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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Laden
einer Anzahl von wiederaufladbaren Batteriezellen. Die Erfindung
betrifft des Weiteren ein Ladesystem zum elektrischen Laden einer
Anzahl von wiederaufladbaren Batteriezellen.
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Stand der Technik
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Mehrfachladegeräte,
auch als Multibay-Ladegeräte bezeichnet, ermöglichen
das automatische Laden von mehreren wiederaufladbaren Batteriezellen
ohne Eingriff eines Bedieners. Die Ladegeräte können
für ein sequentielles Laden von Batteriezellen ausgebildet
sein, so dass lediglich eine einzelne elektrische Ladeeinrichtung
zum Einsatz kommt. Gegenüber einem gleichzeitigen Laden
von Batteriezellen wird auf diese Weise insbesondere eine Kostenersparnis
und ein Platzvorteil erzielt. Zum Überwachen eines Ladevorgangs
und zur Steuerung der Reihenfolge, in welcher Batteriezellen geladen
werden, weisen die Ladegeräte eine Kontrolleinrichtung auf.
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Ein
derartiges Mehrfachladegerät ist aus der
DE 42 16 045 A1 bekannt.
Neben einer Steuereinrichtung weist das Ladegerät Messeinrichtungen
auf, um die Spannung und die Temperatur der Batteriezellen während
des Ladevorgangs zu überwachen. Anhand der gemessenen Ladespannung
kann erkannt werden, ob die betreffende Batteriezelle ihren maximalen
Ladestand erreicht hat, so dass das Laden dieser Batteriezelle abgebrochen
und der Ladevorgang mit einer weiteren Batteriezelle fortgesetzt wird.
Dieses Verfahren wird auch bei Überschreiten eines vorgegebenen
Temperaturgrenzwerts durchgeführt.
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Das
aus der
DE 42 16 045
A1 bekannte Ladegerät ist auf das elektrische
Laden von NiCd-Batterien ausgelegt. Das Laden erfolgt hierbei mit
einem auf einen vor gegebenen Wert begrenzten Ladestrom, was auch
als Konstantstrom-Ladeverfahren bezeichnet wird. Daneben sind wiederaufladbare Batteriezellen
bekannt, welche für einen komplexeren Ladevorgang ausgebildet
sind. Hierunter fällt das sogenannte IU-Ladeverfahren,
auch als CCCV-Ladeverfahren (constant current constant voltage)
bezeichnet. Bei diesem Verfahren wird eine Batteriezelle in einer
ersten Phase (I-Ladung) bei konstantem Strom und ansteigender Spannung,
und ab Erreichen einer maximalen Spannung in einer zweiten Phase
(U-Ladung) bei konstanter Spannung und abfallendem Strom geladen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein effizientes
Verfahren zum elektrischen Laden einer Anzahl von wiederaufladbaren Batteriezellen
anzugeben, welche für ein IU-Ladeverfahren ausgebildet
sind. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein zugehöriges
Ladesystem zum elektrischen Laden solcher Batteriezellen bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch
1 und durch ein Ladesystem gemäß Anspruch 9 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind
in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird
ein Verfahren zum elektrischen Laden einer Anzahl von wiederaufladbaren
Batteriezellen vorgeschlagen, wobei die Batteriezellen für
ein Laden in einer ersten Phase bei konstantem Strom und ansteigender
Spannung und in einer auf die erste Phase folgenden zweiten Phase
bei konstanter Spannung und abfallendem Strom ausgebildet sind.
Die Batteriezellen werden sequentiell geladen, so dass jeweils nur
eine der Batteriezellen geladen wird. Das Verfahren zeichnet sich
dadurch aus, dass eine Batteriezelle in der ersten Phase geladen wird,
bei Erreichen einer vorgegebenen Grenzspannung das Laden der betreffenden
Batteriezelle in der ersten Phase unterbrochen wird und das Laden
mit einer weiteren Batteriezelle fortgesetzt wird.
