DE112020005154T5

DE112020005154T5 - Ansteuerungsreserveverwaltung mit geschlossenem regelkreis zum aufladen von batterien

Info

Publication number: DE112020005154T5
Application number: DE112020005154.4T
Authority: DE
Inventors: Soham Banerjee; Jeyakkrishanan Chengleput Srinivasan; Kirill Kalinichev; Antonio De Lima Fernandes; Jason Brinsfield; Mary-Ann Ionascu
Original assignee: Apple Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2019-10-25
Filing date: 2020-10-20
Publication date: 2022-07-21
Anticipated expiration: 2040-10-21
Also published as: GB202205121D0; GB2602926A; US11283278B2; DE112020005154B4; CN114600335A; WO2021080982A1; US20210126470A1

Abstract

Ein elektronisches System kann ein geladenes System und ein Ladesystem einschließen. Das geladene System kann ein Ladegerät und eine Batterie, die konfiguriert ist, um durch dieses aufgeladen zu werden, einschließen. Das Ladegerät kann konfiguriert sein, um Leistung von einem Ladesystem zu empfangen, das einen Stromrichter, der konfiguriert ist, um das Ladegerät mit Strom zu versorgen, und eine Steuerung, die konfiguriert ist, um den Stromrichter zu steuern, einschließt. Die Steuerung kann konfiguriert sein, um Rückkopplungsinformationen von dem geladenen System zu empfangen, einschließlich einer oder mehrerer Spannungen. Die Steuerung kann ferner konfiguriert sein, um einen Ausgangsspannungskompensationswert für den Stromrichter in Abhängigkeit von den Rückkopplungsinformationen zu bestimmen und eine Ausgangsspannung des Stromrichters in Abhängigkeit von dem Kompensationswert einzustellen. Der Kompensationswert und die Ausgangsspannung können so gewählt werden, dass eine vorgewählte Ansteuerungsreserve zwischen einer Batterieladezielspannung des Ladegeräts und einer dem Ladegerät zugeführten Spannung aufrechterhalten wird.

Description

HINTERGRUND
Moderne Verbraucher verwenden eine große Vielfalt an persönlichen elektronischen Vorrichtungen, die mit Batterien betrieben werden. Als allgemeines Prinzip ist es wünschenswert, diese Batterien möglichst effizient zu laden. In einigen Ausführungsformen können solche Anforderungen an die Effizienz noch erhöht werden. Zum Beispiel ist es mittlerweile üblich, dass die Verbraucher die Batterien einer Vorrichtung über eine andere batteriebetriebene Vorrichtung aufladen. Ein Beispiel sind kabellose Ohrhörer (auch als „Ohrstöpsel“ bezeichnet), die über einen Aufbewahrungsbehälter aufgeladen werden können, der eine eigene Batterie einschließt. Andere Beispiele schließen das Aufladen von Smartphones, Tablet-Computern und dergleichen über einen Laptop, oder das Aufladen dieser und anderer Vorrichtungen über eine tragbare Powerbank usw. ein. In diesen Anwendungen kann, wegen der in der Ladevorrichtung verfügbaren endlichen Ladungsmenge, eine Maximierung der Effizienz des Aufladens der aufgeladenen Vorrichtung die Anzahl der Aufladungen, welche die aufgeladene Vorrichtung erhalten kann, erhöhen und damit ihre Nutzungsdauer verlängern.
In einigen Ausführungsformen kann das Laden einer Batterie das Bereitstellen eines konstanten Stroms, bis die Batterie einen bestimmten Ladezustand erreicht, und dann das Bereitstellen einer konstanten Spannung, bis die Batterie einen weiteren bestimmten Ladezustand erreicht, einschließen. In der Konstantstromphase steigt die zum Antreiben des Konstantstroms erforderliche/zugeführte Spannung mit zunehmendem Ladezustand der Batterie an. Insoweit die dem Ladegerät bereitgestellte Eingangsspannung deutlich höher ist als die erforderliche Batterieladespannung, können erheblichen Ineffizienzen eingeführt werden. Das Bereitstellen einer Spannung, die niedriger als erforderlich ist, um das Batterieladeprofil zu erfüllen, kann jedoch zu längeren Ladezeiten als nötig führen. Was daher im Stand der Technik benötigt wird, sind Systeme und Verfahren zum Aufrechterhalten einer Spannung, die einem Batterieladegerät einer tragbaren elektronischen Vorrichtung zugeführt wird, auf einem Pegel, der ausreichend über der erforderlichen Zielspannung der Batterie liegt, um die gewünschte Ladegeschwindigkeit aufrechtzuerhalten, jedoch nicht so hoch liegt, dass die vorstehend genannten Ineffizienzen eingeführt werden.
KURZDARSTELLUNG
Ein elektronisches System kann ein geladenes System und ein Ladesystem einschließen. Das geladene System kann mindestens ein Ladegerät und mindestens eine Batterie einschließen, die konfiguriert ist, um durch das mindestens eine Ladegerät geladen zu werden. Das mindestens eine Ladegerät kann konfiguriert sein, um Leistung von einem Ladesystem zu empfangen. Das Ladesystem kann einen Stromrichter, der konfiguriert ist, um dem mindestens einen Ladegerät des geladenen Systems Strom zuzuführen, und eine Steuerung, die konfiguriert ist, um den Stromrichter zu steuern, einschließen. Die Steuerung kann konfiguriert sein, um Rückkopplungsinformationen von dem geladenen System zu empfangen, wobei die Rückkopplungsinformationen eine oder mehrere Spannungen des geladenen Systems einschließen. Die Steuerung kann ferner konfiguriert sein, um einen Ausgangsspannungskompensationswert für den Stromrichter in Abhängigkeit von den Rückkopplungsinformationen zu bestimmen. Die Steuerung kann ferner konfiguriert sein, um eine Ausgangsspannung des Stromrichters in Abhängigkeit von dem Kompensationswert einzustellen, wobei der Kompensationswert und die Ausgangsspannung so gewählt werden, dass eine vorgewählte Ansteuerungsreserve zwischen einer Batterieladezielspannung des Ladegeräts und einer dem Ladegerät zugeführten Spannung aufrechterhalten wird.
Das geladene System kann eine Vielzahl von Batterien und eine Vielzahl von Ladegeräten einschließen. Die eine oder die mehreren Spannungen des geladenen Systems können mindestens eine Eingangsspannung des mindestens einen Ladegeräts und eine Ausgangsspannung des mindestens einen Ladegeräts einschließen. Das geladene System kann ferner mindestens einen Low-Dropout-Regler oder mindestens einen Schalter, der zwischen einem Eingang des mindestens einen Ladegeräts und mindestens einem Stromkontakt des geladenen Systems gekoppelt ist, einschließen. Das geladene System kann ein oder mehrere kabellose Ohrhörer einschließen.
Das Ladesystem kann ferner einen oder mehrere Schalter einschließen, die zwischen einem Ausgang des Stromrichters und einem oder mehreren Leistungskontakten des Ladesystems gekoppelt sind. Das Ladesystem kann ferner eine Stromquelle einschließen, die konfiguriert ist, um dem Stromrichter Strom bereitzustellen. Die Stromquelle kann mit einer Batterie innerhalb des Ladesystems gekoppelt sein, oder die Stromquelle kann über eine verkabelte und/oder eine kabellose Verbindung mit einer externen Stromquelle gekoppelt sein.
