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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Der
im Vorliegenden offenbarte Gegenstand betrifft ein System und Verfahren,
das dazu eingerichtet ist, den Ladezustand eines elektrochemischen
Energiespeichers abzuschätzen.
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Der
Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers (SOC = State
of Charge) bezeichnet im Allgemeinen die Restkapazität des elektrochemischen
Energiespeichers. Die Kenntnis der in einem elektrochemischen Energiespeicher
gespeicherten Restenergiemenge gibt dem Benutzer Auskunft über die
Zeitdauer, für
die ein elektrochemischer Energiespeicher noch Leistung abgeben
wird, bevor er wieder aufgeladen oder ausgetauscht werden muss.
Diese Daten können
von besonderer Bedeutung in Anwendungen sein, bei denen eine übermäßige Tiefentladung
des elektrochemischen Energiespeichers vermieden werden muss, um
den Erhalt der vollen Funktionstüchtigkeit
der Vorrichtung für
jeden Zeitpunkt zu gewährleisten.
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Es
existieren bereits einige Verfahren und Systeme zum Abschätzen des
Ladezustands. Ein Problem basiert darauf, dass Variablen, z. B.
die Rate, mit der ein Akkumulator elektrisch geladen oder entladen
wurde, bei herkömmlichen
Verfahren zur Abschätzung
des Ladezustands im Laufe der Zeit zu Ungenauigkeiten führen können. Ein
weiteres Problem ist, dass manche herkömmliche Verfahren zum Abschätzen des
Ladezustands einen stationären
Zustand voraussetzen, während
dessen der Akkumulator für
mehrere Stunden weder aufgeladen noch entladen wurde. Es ist offensichtlich,
dass diese Verfahren nicht optimal mit Systemen zusammenarbeiten, bei
denen der Akkumulator entweder häufig
aufgeladen oder entladen wird, oder mit unterschiedlichen Stromstärken geladen
oder entladen wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Auf
die oben erwähnten
Mängel,
Nachteile und Probleme wird hier eingegangen, und diese werden nach
dem Lesen und Verstehen der folgenden Beschreibung verständlich.
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In
einem Ausführungsbeispiel
enthält
ein (aufladbarer oder nichtaufladbarer) elektrochemisches Energiespeichersystem
einen elektrochemischen Energiespeicher und eine betriebsmäßig an den
elektrochemischen Energiespeicher angeschlossene Steuereinrichtung.
Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, einen Ladezustand des
elektrochemischen Energiespeichers basierend auf einer Vorgeschichte
des Stroms des elektrochemischen Energiespeichers abzuschätzen, so
dass sich ein Näherungswert
des Ladezustands des elektrochemischen Energiespeichers im Laufe
des Betriebs des elektrochemischen Energiespeichers gewinnen lässt.
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In
noch einem Ausführungsbeispiel
enthält ein
medizinisches Überwachungssystem
einen elektrochemischen Energiespeicher, eine betriebsmäßig an den
elektrochemischen Energiespeicher angeschlossene Patientenüberwachungseinrichtung
und eine betriebsmäßig an den
elektrochemischen Energiespeicher angeschlossene Steuereinrichtung.
Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, den Ladezustand des
elektrochemischen Energiespeichers basierend auf einem kurz zuvor
erfassten Klemmenspannungsmesswert des elektrochemischen Energiespeichers;
auf einem kurz zuvor erfassten Klemmenstrommesswert des elektrochemischen
Energiespeichers; und auf einer Vorgeschichte des Stroms des elektrochemischen
Energiespeichers abzuschätzen.
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Der
Näherungswert
des Ladezustands des elektrochemischen Energiespeichers lässt sich
im Laufe des Betriebs des elektrochemischen Energiespeichers gewinnen.
