DE102019110994B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Korrektur eines Messwertes - Google Patents

Abstract

Vorrichtung mit- einer Energiequelle (132);- einem Messelement (135) an oder in der Energiequelle (132); und- mindestens einer elektronischen Schaltung (120, 220), die eine erste elektronische Schaltung (124) zum Aufladen oder Entladen der Energiequelle und eine zweite elektronische Schaltung (126) zur Messung eines vom Messelement (135) abhängigen Wertes enthält,- wobei die Energiequelle (132) und das Messelement (135) innerhalb der Vorrichtung räumlich getrennt sind von der elektronischen Schaltung (120, 220),- wobei die elektronische Schaltung (120, 220) über eine gemeinsame Rückführungs- oder Zuführungsleitung (115c) mit der Energiequelle (132) und dem Messelement (135) verbunden ist, und- wobei über der gemeinsamen Rückführungs- oder Zuführungsleitung (115c) beim Aufladen oder Entladen der Energiequelle eine unbekannte, vom Lade- oder Entladestrom abhängige Spannung abfällt, dadurch gekennzeichnet, dass- die elektronische Schaltung (220) außerdem eine dritte elektronische Schaltung (128) zur Messung eines Potentials oder einer Spannung enthält, und- die Vorrichtung eine Messleitung (115d) aufweist, die seitens der Energiequelle (132) und des Messelements (135) mit der gemeinsamen Rückführungs- oder Zuführungsleitung (115c) und seitens der elektronischen Schaltung mit der dritten elektronischen Schaltung (128) verbunden ist, wobei die Messleitung (115d) das von der dritten elektronischen Schaltung (128) zu messende Potential (ΔU) aufweist, und wobei das von der dritten elektronischen Schaltung (128) gemessene Potential (ΔU) für eine Korrektur des gemessenen, vom Messelement (135) abhängigen Wertes genutzt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Korrektur eines Messwertes, der von einem Messelement aufgenommen und von einer elektronischen Schaltung gemessen wird.
• Hintergrund
• In elektrisch betriebenen Vorrichtungen wird oft eine Energiequelle mit einem darin oder daran angebrachten Messelement verwendet, das zur Überwachung einer Betriebsgröße der Energiequelle dient. Ein typisches Beispiel ist eine Akkumulatoreinheit, die einen Lithium-Ionen Akkumulator sowie einen Thermistor als Messelement zur Temperaturüberwachung enthält. Die Temperaturüberwachung erfolgt dabei durch eine elektronische Schaltung, die sich oft nicht in unmittelbarer Nähe der Akkumulatoreinheit befindet, sondern durch ein Kabel mit dem Messelement verbunden ist.
• Die Akkumulatoreinheit ist außerdem üblicherweise durch ein weiteres Kabel mit einer weiteren elektronischen Schaltung verbunden, die zum Aufladen und/oder Entladen des Akkumulators dient, und die sich ebenfalls oft nicht in unmittelbarer Nähe der Akkumulatoreinheit befindet. Dabei führt dieses Lade-/Entladekabel oft Ströme mit erheblich höherer Stromstärke als das oben genannte Kabel, mit dem das Messelement verbunden ist.
• Oft werden Akkumulatoreinheiten verbaut, die drei Anschlüsse aufweisen: es sind jeweils separate Anschlüsse für einen Pol des Akkumulators und einen Pol des Thermistors sowie ein gemeinsamer Anschluss für den jeweils anderen Pol. Normalerweise ist der gemeinsame Anschluss ein gemeinsamer Masseanschluss, es kann aber auch ein anderer Anschluss sein.
