-
Die
Erfindung betrifft ein Batterieladegerät zum Laden wieder
aufladbarer Sekundärbatterien, wie Nickel-Cadmium-Batterien
oder Lithium-Ionen-Batterien.
-
Wieder
aufladbare Sekundärbatterien werden mit weiter Verbreitung
als Spannungsversorgung für tragbare Geräte wie
schnurlose Werkzeugmaschinen verwendet. Herkömmliche Batterieladegeräte
zum Laden derartiger Sekundärbatterien werden im Gebrauch
mit einer Netzspannungsversorgung verbunden. Wenn jedoch die schnurlose
Werkzeugmaschine an Orten verwendet wird, an denen keine Netzspannungsversorgung
verfügbar ist, muss der Benutzer zusätzliche Batterien
zum Austausch gegen leere Batterien mitführen.
-
Um
das oben genannte Problem zu lösen, ist in der Veröffentlichung
Nr. 2005-245145 zu einer japanischen
Patentanmeldung ein Batterieladegerät vorgeschlagen,
das Sekundärbatterien laden kann, während es mit
Spannung von verschiedenen Arten von Spannungsversorgungen, einschließlich
der Netzspannungsversorgung, versorgt wird.
-
Jedoch
sind in diesem bekannten Batterieladegerät mehrere Spannungsversorgungsschaltungen
entsprechend einer Anzahl verfügbarer Spannungsversorgungen
untergebracht, so dass die Größe des Geräts
groß ist. Außerdem werden die durch dieses Batterieladegerät
geladenen Sekundärbatterien überladen, wenn eine
spezielle Spannungsversorgung verwendet wird. Die Sekundärbatterien
können durch Überladen körperlich zerstört
werden oder eine übermäßig hohe Wärmemenge
erzeugen. Demgemäß wird in der Technik allgemein
nach Batterieladegeräten gesucht, die Batterien sicher
laden können.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Batterieladegerät
zu schaffen, das wieder aufladbare Batterien unter Verwendung einer
ausgewählten von mehreren Spannungsversorgungen laden kann,
ohne dass seine Größe übermäßig
hoch wäre.
-
Diese
Aufgabe ist durch das Batterieladegerät gemäß dem
beigefügten Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
-
Das
erfindungsgemäße Batterieladegerät verfügt über
einen vereinfachten Schaltungsaufbau, weswegen seine Größe
klein gehalten werden kann.
-
Spezielle
Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie andere Aufgaben werden
aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
ersichtlich werden.
-
1 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein Batterieladegerät
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
zeigt;
-
2 ist
eine Draufsicht des in der 1 dargestellten
Batterieladegeräts;
-
3 ist
eine Seitenansicht des in der 1 dargestellten
Batterieladegeräts von rechts, in das ein Batterieblock
eingesetzt ist;
-
4 ist
ein Blockdiagramm, das den elektrischen Aufbau des Batterieladegeräts
und einen durch diesen zu ladenden Batterieblock zeigt;
-
5A und 5B bilden
ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen von Betriebsabläufen, die
durch das Batterieladegerät auszuführen sind.
-
Nun
wird ein Batterieladegerät gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
-
Wie
es aus der 1 erkennbar ist, verfügt das
Batterieladegerät 1 der Ausführungsform über ein
oberes Gehäuse 6 und ein unteres Gehäuse 7, die
kombiniert das Gehäuse des Geräts bilden. Das untere
Gehäuse 7 ist als Quader mit einer Bodenwand und
einer rechteckigen oberen Öffnung ausgebildet. Das obere
Gehäuse 6 ist so ausgebildet, dass es diese rechteckige
obere Öffnung des unteren Gehäuses 7 abdeckt.
In der rechten Hälfte des oberen Gehäuses 6 ist
ein Batterieaufnahmeabschnitt 8 ausgebildet, der über
eine schräge Fläche 8a verläuft, die
von der rechten zur Vorderseite des oberen Gehäuses 6 hin
nach unten verläuft.
-
In
der schrägen Fläche 8a des Batterieaufnahmeabschnitts 8 sind
Gleitschienen 8b ausgebildet. Die Oberseite jeder Gleitschiene
erstreckt sich parallel zur schrägen Fläche 8a.
Ein Batterieblock 40 (siehe die 3) verfügt über
eine mit Schienen versehene Außenfläche, die auf
den Gleitschienen 8a verschiebbar sind.
-
Im
unteren Abschnitt der schrägen Fläche 8a ist
eine Anschlussabdeckung 9 vorhanden, an der Anschlüsse
nach außen hin frei liegen.
