FI99176C - Menetelmä erityyppisten akkujen nopeata lataamista varten - Google Patents

Description

99176

Menetelmä erityyppisten akkujen nopeata lataamista varten - Förfarande för snabb laddning av batterier av olika typ

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä eri-5 tyyppisten ladattavien akkujen nopeata lataamista varten ja erityisesti menetelmä akun lataamisen lopettamiseksi, kun ilmaistaan akun jännitteen määrätty alenema, kun akku on latautunut täyteen ja varaus alkaa pienentyä.

Tunnetaan useita menetelmiä ladattavien akkujen, kuten esimerkiksi nikkeli-kad-mium(Ni-Cd)akkujen lataamiseksi. Usein akkuja ladataan erillisillä latureilla, esim.

10 matkaviestimien/matkapuhelimien akkujen lataamiseen tarkoitetuissa pöytälatureis-sa. Akkujen irrottaminen puhelimesta latauksen ajaksi koetaan eräissä tapauksissa hankalaksi, sillä tällöin laitetta ei voida käyttää latauksen aikana. On kuitenkin kehitetty useita eri latureita, jotka voidaan kiinnittää akkukäyttöiseen laitteeseen ja joiden avulla akut ladataan niiden ollessa paikallaan laitteessa, esim. matkapuhelimes-15 sa. Tällä tavoin puhelinta voidaan käyttää akkuja ladattaessa.

Aikaisemmin ongelmana oli se, että latureissa käytettiin varsin pieniä latausvirtoja, jolloin akkukäyttöinen laite oli varsin kauan pois käytöstä, esimerkiksi kahdeksan tuntia tai kauemminkin, sillä aikaa kun akut olivat latauksessa. Tämän takia on kehitetty nopeita latureita eli pikalatureita, jotka voivat ladata akut varsin nopeasti, 1-3 20 tunnin aikana.

Pikalatauksen mahdollistamiseksi oli ratkaistava useita ongelmia. Eräs vaikeimmista ongelmista oli akkujen ylilatautuminen, joka johtaa akkujen ylikuumenemiseen. Ylikuumeneminen voi vaurioittaa akkujen tiivistimiä, aiheuttaa akkujen kuoren murtumisen ja pahimmassa tapauksessa jopa akkujen kuoren räjähdyksenomaisen murtu-25 misen.

Tunnetuissa pikalatureissa useimmat näistä ongelmista on ratkaistu tarkkailemalla akun tiettyjä parametrejä, kuten akun varausta ja akun sisäistä lämpötilaa. Joissakin pikalatureissa akkujen ylilatautuminen on pyritty estämään käyttämällä laturissa tietyn pituista rajoitettua latausaikaa. Tämäkään ei kuitenkaan pysty estämään akun 30 ylilatautumista. Ongelmana on siis lataamisen lopettaminen oikealla hetkellä, kun akku on täyteen ladattu.

Eräs tunnetuimmista menetelmistä lataamisen lopettamiseksi on niin sanottu -AV-menetelmä, eli negatiivisen muutosjännitteen menetelmä. Tätä on suhteellisen hy- 2 99176 väliä menestyksellä käytetty Ni-Cd-akkuja varten, niin että akkua varataan vakiovir-ralla, kunnes sen jännite on saavuttanut huippuarvonsa ja alkaa pienentyä. Tämä yli-lataamisesta johtuva jännitteen alenema on täyteen varatulle Ni-Cd-akulle tyypillinen, se voidaan ilmaista ja näin ollen sitä voidaan käyttää kriteerinä lataamisen lo-5 pettämiseksi. Nikkeli-kadmiumakulla jännitteen ennalta määrätyksi alenemaksi on monissa sovellutuksissa asetettu 20 mV, joka siis toimii edellä mainittuna kriteerinä. Tätä menetelmää on havainnollistettu kuvassa 1.

Kuvan 1 vaiheessa 1 käynnistetään akun lataus. Vaiheessa 2 latausta jatketaan ja vaiheessa 3 lataus saavuttaa huippuarvonsa. Vaiheessa 4 tarkkaillaan, onko akun 10 jännite alkanut pienentyä. Ellei näin ole, latausta jatketaan. Jos jännite on pienentynyt, eli ilmaistaan ennalta määrätty alenema -AV, esim. -20 mV, lataus lopetetaan vaiheessa 5.