• Die Gebrauchsmusterschrift DE 20 2016 001 563 U1 zeigt ein Batterieverbindungssystem mit einem Batteriepack, das eine Temperaturdetektionsschaltung aufweist. Diese kann ein Detektionssignal ausgeben, das der Temperatur an einem spezifischen Ort im Innern des Batteriepacks entspricht, an dem sich ein Thermistor als Temperaturdetektionselement befindet. Der Thermistor ist in Reihe und/oder parallel geschaltet mit einem Widerstandselement, dessen Widerstandswert auf einer Charakteristik der Batterie basierend bestimmt ist. Das Batterieverbindungssystem kann einen Lade- oder Entladevorgang somit gemäß einer Charakteristik der Batterie und der gemessenen Temperatur im Innern des Batteriepacks steuern, ohne dass der Batterietyp identifiziert werden muss.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Durch einen von Energiequelle und Messelement gemeinsam genutzten Anschluss kann ein Effekt auftreten, der einen vom Lade- bzw. Entladestrom abhängigen Messfehler des Messelements verursacht. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Lösung zur Kompensation dieses Problems. Insbesondere wenn es sich z. B. um einen Akku mit einem Thermistor handelt, kann der Fehler bei der Temperaturermittlung dazu führen, dass der Akku nicht mit dem optimalen Ladestrom geladen oder entladen wird, und daher z. B. das Laden unnötig lange dauert oder der Akku überhitzen kann.
• Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Der Anspruch 11 betrifft ein erfindungsgemäßes Verfahren.
• Demnach wird das tatsächliche Potential am gemeinsamen Anschluss der Akkumulatoreinheit mittels einer zusätzlichen Messleitung, über die nicht der Lade- oder Entladestrom des Akkus geführt wird, gemessen. Somit kann der Spannungsabfall auf der gemeinsamen Zuführungs- bzw. Rückführungsleitung direkt gemessen und zur Korrektur des gemessenen Wertes des Messelements benutzt werden.
• Weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden in den Ansprüchen 2-10 und 12-15 beschrieben.
• Figurenliste
• Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Zeichnungen dargestellt. Darin zeigt
• 1 schematisch einen bekannten Kopfhörer;
• 2 einen entsprechenden Schaltplan;
• 3 einen Auszug aus dem Schaltplan;
• 4 Diagramme der Temperaturmessung mit einem NTC-Widerstand;
• 5 einen Auszug aus dem erfindungsgemäß verbesserten Schaltplan;
• 6 einen erfindungsgemäß verbesserten Schaltplan;
• 7 schematisch einen erfindungsgemäßen Kopfhörer; und
• 8 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Detaillierte Beschreibung der Erfindung
• Die Erfindung kann in einer Vielzahl verschiedener Geräte verwendet werden, z. B. für verbesserte Kopfhörer. Ein bekannter Kopfhörer, bei dem das erst von der Erfindung gelöste Problem auftritt, ist in 1 schematisch dargestellt. Dabei sind Bestandteile, die zur Schallwiedergabe oder -aufnahme dienen, wie z.B. Schallwandler, hier nicht relevant und daher nicht dargestellt. Der Kopfhörer 100 enthält eine elektronische Schaltung 120, die üblicherweise mindestens einen Mikrocontroller enthält, sowie als Energiequelle 132 einen Li-Ionen-Akku. Dieser ist z. B. zum Betrieb von aktiver Lärmkompensation (ANC) oder einer Drahtlosverbindung nötig, z. B. für einen Bluetooth-Link. Der Akku besitzt aus Sicherheitsgründen einen Thermistor 135, z. B. einen NTC-Widerstand, mit dem die elektronische Schaltung 120 die Temperatur des Akkus ermitteln kann. Oft werden vorgefertigte Akkumulatoreinheiten 130 verbaut, die drei Anschlüsse aufweisen: es sind jeweils separate Anschlüsse A1, A2 für einen Pol des Akkus 132 und einen Pol des Thermistors 135 sowie ein gemeinsamer Anschluss A3 für den jeweils anderen Pol des Akkus und des Thermistors, wie in 1 dargestellt. Normalerweise ist der gemeinsame Anschluss ein gemeinsamer Masseanschluss.
• Die elektronische Schaltung 120 umfasst unter anderem eine Akku-Ladeeinheit 124, die den Ladestrom und/oder die Ladespannung für die Akkumulatoreinheit regelt, sowie eine Messschaltung 126, die den Widerstandswert des Thermistors 135 oder die über dem Thermistor abfallende Spannung misst und daraus die Temperatur des Akkus ermittelt. Die Messschaltung 126 enthält normalerweise einen Analog-Digitalwandler (ADC) und regelt die Akku-Ladeeinheit 124, um temperaturabhängig den Ladestrom und/oder die Ladespannung anzupassen, so dass die Akkumulatoreinheit 130 nicht überhitzt wird. Entsprechend kann auch eine Überwachungseinheit vorgesehen sein, die beim Entladen des Akkus temperaturabhängig für eine Strombegrenzung sorgt, so dass die Akkumulatoreinheit 130 auch in diesem Fall nicht überhitzt.
