DE10006420A1 - Betriebssteuersystem für wiederaufladbare Batterien und Betriebsverfahren dafür - Google Patents

Abstract

Betriebssteuersystem für wiederaufladbare Batterien und Betriebsverfahren dafür, welches die Haltbarkeit von Batterien erhöht und den Ladeeffekt durch Aufrechterhalten der Abschaltspannung der wiederaufladbaren Batterien, welche in allen Arten von elektrischen Vorrichtungen verwendet werden, verlängert. Erfindungsgemäß wird ein Betriebssteuersystem für wiederaufladbare Batterien geschaffen, welches eine Mehrzahl von Zellen (101), einen Regelschaltkreis, mittels welchem die Zellen parallel schaltbar sind, ein elektrisches Lastmittel (123) mit einer Normalspannung, welche Summe der maximalen Ausgangsspannung der Mehrzahl von Zellen (101) in Parallelschaltung entspricht, welche mittels dem Regelschaltkreis (105) parallel geschaltet sind, und ein Schalt-Mittel (107) aufweist, welches zwischen die Mehrzahl von Zellen (101) und das elektrische Lastmittel (123) geschaltet ist und von dem der in dem elektrischen Lastmittel (123) fließende Strom für den Fall abschaltbar ist, dass die Entlade-Schlußspannung der Mehrzahl von wiederaufladbaren Zellen (101) erreicht ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Betriebssteuersystem für wiederaufladbare Batterien (oder Sekundärbatterien, Speicherbatterien) sowie ein Betriebsverfahren dafür.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein System und ein Verfahren zum Steuern des Betriebs einer wiederaufladbaren Batterie, welche in unterschiedlichen, tragbaren, elektrischen Vorrichtungen, wie beispielsweise kabellosen Radios, Audiokassetten-Wiedergabegeräten, Kameras, elektrischen Leuchten usw. verwendbar ist, wobei die Schlußspannung unter Verwenden eines Parallel-Entladeverfahrens vergleichmäßigt wird, bevor die wiederaufladbare Batterie geladen wird, so dass die Haltbarkeit der wiederaufladbaren Batterie verlängert und die Effizienz des Ladens verbessert wird.

Wiederaufladbare Batterien, sogenannte Sekundärbatterien oder Speicherbatterien, werden in unterschiedlichen Typen und Größen hergestellt und verkauft. Die typischen Arten wiederaufladbarer Batterien sind, entsprechend deren Komponenten, Nickelkadmium- (NiCd), Bleisäure-, Nickelmetallhydrid- (NiMH), Lithiumionen-, Lithiumpolymer-, Alkali-Batterien usw.. Diese wiederaufladbaren Batterien sollten unter Verwenden des geeigneten Ladeverfahrens geladen werden, damit die volle Lebensdauer erreicht wird.

