DE69121822T2

DE69121822T2 - Ladevorrichtung für elektronisches Gerät

Info

Publication number: DE69121822T2
Application number: DE69121822T
Authority: DE
Inventors: Zenjiro Uchida
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1990-10-01
Filing date: 1991-10-01
Publication date: 1997-02-13
Anticipated expiration: 2011-10-02
Also published as: US5185565A; EP0479249A3; EP0479249A2; EP0479249B1; DE69121822D1

Description

GRUNDLAGEN DER ERFINDUNG

1. Bereich der Erfindung:

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Gerät mit einer Ladungssteuerungsvorrichtung zur Durchführung einer schnellen Aufladung einer zweiten Batterie wie einer Nickel-Cadmium-Batterie (Ni-Cd-Batterie) zur Verwendung bei elektronischen Einrichtungen, beispielsweise bei einem Personal-Computer.

2. Beschreibung des Standes der Technik:

Die meisten elektronischen Einrichtungen und Geräte wie ein Laptop-Computer oder ein Notebook-Computer in tragbarer Ausführung erfordern als Leistungsquelle eine wiederaufladbare Batterie wie beispielsweise eine Ni-Cd-Batterie. Gemäß der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 124731/1988 und der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 166441/1989 wird bei derartigen elektronischen Geräten eine Technik angewandt, bei der eine Schnelladung bewirkt wird, wenn die Haupteinheit des elektronischen Geräts nicht aktiv ist, wobei eine Bewertung der Bedingungen des Geräts durchgeführt wurde. In der Praxis wird dabei der Schaltzustand des Leistungsversorgungsschalters ermittelt und es wird mit einer Schnelladung begonnen, wenn der Schalter von seinem EIN- Zustand in seinen AUS-Zustand geschaltet wird.
Da bei einem derartigen Gerät die Schnelladung notwendigerweise begonnen wird, wenn der Leistungsversorqungsschalter vom EIN-Zustand zum AUS-Zustand geschaltet wird, erfolgt eine Schnelladung auch dann, wenn eine vollständig aufgeladene Batterie in die Ladeeinrichtung eingelegt wird, wodurch die Lebensdauer der Batterie infolge einer Überladung verkürzt wird.
Desweiteren offenbart EP-A-O 273 322 eine Leistungsversorgungseinrichtung zur Verwendung in tragbaren Computersystemen mit einem Leistungsversorgungsschalter und einer Ladeschaltung zum schnellen Aufladen einer herausnehmbaren Zweit- bzw. Sekundärbatterie, einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung des Zustands des Leistungsversorgungsschalters und des Vorhandenseins der Sekundärbatterie, einer Einrichtung zum Bewerten, ob die Ladung der Sekundärbatterie vollständig erfolgt ist oder nicht, einem Adapter zum Zuführen externer elektrischer Leistung zu dem Computersystem, einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Anschaltbedingung zwischen dem Adapter und dem Computersystem, und einer Ladesteuerungseinrichtung zur Steuerung der Ladeschaltung und Verhinderung einer Aufladung in Abhängigkeit von den jeweiligen Ausgangssignalen der einzelnen Erfassungseinrichtungen.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektronisches Gerät mit einer Ladungssteuerungsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, automatisch eine Schnelladung dann einzuleiten, wenn sie erforderlich ist, d. h. wenn ein Adapter mit der Haupteinheit des elektronischen Geräts verbunden wird, nachdem die Batterie ausgetauscht wurde.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein elektronisches Gerät mit einer Ladungssteuerungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Wird gemäß der Erfindung die Batterie einmal aufgeladen, dann wird eine Ladungsverhinderungsmarke in einen Setzzustand gebracht. Somit wird auch bei Einsetzen einer vollständig aufgeladenen Batterie in die Haupteinheit des Geräts bei ausgeschaltetem Leistungsversorgungsschalter eine erneute Aufladung der Batterie nicht durchgeführt, so daß das Auftreten einer Überladung verhindert wird.
Da in der bevorzugten Ausführung die Ladungsverhinderungsmarke beim Entfernen der Batterie zurückgesetzt wird, ist eine Schnelladung einer neu eingesetzten Batterie gewährleistet.
Die zweite Erfassungseinrichtung besteht dabei aus einer Einrichtung zur Erfassung einer Spannung an der Ausgangsseite der Ladeschaltung, zum Vergleichen der Spannung mit einem vorbestimmten Wert und zum Erkennen auf der Basis der Ergebnisse des Vergleichs, ob die Batterie eingesetzt ist.
Eine Erkennungseinrichtung überwacht eine Spannung der Sekundärbatterie und ermittelt einen Spannungseinbruch um einen vorbestimmten Wert bezüglich eines Maximalwerts.
Erfindungsgemäß kann ferner eine dritte Erfassungseinrichtung vorgesehen sein zur Erfassung des Verbindungszustands zwischen dem Adapter und der Haupteinheit des elektronischen Geräts. Mit einer derartigen Erkennungseinrichtung empfängt die Markensteuerungseinrichtung ein Signal der dritten Erfassungseinrichtung und veranlaßt ein Setzen der Ladungsverhinderungsmarke, wenn die Schnelladung vollendet ist, und veranlaßt ein Rücksetzen, wenn der Adapter von der Haupteinheit des elektronischen Geräts entfernt wird. Die Ladungssteuerungsvorrichtung steuert die Ladeschaltung in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der ersten, zweiten und dritten Erfassungseinrichtung und dem Zustand der Ladungsverhinderungsmarke. Die Ladungssteuerungsschaltung bewirkt eine Steuerung in der Weise, daß eine Ladung eingeleitet wird, wenn die Sekundärbatterie eingesetzt wird, der Leistungsversorgungsschalter ausgeschaltet und die Ladungsverhinderungsmarke zurückgesetzt ist.
Im Ergebnis wird nach dem vollständigen Aufladen der Batterie eine automatische Ladung und die Ladungssteuerung mit großer Wirksamkeit durchgeführt, wenn der Adapter mit der Haupteinheit verbunden wird, nachdem die Haupteinheit unter Versorgung mit der Batterie bei entferntem Adapter von der Haupteinheit benutzt wurd.
Wie bei der zweiten Erfassungseinrichtung kann die dritte Erfassungseinrichtung aus einer einzelnen Komparatoreinrichtung bestehen zur Erfassung der Spannung der Ausgangsseite der Ladeschaltung und zum Vergleichen der Spannung mit einem vorbestimmten Wert, und kann das Entfernen der Sekundärbatterie und das Abschalten des Adapters vom elektronischen Gerät in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis der Komparatoreinrichtung erfassen.
Die Ladeschaltung ist vorzugsweise in demselben Block wie der Adapter angeordnet.
Die Ladeschaltung kann ferner einen Schalter umfassen zum Umschalten zwischen der Leistungsversorgung zur Haupteinheit des elektronischen Geräts mittels des Adapters und der Zufuhr des Schnelladestroms durch die Ladeschaltung, wobei die Ladesteuerungsschaltung die Schaltvorgänge dieses Schalters steuert.
Die Ladeschaltung kann ferner eine Kleinladungseinrichtung zur Zufuhr eines sehr kleinen Stroms zur Sekundärbatterie umfassen, wobei die Kleinladungseinrichtung den winzigen Strom der Sekundärbatterie zuführt, wenn der Adapter der Haupteinheit des elektronischen Geräts Leistung zuführt.
Aufbau und Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit weiteren Aufgaben und Vorteilen werden verständlich unter Bezugnahme auf die nachfolgende ausführliche Beschreibung, die beispielhaft in Form bevorzugter Ausführungsbeispiele die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den zugehörigen Figuren beschreibt.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

