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Diese Erfindung betrifft wiederaufladbare Batterien
und genauer ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Modulieren bzw.
Anpassen der Anschlussspannung einer Batterie an bestimmten Punkten
während
einer Entladung, um unterschiedlichen Entladungsprofilen Rechnung
zu tragen, die von Batterien mit unterschiedlicher Zellenchemie
aufgezeigt werden.
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Die EP-A-0760547 offenbart ein Lithium-Ionen-Sekundärbatteriepaket
mit Temperaturerfassungs- und
Ausgangsspannungs-Boostschaltungen (bzw. Erhöhungsschaltungen), um eine
abgesunkene Ausgangsspannung bei erfassten niedrigen Temperaturen
auf eine Spannung zu erhöhen
(d. h. zu boosten), die erwartungsgemäß bei normalen Temperaturen
auftritt, um eine konstante Ausgangsspannung unter verschiedenen
Umgebungstemperaturen bereitzustellen.
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Die EP-A-0644642 offenbart Batterie-über-Temperatur-Schutz-und
Spannungsregelungsschaltungen mit einem MOSFET Schalter, zum Unterbrechen
eines Ladevorgangs einer sekundären Batterie,
wenn die Batterietemperatur einen vorgegebenen Wert übersteigt,
und um eine konstante Ausgangsspannung in einer wegwerfbaren Batterie
bereitzustellen.
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In der Vergangenheit stellten Batterien
(die auch als „dumme" Zellen („dumb" cells) bekannt waren)
eine nicht vorhersagbare Quelle von Energie bzw. Leistung bereit,
da typischerweise ein Benutzer einer Einrichtung, die von einer
Batterie mit Energie versorgt wurde, keine zuverlässige vorherige
Warnung darüber
erhielt, dass die Batterie kurz davor war eine Betriebskapazität zu verlieren.
Somit gab es keinen Hinweis darüber,
wie viel Verwendungszeit verblieb, so dass ein Benutzer zum Beispiel
die Daten, mit denen gegenwärtig
gerade gearbeitet wurde, speichern konnte oder eine alternative
Energie- bzw. Leistungsquelle vor der vollständigen Entladung der Batterie
lokalisieren konnte. Infolgedessen, sind eine Anzahl von elektronischen
Produkten speziell mit einer Schaltungsanordnung konstruiert worden,
die versucht, den Ladezustand der Batterie auszuwerten, um zu bestimmen,
wann Reserve- bzw. Baekup-Operationen begonnen werden müssen, bevor die
Batterie ihre Kapazität
verliert. Dies wird zum Beispiel dadurch durchgeführt, dass
die Anschlussspannung der Batterie gemessen wird und beim Erreichen einer
bestimmten unteren Spannungsgrenze bestimmte Entladungsendoperationen
ausgeführt
werden, beispielsweise das Triggern von notwendigen Alarmen oder
das Ausführen
von Diskspeicheroperationen. Diese untere Spannungsgrenze wird im
Allgemeinen als die Entladungsentspannung (End-Off-Discharge-Voltage, EODV) bezeichnet,
und ist typischerweise eine Konstante, die in Übereinstimmung mit der verbleibenden
Kapazität,
die für
derartige Entladungsendoperationen erforderlich ist, und den Anforderungen
für eine
sichere und effiziente Verwendung einer Zelle eingestellt wird.
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Jedoch verändert sich das Entladungsprofil einer
Batterie in Übereinstimmung
mit ihrer Zellenchemie. Wenn eine Schaltungsanordnung eines Produkts
dafür konstruiert
ist, um EODV Diskspeicheroperationen bei einer eingestellten Spannung
für einen
bestimmten Typ von Batterie zu beginnen und eine andere Batterie
mit einer anderen Zellenchemie mit einer anderen Entladungskurve
verwendet wird, um das Produkt mit Energie zu versorgen, können deshalb
die EODV Diskspeicheroperationen zu früh ausgeführt werden, was zu einer Verschwendung
der Kapazität
führt,
oder noch schlechter, dass sie zu spät ausgeführt werden, was zu einem Verlust
der Daten führt.
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Ein Beispiel von chemischen Zusammensetzungen
zweier Zellen, die unterschiedliche Ladungskurven aufweisen, sind
Lithium-Ionen-Zellen auf Graphit-Basis und Lithium-Ionen-Zellen
auf Koks-Basis. Eine typische Lithium-Ionen-Zelle auf Graphit-Basis kann
ein Entladungsprofil aufweisen, wie in 1 gezeigt, wo hingegen eine typische
Lithium-Ionen-Zelle auf Koks-Basis ein Entladungsprofil aufweisen
kann, wie in 2 gezeigt.
