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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Batterieladegerät, das zum
Laden einer Batterie, wie einer Nickel-Metallhydrid-Batterie, geeignet
ist, die eine große
Wärme freisetzt,
während
sie geladen wird.
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Gegenwärtig wird
eine aufladbare Batterie, die wiederholt für die Energieversorgung von,
zum Beispiel einem Elektrowerkzeug, genutzt werden kann, verwendet.
Als eine Batterie für
das Elektrowerkzeug ist eine Nickel-Cadmium-Batterie weit verbreitet, wobei ein
Batterieladegerät
zum schnellen Aufladen einer Batterie durch Zuführen eines hohen Stromes zur
Batterie verwendet wird. Speziell wird die Batterie in etwa 20 Minuten
schnell aufgeladen, wobei ein Elektrowerkzeug durch das Auswechseln einer
Batterie gegen eine Batterie, die aufgeladen wurde, durchgehend
verwendet werden kann.
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Der
Erfinder der vorliegenden Erfindung hat die Verbesserung des Leistungsverhaltens
eines Elektrowerkzeugs durch die Verwendung einer Nickel-Metallhydrid-Batterie
als eine Batterie dafür
untersucht. Obwohl die Nickel-Metallhydrid-Batterie im Vergleich zu einer Nickel-Cadmium-Batterie
eine Kapazität
steigern kann, erzeugt sie eine große Wärme, wenn sie geladen wird.
Wenn die Temperatur der Batterie durch die erzeugte Wärme hoch
wird, werden die Elektroden und das Trennelement in der Batterie
beeinträchtigt,
wobei die Lebensdauer der Batterie verkürzt wird. Auf Grund dessen
ist es unmöglich,
die Nickel-Metallhydrid-Batterie mit hohem Strom schnell aufzuladen,
wie man es für
die oben angegebene Nickel-Cadmium-Batterie getan hat.
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Unter
Berücksichtigung
dessen hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung das Laden einer
Batterie, während
der Ladestrom auf der Grundlage einer Karte bzw. Tabelle geändert wird,
in der die absoluten Temperaturen der Batterie und die Temperatur-Anstiegswerte
eingetragen werden, und das Erfassen der Beendigung des Ladens der
Batterie anhand der Karte bzw. Tabelle, erdacht. Wenn eine Batterie
jedoch durch dieses Verfahren geladen wird, tritt häufig das
Umschalten der Stromwerte, gerade in den früheren und mittleren Abschnitten
des Batterieladens, auf, wobei die Ladezeit unvorteilhaft verlängert wird.
Das heißt,
die Zustände
der zu ladenden Batterien variieren so, wie eine, deren Kapazität fast null
ist und eine, deren Kapazität
fast voll bleibt. Hier ist es notwendig, die Karte als das größte gemeinsame
Maß der
verschiedenen Zustände
zu erzeugen. Im Fall des Ladens der oben erwähnten Batterien in verschiedenen
Zuständen
oder zum Beispiel des Ladens einer Batterie, deren Kapazität gemäß der Karte fast
null ist, wird der Strom basierend auf den erfassten Temperatur-Anstiegswerten
auf niedrigen Strom (wie zum Beispiel 3C) umgeschaltet, selbst während der
Batterie die maximale Stromkapazität (wie zum Beispiel 4C) des
Batterieladegeräts
zugeführt
werden kann, wobei dadurch die Zeit zum Beenden des Ladens der Batterie
verlängert
werden kann. Ferner tritt es in dem Fall, in dem die Beendigung
der Ladung basierend auf der Karte bestimmt wird, manchmal auf,
dass die Beendigung des Ladens festgestellt wird, nachdem die Ladekapazität, abhängig von
den Bedingungen, 100% überschritten
hat.
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In
dem Fall, im dem man darüber
hinaus Ladestrom durch Abrufen einer Karte anhand der absoluten
Temperatur der Batterie und des Temperatur-Anstiegswertes erhält, ist
es er forderlich, dass der Temperatur-Anstiegswert der Batterie,
d. h. die Genauigkeit eines Temperatur-Differentialwertes hoch ist,
um so einen entsprechenden Ladestromwert zu erhalten. Mit anderen
Worten, wenn die Genauigkeit, mit der der Temperatur-Differentialwert
erfasst wird, niedrig ist, wird ein geeigneter Temperaturwert nicht ausgewählt, wobei
dadurch ein unnötiges
Umschalten des Ladestroms, wie oben angegeben, bewirkt wird. In
dem Fall jedoch, in dem die Temperatur-Auflösung ansteigt, steigen die
Kosten. Es besteht daher ein Bedarf, dass ein unnötiges Umschalten
der Stromwerte verhindert werden kann, ohne dass die Temperatur-Auflösung ansteigt.
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Die
Druckschrift EP-A-0 964 497, die eine europäische Patentanmeldung ist,
die unter Art. 54(3) und (4) EPC fällt, betrifft ein Batterieladegerät, dass
das Beenden der Batterieladung basierend auf einer Batterietemperatur
und einem Temperatur-Anstiegswert ermittelt. Bei der Ermittlung,
ob die Batterietemperatur und die Batterie-Anstiegstemperatur zu
einem Bereich in der Karte gehören,
der dazu neigt, am Beginn eines letzten Lade-Abschnitts aufzutreten,
wird einem Zähler
ein niedriger Zählwert „1" hinzugefügt. Wenn
sie zu einem Bereich gehören, der
dazu neigt, am Ende des letzten Lade-Abschnitts aufzutreten, wird
dem Zähler
ein hoher Zählwert „3" hinzugefügt. Wenn
die Summe der Zählwerte
einen eingestellten Wert übersteigt,
wird die Beendigung der Batterieladung bestimmt.
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Eine
Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Batterieladegerät bereitzustellen,
das eine Batterie in einer kurzen Zeit laden kann, während der
Temperaturanstieg der Batterie entsprechend dem Zustand der Batterie
unterdrückt
wird.
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Eine
noch weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Batterieladegerät bereitzustellen,
das eine Batterie zu 100% laden kann, ohne sie zu überladen. Die
Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der Ansprüche erreicht.
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Das
Batterieladegerät
verwendet eine Karte bzw. Tabelle, in der ein zulässiger Stromwert
eingetragen ist, der auf einer Batterietemperatur und einem Temperatur-Anstiegswert
der Batterie basiert, mit dem eine Batterie geladen werden kann,
während der
Temperaturanstieg der Batterie unterdrückt wird, und regelt einen
Ladestromwert. Das heißt,
durch Abrufen der Karte, die auf der Batterietemperatur und dem
Temperatur-Anstiegswert basiert, erhält man einen zulässigen Stromwert,
mit dem die Batterie geladen werden kann, während der Temperaturanstieg der
Batterie unterdrückt
wird, wobei die Batterie mit dem zulässigen Stromwert geladen wird.
Auf Grund dessen ist es möglich,
eine Nickel-Metallhydrid-Batterie,
deren Temperatur dazu neigt, während
der Ladung anzusteigen, in kurzer Zeit aufzuladen, ohne eine Schädigung auf
Grund des Temperaturanstiegs zu verursachen. Wenn in diesem Fall
eine Ladezustands-Bestimmungseinrichtung feststellt, dass sich ein
Batteriezustand nicht im letzten Lade-Abschnitt befindet, erhält eine
Abruf-Einrichtung für
einen zulässigen
Stromwert einen relativ hohen, zulässigen Wert. Das heißt, vor
dem letzten Lade-Abschnitt ist die Batterieladung in einer kurzen
Zeit durch Zuführen
eines hohen Stromes beendet, ohne die Stromwerte für Abgleich-Zwecke
umzuschalten.
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Das
Batterieladegerät
verwendet eine Karte bzw. Tabelle, in der ein zulässiger Stromwert
eingetragen ist und regelt einen Ladestromwert, mit dem eine Batterie
geladen werden kann, während
der Temperaturanstieg der Batterie unterdrückt wird. Das heißt, durch
Abrufen der Karte, die auf der Batterietemperatur und dem Anstiegswert
der Temperatur basiert, erhält
man einen zulässigen
Stromwert, mit dem eine Batterie geladen werden kann, während der
Temperaturanstieg der Batterie unterdrückt wird, wobei die Batterie
mit dem zulässigen
Stromwert geladen wird. Auf Grund dessen ist es möglich, eine
Nickel-Metallhydrid-Batterie, deren Temperatur dazu neigt, während der
Ladung anzusteigen, in kurzer Zeit aufzuladen, ohne eine Schädigung auf
Grund des Temperaturanstiegs zu verursachen. In diesem Fall wird
auf Grundlage der Änderung
der Batteriespannung und des zulässigen
Stroms entsprechend dem Lade-Zustand der Batterie, den man anhand
der Karte erhält,
ermittelt, ob sich ein Batteriezustand vor oder in einem letzten
Lade-Abschnitt befindet. Damit ist es möglich, eine optimale Ladestrom-Regelung entsprechend
dem Ladezustand der Batterie durchzuführen.
