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Dokumentenidentifikation DE19530849A1 14.03.1996
Titel Gerät und Verfahren zum Laden einer Batterie
Anmelder Ryobi Ltd., Fuchu, Hiroshima, JP
Erfinder Takesako, Yoshitaka, Fuchi, Hiroshima, JP
Vertreter Patent- und Rechtsanwälte BOEHMERT & BOEHMERT, NORDEMANN UND PARTNER, 28209 Bremen
DE-Anmeldedatum 22.08.1995
DE-Aktenzeichen 19530849
Offenlegungstag 14.03.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.03.1996
IPC-Hauptklasse H02J 7/04
IPC-Nebenklasse H01M 10/44   
Zusammenfassung Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ladegerät und ein Verfahren zum Laden einer Batterie zu schaffen, die zuverlässig sowohl eine Verschlechterung der Isolationseigenschaften eines Transformators als auch die Zerstörung des äußeren Gehäuses des Ladegerätes, die durch eine hohe Temperatur auftreten können, verhindert.
Die Spannung einer Energieversorgung wird durch einen Transformator 4 auf eine gewünschte Spannung herabtransformiert. Die gewünschte Spannung wird in eine Ladesteuerschaltung 8 aufgenommen. Die Ladesteuerschaltung 8 führt die Ladung der Batterie aus, indem die von dem Tansformator 4 herabtransformierte Spannung auf die Batterie 10 aufgegeben wird. Eine Temperatur-Meßschaltung für den Transformator 6 ist an dem Transformator 4 angebracht. Wenn die Temperatur des Transformators 4 eine in einem RAM 26 gespeicherte Temperatur erreicht, wird der Ladestrom von einer CPU 20, beispielsweise von 2,0 A auf 1,5 A verringert.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft den Aufbau eines Ladegerätes und ein Verfahren zum Laden, insbesondere ein Ladegerät und ein Verfahren zum Laden einer Batterie, die zuverlässig dazu in der Lage sind, sowohl eine Verschlechterung der Isolationseigenschaften eines Transformators als auch die Zerstörung des äußeren Gehäuses durch eine hohe Temperatur zu verhindern.

Die Japanische Offenlegungsschrift Hei 2-36 735 offenbart ein Ladegerät, das für elektrisch betriebene Werkzeuge oder dergleichen verwendet wird. Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm des Ladegerätes nach dem Stand der Technik. Eine Spannung von einer Wechselstrom-Spannungsversorgung 71 verläuft durch eine Rauschfilterschaltung 72, eine Gleichrichterschaltung 73 und eine Umschaltschaltungeinrichtung 74. Die Spannung wird sodann von einem Transformator 75 transformiert. Der durch den Transformator 75 transformierte Strom wird durch die Gleichrichterschaltung 76 gleichgerichtet und der Strom wird sodann auf die Batterie 77 aufgegeben, um die Batterie zu laden.

Ein Steuerkreis 84, der eine Impulsbreitenmodulation ausführt (im folgenden als PWM bezeichnet) steuert den Arbeitszyklus der Schaltschaltung 74 durch eine Rückkopplungsregelung, um einen Ausgangsstrom und eine Ausgangsspannung von der Gleichrichterspannung 76 unter einen bestimmten Betrag zu halten und zwar in Übereinstimmung mit einem Signal von einer Konstantstromschaltung 82 und einer Konstantspannungsschaltung 73. Ein Temperatursensor 79 ist mit der Batterie 77 verbunden, um die Temperatur der Batterie zu messen. Die von dem Temperatursensor 79 gemessene Temperatur wird von einer Temperaturmeß-Schaltung 80 aufgenommen.

Wenn die Laderate der Batterie 77 100% übersteigt, nimmt die Temperatur der Batterie um ein bestimmtes Maß zu. Bei dem Erkennen der vollen Ladung wird ein Ausgangssignal erzeugt, um den Eingang einer Flip-Flop- Schaltung 81 von der Temperaturmeß-Schaltung 80 zu setzen. Wenn die Flip-Flop-Schaltung das Ausgangssignal von der Temperaturmeß-Schaltung aufnimmt, gibt er ein Signal an die Konstantstromschaltung 82 ab. Bei Aufnahme des Signals von der Flip-Flop-Schaltung 81 wird ein Signal an die PWM-Steuerschaltung 84 von der Konstantstromschaltung 82 abgegeben. Der Arbeitszyklus der Umschaltschaltung 74 wird von der PWM-Schaltung 84 gesteuert, um den Strom der letzten Stufe zum Ausgangsstrom zu machen. Bei dem Stand der Technik ist eine Steuerschaltung für eine konstante Temperatur vorgesehen. Ein Sensor in der Steuerschaltung für die konstante Temperatur ist an die wärmeführenden Teile der Gleichrichterschaltung 78 oder der gleichen, die auf der Lastseite des Transformators 75 angeordnet sind, montiert, um eine Temperatur der wärmeführenden Teile zu messen. Wenn die gemessene Temperatur einen bestimmten Wert übersteigt, wird die Betriebszeit der Umschaltschaltung 74 von der PWM- Steuerschaltung 84 verringert. Auf diese Weise wird der Ausgangsstrom zu dem Transformator 75 verringert. Die Temperaturerhöhung der wärmeführenden Teile kann so verhindert werden. Auf diese Weise ist es möglich, Probleme und einen Zusammenbruch des elektrisch betriebenen Werkzeugs aufgrund einer hohen Temperatur zu vermeiden.

