-
Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine tragbare elektronische
Vorrichtung, die auf die Verbindung mit einer externen Stromquelle
hin, zum Beispiel mittels eines Wechselstromadapters, Strom von
einer externen Stromquelle zu einer Last zuführt und eine interne Batterie
lädt, und
eine Ladevorrichtung und ein Ladeverfahren für die tragbare elektronische
Vorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine tragbare Informationsverarbeitungsvorrichtung,
um die Verschlechterung der Batterie während der Verwendung bei verbundener
externer Stromquelle zu verhindern, wie auch eine Ladevorrichtung
und ein Ladeverfahren für
die Informationsverarbeitungsvorrichtung.
-
Aufgrund
des jüngsten
Fortschritts bei der Miniaturisierung der Elemente nehmen die hohe
Integration der LSIs und die hohen Leistungen der CPUs mit zusätzlichen
Kommunikationseinrichtungen wie Funktelefonen, Personalcomputerkommunikationen und
das Internet zu, Märkte
für tragbare
Geräte
wie Personalcomputer in Notebookgröße, Taschenendgeräte, mobile
Computer usw. dehnen sich aus. Die Verwendung einer Lithiumionenbatterie
(L+-Batterie) als die Batterie für solche
Taschengeräte
nimmt neuerdings rasch zu. Die Lithiumionenbatterie hat eine dreifache
Gewichtsenergiedichte und eine zweifache Volumenenergiedichte der
Nickelcadmiumwasserstoffbatterie.
-
Die
Lithiumionenbatterie ist eine kleine und leichte Batterie mit hoher
Kapazität
und wird für
verschiedene tragbare Geräte
verwendet. Die Lithiumionenbatterie schließt als ihre grundlegende Einheit Batteriezellen
ein, die eine Nennspannung von 3,6 V erzeugen und ein röhrenförmiges oder
rechteckiges Gehäuse
zur Unterbringung einer entsprechenden Anzahl Zellen hat, die für die Stromversorgungsspannung
der Geräte erforderlich
ist. Beispielsweise entsprechen zwei Zellen und drei Zellen 7,2
V beziehungsweise 10,8 V.
-
Die
Art des Ladens einer Lithiumionenbatterie, die in ein tragbares
Gerät wie
einen Personalcomputer in Notebookgröße geladen ist, muß ein Laden
mit konstanter Spannung/konstantem Strom sein. Bei solchem Batterieladen
wird die Quantität des
Ladens abhängig
von der Ladespannung, dem Ladestrom und der Ladezeit bestimmt. Im
Fall eines tragbaren Geräts
wie eines Personalcomputers in Notebookgröße wird die nützliche
Betriebszeit gemäß der Quantität der Ladung
der Lithiumionenbatterie länger,
das heißt,
die Kapazität
für die
volle Ladung ist größer. Aus
diesem Grund wird das Laden mit der höchstmöglichen Spannung innerhalb
eines erlaubten Bereichs durchgeführt, um so eine größere Kapazität für die volle
Ladung sicherzustellen. Es ist außerdem notwendig, eine letzte
Entladespannung auf einen Minimalspannungswert einzustellen, der
einen stabilen Betrieb des Gerätes
gewährleistet,
aber die Betriebszeit der Vorrichtung kann sich abhängig von
dem Niveau der Einstellung der letzten Entladespannung ändern.
-
Andererseits
hat die Lithiumionenbatterie Verschlechterungseigenschaften, so
daß sich
ihre Kapazität
auf die gleiche Weise wie im Fall des Ladens und Entladenes nur
durch das Stehenlassen in einer Hochtemperaturumgebung in einem
geladenen Zustand verringert. Der Grad der Verschlechterung hängt von
der Temperatur, bei der sie steht, und von der Ladespannung ab,
so daß sich
die Verschlechterung mit der Temperatur beschleunigt. Beispielsweise
kann ein Notebook-PC auf einem Tisch mit einem Wechselstromadapter
verwendet werden, der die ganze Zeit verbunden ist, ohne jemals
unterwegs (Taschenverwendung, hand-held use) verwendet zu werden, so
daß der
Personalcomputer in Notebookgröße konstant
von dem Wechselstromadapter mit Strom versorgt wird und überhaupt
nicht von der internen Batterie mit Strom versorgt wird. Unter Berücksichtigung
von Wechselstromversorgungsabnormalitäten wie einem Kurzschluß, plötzlichem
Stopp oder Funktionsunterbrechung ist es jedoch ohne Rücksicht
auf die konstante Versorgung mit Strom für den Personalcomputer in Notebookgröße von dem Wechselstromadapter
nicht vorzuziehen, daß die Batterieladekapazität null ist.
Für den
Fall, daß eine hand-held-
oder Taschenverwendung plötzlich
nach einer langen Tischverwendung (desk-top use) erwünscht ist,
wird die leere Batterie außerdem
die Taschenverwendung bis zur Beendigung des Batterieladens nicht
erlauben. Aus diesem Grund muß die Ladekapazität der internen
Batterie im voll geladenen Zustand in der Nähe von 100% selbst in Fällen gehalten
werden, in denen der Personalcomputer in Notebookgröße nahezu
immer auf einem Tisch mit einem verbundenen Wechselstromadapter
verwendet wird.
-
Während des
Betriebs mit verbundenem Wechselstromadapter gibt es normalerweise
keine Stromversorgung von der internen Batterie zu der Vorrichtung,
so daß,
nachdem die interne Batterie geladen ist, die Ladekapazität beinahe
voll geladen nahe 100% bleiben würde,
ohne daß Aufladen
notwendig ist. Ohne Begrenzung der Lithiumionenbatterie kann die
Nebenbatterie jedoch einer fortschreitend abnehmenden Ladekapazität aufgrund
interner Verluste selbst im voll geladenen Zustand unterworfen sein.
Dies wird Selbstentladung genannt. Selbst in dem Fall, daß die Vorrichtung
wie ein Personalcomputer in Notebookgröße mit verbundenen Wechselstromadapter
betrieben wird, ist es somit notwendig, ein Aufladen durchzuführen, um
die Verringerung der Ladekapazität
zu kompensieren, die auf die Selbstentladung der internen Batterie
zurückzuführen ist.
