JP2013501493A - 電力デバイスを有する充電装置 - Google Patents

Abstract

入力電圧源（１１０）から出力された入力電圧（ＵＩＮ）からバッテリーパック（１９０）の充電用の充電電圧（ＵＬ）を生成するための電力デバイス（１５３）を有する充電装置（１５０）であって、前記電力デバイス（１５３）と前記入力電圧源（１１０）とは、制御ユニット（１５５）によって制御される分離装置（１５１）を介して導電接続可能であるように構成されており、前記分離装置（１５１）は、接続モードにおいて前記電力デバイス（１５３）と前記入力電圧源（１１０）とを導電接続し、分離モードにおいて該電力デバイス（１５３）と該入力電圧源（１１０）とを分離するように構成されており、前記制御ユニット（１５５）は少なくとも、スタンバイ電流供給のためにエネルギー蓄積器（１５７）に接続されており、前記制御ユニット（１５５）は、前記充電装置（１５０）が充電モードからスタンバイモードに移行する場合、前記分離装置が前記接続モードから前記分離モードに切り替わるように該分離装置（１５１）を制御するように構成されていることを特徴とする、充電装置。

Description

先行技術
本発明は、入力電圧源から出力された入力電圧からバッテリーパック充電用の充電電圧を生成するための、電力デバイスを備えた充電装置に関する。この充電装置では、電力デバイスと入力電圧源とは、制御ユニットによって制御される分離装置を介して導電接続可能であり、該分離装置は、接続モードにおいて該電力デバイスと該入力電圧源とを導電接続し、分離モードにおいて該電力デバイスと該入力電圧源とを分離するように構成されている。

ＤＥ１０１００７６７Ａ１に、電力デバイスがスタンバイモードで動作する際には、機械的スイッチの開放によって、入力側の電圧供給電源から分離される充電装置が記載されている。前記充電装置と充電すべきバッテリーパックとを導電接続する際には、該充電装置側に設けられた電流検出器または電圧検出器がバッテリーパックを検出し、該バッテリーパックの残留電圧によって制御ユニットを作動させることにより、前記機械的スイッチを閉成させ、それによって該充電装置を、該充電装置が該バッテリーパックに充電する充電モードに移行させる。

この従来技術の欠点は、とりわけ深放電したバッテリーパックの検出は困難であり、該検出に誤差が生じてしまうことである。また、バッテリーパックに残存する残留電圧が制御ユニットを作動させるのに十分でない場合があり、このことにより、バッテリーパックの安全かつ高信頼性の充電を必ず保証できるとは限らない。

発明の概要
したがって本発明の課題は、バッテリーパックの安全かつ高信頼性の充電を保証できるバッテリーパック充電用の新規の充電装置を提供することである。

前記課題は、入力電圧源から出力された入力電圧からバッテリーパック充電用の充電電圧を生成するための電力デバイスを有する充電装置によって解決される。前記電力デバイスと前記入力電圧源とは、制御ユニットによって制御される分離装置を介して導電接続可能であり、該分離装置は、接続モードにおいて該電力デバイスと該入力電圧源とを導電接続し、分離モードにおいて該電力デバイスと該入力電圧源とを分離する。前記制御ユニットは少なくとも、スタンバイ電流供給のために相応のエネルギー蓄積器に接続されており、該制御ユニットは、前記充電装置が充電モードからスタンバイモードに移行する際に、前記分離装置が接続モードから分離モードに切り換えられるように該分離装置を制御するように構成されている。

このことによって本発明は、スタンバイモードにおいて入力電圧源からの電力消費が完全に阻止される充電装置を実現することができる。

前記制御ユニットは有利には、前記充電装置がスタンバイモードから充電モードに移行する際に、前記分離装置が分離モードから接続モードに切り換えられるように該分離装置を制御するように構成されている。

このことにより、前記充電装置が充電モードに移行する際に該充電装置が簡単かつ迅速に作動するのを保証することができる。

前記制御ユニットは有利には、前記充電装置の充電モードおよびスタンバイモードを検出し、充電モードの場合には充電電圧を生成するように前記電力デバイスを制御するように構成されている。

