DE102012108574B4 - Systeme und Verfahren zur Bestimmung einer verbleibenden Batteriekapazität einer Batterievorrichtung - Google Patents

Systeme und Verfahren zur Bestimmung einer verbleibenden Batteriekapazität einer Batterievorrichtung Download PDF

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Abstract

Ein System zur Bestimmung einer verbleibenden Batteriekapazität umfasst einen Detektionsschaltkreis und eine Steuereinheit. Der Detektionsschaltkreis ist mit einer Batterievorrichtung an einem Detektionsknoten gekoppelt, um eine Ruhespannung der Batterievorrichtung zu detektieren. Die Steuereinheit ist mit dem Detektionsschaltkreis gekoppelt, leitet einen Strommenge, die von der Batterievorrichtung entnommen wird, in Abhängigkeit der Ruhespannung ab, berechnet eine Leerlaufspannung der Batterievorrichtung in Abhängigkeit des Stroms und bestimmt die Restbatteriekapazität der Batterievorrichtung in Abhängigkeit der Leerlaufspannung.

Description

  • Hintergrund zur der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Bestimmung eines verbleibenden Batterieladezustands.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Moderne, in der Hand gehaltene elektronische Vorrichtungen, wie beispielsweise Mobiltelefone, Notebooks, Tabletcomputer, GPS Empfänger und dergleichen, werden durch Batterievorrichtungen mit Strom versorgt, so dass diese auf einfache Art und Weise mitgenommen werden können. In diesem Zusammenhang sind die präzise Bestimmung des verbleibenden Batterieladezustands und die Haltbarkeit der Batterievorrichtung von besonderer Bedeutung.
  • Üblicherweise wird der verbleibende Batterieladezustand bestimmt, indem die Querspannung der Batterievorrichtung gemessen und eine Tabelle konsultiert wird, die die Spannung gegenüber dem Batterieladezustand aufzeigt, um so den verbleibenden Batterieladezustand zu bestimmen. Jedoch kann diese herkömmliche Bestimmung ungenau sein, da die Querspannung der Batterievorrichtung instabil und in Abhängigkeit von unterschiedlichen Systembeanspruchungen variieren kann. Beispielsweise, wenn die Systembeanspruchung hoch ist, wird viel Strom von der Batterievorrichtung entnommen, was verursacht, dass die Querspannung der Batterievorrichtung dramatisch absinkt. Andererseits, wenn die Systembeanspruchung gering ist, wird nur wenig Strom von der Batterievorrichtung entnommen, was verursacht, dass die Querspannung der Batterievorrichtung lediglich geringfügig abfällt.
  • Wenn die Querspannung der Batterievorrichtung während der Periode einer hohen Systembeanspruchung gemessen wird, kann der gegenwärtige Batterieladezustand falsch bestimmt werden, so dass er wesentlich niedriger als der tatsächlich verbleibende Batterieladezustand ist, da die starke Systembeanspruchung lediglich für eine kurze Zeitspanne auftritt und die Menge der Entladung nicht so groß ist wie bestimmt.
  • Daher sind Schaltkreise und Verfahren zur präzisen Bestimmung eines verbleibenden Batterieladezustands wünschenswert.
  • Aus der EP 2 233 939 A2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Ladezustands einer Batterie auf Basis von Stromdaten oder auf Basis von Spannungsdaten in Abhängigkeit einer Bedingung in einem Batterieverwaltungssystem unter Verwendung eines Ersatzschaltkreismodells bekannt.
  • Die WO 2006/121289 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Schätzung des Batterieladezustands, bei denen eine Temperaturänderung und eine Leerlaufspannung gemessen werden, um so den Ladezustand zu einer Anfangszeit, bei der sich ein Fahrzeug in einem Ruhezustand befindet, zu schätzen, wobei eine Verminderung des Batterieladezustands infolge Ladung und Entladung der Batterie bei sich bewegendem Fahrzeug gemessen werden kann.
  • Kurze Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Erfindung schlägt ein System zur Bestimmung eines verbleibenden Batterieladezustands nach Anspruch 1 sowie ein diesbezügliches Verfahren nach Anspruch 5 vor.
  • Eine detaillierte Beschreibung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen für die folgenden Ausführungsformen wiedergegeben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung kann beim Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und Beispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verstanden werden. Es zeigen:
  • 1 ein Blockdiagramm, das beispielhaft ein System zur Bestimmung eines verbleibenden Batterieladezustands wiedergibt;
  • 2 ein schematisches Diagramm, das beispielhaft eine Kurve der Leerlaufspannung gegenüber der Höhe der Entladung und eine Kurve der Ruhespannung gegenüber der Höhe der Entladung (Depth of Discharge; DOD) wiedergibt;
  • 3 ein Diagramm, das beispielhaft einen Ersatzschaltkreis einer Batterievorrichtung wiedergibt;
  • 4 ein schematisches Diagramm, das beispielhaft ein Konzept für ein wiederholtes Aktualisieren des Werts der Leerlaufspannung darstellt, um einen konvergenten Wert der Leerlaufspannung zu erhalten;
  • 5 ein schematisches Diagramm, das beispielhaft ein Konzept für ein wiederholtes Aktualisieren des elektrischen Widerstandswerts des internen Widerstands RINT der Batterievorrichtung wiedergibt;
  • 6 ein Ablaufdiagramm, das beispielhaft ein Verfahren zur Bestimmung eines verbleibenden Batterieladezustands einer Batterievorrichtung wiedergibt;
  • 7 ein Blockdiagramm, das ein System zur Bestimmung eines verbleibenden Batterieladezustands gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wiedergibt;
  • 8 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Bestimmung eines verbleibenden Batterieladezustands einer Batterievorrichtung gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung wiedergibt; und
  • 9 ein schematisches Diagramm, das eine Kurve des maximalen Batterieladezustands Qmax gegenüber einer Anzahl von Lade-/Entladezyklen wiedergibt.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Die nachfolgende Beschreibung der 1 bis 6 dient dem Zweck der Darstellung von allgemeinen Prinzipien im Zusammenhang mit der Erfindung.
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das beispielhaft ein System zur Bestimmung eines verbleibenden Batterieladezustands einer Batterievorrichtung darstellt. In diesem Beispiel kann das System 100 einen Detektionsschaltkreis 120, der mit einer Batterievorrichtung 110 gekoppelt ist, und eine Steuereinheit 130 aufweisen, die mit dem Detektionsschaltkreis 120 gekoppelt ist. Der Detektionsschaltkreis 120 ist an einem Detektionsknoten N1 mit der Batterievorrichtung 110 gekoppelt, um eine Batteriespannung VBAT der Batterievorrichtung 110 zu detektieren. Die Steuereinheit 130 erhält eine Information betreffend der Batteriespannung VBAT der Batterievorrichtung 110 von dem Detektionsschaltkreis 120, leitet Strom, der aus der Batterievorrichtung 110 auf Basis der Ruhespannung entnommen wird, ab, berechnet eine Leerlaufspannung (open circuit voltage; OCV) der Batterievorrichtung 110 auf Basis des abgeleiteten Stroms und bestimmt den verbleibenden Batterieladezustand der Batterievorrichtung 110 in Abhängigkeit der Leerlaufspannung (OCV).
