DE19729009A1 - Ladevorrichtung für das allgemeine Laden verschiedener Arten von Akkumulatoren-Batterien - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Feld der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ladeschalt­ kreis und besonders auf eine Ladevorrichtung für das Laden von verschiedenen Arten von Akkumulatorenbatterien mit unterschied­ lichen Ladespannungen und -kapazitäten.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Mit der Entwicklung der Akkumulatorenbatterietechnologie wur­ den verschiedene Ladeakkumulatorenbatterien, wie etwa Erstzel­ len, Zweitzellen, Brennstoffzellen und physikalische Zellen her­ gestellt. Mit dem Beliebtwerden von vielen Arten von Batterien mit vom Benutzer geforderten Kapazitäten wurden sie verbreitet in elektronischen Geräten in der Form von Zellen oder Packungen benutzt. Jedoch sind ihre Ladespannungen unterschiedlich, selbst für dieselbe Familie von Akkumulatorenbatterien. Z.B. haben die verbreitet in Kommunikationsapparaten benutzten Lithium-Ionen- Batterien grob betrachtet drei unterschiedliche Ladespannungen. Die Graphitserie und die nicht-graphitierbare Kohlenstoffserien haben die maximale Ladespannung von 8,4 V, die Koksserie eine von 8,2 V. Selbst dieselbe Lithium-Tonen-Batterie hat entspre­ chend der internen Dichte und der internen Komponenten unter­ schiedliche Ladespannungen. Da Ladespannung und Kapazität von Batterie zu Batterie unterschiedlich ist, benötigen sie unter­ schiedliche Ladevorrichtungen.

Wie oben ausgeführt, werden Ladevorrichtungen für die jewei­ ligen Ladespannungen und Kapazitäten benötigt, und dies engt die Auswahlbreite des Benutzers ein. Mit anderen Worten: was mit einer Art Ladevorrichtung geladen werden kann, ist begrenzt auf nur eine Batterie mit festgelegter Kapazität, die bei dem Ent­ wurf der Ladevorrichtung bestimmt wurde.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Ladevorrich­ tung für das allgemeine Laden von Akkumulatorenbatterien mit unterschiedlichen Ladespannungen und Kapazitäten vorzusehen.

Um das Ziel der vorliegenden Erfindung zu erreichen, wird eine Ladevorrichtung für das allgemeine Laden von unterschied­ lichen Arten von Akkumulatorenbatterien vorgesehen, wobei die sie ladende Vorrichtung beim Anschluß eines Batterieaufbaus mit einer zu ladenden Akkumulatorenbatterie und erstem und zweitem, an die Batterie angeschlossenem Fühlerwiderstand enthält: einen Schalterabschnitt, der gesteuert wird, um die Zufuhr von Energie zur Ladevorrichtung zu unterbrechen; eine Vielzahl von Ladepfa­ den, die zwischen einem Ladeversorgungsanschluß und dem Lade­ anschluß der Akkumulatorenbatterie angeordnet sind und mit den Batteriearten korrespondieren; einen Ladespannungserkenner zum Erkennen einer vorbestimmten Spannung oder eines vorbestimmten Stroms, wenn er mit dem ersten Fühlerwiderstand des Batterie­ aufbaus verbunden ist, um die Ladespannung der Batterie zu erkennen; einen Kapazitätserkenner zum Erkennen einer vorbe­ stimmten Spannung oder eines vorbestimmten Stroms, wenn er mit dem zweiten Fühlerwiderstand des Batterieaufbaus verbunden ist, um die Ladekapazität der Batterie zu erkennen; und eine Steu­ erung zum Bestimmen der Art der Akkumulatorenbatterie und zum Auswählen eines korrespondierenden Ladepfads entsprechend des Spannungs- und Stromwertes, die vom Ladespannungserkenner bzw. Kapazitätserkenner erkannt wurden, um so zu ermöglichen, daß der ausgewählte Ladepfad mit dem Ladeanschluß der Akkumulatoren­ batterie verbunden wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Ladevorrichtung für das allgemeine Laden verschiedener Arten von Akkumulatorenbatterien nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist ein detailliertes Schaltkreisdiagramm einer in Fig. 1 gezeigten Ausgangsspannungssteuerung;

