DD251440A1

DD251440A1 - ENERGY SUPPLY SYSTEM FOR BATTERY-OPERATED DEVICES

Info

Publication number: DD251440A1
Application number: DD86292798A
Authority: DD
Inventors: Ulrich Sieder; Waldemar Vietze
Original assignee: Koepenick Funkwerk Veb
Priority date: 1986-07-23
Filing date: 1986-07-23
Publication date: 1987-11-11

Abstract

Die Erfindung ist fuer alle mit Sekundaerelementen gespeisten Geraete geeignet. Ziel der Erfindung ist ein Energieversorgungssystem, das eine maximale Verfuegbarkeit bei gleichzeitiger optimaler Wartung gewaehrleistet. Die zu loesende Aufgabe besteht darin, ein Energieversorgungssystem fuer Geraete oder Baugruppen mit Sekundaerelementen zu schaffen, das staendig Aussagen ueber die verfuegbare Energiemenge und den Ladezustand zulaesst und minimale Ladezeiten ermoeglicht. Die Einrichtung besteht aus zwei mechanischen Einheiten, der Batteriekassette mit Akkumulator, Temperatursensor und Informationsspeicher sowie dem zu betreibenden Geraet mit einem Taktgeber, Sensorinterface, Informationsspeicherinterface sowie einer arithmetischen Verarbeitungseinheit, die entsprechend ihrem Programm den Energieverbrauch auswertet und in quantisierter Form im Informationsspeicher der Batterie ablegt.The invention is suitable for all appliances powered by secondary elements. The aim of the invention is an energy supply system, which ensures maximum availability while maintaining optimal maintenance. The task to be solved is to create an energy supply system for devices or assemblies with secondary elements that allows constant statements about the available amount of energy and the state of charge and allows minimum charging times. The device consists of two mechanical units, the battery cartridge with accumulator, temperature sensor and information storage and the device to be operated with a clock, sensor interface, information storage interface and an arithmetic processing unit that evaluates the energy consumption according to their program and stores in quantized form in the information storage of the battery.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung ist für alle mit Sekundärelementen gespeisten Geräte, insbesondere für solche mit hoher Verfügbarkeit und Funktionssicherheit, geeignet.The invention is suitable for all devices powered by secondary elements, in particular for those with high availability and reliability.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Batteriebetriebene Geräte werden in immer größerem Umfang angewendet, wobei bei Sekundärelementen zwei Methoden zum Einsatz kommen. Im ersten Fall werden die Geräte bis zum Ende der Batteriekapazität benutzt und anschließend die Batterie erneut aufgeladen. Erfolgt die Nutzung mit Unterbrechungen, so kann keine Aussage über die noch verfügbare Batteriekapazität und damit über die Nutzungsdauer gemacht werden, da zum Beispiel NC-Akkumulatoren keinen definierbaren Zusammenhang zwischen Batteriespannung und Kapazität besitzen. Im zweiten Fall werden in das Gerät periodisch vollständig geladene Batterien eingesetzt, so daß immer eine bestimmte Nutzungsdauer zur Verfügung steht. Diese Methode besitzt zwar gegenüber dem ersten Fall den Vorteil einer mit Sicherheit zur Verfügung stehenden Nutzungsdauer, doch steht dem eine häufige, teilweise unnötige Ladung oder Gefährdung durch Überladen der Batterie entgegen.Battery powered devices are being used on an ever-increasing scale, with secondary devices employing two methods. In the first case, the devices are used until the end of the battery capacity and then the battery is recharged. If the use is intermittent, then no statement can be made about the still available battery capacity and thus over the useful life, since, for example, NC accumulators have no definable relationship between battery voltage and capacity. In the second case, periodically fully charged batteries are inserted into the device, so that there is always a certain useful life available. Although this method has the advantage over the first case of a certainly available useful life, but this is a frequent, sometimes unnecessary charge or danger by overcharging the battery.

Außerdem erlauben beide Möglichkeiten kein Nachladen der Batterien mit dem Nennladestrom. Um diese Probleme zu umgehen, werden häufig Testgeräte für die noch verfügbare Batteriekapazität konzipiert.In addition, both options do not allow recharging the batteries with the rated charging current. To circumvent these problems, testers are often designed for the remaining available battery capacity.

