确定蓄电池电量状态的方法和确定蓄电池逐渐老化的方法

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本发明涉及一种确定蓄电池电量状态的方法，并且涉及确定蓄电池 逐渐老化的方法。
由DE-OS4131981A1已经公知了一种现有技术的方法和用以完 成该方法的装置。本说明书将描述如何通过计数器来计算电气装置特别 是剃须装置的操作时间。它包括根据操作时间激活不同的显示，以显示 给用户蓄电池组或蓄电池的电流量状态。如果电压鉴频器检测到蓄电池 所测端电压已达到预定低阈值时，那么，一方面，将显示器的显示设定 为对应于等于低阈值的蓄电池端电压的电量状态的状况显示，另一方 面，启动预置电气装置特定残留操作时间的计数器。在经过了该残留操 作时间以后，电气装置通过电子开关装置的适当启动而关断。该关断可 以通过电源的瞬间关断或缓慢减小而完成，由此导致剃须装置速度慢下 来的情况。
如图1所示，通/断开关S和电子开关装置21可用以将负载(耗电 装置)2连接到蓄电池B上。蓄电池B可以借助于未示出的充电电路来 充电。电子开关装置21可通过驱动电路3由脉宽调制器4来驱动。
计数器5保持时间的计数，其中具有基本恒定电流消耗的负载L 可通过开关S连接于蓄电池B上，蓄电池B可从蓄电池满电量状态来 开始启用。
由于蓄电池的额定蓄电量是已知的，所以表示蓄电池电量状态的显 示器9可通过计数器5来依时间长短加以控制。在基于已知电流消耗和 已知蓄电池B额定蓄电量确定的预置连接时间期满使得蓄电池只残留 有少量电量的情况下，计数器5发出输出信号。此时，显示器9显示电 量状态为“零”。该信号使电子开关装置21被驱动。这可以借助于脉 宽调制器4来完成，其可逐渐将控制电压的脉冲占空因数降低到零，由 此可逐渐减小流过负载2电流。振荡器6将时钟脉冲提供给计数器5和 脉宽调制器4。
在图2中，耗电装置(负载)是一直流电机M，例如电动剃须刀。 在将电机投入运行时，可通过通/断开关S将由电机M和开关晶体管21 组成的串联电路连接到蓄电池B上。与电机M并联连接的二极管22可 防止感应电压峰值。开关晶体管21的基极可通过由晶体管31，36和电 阻32，33，34，35，37，38组成的驱动电路3由脉宽调制器4的输出 来驱动。
电压鉴频器8和计数器5可直接并联于蓄电池B上，与通/断开关 S旁路。电压鉴频器8可检测蓄电池B上的特定电压U，该检测电压U 对应于蓄电池端电压，其可规定为蓄电池的电量状态，它对应于10％- 20％蓄电池的残余电量(低电量点)。
直到达到该低电量点，显示器9才显示基于电机M与蓄电池B经 过的连接时间所建立的电量状态。
当电压鉴频器8已检测到蓄电池B上电压U的低电量点时，确信 蓄电池电量状态实际上对应于该低电量点时，计数器5和显示器9的第 二显示单元启动。当已达到所检测的低电量点时，电机将再进一步运行 例如8分钟，直到蓄电池完全放电。计数器5的时间预置现共达6分钟， 以便于可靠地防止蓄电池的完全放电。可将这6分钟分成等长的6个固 定时间间隔，使得每分钟启动显示器9第二显示单元的一部分。这些部 分还可表示仍保留的分钟，直到已经过了预置时间。当已经过了预置时 间(6分钟)时，意味着当计数器5已达到零值时，驱动脉宽调制器4。
该脉宽调制器4例如可按图3所示方式减小馈送给驱动器3的控制 电压的脉冲占空因数。图3中的各脉冲占空因数可被赋予1(满控制电 压)到9(零控制电压)的标号。在图4中所示的电机速度(以额定速 度的百分比计)可作为这些脉冲占空因数的函数，其脉冲占空因数可认 为对应于图3中的标号1至9。该曲线实际上符合连接耗电装置直到满 放电时的蓄电池电压曲线。
