DE10149978A1 - Method and device for charging accumulators - Google Patents

Method and device for charging accumulators

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DE10149978A1
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charging
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charging current
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Ivo Huber
Georg Koch
Michael Kranawetter
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Siemens AG
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Abstract

The invention relates to a method for charging an accumulator which is coupled to a charge control device, using a charging device. The inventive method is characterised by the following steps: G) a charge current having a first current intensity (I<sb>1</sb>) is supplied over a pre-determined initialisation period ( DELTA t<sb>1</sb>); H) charge current data is exchanged between the charge control device and the charging device during the initialisation period; and I) a charge current having a second current intensity (I<sb>2</sb>, I<sb>3</sb>) selected according to the charge current data is supplied. During the initialisation period, the charge current data are transmitted in a coded manner by means of pulsed transmission of the charge current having the first current intensity (I<sb>1</sb>). The invention also relates to a corresponding charging device.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden eines mit einer Ladekontrolleinrichtung gekoppelten Akkumulators vermittels einer Ladevorrichtung sowie eine entsprechende Ladevorrichtung. The present invention relates to a method of loading one coupled with a charge control device Accumulator by means of a charging device and a corresponding loading device.

Bei verschiedenen Akkumulatoren, wie zum Beispiel bei Blei- oder Lithium-Ionen-Akkumulatoren, ist es notwendig, die Akkumulatoren mit einer strombegrenzten Spannungsquelle zu laden, bei der die Spannung sehr genau geregelt und unter Umständen auch noch abhängig von der Temperatur der Akkuzellen verändert werden muss. Wird ein leerer Akku mit der Ladespannungsquelle verbunden, so verhindert die Strombegrenzung dieser Quelle einen für den Akku unzulässig hohen Ladestrom. Die Ladespannung ist dabei anfangs niedriger als die maximal zulässige Ladespannung. Mit zunehmender Ladung steigt die Spannung bis zur eingestellten Regelspannung an und wird dann durch die einsetzende Spannungsregelung begrenzt. Durch die ansteigende innere Akkuspannung (Leerlaufspannung) und die konstant gehaltene Quellenspannung sowie den in erster Näherung konstant angenommenen Innenwiderstand des Akkumulators, sinkt die Stromaufnahme des Akkumulators kontinuierlich von dem Zeitpunkt an, zu dem die Spannungsbegrenzung einsetzt. Dieses Phänomen ist in der beiliegenden Fig. 3 dargestellt, wobei der Verlauf der Ladespannung durch die mit ULade bezeichnete Kurve und der Verlauf der Stromaufnahme durch die mit ILade bezeichnete Kurve dargestellt ist. Der Zeitpunkt, zu dem die Spannungsbegrenzung einsetzt, wird mit t0 bezeichnet. Bei einer derartigen Technik kann zum einen über die Höhe des Ladestroms auf den Ladezustand geschlossen werden, zum anderen muss eventuell beim Unterschreiten des Ladestroms unter einen bestimmten Wert die Ladung sofort oder nach einer bestimmten Zeit abgebrochen werden. With various accumulators, such as lead or lithium-ion accumulators, it is necessary to charge the accumulators with a current-limited voltage source, in which the voltage is regulated very precisely and may also be changed depending on the temperature of the battery cells got to. If an empty battery is connected to the charging voltage source, the current limitation of this source prevents a charging current that is impermissibly high for the battery. The charging voltage is initially lower than the maximum permissible charging voltage. As the charge increases, the voltage rises to the set control voltage and is then limited by the voltage control that begins. Due to the increasing internal battery voltage (open circuit voltage) and the constant source voltage as well as the internal resistance of the battery, which is assumed to be constant in a first approximation, the current consumption of the battery decreases continuously from the point in time when the voltage limitation starts. This phenomenon is shown in the accompanying FIG. 3, the course of the charging voltage being represented by the curve labeled U Char and the course of the current consumption being represented by the curve labeled I Charging . The point in time at which the voltage limitation begins is denoted by t 0 . In the case of such a technology, the state of charge can be inferred from the level of the charging current, on the other hand, the charging may have to be interrupted immediately or after a certain time if the charging current falls below a certain value.

Neue Generationen von elektronischen Geräten für Daten- Applikationen, wie beispielsweise Mobilfunk-Endgeräten, benötigen auf Grund des hohen Funktionsumfangs, beispielsweise auf Grund der hohen Datenübertragungsraten (insbesondere bei Videoübertragung, Internetübertragung oder dergleichen), sehr hohe Ladeströme. Dies ist insbesondere deshalb erforderlich, weil der Besitzer eines derartigen elektronischen Geräts die Möglichkeit haben soll, den in dem elektronischen Gerät angeordneten Akkumulator in möglichst kurzer Zeit nachzuladen. Zum anderen soll gewährleistet sein, dass während der Nutzung des elektronischen Geräts unter Verbindung mit einem Ladegerät der Akkumulator nicht leer werden soll, sondern trotz Nutzung zumindest seinen gegenwärtigen Ladezustand aufrecht erhalten oder sogar das Aufladen des Akkumulators fortsetzen soll. New generations of electronic devices for data Applications, such as mobile radio devices, need due to the wide range of functions, for example due to the high data transfer rates (especially with Video transmission, internet transmission or the like), very much high charging currents. This is particularly necessary because because the owner of such an electronic device Possibility should have that in the electronic device arranged recharge in the shortest possible time. Secondly, it should be ensured that during use of the electronic device in connection with a Charger the accumulator should not be empty, but despite Use at least its current state of charge received or even continue charging the battery should.

