DE102011115032A1 - Charging circuit e.g. semiconductor chip, for e.g. lithium-manganese battery cell set that is utilized in garden apparatus, has transformation device, monitoring device and management device integrated on chip with linked logic elements - Google Patents

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Abstract

The circuit (1) has a single cell monitoring device (30) for monitoring individual rechargeable battery cells (71-75) of a rechargeable battery cell set (70). A temperature monitoring- and load management device (40) monitors temperatures of the battery cell set and manages load of the battery cell set. A control device (10) controls a direct current-direct current (DC-DC) switching transformation device (20), the single cell monitoring device and the temperature monitoring- and load management device. The devices are integrated on the chip with linked logic elements e.g. digital elements. The DC-DC switching transformation device is formed as a P-channel power FET.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ladeschaltung für einen Akkuzellensatz, der beispielsweise bei Gartengeräten, Notbeleuchtungen, Arbeitsleuchten, Elektromobilen usw. einsetzbar ist.The invention relates to a charging circuit for a battery cell set, which is used, for example, gardening equipment, emergency lighting, work lights, electric vehicles, etc.

Ladeschaltungen für einen Akkuzellensatz, der mindestens eine einzelne Akkuzelle umfasst, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Solche Ladeschaltungen haben meist mehrere eingebaute Funktionen, wie die eines DC-DC-Schaltwandlers bzw. Gleichspannung-Gleichspannungsschaltwandlers, einer Überwachung der Einzelzellen, einer Temperaturüberwachung und eines Lastmanagements sowie eine Anzeige von Zuständen der Ladeschaltung usw.Charging circuits for a battery pack comprising at least a single battery cell are known in the art. Such charging circuits usually have several built-in functions, such as a DC-DC switching converter or DC-DC switching converter, a monitoring of the individual cells, a temperature monitoring and a load management and an indication of states of the charging circuit, etc.

Die derzeit am Markt verfügbaren Ladeschaltungen sind oft mit aufwändigen Softwarelösungen realisiert und einem Betriebssystem ausgestattet. Dadurch sind die Ladeschaltungen relativ störanfällig und kompliziert.The charging circuits currently available on the market are often realized with complex software solutions and equipped with an operating system. As a result, the charging circuits are relatively prone to failure and complicated.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Ladeschaltung für einen Akkuzellensatz bereitzustellen, welche einfach aufgebaut und weniger störanfällig ist.It is therefore an object of the invention to provide an improved charging circuit for a battery cell set, which is simple and less susceptible to interference.

Diese Aufgabe wird durch eine Ladeschaltung für einen Akkuzellensatz nach Patentanspruch 1 gelöst. Die Ladeschaltung umfasst eine Gleichspannung-Gleichspannung-Schaltwandlungseinrichtung zum Abwärtswandeln eines Ausgangsstroms der Ladeschaltung, eine Einzelzellüberwachungseinrichtung zur Überwachung einzelner Akkuzellen des Akkuzellensatzes, eine Temperaturüberwachung- und Lastmanagementeinrichtung zur Überwachung von Temperaturen des Akkuzellensatzes und zum Managen der Last des Akkuzellensatzes, und eine Kontrolleinrichtung zur Kontrolle der Einrichtungen Gleichspannung-Gleichspannung-Schaltwandlungseinrichtung, Einzelzellüberwachungseinrichtung und Temperaturüberwachung- und Lastmanagementeinrichtung, wobei die Einrichtungen auf einem Halbleiterchip integriert sind, und wobei die Ladeschaltung ein Halbleiterchip mit verknüpften Logikelementen ist.This object is achieved by a charging circuit for a battery cell set according to claim 1. The charging circuit includes DC-DC switching conversion means for down-converting an output current of the charging circuit, a single cell monitor for monitoring individual battery cells of the battery pack, a temperature monitoring and load management device for monitoring temperatures of the battery pack and for managing the load of the battery pack, and a control device for controlling the Devices DC-DC voltage switching converter, single cell monitoring device and temperature monitoring and load management device, wherein the devices are integrated on a semiconductor chip, and wherein the charging circuit is a semiconductor chip with associated logic elements.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Ladeschaltung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.Advantageous further embodiments of the charging circuit are specified in the dependent claims.

Vorzugsweise ist die Ladeschaltung in einem mit dem Akkuzellensatz betreibbaren Gerät integriert.Preferably, the charging circuit is integrated in a device operable with the battery cell set.

Die Ladeschaltung kann aus Leiterbahnen, Messkreisen und/oder Digitalelementen ausgebildet sein. Solche Komponenten nennt der Fachmann auch hartverdrahtete Mixed-Mode-Elemente, die auf Grund ihres Aufbaus recht stabil und wenig störanfällig sind.The charging circuit may be formed of printed conductors, measuring circuits and / or digital elements. Those skilled in the art also call such components hard-wired mixed-mode elements which, owing to their construction, are quite stable and less prone to interference.

Es ist möglich, dass die Temperaturüberwachung- und Lastmanagementeinrichtung zudem ausgestaltet ist zur Überwachung einer ersten Überlastgrenze für den Akkuzellensatz, bei welcher die an dem Akkuzellensatz anliegende Last eine vorbestimmte Spannung überschreitet, und einer zweiten Überlastgrenze für den Akkuzellensatz, bei welchem die an dem Akkuzellensatz anliegende Last die vorbestimmte Spannung für eine vorbestimmte Zeit zumindest zeitweise überschreitet. Hierbei kann die Temperaturüberwachung- und Lastmanagementeinrichtung zum Trennen der Last von der Versorgung durch den Akkuzellensatz für eine vorbestimmte Zeit ausgestaltet sein, wenn entweder die erste oder die zweite oder beide Überlastgrenzen erreicht sind, und zum wieder Freigeben der Versorgung durch den Akkuzellensatz nach einer Schaltbetätigung durch den Benutzer. Es ist zweckmäßig, wenn die Freigabe erst dann erfolgt, nachdem der Benutzer einen Schalter betätigt hat. Zudem kann die Temperaturüberwachung- und Lastmanagementeinrichtung zudem zur Ermittlung und Aufaddition von Lastkennwerten entsprechend Größe und Zeitdauer einer Belastung mit der Last ausgestaltet sein, wobei die Temperaturüberwachung- und Lastmanagementeinrichtung zur Aufaddition der Lastkennwerte zu einem fortschreitenden Lastzählerkennwert ausgestaltet ist, den sie mit der zweiten Überlastgrenze vergleicht.It is also possible for the temperature monitoring and load management device to be configured to monitor a first overload limit for the battery cell set in which the load applied to the battery cell set exceeds a predetermined voltage and a second overload limit for the battery cell set in which the voltage applied to the battery cell set Load exceeds the predetermined voltage for a predetermined time, at least temporarily. Here, the temperature monitoring and load management device may be configured to disconnect the load from the battery pack set for a predetermined time when either the first or second or both overload limits are reached and to re-enable power to the battery pack after a switch operation the user. It is expedient if the release takes place only after the user has actuated a switch. In addition, the temperature monitoring and load management device can also be designed to determine and add load characteristics corresponding to the size and duration of a load load, wherein the temperature monitoring and load management device is configured to add load characteristics to a progressive load count characteristic value which it compares to the second overload limit ,

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Ladeschaltung derart ausgestaltet, dass nach dem Abfallen des Akkuzellensatzes unter eine Mindestspannung, der Akkuzellensatzes in einem Vorladezyklus mit minimiertem Ladestrom bis zum Erreichen der Mindestspannung geladen wird.According to an advantageous embodiment, the charging circuit is configured such that after the battery pack has dropped below a minimum voltage, the battery pack is charged in a precharge cycle with a minimized charging current until the minimum voltage is reached.