Fig. 1 ist ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des Inhalts der Ablaufschritte bei einer Schnelladungssteuerungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 ist ein schematisches Blockschaltbild der Schnelladungssteuerungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3 ist eine ausführliche Schaltungsanordnung der Schnelladungssteuerungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 4 ist eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung von Spannungsverläufen und Stromverläufen, wie sie in der Schnelladungssteuerungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung auftreten;
Fig. 5 ist eine grafische Darstellung des Hauptaufbaus der Schnelladungssteuerungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 6 ist eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung von Spannungsverläufen und Stromverläufen, wie sie in einer bekannten Schnelladungssteuerungsvorrichtung auftreten.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Fig. 2 der zugehörigen Zeichnung ist ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung des schematischen Aufbaus einer Schnelladungssteuerungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine Haupteinheit 1 einer Datenverarbeitungseinrichtung wie eines Personal-Computers ist mit zwei auswechselbaren Batteriesätzen, beispielsweise bestehend aus einer Ni-Cd-Sekundärbatterie oder einer Ni- MH-Sekundärbatterie ausgerüstet. Ein Anschluß eines AC- Adapters/Laders 3 ist mit einem AC-Stecker (Wechselspannungsstecker) 4 verbunden, und der andere Anschluß des AC-Adpaters/Laders ist mit der Haupteinheit 1 über ein Kabel 5 verbunden. Der AC-Adapter/Lader weist eine zweifache Funktion auf, d. h. eine AC-Adapterfunktion zum Umwandeln einer Wechselspannung in eine Gleichspannung zur Versorgung der Haupteinheit, und eine Ladefunktion zum Bewirken einer Aufladung des Batteriesatzes 2.
Die Haupteinheit umfaßt einen DC-Stecker (Gleichspannungsstecker) 6 zur Bildung einer Verbindung zwischen der Haupteinheit und dem Kabel 5, eine Haupteinheitleistungsschaltung 8 zum Zuführen einer Spannung zu einer Last 7 nach Durchführung einer DC/DC-Umwandlung der Quellenspannung, einen Leistungsschalter 9, der in einer Leistungsversorgungsleitung angeordnet ist, einen Schnelladungserfassungsschalter 10 zur Erfassung des EIN/AUS-Zustands des Leistungsschalters 9, einen Schalter 11 zur Erkennung des Typs der Batterie, eine Diode 12, die einen Strom von einem Anschluß HP2 des DC-Steckers 6 zu einem Eingangs/Ausgangs-Anschluß des Batteriesatzes 2 ermöglicht, und eine Diode 13, die einen Strom von dem Eingangs/Ausgangs-Anschluß des Batteriesatzes 2 zu einem Anschluß HP1 des DC-Steckers 6 ermöglicht.
Auf der Primärseite eines Leistungstransformators 14 des AC-Adapters/Laders 3 sind angeordnet: ein Leitungsfilter 15, eine Gleichrichterschaltung 16, eine Glättungsschaltung 17, eine Primärspule 18, ein Schaltelement 19, eine PWM- Steuerungsschaltung (Pulsweitenmodulations-Steuerungsschaltung) 20 zur Steuerung des EIN-AUS-Schaltens des Schaltelements, und ein Fototransistor 211, der als Empfangsteil eines Fotokopplers (Optokopplers) 21 dient.
Auf der Sekundärseite des Transformators sind erste und zweite Spulen 22 und 23, eine Gleichrichterschaltung 24 und eine Glättungsschaltung 26 paarweise angeordnet, und eine Gleichrichterschaltung 25 und eine Glättungsschaltung 27 sind jeweils paarweise mit den Spulen 22 und 23 verbunden. Das Ausgangssignal der Glättungsschaltung 26 wird selektiv mit entweder einem Anschluß P1 eines DC-Steckers 29 über einen Kontaktpunkt S1 eines Relais 30 verbunden, oder mit einem Anschluß P2 des DC-Steckers 29 über einen Kontaktpunkt S2 des Relais 30 verbunden.
Desweiteren ist der Ausgangsanschluß der Glättungsschaltung 26 mit einer Konstantspannungsschaltung 31 und einer Stromerfassungsschaltung 32 verbunden. Der Ausgangsanschluß der Konstantspannungsschaltung 31 ist mit einer Konstantstromschaltung 33 und einer Fotodiode 210 des Fotokopplers 21 zur Sicherstellung einer konstanten Spannung und eines konstanten Stroms der Leistungsversorgungsquelle verbunden. Die Steuerung der Konstantspannungsschaltung 31 und der Konstantstromschaltung 33 wird durch Steuerung mittels eines Mikrocomputers 34 bewirkt. Dem Mikrocomputer 34 werden Schaltausgangssignale eines Schnelladungserfassungs schalters 10 und eines in der Haupteinheit angeordneten Batterietyp-Änderungsschalters 11 über Anschlüsse P3 und P4 des DC-Steckers 29 zugeführt zur Erfassung von Ausgangssignalen einer Batterieunterbrechungs-/-ΔV- Erfassungsschaltung 35 und einer Batteriekurzschluß- Erfassungsschaltung 36. Eine Ansteuerungsschaltung 38 des Relais 30 und eine Ansteuerungsschaltung 39 einer Leuchtdiode LED 37 werden mittels des Mikrocomputers 34 gesteuert.
