NL2001324C2

NL2001324C2 - Elektrisch laadapparaat voor een accu of batterij.

Info

Publication number: NL2001324C2
Application number: NL2001324A
Authority: NL
Inventors: Egbert Wouter Joghum Robers; Bastiaan Arien Maria Molenaar; Wouter Smit; Lars Peter Bech; Crijn Bouman
Original assignee: Univ Delft Technology; Epyon B V
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2009-08-31
Also published as: WO2009108048A1; EP2248244A1

Description

Elektrisch laadapparaat voor een accu of batterij

De uitvinding heeft betrekking op een elektrisch laadapparaat voor een accu of een batterij of dergelijke, welke is ingericht voor snelladen gedurende een aan-periode, 5 waartoe het laadapparaat stuurmiddelen voor het aanvangen en beëindigen van de aan-periode omvat, waarbij het laadapparaat verder een schakeling omvat voor het omzetten van een voedingsspanning in een laadstroom voor de batterij, alsmede een warmteopnemend orgaan voor opname van tijdens bedrijf gegenereerde warmte, in warmtegeleidende koppeling met ten minste een tegen oververhitting te beschermen 10 elektrische component van de schakeling.

Een dergelijk elektrisch laadapparaat is bekend uit het Amerikaans octrooischrift US-B-6 956 354. Uit deze publicatie is een batterijlader bekend welke is beoogd voor het relatief snel opladen van batterij cellen, dat wil zeggen het opladen van de batterij cellen 15 in een tijdsbestek van minder dan 30 minuten. De bekende batterijlader heeft een behuizing waarin een compartiment is ingericht voor opname van de op te laden batterijcellen. Verder is voorzien in een binnen de behuizing opgenomen elektrische schakeling voor het op laden van de batterijcellen, alsmede is voorzien in een warmteopn emend orgaan dat direct naast het batterij compartiment is geplaatst zodat een 20 intensief warmte-uitwisselend contact met de batterijcellen tot stand komt. Zodoende kan de warmte die bij het laden in de batterijcellen ontwikkeld wordt effectief worden opgenomen in het warmteopnemend orgaan en via dit orgaan, dat tevens in contact staat met de behuizing, naar de omgeving worden geleid teneinde door straling of convectie de warmte aan de omgeving af te staan.

25

Het bekende elektrische laadapparaat is beperkt in de snelheid waarmee het laden kan worden uitgevoerd. Bij verdere toename van de laadsnelheid wordt namelijk het laadapparaat te warm, hetgeen slechts kan worden opgelost door additionele voorzieningen zoals ventilatoren, (extra grote) koelvinnen en dergelijke. Dit heeft echter 30 als nadeel dat het laadapparaat relatief groot en duur wordt. Vooral de grootte is bij mobiele toepassingen een belangrijke factor.

Met de uitvinding is beoogd het zeer snel laden van een accu of batterij mogelijk te maken, dat wil zeggen een effectieve laadperiode van enkele minuten mogelijk te 2 maken zonder dat het laadapparaat noemenswaardig groter en duurder behoeft te zijn uitgevoerd dan het bekende elektrische laadapparaat en zonder tot noemenswaardig hogere kosten voor het laadapparaat te komen. De warmte die het elektrische laadapparaat uitwendig verkrijgt dient daarbij binnen de acceptabele randvoorwaarden 5 daarvoor te blijven.

Het elektrische laadapparaat volgens de uitvinding wordt daartoe gekenmerkt door een of meer van de aangehechte octrooiconclusies.

10 In een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding is het elektrische laadapparaat erdoor gekenmerkt dat de stuurmiddelen voor het aanvangen en beëindigen van de aan-periode dusdanig zijn ingericht dat de aan-periode niet opnieuw kan worden aangevangen gedurende een op de aan-periode volgende uit-periode. Het elektrische laadapparaat volgens de uitvinding is op het inzicht gebaseerd dat de warmteontwikkeling slechts in 15 de beperkte aan-periode ontstaat en dat het elektrische laadapparaat na het laden doorgaans langere tijd buiten bedrijf is omdat de stuurmiddelen een hernieuwde aanvang van de aan-periode verhinderen.

