DE602004006816T2

DE602004006816T2 - Ladegerät

Info

Publication number: DE602004006816T2
Application number: DE602004006816T
Authority: DE
Inventors: Hitoshi 3-chome Anjo-shi Suzuki
Original assignee: Makita Corp
Current assignee: Makita Corp
Priority date: 2003-10-29
Filing date: 2004-10-13
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2024-10-14
Also published as: US7728559B2; EP1528651A2; JP2005137103A; US20090039837A1; JP4056965B2; EP1528651B1; US7453239B2; US20050093517A1; DE602004006816D1; EP1528651A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum Laden einer wiederaufladbaren Batterie. Insbesondere betrifft sie eine Ladevorrichtung, bei der ein Schaltelement pulsbreitenmoduliert wird, wodurch die Ladeleistung erhöht oder reduziert wird.
In einer Ladevorrichtung ist es für die Ladeleistung wünschenswert, dass sie so groß ist wie die Ladevorrichtung vertragen kann. Die wiederaufladbare Batterie wird folglich schnell geladen.
In Ladevorrichtungen ist die Nennleistung normalerweise fest, und Einstellungen der Ladeleistung erfolgen innerhalb des Bereichs dieser Nennleistung. Die JP 3384079 offenbart eine Technik zum Unterscheiden der Anzahl an Batteriezellen, die in einem Batteriepack, der zu laden ist, enthalten sind, und zum Bestimmen eines Ladestroms basierend auf der Anzahl an Batteriezellen. Wenn ein Batteriepack mit einer großen Anzahl an Zellen zu laden ist, ist die Ladespannung hoch und folglich wird der Ladestrom reduziert. Wenn ein Batteriepack mit einer geringen Anzahl an Zellen zu laden ist, ist die Ladespannung gering und folglich fließt ein großer Ladestrom. In dieser Art und Weise wird die Ladeleistung innerhalb des Bereichs der Nennleistung der Ladevorrichtung eingestellt, und der Ladestrom, der so groß wie möglich innerhalb des Bereichs der Nennleistung ist, fließt zum Laden des Batteriepacks.
Die US 2003/0031035 A1 offenbart eine Ladevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei diesen bekannten Techniken wird der Ladestrom innerhalb des Bereichs der Nennleistung der Ladevorrichtung eingestellt. Dies ist das üblichste Verfahren und keiner hat es in Frage gestellt.
Der Erfinder untersuchte die Grenzen innerhalb derer die Ladevorrichtung sicher verwendet werden kann, und entdeckte, dass eine Korrespondenz zwischen der Nennleistung und den Grenzen der sicheren Verwendung der Ladevorrichtung nicht notwendig ist. Von dieser Untersuchung ausgehend hat der Erfinder aufgedeckt, dass es die Temperaturzunahme eines Schaltelements ist (das die Ladeleistung erhöht oder reduziert), das die Grenzen der sicherer Verwendung der Ladevorrichtung bestimmt. Solange die Temperaturzunahme des Schaltelements innerhalb dieser Grenze ist, kann die Ladevorrichtung sicher verwendet werden. Ferner hat der Erfinder aufgedeckt, dass das Ausmaß der Temperaturzunahme des Schaltelements nicht notwendigerweise von der Größe der Ladeenergie abhängt.
Die Temperaturzunahme des Schaltelements wird bestimmt durch ein Aufheizen, das durch den Widerstand des Schaltelements verursacht wird während es in einem „Ein-Zustand" ist, und durch ein Aufheizen, das verursacht wird durch Schaltverluste des Schaltelements.
Das durch den Widerstand des Schaltelements verursachte Aufheizen wird beeinflusst von der Höhe des Stroms, der durch das Schaltelement fließt, während es „ein" ist. Im Gegensatz dazu wird das Aufheizen, das durch Schaltverlust des Schaltelements verursacht wird, beeinflusst von der Höhe der Spannung, die an dem Schaltelement anliegt. Aus diesen Gründen, selbst wenn die Leistung, die durch das Schaltelement fließt, unverändert ist, tritt kein identisches Ausmaß an Wärme auf (a) wenn eine hohe Spannung an das Schaltelement angelegt wird und ein niedriger Strom durch das Schalelement fließt; und (b) wenn die Spannung gering ist und der Strom groß ist.
2 zeigt die Energie CP, die durch das Schaltelement fließt, auf einer horizontalen Achse, und die Größe der Temperaturzunahme des Schaltelements auf der vertikalen Achse. Die Größe der Temperaturzunahme zeigt die Differenz zwischen der Anschlusstemperatur des Schaltelements und der Umgebungstemperatur, wenn das Schaltelement aufgrund des Energieflusses aufgeheizt wird. 'H' in der Figur zeigt einen Fall, bei dem eine hohe Spannung an die Schaltschaltung angelegt wird. 'M' zeigt einen Fall, bei dem die Spannung mittel ist. 'L' zeigt einen Fall, bei dem die Spannung gering ist. In dem Fall gemäß 2 ist klar, dass bei einem gegebenen Energiewert CP1 die Größe der Temperaturzunahme ΔT des Schaltelements gering ist, wenn die Spannung hoch ist, und die Größe der Temperaturzunahme ΔT des Schaltelements hoch ist, wenn die Spannung gering ist. Wenn die Größe der Temperaturzunahme des Schaltelements eine Grenze ΔT1 hat, ist es klar, dass Energie größer als CP1 (bis zu CP3 in dem Fall gemäß 2) verursacht werden kann zu fließen, wenn die Spannung hoch ist, wohingegen die Energie oberhalb von CP1 nicht veranlasst werden kann zu fließen, wenn die Spannung gering ist.
2 zeigt, dass die Ladeleistung erhöht werden kann bis zu dem Pegel CP3, wie durch die gestrichelte Linie gezeigt, anstelle einer Begrenzung innerhalb der Nennleistung CP1, ohne dass das Schaltelement überheizt wird, wenn die Spannung gleich 'H' ist. Wenn die Spannung gleich 'M' ist, kann die Ladeleistung erhöht werden bis zum Pegel CP2, der höher ist als die Nennleistung CP1. Wenn die Ladeleistung, die durch das Schaltelement fließt, erhöht wird, wird der Ladestrom zu der Batterie erhöht, und es wird folglich möglich den Ladevorgang der Batterie in einer kürzeren Zeitperiode zu beenden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Probleme gemäß dem Stand der Technik zu überwinden, indem die Ladeleistung innerhalb der Nennleistung eingeschränkt ist, selbst in Fällen, bei denen eine größere Leistung erlaubt wäre, ohne dass das Schaltelement überheizt wird.
Diese Aufgabe wird durch die Ladevorrichtung gemäß Anspruch 1 erreicht, deren Betrieb in den folgenden Absätzen beschrieben wird.
3 zeigt den Strom CS, der durch das Schaltelement fließt, auf der horizontalen Achse, und zeigt einen Temperaturanstieg ΔT des Schaltelements auf der vertikalen Achse. 'H' in der Figur zeigt einen Fall, bei dem die Spannung groß ist. 'M' zeigt einen Fall, bei dem die Spannung mittel ist. 'L' zeigt einen Fall, bei dem die Spannung gering ist. In dem in 3 gezeigten Fall kann man sehen, dass für einen gegebenen Stromwert CS3 das Ausmaß der Temperaturzunahme ΔT des Schaltelements hoch ist, wenn die Energieversorgungsspannung groß ist, wohingegen ΔT klein ist, wenn die Energieversorgungsspannung klein ist. Wenn der Strom gleich bleibt, dann gilt je größer die Spannung desto größer die Leistung, und liegt kein Widerspruch zu den Ergebnissen gemäß 2 vor. In 3 ist die Leistung CP3 durch die hohe Spannung 'H' und den geringen Strom CS3 größer als die Leistung CP2 durch die mittlere Spannung 'M' und den mittleren Strom CS2. Ähnlich ist die Leistung CP2 durch die mittlere Spannung 'M' und den mittleren Strom CS2 größer als die Leistung CP1 durch die niedrige Spannung 'L' und den hohen Strom CS3.
Eine Temperaturzunahmegrenze des Schaltelements sei ΔT1 in 3. Dies bedeutet, dass solange die Temperaturzunahme des Schaltelements innerhalb ΔT1 ist, die Ladevorrichtung sicher verwendet werden kann. 3 zeigt, dass der Strom CS1 durch das Schaltelement fließen kann in dem Fall der niedrigen Spannung, wie durch 'L' gezeigt. Der Strom CS2 kann durch das Schaltelement fließen in dem Fall der mittleren Spannung, wie durch 'M' gezeigt, und der Strom CS3 kann durch das Schaltelement fließen in dem Fall der hohen Spannung, wie durch 'H' ge zeigt. Der größte Ladestrom, der also durch das Schaltelement fließen kann, hängt von der Spannung ab, die an das Schaltelement angelegt wird. Die Größe der Temperaturzunahme des Schaltelements kann reduziert werden, so dass sie innerhalb der Temperaturzunahmegrenze ΔT1 bleibt, indem ein oberer Grenzwert des Ladestroms in Antwort auf die Spannung geändert wird. 2 zeigt, dass die maximale Ladeleistung, der die Temperaturzunahme des Schaltelements innerhalb der Temperaturzunahmegrenze ΔT1 hält, in Abhängigkeit von der Spannung variierter, die an das Schaltelement angelegt wird.
3 zeigt, dass der maximale Ladestrom, der die Temperaturzunahme des Schaltelements innerhalb der Temperaturzunahmegrenze ΔT1 hält, in Abhängigkeit von der Spannung variiert, die an das Schaltelement angelegt wird.
Aus den Ergebnissen, wie in 3 gezeigt, wird deutlich, dass die Größe der Temperaturzunahme des Schaltelements unterdrückt werden kann, um gleich oder unterhalb der Temperaturzunahmegrenze ΔT1 zu bleiben, wenn verhindert wird, dass ein Strom größer als CS3 durch das Schaltelement in dem Fall der hohen Spannung 'H' fließt, ein Strom größer als CS2 durch das Schaltelement in dem Fall der mittleren Spannung 'M' fließt, und ein Strom größer als CS1 durch das Schaltelement in dem Fall der niedrigen Spannung 'L' fließt.
Die Ladevorrichtung der vorliegenden Lehren verwendet den Begrenzeranschluss, der in der PWM-Steuerschaltung bereitgestellt ist, um die obigen Ergebnisse zu erhalten. Der Ausgangsanschluss schaltet das Schaltelement „aus" wenn eine Spannung gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert (zur Vereinfachung wird diese als Begrenzerspannung bezeichnet) in den Begrenzeranschluss eingegeben wird.
Das Bereitstellen der Korrekturschaltung, die die Ausgangsspannung der Stromdetektionsschaltung in Antwort auf die Energieversorgungsspannung korrigiert, ermöglicht, dass der erlaubte Strom CS3 für die 'H'-Spannung, der erlaubte Strom CS2 für die 'M'-Spannung und der erlaubte Strom CS1 für die 'L'-Spannung jeweils durch die Begrenzerspannung korrigiert werden. Das Eingeben dieser korrigierten Spannungen in den Begrenzeranschluss der PWM-Steuerschaltung ermöglicht:

(a) eine Verhinderung, dass ein Strom größer als CS3 durch das Schaltelement in dem Fall der hohen Spannung 'H' fließt;
(b) eine Verhinderung, dass ein Strom größer als CS2 durch das Schaltelement in dem Fall der mittleren Spannung 'M' fließt; und
(c) eine Verhinderung, dass ein Strom größer als CS1 durch das Schaltelement in dem Fall der niedrigen Spannung 'L' fließt.

In dieser Ladevorrichtung werden die Korrekturschaltung und die Begrenzerfunktion der PWM-Steuerschaltung verwendet, um den Strom, der durch das Schaltelement fließt, zu begrenzen. Die Größe der Temperaturzunahme des Schaltelements wird folglich reduziert, so dass diese innerhalb der Temperaturzunahmegrenze bleibt. Die Ladeleistung ist nicht fixiert, sondern variiert in Abhängigkeit von der Spannung, so dass je höher die Spannung desto höher die Leistung (siehe 2). Im Gegensatz zu bekannten Ladevorrichtungen, bei denen die Ladeleistung durch die Nennleistung beschränkt ist, ist die Ladeleistung nicht unnötig beschränkt.