Die Ladeschaltung ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass sie im Falle, dass eine Akkuzelle weniger Spannung als andere aufnimmt, nach Erreichen einer maximalen Spannung zunächst alle Akkuzellen auf eine gemeinsame Mindestspannung ausbalanciert und dann alle Akkuzellen auf eine gemeinsame Endspannung in einem Ausgleichsladezyklus lädt.The charging circuit is preferably configured such that, in the event that one battery cell receives less voltage than others, after reaching a maximum voltage, it first balances all battery cells to a common minimum voltage and then charges all battery cells to a common final voltage in a compensation charging cycle.

Die Ladeschaltung kann, wenn ein Netzkabel zur Aufladung kontaktiert wurde, zum Verhindern eines Einschaltens der Last ausgestaltet sein.The charging circuit may be configured to prevent a turn-on of the load when a power cord has been contacted for charging.

Möglicherweise hat die Ladeschaltung zudem Anschlüsse, an die auch nach Einbau der Ladeschaltung in ein mit einem Akkuzellensatz betreibbares Gerät, eine Testeinrichtung zum Testen der Ladeschaltung angeschlossen werden kann.It is also possible that the charging circuit has connections to which a test device for testing the charging circuit can be connected even after the charging circuit has been installed in a device which can be operated with a battery cell set.

Bei der Ladeschaltung sind also die Hauptkomponenten einer Ladeelektronik auf einem Halbleiterchip über Gatterlogikverknüpfungen realisiert. Durch den beschriebenen Aufbau ist die Ladeschaltung nur aus Hardware aufgebaut, die keine Software oder ein Betriebsprogramm aufweist. Somit ist die Ladeschaltung weniger störanfällig als bekannte Ladeschaltungen für Akkuzellensätze und sehr einfach aufgebaut.In the charging circuit so the main components of a charging electronics are on one Semiconductor chip realized via gate logic links. Due to the described structure, the charging circuit is constructed only of hardware that has no software or an operating program. Thus, the charging circuit is less susceptible to interference than known charging circuits for Akkuzellensätze and very simple.

Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings and to exemplary embodiments. Show it:

1 ein Blockschaltbild mit einer Ladeschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1 a block diagram with a charging circuit according to an embodiment of the present invention;

2 ein Diagramm mit dem Verlauf von Strom und Spannung über der Zeit für einen Ladezyklus mit der Ladeschaltung von 1; und 2 a diagram with the course of current and voltage over time for a charging cycle with the charging circuit of 1 ; and

3 zeigt ein Zeitverlaufsdiagramm zur Veranschaulichung einer Überlastabschaltung des Akkuzellensatzes mit der Ladeschaltung von 1. 3 FIG. 10 is a timing chart illustrating overloading of the battery cell set with the charging circuit of FIG 1 ,

Wie in 1 gezeigt, umfasst die Ladeschaltung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Kontrolleinrichtung 10 mit Anschlüssen 11 bis 17, eine DC-DC-Schaltwandlungseinrichtung bzw. Gleichspannung-Gleichspannung-Schaltwandlungseinrichtung 20 mit Anschlüssen 21 bis 23, eine Einzelzellüberwachungseinrichtung 30 mit Anschlüssen 31 bis 34, eine Temperaturüberwachung- und Lastmanagementeinrichtung 40 mit Anschlüssen 41 bis 43 sowie Anschlüsse 51 und 52 zum Anschluss eines Steckernetzteils 60 an die Ladeschaltung 1. Das Steckernetzteil 60 ist in eine Steckdose 61 steckbar, um die Ladeschaltung 1 mit elektrischer Energie zu versorgen. Die Kontrolleinrichtung 10, die Gleichspannung-Gleichspannung-Schaltwandlungseinrichtung 20, die Einzelzellüberwachungseinrichtung 30 und die Temperaturüberwachung- und Lastmanagementeinrichtung 40 sind mittels Leiterbahnen LB miteinander verbunden. Zudem sind die Anschlüsse 11 bis 17 der Kontrolleinrichtung 10, die Anschlüsse 21 bis 23 der Gleichspannung-Gleichspannung-Schaltwandlungseinrichtung 20, die Anschlüsse 31 bis 34, der Einzelzellüberwachungseinrichtung 30, die Anschlüsse 41 bis 43, der Temperaturüberwachung- und Lastmanagementeinrichtung 40 sowie die Anschlüsse 51 und 52 mittels Leiterbahnen LB mit Außenanschlüssen 11a bis 17a, 21a bis 23a, 31a bis 34a, 41a bis 43a, 51a und 52a verbunden. Die Außenanschlüsse 11a bis 17a, 21a bis 23a, 31a bis 34a, 41a bis 43a, 51a und 52a sind derart außen an der Ladeschaltung 1 angeordnet und ausgeführt, dass von außen an die Ladeschaltung 1 externe Geräte anschließbar sind, wie das Steckernetzteil 60 und weitere im Folgenden beschriebene externe Geräte. Der Übersichtlichkeit halber sind in 1 nicht alle Leiterbahnen LB der Ladeschaltung 1 mit dem Bezugszeichen LB versehen.As in 1 shown includes the charging circuit 1 according to an embodiment of the present invention, a control device 10 with connections 11 to 17 , a DC-DC switching converter or DC-DC switching converter 20 with connections 21 to 23 , a single cell monitor 30 with connections 31 to 34 , a temperature monitoring and load management device 40 with connections 41 to 43 as well as connections 51 and 52 for connecting a plug-in power supply 60 to the charging circuit 1 , The power adapter 60 is in a power outlet 61 pluggable to the charging circuit 1 to supply with electrical energy. The control device 10 , the DC-DC switching device 20 , the single cell monitoring device 30 and the temperature monitoring and load management device 40 are interconnected by interconnects LB. In addition, the connections 11 to 17 the control device 10 , the connections 21 to 23 the DC-DC voltage switching converter 20 , the connections 31 to 34 , the single cell monitor 30 , the connections 41 to 43 , the temperature monitoring and load management device 40 as well as the connections 51 and 52 by means of conductor tracks LB with external connections 11a to 17a . 21a to 23a . 31a to 34a . 41a to 43a . 51a and 52a connected. The external connections 11a to 17a . 21a to 23a . 31a to 34a . 41a to 43a . 51a and 52a are so outside of the charging circuit 1 arranged and executed that from the outside to the charging circuit 1 external devices are connected, such as the power adapter 60 and other external devices described below. For the sake of clarity, in 1 not all tracks LB of the charging circuit 1 provided with the reference symbol LB.