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In
dem Batterieladegerät
erreicht die Ladezustands-Bestimmungseinrichtung eine Änderung der
Batteriespannung durch die Ladeeinrichtung, basierend auf Spannungswerten
mit dem gleichen zulässigen
Ladestrom-Umschaltungsmuster. Auf Grund dessen ist es möglich, den
Batteriezustand basierend auf der Batteriespannung entsprechend
zu bestimmen, selbst wenn die Batterie geladen wird, während der
Ladestrom umgeschaltet wird.
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Im
Batterieladegerät
wird die Batteriespannung erfasst, wobei die Ladung beendet wird,
wenn auf der Grundlage der Änderung
der Batteriespannung festgestellt wird, dass die Batterieladung
beendet ist. Es ist daher möglich,
die Batterieladung sicher zu beenden.
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Im
Batterieladegerät
wird ermittelt, ob die Batterietemperatur und der Temperatur-Anstiegswert der
Batterie zu einem Bereich gehören,
der dazu neigt, in einem letzten Lade-Abschnitt in der Karte aufzutreten
und ob die Batterieladung auf der Grundlage der Batteriespannung
beendet wird. In diesem Fall, wenn sie zu einem Bereich gehören, der
dazu neigt, am Anfang des letzten Lade-Abschnitts aufzutreten, wird
ein niedriger Zählwert
hinzugefügt,
wobei ein Zählwert hinzugefügt wird,
wenn die Verringerung der Batteriespannung groß ist. Wenn die Summe der Zählwerte
einen voreingestellten Wert übersteigt, wird
bestimmt, dass die Batterieladung beendet ist. Das heißt, wenn
der Temperaturanstieg groß ist,
ist der Temperaturanstieg selbst mit einem abgesenkten Ladestromwert
noch groß,
wobei die Verringerung der Batteriespannung groß ist und dann ein hoher Zählwert hinzugefügt wird.
Wenn der Temperaturanstieg groß ist,
der Temperaturanstieg aber durch das Absenken des Ladestromwerts
nicht großartig
ansteigt, wird ein niedriger Zählwert
hinzugefügt.
Damit ist es möglich,
eine Batterie unabhängig
von der Restkapazität
der Batterie, der Temperatur und dergleichen zu 100% zu laden, ohne
sie zu überladen.
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Im
Batterieladegerät
erhält
die zweite Zählwert-Ausgabeeinrichtung
von der Ladeeinrichtung den Batteriespannungs-Absenkungswert, der auf Spannungswerten
mit den gleichen zulässigen Stromwert-Schaltungsmustern
basiert. Auf Grund dessen ist es möglich, den Batteriezustand
zu bestimmen, der entsprechend auf der Batteriespannung basiert,
selbst wenn die Batterie geladen wird, während der Ladestrom umgeschaltet
wird.
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Batterieladegeräts im ersten Ausführungsbeispiel entsprechend
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Batteriepacks im ersten Ausführungsbeispiel
entsprechend der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
Seitenansicht einer Akku-Bohrmaschine, die den in 2 gezeigten
Batteriepack verwendet;
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4 ein
Blockschaltbild, dass eine Ladeschaltung in dem in 1 gezeigten
Batterieladegerät
zeigt;
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5 eine
erläuternde
Ansicht, die den Inhalt einer Karte angezeigt, die in der Ladeschaltung des
ersten Ausführungsbeispiels
gespeichert wird;
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6 eine
grafische Darstellung, die die Änderungen
der Batteriespannung, der Batterietemperatur und des Ladestromes
in dem Fall zeigt, in dem der Strom gemäß der Karte geregelt wird,
ohne irgendwelche Korrekturen vorzunehmen;
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7 eine
grafische Darstellung, die die Änderungen
der Batterietemperatur, der Batteriespannung und des Ladestromes
in dem Fall zeigt, in dem die Regelung durch den Ladestrom im ersten
Ausführungsbeispiel
vorgenommen wird;
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8 die
erste Hälfte
eines Ablaufdiagramms, das den Ablauf der Ladeschaltung im ersten Ausführungsbeispiel
zeigt;
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9 die
zweite Hälfte
des Ablaufdiagramms, das den Ablauf der Ladeschaltung im ersten Ausführungsbeispiel
zeigt;
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10A eine grafische Darstellung, die die Batteriespannung
und den Batteriestrom vom Beginn der Batterieladung bis zum mittleren
Abschnitt der Batterieladung zeigt und
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10B eine grafische Darstellung, die die Batteriespannung
und den Batteriestrom vom letzten Abschnitt der Batterieladung bis
zu deren Beendigung zeigt;
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11 eine
erläuternde
Ansicht, die die Inhalte der Karten zeigt, die in einer Ladeschaltung
im zweiten Ausführungsbeispiel
gespeichert werden;
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12 die
erste Hälfte
eines Ablaufdiagramms, das den Ablauf der Ladeschaltung im zweiten
Ausführungsbeispiel
zeigt;
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13 die
erste Hälfte
eines Ablaufdiagramms, das den Ablauf der Ladeschaltung im dritten Ausführungsbeispiel
zeigt;
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14 die
zweite Hälfte
des Ablaufdiagramms, das den Ablauf der Ladeschaltung im dritten Ausführungsbeispiel
zeigt;
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15 die
zweite Hälfte
eines Ablaufdiagramms, das den Ablauf der Ladeschaltung im vierten
Ausführungsbeispiel
zeigt.
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Mit
Bezug auf die begleitenden Zeichnungen werden Batterieladegeräte in den
Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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1 zeigt
ein Batterieladegerät 10 im
ersten Ausführungsbeispiel, 2 zeigt
einen Batteriepack 50 (für eine Nickel-Metallhydrid-Batterie)
und 3 zeigt eine Akku-Bohrmaschine 70, die durch den
Batteriepack 50 betrieben wird.
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Gemäß 2 umfasst
der Batteriepack 50, der eine Nickel-Metallhydrid-Batterie
aufweist, ein im Allgemeinen zylindrisches Passstück 52 und
ein im Allgemeinen prismenförmiges
Unterteil 56. An der Seite des Passstücks 52 ist ein keilförmiges Keilstück 54 ausgebildet,
wobei der erste Eingangsanschluss t1, der mit der positiven Elektrode
der Batterie verbunden ist, der zweite Eingangsanschluss t2, der
mit der negativen Elektrode verbunden ist, und der dritte Anschluss
t3, der mit einem Temperatur-Erfassungssensor verbunden ist, der
einen Thermistor aufweist, an einem oberen Teil des Passstücks 52 angeordnet sind.
Der Batteriepack 50 ist basierend auf dem Unterschied der
Anzahl von darin enthaltenen Batteriezellen für unterschiedliche Spannungen,
d. h. 14,4 V, 12 V und 9,6 V angepasst.
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Gemäß 1 ist
das Batterieladegerät 10, das
den Batteriepack 50 auflädt, mit einer Passöffnung 12 versehen,
in die das Passstück 52 des
Batteriepacks 50 eingepasst wird. An der Seitenwand der
Passöffnung 12 ist
eine Keilbahn 14 zum Einführen des Keilstücks 54 des
Anschlussstücks 52 ausgebildet.
Die Passöffnung 12 ist
mit einem Gehäuse 16 einstückig harzgeformt,
um das Batterieladegerät 10 zu
bilden. In diesem Ausführungsbeispiel
ist das Keilstück 54 am
Passstück 52 des
Batteriepacks 50 und die Keilbahn 14 an einer
Passöffnung 12 des Batterieladegeräts 10 angeordnet,
wodurch verhindert wird, dass der Batteriepack 50 in eine
verkehrte Richtung eingesetzt wird. Die ersten bis dritten Ausgangsanschlüsse, die
nicht gezeigt werden, sind am Boden der Passöffnung 12 angeordnet,
um mit den ersten bis dritten Anschlüssen t1, t2 bzw. t3 des Batteriepacks 50 in
Kontakt zu kommen. Am oberen Teil des Batterieladegeräts 10 ist
eine LED-Lampe 18 angeordnet, um anzuzeigen, dass eine
Batterie aufgeladen wird.
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Gemäß 3 ist
die Akku-Bohrmaschine 70 mit einer Passöffnung 72 versehen,
in die das Passstück 52 des
Batteriepacks 50 eingepasst wird und ist so gebildet, dass
ein Spannfutter 76 durch einen Motor, der nicht gezeigt
wird, durch das Zuführen
einer Energie vom ersten Eingangsanschluss t1 und dem zweiten Eingangsanschluss
t2 des Batteriepacks 50 gedreht wird. Wenn die Akku-Bohrmaschine 70 benutzt
wird, wird eine Vielzahl von Batteriezellen im Batteriepack 50,
die voll geladen sind, nacheinander verwendet, so dass die Akku-Bohrmaschine 70 durchgehend
arbeiten kann. Zu diesem Zweck wird das Batterieladegerät 10 in
diesem Ausführungsbeispiel
so eingerichtet, dass er den Batteriepack 50 in etwa 20
Minuten schnell aufladen kann.
