DE102012111086A1

DE102012111086A1 - Verfahren und Vorrichtungen zum Bestimmen eines Ladezustands

Info

Publication number: DE102012111086A1
Application number: DE102012111086.7A
Authority: DE
Inventors: Christoph UNTERRIEDER; Stefano Marsili; Florian Hus
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2032-11-20
Also published as: DE102012111086B4; US20140139230A1

Abstract

Es werden Verfahren und Vorrichtungen bereitgestellt, mit welchen ein Ladezustand einer Batterie (11) bestimmbar ist. Die Bestimmung erfolgt dabei bei Ausführungsbeispielen in Abhängigkeit von nach einem Trennen einer Last (12) von der Batterie (11) erfassten Spannungen unter Berücksichtigung von Korrekturen auf Basis von Betriebsumständen der Batterie (11).

Description

Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Bestimmen eines Ladezustands einer Batterie, beispielsweise einer wiederaufladbaren Batterie, und auf Geräte, welche derartige Vorrichtungen umfassen.
Zur Stromversorgung von mobilen tragbaren Geräten wie Mobiltelefonen, tragbaren Computern und dergleichen oder auch zur Stromversorgung anderer Geräte oder technischer Einrichtungen wie Fahrzeugen werden häufig Batterien, insbesondere wiederaufladbare Batterien, benutzt. Derartige wiederaufladbare Batterien werden auch als Akkumulatoren oder kurz Akkus bezeichnet. Unabhängig von der Art der benutzten Batterie und der Art des Geräts ist es dabei häufig wünschenswert, den jeweiligen Benutzer des Geräts über den Ladezustand der Batterie zu informieren, so dass der Benutzer beispielsweise rechtzeitig bemerkt, bevor die Batterie leer ist und nicht mehr ausreichend Strom liefern kann, so dass der Benutzer beispielsweise die Batterie wechseln und/oder wiederaufladen kann, bevor das Gerät ausfällt.
Herkömmlicherweise wird bei manchen Anwendungen der Ladezustand der Batterie bestimmt, indem eine offene Klemmenspannung der Batterie gemessen wird, d.h. eine Spannung in einem Zustand, in welchem keine oder auch eine geringe Last (z.B. im Standby-Betrieb) mit der Batterie gekoppelt ist, d.h. in einem Zustand, in dem allenfalls eine geringe Stromlast vorliegt. Hier stellt sich jedoch das Problem, dass nach dem Beginn des Zustands geringer Stromlast teilweise mehrere Stunden verstreichen können, bis die offene Klemmenspannung einen stationären Zustand erreicht, was derartige Messungen in vielen Situationen schwer durchführbar macht, da häufig die Batterie innerhalb dieser Zeit wieder mit einer höheren Last gekoppelt wird, d.h. einen höheren Laststrom bereitstellen muss, z.B. um Gerätefunktionen bereitzustellen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren und Vorrichtungen bereitzustellen, mit welchen ein Ladezustand einer Batterie innerhalb kürzerer Zeit mit hinreichender Genauigkeit bestimmbar ist.
Es werden Verfahren und Vorrichtungen wie in den unabhängigen Ansprüchen definiert bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsbeispiele.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
5 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
6 Graphen zur Veranschaulichung eines Einflusses einer Vorgeschichte auf eine offene Klemmenspannung,
7 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Bestimmung eines Näherungswerts für eine offene Klemmenspannung bei manchen Ausführungsbeispielen der Erfindung, und
8 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer offenen Klemmenspannung in Abhängigkeit von einem Ladezustand für drei unterschiedliche Temperaturen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung detailliert erläutert. Es ist zu bemerken, dass diese Ausführungsbeispiele lediglich zur Veranschaulichung von Implementierungsmöglichkeiten der Erfindung dienen sollen und nicht als einschränkend auszulegen sind. Insbesondere können Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Auf der anderen Seite ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Merkmalen nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Merkmale zur Ausführung der Erfindung notwendig sind, da andere Ausführungsbeispiele weniger Merkmale und/oder alternative Merkmale aufweisen können.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein stationärer Wert einer Klemmenspannung näherungsweise bestimmt, indem die Klemmenspannung einer Batterie kurz nach dem Beginn eines Zustands mit niedrigem Laststrom, d.h. eines Laststroms unterhalb eines Schwellenwerts, insbesondere vor einem Erreichen eines stationären Zustands, einmal oder mehrmals gemessen wird und der näherungsweise stationäre Wert der Klemmenspannung auf Basis dieser Messungen, beispielsweise durch einen Fit, d.h. ein Anpassen einer entsprechenden Funktion, z.B. durch Anpassen von Parametern der Funktion, bestimmt wird. Zur Bestimmung eines Ladezustands der Batterie werden dann zusätzlich Korrekturen auf Basis von Betriebsumständen der Batterie hinzugezogen, beispielsweise Informationen über vorherige Lade- und/oder Entladevorgänge, z.B. auf Basis von Ladeströmen und/oder Spannungen über der Batterie während eines Lade- und/oder Entladezustands oder auch Informationen hinsichtlich einer Temperatur, eines Alterungsgrades, Wärmeerzeugung oder Wärmetransfer der Batterie. Zu beachten ist, dass im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ein Ladestrom negativ oder positiv sein kann, je nachdem ob durch den Ladestrom die Batterie aufgeladen oder entladen wird. Der Begriff Ladestrom bezeichnet also nicht nur Ströme, welche die Batterie aufladen, sondern auch Ströme, welche die Batterie entladen.
Derartige Korrekturen können bei manchen Ausführungsbeispielen direkt bei dem oben erwähnten Fit berücksichtigt werden, indem die Funktion entsprechend modifiziert wird. Bei anderen Ausführungsbeispielen erfolgt eine Bestimmung des Ladezustands in Abhängigkeit von der wie oben ohne Berücksichtigung der Korrekturen ermittelten stationären Klemmenspannung und zusätzlich in Abhängigkeit von den Korrekturen, beispielsweise mittels einer entsprechenden Tabelle, welche für verschiedene Werte der näherungsweisen stationären Klemmenspannung und verschiedene Werte der Korrektur(en) den Ladezustand angibt. Zu bemerken ist, dass der Ladezustand bei manchen Ausführungsbeispielen angeben kann, bis zu welchem Grad die Batterie noch geladen ist, während bei anderen Ausführungsbeispielen der Ladezustand auch angeben kann, bis zu welchem Grad die Batterie entladen ist, was vom letztendlichen Informationsgehalt her keinen Unterschied macht. Derartige Konzepte werden nachfolgend noch detaillierter erläutert.
In 1 ist eine Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt, mit welcher ein Ladezustand einer Batterie bestimmt werden kann. Die Vorrichtung 100 umfasst eine erste Erfassungsvorrichtung 101, mit welcher ein Ladestrom einer Batterie erfasst werden kann, wobei wie bereits erläutert im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Ladestrom sowohl negativ als auch positiv sein kann, je nachdem ob er die Batterie auflädt oder entlädt. Zur Erfassung des Ladestroms kann die erste Erfassungsvorrichtung 101 über Anschlüsse 102, 103 mit der Batterie gekoppelt werden.
Zudem umfasst die Vorrichtung 100 eine zweite Erfassungsvorrichtung 104 zum Erfassen einer Spannung der Batterie, beispielsweise einer Klemmenspannung oder einer anderen die Klemmenspannung kennzeichnenden Spannung. Zum Erfassen der Spannung der Batterie kann die zweite Erfassungsvorrichtung 104 über Anschlüsse 105, 106 mit der Batterie gekoppelt werden.
Eine Auswertevorrichtung 107 ist mit der ersten Erfassungsvorrichtung 101 und der zweiten Erfassungsvorrichtung 104 gekoppelt und ist eingerichtet, einen Ladezustand der Batterie zu bestimmen. Hierzu kann die erste Auswertevorrichtung 107 feststellen, dass die Batterie in einem Zustand des Ladens oder Entladens ist, wenn ein Betrag des Ladestroms oberhalb eines ersten vorbestimmten Schwellenwertes liegt. Während dieses Zustands des Ladens oder Entladens kann die Auswertevorrichtung 107 Informationen über von der ersten Erfassungsvorrichtung erfasste Ladeströme und/oder über von der zweiten Erfassungsvorrichtung 104 erfasste Spannungen speichern.