Das Entladungsprofil für
Lithium-Ionen-Zellen auf Koks-Basis nimmt allmählich ab (2), während
das Entladungsprofil für
Lithium-Ionen-Zellen auf Graphit-Basis an dem Ende der Kapazität schnell
abfällt
(1). Deshalb ist die
Spannung in der Nähe
des Endes der Kapazität
in Lithium-Ionen-Zellen auf Graphit-Basis beträchtlich höher als in Lithium-Ionen-Zellen
auf Koks-Basis.
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Die verschiedenen chemischen Zusammensetzungen
von Zellen weisen bestimmte untere Grenzen auf, auf die sie sicher
entladen werden können,
ohne in einer ungünstigen
Weise das Batterie-Betriebsverhalten
zu beeinflussen. Zum Beispiel sollten einerseits Lithium-Ionen-Zellen
auf Graphit-Basis nicht unter 2,7 V entladen werden. Andererseits
können
Lithium-Ionen-Zellen auf Koks-Basis sicher auf 2,5 V entladen werden,
ohne dass das Betriebsverhalten ungünstig beeinflusst wird. Wenn eine
Schaltungsanordnung eines Produkts dafür konstruiert ist, EODV Diskspeicheroperationen
bei einer eingestellten Spannung, z. B. 3,0 V für eine Lithium-Ionen-Zelle
auf Koks-Basis (die ungefähr
150 mAh einer Kapazität
zurücklassen
würde)
zu beginnen und dafür
eine Lithium-Ionen-Zelle auf Graphit-Basis ersetzt wird, gibt es
dann, wenn die Anschlussspannung die gegenwärtige Spannung von 3,0 V erreicht,
keine ausreichende Kapazität
(z. B. nur 40 mAh), die in der Batterie für derartige EODV Diskspeicheroperationen
verbleibt, und Daten können
verloren gehen. Die gleichen Probleme im Zusammenhang mit den Lithium-Ionen-Zellen
auf Koks-Basis gegenüber
Lithium-Ionen-Zellen auf Graphit-Basis können in anderen Zellen erkannt
werden, die unterschiedliche chemische Zellenzusammensetzungen aufweisen,
zum Beispiel Li-Polymer und NiMh Zellen.
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Somit würde es wünschenswert sein, in der Lage
zu sein, eine Vorgehensweise bereitzustellen, um einem Produkt,
welches Anschlussspannungsmessungen verwendet, um EODV oder andere
Operationen zu triggern, zu ermöglichen,
derartige erforderliche Operationen an dem geeigneten Punkt in der Entladungskurve
zu beginnen, und zwar unabhängig von
der echten Anschlussspannung. Es wurde überraschender weise festgestellt,
dass dies durch Modulieren bzw. Anpassen oder Angleichen der Anschlussspannung
einer Batterie erreicht werden kann.
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Demzufolge stellt die vorliegende
Erfindung, in einem ersten Aspekt, ein Verfahren zum Steuern der
Triggerung eines Betriebs in einer Einrichtung, die eine Batterieanschlussspannungsmessung
zum Triggern des Betriebs an einer vorgegebenen Schwelle verwendet,
bereit, umfassend die Schritte zum Umwandeln der Anschlussspannung
auf einen vorgegebenen Wert auf ein Erreichen eines vorgegebenen
Punkts hin, um dadurch den Betrieb oder die Verzögerung der Triggerung des Betriebs
zu triggern.
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In einem zweiten Aspekt stellt die
vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Steuern der Triggerung
eines Betriebs in einer Einrichtung, die eine Batterieanschlussspannungsmessung
zum Triggern des Betriebs an einer vorgegebenen Schwelle verwendet,
bereit, umfassend eine Einrichtung zum Umwandeln der Anschlussspannung
in einen vorgegebenen Wert auf das Erreichen eines vorgegebenen Punkts
hin, um dadurch den Betrieb zu triggern oder die Triggerung des
Betriebs zu verzögern.
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In einem dritten Aspekt wird eine
Batterie bereitgestellt, die eine Schaltungsanordnung zum Steuern
der Triggerung eines Betriebs in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung umfasst.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die
Einrichtung konstruiert werden kann, um einen Betrieb an einer gegebenen
Spannungsschwelle, oder mehrere Betriebsvorgänge jeweils an einer anderen
Spannungsquelle entlang der Batterieentladungskurve zu triggern.
Ferner kann jede Spannungsschwelle mehr als einen Betriebsvorgang
triggern. Deshalb betrachtet die vorliegende Erfindung, in einem
anderen Aspekt, die Umwandlung der Anschlussspannung an mehr als
einem Punkt entlang der echten Spannungsentladungskurve, um so mehr
als einen Betriebsvorgang zu der geeigneten Zeit zu triggern.
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Viele Produkte und elektronische
Einrichtungen, beispielsweise tragbare Computer, Zellulartelefone,
und dergleichen, bestimmen, wann verschiedene Betriebsvorgänge zu beginnen
sind, auf Grundlage der gemessenen Anschlussspannung einer Batterie.