-
Im
Fall einer NiCd-Batterie oder NiMH-Batterie ist ein bekanntes Verfahren
das Pufferladen, bei dem ein Strom, der gleich der Selbstentladung
ist, die ganze Zeit geladen wird. Aufgrund des Risikos, daß die Batterie
durch andauerndes Pufferladen beschädigt werden könnte, wird
die Ladung, die in der Batterie verbleibt, alternativ überwacht,
so daß das
Laden durchgeführt
wird, wenn sich der Rest zu einem gewissen Grad verringert hat,
um dadurch die Quantität
der Selbstentladung zu kompensieren.
-
Aus
diesem Grund ermöglicht
die Tischverwendung des Personalcomputers in Notebookgröße mit dem
Wechselstromadapter, der die ganze Zeit verbunden ist, den Strom
von dem Wechselstromadapter der Last zuzuführen, so daß, obwohl es keine Entladung
von der Lithiumionenbatterie gibt, die Lithiumionenbatterie immer
im voll geladenen Zustand gehalten wird, was eine Verschlechterung
ohne Laden und Entladen für
die Last verursachen kann. Solch ein Problem tritt ähnlich nicht
nur in der Lithiumionenbatterie sondern auch in anderen Batterietypen
wie Lithiumpolymer ohne Berücksichtigung
seiner Bedeutung auf.
-
Die
Erhöhung
der Ladespannung der Lithiumionennebenbatterie wird die Ladekapazität erhöhen und
die auf Batterien basierende Betriebszeit des Personalcomputers
in Notebookgröße bei der Taschenverwendung
erhöhen;
die erhöhte
Ladespannung kann jedoch die gleiche Verschlechterung verursachen
wie der Fall des Ladens und Entladens der Batterie selbst für den Fall,
daß die
Batterie im auf Wechselstromadapter basierenden Betrieb nicht entladen
wird. Ein einfacher Lösungsansatz
der Verschlechterung der Batterie in der Hochtemperaturumge bung
besteht darin, die Ladespannung zu verringern. Die verringerte Batterieladespannung
kann die Verschlechterung der Batterie in der Hochtemperaturumgebung
verhindern, kann aber auch die auf Batterien basierende Betriebszeit
des Personalcomputers in Notebookgröße aufgrund der verringerten Quantität der Batterieladung
verkürzen.
-
US-A-5
886 499 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer Batterie in
einem Raumschiff, wobei die Batterie in einem Zustand mit ausreichender
Ladung gehalten wird, um eine Reihe geplanter Ereignisse durchzuführen, sowie
eine Energiereserve im Fall einer Fehlfunktion des Raumschiffs übrigzulassen.
Die Lebensdauer der Batterie wird erhöht, indem sie für eine kürzere Zeit
voll geladenen gelassen wird.
-
EP-A-1
043 824 von dem vorliegenden Anmelder offenbart eine Batterieladesteuerungsschaltung
zum Laden einer Lithiumionenbatterie eines Notebook-Computers. Eine
falsche Bestimmung, daß das
Laden vollendet wurde, wird vermieden, indem eine Einheit zur Benachrichtigung
von Beschränkungszuständen vorgesehen
wird, die eine Beschränkung
der Zufuhrkapazität
einer Stromquelle erfaßt.
-
Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird eine Ladevorrichtung für ein Gerät geschaffen, das
elektrische Energie von einer internen Batterie zu dem Gerät zuführt, wenn
eine externe Stromquelle nicht verbunden ist, und das auf Verbindung
mit der externen Stromquelle hin elektrische Energie von der externen
Stromquelle zu dem Gerät
zuführt
und die interne Batterie lädt,
wobei die Vorrichtung umfaßt: eine
Ladeschaltung, die fähig
ist, die Batterie durch Einstellen unterschiedlicher Ladespannungen
zu laden; und eine Ladesteuerungseinheit, die die Ladespannung der
internen Batte rie als Reaktion auf ein Auslöserphänomen veränderlich einstellt, um das
Laden der internen Batterie zu beginnen, wobei das Auslöserphänomen die
Verbindung des Gerätes
mit einer externen Stromquelle, das Einsetzen der internen Batterie
in das Gerät
und die Verringerung der Kapazität
der internen Batterie umfaßt;
wobei die Ladesteuerungseinheit zum Laden die erste Ladespannung,
für welche
die Ladekapazität
der internen Batterie maximiert wird, als ein Ergebnis der Verbindung mit
der externen Stromquelle, wenn das Laden der internen Batterie begonnen
wird, oder bei verbundener externer Stromquelle als ein Ergebnis
des Einsetzens der internen Batterie in das Gerät einstellt, und wobei die
Ladesteuerungseinheit die zweite Ladespannung einstellt, die niedriger
als die erste Ladespannung ist, wenn das Laden als ein Ergebnis
des Erkennens einer Verringerung der Kapazität der internen Batterie aufgrund
ihrer Selbstentladung begonnen wird.
-
Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Laden eines
Geräts
geschaffen, das elektrische Energie von einer internen Batterie
zu dem Gerät
zuführt,
wenn eine externe Stromquelle nicht verbunden ist, und das auf Verbindung mit
der elektrischen Stromquelle hin elektrische Energie von der externen
Stromquelle zu dem Gerät
zuführt
und die interne Batterie lädt,
wobei das Verfahren die Schritte umfaßt: Beginnen des Ladens der
internen Batterie als Reaktion auf ein Auslöserphänomen; und Ändern der Ladespannung der
internen Batterie, um die interne Batterie zu laden; wobei das Auslöserphänomen die
Verbindung des Gerätes
mit einer externen Stromquelle, das Einsetzen der internen Batterie
in das Gerät
und die Verringerung der Kapazität
der internen Batterie umfaßt;
und Einstellen der ersten Ladespannung, für welche die Ladekapazität der internen
Batte rie maximiert wird, zum Laden, wenn der Schritt zum Beginnen
des Ladens als ein Ergebnis der Verbindung mit der externen Stromquelle
oder bei verbundener externer Stromquelle als ein Ergebnis des Einsetzens
der internen Batterie in das Gerät
durchgeführt
wird, und Einstellen der zweiten Ladespannung, die niedriger als
die erste Ladespannung ist, zum Laden, wenn das Laden als ein Ergebnis
des Erkennens einer Verringerung der Kapazität der internen Batterie aufgrund
ihrer Selbstentladung begonnen wird.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden somit eine Ladevorrichtung, eine tragbare Informationsverarbeitungseinrichtung,
die die Ladevorrichtung einschließt, und ein Ladeverfahren geschaffen, wobei
ein Auslöserphänomen verwendet
wird, um eine Verwendungsweise des Gerätes wie eines Personalcomputers
in Notebookgröße zu erfassen. Wenn
das Gerät
entfernt von einer Stromversorgung verwendet wird ("Taschenverwendung"), wird die Ladespannung
der Batterie erhöht,
um die Ladekapazität
zu erhöhen,
so daß die
Batteriebetriebszeit maximiert wird, während, wenn das Gerät mit einer
Wechselstromversorgung mit die ganze Zeit verbundenem Wechselstromadapter
verwendet wird ("Tischverwendung"), die Ladespannung
der Batterie verringert wird, um dadurch jegliche Verschlechterung
der Batterie in einer Hochtemperaturumgebung zu verhindern.
