DE19641989A1

DE19641989A1 - Doppel-Batterie-Ladeeinrichtung zum Aufladen von Nickel-Metall-Hydrid- und Lithium-Ionen-Batterien

Info

Publication number: DE19641989A1
Application number: DE19641989A
Authority: DE
Inventors: Kyung-Yong Cheon
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1995-10-12
Filing date: 1996-10-11
Publication date: 1997-04-17
Also published as: KR970024434A; JPH09130982A; TW309669B; US5744937A

Description

Die Erfindung betrifft eine Doppel-Batterie-Ladeeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Mit einer derartigen Ladeeinrichtung können verschiedene Arten von Batterien bzw. Akkumulatoren aufgeladen werden. Insbesondere ist sie dafür geeignet, eine wieder aufladbare Nickel-Metall-Hydrid- (NiMH) oder eine wiederaufladbare Lithium- Ionen-Batterie aufzuladen oder erneut aufzuladen, die als Energiequellen für tragbare Geräte verwendet werden.

Batterien dienen im allgemeinen dazu, elektrische Energie an tragbare Geräte wie Radios, schnurlose Telefone, Stereokassettenrecorder etc. abzugeben. Von diesen Batterien gibt es im wesentlichen zwei Arten, nämlich solche, die wiederaufladbar und solche, die nicht wiederaufladbar sind, wobei sie verschiedene Spannungscharak teristiken am Ende ihrer Lebensdauer sowie verschiedene effektive Reihenwiderstän de aufweisen. Nicht wiederaufladbare Batterien sind die gewöhnlichen Alkali-Batte rien, bei denen man nicht versuchen sollte, sie wieder aufzuladen. Wiederaufladbare Batterien sind dagegen Nickel-Cadmium (Ni-Cd), Nickel-Wasserstoff (Ni-H) und die kürzlich entwickelte Nickel-Metall-Hydrid-Batterien (Ni-MH), die mit unterschied lichen Raten und bei unterschiedlichen Bedingungen aufgeladen werden sollten. Ein Batterieladegerät, das diese Batterie-Arten akzeptiert, sollte die Aufladerate an die je weilige Art der Laderegelungen des entsprechenden Batterie-Typs anpassen.

Herkömmliche Batterie-Ladegeräte, wie sie in der US-Patentschrift 5 164 652 betref fend ein "Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen des Batterietyps und zum Ändern der Betriebscharakteristiken", in der US-Patentschrift 5 200 686 betreffend ein "Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen des Batterietyps" und in der US-Patentschrift 5438248 "Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen verschiedener Batterie-Arten" beschrieben sind; sind so ausgelegt, daß sie automatisch den Batterie- Typ erkennen, der zu laden ist, beispielsweise eine Ni-Cd-Batterie oder eine Alkali- Batterie, und ihre Parameter entsprechend anpassen. Jüngere Batterieladegeräte, wie sie z. B. in der US-Patentschrift 5489 836 "Batterie-Ladeschaltung zum Laden von NiMH- und NiCd-Batterien" bzw. in der US-Patentschrift 5 532 668 für ein "NiCd/NiMH-Batterie-Ladegerät" beschrieben sind, sind so ausgelegt, daß sie ver schiedene Arten der wiederaufladbaren Batterien wie NiCd- und NiMH-Batterien er kennen. Grundsätzlich werden NiCd-Batterien bei solchen Anwendungen bevorzugt, die hohe Entladeraten nach einer längeren Aufladung bei erhöhter Temperatur erfor dern. NiCd-Batterien sind jedoch aufgrund ihres Cadmium-Gehalts toxisch. NiMH- Batterien werden-oft ausgewählt, wenn die Kapazität pro Gewichtseinheit oder -wert kritisch ist. NiMH-Batterien haben grundsätzlich eine höhere Energiespeicherdichte als die besten NiCd-Batterien und enthalten keine Schwermetalle in ihrer Zusammen setzung, welche die Umwelt nach ihrer Entsorgung schädigen könnten. Die erwähn ten herkömmlichen wiederaufladbaren Batterien sind jedoch insgesamt noch sperrig und schwer.

Das jüngste Entwicklungsergebnis auf dem Gebiet der wiederaufladbaren Batterien ist die Lithium-Ionen-Batterie, die bei einer hohen Ladekapazität eine Reduzierung der Größe und des Gewichts mit sich bringt. Eine solche Batterie ist im US-Patent 5 510 690 "Batterie-Gehäuse, Batterie-Erkennungs-Regeleinrichtung und Verfahren hierfür" beschrieben. Lithium-Ionen-Batterien weisen eine hohe Energiedichte pro Volumen oder pro Gewichtseinheit auf, sie werden jedoch nur selektiv und für spezielle Zwecke verwendet, weil sie teuer sind. Derzeit sind mehrere verschiedene Batterie-Ladeeinrichtungen bekannt, die unterschiedliche Batterien wie NiCd- und NiMH-Batterien aufladen können. Keine dieser Ladeeinrichtungen ist jedoch in der Lage, sowohl NiMH- als auch Lithium-Ionen-Batterien aufzuladen, wenn sowohl NiMH- und Lithium-Ionen-Batterien als Stromquellen verwendet werden. Batterie- Ladegeräte, die NiMH-Batterien aufladen können, sind nicht geeignet, Lithium- Ionen-Batterien zu laden und umgekehrt. Demzufolge sind notwendigerweise zwei verschiedene Ladeeinrichtungen erforderlich, um die entsprechenden NiMH- und Lithium-Ionen-Batterien zu laden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Batterieladegerät zu schaffen, das sowohl NiMH- als auch Lithium-Ionen-Batterien aufladen kann.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß eine Doppel- Batterie-Ladeeinrichtung geschaffen wird, mit der entweder eine NiMH-Batterie oder eine Lithium-Ionen-Batterie erkannt. Hierbei kann die Aufladung mittels eines Konstantstroms innerhalb einer bestimmten Kapazitanz und mit einer konstanten Spannung über diese Kapazitanz erfolgen.

