DE69736730T2

DE69736730T2 - Ladegerät

Info

Publication number: DE69736730T2
Application number: DE69736730T
Authority: DE
Inventors: Koji Shinagawa-ku Umetsu
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-07-16
Filing date: 1997-07-09
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2017-07-10
Also published as: EP0820138A2; ID17554A; EP0820138B1; MY126354A; DE69736730D1; CN1175108A; TW367644B; CN1139167C; AU741740C; JP3911049B2; AU2845597A; AU741740B2; US5923149A; EP0820138A3; JPH1032938A; KR980012774A; KR100477273B1

Description

Beschreibung der verwandten Technik
In einer Ladevorrichtung, die zum Laden eines Akkumulators wie einer Lithiumbatterie oder Ähnlichem verwendet wird, werden üblicherweise eine Ladung mit Konstantstrom und eine Ladung mit Konstantspannung durchgeführt. Das heißt, wenn eine Akkumulatorspannung des Akkumulators gleich oder kleiner einer für den Ladevorgang festgelegten Spannung ist, wird der Akkumulator mit einem konstanten Ladestrom geladen und die Akkumulatorspannung erhöht. Wenn die Akkumulatorspannung die festgelegte Spannung erreicht, nimmt der Ladestrom ab und die Batterie wird mit einer konstanten Ladespannung geladen.
Eine Ladevorrichtung 10, die ein solches Ladesystem nutzt, hat eine Bauweise wie beispielsweise in 1 gezeigt. 2 zeigt eine Beziehung (Ausgangseigenschaften der Ladevorrichtung) zwischen einer Ladespannung V und einem Ladestrom I. 3 zeigt die Beziehungen (Kurven der Ladeeigenschaften) zwischen der Ladespannung V, dem Ladestrom I und der Ladezeit T.
In der Ladevorrichtung 10 sind ein Akkumulator 11 und ein Stromerfassungswiderstand 12 seriell mit einer Stromquelle 13 verbunden. Das heißt, eine positive Anschlussklemme des Akkumulators 11 ist mit einer positiven Anschlussklemme der Stromquelle 13, eine negative Anschlussklemme des Akkumulators 11 ist mit einem Ende des Stromerfassungswiderstandes 12 und das andere Ende des Stromerfassungswiderstandes 12 ist mit einer negativen Anschlussklemme der Stromquelle 13 verbunden. Positive und negative Eingangsanschlussklemmen eines Komparators 14 sind mit den entsprechenden Enden des Stromerfassungswiderstandes 12 verbunden. Eine Ausgangsanschlussklemme des Komparators 14 ist mit einer Ladesteuerungseinheit 15 verbunden. Die Ladesteuerungseinheit 15 und eine Anzeigeeinheit 16 sind verbunden.
In solch einer Bauweise wird in der letzten Stufe des Ladevorgangs des Akkumulators 11, nachdem der Ladevorgang durch einen Konstantstrom Ib1 beendet wurde, das Laden durch die Konstantspannung Vb1 begonnen, so dass der Ladestrom I abnimmt. Folglich wird der Ladestrom I vom Stromerfassungswiderstand 12 ermittelt, der Komparator 14 vergleicht den ermittelten Ladestrom I mit einem Strom, der durch die Referenzspannung E1 festgelegt ist, und gibt ein Erfassungssignal an die Ladesteuerungseinheit 15 aus. Wenn das Erfassungssignal sich auf einem hohen Niveau befindet, bestimmt die Ladesteuerungseinheit 15, dass der Ladevorgang fortgesetzt wird und erlaubt der Anzeigeeinheit 16 anzuzeigen, dass die Batterie geladen wird. Wenn sich das Erfassungssignal auf einem niedrigen Niveau befindet, bestimmt die Ladesteuerungseinheit 15, dass der Ladevorgang beendet wird und erlaubt der Anzeigeeinheit 16 anzuzeigen, dass das Laden beendet ist.
