zu erfassen und um den Überstrom in der Sekundärbatterie in Übereinstimmung mit der am Widerstand erfassten Spannung zu erfassen.
Gemäß der oben beschriebenen Batterierestkapazität-Meßvorrichtung kann der Dynamikbereich der Strommeßschaltung abhängig von den normalen bzw. stationären Pegeln der Lade- und Entladeströme festgesetzt werden, und der Dynamikbereich der Überstrom-Erfassungsschaltung kann eingestellt werden, um unabhängig vom Dynamikbereich der Strommeßschaltung für die Erfassung des Überstroms geeignet zu sein. Solchermaßen kann die Erzeugung des Überstroms in der Sekundärbatterie sicher erfasst werden, während ein herkömmlicher Lade- oder Entladestrom der Sekundärbatterie zur Messung der Batterierestkapazität mit hoher Genauigkeit gemessen wird.
Vorzugsweise haben die Strommeßschaltung und die Überstrom-Erfassungsschaltung jeweils eine Eingabestufe, die aus einem Differentialverstärker mit hoher Eingabeimpedanz besteht. Gemäß dieser bevorzugten Anordnung kann der Stromverbrauch in der Strommeßschaltung und der Überstrom-Erfassungsschaltung begrenzt werden, so dass diese Schaltungen für den Aufbau in Form einer integrierten Schaltung geeignet sind.
Noch bevorzugter sind die Strommeßschaltung und die Überstrom-Erfassungsschaltung in Form einer integrierter Schaltung aufgebaut. Gemäß dieser bevorzugten Anordnung können der Stromverbrauch und die Schaltungsgröße verglichen mit dem Fall, in dem diskrete Schaltkreiskomponenten verwendet werden, gesenkt werden, und in der Herstellungsgenauigkeit der Schaltkreiskomponenten können für die Verbesserung der Erfassungsgenauigkeit der Lade- und Entladeströme und des Überstroms Änderungen weniger nötig sein. Die Batterierestkapazität-Meßvorrichtung, die die Strommeßschaltung und die Überstrom-Erfassungsschaltung in Form einer integrierten Schaltung aufgebaut hat, ist für die gemeinsame Unterbringung mit der Sekundärbatterie geeignet.
Eine Batterierestkapazität-Meßvorrichtung gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Überstrom-Erfassungsschaltung zum Erfassen des Überstroms in der Sekundärbatterie. Die Überstrom-Erfassungsschaltung umfasst einen Differentialverstärker, um eine Spannung am Widerstand für die Stromerfassung zu erfassen, der mit der Sekundärbatterie in Reihe geschaltet ist, einen Komparator zum Vergleichen eines extern eingestellten Bezugwerts mit der Ausgabe des Differentialverstärkers und zur Ausgabe eines Ausgabesignals, das die Erzeugung des Überstroms anzeigt, wenn der Bezugswert um die Ausgabe des Differentialverstärkers überschritten wird, und eine Zeitgeberschaltung zum Starten der Zeitmessung als Reaktion auf das Ausgabesignal des Komparators und zur Ausgabe eines Überstrom-Erfassungssignals, wenn eine extern eingestellte Zeit abgelaufen ist.
Gemäß der oben beschriebenen Batterierestkapazität-Meßvorrichtung können der Bezugswert für den Differentialverstärker der Überstrom-Erfassungsschaltung und die Einstellzeit für die Zeitgeberschaltung extern eingestellt werden, um sich der Spezifikation, den Eigenschaften und der vorgesehenen Verwendung der Sekundärbatterie anzupassen, so dass eine Schutzmessung gegen einen Überstrom abhängig von der Spezifikation und dergleichen der Sekundärbatterie vorgenommen werden kann. Da die Betriebsmerkmale der Überstrom-Erfassungsschaltung auf Art und diese Weise extern eingestellt werden können, kann die Vielseitigkeit der Überstrom-Schutzfunktion der Batterierestkapazität-Meßvorrichtung sogar in dem Fall nicht zerstört werden, in dem die Überstrom-Erfassungsschaltung in Form einer integrierten Schaltung aufgebaut ist. Mit anderen Worten ist die Überstrom-Erfassungsschaltung für den Aufbau in Form einer integrierter Schaltung geeignet.
Vorzugsweise schließt die Überstrom-Erfassungsschaltung erste und zweite Differentialverstärker ein, die jeweils von einer einzigen Stromquelle betrieben werden. Der erste und der zweite Differentialverstärker sind jeweils mit den entgegengesetzten Enden des Widerstands verbunden, um die Spannung am Widerstand in einer Polarität einzugeben, die zwischen dem ersten und dem zweiten Differentialverstärker unterschiedlich ist.
In der Batterierestkapazität-Meßvorrichtung, die über diese bevorzugte Überstrom-Erfassungsschaltung verfügt, wird die Spannung am Widerstand in unterschiedlicher Polarität am ersten und am zweiten Differentialverstärker angelegt. Mit anderen Worten: selbst für den Fall, dass der erste und der zweite Differentialverstärker jeweils von einer einzigen Stromquelle betrieben werden und einen begrenzten Betriebsbereich haben, kann vom ersten Differentialverstärker sowohl ein übermäßiger Lade- als auch Entladestrom der Sekundärbatterie erfasst werden und kann vom zweiten Differentialverstärker ein anderer übermäßiger Strom erfasst werden. Da jeder Differentialverstärker mithilfe einer einzigen Stromquelle betrieben wird, ist der Aufbau der Stromquelle für jeden Differentialverstärker einfach, und die Überstrom-Erfassungsschaltung ist für den Aufbau in Form einer integrierter Schaltung geeignet.
Noch bevorzugter wird ein entsprechender Verstärker der ersten und zweiten Differentialverstärker abhängig davon betrieben, ob die Sekundärbatterie geladen oder entladen wird. Gemäß dieser bevorzugten Überstrom-Erfassungsschaltung kann ein Stromsparbetrieb benutz werden, indem abhängig vom Betriebszustand (Lade oder Entlade) der Sekundärbatterie wahlweise der erste oder der zweite Differentialverstärker betrieben wird. Solchermaßen kann die Überstrom-Erfassungsschaltung für den Aufbau in Form einer integrierten Schaltung geeigneter sein.
Vorzugsweise umfasst die Zeitgeberschaltung einen Schaltkreis, der auf das Ausgabesignal des Komparators reagiert, eine Konstant-Stromquelle, die mittels des Schaltkreises mit einem Kondensator verbunden ist, der extern an der Überstrom-Erfassungsschaltung zum Laden des Kondensators angebracht ist, und einen Hilfskomparator, um eine Ladespannung, auf die der Kondensator geladen wird, mit einer Bezugsspannung zu vergleichen, und um das Überstrom-Erfassungssignal auszugeben, wenn die Bezugsspannung von der Ladespannung des Kondensators überschritten wird. Noch bevorzugter ist der Kondensator ein veränderlicher Kondensator. Gemäß dieser bevorzugten Überstrom-Erfassungsschaltungen kann die Einstellzeit für die Zeitgeberschaltung auf einfache Weise geändert werden, indem der externe Kondensator ersetzt wird oder die Kapazität des veränderlichen Kondensators eingestellt wird.
Eine Batterierestkapazität-Meßvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Stromerfassungsschaltung, die erste und zweite Differentialverstärker einschließt, die jeweils mit den entgegengesetzten Enden des Widerstands für die Stromerfassung verbunden sind, der mit der Sekundärbatterie in Reihe geschaltet ist, um die Spannung am Widerstand einzugeben, deren Polarität zwischen dem ersten und dem zweiten Differentialverstärker unterschiedlich ist, und die jeweils betrieben werden können, um einen durch die Sekundärbatterie fließenden elektrischen Strom auf der Grundlage der Spannung am Widerstand zu erfassen, und einen Strom-Schaltkreis, um den ersten oder zweiten Differentialverstärker abhängig von der Richtung des durch die Sekundärbatterie fließenden elektrischen Stroms wahlweise mit einer Stromquelle zu verbinden.
Gemäß der oben beschriebenen Batterierestkapazität-Meßvorrichtung kann der Stromsparbetried benutzt werden, indem abhängig von der Richtung des durch die Sekundärbatterie fließenden elektrischen Stroms wahlweise eine elektrische Energie entweder zum ersten oder zum zweiten Differentialverstärker geführt wird, wodurch eine Verschwendung des Stromverbrauchs im anderen Differentialverstärker, der praktisch nicht arbeitet, vermieden wird.
Vorzugsweise ist die Stromerfassungsschaltung eine Strommeßschaltung zur Erfassung der Lade- und Entladeströme der Sekundärbatterie in Übereinstimmung mit der Spannung am Widerstand für die Stromerfassung, und ein entsprechender Verstärker, entweder der erste oder der zweite Differentialverstärker, wird abhängig davon, ob die Sekundärbatterie geladen oder entladen wird, mittels des Strom-Schaltkreises mit der Stromquelle verbunden. Gemäß dieser bevorzugten Anordnung kann der Stromverbrauch in der Strommeßschaltung gesenkt werden, wenn der Lade- oder Entladestrom der Sekundärbatterie erfasst wird.
Vorzugsweise ist die Stromerfassungsschaltung eine Überstrom-Erfassungsschaltung zum Erfassen des Überstroms in der Sekundärbatterie in Übereinstimmung mit der Spannung am Widerstand für die Stromerfassung.
Noch bevorzugter umfasst die Stromerfassungsschaltung, die die Überstrom-Erfassungsschaltung bildet, weiterhin einen ersten Komparator zum Vergleichen der Ausgabe des ersten Differentialverstärkers mit einem ersten Bezugswert und zum Ausgeben einer ersten Unterscheidungsausgabe, wenn der erste Bezugswert von der Ausgabe des ersten Differentialverstärkers überschritten wird, und einen zweiten Komparator zum Vergleichen der Ausgabe des zweiten Differentialverstärkers mit einem zweiten Bezugswert und zum Ausgeben einer zweiten Unterscheidungsausgabe, wenn der zweite Bezugswert von der Ausgabe des zweiten Differentialverstärkers überschritten wird. Der Strom-Schaltkreis verbindet einen entsprechenden Komparator – entweder den ersten oder den zweiten Komparator – abhängig vom ersten oder zweiten Differentialverstärker, der mittels des Strom-Schaltkreises mit der Stromquelle verbunden wird, mit der Stromquelle.
Noch bevorzugter umfasst die Stromerfassungsschaltung, die die Überstrom-Erfassungsschaltung bildet, weiterhin einen ersten Überstrom-Detektor zum Erfassen des Überstroms in Übereinstimmung mit der ersten Unterscheidungsausgabe vom ersten Komparator und einen zweiten Überstrom-Detektor zum Erfassen des Überstroms in Übereinstimmung mit der zweiten Unterscheidungsausgabe vom zweiten Komparator. Der Strom-Schaltkreis verbindet den ersten Überstrom-Betektor mit der Stromquelle, wenn die erste Unterscheidungsausgabe ausgegeben wird, und verbindet den zweiten Überstrom-Detektor mit der Stromquelle, wenn die zweite Unterscheidungsausgabe ausgegeben wird.
