WO2001022553A1 - Method for charging a battery - Google Patents

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WO2001022553A1
WO2001022553A1 PCT/DE2000/003218 DE0003218W WO0122553A1 WO 2001022553 A1 WO2001022553 A1 WO 2001022553A1 DE 0003218 W DE0003218 W DE 0003218W WO 0122553 A1 WO0122553 A1 WO 0122553A1
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voltage
charging
accumulator
measuring shunt
circuit
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PCT/DE2000/003218
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Inventor
Thomas Plugge
Wolfgang Menz
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/00714—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery charging or discharging current

Definitions

  • the invention relates to a method for loading a Akkumu ⁇ lators of an electrical appliance, in particular a mobile phone, by means of a charging circuit according to the preamble of claim 1.
  • rechargeable batteries are predominantly provided. Such batteries are charged either in the fixed part of the respective device or in their own charging stations, also called charging cradles, for new use in mobile operation.
  • a charging current matched to the accumulator used is generated via a charging energy source, usually a charging device connected to the power grid, and is passed on to the latter.
  • a charging energy source usually a charging device connected to the power grid, and is passed on to the latter.
  • special attention must be paid to the fact that the accumulators are not overcharged, which can lead to a loss of performance, particularly if they are overcharged, and on the other hand the accumulators should always make their maximum capacity available wherever possible.
  • the charging effectiveness of an accumulator cell corresponds to an efficiency of less than one, consequently an accumulator must be supplied with more and more energy, as has been removed.
  • the factor by which the consumed capacity must be multiplied in order to determine the amount of electricity to be recharged is called the charging factor.
  • the charging factor is usually fixed so that small nere cells with lower capacity is not overloaded and ge ⁇ can be damaged.
  • the charging current is usually measured using a measuring resistor located in the charging circuit.
  • the current in the consumer circuit, the discharge or consumption current is known for certain working conditions of the consumer and is therefore usually not measured, but rather determined according to the working condition of the consumer. These two variables are fed to a control unit, for example after an analog / digital conversion, and are balanced there by software.
  • the object on which the invention is based is to achieve a very precise balancing of the charging of an accumulator with simple, inexpensive means. This object is achieved on the basis of the tent shees in the preamble of Pa ⁇ 1 defined by the method in Kennzei ⁇ chen of claim 1 stated features.
  • a is located in the Direction circuit of the accumulator consumer is used as a measuring shunt, the consumer must exhibit a voltage drop for this function, which is proportional to a charge or Ent ⁇ charging current runs.
  • a voltage proportional to the voltage drop across the measuring shunt is integrated by a device for capacitance counting over a period of time, so that an integral is generated which represents a signal representing the voltage drop.
  • a control signal is in turn generated which controls a controlled charging switch in such a way that both charging and discharging is detected by the capacity counter device without knowing the charging and discharging current of the accumulator.
  • the choice of a measuring shunt within the accumulator circuit has the advantage that both the charging and discharging current (consumer current) are recorded, so that any changes in the boundary conditions which are reflected in the recorded values compensate for one another when balancing the charging capacity.
  • a fuse in the accumulator current circuit has the advantage that it has a voltage drop and the accumulator current protects circuit from damage, for example by short-circuit currents.
  • the accumulator is discharged less than it is charged - the charging and discharging current are multiplied by different factors before they are balanced.
  • comparator comparator
  • This provides additional flexibility in the control of the charge switch, for example to compensate for inaccuracies in the detection of the changeover condition or to implement an adjustable hysteresis which prevents the charge switch from being constantly switched over.
  • FIGURE 1 A model of a circuit arrangement which carries out the method according to the invention.
  • FIGURE 2 Course and relationship of some important circuit parameters when performing the method according to the invention.
  • FIGURE 1 shows the model of an electrical device EG, which can be coupled to a charging circuit U L , R via a coupling device.
  • This controlled charging switch GLS is designed, for example, as a transistor, which has a corresponding circuit for functioning as a switching transistor.
  • a control signal ST which switches the controlled charging switch GLS is generated by a comparator V2 located in the charging circuit, which is implemented, for example, by an appropriately connected operational amplifier.
  • the circuitry of the comparator V2 is dimensioned such that a desired reference voltage, preferably with the value 0 volt, is set, which is compared with an integrated signal KP, the control signal ST being reached when the value of the reference voltage is reached by the integrated signal KP is generated with a value such that the controlled charging switch GLS interrupts the charging circuit.
  • the integrated signal KP will be produced by a charge in the S trom Vietnamese that are available capacity counter CH. For this, a capacitance present at the counter KAP voltage U s' inte grated ⁇ is within a predetermined time by a timer ZG.