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In
noch einem Ausführungsbeispiel
beinhaltet ein Verfahren zum Schätzen
des Ladezustands eines Akkumulators die Schritte: Gewinnen eines
kurz zuvor erfassten Klemmenspannungsmesswerts des elektrochemischen
Energiespeichers, Gewinnen eines kurz zuvor erfassten Klemmenstrommesswerts des
elektrochemischen Energiespeichers und Gewinnen einer Vorgeschichte
des Stroms des elektrochemischen Energiespeichers. Das Verfahren
beinhaltet ferner den Schritt des Abschätzens einer Quellenspannung,
basierend auf dem kurz zuvor erfassten Klemmenspannungsmesswert
des elektrochemischen Energiespeichers, auf dem kurz zuvor erfassten
Klemmenstrommesswert des elektrochemischen Energiespeichers und
auf der Vorgeschichte des Stroms des elektrochemischen Energiespeichers. Das
Verfahren beinhaltet ferner den Schritt des Abschätzens des
Ladezustands des elektrochemischen Energiespeichers basierend auf
der Quellenspannung, so dass sich der Ladezustand des elektrochemischen
Energiespeichers im Laufe des Betriebs des elektrochemischen Energiespeichers
gewinnen lässt.
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Vielfältige weitere
Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann
anhand der beigefügten
Zeichnungen und der detaillierten Beschreibung verständlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
in einer schematischen Darstellung ein System gemäß einem
Ausführungsbeispiel;
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2 veranschaulicht
schematisch ein Modell eines elektrochemischen Energiespeichers
gemäß einem
Ausführungsbeispiel;
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3 veranschaulicht
schematisch ein Modell eines elektrochemischen Energiespeichers
gemäß einem
Ausführungsbeispiel;
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4 zeigt
in einer exemplarischen graphischen Darstellung die Klemmenspannung
des elektrochemischen Energiespeichers gegenüber dem Ladezustand;
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5 veranschaulicht
in einem Flussdiagramm ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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6 zeigt
einen Graph, der eine gegenüber der
Zeit aufgetragene Spannung und eine gegenüber der Zeit aufgetragene Restkapazität beinhaltet;
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7 zeigt
einen Graph, der zwei gegenüber
der Zeit aufgetragene Spannungen und eine gegenüber der Zeit aufgetragene Restkapazität beinhaltet;
und
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8 vereinigt
in einem Graph zwei graphische Darstellung der Spannung gegenüber der
Zeit und eine gegenüber
der Zeit aufgetragene Restkapazität.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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In
der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen
Bezug genommen, die einen Bestandteil der vorliegenden Erfindung
bilden, und in denen spezielle verwirklichbare Ausführungsbeispiele
veranschaulicht sind. Diese Ausführungsbeispiele
sind im Einzelnen ausreichend beschrieben, um dem Fachmann eine
Verwirklichung der Ausführungsbeispiele
zu ermöglichen,
und es ist klar, dass weitere Ausführungsbeispiele verwendet werden
können,
und dass logische, mechanische, elektrische und sonstige Änderungen
vorgenommen werden können,
ohne vom Gegenstand der Ausführungsbeispiele
abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung sollte daher
nicht als den Schutzumfang der Erfindung beschränkend bewertet werden. Der
Begriff „elektrochemischer
Energiespeicher" bezieht
sich gleichermaßen
auf Primärelemente
sowie auf Sekundärelemente
aus Batterien daraus.
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Unter
Bezugnahme auf 1 ist ein System 10 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
gezeigt. Das System 10 enthält einen elektrochemischen
Energiespeicher 12, eine Steuereinrichtung 14 und
eine elektronische Einrichtung 16. Der elektrochemische
Energiespeicher 12 kann als Bleiakkumulator ausgebildet
sein. Die elektronische Einrichtung 16 kann eine tragbare
Patientenüberwachungseinrichtung
sein, die dazu eingerichtet ist, eine oder mehrere lebenswichtige
Parameter, beispielsweise Temperatur, Pulsfrequenz, Blutdruck und
Atemfrequenz, zu überwachen.