Die Ladevorrichtung gemäß den vorliegenden Lehren beschränkt die Ladeleistung, um die Größe der Temperaturzunahme des Schaltelements derart zu reduzieren, dass sie innerhalb des Bereichs der Temperaturzunahmegrenze bleibt. Diese Ladevorrichtung bewirkt, dass der Fluss des Stroms so groß wie möglich ist – innerhalb der Temperaturzunahmegrenzen des Schaltelements – und der Ladevorgang kann folglich innerhalb einer kurzen Zeitperiode abgeschlossen werden.
Unabhängig von Differenzen in der Energieversorgungsspannung korrigiert die Korrekturschaltung vorzugsweise die Ausgangsspannung der Stromdetektionsschaltung auf eine vorbestimmte Spannung, die den Begrenzeranschluss der PWM-Steuerschaltung betreibt, wenn der detektierte Strom eine Temperaturzunahmegrenze ΔT1 erzeugt.
Wenn die Korrekturschaltung den erlaubten Strom CS1 auf die Begrenzerspannung in dem Fall der hohen Spannung 'H' korrigiert, den erlaubten Strom CS2 auf die Begrenzerspannung in dem Fall der mittleren Spannung 'M' korrigiert, und den erlaubten Strom CS3 auf die Begrenzerspannung in dem Fall der geringen Spannung 'L' korrigiert, kann die Begrenzerfunktion die Größe der Temperaturzunahme des Schaltelements reduzieren, um innerhalb der Temperaturzunahmegrenze ΔT1 zu bleiben. Es ist folglich möglich unter Verwendung der Ladevorrichtungssicherheit weiterzumachen.
Die Korrekturschaltung, die in den vorliegenden Lehren verwendet wird, kann eine Vorspannung an die Ausgabespannung der Stromdetektionsschaltung anliegen, wobei sich die Vorspannung erhöht, wenn die Energieversorgungsspannung zunimmt. Alternativ kann die Ausgangsspannung der Stromdetektionsschaltung unterteilt werden durch Verwendung eines Teilungsverhältnisses, das gemäß zunehmenden Energieversorgungsspannungen zunimmt. In diesem letzteren Fall, wenn die Ausgangsspannung der Stromdetektionsschaltung gleich groß V1 ist, und die Teilungsspannungsrate gleich k ist, dann wird die Spannung V2 nach einer Korrektur gleich V2 = k·V1, wobei die Teilungsrate k groß ist, wenn die Energieversorgungsspannung groß ist.
Der maximale Strom, der die Temperatur des Schaltelements nicht weiter als um ein gegebenes Ausmaß an Temperaturzunahme anhebt, ändert sich in Abhängigkeit von der Energieversorgungsspannung. Wie in 3 gezeigt, ist dieser maximale Strom groß, wenn die Energieversorgungsspannung klein ist. Wenn der maximale Strom, wie oben erwähnt, in Antwort auf die Energieversorgungsspannung korrigiert wird, werden die korrigierten Spannungen fast eine gleiche Spannung, abgesehen von Änderungen der Energieversorgungsspannungen. In dem Fall, wie in 3 gezeigt, wird der Strom CS3, der detektiert wird, wenn die Energieversorgungsspannung groß ist, auf eine bestimmte Spannung korrigiert, der Strom CS2, der detektiert wird, wenn die Energieversorgungsspannung mittel ist, wird auf die bestimmte Spannung korrigiert, und der Strom CS1, der detektiert wird, wenn die Energieversorgungsspannung gering ist, wird auf die bestimmte Spannung korrigiert. Wenn die korrigierten Spannungen von dem Strom CS3 (bei hoher Spannung), CS2 (bei mittlerer Spannung) und CS1 (bei geringer Spannung) zu der Begrenzerspannung der PWM-Steuerschaltung gleich sind, werden die maximalen Ladeströme auf CS3 begrenz, wenn die Energieversorgungsspannung groß ist, auf CS2 begrenzt, wenn die Energieversorgungsspannung mittel ist, und auf CS1 beschränkt, wenn die Energieversorgungsspannung gering ist. In jedem Fall bleibt die Temperaturzunahme des Schaltelements innerhalb der gegebenen Größe. Wie oben beschrieben sind die Ladeleistungen nicht konstant. In dem Fall gemäß 2 ist die Ladeleistung (CP3 = CS3 × 'H' Spannung) bei der hohen Energieversorgungsspannung groß, und die Ladeleistung (CP1 = CS1 × 'L' Spannung) bei der geringen Energieversorgungsspannung ist klein.
Bei dieser Ladevorrichtung gemäß der Erfindung ist es folglich möglich die Größe der Temperaturzunahme des Schaltelements zu reduzieren, so dass sie innerhalb einer erlaubten Größe der Temperaturzunahme bleibt.
Wie oben beschrieben erlaubt die Unterdrückung der Größe der Temperaturzunahme des Schaltelements, so dass diese innerhalb eines fixierten Bereichs bleibt, die Verwendung der Ladevorrichtung bei ihrer maximalen Kapazität. Diese Technik verwendet das Prinzip, dass in Antwort auf die Energieversorgungsspannung die Größe der maximalen Ladeleistung der Ladevorrichtung variiert.
Ein Einstellungsmittel zum Einstellen eines Ladestromzielwerts wird vorzugsweise dieser Ladevorrichtung hinzugegeben. In diesem Fall stellt vorzugsweise die PWM-Steuerungsschaltung jegliche Zunahme und Reduzierung einer Betriebszeit ein, so dass der Ladestrom auf den gesetzten Zielwert eingestellt wird, und das Einstellungsmittel den Ladestromzielwert reduziert, wenn der detektierte Ladestrom um ein Reduktionsausmaß, das einen vorbestimmten Wert überschreitet, kleiner wird als der gesetzte Zielwert.
Bei dieser Ladevorrichtung wird das Anschaltverhältnis des Schaltelements erhöht oder reduziert, so dass der Ladestrom gleich dem gesetzten Zielwert wird. Wenn eine Begrenzerfunktion der PWM-Steuerungsschaltung arbeitet und der Strom, der durch das Schaltelemente fließt, begrenzt wird, wird folglich der Ladestrom auf weniger als den gesetzten Zielwert reduziert. In diesem Fall kann bestimmt werden, dass der gesetzte Zielwert für den Ladestrom zu groß ist, und folglich arbeitet die Begrenzerfunktion der PWM-Steuerungsschaltung. Folglich wird der Zielwert für den Ladestrom an dieser Stelle reduziert. Indem dies gemacht wird arbeitet die Begrenzerfunktion nicht länger, und der Ladestrom wird eingestellt, indem der Zielwert, der neu gesetzt worden ist, verwendet ist.
Diese Ladevorrichtung erlaubt eine Reduzierung der Größe der Temperaturzunahme des Schaltelements, so dass diese innerhalb der Temperaturzunahmegrenze bleibt, und führt gleichzeitig eine Ladeoperation durch, während der Ladestrom auf den Zielwert eingestellt wird.
Der Zielwert des Ladestroms kann festgelegt werden basierend auf dem Zustand der zu ladenden Batterie. Wenn die Batterietemperatur gering ist, erlaubt die Batterie einen größeren Strom für ein schnelles Laden. Wenn die Batterietemperatur hoch wird sollte der Ladestrom reduziert werden, um ein Überhitzen der Batterie zu vermeiden. Der Zielwert des Ladestroms kann bestimmt werden basierend auf der Batterietemperatur und der Batterietemperaturanstiegsgeschwindigkeit. Der Strom, der folglich bestimmt worden ist, kann zu groß sein für das Schaltelement. Wenn der Ladestrom, der von der Batterietemperatur bestimmt wird, durch das Schaltelement fließt, kann das Schaltelement überhitzen. In der Ladevorrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein Überhitzen des Schaltelements verhindert, indem die Begrenzerfunktion der PWM-Steuerungsschaltung verwendet wird. Wenn jedoch die Begrenzerfunktion arbeitet kann der tatsächliche Ladestrom geringer sein als der Zielwert des Ladestroms, der von der Batterietemperatur bestimmt wird. Durch Reduzieren des Zielwerts des Ladestroms wird es möglich den tatsächlichen Strom bei dem Zielwert zu halten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich das Ausmaß der Temperaturzunahme des Schaltelements zu reduzieren, um innerhalb einer festen Region zu bleiben, und es ist möglich die Batterie so schnell wie möglich innerhalb ihrer Grenze der sicheren Verwendung der Ladevorrichtung zu laden.
1 zeigt die Konfiguration einer Ladevorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
2 zeigt einen Graphen, der die Beziehung zwischen der Energie, die durch einen MOSFET fließt, und einem Ausmaß einer Temperaturzunahme des MOSFET zeigt.
3 zeigt einen Graphen, der die Beziehung zwischen dem Strom, der durch den MOSFET fließt, und dem Ausmaß der Temperaturzunahme des MOSFET zeigt.
4 zeigt einen Graphen, der eine Spannung zeigt, die durch einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand geteilt wird.
5 zeigt einen Graphen, der eine Spannung VB an einem Knoten B, wo eine Vorspannung angelegt wird, zeigt.
6(A) bis (C) zeigt Umstände, bei denen ein Anschaltverhältnis durch eine Begrenzerfunktion einer PWM-Steuerungsschaltung begrenzt ist.
7 zeigt ein Flussdiagramm, das die Betriebssequenz der Ladevorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
8 zeigt die Beziehung zwischen einem Ladestrom und einer Ladespannung während des Ladevorgangs.
9 zeigt die Konfiguration einer Ladevorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
10 zeigt einen Graphen, der eine Spannung zeigt, die durch eine variable Widerstandsschaltung und den ersten Widerstand geteilt wird.
11 zeigt die Konfiguration einer Ladevorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
12 zeigt eine Spannung, die durch einen Thermistor und den zweiten Widerstand geteilt wird.
13(A) zeigt die Beziehung zwischen dem Ladestrom und der Ladespannung während des Ladevorgangs, und 13(B) zeigt die Beziehung zwischen der Temperatur des MOSFET und der Ladespannung während des Ladevorgangs.
14 zeigt die Konfiguration einer Ladevorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
15 zeigt ein Flussdiagramm, das die Betriebssequenz der Ladevorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zeigt.
16 zeigt eine Figur, die die Beziehung zwischen dem Ladestrom und der Ladespannung während des Ladevorgangs durch die Ladevorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zeigt.
Im Folgenden werden bevorzugte Merkmale zur Praktizierung der vorliegenden Erfindung beschrieben.

(1) Die Ladevorrichtung hat einen MOSFET zum Einstellen des Ladestroms.
(2) Die Ladevorrichtung hat eine PWM-Steuerungsschaltung, die eine Plusbreitenmodulation (PWM) des MOSFET steuert. Die PWM-Steuerungsschaltung hat einen Begrenzeranschluss.
(3) Die Ladevorrichtung detektiert einen Strom, der durch den MOSFET fließt, in der Form einer Spannung, und legt eine Vorspannung an die detektierte Spannung an. Die Vorspannung hat einen Wert, der dem Wert der Energieversorgungsspannung entspricht.
(4) Die Ladevorrichtung hat einen Thermistor, der in der Umgebung des MOSFET lokalisiert ist.
(5) Die Ladevorrichtung setzt einen Ladestromzielwert in Antwort auf den Temperaturzustand der wiederaufladbaren Batterie.
(6) Die Ladevorrichtung detektiert den Ladestrom. Wenn der detektierte Ladestrom um ein gegebenes Ausmaß unter den Ladestromzielwert fällt, wird der Zielwert reduziert.

(1. Ausführungsbeispiel)
Eine Ladevorrichtung 4 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. 1 zeigt die Schaltungskonfiguration der Ladevorrichtung 4 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. In 1 ist ein Batteriepack 40 mit der Ladevorrichtung 4 verbunden. Die Ladevorrichtung 4 lädt eine wiederaufladbare Batterie 42, die in dem Batteriepack 40 untergebracht ist. Das Batteriepack 40 hat einen Thermistor 44a zum Detektieren der Temperatur der wiederaufladbaren Batterie 42.
