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Dokumentenidentifikation DE4131981A1 01.04.1993
Titel Batteriebetriebenes Gerät
Anmelder Braun AG, 6000 Frankfurt, DE
Erfinder Wolf, Jürger, 6239 Kriftel, DE;
Lang, Gerhard, 6395 Altweilnau, DE
DE-Anmeldedatum 26.09.1991
DE-Aktenzeichen 4131981
Offenlegungstag 01.04.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.04.1993
IPC-Hauptklasse H02H 7/18
IPC-Nebenklasse H02J 7/00   G01R 31/36   G09F 9/00   G05B 9/02   H01M 10/48   
IPC additional class // H02P 7/00  
Zusammenfassung Bei einem elektrischen Gerät wird über einen elektronischen Schalter (21) ein elektrischer Verbraucher (2) von einer Batterie (B) gespeist. Zur Anzeige des Ladezustandes der Batterie dient ein Display (9), und ein Zeitglied (5) stellt die Anschlußzeit des Verbrauchers (2) an die Batterie fest. Nach Ablauf einer bestimmten Anschlußzeit des Verbrauchers an die Batterie (B), wenn das Display (9) den Ladezustand "Null" anzeigt, trennt das Zeitglied (5) den elektrischen Verbraucher (2) mittels des elektronischen Schalters von der Batterie (B).

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät mit einer Batterie, einem von der Batterie über einen elektronischen Schalter gespeisten elektrischen Verbraucher und einem Display zur Anzeige des Ladezustandes der Batterie.

Batteriebetriebene elektrische Geräte, insbesondere Geräte des Konsumgüterbereichs, wie aufladbare Rasierapparate, werden in zunehmendem Maße mit Displays versehen, die den aktuellen Ladezustand der Batterie oder des Akkumulators anzeigen. Solche Ladezustandsanzelgen erfolgen aus Kostengründen meist auf Zeitbasis, da solche Geräte einen im wesentlichen konstanten Stromverbrauch (konstante Leistung) haben und die Nennkapazität der Batterie bekannt ist.

Auf Grund von Kapazitätsänderungen der Batterie und/oder Schwankungen im Stromverbrauch des Geräts kann es dabei zu Fehlanzeigen des Displays über den wirklichen Ladezustand der Batterie kommen. Dies ist insbesondere gegen Ende eines Entladezyklus, wenn die Batterie fast leer ist, störend.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Genauigkeit der Ladezustandsanzelge eines batteriebetriebenen elektrischen Geräts gegen Ende des Entladezyklus zu verbessern und die Batterie vor Tiefentladungen zu schützen.

Die Lösung der Aufgabe bei einem Gerät der eingangs genannten Art mit einem Zeitglied, das die Anschlußzeit des Verbrauchers an die Batterie feststellt, erfolgt dadurch, daß nach Ablauf einer bestimmten Anschlußzeit des Verbrauchers an die Batterie, wenn das Display den Ladezustand "Null" anzeigt, das Zeitglied den elektrischen Verbraucher mittels des elektronischen Schalters von der Batterie trennt.

Die Lösung der Aufgabe bei einem Gerät der eingangs genannten Art mit einem Spannungsdiskriminator, der eine vorgegebene Spannung an der Batterie detektiert, erfolgt dadurch, daß bei Erreichen der vorgegebenen Spannung an der Batterie der Spannungsdiskriminator ein Zeitglied startet, welches das Display steuert und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit, wenn das Display den Ladezustand "Null" anzeigt, den elektrischen Verbraucher mittels des elektronischen Schalters von der Batterie trennt.

Ist der elektrische Verbraucher ein Gleichstrommotor, besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin, daß das Zeitglied nach Ablauf der vorgegebenen Zeit einen Pulsbreitenmodulator ansteuert, der das Tastverhältnis der Steuerspannung für den elektronischen Schalter reduziert, so daß die Motordrehzahl stufenweise oder kontinuierlich bis auf Null reduziert wird, um so zu verhindern, daß der Motor schlagartig stehen bleibt, was beispielsweise bei einem elektrischen Rasierapparat oder einer Haarschneidemaschine störend wäre, weil Haare eingeklemmt werden können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung entnehmbar.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel mit einem Motor als elektrischen Verbraucher,

Fig. 3 ein Ausgangssignal des Pulsbreitenmodulators in Fig. 2, wenn die Drehzahl des Motors entsprechend einer fallenden Batteriespannung verringert wird,

Fig. 4 die Motordrehzahl bei Steuerung des Tastverhältnisses des Pulsbreitenmodulators entsprechend Fig. 3.