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Bei
einem IU-Ladevorgang wird einer Batteriezelle in der ersten Phase
(I-Ladung) üblicherweise eine relativ hohe Ladungsmenge
in einer relativ kurzen Zeit zugeführt. Die zweite Phase
(U-Ladung), in welcher die restliche Ladungsmenge zum Erreichen der
vollständigen Ladekapazität eingeladen wird, nimmt
in der Regel gegenüber der ersten Phase eine verhältnismäßig
große Zeitdauer in Anspruch. Das erfindungsgemäße
Verfahren trägt diesem Umstand Rechnung, um in möglichst
kurzer Zeit eine möglichst große Ladungsmenge
in mehrere Batteriezellen einzuladen. Anstelle eine Batteriezelle
unmittelbar nacheinander in der ersten und in der zweiten Phase
zu laden, so dass die betreffende Batteriezelle ihre vollständige
Ladekapazität erreicht, und erst dann den Ladevorgang mit
einer weiteren Batteriezelle fortzusetzen, wird das Laden der betreffenden
Batteriezelle in der ersten Phase (d. h. vor oder bei Erreichen
der zweiten Phase) unterbrochen sowie der Ladevorgang mit einer
weiteren Batteriezelle fortgesetzt. Auf diese Weise kann pro Zeiteinheit
eine größere Energiemenge in die Batteriezellen
eingeladen werden. Anders ausgedrückt, wird erfindungsgemäß vermieden,
dass an einer Batteriezelle „wertvolle” Zeit aufgewendet
wird, um in diese eine Restkapazität einzulagern, wohingegen
in der gleichen Zeit in einer anderen Batteriezelle eine wesentlich
größere Energiemenge eingeladen werden kann.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist die vorgegebene Grenzspannung,
bei welcher das Laden in der ersten Phase unterbrochen wird, die
Spannung, bei welcher eine Batteriezelle in der zweiten Phase geladen
wird. Diese Spannung wird auch als Ladeschlussspannung bezeichnet.
Anders ausgedrückt, wird die betreffende Batteriezelle
in der ersten Phase bis zum Erreichen des in der ersten Phase maximal
möglichen Ladestands geladen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird für
den Fall, dass beim Laden der weiteren Batteriezelle die vorgegebene
Grenzspannung vorliegt, das Laden der weiteren Batteriezelle unterbrochen.
Die weitere Batteriezelle besitzt hierbei bereits eine entsprechende
Ladungsmenge bzw. einen Ladestand, welche(r) zum Vorliegen der vorgegebenen Grenzspannung
führt. Das Laden wird daher mit einer anderen Batteriezelle
fortgesetzt.
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Sofern
jedoch die Anzahl der zu ladenden Batteriezellen lediglich zwei
beträgt, und es sich bei der Grenzspannung um die Ladeschlussspannung handelt,
kann der Ladevorgang auch mit der weiteren Batteriezelle fortgesetzt
werden, anstelle das Laden der weiteren Batteriezelle zu beenden.
Die weitere Batteriezelle wird hierbei in der zweiten Phase geladen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden sämtliche
Batteriezellen zunächst in der ersten Phase geladen und
nachfolgend wird wenigstens eine der Batteriezellen in der zweiten
Phase geladen. Durch das Laden sämtlicher Batte riezellen
in der ersten Phase erhalten diese Batteriezellen in einer relativ
kurzen Zeit eine relativ große Ladungsmenge. Hierdurch
kann in dieser Zeit ein größerer „Gesamtladestand” der
Batteriezellen erzielt werden, verglichen mit einem Laden der Batteriezellen
auf eine Weise, in welcher das Laden in der ersten und der zweiten
Phase pro Batteriezelle jeweils nacheinander ausgeführt
wird.
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Bei
den für das Verfahren in Betracht kommenden Batteriezellen
handelt es sich vorzugsweise um Lithium-basierte Batteriezellen.
Hierbei kann es sich insbesondere um Lithium-Ionen- oder Lithium-Polymer-Zellen
handeln.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Temperatur
der Batteriezellen gemessen. Für den Fall, dass bei einem
Laden einer Batteriezelle die gemessene Temperatur einen vorgegebenen
Temperaturgrenzwert über- oder unterschreitet, wird das
Laden der betreffenden Batteriezelle unterbrochen und das Laden
mit einer weiteren Batteriezelle fortgesetzt.