  • Im Allgemeinen kann, wenn kein oder fast kein Strom aus der Batterievorrichtung 110 entnommen wird, die Batteriespannung VBAT, die durch den Detektionsschaltkreis 120 detektiert wird, als die sogenannte Leerlaufspannung (OCV) bezeichnet werden, da davon auszugehen ist, dass die beiden Anschlüsse der Batterievorrichtung 110 von irgendeinem Schaltkreis abgekoppelt sind und/oder keine Verbraucherlast mit der Batterievorrichtung 110 verbunden ist. Alternativ kann, wenn wenig Strom von der Batterievorrichtung 110 entnommen wird, die Batteriespannung VBAT, die von dem Detektionsschaltkreis 120 detektiert wird, als eine Ruhespannung (closed circuit voltage; CCV) angesehen werden. Im folgenden soll diese Batteriespannung bei wenig Strom als sogenannte Ruhespannung bezeichnet werden.
  • In dem gezeigten Beispiel kann der Detektionsschaltkreis 120 eine Temperaturmessvorrichtung 121, einen Multiplexer 122, einen externen Widerstand REXT und zwei Analog-zu-Digital Wandler (ADC) 123 und 124 aufweisen. Die Temperaturmessvorrichtung 121 ist mit der Batterievorrichtung 110 gekoppelt, um eine Temperatur der Batterievorrichtung 110 zu messen und eine Messspannung VTEMP zu generieren, die der Temperatur der Batterievorrichtung 110 an einem Messknoten N2 entspricht. Die Temperaturmessvorrichtung 121 kann eine Heißleiter-Vorrichtung (negative temperature coefficient (NTC)) sein, wie beispielsweise ein Thermistor. Die Temperaturmessvorrichtung 121 kann mit einer Referenzspannungsquelle gekoppelt sein, um von dieser eine Referenzspannung VREF zu erhalten.
  • Der Multiplexer 122 ist mit dem Messknoten N2 und dem Detektionsknoten N1 verbunden, um sowohl die Messspannung VTEMP als auch die Batteriespannung VBAT zu empfangen, und multiplext die Messspannung VTEMP und die Batteriespannung VBAT, um entweder die Messspannung VTEMP oder die Batteriespannung VBAT an die nachfolgenden ADC 123 in Antwort auf einen Schaltbefehl selektiv auszugeben. Der Schaltbefehl kann von der Steuereinheit 130 erzeugt werden, um eine gewünschte Spannung, die empfangen werden soll, auszuwählen. Der ADC 123 ist mit dem Multiplexer 122 gekoppelt, um entweder die Messspannung VTEMP oder die Batteriespannung VBAT, die von dem Multiplexer 122 ausgegeben werden, zu empfangen und analog-zu-digital umzuwandeln, und das umgewandelte Ergebnis entweder der Messspannung VTEMP oder der Batteriespannung VBAT an die Steuereinheit 130 auszugeben.
  • Der ADC 124 ist mit dem externen Widerstand REXT gekoppelt, der ausgestaltet ist, um Strom, der von der Batterievorrichtung 110 entnommen wird, zu messen, um den Spannungsunterschied zwischen zwei Anschlüssen des externen Widerstands REXT zu detektieren, wie beispielsweise einen Spannungsunterschied zwischen einer Spannung VA an dem Konten N3 und einer Spannung VB an dem Knoten N4. Der ADC 124 wandelt den Spannungsunterschied analog-zu-digital um und gibt die umgewandelten Ergebnisse des Spannungsunterschieds an die Steuereinheit 130 aus.
  • In diesem Beispiel kann die Steuereinheit 130 den Strom I ermitteln, der von der Batterievorrichtung 110 in Abhängigkeit des Spannungsunterschieds zwischen den Spannungen VA und VB, die von dem ADC 124 detektiert werden, entnommen wird. Beispielsweise kann die Steuereinheit 130 den Stromwert I gemäß dem Spannungsunterschied und einem vorbestimmten externen Widerstand REXT schätzen. Das heißt, der Stromwert I kann wie folgt ermittelt werden: I = (VA – VB)/RE Gleichung (1) wobei RE der elektrische Widerstandswert des externen Widerstands REXT ist. Nach Erhalt des Stroms I kann die Steuereinheit 130 des Weiteren die Leerlaufspannung VOCV in Abhängigkeit des Stroms I und der Batteriespannung VBAT, die von dem Detektionsschaltkreis 120 detektiert werden, ermitteln.
  • 2 ist ein schematisches Diagramm, das eine Kurve der Leerlaufspannung VOCV gegenüber der Höhe der Entladung und eine Kurve der Ruhespannung VCCV gegenüber der Höhe der Entladung (Depth of Discharge/DOD) wiedergibt. Die Höhe der Entladung (DOD) ist als Prozentanteil wiedergegeben, der erhalten wird, indem die Höhe der Entladung durch einen maximalen Batterieladezustand der Batterievorrichtung geteilt wird. Wie in 2 gezeigt ist, existiert ein Spannungsabfall (bezeichnet als „IR-Abfall”) zwischen der Leerlaufspannung VOCV und der Ruhespannung VCCV. Daher kann die Steuereinheit 130 die Höhe des Spannungsabfalls bei der Ruhespannung VCCV kompensieren, um so die Leerlaufspannung VOCV abzuleiten.
  • In diesem Beispiel kann, wenn keine Information betreffend der Leerlaufspannung VOCV der Batterievorrichtung 110 vorliegt, die Steuereinheit 130 anfänglich eine aktuell detektierte Batteriespannung VBAT, welche die Ruhespannung VCCV sein kann, als einen anfänglichen Wert der Leerlaufspannung VOCV festlegen. Als nächstes kann die Steuereinheit 130 den Wert der Leerlaufspannung VOCV wiederholt aktualisieren, indem der Spannungsabfall bei dem Wert der vorhergehend erhaltenen Leerlaufspannung VOCV kompensiert wird, wobei der Spannungsabfall durch Strom erhalten wird, der durch den externen Widerstand REXT und dem internen Widerstand RINT der Batterievorrichtung fließt.
  • 3 ist ein Diagramm, das ein Ersatzschaltbild einer Batterievorrichtung wiedergibt. Das Ersatzschaltbild einer Batterievorrichtung kann eine Spannungsquelle V und einen internen Widerstand RINT aufweisen. Eine Spannung, die von der Spannungsquelle V zur Verfügung gestellt wird, kann als die Leerlaufspannung VOCV der Batterievorrichtung angesehen werden. Die Steuereinheit 130 kann eine Information betreffend der detektierten Batteriespannung VBAT von dem Detektionsschaltkreis 120 erhalten, und die detektierte Batteriespannung VBAT als einen anfänglichen Wert V1 der Leerlaufspannung VOCV festsetzen. Als nächstes kann die Steuereinheit 130 den Wert V1 der Leerlaufspannung VOCV aktualisieren, wie nachfolgend angegeben: V2 = V1 + I × [R1 – RE] Gleichung (2) wobei V2 ein aktualisierter Wert der Leerlaufspannung VOCV, I der Strom, der über den externen Widerstand REXT, wie in Gleichung (1) dargestellt, gemessen wird, R1 ein anfänglicher Wert des elektrischen Widerstandswerts des internen Widerstands RINT der Batterievorrichtung 110, wie in 3 dargestellt, und RE der elektrische Widerstandswert des externen Widerstands REXT ist.
  • Die Steuereinheit 130 kann einen elektrischen Widerstandswert des internen Widerstands RINT der Batterievorrichtung 110 erhalten, indem ein Vergleich mit einer oder mehreren vordefinierten Tabellen angestellt wird. Hierbei können die Tabellen vordefiniert werden, wenn das System 100 hergestellt wird, und können in einem internen oder externen Speichern (nicht gezeigt) der Steuereinheit 130 gespeichert werden. Die vordefinierten Tabellen können eine erste Tabelle, die die Leerlaufspannung gegenüber der Höhe der Entladung (DOD) der Batterievorrichtung angibt, und eine zweite Tabelle aufweisen, die den elektrischen Widerstandswert des internen Widerstands RINT gegenüber der Höhe der Entladung (DOD) der Batterievorrichtung angibt. Es ist anzumerken, dass der verbleibende Batterieladezustand (der ebenfalls als Prozentsatz wiedergegeben werden kann) eine alternative Wahl darstellt, um die Höhe der Entladung zu ersetzen, wenn die Tabellen definiert werden, da eine Summe aus dem verbleibenden Batterieladezustand und der Höhe der Entladung eine festgelegte Zahl ist (beispielsweise 1 oder 100%, wenn sowohl die Höhe der Entladung als auch der verbleibende Batterieladezustand prozentual wiedergegeben werden).
