DE19926105A1 - Schnellladekonzept für eine Kraftfahrzeugfernbedienung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schnellladeverfahren für eine akkumulatorbetriebene Vorrichtung, insbesondere Kraftfahrzeugfernbedienung, mit einer Akkumulatoreinrichtung (7), wobei ein der Akkumulatoreinrichtung (7) vorgeschalteter Energiespeicher (1) wenigstens kurzzeitig mittels einer dem Energiespeicher (1) vorgeschalteten Koppeleinheit (2) mit einer externen Energiequelle gekoppelt wird, der Energiespeicher (1) von der hiermit gekoppelten Energiequelle mit hohem Energiefluss und kleiner Ladezeitkonstante aufgeladen wird und nachfolgend die im Energiespeicher (1) geladene Energie mit geringerem Energiefluss und größerer Ladezeitkonstante auf die Akkumulatoreinrichtung (7) übertragen wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine akkumulatorbetriebene Vorrichtung (7) für ein derartiges Schnellladeverfahren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schnellladeverfahren für eine akkumulatorbetriebene Vorrichtung sowie eine akkumulatorbetrie­ bene Vorrichtung für ein derartiges Schnellladeverfahren.

Die Verwendung von Akkumulatoren als Energiequelle in elek­ trischen Geräten ist in zunehmender Weise auf unterschied­ lichsten technischen Gebieten wie Küchengeräten, elektrischen Zahnbürsten, Mobiltelefonen, Fernbedienungen für verschieden­ ste Zwecke usw. zu beobachten.

Gegenüber der Verwendung von Batterien in solchen Geräten entfällt vorteilhafterweise nicht nur der Austausch ver­ brauchter gegen neue Batterien, sondern es wird auch die Mög­ lichkeit eröffnet, durch feste Installation einer Akkumula­ toreinrichtung im Gerätegehäuse eines Gerätes von einem sonst notwendigen öffen- und schließbaren Batteriefach abzusehen. Hierdurch vereinfacht sich die Herstellung eines Gerätegehäu­ ses sowie eine eventuell notwendige Kapselung gegen Um­ welteinflüsse.

Nachteiligerweise ist ein solches Gerät, wie beispielsweise ein Kraftfahrzeugfernbediensender, bei aufgebrauchter Energie der Akkumulatoreinrichtung nicht durch den Austausch gegen neue Batterien oder Akkumulatoren schnell wieder einsetzbar, sondern benötigt eine längere Ladezeit der Akkumulatorein­ richtung bis zum erneuten funktionsfähigen Einsatz.

Hierzu muss ein solches Gerät für längere Zeit mit einem ortsfesten Ladegerät verbunden werden, so dass sich die ört­ liche Verfügbarkeit eines solchen Gerätes verringert. Bei­ spielsweise sind neuere Kraftfahrzeugfernbedienungen, soge­ nannte Keyless-Go-ID-Geber, die vom Fahrer immer am Körper getragen werden, ohne Beeinträchtigung der Bedienerfreund­ lichkeit nicht für längere Zeit mit einem ortsfesten Ladege­ rät, beispielsweise im Fahrzeuginneren verbindbar.

Um diese Nachteile zu überwinden, ist es bereits bei Auto- Akkumulatoren bekannt, diese mittels einer Schnellladung mit sehr hohem Ladestrom über wenige Minuten gegenüber sonst nö­ tigen mehreren Stunden schnell zu laden. Bei diesem Schnell­ ladeverfahren wird allerdings die Lebensdauer der Akkumula­ toreinrichtung beeinträchtigt, so dass dieses Verfahren nur notfalls angewendet wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schnellladeverfahren für eine Akkumulatoreinrichtung für eine akkumulatorbetriebene Vorrichtung sowie eine Vorrichtung hierfür zu schaffen, bei dem die akkumulatorbetriebene Vor­ richtung nur kurzzeitig mit einer Energiequelle verbunden werden muss, um ein die Lebensdauer der Akkumulatoreinrich­ tung nicht beeinträchtigendes Laden zu gewährleisten und die Bedienerfreundlichkeit zu erhöhen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schnellladeverfah­ ren sowie eine Akkumulatoreinrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 4 gelöst. Hierbei wird weiterhin eine Akkumu­ latoreinrichtung, bestehend aus einer oder mehreren miteinan­ der seriell und/oder parallel geschalteten Zellen wie bei­ spielsweise Nickelkadmium, Nickelmetallhydrid, Ionen-Lithium usw. wegen der auch über längere Zeit hervorragenden Energie­ speichereigenschaften verwendet.

