DE102004034028B4

DE102004034028B4 - Einrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie

Info

Publication number: DE102004034028B4
Application number: DE102004034028A
Authority: DE
Inventors: Christian Dipl.-Ing. Grone
Original assignee: Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Sennheiser Electronic Se & Co Kg De
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2004-07-13
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2024-07-14
Also published as: US20060017425A1; GB2416935A; DE102004034028A1; US7715161B2; GB0514422D0; GB2416935B

Abstract

Einrichtung, bestehend aus einem Speicher (6) zur Speicherung von elektrischer Energie und einer Einrichtung mit Auto-Shut-Off Funktion, mit einer Überwachung des Ausgangsstroms aus dem Speicher (6) und einem steuerbaren Schalter (9, Q1), mittels dem der Ausgangsstrom unterbrechbar ist, wobei der Schalter (9, Q1) geöffnet wird, der Ausgangsstrom also unterbrochen wird, wenn die Einrichtung zur Überwachung des Ausgangsstroms feststellt, dass für eine vorbestimmte Zeit der Ausgangsstrom nicht oder nur äußerst geringfügig schwankt, wobei die Auto-Shut-Off Funktion mittels eines Schalters (S3) abschaltbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, bestehend aus einem Speicher zur Speicherung von elektrischer Energie. Dies kann beispielsweise eine Batterie, ein Akkumulator oder ein anderer elektrischer Speicher, z. B. Kondensator (Doppel-Schichtkondensator) sein.
Solche elektrischen Speichereinrichtungen verfügen regelmäßig über einen Ausgang zur Abgabe der gespeicherten elektrischen Energie.
Solche Speicher können entweder in Geräten eingebaut sein, z. B. in Radios, Kopfhörern, MP3-Playern und dergleichen, also z. B. in tragbaren Geräten der Unterhaltungselektronik oder solche elektrischen Speicher bilden eine eigene Einheit (z. B. Batteriepack) und diese ist dann mit dem mit elektrischer Energie zu versorgenden Gerät koppelbar, zusammensteckbar, fest verbunden oder dergleichen. Die Kopplung erfolgt regelmäßig hierbei über Stecker, wobei die Speichereinheit über einen Stecker verfügt, welcher mit einem entsprechenden Gegenstück, z. B. einer Kupplung oder einem entsprechenden Gegenstecker des elektrischen Gerätes zusammenwirkt, damit dieses Gerät mit der gewünschten elektrischen Energie versorgt werden kann.
Als Stand der Technik ist das US-Patent 6,704,428 B1 bekannt.
Bei der vorliegenden Anmeldung wird nunmehr das Ziel verfolgt, den Verbrauch von elektrischer Energie so gering wie möglich zu halten, gegenüber bisherigen Lösungen einzusparen und eine aus Fertigungssicht große Vereinfachung herbeizuführen.
Das Ziel wird mit einer Einrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, dass die Stromversorgung unterbrochen wird, wenn eine bestimmte Stromcharakteristik des Ausgangsstroms festgestellt wird.
Genau diese Stromcharakteristik wird nämlich überwacht, und zwar im Stromausgang des elektrischen Speichers und wenn eine voreingestellte Stromcharakteristik festgestellt wird, wird der Stromausgang durch den steuerbaren Schalter unterbrochen, so dass ein Gerät, welches mit der erfindungsgemäßen Einrichtung verbunden ist, von der Stromversorgung abgehängt ist.
Ein besonderer Aspekt der Erfindung besteht auch darin, dass eine Energiefunktion realisiert wird, ohne an dem am Speicher angeschlossenen Gerät selbst irgend eine Änderung vornehmen zu müssen.
Bei der Erfindung wird der Ausgangsstrom, also der Strom aus dem elektrischen Speicher überwacht und solange dieser Ausgangsstrom einen bestimmten Wert überschreitet und/oder einen bestimmten Schwankungswert überschreitet, wird das angeschlossene Gerät mit elektrischer Energie versorgt.
Stellt nunmehr die Stromüberwachungseinrichtung fest, dass die Stromschwankung einen bestimmten Schwellwert unterschreitet und/oder der abgegebene Strom im Mittel einen bestimmten Wert unterschreitet, so wird eine Timerfunktion gestartet und wenn der Timerfunktion auslösende Zustand, also die zuvor beschriebene Unterschreitung, über einen vorbestimmten Zeitraum, z. B. 30 sec., 1 min., 1 ½ min., 2 min. u. s. w. erhalten bleibt, wird durch den gesteuerten Schalter die Stromversorgung, also der Stromausgang unterbrochen.
Bevorzugt kann die Timerfunktion auch vom Benutzer individuell eingestellt werden und wenn nach Start der Timerfunktion, jedoch vor Auslösung der Schaltfunktion (Unterbrechung) wiederum eine Stromcharakteristik erreicht wird, welche außerhalb der Schaltkriterien liegt, so wird die Timerfunktion neu gestartet, wenn die Schwankungswerte bzw. die absoluten Werte des mittleren Stromverbrauchs die vorbestimmten Werte unterschreiten.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert:
Dieses Ausführungsbeispiel zeigt,
1 ein Kopfhörer mit aktiver Schallunterdrückung mit einem erfindungsgemäßen Batterieversorgungsmodul;
2 ein Blockschaltbild des Batterieversorgungsmoduls;
3 eine konkrete Schaltungsausführung des Batterieversorgungsmoduls.
1 zeigt ein Modul 1 (bzw. Einheit), bestehend aus einem elektrischen Speicher in Form einer Batterie und darin integrierter Auto-Abschalt-Funktion und am Ausgang 2 dieses Moduls ist ein Stecker vorgesehen, welcher über eine Leitung 3 mit dem Ausgang verbunden ist.
Dieser Stecker passt mit einer Kupplung 4 oder einem entsprechenden Gegenstecker eines bekannten Kopfhörers 5 mit aktiver Schallunterdrückung (nachfolgend ANR Headset genannt) zusammen.
Es ist aber auch möglich, jedes andere Gerät an das Versorgungsmodul anzuschließen, soweit dies durch eine entsprechende Kupplungs- und Steckerverbindung möglich ist.