Gemäß dieser bevorzugten Anordnungen kann der Stromverbrauch in der Überstrom-Erfassungsschaltung reduziert werden, da die Erzeugung der übermäßigen Lade- und Entladeströme in der Sekundärbatterie erfasst wird. Die Energiespar-Stromerfassungsschaltung ist für den Aufbau in Form einer integrierten Schaltung geeignet. Die Batterierestkapazität-Meßvorrichtung, die die in einer integrierten Schaltung gebildete Stromerfassungsschaltung einschließt, ist für die Verwirklichung eines Batteriepakets geeignet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das ein Batteriepaket mit einer Batterierestkapazität-Meßvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine integrierte Schaltung zeigt, die den primären Teil der in 1 gezeigten Batterierestkapazität-Meßvorrichtung bildet;
3 ist ein Diagramm, das einen beispielhaften Aufbau einer in 2 gezeigten Strommeßschaltung zeigt;
4 ist ein Diagramm, das einen beispielhaften Aufbau einer in 2 gezeigten Überstrom-Erfassungsschaltung zeigt;
5 ist ein Diagramm, das einen beispielhaften Aufbau eines in 2 gezeigten Strom-Schaltkreises zeigt;
6 ist ein Diagramm, das mittels eines Beispiels eine Steuertabelle darstellt, die teilweise für die Schaltersteuerung eines Steuerlogik-Abschnitts des Strom-Schaltkreises verwendet wird; und
7 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Strommeßschaltung gemäß einer Modifikation der Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine Batterierestkapazität-Meßvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jetzt mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Die Batteriekapazität-Meßvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Mikroprozessor 5, der in sich über einen Analog/Digitalwandler 5a verfügt, und eine integrierte Schaltung (IC) 6 zum Messen der Batterierestkapazität, indem im Mikroprozessor 5 die Lade- und Entladeströme akkumuliert werden, die durch eine Spannung an einem Nebenschlußwiderstand 2 dar gestellt werden. Wie in 1 gezeigt, bildet die Batteriekapazität-Meßvorrichtung ein Batteriepaket in Verbindung mit einer Sekundärbatterie 1, einem Nebenschlußwiderstand 2, einem zweiten Schalter 3, einem Temperatursensor 4, einer Überspannungs-Schutzschaltung 7 für die Sekundärbatterie und einer Quelle 90 für konstante Spannung. Das Batteriepaket hat Plus- oder Minuspole, an die ein Ladegerät bzw. eine Last (nicht gezeigt) wahlweise angeschlossen werden.
Die Sekundärbatterie 1, die aus einem einzigen Element gebildet werden kann, umfasst allgemein eine Reihe an Elementen, die in Reihe oder parallel miteinander oder in einem seriellen-parallelen Bezug verbunden sind. Der Pluspol der Sekundärbatterie 1 wird mittels des Halbleiterschalters 3 mit dem Pluspol des Batteriepakets verbunden, während der Minuspol der Batterie 1 mittels des Nebenschlußwiderstands 2 mit dem Minuspol des Batteriepakets verbunden wird. Mit anderen Worten wird der Widerstand 2 mit der Sekundärbatterie 1 in Reihe geschaltet.
Der Halbleiterschalter 3 schließt einen Lade-FET 3a und einen Entlade-FET 3b ein. Wenn der Lade-FET 3a eingeschaltet wird und das Ladegerät mit dem Batteriepaket verbunden ist, fließt der Ladestrom vom Ladegerät mittels eines Kanals im FET 3a und einer parasitären Diode (nicht gezeigt) des Entlade-FET 3b in die Sekundärbatterie 1. Wenn der Entlade-FET 3b eingeschaltet und die Ladung mit dem Batteriepaket verbunden wird, fließt anderenfalls der Entladestrom von der Sekundärbatterie 1 mittels eines Kanals im FET 3b und einer parasitären Diode (nicht gezeigt) des Lade-FET 3a in die Ladung.
Da die Kapazitäteigenschaft der Sekundärbatterie 1 von der Batterietemperatur abhängt, empfängt der Mikroprozessor 5 beim Messen der Batterierestkapazität mittels des A/D-Wandlers 5a die vom Temperatursensor 4 erfasste Temperatur-Information, die die Temperatur der Batterie 1 anzeigt, und verwendet diese Temperatur-Information als Korrekturdaten. Die IC 6 und die Überspannung-Schutzschaltung 7 können in Form einer integrierter Schaltung aufgebaut sein. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch die Schutzschaltung 7 in Erwägung der Differenz in der Betriebsspannung zwischen den zwei Elementen als eine von der IC 6 getrennte Schaltungseinheit ausgebildet.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, umfasst die IC 6 eine Strommeßschaltung 10 zum Messen der Lade- und Entladeströme der Sekundärbatterie 1, eine Überstrom-Erfassungsschaltung 20 zum Erzeugen einer Überstrom-Erfassungsausgabe, wenn ein Überstrom durch die Batterie 1 fließt, eine Spannungsmeßschaltung 30 zum Messen der Spannung an der Sekundärbatterie 1 und der Spannung an jedem Batterieelement der Sekundärbatterie, eine Treiberschaltung 40 zum Treiben des Halbleiterschalters 3 und einen Strom-Schaltkreis 50 für den Stromsparbetrieb.
In dieser Anordnung mißt die Strommeßschaltung 10 die Spannung am Nebenschlußwiderstand 2, der abhängig vom durch die Sekundärbatterie 1 fließenden Lade- oder Entladestrom variiert, und legt mithilfe des A/D-Wandlers 5a eine Analogmeßausgabe am Mikroprozessor 5 an, die den Lade- oder Entladestrom anzeigt. Die Überstrom-Erfassungsschaltung 20 legt eine Digitalerfassungsausgabe am Mikroprozessor 5 an, die die Erzeugung des Überstroms anzeigt, wenn er den Überstrom von der Spannung am Widerstand 2 erfasst. Die Spannungsmeßschaltung 30 mißt die Spannung an der Sekundärbatterie 1 und die Spannung an jedem Batterieelement und legt mittels des A/D-Wandlers 5a Analogmeßausgaben am Mikroprozessor 5 an, die die gemessenen Spannungen anzeigen. Die Treiberschaltung 40, die unter der Steuerung des Mikroprozessors 5 arbeitet, steuert den Betrieb des Halbleiterschalters 3, wodurch das Laden und Entladen der Batterie 1 gesteuert wird. Die Treiberschaltung 40 ist aufgebaut, um mit den Halbleiterschaltern verschiedenen Aufbaus kompatibel zu sein, die realisiert werden können, indem p- und n-Kanal-FETs und dergleichen verwendet werden.
Weiterhin umfasst die IC 6 eine Verteilerschaltung 60 für logische Daten und zwei Spannungserfassungsschaltungen 70 und 80. Die Verteilerschaltung 60 verteilt die Steuerdaten vom Mikroprozessor 5 an die Strommeßschaltung 10, den Strom-Schaltkreis 50 und die Spannungsmeßschaltung 30. Die Spannungserfassungsschaltungen 70 und 80 erfassen die Spannungen von periphären Schaltungen und legen digitalen Erfassungsausgaben am Mikroprozessor 5 an, die den erfassten Spannungen entsprechen.
Vorzugsweise schließt der Lade-FET 3a in der Batterierestkapazität-Meßvorrichtung einen Schnell-Lade-FET (nicht gezeigt) und einen Langsam-Lade-FET (nicht gezeigt) ein, die parallel miteinander geschaltet sind. Die jeweiligen Drain-Elektroden dieser FETs werden mit einer Ladegerät-Anschlussklemme (nicht gezeigt) verbunden, während ihre Source-Elektroden mittels einer Diode mit dem Pluspol der Batterieelementgruppe verbunden werden, die die Sekundärbatterie bilden. Die Drain-Elektrode des Entlade-FET 3b wird mit einer Ladungs-verbindenden Klemme (nicht gezeigt) verbunden, während die Source-Elektrode davon mit dem Übergang zwischen der Diode und dem Pluspol der Batterieelementgruppe verbunden wird. Der Minuspol der Elementgruppe wird mit dem Minuspol des Batteriepakets verbunden.
In der oben beschriebenen bevorzugten Anordnung wird die IC 6, wie in 2 gezeigt, mit den verschiedenen Eingabe- und Ausgabeklemmen verbunden. Die IC 6 wird mittels dieser Klemmen mit der Sekundärbatterie 1, dem Nebenschlußwiderstand 2, dem Halbleiterschalter 3 und dem Mikroprozessor 5 verbunden. Das folgende ist eine Beschreibung der Haupteingabe- und -ausgabeklemmen der IC 6.
Die IC 6 verfügt über eine Stromversorgungsanschluss-VCC, die mit der Quelle 90 mit konstanter Spannung (1) verbunden wird, die wiederum die Sekundärbatterie 1 als ihre Betriebsstrom-Versorgung verwendet. Die elektrische Energie von der Quelle 90 mit konstanter Spannung wird mithilfe der Stromversorgungsanschluss-VCC der Überstrom-Erfassungsschaltung 20, der Treiberschaltung 40, dem Strom-Schaltkreis 50 und den zwei Spannungserfassungsschaltungen 70 und 80 zugeführt. In Verbindung mit der Treiberschaltung 40 verfügt die IC 6 über Polklemmen PD+ und P–, die jeweils mit dem Plus- und dem Minuspol der Elementgruppe verbunden sind, über eine Polklemme PC+, die mit der Ladegerätanschlussklemme (nicht gezeigt) des Batteriepakets verbunden ist, und über Polklemmen PD0, PC20 und PC10, die jeweils mit den Gate-Elektroden des Entlade-FET, Langsam-Lade-FET und Schnell-Lade-FET verbunden sind. Weiterhin wird die IC 6 mit einer Gate-Spannung-Steuersignal-Eingabeklemme ENDI, Gate-Spannung-Abschaltbefehl-Eingabeklemmen C1I2, DI2 und C2I2, die mit einer Überstrom-Erfassungssignal-Ausgabeklemme QCO verbunden sind, die wiederum mit der Überstrom-Erfassungsschaltung 20 verknüpft ist, und Gate-Spannung-Abschaltbefehl-Eingabeklemmen C1Il, DI1 und C2I1 bereitgestellt, die mit dem Mikroprozessor 5 verbunden sind.
Wenn die Verbindung des Ladegeräts bzw. der Ladung mit dem Batteriepaket auf der Grundlage der Spannungen erfasst wird, die beispielsweise an den Polklemmen PC+ und PD+ in der Batteriekapazität-Meßvorrichtung der bevorzugten Ausführungsform auftritt, wird ein Gate-Spannung-Steuersignal vom Mikroprozessor 5 mittels der Anschlussklemme ENDI der Treiberschaltung 40 zugeführt. Daraufhin steuert die Treiberschaltung 40 die jeweiligen Gate-Spannugen des Langsam-Lade-FET, Schnell-Lade-FET und Entlade-FET, wodurch ein entsprechender FET eingeschaltet wird. Als Folge fließt der Ladestrom vom Ladegerät durch die Batterieelementgruppe bzw. fließt der Entladestrom von der Elementgruppe durch die Ladung. Wenn dies erfolgt ist, wird der durch den Nebenschlußwiderstand 2 fließende Lade- oder Entladestrom mithilfe der Strommeßschaltung 10 gemessen, die mit den Nebenschlußwiderstand-Spannungseingabeklemmen +IN und –IN der IC 6 verbunden ist. Der gemessene Strom wird dem Mikroprozessor 5 mittels des Klemmanschlüsses IOUT der IC 6 zugeführt. Als Reaktion auf diesen gemessenen Strom stellt der Mikroprozessor 5 das Gate-Spannung-Steuersignal ein, das der Treiberschaltung 40 mittels des Klemmanschlüsses ENDI zugeführt wird, wodurch der Lade- oder Entladestrom gesteuert wird.