-
Die
Identifizierung, ob das Gerät
in der Taschenverwendung oder Tischverwendung ist, kann durchgeführt werden,
indem ein Auslöserphänomen auf
den Beginn des Ladens der Batterie hin, die in dem Gerät eingebaut
ist, identifiziert wird. Wenn das Gerät wie der Personalcomputer
in Tischverwendung ist, bleibt der Wechselstromadapter die ganze
Zeit verbunden. In diesem Fall ist das Laden hauptsächlich auf
die Wiederauffüllung
der Selbstentladung der internen Batterie gerichtet. Andererseits
erfordert die Taschenverwendung gewöhnlich auf Batterien basierenden
Betrieb. Aus diesem Grund wird das Laden der internen Batterie durchgeführt, wenn
der Wechselstromadapter neu mit dem Gerät verbunden wird oder wenn
die interne Batterie neu in das Gerät eingesetzt wird, wobei der
Wechselstromadapter bereits mit dem Gerät verbunden ist. Auf diese
Weise kann die Betriebsweise der Vorrichtung auf eine entsprechende
Art erkannt werden, damit das Auslöserphänomen das Laden der internen
Batterie beginnt. Somit setzt die vorliegende Erfindung sowohl die
Verhinderung der Verschlechterung der Batterie bei der Tischverwendung,
wobei der Wechselstromadapter die ganze Zeit verbunden ist, als
auch die Gewährleistung
der Batterieladekapazität
bei der Taschenverwendung um.
-
Somit
wird bei der vorliegenden Erfindung die Ladespannung erhöht, um das
Laden so weit wie möglich
während
des anfänglichen
Ladens auf die Erfassung der Verbindung mit dem Wechselstromadapter
und auf die Erfassung des Ladens der Batterie hin zu bewirken, während die
Ladespannung während
des zusätzlichen
Ladens zur Ergänzung
der Verringerung, die auf die Selbstentladung zurückzuführen ist,
verringert wird, um dadurch das Auftreten des Lade/Entladezyklusses
zu unterdrücken,
der aufgrund der Selbstentladung der Lithiumionenbatterie entsteht,
und folglich die Verschlechterung der Batterie zu verhindern und
deren Lebensdauer zu verlängern.
-
Gemäß dem Auslöserphänomen, das
Laden der internen Batterie zu beginnen, stellt die Ladesteuerungseinheit
in diesem Fall entweder eine erste Ladespannung, bei der die Ladekapazität der internen Batterie
maximiert wird, oder eine zweite Ladespannung ein, die niedriger
als die erste Ladespannung ist. Wenn das Laden der internen Batterie
als ein Ergebnis der Verbindung mit der externen Stromquelle beginnt,
stellt die Ladesteuerungseinheit die erste Ladespannung ein, bei
der die Ladekapazität
der internen Batterie maximiert wird, und wenn das Laden als ein
Ergebnis des Erkennens einer Verringerung der Kapazität der internen
Batterie aufgrund ihrer Selbstentladung beginnt, stellt die Ladesteuerungseinheit
die zweite Ladespannung ein, die niedriger als die erste Ladespannung
ist.
-
Wenn
das Laden der Batterie als ein Ergebnis des Einsetzens der internen
Batterie in das Gerät bei
verbundener externer Stromquelle beginnt, stellt die Ladesteuerungseinheit
die erste Ladespannung ein, bei der die Ladekapazität der internen
Spannung maximiert wird, und wenn das Laden als ein Ergebnis des
Erkennens einer Verringerung der Kapazität der internen Batterie aufgrund
ihrer Selbstentladung bei verbundener externer Stromquelle beginnt,
stellt die Ladesteuerungseinheit die zweite Ladespannung ein, die
niedriger als die erste Ladespannung ist.
-
Die
Ladevorrichtung kann außerdem
eine Einstellungsänderungseinheit
umfassen, die die eingestellten Spannungen als Ladespannungen ändert, die
für die
Ladeschaltung auf irgendwelche Spannungen eingestellt werden sollen,
wobei die eingestellten Spannungen für jedes Auslöserphänomen definiert sind,
um das Laden der internen Batterie zu beginnen. Was die Lithiumionenbatterie
betrifft, stellt die Einstellungsänderungseinheit für die Ladeschaltung zum
Beispiel die erste Ladespannung von 4,2 V pro Zelle und die zweite
Ladespannung von 4,1 V pro Zelle ein.
-
Die
Ladevorrichtung kann außerdem
eine Schaltbetriebseinheit aufweisen, mittels welcher der Nutzer
für die
Ladeschaltung die Ladespannung auf entweder die erste Ladespannung
oder die zweite Ladespannung schaltet. Dies ermöglicht, die Auswahl der Ladespannung
nach dem Urteil des Nutzers durchzuführen. Zum Beispiel auf die
Taschenverwendung mit entferntem Wechselstromadapter hin kann der
Nutzer die Einstellung der Ladespannung auf eine höhere Spannung
vor der Entfernung des Wechselstromadapters ändern, wodurch der Nutzer die
Taschenverwendung nach der Maximierung der Ladung verschieben kann.