• Auf Grund der begrenzten Platzverhältnisse befinden sich die elektronische Schaltung 120 einschließlich der Akku-Ladeeinheit 124 und der Messschaltung 126 in einer Ohrkappe 110a des Kopfhörers, während sich die Akkumulatoreinheit 130 in der anderen Ohrkappe 110b befindet. Beide Ohrkappen sind durch ein mehradriges Überkopfkabel 115 verbunden, das innerhalb des Kopfbügels 112 geführt wird.
• Zur Erläuterung des sich ergebenden Problems zeigen 2 und 3 den entsprechenden Schaltplan bzw. einen Auszug daraus. In 2 ist zwar die Messschaltung 126 nicht separat dargestellt, sie ist aber Teil der elektronischen Schaltung 120 und misst die Spannung U_ADC1 am Thermistor 135 gegen Masse, d. h. gegen das Referenzpotential GND. Der Thermistor ist über eine Ader 115bdes Überkopfkabels 115 an die elektronische Schaltung 120 angeschlossen. Diese Spannung U_ADC1 wird mit einem von einer Referenzspannung U_Ref versorgten Spannungsteiler gemessen, der aus dem Thermistor 135 und einem Widerstand R1 besteht. Die Akku-Ladeeinheit 124 legt zum Laden des Akkus eine Ladespannung Uc an, die zu einem Ladestrom I_C auf einer weiteren Ader 115a des Überkopfkabels 115 führt. Dieser Ladestrom läuft aber auch durch die gemeinsam genutzte Masseleitung 115c des Überkopfkabels 115. Da der Ladestrom I_C jedoch relativ hoch ist, macht sich der ohmsche Widerstand R_GND der gemeinsam genutzten Masseleitung 115c bemerkbar, indem darüber eine von der Stärke des Ladestroms I_C abhängige Spannung ΔU abfällt. Da der Ladestrom I_C deutlich größer ist als der durch den Spannungsteiler fließende Messstrom, so dass er etwa dem Gesamtstrom entspricht (I_C ≈ I_t1, in 3), ist ΔU im Wesentlichen unabhängig von U_Ref. Der Effekt wird oft noch dadurch verstärkt, dass die Adern des Überkopfkabels relativ dünn sind, so dass ihr Widerstand relativ hoch ist. Typische Werte sind hier z. B. R_GND = 300 mΩ (einschließlich Löt- und Steckverbindungen), I_C = 300-500 mA und damit ein Spannungsabfall von ΔU = R_GND * Ic = 90-150 mV. Diese Spannung ΔU liegt jedoch als Offset auch am Messpunkt MP1 bzw. am Anschluss A3 und am Thermistor 135 an, wie in 3 verdeutlicht, und verändert damit die am Spannungsteiler gemessene Spannung U_ADC1. Dieser Effekt verursacht daher einen vom Ladestrom I_C abhängigen Messfehler bei der Temperaturermittlung. Beim Entladen des Akkus 132 ändert sich die Stromrichtung, so dass der Offset negativ und die gemessene Spannung U_ADC1 in die andere Richtung verfälscht wird. Allerdings ist der Entladestrom und damit der Effekt in vielen Geräten deutlich geringer, so dass die Temperatur oft nur beim Laden gemessen wird. In der dargestellten Konfiguration ist ΔU beim Laden des Akkus positiv und daher die gemessene Spannung U_ADC1 zu hoch, was fälschlicherweise auf einen zu hohen Widerstandswert R_NTC des Thermistors 135 schließen lässt. Umgekehrt ist beim Entladen die gemessene Spannung U_ADC1 zu gering, was einen zu kleinen Widerstandswert R_NTC des Thermistors 135 bedeutet.
• 4 zeigt prinzipiell Messwert-Diagramme eines NTC-Widerstandes, der ein Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizienten ist und oft als Messelement 135 verwendet wird. Mit steigender Temperatur verringert sich sein Widerstandswert R, weshalb er auch als Heißleiter bezeichnet wird. Dies ist in 4 a) dargestellt. Ein auf Grund der bekannten Werte für R1, U_ADC1 und U_Ref errechneter Widerstandswert R_m führt bei Vernachlässigung des Spannungsabfalls ΔU zu einer Temperatur T1. Dabei wird fälschlicherweise die Kennlinie K_R,NTC des Thermistors angenommen. Tatsächlich gilt jedoch eine verschobene Kennlinie K_R,NTC+R,GND , bei der