Wenn die Erzeugung des Überstroms von der Überstrom-Erfassungsschaltung 20 erfasst wird, die mit den Klemmanschlüssen +IN und –IN der IC6 verbunden ist, wird der Treiberschaltung 40 mithilfe der Klemmanschlüsse OCO, C1I2, DI2 und C2I2 eine Überstrom-Erfassungsausgabe zugeführt. Daraufhin schaltet die Treiberschaltung 40 die Langsam-Lade-, Schnell-Lade und Entlade-FETs ab. Wenn nach der Erfassung des Überstroms mittels eines Klemmanschlusses PLO der IC6 eine andere Überstrom-Erfassungsausgabe ausgegeben wird, wird der Treiberschaltung 40 über die Klemmanschlüsse C1I1, DI1 und C2I1 ein FET-Abschaltbefehl zugeführt, woraufhin die FETs abgestellt werden.
Weitere Eingabe- und Ausgabeklemmen der IC 6 werden später mit Bezug auf die 3 bis 5 beschrieben. Jedoch wird eine Beschreibung jener Klemmen, die nicht direkt mit der vorliegenden Erfindung verknüpft sind, weggelassen.
Nimmt man jetzt auf 3 Bezug, wird im weiteren Detail die Strommeßschaltung 10 beschrieben.
Die Strommeßschaltung 10 wird mit Eingabeklemmen für logische Daten SEL0 bis SEL4, einem Polaritätsinversion-Schaltmittel 14, das zwei Schalter SW1 und SW2 einschließt, und einem ersten, zweiten und dritten Operationsverstärker 11, 12 und 13 mit hoher Eingabeimpedanz bereitgestellt, die jeweils von einer einzigen Stromquelle (Einzelpolarität-Stromquellen) betrieben werden, die dem Symbol PWI entspricht.
Die Strommeßschaltung 10 schaltet wahlweise abhängig vom Betriebszustand (Lade oder Entlade) der Sekundärbatterie 1 einen der Schalter SW1 und SW2 des Polaritätsinversion-Schaltmittels 14 ein und legt eine veränderliche Offset-Spannung am Operationsverstärker 12 an, wodurch die Verstärkung des Operationsverstärkers 13, wie detailliert später beschrieben, veränderlich eingestellt wird. In Verbindung mit dem oben erwähnten Merkmal decodiert die Verteilerschaltung 60 für logische Daten mittels einer Steuerdateneingabeklemme M der IC 6 die vom Mikroprozessor 5 zugeführten Multi-Bit-Steuerdaten, wodurch logische Multi-Bit-Daten erzeugt werden, und führt einige dieser logischen Daten, d.h. jene logische Daten, die die Lade- und Entladezustände der Sekundärbatterie 1, die Offset-Bedingung und die Verstärkungsbedingung darstellen, mittels der Klemmanschlüsse SEL0 bis SEL4 der Strommeßschaltung 10 zu. Der Decoder 10a decodiert diese logischen Daten und gibt Treibsignale für die Schalter SW1 und SW2 und weitere Schalter aus, die später erwähnt werden.
Wie in 3 erwähnt, wird die erste Nebenschlußwiderstand-Spannungseingabeklemme +IN der IC 6 einerseits mittels eines Widerstands mit einem Ende des Nebenschlußwiderstands 2 verbunden. Andererseits wird der Klemmanschluss +IN mittels eines ersten Kontakts des Schalters SW1 mit der nichtinvertierenden Eingabeklemme des ersten Verstärkers 11 und mittels eines zweiten Kontakts des SW2 mit der nicht-invertierenden Eingabeklemme des zweiten Verstärkers 12 verbunden. Die zweite Nebenschlußwiderstand-Spannungseingabeklemme –IN der IC 6 wird einerseits mittels eines Widerstands mit dem anderen Ende des Nebenschlußwiderstands 2 verbunden. Andererseits wird die Klemme –IN mittels eines zweiten Kontakts des Schalters SW1 mit der nicht-invertierenden Eingabeklemme des zweiten Verstärkers 12 und mittels eines ersten Kontakts des SW2 mit der nichtinvertierenden Eingabeklemme des ersten Verstärkers 11 verbunden.
Ein Kondensator und eine Reihenschaltung von zwei anderen Kondensatoren werden parallel zum Nebenschlußwiderstand 2 geschaltet. Der Übergang zwischen den zwei Reihen-verbundenen Kondensatoren wird geerdet.
Die Strommeßschaltung 10 schließt Widerstände R1 bis R4 ein, die miteinander in Reihe verbunden werden, wobei ein Ende des Widerstands R1 geerdet wird. Die invertierende Eingabeklemme und Ausgabeklemme des ersten Verstärkers 11 werden einzeln mit den entgegengesetzten Enden des Widerstands R2 verbunden, während die invertierende Eingabeklemme und Ausgabeklemme des zweiten Verstärkers 12 einzeln mit den entgegengesetzten Enden des Widerstands R4 verbunden werden.
Die Schalter SWl und SW2 des Polaritätsinversion-Schaltmittels 14 werden in Übereinstimmung mit den logischen Daten, die die Lade- und Entladebedingungen der Sekundärbatterie 1 darstellen, ein- bzw. ausgeschaltet (für die Polaritätsinversion). Wenn sich einer der Schalter in einer Ein-Stellung befindet, befindet sich der andere Schalter in einer Aus-Stellung. Wenn die Schalter SW1 und SW2 jeweils Ein oder Aus sind, wird die erste Spannungseingabeklemme +IN mit dem ersten Verstärker 11 und die zweite Spannungseingabeklemme –IN mit dem zweiten Verstärker 12 verbunden. Wenn im Gegensatz dazu die Schalter SW1 und SW2 jeweils An oder Aus sind, wird die erste Spannungseingabeklemme +IN mit dem zweiten Verstärker 12 und die zweite Spannungseingabeklemme –IN mit dem ersten Verstärker 11 verbunden.
Als Ergebnis davon, dass das Polaritätsinversion-Schaltmittel 14 den zuvor genannten Polaritätsinversionsbetrieb abhängig vom Betriebszustand (Lade oder Entlade) der Sekundärbatterie 1 durchführt, wird die Spannung am Widerstand 2 an der Eingabeseite eines Meßvorrichtung-Differentialverstärkers angelegt, der sich aus ersten bis dritten Operationsverstärkern 11 bis 13 zusammensetzt und über eine bestimmte Betriebspolarität verfügt, wobei dieselbe Polarität ungeachtet davon, ob sich die Sekundärbatterie 1 in irgendeinem der Lade- und Entladebedingungen befindet, in denen der elektrische Strom in verschiedenen Richtungen durch den Nebenschlußwiderstand 2 fließt (oder in denen die Spannung am Widerstand 2 unterschiedliche Polaritäten hat), für die Betriebspolarität der Differentialverstärker geeignet ist.
Der erste Operationsverstärker 11, der als Eingabe-Puffer-Verstärker mit einer Verstärkung von 1 oder mehr funktioniert, wirkt mit dem zweiten Operationsverstärker 12 zusammen, um eine Differentialverstärkerschaltung zu bilden, die die Spannung am Nebenschlußwiderstand 2 mißt. Mit anderen Worten wird der zweite Operationsverstärker 12 an seiner einen Eingabeklemme mittels des ersten Operationsverstärkers 11 mit der einen Klemmenspannung +IN oder –IN des Nebenschlußwiderstands 2 versorgt und an seiner anderen Eingabeklemme mit der anderen Klemmenspannung –IN oder +IN des Widerstands 2 versorgt, um dadurch die Spannung am Widerstand 2 zu messen. Der dritte Operationsverstärker 13 wird in einem Ausgabestadium der Differentialverstärkerschaltung bereitgestellt und wirkt als ein Ausgabe-Puffer-Verstärker, der in Verbindung mit einer zweiten Schaltgruppe 18 (detailliert später beschrieben) die Verstärkung der Differentialverstärkerschaltung auf eine veränderliche Art und Weise einstellt. Diese drei Operationsverstärker 11, 12 und 13 bilden einen Meßvorrichtung-Differentialverstärker mit veränderlicher Verstärkung und hoher Eingabeimpedanz.
Die Strommeßschaltung 10 wird mit einer ersten Schaltgruppe 15 bereitgestellt, die sich aus Schaltern SW3 bis SW7, einer Offset-Stromquelle 17 zum Erzeugen einer Bezugs-Offset-Spannung von z.B. 1,25 V und Anschlussklemmen REF, IREF1, IREF2 und IREF3 zusammensetzt. In Verbindung mit diesen Strommessung-Schaltungselementen wird eine Widerstand-Gruppe 16, die aus in Reihe geschalteten Widerständen R10 bis R13 besteht, außen an der IC 6 angebracht. Ein Ende des Widerstands R10 wird mittels der Anschlussklemme REF mit einer Bezugs-Offset-Spannung-Ausgabeklemme der Offset-Stromquelle 17 verbunden, ein Ende des Widerstands R13 wird geerdet, und die Übergänge zwischen den Widerständen R10 bis R13 werden jeweils mittels der Anschlussklemmen IREF3, IREF2 und IREF3 mit den jeweiligen einen Enden der Schalter SW3, SW4 und SW5 verbunden. Die jeweiligen anderen Enden der Schalter SW3, SW4 und SW5 werden mit der nichtinvertierenden Eingabeklemme des zweiten Verstärkers 12 verbunden. Der Schalter SW6 liegt zwischen den jeweiligen nichtinvertierenden Eingabeklemmen des ersten und zweiten Operationsverstärkers 11 und 12, während der Schalter SW7 zwischen der nichtinvertierenden Eingabeklemme des ersten Operationsverstärkers 11 und der Erde liegt.
Die Schalter SW3, SW4 und SW5, die einen Teil der ersten Schaltgruppe bilden, werden in Übereinstimmung mit jenen logischen Daten ein- und ausgeschaltet, die die Offset-Bedingung darstellen, die mit der Anlegung einer Offset-Spannung an die Operationsverstärker 12 verknüpft ist, aus den logischen Daten, die unter der Steuerung des Mikroprozessors 5 an die Eingabeklemmen für logische Daten SEL0 bis SEL4 der Strommeßschaltung 10 angelegt werden. Solchermaßen werden alle Schalter SW3, SW4 und SW5 ausgeschaltet oder irgendeiner von ihnen eingeschaltet, um dadurch die Bezugs-Offset-Spannung oder seine Teilungen an die nicht-invertierende Eingabeklemme des zweiten Verstärkers 12 anzulegen. Folglich wird eine Offset-Spannung zwischen den jeweiligen nicht-invertierenden Eingabeklemmen des ersten und zweiten Operationsverstärkers 11 uns 12 angelegt, wodurch das Differentialverstärkungsmerkmal ausgelöst wird.
Der Schalter SW6 wird in Übereinstimmung mit jenen logischen Daten eingeschaltet, die einen Kurzschlussbefehl darstellen, die logischen Daten ausgeschlossen, die an die Eingabeklemmen für logische Daten SEL0 bis SEL4 angelegt werden, woraufhin die jeweiligen nicht-invertierenden Eingabeklemmen des ersten und zweiten Verstärkers 11 und 12 kurzgeschlossen werden. Der Schalter SW7 wird in Übereinstimmung mit jenen logischen Daten eingeschaltet, die einen Erdungsbefehl darstellen, woraufhin die nicht-invertierende Eingabeklemme des ersten Operationsverstärkers 11 geerdet wird. Die Spannung am Nebenschlußwiderstand, die an die Operationsverstärker 11 und 12 anzulegen ist, kann künstlich auf Null gesenkt werden, indem der Schalter SW6 eingeschaltet wird, während die nicht-invertierende Eingabeklemme des Verstärkers 11 geerdet werden kann, indem der Schalter SW7 eingeschaltet wird. Ein in irgendeinem Zustand vom Operationsverstärker 13 ausgegebener Ausgabestromwert kann für die Offset-Spannung und die Verstärkungseinstellung verwendet werden.