In Fig. 1 wird über einen Ein-/Ausschalter S und über einen elektronischen Schalter 21 die Last (der Verbraucher) 2 an die Batterie (Akkumulator) B geschaltet. Die Batterie B kann über eine nicht dargestellte Ladeschaltung aufgeladen werden. Der elektronische Schalter 21 wird über eine Treiberschaltung 3 von einem Pulsbreitenmodulator 4 angesteuert.

Der Zähler 5 registriert die Anschlußzeit der einen im wesentlichen konstanten Stromverbrauch aufweisenden Last L über den Schalter S an die Batterie B ab vollgeladener Batterie.

Da auch die Nennkapazität der Batterie B bekannt ist, wird das den Ladezustand der Batterie anzeigende Display 9 auf Zeitbasis vom Zähler 5 gesteuert. Wenn eine vorgegebene Anschlußzeit vergangen ist, die auf Grund des bekannten Stromverbrauchs und der bekannten Nennkapazität der Batterie B derart bestimmt wird, daß die Batterie dann nur noch wenig Ladung enthält, gibt der Zähler 5 ein Ausgangssignal ab. Zu diesem Zeitpunkt zeigt das Display 9 den Ladezustand "Null" an. Dieses Signal bewirkt, daß der elektronische Schalter 21 angesteuert wird. Diese Ansteuerung kann über einen Pulsbreitenmodulator 4 erfolgen, der das Tastverhältnis der Steuerspannung allmählich bis auf Null reduziert und so den durch die Last 2 fließenden Strom allmählich verkleinert. Der Oszillator 6 stellt die Taktimpulse für den Zähler 5 und den Pulsbreitenmodulator 4 bereit.

In Fig. 2 ist der Verbraucher (die Last) 2 ein Gleichstrommotor H, beispielsweise eines elektrischen Raslerapparates. Die Serienschaltung des Motors M mit dem Schalttransistor 21 wird über den Ein-/Ausschalter S bei Inbetriebnahme an die Batterie B gelegt. Die zum Motor M parallel geschaltete Diode 22 verhindert induktive Spannungsspitzen. Die Basis des Schalttransistors 21 wird über eine aus den Transistoren 31, 36 und den Widerständen 32, 33, 34, 35, 37, 38 bestehende Treiberschaltung 3 vom Ausgang des Pulsbreitenmodulators 4 angesteuert.

Der Batterie B ist ein Spannungsdiskriminator 8 und der Zähler 5 direkt parallel geschaltet, das heißt nicht über den Ein-/Ausschalter S. Der Spannungsdiskriminator 8 detektiert eine bestimmte Spannung U an der Batterie B. Diese detektierte Spannung U ist beispielsweise der sogenannte "low charge" Punkt, das ist eine an der Batterie anstehende Spannung U, wenn die Batterie nur noch 10 bis 20% ihrer Ladung enthält. Bis zum Erreichen dieses low charge Punktes zeigt das Display 9 den auf Grund der vergangenen Anschlußzeit des Motors H an die Batterie B den Ladezustand an.

Hat der Spannungsdiskriminator 8 den low charge Punkt der Spannung U an der Batterie B detektiert, wird der Zähler 5 und eine zweite Anzeigeeinheit des Displays 9 gestartet. Wenn der detektierte low charge Punkt erreicht ist, kann der Motor beispielsweise nur noch 8 Minuten bis zur vollständigen Entladung der Batterie B betrieben werden. Die für den Zähler 5 vorgegebene Zeit beträgt nun beispielsweise 6 Minuten, um eine vollständige Entladung der Batterie mit Sicherheit zu verhindern. Diese 6 Minuten können in sechs feste, gleichgroße Zeitintervalle unterteilt werden, so daß jede Minute ein Segment der zweiten Anzeigeeinheit des Displays 9 angesteuert wird. Diese Segmente können auch die noch verbleibenden Minuten bis zum Ablauf der vorgegebenen Zeit anzeigen. Nach Ablauf der vorgegebenen Zeit (6 Minuten), das heißt wenn der Zähler 5 auf Null angelangt ist, wird der Pulsbreitenmodulator 4 angesteuert.