Es sollte jedoch klar sein, dass das System 10 in Abwandlungen
andere Arten von elektrochemischen Energiespeichern und andere elektronische Einrichtungen
enthalten kann.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
ist der elektrochemische Energiespeicher 12 elektrisch
mit der Steuereinrichtung 14 verbunden, und die Steuereinrichtung 14 ist
mit der elektroni schen Einrichtung 16 elektrisch verbunden.
Es lässt
sich Energie von dem elektrochemischen Energiespeicher 12 durch die
Steuereinrichtung 14 und zu der elektronischen Einrichtung 16 übertragen,
um die elektronische Einrichtung 16 mit Leistung zu versorgen.
Wenn der elektrochemische Energiespeicher 12 entladen wird, kann
er über
eine externe Spannungsquelle 18 wieder aufgeladen werden.
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Die
Steuereinrichtung 14 ist mit dem positiven Pol 22 und
dem negativen Pol 24 des elektrochemischen Energiespeichers 12 verbunden
und dazu eingerichtet, in einer bekannten Weise die elektrochemische
Energiespeicherklemmenspannung Vt und/oder
den elektrochemischen Energiespeicherklemmenstrom It an
den Anschlusspolen 22, 24 zu erfassen. Wie weiter
unten im Einzelnen erläutert,
ist die Steuereinrichtung 14 außerdem dazu eingerichtet, den
Ladezustand (SOC = State Of Charge) des elektrochemischen Energiespeichers 12 im
Laufe des Betriebs des elektrochemischen Energiespeichers abzuschätzen. In
dem hier verwendeten Sinne bezeichnet "SOC" ("Ladezustand") die Restkapazität eines
Akkumulators bzw. elektrochemischen Speichers und der Begriff "Betriebsverlaufszeit" eines Akkumulators
beinhaltet auch Zeiträume,
in denen der elektrochemische Energiespeicher geladen wird, entladen
wird und/oder ungenutzt ist. Der Näherungswert des Ladezustands
des elektrochemischen Energiespeichers kann von der Steuereinrichtung 14 zu der
elektronischen Einrichtung 16 übertragen werden, um einem
Benutzer angezeigt zu werden.
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Die
Steuereinrichtung 14 kann den Ladezustand des elektrochemischen
Energiespeichers basierend auf einer Gleichung abschätzen, die
von einem Modell 19 eines elektrochemischen Energiespeichers
abgeleitet ist, das gemäß einem
Ausführungsbeispiel
in 2 dargestellt ist. Das Modell 19 eines
elektrochemischen Energiespeichers basiert auf einem elektrischen Stromkreis,
der durch eine interne Spannungsquelle Vs gespeist ist, und der
dazu eingerichtet ist, das elektrochemische Verhalten des (in 1 gezeigten)
elektrochemischen Energiespeichers 12 zu beschreiben. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
enthält
der elektronische Schaltkreis des Modells eines elektrochemischen
Energiespeichers 19 mehrere in Reihe geschaltete Widerstände R1–Rn und eine entsprechende Anzahl von Kondensatoren
C1–Cn-1, die jeweils zwischen einem benachbarten
Paar Widerständen
angeordnet sind. Die Widerstände
R1–Rn bzw. die Kondensatoren C1–Cn-1 repräsentieren
einen inneren Widerstand des elektrochemischen Energiespeichers
und eine innere Kapazität
des elektrochemischen Energiespeichers, die in vielen unterschiedlichen
Typen von elektrochemischen Energiespeichern spezifisch sind. Die
Anzahl von Widerständen
und Kondensatoren kann gesteigert werden, um die Genauigkeit, mit
der das Modell 20 eines elektrochemischen Energiespeichers
das Verhalten des elektrochemischen Energiespeichers 12 beschreibt,
zu verbessern. Gemäß noch einem Ausführungsbeispiel
kann das Modell 19 eines elektrochemischen Energiespeichers
anstelle der oder zusätzlich
zu den Kondensatoren C1–Cn-1 Induktivitäten aufweisen.