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Erfindungsgemäß wird
des Weiteren ein Ladesystem zum elektrischen Laden einer Anzahl
von wiederaufladbaren Batteriezellen vorgeschlagen. Das Ladesystem
weist eine Ladeeinrichtung zum wahlweisen Laden jeweils einer der
Batteriezellen auf, welche ausgebildet ist, eine Batteriezelle in
einer ersten Phase bei konstantem Strom und ansteigender Spannung
und in einer auf die erste Phase folgenden zweiten Phase bei konstanter
Spannung und abfallendem Strom zu laden. Weiter vorgesehen ist eine
Messeinrichtung zum Ermitteln einer Spannung beim Laden der Batteriezellen,
und eine mit der Ladeeinrichtung und mit der Messeinrichtung verbundene
Steuereinrichtung zum Steuern des wahlweisen Ladens der Batteriezellen.
Die Steuereinrichtung ist ausgebildet, das Laden einer Batteriezelle
in der ersten Phase bei Erreichen einer vorgegebenen Grenzspannung
zu unterbrechen und das Laden mit einer weiteren Batteriezelle fortzusetzen.
In entsprechender Weise ermöglicht das Ladesystem ein effizientes
Laden der Batteriezellen, so dass in einer relativ kurzen Zeitdauer
eine möglichst hohe Ladungsmenge in die Batteriezellen
eingeladen werden kann.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
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1 den
beispielhaften Verlauf eines Ladestands beim herkömmlichen
Laden einer Lithium-basierten Batteriezelle einschließlich
der Verläufe eines Ladestroms und einer Ladespannung;
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2 ein
schematisches Blockschaltbild eines Ladesystems; und
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3 ein
beispielhaftes Ladediagramm zum Veranschaulichen einer Funktionsweise
des Ladesystems von 2.
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Anhand
der folgenden Figuren werden Ausführungsformen eines Ladeverfahrens
und eines Ladesystems erläutert, mit deren Hilfe eine Anzahl
wiederaufladbarer Batteriezellen im Rahmen eines IU-Ladevorgangs
effizient geladen werden. Bei den eingesetzten Batteriezellen handelt
es sich insbesondere um Lithium-basierte Batteriezellen wie zum
Beispiel Lithium-Ionen- oder Lithium-Polymer-Zellen. Die Batteriezellen
können hierbei einzelne wiederaufladbare Batterien bzw.
Akkumulatoren darstellen. Alternativ kann es sich bei den Batteriezellen
auch um verbundene Zellen eines Batterie- oder Akkupacks handeln,
welches in Geräten wie zum Beispiel Notebooks, Digitalkameras,
Mobiltelefonen, Elektrowerkzeugen usw. zum Einsatz kommen kann.
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1 zeigt
eine beispielhafte Ladekurve beim herkömmlichen Laden einer
Lithium-basierten Batteriezelle, welche vor dem Ladevorgang vollständig
entladen ist. Aufgetragen sind die Verläufe einer Ladekapazität
C, angegebenen in Prozent der maximalen Ladekapazität,
eines Ladestroms I in Ampere und einer Ladespannung U in Volt über
die Zeit t, welche im Format [Stunden:Minuten] angegeben ist.
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In
einer ersten Phase der Ladung, welche vorliegend als „I-Ladung” bezeichnet
wird, wird mit einem konstanten, durch das eingesetzte Ladegerät begrenzten
Strom I geladen. In dieser Phase steigt die Ladekapazität
C der Batteriezelle im Wesentlichen linear an. Auch die Spannung
U zeigt ausgehend von einem bestimmten Anfangswert einen steigenden
Verlauf, welcher nach einer kurzen Zeit im Wesentlichen linear ist.
Bei Erreichen einer für die betreffende Batteriezelle vorgegebenen
maximalen Spannung U (vorliegend etwa 4,1 V), auch als Ladeschlussspannung
bezeichnet, wird üblicherweise von Strom- auf Spannungsregelung
umgeschaltet, so dass in einer zweiten Ladephase, vorliegend als „U-Ladung” bezeichnet,
mit konstanter Spannung U weitergeladen wird. In dieser Phase sinkt
der Ladestrom I mit zunehmendem Ladestand der Batteriezelle stetig
ab („Stromschwanz”), bis die Batteriezelle eine
Ladekapazität C von 100% erreicht hat oder der Ladevorgang
durch ein anderes Abschaltkriterium beendet werden kann. Das Abnehmen
des Ladestroms I in der U-Ladungs-Phase hat zur Folge, dass auch
der Zuwachs an Ladekapazität C pro Zeit t abnimmt.