Die Ladeschaltung 1 dient zum Laden eines Akkuzellensatzes 70, der aus fünf einzelnen Akkuzellen 71, 72, 73, 74, 75 besteht. Die Akkuzellen 71, 72, 73, 74, 75 sind in Reihe geschaltet. Der Akkuzellensatz 70 kann in einem mittels Akkuzellensatz 70 betreibbaren oder betriebenen Gerät 80 Verwendung finden, wie beispielsweise der in 1 abgebildeten Heckenschere 80. Der Akkuzellensatz 70 ist über den Anschluss 23 an die Gleichspannung-Gleichspannung-Schaltwandlungseinrichtung 20 und über die Anschlüsse 31 bis 34 an die Einzelzellüberwachungseinrichtung 30 angeschlossen. Zwischen die Anschlüsse 21 und 22 der Gleichspannung-Gleichspannung-Schaltwandlungseinrichtung 20 ist eine Induktivität L1 geschaltet. Der Anschluss 21 der Gleichspannung-Gleichspannung-Schaltwandlungseinrichtung 20 ist zudem über eine Diode D1, vorzugsweise eine Schottky-Freilaufdiode, mit Masse verbunden. Zwischen die Anschlüsse 22 und 23 der Gleichspannung-Gleichspannung-Schaltwandlungseinrichtung 20 ist ein Widerstand bzw. Shunt R1 geschaltet. Die Gleichspannung-Gleichspannung-Schaltwandlungseinrichtung 20 kann als P-Kanal-Leistungs-FET (FET = Feldeffekttransistor) mit EMV-optimierten Schaltflanken zum Aufbau eines Abwarts-Konverters aufgebaut sein. EMV steht für elektromagnetische Verträglichkeit.The charging circuit 1 is used to charge a battery cell set 70 which consists of five individual battery cells 71 . 72 . 73 . 74 . 75 consists. The battery cells 71 . 72 . 73 . 74 . 75 are connected in series. The battery cell set 70 Can in a by means of battery pack 70 operable or operated device 80 Find use, such as the in 1 illustrated hedge trimmer 80 , The battery cell set 70 is about the connection 23 to the DC-DC voltage switching converter 20 and over the connections 31 to 34 to the single cell monitoring device 30 connected. Between the connections 21 and 22 the DC-DC voltage switching converter 20 is an inductance L1 connected. The connection 21 the DC-DC voltage switching converter 20 is also connected via a diode D1, preferably a Schottky freewheeling diode, to ground. Between the connections 22 and 23 the DC-DC voltage switching converter 20 is a resistor or shunt R1 connected. The DC-DC voltage switching converter 20 can be designed as a P-channel power FET (FET = field effect transistor) with EMC-optimized switching edges to build a down converter. EMC stands for electromagnetic compatibility.

Die Ladeschaltung 1 kann mit Hilfe eines elektrischen Leistungsschalters 90 ein/ausgeschaltet werden, der an den Anschluss 41 der Temperaturüberwachung- und Lastmanagementeinrichtung 40 angeschlossen ist. Außerdem ist die Temperaturüberwachung- und Lastmanagementeinrichtung 40 über ihren Anschluss 42 mit einem externen Temperatursensor 92 verbunden, der vorzugsweise eine temperaturabhängiger Widerstand (NTC) ist, und der Über- und Untertemperatur des Akkuzellensatzes 70 bzw. der fünf einzelnen Akkuzellen 71, 72, 73, 74, 75 erfassen kann. An den Anschluss 43 der Temperaturüberwachung- und Lastmanagementeinrichtung 40 ist ein Ende des Widerstands bzw. Shunt angeschlossen, wohingegen das andere Ende des Widerstands RLAST mit Masse verbunden ist. Zudem ist zwischen dem Anschluss 43 der Temperaturüberwachung- und Lastmanagementeinrichtung 40 und dem elektrischen Leistungsschalter 90 ein Taster 94 zum Betätigen des elektrischen Leistungsschalters 90 und somit zum Ein/Ausschalten der Last, beispielsweise ein oder mehrere mit dem Akkuzellensatz 70 angetriebene(r) Motor(en) geschaltet. Der Taster kann von einem nicht dargestellten Benutzer betätigt werden. Über den Anschluss 43 der Temperaturüberwachung- und Lastmanagementeinrichtung 40 kann eine Laststrommessung erfolgen.The charging circuit 1 can with the help of an electric circuit breaker 90 to be turned on / off at the port 41 the temperature monitoring and load management device 40 connected. In addition, the temperature monitoring and load management device 40 about her connection 42 with an external temperature sensor 92 connected, which is preferably a temperature-dependent resistor (NTC), and the over and under temperature of the battery cell set 70 or the five individual battery cells 71 . 72 . 73 . 74 . 75 can capture. To the connection 43 the temperature monitoring and load management device 40 one end of the resistor or shunt is connected, whereas the other end of the resistor R LAST is connected to ground. In addition, between the connection 43 the temperature monitoring and load management device 40 and the electrical circuit breaker 90 a button 94 for actuating the electrical circuit breaker 90 and thus for turning on / off the load, for example one or more with the battery pack set 70 driven motor (s) switched. The button can be operated by a user, not shown. About the connection 43 the temperature monitoring and load management device 40 a load current measurement can take place.

An die Anschlüsse 11, 12, 13 der Kontrolleinrichtung 10 ist in 1 eine Einstelleinrichtung 100 zur Einstellung von Ladeschlussspannung, Tiefentladegrenze und Nachladegrenze des Akkuzellensatzes 70 bzw. der fünf einzelnen Akkuzellen 71, 72, 73, 74, 75 angeschlossen. An die Anschlüsse 14, 15 der Kontrolleinrichtung 10 ist eine Anzeigeeinrichtung 110 zur Anzeige von Funktion der Ladeschaltung 1 und des Ladezustands des Akkuzellensatzes 70 angeschlossen. Die Anschlüsse 16, 17 der Kontrolleinrichtung 10 bilden eine Testschnittstelle, an die ein Testgerät 120 zum Testen der Funktion der Ladeschaltung 1 angeschlossen ist. Die Kontrolleinrichtung 10 kann also die Gleichspannung-Gleichspannung-Schaltwandlungseinrichtung 20, die Einzelzellüberwachungseinrichtung 30 und die Temperaturüberwachung- und Lastmanagementeinrichtung 40 kontrollieren. Hierzu verwendet die Kontrolleinrichtung 10 die Einstellungen der Einstelleinrichtung 100 und stellt das Ergebnis mittels der Anzeigeeinrichtung 110 an. To the connections 11 . 12 . 13 the control device 10 is in 1 an adjustment device 100 for setting the end-of-charge voltage, exhaustive discharge limit and recharging limit of the battery cell set 70 or the five individual battery cells 71 . 72 . 73 . 74 . 75 connected. To the connections 14 . 15 the control device 10 is a display device 110 for displaying the function of the charging circuit 1 and the state of charge of the battery pack 70 connected. The connections 16 . 17 the control device 10 form a test interface to which a test device 120 for testing the function of the charging circuit 1 connected. The control device 10 So can the DC-DC voltage switching converter 20 , the single cell monitoring device 30 and the temperature monitoring and load management device 40 check. For this purpose, the control device used 10 the settings of the adjustment 100 and provides the result by means of the display device 110 at.

Mit der Testeinrichtung 120 kann eine interne Testsequenz der Ladeschaltung 1 gestartet werden, die alle Verbindungen innerhalb der Ladeschaltung, und/oder direkt mit der Ladeschaltung verbundene Komponenten auf richtige Funktion, Anwesenheit, Widerstand und/oder Widerstand der Verbindung zu den Komponenten überprüft, und ein Ergebnis nach außen über die Anschlüsse 16a, 17a, die Prüfkontakte sind, zurückgibt.With the test device 120 can be an internal test sequence of the charging circuit 1 which checks all connections within the charging circuit, and / or components directly connected to the charging circuit for proper function, presence, resistance and / or resistance of the connection to the components, and an outward result across the terminals 16a . 17a that are test contacts returns.

Die von der Ladeschaltung 1 herausgeführten Anschlüsse bzw. die Außenanschlüsse 11a bis 17a, 21a bis 23a, 31a bis 34a, 41a bis 43a, 51a und 52a können in Baueinheit mit Ladekontakten des Geräts 80 bzw. des Akkuzellensatzes 70 stehen.The of the charging circuit 1 led out connections or the external connections 11a to 17a . 21a to 23a . 31a to 34a . 41a to 43a . 51a and 52a can be in unit with charging contacts of the device 80 or the battery pack 70 stand.

