Mit der immer stärkeren Verbreitung elektronischer Schal- tungen und Geräte in allen Bereichen des täglichen Lebens und insbesondere im Bereich der mobilen Informations-und Kommunikationssysteme finden wiederaufladbare elektrische Energiespeicher bzw. Akkumulatoren eine immer weitere Verbreitung. Für ein sehr breites Anwendungsspektrum steht heute eine Vielzahl von Akkumulatorsystemen zur Verfügung, beispielsweise Pb/PbS04, NiCd, NiMH, AgZn, Li-Ion, Li- Polymer und Li-Festkörper, die verschiedene Eigenschaften und Betriebsparameter aufweisen. Jedes dieser Systeme weist abhängig vom Ladezustand eine Ausgangsspannung in einem für das System spezifischen Bereich auf, der sich zwischen ei- ner minimalen Entladespannung und der Ladeendspannung er- streckt.

Der spezifische Bereich der Ausgangsspannung eines Akkumu- lators ist in den seltensten Fällen mit den Spannungsanfor- derungen einer elektronischen Schaltung bzw. eines Geräts kompatibel, das durch den Akkumulator mit elektrischer Lei- stung zu versorgen ist. Beispielsweise weisen die wegen ih- rer hohen Leistungsdichte und ihrer hohen Ladungsdichte weit verbreiteten Li-Ionen-Akkumulatoren eine Ausgangsspan- nung zwischen 4,2 V (Ladeendspannung) und 3,0 V (minimale Entladespannung) auf, wohingegen Schaltkreise der Informa- tions-und Kommunikationselektronik, beispielsweise Prozes- soren, PLAs (PLA = programmable logic array = programmier- bare Logikanordnung), ASICs (ASIC = application specific integrated circuit = anwendungsspezifische integrierte

Schaltung), Nenn-Versorgungsspannungen von z. B. 5,0 V, 3,3 V, 1,65 V oder 0,8 V aufweisen. Dabei gibt es eine Ten- denz zu immer kleineren Nenn-Versorgungsspannungen mit gleichzeitig immer höheren Anforderungen an die Genauig- keit, mit der die Spannungspegel eingehalten werden müssen.

Eine direkte Versorgung von Schaltkreisen aus einem Akkumu- lator ist deshalb in den meisten Fällen nicht möglich.

In der Regel wird ein Gerät bzw. eine elektronische Schal- tung eines Geräts für den spezifischen Ausgangsspannungsbe- reich eines bestimmten Akkumulatortyps ausgelegt. Wenn ein Anwender später auf ein neues, verbessertes Akkumulatorsys- tem umrüsten will, ist dies in der Regel nicht möglich, da der Ausgangsspannungsbereich des neuen Akkumulatorsystems nicht mit dem Ausgangsspannungsbereich des Akkumulatorsys- tems, für das das Gerät ausgelegt ist, kompatibel ist.

Zur Erzeugung der Nenn-Versorgungsspannung eines Geräts aus der (innerhalb des spezifischen Bereichs veränderlichen) Ausgangsspannung eines Energiespeichers, insbesondere eines Akkumulators oder einer Batterie, wird ein Spannungswand- ler, beispielsweise ein Linearregler oder ein getakteter Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) verwendet, der zwi- schen den Energiespeicher und die durch den Energiespeicher mit elektrischer Leistung zu versorgende elektronische Schaltung geschaltet wird. Der Spannungswandler ist Be- standteil des Geräts und meist nahe der Last bzw. der zu versorgenden Schaltung angeordnet. Dies hat den Vorteil, daß ohmsche und induktive Spannungsabfälle innerhalb der Zuleitung durch den Spannungswandler ohne weiteres ausgere- gelt und die den Anforderungen der Schaltung entsprechende Spannung genau eingehalten werden kann.

Die DE 19928809 Al beschreibt eine Energieversorgungsein- heit bzw. Energiestation zur Versorgung von batteriege- speisten Kleingeräten mit unterschiedlichen Versorgungs- spannungen und Anschlußeinrichtungen, die Solarzellen, Ak- kumulatoren und einen Spannungswandler umfaßt. Die Energie-

station ist dafür vorgesehen, über ein gerätespezifisches Adapterkabel einem Gerät elektrische Leistung zuzuführen.

Das geräteindividuelle Adapterkabel umfaßt eine elektroni- sche Bauteilgruppe zur Erzeugung eines individuellen Programmiersignals, das bei einer Kopplung des Adapterkabels mit der Energiestation von einer Schaltsteuereinheit am Spannungswandler detektiert und entsprechend über den Spannungswandler in eine Einstellung der bereitzustellenden Ausgangsgrößen umgesetzt wird. Das Adapterkabel umfaßt ferner einen geräteindividuellen Ausgangsstecker für das Gerät. Die Bauteilgruppe umfaßt insbesondere zwei Widerstände, die in einen Spannungsteiler in der Energiestation 1 eingreifen bzw. diesen modifizieren. Die Energiestation umfaßt ferner vorzugsweise eine Ladersteuereinheit zum Vermeiden einer Beschädigung durch Überladen der Akkumulatoren.

Ein großer Nachteil dieser Schaltungsanordnung ist, daß dem Spannungswandler keine sicheren Informationen über Art und Ladezustand des Energiespeichers zur Verfügung stehen. E- lektrogeräte dürfen daher in der Regel nur mit den vom Her- steller vorgeschriebenen Akkumulatoren ausgestattet werden, da nur dann die elektronische Schaltung und insbesondere der Spannungswandler die korrekten Betriebsparameter unter- stellt.

Alternativ wird mittels einer oder mehreren Senseleitungen bzw. Tastleitungen eine Spannungsmessung an dem Akkumulator vorgenommen, um Rückschlüsse auf den Ladezustand des Akku- mulators zu ziehen. Diese Spannung liefert jedoch nur unge- naue und unbefriedigende Ergebnisse, da verschiedene Entla- decharakteristika von Akkumulatoren unter anderem auch eine Funktion des Innenwiderstands der Zellen und der augen- blicklich anliegenden Last sind, und damit einer individu- ellen Streuung und Alterungseffekten unterworfen sind.

Um einen Akkumulator vor Schädigung durch eine Tiefentla- dung zu schützen, besitzen viele DC/DC-Wandler eine feste

bzw. vorbestimmte Spannungsschwelle, bei deren Unterschrei- ten der Akkumulator von der Last getrennt wird. Diese vor- bestimmte Abschaltschwelle stellt jedoch zwangsläufig eine Unterstellung eines bestimmten Akkumulatortyps dar und be- dingt somit eine Einschränkung auf denselben. Alternative Lösungen sehen eine Schutzschaltung gegen Tiefentladung im Akkumulator selbst oder aber eine Kommunikationsschnitt- stelle zwischen dem Akkumulator und dem System bzw. dem DC/DC-Wandler vor. Eine solche Kommunikationsschnittstelle weisen beispielsweise Batterien nach dem Smart-Battery Standard (SBS) auf, gemäß dem eine Batterie über eine se- rielle Schnittstelle beispielsweise mit einem Ladegerät kommuniziert und diesem Informationen über den Akkumulator- typ, den Ladenzustand usw. übermittelt.