  • Zusätzlich können, da die Batterieeigenschaften bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen variieren können, die Tabellen für unterschiedlichen Temperaturen vordefiniert werden, wenn das System 100 hergestellt wird, und können in einem internen oder externen Speicher (nicht gezeigt) der Steuereinheit 130 gespeichert werden. Die Steuereinheit 130 kann eine geeignete erste Tabelle und eine geeignete zweite Tabelle aus den vordefinierten Tabellen in Abhängigkeit der Messspannung VTEMP, die der Temperatur der Batterievorrichtung entspricht, auswählen.
  • Daher kann die Steuereinheit 130, bevor die Leerlaufspannung abgeleitet wird, anfänglich eine aktuell detektierte Batteriespannung VBAT, die die Ruhespannung VCCV sein kann, als einen anfänglichen Wert V1 der Leerlaufspannung VOCV festlegen und einen Vergleich mit der ersten Tabelle in Abhängigkeit des anfänglichen Werts V1 anstellen, um eine abgeleitete Höhe der Entladung (DOD) D1 der Batterievorrichtung zu erhalten. Des Weiteren kann die Steuereinheit 130 einen Vergleich mit der zweiten Tabelle in Abhängigkeit der abgeleiteten Höhe der Entladung (DOD) D1 anstellen, um einen anfänglichen Wert R1 für den elektrischen Widerstandswert des internen Widerstands RINT zu erhalten. Nach Erhalt des anfänglichen Werts R1 des elektrischen Widerstandswerts des internen Widerstands RINT kann die Steuereinheit 130 den Wert V1, wie in Gleichung (2) dargestellt, aktualisieren.
  • Als nächstes kann die Steuereinheit 130 des Weiteren einen Vergleich mit der ersten Tabelle in Abhängigkeit des aktualisierten Werts V2 anstellen, um einen aktualisierten Wert D2 der abgeleiteten Höhe der Entladung (DOD) der Batterievorrichtung zu erhalten, und einen Vergleich mit der zweiten Tabelle in Abhängigkeit des aktualisierten Werts D2 der abgeleiteten Höhe der Entladung (DOD) anstellen, um einen aktualisierten Wert R2 des elektrischen Widerstandswerts des internen Widerstands RINT zu erhalten. Als nächstes kann die Steuereinheit 130 des Weiteren einen aktualisierten Wert V3 der Leerlaufspannung VOCV erhalten, wie nachfolgend angegeben: V3 = V2 + I × [R2 + RE] Gleichung (3)
  • Die Steuereinheit 130 kann des Weiteren den elektrischen Widerstandswert des internen Widerstands RINT, die Höhe des Spannungsabfalls und den Wert der Leerlaufspannung für eine vorbestimmte Anzahl von Zeitzyklen wiederholt aktualisieren, um einen konvergenten Wert für die Leerlaufspannung zu erhalten. 4 ist ein schematisches Diagramm, das ein Konzept einer wiederholten Aktualisierung des Werts der Leerlaufspannung wiedergibt, um einen konvergenten Wert für die Leerlaufspannung zu erhalten, und 5 ist ein schematisches Diagramm, das ein Konzept eines wiederholten Aktualisierens des elektrischen Widerstandswerts des internen Widerstands RINT der Batterievorrichtung wiedergibt. Hierbei kann der Wert für die Leerlaufspannung nach drei bis vier Aktualisierungen konvergieren.
  • Abschließend kann die Steuereinheit 130 einen Vergleich mit der ersten Tabelle in Abhängigkeit des konvergenten Werts der Leerlaufspannung anstellen, um einen abschließenden Wert Df für die abgeleitete Höhe der Entladung (DOD) zu erhalten und um den verbleibenden Batterieladezustand zu bestimmen, wie nachfolgend angegeben: Remaining_battery_capacity = 1 – Df Gleichung (4)
  • Die 6 ist ein Flussdiagramm, das beispielhaft ein Verfahren zur Bestimmung eines verbleibenden Batterieladezustands einer Batterievorrichtung wiedergibt. Zu Beginn kann eine Ruhespannung der Batterievorrichtung detektiert werden (Schritt S602). Hierbei kann die Batteriespannung der Batterievorrichtung jederzeit detektiert werden. Beispielsweise kann, wenn das System 100, wie in 1 gezeigt ist, in einer elektronischen Vorrichtung enthalten ist, die von der Batterievorrichtung 110 mit Strom versorgt wird, die Batteriespannung jederzeit detektiert werden, wenn sich die elektronische Vorrichtung in Betrieb befindet. Da die Batteriespannung detektiert wird, wenn sich die elektronische Vorrichtung in Betrieb befindet, kann die detektierte Batteriespannung als die Ruhespannung VCCV der Batterievorrichtung 110 angesehen werden.
  • Als nächstes kann der Strom, der aus der Batterievorrichtung entnommen wird, über einen externen Widerstand, der mit der Batterievorrichtung gekoppelt ist, wie in 1 gezeigt ist, detektiert werden (Schritt S604). Als nächstes kann ein elektrischer Widerstandswert eines internen Widerstands, den die Batterievorrichtung aufweist, abgeleitet werden (Schritt S606). Wie vorhergehend dargestellt wurde, kann der elektrische Widerstandswert des internen Widerstands abgeleitet werden, indem ein Vergleich mit den ersten und zweiten Tabellen angestellt wird. Es ist anzumerken, dass die zweite Tabelle vereinfacht werden kann, indem diese nur einige Werte des elektrischen Widerstandswerts gegenüber einigen vordefinierten Werten der Höhe der Entladung (DOD) aufweist. Daher kann der elektrische Widerstandswert des internen Widerstands einfach dadurch abgeleitet werden, dass eine Interpolation zwischen zwei oder mehreren benachbarten Werten durchgeführt wird. Des Weiteren ist anzumerken, dass die zweite Tabelle weggelassen werden kann und der elektrische Widerstandswert des internen Widerstands als ein fester Wert festgelegt werden kann, unabhängig von der Höhe der Entladung (DOD). Daher kann der elektrische Widerstandswert des internen Widerstands auf einfache Art und Weise in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur der Batterievorrichtung abgeleitet werden. Es ist des Weiteren anzumerken, dass die zweite Tabelle weggelassen werden und der elektrische Widerstandswert des internen Widerstands als ein fester Wert unabhängig von der Höhe der Entladung (DOD) und der Temperatur festgelegt werden kann. Daher kann der elektrische Widerstandswert des internen Widerstands abgeleitet werden, indem unmittelbar der festgelegte Wert als der elektrische Widerstandswert des internen Widerstands erhalten wird. Es ist des Weiteren anzumerken, dass der elektrische Widerstandswert des internen Widerstands oder der elektrische Widerstandswert des internen Widerstands in der zweiten Tabelle in Abhängigkeit eines aktuellen Status der elektronischen Vorrichtung jederzeit aktualisiert werden können. Beispielsweise kann der elektrische Widerstandswert des internen Widerstands gemäß einem Lade-/Entlade-Spannungsanstieg-/abfall und einem Lade-/Entladestrom, der während einer Lade-/Entladeprozedur der Batterievorrichtung 110 gemessen wird, aktualisiert werden.