derselbe, auf Grund der gemessenen Spannung U_ADC1 errechnete Widerstandswert R_m einer höheren Temperatur T2 entspricht. Die auf Grund von R_m angenommene Temperatur ist also niedriger als die tatsächliche Temperatur. Alternativ kann die Spannung U_ADC1 auch direkt in eine Temperatur T1 umgerechnet werden, da die Werte für R1, U_ADC1 und U_Ref sowie die Kennlinie KR,NTC des Thermistors bekannt sind. 4 b) zeigt exemplarisch für die hier angegebene Schaltung einen Zusammenhang der am Thermistor gemessenen Spannung mit seiner Temperatur. Dabei entspricht gemäß der Kennlinie K1 die Spannung U1 der Temperatur T1. Da aber wegen des Spannungsabfalls ΔU eine höhere Spannung U2 gemessen wird, wird auch bei dieser Betrachtung eine niedrigere Temperatur T2 angenommen als die tatsächliche. Der Unterschied kann z. B. 5°-10° betragen. Der Akku darf jedoch nur in einem definierten Temperaturbereich betrieben werden, der üblicherweise 0°-45° beträgt. Daher wird im Ladebetrieb wegen der angenommenen zu niedrigen Temperatur der Ladestrom bzw. die Ladeschlussspannung nicht rechtzeitig reduziert oder abgeschaltet, so dass trotz Temperaturmessung die Gefahr der Überhitzung des Akkus besteht. Auf Grund desselben Effekts kann beim Entladen des Akkus eine zu hohe Temperatur angenommen werden, da ΔU negativ ist. Daher kann in dem Fall z. B. der vom Akku gelieferte Strom unnötig reduziert werden.
• Allgemein tritt das Problem auf bei Vorrichtungen mit einer Energiequelle 132, einem Messelement 135 an oder in der Energiequelle und mindestens einer elektronischen Schaltung 120, die eine erste elektronische Schaltung 124 zum Aufladen oder Entladen der Energiequelle und eine zweite elektronische Schaltung 126 zur Messung eines Wertes des Messelements 135 enthält, wenn die Energiequelle 132 und das Messelement 135 räumlich getrennt sind von der elektronischen Schaltung 120, und wenn die elektronische Schaltung 120 über eine gemeinsame Rückführungs- oder Zuführungsleitung 115c mit der Energiequelle 132 und dem Messelement 135 verbunden ist, weil dann über der gemeinsamen Rückführungs- oder Zuführungsleitung 115c beim Aufladen und/oder Entladen der Energiequelle eine unbekannte, vom Lade- oder Entladestrom sowie der Kabellänge abhängige Spannung abfällt.
• Die Erfindung löst dieses Problem, indem die elektronische Schaltung außerdem eine dritte elektronische Schaltung zur Messung eines Potentials oder einer Spannung enthält, und indem weiterhin die Vorrichtung eine zusätzliche Messleitung aufweist, die seitens der Energiequelle 132 und des Messelements 135 mit der gemeinsamen Rückführungs- oder Zuführungsleitung 115c und seitens der elektronischen Schaltung mit der dritten elektronischen Schaltung 128 verbunden ist. Dann weist die zusätzliche Messleitung das von der dritten elektronischen Schaltung 128 zu messende Potential ΔU auf. Dieses wird von der dritten elektronischen Schaltung 128 gemessen und für eine Korrektur des gemessenen Wertes des Messelements 135 genutzt. Damit kann z. B. ein maximal für die Energiequelle 132 bzw. den Akku zulässiger Temperaturbereich voll ausgenutzt werden, indem z. B. der Ladestrom bzw. die Ladeschlussspannung erhöht wird.
• 5 zeigt in einer Ausführungsform einen Auszug aus einem erfindungsgemäß verbesserten Schaltplan. Dabei wird über die zusätzliche Messleitung 115d (GND-Sense) ein Spannungsteiler R2, R3 gegen eine Referenzspannung U_Ref,2 angeschlossen, um das Potential am Messpunkt MP1 und damit die Spannung ΔU zu messen. Auch hier ist der Strom durch den Spannungsteiler R2, R3 viel kleiner als der Ladestrom Ic, so dass für den Gesamtstrom gilt I_C ≈ I_t2. Da R2, R3 und U_Ref,2 bekannt sind, kann ΔU errechnet werden, denn es gilt $${\text{U}}_{\text{ADC2}}/{\text{U}}_{\text{Ref}\text{,2}}=\text{R3/}\left(\text{R2}+\text{R3}\right)\text{ bei }\Delta \text{U}=0$$

