DE9107186U1

DE9107186U1 - Batterieladevorrichtung für einen tragbaren Computer

Info

Publication number: DE9107186U1
Application number: DE9107186U
Authority: DE
Original assignee: CHIEH TINGH SHAO TAIPEH/T'AI-PEI TW; SHEY HSIAO-YUAN HSINCHU TW
Current assignee: CHIEH TINGH SHAO TAIPEH/T'AI-PEI TW; SHEY HSIAO-YUAN HSINCHU TW
Priority date: 1991-06-11
Filing date: 1991-06-11
Publication date: 1991-08-01
Anticipated expiration: 2001-06-12

Description

Titel : Batterieladevorrichtung für einen tragbaren Computer

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Batterieladevorrichtung für tragbare Kompakt-Computer. Im Zuge der schnellen technischen Entwicklung und der steigenden Nachfrage der Computer-Anwender werden die Abmessungen der tragbaren Computer immer kleiner, aber die System-Funktionen immer zahlreicher. Kompakt-Computer können so klein sein, daß sie in einem Gehäuse von der Größe eines Buches untergebracht und leicht getragen werden können. Jedoch entstehen gleichzeitig Probleme hinsichtlich der Wärmeabstrahlung und des Aufladens. Die Forderungen nach kleiner und leichter Bauweise, kürzester Ladezeit und der längsten Betriebsdauer widersprechen sich aus verschiedenen Gründen.

_m &eegr; _m

Oberflächlich betrachtet ist das Laden ein einfacher Vorgang; solange Energie benötigt wird, geht das Laden einfach weiter. In Wirklichkeit ist dies sehr gefährlich, da während des Batterieladens, speziell beim Schnelladen, andauernd Wärme entsteht. Das Gehäuse der Kompakt-Computer ist so klein, daß es sehr schnell überhitzt und Fehlfunktionen auftreten können. Wegen dieser Beschränkung können fast alle tragbaren Kompakt-Computer nur langsames Laden im Gehäuse durchführen, um das Gehäuse vor einem Überhitzen zu schützen. Für schnelles und sehr schnelles Laden wird eine getrennte Ladeeinheit benötigt, bzw. das Laden der Batterie außerhalb des Gehäuses durchgeführt. Dies birgt viele Probleme und Unbequemlichkeiten in sich und steht im Gegensatz zu den Vorteilen des Kompakt-Computers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kleincomputer mit einer Ladevorrichtung auszurüsten, mit der auch ein schnelles Aufladen durchgeführt und trotzdem die Gefahr einer Überhitzung vermieden werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung.

Die Erfindung wurde entwickelt, um vorzugsweise mit einer 12 V Gleichspannung das direkte Laden des Energiesystems im Kompakt-Computer zu ermöglichen. Die Quelle der 12 V

Gleichspannung kann ein Wechselspannung-Gleichspannung-Gleichrichter, oder z. B. ein elektrischer Zigarettenanzünder in einem Fahrzeug sein. Der Anzünder liefert eine 12 V Gleichspannung zum direkten und bequemen Bedienen und Laden in einem Fahrzeug oder in einem Haus. Ein Mikroprozessor in dem tragbaren Computer sorgt für die Energieversorgung und die Erfassung verschiedener Parameter durch eine spezielle Programmierung. Der Mikroprozessor arbeitet mit einem Temperaturfühler und einer Batteriespannungs-Detektorfirmware. Im Verlauf des Ladens wird die im Gehäuse des Computers zulässige Temperatur in Abhängigkeit davon, ob das System in Betrieb oder nicht in Betrieb ist, betrachtet. Die durch das Computersystem in normalem Zustand erzeugte Wärme und abgestrahlte Wärme werden gleichzeitig berechnet.

Unter Berücksichtigung der im Gehäuse und im Ladegerät erzeugten Energie werden auch die verschiedenen Ladeverfahren gesteuert. Die Tatsache der Wärmeerzeugung, wenn die aufladbaren Batterien zu 80 % geladen sind, wird ebenfalls als Kriterium bei der Auswahl des sehr schnellen, schnellen oder langsamen Lademodus berücksichtigt.