Bezüglich der Ladezeit in einem Bereich von Beginn des Ladevorgangs bis zum Ende des Ladevorgangs in der herkömmlichen Ladevorrichtung 10 wird nun angenommen, dass die Zeit, die zum Laden durch den Konstantstrom benötigt wird, auf t festgelegt wird, eine Zeit, die zum Laden mit der Konstantspannung erforderlich ist, auf 3t festgelegt wird, so dass eine Zeitspanne 4t benötigt wird. Insbesondere wird die Ladezeit mit Konstantspannung durch eine Impedanz im Akkumulator ermittelt. Um die Ladezeit zu verringern, muss daher der Ladestrom der Ladung mit Konstantstrom erhöht werden. Es besteht also in der Folge nicht nur das Problem, dass die Ladezeit mit Konstantspannung, die ¾ der Ladezeit ausmacht, nicht verringert werden kann, sondern ebenso das Problem, dass eine teuere Vorrichtung mit einer hohen Ausgangsleistung (hohe elektrische Leistung) erforderlich ist.
US-A-5 237 259 beschreibt ein System zum Laden eines Akkumulators, in dem der Akkumulator anfangs mit Konstantladestrom geladen wird, bis die Akkumulatorspannung eine vorab festgelegtes Niveau erreicht, dann wechselt der Ladevorgang in eine Phase, in der die Ladespannung konstant gehalten wird, bis eine vorab festgelegte Zeitspanne verstrichen ist.
US-A-5 617 007 beschreibt ein System zum Laden eines Akkumulators, in dem der Akkumulator anfangs mit einem Konstantladestrom geladen wird, bis die Akkumulatorspannung ein vorab festgelegtes Niveau erreicht, dann wechselt der Ladevorgang in eine Impulsladephase, in der Ladeimpulse mit schrittweise verringertem Strom auf den Akkumulator angewendet werden. Während der Impulsladephase wird die Spannung nicht direkt gesteuert; stattdessen wird der Ladestrom so gesteuert, dass alle aufeinander folgenden Ladeimpulse einen Strom von 90% des Stroms im vorhergehenden Ladeimpuls besitzen, um die Stabilität des Ladeprozesses sicherzustellen. Der Ladevorgang wird als vollständig erachtet, wenn der Ladestrom auf einem bestimmten Wert abgesunken ist.
EP-A-0 847 123, die einen Stand der Technik gemäß Art 54(3) EPC darstellt (veröffentlicht nach dem Einreichungsdatum der vorliegenden Anmeldung) beschreibt ein System, in dem ein Akkumulator anfangs mit einem Konstantstrom geladen wird, nachdem aber die durchschnittliche Akkumulatorspannung ein vorab festgelegtes Niveau erreicht hat, wechselt der Ladeprozess in eine Impulsladephase, in der die Spannung der Ladeimpulse konstant gehalten wird, aber die relative Einschaltdauer der Impulse variiert wird. Der Ladevorgang wird als abgeschlossen betrachtet, wenn die relative Einschaltdauer der Impulse auf einen vorab festgelegten Wert abgenommen hat.
Ziel und Übersicht über die Erfindung
Die Erfindung wurde gemacht, um die obigen Probleme zu lösen. Es ist ein Ziel der Erfindung, eine kostengünstige Ladevorrichtung mit einer kurzen Ladezeit zu erreichen.
Die Erfindung wird durch die Merkmale der Hauptansprüche definiert. Die bevorzugten Ausführungsformen sind in den Nebenansprüchen definiert.
Gemäß der obigen Bauweise wird, nur wenn der Ladestrom nicht ausgeschaltet ist, also nur während des Ladens, die Spannung auf die Spannung umgeschalten, die höher als die Ausgangsspannung der Stromquelle ist und das Laden erfolgt, so dass die Ladezeit mit Konstantspannung, die üblicherweise ¾ der Ladezeit beträgt, reduziert werden kann.
Die obigen und weiteren Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den angehängten Ansprüchen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen deutlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ein Baudiagramm ist. das ein Beispiel einer herkömmlichen Ladevorrichtung zeigt.