Derartige Einrichtungen wurden im Allgemeinen nicht konstruier,
um mit sogenannten „smarten" Batterien zu kommunizieren,
die eine erforderliche Information an der Einrichtung durch eine
Buskommunikation bereitstellen. Sobald die gemessene Anschlussspannung
einen bestimmten vorgegebenen Schwellwert (wie 3,0 V) erreicht,
beginnen deshalb in diesen Einrichtungen Operationen, wie Diskspeicheroperationen,
um einen Verlust von Daten zu verhindern. Dieser vorgegebene Schwellwert
ist typischerweise ein konstanter Wert, der in die Einrichtung selbst
hinein konstruiert wird. Oft stützen
die Entwickler der Einrichtung diesen Wert auf die Minimalkapazität, für eine bestimmte
Zellenchemie, erforderlich zum Ausführen bestimmter Operationen
vor einer Abschaltung. Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Umwandeln der Anschlussspannung einer Batterie
bereit, so dass bestimmte Operationen an dem geeigneten Punkt auf der
Entladungskurve für
verschiedene Zellenchemien beginnen, selbst wenn die Schwellen der
Einrichtung auf Grundlage einer einzelnen Zellenchemie programmiert
wurden. Der Ausdruck „Batterie", wie hier verwendet,
stellt irgendeine Form von wiederaufladbarer Zelle dar, die eine
chemische Energie in eine elektrische Energie umwandelt, einschließlich einer
einzelnen Zelle, einer Kombination von Zellen, die in Reihe oder
parallel geschaltet sind, oder eine Zelle oder Zellen, die in einem
Paket zusammengesetzt sind.
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Somit stellt die vorliegende Erfindung
allgemein ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Modulieren der
Spannung einer Batterie an ihren Anschlüssen bereit. Die Spannungen
an den Anschlüssen
kann auf eine höhere
oder niedrigere Spannung als die echte Batteriespannung moduliert
bzw. angeglichen werden, und zwar in Abhängigkeit von der Zellenchemie
und den Betriebsumständen.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die
Triggerung eines Betriebs durch Modulieren der Batterieanschlussspannung
auf einen Wert, der niedriger als die echte Batteriespannung ist,
initiiert oder hervorgebracht werden kann. Durch Umwandeln der Anschlussspannung
auf einen Wert unter der echten Batteriespannung und der Schwellenspannung,
kann der entsprechende Betrieb im wesentlichen sofort getriggert
werden. Durch Umwandeln der Anschlussspannung, um sie so um einen
bestimmten Betrag relativ zu der echten Batteriespannung abzusenken, wird
der entsprechende Betrieb getriggert, wenn die fortgesetzte Entladung
der Batterie die umgewandelte Anschlussspannung auf eine Schwellenspannung zum
Triggern des Betriebs verringert.
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Es sei ferner darauf hingewiesen,
dass das Triggern einer Operation bzw. eines Betriebs durch Modulieren
der Batterieanschlussspannung auf einen Wert über der echten Batteriespannung
verzögert
werden kann. Durch Aufrechterhalten der Anschlussspannung auf einen
Wert über
der echten Batteriespannung für
eine eingestellte Zeitperiode, die sich über die Zeit hinaus erstreckt,
wenn die echte Batteriespannung die Schwellenspannung erreicht, wird
das Triggern des Betriebs verzögert
werden. Alternativ wird die Anschlussspannung, durch Boosten der
Anschlussspannung um einen Betrag relativ zu einer echten Batteriespannung,
nur die Schwellenspannung durch eine fortgesetzte Entladung der
Batterie reichen, wenn die echte Batteriespannung bereits unter
die Schwellenspannung abgefallen ist, wodurch eine Triggerung des
Betriebs verzögert
wird.
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Die vorliegende Erfindung stellt
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern von ein oder mehreren
Operationen in einer Einrichtung, wie einem tragbaren Computer oder
einem Zellulartelefon, bereit, die eine Batterieanschlussspannungsmessung
zum Triggern der Operationen an einer bestimmten Schwelle (an bestimmten
Schwellen) verwendet, indem die Anschlussspannung auf einen Wert
(auf Werte) beim Erreichen eines bestimmten Punkts (von bestimmten
Punkten) umwandelt. Diese Punkte umfassen zum Beispiel Punkte auf
Grundlage von Messungen wie der Batteriespannung, der Zellenspannung,
der verbleibenden Batteriekapazität, des Stroms, der Zeit, der
Temperatur, des Drucks, dem pH und der Sicherheit. Die Messung der
verbleibenden Kapazität
ist ungefähr
ein minimaler Wert für eine
verbleibende Kapazität,
die zum Abschließen von
Entladungsendoperationen benötigt
wird. Diese verschiedenen Operationen umfassen zum Beispiel Entladungsendoperationen,
Abschaltoperationen, Sicherheitsoperationen, Diskspeicheroperationen, Abschaltoperationen
von Peripheriegeräten,
Zugriffs-Deaktivierungsoperationen,
Schlafmodus-Operationen, Operationen für einen niedrigen Energiemodus
und Alarmoperationen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Anschlussspannung durch eine Entladungssteuerungs-Schaltungsanordnung
innerhalb der Schaltungsanordnung der Batterie umgewandelt. Die
Entladungssteuerungs-Schaltungsanordnung aktiviert die Spannungsmodulations-Schaltungsanordnung, um
die Anschlussspannung zu unterdrücken/abzusenken,
aufrecht zu erhalten oder anzuheben. In einer spezifischen Ausführungsform
aktiviert die Entladungssteuerungs-Schaltungsanordnung die Spannungsmodulations-Schaltungsanordnung,
um die Anschlussspannung auf einen vorgegebenen Wert abzusenken,
der im wesentlichen mit der vorgegebenen Schwelle zum Triggern einer
Operation übereinstimmt.