Die herkömmliche Schaltungsanordnung aus Energiespeicher, DC/DC-Wandler und Last bedingt somit entweder eine erhebli- che Einschränkung der Flexibilität des Gesamtsystems oder einen erheblichen Mehraufwand für die Kommunikation zwi- schen dem Energiespeicher und dem DC/DC-Wandler.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Energiespeichervorrichtung und ein Gerät, in dem die Ener- giespeichervorrichtung verwendbar ist, zu schaffen, die auf einfachere Weise eine große Flexibilität bei der Kombinati- on der Energiespeichervorrichtung mit einem durch die Ener- giespeichervorrichtung mit Leistung zu versorgenden Gerät schafft.

Diese Aufgabe wird durch eine Energiespeichervorrichtung gemäß Anspruch 1 bzw. ein Gerät gemäß Anspruch 22 gelöst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Energiespei- chervorrichtung eine Speicherzelle mit einem Leistungsaus- gang zum Speichern von Energie, einen Spannungswandler mit einem Leistungseingang, der mit dem Leistungsausgang der Speicherzelle verbunden ist, und mit einem Leistungsaus- gang, zum Wandeln einer Ausgangsspannung der Speicherzelle

in eine vorbestimmte Spannung, und ein Gehäuse, innerhalb dessen die Speicherzelle und der Spannungswandler angeord- net sind. Ferner umfaßt die erfindungsgemäße Energiespei- chervorrichtung einen Leistungsanschluß, der an dem Gehäuse angeordnet und mit dem Leistungsausgang des Spannungswand- lers verbunden ist. Das Gehäuse der. erfindungsgemäßen Ener- giespeichervorrichtung ist ausgebildet, um in ein Fach ei- nes Geräts eingesetzt zu werden, wobei der Leistung- sanschluß für ein Verbinden mit einem Leistungseingang des Geräts ausgebildet ist, um elektrische Leistung an das Ge- rät zu übertragen. Das Gehäuse kann Bestandteil der Speicherzelle bzw. mit einem Speicherzellengehäuse identisch sein.

Vorzugsweise ist der Leistungsanschluß der erfindungsgemä- ßen Energiespeichervorrichtung so an dem Gehäuse angeordnet und ausgebildet, daß er beim Einsetzen der Energiespeicher- vorrichtung in das Fach des Geräts mit dem Leistungseingang des Geräts verbunden wird.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt die er- findungsgemäße Energiespeichervorrichtung ferner eine Spu- le, die mit einem äußeren elektromagnetischen Wechselfeld koppelbar ist, um Leistung zum Laden der Speicherzelle zu empfangen. Die Spule ist vorzugsweise Bestandteil des Span- nungswandlers. Der Spannungswandler ist ferner vorzugsweise so aufgebaut, daß die vorbestimmte Spannung, in die er die Ausgangsspannung der Speicherzelle wandelt, von der Aus- gangsspannung der Speicherzelle unabhängig ist, wenn die Ausgangsspannung der Speicherzelle innerhalb eines vorbe- stimmten Intervalls, vorzugsweise zwischen der minimalen Entladespannung und der Ladeendspannung, liegt. Die vorbe- stimmte Spannung, in die der Spannungswandler die Ausgangs- spannung der Speicherzelle wandelt, ist ferner vorzugsweise einstellbar, wobei die Energiespeichervorrichtung über eine Schnittstelle ein Signal empfängt, das die einzustellende vorbestimmte Spannung darstellt.

Ein Gerät bzw. eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Er- findung umfaßt ein Fach, in das eine Energiespeichervor- richtung mit einem Spannungswandler zum Erzeugen einer ein- stellbaren vorbestimmten Spannung einsetzbar ist, einen Leistungseingang, der mit einem Leistungsanschluß der Ener- giespeichervorrichtung verbindbar ist, um elektrische Leis- tung von der Energiespeichervorrichtung zu empfangen, und eine Schnittstelle zum Senden eines Signals, das die einzu- stellende vorbestimmte Spannung darstellt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, einen Spannungswandler in einen Akkumulator oder eine Batterie bzw. in eine Energiespeichervorrichtung zu integrieren, um eine auf einen konstanten Wert geregelte, während der ge- samten Entladung des Akkumulators bzw. der Batterie kon- stante und vorzugsweise von außen einstellbare bzw. aus- wählbare Ausgangsspannung zu erhalten. Eine über die gesam- te Entladezeit konstante Ausgangsspannung bedeutet einen großen technischen Vorteil, da die durch die Energiespei- chervorrichtung mit Leistung versorgte elektronische Schal- tung bzw. das durch die Energiespeichervorrichtung mit Leistung versorgte Gerät für eine einzige feste Versor- gungsspannung ausgelegt werden kann und nicht mehr wie her- kömmlich Versorgungsspannungen innerhalb eines Intervalls zwischen der minimalen Entladespannung und der Ladeendspan- nung akzeptieren muß. Durch die erfindungsgemäße Integrati- on des Spannungswandlers in die Energiespeichervorrichtung können Spannungswandler und Speicherzellen optimal aufein- ander abgestimmt werden.

Für das mit Leistung zu versorgende Gerät bzw. die mit e- lektrischer Leistung zu versorgende elektronische Schaltung verhält sich die erfindungsgemäße Energiespeichervorrich- tung wie eine Spannungsquelle mit einer geregelten Aus- gangsspannung.

Da der Spannungswandler direkt an der Speicherzelle ange- ordnet ist, kann er alle zellenspezifischen Parameter, bei-

spielsweise den maximalen Entladestrom und die Entla- deschlußspannung, ohne weiteres überwachen. Das durch die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung mit elektri- scher Leistung zu versorgende Gerät muß keine Rücksicht mehr auf die Technologie der Speicherzelle nehmen und muß keine Überwachungsfunktionen für die Parameter der Spei- cherzelle und Schutzfunktionen für die Speicherzelle auf- weisen. Dadurch wird eine maximale Systemflexibilität er- reicht.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß die durch die Energiespeichervorrichtung erzeugte Versor- gungsspannung für das Gerät von der Speicherzelle unabhän- gig ist. Eine Energiespeichervorrichtung kann nun ohne wei- teres durch eine andere erfindungsgemäße Energiespeicher- vorrichtung ersetzt werden, deren Wandler dieselbe Versor- gungsspannung erzeugt, unabhängig davon, welche Ausgangs- spannung die Speicherzellen der Energiespeichervorrichtun- gen aufweisen.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht damit ohne weiteres einen Umstieg von einem Zellentyp auf einen anderen Zellen- typ, der beispielsweise eine Neuentwicklung mit verbesser- ten Eigenschaften sein kann. Ferner ist auch eine Verwen- dung ein und derselben Energiespeichervorrichtung in ver- schiedenen Geräten, die verschiedene Versorgungsspannungen benötigen, möglich. Die Energiespeichervorrichtung erhält von dem Gerät, das sie mit elektrischer Leistung versorgen soll, über eine analoge oder digitale elektrische oder auch mechanische Schnittstelle ein Signal, das die von dem Gerät benötigte Versorgungsspannung darstellt. Diese Versorgungs- spannung wird durch die Energiespeichervorrichtung einge- stellt.

Die große Vielfalt von Akkumulatoren und Batterien, die sich in der Ausgangsspannung, in der Kapazität, im Innenwi- derstand, im maximalen Ausgangsstrom, in der Lagerfähig- keit, im Preis, in den geometrischen Abmessungen, in der

Masse und in anderen Parametern unterscheidenden, kann durch die vorliegende Erfindung ganz erheblich verringert werden. Insbesondere kann eine Energiespeichervorrichtung mit einem bestimmten Energieinhalt und bestimmten geometri- schen Abmessungen für eine Vielzahl von Anwendungen mit un- terschiedlichen Versorgungsspannungen eingesetzt werden.