Het warmteopnemend orgaan is daarom bij voorkeur zodanig in het elektrische 20 laadapparaat opgenomen dat deze de tijdens het laden ontstane warmte kan opnemen en vervolgens vertraagd kan afgeven aan de omgeving waartoe bij voorkeur een verhoudingsgewijs goede thermische koppeling van het warmteopnemend orgaan met het warmteproducerend deel van de schakeling gewenst is, en tevens een relatief slechte thermische koppeling van het warmteopnemend orgaan met de overige delen van de 25 schakeling en de behuizing van het elektrische laadapparaat. De warmte die is opgeslagen in het warmteopnemend orgaan kan zodoende geen schade toebrengen aan de integriteit van de schakeling terwijl ook het elektrische laadapparaat uitwendig op acceptabele temperatuumiveaus kan worden gehouden en niet onacceptabel warm wordt.

30

Bekende warmteopnemende organen die dienst doen als koellichaam voor elektronische schakelingen worden doorgaans juist dusdanig ingericht dat deze een zo groot mogelijke warmteafgifte vertonen, bijvoorbeeld door het warmteopnemend orgaan te voorzien van koelvinnen. Volgens de uitvinding staat de tegen oververhitting te 3 beschermen elektrische component van de schakeling, waarvan doorgaans de hoofdzaak van de tijdens bedrijf gegenereerde warmte afkomstig is, in een eerste warmtegeleidend contact met het warmteopnemend orgaan. Het warmteopnemend orgaan staat in een tweede warmtegeleidend contact met de omgeving, bij voorkeur een behuizing van het 5 laadapparaat. De eerste warmtegeleidingcoëfficiënt van het eerste warmtegeleidend contact is bij voorkeur groter dan een tweede warmtegeleidingcoëfficiënt van het tweede warmtegeleidend contact, zodanig dat tijdens de aan-periode het warmteopnemend orgaan een monotoon toenemende warmte-inhoud bezit en dat tijdens de uit-periode het warmteopnemend orgaan in hoofdzaak een monotoon afnemende 10 warmte-inhoud bezit, waarbij de warmteopname relatief snel gebeurt en de warmte-afgifle gedurende de uit-periode juist relatief traag.

Het elektrisch laadapparaat voorziet tijdens gebruik in een aan-periode en een op de aan-periode (onmiddellijk) volgende uit-periode, waarbij de aan-periode overeenkomt 15 met de laadtijd. De laadtijd kan hierbij vaststaan of instelbaar zijn. De stuurmiddelen voor het aanvangen en beëindigen van de aan-periode omvatten bijvoorbeeld een digitale of analoge tijdsklok (timer). De stuurmiddelen volgens de uitvinding zorgen er voor dat het elektrisch laadapparaat niet kan worden ingeschakeld (daarbij een nieuwe aan-periode aanvattend) gedurende een desgewenst vooraf bepaalde uit-periode, die 20 onder andere afhangt van de mate en snelheid van warmteafgifte van het warmteopnemend orgaan. In de uit-periode wordt voldoende tijd geboden om tijdens het laden door het warmteopnemend orgaan opgenomen warmte af te geven aan de omgeving.

25 Volgens een voorkeursvariant van de uitvinding begint het instelmiddel, bij voorkeur een timer, met het afmeten van de betreffende periode vanaf het begin van de aan-periode, vanaf een fase in het laadproces, vanaf het einde van de aan-periode (overeenkomend met het begin van de uit-periode) of vanaf een fase na beëindigen van de aan-periode. De start van het tellen vanaf een bepaalde fase kan zich bij voorbeeld 30 voordoen wanneer tijdens het laadproces (tijdens de aan-periode) een bepaalde situatie ontstaat, bijvoorbeeld de maximale spanning wordt bereikt. Ook kunnen na het laden (na het beëindigen van de aan-periode) bepaalde situaties optreden die de start kunnen betekenen van het afmeten van de periode. Voorbeelden van dergelijke situaties zijn bijvoorbeeld het zakken van de batterij spanning onder een bepaald niveau, het over- of 4 onderschrijden van de temperatuur van een onderdeel uit het laadapparaat, of (bij het afbreken van het laden) het tijdstip waarop het laden zou zijn afgelopen. De lengte van de uit-periode (de afkoeltijd) kan desgewenst worden ingesteld door de fabrikant, door de gebruiker of afhankelijk worden gemaakt van een andere variabele zoals 5 bijvoorbeeld de temperatuur voor en tijdens het laden, de stroom tijdens het laden, de temperatuur na het laden, de temperatuur tijdens het afkoelen, of de laadtijd.

In een voorkeursuitvoeringsvorm wordt het elektrisch laadapparaat gekenmerkt doordat de stuurmiddelen een tijdklok met stroomonderbreker omvatten. In een verder 10 verbeterde voorkeursuitvoeringsvorm omvatten de stuurmiddelen een microcontroller die de laadeenheid aanstuurt, en het laden voorkomt of afbreekt door het aanstuursignaal niet te geven of te onderbreken.