Die Ladeschaltung 1 ist als ein Halbleiterchip ausgeführt, auf den die Kontrolleinrichtung 10, die Gleichspannung-Gleichspannung-Schaltwandlungseinrichtung 20, die Einzelzellüberwachungseinrichtung 30, die Temperaturüberwachung- und Lastmanagementeinrichtung 40 als Gatterlogikelemente bzw. Logikgatter, wie ein UND-Gatter, ein ODER-Gatter, ein NAND-Gatter, ein NOR-Gatter usw. integriert sind. Das heißt die Ladeschaltung 1 ist ein Halbleiterchip mit über Leiterbahnen LB verknüpften Logikelementen, wie beispielsweise Logikgatter. Die Logikelemente können beispielsweise als Digitalelemente, insbesondere TTL-, CMOS-, BiCMOS-Bausteine usw., ausgeführt sein. Die Logikelemente sind auf Schichtebene (Layerebene) abgebildet. Auf diese Weise benötigt die Ladeschaltung 1 kein Betriebssystem und keine Software. Die Ladeschaltung 1 kann auch als Ladelogikschaltung 1 oder intelligente Ladelogikschaltung 1 bezeichnet werden, die hartverdrahte Mixed-Mode-Elemente aufweist, das heißt beispielsweise Messkreise und/oder Digitalelemente, die mittels Leiterbahnen LB verbunden sind.The charging circuit 1 is designed as a semiconductor chip to which the control device 10 , the DC-DC switching device 20 , the single cell monitoring device 30 , the temperature monitoring and load management device 40 as gate logic elements or logic gates, such as an AND gate, an OR gate, a NAND gate, a NOR gate, etc. are integrated. That is the charging circuit 1 is a semiconductor chip with logic elements linked via interconnects LB, such as logic gates. The logic elements can be embodied, for example, as digital elements, in particular TTL, CMOS, BiCMOS components, etc. The logic elements are shown at the layer level (layer level). In this way, the charging circuit needed 1 no operating system and no software. The charging circuit 1 Can also be used as a charging logic circuit 1 or intelligent charging logic circuit 1 , which has hard-wired mixed-mode elements, that is, for example, measuring circuits and / or digital elements which are connected by means of conductor tracks LB.

Die Ladeschaltung 1 in 1 kann Akkuzellensätze 70 mit 1 bis 5 Akkuzellen 70 in Reihenschaltung laden. Der Akkuzellensatz 70 kann mehr oder weniger als fünf Akkuzellen 71, 72, 73, 74, 75 aufweisen. Ohne zusätzliche Programmierung sind für den Akkuzellensatz 70 Ladeschlussspannung, Entladeschlussspannung und die Nachladeschwelle an die verschiedenen Akkuzellensatztypen anpassbar. Beispielsweise kann der Akkuzellensatz 70 auch nur eine einzelne Akkuzelle 71, 72, 73, 74, oder 75 aufweisen. Der Akkuzellensatz 70 kann beispielsweise ein Lithium-Mangan-Akkuzellensatz, ein LIFePO-Akkuzellensatz, ein Li-Polymer-Akkuzellensatz usw. sein.The charging circuit 1 in 1 can battery sets 70 with 1 to 5 battery cells 70 load in series. The battery cell set 70 can have more or less than five battery cells 71 . 72 . 73 . 74 . 75 exhibit. Without additional programming are for the battery pack set 70 End-of-charge voltage, end-of-charge voltage, and recharging threshold adaptable to different types of battery pack types. For example, the battery cell set 70 even a single battery cell 71 . 72 . 73 . 74 , or 75 exhibit. The battery cell set 70 For example, a lithium-manganese battery pack, a LIFePO battery pack, a Li-Polymer battery pack, and so on.

Die Ladeschaltung 1 umfasst mit der Gleichspannung-Gleichspannung-Schaltwandlungseinrichtung 20 einen kompletten Abwärtsschaltregler und kann für höhere Ladeströme auch einen externen P-MOSFET ansteuern, um aus der über das Netzteil 60 gelieferten Spannung den Akkuzellensatz 70 zu laden.The charging circuit 1 includes with the DC-DC voltage switching converter 20 a complete step-down regulator and can also drive an external P-MOSFET for higher charging currents to get out of the via the power supply 60 supplied voltage the battery pack set 70 to load.

Während des Ladens überwacht die Einzelzellüberwachungseinrichtung 30 die Spannung an jeder einzelnen Akkuzelle 71, 72, 73, 74, 75. Hierbei werden zu hohe und zu niedrige Spannungen der Akkuzellen 71, 72, 73, 74, 75 ermittelt. Stellt die Einzelzellüberwachungseinrichtung 30 ungleiche Zellspannungen an den einzelnen Akkuzellen 71, 72, 73, 74, 75 fest, gleicht sie die Zellspannungen mit einer Ausgleichsfunktion (Balancing) aus.During charging, the single cell monitor monitors 30 the voltage at each individual battery cell 71 . 72 . 73 . 74 . 75 , These are too high and too low voltages of the battery cells 71 . 72 . 73 . 74 . 75 determined. Represents the single cell monitor 30 Unequal cell voltages at the individual battery cells 71 . 72 . 73 . 74 . 75 fixed, it compensates the cell voltages with a balancing function.

Mit den Überwachungsfunktionen der Einzelzellüberwachungseinrichtung 30 und der Temperaturüberwachung- und Lastmanagementeinrichtung 40 kann eine defekte Akkuzelle der Akkuzellen 71, 72, 73, 74, 75 erkannt werden.With the monitoring functions of the single cell monitoring device 30 and the temperature monitoring and load management device 40 may be a faulty battery cell of the battery cells 71 . 72 . 73 . 74 . 75 be recognized.

Über- und Untertemperatur, zu hohe und zu niedrige Spannungen der Akkuzellen 71, 72, 73, 74, 75, eine Erkennung defekter Akkuzellen 71, 72, 73, 74, 75 und Überschreitung einer vorgegebenen Zeitdauer, die für einen bestimmten Ablauf beim Laden mit der Ladeschaltung 1 zur Verfügung steht, führen zum Abschalten der Last bzw. zum Beenden des Ladevorgangs über die Ladeschaltung 1. Eine Lastüberwachung der Temperaturüberwachung- und Lastmanagementeinrichtung 40 schaltet die Last bei Überlast verzögert, bei Kurzschluss sofort ab.Over and under temperature, too high and too low voltages of the battery cells 71 . 72 . 73 . 74 . 75 , a detection of defective battery cells 71 . 72 . 73 . 74 . 75 and exceeding a predetermined period of time for a particular procedure when charging with the charging circuit 1 is available, lead to switching off the load or to terminate the charging process via the charging circuit 1 , A load monitoring of the temperature monitoring and load management device 40 Switches the load delayed in case of overload, immediately in case of short circuit.

Es ist vorteilhaft, wenn beim Einstecken des Netzteils 60 in die Ladeschaltung 1 die Last bzw. ein mit dem Akkuzellensatz 70 betriebener Motor abgeschaltet wird. Das heißt, wenn die Ladeschaltung 1 erkennt, dass ein Netzkabel zur Aufladung kontaktiert wurde, verhindert sie daraufhin ein Einschalten der Last, um vorzugsweise ein unbeabsichtiges Betreiben mit Kabelverbindung zu unterbinden oder um EMV Abstrahl-Störungen durch die Last über das Kabel zu verhindern.It is advantageous when plugging in the power supply 60 in the charging circuit 1 the load or one with the battery pack set 70 powered engine is switched off. That is, when the charging circuit 1 Detects that a power cord has been contacted for charging, then prevents them from switching on the load, preferably to prevent inadvertent operation with cable connection or to prevent EMI radiation interference from the load through the cable.

