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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine wiederaufladbare Batterie, umfassend
einen Pluspolanschluss und einen Minuspolanschluss, welche beide von
außen zugänglich sind, mindestens eine wiederaufladbare
Batteriezelle zur Bereitstellung von Batteriespannung an dem Pluspolanschluss
und dem Minuspolanschluss, mindestens ein Indikatorelement, welches
einen physikalischen Parameter bereitstellt, der einem Betriebszustand
oder einer Spezifikationsinformation der Batterie entspricht, und
mindestens einen von außen zugänglichen Kommunikationsanschluss,
welcher mit dem Indikatorelement verbunden ist, so dass der Parameter
von außen erfassbar ist. Die Erfindung betrifft ferner
ein Anschlussgerät für eine solche wiederaufladbare
Batterie.
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Wiederaufladbare
Batterien (auch bezeichnet als Akkumulatoren oder Akkus) finden
vielfältige Anwendungen in mobilen elektrischen Geräten,
wie etwa elektronischen Geräten, Werkzeugen, Haushaltsgeräten
oder sogar Elektrofahrzeugen. Aufgrund unterschiedlicher Leistungsanforderungen
benötigen unterschiedliche elektrische Geräte
unterschiedliche Typen von wiederaufladbaren Batterien. Elektrische
Geräte können zumeist nur mit einem bestimmten
Batterietyp betrieben werden, wobei eine falsche Zuordnung zwischen
Batterie und Anschlussgerät nicht nur eine Beeinträchtigung
der Leistung des Anschlussgeräts nach sich ziehen kann,
sondern auch zu einer Beschädigung oder einer verkürzten Lebenszeit
von Batterie oder Anschlussgerät führen kann.
Ferner sind zum Laden wiederaufladbarer Batterien Ladevorrichtungen
erforderlich, welche an den Typ der jeweils aufzuladenden Batterie
angepasst sein müssen. So sorgt eine spezielle Ladeschaltung dafür,
dass der Batterie der erforderliche Ladestrom für die erforderliche
Zeitdauer zugeführt wird. Bekannt sind auch Ladevorrichtungen,
welche in dem elektrischen Gerät integriert sind, so dass
die im Gerät eingebaute Batterie durch Anschluss des Geräts an
die Netzspannung geladen werden kann.
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Aus
der
DE 20 2007
016 545 U1 sind eine wiederaufladbare Batterie sowie eine
zum Laden der Batterie vorgesehene Ladevorrichtung bekannt, wobei
die Batterie zwei Indikatorelemente umfasst, um einen Betriebszustand
bzw. eine Spezifikationsinformation der Batterie an die Ladevorrichtung
zu übermitteln. Speziell weist die Batterie einen Spezifikationswiderstand
auf, dessen Größe über einen ID-Anschluss
von der Ladevorrichtung messbar ist, und weist ferner einen Thermistor
auf, dessen temperaturabhängiger Widerstand über
einen NTC-Anschluss der Batterie von der Ladevorrichtung messbar
ist. An dem ID-Anschluss bzw. dem NTC-Anschluss der bekannten Batterie
lässt sich somit ein analoges Signal abgreifen, dessen
Größe Auskunft über die Temperatur in
der Batterie sowie über eine in der Größe
des Spezifikationswiderstands codierte Spezifikationsinformation
der Batterie enthält.
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Die
aus der
DE 20
2007 016 545 U1 bekannte Anordnung hat den Vorteil, dass
zwischen der Batterie und der Ladevorrichtung eine Information über einen
Betriebszustand oder eine Spezifikation der Batterie ausgetauscht
werden kann. Dabei ist jedoch für jeden bereitzustellenden
Informationskanal jeweils ein separater externer Anschluss notwendig, zum
Beispiel ein nur der Messung der Temperatur gewidmeter NTC-Anschluss.
Soll die Funktionalität von Batterie und Ladevorrichtung
etwa zum Austausch weiterer Parameter oder Arten von Information
erweitert werden, so sind dafür entsprechende weitere externe
Anschlüsse und Messvorrichtungen notwendig.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine wiederaufladbare Batterie
der eingangs genannten Art sowie ein Anschlussgerät für
eine solche Batterie bereitzustellen, mit welchen die Möglichkeiten des
Informationsaustauschs zwischen Batterie und Anschlussgerät
erweitert werden können, ohne die Größe
der Batterie und insbesondere der Anzahl an externen Anschlüssen
signifikant zu steigern. Es wäre weiterhin wünschenswert,
die Sicherheit der Informationsübertragung zu verbessern.
