DE102015116397A1

DE102015116397A1 - Ladesystem und dazugehöriges Ladeverfahren, Batteriepack

Info

Publication number: DE102015116397A1
Application number: DE102015116397.7A
Authority: DE
Inventors: Aixiang Dong
Original assignee: Chevron Intellectual Property Ltd
Current assignee: CHERVON (HK) LIMITED, HK
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2016-03-31
Also published as: AU2015101407A4; US20160094080A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ladesystem und ein dazugehöriges Ladeverfahren. Das Ladesystem umfasst eine kabellose Leistungs-Sendeeinrichtung zum Aussenden elektromagnetischer Energie, eine kabellose und eine kabelgebundene Stromquelle-Zugangseinheit, ein Signalerfassungsmodul zum Erfassen des Zugangszustands einer externen kabelgebundenen oder kabellosen Stromquelle, eine Steuereinheit zum Verwalten eines elektrischen Energiekanals anhand des durch das Signalerfassungsmodul erfassten Zugangszustands der kabelgebundenen oder kabellosen elektrischen Energie und eine Ladeschaltung zum Erhalten elektrischer Energie aus der kabellosen oder kabelgebundenen Stromquelle-Zugangseinheit, um eine aufladbare Batterie zu laden. Mit dem erfindungsgemäßen Ladesystem und Ladeverfahren kann eine Batterie sowohl über kabellose als auch über kabelgebundene elektrische Energieübertragung geladen werden, wodurch der jeweilige Ladevorgang erheblich vereinfacht wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Bereich der Ladetechnik, insbesondere auf ein Ladesystem und ein dazugehöriges Ladeverfahren, mit dem eine Batterie auf vielfältige Weise geladen werden kann, sowie einen auf vielfältige Weise aufladbaren Batteriepack.
Technischer Hintergrund
Durch einen Batteriepack gespeiste Elektrowerkzeuge werden vor allem über ein mit einer kabelgebundenen Schnittstelle versehenes Ladegerät oder über einen Netzanschluss geladen, wobei der Batteriepack wegen seiner begrenzten Batteriebetriebszeit häufig ausgewechselt oder rechtzeitig geladen muss. An vielen Verwendungsplätzen ist eine rechtzeitige Ladung des Batteriepacks mangels einer Stromversorgungsschnittstelle unmöglich, wodurch ein Betrieb unter außergewöhnlichen Umständen oder ein langzeitiger Betrieb ausgeschlossen wird.
Andererseits benötigen verschiedenartige Batteriepacks aufgrund ihrer Unterschiede im Hinblick auf die chemischen Substanzen der Batterieelemente, die Nennspannung des Batteriepacks usw. meistens verschiedenartige Ladegeräte, so dass für verschiedene Batteriepacks verschiedene Ladegeräte eingekauft werden müssen, welche nicht leicht mitzunehmen sind. Überdies kann es vorkommen, dass ein Batteriepack an ein nicht angepasstes Ladegerät angeschlossen wird. Solche Fehlbedienungen können zur Beschädigung des jeweiligen Batteriepacks führen und somit unnötigen Sachschaden verursachen, wenn in dem jeweiligen Ladegerät kein entsprechendes Erkennungs- und Schutzsystem vorgesehen ist.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ladesystem und ein dazugehöriges Ladeverfahren, mit dem eine aufladbare Batterie auf einfache und vielfältige Weise geladen werden kann, sowie einen auf vielfältige Weise aufladbaren Batteriepack anzubieten.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Ladesystem mit
einer kabellosen Leistungs-Sendeeinrichtung zum Aussenden elektromagnetischer Energie,
einer kabellosen Stromquelle-Zugangseinheit, die eine Empfangsspule zum kabellosen Empfang von der kabellosen Leistungs-Sendeeinrichtung ausgesendeter elektromagnetischer Energie und ein Empfangsschaltungsmodul zur Gleichrichtung und Leistungserfassung der empfangenen elektrischen Energie umfasst,
einer kabelgebundenen Stromquelle-Zugangseinheit, die einen Verbinder umfasst, der für einen Zugang kabelgebundener elektrischer Energie sorgt,
einem Signalerfassungsmodul zum Erfassen des Zugangszustands einer externen kabelgebundenen oder kabellosen Stromquelle,
einer Steuereinheit zum Verwalten eines elektrischen Energiekanals anhand des durch das Signalerfassungsmodul erfassten Zugangszustands der kabelgebundenen oder kabellosen elektrischen Energie, und
einer Ladeschaltung zum Erhalten elektrischer Energie aus der kabellosen oder kabelgebundenen Stromquelle-Zugangseinheit, um eine aufladbare Batterie zu laden.
Weiter ist vorgesehen, dass die kabellose Leistungs-Sendeeinrichtung eine Stromquelle, eine Sendeschaltung und eine Sendespule umfasst, welche miteinander elektrisch verbunden sind.
Weiter ist vorgesehen, dass zwischen Sendespule der kabellosen Stromquelle-Zugangseinheit und Empfangsspule der kabellosen Leistungs-Sendeeinrichtung eine Leistungsübertragung und eine Datenkommunikation stattfinden können.
Weiter ist vorgesehen, dass das Empfangsschaltungsmodul elektrisch zwischen Empfangsspule und Ladeschaltung geschaltet ist und einen Resonanzkreis und eine Gleichrichterschaltung umfasst.
Weiter ist vorgesehen, dass das Ladesystem ferner einen Adapter umfasst, der für eine Ausgabe kabelgebundener elektrischer Energie sorgt und elektrisch mit dem Verbinder der kabelgebundenen Stromquelle-Zugangseinheit verbunden ist.
Weiter ist vorgesehen, dass die Ladeschaltung eine Ladeerfassungsschaltung umfasst, die einen Spannungszustand der aufladbaren Batterie erfassen und ihn an die Steuereinheit senden kann.
Weiter ist vorgesehen, dass die Steuereinheit ein Batterieüberwachungsmodul umfasst, über das Batterieüberwachungsmodul Batterieparameter aus der Ladeerfassungsschaltung erhält und auf Basis dieser Daten ein Ladesteuersignal über die kabellose Stromquelle-Zugangseinheit an die kabellose Leistungs-Sendeeinrichtung weiterleitet, deren Stromversorgungssteuereinheit anhand des empfangenen Ladesteuersignals eine automatische Regelung der Betriebsfrequenz und Ausgangsleistung der Sendespule durchführt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Ladeverfahren vorgeschlagen, mit dem eine aufladbare Batterie auf einfache Weise geladen werden kann und das folgende Schritte umfasst:
Zugang einer kabellosen Leistungs-Sendeeinrichtung oder einer kabelgebundenen Stromquelle,
Erfassen des Zugangszustands eines elektrischen Energiekanals durch ein Signalerfassungsmodul,
Feststellen der Effektivität des Zugangs des elektrischen Energiekanals und der effektiven Kanalanzahl durch eine Steuereinheit,
wenn nur ein elektrischer Energiekanal effektiv ist, dieser Kanal als zulässiger elektrischer Energiekanal zur Stromversorgung festgelegt wird, und wenn beide elektrische Energiekanäle effektiv sind, die Zugangszeitpunkte der beiden Kanäle miteinander verglichen werden, wobei der frühere Kanal ausgewählt und als effektiver Kanalzustand konfiguriert wird und eine Stromversorgung stattfindet.