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Mit
Bezug auf 3 ist ein vereinfachtes Modell 20 eines
elektrochemischen Energiespeichers gemäß einem Ausführungsbeispiel
veranschaulicht. Das Modell 20 eines elektrochemischen
Energiespeichers enthält
einen einzigen Kondensator C1, der zwischen
einem Paar Widerständen
R1 und R2 angeordnet
ist. Das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel
des Modells 20 eines elektrochemischen Energiespeichers
wird im folgenden für
Zwecke der Veranschaulichung beschrieben, dem Fachmann sollte jedoch
klar sein, dass abgewandelte Ausführungsbeispiele, die zusätzliche
Widerstände
und Kondensatoren aufweisen, in ähnlicher
Weise verwirklicht werden können.
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Es
ist allgemein bekannt, dass es möglich
ist, die elektrochemische Energiespeicherklemmenspannung Vt, falls der elektrochemische Energiespeicher
für gewisse
Zeit nicht benutzt (d. h. weder geladen noch entladen) wurde, zu
nutzen, um den Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers abzuschätzen. Ein
Verfahren zum Gewinnen eines Näherungswerts
des Ladezustands des elektrochemischen Energiespeichers basierend
auf einer gemessenen elektrochemischen Energiespeicherklemmenspannung
Vt verwendet eine graphische Darstellung,
wie sie beispielsweise in 4 dargestellt
ist. Die graphische Darstellung nach 4 korreliert
die Klemmenspannung des elektrochemischen Energiespeichers mit dem
Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers, und kann von
dem Hersteller bezogen werden, oder kann durch Zusammenstellen von
Testdaten erstellt werden, die über
einen Bereich von Klemmenspannungswerten des elektrochemischen Energiespeichers
erfasst wurden. Falls der elektrochemische Energiespeicher für eine ausreichende
Zeitspanne unbenutzt war, würde
eine gemessene Klemmenspannung des elektrochemischen Energiespeichers
von 6,0 V beispielsweise einen Ladezustand von etwa 28% bedeuten.
Mit anderen Worten, es kann basierend auf einem Klemmenspannungsmesswert
des elektrochemischen Energiespeichers von 6,0 V geschätzt werden,
dass etwa 28% der Kapazität
des elektrochemischen Energiespeichers verbleiben. Ein Problem im
Zusammenhang mit dem zuvor beschriebenen Verfahren besteht darin,
dass es möglicherweise
erforderlich ist, mehrere Stunden, in denen der elektrochemische
Energiespeicher unbenutzt bleibt, zu warten, bevor ein genauer Näherungswert
des Ladezustands des elektrochemischen Energiespeichers gewonnen
werden kann.
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Nochmals
Bezug nehmend auf 3, ist es ersichtlich, dass
die Spannung der internen Spannungsquelle Vs,
wenn der elektrochemische Energiespeicher für eine gewisse Zeitspanne unbenutzt
war, im Wesentlichen äquivalent
zu der Klemmenspan nung Vt des elektrochemischen
Energiespeichers ist. Mit anderen Worten, nachdem der Kondensator
C1 den Spannungspegel Vs erreicht
hat, und für
gewisse Zeit kein Strom durch die Widerstände R1 und
R2 geflossen ist, ist die Spannung an der
internen Quelle Vs im Allgemeinen äquivalent
zu der Spannung an den Anschlusspolen Vt.
Dementsprechend können
berechnete Werte von Vs in Kombination mit
einer graphischen Darstellung, die jener in 4 ähnelt, eingesetzt
werden, um den Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers
in einer Weise abzuschätzen,
bei der es nicht erforderlich ist, dass der elektrochemische Energiespeicher
unbenutzt bleibt. Falls der Laststrom bekannt ist oder geschätzt werden
kann, ist es außerdem
möglich,
basierend auf dem Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers
die Restlaufzeit des elektrochemischen Energiespeichers zu berechnen.