  • Als nächstes kann ein Spannungsabfall, der von dem externen Widerstand und dem internen Widerstand verursacht wird, in Abhängigkeit des in Schritt S604 erhaltenen Stroms, eines elektrischen Widerstandswerts des externen Widerstands, der ein bekannter Wert ist, und des elektrischen Widerstandswerts des internen Widerstands, der in Schritt S606 erhalten wird, berechnet werden (Schritt S608). Als nächstes kann der Wert der Leerlaufspannung berechnet werden, indem der Spannungsabfall, wie in Gleichung (2) gezeigt ist, herangezogen wird (Schritt S610). Abschließend kann der verbleibende Batterieladezustand der Batterievorrichtung gemäß dem Wert der Leerlaufspannung bestimmt werden (Schritt S612).
  • Es ist anzumerken, dass, bevor der Schritt S612 durchgeführt wird, die Schritte S606, S608 und S610 für eine vorbestimmte Anzahl von Zeitzyklen in Abhängigkeit des zuletzt aktualisierten Werts der Leerlaufspannung, die in Schritt S610 erhalten wird, wiederholt durchgeführt werden können, um einen konvergenten Wert für die Leerlaufspannung zu erhalten, der sehr viel näher an der tatsächlichen Leerlaufspannung der Batterievorrichtung liegt. Nach Erhalt des konvergenten Werts für die Leerlaufspannung kann der verbleibende Batterieladezustand der Batterievorrichtung gemäß dem konvergenten Wert der Leerlaufspannung bestimmt werden.
  • Es ist des Weiteren anzumerken, dass die Steuereinheit 130 des Weiteren eine Vielzahl von Werten des verbleibenden Batterieladezustands der Batterievorrichtung, die während einer Zeitspanne bestimmt wurden, verarbeitet, um einen genauen Wert für den verbleibenden Batterieladezustand der Batteriespannung zu erhalten. Beispielsweise kann die Steuereinheit 130 einen Durchschnitt der während der Zeitspanne bestimmten Werte als den genauen Wert berechnen oder kann des Weiteren einige Werte, die von den anderen divergieren, herausfiltern, bevor der Durchschnitt berechnet wird, so dass der bestimmte verbleibende Batterieladezustand einem stabileren Ergebnis entspricht.
  • 7 ist ein Blockdiagramm, das ein System zur Bestimmung eines verbleibenden Batterieladezustands einer Restbatteriekapazität gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wiedergibt. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung kann das System 700 einen Detektionsschaltkreis 720, der mit einer Batterievorrichtung 110 gekoppelt ist, und eine Steuereinheit 730 aufweisen, die mit dem Detektionsschaltkreis 720 gekoppelt ist. Der Detektionsschaltkreis 720 ist mit der Batterievorrichtung 110 an einem Detektionsknoten N1 zum Detektieren einer Batteriespannung VBAT der Batterievorrichtung 110 gekoppelt. Die Steuereinheit 730 empfängt eine Information betreffend der Batteriespannung VBAT der Batterievorrichtung 110 von dem Detektionsschaltkreis 720, um eine Leerlaufspannung (OCV) und eine Ruhespannung (CCV) der Batterievorrichtung 110 zu detektieren, berechnet einen Strom, der von der Batterievorrichtung 110 in Abhängigkeit von Werten der Leerlaufspannung (OCV) und der Ruhespannung (CCV) sowie eines elektrischen Widerstandswerts eines internen Widerstands entnommen wird, berechnet eine vorliegende Höhe der Entladung in Abhängigkeit des Stroms und bestimmt den verbleibenden Batterieladezustand der Batterievorrichtung 110 gemäß der vorliegenden Höhe der Entladung.
  • Gemäß dieser ersten Ausführungsform der Erfindung kann der Detektionsschaltkreis 720 eine Temperaturmessvorrichtung 721, einen Multiplexer 722 und Analog-zu-Digital-Wandler (ADC) 723 aufweisen. Die Temperaturmessvorrichtung 721 ist mit der Batterievorrichtung 110 gekoppelt, um eine Temperatur der Batterievorrichtung 110 zu messen und eine Messspannung VTEMP zu generieren, die der Temperatur der Batterievorrichtung 110 an einem Messknoten N2 entspricht. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Temperaturmessvorrichtung 721 eine Heißleitervorrichtung (NTC) sein, wie beispielsweise ein Thermistor. Die Temperaturmessvorrichtung 721 kann mit einer Referenzspannungsquelle gekoppelt sein, um von dieser eine Referenzspannung VREF zu erhalten.
  • Der Multiplexer 722 ist mit dem Messknoten N2 und dem Detektionsknoten N1 gekoppelt, um sowohl die Messspannung VTEMP als auch die Batteriespannung VBAT zu erhalten, und multiplext die Messspannung VTEMP und die Batteriespannung VBAT, um so entweder die Messspannung VTEMP oder die Batteriespannung VBAT an die nachfolgenden ADC 723 als Antwort auf einen Schaltbefehl selektiv auszugeben. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Schaltbefehl durch die Steuereinheit 730 bereitgestellt werden, um eine gewünschte Spannung, die erhalten werden soll, auszuwählen. Der ADC 723 ist mit dem Multiplexer 722 gekoppelt, um entweder die Messspannung VTEMP oder die Batteriespannung VBAT, die von dem Multiplexer 723 ausgegeben werden, zu empfangen und analog-zu-digital umzuwandeln und das Umwandlungsergebnis entweder der Messspannung VTEMP oder der Batteriespannung VBAT an die Steuereinheit 730 auszugeben.
  • Es ist anzumerken, dass gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, da dort kein externer Widerstand mit der Batterievorrichtung 110 gekoppelt ist, der Strom I, der von der Batterievorrichtung 110 entnommen wird, nicht geeignet ist, um gemessen oder durch den Detektionsschaltkreis 720 detektiert zu werden. Daher kann in dieser Ausführungsform der Erfindung die Steuereinheit 730 den Strom I, der von der Batterievorrichtung 110 entnommen wird, in Abhängigkeit der detektierten Batteriespannung VBAT und des elektrischen Widerstandswerts des internen Widerstands RINT, den die Batterievorrichtung 110 aufweist, berechnen.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung kann der Detektionsschaltkreis 720 zuerst eine anfängliche Spannung der Batterievorrichtung genau in dem Moment detektieren, wenn das System 700 (oder eine elektrische Vorrichtung, die das System 700 aufweist, und durch die Batterievorrichtung 110 mit Strom versorgt wird) eingeschaltet wird. Da dann kein Strom oder sehr geringer Strom sowie ein Strom, der nahezu null beträgt, existiert, der von der Batterievorrichtung 110 entnommen wird, bevor das System 700 gestartet wird, kann die anfängliche Spannung der Batterievorrichtung, die genau in dem Moment detektiert wird, wenn eingeschaltet wird, als die Leerlaufspannung VOCV der Batterievorrichtung angesehen werden. Der Detektionsschaltkreis 720 kann des Weiteren die Batteriespannung der Batterievorrichtung 110 nach einer vorbestimmten Zeitspanne T, beispielsweise 10 Sekunden, detektieren. Da dann etwas Strom, der von der Batterievorrichtung 110 entnommen wird, existiert, nachdem das System 700 eingeschaltet wurde, kann die Batteriespannung der Batterievorrichtung, die nach einer vorbestimmten Zeitspanne detektiert wurde, als die Ruhespannung VCCV der Batterievorrichtung angesehen werden.