Weiter ist vorgesehen, dass das Empfangsschaltungsmodul einen Resonanzkreis und eine Gleichrichterschaltung umfasst, wobei bei Auswahl einer kabellosen Stromquelle-Zugangseinheit zur Stromversorgung die Steuereinheit durch das Ein- und Ausschalten einer Schaltröhre in der Gleichrichterschaltung die elektrische Energieausgabe der kabellosen Stromquelle-Zugangseinheit steuert. Bei der Gleichrichterschaltung handelt es sich um eine Vollbrückengleichrichterschaltung, die zumindest zwei Trioden umfasst, wobei die Steuereinheit ein Steuersignal bereitstellen kann, um durch das Ein- und Ausschalten der Trioden die Ausgabe der Gleichrichterschaltung zu steuern.
Weiter ist vorgesehen, dass das Signalerfassungsmodul beim Erfassen eines elektrischen Energiezugangs ein abgetastetes elektrisches Signal in die Steuereinheit eingibt, die das abgetastete elektrische Signal mit einem voreingestellten Schwellenwert vergleicht, um festzustellen, ob ein effektiver elektrischer Energieeintrag besteht.
Weiter ist vorgesehen, dass die Steuereinheit in der Lage ist, in einem Ladevorgang nach dem Entfernen des elektrischen Vorzugsenergiekanals einen anderen bestehenden effektiven elektrischen Energiekanal einzuschalten.
Weiter ist vorgesehen, dass in einem Ladevorgang eine Echtzeit-Erfassung der Batteriekapazität der aufladbaren Batterie durch die Ladeschaltung stattfindet, um festzustellen, ob die Batteriekapazität einen Sollwert erreicht, wobei der Ladevorgang unterbrochen wird, sobald die Batteriekapazität den Sollwert erreicht.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Batteriepack bereitgestellt, der auf einfache und vielfältige Weise geladen werden kann und Folgendes umfasst:
eine kabellose Stromquelle-Zugangseinheit, die eine Empfangsspule zum kabellosen Empfang von einer kabellosen Leistungs-Sendeeinrichtung ausgesendeter elektromagnetischer Energie und ein Empfangsschaltungsmodul zur Gleichrichtung und Leistungserfassung der empfangenen elektrischen Energie umfasst,
eine kabelgebundene Stromquelle-Zugangseinheit, die einen Verbinder umfasst, der für einen Zugang kabelgebundener elektrischer Energie sorgt,
ein Signalerfassungsmodul zum Erfassen des Zugangszustands einer externen kabelgebundenen oder kabellosen Stromquelle,
eine Steuereinheit, die über das Signalerfassungsmodul den Zugangszustand einer kabelgebundenen oder kabellosen Stromquelle erfasst und in der Lage ist, nach dem elektrischen Energiezugang anhand des Zugangszustands der kabelgebundenen oder kabellosen elektrischen Energie den elektrischen Energiekanal zu verwalten,
zumindest eine aufladbare Batterie zum Speichern elektrischer Energie und zum Entladen nach außen, und
eine Lade- und Entladeschaltung, die eine Ladeschaltung zum Erhalten elektrischer Energie aus der kabellosen oder kabelgebundenen Stromquelle-Zugangseinheit und zum Laden der aufladbaren Batterie umfasst.
Weiter ist vorgesehen, dass der Batteriepack über den Verbinder der kabelgebundenen Stromquelle-Zugangseinheit einen Entladevorgang nach außen durchführen kann, wobei durch die Steuereinheit ein Entladezustand der aufladbaren Batterie erfasst und gesteuert werden kann.
Weiter ist vorgesehen, dass die Steuereinheit anhand des Zugangszustands der elektrischen Energiekanäle nach der zeitlichen Zugangsreihenfolge einen Übertragungskanal der elektrischen Energie auswählt.
Weiter ist vorgesehen, dass das Signalerfassungsmodul beim Erfassen eines elektrischen Energiezugangs ein abgetastetes elektrisches Signal in die Steuereinheit eingeben kann, die das abgetastete elektrische Signal mit einem voreingestellten Schwellenwert vergleicht, um festzustellen, ob ein effektiver elektrischer Energieeintrag besteht, wobei die Steuereinheit, wenn beide elektrischen Energiezugänge effektiv sind, nach einem vorgegebenen Prioritätsprinzip der Stromversorgung einen elektrischen Energiekanal auswählen und während einer gewöhnlichen Stromversorgung nach dem Entfernen des elektrischen Vorzugsenergiekanals einen anderen bestehenden effektiven elektrischen Energiekanal einschalten kann.
Weiter ist vorgesehen, dass das Empfangsschaltungsmodul elektrisch zwischen Empfangsspule und Lade- und Entladeschaltung geschaltet ist und einen Resonanzkreis und eine Gleichrichterschaltung umfasst, wobei die Steuereinheit durch das Ein- und Ausschalten einer Schaltröhre in der Gleichrichterschaltung die elektrische Energieausgabe der kabellosen Stromquelle-Zugangseinheit steuert.
Weiter ist vorgesehen, dass es sich bei der Gleichrichterschaltung um eine Vollbrückengleichrichterschaltung handelt, die zumindest zwei Trioden umfasst, wobei die Steuereinheit ein Steuersignal bereitstellt, um durch das Ein- und Ausschalten der Trioden die Ausgabe der Gleichrichterschaltung zu steuern.
Weiter ist vorgesehen, dass die Lade- und Entladeschaltung ferner eine Ladeerfassungsschaltung zum Erfassen der Batterieparameter der aufladbaren Batterie und die Steuereinheit ferner ein Batterieüberwachungsmodul umfasst, wobei die Steuereinheit über das Batterieüberwachungsmodul die Batterieparameter aus der Ladeerfassungsschaltung erhält und die elektrische Energieausgabe der kabelgebundenen oder kabellosen Stromquelle steuert, um für die aufladbare Batterie geeignete elektrische Energie bereitzustellen.
Weiter ist vorgesehen, dass die Ladeerfassungsschaltung einen Spannungszustand der aufladbaren Batterie erfassen und ihn an die Steuereinheit senden kann, die auf Basis dieser Daten ein Ladesteuersignal über die kabellose Stromquelle-Zugangseinheit an die kabellose Leistungs-Sendeeinrichtung weiterleitet, die anhand des empfangenen Ladesteuersignals eine automatische Regelung der Betriebsfrequenz und Ausgangsleistung der Sendespule durchführen kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Ladesystem und Ladeverfahren kann eine Batterie sowohl über kabellose als auch über kabelgebundene elektrische Energieübertragung geladen werden, wodurch der jeweilige Ladevorgang vereinfacht wird.
Darüber hinaus besitzt der erfindungsgemäße Batteriepack sowohl eine kabelgebundene als auch eine kabellose Ladefunktion und erlaubt daher eine Batterieladung mittels kabelloser und kabelgebundener elektrischer Energieübertragung, wodurch das eingangs erwähnte Problem gelöst wird. Gleichzeitig werden dem Benutzer mehr Auswahlmöglichkeiten denn je geboten und der jeweilige Ladevorgang wird erheblich vereinfacht.
