DE29823530U1 - Schaltungsanordnung zur Entladung einer in einem Notebook-Rechner o.dgl. eingesetzten wiederaufladbaren Stromquelle - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Entladung einer in einem Notebook-Rechner o.dgl. eingesetzten wiederaufladbaren Stromquelle

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Description

GR 98 G 1593 DE
Beschreibung
Schaltungsanordnung zur Entladung einer in einem Notebook-Rechner oder dergleichen eingesetzten wiederaufladbaren Stromquelle
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur geplanten Entladung einer in einem Notebook-Rechner oder dergleichen eingesetzten wiederaufladbaren Stromquelle, insbesondere eines Akkumulators mit „Smart Battery*-Baugruppe.
Heute enthalten fast alle wiederaufladbaren Batterien (Akkus) für Notebook-Rechner eine sogenannte „Smart Battery*- Baugruppe. Diese Baugruppe zählt ständig den in die Batterie hinein- und herausfließenden Strom und kann somit stets den Ladezustand der Batterie über den sogenannten SM-Bus (Smart Battery Bus) an den Notebook-Rechner weitergeben. Der Notebook-Benutzer erhält somit Angaben zur Kapazität der Batterie seines Notebook-Rechners und damit auch zu dessen Restlaufzeit.
In nachteiliger Weise können sich kleine, durch die Baugruppe hervorgerufene Messfehler, die im Wesentlichen durch Messtoleranzen und Selbstentladung verursacht werden, im Laufe der Zeit aufsummieren, wodurch die die Batteriekapazität und die Notebook-Restlaufzeit betreffende Anzeige zunehmend ungenauer wird.
Um die „Smart Battery*-Baugruppe wieder neu zu kalibrieren, ist es erforderlich, den Akku vollständig aufzuladen und danach wieder zu entladen. Während des Entladevorgangs misst die „Smart Battery*-Baugruppe die aktuelle Kapazität des Akkus und hat damit bei Erreichen des Zustands der völligen Entladung des Akkus seine ursprüngliche Genauigkeit wieder. Dieser Vorgang wird im Allgemeinen als „Learning Cycle* bezeichnet .
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Trotz des Einsatzes der modernen Lithium-Ionen Akkumulatortechnik, bei der kein nachweisbarer Memory-Effekt auftritt, kann also auch bei derartigen Akkumulatoren auf die Entladefunktion nicht verzichtet werden.
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Es ist in diesem Zusammenhang bereits bekannt, die wiederaufladbaren Batterien mit einer ohmschen Last zu entladen. Der Lastwiderstand wird dazu so dimensioniert, dass ei der höchsten Batteriespannung die entnommene Leistung nicht über derjenigen Leistung liegt, die thermisch vom Lastwiderstand an die Umgebung abgegeben werden kann.
Dies führt aber dazu, dass die Leistung bei abnehmender Akkuspannung abnimmt und damit der Entladevorgang unnötig verlängert wird. Aus der Gleichung P = U2/R (P = Leistung, U = Akkuspannung, R = Lastwiderstand), ergibt sich nämlich, dass bei R = const die Leistung P bei sinkender Akkuspannung U quadratisch abnimmt.
Es ist auch bereits bekannt, die wiederaufladbare Batterie mit einer Konstantstromsenke zu entladen, was jedoch ebenfalls den Nachteil einer unnötigen Verlängerung des Entladevorgangs mit sich bringt. Nachteilig ist ferner in beiden Fällen, dass sie kein typisches Entladeprofil eines Notebook-Rechners oder eines vergleichbaren Geräts aufweisen. Die technischen Anforderungen, die an derart eingesetzte Akkumulatoren gestellt weden, haben sich nämlich geändert.
Aus den technischen Daten von wiederaufladbaren Batteriesytemen lässt sich nämlich ersehen, dass die Kapazität einer Batterie sehr stark von der Art der Entladung abhängt. Die Nennkapazität (Rated Capacity) , die in Datenblättern angegeben wird, bezieht sich stets auf eine Entladung mit Konstantstrom von 0,2 C.
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Diese Kapazität kann aber erheblich von der im Notebook-Rechner nutzbaren Kapazität abweichen. Für die Genauigkeit
GR 98 G 1593 DE
der „Smart Battery'-Systeme, ist also die im Notebook-Rechner nutzbare Kapazität und nicht die im Datenblatt aufgeführte Kapazität entscheidend.
Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, für „Smart Battery*-Systeme, also für Einrichtungen, die einen „Learning Cycle' ausserhalb des Notebook-Rechners oder dergleichen durchführen können, eine Schaltungsanordnung zur gezielten Entladung der wiederaufladbaren Stromquelle (Akku) derart auszubilden, dass sich ein dem Notebook-Rechner oder dergleichen möglichst ähnliches Lastprofil ergibt.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