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Nach
einem ersten Aspekt wird die Erfindungsaufgabe gelöst durch
eine wiederaufladbare Batterie der eingangs genannten Art, welche
sich dadurch auszeichnet, dass sie eine Digitalsignaleinheit enthält,
welche mit dem Kommunikationsanschluss verbunden ist, um Information
in Form digitaler Signale über den Kommunikationsanschluss
zu senden oder/und zu empfangen.
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Ein
wichtiger Gedanke der Erfindung liegt demnach darin, über
den Kommunikationsanschluss, über den bereits eine analoge
Signalinformation über das Indikatorelement (der physikalische
Parameter) übertragen wird, d. h. zum Beispiel die Größe
eines Spezifikationswiderstands messbar ist, auch digitale Signale
zu überfragen und somit eine Mehrfachnutzung eines Kommunikationsanschlusses
zu erreichen. Auf diese Weise kann ein und derselbe Kommunikationsanschluss
sowohl für die analoge Signalübertragung als auch
für die digitale Signalübertragung genutzt werden,
so dass die Funktionalität der Batterie erweitert werden
kann, ohne die Anzahl an Kommunikationsanschlüssen und
somit die Größe und Komplexität der Batterie
wesentlich zu erhöhen.
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Vorzugsweise
ist das Indikatorelement ein elektrischer Widerstand und der physikalische
Parameter ist der Widerstandswert des Widerstands, der eine Information über
einen Betriebszustand oder eine Spezifikationsinformation der Batterie
angibt. So kann ein fester Spezifikationswiderstand in der Größe
seines Widerstandswerts eine Spezifikationsinformation der Batterie,
z. B. ein Batterietyp oder dgl. verschlüsseln, oder ein
temperaturabhängiger Widerstand kann verwendet werden,
um über die messbare Größe des Widerstands
eine anloge Angabe über eine Temperatur im Inneren der
Batterie bereitzustellen. Alternativ könnte das Indikatorelement
durch eine Sensorschaltung, insbesondere eine integrierte Schaltung
mit einem Sensorelement, gebildet sein, welche in Abhängigkeit
von einem von dem Sensor erfassten Betriebszustand der Batterie,
am Kommunikationsanschluss eine vorbestimmte konstante Spannung
liefert oder den Kommunikationsanschluss spannungsfrei schaltet.
Die Größe der am Kommunikationsanschluss anliegenden
Spannung (einschließlich einer möglichen Spannung
von 0 Volt) stellt dann eine analoge Information über einen
Betriebszustand oder eine Spezifikationsinformation der Batterie
dar. Als weitere Alternative kommt ein Sensorschalter in Betracht,
der auf Grundlage eines Betriebszustands der Batterie zwischen nur
zwei Zuständen schaltet, wobei das auf diese Weise übertragene
analoge Signal darin zu sehen ist, dass entweder der eine oder der
andere Zustand über eine Erfassungszeitdauer hinweg erfassbar
ist. Allgemein kann der physikalische Parameter ein Widerstand, eine
Spannung, ein Strom etc. sein.
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Vorzugsweise
sind an dem Kommunikationsanschluss zu einem Zeitpunkt sowohl die
Information des Indikatorelements erfassbar als auch das digitale Signal
sendbar oder/und empfangbar. Damit wird die parallele Übertragung
eines digitalen Signals und eines analogen Signals für
eine uneingeschränkte Nutzung sowohl der Analoginformation
als auch der digitalen Information nutzbar.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die
Batterie mindestens zwei Indikatorelemente auf, insbesondere einen
Spezifikationswiderstand, der eine Spezifikationsinformation der Batterie
codiert, sowie ein temperaturabhängiges Bauteil (z. B.
einen Thermistor) zur Abgabe oder messbaren Bereitstellung einer
analogen Information über die Höhe der im Inneren
der Batterie herrschenden Temperatur, und weist entsprechend mindestens zwei
Kommunikationsanschlüsse auf, wobei ein erstes der Indikatorelemente
mit einem ersten der Kommunikationsanschlüsse verbunden
ist und ein zweites der Indikatorelemente mit einem zweiten der Kommunikationsanschlüsse
verbunden ist.