Die vorbeschriebene Auto-Abschalt-Funktion soll verhindern, dass bei Nichtbenutzung des angeschlossenen elektrischen Gerätes, also in diesem Fall des ANR Headsets 5, unnötig Energie des elektrischen Speichers, also Batterieenergie, z. B. bei Vergessen des Ausschaltens seitens des Benutzers verbraucht (verschwendet) wird.
2 zeigt nunmehr die erfindungsgemäße Ausführung des Moduls 1.
Hierbei ist zu erkennen, dass am Ausgang 7 der Batterie 6 ein Stromausgang 8 ausgebildet ist, in dessen Weg ein steuerbarer Schalter 9 eingebaut ist und gleichzeitig wird über eine Stromdetektierungseinrichtung 10 der Ausgangsstrom im Stromausgang überwacht und die Stromdetektierungseinrichtung ist über eine Ein-/Ausschalt-Logik 11 als Steuereinrichtung mit dem Schalter 9 verbunden.
Die gesamte Elektronik zur Überwachung des Stromes, wie auch die anderen Bauteile, beziehen Ihre Energieversorgung aus der Batterie.
Wenn nunmehr das angeschlossene elektrische Gerät einen Stromverbrauch aufweist, bei dem die Stromschwankungen nur äußerst gering sind, also einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet, z. B. ein Schwellwert von 30 mA (plus/minus 10 mA), so wird dies von der Stromüberwachungseinrichtung entsprechend erfasst und durch einen Vergleich mit einem entsprechend vorgegebenen Wert daraus ein Ergebnis geschlossen. Liegt beispielsweise die Stromschwankung unter einem vorbestimmten Schwellwert, was durch einen einfachen Vergleich mit dem Schwellwert leicht ermittelt werden kann, so wird ein Schaltsignal generiert, welches zur Schaltunterbrechung des Schalters 9 und damit zur Unterbrechung des gesamten Stromausgangs führt.
Damit bei kurzfristigen Unterschreiten des Schwellwertes nicht gleich eine Unterbrechung beigeführt wird, ist die Messung des Unterschreitens der vorbestimmten Stromschwankungsschwellwerte auch an eine Zeitmessung (in der Logik 11) gebunden, was durch eine einfache Timerfunktion gewährleistet werden kann.
Wird also für eine vorbestimmte Zeit, z. B. 30 sec., 1 min., 2 min., 5 min. u. s. w., also einem vorbestimmten Zeitabschnitt, der vorbestimmte Schwellwert der Stromschwankung unterschritten, so erfolgt nach Ablauf dieser Zeit bei gleichzeitiger Unterschreitung des Schwellwertes über die gesamte Zeit die Stromunterbrechung.
In Ergänzung der zuvor beschriebenen Lösung, kann gleichzeitig der absolute Stromverbrauch (Mittelwert) bzw. Energieverbrauch gemessen werden und wenn dieser Verbrauchswert, z. B. gemessen über eine Minute, für eine bestimmte wiederum vorbestimmte Zeit, einen bestimmten vorbestimmten Schwellwert des absoluten Stromverbrauchs (Mittelwert) unterschreitet, so löst dies ein entsprechendes Abschaltsignal und damit die Unterbrechung des Schalters aus.
Wie in der Zeichnung in 3 ferner durch einen entsprechenden Schalter S3 dargestellt ist, ist die Auto-Shut-Off Funktion abschaltbar, so dass die Stromversorgung – auch bei Unterschreitung der zuvor beschriebenen Schwellwerte – nicht unterbrochen wird. Ferner ist durch einen Schalter 12 (2) die gesamte Stromversorgung der Batterie ein- bzw. ausschaltbar.
Ist ein ANR Headset angeschlossen, so führt das Tragen und Benutzen eines solchen geschlossenen Headsets zu großen Schalldruckschwankungen an den Hörerkappen, hervorgerufen durch Kopf- und Kieferbewegungen. Diese Schalldrücke versucht das ANR System auszugleichen und mithin lässt sich das Arbeiten, also die Funktion der aktiven Schallunterdrückung anhand der Stromaufnahme feststellen. Ist also die Stromschwankung der Stromaufnahme äußerst gering, so wird erfindungsgemäß daraus geschlossen, dass das ANR Headset-System insgesamt nicht im Einsatz ist, weil es bei der normalen Lebenserfahrung unwahrscheinlich ist, dass über einen gewissen Zeitraum, wenn das System im Einsatz selber ist und getragen wird, keine Schwankungen zustande kommen.
In der 3 ist ein konkretes Ausführungsbeispiel (Best. mode) der Elektronik des elektrischen Speichers dargestellt.
In der 3 werden über die Dioden D7 und den Kondensator C12 nur die Stromschwankungen durchgelassen, so dass dies dazu führt, dass der Kondensator C9 sich nicht entlädt, wenn die (Summe der) Stromschwankungen einen bestimmten Schwellwert überschreiten. Da das Kondensator-Widerstands-Netzwerk (RC-Glied) sich auch über eine Zeitkonstante ständig entlädt, müssen also stets hinreichende Stromschwankungen gegeben sein, damit nicht ein bestimmter Ladezustand des Kondensators C9 unterschritten wird. Der Ausgang des Kondensators C9 ist mit dem invertierenden Eingangs des Komparators U2 verbunden, welcher über seinen anderen Eingang stets einen Vergleich der beiden Eingangswerte vornimmt. Wenn am Eingang 6 des Komparators U2 der vorangestellte Schwellwert unterschritten wird, so führt dies dazu, dass über den Ausgang 7 ein entsprechendes Schaltsignal auf den Transistor Q8 gegeben wird, wodurch dann die gesamte Batterieversorgung abgeschaltet wird.
Es ist ersichtlich, dass über eine entsprechende geänderte Auslegung von D7 bzw. C9 und R35 sowie des Komparators U2 auch andere Stromcharakteristika einstellbar sind, um gleichwohl eine erfindungsgemäße Abschaltung herbeizuführen.
Bei der Auslegung ist darauf zu achten, dass einerseits das Abschaltkriterium nicht zu häufig erreicht wird, beispielsweise also dann, wenn die Auslegung zu empfindlich eingestellt ist und das Abschaltkriterium mithin häufig erreicht wird und andererseits muss bei der Auslegung auch darauf geachtet werden, dass das Abschaltkriterium auch schnell genug erreichbar ist, also zumindest dann, wenn das Gerät sich nicht mehr in Benutzung befindet.
Die in 3 dargestellte Auslegung geht davon aus, dass bei einem mittleren Stromverbrauch von etwa 30 mA und mehr keine Abschaltung erfolgen sollte, dass aber dann, wenn der Ruhestrom etwa 25 mA beträgt, eine Abschaltung automatisch ausgelöst wird.