Die Bereitstellung derartig hoher Ladeströme verursacht jedoch Probleme, insbesondere bei tiefen Temperaturen und bei Akkumulatoren mit kleinen Kapazitäten. Bei niedrigen Umgebungstemperaturen (0° bis 10°Celsius) kann es zu einem sprunghaften Ansteigen der Akkuspannung kommen, besonders dann, wenn sehr hohe Ladeströme angelegt werden. Dieser Anstieg der Akkuspannung kann im Falle eines Lithium-Ionen- Akkumulators zum Auslösen dessen Schutzschaltung kommen und somit zu einer Abschaltung des zu ladenden Gerätes führen. The provision of such high charging currents causes however problems, especially at low temperatures and at Accumulators with small capacities. At low Ambient temperatures (0 ° to 10 ° Celsius) can lead to a sudden increases in battery voltage come, especially when very high charging currents are applied. This In the case of a lithium ion Accumulator come to trigger its protective circuit and thus lead to a shutdown of the device to be charged.

Um dieses Problem zu lösen, wurde die Ladestromquelle als strombegrenzte hochgenaue Spannungsquelle (Linear- oder Schaltregler) realisiert, die entweder sehr nahe am Akkumulator untergebracht wurde oder über Sense-Leitungen mit diesem verbunden war. Dies hat den Nachteil, dass entweder die Ladestromquelle mit ihrem Platzbedarf und ihrer Verlustwärme nahe am Akkumulator untergebracht werden musste oder aber die Sense-Leitungen den Aufwand für Kabel und Steckverbindungen vergrößerten. To solve this problem, the charging current source was called current limited high precision voltage source (linear or Switching regulator), which is either very close to the Accumulator was housed or with sense lines with this was connected. This has the disadvantage that either the Charging current source with their space requirements and their heat loss close had to be accommodated on the accumulator or the Sense lines the effort for cables and connectors enlarged.

Zur Strommessung wurde ein Shunt-Widerstand in den Ladestromkreis eingefügt und die an diesem abfallende Spannung gemessen. Der Shunt-Widerstand hat wiederum den Nachteil, dass er einen zusätzlichen Spannungsabfall im Stromkreis darstellt, den Ladevorgang damit verlangsamt und einen nicht unerheblichen Aufwand für die Messwerteerfassung darstellt. Dieser nachteilhafte Effekt liegt insbesondere dann vor, wenn der Shunt-Widerstand nicht in der Masseleitung - beispielsweise wegen der Masseverkopplung des Akkumulators über das zu betreibende Gerät - angeordnet ist, sondern in der Plus- Leitung eingefügt ist. A shunt resistor was used in the Charging circuit inserted and the voltage drop across this measured. The shunt resistor in turn has the disadvantage that it represents an additional voltage drop in the circuit, it slows down the loading process and not one represents insignificant effort for the measurement value acquisition. This the disadvantageous effect is present in particular if the Shunt resistance not in the ground line - for example because of the mass coupling of the accumulator to the operating device - is arranged, but in the plus Line is inserted.

Ferner ergibt sich das Problem, dass unterschiedliche Akku- Typen, zum Beispiel NiCd/NiMH und Li-Ionen-Akkumulatoren, wegen der unterschiedlich hohen Ladeendspannungen nicht gleichzeitig mit diesem Prinzip geladen werden können. NiCd/NiMH- Akkus werden mit Konstantstrom unabhängig von der Ladespannung geladen. There is also the problem that different battery Types, for example NiCd / NiMH and Li-ion batteries, not because of the different high loading voltages can be loaded simultaneously with this principle. NiCd / NiMH Batteries are independent of the constant current Charging voltage charged.

Aus der DE 195 20 041 A1 ist es bekannt, ein spezielles Ladegerät basierend auf einer geregelten Stromquelle zu verwenden, deren Stromwert über das Puls-Pausen-Verhältnis des Stromes reguliert wurde. Mit diesem Konzept lassen sich zwar, auf Grund des veränderlichen Stromwerts, verschiedene Akkumulator-Technologien, zum Beispiel NiMH-Akkumulatoren oder Li- Ionen-Akkumulatoren ohne Mehraufwand im Gerät laden. Allerdings hat dieser Ansatz den Nachteil, dass in der Ladevorrichtung spezielle Vorkehrungen, insbesondere bei getakteten Stromquellen, erforderlich waren, um das Auftreten eines Überschwingens des Stromes im Augenblick des Einschaltens zu begrenzen. Diese Begrenzung war notwendig, da ansonsten der jeweilige Akkumulator im Einschaltmoment mit einer kurzzeitigen Überspannung beaufschlagt wurde, was zu dessen Zerstörung führen konnte. From DE 195 20 041 A1 it is known a special Charger based on a regulated power source use, whose current value over the pulse-pause ratio of the Current was regulated. With this concept, due to the variable current value, different Accumulator technologies, for example NiMH accumulators or Li Charge ion batteries in the device without additional effort. However, this approach has the disadvantage that in the Loading device special precautions, especially for clocked Power sources that were required to prevent the occurrence of a Overshoot of the current at the moment of turning on limit. This limitation was necessary, otherwise the respective accumulator at switch-on with one short-term overvoltage was applied, leading to its destruction could lead.

Aus der WO 00/42691 ist es ferner bekannt, eine Stromquelle zu verwenden, die durch drei Leitungen mit dem elektronischen Endgerät und damit mit dem Akkumulator verbunden wurde. Bei diesem Konzept läßt sich zwar der Ladestrom ohne speziell getaktete Ladestromquelle einstellen, es bedarf hier aber einer dritten Steuerleitung und damit einem zusätzlichen schaltungstechnischen Aufwand an der Ladevorrichtung, sowie am zugehörigen Kontakt der elektronischen Vorrichtung. Des Weiteren ist es bei dieser Lösung erforderlich, für den zusätzlichen Kontakt an der Ladebuchse des elektronischen Endgeräts zusätzliche Schutzmaßnahmen gegen elektrostatische Entladung (ESD) zu treffen. From WO 00/42691 it is also known a current source to use through three wires with the electronic Terminal and thus connected to the accumulator. at In this concept, the charging current can be done without special Set clocked charging current source, but one is required here third control line and thus an additional one circuit complexity on the charger, and on associated contact of the electronic device. Of This solution also requires that additional contact on the charging socket of the electronic device additional protective measures against electrostatic discharge (ESD).