このことにより、充電装置を安全かつ高信頼性で制御できることが保証される。

前記制御ユニットは有利には、前記バッテリーパックが前記充電装置に導電接続されており、かつ該バッテリーパックに充電すべきである場合、該充電装置の充電モードを検出するように構成されている。

このことにより、充電装置がスタンバイモードから充電モードに移行するのを簡単かつ高精度で検出することができる。

１つの実施形態では前記制御ユニットは、前記エネルギー蓄積器の充電状態を検出するように構成されている。

このことによって本発明では、エネルギー蓄積器のスタンバイ電流供給を連続的に監視することができる。

前記制御ユニットは有利には、充電状態が所定の閾値を下回る場合にアラームをトリガするように構成されている。

このことにより、エネルギー蓄積器の充電状態が不十分であることを簡単に示すことができる。

１つの実施形態では前記エネルギー蓄積器は、対応する電池穴を介して前記充電装置に挿入できるように設けられた電池である。

このことによって本発明では、エネルギー蓄積器の充電状態が不十分である場合、該エネルギー蓄積器を簡単かつ迅速に交換することができる。

１つの実施形態では、前記エネルギー蓄積器は蓄電池である。その際には前記制御ユニットは、蓄電池の充電状態が所定の閾値を下回る場合、前記充電装置がスタンバイモードから、該蓄電池に充電するための充電電圧を生成する充電モードに切り替わるように、前記分離装置を分離モードから接続モードに切り換えるように制御するように構成されている。

このことによって、本発明では常に、エネルギー蓄積器の充電状態が制御ユニットのスタンバイモードに十分であることを簡単かつ低コストで保証することができる。

有利には、前記制御ユニットによって制御される表示部が設けられており、該表示部は、前記充電状態を表示し、および／または視覚的なアラームを出力するように設けられている。

このことにより、前記エネルギー蓄積器の現在の充電状態を可視化することができる。

前記分離装置は有利には、機械的なリレーを有する。これによって、簡単かつ低コストの分離装置を実現することができる。

前記分離装置は有利には、少なくとも１つの半導体スイッチを有する。

これによって、安全かつ高信頼性の分離装置を実現することができる。

冒頭に述べた課題はまた、入力電圧源から出力された入力電圧から出力電圧を生成するための、電力デバイス用の制御回路によっても解決される。前記電力デバイスと前記入力電圧源とは、制御ユニットによって制御される分離装置を介して導電接続可能である。前記分離装置は、接続モードにおいて前記電力デバイスと前記入力電圧源とを導電接続し、分離モードにおいて該電力デバイスと該入力電圧源とを分離するように構成されている。前記制御ユニットは少なくとも、スタンバイ電流供給のための相応のエネルギー蓄積器に接続されており、該制御ユニットは、前記制御回路が通常モードからスタンバイモードに移行する際に、前記分離装置が接続モードから分離モードに切り換えられるように該分離装置を制御するように構成されている。

以下、図面に示された実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。

１実施形態の充電装置を含む構成の簡単な基本回路図である。

図１は、バッテリーパック１９０に充電するための充電装置１５０を含む構成体１００を概略的に示す。前記充電装置１５０はたとえばケーシング１５２を有し、該ケーシング１５２内に電力デバイス１５３が配置されている。この電力デバイス１５３は、入力電圧ＵＩＮから出力電圧ＵＬを生成する。１つの実施形態では前記充電装置１５０は、前記電力デバイス１５３へ供給された電気エネルギーを制御するための制御回路１３０を有する。有利には、この制御回路１３０もケーシング１５２内に配置される。

前記制御回路１３０を充電装置１５０において使用する場合の説明は単なる一例に過ぎず、本発明を限定するものではないことに留意すべきである。むしろ、前記制御回路１３０はたとえば、出力電圧を生成するための電力デバイスが電気的負荷の動作に使用される形式の電源装置ないしは電源回路において使用することができる。たとえば前記制御回路１３０は、ポータブルコンピュータがスイッチオフされ該ポータブルコンピュータのバッテリーパックに充電が行われる場合に電源回路がスタンバイモードに切り換えられるように構成された、ポータブルコンピュータの電源回路において使用することができる。