An der Testschnittstelle bzw. an den Anschlüssen 16, 17, die als serielle Zweidrahtschnittstelle ausgeführt sein kann, können Zustandsregister ausgelesen werden. Zudem kann der gesamte Ladevorgang mit der Ladeschaltung 1 von einem optionalen und nicht dargestellten Mikrocontroller gesteuert werden. Hierüber ist auch der Test der Ladeschaltung 1 bzw. ihrer Leiterplatte, das heißt des mit Leiterbahnen LB versehenen Halbleiterchips, und ihrer Baugruppen bzw. Einrichtungen 10, 20, 30, 40 möglich.At the test interface or at the connections 16 . 17 , which can be designed as a serial two-wire interface state registers can be read. In addition, the entire charging process with the charging circuit 1 be controlled by an optional and not shown microcontroller. This is also the test of the charging circuit 1 or its printed circuit board, that is to say the semiconductor chip provided with printed conductors LB, and their assemblies or devices 10 . 20 . 30 . 40 possible.

2 zeigt in einem Zeitverlaufsdiagramm einen Ladezyklus eines Ladens des Akkuzellensatzes 70 mit der Ladeschaltung 1. Insbesondere stellt 2 den Ladezyklus für einen entladenen Akkuzellensatz 70 mit drei stark unterschiedlichen Akkuzellen 71, 72, 73 dar. U1 ist die Ladespannung der Akkuzelle 71, und I1 ist ihr Ladestrom. U2 ist die Ladespannung der Akkuzelle 72, und I2 ist ihr Ladestrom. U3 ist die Ladespannung der Akkuzelle 73, und I3 ist ihr Ladestrom. I ist der Ladestrom des Akkuzellensatzes 70. 2 shows in a timing diagram a charging cycle of charging the battery cell set 70 with the charging circuit 1 , In particular, presents 2 the charge cycle for a discharged battery pack 70 with three different battery cells 71 . 72 . 73 U1 is the charging voltage of the battery cell 71 , and I1 is their charging current. U2 is the charging voltage of the battery cell 72 , and I2 is their charging current. U3 is the charging voltage of the battery cell 73 , and I3 is their charging current. I is the charging current of the battery cell set 70 ,

Wie in 2 gezeigt, besteht der Ladezyklus aus fünf Zyklen A, B, C, D, E, die durch die Spannungsniveaus UMIN und UMAX sowie die Ströme IMAX, IMIN und IDIS charakterisiert sind. UMIN und UMAX sind durch einen RLAST vorgeschalteten Spannungsteiler (nicht dargestellt) bestimmt. Die Ströme IMAX, IMIN sind durch den Widerstand R1 bestimmt. Ein Laden kann durch grünes Blinken der Anzeigeeinrichtung 110 angezeigt werden.As in 2 As shown, the charging cycle consists of five cycles A, B, C, D, E, which are characterized by the voltage levels U MIN and U MAX and the currents I MAX , I MIN and I DIS . U MIN and U MAX are determined by a R LAST upstream voltage divider (not shown). The currents I MAX , I MIN are determined by the resistor R1. Charging may be by flashing the indicator green 110 are displayed.

Die Zyklen A, B, C, D, E folgen in der genannten Reihenfolge zeitlich aufeinander. Der Zyklus A entspricht einem Vorladezyklus, das heißt Vorladen des Akkuzellensatzes 70. Der Zyklus B entspricht einem Ausgleichsladezyklus, das heißt Laden des Akkuzellensatzes 70 mit Konstantstrom mit Ausgleich der Zellspannungen zwischen den Einzelzellen (Balancing). Der Zyklus C entspricht einem Entladezyklus, das heißt Enladen einer oder mehrerer der einzelnen Akkuzellen 71, 72, 73, 74, 75. Der Zyklus D entspricht einem Konstantstromladezyklus, das heißt Laden des Akkuzellensatzes 70 mit konstantem Strom. Der Zyklus E entspricht einem Konstantspannungsladezyklus, das heißt Laden des Akkuzellensatzes 70 mit konstanter Spannung.The cycles A, B, C, D, E follow each other chronologically in the stated order. Cycle A corresponds to a precharge cycle, that is, precharging the battery pack 70 , The cycle B corresponds to a balance charging cycle, that is, charging of the battery cell set 70 with constant current with compensation of cell voltages between the individual cells (balancing). The cycle C corresponds to a discharge cycle, that is, discharge of one or more of the individual battery cells 71 . 72 . 73 . 74 . 75 , The cycle D corresponds to a constant current charging cycle, that is, charging the battery cell set 70 with constant current. The cycle E corresponds to a constant voltage charging cycle, that is, charging of the battery cell set 70 with constant tension.

Beim Zyklus A in 2 wird, wenn die Spannung aller Akkuzellen 71, 72, 73, 74, 75 des Akkuzellensatzes 70 unter UVOLL liegt und die Spannung mindestens einer Akkuzelle der Akkuzellen 71, 72, 73, 74, 75 unter UMIN liegt, mit einem konstanten Strom IMIN geladen, bis von allen Akkuzellen 71, 72, 73, 74, 75 die Spannung UMIN erreicht wird. Der Akkuzellensatz 70 ist dann nicht mehr tiefentladen und für die Ladung mit dem Konstantstrom/Konstantspannung-Verfahren (CC/CV-Verfahren) vorbereitet.At cycle A in 2 will, if the voltage of all battery cells 71 . 72 . 73 . 74 . 75 of the battery pack set 70 below U FULL is the voltage of at least one battery cell of the battery cells 71 . 72 . 73 . 74 . 75 is below U MIN , charged with a constant current I MIN , from all battery cells 71 . 72 . 73 . 74 . 75 the voltage U MIN is reached. The battery cell set 70 is then no longer deeply discharged and prepared for charging with the constant current / constant voltage method (CC / CV method).

Der Zyklus B, das heißt das Laden mit Konstantstrom, beginnt, wenn alle Zellspannungen zwischen UMIN und UVOLL liegen. Dann wird der Akkuzellensatz 70 mit einem konstanten Strom geladen, wobei die Spannung am Akkuzellensatz 70 kontinuierlich steigt. In dieser Phase erhält der Akkuzellensatz 70 ca. 80% seiner Ladung. Der Zyklus B, das heißt das Laden mit Konstantstrom, endet, wenn eine Akkuzelle der Akkuzellen 71, 72, 73, 74, 75 UMAX erreicht. Während dieser Phase wird der Ladestrom der Akkuzelle mit der höchsten Spannung UMAX reduziert (Balancing).Cycle B, that is, constant current charging, begins when all cell voltages are between U MIN and U FULL . Then the battery cell set becomes 70 charged with a constant current, with the voltage at the battery cell set 70 continuously rising. In this phase, the battery pack gets 70 about 80% of its charge. The cycle B, that is, the charging with constant current, ends when a battery cell of the battery cells 71 . 72 . 73 . 74 . 75 U MAX reached. During this phase, the charging current of the battery cell with the highest voltage U MAX is reduced (balancing).

Ist nach dem Zyklus B mit Balancing noch keine Balance bzw. Spannungsausgleich erreicht, werden im Zyklus C die Zellspannungen des Akkuzellensatzes 70 zyklisch gemessen und die Akkuzelle mit der höchsten Spannung entladen. Sobald alle Zellspannungen der Akkuzellen 71, 72, 73, 74, 75 gleich sind, oder eine Zellspannung unter UMIN fällt, ist der Zyklus C, also das Entladen, beendet.If, after cycle B with balancing, no balance or voltage compensation has yet been reached, in cycle C the cell voltages of the battery cell set become 70 measured cyclically and discharged the battery cell with the highest voltage. Once all cell voltages of the battery cells 71 . 72 . 73 . 74 . 75 are the same, or a cell voltage drops below U MIN , the cycle C, ie the unloading, is completed.