Das vorbekannte Ladegerät hat jedoch die folgenden Probleme. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ladegerät ist der Sensor der Steuerschaltung 86 für die konstante Temperatur an den wärmeführenden Teilen montiert, die an der Lastseite des Transformators 75 angeordnet sind, um den Ausgangsstrom von der Gleichrichterschaltung 76 in Übereinstimmung mit der erkannten Temperatur zu steuern.

Da der Transformator 75 die Spannung von der Wechselstrom-Spannungsquelle 71 herunter transformiert, ist die Temperaturerhöhung der wärmeführenden Teile, die auf der Spannungsversorgungsseite des Transformators 75 angeordnet sind, in diesem Fall sehr viel größer als diejenige der wärmeführenden Teile, die auf der Lastseite des Transformators 75 angeordnet sind. Es ist jedoch nicht möglich, eine Temperatur der wärmeführenden Teile, die entweder auf der Spannungszufuhrseite des Transformators 75 angeordnet sind oder aber diejenige des Transformators selbst zu messen. Dies führt zu einer Abnahme der Isolationseigenschaften des Transformators 75 und einer Zerstörung des äußeren Gehäuses des Ladegerätes, die durch eine hohe Temperatur verursacht werden.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ladegerät zu schaffen, das zuverlässig sowohl eine Verschlechterung der Isolationseigenschaften des Transformators als auch eine Zerstörung des äußeren Gehäuses des Ladegerätes, die durch eine hohe Temperatur verursacht werden, zu verhindern.

In Übereinstimmung mit den Eigenschaften der vorliegenden Erfindung wird ein Batterieladegerät geschaffen mit:

einem Energiezufuhrkanal zum Gewinnen von Strom aus der Energieversorgung,

einem Transformator zum Herabtransformieren einer Spannung des über den Energiezufuhrweg erhaltenen Stroms auf eine gewünschte Spannung,

einem Lastweg zum Laden einer wiederaufladbaren Batterie durch Aufbringen eines Stroms der herabtransformierten Spannung, die von dem Transformator erzeugt worden ist,

Transformatortemperaturmeß-Mitteln zum Messen der Temperatur des Transformators,

Standardtemperaturspeichermitteln zum Speichern einer vorgegebenen Standardtemperatur,

Steuermitteln zum Steuern des Stroms, der auf der Batterie über den Lastweg aufgebracht wird in Übereinstimmung mit einem Vergleich zwischen der Temperatur, die von dem Transformatortemperaturmeß-Mittel gemessen worden ist und der Standardtemperatur, die in dem Standardtemperaturspeichermittel gespeichert ist.

In Übereinstimmung mit den Eigenschaften der vorliegenden Erfindung wird weiter ein Batterieladegerät geschaffen, das aufweist:

einen Energiezufuhrkanal zum Gewinnen von Strom aus der Energieversorgung,

einen Transformator zum Herabtransformieren einer Spannung des über den Energiezufuhrweg erhaltenen Stroms auf eine gewünschte Spannung,

einen Lastweg zum Laden einer wiederaufladbaren Batterie durch Aufbringen eines Stroms der herabtransformierten Spannung, die von dem Transformator erzeugt worden ist,

Temperatur-Meßmittel auf der Energiezufuhrseite zum Messen einer Temperatur des Weges der Leistungszufuhr,

Standardtemperaturspeichermittel zum Speichern einer vorgegebenen Standardtemperatur, und

Steuermittel zum Steuern des Stroms, der auf der Batterie über den Lastweg aufgebracht wird in Übereinstimmung mit einem Vergleich zwischen der Temperatur, die von dem Temperatur-Erkennungsmittel auf der Leistungszufuhrseite gemessen worden ist und der Standardtemperatur, die in dem Standardtemperaturspeichermittel gespeichert ist.

Weiter wird durch die Erfindung ein Verfahren zum Laden einer Batterie geschaffen, das die folgenden Schritte aufweist:

einen Schritt zum Gewinnen eines Stroms von der Energieversorgung,

einen Schritt zum Herabtransformieren einer Spannung des Stroms auf eine gewünschte Spannung durch einen Transformator,

einen Schritt des Ladens des Stroms der herabtransformierten Spannung auf eine wiederaufladbare Batterie,

wobei weiter die folgenden Schritte ausgeführt werden:

der Schritt des Messens der Temperatur des Transformators,

der Schritt des Steuerns des Stromes zu der Batterie in Übereinstimmung mit einem Vergleich zwischen einer Temperatur und des Transformators und der vorgegebenen Standardtemperatur.