  • the voltage U s ' is the result of a multiplication of a voltage U s dropping at a measuring shunt MS by a first or a second factor, the falling voltage U ⁇ being multiplied by the first factor if the sign is negative and multiplied by the second factor if the sign is positive becomes.
  • the multiplication is carried out by an amplifier VI, in this case this amplifier V2 can be implemented, for example, by at least one operational amplifier with appropriate circuitry which is dimensioned in such a way that it ensures the first and second amplification factors. Due to the differentiated multiplication by the two factors, the charging current I L and the discharge current I E can be weighted differently in order to compensate for the charging effectiveness - the battery AK is charged more than discharging.
  • the two factors can be selected so that they achieve an amplification of the voltage U s dropping at the measuring shunt MS, if, for example, the dropping voltage U s can only assume very small values which cannot be used by the capacity counter KAP.
  • amplification and / or differentiated multiplication can also be dispensed with, so that the proportional voltage U ⁇ 'corresponds to the falling voltage U s in terms of magnitude and / or sign.
  • a measuring shunt ls MS will back SI, the part of the Akkumu ⁇ latorstrom Vietnamesees is selected.
  • the resistance value of the Si ⁇ insurance SI is responsible for ensuring that during charging and discharging of the accumulator AK, the voltage U s at the Si as insurance SI ausgestaltetem measuring shunt MS falls.
  • This voltage drop U s is due to their location in the accumulator ⁇ circuit proportional to the load current I L or discharge current I E so that an evaluation of the voltage U s for the account for charge current I L and discharge current I e without knowledge of these GroE SEN possible becomes.
  • a resistor in the accumulator circuit can also be used as the measuring shunt MS. It is also possible to use a line section in the accumulator circuit as a measuring shunt MS, for example in order to reduce costs, since a line section has a resistance value, even if it is low, and therefore a voltage U s also drops.
  • the integration can in particular be carried out in certain discrete time intervals specified by the timer.
  • control unit that is already in
  • FIG. 2 shows the course and relationship of some important circuit parameters when carrying out the balancing method according to the invention for charging a battery. mulators with unknown charging currents I L and discharge currents I E. The course of the falling voltage is chosen arbitrarily and is only intended to illustrate the relationships.
  • R s denotes the resistance value of the measuring shunt MS used and t the time.
  • KP j -U s * dt

Abstract

In order to precisely determine the charging and discharging of a battery, any consumer (MS) in the battery load circuit is used as a measuring shunt. To that effect, the voltage (Us) falling into the measuring shunt is recorded by a capacitance meter (KAP) and is integrated over a given time in such a way that an integrated signal is produced; a control charge switch is switched on or off on the basis of said integrated signal.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zum Laden eines AkkumulatorsMethod of charging an accumulator
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden eines Akkumu¬ lators eines Elektrogerätes, insbesondere eines Mobiltelefons, mittels einer Ladeschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for loading a Akkumu ¬ lators of an electrical appliance, in particular a mobile phone, by means of a charging circuit according to the preamble of claim 1.
Für viele elektronische und elektrische Geräte, die zumindest zeitweise ohne direkte Verbindung mit dem Stromnetz betrieben werden sollen, insbesondere Mobil- oder Schnurlostelefone, sind überwiegend wiederaufladbare Akkumulatoren vorgesehen. Solche Akkumulatoren werden entweder im Festteil des jeweili- gen Gerätes oder in eigenen Ladestationen, genannt auch Ladeschalen, zum neuen Gebrauch im Mobilbetrieb aufgeladen. Dabei wird über eine Ladeenergiequelle, meist eine an das Stromnetz angeschlossene Ladeeinrichtung, ein auf den verwendeten Akkumulator abgestimmter Ladestrom erzeugt und an diesen weiter- geleitet. Hierbei ist einerseits besonderes Augenmerk darauf zu legen, daß es nicht zur Überladung der Akkumulatoren kommt, was insbesondere bei öfterem Überladen zu Leistungseinbußen führen kann, und andererseits sollen die Akkumulatoren nach Möglichkeit immer ihre maximale Kapazität zur Verfü- gung stellen.For many electronic and electrical devices that are to be operated at least at times without a direct connection to the mains, in particular mobile or cordless phones, rechargeable batteries are predominantly provided. Such batteries are charged either in the fixed part of the respective device or in their own charging stations, also called charging cradles, for new use in mobile operation. In this case, a charging current matched to the accumulator used is generated via a charging energy source, usually a charging device connected to the power grid, and is passed on to the latter. On the one hand, special attention must be paid to the fact that the accumulators are not overcharged, which can lead to a loss of performance, particularly if they are overcharged, and on the other hand the accumulators should always make their maximum capacity available wherever possible.