Sodann kann die Auswertevorrichtung 107 feststellen, dass ein Zustand mit niedriger Stromlast vorliegt, wenn der Betrag des von der ersten Erfassungsvorrichtung 101 erfassten Ladestroms unterhalb eines zweiten vorbestimmten Schwellenwertes liegt, welcher kleiner oder gleich dem ersten vorbestimmten Schwellenwert ist. Typische Werte für den ersten Schwellenwert und den zweiten Schwellenwert können im Bereich 1/20 C bis 1/30 C liegen, wobei 1C von der Kapazität der Batterie abhängt und beispielsweise für eine 1,9 Ah-Batterie 1 C 1,9 A betragen würde. Ein derartiger Zustand mit niedriger Stromlast kann beispielsweise vorliegen, wenn eine Last oder ein Teil einer Last von der Batterie getrennt wird oder eine Vorrichtung, welche von der Batterie mit Strom versorgt wird, in einen Ruhezustand, auch als Standby-Zustand bezeichnet, versetzt wird. Wird ein derartiger Zustand mit niedriger Stromlast erfasst, bestimmt die Auswertevorrichtung 107 einen Ladezustand der Batterie auf Basis von ein oder mehreren Klemmenspannungen der Batterie, welche von der zweiten Erfassungsvorrichtung 104 im Zustand mit niedriger Stromlast erfasst wurden, bevor die Klemmenspannung einen stationären Zustand erreicht, und zusätzlich in Abhängigkeit von von der zweiten Erfassungsvorrichtung 104 erfassten Spannungen und/oder von der ersten Erfassungsvorrichtung erfassten Strömen im Zustand des Ladens oder Entladens, welcher zeitlich vor dem Zustand mit niedriger Stromlast liegt. Es werden also zur Bestimmung des Ladezustands nicht nur Spannungswerte im Zustand niedriger Stromlast herangezogen, sondern beispielsweise in Form von Korrekturen auch die „Vorgeschichte“, d.h. Ladeströme oder Spannungen bei vorhergehenden Lade- und Entladevorgängen, berücksichtigt.
In 2 ist ein Gerät 10 dargestellt, welches mit einer Batterie 11, beispielsweise einer wiederaufladbaren Batterie wie einer Lithiumbatterie, sowie einer Vorrichtung zur Bestimmung des Ladezustands der Batterie 11 ausgerüstet ist. Das Gerät 10 kann jede Art von Gerät sein, welches elektrische Komponenten aufweist, welche ganz oder teilweise von einer Batterie wie der Batterie 11 mit elektrischem Strom versorgt werden. Beispielsweise kann das Gerät 10 ein tragbares mobiles Gerät wie ein Mobiltelefon (einschließlich Smartphones), ein tragbares Navigationsgerät oder ein Laptopcomputer sein, ist aber nicht auf derartige tragbare mobile Geräte beschränkt, sondern kann beispielsweise auch ein Fahrzeug sein, welches eine Batterie aufweist, oder ein stationäres Gerät mit einer Batterie. Zu bemerken ist, dass die Batterie 11 eine einzige Zelle, aber auch eine Mehrzahl von in Reihe oder parallel geschalteten Zellen, insbesondere elektrochemischen Zellen umfassen kann.
Elektrische Komponenten, welche von der Batterie 11 mit Strom versorgt werden, sind bei der Darstellung der 2 durch eine Last 12 symbolisiert. Diese elektrischen Komponenten können jede Art von Schaltungen, Einrichtungen oder anderen elektrischen Komponenten umfassen, welche zur Bereitstellung der Funktionalität des Geräts 10 benötigt werden, zum Beispiel Kommunikationsschaltkreise zur drahtlosen Kommunikation im Falle eines Mobiltelefons.
Die Last 12 kann mithilfe eines Schalters 13, beispielsweise eines auf Transistoren wie Feldeffekttransistoren oder Bipolartransistoren basierenden Schalters, elektrisch von der Batterie 11 getrennt werden, was beispielsweise wünschenswert ist, um Strom zu sparen, wenn die durch die Last 12 symbolisierten elektrischen Einrichtungen nicht benötigt werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist kein derartiger Schalter vorgesehen, und eine Stromlast wird beispielsweise in einem Bereitschaftszustand verringert, beispielsweise indem Komponenten der Last 12 teilweise abgeschaltet werden oder in dem Ruhezustand mit niedrigeren Strömen versorgt werden. In derartigen Fällen kann der Schalter 13 als Symbol für die Möglichkeit des Reduzierens der Stromlast verstanden werden, wobei zu betonen ist, dass in einem derartigen Ruhezustand bei vielen Anwendungen durchaus noch eine geringe Stromlast vorhanden sein kann, beispielsweise um gewisse Bereitschaftsfunktionen zu gewährleisten.
Im Falle einer wiederaufladbaren Batterie 11 können zudem Anschlüsse 19 bereitgestellt sein, über welche die Batterie 11 beispielsweise durch Kopplung mit einem Stromnetz aufgeladen werden kann. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Batterie 11 zusätzlich oder alternativ auch aus dem Gerät 10 herausnehmbar sein und zum Aufladen in ein spezielles Ladegerät eingesetzt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 ist in dem Gerät 10 bei der Batterie 11 zusätzlich eine Strommesseinrichtung 14 bereitgestellt, um einen aus der Batterie 11 fließenden Entladestrom (beispielsweise zur Stromversorgung der Last 12) und/oder einen in die Batterie 11 fließenden Ladestrom (beispielsweise von den Anschlüssen 19) messen zu können. Die Strommesseinrichtung 14 stellt ein Beispiel für die erste Erfassungsvorrichtung 101 der 1 dar. Zudem ist bei dem Ausführungsbeispiel der 2 parallel zu der Batterie 11 eine Spannungsmesseinrichtung 16 wie dargestellt verschaltet, um eine an der Batterie 11 anliegende Klemmenspannung messen zu können, wobei die Spannungsmesseinrichtung 16 ein Beispiel für die zweite Erfassungsvorrichtung 104 der 1 darstellt. Insbesondere kann in dem Fall, in welchem die Last 12 durch Öffnen des Schalters 13 von der Batterie 11 getrennt ist, eine offene Klemmenspannung der Batterie 11 gemessen werden, bzw. in einem Zustand niedriger Stromlast eine Klemmenspannung gemessen werden, welche als Näherungswert für die offene Klemmenspannung dienen kann, oder auf Basis derer ein Näherungswert für die offene Klemmenspannung bestimmbar ist. Schließlich ist bei dem Ausführungsbeispiel der 2 ein Temperatursensor 15 bereitgestellt, über welchen eine Temperatur der Batterie 11 gemessen werden kann. Es ist zu bemerken, dass die Verwendung des Temperatursensors 15 optional ist, und bei anderen Ausführungsbeispielen der Temperatursensor 15 weggelassen sein kann. Bei wieder anderen Ausführungsbeispielen kann die Strommesseinrichtung 14 weggelassen sein.
Über die Spannungsmesseinrichtung 16, die Strommesseinrichtung 14 und/oder den Temperatursensor 15 sind Betriebsumstände der Batterie 11, insbesondere eine Spannung über der Batterie während des Ladens oder Entladens, Lade- und Entladeströme bzw. die Betriebstemperatur der Batterie 11, erfassbar.
Die Strommesseinrichtung 14, der Temperatursensor 15 sowie die Spannungsmesseinrichtung 16 sind mit einer Auswertevorrichtung 17 verbunden. Die Auswertevorrichtung 17 ist dabei eingerichtet, nach einem Übergang in einen Zustand niedriger Stromlast einen oder mehrere Spannungswerte mittels der Spannungsmesseinrichtung 16 zu erfassen, wobei dies relativ kurzfristig nach dem Übergang in den Zustand niedriger Stromlast, insbesondere bevor eine Klemmenspannung der Batterie 11 einen stationären Wert erreicht, geschehen kann. Auf Basis der erfassten Spannung(en) kann dann ein Ladezustand der Batterie 11 bestimmt werden, wobei die mittels der Strommesseinrichtung 14 und/oder des Temperatursensors 15 erfassten Betriebsumstände der Batterie 11 bei manchen Ausführungsbeispielen verwendet werden, um die Genauigkeit des Ergebnisses zu verbessern, verglichen mit einem Fall, welcher nur auf Basis von Spannungen arbeitet. Genauere Details und Beispiele für eine derartige Auswertung werden später näher erläutert. Das Ergebnis der Auswertung kann dann mittels einer Ausgabe 18 einem Benutzer des Geräts 10 beispielsweise optisch oder akustisch angezeigt werden. Beispielsweise kann der Ladezustand der Batterie 11 graphisch dargestellt werden oder als Prozentsatz ausgegeben werden, wobei ein Ladezustand von 100% beispielsweise einer vollständig aufgeladenen Batterie 11 entsprechen kann.
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Geräts 20 dargestellt. Das Gerät 20 kann wiederum ein mobiles tragbares Gerät oder irgendeine andere Art von Gerät oder technischer Einrichtung sein. Komponenten des Geräts 20, welche Komponenten des Geräts 10 der 2 entsprechen, tragen die gleichen Bezugszeichen und werden nicht nochmals detailliert erläutert. Insbesondere weist auch das Gerät 20 eine Batterie 11 auf, welche über einen Schalter 13 mit einer Last 12 verbindbar ist und über Anschlüsse 19 geladen werden kann, wobei auch hier der Schalter 13 lediglich als Symbol für einen Übergang zu einem Zustand mit einem niedrigen Laststrom dienen kann. Zudem weist auch das Gerät 20 einen Temperatursensor 15 zum Erfassen einer Temperatur der Batterie 11 auf, wobei dieser Temperatursensor wie bereits unter Bezugnahme auf 2 erläutert bei manchen Ausführungsbeispielen auch fehlen kann.
Zum Erfassen eines Lade- und/oder Entladestroms weist das Gerät 20 der 3 einen mit der Batterie 11 in Reihe geschalteten Widerstand 24 auf, welcher einen geringen, definierten Widerstandswert, beispielsweise in der Größenordnung von 1 Ω oder weniger aufweist. Ein Spannungsabfall an dem Widerstand 24 wird über einen Analog-Digital-Wandler 211 einer Vorrichtung 27, welche auf einem Chip integriert sein kann, in einen Digitalwert umgewandelt, welcher ein Maß für den Ladeund/oder Entladestrom der Batterie 11 ist. Des Weiteren wird zur Messung der Klemmenspannung der Batterie 11 diese einem Analog-Digital-Wandler 29 der Vorrichtung 27 zugeführt. Ein von dem Analog-Digital-Wandler 29 ausgegebener Digitalwert ist somit repräsentativ für die Klemmenspannung der Batterie 11.