Die Strommeßschaltung 10 wird mit der zweiten Schaltgruppe 18, die die Schalter SW8 bis SW11 einschließt, einer zweiten Widerstand-Gruppe 19, die in Reihe geschaltete Widerstände R5 bis R8 einschließt, der Lade/Entlade-Stromsignalausgabeklemme IOUT, die mit der Ausgabeklemme des dritten Operationsverstärkers 13 und dem A/D-Wandler 5a des Mikroprozessors 5 verbunden ist, und einer Prüfklemme TEST1 bereitgestellt, die mit der Ausgabeklemme des zweiten Operationsverstärkers 12 verbunden wird. Die Prüfklemme TEST1 kann weggelassen werden. Die Ausgabeklemme des zweiten Operationsverstärkers 12 wird mit der nicht-invertierenden Eingabeklemme des dritten Operationsverstärkers 13 verbunden. Die invertierende Eingabeklemme des dritten Verstärkers 13 wird mit der jeweils einen Seite der Schalter SW8 bis SW11 verbunden. Die andere Seite des Schalters SW8 wird mit der Ausgabeklemme des dritten Verstärkers und einem Ende des Widerstands R8 verbunden, wobei die jeweiligen anderen Seiten der Schalter SW9, SW10 und SW11 einzeln mit den Übergängen zwischen den Widerständen R8, R7, R6 und R5 verbunden werden, während ein Ende des Widerstands R5 geerdet wird.
Die Schalter SW8 bis SW11 werden in Übereinstimmung mit jenen logischen Daten ein- und ausgeschaltet, die die mit der Verstärkung des Operationsverstärkers 13 verknüpfte Verstärkungsbedingung darstellen, die logischen Daten ausgeschlossen, die unter der Steuerung des Mikroprozessors 5 an die Eingabeklemmen für logische Daten SEL0 bis SEL4 der Strommeßschaltung 10 angelegt werden. Solchermaßen wird irgendeiner der Schalter SW8 bis SW11 eingeschaltet, so dass einer der Rückkopplungs widerstände R5 bis R8 zwischen der Ausgabeklemme und der invertierenden Eingabeklemme des Operationsverstärkers 13 liegt, um dadurch die Verstärkung des dritten Operationsverstärkers 13 sowie die Gesamtverstärkung des Meßvorrichtung-Differentialverstärkers veränderlich einzustellen.
Gemäß der auf diese Weise aufgebauten Strommeßschaltung 10 setzt sich der Meßvorrichtung-Differentialverstärker, der die Lade- und Entladeströme der Sekundärbatterie 1 bestimmt, indem die Spannung am Nebenschlußwiderstand 2 gemessen wird, aus drei Operationsverstärkern 11, 12 und 13 zusammen, die jeweils von einer Stromquelle mit einer einzigen Polarität betrieben werden, und seine Eingabeimpedanz wird hoch genug eingestellt. Das Polaritätsinversion-Schaltmittel 14 wird in Übereinstimmung mit der Richtung des Stroms umgestellt, der abhängig von der Betriebsart (Lade oder Entlade) der Sekundärbatterie 1 variiert, um sich der Betriebspolarität des Differentialverstärkers anzupassen. Wird dies getan, wird die Spannung am Nebenschlußwiderstand 2 ungeachtet davon, ob sich die Sekundärbatterie 1 in der Lade- oder Entladebedingung befindet, in derselben Polarität an den Meßvorrichtung-Differentialverstärker angelegt.
Mit diesem Schaltungsaufbau können die Lade- und Entladeströme sogar mit der Verwendung des Meßvorrichtung-Differentialverstärkers gemessen werden, der von einer einzigen Stromquelle betrieben wird und in einem begrenzten einzigen Polaritätsbereich betrieben werden kann. Dies beseitigt die Verwendung von positiven und negativen Stromquellen. Entsprechend kann der Differentialverstärker und seine betreibende Stromquelle im Aufbau einfacher sein und der Stromverbrauch des Verstärkers begrenzt werden. Außerdem werden alle Schaltungselemente des Differentialverstärkers, besonders des ersten und zweiten Operationsverstärkers 11 und 12, während der Herstellung der IC 6 zusammen als Teil der IC 6 ausgebildet. Herstellungsfehler der Schaltungselemente der Differentialverstärker, die den Herstellungsfehlern in IC-Herstellungsverfahren zuzuschreiben sind, sind im Wesentlichen gleichwertig. Entsprechend gibt es weniger Änderungen in den Betriebsmerkmalen der Schaltungselemente des Differentialverstärkers als im Fall, wo ein Differentialver stärker aus diskreten Schaltungskomponenten aufgebaut ist, die getrennt hergestellt werden. Solchermaßen können die Betriebsmerkmale des Differentialverstärkers, die mit der Messung der Lade- und Entladeströme auf der Grundlage der Spannung am Nebenschlußwiderstand verknüpft sind, insgesamt verbessert werden, und die Meßfehler des Differentialverstärkers, die den Änderungen in den Merkmalen der Schaltungselemente entsprechen, sind verhältnismäßig selten. Aufgrund der Herstellungsfehler im IC-Herstellungsverfahren können jedoch die Betriebsmerkmale des Differentialverstärkers, der als Teil der IC 6 aufgebaut ist, in strengem Sinne allgemein nicht die vorgesehenen sein. Daher kann ein gemessener Stromwert, der vom Differentialverstärker ausgegeben wird, an den die Spannung am Nebenschlußwiderstand angelegt wird, nicht vollständig mit dem Wert des durch den Widerstand fließenden Lade- oder Entladestroms identisch sein. Mit anderen Worten ist die absolute Meßgenauigkeit des Differentialverstärkers in einigen Fällen nicht zufriedenstellend.
Gemäß dieser Strommeßschaltung 10 kann andererseits die Offset-Spannung wahlweise an den Differentialverstärker angelegt und mithilfe der zweiten Schaltgruppe 15 und der Offset-Stromquelle 17 veränderlich eingestellt werden. Außerdem kann die Verstärkung des Differentialverstärkers mithilfe der zweiten Schaltgruppe 18 veränderlich eingestellt werden. Weiterhin kann die absolute Meßgenauigkeit des Differentialverstärkers auf der Grundlage der Einstellung der Offset-Spannung und -Verstärkung durch eine einfache Kalibrierung verbessert werden.
Spezifischer können die Eingabespannung-Ausgabestrom-Merkmale der Strommeßschaltung 10 bestimmt werden, indem die Spannung am Nebenschlußwiderstand 2 gemessen wird, die erzeugt wird, wenn veranlasst wird, dass ein vorbestimmter Strom durch den Widerstand 2 fließt, und indem der Wert des Ausgabestroms gemessen wird, der von der Schaltung 10 ausgegeben wird, an die die Spannung am Nebenschlußwiderstand angelegt wird, während sich der Wert des dem Widerstand 2 zugeführten vorbestimmten Stroms ändert. Die Schalter der ersten und zweiten Schaltgruppe 15 und 18 werden umgestellt, um die beabsichtigten Eingabe-Ausgabemerkmale zu erhalten, so dass der Wert des dem Neben schlußwiderstands 2 zugeführten Stroms gleich dem Wert des Ausgabestroms von der Strommeßschaltung 10 ist bzw. diesem genau entspricht.
Durch die Kalibrierung der Betriebsmerkmale des Meßvorrichtung-Differentialverstärkers kann auf diese Art und Weise die absolute Meßgenauigkeit der Strommeßschaltung 10 auf eine zufriedenstellende Weise verbessert werden. Als Ergebnis der kombinierten Auswirkungen der verbesserten absoluten Meßgenauigkeit und der relativen Meßgenauigkeit des Differentialverstärkers, die genau genug ist, können die Lade- und Entladeströme der Sekundärbatterie 1 mit hoher Genauigkeit und Stabilität gemessen werden. Weiterhin kann die Kalibrierung der Betriebsmerkmale des Differentialverstärkers auf der Grundlage der Einstellung der Offset-Spannung und Verstärkung relativ leicht durchgeführt werden. Da keine zusätzliche Kalibrierung erforderlich ist, wenn sich die Arbeitsumgebung des Batteriepakets im wesentlichen nicht ändert, wird dem Mikroprozessor 5 keine relevante Ladung auferlegt. Für gewöhnlich können jene logische Daten, die die Offset- und Verstärkungsbedingungen darstellen, die logischen Daten ausgeschlossen, die über die Klemmen SEL0 bis SEL4 von der Verteilerschaltung 60 für logische Daten der Strommeßschaltung 10 zugeführt werden, im voraus eingestellt werden, und jene Steuerdaten vom Mikroprozessor 5, die diesen logischen Daten entsprechen, können vorab eingestellt werden. Gemäß der auf diese Weise kalibrierten Strommeßschaltung 10 kann die Batterierestkapazität der Sekundärbatterie 1 in Übereinstimmung mit den Lade- und Entladeströmen, die ganz genau gemessen werden, trotz des einfachen Aufbaus und moderaten Preises des Mikroprozessors 5 ganz genau bestimmt werden.
Folgendes ist eine zusätzliche Beschreibung der Kalibrierung der Eingabe-Ausgabemerkmale der Strommeßschaltung 10 auf der Grundlage der Offset-Spannung und Verstärkungseinstellung. Im Fall, wo die Eingabe-Ausgabemerkmale der Schaltung 10 über den gesamten veränderlichen Bereich der Spannung (Eingabespannung an die Schaltung 10) am Nebenschlußwiderstand eine Linearität haben, die gut genug ist, um die zufriedenstellende absolute Meßgenauigkeit zu gewährleisten, können dieselbe Offset-Spannung und dieselbe Verstärkung im veränderlichen Spannungsbereich eingestellt werden. Im Fall, wo die Eingabe-Ausgabemerkmale der Strommeßschaltung 10 nicht linear genug sind, wird anderenfalls der gesamte veränderliche Bereich des Ausgabestroms der Schaltung 10, der die Spannung am Nebenschlußwiderstand darstellt, zuvor in eine Mehrzahl an Bereichen geteilt, und Offset-Spannungen und Verstärkungen (Steuerdaten), die für diese einzelnen Strombereiche geeignet sind, z.B. vorab eingestellt. Dann können die vom Mikroprozessor 5 auszugebenden Steuerdaten in Übereinstimmung mit dem von der Schaltung 10 dem Mikroprozessor 5 zugeführten gemessenen Stromwert geändert werden.
Nimmt man nun auf 4 Bezug, wird die Überstrom-Erfassungsschaltung 20 beschrieben.
Die Überstrom-Erfassungsschaltung 20 ähnelt der Strommeßschaltung 10 darin, dass sie den durch den Nebenschlußwiderstand 2 fließenden elektrischen Strom in Übereinstimmung mit der Spannung am Nebenschlußwiderstand erfasst. Jedoch unterscheidet sie sich darin von der Schaltung 10, die die normalen Lade- und Entladeströme in der Sekundärbatterie 1 erfasst, dass sie den Überstrom in der Batterie 1 erfasst. Solchermaßen sind die Überstrom-Erfassungsschaltung 20 und die Strommeßschaltung 10 unabhängig voneinander angeordnet.