2 ist ein Diagramm, das eine allgemeine Beziehung (Ausgangseigenschaften der Ladevorrichtung) zwischen einer Ausgangsspannung und einem Ladestrom in der Vorrichtung von 1 zeigt;
3 ist ein Diagramm, das Beziehungen (Kurven der Ladeeigenschaften) zwischen Ladespannung/-strom und Ähnlichem und einer Ladezeit der Ladevorrichtung zeigt, die in 1 dargestellt ist;
4A und 4B sind Baudiagramme, die eine Ausführungsform einer Ladevorrichtung der Erfindung zeigen;
5 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Betriebsbeispiels der Ladevorrichtung, die in 4A und 4B gezeigt wird;
6 ist ein erstes Diagramm, das Beziehungen (Kurven der Ladeeigenschaften) zwischen Ladespannung/-strom und Ähnlichem und einer Ladezeit der Ladevorrichtung zeigt, die in 4A und 4B dargestellt ist;
7 ist ein vergrößertes Diagramm eines X-Abschnitts, der in 6 gezeigt wird;
8 ist ein Diagramm, das einen Spannungsabschnitt der Ladevorrichtung zeigt, die in 4A und 4B dargestellt ist;
9 ist ein zweites Diagramm, das Beziehungen (Kurven der Ladeeigenschaften) zwischen Ladespannung/-strom und Ähnlichem und einer Ladezeit der Ladevorrichtung zeigt, die in 4A und 4B dargestellt ist;
10 ist ein vergrößertes Diagramm eines Y-Abschnitts, der in 9 gezeigt wird;
11 ist ein Baudiagramm, das eine Bauweise zeigt, in der andere Abschnitte als der Hauptabschnitt der Ladevorrichtung, die in 4A und 4B gezeigt werden, vereinfacht werden.
12 ist ein Baudiagramm, das eine weitere Ausführungsform einer Ladevorrichtung der Erfindung zeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden nun detailliert mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Da die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind, werden verschiedene Einschränkungen, die technisch bevorzugt werden, hinzugefügt. Der Geltungsbereich der Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt, so lange keine Offenlegung in der folgenden Beschreibung besteht, die anzeigt, dass die Erfindung teilweise beschränkt ist.
4A und 4B sind Baudiagramme, die eine Ausführungsform einer Ladevorrichtung 100 der Erfindung zeigen;
In der Ladevorrichtung 100 sind ein Akkumulator 101 und ein Ladestrom-Ausschalter 102 und ein Stromerfassungswiderstand 103 seriell mit einer Gleichrichterschaltung 104 verbunden. Das heißt, eine positive Anschlussklemme des Akkumulators 101 wird mit der Gleichrichterschaltung 104 verbunden, eine negative Anschlussklemme des Akkumulators 101 wird mit einem Ende des Ladestrom-Ausschalters 102 verbunden, das andere Ende des Ladestrom-Ausschalters 102 wird mit einem Ende des Stromerfassungswiderstands 103 verbunden, und das andere Ende des Stromerfassungswiderstands 103 wird mit der Gleichrichterschaltung 104 verbunden. Weiterhin wird die negative Anschlussklemme des Akkumulators 101 mit einer positiven Eingangsanschlussklemme eines Komparators 105 verbunden. Eine positive Anschlussklemme einer Referenzstromquelle 106 wird mit einer negativen Eingangsanschlussklemme eines Komparators 105 verbunden. Eine Ausgangsanschlussklemme des Komparators 105 ist mit einer Ladesteuerungseinheit 107 verbunden. Der Ladestrom-Ausschalter 102, einen Referenz-Stromquellen-Umschalter 108 und eine Anzeigeeinheit 109 sind mit der Ladesteuerungseinheit 107 verbunden.
Ein Verbindungsleitungsabschnitt zwischen der positiven Anschlussklemme des Akkumulators 101 und der Gleichrichterschaltung 104 wird mit einer negativen Eingangsanschlussklemme eines Verstärkers 110 verbunden. Eine Anschlussklemme des Referenzstromquellen-Umschalters 108 zum Umschalten zwischen den Referenzstromquellen 111a und 111b wird mit einer positiven Eingangsanschlussklemme des Verstärkers 110 verbunden. Eine Ausgangsanschlussklemme des Verstärkers 110 wird mit einer Diode 112 verbunden.
Ein Verbindungsleitungsabschnitt zwischen dem Ladestrom-Ausschalter 102 und dem Stromerfassungswiderstand 103 wird mit einer negativen Eingangsanschlussklemme eines Verstärkers 113 verbunden. Eine positive Anschlussklemme einer Referenzstromquelle 114 wird mit einer positiven Eingangsanschlussklemme des Verstärkers 113 verbinden. Eine Ausgangsanschlussklemme des Verstärkers 113 wird mit einer Diode 115 verbunden.