Darstellung der Abbildungen
Es zeigen
1 ein Blockschaltbild eines Ladesystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2a und 2b jeweils ein Blockschaltbild zweier verschiedener Gleichrichterschaltungen gemäß der Ausführungsform der Erfindung,
3 eine Frontansicht eines mit einem Batteriepack versehenen Bohrwerkzeuges gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
4 ein Ladegerät zum Laden des Batteriepacks eines Bohrwerkzeuges gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
5 ein Blockschaltbild eines Batteriepacks gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
6 eine Frontansicht eines mit einem Batteriepack versehenen Bohrwerkzeuges und einer kabellosen Leistungs-Sendeeinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
7 ein Blockschaltbild eines Ladesystems mit automatischer Regelfunktion gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
8 eine Frontansicht eines Bohrwerkzeuges mit integrierter Batterie und einer entsprechenden Ladeeinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
9 ein Blockschaltbild eines Adapters gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
10 ein Blockschaltbild eines Ladesystems gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung und
11a und 11b ein logisches Steuerdiagramm eines erfindungsgemäßen Ladesystems.
Konkrete Ausführungsformen
Nachfolgend werden konkrete Ausführungsformen der Erfindung anhand beigefügter Zeichnungen näher beschrieben.
Es wird zunächst auf die 1 bis 3 verwiesen, wobei 1 ein Blockschaltbild eines Ladesystems 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt und mit dem Bezugszeichen 110 eine kabellose Leistungs-Sendeeinrichtung bezeichnet wird. Den Fachleuten auf diesem Gebiet wird klar sein, dass die kabellose Leistungs-Sendeeinrichtung eine Stromquelle 111, eine Sendeschaltung 112 und eine Sendespule 113 umfasst. Im Einzelnen ist die kabellose Sendespule 111 elektrisch mit der Sendeschaltung 112 verbunden. Bei der Stromquelle handelt es sich hier in der Regel um eine Wechselstromquelle, die über ein AC/DC-Modul (nicht dargestellt) der verbundenen Sendeschaltung in eine Gleichstromquelle umgewandelt wird, um andere Module in der Schaltung mit Strom zu versorgen. Es versteht sich, dass die kabellose Ladetechnik auf diesem Gebiet bekannt ist und vor allem durch elektromagnetische Induktion oder Magnetresonanz erfolgt. Bei kabellosem Laden mittels elektromagnetischer Induktion wird eine zur kabellosen elektrischen Energieübertragung dienende Sendespule mit einem Wechselstrom beaufschlagt, um das Magnetfeld zu ändern, und ein in einer benachbarten Empfangsspule durch die Magnetfeldänderung induzierter Strom benutzt, um die Batterie zu laden. Bei einer kabellosen Ladung durch Magnetresonanz strahlt die Sendespule mit einer bestimmten Frequenz ein Magnetfeld aus und empfängt, wenn sich eine Empfangsspule mit der gleichen Frequenz wie die Sendespule dieser annähert, über einen durch die Resonanz entstehenden Energietunnel elektrische Energie, um die Batterie mit elektrischer Energie zu versorgen. Bei der vorliegenden Erfindung liegt keine Einschränkung der Art und Weise einer kabellosen Ladung vor. Das heißt, es kann ein beliebiges kabelloses Ladeverfahren verwendet werden, um eine kabellose Stromquelle-Zugangseinheit kabellos mit Strom zu versorgen.
Mit dem Bezugszeichen 120 in 1 wird eine elektrische Energieempfangseinrichtung bezeichnet, die zwei elektrische Energiezugangseinheiten, nämlich eine kabellose Stromquelle-Zugangseinheit 121 und eine kabelgebundene Stromquelle-Zugangseinheit 122, ein Signalerfassungsmodul 123, eine Steuereinheit 124 und eine Ladeschaltung 125 umfasst.
Die kabellose Stromquelle-Zugangseinheit 121 umfasst eine Empfangsspule 1211 und ein Empfangsschaltungsmodul 1212, wobei die Empfangsspule zum kabellosen Empfang von der kabellosen Leistungs-Sendeeinrichtung 110 ausgesendeter elektromagnetischer Energie und das Empfangsschaltungsmodul 1212 zur Gleichrichtung und Leistungserfassung der empfangenen elektrischen Energie und zur Weiterleitung eines Signals an das Signalerfassungsmodul 123 dient. Im Einzelnen umfasst das Empfangsschaltungsmodul 1212 einen Resonanzkreis und eine Gleichrichterschaltung (nicht bezeichnet). Hierbei wird auf 2a und 2b verwiesen, welche jeweils eine konkrete Ausführung verschiedener Gleichrichterschaltungen zeigen. In 2a ist eine als Wechselstromeingang dienende Vollbrückengleichrichterschaltung dargestellt, die aus zwei Dioden D1, D2 und zwei Trioden Q11 und Q12 besteht und durch Steuern eines Signals CTL1, CTL2 der Triode Q11 bzw. Q12 und durch das Ein- und Ausschalten der Trioden Q11, Q12 eine Eingangsgleichrichtung ermöglicht. Bei gleichzeitigem Ausschalten der Trioden Q11, Q12 gibt VOUT keine Spannung aus, wobei das Steuersignal für CTL1, CTL2 durch die Steuereinheit 124 bereitgestellt wird. Aus 2b geht eine als Wechselstromeingang dienende Vollbrückengleichrichterschaltung hervor, die aus vier Trioden Q1, Q2, Q3, Q4 besteht und durch Steuern der Signale CTL1, CTL4, CTL2, CTL3 der Triode Q1, Q4, Q2 bzw. Q3 und durch das Ein- und Ausschalten der Trioden Q1, Q2, Q3, Q4 eine Synchrongleichrichtung ermöglicht. Bei gleichzeitigem Ausschalten der Trioden Q1, Q2, Q3, Q4 gibt VOUT keine Spannung aus, wobei das Steuersignal für CTL1, CTL2, CTL3, CTL4 durch die Steuereinheit 124 bereitgestellt wird.
Bei der erfindungsgemäß ausgeführten kabellosen Stromquelle-Zugangseinheit 121 wird durch das Ein- bzw. Ausschalten der Gleichrichterbrücke mittels der Steuereinheit 124 ein Ladevorgang realisiert, wodurch der Wärmeverlust in der Schaltung verringert und der Wirkungsgrad der Ladung erhöht werden kann. Im Vergleich zum Vorsehen einer zusätzlichen Steuerschaltröhre hinter der Gleichrichterbrücke können über das Ein- bzw. Ausschalten der Gleichrichterbrücke eine Verringerung der Teileanzahl, eine Reduzierung des Standby-Stromverbrauches und eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Ladung erreicht werden.