Um der letztgenannten Anforderung zu genügen, muß ein Nachladen entsprechend dem Eigenverbrauch des Gerätes, z.B. des Mobiltelefons, unter Berücksichtigung einer Ladeeffektivität des Akkumulators erfolgen. Die Ladeeffektivität einer Akkumulatorenzelle entspricht einem Wirkungsgrad kleiner eins, folglich muß ein Akkumulator immer mehr Energie zugeführt werden, wie entnommen wurde. Man bezeichnet den Faktor, mit dem die verbrauchte Kapazität zu multiplizieren ist, um die nachzuladende Strommenge zu ermitteln, als Ladefaktor. Der Ladefaktor wird üblicherweise fest eingestellt, so daß klei- nere Zellen mit geringerer Kapazität nicht überladen und ge¬ schädigt werden können.To meet the latter requirement, recharging must take place in accordance with the self-consumption of the device, for example the mobile phone, taking into account the charging effectiveness of the battery. The charging effectiveness of an accumulator cell corresponds to an efficiency of less than one, consequently an accumulator must be supplied with more and more energy, as has been removed. The factor by which the consumed capacity must be multiplied in order to determine the amount of electricity to be recharged is called the charging factor. The charging factor is usually fixed so that small nere cells with lower capacity is not overloaded and ge ¬ can be damaged.
Die Messung des Ladestroms erfolgt üblicherweise mit einem Meßwiderstand, der sich im Ladestromkreis befindet. Dieser Nebenschlußwiderstand wird auch als Meßshunt bezeichnet [shunt (engl.) = Nebenschluß]. Der Strom im Verbraucherstromkreis, der Entlade- bzw. Verbrauchsstrom, ist für bestimmte Arbeits- zustände des Verbrauchers bekannt und wird daher üblicherwei- se nicht gemessen, sondern entsprechend des Arbeitszustandes des Verbrauchers festgelegt. Diese beiden Größen werden, beispielsweise nach einer Analog-/Digitalwandlung einer Steuereinheit zugeführt und dort von einer Software bilanziert.The charging current is usually measured using a measuring resistor located in the charging circuit. This shunt resistance is also referred to as a measurement shunt [shunt (English) = shunt). The current in the consumer circuit, the discharge or consumption current, is known for certain working conditions of the consumer and is therefore usually not measured, but rather determined according to the working condition of the consumer. These two variables are fed to a control unit, for example after an analog / digital conversion, and are balanced there by software.
Da der Entlade- bzw. Verbrauchsstrom festgelegt wird, treten häufig Ungenauigkeiten in der Bilanz auf. Ursache dieser Un- genauigkeiten sind nicht berücksichtigte Randbedingungen denen der Verbrauchsstrom unterliegt, die aber durch das Festlegen des Verbrauchsstromes, anhand von Arbeits- bzw. Be- triebszuständen des Verbrauchers, nicht in die Bilanz eingehen. Zu diesen Randbedingungen gehören beispielsweise die Streuung der elektronischen Bauelemente, unterschiedliche Spannungszustände der Akkumulatoren sowie ein dynamischer Stromverbrauch.Since the discharge or consumption current is determined, inaccuracies often occur in the balance. The cause of these inaccuracies are marginal conditions which are not taken into account and to which the consumption flow is subject, but which are not included in the balance due to the determination of the consumption flow based on the work or operating conditions of the consumer. These boundary conditions include, for example, the scatter of the electronic components, different voltage states of the batteries and dynamic power consumption.
Nun ist jedoch die genaue Messung der Lade- und Entladestromkurve in der erforderlichen Genauigkeit und unter Berücksichtigung der wechselnden Randbedingungen - unterschiedliche Spannungszustände der Akkumulatoren, dynamischer Stro ver- brauch - sowie der durch Toleranzen bedingten Streuung der elektrischen Bauteile oftmals schwierig und nur mit hohem ko- stenintensivem Aufwand durchführbar.However, the exact measurement of the charge and discharge current curve with the required accuracy and taking into account the changing boundary conditions - different voltage states of the batteries, dynamic current consumption - and the tolerance-related scattering of the electrical components is often difficult and only with high cost most intensive effort feasible.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, mit ein- fachen kostengünstigen Mitteln ein sehr genaues Bilanzieren des Ladens eines Akkumulators zu erzielen. Diese Aufgabe wird ausgehend von dem im Oberbegriff des Pa¬ tentanspruches 1 definierten Verfahren durch die im Kennzei¬ chen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.The object on which the invention is based is to achieve a very precise balancing of the charging of an accumulator with simple, inexpensive means. This object is achieved on the basis of the tentanspruches in the preamble of Pa ¬ 1 defined by the method in Kennzei ¬ chen of claim 1 stated features.