Ein Verbindungsleitungsabschnitt zwischen den Dioden 112 und 115 und ein Verbindungsleitungsabschnitt zwischen der positiven Anschlussklemme des Akkumulators 101 und der Gleichrichterschaltung 104 werden über einen Fotokoppler 116 verbunden. Der Fotokoppler 116, eine PWM-Steuerschaltung 117 und eine Umschaltschaltung 118 werden seriell verbunden.
Eine Gleichrichterschaltung 120 und ein Eingangsfilter 121 werden seriell mit einer Anschlussklemme auf der Primärseite eines Wandlertransformators 119 verbunden.
Die Umschaltschaltung 118 wird mit der anderen Anschlussklemme auf der Primärseite verbunden. Die Gleichrichterschaltung 104 wird mit der Sekundärseite des Wandlertransformators 119 verbunden.
Ein Verfahren zur Senkung der Ladezeit durch die Ladevorrichtung 100 der Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden beschrieben. Da die Ausgangsspannung der Stromquelle 13 in der herkömmlichen Ladevorrichtung 10 immer konstant ist, wenn ein Lademodus nach Abschluss des Ladevorgangs mit Konstantstrom in einen Ladevorgang mit Konstantspannung übergeht, tritt eine Abnahme des Ladestroms auf.
Die Abnahme des Ladestroms wird durch eine interne Spannung des Akkumulators 11 bestimmt, einem internen Widerstand des Akkumulators 11 und einem Leitungswiderstand zwischen dem Akkumulator 11 und der Ladevorrichtung 10. Wenn die Abnahme des Ladestroms auch sogar in der Ladevorrichtung 100 der Ausführungsform der Erfindung auftritt, beispielsweise unter der Annahme, dass ein interner Widerstand r0 des Akkumulators 101 gleich 0,3 Ω und ein Leitungswiderstand r1 zwischen dem Akkumulator 101 und der Ladevorrichtung 100 gleich 0,1 Ω ist, ist der Gesamtwiderstand r = r0 + r1 gleich 0,4 Ω. Angenommen, ein Ladestrom IB ist auf 1A eingestellt, so ist der Spannungsabfall Vr = r·IB gleich 0,4 V. Der Spannungsabfall Vr wirkt sich auch auf den Ladestrom IB für den Akkumulator 101 aus.
Angenommen die Akkumulatorspannung beträgt zum Beispiel 8,4 V, so tritt eine Lithiumbatterie, die als Akkumulator 101 fungiert, in einen vollständigen Ladestatus ein, indem unbeschränkt auf 8,4 V durch eine Akkumulator-Auslösespannung VB geladen wird. Da der interne Widerstand r0 des Akkumulators 101 und der Leitungswiderstand r1 zwischen dem Akkumulator 101 und der Ladevorrichtung 100 kleiner sind, kann daher die Ladezeit verringert werden.
Wie oben ausgeführt, wird, obwohl das Laden und die Beendigung des Ladevorgangs in vorab festgelegten Zeitspannen wiederholt werden, in der Ladevorrichtung 100 der Ausführungsform der Erfindung, die Batterie beispielsweise mit einer Ladespannung V01 geladen, die höher ist als 8,4 V – beispielsweise 8,7 V während des Ladevorgangs beträgt – und die Spannung wird an die Ausgangsspannung V0 der Stromquelle zurückgegeben, beispielsweise 8,4 V während der Unterbrechung des Ladevorgangs, wodurch die Gesamtladezeit reduziert wird.
Für die oben dargelegte Bauweise wird nun ein Betriebsbeispiel erläutert mit Bezug auf das Flussdiagramm von 5, wobei das Diagramm von 6 Beziehungen aufzeigt (Kurven der Ladeeigenschaften) zwischen einer Spannung EV1 oder EV2 der Referenzstromquelle I11a oder 111b, der Ladespannung V, des Ladestroms I, einer Spannungsdifferenz ΔV und der Ladezeit T, ein vergrößertes Diagramm eines X-Abschnitts von 6 wird in 7 dargestellt, und ein Diagramm in 8 zeigt einen Spannungsabschnitt der Vorrichtung.