-
Um
den Batterieblock 40 durch das Batterieladegerät 1 zu
laden, wird er in der durch einen Pfeil gekennzeichneten Richtung
in die Oberseite des oberen Gehäuses 6 so eingesetzt,
dass die Schienen an ihm mit den Gleitschienen 8b in Eingriff
treten und sich zur Vorderseite der schrägen Fläche 8a nach
unten bewegen. So werden die Anschlüsse des Batterieblocks 40 mit
den entsprechenden Anschlüssen des Batterieladegeräts
in elektrischen und körperlichen Kontakt gebracht.
-
Wie
es in der 2 dargestellt ist, verfügt das
Batterieladegerät 1 über ein Wechselstromkabel 4 mit
einem Ende, das fest mit seinem Körper verbunden ist, während
das andere Ende einen Stecker aufweist, der mit einer Netzspannungsversorgung verbindbar
ist. Das Batterieladegerät 1 verfügt
auch über einen Verbinder 34, mit dem ein Gleichstromkabel 3 lösbar
verbindbar ist. Dieses Gleichstromkabel 3 wird dazu verwendet,
Gleichspannung von einer externen Gleichspannungsversorgung an das
Batterieladegerät 1 zu liefern.
-
Die 4 ist
ein Blockdiagramm, das den elektrischen Aufbau des Batterieladegeräts 1 und des
Batterieblocks 40 zeigt. Wie es unter Bezugnahme auf die 2 beschrieben
wurde, wird das Wechselstromkabel 4 typischerweise mit
der Netzspannungsversorgung 2 verbunden, und das Gleichstromkabel 3 wird
dazu verwendet, das Gerät mit einer externen Gleichspannungsversorgung 5 zu
verbinden, wenn die Netzspannungsversorgung 2 nicht verfügbar
ist.
-
Als
Erstes wird der elektrische Aufbau des Batterieblocks 40 beschrieben.
Dieser verfügt über eine Batterie 42 mit
einer vorgegebenen Anzahl von in Reihe geschalteter Zellen. Der
Batterieblock 40 verfügt auch über einen
Schutz-IC 41, eine Wärmeschutzeinheit 43 zum
Verhindern eines übermäßigen Temperaturanstiegs
des Batterieblocks 40, wie er während eines Ladevorgangs
für die Batterie 42 auftreten kann, einen Erkennungswiderstand 44,
eine Überladesignal-Übertragungsvorrichtung 45 sowie einen
Thermistor 46. Der Batterieblock 40 verfügt über
Anschlüsse positiv (+), negativ (–), T, LS und
LD, die mit den entsprechenden Anschlüssen seitens des Batterieladegeräts 1 zu
verbinden sind. Der Schutz-IC 41 verfügt über
einen Überspannungsdetektor 41a und einen Überlade-/Überstromdetektor 41b.
-
Alle
Zellen der Batterie 42 sind mit dem Schutz-IC 41 verbunden,
so dass dieser die an jeder Zelle der Batterie 42 auftretende Spannung überwachen
kann, ebenso wie die Gesamtspannung, die über die positiven
und negativen Anschlüsse hinweg entsteht. Der Überladedetektor 41a gibt über
die Überladesignal-Übertragungsvorrichtung 45 ein Anormalsignal
an den Anschluss LS aus, wenn die Spannung an mindestens einer der
Zellen eine vorbestimmte Zellenspannung überschreitet und
wenn die Spannung an der Batterie 42 eine vorbestimmte Batteriespannung überschreitet.
Der Überlade-/Überstromdetektor 41b gibt
ein Anormalsignal an den Anschluss LD aus, wenn beurteilt wird,
dass sich der eingesetzte Batterieblock in einem übermäßig entladenen
Zustand befindet, oder wenn der durch die Batterie 42 fließende
Ladestrom einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet.
Das am Anschluss LD des Batterieblocks 40 ausgegebene Anormalsignal
wird nicht näher beschrieben, da es in keinem direkten
Zusammenhang mit dem Betrieb des Batterieladegeräts gemäß der
vorliegenden Ausführungsform der Erfindung steht.
-
Der
Batterieerkennungswiderstand 44 ist zwischen den Negativanschluss
der Batterie 42 und den Anschluss T geschaltet. Der Erkennungswiderstand 44 verfügt
abhängig von der im Batterieblock 40 verwendeten
Batterie 42 über einen speziellen Widerstandswert.
Genauer gesagt, wird der Widerstand des Erkennungswiderstands 44 so
eingestellt, dass er den Typ der Batterie 42 und die Anzahl
der sie aufbauenden Zellen anzeigt. Der Thermistor 46 ist
in Kontakt mit der Batterie 42 oder in deren Nähe
angeordnet, um die Temperatur derselben zu erfassen. Das Ausgangssignal
des Thermistors 46 kann am Anschluss LS abgegriffen werden.
-
Als
Nächstes wird der elektrische Aufbau des Batterieladegeräts 1 beschrieben.