Ein Verfahren zur Stromversorgung eines Batterieladegeräts eines geladenen Systems zum Laden einer Batterie des geladenen Systems kann das Empfangen, an einer Steuerung eines Ladesystems, von Rückkopplungsinformationen von dem geladenen System einschließen, wobei die Rückkopplungsinformationen eine oder mehrere Spannungen des geladenen Systems einschließen. Das Verfahren kann ferner das Bestimmen, durch die Steuerung des Ladesystems, eines Ausgangsspannungskompensationswerts für einen Stromrichter des geladenen Systems in Abhängigkeit von den Rückkopplungsinformationen einschließen, wobei der Stromrichter konfiguriert ist, um Strom an das Batterieladegerät abzugeben. Das Verfahren kann ferner das Einstellen, durch die Steuerung, einer Ausgangsspannung des Stromrichters in Abhängigkeit von dem Kompensationswert einschließen, wobei der Kompensationswert und die Ausgangsspannung so gewählt werden, dass eine vorgewählte Ansteuerungsreserve zwischen einer Batterieladezielspannung des Ladegeräts und einer dem Ladegerät zugeführten Spannung aufrechterhalten wird.
Das geladene System kann eine Vielzahl von Batterien und eine Vielzahl von Ladegeräten einschließen. Die eine oder die mehreren Spannungen des geladenen Systems schließen mindestens eine Eingangsspannung des mindestens einen Ladegeräts und eine Ausgangsspannung des mindestens einen Ladegeräts ein. Das Bestimmen, durch die Steuerung des Ladesystems, eines Ausgangsspannungskompensationswerts für einen Stromrichter des geladenen Systems in Abhängigkeit von den Rückkopplungsinformationen kann das Bestimmen, ob die von dem geladenen System empfangenen Daten gültig sind, einschließen. Das Bestimmen, durch die Steuerung des Ladesystems, eines Ausgangsspannungskompensationswerts für einen Stromrichter des geladenen Systems in Abhängigkeit von den Rückkopplungsinformationen, welches das Bestimmen, ob die von dem geladenen System empfangenen Daten gültig sind, umfasst, kann ferner das Einstellen des Zustands des geladenen Systems auf einen von einer Vielzahl von Zuständen in Reaktion auf die Rückkopplungsinformationen einschließen. Der Kompensationswert kann aus einer Vielzahl von vorbestimmten Kompensationspegeln ausgewählt werden. Die vorbestimmten Kompensationswerte schließen eine Vielzahl von positiven Werten, mindestens einen negativen Wert und einen Nullwert ein. Das geladene System kann einen oder mehrere kabellose Ohrhörer einschließen, und das geladene System kann einen Ladegehäuse einschließen.
Ein elektronisches System kann mindestens eine Batterie, mindestens ein Ladegerät, das konfiguriert ist, um die mindestens eine Batterie zu laden, und einen Stromrichter, der konfiguriert ist, um Strom an die mindestens eine Batterie abzugeben, einschließen. Das elektronische System kann ferner Mittel zum Regeln einer Ausgangsspannung des Stromrichters einschließen, so dass die Ausgangsspannung eine vorgewählte Ansteuerungsreserve über einer Ladezielspannung des mindestens einen Ladegeräts aufrechterhält.
Figurenliste

1 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Batterieladesystems, das eine Ansteuerungsreserveverwaltung mit geschlossenem Regelkreis einsetzen kann.
2 veranschaulicht Diagramme von Spannungen und Strömen, die einem Batterieladevorgang zugeordnet sind, der eine Ansteuerungsreserveverwaltung mit geschlossenem Regelkreis einschließt.
3 veranschaulicht ein Flussdiagramm auf hoher Ebene eines Steuersystems für das Ladesystem von 1, das eine Ansteuerungsreserveverwaltung mit geschlossenem Regelkreis einsetzt.
4 veranschaulicht ein detaillierteres Flussdiagramm eines Steuersystems für das Ladesystem von 1, das eine Ansteuerungsreserveverwaltung mit geschlossenem Regelkreis einsetzt.
5 veranschaulicht ein Flussdiagramm zum Bestimmen der Kompensation als Reaktion auf das Fehlersignal in einem Algorithmus zur Ansteuerungsreserveverwaltung mit geschlossenem Regelkreis.
6 veranschaulicht eine Reihe von Spannungszuständen und Fehlersignalen für ein System, das eine Ansteuerungsreserveverwaltung mit geschlossenem Regelkreis einsetzt.
7 veranschaulicht ein Flussdiagramm zum Steuern eines Abwärts-/Aufwärtswandlers in einem Ladesystem, das eine Ansteuerungsreserveverwaltung mit geschlossenem Regelkreis einsetzt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der nachfolgenden Beschreibung werden zu Erläuterungszwecken zahlreiche konkrete Details dargelegt, um ein umfassendes Verständnis der offenbarten Konzepte zu schaffen. Im Rahmen dieser Beschreibung werden in einigen Zeichnungen dieser Offenbarung der Einfachheit halber Strukturen und Vorrichtungen in Form eines Blockdiagramms dargestellt. Der Klarheit halber werden in dieser Offenbarung nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Implementierung beschrieben. Darüber hinaus wurde die in dieser Offenbarung verwendete Sprache aus Gründen der Lesbarkeit und zu Lehrzwecken gewählt, und nicht um den offenbarten Gegenstand abzugrenzen oder einzuschränken. Vielmehr sind die beiliegende Ansprüche für diesen Zweck vorgesehen.
Verschiedene Ausführungsformen der offenbarten Konzepte sind in den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezüge gleiche Elemente angeben, in beispielhafter und nicht in einschränkender Art und Weise veranschaulicht. Der Einfachheit und Klarheit der Veranschaulichung halber wurden in den verschiedenen Figuren gegebenenfalls Bezugszeichen wiederholt, um entsprechende oder analoge Elemente anzuzeigen. Weiterhin werden zahlreiche, spezifische Details aufgeführt, um ein umfassendes Verständnis der hierin beschriebenen Implementierungen bereitzustellen. In anderen Fällen wurden Verfahren, Prozeduren und Komponenten nicht im Detail beschrieben, um die damit verbundene relevante Funktion, die beschrieben wird, nicht zu verunklaren. Bezüge auf „eine“, „eine bestimmte“ oder „eine andere“ Ausführungsform in dieser Offenbarung beziehen sind nicht notwendigerweise auf die gleiche oder eine andere Ausführungsform, und sie meinen mindestens eine. Eine gegebene Figur kann verwendet werden, um die Merkmale von mehr als einer Ausführungsform oder mehr als einer Art der Offenbarung zu veranschaulichen, und nicht alle Elemente in der Figur können für eine gegebene Ausführungsform oder Art erforderlich sein. Ein Bezugszeichen bezieht sich, wenn es in einer gegebenen Zeichnung bereitgestellt wird, in allen der verschiedenen Zeichnungen auf das gleiche Element, obwohl es möglicherweise nicht in jeder Zeichnung wiederholt wird. Die Zeichnungen sind, sofern nicht anders angegeben, nicht maßstabsgetreu, und die Proportionen bestimmter Teile können zur besseren Veranschaulichung von Details und Merkmalen der vorliegenden Offenbarung übertrieben groß dargestellt sein.
1 veranschaulicht ein beispielhaftes System 100, das eine Ladevorrichtung 110, die eine geladene Vorrichtung 140 mit Strom versorgt, einschließt. In der veranschaulichten Ausführungsform kann das geladene System 140 ein Paar kabelloser Ohrhörer/Ohrstöpsel einschließen. Die Ladevorrichtung 110 kann ein Ladegehäuse für diese kabellosen Ohrhörer sein. Die hierin beschriebenen Vorrichtungen und Techniken sind nicht auf diese bestimmte Anwendung beschränkt. Vielmehr können sie in jeder Anwendung eingesetzt werden, in der eine steuerbare Spannung einem Batterieladegerät zugeführt wird und in der es erwünscht ist, die Ineffizienz zu minimieren, die mit Unterschieden zwischen der steuerbaren zugeführten Spannung und der Batterieladezielspannung verbunden ist.