Weiter wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Laden einer Batterie mit den folgenden Schritten geschaffen, mit:

dem Schritt des Gewinnens eines Stroms von der Energieversorgung über einen Energieversorgungsweg,

einem Schritt zum Herabtransformieren des Stroms auf eine gewünschte Spannung,

dem Schritt des Ladens eines Stromes der herabtransformierten Spannung auf eine wiederaufladbare Batterie,

wobei das Verfahren die folgenden weiteren Schritte aufweist:

einen Schritt zum Erkennen einer Temperatur des Energieversorgungsweges,

einen Schritt zum Steuern des Stromes zu der Batterie in Übereinstimmung mit einem Vergleich zwischen einer Temperatur des Spannungsversorgungsweges und einer vorgegebenen Standardtemperatur.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert wird. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines vorbekannten Ladegerätes zeigt,

Fig. 2 ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Ladegerätes nach der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 3 eine Darstellung der in Fig. 2 gezeigten Ladesteuerschaltung,

Fig. 4A eine Darstellung einer Schaltung zum Messen der Temperatur des Transformators, wie in Fig. 2 gezeigt ist,

Fig. 4B eine Schaltung zum Erkennen der Temperatur der Batterie, die in Fig. 2 gezeigt ist,

Fig. 5A eine Darstellung einer Meßschaltung für die Batterieschaltung, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist,

Fig. 5B eine Darstellung einer Meßschaltung für den Ladestrom,

Fig. 6 eine Darstellung einer Schaltung zum Erkennen des Nulldurchgangs, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist,

Fig. 7 ein Flußdiagramm eines Rechnerprogramms, das von der in Fig. 2 gezeigten CPU ausgeführt wird,

Fig. 8A den Verlauf einer Vollwellen- Gleichrichtung,

Fig. 8B ein Nulldurchgangs-Erkennungssignal,

Fig. 8C ein Schaltelement-Betriebssignal,

Fig. 9 eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen der Temperatur des Transformators und dem Wert des Ladestroms angibt,

Fig. 10 eine Wellenform der Ladespannung,

Fig. 11 eine Darstellung, die das Aussehen des Ladegerätes nach der vorliegenden Erfindung wiedergibt,

Fig. 12 ein Blockdiagramm, das den in Fig. 11 gezeigten Batterie-Pack wiedergibt,

Fig. 13 eine perspektivische Ansicht, die das Aussehen des in Fig. 11 gezeigten Transformators wiedergibt,

Fig. 14 eine perspektivische Ansicht, die eine Schaltplatte für die elektronischen Bauteile wiedergibt.

Ein Ausführungsbeispiel eines Ladegerätes nach der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Fig. 11 zeigt eine Darstellung, die das Aussehen des Ladegerätes wiedergibt. Der Transformator 4 und eine Schaltkarte für die elektronischen Bauteile 40 sind auf einer Bodenplatte 42 montiert, sie sind von einem äußeren Gehäuse 44 umgeben. Ein Plus- Anschluß 51, ein Minus-Anschluß, ein Thermostat-Anschluß 53 und ein Thermistor-Anschluß 54 erheben sich von dem äußeren Gehäuse 44. Der lösbare Batterie-Pack 10P ist an den Anschlüssen angebracht, um das Laden des Batterie- Packs 10P auszuführen.

Fig. 12 zeigt ein Blockdiagramm, das den Batterie-Pack 10P wiedergibt. Um das Laden der Batterie 10P auszuführen, sind die Anschlüsse D1, D2 mit dem Plus-Anschluß 51 bzw. dem Minus-Anschluß 52 verbunden. Der Thermostat 31, der einen Anschluß D3 hat und der Thermistor 32, der einen Anschluß D4 hat, sind in dem Batterie-Pack 10P installiert. Der Anschluß D3 und der Anschluß D4 sind mit dem Thermostat-Anschluß 53 bzw. dem Thermistor-Anschluß 54 verbunden, wie in Fig. 12 gezeigt.

Die Temperatur des Batterie-Packs 10P wird in das Ladegerät über den Thermistor-Anschluß 54 aufgenommen, wenn die Temperatur des Batterie-Packs 10P unterhalb einer vorgegebenen Temperatur (beispielsweise 60°C) ist, setzt das Ladegerät das Laden der Batterie in dem Batterie-Pack 10P fort. Es ist auch möglich, das Laden der Batterie aufrechtzuerhalten, wenn der Thermostat 31 gesperrt ist, da die Temperatur der Batterie 10 in den Batterie-Pack 10P gesenkt wird.

Fig. 12 zeigt ein Blockdiagramm des Ladegerätes als ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Eine Spannung von der Spannungsversorgung fließt durch eine Schaltung an der Energieversorgung 2. Wenn die Spannung durch den Transformator 4 auf eine vorgegebene Spannung herabtransformiert ist, wird die Spannung in die Ladesteuer-Schaltung 8 aufgenommen. Sodann führt die Lade- Steuerschaltung 8 das Laden durch Aufbringen der herabtransformierten Spannung, die von dem Transformator 4 herabtransformiert worden ist, auf die Batterie 10, aus. Die Lade-Steuerschaltung 8 steuert die Batterie-Ladung zu der Batterie 10 in Übereinstimmung mit einem Befehl von der CPU 20.

Um die volle Ladung zu erkennen, nimmt die CPU 20 eine Spannung von der Batterie 10 durch die Batteriespannungs-Meßschaltung 10 auf. Um eine Rückkopplungs-Regelung zu schaffen, die den Ladestrom in einem bestimmten Bereich hält, nimmt die CPU den Ladestrom über die Ladestrom-Meßschaltung 10 auf. Der Wert der Batteriespannung und des Ladestroms werden in dem RAM 26 als unabhängige Daten über den Analog/Digital-Wandler 22, der in der CPU 20 vorgesehen ist, gespeichert. Außerdem erkennt eine Batterie-Temperatur-Meßschaltung 14 die Temperatur der Batterie 10. Die Temperatur der Batterie 10 wird in der Batterie-Temperatur-Meß-Schaltung 14 über den Thermistor-Anschluß 54 aufgenommen.