Schließlich wird bei dem Ausführungsbeispiel der 3 ein von dem Temperatursensor 15 ausgegebenes Signal einem Analog-Digital-Wandler 210 zugeführt. Ein von dem Analog-Digital-Wandler 210 ausgegebener Digitalwert ist somit repräsentativ für die Temperatur der Batterie 11.
Zu bemerken ist, dass bei anderen Ausführungsbeispielen auch nur ein einziger Analog-Digital-Wandler bereitgestellt sein kann, welcher mit einem Multiplexer gekoppelt ist, so dass zum Beispiel Klemmenspannung, Lade-/Entladestrom und Temperatur von diesem einzigen Analog-Digital-Wandler durch entsprechendes Ansteuern des Multiplexers alternierend in jeweilige digitale Werte gewandelt werden können.
Die von den Analog-Digital-Wandlern 29, 210 und 211 ausgegebenen Digitalwerte werden einer Recheneinheit 212 als Auswertevorrichtung zugeführt, welche auf Basis der Digitalwerte einen Ladezustand der Batterie 11 bestimmt, wobei dieser Ladezustand dann als entsprechende Information aus der Ausgabe 18 ausgegeben werden kann. Die Recheneinheit 212 kann beispielsweise als Mikrosteuerung, als programmierbares Gatterfeld, zum Beispiel ein FPGA (vom Englischen „Field Programmable Gate Array“), als digitaler Signalprozessor oder als anderer geeigneter Baustein ausgestaltet sein. Dabei kann wie bei den 1 und 2 die Bestimmung des Ladezustands insbesondere auf Basis von Klemmenspannungen erfolgen, welche nach einem Übergang zu einem Zustand mit niedrigem Laststrom erfasst werden, bevor die Klemmenspannung einen stationären Zustand erreicht. Die Betriebsumstände, welche sich beispielsweise aus den Lade-/Entladeströmen und/oder der Temperatur ergeben können, können dabei als Korrekturen berücksichtigt werden.
In 4 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das in 3 dargestellte Verfahren kann beispielsweise in der Vorrichtung 100 der 1, dem Gerät 10 der 2 oder dem Gerät 20 der 3 implementiert sein, kann jedoch ebenso auch unabhängig hiervon verwendet werden.
Bei 400 wird ein Zustand des Ladens oder Entladens einer Batterie erfasst. Dies kann beispielsweise geschehen, indem ein Ladestrom der Batterie erfasst wird und festgestellt wird, dass der Zustand des Ladens oder Entladens vorliegt, wenn der Ladestrom über einem ersten vorbestimmten Schwellenwert liegt.
Bei 401 wird in diesem Zustand des Ladens oder Entladens eine Spannung über der Batterie und/oder ein Ladestrom der Batterie, mit welchem die Batterie aufgeladen oder entladen wird, erfasst.
Bei 402 wird dann ein Zustand mit niedriger Stromlast erfasst. Das Vorliegen des Zustands mit niedriger Stromlast kann beispielsweise festgestellt werden, wenn der Ladestrom der Batterie unterhalb eines zweiten vorbestimmten Schwellenwerts liegt, wobei der zweite vorbestimmte Schwellenwert kleiner oder gleich dem ersten vorbestimmten Schwellenwert ist.
Bei 403 wird dann in dem Zustand niedriger Stromlast die Klemmenspannung der Batterie, d.h. eine Spannung über der Batterie, erfasst. Dieses Erfassen der Klemmenspannung kann insbesondere zu einem oder mehreren Zeitpunkten geschehen, bevor die Klemmenspannung einen stationären Zustand annimmt.
Bei 404 wird dann der Ladezustand der Batterie auf Basis der bei 403 erfassten Klemmenspannung(en) sowie auf Basis der bei 401 erfassten Spannung und/oder des bei 401 erfassten Ladestroms, d.h. auf Basis von Spannung und/oder Ladestrom in einem Zustand des Ladens oder Entladens vor dem Zustand mit niedriger Stromlast, in welchem die Klemmenspannung(en) der Batterie erfasst wird (werden), bestimmt. Dabei können die bei 401 erfasste Spannung und/oder der bei 401 erfasste Ladestrom insbesondere zur Korrektur eines Wertes des Ladezustands dienen, welcher auf Basis der bei 403 erfassten Klemmenspannung bestimmt wird. Details zu derartigen Bestimmungen werden später näher erläutert.
In 5 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das in 5 dargestellte Verfahren kann beispielsweise in dem Gerät 10 der 2 oder dem Gerät 20 der 3 implementiert sein, kann jedoch ebenso auch unabhängig hiervon verwendet werden.
Bei 30 werden Lade- und/oder Entladeströme einer Batterie in einem Zustand des Ladens oder Entladens erfasst.
Bei 31 erfolgt dann ein Übergang in einen Zustand niedriger Stromlast. Beispielsweise wird die Batterie dann von einer Last oder einem Teil einer gesamten Last getrennt, beispielsweise von elektrischen Komponenten, welche von der Batterie mit Strom versorgt werden. Eine derartige Trennung der Last von der Batterie kann beispielsweise erfolgen, um Strom zu sparen, wenn die Last nicht benötigt wird. In anderen Fällen wird eine Stromaufnahme der Last lediglich unter einen vorbestimmten Schwellenwert verringert, beispielsweise in einer Ruhe- oder Bereitschaftsbetriebsart.
Bei 32 wird eine Temperatur der Batterie erfasst. Bei 33 werden nach dem Übergang in den Zustand niedriger Stromlast Klemmenspannungen der Batterie zu verschiedenen Zeiten erfasst, insbesondere zu Zeiten relativ kurz, beispielsweise wenige Minuten bis beispielsweise maximal 45 min, oder maximal 10 min nach dem Trennen der Batterie von der Last, was häufig deutlich vor einem Zeitpunkt liegt, zu dem eine offene Klemmenspannung der Batterie einen stationären Zustand erreicht. Letzteres ist manchmal erst nach einer Stunde oder mehr der Fall.
Bei 34 wird dann ein Ladezustand der Batterie in Abhängigkeit von den bei 33 erfassten Spannungen und unter Berücksichtigung von Korrekturen auf Basis der bei 30 erfassten Ströme und/oder der bei 32 erfassten Temperatur bestimmt.
Zu bemerken ist, dass die verschiedenen unter Bezugnahme auf 5 dargestellten Vorgänge nicht notwendigerweise in der dargestellten Reihenfolge durchgeführt werden können. Beispielsweise kann das Erfassen der Ströme bei 30, das Erfassen der Temperatur bei 32 und das Erfassen der Spannungen bei 33 im Wesentlichen kontinuierlich und/oder simultan zueinander durchgeführt werden, beispielsweise mit der Vorrichtung 100 der 1, der Vorrichtung des Geräts 10 der 2 oder der Vorrichtung des Geräts 20 der 3. Auch können bei manchen Ausführungsbeispielen bestimmte Vorgänge weggelassen sein, beispielsweise das Erfassen der Temperatur.
Im Folgenden werden Möglichkeiten zum Bestimmen des Ladezustands der Batterie in Abhängigkeit von Klemmenspannungen, welche nach dem Übergang in einen Zustand niedriger Stromlast ermittelt wurden, und unter Berücksichtigung von Korrekturen auf Basis von Betriebsumständen der Batterie wie Strömen, Spannungen und/oder Temperaturen näher erläutert.
Dabei wird grundsätzlich ausgenutzt, dass die offene Klemmenspannung einer Batterie von dem Ladezustand der Batterie abhängt, so dass durch Bestimmung der offenen Klemmenspannung auf den Ladezustand rückgeschlossen werden kann. Da es wie eingangs erläutert vergleichsweise lange dauern kann, bis sich ein stationärer Wert der offenen Klemmenspannung einstellt, wird bei Ausführungsbeispielen der Erfindung die Klemmenspannung zu einem oder insbesondere auch mehreren Zeitpunkten nach dem Übergang in einen Zustand niedriger Stromlast gemessen, insbesondere zu Zeitpunkten, welche verglichen mit der Zeitdauer, welche nötig ist, damit sich ein stationärer Wert der offenen Klemmenspannung einstellt, kurz nach dem Übergang in den Zustand niedriger Stromlast liegen. Auf Basis dieser gemessenen Spannungen kann dann ein näherungsweiser Wert für die offene Klemmenspannung im stationären Zustand bestimmt werden, insbesondere durch Extrapolation. Hierzu kann insbesondere ein Fit mit einer geeigneten Funktion durchgeführt werden.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die offene Klemmenspannung nicht nur von dem Ladezustand der Batterie, sondern auch von Betriebsumständen, beispielsweise der Temperatur oder vorhergehenden Lade- oder Entladevorgängen abhängen kann. Daher werden bei Ausführungsbeispielen der Erfindung zudem Korrekturen auf Basis der Betriebsumstände ermittelt.
Ein Beispiel für den Einfluss von Lade- und Entladeströmen auf eine offene Klemmenspannung ist in 6 schematisch veranschaulicht. Dabei ist in einer oberen Kurve der 6 eine Zellenspannung über der Zeit aufgetragen, während in einer unteren Kurve ein Lade- bzw. Entladestrom über der Zeit aufgetragen ist. Als Beispiel wurde hierbei eine Batterie mit einer Kapazität von 1500 mAh verwendet, welche zu Beginn der Messzeit zu 50% geladen war, d.h. einen „Füllstand“ von 50% aufwies, oder auch einen Entladungsgrad (im Englischen als „Depth of Discharge“ bezeichnet) von 50%. Im Folgenden wird der Ladezustand der Batterie als Entladungsgrad angegeben, d.h. 0% entsprechen voller Ladung und 100% entsprechen voller Entladung. Der folgende Zyklus wurde für das Beispiel der 6 durchgeführt:

a: Vollständiges Laden der Zelle (0% Entladungsgrad) durch ein Konstantstrom-/Konstantspannungsladen (CCCV, vom Englischen „Constant-Current Constant-Voltage“) gefolgt von einer dreistündigen Relaxation zu einem stationären Zustand hin.
b: Entladen auf 50% Entladungsgrad mittels eines Entladestroms von 0,5 C, gefolgt von dreistündiger Relaxation. Die Einheit C bedeutet dabei wie bereits oben erläutert, dass der Lade-/Entladestrom relativ zur Gesamtkapazität der Batterie angegeben wird. 1C würde dabei beispielsweise bei einer 1500 mAh-Zelle einem Lade-/Entladestrom von 1500 mA über eine Stunde entsprechen.
c: Entladen auf 60% Entladungsgrad durch einen Entladestrom von 0,6 C gefolgt von einer dreistündigen Relaxation.
d: Laden auf 50% Entladungsgrad durch einen Ladestrom von 0,6 C gefolgt von einer dreistündigen Relaxation.
e: Laden auf einen Entladungsgrad von 40% mit einem Ladestrom von 0,6 C gefolgt von einer dreistündigen Relaxation.
f: Entladen auf 50% Entladungsgrad mit einem Entladestrom von 0,6 C gefolgt von einer dreistündigen Relaxation.
g–j: Wie c–f, wobei der Entlade-/Ladestrom nur 0,13 C betrug.

