DE10006573A1 - Sicherheitslade-System und -Verfahren für Batterien - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Laden von Batterien, die als Energiequelle in Arbeitsgeräten, medizinischen Geräten usw. eingesetzt werden. Bei der vorliegenden Erfindung weist eine aufladbare Batterie eine in die Batterie integrierte Datenspeichervorrichtung auf. In dieser Datenspeichervorrichtung sind die relevanten Betriebsdaten gespeichert. Es werden zwei unterschiedliche Datensätze erzeugt. Der erste Datensatz wird beim Laden der Batterie und der zweite Datensatz beim Entladen der Batterie gewonnen. Aus beiden Datensätzen wird mittels einer Entscheidungsvorrichtung eine Entscheidung über den Betriebszustand der Batterie getroffen und entschieden, wie die Batterie zu laden oder ob die Batterie zu wechseln ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Laden von Batterien, die als Energiequelle in Arbeitsgeräten, medizinischen Geräten usw. einge­ setzt werden.

Es gibt eine Reihe von batteriebetriebenen Geräten, bei denen die Batterien regelmäßig oder bei Bedarf aus dem betreffenden Gerät entnommen und an einem externen Ladegerät aufgeladen werden müssen. Um die Einsatzsicher­ heit der Geräte zu gewährleisten, werden häufig zwei oder mehrere Batterien vorrätig gehalten.

Die Praxis hat gezeigt, daß in solchen Fällen geladene und ungeladene Batte­ rien häufig miteinander vermischt werden, so daß der Anwender erst durch nochmaliges Prüfen ermitteln kann, ob die betreffende Batterie ausreichend geladen ist. Es gibt eine Reihe von Anwendungen, bei denen diese nochmali­ ge Prüfung nicht erwünscht ist, weil dafür z. B. keine Zeit ist. Durch diese Umstände kann es zu unerwünschten Verzögerungen von Arbeitsabläufen, zu Störungen oder zu Gefahrensituationen kommen.

Es ist demzufolge die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Ver­ fahren bereitzustellen, um die Betriebssicherheit von Geräten, die mit Wech­ selbatterien betrieben werden, wesentlich zu erhöhen.

Die Aufgabe wird mit einem Sicherheitsbetriebs- und -ladesystem nach An­ spruch 1 und einem Verfahren nach Anspruch 7 gelöst.

Nach Anspruch 1 wird ein Sicherheitsbetriebs- und -ladesystem für Wechsel­ batterien bereitgestellt. Wechselbatterien sind wiederaufladbare Batterien, die in einem Ladegerät aufgeladen und danach in ein Arbeitsgerät eingelegt wer­ den. Es ist auch möglich, die Batterien unter Beachtung der Selbstentladung zu lagern und erst bei Bedarf in dem Arbeitsgerät anzuschließen. Unter einem Arbeitsgerät wird nachfolgend jedes Gerät verstanden, das für seine Funktion eine elektrische Spannungsquelle benötigt, wie z. B. Akku-Bohrmaschinen, Akku-Blechscheren zum Freischneiden von Verletzten bei Unfällen, Taschen­ lampen, Funktelefone, medizinische Geräte zur Erstversorgung von Unfallop­ fern. Die Besonderheit vorstehend genannter Geräte liegt darin, daß bei ganz speziellen Einsatzfällen eine sehr hohe Betriebssicherheit gewährleistet sein muß. Wenn z. B. die Batterie einer Akku-Blechschere im entscheidenden Moment versagt, kann u. U. das Unfallopfer verbluten, bis die Akku- Blechschere wieder funktionsbereit ist, gleiches gilt auch für die medizini­ schen Geräte. Selbst eine nicht betriebsbereite Taschenlampe oder eine ge­ schlossene Helmlampe kann bei Grubenunfällen zu gefährlichen Situationen führen.