-
Die
Details des Ladeverfahrens sind im wesentlichen die gleichen wie
im Fall der Vorrichtungsanordnung.
-
Nun
wird nur beispielhaft auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen,
in denen:
-
1 ein
Diagramm zur Erklärung
eines Personalcomputers in Notebookgröße ist, der die vorliegende
Erfindung verwendet;
-
2 ein
Schaltungsblockdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist, die in den Personalcomputer in Notebookgröße aus 1 eingebaut
ist;
-
3 ist
ein Schaltungsblockdiagramm einer Ladeschaltung aus 2;
-
4 ist
ein Schaltungsblockdiagramm eines Steuerungs-ICs aus 3;
-
5A bis 5C sind
Zeitdiagramme der Ladesteuerung aus 2; und
-
6A und 6B sind
Flußdiagramm
der Ladesteuerung aus 2.
-
1 veranschaulicht
einen Personalcomputer in Notebookgröße, der als ein Tascheninformationsprozessor
wirkt, der mit einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung versehen ist.
Der Personalcomputer in Notebookgröße ist allgemein mit 100 bezeichnet
und umfaßt
einen Körper 102 und
eine Verkleidung 104, die auf ihrer Innenseite eine Flüssigkristallfarbanzeige 106 hat.
Der Körper 102 schließt ein Keyboard 108,
eine Kegelkuppe (Berührungsfeld) 110,
das näher
bei dem Nutzer positioniert ist als das Keyboard 108, wobei
die Kegelkuppe 110 verwendet wird, um einen Mauszeiger
auf der Flüssigkristallanzeige 106 zu
betätigen,
und eine linke Klicktaste 112 und eine rechte Klicktaste 114 ein,
die näher
bei dem Nutzer positioniert ist als die Kegelkuppe 110,
wobei die rechte 112 und linke 114 Klicktaste
der linken beziehungsweise rechten Taste der Maus entsprechen.
-
2 ist
ein Blockdiagramm der Ladevorrichtung, die in einem Personalcomputer
in Notebookgröße eingebaut
ist. Der Personalcomputer in Notebookgröße, der als Tascheninformationsprozessor
dient, umfaßt
ein Batteriepaket 10, das eine Lithiumionenbatteriezelle
als eine interne Batterie verwendet, wobei eine Ladeschaltung 12 zu
dem Batteriepaket 10 gehört. Eine Zufuhr von externem
Strom wird durch eine Verbindung mit einem Wechselstromadapter 14 bewirkt.
Wenn ein Stecker des Wechselstromadapters 14 mit einer
Wechselstromquelle verbunden ist, wird eine vorbestimmte Wechselspannung
Va von dem Wechselstromadapter 14 ausgegeben. Eine Stromzufuhrleitung
von dem Wechselstromadapter 14 ist über eine Diode 18 mit
einer Last 16 des Computers verbunden, Eine Ausgangsleitung des
Wechselstromadapters 14 zweigt zu der Ladeschaltung 12 ab,
wobei der Ausgang 12 von der Ladeschaltung über einen
Stromerfassungswiderstand 36 mit der positiven Seite des
Batteriepakets 10 und weiter über eine Diode 20 mit
der Last 16 über
die Stromzufuhrleitung von dem Wechselstromadapter 14 verbunden
ist.
-
Das
Batteriepaket 10 enthält
beispielsweise eine einzellige Lithiumionenbatterie, die eine Batterienennspannung
Vb von 3,6 V pro Zelle zu der Last zuführt. Die Ladespannung, die
die Kapazität
bei der vollen Ladung pro Zelle der Lithiumionenbatterie maximiert,
ist beispielsweise auf 4,2 V eingestellt. Obwohl das Batteriepaket 10 eine
einzige Lithiumzelle enthält,
die beispielsweise eine Batterienennspannung von 3,6 V und eine
Ladespannung von 4,2 V hat, kann die Anzahl der verwendeten Zellen,
falls erforderlich, erhöht
werden. In solch einem Fall nehmen die Batterienennspannung und
die Ladespannung proportional zu der Anzahl der Zellen zu. Mit beispielsweise
zwei Zellen, ergeben sich für
die Batterienennspannung und die Batterieladespannung 7,2 V beziehungsweise
8,4 V. Mit drei Zellen ergeben sich für die Batterienennspannung
und die Batterieladespannung 10,8 V beziehungsweise 12,6 V.
-
Wenn
das Batteriepaket 10 voll geladen ist, ist die Ausgangsspannung
Va von dem Wechselstromadapter 14 höher als die Batteriespannung
Vb. In Fällen,
in denen externer Strom als ein Ergebnis der Verbindung des Wechselstromadapters 14 zugeführt wird,
leitet die Diode 18 aus diesem Grund in Durchlaßrichtung,
so daß elektrischer
Strom von dem Wechselstromadapter 14 zu der Last 16 zugeführt wird.
Im Gegensatz hierzu bleibt die Diode 20 für das Batteriepaket 10 aufgrund
der Adapterausgangsspannung Va, die höher als die Batterienennspannung
Vb ist, in Speerrichtung aus, so daß das Batteriepaket 10 überhaupt
nicht durch die Ausgangsspannung Va des Wechselstromadapters 14 geladen wird.
-
Die
Ladeschaltung 12 unterliegt einer Ladesteuerung für das Batteriepaket 10 durch
eine Ladesteuerungseinheit 24, die in einer Steuerung 22 eingeschlossen
ist. Die Steuerung 22 kann beispielsweise eine MPU aus
einem Chip sein und die Funktion der Ladesteuerungseinheit 24 wird
durch dessen Steuerungsprogramm umgesetzt. Die Steuerung 22 gehört zu einer
Erfassungsschaltung 26 für externe Stromquellen. Die
Erfassungsschaltung 26 für externe Stromquellen schließt einen
Vergleicher 28, Widerstände 30 und 32 und
eine Referenzspannungsquelle 34 ein. Die Ausgangsspannung
Va des Wechselstromadapters 14 wird durch die Widerstände 30 und 32 zerteilt,
um an dem positiven Eingangsanschluß angelegt zu werden. Der Vergleicher 28 vergleicht
sie mit einer Referenzspannung Vr1 bei dem negativen Eingangsanschluss 34.