Die Überstrom-Erfassungsschaltung 20 wird mit zwei Differentialverstärkern 21a und 21b bereitgestellt, die in eine Eingabestufe der Schaltung 20 parallel zueinander angeordnet sind und einzeln dazu dienen, übermäßige Lade- und Entladeströme zu erfassen. Die Differentialverstärker 21a und 21b werden wie die Operationsverstärker 11, 12 und 13 in der Strommeßschaltung 10 jeweils von einer einzigen Stromquelle betrieben, und ihr Betriebsbereich (Polarität) ist begrenzt. Entsprechend wird die Spannung am Nebenschlußwiderstand in unterschiedlicher Polarität an die Verstärker 21a und 21b angelegt. Spezifischer hat der Differentialverstärker 21a nicht-invertierende und invertierende Eingabeklemmen, die jeweils mit ersten und zweiten Nebenschlußwiderstand-Spannungseingabeklemmen +IN und –IN verbunden sind, und ist aufgebaut, um den Ladestrom der Sekundärbatterie 1 zu erfassen. Andererseits hat der Differentialverstärker 21b inver tierende und nicht-invertierende Eingabeklemmen, die jeweils mit den Klemmen +IN und –IN verbunden sind, und ist aufgebaut, um den Entladestrom der Sekundärbatterie 1 zu erfassen.
Solchermaßen werden in der Überstrom-Erfassungsschaltung 20 die beiden Differentialverstärker 21a und 21b parallel zueinander angeordnet, anstatt ein Polaritätsinversion-Schaltmittel 14 bereitzustellen. Entsprechend kann die Erzeugung des Überstroms während der Ladung oder Entladung der Sekundärbatterie 1 sicher und schnell erfasst werden, ohne einen Zeitverlust mit sich zu bringen, der der Umstellung der Schalter zuzuschreiben ist.
In Verbindung mit der Einstellung des Überstrom-Erfassungspegels der Überstrom-Erfassungsschaltung 20 umfasst die Batterierestkapazität-Meßvorrichtung erste und zweite externe Widerstände 23a und 23b. Der erste externe Widerstand 23a setzt sich aus einem veränderlichen Widerstand R41, dessen eines Ende mit der Stromversorgung-Anschlussklemme VCC verbunden ist, und einem festen Widerstand R42 zusammen, der mit dem Widerstand R41 in Reihe geschaltet ist und dessen eines Ende geerdet wird. Der Widerstand 23a wird verwendet, um einen ersten Überstrom-Erfassungspegel einzustellen. Auf ähnliche Weise setzt sich der zweite externe Widerstand 23b aus veränderlichen und festen Widerständen R43 und R44 zusammen und wird verwendet, um einen zweiten Überstrom-Erfassungspegel einzustellen. In der vorliegenden Ausführungsform werden die ersten und zweiten Erfassungspegel so eingestellt, dass ersterer höher ist als letzterer. Die Überstrom-Erfassungsschaltung 20 verfügt über eine erste Bezugsspannungeingabeklemme CREF1, die mit dem Übergang zwischen den Widerständen R41 und R42 verbunden wird, und eine zweite Bezugsspannung-Eingabeklemme CREF2, die mit dem Übergang zwischen den Widerständen R43 und R44 verbunden wird.
Die Ausgabeklemme des Differentialverstärkers 21a wird mit den jeweiligen nicht-invertierenden Eingabeklemmen des ersten und zweiten Komparators 22a und 22b verbunden, die parallel zueinander angeordnet sind. Die jeweiligen invertierenden Eingabeklemmen der Komparatoren 22a und 22b werden jeweils mit der ersten und zweiten Bezugsspannung-Eingabeklemme CREF1 und CREF2 verbunden. Die Ausgabeklemme des Differentialverstärkers 21b wird mit den jeweiligen nicht-invertierenden Eingabeklemmen des dritten und vierten Komparators 22c und 22d verbunden, und die jeweiligen invertierenden Eingabeklemmen der Komparatoren 22c und 22d werden jeweils mit den Bezugsspannung-Eingabeklemmen CREF1 und CREF2 verbunden.
Die Spannung am Nebenschlußwiderstand, die vom Differentialverstärker 21 erfasst wird und den durch den Nebenschlußwiderstand 2 fließenden Ladestrom darstellt, wird an den ersten und zweiten Komparator 22a und 22b angelegt, die parallel zueinander angeordnet sind, und wird jeweils mit dem ersten und dem zweiten Bezugswert CREF1 und CREF2 verglichen. Weiterhin wird die Spannung am Nebenschlußwiderstand, die vom Differentialverstärker 21b erfasst wird, an die parallel zueinander angeordneten dritten und vierten Komparatoren 22c und 22d angelegt und jeweils mit dem ersten und dem zweiten Bezugswert verglichen.
Der erste und der dritte Komparator 22a und 22c erzeugt jeweils ein Überstrom-Erfassungssignal, wenn der erste Überstrom-Erfassungspegel CREF1 vom Stromwert überschritten wird, der von seinem entsprechenden Differentialverstärker 21a oder 21b erfasst wird. Der zweite und der vierte Komparator 22b und 22d erzeugt jeweils ein Überstrom-Erfassungssignal, wenn der zweite Überstrom-Erfassungspegel CREF2 vom erfassten Stromwert überschritten wird. Mit anderen Worten wird der vom Differentialverstärker 21a erfasste Ladestrom der Sekundärbatterie 1 mit dem ersten und dem zweiten Bezugswert CREF1 und CREF2 im ersten und zweiten Komparator 22a und 22b verglichen. Andererseits wird der vom Differentialverstärker 21b erfasste Entladestrom der Sekundärbatterie 1 mit dem ersten und dem zweiten Bezugswert CREF1 und CREF2 im dritten und vierten Komparator 22c und 22d verglichen.
Die Überstrom-Erfassungsschaltung 20 schließt eine ODER-Schaltung 24a ein, die zwei Eingabeklemmen hat, die einzeln mit den jeweiligen Ausgabeklemmen des ersten und zweiten Komparators 22a und 22b verbunden sind. Die mit der Ladebetriebsart verknüpften Überstrom-Erfassungsausgaben des ersten und zweiten Komparators 22a und 22b werden mittels eines Puffers und der Überstrom-Erfassungsausgabeklemme PLO der IC 6 zum Zeitpunkt, wenn sie erfasst werden, von der ODER-Schaltung 24a an den Mikroprozessor 5 ausgegeben. In 4 bezeichnet das Symbol R45 und C43 jeweils einen Widerstand und einen Kondensator, die eine Ladung bilden, die mit einer Eingabestufe des Mikroprozessors 5 äquivalent ist.
Weiterhin schließt die Überstrom-Erfassungsschaltung 20 ODER-Schaltungen 24b und 24c ein. Zwei Eingabeklemmen der ODER-Schaltung 24b werden einzeln mit den jeweiligen Ausgabeklemmen des ersten und des dritten Komparators 22a und 22c verbunden, während zwei Eingabeklemmen der ODER-Schaltung 24c einzeln mit den jeweiligen Ausgabeklemmen des zweiten und vierten Komparators 22b und 22d verbunden werden. In der ODER-Schaltung 24b erhält man daher die logische Summe der jeweiligen Erfassungsausgaben des ersten und des dritten Komparators 21a und 21c, die unabhängig die Erzeugung der übermäßigen Lade- und Entladeströme anzeigen, die den ersten Bezugswert CREF1 übersteigen. In der ODER-Schaltung 24c erhält man die logische Summe der jeweiligen Erfassungsausgaben des zweiten und des vierten Komparators 21b und 21d, die unabhängig die Erzeugung der übermäßigen Lade- und Entladeströme anzeigen, die den zweiten Bezugswert CREF2 übersteigen, der kleiner ist als der Bezugswert CREF1.
Wenn ein Überstrom erfasst ist, aktivieren die ODER-Schaltungen 24b und 24c jeweils die Zeitgeberschaltungen 26a und 26b in beiden Systemen, die die Lademerkmale der Kondensatoren 25a und 25b verwenden, die extern an der IC 6 angebracht sind.
Die Zeitgeberschaltung 26a setzt sich aus einer Konstant-Stromquelle Iconst1, die mit der Stromversorgung-Anschlussklemme VCC der IC 6 verbunden ist, einem externen Kondensator 25a, der mittels einer Kondensator-Anschlussklemme C1 der IC 6 mit der Quelle Iconst1 verbunden ist und mit dem Ausgabestrom der Quelle Iconst1 aufgeladen werden kann, Schaltern SW1a und SW1b, die auf die Ausgabe der ODER-Schaltung 24b reagieren, und einem Hilfskomparator 27a zusammen, um die Ladespannung des Kondensators 25a und eine gegebene Spannung zu vergleichen. Der Schalter SW1a, der zwischen der Konstant-Stromquelle Iconst1 und der An schlussklemme C1 liegt, wird eingeschaltet, um die Quelle Iconst1 und den externen Kondensator 25a als Reaktion auf die Ausgabe der ODER-Schaltung 24b zu verbinden. Der zwischen der Anschlussklemme C1 und dem Boden liegende Schalter SW1b wird eingeschaltet, um die Enden des Kondensators 25a kurzzuschließen, wodurch der Kondensator 25a entladen wird, wenn die Ausgabe der ODER-Schaltung 24b gelöscht wird. Der Hilfskomparator 27a hat seine nicht-invertierende Eingabeklemme mittels der Anschlussklemme C1 mit dem Kondensator 25a verbunden und seine invertierende Eingabeklemme mit einer Bezugsspannungsquelle 29 verbunden, die eine Bezugsspannung von z.B. 1,25 V erzeugt. Ähnlich setzt sich die Zeitgeberschaltung 26a aus einer Konstant-Stromquelle Iconst2, einem externen Kondensator 25b, Schaltern SW2a und SW2b und einem Hilfskomparator 27b zusammen.
Die ODER-Schaltungen 24b und 24c bewirken, dass die Konstant-Stromquellen Iconst1 und Iconst2 jeweils mit dem Laden der Kondensatoren 25a und 25b beginnen, indem wahlweise die Schaltgruppen SW1a, SW2a; SW1b, SW2b der Zeitgeberschaltungen 26a und 26b betätigt werden. Die Hilfskomparatoren 27a und 27b vergleichen die jeweiligen Ladespannungen der solchermaßen geladenen Kondensatoren 25a uns 25b mit der Bezugsspannung und geben Ausgaben aus, die die Erzeugung des Überstroms anzeigen, wenn die Bezugsspannung von den Ladespannungen erreicht wird. Solchermaßen dienen die Komparatoren 27a und 27b der Verzögerung der Ausgabe der Ausgaben der ODER-Schaltungen 24b und 24c, bis die Bezugsspannung von den Ladespannungen der Kondensatoren 25a und 25b erreicht wird. Die Verzögerungszeiten der Zeitgeberschaltungen 26a und 26b können eingestellt werden, indem die jeweiligen Kapazitäten der externen veränderlichen Kondensatoren 25a und 25b geändert werden.
Die jeweiligen Ausgabeklemmen der Hilfskomparatoren 27a und 27b werden mit einer Eingabeklemme einer ersten ODER-Schaltung einer Latch-Schaltung 28 verbunden, und die Ausgabeklemme der ersten ODER-Schaltung wird mit einer Eingabeklemme einer zweiten ODER-Schaltung der Latch-Schaltung 28 verbunden. Die Ausgabeklemme der zweiten ODER-Schaltung wird mit der anderen Eingabeklemme der ersten ODER-Schaltung verbunden, und die andere Eingabeklemme der zweiten ODER-Schaltung wird mit einer Rücksetzsignal-Eingabeklemme der IC 6 verbunden. Solchermaßen werden die zwei ODER-Schaltungen der Latch-Schaltung 28 miteinander quergekuppelt.
Die jeweiligen Ausgaben des ersten, zweiten, dritten und vierten Komparators 22a, 22b, 22c und 22d, die von den Zeitgeberschaltungen 26a und 26b verzögert werden, werden mittels der Latch-Schaltung 28, eines Puffers und der Überstrom-Erfassungssignalausgabeklemme OCO der IC 6 an den Mikroprozessor 5 und die Treiberschaltung 40 angelegt. In 4 wird eine Eingabestufe der Treiberschaltung 40 und des Mikroprozessors 5 als gleichwertige Ladung gezeigt, die sich aus einem Widerstand R46 und einem Kondensator C44 zusammensetzt.