Zur Bewertung der Betriebssicherheit einer Wechselbatterie ist es erforder­ lich, eine Reihe von Daten zu erfassen, da z. B. eine einfache Spannungs­ messung der unbelasteten Batterie zur Beurteilung deren Betriebssicherheit nicht ausreichend ist.

Bei der vorliegenden Erfindung weist eine Batterie eine in die Batterie inte­ grierte Datenspeichervorrichtung auf. In dieser Datenspeichervorrichtung sind die relevanten Betriebsdaten gespeichert. Die betreffenden Daten müssen ständig aktualisiert werden. Dazu weist das zum Aufladen der Batterien ver­ wendete Ladegerät eine Batterieladezustand-Ermittlungsvorrichtung auf, die den Betriebszustand vor und beim Laden der Batterie ermittelt, d. h., es wird die Ladestromaufnahme während der Ladezeitdauer aufgezeichnet. Diese In­ formationen werden als Stromaufnahmeinformationen bezeichnet.

Analog dazu weist das Arbeitsgerät ebenfalls eine Batteriearbeitszustand- Ermittlungsvorrichtung auf, die den Betriebszustand der Batterie bei der Stromabgabe an das Arbeitsgerät ermittelt, d. h., es wird das Stromabgabe­ verhalten aufgezeichnet. Diese Informationen werden als Stromabgabeinfor­ mationen bezeichnet.

Die Datensätze der Stromaufnahmeinformationen und die Datensätze der Stromabgabeinformationen werden in der Datenspeichervorrichtung gespei­ chert. Mittels einer Entscheidungsvorrichtung werden nach der Auswertung der Stromaufnahmeinformationen und der Stromabgabeinformationen Ent­ scheidungsinformationen bereitstellt, die den aktuellen Betriebszustand der Batterie charakterisieren. Das Ergebnis der Auswertung dieser Entscheidungs­ informationen kann angezeigt werden und/oder an einer Datenschnittstelle zur Weiterverarbeitung bereitgestellt werden.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht also darin, zwei verschiedene Da­ tensätze zu erzeugen, um auf möglichst einfachem Weg und in kurzer Zeit viele Informationen über die Batterie zu erhalten. Wenn z. B. eine Batterie in einem Ladegerät angeschlossen worden ist, kann sofort mit der Ladung be­ gonnen werden, da alle notwendigen Daten bereits abrufbar sind. Im Gegen­ satz dazu muß bei den aus dem Stand der Technik bekannten Ladegeräten der Betriebszustand der Batterie erst ermittelt werden, bevor mit der Aufla­ dung begonnen werden kann. Das führt zu einem Zeitverlust, der unter den eingangs erwähnten Bedingungen unerwünscht ist.

Nach Anspruch 2 sind die Entscheidungsvorrichtung und die Anzeigevorrich­ tung in dem Ladegerät angeordnet. Das ist dann von Vorteil, wenn das Lade­ gerät häufig benutzt wird und leicht zugänglich ist.

Nach Anspruch 3 sind die Entscheidungsvorrichtung und die Anzeigevorrich­ tung in dem Arbeitsgerät angeordnet. Das kann z. B. dann von Vorteil sein, wenn das Arbeitsgerät bereits ein Display oder andere Anzeigeeinheiten auf­ weist.

Nach Anspruch 4 sind die Entscheidungsvorrichtung und die Anzeigevorrich­ tung an der Batterie angeordnet. Damit kann sofort erkannt werden, ob die Batterie betriebsbereit ist.

Weitere Ausführungsformen und ein Verfahren zur Erhöhung der Betriebssi­ cherheit von Geräten, die mit Wechselbatterien betrieben werden, sind in den nachfolgenden Ansprüchen beansprucht, wobei es besonders zweckmäßig ist, wenn die Übertragung der Signale, die die Stromaufnahme- und die Stromabgabeinformationen der Batterie enthalten, über die Batteriestromlei­ tungen erfolgt.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels in Ver­ bindung mit einer schematischen Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die Erfindung mit einem Blockschaltbild, das den Ablauf der Batterieaufladung in dem Ladegerät beschreibt.

