DE102020126879A1

DE102020126879A1 - Method and device for determining an amount of energy in an electrical energy store

Info

Publication number: DE102020126879A1
Application number: DE102020126879.3A
Authority: DE
Inventors: Dominik Fehrenbach; Marius Isenmann
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2020-10-13
Filing date: 2020-10-13
Publication date: 2022-04-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer in einem elektrischen Energiespeicher (2) zur elektrischen Versorgung wenigstens eines elektrischen Verbrauchers (3, 4, 5) während seines bestimmungsgemäßen Betriebs enthaltenen elektrischen Energiemenge, bei dem während des bestimmungsgemäßen Betriebs die im Energiespeicher (2) enthaltene Energiemenge mittels wenigstens einer bei betriebsgemäßer Aktivierung des Verbrauchers (3, 4, 5) vorabbestimmten Energieaufnahmegröße entsprechend einer bei tatsächlicher Aktivierung des Verbrauchers (3, 4, 5) durch diesen bewirkten Energieaufnahme rechnerisch ermittelt wird.Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung (1) zur Bestimmung einer in einem elektrischen Energiespeicher (2) zur elektrischen Versorgung wenigstens eines elektrischen Verbrauchers (3, 4, 5) während seines bestimmungsgemäßen Betriebs enthaltenen elektrischen Energiemenge.The invention relates to a method for determining the amount of electrical energy contained in an electrical energy store (2) for the electrical supply of at least one electrical load (3, 4, 5) during its intended operation, in which the amount of electrical energy contained in the energy store (2) during intended operation amount of energy is calculated by means of at least one predetermined energy consumption variable when the consumer (3, 4, 5) is activated during operation, corresponding to the energy consumption caused by the consumer (3, 4, 5) when it is actually activated. The invention also relates to a device (1) for Determination of an amount of electrical energy contained in an electrical energy store (2) for the electrical supply of at least one electrical consumer (3, 4, 5) during its intended operation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Energiemenge in einem elektrischen Energiespeicher, insbesondere zur Bestimmung einer in dem elektrischen Energiespeicher (z. B. Batterie oder Akku) zur elektrischen Versorgung wenigstens eines elektrischen Verbrauchers während seines bestimmungsgemäßen Betriebs enthaltenen elektrischen Energiemenge.The invention relates to a method and a device for determining an amount of energy in an electrical energy store, in particular for determining an amount of electrical energy contained in the electrical energy store (e.g. battery or accumulator) for the electrical supply of at least one electrical consumer during its intended operation.

Herkömmlich werden Batterien oder Akkus, mit denen ein elektrischer Verbraucher gespeist wird, messtechnisch kontinuierlich überwacht, um jederzeit die in der Batterie bzw. dem Akku enthaltene Energiemenge zu schließen. Hierzu wird beispielsweise kontinuierlich die Entnahme der Energie messtechnisch erfasst, z. B. mittels Laststrommessung, und so auf die Restkapazität der Batterie/des Akkus geschlossen, wie beispielsweise bei Smartphones üblich.Conventionally, batteries or accumulators with which an electrical consumer is fed are continuously monitored by measurement technology in order to determine the amount of energy contained in the battery or accumulator at any time. For this purpose, for example, the removal of energy is continuously measured, e.g. B. by means of load current measurement, and thus closed on the remaining capacity of the battery / rechargeable battery, as is common with smartphones, for example.

Eine weitere herkömmliche Methode zur Erfassung der Energiemenge in dem Energiespeicher ist, die Restkapazität des Energiespeichers durch Messen der elektrischen Spannung am Energiespeicher selbst zu ermitteln. Diese messtechnische Methode lässt sich bei Lithium-Akkus jedoch nur schwer und bei Lithium-Batterien aufgrund ihres Aufbaus nicht durchführen.Another conventional method for detecting the amount of energy in the energy store is to determine the remaining capacity of the energy store itself by measuring the electrical voltage on the energy store. However, this metrological method is difficult to carry out with lithium batteries and cannot be carried out with lithium batteries due to their structure.

Die vorstehend beschriebenen messtechnischen Verfahren zur Bestimmung der Restkapazität eines Energiespeichers benötigen außerdem selbst einen Teil der elektrischen Energie, die vom Energiespeicher bereitgestellt wird, sodass diese Methoden bevorzugt nur in bestimmten zeitlichen Abständen durchgeführt werden. Die Verfahren setzen zudem voraus, dass der zur Messung benötigte Energieanteil wesentlich geringer als die Energieaufnahme eines von dem Energiespeicher gespeisten elektrischen Verbrauchers ist. Zudem muss bei der intermittierenden Erfassung sichergestellt sein, dass in den Zeiträumen ohne Messung keine Änderung der Energieaufnahme durch den/die Verbraucher stattfindet, da die gesamte Energieaufnahme interpoliert werden muss.The metrological methods described above for determining the remaining capacity of an energy storage device also require part of the electrical energy provided by the energy storage device, so that these methods are preferably only carried out at specific time intervals. The methods also presuppose that the proportion of energy required for the measurement is significantly lower than the energy consumption of an electrical consumer fed by the energy store. In addition, with intermittent recording, it must be ensured that there is no change in the energy consumption by the consumer(s) in the periods without measurement, since the entire energy consumption must be interpolated.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes, alternatives Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Energiemenge in einem elektrischen Energiespeicher zur Versorgung eines elektrischen Verbrauchers bereitzustellen, welche die vorstehend erläuterten Nachteile des Stands der Technik überwinden. Insbesondere soll die Bestimmung der Energiemenge in dem Energiespeicher zuverlässig und genau sein und darüber hinaus im Vergleich zu den vorstehend erwähnten messtechnischen Verfahren im Wesentlichen keine bzw. einen demgegenüber vernachlässigbar kleinen Bruchteil an elektrischer Energie erfordern.Against this background, the invention is based on the object of providing an improved, alternative method and a device for determining an amount of energy in an electrical energy store for supplying an electrical consumer, which overcomes the disadvantages of the prior art explained above. In particular, the determination of the amount of energy in the energy store should be reliable and precise and, in addition, in comparison to the above-mentioned measurement methods, it should require essentially no or a negligibly small fraction of electrical energy.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.This object is achieved by a method having the features of claim 1 and by a device having the features of claim 9. Further, particularly advantageous configurations of the invention are disclosed in the respective dependent claims.

Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können (auch über Kategoriegrenzen, beispielsweise zwischen Verfahren und Vorrichtung, hinweg) und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.It should be pointed out that the features listed individually in the claims can be combined with one another in any technically sensible way (even across category boundaries, for example between method and device) and show further refinements of the invention. The description additionally characterizes and specifies the invention, in particular in connection with the figures.

Es sei ferner darauf hingewiesen, dass ein hierin verwendetes, zwischen zwei Merkmalen stehendes und diese miteinander verknüpfendes „und/oder“ stets so auszulegen ist, dass in einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gegenstands lediglich das erste Merkmal vorhanden sein kann, in einer zweiten Ausgestaltung lediglich das zweite Merkmal vorhanden sein kann und in einer dritten Ausgestaltung sowohl das erste als auch das zweite Merkmal vorhanden sein können.It should also be pointed out that an “and/or” used herein, standing between two features and linking them to one another, must always be interpreted in such a way that in a first embodiment of the subject matter according to the invention only the first feature can be present, in a second embodiment only the second feature may be present and in a third embodiment both the first and the second feature may be present.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung einer in einem elektrischen Energiespeicher, z. B. wiederaufladbarer Akku oder nicht wiederaufladbare Batterie (auch als Primärzelle bezeichnet), der/die einer elektrischen Versorgung wenigstens eines elektrischen Verbrauchers während seines bestimmungsgemäßen Betriebs dient, enthaltenen elektrischen Energiemenge wird während des bestimmungsgemäßen Betriebs die im Energiespeicher enthaltene Energiemenge mittels wenigstens einer bei betriebsgemäßer Aktivierung des Verbrauchers vorabbestimmten Energieaufnahmegröße entsprechend einer bei tatsächlicher Aktivierung des Verbrauchers durch diesen bewirkten Energieaufnahme rechnerisch ermittelt.In a method according to the invention for determining in an electrical energy store, z. B. rechargeable battery or non-rechargeable battery (also referred to as primary cell), which is used to supply electricity to at least one electrical consumer during its intended operation, the amount of electrical energy contained in the energy store is during intended operation by means of at least one during normal operation activation of the consumer predetermined energy consumption variable determined by calculation according to an actual activation of the consumer caused by this energy consumption.