Ein Verfahren zum Laden einer NiMH- oder Lithium-Ionen-Batterie mittels einer Doppel-Ladeeinrichtung gemäß der Erfindung stellt fest, ob eine Gleichstromversor gung normal ist, ob die Batterietemperatur im Bereich von ungefähr 0°C und 40°C liegt, wenn sich eine wiederaufladbare Batterie an einem Batterieverbinder oder -auf nehmer befindet, ob die sich im Batterieverbinder befindende wiederaufladbare Batterie eine Nickel-Metall-Hydrid-Batterie oder eine Lithium-Ionen-Batterie ist, wenn sich die Batterie-Temperatur im Bereich von ungefähr 0°C und 40°C befindet, ob ein Setz-Taktgeber geschlossen ist, wenn die Lithium-Ionen-Batterie auf dem Batterieverbinder befestigt ist. Außerdem wird bei diesem Verfahren erkannt, ob die Lithium-Ionen-Batterie defekt ist, wenn der Setz-Taktgeber geschlossen ist, und die Lithium-Ionen-Batterie geladen, wenn die Betriebsbedingungen der Lithium-Ionen- Batterie für einen Standard-Ladevorgang geeignet sind und wenn der Setz-Taktgeber in Betrieb ist. Es erfolgt ein Schnell-Laden der Lithium-Ionen-Batterie, wenn die Betriebsbedingungen der Lithium-Ionen-Batterie geeignet sind für einen schnellen Ladevorgang. Ferner wird erkannt, daß die Lithium-Ionen-Batterie fehlerhaft ist, wenn der Setz-Taktgeber geschlossen wird; und er ermittelt, ob die Batterie-Zellspan nung der Lithium-Ionen-Batterie ungefähr 4,2 Volt beträgt, wenn der Setz-Taktgeber in Betrieb ist. Es wird auch festgestellt, ob die Batterie-Zellspannung für die Spezifi kation der Lithium-Ionen-Batterie geeignet ist, und erkannt, daß die Lithium-Ionen- Batterie defekt ist, wenn die Batterie-Zellspannung nicht für die Spezifikation ge eignet ist. Schließlich wird auch noch erkannt, ob ein Ladestrom unterhalb eines vor gegebenen Werts ist, wenn die Batterie-Zellspannung für die Spezifikation geeignet ist, und der Aufladevorgang der Lithium-Ionen-Batterie zu Ende gebracht.

Das Verfahren faßt als Alternative das Aufladen einer Nickel-Metall-Hydrid- Batterie ins Auge, wenn die wiederaufladbare Batterie, die mit dem Batterie-Verbin der oder -Gehäuse verbunden ist, die Nickel-Metall-Hydrid-Batterie ist; es stellt fest, ob der Setz-Zeitgeber geschlossen ist und erkennt, ob die Nickel-Metall-Hydrid- Batterie defekt ist, wenn der Setz-Zeitgeber geschlossen ist; es stellt fest, ob eine Batterie-Zell-Spannung der Nickel-Metall-Hydrid-Batterie über 1 Volt liegt, wenn der Setz-Zeitgeber in Betrieb ist; es stellt fest, ob die Batterie-Temperatur unterhalb von 50°C liegt, wenn die Batterie-Zell-Spannung oberhalb ein Volt liegt, und es lädt die Nickel-Metall-Hydrid-Batterie schnell auf, wenn die Batterie-Temperatur unter halb von ca. 50°C liegt; es stellt fest, ob der Setz-Zeitgeber geschlossen ist und die Batterie-Temperatur unterhalb von ca. 55°C liegt, wenn der Setz-Zeitgeber in Be trieb ist; es erkennt, ob die Batterie-Zell-Spannung unterhalb von ca. 1,65 Volt ist, wenn die Batterie-Temperatur unterhalb von ca. 55°C liegt, und es bestimmt, ob die Batterietemperatur-Änderung unterhalb von ca. 1°C pro Minute ist, wenn die Batte rie-Zell-Spannung unterhalb von ca. 1,65 Volt liegt; und es vervollständigt das Laden der Nickel-Metall-Hydrid-Batterie, wenn die Batterie-Temperaturänderung oberhalb von ungefähr 1°C pro Minute liegt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Doppel-Batterie-Ladeeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2A bis 2C Flußdiagramme, die ein Verfahren zur Regelung der Doppel- Batterie-Ladeeinrichtung gemäß der Erfindung veranschaulichen;

Fig. 3A bis 3C Kurvendarstellungen, welche den Ladebetrag, die Zellspannung und die Ladung, die der erfindungsgemäßen Doppel-Batterie-Lade einrichtung zugeführt wird, illustrieren.