Die Empfangsspule 1211 ist dazu ausgebildet, von der kabellosen Leistungs-Sendeeinrichtung bereitgestellte elektromagnetische Energie zu empfangen und eine stabile Hochfrequenzsinuswelle über den Resonanzkreis auf die Gleichrichterschaltung zu übertragen. Hingegen dient die Gleichrichterschaltung dem Gleichrichten der Hochfrequenzsinuswelle und dem Umwandeln der stabilen Hochfrequenzsinuswelle in einen Gleichstrom. Darüber hinaus kann das Empfangsschaltungsmodul 1212 ein Kommunikationsschaltungsmodul (nicht dargestellt) zur Datenkommunikation jeweils mit einer aufladbaren Batterie 130 und der kabellosen Leistungs-Sendeeinrichtung 110 umfassen, wobei die übertragenen Daten kabellose Ladezustände der Batterie und Steuerbefehle oder auch weitere elektrische Kenngrößen der Batterie sein können.
Die kabelgebundene Stromquelle-Zugangseinheit 122 umfasst einen Verbinder 1221, der für einen Zugang kabelgebundener elektrischer Energie sorgt und an ein externes Netzteil anzuschließen ist, um elektrische Energie über die Steuereinheit 124 auf die aufladbare Batterie 130 zu übertragen.
Durch die Steuereinheit 124 wird über das Signalerfassungsmodul 123 der Zugangszustand einer kabelgebundenen oder kabellosen Stromquelle erfasst, indem die Steuereinheit 124 beim Erfassen eines elektrischen Energiezugangs durch das Signalerfassungsmodul 123 geweckt wird, um eine Zustandserfassung durchzuführen. Hierzu gibt das Signalerfassungsmodul 123 ein abgetastetes elektrisches Signal in die Steuereinheit 124 ein, damit diese einen Zugangszustand der kabelgebundenen oder kabellosen elektrischen Energie erfassen kann. Wenn als Erstes ein effektiver kabelloser elektrischer Energiezugang stattfindet, wird durch die Steuereinheit 124 der Zustand eines Halbleiterschalters in der Gleichrichterschaltung im Empfangsschaltungsmodul 1212 gesteuert und ein Stromversorgungskanal ausgewählt. Die Steuereinheit 124 weist ein Steuergerät MCU oder andere Prozessoren und eine Speichereinheit (nicht dargestellt) auf, wobei in der Speichereinheit ein Programmcode für ein Batterieladungs-Steuerungsmodell gespeichert ist. Durch Programmausführen stellt die Steuereinheit 124 ein Antriebssignal bereit, um den Zustand des Halbleiterschalters in der Gleichrichterschaltung zu steuern. Bei geschlossenem Schalter wird die Ladeschaltung 125 so gesteuert, dass eine Ladung der aufladbaren Batterie 130 stattfindet. Wird zur Stromversorgung ein kabelgebundener Kanal ausgewählt, so wird ein Schalter K1 durch die Steuereinheit ausgeschaltet, um elektrische Energie auszugeben.
Im Einzelnen ist die Empfangsspule 1211 für einen kabellosen elektrischen Energiezugang mit der Sendespule 113 gekoppelt, wobei die Sendespule 113 mit einem Wechselstrom beaufschlagt wird und das elektrische Wechselfeld ein Magnetfeld erzeugt, das über die gekoppelte Empfangsspule 1211 einen Strom erzeugt. Dabei handelt es sich um einen Wechselstrom, der durch eine aus Dioden bestehende Einweggleichrichterschaltung und eine Kapazität (nicht dargestellt) in ein abgetastetes Gleichstromsignal abgeschnitten wird, welches durch das Signalerfassungsmodul 123 erfasst wird. Erreicht das abgetastete Signal einen voreingestellten Schwellenwert, der ein gewisses Signalintervall darstellt, so stellt die Steuereinheit 124 fest, dass ein effektiver elektrischer Energieeintrag besteht. Ansonsten wird festgestellt, dass keine effektive elektrische Energie besteht. Bei Überschreiten des voreingestellten Schwellenwerts durch die eingegebene elektrische Energie wird eine Warnmeldung ausgegeben und die Signalerfassung abgeschaltet.
Für einen kabelgebundenen elektrischen Energiezugang erhält die Steuereinheit 124 über einen Abtastwiderstand (nicht dargestellt) ein abgetastetes Signal, das erfasst werden soll. Erreicht die erfasste Spannung einen voreingestellten Schwellenwert, der ein gewisses Signalintervall darstellt, so stellt die Steuereinheit 124 fest, dass ein effektiver elektrischer Energieeintrag besteht. Ansonsten wird festgestellt, dass keine effektive elektrische Energie besteht.
Durch die Steuereinheit 124 wird bevorzugterweise anhand des Zugangszustands der elektrischen Energiekanäle nach der zeitlichen Zugangsreihenfolge der Übertragungskanal der elektrischen Energie gesteuert. Wenn einer der elektrischen Energieeinträge effektiv ist, wird dieser durch das Steuergerät MCU oder andere Prozessoren in der Steuereinheit 124 zur Stromversorgung ausgewählt. Sind beide elektrischen Energiezugänge effektiv, so wird durch die Steuereinheit 124 nach einem vorgegebenen Prioritätsprinzip der Stromversorgung ein Stromversorgungskanal ausgewählt. Während einer gewöhnlichen Stromversorgung schaltet die Steuereinheit 124 nach dem Entfernen des Vorzugsstromversorgungkanals einen anderen bestehenden effektiven Stromversorgungskanal ein. Der konkrete Ladevorgang läuft wie folgt: Wenn die Batterietemperatur in einem zulässigen Bereich liegt und die Batteriespannung höher als eine zulässige Vorladespannung ist, steuert die Ladeschaltung 125 die Spannungsausgabe so, dass die aufladbare Batterie 130 in einen Konstantstromlademodus gelangt. Wenn die Batteriespannung größer als oder gleich wie ein Vorgabewert ist, steuert die Ladeschaltung 125 die Spannungsausgabe so, dass die aufladbare Batterie 130 in einen Konstantspannungslademodus gelangt, wobei gleichzeitig die Temperatur und der Strom der Batterie erfasst werden. Wenn der Batteriestrom geringer als ein Vorgabewert ist, wird die Ladung beendet. Auf einen derartigen Ladevorgang, welcher für die Fachleute auf diesem Gebiet bekannt ist, wird hier im Detail nicht mehr eingegangen.
Es versteht sich, dass der kabelgebundene oder kabellose elektrische Energiekanal auch auf andere Weise ausgewählt werden kann, wobei die Steuereinheit 124 durch Erfassen eines Ladestroms der aufladbaren Batterie 130 deren Ladezustand erfasst. Bei Erfassen eines Zustands, in dem die Batterie durch eine kabellose Stromquelle geladen wird und an einer kabelgebundenen Stromquelle angeschlossen ist, trennt die Steuereinheit 124 den elektrischen Energiekanal der kabellosen Stromquelle ab, um die aufladbare Batterie 130 über den kabelgebundenen elektrischen Energiekanal, der eine schnelle Ladung der Batterie erlaubt, zu laden. In einer anderen Ausführungsform wird durch Erfassen des Ladezustands oder der Verbindung der kabelgebundenen oder kabellosen Stromquelle ein Vergleich dazwischen durchgeführt und eine davon ausgewählt, um die Batterie zu laden. Auf diese Weise kann stets eine optimale Ladung der aufladbaren Batterie 130 erreicht werden.