Die von dem Transformator 4 herabtransformierte Spannung wird auf die Nulldurchgangs-Erkennungsschaltung 18 aufgebracht. Der Nulldurchgang der Vollwellen-Gleichrichtung wird von der Nulldurchgangs-Meßschaltung 18 erkannt und der erkannte Nulldurchgang wird an die Flip-Flop- Schaltung 22b in der CPU 20 ausgegeben. Die CPU 20 erkennt den Nulldurchgangspunkt zum Erkennen eines Zustands der Flip-Flop-Schaltung 22b. Weiter hat die CPU 20 einen Zeitgeber 24.

In diesem Ausführungsbeispiel ist der Sensorkopf 6a der Temperatur-Erkennungsschaltung für den Transformator 6 als Mittel zum Erkennen der Temperatur des Transformators an dem Transformator 4 angebracht und eine Temperatur des Transformators 4 wird von dem Sensorkopf 6a erkannt. Die Temperatur des Transformators 4, die von dem Sensorkopf 6a erkannt worden ist, wird zu der CPU 20 geführt. Der Sensorkopf 6a ist an der Seite des Transformatorkerns 4M angebracht, wie in Fig. 13 gezeigt. Der Sensorkopf 6a kann weiter an der oberen Fläche des Transformatorkerns 4M oder an anderen Flächen angebracht sein. Ein Thermistor, ein Thermostat oder ein Thermo- Element oder dergleichen sind geeignete Elemente für den Sensorkopf der Temperatur-Erkennungsschaltung für den Transformator.

Fig. 3 zeigt ein Schaltdiagramm einer Lade-Steuerschaltung 8 in praktischen Ausführungsbeispielen. Weiter zeigt Fig. 4A ein Diagramm der Temperatur-Meßschaltung für den Transformator 6 und Fig. 4B ist eine Darstellung der Temperatur-Meßschaltung für die Batterie 14. Weiter zeigt Fig. 5A eine Darstellung der Batterie- Spannungs-Meßschaltung 12, Fig. 5B ist eine Darstellung der Ladestrom-Meßschaltung 16 und Fig. 6 ist eine Darstellung der Nulldurchgangs-Meßschaltung 18.

Eine Spannung, die über die Schaltung an der Energieversorgung 2, die in Fig. 2 gezeigt ist, wird durch den Transformator 4 herabtransformiert. Um die zugeführte Spannung herabzutransformieren, wird eine induzierte Spannung von dem Transformator 4 an dessen Lastseite entwickelt. Die induzierte Spannung wird von der Anzahl der Wicklungen auf dem Transformator 4 bestimmt.

Die auf einen bestimmten Betrag herabtransformierte Spannung wird der Lade-Steuerschaltung 8 zugeführt und die herabtransformierte Spannung wird von der Lade- Steuerschaltung 8 gleichgerichtet in einer in Vollwellen gleichgerichteten Form, wie in Fig. 8A gezeigt. Die Gleichrichtung wird wie folgt ausgeführt. Eine Wechselspannung von dem Transformator 4 wird auf die Nulldurchgangs-Meßschaltung 18 aufgegeben. Die Wechselspannung wird, wie in Fig. 8 gezeigt ist, durch die Nulldurchgangs-Meßschaltung 18, die die Dioden 106 und 107 verwendet, in eine in Vollwellen gleichgerichtete Form gebracht. Die gleichgerichtete Wellenform wird sodann dem Transistor 100 der Lade-Steuerschaltung 8 zugeführt.

Die CPU 20 betätigt die Transistoren 100 und 101, um die beiden Thyristoren 102 und 103 einzuschalten. Wenn die beiden Thyristoren 102 und 103 eingeschaltet sind, wird ein Ladestrom zu dem Batterie-Pack 10P geführt, wie unten beschrieben werden wird.

Wenn der Sekundäranschluß des Transformators 4a [+] wird, fließt ein Ladestrom von dem Transformator 4 sequentiell entlang des Weges, wie dem Sekundäranschluß 4a, dem Thyristor 102, dem Plus-Anschluß 51, dem Plus- Anschluß D1 des Batterie-Packs 10P, dem Minus-Anschluß D2 des Batterie-Packs 10P, dem Minus-Anschluß 52, der Diode 105 und dem Sekundär-Anschluß 4b.

Wenn dagegen der Sekundäranschluß des Transformators 4b [+] wird, fließt der Ladestrom von dem Transformator 4 den anderen Weg, nämlich durch den Sekundäranschluß 4b, den Thyristor 103, den Plus-Anschluß 51, den Plus- Anschluß D1 des Batterie-Packs 10P, den Minus-Anschluß D2 des Batterie-Packs 10P, den Minus-Anschluß 52, der Diode 104 und den Sekundär-Anschluß 4a.

Das Laden der Batterie 10 wird wie oben beschrieben, mit einer Vollwellen-Gleichrichtung der Wechselspannung von dem Transformator 4 durch Steuern des Schaltbetriebs des Thyristors 102 und 103 durch die CPU 20 ausgeführt. In diesem Ausführungsbeispiel können andere Schaltelemente anstelle der Thyristoren 102 und 103 verwendet werden.