  

  und $$\left({\text{U}}_{\text{ADC2}}-\Delta \text{U}\right)/\left({\text{U}}_{\text{Ref}\text{,2}}-\Delta \text{U}\right)=\text{R3/}\left(\text{R2}+\text{R3}\right)\text{ auch bei }\Delta \text{U}\ne \text{0}$$

  
• Daraus ergibt sich $$\Delta \text{U}=\left(\text{R3/R2}+1\right){\text{U}}_{\text{ADC2}}-{\text{R3/R2 U}}_{\text{Ref}\text{,2}}$$

  

  und $${\text{U}}_{\text{ADC2}}={\text{U}}_{\text{Ref}\text{,2}}\text{R3/}\left(\text{R2}+\text{R}3\right)+\Delta \text{U R2/}\left(\text{R2}+\text{R3}\right)$$

  
• Wie ein Vergleich von (1) mit (4) zeigt, beträgt der Messfehler also $${\text{U}}_{\text{err}\text{,2}}=\Delta \text{U R2/}\left(\text{R2}+\text{R3}\right)$$

  

  $$\text{bzw}\text{. entsprechend f}{\text{r U}}_{\text{ADC1}}:{\text{U}}_{\text{err}\text{,1}}=\Delta \text{U R1/}\left(\text{R1}+{\text{R}}_{\text{NTC}}\right)$$

  
• Der Messfehler ist damit auch vom Verhältnis der Widerstände R1, R_NTC des Spannungsteilers abhängig. Außerdem gilt $$\left({\text{U}}_{\text{ADC1}}-\Delta \text{U}\right)/\left({\text{U}}_{\text{Ref}\text{,1}}-\Delta \text{U}\right)={\text{R}}_{\text{NTC}}/\left(\text{R1}+{\text{R}}_{\text{NTC}}\right)$$

  

  woraus folgt $${\text{R}}_{\text{NTC}}=\text{R1}\left({\text{U}}_{\text{ADC1}}-\Delta \text{U}\right)/\left({\text{U}}_{\text{Ref}\text{,1}}-{\text{U}}_{\text{ADC1}}\right)$$