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Anhand
von 1 wird ersichtlich, dass in der I-Ladungs-Phase
gegenüber der U-Ladungs-Phase eine relativ große
Ladungsmenge in einer kurzen Zeit in die Batteriezelle eingeladen
wird. Vorliegend hat die Batteriezelle am Ende der I-Ladungs-Phase
zu einem Zeitpunkt t von etwa 11 Minuten eine Kapazität
C von etwa 65%. In der nachfolgenden U-Ladungs-Phase wird der maximale
Ladestand C von 100% erst bei einer Zeit t von etwa 48 Minuten erreicht,
d. h. dass die Batteriezelle in der U-Ladungsphase, welche eine
Zeitdauer von etwa 37 Minuten in Anspruch nimmt, eine Ladekapazität
von nur etwa 35% erhält.
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Um
beim sequentiellen Laden mehrerer Batteriezellen eine möglichst
hohe Gesamtladungsmenge in einer kurzen Zeit in die Batteriezellen
einzuladen, wird daher vorgeschlagen, das Laden einer Batteriezelle
während oder am Ende der I-Ladungs-Phase zu unterbrechen,
und das Laden mit einer weiteren Batteriezelle fortzusetzen, anstelle
eine Batteriezelle unmittelbar nacheinander in der ersten und in der
zweiten Phase zu laden, so dass die betreffende Batteriezelle ihre
vollständige Ladekapazität erreicht, und erst
dann den Ladevorgang mit einer weiteren Batteriezelle fortzusetzen.
Durch Anwenden dieses Prinzips kann für eine vorgegebene
Zeitdauer, welche kleiner ist als eine Zeitdauer zum vollständigen Laden
sämtlicher Batteriezellen, eine relativ große Energiemenge
in die Batteriezellen eingeladen werden. Das Unterbrechen des Ladens
einer Batteriezelle in der I-Ladungs-Phase wird bei Erreichen einer vorgegebenen
Grenzspannung durchgeführt. Bei der vorgegebenen Grenzspannung
kann es sich insbesondere um die Ladeschlussspannung handeln, so dass
das Unterbrechen des Ladens der betreffenden Batteriezelle am Ende
der I-Ladungs-Phase erfolgt.
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2 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild eines Ladesystems 100,
mit dessen Hilfe mehrere wiederaufladbare Batteriezellen gemäß dem
vorstehend genannten Ladeprinzip geladen werden können.
Das Ladesystem 100 ist beispielsweise dazu ausgebildet,
vier Batteriezellen 201, 202, 203, 204 sequentiell
zu laden. Das Ladesystem 100 umfasst ein Netzteil 110,
welches über Anschlüsse 111, 112 mit
einer nicht dargestellten Versorgungsspannung wie zum Beispiel einem
Wechselspannungsnetz verbunden ist. Das Netzteil 110, welches
weiter mit den Batteriezellen 201, 202, 203, 204 über
entsprechende Leitungen verbunden werden kann, weist Baugruppen
wie zum Beispiel einen Transformator als Spannungswandler und einen
Gleichrichter auf. Darüber hinaus umfasst das Netzteil 110 Stromregler
und Spannungsregler, mit deren Hilfe der Ladestrom (I-Ladungs-Phase)
oder die Ladespannung (U-Ladungs-Phase) an den zu ladenden Batteriezellen 201, 202, 203, 204 begrenzt
werden kann.
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Um
jeweils nur eine der Batteriezellen 201, 202, 203, 204 wahlweise
mit dem Netzteil 110 zu verbinden, weist das Ladesystem 100 ferner
Schalter 130 auf. Die Schalter 130 werden hierbei über
eine Steuereinrichtung 120 aktiviert und deaktiviert. Auch das
Netzteil 110 ist mit der Steuereinrichtung 120 verbunden
und kann über die Steuereinrichtung 120 gesteuert
werden, insbesondere um zwischen Stromregelung (I-Ladungs-Phase)
und Spannungsregelung (U-Ladungs-Phase) umzuschalten.