Ein weiterer Ausgangsanschluß der Glättungsschaltung 27 auf der Sekundärseite ist mit einem Kleinladungssteuerungswiderstand 40 zur Zufuhr eines Kleinladungsstroms zum Batteriesatz 2 über den Anschluß P2 des DC-Steckers 29 verbunden.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Kleinladungsstrom Ir auf 150 mA bei 0.1 C gesetzt, wobei 1 C die Ladung der Batterie mit einem Strom von 1 A ist, die eine Kapazität bei voller Aufladung von einem Strom von 1 A während einer Stunde aufweist, wobei die Spannung der Versorgungsleitung 42 den Wert von 23 V annimmt, wenn der Batterieschaltkreis infolge des Fehlens einer Batterie geöffnet ist. In der Adapterbetriebsart ist der Kontaktpunkt des Relais 30 zu dem Schalter 51 geschaltet und über die Versorgungsleitung 41 wird eine konstante Spannung von 16 V zugeführt. In der Schnelladebetriebsart ist ein Kontaktpunkt des Relais 30 zu dem Schalter S2 geschaltet, über die Versorgungsleitung 42 wird eine konstante Spannung von 23 V zugeführt, und der Wert des konstanten Stroms wird, wie es nachstehend noch beschrieben wird, im Verlauf der Zeit in Schritten vergrößert.
Fig. 3 zeigt einen speziellen Aufbau des AC-Adapters/Laders 3, welcher nachstehend im einzelnen beschrieben wird.
Der Mikrocomputer 34 umfaßt einen Festwertspeicher ROM 51 zur Speicherung eines Programms und jedes ΔV-Werts der Ni- Cd-Batterie und der Ni-MH-Batterie, einen Schreib-/ Lesespeicher RAM 52 zur Speicherung einer Spannung BV, die in Abhängigkeit vom Eingangssignal des COMP-Anschlusses ermittelt wird, zur Speicherung einer Spitzenspannung PEEK der Eingangsspannung DV, zur Speicherung verschiedener Typen von Marken, beispielsweise INF, SHORTF, BATF und DELTA zur Verwendung bei der Steuerung der Aufladung, wie es nachstehend noch beschrieben wird, und einen Zeitgeber 53 einschließlich eines Sicherheitszeitgebers, eines Kurzzeitgebers und eines Ladezeitgebers und eines Werts -ΔV.
Die Batterieunterbrechungs-/-ΔV-Erfassungsschaltung 35 umfaßt eine Sägezahnspannungserzeugungsschaltung 60 bestehend aus einem Kondensator 601 und einem Transistor zur Ausgabe einer Referenzspannung V1 mit zägezahnförmigem Verlauf in Abhängigkeit von einem Pulssignal PWM, dessen Pulsweite moduliert ist zum seguentiellen Vergrößern des Tastverhältnisses des Mikrocomputers 34, einen Komparator 61 zum Vergleichen der sägezahnförmigen Bezugsspannung V1 mit einer durch Widerstandsteilung erhaltenen Spannung Vs auf der Leitung 42, und einen Transistor 62, der aus- und eingeschaltet wird in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Komparators 61 zur Eingabe desselben Ausgangssignals an den COMP-Anschluß. Die Batterieunterbrechnungs-/-ΔV-Erfassungsschaltung 35 führt ein das Vergleichsergebnis zwischen der widerstandsgeteilten Spannung Vs und der Bezugsspannung V1 kennzeichnendes Signal dem COMP-Anschluß zu.
Hierbei wird die Spannung Vs derart eingestellt, daß sie etwa gleich dem maximalen Wert der Bezugsspannung V1 ist, wenn die Spannung auf der Leitung 42 den Wert von 22 V annimmt, wobei ein Minimalwert von V1 gleich 0 V ist. Wird der DC-Stecker 29 vom DC-Stecker 5 entfernt (abgeschaltet), oder ist der Batteriestromkreis infolge der Entfernung der Batterie offen, dann wird im Ergebnis die auf der Leitung 42 vorliegende Spannung konstant den Wert von 23 V und 22 V überschreiten, so daß kontinuierlich ein hochpegeliges Signal dem COMP-Anschluß zugeführt wird. Wird der DC- Stecker 29 mit dem DC-Stecker 5 verbunden und befindet sich die Batterie in ihrer Halteeinrichtung, dann sinkt die Spannung auf der Leitung 42 auf die Batteriespannung, so daß folglich das Eingangssignal bezüglich des Potentials des COMP-Anschlusses zwischen positiv und negativ in Abhängigkeit von den Veränderungen der Bezugsspannung V1 veränderbar ist. Infolge dessen kann der Mikrocomputer erkennen, ob der DC-Stecker 29 eingesteckt ist, oder ob der Batteriestromkreis geöffnet ist oder nicht.
