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Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines durch einen Mikrocontroller gesteuerten elektrischen Geräts mit einem Energiespeicher, der an einer Energiequelle aufladbar ist, wobei der Mikrocontroller zwei Betriebszustände aufweist und der aktuelle Betriebszustand in Abhängigkeit einer ersten Steuergröße ausgewählt wird.
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Die Erfindung bezieht sich hauptsächlich auf solche elektrische Geräte, die im Wesentlichen mit der im Energiespeicher gespeicherten elektrischen Energie betrieben werden und die nur gelegentlich oder unregelmäßig mit einer Energiequelle verbunden werden, um den Energiespeicher zu laden, oder wenn die Energiequelle nicht genug oder nicht dauerhaft genug Energie liefert, um das elektrische Gerät zu versorgen.
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Insbesondere behandelt die Erfindung elektrische Geräte, die als einzige Energiequelle einen Energy-Harvester aufweisen, der das elektrische Gerät autark mit Energie versorgt. Ein solches elektrisches Gerät kann beispielsweise ein Heizkörperventillsteller sein, der als Energiequelle einen thermoelektrischen Generator (TEG) aufweist. Mit diesem ist es möglich, aus der in einem Heizkörper oder einem Heizkörperrohr geführten Wärme elektrische Energie zu gewinnen. Diese wird in einem Energiespeicher gespeichert, damit der Heizkörperventilsteller auch einsatzbereit ist, wenn der Heizkörper kalt ist.
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Bei solchen elektrischen Geräten ist es daher wichtig, möglichst sparsam mit der vorhandenen elektrischen Energie umzugehen. Es ist daher bereits bekannt, den Mikrocontroller, der das elektrische Gerät steuert, bei niedrigem Ladezustand des Energiespeichers in einen Energiesparmodus zu versetzen. Eine solche Maßnahme kann jedoch nicht ausreichend sein, um genug Energie zu sparen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher ein gattungsgemäßes elektrisches Gerät und ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Geräts zu schaffen, das eine größere Energieeinsparung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein elektrisches Gerät nach Anspruch 12 gelöst.
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Insbesondere ist im erfindungsgemäßen Verfahren die Auswahl des aktuellen Betriebszustands von wenigstens einer zweiten unabhängigen Steuergröße abhängig. Hauptziel ist es dabei, einen möglichst geringen Energiebedarf und eine möglichst uneingeschränkte Funktionalität des elektrischen Geräts zu erreichen. Dadurch, dass eine zweite Steuergröße überwacht und in die Auswahl des aktuellen Betriebszustands des elektrischen Geräts einbezogen wird, ist eine wesentlich differenzierte Entscheidung möglich. Insbesondere können dadurch auch mehr als zwei Betriebszustände unterschieden werden, die jeweils an die durch die Steuergrößen repräsentierten Zustände angepasst sind.
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Mögliche Betriebszustände des elektrischen Gerätes sind beispielsweise: Ein Tiefschlafmodus, ein ausgeschalteter Zustand, eine Sicherheitsstellung, ein Betriebsmodus mit reduzierter Funktionalität, ein normaler Betriebsmodus mit voller Funktionalität.
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Ist das elektrische Gerät durch einen elektromotorisch angetriebenen Stellantrieb gegeben, beispielsweise einen Ventilsteller, kann der Ruhezustand ein Zustand mit minimalem Energiebedarf sein, in dem lediglich die durch den Energiespeicher bereitgestellte Spannung oder der Ladezustand des Energiespeichers überwacht wird. Die Sicherheitsstellung kann in solch einer Anwendung eine vorherbestimmte Ventilstellung sein, die durch den Stellantrieb eingestellt wird. Dies kann beispielsweise eine Stellung sein, in der das Ventil zumindest teilweise geöffnet ist, so dass ein Gas- oder Fluidstrom fließen kann. Verfügt solch ein Ventilsteller nun über einen thermoelektrischen Generator (TEG) als Energiequelle, der mit dem durch das Ventil strömenden Gas oder Fluid thermisch gekoppelt ist, kann der TEG den Energiespeicher aufladen. Ein Betriebszustand mit reduzierter Funktionalität kann im Falle des Ventilstellers beispielsweise ein Zustand sein, in dem eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle deaktiviert ist oder eine Anzeigevorrichtung ausgeschaltet oder mit reduzierter Helligkeit betrieben wird.