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4 ist
eine Schaltungsanordnung im Batterieladegerät 10. In der in 4 gezeigten
Schaltung wird die Störung
einer herkömmlichen
Wechselstrom-Energieversorgung durch einen Eingangsfilter 20 entfernt,
die Wechselstrom-Energie
wird durch eine Gleichrichter- und Glättungsschaltung 22 gleichgerichtet
und geglättet
und durch eine Schalt vorrichtung 24 an- und abgeschaltet,
die zwischen der Gleichrichter- und Glättungsschaltung 22 und
einem Transformator 26 angeordnet ist. Der Transformator 26 ist
mit einer Hilfswicklung 26a versehen, von der eine elektromotorische
Kraft in eine Zusatz-Energieversorgung 46 eingegeben und
an die primärseiteige Steuerschaltung 48 angelegt
wird. Die primärseitige Steuerschaltung 48 ist
für die
Ein/Aus-Regelung der Schaltvorrichtung 24 vorgesehen. Die
Schaltvorrichtung 24 regelt eine relative Einschaltdauer
des Ladestroms, wobei der Transformator 26 die herkömmliche
Wechselspannung auf einen geeigneten Spannungspegel senkt.
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Die
Ausgabe des Transformators 26 wird durch die Gleichrichter-
und Glättungsschaltung 28 gleichgerichtet
und geglättet
und dann an den Batteriepack 50 angelegt. Dadurch wird
die vom Batteriepack 50 umfasste Batteriezelle (nicht dargestellt)
mit Ladestrom versorgt. Eine Strom-Erfassungsschaltung 30 und
eine Spannungs-Erfassungsschaltung 32 werden zwischen der
Gleichrichter- und Glättungsschaltung 28 und
dem Batteriepack geschaltet, von dem ein Ladestromsignal bzw. ein
Ladespannungssignal an eine sekundärseitige Steuerschaltung 38 eingegeben
werden. In die sekundärseitige Steuerschaltung 38 wird
ein Temperatursignal von einem Temperatur-Erfassungssensor 58 eingegeben, der
im Batteriepack angeordnet ist.
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An
die sekundärseitige
Steuerschaltung 38 wird eine Energieversorgung von einer
Zusatz-Energieversorgungs-Schaltung 44 angelegt. Die sekundärseitige
Steuerschaltung 38 speichert eine später zu beschreibende Stromwert-Steuerkarte,
erhält durch
das Differenzieren eines vom Temperatur-Erfassungssensor 58 ausgegebenen
Temperaturwertes einen Temperatur-Anstiegswert, ruft die auf dem Temperaturwert
und dem Temperatur-Anstiegswert basierende Karte ab und erhält einen
zulässigen Stromwert,
mit dem die Batterie geladen werden kann, während ein Anstieg der Batterietemperatur unterdrückt wird.
Die sekundärseitige
Steuerschaltung 38 ermittelt dann basierend auf dem oben
genannten Ladestromsignal, ob eine relative Einschaltdauer erhöht werden
muss oder nicht und überträgt die relative
Einschaltdauer entsprechend durch eine Ladestromwert-Verknüpfungsschaltung 40 und
eine Rückkopplungsschaltung 49 zur
primärseiteigen Steuerschaltung 48.
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Die
Anordnung der Karte für
die Verwendung bei einer Stromregelung, wie oben angegeben, wird mit
Bezug auf 5 beschrieben.
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Wenn
der Ladestrom für
eine Batterie ansteigt, wird die Ladezeit normalerweise kürzer und der
Temperaturanstieg größer. Umgekehrt
werden die Ladezeit länger
und der Temperaturanstieg kleiner, wenn der Ladestrom abnimmt. Insbesondere
hat eine Nickel-Metallhydrid-Batterie Eigenschaften, dass ein Temperaturgefälle (Temperatur-Anstiegswert)
mit den Ladestrom und der bereits geladenen Kapazität außerordentlich
variiert. Auf Grund dessen wird in diesem Ausführungsbeispiel die Batterie-Ladung
durchgeführt,
während
die Stromwerte verändert
werden, um so den Temperaturanstieg zu unterdrücken. Mit anderen Worten, das
herkömmliche
Batterieladegerät
lädt eine
Batterie mit einem feststehenden Stromwert, wogegen das Batterieladegerät in diesem
Ausführungsbeispiel
den Zustand einer Batterie auf der Grundlage der absoluten Temperatur und
eines Temperatur-Anstiegswerts bestimmt und die Batterie lädt, während die
Stromwerte so hoch wie möglich
geändert
werden, mit denen der Temperaturanstieg der Batterie unterdrückt werden
kann, das heißt,
während
die Stromwerte entsprechend dem Zustand der Batterie geändert werden.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
wird der Batterie ein relativ niedriger Ladestrom zugeführt, wenn die
Batterietemperatur hoch ist. Ist die Batterietemperatur niedrig,
wird der Batterie ein relativ hoher Ladestrom zugeführt. Wenn
außerdem
der Temperaturanstieg groß ist,
wird der Batterie ein relativ niedriger Ladestrom zugeführt. Wenn
der Temperaturanstieg klein ist, wird der Batterie ein relativ hoher
Ladestrom zugeführt.
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Die
Karte M soll, wie oben angegeben, eine variable Regelung für den Strom
durchführen
und einen optimalen Stromwert genau bestimmen. In der Karte zeigt
die horizontale Achse die absolute Temperatur T einer Batterie an,
wobei die vertikale Achse eine Änderung
der Temperatur dT/dt anzeigt. Wenn die Batterietemperatur hoch und
der Temperaturanstieg groß ist
(unten rechts in Karte), wird der Batterie ein relativ niedriger
Ladestrom (1C: der in einer Stunde zu ladende Strom) zugeführt. Wenn
die Batterietemperatur hoch und der Temperaturanstieg klein ist (oben
rechts in der Karte), wird der Batterie ein mittlerer Ladestrom
(2C bis 3C) zugeführt.
Wenn die Batterietemperatur niedrig und der Temperaturanstieg groß ist (unten
links in der Karte), wird der Batterie ein mittlerer Ladestrom (2C
bis 3C) zugeführt.
Wenn die Batterietemperatur niedrig und der Temperaturanstieg klein
ist (oben links in der Karte), wird der Batterie ein relativ hoher
Ladestrom (4C: der in einer Viertelstunde zu ladende Strom) zugeführt. Kurz
gesagt, in der Karte werden in den jeweiligen Bereichen die optimalen
Stromwerte eingestellt, um sowohl der angestrebten Ladezeit (etwa
20 Minuten) als auch einer angestrebten Temperatur zu entsprechen,
die die Batterie erreicht.
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Wenn
die Batterie mit einem hohen Strom bei niedriger Temperatur (0°C oder niedriger)
geladen wird, verschlechtert sich das Leistungsverhalten der Batterie.
Auf Grund dessen ist es wünschenswert,
in der linken Reihe der Karte niedrige Stromwerte einzustellen,
damit sich das Leistungsverhalten der Batterie nicht verschlechtert.
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Auf
der Grundlage dieser Karte wird anhand der absoluten Temperatur
T der Batterie und einer Änderung
der Temperatur dT/dt während
der Ladung der Batterie ein geeigneter Bereich abgerufen. Der sich ändernde
Strom wird dann auf der Basis eines in diesem Bereich genau bestimmten
Stromwertes geregelt. Wenn zum Beispiel die Batterietemperatur zwischen
T2 und T3 und eine Änderung
der Temperatur (oder eines Temperatur-Anstiegswerts) zwischen X1
und X2 liegt, dann wird ein Stromwert 2C ausgegeben.
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Darüber hinaus
erfasst das Batterieladegerät in
diesem Ausführungsbeispiel
die Beendigung der Batterieladung auf der Grundlage der Bewegung
der Bereiche in der Karte. Das heißt, das Batterieladegerät entsprechend
dem herkömmlichen
Verfahren erfasst die Beendigung der Batterieladung durch Überwachen
entweder der Temperatur oder der Spannung, während der Ladestrom auf einen
festen Pegel eingestellt ist. Spezieller erfasst das herkömmliche Batterieladegerät einen
Temperatur-Anstiegswert, eine Änderung
der Spannung und ein Absinken der Spannung, nachdem die Batterie
voll geladen ist, wodurch festgestellt wird, dass die Batterie voll
geladen ist. Im Batterieladegerät
in diesem Ausführungsbeispiel
wird im Gegensatz dazu der Ladestrom wie oben angegeben geändert. Auf
Grund dessen kann das Batterieladegerät in diesem Ausführungsbeispiel die
Beendigung der Batterieladung nicht nur durch Überwachen einer Temperatur
und einer Änderung der
Temperatur oder eines Spannungswertes und einer Änderung der Spannung erfassen.