Wird das Potential des Eingangssignals des COMP-Anschlusses zwischen einem positiven und einem negativen Wert invertiert, dann wird die Bezugsspannung V1, die von 0 V angestiegen ist, der Spannung Vs äguivalent. Damit kann die Spannung der Leitung 41 aus einer entsprechenden Referenzspannung V1 ermittelt werden. Da die Bezugsspannung V1 durch das Pulssignal PWM bestimmt ist, kann ferner der Mikrocomputer 34 die Spannung auf der Leitung 42, d. h. die Batteriespannung aus dem Signal PWM erkennen, wenn das Potential des Eingangssignals des COMP-Anschlusses invertiert wird.
Die Batterieunterbrechungs-/-ΔV-Erfassungsschaltung erkennt die Spannung auf der Leitung 42 durch direktes Umwandeln der Spannung oder durch eine Spannungsteilung mittels Widerständen, und bewirkt sodann eine Analog/Digital- Umwandelung der zuvor umgesetzten Spannung.
Die Batteriekurzschluß-Erfassungsschaltung 36 umfaßt einen Komparator 64 zur Erfassung eines Einbruchs in der Spannung auf der Leitung 42 von weniger als 10 V, und Transistoren 65 und 66, die in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Komparators 64 ein- und ausgeschaltet werden. Der Transistor 65 ist mit einer Relais-Ansteuerungseinrichtung 38, und der Transistor 66 ist mit dem negativen Anschluß des Komparators 61 verbunden.
Die Konstantspannungsschaltung 31 und die Konstantstromschaltung 32 werden nachstehend beschrieben.
Die Konstantspannungsschaltung 31 umfaßt den Widerstand R1, die Fotodiode 210, und den Nebenschlußregler 70 in Reihe, und die Reihenwiderstände R2, R4 und R5 weisen eine Spannungsteilungsverbindung A auf, die mit dem Anschluß Vref des Nebenschlußreglers 70 verbunden ist. Die Spannung Vref des Nebenschlußreglers 70 ist immer konstant, und ein Wert der Widerstände wird verändert, um die Spannung am Knotenpunkt A konstant zu halten. Die Elemente R3 und C3 dienen der Verhinderung von Schwingungen.
Ein Transistor Q1 ist parallel zu dem Widerstand R5 geschaltet, und der Basis des Transistors Q1 wird ein Signal T0 des Mikrocomputers 34 über den Widerstand R7 zugeführt.
Bei einem derartigen Aufbau liegt ein Anstieg oder ein Einbruch der Spannung V0 auf der Leitung 42 an der Vergrößerung oder der Verkleinerung des durch die Fotodiode 210 fließenden Stroms infolge von Änderungen im Betrag des durch den Nebenschlußregler 70 fließenden Stroms infolge einer Änderung des Potentials des Knotens A, oder der Spannung Vref, und der durch die Fotodiode fließende Strom wird mittels eines Fototransistors 211 zur PWM- Steuerungsschaltung 20 zurückgeführt. Die PWM Steuerungsschaltung 20 arbeitet in der Weise, daß ein Schaltelement 19 ein- und ausgeschaltet wird zur Verminderung oder Vergrößerung der Spannung V0 zum konstanten Aufrechterhalten der Spannung V0.
Da gilt
V0 = {1 + R2 / (R4 + R5)} Vref,
ist (R4 + R5) nur auf R4 begrenzt, wenn der Transistor Q1 eingeschaltet ist. Da die Spannung Vref immer konstant ist, wird die Spannung V0 groß. Im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels verändert sich die Spannung V0 von 16 V bis 25 V durch Ausschalten des Transistors Q1.
Die Konstantstromschaltung 33 umfaßt eine Reihe von Widerständen R13, R12, R11, R10 und R9, die zwischen dem Anschluß C eines Stromerfassungswiderstands 32 zur Erfassung eines der Batterie zugeführten Ladestroms und dem Ausgangsanschluß des Konstantspannungsreglers 63 geschaltet sind, einen Komparator 71 mit einem positiven, mit Spannungsteilerknoten D der in Reihe geschalteten Widerstände verbundenen Anschluß und einem negativen Anschluß, der mit dem Anschluß B des Stromerfassungswiderstands 32 über einen Widerstand 8 verbunden ist, eine zwischen einem Knoten E, der zwischen der Fotodiode und der Kathode des Nebenschlußreglers 70 angeordnet ist, und dem Ausgangsanschluß des Komparators 71 geschaltete Diode 72 zum Erlauben eines Stroms, und Transistoren Q2, Q3 und Q4, die parallel mit den Reihenwiderständen R13, R12 und R11 geschaltet sind und an deren Basen jeweils ein Signal T1, T2 und T3 zugeführt wird.
Bei Durchführung einer Schnelladung des in der Batteriehalteeinrichtung eingesetzten Batteriesatzes 2 fließt bei der vorliegenden Schaltung ein Strom von der Leitung 41 in einer mittels eines Pfeils angezeigten Richtung zum Stromerfassungswiderstand 32 über den Batteriesatz 2. Ein Anstieg oder Abfall dieses Stroms verursacht eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Ausgangssignals des Komparators 71. In Abhängigkeit von dieser Änderung wird der durch die Fotodiode 210 über die Diode 72 fließende Betrag des Stroms ebenfalls vermindert oder vergrößert. Dieser Stromfluß wird zurückgeführt und dient der Verminderung oder Vergrößerung des durch den Stromerfassungswiderstand 32 fließenden Stroms, wodurch folglich der Strom konstant gehalten wird.