Beispielsweise wird eine NiCd-Batterie zunächst vollständig periodisch entladen, bevor sie verwendet wird. Die Lithiumionen-Batterie, welche in Notebook-Computern, Videocameras, Mobiltelefonen usw. verwendet wird, wird geladen, bevor sie bis zur Entladeschlußspannung entladen wird. Die Lithiumpolymer-Batterie wird in kleinen elektrischen Vorrichtungen, medizinischen Ausrüstungsgegenständen, Computern usw. verwendet und sollte immer in geladenem Zustand sein, bevor sie durch Entladen entleert wird. Die Haltbarkeit von Lithiumpolymerbatterien kann verkürzt werden, wenn sie wie eine Nickelkadmiumbatterie vollständig entladen werden. Wie oben erwähnt, wird trotz der unterschiedlichen Verwendungsart, entsprechend den unterschiedlichen Typen, bei vielen wiederaufladbaren Batterien die volle Lebensdauer nicht erreicht und vergeudet, da die Benutzer die Batterien falsch betreiben. Die vergeudeten wiederaufladbaren Batterien sind ein Faktor der Umweltverschmutzung, insbesondere verursachen die Nickelkadmium-Batterien ein ernstzunehmendes Umweltproblem, da Kadmium giftig ist. Viele Länder geben Geld für Aufklärungskampagnen zum Sammeln der verwendeten Batterien aus. Außerdem bedeutet das Wegwerfen der wiederaufladbaren Batterien eine Verschwendung von natürlichen Resourcen. Nachfolgend werden wiederaufladbare Batterien vom Ni-Cd-Typ und vom Ni-MH- Typ näher erläutert, welche mit der Erfindung verknüpft sind. Nach dem Ni-Cd-Batterien kostengünstig, einfach zu lagern und liefern sowie schnellladefähig sind, sind sie in vielen Feldern verwendbar, obwohl sie bereits vor langer Zeit entwickelt wurden. Außerdem sind sie im industriellen Feld die beste Art der wiederaufladbaren Batterie, da die entladbare Energiemenge pro Zeit groß ist, die Haltbarkeit lang ist und sie öfter wieder aufgeladen werden können, als andere Typen. Sie werden bei elektrischen Vorrichtungen verwendet, welche großen Energiebedarf haben, wie beispielsweise Kamerablitzgeräte, drahtlose Telefone, Radios, Satellitenhilfsbatterien, Motorantriebe, tragbare und drahtlose Staubsauger, Tauchlampen, ferngesteuerte Modelle (Fahrzeuge, Flugzeuge und Schiffe) usw. Wenn die Ni-Typ-Batterie ohne Tiefentladung wiederaufgeladen wird, ist die Ladezeit verkürzt, da aufgrund des Memory-Effekts die wiederladbare Kapazität durch Kristallisation der unreagierten, aktiven Materialien verringert ist. Im allgemeinen werden wiederaufladbare Batterien in Reihenschaltung mit vielen Zellen verwendet, mit der Ausnahme für den Fall, dass lediglich eine Zelle verwendet wird. In diesem Fall werden die Zellen derart entladen, dass sie sich in unterschiedlichen Energiezuständen befinden. Da die in Reihenschaltung verwendeten Zellen derart entladen werden, dass sie sich in unterschiedlichen Energiezustand befinden, sind die Energiezustände der Zellen auch nach dem Wiederaufladen unterschiedlich. Wenn eine solche Zellengruppe oft entladen und wiederaufgeladen wird, können die Schlußspannungen einiger Zellen geringer als 0,1 V sein. Wenn in diesem Zustand diese Zellen weiter verwendet werden, wird das elektrische Potential umgekehrt, so dass diese Zellen sich in einem umgekehrten Batteriezustand befinden. Wenn die Sekundärbatterie, welche viele wiederaufladbare Zellen aufweist, welche unterschiedliche Energiezustände aufweisen und in Reihe geschaltet sind, wieder aufgeladen wird, wird das Wiederaufladen gestoppt, wenn eine Zelle mit dem höchsten Energiezustand das Schlußsignal für das Wiederaufladen zu dem Ladegerät schickt, obwohl die Zelle mit dem geringsten Energiezustand noch nicht wiederaufgeladen ist. Wenn auf der anderen Seite, in dem Fall, bei welchem die Sekundärbatterie eine über-entladene Zelle aufweist, erreichen die anderen Zellen einen überladenen Zustand, bevor die über- entladene Zelle vollständig wiederaufgeladen ist. D. h. der Zustand einiger Zellen, welche von der Sekundärbatterie aufgewiesen werden, bewegt sich zwischen einem unvollständig geladenen Zustand und dem über-entladenen (oder Invers- Batterie-) Zustand hin und her. Gleichzeitig bewegt sich der Zustand der anderen Zellen zwischen dem vollständig geladenen Zustand und dem unvollständig entladenen Zustand hin und her. Daher werden alle Zellen beschädigt.