Dieser Akkumulatoreinrichtung ist ein Energiespeicher vorge­ schaltet, der in kürzester Zeit ohne Schaden zu nehmen von einer externen Energiequelle Energie aufnehmen kann und die aufgenommene Energie mit geringerem Energiefluss und größerer Ladezeitkonstante auf die Akkumulatoreinrichtung überträgt. Dieser Energiespeicher muss demnach im Unterschied zu einer Akkumulatoreinrichtung keine Langzeitenergiespeichereigen­ schaften aufweisen.

Ein derartiger Energiespeicher kann beispielsweise mechanisch in Form einer Feder realisiert sein, welche durch die kineti­ sche Energie, welche extern eingebracht wird, beispielsweise durch Betätigung eines Knopfes, Hebels oder ähnlichem ge­ spannt wird. Die aufgenommene Energie kann langsam dann durch geeignete Mittel, wie beispielsweise eine Untersetzung, mit­ tels eines Energieumwandlers, beispielsweise eines Generators auf die Akkumulatoreinrichtung übertragen werden.

Die Energie kann im Energiespeicher, aber auch in anderer Form wie beispielweise kristallin, chemisch oder elektrisch gespeichert werden, wobei bei einer Speicherung in elektri­ scher Form vorteilhafterweise das Umformen durch einen Gene­ rator entfällt. Die elektrische Energie wird hierbei bei­ spielsweise in einer Kapazität als Ladung oder in einer In­ duktivität in Form eines Magnetfeldes gespeichert. Die Ladung einer Kapazität bzw. der durch das Zusammenbrechen des Ma­ gnetfeldes in einer Induktivität induzierte Strom wird dann durch eine Ladestrombegrenzung beispielsweise in Form eines zwischengeschalteten Widerstandes zum ordnungsgemäßen Laden der Akkumulatoreinrichtung verwendet.

Der Energiespeicher muss hierzu nur kurzzeitig für wenige Se­ kunden oder für Sekundenbruchteile, beispielsweise wenige ms, mit einer externen Energiequelle gekoppelt werden. Die Kopp­ lung kann hierbei direkt über Steckkontakte oder in einer an­ deren Ausführungsform induktiv über Induktivitäten erfolgen. Selbstverständlich muss es sich bei einer induktiven Kopplung um eine Wechselstromenergiequelle handeln, die über eine Sendeinduktivität in einer Empfangsinduktivität des Gerätes einen Wechselstrom erzeugt.

In diesem Fall muss die empfangene Energie in Form eines Wechselstroms durch einen dem Energiespeicher vorgeschalteten üblichen Gleichrichter gleichgerichtet werden, um in Form ei­ ner Ladung in einer Kapazität bzw. in Form eines Magnetfeldes in einer Induktivität zumindest kurzzeitig gespeichert zu werden. Vorteilhafterweise wird in der induktiven Ausfüh­ rungsform der Kopplung die Bedienerfreundlichkeit weiter ver­ bessert, da das Gerät nicht mehr exakt mit einem üblicherwei­ se ortsfesten Ladegerät verbunden werden, sondern sich nur noch in eine vorbestimmte Reichweite des Ladegerätes befinden muss. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Keyless-ID- Geber immer am Körper des Fahrers getragen werden, da sich der Fahrer sogar mehrmals, zumindest kurzzeitig, in Reichwei­ te einer entsprechend im Fahrzeug angeordneten Sendeantenne eines Ladegerätes begibt.