In der Fig. 1 ist eine Doppel-Batterie-Ladeeinrichtung entsprechend der Erfindung dargestellt. Diese Ladeeinrichtung enthält ein Batterie-Fach 30 mit einem Batterie- Verbinder 32, der mit einer zu ladenden Batterie 34 verbunden ist, die sich in dem Fach 30 befindet. Eine Ladeschaltung 10, die einen Ladestrom und eine Ladespan nung an den Batterie-Verbinder 32 führt, um die Batterie 34 zu laden, sowie einen Sensor-Regler 20, der die Temperatur der Batterie 34 abfühlt, den Batterie-Typ er mittelt und den Ladestrom sowie die Ausgangsladespannung der Ladeschaltung 10 entsprechend der Temperatur und dem ermittelten Batterie-Typ regelt.

Die Ladeschaltung 10 enthält eine Konstantstrom-Schaltung 11 und eine Konstant spannung-Schaltung 12, die in Reihe geschaltet sind und die Gleichstromleistung aus der Stromversorgungsquelle beziehen. Die Konstantstrom-Schaltung 11 gibt einen konstanten Ladestrom auf die Batterie, und die Konstantspannungsschaltung 12 er hält eine Gleichstromleistung aus der Stromversorgung und gibt eine konstante Span nung an die Batterie ab.

Der Sensor-Regler 20 enthält eine Regeleinrichtung 21, die eine Gleichstromleistung aus der Gleichstromversorgungsquelle aufnimmt und die eine Betriebsspannung ab gibt. Er enthält außerdem einen Ladestromsensor 22, der den Strom fühlt, der durch die Batterie fließt, wenn eine Lithium-Ionen-Batterie mit konstanter Spannung aus der Konstant-Spannungsschaltung 12 aufgeladen wird. Ferner ist ein Mikro-Regler 23 vorgesehen, der einen Mikroprozessor, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einen Lesespeicher (ROM), einen Taktgeber und einen Analog-Digital- Wandler (A/D) aufweist, der die Ladeschaltung 10 in Abhängigkeit von den verfüg baren Ladebedingungen der Batterie 34 im Batterie-Fach 30 regelt, und zwar über erste und zweite Widerstände R1, R2 vom Batterie-Fach (d. h. einem Zustand von Gleichstromleistung und einer Batterie) sowie über einen Analog-Digital-Wandler und erzeugt hierauf jedes entsprechende Regelsignal. Weiterhin ist ein Ladestrom- Regler 24 vorgesehen, der die Konstantstromschaltung 11 in Abhängigkeit vom Empfang eines Regelsignalausgangs vom Mikro-Regler 23 regelt.

Das Batterie-Fach 30 weist einen Batterie-Verbinder 32 auf, der einen positiven Anschluß und negativen Anschluß ⊖ besitzt, die über positive bzw. negative Batteriekontakte mit der Batterie 34 verbunden sind. Ein Temperaturanschluß T ist über einen Thermistor TH mit dem negativen Anschluß ⊖ verbunden, wobei dieser Thermistor TH die Temperatur der Batterie 34 fühlt. Außerdem ist ein Anschluß S zum Erfassen des Batterie-Typs über einen Widerstand R3 mit dem negativen Anschluß ⊖ verbunden, der den Typ der Batterie 334 fühlt, die mit dem Batterie- Verbinder 32 verbunden ist.

In den Fig. 2A bis 2C ist der Vorgang des Aufladens einer NiMH-Batterie sowie einer Lithium-Ionen-Batterie dargestellt, wenn die Doppel-Batterie-Ladeeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Zunächst stellt der Mikro-Regler 23 bei Schritt 401 fest, ob eine Gleichstromleistung aus einer externen Stromversorgung normal ist, und zwar aufgrund des Empfangs eines Eingangsspannungs-Fühlsignals IV SS* (Fig. 1). Falls das die Eingangsspan nung erfassende Signal IV-SS* anzeigt, daß das Gleichstromleistungseingangssignal von der externen Stromquelle normal ist, stellt der Mikro-Regler 23 beim Schritt S402 fest, ob eine Batterie mit dem Batterie-Verbinder 32 verbunden ist.

Ist die Batterie mit dem Batterieverbinder 32 verbunden, analysiert der Mikro-Regler 23 ein Batterie-Temperatur-Sensorsignal B-T*, das vom Temperaturanschluß T des Batterieverbinders 32 kommt (vgl. Fig. 1) und erkennt bei Schritt S403, ob eine Temperatur der mit dem Batterie-Verbinder 32 verbundenen Batterie 34 im Bereich von ungefähr 0°C bis 40°C liegt.

Wenn sich die Temperatur der Batterie im Bereich von 0°C bis 40°C befindet, ana lysiert der Mikro-Regler 23 als nächstes ein Batterie-Typ-Sensor-Signal B-S*, das vom Batterie-Sensor-Anschluß S des Batterie-Verbinders 32 (Fig. 1) kommt und stellt bei Schritt S404 fest, ob die mit dem Batterie-Verbinder 32 verbundene Batterie eine Nickel-Metall-Hydrid(NiMH)-Batterie oder eine Lithium-Ionen-Batterie ist. Falls die Batterie, die mit dem Batterie-Verbinder 32 verbunden ist, eine Lithium- Ionen-Batterie ist, stellt der Mikro-Regler 23 bei Schritt S405 fest, ob ein interner Setz-Taktgeber geschlossen ist. Ist der Setz-Taktgeber bei Schritt S405 geschlossen, erkennt der Mikro-Regler 23 bei Schritt S406, daß die Batterie defekt ist.