１つの実施形態では、前記充電装置１５０は電圧供給を行うために入力電圧源１１０に接続可能であるように構成されている。このことは、矢印１１７，１１９によって示されている。前記入力電圧源１１０はたとえば交流電圧源であり、該交流電圧源はたとえば交流電圧給電電源に対して設けられ、入力交流電圧ＵＡＣを出力する。また、充電装置１５０を直流電圧源で動作させることもできる。こうするためには、図１に示された充電装置１５０の入力側を少し変更しなければならない。この変更は当業者に周知である。入力交流電圧ＵＡＣは有利には直流電圧に変換される。この直流電圧は、図１では入力電圧ＵＩＮとして示されており、たとえば、充電装置１５０の入力側に設けられたブリッジ整流器によって行われる。この手段は当業者に周知であるから、図１では簡略化のために、適切なブリッジ整流器を示すのを省略する。

前記入力電圧源１１０は前記電力デバイス１５３および分離装置１５１に接続されている。図中、前記電力デバイス１５３は、対応する制御ユニット１５５とエネルギー蓄積器１５７とコンタクト手段１５９とに接続されている。前記分離装置１５１は前記電力デバイス１５３および前記制御ユニット１５５に接続されている。前記制御ユニット１５５は前記エネルギー蓄積器１５７と前記コンタクト手段１５９と表示部１５８とに接続されている。前記コンタクト手段１５９と前記エネルギー蓄積器１５７と前記分離装置１５１と前記制御ユニット１５５とが、前記制御回路１３０を構成する。

１つの実施形態では、前記電力デバイス１５３は薄型トランス（Blech-Transformator）またはスイッチング電源として構成される。しかし、この種類のトランスないしはスイッチング電源を使用することは単なる一実施例に過ぎず、本発明を限定するものではないことに留意すべきである。むしろ前記電源部１５３を実現するためには、入力電圧ＵＩＮから出力電圧ＵＬを生成することができる電力デバイスであれば、任意の種類の電力デバイスを使用することができる。

前記コンタクト手段１５９はたとえば、前記バッテリーパック１９０と前記電力デバイス１５３とが導電接続されるように該バッテリーパック１９０と前記充電装置１５０とを電気的にコンタクトさせるように構成されている。このことは矢印１９５によって示されている。図中では前記コンタクト手段１５９は、前記充電装置１５０のケーシング１５２に設けられた、バッテリーパック１９０用の充電溝ないしは充電穴である。

エネルギー蓄積器１５７はたとえば少なくとも、制御ユニット１５５のスタンバイ電流供給を行うように構成されている。すなわち、前記充電装置１５０のスタンバイモード時に前記制御ユニット１５５に電流を供給するように構成されている。前記充電装置１５０の通常動作時ないしは充電動作時には、前記制御ユニット１５５の電流供給は有利には電力デバイス１５３を介して行われる。

１つの実施形態では、前記エネルギー蓄積器１５７は、ケーシング１５２に設けられた電池穴１５６によって前記充電装置１５０に挿入できるように設けられた電池である。また電池の代わりに、前記エネルギー蓄積器１５７を、充電装置１５０の通常動作時または充電動作時に電力デバイス１５３によって生成された充電電圧ＵＬＥによって充電可能である蓄電池とすることができ、たとえばＮｉＣｄ蓄電池，ＮｉＭＨ蓄電池，Ｌｉイオン蓄電池または別の蓄電池とするか、または、スーパーキャパシタとすることができる。

１つの実施形態では、前記分離装置１５１は接続モードと分離モードとで動作できるように構成されている。接続モードでは、前記分離装置１５１は前記電力デバイス１５３と前記入力電圧源１１０とを導電接続し、分離モードでは該分離装置１５１は該電力デバイス１５３と該入力電圧源１１０とを分離する。前記接続モードと前記分離モードとの切替は、たとえば制御ユニット１５５の適切な制御によって行われる。