Wie in 1 gezeigt hat die Ladevorrichtung 4 einen Energieversorgungsstecker 6, eine Gleichrichterschaltung 8, einen Kondensator 9, einen Transformator 20, etc.
Der Energieversorgungsstecker 6 wird mit einer Wechselstromquelle (Versorgung) 2 verbunden. Die AC-Energie, die von dem Energieversorgungsstecker 6 eingegeben wird, wird gleichgerichtet und geglättet durch die Gleichrichterschaltung 8 und den Kondensator 9, und dann in eine Primärwicklung 22 des Transformators 20 eingegeben.
Die Ladevorrichtung 4 kann eine Wechselstromversorgung 2 verwenden, die unterschiedliche Spannungen hat. Beispielsweise kann sie eine Wechselstromversorgung mit einer Spannung von 100V, 110V, 180V, 220V, 260V, etc. verwenden.
Die Ladevorrichtung 4 hat eine konstantspannungs-regulierte Energieversorgungsschaltung 10, einen Mikrocomputer 14, eine Spannungsvergleichsschaltung 15 und eine PWM-Steuerungsschaltung 16. Ferner ist ein MOSFET 18 in einer Schaltung, die die Gleichrichter schaltung 8 und die Primärwicklung 22 des Transformators 20 verbindet. Die konstantspannungs-regulierte Energieversorgungsschaltung 10 liefert eine Energieversorgungsspannung an den Mikrocomputer 14, etc.
Die PWM-Steuerungsschaltung 16 ist eine Schaltung, die den MOSFET 18 periodisch „ein" und „aus" schaltet. Die PWM-Steuerungsschaltung 16 stellt die Energie ein, die durch die Primärwicklung 22 des Transformators 20 fließt, durch Ändern der relativen Einschaltdauer des MOSFET 18. Das Anschaltverhältnis des MOSFET 18 ist ein Verhältnis von (Ein-Periode)/(Ein-Periode + Aus-Periode).
Die Betriebspannung, die an den MOSFET 18 anzulegen ist, wird in die PWM-Steuerungsschaltung 16 über einen Widerstand 17 eingegeben.
Die Energie, die durch die Primärwicklung 22 des Transformators 20 verläuft, erzeugt eine Ausgangsenergie (Leistung) an der Sekundärwicklung 24 des Transformators 20. Eine Diode 32, ein Kondensator 34, ein Widerstand 36, etc. sind mit der Sekundärwicklung 24 des Transformators 20 verbunden. Die Energie, die durch die Sekundärwicklung ausgegeben wird, wird gleich gerichtet und geglättet durch die Diode 32 und den Kondensator 24. Sie wird dann an die wiederaufladbare Batterie 42 im Batteriepack 40 geliefert. In diesem Zusammenhang wird ein Ladestrom, der an die wiederaufladbare Batterie 42 zu senden ist, detektiert unter Verwendung der Spannung über dem Widerstand 26. Die Spannung über dem Widerstand 36 wird in die Spannungsvergleichsschaltung 15 eingegeben.
Das Batteriepack 40 enthält die wiederaufladbare Batterie 42 und den Thermistor 44, etc. Der Thermistor 44 ist in der Umgebung der wiederaufladbaren Batterie 42 bereitgestellt. Der Widerstand des Thermistors ändert sich in Abhängigkeit von der Temperatur der wiederaufladbaren Batterie 42. Die Ladevorrichtung 4 ist bereitgestellt mit einem Widerstand 38, der verbunden ist mit der konstantspannungs-regulierten Energieversorgungsschaltung 16. Die Ladevorrichtung 4 ist derart konfiguriert, dass, wenn das Batteriepack 40 damit verbunden ist, eine konstante Spannung V_cc an den Thermistor 44 über den Widerstand 38 angelegt wird. Ferner ist ein Ende des Widerstands 38 (das Thermistor 44 Ende) mit dem Mikrocomputer 14 verbunden. Wenn das Batteriepack 40 mit der Ladevorrichtung 4 verbunden ist, wird die Konstantspannung V_cc geteilt durch den Widerstand 38 und den Thermistor 44, und diese geteilte Spannung wird in den Mik rocomputer 14 eingegeben. Die geteilte Spannung, die in den Mikrocomputer 14 eingegeben wird, ändert sich in Abhängigkeit von der Temperatur der wiederaufladbaren Batterie 42.
Der Mikrocomputer 14 ist bereitgestellt mit CPU, ROM, RAM, I/O, etc. Der Mikrocomputer 14 ist bereitgestellt mir einem Programm zum Bestimmen eines Zielwerts für den Ladestrom basierend auf dem Temperaturzustand der wiederaufladbaren Batterie 42. Der Mikrocomputer 14 erhält den Temperaturzustand der wiederaufladbaren Batterie 42 von der geteilten Spannung, die bereitgestellt wird von dem Widerstand 32 und dem Thermistor 44, und setzt des Zielwert des Ladestroms basierend auf dem Temperaturzustand der wiederaufladbaren Batterie 42. Der Mikrocomputer 14 gibt eine Spannung aus in Abhängigkeit von dem Zielwert, der gesetzt worden ist für den Ladestrom. Die Spannung, die von dem Mikrocomputer 14 ausgegeben wird, wird in die Spannungsvergleichsschaltung 15 eingegeben.
Die Spannungsvergleichsschaltung 15 vergleicht die Spannung über dem Widerstand 36 und die Ausgangsspannung des Mikrocomputers 14, beide werden in die Spannungsvergleichsschaltung eingegeben und basierend auf den Ergebnissen des Vergleichs befiehlt die Spannungsvergleichsschaltung 15 der PMW-Steuerungsschaltung 16 das Anschaltverhältnis zu erhöhen oder zu reduzieren. Wenn beispielsweise die Spannung über dem Widerstand 36 größer als die Ausgangsspannung des Mikrocomputers 14 ist, zeigt dies, dass der Ladestrom, der durch die wiederaufladbare Batterie 42 fließt, größer als der Zielwert ist, der eingestellt worden ist. In diesem Fall befiehlt die Spannungsvergleichsschaltung 15 der PWM-Steuerungsschaltung 16 das Anschaltverhältnis zu reduzieren. Alternativ, wenn die Spannung über dem Widerstand 36 kleiner als die Ausgangsspannung des Mikrocomputers 14 ist, zeigt dies, dass der Ladestrom, der durch die wiederaufladbare Batterie 42 fließt, kleiner als der Zielwert ist, der eingestellt worden ist. In diesem Fall befiehlt die Spannungsvergleichsspannung 15 der PWM-Steuerungsschaltung 16 das Anschaltverhältnis zu erhöhen. Die Befehle, die von der Spannungsvergleichsschaltung 15 ausgegeben werden, werden über einen Fotokoppler 30 in die PWM-Steuerungsschaltung 16 eingegeben.
Die Ladevorrichtung 4 ist bereitgestellt mit einem Widerstand 78, der in Serie mit dem MOSFET 18 gestaltet ist. Ein Strom, der durch den Widerstand 78 fließt, ist ungefähr identisch zu dem Strom, der durch den MOSFET 18 und die Primärwicklung 22 des Transformators 20 fließt. Die Spannung über dem Widerstand 78 kann bestimmt werden durch eine Spannung VA am Knoten A gemäß 1. 4 zeigt den Strom des MOSFET 18 auf der horizontalen Achse und die Spannung VA am Knoten A auf der vertikalen Achse. VA in der Figur zeigt die Spannung VA am Knoten A: Wie aus der 4 deutlich wird, kann ein Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, von der Spannung VA am Knoten A bestimmt werden.
Wie in 1 gezeigt, ist die Ladevorrichtung 4 mit einer Serienschaltung bereitgestellt, die einen ersten Widerstand 80 und einen zweiten Widerstand 82 enthält, die parallel zu dem Widerstand 78 geschaltet sind. Wie in 4 gezeigt wird die Spannung VA am Knoten A geteilt durch den ersten Widerstand 80 und den zweiten Widerstand 82 in eine Spannung V80 über dem ersten Widerstand 80 und eine Spannung V82 über dem zweiten Widerstand 82. Darüber hinaus wird eine Vorspannung (die später erklärt wird) nicht an die Spannung V82 über dem zweiten Widerstand 82 angelegt, wie in 4 gezeigt. Das Verhältnis der Spannung V82 über dem zweiten Widerstand 82 zu der Spannung VA am Knoten A ist ein Teilungsverhältnis. Wenn das Teilungsverhältnis gleich k ist, dann ist V82 = k·VA. Wie aus der 4 deutlich wird, kann der Strom CS der durch den MOSFET 18 fließt, durch die Spannung V80 über dem ersten Widerstand 80 oder durch die Spannung V82 über dem zweiten Widerstand 82 bestimmt werden.
Wie in 1 gezeigt wird, ist die positive Ausgabe von der Gleichrichterschaltung 8 zwischen dem ersten Widerstand 80 und dem zweiten Widerstand 82 geschaltet über eine Energieversorgungsspannungskompensationsschaltung (Widerstand) 72. Mit diesem Mittel wird eine Vorspannung, die der Energieversorgungsspannung entspricht, an die Spannung V82 über dem zweiten Widerstand 82 angelegt. Die Vorspannung nimmt zu, wenn die Energieversorgungsspannung größer wird.
5 zeigt den Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, auf der horizontalen Achse, und zeigt die Spannung VB am Knoten B (wie in 1 gezeigt) auf der vertikalen Achse. 'L' in der Figur steht für einen Fall, bei dem die Energieversorgungsspannung 180V beträgt, 'M' für einen Fall, bei dem die Energieversorgungsspannung gleich 220V beträgt, und 'H' für einen Fall, bei dem die Energieversorgungsspannung gleich 260V beträgt. Wie in 5 gezeigt ist der Wert der Vorspannung gleich VY1, wenn die Energieversorgungsspannung gleich 180V beträgt, gleich VY2 wenn die Energieversorgungsspannung gleich 220V beträgt, und gleich VY3, wenn die Energieversorgungsspannung gleich 260V beträgt. Da sich die Vorspannung ändert in Abhängigkeit von der Energieversorgungsspannung ändert sich die Spannung VB am Knoten B in Ab hängigkeit von der Energieversorgungsspannung, selbst wenn ein fixierter Strom CS durch den MOSFET 18 fließt. Anders ausgedrückt, der Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, ändert sich in Abhängigkeit von der Energieversorgungsspannung, wenn die Spannung VB am Knoten B unverändert beleibt. Wie in 5 gezeigt, in dem Fall, bei dem beispielsweise die Energieversorgungsspannung gleich 180V beträgt, hat die Spannung VB am Knoten B den Spannungswert VX, wenn ein Strom mit dem Wert CS1 durch den MOSFET 18 fließt. In dem Fall, bei dem die Energieversorgungsspannung gleich 220V beträgt hat dagegen die Spannung VB am Knoten B den Spannungswert VX, wenn der Strom mit dem Stromwert CS2 durch den MOSFET 18 fließt. In dem Fall, bei dem die Energieversorgungsspannung gleich 260V beträgt, hat die Spannung VB am Knoten B den Spannungswert VX, wenn ein Strom mit dem Stromwert CS3 durch den MOSFET 18 fließt. Die Beziehung von CS1, CS2 und CS3 bezüglich der Spannungen von 'L', 'M' und 'H' ist die gleiche wie die Beziehung gemäß 3.
Der Widerstand der Widerstände 72, 78, 80, 82 in der Ladevorrichtung 4 wird ausgewählt, so dass der Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, und die Spannung VB am Knoten B eine Beziehung haben, die in 5 gezeigt ist. Ferner ist ein Kondensator 84, der zur Rauschunterdrückung verwendet wird, mit dem Knoten B verbunden.
Die PWM-Steuerungsschaltung 16 wird jetzt im Einzelnen beschrieben. Die PWM-Steuerungsschaltung 16 hat ein Ausgangsanschluss 16a. Der Ausgangsanschluss 16a ist mit einem Gate des MOSFET 18 verbunden. Die PWM-Steuerungsschaltung 16 gibt pulsbreitenmodulierte Signale (PWM-Steuersignale) von dem Ausgangsanschluss 16a aus. Die PWM-Steuersignale sind periodisch pulsgeformte Signale. Der MOSFET 18 wird „ein" geschaltet, wenn das Pulssignal oben ist. Der MOSFET 18 wird „aus" während das Pulssignal unten ist. Die PWM-Steuerungsschaltung 16 ändert das Anschaltverhältnis des MOSFET 18 durch Ändern der Pulsbreite der PWM-Steuersignale.