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Des
weiteren ist jeder Batteriezelle 201, 202, 203, 204 jeweils
eine Messeinrichtung 140 zum Ermitteln der Ladespannung
und ein Temperatursensor 150 zum Erfassen der Temperatur
zugeordnet. Die beiden Einrichtungen 140, 150 sind
ebenfalls mit der Steuereinrichtung 120 verbunden, so dass
die Steuereinrichtung 120 das sequentielle Laden der Batteriezellen 201, 202, 203, 204 anhand
der gemessenen Spannung und Temperatur steuern kann. Im Hinblick auf
die Temperatur ist vorgesehen, dass beim Über- oder Unterschreiten
eines vorgegebenen Temperaturgrenzwerts die Steuereinrichtung 120 mithilfe
der Schalter 130 das Laden der betreffenden Batteriezelle
unterbricht und mit einer weiteren Batteriezelle fortsetzt. Dieser
Fall soll im Folgenden jedoch außer Betracht gelassen werden,
d. h. dass die Temperatur der Batteriezellen 201, 202, 203, 204 sich
in einem vorgegebenen Temperaturbereich befindet.
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Bei
den Batteriezellen 201, 202, 203, 204 kann
es sich um einzelne wiederaufladbare Batterien handeln, welche in
entsprechende Batterieschächte des Ladesystems 100 einlegbar
sind. In einer solchen Ausführung können die einzelnen
Komponenten 110, 120, 130, 140, 150 des
Ladesystems 100 zusammen als eine Einrichtung ausgebildet
sein, so dass das System 100 ein Ladegerät bildet.
Alternativ stellen die Batteriezellen 201, 202, 203, 204 miteinander
verbundene Zellen eines Akkupacks dar. In einem solchen Fall können
die Spannungsmesseinrichtungen 140, die Temperatursensoren 150 (und gegebenenfalls
die Schalter 130) in dem Akkupack integriert sein, so dass
lediglich die Komponenten 110, 120 (und gegebenenfalls
die Schalter 130) ein Ladegerät bilden, welches über
eine entsprechende Steckverbindung bzw. eine Schnittstelle mit dem
Akkupack und damit mit den anderen Komponenten des Systems 100 zum
Laden der Batteriezellen 201, 202, 203, 204 verbunden
werden kann.
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3 zeigt
ein beispielhaftes Ladediagramm, anhand dessen eine mögliche
Betriebsweise des Ladesystems 100 von 2 veranschaulicht wird.
Hierbei sind in Abhängigkeit der Zeit t die Ladefunktionen
der einzelnen Batteriezellen 201, 202, 203, 204 übereinander
dargestellt, d. h. ob eine Batteriezelle geladen oder nicht geladen
wird. Zu einem Zeitpunkt t1 beginnt das Laden der Batteriezelle 201 bei
konstantem Strom (I-Ladungs-Phase). Die Festlegung, dass das Laden
mit der Batteriezelle 201 begonnen wird (und auch das Umschalten
auf die anderen Batteriezellen 202, 203, 204 zu
späteren Zeitpunkten), wird über die Steuereinrichtung 120 vorgenommen.
Die Batteriezelle 201 ist zum Zeitpunkt t1 vollständig
entladen oder weist eine solche (geringe) Teilkapazität
auf, so dass eine entsprechende Spannung an der Batteriezelle 201 anliegt,
bei welcher die Batteriezelle 201 (noch) unter Strombegrenzung (I-Ladung)
geladen wird. Im Verlauf des Ladens der Batteriezelle 201 steigt
die Spannung entsprechend dem in 1 gezeigten
Verlauf an.