Mit der aufladbaren Batterie 130 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, bei der es sich um eine Nickel-Kadmium-Batterie, eine Nickel-Metallhydrid-Batterie oder eine Lithiumbatterie handeln kann, lässt sich elektrische Energie an ein Elektrowerkzeug ausgeben. Das Elektrowerkzeug kann ein Bohrhammerwerkzeug, ein Sägewerkzeug oder ein Gartengerät oder auch anderweitige Elektrowerkzeuge, welche für die Fachleute auf diesem Gebiet bekannt sind, sein. 3 und 4 zeigen die Anwendung eines Ladesystems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung bei einem Elektrowerkzeug 10 in Form eines Bohrwerkzeuges mit einem Batteriepack 11, wobei in dem Batteriepack 11 eine aufladbare Batterie 130 enthalten ist und der Batteriepack 11 lösbar an dem Elektrowerkzeug 10 angebracht ist. Bei der elektrischen Energieempfangseinrichtung 120 gemäß der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich um ein Ladegerät, das die vorangehend erwähnte kabellose Stromquelle-Zugangseinheit 121, die kabelgebundene Stromquelle-Zugangseinheit 122, das Signalerfassungsmodul 123, die Steuereinheit 124 und die Ladeschaltung 125 umfasst und daher eine Ladung des angebrachten Batteriepacks 11 über zumindest einen der elektrischen Energiekanäle, d.h. kabelgebunden oder kabellos, ermöglicht.
5 zeigt ein Blockschaltbild eines ein Ladesystem 200 aufweisenden Batteriepacks 21 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die sich von der ersten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass die Schaltungsmodule in der elektrischen Energieempfangseinrichtung 120 unmittelbar in einem Batteriepack 21 integriert sind, der sowohl einen kabelgebundenen als auch einen kabellosen elektrischen Energiezugang unterstützt. Im Einzelnen wird mit dem Bezugszeichen 210 eine kabellose Leistungs-Sendeeinrichtung bezeichnet, die identisch mit der kabellosen Leistungs-Sendeeinrichtung 110 der ersten Ausführungsform ausgebildet ist und eine Sendespule 213 umfasst. Hingegen umfasst der Batteriepack 21 eine kabellose Stromquelle-Zugangseinheit 211 und eine kabelgebundene Stromquelle-Zugangseinheit 212, ein Signalerfassungsmodul 213, eine Steuereinheit 214 und eine aufladbare Batterie 216, wobei die kabellose Stromquelle-Zugangseinheit 211 zumindest eine Empfangsspule 2111 und ein Empfangsschaltungsmodul 2112 und die kabelgebundene Stromquelle-Zugangseinheit einen Verbinder 2121 enthält. Bei dem Batteriepack 21 erfolgt die kabelgebundene oder kabellose Ladung genauso wie bei der ersten Ausführungsform. Der Unterschied besteht darin, dass in dem Batteriepack 21 eine Lade- und Entladeschaltung 215 vorgesehen ist. Diese umfasst eine ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ausgebildete Ladeschaltung (nicht dargestellt), die zum Erhalten elektrischer Energie aus der kabellosen oder kabelgebundenen Stromquelle-Zugangseinheit dient, um die aufladbare Batterie 216 zu laden. Des Weiteren kann der Batteriepack 21 über den Verbinder 2121 einen Entladevorgang nach außen durchführen, wobei der Entladezustand der aufladbaren Batterie 216 durch die Steuereinheit 214 erfasst und gesteuert werden kann.
6 zeigt die Anwendung eines ein Ladesystem 200 aufweisenden Batteriepacks 31 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung bei einem Elektrowerkzeug, wobei der Batteriepack 21 gemäß der vorliegenden Ausführungsform lösbar an dem Elektrowerkzeug 20 angebracht sein kann. Selbstverständlich kann der Batteriepack 21 aber auch in dem Elektrowerkzeug 20 integriert sein.
7 und 8 zeigen ein Blockschaltbild eines Ladesystems 300 mit automatischer Regelfunktion gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, die sich von den zuvor beschriebenen Ausführungsformen dadurch unterscheidet, dass das hier ausgeführte Ladesystem 300 eine automatische Regelfunktion besitzt. Im Einzelnen weist das Ladesystem 300 eine elektrisch zwischen Steuereinheit 324 und aufladbarer Batterie 326 geschaltete Ladeerfassungsschaltung 325 auf und umfasst zudem ein Batterieüberwachungsmodul und ein Lade- und Entladesteuermodul (nicht dargestellt). Die Steuereinheit 324 umfasst ein Steuergerät, in dem das Batterieüberwachungsmodul und das Lade- und Entladesteuermodul integriert sind. Auf diese Weise kann die Steuereinheit 324 für einen Ladevorgang über das Batterieüberwachungsmodul Parameter, wie beispielsweise Spannung, Strom, Temperatur, der Batterie aus der Ladeerfassungsschaltung 325 erhalten und demnach ein richtiges Ladeverfahren auswählen, mit dem die Batterie geladen werden soll. Dabei erfolgt das Ein- und Ausschalten der Ladeschaltung durch die Steuereinheit 324 über einen MOSFET. Es versteht sich, dass sich das Batterieüberwachungsmodul und das Lade- und Entladesteuermodul auch in einem Elektrowerkzeug 30 befinden können. Im Einzelnen umfasst die Ladeerfassungsschaltung 325 ferner eine Spannungsabtastschaltung, eine Stromabtastschaltung und eine Temperaturabtastschaltung. In einem Ladevorgang ermittelt die Steuereinheit 324 jeweils über die Spannungsabtastschaltung, die Stromabtastschaltung und die Temperaturabtastschaltung die aktuelle Spannung, den aktuellen Strom und die aktuelle Temperatur der aufladbaren Batterie 326 und gibt ein Ladesignal an eine kabelgebundene oder kabellose Ladeeinheit aus, um schließlich eine für die aufladbare Batterie 326 geeignete Spannungs- oder Stromausgabe zu gewährleisten.
8 zeigt die Anwendung eines Ladesystems mit automatischer Regelfunktion gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung bei einem Elektrowerkzeug 30. Das Elektrowerkzeug 30 umfasst einen die aufladbare Batterie 326 aufweisenden Batteriepack 31, der in dem Elektrowerkzeug 30 integriert ist, eine kabellose Leistungs-Sendeeinrichtung 310 und einen kabelgebundenen Adapter 330. Hierbei gibt die kabellose Leistungs-Sendeeinrichtung 310 kabellose elektrische Energie an eine kabellose Stromquelle-Zugangseinheit 321 aus und umfasst dazu eine Stromquelle 311, eine Sendeschaltung 312, eine Sendespule 313 und eine Stromversorgungssteuereinheit (nicht dargestellt). Hingegen umfasst die kabellose Stromquelle-Zugangseinheit 321 eine Empfangsspule 3211 und ein Empfangsschaltungsmodul 3212, wobei zwischen Sendespule 313 und Empfangsspule 3211 eine Leistungsübertragung und eine Datenkommunikation stattfinden können. Im Einzelnen erfasst die Ladeerfassungsschaltung 325 einen Spannungszustand der aufladbaren Batterie 326 und sendet ihn an die Steuereinheit 324, die anhand der erfassten Daten ein Ladesteuersignal über die kabellose Stromquelle-Zugangseinheit 321 an die kabellose Leistungs-Sendeeinrichtung 310 weiterleitet. Bei der kabellosen Leistungs-Sendeeinrichtung 310 führt die Stromversorgungssteuereinheit anhand des empfangenen Steuerbefehls eine automatische Regelung der Betriebsfrequenz und Ausgangsleistung der Sendespule 313 durch, um den Ladebedarf der kabellosen Stromquelle-Stromversorgungseinheit 321 zu erfüllen. Gegenüber gewöhnlichen elektronischen Produkten benötigt der Batteriepack 31 eines Elektrowerkzeuges eine hohe Ladeleistung. Mit der automatischen Regelfunktion kann die kabellose Leistungs-Sendeeinrichtung 310 die Ausgangsleistung an den sich ändernden Bedarf der kabellosen Stromquelle-Zugangseinheit 321 anpassen, um die Ausgangsleistung und die Spannung stabil zu halten und somit den Nutzerbedarf weitgehend zu erfüllen.