Diese Spannungsmodulations-Schaltungsanordnung kann zum Beispiel
einen Schalter oder einen Buckwandler einschließen. In einer alternativen spezifischen
Ausführungsform
aktiviert die Entladungssteuerungs-Schaltungsanordnung die Spannungsmodulationsschaltung,
um die Anschlussspannung auf einen vorgegebenen Wert über der
vorgegebenen Schwelle zu halten, um die Triggerung einer Operation
zu verzögern.
Diese alternative Spannungsmodulations-Schaltungsanordnung kann
zum Beispiel einen Boostwandler/Regler oder einen DC-zu-DC-Regler
einschließen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
stellt die vorliegende Erfindung eine Steuerschaltung zum Steuern
einer Triggerung einer Operation in einer Einrichtung bereit, die
eine Batteriespannungsmessung zum Triggern der Operation an einer
vorgegebenen Schwelle verwendet, umfassend eine Einrichtung zum
Absenken der Anschlussspannung auf einen vorgegebenen Wert, der
im wesentlichen mit der vorgegebenen Schwelle übereinstimmt, um die Operation
auf das Erreichen eines vorgegebenen Punkts hin zu triggern, wobei
der vorgegebene Punkt auf eine Messung, gewählt aus der Batteriespannung,
der Zellenspannung, der verbleibenden Batteriekapazität, des Stroms,
der Zeit, der Temperatur, des Drucks, dem pH und der Sicherheit
gestützt ist,
und wobei die Operation aus Entladungsendoperationen, Abschaltoperationen,
Sicherheitsoperationen, Diskspeicheroperationen, Abschaltoperationen von
Peripheriegeräten,
Zugriffs-Deaktivierungsoperationen, Schlafmodus-Operationen, für den Modus einer geringen
Energie und Alarmoperationen gewählt
ist.
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In einer alternativen weiteren bevorzugten Ausführungsform
stellt die vorliegende Erfindung eine Steuerschaltung zum Steuern
der Triggerung eines Betriebs in einer Einrichtung bereit, die eine
Batterieanschlussspannungsmessung verwendet, um die Operation bzw.
den Betrieb an einer vorgegebenen Schwelle zu triggern, umfassend
eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung der Anschlussspannung auf
einem vorgegebenen Wert über
der vorgegebenen Schwelle für
eine vorgegebene Periode, um das Triggern der Operation auf das
Erreichen eines vorgegebenen Punkts hin zu verzögern, wobei der vorgegebene
Punkt auf eine Messung gestützt
ist, gewählt
aus einer Batteriespannung, einer Zellenspannung, einer verbleibenden
Batteriekapazität,
einem Strom, einer Zeit, einer Temperatur, einem Druck, einem pH
und der Sicherheit, und wobei die Operationen aus Entladungsendoperationen,
Abschaltoperationen, Sicherheitsoperationen, Diskspeicheroperationen,
Abschaltoperationen von Peripheriegeräten, Zugriffs-Deaktivierungsoperationen,
Schlafmodus-Operationen, Operationen für einen Modus mit niedriger
Energie und Alarmoperationen gestützt ist. Die vorliegende Erfindung
wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher dargestellt. In den Zeichnungen
zeigen:
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1 einen
Graph, der die Entladungskurve einer typischen Lithium-Ionen-Zelle
auf Graphit-Basis mit einer Zellenkapazität von 1350 mAh und einer Zellenentladungsrate
von 1,35 A zeigt;
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2 einen
Graph, der die Entladungskurve einer typischen Lithium-Ionen-Zelle
auf Koks-Basis mit einer Zellenkapazität von 1300 mAh und einer Zellenentladungsrate
von 1,3 A zeigt;
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3a ein
Schaltbild der Entladungssteuerungs-Schaltungsanordnung, die die
Anschlussspannung an einem bestimmten Punkt (an bestimmten Punkten)
auf einen vorgegebenen Wert (auf vorgegebene Werte) moduliert;
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3b ein
Schaltbild der Entladungssteuerungs-Schaltungsanordnung, die die
Anschlussspannung an einem bestimmten Punkt (an bestimmten Punkten)
auf einen vorgegebenen Wert (auf vorgegebene Werte) moduliert und
einen Boost-Regler einschließt.