Wenn die Wärmeabstrahlung nicht ausreichend ist, wenn die obigen Ladeverfahren verwendet werden, oder wenn kürzere Ladezeiten durch das Computersystem erwartet werden, kann ein gebläseunterstütztes Lüftungssystem eingebaut werden, wenn innerhalb des Gehäuses Platz verfügbar ist. Das Pro-

blem des Überhitzens im Ladegerät beim Laden im sehr schnellen Modus kann dadurch gelöst werden.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockdiagramm des Strom-Versorgungssystems der Vorrichtung;

Fig. 2 ein Blockschema des Stromflusses in der Vorrichtung;

Fig. 3 ein Blockschema der Steuerung des Stromflusses in der Vorrichtung;

Fig. 4 ein Schaltbild für das Kühlgebläse der Vorrichtung;

Fig. 5 ein Schaltbild der Verarbeitung der Referenzsteuersignale in der Vorrichtung;

Fig. 6 die Beschaltung für ein 82C710-System;

Fig. 7 die Beschaltung für ein 82C214-System;

Fig. 8 ein Blockschaltbild der Gesamtvorrichtung;

Fig. 9 die Beschaltung für ein GD610/620-System;

Fig. 10 ein Betriebs-Flußdiagramm des Ladens und Lüftens in der Vorrichtung mit eingebautem Gebläse; und

Fig. 11 ein Bedienungs-Flußdiagraitun des Ladens in der Vorrichtung ohne Gebläse.

Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform hat einen Gleichspannungs-Versorgungseingang 10 von 12 V umfaßt, der mit einer externen 12 V-Gleichspannungsquelle verbunden werden kann, um elektrischen Strom für die Gesamtschaltung zu liefern. Die Eingangsspannung +12 V kann in die Signalspannungen, z. B. +5 V, +12 V, -12 V, etc. transformiert werden, um das System, die Anzeige und die anderen Stromverbraucher mit Strom zu versorgen. Ein Bandfilter 11 filtert die in den transformierten Signalspannungen auftretenden Störungen bzw. Interferenzen heraus, insbesondere die vom Computer erzeugten 10 und 60 MHz Störungen, um den Entstörungsvorschriften zu genügen. Es überträgt auch ein Monitor-Anpassungs-Eingangssignal (MOl) 19 an einen Mikroprozessor und eine Spannung von gleichbleibendem Niveau zu einem steuerbaren Ladegerät 12, mittels dessen die aufladbaren Batterien folglich fortwährend und gleichmäßig geladen werden können. Die Ladezeit, die Spannungsintensität und der Ausgangsstrom des Ladegerätes 12 werden durch einen Stromdetektorwiderstand, der in dem Ladegerät angeordnet ist, übertragen. Durch die zwei Anschlüsse des Widerstands wird eine Potentialdifferenz errechnet, um Bezugswerte (Ausgangssteuerladung (COl) 23 und Schnellsteuerladung (C02)) für die Steuerung der Stromabgabe durch den Mikroprozessor zu liefern. Eine konstante Spannung kann deshalb kontinu-

ierlich an das Batterie-Ladegerät 13 übertragen werden, um den Ladevorgang auszuführen.

Das Batterie-Ladegerät beinhaltet eine Anzahl von aufladbaren Batterien, die in Reihe geschaltet sind. Die Anzahl der Batterien hängt von den Anforderungen ab. Der Ausgangsstrom der aufladbaren Batterien liefert über den vorderen und den hinteren Anschluß eines externen Umwandlungswiderstandes 28 ein Monitor-Gleichrichter-Eingangssignal (M02) 20 und eine Monitor-Batteriespannung (M03) 21 als Steuersignale an einen Strom-Steuer-Mikroprozessor 15 um das übertragen der Ausgangsspannung von den aufladbaren Batterien zu berechnen. Die erhaltene Spannung wird zu einem Stromwandler (Schaltregler) 14 übertragen, um in einen Ausgang von +5 V Gleichspannung umgewandelt zu werden, um das komplette Computersystem mit Strom zu versorgen. Der +5 V Gleichspannungsausgang gibt eine Spannung ab, die die Anzeige mit Energie versorgt. Die Ausgangsspannung von den aufladbaren Batterien wird an einen Niederenergie-Linear-Gleichrichter 16 und einen Wechsel-Gleichrichter mit Schaltregler 17 übertragen, durch welchen die Spannung linear gleichgerichtet wird und ein der Leistungs-Steuer-Mikroprozessor 15 mit Strom versorgt wird. Nachdem die Spannung herauftransformiert und umgewandelt wurde in eine +12 V Gleichspannung und in eine -12 V Gleichspannung, versorgt der Spannungsausgang eine LCD und eine reflektierende, fluoreszierende Röhre mit Strom. Der Leistungs-Steuer-Mikroprozessor 15 be-

