DE112005001217T5

DE112005001217T5 - Verfahren und System zum Batterieladen

Info

Publication number: DE112005001217T5
Application number: DE112005001217T
Authority: DE
Inventors: Todd W. Wauwatosa Johnson; Jay J. Menomonee Falls Rosenbecker; Gary D. Waukesha Meyer; Jeffrey M. Delafield Zeiler; Kevin L. Lomira Glasgow; Jonathan A. Waukesha Zick; Jeffrey M. Whitefish Bay Brozek; Karl F. Waite Hill Scheucher
Original assignee: Milwaukee Electric Tool Corp
Current assignee: Milwaukee Electric Tool Corp
Priority date: 2004-05-24
Filing date: 2005-05-24
Publication date: 2007-06-28
Also published as: GB0623249D0; GB2429344A; WO2005117232A2; WO2005117231A1; GB2430814B; GB2430814A; DE112005001203B4; DE112005001203T5; GB0623318D0; WO2005117231A8; WO2005117232A3; GB2429344B

Abstract

Kombination, die aufweist:
einen Batterieakku, der enthält:
einen ersten Batterieanschluss,
einen zweiten Batterieanschluss,
eine Batteriezelle, die einen gegenwärtigen Ladezustand hat, wobei die Batteriezelle mit dem ersten Batterieanschluss und/oder dem zweiten Batterieanschluss gekoppelt ist;
einen Batteriemikrocontroller, der mit dem ersten Batterieanschluss und/oder dem zweiten Batterieanschluss gekoppelt ist, wobei der Mikrocontroller derart betreibbar ist, dass er den vorliegenden Ladezustand der Batteriezelle misst, um Messungen des vorliegenden Ladezustands der Batteriezelle zu erzeugen; und
einen Batterielader, der derart betreibbar ist, dass er einen Ladestrom dem Batterieakku zuführt, wobei der Batterielader enthält:
einen ersten Laderanschluss, der aufgebaut ist, mit dem ersten Batterieanschluss und/oder dem zweiten Batterieanschluss gekoppelt zu sein, wobei der erste Laderanschluss aufgebaut ist, Ladestrom dem Batterieakku zuzuführen;
einen zweiten Laderanschluss, der aufgebaut ist, mit dem ersten Batterieanschluss und/oder dem zweiten Batterieanschluss gekoppelt zu sein, und
einen Ladermikrocontroller, der mit dem zweiten Laderanschluss gekoppelt ist...

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN

Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht die Vorteile aus der früher eingereichten, mitanhängigen, provisorischen US-Patentanmeldung, Serien-Nr. 60/574,278, die am 24. Mai 2004 eingereicht wurde; Serien-Nr. 60/574,616, die am 25. Mai 2004 eingereicht wurde; Serien-Nr. 60/582,138, die am 22. Juni 2004 eingereicht wurde; Serien-Nr. 60/582,729, die am 24. Juni 2004 eingereicht wurde; Serien-Nr. 60/582,730, eingereicht am 24. Juni 2004; Serien-Nr. 60/612,352, eingereicht am 22. September 2004; Serien-Nr. 60/626,013, eingereicht am 05. November 2004; Serien-Nr. 60/626,230, eingereicht am 09. November 2004; und Serien-Nr. 60/643,396, eingereicht am 12. Januar 2005, wobei die gesamten Inhalte dieser Anmeldungen hier durch Bezugnahme aufgenommen werden.

Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auch auf die US-Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 10/720,027, die am 20. November 2003 eingereicht wurde und die den Vorteil der früher eingereichten, mitanhängigen provisorischen US-Patentanmeldung Serien-Nr. 60/428,358, eingereicht am 22. November 2002; Serien-Nr. 60/428,450, eingereicht am 22. November 2002; Serien-Nr. 60/428,452, eingereicht am 22. November 2002; Serien-Nr. 60/440,692, eingereicht am 17. Januar 2003; Serien-Nr. 60/440,693, eingereicht am 17. Januar 2003; Serien-Nr. 60/523,716, eingereicht am 19. November 2003; und Serien-Nr. 60/523,712, eingereicht am 19. November 2003, beansprucht, wobei die gesamten Inhalte dieser Anmeldungen hier durch Bezugnahme aufgenommen werden.

Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auch auf die US-Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 10/719,680, die am 20. November 2003 eingereicht wurde und die den Vorteil aus den früher eingereichten, mitanhängigen, provisorischen US- Patentanmeldungen Serien-Nr. 60/428,358, eingereicht am 22. November 2002; Serien-Nr. 60/428,450, eingereicht am 22. November 2002; Serien-Nr. 60/428,452, eingereicht am 22. November 2002; Serien-Nr. 60/440,692, eingereicht am 17. Januar 2003; Serien-Nr. 60/440,693, eingereicht am 17. Januar 2003; Serien-Nr. 60/523,716, eingereicht am 19. November 2003; und Serien-Nr. 60/523,712, eingereicht am 19. November 2003, beansprucht, deren gesamte Inhalte hier durch Bezugnahme aufgenommen werden.

Die vorliegende Patentanmeldung bezieht sich auch auf die US-Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 10/721,800, eingereicht am 24. November 2003, die den Vorteil der früher eingereichten, mitanhängigen provisorischen US-Patentanmeldung Serien-Nr. 60/428,356, eingereicht am 22. November 2002; Serien-Nr. 60/428,358, eingereicht am 22. November 2002; Serien-Nr. 60/428,450, eingereicht am 22. November 2002; Serien-Nr. 60/428,452, eingereicht am 22. November 2002; Serien-Nr. 60/440,692, eingereicht am 17. Januar 2003; Serien-Nr. 60/440,693, eingereicht am 17. Januar 2003; Serien-Nr. 60/523,712, eingereicht am 19. November 2003; und Serien-Nr. 60/523,716, eingereicht am 19. November 2003; beansprucht, deren gesamte Inhalte hier durch Bezugnahme aufgenommen werden.

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren und ein System zum Batterieladen und genauer ein Verfahren und ein System zum Laden einer Elektrowerkzeugbatterie.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Kabellose Elektrowerkzeuge werden typischerweise durch tragbare Akkus bzw. Akkumulatoren versorgt. Diese Akkumulatoren können unterschiedlich in der Batteriechemie und in der Nominalspannung sein und können verwendet werden, um verschiedene Werkzeuge und elektrische Vorrichtungen zu versorgen. Typischerweise ist die Akkumulatorchemie einer Elektrowerkzeugbatterie entweder Nickel-Cadmium ("NiCd") oder Nickel-Metall-Hydrid ("NiMH"). Die Nominalspannung des Akkumulators reicht für gewöhnlich von ungefähr 2,4 V bis ungefähr 24 V.

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG

Einige Batteriechemien (zum Beispiel Lithium ("Li"), Lithium-Ion ("Li-Ion") und andere Chemien erfordern genaue Ladeverfahren und Ladeoperationen mit einer gesteuerten Entladung. Unzureichende Ladeverfahren und ungesteuerte Entladeverfahren können eine zu starke Erwärmung, zu starke Überladezustände und/oder zu stark überentladene Zustände erzeugen. Diese Zustände und Entwicklungen können eine irreversible Beschädigung der Batterien verursachen und können die Batteriekapazität ernstlich beeinträchtigen.

Die vorliegende Erfindung stellt ein System und ein Verfahren zum Laden einer Batterie bereit. In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten stellt die Erfindung einen Batterielader bereit, der verschiedene Akkus bzw. Batterieeinheiten mit unterschiedlicher Batteriechemie vollständig laden kann. In einigen Aufbauten und in einigen Aspekten stellt die Erfindung einen Batterielader bereit, der vollständig Batterien auf Lithiumbasis, zum Beispiel Lithium-Cobalt-Batterien, Lithium-Mangan-Batterien und Spinellbatterien laden kann. In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten stellt die Erfindung einen Batterielader bereit, der Akkus mit Chemie auf Lithiumbasis mit unterschiedlichen Nominalspannungen oder in unterschiedlichen Nominalspannungsbereichen laden kann. In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten stellt die Erfindung einen Batterielader bereit, der verschiedene Lademodule hat, die auf der Basis unterschiedlicher Batteriezustände imp lementiert sind. In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten stellt die Erfindung ein Verfahren und ein System zum Laden einer Batterie auf Lithiumbasis durch Anlegen von Impulsen bzw. Pulsen mit einem konstanten Strom bereit. Die Zeit zwischen Pulsen und die Länge der Pulse bzw. Impulse kann von dem Batterielader in Abhängigkeit von bestimmten Batterieeigenschaften erhöht oder kleiner gemacht werden.

In einem Aufbau stellt die Erfindung eine Kombination bereit, die einen Akku bzw. eine Batterieeinheit und einen Batterielader enthält, der derart betrieben werden kann, dass er dem Akku einen Ladestrom zuführt. Der Akku enthält einen ersten Batterieanschluss, einen zweiten Batterieanschluss und eine Batteriezelle, die einen gegenwärtigen Ladezustand hat. Die Batteriezelle ist mit dem ersten Batterieanschluss und/oder dem zweiten Batterieanschluss gekoppelt. Der Akku enthält auch einen Batteriemikrocontroller, der mit dem ersten Batterieanschluss und/oder dem zweiten Batterieanschluss gekoppelt ist. Der Mikrocontroller bzw. die Mikrosteuereinheit funktioniert derart, dass sie den gegenwärtigen Ladezustand der Batteriezelle misst, um Messungen bzw. Messwerte des gegenwärtigen Ladezustands der Batteriezelle zu erzeugen. Der Batterielader enthält einen ersten Laderanschluss, der derart aufgebaut ist, dass er mit dem ersten Batterieanschluss und/oder dem zweiten Batterieanschluss koppelt und einen zweiten Laderanschluss, der derart aufgebaut ist, dass er mit dem ersten Batterieanschluss und/oder dem zweiten Batterieanschluss koppelt. Der erste Laderanschluss ist derart aufgebaut, dass er Ladestrom dem Akku zuführt. Der Batterielader enthält auch eine Ladermikrosteuereinheit bzw. einen Mikrocontroller, der mit dem zweiten Laderanschluss gekoppelt ist und derart arbeiten kann, dass er Messungen des gegenwärtigen Ladezustands der Batteriezelle von der Batteriemikrosteuereinheit empfängt. Die Ladermikrosteuereinheit ist auch derart betreibbar, dass sie Ladestrom dem Akku in Impulsen bzw. Pul sen zuführt, worin jeder Puls ein erstes Zeitintervall, in dem Ladestrom der Batterie zugeführt wird, und ein zweites Zeitintervall enthält, in dem Ladestrom von der Batterie unterbrochen ist. Der Mikrocontroller ist weiterhin derart betreibbar, dass er das erste Zeitintervall eines Pulses zumindest teilweise auf der Basis von Messungen des momentanen Ladezustands der Batteriezelle modifizieren kann, die von dem Batteriemikrocontroller aus empfangen werden.

In einem weiteren Aufbau stellt die Erfindung ein Verfahren des Pulsladens bzw. Impulsladens mit einer Batterie mit einer Vielzahl von Batteriezellen bereit. Das Verfahren enthält das Messen eines Ladezustands jeder Batteriezelle in der Vielzahl von Batteriezellen und das Anlegen eines ersten Pulses mit Ladestrom an die Batterie. Der erste Puls hat ein erstes Zeitintervall, in dem der Ladestrom der Batterie zugeführt wird, und ein zweites Zeitintervall, in dem die Zuführung des Ladestroms zu der Batterie unterbrochen ist. Das Verfahren enthält auch das Anlegen eines zweiten Pulses mit Ladestrom an die Batterie. Der zweite Puls hat ein drittes Zeitintervall, in dem der Ladestrom der Batterie zugeführt wird, und ein viertes Zeitintervall, in dem die Zuführung des Ladestroms zu der Batterie unterbrochen ist. Das dritte Zeitintervall basiert zumindest teilweise auf dem Ladezustand einer Batteriezelle und das dritte Zeitintervall ist kleiner als das erste Zeitintervall.

In einem weiteren Aufbau stellt die Erfindung einen Batterielader bereit, der derart betreibbar ist, dass er einen Ladestrom einem Akku zuführt, der eine Batteriezelle mit einem vorgegebenen Ladezustand hat, und einen Batteriemikrocontroller, der betreibbar ist, den gegenwärtigen Ladezustand der Batteriezelle zu messen. Der Batterielader enthält einen Ladermikrocontroller, der betreibbar ist, den gegenwärtigen Ladezustand der Batteriezelle von dem Batteriemikrocontroller zu empfangen. Der Ladermikrocontroller ist auch betreibbar, den Ladestrom dem Akku in Pulsen zuzuführen, worin jeder Puls bzw. Impuls ein erstes Zeitintervall und ein zweites Zeitintervall enthält. Das erste Zeitintervall ist ein Intervall, in dem ein Ladestrom der Batterie zugeführt wird, und das zweite Zeitintervall ist ein Intervall, in dem die Zuführung des Ladestroms zu der Batterie unterbrochen ist. Der Mikrocontroller ist weiterhin derart betreibbar, dass er das erste Zeitintervall eines Pulses zumindest teilweise in Abhängigkeit von dem momentanen Ladezustand der Batteriezelle modifiziert, der von dem Batteriemikrocontroller aus empfangen wird.