Befehle zum Erhöhen oder Reduzieren des Ladestroms, die von der Spannungsvergleichsschaltung 15 ausgegebenen werden, werden in die PWM-Steuerungsschaltung 16 über den Fotokoppler 30 eingegeben. Die PWM-Steuerungsschaltung 16 ändert die Pulsbreite der PWM-Steuersignale in Antwort auf diese Befehle.
Die PWM-Steuerungsschaltung 16 ist bereitgestellt mit einem Begrenzeranschluss 16b. In der PWM-Steuerungsschaltung 16 wird das Pulssignal, das von der PWM-Steuerungsschaltung 16 ausgegeben wird, gestoppt, während eine Spannung gleich oder über einem vorbestimmten Wert in den Begrenzeranschluss 16b eingegeben wird. Wenn die Begrenzerfunktion arbeitet, bleibt die Ausgangsspannung des Ausgangsanschlusses 16a unten und der MOSFET 18 kann nicht eingeschaltet werden. Der MOSFET 18 wird „aus" zum Zeitpunkt, wenn die PWM-Steuersignale gestoppt werden. In dem Folgenden wird der Spannungswert, bei dem die Begrenzerfunktion arbeitet als Begrenzerspannung VX bezeichnet. In der Ladevorrichtung 4 sind der Knoten B und der Begrenzeranschluss 16b verbunden, und die Spannung VB am Knoten B wird in den Begrenzeranschluss 16b eingegeben.
6 zeigt Beispiele der Beziehung zwischen den PWM-Steuersignalen, die von der PWM-Steuerungsschaltung 16 ausgegeben werden, und der Spannung, die in den Begrenzeranschluss 16b zu diesem Zeitpunkt eingegeben werden. 6(A) zeigt PWM-Steuersignale. In diesen PWM-Steuersignalen ist eine Fundamentalperiode gleich ΔP, und die Pulsbreite, die von der PWM-Steuerungsschaltung 16 ausgegeben wird, ist P1. Die Ein-Periode des MOSFET 18 pro Fundamentalperiode ΔP ist also P1, und das Anschaltverhältnis ist P1/ΔP. Die PWM-Steuerungsschaltung 16 erhöht oder reduziert das Anschaltverhältnis basierend auf den Befehlen von der Spannungsvergleichsschaltung 15 und erzeugt und gibt PWM-Steuersignale aus, wie in 6(A) gezeigt.
6(B) zeigt den Strom CS, der durch den MOSFET 18 in Antwort auf die PWM-Steuersignale gemäß 6(A) fließt. Dies ist der Strom, der durch die Primärwicklung 22 des Transformators 20 fließt. Wie in 6(B) gezeigt, erhöht sich der Strom, der durch den MOSFET 18 fließt, ungefähr linear, während der MOSFET 18 „ein" ist. Dies ist aufgrund der Induktivität des Transformators 20. Je länger die Ein-Periode des MOSFET 18, desto größer der Spitzenwert des Stroms CS, der durch den MOSFET 18 fließt. Wenn die Ein-Periode des MOSFET 18 gleich groß P1 ist, ist der Spitzenwert des Stroms CS, der durch den MOSFET 18 fließt, gleich C1.
6(C) zeigt die Spannung, die in den Begrenzeranschluss 16b in Antwort auf die 6(A) und 6(B) eingegeben wird. Dies ist die Spannung VB am Knoten B. Die Spannung, die in dem Begrenzeranschluss 16b eingegeben wird, erhöht sich proportional zu dem Strom, der durch den MOSFET 18 fließt. Eine Vorspannung VY wird zu dieser Spannung hinzu addiert. Die Impulsausgabe der PWM-Steuersignale wird an dem Punkt abgeschnitten, wenn die Spannung, die in dem Begrenzeranschluss 16b eingegeben wird, die Begrenzerspannung VY erreicht. Der Begrenzer arbeitet also. In den Fall gemäß 6 ist die Impulsausgabe auf eine Impulsbreite P2 beschränkt, und die schraffierten Bereiche in der Figur sind eingeschränkt. Dies bedeutet, dass der Stromwert, der durch den MOSFET 18 fließt, auf CX begrenzt ist. An diesem Punkt wird das tatsächliche Anschaltverhältnis gleich P2/ΔP. Der Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, ist begrenzt, folglich wird die Energie begrenzt, die der MOSFET 18 fließen lässt.
In der Ladevorrichtung 4 wird der Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, zurückgegeben an die PWM-Steuerungsschaltung 16 mittels der Spannung VB am Knoten B. Der MOSFET 18 wird „aus" geschaltet, wenn der Wert der Spannung VB am Knoten B die Begrenzerspannung VX erreicht. Der Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, ist begrenzt auf den Strom zu einem Zeitpunkt, wenn der Wert der Spannung VB am Knoten B die Begrenzerspannung VX erreicht.
Wie in 5 gezeigt, in dem Fall, bei dem die Energieversorgungsspannung gleich 180V beträgt (L in 5), erreicht die Spannung VB am Knoten B die Begrenzerspannung VX, wenn ein Strom mit einem Wert CS1 durch den MOSFET 18 fließt. Der Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, ist folglich begrenzt, um gleich oder kleiner als CS1 zu sein, wenn die Energieversorgungsspannung 180V beträgt. In dem Fall, bei dem die Energieversorgungsspannung 220V beträgt (M in 5) erreicht die Spannung VB am Knoten B die Begrenzerspannung VX, wenn ein Strom mit dem Wert CS2 durch den MOSFET 18 fließt. Der Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, ist begrenzt auf gleich oder kleiner als CS2, wenn die Energieversorgungsspannung 220V beträgt. In dem Fall, bei dem die Energieversorgungsspannung 260V beträgt (H in 5) erreicht die Spannung VB am Knoten B die Begrenzerspannung VX, wenn der Strom mit dem Wert CS3 durch den MOSFET 18 fließt. Der Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, ist also begrenzt auf gleich oder kleiner CS3, wenn die Energieversorgungsspannung 260V beträgt.
3 zeigt den Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, auf der horizontalen Achse, und zeigt ein Ausmaß einer Temperaturzunahme ΔT des MOSFET 18 auf der vertikalen Achse. 'L' in der Figur zeigt einen Fall, bei dem Energieversorgungsspannung 180V beträgt, 'M' zeigt 220V und 'H' zeigt 260V. Der MOSFET 18 erlaubt eine Zunahme des Ausmaßes der Temperaturerhöhung ΔT auf einen Grenzwert ΔT. Darüber hinaus ist der Strom CS, wie in der Figur ge zeigt, ein Spitzenwert, der durch den MOSFET 18 fließt, wenn der MOSFET 18 durch die PWM-Steuerungen gesteuert wird.
Wie in 3 gezeigt, wenn die Energieversorgungsspannung 180V beträgt, wird das Ausmaß der Temperaturzunahme ΔT des MOSFET 18 begrenzt auf gleich oder kleiner der Temperaturzunahmegrenze ΔT1, durch Begrenzen des Spitzenwerts des Stroms CS, der durch den MOSFET 18 fließt, um gleich oder kleiner zu sein als der Stromwert CS1. Wenn die Energieversorgungsspannung 220V beträgt, ist die Temperaturzunahme ΔT des MOSFET 18 begrenzt auf gleich oder kleiner ΔT1, indem der Spitzenwert des Stroms CS, der durch den MOSFET 18 fließt, begrenzt wird, um gleich oder kleiner als der Stromwert CS2 zu sein. Wenn die Energieversorgungsspannung gleich 260V beträgt, wird die Temperaturzunahme ΔT des MOSFET 18 begrenzt auf gleich oder kleiner ΔT1, indem der Spitzenwert des Stroms CS, der durch den MOSFET 18 fließt, begrenzt wird, um gleich oder kleiner als der Stromwert CS3 zu sein.
Die Ladevorrichtung 4 begrenzt den Spitzenwert des Stroms CS, der durch den MOSFET 18 fließt, um gleich oder kleiner als der Stromwert CS1 zu sein, wenn die Energieversorgungsspannung 180V beträgt. Das Ausmaß der Temperaturzunahme ΔT des MOSFET 18 ist folglich begrenzt, um gleich oder kleiner als die Temperaturzunahmegrenze ΔT1 zu sein. Wenn die Energieversorgungsspannung 220V beträgt, wird der Spitzenwert des Stroms CS, der durch den MOSFET 18 fließt, begrenzt, um gleich oder kleiner als der Stromwert CS2 zu sein. Das Ausmaß der Temperaturzunahme ΔT des MOSFET 18 ist folglich begrenzt, um gleich oder kleiner als ΔT1 zu sein. Wenn die Energielieferspannung 260V beträgt, wird der Spitzenwert des Stroms CS, der durch den MOSFET 18 fließt, begrenzt, um gleich oder kleiner als der Stromwert CS3 zu sein. Das Ausmaß der Temperaturzunahme ΔT des MOSFET 18 wird folglich begrenzt, um gleich oder kleiner ΔT1 zu sein. Folglich ist es egal, ob die Energieversorgungsspannung 180V, 220V oder 260V beträgt, die Ladevorrichtung 4 begrenzt den Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, um gleich oder kleiner als ein Strom zu sein, der die Temperatur des MOSFET 18 dazu bringt nicht weiter als um ΔT1 anzusteigen. Es ist möglich in der Ladevorrichtung 4 ΔT des MOSFET 18 zu unterdrücken, um gleich oder kleiner als ΔT1 zu sein, unabhängig von der Energieversorgungsspannung.
2 zeigt Energie, die an den Transformator 20 durch den MOSFET 18 gesendet wird, auf der horizontalen Achse, und zeigt das Ausmaß der Temperaturzunahme ΔT des MOSFET 18 auf der vertikalen Achse. 'L' in der Figur zeigt einen Fall, bei dem die Energieversorgungsspannung 180V beträgt, 'M' zeigt 220V und 'H' zeigt 260V. In der Ladevorrichtung 4 sendet der MOSFET 18 eine Ladeenergie an den Transformator 20 bis zu CP1, in dem Fall, bei dem die Spannung 180V beträgt, bis CP2 wo die Spannung 220V beträgt und bis CP3 wo die Spannung 260V beträgt. In dieser Weise wird die Ladeenergie nicht gleichmäßig begrenzt durch die Nennleistung in der Ladevorrichtung 4. Stattdessen ist es möglich die Grenzwerte der Ladeenergie in Abhängigkeit von der Energieversorgungsspannung zu ändern. Bei allen Spannungen wird das Ausmaß der Temperaturzunahme ΔT des MOSFET 18 begrenzt, um gleich oder kleiner als ΔT zu sein, unabhängig von der Energieversorgungsspannung.
Die Sequenz von Operationen der Ladevorrichtung 4 wird beschrieben. 7 zeigt ein Flussdiagramm, das die Sequenz von Operationen der Ladevorrichtung 4 zeigt. Die Operationen der Ladevorrichtungen 4 werden gestartet durch Verbinden des Energieversorgungssteckers 6 mit der Wechselstromversorgung 2 durch Verbinden des Batteriepacks 40 mit der Ladevorrichtung 4.
In Schritt S2 wird der Fluss des Ladestroms gestartet, indem ein vorläufiger Wert für das Anschaltverhältnis verwendet wird.
In Schritt S4 wird die Temperatur der wiederaufladbaren Batterie 42 detektiert. Der Mikrocomputer 14 detektiert die Temperatur der wiederaufladbaren Batterie 42 aus der geteilten Schaltung zwischen dem Thermistor 44 und dem Widerstand 38. Ferner berechnet der Mikrocomputer 14 die Geschwindigkeit der Temperaturänderung der wiederaufladbaren Batterie 42.