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In
dieser Ausführungsform kann ferner die Digitalsignaleinheit
für eine Signalübertragung im Duplex-Betrieb eingerichtet
sein und digitale Signale über einen der beiden Kommunikationsanschlüsse senden,
während es zur gleichen Zeit über den anderen
der beiden Kommunikationsanschlüsse digitale Signale empfangen
kann. Somit kann insbesondere eine vorhandene, mit zwei analogen
Messanschlüssen ausgestattete Batterie zu einer erfindungsgemäßen
Batterie weitergebildet werden, welche über die beiden
Kommunikationsanschlüsse gleichzeitig digitale Signale
im Duplex-Betrieb senden und empfangen kann. Natürlich
könnten über die beiden Kommunikationsanschlüsse
auch gleichzeitig zwei (verschiedene oder redundante) digitale Signale
gesendet oder zwei verschiedene digitale Signale empfangen werden.
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Das
in einer erfindungsgemäßen Batterie übertragene
digitale Signal kann eine Information über den physikalischen
Parameter des Indikatorelements enthalten, d. h. eine Information,
die auch in analoger Weise an dem mindestens einen Kommunikationsanschluss
bereitgestellt wird. Das analoge Signal und das digitale Signal
können dann insbesondere im Wesentlichen den gleichen Informationsgehalt
haben, wodurch eine redundante Übertragung der Information
zur Erhöhung der Sicherheit und Zuverlässigkeit
der Datenübertragung ermöglicht wird. Weitere
Beispiele für die digital übertragene Information
sind eine Fehlerinformation über einen Fehlerzustand in
der Batterie oder im Anschlussgerät, die Anzahl an Ladezyklen,
die bereits von der Batterie ausgeführt wurden, oder eine
Authentifizierungsinformation. Durch entsprechende Gestaltung des
Inhalts der digitalen Information erlaubt die erfindungsgemäße
Batterie die Kommunikation zum Beispiel mit einer Ladevorrichtung,
mit einem von der Batterie betriebenen elektrischen Gerät
oder mit einem Servicewerkzeug in einem Reparatur- oder Wartungsbetrieb.
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Vorzugsweise
sendet oder/und empfängt die Digitalsignaleinheit das digitale
Signal während einer Zeitdauer, die kürzer, vorzugsweise
um ein Vielfaches kürzer ist als die zur Erfassung des
analogen Signals des Indikatorelements vorgesehene Zeitdauer, so
dass die sichere Erfassung des analogen Signals durch das überlagerte
digitale Signal nicht beeinträchtigt wird. Andere Möglichkeiten
zur Separierung zwischen der analogen Information und der digitalen Information,
z. B. durch Trennung in der Frequenzdomäne oder der Zeitdomäne,
sind ebenfalls denkbar, solange das die Information empfangende Gerät noch
unterscheiden kann, welcher Signalanteil das analoge Signal repräsentiert
und welcher Signalanteil die digitale Information enthält.
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In
einer einfachen Realisierung wird das analoge Signal über
eine gewisse Zeitdauer konstant ausgegeben, z. B. ein fester Spezifikationswiderstand
der Batterie kann über eine bestimmte Zeitdauer von der
Ladevorrichtung am Kommunikationsanschluss als konstanter Widerstand
gemessen werden, insbesondere durch Messung eines konstanten analogen
Stromflusses aufgrund einer konstanten angelegten Spannung, wobei
während eines Teils dieser analogen Messdauer eine digitale
Information in Form kurzer Impulse oder in Form periodischer Fluktuationen
des konstanten Signals übertragen wird. Der Informationsempfänger
könnte dann zur Identifizierung der analogen Information
entweder die digitale Signalübertragung abwarten, bis wieder ein
gleichmäßiges, analoges Signal am Kommunikationsanschluss
erfassbar ist, oder könnte aufgrund einer vorbekannten
Struktur des digitalen Signals auf den analogen Signalanteil schlussfolgern,
zum Beispiel durch Mittelwertbildung eines fluktuierenden Signalverlaufs.