Fig. 3 ist ein einer anderen Ausführungsform einer Ladevor­ richtung für das allgemeine Laden verschiedener Arten von Akku­ mulatorenbatterien nach der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 4 ist ein detailliertes Schaltkreisdiagramm einer in Fig. 3 gezeigten Ausgangsspannungssteuerung und einer Ladepfad­ steuerung.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden folgend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.

Es wird bemerkt, daß dieselben Komponenten dieselben Bezugs­ zeichen haben, obgleich sie in unterschiedlichen Zeichnungen gezeigt werden. Viele spezifischen Einzelheiten, wie etwa die Schaltkreiselemente, die in der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen gezeigt werden, werden zum Zweck des vollständigen Verständnisses der vorliegenden Erfindung vorge­ sehen. Es ist für normale, der Technik kundige Personen offen­ sichtlich, daß die vorliegende Erfindung ohne diese Einzelheiten ausgeführt werden kann. Zusätzlich werden die Details wohlbe­ kannter Funktionen und Konfigurationen, die den Sinn der vorlie­ genden Erfindung verdecken, nicht erwähnt.

Mit Bezug auf Fig. 1 ist ein Batterieaufbau 400 einschließ­ lich einer zu ladenden Batterie 450 und zweier Fühlerwiderstände R12 und R13 mit einer Ladevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung verbunden. Der Verbinder 300 enthält einen Spannungs­ rückmeldungsanschluß VF, einen Ladeanschluß VBT, einen Strom­ rückmeldungsanschluß CF und einen Masseanschluß GND, um die Ladevorrichtung mit dem Batterieaufbau 400 zu verbinden. Wenn der Batterieaufbau 400 an die Ladevorrichtung gekoppelt wird, sind der Spannungsrückmeldungsanschluß VF und der Stromrückmel­ dungsanschluß CF mit den Fühlerwiderständen R11 bzw. R12 verbun­ den. Hier sind die anderen Anschlüsse der Widerstände R11 und R12 mit Masse verbunden.

Entsprechend der Konstruktion der Ladevorrichtung wandelt der Energieeingabeabschnitt 100 den Wechselstrom über einen Wechsel­ stromstecker in Gleichstrom um. Der Gleichrichter 211 empfängt Gleichstrom von dem Energieeingabeabschnitt 100 und nimmt einen vorbestimmten Strom auf. Das Filter 213 entfernt die von dem Gleichrichter 210 aufgenommenen Stromschwankungen. Der Schalter­ abschnitt 212 stellt eine Verbindung zwischen Gleichrichter 211 und Filter 213 her oder trennt sie auf, als Reaktion auf ein vorbestimmtes Steuerungssignal. Die Ausgabesteuerung 214, die mit dem Ladeanschluß VBT des Verbinders 300 verbunden ist, prüft, ob die Spannung, mit der die Batterie 450 geladen wird, höher oder niedriger als eine vorbestimmte Ladespannung der korrespondierenden Batterie 450 ist. Falls sie höher ist, wird ein vorbestimmtes Rückmeldungssignal FB zum Schalterabschnitt 212 hin gebildet, um zwischen dem Gleichrichter 211 und dem Filter 213 aufzutrennen. Der Ladespannungserkenner 215 erkennt eine sich einstellende, vorbestimmte Spannung oder Strom, wenn er mit dem in den Batterieaufbau 400 eingebauten Fühlerwider­ stand R11 über den Spannungsrückmeldungsanschluß VF des Verbin­ ders 300 verbunden ist. Dies dient dazu, die Art der Batterie 450 nach der von dem Ladespannungserkenner 215 erkannten Span­ nung oder Strom zu entscheiden, weil der Wert des Fühlerwider­ stands R11 je nach Art der Batterie 450 variiert.