前記分離装置１５１はたとえば機械的なリレーによって実現することができ、たとえば遮断器やパルスリレーによって実現することができる。また、前記分離装置１５１を半導体スイッチないしは半導体回路によって実現することもでき、この半導体スイッチないしは半導体回路はたとえば、１つまたは複数のトライアック、サイリスタおよび／またはトランジスタを含む。さらに前記分離装置１５１を、機械的なリレーと、該機械的なリレーに対応する半導体素子とによって実現することもできる。前記半導体素子はとりわけ半導体スイッチである。さらに、上述の機能が保証されるのであれば、前記分離装置１５１を別の任意の部品によって実現することもできる。

前記制御ユニット１５５はたとえば、充電コントローラないしは充電電子回路として構成される。前記制御ユニットは有利には、前記充電装置１５０の充電モードおよびスタンバイモードを検出し、充電モードの場合には出力電圧ＵＬを生成するように前記電力デバイス１５３を制御するように構成されている。とりわけ前記充電電子回路１５５は、充電すべきバッテリーパック１９０に対応するバッテリー種類と前記充電装置１５０の動作状態とを識別し、たとえば充電装置１５０の無負荷動作、バッテリーパック１９０と充電装置１５０とが接続されているか否か、充電されているバッテリーパック１９０を有するか否かを識別し、そのつど識別されたバッテリー種類ないしは動作状態に依存して前記分離装置１５１および／または前記電力デバイス１５３を制御するように構成されている。その際には、前記分離装置１５１を電位分離した状態で、前記充電電子回路１５５に対して設けられたオプトカプラおよび／またはトランスによってオン制御することができる。適切な充電電子回路の動作および構成は当業者に十分に公知であるから、ここでは充電電子回路１５５を詳細に説明するのを省略する。

さらに、前記エネルギー蓄積器１５７の充電状態を検出するように前記充電電子回路１５５を構成することができ、また、該エネルギー蓄積器１５７の充電状態が所定の閾値を下回った場合に、このことに対応するアラームをトリガするように該充電電子回路１５５を構成することもできる。この閾値は有利には、該閾値を下回ったときにはアラームの出力が行われるが、所定の短時間だけは充電電子回路１５５の十分なスタンバイ電流供給を行えることを保証できるように選択される。所定の充電状態の表示および／または視覚的なアラームの出力は、たとえば表示部１５８上で行うことができる。この表示部１５８はこの表示または出力を行うために、充電電子回路１５５によって制御されるように構成されている。しかし、視覚的アラームの出力は単なる一例であり、本発明を限定するものではないことに留意すべきである。むしろ、別の種類のアラームを使用することもでき、たとえばアラーム音を出力することもできる。

充電装置１５０の動作中には、前記バッテリーパック１９０が前記コンタクト手段１５９に導電接続されているか否か、ないしは前記充電穴１５９に挿入されているか否か、充電すべきか否かを、前記充電電子回路１５５が検出する。相応の充電過程を行うべき場合には、前記充電電子回路１５５は通常動作ないしは充電動作を開始する。この通常動作ないしは充電動作では、前記分離装置１５１は接続モードで動作し、前記電力デバイス１５３を介して前記充電電子回路１５５に電流が供給される。

その後、前記充電電子回路１５５はたとえば、前記バッテリーパック１９０に対応するバッテリー種類を検出し、該検出されたバッテリー種類に依存して、充電電圧ＵＬとしてコンタクト手段１５９ひいてはバッテリーパック１９０に充電のために充電電圧ＵＬとして供給される適切な出力電圧ＵＬを生成するように前記電力デバイス１５３を制御する。この出力電圧ＵＬはたとえば、１０Ｖ〜４２Ｖの領域内である。その代わりに前記充電電子回路１５５は、適切な出力電流ないしは充電電流を生成するように前記電力デバイス１５３を制御することもできる。さらに、前記エネルギー蓄積器１５７が蓄電池である場合、前記充電電子回路１５５は、前記電力デバイス１５３が充電電圧ＵＬＥを生成して該蓄電池の充電が行われるように、該電力デバイス１５３を制御する。