In der auf die oben beschriebene Weise aufgebauten Überstrom-Erfassungsschaltung 20 werden die Lade- und Entladeströme der Sekundärbatterie 1 mithilfe der Differentialverstärker 21a und 21b in beiden Systemen unabhängig gemessen. Die beiden gemessenen Stromwerte werden mithilfe der Komparatoren 22a, 22b; 22c, 22d unabhängig verglichen, wobei der erste und der zweite Überstrom-Erfassungspegel CREF1 und CREF2 durch das Regulieren der externen Widerstände 23a und 23b eingestellt werden, woraufhin der Überstrom erfasst wird. Die Ergebnisse der Überstromerfassung werden für eine gegebene Zeitspanne verzögert und mittels der Zeitgeberschaltungen 26a und 26b ausgegeben, deren Verzögerungszeiten veränderlich eingestellt werden, indem die jeweiligen Kapazitäten der Kondensatoren 25a und 25b reguliert werden.
Obwohl der Hauptteil der Überstrom-Erfassungsschaltung 20 in der integrierten Schaltungsform als Teil der IC 6 aufgebaut ist, kann der Überstrom-Erfassungspegel veränderlich eingestellt werden, indem die externen Widerstände 23a und 23b reguliert werden, während die Ansprechzeit für die Überstrom-Erfassung durch das Regulieren der Kondensatoren 25a uns 25b veränderlich eingestellt werden kann. Folglich ist die Schaltung 20 vielseitig verwendbar, so dass der Schutz gegenüber einen Überstrom abhängig von den Spezifikationen, Eigenschaften und der vorgesehenen Verwendung der Sekundärbatterie 1 passend bereit gestellt werden kann.
In der Überstrom-Erfassungsschaltung 20 werden das Erfassungssystem (Differentialverstärker 21a und der erste und zweite Komparator 22a und 22b) zur Erfassung des Überstroms während der Ladung der Sekundärbatterie 1 und das Erfassungssystem (Differentialverstärker 21b und der dritte und vierte Komparator 22c und 22d) zur Erfassung des Überstroms während der Entladung der Batterie 1 unabhängig voneinander angeordnet, und diesen Systemen wird wahlweise elektrische Energie zugeführt. Diese selektive Energiezufuhr wird mithilfe eines Strom-Schaltkreises 50 gesteuert, der später erwähnt wird. Folglich kann zu einem bestimmten Zeitpunkt nur eines der beiden Erfassungssysteme betrieben werden, so dass der Stromverbrauch im Wesentlichen halbiert wird. Diese alternative Energiezufuhr wird unter der Steuerung des Mikroprozessors 5 insbesondere in Verbindung mit der Treiberbetrieb des Schalttreibers (Treiberschaltung) 40) ausgeführt, so dass die Energiezufuhr nach der Umschaltung zwischen Laden und Entladen der Sekundärbatterie 1 ohne Verzögerung sofort geändert werden kann.
Gemäß dieser auf diese Art und Weise aufgebauten Überstrom-Erfassungsschaltung 20 setzt sich ihre Eingabestufe aus den Differentialverstärkern 21a und 21b mit hoher Eingabeimpedanz zusammen, und ihre gesamte Schaltungskonfiguration ist für einen geringeren Stromverbrauch entwickelt. Entsprechend ist die Schaltung 20 geeignet, um als Teil der IC 6 in der integrierten Schaltung angeordnet zu sein. Da die beiden Differentialverstärker 21a und 21b und die vier Komparatoren 22a, 22b, 22c und 22d auf demselben Vorrichtungselement bzw. -substrat ausgebildet sein kann, können Änderungen ihrer Betriebsmerkmale begrenzt werden, um den stabilen Betrieb insgesamt zu gewährleisten. Da die externen Komponenten nur die Widerstände 23a und 23b für die Einstellung des Überstrom-Erfassungspegels und die Kondensatoren 25a und 25b für die Erfassungsansprechzeitregulierung einschließen, können sie leicht eingestellt werden, um den spezifischen Eigenschaften und dem Verwendungsmodus der Sekundärbatterie 1 nachzukommen.
Nimmt man jetzt auf 5 Bezug, wird der Strom-Schalt kreis 50 beschrieben.
Der Strom-Schaltkreis 50 dient der Senkung des Stromverbrauchs, indem wahlweise eine elektrische Energiezufuhr an die Strommeßschaltung 10, die zwei Überstrom-Erfassungssysteme in der Überstrom-Erfassungsschaltung 20, die Spannungsmeßschaltung, den am Mikroprozessor 5 angebrachten A/D-Wandler 5a und einen Speicher EEPROM durchgeführt wird.
Der Strom-Schaltkreis 50 wird mit einer Leistungsschaltgruppe 51, die die Schalter SW21 bis SW26 einschließt, einem Steuerlogik-Abschnitt 52 für das unabhängige Ein- und Ausschalten der Schalter SW21 bis SW26, Steuersignaleingabeklemmen PS1 bis PS3 und Lade- und Entladebedingung-Signaleingabeklemmen CHG1, CHG2 und DC1 bereitgestellt.
Die jeweiligen Eingabeseiten der Schalter SW21 bis SW26 sind mit dem Stromzufuhrklemmanschluss VCC der IC 6 verbunden. Die jeweiligen Ausgabeseiten der SW21 und SW22 werden jeweils mit einer Bezugsspannung-Eingabeklemme des A/D-Wandlers 5a und der Treiberspannung-Eingabeklemme des Speichers EEPROM verbunden. Die Ausgabeseite des Schalters SW23 wird mit den Operationsverstärkern 11 bis 13 der Strommeßschaltung 10, der Offset-Stromquelle 17 und der Treiberspannung-Eingabeklemme der Spannungsmeßschaltung 30 verbunden. Der Speicher EEPROM dient der Speicherung der Meßdaten, die für die Kalibrierung der Betriebsmerkmale der Strommeßschaltung 10, der Zustand-Information des Mikroprozessors 5, usw. verwendet wird. Die Schalter SW24 bis SW26 sind mit der Überstrom-Erfassungsschaltung 20 verknüpft. Die Ausgabeseite des Schalters SW24 wird mit den jeweiligen Treiberspannung-Eingabeklemmen des Differentialverstärkers 21a und der Komparatoren 22a und 22b verbunden. Die Ausgabeseite des Schalters SW25 wird mit den jeweiligen Treiberspannung-Eingabeklemmen des Differentialverstärkers 21b und der Komparatoren 22c und 22d verbunden. Die Ausgabeseite des Schalters SW26 wird mit den jeweiligen Treiberspannung-Eingabeklemmen der Hilfskomparatoren 27a und 27b verbunden.
Der Steuerlogik-Abschnitt 52 öffnet oder schließt die Schalter SW21 bis SW26 als Reaktion auf die Steuersignale PS1 bis PS3, die in der Verteilerschaltung 60 für logische Daten in Übereinstimmung mit den Steuerdaten vom Mikroprozessor 5, den Ladezustandsignalen CHG1 und CHG2, die von der Treiberschaltung 40 zugeführt werden und die Leitung des Langsam-Lade-FET und des Schnell-Lade-FET anzeigen, und einem Entladezustandsignal DC1, das von der Treiberschaltung 40 zugeführt wird und die Leitung des Entlade-FET anzeigt, erzeugt werden, wodurch die Energiezufuhr an die Schaltungselemente 10, 20, 30 und 5a und den Speicher EEPROM gesteuert wird. In Verbindung mit der Energiezufuhrsteuerung für die einzelnen Teile der Überstrom-Erfassungsschaltung 20 veranschaulicht 6 mittels Beispielen die Verhältnisse zwischen dem Steuersignal PS3 vom Mikroprozessor 5 und den Lade- und Entladebedingungsignalen CHG1, CHG2 und DC1 und den offenen und geschlossenen Zuständen der Schalter SW24 bis SW26. In 2 bezeichnen die Symbole PS1, A und B einzeln logische Daten, die mit dem Spannungsmeßbetrieb der Spannungsmeßschaltung 30 verknüpft und von der Verteilerschaltung 60 für logische Daten an die Schaltung 30 geführt werden.
Wenn der Schalter SW21 in dem auf diese Weise aufgebauten Strom-Schaltkreis 50 geschlossen wird, wird dem A/D-Wandler 5a des Mikroprozessors 5 eine Bezugsspannung PWAD für die A/D-Umwandlung zugeführt. Wenn der Schalter SW22 geschlossen wird, wird dem Speicher EEPROM des Mikroprozessors 5 eine Treiberspannung PWEP zugeführt. Wenn der Schalter SW23 geschlossen wird, wird der Strommeßschaltung 10 und der Spannungsmeßschaltung 30 eine Treiberspannung FWI zugeführt.
Wenn der Schalter SW24 geschlossen wird, wird außerdem eine Treiberspannung FWVA an den Differentialverstärker 21a und den ersten und zweiten Komparator 22a und 22b angelegt, die das Ladestrom-Erfassungssystem bilden. Wenn der Schalter SW25 geschlossen wird, wird an den Differentialverstärker 21b und den dritten und vierten Komparator 22c und 22d, die das Entladestrom-Erfassungssystem bilden, eine Treiberspannung PWVB angelegt. Der Öffne-Schließbetrieb der Schalter SW24 und SW25 wird abhängig vom Betriebszustand (Lade oder Entlade) der Sekundärbatterie 1 durchgeführt, wodurch die selektive Zufuhr der Treiberspannungen PWVA und PWVB gesteuert wird. Spezifischer: wenn die Sekundärbatterie 1 geladen wird, wird die Treiberspannung PWVA nur dem Differentialverstärker 21a und dem ersten und zweiten Komparator 22a und 22c zugeführt, und die Zufuhr der Treiberspannung PWVB an den Differentialverstärker 21b und den dritten und vierten Komparator 22c und 22d wird gestoppt. Wird dies getan, kann der unnütze Betrieb auf der Seite des Differentialverstärkers 21b unterbrochen werden, um die Verschwendung des Stromverbrauchs zu vermeiden. Wenn auf ähnliche Weise die Sekundärbatterie 1 entladen wird, wird die Treiberspannung PWVB nur der Seite des Differentialverstärkers 21b zugeführt, und die Zufuhr der Treiberspannung PWVA an die Seite des Differentialverstärkers 21a wird gestoppt. Wird dies getan, kann der unnütze Betrieb an der Seite des Differentialverstärkers 21a unterbrochen werden, um die Verschwendung des Stromverbrauchs zu vermeiden.
Wenn dann der Schalter SW26 geschlossen wird, wird eine Treiberspannung PVWC an die Komparatoren 27a und 27b geführt, die in den Zeitgeberschaltungen eingeschlossen sind, die nach den Komparatoren 22a, 2b, 22c und 22d angeordnet sind.
Die Komparatoren 27a und 27b, die in den Zeitgeberschaltungen eingeschlossen sind, können ihre Funktionen selbst dann erfüllen, wenn sie nur zu dem Zeitpunkt betrieben werden, wenn die Zeitgeberschaltungen als Reaktion auf die Ausgaben der Komparatoren 22a, 22c; 22b, 22d arbeiten. Daher kann der Strom-Schaltkreis 50 so aufgebaut sein, dass die Treiberspannung PWVC nur an die Komparatoren 27a und 27 angelegt werden kann, wenn die Aktivierungssignale für die Zeitgeberschaltungen (Ausgaben der Komparatoren 22a, 22c; 22b, 22d) ausgegeben werden. In diesem Fall ist es nur erforderlich, dass die jeweiligen Ausgaben der Komparatoren 22a, 22b, 22c und 22d in den Steuerlogik-Abschnitt 52 ausgegeben werden.