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Laden von Akkumulatoren bereitzustellen, mit welchen sich unter verhältnismäßig geringem technischen Aufwand Akkumulatoren verschiedenen Typs zuverlässig und schnell aufladen lassen. It is an object of the present invention, a method and to provide a device for charging accumulators, with which can be found under relatively low technical Effort accumulators of various types reliable and let it charge quickly.

Diese Aufgabe wird einerseits durch ein Verfahren zum Laden eines mit einer Ladekontrolleinrichtung gekoppelten Akkumulators vermittels einer Ladevorrichtung gelöst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

  • A) Zuführen eines Ladestroms mit einer ersten Stromstärke über eine vorbestimmte Initialisierungs-Zeitperiode,
  • B) Austauschen von Ladestromdaten zwischen der Ladekontrolleinrichtung und der Ladevorrichtung während der Initialisierungs-Zeitperiode und
  • C) Zuführen eines Ladestroms mit einer nach Maßgabe der Ladestromdaten gewählten zweiten Stromstärke,
wobei die Ladestromdaten während der Initialisierungs- Zeitperiode codiert durch gepulste Übertragung des Ladestroms mit der ersten Stromstärke übertragen werden. This object is achieved on the one hand by a method for charging a rechargeable battery coupled to a charging control device by means of a charging device, the method comprising the steps:
  • A) supplying a charging current with a first current intensity over a predetermined initialization time period,
  • B) exchanging charging current data between the charging control device and the charging device during the initialization time period and
  • C) supplying a charging current with a second current strength selected in accordance with the charging current data,
wherein the charging current data is transmitted during the initialization period coded by pulsed transmission of the charging current with the first current strength.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass zunächst über die vorbestimmte Initialisierungs-Zeitperiode ein Ladestrom mit der ersten Stromstärke dem Akkumulator zugeführt wird, wobei diese Initialisierungs-Zeitperiode dazu genutzt wird, über den Ladestrom mit der ersten Stromstärke Ladestromdaten auszutauschen, die dem Ladegerät Auskunft über den aufzuladenden Akkumulator geben. Nach Ende der Initiallsierungs-Zeitperiode wird dann die zweite Stromstärke des Ladestroms nach Maßgabe der übertragenen Ladestromdaten eingestellt, und zwar in einer für den jeweils aufzuladenden Akkumulator optimalen Weise. Dies bedeutet, dass insbesondere die Höhe des Ladestroms sowie der Verlauf der Ladespannung nach Maßgabe der übertragenen Ladestromdaten speziell auf den jeweils aufzuladenden Akkumulator eingestellt werden können. In the method according to the invention it is provided that first over the predetermined initialization time period Charging current with the first current the accumulator is supplied, with this initialization period is used, via the charging current with the first current Exchange charging current data, the charger information about give the accumulator to be charged. After the end of Initialization time period then becomes the second current of the Charging current according to the transmitted charging current data set, in one for each to be charged Accumulator optimal way. This means that in particular the The level of the charging current and the course of the charging voltage according to Specification of the transferred charging current data specifically on the each accumulator to be charged can be set.

Hinsichtlich der Ladestromdaten kann vorgesehen sein, dass diese Informationen enthalten, welche den Zustand, insbesondere Ladezustand, und den Typ des jeweils aufzuladenden Akkumulators kennzeichnen. Die Ladevorrichtung kann anhand dieser Informationen dann den jeweils optimal geeigneten Ladestrom und Ladespannungsverlauf ermitteln, beispielsweise durch Auslesen aus einer Tabelle anhand der empfangenen Ladestromdaten, und kann den Akkumulator dann entsprechend dieser Daten entsprechend aufladen. Dadurch ist es möglich, in Abhängigkeit von dem jeweils aufzuladenden Akkumulator eine stark verkürzte effektive Aufladung zu erreichen. Die gepulste Übertragung des Ladestroms kann dadurch realisiert werden, dass die dem aufzuladenden Akkumulator zugeordnete Ladekontrolleinrichtung den Ladestromkreis temporär unterbricht und dadurch den Ladestrom pulst. Anhand der Unterbrechungen bzw. des gepulsten Ladestroms kann dann die Ladevorrichtung die Ladestromdaten übermitteln. So ist es denkbar, dass die Ladestromdaten als digitale Daten im Rahmen einer Pulsfolge des Ladestroms digital codiert sind und von der Ladevorrichtung zur Ermittlung des Ladestroms decodiert werden. With regard to the charging current data, it can be provided that this information contains what the state in particular state of charge, and the type of each to be charged Mark the accumulator. The loading device can be based on this Information then the optimally suitable charging current and determine the charging voltage curve, for example by Reading from a table based on the received Charging current data, and can then the accumulator according to this data charge accordingly. This makes it possible to Dependence on the accumulator to be charged a strong to achieve shortened effective charging. The pulsed Transfer of the charging current can be realized that associated with the accumulator to be charged Charging control device temporarily interrupts the charging circuit and thereby pulsing the charging current. Based on the interruptions or of the pulsed charging current, the charging device can then Submit charging current data. So it is conceivable that the Charging current data as digital data in the context of a pulse train Charging currents are digitally encoded and from the charger be decoded to determine the charging current.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ladevorrichtung in Schritt B) die aus den Pulsen ermittelten Ladestromdaten durch gepulste Übertragung des Ladestroms bestätigt. Durch diese Maßnahme wird die Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter erhöht. Die Ladekontrolleinrichtung erfasst dann die zur Pulsfolge ausgesandte Bestätigung und kann bei fehlerhafter Ermittlung der Ladestromdaten durch die Ladevorrichtung den Ladevorgang abbrechen bzw. eine neue Initialisierung einleiten. In a development of the invention it can be provided that the loading device in step B) that from the pulses determined charging current data by pulsed transmission of the Charging current confirmed. This measure will Reliability of the method according to the invention is further increased. The The loading control device then detects the pulse train sent confirmation and can with incorrect determination of the Charging current data through the charging device the charging process cancel or initiate a new initialization.