Im folgenden wird ein Verfahren zum Berechnen von Vs beschrieben,
so dass der Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers und/oder
die Restlaufzeit des elektrochemischen Energiespeichers geschätzt werden kann.
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Unter
Bezugnahme auf 1 und 3 ist die
Steuereinrichtung 14 dazu eingerichtet, Vs basierend
auf kurz zuvor erfassten Messwerten der Klemmenspannung Vt des elektrochemischen Energiespeichers
und des Klemmenstroms It des elektrochemischen
Energiespeichers, sowie einer Vorgeschichte des Stroms des elektrochemischen
Energiespeichers zu berechnen. Für
Zwecke dieser Beschreibung beinhaltet die Vorgeschichte des Stroms
des elektrochemischen Energiespeichers einen oder mehrere zuvor
akquirierte Messwerte Klemmenstroms It des
elektrochemischen Energiespeichers. Ebenfalls für Zwecke dieser Beschreibung
ist ein "kurz zuvor" erfasster Messwert
ein Messwert, der im Wesentlichen gleichzeitig mit seinem beabsichtigten
Einsatz (z. B. innerhalb der vorausgehenden 5 Sekunden) gewonnen
wurde, und ein "früher" erfasster Messwert
ist ein Messwert, der mehr als 30 Sekunden vor seinem beabsichtigten
Einsatz gewonnen wurde. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
kann die Steuereinrichtung 14 dazu eingerichtet sein, Vs anhand der von dem Modell 20 abgeleiteten
Gleichung Vs = Vt – (R2·It) – (ACC·R1·(1/Btc) zu berechnen. Im Folgenden wird ein Verfahren
der Verwendung dieser Gleichung beschrieben, um den Ladezustand des
elektrochemischen Energiespeichers und/oder die Restlaufzeit des
elektrochemischen Energiespeichers abzuschätzen.
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Mit
Bezug auf 5 ist ein Flussdiagramm gezeigt,
das ein Verfahren 100 zum Abschätzen des Ladezustands und/oder
der Restlaufzeit des elektrochemischen Energiespeichers gemäß einem
Ausführungsbeispiel
veranschaulicht. Die einzelnen Blöcke 102–114 repräsentieren
Schritte, die durch die (in 1 gezeigte)
Steuereinrichtung 14 ausgeführt werden können. Dem
Fachmann wird einleuchten, dass die Schritte 102–114 umgruppiert
und/oder kombiniert werden können,
solange der zugrundeliegende Rechenvorgang erhalten bleibt.
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Unter
Bezugnahme auf 3 und 5 wird in
Schritt 102 die an den Anschlusspolen 22, 24 anliegende
Klemmenspannung Vt des elektrochemischen
Energiespeichers in einer bekannten Weise gemessen. In Schritt 104 wird
in einer bekannten Weise der Klemmenstrom It des
elektrochemischen Energiespeichers an den Anschlusspolen 22, 24 gemessen.
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In
Schritt 106 wird die Spannung der internen Spannungsquelle
Vs anhand der Gleichung Vs =
Vt – (R2·It) – (ACC·R1·(1/Btc) berechnet. Ein exemplarisches Verfahren
zum Berechnen von Vs gemäß der vorausgehenden Gleichung
wird nachstehend im Einzelnen erläutert. In Schritt 108 wird
der Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers näherungsweise
berechnet (geschätzt).
