DE19654045A1

DE19654045A1 - Batteriekapazitätsvorhersageverfahren, Batterieeinheit und Vorrichtung, bei der die Batterieeinheit verwendet wird

Info

Publication number: DE19654045A1
Application number: DE19654045A
Authority: DE
Inventors: Hidekiyo Ozawa; Nobuo Tanaka; Masami Itoyama; Yoshiro Takeda
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1996-07-01
Filing date: 1996-12-23
Publication date: 1998-01-08
Anticipated expiration: 2016-12-24
Also published as: FR2750507B1; FR2750507A1; DE19655234B4; CN1169553A; KR100275367B1; GB2314936B; KR980010712A; JP2003092151A; JP3618472B2; JP2005073498A; JP3749538B2; JPH1023674A; CN100350349C; US6020718A; GB2314936A; JP3768457B2; GB9625885D0; TW328122B; DE19654045B4

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Batteriekapazitätsvorhersageverfahren Batterieeinheiten und Vorrichtungen, bei denen eine Batterieeinheit verwendet wird, und im besonderen ein Batteriekapazitätsvorhersagever fahren, das zum Vorhersagen einer verbleibenden Kapazität einer Batterie geeignet ist, die durch eine übermäßige Entladung leicht beschädigt wird, eine Batterieeinheit, die die Verwendung solch eines Batteriekapazitätsvorhersagever fahrens ermöglicht, und eine Vorrichtung, wie ein tragbares elektronisches Gerät, bei dem solch eine Batterieeinheit verwendet wird.

In jüngster Zeit werden in Vorrichtungen, wie z. B. in tragbaren elektronischen Geräten, die durch Personalcomputer des Notebook-Typs oder Laptop-Computer verkörpert werden, Lithium-Ionen-(Li⁺)-Batterien oder dergleichen vorzugsweise anstelle von Nickel-Cadmium-(NiCd)-Batterien, Nickel-Metall-Wasser stoff-(NiMH)-Batterien oder dergleichen verwendet. Im Vergleich zu den NiCd-Batterien, den NiMH-Batterien oder dergleichen haben die Li⁺-Batterien oder dergleichen ein leichteres Gewicht und eine größere Kapazität pro Volumen einheit. Aus diesem Grund sind die Li⁺-Batterien oder der gleichen zur Verwendung in Vorrichtungen geeignet, die solchen Anforderungen wie Realisierung eines leichten Ge wichtes und kontinuierliche Verwendung über einen langen Zeitraum gerecht werden müssen.

Die Li⁺-Batterien oder dergleichen werden jedoch durch eine übermäßige Entladung leicht beschädigt. Falls zum Beispiel der Benutzer die Li⁺-Batterien irrtümlich einer übermäßigen Entladung aussetzt, erleiden die Li⁺-Batterien einen irreparablen Schaden. Aus diesem Grund hat eine Batterie einheit, die eine Li⁺-Batterie oder dergleichen enthält, eine eingebaute Schaltung zum Verhindern einer übermäßigen Entladung, die Abschaltungen des Batterieausganges detek tiert, wenn die Batteriespannung kleiner als eine vorbe stimmte Spannung wird, um eine Verschlechterung der Batte riefunktion auf Grund einer falschen Bedienung durch den Benutzer zu verhindern.

Andererseits ist es erforderlich, in der Vorrichtung, bei der die Batterieeinheit mit der eingebauten Schaltung zum Verhindern einer übermäßigen Entladung verwendet wird, die Ausgangsspannung der Batterieeinheit zu überwachen und Maßnahmen zu ergreifen, so daß innerhalb der Vorrichtung keine Datenzerstörung oder dergleichen auftritt, bevor die Schaltung zum Verhindern einer übermäßigen Entladung arbei tet. Besonders in dem Fall des Personalcomputers des Note book-Typs oder dergleichen gehen alle Daten, die verarbeitet werden, verloren, falls die Batterie stirbt, und somit müssen die Daten durch Erkennen der verbleibenden Kapazität der Batterie in einem nichtflüchtigen Aufzeichnungsmedium, wie z. B. auf einer Diskette, rechtzeitig gesichert werden. Um solch eine Datenzerstörung oder dergleichen zu verhin dern, sind daher einige Personalcomputer des Notebook-Typs oder dergleichen mit einer Funktion zum Anzeigen der ver bleibenden Kapazität der Batterie versehen.

Fig. 1 ist ein Schaltungsdiagramm zum Erläutern eines herkömmlichen Batteriekapazitätsvorhersageverfahrens. In Fig. 1 ist eine Batterieeinheit 501 mit einer Vorrichtung 502 wie z. B. einem Personalcomputer des Notebook-Typs verbunden. Die Batterieeinheit 501 hat eine eingebaute Schaltung zum Verhindern einer übermäßigen Entladung, die einen Schaltungsabschnitt 510 und einen Schalter 515 ent hält. Der Schaltungsabschnitt 510 enthält Spannungskompara toren 511 bis 513 und eine ODER-Schaltung 514. Bei diesem Beispiel sind drei Batteriezellen E1 bis E3 innerhalb der Batterieeinheit 501 seriell verbunden. Eine Ausgangsspannung der Batteriezelle Ei und eine Referenzspannung e1, die eine Grenzspannung der übermäßigen Entladung der Batteriezelle Ei bezeichnet, werden dem Spannungskomparator 51i zugeführt, wobei i = 1, 2 und 3 ist. Der Schalter 515 ist aus einem Feldeffekttransistor (FET) gebildet.

Die Batteriezellen E1 bis E3 bestehen zum Beispiel aus Li⁺-Batterien. Das Batteriekapazitätsvorhersageverfahren kann grob kategorisiert werden in ein Verfahren, welches die Batteriekapazität durch Subtrahieren der verbrauchten Ener gie von der Kapazität der Batterie vorhersagt, und ein Verfahren, welches die Batteriekapazität nach der Ausgangs spannung der Batterie vorhersagt. Die Li⁺-Batterie hat solch eine Charakteristik, daß die Ausgangsspannung der Li⁺-Batte rie ein maximaler Wert ist, wenn sie voll geladen ist, und daß die Ausgangsspannung mit fortschreitender Entladung abnimmt. Aus diesem Grund wird bei diesem Beispiel das letztere verfahren verwendet, um die verbleibende Kapazität der Batterie vorherzusagen.

Die Spannungskomparatoren 511 bis 513 geben Signale mit hohem Pegel aus, wenn die Ausgangsspannungen der entspre chenden Batteriezellen E1 bis E3 kleiner als oder gleich der Referenzspannung e1 werden. So wird, wenn einer der Span nungskomparatoren 511 bis 513 ein Signal mit hohem Pegel ausgibt, der Schalter 515 als Reaktion auf ein Signal mit hohem Pegel von der ODER-Schaltung 514 ausgeschaltet, um die Batterieeinheit 501 von der Vorrichtung 502 zu trennen. Als Resultat wird, wenn die Ausgangsspannung von wenigstens einer Batteriezelle kleiner als oder gleich der Grenzspan nung der übermäßigen Entladung wird, der Ausgang der Batte rieeinheit 501 abgeschaltet, und die übermäßige Entladung der Batteriezellen E1 bis E3 wird verhindert.