Wenn die Ausgangsspannung Va, die mit dem Skalierungsfaktor multipliziert
ist, höher
als die Referenzspannung Vr1 ist, dann erzeugt der Vergleicher 28 einen
hohen Ausgabewert, so daß die
Ladesteuerungseinheit 24 der Steuerung 22 den
Zustand der Verbindung des Wechselstromadapters 14 erkennen
kann. Die Ladesteuerungseinheit 24 der Steuerung 22 ermöglicht es einem
Vergleicher 40, die Batteriespannung Vb des Batteriepakets 10 mit
einer Referenzspannung Vr2 einer Referenzspannungsquelle 42 zu
vergleichen, und gibt ein Ladesignal E3 an die Ladeschaltung 12 als
Reaktion auf einen niedrigen Ausgangswert von dem Vergleicher 40 aus,
wenn die Batteriespannung Vr2 kleiner als die Referenzspannung Vr2
wird, um dadurch das Laden zu beginnen.
-
Ein
Laden mit konstanter Spannung/konstantem Strom wird für das Laden
des Batteriepakets 10 durch die Ladeschaltung 12 bewirkt.
Während
dieses Ladens mit konstanter Spannung/konstantem Strom erfaßt ein Vergleicher 38 eine
Spannung, die proportional zu dem Ladestrom durch den Stromerfassungswiderstand 36 ist,
der in die Ausgangsleitung von der Ladeschaltung 12 eingeführt ist,
und speist die Steuerung 22 mit einem Stromerfassungssignal
E1. Wenn der Lade strom durch das Stromerfassungssignal E1 nicht
größer als
ein vorbestimmter Strom, zum Beispiel 50 mA, wird, schließt die Steuerung 12,
daß das
Laden des Batteriepakets 10 100 erreicht hat und stoppt
das Ladeanschaltsignal E3, um den Ladebetrieb der Ladeschaltung 12 auszuschalten.
-
Wenn
das Laden als Reaktion auf die Erfassung des Anbringens des Wechselstromadapters 14 durch
die Erfassungsschaltung 26 für externe Stromquellen beginnt,
wobei der externe Strom durch die Verbindung des Wechselstromadapters 14 zugeführt wird,
entscheidet bei der Erfindung die Ladesteuerungseinheit 24,
die in der Steuerung 22 eingeschlossen ist, außerdem,
daß die
Taschenverwendung erforderlich ist, und stellt für die Ladeschaltung 12 eine erste
Ladespannung Vc1, deren Maximum mit der Ladekapazität des Batteriepakets 10 übereinstimmt, auf
Grundlage eines Ladespannungseinstellsignals E4 zum Laden ein. 4,2
V/Zelle ist als die erste Ladespannung Vc1 definiert, deren Maximum
mit der Kapazität
bei der Ladeverwendung übereinstimmt.
-
Für den Fall,
daß die
externe Stromquelle bereits mittels des Wechselstromadapters 14 verbunden
ist, und daß das
Laden der Batterie als ein Ergebnis des Einsetzens des Batteriepakets 10 begonnen
hat, entscheidet die Ladesteuerungseinheit 24 ähnlich wie
bei der Erfassung der Verbindung des Wechselstromadapters, daß die Taschenverwendung
erforderlich ist, und stellt die erste Ladespannung Vc1 = 4,2 V/Zelle
ein, wobei die Ladekapazität der
internen Batterie so groß wie
möglich
wird, um das Laden zu bewirken.
-
Wenn
das Laden als ein Ergebnis des Erkennens einer verringerten Kapazität, die auf
die Selbstentladung des Batteriepakets 10 im konstant verbundenen
Zustand des Wechselstro madapters 14 zurückzuführen ist, beginnt, entscheidet
die Ladesteuerungseinheit 24 im Gegensatz hierzu auf die
Tischverwendung und stellt durch Schalten die zweite Ladespannung
Vc2 = 4,1 V/Zelle, die niedriger als die erste Ladespannung Vc1
= 4,2 V/Zelle ist, als Reaktion auf ein Ladespannungseinstellsignal
E4 ein, um dadurch das Laden durch eine niedrigere Ladespannung
als beim Laden auf die Erfassung der Anbringung des Wechselstromadapters
oder auf die Erfassung des Einsetzens des Batteriepakets hin zu
bewirken. Diese zweite Ladespannung Vc2 = 4,1 V/Zelle ist eine Spannung,
die um 0,1 V/Zelle niedriger als die erste Ladespannung Vc1 = 4,2
V/Zelle ist, und dient dazu, die Verschlechterung des Batteriepakets 10 zu
verhindern und ihre Lebensdauer in einer Hochtemperaturumgebung
durch Verringern der Ladespannung zu verlängern.
-
Der
Beginn des Ladens durch die Ladesteuerungseinheit 24 der
Steuerung 22 wird als Reaktion auf ein Spannungserfassungssignal
E2 von dem Vergleicher 40 bewirkt. Der Vergleicher 40 vergleicht
die Spannung des Batteriepakets 10 mit der Referenzspannung
Vr2, z.B. Vr2 = 2,8 V, so daß das
Laden durch einen niedrigen Ausgangswert des Vergleichers 40 gestartet
wird, wenn die Batteriespannung Vb auf die Referenzspannung Vr2
oder darunter als ein Ergebnis des Entladens des Batteriepakets 10 abfällt.
-
Die
Ausführungsform
aus 2 ist außerdem
mit einer Ladespannungsschaltbetätigungseinheit 44 zum
externen zwingenden Schalten der Ladespannung der Ladeschaltung 12 als
Reaktion auf eine Einstellbetätigung
durch den Nutzer versehen. Durch Betätigung von beispielsweise einer
Taste, die an der Taschenvorrichtung angebracht ist, stellt die Ladespannungsschaltbetätigungseinheit 44 an
ihrem Ausgang ein La despannungsschaltsignal E5 bereit, das wiederum
als ein Ladespannungsschaltsignal E6 über eine Oder-Schaltung 46 zu
der Ladeschaltung 12 übertragen
wird, wobei in dieser Ausführungsform die
Schalteinstellung sowohl durch die erste Ladespannung Vc1 = 4,2
V/Zelle als auch durch die zweite Ladespannung Vc2 = 4,1 V/Zelle
bewirkt werden kann.