Wie zu sehen ist, beträgt nach den Lade-/Entladevorgängen b, d, f, h und j beispielsweise der Entladungsgrad jeweils 50%. Die offenen Klemmenspannungen nach drei Stunden unterscheiden sich jedoch geringfügig. Dieser Effekt wird auch als Hysterese-Effekt bezeichnet. Wird dieser Einfluss nicht korrigiert, sondern der Ladezustand allein aufgrund der offenen Klemmenspannung oder eines auf Basis von Spannungsmessungen ermittelten Näherungswerts der offenen Klemmenspannung bestimmt, ergeben sich entsprechende Abweichungen hinsichtlich des Ladungszustands. Des Weiteren können auch unterschiedliche Batterietemperaturen zu unterschiedlichen offenen Klemmenspannungen führen. Unterschiedliche Batterietemperaturen können z.B. durch unterschiedliche Umgebungstemperaturen erzeugt werden. Es besteht jedoch bei manchen Batterien auch eine Wechselbeziehung zwischen den Lade-/Entladeströmen und der Batterietemperatur. Beispielsweise erzeugen Lithium-Ionen-Batterien üblicherweise während dem Entladen mehr Wärme als während dem Laden, und diese Wärmeerzeugung durch die Batterie selbst kann wiederum das Relaxationsverhalten und die offene Klemmenspannung beeinflussen.
Allgemein kann die Klemmenspannung einer Batterie yk beispielsweise geschrieben werden als yk = OCV(DOD) – R·ik – U(τ) + hk (1), wobei OCV(DOD) die von dem Entladungsgrad DOD abhängige offene Klemmenspannung ist, R ein Innenwiderstand der Batterie ist, welche bei einem Lade-/Entladestromschritt ik einen Spannungsabfall verursacht, U(τ) einen Spannungsbeitrag bezeichnet, welcher von einer Zeitkonstante τ abhängt und beispielsweise chemische Prozesse wie Diffusion widerspiegelt und hk ein Hysterese-Term ist, welcher bewirkt, dass wie oben unter Bezugnahme auf 6 erläutert in Abhängigkeit von der Vorgeschichte (verschiedenen Lade-/Entladeströmen) die offene Klemmenspannung nach Relaxation verschiedene Werte aufweist.
Zur Bestimmung des Ladezustands einer Batterie kann eine geeignete Funktion gewählt werden, welche dann an gemessene Spannungswerte nach dem Trennen der Batterie von der Last angepasst wird. Eine mögliche Beschreibung des zeitlichen Verlaufs der Klemmenspannung Vt(t), wobei t die Zeit ist, ist dabei Vt(t) = Vinf – a·exp(b/t) + t^c + h1 + h2. (2)
Dabei sind Vinf, a, b und c Parameter, welche insbesondere durch Fitten der Funktion der Gleichung (2) an gemessene Spannungswerte ermittelt werden können, exp die Exponentialfunktion und h1 und h2 Korrekturterme, welche beispielsweise Hysterese-Effekte wie unter Bezugnahme auf 6 erläutert und Temperatureffekte widerspiegeln können. Die Initialisierung der Parameter, beispielsweise Vinf, a, b und c, kann dabei beispielsweise auf Basis von gemessenen Strömen, welche beispielsweise fließen, während sich die Batterie in einem Zustand des Ladens oder Entladens befindet, und/oder in Abhängigkeit von anderen Funktionen wie z.B. dem Alter der Batterie und/oder der Impedanz der Batterie erfolgen. Beispielsweise kann durch Integration dieser Ströme näherungsweise ein Ladezustand wie z.B. ein Entladungsgrad bestimmt werden und dieser näherungsweise bestimmte Entladungsgrad als Basis für die Bestimmung von Startpunkten der Parameter für ein nachfolgendes Anpassen (Fitten) der Funktion als angemessene Spannungswerte verwendet werden. Zum Fitten kann dann ein beliebiges herkömmliches Fitverfahren, beispielsweise basierend auf der Methode der kleinsten Quadrate (Least-Square-Fitting) oder der kleinsten mittleren Quadrate (Least-Mean-Square-Fitting) verwendet werden.
Die Korrekturwerte h1 und h2 können beispielsweise ebenfalls auf Basis der gemessenen Ströme und/oder auf Basis von gemessenen Temperaturen bestimmt werden. Zu bemerken ist, dass bei manchen Ausführungsbeispielen auch nur ein einziger Korrekturwert verwendet werden kann und/oder nur manche Einflüsse und Betriebsumstände der Batterie berücksichtigt werden können. Beispielsweise können Korrekturwerte für verschiedene vorhergehende Lade- und Entladevorgänge für einen bestimmten Batterietyp während einer Kalibrierungsphase experimentell bestimmt werden und dann während des Betriebs in Abhängigkeit von erfassten Lade- und Entladeströmen aus der Tabelle ausgelesen werden. Gleiches gilt für verschiedene Temperaturwerte.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann die Gleichung (2) einschließlich der Korrekturwerte an eine gemessene Kurve angepasst werden und dann aus der Gleichung ein Näherungswert für die stationäre offene Klemmenspannung bestimmt werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen können die Korrekturwerte h1 und h2 für die Anpassung zunächst vernachlässigt werden und nachträglich berücksichtigt werden.
Unter Vernachlässigung von h1 und h2 kann hierfür Gleichung (2) auch geschrieben werden als log(Vinf – V(t)) = log(a) + (b/t) + c·log(t) (3)
Mit dieser Funktion kann dann wie bereits erläutert ein Fit durchgeführt werden, um so die Parameter Vinf, a, b und c zu bestimmen. Dann kann wiederum ein Wert für V(t) für beliebige Zeiten extrapoliert werden, indem die bestimmten Parameter in Gleichung (2) (gegebenenfalls unter Vernachlässigung von h1 und h2) eingesetzt werden. Beispielsweise kann für eine nachfolgende Bestimmung des Ladezustands ein Wert für t = 3 Stunden extrapoliert werden, es kann jedoch auch eine andere Zeit gewählt werden. Bei Ausführungsbeispielen wird die Zeit dabei derart gewählt, dass sie zumindest näherungsweise einem stationären Zustand entspricht.
Mittels eines derartigen Fits kann eine gewünschte Genauigkeit der Bestimmung der offenen Klemmenspannung wesentlich schneller erfolgen als in Fällen, bei welchen abgewartet wird, bis sich die Klemmenspannung selbst dem stationären Zustand annähert. Dies wird unter Bezugnahme auf 7 erörtert.
In 7 zeigt eine Kurve 50 eine gemessene offene Klemmenspannung über der Zeit. Kurven 52, 53 begrenzen einen Bereich, welcher sich aus einem Wert der offenen Klemmenspannung nach drei Stunden plus/minus einem Schwellenwert ergibt, wobei der Schwellenwert eine gewünschte Genauigkeit der Bestimmung darstellt. Die offene Klemmenspannung nach drei Stunden wird hier als Beispiel für ein Maß für die offene Klemmenspannung verwendet, da nach drei Stunden häufig im Wesentlichen ein stationärer Wert erreicht ist. Eine Kurve 51 zeigt eine Abschätzung der offenen Klemmenspannung nach drei Stunden auf Basis eines Fits in Abhängigkeit von der verstrichenen Zeit in Minuten, während welcher Messwerte als Basis für den Fit aufgenommen wurden.
Wie aus 7 erkenntlich, liegt der auf Basis eines Fits abgeschätzte Wert der offenen Klemmenspannung bereits nach einer Zeit t_p von etwa acht Minuten innerhalb des durch die Linien 52 und 53 begrenzten Bereichs, während dies bei einer reinen Messung der offenen Klemmenspannung gemäß Kurve 50 erst nach einer Zeit t_m von mehr als 100 Minuten der Fall ist. Somit kann mittels eines Fits ein Wert für die offene Klemmenspannung mit einer gewünschten Genauigkeit deutlich schneller bestimmt werden als mit einer reinen Messung, beispielsweise innerhalb einer Zeitdauer t_p von 45 Minuten oder weniger, z.B. 15 Minuten oder weniger, z.B. ca. 8 Minuten wie dargestellt.