Hoewel de lengte van de uit-periode binnen brede grenzen kan worden gekozen zijn de 15 stuurmiddelen dusdanig ingericht dat de uit-periode tenminste 2 keer, met meer voorkeur tenminste 5 keer, en met de meeste voorkeur tenminste 10 keer langer is dan de aan-periode. Typische lengtes voor de uit-periode liggen bij voorkeur tussen 2 en 60 min, met meer voorkeur tussen 5 en 30 min, en met de meeste voorkeur tussen 8 en 15 min.

20

In een verdere variant worden de stuurmiddelen aangestuurd door een temperatuursmeting, waarbij de temperatuur van het warmteopnemend orgaan kan worden gemeten en/of van andere onderdelen, zoals bijvoorbeeld de batterij, de te beschermen component, de behuizing, of de luchttemperatuur in de behuizing. De 25 stuurmiddelen kunnen dan dusdanig worden aangestuurd dat zij zorgen voor het beëindigen van de uit-periode op het moment dat de gemeten temperatuur een bepaalde grenswaarde onderschrijdt. Deze grenswaarde zal doorgaans afhangen van de oververhittingtemperatuur en het geleverde vermogen van de te beschermen elektrische component, en van de warmtecapaciteit van het warmteopnemend orgaan.

30

In bedrijf zal volgens de uitvinding het totale warmteverlies van het warmteopnemend orgaan relatief laag zijn, en de absorptie van de eraan toegevoegde warmte relatief hoog. Door de kenmerken van het uitgevonden elektrische laadapparaat zal bovendien het totale warmteverlies van het warmteopnemend orgaan bij de 5 oververhittingtemperatuur van de component lager zijn dan de eraan toegevoegde warmte. Zelfs indien het warmteopnemend orgaan te warm zou worden om de elektrische component adequaat te beschermen, zal dit orgaan niet voldoende warmte afstaan en dus nog warmer worden.

5

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm wordt het elektrisch laadapparaat volgens de uitvinding gekenmerkt doordat de verhouding tussen de warmtecapaciteit van het warmteopnemend orgaan, uitgedrukt in J/°C, en het warmteverlies van het warmteopnemend orgaan, uitgedrukt in W/°C, tweemaal hoger is dan de laadtijd, 10 uitgedrukt in seconden, met meer voorkeur vijfmaal hoger, met nog meer voorkeur tienmaal hoger, en met de meeste voorkeur twintigmaal hoger. Dit geeft een bijkomende beveiliging tegen oververhitting.

Met de warmtecapaciteit van het warmteopnemend orgaan wordt in de context van 15 onderhavige aanvrage de benodigde hoeveelheid energie bedoeld die nodig is om het orgaan 1 °C in temperatuur te laten stijgen (uitgedrukt in J/°C). De warmtecapaciteit van het warmteopnemend orgaan kan eenvoudig worden bepaald door meting of door de soortelijke warmte van het materiaal waaruit het warmteopnemend orgaan is vervaardigd te vermenigvuldigen met de massa van het warmteopnemend orgaan.

20 Volgens de uitvinding hoeft de warmtecapaciteit van het warmteopnemend orgaan op zich niet constant te zijn. Dit is bijvoorbeeld het geval wanneer een warmteopnemend orgaan wordt toegepast dat een stof omvat die warmte kan absorberen middels een faseovergang. In een dergelijk geval wordt de warmtecapaciteit gedefinieerd als de energie die nodig is om het orgaan van een begintemperatuur (bijvoorbeeld 20°C) tot 25 een eindtemperatuur (bijvoorbeeld 120°C) te verwarmen, en deze energie te delen door het temperatuursverschil tussen de begin- en eindtemperatuur (in het voorbeeld derhalve 100°C). De warmtecapaciteit komt dan overeen met een gemiddelde warmtecapaciteit over het temperatuurbereik.

30 De totale hoeveelheid warmte die het warmteopnemend orgaan verliest gedurende een bepaalde periode hangt onder andere af van het materiaal waaruit het warmteopnemend orgaan is vervaardigd, van het totale oppervlak waarlangs de warmte het orgaan kan verlaten, van het temperatuurverschil met de directe omgeving, en van eventuele convectiestroming in de directe omgeving. Het warmteverlies (in W/°C) wordt door de 6 fabrikant van warmteopnemende organen opgegeven of kan worden gemeten door het warmteopnemend orgaan op een bepaalde temperatuur (bijvoorbeeld 50°C) te houden, het vermogen te meten dat daarvoor nodig is, en dit vermogen vervolgens te delen door het temperatuursverschil met de omgeving (bij een omgevingstemperatuur van 20°C is 5 dit 30°C). Opgemerkt wordt dat een dergelijke meting volgens de uitvinding wordt uitgevoerd in een laadapparaat dat is voorzien van een eventuele behuizing, in een tochtvrije ruimte van 20°C is geplaatst, en waarbij eventueel aanwezige ventilatoren opereren op hun nominale snelheid.