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Eine Steuergröße kann dabei eine beliebig maschinell auswertbare Information sein. Im einfachsten Fall kann ein Ein-/Ausschalter, beziehungsweise dessen Zustand, eine solche Steuergröße sein. Die Steuergröße muss in jedem Fall in einer Form an den Mikrocontroller meldbar sein, so dass dieser die Steuergröße in eine Entscheidung einbeziehen kann. Eine solche Meldung kann beispielsweise über einen digitalen Steuereingang oder einen analogen Spannungseingang des Mikrocontrollers erfolgen. Der Mikrocontroller weist in der Regel ein Betriebsprogramm auf. Vorzugsweise ist dieses Betriebsprogramm zur Verarbeitung dieser Meldungen ausgebildet. Ausgehend vom Steuergrößen-Zustand, der durch die Meldungen signalisiert wird, stellt der Mikrocontroller seinen Betriebszustand ein. Da das elektrische Gerät durch den Mikrocontroller betrieben wird, ist dadurch auch der Betriebszustand des gesamten elektrischen Geräts bestimmt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst jedoch insbesondere Steuergrößen, die durch eine Messeinrichtung überwacht werden. Also solche Größen, die nach einem physikalischen Messprinzip erfassbar sind und nicht bloß selbst Zustände definieren oder repräsentieren. Eine solche Steuergröße kann beispielsweise eine Spannung, eine Stromstärke, eine Helligkeit, eine Temperatur, eine magnetische Feldstärke oder eine andere physikalische Messgröße sein.
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Insbesondere zweckmäßig ist es, wenn für jede Steuergröße wenigstens ein Grenzwert definiert ist und die Auswahl des Betriebszustands davon abhängt, ob die Steuergröße den Grenzwert unterschreitet oder überschreitet. Ein solcher Grenzwert definiert zwei Zustände, in denen sich die Steuergröße befinden kann. Jedem dieser Steuergrößen-Zustände kann ein Betriebszustand des Mikrocontrollers oder des elektrischen Geräts zugeordnet sein. Da mindestens zwei Steuergrößen überwacht werden, sind dadurch mindestens vier verschiedene Steuergrößen-Zustände unterscheidbar.
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Jedem dieser Steuergrößen-Zustände kann ein eigener Betriebszustand zugeordnet sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass mehreren Steuergrößen-Zuständen jeweils derselbe Betriebszustand zugeordnet ist.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn für jede Steuergröße zwei Grenzwerte definiert sind. Dadurch ergeben sich für jede Steuergröße drei unterscheidbare Zustände. Insgesamt sind dann durch die beiden Steuergrößen neun verschiedene Steuergrößen-Zustände definiert, denen jeweils ein Betriebszustand zuordenbar ist. Auf diese Weise können für die verschiedenen Steuergrößen-Zustände sehr gezielte Betriebszustände definiert werden.
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In einem elektrischen Gerät mit einem Bildschirm und einem Aktor, können somit beispielsweise Betriebszustände definiert werden, in denen beispielsweise der Bildschirm oder der Aktor oder beides aktiviert ist. Dadurch entstehen verschiedene Stufen für den Energieverbrauch des elektrischen Geräts. Diese können dann beispielsweise vom Ladezustand des Energiespeichers und der aktuellen Spannung der Energiequelle als Steuergrößen abhängig sein. Der Bildschirm als größter Energieverbraucher, der zudem nicht immer benötigt wird, kann dann beispielsweise nur aktiv sein, wenn Ladezustand und Spannung der Energiequelle über den jeweils obersten Grenzwerten liegen.