Unabhängige Merkmale und unabhängige Vorteile der Erfindung werden für Fachleute aus der Durchsicht der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, Ansprüche und Zeichnungen offenbar.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Batterie;
2 ist eine weitere perspektivische Ansicht einer Batterie, zum Beispiel der Batterie, die in 1 gezeigt ist;
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Batterie, zum Beispiel der Batterie, die in 1 gezeigt ist und die elektrisch und physikalisch mit einem Batterielader verbunden ist;
4 ist eine schematische Ansicht einer Batterie, die elektrisch mit einem Batterielader, zum Beispiel der Batterie und dem Batterielader, der in 3 gezeigt ist, verbunden ist;
5a und 5b sind Flussdiagramme, die den Betrieb eines Batterieladers zeigen, der die Aspekte der Erfindung verkörpert, zum Beispiel des Batterieladers, der in 3 gezeigt ist;
6 ist ein Flussdiagramm, das einen ersten Modul zeigt, der in einem Batterielader implementiert sein kann, der die Aspekte der Erfindung verkörpert, zum Beispiel den Batterielader, der in 3 gezeigt ist;
7 ist ein Flussdiagramm, das einen zweiten Modul zeigt, der einen Batterielader implementieren kann, der die Aspekte der Erfindung verkörpert, zum Beispiel den Batterielader, der in 3 gezeigt ist;
8 ist ein Flussdiagramm, das einen dritten Modul zeigt, der in einem Batterielader implementiert sein kann, der die Aspekte der Erfindung verkörpern kann, zum Beispiel den Batterielader, der in 3 gezeigt ist;
9 ist ein Flussdiagramm, das einen vierten Modul zeigt, der in einem Batterielader implementiert sein kann, der die Aspekte der Erfindung verkörpert, zum Beispiel den Batterielader, der in 3 gezeigt ist;
10 ist ein Flussdiagramm, das einen fünften Modul zeigt, der in einem Batterielader implementiert sein kann, der die Aspekte der Erfindung verkörpert, zum Beispiel den Batterielader, der in 3 gezeigt ist;
11 ist ein Flussdiagramm, das einen sechsten Modul zeigt, der in einem Batterielader implementiert sein kann, der die Aspekte der Erfindung verkörpert, zum Beispiel den Batterielader, der in 3 gezeigt ist;
12 ist ein Flussdiagramm, das einen Ladealgorithmus zeigt, der in einem Batterielader implementiert sein kann, der die Aspekte der Erfindung verkörpert, zum Beispiel den Batterielader, der in 3 gezeigt ist;
13 ist ein schematisches Diagramm einer Batterie, die elektrisch mit einem Batterielader verbunden ist;
14A–B sind Ansichten von weiteren Aufbauten einer Batterie;
15A–B sind perspektivische Ansichten einer Batterie, zum Beispiel einer der Batterien, die in 1, 2 und 14A–B gezeigt sind, die elektrisch und physikalisch mit einem Elektrowerkzeug verbunden ist;
16 ist eine schematische Ansicht eines Ladestroms für eine Batterie;
17 ist ein weiteres schematisches Diagramm einer Batterie;
18 ist eine perspektivische Ansicht eines Wechselrichters, der mit einem Batterielader verbunden ist;
19 ist eine ebene Ansicht eines Wechselrichters, zum Beispiel des Wechselrichters in 18, der mit dem Batterielader verbunden ist;
20 ist eine Seitenansicht eines Wechselrichters, zum Beispiel des Wechselrichters von 18, der mit dem Batterielader verbunden ist;
21 ist eine obere Ansicht eines Wechselrichters, zum Beispiel des Wechselrichters in 18, der mit dem Batterielader verbunden ist;
22 ist eine weitere Seitenansicht eines Wechselrichters, zum Beispiel des Wechselrichters in 18, der mit einem Batterielader verbunden ist;
23 ist eine hintere Ansicht eines Wechselrichters, zum Beispiel des Wechselrichters der 18, der mit einem Batterielader verbunden ist;
24 ist eine weitere perspektivische Ansicht eines Wechselrichters, zum Beispiel des Wechselrichters der 18, der mit einem Batterielader verbunden ist;
25 ist noch eine weitere perspektivische Ansicht eines Wechselrichters, zum Beispiel eines Wechselrichters von 18, der mit einem Batterielader verbunden ist;
26 ist noch eine weitere perspektivische Ansicht eines Wechselrichters, zum Beispiel eines Wechselrichters von 18, der mit einem Bat terielader verbunden ist;
27 ist noch eine weitere perspektivische Ansicht eines Wechselrichters, zum Beispiel eines Wechselrichters der 18, der mit einem Batterielader verbunden ist;
28 ist ein Flussdiagramm, das ein Modul eines Ladebetriebs für eine Batterie zeigt;
29 und 30 sind Flussdiagramme, die einen weiteren Modul eines Ladebetriebs für eine Batterie zeigen;
31 ist ein Flussdiagramm, das einen noch weiteren Modul eines Ladebetriebs für eine Batterie zeigt;
32 ist ein Flussdiagramm, das einen noch weiteren Modul eines Ladebetriebs für eine Batterie zeigt;
33 ist ein Flussdiagramm, das einen noch weiteren Modul eines Ladebetriebs für eine Batterie zeigt;
34 ist ein Flussdiagramm, das einen noch weiteren Modul eines Ladebetriebs für eine Batterie zeigt;
35 ist ein Flussdiagramm, das einen noch weiteren Modul eines Ladebetriebs für eine Batterie zeigt;
36 ist ein Flussdiagramm, das einen noch weiteren Modul eines Ladebetriebs für eine Batterie zeigt;
37 und 38 sind Flussdiagramme, die einen noch weiteren Modul eines Ladebetriebs für eine Batterie zeigen;
39 ist eine schematische Ansicht eines Ladestroms für eine Batterie.
Bevor Ausführungsformen der Erfindung im Detail erläutert werden, sollte verstanden werden, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Details des Aufbaus und der Anordnung der Komponenten, die in der nachfolgenden Beschreibung erläutert werden oder in den nachfolgenden Zeichnungen gezeigt werden, beschränkt ist. Die Erfindung kann weitere Ausführungsformen realisieren und in verschiedenen Arten und Weisen praktiziert und ausgeführt werden. Auch sollte verstanden werden, dass die Phraseologie und Terminologie, die hier verwendet werden, zum Zwecke der Beschreibung verwendet werden, und nicht als beschränkend betrachtet werden dürfen. Die Verwendung von "enthalten", "aufweisen" oder "haben" und Variationen davon sind hier so gemeint, dass sie die Gegenstände, die danach aufgelistet sind, und Äquivalente davon und auch zusätzliche Gegenstände umfassen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein Akku oder eine Batterie 20 ist in 1 und 2 gezeigt. Die Batterie 20 ist zum Übertragen von Energie bzw. Strom zu einer elektrischen Vorrichtung oder mehreren elektrischen Vorrichtungen und zum Empfangen von Strom bzw. Energie von einer elektrischen Vorrichtung oder von mehreren elektrischen Vorrichtungen, zum Beispiel einem Elektrowerkzeug 25 (gezeigt in 15A–B) und/oder einem Batterielader 30 (ge zeigt in 3 und 4), aufgebaut. In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten kann die Batterie 20 irgendeine Batteriechemie haben, zum Beispiel eine Bleisäure, Nickel-Cadmium ("NiCd"), Nickel-Metall-Hydrid ("NiMH"), Lithium ("Li"), Lithium-Ion ("Li-Ion") und eine weitere auf Lithium basierende Chemie oder eine weitere Chemie für aufladbare Batterien haben. In einigen Aufbauten und in einigen Aspekten kann die Batterie 20 einen hohen Entladestrom elektrischen Vorrichtungen zuführen, zum Beispiel einem Elektrowerkzeug, die Starkstromentladeraten haben. In den illustrierten Konstruktionen hat die Batterie 20 eine Batteriechemie mit Li, Li-Ion oder einer anderen Li-basierenden Chemie und führt einen durchschnittlichen Entladestrom zu, der gleich oder größer als ungefähr 20 A ist. Zum Beispiel kann in dem gezeigten Aufbau der Batterie 20 eine Chemie mit Lithium-Cobalt ("Li-Co"), Lithium-Mangan ("Li-Mn"), Spinell oder Li-Mn-Nickel haben.
In einigen Aufbauten und in einigen Aspekten kann die Batterie 20 auch irgendeine Nominalspannung haben, zum Beispiel eine Nominalspannung, die von ungefähr 9,6 V bis ungefähr 50 V reicht. In einer Konstruktion (vgl. 1–3) hat die Batterie 20 zum Beispiel eine Nominalspannung von ungefähr 21 V. In einem weiteren Aufbau (vgl. 14) hat die Batterie 20 A eine Nominalspannung von ungefähr 28 V. Es sollte verstanden werden, dass in weiteren Konstruktionen die Batterie 20 eine andere Nominalspannung in einem anderen Nominalspannungsbereich haben kann.
Die Batterie 20 enthält ein Gehäuse 35, das Anschlusseinrichtungen 40 bereitstellt. Die Batterie 20 enthält weiterhin einen Batterieanschluss oder mehrere Batterieanschlüsse, die durch die Anschlusseinrichtungen 40 unterstützt werden und mit einer elektrischen Vorrichtung verbindbar sind, zum Beispiel mit einem Elektrowerkzeug 25 und/oder mit dem Batterielader 30. In einigen Konstruktionen, zum Beispiel der Kon struktion, die in 4 gezeigt ist, enthält die Batterie 20 einen positiven Batterieanschluss 45, einen negativen Batterieanschluss 50 und einen Fühlbatterieanschluss 55. In einigen Konstruktionen enthält die Batterie 20 mehr oder weniger Anschlüsse als in der Ausführungsform, die gezeigt ist.
Die Batterie 20 enthält eine Batteriezelle oder mehrere Batteriezellen 60, die jeweils eine Chemie und eine Nominalspannung haben. In einigen Konstruktionen hat die Batterie 20 eine Batteriechemie mit Li-Ion, eine Nominalspannung mit ungefähr 18 V oder 21 V und enthält fünf Batteriezellen. In einigen Konstruktionen hat jede Batteriezelle 60 eine Chemie mit Li-Ion und jede Batteriezelle 60 hat im wesentlichen die gleiche Nominalspannung, zum Beispiel ungefähr 3,6 V oder ungefähr 4,2 V.
In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten enthält die Batterie 20 eine Identifikationsschaltung oder Identifikationskomponente, die elektrisch mit ein oder mehreren Batterieanschlüssen verbunden ist. In einigen Konstruktionen kann eine elektrische Vorrichtung, zum Beispiel ein Batterielader 30 (in 3 und 4 gezeigt) die Identifikationsschaltung oder Identifikationskomponente "lesen" und/oder eine Eingabe auf der Basis der Identifikationsschaltung oder Identifikationskomponente empfangen, um eine Batterieeigenschaft oder mehrere Batterieeigenschaften bestimmen zu können. In einigen Konstruktionen können die Batterieeigenschaften zum Beispiel die Nominalspannung der Batterie 20, die Temperatur der Batterie 20 und/oder die Chemie der Batterie 20 enthalten.
In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten enthält die Batterie 20 eine Steuervorrichtung, einen Mikrocontroller, einen Mikroprozessor oder eine Steuereinheit, die elektrisch mit einem Batterieanschluss oder mehreren Batterieanschlüssen verbunden ist. Die Steuereinheit bzw. der Control ler kommuniziert mit den elektrischen Vorrichtungen, zum Beispiel mit einem Batterielader 30, und liefert Informationen an die Vorrichtungen bezüglich einer oder mehrerer Batterieeigenschaften oder Zustände, zum Beispiel bezüglich der Nominalspannung der Batterie 20, den einzelnen Zellenspannungen, der Temperatur der Batterie 20 und/oder der Chemie der Batterie 20. In einigen Konstruktionen, zum Beispiel der Konstruktion, die in 4 gezeigt ist, enthält die Batterie 20 eine Identifikationsschaltung 62, die einen Mikroprozessor oder Controller 64 hat.
In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten enthält die Batterie 20 eine Temperatur fühlende Vorrichtung oder einen Thermistor. Der Thermistor ist derart aufgebaut und innerhalb der Batterie 20 derart angeordnet, dass er eine Temperatur von einer Batteriezelle oder mehreren Batteriezellen oder eine Temperatur der Batterie 20 als Ganzes erfasst bzw. fühlt. In einigen Konstruktionen, zum Beispiel der Konstruktion, die in 4 gezeigt ist, enthält die Batterie 20 einen Thermistor 66. In der dargestellten Konstruktion ist der Thermistor 66 in der Identifikationsschaltung 62 enthalten.
Wie in 3 und 4 gezeigt ist, ist die Batterie 20 auch derart aufgebaut, dass sie mit einer elektrischen Vorrichtung, zum Beispiel einem Batterielader 30, verbindet. In einigen Konstruktionen enthält der Batterielader 30 ein Gehäuse 70. Das Gehäuse 70 stellt einen Verbindungsabschnitt 75 bereit, mit dem die Batterie 20 verbunden ist. Der Verbindungsabschnitt 75 enthält einen Vorrichtungsanschluss oder mehrere elektrische Vorrichtungsanschlüsse, um die Batterie 20 mit dem Batterielader 30 elektrisch zu verbinden. Die Anschlüsse, die in dem Batterielader 30 enthalten sind, sind so aufgebaut, dass sie zu den Anschlüssen, die in der Batterie 20 enthalten sind, passen und Strom bzw. Energie und Informationen übertragen und von der Batterie 20 empfangen.
In einigen Konstruktionen, zum Beispiel der Konstruktion, die in 4 dargestellt ist, enthält der Batterielader 30 einen positiven Anschluss 80, einen negativen Anschluss 85 und einen Fühlanschluss 90. In einigen Konstruktionen ist der positive Anschluss 80 des Batterieladers 30 so aufgebaut, dass er zu dem positiven Batterieanschluss 45 passt. In einigen Konstruktionen sind der negative Anschluss 85 und der Fühlanschluss 90 des Batterieladers 30 so aufgebaut, dass sie zu dem negativen Batterieanschluss 50 bzw. dem Fühlbatterieanschluss 55 passen.
In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten enthält der Batterielader 30 eine Ladeschaltung 95. In einigen Konstruktionen enthält die Ladeschaltung 95 eine Steuervorrichtung, einen Mikrocontroller, einen Mikroprozessor oder eine Steuereinheit 100 bzw. Controller. Die Steuereinheit 100 steuert die Übertragung von Strom bzw. Energie zwischen der Batterie 20 und dem Batterielader 30. In einigen Konstruktionen steuert die Steuereinheit 100 die Übertragung von Informationen zwischen der Batterie 20 und dem Batterielader 30. In einigen Konstruktionen identifiziert und/oder bestimmt die Steuereinheit 100 eine Eigenschaft oder einen Zustand oder mehrere Eigenschaften oder Zustände der Batterie 20 auf der Basis von Signalen, die sie von der Batterie 20 empfängt. Die Steuereinheit 100 kann den Betrieb des Laders 30 auch auf der Basis der Identifikationseigenschaften der Batterie 20 steuern.
In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten enthält die Steuereinheit verschiedene Zeitgeber, Hilfszeitgeber bzw. Back-up-Zeitgeber und Zähler und/oder kann verschiedene Zeitsteuerungen und Zählfunktionen durchführen. Die Zeitgeber, Hilfszeitgeber und Zähler werden von der Steuereinheit 100 während verschiedener Ladeschritte und/oder Module verwendet und gesteuert. Die Zeitgeber, Hilfszeitgeber und Zähler werden unten stehend erläutert.
In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten enthält der Batterielader 30 eine Anzeige oder einen Anzeiger 110. Der Anzeiger 110 informiert einen Benutzer über den Zustand des Batterieladers 30. In einigen Konstruktionen kann der Anzeiger 110 den Nutzer über unterschiedliche Ladestufen der Ladung, Lademodi oder Lademodule informieren, die beginnen und/oder während des Betriebs abgeschlossen worden sind. In einigen Konstruktionen enthält der Anzeiger 110 eine erste Lichtemissionsdiode ("LED") 115 und eine zweite LED 120. In der dargestellten Konstruktion sind die erste LED 115 und die zweite LED 120 LEDs mit unterschiedlicher Farbe. Zum Beispiel ist die erste LED 115 eine rote LED und die zweite LED 120 ist eine grüne LED. In einigen Konstruktionen aktiviert die Steuereinheit 100 den Anzeiger 110 und steuert ihn. In einigen Konstruktionen ist der Anzeiger 110 an dem Gehäuse 70 angeordnet oder in dem Gehäuse 70 derart enthalten, dass der Anzeiger 110 bzw. die Anzeige für den Nutzer sichtbar ist. Die Anzeige kann auch einen Anzeiger enthalten, der den geladenen Prozentsatz zeigt, die verbleibende Zeit usw. In einigen Konstruktionen kann die Anzeige oder der Anzeiger 110 das Ladeanzeigegerät, das an der Batterie 20 vorgesehen ist, enthalten.
Der Batterielader 30 ist dafür ausgelegt, eine Eingabe des Stromes von einer Versorgungsquelle 130 zu empfangen. In einigen Konstruktionen ist die Versorgungsquelle 130 ungefähr ein 120 V Wechselstrom, 60 Hz Signal. In anderen Konstruktionen ist die Versorgungsquelle 130 ungefähr ein 240 V Wechselstrom Signal. In weiteren Konstruktionen ist die Versorgungsquelle 130 zum Beispiel eine Konstantstromquelle. In diesen Konstruktionen können die Versorgungsquellen 130 ein 12 V Gleichstromsignal enthalten, zum Beispiel ein Gleichstromsig nal, das von einem Fahrzeugstecker (z.B. einer Fahrzeugbatterie) empfangen wird.