Im Sinne der Erfindung ist unter dem aktivierten Zustand des Verbrauchers nach seiner Aktivierung ein Zustand zu verstehen, in dem der Verbraucher dem Energiespeicher elektrische Energie entnimmt, um seinen bestimmungsgemäßen Betrieb durchzuführen und bevorzugt eine Funktion auszuführen. Im Gegensatz hierzu ist ein Ruhezustand des Verbrauchers ein Zustand, in dem der Betrieb des Verbrauchers im Wesentlichen oder tatsächlich ganz eingestellt ist und dieser seine bestimmungsgemäße Funktion damit nicht ausführt und entsprechend im Wesentlichen gar keine oder nur eine vernachlässigbar kleine elektrische Energiemenge aus dem Energiespeicher entnimmt. Es ist hierbei zu verstehen, dass der Verbraucher zwischen seinem Ruhezustand und seinem aktivierten Zustand beliebig wechsein kann, so dass beide Zustände vom Verbraucher jeweils für eine gewisse begrenzte Zeitdauer eingenommen werden können. Der Wechsel kann beispielsweise ereignisgesteuert (automatisch) erfolgen, nämlich in Reaktion auf das Eintreten eines vorbestimmten Ereignisses (z. B. Erreichen eines vorbestimmten Grenz-/Schwellenwerts einer Prozessgröße wie beispielsweise ein Füllstand, Grenzstand, Viskosität, Dichte, Druck etc. eines Mediums), wobei die Länge der einzelnen Ruhephasen des Verbrauchers im Voraus nicht bekannt sein muss und dementsprechend variieren kann. Der Wechsel kann alternativ oder zusätzlich auch nach einem zeitlich vorab festgelegten Raster erfolgen, wobei der Verbraucher dann periodisch in festen Zeitabständen aktiviert wird und nach Ausführung seiner bestimmungsgemäßen Funktion (automatisch) wieder in den Ruhezustand wechselt.For the purposes of the invention, the activated state of the load after its activation is to be understood as meaning a state in which the load draws electrical energy from the energy store in order to carry out its intended operation and preferably to carry out a function. In contrast to this, an idle state of the consumer is a state in which the operation of the consumer is essentially or actually completely stopped and it does not carry out its intended function and accordingly essentially no or only a ver takes negligibly small amount of electrical energy from the energy store. It should be understood here that the consumer can switch between its idle state and its activated state at will, so that both states can be assumed by the consumer for a certain limited period of time. The change can be event-controlled (automatically), for example, in response to the occurrence of a predetermined event (e.g. reaching a predetermined limit/threshold value of a process variable such as a fill level, limit level, viscosity, density, pressure, etc. of a medium) , whereby the length of the consumer's individual periods of rest need not be known in advance and may vary accordingly. Alternatively or additionally, the change can also take place according to a predetermined time pattern, with the consumer then being activated periodically at fixed time intervals and (automatically) changing back to the idle state after its intended function has been carried out.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht nun vor, dass vorab, bevorzugt (z. B. einmalig) vor der bestimmungsgemäßen Verwendung des Verbrauchers, die für die betriebsmäßige Aktivierung des Verbrauchers charakteristische Energieaufnahmegröße bestimmt wird. Diese kann beispielsweise vor dem erstmaligen bestimmungsgemäßen Betrieb in einem Labor messtechnisch genau ermittelt werden. Die Energieaufnahmegröße kann beispielsweise eine elektrische Leistungsaufnahme (= Energiemenge pro Zeit) des Verbrauchers sein, wenn dieser während seiner Aktivierung eine bestimmungsgemäße Funktion ausführt. Die Energieaufnahmegröße ist jedoch nicht auf eine Leistungsaufnahme beschränkt. Beispielsweise kann die den Aktivierungszustand charakterisierende Energieaufnahmegröße des Verbrauchers ebenso eine Gesamtenergieaufnahme für die Durchführung der bestimmungsgemäßen Funktion des Verbrauchers bei (z. B. einmaliger) Aktivierung des Verbrauchers angeben. In diesem Fall führt jede Aktivierung des Verbrauchers zu der durch die Energieaufnahmegröße definierten Gesamtenergieaufnahme.The method according to the invention now provides that the energy consumption variable characteristic of the operational activation of the consumer is determined in advance, preferably (e.g. once) before the intended use of the consumer. This can, for example, be precisely determined by measurement in a laboratory before the first intended operation. The energy consumption quantity can, for example, be an electrical power consumption (=amount of energy per unit of time) of the consumer when it is performing a function as intended during its activation. However, the power consumption amount is not limited to power consumption. For example, the energy consumption variable of the consumer that characterizes the activation state can also specify a total energy consumption for carrying out the intended function of the consumer when the consumer is activated (for example once). In this case, each activation of the consumer leads to the total energy consumption defined by the energy consumption variable.

Unabhängig von der spezifischen Art der den Verbraucher beschreibenden Energieaufnahmegröße wird die in dem Energiespeicher enthaltene Energiemenge bei dem erfindungsgemäßen Verfahren stets nur berechnet, nicht jedoch messtechnisch bestimmt. Es versteht sich, dass zumindest einmalig die Ausgangsenergiemenge in dem Energiespeicher vor der (z. B. erstmaligen) Aktivierung des Verbrauchers bekannt sein muss (z. B. in Form einer spezifizierten Nennkapazität des Energiespeichers oder als Ergebnis einer einmaligen messtechnischen Vorabbestimmung), um die durch die Aktivierung des Verbrauchers bewirkte Energieaufnahme anhand der vorabbestimmten Energieaufnahmegröße rechnerisch ermitteln zu können, indem die vom Verbraucher infolge seiner Aktivierung aufgenommene Energiemenge von der Anfangsenergiemenge im Energiespeicher abgezogen wird. Das Ergebnis stellt die neue Anfangsenergiemenge des Energiespeichers für eine nachfolgende Aktivierung des Verbrauchers dar, wobei vorstehende Berechnung bei jeder erneuten Aktivierung des Verbrauchers in dieser Weise wiederholt wird. Somit lässt sich über den gesamten bestimmungsgemäßen Betrieb des Verbrauchers stets die im Energiespeicher vorhandene Energiemenge abhängig von den tatsächlich stattfindenden Aktivierungen ermitteln, ohne etwa kontinuierlich eine vom Energiespeicher (noch) bereitstellbare elektrische Spannung und/oder einen zum Verbraucher fließenden elektrischen Strom messen zu müssen.Irrespective of the specific type of energy consumption variable describing the consumer, the amount of energy contained in the energy store is always only calculated in the method according to the invention, but not determined by measurement. It goes without saying that the output energy quantity in the energy storage device must be known at least once before the (e.g. first-time) activation of the consumer (e.g. in the form of a specified nominal capacity of the energy storage device or as the result of a one-off measurement-related preliminary determination) in order to to be able to calculate the energy consumption caused by the activation of the consumer using the predetermined energy consumption variable by subtracting the amount of energy consumed by the consumer as a result of its activation from the initial amount of energy in the energy store. The result represents the new initial amount of energy in the energy store for a subsequent activation of the consumer, with the above calculation being repeated in this way each time the consumer is activated again. Thus, the amount of energy present in the energy store can always be determined over the entire intended operation of the consumer, depending on the activations actually taking place, without having to continuously measure an electrical voltage that can (still) be provided by the energy store and/or an electrical current flowing to the consumer.