Falls jedoch der Setz-Taktgeber des Mikro-Reglers 23 nicht geschlossen ist, stellt der Mikro-Regler 23 bei Schritt S407 fest, ob ein Batterie-Zellen-Spannungswert der Batterie für eine Standard-Aufladung geeignet ist. Liegen bei Schritt S407 die Bedin gungen der Batterie geeignet für eine Standard-Aufladung vor, erzeugt der Mikro- Regler 23 ein Ladekreisoperationssignal CHG-EN* (vgl. Fig. 1), um die Operation der Ladeschaltung 10 bei Schritt 408 zu initiieren. Zur gleichen Zeit fühlt der Lade strom-Regler 24 ein Ladestromregelsignal Q-T*, das einen niedrigen Ausgangs- Zustand des Mikro-Reglers 23 darstellt, und gibt ein Standard-Ladesignal auf den Konstantstromkreis 11. Die Konstantstrom-Ladung wird durch das Ladezustands signal CC-CV* ausgewählt, das einen hohen Ausgangspegel vom Mikro-Regler 23 darstellt, und die Standard-Ladung wird bei Schritt S408 gestartet.

Falls der Spannungswert der Batteriezelle für eine Standardladung bei Schritt S407 nicht geeignet ist, stellt der Mikro-Regler 23 fest, ob die Batterie bei Schritt S409 schnell aufgeladen werden soll. Ist der Spannungswert der Batteriezelle für eine Schnell-Ladung nicht geeignet, erkennt der Mikro-Regler 23 bei Schritt S406, daß die Batterie defekt ist. Wenn jedoch der Wert der Batterie-Zellenspannung für eine Schnell-Ladung geeignet ist, erkennt der Mikro-Regler 23 bei Schritt S408, ob die Spannung und die Temperatur der Batterie für eine Schnell-Ladung geeignet ist.

Nachdem bei Schritt S408 festgestellt wurde, daß die Batterie für eine Schnell- Ladung geeignet ist, wird die Schnell-Ladung der Batterie bei Schritt S411 gestartet, wie es die Fig. 2B zeigt. Wurde die Schnell-Ladung der Batterie bei Schritt S411 ge startet, stellt der Mikro-Regler 23 bei Schritt 412 fest, ob ein Setz-Taktgeber ge schlossen oder während des Ladeprozesses nicht im Betrieb ist.

Ist der Setz-Taktgeber geschlossen, erkennt der Mikro-Regler 23 bei Schritt S413, daß die Batterie defekt ist. Ist der Setz-Taktgeber dagegen nicht geschlossen, stellt der Mikro-Regler 23 fest, ob die Batterie-Zellspannung ungefähr 4,2 Volt ist, indem er ein Ladespannungs-Sensorsignal CHG-VS* analysiert, während die Batterie bei Schritt S414 schnell geladen wird. Wenn die Batterie-Zellspannung oberhalb 4,2 Volt bei Schritt S414 liegt, weist ein Ladezustandsregelsignal CC-CV* am Ausgang des Mikro-Reglers 23 einen niedrigen Pegel auf, und die Batterie wird schnell mit einer konstanten Spannung bei Schritt S415 geladen. Beträgt dagegen die Batterie-Zell spannung bei Schritt S414 keine 4,2 Volt, kehrt der Mikro-Regler 23 zu Schritt S411 zurück, um mit der Schnell-Ladung der Batterie fortzufahren, bis die Batterie-Zell spannung oberhalb 4,2 Volt liegt.

Nachdem die Batterie mit konstanter Spannung bei Schritt S415 schnell geladen wurde, stellt der Mikro-Regler 23 bei Schritt S416 fest, ob die Batterie-Zellspannung entsprechend der Spezifikation geeignet ist. Ist die Batterie-Zellspannung nicht ent sprechend der Spezifikation geeignet, erkennt der Mikro-Regler 23 bei Schritt S417, daß die Batterie defekt ist. Wenn dagegen die Batterie-Zellspannung gemäß der Spezifikation geeignet ist, stellt der Mikro-Regler 23 fest, ob ein Ladestrom unterhalb eines gesetzten Werts liegt, indem er ein Ladestrom-Sensorsignal CHG-CS* analy siert, das bei Schritt S418 vom Ladestromsensor 22 detektiert wurde. Befindet sich der Ladestrom oberhalb des festgesetzten kritischen Werts, kehrt der Mikro-Regler 23 zu Schritt S412 zurück, um festzustellen, ob der Setz-Taktgeber geschlossen ist. Fällt jedoch der Ladestrom unter den gesetzten Wert, endet das Aufladen der Batterie bei Schritt S419.

Kehrt man zurück zur Fig. 2A, so erkennt man, daß dann, wenn der Mikro-Regler 23 erkennt, daß die mit dem Batterie-Verbinder 32 verbundene Batterie bei Schritt S404 keine Lithium-Ionen-Batterie ist, der Mikro-Regler 23 einen Batterie-Sensor- Anschluß des Batterie-Verbinders 32 abfühlt und bei Schritt 420 feststellt, ob die mit dem Batterie-Verbinder 32 verbundene Batterie eine Nickel-Metall-Hydrid(NiMH)- Batterie ist.