Ändern sich die Signale T1, T2 und T3 vom H-Pegel zum L- Pegel, dann werden die Transistoren Q2, Q3 und Q4 eingeschaltet, wodurch die Widerstände R13, R12 und R10 kurzgeschlossen werden, so daß die Bezugsspannung am Knoten D, der der positive Anschluß des Komparators ist, ansteigt.
Folglich wird der Wert des konstanten, durch den Stromerf assungswiderstand 32 fließenden Stroms vergrößert.
In der Praxis wird entsprechend der Signale T1, T2 und T3 der Wert des konstanten Stroms geändert, beispielsweise 1 A = 0.6 C, 1.7 A = 1 C und 2.5 A 1.5 C in Schritten. Sind zu diesem Zeitpunkt alle Signale T0 bis T3 auf hohem Pegel, dann wird der Wert des Konstantstroms derart ausgewählt, daß gilt 3 A = 0.2 C.
Bei diesem Ausführungsbeispiel können zwei Batterietypen, d. h. eine Ni-Cd-Batterie und eine Ni-MH-Batterie verwendet werden, wobei jeder Batterietyp gemäß Fig. 5 entsprechend seiner eigenen Kennlinie erkannt werden kann.
Insbesondere ist ein Mikroschalter 91 am Halteteil des Batteriesatzes angeordnet. Im Falle der Ni-Cd-Batterie 200, wie in Fig. 5A dargestellt, weist die Batterie keinen hervorstehenden Bereich zum Drücken des Schalters 91 auf, jedoch in dem Falle der Ni-MH-Batterie 201 besitzt die Batterie einen hervorstehenden Bereich, wie in Fig. 5B dargestellt, der an einer Stelle entsprechend dem Schalter angeordnet ist.
Wird in die in der Haupteinheit entsprechend der Angabe durch einen Pfeil angeordneten Halteeinrichtung eine Ni-Cd- Batterie 200 eingesetzt, dann wird der Schalter 91 durch die Batterie 200 nicht geschlossen, so daß der Schalter 91 geöffnet bleibt. Wird jedoch in die Halteeinrichtung eine Ni-MH-Batterie 201 eingesetzt, dann drückt der hervorstehende Bereich 202 den Schalter 91 und schaltet ihn ein. Das in Verbindung mit dem EIN-AUS-Zustand des Schalters 91 gebildete Ausgangssignal wird sodann dem Mikrocomputer 34 über HP4 und P4 des DC-Steckers zugeführt. Der Schalter 91 kann auch manuell betätigt werden.
Gemäß einer erneuten Bezugnahme auf Fig. 3 besteht eine Leuchtdiode LED 37 aus einer roten Leuchtdiode LED 370 und einer grünen Leuchtdiode LED 371, und eine LED- Ansteuerungsschaltung 39 wird mittels zweier Transistoren 390 und 391 gebildet.
Entsprechend dem in Fig. 1 gezeigten Ablaufdiagramm und den Spannungsverläufen gemäß Fig. 4 wird die Wirkungsweise der Ladungssteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nachstehend im einzelnen beschrieben.
Wird ein AC-Stecker (Wechselspannungsstecker) 4 in eine Leistungsversorgungssteckdose eingesteckt, dann wird der AC-Adapter/Lader 3 zurückgesetzt und eingeschaltet, und der interne Zustand wird aufgefrischt. Der Mikrocomputer 34 ändert sodann das Signal T0 auf den niedrigen Pegel. Im Ergebnis wird der Transistor 38 ausgeschaltet, und das Relais 30 stellt eine Verbindung mit einem Kontakt S1 her, worauf der AC-Adapter/Lader 3 in die Adapter-Betriebsart eintritt zur Zufuhr einer konstanten Spannung von 16 V von der Leitung 41 zum Steckeranschluß P1 infolge des ausgeschalteten Transistors Q1. In dieser Betriebsart wird bei einer in die Halteeinrichtung eingesetzten Batterie ein Kleinladungsstrom unter 0.1 C dem Batteriesatz 2 von der Leitung 42 über die Spule 23, die Gleichrichterschaltung 25, die Glättungsschaltung 27, den Kleinladungssteuerungswiderstand 40 und den Anschluß P2 zugeführt.
Gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Ablaufdiagramm bewertet der Mikrocomputer 34, ob der DC-Stecker 29 des AC-Adapters/ Laders 3 mit dem DC-Stecker 6 der Haupteinheit 1 verbunden ist auf der Basis des Eingangssignals am Anschluß COMP und ob der Batterieschaltkreis unterbrochen ist oder nicht. Ist eine Verbindung des DC-Steckers 6 hergestellt und ist die Batterie 2 in die Halteeinrichtung eingesetzt, dann wird der EIN-AUS-Zustand des Leistungsschalters 9 der Haupteinheit 1 bewertet. Wird erkannt, daß der Leistungsschalter ausgeschaltet ist, dann wird überprüft, ob die interne Verhinderungsmarke gleich 0 ist oder nicht. Ist die Verhinderungsmarke INF gleich 0, dann geht die Ladungssteuerungsvorrichtung in die Schnelladebetriebsart über. Die Verhinderungsmarke INF wird auf 1 gesetzt, wenn die normale Schnelladung vollendet ist, und wird auf 0 gesetzt, wenn der DC-Stecker 6 ausgesteckt oder wenn der Batteriesatz 2 entfernt ist. Somit wird das Erfordernis der Schnelladung in Abhängigkeit davon entschieden, ob die Verhinderungsmarke INF gleich 0 ist.
