DE4420087C2

DE4420087C2 - Einrichtung zur Kenntlichmachung eines vorbestimmten Ladungszustandes von Primär- oder Sekundärelementen

Info

Publication number: DE4420087C2
Application number: DE4420087A
Authority: DE
Inventors: Dieter Lueken
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-06-09
Filing date: 1994-06-09
Publication date: 1998-11-19
Anticipated expiration: 2014-06-10
Also published as: WO1995034002A1; DE4420087A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kenntlichma chung eines vorbestimmten Ladungszustandes von Primär- oder Sekundärelementen zum Betrieb elektrischer Klein verbraucher, mittels eines Warnsignals, wobei eine elektronische Schaltungsanordnung in elektrischer Verbindung mit dem Primär- oder Sekundärelement steht.

Eine Einrichtung dieser Art ist bekannt (DE 36 22 991 A1). Dort wird eine Schaltungsanordnung zur Entla dungszustandsanzeige für eine Batterie beschrieben, die allerdings nur dann funktioniert, wenn ein elektrischer Verbraucher an eine eben diese Versorgungsspannung liefernde Batterie angeschlossen und eingeschaltet ist. Bei Sekundärelementen, wie z. B. NiCd-Akkumulatoren, die im Vergleich zu Blei-Akkumulatoren hohe Selbstentla dungseigenschaften aufweisen, wird die Spannung bei abgeschaltetem Verbraucher mit der bekannten Schal tungsanordnung nicht überprüft. Das hat zur Folge, daß beispielsweise der Akkumulator überlagert werden kann, d. h. in leerem Zustand gelagert wird, und somit eine vorzeitige Entladung bzw. Alterung eintritt. Wenn ein derartiger Akkumulator erst nach Inbetriebnahme des Verbrauchers überwacht wird, wie mit der bekannten Schaltung, kann es vorkommen, daß der Akkumulator bereits leer ist und somit der Verbraucher gar nicht mehr in Betrieb gesetzt werden kann, wenn man ihn benötigt.

Aus der DE 42 25 703 A1 ist ein sogenanntes Energiema nagementsystem für batteriebetriebene elektronische Geräte wie tragbare Personalcomputer und dergleichen bekannt. Mittels dieser bekannten Schaltungsanordnung wird die Differenz zwischen aufgenommener und abgegebe ner Ladung eines Akkumulators ermittelt und rechnerisch vorhergesagt, wann der Akkumulator keine Ladung mehr abgeben kann. Das bekannte Energiemanagementsystem arbeitet nur bei Sekundärelementen. Bei Primärelementen ist der Einsatz nicht möglich, da dort naturgemäß eine aufgenommene Ladung nicht gemessen werden kann, denn Primärelemente selbst werden nicht geladen.

Typische Kleinverbraucher dieser Art sind beispielsweise elektrische Reisewecker, elektrische Zahnbürsten, kleine Radiogeräte bzw. Kassettenrekorder usw., die alle unabhängig von einem örtlichen Spannungsversorgungsnetz betrieben werden sollen, so daß sie insbesondere auch für Reisezwecke geeignet sind. Es ist allgemein bekannt, daß die für den elektrischen Betrieb derartiger Kleinge räte verwendeten Primär- oder Sekundärelemente eine schwellenartige untere Leistungscharakteristik aufwei sen, d. h. wenn bei fortlaufender Entladung der Elemente ein vorbestimmter Ladungszustand des Elements infolge der Versorgung des Kleinverbrauchers erreicht wird, das Leistungsabgabevermögen sprungartig abfällt und ein sicherer Betrieb des angeschlossenen Kleinverbrauchers nicht mehr möglich ist. Diese untere Ladungsschwelle des Elements wird regelmäßig ohne Vorankündigung für den Benutzer der mit dem Element versehenen Kleinverbraucher erreicht, so daß regelmäßig keine Vorsorge getroffen werden kann, entweder das Primärelement zu entfernen und gegen ein neues zu ersetzen oder aber das Sekundärele ment aufzuladen.