Da lediglich eine Berechnung der im Energiespeicher enthaltenen Energiemenge anstelle einer messtechnischen Bestimmung durchgeführt wird, beträgt der für die zusätzlichen Berechnungsschritte aufzuwendende Energieeinsatz, wenn die Berechnungsschritte beispielsweise mittels einer elektronischen Rechen-/Steuereinheit (z. B. Mikrocontroller) durchgeführt werden, lediglich ein Bruchteil dessen, was herkömmliche messtechnische Verfahren für dieselbe Aufgabe erfordern. Dennoch vermag das erfindungsgemäße Verfahren während des gesamten bestimmungsgemäßen Betriebs des Verbrauchers stets zuverlässige und genaue Ergebnisse hinsichtlich der im Energiespeicher noch vorhandenen Energiemenge liefern. Since only a calculation of the amount of energy contained in the energy store is carried out instead of a metrological determination, the energy input to be used for the additional calculation steps is only a fraction of this if the calculation steps are carried out, for example, by means of an electronic computing/control unit (e.g. microcontroller). , which conventional metrological methods require for the same task. Nevertheless, the method according to the invention is able to deliver reliable and accurate results with regard to the amount of energy still available in the energy store during the entire intended operation of the consumer.

Nach einer einfach zu verwirklichenden und energiesparenden Ausgestaltung der Erfindung repräsentiert die Energieaufnahmegröße eine absolute Energieaufnahme des Verbrauchers je (einmaliger) Aktivierung. Diese Art der den Verbraucher charakterisierenden Energieaufnahmegröße lässt sich dann vorteilhaft einsetzen, wenn der Verbraucher infolge seiner Aktivierung eine bestimmungsgemäße Funktion ausführt, die stets zu derselben elektrischen Energieaufnahme führt. Dann ergibt die Summe aller Aktivierungen des Verbrauchers die Gesamtenergieaufnahme und ausgehend von der allerersten Ausgangs-/Anfangsenergiemenge im Energiespeicher die Restenergiemenge, die im Energiespeicher augenblicklich noch gespeichert ist. Beispielsweise kann die temporäre Aktivierung eines Sensors (= elektrischer Verbraucher) zur Bestimmung einer Prozessgröße (z. B. eines Füllstands, Grenzstands, Viskosität, Dichte, Drucks und dergleichen eines festen, flüssigen oder gasförmigen Mediums) eine stets konstante Energieaufnahme je Aktivierung hervorrufen, die in vorteilhafter Weise wie vorstehend erläutert abgebildet werden kann.According to an energy-saving embodiment of the invention that is easy to implement, the energy consumption variable represents an absolute energy consumption of the consumer per (single) activation. This type of energy consumption variable that characterizes the consumer can then be used advantageously when the consumer, as a result of its activation, performs a function as intended that always leads to the same electrical energy consumption. The sum of all activations of the consumer then results in the total energy consumption and, based on the very first starting/initial amount of energy in the energy store, the remaining amount of energy that is currently still stored in the energy store. For example, the temporary activation of a sensor (= electrical consumer) to determine a process variable (e.g. a fill level, limit level, viscosity, density, pressure and the like of a solid, liquid or gaseous medium) can cause an always constant energy consumption per activation, which can advantageously be mapped as explained above.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung repräsentiert die Energieaufnahmegröße eine Energieaufnahme des Verbrauchers pro Zeiteinheit (z. B. eine Leistungsaufnahme). In diesem Fall wird die bei der Aktivierung des Verbrauchers durch diesen bewirkte Energieaufnahme entsprechend einer während seiner Aktivierung gemessenen Zeitdauer in Verbindung mit der entsprechenden Leistungsaufnahme (Energieaufnahmegröße) berechnet. Es wird dementsprechend zusätzlich zur eigentlichen Aktivierung des Verbrauchers auch die Aktivierungsdauer erfasst, was zum Beispiel mittels einer elektronischen Rechen- und Steuereinheit (z. B. Mikrocontroller) ohne großen Aufwand verwirklicht werden kann. Beispielsweise kann die erforderliche Aktivierungsdauer einer Datenübertragungseinrichtung (= elektrischer Verbraucher) zur drahtlosen oder leitungsgebundenen Datenfernübertragung (z. B. von einem Sensor ermittelten Messdaten wie Füllstand, Grenzstand, Druck, Dichte, Viskosität u. dgl.) aufgrund von sporadisch auftretenden Übertragungsfehlern und damit einhergehenden Übertragungswiederholungen variieren, so dass die während einer Aktivierung von dem Verbraucher aufgenommene Gesamtenergie über die tatsächliche Aktivierungsdauer genauer und zuverlässiger berechnen lässt.In an alternative embodiment of the invention, the energy consumption variable represents an energy consumption of the consumer per unit of time (e.g. a power consumption). In this case, the energy consumption caused by the load when it is activated is calculated according to a time period measured during its activation in connection with the corresponding power consumption (energy consumption variable). Accordingly, in addition to the actual activation of the consumer, the activation duration is also recorded, which can be implemented without great effort, for example, by means of an electronic computing and control unit (eg microcontroller). For example, the required activation time of a data transmission device (= electrical consumer) for wireless or wired data transmission (e.g. measurement data determined by a sensor such as filling level, limit level, pressure, density, viscosity, etc.) can be due to sporadically occurring transmission errors and the associated errors Retransmissions vary so that the total energy consumed by the consumer during an activation can be calculated more accurately and reliably over the actual activation duration.

Es ist zu verstehen, dass eine geeignete Energieaufnahmegröße entsprechend der zu erwartenden Energieaufnahme je nach vom Verbraucher auszuführenden Funktionsverlauf festgelegt werden kann, wie vorstehend bereits erläutert wurde.It is to be understood that a suitable energy consumption variable can be defined according to the energy consumption to be expected, depending on the function profile to be carried out by the consumer, as has already been explained above.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden dem Verbraucher mehrere von seiner Betriebstemperatur abhängige Energieaufnahmegrößen zugeordnet. Diese charakterisieren unterschiedliche hohe Energieaufnahmen des Verbrauchers, die von seiner Betriebstemperatur abhängen. Beispielsweise können manche Sensoren eine temperaturabhängige Energieaufnahme aufweisen, die für eine noch präzisere und zuverlässigere Bestimmung der Energiemenge im Energiespeicher nicht vernachlässigbar ist. Gemäß dieser Ausgestaltung wird bei der Aktivierung des Verbrauchers die durch diesen bewirkte Energieaufnahme entsprechend einer vor und/oder während und/oder nach seiner Aktivierung gemessenen Betriebstemperatur und der jeweils zugeordneten Energieaufnahmegröße berechnet. Die Temperaturbestimmung kann mittels eines Temperatursensors am Verbraucher direkt oder vorzugsweise zumindest in unmittelbarer Nähe zum Verbraucher erfolgen. Der Temperatursensor kann ebenfalls aus dem Energiespeicher gespeist sein.According to a further advantageous embodiment of the invention, the consumer is assigned a number of energy consumption variables which are dependent on its operating temperature. These characterize different levels of energy consumption by the consumer, which depend on its operating temperature. For example, some sensors can have a temperature-dependent energy consumption that is not negligible for an even more precise and reliable determination of the amount of energy in the energy store. According to this embodiment, when the consumer is activated, the energy consumption caused by it is calculated according to an operating temperature measured before and/or during and/or after its activation and the energy consumption variable assigned in each case. The temperature can be determined using a temperature sensor on the consumer directly or preferably at least in the immediate vicinity of the consumer. The temperature sensor can also be fed from the energy store.

Die Betriebstemperatur kann zum Beispiel einmalig zu Beginn jeder Aktivierung oder einmal nach Ende jeder Aktivierung gemessen werden. Sie kann auch einmalig vor der Aktivierung und einmalig nach der Aktivierung bestimmt werden, um näherungsweise eine Durchschnittstemperatur während der gesamten Aktivierung zu bestimmen. Diese Messungen können jeweils lediglich ein einziges Mal je Aktivierung erfolgen. Die Temperaturbestimmung kann jedoch ebenso zu unterschiedlichen Zeitpunkten während der Aktivierung des Verbrauchers wiederholt durchgeführt werden, um ein noch genaueres Betriebstemperaturprofil zu erhalten und die entsprechende Energieaufnahmegröße für die Berechnung des aus dem Energiespeicher entnommenen Energiemenge heranzuziehen.For example, the operating temperature can be measured once at the beginning of each activation or once after the end of each activation. It can also be determined once before activation and once after activation in order to approximately determine an average temperature during the entire activation. These measurements can only be made once per activation. However, the temperature determination can also be carried out repeatedly at different times during activation of the consumer in order to obtain an even more precise operating temperature profile and to use the corresponding energy consumption variable for calculating the amount of energy drawn from the energy store.