Die verringerte Vielfalt ermöglicht höhere Stückzahlen und eine vereinfachte Logistik und reduziert damit die Kosten für Entwicklung, Herstellung, Lagerhaltung und Handel.

Während herkömmliche Energiespeichervorrichtungen, bei- spielsweise Li-Ionen-Akkumulatoren oder andere Hochleis- tungsspeicher, innerhalb ihres Gehäuses bereits eine Schutz-und Ladekontrollelektronik aufweisen, die Fehler- fälle, wie Kurzschluß, Verpolung, Überladung, Tiefentla- dung, verhindern soll, weist die erfindungsgemäße Energie- speichervorrichtung einen integrierten Spannungswandler auf, der vorzugsweise auch die Schutz-und Ladekontroll- funktionen bzw. entsprechende Schaltungen umfaßt.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel entsprechen Form und Abmessungen des Gehäuses, Form, Abmessungen und Anordnung der Kontakte sowie die vorbestimmte Spannung, in die der Spannungswandler die Ausgangsspannung der Speicher- zelle wandelt, einer oder einem der durch IEC oder ISO standardisierten Batterien oder Akkumulatoren. Die erfin- dungsgemäße Energiespeichervorrichtung ist damit abwärts- kompatibel, kann also wie eine herkömmliche Batterie oder ein herkömmlicher Akkumulator in einem herkömmlichen Gerät, das für eine Versorgungsspannung innerhalb eines Intervalls ausgebildet ist, eingesetzt werden. Darüberhinaus ist sie aber auch in einem Gerät verwendbar, das nur für eine feste vorbestimmte Versorgungsspannung ausgelegt bzw. ausgebildet ist, oder dessen Versorgungsspannung von der Spannung ab- weicht, die von einer Batterie bzw. einem Akkumulator abge- geben wird, der der erfindungsgemäßen Energiespeichervor- richtung in Form und Größe entspricht, wobei das Gerät der

Energiespeichervorrichtung über eine Schnittstelle die be- nötigte Versorgungsspannung mitteilt.

Bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vor- liegenden Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeich- nungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1A ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Ener- giespeichervorrichtung gemäß einem ersten Ausfüh- rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ; Fig. 1B eine schematische graphische Darstellung elektri- scher Spannungen in der Energiespeichervorrich- tung aus Fig. lA ; Fig. 2A ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Ener- giespeichervorrichtung gemäß einem zweiten Aus- führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ; Fig. 2B eine schematische graphische Darstellung elektri- scher Spannungen in der Energiespeichervorrich- tung aus Fig. 2A ; Fig. 3A ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Ener- giespeichervorrichtung gemäß einem dritten Aus- führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ; Fig. 3B eine schematische graphische Darstellung elektri- scher Spannungen in der Energiespeichervorrich- tung aus Fig. 3A ; Fig. 4 ein schematisches Schaltungsdiagramm, das eine Energiespeichervorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verbunden mit einem Gerät zeigt ;

Fig. 5 ein schematisches Schaltungsdiagramm einer zwei- ten Variante des vierten Ausführungsbeispiels ; Fig. 6 ein schematisches Schaltungsdiagramm einer drit- ten Variante des vierten Ausführungsbeispiels ; Fig. 7 eine schematische Darstellung einer ersten Gehäu- sevariante des vierten Ausführungsbeispiels ; Fig. 8 eine schematische Darstellung einer zweiten Ge- häusevariante des vierten Ausführungsbeispiels ; Fig. 9 eine schematische Darstellung einer dritten Ge- häusevariante des vierten Ausführungsbeispiels ; Fig. 10 eine schematische Darstellung einer vierten Ge- häusevariante des vierten Ausführungsbeispiels ; und Fig. 11 eine schematische Darstellung eines Geräts gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegen- den Erfindung, in das eine Energiespeichervor- richtung gemäß der vorliegenden Erfindung einge- setzt ist.

Fig. 1A zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Energiespeichervorrichtung 10 gemäß einem ersten bevorzug- ten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In ei- nem Gehäuse 20 sind n in Serie geschaltete Speicherzellen 22, 22'angeordnet, wobei n eine natürliche Zahl ist. Die Speicherzellen 22,22'sind Primärzellen (nichtwiederauf- ladbare Batteriezellen) oder vorzugsweise Sekundärzellen (wiederaufladbare Akkumulatorzellen), in denen auf elektro- chemische Weise Energie gespeichert ist. Der Pluspol 24 der ersten Speicherzelle 22 und der Minuspol 26 der letzten Speicherzelle 22'bilden einen Leistungsausgang der Spei- cherzellen, über den diese elektrische Leistung abgeben

können. Falls es sich bei den Speicherzellen 22, 22'um Se- kundärzellen handelt, bilden der Pluspol 24 und der Minus- pol 26 gleichzeitig einen Leistungseingang, über den den Speicherzellen 22, 22'beim Ladevorgang elektrische Leis- tung zugeführt wird. Zwischen dem Pluspol 24 der ersten Speicherzelle 22 und dem Minuspol 26 der letzten Speicher- zelle 22'liegt eine Ausgangsspannung V""die vom Ladezu- stand bzw. dem Energieinhalt der Speicherzellen 22,22'ab- hängt und das n-fache der Spannung V, an einer einzelnen Speicherzelle 22,22'beträgt, Vc"= nVc.

An dem Gehäuse 20 der Energiespeichervorrichtung 10 sind Kontakte 30,32 angeordnet, die einen Leistungsanschluß bilden, über den die Energiespeichervorrichtung 10 elektri- sche Leistung an ein elektrisches Gerät bzw. eine elektro- nische Schaltung abgeben kann.

Darüber hinaus ist in dem Gehäuse 20 der Energiespeicher- vorrichtung 10 ein Spannungswandler 40 mit einem ersten Eingangsanschluß 42, einem zweiten Eingangsanschluß 44, ei- nem ersten Ausgangsanschluß 46 und einem zweiten Ausgang- sanschluß 48 angeordnet. Der erste Eingangsanschluß 42 und der zweite Eingangsanschluß 44 sind mit dem Pluspol 24 der ersten Speicherzelle 22 bzw. dem Minuspol 26 der letzten Speicherzelle 22'verbunden und bilden einen Leistungsein- gang des Spannungswandlers 40. Der erste Ausgangsanschluß 46 und der zweite Ausgangsanschluß 48 des Spannungswandlers 40 sind mit den Kontakten 30,32 am Gehäuse 20 verbunden und bilden einen Leistungsausgang des Spannungswandlers 40.

Der Spannungswandler 40 ist ausgebildet, um die Ausgangs- spannung Vin der Speicherzellen 22,22'in eine vorbestimm- te Spannung V0 am Leistungsanschluß 30,32 der Energiespei- chervorrichtung 10 zu wandeln.