Claims

Einrichtung, bestehend aus einem Speicher (6) zur Speicherung von elektrischer Energie und einer Einrichtung mit Auto-Shut-Off Funktion, mit einer Überwachung des Ausgangsstroms aus dem Speicher (6) und einem steuerbaren Schalter (9, Q1), mittels dem der Ausgangsstrom unterbrechbar ist, wobei der Schalter (9, Q1) geöffnet wird, der Ausgangsstrom also unterbrochen wird, wenn die Einrichtung zur Überwachung des Ausgangsstroms feststellt, dass für eine vorbestimmte Zeit der Ausgangsstrom nicht oder nur äußerst geringfügig schwankt, wobei die Auto-Shut-Off Funktion mittels eines Schalters (S3) abschaltbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zeit 30 Sekunden bis 2 Minuten beträgt.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsstrom unterbrochen wird, wenn keine oder nur geringfügige Stromschwankungen innerhalb einer Minute von der Einrichtung zur Überwachung des Ausgangsstroms festgestellt werden.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromausgangsleitung mit einem Stecker (2) abgeschlossen ist und dieser Stecker geeignet ist, mit einer entsprechenden Kupplung (4) oder mit einem Gegenstück einer elektrischen Einrichtung (5) zusammenzuwirken.
Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Einrichtung (5) ein elektroakustisches Gerät ist.
Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektroakustische Gerät ein Kopfhörer mit aktiver Schallunterdrückung (5) ist.