Gemäß Anspruch 1 wird dazu ein sich in dem Stromkreis des Akkumulators befindender Verbraucher als Meßshunt verwendet, wobei der Verbraucher für diese Funktion einen Spannungsabfall aufweisen muß, der proportional zu einem Lade- bzw. Ent¬ ladestrom verläuft. Eine zur am Meßshunt abfallenden Spannung proportionale Spannung wird von einer Einrichtung zum Kapazi- tätszählen über eine Zeit integriert, so daß ein Integral über den Spannungsabfall darstellendes Signal erzeugt wird. In Abhängigkeit von diesem integrierten Signal wird wiederum ein Steuersignal erzeugt, das einen gesteuerten Ladeschalter derart steuert, daß sowohl ein Laden und Entladen ohne Kenntnis des Lade- und Entladestroms des Akkumulators von der Kapazitätszählereinrichtung erfaßt wird.According to claim 1 a is located in the Direction circuit of the accumulator consumer is used as a measuring shunt, the consumer must exhibit a voltage drop for this function, which is proportional to a charge or Ent ¬ charging current runs. A voltage proportional to the voltage drop across the measuring shunt is integrated by a device for capacitance counting over a period of time, so that an integral is generated which represents a signal representing the voltage drop. Depending on this integrated signal, a control signal is in turn generated which controls a controlled charging switch in such a way that both charging and discharging is detected by the capacity counter device without knowing the charging and discharging current of the accumulator.
Dieses Verfahren erlaubt die Verwendung von beliebigen, be- reits im Akkumulatorenstromkreis enthaltenen Verbrauchern mit der beschriebenen Eigenschaft. Wird dennoch ein zusätzlicher Verbraucher, beispielsweise ein Widerstand, für die Funktion eines Meßshunts vorgesehen, so können kostengünstige elektronische Bauelemente verwendet werden, da sich bei dem erfin- dungsgemäßen Verfahren etwaige Toleranzen des verwendeten Meßshunts aufheben.This method allows the use of any consumer with the described property that is already contained in the accumulator circuit. If an additional consumer, for example a resistor, is nevertheless provided for the function of a measuring shunt, then inexpensive electronic components can be used, since any tolerances of the measuring shunt used are eliminated in the method according to the invention.
Zudem hat die Wahl eines Meßshunts innerhalb des Akkumulatorstromkreises den Vorteil, daß sowohl der Lade- als auch Ent- ladestrom (Verbraucherstrom) erfaßt werden, so daß sich etwaige in den erfaßten Werten niederschlagende Änderungen der Randbedingungen beim Bilanzieren der Ladekapazität ausgleichen.In addition, the choice of a measuring shunt within the accumulator circuit has the advantage that both the charging and discharging current (consumer current) are recorded, so that any changes in the boundary conditions which are reflected in the recorded values compensate for one another when balancing the charging capacity.
Eine Sicherung, im Akkumulatorstro kreis hat den Vorteil, daß sie einen Spannungsabfall aufweist und den Akkumulatorstrom- kreis vor Beschädigung, beispielsweise durch Kurzschlußströme schützt .A fuse in the accumulator current circuit has the advantage that it has a voltage drop and the accumulator current protects circuit from damage, for example by short-circuit currents.
Widerstände, vor allem welche mit großen Toleranzen in ihren Widerstandswerten, sind in der Anschaffung sehr günstig und lassen zudem noch eine Dimensionierung des Akkumulatorstrom¬ kreises zu.Resistances, especially that with large tolerances in their resistance values are very cheap to buy and also have another dimension of the battery current ¬ circle to.
Wird der Widerstand eines sich im Akkumulatorstromkreis be- findenden Leitungsabschnittes der Schaltung als Meßshunt ver¬ wendet, so entfallen die Anschaffungskosten den Meßshunt gänzlich.If the resistance spent one to loading place in Akkumulatorstromkreis line section of the circuit as a measuring shunt ver ¬, the cost attributable to measuring shunt completely.
Um eine Ladeeffektivität - der Akkumulator wird weniger ent- laden als geladen - der Ladeschaltung zu erhöhen, werden Lade- und Entladestrom mit unterschiedlichen Faktoren multipliziert, bevor sie bilanziert werden.To increase the charging effectiveness of the charging circuit - the accumulator is discharged less than it is charged - the charging and discharging current are multiplied by different factors before they are balanced.
Durch eine Verstärkung der am Meßshunt abfallenden Spannung, erfolgt ein genaueres Bilanzieren.By increasing the voltage drop across the measuring shunt, a more precise balancing is carried out.