-
Im
Fall, daß der
Nutzer anfänglich
die Tischverwendung gebraucht, wobei der Wechselstromadapter 14 die
ganze Zeit verbunden ist und danach aus irgendeinem Grund zur Taschenverwendung übergeht,
drückt
der Nutzer die Taste, um die Ladespannungsschaltbetätigungseinheit 44 zu
veranlassen, zwingend die Ladespannung der Ladeschaltung 12 zu
der höheren
ersten Ladespannung Vc1 = 4,2 V/Zelle zu schalten und dadurch das
Batteriepaket 10 zu laden, so daß dessen Ladekapazität auf das
höchstmögliche Niveau übergeht.
Zusätzlich zu
der Betätigung
einer Taste, die an einem Taschengerät angebracht ist, kann das
Schalten durch die Ladespannungsschaltbetätigungseinheit 44 durch eine
Anweisung der Last 16 neben der Software in der Steuerung 22,
insbesondere durch eine Softwareanweisung zum Beispiel durch einen
Mausklick unter Verwendung des Fensters in dem Bildschirm bewirkt
werden.
-
3 veranschaulicht
eine Ausführungsform
der Ladeschaltung 12 aus 2. Die Ladeschaltung 12 ist
mit einem Schaltregler versehen, der einen FET 48, der
als ein Schaltelement wirkt, einen Steuerungs-IC 50, eine
Gleichrichterzehnerdiode 52, einen Induktor 54 und
einen Glättungskondensator 56 umfaßt. Der
Schaltregler, der in der Ladeschaltung 12 eingeschlossen
ist, stellt einen Abspannzerhacker bereit. Der Steuerungs-IC 50 empfängt das Ladeanschaltsignal
E3 und das Ladespannungseinstellsignals E6 von der Steuerung 22 aus
-
2.
Der Steuerungs-IC 50 empfängt außerdem ein Spannungserfassungssignal
E7 und ein Ausgangsspannungserfassungssignal E8 über Signalleitungen, die sich
von gegenüberliegenden
Enden eines Stromerfassungswiderstands 58 erstrecken, der
in die Ausgangsleitung des Schaltreglers eingefügt ist.
-
Der
Steuerungs-IC 50 hat eine Schaltungsanordnung aus 4.
Der Steuerungs-IC 50 umfaßt einen Pulsdauermodulationsvergleicher 60.
Der Pulsdauermodulationsvergleicher 60 gehört zu den Operationsverstärkern 62 und 64 für die Steuerung mit
konstantem Strom. Der Operationsverstärker 62 empfängt an seinem
positiven Eingang das Stromerfassungssignal E7 von der positiven
Seite des Stromerfassungswiderstands 58 aus 3 und
empfängt
an seinem negativen Eingang das Ausgangsspannungserfassungssignal
E8 von der Ausgangsleitung. Der Operationsverstärker 62 gibt ein Stromerfassungssignal
E9 als eine Differenz zwischen den zwei Signalen E7 und E8 aus.
Das Stromerfassungssignal E9 von dem Operationsverstärker 62 wird
zu einem negativen Eingang des Operationsverstärkers 64 zugeführt, dessen
positiver Eingang das Ladeeinschaltsignal E3 von der Steuerung 22 aus 2 empfängt. Dieses
Ladeeinschaltsignal E3 dient tatsächlich als ein Ladestromeinstellsignal
zum Einstellen eines Zielausgangsstroms für den Vergleicher 60.
Aus diesem Grund stellt der Operationsverstärker 64 bei dem Pulsdauermodulationsvergleicher 60 ein
Steuerungssignal E10 mit konstantem Strom bereit, das von einem
Fehler zwischen dem Stromerfassungssignal E9, das von dem Operationsverstärker 62 ausgegeben
wird, und dem Ladestromeinstellsignal E3 von der Steuerung 22 abhängt.
-
Der
Pulsdauermodulationsvergleicher 60 vergleicht ein Drei eckswellensignal
von einem Dreieckswellenoszillator 78 mit der Referenzspannung, um
ein pulsierendes Signale auszugeben, daß eine Pulsdauer hat, die von
den Referenzspannungsniveau abhängt,
so daß das
Referenzspannungsniveau durch das Steuerungssignal E10 mit konstanten
Strom von dem Operationsverstärker 64 verändert wird.
Aus diesem Grund stellt der Pulsdauermodulations(PWM)vergleicher 60 über einen
Treiber 80 eine Steuerung mit konstantem Strom bereit,
durch die der Schaltzyklus des FET 48 gesteuert wird, um es
so dem Ladestrom zu ermöglichen,
mit dem Ladeeinstellstrom übereinzustimmen.
-
Der
Pulsdauermodulationsvergleicher 60 ist außerdem an
einen Operationsverstärker 66 für die Steuerung
mit konstanter Spannung angeschlossen. Ein negativer Eingang des
Operationsverstärkers 66 empfängt das
Ausgangsspannungserfassungssignal E8, dessen Spannung durch die
Widerstände 68 und 70 zerteilt
wurde. Ein positiver Eingang des Operationsverstärkers 66 ist mit einer
Referenzspannungsquelle 74 oder 76 verbunden,
die von einer Umschaltschaltung 72 ausgewählt wurde.
In diesem Fall erzeugt die Referenzspannungsquelle 74 die
erste Ladespannung Vc1 = 4,2 V/Zelle und die Referenzspannungsquelle 76 erzeugt
die zweite Ladespannung Vc2 = 4,1 V/Zelle, die durch die Umschaltschaltung 62 geschaltet
werden, die das Ladespannungsschaltsignal E6 von der Steuerung 22 aus 2 empfängt. Die
Referenzspannungsquellen 74 und 76 wirken als
veränderliche
Spannungsquellen und stellen eine Einstellungsänderungseinheit bereit, die eine Änderung
der Einstellung der Ladespannung ermöglicht. Der Vergleicher 66 gibt
an den Pulsdauermodulationsvergleicher 60 ein Steuerungssignal
E11 mit konstanter Spannung in Übereinstimmung
mit einem Fehler zwischen entweder der ersten Ladespannung Vc1 oder
der zweiten Ladespannung Vc2, die von der Umschalt schaltung 72 geschaltet
werden, und dem Ausgangsspannungserfassungssignal aus, dessen Spannung
durch die Widerstände 68 und 70 zerteilt
wurde. Der Vergleicher 66 verändert dann das Referenzspannungsniveau
für das
Dreieckswellensignal, das von dem Steuerungssignal E11 mit konstanter
Spannung abhängt.