15
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die in der Figur dargestellte Schaltung stellt das Blockschaltbild einer Konstantleistungssenke dar, mit der eine wiederaufladbare Stromquelle 1, also ein Akku, während eines Entladevorgangs gezielt bis zur vollständigen Entleerung mit gleichbleibender Leistung entladen werden kann. Die Konstantleistungssenke enthält als wesentliche Komponente einen Mikrocontroller 2 und eine Konstantstromsenke 3.
In zweckmäßiger Weise wird für die notwendigen Funktionen des Mikrocontrollers 2, insbesondere für die Berechnung des Sollwerts für die Regelung auf gleiche Entladeleistung hin, der ohnehin bei der „Smart Battery*-Technologie in der Ladeeinrichtung vorhandene MikroController verwendet. Als Sollwertgeber für die Konstantstromsenke 3 wird ein im Mikrocontroller 2 vorhandener Pulsdauermodulator 4 verwendet.
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• ·
Bei Mikrocontrollern ist der Ausgang des Pulsdauermodulators 4 und die dazugehörige Konstantstromsenke 3 allerdings ungenau. Deshalb wird durch eine überlagerte digitale Regelung
mit Hilfe des Mikrocontrollers 2 in Form eines äusseren Regelkreises
5 die Genauigkeit verbessert. Die verwendete Konstantstromsenke 3 ist durch eine Operationsverstärkerschaltung
realisiert, die einen inneren Regelkreis 6 bildet.
Der einzustellende Sollwert des Entladestroms I wird vom Mikrocontroller 2 aus der Entladespannung U und der vorgegebenen, konstant zu haltenden Entladeleistung P gemäß der Gleichung I = P/U errechnet. Dazu wird die momentan am Akku 1
herrschende Entladespannung U in einem im MikroController 2
enthaltenen Analog/Digital-Wandler 7 in einen Digitalwert umgewandelt.
Der Wert für die konstant zu haltende Entladeleistung P kann in einem gleichfalls im MikroController 2 enthaltenen Vorgaberegister 8 eingestellt werden. Die eigentliche Berechnung
des Sollwerts aus den Werten U und P findet im Mikrocontroller 2 in einer Recheneinheit 9 statt.
Der errechnete Sollwert wird dem Sollwert-Eingang eines als
digitaler Regelverstärker 10 im MikroController 2 ausgeführten digitalen Reglers zugeführt und dort mit einem am Istwert-Eingang
des Reglers anliegenden Istwert des Entladestroms
I durch Differenzbildung zu einer Regelabweichung umgesetzt, die dann als Pulsdauermodulations-Signal am Ausgang des im Mikrocontroller 2 enthaltenen Pulsdauermodulators 4
ausgegeben und danach übe ein RC-Tiefpassglied 11 gesiebt
wird.
Die gesiebte Spannung am Ausgang des RC-Tiefpassgliedes 11
entspricht dem Sollwert des Entladestroms I. Sie wird dem
Sollwert-Eingang eines dem inneren Regelkreis 6 angehörenden analogen Reglers 12 zugeleitet, an dessen Istwert-Eingang als
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Istgröße eine dem momentanen Entladestrom I entsprechende Spannung anliegt.
Der Entladestrom I, der sich über der Konstantstromsenke 3 einstellt, wird über einen Messwert-Verstärker 13 von einem im Mikrocontroller 2 enthaltenen Analog/Digital-Wandler 14 erfasst. Der Mikrocontroller 2 errechnet in der Recheneinheit 9 ausgehend von der momentan herrschenden Entladespannung U und der vorgegebenen Leistung P einen Sollwert, aus dem ann im digitalen Regelverstärker 10 die Regelabweichung gebildet wird. Diese wird in der Form des Pulsdauermodulationssignals an den inneren Regelkreis 6 gegeben. Der Mikrocontroller 2 mit der implementierten Software stellt den äusseren digitalen Regelkreis 5 dar. Hiermit ist der Regelkreis insgesamt geschlossen.
Durch die Rückführung des Istwerts des Entladestroms I werden die Ungenauigkeiten des pulsdauermodulierten Signals und die Fehler der Konstantstromsenke 3 auf ein Minimum reduziert.
Die Recheneinheit 9 im Mikrocontroller 2 errechnet unter Vorgabe der konstant zu bleibenden Entladeleistung P fortlaufend den aus der jeweiligen Entladespannung U resultierenden Entladestrom I. Auf diese Weise wird der Akku 1 mit einer stets gleich groß bleibenden Leistung entladen.
Da aufgrund dieses „Smart Battery*-Konzepts der Mikrocontroller 2 und ein Operationsverstärker, wie er für die Konstantstromsenke 3 verwendet wird, sowieso vorhanden sein müssen, entsteht durch den überlagerten äusseren digitalen Regelkreis 5 kein zusätzlicher Bauteileaufwand.