Die Verwendung eines Vergleichers (Komparators) erlaubt das Einstellen einer Schwelle, ab der der Ladeschalter umgeschaltet werden soll. Dadurch wird eine zusätzliche Flexibilität bei der Steuerung des Ladeschalters erzielt, um beispielsweise Ungenauigkeiten bei der Erfassung der Umschaltbedingung auszugleichen oder eine einstellbare Hysterese zu realisieren, die ein ständiges Umschalten des Ladeschalters verhindert.The use of a comparator (comparator) allows the setting of a threshold above which the charge switch should be switched. This provides additional flexibility in the control of the charge switch, for example to compensate for inaccuracies in the detection of the changeover condition or to implement an adjustable hysteresis which prevents the charge switch from being constantly switched over.
Vorteil der Weiterbildung gemäß Anspruch 8 ist die Einsparung einer Einrichtung zur Erzeugung des Steuersignals und damit eine weitere Vereinfachung und Kostenreduzierung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der FIGUREN 1 bis 2 erläutert. Dabei zeigen:The advantage of the development according to claim 8 is the saving of a device for generating the control signal and thus a further simplification and cost reduction. An A usführungsbeispiel the invention is explained with reference to Figures 1 to. 2 Show:
FIGUR 1 Ein Modell einer das erfindungsgemäße Verfahren durchführenden Schaltungsanordnung.FIGURE 1 A model of a circuit arrangement which carries out the method according to the invention.
FIGUR 2 Verlauf und Beziehung einiger wichtiger schaltungstechnischer Größen bei der Durchführung des erfin- dungsgemäßen Verfahrens.FIGURE 2 Course and relationship of some important circuit parameters when performing the method according to the invention.
FIGUR 1 zeigt das Modell eines Elektrogerätes EG, das über eine Ankopplungsvorrichtung an eine Ladeschaltung UL, R gekoppelt werden kann.FIGURE 1 shows the model of an electrical device EG, which can be coupled to a charging circuit U L , R via a coupling device.
Im angekoppeltem Zustand wird bei einem geschlossenen gesteu- erten Ladeschalter GLS, der Ladestromkreis geschlossen und ein sich im Elektrogerät EG befindender Akkumulator AK geladen. Dieser gesteuerte Ladeschalter GLS ist beispielsweise als Transistor ausgestaltet, der zur Funktion als Schalttransistor eine entsprechende Beschaltung aufweist.In the coupled state, with a closed, controlled charging switch GLS, the charging circuit is closed and an accumulator AK located in the electronic device EG is charged. This controlled charging switch GLS is designed, for example, as a transistor, which has a corresponding circuit for functioning as a switching transistor.
Ein den gesteuerten Ladeschalter GLS schaltendes Steuersignal ST wird von einem sich im Ladestromkreis befindenden Kompara- tor V2, der beispielsweise durch einen entsprechend beschalteten Operationsverstärker realisiert wird, erzeugt.A control signal ST which switches the controlled charging switch GLS is generated by a comparator V2 located in the charging circuit, which is implemented, for example, by an appropriately connected operational amplifier.
Die Beschaltung des Komparators V2 ist dazu derart dimensioniert, daß eine gewünschte Referenzspannung, vorzugsweise mit dem Wert 0 Volt, eingestellt wird, die mit einem integrierten Signal KP verglichen wird, wobei bei Erreichen des Wertes der Referenzspannung durch das integrierte Signal KP, das Steuersignal ST mit einem Wert derart erzeugt wird, daß der gesteuerte Ladeschalter GLS den Ladestromkreis unterbricht.The circuitry of the comparator V2 is dimensioned such that a desired reference voltage, preferably with the value 0 volt, is set, which is compared with an integrated signal KP, the control signal ST being reached when the value of the reference voltage is reached by the integrated signal KP is generated with a value such that the controlled charging switch GLS interrupts the charging circuit.
Es ist auch möglich eine durch geeignete Beschaltung eine Hy- sterese zu erzielen, die ein ständiges Umschalten des gesteuerten Ladeschalters GLS verhindert. Alternativ dazu, kann auch das integrierte Signal KP direkt als Steuersignal ST verwendet werden.It is also possible to achieve a hysteresis by means of suitable wiring, which prevents the controlled charge switch GLS from constantly switching over. A lternatively to also the integrated signal KP can be used directly as a control signal ST.
Das integrierte Signal KP wird von einem sich in dem Lade- Stromkreis befindenden Kapazitätszähler KAP erzeugt. Dazu wird innerhalb einer von einem Zeitgeber ZG vorgegebenen Zeit eine am Kapazitätszähler KAP anliegenden Spannung Us' inte¬ griert .The integrated signal KP will be produced by a charge in the S tromkreis that are available capacity counter CH. For this, a capacitance present at the counter KAP voltage U s' inte grated ¬ is within a predetermined time by a timer ZG.