10 Volgens onderhavige voorkeursuitvoeringsvorm is de warmtecapaciteit (J/°C, gemeten als het aantal Joules nodig om het orgaan van bijvoorbeeld 20°C naar 120°C te verwarmen) groter dan het warmteverlies (W/°C, gemeten door het orgaan op temperatuur te houden), vermenigvuldigd met tweemaal de lengte van de aan-periode, uitgedrukt in seconden.

15

Hoewel het elektrisch laadapparaat volgens de conclusie in beginsel geschikt is voor gebruik bij alle laadtijden komen de voordelen ervan met name tot uiting als de laadtijd lager is dan 900 seconden, bij voorkeur lager dan 450 seconden, en met meer voorkeur lager dan 80 sec.

20

In beginsel is het laadapparaat, en het warmteopnemend orgaan in het bijzonder, niet beperkt tot een bepaalde omvang. Zo kan het volume van het warmteopnemend orgaan bijvoorbeeld een aantal dm3 groot zijn, of zelfs groter. In het bijzonder voor mobiele toepassingen waar de grootte een belangrijke factor vormt, heeft het elektrisch 25 laadapparaat, en met name het warmteopnemend orgaan een compacte vorm. Een typisch volume van het warmteopnemend orgaan is dan gelegen in het cm3 gebied. Hoe kleiner het volume van het warmteopnemend orgaan, hoe meer de voordelen van de uitvinding tot uiting komen. Een laadapparaat met een warmteopnemend orgaan met een volume kleiner dan 50 cm3 heeft dan ook de voorkeur, met meer voorkeur kleiner 30 dan 10 cm3, en met de meeste voorkeur kleiner dan 3 cm3.

Bij voorkeur wordt het elektrisch laadapparaat hierdoor gekenmerkt dat de totale oppervlakte van het warmteopnemend orgaan kleiner is dan tweemaal de oppervlakte van een kubus met hetzelfde volume als het warmteopnemend orgaan, met meer 7 voorkeur kleiner dan 1,5 maal de oppervlakte van een kubus met hetzelfde volume als het warmteopnemend orgaan, en met de meeste voorkeur kleiner dan 1,25 maal de oppervlakte van een kubus met hetzelfde volume als het warmteopnemend orgaan.

5 Elektrische laadapparaten omvatten doorgaans een aantal voorwerpen, zoals bijvoorbeeld schroeven en bouten, die als warmteopnemend orgaan kunnen worden opgevat. In het kader van de uitvinding wordt onder warmteopnemend orgaan doorgaans een orgaan verstaan dat tenminste een warmtecapaciteit heeft van 2,5 J/°C. Het is tevens mogelijk dat het warmteopnemend orgaan een aantal organen of lichamen 10 omvat, die tezamen de beoogde werking bezitten, en alle in warmtegeleidende koppeling staan met de tegen oververhitting te beschermen elektrische component.

Voor het warmteopnemend orgaan kunnen er veie bruikbare technische oplossingen in aanmerking komen.

15

In een voorkeursuitvoeringsvorm is het warmteopnemend orgaan in hoofdzaak bolvormig, kubusvormig, balkvormig of cilindervormig. Bij voorkeur is het warmteopnemend orgaan in hoofdzaak balkvormig, en verschillen de langste en de kortste zijde van de balk maximaal een factor 5, met meer voorkeur een factor 3, en met 20 de meeste voorkeur een factor 2.

Hoewel niet strikt noodzakelijk is het voordelig wanneer het elektrisch laadapparaat volgens de uitvinding een behuizing omvat, waarin tenminste de tegen oververhitting te beschermen elektrische component en het warmteopnemend orgaan zijn opgenomen.

25 Bij voorkeur is hierbij het warmteopnemend orgaan centraal in de behuizing geplaatst, teneinde warmte-uitwisseling tussen het warmteopnemend orgaan en de behuizing van het elektrisch laadapparaat te minimaliseren.