Andererseits gibt der Adapter 330 kabelgebundene elektrische Energie an eine kabelgebundene Stromquelle-Zugangseinheit 322 aus und enthält hierzu einen Plus-, einen Minus- und einen Steueranschluss (nicht dargestellt), während der Verbinder 3221 der kabelgebundenen Stromquelle-Zugangseinheit 322 einen Plus-, einen Minus- und einen Steueranschluss umfasst. Bei Auswahl eines kabelgebundenen elektrischen Energiekanals ist der Adapter 330 mit dem Batteriepack 31 so verbunden, dass sein Plus-, Minus- und Steueranschluss jeweils mit dem Plus-, Minus- bzw. Steueranschluss des Batteriepacks in Kontakt treten. In einem Ladevorgang ermittelt die Steuereinheit 324 eine aktuelle Spannung, einen aktuellen Strom und eine aktuelle Temperatur des Batteriepacks 31, gibt über ein angepasstes Netzwerk ein Ladesignal an den Steueranschluss des Adapters aus und steuert den Ladevorgang des Adapters. Wenn die Batterietemperatur in einem zulässigen Bereich liegt und die Batteriespannung höher als eine zulässige Vorladespannung ist, wird die Spannungsausgabe des Adapters 330 so gesteuert, dass der Batteriepack 31 in einen Konstantstromlademodus gelangt. Wenn die Batteriespannung höher als ein Vorgabewert ist, wird die Spannungsausgabe des Adapters 330 so gesteuert, dass der Batteriepack 31 in einen Konstantspannungslademodus gelangt, wobei gleichzeitig Temperatur und Strom erfasst werden. Wenn der Strom geringer als ein Festwert ist, wird die Ladung beendet.
9 zeigt ein Blockschaltbild des Adapters 330 gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung, der einen Transformator 331, eine Rückkopplungsschleife 332, eine Optokoppler-Isolationssteuerschaltung 333, eine PWM-Steuerung 334, eine MOSFET-Leistungsschaltröhre 335 umfasst. Über eine Stromquelle-Eingangsschaltung 336 wird ein Wechselstrom eingegeben, der nacheinander durch eine EMI-Unterdrückungsschaltung 337, eine primäre Eingangsfilterschaltung 338, den Transformator 331 und eine sekundäre Ausgangsgleichrichter- und Filterschaltung fließt und als Hochspannungsgleichstrom ausgegeben wird, der durch eine aus der Rückkopplungsschleife 332, der Optokoppler-Isolationssteuerschaltung 333 und der PWM-Steuerung 334 bestehende Schleife strömt. Die Steuereinheit 324 gibt über einen Steuerport des Adapters 330 ein Ladesteuersignal in die PWM-Steuerung 334 ein, wobei die PWM-Steuerschaltung die MOSFET-Leistungsschaltröhre 335 steuert, um eine für den Batteriepack 31 geeignete Spannungs- oder Stromausgabe zu erhalten. Die Stromquelle-Eingangsschaltung 336 kann aus einer Sicherung, einem Heißleiter, einem Varistor usw. (nicht dargestellt) bestehen, um zu vermeiden, dass bei Störungen innerhalb der Stromquelle an dem Stromquelle-Eingang ein großer Kurzschlussstrom entsteht. Dadurch kann der beim Einschalten der Stromquelle auftretende Stoßstrom verringert und gleichzeitig eine an der Eingangsleitung anliegende Stoßspannung aufgenommen werden, um eine durch Überspannungen verursachte Beschädigung der Bauelemente innerhalb der Stromquelle zu verhindern. Mit der Gleichrichter- und Filterschaltung im Adapter 330 wird die Eingangsspannung geglättet, um Brummspannungen auszufiltern und damit eine relativ stabile Gleichspannung für den Adapter 330 bereitzustellen. Zugleich wird das Hochfrequenz-Schaltrauschen ausgefiltert, wodurch die Übertragungseigenschaften des Adapters verbessert werden. 10 zeigt ein Blockschaltbild eines kabelgebundenen oder kabellosen Lade- und Entladesystems 400 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung, die sich von der dritten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass zwischen Empfangsschaltungsmodul 4212 der kabellosen Stromquelle-Zugangseinheit 421 und Steuereinheit 424 zusätzlich ein Schalter K2 vorgesehen ist. Dabei steuert die Steuereinheit 424 durch das Ein- und Ausschalten des Schalters K2 die elektrische Energieausgabe der kabellosen Stromquelle-Zugangseinheit 421, so dass auf eine Steuerung des Halbleiterschalters des Gleichrichtermoduls in dem Empfangsschaltungsmodul 4212 verzichtet werden kann. Es versteht sich, dass auch in den vorangehend erläuterten beiden Ausführungsformen durch das Vorsehen eines zusätzlichen Schalters K2 eine direkte Steuerung der elektrischen Energieausgabe der kabellosen Stromquelle-Zugangseinheit erfolgen kann.
Im Folgenden wird auf den Ablauf zum Steuern der elektrischen Energieübertragung anhand des Zugangszustands der elektrischen Energiekanäle gemäß der Ausführungsform der Erfindung näher eingegangen. 11a zeigt ein logisches Steuerdiagramm eines erfindungsgemäßen Ladesystems, dessen vollständiger Arbeitsablauf nachstehend anhand 11b näher beschrieben wird.
Zunächst kann in Schritt S01 in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsbedingungen ein Zugang einer kabelgebundenen oder kabellosen Stromquelle erfolgen. In Schritt S02 erfasst das Signalerfassungsmodul einen Zugangszustand der elektrischen Energie. In Schritt S03 wird festgestellt, ob ein elektrisches Signal erfasst wird. Wenn nein, geht man zum Schritt S02 für eine weitere Erfassung zurück. Wenn ja, wird ein Entscheidungsschritt S04 durchgeführt, um festzustellen, ob der elektrische Energiezugang effektiv ist. Im Einzelnen kann an verschiedenen Kenngrößen, wie z.B. Erkennungspegel, Impedanz, Erkennungsimpulskette, erkannt werden, ob der Zugang effektiv ist. Wenn der Zugang ineffektiv ist, geht man zum Erfassungsschritt S02 zurück, so dass kein Ladevorgang durchgeführt wird. Bei konkreten Produkten kann dem Benutzer auch noch mit Hilfe einer Anzeigeleuchte, einer Sprachanweisung oder dergleichen ein Hinweis darauf gegeben werden, dass der Zugang ineffektiv ist und sich kein Ladevorgang durchführen lässt.