Die Spannung Us' ist das Ergebnis einer Multiplikation von einer an einem Meßshunt MS abfallenden Spannung Us mit einem ersten oder einem zweiten Faktor, wobei abfallende Spannung UΞ bei negativem Vorzeichen mit dem ersten Faktor multipliziert und bei positivem Vorzeichen mit dem zweiten Faktor multipliziert wird. Die Multiplikation wird durch einen Verstärker VI durchgeführt, dabei kann dieser Verstärker V2 beispielsweise durch mindestens einen Operationsverstärker mit entsprechender Beschaltung, die so dimensioniert ist, daß sie den ersten und zweiten Verstärkungsfaktor gewährleisten, rea- lisiert sein. Durch das differenzierte Multiplizieren mit den beiden Faktoren kann eine unterschiedliche Gewichtung des Ladestroms IL und Entladestroms IE durchgeführt werden, um dadurch einen Ausgleich der Ladeeffektivität - der Akkumulator AK wird mehr Geladen als Entladen - zu erzielen.The voltage U s ' is the result of a multiplication of a voltage U s dropping at a measuring shunt MS by a first or a second factor, the falling voltage U Ξ being multiplied by the first factor if the sign is negative and multiplied by the second factor if the sign is positive becomes. The multiplication is carried out by an amplifier VI, in this case this amplifier V2 can be implemented, for example, by at least one operational amplifier with appropriate circuitry which is dimensioned in such a way that it ensures the first and second amplification factors. Due to the differentiated multiplication by the two factors, the charging current I L and the discharge current I E can be weighted differently in order to compensate for the charging effectiveness - the battery AK is charged more than discharging.
Zudem können die beiden Faktoren so gewählt werden, daß sie eine Verstärkung der am Meßshunt MS abfallenden Spannung Us erzielen, wenn beispielsweise die abfallende Spannung Us nur sehr geringe, für den Kapazitätszähler KAP nicht verwertbare Werte annehmen kann.In addition, the two factors can be selected so that they achieve an amplification of the voltage U s dropping at the measuring shunt MS, if, for example, the dropping voltage U s can only assume very small values which cannot be used by the capacity counter KAP.
Alternativ kann auch auf eine Verstärkung und/oder differenzierte Multiplikation verzichtet werden, so daß die proportionale Spannung UΞ ' der abfallenden Spannung Us vom Betrag und/oder Vorzeichen entspricht. Als Meßshunt MS wird eine Sicherung SI, die Teil des Akkumu¬ latorstromkreises ist, gewählt. Der Widerstandswert der Si¬ cherung SI ist dabei dafür verantwortlich, daß bei Laden und Entladen des Akkumulators AK die Spannung Us an dem als Si- cherung SI ausgestaltetem Meßshunt MS abfällt. Diese abfallende Spannung Us ist aufgrund ihrer Lage im Akkumulator¬ stromkreis proportional zum Ladestrom IL bzw. Entladestrom IE, so daß eine Auswertung der Spannung Us für das Bilanzieren von Ladestrom IL und Entladestrom IE ohne Kenntnis dieser Grö- ßen möglich wird.Alternatively, amplification and / or differentiated multiplication can also be dispensed with, so that the proportional voltage U Ξ 'corresponds to the falling voltage U s in terms of magnitude and / or sign. A measuring shunt ls MS will back SI, the part of the Akkumu ¬ latorstromkreises is selected. The resistance value of the Si ¬ insurance SI is responsible for ensuring that during charging and discharging of the accumulator AK, the voltage U s at the Si as insurance SI ausgestaltetem measuring shunt MS falls. This voltage drop U s is due to their location in the accumulator ¬ circuit proportional to the load current I L or discharge current I E so that an evaluation of the voltage U s for the account for charge current I L and discharge current I e without knowledge of these GroE SEN possible becomes.
Alternativ zur Sicherung SI kann auch ein Widerstand im Akkumulatorstromkreis als Meßshunt MS verwendet werden. Möglich ist es auch einen Leitungsabschnitt im Akkumulatorkreis als Meßshunt MS einzusetzen, um beispielsweise Kosten zu reduzieren, da ein Leitungsabschnitt einen - wenn auch geringen - Widerstandswert aufweisen und daher ebenfalls eine Spannung Us abfällt.As an alternative to the fuse SI, a resistor in the accumulator circuit can also be used as the measuring shunt MS. It is also possible to use a line section in the accumulator circuit as a measuring shunt MS, for example in order to reduce costs, since a line section has a resistance value, even if it is low, and therefore a voltage U s also drops.
