DE102008001112A1 - Temperatursensor für einen Schaltkreis zur Steuerung von Auf- und Entladevorgängen eines Akkus - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Temperatursensor für einen Schaltkreis zur Steuerung von Auf- und Entladevorgängen eines Akkus, der mit einem Mikrokontroller (41) im Schaltkreis zur Steuerung von Auf- und Entladevorgängen zusammenwirkt, um die Temperatur des Akkus zu ermitteln. Der Temperatursensor (10) wird durch Halbleiter-Herstellungstechnik zu einem Temperatursensor ohne Pole gefertigt, der einen ersten (11) und einen zweiten Signalpin (12) sowie zumindest ein Paar von thermischen Dioden (also eine erste (13) und eine zweite thermische Diode (14)) aufweist, wobei der positive Pol der ersten thermischen Diode (13) und der negative Pol der zweiten thermischen Diode (14) mit dem ersten Signalpin (11) verbunden sind und der negative Pol der ersten thermischen Diode (13) und der positive Pol der zweiten thermischen Diode (14) mit dem zweiten Signalpin (12) verbunden sind. Die Erfindung ist insofern vorteilhaft, als die Korrektur leicht vorzunehmen ist, die Herstellungskosten niedrig sind, weniger Energie für den Betrieb erforderlich ist und die Störungsresistenz größer ist.

