DE19926105A1

DE19926105A1 - Fast charging method for device operated by rechargeable battery especially for vehicle remote operation

Info

Publication number: DE19926105A1
Application number: DE1999126105
Authority: DE
Inventors: Holger Schwank; Herbert Schmittschmitt; Siegfried Achhammer
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1999-06-08
Filing date: 1999-06-08
Publication date: 2000-12-21

Abstract

The method includes the steps of connecting an energy store (1) connected in series with a rechargeable battery arrangement (7), at least temporarily via a coupling unit (2) with an external energy source, and charging the energy storage with a high energy flow and a small charge time constant. The energy stored in the energy storage is subsequently transferred with a smaller energy flow and larger charge time constant on the rechargeable battery arrangement. The energy source provides preferably an AC current which is inductively coupled with over the coupling unit with the energy storage, in which the coupling unit includes a rectifier arrangement which rectifies the AC current.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schnellladeverfahren für eine akkumulatorbetriebene Vorrichtung sowie eine akkumulatorbetrie bene Vorrichtung für ein derartiges Schnellladeverfahren.The invention relates to a rapid charging method for a Accumulator-operated device and an accumulator-operated bene device for such a rapid charging process.

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.The use of batteries as an energy source in elec tric devices is increasingly different most technical areas such as kitchen appliances, electrical Toothbrushes, cell phones, remote controls for various most important purposes, etc.

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.Compared to the use of batteries in such devices not only the exchange is advantageously eliminated needed for new batteries, but it will also be possible opened by permanently installing an accumulator gate device in the device housing of a device from another the necessary openable and closable battery compartment. This simplifies the manufacture of a device housing ses and a possibly necessary encapsulation against Um world influences.

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.Such a device is disadvantageous, for example a motor vehicle remote control transmitter, when energy is used up not by replacing the battery device new batteries or accumulators can be used again quickly, but requires a longer charging time for the battery direction until it can be used again.

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.To do this, such a device must be used for a long time stationary charger can be connected so that the local availability of such a device is reduced. At examples are newer motor vehicle remote controls, so-called called Keyless Go ID transmitters, which are always on the driver's body can be worn without affecting the operator friend not for long periods of time with a fixed loader advises, for example, connectable inside the vehicle.

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.In order to overcome these disadvantages, it is already Accumulators known, these by means of a quick charge very high charging current over a few minutes compared to nope quickly to charge for several hours. At this quick However, the charging process will affect the life of the battery gate device impaired, so this method only is used if necessary.

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.The present invention is therefore based on the object a quick charging method for an accumulator device for an accumulator-operated device and a device to create for this, in which the battery-operated Vor direction only briefly connected to an energy source must be in order to extend the life of the accumulator guarantee non-impairing charging and the Increase user friendliness.

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.According to the invention, the object is achieved by a rapid charging process ren and an accumulator device with the features of Claims 1 and 4 solved. This continues to be a battery lator device consisting of one or more together of the cells connected in series and / or in parallel as in for example nickel cadmium, nickel metal hydride, ion lithium etc. because of the excellent energy even over a long period of time storage properties used.

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. This accumulator device is an energy storage device which switches in no time without being damaged by an external energy source can absorb energy and the absorbed energy with less energy flow and larger Charges time constant transfers to the battery device. In contrast to one, this energy storage must Accumulator device no long-term energy storage have shafts.

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.Such an energy store can be mechanical, for example be realized in the form of a spring, which by the kineti energy that is introduced externally, for example by pressing a button, lever or the like is stretched. The absorbed energy can then slowly pass through appropriate means, such as a reduction, with means of an energy converter, for example a generator are transferred to the accumulator device.

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.The energy can be in the energy storage, but also in others Form such as crystalline, chemical or electrical are stored, with a storage in electri scher form advantageously the reshaping by a gene rator is dropped. The electrical energy is at for example in a capacity as a charge or in an ductivity stored in the form of a magnetic field. The charge a capacity or by the collapse of the Ma gnetfeldes current is then induced in an inductor through a charge current limitation, for example in the form of a intermediate resistor for proper charging the accumulator device used.

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.The energy storage only needs to do this for a short time for a few seconds customers or for fractions of a second, for example a few ms, be coupled with an external energy source. The Kopp can be directly via plug contacts or in one the embodiment of which takes place inductively via inductors. Of course, it must be an inductive coupling is an AC power source that has a Transmitting inductance in a receiving inductance of the device generates an alternating current.

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.In this case, the energy received must be in the form of a Alternating current through an upstream of the energy storage usual rectifiers are rectified to ei in the form ner charge in a capacitance or in the form of a magnetic field stored in an inductor at least temporarily become. Advantageously, in the inductive version form of coupling further improves user friendliness improves, since the device is no longer exactly with a usual se stationary charger can be connected, but only are still within a predetermined range of the charger got to. In this way, for example, a keyless ID Encoders should always be worn on the driver's body as they are the driver even several times, at least briefly, in Reichwei te of a correspondingly arranged antenna in the vehicle a charger.