Es besteht auch die Möglichkeit eine Schaltung, die das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, als integrierte Schaltung auszugestalten, wobei die zu erfassenden Werte digitalisiert werden, so daß sie beispielsweise von einer Steuereinheit zum Bilanzieren verwendet werden.There is also the possibility of designing a circuit which carries out the method according to the invention as an integrated circuit, the values to be recorded being digitized so that they are used, for example, by a control unit for balancing.
Dazu kann insbesondere die Integration in bestimmten vom Zeitgeber vorgegebenen diskreten Zeitintervallen durchgeführt werden.For this purpose, the integration can in particular be carried out in certain discrete time intervals specified by the timer.
Dabei kann als Steuereinheit beispielsweise ein bereits imIn this case, for example, a control unit that is already in
Elektrogerät vorhandener Mikroprozessor verwendet werden, wobei eine Anpassung der Software auf das Verfahren erfolgen muß .Electrical device existing microprocessor can be used, the software must be adapted to the process.
In FIGUR 2 sind Verlauf und Beziehung einiger wichtiger schaltungstechnischer Größen bei der Durchführung des erfindungsgemäßen bilanzierenden Verfahrens zum Laden eines Akku- mulators bei unbekannten Ladeströmen IL und Entladeströmen IE dargestellt. Der gezeigte Verlauf der abfallenden Spannung ist dabei willkürlich gewählt und soll nur zur Verdeutlichung der Zusammenhänge dienen. Durch das Bilanzieren, auf Basis der am Meßshunt abfallenden Spannung Us, soll dabei folgende Bedingung erfüllt werden:FIG. 2 shows the course and relationship of some important circuit parameters when carrying out the balancing method according to the invention for charging a battery. mulators with unknown charging currents I L and discharge currents I E. The course of the falling voltage is chosen arbitrarily and is only intended to illustrate the relationships. By balancing, based on the voltage U s dropping across the measuring shunt, the following condition is to be fulfilled:
QL = QEQL = QE
QL bezeichnet die zugeführte Ladung (Laden) und ergibt sich ausQ L denotes the charge (loading) and results from
QL = IL * t = (Us * t)/Rs, Us ist positivQ L = I L * t = (U s * t) / Rs, U s is positive
QE bezeichnet die entnommene Ladung (Entladen) und ergibt sich ausQ E denotes the removed load (unloading) and results from
QE = I, * t = (Us * t)/Rs, Us ist negativQ E = I, * t = (U s * t) / Rs, U s is negative
wobei Rs den Widerstandswert des verwendeten Meßshunts MS und t die Zeit bezeichnet.where R s denotes the resistance value of the measuring shunt MS used and t the time.
Für einen gewählten Zeitraum [0;τ] wird eine Integration der abfallenden Spannung Us vorgenommen, so daß sich ein inte- griertes Signal KP wie folgt ergibt:The falling voltage U s is integrated for a selected period of time [0; τ], so that an integrated signal KP results as follows:
KP = j -Us * dtKP = j -U s * dt
00
Aus diesen Zusammenhängen ergibt sich , daß für einen Wert des integrierten Signals KP ungleich Null der Akkumulator AK nicht voll ist. Daher wird der gesteuerte Ladeschalter GLS für diese Werte des integrierten Signals KP geschlossen (Ein) . Bei den genannten Werten und Bedingungen handelt es sich um Idealwerte, die beispielsweise aus schaltungstechnischen Gründen in der Realisierung abweichen bzw. genähert werden können.From these relationships it follows that the accumulator AK is not full for a value of the integrated signal KP other than zero. For this reason, the controlled charging switch GLS is closed (on) for these values of the integrated signal KP. The values and conditions mentioned are ideal values, which can differ or be approximated in the implementation, for example for circuitry reasons.