Wenn auf diese Weise die offene Klemmenspannung durch Fitten unter Vernachlässigung von Korrekturen durch h1 und h2 bestimmt wurde, kann der Ladezustand, beispielsweise als Entladungsgrad DOD, dann gemäß

DOD = f(OCV, h1, h2) (4)

bestimmt werden, wobei OCV die durch den Fit näherungsweise bestimmte offene Klemmenspannung, h1 ein beispielsweise auf Basis von Ladeströmen (zum Aufladen und/oder Entladen der Batterie) bestimmter Korrekturwert und h2 ein Korrekturwert auf Basis der Temperatur sein kann. Die Werte für den Entladungsgrad für verschiedene Werte von OCV, h1 und h2 können beispielsweise in einer Tabelle abgelegt sein. Ein Beispiel für eine Tabelle, in welcher keine Temperatureffekte berücksichtigt sind (d.h. h2 wird nicht berücksichtigt), ist untenstehend dargestellt:

DOD [%]	OCV [V]	h1_Laden (0,6C) [V]	h1_Laden (0,13C) [V]
50	3,301	0,011	0,011
...	...	...	...

DOD [%]	OCV [V]	h1_Entladen (0,6C) [V]	h1_Entladen (0,13C) [V]
50	3,301	0,001	0,002
...	...		...