Besonders bevorzugt kann die rechnerische Ermittlung der im Energiespeicher enthaltenen Energiemenge sowie die Aktivierung des wenigstens einen Verbrauchers mittels einer elektronischen Rechen- und Steuereinheit, z. B. Mikroprozessor, Mikrocontroller und dergleichen, durchgeführt werden. Da die Rechen- und Steuereinheit die Aktivierung des Verbrauchers selbst steuert, ist stets gewährleistet, dass jede Energieaufnahme des Verbrauchers erfasst wird und damit das Berechnungsergebnis hinsichtlich der im Energiespeicher verbleibenden Energiemenge sehr genau ist. Des Weiteren weist die Rechen- und Steuereinheit vorzugsweise ebenso eine elektronische Speichereinheit auf, z. B. RAM, ROM, Flash und dergleichen, in welcher die vorabbestimmten Energieaufnahmegrößen gespeichert sind. Auf diese Weise lässt sich in kompakt bauender Weise eine hochzuverlässige Bestimmung der Restkapazität des Energiespeichers bereitstellen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Rechen- und Steuereinheit selbst einen elektrischen Verbraucher darstellen kann, der aus dem Energiespeicher gespeist wird und dementsprechend bei einer Fremd- und/oder Eigenaktivierung seine eigene Energieaufnahme ebenfalls für die jeweilige Aktivierungsdauer rechnerisch ermittelt.The mathematical determination of the amount of energy contained in the energy store and the activation of the at least one consumer can particularly preferably be carried out using an electronic computing and control unit, e.g. B. microprocessor, microcontroller and the like, are performed. Since the arithmetic and control unit controls the activation of the consumer itself, it is always ensured that each energy consumption of the consumer is recorded and the result of the calculation with regard to the amount of energy remaining in the energy store is very precise. Furthermore, the arithmetic and control unit preferably also has an electronic storage unit, e.g. B. RAM, ROM, Flash and the like, in which the predetermined power consumption sizes are stored. In this way, a highly reliable determination of the remaining capacity of the energy store can be provided in a compact manner. It should be pointed out that the arithmetic and control unit itself can represent an electrical consumer that is fed from the energy store and accordingly calculates its own energy consumption for the respective activation period in the event of external and/or self-activation.

Nach einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden wenigstens zwei elektrische Verbraucher aus dem Energiespeicher versorgt, wobei der eine Verbraucher ein Sensor zur Bestimmung einer Prozessgröße ist, z. B. ein Radar-, Ultraschall-, Infrarot-, Kapazitäts-, Vibrationssensor u. dgl. zur Erfassung beispielsweise eines Füllstands, Grenzstands, einer Viskosität, Dichte oder eines Drucks eines festen, flüssigen oder gasförmigen Mediums, und der andere Verbraucher eine Datenübertragungseinrichtung zur Fernübertragung wenigstens der vom Sensor bestimmten Prozessgröße ist. Die Datenfernübertragung kann bevorzugt drahtlos erfolgen, wobei jedoch auch eine leitungsgebundene Datenübertragung nicht ausgeschlossen sein soll.According to yet another advantageous embodiment of the invention, at least two electrical consumers are supplied from the energy store, one consumer being a sensor for determining a process variable, e.g. B. a radar, ultrasonic, infrared, capacitance, vibration sensor and the like. For detecting, for example, a fill level, limit level, viscosity, density or pressure of a solid, liquid or gaseous medium, and the other consumer a data transmission device for Remote transmission is at least the process variable determined by the sensor. The long-distance data transmission can preferably take place wirelessly, although wired data transmission should not be ruled out.

Als elektrischer Energiespeicher kann bevorzugt wenigstens eine Primärzelle, insbesondere eine Lithium-Batterie, verwendet werden. Als Primärzelle ist hierin eine galvanische Zelle zu verstehen, die nach der Entladung nicht wieder neu aufgeladen werden kann, wie z. B. die zuvor erwähnte Lithium-Batterie. Andere Batterietypen können jedoch ebenfalls verwendet werden. Außerdem ist auch die Verwendung eines wiederaufladbaren Akkumulators, z. B. Lithium-Ionen-Akku, nicht von der vorliegenden Erfindung ausgeschlossen.At least one primary cell, in particular a lithium battery, can preferably be used as the electrical energy store. as a primary cell is to be understood herein as a galvanic cell which cannot be recharged after discharge, e.g. B. the aforementioned lithium battery. However, other battery types can also be used. In addition, the use of a rechargeable battery such. B. lithium-ion battery, not excluded from the present invention.

Nach einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Aktivierung des Verbrauchers mehrere Aktivierungsstufen auf. Diese sind jeweils durch eine unterschiedliche, vorabbestimmte Energieaufnahmegröße festgelegt. Beispielsweise kann eine Datenübertragungseinrichtung in einer ersten Aktivierungsstufe eine Netzverbindung mit einer ersten Energieaufnahme und in einer zweiten Aktivierungsstufe eine Datenübertragung mit einer zweiten, z. B. höheren (oder niedrigeren) Energieaufnahme durchführen. Die Aktivierung des Verbrauchers durchläuft in diesem Fall entsprechend die zuvor festgelegten unterschiedlichen Aktivierungsstufen. Dementsprechend wird in diesem Fall die bei der Aktivierung des Verbrauchers durch diesen bewirkte Energieaufnahme entsprechend der jeweiligen Energieaufnahmegröße der bei seiner Aktivierung jeweils durchlaufenen Aktivierungsstufen berechnet, um das Berechnungsergebnis hinsichtlich der im Energiespeicher verbleibenden Restenergie noch zuverlässiger und genauer zu machen.According to yet another advantageous embodiment of the invention, the activation of the load has a number of activation stages. These are each defined by a different, predetermined energy consumption variable. For example, a data transmission device in a first activation stage, a network connection with a first energy consumption and in a second activation stage data transmission with a second, z. B. perform higher (or lower) energy intake. In this case, the activation of the consumer runs through the previously defined different activation stages. In this case, the energy consumption caused by the load when it is activated is calculated according to the respective energy consumption variable of the activation stages passed through when it was activated, in order to make the calculation result with regard to the residual energy remaining in the energy store even more reliable and accurate.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Vorrichtung zur Bestimmung einer in einem elektrischen Energiespeicher zur elektrischen Versorgung wenigstens eines elektrischen Verbrauchers während seines bestimmungsgemäßen Betriebs enthaltenen elektrischen Energiemenge gemäß der Erfindung eine Rechen- und Steuereinheit, z. B. Mikroprozessor, Mikrocontroller und dergleichen, zur wahlweisen Aktivierung des Verbrauchers auf. Die Rechen- und Steuereinheit ist hierbei eingerichtet, ein Verfahren nach einer der hierin beschriebenen Ausgestaltungen auszuführen.According to a further aspect of the invention, a device for determining an amount of electrical energy contained in an electrical energy store for the electrical supply of at least one electrical consumer during its intended operation according to the invention has an arithmetic and control unit, z. B. microprocessor, microcontroller and the like, for selectively activating the consumer. The arithmetic and control unit is set up here to carry out a method according to one of the configurations described herein.

Mit anderen Worten ermittelt die Rechen- und Steuereinheit rechnerisch während des bestimmungsgemäßen Betriebs die im Energiespeicher enthaltene Energiemenge mittels wenigstens einer bei betriebsgemäßer Aktivierung des Verbrauchers vorabbestimmten Energieaufnahmegröße entsprechend einer bei tatsächlicher Aktivierung des Verbrauchers durch diesen bewirkten Energieaufnahme.In other words, the arithmetic and control unit calculates the amount of energy contained in the energy store during normal operation by means of at least one energy consumption quantity predetermined when the consumer is activated according to an energy consumption caused by the consumer when the consumer is actually activated.