-
Das
Batterieladegerät 1 ist ein Computer-gesteuertes
Gerät mit einem Mikrocomputer 23. Obwohl es nicht
dargestellt ist, verfügt dieser über eine CPU,
einen ROM, einen RAM, einen Eingangsport und einen Ausgangsport.
Mit dem Eingangsport des Mikrocomputers 23 sind ein Batterietemperaturdetektor 26,
ein Erkennungswiderstandsdetektor 27, eine Ladestoppschaltung 28,
ein Eingangsgleichspannungsdetektor 21, eine Konstantspannungsschaltung 22 und
ein Batteriespannungsdetektor 30 verbunden. Mit dem Ausgangsport
des Mikrocomputers 23 sind eine erste Schaltsteuerungseinheit 12 für einen
ersten Optokoppler 15, eine zweite Schaltsteuerungseinheit 19,
eine Strom/Spannung-Einstelleinheit 25, ein Lüftermotor 32 über
einen Lüftermotortreiber 29 und ein Display 33 verbunden.
-
Unter
den mit dem Eingangsport des Mikrocomputers 23 verbundenen
Komponenten verfügt der Batterietemperaturdetektor 26 über
einen Eingang, der mit dem Anschluss LS des Batterieblocks 40 verbunden
ist und die Temperatur der Batterie 42 auf Grundlage des
Widerstandswerts des Thermistors 46 erfasst. Der Erkennungswiderstandsdetektor 27 verfügt über
einen Eingang, der mit dem Anschluss T des Batterieblocks 40 verbunden
ist und den Widerstandswert des in diesem vorhandenen Erkennungswiderstands 44 erfasst.
Der Mikrocomputer 23 ermittelt den Typ der Batterie und
die Anzahl der Zellen auf Grundlage des durch den Erkennungswiderstandsdetektors 27 erfassten
Widerstandswert des Erkennungswiderstands 44. Auf Grundlage
des Widerstandswerts des Erkennungswiderstands 44 und ferner
auf Grundlage der durch den Batterietemperaturdetektor 26 erfassten
Temperatur der Batterie 42 ermittelt der Mikrocomputer 23 den
Ladestrom oder einen Einstellwert zum Ausführen einer Konstantspannungssteuerung
und gibt eine entsprechende Anweisung an die Strom/Spannung-Einstelleinheit 25 aus.
-
Die
Ladestoppschaltung 28 ist mit dem Anschluss LS des Batterieblocks 40 verbunden,
und sie empfängt über die Überladesignal-Übertragungsvorrichtung 45 ein
Anormalsignal vom Überladedetektor 41a im Schutz-IC 41 des
Batterieblocks 40, wenn dieser erkennt, dass irgendeine
der Batteriezellen oder die Batterie 42 insgesamt in einen Überladezustand gebracht
ist. In diesem Fall gibt die Ladestoppschaltung 28 ein
Ladestoppsignal an den Mikrocomputer 23 aus. Das Ladestoppsignal
wird auch über den ersten Optokoppler 15 an die
erste Schaltsteuerungseinheit 12 und weiterhin an die zweite
Schaltsteuerungseinheit 19 geliefert, damit der Ladevorgang
der Batterie gestoppt wird.
-
Der
Erfassungsmodulspannungsdetektor 30 ist mit dem Positivanschluss
(+) des Batterieladegeräts 1 verbunden, um die
Spannung an der Batterie 42 zu erfassen. Die durch ihn
erfasste Spannung wird nicht nur an den Mikrocomputer 23 sondern
auch an eine Konstantstrom/Konstantspannung-Steuerungseinheit 24 geliefert,
die später beschrieben wird. Das Batterieladegerät 1 verfügt
ferner über einen Ladestromdetektor 31, der in
die Negativleitung einer zweiten Gleichrichter-/Glättungsschaltung 20,
die später beschrieben wird, eingefügt ist. Der
Ladestromdetektor 31 erfasst den in der Batterie 42 fließenden
Ladestrom, und er liefert den erfassten Wert an die Konstantstrom/Konstantspannung-Steuerungseinheit 24.
-
Die
Konstantstrom/Konstantspannung-Steuerungseinheit 24 steuert
die erste und die zweite Schaltsteuerungseinheit 12 und 19 auf
Grundlage der Ausgangssignale des Batteriespannungsdetektors 30,
des Ladestromdetektors 31 und der Strom/Spannung-Einstelleinheit 25.
Die Strom/Spannung-Einstelleinheit 25 stellt einen durch
die Batterie 42 zu schickenden Ladestrom sowie einen Einstellwert
zum Ausführen einer Konstantstromspannungssteuerung entsprechend
einem Ausgangssignal des Mikrocomputers 23 ein.
-
Das
Batterieladegerät 1 verfügt über
einen Hochfrequenztransformator 17 mit einer ersten Primärwicklung 17a,
einer zweiten Primärwicklung 17b und einer Sekundärwicklung 17c.