本发明的目的是提供一种改进的用于确定蓄电池电量状态的方 法。
本发明的另一目的是提供一种与上述方法相适应的确定蓄电池逐 渐老化的方法。
根据本发明，用于确定蓄电池(B)的电量状态的方法，所述的电 量状态对应于一预定的残余蓄电量，所述蓄电池(B)通过一耗电装置 (2)放电至低于所述的预定的残余蓄电量，所述方法包括以下步骤： 计算与所述耗电装置(2)的累计操作时间相对应的基于时间的蓄电池 电量状态；将所述蓄电池(B)的端电压与一预定低阈值相比较；当所 述蓄电池(B)的端电压达到或低于所述预定低阈值时，并且，当上述 基于时间的蓄电池电量状态位于或低于一预定下限时，显示一预定低 电量告警指示。
根据本发明，用于确定蓄电池(B)的电量状态的方法，所述的电 量状态对应于一预定的残余蓄电量，所述蓄电池(B)通过一耗电装置 (2)放电至低于所述预定的残余蓄电量，所述方法包括步骤：确定从 蓄电池(B)流出的电流；将所述蓄电池(B)的端电压与一预定低阈 值相比较；当蓄电池(B)的端电压达到或低于所述预定低阈值时，并 且，当从蓄电池(B)流出的电流低于一预定电流值时，显示一预定低 电量告警指示，其中所述预定电流值对应于耗电装置(2)正常工作时 所要求的电流消耗。
根据本发明，用于确定蓄电池(B)逐渐老化的方法，所述蓄电池 的电量状态对应于一预定的残余蓄电量，所述蓄电池(B)通过一耗电 装置(2)放电至低于所述的预定的残余蓄电量，其步骤为根据以下至 少一个判断标准来进行确定：当蓄电池的端电压已达到或低于预定低 阈值时，基于累计操作时间所建立的蓄电池基于时间的电量状态是否 既未达到也未低于预定低限，并且流过的电流是否未超过预定电流限 值；当蓄电池的端电压已达到或低于预定低阈值时，基于累计操作时 间所建立的蓄电池基于时间的电量状态是否既未达到也未低于预定低 限的状况直到使用该装置若干年以后还未第一次出现；当蓄电池的端 电压已达到或低于预定低阈值时，基于累计操作时间所建立的蓄电池 基于时间的电量状态是否既未达到也未降到预定低限以下的状况在蓄 电池放电和每次中间再充电过程中重复地出现，或者对于这种重复出 现可能会在特定情况下不间断地持续出现。
根据本发明的方法的一个实施例，可以在实际达到低电量状态时改 进检测。该低电量状态对应于蓄电池端电压数值，其相当于蓄电池的特 定在先放电，如，其蓄电量的10％或20％。然而，在该蓄电池电量状态 下，仍然可以可靠地操作耗电装置。
蓄电池端电压随蓄电池蓄电量的降低而降低。
然而，如果耗电装置将一个较高负载置于蓄电池上时，也就是说， 如果更大量电流流过蓄电池时，蓄电池端电压将以比标称电流下降速率 更高速率降低。在蓄电池本身内，会出现电压降低，其源于蓄电池的内 阻和电流。由此，其结果在电流增加时，还可观察到蓄电池端电压的降 低相当于蓄电池蓄电量的降低。因此，如果端电压作为判断蓄电池蓄电 量的唯一标准，假设蓄电池相应的更在前的放电状态在由于比较大的电 流流过耗电装置而检测到蓄电池端电压的等效降低时也存在，即使其蓄 电量比较起来仍在低电量点以上。在这种情况下，蓄电池仍具有比较大 的蓄电量。
因此，在本发明所述方法的实施例中，其优点在于，蓄电池电量状 态在精确度上的改进完全可以借助于由耗电装置的操作时间所建立的 蓄电池端电压和蓄电池电量状态结合起来评价。
对于在预定低限以上的蓄电池所建立的电量状态，如果发现蓄电池 端电压降低到蓄电池端电压预定低阈值以下时，其可归结为蓄电池瞬间 较高电流负载的事实。然而，这意味着，由于蓄电池蓄电量的降低，蓄 电池电量状态还没有达到相应的低电量点。因此，在这种情况下，可以 忽略端电压下降到预定低阈值以下。由此，在显示器上所示出的电量状 态可连续地通过基于蓄电池累计操作时间所建立的蓄电池电量状态来 确定。