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In
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung könnte
vorgesehen sein, dass das Indikatorelement einen Ladungszustand
der Batterie, insbesondere einen Vollladungszustand, einen Vollentladungszustand
oder einen Teilentladungszustand, angibt. Eine Ladevorrichtung könnte
dann den Ladevorgang in Abhängigkeit von dieser Ladungsinformation steuern
oder ein von der Batterie betriebenes Gerät könnte
seinen Betrieb in Abhängigkeit vom Ladungszustand anpassen,
beispielsweise um eine Tiefentladung zu verhindern.
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Vorzugsweise
ist zwischen der Digitalsignaleinheit und dem Kommunikationsanschluss
ein Kondensator geschaltet. Der Kondensator erlaubt die Übertragung
eines digitalen Signals zum oder vom Kommunikationsanschluss, er
verhindert jedoch, dass Gleichspannungsanteile, wie sie z. B. bei
einer Fehlfunktion der Digitalsignaleinheit auftreten könnten,
an den Kommunikationsanschluss weitergegeben werden oder von diesem
empfangen werden.
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In
einer einfachen und wirkungsvollen Ausführungsform kann
die Digitalsignaleinheit einen Schalter ansteuern, über
welchen ein Potential an den Kommunikationsanschluss anlegbar ist.
Der Schalter kann dann abwechselnd das Potential am Kommunikationsanschluss
anlegen und wieder von diesem trennen, um Signalimpulse zur digitalen
Codierung einer Information über den Kommunikationsanschluss
zu senden. Die digitale Information kann dann in der Frequenz der
Impulse, den Zeitabständen zwischen den Impulsen oder in
der Breite der Impulse (PWM-Codierung) codiert sein und durch Messen
dieser digitalen Parameter auf der Seite des Informationsempfängers
ausgelesen werden.
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Nach
einem zweiten Aspekt wird die Erfindungsaufgabe gelöst
durch ein Anschlussgerät zum Anschluss an eine Batterie
der vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen
Art, wobei das Anschlussgerät umfasst: einen Pluspolanschluss
und einen Minuspolanschluss, welche beide von außen zugänglich
sind und welche zum Anschluss an den Pulspolanschluss und den Minuspolanschluss
einer Batterie eingerichtet sind, mindestens einen von außen
zugänglichen Kommunikationsanschluss, welcher zum Anschluss
an den mindestens einen Kommunikationsanschluss einer Batterie eingerichtet
ist, und eine Indikatorelement-Ausleseeinrichtung, welche mit dem
mindestens einen Kommunikationsanschluss verbunden ist und welche
dafür eingerichtet ist, einen physikalischen Parameter
eines Indikatorelements einer Batterie zu messen oder/und zu erfassen.
Ein solches Anschlussgerät ist dafür eingerichtet,
mit einer erfindungsgemäßen Batterie zu kommunizieren
und dabei erfindungsgemäß sowohl analoge Signalübertragung
als auch digitale Signalübertragung über den gleichen
Kommunikationsanschluss zu nutzen. Ein solches Anschlussgerät
weist Vorteile und Effekte vergleichbar mit denen der erfindungsgemäßen
Batterie auf und kann in gleicher Weise wie die erfindungsgemäße
Batterie in Ausführungsformen weitergebildet werden, um
einen im Wesentlichen spiegelbildlichen Aufbau in Bezug auf die
Signalübertragung aufzuweisen. Die entsprechenden Merkmale,
die vorstehend in Bezug auf die Batterie ausführlicher
erläutert wurden, lassen sich demnach auch auf das Anschlussgerät übertragen,
um gleiche oder entsprechende Vorteile und Effekte zu erzielen.
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Das
Anschlussgerät kann eine Ladevorrichtung zum Laden der
Batterie sein, so dass zwischen Batterie und Anschlussgerät
Informationen über den Typ der Batterie (Spezifikationsinformation), über
die Anzahl von bereits durchgeführten Ladezyklen oder dergleichen übertragen
werden kann. Ferner kann das Anschlussgerät ein durch die
Spannung der Batterie betreibbares Verbrauchergerät sein,
wobei die erfindungsgemäße Kommunikation zur Optimierung des
Betriebs des Verbrauchergeräts oder zur Sicherstellung
einer korrekten Passung zwischen Batterietyp und Verbrauchergerät
genutzt werden könnte. Zudem könnte das Anschlussgerät
ein Servicegerät zum Testen/Warten der Batterie sein, wobei
das Servicegerät über die Kommunikationsverbindung
eine Authentifizierungsinformation, eine Spezifikationsinformation
oder eine Information über die bereits durchgeführten
Ladezyklen auslesen könnte oder eine Update-Information
zur Batterie übertragen könnte.