Im Rahmen der Schnelladebetriebsart schaltet der Mikrocomputer 34 den Kontakt des Relais 30 von S1 nach S2 durch Ändern des Signals H0 auf den hohen Pegel und Ansteuern der Relaisansteuerungsschaltung 38, und vergrößert die Versorgungsspannung der Leitung 41 auf 25 V durch Einschalten des Transistors Q1 der Konstantspannungsschaltung 31, falls der Batteriestromkreis unterbrochen ist. Ferner schaltet der Mikrocomputer 34 die Transistoren Q2 bis Q4 durch Ändern der Signale T2 bis T4 auf den hohen Pegel ein zum Starten einer 0.2 C-Schnellladung. Gleichzeitig mit dem Beginn der Schnelladung wird der Betrieb eines Sicherheitszeitgebers 530 und eines Ladezeitgebers 531 gestartet. Das Potential der Leitung 42 nimmt dasselbe Potential wie das der Batterie 2 an.
Nach Beendigung der 0.2 C-Ladung bewertet der Mikrocomputer 34 den Typ der Batterie auf der Basis eines Eingangssignals über den Batterietyp-Erfassungsschalter, das am Anschluß P4 anliegt. Im Falle einer Ni-Cd-Batterie ändert der Mikrocomputer die Marke BATF auf 0, und veranlaßt die rote LED 370 durch Ansteuerung mittels der LED-Ansteuerungsschaltung 390 zum Leuchten. Im Falle der Ni-MH-Batterie ändert der Mikrocomputer die Marke BATF auf 1, und veranlaßt die Leuchtdioden LED 370 und 371 zum Leuchten, wobei sie mittels der Ansteuerungsschaltungen 390 und 391 angesteuert werden, so daß die Leuchtdiode LED 37 leuchtet.
Der Mikrocomputer 34 führt unter Verwendung des Ladezeitgebers eine Bewertung durch, ob zwanzig Sekunden seit dem Starten der 0.2 C-Ladung abgelaufen sind, und der Transistor Q2 wird mittels des vom hohen auf den niedrigen Pegel geänderten Signals T1 eingeschaltet zur Vergrößerung des Werts des konstanten Stroms auf 0.6 C, wenn bereits zwanzig Sekunden abgelaufen sind. Nach jedem Ablauf von jeweils zwanzig Sekunden durch den Ladezeitgeber werden die Signale T2 und T3 vom niedrigen auf den hohen Pegel geändert und der Konstantstromwert wird von 1 C zu 1.5 C in Schritten, wie es in Fig. 4A dargestellt ist, vergrößert.
In Abhängigkeit von der Vergrößerung des Konstantstromwerts zeigt eine Batteriespannung BV eine allmähliche Vergrößerung, wie es in Fig. 4A dargestellt ist, und es ist anzumerken, daß hierbei keine Pseudospitzenspannung auftritt, wie es gemäß Fig. 6A infolge der plötzlichen Zufuhr eines großen Strombetrags im Anfangsbereich der Ladung gemäß dem Stand der Technik möglich ist. Die Unterdrückung der Pseudospitzenspannung wird noch weiter wirksam erzielt durch Vergrößern der Anzahl der Schritte beim Ändern des Werts des konstanten Stroms
Während jedes Zyklusses des Schnelladungszyklusses zwischen 0.1 C und 0.5 C, entsprechend der Schritte A, B und D, werden der Schaltzustand des DC-Steckers, der Zustand eines offenen Batteriestromkreises und der Zustand des Hauptschalters ständig erfaßt. Im Falle eines Aussteckens des DC-Steckers, des Entfernens der Batterie oder des Einschaltens des Hauptschalters wird die Schnelladung beendet und die Leuchtdiode LED 37 ausgeschaltet.
Der Mikrocomputer 34 speichert einen größeren Wert im RAM 52 als PEEK-Wert mittels einer Abtastung der Batteriespannung BV während konstanter Zyklen und Vergleichen eines zuvor abgetasteten Werts mit dem gerade abgetasteten Wert. Ist der gerade abgetastete Wert niedriger als der PEEK- Wert, dann erkennt der Mikrocomputer das Auftreten einer Spitzenspannung.
Nachdem sich eine Spitzenspannung ergeben hat, wird eine Bewertung durchgeführt, ob eine Differenz zwischen dem Spitzenwert und der neuesten abgetasteten Batteriespannung BV entweder den Wert ΔV für Ni-MH-Batterie oder den Wert ΔV für eine Ni-Cd-Batterie übersteigt oder nicht, wobei die Werte im voraus im Festwertspeicher ROM gespeichert sind.
Ist die Differenz kleiner ΔV, dann wird das Auftreten von -ΔV erkannt.
Die Entscheidung, daß entweder der Wert ΔV für die Ni-MH Batterie oder ΔV für Ni-Cd-Batterie verwendet wird, wird entsprechend dem Zustand der Marke BATF zur Angabe des Typs der Batterie getroffen. Übersteigt der Differenzwert kontinuierlich den Wert ΔV während einer Minute entsprechend dem ΔV-Zeitgeber, dann wird bewertet, daß die Batterie vollständig aufgeladen ist. Die Verhinderungsmarke wird sodann auf 1 geändert und die Schnelladung ist vollendet, wie es in Fig. 4A gezeigt ist. Im einzelnen nimmt der AC-Adapter/Lader erneut die Ladebetriebsart ein, nachdem die Signale T0 auf einen niedrigen, und die Signale T1 bis T3 auf einen hohen Pegel gesetzt wurden, der Kontakt des Relais 30 auf S1 geschaltet wurde und die Kleinladung (Schwachladung) der Batterie 2 bewirkt wurde.