Wie oben beschrieben, betätigt der Strom-Schaltkreis 50 selektiv die einzelnen Schaltungsfunktionsabschnitte der Batterierestkapazität-Meßvorrichtung, indem unter der Steuerung des Steuerlogik-Abschnitts 52 wahlweise die Schalter der Leistungsschaltergruppe 51 betätigt werden, durch die die elektrische Energie den Schaltungsfunktionsabschnitten zugeführt wird. Mit anderen Worten wird die Verschwendung des Stromverbrauchs ver mieden, indem die Energiezufuhr an diese Schaltungsfunktionsabschnitte gestoppt wird, die nicht aktiviert werden müssen. Auf diese Weise wird der Batterierestkapazität-Meßvorrichtung, vor allem der gesamten IC 6, eine Energiespareigenschaft verliehen. Beispielsweise wird insbesondere in der Energiespar-Betriebsart oder dergleichen die Energiezufuhr an die Schaltungsfunktionsabschnitte einschließlich des Mikroprozessors 5 gestoppt, nachdem die Betriebsbedingung des Mikroprozessors 5 in den Speicher EEPROM geladen wird. Unter diesen Bedingungen kann der Stromverbrauch der Sekundärbatterie 1 so gering wie möglich gehalten werden.
Solchermaßen wird in der Überstrom-Erfassungsschaltung 20 die selektive Energiezufuhr an die Differentialverstärker 21a und 21b und die Komparatoren 22a, 22b, 22c und 22d abhängig vom Betriebszustand (Lade oder Entlade) der Sekundärbatterie 1 unter der Steuerung des Strom-Schaltkreises 50 durchgeführt, und die Komparatoren 27a und 27b werden nur betätigt, wenn ein Überstrom erfasst wird. Daher kann der Antrieb der Schaltungselemente, deren Funktionen vorübergehend überflüssig sind, unterbrochen werden, so dass der Stromverbrauch beträchtlich reduziert werden kann.
Gemäß der mit der Strommeßschaltung 10, der Überstrom-Erfassungsschaltung 20 und dem Strom-Schaltkreis 50, usw., bereitgestellten IC 6, die auf die obige Weise aufgebaut ist, sind die einzelnen Schaltungsfunktionsabschnitte stromsparend, und die Differentialverstärker zum Erfassen der Lade- und Entladeströme der Sekundärbatterie 1 aus der Spannung am Nebenschlußwiderstand 2 erfreuen sich einer hohen Impedanz und hohen Genauigkeit. Entsprechend kann die Betriebsbedingung der Sekundärbatterie 1 sicher erfasst und überwacht werden. In der Strommeßschaltung 10 kann vor allem ihre absolute Meßgenauigkeit genau genug eingestellt werden, indem ein Offset der Differentialverstärker angelegt und die Verstärkung reguliert wird, so dass in Verbindung mit der ausreichend genauen relativen Meßgenauigkeit die Lade- und Entladeströme der Sekundärbatterie 1 äußerst genau gemessen werden können. Folglich kann die Batterierestkapazitätmessung auf der Grundlage der kumulativen Verarbeitung der gemessenen Ströme im Mikroprozessor 5 leicht und sehr genau durchgeführt werden.
In der Überstrom-Erfassungsschaltung 20 können überdies der Pegel und die Ansprechzeit für die Überstrom-Erfassung unabhängig voneinander veränderlich eingestellt werden. In dieser Ausführungsform können vor allem der Überstrom-Erfassungspegel und die Erfassungsansprechzeit jeweils in zwei Stadien eingestellt werden, so dass abhängig von den Spezifikationen und der beabsichtigten Verwendung der Sekundärbatterie 1 eine optimale Schutzmessung gegen einen Überstrom vorgenommen werden kann.
Gemäß der oben beschriebenen IC 6 wird der Gesamt-Stromverbrauch begrenzt, und die Wärmeerzeugung von den einzelnen Schaltungsfunktionsabschnitten kann durch die Energiesparfunktion so gering wie möglich gehalten werden. Entsprechend ist die IC 6 zusammen mit dem Mikroprozessor 5 und dergleichen geeignet, gemeinsam mit der Sekundärbatterie 1 untergebracht zu werden, um ein Batteriepaket zu bilden. Bei der Realisierung des Batteriepakets werden insbesondere die Strommeßschaltung 10, die Überstrom-Erfassungsschaltung 20, usw. zusammen mit der Sekundärbatterie 1 in einem geschlossenen Behälter aufgenommen, so dass erwartet wird, dass sie klein, billig, mit geringer Wärmeabgabe und einer hohen Sicherheit ist. Solchermaßen können gemäß der IC 6 mit den integrierten Schaltungsfunktionsabschnitten diese Erfordernisse effektiv erfüllt werden, so dass das Batteriepaket einfach und wirkungsvoll gebildet werden kann.
Da die Strommeßschaltung 10 und die Überstrom-Erfassungsschaltung 20 die Lade- und Entladeströme von der Sekundärbatterie 1 aus der Spannung am Nebenschlußwiderstand 2 unabhängig voneinander messen und erfassen, muss der Dynamikbereich der Schaltung 10 nicht eingestellt werden, um unnütz groß zu sein. Da es lediglich erforderlich ist, dass der Dynamikbereich der Differentialverstärker in der Strommeßschaltung 10 abhängig von den gewöhnlichen oder stabilen Pegeln der Lade- und Entladeströme der Sekundärbatterie 1 geregelt wird, kann vor allem die Meßgenauigkeit der Schaltung 10 genau genug gemacht werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform begrenzt.
Die Batterierestkapazität-Meßvorrichtung gemäß der vorherigen Ausführungsform hat die folgenden vier Merkmale. Als erstes hat die Strommeßschaltung 10 die Offset-Spannung/Verstärkung-Einstellfunktion. Als zweites erfassen die Strommeßschaltung 10 und die Überstrom-Erfassungsschaltung 20 unabhängig die Spannung am Nebenschlußwiderstand 2. Drittens kann die Überstromerfassungsschaltung 20 extern den Überstrom-Erfassungspegel und die Überstrom-Erfassungsansprechzeit einstellen. Viertens wird der Strom-Schaltkreis 50 verwendet, um die Vorrichtung stromsparend zu machen. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Anordnung beschränkt, und die Vorrichtung kann so modifiziert werden, dass sie mindestens eines der oben beschriebenen vier Merkmale hat.
In der Strommeßschaltung 10 gemäß der vorherigen Ausführungsform wird das Polaritätsinversion-Schaltmittel 14 so bereitgestellt, dass die Spannung am Nebenschlußwiderstand ohne Rücksicht auf die Betriebsbedingung (Lade oder Entlade) der Sekundärbatterie mit derselben Polarität eingegeben werden kann. Wie im Fall der Überstromerfassungsschaltung 20 können jedoch Differentialverstärker anstelle des Polaritätsinversion-Schaltmittels in beiden Systemen für die unabhängige Messung der Lade- und Entladeströme der Sekundärbatterie verwendet werden. 7 zeigt eine Strommeßschaltung 10' gemäß dieser Modifikation. Eine Nebenschlußwiderstand-Spannungseingabeklemme +IN wird mit der nicht-invertierenden Eingabeklemme eines Differentialverstärkers 11' und der invertierenden Eingabeklemme eines Differentialverstärkers 12' verbunden. Die andere Nebenschlußwiderstand-Spannungseingabeklemme –IN wird mit der invertierenden Eingabeklemme des Differentialverstärkers 11', der nicht-invertierenden Eingabeklemme des Differentialverstärkers 12' und der Schaltgruppe 15 verbunden. Die jeweiligen Ausgabeklemmen der Differentialverstärker 11' und 12' werden mittels einer ODER-Schaltung mit der nicht-invertierenden Eingabeklemme eines Verstärkers 13' verbunden, während die invertierende Eingabeklemme und Ausgabeklemme des Verstärkers 13' jeweils mit der Schaltgruppe 18 und der Lade/Entladestrom-Signalausgabeklemme IOUT verbunden werden. Abhängig vom Betriebszustand (Ladung bzw. Entladung) der Sekundär batterie 1 wird die Energiezufuhr PWVA an den Differentialverstärker 11' oder die Energiezufuhr PWVB an den Differentialverstärker 12' wahlweise unter der Steuerung des Strom-Schaltkreises 50 durchgeführt.
Gemäß der vorherigen Ausführungsform, wie in den 1 und 2 gezeigt, ist die IC ausgebildet, alle peripherischen Analogschaltungen der Sekundärbatterie mit Ausnahme der Überspannung-Schutzschaltung 7 mit einer im Wesentlichen anderen Betriebsspannung und des Mikroprozessors, der digital arbeitet, zusammenzuballen. Alternativ dazu können nur spezifische Schaltfunktionabschnitte zusammen in eine IC getan werden. In der in 3 gezeigten IC 6 werden die Schaltfunktionabschnitte so angebracht, dass sie in einer 64-Pin-Standardbaugruppe aufgenommen werden können. Jedoch müssen sie nicht immer gerade auf diese Weise angeordnet werden.
Weiterhin kann die Strommeßschaltung 10 so aufgebaut sein, dass der Pegel der an jeden Differentialverstärker angelegten Offset-Spannung genauestens eingestellt wird und die Verstärkung feiner reguliert werden kann. Es ist verständlich, dass der Überstrom-Erfassungspegel und die Erfassungsansprechzeit für die Überstrom-Erfassungsschaltung 20 jeweils für ein oder drei oder mehr Systeme eingestellt werden können.
Darüber hinaus muss die Schaltungsfunktion zur Durchführung der selektiven Energiezufuhr unter der Steuerung des Strom-Schaltkreises 50 für die Einschränkung der Verschwendung des Stromverbrauchs nur gemäß der spezifischen Anwendung geregelt werden.
Verschiedene Änderungen und Modifikationen können in der vorliegenden Erfindung vom Fachmann auf dem Gebiet durchgeführt werden, ohne sich vom Schutzumfang der Erfindung, wie im Anspruch 1 definiert, zu lösen.
Wenn technische Merkmale in den Ansprüchen mit Bezugszeichen versehen sind, so sind diese Bezugszeichen lediglich zum besseren Verständnis der Ansprüche vorhanden und dementsprechend stellen solche Bezugszeichen keine Einschränkungen des Schutzumfangs solcher Elemente dar, die nur exemplarisch durch solche Bezugszeichen gekennzeichnet sind.

Claims

Eine Batterierestkapazität-Meßvorrichtung, die eine Strommeßschaltung (10) zum Messen der Lade- und Entladeströme einer Sekundärbatterie (1) hat und in einer integrierten Schaltung (6) ausgebildet ist, wobei die Strommeßschaltung folgendes umfasst: eine Differentialverstärkerschaltung (11, 12, 13) zum Erfassen einer Spannung an einem Widerstand (2) für die Stromerfassung, die mit der Sekundärbatterie in Reihe geschaltet ist, eine Offset-Stromquelle (17) zum Erzeugen einer vorbestimmten Bezugsspannung, wobei die Offset-Stromquelle zusammen mit der Differentialverstärkerschaltung (11, 12) in der integrierten Schaltung ausgebildet ist, eine Widerstand-Gruppe (16) zum Teilen der von der Offset-Spannungsquelle (17) erzeugten vorbestimmten Bezugsspannung, um dadurch Offset-Spannungen zu erzeugen, die sich voneinander unterscheiden, eine Offset-Schaltung (15), um eine der von der Widerstand-Gruppe (16) erzeugten Offset-Spannungen an die Differentialverstärkerschaltung anzulegen, um dadurch der Differentialverstärkerschaltung eine Offset-Spannung bereitzustellen, und eine Verstärkungseinstellung-Schaltung (13, 18), um eine Verstärkung der Differentialverstärkerschaltung in Übereinstimmung mit einer Ausgabe der mit der Offset-Spannung bereitgestellten Differentialverstärkerschaltung veränderlich einzustellen.