Unter weiterer Bezugnahme auf 1 kann die Ladevorrichtung 110 eine Steuerung 112 einschließen. Diese Steuerung kann ein Mikrocontroller, ein Mikroprozessor oder eine andere geeignete elektronische Steuereinheit zum Regeln des Betriebs der anderen Ladesystemkomponenten sein. Die Steuerung 112 kann Rückkopplung von der geladenen Vorrichtung 140 empfangen, die verwendet werden kann, um die Steuerung des Ladevorgangs zu unterstützen, wie weiter unten beschrieben. In der veranschaulichten Ausführungsform empfängt die Steuerung 112 eine Rückkopplung von einem ersten Ohrhörer über den Rückkopplungspfad 111 und empfängt eine Rückkopplung von einem zweiten Kopfhörer über einen Rückkopplungspfad 113. In anderen Ausführungsformen kann die Steuerung 112 Rückkopplung von einer beliebigen Anzahl geladener Vorrichtungen oder Systeme empfangen, wobei eine solche Rückkopplung verwendet wird, um den Ladevorgang zu steuern, wie nachstehend ausführlicher beschrieben.
Die Steuerung 112 kann mit einem Stromrichter 114 gekoppelt sein und dessen Betrieb steuern. Der Stromrichter 114 kann eine von einer Stromquelle 116 empfangene Spannung in eine andere Spannung umwandeln, die für die Abgabe an das geladene System 140 geeignet ist. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Wandler 114 ein Abwärts-Aufwärtswandler, das heißt, dass dieser in der Lage ist entweder eine hochgeregelte (angehobene) Ausgangsspannung bereitzustellen (d. h. dass die dem geladenen System 140 zugeführte Spannung größer ist als die von der Stromquelle 116 gelieferte Spannung) oder eine heruntergeregelte (abgesenkte) Ausgangsspannung (d. h., dass die dem geladenen System 140 zugeführte Spannung kleiner ist als die von der Stromquelle 116 gelieferte Spannung). Dem Fachmann sind zahlreiche Stromrichter-Topologien, einschließlich Abwärts-Aufwärtswandlung und andere Topologien, sowie deren grundlegenden Funktionsprinzipien bekannt. Beliebige solcher Wandler können in Verbindung mit den hierin enthaltenen Lehren verwendet werden, wenn dies für eine bestimmte Anwendung angemessen ist.
Der Stromrichter 114 empfängt Strom von der Stromquelle 116. In der veranschaulichten Ausführungsform kann die Stromquelle 116 ein Ladegerät in einem Batteriegehäuse für einen kabellosen Satz von Ohrhörern sein. Ein solches Ladegerät kann konfiguriert sein, um den Stromrichter 114 mit Strom aus einer oder mehreren Stromquellen zu versorgen. Solche Stromquellen könnten zum Beispiel eine Batterie, die in einem geladenen System 110 untergebracht ist, eine kabelgebundene externe Stromquelle, die mit dem geladenen System 110 verbunden ist, oder eine kabellose (induktive) Leistungsübertragungsquelle, die mit dem geladenen System 110 gekoppelt ist, einschließen. Die Stromquelle/das Ladegerät 116 kann auch konfiguriert sein, um Leistung von einer kabelgebundenen und/oder einer kabellosen externen Energiequelle zu einer Batterie zu liefern, die in dem geladenen System 110 enthalten ist. In anderen Ausführungsformen können je nach Bedarf auch andere Arten oder Kombinationen von Stromquellen verwendet werden.
Wie vorstehend erwähnt, steuert die Steuerung 112 den Betrieb des Stromrichters 114. Um dies effektiv zu tun, kann die Steuerung 114 ein Rückkopplungssignal empfangen, das der Ausgabe des Stromrichters 114 entspricht. Zum Beispiel kann die Steuerung 112 eine Rückkopplung entsprechend der Ausgabe des Stromrichters 114 entlang der Rückkopplung 115 empfangen. Diese Rückmeldung kann von der Steuerung 112 verwendet werden, um den Ladevorgang zu steuern, wie nachstehend ausführlicher beschrieben. Der Ausgang des Stromrichters 114 kann auch den optionalen Schaltern 124 und 124 zugeführt werden, die konfiguriert sein können, um selektiv Strom an das geladene System 140 abzugeben. In der veranschaulichten Ausführungsform sind zwei Schalter 122 und 124 bereitgestellt, die jeweils einem der kabellosen Ohrhörer entsprechen, die das geladene System 140 bilden. In anderen Anwendungen kann jedoch je nach Bedarf auch eine andere Anzahl von Schaltern bereitgestellt werden. Diese Schalter können verwendet werden, um die zu ladenden Lasten je nach Bedarf (z. B. wie von der Steuerung 112 bestimmt) selektiv zu verbinden und zu trennen.
Die Schalter 122 und 124 sind jeweils mit den Kontakten 132 und 134 gekoppelt. Diese Kontakte können leitfähige Elemente im Ladesystem 110 einschließen, die konfiguriert sind, um mit entsprechenden leitfähigen Elementen in dem geladenen System 140 in Kontakt zu kommen. Wenn zum Beispiel das Ladesystem 110 ein Ladegehäuse für kabellose Ohrhörer ist, so können in dem Gehäuse metallische Kontakte vorhanden sein, die konfiguriert sind, um mit den entsprechenden metallischen Kontakten an den Ohrhörern selbst in physischen (und daher elektrischen) Kontakt zu kommen. Der daraus resultierende elektrische Strompfad kann einen Pfad zum Laden der Batterie(n) in dem geladenen System 140 bereitstellen. Zusätzlich können diese Kontakte oder zusätzliche elektrische Kontakte in einigen Ausführungsformen den Pfad für Rückkopplungssignale von dem geladenen System zur Steuerung 112 bereitstellen. In anderen Ausführungsformen können die Rückkopplungspfade durch einen alternativen physischen Pfad bereitgestellt werden, wie drahtlosen Kommunikationspfaden unter Verwendung von Bluetooth, WiFi, induktiver Kopplung oder einem anderen geeigneten drahtlosen Kommunikationsmedium.
In dem veranschaulichten Beispiel kann das geladene System 140, wie vorstehend erwähnt, ein Paar kabelloser Ohrhörer sein. In anderen Ausführungsformen kann/können (eine) beliebige persönliche elektronische Vorrichtung(en) mit (einer) zu ladenden Batterie(n) ersetzt werden. In 1 fehlt die Last/Batterie in der Zeichnung. 1 zeigt jedoch einen Leistungsflusspfad, der Low-Dropout-Regler (LDOs)/Schalter 142 und 144, Ladegeräte 152 und 154 sowie verschiedene Rückkopplungsspannungen, die an die Steuerung 112 bereitgestellt werden, einschließt. Genauer gesagt kann für jede Last in dem geladenem System 140 die Spannung an den Kontakten 132 und 134, die auch die Eingangsspannung zu den LDOs/Schaltern 142 und 144 ist, der Steuerung 112 bereitgestellt werden. Zusätzlich können die Ausgangsspannungen von LDOs/Schalter 142 und 144, die auch die Eingangsspannungen zu den Ladegeräten 152 und 154 sind, der Steuerung 112 bereitgestellt werden. Schließlich können die Ausgangsspannungen der Ladegeräte 152 und 154 der Steuerung 112 bereitgestellt werden. Es sind diese letztgenannten Spannungen, die der/den Batterie(n) des geladenen Systems 140 bereitgestellt werden können. Das geladenen System 140 kann auch eine eigene Steuerung (nicht gezeigt) einschließen, die eine oder mehrere der vorstehend genannten Spannungen überwachen kann und/oder diese über die Rückkopplungspfade 111 und 113 zurück an die Steuerung 112 kommunizieren kann.