Die Netz-Wechselspannungsversorgung 5 ist über
eine erste Gleichrichter-/Glättungsschaltung 10 mit
der ersten Primärwicklung 17a verbunden. Diese
Gleichrichter-/Glättungsschaltung 10 verfügt über
eine Diodenbrücke (nicht dargestellt) und einen Kondensator
(nicht dargestellt). Die Diodenbrücke verwendet vier Dioden mit
Brückenanordnung zum Bewerkstelligen einer Vollweggleichrichtung.
Der Kondensator glättet die von der Diodenbrücke
ausgegebene Gleichspannung. Der Ausgang der ersten Gleichrichter-/Glättungsschaltung 10 ist
mit der ersten Primärwicklung 17a des Hochfrequenztransformators 17 über
ein erstes Schaltelement 11 verbunden. Bei dieser Ausführungsform
ist als erstes Schaltelement 11 ein FET verwendet.
-
Die
zweite Primärwicklung 17b des Hochfrequenztransformators 17 ist über
den Verbinder 34 mit der Gleichspannungsversorgung 5 verbindbar.
In die Positivleitung der Gleichspannungsversorgung 5 ist eine
Diode 35 eingefügt, und zwischen die zweite Batterie 17b und
die Negativleitung der Gleichspannungsversorgung 5 ist
ein zweites Schaltelement 18 geschaltet. Bei dieser Ausführungsform
wird als zweites Schaltelement 18 ebenfalls ein FET verwendet.
-
Mit
der Sekundärwicklung 17c des Transformators 17 ist
eine zweite Gleichrichter-/Glättungsschaltung 20 verbunden,
deren Ausgang mit dem Positiv- und dem Negativanschluss des Batterieblocks 40 verbunden
ist, um dadurch die in diesem enthaltene Batterie 42 zu
laden.
-
Die
erste Schaltsteuerungseinheit 12 ist mit dem ersten Schaltelement 11 verbunden,
und sie ändert die Breite oder die Dauer eines diesem zugeführten
Treiberimpulses entsprechend einer Anweisung vom Mikrocomputer 23 in
solcher Weise, dass die Ausgangsspannung der zweiten Gleichrichter-/Glättungsschaltung 20 geregelt
wird. In ähnlicher Weise ist der Ausgangsport des Mikrocomputers 23 auch mit
der zweiten Schaltsteuerungseinheit 19 verbunden. Die zweite
Schaltsteuerungseinheit 19 ändert die Breite oder
Dauer eines an das zweite Schaltelement (FET) 18 gelieferten
Treiberimpulses entsprechend einer Anweisung vom Mik rocomputer 23 in solcher
Weise, dass die Ausgangsspannung der zweiten Gleichrichter-/Glättungsschaltung 20 geregelt
ist.
-
Das
Batterieladegerät 1 verfügt ferner über einen
Eingangswechselspannungsdetektor 13 und eine Hilfsspannungsversorgung 14.
Der Eingangswechselspannungsdetektor 13 erfasst die von
der Netzwechselspannungsversorgung 5 zugeführte Wechselspannung.
Das von diesem Detektor ausgegebene Erfassungssignal wird über
den zweiten Optokoppler 16 an den Mikrocomputer 23 geliefert.
Die Hilfsspannungsversorgung 14 ist über die erste Gleichrichter-/Glättungsschaltung 10 hinweg
angeschlossen, und sie liefert über eine Konstantspannungsschaltung 22 eine
vorgegebene Spannung Vcc an den Mikrocomputer 23, die auch
an die Überladesignal-Übertragungsvorrichtung 45 geliefert
wird.
-
Die
Eingangsgleichspannungs-Erfassungsschaltung 21 ist mit
der Positivleitung der zweiten Primärwicklung 17b verbunden,
um zu erkennen, ob die Gleichspannungsversorgung 5 über
den Verbinder 34 an das Batterieladegerät 1 angeschlossen
ist.
-
Der
Lüftermotor 32 wird zum Kühlen des Batterieblocks 40 verwendet.
Er wird durch den Mikrocomputer 23 abhängig vom
Zustand des Batterieblocks 40 und dem Eingangszustand der
Netzwechselspannungsversorgung 5 oder der Gleichspannungsversorgung 5 gesteuert.
Wenn eine an einem Fahrzeug angebrachte Batterie als Gleichspannungsversorgung 3 verwendet
wird, kann es wünschenswert sein, das Betreiben des Lüftermotors 33 während
des Ladens des Batterieblocks 40 zu stoppen, um die Ruhe
im Fahrzeug aufrecht zu erhalten.
-
Das
Display 33 besteht aus einer oder mehreren LEDs, die den
Ladezustand des Batterieblocks 40 und den Eingangszustand
der Netzwechselspannungsversorgung 5 und der Gleichspannungsversorgung 5 anzeigen.