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Wie sich aus einem Vergleich der 1 und 2 ersehen lässt stellen die unterschiedlichen
Zellenchemien für
Lithium-Ionen-Zellen auf Graphit-Basis und Koks-Basis unterschiedliche
Entladungskurven bereit. Wenn insbesondere eine Lithium-Ionen-Zelle auf
Koks-Basis ungefähr
eine 150 mAh Kapazität aufweist,
die bei einer Zellenspannung von 3,0 V (was ausreicht, um Entladungsendoperationen,
beispielsweise Diskspeicheroperationen abzuschließen) verbleibt,
weist die Lithium-Ionen-Zelle auf Graphit-Basis eine Kapazität von ungefähr 40 mAh
auf, die bei einer Zellenspannung von 3,0 V verbleibt (was nicht
ausreichend ist, um Entladungsendoperationen, beispielsweise Diskspeicheroperationen,
fertig zu stellen). Wenn jedoch die Entladungsendoperationen bei
einer Zellenspannung von beispielsweise 3,2 V begonnen haben, würde eine
ausreichende verbleibende Kapazität, auf ungefähr 150 mAh
verbleiben, um derartige Operationen fertig zu stellen. Unglücklicherweise
sind Einrichtungen, die eine Anschlussspannung messen und bestimmte
Operationen an einer vorgegebenen Schwelle (an vorgegebenen Schwellen)
messen, nicht dafür
konstruiert, um diese konstante Schwelle (diese konstanten Schwellen)
zu ändern,
wenn Batterien mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen
geändert
werden. Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem durch Modulieren
bzw. Anpassen der Anschlussspannung, um die Operationen zu der geeigneten
Zeit zu triggern, und zwar unabhängig
von der Zellenchemie der Batterie. Diese Operationen beginnen ausreichend früh, so dass
eine ausreichende Kapazität
vorhanden ist, die verbleibt, um die Operationen fertig zu stellen, oder
weit unten bei der Entladungskurve zu beginnen, um eine Verschwendung
der verbleibenden Kapazität
zu vermeiden, und zwar in Abhängigkeit
von der Zellenchemie und den Betriebsbedingungen. Andere Zellenchemien,
beispielsweise diejenigen von Li-Polymer und NiMH Zellen, weisen
ebenfalls unterschiedliche Entladungskurven auf, und die vorliegende
Erfindung ist einfach auf derartige andere Situationen anwendbar.
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In den 3a und 3b sind bevorzugte Schaltungsanordnungen
zum Modulieren bzw. Anpassen der Anschlussspannung in einer Lithium-Ionen
Batterie dargestellt. Eine typische Batterie 10 (drei Zellen in
Reihe), mit positiven und negativen Anschlüssen 12, 14,
von denen eine Spannung durch eine Einrichtung gemessen werden kann,
ist gezeigt. Die Erfindung kann mit irgendeiner Zelle oder irgendeiner Kombination
von Zellen verwendet werden und ist nicht auf diejenige beschränkt, die
hier gezeigt ist. Typischerweise misst die Einrichtung (nicht gezeigt)
die Anschlussspannung an den Batterieanschlüssen 12, 14,
um zu bestimmen, ob die Anschlussspannung einen vorgegebenen Wert
erreicht hat, um Operationen, beispielsweise EODV Diskspeicheroperationen zu
beginnen. Die Schaltungsanordnung erlaubt der Anschlussspannung
auf einen niedrigeren (3a) oder
höheren
(3b) Wert an einem geeigneten Punkt
umgewandelt zu werden, so dass die Einrichtung, die die Anschlussspannung
misst, in Beginnoperationen oder Verzögerungsoperationen an dieser „falschen" Spannung, die auf
den Anschlüssen
aufgezeigt wird, „getäuscht" wird.
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Wie in 3a gezeigt,
ist an einem der Anschlüsse
(z. B. dem positiven Anschluss 12) eine Entladungs-Steuerschaltungsanordnung 20 angebracht. Die
Entladungs-Steuerschaltungsanordnung 20 wird von einem
Mikrocontroller 30 oder einer anderen geeigneten Steuerlogik
gesteuert. Ein Spannungsregler 16 ist an dem Mikrocontroller 30 angebracht.
Der Spannungsregler 16 versorgt den Mikrocontroller mit Energie
und wirkt als eine Spannungsreferenz für die Entladungs-Steuerschaltungsanordnung 20.