Unter weiterer Bezugnahme auf 1 können die LDOs/Schalter 142 und 140 die Spannung jeweils von den Kontakten 132 und 134 empfangen. Diese Spannung entspricht ungefähr der Ausgangsspannung des Stromrichters 114, abzüglich eines eventuellen Spannungsabfalls entlang des Pfades. Die LDOs/Schalter 142 und 144 können diese Spannung auf einen für die Eingabe in die Ladegeräte 152 und 154 geeigneten Pegel herunterregeln, wie vorstehend erörtert. Die LDOs/Schalter 142 und 144 können von einer Steuerung des geladenen Systems 140 (nicht gezeigt) gesteuert werden und können auch verwendet werden, um die Batterie(n)/Last(en) bei Bedarf zu trennen. Die Ladegeräte 152 und 154 können die Ausgangsspannung der LDOs/Schalter 142 und 144 empfangen und eine geeignete Zielspannung der Batterie erzeugen, wie nachstehend ausführlicher beschrieben. In einigen Ausführungsformen können die Ladegeräte 152 und 154 lineare Ladegeräte sein. Die vorstehende Beschreibung basiert auf dem veranschaulichten Beispiel des geladenen Systems 140, das ein Paar kabelloser Ohrhörer ist, wobei das geladene System 110 ein Ladegehäuse für solche Ohrhörer ist. Es versteht sich jedoch, dass jede einer Vielzahl von Ladesystemen und geladenen Systemen weiterhin mit den hierin beschriebenen Techniken verwendet werden könnte.
2 veranschaulicht entsprechende Spannungs- und Stromwellenformen, die in Zusammenhang mit einem beispielhaften Batterieladevorgang stehen. Zum Beispiel können die Wellenformen diejenigen sein, die dem Laden einer Batterie eines Ohrhöhrers eines Satzes kabelloser Ohrhörer entsprechen. In anderen Ausführungsformen kann jede beliebige Last verwendet werden. Der in die Batterie fließende Strom wird durch die Kurve 210 veranschaulicht, die einen Abschnitt mit konstantem Strom 210a (entsprechend einem Batterieladevorgang mit konstantem Strom) und einen Abschnitt mit abnehmendem Strom 210b (entsprechend einem Batterieladevorgang mit konstanter Spannung) einschließt. In vielen Ausführungsformen, insbesondere solchen, die Lithium-Ionen-Batterien beinhalten, kann eine Batterie mit einem oder mehreren Ladevorgängen mit konstantem Strom geladen werden, denen jeweils ein Ladevorgang mit konstanter Spannung folgt. Obwohl die Kurven in 2 nur ein Konstantstromintervall gefolgt von einem Konstantspannungsintervall veranschaulichen, versteht es sich, dass auch mehrere solcher Intervalle mit der hierin enthaltenen Lehre verwendet werden könnten.
Kurve 212 zeigt die entsprechende Batteriespannung während der gleichen Ladevorgänge. Während der anfänglichen Konstantstromladephase 221a steigt die Batteriespannung mit zunehmendem Ladezustand der Batterie (um einen konstanten Ladestrom aufrechtzuerhalten). Die Batteriespannung 212 kann durch das Ladegerät 152 oder 154 bereitgestellt werden und kann so geregelt werden, dass der gewünschte konstante Ladestrom 210a aufrechterhalten wird. Sobald die Batterie einen vorbestimmten Ladungsstand erreicht, kann die Batterieladespannung zu einer konstanten Spannung 212b werden, die den vorstehend erörterten abnehmenden Batterieladestrom 210b erzeugen wird. Kurve 214 kann eine Eingangsspannung des Ladegeräts darstellen (wie den Ausgang des LDO/Schalters 142 oder 144), die dem Ladegerät bereitgestellt werden kann. In bisherigen Vorrichtungen konnte am Eingang des Ladegeräts möglicherweise eine konstante Spannung 214a bereitgestellt werden. Umgekehrt kann in Verbindung mit den hierin enthaltenen Lehren eine variable Spannung 214b/214c bereitgestellt werden, die eine relativ geringe Ansteuerungsreserve über der vorstehend erörterten Zielspannung der Batterie aufrechterhält. Infolgedessen können die Verluste, die dem schraffierten Bereich 214d entsprechen, eliminiert werden. Durch diese Verluste wird nicht nur Energie verschwendet, die ansonsten für die Funktionen der jeweiligen Vorrichtungen genutzt werden könnte, sondern es kann auch zu einer unerwünschten Erwärmung kommen, welche die Lebensdauer der verschiedenen Batteriezellen beschädigen/verkürzen kann. Bei einem hohen Pegel kann die Batterieladespannungsansteuerungsreserveverwaltung einschließen, eine Eingangsspannung des Ladegeräts innerhalb eine vorbestimmte Ansteuerungsreserve von der Zielspannung der Batterie zu bringen (wie durch Kurve 214b veranschaulicht) und dann die Eingangsspannung des Ladegeräts um den vorbestimmten Betrag der Ansteuerungsreserve von der Batterieladespannung versetzt aufrechtzuerhalten (wie durch Kurve 214c veranschaulicht). Im Folgenden wird ein Ansatz, um dies durchzuführen, im Zusammenhang mit dem vorstehend in Bezug auf 1 dargestellten System beschrieben.
3 veranschaulicht ein Flussdiagramm einer Steuerungstechnik 300, die von einer oder mehreren Steuerungen, wie Steuerung 112, ausgeführt werden kann, um eine Batterieladespannungsansteuerungsreserveverwaltung zu implementieren. Obwohl im Zusammenhang mit dem vorstehend beschriebenen System in Bezug auf 1 beschrieben, kann die Steuerungstechnik 300 auch mit anderen Vorrichtungen und Systemen als kabellosen Ohrhörern verwendet werden. Beginnend mit Block 302 kann eine Steuerung in dem geladenem System 140 (oder eine andere geeignete Steuerung eines gegebenen Systems) Daten von einem Analog-Digital-Wandler über den Status der verschiedenen Komponenten des Systems erfassen, einschließlich des Status der Batterie(n) im geladenen System 140, sowie verschiedene Systemspannungen. Die Batteriestatusinformationen können Informationen wie Batteriespannung, Temperatur, Ladezustand und dergleichen für die Batterie(n) des geladenen Systems 140 einschließen. In dem veranschaulichten Beispiel sind dies die Batterien der jeweiligen Ohrhörer, aber in anderen Systemen kann der Status jeder anwendbaren Batterie aufgezeichnet werden. Zusätzlich zu den Batteriezustandsinformationen kann der Steuerblock 302 auch eine Erfassung relevanter Systemspannungen einschließen, wie die vorstehend in Bezug auf 1 erörterten Rückkopplungsspannungen. Insbesondere können die erfassten Informationen die Spannung an den Kontakten 132 und 134 (die auch die Eingangsspannung zu LDOs/Schaltern 142 und 144 ist), die Ausgangsspannungen der LDOs/Schalter 142 und 144 (die auch die Eingangsspannungen zu den Ladegeräten 152 und 154 sind) und die Ausgangsspannungen der Ladegeräte 152 und 154 (die an die Batterien bereitgestellt werden) einschließen. Dies und andere geeignete Daten können in jedem geeigneten Intervall erfasst werden. In mindestens einigen Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, eine gewisse Anzahl kürzlich erfasster Werte zu mitteln, um ein geeignetes Maß an Filterung bereitzustellen.
Während diese Daten erfasst werden, kann die Steuerung in dem geladenen System 140 (oder eine andere geeignete Steuerung) bestimmen (in Block 304), ob eine Statusanforderung von einer anderen Steuerung in dem Gesamtsystem empfangen wurde, wie etwa der Steuerung 112 im Ladesystem. In einigen Ausführungsformen kann die gesamte Steuerungstechnik 300 in einer einzigen Steuerung implementiert werden, wobei in diesem Fall die Kommunikationsschritte zwischen den Steuerungen der Steuerungstechnik 300 entfallen können. Andernfalls kann in der veranschaulichten Ausführungsform mit mehreren Steuerungen die geladene Systemsteuerung (nicht gezeigt) warten, bis sie die Statusanforderung von der anderen Steuerung empfängt. Nach dem Empfang kann die Steuerung mit Block 306 fortfahren, in dem eine Steuerung (nicht gezeigt) des geladenen Systems 140 ein Fehlersignal (nachstehend ausführlicher erörtert) berechnet und das Fehlersignal zusammen mit anderen relevanten Informationen, wie dem Batteriestatus, an eine andere Steuerung, wie die Steuerung 112, sendet.