-
Als
Nächstes wird der Betrieb des Batterieladegeräts 1 unter
Bezugnahme auf das in den 5a und 5b dargestellte
Flussdiagramm beschrieben.
-
Wenn
das Batterieladegerät 1 durch die Netzwechselspannungsversorgung 5 oder
die Gleichspannungsversorgung 5 betrieben wird, wird die
vorgegebene Spannung Vcc über die Hilfsspannungsversorgung 14 an
den Mikrocomputer 23 und die Konstantspannungsschaltung 22 geliefert,
woraufhin Anfangseinstellungen im Mikrocomputer 23 implementiert
werden (Schritt 101). Dann zeigt das Display 33 an,
dass sich das Batterieladegerät 1 in einem Start-
oder Bereitschaftszustand befindet (Schritt 102), was beispielsweise
durch Abstrahlen roten Lichts von einer LED erfolgt.
-
Als
Nächstes schaltet der Mikrocomputer 23 sowohl
die erste als auch die zweite Schaltsteuerungseinheit 12 und 19 ab,
damit von der zweiten Gleichrichter-/Glättungsschaltung 20 keine
Ausgangsspannung erzeugt wird (Schritt 103). Dann beurteilt
der Mikrocomputer 23, ob die Eingangsspannung von der Netzwechselspannungsversorgung 5 verfügbar
ist oder nicht, was auf Grundlage des vom Eingangswechselspannungsdetektor 13 über
den zweiten Optokoppler 16 gelieferten Eingangssignals erfolgt
(Schritt 104). Wenn der Mikrocomputer 23 ermittelt,
dass die Netzwechselspannungsversorgung 5 verfügbar
ist (Schritt 4: JA), erfolgt eine weitere Beurteilung auf
Grundlage des Ausgangssignals des Eingangsgleichspannungsdetektors 21,
ob die Eingangsspannung von der Gleichspannungsversorgung 5 verfügbar
ist oder nicht (Schritt 105). Wenn der Mikrocomputer 23 ermittelt,
dass keine Eingangsspannung von der Gleichspannungsversorgung 5 verfügbar
ist (Schritt 105: NEIN), versetzt er das Batterieladegerät 1 in
einen Wechselspannungsmodus (Schritt 106).
-
Wenn
der Mikrocomputer 23 ermittelt, dass die Netzwechselspannungsversorgung 5 nicht
verfügbar ist (Schritt 104: NEIN), erfolgt eine
weitere Beurteilung dahingehend, ob die Gleichspan nungsversorgung 5 verfügbar
ist (Schritt 107). Wenn die Gleichspannungsversorgung 5 verfügbar
ist (Schritt 107: JA), versetzt der Mikrocomputer 23 das
Batterieladegerät 1 in einen Gleichspannungsmodus (Schritt 108).
-
Anschließend
beurteilt der Mikrocomputer 23, ob die Spannung von der
Gleichspannungsversorgung 5 anormal ist (Schritt 109).
Wenn der Mikrocomputer 23 keine Anormalität in
der Spannung der Gleichspannungsversorgung 5 findet (Schritt 109: NEIN),
geht die Routine zu einem Schritt 112 weiter, wohingegen
dann, wenn er herausfindet, dass die Spannung der Gleichspannungsversorgung 5 anormal
ist (Schritt 109: JA), das Display 33 so ansteuert, dass
es anzeigt, dass die Spannungsversorgung nicht verfügbar
ist oder anormal ist (Schritt 111), was beispielsweise
durch ein von der LED emittiertes blinkendes rotes Licht angezeigt
wird, woraufhin die Routine zum Schritt 103 zurückkehrt.
Wenn die Spannung der Gleichspannungsversorgung 5 anormal
niedrig ist, wird kein Ladenvorgang der Batterieblocks ausgeführt,
um zu verhindern, dass die Gleichspannungsversorgung 5,
beispielsweise eine Autobatterie, übermäßig
entladen wird.
-
Wenn
der Mikrocomputer 23 ermittelt, dass sowohl die Netzwechselspannungsversorgung 5 als auch
die Gleichspannungsversorgung 5 verfügbar sind,
(Schritt 104: JA; Schritt 105: JA), schaltet der Mikrocomputer 23 sowohl
die erste als auch die zweite Schaltsteuerungseinheit 12 und 19 ab
(Schritt 110). In diesem Fall steuert der Mikrocomputer 23 das
Display 33 so an, dass es anzeigt, dass die Spannungsversorgungen
fehlerhaft angeschlossen sind, wodurch der Bediener dazu veranlasst
wird, die Verbindungen derselben zu prüfen (Schritt 111), wozu
beispielsweise die LED blinkendes, rotes Licht emittiert, woraufhin
die Routine zum Schritt 103 zurückkehrt.