Der Kapazitätserkenner 216 erkennt eine sich einstellende, vorbestimmte Spannung oder Strom, wenn er mit dem in den Batte­ rieaufbau 400 eingebauten Fühlerwiderstand R12 über den Span­ nungsrückmeldungsanschluß CF des Verbinders 300 verbunden ist. Dies dient dazu, die Art der Batterie 450 nach der von dem Kapa­ zitätserkenner 216 erkannten Spannung oder Strom zu entscheiden, weil der Wert des Fühlerwiderstands K12 je nach Art der Batterie 450 variiert. Die folgende Tabelle zeigt Beispiele von Werten der Fühlerwiderstände R12 in Entsprechung der Ladekapazität von Batterie 450.

Die Hauptsteuerung 250, die aus der Eingabe-/Ausgabesteuerung 251, der CPU 252, dem Analog-Digitalwandler 253 und dem Speicher 254 besteht, steuert den Gesamtbetrieb, der sich auf das Einset­ zen, der Kapazität, dem Ladestrom und der Sicherheit der Batte­ rie 450 bezieht. Der Speicher 254 speichert einen vorbestimmte Spannungs- und Kapazitätsbezugswert. Der Analog-Digitalwandler 253 digitalisiert die analoge Spannung bzw. Strom, die von dem Ladespannungserkenner 215 und dem Kapazitätserkenner 216 erkannt wurden, und übergibt sie an die CPU 252. Die Anzeige 217 wurde entworfen, um vorbestimmte Zustände entsprechend den von der CPU 252 über die Ein-/Ausgabeschnittstelle 251 übertragenen Steu­ erungssignalen und Daten anzuzeigen. In dieser Ausführungsform wird als Anzeige eine lichtemittierende Diode (LED) benutzt, um, für das bloße Auge erkennbar, den Zustand des Ladens anzuzeigen oder, ob Laden durchgeführt wird oder nicht.

Mit Bezug auf Fig. 2 benutzt diese Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung zwei Arten von Batterien und nimmt an, daß ihre jeweiligen Ladespannungen 8,2 V und 8,4 V sind.

Am nicht-invertierenden Eingang des Vergleichers COM, der die Ausgangsspannungssteuerung 214 bildet, wird die Bezugsspannung Vref auf 8,2 V eingestellt, und am invertierenden Eingang werden die Widerstände R1, R2 und R3 geeignet gewählt, so daß die Ausgabe des Verglei­ chers COM im Hoch-Zustand gehalten wird, bis die Ladespannung V1 8,2 V erreicht. Falls die Ladespannung V1 größer als 8,2 V ist, erzeugt der Vergleicher einen Niedrig-Zustand des Ausgabesig­ nals. Dann wird der Transistor Q1 eingeschaltet, so daß ein Strompfad, der den Emitter und den Kollektor von Transistor Q1 verbindet, am LED des Optokopplers PC gebildet wird. Damit schaltet der Fototransistor durch und erzeugt das Rückmeldungs­ signal FB in einem Niedrig-Zustand, so daß die Anschlüsse a und b des Schalterabschnitts 212 offen sind. Die Ausgangsspannungs­ steuerung 214 betreibt wahlweise zwei Ladepfade, um so wahlweise mit 8,2 V und 8,4 V zu laden, entsprechend dem von der CPU 252 zugeführten, die Art der Batterie bestimmenden Signal. Unter der Annahme, daß mit 8,4 V geladen wird, falls das von der CPU 252 zugeführten, die Art der Batterie bestimmenden Signal im Nie­ drig-Zustand ist, bleibt der Transistor Q2 im Aus-Zustand, wenn das die Art der Batterie bestimmenden Signal im Hoch-Zustand ist. Der Widerstand R3 ist zum Widerstand R2 parallel geschaltet und die mit dem Widerstand korrespondierende Spannung ist 8,4 V.

Mit Bezug auf Fig. 3 unterscheidet sich diese Ausführungsform von der von Fig. 1 in dem die Steuerung durch eine Ladepfadsteu­ erung 220 und nicht durch die CPU 252 durchgeführt wird.