Der Ablauf von einer Minute wird erfaßt unter Verwendung der Marke DELTA, die auf 0 gesetzt wird, wenn kein Wert -ΔV auf der Basis einer entsprechenden Bewertung des DELTA- Zustands auftritt, der Einstellung von DELTA auf 1, wenn -ΔV auftritt, unter Verwendung des Startens des Zeitgebers und der Bewertung des Ablaufens von einer Minute.
Wird keine Spitzenspannung oder das Auftreten des Werts -ΔV ermittelt, nachdem achtzig Minuten vom Beginn der Schnelladung an abgelaufen sind, dann beendet ein Sicherheitszeitgeber 530 die Schnelladung.
Während jedes Ladezyklusses von 0.2 C bis 045 C wird die Bewertung, ob die Batterie in einem abnormalem Zustand ist, d. h. kurzgeschlossen ist, entsprechend der Entscheidung, ob die Batteriespannung BV kleiner als 10 V ist oder nicht, durchgeführt.
Im einzelnen überprüft ein Kurzschlußzeitgeber, ob der Zustand, in welchem die Batteriespannung BV kleiner als 10 V ist oder nicht, länger als dreißig Sekunden andauert. Liegt dies vor, dann wird das Auftreten einer kurzgeschlossenen Batterie zur Beendigung der Schnelladung erkannt, und die Leuchtdiode LED 37 blinkt in rot in dem Falle, daß es sich um eine Ni-Cd-Batterie handelt, und blinkt in grün, in dem Falle, daß es sich um eine Ni-MH- Batterie handelt, in Abhängigkeit vom Batterietyp und entsprechend der Marke BATF. Die blinkende Leuchtdiode wird ausgeschaltet durch Herausziehen des DC-Steckers oder Entfernen der Batterie.
Nach Beendigung des Schnelladezyklusses kehrt der Steuerungsablauf des Mikrocomputers 34 zum Start des in Fig. 1A gezeigten Ablaufdiagramms zurück. Sodann wird eine Bewertung bezüglich des Schaltzustands des DC-Steckers und des Zustands des offenen Batterieschaltkreises durch geführt. Ist der DC-Stecker ausgesteckt oder liegt ein offener (unterbrochener) Batterieschaltkreis vor, dann wird dieselbe Bewertung durch Ändern der Verhinderungsmarke INF auf 0 wiederholt. Ist der DC-Stecker eingesteckt (verbunden), und liegt kein offener Batterieschaltkreis vor, dann werden der Zustand des Leistungsschalters und der Verhinderungsmarke INF nachfolgend bewertet. Ist der Leistungsschalter 9 eingeschaltet und ist die Verhinderungsmarke INF gleich 1, dann kehrt der Ablauf ohne Ändern der Verhinderungsmarke INF zum Start zurück. Der AC- Adapter/Lader tritt in die Schnelladebetriebsart lediglich dann ein, wenn die Verhinderungsmarke INF gleich 0 ist.
Dies bedeutet, daß in dem Falle, daß die Batterie 2 einmal schnell aufgeladen wurde, die Vorrichtung derart ausgelegt ist, daß eine unangemessene Schnelladung ohne Entfernen entweder des DC-Schalters oder der Batterie 2 verhindert wird. Mit anderen Worten, falls die Ladungssteuerungsvorrichtung mit einem ausgesteckten DC-Stecker nach einer Schnelladung verwendet wird, wird die Schnelladung ohne weiteres durch Einstecken des DC-Steckers oder Ersetzen der Batterie mit einer neuen Batterie bei eingestecktem DC- Stecker bewirkt.
Fig. 4B zeigt einen Überladungszustand, bei welchem der Versuch unternommen wird, eine bereits vollgeladene Batterie mittels einer Schnelladung erneut zu laden. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung tritt lediglich eine allmähliche Vergrößerung der Batteriespannung auf, da der Ladestrom allmählich in Schritten im Anfangsstadium der Schnelladung, wie vorstehend erwähnt, vergrößert wird. Im Ergebnis kann eine Vergrößerung der Temperatur infolge der Ladung so weit wie möglich unterdrückt werden im Vergleich zu bekannten Batterieladegeräten, wie sie in Fig. 6B gezeigt sind, wodurch eine Verschlechterung der Lebensdauer der Batterie verhindert wird.
Bei den bekannten Vorrichtungen wurde eine 1.5 C- Schnelladung notwendigerweise während einiger Minuten, die mittels des -ΔV-Erfassungszeitgebers bestimmt wurden, fortgesetzt, auch wenn die Spitzenspannung aufgetreten ist.
Im Gegensatz dazu kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Ladung mittels Durchführen einer -ΔV-Erfassung in Abhängigkeit vom Auftreten der Spitzenspannung mit Ausnahme einer Wartezeitdauer von sechzig Sekunden in der schrittweisen Ladebetriebsart vollendet werden. Somit wird die Zeitdauer einer Überladung vermindert und es ist hierdurch möglich, einen Anstieg der Temperatur besser zu unterdrücken.