  • Nach Erhalt der Leerlaufspannung VOCV und der Ruhespannung VCCV der Batterievorrichtung 110 kann die Steuereinheit 730 den Strom, der von der Batterievorrichtung 110 entnommen wird, ermitteln, indem ein Unterschied zwischen der Leerlaufspannung VOCV und der Ruhespannung VCCV durch einen elektrischen Widerstandswert eines internen Widerstands, den die Batterievorrichtung aufweist, geteilt wird, wie nachfolgend angegeben: I1 = (VOCV – VCCV)/R1 Gleichung (5) wobei I1 ein anfänglicher Wert des Stroms und R1 ein anfänglicher Wert des elektrischen Widerstandswerts des internen Widerstands der Batterievorrichtung 110, wie in 3 gezeigt ist, ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Steuereinheit 730 den anfänglichen Wert R1 des elektrischen Widerstandswerts des internen Widerstands RINT der Batterievorrichtung 110 erhalten, indem Vergleiche mit mehreren vordefinierten Tabellen angestellt werden. Gemäß der Ausführungsform der Erfindung können die Tabellen vordefiniert werden, wenn das System 700 hergestellt wird, und können in einem internen oder externen Speicher (nicht gezeigt) der Steuereinheit 730 gespeichert werden. Die vordefinierten Tabellen können eine erste Tabelle, die die Leerlaufspannung gegenüber der Höhe der Entladung (DOD) der Batterievorrichtung angibt, und eine zweite Tabelle aufweisen, die den elektrischen Widerstandswert des internen Widerstands RINT gegenüber der Höhe der Entladung (DOD) der Batterievorrichtung angibt. Es ist anzumerken, dass der verbleibende Batterieladezustand in einer alternativen Wahl die Höhe der Entladung ersetzt, wenn die Tabellen definiert werden, da eine Summe aus dem verbleibenden Batterieladezustand und der Höhe der Entladung eine festgelegte Zahl darstellt (beispielsweise 1, wenn sowohl die Höhe der Entladung als auch der verbleibende Batterieladezustand prozentual wiedergegeben werden).
  • Zusätzlich können, da die Batterieeigenschaften mit unterschiedlichen Umgebungstemperaturen variieren können, die Tabellen unter Berücksichtigung von unterschiedlichen Temperaturen vordefiniert werden, wenn das System 700 hergestellt wird, und können in einem internen oder externen Speicher (nicht gezeigt) der Steuereinheit 730 gespeichert werden. Die Steuereinheit 730 kann von den vordefinierten Tabellen eine geeignete erste Tabelle und eine geeignete zweite Tabelle in Abhängigkeit der Messspannung VTEMP auswählen, die geeignet ist, der Temperatur der Batterievorrichtung zu entsprechen.
  • Daher kann gemäß dieser ersten Ausführungsform der Erfindung, da die anfängliche Spannung der Batterievorrichtung, die genau in dem Moment detektiert wird, wenn eingeschaltet wird, als die Leerlaufspannung VOCV angesehen werden, und die Steuereinheit kann 730 einen Vergleich mit der ersten Tabelle in Abhängigkeit der anfänglichen Spannung der Batterievorrichtung anstellen, um die Höhe der Entladung (DOD) D1 zu erhalten. Des Weiteren kann die Steuereinheit 730 einen Vergleich mit der zweiten Tabelle in Abhängigkeit der abgeleiteten Höhe der Entladung (DOD) D1 anstellen, um einen anfänglichen Wert R1 für den elektrischen Widerstandswert des internen Widerstands RINT zu erhalten. Nach Erhalt des anfänglichen Werts R1 für den elektrischen Widerstandswert des internen Widerstands RINT kann die Steuereinheit 730 den Strom I wie in Gleichung (5) gezeigt ist, berechnen.
  • Nach Erhalt des Stroms I kann die Steuereinheit 730 des Weiteren eine vorliegende Höhe der Entladung der Batterievorrichtung in Abhängigkeit des Stroms I berechnen, wie nachfolgend angegeben: CAR2 = I1 × T + CAR1 Gleichung (6) D2 = D1 + CAR2/Qmax Gleichung (7) wobei D1 die anfängliche Höhe der Entladung ist, die gemäß der Leerlaufspannung VOCV, die genau in dem Moment detektiert wird, wenn eingeschaltet wird, erhalten wird, wobei CAR1 eine anfängliche Menge eines genutzten Batterieladezustands ist, die anfänglich auf 0 festgelegt wird, wobei CAR2 ein aktualisiertes Ergebnis der Menge eines genutzten Batterieladezustands ist, wobei T die vorbestimmte Zeitspanne ist, die die Steuereinheit 730 wartet, und wobei Qmax ein maximaler Batterieladezustand der Batterievorrichtung ist. Es ist anzumerken, dass Qmax einen bekannten Wert darstellt, wenn das System 710 hergestellt wird, und des Weiteren aktualisiert werden kann, da der maximale Batterieladezustand der Batterievorrichtung abnimmt, je älter die Batterie ist, oder kann sich ändern, wenn die Batterievorrichtung durch einen Benutzer ausgewechselt wird (die Verfahren zum Aktualisieren eines Werts des maximalen Batterieladezustands der Batterievorrichtung sollen des Weiteren in dem nachfolgenden Abschnitten erläutert werden).
  • Nach Erhalt der vorliegenden Höhe der Entladung D2 der Batterievorrichtung kann die Steuereinheit 730 den verbleibenden Batterieladezustand in Abhängigkeit der vorliegenden Höhe der Entladung D2 bestimmen, wie nachfolgend angegeben: Remaining_battery_capacity = 1 – D2 Gleichung (8)
  • Es ist anzumerken, dass gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung die Steuereinheit 730 des Weiteren den Wert der Leerlaufspannung VOCV und den Wert des elektrischen Widerstandswerts des internen Widerstands RINT aktualisieren kann, indem ein Vergleich mit den ersten und zweiten Tabellen in Abhängigkeit der vorliegenden Höhe der Entladung D2, die in Gleichung (7) abgeleitet wird, angestellt wird, um so einen aktuellen Wert VOCV2 für die Leerlaufspannung und einen aktualisierten Wert R2 für den elektrischen Widerstandswert des internen Widerstands RINT zu erhalten, um eine genauere Einschätzung des verbleibenden Batterieladezustands zu erhalten. Als nächstes kann die Steuereinheit 730 des Weiteren für eine vorbestimmte Zeitspanne, beispielsweise T, warten und eine gegenwärtige Ruhespannung VCCV der Batterievorrichtung messen. Als nächstes kann die Steuereinheit 730 des Weiteren den Strom und die vorliegende Höhe der Entladung der Batterievorrichtung wie folgt aktualisieren: I2 = (VOCV2 – VCCV)/R2 Gleichung (9) CAR3 = I2 × T + CAR2 Gleichung (10) D3 = CAR3/Qmax Gleichung (11)
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Steuereinheit 730 wiederholt eine letzte bestehende Ruhespannung VCCV messen und den Wert der Leerlaufspannung, den elektrischen Widerstandswert des internen Widerstands RINT und den Strom für eine vorbestimmte Anzahl von Zeitzyklen aktualisieren, um so einen konvergenten Wert Dc für die vorliegende Höhe der Entladung zu erhalten und den verbleibenden Batterieladezustand der Batterievorrichtung zu bestimmen, wie nachfolgend angegeben: Remaining_battery_capacity = 1 – Dc Gleichung (12)
  • Gemäß einigen anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das im Zusammenhang mit den 1 bis 6 erläuterte Verfahren auch mit dieser Ausführungsform kombiniert werden. Beispielsweise kann die Steuereinheit 730, nachdem die vorliegende Höhe der Entladung D3 gemäß Gleichung (11) aktualisiert wurde, einen aktualisierten Wert VOCV3 für die Leerlaufspannung und einen aktualisierten Wert R3 für den elektrischen Widerstandswert ermitteln, indem Vergleiche mit den ersten und zweiten Tabellen in Abhängigkeit der vorliegenden Höhe der Entladung D3 angestellt werden. Als nächstes kann die Steuereinheit 730 für eine vorbestimmte Zeitspanne, beispielsweise T, warten und eine gegenwärtige Ruhespannung Vccv der Batterievorrichtung 110 messen. Als nächstes kann die Steuereinheit 730 des Weiteren den Strom und die vorliegende Höhe der Entladung der Batterievorrichtung wie folgt aktualisieren: I3 = (VOCV3 – VCCV)/R3 Gleichung (13) CAR4 = I3 × T + CAR3 Gleichung (14) D4 = CAR4/Qmax Gleichung (15)
  • Nach Aktualisieren der vorliegenden Höhe der Entladung D4, wie in Gleichung (15), kann die Steuereinheit 730 einen aktualisierten Wert VOCV4 für die Leerlaufspannung und einen aktualisierten Wert R4 für den elektrischen Widerstandswerts ermitteln, indem Vergleiche mit den ersten und zweiten Tabellen in Abhängigkeit der vorliegenden Höhe der Entladung D4 angestellt werden, und des Weiteren den Strom und die vorliegende Höhe der Entladung der Batterievorrichtung auf ähnliche Art und Weise, wie in den Gleichungen (13) bis (15) angegeben ist, aktualisieren. Der Strom kann nach drei bis vier Aktualisierungen konvergieren.