Andere Spannungsreferenzeinrichtungen können hier verwendet werden,
wie in dem technischen Gebiet bekannt. Schutzschaltungen 18 und
Schutzschalter SW-1 und SW-2 können
ebenfalls enthalten sein. Der Mikrocontroller weist Spannungserfassungspunkte
a, b, c, d auf, wie gezeigt. Der Mikrocontroller 30 kann die
Spannung an jeder Zelle messen, um die Steuerschaltungsanordnung 20 zu
aktivieren, wenn irgendeine der Zellenspannungen einen Steuertrigger-Kapazitätspunkt
erreicht. Alternativ kann der Mikrocontroller 30 die Spannung über der
Serie von Zellen messen, um zu bestimmen, wann die Steuerschaltungsanordnung 20 zu
aktivieren ist. Der Mikrocontroller 30 kann auch andere
Messungen verwenden, beispielsweise die verbleibende Batteriekapazität, den Strom,
die Zeit, die Temperatur, den Druck, den pH und eine Sicherheit,
um die Steuerschaltungsanordnung 20 zu aktivieren. Wenn
ein Temperatursensor (oder eine andere Sicherheits-Überwachungseinrichtung)
zu irgendeiner Zeit bestimmt, dass eine unsichere Bedingung existiert,
kann der Mikrocontroller 30 die Steuerschaltungsanordnung 20 aktivieren,
um die Anschlussspannung abzusenken. Die Einrichtung liest diese
niedrige Anschlussspannung und triggert eine Abschaltung der Einrichtung,
weil sie glaubt, dass die Batterie am Ende ihrer Kapazität ist. In
dieser Weise erzwingt die vorliegende Erfindung effektiv eine Abschaltung
der Einrichtung wegen Sicherheitsgründen, selbst wenn die Einrichtung
niemals dafür
konstruiert war, derartige Sicherheitsabschaltfunktionen aufzuweisen.
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Im Betrieb wandelt die Entladungs-Steuerschaltungsanordnung 20 in 3a die Anschlussspannung
durch Steuern eines Schalters SW-3, beispielsweise eines MOSFET,
um. Jedoch betrachtet die vorliegende Erfindung irgendeine Art von
Schaltungsanordnung, um die gewünschte
Verkleinerung in der Spannung an den Anschlüssen der Batterie zu erreichen,
wie beispielsweise Regler, einschließlich eines Schalt-Typs, Serien-Typs,
Nebenschluss-Typs, Buck-Wandler und dergleichen. Wenn eine Einrichtung
die Anschlussspannung misst, nachdem die Entladungs-Steuerungsschaltungsanordnung 20 aktiviert
ist, ist die Spannung, die an den Anschlüssen angeboten wird, niedriger
als die echte Spannung der Batterie. In einem normalen Betrieb ist
der Entladungs-Steuerschalter (SW-3) EIN. Wenn der Mikrocontroller 30,
beim Entladen, bestimmt, dass eine Operation getriggert werden muss,
beispielsweise dann, wenn die Kapazität der Batterie den Punkt zu erreichen
beginnt, wo EODV Operationen beginnen sollten, aktiviert der Mikrocontroller 30 die
Entladungs-Steuerschaltungsanordnung 20, die den Schalter
SW-3 aktiviert, um die Anschlussspannung auf eine gewünschte Schwellenspannung
von zum Beispiel 8 V zu regeln, sogar wenn die echte Batteriespannung über 8 V
ist.
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Wenn, in einer alternativen Ausführungsform,
eine Einrichtung mehr als eine Schwellenspannung aufweist, um verschiedene
Operationen zu triggern, kann die Schaltungsanordnung 20 die
Anschlussspannung auf jede von diesen Schwellen zu dem geeigneten
Zeitpunkt/zu der geeigneten Kapazität umwandeln.
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Eine spezifische Anwendung der Ausführungsform,
die in 3a dargestellt
ist, ist, wenn eine Lithium-Ionen Batterie auf Graphit-Basis verwendet wird,
um eine Lithium-Ionen Batterie auf Koks-Basis zu emulieren oder
nachzubilden, so dass die Einrichtung ihre EODV Operationen mit
einer ausreichenden verbleibenden Kapazität zum Ausführen von derartigen Operationen
beginnt. Die Schaltungsanordnung ist vorzugsweise in der Schaltungsanordnung der
Batterien, d. h. innerhalb des Batteriepakets, eingeschlossen, so
dass die Einrichtungen nicht modifiziert werden müssen, um
einen Nutzen aus der vorliegenden Erfindung zu ziehen. Die Einrichtungen können eine
Verwendung von Anschlussspannungsmessungen zum Initiieren von Operationen
fortsetzen, aber die Schaltungsanordnung modifiziert die Anschlussspannung
auf der Batterie in einer geeigneten Weise, so dass Operationen
an dem geeigneten Punkt auf der Entladungskurve unabhängig von der
Batteriechemie beginnen.