Wenn der Zugang effektiv ist, wird ein nächster Schritt durchgeführt, um einen elektrischen Energiekanal auszuwählen und die Batterie zu laden. Hier wird die Auswahl eines elektrischen Energiekanals anhand 11b näher erläutert. In Schritt S04 wird festgestellt, ob die elektrische Energie effektiv ist, insbesondere ob ein Nennanschluss vorliegt. Wenn nein, wird Schritt S13 durchgeführt, es findet keine Bedienung statt. Wenn ja, werden die Kanalauswahlschritte A–G durchgeführt, um durch die Steuereinheit festzustellen, welche elektrischen Energiekanäle in der konkreten kabelgebundenen und kabellosen Ladeeinheit effektiv sind. In Schritt S05 wird die effektive Kanalanzahl N festgestellt. Wenn nur ein elektrischer Energiekanal effektiv ist, wird Schritt S06 durchgeführt, bei dem dieser Kanal als zulässiger elektrischer Energiekanal zur Stromversorgung festgelegt wird. Wenn beide elektrische Energiekanäle effektiv sind, wird Schritt S07 durchgeführt, bei dem die Zugangszeitpunkte der beiden Kanäle miteinander verglichen werden und der frühere Kanal ausgewählt wird. Nach der Kanalauswahl geht man zum Schritt S06 zurück, bei dem der ausgewählte effektive Kanal als effektiver Kanalzustand konfiguriert wird und eine Stromversorgung stattfindet. Inzwischen befindet sich der spätere Kanal im Bereitschaftszustand und ist jedoch nicht zugelassen, elektrische Energie bereitzustellen. Wenn in einem Ladevorgang der Vorzugskanal abgetrennt ist, wird ein anderer effektiver Kanal zur Stromversorgung ausgewählt. Nach der Auswahl eines effektiven Stromversorgungskanals wird Schritt S09 durchgeführt, bei dem zur Stromversorgung der Zustand des Schalters durch die Steuereinheit gesteuert wird.
Im Einzelnen wird bei der Auswahl der kabellosen Stromquelle-Zugangseinheit 121, 221, 321 zur Stromversorgung in den ersten drei Ausführungsformen ein Schalter der jeweils zugeordneten Gleichrichterschaltung durch die Steuereinheit 124, 224, 324 gesteuert. In der vierten Ausführungsform wird die kabellose Stromquelle-Zugangseinheit 421 über die Steuereinheit 424 durch das Ein- und Ausschalten des Schalters K2 zur Stromversorgung gesteuert. Bei Auswahl eines kabelgebundenen Kanals zur Stromversorgung erfolgt in allen oben genannten Ausführungsformen eine Steuerung des Schalters K1 durch die Steuereinheit, um elektrische Energie auszugeben. Nach dem Zugang des ausgewählten elektrischen Energiekanals wird die elektrische Energie über die Ladeschaltung nach einem Lademodell der aufladbaren Batterie zugeführt.
Die Schritte A–G zum Auswählen eines effektiven Stromversorgungskanals zur Stromversorgung umfassen ferner den Schritt S09, bei dem eine Echtzeit-Überwachung der Batteriekapazität der aufladbaren Batterie durch die Steuereinheit oder durch ein Steuermodul in der Ladeschaltung stattfindet. In Schritt S10 wird festgestellt, ob die Batteriekapazität einen Sollwert erreicht. Sobald die Batteriekapazität den Sollwert erreicht, wird Schritt S11 durchgeführt, um den Ladevorgang zu unterbrechen. Ansonsten wird Schritt S12 durchgeführt, um den Ladevorgang fortzusetzen. Im Falle einer künstlichen Entfernung der elektrischen Energie im Ladevorgang wird die Ladung der aufladbaren Batterie unterbrochen. Es versteht sich, dass je nach Bedarf eine den Batterie- und Schaltungseigenschaften entsprechende Auslegung zum Ladeschutz, wie etwa Temperatur-, Überstrom- bzw. Überspannungsschutz, vorgenommen werden kann. Bisher wurde die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben, die jedoch keine Einschränkung der Erfindung darstellen. Den durchschnittlichen Fachleuten auf diesem Gebiet wird klar sein, dass im Rahmen der Erfindung verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich sind. Deshalb ist der Schutzumfang der Erfindung durch die beiliegenden Patentansprüche definiert.

Claims

Ladesystem, umfassend: – eine kabellose Leistungs-Sendeeinrichtung zum Aussenden elektromagnetischer Energie, – eine kabellose Stromquelle-Zugangseinheit, die eine Empfangsspule zum kabellosen Empfang der von der kabellosen Leistungs-Sendeeinrichtung ausgesendeten elektromagnetischen Energie und ein Empfangsschaltungsmodul zur Gleichrichtung und Leistungserfassung der empfangenen elektrischen Energie umfasst, – eine kabelgebundene Stromquelle-Zugangseinheit, die einen Verbinder umfasst, der für einen Zugang kabelgebundener elektrischer Energie sorgt, – ein Signalerfassungsmodul zum Erfassen des Zugangszustands einer externen kabelgebundenen oder kabellosen Stromquelle, – eine Steuereinheit zum Verwalten eines elektrischen Energiekanals anhand des durch das Signalerfassungsmodul erfassten Zugangszustands der kabelgebundenen oder kabellosen elektrischen Energie, und – eine Ladeschaltung zum Erhalten elektrischer Energie aus der kabellosen oder kabelgebundenen Stromquelle-Zugangseinheit, um eine aufladbare Batterie zu laden.
Ladesystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kabellose Leistungs-Sendeeinrichtung eine Stromquelle, eine Sendeschaltung und eine Sendespule umfasst, welche miteinander elektrisch verbunden sind.
Ladesystem gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Sendespule der kabellosen Stromquelle-Zugangseinheit und der Empfangsspule der kabellosen Leistungs-Sendeeinrichtung eine Leistungsübertragung und eine Datenkommunikation stattfinden können.
Ladesystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Empfangsschaltungsmodul elektrisch zwischen Empfangsspule und Ladeschaltung geschaltet ist und einen Resonanzkreis und eine Gleichrichterschaltung umfasst.
Ladesystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladesystem ferner einen Adapter umfasst, der für eine Ausgabe kabelgebundener elektrischer Energie sorgt und elektrisch mit dem Verbinder der kabelgebundenen Stromquelle-Zugangseinheit verbunden ist.
Ladesystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeschaltung eine Ladeerfassungsschaltung umfasst, die einen Spannungszustand der aufladbaren Batterie erfassen und ihn an die Steuereinheit senden kann.
Ladesystem gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ein Batterieüberwachungsmodul umfasst, über das Batterieüberwachungsmodul Batterieparameter aus der Ladeerfassungsschaltung erhält und auf Basis dieser Daten ein Ladesteuersignal über die kabellose Stromquelle-Zugangseinheit an die kabellose Leistungs-Sendeeinrichtung weiterleitet, deren Stromversorgungssteuereinheit anhand des empfangenen Ladesteuersignals eine automatische Regelung der Betriebsfrequenz und Ausgangsleistung der Sendespule durchführt.