Da die Rechen- und Steuereinheit die Aktivierung des Verbrauchers selbst steuert, ist stets gewährleistet, dass jede Energieaufnahme des Verbrauchers erfasst wird und damit das Berechnungsergebnis hinsichtlich der im Energiespeicher verbleibenden Energiemenge äußerst genau und zuverlässig ist. Des Weiteren weist die Rechen- und Steuereinheit vorzugsweise auch eine elektronische Speichereinheit auf, z. B. RAM, ROM, Flash und dergleichen, in welcher die vorabbestimmte(n) Energieaufnahmegröße(n) gespeichert ist/sind. Die Rechen- und Steuereinheit wird bevorzugt ebenfalls aus dem Energiespeicher gespeist und stellt damit ebenfalls einen elektrischen Verbraucher dar, dessen Energieaufnahme während seiner Aktivierungsdauer in der hierin beschriebenen Weise zur Bestimmung der im Energiespeicher vorhandenen Energiemenge berücksichtigt wird.Since the arithmetic and control unit controls the activation of the consumer itself, it is always ensured that every energy consumption by the consumer is recorded and the result of the calculation with regard to the amount of energy remaining in the energy store is extremely accurate and reliable. Furthermore, the arithmetic and control unit preferably also has an electronic storage unit, e.g. B. RAM, ROM, Flash and the like, in which the predetermined power consumption amount (s) is / are stored. The arithmetic and control unit is preferably also fed from the energy store and thus also represents an electrical consumer whose energy consumption during its activation period is taken into account in the manner described herein for determining the amount of energy present in the energy store.

Da die von der Rechen- und Steuereinheit für die Berechnung benötigte elektrische Energie gegenüber einer herkömmlichen messtechnischen Bestimmung des Energiegehalts im Energiespeicher lediglich einen winzigen Bruchteil ausmacht, ermöglicht die Vorrichtung einen besonders energiesparenden Betrieb und gewährleistet hierbei jederzeit eine zuverlässige und genaue Bestimmung der im Energiespeicher enthaltenen Energiemenge, was insbesondere bei Energiespeichern, z. B. Lithium-Batterien, die keine messtechnische Bestimmung der Restkapazität auf herkömmliche messtechnische Weise ermöglichen, ein besonders großer Vorteil ist.Since the electrical energy required by the arithmetic and control unit for the calculation is only a tiny fraction compared to a conventional metrological determination of the energy content in the energy storage device, the device enables particularly energy-saving operation and ensures reliable and precise determination of the amount of energy contained in the energy storage device at all times What is particularly important for energy storage, e.g. B. lithium batteries, which do not allow metrological determination of the remaining capacity in a conventional metrological manner, is a particularly great advantage.

Es sei darauf hingewiesen, dass bezüglich vorrichtungsbezogener Begriffsdefinitionen sowie der Wirkungen und Vorteile vorrichtungsgemäßer Merkmale vollumfänglich auf die Offenbarung sinngemäßer Definitionen, Wirkungen und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen wird. Entsprechend können Offenbarungen hierin bezüglich der erfindungsgemäßen Vorrichtung in sinngemäßer Weise zur Definition des erfindungsgemäßen Verfahrens herangezogen werden, sofern dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist. Auch können Offenbarungen hierin bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens in sinngemäßer Weise zur Definition der erfindungsgemäßen Vorrichtung herangezogen werden. Insofern kann auf eine Wiederholung von Erläuterungen sinngemäß gleicher Merkmale, deren Wirkungen und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens zugunsten einer kompakteren Beschreibung verzichtet werden, ohne dass derartige Auslassungen als Einschränkung auszulegen wären.It should be noted that with regard to device-related definitions of terms and the effects and advantages of device-specific features, reference is made in full to the disclosure of analogous definitions, effects and advantages of the method according to the invention. Accordingly, disclosures herein regarding the device according to the invention can be used analogously to define the method according to the invention, unless this is expressly excluded. Disclosures herein with regard to the method according to the invention can also be used analogously to define the device according to the invention. In this respect, a repetition of explanations of the same features, their effects and advantages of the device according to the invention and the method according to the invention can be dispensed with in favor of a more compact description, without such omissions having to be interpreted as a restriction.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gegenstands weist der Energiespeicher wenigstens eine Primärzelle, beispielsweise eine Lithium-Batterie, auf. Außerdem sind wenigstens zwei elektrische Verbraucher vorgesehen, von denen der eine Verbraucher ein Sensor zur Bestimmung einer Prozessgröße ist, z. B. ein Radar-, Ultraschall-, Infrarot-, Kapazitäts-, Vibrationssensor u. dgl. zur Erfassung beispielsweise eines Füllstands, Grenzstands, einer Viskosität, Dichte oder eines Drucks eines festen, flüssigen oder gasförmigen Mediums, und der andere Verbraucher eine Datenübertragungseinrichtung zur Fernübertragung wenigstens der vom Sensor bestimmten Prozessgröße ist. Die Datenfernübertragung kann bevorzugt drahtlos erfolgen, wobei jedoch auch eine leitungsgebundene Datenübertragung nicht ausgeschlossen sein soll. Auf diese Weise lässt sich eine kompakt und einfach bauende, energiesparende und autark betreibbare Vorrichtung bereitstellen, die eine lange Betriebsdauer aufweist und einen notwendigen Wartungseinsatz zum Wechsels des annähernd entladenen Energiespeichers zuverlässig und frühzeitig veranlassen kann (z. B. mittels entsprechender Datenfernübertragung).According to a particularly preferred embodiment of the subject matter according to the invention, the energy store has at least one primary cell, for example a lithium battery. In addition, at least two electrical loads are provided, of which one load is a sensor for determining a process variable, e.g. B. a radar, ultrasonic, infrared, capacitance, vibration sensor and the like. For detecting, for example, a filling level, limit level, viscosity, density or pressure of a solid, liquid or gaseous medium, and the other consumer is a data transmission device for long-distance transmission of at least the process variable determined by the sensor. The long-distance data transmission can preferably take place wirelessly, although wired data transmission should not be ruled out. In this way, a compact and simple construction, energy-saving and self-sufficient device can be provided, which has a long service life and can promptly and reliably cause the necessary maintenance work to change the almost discharged energy store (e.g. by means of appropriate remote data transmission).

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung nicht einschränkend zu verstehender Ausführungsbeispiele der Erfindung, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert wird. In dieser Zeichnung zeigen schematisch:

1 ein Funktionsblockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Energiemenge in einem elektrischen Energie-speicher gemäß der Erfindung,
2 ein Stromaufnahmediagramm zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer Energiemenge in einem elektrischen Energiespeicher und
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Bestimmung einer Energiemenge in einem elektrischen Energiespeicher gemäß der Erfindung.

Further features and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments of the invention, which are not to be understood as limiting, which are explained in more detail below with reference to the drawing. In this drawing show schematically:

1 a functional block diagram of an embodiment of a device for determining an amount of energy in an electrical energy store according to the invention,
2 a current consumption diagram to explain an exemplary embodiment of a method according to the invention for determining an amount of energy in an electrical energy store and
3 a further exemplary embodiment of a method for determining an amount of energy in an electrical energy store according to the invention.

In den unterschiedlichen Figuren sind hinsichtlich ihrer Funktion gleichwertige Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.In the different figures, parts that are equivalent in terms of their function are always provided with the same reference symbols, so that they are usually only described once.

1 stellt ein Funktionsblockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1 zur Bestimmung einer Energiemenge in einem elektrischen Energiespeicher 2 gemäß der Erfindung dar. Der Energiespeicher 2 ist vorliegend als Primärzelle bzw. Lithium-Batterie ausgeführt, ohne jedoch zwingend hierauf beschränkt zu sein. Andere Batterietypen sind ebenfalls denkbar. 1 shows a function block diagram of an embodiment of a device 1 for determining an amount of energy in an electrical energy store 2 according to the invention. Other battery types are also conceivable.

Wie 1 zu entnehmen ist, dient der Energiespeicher 2 zur elektrischen Versorgung mehrerer elektrischer Verbraucher, vorliegend beispielhaft ein Sensor 3 zur Bestimmung einer Prozessgröße, z. B. ein Radar-, Ultraschall-, Infrarot-, Kapazitäts-, Vibrationssensor u. dgl. zur Erfassung beispielsweise eines Füllstands, Grenzstands, einer Viskosität, Dichte oder eines Drucks eines festen, flüssigen oder gasförmigen Mediums (nicht dargestellt), und weiterhin eine Datenübertragungseinrichtung 4 zur Fernübertragung wenigstens der vom Sensor 3 bestimmten Prozessgröße zu einer in 1 ebenfalls nicht dargestellten Datenempfangseinrichtung (z. B. ein zentraler Datenserver u. dgl.).As 1 It can be seen that the energy store 2 is used to supply electricity to a number of electrical consumers, in the present example a sensor 3 for determining a process variable, e.g. B. a radar, ultrasonic, infrared, capacitance, vibration sensor and the like. For detecting, for example, a fill level, limit level, viscosity, density or pressure of a solid, liquid or gaseous medium (not shown), and also a Data transmission device 4 for remote transmission of at least the process variable determined by sensor 3 to an in 1 also not shown data receiving device (z. B. a central data server and the like.).