Um zu verhindern, dass während der Initialisierungs-Zeitperiode dem Akkumulator ein Ladestrom zugeführt wird, welcher für diesen zu hoch ist und zu einer Beschädigung desselben führen kann, kann in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter vorgesehen sein, dass die erste Stromstärke, vorzugsweise um die Hälfte, kleiner ist als die zweite Stromstärke. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die erste Stromstärke zwischen 50 mA und 200 mA, vorzugsweise 100 mA, beträgt und dass die zweite Stromstärke zwischen 500 mA und 2A, vorzugsweise 1,5A, beträgt. Durch diese Maßnahme ist gewährleistet, dass während der Initialisierungs-Zeitperiode, während welcher auch die Ladestromdaten ausgetauscht werden, ein Ladestrom mit hinreichend kleiner erster Stromstärke dem Akkumulator zugeführt wird, so dass eine Beschädigung des Akkumulators ausgeschlossen ist. Während der Initialisierungs- Zeitperiode ist es allein erforderlich, die erste Stromstärke derart einzustellen, dass eine zuverlässige und störungsfreie Übertragung der Ladestromdaten in Form von Pulsfolgen oder dergleichen erfolgen kann. To prevent that during the Initialization time period, the accumulator is supplied with a charging current, which for this is too high and lead to damage to the same can, can in one embodiment of the invention The method further provides that the first Current strength, preferably by half, is less than the second Amperage. In particular, it can be provided that the first current strength between 50 mA and 200 mA, preferably 100 mA, and that the second current between 500 mA and 2A, preferably 1.5A. By this measure is ensures that during the initialization period, during which the charging current data is exchanged, a charging current with a sufficiently small first current Accumulator is supplied, so that damage to the Accumulator is excluded. During the initialization Time period it is only necessary to get the first amperage set such that a reliable and trouble-free Transmission of the charging current data in the form of pulse sequences or the like can be done.

Sollte es in Einzelfällen zu keinem Austausch der Ladestromdaten oder zu einem fehlerhaften Austausch der Ladestromdaten kommen, beispielsweise deshalb, weil die von der Ladekontrolleinrichtung übermittelten Pulsfolgen einen Akkumulator bezeichnen, zu dem die Ladevorrichtung über keine geeigneten Ladestromdaten verfügt, so kann in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass standardmäßig eine vorbestimmte zweite Stromstärke eingestellt wird. Diese zweite Standard-Stromstärke kann beispielsweise bei etwa 700 mA liegen. Für diese zweite Standard-Stromstärke ist es lediglich erforderlich, dass sie hinreichend groß ist, um zumindest eine Teilaufladung des Akkumulators in akzeptabler Zeit zu gewährleisten, dass sie jedoch nicht zu groß ist, um eine Beschädigung des durch die Ladevorrichtung nicht definierten aufzuladenden Akkumulators auszuschließen. In individual cases there should be no exchange of the Charging current data or for an incorrect exchange of the charging current data come, for example, because of the Charge control device transmitted pulse trains an accumulator designate to which the loading device has no suitable Charging current data has, so in a training of Invention provided that a standard predetermined second current is set. This second Standard amperage can, for example, be around 700 mA lie. It is only for this second standard amperage required that it be large enough, at least partial charging of the battery in an acceptable time make sure it’s not too big to fit Damage to the undefined by the loading device exclude rechargeable battery.

Für den Fall, dass der Ladevorgang unterbrochen wird, sind zwei Möglichkeiten zu unterscheiden: Eine kurzzeitige Unterbrechung oder eine länger andauernde Unterbrechung des Ladevorgangs. Diese beiden Möglichkeiten werden anhand einer zweiten vorbestimmten Zeitperiode überwacht. Wird der Ladestrom über die zweite Zeitperiode oder länger unterbrochen, so werden die Schritte A bis C des erfindungsgemäßen Verfahrens erneut ausgeführt, das heißt es findet erneut eine Initialisierung während der Initialisierungs-Zeitperiode statt, in welcher die Ladestromdaten zu dem aufzuladenden Akkumulator übertragen und ermittelt werden. Ist die Unterbrechung der Aufladung des Akkumulators jedoch kürzer als die zweite Zeitperiode, so wird Schritt C mit der zuletzt eingestellten zweiten Stromstärke ausgeführt. Im zweiten Fall ist also gewährleistet, dass bei kurzzeitiger Unterbrechung des Aufladevorgangs nicht erneut die Initialisierung und Ermittlung der Ladestromdaten durchgeführt werden muss, wodurch der Ladevorgang trotz der Unterbrechung ohne größeren Zeitverlust wieder aufgenommen werden kann. In the event that the charging process is interrupted to distinguish two possibilities: a short-term Interruption or a prolonged interruption of the Charging. These two options are illustrated by one second predetermined time period monitored. Will the Charging current interrupted over the second period or longer, so steps A to C of the invention The procedure is carried out again, which means that it finds one again Initialization takes place during the initialization period, in which the charging current data for the one to be charged Accumulator can be transferred and determined. Is the interruption the battery charge is shorter than the second Time period, step C becomes the last one set second current. So in the second case ensures that if the Charging does not reinitialize and determine the Charging current data must be performed, whereby the Reloading despite the interruption without losing much time can be included.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Laden eines mit einer Ladekontrolleinrichtung gekoppelten Akkumulators, insbesondere gemäß dem Verfahren der vorstehend beschriebenen Art, umfassend:

  • - eine veränderbare Stromquelle zur Bereitstellung eines Stroms, mit dem der Akkumulator aufzuladen ist,
  • - eine Stromsteuereinrichtung zur Steuerung der veränderbaren Stromquelle und
  • - eine Pulserkennungseinrichtung zur Auswertung von Ladestrompulsen,
wobei die Pulserkennungseinrichtung den Ladestrom auf von der Ladekontrolleinrichtung in Form von Ladestrompulsen ausgegebene Ladestromdaten überwacht und dass die Stromsteuereinrichtung die Stromquelle zur Einstellung des Ladestroms nach Maßgabe der von der Pulserkennungseinrichtung ausgewerteten Ladestrompulse ansteuert. Diese Vorrichtung kann in herkömmlicher Weise mit lediglich zwei Kontakten, nämlich dem Massekontakt und dem Pluskontakt ausgeführt werden. Die Übertragung der Ladestromdaten erfolgt allein über diese Kontakte, so dass keine zusätzlichen Maßnahmen, insbesondere keine Maßnahmen zur Sicherung gegen elektrostatische Entladung (ESD) oder dergleichen getroffen werden müssen. The invention further relates to a device for charging an accumulator coupled to a charge control device, in particular according to the method of the type described above, comprising:
  • a changeable current source for providing a current with which the accumulator is to be charged,
  • - A current control device for controlling the variable current source and
  • a pulse detection device for evaluating charging current pulses,
wherein the pulse detection device monitors the charging current for charging current data output by the charging control device in the form of charging current pulses and that the current control device controls the current source to set the charging current in accordance with the charging current pulses evaluated by the pulse detection device. This device can be carried out in a conventional manner with only two contacts, namely the ground contact and the positive contact. The charging current data is transmitted solely via these contacts, so that no additional measures, in particular no measures to protect against electrostatic discharge (ESD) or the like, have to be taken.

In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Stromsteuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die Stromquelle zur Bestätigung der Ladestromdaten gegenüber der Ladekontrolleinrichtung gepulst zu betreiben. In a development of the device according to the invention be provided that the current control device is designed to confirm the power source Charging current data pulsed towards the charging control device operate.

Die Erfindung betrifft ferner ein mobiles elektronisches Gerät, insbesondere Mobilfunk Endgerät, umfassend eine Ladekontrolleinrichtung und einen Akkumulator zum Zusammenwirken mit einer Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art, wobei die Ladekontrolleinrichtung einen Schalter zur Unterbrechung des Ladestroms und eine den Schalter steuernde Schaltersteuereinrichtung aufweist, wobei die Schaltersteuereinrichtung zur Erzeugung von Ladestromdaten in Form von Ladestromimpulsen nach Maßgabe des Zustands, insbesondere des Ladezustands, sowie des Typs des Akkumulators ansteuert. The invention further relates to a mobile electronic Device, in particular mobile radio terminal, comprising a Charge control device and an accumulator to cooperate with a device of the type described above, the Charge control device a switch to interrupt the Charging current and a switch controlling the switch Has switch control device, the switch control device for Generation of charging current data in the form of charging current pulses depending on the state, in particular the state of charge, as well as the type of accumulator.

Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren beispielhaft erläutert. Es stellen dar: The invention is described below with reference to the attached figures exemplified. They represent:

Fig. 1 ein vereinfachtes Funktionsblockschaltbild, umfassend die erfindungsgemäße Ladevorrichtung, einen aufzuladenden Akkumulator, sowie eine zwischengeschaltete Ladekontrolleinrichtung innerhalb eines elektronischen Geräts; Fig. 1 is a simplified functional block diagram comprising the charging device according to the invention, a charged accumulator, as well as an intermediate charge monitoring device within an electronic apparatus;

Fig. 2 den Verlauf des Ladestroms über die Zeit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren; und Figure 2 shows the course of the charging current over time in the inventive method. and

Fig. 3 den Verlauf der Ladespannung bzw. der Stromaufnahme bei einem Verfahren nach dem Stand der Technik. Fig. 3 shows the course of the charging voltage or current consumption in a method according to the prior art.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäß Ladestromquelle 10 gezeigt, welche mit einem elektronischen Gerät, beispielsweise einem Mobilfunk-Endgerät, 12 zur Aufladung eines diesem Gerät 12 zugeordneten Akkumulators 14 gekoppelt ist. Im Folgenden wird auf die einzelnen zur Realisierung der Erfindung wesentlichen Komponenten von Ladevorrichtung 10, elektronischem Gerät 12 und Akkumulator 14 eingegangen, wobei selbstverständlich weitere Komponenten in den jeweiligen Geräten 10, 12 und 14 enthalten sein können, welche in der Beschreibung nicht erwähnt sind. In Fig. 1 an inventive charging current source 10 is shown, which is coupled with an electronic device, such as a mobile radio terminal 12 assigned to the charging of a battery this device 12 fourteenth The individual components of the charging device 10 , the electronic device 12 and the accumulator 14 which are essential for realizing the invention are dealt with below, wherein of course further components which are not mentioned in the description may be contained in the respective devices 10 , 12 and 14 .

Die Ladevorrichtung 10 umfasst eine variable Stromquelle 16, welche über eine Stromsteuereinrichtung 18 steuerbar ist. Ferner umfasst die Ladevorrichtung 10 eine Pulserkennungseinrichtung 20, welche jeweils mit der Stromsteuereinrichtung 18 und der variablen Stromquelle 16 gekoppelt ist. Mit M ist jeweils das Massepotential bei allen Vorrichtungen 10, 12 und 14 bezeichnet. The charging device 10 comprises a variable current source 16 , which can be controlled via a current control device 18 . Furthermore, the charging device 10 comprises a pulse detection device 20 , which is coupled to the current control device 18 and the variable current source 16 . M denotes the ground potential in all devices 10 , 12 and 14 .

Die Ladekontrolleinrichtung 12 umfasst einen Schalter 22, sowie eine diesen steuernde Regeleinheit 24, beispielsweise ausgeführt als Mikrocontroller. Darüber hinaus umfasst die Ladekontrolleinrichtung 22 einen Analog/Digital-Wandler 26. The charge control device 12 comprises a switch 22 and a control unit 24 controlling it, for example designed as a microcontroller. In addition, the charge control device 22 comprises an analog / digital converter 26 .