steht aus einem einzelnen Chip-Mikroprozessor mit einem RAM sowie einem I/O (Eingang/Ausgang), und einer Mikroprozessoreinheit. Der Mikroprozessor 15 besitzt eine Funktion zum Analog-Digital (A/D)-Umwandeln und kann die Spannung an jedem Punkt der Schaltung messen und berechnen und ferner verschiedene Stromstärken berechnen und die Spannung an den aufladbaren Batterien messen. Die Temperatur der Batterien und innerhalb des Gehäuses des Computersystems kann auch gemessen werden. Die Signalleistungen (siehe Fig. 1), die gewählte Ausgangsladungssteuerung (COl) 23, die Schnelladesteuerung (C02) 24, die Systemspannungssteuerung (C03) 25, die Anzeigespannungssteuerung (C04) 26 und die +12 V, -12 V-Steuerung (C05) 27 werden verwendet, um den Betrieb jeder Einheit zu steuern. Die anderen Signalleitungen, der Monitoradaptereingang (MOl) 19, der Monitorwandlereingang (M02) 20, die Monitorbatteriespannung (M03) 21 und der Monitorbatteriespannungsausgang (M04) 22 werden verwendet, um die Ströme und die Spannungsänderungen in dem Ladegerät und den aufladbaren Batterien zu prüfen. Eine LED-Einheit ist in der vorliegenden Ausführung vorgesehen, welche eine LED 2, die den Zustand der Batterien anzeigt, und eine LED 3, die die Temperatur innerhalb des Gehäuses anzeigt, beinhaltet. Als Ganzes stellt der Strom-Steuer-Mikroprozessor das "Herz" zum Steuern des kompletten Ladesystems dar.

mm "7 —

Die drei folgenden Betriebsarten werden bei der vorliegenden Vorrichtung verwendet, um zu überprüfen, ob die Batterien voll geladen sind:

- Batterie-Temperaturerfassung;

- Batterie-Spannungserfassung; und

- maximale Batterie-Ladedauer-Verfahren.

Auf diese drei Arten kann der Ladevorgang unterbrochen werden, um die Batterien vor einem Überladen und das System vor dem Beschädigen zu schützen. Die genauen Beschreibungen der Betriebsweisen sind wie folgt.

- Bei der Batterietemperaturerfassung wird mit dem Temperaturfühler die Temperaturänderung in der Batterie während des Ladens erfaßt. Der erfaßte Zustand wird durch einen Sensor als ein Signal übertragen, um den Strom-Steuer-Mikroprozessor zu informieren, die Temperatur vor und nach dem Laden zu vergleichen und entsprechend zu entscheiden, ob das Laden fortgesetzt wird.

- Bei der Batterie-Spannungserfassung wird durch den Lei-

stungssteuerungsprozessor direkt den - V-Wert in der Batterie detektiert, um zu bestimmen, ob weiteres Laden nötig ist.

- Bei der Erfassung der maximalen Batterie-Ladezeit wird durch den Leistungs-Steuerungs-Mikroprozessor direkt erfaßt, ob die maximale Ladedauer für eine Batterie erreicht ist, und dann den Ladevorgang unterbrochen.

Diese drei Betriebsweisen werden in der vorliegenden Erfindung verwendet, um das Aufgeladensein der aufladbaren Batterien zu überprüfen. Die Batterie-Temperaturerfassung und die Batterie-V-Erfassung werden zuerst durchgeführt, um die Batterien zweifach zu überprüfen und den Ladevorgang zu unterbrechen. Gleichzeitig kommt eine maximale Ladezeitkontrolle hinzu, um nochmals die maximale Ladedauer sicherzustellen, und um Überladen und mögliches Fehlfunktionieren der Batterien zu verhindern.