Als ein solches Beispiel soll „Batteriekontrolle mit wenigen Bauteilen" Elektronik 9/1984 genannt sein. Wie bei oben genannter Variante ignorieren alle Testgeräte den nicht konstanten und temperaturabhängigen Zusammenhang von der Batteriespannung und der Batteriekapazität bei vielen Sekundärelementen. Deshalb gibt es keine Möglichkeit, die Batteriekapazität ohne Verlust der restlichen Kapazität zu ermitteln.As in the above example, all testers ignore the non-constant and temperature-dependent relationship between the battery voltage and the battery capacity of many secondary elements, so there is no way the battery capacity without loss of remaining capacity.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist ein Energieversorgungssystem, das eine maximale Verfügbarkeit bei gleichzeitiger optimaler Wartung gewährleistet.The aim of the invention is an energy supply system that ensures maximum availability while maintaining optimal maintenance.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Energieversorgungssystem für Geräte und Baugruppen mit Sekundärelementen zu schaffen, das ständig Aussagen über die verfügbare Energiemenge und den Ladezustand zuläßt und minimale Ladezeiten ermöglicht.The invention has for its object to provide an energy supply system for devices and assemblies with secondary elements, which constantly allows statements about the available amount of energy and the state of charge and allows minimal charging times.

Erfindungsgemäß wird das durch folgende Systemkonfiguration gelöst.According to the invention, this is achieved by the following system configuration.

Die eingesetzten Sekundärelemente werden in der erforderlichen Anzahl zusammen mit einem Informationsspeicher und einem Sensor in einem gemeinsamen, festverschlossenen Gehäuse, der Batteriekassette, untergebracht. Diese Batteriekassette wird als Energieträger mit dem zu versorgenden Gerät oder einem Ladegerät dieses Systems verbunden. Das Betriebssystem der Geräte kommuniziert mit dem Informationsspeicher. Der Inhalt des Informationsspeichers gibt Auskunft über den Energiegehalt der Sekundärelemente und wird bei Energieentnahme oder -zufuhr verändert, so daß zu jedem Zeitpunkt der aktuelle Zustand ausgelesen werden kann. Da dadurch Aussagen über den Ladezustand vorliegen, braucht beim Batterieladen nur die fehlende Energiemenge ergänzt werden, was die Ladezeit bedeutend verkürzt.The secondary elements used are housed in the required number together with an information storage and a sensor in a common, firmly sealed housing, the battery cartridge. This battery cartridge is connected as an energy source with the device to be supplied or a charger of this system. The operating system of the devices communicates with the information store. The content of the information store provides information about the energy content of the secondary elements and is changed in energy extraction or supply, so that at any time the current state can be read. Since this provides information about the state of charge, only the missing amount of energy needs to be added during battery charging, which significantly shortens the charging time.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. The accompanying drawings show:

Fig. 1: erfindungsgemäße StrukturFig. 1: structure according to the invention

Fig.2: Ausführungsbeispiel zur Kopplung von Batteriekassette und Ladegerät Fig.3: Ausführungsbeispiel zur Kopplung von Batteriekassette, Stromversorgungsgerät und VerbraucherFIG. 2: exemplary embodiment for coupling the battery cartridge and charger FIG. 3: exemplary embodiment for coupling the battery cartridge, power supply unit and consumer

Die Verkopplung von Betriebskassette und Verbraucher erfolgt analog zur erfindungsgemäßen Struktur. Das Betriebssystem des Verbrauchers enthält ein Erfassungssystem, das den Energieverbrauch in den unterschiedlichsten Betriebszuständen registriert, in Korrelation mit der Temperatur der Batteriekassette und weiteren Daten bezüglich der verbrauchten Energie auswertet undThe coupling of operating cartridge and consumer is analogous to the structure of the invention. The consumer's operating system includes a detection system that registers energy consumption in a variety of operating conditions, correlates with the temperature of the battery cartridge and other data related to the energy consumed, and

periodisch die verbrauchte Batteriekapazität vom Inhalt des Informationsspeichers 2 abzieht. So ist die verfügbare Kapazität direkt aus dem Informationsspeicher 2 auslesbar und für den Nutzer zugänglich. Dieses Erfassungssystem wird zweckmäßigerweise Bestandteil einer arithmetischen Verarbeitungseinheit 4, zum Beispiel eines Mikrorechners des Betriebssystems, sein.periodically subtracts the spent battery capacity from the contents of the information memory 2. Thus, the available capacity is read out directly from the information storage 2 and accessible to the user. This detection system will expediently be part of an arithmetic processing unit 4, for example a microcomputer of the operating system.

Gleichzeitig enthält das Betriebssystem noch ein Steuerprogramm für die Nachladung der Batteriekassette.At the same time, the operating system also contains a control program for recharging the battery cartridge.

Zum Anschluß an andere elektrische Energiequellen sind Stromversorgungsgeräte vorzusehen, die aus den jeweiligen Netzen die geforderten Betriebsspannungen für die Verbraucher bereitstellen. Gleichzeitig enthalten diese noch eine, vom Betriebssystem des Verbrauchers steuerbare Ladestromquelle 6 für das Nachladen der Batteriekassette.For connection to other electrical energy sources power supply devices must be provided which provide the required operating voltages for the consumers from the respective networks. At the same time, they also contain a charge current source 6 which can be controlled by the consumer's operating system for reloading the battery cartridge.