Die Leistung der wiederaufladbaren Nickel-Typ-Batterie kann durch periodisches Tiefentladen vergrößert werden, so dass die kristallisierten Elektrolyte entfernt werden. Jedoch weist die Sekundärbatterie im allgemeinen viele Zellen auf, welche in Reihe geschaltet sind, um die gewünschte elektrische Spannung zur Verwendung des elektrischen Gerätes zu erreichen. Unter diesen Umständen können einige Zellen der Sekundärbatterie über-entladen werden oder in den inversen Batteriezustand geraten, wenn die Sekundärbatterie für Wartungszwecke entladen wird. D. h., es ist schwierig, die Zellen unter Verwenden der Entlademethode in Reihenschaltung zu regenerieren oder die Ladezustände auszugleichen. Um dieses Problem zu lösen, wurde in dem US-Patent Nr. 3,980,940 die individuelle Entlademethode vorgeschlagen, welche aus Fig. 1 ersichtlich ist. Hierbei wird ein Verfahren zum Betreiben der Sekundärbatterie vorgeschlagen, bei welchem die Zellen durch individuelles Tiefentladen ausgeglichen werden, ehe sie in Reihenschaltung wiederaufgeladen werden. Die wiederaufladbaren Batterien (Zellen) 1a, 1b, 1c und 1d sind in Reihe geschaltet. Das Wiederauflademittel 11 ist an die wiederaufladbaren Batterien 1a bis 1d angeschlossen. Das Entlademittel 21 weist die elektrischen Lastmittel 23a, 23b, 23c und 23d sowie Entladesperrschalter 25a, 25b, 25c und 25d auf, welche individuell zwischen die wiederaufladbaren Batterien 1a bis 1d geschaltet sind. D. h., die elektrischen Lastmittel 23a bis 23d und die Entladesperrschalter 25a bis 25d sind jeweils an die wiederaufladbaren Batterien 1a bis 1d angeschlossen. Hierbei wird jede Zelle 1a bis 1d, unter Verwendung der Entlademittel 21, individuell entladen, wonach die Zellen in Reihenschaltung, unter Verwenden des Wiederauflademittels 11, wiederaufgeladen werden. Hierbei ist jedoch die Menge der verschwendeten Energie während des individuellen Entladens sehr groß und es dauert sehr lange, alle Zellen mit unterschiedlichem Energiezustand vollständig zu entladen.

Es ergibt sich ein Bedarf an einem System und einem Verfahren, bei welchem die wiederaufladbaren Batterien ohne Tiefentladen jeder einzelnen Batterie ausgeglichen werden. Danach kann das Laden in einer kürzeren Zeitperiode durchgeführt werden. Erfindungsgemäß wird ein System und ein Verfahren zum Steuern des Betriebs wiederaufladbarer Batterien geschaffen, bei welchem diese vor Beschädigungen aufgrund Über-Entladen oder Überladen geschützt sind, indem die Energieunterschiede der einzelnen wiederaufladbaren Batterien ausgeglichen werden. Außerdem wird erfindungsgemäß ein System und ein Verfahren zum Steuern des Betriebs der aufladbaren Batterien geschaffen, bei welchem die wiederaufladbaren Batterien in Parallelschaltung zum Ausgleich der Energiezustände jeder Batterie entladen werden und anschließend in Reihenschaltung wiederaufgeladen werden, so dass die Entlade-Effizienz maximiert ist und das Laden schnell durchgeführt wird.

Ein erfindungsgemäßes Betriebssteuersystem für wiederaufladbare Batterien weist eine Mehrzahl von wiederaufladbaren Einzelbatterien, einen Regelschaltkreis, mittels welchem die Zellen elektrisch parallel geschaltet werden, ein elektrisches Lastmittel mit Normalspannung, welche die Summe der maximalen Ausgangsspannungen der Mehrzahl von Zellen ist und welches parallel zu den wiederaufladbaren Zellen geschaltet ist, welche mittels des Regelschaltkreis parallel geschaltet sind, eine wiederaufladbare Batterien-Betriebssteuervorrichtung, welche einen Entladesperrschalter aufweist, der zwischen die Mehrzahl von Zellen und die elektrischen Lastmittel geschaltet ist, um den in dem elektrischen Lastmittel fließenden Strom für den Fall abzuschalten, dass die Entladeschlußspannung der Mehrzahl von wiederaufladbaren Zellen erreicht ist. Außerdem schafft die Erfindung ein Betriebsverfahren für wiederaufladbare Batterien, welches die Schritte Entladen für einen vorbestimmten Zeitabschnitt durch Parallelschalten der Mehrzahl von wiederaufladbaren Zellen mit unterschiedlichem Energieniveau unter Verwenden der Batteriesteuervorrichtung zum Entladen aufweist. Außerdem schafft die Erfindung eine Mehrzahl von wiederaufladbaren Zellen, ein Regelkreisschaltmittel, mittels welchem die wiederaufladbaren Zellen verbunden sind, einen Auswahlschalter, der an das Regelkreisschaltmittel angeschlossen ist und ermöglicht, die Zellen entweder parallel oder seriell zu verbinden, ein elektrisches Lastmittel mit Normalspannung, welche die Summe der maximalen Ausgangsspannungen der Mehrzahl von Zellen ist, und welches zu den wiederaufladbaren Zellen parallel geschaltet ist, welche mittels des Regelschaltkreises parallel geschaltet sind, und eine Steuervorrichtung für wiederaufladbare Batterien, welche ein Spannungsanlegemittel aufweist, welches die Ladespannung zwischen die beiden Elektroden der Zellen, welche in Reihe geschaltet sind, für den Fall anlegt, dass die Zellen in Reihe geschaltet sind und gleichzeitig der in dem elektrischen Lastmittel fließende Strom mittels des Schaltmittels abgeschaltet wird. Außerdem schafft die Erfindung ein Betriebsverfahren für wiederaufladbare Batterien, welches die Schritte Entladen der Mehrzahl von wiederaufladbaren Zellen mit unterschiedlichem Energieniveau für eine bestimmte Zeitperiode durch Verbinden derselben in Parallelschaltung, unter Verwenden der Steuervorrichtung für wiederaufladbare Zellen, sowie Aufladen der Mehrzahl der wiederaufladbaren Zellen durch Verbinden derselben in Reihe nach der oben beschriebenen Parallel-Entladung aufweist.