Verfahren zum Laden einer aufladbaren Batterie mit einem Ladesystem gemäß Anspruch 1, umfassend folgende Schritte: – Zugang einer kabellosen Leistungs-Sendeeinrichtung oder einer kabelgebundenen Stromquelle, – Erfassen des Zugangszustands eines elektrischen Energiekanals durch ein Signalerfassungsmodul, – Feststellen der Effektivität des Zugangs des elektrischen Energiekanals und der effektiven Kanalanzahl durch eine Steuereinheit, – wenn nur ein elektrischer Energiekanal effektiv ist, dieser Kanal als zulässiger elektrischer Energiekanal zur Stromversorgung festgelegt wird, und wenn beide elektrische Energiekanäle effektiv sind, die Zugangszeitpunkte der beiden Kanäle miteinander verglichen werden, wobei der früher zugänglich gemachte Kanal ausgewählt und als effektiver Kanalzustand konfiguriert wird und eine Stromversorgung stattfindet.
Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Empfangsschaltungsmodul einen Resonanzkreis und eine Gleichrichterschaltung umfasst, wobei – bei Auswahl einer kabellosen Stromquelle-Zugangseinheit zur Stromversorgung die Steuereinheit durch das Ein- und Ausschalten einer Schaltröhre in der Gleichrichterschaltung die elektrische Energieausgabe der kabellosen Stromquelle-Zugangseinheit steuert, – es sich bei der Gleichrichterschaltung um eine Vollbrückengleichrichterschaltung handelt, die zumindest zwei Trioden umfasst, wobei die Steuereinheit ein Steuersignal bereitstellt, um durch das Ein- und Ausschalten der Trioden die Ausgabe der Gleichrichterschaltung zu steuern.
Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalerfassungsmodul beim Erfassen eines elektrischen Energiezugangs ein abgetastetes elektrisches Signal in die Steuereinheit eingibt, die das abgetastete elektrische Signal mit einem voreingestellten Schwellenwert vergleicht, um festzustellen, ob ein effektiver elektrischer Energieeintrag besteht.
Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit in der Lage ist, in einem Ladevorgang nach dem Entfernen des elektrischen Vorzugsenergiekanals einen anderen bestehenden effektiven elektrischen Energiekanal einzuschalten.
Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Ladevorgang eine Echtzeit-Erfassung der Batteriekapazität der aufladbaren Batterie durch die Steuereinheit stattfindet, um festzustellen, ob die Batteriekapazität einen Sollwert erreicht, wobei der Ladevorgang unterbrochen wird, sobald die Batteriekapazität den Sollwert erreicht.
Batteriepack, umfassend: – eine kabellose Stromquelle-Zugangseinheit, die eine Empfangsspule zum kabellosen Empfang von einer kabellosen Leistungs-Sendeeinrichtung ausgesendeter elektromagnetischer Energie und ein Empfangsschaltungsmodul zur Gleichrichtung und Leistungserfassung der empfangenen elektrischen Energie umfasst, – eine kabelgebundene Stromquelle-Zugangseinheit, die einen Verbinder umfasst, der für einen Zugang kabelgebundener elektrischer Energie sorgt, – ein Signalerfassungsmodul zum Erfassen des Zugangszustands einer externen kabelgebundenen oder kabellosen Stromquelle, – eine Steuereinheit, die über das Signalerfassungsmodul den Zugangszustand einer kabelgebundenen oder kabellosen Stromquelle erfasst und in der Lage ist, nach dem elektrischen Energiezugang anhand des Zugangszustands der kabelgebundenen oder kabellosen elektrischen Energie den elektrischen Energiekanal zu verwalten, – zumindest eine aufladbare Batterie zum Speichern elektrischer Energie und zum Entladen nach außen, und – eine Lade- und Entladeschaltung, die eine Ladeschaltung zum Erhalten elektrischer Energie aus der kabellosen oder kabelgebundenen Stromquelle-Zugangseinheit und zum Laden der aufladbaren Batterie umfasst.
Batteriepack gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Batteriepack über den Verbinder der kabelgebundenen Stromquelle-Zugangseinheit einen Entladevorgang nach außen durchführen kann, wobei durch die Steuereinheit ein Entladezustand der aufladbaren Batterie erfasst und gesteuert werden kann.
Batteriepack gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit anhand des Zugangszustands der elektrischen Energiekanäle nach der zeitlichen Zugangsreihenfolge einen Übertragungskanal der elektrischen Energie auswählt.
Batteriepack gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalerfassungsmodul beim Erfassen eines elektrischen Energiezugangs ein abgetastetes elektrisches Signal in die Steuereinheit eingeben kann, die das abgetastete elektrische Signal mit einem voreingestellten Schwellenwert vergleicht, um festzustellen, ob ein effektiver elektrischer Energieeintrag besteht, wobei die Steuereinheit, wenn beide elektrischen Energiezugänge effektiv sind, nach einem vorgegebenen Prioritätsprinzip der Stromversorgung einen elektrischen Energiekanal auswählen und während einer gewöhnlichen Stromversorgung nach dem Entfernen des elektrischen Vorzugsenergiekanals einen anderen bestehenden effektiven elektrischen Energiekanal einschalten kann.
Batteriepack gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Empfangsschaltungsmodul elektrisch zwischen Empfangsspule und Lade- und Entladeschaltung geschaltet ist und einen Resonanzkreis und eine Gleichrichterschaltung umfasst, wobei die Steuereinheit durch das Ein- und Ausschalten einer Schaltröhre in der Gleichrichterschaltung die elektrische Energieausgabe der kabellosen Stromquelle-Zugangseinheit steuert.
Batteriepack gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Gleichrichterschaltung um eine Vollbrückengleichrichterschaltung handelt, die zumindest zwei Trioden umfasst, wobei die Steuereinheit ein Steuersignal bereitstellt, um durch das Ein- und Ausschalten der Trioden die Ausgabe der Gleichrichterschaltung zu steuern.
Batteriepack gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lade- und Entladeschaltung ferner eine Ladeerfassungsschaltung zum Erfassen der Batterieparameter der aufladbaren Batterie und die Steuereinheit ferner ein Batterieüberwachungsmodul umfasst, wobei die Steuereinheit über das Batterieüberwachungsmodul die Batterieparameter aus der Ladeerfassungsschaltung erhält und die elektrische Energieausgabe der kabelgebundenen oder kabellosen Stromquelle steuert, um für die aufladbare Batterie geeignete elektrische Energie bereitzustellen.
Batteriepack gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeerfassungsschaltung einen Spannungszustand der aufladbaren Batterie erfassen und ihn an die Steuereinheit senden kann, die auf Basis dieser Daten ein Ladesteuersignal über die kabellose Stromquelle-Zugangseinheit an die kabellose Leistungs-Sendeeinrichtung weiterleitet, die anhand des empfangenen Ladesteuersignals eine automatische Regelung der Betriebsfrequenz und Ausgangsleistung der Sendespule durchführen kann.