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3b stellt
die Schaltungsanordnung in einer alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. Diese Ausführungsform umfasst eine Schaltungsanordnung,
um die Anschlussspannung vor einem Erreichen einer vorgegebenen
Schwelle (von vorgegebenen Schwellen) zu erhöhen oder aufrecht zu erhalten.
Diese Schaltungsanordnung kann zusätzlich oder anstelle von derjenigen,
die in 3a beschrieben
wird, verwendet werden. Obwohl die vorliegende Erfindung irgendeinen
Typ von Schaltungsanordnung betrachtet, um die gewünschte Erhöhung oder
Aufrechterhaltung von Spannung an den Anschlüssen der Batterie zu erreichen,
beispielsweise einen Boost-Regler/Wandler, einen DC-zu-DC-Wandler,
oder einen Schaltkondensator, erhöht die Entladungs-Steuerschaltungsanordnung 20 in
der spezifischen Ausführungsform,
die in 3b gezeigt ist,
die Anschlussspannung durch Aktivieren eines Boost-Wandlers/Reglers 22.
Wenn eine Einrichtung die Anschlussspannung misst, nachdem die Entladungs-Steuerschaltungsanordnung 20 aktiviert
ist, ist die Spannung, die an den Anschlüssen dargeboten wird, höher als
die echte Spannung der Batterie. Wenn in dieser Ausführungsform
der Mikrocontroller 30, beim Entladen, bestimmt, dass eine
Operation verzögert
werden muss, beispielsweise dann, wenn noch ausreichend Kapazität vorhanden
ist, die in der Batterie verbleibt, um reguläre Operationen fortzusetzen,
aktiviert der Mikrocontroller 30 die Entladungs-Steuerschaltungsanordnung 20,
die den Boost-Wandler/Regler 22 aktiviert, um die Anschlussspannung über der
Schwellenspannung aufrecht zu erhalten, die EODV Operationen triggern
würde,
bis derartige Operationen initiiert werden müssen.
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Wenn in einer alternativen Ausführungsform einer
Einrichtung mehr als eine Schwellenspannung zum Triggern von verschiedenen
Operationen aufweist, kann die Schaltungsanordnung 20 die
Anschlussspannung über
diesen Schwellen bis zu dem geeigneten Zeitpunkt/der geeigneten
Kapazität
aufrecht erhalten.
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Eine spezifische Anwendung der Ausführungsform,
die in 3b dargestellt
ist, ist, wenn eine Lithium-Ionen Batterie auf Koks-Basis verwendet wird,
um eine Lithium-Ionen Batterie auf Graphit-Basis zu emulieren oder
nachzubilden, so dass die Initiierung von EODV Operationen der Einrichtung
verzögert
wird, um eine Verschwendung von Kapazität zu vermeiden. Die Schaltungsanordnung
ist vorzugsweise in einer Schaltungsanordnung der Batterie enthalten,
d. h. innerhalb des Batteriepakets, so dass Einrichtungen nicht
modifiziert werden müssen,
um einen Nutzen aus der vorliegenden Erfindung zu ziehen. Die Einrichtungen
können
eine Verwendung von Anschlussspannungsmessungen zum Initiieren von Operationen
fortsetzen, aber die Schaltungsanordnung erhöht die Anschlussspannung der
Batterie oder hält
sie über
einer spezifischen Schwelle aufrecht, so dass Operationen bis zu
dem geeigneten Punkt, unabhängig
von der Batteriechemie, verzögert
werden.
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Die vorliegende Erfindung kann weiter
durch die folgenden nicht- beschränkenden Beispiele illustriert
werden.
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BEISPIEL 1
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Triggern von EODV Operationen
auf Grundlage einer Spannungsmessung
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Für
eine Einrichtung (z. B. einen Computer), der zur Verwendung mit
Lithium-Ionen-Zellen auf Koks-Basis konstruiert ist, die dafür ausgelegt
sind, um EODV Diskspeicheroperationen zu beginnen, wenn die Anschlussspannung
bei 8 V gemessen wird, stellt die Schaltungsanordnung der vorliegenden
Erfindung insbesondere sicher, dass eine ausreichende Batteriekapazität zum Ausführen von
sämtlichen
erforderlichen EODV Operationen vorhanden ist, selbst wenn sich
die Zellenchemie auf beispielsweise eine Lithium-Ione-Zelle auf Koks-Basis ändert (für die bei
8 V noch ausreichend Kapazität
in der Zelle verbleiben würde,
um die notwendigen EODV Operationen auszuführen). In dieser Situation
muss die Anschlussspannung moduliert bzw. angepasst werden, in diesem
Fall vorzeitig auf 8 V abgesenkt werden. Wenn die verbleibende Batteriekapazität in der
Lithium-Ionen-Zelle auf Graphit-Basis ihre Grenze für EODV Operationen
erreicht (die in diesem Fall 9 V sein kann), wird die Entladungs-Steuerschaltung 20 demzufolge
aktiviert, um die Spannung an den Anschlüssen auf 8 V zu regeln, um
die EODV Operationen der Einrichtung zu triggern (die in der Einrichtung
voreingestellt sind, um nur bei der eingestellten Spannung von 8
V zu triggern), selbst wenn die echte Spannung größer als
8 V ist. Diese Erfindung kann eine Lösung in der Schaltungsanordnung
der Batterie selbst bereitstellen, um die Verwendung der Batterie,
die verschiedene chemische Zusammensetzungen der Zelle enthält (mit
unterschiedlichen Entladungsprofilen) in Einrichtungen zu ermöglichen,
die einen eingestellten EODV Triggerspannungspunkt aufweisen.