Der Akkumulator 101 wird zuerst mit einer Wechselstromquelle (100V) (Schritt STP1) verbunden, und elektrischer Strom wird an die Primärseite des umwandelnden Transformators 119 über den Eingangsfilter 121 und die Gleichrichterschaltung 120 geliefert. Die Umschaltschaltung 118 schaltet den Wandlertransformator 119 durch ein Verfahren um, das im Folgenden im Detail erläutert wird, wandelt den elektrischen Strom von der Primärseite auf die Sekundärseite um, und liefert den umgewandelten Strom über die Gleichrichtschaltung 104 an den Akkumulator 101.
Der Komparator 105 vergleicht die Spannungsdifferenz ΔV zwischen der Ausgangsspannung V0 der Stromquelle zum Zeitpunkt, an dem nicht geladen wird, die in eine positive Eingangsanschlussklemme eingegeben wird, wenn der Ladestrom ausgeschaltet wird und die ausgelöste Akkumulatorspannung VB, nämlich die negative Anschlussklemmenspannung des Akkumulators 101 mit einer Referenzspannung EC der Referenzstromquelle 106, die in die negative Eingangsanschlussklemme eingegeben wird und ein Erkennungssignal an die Ladesteuerungseinheit 107 ausgibt.
Wenn sich das Erkennungssignal auf einem niedrigen Niveau befindet, bestimmt die Ladesteuerungseinheit 107, dass der Ladevorgang beendet wird und erlaubt der Anzeigeeinheit 109 anzuzeigen, dass das Laden beendet ist, und die Ladeoperation wird beendet (Schritte STP2, STP11).
Wenn sich das Erkennungssignal auf einem hohen Niveau befindet, bestimmt die Ladesteuerungseinheit 107, dass die Ladeoperation fortgesetzt wird und schaltet die Referenzstromquellen-Umschalter 108 auf die Referenzstromquelle 111a um, und zwar auf die Ladespannung EV1, die höher ist als die Ausgangsspannung V0 der Stromquelle, und erlaubt der Anzeigeeinheit 109 anzuzeigen, dass die Ladeoperation durchgeführt wird (Schritte STP2, STP3).
Der Verstärker 110 vergleicht die Spannung V0, die dem Akkumulator 101 geliefert wird, mit der Spannung EV1 der Referenzstromquelle 111a. Der Verstärker 113 vergleicht den Ladestrom IB, der im Akkumulator 101 fließt, der durch den Stromerkennungswiderstand 103 erkannt wird, mit einem Strom, der durch die Spannung E1 der Referenzstromquelle 114 festgelegt wird. Der Opto-Koppler 116 wandelt das Ausgangssignal der Verstärker 110 und 113, durch die Dioden 112 und 115 hinzugefügt, von der Sekundärseite auf die Primärseite um und gibt das umgewandelte Ausgangssignal an die PWM-Steuerungsschaltung 117 aus. Basierend auf einem Spannungs-/Stromsteuerungssignal vom Fotokoppler 116, steuert die PWM-Steuerungsschaltung 117 eine An-Zeitspanne der Umschaltschaltung 118 dergestalt, dass die Ausgangsspannung und der Ladestrom gleich vorab festgelegten Werten sind, nämlich die Spannung (Ausgangssignal V01 der Stromquelle)/Strom, die durch die Spannung EV1 der Referenzstromquelle 111a und der Spannung E1 der Referenzstromquelle 114 festgelegt werden.
Somit können die Ausgangseigenschaften der Konstantspannung/des Konstantstroms abgeleitet werden.
Die Ladesteuerungseinheit 107 beginnt mit der Schnellladung und startet einen Zeitgeber (Schritte STP4, STP5). Wenn der Zeitgeber anhält, wird die Schnellladung angehalten (Schritte STP6, STP7). Das heißt, die Ladesteuerungseinheit 107 steuert die An-/Aus-Operationen des Ladestrom-Ausschalters 102 in einer vorab festgelegten Zeitspanne oder in einer beliebigen Zeitspanne nach Beginn des Schnellladens.
Zum Beispiel werden Operationen wiederholt wie, dass der Ladestrom-Ausschalter 102 für drei Minuten nach Beginn der Schnellladung eingeschalten wird, der Ladestrom wird geliefert, der Ladestrom-Ausschalter 102 wird für eine Zeitspanne von nur einigen wenigen Sekunden bis zu mehreren zehn Sekunden ausgeschaltet, nachdem drei Minuten verstrichen sind, und der Ladestrom wird ausgeschaltet.