In der veranschaulichten Ausführungsform können die übrigen Blöcke 308-316 der Steuerungstechnik 300 von der Steuerung 112 im Ladesystem 110 durchgeführt werden. Es sei jedoch noch einmal darauf hingewiesen, dass die hierin veranschaulichte besondere Unterteilung von Überwachung, Steuerung und Berechnung nicht als einschränkend ausgelegt werden sollte, da die hierin beschriebenen Techniken zur Ladeansteuerungsreserveverwaltung in einer beliebigen einer Vielzahl von geeigneten Steuerungsarchitekturen implementiert werden können. Gleichwohl können in der veranschaulichten Ausführungsform die Batteriedaten, einschließlich des Fehlersignals, an die Steuerung 112 gesendet werden, die (in Block 308) Bestimmen, ob die empfangenen Daten gültig sind. Für diese Gültigkeitsprüfung kann eine Vielzahl von Tests durchgeführt werden. Unter der Annahme, dass die Batteriedaten gültig sind, können die empfangenen Daten gespeichert werden (Block 310). In Block 312 kann dann bestimmt werden, ob der Sitzungsstatus (nachstehend ausführlicher beschrieben) gültig ist. Ist dies der Fall, kann die Steuerung mit Block 314 fortfahren, in dem die geeignete Kompensation der Batteriespannungsansteuerungsreserve bestimmt wird (wie nachstehend ausführlicher beschrieben). Sobald die Kompensation bestimmt ist, kann der Stromrichter 114 auf den richtigen Modus (gemäß der erforderlichen Kompensation) eingestellt werden.
4 veranschaulicht ein erweitertes Flussdiagramm, in dem die Vorgänge, die den vorstehend erörterten Blöcken 312-316 zugeordnet sind, detaillierter veranschaulicht sind. Beginnend bei Block 402 kann die Steuerung 112 (oder eine andere geeignete Steuerung) warten, um zu bestimmen, ob gültige Daten von dem geladenen System 140 empfangen werden. In der veranschaulichten Ausführungsform, die sich auf ein Paar kabelloser Ohrhörer bezieht, kann in Block 402 bestätigend bestimmt werden, wenn einer der Ohrhörer gültige Daten zurückgibt. Dieses Konzept kann dahingehend erweitert werden, dass in einem geladenen System mit mehreren Vorrichtungen die Steuerung fortgesetzt werden kann, wenn eine der Batterien gültige Daten zurückgibt. In einigen Ausführungsformen des Ladesystems mit mehreren Vorrichtungen kann es jedoch wünschenswert sein, mit dem Bestimmen, ob alle Batterien gültige Daten zurückgeben, zu warten, bevor fortgefahren wird. Für ein System mit einer einzelnen Vorrichtung kann die Steuerung fortgesetzt werden, wenn die einzelne Batterie gültige Daten zurückgibt.
Sobald gültige Daten zurückgegeben werden, wird in Block 404 bestimmt, ob eine/alle angeschlossene(n) Vorrichtung(en) (z. B. einer der kabellosen Ohrhörer) aufgeladen wird/werden. Ist dies nicht der Fall, kann die Steuerung zu Block 402 zurückkehren, da es nicht erforderlich ist, die Technik zur Ladeansteuerungsreserveverwaltung zu implementieren, wenn die Batterie(n) nicht geladen wird/werden. Andernfalls kann, wenn mindestens eine Batterie des geladenen Systems 140 geladen wird, in Block 406 bestimmt werden, ob es an der Zeit ist, den Algorithmus zur Ansteuerungsreserveverwaltung mit geschlossenem Regelkreis auszuführen. In mindestens einigen Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, zu verhindern, dass der Algorithmus durchgehend läuft, da es eine gewisse Zeit dauert, bis die Batterie(n) und andere Systemkomponenten auf die von dem Algorithmus vorgenommenen Kompensationsänderungen reagieren. Daher kann ein geeignetes Aktualisierungsintervall implementiert werden, um ein durchgehendes Nachlaufen eines geeigneten Kompensationswertes zu verhindern.
Wenn es an der Zeit ist, den Algorithmus zur Ansteuerungsreserveverwaltung mit geschlossenem Regelkreis auszuführen, kann in Block 408 bestimmt werden, ob der Ausgang des Stromrichters 114 außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, was bedeutet, dass der Ausgang des Stromrichters außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform ein Bereich von 3,8 V bis 5 V als geeignet angesehen werden. Wenn die Spannung nicht außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, kann die Steuerung mit den nachstehend erörterten Blöcken 412a/412b fortfahren. Wenn bestimmt wird, dass die Spannung außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, kann in Block 410 ein Stromrichterlesefehlerflag gesetzt werden (auf das in Block 422 weiter unten nochmals Bezug genommen wird), woraufhin die Steuerung mit den Blöcken 412a/412b fortfahren kann.
Die Blöcke 412a-420a und 412b-420b entsprechen den jeweiligen linken und rechten kabellosen Ohrhörern der veranschaulichten Ausführungsform und beschreiben das Berechnen eines erforderlichen Kompensationspegels für die Technik zur Ansteuerungsreserveverwaltung mit geschlossenem Regelkreis. Diese Blöcke sind für jeden Ohrhörer gleich, und entsprechende Lasten würden ähnliche Schritte verwenden.
Diese Schritte werden daher gemeinsam beschrieben. Beginnend in Block 412a/412b kann bestimmt werden, ob die Daten, die von jeder Batterie/Last des geladenen Systems 140 stammen, gültige Daten sind. Ist dies nicht der Fall, d. h. sind die Daten ungültig, kann die Steuerung die Blöcke 414a/414b-420a/420b umgehen und mit Block 422 fortfahren, der weiter unten ausführlicher erörtert wird. Ist dies der Fall, kann in Block 414a/414b bestimmt werden, ob eine der beiden Batterien geladen wird. Ist dies nicht der Fall, d. h. wenn keiner der beiden Ohrhörer aufgeladen wird, dann kann die Steuerung die Blöcke 416a/416b-420a/420b umgehen und mit Block 422 fortfahren, der weiter unten ausführlicher erörtert wird. Andernfalls kann, wenn in den Blöcken 414a/414b bestimmt wird, dass die entsprechende Batterie geladen wird, die Steuerung mit Block 416a/416b fortfahren, in denen bestimmt werden kann, ob eine Sitzung aktiv ist.
Die Verwendung von Sitzungen für die Ansteuerungsreserveverwaltung mit geschlossenem Regelkreis wird nachstehend ausführlicher beschrieben. Wenn in Block 416a/416b bestimmt wird, dass die Sitzung nicht gültig ist, kann die Steuerung die Blöcke 418a/418b-420a/420b umgehen und mit Block 422 fortfahren, der weiter unten ausführlicher erörtert wird. Andernfalls kann, wenn in Block 416a/416b bestimmt wird, dass die Sitzung gültig ist, die Steuerung zu den Blöcken 418a/418b übergehen, in denen der von dem geladenen System gemeldete Fehler (vorstehend erörtert) verwendet werden kann, um einen geeigneten Kompensationspegel zu bestimmen, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Die Steuerung kann dann mit Block 420a/420b fortfahren, in dem die Zielspannung für den Stromrichter 114 bestimmt werden kann (unter Verwendung der bestimmten Kompensation).
Die Steuerung geht dann zu Block 422 über. In Block 422 wird bestimmt, ob eine Sitzung eines geladenen Systems abgelaufen ist oder ob ein Stromrichterlesefehler aufgetreten ist (Block 410, vorstehend erörtert). Wenn eine dieser Bedingungen wahr ist, sollte der Algorithmus für Ansteuerungsreserven in einem geschlossenen Regelkreis ordnungsgemäß beendet werden. Daher kann die Ausgangsspannung des Stromrichters 114 auf ihren Rücksetzwert eingestellt werden, d. h. auf irgendeinen Nennwert, der unter allen Umständen eine angemessene Batterieladung bereitstellt. Zusätzlich, aber optional, kann eine Verzögerungszeit festgelegt werden, bevor der Algorithmus erneut durchlaufen wird (Block 424). Andernfalls kann, wenn die Sitzung nicht abgelaufen ist, und kein Fehler, dass der Stromrichter außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, die Steuerung zu Block 426 übergehen.