In den gezeigten Konstruktionen empfängt der Batterielader 30 die Eingabe der Energie bzw. des Stroms von einer Wechselstromquelle. Zur Verwendung mit einer Gleichstromquelle kann ein Nutzer den Batterielader 30 mit einem Wechselrichter 2140, der in 18–27 gezeigt ist, verbinden. In diesen Konstruktionen wandelt der Wechselrichter 2140 ein erstes Signal, zum Beispiel ein Gleichstromsignal (z.B. ein 12 V Gleichstromsignal von einem Fahrzeuggleichstromausgang) in ein zweites Signal, zum Beispiel ein Wechselstromsignal (z.B. ein 120 V Wechselstromsignal) um.
Wie in 18–26 gezeigt ist, enthält der Wechselrichter 2140 ein Gehäuse 2145. In dieser gezeigten Konstruktion enthält das Gehäuse 2145 ein erstes Ende 2146, ein zweites Ende 2147, eine erste Seite 2148 und eine zweite Seite 2149. Das Gehäuse 2145 enthält auch eine Bodenfläche 2152 und eine obere Fläche 2154. In anderen Konstruktionen kann das Gehäuse 2145 mehr oder weniger Flächen bzw. Oberflächen, Seiten und Enden als gezeigt und beschrieben enthalten.
In einer Konstruktion kann die obere Fläche 2154 einen Bereich für die Anbringung und die Anordnung des Batterieladers 30 bereitstellen. In der dargestellten Konstruktion hat die obere Fläche 2154 im wesentlichen die gleiche Weite bzw. Breite und Länge eines Batterieladers 30. In anderen Konstruktionen kann die obere Fläche 2154 größer oder kleiner als die Weite und die Länge des Batterieladers 30 sein. In weiteren Konstruktionen kann die obere Fläche 2154 einen Sperrmechanismus (nicht gezeigt) enthalten, um den Batterielader 30 an dem Wechselrichter 2140 zu sichern. In noch weiteren Konstruktionen kann ein weiterer Abschnitt des Gehäuses 2145 einen Sperr mechanismus zum Sichern des Batterieladers 30 an dem Wechselrichter 2140 enthalten.
Der Wechselrichter 2140 enthält auch einen Eingang 2159, der das erste Stromsignal (d.h. das Gleichstromsignal) empfängt. In einigen Konstruktionen enthält der Eingang 2159 ein Kabel 2160 und einen Eingangssteckverbinder 2165. In den dargestellten Konstruktionen enthält der Eingangssteckverbinder 2165 einen 12 V Gleichstromeingangsstecker zum Aufnehmen eines Gleichstromsignals von einem Fahrzeuggleichstromausgang.
Der Wechselrichter 2140 enthält auch einen Wandelausgang 2170, um das zweite Stromsignal (d.h., das Wechselstromsignal) zu liefern. In den dargestellten Konstruktionen enthält der Wandelausgang 2170 einen Wechselstromausgang, zum Beispiel einen dreipoligen Geradstiftausgang 2170. Wie in 18 gezeigt ist, ist der Ausgang 2170 auf einer Kabelaufwicklung 2155 angeordnet.
In einigen Konstruktionen kann der Wechselrichter 2140 eine Kabelaufwicklung 2155 enthalten. Die Kabelaufwicklung 2155 kann das Kabel 2156 des Batterieladers 30 aufnehmen und sichern. In den dargestellten Konstruktionen bildet eine Rille 2158 in dem zweiten Ende 2147 des Gehäuses 2145 die Kabelaufwicklung 2155.
In einigen Konstruktionen kann der Wechselrichter 2140 einen zweiten Ausgang 2180 enthalten. In der dargestellten Konstruktion ist der zweite Ausgang 2180 an dem ersten Ende 2146 des Gehäuses 2145 angeordnet und derart betreibbar, dass er das zweite (gewandelte) Stromsignal liefert. In weiteren Konstruktionen kann der Ausgang 2180 das erste Stromsignal (d.h. das Gleichstromsignal) ausgeben. In weiteren Konstruktionen kann der Wechselrichter 2140 zusätzliche Ausgänge 2180 enthalten, die das erste Stromsignal oder das zweite Stromsig nal liefern. In noch weiteren Konstruktionen kann der Wechselrichter 2140 eine Kombination aus zweiten Ausgängen 2180 enthalten, mindestens einen, der das erste Stromsignal liefert, und mindestens einen weiteren, der das zweite Stromsignal liefert.
In einigen Konstruktionen kann der Wechselrichter 2140 einen Schalter 2185 enthalten, der den Ausgang des Stromes durch den Wandelausgang 2170 steuert. Der Schalter 2185 kann eine Ein-Position, in der der Wechselrichter 2140 derart betreibbar ist, dass er Strom durch den Wandelausgang 2170 abgibt (wenn der Wechselrichter 2140 ein erstes Stromsignal empfängt), und eine Aus-Position enthalten, in der der Wechselrichter 2140 nicht derart betreibbar ist, dass er Strom durch den Wandelausgang 2170 abgibt. Die Positionen des Schalters 2185 können dem Nutzer durch eine LED oder mehrere LEDs, zum Beispiel durch die erste LED 2188 und die zweite LED 2189, die in 23–26 gezeigt sind, angezeigt werden. In den dargestellten Konstruktionen sind die erste LED 2188 und die zweite LED 2189 an dem ersten Ende 2146 des Gehäuses 2145 angeordnet. In einer Konstruktion ist die LED 2188 eine rote LED und gibt an, dass der Wechselrichter 2140 nicht betreibbar ist, den Strom durch den Wandelausgang 2170 zuzuführen, und die zweite LED 2189 ist eine grüne LED und gibt an, dass der Wechselrichter 2140 so betreibbar ist, dass er Strom durch den Wandelausgang 2170 zuführt. In anderen Konstruktionen kann der Schalter 2185 die Ausgabe des zweiten Ausgangs 2180 steuern. In noch weiteren Konstruktionen enthält der Wechselrichter 2140 einen Schalter 2185 für jeden Ausgang oder Auslass 2170, 2180.
In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten kann der Batterielader 30 verschiedene, wiederaufladbare bzw. aufladbare Batterien laden, die eine unterschiedliche Batteriechemie und unterschiedliche Nominalspannungen haben, wie unten stehend beschrieben wird. Zum Beispiel kann in einer exempla rischen Implementation der Batterielader 30 eine erste Batterie, die eine Batteriechemie mit NiCd und eine Nominalspannung von ungefähr 14,4 V hat, eine zweite Batterie, die eine Batteriechemie mit Li-Ion und eine Nominalspannung von ungefähr 18 V hat, und eine dritte Batterie laden, die eine Batteriechemie mit Li-Ion und eine Nominalspannung von ungefähr 28 V hat. In einer weiteren exemplarischen Realisierung kann der Batterielader 30 eine erste Li-Ion-Batterie mit einer Nominalspannung von ungefähr 21 V und eine zweite Li-Ion-Batterie mit einer Nominalspannung von ungefähr 28 V laden. In dieser exemplarischen Implementierung kann der Batterielader 30 die Nominalspannungen von jeder Batterie 20 identifizieren und entweder bestimmte Schwellenwerte dementsprechend anzeigen, wie unten stehend erläutert wird, oder Spannungsablesungen oder Messungen (während des Ladens aufgenommen) gemäß der Batterienominalspannung modifizieren.
In einigen Konstruktionen kann der Batterielader 30 die Nominalspannung einer Batterie 20 durch "Lesen" einer Identifikationskomponente, die in der Batterie 20 enthalten ist, oder durch Empfangen eines Signals von zum Beispiel einem Batteriemikroprozessor oder Batteriecontroller identifizieren. In einigen Konstruktionen kann der Batterielader 30 einen Bereich von annehmbaren Nominalspannungen für verschiedene Batterien 20, die der Lader 30 identifizieren kann, enthalten. In einigen Konstruktionen kann der Bereich der annehmbaren Nominalspannungen einen Bereich von ungefähr 8 V bis ungefähr 50 V enthalten. In weiteren Konstruktionen kann der Bereich der annehmbaren Nominalspannungen einen Bereich von ungefähr 12 V bis ungefähr 28 V enthalten. In weiteren Konstruktionen kann der Batterielader 30 Nominalspannungen, die gleich 12 V und größer sind, identifizieren. In weiteren Konstruktionen kann der Batterielader 30 auch Nominalspannungen, die ungefähr 30 V und niedriger sind, identifizieren.
In weiteren Konstruktionen kann der Batterielader 30 einen Bereich von Werten identifizieren, die die Nominalspannung der Batterie 20 enthalten. Zum Beispiel kann der Batterielader 30 identifizieren, dass die Nominalspannung der ersten Batterie 20 in den Bereich von ungefähr 18 V bis ungefähr 22 V oder von ungefähr 16 V bis ungefähr 24 V fällt, er kann aber nicht identifizieren, dass eine erste Batterie 20 eine Nominalspannung von ungefähr 18 V hat. In weiteren Konstruktionen kann der Batterielader 30 auch andere Batterieeigenschaften, zum Beispiel die Anzahl der Batteriezellen, die Batteriechemie und Ähnliches, identifizieren bzw. erkennen.
In weiteren Konstruktionen kann der Lader 30 eine Nominalspannung der Batterie 20 identifizieren. In diesen Konstruktionen kann der Lader 30 irgendeine Nominalspannungsbatterie 20 durch Einstellen oder Anzeigen bestimmter Schwellenwerte gemäß der Nominalspannung der Batterie 20 laden. In diesen Konstruktionen kann jede Batterie 20 unabhängig von der Nominalspannung ungefähr die gleiche Amplitude des Ladestroms für ungefähr die gleiche Zeitdauer (zum Beispiel, wenn die Batterie 20 ungefähr voll entladen ist) auch empfangen. Der Batterielader 30 kann entweder die Schwellenwerte (unten stehend erläutert) einstellen oder anzeigen oder die Messungen gemäß der Nominalspannung der Batterie 20, die geladen wird, einstellen oder anzeigen.
Zum Beispiel kann der Batterielader 30 eine erste Batterie identifizieren, die eine Nominalspannung von ungefähr 21 V und 5 Batteriezellen hat. Während des Ladens modifiziert der Batterielader 30 jede Messung, die der Lader 30 abtastet (z.B. die Batteriespannung), um eine Messung pro Zelle zu erhalten. Das heißt, dass der Lader 30 jede Batteriespannungsmessung durch 5 (z.B. fünf Zellen) teilt, um ungefähr die Durchschnittsspannung einer Zelle zu erhalten. Dementsprechend können alle Schwellenwerte, die in dem Batterielader 30 enthalten sind, mit einer Messung pro Zelle korreliert sein. Der Batterielader 30 kann auch eine zweite Batterie identifizieren, die eine Nominalspannung von ungefähr 28 V und 7 Batteriezellen hat. Ähnlich zu dem Betrieb mit der ersten Batterie modifiziert der Batterielader 30 jede Spannungsmessung, um eine Messung pro Zelle zu erhalten. Wieder können alle Schwellenwerte, die in dem Batterielader 30 enthalten sind, mit einer Messung pro Zelle korrelieren. In diesem Beispiel kann der Batterielader 30 die gleichen Schwellenwerte zum Überwachen bzw. Steuern und Unterbrechen des Ladens für die ersten und zweiten Batterien verwenden, wodurch der Batterielader 30 viele Batterien über einen Bereich von Nominalspannungen laden kann.
In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten legt der Batterielader 30 die Temperatur der Batterie 20 dem Ladeschema oder Ladeverfahren zum Laden der Batterie 20 zugrunde. In einer Konstruktion führt der Batterielader 30 einen Ladestrom der Batterie 20 zu, während er periodisch die Temperatur der Batterie 20 detektiert oder überwacht. Wenn die Batterie 20 keinen Mikroprozessor oder Steuereinheit enthält, misst der Batterielader 30 periodisch den Widerstand des Thermistors 66 nach vorgegebenen Zeitdauern. Wenn die Batterie 20 einen Mikroprozessor oder eine Steuereinheit, zum Beispiel eine Steuereinheit 64 enthält, 1) fragt der Batterielader 30 die Steuereinheit periodisch ab, um die Batterietemperatur zu bestimmen und/oder, ob die Batterietemperatur außerhalb eines geeigneten Betriebsbereichs bzw. außerhalb geeigneter Betriebsbereiche ist; oder 2) wartet der Batterielader 30 darauf, ein Signal von der Steuereinheit 64 zu empfangen, das angibt, dass die Batterietemperatur nicht innerhalb eines geeigneten Betriebsbereichs ist, wie unten stehend erläutert wird.
In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten legt der Batterielader die momentane Spannung der Batterie 20 dem Ladeschema oder dem Ladeverfahren zum Laden der Batterie 20 zugrunde. In einigen Konstruktionen führt der Batterielader 30 einen Ladestrom der Batterie 20 zu, während er periodisch die Batteriespannung nach vorgegebenen Zeitdauern detektiert oder überwacht, wenn der Strom der Batterie 20 zugeführt wird und/oder wenn der Strom nicht zugeführt wird, wie unten stehend erläutert wird. In einigen Konstruktionen legt der Batterielader 30 sowohl die Temperatur als auch die Spannung der Batterie 20 dem Ladeschema oder Ladeverfahren zum Laden der Batterie 20 zugrunde. Auch kann das Ladeschema auf einzelnen Zellenspannungen basieren.
Sobald die Batterietemperatur und/oder die Batteriespannungen einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet oder nicht in einen geeigneten Betriebsbereich fällt, unterbricht der Batterielader 30 den Ladestrom. Der Batterielader 30 fährt mit der periodischen Detektion oder Überwachung der Batterietemperatur/Spannungen fort und wartet auf den Empfang eines Signals von der Steuereinheit 64, das angibt, dass die Batterietemperatur/Spannungen innerhalb eines geeigneten Betriebsbereichs sind. Wenn die Batterietemperatur/Spannungen in einem geeigneten Betriebsbereich sind, den Ladestrom, der der Batterie 20 zugeführt wird, fortsetzen. Der Batterielader 30 führt das Überwachen der Batterietemperatur/Spannungen fort und führt die Unterbrechung und die Wiederaufnahme des Ladestroms auf der Basis der detektierten Batterietemperatur/Spannungen fort. In einigen Konstruktionen unterbricht bzw. beendet der Batterielader 30 das Laden nach einer vorgegebenen Zeitdauer oder, wenn die Batteriekapazität einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht. In anderen Konstruktionen wird das Laden beendet, wenn die Batterie 20 von dem Batterielader 30 entfernt wird.
In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten enthält der Batterielader 30 ein Verfahren zum Betreiben des Ladens verschiedener Batterien, zum Beispiel der Batterie 20, die unterschiedliche Chemien und/oder Nominalspannungen haben. Ein Beispiel dieses Ladebetriebs 200 ist in 5a und 5b gezeigt. In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten enthält der Batterielader 30 ein Verfahren zum Betreiben des Ladens von Li-basierenden Batterien, zum Beispiel Batterien, die eine Li-Co-Chemie, eine Li-Mn-Spinellchemie, eine Li-Mn-Nickelchemie und Ähnliches haben. In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten enthält der Ladebetrieb 200 verschiedene Module zum Durchführen unterschiedlicher Funktionen in Antwort auf unterschiedliche Batteriezustände und/oder Batterieeigenschaften.
In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten enthält das Betriebsverfahren 200 Module zum Unterbrechen des Ladens auf der Basis von anormalen und/oder normalen Batteriezuständen. In einigen Konstruktionen enthält der Ladebetrieb 200 einen Defekter-Akku-Modul, zum Beispiel einen Defekter-Akku-Modul, der in dem Flussdiagramm 205 von 6 gezeigt ist, und/oder einen Temperatur-außerhalb-des-Bereichs-Modul, zum Beispiel den Temperatur-außerhalb-des-Bereichs-Modul, der in dem Flussdiagramm 210 von 7 gezeigt ist. In einigen Konstruktionen tritt der Batterielader 30 in den Defekter-Akku-Modul 205 ein, um ein Laden auf der Basis einer anormalen Batteriespannung, einer anormalen Zellenspannung und/oder einer anormalen Batteriekapazität zu beenden. In einigen Konstruktionen tritt der Batterielader 30 in den Temperatur-außerhalbdes-Bereichs-Modul 210 ein, um ein Laden auf der Basis einer anormalen Batterietemperatur und/oder einer oder mehrerer anormalen Batteriezellentemperaturen zu beenden. In einigen Konstruktionen enthält der Ladebetrieb 200 mehr oder weniger Module, die ein Laden auf der Basis von mehr oder weniger Batteriezuständen als die Module und Zustände, die vorstehend und nachfolgend erläutert werden, beenden. Weitere Konstruktionen eines Ladebetriebs und von Lademodulen sind in 28–38 gezeigt.
In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten enthält der Ladebetrieb 200 verschiedene Modi oder Module zum Laden der Batterie 20 auf der Basis verschiedener Batteriezustände. In einigen Konstruktionen enthält der Ladebetrieb 200 einen Erhaltungslademodul, zum Beispiel den Erhaltungslademodul der in dem Flussdiagramm 215 von 8 gezeigt ist, einen Schrittlademodul, zum Beispiel den Schrittlademodul, der in dem Flussdiagramm 220 von 9 gezeigt ist, einen Schnelllademodul, zum Beispiel einen Schnelllademodul, der in dem Flussdiagramm 225 von 10 gezeigt ist, und/oder einen Wartungslademodul, zum Beispiel den Wartungslademodul bzw. Aufrechterhaltungsmodul, der in dem Flussdiagramm 230 von 11 gezeigt ist.
In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten wird jeder Lademodul 215–230 durch die Steuereinheit 100 während des Ladebetriebs 200 auf der Basis bestimmter Batterietemperaturbereiche, bestimmter Temperaturspannungsbereiche und/oder bestimmter Batteriekapazitätsbereiche ausgewählt. In einigen Konstruktionen wird jeder Modul 215–230 durch die Steuereinheit 100 auf der Basis der Batterieeigenschaft, die in der Tabelle 1 gezeigt sind, ausgewählt. In einigen Konstruktionen kann der Zustand "Batterietemperatur" oder "Temperatur der Batterie" die Temperatur der Batterie, die als ein Ganzes (z.B. Batteriezellen, Batteriekomponenten, usw.) genommen wird, und/oder der Temperatur der Batteriezellen enthalten, die einzeln oder zusammen aufgenommen werden. In einigen Konstruktionen kann jeder Lademodul 215–230 auf dem gleichen Basisladeschema oder Ladealgorithmus, zum Beispiel einem Vollladestrom, wie nachstehend erläutert wird, basieren.