In diesem Ausführungsbeispiel
erfasst das Batterieladegerät daher
die Beendigung der Batterieladung auf der Grundlage der Bewegung
der Bereiche in der Karte.
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Während eine
Batterie geladen wird, bewegt sich der Ladestromwert anscheinend
zufällig
in den Bereichen der Karte entsprechend der Änderung des Temperaturwertes
und der des Temperatur-Anstiegswertes. Bevor die Batterie nämlich voll
geladen ist, wenn die Temperatur ansteigt oder sich der Temperaturanstieg
erhöht
und ein relativ kleiner Ladestrombereich ausgewählt wird, das heißt, wenn
der untere, rechte Bereich der in 5 gezeigten
Karte ausgewählt
wird, wird der Temperaturanstieg durch das Verringern des Stromes
kleiner, wobei ein Ladestromwert dem in den oberen Bereichen auf
der Karte entspricht.
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Befindet
sich die Batterie jedoch nahe an einem voll geladen Zustand, erhöht sich
ein Temperatur-Anstiegswert auf Grund der Eigenschaften der Nickel-Metallhydrid-Batterie.
Das heißt,
während
wegen des großen
Temperaturanstiegs ein unterer Bereich in der Karte ausgewählt wird
und der Batterie ein relativ niedriger Strom zugeführt wird,
bleibt der Temperaturanstieg groß. Basierend auf diesem Prinzip
nimmt das Batterieladegerät
in diesem Ausführungsbeispiel
Messungen in einem vorgegebenen Zyklus (z.B. einem Zyklus von mehreren
hundert Sekunden) vor. Im Fall von Bereichen (X3~– ~T1, X3~–T1~T2,
X3~–T2~T3,
X3~–T3~),
in denen der Temperaturanstieg groß ist und einem Bereich (X2~X3–T3~), in
dem die Temperatur hoch und der Temperaturanstieg mittelgroß ist, wie
in der Karte durch Schraffur dargestellt ist, wird 2 als ein Zählwert hinzugefügt, um die
Beendigung der Ladung zu bestimmen. Im Fall eines Bereiches (X1~X2–T3~), in dem
die Temperatur hoch und der Temperaturanstieg mittelgroß ist und
eines Bereiches (X2~X3–T2~T3), wie
er in der Karte durch netzartige Schraffur dargestellt ist, wird
1 als Zählwert
hinzugefügt,
um die Beendigung der Ladung zu bestimmen. Wenn der Additionswert
6 beträgt,
wird bestimmt, dass die Batterieladung beendet ist und die Batterieladung
angehalten wird.
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Die
Batterieladung des Batterieladegeräts in diesem Ausführungsbeispiel
wird mit Bezug auf eine grafische Dar stellung von 6 sowie
der Karte M von 5 ausführlicher beschrieben.
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In 6 zeigt
die horizontale Achse die Ladezeit und die vertikale Achse den Ladestrom,
die Batteriespannung und die Batterietemperatur an.
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Wie
darin gezeigt wird, ist vom Beginn der Ladung (Zeitpunkt 0) bis
zum Zeitpunkt T1 die Batterietemperatur niedrig (T1~T2) und der
Temperaturanstieg klein (~X1), so dass der maximale Strom 4C ausgewählt wird.
Während
die Batterie mit hohem Strom geladen wird, erhöht sich der Temperaturanstieg
leicht (X1~X2), wobei der Strom auf einen geringfügig hohen
Strom 3C (zum Zeitpunkt T1) umgeschaltet wird. Der Temperaturanstieg
wird auf Grund des Verringerns des Stromes kleiner (~X1), wobei zum
Zeitpunkt T2 die Batterie wieder mit dem maximalen Strom 4C geladen
wird. Zum Zeitpunkt T3 wird der Strom wieder auf den geringfügig hohen
Strom 3C umgeschaltet. Nach dem wiederholten Umschalten des Stromes
zwischen 4C und 3C, wird die Batterie von einem Zeitpunkt T4 an
in einem mittleren Lade-Abschnitt, der dem Anstieg der Batterietemperatur
folgt, hauptsächlich
mit 3C geladen. Vom Zeitpunkt T5 an wird, während die Temperatur weiter
ansteigt, die Batterieladung mit einem Strom fortgesetzt, der zwischen
3C und 2C umgeschaltet wird. Vom Zeitpunkt T6 an wird die Batterie
mit einem leicht niedrigen Strom 2C geladen. Von Zeitpunkt T7 an
wird in einem letzten Lade-Abschnitt die Batterieladung mit einem
Strom durchgeführt,
der zwischen 2C und 1C umgeschaltet wird. Von Zeitpunkt T8 bis zum
Zeitpunkt T9 wird die Batterie mit dem minimalen Strom 1C geladen.
Wie oben angegeben, wird die Beendigung der Ladung basierend auf
der Ermittlung der Bereiche der Karte M erfasst, wobei die Batterieladung
zum Zeitpunkt T9 beendet ist. Auf diese Weise wird die Karte auf
der Grundlage der Batterietemperatur und eines Temperatur-An stiegswertes
der Batterie, eines zulässigen
Stromwertes, mit dem die Batterie geladen werden kann, während der
Temperaturanstieg der Batterie unterdrückt wird, abgerufen, wobei
die Batterie mit dem ermittelten zulässigen Stromwert geladen wird.
Damit ist es möglich,
eine Nickel-Metallhydrid-Batterie,
deren Temperatur dazu neigt, während
der Ladung anzusteigen, in kurzer Zeit aufzuladen, ohne dass eine
Schädigung
auf Grund des Temperaturanstiegs verursacht wird.
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Es
wird angemerkt, dass 6 eine grafische Darstellung
für Vergleichszwecke
ist, die zeigt, dass der Ladestrom geregelt wird, ohne die Daten (ein
Wechsel der Temperatur dT/dt) zum Abrufen der Karte M zu korrigieren. 7 ist
eine grafische Darstellung, die zeigt, dass der Ladestrom in diesem Ausführungsbeispiel
durch das Batterieladegerät
geregelt wird. Das heißt,
das Batterieladegerät
in diesem Ausführungsbeispiel
minimiert die Häufigkeit, mit
der der Ladestrom durch das Korrigieren der Daten (ein Wechsel der
Temperatur dT/dt) zum Abrufen der Karte M umgeschaltet wird.
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Der
Unterschied zwischen einer durchgeführten Korrektur und einer nicht
durchgeführten
Korrektur wird ausführlicher
mit Bezug auf 6 und 7 beschrieben.
In einem Fall, in dem gemäß 6 keine
Korrektur vorgenommen wird, wird der Strom vom Zeitpunkt T0 bis
zum Zeitpunkt T4 und vom Zeitpunkt T5 bis zum Zeitpunkt T6 häufig umgeschaltet.
In einem Fall, in dem, wie in diesem Ausführungsbeispiel, eine Korrektur
vorgenommen wird, wird im Gegensatz dazu die Häufigkeit des Umschaltens der
Stromwerte vom Zeitpunkt T0 bis T4' und vom Zeitpunkt T5' bis zum Zeitpunkt
T6' minimiert. Infolge
dieser Tatsache benötigt
man 19 Minuten und 40 Sekunden, um die Batterieladung zu beenden, wobei
die Batterietemperatur in dem Beispiel gemäß 6 auf 41°C ansteigt,
wogegen man 17 Minuten und 10 Sekunden benötigt, um die Batterie zu laden, wobei
die Batterietemperatur zum Zeitpunkt der Beendigung der Ladung im
Batterieladegerät
in diesem Ausführungsbeispiel
gemäß 7 39°C beträgt. Es sollte
angemerkt werden, dass die Batterieladung angehalten wird, nachdem
festgestellt wurde, dass, basierend auf der Änderung der Batterietemperatur,
die Batterie-Kapazität
95% beträgt,
so dass ein negatives dV/dt, (Absinken der Spannung) im letzten
Lade-Abschnitt gemäß 6 nicht
auftritt.
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Die
oben angegebene Korrektur bedeutet, dass das Batterieladegerät eine Änderung
der Temperatur korrigiert, wenn das Batterieladegerät feststellt,
dass sich die Batterie nicht im letzten Lade-Abschnitt befindet,
d. h., der Batteriezustand befindet sich in den anfänglichen
und mittleren Lade-Abschnitten. Das Batterieladegerät in diesem
Ausführungsbeispiel
bestimmt den Batteriezustand auf der Grundlage der Änderung
der Batteriespannung. In dem Fall, da die Batterie geladen wird,
während
die Stromwerte umgeschaltet werden, ist es unmöglich, den Ladezustand einfach
auf der Grundlage der Änderung
der Batteriespannung zu bestimmen. Zum Beispiel unterscheidet sich
ein Ladestrom von 4C außerordentlich
von dem von 3C im Spannungs-Anstiegsmuster, so dass sie nicht miteinander
verglichen werden können.