Weiterhin benötigt das System noch Ladegeräte, die die Batteriekassetten optimal laden, die Batteriekapazität testen und den Informationsspeicher der Batteriekassette kodieren. Dazu enthält das Ladegerät eine arithmetische Verarbeitungseinheit 4, eine Sensorschnittstelle 5, eine Ladestromquelle 6 sowie eine Entladestromsenke 7.Furthermore, the system still requires chargers that load the battery cassettes optimally, test the battery capacity and encode the information storage of the battery cartridge. For this purpose, the charger contains an arithmetic processing unit 4, a sensor interface 5, a charging current source 6 and a discharge current sink 7.

Diese Baugruppen des Stromversorgungssystems werden in folgender Form zum Einsatz gebracht. Eine Batteriekassette wird im Ladegerät aufgeladen und der Informationsspeicher auf 100% Batteriekapazität gesetzt. Diese Batterie kann nun an die Verbrauchergeräte angeschlossen werden.These modules of the power supply system are used in the following form. A battery is charged in the charger and the information memory is set to 100% battery capacity. This battery can now be connected to the consumer devices.

Damit erfolgt gleichzeitig der Anschluß des in der Batteriekassette integrierten Informationsspeichers 2 an das Betriebssystem des Verbrauchergerätes, das nun Zugriff zu den Daten hat und periodisch die entnommene Energie vom Speicherinhalt subtrahiert, so daß ständig die echte Batteriekapazität im Informationsspeicher 2 eingetragen ist. Der Energieverbrauch kann zum Beispiel dadurch gewonnen werden, daß der Strom gemessen oder daß jedem Betriebszustand ein bestimmter Stromverbrauch zugeordnet wird. Durch gleichzeitige Zeitmessung und rechnerische Verarbeitung werden quantisierte Energieeinheiten gewonnen, deren Anzahl periodisch von dem Inhalt des Informationsspeichers subtrahiert wird. Die so gewonnene Information über die verfügbare Energiemenge ermöglicht dem Nutzer, die Batteriekapazität optimal auszunutzen.Thus, at the same time the connection of the integrated in the battery cartridge information memory 2 to the operating system of the consumer device, which now has access to the data and periodically subtracts the extracted energy from the memory contents, so that constantly the real battery capacity is entered in the information memory 2. The power consumption can be obtained, for example, by measuring the current or allocating a specific power consumption to each operating state. By simultaneous timing and computational processing quantized energy units are obtained, the number of which is periodically subtracted from the contents of the information store. The information thus obtained on the available amount of energy allows the user to make optimum use of the battery capacity.

Beim Betrieb an anderen Energiequellen, wie einem Stromversorgungsgerät, können durch die Batteriekapazitätsberechnung auch jederzeit die Sekundärelemente auf 100% der Batteriekapazität aufgeladen werden. Dadurch werden minimale Ladezeiten und geringste Beanspruchung der Batterien gewährleistet. Selbstverständlich kann die Nachladung auch in den Ladegeräten dieses Systems erfolgen. Da die Batterien im Laufe ihres Lebens elektrochemischen Alterungsprozessen unterworfen sind, empfehlen die Hersteller in Abständen vollständige Lade- und Entladezyklen durchzuführen, die dann im Ladegerät erfolgen.When operating on other energy sources, such as a power supply, the battery capacity calculation also allows the secondary elements to be charged to 100% of battery capacity at all times. This ensures minimum charging times and minimum stress on the batteries. Of course, the recharging can also be done in the chargers of this system. Since the batteries undergo electrochemical aging during their lifetime, manufacturers recommend periodically complete charging and discharging cycles, which are then carried out in the charger.

Ebelfalls ist es erforderlich, in bestimmten Zeitabständen die noch vorhandene Gesamtkapazität der Batterie zu ermitteln. Hierzu besteht ebenfalls im Ladegerät die Möglichkeit, einen Kapazitätstest an einer vollgeladenen Batterie vorzunehmen und den Informationsspeicher zu korrigieren.However, it is necessary to determine at certain intervals the remaining total capacity of the battery. For this purpose, there is also the possibility in the charger to perform a capacitance test on a fully charged battery and to correct the information store.

Claims

Power supply system for battery-powered devices, characterized in that a battery cartridge as a fixed mechanical unit consisting of secondary elements (1), an information storage (2) and a sensor (3) is connected to a consumer such that the secondary elements (1) with the consumer in that the information memory (2) is connected to an arithmetic processing unit (4) and the sensor (3) is connected to a sensor interface (5) of the operating system.

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