Nachfolgend wird der Schaltungsaufbau zum Steuern des Ladestroms beschrieben. Die in Fig. 6 gezeigte Nulldurchgangs-Meßschaltung 18 führt eine Vollwellen-Gleichrichtung des Gleichstroms unter Verwendung der Dioden 106, 107, wie oben erwähnt, aus. Die zu Vollwellen gleichgerichtete Spannung wird durch eine Zehner-Diode 108 und Widerstände 109 und 110 geteilt und die geteilte Spannung wird auf den Transistor 111 aufgebracht. Auch die Nulldurchgangs-Meßschaltung 18 gibt ein Nulldurchgangs-Meßsignal (siehe Fig. 8B), das der geteilten Spannung entspricht, an die CPU 20 aus.

Die CPU 20 gibt ein Schaltelement-Betätigungssignal (siehe Fig. 8C) an die Lade-Steuerschaltung t Sekunden nach Aufnahme des Nulldurchgangs-Meßsignals aus. Das Schaltelement-Steuersignal steuert die beiden Transistoden 100 und 101 zum Einschalten der Thyristoren 102 und 103. Die Ladung der Batterie 10 wird so für die Dauer von t Sekunden ausgeführt, wie in Fig. 8C gezeigt. Das heißt, die CPU 20 steuert die Dauer von T Sekunden (siehe Fig. 8B) zum Einstellen der Dauer von t Sekunden, während der die Batterie-Ladung ausgeführt wird. Dieser Vorgang wird ausgeführt, um den Wert des Ladestroms zu steuern.

Insbesondere ist in dem RAM 26 unter der Kontrolle der CPU 20 ein Aufzählwert gespeichert, der der Dauer von T Sekunden entspricht. Die CPU 20 startet den Zeitgeber 24 bei Empfang des Nulldurchgangs-Meßsignals (siehe Fig. 8B). Wenn der Aufzählwert in dem RAM 26 und ein Wert, der von dem Zeitgeber 24 gezählt wird, gleich wird, gibt die CPU 20 das Schaltelement-Betätigungssignal (siehe Fig. 8C) aus.

Um den Wert des Ladestroms auf einem bestimmten Pegel zu halten, wird durch Messen eines Stromwerts mittels der Ladestrom-Meßschaltung 16 eine Rückkopplungsregelung ausgeführt. Die Ladestrom-Meßschaltung 16 nimmt einen Spannungsabfall auf, der durch den Widerstand 112 in der Ladesteuer-Schaltung 8 (siehe Fig. 3) verursacht wird und entfernt ein Rauschen durch Verwendung des Widerstands 113 und des Kondensators 114, wie in Fig. 5B gezeigt. Die Spannung wird mittels einer Integrations- Schaltung gemittelt, die aus Widerständen 115, 116 und einem Kondensator 117 besteht, und die gemittelte Spannung wird auf die CPU 20 aufgegeben.

Die CPU 20 erkennt so einen Stromwert und vergleicht diesen mit einem Sollstromwert. Wenn der gemessene Stromwert kleiner ist als der Sollwert, steuert die CPU 20 den Aufzählwert, der in dem RAM 26 gespeichert ist, um die Dauer von T Sekunden kürzer zu machen als sie ist (die CPU 20 macht, mit anderen Worten, die Dauer t Sekunden länger als sie ist). Dies macht den Stromwert höher als den üblichen Stromwert. Wenn der gemessene Stromwert dagegen größer ist als der Sollwert, beeinflußt die CPU 20 in dem RAM 26 gespeicherten Wert, um die Dauer T Sekunden länger zu machen als sie ist (auf die CPU 20 macht, mit anderen Worten, die Dauer t Sekunden kürzer als sie ist). Dies macht den Stromwert geringer als den üblichen Stromwert. Diese Rückkopplungs- Regelung hilft, den Ladestrom auf einem konstanten Wert zu halten.

Im nachfolgenden wird ein Computerprogramm, das von der CPU 20 ausgeführt wird, in Übereinstimmung mit dem in Fig. 7 gezeigten Ablauf beschrieben. Die Batterie- Ladung beginnt, nachdem der Batterie-Pack 10P in das Ladegerät eingebracht ist. Unter der Annahme, daß die Temperatur des Transformators in den Schritt S2 unter dem Temperaturgrenzwert bleibt, wird eine Ladung mit konstantem Strom mit einem Stromwert von 2A ausgeführt. Das heißt, zu diesem Zeitpunkt ist der in dem RAM 26 gespeicherte Aufzählwert (Dauer von T Sekunden) ein Wert, der der Ausführung der Ladung mit einem Ladestrom 2A entspricht.

Nach Beendigung des Schritts S6 und des Schritts S8 mißt die CPU 20 wiederum, ob die Temperatur des Transformators 4 den Temperaturgrenzwert (die Standardtemperatur) erreicht oder aber nicht. Hier ist der Temperaturgrenzwert ein Wert, der gesetzt ist und in dem RAM 26 vor dem Laden der Batterie eingespeichert ist. Die Temperatur des Transformators 4 wird durch die Temperatur- Meßschaltung für den Transformator (das Transformatortemperatur-Meßmittel) 6 gemessen. Die Temperatur-Meßschaltung für den Transformator 6 teilt eine Spannung von dem Sensorkopf 6A unter Verwendung der Widerstände 118 und 119, wie in Fig. 4 gezeigt, weiter wird das Rauschen der Spannung von dem Kondensator 120 entfernt. Sodann wird die Spannung der CPU 20 zugeführt.