  
• Hier kann ΔU aus (Gl.3) eingesetzt werden, um den korrekten Wert für R_NTC zu erhalten.
• Mit U_ADC2 kann daher der Messwert U_ADC1 korrigiert werden. Bei einer linearen Kennlinie des Thermistors, wie in 4 dargestellt, kann mit Gin. 3,5b auch direkt die Temperaturdifferenz errechnet werden. Alternativ kann die Temperatur gemäß 4b) direkt mit der korrigierten Spannung U_ADC1 - Uerr,1 ermittelt werden. Aus praktischen Gründen wird oft U_Ref,2 = U_Ref,1 gesetzt.
• Die Verwendung des Spannungsteilers R2, R3 für die Referenzmessung hat den Vorteil, dass sowohl ein positiver wie auch ein negativer Offset ΔU gemessen werden kann.
• 6 zeigt einen erfindungsgemäß verbesserten Schaltplan eines Kopfhörers, wieder ohne die hier nicht relevanten Komponenten. 7 zeigt schematisch einen entsprechenden erfindungsgemäßen Kopfhörer 200. Die elektronische Schaltung 220 enthält nun nicht nur die erste elektronische Schaltung 124 zum Aufladen oder Entladen der Energiequelle und die zweite elektronische Schaltung 126 zur Messung eines Wertes des Messelements 135, sondern außerdem eine dritte elektronische Schaltung 128 zur Messung des Potentials bzw. der Spannung U_ADC2. Die dritte elektronische Schaltung 128 kann, ebenso wie die zweite elektronische Schaltung 126, einen Analog-Digital-Wandler (ADC) enthalten. Der Kopfhörer weist auch eine weitere Messleitung 115d auf, die seitens der Energiequelle 132 und des Messelements 135 mit der gemeinsamen Rückführungs- oder Zuführungsleitung 115c und seitens der elektronischen Schaltung 220 mit der dritten elektronischen Schaltung 128 verbunden ist. Dabei fließt über die zusätzliche Messleitung 115d kein Lade- oder Entladestrom, so dass praktisch keine Spannung abfällt und sie das von der dritten elektronischen Schaltung 128 zu messende Potential ΔU aufweist. Zwar lässt sich nicht ausschließen, dass z. B. eine interne Verbindung von der Energiequelle 132 und dem Messelement 135 zur gemeinsamen Rückführungs- oder Zuführungsleitung 115c und zur Messleitung 115d ebenfalls einen parasitären ohmschen Widerstand RINT aufweist, über dem eine Spannung abfällt. Allerdings ist dieser zweite ohmsche Widerstand RINT sehr viel kleiner als der ohmsche Widerstand R_GND der Leitung 115c (mindestens um den Faktor 10-100), so dass die darüber abfallende Spannung entsprechend kleiner ist und vernachlässigt werden kann.
• Das von der dritten elektronischen Schaltung 128 gemessene Potential U_ADC1 bzw. ΔU wird für eine Korrektur des gemessenen Wertes U_ADC1 bzw. des errechneten Wertes R_NTC des Messelements 135 genutzt, wie oben beschrieben. In einem erfindungsgemäßen Kopfhörer 200 kann als zusätzliche Messleitung 115d eine zusätzliche Ader im Überkopfkabel 115' genutzt werden, wie in 7 dargestellt. Der Kopfhörer kann auch als Ohrhörer ausgeführt sein, wobei die Ohrkappen 110a, 110b allgemeiner als Ohrstücke bezeichnet werden. Die elektronische Schaltung 220 kann zumindest teilweise als Hardware realisiert werden. Sie kann z. B. mindestens einen Prozessor oder Mikrocontroller enthalten, der mittels Software konfiguriert ist. Normalerweise wird die elektronische Schaltung 220 von der Energiequelle 132 mit Energie versorgt. In einer Ausführungsform können aber insbesondere die zweite und/oder die dritte elektronische Schaltung während des Ladens der Energiequelle 132 auch von einem externen Ladegerät mit Energie versorgt werden, um eine ausreichende Betriebsspannung der Überwachung zu gewährleisten.