  • Es ist anzumerken, dass gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung die Steuereinheit 730 des Weiteren eine Vielzahl von Werten des verbleibenden Batterieladezustands der Batterievorrichtung, die während einer Zeitspanne bestimmt wurden, verarbeiten kann, um einen genauen Wert für den verbleibenden Batterieladezustand der Batterievorrichtung zu erhalten. Beispielsweise kann die Steuereinheit 730 einen Durchschnitt der während der Zeitspanne bestimmten Werte als den genauen Wert berechnen oder kann des Weiteren einige Werte, die von dem anderen abweichen, vor der Berechnung des Durchschnitts herausfiltern, so dass der bestimmte verbleibende Batterieladezustand ein stabileres Ergebnis darstellt.
  • 8 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Bestimmung eines verbleibenden Batterieladezustands einer Batterievorrichtung gemäß der vorhergehend geschilderten Ausführungsform der Erfindung wiedergibt. Zu Beginn kann eine Leerlaufspannung der Batterievorrichtung erhalten werden (Schritt S802). Wie vorhergehend beschrieben kann eine anfängliche Spannung der Batterievorrichtung genau in dem Moment berechnet werden, wenn das System 700 (oder eine elektrische Vorrichtung, die das System 700 aufweist und durch die Batterievorrichtung 110 mit Strom versorgt wird) eingeschaltet wird, und kann als ein Wert für eine Leerlaufspannung der Batterievorrichtung festgelegt werden. Als nächstes kann ein elektrischer Widerstandswert eines internen Widerstands, den die Batterievorrichtung aufweist, abgeleitet werden (Schritt S804).
  • Wie vorhergehend erläutert, kann der elektrische Widerstandswert des internen Widerstands abgeleitet werden, indem ein Vergleich mit den ersten und zweiten Tabellen angestellt wird. Es ist anzumerken, dass in einigen Ausführungsformen der Erfindung die zweite Tabelle vereinfacht werden kann, indem diese nur einige Werte des elektrischen Widerstandswerts gegenüber einigen vordefinierten Werten der Höhe der Entladung (DOD) aufweist. Daher kann der elektrische Widerstandwert des internen Widerstands abgeleitet werden, indem auf einfache Weise eine Interpolation zwischen zwei oder mehreren benachbarten Werten durchgeführt wird. Des Weiteren ist anzumerken, dass in einigen anderen Ausführungsformen der Erfindung die zweite Tabelle weggelassen werden kann und der elektrische Widerstandswert des internen Widerstands als ein fester Wert unabhängig von der Höhe der Entladung (DOD) festgelegt werden kann. Daher kann der elektrische Widerstandswert des internen Widerstands auf einfache Art und Weise in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur der Batterievorrichtung abgeleitet werden. Des Weiteren ist anzumerken, dass in noch einigen weiteren Ausführungsformen der Erfindung die zweite Tabelle weggelassen werden kann und der elektrische Widerstandswert des internen Widerstands als ein fester Wert unabhängig von der Höhe der Entladung (DOD) und von der Temperatur festgelegt werden kann. Daher kann der elektrische Widerstandswert des internen Widerstands abgeleitet werden, indem unmittelbar der festgelegte Wert als der elektrische Widerstandswert des internen Widerstands erhalten wird. Des Weiteren ist anzumerken, dass in noch einigen weiteren Ausführungsformen der Erfindung der elektrische Widerstandswert des internen Widerstands oder der elektrische Widerstandswert des internen Widerstands in der zweiten Tabelle jederzeit in Abhängigkeit eines aktuellen Status der elektronischen Vorrichtung aktualisiert werden können. Beispielsweise kann der elektrische Widerstandswert des internen Widerstands gemäß einem Lade-/Entlade-Spannungsanstieg/-abfall und einem Lade-/Entladestrom, der während einer Lade-/Entladeprozedur der Batterievorrichtung 110 gemessen wird, aktualisiert werden.
  • Als nächstes kann eine Ruhespannung der Batterievorrichtung durch den Detektionsschaltkreis 720 (Schritt S806) detektiert werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Detektionsschaltkreis 720 für eine vorbestimmte Zeitspanne, nachdem der Schritt S806 durchgeführt wurde, warten und dann eine Spannung der Batterievorrichtung als die Ruhespannung detektieren. Als nächstes kann ein Strom, der von der Batterievorrichtung entnommen wird, berechnet werden, wie in Gleichung (5) gezeigt ist, in Abhängigkeit eines Werts der Leerlaufspannung, eines Werts der Ruhespannung und eines elektrischen Widerstandswerts des internen Widerstands (Schritt S808). Als nächstes wird eine vorliegende Höhe der Entladung, wie in den Gleichungen (6) und (7) gezeigt, in Abhängigkeit des Stroms berechnet (Schritt S810). Schließlich kann der verbleibende Batterieladezustand der Batterievorrichtung, wie in Gleichung (8) gezeigt ist, gemäß der vorliegenden Höhe der Entladung bestimmt werden (Schritt S812).
  • Es ist anzumerken, dass gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung, bevor der Schritt S812 durchgeführt wird, der elektrische Widerstandswert des internen Widerstands und der Wert der Leerlaufspannung in Abhängigkeit der vorliegenden Höhe der Entladung, die in Schritt S810 erhalten wurde, aktualisiert werden, wobei der Strom, der von der Batterievorrichtung gezogen wird, ebenfalls in Abhängigkeit des aktualisierten Werts der Leerlaufspannung, eines zuletzt detektierten Werts der Ruhespannung und des elektrischen Widerstandswerts des internen Widerstands, wie in Gleichung (9) gezeigt ist, aktualisiert werden, und wobei die vorliegende Höhe der Entladung des Weiteren in Abhängigkeit des aktualisierten Stroms, wie in den Gleichungen (10) und (11) gezeigt ist, aktualisiert werden kann. Der Wert der Ruhespannung kann wiederholt detektiert werden und die Aktualisierung des elektrischen Widerstandswerts, der Leerlaufspannung, des Stroms und der vorliegenden Höhe der Entladung kann wiederholt eine vorbestimmte Anzahl von Zeitspannen durchgeführt werden, um so einen konvergenten Wert für die vorliegende Höhe der Entladung zu erhalten, der wesentlich näher an der tatsächlich vorliegenden Höhe der Entladung der Batterievorrichtung liegt. Nach Erhalt des konvergenten Werts der vorliegenden Höhe der Entladung kann der verbleibenden Batterieladezustand der Batterievorrichtung gemäß dem konvergenten Wert der vorliegenden Höhe der Entladung, wie in Gleichung (12) gezeigt ist, bestimmt werden.