Claims (7)

GR 98 G 1593 DE Schutzansprüche
1. Schaltungsanordnung zur geplanten Entladung einer in einem Notebook-Rechner oder dergleichen eingesetzten wiederaufladbaren Stromquelle, insbesondere eines Akkumulators mit
„Smart Battery- Baugruppe,
dadurch gekennzeichnet,
dass an die wiederaufladbare Stromquelle (1) als im Entladebetrieb wirksame Stromsenke eine Konstantstromsenke (3) angeschlossen ist, und dass als Rechner zur Berechnung des die
Konstantstromsenke steuernden Sollwerts des Entladestroms (I) aus der Entladespannung (U) und der vorgegebenen Entladeleistung (P) ein Mikrocontroller (2) vorgesehen ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Konstantstromsenke (3) durch eine einen inneren Regelkreis (6) bildende Operationsverstärkerschaltung realisiert
ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Sollwertgeber für die Konstantstromsenke (3) ein im Mikrocontroller (2) vorhandener Pulsdauermodulator (4) vorgesehen ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass im digital arbeitenden Mikrocontroller (2) zur Umwandlung
der gemessenen Entladespannung ein Analog/Digital-Wandler
(7) vorgesehen ist, dessen digitales Ausgangssignal
als erste Berechnungsausgangsgröße zur Berechnung des Sollwerts
des Entladestroms (I) innerhalb des MikroControllers
(2) einem ersten Signaleingang einer Recheneinheit (9) zugeführt wird, an deren zweitem Signaleingang als zweite Berechnungsausgangsgröße ein die jeweils vorgegebene konstante Ent-
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ladeleistung (P) darstellendes Signal liegt, und dass die Recheneinheit des Mikrocontrollers so ausgelegt ist, dass sie aus der signalmäßig digitalisierten Entladespannung (U) und dem der vorgegebenen Anwendung der Funktion I = P/U eine dem Sollwert des Entladestroms (I) entsprechende digitale Größe berechnet.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der die berechnete Sollwert-Größe abgebende Ausgang der Recheneinheit (9) des Mikrocontrollers (2) mit dem Pulsdauermodulator (4) des Mikrocontrollers verbunden ist, und dass der Pulsdauermodulator-Ausgang des Mikrocontrollers zur Siebung des pulsdauermodulierten Signals an ein RC-Tiefpassglied (11) angeschlossen ist, an dessen Ausgang eine dem Sollwert des Entladestroms (I) entsprechende Spannung ansteht.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die Ausgangsspannung des RC-Tiefpassgliedes (11) als Sollwertgröße einem Regler (12) zugeführt ist, an dessen Istwert-Eingang eine dem augenblicklichen Entladestrom (I) entsprechende Spannung ansteht und dessen die Regelabweichung im inneren Regelkreis (6) betreffender Ausgang mit dem Steuereingang der durch den Operationsverstärker gebildeten Konstantstromsenke (3) verbunden ist.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass an die Konstantstromsenke (3) zur Erfassung des Ist-Entladestromes ein Messwert-Verstärker (13) angeschlossen ist, dessen dem Entladestrom analog folgende Ausgangsspannung einem Analog/Digital-Wandler (14) des Mikrocontrollers (2) zugeführt ist, dass der Ausgang dieses Analog/Digital-Wandlers mit dem Istwert-Eingang eines im Mikrocontroller in Form eines digitalen Regelverstärkers (10) enthaltenen Reg-
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lers verbunden ist, an dessen Sollwert-Eingang der Ausgang der im Mikrocontroller enthaltenen Recheneinheit (9) angeschlossen ist, und dass der eine digitale Regelabweichung als Signal abgebende Ausgang dieses Reglers mit dem Eingang des ebenfalls im Mikrocontroller enthaltenen Pulsdauermodulators (4) verbunden ist, dessen Ausgangssignal an den inneren Regelkreis (6) weitergegeben wird, wobei durch den Mikrocontroller mit der implementierten Software ein äusserer digitaler Regelkreis (5) gebildet ist, der dem inneren Regelkreis überlagert ist.
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Cited By (3)

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