In Schritt S6 wird der Zielwert für den Ladestrom gesetzt. Der Mikrocomputer 14 findet aus der Temperatur der wiederaufladbaren Batterie 42 und der Geschwindigkeit der Temperaturänderung von dieser den größten Ladestrom, den die wiederaufladbare Batterie 42 erlaubt. An dieser Verbindung kann durch den Mikrocomputer 14 auf eine zweidimensionale Abbildung Bezug genommen werden, die Ladeströme beschreibt, die Paaren von Werten entsprechen, die die Temperatur der wiederaufladbaren Batterie 42 und die Geschwindigkeit der Temperaturänderung betreffen. Die größten Ladeströme, die die wiederaufladbare Batterie 42 erlaubt, und dieser Temperaturzustand, werden in der zweidimensionalen Abbildung beschrieben. Die wiederaufladbare Batterie 42 wird nicht abnormal erhitzt, wenn sie unter Verwendung eines Ladestroms geladen wird, der gleich oder kleiner als diese Ladeströme ist. Der Mikrocomputer 14 gibt an die Spannungsvergleichsschaltung 15 eine Spannung aus, die dem Ladestrom entspricht, der eingestellt worden ist.
In Schritt S8 wird der Ladestrom detektiert. Die Spannung über dem Widerstand 36 wird also in die Spannungsvergleichsschaltung 15 eingegeben.
In Schritt S10 werden der detektierte Wert des Ladestroms und der Zielwert für den Ladestrom verglichen. Die Spannungsvergleichsschaltung 15 vergleicht die Spannung über dem Widerstand 36 (Schritt S8) und die Ausgangsspannung des Mikrocomputers 14 (Schritt S6). Basierend auf den Ergebnissen des Vergleichs befiehlt die Spannungsvergleichsschaltung 15 der PWM-Steuerungsschaltung 16 das Anschaltverhältnis zu erhöhen oder zu reduzieren. Diese Befehle werden in die PWM-Steuerungsschaltung 16 über den Fotokoppler 30 eingegeben. In dem Fall, bei dem der detektierte Wert größer ist reduziert die Spannungsvergleichsschaltung 15 das Anschaltverhältnis. In dem Fall, bei dem der Zielwert größer ist, erhöht die Spannungsvergleichsschaltung 15 das Anschaltverhältnis.
In Schritt S12 wird das Anschaltverhältnis eingestellt, so dass der Ladestrom gleich dem Zielwert wird, der in Schritt S6 eingestellt wurde. Die PWM-Steuerungsschaltung 16 erhöht oder reduziert das Anschaltverhältnis basierend auf den Befehlen von der Spannungsvergleichschaltung 15. Das Anschaltverhältnis ist in diesem Zusammenhang ein Anschaltverhältnis Y. Das Anschaltverhältnis Y veranlasst das Fließen eines größten Ladestroms durch die wiederaufladbare Batterie 42. Der größte Ladestrom ist der maximale Strom, der von der Sekundärbatterie 42 akzeptiert wird, ohne dass ein abnormales Erhitzen der wiederaufladbaren Batterie 42 verursacht wird.
In Schritt S14 kann der Begrenzer der PWM-Steuerungsschaltung 16 arbeiten oder nicht arbeiten. Der MOSFET 18 wird „ein" basierend auf der relativen Einschaltdauer, die in Schritt S12 erhöht oder reduziert wurde. Wie in 6 gezeigt erhöht sich der Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, während der MOSFET 18 „ein" ist. Der Begrenzer arbeitet, wenn der Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, den Stromwert erreicht, bei dem der Begrenzer arbeitet. Der Begrenzer arbeitet nicht, wenn der Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, nicht den Stromwert erreicht, bei dem der Begrenzer arbeitet. Wenn der Begrenzer arbeitet wird der Pro zess in Schritt S20 fortgesetzt. Wenn der Begrenzer nicht arbeitet wird der Prozess in Schritt S16 fortgesetzt.
In Schritt S16 schreitet der Ladevorgang weiter basierend auf der relativen Einschaltdauer Y, die in Schritt S12 erhöht oder reduziert wurde. Durch Einstellen der relativen Einschaltdauer des MOSFET 18, um das Anschaltverhältnis Y zu sein, führt die Ladevorrichtung 4 einen Ladevorgang durch, indem der größte Ladestrom verwendet wird, den die wiederaufladbare Batterie 42 zulässt.
In Schritt S20 erfolgt das Laden unter Verwendung einer relativen Einschaltdauer, die verschieden ist von der relativen Einschaltdauer Y. Dies ist einAnschaltverhältnis X. Bei der relativen Einschaltdauer X wird die Ein-Periode begrenzt mittels eines Begrenzers der PWM-Steuerungsschaltung 16. In diesem Zusammenhang wird der Strom, der durch den MOSFET 18 fließt, begrenzt, um gleich oder kleiner als ein Stromwert zu sein, der die Temperatur des MOSFET 18 veranlasst nur bis zur Temperaturanstiegsgrenze ΔT1 anzusteigen. In Schritt 20 stellt die Ladevorrichtung 4 die Ladeenergie ein, so dass das Ausmaß des Temperaturanstiegs des MOSFET 18 begrenzt ist um gleich oder kleiner als die Temperaturzunahmegrenze ΔT1 zu sein. Als nächstes geht der Prozess zu Schritt S18.
In Schritt S18 wird bestimmt, ob der Ladevorgang der wiederaufladbaren Batterie 42 beendet ist. Wenn der Ladevorgang abgeschlossen ist, endet der Prozess. Wenn der Ladevorgang nicht abgeschlossen worden ist kehrt der Prozess zu Schritt S4 zurück. Der Ladevorgang 4 wird fortgesetzt, indem diese Sequenz verwendet wird, bis die wiederaufladbare Batterie 42 vollständig geladen ist.
8 zeigt ein Beispiel einer Beziehung zwischen dem Ladestrom und der Ladespannung, während das Batteriepack 40 mittels der oben beschriebenen Sequenz geladen wird. In der Figur zeigt die durchgezogene Linie 'L', die die Punkte A, B und C verbindet, einen Fall, bei dem die Energieversorgungsspannung 180V ist. Die durchgezogene Linie 'L', die die Punkte A, D und E verbindet, zeigt einen Fall, bei dem die Energieversorgungsspannung 220V ist. Die durchgezogene Linie 'H', die die Punkte A, F und G verbindet, zeigt einen Fall, bei dem die Energieversorgungsspannung 260V beträgt. Die Spannung der wiederaufladbaren Batterie 42 beträgt VE zu dem Zeitpunkt, wenn der Ladevorgang beginnt, und VF zum dem Zeitpunkt, wenn der Ladevor gang endet. Die Spannung VE und VF sind Spannungen der wiederaufladbaren Batterie 42 und haben keine direkte Beziehung zu der Energieversorgungsspannung.
Der Fall, bei dem die Energieversorgungsspannung 180V beträgt, wird jetzt beschrieben. Der Punkt A zeigt die Beziehung zwischen dem Ladestrom und der Ladespannung zu dem Zeitpunkt, wenn der Ladevorgang beginnt. Wenn der Ladevorgang fortgesetzt wird verschiebt sich die Beziehung zwischen dem Ladestrom und der Ladespannung von dem Punkt A zu dem Punkt B. Die Ladespannung ist bei der vorläufigen Ladeperiode gering. Je geringer die Ladespannung, desto größer der erlaubte Strom durch den MOSFET 18. Wenn der erlaubte Strom durch den MOSFET 18 an die Batterie 42 geliefert wird bei der vorläufigen Ladeperiode, wird die Batterie 42 überhitzt. In der vorläufigen Ladeperiode ist der maximale Strom, der von der Batterie 42 akzeptiert wird, kleiner als der maximale Strom, der von dem MOSFET 18 erlaubt wird. Die Ladeenergie ist also begrenzt zwischen den Punkten A und B. Die Ladespannung ist bei der vorläufigen Ladeperiode gering. Je geringer die Ladespannung, desto größer der erlaubte Strom von dem MOSFET 18. Wenn der erlaubte Strom von dem MOSFET 18 an die Batterie 42 bei der vorläufigen Ladeperiode geliefert wird, wird die Batterie 42 überhitzt. In der vorläufigen Ladeperiode ist der maximale Strom, der von der Batterie 42 akzeptiert wird, kleiner als der maximale Strom, der von dem MOSFET 18 akzeptiert wird. Die Ladeenergie wird begrenzt zwischen dem Punkt A und dem Punkt B auf einen Wert basierend auf dem Ladestrom, den die wiederaufladbare Batterie 42 zulässt. Bei der vorläufigen Ladeperiode wird der Ladevorgang durchgeführt, indem der Ladestrom CX verwendet wird, den die wiederaufladbare Batterie 42 zulässt. In diesem Zusammenhang wird der MOSFET 18 geschaltet durch das Anschaltverhältnis Y in Schritt S16 gemäß 7. Ein Zyklus von Schritt S4, S6, S8, S10, S12, S14, S16, S18 wird bei der vorläufigen Ladeperiode wiederholt. Durch Wiederholen des Zyklus erhöht sich die Batteriespannung von dem Punkt A zu dem Punkt B. Die Ladeenergie erhöht sich, wenn der Ladevorgang voranschreitet.
Wenn der Ladevorgang voranschreitet ändert sich die Beziehung zwischen dem Ladestrom und der Ladespannung zu der Beziehung, die durch die gekrümmte Line BC gezeigt ist. Die Ladeenergie ist während der Zeitperiode von dem Punkt B zu dem Punkt C fest. Dies zeigt, dass der Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, durch den Begrenzer der PWM-Steuerungsschaltung 16 begrenzt ist. Da die Energieversorgungsspannung 180V beträgt, ist der Grenzwert des Stroms Cs am Punkt B gleich CS1, wie in den 3 und 5 gezeigt. Das Ausmaß der Temperaturzunahme ΔT des MOSFET 18 wird folglich ΔT1, was die Grenze ist, die von dem MOSFET 18 erlaubt wird. Durch dies wird der Ladevorgang durchgeführt, in dem die Grenzladungsenergie innerhalb der der Ladevorrichtung 4 sicher verwendet werden kann, verwendet wird. Darüber hinaus, da der Strom CS begrenzt ist auf den Grenzwert CS1, da die Energieversorgungsspannung 180V beträgt, veranlasst der MOSFET 18 den Fluss der Energie CP1. Nach dem Punkt B ist der Schritt S14 in dem Flussdiagramm gemäß 7 normalerweise JA. Ein Zyklus des Schritts S4, des Schritts S6, des Schritts S8, des Schritts S10, des Schritts S12, des Schritts S14, des Schritts S20 und des Schritts S18 wird wiederholt zwischen dem Punkt B und dem Punkt C. Zwischen dem Punkt B und dem Punkt C wird die Ladeenergie bei CP1 gehalten, wie in 2 gezeigt.
Der Fall, bei dem die Energieversorgungsspannung 220V beträgt, wird jetzt beschrieben. Wie in dem Fall, bei dem die Energieversorgungsspannung 180V beträgt, wird der Ladestrom an seinem oberen Wert CX begrenzt, um die wiederaufladbare Batterie 42 vor einem Überhitzen zu schützen. Wenn der Ladevorgang voranschreitet erhöht sich die Ladeenergie, die Beziehung zwischen dem Ladestrom und der Ladespannung ändert sich zu der Beziehung, die durch die gekrümmte Linie DE gezeigt ist. Zwischen dem Punkt D und dem Punkt E wird die Ladeenergie bei dem Wert CP2 gehalten, wie in 2 gezeigt. Der Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, wird folglich durch den Begrenzer der PWM-Steuerungsschaltung 16 begrenzt, so dass die Ladeenergie unabhängig von der Zunahme des Ladestroms beibehalten bleibt. Da die Energieversorgungsspannung 220V beträgt, ist der Grenzwert des Stroms CS am Punkt D gleich CS2, wie in den 3 und 5 gezeigt. Das Ausmaß der Temperaturzunahme ΔT des MOSFET 18 wird ΔT1, was die Grenze ist, die von dem MOSFET 18 erlaubt wird. Dadurch wird ein Laden durchgeführt, indem die Grenzladeenergie verwendet wird, bei der die Ladevorrichtung 4 sicher verwendet werden kann. Darüber hinaus veranlasst der MOSFET 18 den Fluss von Energie CP2, wie in 2 gezeigt.