Dieses in Betracht ziehend bestimmt das Batterieladegerät in diesem
Ausführungsbeispiel
den Ladezustand durch das Vergleichen der Werte mit dem gleichen
Stromwert-Umschaltungsmuster.
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Das
Bestimmungs-Verfahren wird mit Bezug auf 10 ausführlicher
beschrieben.
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Das
Batterieladegerät
in diesem Ausführungsbeispiel
verwendet vier Arten von Ladeströmen,
d. h. 1C bis 4C und hat 12 Arten von Strom-Änderungsmustern, d. h. 1C → 2C, 1C → 3C, 1C → 4C, 2C → 3C ...
3C → 2C,
2C → 1C.
Daher werden, wenn der Ladestrom für jedes Muster geändert wird,
die endgültigen
Batteriespannungen und die Zeitpunkte gespeichert, wobei die gegenwärtige endgültige Batteriespannung
und die vergan gene endgültige
Batteriespannung mit dem gleichen Muster miteinander verglichen
werden.
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10A zeigt die Änderungen der Batteriespannung
und des Ladestroms vom Beginn der Batterieladung bis zum mittleren
Lade-Abschnitt, wobei 10B die Änderungen
der Batteriespannung und des Ladestroms vom letzten Lade-Abschnitt
bis zur Fertigstellung der Batterie zeigt. Gemäß 10A steigt
die Batteriespannung im anfänglichen
Lade-Abschnitt allmählich
makroskopisch an und ändert
sich mikroskopisch auf und ab, wenn sich der Ladestrom auf der Basis
der Batterietemperatur ändert. Wenn
zum Beispiel zum Zeitpunkt t2 der Ladestrom von 4C auf 3C umgeschaltet
wird, sinkt die Batteriespannung augenblicklich.
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Wenn
in der grafischen Darstellung von 10A der
Ladestrom von 4C auf 3C, von 3C auf 4C, 2C auf 3C und 3C auf 2C
umgeschaltet wird, werden die endgültigen Werte durch Δ, ⎕,
o bzw. ♢ gekennzeichnet. Das Batterieladegerät in diesem
Ausführungsbeispiel
bestimmt den Ladezustand der Batterie durch Vergleichen der endgültigen Werte Δ (4C → 3C), ⎕ (3C → 4C), o
(2C → 3C)
bzw. ♢ (3C → 2C).
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In 10A werden zum Beispiel während der
Batterieladung mit einem Strom von 3C, nachdem der Ladestrom von
4C auf 3C umgeschaltet wurde, der endgültige Spannungswert V1 und
der Zeitpunkt t1 gespeichert, unmittelbar bevor der Stromwert wieder
umgeschaltet wird. Die gespeicherten Daten (der endgültige Spannungswert
V1 und der Zeitpunkt t1) werden mit dem endgültigen Spannungswert V3 und
dem Zeitpunkt t3 verglichen, unmittelbar bevor der Stromwert während der
Batterieladung mit einem Strom von 3C wieder umgeschaltet wird,
nachdem der Ladestrom von 4C auf 3C des gleichen Musters umgeschaltet
wurde. Eine Änderung
der Batteriespannung dV/dt wird durch die folgende Formel ausgedrückt: dV/dt = (V3 – V1)/(t3 – t1)
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Der
Ladezustand der Batterie wird durch Vergleichen der berechneten Änderung
der Batteriespannung mit einem voreingestellten Wert bestimmt. Wenn
der Spannungsanstieg der Batterie groß ist, stellt das Batterieladegerät fest,
dass sich der Batteriezustand in einem anfänglichen Lade-Abschnitt befindet
und ruft, wie oben mit Bezug auf 7 beschrieben
wurde, die Karte M durch den korrigierten Wert ab, um dadurch das
Umschalten der Stromwerte zu unterdrücken.
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Der
endgültige
Spannungswert V3 und der Zeitpunkt t3 werden, nachdem der oben angegebene Ladestrom
von 4C auf 3C geändert
wurde, gespeichert, bis das gleiche Änderungsmuster des Ladestroms
erscheint. Dann werden der endgültige
Spannungswert V7 und der Zeitpunkt t7 mit dem gespeicherten Daten
(dem endgültigen
Spannungswert V3 und dem Zeitpunkt t3) verglichen, nachdem der Ladestrom
von 4C auf 3C mit dem gleichen Muster umgeschaltet wurde. Eine Änderung
der Batteriespannung dV/dt zu diesem Zeitpunkt wird durch die folgende
Formel ausgedrückt: dV/dt = (V7 – V3)/(t7 – t3)
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Die
obige Beschreibung betrifft Abläufe
in einem Fall, in dem der Ladestrom von 4C auf 3C (4C → 3C), gekennzeichnet
durch Δ,
umgeschaltet wird. Desgleichen bestimmt das Batterieladegerät den Ladezustand
der Batterie durch Vergleichen der Daten an ⎕ (3C → 4C), o
(2C → 3C)
bzw. ♢ (3C → 2C).
An den Spannungswerten V1, V3, V7 und V11, gekennzeichnet durch Δ, und an
V5, V9 und V13, gekennzeichnet durch o, wird der gleiche Ladestrom
von 3C zugeführt.
Der Stromwert beträgt
jedoch, bevor er auf 3C umgeschaltet wird, 4C für Δ und 2C für o. Die Daten auf Δ und die
auf o unterscheiden sich voneinander im Muster. Kurz gesagt, die
Art, in der die Batteriespannung ansteigt, unterscheidet sich vollkommen zwischen
der Batterieladung mit 4C und der mit 2C, wobei sie daher als unterschiedliche
Daten betrachtet werden.
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10B zeigt Änderungen der Batteriespannung
und des Ladestroms vom letzten Lade-Abschnitt bis zu dem Abschnitt,
der die Ladung beendet. Im Ladungs-Beendigungs-Abschnitt zeigt die
Batteriespannung makroskopisch ein allmähliches Absinken. Mikroskopisch
zeigt es jedoch ein wiederholtes Ansteigen und Absinken.
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In
der grafischen Darstellung von 10B werden
die endgültigen
Werte, wenn der Ladestrom von 3C auf 2C, 2C auf 3C, 1C auf 2C und
2C auf 1C umgeschaltet wird, durch ∇, ∎, ⦁ bzw. ♦ gekennzeichnet.
Das Batterieladegerät
in diesem Ausführungsbeispiel
vergleicht die Daten an ∇ (3C → 2C), die
an ∎ (2C → 3C), ⦁ (1C → 2C) bzw. ♦ (2C → 1C) und
bestimmt den Ladezustand der Batterie auf der Grundlage ihrer jeweiligen
Absenkungs-Werte der Batteriespannung.
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Das
heißt,
das Batterieladegerät
in diesem Ausführungsbeispiel
schaltet den Ladestrom zwischen 4C und 1C (4C 1C), während die
Batterietemperatur mittels der Karte M gemessen wird. Das Batterieladegerät erfasst
die endgültigen
Batteriespannungen (o, Δ, ⎕, ♢, ∇, ∎, ⦁, ♦) für die Ladestrom-Änderungsmuster
bzw. vergleicht die Änderungen.
Dies geschieht deshalb, weil die Spannung mit dem Schalten des Ladestroms,
wie oben angegeben, variiert, wobei es daher unmöglich ist, den Batteriezustand einfach
anhand der Spannungswerte zu bestimmen. Während der Ladestrom umgeschaltet
wird, scheinen die erfassten Spannungswerte und Änderungen der Spannung zufällig zu
sein. Wenn die erhaltenen Daten als eine Wahrscheinlichkeitsverteilung
angesehen werden, haben sie die gleichen Eigenschaften wie jene,
die den konstanten Strom makroskopisch laden. Mit anderen Worten,
wenn eine Änderung
der Spannung dV/dt für
jedes Strom-Änderungsmuster erfasst
wird, während
die Batterie-Kapazität
nahe 0% ist, ist dV/dt im anfänglichen
Lade-Abschnitt ein hoch positiver Wert (der Spannungsanstieg der
Batterie ist groß)
und sinkt allmählich
vom mittleren Lade-Abschnitt an. Wenn die Batterie-Kapazität nahe 100% ist,
wird dV/dt wieder ein hoch positiver Wert. Wenn die Batterie voll
geladen ist, wendet sich dV/dt ins Negative. Das heißt, selbst
wenn die Batterieladung durchgeführt
wird, während
die Stromwerte umgeschaltet werden, sind normale Spannungsänderungs-Eigenschaften,
wie sie in der Konstant-Stromladung entsprechend dem herkömmlichen
Verfahren gezeigt werden, zu sehen. Das Batterieladegerät in diesem
Ausführungsbeispiel
erfasst die endgültigen Batteriespannungen
(o, Δ, ⎕, ♢, ∇, ∎, ⦁, ♦) bzw.
vergleicht ihre Änderungen,
wobei man dadurch Spannungsänderungs-Eigenschaften
der Batterie erhält und
die Restkapazität
abschätzt.