Beim Zyklus D, dem Laden mit Konstantstrom (CC), wird der Akkuzellensatz 70 wieder mit einem konstanten Strom geladen, wobei die Spannung am Akkuzellensatz 70 kontinuierlich steigt. Der Zyklus D endet, sobald eine Akkuzelle der Akkuzellen 71, 72, 73, 74, 75 UMAX erreicht. Während dieser Phase wird der Ladestrom der Akkuzelle mit der höchsten Spannung reduziert.At cycle D, constant current (CC) charging, the battery pack becomes 70 charged again with a constant current, with the voltage at the battery cell set 70 continuously rising. The cycle D ends as soon as a battery cell of the battery cells 71 . 72 . 73 . 74 . 75 U MAX reached. During this phase, the charging current of the battery cell with the highest voltage is reduced.

Beim Zyklus E, dem Laden mit Konstantspannung (CV), erhält der Akkuzellensatz 70 die restliche Ladung, indem die Spannung der vollsten Akkuzelle der Akkuzellen 71, 72, 73, 74, 75 auf UMAX gehalten wird. Mit steigender Ladung wird der Ladestrom nun kontinuierlich reduziert. Fällt der Ladestrom unter IMIN gilt der Akkuzellensatz 70 als vollgeladen. Der Ladestrom wird abgeschaltet.For cycle E, charging with constant voltage (CV), the battery cell set is obtained 70 the remaining charge, adding the voltage of the full battery cell of the battery cells 71 . 72 . 73 . 74 . 75 is kept at U MAX . With increasing charge, the charging current is now continuously reduced. If the charging current falls below I MIN , the battery cell set applies 70 as fully loaded. The charging current is switched off.

In Bezug auf ein Nachladen bei Anstecken des Steckernetzteils 60 gilt, dass alle Zellspannungen unter UVOLL liegen müssen, damit der Akkuzellensatz 70 geladen wird. Ein Akkuzellensatz 70 gilt als vollgeladen, wenn eine Akkuzelle über UVOLL legt und die anderen Akkuzellen zumindest über UMIN liegen.Regarding recharging when the power adapter is plugged in 60 It is true that all cell voltages must be below U FULL , hence the battery cell set 70 is loaded. A battery pack set 70 is considered fully charged if one battery cell is above U and the other battery cells are at least above U MIN .

Bleibt das Steckernetzteil 60 nach Ende des Ladezyklus angesteckt, erfolgt in regelmäßigen Abständen oder nach einem Tastendruck eine Überprüfung der Zellspannungen der Akkuzellen 71, 72, 73, 74, 75. Liegt dabei mindestens eine der Akkuzellen 71, 72, 73, 74, 75 unter UNLa, startet ein neuer Ladezyklus.Remains the power adapter 60 After the end of the charge cycle, a check of the cell voltages of the battery cells takes place at regular intervals or after pressing a button 71 . 72 . 73 . 74 . 75 , Is at least one of the battery cells 71 . 72 . 73 . 74 . 75 under U NLa , a new charge cycle starts.

Bei erkanntem Fehler des Akkuzellensatzes 70 versucht die Ladeschaltung 1 den Akkuzellensatz 70 für einige Minuten mit IMIN zu laden. Liegt nach dieser Zeit immer noch ein Batteriefehler vor, wird das Laden mit der Meldung „Batteriefehler” abgebrochen.When detected fault of the battery cell set 70 tries the charging circuit 1 the battery pack 70 to load for a few minutes with I MIN . If there is still a battery error after this time, charging will be aborted with the message "Battery error".

3 veranschaulicht ein Verfahren zum Ermitteln einer Überlast des Akkuzellensatzes 70 mittels drei übereinander angeordneten Teildiagrammen. Wie zuvor bei 1 beschrieben, kann der Laststrom, bzw. der Motorstrom eines mit dem Akkuzellensatz 70 betriebenen Werkzeugs 80, mittels des Widerstands bzw. Shunts RLAST gemessen werden. Kurzzeitige Lastüberschreitungen dürfen bei mit einem Akkuzellensatz 70 betriebenen Werkzeugen 80 bzw. Akkuwerkzeugen im Interesse einer allgemeinen Gebrauchstauglichkeit nicht zur sofortigen Abschaltung führen. Vielmehr soll das mit dem Akkuzellensatz 70 betriebene Werkzeug 80 kraftvoll auch einen erhöhten, kurzzeitigen Widerstand überwinden. Dadurch entsteht für den Akkuzellensatz 70 eine Überlast, die in dem obersten Teildiagramm von 3 dem Bereich entspricht, in welchem die Spannung U über der Zeit t einen Wert größer ULASTMAX hat. Tritt eine solche Überlast allerdings zu lange oder zu häufig kurz hintereinander auf, kann dies zur Beschädigung bzw. Zerstörung des Motors des Geräts bzw. Werkzeugs 80 führen. 3 illustrates a method for determining an overload of the battery cell set 70 by means of three superimposed partial diagrams. As before at 1 described, the load current, or the motor current one with the battery cell set 70 operated tool 80 , be measured by the resistor or shunt R LAST . Short-term load overruns may occur with a battery pack set 70 operated tools 80 or cordless tools in the interest of general usability not lead to immediate shutdown. Rather, this should be with the battery pack 70 operated tool 80 powerfully overcome an increased, short-term resistance. This creates for the battery cell set 70 an overload, which in the topmost part of 3 corresponds to the range in which the voltage U over the time t has a value greater than U LASTMAX . However, if such an overload occurs too long or too frequently in rapid succession, this can damage or destroy the motor of the device or tool 80 to lead.

Daher startet bei Überschreitung der vorgegebenen Motorstromgrenze durch den Widerstand RLAST bzw. der Spannung ULASTMAX ein mehrstufiger Zähler, der alle TCL_LOAD inkrementiert. Der Wert des Zählers entspricht einem Lastkennwert Lkenn. Über der Zeit t ergibt sich ein fortschreitender Lastzählerkennwert Lkenn. Die Motorstromgrenze bzw. die Spannung ULASTMAX ist nachfolgend auch als Überlastgrenze ULASTMAX bezeichnet. 3 zeigt den mehrstufigen Zähler in dem mittleren Teildiagramm als Beispiel als 19-stufigen Zähler. Bei Unterschreitung der vorgegebenen Überlastgrenze ULASTMAX wird der Zähler wiederum in gleichen Abständen, alle TCL_LOAD, dekrementiert. Dadurch werden kurzfristige Überlastspitzen ignoriert. Wenn die einer Überschreitung folgende Unterschreitung der Überlastgrenze ULASTMAX länger als die Überlastzeit ist, verharrt der Zähler in der Nullstellung, wie im mittleren Teildiagramm von 3 dargestellt. Bei mehrmaliger Überschreitung der Überlastgrenze ULASTMAX mit kurzen Pausen, integriert der Zähler auf und schaltet bei Erreichen des Zählerhöchststandes die Last ab, wie ebenfalls im mittleren Teildiagramm von 3 dargestellt. Bei dauerhafter Überlast wird die Last nach einer Zeit Ta abgeschaltet, wie in dem unteren Teildiagramm von 3 gezeigt. Nach einer Abschaltung kann die Last nach einer Wartezeit TOL wieder eingeschaltet werden. Vorzugsweise erfolgt das Einschalten nur nach einer Schaltbetätigung durch einen nicht abgebildeten Benutzer des Geräts 80, die eine Versorgung durch den Akkuzellensatz 70 wieder freigibt. Die vorgegebene Überlastgrenze ist auch als erste Überlastgrenze ULASTMAX für den Akkuzellensatz 70 bezeichnet. Die Zeit Ta ist auch als zweite Überlastgrenze Ta für den Akkuzellensatz 70 bezeichnet.Therefore, when exceeding the predetermined motor current limit by the resistor R LAST or the voltage U LASTMAX starts a multi-stage counter, which increments all T CL_LOAD . The value of the counter corresponds to a load characteristic L kenn . Over time t results in a progressive load counter characteristic value L kenn . The motor current limit or the voltage U LASTMAX is also referred to below as the overload limit U LASTMAX . 3 shows the multi-level counter in the middle sub-diagram as an example as a 19-level counter. When falling below the specified overload limit U LASTMAX the counter is again decremented at equal intervals, all T CL_LOAD . This ignores short-term overload peaks. If the overshoot below the overload limit U LASTMAX is longer than the overload time, the counter remains in the zero position as in the middle subdiagram of 3 shown. If the overload limit U LASTMAX is exceeded several times with short pauses, the counter integrates and switches off the load when the maximum counter value is reached, as also shown in the middle partial diagram of 3 shown. In case of permanent overload, the load is switched off after a time T a , as in the lower part of FIG 3 shown. After a shutdown, the load can be switched on again after a waiting time T OL . Preferably, the switching is done only after a switching operation by a non-pictured user of the device 80 that supply by the battery pack 70 releases again. The specified overload limit is also the first overload limit U LASTMAX for the battery cell set 70 designated. The time T a is also the second overload limit T a for the battery cell set 70 designated.