Aus Fig. 1 ist ein System ersichtlich, mittels welchem wiederaufladbare Batterien individuell, nach vollständigem Entladen, unter Verwenden eines herkömmlichen Verfahrens einer Individual-Entlademethode, wiederaufladbar sind.

Fig. 2a zeigt ein Blockschaltbild eines Betriebssteuersystems für wiederaufladbare Batterien, mittels welchem Parallel- Entladen, nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, durchführbar ist.

Fig. 2b zeigt ein Blockschaltbild eines Mangamentsystems für wiederaufladbare Batterien durch Parallel-Entladen, unter Verwenden eines Diodenschalters zum Sperren von Über-Entladen.

Fig. 2c zeigt ein Blockschaltbild eines Betriebssteuersystems für wiederaufladbare Batterien, welches Parallel-Entladen, unter Verwenden eines Zeitgebers zum Sperren von Über-Entladen verwendet.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild, aus welchem die Hauptkomponenten der Erfindung ersichtlich sind, welche ein Verfahren und ein System zum Steuern des Betriebs wiederaufladbarer Batterien durch Parallel-Entladen und Seriell-Laden vorschlägt.

Fig. 4 zeigt ein Schaltbild eines Regelkreises nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 5a zeigt ein Schaltbild, aus welchem die Zellen durch Betrieb des Schalters parallel geschaltet ersichtlich sind.

Fig. 5b zeigt ein Schaltbild, aus welchem die Zellen durch Betrieb des Schalters in Reihe geschaltet ersichtlich sind.

Fig. 6 zeigt ein Flussbild, aus welchem die Betriebszustände der Batteriebetriebssteuer-Vorrichtung nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich sind.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben.

Aus Fig. 2a ist ein Schaltbild, aus welchem eines Teils einer erfindungsgemäßen Betriebssteuervorrichtung für wiederaufladbare Batterien ersichtlich ist. Aus der Figur ist der Kernbereich der Erfindung, das Betriebssteuer-Modul und das Betriebssteuerverfahren dazu ersichtlich, welche einen Ausgleich der wiederaufladbaren Batterien mittels Parallel- Schaltung ermöglichen. Eine wiederaufladbare Batterie, anders ausgedrückt eine Sekundärbatterie, weist eine oder mehrere Zellen auf, welche eine Gruppe bilden. Im allgemeinen sind 2, 3, 4, 5, 6, 8 oder 10 Zellen in Reihenschaltung zu einer Sekundärbatterie verbunden und werden verwendet, um eine für das verwendete Gerät geeignete, elektromotorische Kraft zu erhalten. Bei dieser Ausführungsform werden vier Zellen 101a, 101b, 101c, 101d verwendet, welche im allgemeinen in Digitalkameras, Kamera-Blitzgeräten, Unterwasser-Tauch- Blitzgeräten und Spielzeugen verwendet werden. Für den Fall, dass mindestens eine der Zellen 101a, 101b, 101c und 101d die Entlade-Schlußspannung erreicht, wenn die Sekundärbatterie in einem Gerät verwendet wird, muss sie wiederaufgeladen werden. Nach dem Trennen der Zellen 101a, 101b, 101c und 101d von dem Gerät werden die Zellen parallel geschaltet. Dann werden die Zellen mittels dem elektrischen Lademittel 123 parallel geschaltet, welches eine Normalspannung entsprechend der elektromotorischen Kraft der Zellen zwischen beiden Elektroden der Zellen 101a, 101b, 101c und 101d aufweist, welche parallel geschaltet sind. Daher wird jede der Zellen 101a, 101b, 101c und 101d, welche von der Sekundärbatterie aufgewiesen wird, gleichzeitig entladen. Die Zellen 101a, 101b, 101c und 101d, welche von der verwendeten Sekundärbatterie aufgewiesen werden, haben unterschiedliche Spannungszustände. Wenn daher das Entladen durchgeführt wird, nachdem diese in Parallelschaltung verschaltet wurden, wird ein Ausgleich erreicht, anders ausgedrückt wird eine identische Spannung und ein identischer Entladezustand jeder der Zellen 101a, 101b, 101c und 101d erreicht. Nachdem jede der Zellen durch Ausführen der Parallel- Entladung für eine bestimmte Zeitdauer ausgeglichen wurde, werden die Zellen durch Verbinden mit dem Seriell- Ladeschaltkreis aufgeladen. Die für das Steuern des Betriebs der wiederaufladbaren Batterie, unter Verwenden der Parallel- Entladung erforderliche Zeit kann, entsprechend dem Zustand der Sekundärbatterie, unterschiedlich sein. Es ist bevorzugt, die Zeit bis zum Erreichen der Entlade-Schlußspannung der Sekundärbatterie, welche parallel verschaltet ist, als die Betriebssteuer-Zeit zu verwenden. Daher kann eine Siliziumdiode 125, welche eine der Summe der Entlade-Schlußspannungen der Sekundärbatterie entsprechende Schwellenspannung aufweist, durch Parallelschalten mit den Zellen 101a, 101b, 101c und 101d verwendet werden, wie aus Fig. 2b ersichtlich. Nach einem anderen bevorzugten Verfahren, wird ein Zeitgeber 127 eingesetzt, welcher die Entlade-Zeit künstlich steuert, wie aus Fig. 2c ersichtlich. Nach unserer Erfahrung, kann effektives Steuern des Betriebs erreicht werden, indem drei bis fünf Minuten entladen wird, wenn die Entlade-Rate zwischen 1C und 2C liegt (wobei 1C Laden oder Entladen der Kapazität innerhalb einer Stunde bedeutet).