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Die
speziellen Abläufe
durch das Batterieladegerät
in diesem Ausführungsbeispiel
werden mit Bezug auf die Ablaufdiagramme von 8 und 9 beschrieben.
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Wenn
die Batterieladung beginnt, gleicht die sekundärseitige Steuerschaltung 38 (siehe 4)
im Batterieladegerät
den Ladestrom ab und ermittelt, ob die Batterieladung in einem vorgegebenen
Zyklus (in diesem Fall der Einfachheit halber ein 100-Sekunden-Zyklus;
tatsächlich
ein kürzerer
Zyklus, d. h. ein 10-Sekunden-Zyklus) beendet wird. Als Erstes wird die
Batterietemperatur erfasst (in einem Schritt S12), wobei eine Änderung
der Batterietemperatur durch das Differenzieren der erfassten Temperatur
erfasst wird (in einem Schritt S14). Dann wird die Batteriespannung
erfasst (in einem Schritt S16).
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Als
Nächstes
wird der endgültige
Batterie-Spannungswert des gleichen Strom-Änderungsmusters aufgerufen
(in einem Schritt S18) und es wird eine Strom-Umschaltzeit des gleichen Strom-Änderungsmusters
aufgerufen (in einem Schritt S20). Wenn zum Beispiel der gegenwärtige Zeitpunkt
in 10A t2' und das Strom-Änderungsmuster 4C → 3C ist,
werden die frühere
endgültige Batteriespannung
V1 und der Umschaltungs-Zeitpunkt t1 des Strom-Änderungsmusters 4C → 3C aufgerufen.
Die erfasste Batteriespannung (in diesem Fall eine Batteriespannung
von V2' zu einem
Zeitpunkt t2') wird
als der endgültige
Batterie-Spannungswert des Strom-Änderungsmusters von diesem
Zeitpunkt aktualisiert (in einem Schritt S22).
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Danach
wird eine Änderung
des endgültigen Batterie-Spannungswerts dV/dt
zwischen den früheren
und den gegenwärtigen
Werten des gleichen Strom-Änderungsmusters
berechnet (in einem Schritt S24). Die Änderung der Batteriespannung dV/dt
wird anhand der folgenden Formel berechnet: dV/dt
= (V2' – V1)/(t2' – t1)
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Dann
wird der Bereich Va ~ Vb der Änderung der
Spannung zum Verkürzen
der Batterie-Ladezeit, die für
das Strom-Änderungsmuster
zu diesem Zeitpunkt optimal ist, eingestellt (in einem Schritt S26). Das
heißt,
wie oben angegeben, dass die Ladezeit in den anfänglichen und mittleren Lade-Abschnitten durch
das Korrigieren eines Temperatur-Änderungswertes für die Verwendung
beim Abrufen der Karte M verkürzt
wird. Auf Grund dessen wird ein Bereich eingestellt, um zu bestimmen,
dass sich der Batteriezustand im anfänglichen Lade-Abschnitt oder
im mittleren Lade-Abschnitt befindet. Da der Batteriepack 50, abhängig von
Anzahl der Batteriezellen, Spannungen von 14,4 V, 12 V und 9,6 V
verwendet, wie bereits angegeben, wird der Bereich entsprechend
deren jeweiligen Spannungen eingestellt.
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Ferner
wird ein Spannungs-Änderungswert Vc
im unteren Grenzbereich (negativer Wert) zur Erfassung der vollen
Ladung eingestellt, der zu diesem Zeitpunkt für das Strom-Änderungsmuster
optimal ist (in einem Schritt S28). Es wird nämlich, wie oben mit Bezug auf 10B angegeben wurde, eine Änderung
der Batteriespannung für
die Erfassung der vollen Ladung eingestellt. Der Wert wird individuell
eingestellt, weil der Batteriepack 50, abhängig von
Anzahl der Batteriezellen, wie oben beschrieben wurde, Spannungen
von 14,4 V, 12 V und 9,6 V annimmt.
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Als
Nächstes
wird ermittelt, ob die im Schritt S24 berechnete Änderung
der Spannung dV/dt in den Bereich von Va < dV/dt < Vb fällt oder nicht, das heißt, ob sich
der Batteriezustand im anfänglichen oder
mittleren Lade-Abschnitt befindet (in einem Schritt S30). In diesem
Fall, wenn sich der Batteriezustand im anfänglichen oder mittleren Lade-Abschnitt
(,Ja' in S30) befindet,
wird ermittelt, ob die Ladungs-Rate hoch (4C oder 3C) oder niedrig
(2C oder 1C) ist (in einem Schritt S32). Wenn die Ladungs-Rate hoch
ist (4C oder 3C), geht der Ablauf zu einem Schritt S34 über. Im
Schritt S34 wird die Korrektur so vorgenommen, dass eine Änderung
der Batterie-Temperatur verringert wird, wie oben beschrieben wurde.
In einem Schritt S40 wird die in 5 gezeigte
Karte M für
den optimalen Ladestrom abgerufen, um dadurch den optimalen Ladestrom
von 4C oder 3C zu bestimmen (in einem Schritt S42). Wenn andererseits
die Ladungs-Rate niedrig ist (2C oder 1C), wird keine Korrektur
vorgenommen, wobei in einem Schritt S40 die Karte M für den optimalen
Ladestrom abgerufen wird, um dadurch den optimalen Ladestrom zu
bestimmen (in einem Schritt S42).
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Wenn
im Batterieladegerät
in diesem Ausführungsbeispiel
eingeschätzt
wird, dass die Rest-Kapazität
niedrig ist, d.h. vor dem letzten Lade-Abschnitt, wird der Datenwert
(Änderung
der Temperatur dT/dt) für
die Verwendung beim Abrufen der oben angegebenen Karte M auf niedrig
korrigiert, wodurch die Häufigkeit,
mit der der Ladestrom umgeschaltet wird, minimiert und die Ladezeit,
wie oben mit Bezug auf 8 angegeben, verkürzt wird.
Ob die Rest-Kapazität
niedrig ist (et wa 20 bis 60%) oder nicht, wird dadurch abgeschätzt, dass
ermittelt wird, ob dV/dt für
jedes Strom-Änderungsmuster
in einen vorgegebenen Bereich fällt
oder nicht, wie oben beschrieben wurde. Es wird angemerkt, dass
es selbst bei einer relativ neuen Batterie, die weniger häufig verwendet
wurde, eine hohe Wahrscheinlichkeit gibt, dass, basierend auf der
Karte, ein hoher Ladestrom (3C, 4C) ausgewählt wird, wenn die Rest-Kapazität bei einer
normalen Temperatur niedrig ist. In diesem Fall wird eine Korrektur,
wie im obigen Fall, vorgenommen, um dadurch die Häufigkeit,
mit der der Ladestrom umgeschaltet wird, zu minimieren.
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Wenn
in der dazwischen liegenden Zeit, im oben beschriebenen Schritt
S30, eine Änderung
der Temperatur in einen Bereich von Va < dV/dt < Vb fällt, d. h. das Ergebnis der
Ermittlung, ob sich der Batteriezustand im anfänglichen Ladezustand oder mittleren
Ladezustand befindet, Nein ist, dann geht der Ablauf zu einem Schritt
S36 über.
Im Schritt S36 wird ermittelt, ob eine Änderung der Spannung kleiner
ist als Vc, die im Schritt 28 eingestellt wurde, oder ob sich der
Batteriezustand im letzten Lade-Abschnitt befindet. Wenn festgestellt
wird, dass sich die Batterie im letzten Abschnitt befindet (,Ja' im Schritt 36),
nimmt der Zähler
zum Bestimmen der Ladungs-Beendigung um 1 zu (in einem Schritt S38).
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Danach
wird ermittelt, ob der Strom der gleiche ist wie der im vorherigen
Schritt (in einem Schritt S44). Wenn der Strom zum Beispiel von
3C auf 2C (,Nein' im
Schritt S44) umgeschaltet wird, wird hier das Strom-Änderungsmuster
vom vorherigen Schritt auf den gegenwärtigen Schritt bestimmt (in
einem Schritt S46). Wenn zum Beispiel der Strom von 3C auf 2C zu
einem Zeitpunkt t3 umgeschaltet wird, wird das Änderungsmuster als 4C → 3C bestimmt,
das ein Muster vor dem Umschalten des Stromes von 3C auf 2C ist.