Die Vorrichtung 502 ist mit einer Spannungsteilerschal tung, die aus den Widerständen R1 und R2 besteht, einer Spannungsmeßschaltung 520 und dergleichen versehen. Die Spannungsmeßschaltung 520 mißt die Ausgangsspannung der Batterieeinheit 501, die durch die Spannungsteilerschaltung erhalten wird, und sagt die verbleibende Kapazität der Batterieeinheit 501 durch Vergleichen der gemessenen Aus gangsspannung und einer vorbestimmten Referenzspannung vorher. Diese vorbestimmte Referenzspannung ist unter Berücksichtigung der Inkonsistenzen zwischen den Kapazitäten der individuellen Batteriezellen E1 bis E3 etwas größer als auf das Dreifache der Referenzspannung e1 der Batterieein heit 501 eingestellt. Wenn die Ausgangsspannung der Batte rieeinheit 501, das heißt, die Gesamtsumme der Ausgangsspan nungen der Batteriezellen E1 bis E3, kleiner als oder gleich der vorbestimmten Referenzspannung wird, beurteilt die Vorrichtung 502, daß die Ausgangsspannung der Batterieein heit 501 dicht an die Spannung der übermäßigen Entladung herangekommen ist, und gibt zum Beispiel einen Alarm an den Benutzer aus.

Die Verschlechterung der Batterieeinheit 501 auf Grund der übermäßigen Entladung tritt auf, wenn die Ausgangsspan nungen der individuellen Batteriezellen E1 bis E3 kleiner als oder gleich der Referenzspannung e1 werden. Wenn die Ausgangsspannungen der Batteriezellen E1 bis E3, die inner halb der Batterieeinheit 501 seriell verbunden sind, ausge glichen sind, ist es unnötig, die Ausgangsspannungen der individuellen Batteriezellen E1 bis E3 zu überwachen. In diesem Fall reicht es aus, die Gesamtsumme der Ausgangsspan nungen der Batteriezellen E1 bis E3 zu überwachen, und die Schaltung zum Verhindern einer übermäßigen Entladung kann betrieben werden, wenn diese Gesamtsumme kleiner als oder gleich einer Referenzspannung wird.

In der tatsächlichen Praxis sind jedoch die Kapazitäten der individuellen Batteriezellen E1 bis E3 inkonsistent, und es ist nicht ungewöhnlich, daß sich die Kapazitäten der Batteriezellen E1 bis E3 um etwa 10% unterscheiden. Zusätz lich werden die Differenzen zwischen den Kapazitäten der Batteriezellen E1 bis E3 mit zunehmender Anzahl von Lade- und Entladezyklen der Batterieeinheit 501 sogar größer, da die Kapazitäten der Batteriezellen E1 bis E3 auch in Abhän gigkeit von den individuellen Verschlechterungen der Batte riezellen E1 bis E3 inkonsistent werden. Aus diesem Grund überwacht die eingebaute Schaltung zum Verhindern einer übermäßigen Entladung der Batterieeinheit 501 die Ausgangs spannungen der individuellen Batteriezellen E1 bis E3, und der Schalter 515 wird AUS geschaltet, wenn die Ausgangsspan nung von wenigstens einer der Batteriezellen E1 bis E3 kleiner als oder gleich der Referenzspannung e1 wird, um die Ausgangsspannung der Batterieeinheit 501 durch Trennen der Batterieeinheit 501 von der Vorrichtung 502 abzuschalten.

Andererseits überwacht die Vorrichtung 502 die Aus gangsspannung der Batterieeinheit 501, das heißt, die Gesamtsumme der Ausgangsspannungen der Batteriezellen E1 bis E3, sagt die verbleibende Kapazität der Batterieeinheit 501 nach dieser Gesamtsumme vorher und detektiert die Operation der Schaltung zum Verhindern einer übermäßigen Entladung innerhalb der Batterieeinheit 501, bevor die Schaltung zum Verhindern der übermäßigen Entladung den Schalter 515 AUS- schaltet. Aus diesem Grund ist es erforderlich, die vorbe stimmte Referenzspannung unter Berücksichtigung der Diffe renzen zwischen den Kapazitäten der individuellen Batterie zellen E1 bis E3 mit einer ausreichenden Toleranz festzule gen.

Falls aber die oben beschriebene Toleranz zu groß ist, wird die Vorrichtung 502 beurteilen, daß das Ende der Entla dung der Batterieeinheit 501 nahe ist, selbst wenn die tatsächliche verbleibende Kapazität der Batterieeinheit 501 groß genug ist. Als Resultat bestünde ein Problem darin, daß die Nutzungseffektivität der Batterieeinheit 501 schlecht ist. Wenn das Laden und Entladen der Batterieeinheit 501 in einem Zustand wiederholt werden, wenn die verbleibende Kapazität der Batterieeinheit 501 groß genug ist, bestünde zusätzlich ein Problem darin, daß die Nutzlebensdauer der Batterieeinheit 501 durch übermäßiges Laden verkürzt wird.

Falls andererseits die oben beschriebene Toleranz zu klein ist, verwendet die Vorrichtung 502 die Batterieeinheit 501 weiter, selbst wenn das Ende der Entladung der Batterie einheit 501 nahe ist. In diesem Fall bestünde ein Problem darin, daß die Ausgangsspannung der Batterieeinheit 501 während der Operation der Vorrichtung 502 durch die Schal tung zum Verhindern einer übermäßigen Entladung plötzlich ausgeschaltet wird. Wenn die Ausgangsspannung der Batterie einheit 501 während der Operation der Vorrichtung 502 plötz lich ausgeschaltet wird, tritt innerhalb der Vorrichtung 502 eine Datenzerstörung und dergleichen auf, und der Benutzer kann einem verhängnisvollen Energieausfall gegenüberstehen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Daher ist es eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues und nützliches Batteriekapazitätsvor hersageverfahren, eine Batterieeinheit und eine Vorrichtung, bei der eine Batterieeinheit verwendet wird, vorzusehen, bei denen die oben beschriebenen Probleme eliminiert sind.

Ein anderes und spezifischeres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Batteriekapazitätsvorhersageverfahren vorzusehen, welches eine verbleibende Kapazität einer Batte rieeinheit genau vorhersagen kann, so daß die Nutzungseffek tivität der Batterieeinheit verbessert wird und die Nutz lebensdauer der Batterieeinheit verlängert wird, indem ein übermäßiges Laden verhindert wird, selbst wenn das Laden und Entladen der Batterieeinheit wiederholt werden. Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist ferner, eine Batterieeinheit vorzusehen, die solch ein Batteriekapazitätsvorhersagever fahren ermöglicht, und eine Vorrichtung, bei der solch eine Batterieeinheit verwendet wird.

Noch ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Batteriekapazitätsvorhersageverfahren vorzusehen, zum Vorhersagen einer verbleibenden Kapazität einer Batte rieeinheit, die eine Vielzahl von Batteriezellen enthält, die seriell verbunden sind, in einer Vorrichtung, bei der die Batterieeinheit verwendet wird, mit den Schritten: (a) Vergleichen von Ausgangsspannungen von jeder der Batterie zellen, und (b) Vorhersagen der verbleibenden Kapazität der Batterieeinheit auf der Basis von wenigstens einer von einer minimalen Spannung und einer maximalen Spannung von den verglichenen Ausgangsspannungen der Batteriezellen. Gemäß dem Batteriekapazitätsvorhersageverfahren der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die verbleibende Kapazität der Batterieeinheit genau vorherzusagen, und die Nutzungseffek tivität der Batterieeinheit wird verbessert.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batterieeinheit vorzusehen, mit einer Vielzahl von seriell verbundenen Batteriezellen, und einer Schaltung, die wenigstens eine von einer minimalen Spannung und einer maximalen Spannung von Ausgangsspannungen der Batteriezellen ausgibt. Gemäß der Batterieeinheit der vorliegenden Erfin dung ist es möglich, die verbleibende Kapazität der Batte rieeinheit in der Vorrichtung, bei der die Batterieeinheit verwendet wird, genau vorherzusagen.

Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Vorhersagen einer verbleibenden Kapazi tät einer Batterieeinheit vorzusehen, die eine Vielzahl von seriell verbundenen Batteriezellen hat, mit einem Kopplungs mittel zum elektrischen Koppeln der Batterieeinheit an die Vorrichtung und einem Vorhersagemittel zum Vorhersagen der verbleibenden Kapazität der Batterieeinheit auf der Basis wenigstens einer von einer minimalen Spannung und einer maximalen Spannung der Batteriezellen. Gemäß der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die verbleibende Kapazität der Batterieeinheit genau vorherzusagen, und so wird die Nutzungseffektivität der Batterieeinheit verbes sert.

Andere Ziele und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden eingehenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hervor.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Schaltungsdiagramm zum Erläutern eines herkömmlichen Batteriekapazitätsvorhersageverfahrens;

Fig. 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine erste Aus führungsform einer Batterieeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung und einen Abschnitt einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine zweite Aus führungsform der Batterieeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung und einen Abschnitt einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 4 ist ein Diagramm, das eine Beziehung einer Ent ladungsendspannung und einer Ladungsendspannung hinsichtlich einer Anzahl von Lade- und Entladezyklen für jede Batterie zelle zeigt;

Fig. 5 ist ein Diagramm, das eine Beziehung einer Bat teriespannung und einer Entladungszeit von unbenutzten Batteriezellen zeigt;

Fig. 6 ist ein Diagramm, das eine Beziehung der Batte riespannung und der Entladungszeit der Batteriezellen zeigt, die 300 Lade- und Entladezyklen ausgesetzt wurden;

Fig. 7 ist ein Diagramm, das eine Beziehung der Batte riespannung und der Entladungszeit der Batteriezellen zeigt, die 500 Lade- und Entladezyklen ausgesetzt wurden;

Fig. 8 ist ein Systemblockdiagramm, das die Konstruk tion einer Spannungsmeßschaltung zeigt;

Fig. 9 ist ein Flußdiagramm zum Erläutern einer Ausfüh rungsform der Operation einer CPU; und

Fig. 10 ist ein Flußdiagramm zum Erläutern einer ande ren Ausführungsform der Operation der CPU.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Um die oben beschriebenen Probleme des Standes der Technik zu eliminieren, ist es denkbar, die Ausgangsspannung von jeder Batteriezelle innerhalb der Vorrichtung zu überwa chen, ähnlich dem Überwachen, das innerhalb der Batterieein heit erfolgt. Jedoch ist es in diesem Fall erforderlich, Anschlüsse zum Zuführen der Ausgangsspannungen von jeder der Batteriezellen zu der Vorrichtung vorzusehen. Zusätzlich ist es erforderlich, eine Schaltung zum Vergleichen der Aus gangsspannungen von jeder der Batteriezellen mit einer Referenzspannung innerhalb der Vorrichtung vorzusehen. Als Resultat werden die Konstruktionen der Batterieeinheit und der Vorrichtung komplex. Bei dem oben in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Beispiel hat die Batterieeinheit drei Batte riezellen, aber die Anzahl von Anschlüssen, die erforderlich werden, um die Ausgangsspannungen der Batteriezellen der Vorrichtung zuzuführen, nimmt mit steigender Anzahl von Batteriezellen, die die Batterieeinheit bilden, zu, und eine extrem große Anzahl von Anschlüssen würde erforderlich sein, um die Batterieeinheit und die Vorrichtung zu verbinden, wenn eine große Anzahl von Batteriezellen innerhalb der Batterieeinheit vorgesehen ist. Deshalb ist dieses denkbare Verfahren nicht praktisch.

Daher ist in der vorliegenden Erfindung die Batterie einheit konstruiert, um wenigstens eine minimale Spannung von den Ausgangsspannungen von jeder der Batteriezellen, die die Batterieeinheit bilden, auszugeben. Ferner sagt die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der die Batterieeinheit verwendet wird, die verbleibende Kapazität der Batterieeinheit auf der Basis der minimalen Spannung vorher, die von der Batterieeinheit erhalten wird.

Aus diesem Grund kann die vorliegende Erfindung eine verbleibende Kapazität der Batterieeinheit genau vorhersa gen, so daß die Nutzungseffektivität der Batterieeinheit verbessert wird und die Nutzlebensdauer der Batterieeinheit verlängert wird, indem das übermäßige Laden verhindert wird, selbst wenn das Laden und Entladen der Batterieeinheit wiederholt werden.

Falls die Batterieeinheit konstruiert ist, um zusätz lich auch eine maximale Spannung von den Ausgangsspannungen von jeder der Batteriezellen, die die Batterieeinheit bil den, auszugeben, kann die Vorrichtung, bei der die Batterie einheit verwendet wird, auf der Basis der maximalen Span nung, die von der Batterieeinheit erhalten wird, beurteilen, ob die Batterie zu laden ist oder nicht.

In diesem Fall ist es möglich, ein übermäßiges Laden der Batterieeinheit sicher zu verhindern, und die Nutzle bensdauer der Batterieeinheit kann verlängert werden.

Ferner kann die Batterieeinheit konstruiert sein, um sowohl eine minimale Spannung als auch eine maximale Span nung von den Ausgangsspannungen von jeder der Batteriezellen auszugeben, die die Batterieeinheit bilden. In diesem Fall ist es möglich, die verbleibende Kapazität der Batterieein heit auf der Basis wenigstens einer der minimalen und maxi malen Spannungen vorherzusagen.

Es erfolgt nun eine Beschreibung einer ersten Ausfüh rungsform des Batteriekapazitätsvorhersageverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 zeigt eine erste Ausfüh rungsform der Batterieeinheit gemäß der vorliegenden Erfin dung und einen Abschnitt einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der die Batterieeinheit verwendet wird. Bei dieser Vorrichtung wird die erste Ausführungsform des Batteriekapazitätsvorhersage verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet.

In Fig. 2 ist eine Batterieeinheit 1 mit einer Vorrich tung 2 verbunden, wie z. B. mit einem Personalcomputer des Notebook-Typs. Der Einfachheit halber zeigt Fig. 2 die Batterieeinheit 1 und die Vorrichtung 2 so, als seien sie durch Signalleitungen verbunden. Jedoch sind die Batterie einheit 1 und die Vorrichtung 2 tatsächlich durch eine Vielzahl von Anschlüssen, die an der Batterieeinheit 1 vorgesehen sind, und eine Vielzahl von entsprechenden An schlüssen, die an der Vorrichtung 2 vorgesehen sind, unter Verwendung einer bekannter Technik verbunden. So werden eine Spannung E1 + E2 + E3 von der Batterieeinheit 1 und eine Span nung E(min) und/oder eine Spannung E(max), die später be schrieben werden, der Vorrichtung 2 zugeführt.

Die Batterieeinheit 1 hat eine eingebaute Schaltung zum Verhindern einer übermäßigen Entladung, die einen Schal tungsabschnitt 10 und einen Schalter 20 enthält. Der Schal tungsabschnitt 10 enthält Spannungskomparatoren 11 bis 13, eine ODER-Schaltung 14, spannungskonvertierende Verstärker 15 bis 17, einen Spannungskomparator 18 und einen Multiple xer 19. In dieser Ausführungsform sind drei Batteriezellen E1 bis E3 innerhalb der Batterieeinheit 1 seriell verbunden.

Eine Ausgangsspannung der Batteriezelle E1 und eine Refe renzspannung e1, die eine Grenzspannung der übermäßigen Entladung der Batteriezellen E1 bis E3 angibt, werden dem Spannungskomparator 11 zugeführt. Eine Ausgangsspannung der Batteriezelle E2 und die Referenzspannung e1 werden dem Spannungskomparator 12 zugeführt. Ähnlich werden eine Aus gangsspannung der Batteriezelle E3 und die Referenzspannung e1 dem Spannungskomparator 13 zugeführt. Der Schalter 20 ist aus einem Feldeffekttransistor (FET) gebildet.