Bei der Ausführungsform mit direkter Kopplung kann dagegen vorteilhafterweise auf eine Gleichrichtung, sofern es sich bei der Energiequelle um eine Gleichstromquelle handelt, ver­ zichtet werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. In der Zeich­ nung zeigt die einzige Figur ein Blockschaltbild der elektri­ schen Einrichtung in einer akkumulatorbetriebenen Vorrich­ tung, insbesondere Kraftfahrzeugfernbedienung, nach der Er­ findung.

Nach der Zeichnung weist die Elektrik einer akkumulatorbe­ triebenen Vorrichtung einen Energiespeicher 1 auf, der in der speziellen Ausführung als Kondensator 1 vom Typ Supercap bzw. Goldcap ausgeführt ist. Dieser Typ weist bei kleiner Bauform vorteilhafterweise eine sehr hohe Kapazität von beispielswei­ se mehreren mF auf. Die beiden Pole 5 und 6 des Kondensators 1 sind mit einer Koppeleinheit 2 für die Kopplung mit einer externen, in der Zeichnung nicht dargestellten Energiequelle verbunden.

Diese Koppeleinheit kann, wie in der Zeichnung dargestellt, in ihrer einfachsten Form zwei Kontakte 3 und 4 aufweisen, die mit den Polen 5 und 6 des Kondensators 1 jeweils parallel verbunden sind. An die Kontakte 3 und 4 kann dann zumindest für den Ladevorgang eine externe Energiequelle in Form einer Gleichstromquelle angelegt werden.

Die Koppeleinheit 2 könnte aber auch für eine induktive Kopp­ lung in Form einer Empfangsantenne bzw. -induktivität ausge­ legt sein, wobei sie zudem eine Gleichrichterschaltung auf­ weisen muss, um den für einen Kondensator 1 zu dessen Ladung nötigen Gleichstrom zu erzeugen. Eine derartige induktive Koppeleinheit kann dann über eine Sendeantenne bzw. -induktivität einer externen Wechselstromquelle Strom aufneh­ men.

In jedem Fall wird der Kondensator 1 durch eine Kopplung mit einem externen Ladegerät in wenigen Sekunden oder gar in Se­ kundenbruchteilen, beispielsweise wenige ms, mit sehr hohem Ladestrom geladen. Die Pole 5, 6 des Kondensators 1 sind an­ dererseits jeweils mit den Polen 8 und 9 einer Akkumula­ toreinrichtung verbunden, wobei sich in wenigstens einem Zweig 5, 8 und 6, 9 ein Widerstand 11 geeigneter Größe befin­ det, um den Ladestrom für die Akkumulatoreinrichtung 7 in vorbestimmter und geeigneter Weise zu begrenzen.

An den Polen 8, 9 der Akkumulatoreinrichtung 7 hängt eine Er­ satzlast 10, die permanent oder intermittierend mit diesen verbunden ist. Durch diese Ersatzlast 10 wird beispielsweise die Sende- und evtl. Empfangsfunktion einer Kraftfahrzeug­ fernbedienung simuliert.

Die Koppeleinheit 2 muss für die Ladung des Kondensators 1, wie vorstehend geschildert, nur kurzzeitig mit einer externen Energiequelle zur vollständigen Ladung des Kondensators 1 verbunden werden. Da der Ladestrom in Richtung der Akkumula­ toreinrichtung in jedem Fall durch den Widerstand 6 begrenzt ist, ist jedoch auch eine längere Kopplung mit einer externen Energiequelle für die Geräteschaltung, insbesondere für die Akkumulatoreinrichtung 7, unschädlich und trägt allenfalls innerhalb der Toleranzen zur Ladung der Akkumulatoreinrich­ tung 7 bei.