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Nach
einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Erfindungsaufgabe gelöst
durch ein elektrisches System, umfassend eine erfindungsgemäße Batterie
der vorstehend beschriebenen Art sowie ein erfindungsgemäßes
Anschlussgerät der vorstehend beschriebenen Art, wobei
die Pluspolanschlüsse, die Minuspolanschlüsse
und die Kommunikationsanschlüsse von Batterie und Anschlussgerät
jeweils aneinander anschließbar sind. Je nach Ausgestaltung der
Batterie und des Anschlussgeräts, z. B. entsprechend einer
der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, erzielt
das so geschaffene elektrische System die vorstehend genannten jeweiligen
Effekte und Vorteile.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher
erläutert. Dabei zeigen:
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1 einen
Schaltplan eines elektrischen Systems mit einer wiederaufladbaren
Batterie und einer Ladevorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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2 ein
Zeitdiagramm zur Illustration der Überlagerung zwischen
analogen und digitalen Signalen.
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Das
in der 1 gezeigte elektrische System 10 umfasst
eine wiederaufladbare Batterie 12 und eine dazu passende
Ladevorrichtung 14. In an sich bekannter Weise sind in
der Batterie 12 drei Batteriezellen 16 in Reihe
miteinander verbunden, um an einem Batteriepluspol P und einem Batterieminuspol M
eine dem Dreifachen jeder Zellspannung der Zellen 16 entsprechende
Batteriespannung bereitzustellen.
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Ferner
weist die Batterie 12 einen von außen zugänglichen
Kommunikationsanschluss ID sowie einen weiteren, von außen
zugänglichen Kommunikationsanschluss NTC auf. Der Kommunikationsanschluss
ID ist über einen Spezifikationswiderstand 18 mit
dem Minuspol M verbunden. Die Größe des Spezifikationswiderstands 18 gibt
Auskunft über eine Spezifikation der Batterie, so dass
durch Messen der Größe des Spezifikationswiderstands 18 eine
Information z. B. über den Typ der Batterie, die Spannung der
Batterie, einen Ladeparameter oder eine Herkunftsinformation ermittelbar
ist, etwa durch Auslesen einer Tabelle.
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Der
Kommunikationsanschluss NTC ist über ein temperaturabhängiges
Bauteil 20 mit dem Minuspol M verbunden. Im Ausführungsbeispiel
ist das Bauteil 20 ein Thermistor, der einen von der Temperatur
in der Batterie abhängigen Widerstand aufweist. Durch Messung
der Größe des über dem Thermistor 20 abfallenden
Widerstands, d. h. des Widerstands zwischen dem Kommunikationsanschluss
NCT und dem Minuspol M, kann unter Verwendung einer entsprechenden
Eichkurve auf eine Temperatur im Inneren der Batterie geschlussfolgert
werden.
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An
beiden Kommunikationsanschlüssen ID und NTC sind somit
Signale erfassbar, die zumindest während eines Auslesevorgangs
konstant sind und deren Größe einen Rückschluss
auf eine Spezifikationsinformation oder einen Betriebszustand der
Batterie erlauben. Solche Signale sind analoge Signale im Sinne
der vorliegenden Erfindung.
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Der
Kommunikationsanschluss ID ist mit dem Minuspol M ferner über
eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 22 und einem
Schalter 24 verbunden. Das heißt, die Reihenschaltung
aus Kondensator 22 und Schalter 24 ist parallel
zum Spezifikationswiderstand 18 geschaltet. Insbesondere
ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Kommunikationsanschluss
ID mit einem Eingang des Kondensators 22 verbunden, der
Ausgang des Kondensators 22 ist mit einem Source-Anschluss
des als Transistor ausgebildeten Schalters 24 verbunden
und der Drain-Anschluss des Transistors 24 ist mit dem
Minuspol M verbunden.