Die Batteriezellen E1 bis E3 bestehen zum Beispiel aus Li⁺-Batterien. Das Batteriekapazitätsvorhersageverfahren kann grob kategorisiert werden in ein Verfahren, das die Batteriekapazität durch Subtrahieren der verbrauchten Ener gie von der Kapazität der Batterie vorhersagt, und ein Verfahren, das die Batteriekapazität nach der Ausgangsspan nung der Batterie vorhersagt. Die Li⁺-Batterie hat solch eine Charakteristik, daß die Ausgangsspannung der Li⁺-Batte rie ein maximaler Wert ist, wenn sie voll geladen ist, und die Ausgangsspannung mit fortschreitender Entladung abnimmt. Aus diesem Grund wird in dieser Ausführungsform das letztere Verfahren verwendet, um die verbleibende Kapazität der Batterie vorherzusagen.

Die Spannungskomparatoren 11 bis 13 geben Signale mit hohem Pegel aus, wenn die Ausgangsspannungen der entspre chenden Batteriezellen E1 bis E3 kleiner als oder gleich der Referenzspannung e1 werden. Daher wird, wenn einer der Spannungskomparatoren 11 bis 13 ein Signal mit hohem Pegel ausgibt, der Schalter 20 als Reaktion auf ein Signal mit hohem Pegel von der ODER-Schaltung 14 AUSgeschaltet, um die Batterieeinheit 1 von der Vorrichtung 2 zu trennen. Als Resultat wird, wenn die Ausgangsspannung von wenigstens einer Batteriezelle kleiner als oder gleich der Grenzspan nung der übermäßigen Entladung wird, der Ausgang der Batte rieeinheit 1 abgeschaltet, und die übermäßige Entladung der Batteriezellen E1 bis E3 wird verhindert.

Die spannungskonvertierenden Verstärker 15 bis 17 füh ren die Ausgangsspannungen der entsprechenden Batteriezellen E1 bis E3 dem Spannungskomparator 18 und dem Multiplexer 19 zu. Der Spannungskomparator 18 vergleicht die Ausgangsspan nungen der spannungskonvertierenden Verstärker 15 bis 17, und der Multiplexer 19 gibt wenigstens eine minimale Span nung E(min) in Abhängigkeit von einem Vergleichsresultat des Spannungskomparators 18 selektiv aus. In dieser Ausführungs form vergleicht der Spannungskomparator 18 die Ausgangsspan nungen der spannungskonvertierenden Verstärker 15 bis 17, und der Multiplexer 19 gibt auch eine maximale Spannung E(max) in Abhängigkeit von dem Vergleichsresultat des Span nungskomparators 18 selektiv aus. Wie später beschrieben wird, wird die maximale Spannung E(max) verwendet, um das übermäßige Laden der Batterieeinheit 1 zu verhindern.

Die Vorrichtung 2 ist mit einer Spannungsmeßschaltung 21 und dergleichen versehen. Die Spannungsmeßschaltung 21 mißt die Ausgangsspannung der Batterieeinheit 1, die von dem Multiplexer 19 erhalten wird, und sagt die verbleibende Kapazität der Batterieeinheit 1 durch Vergleichen der gemes senen Ausgangsspannung und einer vorbestimmten Referenzspan nung vorher. Im besonderen wird die minimale Spannung E(min) von der Batterieeinheit 1 mit der vorbestimmten Referenz spannung verglichen, und die Spannungsmeßschaltung 21 beur teilt, daß die Ausgangsspannung von wenigstens einer der Batteriezellen E1 bis E3 innerhalb der Batterieeinheit 1 dicht an die Spannung der übermäßigen Entladung herangekom men ist, wenn die minimale Spannung E(min) kleiner als oder gleich der vorbestimmten Referenzspannung wird. Zum Beispiel gibt die Spannungsmeßschaltung 21 einen Alarm an den Nutzer aus, wenn beurteilt wird, daß die Ausgangsspannung von wenigstens einer der Batteriezellen E1 bis E3 dicht an die Spannung der übermäßigen Entladung herangekommen ist. In diesem Fall braucht die vorbestimmte Referenzspannung nicht festgelegt zu sein, um unter Berücksichtigung der Inkonsi stenzen zwischen den Kapazitäten der individuellen Batterie zellen E1 bis E3 eine Toleranz zu enthalten.

Die Verschlechterung der Batterieeinheit 1 auf Grund der übermäßigen Entladung tritt ein, wenn die Ausgangsspan nungen der individuellen Batteriezellen E1 bis E3 kleiner als oder gleich der Referenzspannung e1 werden. Wenn die Ausgangsspannungen der Batteriezellen E1 bis E3, die inner halb der Batterieeinheit 1 seriell verbunden sind, ausgegli chen sind, ist es unnötig, die Ausgangsspannungen der indi viduellen Batteriezellen E1 bis E3 zu überwachen. In diesem Fall reicht es aus, die Gesamtsumme der Ausgangsspannungen der Batteriezellen E1 bis E3 zu überwachen, und die Schal tung zum Verhindern einer übermäßigen Entladung kann betrie ben werden, wenn diese Gesamtsumme kleiner als oder gleich einer Referenzspannung wird.

In der tatsächlichen Praxis sind die Kapazitäten der individuellen Batteriezellen E1 bis E3 jedoch inkonsistent, und es ist nicht ungewöhnlich, daß sich die Kapazitäten der Batteriezellen E1 bis E3 um etwa 10% unterscheiden. Zusätz lich werden die Unterschiede zwischen den Kapazitäten der Batteriezellen E1 bis E3 mit zunehmender Anzahl von Lade- und Entladezyklen der Batterieeinheit 1 sogar größer, da die Kapazitäten der Batteriezellen E1 bis E3 auch in Abhängig keit von den individuellen Verschlechterungen der Batterie zellen E1 bis E3 inkonsistent werden. Aus diesem Grund überwacht die eingebaute Schaltung zum Verhindern einer übermäßigen Entladung der Batterieeinheit 1 die Ausgangs spannungen der individuellen Batteriezellen E1 bis E3, und der Schalter 20 wird AUSgeschaltet, wenn die Ausgangsspan nung von wenigstens einer der Batteriezellen E1 bis E3 kleiner als oder gleich der Referenzspannung e1 wird, um die Ausgangsspannung der Batterieeinheit 1 abzuschalten, indem die Batterieeinheit 1 von der Vorrichtung 2 getrennt wird.

Andererseits überwacht die Vorrichtung 2 die Ausgangs spannung von einer der Batteriezellen E1 bis E3 innerhalb der Batterieeinheit 1, die die minimale Spannung E(min) hat, sagt die verbleibende Kapazität der Batterieeinheit 1 nach dieser minimalen Spannung E(min) vorher und detektiert die Operation der Schaltung zum Verhindern einer übermäßigen Entladung innerhalb der Batterieeinheit 1, bevor die Schal tung zum Verhindern einer übermäßigen Entladung den Schalter 20 AUSschaltet. In dieser Ausführungsform ist es unnötig, die vorbestimmte Referenzspannung unter Berücksichtigung der Differenzen zwischen den Kapazitäten der individuellen Batteriezellen E1 bis E3 mit einer ausreichenden Toleranz festzulegen. Aus diesem Grund kann diese Ausführungsform die verbleibende Kapazität der Batterieeinheit 1 genau vorhersa gen, und die Nutzungseffektivität der Batterieeinheit 1 wird verbessert.

Deshalb ist es gemäß dieser Ausführungsform möglich, eine Situation zu verhindern, bei der die Vorrichtung 2 fälschlicherweise das bevorstehende Ende der Entladung der Batterieeinheit 1 annimmt, obwohl die tatsächliche verblei bende Kapazität der Batterieeinheit 1 groß genug ist, und so wird die Nutzungseffektivität der Batterieeinheit 1 verbes sert. Wenn auch die Nutzlebensdauer der Batterieeinheit 1 durch das übermäßige Laden verkürzt würde, falls das Laden und Entladen der Batterieeinheit 1 in einem Zustand wieder holt würden, bei dem die verbleibende Kapazität groß genug ist, wird solch ein Problem zusätzlich in dieser Ausfüh rungsform nicht auftreten.

