儲(chǔ)能器系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種系統(tǒng)包括具有預(yù)先確定的額定容量和預(yù)先確定的最大容量的可充電的電儲(chǔ)能器以及用于控制所述儲(chǔ)能器的充電過程的充電裝置，其中，所述最大容量大于所述額定容量。在此，所述充電裝置設(shè)置用于對(duì)所述儲(chǔ)能器充電，直至在所述儲(chǔ)能器中存儲(chǔ)的能量的量相應(yīng)于所述額定容量，然后確定充電結(jié)束。
【專利說明】
儲(chǔ)能器系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本分明涉及一種儲(chǔ)能器系統(tǒng)。本發(fā)明尤其涉及一種包括可充電的電儲(chǔ)能器和用于儲(chǔ)能器的充電裝置的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]手持式電動(dòng)工具、例如蓄電池螺絲刀、手電或割草機(jī)從可充電電儲(chǔ)能器中得到用于其運(yùn)行所需的電能量。當(dāng)電儲(chǔ)能器耗盡時(shí)，儲(chǔ)能器例如可以作為所謂的蓄電池組(Akkupack)從設(shè)備中被移除，以便能夠?qū)崿F(xiàn)無中斷的工作。然后在充電裝置上再次可以對(duì)卸空的儲(chǔ)能器充電。也可以在手持式電動(dòng)工具內(nèi)進(jìn)行充電。
[0003]希望的是，盡可能迅速地對(duì)電儲(chǔ)能器充電，以便可以為在電動(dòng)設(shè)備上的另外的應(yīng)用供應(yīng)電儲(chǔ)能器。尤其當(dāng)可以使用具有一個(gè)或多個(gè)相同構(gòu)造的電儲(chǔ)能器的多個(gè)電動(dòng)設(shè)備時(shí)，尤其可能是關(guān)鍵緊要的是:可以迅速地對(duì)儲(chǔ)能器再充電。除了經(jīng)改善的負(fù)荷率、更簡單的操作這些公開的優(yōu)點(diǎn)之外，也還可以避免:較大數(shù)量電儲(chǔ)能器必須等待在充電裝置上的充電過程。
[0004]DE 38 34 003A1涉及用于對(duì)電池進(jìn)行再充電的方法以及用于實(shí)施該方法的充電設(shè)備。
[0005]DE 102 54 226A1涉及可用作用于便攜裝置的功率供給的電池組。
[0006]本發(fā)明基于以下任務(wù):提供用于對(duì)電儲(chǔ)能器充電的經(jīng)改善的技術(shù)。本發(fā)明借助具有獨(dú)立權(quán)利要求的特征的系統(tǒng)解決所述任務(wù)。從屬權(quán)利要求復(fù)述優(yōu)選的實(shí)施方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]—種系統(tǒng)包括具有預(yù)先確定的額定容量和預(yù)先確定的最大容量的電儲(chǔ)能器以及用于控制儲(chǔ)能器的充電過程的充電裝置，其中，最大容量大于額定容量。在此，充電裝置設(shè)置用于對(duì)儲(chǔ)能器充電，直至在所述儲(chǔ)能器中存儲(chǔ)的能量的量相應(yīng)于額定容量，然后確定充電結(jié)束。
[0008]借助充電裝置對(duì)儲(chǔ)能器只充電到其最大容量的一小部分、即充電直至其額定容量。額定容量允許使用者估計(jì)電儲(chǔ)能器的性能并且將該儲(chǔ)能器與其他儲(chǔ)能器進(jìn)行比較。通過放棄對(duì)電儲(chǔ)能器充電到最大容量，可以節(jié)省儲(chǔ)能器的充電時(shí)間的顯著份額。額定容量例如可以如此選擇，使得在通常的充電方法中，所存儲(chǔ)的電能量的增長在時(shí)間上線性延伸直至達(dá)到額定容量。如果接著對(duì)電儲(chǔ)能器繼續(xù)充電，直至在其中存儲(chǔ)的電能量填滿其最大容量，則所存儲(chǔ)的能量與充電持續(xù)時(shí)間之間的關(guān)系就不是線性的，而是總體上對(duì)數(shù)的。通過將充電限于額定容量上，可以使充電時(shí)間縮短直至大于10%。