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In ähnlicher
Konfiguration ist der Kommunikationsanschluss NTC über
eine weitere Reihenschaltung aus einem weiteren Kondensator 26 und einem
weiteren Schalter 28 mit dem Minuspol M verbunden, d. h.
die Reihenschaltung aus Kondensator 26 und Schalter 28 ist
parallel zum Thermistor 20 geschaltet. Auch der Schalter 28 ist
als Transistor ausgebildet, dessen Source-Anschluss mit dem Kondensator 26 verbunden
ist und dessen Drain-Anschluss mit dem Minuspol M verbunden ist.
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Der
Gate-Anschluss des Transistors 24 ist mit einem Ausgang
TX ID-R einer Signalverarbeitungseinheit 30 verbunden,
welche vorzugsweise als Mikroprozessor ausgebildet ist. Ferner ist
der Gate-Anschluss des Transistors 28 mit einem Ausgang
TX NTC der Signalverarbeitungseinheit 30 verbunden. Die
Signalverarbeitungseinheit 30 schaltet somit die Transistoren 24 und 28 unabhängig
voneinander jeweils zwischen einem Verbindungszustand und einem
Unterbrechungszustand.
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Ferner
ist ein Anschluss RX ID-R der Signalverarbeitungseinheit 30 mit
dem Kommunikationsanschluss ID verbunden und ein Anschluss RX NTC
der Signalverarbeitungseinheit 30 ist mit dem Kommunikationsanschluss
NTC verbunden.
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Die
Signalverarbeitungseinheit 30 wird über die Batteriespannung
der Zellen 16 betrieben, wobei ein Spannungswandler 32 die
Batteriespannung an die Betriebsspannung der Signalverarbeitungseinheit 30 anpasst.
Der Spannungswandler 32 ist zwischen einem positiven Versorgungseingang 34 der
Signalverarbeitungseinheit 30 und dem Batteriepluspol P geschaltet,
während ein negativer Versorgungseingang 36 der
Signalverarbeitungseinheit 30 mit dem Batterieminuspol
M verbunden ist.
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Die
Ladevorrichtung 14 umfasst eine Spannungsversorgung 38,
welche beispielsweise eine Niedervolt-Gleichspannungsquelle ist,
die über einen nicht gezeigten Transformator durch eine
230 Volt-Netzspannung betrieben wird. Alternativ könnte eine
Niedervolt-Gleichspannung von einem anderen elektrischen Gerät
direkt bereitgestellt werden.
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Die
von der Spannungsversorgung 38 bereitgestellte Gleichspannung
wird an einem Pluspol LP bzw. einem Minuspol LM der Ladevorrichtung 14 von außen
zugänglich bereitgestellt.
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Die
Ladevorrichtung weist ferner einen Kommunikationsanschluss ID sowie
einen Kommunikationsanschluss NTC auf, welche ebenfalls von außen zugänglich
sind. Die Anschlüsse LP, ID, NTC und LM der Ladevorrichtung 14 sowie
die Anschlüsse P, ID, NTC und M der Batterie 12 sind über
entsprechende mechanische Anschlussmittel, insbesondere passende
Steckverbindungen, aneinander anschließbar, so dass die
Batterie 12 über die Anschlüsse P und
M bzw. LP und LM mit Ladespannung versorgt und geladen werden kann
und über die Kommunikationsanschlüsse ID-ID bzw.
NTC-NTC Information zwischen Batterie 12 und Ladevorrichtung 14 übertragen
werden kann.
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Die
Ladevorrichtung 14 weist eine analoge Messschaltung 40 für
den Spezifikationswiderstand 18 der Batterie 12,
welche aufgebaut ist aus einem ladevorrichtungsseitigen Spannungswandler 42,
einem ersten Anpassungswiderstand 44, einer ladevorrichtungsseitigen
Signalverarbeitungseinheit 46 und dem Kommunikationsanschluss
ID. Zur Messung des Spezifikationswiderstands 18 legt die
Ladevorrichtung 14 eine durch den Spannungswandler 42 und
den ersten Anpassungswiderstand 44 angepasste Messspannung
zwischen dem Kommunikationsanschluss ID und dem Minuspol M an und
misst eine über dem Spezifikationswiderstand 18 abfallende
Spannung an einem analogen Signaleingang A-IN ID-R der Signalverarbeitungseinheit 46,
um die Größe des Spezifikationswiderstands 18 und
damit die Spezifikationsinformation als analoges Signal zu erfassen.