Die genannten Ausführungsbeispiele stellen nur einen Teil der durch die Erfindung möglichen Ausführungsformen dar. So ist ein auf diesem Gebiet tätiger Fachmann in der Lage, durch vorteilhafte Modifikationen eine Vielzahl von weiteren Aus- führungsformen zu schaffen, ohne daß dabei der Charakter (Wesen) der Erfindung - genaues Bilanzieren des Ladens und Entladens eines Akkumulators ohne Kenntnis des Lade- und Entla- destroms - verändert wird. Diese Ausführungsformen sollen ebenfalls durch die Erfindung mit erfaßt sein. The exemplary embodiments mentioned represent only a part of the embodiments possible by the invention. Thus, a person skilled in the art is able to create a large number of further embodiments by means of advantageous modifications, without losing the character (essence) of the invention - Accurate balancing of the charging and discharging of an accumulator without knowledge of the charging and discharging current - is changed. These embodiments are also intended to be covered by the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Laden mindestens eines Akkumulators (AK) ei¬ nes Elektrogerätes (EG) , insbesondere eines Mobiltelefons, mittels einer Ladeschaltung (UL, R) dadurch gekenn¬ zeichnet, daß a) ein sich im Stromkreis des Akkumulators (AK) befindender Verbraucher, an dem eine proportional zu einem Ladestrom IL oder Entladestrom IE verlaufende Spannung (Us) abfällt, als Meßshunt (MS) verwendet wird, b) eine zu der am Meßshunt (MS) abfallenden Spannung (Us) proportionale Spannung (Uε') von einer Einrichtung zum Ka- pazitätszählen (KAP) derart über eine Zeit integriert wird, daß ein integriertes Signal (KP) erzeugt wird, c) abhängig vom integrierten Signal (KP) ein Steuersignal1. A method for charging at least one accumulator (AK) ei ¬ nes electrical device (EG), particularly a mobile phone, marked in by means of a charging circuit (U L, R) characterized ¬ characterized in that a) a in the circuit of the accumulator (AK) located Direction Consumer, at which a voltage (U s ) falling proportional to a charging current I L or discharge current I E drops, is used as a measuring shunt (MS), b) a voltage proportional to the voltage (U s ) dropping at the measuring shunt (MS) ( U ε ') is integrated by a device for capacity counting (KAP) over a period of time such that an integrated signal (KP) is generated, c) a control signal depending on the integrated signal (KP)
(ST) erzeugt wird, das einen gesteuerten Ladeschalter(ST) is generated using a controlled charging switch
(GLS) schaltet, d) der gesteuerte Ladeschalter (GLS) durch das Steuersignal(GLS) switches, d) the controlled charging switch (GLS) by the control signal
(ST) derart geschaltet wird, daß die Kapazitätszählein- richtung (KAP) sowohl ein Laden als auch ein Entladen des(ST) is switched such that the capacity counting device (KAP) both loads and unloads the
Akkumulators (AK) erfaßt.Accumulator (AK) detected.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine sich im Stromkreis des Akkumulators (AK) befindende Sicherung (SI) als Meßshunt (MS) verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that a fuse (SI) located in the circuit of the accumulator (AK) is used as a measuring shunt (MS).
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich im Stromkreis des Akkumulators (AK) befindender Widerstand als Meßshunt (MS) verwendet wird.3. The method according to claim 1, characterized in that a resistor located in the circuit of the accumulator (AK) is used as a measuring shunt (MS).
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand einer sich im Stromkreis des Akkumulators (AK) befindenden Leitung als Meßshunt (MS) verwendet wird. 4. The method according to claim 1, characterized in that the resistance of a line located in the circuit of the accumulator (AK) line is used as a measuring shunt (MS).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Meßshunt (MS) abfallende Spannung (Us) , bei negativem Vorzeichen durch eine Verstärkerstufe (VI) mit einem ersten Faktor mul- tipliziert und bei positivem Vorzeichen mit einem zweiten5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the voltage (U s ) dropping at the measuring shunt (MS), with a negative sign by an amplifier stage (VI) multiplied by a first factor and with a positive sign by a second
Faktor multipliziert wird, so daß sie als proportionale Spannung (Us') an die Kapazitätszähleinrichtung (KAP) weitergeleitet wird.Factor is multiplied so that it is forwarded as a proportional voltage (U s ') to the capacity counter (KAP).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der absolute Betrag eines Faktors, mit dem die an dem Meßshunt (MS) abfallende Spannung (Us) durch eine Verstärkerstufe (VI) multipliziert wird, größer eins gewählt wird, so daß am Meßshunt abfallende Spannung (Us) als proportionale Spannung (Us') an die Kapazitätszähleinrichtung (KAP) weitergeleitet wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the absolute amount of a factor by which the voltage (U s ) dropping across the measuring shunt (MS) is multiplied by an amplifier stage (VI) is chosen to be greater than one, so that voltage (U s ) dropping at the measuring shunt is forwarded as a proportional voltage (U s ') to the capacitance counter (KAP).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal (ST) durch eine Vergleicherstufe (V2) als Ergebnis eines Vergleichs des integrierten Signals (KP) mit einem einstellbaren Schwellwert erzeugt wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the control signal (ST) is generated by a comparator stage (V2) as a result of a comparison of the integrated signal (KP) with an adjustable threshold.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das integrierte Signal (KP) als Steuersignal (ST) verwendet wird. 8. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the integrated signal (KP) is used as a control signal (ST).
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