Die Batterierestkapazität-Meßvorrichtung nach Anspruch 1, worin die Strommeßschaltung (10) weiterhin einen Polaritätsinversion-Schaltkreis (14) einschließt, der zwischen dem Widerstand (2) und der Differentialverstärkerschaltung (11, 12, 13) liegt, wobei der Polaritätsinversion-Schaltkreis die Eingabe-Polarität der Spannung am Widerstand ändert, wobei die Spannung in die Differentialverstärkerschaltung mit der Eingabe-Polarität eingegeben wird, wobei die Differentialverstärkerschaltung von einer einzigen Stromquelle (PWI) betrieben wird, und der Polaritätsinversion-Schaltkreis (3) eine erste Schaltstellung einnimmt, wenn die Sekundärbatterie geladen wird, und eine zweite Schaltstellung einnimmt, wenn die Sekundärbatterie entladen wird, wobei die Eingabe-Polarität in der zweiten Schaltstellung derjenigen in der ersten Schaltstellung entgegengesetzt ist.
Die Batterierestkapazität-Meßvorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin folgendes umfasst: eine Überstrom-Erfassungsschaltung (20), um die Spannung am Widerstand unabhängig von der Strommeßschaltung zu erfassen und um Überstrom in der Sekundärbatterie in Übereinstimmung mit der am Widerstand erfassten Spannung zu erfassen.
Die Batterierestkapazität-Meßvorrichtung nach Anspruch 3, worin die Strommeßschaltung (10) und die Überstrom-Erfassungsschaltung (20) jeweils eine Eingabestufe haben, die aus einem Differentialverstärker (11, 12; 21a, 21b) mit hoher Eingabeimpedanz besteht.
Die Batterierestkapazität-Meßvorrichtung nach Anspruch 4, worin die Strommeßschaltung und die Überstrom-Erfassungsschaltung in Form einer integrierten Schaltung (6) ausgebildet sind.
Die Batterierestkapazität-Meßvorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin folgendes umfasst: eine Überstrom-Erfassungschaltung (20) zum Erfassen von Überstrom in der Sekundärbatterie; worin die Überstrom-Erfassungsschaltung einen Differentialverstärker (21a; 21b) für die Stromerfassung zum Erfassen der Spannung an dem Widerstand einschließt, der mit der Sekundärbatterie in Reihe geschaltet ist, einen Komparator (22a, 22b; 22c, 22d) zum Vergleichen eines extern eingestellten Bezugswerts (CREF1; CREF2) mit einer Ausgabe des Differentialverstärkers und zum Ausgeben eines Ausgabesignals, das die Erzeugung des Überstroms anzeigt einschließt, wenn der Bezugswert von der Ausgabe des Differentialverstärkers überschritten wird, und eine Zeitgeberschaltung (26a; 26b) einschließt, um die Zeitmessung als Reaktion auf ein Ausgabesignal des Komparators zu beginnen und um ein Überstrom-Erfassungssignal auszugeben, wenn eine extern eingestellte Zeit verstrichen ist.
Die Batterierestkapazität-Meßvorrichtung nach Anspruch 6, worin die Überstrom-Erfassungsschaltung (20) einen ersten und einen zweiten Differentialverstärker (21a, 21b) einschließt, die jeweils von einer einzigen Stromquelle (PWVA, PWVB) betrieben werden, und der erste und der zweite Differentialverstärker (21a, 21b) jeweils mit entgegengesetzten Enden des Widerstands (2) verbunden werden, um die Spannung am Widerstand in einer Polarität einzugeben, die zwischen dem ersten und dem zweiten Differentialverstärker unterschiedlich ist.
Die Batterierestkapazität-Meßvorrichtung nach Anspruch 7, worin der erste Differentialverstärker (21a; 4) eine nicht-invertierende Eingabeklemme aufweist, die mit einem Ende des Widerstands verbunden ist, und eine invertierende Eingabeklemme aufweist, die mit einem anderen Ende des Widerstands verbunden ist, und der zweite Differentialverstärker (21b; 4) eine invertierende Eingabeklemme aufweist, die mit dem einen Ende des Widerstands verbunden ist, und eine nicht-invertierende Eingabeklemme aufweist, die mit dem anderen Ende des Widerstands verbunden ist.
Die Batterierestkapazität-Meßvorrichtung nach Anspruch 7, worin ein entsprechender der ersten und zweiten Differentialverstärker (21a, 21b; 5) abhängig davon, ob die Sekundärbatterie (1) geladen oder entladen wird, betrieben wird.
Die Batterierestkapazität-Meßvorrichtung nach Anspruch 6, worin der Komparator (22a, 22b; 22c, 22d; 4) der Überstrom-Erfassungsschaltung eine Eingabeklemme hat, die mit dem Differentialverstärker (21a; 21b) verbunden ist, und eine Eingabeklemme hat, die mit einer Spannungsteilerschaltung (23a; 23b) verbunden ist, die aus einem Widerstand besteht, der extern an der Überstrom-Erfassungsschaltung angebracht ist.
Die Batterierestkapazität-Meßvorrichtung nach Anspruch 10, worin die Spannungsteilerschaltung (23a; 23b) einen veränderlichen Widerstand (R41; R43) einschließt.
Die Batterierestkapazität-Meßvorrichtung nach Anspruch 6, worin die Zeitgeberschaltung (26a; 26b) einen Schaltkreis (SW1a; SW2a) einschließt, der auf das Ausgabesignal des Komparators (22a, 22b; 22c, 22d) reagiert, eine Konstant-Stromquelle (Iconst1; Iconst2) einschließt, die mittels des Schaltkreises mit einem Kondensator (25a; 25b) verbunden ist, der extern an der Überstrom-Erfassungsschaltung angebracht ist, um den Kondensator zu laden, und einen Hilfskomparator (27a; 27b) einschließt, um eine Ladespannung, auf die der Kondensator geladen wird, mit einer Bezugsspannung zu vergleichen, und um das Überstrom-Erfassungssignal auszugeben, wenn die Bezugsspannung von der Ladespannung des Kondensators überschritten wird.
Die Batterierestkapazität-Meßvorrichtung nach Anspruch 12, worin der Kondensator ein veränderlicher Kondensator (25a; 25b) ist.
Die Batterierestkapazität-Meßvorrichtung nach Anspruch 1, worin die Strommeßschaltung (10) einen ersten und einen zweiten Differentialverstärker (11', 12') einschließt, die jeweils mit entgegengesetzten Enden des Widerstands für die Stromerfassung verbunden sind, der mit der Sekundärbatterie in Reihe geschaltet ist, damit die Spannung am Widerstand in einer Polarität eingegeben wird, die zwischen dem ersten und dem zweiten Differentialverstärker unterschiedlich ist, wobei der erste und der zweite Differentialverstärker jeweils einen elektrischen Strom, der durch die Sekundärbatterie fließt, auf der Grundlage der Spannung am Widerstand erfasst; und die Batterierestkapazität-Meßvorrichtung weiterhin einen Strom-Schaltkreis (50) umfasst, um den ersten oder zweiten Differentialverstärker abhängig von der Richtung des durch die Sekundärbatterie fließenden elektrischen Stroms wahlweise mit einer Stromquelle (90) zu verbinden.
Die Batterierestkapazität-Meßvorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin folgendes umfasst: eine Überstrom-Erfassungsschaltung (20) zum Erfassen von Überstrom in der Sekundärbatterie in Übereinstimmung mit der Spannung am Widerstand, wobei die Überstrom-Erfassungsschaltung einen ersten und zweiten Differentialverstärker (21a, 21b) einschließt, die jeweils mit entgegengesetzten Enden des Widerstands verbunden sind, um die am Widerstand angelegte Spannung in einer Polarität einzugeben, die zwischen dem ersten und dem zweiten Differentialverstärker unterschiedlich ist, wobei der erste und der zweite Differentialverstärker jeweils einen durch die Sekundärbatterie fließenden elektrischen Strom aus der Spannung am Widerstand erfassen; und einen Strom-Schaltkreis (50), um den ersten oder den zweiten Differentialverstärker abhängig von der Richtung des durch die Sekundärbatterie fließenden elektrischen Stroms wahlweise mit einer Stromquelle (90) zu verbinden.
Die Batterierestkapazität-Meßvorrichtung nach Anspruch 15, worin der erste Differentialverstärker (21a; 4) über eine nicht-invertierende Eingabeklemme verfügt, die mit einem Ende des Widerstands (2) für die Stromerfassung verbunden ist, und eine invertierende Eingabeklemme verfügt, die mit dem anderen Ende des Widerstands verbunden ist, und der zweite Differentialverstärker (21b; 4) über eine invertierende Eingabeklemme verfügt, die mit dem einen Ende des Widerstands für die Stromerfassung verbunden ist, und eine nicht-invertierende Eingabeklemme verfügt, die mit dem anderen Ende des Widerstands verbunden ist.
Die Batterierestkapazität-Meßvorrichtung nach Anspruch 15, worin der erste und der zweite Differentialverstärker (21a, 21b) jeweils von einer einzigen Stromquelle (PWVA, PWVB) betrieben werden.
Die Batterierestkapazität-Meßvorrichtung nach Anspruch 15, worin die Überstrom-Erfassungsschaltung (20) weiterhin einen ersten Komparator (22a; 22c) einschließt zum Vergleichen einer Ausgabe des ersten Differentialverstärkers (21a) mit einem ersten Bezugswert (CREF1; CREF2) und zum Ausgeben einer ersten Unterscheidungsausgabe, sofern der erste Bezugswert von der Ausgabe des ersten Differentialverstärkers überschritten wird, und einen zweiten Komparator (22b; 22d) einschließt zum Vergleichen einer Ausgabe des zweiten Differentialverstärkers (21b) mit einem zweiten Bezugswert (CREF1; CREF2) und zum Ausgeben einer zweiten Unterscheidungsausgabe, sofern der Bezugswert von der Ausgabe des zweiten Differentialverstärkers überschritten wird; und der Strom-Schaltkreis (50) einen entsprechenden der ersten und zweiten Komparatoren mit der Stromquelle (90) verbindet, und zwar abhängig davon, welcher der ersten und zweiten Differentialverstärker durch den Strom-Schaltkreis mit der Stromquelle verbunden ist.
Die Batterierestkapazität-Meßvorrichtung nach Anspruch 18, worin die Überstrom-Erfassungsschaltung (20) weiterhin einen ersten Überstrom-Detektor (27a) zum Erfassen von Überstrom in Übereinstimmung mit der ersten Unterscheidungsausgabe vom ersten Komparator (22a; 22c) einschließt, und einen zweiten Überstrom-Detektor (27b) zum Erfassen von Überstrom in Übereinstimmung mit der zweiten Unterscheidungsausgabe vom zweiten Komparator (22b, 22d) einschließt; und der Strom-Schaltkreis (50) den ersten Überstrom-Detektor mit der Stromquelle (90) verbindet, wenn die erste Unterscheidungsausgabe geliefert wird, und den zweiten Überstrom-Detektor mit der Stromquelle verbindet, wenn die zweite Unterscheidungsausgabe geliefert wird.