[0009]優(yōu)選，充電裝置設(shè)置用于在充電結(jié)束時(shí)結(jié)束儲(chǔ)能器的充電過程。與此無關(guān)地可以向外部信令化充電結(jié)束，例如通過光信號(hào)或聲音信號(hào)。通過在充電結(jié)束時(shí)結(jié)束充電過程可以確保:電儲(chǔ)能器不可以提供大于其額定容量的電能量。由此可以保證電儲(chǔ)能器的性能的可比性。
[0010]在一種實(shí)施方式中，充電裝置設(shè)置用于以恒定電流對(duì)儲(chǔ)能器充電，直至所述儲(chǔ)能器的電壓達(dá)到預(yù)先確定的閾值。這種充電方法也被稱為恒定電流方法(constant current:恒定電流)。預(yù)先確定的閾值通常通過電儲(chǔ)能器的結(jié)構(gòu)型式確定并且通常是電儲(chǔ)能器在充電直至最大容量時(shí)可以達(dá)到的所確定的最大電壓。固定的一小部分例如可以是大約80%至90%。預(yù)先確定的電流可以基于儲(chǔ)能器的最大容量來確定。直接在儲(chǔ)能器的電壓達(dá)到預(yù)先確定的閾值之后可以確定充電時(shí)間。
[0011]為此優(yōu)選使用以下儲(chǔ)能器:在所述儲(chǔ)能器中，在所述儲(chǔ)能器上存在的電壓能夠作為用于在所述儲(chǔ)能器中存儲(chǔ)的能量的量的尺度使用。這樣的儲(chǔ)能器例如可以包括鎳金屬氫化物電池(Nickelmetallhydrid)或鋰離子蓄電池(Lithium-1onen-Akkus)。同樣可以使用其他電池技術(shù)。
[0012]在另一種實(shí)施方式中，充電裝置設(shè)置用于對(duì)儲(chǔ)能器隨后、即在借助恒定電流充電之后在預(yù)先確定的電壓上再充電，直至流過儲(chǔ)能器的電流下降到預(yù)先確定的值上。預(yù)先確定的值同樣可以通過電儲(chǔ)能器的結(jié)構(gòu)型式預(yù)給定。這種充電策略也稱為恒定電壓充電(constant voItage:恒定電壓)。與時(shí)間上在前的恒定電流方法組合，如上所述的那樣，得到恒定電流-恒定電壓方法(constant current，constant voltage: CCCV)。在此根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)注意，僅僅以如此程度實(shí)施恒定電壓方法，正如直至達(dá)到額定容量所需要的那樣。在直至達(dá)到最大容量的完整的CCCV方法中，在切換到恒定電壓方法之前，典型地在充電時(shí)間的50%至70%上進(jìn)行恒定電流充電。提出，如此選擇額定容量，從而所述額定容量或者處于通常的CCCV方法中的恒定電流方法與恒定電壓方法之間的切換點(diǎn)上或者處于切換點(diǎn)稍后。優(yōu)選在整個(gè)充電時(shí)間的不大于5%至10%上使用恒定電壓方法。
[0013]在恒定電壓方法的使用中優(yōu)選，流過所述儲(chǔ)能器的電流能夠作為用于在所述儲(chǔ)能器中存儲(chǔ)的能量的量的尺度使用。在通常的電儲(chǔ)能器、例如鎳金屬氫化物類型或鋰離子類型的情況下，所述關(guān)系是給定的。在恒定電壓方法期間的充電電流越小，在電儲(chǔ)能器中存儲(chǔ)的能量的量就越接近于最大容量。
[0014]特別優(yōu)選，最大容量比額定容量大最少10%。根據(jù)電儲(chǔ)能器的類型和最大容量，例如可以根據(jù)CCCV方法在充電時(shí)間的大約50%至70%之后達(dá)到最大容量的90%。因此，通過在很大程度上放棄恒定電壓方法，在額定容量相對(duì)于最大容量略微減少的情況下已經(jīng)達(dá)到實(shí)質(zhì)性的充電時(shí)間節(jié)省。