Betrieb zum Laden von Batterien auf Li-Basis
Tabelle 1
In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten enthält der Ladestrom, der an die Batterie 20 während des Erhaltungslademoduls 215 angelegt wird, das Anlegen eines Vollladestroms (z.B. "I") an die Batterie 20 für eine erste Zeitdauer, zum Beispiel 10 Sekunden, und dann das Unterbrechen des Vollladestroms für eine zweite Zeitdauer, zum Beispiel für 50 Sekunden. In einigen Konstruktionen ist der Vollladestrom ein Puls bzw. Impuls des Ladestroms mit bei ungefähr einer vorgegebenen Amplitude bzw. Wert. In einigen Konstruktionen tritt der Batterielader 30 nur in den Erhaltungslademodul 215 ein, wenn die Batteriespannung kleiner als ein erster, vorgegebener Spannungsschwellenwert V₁ ist.
In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten enthält der Ladestrom, der an die Batterie 20 während des Schnelllademoduls 225 angelegt wird, das Anlegen des Vollladestroms an die Batterie 20 für eine erste Zeitdauer, zum Beispiel eine Sekunde, und dann das Unterbrechen des Vollladestroms für eine zweite Zeitdauer, zum Beispiel 50 ms. In einigen Konstruktionen setzt die Steuereinheit 100 einen Hilfszeitgeber auf eine erste, vorgegebene Zeitgrenze, zum Beispiel ungefähr zwei Stunden. In diesen Konstruktionen implementiert der Batterielader 30 nicht den Schnelllademodul 225 für die vorgegebene Zeitdauer, um eine Batteriebeschädigung vermeiden zu können. In anderen Konstruktionen schaltet der Batterielader 30 ab (z.B. stoppt das Laden), wenn die vorgegebene Zeitgrenze abläuft.
In einigen Konstruktionen tritt der Batterielader 30 nur in den Schnelllademodul 225 ein, wenn die Batteriespannung in einem Bereich zwischen dem ersten Spannungsschwellenwert V₁ und einem zweiten vorgegebenen Spannungsschwellenwert V₂ enthalten ist und wenn die Batterietemperatur in einen Bereich zwischen einem zweiten Batterietemperaturschwellenwert T₂ und einem dritten Batterietemperaturschwellenwert T₃ fällt. In einigen Konstruktionen ist der zweite Spannungsschwellenwert V₂ größer als der erste Spannungsschwellenwert V₁ und der dritte Temperaturschwellenwert T₃ ist größer als der zweite Temperaturschwellenwert T₂.
In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten enthält der Ladestrom, der an die Batterie 20 während des Schrittlademoduls 220 angelegt wird, das Anlegen des Ladestroms des Schnelllademoduls 225 an die Batterie 20, hat aber einen Tastzyklus von einer Minute mit Laden ("EIN") und einer Minute mit unterbrochenem Laden ("AUS"). In einigen Konstruktionen setzt die Steuereinheit 100 einen Hilfszeitgeber auf eine zweite, vorgegebene Zeitgrenze, zum Beispiel auf ungefähr vier Stunden. In diesen Konstruktionen implementiert der Batterielader 30 den Schrittlademodul 220 für die vorgegebene Zeitgrenze nicht, um eine Batteriebeschädigung zu vermeiden.
In einigen Konstruktionen tritt der Batterielader 30 nur in den Schrittlademodul 220 ein, wenn die Batteriespannung in einem Bereich von dem ersten Spannungsschwellenwert V₁ zu dem zweiten Spannungsschwellenwert V₂ enthalten ist und wenn die Batterietemperatur in einem Bereich von dem ersten Temperaturschwellenwert T₁ bis zu dem zweiten Temperaturschwellenwert T₂ fällt. In einigen Konstruktionen ist der zweite Spannungsschwellenwert V₂ größer als der erste Spannungsschwellenwert V₁ und der zweite Temperaturschwellenwert T₂ ist größer als der erste Temperaturschwellenwert T₁.
In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten enthält der Ladestrom, der an die Batterie 20 während des Wartungsmoduls 230 angelegt wird, das Anlegen eines vollen Ladestroms an die Batterie 20 nur, wenn die Batteriespannung auf einen bestimmten vorgegebenen Schwellenwert fällt. In einigen Konstruktionen ist der Schwellenwert ungefähr 4,05 V/Zelle +/– 1% pro Zelle. In einigen Konstruktionen tritt der Batterielader 30 nur in den Wartungsmodul 32 ein, wenn die Batteriespannung in dem Bereich des zweiten Spannungsschwellenwerts V₂ bis zu dem dritten Spannungsschwellenwert V₃ enthalten ist und wenn die Batterietemperatur in den Bereich von dem ersten Temperaturschwellenwert T₁ zu dem dritten Temperaturschwellenwert T₃ fällt.
In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten implementiert die Steuereinheit 100 die verschiedenen Lademodule 220–230 auf der Basis verschiedener Batteriezustände. In eini gen Konstruktionen enthält jeder Lademodul 220–230 den gleichen Ladealgorithmus (z.B. den Algorithmus zum Anlegen des vollen Ladestroms). Jeder Lademodul 220–230 implementiert, wiederholt oder enthält den Ladealgorithmus in einer unterschiedlichen Art und Weise. Ein Beispiel eines Ladealgorithmus ist der Ladestromalgorithmus, der in dem Flussdiagramm 250 von 12 gezeigt ist, wie unten stehend erläutert wird.
Wie in 5a und 5b gezeigt ist, beginnt der Ladebetrieb 200, wenn eine Batterie, zum Beispiel eine Batterie 20, in den Batterielader 30 beim Schritt 305 eingesetzt wird oder mit dem Batterielader 30 elektrisch verbunden wird. Beim Schritt 310 bestimmt die Steuereinheit 100, ob ein stabiler Stromeingang, zum Beispiel die Stromquelle 130, angelegt ist oder mit dem Batterielader 30 verbunden ist. Wie in 5a angegeben ist, wird der gleiche Betrieb (d. . der Schritt 305 schreitet zum Schritt 310 fort) noch angewandt, wenn Strom angelegt wird, nachdem die Batterie 20 elektrisch mit dem Batterielader 30 verbunden ist.
Wenn die Steuereinheit 100 bestimmt, dass keine stabile Eingabe von angelegtem Strom vorhanden ist, aktiviert die Steuereinheit 100 den Anzeiger 110 nicht und keine Ladung wird der Batterie 20 beim Schritt 315 angelegt. In einigen Konstruktionen zieht der Batterielader 30 einen kleinen Entladestrom beim Schritt 315. In einigen Konstruktionen ist der Entladestrom ungefähr kleiner als 0,1 mA.
Wenn die Steuereinheit 100 bestimmt, dass eine stabile Eingabe von angelegtem Strom an dem Batterielader 30 beim Schritt 310 vorhanden ist, dann schreitet der Betrieb 200 zum Schritt 320 fort. Beim Schritt 320 bestimmt die Steuereinheit 100, ob alle Verbindungen zwischen den Batterieanschlüssen 45, 50 und 55 und den Batterieladeranschlüssen 80, 85 und 90 sta bil sind. Wenn die Verbindungen nicht stabil beim Schritt 320 sind, fährt die Steuereinheit 100 mit dem Schritt 315 fort.
Wenn die Verbindungen beim Schritt 320 stabil sind, identifiziert die Steuereinheit 100 die Chemie der Batterie 20 über den Fühleranschluss 55 der Batterie 20 beim Schritt 325. In einigen Konstruktionen gibt der Widerstandsfühlanschluss von der Batterie 20, wenn er durch die Steuereinheit 100 abgetastet wird, an, dass die Batterie 20 eine Chemie von entweder NiCd oder NiMH hat. In einigen Konstruktionen misst die Steuereinheit 100 den Widerstand des Widerstandsfühlanschlusses, um die Chemie der Batterie 20 zu bestimmen. In einigen Konstruktionen, wenn der Widerstand des Fühlanschlusses in einen ersten Bereich fällt, ist dann die Chemie der Batterie 20 z.B. NiCd. Wenn der Widerstand des Fühlanschlusses bzw. Fühldrahts in einen zweiten Bereich fällt, ist dann die Chemie der Batterie 20 gleich NiMH.
In einigen Konstruktionen werden NiCd-Batterien und NiMH-Batterien durch einen Batterielader 30 unter Verwendung eines einzelnen Ladealgorithmus geladen, der unterschiedlich zu einem Ladealgorithmus ist, der für Batterien implementiert ist, die Li-basierende Chemien haben. In einigen Konstruktionen ist der einzelne Ladealgorithmus für NiCd- und NiMH-Batterien zum Beispiel ein existierender Ladealgorithmus für NiCd/NiMH-Batterien. In einigen Konstruktionen verwendet der Batterielader 30 den einzelnen Ladealgorithmus für das Laden von NiCd-Batterien mit einem unterschiedlichen Beendigungsschema als dem Beendigungsschema, das zum Beenden des Ladens von NiMH-Batterien verwendet wird. In einigen Konstruktionen beendet der Batterielader 30 das Laden der NiCd-Batterien, wenn eine negative Änderung der Batteriespannung (z.B. –ΔV) durch die Steuereinheit 100 detektiert wird. In einigen Konstruktionen beendet der Batterielader 30 das Laden der NiMH-Batterie, wenn eine Änderung der Batterietemperatur über die Zeit (z.B. ΔT/dt) einen vorgegebenen Beendigungsschwellenwert erreicht oder überschreitet.
In einigen Konstruktionen werden die NiCd-Batterien und/oder die NiMH-Batterien unter Verwendung eines Konstantstromalgorithmus geladen. Zum Beispiel kann der Batterielader 30 die gleiche Ladeschaltung zum Laden unterschiedlicher Batterien, die unterschiedliche Batteriechemien haben, zum Beispiel NiCd, NiMH, Li-Ion und Ähnliches, enthalten. In einer exemplarischen Konstruktion kann der Lader 30 die Ladeschaltung verwenden, um den gleichen, vollen Ladestrom an die NiCd- und NiMH-Batterien wie an die Li-Ion-Batterie unter Verwendung eines Konstantstromalgorithmus anstelle eines Pulsladens anzulegen. In einer weiteren exemplarischen Konstruktion kann der Batterielader 30 den vollen Ladestrom durch die Ladeschaltung gemäß der Batteriechemie anzeigen bzw. einstellen.
In weiteren Konstruktionen bestimmt die Steuereinheit 100 nicht die exakte Chemie der Batterie 20. Vielmehr implementiert die Steuereinheit 100 einen Lademodul, der effektiv sowohl NiCd-Batterien als auch NiMH-Batterien lädt.
In weiteren Konstruktionen kann der Widerstand des Fühlanschlusses bzw. Fühldrahts angeben, dass die Batterie 20 eine Chemie auf Li-Basis hat. Zum Beispiel, wenn der Widerstand des Fühlanschlusses in einen dritten Bereich fällt, dann ist die Chemie der Batterie 20 auf einer Li-Basis.
In einigen Konstruktionen gibt eine serielle Kommunikationsverbindung zwischen dem Batterielader 30 und der Batterie 20, die durch die Fühlanschlüsse 55 und 90 eingerichtet wird, an, dass die Batterie 20 eine Chemie auf Li-Basis hat. Wenn eine serielle Kommunikationsverbindung beim Schritt 320 eingerichtet wird, sendet ein Mikroprozessor oder Controller, zum Beispiel die Steuereinheit 64, in der Batterie 20 Informatio nen bezüglich der Batterie 20 zu der Steuereinheit 100 in dem Batterielader 30. Die Informationen, die zwischen der Batterie 20 und dem Batterielader 30 übertragen werden, können die Batteriechemie, die Nominalspannung, die Batteriekapazität, die Batterietemperatur, einzelne Zellenspannungen, die Anzahl der Ladezyklen, die Anzahl der Entladezyklen, den Zustand der Schutzschaltung oder des Schutznetzwerkes (z.B. aktiviert, gesperrt, freigegeben, usw.) usw. enthalten.
Beim Schritt 330 bestimmt die Steuereinheit 100, ob die Chemie der Batterie 20 auf Li-Basis ist oder nicht. Wenn die Steuereinheit 100 bestimmt, dass die Batterie 20 eine Chemie von entweder NiCd oder NiMH beim Schritt 330 hat, schreitet der Betrieb 200 zu dem NiCd/NiMH-Ladealgorithmus beim Schritt 335 fort.
Wenn die Steuereinheit 100 bestimmt, dass die Batterie 20 eine Chemie, die auf Li-Basis ist, beim Schritt 330 hat, schreitet der Betrieb 200 zum Schritt 340 fort. Beim Schritt 340 setzt die Steuereinheit 100 irgendeine Batterieschutzschaltung, zum Beispiel einen Schalter, die in der Batterie 20 enthalten ist, zurück und bestimmt die Nominalspannung der Batterie 20 über die Kommunikationsverbindung. Beim Schritt 345 setzt die Steuereinheit 100 den Lader-Analog-zu-Digital-Wandler ("A/D") auf den geeigneten Wert in Abhängigkeit von der Nominalspannung.
Beim Schritt 350 misst die Steuereinheit 100 die vorhandene Spannung der Batterie 20. Sobald eine Messung gemacht worden ist, bestimmt die Steuereinheit 100, ob die Spannung der Batterie 20 größer als 4,3 V/Zelle beim Schritt 355 ist. Wenn die Batteriespannung größer als 4,3 V/Zelle beim Schritt 355 ist, schreitet der Betrieb 200 zu dem Fehlerhafter-Akku-Modul 205 beim Schritt 360 fort. Der Fehlerhafter-Akku-Modul 205 wird unten stehend erläutert.
Wenn die Batteriespannung nicht größer als 4,3 V/Zelle beim Schritt 355 ist, misst die Steuereinheit 100 die Batterietemperatur beim Schritt 365 und bestimmt, ob die Batterietemperatur unter –20°C fällt oder 65°C überschreitet beim Schritt 370. Wenn die Batterietemperatur unterhalb –20°C ist oder über 65°C beim Schritt 370 ist, schreitet der Betrieb 200 zu dem Temperatur-außerhalb-des-Bereichs-Modul 210 beim Schritt 375 fort. Der Temperatur-außerhalb-des-Bereichs-Modul 210 wird unten stehend erläutert.
Wenn die Batterietemperatur nicht unterhalb –20°C ist oder nicht 65°C beim Schritt 370 überschreitet, bestimmt dann die Steuereinheit 100 beim Schritt 380 (in 5b gezeigt), ob die Batterietemperatur zwischen –20°C und 0°C fällt. Wenn die Batterietemperatur zwischen –20°C und 0°C beim Schritt 380 fällt, schreitet der Betrieb 200 zum Schritt 385 fort. Beim Schritt 385 bestimmt die Steuereinheit 100, ob die Batteriespannung kleiner als 3,5 V/Zelle ist. Wenn die Batteriespannung kleiner als 3,5 V/Zelle ist, schreitet der Betrieb 200 zu dem Erhaltungslademodul 215 beim Schritt 390 fort. Der Erhaltungslademodul 215 wird unten stehend erläutert.
Wenn die Batteriespannung nicht kleiner als 3,5 V/Zelle beim Schritt 385 ist, bestimmt die Steuereinheit 100, ob die Batteriespannung in dem Spannungsbereich von 3,5 V/Zelle bis 4,1 V/Zelle beim Schritt 395 ist. Wenn die Batteriespannung nicht in dem Spannungsbereich von 3,5 V/Zelle bis 4,1 V/Zelle beim Schritt 395 ist, schreitet der Betrieb 200 zu dem Wartungsmodul 230 beim Schritt 400 fort. Der Wartungsmodul 230 wird unten stehend erläutert.
Wenn die Batteriespannung in dem Spannungsbereich von 3,5 V/Zelle bis 4,1 V/Zelle beim Schritt 395 enthalten ist, löscht die Steuereinheit 100 einen Zähler, zum Beispiel einen Ladezähler, beim Schritt 405. Sobald der Ladezähler beim Schritt 405 gelöscht worden ist, schreitet der Betrieb 200 zu dem Schrittlademodul 220 beim Schritt 410 fort. Der Schrittlademodul 220 und der Ladezähler werden unten stehend erläutert.
Gemäß dem Schritt 380, wenn die Batterietemperatur nicht innerhalb des Bereichs von –10°C und 0°C enthalten ist, bestimmt die Steuereinheit 100, ob die Batteriespannung kleiner als 3,5 V/Zelle beim Schritt 415 ist. Wenn die Batteriespannung kleiner als 3,5 V/Zelle beim Schritt 415 ist, schreitet der Betrieb 200 zu dem Erhaltungslademodul 215 beim Schritt 420 fort.
Wenn die Batteriespannung nicht kleiner als 3,5 V/Zelle beim Schritt 415 ist, bestimmt die Steuereinheit 100, ob die Batteriespannung in dem Spannungsbereich von 3,5 V/Zelle bis 4,1 V/Zelle beim Schritt 425 ist. Wenn die Batteriespannung nicht in dem Spannungsbereich von 3,5 V/Zelle bis 4,1 V/Zelle beim Schritt 425 enthalten ist, schreitet der Betrieb 200 zu dem Wartungsmodul 230 beim Schritt 430 fort.
Wenn die Batteriespannung in dem Spannungsbereich von 3,5 V/Zelle bis 4,1 V/Zelle beim Schritt 425 enthalten ist, löscht die Steuereinheit 100 einen Zähler, zum Beispiel den Ladezähler beim Schritt 435. Sobald der Ladezähler beim Schritt 435 gelöscht worden ist, schreitet der Betrieb 200 zu dem Schnelllademodul 225 beim Schritt 440 fort. Der Schnelllademodul 225 wird nachstehend erläutert.
6 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Fehlerhafter-Akku-Moduls 205 zeigt. Der Betrieb des Moduls 205 beginnt, wenn der Hauptladebetrieb 200 in den Fehlerhafter-Akku-Modul 205 beim Schritt 460 eintritt. Die Steuereinheit 100 unterbricht den Ladestrom beim Schritt 465 und aktiviert den Anzeiger 110, zum Beispiel die erste LED, beim Schritt 470. In der gezeigten Konstruktion steuert die Steuereinheit 100 die erste LED, derart, dass sie mit einer Frequenz von ungefähr 4 Hz blinkt. Sobald der Anzeiger 110 im Schritt 470 aktiviert worden ist, endet der Modul 205 beim Schritt 475 und der Betrieb 200 kann auch enden.