Het is voordelig bruikbaar gebleken om het elektrische laadapparaat zo in te richten dat 30 de eerste warmtegeleidingcoëfficiënt ten minste tien keer groter is dan de tweede warmtegeleidingcoëfficiënt. In een andere voorkeursuitvoeringsvorm omvat het elektrisch laadapparaat thermische isolatie tussen het warmteopnemend orgaan en de behuizing. In nog een andere voorkeursuitvoeringsvorm staat het warmteopnemend orgaan onder tussenschakeling van in de behuizing aanwezige omgevingslucht met de 8 behuizing in contact. Deze omgevingslucht vormt een adequate thermische isolator waarmee het vertraagd afstaan van warmte door het warmteopnemend orgaan aan de omgeving kan worden gerealiseerd. Verder heeft het om dezelfde reden voordelen het elektrisch laadapparaat volgens de uitvinding te kenmerken doordat het 5 warmteopnemend orgaan aan zijn buitenzijde is voorzien van een warmtc-isolcrcnde laag. Een andere eveneens voordelige uitvoeringsvorm omvat een (sterk) reflecterende laag, die uitstraling van de warmte vermindert.

Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van het elektrische laadapparaat volgens de 10 uitvinding bezit het kenmerk dat het warmteopnemend orgaan uit een metaal is vervaardigd gekozen uit de groep van koper, aluminium, en staal. Het warmteopnemend orgaan fungeert dan als een zogenaamde ‘heat sink’. In een andere voorkeursuitvoeringsvorm heeft het elektrisch laadapparaat het kenmerk dat het warmteopnemend orgaan een houder omvat met daarin opgenomen een stof die een 15 faseovergang kan maken. De genoemde houder kan bijvoorbeeld paraffine houden. Het warmteopnemend orgaan kan gekoppeld zijn met een thermisch actief element, zoals een Peltier-element of een warmtepomp. Hiermee is een betere benutting van de warmteopslag mogelijk. De werking van het warmteopnemend orgaan kan gebaseerd zijn op een endotherme chemische reactie, die in voorkomend geval ook reversibel kan 20 zijn.

In nog een andere voorkeursuitvoeringsvorm van het elektrische laadapparaat volgens de uitvinding bezit deze het kenmerk dat het warmteopnemend orgaan deel uitmaakt van althans een deel van de schakeling. Dit is met name voordelig wanneer dit deel van 25 de schakeling een grote warmtecapaciteit bezit, bijvoorbeeld in geval voor het warmteopnemend orgaan een spoel of een deel van een transformator, zoals een transformatorkem en/of de trafobedrading wordt toegepast. Zoals te doen gebruikelijk vallen natuurlijk alle niet genoemde technische uitvoeringsvormen eveneens onder de beschermingsomvang van de aangehechte conclusies.

30

In een ander aspect van de uitvinding bezit het elektrische laadapparaat het kenmerk dat de batterij of accu in de behuizing is opgenomen en althans een deel van het warmteopnemend orgaan vormt. Dit is met name voordelig in geval de batterij of accu van het type is dat een verbeterd rendement of een verbeterde werking vertoont bij 9 verhoogde temperatuur. Overigens kan worden opgemerkt dat de uitvoering van het elektrische laadapparaat waarbij de batterij of accu vast in het laadapparaat is opgenomen in het bijzonder bruikbaar is voor toepassingen in combinatie met een mobiele telefoon waarbij bij leeg raken van de telefoonbatterij snel een alternatieve 5 energiebron nodig is. Het is daarbij nuttig dat het warmteopnemend orgaan is ingericht voor warmteopname van de batterij of accu bij opladen, maar ook bij ontladen daarvan.

Om de warmte die het elektrische laadapparaat uitwendig verkrijgt binnen acceptabele randvoorwaarden te houden heeft het tevens voordelen de behuizing van het elektrisch 10 laadapparaat gesloten uit te voeren, bijvoorbeeld niet te voorzien van koelopeningen en dergelijke. Hierdoor wordt de warmte-uitwisseling tussen het warmteopnemend orgaan en de omgeving rond de elektrisch laadapparaat beperkt gehouden.

De uitvinding zal in het navolgende verder worden toegelicht aan de hand van enkele, 15 de octrooiconclusies niet beperkende, schematische uitvoeringsvoorbeelden en onder verwijzing naar de tekening. In de tekening toont telkens in dwarsdoorsnedeaanzicht fig. 1 - fig. 6 schematisch weergegeven principe-uitvoeringen van het inwendige van een elektrisch laadapparaat volgens de uitvinding. In figuur 7 wordt een shcematisch diagram getoond van een laadappraat volgens de uitvinding voorzien van stuurmiddelen 20 voor het aanvangen en beëindigen van de aan-periode. In fig. 1 - fig. 6 zijn overeenkomstige onderdelen telkens met hetzelfde verwijzingscijfer aangegeven.