Wenn die Temperatur des Transformators 4 den Temperaturgrenzwert erreicht, schreitet die CPU 20 von dem Schritt S2 zu dem Schritt S10 voran. Das bedeutet, daß der Ladestrom von 2A zu 1,5A verringert wird. Die CPU 20 schreibt den Aufzählwert, der in dem RAM 26 gespeichert ist, auf einen Wert um, der dem Ladestromwert von 1,5A entspricht.

Das heißt, der Ladestromwert nimmt auf 1,5A ab, indem die Dauer von T Sekunden länger gemacht wird, die Dauer von t Sekunden, die der Ladezeit entspricht, wird, mit anderen Worten, verkürzt. Eine Beziehung zwischen der Temperatur des Transformators 4 und dem Ladestromwert ist in Fig. 9 angegeben.

Durch Setzen des Temperaturgrenzwertes (des höchstmöglichen Wertes), bei dem in dem Ladegerät kein Problem entsteht, in dem RAM 26, ist es möglich, einer Zerstörung des äußeren Gehäuses 44 (siehe Fig. 11) und die Verschlechterung der Isolationseigenschaften des Transformators 4, die durch die Temperaturzunahme des Transformators 4 verursacht wird, zu verhindern.

Da der Transformator 4 die Spannung von der Spannungsversorgung herabtransformiert, ist die Temperaturerhöhung der wärmeführenden Teile des Transformators 4 selbst sehr viel größer als diejenige der wärmeführenden Teile, die auf der Lastseite des Transformators angeordnet sind. Es ist daher zuverlässig möglich, die Verschlechterung der Isolationseigenschaften des Transformators 4 und einer Zerstörung des äußeren Gehäuses 44 oder andere Probleme, die durch eine hohe Temperatur erzeugt werden, zu verhindern, als in dem Fall, daß der Ladestrom in Übereinstimmung mit der Temperaturmessung auf der Lastseite des Transformators 4 kontrolliert wird.

Der Ladestrom wird, wie oben beschrieben, auf 1,5A verringert. Sodann wird -ΔV, wie in Fig. 10 gezeigt, durch Abtasten des Ladestroms in einer bestimmten Dauer (Schritt S6, S8) gemessen. Die Wellenform des Ladestroms hat, wie in Fig. 10 gezeigt, eine Neigung, die gegenüber der vollen Ladung verringert ist, so daß die CPU 20 die volle Ladung durch Messen von -ΔV erkennt.

Die Erkennung der Batterie-Spannung wird durch die Batterie-Spannungs-Meßschaltung 12 ausgeführt. Die Batterie-Spannungs-Meßschaltung 12 teilt eine Spannung unter Verwendung einer Zehner-Diode 121, Widerständen 122 und 123 und ein Rauschen der Spannung wird durch den Kondensator 124, den Widerstand 125 und den Kondensator 126, wie in Fig. 5A gezeigt, entfernt. Sodann wird die Spannung zu der CPU 20 geführt. Die CPU 20 beendet das Laden, wenn es -ΔV mißt.

In dem obigen Beispiel wird der Ladestrom durch Erkennen der Temperaturzunahme des Transformators 4 gesteuert. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es möglich, eine Temperatur eines Spannungszufuhrweges des Transformators 4 zu messen, beispielsweise der Schaltungen 2, die auf der Spannungsversorgungsseite angeordnet sind. Fig. 14 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Schaltkarte für die elektronischen Bauelemente 40, wie in Fig. 11 gezeigt, wiedergibt. Die Schaltung der Spannungsversorgungsseite 40a und die Schaltungen der Lastseite 40b sind auf der Schaltkarte für die elektronischen Bauelemente ausgebildet, wie in Fig. 14 gezeigt.

In den Schaltungen auf der Spannungsversorgungsseite 40a sind Thyristoren 61, 62, Dioden 63, 64, Widerstände 65 und 66 als Bauelemente der Schaltung angeordnet. In Fig. 14 sind einige der Schaltungselemente und der Leiterbahnen der Schaltungen auf der Spannungsversorgungsseite 40a gezeigt, es sind jedoch nicht alle Schaltelemente und Leiterbahnen wiedergegeben.

In einem in Fig. 14 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Sensorkopf 67 mit dem Widerstand 66 der Schaltungen der Spannungsversorgungsseite 40a befestigt. Die Temperaturzunahme der Schaltungen der Spannungsversorgungsseite 40a ist viel größer als diejenige der Schaltungen der Lastseite 40b. Es ist so zuverlässig möglich, eine Verschlechterung der Isolationseigenschaften des Transformators 4 und die Zerstörung des äußeren Gehäuses (siehe Fig. 11) oder andere Probleme, die durch eine hohe Temperatur verursacht werden, zu vermeiden.