Erfahrungsgemäß wird, je schneller der Ladevorgang ist, mehr Wärme im Ladegerät erzeugt. Analog, je langsamer das Laden, umso weniger erzeugte Wärme. Zusätzlich tritt das Phänomen auf, daß wenn eine Batterie über 80 % geladen ist, sie anfängt, Wärme abzugeben. Entsprechend diesen Phänomenen kann die obere und untere Temperaturgrenze außerhalb des Computergehäuses und den möglichen Temperaturanstieg in jedem Teil im Gehäuse bei verschiedenen Zuständen berechnet werden. Der mögliche Temperaturanstieg ergibt sich aus der Differenz der gesamten, erzeugten Wärme und der abgeführten Wärme.

Innerhalb des zulässigen Temperaturbereichs im Computergehäuse, wenn der Computer in Betrieb oder nicht in Betrieb ist, wird der Temperaturfühler verwendet, um die Lademethode festzulegen. Wenn das Gehäuse niedrige Temperatur aufweist, wird der Lademodus des sehr schnellen Ladens ausgewählt. Wenn die Temperatur durchschnittlich ist, wird der schnelle Modus verwendet. Wenn die Temperatur hoch ist, wird der langsame Lademodus eingeschaltet. Wenn das Gehäuse sehr heiß ist, wird der Ladebetrieb unterbrochen. Die Auswahl des Lademodus oder des Unterbrechungsmodus hängt vollständig von der Innentemperatur des Computergehäuses ab. In Fig. 10 wird das Betriebsflußdiagramm des Ladens und des Belüftens mit einem Ventilator gezeigt, wohingegen Fig. das Betriebsflußdiagramm während dem Laden darstellt. Der Eingangsstrom des Ventilators wird ebenfalls in Abhängigkeit von der möglichen Temperaturzunähme des Gehäuses gesteuert. Wenn z. B. der schnellste Ladebetrieb, d.h. das Laden bei sehr schnellem Modus, gewählt wird, werden die Batterien vollständig innerhalb der kürzesten Dauer geladen, während das EIN/AUS-Schalten und die Drehzahl des Ventilators gesteuert werden durch die Stromzufuhr zum den Ventilator entsprechend der Temperaturzunahme, die durch den Temperaturfühler im Gehäuse erfaßt wird. Entsprechend dieser Betriebsschaltung wird das Computersystem im Gehäuse während des Ladens in einem konstanten Temperaturbereich gehalten. Diese temperaturabhängige Steuerung wird näher erläutert durch die Tabellen 1-6, nämlich:

- 10 -

Tabelle 1, Gleichstrom-Eingang; Gerät in Betrieb; mit

Ventilator; Tabelle 2, Gleichstrom-Eingang; Gerät außer Betrieb; mit Ventilator

Tabelle 3, Batterie; Gerät in Betrieb; mit Ventilator Tabelle 4, Batterie; Gerät außer Betrieb; mit Ventilator Tabelle 5, Gleichstrom-Eingang; Gerät in Betrieb; ohne

Ventilator Tabelle 6, Gleichstrom-Eingang; Gerät außer Betrieb; ohne Ventilator.

- Ii -

TABELLE 1

Gleichstrom-Eingang; Gerät in Betrieb; mit Ventilator

Batterie- Kapazität	Temp. im Gegen- Gehäuse stand	niedrig unter 50'C	hoch 50^#C * 60^#C	sehr hoch über 60*C
0 - 79 %	Aufladen	schnell	schnell	pause
80 - 99 %	Ventilatorlüftung	aus	ein	ein
100%	Aufladen	schnell	schnell	pause
Ventilatorlüftung	aus	ein	ein
Aufladen	pause	pause	pause
Ventilatorlüftung	aus	ein	ein

TABELLE 2

Gleichstrom-Eingang; Gerät außer Betrieb; mit Ventilator

Batterie- Kapazität	Temp. im Gegen- Gehäuse stand	niedrig unter 50'C	hoch 50^#C « 60^#C	sehr hoch über 60*C
0 - 79 %	Aufladen	schnell	schnell	pause
80 - 99 %	Ventilatorlüftung	aus	ein	ein
100%	Aufladen	schnell	schnell	pause
Ventilatorlüftung	aus	ein	ein
Aufladen	pause	pause	pause
Ventilatorlüftung	aus	aus	ein