Verder is de behuizing in de figuren niet getoond terwijl tevens is afgezien van het geheel weergeven van de in de behuizing opgenomen schakeling aangezien zoals terecht is opgemerkt in US-B-6,956,354 een dergelijke schakeling tot de aan de vakman 25 bekende algemene stand van de techniek behoort (zje kolom 3, regels 42-47). Dit houdt tevens in dat is afgezien van het tonen van eventueel toepasbare temperatuursensoren voor regeling van het elektrische laadapparaat en voor oververhittingbeveiliging. In het algemeen bezit het elektrische laadapparaat volgens de uitvinding een in een behuizing opgenomen schakeling die is geplaatst op een printed circuit board 1. Bedoelde 30 schakeling dient voor het omzetten van een voedingspanning, in de regel een netspanning, in een laadspanning en -stroom, waartoe onder andere een halfgeleider of halfgeleiders 2 worden toegepast die in dit specifieke voorbeeld, dat niet beperkend is voor de aangehechte conclusies, dat deel van de schakeling vormen welke de hoofdzaak van de tijdens het laadbedrijf gegeneerde warmte opleveren.

10

Deze halfgeleider of halfgeleiders 2 dienen met een adequate thermische koppeling in een eerste warmtegeleidend contact te staan met een warmteopnemend orgaan 3, terwijl dit warmteopnemend orgaan 3 in een tweede warmtegeleidend contact staat met het 5 overige deel van de schakeling die is aangebracht op het printed circuit board 1 en/of in contact staat met de (niet getoonde) behuizing zodanig dat de eerste warmtegeleidingscoëfficiënt van het eerste warmtegeleidend contact groter is dan een tweede warmtegeleidingscoefficiënt van het tweede warmtegeleidend contact. De verhouding tussen beide warmtegeleidingscoëffïciënten dient daarbij bij voorkeur ten 10 minste 10:1 te bedragen. In alle figuren is het warmteopnemend orgaan 3 onder tussenschakeling van omgevingslucht met overige delen van de schakeling en/of de behuizing in thermisch contact geplaatst zodat een zeer vertraagde afgifte van warmte door het warmteopnemend orgaan 3 wordt verkregen.

15 In figuur 1 is de uitvoeringsvariant getoond dat het warmteopnemend orgaan 3 een metalen heat sink is, bijvoorbeeld een koperen of messing blok dat in het getoonde geval via een koperbaan 4 die is aangebracht op het printed circuit board 1 in goed thermisch contact staat met de halfgeleider of halfgeleiders 2.

20 Het laadapparaat is verder voorzien van stuurmiddelen voor het aanvangen en beëindigen van de aan-periode, met dien verstande dat de stuurmiddelen dusdanig zijn ingericht dat de aan-periode niet opnieuw kan worden aangevangen gedurende een op de aan-periode volgende uit-periode. Onder verwijzing naar figuur 7 wordt een laadeenheid 20 getoond die volgens de uitvinding is verbonden met een 25 voedingsspanning 21 (bijvoorbeeld de netspanning) en een op te laden batterij 23.