Des weiteren kann diese Ausführungsform eine Situation verhindern, bei der die Vorrichtung 2 die Batterieeinheit 1 weiter verwendet, selbst wenn das Ende des Entladens der Batterieeinheit 1 tatsächlich nahe ist. Aus diesem Grund kann diese Ausführungsform verhindern, daß die Ausgangsspan nung der Batterieeinheit 1 durch die Schaltung zum Verhin dern einer übermäßigen Entladung während der Operation der Vorrichtung 2 plötzlich abgeschaltet wird. Mit anderen Worten, falls die Ausgangsspannung der Batterieeinheit 1 während der Operation der Vorrichtung 2 plötzlich abgeschal tet würde, würde innerhalb der Vorrichtung 2 eine Datenzer störung oder dergleichen auftreten, und der Nutzer würde einem verhängnisvollen Energieausfall gegenüberstehen.

Jedoch wird solch ein Problem in dieser Ausführungsform nicht auftreten.

In solchen Vorrichtungen wie tragbaren elektronischen Geräten, die durch Personalcomputer des Notebook-Typs oder Laptop-Computer verkörpert werden, werden Batterien als Energiezufuhr für die Vorrichtung verwendet. Unter Berück sichtigung der laufenden Kosten der Vorrichtung, der Strom kapazität, die momentan entladen werden kann, und derglei chen werden NiCd-Batterien, NiMH-Batterien und Li⁺-Batterien im allgemeinen als Sekundärbatterien verwendet. Zusätzlich ist die Vorrichtung gewöhnlich mit einer eingebauten Lade schaltung versehen, so daß die Sekundärbatterien durch einfaches Verbinden eines Wechselstromadapters oder derglei chen mit der Vorrichtung geladen werden können. Im Fall der tragbaren Vorrichtung werden die Sekundärbatterien norma lerweise als Energiezufuhr für die Vorrichtung verwendet, aber wenn die Vorrichtung auf einem Tisch verwendet wird, kann die Vorrichtung durch eine externe Energiezufuhr unter Verwendung des Wechselstromadapters oder dergleichen betrie ben werden.

Wenn solch eine Vorrichtung, bei der normalerweise die Sekundärbatterien verwendet werden, durch die externe Ener giezufuhr unter Verwendung des Wechselstromadapters oder dergleichen betrieben wird, wird die Energiezufuhr von den Sekundärbatterien nicht genutzt. Theoretisch werden daher die Sekundärbatterien nicht entleert, während die Vorrich tung durch die externe Energiezufuhr betrieben wird. In der tatsächlichen Praxis wird jedoch die Energie der Sekundär batterien durch die Selbstentladung der Sekundärbatterien abgeleitet. Aus diesem Grund ist es erforderlich, selbst während die Vorrichtung durch die externe Energiezufuhr unter Verwendung des Wechselstromadapters oder dergleichen betrieben wird, die Sekundärbatterien konstant zu laden, um die Energieableitung, die durch die Selbstentladung der Sekundärbatterien verursacht wird, wiedergutzumachen. Wenn die Sekundärbatterie die NiCd-Batterie oder die NiMH-Batte rie ist, ist es möglich, die Energieableitung der Sekundär batterie auf Grund der Selbstentladung durch konstantes Laden der Sekundärbatterie bei einer niedrigen Laderate zu verhindern, während die Vorrichtung durch die externe Ener giezufuhr unter Verwendung des Wechselstromadapters oder dergleichen betrieben wird. Diese Art des Ladens wird oft als Pufferladen bezeichnet.

Jedoch kann in dem Fall, wenn die Sekundärbatterie die Li⁺-Batterie ist, die oben beschriebene Pufferladung nicht angewendet werden, da sich die Li⁺-Batterie auf Grund des übermäßigen Ladens verschlechtern wird. In dem Fall der Li⁺-Batterie ist es daher nötig, die Ausgangsspannung der Li⁺-Batterie zu überwachen und die verbleibende Kapazität der Li⁺-Batterie vorherzusagen, selbst während die Vorrichtung durch die externe Energiezufuhr unter Verwendung des Wech selstromadapters oder dergleichen betrieben wird. Zusätzlich wird, wenn die überwachte Ausgangsspannung der Li⁺-Batterie kleiner als oder gleich einer Referenzspannung wird, die Energieableitung der Li⁺-Batterie auf Grund der Selbstentla dung durch Starten des Ladens der Li⁺-Batterie wettgemacht, um die Pufferladung zu realisieren, indem die Li⁺-Batterie in einem Zustand dicht an dem voll geladenen Zustand gehal ten wird.

Die Verschlechterung der Batterieeinheit, die die Li⁺-Batteriezellen enthält, auf Grund des übermäßigen Ladens tritt ein, wenn die Ausgangsspannungen der individuellen Batteriezellen größer als die Referenzspannung werden. Wenn die Ausgangsspannungen der Batteriezellen, die innerhalb der Batterieeinheit seriell verbunden sind, ausgeglichen sind, ist es aus diesem Grund unnötig, die Ausgangsspannungen der individuellen Batteriezellen zu überwachen. In diesem Fall reicht es aus, die Gesamtsumme der Ausgangsspannungen der Batteriezellen zu überwachen, und die eingebaute Schaltung zum Verhindern einer übermäßigen Ladung der Batterieeinheit kann betrieben werden, wenn diese Gesamtsumme größer als die Referenzspannung wird.

In der tatsächlichen Praxis sind die Kapazitäten der individuellen Batteriezellen jedoch inkonsistent, und es ist nicht ungewöhnlich, daß sich die Kapazitäten der Batterie zellen um etwa 10% unterscheiden. Zusätzlich werden die Unterschiede zwischen den Kapazitäten der Batteriezellen mit steigender Anzahl von Lade- und Entladezyklen der Batterie einheit sogar größer, da die Kapazitäten der Batteriezellen auch in Abhängigkeit von den individuellen Verschlechterun gen der Batteriezellen inkonsistent werden. Aus diesem Grund überwacht die eingebaute Schaltung zum Verhindern einer übermäßigen Ladung der Batterieeinheit die Ausgangsspannun gen der individuellen Batteriezellen, und die Ausgangsspan nung der Batterieeinheit wird abgeschaltet, indem die Batte rieeinheit von der Vorrichtung getrennt wird, wenn die Ausgangsspannung von wenigstens einer der Batteriezellen größer als die Referenzspannung wird.

Andererseits überwacht die herkömmliche Vorrichtung, die oben in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde, die Ausgangsspannung der Batterieeinheit, das heißt, die Gesamt summe der Ausgangsspannungen der Batteriezellen, und sagt die verbleibende Kapazität der Batterieeinheit durch Ver gleichen dieser Gesamtsumme und einer vorbestimmten Refe renzspannung vorher. Wenn die Operation der Schaltung zum Verhindern einer übermäßigen Ladung innerhalb der Batterie einheit detektiert wird, bevor die Schaltung zum Verhindern einer übermäßigen Ladung tatsächlich arbeitet, beruht daher diese Detektion auch auf der obigen Vorhersage. Aus diesem Grund ist es notwendig, die vorbestimmte Referenzspannung auf der niedrigeren Seite unter Berücksichtigung der Diffe renzen zwischen den Kapazitäten der individuellen Batterie zellen mit einer ausreichenden Toleranz festzulegen.