Der Vergleicher 66 steuert somit die Anschaltzeit in der
Schaltsteuerung des FETs 48 aus 3 über den
Treiber 80, um so die Ausgangsspannung unverändert zu lassen.
-
Die 5A bis 5C sind
Zeitdiagramme der Ladesteuerung, die auf die Verbindung des Wechselstromadapters 14 hin
in der Ausführungsform
aus 2 bewirkt wird. Der Wechselstromadapter 14 ist
bis zu der Zeit t1 nicht verbunden. Aus diesem Grund ist ein Wechselstromadaptererfassungssignal
E0 aus 5A niedrig, was es dem Batteriepaket 10 ermöglicht,
Strom zu der Last 16 zuzuführen. Diese Entladung erniedrigt
die Batteriespannung Vb aus 5C im
Laufe der Zeit. Angenommen, daß der
Wechselstromadapter 14 verbunden ist, um die Zufuhr von
externem Strom zu der Zeit t1 durchzuführen, nachdem die Batteriespannung
Vb unter eine Ladestartspannung Vs gefallen ist, die durch die Referenzspannung
Vr der Referenzspannungsquelle 42 des Vergleichers 40 als
ein Ergebnis der Stromzufuhr von dem Batteriepaket 10 zu
der Last 16 bestimmt ist. Die Ausgangsspannung Va durch
die Verbindung des Wechselstromadapters 14 zu der Zeit
t1 ermöglicht
es dem Wechselstromadaptererfassungssignal E0, das ein Ausgabewert
des Vergleichers 28 der Erfassungsschaltung 26 für externe
Stromquellen ist, sich zu erhöhen,
so daß die
Ladesteuerungseinheit 24 der Steuerung 22 die
Verbindung des Wechselstromadapters 14 erkennen kann. Da
die Batteriespannung Vb zu der Zeit bereits unter die Referenzspannung
Vr2 gefallen ist, die dem Ladestartsignal Vs entspricht, erkennt
die Ladesteuerungseinheit 24 mit einem niedrigen Spannungs erfassungssignal
E2 von den Vergleicher 40 das Laden auf Grundlage des Erfassens
der Anbringung des Wechselstromadapters 14 und weist die
Ladeschaltung 12 an, die erste Ladespannung Vc1 = 4,2 V/Zelle
durch Verwendung des Ladespannungseinstellsignals E4 einzustellen.
-
Die
Ladesteuerungseinheit 24 stellt außerdem ein Ladeausschalt/Ladeeinschaltsignal
E3 aus 5B an ihrem Ausgang zu der Ladeschaltung 12 bereit,
um dadurch das Laden zu beginnen. Von der Zeit t1 beginnt die Ladeschaltung 12 somit
das Laden mit konstanten Strom/konstanter Spannung für das Batteriepaket 10 mit
dem Ergebnis, daß die
Batteriespannung Vb auf die Ladespannung Vc1 = 4,2 V/Zelle ansteigt.
Wenn die Ladesteuerungseinheit 24 dann erfaßt, daß der Ladestrom
auf einen vorbestimmten Strom zum Beispiel 50 mA von dem Stromerfassungssignal
E1 auf Grundlage der Erfassungsspannung bei dem Stromerfassungswiderstands 36 abnahm,
schließt
die Ladesteuerungseinheit 24 auf die Vollendung des hundertprozentigen
Ladens, um das Laden der Ladeschaltung 12 zu der Zeit t2
anzuhalten. Der Wechselstromadapter 14 ist nach der Zeit
t2 verbunden, und die Last 16 akzeptiert die Zufuhr von Strom
von dem Wechselstromadapter 14, woraufhin die Zufuhr von
Strom von dem Batteriepaket 10 zu der Last nicht beeinträchtigt wird,
und das Batteriepaket 10 hat einen sich schrittweise verringernde
Batteriespannung Vb, die auf die Selbstentladung zurückzuführen ist.
-
Wenn
die Batteriespannung Vb unter die Ladestartspannung Vs zu der Zeit
t3 als ein Ergebnis der Verringerung der Batteriespannung Vb durch
die Selbstentladung fiel, nimmt das Spannungserfassungssignal E2
von dem Vergleicher 40 einen niedrigen Wert an, was es
der Ladesteuerungseinheit 24 der Steuerung 22 ermöglicht,
das Laden durch die Ladeschaltung 12 zu bewirken. Da das
Laden in diesem Fall nicht auf der Erfassung der Anbringung des Wechselstromadapters 14 beruht,
erkennt die Ladesteuerungseinheit 24, daß die Kapazität durch
ihre Selbstentladung abnahm und stellt für die Ladeschaltung 14 die
zweite Ladespannung Vc2 von 4,1 V/Zelle, die niedriger als der erste
Zyklus ist, als Reaktion auf das Ladespannungseinstellsignal E4
ein, um das Laden mit konstantem Strom/konstanter Spannung zu beginnen.
Das Laden endet zur Zeit t4, wenn der Ladestrom auf einen normalen
Strom abnahm.
-
Nach
der Zeit t4 wird das Laden durch das Einstellen der zweiten Ladespannung
Vc2 = 4,1 V/Zelle wegen des Ladungsverlustes, der auf die Selbstentladung
zurückzuführen ist,
wiederholt, solange der Wechselstromadapter 14 aufgrund
seiner Tischverwendung verbunden ist. Auf diese Weise wird mit Bezug
auf das Laden für
die Verringerung der Kapazität
durch die Selbstentladung das Laden durch das Einstellen der niedrigeren
Ladespannung wiederholt (iteriert), um die Verschlechterung der Batterie
zu unterdrücken.