Durch geeignete Wahl der ersten Überlastgrenze ULASTMAX mit dem Widerstandswert von RLAST kann eine Anpassung an den maximal zulässigen Strom des Motors des mit dem Akkuzellensatz 70 betriebenen Werkzeugs 80 erreicht werden.By suitable choice of the first overload limit U LASTMAX with the resistance value of R LAST can adapt to the maximum allowable current of the motor with the battery cell set 70 operated tool 80 be achieved.

Bei noch höherem Strom, wie im Falle eines Kurzschlusses, könnte die Lastabschaltung (Widerstand RLAST, elektrischer Leistungsschalter 90 und die Verkabelung) beschädigt werden. Daher muss in diesem Fall die Abschaltung schneller erfolgen. Übersteigt die Spannung am Anschluss 43 bzw. 43a den 5-fachen Wert von ULASTMAX wird die Last innerhalb einer Zeit TSC abgeschaltet, die viel kürzer als die Zeit Ta ist. Die Zeit TSC kann verlängert werden, indem vor den Anschluss 43 bzw. 43a ein RC-Glied geschaltet wird. Nach einer Abschaltung kann die Last nach der Wartezeit TOL wieder eingeschaltet werden. Vorzugsweise erfolgt das Einschalten nur nach einer Schaltbetätigung durch einen nicht abgebildeten Benutzer des Geräts 80, die eine Versorgung durch den Akkuzellensatz 70 wieder freigibt.With even higher current, as in the case of a short circuit, the load shutdown (resistor R LAST , electrical circuit breaker 90 and the wiring). Therefore, in this case, the shutdown must be faster. Exceeds the voltage at the terminal 43 respectively. 43a 5 times the value of U LASTMAX , the load is turned off within a time T SC which is much shorter than the time T a . The time T SC can be extended by before the connection 43 respectively. 43a an RC element is switched. After a shutdown, the load can be switched on again after the waiting time T OL . Preferably, the switching is done only after a switching operation by a non-pictured user of the device 80 that supply by the battery pack 70 releases again.

Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Ladeschaltung 1 können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Hierbei sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.All previously described embodiments of the charging circuit 1 can be used individually or in all possible combinations. In particular, the following modifications are conceivable.

Der Halbleiterchip kann aus aus einem Halbleitermaterial, wie beispielsweise Silizium (Si), Germanium (Ge), Galliumarsenid (GaAs), Indiumantimonid (InSb), Zinkselenid (ZnSe), Cadmiumsulfid (CdS) usw. gefertigt sein.The semiconductor chip may be made of a semiconductor material such as silicon (Si), germanium (Ge), gallium arsenide (GaAs), indium antimonide (InSb), zinc selenide (ZnSe), cadmium sulfide (CdS), etc.

Die Eingangsspannung der Ladeschaltung 1 beträgt vorzugsweise 8 bis 35 Volt und liegt bevorzugt mindestens 3 Volt über der maximalen Spannung des Akkuzellensatzes 70.The input voltage of the charging circuit 1 is preferably 8 to 35 volts and is preferably at least 3 volts above the maximum voltage of the battery cell set 70 ,

Der Akkuzellensatz 70 ist nicht nur bei der Heckenschere 80 sondern auch bei anderen Akku-Werkzeugen, insbesondere Akkuhandwerkzeugen, Gartengeräten, Notbeleuchtungen, Arbeitsleuchten, Elektromobilen usw. einsetzbar.The battery cell set 70 is not just with the hedge trimmer 80 but also in other cordless tools, especially battery hand tools, gardening tools, emergency lighting, work lights, electric vehicles, etc. can be used.

Die Anzeigeeinrichtung 110 ist beispielsweise eine optische Anzeigeeinrichtung, die als DUO-LED, eine zweifarbige LED, ausgeführt sein kann.The display device 110 is for example an optical display device, which can be designed as a DUO LED, a two-color LED.

Claims (10)