7 ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb des Temperatur-außerhalb-des-Bereichs-Moduls 210 erläutert. Der Betrieb des Moduls 210 beginnt, wenn der Hauptladebetrieb 200 in den Temperatur-außerhalb-des-Bereichs-Modul 210 beim Schritt 490 eintritt. Die Steuereinheit 100 unterbricht den Ladestrom beim Schritt 495 und aktiviert den Anzeiger 110, zum Beispiel die erste LED, beim Schritt 500. In dem gezeigten Aufbau steuert die Steuereinheit 100 die erste LED derart, dass sie mit einer Frequenz von ungefähr 1 Hz blinkt, um dem Nutzer anzuzeigen, dass der Batterielader 30 momentan in dem Temperatur-außerhalb-des-Bereichs-Modul 210 ist. Sobald der Anzeiger 110 im Schritt 500 aktiviert worden ist, verlässt der Betrieb 200 den Modul 210 und schreitet dahin fort, wo der Betrieb 200 verlassen worden ist.
8 ist ein Flussdiagramm, das den Erhaltungslademodul 215 zeigt. Der Betrieb des Moduls 215 beginnt, wenn der Hauptladebetrieb 200 in den Erhaltungslademodul 215 beim Schritt 520 eintritt. Die Steuereinheit 100 aktiviert den Anzeiger 110, zum Beispiel die erste LED 115, beim Schritt 525, um dem Nutzer anzuzeigen, dass der Batterielader 30 gegenwärtig die Batterie 20 lädt. In der dargestellten Konstruktion aktiviert die Steuereinheit 100 die erste LED 115 derart, dass sie konstant ein geschaltet) erscheint.
Sobald der Anzeiger 110 im Schritt 525 aktiviert worden ist, initialisiert die Steuereinheit 100 einen Zähler, zum Beispiel einen Erhaltungsladezählstand-Zähler, beim Schritt 530. In der gezeigten Konstruktion hat der Erhaltungsladezählstand-Zähler eine Zählstandgrenze von 20.
Beim Schritt 540 beginnt die Steuereinheit 100, zehn Eine-Sekunde ("1-s") voll Strompulse bzw. Impulse an die Batterie 20 anzulegen und unterbricht dann das Laden für 50 Sekunden ("50-s"). In einigen Konstruktionen gibt es 50-ms-Zeitintervalle zwischen den 1-s-Pulsen.
Beim Schritt 545 misst die Steuereinheit 100 die Batteriespannung, wenn ein Ladestrom an die Batterie 20 (z.B. Strom-Ein-Zeiten) angelegt ist, um zu bestimmen, ob die Batteriespannung 4,6 V/Zelle überschreitet. Wenn die Batteriespannung 4,6 V/Zelle während der Strom-Ein-Zeiten beim Schritt 545 überschreitet, schreitet der Modul 215 zu dem Fehlerhafter-Akku-Modul 205 beim Schritt 550 fort und würde beim Schritt 552 enden. Wenn die Batteriespannung nicht 4,6 V/Zelle während der Strom-Ein-Zeiten beim Schritt 545 überschreitet, misst die Steuereinheit 100 die Batterietemperatur und die Batteriespannung, wenn ein Ladestrom nicht an die Batterie 20 (z.B. Strom-Aus-Zeiten) beim Schritt 555 angelegt ist.
Beim Schritt 560 bestimmt die Steuereinheit 100, ob die Batterietemperatur unter –10°C fällt oder 65°C überschreitet. Wenn die Batterietemperatur unter –10°C oder über 65°C beim Schritt 560 ist, schreitet der Modul 215 zu dem Temperaturaußerhalb-des-Bereichs-Modul 210 beim Schritt 565 und würde beim Schritt 570 enden. Wenn die Batterietemperatur nicht unterhalb –20°C ist oder nicht über 65°C beim Schritt 560 ist, bestimmt die Steuereinheit 100, ob die Batteriespannung in dem Bereich von 3,5 V/Zelle bis 4,1 V/Zelle beim Schritt 575 enthalten ist.
Wenn die Batteriespannung in dem Bereich von 3,5 V/Zelle bis 4,1 V/Zelle beim Schritt 575 enthalten ist, be stimmt dann die Steuereinheit, ob die Batterietemperatur in dem Bereich von –20°C bis 0°C beim Schritt 580 enthalten ist. Wenn die Batterietemperatur in dem Bereich von –20°C bis 0°C beim Schritt 580 enthalten ist, schreitet der Modul 215 zu dem Schrittlademodul 220 beim Schritt 585 fort. Wenn die Batterietemperatur nicht in dem Bereich von –20°C bis 0°C beim Schritt 580 enthalten ist, schreitet der Modul 215 zu dem Schnelllademodul 225 beim Schritt 590 fort.
Wenn die Batteriespannung nicht in dem Bereich von 3,5 V/Zelle bis 4,1 V/Zelle beim Schritt 575 enthalten ist, inkrementiert die Steuereinheit 100 die Erhaltungsladezählstand-Zähler beim Schritt 595. Beim Schritt 600 bestimmt die Steuereinheit 100, ob der Erhaltungsladezählstand-Zähler die Zählergrenze gleich ist, zum Beispiel 20. Wenn der Zähler nicht gleich der Zählergrenze beim Schritt 600 ist, schreitet der Modul 215 zum Schritt 540 fort. Wenn der Zähler nicht der Zählergrenze beim Schritt 600 gleich ist, schreitet der Modul 215 zu dem Fehlerhafter-Akku-Modul beim Schritt 605 fort und würde beim Schritt 610 enden.
9 ist ein Flussdiagramm, das den Schrittlademodul 220 zeigt. Der Betrieb des Moduls 220 beginnt, wenn der Hauptladebetrieb 200 in den Schrittlademodul 220 beim Schritt 630 eintritt. Die Steuereinheit 100 aktiviert den Anzeiger 110, zum Beispiel die erste LED 115, beim Schritt 635, um dem Nutzer anzuzeigen, dass der Batterielader 30 gegenwärtig die Batterie 20 lädt. In der dargestellten Konstruktion aktiviert die Steuereinheit 100 die erste LED 115 derart, dass sie konstant ein geschaltet) erscheint.
Beim Schritt 640 startet die Steuereinheit 100 einen ersten Zeitgeber oder Laden-Ein-Zeitgeber. In der dargestellten Konstruktion zählt der Laden-Ein-Zeitgeber nach unten von einer Minute aus. Beim Schritt 645 schreitet der Modul 220 zum Ladestromalgorithmus 250 fort. Sobald der Ladestromalgorithmus 250 durchgeführt wird, bestimmt die Steuereinheit 100, ob der Ladezählstand gleich dem Zählstandsgrenzwert ist, zum Beispiel 7.200, beim Schritt 650. Wenn der Ladezählstand-Zählwert gleich dem Zählstandsgrenzwert beim Schritt 650 ist, schreitet der Modul 220 zu dem Fehlerhafter-Akku-Modul 205 beim Schritt 655 fort und der Modul 220 würde beim Schritt 660 enden.
Wenn der Ladezählstand nicht der Zählgrenze beim Schritt 650 gleich ist, bestimmt die Steuereinheit 100, ob die Wartezeit zwischen Strompulsen (wie unten stehend erläutert wird) größer als oder gleich einem ersten Wartezeitschwellenwert ist, zum Beispiel von 2 Sekunden, beim Schritt 665. Wenn die Wartezeit größer oder gleich dem ersten Wartezeitschwellenwert beim Schritt 665 ist, aktiviert die Steuereinheit 100 den Anzeiger 110 beim Schritt 670, zum Beispiel wird die erste LED 115 ausgeschaltet und die zweite LED 120 wird aktiviert, sodass sie mit ungefähr 1 Hz blinkt. Wenn die Wartezeit nicht größer als oder gleich dem ersten Wartezeitschwellenwert beim Schritt 665 ist, schreitet der Modul 220 zum Schritt 690 fort, der unten stehend erläutert wird.
Sobald der Anzeiger 110 beim Schritt 670 aktiviert worden ist, bestimmt die Steuereinheit 100, ob die Wartezeit zwischen Strompulsen größer als oder gleich einem zweiten Wartezeitschwellenwert ist, zum Beispiel von 15 Sekunden, beim Schritt 675. Wenn die Wartezeit größer als oder gleich dem zweiten Wartezeitschwellenwert beim Schritt 675 ist, ändert die Steuereinheit 100 den Anzeiger 110 beim Schritt 680, zum Beispiel aktiviert sie die zweite LED 120 derart, dass die zweite LED 120 als konstant eingeschaltet erscheint. Der Modul 220 schreitet dann zum Wartungsmodul 230 beim Schritt 685 fort.
Wenn die Wartezeit nicht größer als oder gleich dem zweiten Wartezeitschwellenwert beim Schritt 675 ist, bestimmt die Steuereinheit 100, ob die Batterietemperatur größer als 0°C beim Schritt 690 ist. Wenn die Batterietemperatur größer als 0°C beim Schritt 690 ist, schreitet der Modul 220 zu dem Schnelllademodul 225 beim Schritt 695 fort. Wenn die Batterietemperatur nicht größer als 0°C beim Schritt 690 ist, bestimmt die Steuereinheit 100, ob der Laden-Ein-Zeitgeber beim Schritt 700 abgelaufen ist.
Wenn der Laden-Ein-Zeitgeber nicht beim Schritt 700 abgelaufen ist, schreitet der Modul 220 zu dem Ladestromalgorithmus 250 beim Schritt 645 fort. Wenn der Laden-Ein-Zeitgeber beim Schritt 700 abgelaufen ist, aktiviert die Steuereinheit 100 einen zweiten Zeitgeber oder einen Laden-Aus-Zeitgeber beim Schritt 705 und unterbricht das Laden. Beim Schritt 710 bestimmt die Steuereinheit 100, ob der Laden-Aus-Zeitgeber abgelaufen ist. Wenn der Laden-Aus-Zeitgeber nicht beim Schritt 710 abgelaufen ist, wartet die Steuereinheit 100 auf einen vorgegebenen Zeitwert beim Schritt 715 und schreitet dann zurück zum Schritt 710. Wenn der Laden-Aus-Zeitgeber nicht beim Schritt 710 abgelaufen ist, schreitet der Modul 220 zurück zum Schritt 640, um den Laden-Ein-Zeitgeber wieder zu starten.
10 ist ein Flussdiagramm, das einen Schnelllademodul 225 erläutert. Der Betrieb des Moduls 225 beginnt, wenn der Hauptladebetrieb 200 in den Schnelllademodul 225 beim Schritt 730 eintritt. Die Steuereinheit 100 aktiviert den Anzeiger 110, zum Beispiel die erste LED 115, beim Schritt 735, um dem Nutzer anzuzeigen, dass der Batterielader 30 gegenwärtig die Batterie 20 lädt. In der dargestellten Konstruktion aktiviert die Steuereinheit 100 die erste LED 115 derart, dass sie konstant eingeschaltet erscheint.
Beim Schritt 740 schreitet der Modul 225 zum Ladestromalgorithmus 250 fort. Sobald der Ladestromalgorithmus 250 durchgeführt wird, bestimmt die Steuereinheit 100, ob der Ladezählstand gleich der Zählstandsgrenze (z.B. 7.200) beim Schritt 745 ist. Wenn der Ladezählstand gleich der Zählstandsgrenze beim Schritt 745 ist, schreitet der Modul 220 zu dem Fehlerhafter-Akku-Modul 205 beim Schritt 750 fort und der Modul 220 würde beim Schritt 755 enden.
Wenn der Ladezählstand nicht gleich der Zählstandsgrenze beim Schritt 745 ist, bestimmt die Steuereinheit 100, ob die Wartezeit zwischen Strompulsen größer als oder gleich dem ersten Wartezeitschwellenwert (z.B. zwei Sekunden) beim Schritt 760 ist. Wenn die Wartezeit größer als oder gleich dem ersten Wartezeitschwellenwert beim Schritt 760 ist, aktiviert die Steuereinheit 100 den Anzeiger 110 beim Schritt 765, zum Beispiel schaltet sie die erste LED 115 ab und aktiviert sie die zweite LED 120 derart, dass sie mit ungefähr 1 Hz blinkt. Wenn die Wartezeit nicht größer als oder gleich dem ersten Wartezeitschwellenwert beim Schritt 760 ist, schreitet der Modul 225 zum Schritt 785 fort, der unten stehend erläutert wird.
Sobald der Anzeiger 110 beim Schritt 765 aktiviert wird, bestimmt die Steuereinheit 100, ob die Wartezeit zwischen Stromimpulsen größer als oder gleich einem zweiten Wartezeitschwellenwert (z.B. 15 Sekunden) beim Schritt 770 ist. Wenn die Wartezeit größer als oder gleich dem zweiten Wartezeitschwellenwert beim Schritt 770 ist, ändert die Steuereinheit 100 den Anzeiger 110 beim Schritt 775, zum Beispiel derart, dass sie die zweite LED 120 derart aktiviert, dass die zweite LED 120 als konstant ein erscheint. Der Modul 225 schreitet dann zum Wartungsmodul 230 beim Schritt 780 fort.
Wenn die Wartezeit nicht größer als oder gleich dem zweiten Wartezeitschwellenwert beim Schritt 770 ist, bestimmt die Steuereinheit 100, ob die Batterietemperatur in dem Bereich von –20°C bis 0°C beim Schritt 785 enthalten ist. Wenn die Batterietemperatur in dem Bereich beim Schritt 785 enthaltend ist, schreitet der Modul 225 zu dem Schrittlademodul 220 beim Schritt 790 fort. Wenn die Batterietemperatur nicht in dem Bereich beim Schritt 785 enthalten ist, schreitet der Modul 225 zurück zu dem Ladestromalgorithmus 250 beim Schritt 740.
11 ist ein Flussdiagramm, das den Wartungsmodul 230 erläutert. Der Betrieb des Moduls 230 beginnt, wenn der Hauptladebetrieb 200 in den Wartungsmodul 230 beim Schritt 800 eintritt. Die Steuereinheit 100 bestimmt, ob die Batteriespannung innerhalb des Bereichs von 3,5 V/Zelle bis 4,05 V/Zelle beim Schritt 805 enthalten ist. Wenn die Batteriespannung nicht in dem Bereich beim Schritt 805 enthalten ist, fährt die Steuereinheit 100 damit fort, im Schritt 805 zu verbleiben, bis die Batteriespannung in dem Bereich enthalten ist. Sobald die Batteriespannung in dem Bereich beim Schritt 805 enthalten ist, initialisiert die Steuereinheit 100 einen Wartungszeitgeber beim Schritt 810. In einigen Konstruktionen zählt der Wartungszeitgeber abwärts von 30 Minuten aus.
Beim Schritt 815 bestimmt die Steuereinheit 100, ob die Batterietemperatur unterhalb –20°C fällt oder 65°C überschreitet. Wenn die Batterietemperatur unterhalb –20°C fällt oder 65°C beim Schritt 815 überschreitet, schreitet der Modul 230 zu dem Temperatur-außerhalb-des-Bereichs-Modul 210 beim Schritt 820 fort und der Modul würde beim Schritt 825 enden. Wenn die Batterietemperatur nicht unterhalb –20°C fällt oder nicht 65°C beim Schritt 815 überschreitet, schreitet der Modul 230 zum Ladestromalgorithmus 250 beim Schritt 830 fort.
Sobald der Ladestromalgorithmus 250 beim Schritt 830 durchgeführt wird, bestimmt die Steuereinheit 100, ob der Wartungszeitgeber beim Schritt 835 abgelaufen ist. Wenn der Wartungszeitgeber abgelaufen ist, schreitet der Modul 230 zu dem Fehlerhafter-Akku-Modul 205 beim Schritt 840 fort und der Modul 230 würde beim Schritt 845 enden. Wenn der Wartungszeitgeber nicht beim Schritt 835 abgelaufen ist, bestimmt die Steuereinheit 100, ob die Wartezeit zwischen den Stromimpulsen größer als oder gleich einer ersten, vordefinierten Wartungswartezeitdauer, zum Beispiel von 15 Sekunden, beim Schritt 850 ist.
Wenn die Wartezeit größer als die erste vorgegebene Wartungswartezeitdauer beim Schritt 850 ist, schreitet der Modul 230 zum Schritt 805 fort. Wenn die Wartezeit nicht größer als und gleich der ersten vorgegebenen Wartungswartezeitdauer beim Schritt 850 ist, schreitet der Modul 230 zum Ladestromalgorithmus 250 beim Schritt 830 fort. In einigen Konstruktionen bleibt der Batterielader 30 in dem Wartungsmodul 230, bis der Batterieakku 20 aus dem Batterielader 30 entfernt wird.
12 ist ein Flussdiagramm, das das Basisladeschema oder den Ladestromalgorithmus 250 erläutert. Der Betrieb des Moduls 250 beginnt, wenn die anderen Module 220–230 oder der Hauptladebetrieb 200 in den Ladestromalgorithmus 250 beim Schritt 870 eintritt. Die Steuereinheit 100 legt einen vollen Strompuls für ungefähr eine Sekunde beim Schritt 875 an. Beim Schritt 880 bestimmt die Steuereinheit 100, ob die Batteriespannung größer als 4,6 V/Zelle ist, wenn Strom an die Batterie 20 angelegt wird.
Wenn die Batteriespannung größer als 4,6 V/Zelle beim Schritt 880 ist, schreitet der Algorithmus 250 zu dem Fehlerhafter-Akku-Modul 205 beim Schritt 885 fort und der Algorithmus 250 würde beim Schritt 890 enden. Wenn die Batteriespan nung nicht größer als 4,6 V/Zelle beim Schritt 880 ist, unterbricht die Steuereinheit 100 den Ladestrom, inkrementiert einen Zähler, zum Beispiel den Ladestromzähler, und speichert den Zählwert beim Schritt 895.
Beim Schritt 900 bestimmt die Steuereinheit 100, ob die Batterietemperatur unterhalb –20°C fällt oder 65°C überschreitet. Wenn die Batterietemperatur unterhalb –20°C fällt oder 65°C beim Schritt 900 überschreitet, schreitet der Algorithmus 250 zu dem Temperatur-außerhalb-des-Bereichs-Modul 210 beim Schritt 905 fort und der Algorithmus 250 endet beim Schritt 910. Wenn die Batterietemperatur nicht unterhalb –20°C fällt oder nicht 65°C beim Schritt 900 überschreitet, misst die Steuereinheit 100 die Batteriespannung, wenn der Ladestrom nicht der Batterie 20 beim Schritt 915 zugeführt wird.
Beim Schritt 920 bestimmt die Steuereinheit 100, ob die Batteriespannung kleiner als 4,2 V/Zelle ist. Wenn die Batteriespannung kleiner als 4,2 V/Zelle beim Schritt 920 ist, schreitet der Algorithmus 250 zum Schritt 875 fort. Wenn die Batteriespannung nicht kleiner als 4,2 V/Zelle beim Schritt 920 ist, wartet die Steuereinheit 100 bis die Batteriespannung ungefähr gleich 4,2 V/Zelle beim Schritt 925 ist. Die Steuereinheit 100 speichert beim Schritt 925 auch die Wartezeit. Der Algorithmus 250 endet beim Schritt 930.
In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten kann der Batterielader 30 ein weiteres Betriebsverfahren zum Laden verschiedener Batterien, zum Beispiel der Batterie 20, enthalten, die verschiedene Chemien und/oder Nominalspannungen haben. Ein Beispiel dieses Ladebetriebs ist in 28–38 gezeigt. In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten enthält der Batterielader 30 ein Betriebsverfahren zum Laden von Batterien auf Li-Basis, zum Beispiel Batterien, die eine Li-Co-Chemie, eine Li-Mn-Spinellchemie, eine Li-Mn-Nickelchemie und Ähnliches haben. In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten enthält der Ladebetrieb 200 verschiedene Module zum Durchführen unterschiedlicher Funktionen in Antwort auf unterschiedliche Batteriezustände und/oder Batterieeigenschaften.