Der Fall, bei dem die Energieversorgungsspannung 260V beträgt, wird jetzt beschrieben. Wie bei dem Fall, bei dem die Energieversorgungsspannung 180V betrugt, wird der Ladestrom an seinem oberen Wert CX begrenzt, so dass die wiederaufladbare Batterie 42 vor einem Überhitzen geschützt wird. Wenn der Ladevorgang voranschreitet und die Ladeleistung zunimmt, ändert sich die Beziehung zwischen dem Ladestrom und der Ladespannung gemäß der Beziehung, die durch die gekrümmte Linie FG gezeigt ist. Zwischen dem Punkt F und dem Punkt G wird die Ladeleistung an dem Wert CP3 gehalten, wie in 2 gezeigt. Der Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, wird folglich durch den Begrenzer der PWM-Steuerschaltung 16 begrenzt, so dass die Ladeenergie aufrechterhalten bleibt, unabhängig von der Zunahme der Ladespannung. Da die Energieversorgungsspannung 260V beträgt, ist der Grenzwert des Stroms CS am Funkt F gleich CS3, wie in 3 und 5 gezeigt. Die Menge der Temperaturzunahme ΔT des MOSFET 18 wird ΔC1, was die Grenze ist, die von dem MOSFET 18 erlaubt wird. Dadurch wird ein Laden durchgeführt, in dem die Grenzladeleistung innerhalb der die Ladevorrichtung 4 sicher betrieben werden kann, verwendet. Darüber hinaus lasst der MOSFET 18 die Energie CPS fließen, wie in 2 gezeigt.
Die Ladevorrichtung 4 ist in der Lage, die Ladeenergie einzustellen, so dass das Ausmaß der Temperaturzunahme ΔT des MOSFET 18 ein gleicher Wert wird, unabhängig davon, ob die Energieversorgungsspannung 180V, 220V oder 260V beträgt. Die Ladevorrichtung 4 ist in der Lage zum Begrenzen des Ausmaßes der Temperaturzunahme ΔT des MOSFET 18, um gleich oder kleiner als die Temperaturzunahmegrenze ΔT zu sein, unabhängig von den unterschiedlichen Energieversorgungsspannungen. Folglich ist es möglich – innerhalb der Grenzen, die die Ladevorrichtung für eine sichere Verwendung erlaubt – den Ladevorgang durchzuführen, indem der größte Ladestrom wie möglich verwendet wird.
In der Ladevorrichtung 4 wird der Ladevorgang durchgeführt, indem der größte Ladestrom, den die wiederaufladbare Batterie 42 zulässt, während der vorläufigen Ladeperiode verwendet wird (die Periode, bei der die Ladespannung gering ist). Die Ladeenergie erhöht sich, wenn der Ladevorgang voranschreitet, und erreicht die größte Ladeenergie, die der MOSFET 18 zulässt, vom Standpunkt der Temperaturzunahme des MOSFET 18 aus, und dann wird der Ladevorgang durchgeführt, während diese Ladeenergie aufrechterhalten bleibt mit der größten Ladeenergie. Unabhängig von den unterschiedlichen Energieversorgungsspannungen kann die Ladevorrichtung 4 den Ladevorgang durchführen, indem die Grenzladeenergie verwendet wird, die die Ladevorrichtung erlaubt, um sicher verwendet zu werden. Die Ladevorrichtung wird immer unter der erlaubten Energie verwendet, von Beginn bis zum Ende des Ladens. Die zulässige Energie wird bestimmt von der zulässigen Temperaturzunahme des MOSFET 18 und Änderungen in Abhängigkeit von der Energieversorgungsspannung. In dieser Ladevorrichtung wird die Ladeenergie nicht unnötig begrenzt, im Gegensatz zu bekannten Ladevorrichtungen, die durch die Nennleistung begrenzt sind.
In der obigen Beschreibung wurden Fälle beschrieben, bei denen die Energieversorgungsspannungen 180V, 220V und 260V betrugen. Die Energieversorgungsspannung ist jedoch nicht auf diese Spannungen beschränkt. Es ist möglich durch Auswählen des Widerstands der Widerstände 72, 78, 80 und 82 eine Ladevorrichtung zu realisieren, die die gleichen Ergebnisse erreicht mit variierenden (anderen) Energieversorgungsspannung.
(2. Ausführungsbeispiel)
Eine Ladevorrichtung 64 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. 9 zeigt die Schaltungskonfiguration der Ladevorrichtung 64 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. In 9 ist ein Batteriepack 40 mit der Ladevorrichtung 46 verbunden. Ein Teil der Ladevorrichtung 64 hat eine identische Konfiguration und Betriebsweise wie die Ladevorrichtung 4 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Folglich sind die gleichen Referenzzeichen zugewiesen und Erklärungen dieser weggelassen.
Wie in 9 gezeigt, ist die Ladevorrichtung 64 bereitgestellt mit einer variablen Widerstandleitung 110 und einer Schaltschaltung 100 zum Steuern der variablen Widerstandschaltung 110. Die variable Widerstandsschaltung 100 ist eine Schaltung, in der ein Widerstand 101, ein Widerstand 102 und ein Widerstand 103 parallel geschaltet sind. Die Beziehung zwischen dem Widerstandwert der Widerstände 101, 102 und 103 ist wie folgt: 101 < 102 < 103. Darüber hinaus sind die Schaltelemente 106, 107 und 108 zwischen den Widerständen 101, 102 und 103 und GRD jeweils angeordnet. Es ist möglich den Widerstand der variablen Widerstandsschaltung 100 zu ändern, indem die Widerstandselemente 106, 107 und 108 selektiv geschaltet werden. Die Schaltelemente 106, 107 und 108 werden selektiv geschaltet durch die Schaltschaltung 110. Die Schaltschaltung 110 kann die Energieversorgungsspannung erkennen und die Schaltelemente 106, 107 und 108 in Antwort auf diese Energieversorgungsspannung schalten. Beispielsweise, wenn die Energieversorgungsspannung 180V beträgt, schaltet die Schaltschaltung 110 nur das Schaltelement 106 „ein". Wenn die Energieversorgungsspannung 220V beträgt, schaltet die Schaltschaltung 110 nur das Schaltelement 107 „ein". Wenn die Energieversorgungsspannung 260V beträgt, schaltet die Schaltschaltung 110 nur das Schaltelement 108 „ein".
In dieser Ladevorrichtung 64, wie in 9 gezeigt, sind der erste Widerstand 80 und die variable Widerstandsschaltung 100 in Serie geschaltet, und die Serienschaltung des ersten Widerstands 80 und die variable Widerstandsschaltung 100 sind parallel mit dem Widerstand 78 geschaltet. Dadurch wird die Spannung VA am Knoten A durch den ersten Widerstand 80 und die variable Widerstandschaltung 100 geteilt. Der Wert dieser geteilten Spannung kann bestimmt werden durch die Spannung VB am Knoten B gemäß 9. 10 zeigt beide, die Spannung VA am Knoten A und die Spannung VB am Knoten B bezüglich des Ladestroms CS. VB1 in der Figur zeigt den Fall, bei dem die Energieversorgungsspannung 180V beträgt und nur das Schaltelement 106 eingeschaltet ist. VB2 zeigt den Fall, bei dem die Energieversorgungsspannung 220V beträgt und nur das Schaltelement 107 eingeschaltet ist. VB3 zeigt den Fall, bei dem die Energieversorgungsspannung 260V beträgt und nur das Schaltelement 108 eingeschaltet ist. Je größer die Energieversorgungsspannung, desto größer die Spannung VB am Knoten B, selbst wenn der Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, konstant bleibt. Je größer die Energieversorgungsspannung, desto größer die Teilungsspannungsrate k, gezeigt durch VB = k·VA.
Wie in 10 gezeigt ändert sich die Spannung VB am Knoten B aufgrund der Energieversorgungsspannung, selbst wenn der Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, konstant bleibt. Anders ausgedrückt, der Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, ändert sich aufgrund der Energieversorgungsspannung, selbst wenn die Spannung VB am Knoten B die gleiche bleibt. In 10, in dem Fall, bei dem beispielsweise die Energieversorgungsspannung 180V beträgt, erreicht die Spannung VB am Knoten B den Spannungswert VX, wenn ein Strom mit dem Wert CS1 durch den MOSFET 18 fließt. In dem Fall, bei dem die Energieversorgungsspannung 220V beträgt, erreicht die Spannung VB am Knoten B den Spannungswert VX, wenn ein Strom mit dem Stromwert CS2 durch den MOSFET 18 fließt. In dem Fall, bei dem die Energieversorgungsspannung 260V beträgt, erreicht die Spannung VB am Knoten B den Spannungswert VX, wenn ein Strom mit dem Stromwert CS3 durch den MOSFET 18 fließt.
Der Widerstand der Widerstände 78, 82, 101, 102 und 103 wird ausgewählt in der Ladevorrichtung 64, so dass die Beziehung zwischen dem Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, und der Spannung VB am Knoten B eine Beziehung ist, die in 10 gezeigt ist.
In der Ladevorrichtung 64 wird die Spannung VB am Knoten B in den Begrenzeranschluss 16b eingegeben. Der Begrenzer der PWM-Steuerungsschaltung 16 arbeitet, wenn die Spannung, die in den Begrenzeranschluss angegeben wird, die Begrenzerspannung VX erreicht. In der Ladevorrichtung 64, wie in der Ladevorrichtung 64 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wird der Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, begrenzt, um gleich oder kleiner als CS1 zu sein, wenn die Energieversorgungsspannung 180V beträgt. Ferner wird der Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, begrenzt, um gleich oder kleiner als CS2 zu sein, wenn die Energieversorgungsspannung 220V beträgt, und begrenzt, um gleich oder kleiner als CS3 zu sein, wenn die Energieversorgungsspannung 260V beträgt.
Die Ladevorrichtung 64 führt den Ladevorgang durch, ähnlich wie die Ladevorrichtung 4, indem die in 7 gezeigte Sequenz verwendet wird. In diesem Zusammenhang wird der Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, auf die gleichen Grenzwerte begrenzt, wie in der Ladevorrichtung 4. Wie mit der Ladevorrichtung 4 teilen sich dadurch der Ladestrom und die Ladespannung während des Ladevorgangs die in 8 gezeigten Beziehungen. Die Ladevorrichtung 64 ist in der Lage den Ladevorgang durchzuführen, in dem der größtmögliche Ladestrom verwendet wird – innerhalb der Grenzen des Temperaturanstiegs des MOSFET 18 von Beginn bis Ende des Ladens – egal ob die Energieversorgungsspannung 180V, 220V oder 260V beträgt.
Fälle wurden beschrieben, bei denen die Ladevorrichtung 64 reagiert auf Energieversorgungsspannungen von 180V, 220V und 260V. Die Energieversorgungsspannung ist jedoch nicht auf diese Spannungen beschränkt. Es ist möglich, die Ladevorrichtung 64 auf die Energieversorgungsspannung antworten zu lassen, die verwendet wird, indem die Widerstände geändert werden, die in der variablen Widerstandschaltung 100 verwendet werden. Ein variables Widerstandselement kann verwendet werden anstelle einer Mehrzahl von Widerständen. Dadurch ist es möglich eine Ladevorrichtung 64 zu realisieren, die auf verschiedene Energieversorgungsspannungen reagiert.
(3. Ausführungsbeispiel)
Die Ladevorrichtung 94 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, welches Ausführungsbeispiel nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, sondern Hintergrundinformation liefert für ein besseres Verständnis der Erfindung. 11 zeigt die Schaltungskonfiguration der Ladevorrichtung 94 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. In 11 ist das Batteriepack 40 mit der Ladevorrichtung 94 verbunden. Ein Teil der Ladevorrichtung 94 hat eine identische Konfiguration und Operation, wie die Ladevorrichtung 4 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Folglich sind die gleichen Bezugszeichen zugewiesen und eine Erklärung dieser wird weggelassen.
Wie in 11 gezeigt, ist die Ladevorrichtung 94 bereitgestellt mit einem Thermistor 88, der in der Umgebung des MOSFET 18 lokalisiert ist. Der Thermistor 88 hat eine negative Charakteristik, so dass sein Widerstand fällt, wenn dessen Temperatur zunimmt. Die Temperatur des Thermistors 88 ist ungefähr gleich der Temperatur des MOSFET 18.