Dann wird der ge genwärtige
Zeitpunkt als Zeitpunkt für
die Stromumschaltung für
das Strom-Änderungsmuster
dieses Zeitpunktes aktualisiert (in einem Schritt S48). In diesem
Ausführungsbeispiel
wird der Zeitpunkt t3, an dem der Strom von 3C auf 2C umgeschaltet
wird, als ein endgültiger Wert
gespeichert. Zusätzlich
wird mit der Aktualisierung des vorherigen endgültigen Batterie-Spannungswertes
des gleichen Strom-Änderungsmusters wie
den für
den gegenwärtigen
Wert begonnen (in einem Schritt S50). In diesem Ausführungsbeispiel wird
der Batterie-Spannungswert V3 zum Zeitpunkt t3, an dem der Strom
von 3C auf 2C umgeschaltet wird, als ein endgültiger Wert gespeichert, wobei
mit der Aktualisierung dieses Wertes begonnen wird. Das heißt, die
letzten Werte (Zeitpunkt t3, Spannung V3) des Änderungs-Musters von 4C → 3C, gemäß 10A durch Δ gekennzeichnet, werden zurückbehalten
und als Bezugswerte zu der Zeit verwendet, an der eine Änderung
der Batteriespannung an den Zeitpunkten t6 bis t7 erfasst wird,
an denen das Muster Δ das
nächste
Mal erscheint.
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Wenn
es andererseits keine Änderung
des Stromes gibt (,Ja' im
Schritt S44), wird ermittelt, ob der gegenwärtige Temperaturwert T und
eine Änderung
der gegenwärtigen
Temperatur dT/dt zu den Bereichen (X1~X2–T3~), in denen die Temperatur
hoch und Temperaturanstieg mittelgroß ist und dem Bereich (X2~X3–T2~T3)
gehören,
in dem die Temperatur relativ hoch und Temperaturanstieg mittelgroß ist, wie
in 5 durch netzartige Schraffur dargestellt ist, das
heißt,
ob sie zum Bereich (1) des letzten Lade-Abschnitts gehören. Dann,
wenn sie zum Bereich (1) des letzten Lade-Abschnitts gehören, nimmt
der Zähler
zum Bestimmen der Ladungs-Beendigung um 1 zu (in einem Schritt S54).
Wenn sie nicht zum Bereich (1) des letzten Lade-Abschnitts gehören, dann wird
ermittelt, ob sie zu den Bereichen (X3~–~T1, X3~–T1~T2, X3~–T2~T3, X3~–T3~), in denen der Temperaturanstieg
groß ist
und dem Bereich (X2~X3–T3~)
gehören,
in dem die Temperatur hoch und der Temperaturanstieg mittelgroß ist, wie
in der Karte M von 5 durch Schraffur dargestellt
ist, das heißt,
ob sie in den Bereich (2) des letzten Lade-Abschnitts gehören (in
einem Schritt S56). Wenn sie zum Bereich (2) des letzten Lade-Abschnitts
gehören,
nimmt der Zähler
zum Bestimmen der Ladungs-Beendigung um 2 zu (in einem Schritt S58).
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Wenn
sie andererseits nicht zum Bereich (1) oder (2) des letzten Lade-Abschnitts
gehören,
dann wird in einem Schritt S60 ermittelt, ob eine Änderung der
Spannung dV/dt kleiner ist als Vc. Wenn dV/dt nicht kleiner ist
als Vc (,Nein' im
Schritt S60), wird der Zähler
zurückgesetzt,
selbst wenn der gegenwärtige Temperatur-Wert
T und eine Änderung
der gegenwärtigen
Temperatur dT/dt zum Bereich (1) oder (2) des letzten Lade-Abschnitts
gehören
(in einem Schritt S62). Wenn dV/dt kleiner ist als Vc (,Ja' im Schritt S60),
geht der Ablauf zu einem Schritt S64 über und wird fortgeführt.
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Es
wird ermittelt, ob der Zählwert
einen vorgegebenen Wert (z.B. 6) überschreitet (in einem Schritt
S64). Hier wird der optimale Ladestrom ausgegeben, bis der Zählwert den
vorgegebenen Wert (d.h. ,niedrig' im
Schritt S64) erreicht (in einem Schritt S66), wobei die Batterieladung
fortgesetzt wird (in einem Schritt S68). Das heißt, der Ablauf kehrt zum Schritt
S12 zurück.
Wenn der Zählwert
den vorgegebenen Wert erreicht (,Hoch' im Schritt S64) ist die Batterieladung
beendet (in einem Schritt S70).
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Wenn
im Batterieladegerät
in diesem Ausführungsbeispiel,
wie mit Bezug auf 10B beschrieben
wurde, die Batterie-Kapazität
100% wird, steigt die Wahrscheinlichkeit an, dass dV/dt sich allmählich nahe
an einen negativen Wert (oder die Spannung nimmt ab) befindet. Wenn
daher dV/dt niedriger ist als der eingestellte, untere Begrenzungswert
Vc (negativ), nimmt der Zähler
zum Bestimmen der Fertigstellung der Batterie um 1 zu. Zur gleichen
Zeit wird ermittelt, ob dV/dt zum Bereich (1) und (2) des letzten
Lade-Abschnitts gehört,
was anhand der Batterietemperatur und der Änderung der Temperatur erfasst
wird. Dadurch wird es möglich, weiterhin
zu gewährleisten,
dass das Beenden der vollständigen
Ladung erfasst wird. Zusätzlich
ist es durch das Bestimmen auf der Grundlage von Spannung und Temperatur
möglich,
die Fertigstellung der Batterie zu einem Zeitpunkt angemessen zu
bestimmen, an dem eine Batterie mit einer Kapazität geladen
wird, die fast voll ist, eine Batterie geladen wird, die lange Zeit
stehen gelassen wurde und deren Kapazität Null ist (wobei in dem Fall
das Ansteigen von dT/dt dazu neigt, im letzten Lade-Abschnitt langsam zu
sein) oder wenn eine Änderung
der Batterietemperatur auf Grund des großen Unterschieds zwischen der
Batterietemperatur und der Umgebungstemperatur (wie zum Beispiel,
wenn die Batterietemperatur hoch, die Umgebungstemperatur niedrig
ist und die Batterie durch Außenluft
gekühlt
wird) schwer zu erfassen ist.
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Des
Weiteren ist es in diesem Batterieladegerät möglich, selbst wenn die Temperatur-Auflösung gering
ist, die Kontrolle über
die Batterieladung zu stabilisieren und die Batterieladung in einer
kurzen Zeit durch Korrigieren eines Eingabewertes und dann dem Abrufen
der Karte zu beenden. Außerdem
kann eine angemessene Regelung ohne die Notwendigkeit vorgenommen
werden, viele Bereiche in der Karte bereitzustellen, so dass eine
Vorrichtung mit einem kleinen Speicher realisiert werden kann. Folglich kann
das Batterieladegerät
bei geringen Kosten vorteilhaft hergestellt werden.
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Als
Nächstes
wird das Batterieladegerät
im zweiten Ausführungsbeispiel
mit Bezug auf 11 und 12 beschrieben.
Es wird angemerkt, dass die Schaltungsanordnung des Batte rieladegeräts im zweiten
Ausführungsbeispiel
die gleiche ist, wie die im ersten Ausführungsbeispiel, das mit Bezug
auf 4 beschrieben wurde. Es wird daher hier keine Beschreibung
der Schaltungsanordnung gegeben.
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Im
oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel
wird eine optimale Batterieladung durch Korrigieren und Verwenden
einer einzelnen in 5 gezeigten Karte, unabhängig vom
Ladezustand der Batterie, durchgeführt. Das Batterieladegerät im zweiten
Ausführungsbeispiel
nutzt im Gegensatz dazu zwei Arten von Karten, eine Karte M1 für die anfänglichen
und mittleren Lade-Abschnitte und eine Karte M2 für den in 11 gezeigten
letzten Lade-Abschnitt, erfasst den Ladezustand der Batterie auf
der Grundlage der Batteriespannung, schaltet die Karten um und führt dadurch
eine optimale Batterieladung durch.
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Die
Abläufe
durch die Batterieladung im zweiten Ausführungsbeispiel werden mit Bezug
auf die Ablaufdiagramme von 12 beschrieben.
Die Abläufe
von den Schritten S12 bis S30 in 12 sind die
gleichen wie jene im ersten Ausführungsbeispiel, das
mit Bezug auf 8 beschrieben wurde. In einem
Schritt S30 wird auf der Grundlage einer Änderung der Spannung ermittelt,
ob sich der Ladezustand der Batterie im anfänglichen oder mittleren Lade-Abschnitt
befindet. Befindet sich der Ladezustand der Batterie im anfänglichen
oder mittleren Lade-Abschnitt (,Nein' in Schritt S30), geht der Ablauf über zu einem
Schritt S35, wo die Karte M1 für
die anfänglichen
oder mittleren Lade-Abschnitte ausgewählt wird. Wenn sich andererseits
der Ladezustand der Batterie im letzten Lade-Abschnitt befindet
(,Ja' im Schritt
S30), geht der Ablauf über
zu einem Schritt S33, wo die Karte M2 für den letzten Lade-Abschnitt ausgewählt wird.