Andererseits wird bei der Taschenverwendung das Laden durch die
Erfassung der Anbringung des Wechselstromadapters 14 häufig wiederholt.
Somit ermöglicht
es bei der Taschenverwendung das Einstellen der ersten Ladespannung Vc1
= 4,2 V/Zelle, das Laden so durchzuführen, daß die Kapazität des Batteriepakets 10 maximiert
wird.
-
Die 6A und 6B sind
Flußdiagramme
der Ladesteuerung, die durch die Ladesteuerungseinheit 24 bewirkt
wird, die in der Steuerung 22 aus 2 eingeschlossen
ist. Die Ladesteuerungseinheit 24 führt im Schritt S1 eine Prüfung durch,
um zu erkennen, ob das Laden durch die Erfassung des Einsetzens
des Batteriepakets 10 durchgeführt werden soll oder nicht.
-
Wenn
das Batteriepaket 10 bereits eingesetzt wurde, geht das
Verfahren dann auf Schritt S2, wo es überprüft, ob das Laden durch die
Erfassung des Wechselstromadapters durchgeführt werden soll oder nicht.
-
Wenn
auf das Laden durch die Erfassung der Anbringung des Wechselstromadapters
im Schritt S2 geschlossen wird, dann wird geschlossen, daß die Vorrichtung
wie der Personalcomputer in Notebookgröße in Taschenverwendung ist,
was es dem Verfahren ermöglicht,
zum Schritt S4 zu gehen, wo die Ladespannung auf die erste Ladespannung
Vc1 = 4,2 V/Zelle eingestellt wird.
-
Wenn
die Erfassung des Einsetzens der Batteriezelle 10 in Schritt
S1 unterschieden wird, dann wird durch den Wechselstromadapter 14 im
Schritt S3 unterschieden, daß die
Vorrichtung im verbundenen Zustand ist, um auf die Taschenverwendung
zu schließen. Ähnlich geht
das Verfahren zum Schritt S4, wo die erste Ladespannung Vc1 = 4,2
V/Zelle als die Ladespannung eingestellt wird.
-
Wenn
das Laden durch die Erfassung der Anbringung des Wechselstromadapters
im Schritt S2 im Gegensatz hierzu nicht unterschieden wird, dann wird
geschlossen, daß das
Laden aufgrund der Verringerung der Kapazität durch die Selbstentladung des
Batteriepakets 10 bei der Tischverwendung bewirkt wurde,
was es dem Verfahren ermöglicht,
zum Schritt S5 zu gehen, um die zweite Ladespannung Vc2 = 4,1 V/Zelle
einzustellen.
-
Nach
der Vollendung des Einstellens der Ladespannung in Schritt S4 oder
Schritt S5, wird der Ladenstrom in Schritt S6 eingestellt und die
Ladeschaltung 12 wird im Schritt S7 betätigt, um das Laden mit konstanter
Spannung/konstantem Strom zu bewirken.
-
Im
Schritt S8 wartet das Verfahren dann ab, bis das Laden aufhört, und
im Schritt S9 wird eine Prüfung
der Aufforderung, das Laden aufzuhören, durchgeführt. Die
Vollendung des Ladens wird in Schritt S10 überprüft, und falls erfüllt, geht
das Verfahren dann zum Schritt S11, um das Verfahren zur Vollendung
des Ladens durchzuführen,
woraufhin die Ladeschaltung 12 in Schritt S13 angehalten
wird. Wenn eine Ladeanhaltaufforderung während des Ladens auftritt,
dann geht das Verfahren vom Schritt S9 zum Schritt S12, um das Verfahren
zur Beendigung des Ladens durchzuführen, woraufhin die Ladeschaltung 12 im
Schritt S13 angehalten wird.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Ladespannung wie oben beschrieben erhöht, um die Ladekapazität zu maximieren,
wenn das Laden der Batterie als ein Ergebnis des Schließens auf
die Taschenverwendung der Vorrichtung aus der Erfassung der Anbringung
des Wechselstromadapters oder aus der Erfassung des Einsetzens der
internen Batterie bei verbundenem Wechselstromadapter beginnt, während die
Ladespannung verringert wird, wenn das Laden als ein Ergebnis des
Erkennens der verringerten Kapazität beginnt, die auf die Selbstentladung
der internen Batterie zurückzuführen ist,
wodurch es möglich
ist, die Verschlechterung der Batterie in einer Hochtemperaturumgebung
zu verhindern und die Lebensdauer zu verlängern.
-
Obwohl
die obige Ausführungsform
auf eine Lithiumionenbatterie beispielhaft gerichtet ist, ist die vorliegende
Erfindung nicht darauf beschränkt
und ist ebenfalls zum Beispiel auf eine Lithiumpolymerbatterie oder
irgendeine andere Batterie anwendbar, die als Nebenbatterie in einem
Taschengerät
verwendet wird, wann immer sie nützlich
gegen die Verschlechterung verwendet werden kann, die auf die Entladung durch
die interne Impedanz der Batterie bei verbundenem Wechselstromadapter
zurückzuführen ist.
In diesem Fall können
besondere Werte der ersten Ladespannung Vc und der zweiten Ladespannung
Vc2 welche sein, die für
die Leistungen der entsprechenden Batterien geeignet sind.
-
Im
Rahmen der beigefügten
Ansprüche
soll die vorliegende Erfindung beliebige Abwandlungen einschließen, ohne
deren Vorteile zu beeinträchtigen, und
ist keineswegs auf numerische Werte beschränkt, die in der obigen Ausführungsform
angegeben sind.
-
Obwohl
die obige Beschreibung sich auf ein "Taschengerät" bezieht, ist die vorliegende Erfindung nicht
auf Geräte
beschränkt,
die in der Hand gehalten werden können, sondern ist eher auf
irgendwelche tragbare elektronische Geräte anwendbar, die entfernt
von einer Stromversorgung verwendet werden können. Ebenso hat der Ausdruck "Informationsverarbeitungsvorrichtung" eine breite Bedeutung
und umschließt
zusätzlich
zu Recheneinrichtungen Unterhaltungseinrichtungen wie Videospiele,
digitale Kameras, und DVD-Spieler.