In der Ladeunterbrechungsperiode schaltet die Ladesteuerungseinheit 107 die Referenzstromquellen-Umschalter 108 auf die Referenzstromquelle 111b um, und zwar auf dieselbe Ladespannung EV2 wie die Ausgangsspannung V0 der Stromquelle (Schritt STP8).
Der Verstärker 110 vergleicht die Spannung V0, die dem Akkumulator 101 geliefert wird, mit der Spannung EV2 der Referenzstromquelle 111b und liefert ein Ausgangssignal an die PWM-Steuerungsschaltung 117 über den Fotokoppler 116, um damit die Stromausgangsspannung V0 zu steuern. Die PWM-Steuerungsschaltung 117 steuert die An-Zeitspanne der Umschaltschaltung 118. Somit wird die Ausgangsspannung der Stromquelle auf V0 eingestellt.
Der Komparator 105 vergleicht die Spannungsdifferenz ΔV zwischen der Ausgangsspannung V0 der Stromquelle zum Zeitpunkt ohne Last, die in die positive Eingangsanschlussklemme eingegeben wird, wenn der Ladestrom ausgeschaltet ist, und die ausgelöste Akkumulatorspannung VB, und zwar die negative Anschlussklemmenspannung des Akkumulators 101, mit der Referenzspannung EC der Referenzstromquelle 106, die in die negative Eingangsanschlussklemme eingegeben wird und ein Erkennungssignal an die Ladesteuerungseinheit 107 ausgibt.
Wenn sich das Erkennungssignal auf einem hohen Niveau befindet, bestimmt die Ladesteuerungseinheit 107, dass die Ladeoperation fortgesetzt werden soll, die Verarbeitungsroutine geht zu Schritt STP3 zurück und die vorhergehenden Prozesse werden wiederholt (Schritt STP9).
Wenn sich das Erkennungssignal auf einem niedrigen Niveau befindet, kann die Lagesteuerungseinheit 107 auch entscheiden, dass die Ladeoperation beendet wird. Nachdem jedoch der Spannungsunterschied ΔV, für den das Erkennungssignal auf das niedrige Niveau eingestellt ist, erkannt wurde, können die folgenden Probleme auftreten. Wie zum Beispiel in dem Diagramm, das die Kurven der Ladeeigenschaften in 9 darstellt, und in dem vergrößerten Diagramm eines Y-Abschnitts in 10 gezeigt, gibt es den Fall, nachdem eine Spannungsdifferenz ΔVa oder ΔVb erkannt wurde, in der das Erkennungssignal das erste Mal auf das niedrige Niveau eingestellt ist, wenn die Referenzspannung von EV1 (V01-Spannung) auf EV2 (V0-Spannung) umgestellt wird und die Ladeoperation fortgesetzt wird, dass ein Ladestrom I und eine Spannungsdifferenz ΔV, die fortlaufend gesenkt wurden, einmal steigen.
In dem Fall, in dem solch ein Phänomen eintritt, wenn das Ende des Ladevorgangs durch Erkennen bzw. Erfassen einer Spannungsdifferenz ΔVa oder ΔVb unterschieden wird, an der das Erkennungssignal des ersten Auftretens auf ein niedriges Niveau festgelegt ist, führt dies zu einer fehlerhaften Unterscheidung. Wenn daher die Spannungsdifferenz ΔV, bei der das Erkennungssignal auf das niedrige Niveau festgelegt ist, fortlaufend mindestens zweimal erkannt wird, und zwar die Spannungsdifferenzen ΔVc und ΔVd, bei denen die Festlegung des Erkennungssignals auf ein niedrigeres Niveau erkannt wird, und danach das Ende des Ladevorgangs unterschieden wird, kann das Ende des Ladevorgangs mit Gewissheit unterschieden werden.