Fig. 2 zeigt die Erfindung mit einem Blockschaltbild, das den Ablauf der Batterieentladung in dem Arbeitsgerät beschreibt.

Nach Fig. 1 wird die Batterie in das Ladegerät eingelegt. Über die Batteriean­ schlußleitungen werden die in der Datenspeichervorrichtung abgelegten Da­ ten gelesen. Im vorliegenden Beispiel werden folgende Daten erfaßt: eine Kennzeichnungsnummer der Batterie, das Datum der Erstladung der Batterie, die Anzahl der Lade- und Entladezyklen, das Datum der letzten Benutzung einschließlich der Lade- und Entladeinformationen. Anhand von Entschei­ dungskriterien wird festgestellt, ob die Batterie in einem Betriebszustand ist, der eine ordnungsgemäße Aufladung erwarten läßt.

Wenn eine vorbestimmte Anzahl von Lade- und Entladezyklen erreicht ist, wird dieser Zustand angezeigt und vorgeschlagen, diese Batterie durch eine unverbrauchte zu ersetzen. Die Bedienperson kann dann die Batterie entneh­ men und austauschen. Falls jedoch keine neue Batterie zur Verfügung steht, kann die Batterie trotzdem aufgeladen werden, wenn die Bedienperson sich dafür entscheidet.

Falls ermittelt und entschieden wird, daß die Batterie zu laden ist, wird an Hand der ausgewerteten Speicherinformationen im Ladegerät automatisch ein optimales Ladeprogramm eingestellt, d. h., es ist nicht erforderlich, die Bat­ terie im Ladegerät vor dem Laden erst zu prüfen, da die für eine optimale La­ dung erforderlichen Daten bereits bei den vorhergehenden Lade- und Entlade­ zyklen ermittelt worden sind.

Nach Fig. 2 wird die Batterie in das Arbeitsgerät eingelegt. Mittels der Batte­ riearbeitszustand-Ermittlungsvorrichtung wird während der Stromentnahme ermittelt, ob das Stromabgabeverhalten der Batterie bei einer vorbestimmten Belastung ausreichend ist. Dieser Zusammenhänge soll nachfolgend näher erläutert werden:

Wenn mit der Batterie z. B. ein Kondensator aufgeladen wird, dessen Entla­ destrom für einen Licht- oder anderen Arbeitsimpuls nutzbar ist, wird wäh­ rend der Aufladung des Kondensators das Stromabgabeverhalten der Batterie ermittelt und gespeichert. Der Fachmann kann bei Anwendung der erfin­ dungsgemäßen Lehre die Schaltung zur Erfassung des Stromabgabeverhal­ tens so ausbilden, daß die zu gewinnenden Meßwerte den Anforderungen der Entscheidungsvorrichtung genügen, ohne dabei erfinderisch tätig zu sein.

Es soll abschließend betont werden, daß die Erfindung nach den Ansprüchen 1 und 7 in verschiedensten Geräten anwendbar sind, bei denen die ord­ nungsgemäße Funktion der Batterie von Bedeutung ist.

Claims (10)