另一方面，如果蓄电池端电压降到端电压预定低阈值以下，与此同 时基于耗电装置累计操作时间所建立的蓄电池电量状态已达到预定低 限时，可以在一定程度上断定，该下降到端电压低阈值的现象可归结于 蓄电池蓄电量的降低。在这种情况下，由于蓄电池蓄电量的降低，显示 器上的读数可根据预定端电压低阈值预置来示出蓄电池的状态，其对应 于蓄电池的端电压。
本发明的另一实施例，可以以有益的方式通过估算电流而得出关于 蓄电池端电压的降低是否直接归结于蓄电池蓄电量的降低，或端电压的 降低是否归结于较高的电流的结论。在前一种情况下，根据蓄电池端电 压预定低阈值，可以推定蓄电池电量状态已达到相应于蓄电池端电压的 数值。在这种情况下，可复位显示器的读数以在显示器上示出该相应的 电量状态。在后一种情况下，示于显示器上的电量状态将持续地通过基 于蓄电池累计操作时间所建立的蓄电池电量状态来确定。
按照上述第一个实施例其优点是，它能够不用测量和计算电流就可 以推断蓄电池的电量状态。上述第二个实施例考虑到的实际情况要比在 前一实施例中的好，所以在这种情况下蓄电池电量状态的读数精度可进 一步改进。
采用本发明的再一实施例，可以以有益的方式来检测蓄电池的任何 老化。按照第一判断标准，这可以通过电流的计算记录蓄电池内阻的实 际效应来完成，由此通过同时记录端电压而可靠地检测实际达到的低电 量点。在达到该实际低电量点时，存在蓄电池的老化，并且基于累计操 作时间所建立的电量状态可显示或多或少的大剩余蓄电量。按照第二判 断标准，可认为在记录的低电量点上的相应电量状态会不同于基于累计 操作时间所建立的电量状态，这种不同只出现在一定时间周期之后，这 是人们预想的蓄电池老化的结果。按照第三判断标准，可认为这种不同 以一定频率特别是以一定规律出现。按照第四判断标准，可认为无论任 何原因，高负载电流都将可以解释这种不同。
因此，按照这种方式，就可以检测出蓄电池的某种老化而不取决于 显示读数。然而，对于这种老化检测，还可以结合蓄电池电量状态适当 的显示读数来提供。
根据本发明方法，其有利于使低电量点的检测适应于具有预先放电 的蓄电池端电压作为时间函数的特性曲线的变化。
根据本发明，可以认识到何时采用特性曲线的变化将不再适于可靠 地维护装置的作用。在这种情况下，蓄电池在维护过程中必须更换。如 果用户通过显示读数注意到这种情况时，他将会知道装置需要维护了。
根据本发明，由于在维护过程中要对装置进行功能检测从而使相应 的故障状况迅速被显示，所以可以简化如此的维护操作。
根据本发明，其示出的优点在于，一方面，装置的功用在一定的时 刻可以暂停以示给用户关于蓄电池的消耗。另一方面，蓄电池在其不进 行深度放电以完全耗尽时将较少地经受过度耗用。这种蓄电池残量可以 进一步使一些元件如微处理机或ASIC在其需要一定低电压来完成一些 基本功能时能够运行一定时间，该时间可以相当于几周长。
根据本发明，耗电装置不会突然被关闭，这对于如电剃须刀或理发 器是有益的，可以消除由于装置的突然关闭而使头发卡住的危险。其给 定时间可以达到几秒钟。
根据本发明，其可有利地向用户证实，使用户能够在蓄电池放电时 可以识别出装置的功能停止的噪音，并且可使用户即使在特定时刻没有 注意到显示也能够识别为什么装置的功能已中止了。
根据本发明，以便在蓄电池接近其放电结束时尽可能精确地显示给 用户装置的所剩运行时间。