Als Beispiel einer bestimmten Operation, erkennt die Ladesteuerungseinheit 107 das Erkennungssignal auf dem niedrigeren Niveau des ersten Zeitpunkts (Schritt STP9). In der Folge wird ein Test durchgeführt, um festzustellen, ob das Erkennungssignal auf dem niedrigeren Niveau fortlaufend ein zweites Mal erkannt wurde (Schritt STP10). Als Unterscheidungseinrichtung wird hier zum Beispiel ein Erkennungszähler auf „1" gesetzt, wenn das Erkennungssignal des ersten Auftretens auf ein niedriges Niveau eingestellt ist, und wenn das Erkennungssignal des zweiten Auftretens auf ein hohes Niveau eingestellt ist, wird der Erkennungszähler auf „0" zurückgesetzt. Somit wird nur wenn das Erkennungssignal auf dem niedrigen Niveau zweimal nacheinander erkannt wird, wird der Erkennungszähler auf „2" festgelegt, so dass eine Unterscheidung durchgeführt werden kann.
In Schritt STP10 kehrt die Verarbeitungsroutine zurück zu Schritt STP3, wenn die Erkennung des Erkennungssignals auf einem niedrigen Niveau immer noch die Erkennung des ersten Auftretens ist. Die Ladespannung wird auf EV1 (V01) eingestellt, und der Ladevorgang wird erneut durchgeführt.
Wenn in Schritt STP10 die Erkennung des Erkennungssignals auf einem niedrigen Niveau zweimal hintereinander erfolgt, wird das Ende des Ladevorgangs angezeigt (Schritt STP11). In diesem Fall erfolgt für ein Ausgangssignal der Stromquelle die Ladeoperation durch fortlaufendes Anwenden der Ladespannung EV2 (V0).
In der obigen Ausführungsform ist die Erfindung nicht auf ein solches Verfahren beschränkt, auch wenn die Erkennung des Erkennungssignals auf niedrigem Niveau fortlaufend zweimal erfolgt. Es reicht aus, es mindestens zweimal oder öfter zu erkennen.
Das Ausgangssignal des Erkennungssignals des Komparators 105 ist nur für die Zeitspanne gültig, in der der Ladestrom I ausgeschaltet ist, und es wird bestimmt, dass die Erkennung für eine andere Zeitspanne als die ausgeschaltete Zeitspanne ungültig ist. Daher ist abhängig von der Schaltungseinstellung das Ausgangssignal des Erkennungssignals für eine Zeitspanne, während der der Ladestrom I nicht ausgeschaltet ist, auf dem hohen oder niedrigem Niveau.
Wie oben erwähnt, wird gemäß der Ladevorrichtung 100 die Ladezeit mit Konstantspannung dem gegenüber reduziert, obwohl die Konstantstrom-Ladezeit verlängert wird. Daher kann zum Beispiel im Falle eines Akkumulators 101 von 1200 mAH, obwohl die herkömmliche Ladezeit 4t mit 90 Minuten erforderlich war, eine Ladezeit tt in der Ausführung der Erfindung auf fast die Hälfte der Zeit, nämlich etwa 50 Minuten gesenkt werden.
11 ist ein Baudiagramm, das eine Bauweise zeigt, in der andere Abschnitte als der Hauptabschnitt der Ladevorrichtung 100 in der Ausführungsform vereinfacht werden. Obwohl die Spannungsdifferenz ΔV zum Beispiel auf 80 mV festgelegt wird, kann eine allgemeine integrierte Schaltung als Komparator 105 verwendet werden, um die Spannungsdifferenz ΔV mit 80 mV zu erkennen, da dies ein Niveau ist, auf dem es insbesonders kein Problem ist, selbst wenn man von 5 mV Abweichung einer Offsetspannung ausgeht. Da die Ladesteuerungseinheit 107 die Analogspannung einer Hochpräzisionsschaltung nicht erkennt, kann zum Beispiel eine kostengünstige integrierte Schaltung von 1kROM wie eine Logikschaltung, ein Mikrocomputer mit einem Chip oder Ähnliches verwendet werden. Die Ladevorrichtung 100 kann folglich einen allgemeinen Komparator zur Erkennung der Spannung verwenden. Ein allgemeiner Mikrocomputer kann zur Steuerung der Ladeoperation verwendet werden. Somit können die Kosten der Vorrichtung gesenkt werden.