Der Akkumulator 14 umfasst einen Kondensator 28, sowie einen internen Widerstand 30. The accumulator 14 comprises a capacitor 28 and an internal resistor 30 .

Die Ladevorrichtung 10 ist über den Massekontakt 32 und den Kontakt 34 mit dem elektronischen Gerät 12, insbesondere mit dessen Ladekontrolleinrichtung lösbar gekoppelt. Das elektronische Gerät 12 ist mit dem Akkumulator 14 über den Massekontakt 36, den Ladekontakt 38 sowie den Initialisierungskontakt 40 lösbar gekoppelt. The charging device 10 is detachably coupled via the ground contact 32 and the contact 34 to the electronic device 12 , in particular to its charging control device. The electronic device 12 is detachably coupled to the accumulator 14 via the ground contact 36 , the charging contact 38 and the initialization contact 40 .

Zur Erläuterung der Funktionsweise des in Fig. 1 dargestellten Blockschaltbilds wird im Folgenden zusätzlich auf Fig. 2 eingegangen. To explain the mode of operation of the block diagram shown in FIG. 1, FIG. 2 is also discussed below.

Zum Zeitpunkt t0 beginnt der Ladevorgang. Zu diesem Zeitpunkt wird zunächst der Ladestrom mit einer ersten Ladestromstärke I1 von der Ladevorrichtung 10 über die Kontakte 32 und 34 zu der elektronischen Vorrichtung 12 und von dieser zu dem Akkumulator 14 übertragen. Die elektronische Vorrichtung 12, insbesondere deren Ladekontrolleinrichtung ermittelt anhand der über den Kontakt 40 von dem Akkumulator übertragenen Daten, sofern nicht ohnehin schon bekannt, den Typ und Ladezustand des Akkumulators 14, wandelt diese Daten über den Wandler 26 und übermittelt diese Daten an die Regeleinrichtung 24. Diese steuert anhand der empfangenen Daten den Schalter 22 derart, dass der von der Ladevorrichtung 10 zugeführte Ladestrom pulsiert. Mit anderen Worten wird durch temporäres Öffnen und Schließen des Schalters 22 durch die Regeleinrichtung 24 der Ladestromkreis alternierend unterbrochen. Die Steuerung des Schalters 22 vermittels der Regeleinheit 24 erfolgt so, dass sich in der sich ergebenden Ladestrom-Pulsfolge Ladestromdaten codiert sind, welche von der Pulserkennungseinrichtung 20 decodiert werden und anhand welcher die Stromsteuereinrichtung 18 die variable Stromquelle 16 steuert. Auf diese Art und Weise kann das elektronische Gerät 12 der Ladevorrichtung 10 Informationen über die Art und den Ladezustand des aufzuladenden Akkumulators 14 mitteilen, so dass die Stromsteuereinrichtung 18 nach Maßgabe dieser Informationen die variable Stromquelle 16 einstellen kann. The charging process begins at time t0. At this time, the charging current with a first charging current intensity I 1 is first transmitted from the charging device 10 via the contacts 32 and 34 to the electronic device 12 and from there to the accumulator 14 . The electronic device 12 , in particular its charge control device, determines the type and state of charge of the battery 14 using the data transmitted from the battery via the contact 40 , if not already known, converts this data via the converter 26 and transmits this data to the control device 24 , On the basis of the received data, the latter controls the switch 22 in such a way that the charging current supplied by the charging device 10 pulsates. In other words, the charging circuit is alternately interrupted by the control device 24 temporarily opening and closing the switch 22 . The control of the switch 22 by means of the control unit 24 takes place in such a way that charging current data are encoded in the resulting charging current pulse sequence, which are decoded by the pulse detection device 20 and on the basis of which the current control device 18 controls the variable current source 16 . In this way, the electronic device 12 can inform the charging device 10 of the type and state of charge of the rechargeable battery 14 to be charged, so that the current control device 18 can set the variable current source 16 in accordance with this information.

Zur Erhöhung der Sicherheit kann vorgesehen sein, dass die Ladevorrichtung 10 der Ladekontrolleinrichtung das Ergebnis der ermittelten Ladestromdaten zurück übermittelt, das heißt bestätigt, und erst nach erneuter Bestätigung der Richtigkeit dieser Daten von Seiten der Ladekontrolleinrichtung im Rahmen der elektronischen Vorrichtung 12 eine Fortsetzung des Ladevorgangs erfolgt. To increase safety, it can be provided that the charging device 10 transmits the result of the determined charging current data back to the charging control device, that is to say confirms it, and the charging process is continued only after the charging control device has confirmed the correctness of this data within the electronic device 12 ,

Diese vorstehend beschriebene Initialisierung, das heißt die Übertragung und gewünschtenfalls Bestätigung der Ladestromdaten erfolgt mit einem Ladestrom mit der Stromstärke I1 während dem Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t0 und t1, also während der Zeitperiode Δt1. Nach Abschluss der Übertragung der Ladestromdaten wird dann der Ladestrom auf einen deutlich höheren Wert 12 erhöht, welcher für den ermittelten Typ und Ladezustand des Akkumulators 14 zur schnellen und zugleich schonenden Aufladung abgestimmt ist. This initialization described above, that is to say the transmission and, if desired, confirmation of the charging current data takes place with a charging current with the current intensity I 1 during the period between the times t 0 and t 1 , that is to say during the time period Δt 1 . After the transfer of the charging current data has been completed, the charging current is then increased to a significantly higher value 12, which is matched to the determined type and state of charge of the accumulator 14 for rapid and at the same time gentle charging.