Die Akkumulatoreinrichtung 7 kann, wie im Blockschaltbild dargestellt aus einer Serienschaltung zweier einzelner Zellen aufgebaut sein. Je nach Einsatzgebiet ist aber auch eine Se­ rien- und/oder Parallelschaltung einer beliebigen Anzahl von Zellen möglich. Ebenso kann der Energiespeicher 1 in seiner Ausführungsform mit Kondensatoren je nach Einsatzgebiet durch Zusammenschaltung, insbesondere Parallelschaltung einer be­ liebigen Anzahl von Kondensatoren ausgebildet sein.

Vorteilhafterweise kann durch die vorliegende Erfindung das nachteilige lange Verbinden eines akkumulatorbetriebenen Ge­ rätes mit einem Ladegerät auf wenige Sekunden oder gar auf Sekundenbruchteile, beispielsweise wenige ms, verkürzt wer­ den, ohne die Lebensdauer und Qualität der Energiespeicherei­ genschaften einer Akkumulatoreinrichtung zu beeinträchtigen. Die vorliegende Erfindung ist deshalb grundsätzlich für alle akkumulatorbetriebenen Vorrichtungen einsetzbar, wobei sich für den Bediener Vorteile wie erhöhte Bedienerfreundlichkeit und verbesserte Verfügbarkeit des akkumulatorbetriebenen Ge­ rätes ergeben.

Claims (9)

1. Schnellladeverfahren für eine akkumulatorbetriebene Vor­ richtung, insbesondere Kraftfahrzeugfernbedienung, mit einer Akkumulatoreinrichtung (7) dadurch gekennzeichnet, dass

• - ein der Akkumulatoreinrichtung (7) vorgeschalteter Energiespeicher (1) wenigstens kurzzeitig mittels einer dem Energiespeicher (1) vorgeschalteten Koppeleinheit (2) mit einer externen Energiequelle gekoppelt wird,
• - der Energiespeicher (1) von der hiermit gekoppelten Energiequelle mit hohem Energiefluss und kleiner Lade­ zeitkonstante aufgeladen wird und
• - nachfolgend die im Energiespeicher (1) geladenen Ener­ gie mit geringerem Energiefluss und größerer Ladezeit­ konstante auf die Akkumulatoreinrichtung (7) übertragen wird.

2. Schnellladeverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie im Energiespeicher (1) als elektrische Energie gespeichert wird.

3. Schnellladeverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle Energie in Form von Wechselstrom abgibt und mit dem Energiespeicher (1) über die Koppeleinheit (2) induktiv gekoppelt wird, wobei die Koppeleinheit (2) eine Gleichrichtereinheit aufweist, die den Wechselstrom gleichrichtet.

4. Akkumulatorbetriebene Vorrichtung, insbesondere Kraft­ fahrzeugfernbedienung, für ein Schnellladeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Akkumulatorein­ richtung (7), dadurch gekennzeichnet, dass

• - der Akkumulatoreinrichtung (7) ein Energiespeicher (1) vorgeschaltet ist, welcher wenigstens kurzzeitig mit einer externen Energiequelle mittels einer dem Energie­ speicher vorgeschalteten Koppeleinheit (2) koppelbar ist und
• - der Energiespeicher (1) eine im Vergleich zur Akkumula­ toreinrichtung (7) kürzere Ladezeitkonstante aufweist.

5. Akkumulatorbetriebene Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (1) als elektrisches Bauelement ausgebil­ det ist.

6. Akkumulatorbetriebene Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauelement als Kondensator (1) mit hoher Ka­ pazität ausgebildet ist.

7. Akkumulatorbetriebene Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (1) als Supercap ausgebildet ist.

8. Anordnung aus einer akkumulatorbetriebenen Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7 und einer hiermit gekop­ pelten externen Energiequelle zur Durchführung des Ver­ fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ex­ terne Energiequelle als Wechselstromquelle ausgebildet ist, welche mit einer dem elektrischen Bauelement vorge­ schalteten Gleichrichtereinheit induktiv gekoppelt ist.