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In
einer gleichartig aufgebauten analogen Messschaltung 48 für
den Thermistor-Widerstand 20 der Batterie 12 wird über
den Spannungswandler 42 und einen zweiten Anpassungswiderstand 50 eine Messspannung
am Kommunikationsanschluss NTC angelegt und die über dem
Thermistor 20 abfallende Spannung wird an einem mit dem
Kommunikationsanschluss NTC verbundenen Anschluss A-IN NTC der Signalverarbeitungseinheit 46 erfasst,
um eine Information über die Temperatur in der Batterie 12 zu gewinnen.
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Ähnlich
dem Schaltkonzept der Batterie 12 sind auch in der Ladevorrichtung 14 die
Kommunikationsanschlüsse ID und NTC jeweils durch Reihenschaltungen
aus einem Kondensator 52 bzw. 54 und einem Transistor 56 bzw. 58 mit
einem Spannungspol der Spannungsversorgung 38 verbunden,
wobei die Gate-Anschlüsse der Transistoren 56 bzw. 58 jeweils
durch Anschlüsse TX ID-R bzw. TX NTC der Signalverarbeitungseinheit 46 angesteuert
werden, um Spannungsimpulse vorbestimmter Zeitdauer zu vorbestimmten
Zeiten an den Kommunikationsanschlüssen ID bzw. NTC abzugeben
und auf diese Weise ein digitales Signal an die Batterie 12 zu
senden.
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Ferner
sind die Kommunikationsanschlüsse ID und NTC der Ladevorrichtung 14 mit
Leseeingängen RX ID-R bzw. RX NTC für digitale
Signale der Signalverarbeitungseinheit 46 verbunden, wobei
diese Einschlüsse zur Auswertung der von der Batterie 12 gesendeten
digitalen Signale eingerichtet sind.
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Im
Betrieb des elektrischen Systems 10 wird beispielsweise
zum Laden der Batterie 12 die Ladevorrichtung 14 mit
ihren vier Anschlüssen LP, ID, NTC, LM an die Anschlüsse
P, ID, NTC bzw. M der Batterie 12 angeschlossen. Über
die analoge Messschaltung 40 für den Spezifikationswiderstand 18 erfasst
die Signalverarbeitungseinheit 46 am Anschluss A-IN ID-R
ein analoges Signal über die Größe des
Spezifikationswiderstands 18. Über die analoge
Messschaltung 50 für den Thermistor 20 erfasst die
Ladevorrichtung 14 ein analoges Signal über die Größe
des Thermistor-Widerstands 20 am Eingang A-IN NTC der Signalverarbeitungseinheit 46.
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In 2 ist
das analoge Spannungssignal am Eingang A-IN ID-R gezeigt, welches über
die Messdauer Tanalog empfangen wird. Ebenso
wird über eine bestimmte Messdauer hinweg ein analoges Messsignal
des Thermistors 20 am Eingang A-IN NTC empfangen.
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Die
Signalverarbeitungseinheit 30 der Batterie 12 sendet
gleichzeitig über die digitalen Signalausgänge
TX ID-R und TX NTC digitale, impulsförmige Signale an den
Kommunikationsanschlüssen ID bzw. NTC. Über die
digitalen Signaleingänge RX ID-R bzw. RX NTC der Signalverarbeitungseinheit 46 der
Ladevorrichtung 14 werden diese digitalen Signale empfangen
und deren Information ausgewertet.
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In 2 ist
zu erkennen, dass die Zeitdauer der Übertragung der digitalen
Signale, Tdigital, wesentlich kürzer
ist als die Messdauer Tanalog des analogen Signals,
so dass die analoge Messung durch die digitale Signalübertragung
kaum beeinträchtigt wird und das digitale Signal allenfalls
als geringfügige Störung an den analogen Eingängen
A-IN ID-R bzw. A-IN NTC der Signalverarbeitungseinheit 46 erkannt
wird.
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Im
Falle einer Fehlfunktion der Signalverarbeitungseinheit 30,
die zu einer dauerhaften Schaltung eines der Transistoren 24 oder 28 in
den Verbindungsmodus führt, verhindern die Kondensatoren 22 bzw. 26,
dass die Kommunikationsanschlüsse ID bzw. NTC dauerhaft
mit dem Minuspol M der Batterie verbunden werden. Gleichermaßen
dienen die Kondensatoren 52 und 54 der Ladevorrichtung 14 der Trennung
zwischen den Kommunikationsanschlüssen und dem Minuspol
LM der Spannungsversorgung 38 im Falle einer Fehlfunktion
der Signalverarbeitungseinheit 46.