Obwohl der Sensorkopf 67 in Fig. 14 an dem Widerstand 66 der spannungsversorgungsseitigen Seite 40a befestigt ist, kann der Sensorkopf 67 auch an einen anderen der Bauteile befestigt sein, etwa einem der Thyristoren 61, 62, der Dioden 63, 64 oder einem anderen Widerstand, etwa dem Widerstand 65. Weiter kann der Sensorkopf 67 auf der gedruckten Schaltkarte (nicht gezeigt) befestigt sein, die die Schaltungen auf der Spannungsversorgungsseite 40a trägt.

Die Temperaturzunahme der oben genannten Bauelemente, etwa der Thyristoren 61, 62, der Dioden 63, 64, des Widerstandes 65 und der gedruckten Schaltkarte ist sehr viel größer als derjenige der Schaltungen auf der Lastseite 40b. Es ist so zuverlässig möglich, eine Verschlechterung der Isolationseigenschaften des Transformators 4 und die Zerstörung des äußeren Gehäuses 44 (siehe Fig. 11) oder andere Probleme, die durch eine hohe Temperatur verursacht werden, zu vermeiden.

Auch in dem obigen Ausführungsbeispiel wird der Ladestrom gesteuert, um von 2A auf 1,5A abzunehmen, wobei auch ein anderer Wert des Ladestroms genommen werden kann. Es ist weiter möglich, den Ladestrom in mehr als drei Stufen zu steuern.

Bei dem Ladegerät nach der vorliegenden Erfindung transformiert der Transformator eine Spannung eines Stroms, der über den Spannungsversorgungsweg gewonnen wurden, herab. Sodann spart das Steuermittel den Strom, der auf der Batterie aufgegeben wird, in Übereinstimmung mit einem Vergleich zwischen einer Temperatur auf dem Spannungsversorgungskanal oder derjenigen des Transformators und der Standard-Temperatur, die in dem Standardtemperaturspeichermittel gespeichert ist.

Das heißt, es ist möglich, eine Temperaturzunahme entweder auf dem Spannungsversorgungsweg oder aber bei dem Transformator zu erhöhen, in dem der Strom, der auf die Batterie aufgegeben wird, verringert wird, wenn die Temperatur des Spannungsversorgungsweges bzw. des Transformators die Standardtemperatur erreicht.

Da der Transformator die Spannung herabtransformiert, ist die Zunahme der Temperatur sehr viel größer als diejenige des Spannungsversorgungsweges oder des Transformators, verglichen mit dem Lastweg. Unter der Annahme, daß der Ladestrom in Übereinstimmung mit einer Temperatur des Lastkanals gesteuert wird, ist es nicht möglich, die Temperaturzunahme des Spannungsversorgungskanals oder diejenige des Transformators zu erkennen, wie dies die vorliegende Erfindung tut. Die hohe Temperatur, die sich in einer von diesen ausbildet, verursacht eine Abnahme der Isolationseigenschaften des Transformators und eine Zerstörung des äußeren Gehäuses oder andere Probleme.

Um diese Probleme zu lösen, steuert das Ladegerät nach der vorliegenden Erfindung den Ladestrom in Übereinstimmung mit der Temperatur des Spannungsversorgungsweges oder des Transformators. Dies verhindert eine Temperaturzunahme des Spannungsversorgungskanals oder des Transformators, so daß es möglich ist, eine Abnahme der Isolationseigenschaften des Transformators und eine Zerstörung des äußeren Gehäuses oder andere Probleme, die von der Temperatur verursacht werden, zu verhindern.

Obwohl die Erfindung in ihren bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, versteht es sich, daß die verwendeten Begriffe nicht die Erfindung begrenzen sollen und daß Änderungen sich innerhalb des aus den beiliegenden Ansprüchen ergebenden Grenzen möglich sind, ohne sich von dem Grundgedanken der Erfindung zu lösen.

Die sich aus den Ansprüchen und der Beschreibung ergebenden Merkmale und Vorteile der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren einzelnen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.