In der Ladevorrichtung 94 ist die Schaltung, in der der Thermistor 88 und der zweite Widerstand 82 in Serie geschaltet sind, parallel mit dem Widerstand 78 geschaltet. Dadurch wird die Spannung VA am Knoten A durch den Thermistor 88 und den zweiten Widerstand 82 geteilt. Die Teilungsspannungsrate durch den Thermistor 88 und den zweiten Widerstand 82 ändert sich, wenn die Temperatur des Thermistors 88 sich ändert.
12 zeigt beide, die Spannung VA am Knoten A und die Spannung V am Knoten B bezüglich des Ladestroms. T1 in der Figur zeigt die Spannung VB am Knoten B in dem Fall, bei dem die Temperatur des Thermistors 88 gleich T1 ist. T2 zeigt die Spannung VB am Knoten B in dem Fall, bei dem die Temperatur des Thermistors 88 gleich T2 ist. T3 zeigt die Spannung VB am Knoten B in dem Fall, bei dem die Temperatur des Thermistors 88 gleich T3 ist. Die Beziehung zwischen den Temperaturen ist wie folgt: T1 < T2 < T3.
Wie in 12 gezeigt, je größer die Temperatur des Thermistors 88, desto größer die Spannung VB am Knoten B, selbst wenn der Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, konstant bleibt. Je größer die Temperatur des Thermistors 88, desto größer die Teilspannungsrate k, wie gezeigt durch VB = k·VA. Anders ausgedrückt, der Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, ändert sich aufgrund der Temperatur des Thermistors 88, selbst wenn die Spannung VB am Knoten B die gleiche bleibt. In 12, in dem Fall, bei dem beispielsweise die Temperatur des Thermistors 88 gleich T1 ist, erreicht die Spannung VB am Knoten B den Spannungswert VX, wenn ein Strom mit dem Wert CS1 durch den MOSFET 18 fließt. In dem Fall, bei dem die Temperatur des Thermistors 88 gleich T2 ist, erreicht die Spannung VB am Knoten B den Spannungswert VX, wenn der Strom mit dem Stromwert CS2 durch den MOSFET 18 fließt. In dem Fall, bei dem die Temperatur des Thermistors 88 gleich T3 ist, erreicht die Spannung am Knoten B den Spannungswert VX, wenn ein Strom mit dem Wert CS3 durch den MOSFET 18 fließt.
Da der Thermistor 88 in der Umgebung des MOSFET 18 lokalisiert ist, sind die Temperatur des Thermistors 88 und des MOSFET 18 normalerweise ungefähr gleich. Folglich ist die Beziehung zwischen der Temperatur des Thermistors 88 und der Spannung VB am Knoten B, wie oben beschrieben, auch die Beziehung zwischen der Temperatur des MOSFET 18 und der Spannung VB am Knoten B.
In der Ladevorrichtung 94, wird ebenso die Spannung VB am Knoten B in den Begrenzeranschluss 16b eingegeben. In der Ladevorrichtung 94 ändert sich die Spannung VB am Knote B aufgrund der Temperatur des MOSFET 18, selbst wenn der Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, der gleiche bleibt. Wenn die Temperatur des MOSFET 18 steigt, erreicht die Spannung VB am Knoten B die Begrenzerspannung VX, obwohl der Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, gering ist. Der Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, ist folglich begrenzt auf einen geringen Wert, während die Temperatur des MOSFET 18 hoch ist. Das Aufheizen des MOSFET 18 wird unterdrückt, indem der Strom CS, der durch den MOSFET 18 fließt, auf einen kleinen Wert begrenzt wird. Umgekehrt, wenn die Temperatur des MOSFET 18 gering ist, erlaubt der MOSFET 18 das Fließen eines hohen Stroms. Der MOSFET 18 wird stark erhitz, wenn der Strom CS; der durch den MOSFET 18 fließt, einen hohen Wert hat. In diesem Fall erlaubt das MOSFET 18 ein Aufheizen, wenn es eine geringe Temperatur hat, und unterdrückt ein Aufheizen, wenn es eine hohe Temperatur hat. Dadurch wird die Temperatur des MOSFET 18 in der Ladevorrichtung 94 aufrecht erhalten, um einen vorbestimmten Wert nicht zu überschreiten.
13(A) zeigt die Beziehung zwischen dem Ladestrom und der Ladespannung in der Ladevorrichtung 94, während das Batteriepack 40 geladen wird. Ferner zeigt 13(B) die Temperatur T des MOSFET 18, während dieser Zeit.
In 13(A) zeigt die durchgezogene Linie, die die Punkte A, B und C verbindet, die Beziehung zwischen der Ladespannung und dem Ladestrom. Zu diesem Zeitpunkt ist die Temperatur des MOSFET 18 durch die durchgezogene Linie gezeigt, die die Punkte E, F und G in 13(B) verbindet. Die Spannung der wiederaufladbaren Batterie 42 ist VE zu dem Zeitpunkt, wenn das Laden beginnt, und VF zu dem Zeitpunkt, wenn das Laden endet.
Bei der vorläufigen Ladeperiode, bei der die Ladespannung gering ist, erlaubt der MOSFET 18 einen großen Ladestrom, der durch den MOSFET 18 fließt. Die Batterie 42 wird jedoch überhitzt, wenn dieser große Ladestrom an die Batterie 42 geliefert wird. Der Ladestrom wird durch den Computer 14 auf CX in 13 begrenzt, was der maximale Strom ist, der von der Batterie 42 akzeptiert wird, ohne dass die Batterie 42 überhitzt wird. Wie bei der Ladevorrichtung 4 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird folglich die Ladeenergie auf CX zwischen dem Punkt A und dem Punkt B begrenzt. Der Ladevorgang wird durchgeführt, indem der größte Ladestrom CX verwendet wird, den die wiederaufladbare Batterie 42 zulässt. Die Ladeenergie erhöht sich, wenn der Ladevorgang voranschreitet, da die Ladespannung zunimmt. Wie in 13(B) gezeigt, erhöht sich die Temperatur des MOSFET 18, wenn die Ladeenergie zunimmt.
Am Punkt B und F in 13 erreicht die Ladeenergie die maximale Energie. Bei der maximalen Ladeenergie erreicht die Temperaturzunahme des MOSFET 18 den zulässigen Maximalwert ΔT1. Um ein Überhitzen des MOSFET 18 zu vermeiden, sollte eine höhere Ladeenergie vermieden werden. Nach dem Erreichen des Punkts B und F wird die Ladeenergie bei diesem maximalen Wert während der Zeitperiode von B zu dem Punkt C aufrecht erhalten. Dies dient zur Aufrechterhaltung des Temperaturanstiegs des MOSFET 18 bei dem maximalen zulässigen Wert ΔT1, wie in 13(B) gezeigt. Der Temperaturanstieg ΔT1 ist ein Grenztemperaturanstieg, der von dem MOSFET 18 zugelassen ist. Da der Temperaturanstieg des MOSFET 18 bei ΔT1 gehalten wird, führt die Ladevorrichtung 94 einen Ladevorgang durch, in dem die Ladeenergie verwendet wird, die innerhalb einer Grenze begrenzt ist, die eine sichere Verwendung der Ladevorrichtung erlaubt.
Ferner kann der Temperaturanstieg des MOSFET 18 nicht den Grenzwert ΔT1 erreichen, wie durch die durchgezogene Linie in 13(B) gezeigt, die den Punkt E und den Punkt H verbindet. In diesem Zusammenhang arbeitet der Begrenzer der PWM-Steuerungsschaltung 16 nicht. Als ein Ergebnis haben die Ladespannung und der Ladestrom die Beziehung, die gezeigt ist durch die durchgezogene Linie in 13(A), die den Punkt A, den Punkt B und den Punkt D verbindet. Das Laden wird also durchgeführt von Anfang bis Ende des Ladens bei dem Ladestrom CX, der der größte Ladestrom ist, den die wiederaufladbare Batterie 42 zulässt.
In dieser Weise wird in der Ladevorrichtung 94 die Ladeenergie innerhalb der Grenzen begrenzt, die von der wiederaufladbaren Batterie 42 zugelassen werden, bis zu der Ladeenergie, bei der die Temperaturzunahme des MOSFET 18 gleich ΔT1 erreicht. Folglich kann die Ladevorrichtung 94 einen Ladevorgang vornehmen, indem die Grenzenergie verwendet wird, die eine sichere Verwendung der Ladevorrichtung 94 ermöglicht.
Während der vorläufigen Ladeperiode (bei der die Ladespannung gering ist), führt die Ladevorrichtung 94 einen Ladevorgang durch, indem der Ladestrom CX verwendet wird (der größte Ladestrom, den die wiederaufladbare Batterie 42 zulässt). Die Ladeenergie erhöht sich, wenn das Laden voranschreitet, der MOSFET 18 wird aufgeheizt bis die Grenztemperatur ΔT1 erreicht ist, und dieser Temperaturanstieg ΔT1 wird dann aufrecht erhalten, während der Ladevorgang fortgesetzt wird. Der Ladevorgang wird also fortgesetzt, während der MOSFET 18 die maximale Grenzenenergie ausgibt. Darüber hinaus wird der Ladevorgang durchgeführt indem der größte Ladestrom CX verwendet wird, den die wiederaufladbare Batterie 42 zulässt, wenn die Temperaturzunahme des MOSFET 18 nicht die Grenztemperaturzunahme ΔT1 erreicht.
Wie oben gezeigt, führt die Ladevorrichtung 94 einen Ladevorgang durch, indem die Grenzladeenergie verwendet wird, bei der die Ladevorrichtung sicher verwendet werden kann, ohne dass der MOSFET 18 überhitzt. In dieser Ladevorrichtung 94 wird die Ladeenergie nicht unnötig begrenzt, wie bei bekannten Ladevorrichtungen, die begrenzt werden durch die Nennleistung. Die Ladevorrichtung 94 ist in der Lage einen Ladevorgang durchzuführen, indem die Grenzladeenergie verwendet wird, die eine sichere Verwendung der Ladevorrichtung zulässt, kontinuierlich sicher von Beginn bis zum Ende des Ladens verwendet zu werden unabhängig von unterschiedlichen Energieversorgungsspannungen.
(4. Ausführungsbeispiel)
Eine Ladevorrichtung 124 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. 14 zeigt die Schaltungskonfiguration der Ladevorrichtung 124 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel. Ein Teil der Ladevorrichtung 124 hat einen identischen Aufbau und Betrieb, wie die Ladevorrichtung 4 gemäß dem Ausführungsbeispiel. Folglich werden die gleichen Bezugszeichen zugeordnet und eine Erklärung davon weggelassen. In 14 ist das Batteriepack 40 mit der Ladevorrichtung 124 verbunden. Die Ladevorrichtung 124 lädt die wiederaufladbare Batterie 42, die in der Batterie 40 untergebracht ist.
Wie in 14 gezeigt hat die Ladevorrichtung 124 eine Referenzspannungsschaltung 126. Die Referenzspannungsschaltung 126 verbindet die Widerstände 131, 132, 133 und 134 parallel und ist mit dem Resistor 135 in Serie geschaltet. Die Beziehung zwischen dem Widerstandwert der Widerstände 131 bis 134 ist wie folgt: 131 < 132 < 333 < 134. Die konstantspannungs-regulierte Energieversorgung V_cc wird an jeden der Widerstände 131 bis 134 angelegt. Ferner sind die Schaltelemente 136, 137, 138 und 139 zwischen den Widerständen 131, 132, 133, 134 bzw. der konstantspannungs-geregelten Energieversorgung V_cc angeordnet. Die Schaltelemente 136 bis 139 werden selektiv durch den Mikrocomputer geschaltet. Wenn beispielsweise nur das Schaltelement 136 „ein" ist, sind der Widerstand 131 und der Widerstand 135 geteilt. Die geteilte Spannung erscheint als Spannung VC am Knoten C in der Figur. Diese Spannung VC wird eingegeben in die Spannungsvergleichsschaltung 15. Es ist möglich, selektiv die Spannung zu schalten, die in die Spannungsvergleichschaltung 15 eingegeben wird, durch selektives Schalten der Schaltelemente 136 bis 139.