本发明还描述了如电动剃须刀和/或理发器的各元件，其适于完成 本发明的方法。这些优选的装置，其适于由蓄电池组供电，可根据本发 明方法来操作。
本发明的实施例将结合附图更详细地加以说明。与附图有关以及说 明的介绍部分中，谈论的是关于蓄电池。然而，通过本上下文，可以理 解，这里重复的观点只是便于说明起见，术语“蓄电池”意指蓄电池单 元，其也可以由若干电池组成。附图中，
图1是现有技术的示例方框图；
图2是具有电机作为电气负载的一实施例；
图3是一曲线图，其表示在电机的速度根据降低的蓄电池电压而减 小时，图2脉冲宽度调制器的输出信号；
图4是一曲线图，其表示在脉宽调制器的脉冲占空因数根据图3 控制时的电机速度；
图5是第二方框图；
图6是第三方框图；
图7是一方框图，它是方框图5和6的一部分。
图5示出了本发明方法的程序步骤部分，其中可以检查是否在蓄电 池端电压降到预定低阈值时的时间瞬间实际达到了蓄电池的低电量 点。因此，可以在步骤501检查蓄电池端电压是否已达到或低于预定低 阈值。
如果回答是否定的，程序将转移到步骤505，其中可根据由计数器 所记录的耗电装置累计操作时间来控制显示器的读数。
如果蓄电池端电压已降到预定低阈值以下时，程序将进到步骤 502，其中可以检查基于累计操作时间所建立的蓄电池电量状态是否已 达到或低于预定低限。如果蓄电池低电量点设定在蓄电池的10％或20％ 残余蓄电量时，则该低限的数值将对应于蓄电池的如30％至40％的残余 蓄电量。
如果在步骤502的检查结果为否时，可以判断，存在非正常操作状 态下的操作状态。可以将这归结于某些操作状态，其同样可示出给用 户，这在图7中更详细地示出了，其是由步骤504处理的。
在步骤505，蓄电池电量状态根据由计数器所记录的耗电装置累计 操作时间所得电量状态持续地显示在显示器上。
如果在步骤502检查结果为是时，程序进行到步骤503，其中使显 示器的读数复位，以显示蓄电池的电量状态，其对应于蓄电池的端电 压，它与标准负载下的蓄电池端电压的低阈值相关。
图6表示本发明方法的程序步骤部分的可替换结构，其中进行检查 以判断在蓄电池端电压降到预定低阈值时的时间瞬间是否实际达到了 蓄电池的低电量点。因此。在步骤601可以检查蓄电池端电压是否已达 到或降到预定低阈值以下。
如果回答是否定的，程序转移到步骤607，其中可根据由计数器所 记录的耗电装置累计操作时间来控制显示器的读数。
如果蓄电池端电压已降到预定低阈值以下时，程序进行到步骤 602，其中可检查流经开关ON的电流是否不升到预定限值以上，其对 应于正常操作情况下耗电装置的电流消耗。
如果在步骤602的检查结果为是时，也就是说，如果电流低于预定 限值时，按照图6方法的特定有益的实施例，则可以在步骤603检查基 于累计操作时间所建立的蓄电池电量状态是否还未达到或低于预定低 限。如果蓄电池低电量点设定在蓄电池的10％或20％残余蓄电量，则该 低限的数值将对应于蓄电池的如30％至40％的残余蓄电量。
如果在步骤603进行的检查显示出，基于累计操作时间所建立的蓄 电池电量状态还未达到预定低限时，这将是因为蓄电池已老化。那么， 作为时间函数的蓄电池端电压的特性曲线将随着逐渐放电而移向低电 压值。然后按照图7的程序则提供给步骤604。结合图7所提出的高负 载电流的流动可作为对这种操作状态的可能说明。然而，图7的该说明 只是在一定程度上用来说明图7涉及图5。关于图6，这种情况已经通 过在步骤602的询问而消除了。如此由于图7的程序包含在步骤604中， 实际上就可以省略按照步骤701的检查。然而，为了消除有关蓄电池老 化的故障显示，这是由于蓄电池所建立的电量状态不可重现地与蓄电池 实际电量状态不一致，最好是也在按照图6的程序中提供按照图7的检 查。