• In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Korrektur eines Messwertes, wie in 8 dargestellt. Es ist ein automatisch ausgeführtes Verfahren 800 zur Korrektur eines Messwertes, der von einem Messelement 135 aufgenommen und von einer elektronischen Schaltung 220 gemessen wird, wobei sich das Messelement 135 an oder in einer Energiequelle 132 befindet. Außerdem benutzen das Messelement 135 und die Energiequelle 132 eine gemeinsame Rückführungs- oder Zuführungsleitung 115c, die sie mit der elektronischen Schaltung 220 verbindet. Die elektronische Schaltung 220 enthält eine erste elektronische Schaltung 124 zum Aufladen oder Entladen der Energiequelle (oder mindestens zum Steuern des Aufladens oder Entladens) und eine zweite elektronische Schaltung 126 zur Messung eines Wertes des Messelements 135. Dabei fällt über der gemeinsamen Rückführungs- oder Zuführungsleitung 115c durch einen Lade- oder Entladestrom der Energiequelle 132 eine unbekannte Spannung ΔU ab. Das Verfahren 800 umfasst die Schritte Messen 810 einer ersten Spannung U_ADC1 an einem ersten Spannungsteiler, Messen 820 einer zweiten Spannung U_ADC2 mit einer Messleitung 115d, Ermitteln 830 der über einer gemeinsamen Rückführungs- oder Zuführungsleitung 115c abfallenden Spannung ΔU aus der gemessenen zweiten Spannung U_ADC2, Korrigieren 840 der gemessenen ersten Spannung U_ADC1 mit der ermittelten Spannung ΔU und Ermitteln 850 eines korrigierten Messwerts des Messelements 135 aus der korrigierten ersten Spannung.
• Dabei ist der erste Spannungsteiler zwischen einer Referenzspannung U_Ref und der unbekannten Spannung ΔU angeschlossen und enthält eine Serienschaltung des Messelements 135 mit einem ersten Widerstand R1. Das Messen einer ersten Spannung U_ADC1 und der zweiten Spannung U_ADC2 erfolgt gegen ein Referenzpotential GND. Die Messleitung 115d ist seitens der Energiequelle 132 und des Messelements 135 mit der gemeinsamen Rückführungs- oder Zuführungsleitung 115c und seitens der elektronischen Schaltung mit einer dritten elektronischen Schaltung 128 zur Spannungs- bzw. Potentialmessung verbunden. Die Messleitung 115d weist daher das von der dritten elektronischen Schaltung 128 zu messende Potential ΔU auf.
• Die Erfindung kann mit einem konfigurierbaren Computer oder Prozessor implementiert werden. Die Konfiguration erfolgt durch einen Computer-lesbaren Datenträger mit darauf gespeicherten Instruktionen, die geeignet sind, den Computer oder Prozessor derart zu programmieren, dass dieser die Schritte des oben beschriebenen Verfahrens ausführt.
• Der beschriebene Messfehler kann nicht nur bei Thermistoren, sondern auch bei anderen Messelementen auftreten, die ein analoges elektrisches Signal liefern, z. B. Halbleiter-Temperatursensoren, aber auch aktive Sensorelemente, optische, chemische oder mechanische Sensoren, etc. Ebenso muss die Energiequelle 132 nicht unbedingt ein Lithium-Ionen Akkumulator sein, sondern kann auch ein anderer Akkumulatortyp, eine Batterie etc. sein. Die erfindungsgemäße Korrektur kann auch in diesen Fällen entsprechend erfolgen.