Ladeschaltung (1) für einen Akkuzellensatz (70), mit einer Gleichspannung-Gleichspannung-Schaltwandlungseinrichtung (20) zum Abwärtswandeln eines Ausgangsstroms (I) der Ladeschaltung (1), einer Einzelzellüberwachungseinrichtung (30) zur Überwachung einzelner Akkuzellen (71, 72, 73, 74, 75) des Akkuzellensatzes (70), einer Temperaturüberwachung- und Lastmanagementeinrichtung (40) zur Überwachung von Temperaturen des Akkuzellensatzes (70) und zum Managen der Last des Akkuzellensatzes (70), und einer Kontrolleinrichtung (10) zur Kontrolle der Einrichtungen Gleichspannung-Gleichspannung-Schaltwandlungseinrichtung (20), Einzelzellüberwachungseinrichtung (30) und Temperaturüberwachung- und Lastmanagementeinrichtung (40), wobei die Einrichtungen (10, 20, 30, 40) auf einem Halbleiterchip integriert sind, und wobei die Ladeschaltung (1) ein Halbleiterchip mit verknüpften Logikelementen ist.Charging circuit ( 1 ) for a battery set ( 70 ), With a DC-DC voltage switching converter ( 20 ) for down-converting an output current (I) of the charging circuit ( 1 ), a single cell monitoring device ( 30 ) for monitoring individual battery cells ( 71 . 72 . 73 . 74 . 75 ) of the battery pack ( 70 ), a temperature monitoring and load management device ( 40 ) for monitoring temperatures of the battery cell set ( 70 ) and to manage the load of the battery cell set ( 70 ), and a control facility ( 10 ) for controlling the devices DC-DC voltage switching conversion device ( 20 ), Single cell monitoring device ( 30 ) and temperature monitoring and load management device ( 40 ), the facilities ( 10 . 20 . 30 . 40 ) are integrated on a semiconductor chip, and wherein the charging circuit ( 1 ) is a semiconductor chip with associated logic elements. Ladeschaltung nach Anspruch 1, wobei die Ladeschaltung (1) in einem mit dem Akkuzellensatz (70) betreibbaren Gerät (80) integriert ist.Charging circuit according to claim 1, wherein the charging circuit ( 1 ) in one with the battery pack ( 70 ) operable device ( 80 ) is integrated. Ladeschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ladeschaltung (1) aus Leiterbahnen (LB), Messkreisen und/oder Digitalelementen ausgebildet ist.Charging circuit according to claim 1 or 2, wherein the charging circuit ( 1 ) is formed of printed conductors (LB), measuring circuits and / or digital elements. Ladeschaltung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Temperaturüberwachung- und Lastmanagementeinrichtung (40) zudem ausgestaltet ist zur Überwachung einer ersten Überlastgrenze (ULASTMAX) für den Akkuzellensatz (70), bei welcher die an dem Akkuzellensatz (70) anliegende Last eine vorbestimmte Spannung (ULASTMAX) überschreitet, und einer zweiten Überlastgrenze (Ta) für den Akkuzellensatz (70), bei welchem die an dem Akkuzellensatz (70) anliegende Last die vorbestimmte Spannung (ULASTMAX) für eine vorbestimmte Zeit (Ta) zumindest zeitweise überschreitet.Charging circuit according to one of the preceding claims, wherein the temperature monitoring and load management device ( 40 ) is also designed to monitor a first overload limit (U LASTMAX ) for the battery cell set ( 70 ), in which the on the battery set ( 70 ) load exceeds a predetermined voltage (U LASTMAX ), and a second overload limit (T a ) for the battery set ( 70 ), in which the on the battery set ( 70 ) applied load exceeds the predetermined voltage (U LASTMAX ) for a predetermined time (T a ) at least temporarily. Ladeschaltung nach Anspruch 4, wobei die Temperaturüberwachung- und Lastmanagementeinrichtung (40) zum Trennen der Last von der Versorgung durch den Akkuzellensatz (70) für eine vorbestimmte Zeit (TOL) ausgestaltet ist, wenn die erste Überlastgrenze (ULASTMAX) und/oder zweite Überlastgrenze (Ta) erreicht wird, und zum wieder Freigeben der Versorgung durch den Akkuzellensatz (70) nach einer Schaltbetätigung durch einen Benutzer.Charging circuit according to claim 4, wherein the temperature monitoring and load management device ( 40 ) for disconnecting the load from the supply of the battery pack set ( 70 ) is configured for a predetermined time (T OL ) when the first overload limit (U LASTMAX ) and / or second overload limit (T a ) is reached, and to re-enable the supply by the battery set ( 70 ) after a switching operation by a user. Ladeschaltung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Temperaturüberwachung- und Lastmanagementeinrichtung (40) zudem zur Ermittlung und Aufaddition von Lastkennwerten (Lkenn) entsprechend Größe und Zeitdauer einer Belastung mit der Last ausgestaltet ist, wobei die Temperaturüberwachung- und Lastmanagementeinrichtung (40) zur Aufaddition der Lastkennwerte (Lkenn) zu einem fortschreitenden Lastzählerkennwert (Lkenn) ausgestaltet ist, den sie mit der zweiten Überlastgrenze (Ta) vergleicht.Charging circuit according to claim 4 or 5, wherein the temperature monitoring and load management device ( 40 ) is also designed to determine and add load characteristic values (L kenn ) in accordance with the size and duration of a load with the load, wherein the temperature monitoring and load management device ( 40 ) for the addition of the load characteristics (L kenn ) to a progressive load counter characteristic value (L kenn ) is designed, which it compares with the second overload limit (T a ). Ladeschaltung nach Anspruch 1 oder einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Ladeschaltung (1), wenn der Akkuzellensatz (70) unter eine Mindestspannung (UMIN) abgefallen ist, zum Laden des Akkuzellensatzes (70) in einem Vorladezyklus (A) mit minimiertem Ladestrom (IMIN) bis zum Erreichen der Mindestspannung (UMIN) ausgestaltet ist.Charging circuit according to Claim 1 or one of the preceding claims, wherein the charging circuit ( 1 ), if the battery set ( 70 ) has fallen below a minimum voltage (U MIN ) for charging the battery cell set ( 70 ) in a precharge cycle (A) with minimized charging current (I MIN ) until reaching the minimum voltage (U MIN ). Ladeschaltung nach Anspruch 1 oder einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Ladeschaltung, wenn eine Akkuzelle weniger Spannung (U) als andere aufnimmt, nach Erreichen einer maximalen Spannung (UMAX) zum zunächst Ausbalancieren aller Akkuzellen (71, 72, 73, 74, 75) auf eine gemeinsame Mindestspannung (UMIN) und dann zum Laden aller Akkuzellen (71, 72, 73, 74, 75) auf eine gemeinsame Endspannung (UMAX) in einem Ausgleichsladezyklus (B) ausgestaltet ist.Charging circuit according to claim 1 or one of the preceding claims, wherein the charging circuit, when a battery cell receives less voltage (U) than others, after reaching a maximum voltage (U MAX ) for initial balancing of all battery cells ( 71 . 72 . 73 . 74 . 75 ) to a common minimum voltage (U MIN ) and then to charge all battery cells ( 71 . 72 . 73 . 74 . 75 ) to a common end voltage (U MAX ) in a balance charging cycle (B). Ladeschaltung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Ladeschaltung (1), wenn ein Netzkabel zur Aufladung kontaktiert wurde, zum Verhindern eines Einschaltens der Last ausgestaltet ist.Charging circuit according to one of the preceding claims, wherein the charging circuit ( 1 ), when a power cord has been contacted for charging, is designed to prevent the load from being turned on. Ladeschaltung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, zudem mit Anschlüssen (16a, 17a), an die auch nach Einbau der Ladeschaltung (1) in ein mit einem Akkuzellensatz (70) betreibbares Gerät (80), eine Testeinrichtung (120) zum Testen der Ladeschaltung (1) angeschlossen werden kann.Charging circuit according to one of the preceding claims, also with connections ( 16a . 17a ), to which even after installation of the charging circuit ( 1 ) into a with a battery set ( 70 ) operable device ( 80 ), a test facility ( 120 ) for testing the charging circuit ( 1 ) can be connected.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2808935A1 (en) 2013-05-31 2014-12-03 Karlsruher Institut für Technologie Electric power generator with electricity storage device and method for operating the same

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4956597A (en) * 1987-02-04 1990-09-11 American Monarch Corporation Method and apparatus for charging batteries
US6018227A (en) * 1998-06-22 2000-01-25 Stryker Corporation Battery charger especially useful with sterilizable, rechargeable battery packs
US6333619B1 (en) * 2000-03-15 2001-12-25 Jaime H Chavez Cyclical battery charger with incremental and decremental current and a method of operation thereof
US6441584B1 (en) * 1999-12-02 2002-08-27 Snap-On Technologies, Inc. Charge maintenance system for lead-acid battery
US20080309289A1 (en) * 2007-06-14 2008-12-18 Black & Decker Inc. Temperature and polarization voltage compensation system
US20090230923A1 (en) * 2008-03-14 2009-09-17 Eveready Battery Company, Inc. Battery management circuit
US20100052615A1 (en) * 2006-11-10 2010-03-04 Ivan Loncarevic Battery management system

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4956597A (en) * 1987-02-04 1990-09-11 American Monarch Corporation Method and apparatus for charging batteries
US6018227A (en) * 1998-06-22 2000-01-25 Stryker Corporation Battery charger especially useful with sterilizable, rechargeable battery packs
US6441584B1 (en) * 1999-12-02 2002-08-27 Snap-On Technologies, Inc. Charge maintenance system for lead-acid battery
US6333619B1 (en) * 2000-03-15 2001-12-25 Jaime H Chavez Cyclical battery charger with incremental and decremental current and a method of operation thereof
US20100052615A1 (en) * 2006-11-10 2010-03-04 Ivan Loncarevic Battery management system
US20080309289A1 (en) * 2007-06-14 2008-12-18 Black & Decker Inc. Temperature and polarization voltage compensation system
US20090230923A1 (en) * 2008-03-14 2009-09-17 Eveready Battery Company, Inc. Battery management circuit

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2808935A1 (en) 2013-05-31 2014-12-03 Karlsruher Institut für Technologie Electric power generator with electricity storage device and method for operating the same

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