[0015]在一種進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述充電裝置與所述電儲(chǔ)能器集成在能夠單獨(dú)地操作的單元中地實(shí)施。由此可以確保，不超過額定電容地對(duì)電儲(chǔ)能器充電，從而可以確保電儲(chǔ)能器的可操作性和可比性。
【附圖說明】
[0016]現(xiàn)在參考附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中:
[0017]圖1示出具有電儲(chǔ)能器和充電裝置的系統(tǒng)；
[0018]圖2示出在另一個(gè)實(shí)施方式中的根據(jù)圖1的系統(tǒng)；
[0019]圖3示出在快速充電中的電儲(chǔ)能器的充電圖；以及
[0020]圖4示出在正常充電中的電儲(chǔ)能器的充電圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]圖1示出具有電儲(chǔ)能器105和充電裝置110的系統(tǒng)100。儲(chǔ)能器105可以與充電裝置110可分離地或與其集成地實(shí)施。儲(chǔ)能器105優(yōu)選包括已知的蓄電池技術(shù)的多個(gè)同類電池，例如鋰離子或金屬氫化物。這類儲(chǔ)能器105例如在標(biāo)號(hào)“蓄電池組”下可獲得。在此不詳細(xì)研究儲(chǔ)能器105的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0022]通?？梢詫⒊潆娧b置110與外部能量源連接，外部能量源在此未示出。這些能量源例如可以包括電網(wǎng)或機(jī)動(dòng)車的車載電網(wǎng)。充電裝置110設(shè)置用于將電儲(chǔ)能器105充電到額定容量，額定容量顯著地小于儲(chǔ)能器105的最大容量。最大容量在此說明，可以在儲(chǔ)能器105中提供多少電能量而不在實(shí)質(zhì)上損壞儲(chǔ)能器105。額定容量是最大容量的僅僅一部分，例如最多是最大容量的90%并且還優(yōu)選最多是最大容量的80%。
[0023]充電裝置110可以設(shè)置用于實(shí)施不同充電方法之中的一種充電方法或者依次實(shí)施多種不同充電方法。在此充電裝置確定，在儲(chǔ)能器105中提供的電能量是否相應(yīng)于額定容量或是否達(dá)到額定容量并且由此檢測(cè)充電結(jié)束。在達(dá)到充電結(jié)束時(shí)，充電裝置110可以借助接口 115輸出信號(hào)，該信號(hào)表明充電結(jié)束。該信號(hào)例如可以是光學(xué)的和/或聲學(xué)的。附加地或替代地，在達(dá)到充電結(jié)束時(shí)，結(jié)束儲(chǔ)能器105的繼續(xù)充電。為此，儲(chǔ)能器105尤其可以在至少一個(gè)端子上與充電裝置110的其他元件電分離。
[0024]在所示出的實(shí)施方式中，充電裝置110設(shè)置用于實(shí)施恒定電流充電方法(constantcurrent，CC)。為此，充電裝置110包括用于提供恒定電流的電流源120。恒定電流的大小尤其可以與儲(chǔ)能器105的最大容量相關(guān)。恒定電流例如可以相應(yīng)于儲(chǔ)能器105的容量除以時(shí)間，從而可以以4A的恒定電流對(duì)具有4Ah的最大容量的儲(chǔ)能器105充電。其他的恒定電流同樣是可能的。
[0025]充電裝置110還包括比較器125，比較器設(shè)置用于將在電儲(chǔ)能器105的端子上存在的電壓與預(yù)先確定的值相比較。儲(chǔ)能器105的電壓越高，在所述儲(chǔ)能器中存儲(chǔ)的電能量就越大。在達(dá)到預(yù)先確定的值時(shí)，在儲(chǔ)能器105中存儲(chǔ)的能量的量和其額定容量大小相同。在此，預(yù)先確定的值預(yù)先確定為閾值并且分配給儲(chǔ)能器105。該值尤其可以包括儲(chǔ)能器105的最大空載電壓。通過儲(chǔ)能器105的電壓達(dá)到預(yù)先確定的值來確定充電結(jié)束，緊接著，如上所述，通過接口 115可以輸出信號(hào)和/或可以調(diào)節(jié)儲(chǔ)能器105的繼續(xù)充電。可以向操作人員或處理裝置發(fā)出該信號(hào)。