In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten enthält das Verfahren des Ladebetriebs Module zum Unterbrechen des Ladens auf der Basis von anormalen und/oder normalen Batteriezuständen. In einigen Konstruktionen enthält der Ladebetrieb einen Fehlerhafter-Akku-Modul und/oder einen Temperaturaußerhalb-des-Bereichs-Modul, zum Beispiel den Temperaturaußerhalb-des-Bereichs-Modul, der in dem Flussdiagramm 2235 von 36 erläutert ist. In einigen Konstruktionen tritt der Batterielader 30 in den Fehlerhafter-Akku-Modul ein, um das Laden auf der Basis einer anormalen Batteriespannung, einer anormalen Zellenspannung und/oder einer anormalen Batteriekapazität zu beenden. In einigen Konstruktionen tritt der Batterielader in den Temperatur-außerhalb-des-Bereichs-Modul 2235 ein, um das Laden auf der Basis einer anormalen Batterietemperatur und/oder einer oder mehrerer Batteriezellentemperaturen abzubrechen bzw. zu beenden. In einigen Konstruktionen enthält der Ladebetrieb mehr oder weniger Module, die das Laden auf der Basis einer oder mehrerer Batteriezustände beenden, als die Module und Zustände, die vorstehend und nachfolgend erläutert werden.
In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten enthält der Ladebetrieb verschiedene Modi oder Module zum Laden der Batterie 20 auf der Basis verschiedener Batteriezustände oder Batteriestufen innerhalb des Betriebs. In einigen Konstruktionen enthält der Ladebetrieb einen Erhaltungslademodul, zum Beispiel den Erhaltungs(begrenzt)-Lademodul, der in dem Flussdiagramm 2225 von 34 gezeigt ist, und den Erhaltungs(Schritt)-Modul, der in dem Flussdiagramm 2220 von 33 gezeigt ist, einen Schnelllademodul, zum Beispiel den Schnelllademodul, der in dem Flussdiagramm 2215 von 32 gezeigt ist, und/oder einen Wartungslademodul, zum Beispiel den Wartungsmodul, der in dem Flussdiagramm 2230 von 35 gezeigt ist, und auch weitere Module, zum Beispiel den Flachakku-Aufweck-Modul, der in dem Flussdiagramm 2210 von 31 gezeigt ist, und den Lademodul und Akkueinsetzmodul 2200 (der das Laden beginnt), die in dem Flussdiagramm 2205 von 29 und 30 bzw. in dem Flussdiagramm 2200 von 28 gezeigt sind. Der Ladebetrieb enthält auch einen Ladestromalgorithmus, zum Beispiel den Algorithmus, der in dem Flussdiagramm 2240 von 37 und 38 gezeigt ist, den andere Module in verschiedenen Wegen implementieren.
Ein Beispiel eines Abschnitts des Ladebetriebs wird mit Bezug auf 28–30 angegeben. Zum Beispiel beginnt der Ladebetrieb mit dem Akkueinsetzmodul 2200, wie in 28 gezeigt ist. Der Betrieb beginnt mit Energie bzw. Strom, der dem Batterielader (bei 2305) zugeführt wird, und der Batterielader 30 bestimmt, ob die Eingangsspannung V_in innerhalb der richtigen Betriebsparameter (z.B. 80 V < V_in < 140 V) (bei 2310) ist. Wenn die Eingangsspannung V_in nicht innerhalb der Betriebsparameter ist, dann sperrt der Batterielader 30 das Laden (bei 2315). Der Batterielader 30 kann auch dem Nutzer anzeigen, ob die geeignete Eingangsspannung V_in zugeführt wird (bei 2315).
Wenn der Batterielader 30 die geeignete Eingangsspannung V_in empfängt, ist der Batterieakku 20 mit dem Lader (bei 2325) verbunden und der Lader 30 bestimmt, ob geeignete Verbindungen (z.B. Verbindungen zwischen Anschlüssen) eingerichtet worden sind (beim Schritt 2330). Wenn die geeigneten Verbindungen nicht eingerichtet worden sind, lässt der Lader 30 keine LEDs (bei 2335) leuchten und der Ladebetrieb endet (bei 2340). Wenn die Verbindungen eingerichtet worden sind, detektiert der Lader 30 das Vorhandensein einer Batterie 20 über eine Spannung zu der Steuereinheit 100 (bei 2345) und die Steuereinheit 100 misst die Spannung V_pack der Batterie 20 (bei 2350).
Der Lader 30 bestimmt, ob die Batteriespannung V_pack kleiner als 5 V (bei 2355) ist. Wenn die Batteriespannung V_pack kleiner als 5 V ist, schreitet der Ladebetrieb zu dem Flachakkuaufweckmodul 2210 (bei 2360) fort. Wenn die Batteriespannung V_pack nicht kleiner als 5 V ist, versucht der Lader 30, eine Kommunikation mit der Batterie 20 (bei 2365) einzurichten und bestimmt, ob die Kommunikation eingerichtet worden ist oder nicht (bei 2370). Wenn die Kommunikation nicht eingerichtet worden ist, lässt der Lader 30 keine Anzeigen bzw. Anzeiger (bei 2375) leuchten und der Ladebetrieb endet (bei 2380). Wenn die Kommunikation eingerichtet worden ist, fährt der Ladebetrieb mit dem Lademodul 2205 (bei 2385) fort.
Der Lademodul 2205 ist in 29 und 30 dargestellt. Der Lademodul 2205 beginnt mit dem Lader 30, der die Akkunominalspannung identifiziert und die geeigneten Messparameter (bei 2405) setzt und die Zellenspannungen der Batterie 20 (bei 2410) abfragt, um zu bestimmen, ob irgendeine Zellenspannung größer als ein oberer Schwellenwert (z.B. 4,35 V) (bei 2415) ist oder nicht. Wenn irgendeine Zelle größer als der obere Schwellenwert ist, aktiviert der Lader 30 keine LEDs (ei 2420) und der Ladebetrieb endet (bei 2425). Wenn keine Zelle größer als der obere Schwellenwert ist, misst der Lader 30 die Batteriespannung an den Anschlüssen des Laders 30 (bei 2430) und fragt die Batteriespannung V_pack ab, wie sie durch die Batterie 20 (bei 2435) gemessen wird, um zu bestimmen, ob die Messungen bzw. Messwerte übereinstimmen (bei 2440). Wenn die Messungen nicht übereinstimmen, aktiviert der Lader 30 keine LEDs (bei 2445) und der Ladebetrieb endet (bei 2450).
Wenn die Messungen übereinstimmen, fragt der Lader 30 die Batterie 20 nach der Batterietemperatur (bei 2455) ab, um zu bestimmen, ob die Batterietemperatur innerhalb des Betriebsbereichs (bei 2460) ist. Wenn die Batteriespannung nicht innerhalb des gewünschten Betriebsbereichs ist, schreitet der Betrieb zu dem Temperatur-außerhalb-des-Bereichs-Modul 2235 (bei 2465) fort und der Lader 30 kann die Batterie 20 wieder nach den Batterietemperaturinformationen (bei 2455) abfragen, sobald der Ladebetrieb den Temperatur-außerhalb-des-Bereichs-Modul 2235 verlässt.
Wenn die Batterietemperatur innerhalb des gewünschten Betriebsbereichs ist, bestimmt der Lader 30, ob die Batteriespannung V_pack größer als ein Wartungsschwellenwert (z.B. 4,1 V pro Zelle) (bei 2470) ist und der Ladebetrieb schreitet zu dem Wartungsmodul 2230 fort, wenn die Batteriespannung V_pack größer als der Wartungsschwellenwert (bei 2475) ist. Ansonsten bestimmt der Lader 30, ob die Batteriespannung V_pack kleiner als ein Erhaltungsschwellenwert (z.B. 3,5 V pro Zelle) (bei 2480) ist und der Ladebetrieb schreitet zu dem Erhaltungs(begrenzten)-Modul 2225 fort, wenn die Batteriespannung V_pack unterhalb des Erhaltungsschwellenwerts (bei 2485) ist. Wenn die Batteriespannung nicht kleiner als der Erhaltungsschwellenwert ist, bestimmt der Lader 30, ob die Batterietemperatur innerhalb eines Erhaltungsbereichs (bei 2490) ist. Der Betrieb schreitet zu dem Erhaltungs(Schritt)-Modul 2220 (bei 2495) fort, wenn die Temperatur innerhalb des Erhaltungsbereichs ist und schreitet zu dem Schnelllademodul 2215 (bei 2505) fort, wenn die Temperatur nicht innerhalb des Erhaltungsbereichs ist. Der Ladebetrieb kann wie in den anderen Modulen fortgesetzt werden, wie in den anderen Modulen angezeigt wird, die in 31–38 gezeigt sind.
Während des Ladebetriebs, der in 28–38 gezeigt ist, führt der Batterielader 30 Strom der Batterie 20 unter Verwendung eines Impulsladeverfahrens bzw. Pulsladeverfahrens zu. In einer Konstruktion führt der Batterielader 30 Pulse der Batterie 20 zu, die jedesmal die gleiche Pulsweite haben, variiert aber die Zeit zwischen den Pulsen. Dies wird als "Vollladestrom" oder "Vollladepuls" bezeichnet. In anderen Konstruktionen, zum Beispiel den Konstruktionen, die in 16 und 39 gezeigt sind, kann der Vollladestrom oder der Vollladepuls, der durch den Batterielader 30 angelegt wird, gemäß den einzelnen Zellenspannungen in der Batterie 20 eingestellt werden. Diese Implementation wird bezüglich den 4, 16 und 39 beschrieben.
Wie in 4 gezeigt ist, kann die Steuereinheit 100 in dem Batterielader 30 Informationen von dem Mikrocontroller 64 in der Batterie 20 empfangen und Informationen zu dem Mikrocontroller 64 in der Batterie 20 senden. In einigen Konstruktionen kann der Mikrocontroller 64 verschiedene Batterieeigenschaften während des Ladens überwachen, einschließlich den Spannungen oder den Momentanzustand des Ladens jeder der Batteriezellen 60, entweder automatisch oder in Antwort auf einen Befehl von dem Batterielader 30. Der Mikrocontroller 64 kann bestimmte Batterieeigenschaften überwachen und verarbeiten oder Messungen während den Zeiten des Ladestroms T_Ein (d.h. "Strom-Ein"-Zeitdauern) den Durchschnitt bilden. In einigen Konstruktionen kann die Strom-Ein-Zeitdauer ungefähr 1 Sekunde ("1-s") betragen. Während Zeitdauern keines Ladestroms T_Aus (d.h. "Strom-Aus"-Zeitdauern) können Informationen bezüglich bestimmter Batterieeigenschaften (z.B. der Zellenspannungen oder des Zellenzustands des Ladens) von der Batterie 20 zu dem Lader 30 übertragen werden. In einigen Konstruktionen beträgt die Strom-Aus-Zeitdauer T_Aus ungefähr 50 ms. Der Batterielader 30 kann die Informationen, die von der Batterie 20 gesendet werden, verarbeiten und die Strom-Ein-Zeitdauer T_Ein entsprechend modifizieren. Zum Beispiel, wenn eine Batteriezelle oder mehrere Batteriezellen 60 einen höheren, gegenwärtigen Ladezustand haben als die restlichen Batteriezellen 60, kann der Batterielader 30 die nachfolgenden Strom-Ein-Zeitdauern T_Ein kleiner machen, um ein Überladen der einen höheren Batteriezelle oder mehrerer höherer Batteriezellen zu vermeiden.
In einigen Konstruktionen kann der Batterielader 30 jede einzelne Zellenspannung mit einer Durchschnittszellenspannung vergleichen und, wenn der Unterschied bzw. die Differenz zwischen der einzelnen Zellenspannung und der Durchschnittszellenspannung gleich einem vorgegebenen Schwellenwert ist oder den vorgegebenen Schwellenwert (z.B. einen Ungleichgewichtsschwellenwert) überschreitet, kann der Lader 30 die Zelle als eine Zelle in einem höheren Ladezustand identifizieren. Der Batterielader 30 kann die Strom-Ein-Zeitdauer T_ein modifizieren. In anderen Konstruktionen kann der Batterielader 30 den Ladezustand für eine bestimmte Batteriezelle (zum Beispiel eine Batteriezelle, die als eine Zelle mit höherer Spannung identifiziert wird) während der Strom-Ein-Zeitdauern auf der Basis der Informationen, die er von der Batterie 20 erhält, ermitteln bzw. schätzen. In diesen Konstruktionen, wenn die Ermittlung des vorliegenden Ladezustands der Zelle einen Schwellenwert überschreitet, kann der Batterielader 30 die Dauer der Strom-Ein-Zeitdauer T_ein modifizieren.
Zum Beispiel, wie in 16 und 39 gezeigt ist, kann der Batterielader 30 der Batterie 20 befehlen, die Zellenspannungsmessungen, die während der nächsten Strom-Ein-Zeitdauer T_ein1 aufgenommen werden, zu mitteln. Der Befehl kann während der ersten Strom-Aus-Zeitdauer T_aus1 gesendet werden. Dementsprechend misst der Mikrocontroller 64 während der ersten Strom-Ein-Zeitdauer T_ein1 und mittelt die Zellenspannungen und auch die anderen Batterieparameter. Während der nächsten Strom-Aus-Zeitdauer T_aus2 kann die Batterie 20 die gemittelten Messungen zu dem Batterielader 30 senden. In einigen Konstruktionen kann die Batterie 20 acht gemittelte Messungen, zum Beispiel eine gemittelte Akkuladezustandsmessung und einen gemittelten Einzelzellenladezustand für jede der sieben Batte riezellen 60, senden. Zum Beispiel kann die Batterie 20 die nachfolgenden Informationen senden: Zelle 1 14%, Zelle 2 14%, Zelle 3 15%, Zelle 4 14%, Zelle 5 16%, Zelle 6 14%, Zelle 7 14% und Akkuspannung (z.B. Zellen 1–7) 29,96 V. In diesem Beispiel identifiziert der Batterielader 30 die Zelle 5 als eine höhere Batteriezelle. Der Lader 30 zeichnet auch die Batteriespannung wie gemessen durch sowohl den Batteriemikrocontroller 64 als auch den Batterielader 30 auf. In diesem Beispiel misst der Batterielader 30 die Batteriespannung mit ungefähr 30,07 V. Der Batterielader 30 berechnet die Differenz der Batteriespannungsmessungen (z.B. 110 mV) und bestimmt den Spannungsabfall an den Anschlüssen und Drähten mit ungefähr 110 mV.
Während der nachfolgenden Strom-Ein-Zeitdauer T_ein2 schätzt bzw. ermittelt der Batterielader 30 die Spannung der Zelle 5. Zum Beispiel tastet der Batterielader 30 die Messungen der Spannung der Zelle 20 ab und für jede Batteriespannungsmessung ermittelt er den Ladezustand für die Zelle 5 gemäß der nachfolgenden Gleichung: (VBatterie/ch – VAnschlüsse)·VZelle worin V_Batterie/ch die Spannung der Batterie 20 ist, wie sie durch den Lader 30 gemessen wird, V_Anschlüsse der Spannungsabfall an den Anschlüssen (z.B. 110 mV) ist und V_Zelle die Spannung der Zelle, die als ein Prozentwert der Batteriespannung ermittelt wird. Wenn die Ermittlung der Spannung der Zelle 5 einen Schwellenwert überschreitet ("den Reduktionsschwellenwert"), kann der Batterielader 30 die nachfolgende Strom-Ein-Zeitdauer T_ein3 modifizieren. In diesem Beispiel erinnert sich der Batterielader 30 daran, wenn die Ermittlung (oder Berechnung) der Spannung der Zelle 5 den Reduktionsschwellenwert erreicht, was ungefähr 800 ms ist. Wie in 39 gezeigt ist, identifiziert der Lader 30 die Zelle 5 und berechnet die Zelle 5 als eine hohe Batteriezelle und modifiziert die nachfolgende Strom-Ein- Zeitdauer T_ein3 derart, dass sie ungefähr gleich der Dauer ist, an die sich der Lader 30 erinnert (z.B. 800 ms). Dementsprechend ist die Länge T₂ der Strom-Ein-Zeitdauer T_ein3 kleiner als die Länge T₁ der vorhergehenden Strom-Ein-Zeitdauern T_ein1 und T_ein2.
In einigen Konstruktionen fährt der Lader 30 fort, die nachfolgenden Strom-Ein-Zeitdauern (z.B. T_ein4-5) auf ungefähr die Länge T₂ der vorhergehenden Strom-Ein-Zeitdauer T_ein3 (z.B. 800 ms) zu setzen. Wenn die Zelle 5 (oder eine weitere Zelle) weiterhin als eine hohe Zelle identifiziert wird, kann der Lader 30 die Länge der nachfolgenden Strom-Ein-Zeitdauern (z.B. T_ein6) z.B. von der Länge T₂ (ungefähr 800 ms) auf T₃ (z.B. ungefähr 600 ms) abändern, wenn die Spannung der Zelle 5 weiterhin den Reduktionsschwellenwert (z.B. bei 600 ms) erreicht.
In weiteren Konstruktionen kann der Lader 30 auch die nachfolgenden Strom-Ein-Zeitdauern (z.B. T_ein5) zurück auf ungefähr die Länge von T₁ (somit erhöht er die Ein-Zeit nachfolgend dem Reduzieren der Ein-Zeit) setzen, wenn der Lader 30 bestimmt, dass die Batteriezellen nicht genug Strom empfangen. Zum Beispiel kann der Batterielader 30 die Strom-Ein-Zeitdauern erhöhen, wenn der Lader bestimmt, dass die Spannung der Zelle 5, trotzdem sie hoch oder eine unausgeglichene Stelle ist, zu weit unterhalb des Reduktionsschwellenwerts an dem Ende der Ein-Zeitdauer ist. In diesen Konstruktionen kann der Batterielader 30 damit fortfahren, die Länge der Strompulse (z.B. die Ein-Zeitdauer) in Anbetracht der Batteriezellenspannungen zu modifizieren, um die Lademenge, die die Zellen empfangen, mit einer kleinen Überladung zu optimieren. In einigen Konstruktionen kann der Batterielader 30 die Strom-Ein-Zeit nicht erhöhen, sodass sie größer als eine anfängliche Strom-Ein-Zeitdauer ist, zum Beispiel die Dauer T_ein1.
Ein weiteres, schematisches Diagramm einer Batterie 20' ist schematisch in 13 gezeigt. Die Batterie 20' ist ähnlich zu der Batterie 20 und gemeinsame Elemente werden mit den gleichen Bezugszeichen identifiziert.
In einigen Konstruktionen enthält die Schaltung 62' eine elektrische Komponente, zum Beispiel einen Identifikationswiderstand 950, und der Identifikationswiderstand 950 kann einen gesetzten Widerstandswert haben. In anderen Konstruktionen kann die elektrische Komponente ein Kondensator, eine Spule, ein Transistor, ein Halbleiterelement, eine elektrische Schaltung oder eine andere Komponente sein, die einen Widerstand hat oder die ein elektrisches Signal senden kann, zum Beispiel ein Mikroprozessor, eine Digitallogikkomponente und Ähnliches. In der dargestellten Konstruktion kann der Widerstandswert des Identifikationswiderstands 950 auf der Basis von Eigenschaften der Batterie 20', zum Beispiel der Nominalspannung und der Chemie der Spannungszelle(n) 60', ausgewählt werden. Ein Fühlanschluss 55' kann elektrisch mit dem Identifikationswiderstand 950 verbunden sein.