Wurde die mit dem Batterie-Verbinder 32 verbundene Batterie als Nickel-Metall- Hydrid(NiMH)-Batterie bei Schritt S420 erkannt, erzeugt der Mikro-Regler 23 ein Ladeschaltungsoperationssignal CHG-EN*, das einen hohen Pegel darstellt, um den Betrieb der Ladeschaltung 10 bei Schritt 421 zu initiieren. Gleichzeitig fühlt der Ladestromregler 24 ein Ladestromregelsignal Q-T*, das einen niedrigen Ausgang spegel des Mikro-Reglers 23 darstellt, und erzeugt ein Standard-Ladesignal zur Konstantstromschaltung 11. Die Konstantstrom-Ladung wird durch das Ladezu standsregelsignal CC-CV* ausgewählt, das einen hohen Pegelausgang am Mikro- Regler 23 aufweist, und die Standard-Aufladung der NiMH-Batterie wird bei Schritt S425 gestartet.

Der Mikro-Regler 23 stellt hierauf bei Schritt S422 fest, ob ein Setz-Taktgeber ge schlossen ist oder nicht in Betrieb ist. Ist der Setz-Taktgeber bei Schritt S422 ge schlossen, erkennt der Mikro-Regler 23 bei Schritt S423, daß die Batterie defekt ist. Falls der Setz-Taktgeber jedoch nicht geschlossen ist, stellt der Mikro-Regler 23 bei Schritt S424 fest, ob eine Batterie-Zellspannung oberhalb von 1 Volt liegt. Wenn die Batterie-Zellspannung nicht oberhalb von 1 Volt liegt, erkennt der Mikro-Regler 23 bei Schritt S422, ob der Setz-Taktgeber geschlossen ist. Liegt die Batterie-Zellspan nung über 1 Volt, analysiert der Mikro-Regler 23 ein Batterie-Temperatur-Fühler signal B-T*, das vom Temperatur-Anschluß T des Batterie-Verbinders 32 kommt, und stellt fest, ob eine Temperatur der mit dem Batterie-Verbinder 32 verbundenen Batterie unterhalb von 50°C liegt. Liegt die Batterie-Temperatur nicht unter 50°C, wird die Aufladung der Batterie bis zum Ende durchgeführt. Ist dagegen die Batterie- Temperatur unterhalb von 50°C, hält der Mikro-Regler 23 ein Ladeschaltungs betriebssignal CHG-EN* und ein Lademodusregelsignal CC-CV* auf hohem Pegel aufrecht und erzeugt ein Ladestromregelsignal Q-T* mit niedrigem Pegel.

Der Ladestrom-Regler 24 sensiert das Ladestromregelsignal Q-T*, das einen hohen Pegel aufweist, und er gibt ein Schnell-Ladesignal für eine Schnell-Ladung auf die Konstantstromschaltung 11, wodurch die Batterie bei Schritt S426 schnell geladen wird. Nachdem die Batterie bei Schritt S426 schnell geladen wird, erkennt der Mikro-Regler 23 bei Schritt S427, ob ein Setz-Taktgeber geschlossen ist. Ist der Setz- Taktgeber geschlossen, wird die Aufladung der Batterie bei Schritt S431 vollendet. Ist jedoch der Setz-Taktgeber nicht geschlossen, analysiert der Mikro-Regler 23 ein Batterie-Temperatur-Fühlersignal B-T*, das von dem Temperaturanschluß T des Batterie-Verbinders 32 kommt, und stellt bei Schritt S428 fest, ob eine Temperatur der mit dem Batterie-Verbinder 32 verbundenen Batterie unterhalb von 55°C liegt. Ist die Batterietemperatur nicht unter 55°C, wird die Aufladung der Batterie bei Schritt S431 zu Ende gebracht. Ist sie dagegen unter 55°C, stellt der Mikro-Regler 23 bei Schritt S429 fest, ob die Batterie-Zellspannung unterhalb von 1,65 Volt liegt. Falls die Batterie-Zellspannung nicht unterhalb 1,65 Volt liegt, wird die Ladung der Batterie bei Schritt S431 vollendet. Liegt sie dagegen unter 1,65 Volt, stellt der Mikro-Regler 23 bei Schritt S430 fest, ob die Batterie-Temperatur-Abweichung über 1°C pro Minute liegt. Ist die Batterie-Temperatur-Abweichung nicht über 1°C pro Minute, kehrt der Mikro-Regler 23 zu Schritt S426 zurück, um das Schnell-Aufladen der Batterie fortzusetzen, bis die Batterie-Temperatur-Abweichung oberhalb von 1 °C pro Minute liegt. Beträgt die Batterie-Temperatur-Abweichung mehr als 1 °C pro Minute, wird die Aufladung der Batterie bei Schritt S431 zu Ende gebracht.

Die Fig. 3A bis 3C sind Kurvendarstellungen der Aufladungsrate, der Zellspannung und der Ladung, die von der erfindungsgemäßen Doppel-Batterie-Ladeschaltung ab gegeben werden. Die Fig. 3A zeigt eine Kurve, die den Prozentanteil (%) eines Lade stroms darstellt, der auf die Batterie als Funktion der Zeit (T) gegeben wird.