Die folgenden Abläufe
sind die gleichen, wie jene im ersten Ausführungs beispiel, das mit Bezug
auf 8 beschrieben wurde. Darum wird dafür keine
Beschreibung gegeben.
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Als
Nächstes
wird das Batterieladegerät
im dritten Ausführungsbeispiel
entsprechend der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 13 und 14 beschrieben.
Es wird angemerkt, dass die Schaltungsanordnung des Batterieladegeräts im dritten Ausführungsbeispiel
die gleiche ist, wie die im ersten Ausführungsbeispiel, das mit Bezug
auf 4 beschrieben wurde. Es wird daher hier keine
Beschreibung der Schaltungsanordnung gegeben.
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Im
obigen, ersten Ausführungsbeispiel
erfasst das Batterieladegerät
die Beendigung der Batterieladung auf der Grundlage der Bereiche
der Batteriespannung und der Batterietemperatur in der Karte. Das
Batterieladegerät
im dritten Ausführungsbeispiel
erfasst im Gegensatz dazu die Beendigung der Batterieladung nur
auf der Grundlage der Batteriespannung.
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Die
Abläufe
durch das Batterieladegerät
im dritten Ausführungsbeispiel
werden mit Bezug auf 13 und 14 beschrieben.
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13 zeigt
die erste Hälfte
der Abläufe
im dritten Ausführungsbeispiel.
Die Abläufe
in den Schritten 12 bis 50 in 13 sind
die gleichen wie jene im ersten Ausführungsbeispiel, das oben mit
Bezug auf 8 und 9 beschrieben
wurde. Daher wird dafür
keine Beschreibung gegeben.
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14 zeigt
die zweite Hälfte
der Abläufe
für die
Beendigung der Batterieladung im dritten Ausführungsbeispiel. In einem Schritt
S136 wird ermittelt, ob eine Änderung
der Spannung dV/dt kleiner ist als Vc (ein Spannungs-Absenkungswert
zum Zeitpunkt der vollständigen
Ladung), die im Schritt S28 eingestellt wurde, d.h. ob sich der
Batteriezustand im letzten Lade-Abschnitt befindet. wenn festgestellt
wird, dass sich der Batteriezustand im letzten Lade-Abschnitt be findet
(,Ja' im Schritt
S136), nimmt der Zähler
zum Bestimmen der Ladungs-Beendigung um 1 zu (in einem Schritt S138).
Wenn anhand der Änderung
der Spannung dV/dt festgestellt wird, dass sich die Batterie nicht
im letzten Lade-Abschnitt befindet (,Nein' in Schritt S136), wird der Zähler zurückgesetzt
(in einem Schritt S140). Wenn dann der Wert des Zählers 6 übersteigt,
d. h. es wird sechs aufeinander folgende Male, basierend auf Änderungen
in dV/dt (,Ja' im Schritt
S164) festgestellt, dass sich der Batteriezustand im letzten Lade-Abschnitt
befindet, ist die Batterieladung beendet (im Schritt S70). Wenn
der Wert des Zählers
6 nicht übersteigt
(,Nein' im Schritt S164),
geht der Ablauf über
zum Schritt S66, wobei die Batterieladung fortgesetzt wird.
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Als
Nächstes
wird das Batterieladegerät
im vierten Ausführungsbeispiel
entsprechend der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 15 beschrieben.
Wenn im Batterieladegerät
im ersten Ausführungsbeispiel,
wie oben mit Bezug auf 8 und 9 beschrieben
wurde, die Beendigung der Batterieladung auf der Grundlage der Batteriespannung erfasst
wurde, nimmt der Zähler
um „1" zu, und wenn der
gegenwärtige
Temperatur-Wert
T und eine Änderung
der gegenwärtigen
Temperatur dT/dt in den Bereich (1) des letzten Lade-Abschnitts
auf der Grundlage der Batterietemperatur gehören, nimmt der Zähler um „1" zu, wobei der Zähler um „2" zunimmt, wenn sie
zum Bereich (2) des letzten Lade-Abschnitts gehören. Das heißt, das
Batterieladegerät
im ersten Ausführungsbeispiel
legt Gewicht auf das Ermitteln auf der Grundlage der Batterietemperatur,
legt aber kein Gewicht auf die Batteriespannung. Das Batterieladegerät im dritten
Ausführungsbeispiel
legt aber im Gegensatz dazu Gewicht sowohl auf die Batterietemperatur
als auch auf die Batteriespannung und erfasst die Beendigung der
Batterieladung.
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Die
Abläufe
durch das Batterieladegerät
im vierten Ausstellungsbeispiel werden mit Bezug auf 15 beschrieben.
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15 zeigt
die zweite Hälfte
der Abläufe
im vierten Ausführungsbeispiel.
Da die erste Hälfte
der Abläufe
im vierten Ausführungsbeispiel
die gleiche ist, wie die im dritten Ausführungsbeispiel, das mit Bezug
auf 13 beschrieben wurde, wird dafür keine Beschreibung gegeben.
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Als
Erstes wird in einem Schritt S232 ermittelt, ob der Abrufungs-Zielbereich,
der auf der Batterietemperatur beruht, in den in 5 gezeigten
Bereich (1) des letzten Lade-Abschnitts gehört. Gehört er in den Bereich (1) des
letzten Lade-Abschnitts (,Innerhalb' im Schritt S232), nimmt der Zähler um
3 zu (in einem Schritt S234). Gehört er nicht in den Bereich
(1) des letzten Lade-Abschnitts (,Außerhalb' im Schritt S232), dann wird ermittelt,
ob der Zielbereich in den in 5 gezeigten
Bereich (2) des letzten Lade-Abschnitts
gehört
(in einem Schritt S236). Wenn er in den Bereich (2) des letzten
Lade-Abschnitts gehört
(,Innerhalb' in
Schritt S236) nimmt der Zähler
um 6 zu (in einem Schritt S238).
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Als
Nächstes
wird festgestellt, ob die Änderung
der Spannung dV/dt ein niedriger, negativer Wert ist (der den Beginn
des letzten Lade-Abschnitts anzeigt) (in einem Schritt S240). Wenn
dV/dt ein niedriger, negativer Wert ist (,Ja' in einem Schritt S240), nimmt der Zähler um
2 zu (in einem Schritt S242). Wenn dV/dt kein niedriger, negativer
Wert ist (,Nein' im
Schritt S240), dann wird ermittelt, ob dV/dt ein hoher negativer
Wert ist (der das Ende des letzten Lade-Abschnitts anzeigt) (in
einem Schritt S246). Wenn dV/dt ein hoher negativer Wert ist (,Ja' im Schritt S246)
nimmt der Zähler
um 4 zu (in einem Schritt S242). Wenn dV/dt kein hoher negativer
Wert ist (,Nein' im
Schritt S246), dann wird ermittelt, ob der Abrufungs-Zielbereich,
der auf der Batte rietemperatur beruht, in den in 5 gezeigten
Bereich (1) oder (2) des letzten Lade-Abschnitts gehört (in einem Schritt
S256). Wenn er nicht in den Bereich (1) oder (2) des letzten Lade-Abschnitts
gehört,
(,Nein' im Schritt
256), wird der Zähler
als Entscheidung zurückgesetzt,
dass eine Bestimmung der Ladungs-Beendigung auf der Grundlage der
Batteriespannung nicht geeignet ist (in einem Schritt S258). Gehört er entweder
zum Bereich (1) oder (2) des letzten Lade-Abschnitts (,Ja' im Schritt S256),
geht der Ablauf über
zu einem Schritt S260.
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Im
Schritt S260 wird ermittelt, ob der Wert des Zählers 24 übersteigt. Übersteigt er 24, (,Ja' im Schritt S260),
ist die Batterieladung beendet (im Schritt S70). Wenn er 24 nicht übersteigt
(,Nein' im Schritt
S260), geht der Ablauf über
zum Schritt S60, um die Batterieladung fortzusetzen.
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Im
vierten Ausführungsbeispiel
nimmt das Batterieladegerät
Bestimmungen auf der Grundlage von Spannung und Temperatur vor,
wodurch es möglich
wird, die Beendigung der Batterieladung angemessen zu bestimmen,
selbst wenn eine Batterie geladen wird, die fast voll geladen ist,
eine Batterie geladen wird, die lange Zeit stehen gelassen wurde
und deren Kapazität
Null ist (wobei in dem Fall das Ansteigen von dT/dt im letzten Lade-Abschnitt
dazu neigt, langsam zu sein) oder wenn eine Änderung der Batterietemperatur
auf Grund des großen
Unterschieds zwischen der Batterietemperatur und der Umgebungstemperatur
(wie zum Beispiel, wenn die Batterietemperatur hoch, die Umgebungstemperatur niedrig
ist und die Batterie durch Außenluft
gekühlt wird)
schwer zu erfassen ist.