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Entspricht eine Steuergröße etwa dem Wert eines Grenzwerts, kann ein Schwingen zwischen zwei Zuständen auftreten, das unerwünscht ist. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, wenn ein Grenzwert mit einer Hysterese ausgestattet ist. Dabei unterscheidet sich der Grenzwert bei ansteigender Steuergröße von dem Grenzwert bei fallender Steuergröße. Das bedeutet, dass ein Zustandswechsel bei steigender Steuergröße bei einem anderen Wert erfolgt als bei fallender Steuergröße. Dadurch wird ein Schwingen zwischen zwei Zuständen verhindert.
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In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist als Energiequelle ein Energy-Harvester vorhanden. Solche Energy-Harvester wandeln Energie, die in der Umgebung des elektrischen Geräts vorhanden ist in elektrische Energie um. In der Regel werden sie dazu benutzt elektrische Geräte energieautark zu gestalten, das bedeutet ohne primäre Energiequelle und ohne Netzzugang. Die bekanntesten Energy-Harvester sind Solarzellen, die Licht in elektrische Energie umwandeln. Daneben existieren jedoch viele weitere Harvester-Prinzipien, die in der Praxis relevant sind. Der Energy-Harvester kann neben anderen beispielsweise auch ein thermoelektrischer Generator zur Umwandlung von Wärme, ein Piezoelement zur Umwandlung von Druck, oder ein Mikrofon zur Umwandlung von Schalldruck sein.
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Ein solcher Energy-Harvester liefert in der Regel nur eine geringe Energiemenge, die nicht immer ausreicht um das elektrische Gerät zu betreiben. Daher ist es wichtig, dass es verschiedene nach Energieverbrauch gestaffelte Betriebszustände gibt, die verschiedene Funktionen bereitstellen. Die vom Energy-Harvester bereitgestellte elektrische Energie kann in einem Energiespeicher bereitgehalten werden. Dazu kann die vom Energy-Harvester generierte Spannung über einen Spannungswandler auf einen höheren Spannungswert gewandelt werden.
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In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, wenn die erste Steuergröße der Ladezustand der Energiequelle ist und/oder dass die zweite Steuergröße eine Spannung eines Energy-Harvesters ist. Hier kann je nach Energieausbeute des Energy-Harvesters und je nach Ladezustand entschieden werden, welche Funktionen des elektrischen Geräts oder des Mikrocontrollers aktiviert werden können, so dass der Energieverbrauch optimal angepasst werden kann.
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Um eine weitere Differenzierung zu ermöglichen, ist es zweckmäßig, wenn die Auswahl des Betriebszustands auch von einer dritten unabhängigen Steuergröße abhängig ist.
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Auch diese dritte Steuergröße ist vorzugsweise eine mit einer Messeinrichtung erfassbare physikalische Größe. So kann beispielsweise ein Helligkeitssensor vorhanden sein. Damit könnte im obigen Beispiel ein Bildschirm beispielweise an die Umgebungshelligkeit automatisch angepasst werden, um eine Energieeinsparung zu erzielen, ohne die Funktionalität einzuschränken.
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Die Erfindung umfasst weiter ein elektrisches Gerät mit einem Energy-Harvester als Energiequelle, mit einem Energiespeicher der durch die Energiequelle aufladbar ist und mit einem Mikrocontroller, bei dem der Mikrocontroller zur Überwachung von wenigstens zwei unabhängigen Steuergrößen eingerichtet ist und wenigstens zwei Betriebszustände aufweist, wobei der aktuelle Betriebszustand von den Steuergrößen abhängig ist.