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Zu
einem Zeitpunkt t2 ist die vorgegebene Grenzspannung, beispielsweise
die Ladeschlussspannung, erreicht, so dass das Laden der Batteriezelle 201 unterbrochen
und mit der Batteriezelle 202 fortgesetzt wird. Dies wird
durch Aktivieren und Deaktivieren zugehöriger Schalter 130 über
die Steuereinrichtung 120 vorgenommen. An der Batteriezelle 202 wird
ebenfalls eine entsprechende Spannung unterhalb der Grenzspannung
gemessen, so dass die Batteriezelle 202 bei konstantem
Strom geladen wird. Zu einem Zeitpunkt t3 ist erneut die Grenzspannung
erreicht, so dass das Laden der Batteriezelle 202 unterbrochen
und mit der Batteriezelle 203 fortgesetzt wird.
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Die
Batteriezelle 203 weist jedoch (im Gegensatz zu den Batteriezellen 201, 202 zu
den Zeitpunkten t1 und t2) bereits eine solche Teilkapazität auf,
welche zu einer Spannung gleich der vorgegebenen Grenzspannung bzw.
größer als die vorgegebene Grenzspannung an der
Batteriezelle 203 führt, d. h. dass die Batteriezelle 203 bereits
einen solchen Ladestand aufweist, bei dem die Batteriezelle 203 unter
Spannungsbegrenzung (U-Ladung) zu laden wäre. Deshalb wird
nach einer relativ kurzen Zeitdauer, in welcher dieser Spannungswert
der Batteriezelle 203 erfasst wird, zu einem Zeitpunkt
t4 das Laden der Batteriezelle 203 unterbrochen und mit
der Batteriezelle 204 fortgesetzt. An der Batteriezelle 204 wird wiederum
eine Spannung unterhalb der vorgegebenen Grenzspannung gemessen,
so dass die Batteriezelle 204 bei konstantem Strom bis
zum Erreichen der Grenzspannung zu einem Zeitpunkt t5 geladen wird.
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Zum
Zeitpunkt t5 besitzen alle Batteriezellen 201, 202, 203, 204 einen
Ladestand, ab welchem die Batteriezellen 201, 202, 203, 204 unter
Spannungsbegrenzung (U-Ladung) zu laden sind. Das Ladesystem 100 bzw.
die Steuereinrichtung 120 ist dazu ausgebildet, einen solchen
Zustand aller Batteriezellen 201, 202, 203, 204 zu
erkennen. Dies kann beispielsweise auf der Grundlage der oben beschriebenen „Wechsel” von
einer zur nächsten Batteriezelle durchgeführt
werden. Zu diesem Zweck kann die Steuereinrichtung 120 eine
Speichereinrichtung umfassen, in welcher die Ladewechsel hinterlegt
werden.
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Zum
Zeitpunkt t5 wird daher das Laden der Batteriezelle 204 unterbrochen
und das Laden mit der Batteriezelle 201 fortgesetzt, welche
nunmehr mit konstanter Spannung (U-Ladung) geladen wird, wobei der
Strom entsprechend des in 1 gezeigten Verlaufs
abnimmt. Bei Erreichen des maximalen Ladestands der Batteriezelle 201 zum
Zeitpunkt t6 wird der Ladevorgang mit der Batteriezelle 201 unterbrochen
und mit der nächsten Batteriezelle 202 fortgesetzt.
Dieser Vorgang wird in entsprechender Weise zu weiteren Zeitpunkten
t7 und t8 wiederholt, bis zum Zeitpunkt t9 sämtliche Batteriezellen 201, 202, 203, 204 ihren
maximalen Ladestand erreicht haben und der Ladevorgang beendet werden
kann oder alternativ auf Ladeerhaltung umgeschaltet wird. Das Erreichen
des maximalen Ladestands einer Batteriezelle wird anhand des Erreichens
bzw. Unterschreitens eines vorgegebenen minimalen Ladestroms erkannt. Zu
diesem Zweck ist zum Beispiel das Netzteil 110 mit einer
entsprechenden Strommesseinrichtung ausgestattet, bzw. es wird eine
bei der Stromregelung (I-Ladung) eingesetzte Messeinrichtung herangezogen.