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Die
digital übertragene Information von der Batterie 12 kann
die Spezifikationsinformation des Widerstands 18 oder eine
Temperaturinformation entsprechend dem Thermistor 20 enthalten,
so dass diese Informationen redundant sowohl analog als auch digital übertragen
werden. Ferner kann als digitale Information die Anzahl an bereits
durchgeführten Ladezyklen der Batterie 12, ein
Fehlerzustand oder eine sonstige Information übermittelt
werden. Die Ladevorrichtung 14 kann auf Grundlage der empfangenen
Informationen den Ladebetrieb steuern, so z. B. einen Ladevorgang
einleiten, einen Ladevorgang verhindern, einen Ladevorgang abbrechen,
eine Signalisierung bzw. Anzeige ausgeben und dergleichen.
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Ferner
erlaubt das elektrische System 10 des gezeigten Ausführungsbeispiels
eine Übertragung von digitalen Daten von der Ladevorrichtung 14 zur
Batterie 12 durch Ausgeben impulsförmiger Signale
an den Ausgängen TX ID-R bzw. TX NTC der Signalverarbeitungseinheit 46,
so dass an den Kommunikationsanschlüssen ID bzw. NTC der
Ladevorrichtung 14 impulsförmige digitale Signale
den (von der Batterie empfangenen) analogen Signalen überlagert
ausgegeben werden. Die digitalen Signalimpulse werden an den Anschlüssen
RX ID-R bzw. RX NTC der Signalverarbeitungseinheit 30 der
Batterie 12 registriert und zur Entschlüsselung
der darin enthaltenen Information ausgewertet. Auf diese Weise können
der Batterie Informationen zur Beeinflussung des Ladevorgangs übermittelt
werden, ein Ladezyklus-Zähler kann erhöht werden
oder eine Authentifizierungsinformation kann in der Batterie eingeschrieben
werden oder dergleichen.
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Das
elektrische System 10 des Ausführungsbeispiels
kann im Duplex-Modus betrieben werden, indem zum Beispiel über
den Kommunikationsanschluss ID digitale Signale von der Batterie 12 zur
Ladevorrichtung 14 gesendet werden, wobei gleichzeitig über
den Kommunikationsanschluss NTC digitale Signale von der Ladevorrichtung 14 zur
Batterie 12 gesendet werden oder umgekehrt. Natürlich
könnte auch nur einer der beiden Kommunikationsanschlüsse
ID, NTC zur Übertragung digitaler Signale verwendet werden,
oder beide Kommunikationsanschlüsse ID, NTC könnten
entweder nur von der Batterie 12 zur Ladevorrichtung 14 oder
nur in umgekehrter Richtung Daten übertragen.
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Anstatt
einer Ladevorrichtung 14 könnte an die Batterie 12 ein
elektrisches Verbrauchergerät, z. B. ein Haushaltsgerät
oder ein elektrisches Werkzeug, ein Kleingerät oder ein
elektrisches Fahrzeug oder dgl. angeschlossen werden, welches durch
Energie der Batterie 12 betrieben wird. Durch eine der Schaltung
der Ladevorrichtung 14 vergleichbare Schaltung könnte
dann zwischen dem Verbrauchergerät und der Batterie 12 Information
in Form analoger und digitaler Daten ausgetauscht werden. Gleiches
gilt für ein Service-Werkzeug eines Reparatur- oder Wartungsbetriebs,
das an die Batterie 12 angeschlossen wird, um die Batterie
zu reparieren oder zu warten.
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Die
Erfindung erlaubt eine sehr einfache und flexible Erweiterung der
Funktionalität im Hinblick auf die Kommunikation zwischen
Batterie und Anschlussgerät. Insbesondere können
lediglich durch geeignete Programmierung der Signalverarbeitungseinheiten
der Batterie und des Anschlussgeräts die Art und die Inhalte
der Datenübertragung nahezu unbegrenzt geändert
oder/und erweitert werden, ohne die restliche Hardware, insbesondere
die Anzahl an Kommunikationsanschlüssen, ändern
bzw. erweitern zu müssen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 202007016545
U1 [0003, 0004]