Gemäß einem Ausführungsbeispiel
kann der Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers mittels
des berechneten Wertes von Vs abgeschätzt werden,
der in Schritt 106 und anhand des zuvor gemäß 4 beschriebenen
Verfahrens gewonnen wurde. In Schritt 110 wird die Restlaufzeit
des elektrochemischen Energiespeichers abgeschätzt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel
kann die Restlaufzeit des elektrochemischen Energiespeichers basierend
auf dem in Schritt 108 gewonnenen Ladezustand und auf einem gewöhnlich ungünstigsten
Stromentzugswert abgeschätzt
werden. Falls beispielsweise der den höchsten Verbrauch verursachende
Betrieb der (in 1 gezeigten) elektronischen
Einrichtung 16 dem elektrochemischen Energiespeicher einen
Strom mit einer Rate von 0,75 As entzieht, kann dieser Wert in Verbindung
mit dem Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers verwendet
werden, um einen Laufzeitschätzwert
zu erzeugen.
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In
Schritt 112 wird die Variable ACC schrittweise anhand der
Gleichung ACC = ((ACCprevious)·(1 – K)) +
It errechnet. Für die erste Iteration kann
die Variable ACCprevious gleich Null gesetzt
werden. Die Variable K ist eine Akkumulatorkonstante, die anhand
der Gleichung K = 1 – EXP((–1·(Abtastrate)/(Btc)) gewonnen werden kann. Die Variable Btc ist eine Zeitkonstante des elektrochemischen
Energiespeichers, die mittels der Gleichung Btc =
C1·R1 berechnet werden kann. Ein exemplarisches
Verfahren zum Abschätzen
der Zeitkonstante Btc des elektrochemischen
Energiespeichers wird nachstehend im Einzelnen erläutert. In
Schritt 114 hält
das Verfahren 100 für
eine vorbestimmte Zeitspanne an bzw. wird verzögert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel
beträgt
die Dauer der Verzögerung
in Schritt 114 etwa 51 Sekunden. Nach Vollendung von Schritt 114 kehrt
das Verfahren 100 zu Schritt 102 zurück.
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Ein
exemplarisches Verfahren zum Berechnen oder Abschätzen sämtlicher
Variablen in der Gleichung Vs = Vt – (R2·It) – (ACC·R1·(1/Btc) von Schritt 106 wird im folgenden
in der Reihenfolge des Aufscheinens der Variablen beschrieben. Die
Vari able Vt kann in einer bekannten Weise
durch die (in 1 gezeigten) Steuereinrichtung 14 an
den Anschlusspolen 22, 24 gemessen werden. Die
Variable R2 kann von dem Hersteller des
elektrochemischen Energiespeichers bezogen werden oder kann durch Messen
der in Zusammenhang mit dem Anlegen oder Abklemmen einer bekannten
Last im Allgemeinen auftretenden plötzlichen Änderung der Klemmenspannung
des elektrochemischen Energiespeichers abgeschätzt werden. Ein exemplarisches
Verfahren zum Schätzen
von R2 wird nachstehend mit Bezug auf 6 beschrieben.
Die Variable It kann in einer bekannten
Weise durch die Steuereinrichtung 14 an den Anschlusspolen 22, 24 gemessen
werden. Die Variable ACC wird in der anhand von Schritt 112 des
Verfahrens 100 beschriebenen Weise berechnet.
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Die
Variable R1 und die Zeitkonstante Btc des elektrochemischen Energiespeichers
können
von dem Hersteller des elektrochemischen Energiespeichers bezogen
werden oder können
in Näherung
bestimmt werden, indem eine Last entfernt wird und eine Kurvenanpassung
der sich ergebende Steigung der gegenüber der Zeit abgetragenen Spannung durchgeführt wird.
Ein exemplarisches Verfahren zum Berechnen der Variablen R1, R2 und der Zeitkonstante
Btc des elektrochemischen Energiespeichers wird
nun mit Bezug auf 6–8 beschrieben.