Fig. 2 zeigt nun noch zwei Sonderfälle, welche während des Aufladens auftreten können. Zum einen ist Fig. 2 entnehmbar, dass bei fehlerhaftem Initialisierungsvorgang, also dann, wenn keine plausiblen Ladestromdaten von der Ladevorrichtung empfangen werden konnten, eine Ladestromstärke I3 nach Ablauf der Zeitperiode Δt1 eingestellt wird, mit welcher Ladestromstärke I3 dann standardmäßig der aufzuladende Akkumulator 14 aufgeladen wird. Mit dieser Maßnahme ist gewährleistet, dass auch dann, wenn kein für die Ladevorrichtung 10 plausibler Akkumulator-Typ oder/und Ladezustand anhand der übertragenen Ladestromdaten ermittelt werden kann, dennoch eine Aufladung des Akkumulators erfolgt, jedoch mit gegenüber der Stromstärke I2 reduzierter Stromstärke I3. Dadurch kann gewährleistet werden, dass der nicht identifizierte Akkumulator 14 dennoch in akzeptabler Zeit ohne Beschädigung aufgeladen wird. Fig. 2 now shows two special cases that can occur during charging. On the one hand, FIG. 2 shows that in the event of an incorrect initialization process, i.e. if no plausible charging current data could be received by the charging device, a charging current strength I 3 is set after the time period Δt 1 has elapsed, with which charging current strength I 3 the rechargeable battery to be charged as standard 14 is charged. This measure ensures that even if no battery type and / or state of charge that is plausible for the charging device 10 can be determined on the basis of the transmitted charging current data, the battery is still charged, but with a current I 3 that is reduced compared to the current I 2 , This can ensure that the unidentified battery 14 is nevertheless charged in an acceptable time without damage.

Betrachtet man nun den mittleren Bereich von Fig. 2, so erkennt man die Vorgänge bei einer Unterbrechung des Ladevorgangs. Die Unterbrechung findet zum Zeitpunkt t2 statt. Bei Unterbrechung des Ladevorgangs sind grundsätzlich zwei Fälle vorgesehen. Dauert die Unterbrechung über eine vorbestimmte Zeitperiode Δt2 bis zum Zeitpunkt t3 oder länger an, so beginnt die bereits mit Bezug auf den Zeitraum zwischen t0 und t1 vorstehend erläuterte Initialisierungsphase erneut, in welcher die Ladestromdaten übertragen werden und der ideale Ladestrom für den gegenwärtigen Ladezustand des Akkumulators ermittelt wird. Dauert hingegen die Unterbrechung des Ladevorgangs kürzer als die Zeitperiode Δt2, wie in Fig. 2 mit der punktierten Linie angedeutet, so wird der Ladevorgang mit derselben Stromstärke fortgeführt, wie vor der Unterbrechung, das heißt wie vor dem Zeitpunkt t2. Dies bedeutet, dass je nach vorliegendem Ladevorgang, also in Abhängigkeit davon, ob eine erfolgreiche Ladestromdaten-Übertragung (Initialisierung) stattfinden konnte oder nicht, entweder mit der Ladestromstärke I2 (bei erfolgreicher Ladestromdaten-Übertragung) oder mit der Ladestromstärke I3 (bei fehlerhafter Ladestromdaten-Übertragung) der Ladevorgang fortgesetzt wird. If one now looks at the middle area of FIG. 2, one can see the processes when the charging process is interrupted. The interruption takes place at time t 2 . If the charging process is interrupted, there are basically two cases. If the interruption lasts for a predetermined time period Δt 2 to time t 3 or longer, then the initialization phase already explained with reference to the time period between t 0 and t 1 begins again, in which the charging current data is transmitted and the ideal charging current for the current state of charge of the battery is determined. If, on the other hand, the interruption of the charging process lasts shorter than the time period Δt 2 , as indicated by the dotted line in FIG. 2, the charging process is continued with the same current intensity as before the interruption, that is to say before the time t 2 . This means that depending on the existing charging process, i.e. depending on whether a successful charging current data transfer (initialization) could take place or not, either with the charging current strength I 2 (with successful charging current data transmission) or with the charging current strength I 3 (with faulty Charging current data transmission) the charging process is continued.

Die Erfindung zeigt einen verfahrensmäßig und hardwaremäßig einfachen, jedoch zuverlässigen und insbesondere auf den jeweils aufzuladenden Akkumulator abgestimmten Weg, schnell und schonend den aufzuladenden Akkumulator aufzuladen. The invention shows a procedural and hardware simple but reliable and especially on the each battery to be charged, fast and gently charge the battery to be charged.

Claims (13)