Der Spannungswandler 40 umfaßt eine Spule 52 und eine Diode 54, die in Serie zwischen den ersten Eingangsanschluß 42 und den ersten Ausgangsanschluß 46 geschaltet sind, wobei

eine Anode 56 der Diode 54 mit der Spule 52 und eine Katho- de 58 der Diode 54 mit dem ersten Ausgangsanschluß 46 des Spannungswandlers 40 verbunden sind. Der zweite Eingang- sanschluß 44 und der zweite Ausgangsanschluß 48 des Span- nungswandlers 40 sind miteinander kurzgeschlossen. Der Spannungswandler 40 umfaßt ferner einen Feldeffekttransis- tor (FET) 60, der als Schalter dient und in dem vorliegen- den Ausführungsbeispiel ein selbstsperrender n-Kanal-MOSFET bzw. ein selbstsperrender p-Kanal-MOSFET ist. Ein erster Anschluß 62 des FET 60 ist mit der Anode 56 der Diode 54 bzw. der Spule 52 verbunden, ein zweiter Anschluß 64 des FET 60 ist mit dem zweiten Eingangsanschluß 44 und dem zweiten Ausgangsanschluß 48 des Spannungswandlers 40 ver- bunden. Der erste Anschluß 62 des MOSFET 60 ist der Drain- Anschluß eines n-Kanal-MOSFET bzw. der Source-Anschluß ei- nes p-Kanal-MOSFET. Der zweite Anschluß 64 ist der Source- Anschluß eines n-Kanal-MOSFET bzw. der Drain-Anschluß eines p-Kanal-MOSFET. Ein Gate-Anschluß 66 des FET 60 ist mit ei- nem Steuerausgang 70 einer Steuerung 72 verbunden, die mit zwei Eingangsanschlüssen 74,76 parallel zu einem Kondensa- tor 80 zwischen die Kathode 58 der Diode 54 und den ersten Ausgangsanschluß 46 des Spannungswandlers 40 einerseits und den zweiten Eingangsanschluß 44 und den zweiten Ausgang- sanschluß 48 des Spannungswandlers 40 andererseits geschal- tet ist.

Die Steuerung 72 erzeugt an ihrem Steuerausgang 70 eine zy- klische Steuerspannung, welche über den Gate-Anschluß 66 den FET 60 bzw. dessen Kanal zwischen dem ersten Anschluß 62 und dem zweiten Anschluß 64 abwechselnd sperrt und leit- fähig schaltet. Dabei steuert die Steuerung 72 das Tastver- hältnis, d. h. das Verhältnis der An-und Auszeiten des FET 60, und die Wiederholungsfrequenz des An-/Aus-Zyklus des FET 60 so, daß zwischen den Ausgangsanschlüssen 46,48 des Spannungswandlers 40 eine vorbestimmte Spannung anliegt, und zwar weitgehend oder vollständig unabhängig von der Ausgangsspannung Fcn der Speicherzellen 22, 22'und dem

Strom und der Leistung, die die Energiespeichervorrichtung 10 an ihren Kontakten 30,32 abgibt.

Die Spannung V0 wird dabei durch den Spannungswandler 40 unabhängig vom Ladezustand der Speicherzellen 22,22'kon- stant gehalten. Bei Erreichen der Entladeschlußspannung bzw. der minimalen Entladespannung VCnmjn schaltet sich der Spannungswandler 40 ab, um eine Tiefentladung der Speicher- zellen 22, 22'zu vermeiden. Vorzugsweise wird gleichzei- tig, gesteuert durch die Steuerung 72 bzw. durch ein von ihr an einem weiteren Steuerausgang 144 erzeugtes Steuer- signal, ein Schalter 146 geöffnet, wodurch die Speicherzel- len 22, 22'von dem Gerät 120 getrennt werden. Eine Schädi- gung der Speicherzellen 22, 22'durch eine Tiefentladung wird damit noch wirkungsvoller verhindert. In Kombination mit einer Ladeschutzschaltung ermöglicht dies eine optimale Nutzung der Kapazität der Speicherzellen 22, 22'.

Fig. 1B ist eine schematische Darstellung der Ausgangsspan- nung Vcn der Speicherzellen 22, 22'und der vorbestimmten Spannung V0, die der Spannungswandler 40 erzeugt und an seinen Ausgangsanschlüssen 46,48 bzw. an den Kontakten 30, 32 der Energiespeichervorrichtung 10 bereitstellt. Der Or- dinatenachse sind die Ausgangsspannung Vider Speicherzel- len 22,22'und die vorbestimmte Spannung V0 zugeordnet.

""des Speicherzellen 22, 22'liegt abhängig vom Ladezustand der Speicherzellen 22, 22'inner- halb eines Bereichs bzw. Intervalls 90 zwischen einer mini- malen Entladespannung n, min und einer Ladeschlußspannung bzw. Ladeendspannung Vcnm. Diese Ausgangsspannung Vcn wird durch den Spannungswandler 40 in die vorbestimmte Spannung Va (Linie 92) gewandelt (Pfeil 94). Da bei dem in Fig. 1A dargestellten Spannungswandler 40 die zwischen den Aus- gangsanschlüssen 46,48 anliegende Spannung V0 mindestens so hoch ist wie die an den Eingangsanschlüssen 42,44 an- liegende Spannung Handelt es sich um einen Hochsetz- steller bzw. Aufwärtswandler bzw. Boost-Converter.

Fig. 2A zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Energiespeichervorrichtung 10 gemäß einem zweiten bevorzug- ten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem an- hand der Fig. 1A dargestellten nur dadurch, daß der Span- nungswandler 40 ein Tiefsetzsteller bzw. ein Abwärtswandler bzw. ein Buck-Converter ist. Bei diesem ist bevorzugt ein p-Kanal zwischen einem Source-Anschluß 62 und einem Drain- Anschluß 64 eines p-Kanal-MOSFET 60 in Serie mit einer Spu- le 52 zwischen den ersten Eingangsanschluß 42 und den ers- ten Ausgangsanschluß 46 des Spannungswandlers 40 geschal- tet, wobei der Source-Anschluß 62 mit dem ersten Eingang- sanschluß 42 des Spannungswandlers 40 und der Drain- Anschluß 64 mit der Spule 52 verbunden sind. Ein Gate- Anschluß 66 des FET 60 ist wiederum mit einem Steue- ranschluß 70 einer Steuerung 72 verbunden. Der zweite Ein- gangsanschluß 44 und der zweite Ausgangsanschluß 48 des Spannungswandlers 40 sind wiederum miteinander kurzge- schlossen sowie ferner mit einem Eingangsanschluß 74 der Steuerung 72 verbunden. Eine Anode 56 einer Diode 54 ist mit dem zweiten Eingangsanschluß 44 und dem zweiten Aus- gangsanschluß 48 verbunden, eine Kathode 58 der Diode 54 ist mit dem Drain-Anschluß 64 des FET 60 und der Spule 52 verbunden. Zwischen den ersten Ausgangsanschluß 46 des Spannungswandlers 40 und die Spule 52 einerseits und den zweiten Eingangsanschluß 44 und den zweiten Ausgang- sanschluß 48 des Spannungswandlers 40 andererseits ist ein Kondensator 80 geschaltet.

Ähnlich wie bei dem anhand der Fig. 1A dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist als FET 60 anstelle eines p-Kanal- MOSFET auch ein n-Kanal-MOSFET einsetzbar. Die Verwendung eines p-Kanal-MOSFET ist jedoch vorteilhaft.