Dieses kann bisweilen fatale Folgen haben, wenn bei spielsweise ein Reisewecker ohne Ankündigung seine Funktionsfähigkeit verliert und dadurch wichtige Termine versäumt werden können oder aber daß ein Radiogerät ohne Ankündigung seine Funktionsfähigkeit verliert und dadurch wichtige Informationen versäumt werden.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es dem Benutzer von mit Primär- oder Sekundärelementen betriebener Kleinverbraucher der eingangs beschriebenen Art gestattet, eine Information über den Ladungszustand des Primär- oder Sekundärelements zu bekommen, so daß dieser auf einfache Weise rechtzeitig Vorsorge treffen kann, ein in seinem Ladungszustand zum ordnungsgemäßen Betrieb des Kleinverbrauchers nahezu erschöpftes Primär- oder Sekundärelement auszutauschen oder neu zu laden.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die Schaltungsanordnung an sich fortwährend den La dungszustand erfaßt und bei erfaßtem Unterschreiten ein Warnsignal erzeugt, wobei die Einrichtung unmittelbar im Körper des Primär- oder Sekundärelements angeordnet ist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht im wesentlichen darin, daß diese es dem Benutzer mit Primär- oder Sekundärelementen betriebener Kleinverbrau cher gestattet, sofort nach erscheinendem Warnsignal Maßnahmen zu ergreifen, um den fortwährenden Betrieb elektrischer Kleinverbraucher zu gewährleisten, indem beispielsweise ein derart erschöpftes Primärelement entfernt und gegen ein neues ausgetauscht wird oder aber, falls der Kleinverbraucher mit einem wiederauflad baren Sekundärelement betrieben wird, dafür zu sorgen, daß dieses wiederum neu geladen wird. Die Einrichtung unmittelbar im Körper des Primär- oder Sekundärelementes anzuordnen, d. h. gewissermaßen als Teil des Primär- oder Sekundärelementes auszubilden, ist ganz besonders vorteilhaft. Regelmäßig wird aus Kostengründen die Einrichtung dann eher bei wiederaufladbaren Sekundärele menten in deren Körper ausgebildet sein. Infolge der Möglichkeit aber, auch hochintegrierte elektrische Schaltkreise, die dann die Schaltungsanordnung der Einrichtung bilden, sehr kostengünstig herzustellen, ist es auch möglich, grundsätzlich nur einmal zu benutzende Primärelemente mit einer derartigen Einrichtung zu versehen.

Bei einer Vielzahl elektrischer Kleinverbraucher ist zur Aufnahme der Primär- oder Sekundärelemente eine Aufnah mevorrichtung vorgesehen, an der die nötigen elektri schen Kontakte gegebenenfalls zur Verbindung mehrerer Primär- oder Sekundärelemente hintereinander vorgesehen ist und die darüber hinaus vielfach zum Einsetzen der Primär- oder Sekundärelemente aus dem eigentlichen Kleinverbraucher entfernbar ist, so daß das Einsetzen bzw. Entfernen der Elemente auf einfache Weise auch ungeübten Benutzern möglich ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Einrichtung ist das Warnsignal ein akustisches Warnsignal, so daß es beispielsweise möglich ist, auch während der Nachtzeit einem Benutzer zu signalisieren, daß ein unterer vorbe stimmter Ladungszustand erreicht ist und entsprechende Maßnahmen getroffen werden müssen.

Bei einer noch anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Einrichtung ist das Warnsignal ein optisches Warnsignal, was sich insbesondere dann als vorteilhaft herausstellt, wenn der Kleinverbraucher beispielsweise ein sich im Betrieb befindliches Radiogerät ist und somit ein akustisches Warnsignal gegebenenfalls infolge der dann gleichzeitig wiedergegebenen Audiosignale des Radioge räts nicht wahrgenommen werden würde. Es ist aber auch denkbar, sowohl ein akustisches als auch ein optisches Warnsignal gleichzeitig vorzusehen und Möglichkeiten zu schaffen, beispielsweise wahlweise umzuschalten, ob als Warnsignal ein akustisches oder optisches beim Kleinver braucher gewünscht wird.

Bestimmte elektrische Kleinverbraucher können mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen betrieben werden und sind demzufolge durch elektronische Maßnahmen umschaltbar auf den jeweiligen Typ des Primär- oder Sekundärelements. Vorteilhaft ist es deshalb, die Schaltungsanordnung derart auszugestalten, daß mit ihr die Erfassung unterschiedlicher vorbestimmter Ladungszu stände in Abhängigkeit der mit dem Kleinverbraucher verwendeten Art der Primär- oder Sekundärelemente möglich ist.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Einrichtung ist das Warnsignal abschaltbar, was insbe sondere dann sinnvoll ist, wenn beispielsweise in der Nachtzeit das Warnsignal ertönt und nach Erfassung durch die Person dann nicht mehr erzeugt werden muß, um unnötige Störungen, die insbesondere bei einem akusti schen Warnsignal zu erwarten sind, zu vermeiden.

Vorteilhafterweise ist das Zeitintervall, in dem das Warnsignal erzeugt wird, begrenzt und in seinen Grenzen einstellbar, so daß nach einer vorbestimmten Länge des Zeitintervalls, in dem das Warnsignal erzeugt wird, ein automatisches Abschalten des Warnsignals vonstatten geht.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die einzige schematische Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispie les im einzelnen beschrieben. Diese zeigt:

In Form eines erweiterten Blockschaltbildes eine Einrichtung im Zusammenwirken mit einem Primär- oder einem Sekundärelement zur Versor gung eines elektrischen Verbrauchers sowie die Schaltungsanordnung der Einrichtung zur Kennt lichmachung eines vorbestimmten Ladungszustan des des Primär- oder Sekundärelements.