In Block 426 kann bestimmt werden, ob sich eine der Batterien/Lasten des geladenen Systems 140 in einer aktiven Sitzung befindet. (Wiederum werden die Sitzungen zum Steuern des Algorithmus nachstehend ausführlicher erörtert.) Wenn sich keine geladene Systembatterie in einer aktiven Sitzung befindet, kann die Steuerung zu Block 402, d. h. dem Beginn des Algorithmus, zurückkehren. Andernfalls kann, wenn sich eine der beiden Batterien/Lasten des geladenen Systems 140 in einer aktiven Sitzung befindet, die Steuerung zu Block 428 übergehen, in dem bestimmt wird, ob eine erforderliche Kompensation für einen der beiden Pfade (d. h. einen der beiden Ohrhörer) ungleich Null ist. Ist dies nicht der Fall, das heißt in den Blöcken 418a und 418b bestimmte Kompensation ist gleich Null, kann die Steuerung über Block 430 zu Block 402, d. h. dem Beginn des Algorithmus, zurückkehren, in dem eine Verzögerung (z. B. 1 Sekunde), bevor der Algorithmus erneut durchlaufen wird, eingestellt werden kann. Andernfalls kann, wenn mindestens ein Pfad einen Kompensationswert ungleich Null bestimmt, die Steuerung zu Block 432 übergehen, in dem die höchste Zielspannung (die der größten Kompensation entspricht) ausgewählt werden kann und der Ausgang des Stromrichters 114 in Block 434 auf diese größte Zielspannung eingestellt werden kann. Zusätzlich kann die Steuerung zum Beginn des Algorithmus zurückkehren (Block 402), wobei eine angemessene Verzögerung vor dem erneuten Ausführen des Algorithmus (z. B. 3 Sekunden) eingehalten werden muss.
5 und 6 zeigen die Bestimmung eines geeigneten Kompensationspegels. 6 stellt eine Reihe von erhöhten/verringerten Stromrichterausgangsspannungspegeln in Abhängigkeit von einem Fehlersignal dar, die nachstehend näher erläutert werden. 5 ist ein Flussdiagramm, das eine Technik 500 zum Auswählen zwischen verschiedenen Kompensationspegeln darstellt, die als eine Erweiterung der Blöcke 418a/418b und 420a/420b angesehen werden kann.
Unter Bezugnahme auf 5 beginnt die Technik in Block 502, in dem bestimmt wird, ob der Absolutwert eines Fehlersignals, das von dem geladenen System gesehen wird, größer ist als ein Schwellenwert (z. B. 350 mV). Je nach Anwendungsfall können unterschiedliche Schwellenwerte gewählt werden. Das Fehlersignal kann bestimmt werden als die dem Stromrichter 114 bereitgestellte Eingangsspannung abzüglich der Schienenspannung des Ladesystems 110, abzüglich der Summe von: (a) der Ansteuerungsreserve, die den LDOs/Schaltern 142 zugeordnet ist, (b) der Ansteuerungsreserve, die den Ladegeräten 152 zugeordnet ist, und ein erforderlicher Spielraum oder ein Ansteuerungsreservepegel oberhalb der Zielspannung der Batterieladung (z. B. die in 2 dargestellte Ansteuerungsreserve). Mit anderen Worten soll das Fehlersignal die Spannungsabfälle entlang des Strompfads von der Stromquelle 116 über den Stromrichter 114 und andere dazwischenliegende Komponenten vor der Batterie des geladenen Systems 140, plus der addierten Ansteuerungsreserve kompensieren. In einigen Ausführungsformen kann der Spielraum/die Ansteuerungsreserve etwa 25-35 mV betragen. Abhängig von dem genauen Aufbau des Systems können unterschiedliche Fehlerberechnungen eingesetzt werden, mit dem Verständnis, dass die allgemeine Idee darin besteht, die Ausgangsspannung des Stromrichters 114 (oder eines entsprechenden Stromrichters) zu versetzen, um Spannungsabfälle entlang des Pfades zu der geladenen Batterie zusammen mit einem vorbestimmten Ansteuerungsreservespielraum zu kompensieren.
Wenn in Block 502 bestimmt wird, dass der Absolutwert des Fehlersignals größer ist als ein erster Schwellenwert (z. B. 350 mV), dann kann die Steuerung zu Block 510 übergehen, in dem bestimmt wird, ob der Fehler positiv oder negativ ist. Wenn der Fehler negativ ist, kann die Kompensation auf einen vorbestimmten maximalen negativen Wert, z. B. -300 mV, eingestellt werden. Alternativ kann, wenn der Fehler positiv ist, die Kompensation auf einen vorbestimmten maximalen positiven Wert, z. B. 300 mV, eingestellt werden. Diese können den Bereichen 608 und 610 in 6 entsprechen. Mit anderen Worten, wenn das Fehlersignal einen großen positiven Wert aufweist, ist die zugeführte Spannung signifikant größer als die, die erforderlich ist, um eine angemessene effiziente minimale Ansteuerungsreserve über der Zielspannung aufrechtzuerhalten. Infolgedessen kann die Ausgangsspannung des Stromrichters 114 um ein relativ großes Inkrement reduziert werden. Andererseits kann, wenn das Fehlersignal einen großen negativen Wert aufweist, die zugeführte Spannung deutlich kleiner sein als die, die erforderlich ist, um eine angemessene Ansteuerungsreserve über der Zielspannung aufrechtzuerhalten, wodurch das Laden verlangsamt wird, und die Ausgangsspannung des Stromrichters 114 kann um ein relativ großes Inkrement erhöht werden, um die Ansteuerungsreserve zu erhöhen.
Alternativ kann, wenn in Block 502 bestimmt wird, dass der Absolutwert des Fehlersignals kleiner ist als der erste Schwellenwert (z. B. 350 mV), kann die Steuerung dann zu Block 504 übergehen, in dem bestimmt wird, ob der Fehler größer ist als ein zweiter, dazwischen liegender Schwellenwert, z. B. 150 mV. Ist dies der Fall, kann die Kompensation auf einen Zwischenwert eingestellt werden (Block 516). Mit anderen Worten, wenn das Fehlersignal relativ groß ist, d. h. größer als der zweite Schwellenwert, aber kleiner als der erste Schwellenwert, dann kann die zugeführte Spannung etwas größer sein als die, die erforderlich ist, um eine angemessene effiziente Ansteuerungsreserve über der Zielspannung aufrechtzuerhalten, und die Ausgangsspannung des Stromrichters 114 kann um ein Zwischeninkrement reduziert werden, um die Ansteuerungsreserve zu verringern. Dies entspricht dem Bereich 606 in 6.
Alternativ kann, wenn in Block 504 bestimmt wird, dass der Wert des Fehlersignals kleiner ist als der zweite Schwellenwert, die Steuerung zu Block 506 übergehen, in dem bestimmt werden kann, ob der Fehler größer ist als ein dritter minimaler Schwellenwert oder kleiner ist als Null. Ist dies nicht der Fall, das heißt der Fehler ist ein kleiner positiver Wert, kann die Steuerung zu Block 508 übergehen, in dem die Kompensation auf Null gesetzt wird. Dies entspricht dem Totbandbereich 602 in 6. Mit anderen Worten, wenn das Fehlersignal relativ klein ist, dann liegt die Ausgangsspannung des Stromrichters 114 in der Nähe eines Wertes, der eine ausreichende Ansteuerungsreserve, aber maximale Effizienz beim Laden der Batterie bereitstellt. Zudem kann es in diesem Bereich auch andere Einschränkungen für die Steuerschaltung geben, wie die Genauigkeit des Analog-Digital-Wandlers (ADC) usw. Alternativ kann, wenn in Block 506 bestimmt wird, dass das Fehlersignal entweder größer als der dritte minimale Schwellenwert oder negativ ist, die Steuerung zu Block 518 übergehen, in dem der Kompensationswert auf den Wert des Fehlersignals -25 mV oder einen anderen Toleranzwert eingestellt werden kann, der in Abhängigkeit von den Besonderheiten eines gegebenen Systems ausgewählt wird.