Claims (15)

1. Vorrichtung mit - einer Energiequelle (132); - einem Messelement (135) an oder in der Energiequelle (132); und - mindestens einer elektronischen Schaltung (120, 220), die eine erste elektronische Schaltung (124) zum Aufladen oder Entladen der Energiequelle und eine zweite elektronische Schaltung (126) zur Messung eines vom Messelement (135) abhängigen Wertes enthält, - wobei die Energiequelle (132) und das Messelement (135) innerhalb der Vorrichtung räumlich getrennt sind von der elektronischen Schaltung (120, 220), - wobei die elektronische Schaltung (120, 220) über eine gemeinsame Rückführungs- oder Zuführungsleitung (115c) mit der Energiequelle (132) und dem Messelement (135) verbunden ist, und - wobei über der gemeinsamen Rückführungs- oder Zuführungsleitung (115c) beim Aufladen oder Entladen der Energiequelle eine unbekannte, vom Lade- oder Entladestrom abhängige Spannung abfällt, dadurch gekennzeichnet, dass - die elektronische Schaltung (220) außerdem eine dritte elektronische Schaltung (128) zur Messung eines Potentials oder einer Spannung enthält, und - die Vorrichtung eine Messleitung (115d) aufweist, die seitens der Energiequelle (132) und des Messelements (135) mit der gemeinsamen Rückführungs- oder Zuführungsleitung (115c) und seitens der elektronischen Schaltung mit der dritten elektronischen Schaltung (128) verbunden ist, wobei die Messleitung (115d) das von der dritten elektronischen Schaltung (128) zu messende Potential (ΔU) aufweist, und wobei das von der dritten elektronischen Schaltung (128) gemessene Potential (ΔU) für eine Korrektur des gemessenen, vom Messelement (135) abhängigen Wertes genutzt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Energiequelle (132) ein Akkumulator ist und zusammen mit dem Messelement (135) eine Akkumulator-Baueinheit (130) bildet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Akkumulator-Baueinheit (130) je einen separaten elektrischen Anschluss (A1, A2) sowie einen gemeinsamen elektrischen Anschluss (A3) für den Akkumulator und das Messelement (135) aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der gemessene, vom Messelement (135) abhängige Wert eine Spannung ist, die einer Temperatur der Energiequelle entspricht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Messelement (135) ein Thermistor ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei - das Messelement (135) mit einem ersten Widerstand (R1) einen ersten Spannungsteiler zwischen einer Referenzspannung (U_Ref) und dem zu messenden Potential (ΔU) bildet, und - wobei die zweite elektronische Schaltung (126) geeignet ist zur Messung einer Spannung (U_ADC1) des ersten Spannungsteilers gegen ein Referenzpotential (GND).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei - ein zweiter und ein dritter Widerstand (R2, R3) einen zweiten Spannungsteiler zwischen der Referenzspannung (U_Ref) und dem zu messenden Potential (ΔU) bilden, und - wobei die dritte elektronische Schaltung (128) geeignet ist zur Messung einer Spannung (U_ADC2) des zweiten Spannungsteilers gegen das Referenzpotential (GND).
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei - die gemeinsame Rückführungs- oder Zuführungsleitung (115c) einen ersten ohmschen Widerstand (R_GND) aufweist, und - eine Verbindung von der Energiequelle (132) und dem Messelement (135) zur gemeinsamen Rückführungs- oder Zuführungsleitung (115c) und zur Messleitung (115d) einen zweiten ohmschen Widerstand (R_INT) aufweist, der mindestens um den Faktor 10 kleiner ist als der erste ohmsche Widerstand (R_GND).
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei sich die Energiequelle (132) und das Messelement (135) in einem ersten Ohrstück (110a) eines Kopfhörers oder Ohrhörers (200) und die elektronische Schaltung (120) in einem zweiten Ohrstück (110b) des Kopfhörers oder Ohrhörers befinden.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei zumindest ein Teil der elektronischen Schaltung (220) während des Ladens der Energiequelle (132) von einem externen Ladegerät und während des Entladens der Energiequelle (132) von der Energiequelle (132) mit Energie versorgt wird.
11. Verfahren (800) zur Korrektur eines Messwertes, der von einem Messelement (135) aufgenommen und von einer elektronischen Schaltung (120, 220) gemessen wird, wobei sich das Messelement (135) an oder in einer Energiequelle (132) befindet und wobei das Messelement (135) und die Energiequelle (132) eine gemeinsame Rückführungs- oder Zuführungsleitung (115c) benutzen, die sie mit der elektronischen Schaltung (120, 220) verbindet, und wobei die elektronische Schaltung (120, 220) eine erste elektronische Schaltung (124) zum Aufladen oder Entladen der Energiequelle und eine zweite elektronische Schaltung (126) zur Messung eines vom Messelement (135) abhängigen Wertes enthält, und wobei über der gemeinsamen Rückführungs- oder Zuführungsleitung (115c) durch einen Lade- oder Entladestrom der Energiequelle (132) eine unbekannte Spannung (ΔU) abfällt, mit den Schritten - Messen (810) einer ersten Spannung (U_ADC1) an einem ersten Spannungsteiler, der zwischen einer Referenzspannung (U_Ref) und der unbekannten Spannung (ΔU) angeschlossen ist und der eine Serienschaltung des Messelements (135) mit einem ersten Widerstand (R1) enthält, wobei das Messen einer ersten Spannung (U_ADC1) gegen ein Referenzpotential (GND) erfolgt; - Messen (820) einer zweiten Spannung (U_ADC2) mit einer Messleitung (115d), die seitens der Energiequelle (132) und des Messelements (135) mit der gemeinsamen Rückführungs- oder Zuführungsleitung (115c) und seitens der elektronischen Schaltung mit einer dritten elektronischen Schaltung (128) zur Spannungs- oder Potentialmessung verbunden ist, wobei die Messleitung (115d) das von der dritten elektronischen Schaltung (128) zu messende Potential (ΔU) aufweist und wobei das Messen der zweiten Spannung (U_ADC2) gegen das Referenzpotential (GND) erfolgt; - Ermitteln (830) der über der gemeinsamen Rückführungs- oder Zuführungsleitung (115c) abfallenden Spannung (ΔU) aus der gemessenen zweiten Spannung (UADC2); - Korrigieren (840) der gemessenen ersten Spannung (U_ADC1) mit der ermittelten Spannung (ΔU); und - Ermitteln (850) eines korrigierten Messwerts aus der korrigierten ersten Spannung.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Messen einer zweiten Spannung (U_ADC2) an einem zweiten Spannungsteiler erfolgt, der zwischen der Referenzspannung (U_Ref) und der unbekannten Spannung (ΔU) angeschlossen ist und der einen zweiten und einen dritten Widerstand (R2, R3) mit bekannten Werten enthält.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der vom Messelement (135) abhängige Wert eine Spannung ist, die einer Temperatur der Energiequelle entspricht.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Energiequelle (132) ein Akkumulator ist und zusammen mit dem Messelement (135) eine Akkumulator-Baueinheit (130) bildet, die je einen separaten elektrischen Anschluss (A1, A2) sowie einen gemeinsamen elektrischen Anschluss (A3) für den Akkumulator (132) und das Messelement (135) aufweist.
15. Computer-lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten Instruktionen, die geeignet sind, einen Computer oder Prozessor derart zu programmieren, dass dieser die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 bis 14 ausführt.

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