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Das
Ladediagramm von 3 stellt eine mögliche
beispielhafte Betriebsweise des Ladesystems 100 von 2 dar,
welche auf dem oben genannten Ladeprinzip basiert, das Laden einer
Batteriezelle in der I-Ladungs-Phase bei Erreichen einer vorgegebenen
Grenz- bzw. der Ladeschlussspannung zu unterbrechen, um das Laden
mit einer weiteren Batteriezelle fortzusetzen. Auf diese Weise können
insbesondere sämtliche Batteriezellen zunächst
in der I-Ladungs-Phase sehr effizient geladen werden, bevor das
Laden in der weniger effizienten U-Ladungs-Phase fortgeführt
wird. Für eine vorgegebene Zeitdauer, welche klei ner ist
als eine Zeitdauer zum vollständigen Laden sämtlicher
Batteriezellen, kann durch dieses „zweistufige” Verfahren
eine größere Energiemenge in die Batteriezellen
eingeladen werden. Wird beim Laden der Batteriezellen 201, 202, 203, 204 entsprechend
des Ladediagramms von 3 beispielsweise der Ladevorgang
zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 beendet, weil ein Benutzer die
Batteriezellen 201, 202, 203, 204 zum
Betreiben eines elektrischen Geräts benötigt,
so weisen die Batteriezellen 201; 202, 203, 204 eine
größere „Gesamtladungsmenge” auf
verglichen mit einem Laden der Batteriezellen auf eine Weise, in
welcher das Laden in der I-Ladungs- und der U-Ladungs-Phase pro Batteriezelle
jeweils nacheinander ausgeführt wird.
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Im
Hinblick auf das Ladediagramm von 3 sind andere
Ladediagramme bzw. -verfahren möglich. Beispielsweise ist
es vorstellbar, zum Zeitpunkt t5 (bei welchem jede der Batteriezellen 201, 202, 203, 204 eine
solchen Ladestand aufweist, dass unter Spannungsbegrenzung (weiter)zu
laden ist), die Batteriezelle 204 weiter zu laden, wobei
von Strom- auf Spannungsbegrenzung umgeschaltet wird, anstelle das
Laden der Batteriezelle 204 zu unterbrechen und mit der
Batteriezelle 201 fortzuführen. Des weiteren ergibt
sich eine anderer bzw. komplexerer Ladeverlauf, sofern ein Umschalten
von einer zur nächsten Batteriezelle zusätzlich
für den Fell eines Über- oder Unterschreitens
eines vorgegebenen Temperaturgrenzwerts erfolgt. Darüber
hinaus ist es vorstellbar, dass während des Ladens eine oder
mehrere Batteriezellen durch andere Batteriezellen ersetzt werden,
sofern es sich bei den Batteriezellen um einzelne wiederaufladbare
Batterien handelt. Auch für solche Fälle kann
das Ladesystem 100 bzw. die Steuereinrichtung 120 ausgebildet
sein, um zunächst sämtliche Batteriezellen in
der effizienten I-Ladungsphase und erst nachfolgend in der U-Ladungs-Phase
zu laden.
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In
einer weiteren alternativen Ausführungsform kann es sich
bei der vorgegebenen Grenzspannung, bei welcher das Laden einer
Batteriezelle in der I-Ladungs-Phase unterbrochen und das Laden mit
einer weiteren Batteriezelle fortgeführt wird, um eine
gegenüber der Ladeschlussspannung geringere Spannung handeln.
In einem solchen Fall können sämtliche Batteriezellen
zunächst bis zum Erreichen der vorgegebenen Grenzspannung
geladen werden, bevor ein Laden „oberhalb” dieser
Grenzspannung weiterhin unter Strombegrenzung (I-Ladung) fortgeführt
wird. Hierbei kann bei Erreichen der Ladeschlussspannung erneut
ein Wechsel auf eine andere Batteriezelle erfolgen, so dass dem
Ladeverfahren zwei Grenzspannungen (d. h. die „vorgegebene” Grenzspannung
und die Ladeschlussspannung) zugrunde gelegt werden.
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Auch
das in 2 dargestellte Ladesystem 100 stellt
lediglich eine mögliche Ausführungsform der Erfindung
dar. Darüber hinaus sind Ausführungsformen eines
Systems vorstellbar, welche weitere Abwandlungen umfassen. Insbesondere
kann das Ladesystem zum Laden einer größeren oder
einer kleineren Anzahl von Batteriezellen ausgebildet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4216045
A1 [0003, 0004]