Dieser Pulsbreitenmodulator 4 reduziert das Tastverhältnis der dem Treiber 3 zugeführten Steuerspannung auf eine beispielsweise in Fig. 3 dargestellte Weise. Die verschiedenen Tastverhältnisse in Fig. 3 sind mit Ziffern von 1 (volle Steuerspannung) bis 9 (Steuerspannung Null) versehen. In Fig. 4 ist nun die Motordrehzahl (in % der Nenndrehzahl) in Abhängigkeit dieser Tastverhältnisse dargestellt, wobei die mit den Ziffern 1 bis 9 angegebenen Tastverhältnisse denen in Fig. 3 entsprechen. Diese Kurve entspricht im wesentlichen dem Verlauf der Spannung einer Batterie bei angeschaltetem Verbraucher bis zur vollständigen Entladung.

Auf diese Weise wird eine Tiefentladung der Batterie verhindert. Infolge des nicht abrupten Stillstands des Motors wird verhindert, daß bei einem Raslerapparat oder einer Haarschneidemaschine unvorhergesehen Haare schmerzhaft eingeklemmt werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Elektrisches Gerät mit einer Batterie (B), einem von der Batterie über einen elektronischen Schalter (21) gespeisten elektrischen Verbraucher (2) mit im wesentlichen konstantem Stromverbrauch, einem Display (9) zur Anzeige des Ladezustandes der Batterie (B) und einem Zeitglied, das die Anschlußzeit des Verbrauchers (2) an die Batterie (B) feststellt, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ablauf einer bestimmten Anschlußzeit des Verbrauchers an die Batterie (B), wenn das Display (9) den Ladezustand "Null" anzeigt, das Zeitglied (5) den elektrischen Verbraucher (2) mittels des elektronischen Schalters (21) von der Batterie (B) trennt.
  2. 2. Elektrisches Gerät mit einer Batterie (B), einem von der Batterie über einen elektronischen Schalter (21) gespeisten elektrischen Verbraucher (2), einem Display (9) zur Anzeige des Ladezustandes der Batterie (B) und einem Spannungsdiskriminator (8), der eine vorgegebene Spannung (U) an der Batterie (B) detektiert, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen der vorgegebenen Spannung (U) an der Batterie (B) der Spannungsdiskriminator (8) ein Zeitglied (5) startet, welches das Display (9) steuert und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit, wenn das Display (9) den Ladezustand "Null" anzeigt, den elektrischen Verbraucher (2) mittels des elektronischen Schalters (21) von der Batterie (B) trennt.
  3. 3. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (2) ein Gleichstrommotor (M) ist und daß das Zeitglied (5) nach Ablauf der vorgegebenen Zeit einen Pulsbreitenmodulator (4) ansteuert, der das Tastverhältnis der Steuerspannung für den elektronischen Schalter (21) reduziert, so daß die Motordrehzahl stufenweise oder kontinuierlich bis auf Null reduziert wird.
  4. 4. Elektrisches Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduzierung der Motordrehzahl linear mit der Zeit erfolgt.
  5. 5. Elektrisches Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduzierung der Motordrehzahl ähnlich dem Kurvenverlauf einer fallenden Batteriespannung kurz vor der vollständigen Entladung erfolgt.
  6. 6. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (5) ein von einem Oszillator (6) getakteter Festzeitzähler ist.
  7. 7. Elektrisches Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheiten Festzeitzähler (5), Oszillator (6) und Pulsbreitenmodulator (4) Bestandteile eines Mikroprozessors sind.
  8. 8. Elektrisches Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Festzeitzähler (5) in feste Zeitintervalle eingeteilt ist, die von dem Display (9) angezeigt werden.
  9. 9. Elektrisches Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Start des Zeitglieds (5) das Display (9) bei Nichtübereinstimmung des angezeigten Ladezustands mit dem detektierten Ladezustand der Batterie (B) korrigiert wird und/oder eine weitere Anzeige des Displays (9) gestartet wird.
  10. 10. Elektrisches Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Anzeige des Displays (9) die noch verbleibenden Minuten bis zum Ablauf der vorgegebenen Zeit anzeigt.
  11. 11. Elektrisches Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsdiskriminator (8) und das Zeitglied (5) der Batterie direkt parallel geschaltet sind und daß die Serienschaltung des elektrischen Verbrauchers (2) mit dem elektronischen Schalter (21) über einen Ein-/Ausschalter (S) an die Batterie (B) anschließbar ist.






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