[0026]圖2示出在另一種實(shí)施方式中的根據(jù)圖1的系統(tǒng)100。在此，充電裝置110設(shè)置用于代替上面參考圖1描述的恒定電流方法地實(shí)施恒定電壓方法(constant voltage，CV)。為此，充電裝置110包括電壓源205，該電壓源是恒定電壓源。電壓源205的電壓通常相應(yīng)于當(dāng)儲(chǔ)能器被充電直到達(dá)到其最大容量時(shí)在儲(chǔ)能器105上所調(diào)節(jié)的電壓。為了確定充電結(jié)束，監(jiān)視流過儲(chǔ)能器105的電流，例如借助在接入(einschleifen)到儲(chǔ)能器105的輸送線路中的縱向電阻(shunt:分流器)210上的電壓降。在儲(chǔ)能器105中存儲(chǔ)的能量的量越大，在儲(chǔ)能器與恒定電壓源205連接期間流過儲(chǔ)能器的電流就越小。因此，一旦由比較器125監(jiān)視的電壓小于或等于預(yù)先確定的值，比較器125就確定充電結(jié)束。在達(dá)到充電結(jié)束時(shí)，可以再次實(shí)施上面參考圖1描述的動(dòng)作。
[0027]充電裝置110也可以設(shè)置用于實(shí)施圖1和2的兩種充電方法。在此，優(yōu)選，首先實(shí)施圖1的恒定電流方法然后可選地還在短時(shí)間上實(shí)施根據(jù)圖2的恒定電壓方法。與所使用的充電策略無關(guān)地，充電裝置110的目標(biāo)是，當(dāng)直到在電儲(chǔ)能器中存儲(chǔ)的能量的量相應(yīng)于其額定容量時(shí)，不再對(duì)電儲(chǔ)能器105充電。
[0028]在另一種實(shí)施方式中，在達(dá)到額定容量之后還可以繼續(xù)對(duì)儲(chǔ)能器105充電，最多直至達(dá)到其最大容量。
[0029]圖3示出電儲(chǔ)能器105在快速充電期間的示例性充電圖，在水平方向上標(biāo)出時(shí)間，單位是分鐘;在豎直方向上標(biāo)出電流、電壓和容量。第一變化曲線305示出在儲(chǔ)能器105上的電壓，第二變化曲線310示出通過儲(chǔ)能器105的電流并且第三變化曲線315示出儲(chǔ)能器105的容量或在儲(chǔ)能器105中提供的能量的量。圖3的示例性示圖涉及在充滿電時(shí)具有3.3Ah的最大容量和4.2V的最大電壓的儲(chǔ)能器105。在第一階段320中借助恒定電流方法(參考圖1)對(duì)儲(chǔ)能器105充電然后在第二階段325中借助恒定電壓方法(參考圖2)對(duì)儲(chǔ)能器105充電。在所述兩個(gè)階段320與325之間有切換時(shí)刻330。
[0030]儲(chǔ)能器105的容量315在第一階段320期間實(shí)際上線性地上升。在第二階段325期間，上升反之越來越慢。因此，在所耗費(fèi)的時(shí)間方面，在第一階段320期間的充電比在第二階段325期間的充電更有效。當(dāng)電壓305達(dá)到了預(yù)先確定的值、在本例中4.19V時(shí)，第一階段320結(jié)束。在第二階段325結(jié)束時(shí)，電壓是4.2V。在切換時(shí)刻330在儲(chǔ)能器105中提供的能量的量是大約3.0Ah。從完全卸空的儲(chǔ)能器105出發(fā)，在45分鐘充電時(shí)間后達(dá)到該值。大約18分鐘之后達(dá)到最大容量3.3Ah。
[0031]提出，在時(shí)刻330或其之后不久選擇充電結(jié)束。儲(chǔ)能器105的額定容量在此在本例中為約3.0Ah。在另一種實(shí)施方式中，也可以實(shí)施所示出的CCCV方法，只要容量315的上升在時(shí)間上是線性的。在本例中，切換時(shí)刻330之后大約3分鐘線性結(jié)束。