Nykyisin Ni-MH-akut ovat yleistymässä. Ni-Cd-ja Ni-MH-akkujen välinen ero on kuitenkin siinä, että Ni-MH-akulla ylilatautumisesta aiheutuva jännitteen alenema 15 on varsin pieni, huomattavasi pienempi kuin Ni-CD-akulla. Jotta Ni-MH-akkuja voitaisiin ladata samalla laturilla, jolla aikaisemmin ladattiin Ni-Cd-akkuja, on mainittu ilmaistava jännitteen alenema (-AV) asetettava varsin alhaiseksi. Tämä tekee ilmaisimesta varsin herkän myös häiriöille. Häiriöt voivat johtua ulkoisista sähkökentistä, lämpötilasta jne. Lisäksi alenema voi esiintyä jo akulle ominaisena ilmiönä 20 kesken latauksen. Näin ollen on riskinä, että lataus virheellisesti lopetetaan ennen kuin akku on varautunut täyteen, jopa latauksen puolivälissä tai latauksen alussa.

Toinen tunnettu menetelmä lataamisen lopettamiseksi on huippuarvoilmaisun käyttäminen. Kuvassa 2 on esitetty tällainen tunnetun tekniikan mukaisen latausmenetel-män vuokaavio. Ensiksi akun lataus käynnistetään vaiheessa 1, jonka jälkeen akkua 25 ladataan vaiheessa 2, kunnes tietty latausehto on täyttynyt vaiheessa 6, esimerkiksi niin että akun varaus on kasvanut 5 %. Seuraavaksi akun varausta tarkastellaan vaiheessa 7, ja kun varaus ei enää kasva, niin akun oletetaan latautuneen täyteen varaukseensa ja päätetään latauksen lopettamisesta vaiheessa 5.

Kuvan 2 menetelmässä jännitteiden vertailuajan on oltava riittävän pitkä. Ni-Cd-ja 30 Ni-MH-akkujen jännite kasvaa, kunnes akku saavuttaa täyden varauksen. Jännitteen lisäys on kuitenkin varsin pientä latauksen keskivaiheilla. Mittaustulosten mukaan tällöin voi helpostikin näyttää, että jännite on pysynyt samana tai jopa pienentynyt, varsinkin kun häiriöt vaikuttavat mittaustuloksiin, kuten jo edellä kuvan 1 yhteydessä todettiin. Näin ollen huippuilmaisun vertailuajan on oltava riittävän pitkä, jotta 35 latausta ei keskeytettäisi liian aikaisin. Menetelmän haittana on tällöin se, että kun 3 99176 akku on täyteen ladattu, on latausta jatkettava vielä valitun vertailuajan, jotta voitaisiin varmistaa täysi lataus. Tämä johtaa siihen, että akku aina ylilatautuu pitkän vertailuajan takia.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan sellainen menetelmä ladatta-5 vien akkujen lataamiseksi ja varsinkin lataamisen lopettamiseksi, jonka avulla edellä esitetyt ongelmat voidaan välttää.

Asetetun tehtävän saavuttamiseksi on keksinnön menetelmälle tunnusomaista, että ilmaistaan jännitteen alenema -AV, mitataan sen ajan pituus, jolloin jännitteen alenema ilmaistaan, integroidaan ilmaistu jännitteen alenema -AV mitatun ajan yli, ver-10 rataan integroimistulosta ennalta määrättyyn kokonaisarvoon ja lopetetaan akun lataaminen, kun integroimistulos ylittää mainitun kokonaisarvon. Menetelmän avulla voidaan ladata ainakin Ni-Cd-ja Ni-MH-akkuja samalla laturilla.

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan käyttää matkaviestimien akkujen lataamista ja lataamisen lopettamista varten.

15 Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisesti viitaten oheiseen piirustukseen, jossa: kuvat 1 ja 2 havainnollistavat tekniikan tason edellä esitettyjä menetelmiä, ja kuva 3 esittää keksinnön mukaisen latausmenetelmän vuokaavion.

Keksinnön mukaista ratkaisua kuvataan seuraavassa viitaten kuvaan 3, joka esittää 20 keksinnön mukaisen ratkaisun toteutusta yksinkertaistetun vuokaavion muodossa.