Die erfindungsgemäße wiederaufladbare Batterie weist im wesentlichen folgende Elemente auf: einen Batteriehalter 103a, 103b, 103c und 103d, mittels welchem die Zellen 101a, 101b, 101c und 101d elektrisch verbunden sind, anders ausgedrückt eine Mehrzahl von wiederaufladbaren Batterien, bei denen das erfindungsgemäße Betriebsverfahren für wiederaufladbare Batterien durchgeführt wird. Die Zellen 101a, 101b, 101c und 101d können in Reihenschaltung verwendet werden, so dass sie für das verwendete, elektrische Gerät geeignete elektromotorische Kraft (Spannung) liefern. Ein Regelschaltkreis 105, mittels welchem die Zellen 101a, 101b, 101c und 101d parallel geschaltet werden können, ist außerdem vorgesehen. Ein elektrisches Lastmittel 123 ist parallel geschaltet und weist eine Normalspannung auf, welche zu der elektromotorischen Kraft der Zellen, zwischen beiden Anschlüssen der Zellen 101a, 101b, 101c und 101d in dem Regelschaltkreis 105, passt. Als elektrisches Lastmittel 123 kann ein Widerstand, eine Glühbirne, ein Elektromotor oder dergleichen verwendet werden, welche die der elektromotorischen Kraft der Zelle entsprechende Spannung verbrauchen. Ein Entlade-Sperrschaltkreis 125, welcher in Reihe mit dem elektrischen Lastmittel 123 geschaltet ist und zu den Zellen 101a, 101b, 101c und 101d parallel geschaltet ist, ist vorgesehen, um weiteres Entladen zu vermeiden, wenn die parallel geschalteten Zellen 101a, 101b, 101c und 101d das Entladen beginnen, um das Entladen beenden, wenn die Entlade- Schlußspannung erreicht wird. Bevorzugt wird eine Siliziumdiode mit minimaler Schwellenspannung, entsprechend der Entlade- Schlußspannung der Sekundärbatterie, als Entlade- Sperrschaltkreis 125 verwendet (die Entlade-Schlußspannung entspricht der Summe der Spannung der Entlade-Schlußspannungen der parallel geschalteten Zellen).