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BEISPIEL 2
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Triggern von
EODV Operationen auf Grundlage der verbleibenden Kapazität
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Für
eine spezifische Dateneinrichtung weist eine Batterie auf Koks-Basis
am Entladungsende (8,1 V bis 7,5 V Entladungsbereich) mehr als 100 mAh
Restkapazität
auf, so dass Einrichtungen, die um derartige chemische Zusammensetzungen
von Zellen konstruiert sind, Operationen erfolgreich unterbrechen
können.
Wenn jedoch eine Spannung einer graphit-gestützten Batterie 8,5 V erreicht,
gibt es keine ausreichende Kapazität, um die Daten zu speichern
(Batterien auf Graphit-Basis werden für eine Entladung unter 2,7
V/Zelle nicht empfohlen, wohingegen Batterien auf Koks-Basis auf
2,5 V/Zelle entladen werden können).
Damit eine Einrichtung, die anfänglich
für eine
Batterie auf Koks-Basis ausgelegt wurde, und die eine Anschlussspannung überwacht und
EODV Operationen triggert, wenn eine spezifische EODV erreicht wird,
in der Lage ist, Batterien auf Graphit-Basis zu verwenden und Operationen noch
erfolgreich zu unterbrechen, muss die Anschlussspannung, die von
der Einrichtung überwacht wird,
abgesenkt werden, wenn die Batterie auf Graphit-Basis eine Kapazität erreicht,
bei der EODV Operationen getriggert werden sollten. Die analoge und
digitale Steuerschaltungsanordnung der vorliegenden Erfindung ist
dafür ausgelegt,
um diese Anschlussspannung auf einen vorgegebenen Wert (beispielsweise
7,8 V +/- 1% an dem Anschluss) abzusenken, wenn eine Kapazität von ungefähr 150 mAh in
der Batterie auf Graphit-Basis verbleibt. Deshalb wird die Einrichtung
(z. B. ein Computer) bemerken, dass die EODV Schwelle vorzeitig
erfüllt
worden ist, und wird ausreichend Zeit auch haben, um irgendwelche
erforderlichen Daten zu speichern oder in einen Unterbrechungsmodus
(Suspendierungs-Modus) zu gehen.
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BEISPIEL 3
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Verzögern von
EODV Operationen auf Grundlage einer Spannungsmessung
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Insbesondere für eine Einrichtung, die zur Verwendung
mit Lithium-Ionen-Zellen auf Graphit-Basis ausgelegt ist, die programmiert
ist, um EODV Diskspeicheroperationen zu beginnen, wenn die Anschlussspannung
bei 9 V gemessen wird, verzögert
die Schaltungsanordnung der vorliegenden Erfindung die Triggerung,
so dass eine Batteriekapazität
nicht verschwendet wird, selbst wenn sich die Zellenchemie auf beispielsweise
eine Lithium-Ionen-Zelle auf Koks-Basis ändert (für die bei 9 V mehr als genug
Kapazität
in der Zelle verbleibt, um die erforderlichen EODV Operationen auszuführen, und eine
Kapazität
würde verschwendet
werden). In dieser Situation muss die Anschlussspannung moduliert bzw.
angepasst und aufrecht erhalten werden, in diesem Fall über ungefähr 9 V angehoben
werden, um zu verhindern, dass die Einrichtung EODV Operationen
triggert. Wenn die verbleibende Batteriekapazität in der Lithium-Ionen-Zelle
auf Koks-Basis den Triggerpunkt für EODV Operationen der Einrichtung
erreicht (der in diesem Fall 9 V sein kann), wird die Entladungs-Steuerschaltung 20 aktiviert,
um die Spannung an den Anschlüssen über 9 V
zu halten, um die Triggerung von EODV Operationen der Einrichtung (die
in der Einrichtung vorprogrammiert sind, um nur bei der eingestellten
Spannung von 9 V zu triggern) zu verzögern, selbst wenn die echte
Spannung kleiner als 9 V ist.