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Bezugnehmend
auf 6 wurde an einem (nicht gezeigten) Probeakkumulator,
der dem (in 1 gezeigten) elektrochemischen
Energiespeicher 12 ähnelte,
ein Entladungsstrom von 0,29 A hervorgerufen. Zum Zeitpunkt T1 wurde der an dem Probeakkumulator hervorgerufene
Entladungsstrom von 0,29 A unterbrochen und zum Zeitpunkt T2 wurde der Entladungsstrom von 0,29 A von
neuem an den Probeakkumulator hervorgerufen. Die Kurve 40 repräsentiert
die in Reaktion auf die Anwendung der zuvor beschriebenen Entladungssequenz
hervorgerufene Klemmenspannung des Probeakkumulators, aufgetragen
gegenüber
der Zeit. Die Kurve 42 repräsentiert die in Reaktion auf
die Anwendung der zuvor beschriebenen Entladungssequenz verbleibende
Restkapazität
des Probeakkumulators, aufgetragen gegenüber der Zeit. Es ist ersichtlich,
dass sich die Steigung der Kurve 40 der Klemmenspannung
des elektrochemischen Energiespeichers von derjenigen der Restkapazitätskurve 42 insbesondere
zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 unterscheidet, da die Kurve 40 der
Klemmenspannung des elektrochemischen Energiespeichers nicht die
(in 3 gezeigten) Variablen R1,
R2 und die Zeitkonstante Btc des
elektrochemischen Energiespeichers berücksichtigt.
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Wie
zuvor erläutert,
kann die (in 3 gezeigte) Variable R2 durch Messen der im Allgemeinen in Zusammenhang
mit dem Anlegen oder Abschalten einer bekannten Last auftretenden
verzögerungsfreien Änderung
der Klemmenspannung des elektrochemischen Energiespeichers in Näherung bestimmt werden.
Mit Bezug auf 6 ist zu sehen, dass die (durch
die Kurve 40 repräsentierte)
Klemmenspannung zum Zeitpunkt T1 in Reaktion
auf die Unterbrechung des Entladungsstroms von 0,29 A von etwa 5,82
Volt auf etwa 5,91 Volt ansteigt. Folglich kann die Variable R2 unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes
nach der Gleichung R2 = ΔV/I = (5,91 – 5,82)/0,29 = 0,31 Ohm berechnet
werden.
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7 zeigt
eine graphische Darstellung der zuvor beschriebenen Kurven 40 und 42 und
einer Kurve 44. Die Kurve 44 basiert auf der Klemmenspannung
des elektrochemischen Energiespeichers und einem Korrekturfaktor,
der den (in 3 gezeigten) Widerstand R2 berücksichtigt.
Genauer gesagt ist die Kurve 44 eine graphische Darstellung
der in Reaktion auf die Anwendung der gemäß 6 beschriebenen
Entladungssequenz des elektrochemischen Energiespeichers auftretenden
Größe (Vt – (R2·It)), aufgetragen gegenüber der Zeit.
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Es
ist ersichtlich, dass sich die Steigung der Kurve 44 durch
den Einsatz eines den Widerstand R2 berücksichtigenden
Korrekturfaktors der Restkapazitätskurve 42 besser
nähert.
Die Steigung der Kurve 44 zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 ist jedoch nicht
konsistent mit jener der Restkapazitätskurve 42, da die
Kurve 44 den (in 3 gezeigten)
Widerstand R1 und die Zeitkonstante Btc des elektrochemischen Energiespeichers
nicht berücksichtigt.
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Ein
Näherungswert
der Variablen R1 lässt sich mittels der Kurve 44 gewinnen,
indem die zeitliche Spannungsänderung
identifiziert wird, die in Zusammenhang mit dem Anlegen oder Abschalten
einer bekannten Last auftritt. Dieser Näherungswert wird unter Zugrundelegung
der Annahme berechnet, dass die (in 3 gezeigte)
innere Kapazität
des elektrochemischen Energiespeichers C1 letztendlich den
Spannungspegel Vs erreichen wird, so dass
die Spannungsänderung über einen
ausreichend langen Zeitraum ausschließlich auf den Widerstand R1 zurückzuführen ist.