Fig. 2B ist eine schematische graphische Darstellung der Spannungen Vcn und VO in der in Fig. 2A dargestellten Ener- giespeichervorrichtung. Die Ausgangsspannung Vc"der Spei- cherzellen 22, 22'liegt wiederum innerhalb eines Inter-

valls 90 zwischen der minimalen Entladespannung V"."und der Ladeendspannung Vc"mE. Der Spannungswandler 40 erzeugt (Pfeil 94') aus der Ausgangsspannung Vcn der Speicherzellen 22, 22'innerhalb des Intervalls 90 die vorbestimmte Span- nung V0, die kleiner als die minimale Entladespannung Vcnmin ist.

Die Spannungswandler 40 aus dem in Fig. 1A dargestellten ersten Ausführungsbeispiel und aus dem in Fig. 2A darge- stellten zweiten Ausführungsbeispiel können Spannungen nur aufwärts bzw. nur abwärts wandeln. Entsprechend ist die vorbestimmte Spannung V0, wie in Fig. 1B dargestellt, grö- ßer oder gleich der Ladeendspannung V"",.", bzw., wie in Fig.

2B dargestellt, kleiner oder gleich der minimalen Entlade- spannung min-Falls die vorbestimmte Spannung Fg inner- halb des für die Speicherzellen 22, 22'charakteristischen Intervalls 90 zwischen der minimalen Entladespannung Vcnmin und der Ladeendspannung Vc"mE liegt, wird vorzugsweise an- stelle des Hochsetzstellers des ersten Ausführungsbeispiels und des Tiefsetzstellers des zweiten Ausführungsbeispiels ein SEPIC-Wandler oder ein Hoch-/Tiefsetzsteller verwendet, wie es im folgenden Ausführungsbeispiel beschrieben wird.

Fig. 3A zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Energiespeichervorrichtung 10 gemäß einem dritten bevorzug- ten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den ers- ten beiden dadurch, daß der Spannungswandler 40 ein SEPIC- Wandler ist.

Während wiederum der zweite Eingangsanschluß 44 und der zweite Ausgangsanschluß 48 des Spannungswandlers 40 mitein- ander kurzgeschlossen sind, sind zwischen dem ersten Ein- gangsanschluß 42 und dem ersten Ausgangsanschluß 46 des Spannungswandlers 40 eine erste Spule 52, ein erster Kon- densator 80 und eine Diode 54 in Serie geschaltet, wobei die erste Spule 52 zwischen den ersten Eingangsanschluß 42 des Spannungswandlers 40 einerseits und einen ersten

Anschluß 80a des ersten Kondensators 80 sowie einen ersten Anschluß 62 eines FET 60 andererseits geschaltet ist, und ein zweiter Anschluß 80b des ersten Kondensators 80 mit der Anode 56 der Diode 54 verbunden ist, und eine Kathode 58 der Diode 54 mit dem ersten Ausgangsanschluß 46 des Span- nungswandlers verbunden ist. Ein zweiten Anschluß 64 des FET 60 ist mit dem zweiten Eingangsanschluß 44 und dem zweiten Ausgangsanschluß 48 des Spannungswandlers 40 ver- bunden, und ein Gate-Anschluß 66 des FET 60 ist mit einem Steuerausgang 70 einer Steuerung 72 verbunden, deren Ein- gangsanschluß 74 ebenfalls mit dem zweiten Eingangsanschluß 44 und dem zweiten Ausgangsanschluß 48 des Spannungswand- lers 40 verbunden ist. Der erste Anschluß 62 des MOSFET 60 ist der Drain-Anschluß eines n-Kanal-MOSFET bzw. der Sour- ce-Anschluß eines p-Kanal-MOSFET. Der zweite Anschluß 64 des MOSFET 60 ist der Source-Anschluß eines n-Kanal-MOSFET bzw. der Drain-Anschluß eines p-Kanal-MOSFET. Zwischen den zweiten Anschluß 80b des ersten Kondensators 80 sowie die Anode 56 der Diode 54 einerseits und den zweiten Eingang- sanschluß 44 sowie den zweiten Ausgangsanschluß 48 des Spannungswandlers 40 andererseits ist eine zweite Spule 102 geschaltet, und zwischen die Kathode 58 der Diode 54 sowie den ersten Ausgangsanschluß 46 des Spannungswandlers 40 ei- nerseits und den zweiten Eingangsanschluß 44 sowie den zweiten Ausgangsanschluß 48 des Spannungswandlers 40 ande- rerseits ist ein zweiter Kondensator 104 geschaltet.

Der Spannungswandler 40 des in Fig. 3A dargestellten drit- ten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung erzeugt abhängig von Tastverhältnis und Frequenz der durch die Steuerung 72 gesteuerten Ein-/Ausschaltzyklen des FET 60 zwischen seinen Ausgangsanschlüssen 46,48 eine vorbestimm- te Spannung Vo, die sowohl größer als auch kleiner als die zwischen seinen Eingangsanschlüssen 42,44 anliegende Span- nung Vc sein kann. Entsprechend eignet sich dieser Span- nungswandler 40 insbesondere für Anwendungen der erfin- dungsgemäßen Energiespeichervorrichtung 10, bei denen die vorbestimmte Spannung V0, die die Energiespeichervorrich-

tung 10 einem mit elektrischer Leistung zu versorgenden Ge- rät 10 bereitstellen soll, zwischen der minimalen Entlade- und der Ladeendspannung Vcnma liegt.

Fig. 3B ist eine schematische graphische Darstellung der Spannung Vcn und Fg in dem Spannungswandler 40 des in Fig.

3A dargestellten dritten Ausführungsbeispiels. Dabei symbo- lisiert ein Pfeil 94 ein Aufwärtswandeln, bei dem der Span- nungswandler 40 zwischen seinen Ausgangsanschlüssen 46,48 eine höhere Spannung Vo erzeugt, als er zwischen seinen Eingangsanschlüssen 42,44 empfängt. Ein Pfeil 94'stellt ein Abwärtswandeln dar, bei dem der Spannungswandler 40 zwischen seinen Ausgangsanschlüssen 46,48 eine Spannung V0 erzeugt, die kleiner ist als die Spannung Vcn, die er an seinen Eingangsanschlüssen 42,44 empfängt.

Vorzugsweise weist eine erfindungsgemäße Energiespeicher- vorrichtung eine Möglichkeit zur Einstellung bzw. Program- mierung einer erwünschten vorbestimmten Ausgangsspannung Vo auf. Nachfolgend werden anhand der Fig. 4,5 und 6 Modifi- kationen des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben, die eine solche Möglichkeit zur externen Einstellung der vorbe- stimmten Spannung V0 aufweisen. Vorzugsweise werden auch das zweite und das dritte Ausführungsbeispiel entsprechend modifiziert.