Die vorstehende Beschreibung von 5 und 6 basiert auf einer Serie von drei Schwellenwerten und einem entsprechenden Bereich von kleinen, mittleren und großen Kompensationswerten. Es versteht sich, dass in einer bestimmten Anwendung je nach Bedarf mehr oder weniger Schwellenwerte und Kompensationswerte verwendet werden können. Im Allgemeinen geht es bei der Kompensationsbestimmung darum, zu bestimmen, wie weit das System von einer geeignet effizienten minimalen Ansteuerungsreserve entfernt ist, wobei eine geeignete Effizienz basierend auf den Zielsetzungen und den spezifischen Parametern eines spezifischen Designs bestimmt werden kann. Wenn die dem Ladegerät bereitgestellte Ansteuerungsreserve größer ist als erforderlich, sollte sie in Richtung des geeignet effizienten Wertes gesteuert werden, um die Effizienz zu maximieren. Ist das Delta zum optimalen Wert groß, kann das System mit relativ großen Kompensationsschritten gesteuert werden. Ist das Delta zum optimalen Wert relativ klein, kann das System mit relativ kleineren Kompensationsschritten gesteuert werden. Andererseits sollte, wenn eine unzureichende Ansteuerungsreserve bereitgestellt wird, das System so gesteuert werden, dass es mindestens den minimalen Betrag an Ansteuerungsreserve bereitstellt, um die Geschwindigkeit, mit der die Batterie geladen werden kann, zu maximieren, ohne dass es zu unangemessenen Effizienzeinbußen und der daraus resultierenden Gefahr von Hitzeschäden am System kommt.
7 veranschaulicht ein Flussdiagramm 700 einer Technik zum Steuern der Ausgangsspannung des Stromrichters 114 (oder eines entsprechenden Stromrichters in einem ähnlichen System). In Block 702 kann bestimmt werden, ob die Eingangsstromquelle 116 des Stromrichters 114 von einer externen Quelle getrennt ist (z. B. nur mit einer internen Batterie des Ladesystems 110 verbunden ist). Ist dies der Fall, kann die Steuerung mit Block 710 fortfahren, der nachstehend ausführlicher erörtert wird. Alternativ kann, wenn in Block 702 bestimmt wird, dass die Eingangsstromquelle 116 des Stromrichters 114 nicht von einer externen Energiequelle getrennt ist, in Block 704 bestimmt werden, ob diese mit einer kabelgebundenen externen Stromquelle verbunden ist. Ist dies der Fall, kann die Steuerung mit Block 710 fortfahren, der nachstehend ausführlicher erörtert wird. Alternativ kann, wenn in Block 704 bestimmt wird, dass die Stromquelle 116 nicht mit einer kabelgebundenen Stromquelle verbunden ist, in Block 706 bestimmt werden, ob diese mit einer kabellosen Stromquelle verbunden ist. Ist dies der Fall, kann die Steuerung zu Block 710 übergehen, der nachstehend ausführlicher erörtert wird. Andernfalls kann die Steuerung zu Block 708 übergehen (der eine unbekannte Verbindung der Eingangsleistungsquelle 116 anzeigt), was eine Einstellung des Stromrichters 114 auf seine Standardausgangsspannung auslösen kann (Block 716). Dies kann einem Fehlerzustand entsprechen, bei dem ein gewisses Problem mit dem System zu einer Situation geführt hat, in der die Ausgangsspannung des Stromrichters nicht auf einem für das Laden geeigneten Wert liegt, und alles auf einen Normalzustand zurückgesetzt werden kann, um den Normalbetrieb wiederherzustellen.
Alternativ kann, wenn in einem der vorstehend genannten Blöcke 702, 704 oder 706 bestimmt wird, mit welcher Stromquelle der Stromrichter 114 gekoppelt ist, in Block 710 bestimmt werden, ob der Stromrichter 114 in einen Durchreichmodus versetzt werden kann. Im Durchreichmodus kann die Eingangsspannung (von der angeschlossenen Quelle, unabhängig ob Batterie, kabelgebundene oder kabellose Quelle) direkt durch den Stromrichter 114 geleitet werden, der ohne Umschalten arbeiten kann. Dies ist nur möglich, wenn die in den Stromrichter 114 eingegebene Spannung ungefähr der von der Batterie benötigten Ladespannung entspricht. Wenn dies der Fall ist, kann das Durchreichen dieser Spannung durch den Stromrichter 114 ohne Umschalten (Block 714) einen effizienteren Betrieb ermöglichen, als wenn der Stromrichter 114 die Ausgangsspannung tatsächlich umwandeln würde. Alternativ kann, wenn es nicht möglich ist, den Stromrichter 114 in einen Durchreichmodus zu versetzen, die Ausgangsspannung des Stromrichters 114 auf die in Übereinstimmung mit den vorstehend beschriebenen Verfahren bestimmte Zielspannung eingestellt werden.
Wie vorstehend in Bezug auf die Blöcke 312 (3), 416a, 416b und 426 erörtert, kann ein Sitzungsstatus verwendet werden, um den Ladezustand der Batterie(n) in dem geladenen System 140 nachzuverfolgen. Diese Sitzungszustände können zum Beispiel als verschiedene Zustände einer Zustandsmaschine implementiert werden, die in der Steuerung 112 (oder einer anderen geeigneten Stelle) implementiert ist. Abhängig von den Details einer Implementierung können verschiedene Anzahlen von Zuständen bereitgestellt werden, die unterschiedliche Bedeutungen haben. In einer Ausführungsform, die sich auf das hierin beschriebene Beispiel eines kabellosen Ohrhörers bezieht, kann es insgesamt vier Zustände geben. Diese vier Zustände können ein inaktiver Zustand (Zustand 0), ein laufender Zustand (Zustand 1), ein aktiver Zustand (Zustand 2) und ein abgelaufener Zustand (Zustand 3) sein. Als ein nicht einschränkendes Beispiel in Bezug auf die Ausführungsform der kabellosen Kopfhörer kann ein inaktiver Zustand eingestellt werden, wenn sich die kabellosen Ohrhörer nicht in dem Ladegehäuse befinden, was bedeutet, dass die Batterie(n) des geladenen Systems 140 nicht zum Laden verfügbar ist/sind. In ähnlicher Art und Weise kann ein laufender Zustand eingestellt werden, wenn die zuletzt empfangenen Batteriedaten älter sind als ein Schwellenwert, aber die Zeitüberschreitungsbedingungen für ein erneutes Ausführen des Algorithmus noch nicht erfüllt sind. Im laufenden Zustand kann ein zuvor bestimmter Kompensationswert und eine entsprechende Stromrichterausgangsspannung an die Batterie(n) des geladenen Systems 140 angelegt werden. Ein aktiver Zustand kann eingestellt werden, wenn die Batteriedaten relativ neu sind, aber noch nicht zum Bestimmen eines Kompensationspegels und einer entsprechenden Stromrichterausgangsspannung herangezogen wurden, mit anderen Worten, während der Algorithmus einen geeigneten Kompensationspegel und eine entsprechende Stromrichterausgangsspannung bestimmt. Schließlich kann ein abgelaufener Zustand eingestellt werden, wenn die Daten aus dem geladenen System veraltet sind und die Zeitüberschreitungsbedingung erfüllt wurde, was bedeutet, dass es an der Zeit ist, den Algorithmus erneut auszuführen, um einen Kompensationspegel und einen entsprechenden Stromrichterausgangsspannungspegel zu bestimmen.