Fig. 4 zeigt ein detailliertes Schaltkreisdiagramm der Aus­ gangsspannungssteuerung 214 und der Ladepfadsteuerung 220 von Fig. 3. Der Grundbetrieb der Ausgangsspannungssteuerung 214 ist fast derselbe wie der in der Beschreibung von Fig. 2. Der ein­ zige Unterschied liegt darin, daß Transistor Q2 ein- bzw. ausge­ schaltet ist, wenn Transistor Q3 durch Zuführung der Spannung (K) an die Basis von Transistor Q3 ein- bzw. ausgeschaltet wird, welche vom Ladespannungserkenner 215 und dem Kapazitätserkenner 216 erkannt wurde. Wenn ein Batterie­ aufbau 400, in dem die Ladespannung 8,4 V ist, an den Verbinder 300 angeschaltet wird, wird die durch die Widerstandskomponente des Ladespannungserkenners 215 und und dem Kapazitätserkenner 216 und die im Batterieaufbau enthal­ tenen Widerstände R11 und R12 gebildete Spannung der Basis des Transis­ tors Q3 zugeführt. Wenn Transistor Q3 ausgeschaltet wird, dann liegt der Widerstand R3 parallel zum Widerstand R2, und die mit dem Widerstandswert korrespondieren Spannung ist 8,4 V.

Wie oben beschrieben, erlaubt die Ladevorrichtung der vorlie­ genden Erfindung, verschiedene Arten von Batterien mit unter­ schiedlichen Ladespannungen und Kapazitäten gemeinsam zu laden, und erübrigt unterschiedliche Ladevorrichtungen für Batterien mit jeweils unterschiedlichen Spannungen und Kapazitäten. Für den Benutzer reduziert dies Kosten und erhöht die Betriebs­ freundlichkeit, wodurch der Auswahlbereich ausgeweitet wird.

Deshalb ist zu verstehen, daß die vorliegende Erfindung nicht begrenzt ist auf die bestimmte, hier als bester Mode für die Ausführung der Erfindung betrachtete Ausführungsform, sondern daß die vorliegende Erfindung nicht begrenzt ist auf spezifi­ sche, in dieser Spezifikation beschriebene Ausführungsformen, sondern durch die angefügten Ansprüche definiert ist.

Claims (5)

1. Ladevorrichtung für das allgemeine Laden von unterschied­ lichen Arten von Akkumulatorenbatterien, wobei die sie ladende Vorrichtung beim Anschluß eines Batterieaufbaus mit einer zu ladenden Akkumulatorenbatterie und erstem und zweitem, an die Batterie angeschlossenem Fühlerwiderstand enthält:
einen Schalterabschnitt, der gesteuert wird, um die Zufuhr von Energie zur Ladevorrichtung zu unterbrechen;
eine Vielzahl von Ladepfaden, die zwischen einem Ladever­ sorgungsanschluß und dem Ladeanschluß der Akkumulatorenbatterie angeordnet sind und mit den Batteriearten korrespondieren;
einen Ladespannungserkenner zum Erkennen einer vorbestimmten Spannung oder eines vorbestimmten Stroms, wenn er mit dem ersten Fühlerwiderstand des Batterieaufbaus verbunden ist, um die Lade­ spannung der Batterie zu erkennen;
einen Kapazitätserkenner zum Erkennen einer vorbestimmten Spannung oder eines vorbestimmten Stroms, wenn er mit dem zwei­ ten Fühlerwiderstand des Batterieaufbaus verbunden ist, um die Ladekapazität der Batterie zu erkennen; und
eine Steuerung zum Bestimmen der Art der Akkumulatorenbat­ terie und zum Auswählen eines korrespondierenden Ladepfads ent­ sprechend des Spannungs- und Stromwertes, die vom Ladespannungs­ erkenner bzw. Kapazitätserkenner erkannt wurden, um so zu ermög­ lichen, daß der ausgewählte Ladepfad mit dem Ladeanschluß der Akkumulatorenbatterie verbunden wird.

2. Ladevorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine mit dem positiven Ladeanschluß verbundene Ausgangsspannungssteuerung enthält, zum Prüfen, ob die Spannung, mit der die Batterie gerade geladen wird, höher ist als eine geeignete Ladespannung einer korrespondierenden Batterie, und, falls sie höher ist, Erzeugen eines vorbestimmten Rückmeldungssignals zum Schalter­ abschnitt, so daß der Schalterabschnitt aufgetrennt ist.

3. Ladevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner eine Anzeige enthält, die vorbestimmte Zustände anzeigt, so daß ein Benutzer mit bloßem Auge den Ladezustand erkennen kann, und auch, ob Laden durchgeführt wird oder nicht.

4. Ladevorrichtung für das allgemeine Laden von unterschied­ lichen Arten von Akkumulatorenbatterien, wobei die sie ladende Vorrichtung beim Anschluß eines Batterieaufbaus mit einer zu ladenden Akkumulatorenbatterie und erstem und zweitem, an die Batterie angeschlossenem Fühlerwiderstand enthält:
einen Verbinder mit einem Spannungsrückmeldungsanschluß,
einem positiven Ladeanschluß, einem Stromrückmeldungsanschluß und dem Masseanschluß, wobei der Verbinder den Spannungsrück­ meldungsanschluß und den Stromrückmeldungsanschluß an die Bat­ terie über den ersten bzw. zweiten Fühlerwiderstand ankoppelt, wenn der Batterieaufbau an die Ladevorrichtung angeschaltet wird;
einen Schalterabschnitt, der gesteuert wird, um die Zufuhr von Energie zur Ladevorrichtung zu unterbrechen;
eine Vielzahl von Ladepfaden, die zwischen einem Ladeversor­ gungsanschluß und dem Ladeanschluß der Akkumulatorenbatterie angeordnet sind und mit den Batteriearten korrespondieren;
eine Ausgangsspannungssteuerung, die mit dem positiven Lade­ anschluß des Verbinders verbunden ist, zum Prüfen, ob die Span­ nung, mit der die Batterie gerade geladen wird, höher ist als eine geeignete Ladespannung einer korrespondierenden Batterie, und, falls sie höher ist, zum Erzeugen eines vorbestimmten Rück­ meldungssignals zum Schalterabschnitt, so daß der Schalterab­ schnitt aufgetrennt ist;
einen Ladespannungserkenner zum Erkennen einer vorbestimmten Spannung oder eines vorbestimmten Stroms, wenn er mit dem ersten Fühlerwiderstand des Batterieaufbaus über den Spannungsrückmel­ dungsanschluß des Verbinders verbunden;
einen Kapazitätserkenner zum Erkennen einer vorbestimmten Spannung oder eines vorbestimmten Stroms, wenn er mit dem zwei­ ten Fühlerwiderstand des Batterieaufbaus über den Stromrückmel­ dungsanschluß des Verbinders verbunden;
ein Speicher zum Speichern eines vorbestimmten Spannungs- und Kapazitätsbezugswertes entsprechend der Art der Batterie;
einen Analog-Digitalwandler zum Digitalisieren der vom Lade­ spannungserkenner und Kapazitätserkenner erkannten analogen Spannung bzw. Stroms und
eine CPU zum Zugreifen auf den Speicher entsprechend der von dem Analog-Digitalwandler übermittelten Spannungs- und Strom­ werte, zum Entscheiden, welche Art der Batterie vorliegt, und zum Erzeugen eines dem Batterietyp entsprechenden Signals, um einen Ladepfad auszuwählen.

5. Ladevorrichtung nach Anspruch 4, die ferner eine Anzeige ent­ hält, die vorbestimmte Zustände anzeigt, so daß ein Benutzer mit bloßem Auge den Ladezustand erkennen kann, und auch, ob Laden durchgeführt wird oder nicht.