Uudessa menetelmässä ensiksi käynnistetään lataus vaiheessa 1, jonka jälkeen akkua ryhdytään lataamaan vaiheessa 2. Kun akku on latautunut täyteen ja varaus alkaa pienentyä, tämä ilmaistaan keksinnön mukaan jännitteen alenemana -AV varauksen pienenemisen ilmaisun vaiheessa 8. Seuraavaksi mitataan aika, jolloin varauksen 25 alenemaa havaitaan vaiheessa 9. Tämän jälkeen integroidaan mitattu jännitteen alenema -AV mitatun pienenemisajan yli vaiheessa 10. Seuraavaksi integrointitulosta tarkastellaan vaiheessa 11, eli sitä verrataan ennalta määrättyyn kokonaisarvoon. Jos integrointitulos ylittää mainitun kokonaisarvon vaiheessa 11, lataus lopetetaan vaiheessa 5. Tämä tarkoittaa, että akun jännitteen pieneneminen on ollut riittävän no-30 peaa ja akun oletetaan latautuneen täyteen varaukseensa. Ellei integrointitulos ylitä mainittua kokonaisarvoa vaiheessa 11, palataan vaiheeseen 2, eli latausta jatketaan. Lisäksi integrointia jatketaan vain ennalta määrätty tarkkailuaika ja jos integrointi- 4 99176 tulos ei saavuta mainittua kokonaisarvoa tarkkailuajan puitteissa, integrointi lopetetaan, koska tällöin voidaan olettaa, että ilmaistu alenema johtui ulkoisesta häiriöstä tai jostain akun sisäisestä ilmiöstä. Tässä tilanteessa latausta jatketaan ja integrointi aloitetaan alusta, kun uusi ennalta määrätty alenema on ilmaistu.

5 Keksinnön mukaisessa ratkaisussa on ideana ilmaista mahdollisimman pieni ennalta määrätty jännitteen alenema ja integroida sitä mitatun ajan yli. Jos jännitteen alenema on hyvin pieni, lähellä nollaa, tunnetun tekniikan mukaisissa ratkaisuissa ei voida olla varmoja, onko jännitteen alenema aiheutunut ulkoisesta häiriöstä vai jostain muusta akun jännitekäyrän epävakaudesta. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa vai-10 heessa 10 saadaan integroimalla jännitteen alenemisnopeus, jonka avulla vaiheessa 11 voidaan tehdä päätös latauksen lopettamisesta, minkä jälkeen siirrytään lopetus-vaiheeseen 5. Jos jännitteen aleneminen on nopeampi kuin tietty ennalta määrätty kokonaisarvo, voidaan olla varmoja, että akku on varautunut täyteen.

15 Keksinnön mukaisen ratkaisun avulla voidaan estää akun ylilatautuminen varmasti ja tehokkaasti. Tämän ratkaisun etuna on se, että integroimisaika voi olla suhteellisen lyhyt ja näin ollen ylilatautuminen jää varsin vähäiseksi. Toisaalta samaa ennalta määrättyä alenemaa voidaan soveltaa sekä Ni-Cd- ja Ni-MH-akkujen lataukseen samalla laturilla ja/tai samalla lataamisen ohjausohjelmalla.

Claims (6)

99176

1. Menetelmä akun lataamisen (2) lopettamiseksi, kun ilmaistaan akun jännitteen määrätty alenema, kun akku on latautunut täyteen ja varaus alkaa pienentyä, tunnettu siitä, että 5. ilmaistaan jännitteen alenema -AV (vaiheessa 8), - mitataan sen ajan pituus, jolloin jännitteen alenema ilmaistaan (vaiheessa 9), - integroidaan ilmaistu jännitteen alenema -AV mitatun ajan yli (vaiheessa 10), - verrataan (vaiheessa 11) integroimistulosta ennalta määrättyyn kokonaisarvoon, ja - lopetetaan (vaiheessa 5) akun lataaminen, kun integroimistulos ylittää mainitun 10 kokonaisarvon.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ilmaistavaksi ennalta määrätyksi alenemaksi valitaan mahdollisimman pieni jännitteen alenema -AV, joka voidaan ilmaista.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lisäksi 15 integrointia (vaiheessa 10) jatketaan vain ennalta määrätty tarkkailuaika ja jos in- tegrointitulos ei saavuta mainittua kokonaisarvoa tarkkailuajan puitteissa, integrointi lopetetaan ja aloitetaan alusta, kun uusi ennalta määrätty alenema sen jälkeen on ilmaistu (vaiheessa 8).

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 20 sitä sovelletaan eri tyyppisten akkujen lataamisen lopettamiseen.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmällä ladataan ainakin Ni-Cd-ja Ni-MH-akkuja samalla laturilla ja/tai samalla lataamisen ohjausohjelmalla.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaisen menetelmän käyttö matkavies- 25 timien akkujen lataamista ja lataamisen lopettamista varten. * 99176