Auf ähnliche Weise stellt Fig. 3B eine Kurve dar, die einen Spannungspegel der Batterie-Zellenspannung (V) von 3 bis 4 Volt als Funktion derselben Ladezeit (T) zeigt. Fig. 3C ist eine Kurvendarstellung, die eine Stromkapazität (C) von Null auf ein Milliampère zeigt, die auf die Batterie als Funktion der gleichen Ladezeit (T) ge geben wird, wenn die Batterie im Konstantstrom- und Konstantspannungsbetrieb auf geladen wird.

Wie oben bereits beschrieben, kann die erfindungsgemäße Doppel-Ladeeinrichtung in vorteilhafter Weise zwei verschiedene Typen von wiederaufladbaren Batterien auf laden, einschließlich einer NiMH-Batterie oder einer Lithium-Ionen-Batterie.

Während dargestellt und beschrieben wurde, was als bevorzugtes Ausführungsbei spiel der Erfindung zu gelten hat, versteht es sich, daß der Fachmann zahlreiche Än derungen und Modifikationen vornehmen kann bzw. daß Äquivalente für bestimmte Elemente vorgesehen werden können, ohne daß vom Schutzumfang der Erfindung abgewichen wird. Außerdem können zahlreiche Modifikationen vorgenommen wer den, um eine besondere Situation auf die Lehre der vorliegenden Erfindung anzupas sen, ohne dabei vom Hauptgedanken der Erfindung abzuweichen. Die Erfindung ist somit keineswegs auf die speziellen Ausführungsformen beschränkt, die in den Zeichnungen dargestellt sind.

Claims

1. Doppel-Batterie-Ladeeinrichtung, gekennzeichnet durch:

1.1 einen Batterie-Verbinder (30), der mit mehreren Anschlüssen (+, -, T, S) verse hen ist und zur Aufnahme einer wiederaufladbaren Batterie (34) dient, bei der es sich um eine Nickel-Metall-Hydrid-Batterie und/oder um eine Lithium-Ionen-Batterie handelt;
1.2 eine Aufladeeinrichtung (10), die mit einer Stromversorgung verbunden ist, um einen Ladestrom und eine Ladespannung dem Batterie-Verbinder (32) zuzuführen, so daß die wiederaufladbare Batterie (34) aufgeladen wird, und
1.3 eine Regeleinrichtung (20), die betriebsmäßig mit dem Batterie-Verbinder (32) und mit der Aufladeeinrichtung (10) verbunden ist, um eine Temperatur und den Typ der Batterie (34) zu ermitteln, und die den Ladestrom und die Ladespannung von der Aufladeeinrichtung (10) zum Verbinder (32) regelt, um die wiederaufladbare Batterie (34) in Abhängigkeit von der Temperatur und dem ermittelten Batterie-Typ zu laden.

2. Doppel-Batterie-Ladeeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

2.1 eine Konstantstromeinrichtung (11), die elektrisch mit der Stromversorgungs quelle verbunden ist, um den konstanten Ladestrom der wiederaufladbaren Batterie (34) zuzuführen; und
2.2 eine Konstantspannungseinrichtung (12), die elektrisch mit der Stromversor gungsquelle verbunden ist, um eine konstante Ladespannung auf die wiederauflad bare Batterie (34) zu geben.

3. Doppel-Batterie-Ladeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (20) enthält:

3.1 einen Regler (21), der so angeordnet ist, daß er Gleichstrom aus der Stromversor gungsquelle erhält, um eine Betriebsspannung zu erzeugen;
3.2 eine Ladestrom-Erfassungseinrichtung (22), welche den Stromfluß durch die wie deraufladbare Batterie (34) aufgrund eines ersten Regelsignals erfaßt, wenn die wie deraufladbare Batterie (34) bei konstanter Spannung aus der Konstantspannungs-Ein richtung (12) geladen wird;
3.3 einen Ladestromregler (24), der die Konstantstrom-Einrichtung (11) in Abhängig keit von einem zweiten Regelsignal regelt; und
3.4 einen Mikro-Regler (23), der elektrisch mit dem Batterie-Verbinder (32) und der Ladeeinrichtung (10) verbunden ist und der das erste und zweite Regelsignal erzeugt, um das Aufladen der wiederaufladbaren Batterie in Abhängigkeit von den verfügba ren Ladebedingungen zu regeln.

4. Doppel-Batterie-Ladegerät nach einem oder mehreren der vorangegangenen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Batterie-Verbinder (32) enthält:

4.1 einen ersten Anschluß (+) zum elektrischen Anschluß an einen positiven An schluß der wiederaufladbaren Batterie (34);
4.2 einen zweiten Anschluß (-) für den elektrischen Anschluß an einen negativen An schluß der wiederaufladbaren Batterie (34);
4.3 einen dritten Anschluß (T) zum Erfassen der Temperatur der wiederaufladbaren Batterie (34) und
4.4 einen vierten Anschluß (S) zum Sensieren, ob die wiederaufladbare Batterie (34) eine Nickel-Metall-Hydrid-Batterie oder eine Lithium-Ionen-Batterie ist.