Description

• Technisches Gebiet
• Die Erfindung betrifft einen Temperatursensor, insbesondere einen Halbleiter-Temperatursensor, der für einen Schaltkreis zur Steuerung von Auf- und Entladevorgängen eines Akkus geeignet ist und mit einem Mikrokontroller im Schaltkreis zur Steuerung von Auf- und Entladevorgängen zusammenwirkt, um die Temperatur des Akkus zu ermitteln.
• Stand der Technik
• Unter den verschiedenen aufladbaren Akkus werden Lithiumakkus (auch als Lithium-Ionen-Akkus bezeichnet) deswegen häufig für die Stromversagung tragbarer kleinformatiger elektronsicher Geräte eingesetzt, weil sie Vorteile aufweisen wie kleines Volumen, hohe Energiedichte, kein Gedächtniseffekt, lange Lebensdauer des Schaltkreises (loop), Akkus mit Hochspannung, niedrige Selbstentladung, usw.
• Allgemein stellt ein Schaltkreis zur Steuerung von Auf- und Entladevorgängen eines Akkus viele Schutzfunktionen zur Verfügung, z. B. Schutz vor übermässiger Aufladung, übermässiger Entladung, übermässigem Stromfluss und Kurzschluss. Jedoch ist es auch wichtig, jederzeit die Temperatur des Akkus zu überwachen, seine elektrische Kapazität und Auf- und Entladevorgänge zu verwalten, damit die Leistung bei Auf- und Entladevorgänge im optimalen und sicheren Zustand aufrechterhalten wird. Aufgrund dessen umfasst der Schaltkreis zur Steuerung von Auf- und Entladevorgängen eines Akkus einen Stromkontrollschaltkreis, einen Stromverwaltungsschaltkreis und einen Temperatursensor, um jederzeit gemäß der Temperatur des Akkus den Aufladestrom zu verwalten.
• Der Stromverwaltungsschaltkreis wird häufig mittels eines Mikrokontrollers, z. B. eines von Texas Instruments (TI) hervorgebrachten Mikrokontrollers der Serie MSP430 realisiert. Ein derartiger Mikrokontroller wirkt weiterhin mit einem Temperatursensor zusammen, um die Temperatur des Akkus zu ermitteln. Als Temperatursensor wird üblicherweise ein Thermistor verwendet; allerdings verursachen Thermistoren höhere Herstellungskosten und größeren Energieverbrauch; außerdem wird bei Thermistoren die Temperatur durch Messen der Spannung ermittelt, wodurch die Thermistoren eine schlechtere Störungsresistenz aufweisen.
• Aufgabe der Erfindung
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Temperatursensor für einen Schaltkreis zur Steuerung von Auf- und Entladevorgängen eines Akkus zu schaffen, wobei der Temperatursensor mit einem Mikrokontroller im Schaltkreis zur Steuerung von Auf- und Entladevorgängen zusammenwirkt, um die Temperatur im Lithium-Akku zu ermitteln.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Temperatursensor ohne Pole zu schaffen, der für einen Schaltkreis zur Steuerung von Auf- und Entladevorgängen eines Akkus geeignet ist.
• Technische Lösung
• Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Temperatursensor für einen Schaltkreis zur Steuerung von Auf- und Entladevorgängen eines Akkus mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
• Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der erfindungsgemäße Temperatursensor einen ersten Signalpin und einen zweiten Signalpin auf, wobei zumindest eine erste und eine zweite thermische Diode vorgesehen sind, die gepaart sind. Der positive Pol der ersten thermischen Diode und der negative Pol der zweiten thermischen Diode sind mit dem ersten Signalpin verbunden, und der negative Pol der ersten thermischen Diode und der positive Pol der zweiten thermischen Diode sind mit dem zweiten Signalpin verbunden.
• Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung können beim erfindungsgemäßen Temperatursensor die erste und die zweite thermische Diode durch Halbleiter-Herstellungstechnik zu einem einzigen und kleinformatigen Halbleiter-Temperatursensor gefertigt werden. Die Erfindung ist insofern vorteilhaft, als die Herstellungskosten von thermischen Dioden niedriger sind als die von herkömmlichen Thermistoren, die thermischen Dioden energiesparender sind, und die thermischen Dioden durch Messen des Stromflusses die Temperatur ermitteln und daher störungsbeständiger sind.
• Kurze Beschreibung der Zeichnung
• 1 zeigt die Struktur des Schaltkreises eines erfindungsgemäßen Temperatursensors gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
• 2 zeigt die Struktur eines erfindungsgemäßen Temperatursensors gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
• 3 zeigt eine konkrete Konfiguration des Schaltkreises zur Steuerung von Auf- und Entladevorgängen eines Lithiumakkus, wobei der erfindungsgemäße Temperatursensor nur beispielsweise eingesetzt wird.
• Wege der Ausführung der Erfindung
• Im Folgenden werden Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung anhand der detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Jedoch soll die Erfindung nicht auf die Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen beschränkt werden.
• Wie aus 1 ersichtlich, umfasst der erfindungsgemäße Temperatursensor 10 einen ersten 11 und einen zweiten Signalpin 12 sowie zumindest ein Paar von thermischen Dioden (also eine erste 13 und eine zweite thermische Diode 14). Der positive Pol der ersten thermischen Diode 13 und der negative Pol der zweiten thermischen Diode 14 sind mit dem ersten Signalpin 11 verbunden, und der negative Pol der ersten thermischen Diode 13 und der positive Pol der zweiten thermischen Diode 14 sind mit dem zweiten Signalpin 12 verbunden.
• Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung können die erste 13 und die zweite thermische Diode 14 durch Halbleiter-Herstellungstechnik zu einem einzigen chipformatigen Halbleiter-Temperatursensor 10 gefertigt (siehe 2) und als ein Temperatursensor ohne Pole verpackt werden. Mit anderen Worten: Unter Einsatz des erfindungsgemäßen Temperatursensors braucht man die positive und negative Polarität des Schaltkreises nicht zu berücksichtigen.
• 3 zeigt eine konkrete Konfiguration des Schaltkreises zur Steuerung von Auf- und Entladevorgängen eines Lithiumakkus, wobei der erfindungsgemäße Temperatursensor 10 nur beispielsweise eingesetzt wird. Jedoch soll das obige Ausführungsbeispiel den Anwendungsbereich der Erfindung nicht beschränken. Der Schaltkreis zur Steuerung von Auf- und Entladevorgängen eines Lithiumakkus versorgt ein elektronisches Gerät 80 mit Strom und umfasst zwei Schalterelemente (MOS-FET) 61 und 62, eine Umwandlungseinheit für Wechsel- und Gleichstrom 30, eine Kontroll-IC (integrierte Schaltung) 40, einen Mikrokontroller 41, eine Stromverwaltungseinheit 50 und ein Aufladegerät 70, um eine ein- bzw. mehrteilige Lithiumakkueinheit aufzuladen (in der Zeichnung wird eine mehrteilige Lithiumakkueinheit 20 beispielhaft dargestellt). Der erfindungsgemäße Temperatursensor 10 wird durch Ankleben oder auf andere Weise seitlich der mehrteiligen Lithiumakkueinheit 20 angeordnet, um die Temperatur der mehrteiligen Lithiumakkueinheit 20 zu ermitteln. Hierbei schließen die Funktionen der Kontroll-IC 40 folgendes ein: Messen des Stromflusswerts des Temperatursensors 10 bei unterschiedlichen Temperaturen sowie Steuern des Ein- und Ausschaltens der Schaltelemente (MOS-FET) 61, 62. Die Kontroll-IC 40 wird den ermittelten Stromflusswert in ein digitales Signal umwandeln und es zum Mikrokontroller 41 senden, der dann mit einer bekannten Gleichung (formula) die Temperatur der mehrteiligen Lithiumakkueinheit 20 berechnet und dann diesen Temperaturwert zur Stromverwaltungseinheit 50 überträgt. Durch die Zusammenarbeit der Stromverwaltungseinheit 50 und des Mikrokontrollers 41 kann das Ein- und Ausschalten der beiden Schaltelemente (MOS-FET) 61, 62 mittels der Kontroll-IC 40 gesteuert werden. Auf diese Weise wird die Stromverwaltung beim Auf- und Entladen der mehrteiligen Lithiumakkueinheit 20 vorgenommen.
• Die Erfindung ist insofern vorteilhaft, als zwei thermische Dioden an ihren jeweiligen vorderen und hinteren Enden verbunden sind, wodurch ein Temperatursensor ohne Pole kleinformatig gebildet wird, wobei die Herstellungskosten von thermischen Dioden niedriger sind als die von herkömmlichen Thermistoren, die thermischen Dioden energiesparender sind als herkömmliche Thermistoren, und die thermischen Dioden durch Messen des Stromflusses die Temperatur ermitteln und daher störungsbeständiger sind.
• Die vorstehende Beschreibung stellt nur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und soll nicht die Patentansprüche beschränken. Alle gleichwertigen Änderungen und Modifikationen, die die in diesem technischen Bereich Sachkundigen gemäß der Beschreibung und den Zeichnungen der Erfindung vornehmen, gehören zum Schutzbereich der vorliegenden Erfindung. Der Schutzbereich der Erfindung richtet sich auf die nachstehenden Patentansprüche.