Falls aber die oben beschriebene Toleranz zu groß ist, wird die Vorrichtung beurteilen, daß das Ende des Ladens der Batterieeinheit nahe ist, selbst wenn die tatsächliche verbleibende Kapazität der Batterieeinheit klein genug ist und das Laden unausreichend ist. Als Resultat ist die Nut zungseffektivität der Batterieeinheit schlecht.

Falls andererseits die oben beschriebene Toleranz zu klein ist, lädt die Vorrichtung die Batterieeinheit weiter, selbst wenn das Ende des Ladens der Batterieeinheit nahe ist und das Laden ausreichend ist. In diesem Fall verschlechtert sich die Batterieeinheit, da die Batterieeinheit auf einem übermäßig geladenen Zustand gehalten wird.

Als nächstes erfolgt eine Beschreibung einer zweiten Ausführungsform des Batteriekapazitätsvorhersageverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, welches auch die oben beschriebenen Schwierigkeiten bezüglich des Ladens der Batterieeinheit eliminieren kann.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Batterie einheit gemäß der vorliegenden Erfindung und einen Abschnitt einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der die Batterieeinheit verwen det wird. Bei dieser Vorrichtung wird die zweite Ausfüh rungsform des Batteriekapazitätsvorhersageverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet. In Fig. 3 sind jene Teile, die dieselben wie jene entsprechenden Teile in Fig. 2 sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und eine Beschreibung von ihnen wird weggelassen.

In Fig. 3 ist die Batterieeinheit 1 ferner mit einem Schalter 40 versehen. Zusätzlich ist ein Schaltungsabschnitt 10A ferner mit Spannungskomparatoren 31 bis 33, einer ODER-Schaltung 34 und Schaltern 35 und 36, die aus FETs gebildet sind, versehen. Die Vorrichtung 2 ist des weiteren mit einem Lader 51 versehen. Die Schaltung zum Verhindern einer über mäßigen Entladung ist durch einen Teil des Schaltungsab schnittes 10A und den Schalter 20 gebildet. Andererseits ist eine Schaltung zum Verhindern einer übermäßigen Ladung durch einen Teil des Schaltungsabschnittes 10A und den Schalter 40 gebildet.

Die Spannungskomparatoren 31 bis 33 geben Signale mit hohem Pegel aus, wenn die Ausgangsspannungen der entspre chenden Batteriezellen E1 bis E3 größer als eine Referenz spannung werden, die sich von der Referenzspannung e1 unter scheidet. Daher wird, wenn einer der Spannungskomparatoren 31 bis 33 ein Signal mit hohem Pegel ausgibt, der Schalter 40 als Reaktion auf ein Signal mit hohem Pegel von der ODER-Schaltung 34 AUSgeschaltet, um die Batterieeinheit 1 von der Vorrichtung 2 zu trennen. Als Resultat wird, wenn die Aus gangsspannung von wenigstens einer Batteriezelle größer als die Grenzspannung der übermäßigen Ladung wird, die Batterie einheit 1 von dem Lader 51 der Vorrichtung 2 abgeschaltet, und das übermäßige Laden der Batteriezellen E1 bis E3 wird verhindert.

Der Multiplexer 19 der Batterieeinheit 1 führt die minimale Spannung E(min) von den Ausgangsspannungen der Batteriezellen E1 bis E3 der Spannungsmeßschaltung 21 der Vorrichtung 2 durch den Schalter 35 zu. Daher kann die Spannungsmeßschaltung 21 die verbleibende Kapazität der Batterieeinheit 1 auf der Basis dieser minimalen Spannung E(min) genau vorhersagen und kann an den Nutzer einen Alarm ausgegeben, falls erforderlich. Zusätzlich führt der Multi plexer 19 der Batterieeinheit 1 die maximale Spannung E(max) von den Ausgangsspannungen der Batteriezellen E1 bis E3 der Spannungsmeßschaltung 21 der Vorrichtung 2 durch den Schal ter 36 zu. So kann die Spannungsmeßschaltung 21 die verblei bende Kapazität der Batterieeinheit 1, das heißt, den gela denen Zustand der Batterieeinheit 1, auf der Basis dieser maximalen Spannung E(max) genau vorhersagen und kann beur teilen, ob die Batterieeinheit 1 zu laden ist oder nicht.

Zusätzlich kann die Spannungsmeßschaltung 21 einen Alarm ausgeben, falls erforderlich, um den Benutzer bezüglich dessen zu alarmieren, ob die Batterieeinheit 1 zu laden ist oder nicht.

Deshalb kann diese Ausführungsform die verbleibende Kapazität der Batterieeinheit 1 genau vorhersagen und das übermäßige Entladen und das übermäßige Laden der Batterie einheit auf der Basis dieser Vorhersage verhindern. Als Resultat wird die Nutzungseffektivität der Batterieeinheit 1 verbessert, und die Nutzlebensdauer der Batterieeinheit 1 wird effektiv verlängert.

Nachdem die Batterieeinheit 1 von der Vorrichtung 2 ab geschaltet ist, ist es wünschenswert, das Entladen von der Batterieeinheit 1 soweit wie möglich zu verhindern. Daher werden in dieser Ausführungsform die Schalter 35 und 36 als Reaktion auf das Signal mit hohem Pegel von der ODER-Schal tung 14 AUSgeschaltet, so daß die minimale Spannung E(min) und die maximale Spannung E(max) jeweilig auf 0 V gesetzt werden, nachdem die Batterieeinheit 1 von der Vorrichtung 2 abgeschaltet ist. Als Resultat wird die Energie der Batte rieeinheit 1 durch die Spannungsmeßschaltung 21 und derglei chen der Vorrichtung 2 nicht abgeleitet, nachdem die Batte rieeinheit 1 von der Vorrichtung 2 abgeschaltet ist, und das Entladen der Batterieeinheit 1 wird auf ein Minimum herabge drückt.

Fig. 4 bis 7 sind jeweils Diagramme zum Erläutern von Resultaten von Experimenten, die durch die jetzigen Erfinder ausgeführt wurden, um die Inkonsistenzen der Kapazitäten der Batteriezellen E1 bis E3 zu studieren.

Fig. 4 ist ein Diagramm, das eine Beziehung einer Ent ladungsendspannung und einer Ladungsendspannung hinsichtlich einer Anzahl von Lade- und Entladezyklen für jede der Batte riezellen E1 bis E3 zeigt. In Fig. 4 ist die Ausgangsspan nung der Batteriezelle E1 durch dreieckige Zeichen gekenn zeichnet, ist die Ausgangsspannung der Batteriezelle E2 durch quadratische Zeichen gekennzeichnet, und ist die Ausgangsspannung der Batteriezelle E3 durch fünfeckige Zeichen gekennzeichnet. Die Entladungsendspannung wurde unter den Bedingungen von 1 C (= 2,5 A) und einem konstanten Strom gemessen (8,5 Vcut), und die Ladungsendspannung wurde unter Bedingungen von 1 C (= 2,5 A) bis zu 12,3 V und einem konstanten Strom und einer konstanten Spannung gemessen (40 mA oder 2,5 hcut).

Fig. 5 ist ein Diagramm, das eine Beziehung einer Bat teriespannung und einer Entladezeit von unbenutzten Batte riezellen E1 bis E3 zeigt. In Fig. 5 ist die Ausgangsspan nung der Batteriezelle E1 durch eine feine gestrichelte Linie gekennzeichnet, ist die Ausgangsspannung der Batterie zelle E2 durch eine durchgehende Linie gekennzeichnet, und ist die Ausgangsspannung der Batteriezelle E3 durch eine grobe gestrichelte Linie gekennzeichnet. Die Entladung wurde unter Bedingungen von 1 C (= 2,5 A) und einem konstanten Strom gemessen (Schnitt bei 8,5 V), und die Ladung wurde unter den Bedingungen von 1 C (= 2,5 A) bis zu 12,3 V und einem konstanten Strom und einer konstanten Spannung gemes sen (Schnitt bei 40 mA oder 2,5 h).