Die Einrichtung 10 umfaßt im wesentlichen eine elektro nische Schaltungsanordnung 13, wobei die Schaltungsan ordnung 13 in einer an sich fortwährenden elektrischen Verbindung 14 mit einem Primär- oder Sekundärelement 11 steht. Schematisch ist angedeutet, daß der eigentliche elektrische Kleinverbraucher 12 über eine Verbindung 15 an dem Primär- oder Sekundärelement 11 angeschlossen ist.

Die Schaltungsanordnung 13 weist eine Mehrzahl unter schiedlicher Spannungsteiler 16, 160, 161, 162 auf, die nach außen geführt den Anschluß unterschiedlicher Primär- oder Sekundärelemente 11 mit unterschiedlichen Nennspannungen gestatten. Der zur Masse gerichtete Widerstand der Spannungsteiler 160, 161, 162 wird durch den zur Masse gerichteten Widerstand gebildet, der dort auch Teil des Spannungsteilers 16 ist.

Die mittleren Abgriffe aller Spannungsteiler sind mit dem negativen Eingang eines Komparators 17 verbunden, wohingegen der positive Eingang des Komparators 17 mit dem Pluspol einer Referenzspannungsquelle 18 verbunden ist. Der Ausgang des Komparators 17 ist mit dem S-Ein gang eines R-S-Flip-Flops 19 verbunden. Der Ausgang des R-S-Flip-Flops 19 ist mit einem Eingang einer Torschal tung 20 verbunden, wohingegen der andere Eingang der Torschaltung 20 mit einem Zeitgeber 21 verbunden ist, der beispielsweise für ein vorbestimmte, gegebenenfalls einstellbare Zeit, beispielsweise 5 Minuten, einen Potentialsprung an seinem Ausgang liefert, um für diese Zeit die Torschaltung 20 für das vom R-S-Flip-Flop 19 kommende Signal auf einem der Torschaltung 20 nachgeord neten Schalter 22 zu geben, der einen Oszillator 23 einschaltet, dessen Ausgangssignal über eine Verstärker stufe 24 auf einen Akustikwandler 25 gegeben wird, der ein akustisches Signal erzeugt, das vom Betreiber des Kleinverbrauchers 12 wahrnehmbar ist. Anstelle des Akustikwandlers 25, der beispielsweise ein Piezowandler sein kann, kann auch ein optischer Wandler, beispiels weise in Form einer Leuchtdiode oder dergleichen vorge sehen sein. Es ist auch denkbar, sowohl einen Akustik wandler 25 als auch einen optischen Wandler, die wahl weise parallel oder gesondert betrieben werden können und entsprechend zu- oder ausgeschaltet werden können, vorzusehen.

Schließlich ist die Schaltungsanordnung 19 noch mit einem Schalter 26 versehen, mit dem die Wiedergabe des Warnsignals, ob nun akustisch oder optisch, ausgeschal tet werden kann. Dazu ist der Schalter 26 mit seinem einen Pol an einen Eingang einer weiteren Torschaltung 27 angeschlossen, wobei im geöffneten Zustand des Schalters 26 der entsprechende Eingang der Torschaltung 27 über einen Widerstand 28 auf hohem Pegel gehalten wird. Der Ausgang der Torschaltung 27 ist mit dem R-Eingang des R-S-Flip-Flops verbunden. Der andere Eingang der Torschaltung 27 erfaßt die sich nach dem Einschalten des Kleinverbrauchers 12 aufbauende Span nung, so daß nach einer Einschaltverzögerung an beiden Eingängen der Torschaltung 27 definiert ein hohes Potential liegt und somit der invertierende Ausgang der Torschaltung 27 ein definiertes (negatives) Potential einnimmt.

Die Funktion der Schaltungseinrichtung 13 ist nun folgende:

Wenn ein vorbestimmter unterer Ladungszustand des Primär- oder Sekundärelements 11 entsprechend einer vorbestimmten unteren Nennspannung erreicht wird, wird über den jeweils angeschlossenen und auf das benutzte Primär- oder Sekundärelement 11 abgestimmten Spannungs teiler 16, 160, 161 oder 162 am negativen Eingang des Komparators eine derart niedrige Schwellenspannung erzeugt, daß am Ausgang des Komparators 17 ein Signal wechsel stattfindet. Der Komparator 17 kann beispiels weise zur Erzeugung eines tatsächlich definierten Umschaltsignals auch einen sogannten Schmitt-Trigger enthalten. Durch den Signalwechsel am Ausgang des Komparators 17 wird ein Signalwechsel auf das R-S-Flip- Flop 19 gegeben, so daß dieses am Ausgang einen Signal wechsel erzeugt, und zwar unter der Voraussetzung, daß der Schalter 26 geöffnet ist. Durch den geeignet einge stellten Signalwechsel am Ausgang des R-S-Flip-Flops 19 ist die Torschaltung 20 frei für den Signalwechsel 21 des Zeitgebers entsprechend dem voreingestellten Zeit intervall des Zeitgebers 21. Dadurch wird der Schalter 22 derart geschaltet, daß der Oszillator 23 mit Spannung versorgt wird und über den Verstärker 24 den Akustik wandler 25 zur Erzeugung eines akustischen Signals antreibt. Dieses erfolgt solange, wie die Zeit des Zeitintervalls eingestellt ist und wird dann unterbro chen, wenn das Zeitintervall zu Ende ist.

Wird nun nach erzeugtem Warnsignal und nachdem dieses von dem Benutzer des Kleinverbrauchers 12 wahrgenommen wird, gewünscht, daß das Warnsignal abgeschaltet werden soll, muß der Schalter 26 geschlossen werden. Dadurch wird Nullpotential auf den einen Eingang 27 der Torschaltung gegeben, so daß der R-Eingang des R-S- Flip-Flops 19 einen Signalwechsel erfährt und der Ausgang des R-S-Flip-Flops 19 einen Signalwechsel vollführt, so daß die nachfolgende Torschaltung für das Signal des Zeitgebers 21 gesperrt wird und somit der der Torschaltung 20 nachfolgende Schalter 22 abgeschaltet wird und die Spannungsversorgung zum Oszillator 23 somit unterbrochen wird. Demzufolge wird kein akustisches Signal mehr vom Akustikwandler 25 erzeugt.

Um die Leistungsaufnahme der Schaltungsanordnung 13 der Einrichtung 10 extrem klein zu halten, da diese ja selbst wiederum einen das Primär- oder Sekundärelement 11 belastenden Verbraucher darstellt, sind die einzelnen elektronischen Elemente, die die Schaltungsanordnung 13 im vorbeschriebenen Sinne bilden, in sogenannter CMOS- Technik ausgebildet, die eine geringe Stromaufnahme zeigt. Zudem können alle Teile der Schaltungsanordnung 13 durch einen gemeinsamen integrierten Schaltkreis gebildet werden, der entweder im elektrischen Kleinver braucher 12, in der Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme der Primär- oder Sekundärelemente 11 oder auch in dem Primär- oder Sekundärelement 11 direkt angeordnet sein kann. Es sei im übrigen noch darauf hingewiesen, daß der hier beschriebene Aufbau der Schaltungsanordnung 13 lediglich beispielhaft zu sehen ist. Es sind auch andere Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung 13 möglich, sofern die bestimmungsgemäße Funktion der Einrichtung 10 gewährleistet ist, d. h. daß die Schaltungsanordnung 13 bei Unterschreiten des vorbestimmten Ladungszustandes des Primär- oder Sekundärelementes 11 diesen Zustand erfaßt und bei erkanntem Unterschreiten ein Warnsignal erzeugt.

Bezugszeichenliste

10

Einrichtung

11

Primär- oder Sekundärelement

12

Kleinverbraucher

13

Schaltungsanordnung

14

Verbindung

15

Verbindung

16

Spannungsteiler

160

Spannungsteiler

161

Spannungsteiler

162

Spannungsteiler

17

Komparator

18

Referenzspannungsquelle

19

R-S-Flip-Flop

20

Torschaltung

21

Zeitgeber

22

Schalter

23

Oszillator

24

Verstärkerstufe

25

Akustikwandler

26

Schalter

27

Torschaltung

28

Widerstand

Claims

1. Einrichtung zur Kenntlichmachung des Unterschreitens eines vorbestimmten Ladungszustandes von Primär- oder Sekundärelementen zum Betrieb elektrischer Kleinver braucher mittels eines Warnsignals, wobei eine elektro nische Schaltungsanordnung in elektrischer Verbindung mit dem Primär- oder Sekundärelement steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (13) an sich fortwährend den Ladungszustand erfaßt und bei erfaßtem Unterschreiten das Warnsignal erzeugt, wobei die Ein richtung (10) unmittelbar im Körper des Primär- oder Sekundärelements (11) angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Warnsignal ein akustisches Warnsignal ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Warnsignal ein optisches Warnsignal ist.

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsordnung (13) zur Erfassung unterschiedlicher vorbestimmter Ladungszustände geeignet aufgebaut ist.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Warnsignal abschaltbar ist.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall, in dem das Warnsignal erzeugt wird, begrenzt und in seinen Grenzen einstellbar ist.