Die Batterie 20', die schematisch in 13 gezeigt ist, kann elektrisch mit einer elektrischen Vorrichtung verbunden sein, zum Beispiel einem Batterielader 960 (auch schematisch gezeigt). Der Batterielader 960 kann einen positiven Anschluss 964, einen negativen Anschluss 968 und einen Fühlanschluss 972 enthalten. Jeder Anschluss 964, 968, 972 des Batterieladers 960 kann elektrisch mit dem entsprechenden Anschluss 45', 50' bzw. 55' der Batterie 20' verbunden sein. Der Batterielader 960 kann auch eine Schaltung enthalten, die elektrische Komponenten hat, zum Beispiel einen ersten Widerstand 976, einen zweiten Widerstand 980, eine Festkörperelektronikvorrichtung oder Halbleiter 984, einen Vergleicher 988 und einen Prozessor, Mikrocontroller oder eine Steuereinheit (nicht gezeigt). In einigen Konstruktionen kann der Halbleiter 984 einen Transistor enthalten, der in Sättigung oder einem "EIN"-Zustand arbeiten kann und in einem Abschaltzustand oder in einem "AUS"-Zustand arbeiten kann. In einigen Konstruktionen kann der Vergleicher 988 eine zugeordnete Spannungsüberwachungsvorrichtung, ein Mikroprozessor oder eine Verarbeitungseinheit sein. In anderen Konstruktionen kann der Vergleicher 988 in der Steuereinheit (nicht gezeigt) enthalten sein.
In einigen Konstruktionen kann die Steuereinheit (nicht gezeigt) programmiert sein, den Widerstandswert der elektrischen Komponente in der Batterie 20' zu identifizieren, zum Beispiel des Identifikationswiderstands 950. Die Steuereinheit kann auch programmiert sein, eine Eigenschaft oder mehrere Eigenschaften der Batterie 20', zum Beispiel die Batteriechemie und die Nominalspannung der Batterie 20', zu bestimmen. Wie zuvor erwähnt wurde, kann der Widerstandswert des Identifikationswiderstands 950 dem zugeordneten Wert entsprechen, der mit einer Batterieeigenschaft oder mehreren Batterieeigenschaften verbunden ist. Zum Beispiel kann der Widerstandswert des Identifikationswiderstands 950 in einem Bereich von Widerstandswerten entsprechend der Chemie und der Nominalspannung der Batterie 20' enthalten sein.
In einigen Konstruktionen kann die Steuereinheit derart programmiert sein, dass sie eine Vielzahl von Widerstandsbereichen des Identifikationswiderstands 950 erkennen kann. In diesen Konstruktionen entspricht jeder Bereich einer Batteriechemie, zum Beispiel NiCd, NiMH, Li-Ion und Ähnlichem. In einigen Konstruktionen kann die Steuereinheit zusätzliche Widerstandsbereiche erkennen, die jeweils einer anderen Batteriechemie oder einer anderen Batterieeigenschaft entsprechen.
In einigen Konstruktionen kann die Steuereinheit derart programmiert sein, dass sie eine Vielzahl von Spannungsbereichen erkennt. Die Spannungen, die in den Spannungsbereichen enthalten sind, können von dem Widerstandswert des Identifikationswiderstands 950 abhängen oder diesem entsprechen, sodass die Steuereinheit den Wert des Widerstands 950 auf der Basis der gemessenen Spannung bestimmen kann.
In einigen Konstruktionen kann der Widerstandswert des Identifikationswiderstands 950 weiter derart ausgewählt werden, dass er für jeden möglichen Nominalspannungswert der Batterie 20' einzigartig ist. Zum Beispiel kann in einem Bereich der Widerstandswerte ein erster zugeordneter Widerstandswert einer Nominalspannung von 21 V entsprechen, ein zweiter zugeordneter Widerstandswert kann einer Nominalspannung von 16,8 V entsprechen und ein dritter zugeordneter Widerstandswert kann einer Nominalspannung von 12,6 V entsprechen. In einigen Konstruktionen können mehr oder weniger zugeordnete Widerstandswerte sein, die jeweils einer anderen, möglichen Nominalspannung der Batterie 20' entsprechen, die mit dem Widerstandsbereich verbunden ist.
In einer exemplarischen Implementation verbindet die Batterie 20' mit dem Batterielader 960. Um eine erste Batterieeigenschaft zu identifizieren, schaltet der Halbleiter 984 auf den "EIN"-Zustand unter der Steuerung einer zusätzlichen Schaltung (nicht gezeigt). Wenn der Halbleiter 984 in dem "EIN"-Zustand ist, erzeugen der Identifikationswiderstand 950 und die Widerstände 976 und 980 ein Spannungsteilernetzwerk. Das Netzwerk richtet eine Spannung V_A an einem ersten Referenzpunkt 992 ein. Wenn der Widerstandswert des Widerstands 980 signifikant niedriger als der Widerstandswert des Widerstands 976 ist, hängt die Spannung V_A von den Widerstandswerten des Identifikationswiderstands 950 und des Widerstands 980 ab. In dieser Implementation ist die Spannung V_A in einem Bereich, der durch den Widerstandswert des Identifikationswiderstands 950 bestimmt wird. Die Steuereinheit (nicht gezeigt) misst die Spannung V_A an dem ersten Referenzpunkt 992 und bestimmt den Widerstandswert des Identifikationswiderstands 950 auf der Basis der Spannung V_A. In einigen Konstruktionen vergleicht die Steuereinheit die Spannung V_A mit einer Vielzahl von Spannungsbereichen, um die Batterieeigenschaft zu bestimmen.
In einigen Konstruktionen kann die erste Batterieeigenschaft, die identifiziert wird, die Batteriechemie enthalten. Zum Beispiel kann irgendein Widerstandswert unter 150 kOhm angeben, dass die Batterie 20' eine Chemie mit NiCd oder NiMH hat, und irgendein Widerstandswert von angenähert 150 kOhm oder darüber kann angeben, dass die Batterie 20' eine Chemie mit Li oder Li-Ion hat. Sobald die Steuereinheit die Chemie bestimmt und der Batterie 20' bestimmt, kann ein geeigneter Ladealgorithmus oder ein geeignetes Ladeverfahren ausgewählt werden. In weiteren Konstruktionen gibt es mehr Widerstandsbereiche, die einer anderen Batteriechemie als in dem vorstehenden Beispiel entsprechen.
Nun wird mit der exemplarischen Implementation fortzufahren, in der der Halbleiter 984, um eine zweite Batterieeigenschaft identifizieren zu können, auf den "AUS"-Zustand unter der Steuerung der zusätzlichen Schaltung schaltet. Wenn der Halbleiter 984 in den "AUS"-Zustand schaltet, erzeugen der Identifikationswiderstand 950 und der Widerstand 976 ein Spannungsteilernetzwerk. Die Spannung V_A an dem ersten Referenzpunkt 992 wird nun durch die Widerstandswerte des Identifikationswiderstands 950 und des Widerstands 976 bestimmt. Der Widerstandswert des Identifikationswiderstand 950 wird derart ausgewählt, dass, wenn die Spannung V_BATT an einem zweiten Referenzpunkt 1012 im wesentlichen gleich der Nominalspannung der Batterie 20' ist, die Spannung V_A an dem ersten Referenzpunkt 992 im wesentlichen gleich einer Spannung V_REF an einem dritten Referenzpunkt 996 ist. Wenn die Spannung V_A an dem ersten Referenzpunkt 992 die festgelegte Spannung V_REF an dem dritten Referenzpunkt 996 überschreitet, ändert ein Ausgang V_OUT des Vergleichers 988 den Zustand. In einigen Konstruktionen kann der Ausgang V_OUT dazu verwendet werden, das Laden zu beenden oder als ein Anzeiger zu dienen, um zusätzliche Funktionen zu beginnen bzw. auszulösen, zum Beispiel eine Wartungsroutine, eine Ausgleichsroutine, eine Entladefunktion, ein zusätzliches Ladeverfahren und Ähnliches. In einigen Konstruktionen kann die Spannung V_REF eine festgelegte Referenzspannung sein.
In einigen Konstruktionen kann die zweite Batterieeigenschaft, die identifiziert wird, eine Nominalspannung der Batterie 20' enthalten. Zum Beispiel kann die allgemeine Gleichung zum Berechnen des Widerstandswerts des Identifikationswiderstands 958 sein:
Worin R₁₀₀ der Widerstandswert des Identifikationswiderstands 950 ist, R₁₃₅ der Widerstandswert des Widerstands 976 ist, V_BATT die Nominalspannung der Batterie 20' ist und V_REF eine festgelegte Spannung ist, zum Beispiel ungefähr 2,5 V. Zum Beispiel kann in dem Bereich der Widerstandswerte für die Li-Ion-Chemie (oben stehend erläutert) ein Widerstandswert von ungefähr 150 kOhm für den Identifikationswiderstand 950 einer Nominalspannung von ungefähr 21 V entsprechen, ein Widerstandswert von ungefähr 194 kOhm einen Nominalwert von ungefähr 16,8 V entsprechen und kann ein Widerstandswert von ungefähr 274,7 kOhm einer Nominalspannung von ungefähr 12,6 V entsprechen. In weiteren Konstruktionen können mehr oder weniger zugeordnete Widerstandswerte zusätzlichen oder unterschiedlichen Batterieakkunominalspannungswerten entsprechen.
In der dargestellten Konstruktion können sich sowohl der Identifikationswiderstand 950 als auch der dritte Referenzpunkt 996 auf der "hohen" Seite eines Stromfühlwiderstands 1000 befinden. Das Positionieren des Identifikationswiderstands 950 und des dritten Referenzpunkts 996 auf diese Art und Weise kann irgendwelche, relativen Spannungsschwankungen zwischen V_A und V_REF reduzieren, wenn ein Ladestrom vorhanden ist. Spannungsschwankungen können in der Spannung V_A auftreten, wenn der Identifikationswiderstand 950 und der dritte Referenzpunkt 996 auf Erde 1004 bezogen werden und ein Ladestrom an die Batterie 20' angelegt wird.
In einigen Konstruktionen kann der Batterielader 960 auch eine Ladersteuerfunktion enthalten. Wie zuvor erläutert wurde, wenn die Spannung V_A im wesentlichen gleich der Spannung V_REF (was angibt, dass die Spannung V_BATT gleich der Nominalspannung der Batterie 20' ist) ist, ändert der Ausgang V_OUT des Vergleichers 988 den Zustand. In einigen Konstruktionen wird der Ladestrom nicht länger der Batterie 20' zugeführt, wenn der Ausgang V_OUT des Vergleichers 988 den Zustand ändert. Sobald der Ladestrom unterbrochen wird, beginnt die Batteriespannung V_BATT kleiner zu werden. Wenn die Spannung V_BATT einen unteren Schwellenwert erreicht, ändert der Ausgang V_OUT des Vergleichers 988 den Zustand wieder. In einigen Konstruktionen wird der untere Schwellenwert der Spannung V_BATT durch einen Widerstandswert eines Hysteresewiderstands 1008 bestimmt. Der Ladestrom wird wieder eingerichtet, sobald der Ausgang V_OUT des Vergleichers 988 den Zustand wieder ändert. In einigen Konstruktionen wird dieser Zyklus für eine vorgegebene Zeitdauer, wie durch die Steuereinheit bestimmt wird, wiederholt oder für eine bestimmte Zahl von Zustandsänderungen, die durch den Vergleicher 988 gemacht werden, wiederholt. In einigen Konstruktionen wird dieser Zyklus wiederholt, bis die Batterie 20' von dem Batterielader 96) entfernt wird.
In einigen Konstruktionen und in einigen Aspekten kann eine Batterie, zum Beispiel die Batterie 20, die in 17 gezeigt ist, so entladen werden, dass die Batteriezellen 60 keine ausreichende Spannung für die Kommunikation mit dem Batterielader 30 haben. Wie in 17 gezeigt ist, kann die Batterie 20 eine Batteriezelle oder mehrere Batteriezellen 60, einen positiven Anschluss 1105 und einen negativen Anschluss 1110 und einen Fühlanschluss oder mehrere Fühlanschlüsse 1120a und 1120b enthalten (wie in 17 gezeigt ist, kann der zweite Fühlanschluss oder der Aktivierungsanschluss 1120b in der Batterie 20 oder nicht in der Batterie enthalten sein). Die Batterie 20 kann auch eine Schaltung 1130 enthalten, die einen Mikrocontroller 1140 enthält.
Wie in 17 gezeigt ist, kann die Schaltung 1130 einen Halbleiterschalter 1180 enthalten, der den Ladestrom unterbricht, wenn die Schaltung 1130 (z.B. der Mikroprozessor 1140) einen Zustand oberhalb oder unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts (d.h. einen "anormalen Batteriezustand") bestimmt oder fühlt. In einigen Konstruktionen enthält der Schalter 1180 eine Unterbrechungszustand, in dem Strom von der Batterie 20 oder zu der Batterie 20 unterbrochen wird, und einen Zulassungszustand, in dem Strom von der Batterie 20 oder zu der Batterie 20 zugelassen ist. In einigen Konstruktionen kann ein anormaler Batteriezustand zum Beispiel eine hohe oder niedrige Batteriezellentemperatur, einen hohen oder niedrigen Batterieladezustand, einen hohen oder niedrigen Batteriezellenladezustand, einen hohen oder niedrigen Entladestrom, einen hohen oder niedrigen Ladestrom oder Ähnliches enthalten. In den dargestellten Konstruktionen enthält der Schalter 1180 einen Leistungs-FET oder einen Metalloxid-Halbleiter-FET ("MOS-FET"). In anderen Konstruktionen kann die Schaltung 1130 zwei Schalter 1180 enthalten. In diesen Konstruktionen können die Schalter 1180 parallel zueinander angeordnet sein. Die parallelen Schalter 1180 können in Batterieakkus enthalten sein, die einen hohen Durchschnittsentladestrom zuführen (zum Beispiel führt die Batterie 20 Strom einer Kreissäge, einem Akkuschrauber und Ähnlichem zu).
In einigen Konstruktionen kann, sobald der Schalter 1180 nichtleitend wird, der Schalter 1180 nicht zurückgesetzt werden, auch wenn der anormale Zustand nicht länger detektiert wird. In einigen Konstruktionen kann der Schalter 1130 (z.B. der Mikroprozessor 1140) den Schalter 180 nur zurücksetzen, wenn eine elektrische Vorrichtung, zum Beispiel ein Batterielader 30, dem Mikroprozessor 1140 befiehlt, dies zu tun. Wie zuvor erwähnt wurde, kann die Batterie 20 derart entladen werden, dass die Batteriezellen 60 nicht ausreichend Spannung haben, um den Mikroprozessor 1140 zu versorgen, damit er mit dem Batterielader 30 kommunizieren kann.
In einigen Konstruktionen, wenn die Batterie 20 nicht mit dem Lader 30 kommunizieren kann, kann der Batterielader 30 einen kleinen Ladestrom durch die Körperdiode 1210 des Schalters 1180 zuführen, um die Batteriezellen 60 langsam zu laden. Sobald die Zellen 60 genug Ladestrom zum Versorgen des Mikroprozessors 1140 empfangen haben, kann der Mikroprozessor 1140 den Zustand des Schalters 1180 ändern. Das heißt, dass die Batterie 20 auch geladen werden kann, wenn der Schalter 1180 nicht in dem leitenden Zustand ist. Wie in 17 gezeigt ist, kann der Schalter 1180 die Körperdiode 1210 enthalten, die in einigen Konstruktionen einstückig mit einem MOSFET und anderen Transistoren ist. In anderen Konstruktionen kann die Diode 1210 elektrisch parallel zu dem Schalter 1180 verbunden sein.
In einigen Konstruktionen, wenn die Batterie 20 nicht mit dem Lader 30 kommunizieren kann, kann der Batterielader 30 einen kleinen Durchschnittsstrom durch einen Fühldraht bzw. Fühlanschluss, zum Beispiel den Fühldraht 1120a oder den zugeordneten Aktivierungsanschluss 1120b, anlegen. Der Strom kann einen Kondensator 1150 laden, der wiederum genug Spannung dem Mikroprozessor 1140 zuführen kann, um den Betrieb zu ermöglichen.
Die Konstruktionen bzw. Ausführungsformen, die vorstehend beschrieben worden sind und in den Figuren gezeigt worden sind, werden nur beispielhaft wiedergegeben und sie sind nicht als eine Beschränkung der Konzepte und Prinzipien der vorliegenden Erfindung gedacht. Es ist deshalb für Fachleute offenbar, dass verschiedene Änderungen der Elemente und ihres Aufbaus und ihrer Anordnungen möglich sind, ohne dass vom Geist und Bereich der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.
Zusammenfassung:
Eine Kombination enthält einen Batterieakku und einen Batterielader, der betreibbar ist, einen Ladestrom dem Batterieakku zuzuführen. Der Batterieakku enthält einen ersten Batterieanschluss, einen zweiten Batterieanschluss und eine Batteriezelle, die einen gegenwärtigen Ladezustand hat. Die Batteriezelle ist mit dem ersten Batterieanschluss und/oder dem zweiten Batterieanschluss gekoppelt. Der Batterieakku enthält auch einen Batteriemikrocontroller, der mit dem ersten Batterieanschluss und/oder dem zweiten Batterieanschluss gekoppelt ist. Der Mikrocontroller ist betreibbar, den gegenwärtigen Ladezustand der Batteriezelle zu messen, um Messungen des gegenwärtigen Ladezustands der Batteriezelle zu erzeugen. Der Batterielader enthält einen ersten Laderanschluss, der aufgebaut ist, mit dem ersten Batterieanschluss und/oder dem zweiten Batterieanschluss gekoppelt zu sein, und einen zweiten Laderanschluss, der aufgebaut ist, mit dem ersten Batterieanschluss und/oder dem zweiten Batterieanschluss gekoppelt zu sein. Der erste Laderanschluss ist derart aufgebaut, dass er Ladestrom dem Batterieakku zuführt. Der Batterielader enthält auch einen Ladermikrocontroller, der mit dem zweiten Laderanschluss gekoppelt ist, und der derart betreibbar ist, dass er die Messungen des gegenwärtigen Ladezustands der Batteriezelle von dem Batteriemikrocontroller empfangen kann. Der Ladermikrocontroller ist auch derart betreibbar, dass er den Ladestrom dem Batterieakku in Pulsen zuführt, worin jeder Puls ein erstes Zeitintervall, in dem Ladestrom der Batterie zugeführt wird, und ein zweites Zeitintervall enthält, in dem Ladestrom zu der Batterie unterbrochen ist. Der Mikrocontroller ist weiterhin derart betreibbar, dass er das erste Zeitintervall eines Pulses zumindest teilweise auf der Basis der Messungen des gegenwärtigen Ladezustands der Batteriezelle, die von dem Batteriemikrocontroller empfangen werden, modifizieren kann.