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In einer besonders zweckmäßigen Ausführung der Erfindung ist eine erste Steuergröße eine Spannung des Energiespeichers und die zweite Steuergröße eine Spannung der Energiequelle. Die Spannungen können einfach über einen oder zwei Analogeingänge des Mikrocontrollers überwacht werden, der dazu einen oder mehrere Analog-Digital-Wandler aufweist. Als Spannung kann dabei jeweils die Leerlauf- oder Klemmenspannung gemessen werden.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigt:
- 1 eine allgemeine Zustandstabelle mit den Abhängigkeiten des Betriebszustands von zwei unabhängigen Steuergrößen mit jeweils einem Grenzwert,
- 2 eine Blockdarstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen Geräts,
- 3 eine beispielhafte Zustandstabelle mit einer Harvester-Spannung und einer Energiespeicher-Spannung als Steuergrößen mit jeweils zwei Grenzwerten,
- 4 ein Verlauf der Energiespeicher-Spannung mit eingezeichneten Grenzwerten und
- 5 ein Verlauf der Harvester-Spannung mit eingezeichneten Grenzwerten.
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Die 1 zeigt beispielhaft eine allgemeine Zustandstabelle der Abhängigkeit von zwei Steuergrößen. In diesem Beispiel weist die erste Steuergröße S1 einen Grenzwert GW1 auf, durch den zwei Zustände definiert sind. Wenn die Steuergröße S1 über dem Grenzwert GW1 liegt oder wenn die Steuergröße S1 unter dem Grenzwert GW1 liegt. Das gleiche gilt für die zweite Steuergröße S2. Insgesamt ergeben sich daraus vier Zustandsfelder, denen jeweils ein Betriebszustand zugeordnet sein kann. Im Beispiel sind jedoch nur zwei Betriebszustände definiert. Ein erster Betriebszustand BZ1 und ein zweiter Betriebszustand BZ2. In diesem Beispiel ist drei Zustandsfeldern der erste Betriebszustand BZ1 zugeordnet. Nur dem Zustandsfeld, bei dem beide Steuergrößen jeweils über ihrem Grenzwert liegen, ist der zweite Betriebszustand BZ2 zugeordnet.
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Ein erfindungsgemäßes elektrisches Gerät, das nach dieser Zustandstabelle betrieben wird, befindet sich demnach im zweiten Betriebszustand BZ2, wenn beide Steuergrößen über den jeweiligen Grenzwerten liegen. In diesem zweiten Betriebszustand BZ2 werden beide Steuergrößen überwacht. Sobald eine der beiden Steuergrößen unter ihren Grenzwert fällt, wechselt der Mikrocontroller oder das elektrische Gerät in den ersten Betriebszustand BZ1. Eine Überwachung der Steuergrößen ist auch hier vorgesehen, so dass der Zustand für einen Betriebszustandswechsel zeitnah erkannt werden kann.
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Der erste Betriebszustand kann beispielsweise ein Ruhezustand sein, in dem beispielsweise der Energieverbrauch reduziert ist. Der zweite Betriebszustand kein ein normaler Arbeitszustand sein. Im Stand der Technik ist es bekannt, beispielsweise bei Mobilgeräten, das Gerät, insbesondere den Mikrocontroller in einen Ruhezustand zu versetzen, wenn der Ladezustand eines Energiespeichers unter einen Grenzwert fällt, um eine Tiefenentladung des Energiespeichers zu verhindern und eventuell ein geordnetes Herunterfahren zu ermöglichen.
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Die 2 zeigt schematisch in Blockdarstellung ein elektrisches Gerät 1 mit einem Mikrocontroller 2, der weitere Funktionen des elektrischen Geräts 1 steuert, beispielsweise einen Stellantrieb 3. Das elektrische Gerät 1 weist weiter einen Energy-Harvester 4 als autarke Energiequelle auf. Der Energy-Harvester 4 kann beispielsweise ein thermoelektrische Generator (TEG) sein, der aus einem Temperaturgradienten elektrische Energie erzeugt.
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Das elektrische Gerät 1 kann beispielsweise ein Heizkörperventilsteller oder ein Heizkörperthermostat sein, der seine Energie über einen thermoelektrischen Generator aus dem Heizrohr oder dem Heizkörper zieht.