Mittels einer derartigen Tabelle kann beispielsweise der Entladungszustand DOD in Prozent in Abhängigkeit von einem beispielsweise mittels Interpolation wie unter Bezugnahme auf 7 bestimmten Näherungswert der offenen Klemmenspannung in Volt sowie einem jeweils gültigen Korrekturwert h1 bestimmt werden, wobei der Korrekturwert h1 in dieser Tabelle von der Größe eines Ladestroms zum Aufladen der Batterie (h1_Laden) oder Ladestroms zum Entladen der Batterie (h1_Entladen) abhängt. In der obigen Beispieltabelle sind dabei Werte für h1 für Ladeströme von 0,6C und 0,13C angegeben, wobei dies lediglich als Beispiel zu verstehen ist. Korrekturwerte für andere Ladeströme, welche nicht direkt in der Tabelle angegeben sind, können dabei durch Interpolation bestimmt werden. In der obigen Tabelle sind dabei nur einige Werte für einen Entladungsgrad von 50% angegeben, eine vollständige Tabelle kann selbstverständlich Werte für verschiedene Entladungsgrade, offene Klemmenspannungen und Korrekturwerte enthalten.
Somit werden bei diesem Ausführungsbeispiel von dem einem Zustand niedriger Stromlast vorhergehenden Ladestrom während eines Zustands des Ladens oder Entladens abhängige Korrekturwerte h1 verwendet, um die offene Klemmenspannung zu korrigieren und einen korrekten Entladungsgrad festzustellen. Statt des Entladungsgrads kann natürlich ebenso lediglich ein Ladungsgrad, beispielsweise ebenfalls in Prozent, angegeben werden, wobei dann der Ladungsgrad 100% minus dem Entladungsgrad ist. Auch eine andere Art von Skala ist möglich.
Bei dem obigen Beispiel wird ein Ladestrom während eines vorhergehenden Zustands des Ladens oder Entladens dazu verwendet, Korrekturwerte zu bestimmen. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann zusätzlich oder alternativ zu dem Ladestrom während des Zustands des Ladens oder Entladens auch eine Spannung über der Batterie während des Zustands des Ladens oder Entladens herangezogen werden, welche beispielsweise von der zweiten Erfassungsvorrichtung 104 der 1, dem Spannungsmesser 16 der 2 oder mittels des Analog-Digital-Wandlers 29 der 3 erfasst werden kann.
Insbesondere lässt die Klemmenspannung während des Zustands des Ladens oder Entladens einen Rückschluss auf die offene Klemmenspannung zu, wenn eine Information über eine interne Impedanz vorliegt. Dabei kann mittels so genannter Fuel-Gauge-Algorithmen während der Laufzeit die Impedanz der Batterie geschätzt werden. Basierend auf dieser geschätzten Impedanz und in dem Zustand des Ladens oder Entladens gemessene Spannungen zusammen mit einem gemessenen Ladestrom umgefähr darauf schließen, in welchem Bereich sich die offene Klemmenspannung befindet bzw. nach einer Relaxation in einem Zustand niedriger Stromlast befinden wird. Dieser ungefähre Wert der offenen Klemmenspannung kann dann beispielsweise für eine Initialisierung für eine nachfolgende Approximierung oder Extrapolation der offenen Klemmenspannung auf Basis von im Zustand niedriger Stromlast gemessenen Klemmenspannungen benutzt werden.
In der obigen Tabelle ist ein Temperatureinfluss noch nicht berücksichtigt. Wie bereits erläutert, kann die Temperatur als zusätzliche Korrektur berücksichtigt werden. Zur Veranschaulichung zeigt 8 einen stationären Wert der offenen Klemmenspannung OCV in Abhängigkeit von dem Entladungsgrad DOD, wobei in 8 ein Entladungsgrad von 1 einem Entladungsgrad von 100% entspricht, wobei die Kurven 60, 61 und 62 den Zusammenhang für drei verschiedene Temperaturen zeigen.
Daher wird bei manchen Ausführungsbeispielen der Erfindung die Temperatur zusätzlich berücksichtigt. Beispielsweise kann eine Temperatur abgeschätzt oder gemessen werden und beispielsweise eine korrigierte stationäre offene Klemmenspannung zum Beispiel entsprechend obiger Tabelle ermittelt werden, wobei aus dieser offenen Klemmenspannung dann je nach Temperatur ein anderer Entladungsgrad folgt. Es können auch in einer entsprechenden Tabelle Einträge für verschiedene Temperaturen bereitgestellt sein.
Dabei kann auf Basis von gemessenen Strömen und/oder gemessenen Temperaturen beispielsweise ein Verlauf einer Batterietemperatur abgeschätzt werden. Um dies zu veranschaulichen, wird als Beispiel eine Situation angenommen, in welcher am Ende eines Entladungsvorgangs vor dem Übergang in einen Zustand niedriger Stromlast ein hoher Strom vorlag, was zu einer vergleichsweise hohen Verlustleistung an dem Innenwiderstand der Batterie und somit zu einer Erwärmung der Batterie führt. Somit ist zu diesem Zeitpunkt die Batterie im Allgemeinen wärmer als eine Umgebung. Daher werden auch die Werte der offenen Klemmenspannung für die Extrapolation der offenen Klemmenspannung im Gleichgewichtszustand, beispielsweise die innerhalb der Zeitdauer t_p der 7 gemessenen Werte, in einem Zustand, in dem die Batterie wärmer ist als die Umgebung, gemessen. Der ermittelte Ladezustand sollte sich bei manchen Ausführungsbeispielen jedoch auf einen Zustand beziehen, in welchem die Batterie auf Umgebungstemperatur liegt. Wird die Temperatur beispielsweise mittels eines Temperatursensors in oder an der Batterie erfasst, so dass die Batterietemperatur und nicht die Umgebungstemperatur gemessen wird, kann hierzu die Umgebungstemperatur geschätzt werden.
Hierzu kann beispielsweise eine in der Vergangenheit während einer letzten Relaxationsphase vor dem Entladungsvorgang gemessene Temperatur verwendet werden, wobei angenommen wird, dass sich die Umgebungstemperatur über der Zeit nur langsam ändert. Es kann jedoch auch der Strom und die Temperatur während des oben erwähnten letzten Zustands des Ladens oder Entladens gemessen werden und auf dieser Basis vorhergesagt werden, wie sich die Temperatur auf die Umgebungstemperatur abkühlt, beispielsweise mittels eines angenommenen exponentiellen Abfalls. Es kann natürlich auch ein separater Sensor zur Messung der Umgebungstemperatur bereitgestellt werden. Auf Basis der gemessenen oder geschätzten Umgebungstemperatur kann dann beispielsweise eine geeignete Kurve der 8 zur Bestimmung des Entladungsgrads ausgewählt werden.
Es ist zu bemerken, dass die obigen Möglichkeiten der Implementierung nur als Beispiel dienen, und eine Vielzahl von Variationen und Abwandlungen möglich ist. Beispielsweise können anstelle der obigen Gleichung (2) auch andere Funktionen verwendet werden, um einen stationären Wert der offenen Klemmenspannung bzw. einen Wert der offenen Klemmenspannung nach einem bestimmten Zeitraum, beispielsweise drei Stunden, abzuschätzen. Beispielsweise kann die Abschätzung auch auf Vt(t) = Vinf – a·exp(b/t) + h1 + h2 (5) oder Vt(t) = Vinf – a·exp(b/t)·(log(t))^c + h1 + h2, (6) beruhen, wobei wiederum ein Fit bei manchen Ausführungsbeispielen einschließlich der Korrekturwerte h1 und/oder h2 erfolgen kann und bei anderen Ausführungsbeispielen ein Fit zunächst ohne diese Korrekturwerte erfolgen kann und diese dann nachträglich, beispielsweise in Form einer Tabelle und/oder entsprechend Gleichung (4) berücksichtigt werden können.
Wie ebenso bereits erwähnt können zum Fitten verschiedene Ansätze, beispielsweise die Methode der kleinsten Quadrate oder die Methode der kleinsten mittleren Quadrate, verwendet werden. Auch andere Betriebsumstände als die oben diskutierten Ströme und Temperaturen können herangezogen werden, sofern sie sich auf den Entladungszustand und/oder die offene Klemmenspannung auswirken, beispielsweise Alterungseffekte der Batterie. Wie ebenfalls bereits erwähnt, kann eine derartige Batterie eine einzige Zelle, aber auch eine Vielzahl von verschalteten Zellen, beispielsweise elektrochemische Zellen, aufweisen. Somit ist der Bereich der Erfindung nicht durch die oben diskutierten Ausführungsbeispiele begrenzt.