Claims

Kombination, die aufweist: einen Batterieakku, der enthält: einen ersten Batterieanschluss, einen zweiten Batterieanschluss, eine Batteriezelle, die einen gegenwärtigen Ladezustand hat, wobei die Batteriezelle mit dem ersten Batterieanschluss und/oder dem zweiten Batterieanschluss gekoppelt ist; einen Batteriemikrocontroller, der mit dem ersten Batterieanschluss und/oder dem zweiten Batterieanschluss gekoppelt ist, wobei der Mikrocontroller derart betreibbar ist, dass er den vorliegenden Ladezustand der Batteriezelle misst, um Messungen des vorliegenden Ladezustands der Batteriezelle zu erzeugen; und einen Batterielader, der derart betreibbar ist, dass er einen Ladestrom dem Batterieakku zuführt, wobei der Batterielader enthält: einen ersten Laderanschluss, der aufgebaut ist, mit dem ersten Batterieanschluss und/oder dem zweiten Batterieanschluss gekoppelt zu sein, wobei der erste Laderanschluss aufgebaut ist, Ladestrom dem Batterieakku zuzuführen; einen zweiten Laderanschluss, der aufgebaut ist, mit dem ersten Batterieanschluss und/oder dem zweiten Batterieanschluss gekoppelt zu sein, und einen Ladermikrocontroller, der mit dem zweiten Laderanschluss gekoppelt ist und betreibbar ist, die Messungen des gegenwärtigen Ladezustands der Batterie von dem Batteriemikrocontroller zu empfangen, wobei der Ladermikrocontroller auch betreibbar ist, den Ladestrom dem Batterieakku in Pulsen bzw. Impulsen zuzuführen, worin jeder Puls ein erstes Zeitintervall enthält, in dem Ladestrom der Batterie zugeführt wird, und ein zweites Zeitintervall enthält, in dem die Zuführung des Ladestroms zu der Batterie unterbrochen ist, wobei der Mikrocontroller weiterhin betreibbar ist, das erste Zeitintervall eines Pulses zumindest teilweise auf der Basis der Messungen des gegenwärtigen Zustands der Batterie zu modifizieren, die von dem Batteriemikrocontroller aus empfangen werden.
Kombination, wie sie im Anspruch 1 dargelegt wird und worin die Batteriezelle eine Chemie hat, wobei die Chemie eine Chemie auf der Basis von Li-Ion ist.
Kombination, wie im Anspruch 1 dargelegt und worin der Ladermikrocontroller weiterhin betreibbar ist, das zweite Zeitintervall eines Pulses zumindest teilweise auf der Basis der Messungen des gegenwärtigen Ladezustands der Batteriezelle, die von dem Batteriemikrocontroller aus empfangen werden, zu modifizieren.
Kombination, wie im Anspruch 1 dargelegt und worin der Batterieakku weiterhin eine Vielzahl von Batteriezellen, die jeweils einen gegenwärtigen Ladezustand haben, und einen Akkuladezustand enthält, wobei der Akkuladezustand die Summe aus jedem, gegenwärtigen Ladezustand der vielzähligen Batteriezellen ist, wobei der Batteriemikrocontroller auch betreibbar ist, den Akkuladezustand zu messen, um eine Messung des Akkuladezustands zu erzeugen.
Kombination, wie im Anspruch 4 dargelegt und worin der Ladermikrocontroller derart betreibbar ist, dass er den Akkuladezustand misst, um eine zweite Messung des Akkuladezustands zu erzeugen.
Kombination, wie im Anspruch 5 dargelegt und worin die zweite Messung des Akkuladezustands, wie sie durch den Ladermikrocontroller gemessen wird, größer als die Messung des Akkuladezustands ist, wie sie durch den Batteriemikrocontroller gemessen wird.
Kombination, wie im Anspruch 5 dargelegt und worin der Batteriemikrocontroller die Messungen des gegenwärtigen Ladezustands für jede Batteriezelle aus der Vielzahl von Batteriezellen als einen Prozentsatz des Akkuladezustands sendet, wie er durch den Batteriemikrocontroller gemessen wird.
Kombination, wie im Anspruch 7 dargelegt und worin der Ladermikrocontroller derart betreibbar ist, dass er den gegenwärtigen Ladezustand einer Batteriezelle während des ersten Zeitintervalls des ersten Pulses ermittelt, um eine ermittelte Messung des Ladezustands einer Batteriezelle auf der Basis des Prozentsatzes und der zweiten Messung des Akkuladezustands, wie er durch den Ladermikrocontroller gemessen wird, zu erzeugen, wobei der Ladermikrocontroller auch derart betreibbar ist, dass er das erste Zeitintervall eines nachfolgenden Pulses auf der Basis der ermittelten Messung des Ladezustands einer Batteriezelle modifiziert.
Kombination, wie im Anspruch 1 dargelegt und worin der Batterielader weiterhin betreibbar ist, das zweite Zeitintervall eines Pulses zu modifizieren.
Batterielader, der betreibbar ist, einen Ladestrom einem Batterieakku zuzuführen, der eine Batteriezelle mit einem gegenwärtigen Ladezustand und einen Batteriemikrocontroller hat, der betreibbar ist, den gegenwärtigen Ladezustand der Batteriezelle zu messen, wobei der Batterielader aufweist: einen Ladermikrocontroller, der betreibbar ist, den gegenwärtigen Ladezustand der Batteriezelle von dem Batteriemikrocontroller zu empfangen, wobei der Ladermikrocontroller auch betreibbar ist, den Ladestrom dem Batterieakku in Pulsen zuzuführen, worin jeder Puls ein erstes Zeitintervall und ein zweites Zeitintervall enthält, wobei das erste Zeitintervall ein Intervall ist, in dem ein Ladestrom der Batterie zugeführt wird, und wobei das zweite Zeitintervall ein Intervall ist, in dem die Zuführung des Ladestroms zu der Batterie unterbrochen ist, wobei der Mikrocontroller weiterhin betreibbar ist, das erste Zeitintervall eines Pulses zumindest teilweise auf der Basis des gegenwärtigen Ladezustands der Batteriezelle, der von dem Batteriemikrocontroller aus empfangen wird, zu modifizieren.
Batterielader, wie im Anspruch 10 dargelegt und worin der Batterieakku eine Vielzahl von Batteriezellen hat, die jeweils einen gegenwärtigen Ladezustand haben, wobei der Batteriemikrocontroller betreibbar ist, jeden gegenwärtigen Ladezustand der vielzähligen Batteriezellen zu messen, und worin der Ladermikrocontroller betreibbar ist, jeden Ladezustand einer Batteriezelle zu empfangen.
Batterielader, wie im Anspruch 11 dargelegt und worin der Batterieakku eine Akkuspannung hat, wobei die Akkuspannung eine Summe jedes gegenwärtigen Ladezustands der Vielzahl von Batteriezellen ist, wobei der Ladermikrocontroller auch betreibbar ist, den Akkuladezustand zu empfangen.
Batterielader, wie im Anspruch 10 dargelegt und worin der Batterielader weiterhin betreibbar ist, das zweite Zeitintervall eines Pulses zu modifizieren.
Verfahren des Puls- bzw. Impulsladens einer Batterie mit einer Vielzahl von Batteriezelle, wobei das Verfahren aufweist: Messen eines Ladezustands für jede Batteriezelle in der Vielzahl von Batteriezellen; Anlegen eines ersten Pulses mit Ladestrom an die Batterie, wobei der erste Puls ein erstes Zeitintervall, in dem der Ladestrom der Batterie zugeführt wird, und ein zweites Zeitintervall hat, in dem das Zuführen des Ladestroms zu der Batterie unterbrochen ist; und Anlegen eines zweiten Pulses mit Ladestrom an die Batterie, wobei der zweite Puls ein drittes Zeitintervall, in dem der Ladestrom der Batterie zugeführt wird, und ein viertes Zeitintervall hat, in dem die Zuführung des Ladestroms zu der Batterie unterbrochen wird, wobei das dritte Zeitintervall zumindest teilweise auf dem Ladezustand der Batteriezelle beruht und wobei das dritte Zeitintervall kleiner als das erste Zeitintervall ist.
Verfahren des Pulsladens, wie im Anspruch 14 dargelegt, das weiterhin aufweist: Identifizieren eines hohen Ladezustands der Batteriezelle aus den Ladezuständen der Vielzahl von Batteriezellen.
Verfahren des Pulsladens, wie im Anspruch 15 dargelegt, das weiterhin aufweist: Messen eines Batterieladezustands; und Ermitteln eines Ladezustands der Batteriezelle, die als die Batteriezelle mit dem hohen Ladezustand identifiziert wird, um einen ermittelten Ladezustand für die Batteriezelle zu erzeugen.
Verfahren des Pulsladens, wie im Anspruch 16 dargelegt und worin das dritte Zeitintervall zumindest teilweise auf dem ermittelten Ladezustand der Batteriezelle beruht.
Verfahren des Pulsladens, wie im Anspruch 16 dargelegt, das weiterhin aufweist: Einrichten eines Ladezustandsschwellenwerts der Batteriezelle; und Berechnen einer ermittelten Zeit, wenn der ermittelte Ladezustand der Batteriezelle den Ladezustandsschwellenwert der Batteriezelle erreicht.
Verfahren des Pulsladens, wie im Anspruch 18 dargelegt und worin das dritte Zeitintervall ungefähr gleich der ermittelten Zeit ist.
Verfahren des Pulsladens, wie im Anspruch 14 erläutert und das weiterhin aufweist: Aufrechterhalten eines Parameterwertes, der das dritte Zeitintervall wiedergibt; und Modifizieren des Parameterwertes zumindest teilweise auf der Basis des Ladezustands der Batteriezelle.