Laadeenheid 20 is verbonden met een timer 22. De timer 22 omvat een detectiemiddel (niet afzonderlijk getoond) waarmee het laden tijdens de aan-periode (of een fase daarin of daarna) kan worden gedetecteerd. Geschikte detectiemiddelen omvatten bijvoorbeeld een meting van de (voedings)spanning 21 of de (laad)stroom, of van de opdracht tot 30 laden of de opdracht tot beëindigen daarvan. Eventueel kan het detectiemiddel ook een temperatuurmeting zijn. De timer 22 kan de laadeenheid 20 uitschakelen. Hiertoe kan de timer 22 bijvoorbeeld de laadstroom laag houden, de laadeenheid een stuursignaal geven om uit te schakelen of een stuursignaal geven om niet aan te schakelen. Laadeenheid 20 kan eventueel een schakelaar bevatten die kan voorkomen dat er 11 laadstroom loopt door de voedingsstroom 21 te onderbreken of de laadstroom naar de batterij 22 te onderbreken. In andere uitvoeringsvoorbeelden kan de timer 22 er voor zorgen dat een poging tot laden wordt afgebroken (stroom wordt gedetecteerd en die wordt onderbroken) of dat een poging tot laden nooit plaatsvindt (bijvoorbeeld een 5 netspanning wordt gedetecteerd, een gebruiker geeft opdracht tot laden of een batterij wordt aangekoppeld). Het moge duidelijk zijn dat de vakman meerdere binnen het raamwerk van de uitvinding vallende mogelijkheden tot zijn beschikking heeft. In figuur 7 is een uitvoeringsvoorbeeld getoond waarbij de stuurmiddelen als hardware bestanddelen zijn aangegeven. In een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat 10 het elektrisch laadapparaat stuurmiddelen in de vorm van software, in het bijzonder een microcontroller, waarin, naast de aansturing van de laadeenheid 20, tevens de timer 22 is geprogrammeerd.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding heeft het warmteopnemend 15 orgaan 3 een warmtecapaciteit die bij benadering vijfmaal hoger is dan het product van het warmteverlies in W/°C met vijfmaal de ingestelde laadtijd. Zonder dat dit beperkend mag worden opgevat kan bijvoorbeeld worden uitgegaan van een gewenste laadtijd van 60 sec. Er wordt een materiaal en massa voor het warmteopnemend orgaan gekozen met een warmtecapaciteit van 7 J/°C. De geometrie en het materiaal van het 20 warmteopnemend orgaan geven een warmteverlies van 0,02 W/°C. Deze waarde kan door de fabrikant van het warmteopnemend orgaan zijn opgegeven of kan door proefneming worden vastgesteld. De totale hoeveelheid afgegeven warmte in de laadtijd van 60 sec bedraagt dan 1,2 J/°C. Dit is lager dan de, warmtecapaciteit, derhalve volgens de uitvinding. De gedurende het laden in het warmteopnemend orgaan opgeslagen 25 warmte, of althans een gedeelte ervan, kan volgens de uitvinding vertraagd worden afgegeven aan de omgeving omdat het elektrisch laadapparaat is voorzien van de stuurmiddelen, die er voor zorgen dat de laadeenheid niet kan worden ingeschakeld gedurende een zekere uit-periode, die in onderhavig voorbeeld 600 sec. bedraagt.

30 In figuur 2 is getoond dat bovendien deze metalen heat sink 3 met een schroef 5 intensief gekoppeld is met het 6 printed circuit board 1.

Figuur 3 toont de uitvoeringsvariant dat de halfgeleider of halfgeleiders 2 direct gemonteerd zijn op het warmteopnemend orgaan 3.

12

Figuur 4 toont de uitvoeringsvorm waarin de halfgeleider of halfgeleiders 2 met een warmtegeleidend element 6 en via de schroef 5 met het warmteopnemend orgaan 3 zijn gekoppeld.

5

Figuur 5 toont de uitvoeringsvorm waarin de halfgeleider of halfgeleiders 2 gemonteerd zijn op de kern 7 van een transformator 8.

Figuur 6, ten slotte toont de uitvoeringsvorm waarin de halfgeleider of halfgeleiders 2 10 gemonteerd zijn op een houder 9 waarin een vaste stof/vloeistof is opgenomen, bijvoorbeeld een paraffinewas 10.

In de figuren niet getoond maar uitdrukkelijk deel van de uitvinding vormt de uitvoeringsvariant waarin de batterij of accu in de behuizing is opgenomen en deel 15 vormt van het elektrische laadapparaat. Een bijzondere uitvoeringsvariant daarvan bezit het kenmerk dat daarbij de batterij of accu een deel van het warmteopnemend orgaan kan vormen.

Zoals uit de voorgaande beschrijving duidelijk zal zijn kent het elektrische laadapparaat 20 volgens de uitvinding vele varianten buiten de specifieke voorbeelden die met het voorgaande zijn toegelicht. Geschikte toepassingen van het elektrische laadapparaat omvatten onder andere het laden van batterijen voor elektronica, voor draagbare telefoontoestellen, maar ook voor (gedeeltelijk) elektrische voertuigen bijvoorbeeld.

25 De beschermingsomvang die aan de navolgende octrooiconclusies toekomt, is mitsdien niet beperkt tot de getoonde uitvoeringsvoorbeelden maar wordt slechts bepaald door bedoelde octrooiconclusies. De zojuist gegeven toelichting dient slechts ter verklaring van de strekking van deze octrooiconclusies zonder deze daartoe te beperken.

Zo is niet in de octrooiconclusies genoemd en mitsdien begrepen in de 30 beschermingsomvang van deze octrooiconclusies dat het warmteopnemend orgaan kan zijn voorzien van koel vinnen.