Fig. 4 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Ener- giespeichervorrichtung gemäß einer Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Im Unter- schied zu dem in Fig. 1A dargestellten ersten Ausführungs- beispiel ist an dem Gehäuse 20 ein dritter Kontakt 110 an- geordnet, der mit einem Steuereingang 112 der Steuerung 72 und einem Mittenabgriff eines Spannungsteilers verbunden ist. Der Spannungsteiler wird durch einen ersten Widerstand 114 und einen zweiten Widerstand 116 gebildetet und ist pa- rallel zu dem Kondensator 80 zwischen die Ausgangsanschlüs- se 46,48 des Spannungswandlers 40 geschaltet. Er erzeugt ein elektrisches Potential, das zwischen den Potentialen

der Ausganganschlüsse 46,48 liegt und am Steuereingang 112 der Steuerung 72 anliegt. Die Steuerung 72 ist so ausgebil- det, daß dieses Potential die durch den Spannungswandler 40 erzeugte vorbestimmte Spannung V0 beeinflußt bzw. über eine Veränderung des am Steuereingang 112 anliegenden Potentials die vorbestimmte Spannung Vo einstellbar ist. Der dritte Kontakt 110 der Energiespeichervorrichtung stellt somit ei- ne analoge Schnittstelle dar, über die der Spannungswandler 40 von außen ein Signal empfängt, das die durch ihn einzu- stellende vorbestimmte Spannung V0 darstellt. Dieses von außen empfangene Signal ist beispielsweise ein zu der ein- zustellenden vorbestimmten Spannung Fg proportionales Span- nungssignal.

In Fig. 4 ist neben der Energiespeichervorrichtung 10 sche- matisch ein Gerät 120 dargestellt, das Kontakte 130,132, 134 aufweist, die elektrisch leitfähig mit den Kontakten 30,32, 110 der Energiespeichervorrichtung 10 verbunden sind. Das Gerät 120 ist ein elektrisches oder elektroni- sches Gerät für eine beliebige Anwendung, das durch die er- findungsgemäße Energiespeichervorrichtung 10 mit elektri- scher Leistung zu versorgen ist. Diese elektrische Leistung empfängt das Gerät 120 über die Kontakte 130,132, die mit den Kontakten 30 und 32 der Energiespeichervorrichtung 10 verbunden sind. Das Gerät 120 umfaßt eine Schaltung zum Er- zeugen bzw. Beeinflussen des am Steuereingang 112 der Steu- erung 72 anliegenden Analogsignals über den dritten Kontakt 110 der Energiespeichervorrichtung 10. Im einfachsten Fall besteht diese Einrichtung, wie in Fig. 4 dargestellt, aus ein oder zwei Widerständen 140,142, die in dem Gerät 120 angeordnet und über die Kontakte 130,132 und 134 zu dem ersten Widerstand 114 bzw. dem zweiten Widerstand 116 pa- rallel geschaltet sind. Die Widerstände 140,142 bilden zu- sammen mit den Widerständen 114,116 des Spannungswandlers 40 einen modifizierten Spannungsteiler, der ein beliebiges Widerstandsverhältnis aufweist, das in der Regel von dem des Spannungsteilers aus den Widerständen 114,116 ab- weicht. Durch die Widerstände 140,142 liegt somit ein an-

deres Potential an dem Steuereingang 112 der Steuerung 72 an als es der allein aus dem ersten Widerstand 114 und dem zweiten Widerstand 116 gebildete Spannungsteiler erzeugt.

Alternativ weist das Gerät 120 eine beliebige andere Ein- richtung bzw. eine beliebige Spannungsquelle zum Erzeugen eines Spannungssignals auf, das die Information enthält, welche vorbestimmte Spannung Vo das Gerät 120 benötigt bzw. der Spannungswandler 40 erzeugen soll.

Der Spannungswandler 40 muß keinen Spannungsteiler 114,116 aufweisen. Die in Fig. 4 dargestellten Widerstände 114,116 stellen jedoch sicher, daß auch dann, wenn das Gerät 120 beispielsweise keine Beschaltung des dritten Kontaktes 110 der Energiespeichervorrichtung 10 vorsieht, ein definiertes Signal am Steuereingang 112 der Steuerung 72 anlegt. Dieses Signal bzw. die dieses erzeugenden Widerstände 114,116 sind vorzugsweise so dimensioniert, daß die erfindungsgemä- ße Energiespeichervorrichtung 10 eine Standardbatteriespan- nung, beispielsweise 1,5 V zwischen dem ersten Kontakt 30 und dem zweiten Kontakt 32 erzeugt, wenn am dritten Kontakt 110 kein definiertes Signal von außen angelegt wird. Da- durch kann eine erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung wie eine herkömmliche Batterie in ein Gerät eingesetzt wer- den, das nicht für die erfindungsgemäße Energiespeichervor- richtung, sondern für eine herkömmliche Batterie ausgelegt ist.

Auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Energiespeicher- vorrichtung 10 in einem herkömmlichen Gerät, das für her- kömmliche Batterien oder Akkumulatoren ausgelegt ist, bie- tet den Vorteil, daß dem Gerät eine konstante Versorgungs- spannung und eine in vielen Fällen erhöhte Kapazität be- reitgestellt werden. Geräte der nächsten Generation, die für die Verwendung einer erfindungsgemäßen Energiespeicher- vorrichtung 10 vorgesehen bzw. ausgebildet sind, nutzen al- le Vorteile der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrich- tung, indem sie mittels eines oder beider der in Fig. 4

dargestellten Widerstände 140,142 eine Spannung bzw. ein Signal am dritten Kontakt 110 der Energiespeichervorrich- tung 10 und damit am Steuereingang 112 der Steuerung 72 er- zeugen, das die für das Geräte 120 optimale Versorgungs- spannung Vo an der Energiespeichervorrichtung 10 einstellt bzw. programmiert.

Fig. 5 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm, das eine alternative Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels darstellt, bei der die erfindungsgemäße Energiespeichervor- richtung 10 anstatt einer analogen eine digitale serielle Schnittstelle aufweist, über die es ein digitales serielles Signal von einem Gerät, das sie mit elektrischer Leistung versorgt, empfängt. Das digitale serielle Signal stellt die von dem Gerät 120 benötigte Versorgungsspannung dar. Der Spannungswandler 40 empfängt dieses digitale serielle Sig- nal und stellt die benötigte Versorgungsspannung für das Gerät 120 bereit.

Die digitale Schnittstelle der Energiespeichervorrichtung 10 umfaßt mindestens einen dritten Kontakt 110, der mit ei- nem Kontakt 134 des Geräts 120 verbindbar ist und ferner mit einem Digitaleingang 152 eines Analog-/Digital-Wandlers (A/D-Wandlers) 154 verbunden ist. Über die Masseverbindung zwischen der Energiespeichervorrichtung 10 und dem Gerät 120, die beispielsweise durch den zweiten Kontakt 32 der Energiespeichervorrichtung 10 und den Kontakt 132 des Ge- räts 120 gebildet wird, fließt Leistung. Vorzugsweise weist die digitale Schnittstelle deshalb ferner einen vierten Kontakt 156 auf, der mit einem weiteren Kontakt 158 des Ge- räts 120 verbunden ist und eine ausschließlich der digita- len Schnittstelle zugeordnete Masseverbindung zwischen der Energiespeichervorrichtung 10 und dem Gerät 120 bildet.

Diese getrennte Masseverbindung ermöglicht einen störungs- ärmeren Betrieb der digitalen Schnittstelle. Alternativ handelt es sich bei dem Pfad über den vierten Kontakt 156 und den weiteren Kontakt 158 um eine zweite Signalleitung der digitalen seriellen Schnittstelle.

Weitere Merkmale der Energiespeichervorrichtung 10 entspre- chen der Darstellung aus Fig. 4 und sind deshalb in Fig. 5 nicht wiedergegeben. Auch beim Gerät 120 sind weitere Merk- male, beispielsweise zur Erzeugung des Digitalsignals 160, in Fig. 5 nicht dargestellt.