5. Verfahren zum Aufladen einer wiederaufladbaren Batterie, die eine Nickel-Metall- Hydrid-Batterie und/oder eine Lithium-Ionen-Batterie in einer tragbaren Vorrichtung ist, enthaltend die folgenden Schritte:

5.1 Ermitteln, ob die wiederaufladbare Batterie (34) an der tragbaren Vorrichtung vorgesehen ist;
5.2 Ermitteln, ob sich die Batterie-Temperatur (T) im normalen Bereich befindet, wenn die wiederaufladbare Batterie (34) an der tragbaren Vorrichtung vorgesehen ist; 5.3 Ermitteln, ob die mit der tragbaren Vorrichtung verbundene Batterie eine Nickel- Metall-Hydrid-Batterie und/oder eine Lithium-Ionen-Batterie repräsentiert, wenn sich die Batterie-Temperatur in einem normalen Bereich befindet;
5.4 Zuführung einer ersten Ladeleistung auf die wiederaufladbare Batterie (34) zum Laden der Batterie, wenn die wiederaufladbare Batterie eine Nickel-Metall-Hydrid- Batterie ist, und
5.5 alternative Zuführung einer zweiten Ladeleistung zu der wiederaufladbaren Batte rie, um die Batterie zu laden, wenn die wiederaufladbare Batterie eine Lithium- Ionen-Batterie ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der normale Bereich ein Bereich zwischen 0°C und 40°C ist und daß festgestellt wird, ob die Batterie- Zell-Spannung einen vorgegebenen Wert hat, und daß im Konstantspannungs-Lade betrieb geladen wird, wenn die Batterie-Zell-Spannung den vorgegebenen Wert hat.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Laden einer Lithium-Ionen-Batterie folgende Schritte vorgesehen sind:

7.1 Ermitteln, ob eine Batterie-Zellspannung und eine Temperatur der wiederauflad baren Batterie für ein zweites Ladeverfahren und/oder für ein erstes Ladeverfahren geeignet ist, wenn die wiederaufladbare Batterie eine Lithium-Ionen-Batterie ist;
7.2 Aufladen der wiederaufladbaren Batterie, wenn die Batterie-Zellspannung und die Temperatur der wiederaufladbaren Batterie für das erste Ladeverfahren geeignet sind; und
7.3 Schnell-Laden der wiederaufladbaren Batterie, wenn die Batterie-Zellspannung und die Temperatur der wiederaufladbaren Batterie für das zweite Ladeverfahren ge eignet sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem festgestellt wird, ob ein Setz-Taktgeber in Betrieb ist, wenn die wiederaufladbare Batterie eine Lithium-Ionen-Batterie ist, und zwar vor der Feststellung, ob die wiederaufladbare Batterie für ein zweites Ladeverfahren oder ein erstes Ladeverfahren geeignet ist, und daß die wiederaufladbare Batterie aufgeladen wird, wenn der Setz-Taktgeber in Be trieb ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lithium-Ionen- Batterie geladen wird, bis die Batterie-Zellspannung der wiederaufladbaren Batterie einen bestimmten Wert erreicht.

10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Aufladung der Nickel-Metall-Hydrid-Batterie festgestellt wird, ob eine Batterie-Zellspannung und eine Temperatur der wiederaufladbaren Batterie geeignet ist für ein zweites Ladeverfahren und/oder ein erstes Ladeverfahren, wenn die wiederaufladbare Batte rie eine Nickel-Metall-Hydrid-Batterie ist, daß die wiederaufladbare Batterie aufgela den wird, wenn die Batterie-Zellspannung und die Temperatur der wiederaufladbaren Batterie für das erste Ladeverfahren geeignet sind, und Schnell-Laden der wiederauf ladbaren Batterie, wenn die Batterie-Zellspannung und die Temperatur der wieder aufladbaren Batterie für das zweite Ladeverfahren geeignet sind.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß festgestellt wird, ob der Setz-Taktgeber in Betrieb ist, wenn die wiederaufladbare Batterie eine Nickel- Metall-Hydrid-Batterie ist, und zwar vor der Feststellung, ob die wiederaufladbare Batterie für ein zweites Ladeverfahren und/oder ein erstes Ladeverfahren geeignet ist, und daß die wiederaufladbare Batterie geladen wird, wenn der Setz-Taktgeber in Betrieb ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickel-Metall- Hydrid-Batterie aufgeladen wird, bis die Batterie-Zellspannung der wiederaufladba ren Batterie einen bestimmten Wert erreicht.

13. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch

13.1 Aufladen einer wiederaufladbaren Nickel-Metall-Hydrid-Batterie;
13.2 Feststellen, ob ein Setz-Taktgeber in Betrieb ist;
13.3 Feststellen, daß die wiederaufladbare Batterie defekt ist, wenn der Setz-Taktge ber nicht in Betrieb ist;
13.4 Feststellen, ob eine Batterie-Zellspannung der wiederaufladbaren Batterie ober halb einer ersten vorgegebenen Spannung und eine Batterie-Temperatur unterhalb einer ersten vorgegebenen Temperatur liegt, wenn die Batterie-Zellspannung über einer ersten vorgegebenen Spannung liegt und wenn der Setz-Taktgeber in Betrieb ist; sowie
13.5 Schnell-Ladung der wiederaufladbaren Batterie, wenn die Batterie-Temperatur unterhalb einer ersten vorgegebenen Temperatur liegt, bis zum Erscheinen von einer dieser, wenn der Setz-Taktgeber nicht in Betrieb ist, wenn die Batterie-Temperatur unterhalb einer zweiten vorgegebenen Temperatur liegt, während der Setz-Taktgeber in Betrieb ist, wenn die Batterie-Zellspannung nicht eine zweite vorgegebene Span nung beträgt, während die Batterie-Temperatur nicht unterhalb einer zweiten vorge gebenen Temperatur liegt, und wenn eine Batterie-Temperatur-Schwankung nicht mehr als eine dritte vorgegebene Temperatur pro Minute beträgt, während die Batte rie-Zellspannung unterhalb einer zweiten vorgegebenen Spannung liegt.