Claims

1. Elektronisches Gerät mit einer Ladungssteuerungsvorrichtung, mit:

einem in einer Haupteinheit (1) des elektronischen Geräts angeordnetem Leistungsschalter (9),

einer Sekundärbatterie (2), die in austauschbarer Weise in der Haupteinheit des elektronischen Geräts angeordnet ist,

einer Ladungsschaltung (3) zum Zuführen eines Ladestroms für eine Schnelladung der Sekundärbatterie und Verwendung einer externen Leistungsquelle, und

einer ersten Erfassungseinrichtung (10) zur Erfassung des EIN-AUS-Zustands des Leistungsschalters,

einer zweiten Erfassungseinrichtung (34, 35; 61) zur Erfassung des eingesetzten Zustands der Sekundärbatterie,

einer Erkennungseinrichtung (34, 35) zur Durchführung einer Bewertung bezüglich der Vollendung der Ladung,

einem Adapter (3) zur Zuführung externer elektrischer Leistung zur Haupteinheit (1) des elektronischen Geräts,

einer dritten Erfassungseinrichtung (34, 35; 61) zur Erfassung des Verbindungszustands zwischen dem Adapter (3) und der Haupteinheit (1) des elektronischen Geräts, und

einer Ladungssteuerungseinrichtung (34) zum Empfangen von Signalen der ersten, zweiten und dritten Erfassungseinrichtung und der Erkennungseinrichtung und zur Steuerung der Ladeschaltung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der ersten, zweiten und dritten Erfassungseinrichtung zur Bewirkung einer Ladungsverhinderung,

dadurch gekennzeichnet, daß

eine Markensteuerungseinrichtung (34) vorgesehen ist zum Empfangen von Signalen der zweiten und dritten Erfassungseinrichtung (34, 35; 61) und der Erkennungseinrichtung (34, 35), und zum Bewirken der Einstellung einer Ladungsverhinderungsmarke (INF), wenn die Schnellladung vollendet ist, und wobei die Markensteuerungseinrichtung (34) ausgelegt ist zum Wiederholen einer Bewertung bezüglich des mittels der zweiten und dritten Erfassungseinrichtung (34, 35; 61) ermittelten Zustands, so lange der Batteriezustand als eingesetzt und der Adapter (3) als verbunden bewertet wird, und zum Rücksetzen der Marke (INF) falls die Sekundärbatterie entfernt oder der Adapter ausgesteckt wird, und

die Ladungsteuerungseinrichtung (34) in Abhängigkeit vom Zustand der Ladeverhinderungsmarke (INF) betrieben wird zum Beginnen der Schnelladung lediglich dann, wenn die Sekundärbatterie (2) eingesetzt, der Hauptleistungsschalter (9) ausgeschaltet und der Adapter (3) erneut eingesteckt und die Ladeverhinderungsmarke (INF) zurückgesetzt ist.

2. Elektronisches Gerät nach Anspruch 1, bei dem die zweite Erfassungseinrichtung (34, 35) eine Einrichtung (61) umfaßt zur Erfassung einer Spannung an der Ausgangsseite (P2) der Ladungsschaltung (3) und zum Vergleichen der Spannung mit einem vorbestimmten Wert, und wobei die zweite Erfassungseinrichtung (34, 35) auf der Basis des Vergleichsergebnisses ermittelt, ob die Batterie (2) eingesetzt ist oder nicht.

3. Elektronisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die zweite und dritte Erfassungseinrichtung (34, 35; 61) aus einzelnen Komparatoreinrichtung (61) besteht zur Erfassung einer Spannung an der Ausgangsseite (P2) der Ladeschaltung (3) und zum Vergleichen der Spannung mit einem vorbestimmten Wert, und wobei die zweite und dritte Erfassungseinrichtung (34, 35; 61) den herausgenommenen Zustand der Sekundärbatterie (2) und das Ausstecken des Adapters aus der Haupteinheit (1) des elektronischen Geräts auf der Basis des von der Komparatoreinrichtung (61) erhaltenen Ergebnisses ermitteln.

4. Elektronisches Gerät nach Anspruch 3, bei dem die Erkennungseinrichtung (34) die Spannung der Sekundärbatterie (2) überwacht und einen Einbruch in der Spannung um einen vorbestimmten Wert bezüglich eines Maximalwerts ermittelt.

5. Elektronisches Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Ladeschaltung (3) in demselben Block vorgesehen ist, in dem der Adapter angeordnet ist.

6. Elektronischesgerät nach Anspruch 5, das ferner umfaßt: einen Schalter (30) zum Schalten zwischen der Leistungsversorgung zur Haupteinheit (1) des elektronischen Geräts durch den Adapter und der Versorgung mit einem Schnelladungsstrom von der Ladeschaltung (3), wobei die Ladungssteuerungseinrichtung (34) den Schaltvorgang des Schalters (30) steuert.

7. Elektronisches Gerät nach Anspruch 6, mit einer Kleinladungseinrichtung (23, 25, 27, 34, 40, 42) zum Zuführen eines sehr kleinen Ladestroms zur Sekundärbatterie (2), wenn der Adapter der Haupteinheit (1) des elektronischen Geräts Leistung zuführt.