Mit der ersten, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Steuervorrichtung und ein Betriebsverfahren dafür vorgeschlagen, mittels welchem Parallel-Entladung der wiederaufladbaren Zellen, welche von der Sekundärbatterie aufgewiesen werden, möglich ist, und welches zum Ausgleichen vor dem Wiederaufladen geeignet ist. Bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform wird eine Steuervorrichtung für wiederaufladbare Batterien erläutert, welche die Ladefunktion und das Steuerverfahren aufweist. Aus Fig. 3 ist das Grundkonzept einer Steuervorrichtung für wiederaufladbare Batterien nach dieser bevorzugten Ausführungsform ersichtlich.

Eine wiederaufladbare Batterie 101, weist eine oder mehrere Zellen als eine Gruppe auf. Die wiederaufladbare Batterie 101 ist an einen Regelschaltkreis 105 angeschlossen, welcher einen Schalter 107 aufweist, der zwischen Reihenschaltung und Parallelschaltung schaltbar ist. Bevorzugt ist der Auswahlschalter 107 mit einem Batteriezustand-Testmittel 109 verbunden, welches zum Auswählen zwischen Parallel- und Reihenschaltung, unter Verwenden des Spannungszustand der wiederaufladbaren Batterien 101, dient. Wenn die wiederaufladbaren Batterien 101 mittels des Auswahlschalters 107 parallel geschaltet sind, ist die wiederaufladbare Batterie mit einem Entlade-Mittel 123 verbunden, welches eine der elektromotorischen Kraft einer Zelle zwischen beiden Anschlüssen der Batterie 101 entsprechende, Normalspannung aufweist. Bevorzugt ist ein Zeitgeber 127, von welchem Signale zum Ändern der Verbindung der wiederaufladbaren Batterien 101 in eine Reihenschaltung sendbar sind, nachdem das Entladen für eine bestimmte Zeitdauer ausgeführt wurde, zwischen den Auswahlschalter und das Entlade-Mittel 123 geschaltet. Nachdem das Parallel-Entladen für eine bestimmte Zeitperiode mittels des Signals des Zeitgebers 127 ausgeführt wurde, wird ein Lademittel 111 zum Wiederaufladen der ladbaren Batterien 101 mit dem Regelschaltkreis 105 verbunden, nachdem diese mittels des Auswahlschalter 107 in Reihe geschaltet wurden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der bevorzugten Ausführungsform näher erläutert. Eine Sekundärbatterie, welche eine oder mehrere Zellen als eine Gruppe aufweist, ist erforderlich. Im allgemeinen sind als Sekundärbatterien 2, 3, 4, 5, 6, 8 oder 10 Zellen in Reihe geschaltet, um eine für das zu verwendende Gerät geeignete elektromotorische Kraft zu erreichen. Bei dieser Ausführungsform wird wieder beispielhaft die Verwendung von vier Zellen erläutert, welche weit verbreitet ist. Ein Batteriehalter 103a, 103b, 103c und 103d, welcher das elektrische Verbinden der Zellen 101a, 101b, 101c und 101d ermöglicht, ist vorgesehen. Ein Regelschaltkreis 105 ist vorgesehen, welcher ermöglicht, die Zellen 101a, 101b, 101c und 101d, unter Verwenden von leitenden Drähten oder dergleichen, parallel oder in Reihe zu schalten. Eine elektrische Leitung ist an den Batteriehalter 103a, 103b, 103c und 103d angeschlossen. Ein Auswahlschalter 107, mittels welchem für die Zellen 101a, 101b, 101c und 101d Parallelschaltung oder Reihenschaltung schaltbar ist, wird von dem Regelkreis-Schaltkreis 105, aufgewiesen. Der Auswahlschalter 107 kann ein Drehschalter, ein Relais oder ein Halbleiterelement, wie beispielsweise MOSFET (Metal Oxide Semi Conductor Field Effect Transistor) sein. Beide Anschlüsse der Zellen 101a, 101b, 101c und 101d sind mit dem Lademittel 111 verbunden, wenn die Zellen 101a, 101b, 101c und 101d in Reihe geschaltet sind. Beide Anschlüsse der Zellen 101a, 101b, 101c und 101d sind mit dem Entlade-Mittel 123 verbunden, wenn die Zellen 101a, 101b, 101c und 101d, entsprechend der Schaltstellung des Auswahlschalters 107, parallel geschaltet sind. Aus Fig. 4 ist ein Beispiel eines Regelschaltkreises 105 ersichtlich, welcher derart aufgebaut ist, dass entweder Reihenschaltung oder Parallelschaltung ermöglicht wird. Aus Fig. 5a ist ein Schaltkreis ersichtlich, bei welchem die Zellen, mittels Betätigung des Schalters, parallel geschaltet sind, und aus Fig. 5b ist ein Schaltkreis ersichtlich, bei welchem die Zellen, mittels Betätigung des Schalters, in Reihe geschaltet sind.