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Mo- difikation des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, die eine digitale parallele Schnittstelle auf- weist. Über m Kontakte 170, 172, 174, die zusammen einen Parallelbus 176 bilden, werden Parallelbits bzw. Bitsignale übertragen, die gemeinsam ein Signal bilden, das die durch den Spannungswandler 40 bereitzustellende vorbestimmte Spannung V0 darstellt bzw. über das das Gerät 120 der Ener- giespeichervorrichtung 10 mitteilt, welche Versorgungsspan- nung Vo es benötigt. Weitere Merkmale der Energiespeicher- vorrichtung 10 entsprechen denen aus Fig. 4 und sind des- halb ebenso wie das Gerät 120 in Fig. 6 nicht dargestellt.

Die digitale Parallelschnittstelle bietet den Vorteil, daß geräteseitig die Einstellung der Versorgungsspannung V0 be- sonders einfach per Festverdrahtung erfolgen kann, d. h. ohne ein einziges zusätzliches Bauteil.

Eine weitere mögliche Schnittstelle zur Übertragung eines Signals von dem Gerät 120 an die Energiespeichervorrichtung 10 umfaßt reversible oder nichtreversible Schalter bzw.

Schaltkontakte. Diese bilden eine mechanisch-elektrische parallele digitale Schnittstelle und werden durch Nasen, Noppen, Stege oder ähnliche mechanische Einrichtungen an dem Gerät 120 beim Einsetzen der Energiespeichervorrichtung 10 in ein Fach des Geräts 120 selektiv betätigt bzw. geöff- net oder geschlossen. Irreversible Schaltkontakte werden nur einmal beim ersten Einsetzen der Energiespeichervor- richtung 10 in das Gerät 120 geschlossen oder geöffnet und ändern ihren Schaltzustand beim Herausnehmen der Energie- speichervorrichtung 10 aus dem Gerät 120 nicht mehr. Rever-

sible Schaltkontakte gehen beim Herausnehmen der Energie- speichervorrichtung 10 aus dem Gerät 120 wieder in ihren Ursprungszustand über und ermöglichen so eine Verwendung ein und derselben Energiespeichervorrichtung 10 nacheinan- der in verschiedenen Geräten mit verschiedenen Versorgungs- spannungen. Das Signal, das die durch das Gerät 120 benö- tigte Versorgungsspannung bzw. die durch die Energiespei- chervorrichtung 10 bereitzustellende vorbestimmte Spannung Vo darstellt, ist in diesem Fall auf Seite des Geräts 120 ein mechanisches Signal. Dieses mechanische Signal wird in der Schnittstelle der Energiespeichervorrichtung 10 in ein elektrisches Signal gewandelt, das wie in den vorangehenden Ausführungsbeispielen die Versorgungsspannung steuert.

Die Energiespeichervorrichtung 10 und das Gerät 120 können so ausgebildet sein, daß ein Signal, das die durch das Ge- rät 120 benötigte Versorgungsspannung bzw. die durch die Energiespeichervorrichtung 10 an den Kontakten 30,32 be- reitzustellende vorbestimmte Spannung Vo darstellt, nur einmal nach dem Verbinden der Energiespeichervorrichtung 10 mit dem Gerät 120 oder in regelmäßigen Abständen oder bei bestimmten Ereignissen wiederholt oder aber ständig von dem Gerät 120 gesendet bzw. bereitgestellt und von der Energie- speichervorrichtung 10 empfangen wird. Das Signal und damit die vorbestimmte Spannung V0 können sich ändern, wenn die Energiespeichervorrichtung 10 mit einem anderen Gerät 120 verbunden wird, und vorzugsweise auch, wenn sich die von dem Gerät 120 benötige Versorgungsspannung beispielsweise beim Wechsel eines Betriebsmodus ändert. Beispielsweise fordert das Gerät 120 von der Energiespeichervorrichtung 10 eine niedrige vorbestimmte Spannung Vo an, wenn es sich in einem Sleep-oder Idle-Modus befindet, in dem lediglich der Dateninhalt eines Speichermoduls erhalten oder eine Schnittstelle überwacht werden muß. Wenn das Gerät 120 eine höhere elektrische Leistung benötigt, beispielsweise weil ein HF-Sender betrieben, eine Beleuchtung eingeschaltet o- der in einem Prozessor ein Programm ausgeführt wird, for- dert das Gerät 120 durch ein entsprechendes Signal von der

Energiespeichervorrichtung 10 eine vorbestimmte Spannung Vo, die für den jeweiligen Betriebsmodus und Betriebszu- stand optimal ist.

In den Fig. 1-4 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit der Darstellungen keine Ladesteuer-und Schutzelektronik darge- stellt. Eine Ladesteuer-und/oder Schutzelektronik kann pa- rallel zu den in den Fig. 1-4 dargestellten Elementen des Spannungswandlers 40 zwischen die Eingangsanschlüsse 42,44 und die Ausgangsanschlüsse 46,48 des Spannungswandlers ge- schaltet sein. Alternativ ist die Ladesteuer-und/oder Schutzelektronik parallel zu dem Spannungswandler 40 zwi- schen Plus-und Minuspol 24,26 der Speicherzellen 22, 22' einerseits und den Leistungsausgang 30,32 der Energiespei- chervorrichtung 10 andererseits geschaltet. Steuer-und Ü- berwachungsfunktionen sind jedoch vorzugsweise, wie bereits erwähnt, in die Steuerung 72 implementiert. Dabei überneh- men zumindest einzelne der aktiven Elemente des Spannungs- wandlers 40 gleichzeitig Ladesteuer-und Schutzfunktionen.

Für einen steuerbaren Ladestrompfad ist im ersten Ausfüh- rungsbeispiel die Diode 54 beispielsweise als geschalteter MOSFET ausgeführt, während im zweiten Ausführungsbeispiel der FET 60 vorzugsweise als bidirektionaler Schalter ausge- führt ist, beispielsweise in Form zweier antiserieller MOS- FETs. Im dritten Ausführungsbeispiel wird dazu vorteilhaft ein MOSFET eingesetzt, der die Elemente 80 und 54 über- brückt. Darüber hinaus sind vorzugsweise zusätzliche aktive Bauelemente für Lade-und/oder Schutzfunktionen in den Spannungswandler und dessen Hauptstrompfad integriert.

Die Spannungswandler 40 der erfindungsgemäßen Energiespei- chervorrichtung können konventionell bzw. aus diskreten Bauelementen aufgebaut sein. Vorzugsweise und hinsichtlich der Herstellungskosten und der geometrischen Abmessungen bzw. des Bauvolumens der Spannungswandler vorteilhaft sind diese jedoch vollständig monolithisch auf einem Chip integ- riert. Die Schaltfrequenzen des Gleichspannungswandlers liegen dazu vorzugsweise im Bereich einiger MHz, da bei

diesen Frequenzen die elektrischen und magnetischen Ener- giespeicher, d. h. die Spulen 52,102 und die Kondensatoren 80,104, auf einem Chip realisiert bzw. in diesen integ- riert werden können.