1. Verfahren zum Laden eines mit einer Ladekontrolleinrichtung (12) gekoppelten Akkumulators (14) vermittels einer Ladevorrichtung (10), gekennzeichnet durch die Schritte: A) Zuführen eines Ladestroms mit einer ersten Stromstärke (I1) über eine vorbestimmte Initialisierungs-Zeitperiode (Δt1), B) Austauschen von Ladestromdaten zwischen der Ladekontrolleinrichtung (12) und der Ladevorrichtung (10) während der Initialisierungs-Zeitperiode und C) Zuführen eines Ladestroms mit einer nach Maßgabe der Ladestromdaten gewählten zweiten Stromstärke (I2, I3), wobei die Ladestromdaten während der Initialisierungs- Zeitperiode (Δt1) codiert durch gepulste Übertragung des Ladestroms mit der ersten Stromstärke (I1) übertragen werden. 1. A method for charging a rechargeable battery ( 14 ) coupled to a charging control device ( 12 ) by means of a charging device ( 10 ), characterized by the steps: A) supplying a charging current with a first current strength (I 1 ) over a predetermined initialization time period (Δt 1 ), B) exchanging charging current data between the charging control device ( 12 ) and the charging device ( 10 ) during the initialization time period and C) supplying a charging current with a second current strength (I 2 , I 3 ) selected in accordance with the charging current data, wherein the charging current data during the initialization time period (Δt 1 ) coded by pulsed transmission of the charging current with the first current (I 1 ) are transmitted. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladestromdaten Zustand, insbesondere Ladezustand, und Typ des Akkumulators (14) kennzeichnende Informationen enthalten. 2. The method according to claim 1, characterized in that the charging current data state, in particular state of charge, and type of the accumulator ( 14 ) contain characteristic information. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gepulste Übertragung durch temporäre Unterbrechung des Ladestroms vermittels der Ladekontrolleinrichtung (12) erfolgt, wobei die Ladevorrichtung (10) die Ladestromdaten aus den Strompulsen ermittelt. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the pulsed transmission is carried out by temporarily interrupting the charging current by means of the charging control device ( 12 ), the charging device ( 10 ) determining the charging current data from the current pulses. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladevorrichtung (10) in Schritt B) die aus den Pulsen ermittelten Ladestromdaten durch gepulste Übertragung des Ladestroms bestätigt. 4. The method according to claim 3, characterized in that the charging device ( 10 ) in step B) confirms the charging current data determined from the pulses by pulsed transmission of the charging current. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stromstärke (I1), vorzugsweise um die Hälfte, kleiner ist als die zweite Stromstärke (I2, I3). 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the first current (I 1 ), preferably by half, is smaller than the second current (I 2 , I 3 ). 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stromstärke (I1) zwischen 50 mA und 200 mA, vorzugsweise 100 mA, beträgt und dass die zweite Stromstärke (I2, I3) zwischen 500 mA und 2A, vorzugsweise 1,5A beträgt. 6. The method according to claim 5, characterized in that the first current (I 1 ) is between 50 mA and 200 mA, preferably 100 mA, and that the second current (I 2 , I 3 ) is between 500 mA and 2A, preferably 1 , 5A is. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei fehlendem oder fehlerhaftem Austauschen der Ladestromdaten eine vorbestimmte zweite Stromstärke (I3), vorzugsweise von etwa 700 mA, eingestellt wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the absence or faulty exchange of the charging current data, a predetermined second current intensity (I 3 ), preferably of about 700 mA, is set. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn der Ladestrom über eine zweite Zeitperiode (Δt2) oder länger unterbrochen wird, erneut die Schritte A) bis C) ausgeführt werden. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that when the charging current is interrupted for a second time period (Δt 2 ) or longer, steps A) to C) are carried out again. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn der Ladestrom kürzer als über die zweite Zeitperiode (Δt2) unterbrochen wird, Schritt C) mit der zuletzt eingestellten zweiten Stromstärke (12, 13) ausgeführt wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that when the charging current is interrupted for less than the second time period (Δt 2 ), step C) is carried out with the last set current intensity ( 12 , 13 ). 10. Vorrichtung (10) zum Laden eines mit einer Ladekontrolleinrichtung (12) gekoppelten Akkumulators (14), insbesondere gemäß dem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend:
eine veränderbare Stromquelle (16) zur Bereitstellung eines Stroms, mit dem der Akkumulator (14) aufzuladen ist,
eine Stromsteuereinrichtung (18) zur Steuerung der veränderbaren Stromquelle (16) und
eine Pulserkennungseinrichtung (20) zur Auswertung von Ladestrompulsen,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Pulserkennungseinrichtung (20) den Ladestrom auf von der Ladekontrolleinrichtung (12) in Form von Ladestrompulsen ausgegebene Ladestromdaten überwacht und dass die Stromsteuereinrichtung (18) die Stromquelle (16) zur Einstellung des Ladestroms nach Maßgabe der von der Pulserkennungseinrichtung (20) ausgewerteten Ladestrompulse ansteuert. 10. Device ( 10 ) for charging a battery ( 14 ) coupled to a charge control device ( 12 ), in particular according to the method according to one of the preceding claims, comprising:
a variable current source ( 16 ) for providing a current with which the accumulator ( 14 ) is to be charged,
a current control device ( 18 ) for controlling the variable current source ( 16 ) and
a pulse detection device ( 20 ) for evaluating charging current pulses,
characterized,
that the pulse detection device (20) monitors the charging current to the charging control means (12) in the form of charging current pulses output charge current data, and that the current control means (18), the current source (16) drives for adjusting the charging current in accordance with the evaluated from the pulse detection device (20) charge current pulses , 11. Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestromdaten Zustand, insbesondere Ladezustand, und Typ des Akkumulators (14) kennzeichnende Informationen enthalten. 11. The device ( 10 ) according to claim 10, characterized in that the charging current data state, in particular state of charge, and type of the battery ( 14 ) contain information characterizing. 12. Vorrichtung (10) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsteuereinrichtung (18) dazu ausgebildet ist, die Stromquelle (16) zur Bestätigung der Ladestromdaten gegenüber der Ladekontrolleinrichtung (12) gepulst zu betreiben. 12. The device ( 10 ) according to claim 10 or 11, characterized in that the current control device ( 18 ) is designed to operate the current source ( 16 ) in a pulsed manner to confirm the charging current data with respect to the charging control device ( 12 ). 13. Mobiles elektronisches Gerät (12), insbesondere Mobilfunk-Endgerät, umfassend eine Ladekontrolleinrichtung (12) und einen Akkumulator (14) zum Zusammenwirken mit einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladekontrolleinrichtung (12) einen Schalter (22) zur Unterbrechung des Ladestroms und eine den Schalter (22) steuernde Schaltersteuereinrichtung (24) aufweist, wobei die Schaltersteuereinrichtung (24) zur Erzeugung von Ladestromdaten in Form von Ladestromimpulsen nach Maßgabe des Zustands, insbesondere des Ladezustands, sowie des Typs des Akkumulators (14) ansteuert. 13. A mobile electronic device ( 12 ), in particular a mobile radio terminal, comprising a charge control device ( 12 ) and an accumulator ( 14 ) for interacting with a device ( 10 ) according to one of claims 10 to 12, characterized in that the charge control device ( 12 ) has a switch ( 22 ) for interrupting the charging current and a switch control device ( 24 ) controlling the switch ( 22 ), the switch control device ( 24 ) for generating charging current data in the form of charging current pulses in accordance with the state, in particular the state of charge, and the type controls the accumulator ( 14 ).
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