Weiterhin weist die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 eine elektronische Rechen- und Steuereinheit 5, z. B. Mikroprozessor, Mikrocontroller und dergleichen, mit einer elektronischen Speichereinheit auf, z. B. RAM, ROM, Flash und dergleichen, auf. Die Rechen- und Steuereinheit 5 ist eingerichtet, die angeschlossenen elektrischen Verbraucher 3 und 4 zu steuern, das heißt zum Beispiel den Sensor 3 (bevorzugt lediglich temporär) zu aktivieren, wenn ein Messwert zu erfassen ist, und die Datenübertragungseinrichtung (bevorzugt lediglich temporär) zu aktivieren, um den erfassten Messwert beispielsweise zu einer zentralen Datenerfassungseinrichtung (nicht dargestellt) zu übertragen.Furthermore, the in 1 Device 1 shown an electronic computing and control unit 5, z. B. microprocessor, microcontroller and the like, with an electronic memory unit, z. B. RAM, ROM, Flash and the like on. The arithmetic and control unit 5 is set up to control the connected electrical loads 3 and 4, that is to say, for example, to activate the sensor 3 (preferably only temporarily) when a measured value is to be recorded, and to switch on the data transmission device (preferably only temporarily). activate in order to transmit the recorded measured value to a central data acquisition device (not shown), for example.

Wenigstens ein Temperatursensor 6 zur Bestimmung einer Betriebstemperatur der Vorrichtung 1 bzw. der elektrischen Verbraucher 3 und/oder 4 (evtl. auch 5) kann ebenfalls vorhanden sein, wie in 1 angedeutet ist. Der wenigstens eine Temperatursensor 6 kann in der Nähe der Verbraucher 3 und 4 angeordnet sein. Es können auch mehrere Temperatursensoren 6 vorgesehen sein (nicht dargestellt), wobei ein Temperatursensor 6 jeweils einem der Verbraucher 3, 4 (eventuell auch 5) zugeordnet und an diesem angebracht sein kann. Der Temperatursensor 6 kann beispielsweise über die Rechen- und Steuereinheit 5 elektrisch versorgt werden.At least one temperature sensor 6 for determining an operating temperature of the device 1 or the electrical consumers 3 and/or 4 (possibly also 5) can also be present, as in 1 is indicated. The at least one temperature sensor 6 can be arranged in the vicinity of the loads 3 and 4 . Several temperature sensors 6 can also be provided (not shown), in which case one temperature sensor 6 can be assigned to one of the consumers 3, 4 (possibly also 5) and attached to it. The temperature sensor 6 can be supplied with electricity, for example, via the arithmetic and control unit 5 .

Daten- und Steuerleitungen zwischen der Rechen- und Steuereinheit 5 und den Verbrauchern 3 und 4 sind in 1 durch Doppelpfeile angegeben, Energieversorgungsleitungen zwischen dem Energiespeicher 2 und den Verbrauchern 3, 4 und 5 mittels gestrichelter Richtungspfeile.Data and control lines between the arithmetic and control unit 5 and the consumers 3 and 4 are in 1 indicated by double arrows, energy supply lines between the energy store 2 and the consumers 3, 4 and 5 by means of dashed directional arrows.

Die Komponenten 2, 3, 4 und 5 (falls vorhanden auch der oder die Temperatursensoren 6) sind bei dem in 1 dargestellten Fall in einem gemeinsamen Gehäuse 7 der Vorrichtung aufgenommen. Insgesamt kann die in 1 dargestellte Vorrichtung 1 als eine kompakte, batterieversorgte, autarke und mittels der Rechen- und Steuereinheit 5 gesteuerte Messeinrichtung zur Bestimmung einer Prozessgröße bezeichnet werden. Die Messeinrichtung kann beispielsweise zur Bestimmung eines Füllstands, Grenzstands, einer Viskosität, Dichte oder eines Drucks u. dgl. eines festen, flüssigen oder gasförmigen Mediums verwendet werden. Hierbei kann die Messeinrichtung in einer industriellen Umgebung, zum Beispiel an das Medium aufnehmenden Behältern, Containern und dergleichen verwendet werden, aber auch in einer natürlichen Umgebung, zum Beispiel einem Gewässer wie einem Fluss oder Kanal zur Erfassung eines Wasserstands, oder an einer Wetter-/Klimastation zur Erfassung eines Luftdrucks, einer Temperatur, Regenmenge u. dgl.The components 2, 3, 4 and 5 (if present also the temperature sensor(s) 6) are in the in 1 case shown in a common housing 7 of the device. Overall, the in 1 Device 1 shown can be referred to as a compact, battery-supplied, self-sufficient and controlled by means of the computing and control unit 5 measuring device for determining a process variable. The measuring device can be used, for example, to determine a fill level, limit level, viscosity, density or pressure and the like of a solid, liquid or gaseous medium. In this case, the measuring device can be used in an industrial environment, for example on vessels, containers and the like holding the medium, but also in a natural environment, for example in a body of water such as a river or canal for detecting a water level. or at a weather/climate station for recording air pressure, temperature, amount of rain, etc.

Die Rechen- und Steuereinheit 5 der in 1 beispielhaft gezeigten Vorrichtung 1 ist neben den vorbeschriebenen Steuerungsaufgaben ebenfalls eingerichtet, während des bestimmungsgemäßen Betriebs der Vorrichtung 1 die in dem Energiespeicher 2 enthaltene Energiemenge abhängig von den tatsächlich stattfindenden und von der Rechen- und Steuereinheit 5 veranlassten Aktivierungen der elektrischen Verbraucher 3, 4 und den hierbei durch diese jeweils bewirkten Energieaufnahmen rechnerisch zu ermitteln. Hierzu werden vor der eigentlichen bestimmungsgemäßen Verwendung der Vorrichtung 1 beispielsweise in einem Labor mittels herkömmlicher, messtechnischer Methoden einmalig für jeden Verbraucher 3, 4 (optional auch 5) die für deren betriebsgemäße Aktivierung entsprechenden Energieaufnahmegrößen bestimmt und vorzugsweise in der Speichereinheit der Rechen- und Steuereinheit 5 gespeichert. Die Energieaufnahmegröße kann beispielsweise eine Leistungsaufnahme des Verbrauchers sein, so dass aus einer zu erfassenden Zeitdauer der jeweiligen Aktivierung eine Gesamtenergieaufnahme durch den Verbraucher während dieser Aktivierung berechnet werden kann. Die Energieaufnahmegröße kann auch bereits eine Gesamtenergieaufnahme durch den Verbraucher angeben, sofern jede Aktivierung des Verbrauchers im Wesentlichen stets dieselbe Energieaufnahme zur Folge hat. In diesem Fall kann eine Zeiterfassung der Aktivierung entfallen.The arithmetic and control unit 5 in 1 In addition to the control tasks described above, the device 1 shown as an example is also set up so that, during the intended operation of the device 1, the amount of energy contained in the energy store 2 depends on the activations of the electrical consumers 3, 4 that are actually taking place and are initiated by the computing and control unit 5 and the here to be determined arithmetically by the energy consumption caused in each case. Before the device 1 is actually used as intended, for example in a laboratory using conventional metrological methods, the energy consumption values corresponding to their operational activation are determined once for each consumer 3, 4 (optionally also 5) and preferably in the memory unit of the computing and control unit 5 saved. The energy consumption variable can be, for example, a power consumption of the consumer, so that a total energy consumption by the consumer during this activation can be calculated from a time period of the respective activation to be recorded. The energy consumption variable can also already indicate a total energy consumption by the consumer, provided that each activation of the consumer essentially always results in the same energy consumption. In this case, a time recording of the activation can be omitted.