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Damit das elektrische Gerät 1 auch dann funktionsfähig ist, wenn der Energy-Harvester 4 keine oder zu wenig Energie bereit stellt, ist der Energy-Harvester 4 mit einem Energiespeicher 5 verbunden, der durch diesen aufladbar ist. Der Energiespeicher 5 kann beispielsweise ein Akku mit bekannter Technik sein, oder ein Kondensator mit hoher Kapazität oder eine Kombination aus beidem. Der Energiespeicher 5 und der Energy-Harvester 4 sind mit einem Analogeingang des Mikrocontrollers 2 verbunden, so dass dieser die Spannungen überwachen kann.
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Das elektrische Gerät 1 wird im Beispiel autark aus dem Energy-Harvester 4 mit elektrischer Energie versorgt. Da beispielsweise ein TEG in der Regel keine großen Energiemengen liefert, ist es zweckmäßig, wenn das elektrische Gerät 1 so ausgebildet ist, dass es mit möglichst wenig Energie auskommt.
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Beim gezeigten erfindungsgemäßen elektrischen Gerät 1 ist der aktuelle Betriebszustand daher von zwei unabhängigen Steuergrößen abhängig. Eine erste Steuergröße ist der Ladezustand des Energiespeichers 5. Dieser wird durch die Leerlaufspannung oder die Klemmenspannung des Energiespeichers 5 bestimmt. Zur Überwachung des Ladezustands kann der Mikrocontroller einen Analog-Digital-Wandler (ADC) aufweisen, mit dem beispielsweise eine Spannung direkt messbar ist.
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Als zweite Steuergröße dient hier die Leerlaufspannung oder Klemmenspannung des Energy-Harvesters 4. Diese kann auch über einen im Mikrocontroller integrierten ADC überwacht werden.
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Die 3 zeigt eine Zustandstabelle zur Zuordnung von Betriebszuständen in Abhängigkeit dieser beiden Steuergrößen. Die Energiespeicher-Spannung 13 ist durch zwei Grenzwerte in drei Segmente oder Steuergrößen-Zustände unterteilt. Bei steigender Energiespeicher-Spannung 13 beträgt der untere Grenzwert 2,65 V und der obere Grenzwert 2,85 V. Bei fallender Energiespeicher-Spannung 13 beträgt der untere Grenzwert 2,6 V und der obere Grenzwert 2,8 V. Das bedeutet, dass hier eine Hysterese vorhanden ist, die ein Schwingen zwischen zwei Zuständen verhindert.
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Die Grenzwerte sind in der 4 in einem beispielhaften Spannungsverlauf gezeigt. Die 4 zeigt dabei die Spannung des Energiespeichers ohne Last (linke y-Achse) als Funktion der Zeit (x-Achse).Das erste Segment gilt für Spannungen < 2,6 V. Steigt die Energiespeicher-Spannung 13 an, gilt ab der unteren Grenze von 2,65 V das zweige Segment. Steigt die Energiespeicher-Spannung 13 weiter, wechselt der Zustand ab dem oberen Grenzwert von 2,85 V in das dritte Segment. Sinkt die Energiespeicher-Spannung 13 wechselt der Zustand aber erst bei 2,8 V in das zweite Segment und von dort erst bei 2,6 V wieder in das erste Segment.
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Die Harvester-Spannung 12 ist ebenfalls durch zwei Grenzwerte in drei Segmente unterteilt, wobei hier zwischen allen drei Segmenten Hysteresen vorgesehen sind. Bei steigender Harvester-Spannung 12 beträgt der untere Grenzwert 170 mV und der obere Grenzwert 250 mV. Bei fallender Harvester-Spannung 12 beträgt der untere Grenzwert 120 mV und der obere Grenzwert 200 mV.