14. Verfahren zum Laden einer wiederaufladbaren Batterie, bestehend aus einer Nickel-Metall-Hydrid-Batterie und einer Lithium-Ionen-Batterie in einer tragbaren Vorrichtung, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

14.1 Feststellen des Zustands einer wiederaufladbaren Batterie, die mit einem Batte rie-Verbinder und einer Stromversorgung verbunden ist;
14.2 Feststellen, ob die wiederaufladbare Batterie eine Lithium-Ionen-Batterie oder eine Nickel-Metall-Hydrid-Batterie ist;
14.3 Beginnen mit einem Ladevorgang der Lithium-Ionen-Batterie, wenn die wieder aufladbare Batterie die Lithium-Ionen-Batterie ist;
14.4 Ändern des Ladezustands, wenn eine Zell-Spannung der Lithium-Ionen-Batterie einen ersten vorgegebenen Wert erreicht;
14.5 Vollenden des Ladevorgangs der Lithium-Ionen-Batterie, wenn ein Ladestrom der Lithium-Ionen-Batterie einen zweiten vorgegebenen Wert erreicht;
14.6 Beginnen mit dem Ladevorgang der Nickel-Metall-Hydrid-Batterie, wenn die wiederaufladbare Batterie die Nickel-Metall-Hydrid-Batterie ist, und
14.7 Vollenden des Ladevorgangs der Nickel-Metall-Hydrid-Batterie, wenn der Zu stand der Nickel-Metall-Hydrid-Batterie eine vorgegebene Bedingung erfüllt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladevorgang für die Lithium-Ionen-Batterie und die Nickel-Metall-Hydrid-Batterie entsprechend dem Betrieb eines Taktgebers geregelt werden.

16. Verfahren zum Laden einer wiederaufladbaren Nickel-Metall-Hydrid-Batterie und/oder einer Lithium-Ionen-Batterie, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

16.1 Feststellen, ob sich eine Batterie-Temperatur in normalem Bereich befindet, wenn die wiederaufladbare Batterie an einem tragbaren Ladegerät angeordnet ist;
16.2 Feststellen, ob die wiederaufladbare Batterie, die an dem tragbaren Ladegerät angeordnet ist, eine Nickel-Metall-Hydrid-Batterie und/oder eine Lithium-Ionen-Bat terie darstellt, wenn sich die Batterie-Temperatur im normalen Bereich befindet;
16.3 Aufladen der Lithium-Ionen-Batterie, wenn diese mit dem tragbaren Ladegerät verbunden ist, und zwar in einer ersten Aufladeart und einer zweiten Aufladeart, wenn die Betriebsbedingungen der Lithium-Ionen-Batterie geeignet sind für entweder eine der ersten und zweiten Aufladearten, und Beenden der Aufladung der Lithium- Ionen-Batterie, wenn die Batterie-Zellspannung und ein Ladestrom der Lithium- Ionen-Batterie die ersten vorgegebenen Bedingungen erfüllen; und
16.4 Aufladen der Nickel-Metall-Hydrid-Batterie, wenn diese mit dem tragbaren La degerät verbunden ist, in dem ersten Ladeverfahren und dem zweiten Ladeverfahren, wenn die Betriebsbedingungen der Nickel-Metall-Hydrid-Batterie geeignet sind für eines der ersten und zweiten Ladeverfahren, und Vervollständigen der Aufladung der Nickel-Metall-Hydrid-Batterie, wenn eine Batterie-Zellspannung, eine Batterie-Tem peratur und eine Batterietemperatur-Änderung der Nickel-Metall-Hydrid-Batterie die zweiten vorgegebenen Bedingungen erfüllen.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ladever fahren einer Standardaufladung entspricht und das zweite Ladeverfahren einem Schnell-Lade-Vorgang entspricht.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten vorgege benen Bedingungen erfüllt sind, wenn die Batterie-Zell-Spannung der Lithium-Ionen- Batterie oberhalb einer vorgegebenen Spannung liegt und der Ladestrom der Lithi um-Ionen-Batterie unterhalb einem bestimmten Wert liegt.

19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten vorge gebenen Bedingungen erfüllt sind, wenn die Batterie-Zell-Spannung der Nickel-Me tall-Hydrid-Batterie unter 1,65 Volt liegt, wobei die Batterie-Temperatur der Nickel- Metall-Hydrid-Batterie unter 55°C liegt und die Batterie-Temperaturschwankung der Nickel-Metall-Hydrid-Batterie über 1°C pro Minute liegt, während die Nickel- Metall-Hydrid-Batterie im zweiten Ladeverfahren geladen wird.