Fig. 6 ist ein Diagramm, das eine Beziehung der Batte riespannung und der Entladungszeit der Batteriezellen E1 bis E3 zeigt, die 300 Lade- und Entladezyklen unterzogen wurden. In Fig. 6 ist die Ausgangs Spannung der Batteriezelle E1 durch eine feine gestrichelte Linie gekennzeichnet, ist die Ausgangsspannung der Batteriezelle E2 durch eine durchgehende Linie gekennzeichnet, und ist die Ausgangs Spannung der Batteriezelle E3 durch eine grobe gestrichelte Linie gekennzeichnet. Das Entladen wurde unter Bedingungen von 1 C (= 2,5 A) und einem konstanten Strom gemessen (Schnitt bei 8,5 V), und das Laden wurde unter Bedingungen von 1 C (= 2,5 A) bis zu 12,3 V und einem konstanten Strom und einer konstanten Spannung gemessen (Schnitt bei 40 mA oder 2,5 h).

Fig. 7 ist ein Diagramm, das eine Beziehung der Batte riespannung und der Entladezeit der Batteriezellen E1 bis E3 zeigt, die 500 Lade- und Entladezyklen unterzogen wurden. In Fig. 7 ist die Ausgangsspannung der Batteriezelle 1 durch eine feine gestrichelte Linie gekennzeichnet, ist die Aus gangsspannung der Batteriezelle E2 durch eine durchgehende Linie gekennzeichnet, und ist die Ausgangsspannung der Batteriezelle E3 durch eine grobe gestrichelte Linie gekennzeichnet. Die Entladung wurde unter Bedingungen von 1 C (= 2,5 A) und einem konstanten Strom gemessen (Schnitt bei 8,5 V), und die Ladung wurde unter Bedingungen von 1 C (= 2,5 A) bis zu 12,3 V und einem konstanten Strom und einer konstanten Spannung gemessen (Schnitt bei 40 mA oder 2,5 h).

Wie aus Fig. 4 bis 7 ersichtlich ist, sind die Kapazi täten der individuellen Batteriezellen E1 bis E3 inkonsi stent, und es hat sich bestätigt, daß es bei den Kapazitäten der Batteriezellen E1 bis E3 völlig normal ist, um einen Wert in der Größenordnung von 10% zu differieren. Zusätz lich wurde auch bestätigt, daß die Differenzen zwischen den Kapazitäten der individuellen Batteriezellen E1 bis E3 mit zunehmender Anzahl von Lade- und Entladezyklen der Batterie einheit 1 auf Grund der Inkonsistenzen der Kapazitäten, die durch die Verschlechterung der individuellen Batteriezellen E1 bis E3 verursacht werden, sogar größer werden. Jedoch wurde gemäß dieser Ausführungsform bestätigt, daß die Vor richtung 2 die verbleibende Kapazität der Batterieeinheit 1 auf der Basis der minimalen Spannung E(min) und/oder der maximalen Spannung E(max) genau vorhersagen kann, selbst wenn solche Inkonsistenzen zwischen den Kapazitäten der individuellen Batteriezellen E1 bis E3 existieren. Dasselbe wurde auch hinsichtlich der oben beschriebenen ersten Aus führungsform bestätigt.

Die Spannungsmeßschaltung 21 innerhalb der Vorrichtung 2 kann zum Beispiel durch eine Kombination aus einer bekann ten zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) und einem Speicher gebildet sein. Fig. 8 zeigt diese Konstruktion der Span nungsmeßschaltung 21. In Fig. 8 enthält die Spannungsmeß schaltung 21 eine CPU 210 und einen Speicher 211, die wie gezeigt verbunden sind. Der Speicher 211 speichert Daten und Programme, die durch die CPU 210 ausgeführt werden. Die CPU 210 empfängt die minimale Spannung E(min) und die maximale Spannung E(max) von der Batterieeinheit 1, die in Fig. 3 gezeigt ist.

Fig. 9 ist ein Flußdiagramm zum Erläutern einer Ausfüh rungsform der Operation der CPU 210. In Fig. 9 bestimmt ein Schritt S1, ob die Vorrichtung 2 die Batterieeinheit 1 lädt oder nicht. Wenn die Vorrichtung 2 die Batterieeinheit 1 lädt, wird der Vorrichtung 2 durch einen bekannten Wechsel stromadapter (nicht gezeigt) oder dergleichen Energie von einer externen Energiezuführung (nicht gezeigt) zugeführt.

So kann die CPU 210 auf der Basis eines Detektionssignals Ex, das angibt, daß der Wechselstromadapter mit der Vorrich tung 2 verbunden ist, beurteilen, ob die Vorrichtung 2 die Batterieeinheit 1 lädt oder nicht.

Falls das Bestimmungsresultat bei Schritt S1 NEIN lau tet, wird bei Schritt S2 die maximale Spannung E(max) und die minimale Spannung E(min) gemessen, und bei Schritt S3 wird eine Spannungsdifferenz v von v = E(max) - E(min) berechnet. Bei Schritt S4 wird bestimmt, ob die Spannungs differenz v kleiner als eine untere Grenzspannung der über mäßigen Entladung V_DCH des Entladens ist oder nicht, und der Prozeß endet, falls das Bestimmungsresultat bei Schritt S4 JA lautet. Falls das Bestimmungsresultat bei Schritt S4 andererseits NEIN lautet, wird bei Schritt S5 beurteilt, daß die Nutzlebensdauer der Batterieeinheit 1 beendet ist, und der Prozeß endet. Wenn bei Schritt S5 beurteilt wird, daß die Nutzlebensdauer der Batterieeinheit 1 beendet ist, gibt die CPU 210 einen Alarm an den Benutzer zum Beispiel unter Anwendung einer bekannten Technik aus.

Falls das Bestimmungsresultat bei Schritt S1 JA lautet, wird bei Schritt S6 die maximale Spannung E(max) und die minimale Spannung E(min) gemessen, und bei Schritt S7 wird eine Spannungsdifferenz v von v = E(max) - E(min) berechnet.

Bei Schritt S8 wird bestimmt, ob diese Spannungsdifferenz v kleiner als eine obere Grenzspannung der übermäßigen Ladung V_CHG des Ladens ist oder nicht, und der Prozeß endet, falls das Bestimmungsresultat bei Schritt S8 JA lautet. Falls das Bestimmungsresultat bei Schritt S8 andererseits NEIN lautet, wird bei Schritt S5 beurteilt, daß die Nutzlebensdauer der Batterieeinheit 1 beendet ist, und der Prozeß endet. Wenn bei Schritt S5 beurteilt wird, daß die Nutzlebensdauer der Batterieeinheit 1 beendet ist, gibt die CPU 210 einen Alarm an den Benutzer zum Beispiel unter Anwendung einer bekannten Technik aus.

Deshalb kann die Vorrichtung 2 die Nutzlebensdauer der Batterieeinheit 1 während des Entladens und des Ladens auf der Basis der minimalen Spannung E(min) und der maximalen Spannung E(max), die von der Batterieeinheit 1 empfangen werden, genau beurteilen.