  • Gemäß noch einigen Ausführungsformen der Erfindung können, bevor der Schritt S812 durchgeführt wird, der elektrische Widerstandswert des internen Widerstands und der Wert der Leerlaufspannung in Abhängigkeit der vorliegenden Höhe der Entladung, die in Schritt S810 erhalten wurde, aktualisiert werden, wobei der Strom, der die von der Batterievorrichtung entnommen wird, ebenfalls in Abhängigkeit des aktualisierten Werts der Leerlaufspannung, eines zuletzt detektierten Werts der Ruhespannung und des elektrischen Widerstandswerts des internen Widerstands, wie in Gleichung (13) gezeigt ist, aktualisiert werden, und wobei die vorliegende Höhe der Entladung des Weiteren in Abhängigkeit des aktualisierten Stroms, wie in den Gleichungen (14) und (15) gezeigt ist, aktualisiert werden kann. Der Wert der Ruhespannung kann wiederholt detektiert werden und die Aktualisierung des elektrischen Widerstandswerts, der Leerlaufspannung, des Stroms wund der vorliegenden Höhe der Entladung kann wiederholt für eine vorbestimmte Anzahl von Zeitspannen durchgeführt werden, um so einen konvergenten Wert für die vorliegende Höhe der Entladung zu erhalten, der wesentlich näher an der tatsächlich vorliegenden Höhe der Entladung der Batterievorrichtung liegen kann. Nach Erhalt des konvergenten Werts der vorliegenden Höhe der Entladung kann der verbleibende Batterieladezustand der Batterievorrichtung gemäß dem konvergenten Wert der vorliegenden Höhe der Entladung, wie in Gleichung (12) gezeigt ist, bestimmt werden.
  • 9 ist ein schematisches Diagramm, das eine Kurve des maximalen Batterieladezustands Qmax gegenüber einer Anzahl von Lade-/Entladezyklen wiedergibt. Wie in 9 gezeigt ist, kann der maximale Batterieladezustand der Batterievorrichtung abnehmen oder sich abschwächen, wenn das Alter der Batterie ansteigt. Es ist anzumerken, dass das Alter der Batterievorrichtung sich auf eine Anzahl von Lade-/Entladezyklen beziehen kann, welchen die Batterievorrichtung ausgesetzt war, als vielmehr auf die aktuelle Zeitdauer, in der die Batterie existierte. Es ist des Weiteren anzumerken, dass der maximale Batterieladezustand der Batterievorrichtung sich ebenso verändern kann, wenn die Batterievorrichtung durch einen Benutzer ausgewechselt wird.
  • In diesem Zusammenhang kann gemäß einer weiteren, zweiten Ausführungsform der Erfindung der maximale Batterieladezustand Qmax der Batterievorrichtung, der benötigt wird, wenn die vorliegende Höhe der Entladung, wie in der Gleichung (7) und/oder der Gleichung (11) gezeigt ist, abgeleitet wird, des Weiteren aktualisiert werden, um so genaue Einschätzungen für die Höhe der Entladung ebenso wie für die verbleibende Laufzeit der batteriebetriebenen elektronischen Vorrichtung zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise kann ein Multiplikationsergebnis des Stroms I, der von der Batterievorrichtung 110 entnommen wird, das über den externen Widerstand REXT, wie in 1 gezeigt ist, gemessen werden kann, oder wie in den Gleichungen (5) und (9) in Bezug auf die erste Ausführungsform abgeleitet werden kann, zusammen mit der Zeit, die für ein Laden oder Entladen der Batterie von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand benötigt wird, verwendet werden, um die Menge des maximalen Batterieladezustands Qmax der Batterievorrichtung einzuschätzen und zu aktualisieren. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der erste Zustand als ungefähr 0% (oder ungefähr 100%) des verbleibenden Ladezustands ausgestaltet sein und der zweite Zustand kann als ungefähr 100% (oder ungefähr 0%) des verbleibenden Ladezustands ausgestaltet sein. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der erste Zustand als X% des verbleibenden Ladezustands ausgestaltet sein und der zweite Zustand kann ebenso als Y% des verbleibenden Ladezustands ausgestaltet sein, wobei |X – Y| < 100 ist.
  • Es ist anzumerken, dass gemäß der ersten Ausführungsform der Bereich für die gedruckte Schaltung (PCB) und die Kosten für die Zusammenstellung der Materialien (Bill of Materials/BOM) im Vergleich zu dem im Zusammenhang mit den 1 bis 6 geschilderten Beispiel reduziert werden können, da Hardwarevorrichtungen zur Messung des Stroms (wie beispielsweise der ADC 124 und der externe Widerstand REXT, wie in 1 gezeigt ist) nicht länger benötigt werden. Daher können die Hardwarekosten für den Entwurf des Systems, wie in der ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist, weniger betragen als diejenigen in dem geschilderten Beispiel. Zusätzlich können, obwohl der Strom in der ersten Ausführungsform der Erfindung nicht über Hardwarevorrichtungen gemessen werden kann, genaue Einschätzungen des Stroms und des Weiteren des verbleibenden Batterieladezustands dennoch erhalten werden, da die Einschätzergebnisse rekursiv aktualisiert werden können, bis konvergente Werte erhalten werden. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass die Genauigkeit für den geschätzten verbleibenden Batterieladezustand, die gemäß der ersten Ausführungsform erhalten wird, sich an diejenige, die gemäß des geschilderten Beispiels erhalten wird, annähert, und dass beide wesentlich höher liegen als diejenigen, die durch herkömmliche Ausgestaltungen erhalten werden.