10

Temperatursensor

11

erster Signalpin

12

zweiter Signalpin

13

erste thermische Diode

14

zweite thermische Diode

20

mehrteilige Lithiumakkueinheit

30

Umwandlungseinheit für Wechsel- und Gleichstrom

40

Kontroll-IC

41

Mikrokontroller

50

Stromverwaltungseinheit

61, 62

Schaltelement (MOS-FET)

70

Aufladegerät

80

elektronisches Gerät

Claims (2)

1. Temperatursensor für einen Schaltkreis zur Steuerung von Auf- und Entladevorgängen eines Akkus, der zum Ermitteln der Temperatur eines Akkus im Schaltkreis zur Steuerung von Auf- und Entladevorgängen des Akkus eingesetzt wird, umfassend – einen ersten (11) und einen zweiten Signalpin (12) sowie zumindest ein Paar von thermischen Dioden (also eine erste (13) und eine zweite thermische Diode (14)), wobei der positive Pol der ersten thermischen Diode (13) und der negative Pol der zweiten thermischen Diode (14) mit dem ersten Signalpin (11) verbunden sind, und der negative Pol der ersten thermischen Diode (13) und der positive Pol der zweiten thermischen Diode (14) mit dem zweiten Signalpin (12) verbunden sind.
2. Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (13) und die zweite thermische Diode (14) durch Halbleiter-Herstellungstechnik in einem einzigen chipformatigen Halbleiter-Temperatursensor (10) gefertigt sind.