Claims

Verfahren umfassend: – Erfassen eines Zustands des Ladens oder Entladens einer Batterie (11) durch Erfassen, dass ein Betrag eines Ladestroms der Batterie (11) oberhalb eines ersten vorbestimmten Schwellenwertes liegt, – Erfassen der Spannung über der Batterie (11) und/oder des Ladestroms der Batterie (11) im Zustand des Ladens oder Entladens, – Erfassen eines Zustands mit niedriger Stromlast durch Erfassen, dass der Betrag des Ladestroms der Batterie (11) unterhalb eines zweiten vorbestimmten Schwellenwertes liegt, wobei der zweite vorbestimmte Schwellenwert kleiner oder gleich dem ersten vorbestimmten Schwellenwert ist, – Erfassen der Klemmenspannung der Batterie (11) im Zustand mit niedriger Stromlast, bevor die Klemmenspannung einen stationären Zustand erreicht, und – Bestimmen eines Ladezustands der Batterie (11) in Abhängigkeit von der erfassten Klemmenspannung im Zustand mit niedriger Stromlast und in Abhängigkeit von der erfassten Spannung und/oder von dem erfassten Ladestrom im Zustand des Ladens oder Entladens, welcher zeitlich vor dem Zustand mit niedriger Stromlast liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erfassen der Klemmenspannung der Batterie (11) im Zustand niedriger Stromlast innerhalb einer Zeitdauer von weniger als 45 Minuten nach dem Erfassen des Zustands mit niedriger Stromlast liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bestimmen des Ladezustands ein Extrapolieren der erfassten Klemmenspannung zum Bestimmen eines approximierten stationären Werts der Klemmenspannung umfasst, wobei der Ladezustand in Abhängigkeit von dem approximierten stationären Wert bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Extrapolieren ein Anpassen einer Funktion an die erfasste Klemmenspannung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Funktion in Abhängigkeit von der erfassten Spannung und/oder des erfassten Ladestroms im Zustand des Ladens oder Entladens gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Extrapolieren ohne Berücksichtigung der erfassten Spannung und/oder des erfassten Ladestroms im Zustand des Ladens oder Entladens erfolgt, wobei der Ladezustand in Abhängigkeit von dem approximierten stationären Wert der Klemmenspannung und Korrekturwerten auf Basis der erfassten Spannung und/oder des erfassten Ladestroms im Zustand des Ladens oder Entladens bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Abhängigkeit des Ladezustands von dem approximierten stationären Wert der Klemmenspannung und den Korrekturwerten in Tabellenform niedergelegt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, wobei der Ladezustand in Abhängigkeit mindestens eines weiteren Betriebsumstands der Batterie (11) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der mindestens eine weitere Betriebsumstand eine Temperatur der Batterie (11) und/oder eine Alterung der Batterie umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der mindestens eine weitere Betriebsumstand eine Umgebungstemperatur der Batterie (11) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, weiter umfassend: Erfassen einer Temperatur der Batterie (11) und Abschätzen der Umgebungstemperatur der Batterie in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur der Batterie.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Abschätzen der Umgebungstemperatur in Abhängigkeit von dem Ladestrom in dem Zustand des Ladens oder Entladens erfolgt.
Vorrichtung (100), umfassend: – eine erste Erfassungsvorrichtung (101; 14; 24, 211) zum Erfassen eines Ladestroms einer Batterie (11) – eine zweite Erfassungsvorrichtung (104; 16; 29) zum Erfassen einer Spannung über der Batterie (11), – eine Auswertevorrichtung (107; 17; 212) zum Erfassen eines Zustands des Ladens oder Entladens der Batterie (11), wenn der Betrag des von der ersten Erfassungsvorrichtung (101; 14; 24, 211) erfassten Ladestroms oberhalb eines ersten vorbestimmten Schwellenwertes liegt, zum Erfassen eines Zustands mit niedriger Stromlast, wenn der Betrag des von der ersten Erfassungsvorrichtung (101; 14; 24, 211) erfassten Ladestroms unterhalb eines zweiten Schwellenwertes liegt, wobei der zweite Schwellenwert kleiner oder gleich dem ersten Schwellenwert ist, und zum Bestimmen eines Ladezustands der Batterie (11) in Abhängigkeit von der von der zweiten Erfassungsvorrichtung (104; 16; 29) in dem Zustand mit niedriger Stromlast erfassten Spannung über der Batterie (11), bevor die Spannung über der Batterie (11) einen stationären Zustand erreicht, und in Abhängigkeit von der von der zweiten Erfassungsvorrichtung (104; 16; 29) erfassten Spannung und/oder von dem von der ersten Erfassungsvorrichtung (101; 14; 24, 211) erfassten Ladestrom, welche in dem Zustand des Ladens oder Entladens erfasst wurden, welcher zeitlich vor dem Zustand mit niedriger Stromlast liegt.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 13, weiter umfassend einen Temperatursensor (15) zum Erfassen einer Temperatur der Batterie (11) oder einer Umgebungstemperatur der Batterie (11), wobei die Auswertevorrichtung (107; 17; 212) eingerichtet ist, den Ladezustand in Abhängigkeit von der Temperatur der Batterie oder der Umgebungstemperatur der Batterie (11) zu bestimmen.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei die erste Erfassungsvorrichtung und/oder die zweite Erfassungsvorrichtung einen Analog-Digital-Wandler (29, 211) umfasst.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 13–15, wobei das Erfassen der Klemmenspannung der Batterie (11) im Zustand niedriger Stromlast innerhalb einer Zeitdauer von weniger als 45 Minuten nach dem Erfassen des Zustands mit niedriger Stromlast liegt.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 13–16, wobei die Auswertevorrichtung (107; 17; 212) eingerichtet ist, zum Bestimmen des Ladezustands ein Extrapolieren der erfassten Klemmenspannung zum Bestimmen eines approximierten stationären Werts der Klemmenspannung durchzuführen, wobei der Ladezustand in Abhängigkeit von dem approximierten stationären Wert bestimmt wird.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 17, wobei das Extrapolieren ein Anpassen einer Funktion an die erfasste Klemmenspannung umfasst.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 18, wobei die Funktion in Abhängigkeit von der erfassten Spannung und/oder des erfassten Ladestroms im Zustand des Ladens oder Entladens gewählt wird.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Extrapolieren ohne Berücksichtigung der Betriebsumstände erfolgt, wobei die Auswertevorrichtung (107; 17; 212) eingerichtet ist, den Ladezustand in Abhängigkeit von dem approximierten stationären Wert der Klemmenspannung und Korrekturwerten auf Basis der erfassten Spannung und/oder des erfassten Ladestroms im Zustand des Ladens oder Entladens zu bestimmen.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 20, umfassend eine Tabelle, in welcher die Abhängigkeit des Ladezustands von der approximierten Klemmenspannung im stationären Zustand und den Korrekturwerten niedergelegt ist.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 13, wobei die Auswertevorrichtung (107; 17; 212) eingerichtet ist, den Ladezustand in Abhängigkeit von mindestens einem weiteren Betriebszustand zu bestimmen.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 13–22, wobei der mindestens eine weitere Betriebsumstand eine Temperatur der Batterie (11) und/oder eine Alterung der Batterie umfasst.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 13–23, wobei das Erfassen der Klemmenspannung der Batterie (11) im Zustand niedriger Stromlast innerhalb einer Zeitdauer von weniger als 45 Minuten nach dem Erfassen des Zustands mit niedriger Stromlast liegt.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 24, wobei die Vorrichtung (100) einen Temperatursensor zum Erfassen einer Temperatur der Batterie (11) umfasst, und wobei die Auswerteeinrichtung (17; 27) eingerichtet ist, die Umgebungstemperatur der Batterie in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur der Batterie abzuschätzen.