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.In contrast, in the embodiment with direct coupling advantageously on a rectification, if it is the energy source is a direct current source, ver to be waived.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the invention result itself from the subclaims.

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.The invention is described below with reference to a drawing illustrated embodiment explained. In the drawing The only figure shows a block diagram of the electri device in an accumulator-operated device tion, in particular motor vehicle remote control, according to the Er finding.

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. According to the drawing, the electrical system of an accumulator-operated device has an energy store 1 , which is designed in the special embodiment as a capacitor 1 of the Supercap or Goldcap type. With a small design, this type advantageously has a very high capacitance of, for example, several mF. The two poles 5 and 6 of the capacitor 1 are connected to a coupling unit 2 for coupling to an external energy source, not shown in the drawing.

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.As shown in the drawing, this coupling unit can, in its simplest form, have two contacts 3 and 4 , which are connected in parallel with the poles 5 and 6 of the capacitor 1 . An external energy source in the form of a direct current source can then be applied to the contacts 3 and 4 at least for the charging process.

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.The coupling unit 2 could also be designed for an inductive coupling in the form of a receiving antenna or inductor, whereby it must also have a rectifier circuit in order to generate the direct current necessary for a capacitor 1 to charge it. Such an inductive coupling unit can then take up current via a transmitting antenna or inductance of an external AC power source.

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.In any case, the capacitor 1 is charged by coupling with an external charger in a few seconds or even in fractions of a second, for example a few ms, with a very high charging current. The poles 5 , 6 of the capacitor 1 are in each case connected to the poles 8 and 9 of a rechargeable battery device, a resistor 11 of a suitable size being located in at least one branch 5 , 8 and 6 , 9 in order to determine the charging current for the rechargeable battery device 7 limit in a predetermined and appropriate manner.

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.At the poles 8 , 9 of the accumulator device 7 , a load 10 is attached to it, which is permanently or intermittently connected to it. This substitute load 10 , for example, simulates the transmit and possibly receive function of a motor vehicle remote control.

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.The coupling unit 2 only needs to be briefly connected to an external energy source for the complete charging of the capacitor 1 for the charging of the capacitor 1 , as described above. Since the charging current in the direction of the accumulator gate device is limited in each case by the resistor 6 , however, a longer coupling to an external energy source for the device circuit, in particular for the accumulator device 7 , is harmless and at most contributes within the tolerances for charging the accumulator device 7 at.

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.The accumulator device 7 can, as shown in the block diagram, be constructed from a series connection of two individual cells. Depending on the field of application, a series and / or parallel connection of any number of cells is also possible. Likewise, in its embodiment, the energy store 1 can be formed with capacitors, depending on the field of application, by interconnection, in particular parallel connection, of any number of capacitors.

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.Advantageously, the present invention can disadvantageous long connection of a battery operated Ge advises with a charger to a few seconds or even Fractions of a second, for example a few ms, are shortened without the lifespan and quality of energy storage properties of an accumulator device. The present invention is therefore basically for everyone accumulator-operated devices can be used, whereby advantages for the operator such as increased user friendliness and improved availability of the battery operated Ge advise.

Claims

1. Fast charging method for a battery-operated device, in particular motor vehicle remote control, with a battery device ( 7 ), characterized in that

an energy store ( 1 ) connected upstream of the accumulator device ( 7 ) is coupled to an external energy source at least briefly by means of a coupling unit ( 2 ) connected upstream of the energy store ( 1 ),
- The energy store ( 1 ) is charged by the energy source coupled to it with a high energy flow and a small charging time constant and
- Subsequently, the energy stored in the energy store ( 1 ) with a lower energy flow and longer charging time is constantly transferred to the battery device ( 7 ).

2. Fast charging method according to claim 1, characterized in that the energy in the energy store ( 1 ) is stored as electrical energy.

3. Fast charging method according to claim 2, characterized in that the energy source delivers energy in the form of alternating current and is inductively coupled to the energy store ( 1 ) via the coupling unit ( 2 ), the coupling unit ( 2 ) having a rectifier unit which rectifies the alternating current .

4. Accumulator-operated device, in particular motor vehicle remote control, for a quick charging method according to one of claims 1 to 3, with an accumulator device ( 7 ), characterized in that

- is upstream of the accumulator (7), an energy store (1), which at least to an external power source by means of the energy storage unit upstream coupling (2) is briefly coupled and
- The energy store ( 1 ) has a shorter charging time compared to the accumulator gate device ( 7 ).

5. Battery-operated device according to claim 4, characterized in that the energy store ( 1 ) is ausgebil det as an electrical component.

6. The battery-operated device according to claim 5, characterized in that the electrical component is designed as a capacitor ( 1 ) with a high capacitance.

7. Battery-operated device according to claim 6, characterized in that the capacitor ( 1 ) is designed as a supercap.

8. Arrangement from an accumulator-operated device according to one of claims 4 to 7 and one hereby copied external energy source to carry out the ver driving according to one of claims 1 to 3.

9. Arrangement according to claim 8, characterized in that the ex ternal energy source designed as an AC power source is, which is featured with the electrical component switched rectifier unit is inductively coupled.