接着到步骤604，并且也是在步骤603检查时回答否定的情况下， 程序进行到步骤605，其中显示器的读数可复位，以显示蓄电池电量状 态，其对应于蓄电池的端电压，它相应于在标准负载下蓄电池端电压的 低阈值。
然而，还可设想省略在步骤603和步骤604的检查，在步骤602检 查结果为是的情况下，直接进到步骤605。
如果在步骤602的检查结果为否的话，会流有比较大的负载电流。 例如，对于电动剃须刀，这可归因于用户具有相对较硬的胡须，或可能 由于电动剃须刀先前的弄脏情况。在这种情况下，可保证根据步骤606 将信号显示给用户，表示电动剃须刀被弄脏了。然而，由于这种操作状 况和其原因是明显不可重复的，因此还可以设想，将该信号与在别处产 生的信号相结合，以便获得更多一些的数据，并且将信号根据步骤606 进行适当的计算，例如通过驱动读数装置，或通过适当地配上电机的速 度。
根据步骤607，蓄电池的电量状态可根据基于由计数器所记录的耗 电装置累计操作时间所建立的电量状态持续地显示在显示器上。
有利的是，固定时间计数器(5)，振荡器(6)和脉宽调制器(4) 各单元均是微处理机的元件，这将会导致以简单的形式来实施图5和图 6的方法。然而还可以以简单的方式在耗电装置操作时间的基础上通过 在微处理机中的累计操作时间来建立蓄电池的电量状态。有益的是，可 将显示分为若干段，其对应于蓄电池的一定百分比电量。蓄电池的电量 可借助于各步骤中的各段来显示，如其电量的20％。由于会出现蓄电池 的逐渐放电，所以对应于显示器的各段可用于显示。可以以有益的方式 采取措施以用于显示器的进一步元件，其可以在达到低电量状态时以所 述方式使用。以这种连接方式，还可以设想，用来显示还可以剃须多少 次，以代替示出在电动剃须刀断电之前操作时间还剩多少。为此目的， 可以使用微处理机来计算电动剃须刀的用户平均刮一次需要多长时 间。在该平均刮胡子时间的基础上，然后就可以将电动剃须刀的所剩操 作时间变为刮胡子的保留次数。
图7表示本发明方法的程序步骤的一部分，其被包含在图5的方框 图中代替步骤504，并且在图6的方框图中代替步骤604。在图5中的 程序情形下的状况在于，蓄电池端电压已达到或低于低阈值，而基于累 计操作时间所建立的蓄电池电量状态还没有达到或低于预定低限。
比较大的负载电流流动可能是个原因。对于电动剃须刀，这可归结 为如用户相对硬的胡子，或还可归结为剃须刀先前弄脏的情形。
进一步的说明在于，蓄电池已老化，从而引起在蓄电池放电时作为 时间函数的蓄电池电压的特性曲线移向低电压值。这意味着，蓄电池端 电压，其在新蓄电池中在端电压达到预定低阈值时对应于蓄电池某种相 应的早期放电状态，将在老化蓄电池的情况下对应于蓄电池相应的大百 分比剩余容量。
蓄电池的老化标志是，如在图5中，电池供电装置使用若干年以 后，程序第一次进到步骤504。还可想象，如果程序进到504的话，则 可推断蓄电池老化了，也就是说，在步骤501回答是和在步骤502回答 否的情况，在蓄电池放电和每次中间再充电的过程中会有若干次，其可 能会这样重复出现，特别是不间断地持续出现。还可以想象，在装置已 使用了若干年以后，可以将重复出现的判断标准与第一次出现的判断标 准相结合。如果另外还有一信号表示装置弄脏到某种程度的话，其尤其 不取决于这里所述方法而检测，可以想象，只有在装置弄脏程度不超过 预定阈值时，认为在蓄电池老化检测中进入到步骤504。