Vorteilhaft ist ferner eine monolithische Integration des Spannungswandlers 40 mit einer Lade-und Schutzschaltung gegen Kurzschluß, Verpolung, Überladung, Tiefentladung, Ü- bertemperatur etc. Ferner weist ein Spannungswandler 40 ge- mäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise spezielle Be- triebsmodi auf, beispielsweise einen Burst-Modus, in dem insbesondere bei Nennlast ein hoher Wirkungsgrad erzielt wird, und eine No-Load-Abschaltung bzw. einen Modus, in dem der Spannungswandler abgeschaltet wird, wenn keine Last an die Energiespeichervorrichtung 10 angeschlossen ist, um ei- ne geringe Selbstentladung auch im Schwachlastbetrieb oder bei einer längeren Lagerung der Energiespeichervorrichtung 10 sicherzustellen.

Die Fig. 7-10 sind schematische Außenansichten von erfin- dungsgemäßen Energiespeichervorrichtungen 10, in denen vor allem die Form des Gehäuses 20 und die Anordnung der Kon- takte 30,32, 110,156, 170,172, 174 an dem Gehäuse 20 dargestellt sind. Form, Größe und Anordnung der Kontakte sind dabei normalerweise so gewählt, daß sie beim Einsetzen der Energiespeichervorrichtung in ein Fach eines Geräts mit entsprechenden Kontakten des Geräts zwangsläufig bzw. auto- matisch verbunden werden.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Gehäuse 20 und die Kontakte 30,32, die den Leistungsanschluß der Energiespeichervorrichtung 10 bilden, hinsichtlich ihrer Form, Größe und Anordnung vorzugsweise einem durch die IEC oder die ISO standardisierten Batterietyp entsprechen, bei- spielsweise einer Mono-, Baby-, Mignon-, Mikro-oder Lady- Zelle oder einer anderen Rund-oder Knopfzelle. Der Span- nungswandler 40 entspricht einem der in den Fig. 1A, 2A und 3A dargestellten Ausführungsbeispiele, wobei die vorbe-

stimmte Spannung V0 vorzugsweise der Nennspannung des der Form und Größe des Gehäuses 20 entsprechendem Standardbat- terietyps entspricht. Alternativ weist die Energiespeicher- vorrichtung 10 ferner, wie in den Fig. 4-6 dargestellt, eine Schnittstelle und einen über die Schnittstelle von ex- tern steuerbaren Spannungswandler bzw. einen Spannungswand- ler mit einer von außen einstellbaren vorbestimmten Aus- gangsspannung Po auf. Die Schnittstelle ist hier als ring- förmige Elektrode 110 zur Übertragung eines Analogsignals oder eines digitalen seriellen Signals dargestellt. Vor- zugsweise ist der Spannungswandler 40, wie oben beschrie- ben, so ausgeführt, daß die Energiespeichervorrichtung 10 an den Kontakten 30,32 die Spannung V0 bereitstellt, die dem in Größe und Form des Gehäuses 20 entsprechenden Stan- dardbatterietyp entspricht, wenn an der Schnittstelle 110 kein Signal anliegt. Dadurch ist die Energiespeichervor- richtung 10 abwärtskompatibel und sowohl in herkömmlichen Geräten, die für herkömmliche Batterien oder Akkumulatoren vorgesehen sind, als auch in Geräten, die für die erfin- dungsgemäße Energiespeichervorrichtung 10 vorgesehen sind, einsetzbar.

Die Fig. 8 und 9 sind schematische, perspektivische Außen- ansichten von erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtun- gen 10, deren Gehäuse 20 und Kontakte 30,32, 110 in Form, Größe und Anordnung Flachbatterien mit Anschlußfahnen bzw. mit Kontaktierungsflächen entsprechen.

Fig. 10 ist eine schematische perspektivische Außenansicht einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung 10, die eine oben beschriebene mechanisch-elektrische Schnittstelle in Form von mehreren Folienschaltkontakten bzw. Folien- schaltern 180,182, 184 aufweist. Die Folienschalter 180, 182,184 sind in die Batterieumhüllung bzw. das Gehäuse 20 der Energiespeichervorrichtung 10 integriert und vorzugs- weise durch eine Deckfolie gegenüber der Umwelt hermetisch abgeschlossen. Es sind somit keine zusätzlichen, nach außen geführten Kontakte 110,156, 170,172, 174 erforderlich, um

die durch die Energiespeichervorrichtung 10 bereitzustel- lende vorbestimmte Spannung Vo einzustellen. Die Folien- schalter 180,182, 184 werden beim Einsetzen bzw. Einlegen der Energiespeichervorrichtung 10 in ein Gerät durch Nop- pen, Stege, Vorsprünge oder ähnliche mechanische Einrich- tungen im Batterie-bzw. Akkumulatorfach betätigt. Mit m Folienschaltern ist eine Auswahl von 2m verschiedenen Wer- ten der Versorgungsspannung bzw. der einzustellenden vorbe- stimmten Spannung V0 möglich. Die in Fig. 10 gezeigte Ver- wendung von Folienschaltern zur Bildung einer mechanisch- elektrischen Schnittstelle eignet sich besonders für Flach- und Folienzellen und weist hier den besonderen Vorteil auf, keine zusätzlichen Durchführungen durch die hermetisch dichte Hülle zu erfordern.

Bei der Verwendung von Folienzellen wird der Spannungswand- ler 40 vorzugsweise in Dünnchiptechnik hergestellt, in der bedingt flexible Chips erzeugt werden können. Die in den Fig. 8,9, 10 dargestellten Folienzellen sind vorzugsweise elastisch bzw. mechanisch flexibel.

Vorzugsweise weist eine Energiespeichervorrichtung eine Spule auf, über die einem von außen angelegten elektromag- netischen Wechselfeld Leistung entnommen werden kann, um die Speicherzellen 22, 22'aufzuladen, wobei es sich bei diesen um Sekundärzellen handelt. Vorzugsweise wird eine im Spannungswandler 40 ohnehin vorhandene Spule so beschaltet, daß sie zum Laden der Speicherzellen einem elektromagneti- schen Wechselfeld Leistung entnehmen kann. Vorzugsweise wird die Spule auf eine Siliziumoberfläche oder einen Schaltungsträger gedruckt.

Fig. 11 ist eine schematische Darstellung eines erfindungs- gemäßen Geräts 120, das ausgebildet ist, um durch eine der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Energiespeichervor- richtungen 10 mit elektrischer Leistung versorgt zu werden.

Das Gerät 120 weist ein Batterie-oder Akkumulatorfach bzw. ein Fach 190 zur Aufnahme einer erfindungsgemäßen Energie-

speichervorrichtung auf. In dem Fach 190 sind Kontakte 130, 132 angeordnet, welche beim Einsetzen der Energiespeicher- vorrichtung 10 deren Kontakte 30,32 kontaktieren. Das Fach 190 und die Kontakte 130,132 sind vorzugsweise so ausge- bildet, daß auch eine herkömmliche Standardbatterie einge- setzt werden kann. Darüber hinaus ist im Fach 190 ein wei- terer, vorzugsweise ebenso wie die Kontakte 130,132 fe- dernder, Kontakt 134 angeordnet, der beim Einsetzen der Energiespeichervorrichtung 10 in das Fach 190 einen dritten Kontakt der Energiespeichervorrichtung 10 kontaktiert. Das Gerät 120 erzeugt ein analoges oder digitales serielles o- der (wenn anstatt des einen dritten Kontaktes 134 eine Mehrzahl von Kontakten vorgesehen ist) paralleles Signal, das die durch das Gerät 120 benötigte Versorgungsspannung bzw. die durch die Energiespeichervorrichtung 10 an den Kontakten 30,32 bereitzustellende Spannung Vo darstellt.