Beispielsweise ist mit Bezug auf 7 zu sehen,
das die Kurve 44 in Reaktion auf die Unterbrechung des
Entladungsstroms von 0,29 A in dem Zeitintervall T1–T2 von 5,91 Volt auf 5,94 Volt ansteigt. Diese
zeitliche Spannungsänderung
im Zusammenhang mit der Entfernung einer bekannten Last, kann in
Verbindung mit dem Ohmschen Gesetz verwendet werden, um R1 anhand der Gleichung R1 = ΔV/I = (5,94 – 5,91)/0,29
= 0,1 Ohm zu berechnen.
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8 zeigt
eine graphische Darstellung der zuvor beschriebenen Kurven 40 und 42 und
einer Kurve 46. Die Kurve 46 repräsentiert
einen Näherungswert
der Spannung der internen Spannungsquelle (Vs)
des elektrochemischen Energiespeichers basierend auf der Klemmenspannung
des elektrochemischen Energiespeichers; auf einem ersten Korrekturfaktor,
der den (in 3 gezeigten) Widerstand R2 berücksichtigt;
und auf einem zwei ten Korrekturfaktor, der sowohl den Widerstand
R1 als auch die Zeitkonstante Btc des
elektrochemischen Energiespeichers berücksichtigt. Genauer gesagt
ist die Vs-Kurve 46 eine graphische
Darstellung der in Reaktion auf die Anwendung der gemäß 6 beschriebenen
Entladungssequenz des elektrochemischen Energiespeichers auftretende
Größe (Vt – (R2·It) – (ACC·R1·(1/Btc)), aufgetragen gegenüber der Zeit.
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Es
sollte klar sein, dass die die Kurve 46 definierende Gleichung
lediglich eine einzige unbekannte Variable (die Zeitkonstante Btc des elektrochemischen Energiespeichers)
enthält.
Diese unbekannte Variable kann durch eine Versuch-und-Irrtum-Methode und
durch eine Kurvenanpassung der Steigung der sich ergebenden Vs-Kurve abgeschätzt werden. Mit anderen Worten
ist die geschätzte
Variable Btc der Wert, der eine Vs-Kurve mit einer Steigung hervorbringt,
die am besten mit jener der Kurve 42 übereinstimmt. Gemäß dem in 8 veranschaulichten
Beispiel beträgt
der die Vs-Kurve 46 hervorbringende
Näherungswert
für Btc 2.000 Sekunden. Da die Steigung der Kurve 46 der
Steigung der Kurve 42 in hohem Maße nahe kommt, kann angenommen werden,
dass der geschätzte
Wert für
Btc von 2.000 genau ist.
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Die
vorliegende Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung einschließlich des
besten Modus zu offenbaren, und um außerdem den Fachmann in die
Lage zu versetzen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen und beliebige
Einrichtungen und Systeme herzustellen und zu verwenden, und beliebige
damit verbundene Verfahren durchzuführen. Der patentfähige Schutzumfang
der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere
dem Fachmann in den Sinn kommende Beispiele umfassen. Solche weiteren
Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie strukturelle Elemente
aufweisen, die sich von dem wörtlichen
Inhalt der Ansprüche
nicht unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente
enthal ten, die sich nur unwesentlich von dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche unterscheiden.
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Im
Vorliegenden ist ein elektrochemische Energiespeichersystem 10 offenbart.
Zu dem elektrochemischen Energiespeichersystem 10 gehören ein elektrochemischer
Energiespeicher 12 und eine Steuereinrichtung 14,
die betriebsmäßig an den
elektrochemischen Energiespeicher 12 angeschlossen ist.
Die Steuereinrichtung 14 ist dazu eingerichtet, einen Ladezustand
des elektrochemischen Energiespeichers basierend auf einer Vorgeschichte
des Stroms des elektrochemischen Energiespeichers abzuschätzen, so
dass sich im Laufe des Betriebs des elektrochemischen Energiespeichers 12 ein
Näherungswert
des Ladezustands des elektrochemischen Energiespeichers gewinnen
lässt.