Nachfolgend wird das Betriebsverfahren unter Verwenden der oben angegebenen Vorrichtung zum Steuern der wiederaufladbaren Batterie, beschrieben. Aus Fig. 6 ist ein Flussbild ersichtlich, welches die Betriebsbedingungen der erfindungsgemäßen Batteriebetriebssteuer-Vorrichtung erläutert. Der Regelschaltkreis 105 verbindet die Zellen 101a, 101b, 101c und 101d in einem Initialisierungsschritt 6a in Reihe, wie aus Fig. 6 ersichtlich. Danach wird überprüft, ob die elektromotorische Kraft der Zellen 101a, 101b, 101c und 101d, welche an dem Regelschaltkreis angeschlossen und in Reihe geschaltet sind, geringer als die Normalspannung ist, wie aus Schritt 6b aus Fig. 6 ersichtlich. Wenn die elektromotorische Kraft geringer als die Normalspannung ist, wird der Schaltzustand des Auswahlschalters 107 geändert und dieser verbindet die Zellen 101a, 101b, 101c und 101d in Parallelschaltung, wie aus Schritt 6c aus Fig. 6 ersichtlich. Anschließend werden die Zellen 101a, 101b, 101c und 101d parallel, mittels des Entlade-Mittels 123, entladen, wie aus Schritt 6d aus Fig. 6 ersichtlich.

Die beim Parallel-Entladen verstrichene Zeit, wird automatisch, mittels eines Zeitgebers 127, eingestellt, welcher zwischen dem Entlade-Mittel 123 und dem Auswahlschalter 107 vorgesehen ist. Bevorzugt, wird die Entlade-Zeit auf 5 Minuten eingestellt, unter Berücksichtigung der Zeit zum Steuern der Batterie, wie aus Schritt 6e aus Fig. 6 ersichtlich. Wenn das die Vollständigkeit des Parallel-Entladens anzeigende Signal, mittels des Zeitgebers 127, an den Auswahlschalter übertragen wird, wird die Verschaltung der Zellen 101a, 101b, 101c und 101d in eine Reihenschaltung geändert, wie aus Schritt 6f aus Fig. 6 ersichtlich. Anschließend werden die Zellen 101a, 101b, 101c und 101d mit dem Lade-Mittel 111 in Reihenschaltung verbunden und das Wiederaufladen wird ausgeführt, wie aus Schritt 6g aus Fig. 6 ersichtlich. Während dem Laden wird die elektromotorische Kraft fortwährend gemessen, und wenn sie gleich oder größer als die Normalspannung ist, wie aus Schritt 6b aus Fig. 6 ersichtlich, wird das Laden beendet und in einen Wartemodus übergegangen, wie aus Schritt 6a aus Fig. 6 ersichtlich.

Wenn beim Wiederaufladen ein Schnell-Laden ausgeführt werden soll, wird das Parallel-Entladen für zwischen drei bis fünf Minuten ausgeführt und das Entladen wird unter der Bedingung ausgeführt, dass das Ladeverhältnis 3C bis 4C beträgt. Daher ist der Ladevorgang in 30 Minuten abgeschlossen.

Erfindungsgemäß wird ein Betriebssteuersystem für wiederaufladbare Batterien geschaffen, mittels welchem durch Verbinden derselben Art von wiederaufladbaren Batterien mit unterschiedlichen Energiepegeln in Reihe und Aufladen, nachdem ein Entladen der wiederaufladbaren Batterien in Parallelschaltung durchgeführt wurde, möglich ist, und ein Betriebsverfahren für die wiederaufladbaren Batterien geschaffen. Erfindungsgemäß ist Schnell-Ladung möglich, wenn die wiederaufladbare Batterie nach dem Ausgleich, unter der Bedingung unvollständiger Entladung der wiederaufladbaren Batterie, wiederaufgeladen wird, durch welches Ausgleichen bei der wiederaufladbare Batterien gleiche Energiepegel mittels Parallel-Entladen erreicht werden. Außerdem können überladene und über-entladene wiederaufladbare Batterien, welche beschädigt worden sind, während des Vorgangs des Ausgleichens mittels des Parallel-Entladens weiter verwendbar gemacht werden. Außerdem kann die Haltbarkeit der wiederaufladbaren Batterie verlängert werden, da die Batteriebetriebssteuerung während der Anzahl von Betriebssteuer- und Ladevorgängen durch die Batteriebetriebssteuer-Vorrichtung, nach der vorliegenden Erfindung wiederholt wird.