在按照图6的程序中，这种情况实际上是由在步骤602的质询所确 定的，其中已计算出电流。因此，采用包含在步骤604中的图7，实际 上可省略按照步骤701的检查。然而，为了消除由于蓄电池所建立的电 量状态与蓄电池实际电量状态的非再现偏差造成的关于蓄电池老化的 故障显示，有益的是，还可以在图6的程序中提供按照步骤701的检查。
例如，考虑到蓄电池的老化，可以通过降低规定量的预定低阈值。 该量在对于新蓄电池的预定低阈值处于2.38V时最好处于40-50mV的范 围。由此，在基于操作时间所建立的蓄电池电量状态与基于端电压所得 出的蓄电池电量状态之间很好的协调是可能的，以便于进一步操作。由 于适用于与蓄电池相连的耗电装置的蓄电池容量也随着蓄电池老化的 增加而降低，所以计数器的时间间隔以及固定时间计数器的数值可以相 应地适应以改进基于操作时间所建立的电量状态。
如果随预置频率而使预定的低阈值降低的话，可以断定，蓄电池的 老化已导致需要更换蓄电池。对于该预置频率可以就等于一，也就是 说，蓄电池在预定低阈值再一次降低以后程序仍进到步骤504时必须加 以更换；然而，对于预置频率还可以是如预定低阈值的三倍降低。对于 所显示蓄电池的老化，还可以通过驱动显示元件直接示给用户，表示剃 须刀需要维修。在该维修过程中，存在由剃须刀内部所设存储器读数的 可能性，其中已经进入了故障蓄电池的代码显示。借助于该故障代码， 不用费太大劲就可在寻找故障的过程中找到蓄电池的故障源，并且在剃 须刀不适用以前将其更换。如果剃须刀含有适当装置以识别其它故障源 的话，其它故障源的代码显示也会进入到存储器中。当进入这些故障代 码之一时，也会启动显示元件，以便向用户示出装置需要维修。因此， 对于用户来说，只要明白装置需要维修就可以了。在维修过程中，各种 故障通过各个故障代码的判定而迅速发现，不用非得对装置进行长时间 全面的检查。
 如果检查表明，进入到步骤504的原因归结为相对高负载电流的流 动，在这种情况下，就可以产生一信号向用户表明剃须刀的弄脏状况。 然而，由于其操作状况和其起因不一定是可重复的，因此还可以对这种 操作状态的出现归结于过硬的胡须，很明显，为了获得更多的证据，可 以将该信号与其它产生的信号相结合，并且对该信号进行适当的判定。 该判定可以由例如驱动的读数或适用的电机速度组成。该读数可提供给 用户表示剃须刀需要维修了，如意指必须清洁剃须刀。
因此，按照上述说明的方法结果进到图7的下面程序。
首先，在步骤701检查是否有蓄电池的任何老化，该检查可基于最 后一个判断标准进行，也就是说，使用装置若干年以后是否第一次出现 转入步骤504，在蓄电池放电和每次中间再充电过程中是否重复出现转 入步骤504，特别是对于这种重复出现很可能会不间断地持续出现，和 /或装置的脏度是否未超过预定阈值。
如果在步骤701中的检查结果为否的话，程序转入步骤705，其中 最好与进一步的信号706相结合，它能显示给用户有必要以清洁的形式 维护装置，或者，装置的电机速度是适宜的。
如果在步骤701的检查结果为是的话，预定低阈值会根据步骤702 而降低，以便考虑蓄电池的老化。
然后，在步骤703检查，是否预置频率已经达到了预定低阈值的降 低。该检查可以特别通过针于在步骤702中的该降低对每次降低增加一 计数器来进行，然后该计数器在步骤703中进行检查。如果计数是在预 置数值下时，其特别是处于2-5的范围，程序进到步骤704。
在步骤704中可设置故障代码，其可显示蓄电池的逐渐老化，并且 可以在装置维修过程中读出。同时，可以启动显示装置，以告诉用户， 装置需要维修了。
如果在步骤703中的检查表明预置频率还未达到的话，终止图7的 程序。