Claims

1. Elektrisch laadapparaat voor een accu of een batterij of dergelijke, ingericht voor snelladen gedurende een aan-periode en daartoe omvattende stuurmiddelen voor 5 het aanvangen en beëindigen van de aan-periode, waarbij het laadapparaat verder een schakeling voor het omzetten van een voedingsspanning in een laadstroom voor de batterij omvat, alsmede een warmteopnemend orgaan, in warmtegeleidende koppeling met ten minste een tegen oververhitting te beschermen elektrische component van de schakeling, met het kenmerk dat de stuurmiddelen dusdanig zijn ingericht dat de aan-10 periode niet opnieuw kan worden aangevangen gedurende een op de aan-periode volgende uit-periode.

2. Elektrisch laadapparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de stuurmiddelen een microcontroller omvat die de laadeenheid aanstuurt, en het laden 15 voorkomt of afbreekt door het aanstuursignaal niet te geven of te onderbreken.

3. Elektrisch laadapparaat volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat de stuurmiddelen dusdanig zijn ingericht dat de uit-periode tenminste 5 keer langer is dan de aan-periode. 20

4. Elektrisch laadapparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de verhouding tussen de warmtecapaciteit van het warmteopnemend orgaan, uitgedrukt in J/°C, en het warmteverlies van het warmteopnemend orgaan, uitgedrukt in W/°C, ten minste tweemaal hoger is dan de laadtijd, uitgedrukt in 25 seconden.

5. Elektrisch laadapparaat volgens conclusie 4, met het kenmerk dat de verhouding tenminste vijfmaal hoger is dan de laadtijd, uitgedrukt in seconden.

6. Elektrisch laadapparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de laadtijd lager is dan 900 seconden, bij voorkeur lager dan 450 seconden, en met meer voorkeur lager dan 80 sec.

7. Elektrisch laadapparaat volgens één der voorgaande conclusies, waarbij het warmtcopnemend orgaan een compacte vorm heeft, en de totale oppervlakte van het warmteopnemend orgaan kleiner is dan tweemaal de oppervlakte van een kubus met hetzelfde volume als het warmteopnemend orgaan, met meer voorkeur kleiner dan 1,5 5 maal de oppervlakte van een kubus met hetzelfde volume als het warmteopnemend orgaan, en met de meeste voorkeur kleiner dan 1,25 maal de oppervlakte van een kubus met hetzelfde volume als het warmteopnemend orgaan.

8. Elektrisch laadapparaat volgens één der voorgaande conclusies, waarbij het 10 warmteopnemend orgaan in hoofdzaak bolvormig, kubusvormig, balkvormig of cilindervormig is

9. Elektrisch laadapparaat volgens conclusie 8, waarbij het warmteopnemend orgaan in hoofdzaak balkvormig is en de langste en de kortste zijde van de balk 15 maximaal een factor 2 verschillen in lengte.

10. Elektrisch laadapparaat volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het elektrisch laadapparaat een behuizing omvat, waarin tenminste de tegen oververhitting te beschermen elektrische component en het warmteopnemend orgaan zijn opgenomen. 20

11. Elektrisch laadapparaat volgens conclusie 10, waarin het warmteopnemend orgaan centraal in de behuizing is geplaatst, teneinde warmte-uitwisseling tussen het warmteopnemend orgaan en de behuizing van de elektrisch laadapparaat te minimaliseren. 25

12. Elektrisch laadapparaat volgens conclusie 10 of 11, waarbij de elektrisch laadapparaat thermische isolatie omvat tussen het warmteopnemend orgaan en de behuizing.

13. Elektrisch laadapparaat volgens conclusie 10 of 11, met het kenmerk, dat het warmteopnemend orgaan (3) onder tussenschakeling van in de behuizing aanwezige omgevingslucht met de behuizing in contact staat.

14. Elektrisch laadapparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het warmteopnemend orgaan uit een metaal is vervaardigd, bij voorkeur uit een koperlegering, zoals messing of brons.

15. Elektrisch laadapparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het warmteopnemend orgaan een houder (9) omvat met daarin opgenomen een stof die een faseovergang kan maken.

16. Elektrisch laadapparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het 10 kenmerk, dat het warmteopnemend orgaan een spoel of een deel van een transformator is, bij voorkeur een transformatorkem (7) en/of de transformatorbedrading.

17. Elektrisch laadapparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de batterij of accu in de behuizing is opgenomen en althans een deel van 15 het warmteopnemend orgaan vormt.

18. Elektrisch laadapparaat volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het warmteopnemend orgaan aan zijn buitenzijde is voorzien van een warmte-isolerende laag en/of een reflecterende laag. 20

19. Elektrisch laadapparaat volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de behuizing van de elektrisch laadapparaat gesloten is, voor het beperken van warmte-uitwisseling tussen het koelelement en de omgeving rond de elektrisch laadapparaat.