Fig. 10 ist ein Flußdiagramm zum Erläutern einer ande ren Ausführungsform der Operation der CPU 210. In Fig. 10 wird bei Schritt S11 die minimale Spannung E(min) gemessen, die von der Batterieeinheit 1 empfangen wird, und eine Ausgangsspannung E der Batterieeinheit 1 insgesamt erhalten. In dieser Ausführungsform enthält die Batterieeinheit 1 die drei Batteriezellen E1 bis E3, und so wird die Ausgangsspan nung E zum Beispiel aus E = E(min)·3 erhalten. Bei Schritt S12 wird bestimmt, ob die Ausgangsspannung E größer als oder gleich einer Batteriespannung V(100) zu der Zeit ist, wenn die verbleibende Kapazität 100% beträgt. Falls das Bestim mungsresultat bei Schritt S12 JA lautet, wird bei Schritt S13 beurteilt, daß die verbleibende Kapazität der Batterie einheit 1 100% beträgt, und der Prozeß endet. Falls das Bestimmungsresultat bei Schritt S12 NEIN lautet, wird bei Schritt S14 bestimmt, ob die Ausgangsspannung E größer als oder gleich einer Batteriespannung V(90) zu der Zeit ist, wenn die verbleibende Kapazität 90% beträgt. Falls das Bestimmungsresultat bei Schritt S14 JA lautet, wird bei Schritt S15 beurteilt, daß die verbleibende Kapazität der Batterieeinheit 1 90% beträgt, und der Prozeß endet. Falls das Bestimmungsresultat bei Schritt S14 NEIN lautet, wird bei Schritt S16 bestimmt, ob die Ausgangsspannung E größer als oder gleich einer Batteriespannung V(80) zu der Zeit ist, wenn die verbleibende Kapazität 80% beträgt. Falls das Bestimmungsresultat bei Schritt S16 JA lautet, wird bei Schritt S17 beurteilt, daß die verbleibende Kapazität der Batterieeinheit 1 80% beträgt, und der Prozeß endet. Ähnli che Prozesse werden ausgeführt, falls das Bestimmungsresul tat bei Schritt S16 NEIN lautet. Schließlich wird bei Schritt S18 bestimmt, ob die Ausgangsspannung E größer als oder gleich einer Batteriespannung V(10) zu der Zeit ist, wenn die verbleibende Kapazität 10% beträgt. Falls das Bestimmungsresultat bei Schritt S18 JA lautet, wird bei Schritt S19 beurteilt, daß die verbleibende Kapazität der Batterieeinheit 1 10% beträgt, und der Prozeß endet. Falls das Bestimmungsresultat bei Schritt S18 NEIN lautet, wird bei Schritt S20 beurteilt, daß die verbleibende Kapazität der Batterieeinheit 1 0% beträgt, und der Prozeß endet.

Die Bestimmungsresultate der Schritte S13, S15, S17, S19, S20 und dergleichen werden von der CPU 210 an den Nutzer zum Beispiel unter Anwendung bekannter Techniken ausgegeben. Zusätzlich können die Bestimmungsresultate der Schritte S19, S20 und dergleichen von der CPU 210 in Form eines Alarms an den Nutzer zum Beispiel unter Anwendung bekannter Techniken ausgegeben werden.

In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde der Einfachheit halber angenommen, daß die Batterieeinheit Li⁺-Batteriezellen enthält. Jedoch ist die Anwendung der vorlie genden Erfindung natürlich nicht auf die Li⁺-Batteriezellen begrenzt, und die vorliegende Erfindung ist zum Beispiel ähnlich auf NiMH-Batteriezellen anwendbar.

Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen begrenzt, sondern verschiedene Veränderun gen und Abwandlungen können vorgenommen werden, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Batteriekapazitätsvorhersageverfahren zum Vorher sagen einer verbleibenden Kapazität einer Batterieeinheit, die eine Vielzahl von Batteriezellen enthält, die seriell verbunden sind, in einer Vorrichtung, bei der die Batterie einheit verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Batteriekapazitätsvorhersageverfahren folgende Schritte umfaßt:

(a) Vergleichen von Ausgangsspannungen von jeder der Batteriezellen (E1-E3); und
(b) Vorhersagen der verbleibenden Kapazität der Batterieeinheit (1) auf der Basis wenigstens einer von einer minimalen Spannung und einer maximalen Spannung von den verglichenen Ausgangsspannungen der Batteriezellen.

2. Batteriekapazitätsvorhersageverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (b) die verbleibende Kapazität der Batterieeinheit (1) auf der Basis der minimalen Spannung während des Entladens der Batterie einheit vorhersagt.

3. Batteriekapazitätsvorhersageverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (b) die verbleibende Kapazität der Batterieeinheit (1) auf der Basis der maximalen Spannung während des Ladens der Batterieeinheit vorhersagt.

4. Batteriekapazitätsvorhersageverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (b) die verbleibende Kapazität der Batterieeinheit (1) auf der Basis einer Differenz zwischen der maximalen Spannung und der minimalen Spannung vorhersagt.

5. Batterieeinheit mit einer Vielzahl von Batterie zellen, die seriell verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß vorgesehen ist:
eine Schaltung (10, 10A), die wenigstens eine von
einer minimalen Spannung und einer maximalen Spannung von Ausgangsspannungen der Batteriezellen (E1-E3) ausgibt.

6. Batterieeinheit nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß ferner vorgesehen sind:
eine erste Abschaltschaltung (11-14, 20), die die Ausgabe einer Gesamtsummenspannung der Ausgangsspannungen der Batteriezellen (E1-E3) nach außerhalb der Batterieein heit (1) abschaltet, wenn wenigstens eine der Ausgangsspan nungen der Batteriezellen kleiner als oder gleich einer ersten Referenzspannung wird; und
eine zweite Abschaltschaltung (18, 19, 35, 36), die die Ausgabe der minimalen Spannung und der maximalen Spannung nach außerhalb der Batterieeinheit als Reaktion auf die Abschaltoperation der ersten Abschaltschaltung abschal tet.

7. Batterieeinheit nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß ferner vorgesehen ist:
eine dritte Abschaltschaltung (31-34, 40), die eine Ausgabe einer Gesamtsummenspannung der Ausgangsspannun gen der Batteriezellen (E1-E3) nach außerhalb der Batterie einheit (1) abschaltet, wenn wenigstens eine der Ausgangs spannungen der Batteriezellen größer als eine Referenzspan nung wird, die sich von der ersten Referenzspannung unter scheidet.

8. Batterieeinheit nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß ferner vorgesehen ist:
eine Abschaltschaltung (31-34, 40), die eine Aus gabe einer Gesamtsummenspannung der Ausgangsspannungen der Batteriezellen (E1-E3) nach außerhalb der Batterieeinheit (1) abschaltet, wenn wenigstens eine der Ausgangsspannungen der Batteriezellen größer als eine Referenzspannung wird.

9. Vorrichtung zum Vorhersagen einer verbleibenden Kapazität einer Batterieeinheit, die eine Vielzahl von Batteriezellen hat, die seriell verbunden sind, welche Vorrichtung ein Kopplungsmittel zum elektrischen Koppeln der Batterieeinheit an die Vorrichtung hat, dadurch gekennzeich net, daß vorgesehen ist:
ein Vorhersagemittel (21) zum Vorhersagen der ver bleibenden Kapazität der Batterieeinheit auf der Basis von wenigstens einer von einer minimalen Spannung und einer maximalen Spannung der Batteriezellen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß das Vorhersagemittel (21) die verbleibende Kapazi tät der Batterieeinheit auf der Basis der minimalen Spannung während des Entladens der Batterieeinheit vorhersagt. 11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge kennzeichnet, daß das Vorhersagemittel (21) die verbleibende Kapazität der Batterieeinheit auf der Basis der maximalen Spannung während des Ladens der Batterieeinheit vorhersagt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß das Vorhersagemittel (21) die verbleibende Kapazi tät der Batterieeinheit auf der Basis einer Differenz zwi schen der maximalen Spannung und der minimalen Spannung vorhersagt.

13. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 12, bei der das Vorhersagemittel (21) auf der Basis der vorhergesagten verbleibenden Kapazität der Batterieeinheit beurteilt, ob die Batterieeinheit zu laden ist oder nicht.