1. Sicherheitsbetriebs- und -ladesystem für Wechselbatterien, die eine inte­ grierte Datenspeichervorrichtung zum Schreiben und Lesen von Daten auf­ weisen und mit einem Ladegerät aufladbar sind, danach dem Ladegerät ent­ nommen und in einem Arbeitsgerät angeschlossen werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• - das Ladegerät eine Batterieladezustand-Ermittlungsvorrichtung aufweist, die den Betriebszustand vor und beim Laden der Batterie ermittelt und Stromauf­ nahmeinformationen generiert, die das Stromaufnahmeverhalten kennzeich­ nen, wobei diese Informationen in der Datenspeichervorrichtung gespeichert werden,
• - das Arbeitsgerät eine Batteriearbeitszustand-Ermittlungsvorrichtung auf­ weist, die den Betriebszustand der Batterie während der Stromabgabe an das Arbeitsgerät ermittelt und Stromabgabeinformationen generiert, die das Stromabgabeverhalten kennzeichnen, wobei die Informationen in der Daten­ speichervorrichtung gespeichert werden,
• - eine Entscheidungsvorrichtung vorgesehen ist, die nach Auswertung der Stromaufnahmeinformationen und der Stromabgabeinformationen Entschei­ dungsinformationen bereitstellt, die den aktuellen Betriebszustand der Batte­ rie charakterisieren, und
• - eine Anzeigevorrichtung zur Anzeige der Entscheidungsinformationen und/oder eine Datenschnittstelle vorgesehen ist.

2. Sicherheitsbetriebs- und -ladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Entscheidungsvorrichtung und die Anzeigevorrichtung in dem Ladegerät angeordnet sind.

3. Sicherheitsbetriebs- und -ladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Entscheidungsvorrichtung und die Anzeigevorrichtung in dem Arbeitsgerät angeordnet sind.

4. Sicherheitsbetriebs- und -ladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Entscheidungsvorrichtung und die Anzeigevorrichtung an der Batterie angeordnet sind.

5. Sicherheitsbetriebs- und -ladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Entscheidungsvorrichtung und die Anzeigevorrichtung als separate Vorrichtung vorgesehen sind.

6. Sicherheitsbetriebs- und -ladesystem nach den Ansprüchen 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Übertragung der Signale, die die Stromauf­ nahme- und die Stromabgabeinformationen der Batterie enthalten, über die Batteriestromleitungen erfolgt.

7. Verfahren zur Erhöhung der Betriebssicherheit von Geräten, die mit Wech­ selbatterien betrieben werden, wobei die Wechselbatterien eine integrierte Datenspeichervorrichtung zum Lesen und Schreiben von Daten aufweisen und mit einem Ladegerät aufladbar sind, danach dem Ladegerät entnommen und in einem Arbeitsgerät angeschlossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß nachfolgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:

• - Einlegen einer Wechselbatterie in ein Anschlußfach eines Ladegeräts, das eine Batterieladezustand-Ermittlungsvorrichtung aufweist, die den Betriebszu­ stand vor dem Laden und beim Laden der Batterie ermittelt und Stromauf­ nahmeinformationen generiert, die das Stromaufnahmeverhalten kennzeich­ nen, wobei die Informationen in der Datenspeichervorrichtung der Wechsel­ batterie gespeichert werden,
• - Entnehmen der geladenen Wechselbatterie aus dem Anschlußfach des La­ degeräts und Anschließen der Wechselbatterie an das Arbeitsgerät, das eine Batteriearbeitszustand-Ermittlungsvorrichtung aufweist, die den Betriebszu­ stand der Batterie bei der Stromabgabe an das Arbeitsgerät ermittelt und Stromabgabeinformationen generiert, die das Stromabgabeverhalten kenn­ zeichnen, wobei die Informationen in der Datenspeichervorrichtung der Bat­ terie gespeichert werden,
• - Auswerten der Stromaufnahmeinformationen und der Stromabgabeinforma­ tionen mittels einer Entscheidungsvorrichtung, die Entscheidungsinformatio­ nen bereitstellt, die den aktuellen Betriebszustand der Batterie charakterisie­ ren, und
• - Anzeigen der Entscheidungsinformationen mittels einer Anzeigevorrichtung, so daß erkennbar ist, ob die Wechselbatterie in einem vorbestimmten Be­ triebszustand ist oder ob sie gewechselt werden muß.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Entschei­ dungsinformationen optisch angezeigt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Entschei­ dungsinformationen akustisch angezeigt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Entschei­ dungsinformationen als synthetische Sprache ausgegeben werden.