Claims (10)

  1. System (700) zum Bestimmen eines verbleibenden Batterieladezustandes einer Batterievorrichtung (110), bei welchem die Batterievorrichtung (110) einen internen Widerstand (RINT) aufweist, aufweisend: einen Detektionsschaltkreis (720), der mit der Batterievorrichtung (110) gekoppelt ist, um eine Leerlaufspannung und eine Ruhespannung der Batterievorrichtung (110) zu detektieren; und eine Steuereinheit (730), die mit dem Detektionsschaltkreis (720) gekoppelt ist, wobei die Steuereinheit (730) einen Strom, der von der Batterievorrichtung (110) entnommen wird, in Abhängigkeit von Werten der Leerlaufspannung und der Ruhespannung sowie von einem elektrischen Widerstandswert des internen Widerstands (RINT) berechnet; eine vorliegende Höhe der Entladung in Abhängigkeit des Stroms berechnet und den verbleibenden Batterieladezustand der Batterievorrichtung (110) gemäß der vorliegenden Höhe der Entladung bestimmt, wobei der Detektionsschaltkreis (720) aufweist: eine Temperaturmessvorrichtung (721), die mit der Batterievorrichtung (110) gekoppelt ist, um eine Temperatur der Batterievorrichtung (110) zu messen und eine Messspannung (VTEMP) zu erzeugen, die der Temperatur der Batterievorrichtung (110) an einem Messknoten (N2) entspricht; einen Multiplexer (722), der mit dem Messknoten (N2) und dem Detektionsknoten (N1) gekoppelt ist, um sowohl die Messspannung (VTEMP) als auch die Ruhespannung aufzunehmen und die Messspannung (VTEMP) und die Ruhespannung zu multiplexen; und einen ersten Analog-zu-Digital Wandler (723), der mit dem Multiplexer (722) gekoppelt ist, um entweder die Messspannung (VTEMP) oder die Ruhespannung, die von dem Multiplexer (722) ausgegeben werden, aufzunehmen und analog-zu-digital umzuwandeln, und entweder die Messspannung (VTEMP) oder die Ruhespannung an die Steuereinheit (730) auszugeben; wobei der Detektionsschaltkreis (720) des Weiteren eine anfängliche Spannung der Batterievorrichtung (110) als die Leerlaufspannung detektiert, und die Steuereinheit (730) den Strom, der von der Batterievorrichtung (110) entnommen wird, berechnet, indem ein Unterschied zwischen der anfänglichen Spannung und der Ruhespannung durch einen elektrischen Widerstandswert des internen Widerstands (RINT), den die Batterievorrichtung (110) aufweist, geteilt wird; und wobei die Steuereinheit (730) den elektrischen Widerstandswert des internen Widerstands (RINT) gemäß einer ersten Tabelle, die die Leerlaufspannung gegenüber einer Höhe der Entladung der Batterievorrichtung (110) angibt, und einer zweiten Tabelle, die den elektrischen Widerstandswert gegenüber der Höhe der Entladung angibt, in Abhängigkeit eines Werts der anfänglichen Spannung der Batterievorrichtung (110) erhält; wobei die Steuereinheit (730) des Weiteren den elektrischen Widerstandswert aktualisiert, indem ein Vergleich mit der ersten Tabelle und der zweiten Tabelle in Abhängigkeit der vorliegenden Höhe der Entladung angestellt wird; wobei die Steuereinheit (730) des Weiteren den Strom aktualisiert, indem ein Unterschied zwischen der Leerlaufspannung und der Ruhespannung durch den elektrischen Widerstandswert geteilt wird; und wobei die Steuereinheit (730) des Weiteren wiederholt einen Wert der Leerlaufspannung, den elektrischen Widerstandswert und den Strom für eine vorbestimmte Anzahl von Zeitspannen aktualisiert, um einen konvergenten Wert für die vorliegende Höhe der Entladung zu erhalten, und den verbleibenden Batterieladezustand der Batterievorrichtung (110) gemäß dem konvergenten Wert der vorliegenden Höhe der Entladung bestimmt.
  2. System (700) nach Anspruch 1, bei welchem die Steuereinheit (730) des Weiteren eine erste Tabelle und eine zweite Tabelle in Abhängigkeit der Messspannung (VTEMP) erhält, die der Temperatur der Batterievorrichtung (110) entspricht.
  3. System (700) nach Anspruch 1, bei welchem die Steuereinheit (730) des Weiteren den zweiten elektrischen Widerstandswert des internen Widerstands (RINT) in der zweiten Tabelle gemäß einem Lade-/Entlade-Spannungsanstieg/-abfall und einem Lade-/Entladestrom der Batterievorrichtung (110) aktualisiert.
  4. System (700) nach Anspruch 1, bei welchem die Steuereinheit (730) des Weiteren eine Vielzahl von Werten des verbleibenden Batterieladezustands der Batterievorrichtung (110), die während einer Zeitspanne bestimmt wurden, verarbeitet, um einen genauen Wert für den verbleibenden Batterieladezustand der Batterievorrichtung (110) zu erhalten.
  5. Verfahren zum Bestimmen eines verbleibenden Batterieladezustands einer Batterievorrichtung (110), aufweisend: (a) Erhalten einer Leerlaufspannung der Batterievorrichtung (110); (b) Ermitteln eines elektrischen Widerstandswerts eines internen Widerstands (RINT), den die Batterievorrichtung (110) aufweist; (c) Detektieren einer Ruhespannung der Batterievorrichtung (110); (d) Berechnen eines Stroms, der von der Batterievorrichtung (110) entnommen wird, in Abhängigkeit eines Werts der Leerlaufspannung, eines Wert der Ruhespannung und des elektrischen Widerstandswerts des internen Widerstands (RINT); (e) Berechnen einer vorliegenden Höhe der Entladung in Abhängigkeit des Stroms; und (f) Bestimmen des verbleibenden Batterieladezustands der Batterievorrichtung (110) gemäß der vorliegenden Höhe der Entladung; (g) Aktualisieren des elektrischen Widerstandswerts des internen Widerstands (RINT) und des Werts der Leerlaufspannung in Abhängigkeit der vorliegenden Höhe der Entladung; (h) Aktualisieren des Stroms, der von der Batterievorrichtung (110) entnommen wird, in Abhängigkeit des Werts der Leerlaufspannung und des elektrischen Widerstandswerts des internen Widerstands (RINT), der in Schritt (g) aktualisiert wurde, und des Werts der Ruhespannung; und (i) Berechnen der vorliegenden Höhe der Entladung in Abhängigkeit des Stroms, wobei die Schritte (g), (h) und (i) vor dem Schritt (f) durchgeführt werden; wobei die Schritte (g), (h) und (i) für eine vorbestimmte Anzahl von Zeitspannen wiederholt durchgeführt werden, bevor der Schritt (f) durchgeführt wird, um einen konvergenten Wert für die vorliegende Höhe der Entladung zu erhalten, und bei welchem der verbleibende Batterieladezustand der Batterievorrichtung (110) gemäß dem konvergenten Wert der vorliegenden Höhe der Entladung bestimmt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem der elektrische Widerstandswert des internen Widerstands (RINT) ermittelt wird, indem ein Vergleich mit einer ersten Tabelle, die die Leerlaufspannung gegenüber einer Höhe der Entladung der Batterievorrichtung (110) angibt, und mit einer zweiter Tabelle, die den elektrischen Widerstandswert des internen Widerstands (RINT) gegenüber der Höhe der Entladung der Batterievorrichtung (110) angibt, angestellt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem der Schritt (b) des Weiteren aufweist: (b-1) Detektieren einer Temperatur der Batterievorrichtung (110); (b-2) Erhalten einer ersten Tabelle, die die Leerlaufspannung gegenüber einer Höhe der Entladung der Batterievorrichtung (110) angibt, und einer zweiten Tabelle, die den elektrischen Widerstandswert des internen Widerstands (RINT) gegenüber der Höhe der Entladung der Batterievorrichtung (110) angibt, gemäß der Temperatur der Batterievorrichtung (110); und (b-3) Vergleichen mit der ersten Tabelle unter Verwendung des Werts der Leerlaufspannung, um eine abgeleitete Höhe der Entladung zu erhalten, und Vergleichen mit der zweiten Tabelle unter Verwendung der abgeleiteten Höhe der Entladung, um den elektrischen Widerstandswert des internen Widerstands (RINT) zu erhalten.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem der Schritt (c) des Weiteren aufweist: (c-1) Warten für eine vorbestimmte Zeitspanne, nachdem der Schritt (a) durchgeführt wurde; und (c-2) Detektieren einer Spannung der Batterievorrichtung (110) als die Ruhespannung.
  9. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem der elektrische Widerstandswert, der in Schritt (b) erhalten wurde, gemäß einem Lade-/Entlade-Spannungsanstieg/-abfall und einem Lade-/Entladestrom der Batterievorrichtung (110) aktualisiert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem der Schritt (f) des Weiteren aufweist: (f-1) Verarbeiten einer Vielzahl von Werten des verbleibenden Batterieladezustandes der Batterievorrichtung (110), die während einer Zeitspanne bestimmt wurden, um einen genauen Wert für den verbleibenden Batterieladezustand der Batterievorrichtung (110) zu erhalten.
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