Anspruch[de]
  1. 1. Ein Batterie-Ladegerät, gekennzeichnet durch
    1. - einen Energieversorgungskanal zum Gewinnen von Strom aus einer Energieversorgung (2),
    2. - einen Transformator zum Herabtransformieren einer Spannung einer aus dem Energieversorgungskanal gewonnenen Stromes auf eine gewünschte Spannung,
    3. - einen Lastkanal zum Laden einer wiederaufladbaren Batterie (10) durch Aufbringen eines Stromes, der von dem Transformator (4) herabtransformierten Spannung,
    4. - ein Transformatortemperatur-Meßmittel (6) zum Messen der Temperatur des Transformators (4),
    5. - ein Standard-Temperatur-Speichermittel (26) zum Speichern einer vorgegebenen Standard-Temperatur, und
    6. - Steuermittel (8) zum Steuern des Stromes, der auf die Batterie (10) über den Lastkanal in Übereinstimmung mit einem Vergleich zwischen der Temperatur, die von dem Transformatortemperatur-Meßmittel (6) und der Standard-Temperatur, die in dem Standardtemperatur- Meßmittel (26) gespeichert ist, aufgegeben wird.
  2. 2. Das Batterie-Ladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Transformatortemperatur-Meßmittel (8) an dem Kern des Transformators (4) angebracht ist.
  3. 3. Das Batterie-Ladegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Transformatortemperatur-Meßmittel (8) an einer Seite des Kerns des Transformators (4) angebracht ist.
  4. 4. Das Batterie-Ladegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Transformatortemperatur-Meßmittel (8) einen Thermistor (6a) hat, der dazu verwendet wird, die Temperatur des Transformators (4) zu messen.
  5. 5. Das Batterie-Ladegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Transformatortemperatur-Meßmittel einen Thermostat (6a) hat, der zum Messen der Temperatur des Transformators (4) verwendet wird.
  6. 6. Das Batterie-Ladegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Transformatortemperatur-Meßmittel (8) ein Thermoelement (6a) hat, das dazu verwendet wird, die Temperatur des Transformators (4) zu messen.
  7. 7. Ein Batterie-Ladegerät, gekennzeichnet durch,
    1. - einen Energieversorgungskanal zum Gewinnen von Strom aus einer Energieversorgung (2),
    2. - einen Transformator zum Herabtransformieren einer Spannung einer aus dem Energieversorgungsweg gewonnenen Stromes auf eine gewünschte Spannung,
    3. - einen Lastkanal zum Laden einer wiederaufladbaren Batterie (10) durch Aufbringen eines Stromes, der von dem Transformator (4) herabtransformierten Spannung,
    4. - ein energieversorgungsseitig angeordnetes Temperatur-Meßmittel (67) zum Messen einer Temperatur des Energiezufuhrwegs,
    5. - ein Standard-Temperatur-Speichermittel (26) zum Speichern einer vorgegebenen Standard-Temperatur, und
    6. - Steuermittel (8) zum Steuern des Stromes, der auf die Batterie (10) über den Lastweg aufgegeben wird in Übereinstimmung mit einem Vergleich zwischen der Temperatur, die von dem energieversorgungsseitigen Temperatur-Meßmittel (67) und der Standard-Temperatur, die in dem Standard-Temperatur-Meßmittel (26) gespeichert ist, aufgegeben wird.
  8. 8. Das Batterie-Ladegerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das energieversorgungsseitige Temperatur-Meßmittel (67) an ein Bauelement (66) des Energieversorgungskanals angeordnet ist.
  9. 9. Das Batterie-Ladegerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das energieversorgungsseitige Temperatur-Meßmittel (67) an der gedruckten Schaltkarte (40) des Energieversorgungsweges angeordnet ist.
  10. 10. Ein Verfahren zum Laden einer Batterie mit den folgenden Schritten:
    1. - dem Schritt des Gewinnens eines Stromes aus einer Energieversorgung,
    2. - dem Schritt zum Herabtransformieren der Spannung des Stromes auf eine gewünschte Spannung mittels des Transformators,
    3. - dem Schritt des Ladens eines Stromes der herabtransformierten Spannung in eine wiederaufladbare Batterie,
  11. gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
    1. - dem Schritt des Erkennens der Temperatur des Transformators, und
    2. - dem Schritt des Steuerns des Stromes der Batterie in Übereinstimmung mit einem Vergleich zwischen der Temperatur des Transformators und einer vorgegebenen Standard-Temperatur.
  12. 11. Das Verfahren zum Laden einer Batterie nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Schritt des Steuerns des Stromes zu der Batterie die Temperatur des Transformators und die vorgegebene Standard-Temperatur verglichen werden und der auf die Batterie aufgebrachte Strom reduziert wird, wenn die Temperatur des Transformators höher ist als die vorgegebene Standard-Temperatur.
  13. 12. Ein Verfahren zum Laden einer Batterie mit den folgenden Schritten:
    1. - dem Schritt des Gewinnens eines Stromes aus einer Energieversorgung,
    2. - dem Schritt des Herabtransformierens der Spannung des Stromes auf eine gewünschte Spannung mittels des Transformators,
    3. - dem Schritt des Ladens eines Stromes der herabtransformierten Spannung in eine wiederaufladbare Batterie,
  14. gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
    1. - dem Schritt des Erkennens der Temperatur des Spannungsversorgungsweges, und
    2. - dem Schritt des Steuerns des Stromes der Batterie in Übereinstimmung mit einem Vergleich zwischen der Temperatur des Spannungsversorgungsweges und einer vorgegebenen Standard-Temperatur.
  15. 13. Das Verfahren zum Laden einer Batterie nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Schritt des Steuerns des Stromes zu der Batterie die Temperatur des Spannungsversorgungsweges und die vorgegebene Standard-Temperatur verglichen werden und der auf die Batterie aufgebrachte Strom reduziert wird, wenn die Temperatur des Transformators höher ist als die vorgegebene Standard-Temperatur.
  16. 14. Ein Verfahren zum Laden einer Batterie mit den folgenden Schritten:
    1. - dem Schritt des Gewinnens eines Stromes aus einer Energieversorgung,
    2. - dem Schritt zum Herabtransformieren der Spannung des Stromes auf eine gewünschte Spannung mittels des Transformators,
    3. - dem Schritt des Ladens eines Stromes der herabtransformierten Spannung in eine wiederaufladbare Batterie,
  17. gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
    1. - dem Schritt des Erkennens der Temperatur des Spannungsversorgungsweges, und
    2. - dem Schritt des Steuerns des Stromes der Batterie in Übereinstimmung mit einem Vergleich zwischen der Temperatur des Spannungsversorgungsweges und einer vorgegebenen Standard-Temperatur.






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