Claims (10)

1. Betriebssteuersystem für wiederaufladbare Batterien, welches aufweist:
Batteriehalter (103) mittels welchen Zellen (101a bis 101d) elektrisch verbindbar sind,
Regelkreis-Mittel (105), mittels welchen die Batteriehalter (103) mit den Zellen (101a bis 101d) in Parallelschaltung verschaltbar sind, und
Entlademittel, welches mit den parallel geschalteten Zellen parallel schaltbar ist.

2. Betriebssteuersystem für wiederaufladbare Batterien nach Anspruch 1, wobei das Entlademittel (123) eine elektrische Last mit einer einer elektromotorischen Kraft der Zelle (101a bis 101d) entsprechenden Normalspannung aufweist.

3. Betriebssteuersystem für wiederaufladbare Batterien nach Anspruch 1, welches außerdem einen Entlade-Sperrschalter (107) aufweist, welcher mit dem Entlade-Mittel (123) in Reihe geschaltet ist und welcher parallel zu den Zellen (101a bis 101d) geschaltet ist.

4. Betriebssteuersystem für wiederaufladbare Batterien nach Anspruch 3, wobei der Entlade-Sperrschalter (107) eine Diode aufweist, deren Schwellenspannung der Summe der Entlade- Schlußspannungen der Zellen in Parallelschaltung entspricht.

5. Betriebssteuersystem für wiederaufladbare Batterien, welches aufweist:
Batteriehalter (103), mittels welchen Zellen (101a bis 101d) elektrisch verbindbar sind,
Regelkreis-Mittel (105), mittels welchem die Batteriehalter (103) mit den Zellen (101a bis 101d) in Reihe oder parallel verschaltbar sind,
einen Auswahlschalter (107) welcher mit dem Regelkreis- Mittel (105) verbunden ist, und von welchem Reihenschaltung oder Parallelschaltung der Zellen (101a bis 101d) schaltbar ist,
ein Entlade-Mittel (123), welches zu den Zellen (101a bis 101d) parallel geschaltet ist, wenn die Zellen parallel geschaltet sind, und
ein Lademittel (111), welches zu den Zellen (101a bis 101d) in Reihe geschaltet ist, wenn die Zellen in Reihe geschaltet sind.

6. Betriebssteuersystem für wiederaufladbare Batterien nach Anspruch 5, welches ferner einen Zeitgeber (127) aufweist, von welchem die Entlade-Zeit bestimmbar ist, wenn die parallel geschalteten Zellen (101a bis 101d) mittels des Entlade-Mittel (123) entladen werden.

7. Betriebssteuersystem für wiederaufladbare Batterien nach Anspruch 5, wobei das Entlade-Mittel (123) eine elektrische Last aufweist, welche die Normalspannung, entsprechend der elektromotorischen Kraft der Zellen (101a bis 101d) aufweist.

8. Betriebssteuersystem für wiederaufladbare Batterien nach Anspruch 5, wobei der Auswahlschalter (107) ein Relais, einen Drehschalter, und/oder eine Schaltelement-Gruppe, einschließlich eines Halbleiterschaltelementes aufweist.

9. Betriebsverfahren für wiederaufladbare Batterien mit folgenden Schritten:
Parallelschalten von mindestens zwei Zellen (101) und Parallelschalten der Zellen (101) mittels Verbinden eines Entlade-Mittels (123), welches die Normalspannung entsprechend der maximalen Ausgangsspannung der Zellen (101) aufweist und welches zu den parallel geschalteten Zellen parallel geschaltet ist.

10. Betriebsverfahren für wiederaufladbare Batterien mit folgenden Schritten:
Inreiheschalten von mindestens zwei Zellen (101),
Bestimmen, ob die elektromotorische Kraft der Zellen (101) geringer als die Normalspannung ist, durch Überprüfen der elektromotorischen Kraft der Zellen (101),
Verbinden der Zellen (101) in Parallelschaltung, wenn die elektromotorische Kraft der Zellen (101) geringer als die Normalspannung ist und Ausführen von Parallel-Entladen für eine vorbestimmte Zeit durch Verbinden mit dem Entlade-Mittel (123), und
Ausführen von Wiederaufladen durch Ändern des Verschaltungszustands der Zellen (101) in eine Reihenschaltung.