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Das Signal BQ input operation illustriert den Arbeitsbereich des exemplarischen Gleichspannungswandlers dieser Ausführungsform. Ab einer Leerlaufspannung (ohne angeschlossene Last) des Energiespeichers von 360 mV beginnt der Gleichspannungswandler zu arbeiten und seine Eingangsspannung auf eine höhere Spannung zu wandeln. Arbeitet der Gleichspannungswandler bereits, wobei seine Eingangsspannung sinkt, bleibt der Gleichspannungswandler oberhalb einer Spannung (mit Last) von 80 mV aktiv.
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Eine Darstellung der Harvester-Spannung 12 und der Grenzwerte ist in 5 zu finden. Die 5 zeigt die Spannung des Energiespeichers ohne Last (linke y-Achse), beziehungsweise mit Leistungsanpassung (rechte y-Achse), als Funktion der Zeit (x-Achse). Bei steigender Harvester-Spannung 12 erfolgt der Wechsel vom ersten Segment in das zweite Segment beim unteren Grenzwert von 170 mV. Steigt die Harvester-Spannung 12 weiter erfolgt bei 250 mV der Wechsel in Segment drei. Bei fallender Harvester-Spannung 12 erfolgt der Übergang von Segment drei zu Segment zwei erst bei einer Harvester-Spannung 12 von lediglich 200 mV. Diese große Hysterese ist dem Verhalten des TEG geschuldet. Bei der Verwendung von anderen Harvestern kann eine andere Hysterese zweckmäßig sein. Sinkt die Harvester-Spannung 12 weiter erfolgt bei 120 mV der Wechsel in das erste Segment.
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Das Signal BQ Vbat range verdeutlicht den Arbeitsbereich des beispielhaften elektrischen Geräts. Für Spannung des Energiespeichers von 2,4 V oder größer ist liegt die Spannung im Arbeitsbereich des Geräts und das Signal BQ Vbat range ist entsprechend hoch. Dagegen signalisiert ein niedriger Pegel, dass die vom Energiespeicher bereitgestellte Spannung unterhalb des Arbeitsbereichs liegt.
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Aus den jeweils drei Segmenten ergeben sich insgesamt neun Zustandsfelder, denen jeweils ein Betriebszustand zugeordnet ist. Im Beispiel werden vier Betriebszustände unterschieden.
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Ein erster Betriebszustand 6 wird eingestellt, wenn die Energiespeicher-Spannung 13 im ersten Segment liegt, unabhängig von der Harvester-Spannung 12. In diesem Betriebszustand ist das elektrische Gerät ausgeschaltet, da die Spannung im Energiespeicher zu gering ist. Die im Harvester erzeugte Energie wird dann ausschließlich zum Laden des Energiespeichers verwendet.
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Liegt die Energiespeicher-Spannung 13 im dritten Segment ist ausreichend Spannung vorhanden, so dass auch hier unabhängig von der Harvester-Spannung 12 ein Arbeitszustand 7 eingestellt wird, der einem normalen Betrieb des elektrischen Geräts entspricht.
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Liegt die Energiespeicher-Spannung 13 im zweiten Segment, dann wird der Betriebszustand nach der Harvester-Spannung 12 gewählt. Liegt diese im ersten Segment, dann wird der Mikrocontroller in einen Tiefschlafzustand 8 versetzt, in dem eine Sicherheitsposition des Stellantriebs angefahren und das elektrische Gerät ausgeschaltet wird. Im Falle eines Ventilstellers kann die Sicherheitsposition beispielsweise eine vollständig oder zumindest eine teilweise geöffnete Ventilstellung sein.
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Liegt die Harvester-Spannung 12 dagegen im zweiten Segment, dann wird ein Ruhezustand 9 eingestellt, in dem der Energieverbrauch reduziert ist, so dass durch den Harvester der Energiespeicher möglichst weiter geladen wird. Im Ruhezustand kann das elektrische Gerät beispielswese mit einer reduzierten Funktionalität betrieben werden. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle deaktiviert, mit reduzierter Sendeleistung oder mit größeren Sendeintervallen betrieben wird, beispielsweise mit größeren Abständen zwischen dem Übermitteln von Statusmeldungen an eine Empfangseinheit. Ist das elektrische Gerät durch einen Heizungsventilsteller gegeben, kann die Empfangseinheit beispielsweise ein anderer Heizungsventilsteller und/oder eine Zentraleinheit, zum Beispiel ein Thermostat, sein.