-
Wenn
sowohl die Netzwechselspannungsversorgung 5 als auch die
Gleichspannungsversorgung 5 versehentlich mit dem Batterielade gerät 1 verbunden
sind, verhindert der Mikrocomputer 23 ein Laden der Batterie.
Dies, da das Verwenden des Hochfrequenztransformators 17 und
der Konstantstrom/Konstantspannung-Steuerungseinheit 24 auf gleichzeitige
Weise im Wechselspannungs- und im Gleichspannungsmodus die Ausgangsspannung
der zweiten Gleichrichter-/Glättungsschaltung 20 instabil macht.
-
Wenn
der Mikrocomputer 23 ermittelt, dass weder die Netzwechselspannungsversorgung 5 noch die
Gleichspannungsversorgung 5 verfügbar sind (Schritt 104:
NEIN; S107: NEIN), schaltet der Mikrocomputer 23 sowohl
die erste als auch die zweite Schaltsteuerungseinheit 12 und 19 ab
(Schritt 110), und er steuert das Display 33 so
an, dass es einen Anschlussfehler für die Spannungsversorgungen
anzeigt oder den Bediener dazu auffordert, die Anschlüsse
derselben zu prüfen, wozu beispielsweise blinkendes, rotes
Licht von der LED emittiert wird (Schritt 110).
-
Nach
dem Versetzen des Batterieladegeräts 1 entweder
in den Wechselspannungsmodus (Schritt 106) oder den Gleichspannungsmodus
(Schritt 108) beurteilt der Mikrocomputer 23,
ob der Batterieblock 40 in das Batterieladegerät 1 eingesetzt
wurde (Schritt 112). Wenn ermittelt wird, dass kein Batterieblock 40 eingesetzt
wurde (Schritt 112: NEIN), werden ein Ladeabschlussflag
und ein Ladefortsetzflag rückgesetzt (Schritte 113 und 114),
woraufhin die Routine zum Schritt 102 zurückkehrt.
-
Wenn
der Mikrocomputer 23 ermittelt, dass ein Batterieblock 40 in
das Batterieladegerät 1 eingesetzt wurde (Schritt 112:
JA), beurteilt er, ob das Ladefortsetzflag gesetzt ist (Schritt 115).
Wenn dies der Fall ist (Schritt 115: JA), springt die Routine
zum Schritt 118 weiter. Wenn dagegen der Mikrocomputer 23 ermittelt,
dass das Ladefortsetzflag nicht gesetzt ist (Schritt 115:
NEIN), beurteilt er weiter, ob das Ladeabschlussflag gesetzt ist
(Schritt 116). Wenn dies der Fall ist (Schritt 116:
JA), kehrt die Routine zum Schritt 103 zurück.
Andernfalls, wenn der Mikro computer 23 ermittelt, dass
das Ladeabschlussflag nicht gesetzt ist (Schritt 116: NEIN),
ermittelt er den Typ der Batterie 42 und die Anzahl der
Batteriezellen auf Grundlage des Ausgangssignals des Erkennungswiderstandsdetektors 27 (Schritt 117).
Anschließend prüft der Mikrocomputer 23 die
Temperatur der Batterie auf Grundlage des Ausgangssignals des Batterietemperaturdetektors 26 (Schritt 118).
Wenn der Mikrocomputer 23 herausfindet, dass die Batterie
eine hohe Temperatur aufweist (Schritt 118: JA), steuert
er das Display 33 so an, dass der Bediener darüber
gewarnt wird, dass die Batterie eine hohe Temperatur aufweist, oder
damit angezeigt wird, dass der Ladevorgang abgeschlossen ist (Schritt 119),
woraufhin die Routine zum Schritt 103 zurückkehrt.
-
Wenn
der Mikrocomputer 23 ermittelt, dass die Temperatur der
Batterie nicht hoch ist (Schritt 118: NEIN), führt
er eine weitere Ermittlung dahingehend aus, ob das Batterieladegerät 1 im
Wechselspannungsmodus zu betreiben sei (Schritt 120). Falls nicht,
ermittelt er, dass das Batterieladegerät 1 im Gleichspannungsmodus
zu betreiben ist (Schritt 123), und er stellt einen Wert
ein, um eine Konstantspannungssteuerung oder eine Konstantstromsteuerung
auszuführen (Schritt 124). Im Schritt 124 wird der
optimale Wert zum Ausführen der Konstantspannungssteuerung
oder der Konstantstromsteuerung auf Grundlage des Ausgangssignals
des Erkennungswiderstandsdetektors 27 ausgewählt.
Genauer gesagt, wird der Ladestrom zum Implementieren der Konstantstromsteuerung
auf einen niedrigeren Wert für den Betrieb mit der Gleichspannungsversorgung 5 ausgewählt
als dann, wenn Betrieb mit der Netzwechselspannungsversorgung 5 erfolgt.