[0032]為了進(jìn)行對(duì)比，圖4示出電儲(chǔ)能器105在正常充電中的充電圖。在此從3.0Ah的最大容量和4A的充電電流出發(fā)。再次，在第一階段320中借助恒定電流方法對(duì)儲(chǔ)能器105充電并且在隨后的第二階段325期間借助恒定電壓方法對(duì)儲(chǔ)能器105充電。在時(shí)刻405進(jìn)行最終關(guān)斷并且不繼續(xù)對(duì)儲(chǔ)能器105充電，以便排除在其上的充電損壞。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種系統(tǒng)(100)，其包括: 具有預(yù)先確定的額定容量和預(yù)先確定的最大容量的可充電的電儲(chǔ)能器(105); 其中，所述最大容量大于所述額定容量； 用于控制所述儲(chǔ)能器(105)的充電過程的充電裝置(110); 其特征在于， 所述充電裝置(110)設(shè)置用于對(duì)所述儲(chǔ)能器(105)充電，直至在所述儲(chǔ)能器中存儲(chǔ)的能量的量相應(yīng)于所述額定容量，然后確定充電結(jié)束。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述充電裝置(110)設(shè)置用于在充電結(jié)束時(shí)結(jié)束所述儲(chǔ)能器(105)的充電過程。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述充電裝置(110)設(shè)置用于以恒定電流對(duì)所述儲(chǔ)能器(105)充電，直至所述儲(chǔ)能器(105)的電壓達(dá)到預(yù)先確定的閾值。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)(100)，其中，在所述儲(chǔ)能器(105)上存在的電壓能夠作為用于在所述儲(chǔ)能器中存儲(chǔ)的能量的量的尺度使用。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述充電裝置(110)設(shè)置用于對(duì)所述儲(chǔ)能器(105)隨后在預(yù)先確定的電壓上再充電，直至流過所述儲(chǔ)能器(105)的電流下降到預(yù)先確定的值上。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述電壓相應(yīng)于所述閾值。7.根據(jù)權(quán)利要求5或6中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(100)，其中，流過所述儲(chǔ)能器(105)的電流能夠作為用于在所述儲(chǔ)能器中存儲(chǔ)的能量的量的尺度使用。8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述最大容量比所述額定容量大至少10%。9.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述充電裝置(110)與所述電儲(chǔ)能器(105)集成在能夠單獨(dú)地操作的單元中地實(shí)施。
【文檔編號(hào)】H01M10/46GK106058346SQ201610231542
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年4月14日 公開號(hào)201610231542.9, CN 106058346 A, CN 106058346A, CN 201610231542, CN-A-106058346, CN106058346 A, CN106058346A, CN201610231542, CN201610231542.9
【發(fā)明人】C·瑟爾哈格
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