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Liegt die Harvester-Spannung 12 im dritten Segment, erzeugt der Harvester bereits ausreichend Energie, so dass ein normaler Betrieb möglich ist und daher der Arbeitszustand 7 eingestellt wird.
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Die Anzahl der Grenzwerte und deren absolute Werte sind hier nur für das gewählte Beispiel und zur Verdeutlichung der Erfindung genannt und in keiner Weise einschränkend. Die Anzahl der Grenzwerte und deren Wert können etwa von der Art der Steuergrößen und vielen weiteren Faktoren abhängen. Ebenso können die Anzahl und Art der Betriebszustände abweichen.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der aktuelle Betriebszustand von einer dritten Steuergröße abhängig. Diese dritte Steuergröße kann beispielsweise ein Timer sein. Im Beispiel wird der Mikrocontroller, wenn er sich in einem Steuergrößen-Zustand befindet, der dem Arbeitszustand zugeordnet ist, dennoch im Ruhezustand betrieben. Nur alle 10 Minuten wird er periodisch in den eigentlichen Arbeitszustand versetzt. Die Periodendauer kann selbstverständlich von 10 Minuten beliebig abweichen. Schließlich kann die Periodendauer auch in Abhängigkeit der Steuergrößen variiert werden. So kann beispielsweise bei vollem Energiespeicher und voller Leistung des Harvesters die Periode auf Null reduziert werden, wodurch der Mikrocontroller dauernd im Arbeitszustand bleibt.
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Die dritte oder eine Steuergröße könnte auch durch einen Helligkeitssensor bereitgestellt werden, beispielsweise um zwischen einem Nachtzustand und einem Tagzustand zu wechseln. Ebenso kann die dritte Steuergröße durch eine Außentemperatur; einen Raumtemperatur; ein Zeitsignal, beispielsweise ein Timer-Signal; einen Anwesenheitssensor zur Detektion von in einem Raum befindlichen Personen, oder eine aktuelle Position entlang eines Verfahrweges eines Aktuators, beispielsweise eines Ventilstellers, gegeben sein oder proportional zu dieser bestimmt sein.
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Der aktuelle Betriebszustand kann auch als Steuersignal an einem Ausgang des Mikrocontrollers zur Verfügung gestellt werden, so dass dadurch eventuell andere Verbraucher des elektrischen Geräts geschaltet werden können.
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In 3 sind exemplarisch zwei solche Schaltsignale dargestellt. Ein Storage-Bit (DB2.5 ES) 10 wird eingeschaltet, wenn sich der Energiespeicher im dritten Segment befindet. Ein Harvester-Bit (DB2.6 ENIE) 11 wird eingeschaltet, wenn sich der Harvester im dritten Segment befindet. Der Zusammenhang dieser Schaltsignale ist auch in den 4 und 5 dargestellt.
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Insgesamt beschreibt die Erfindung ein elektrisches Gerät 1 mit einem Energy-Harvester 4 als Energiequelle, mit einem Energiespeicher 5 der durch die Energiequelle 4 aufladbar ist und mit einem Mikrocontroller 2, der zur Überwachung von wenigstens zwei unabhängigen Steuergrößen eingerichtet ist und der wenigstens zwei Betriebszustände aufweist, wobei der aktuelle Betriebszustand von den beiden Steuergrößen abhängig ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrisches Gerät
- 2
- Mikrocontroller
- 3
- Stellantrieb
- 4
- Energy-Harvester
- 5
- Energiespeicher
- 6
- Auszustand
- 7
- Arbeitszustand
- 8
- Tiefschlafzustand
- 9
- Ruhezustand
- 10
- Storage Bit
- 11
- Harvester Bit
- 12
- Harvester Spannung
- 13
- Energiespeicher Spannung