Dies, da die von der Gleichspannungsversorgung 5 gelieferte Leistung
im Allgemeinen kleiner als diejenige ist, die von einer Netzwechselspannungsversorgung 5 geliefert
wird. Ferner ist es wünschenswert, den Ladestrom kleiner
einzustellen, wenn die Anzahl der Primärwicklungszellen
größer ist. Demgemäß kann durch
Einstellen des Ladestroms die Ladeeffizienz verbessert werden, und
es kann die Lebensdauer des Batterieblocks 40 verlängert
werden.
-
Nachdem
der Mikrocomputer 23 den Schritt 124 ausgeführt
hat, schaltet er die zweite Schaltsteuerungseinheit 19 ein
(Schritt 125), und danach wird die Verarbeitung im Schritt 126 ausgeführt.
-
Wenn
der Mikrocomputer 23 im Schritt 120 ermittelt,
dass das Batterieladegerät 1 im Wechselspannungsmodus
zu betreiben ist, stellt er einen Wert für die Konstantspannungssteuerung
oder die Konstantstromsteuerung unter Verwendung der Netzwechselspannungsversorgung 5 ein
(Schritt 121). Im Schritt 121 wird der optimale
Wert zum Ausführen der Konstantspannungssteuerung oder
der Konstantstromsteuerung im Wechselspannungsmodus auf Grundlage
des Ausgangssignals des Erkennungswiderstandsdetektors 27 ausgewählt.
Genauer gesagt, wird der Ladestrom zum Implementieren einer Konstantstromsteuerung
auf einen größeren Wert für Betrieb mit
der Netzwechselspannungsversorgung 5 als für Betrieb
mit einer Gleichspannungsversorgung 5 ausgewählt.
-
Nach
dem Ausführen des Schritts 121 wird die erste
Schaltsteuerungseinheit 12 eingeschaltet (Schritt 122),
und der Mikrocomputer 23 steuert das Display 33 so
an, dass es anzeigt, dass der Ladevorgang andauert, wozu beispielsweise
oranges Licht emittiert wird. Zu diesem Zweck werden zwei LEDs gleichzeitig
zum Leuchten gebracht, von denen die eine rotes und die anderes
grünes Licht emittiert. Dann wird das Ladefortsetzflag
gesetzt (Schritt 127), und das Laden der Batterie wird
gestartet, während eine Konstantspannung oder ein Konstantstrom
an die Batterie geliefert wird. Das Laden der Batterie wird durch
die erste oder zweite Schaltsteuerungseinheit 12 oder 19 auf
Grundlage des Ausgangssignals der Konstantstrom/Konstantspannung-Steuerungseinheit 24 gesteuert.
-
Genauer
gesagt, wird, wenn die Batterie durch die Gleichspannungsversorgung 5 geladen wird,
das zweite Schaltelement (FET) 18 entsprechend dem Ausgangssignal
der zweiten Schaltsteuerungseinheit 19 angesteuert, damit
das Ausgangssignal der zweiten Gleichrichter-/Glättungsschaltung 20 so
gesteuert wird, dass eine vorbestimmte Spannung oder ein vorbestimmter
Strom erzeugt wird. Dabei entsteht eine Spannung auch an der Wicklung 17a,
jedoch wird diese durch eine Gleichrichterdiode (nicht dargestellt)
gesperrt, die in der ersten Gleichrichter-/Glättungsschaltung 10 vorhanden
ist. So erfährt der Bediener selbst dann keinen elektrischen Schlag,
wenn er den Stecker (nicht dargestellt) des Wechselstromkabels berührt.
Das erste Schaltelement 11 wird durch die erste Schaltsteuerungseinheit 12 ausgeschaltet
gehalten, damit der Stecker des Wechselstromkabels für
den Bediener sicher ist.
-
Anschließend
beurteilt der Mikrocomputer 23, ob die Batterie 42 einen
vollständig geladenen Zustand erreicht hat (Schritt 129).
Wie es in der Technik gut bekannt ist, sind verschiedene Verfahren
verfügbar, um den vollständig geladenen Zustand
zu erkennen. Beispielsweise wird die sogenannte –Δ-V-Erkennung
verwendet, um den vollständig geladenen Zustand von Nickel-Cadmium-Batterien
zu erkennen, wobei ermittelt wird, dass die Batterie diesen Zustand
erreicht hat, wenn ein vorbestimmter Spannungsabfall auftritt, nachdem
am Ende des Ladevorgangs die Spitzenspannung erreicht wurde. Zu
einem anderen Verfahren zum Erkennen des vollständig geladenen
Zustands gehören das Erkennen der Rate eines Temperaturanstiegs
der Batterie oder des Gradienten der Batterietemperatur während
eines vorbestimmten Intervalls, d. h. ΔT/Δt, und
das Bestimmen, dass die Batterie den vollständig geladenen
Zustand erreicht hat, wenn ein abrupter Anstieg dieses Werts erkannt
wird. Die Ermittlung im Schritt 129 zum Erkennen, dass
die Batterie den vollständig geladenen Zustand erreicht
hat, kann unter Verwendung eines oder mehrerer Verfahren zum Erkennen des
vollständigen Ladens erfolgen.