Die Erkennungseinrichtung der Spannungsdifferenz AV ist nicht auf den Komparator 105 beschränkt, sondern es ist, wie in 12 gezeigt, auch möglich, sie dergestalt zu bauen, dass eine CPU 130 hier mit einem A/D-Wandler ausgestattet ist, wobei ein A/D-Wandler 132 für eine CPU (Mikrocomputer) 131 anstelle des Komparators 105 vorgesehen ist, und die Spannungsdifferenz AV durch den A/D-Wandler 132 erkannt wird.
Wie oben geschrieben, können gemäß der Erfindung die Produktionskosten gesenkt werden, da die Bauweise einfach ist. Der Ladevorgang kann in kurzer Zeit durchgeführt werden und das Laden kann mit Gewissheit beendet werden, so dass die Zuverlässigkeit erhöht werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind viele Änderungen und Abweichungen im Rahmen der Erfindung möglich, wie dies in den angehängten Ansprüchen definiert ist.

Claims

Ladevorrichtung (100) zur Steuerung eines Ladeprozesses dergestalt, dass ein Akkumulator (101) anfangs mit Konstantstrom geladen und eine Ladespannung verwendet wird, die kleiner oder gleich einer ersten Spannung ist, wobei wenn die Klemmenspannung des Akkumulators auf die erste Spannung steigt, der Akkumulator mit einer Konstantspannung geladen wird und ein Ladestrom verwendet wird, der kleiner oder gleich dem Konstantstrom ist, wobei die Ladevorrichtung umfasst: Schalteinrichtung (102) zum periodischen Abschalten des Ladestroms; dadurch gekennzeichnet, dass eine Vergleichseinrichtung (105) zum Vergleich einer Spannungsdifferenz (DV) mit einer Referenzspannung (EC) vorgesehen ist, wobei die Spannungsdifferenz (DV) die Differenz zwischen einer Ausgangspannung (V0) einer Stromquelle, wenn der Ladestrom ausgeschaltet ist, und einer Akkumulatorspannung (VB) ist; und eine Steuereinrichtung (107, 108) zum Umschalten der Ladespannung auf eine Spannung (V01), die höher ist als die Ausgangsspannung (V0) der Stromquelle, wenn der Ladestrom bereitgestellt ist, wobei die Ladespannung auf eine Spannung (V0) umgeschaltet wird, die gleich der Ausgangsspannung (V0) der Stromquelle ist, wenn der Ladestrom ausgeschaltet ist, und wobei die Ladespannung auf eine Spannung (V0) umgeschaltet wird, die gleich der Ausgangsspannung (V0) der Stromquelle ist, wenn das Laden abgeschlossen ist, gemäß einem Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung (105).
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (107) den Ladeprozess beendet, nachdem das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung mindestens zweimal die Beendigung des Ladeprozesses anzeigt.
Verfahren zur Steuerung des Ladevorgangs eines Akkumulators (101), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Anfängliches Laden des Akkumulators mit einem Konstantstrom und mit einer Ladespannung, die kleiner oder gleich einer ersten Spannung ist, wobei wenn die Klemmenspannung des Akkumulators auf die erste Spannung steigt, der Akkumulator mit einer konstanten Spannung geladen wird und ein Ladestrom verwendet wird, der kleiner oder gleich dem Konstantstrom ist, wobei der Ladevorgang periodisch angehalten wird; dadurch gekennzeichnet dass: wenn der Ladevorgang angehalten wird, eine Spannungsdifferenz (DV) mit einer Referenzspannung (EC) verglichen wird, wobei die Spannungsdifferenz (DV) die Differenz zwischen einer Ausgangsspannung (V0) einer Stromquelle, wenn der Ladevorgang angehalten wird, und einer Akkumulatorspannung (VB) ist, beim Ladevorgang eine Ladespannung auf eine Spannung (V01) umgeschaltet wird, die größer ist als die Ausgangsspannung (V0) der Stromquelle, und nachdem der Abschluss des Ladevorgangs ermittelt wurde, basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs, die Ladespannung auf die Ausgangsspannung (V0) der Stromquelle umgeschaltet wird.
Ladeverfahren gemäß Anspruch 3, wobei der Ladevorgang abgeschlossen wird, nachdem ein Vergleichsergebnis, das den Abschluss des Ladeprozesses anzeigt, mindestens zweimal erkannt wird.