Es kann auch vorgesehen sein, vor der eigentlichen bestimmungsgemäßen Verwendung der Vorrichtung 1 beispielsweise in einem Labor mittels herkömmlicher, messtechnischer Methoden einmalig für jeden Verbraucher 3, 4 (optional auch 5) und für vorher festgelegte Betriebstemperaturen der jeweiligen Verbraucher die für deren Aktivierung entsprechenden Energieaufnahmegrößen zu bestimmen und vorzugsweise in der Speichereinheit der Rechen- und Steuereinheit 5 zu speichern. In diesem Fall kann mittels des wenigstens einen Temperatursensors 6 während des bestimmungsgemäßen Betriebs der Vorrichtung 1 zu jeder Aktivierung des Verbrauchers 3, 5 (evtl. auch 5) dessen aktuelle Betriebstemperatur oder Umgebungstemperatur erfasst werden und abhängig von der erfassten Betriebstemperatur die entsprechende Energieaufnahmegröße zur Berechnung der im Energiespeicher enthaltenen Energiemenge herangezogen werden. Die Betriebs-/Umgebungstemperatur kann vor und/oder während und/oder nach der jeweiligen Aktivierung des Verbrauchers gemessenen werden.It can also be provided, before the device 1 is actually used as intended, for example in a laboratory using conventional metrological methods, once for each consumer 3, 4 (optionally also 5) and for previously specified operating temperatures of the respective consumer, the corresponding energy consumption variables for their activation determine and preferably store in the memory unit of the arithmetic and control unit 5. In this case, the current operating temperature or ambient temperature can be detected by means of the at least one temperature sensor 6 during the intended operation of the device 1 for each activation of the consumer 3, 5 (possibly also 5) and, depending on the detected operating temperature, the corresponding energy consumption variable for calculating the Amount of energy contained in the energy store can be used. The operating/ambient temperature can be measured before and/or during and/or after the respective activation of the load.

2 stellt ein Stromaufnahmediagramm zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer Energiemenge in einem elektrischen Energiespeicher, zum Beispiel dem Energiespeicher 2 der Vorrichtung 1 aus 1, dar. Über die Stromaufnahme I und die dem Verbraucher hierbei zugeführte elektrische Spannung, vorliegend z. B. 3,3 V, lässt sich die Energieaufnahmemenge unmittelbar bestimmen. 2 shows a current consumption diagram to explain an exemplary embodiment of a method according to the invention for determining an amount of energy in an electrical energy store, for example the energy store 2 of the device 1 1 , dar. About the power consumption I and the consumer here supplied electrical voltage, present z. B. 3.3 V, the amount of energy consumption can be determined directly.

In 2 ist beispielhaft eine Stromaufnahme I (in Milliampere) einer Datenübertragungseinrichtung, z. B. die Datenübertragungseinrichtung 4 der Vorrichtung 1 aus 1, gegenüber der Zeit t (in Sekunden) während eines Aktivierungsvorgangs aufgetragen. Es ist zu erkennen, dass die Aktivierung insgesamt mehrere unterschiedliche Aktivierungsstufen S1, S2, S3, S4 aufweist, wobei jede Aktivierungsstufe durch eine andere Strom- bzw. Energieaufnahme (= unterschiedliche Energieaufnahmegrößen) gekennzeichnet ist. Zum Beispiel nimmt die Datenübertragungseinrichtung 4 in Stufe S1 während eines Aufbaus einer Netzwerkverbindung, z. B. einer NB-IoT-Netzwerkverbindung (Narrow Band IoT), eine Gesamtenergie von 130 mJ auf. In Stufe S2 wird die Durchführung einer Datenübertragung mit mehreren Wiederholungen unternommen, wobei hierfür z. B. insgesamt 530 mJ aufgewendet werden. Da die Datenübertragung in Stufe S2 letztendlich fehlschlägt, wird in Stufe S3 die Sendeleistung der Datenübertragungseinrichtung 4 erhöht und die Datenübertragung schließlich mit einer Energieaufnahme von 260 mJ in Stufe S3 erfolgreich durchgeführt. In Stufe S4 wird die Netzwerkverbindung ordnungsgemäß beendet, wofür 80 mJ Energie benötigt werden. Entsprechend der jeweils während der Gesamtaktivierung des Verbrauchers durchlaufenen Aktivierungsstufe S1, D2, S3 und S4 wird die zugeordnete Energieaufnahmegröße zur Berechnung der Energieaufnahme herangezogen. Wenigstens die Stufen S2 und S3 können abhängig von der Anzahl versuchter Datenübertragungswiederholungen in ihrer Dauer variieren, so dass die Energieaufnahmegröße für diese beiden Stufen sinnvollerweise eine Leistungsangabe (= Energieaufnahme pro Zeit) des Verbrauchers ist. Die Energieaufnahmegrößen für den Netzwerkaufbau (Stufe S1) und Netzwerkabbau (Stufe S4) können aufgrund einer im Wesentlichen fixen Zeitdauer auch jeweils auch eine absolute Energieaufnahme des Verbrauchers repräsentieren, also z. B. 130 mJ für Stufe S1 und 80 mJ für Stufe S4, ohne jedoch zwingend hierauf beschränkt zu sein. Die tatsächliche Zeitdauer der Aktivierungsstufen S1 und S4 kann ebenso erfasst und mit einer Leistungsangabe des Verbrauchers in den entsprechenden Stufen zu einer jeweiligen Energieaufnahme umgerechnet werden.In 2 is an example of a current consumption I (in milliamperes) of a data transmission device, e.g. B. the data transmission device 4 of the device 1 from 1 , plotted against time t (in seconds) during an activation process. It can be seen that the activation has a total of several different activation stages S1, S2, S3, S4, each activation stage being characterized by a different current or energy consumption (= different energy consumption variables). For example, in stage S1 the data transmission device 4 takes during setup of a network connection, e.g. B. a NB-IoT network connection (Narrow Band IoT), a total energy of 130 mJ. In stage S2, the implementation of a data transmission with several repetitions is undertaken, for which purpose e.g. B. a total of 530 mJ are expended. Since the data transmission ultimately fails in stage S2, the transmission power of the data transmission device 4 is increased in stage S3 and the data transmission is finally carried out successfully in stage S3 with an energy consumption of 260 mJ. In stage S4, the network connection is terminated properly, which requires 80 mJ of energy. According to the activation stage S1, D2, S3 and S4 that is passed through during the overall activation of the consumer, the associated energy consumption variable is used to calculate the energy consumption. At least the stages S2 and S3 can vary in their duration depending on the number of attempted data transmission repetitions, so that the energy consumption variable for these two stages is a power specification (=energy consumption per time) of the consumer. The energy consumption variables for the network setup (stage S1) and network dismantling (stage S4) can also represent an absolute energy consumption of the consumer due to an essentially fixed period of time, e.g. B. 130 mJ for level S1 and 80 mJ for level S4, but not necessarily limited to this. The actual duration of the activation stages S1 and S4 can also be recorded and converted to a respective energy consumption using a power specification from the consumer in the corresponding stages.

3 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Bestimmung einer Energiemenge in einem elektrischen Energiespeicher, z. B. Energiespeicher 2 der Vorrichtung aus 1, gemäß der Erfindung dar. 3 provides another embodiment of a method for determining an amount of energy in an electrical energy store, z. B. Energy store 2 of the device 1 , according to the invention.

Das Verfahren startet mit Schritt S100. Im folgenden Schritt S110 wird eine Zeitmessung für einen Netzwerkaufbau, z. B. für eine NB-IoT Netzwerkverbindung, gestartet, der als erste Aktivierungsstufe (ähnlich der Stufe S1 in 2) einer Datenübertragungseinrichtung (z. B. Datenübertragungseinrichtung 4 der Vorrichtung 1 aus 1) angesehen werden kann. Die Netzwerkverbindung wird in Schritt S120 aufgebaut. In Schritt S130 wird überprüft, ob der Netzwerkaufbau abgeschlossen ist. Solange dieser nicht abgeschlossen ist, kehrt das Verfahren zu Schritt S120 zurück. Andernfalls wird in Schritt S140 die Zeitmessung für den Aufbau der Netzwerkverbindung beendet und in Schritt S150 aus der für den Netzwerkaufbau vorabbestimmten Energieaufnahmegröße und der zuvor gemessenen Zeitdauer die für den Netzwerkaufbau benötigte Energie rechnerisch bestimmt.The method starts with step S100. In the following step S110, a time measurement for a network setup, e.g. B. for an NB-IoT network connection, which is the first activation stage (similar to stage S1 in 2 ) of a data transmission device (e.g. data transmission device 4 of the device 1 1 ) can be viewed. The network connection is established in step S120. In step S130, it is checked whether the network setup is complete. As long as this is not completed, the process returns to step S120. Otherwise, the time measurement for setting up the network connection is ended in step S140 and the energy required for setting up the network is calculated in step S150 from the energy consumption variable predetermined for setting up the network and the previously measured duration.