- 12 -

TABELLE 5

Gleichstrom-Eingang; Gerät in Betrieb; ohne Ventilator

Temp. im Gehäuse Bat- terie- Kapazi- tät	niedrig unter 40'C	mittel 40*C -50^#C	hoch 50'C -60*C	sehr hoch über 60^#C	Wärme- Quelle	Wärme- abstal- lungs- medium
0 - 79 %	sehr schnell	schnell	lang sam	pause	CPU, Aufladen	Gehäuse
80 - 99 %	schnell	lang sam	pause	pause	CPU, Aufladen Batte rien	Gehäuse
100 %	pause	pause	pause	pause	CPU, Aufladen Batte rien	Gehäuse

- 14 -

TABELLE 3

Batterie; Gerät in Betrieb; mit Ventilator

Temp, im Gehäuse Gegen stand	niedrig	hoch	sehr hoch
Vent ilatorlüftung	aus	ein	ein

TABELLE 4

Batterie; Gerät außer Betrieb; mit Ventilator

Temp, im Gehäuse Gegen stand	niedrig	hoch	sehr hoch
Ventilatorlüftung	aus	aus	ein

- 13 -

TABELLE 6

Gleichstrom-Eingang; Gerät außer Betrieb; ohne Ventilator

Temp. im Gehäuse Bat- terie- Kapazi- tät	niedrig unter 40^#C	mittel 40^eC -50*C	hoch 50⁰C -60*C	sehr hoch über 60^#C	Wärme- Quelle	Wärme- abstal- lungs- medium
0 - 79 %	sehr schnell	sehr schnell	sehr schnell	pause	CPU, Aufladen	Gehäuse
80 - 99 %	sehr schnell	sehr schnell	schnell	pause	CPU, Aufladen Batte rien	Gehäuse
100 %	pause	pause	pause	pause	CPU, Aufladen Batte rien	Gehäuse

- 15 -

Claims

Schutzansprüche

1. Batterieladevorrichtung für einen tragbaren Computer mit aufladbaren Batterien,

mit einem mit einer Versorgungsspannung beaufschlagten Ladegerät (12), das den Ladestrom für die aufladbaren Batterien (12) erzeugt,

und mit einer Steuerschaltung (15) zum Steuern und Beenden des Ladevorgangs,

dadurch gekennzeichnet , daß durch die einen Mikroprozessor aufweisende Steuerschaltung (15) drei verschiedene Aufladegeschwindigkeiten, nämlich schnell, mittel und langsam, vorgebbar sind,

daß ein Temperaturfühler zum Erfassen der Temperatur der Batterien vorgesehen ist, und daß die Steuerschaltung in Abhängigkeit von der erfaßten Temperatur die Aufladegeschwindigkeit vorgibt oder die Aufladung unterbricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Steuergerät (15) den Ladevorgang in Abhängigkeit von der Temperatur der Batterien, der momentanen Batteriespannung und der Aufladedauer steuert bzw. beendet.

01 &Pgr;7

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein Ventilator zum Kühlen der Batterien vorgesehen ist, und daß die Steuerschaltung (15) das Ein- und Ausschalten des Ventilators während des Ladevorgangs in Abhängigkeit von der erfaßten Temperatur steuert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Energiesparschaltung (18), die die aus der Ausgangsspannung der Batterien erzeugte Betriebsspannung für den Bildschirm des Computers abschaltet, wenn die Tastatur nicht betätigt und/oder kein Bildschirminhalt angezeigt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß eine Leuchtdiode zum Anzeigen von hoher bzw. überhöhter Temperatur im Innern des Computergehäuses vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß dem Ladegerät ein In-Phase-Filter vorgeschaltet ist, welcher Interferenzen in der durch Umwandlung erzeugten Versorgungsspannung herausfiltert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein an die Batterien angeschlossener linearer Wechselgleichrichter (16) die Betriebsspannung für das Steuergerät (15) erzeugt.