Die Spannungsvergleichschaltung 15 vergleicht die Spannung über dem Widerstand 36 und die Ausgangsspannung der Referenzspannungsschaltung 126. Basierend auf den Ergebnissen des Vergleichs befiehlt die Spannungsvergleichschaltung 15 der PWM-Steuerungsschaltung 16 das Anschaltverhältnis zu erhöhen oder zu reduzieren. Der Ladestrom wird eingestellt gemäß dem Widerstand der Widerstände 131 bis 134. Der Widerstand der Widerstände 131 bis 134 wird entsprechend den Zielwerten CC1 bis CC4 des Ladestroms gesetzt: Der Widerstand des Widerstands 131 entspricht dem Zielladestromwert CC1, 132 entspricht CC2, 133 entspricht CC3, und 134 entspricht CC4. Diese Zielladestromwerte haben die Beziehung: CC1 > CC2 > CC3 > CC4.
Der Mikrocomputer 14 schaltet selektiv die Schaltelemente 136 bis 139 basierend auf der Temperatur der wiederaufladbaren Batterie 42. Dadurch werden die Zielladestromwerte CC1 bis CC4 gemäß der Temperatur der wiederaufladbaren Batterie 42 gesetzt.
In der Ladevorrichtung 124 wird die Spannung über dem Widerstand 36 in den Mikrocomputer 14 eingegeben. Der Mikrocomputer 14 lernt den Ladestrom. Wenn der detektierte Ladestrom kleiner als der Zielwert ist, der eingestellt wurde, bestimmt der Mikrocomputer 14, dass die Begrenzerfunktion der PWM-Steuerungsschaltung 16 arbeitet. In diesem Fall wird der Zielwert für den Ladestrom um einen Schritt reduziert. Von den Schaltelementen 136 bis 139 wird also ein anderes Schaltelement „ein" geschaltet. Wenn beispielsweise nur das Schaltelement 136 „ein” war, wird das Schaltelement 136 „aus" geschaltet und das Schaltelement 139 „ein" geschaltet.
15 zeigt ein Flussdiagramm, das die Betriebssequenz der Ladevorrichtung 124 zeigt. Im Folgenden werden Beschreibungen von Punkten gegeben, die sich von dem Flussdiagramm gemäß 7 unterscheiden. Die Schritte S2 bis S12 gemäß 15 sind identisch zu den Schritten S2 bis S12 gemäß 7.
Wenn die Begrenzerfunktion bei Schritt S14 gemäß 15 arbeitet, dann wird das Anschaltverhältnis begrenzt auf „X" und der Ladestrom wird bei Schritt S20 reduziert.
In Schritt S22 detektiert der Mikrocomputer 14 die Reduktion des Ladestroms. Der Mikrocomputer 14 vergleicht den detektierten Ladestrom mit dem Zielwert, der gesetzt worden ist und bestimmt, ob die Differenz zwischen ihnen gleich oder größer als ein Wert ΔC ist. Wenn die Differenz gleich oder größer als ΔC ist (JA), wird der Prozess bei Schritt 24 fortgesetzt. Wenn nicht (NEIN) wird der Prozess in Schritt S18 fortgesetzt.
In Schritt S24, wie vorher beschrieben, reduziert der Mikrocomputer 14 den Zielwert für den Ladestrom um einen Schritt. Beispielsweise, wenn der Zielwert für den Ladestromwert CC1 ist, wird der Zielwert auf CC2 reduziert. Speziell wenn beispielsweise das Schaltelement 136 der Referenzspannungsschaltung 126 „ein" ist, schaltet der Mirkocomputer 14 das Schaltelement 136 „aus" und schaltet das Schaltelement 137 „ein". Der Prozess wird dann bei Schritt S18 fortgesetzt. Das Übrige ist gleich wie bei der Ladevorrichtung 4 gemäß 7.
16 zeigt ein Beispiel der Beziehung zwischen dem Ladestrom und der Ladespannung, wenn das Batteriepack 40 geladen wird, indem die obige Sequenz verwendet wird. „L2" in der Figur zeigt einen Fall, bei dem die Energieversorgungsspannung 180V beträgt. Eine Beziehung „L" für die Ladevorrichtung 4, wie in 8 gezeigt (bei der die Energieversorgungsspannung 180V beträgt), ist ebenfalls durch die gestrichelte Linie „L" gezeigt. Wie in 16 gezeigt ist in der Ladevorrichtung 124 – wie bei der Ladevorrichtung 4 – die Ladeenergie auf den Grenzwert CP1 begrenzt, und das Ausmaß des Temperaturzuwachses ΔT des MOSFET 18 überschreitet nicht den Grenzwert ΔT1.
Wie in 16 gezeigt wird der Ladestrom eingestellt, um gleich einem von Zielwerten CC1 bis CC4 in der Ladevorrichtung 124 zu sein. In 16 wird der Ladestrom bei CC1 gehalten zwischen den Punkt A und dem Punkt B bei Beginn der Ladeoperation. Folglich ist es klar, dass der Ladestrom auf den Zielwert CC1 eingestellt worden ist. Die Ladeenergie nimmt zu, wenn das Laden voranschreitet, und die Begrenzerfunktion der PWM-Steuerungsschaltung 16 arbeitet, wenn die Kombination der Ladespannung und des Ladestroms den Punkt B erreicht. Die Begrenzerfunktion begrenzt die Ladeenergie, folglich wird der Ladestrom reduziert. Wenn der Ladestrom reduziert wird auf den Wert von CC1–ΔC (Schritt S22 gemäß 15: JA), reduziert der Mikrocomputer 14 den Zielladestrom um einen Schritt (Schritt S24 von 15). Der Zielwert des Ladestroms wird also geändert von CC1 bis CC2. Da der Zielwert des Ladestroms auf einen niedrigeren Wert geändert wird, wird der Fluss der Ladeenergie reduziert. Der Strom, der durch den MOSFET 18 fließt, wird reduziert, und die Begrenzerfunktion der PWM-Steuerungsschaltung 16 arbeitet nicht länger. Folglich kann der Ladestrom auf den Zielwert CC2, der durch den Mikrocomputer 14 gesetzt worden ist, eingestellt werden.
Wenn das Laden weiter voranschreitet erhöht sich die Ladeenergie, wenn die Ladespannung ansteigt. Die Begrenzerfunktion der PWM-Steuerungsschaltung 16 arbeitet erneut und reduziert den Ladestrom, so dass er dem Zielwert entspricht. Wenn der Ladestrom reduziert worden ist auf den Wert CC2–ΔC, wird der Zielwert des Ladestroms geändert von dem Wert CC2 auf den Wert CC3. Anschließend wird der Ladestrom bei dem Zielwert CC3 gehalten, der durch den Mikrocomputer 14 gesetzt worden ist.
In der Ladevorrichtung 124 sind der tatsächliche Ladestrom und der Zielladestrom, der durch den Mikrocomputer 14 angewiesen wurde, fast immer identisch. Dadurch kann der Mikrocomputer 14 einen integrierten Wert des Ladestroms von dem Produkt des Zielladestromwerts, der gesetzt worden ist, und dessen Befehlszeit schätzen. Es ist nicht notwendig den tatsächlichen Stromwert zu detektieren und dann zu integrieren, und diese Berechnung kann einfach durchgeführt werden. Der integrierte Wert des Ladstroms kann beispielsweise bei der Detektion eines vollgeladenen Zustandes, etc. helfen.
In der obigen Beschreibung wurde der Fall beschrieben, bei dem die Energieversorgungsspannung 180V betrug. Die Fälle, bei denen die Energieversorgungsspannungen 220V oder 260V sind, sind jedoch ähnlich. Bei irgendeiner Energieversorgungsspannung wird die maximale La deenergie begrenzt, so dass der Temperaturanstieg des MOSFET 18 innerhalb des zulässigen Werts ΔT1 bleibt. Die maximale Ladeenergie wird geändert in Abhängigkeit von der Energieversorgungsspannung. Der Zielladestrom wird schrittweise geändert innerhalb der maximalen Ladeenergie.
In der Ladevorrichtung 124 hat der Zielladestrom vier Werte. Er kann jedoch auf weitere Schritte eingestellt werden. Um dies zu tun können weitere Gruppen von Widerständen verwendet werden in der Konfiguration der Widerstände 131 bis 134 der Referenzspannungsschaltung 126.
Spezielle Beispiele der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind im Vorangegangenen präsentiert worden, aber diese dienen lediglich zur Verdeutlichung von Möglichkeiten der Erfindung und sind für die Ansprüche nicht einschränkend.
Die technischen Elemente, die in der vorliegenden Beschreibung oder in den Figuren offenbart wurden können separat oder in allen Typen von Verbindungen verwendet werden, und sind nicht auf die genannten Verbindungen in den Ansprüchen zum Zeitpunkt der Einreichung der Anmeldung begrenzt. Darüber hinaus kann Obiges in der Beschreibung und in den Figuren offenbart verwendet werden, um gleichzeitig mehrere Ziele zu realisieren oder eines dieser Ziele zu realisieren.

Claims

Ladevorrichtung (4, 64, 124), mit einem Schaltelement (18), das zum Erhöhen oder Vermindern der Ladeleistung (CP) angepasst ist, einer PWM-Steuerschaltung (16), die einen Ausgangsanschluss (16a), der verbunden ist mit dem Schaltelement (18) und angepasst ist zum intermittierenden „Anschalten" und „Ausschalten" des Schaltelements (18), wobei die PWM-Steuerschaltung (16) angepasst ist zum „Ausschalten" des Schaltelements (18), wenn eine Spannung, die gleich zu oder über einem vorbestimmten Wert (VX) ist, in einen Begrenzeranschluss (16b) der PWM-Steuerschaltung (16) eingegeben wird, einer Stromdetektionsschaltung (78), die angepasst ist zum Erzeugen einer Ausgangsspannung (VA) basierend auf dem Strom (CS), der durch das Schaltelement (18) fließt, und einer Korrekurschaltung (72, 80, 82; 80, 100, 110), die angepasst ist zum Korrigieren der Ausgangsspannung (VA) der Stromdetektionsschaltung (78) abhängig von der Stromversorgungsspannung (L; M; H) und zum Liefern der korrigierten Spannung (VB) an den Begrenzeranschluss (16b) der PWM-Steuerschaltung (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturschaltung (72, 80, 82; 80, 100, 110) derart angepasst ist, dass die Ausgangsspannung (VA) eines maximal erlaubten Stromwertes (CS1; CS2; CS3) für jede gegebene Stromversorgungsspannung (L; M; H) auf den vorbestimmten Wert (VX) korrigiert wird, wobei der maximal erlaubte Stromwert (CS1, CS2, CS3) die maximale Ladeleistung (CP1; CP2; CP3), die durch das Schaltelement (18) ausgegeben werden kann, während innerhalb einer Temperaturanstiegsgrenze (ΔT1) des Schaltelements (18) geblieben wird, für die gegebene Stromversorgungsspannung (L; M; H), geteilt durch die gegebene Stromversorgungsspannung (L; M; H), ist, wodurch die maximale Ladeleistung (CP1; CP2; CP3), die durch das Schaltelement (18) ausgegeben wird, für höhere Stromversorgungsspannungen (L; M; H) höher ist.
Ladevorrichtung (4, 124) nach Anspruch 1, bei der die Korrekturschaltung (72, 80, 82) eine Vorspannung an die Ausgangsspannung (VA) der Stromdetektionsschaltung (78) anlegt, bei der die Vorspannung mit höherer Stromversorgungsspannung (L; M; H) höher ist.
Ladevorrichtung (64) nach Anspruch 1, bei der die Korrekturschaltung (80, 100, 110) die Ausgangsspannung (VA) der Stromdetektionsschaltung (78) in einem Verhältnis teilt, das mit steigender Stromversorgungsspannung (L; M; H) ansteigt.
Ladevorrichtung (124) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiter ein Einstellmittel (14, 126) zum Einstellen eines Zielwertes (CC1–CC4) für den Ladestrom aufweist, bei der die PWM-Steuerschaltung (16) ein Anschaltverhältnis des Schaltelementes (18) so einstellt, dass der Ladestrom auf den eingestellten Zielwert (CC1–CC4) eingestellt wird, und bei der das Einstellmittel (14, 126) den Zielwert (CC1–CC4) des Ladestromes reduziert, wenn der detektierte Ladestrom, um einen vorbestimmten Betrag (ΔC), kleiner als der eingestellte Zielwert (CC1–CC4) geworden ist.