充電過程を行うべきでない場合、たとえば充電動作の終了後には、充電装置１５０はスタンバイモードに移行する。こうするためには、前記充電電子回路１５５は、前記分離装置１５１が接続モードから分離モードに移行するように該分離装置１５１を制御する。このことにより、前記電力デバイス１５３と前記入力電圧源１１０との導電接続が分離され、このことにより、スタンバイモードでは該電力デバイス１５３の消費電力が０Ｗにまで低減する。その際には、前記充電電子回路１５５の電流供給はエネルギー蓄積器１５７によって保証されるようになり、該充電電子回路１５５は、所要エネルギーが最小であるが充電電子回路１５５の機能はなお完全であるモードで動作する。この充電電子回路１５５の完全な機能にはとりわけ、エネルギー蓄積器１５７の充電状態を少なくとも繰り返し検出する機能が含まれる。この充電状態は有利には規則的に検出され、有利には連続的に検出される。

前記エネルギー蓄積器１５７の充電状態が閾値を下回る場合、前記充電電子回路１５５は、このことに対応するアラームをトリガする。前記アラームおよび／または充電状態は、表示部１５８上で表示することができる。さらに、前記充電状態を前記表示部１５８上で連続的に表示することもできる。

前記エネルギー蓄積器１５７が電池であり、かつ、前記充電装置１５０の充電動作中またはスタンバイ動作中に該電池の充電状態が閾値を下回る場合、前記電池穴１５６を介して該電池を交換することができる。前記エネルギー蓄積器１５７が蓄電池である場合には、上述のように、前記充電装置１５０の充電動作中に該蓄電池に充電することができる。１つの実施形態では、前記充電装置１５０のスタンバイ動作中に前記蓄電池の充電状態が閾値を下回った場合、前記充電電子回路１５５は、分離モードから接続モードに切り替わるように前記分離装置１５１を制御する。このことにより、前記充電装置１５０が前記入力電圧源１１０に接続されている場合には前記電力デバイス１５３と前記入力電圧源１１０とが導電接続され、このことにより、前記充電装置１５０はスタンバイ動作から通常動作ないしは充電動作に移行し、前記電力デバイス１５３は前記蓄電池に充電するための充電電圧ＵＬＥを生成する。前記充電電圧ＵＬＥは有利には、前記蓄電池の十分な充電を保証する比較的短時間にわたってのみ生成され、たとえば１〜３秒にわたって生成される。しかし、蓄電池が比較的大容量で適切に構成されており、かつ該蓄電池の自己放電量が非常に小さい場合には、蓄電池の充電が必要になるのは平均的に１年ごとだけであることに留意すべきである。

前記充電装置１５０のスタンバイ動作中に、充電されたバッテリーパック１９０が充電穴１５９から取り出されると、該スタンバイ状態が継続する。その際に、バッテリーパック１９０がたとえば放電後に、充電のために充電穴１５９に再び挿入されると、前記充電電子回路１５５は上述のように該バッテリーパック１９０を識別し、前記分離装置１５１が分離モードから接続モードに切り換わるように該分離装置１５１を制御することによって、前記充電装置１５０をスタンバイ動作から通常動作ないしは充電動作に移行させる。その後、上述のような充電過程が再び行われる。

Claims (12)