Im nachfolgenden Schritt S160 wird ausgehend von einer vorbekannten Anfangsenergiemenge im Energiespeicher die in diesem nach der Entnahme der zuvor bestimmten Energieaufnahme durch den Verbraucher verbleibende Restenergiemenge rechnerisch bestimmt.In the subsequent step S160, based on a previously known initial amount of energy in the energy storage device, the remaining amount of energy remaining in the energy storage device after the previously determined energy consumption has been removed by the consumer is determined by calculation.

In Schritt S170 wird eine Zeitmessung für eine zweite Aktivierungsstufe des Verbrauchers gestartet, die ähnlich der Stufe S2 oder S3 in 2 eine Datenfernübertragung aufweist, die in Schritt S180 durchgeführt wird. In Schritt S190 wird überprüft, ob die Datenübertragung abgeschlossen ist. Solange das nicht der Fall ist, kehrt das Verfahren zu Schritt S180 zurück. Andernfalls wird in Schritt S200 die Zeitmessung beendet, in Schritt S210 die für den Datenversand aufgewendete Energie aus der Zeitdauer und der Energieaufnahmegröße berechnet und in Schritt S220 erneut die im Energiespeicher verbleibende Restenergie nach Abzug der zuvor berechneten Energieaufnahme für den Datenversand rechnerisch ermittelt. Das in 3 beispielhaft dargestellte Verfahren wird in Schritt S230 zunächst beendet.In step S170, a time measurement is started for a second activation stage of the consumer, which is similar to stage S2 or S3 in 2 has remote data transmission, which is carried out in step S180. In step S190, it is checked whether the data transfer is completed. As long as this is not the case, the method returns to step S180. Otherwise, the time measurement is ended in step S200, in step S210 the energy used for the data transmission is calculated from the time period and the energy consumption size and in step S220 the residual energy remaining in the energy store after deduction of the previously calculated energy consumption for the data transmission is calculated. This in 3 The method presented as an example is initially ended in step S230.

Es ist zu verstehen, dass die Verfahrensschritt S100-S230 bei jeder Aktivierung der Datenübertragungseinrichtung erneut ausgeführt werden. Die Energieaufnahme anderer elektrischer Verbraucher, z. B. des in 1 dargestellten Sensors 3, kann in an den jeweiligen Verbraucher angepasster Weise durchgeführt werden.It is to be understood that the method steps S100-S230 are carried out again each time the data transmission device is activated. The energy consumption of other electrical consumers, e.g. B. des in 1 Sensor 3 shown can be carried out in a manner adapted to the respective consumer.

Die hierin offenbarte erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung einer Energiemenge in einem elektrischen Energiespeicher sowie das hierin offenbarte erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung einer Energiemenge in einem elektrischen Energiespeicher sind nicht auf die hierin jeweils offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfassen auch gleich wirkende weitere Ausführungsformen, die sich aus technisch sinnvollen weiteren Kombinationen der hierin beschriebenen Merkmale der Vorrichtung sowie des Verfahrens ergeben. Insbesondere sind die vorstehend in der allgemeinen Beschreibung und der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen nicht nur in den jeweils hierin explizit angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.The device disclosed herein for determining an amount of energy in an electrical energy store and the method disclosed herein for determining an amount of energy in an electrical energy store are not limited to the specific embodiments disclosed herein, but also include other embodiments that have the same effect and are derived from technically meaningful further combinations of the features of the device and of the method described herein result. In particular, the features and feature combinations mentioned above in the general description and the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combinations explicitly stated herein, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the present invention leaving.

In bevorzugter Ausführung wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung einer Energiemenge in einem elektrischen Energiespeicher, insbesondere einem wenigstens eine Primärzelle aufweisenden Energiespeicher (z. B. Lithium-Batterie), der wenigstens einen oder mehrere elektrische Verbraucher, vorzugsweise z. B. einen Sensor zur Bestimmung einer Prozessgröße (z. B. Füllstand, Grenzstand, Viskosität, Dichte, Druck u. dgl. eines festen, flüssigen oder gasförmigen Mediums) und ggfs. zusätzlich eine Datenübertragungseinrichtung zur Fernübertragung der von dem Sensor bestimmten Prozessgröße, verwendet.In a preferred embodiment, the method according to the invention for determining an amount of energy in an electrical energy storage device, in particular an energy storage device (e.g. lithium battery) having at least one primary cell, which has at least one or more electrical loads, preferably e.g. B. a sensor for determining a process variable (e.g. filling level, limit level, viscosity, density, pressure and the like of a solid, liquid or gaseous medium) and, if necessary, also a data transmission device for remote transmission of the process variable determined by the sensor .

BezugszeichenlisteReference List

11: Vorrichtungcontraption
22: Energiespeicherenergy storage
33: Sensorsensor
44: Datenübertragungseinrichtungdata transmission facility
55: Rechen-, Speicher- und SteuereinheitComputing, storage and control unit
66: Temperatursensortemperature sensor
77: Gehäuse Housing
II: Stromelectricity
S1-S4S1-S4: Unterschiedliche AktivierungsstufenDifferent activation levels
tt: Zeittime

Claims

Method for determining an amount of electrical energy contained in an electrical energy store (2) for the electrical supply of at least one electrical load (3, 4, 5) during its intended operation, in which during the intended operation the amount of energy contained in the energy store (2) is determined by means of at least one upon operational activation of the consumer (3, 4, 5) predetermined energy consumption size corresponding to an actual activation of the Ver consumer (3, 4, 5) is calculated by this effected energy consumption.

procedure according to claim 1 , characterized in that the energy consumption variable represents an absolute energy consumption of the consumer (3, 4, 5) per activation.

Procedure () according to claim 1 , characterized in that the energy consumption variable represents an energy consumption of the consumer (3, 4, 5) per unit of time, wherein the energy consumption caused by the consumer (3, 4, 5) when it is activated corresponds to a time period (t) measured during its activation and the energy consumption quantity is calculated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the consumer (3, 4, 5) are assigned a plurality of energy consumption variables dependent on its operating temperature, the energy consumption caused by this when the consumer (3, 4, 5) is activated corresponding to a and/or the operating temperature measured during and/or after its activation and the respectively associated energy consumption variable is calculated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the computational determination of the amount of energy contained in the energy store (2) and the activation of the at least one consumer (3, 4, 5) is carried out by means of an electronic computing and control unit (5).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least two electrical consumers (3, 4, 5) are supplied from the energy store (2), one consumer being a sensor (3) for determining a process variable and the other consumer being a Data transmission device (4) for remote transmission of at least the process variable determined by the sensor (3).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one primary cell, in particular a lithium battery, is used as the electrical energy store (2).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the activation of the consumer (3, 4, 5) has a plurality of activation stages (S1, S2, S3, S4), which are each defined by a different energy consumption variable, the activation of the Consumer (3, 4, 5) caused by this energy consumption is calculated according to the respective energy consumption size of the activation stages (S1, S2, S3, S4) passed through when it is activated.

Device (1) for determining an amount of electrical energy contained in an electrical energy store (2) for the electrical supply of at least one electrical consumer (3, 4, 5) during its intended operation, having an arithmetic and control unit (5) for selectively activating the consumer (3, 4), wherein the arithmetic and control unit (5) is set up to carry out a method according to one of the preceding claims.

Device (1) according to the preceding claim, characterized in that the energy store (2) has at least one primary cell and at least two electrical consumers are provided, of which one consumer is a sensor (3) for determining a process variable and the other consumer is a Data transmission device (4) for remote transmission of at least the process variable determined by the sensor (3).