-
Wenn
der Batterieblock 40 eine Lithiumionenbatterie enthält,
ist es erforderlich, die Batterie so zu kontrollieren, dass die
Spannung an jeder Zelle derselben eine vorbestimmte Spannung (beispielsweise
4,2 V) nicht überschreitet, wenn die Batterie mit Konstantspannungssteuerung
oder Konstantstromsteuerung geladen wird, was in der Technik gut bekannt
ist. Ferner ist es erforderlich, das Erkennen des vollen Ladezustands
zu implementieren, wenn der Ladestrom während des Ladens
der Batterie bei Konstantstromsteuerung unter einen Wert zum Erkennen
des vollen Ladens fällt.
-
Wenn
im Schritt 129 erkannt wird, dass die Batterie den vollständig
geladenen Zustand noch nicht erreicht hat (Schritt 129:
NEIN), kehrt die Routine zum Schritt 104 zurück,
wohingegen andernfalls (Schritt 129: JA) das Ladefortsetzflag
rückgesetzt wird (Schritt 130) und das Display 33 so
gesteuert wird, dass es durch Emittieren grünen Lichts
von einer LED anzeigt, dass das Laden der Batterie abgeschlossen
ist (Schritt 131). Anschließend wird das Ladeabschlussflag
gesetzt (Schritt 132), und die Routine kehrt zum Schritt 103 zurück.
-
Wie
oben beschrieben, entspricht diese Ausführungsform der
Erfindung einem einfach verwendbaren Batterieladegerät,
das auf einfache Weise eine von zwei Spannungsversorgungen auswählen
kann, um wieder aufladbare Batterien zu laden, ohne dass die Größe
des Batterieladegeräts erhöht wäre.
-
Während
die Erfindung unter Bezugnahme auf eine spezielle Ausführungsform
detailliert beschrieben wurde, ist es vom Fachmann zu beachten, dass
daran viele Modifizierungen und Variationen vorgenommen werden können.
Beispielsweise ist die oben beschriebene Ausführungsform
so konfiguriert, dass zwei Spannungsversorgungen selektiv verwendet
werden, jedoch kann der Schaltungsauf bau so modifiziert werden,
dass drei oder mehr Spannungsversorgungen selektiv verwendet werden
können.
-
Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform ist es wünschenswert,
dass das Display 33 so gesteuert wird, dass es abhängig
von der restlichen Zeitperiode bis zum Abschluss des Ladevorgangs während
desselben verschiedene Anzeigen liefert. Beispielsweise kann das
Display 33 aus einer LED bestehen, die von kontinuierlichem
auf blinkendes Leuchten umgeschaltet wird, wenn die vorhergesagte
Restperiode bis zum Abschluss des Ladevorgangs einer vorbestimmten
Zeit entspricht, um es dadurch dem Bediener zu erleichtern, den
Ladefortschritt zu erkennen.
-
Ferner
ist es wünschenswert, dass der Beleuchtungszustand einer
LED (eines Displays) abhängig vom Typ der verwendeten Spannungsversorgung
geändert wird. Beispielsweise kann die LED blinken, wenn
eine Gleichspannungsversorgung verwendet wird, und das Blinkintervall
kann geändert werden, wenn der Ladevorgang fortschreitet.
Andererseits kann dann, wenn eine Wechselspannungsversorgung verwendet
wird, die LED des Displays 33 kontinuierlich leuchten.
Durch Blinken der LED, wenn eine Gleichspannungsversorgung verwendet
wird, kann ein übermäßiger Verbrauch
von Energie dieser Gleichspannungsversorgung verhindert werden. Dies
ist dann besonders vorteilhaft, wenn eine Fahrzeugbatterie als Gleichspannungsversorgung
für das Batterieladegerät verwendet wird.
-
Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform ist das Gleichstromkabel
am Körper des Batterieladegeräts anbringbar und
von ihm lösbar. Demgemäß kann das Gleichstromkabel
abgenommen werden und weggelegt werden, wenn dauernd oder meistens
das Wechselstromkabel verwendet wird.
-
Während
bei der oben beschriebenen Ausführungsform das Wechselstromkabel
fest am Körper des Batterieladegeräts angebracht
ist, kann eine solche Modifizierung erfolgen, dass es an diesem
anbringbar und von ihm lösbar ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-