1. 入力電圧源（１１０）から出力された入力電圧（ＵＩＮ）からバッテリーパック（１９０）の充電用の充電電圧（ＵＬ）を生成するための電力デバイス（１５３）を有する充電装置（１５０）であって、
   前記電力デバイス（１５３）と前記入力電圧源（１１０）とは、制御ユニット（１５５）によって制御される分離装置（１５１）を介して導電接続可能であるように構成されており、
   前記分離装置（１５１）は、接続モードにおいて前記電力デバイス（１５３）と前記入力電圧源（１１０）とを導電接続し、分離モードにおいて該電力デバイス（１５３）と該入力電圧源（１１０）とを分離するように構成されており、
   前記制御ユニット（１５５）は少なくとも、スタンバイ電流供給のためにエネルギー蓄積器（１５７）に接続されており、
   前記制御ユニット（１５５）は、前記充電装置（１５０）が充電動作からスタンバイ動作に移行する場合、前記分離装置が前記接続モードから前記分離モードに切り替わるように該分離装置（１５１）を制御するように構成されている
   ことを特徴とする、充電装置。
2. 前記制御ユニット（１５５）は、前記充電装置（１５０）がスタンバイ動作から充電動作に移行する際に、該分離装置が前記分離モードから前記接続モードに切り換えられるように該分離装置（１５１）を制御するように構成されている、請求項１記載の充電装置。
3. 前記制御ユニット（１５５）は、前記充電装置（１５０）の充電動作およびスタンバイ動作を検出し、該充電装置（１５０）の充電動作時には、前記充電電圧（ＵＬ）を生成するように前記電力デバイス（１５３）を制御するように構成されている、請求項１または２記載の充電装置。
4. 前記制御ユニット（１５５）は、前記バッテリーパック（１９０）が前記充電装置（１５０）に導電接続されておりかつ該バッテリーパック（１９０）の充電を行うべきである場合、該充電装置（１５０）の充電動作を検出する、請求項３記載の充電装置。
5. 前記制御ユニット（１５５）は、前記エネルギー蓄積器（１５７）の充電状態を検出するように構成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の充電装置。
6. 前記制御ユニット（１５５）は、前記エネルギー蓄積器（１５７）の充電状態が所定の閾値を下回る場合にアラームをトリガするように構成されている、請求項５記載の充電装置。
7. 前記エネルギー蓄積器（１５７）は電池であり、
   前記電池は、対応する電池穴（１５６）を介して前記充電装置（１５０）に挿入できるように設けられた電池である、請求項５または６記載の充電装置。
8. 前記エネルギー蓄積器（１５７）は蓄電池であり、
   前記制御ユニット（１５５）は、前記蓄電池の充電状態が所定の閾値を下回る場合、前記充電装置（１５０）がスタンバイ動作から、該蓄電池に充電するための充電電圧（ＵＬＥ）を生成する充電モードに切り替わるように、前記分離装置（１５１）を前記分離モードから前記接続モードに切り換えるように制御するように構成されている、請求項５または６記載の充電装置。
9. 前記充電状態の表示および／または視覚的なアラームの出力を行うための、前記制御ユニット（１５５）によって制御される表示部（１５８）が設けられている、請求項５から８までのいずれか１項記載の充電装置。
10. 前記分離装置（１５１）は機械的なリレーを有する、請求項１から９までのいずれか１項記載の充電装置。
11. 前記分離装置（１５１）は少なくとも１つの半導体スイッチを有する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の充電装置。
12. 入力電圧源（１１０）から出力された入力電圧（ＵＩＮ）から出力電圧（ＵＬ）を生成するための電力デバイス（１５３）を制御するための制御装置（１３０）であって、
    前記電力デバイス（１５３）と前記入力電圧源（１１０）とは、制御ユニット（１５５）によって制御される分離装置（１５１）を介して導電接続可能であるように構成されており、
    前記分離装置（１５１）は、接続モードにおいて前記電力デバイス（１５３）と前記入力電圧源（１１０）とを導電接続し、分離モードにおいて該電力デバイス（１５３）と該入力電圧源（１１０）とを分離するように構成されており、
    前記制御ユニット（１５５）は少なくとも、スタンバイ電流供給のためにエネルギー蓄積器（１５７）に接続されており、
    前記制御ユニット（１５５）は、前記充電装置（１５０）が通常動作からスタンバイ動作に移行する場合、前記分離装置が前記接続モードから前記分離モードに切り替わるように該分離装置（１５１）を制御するように構成されている
    ことを特徴とする、充電装置。

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