Die vorstehend genannten Zustände sind nur ein Beispiel für Zuständen, die verwendet werden können, um zu bestimmen, ob eine Steuerung (z. B. Steuerung 112) eines Ladesystems über gültige Daten von einem geladenen System 140 verfügt, die zum Bestimmen eines geeigneten Kompensationspegels und der entsprechenden Stromrichterausgangsspannung verwendet werden können, um die Ansteuerungsreservesteuerung mit geschlossenem Regelkreis eines oder mehrerer Ladegeräte 152/154 des geladenen Systems 140 aufrechtzuerhalten. Im Allgemeinen kann jede Nachlauftechnik verwendet werden, die sicherstellt, dass gültige Daten empfangen und gültige Ausgaben erzeugt werden, wobei die Gesamtziele zu berücksichtigen sind: (1) Laden der Batterie(n) des geladenen Systems, (2) in einer Art und Weise, welche die Effizienz maximiert und das Risiko thermischer Schäden minimiert, während (3) so schnell wie möglich geladen wird.
Vorstehend werden verschiedene Merkmale und Ausführungsformen beschrieben, die sich auf die Ansteuerungsreserveverwaltung mit geschlossenem Regelkreis eines Batterieladesystems beziehen. Solche Systeme können in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, können jedoch besonders vorteilhaft sein, wenn sie in Verbindung mit persönlichen elektronischen Vorrichtungen verwendet werden, für die es wünschenswert ist, dass die Effizienz eines Batterieladevorgangs maximiert wird und gleichzeitig die Risiken einer thermischen Beschädigung der Batterien minimiert werden.
Zusätzlich versteht es sich, dass, wenngleich zahlreiche spezifische Merkmale und verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurden, sofern nicht anders als sich gegenseitig ausschließend angegeben, die verschiedenen Merkmale und Ausführungsformen in einer bestimmten Implementierung in verschiedenen Umsetzungen kombiniert werden können. Daher werden die verschiedenen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen nur als Veranschaulichung bereitgestellt und sollten nicht als den Schutzumfang der Offenbarung einschränkend verstanden werden. An den hierin enthaltenen Grundsätzen und Ausführungsformen können verschiedene Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen und ohne vom Schutzumfang der Ansprüche abzuweichen.

Claims

Elektronisches System, umfassend: ein geladenes System, das mindestens ein Ladegerät und mindestens eine Batterie einschließt, die konfiguriert ist, um durch das mindestens eine Ladegerät geladen zu werden, wobei das mindestens eine Ladegerät konfiguriert ist, um Strom von einem Ladesystem zu empfangen; ein Ladesystem, das einen Stromrichter umfasst, der konfiguriert ist, um das mindestens eine Ladegerät des geladenen Systems mit Strom zu versorgen, und eine Steuerung, die konfiguriert ist, um den Stromrichter zu steuern; wobei die Steuerung konfiguriert ist zum: Empfangen von Rückkopplungsinformationen von dem geladenen System, wobei die Rückkopplungsinformationen eine oder mehrere Spannungen des geladenen Systems einschließen; Bestimmen eines Ausgangsspannungskompensationswerts für den Stromrichter in Abhängigkeit von den Rückkopplungsinformationen; und Einstellen einer Ausgangsspannung des Stromrichters in Abhängigkeit von dem Kompensationswert, wobei der Kompensationswert und die Ausgangsspannung so gewählt werden, dass eine vorgewählte Ansteuerungsreserve zwischen einer Batterieladezielspannung des Ladegeräts und einer dem Ladegerät zugeführten Spannung aufrechterhalten wird.
Elektronisches System nach Anspruch 1, wobei das geladene System eine Vielzahl von Batterien und eine Vielzahl von Ladegeräten einschließt.
Elektronisches System nach Anspruch 1, wobei die eine oder die mehreren Spannungen des geladenen Systems mindestens eine Eingangsspannung des mindestens einen Ladegeräts und eine Ausgangsspannung des mindestens einen Ladegeräts einschließen.
Elektronisches System nach Anspruch 1, wobei das geladene System ferner mindestens einen Low-Dropout-Regler oder mindestens einen Schalter einschließt, der zwischen einem Eingang des mindestens einen Ladegeräts und mindestens einem Stromkontakt des geladenen Systems gekoppelt ist.
Elektronisches System nach Anspruch 1, wobei das geladene System ein oder mehrere kabellose Ohrhörer umfasst.
Elektronisches System nach Anspruch 1, wobei das Ladesystem ferner einen oder mehrere Schalter einschließt, die zwischen einem Ausgang des Stromrichters und einem oder mehreren Leistungskontakten des Ladesystems gekoppelt sind.
Elektronisches System nach Anspruch 1, wobei das Ladesystem ferner eine Stromquelle einschließt, die konfiguriert ist, um den Stromrichter mit Strom zu versorgen.
Elektronisches System nach Anspruch 7, wobei die Stromquelle mit einer Batterie innerhalb des Ladesystems gekoppelt ist.
Elektronisches System nach Anspruch 7, wobei die Stromquelle konfiguriert ist, um über eine Kabelverbindung mit einer externen Stromquelle gekoppelt zu werden.
Elektronisches System nach Anspruch 7, wobei die Stromquelle konfiguriert ist, um über eine kabellose Verbindung mit einer externen Stromquelle gekoppelt zu werden.
Elektronisches System nach Anspruch 7, wobei das geladene System ein Ladegehäuse für kabellose Ohrhörer ist.
Verfahren zum Zuführen von Leistung an ein Batterieladegerät eines geladenen Systems zum Laden einer Batterie des geladenen Systems, das Verfahren umfassend: Empfangen, an einer Steuerung eines Ladesystems, von Rückkopplungsinformationen von dem geladenen System, wobei die Rückkopplungsinformationen eine oder mehrere Spannungen des geladenen Systems einschließen; Bestimmen, durch die Steuerung des Ladesystems, eines Ausgangsspannungskompensationswerts für einen Stromrichter des geladenen Systems in Abhängigkeit von den Rückkopplungsinformationen, wobei der Stromrichter konfiguriert ist, um das Batterieladegerät mit Strom zu versorgen; und Einstellen, durch die Steuerung, einer Ausgangsspannung des Stromrichters in Abhängigkeit von dem Kompensationswert, wobei der Kompensationswert und die Ausgangsspannung so gewählt werden, dass eine vorgewählte Ansteuerungsreserve zwischen einer Batterieladezielspannung des Ladegeräts und einer dem Ladegerät zugeführten Spannung aufrechterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das geladene System eine Vielzahl von Batterien und eine Vielzahl von Ladegeräten einschließt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die eine oder die mehreren Spannungen des geladenen Systems mindestens eine Eingangsspannung des mindestens einen Ladegeräts und eine Ausgangsspannung des mindestens einen Ladegeräts einschließen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Bestimmen, durch die Steuerung des Ladesystems, eines Ausgangsspannungskompensationswerts für einen Stromrichter des geladenen Systems in Abhängigkeit von den Rückkopplungsinformationen das Bestimmen, ob die von dem geladenen System empfangenen Daten gültig sind, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Bestimmen, durch die Steuerung des Ladesystems, eines Ausgangsspannungskompensationswerts für einen Stromrichter des geladenen Systems in Abhängigkeit von den Rückkopplungsinformationen, das Bestimmen, ob die von dem geladenen System empfangenen Daten gültig sind, umfasst, und ferner das Einstellen des Status des geladenen Systems auf einen von einer Vielzahl von Zuständen in Reaktion auf die Rückkopplungsinformationen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Kompensationswert aus einer Vielzahl von vorbestimmten Kompensationspegeln ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die vorbestimmten Kompensationswerte eine Vielzahl von positiven Werten, mindestens einen negativen Wert und einen Nullwert einschließen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das geladene System einen oder mehrere kabellose Ohrhörer einschließt und das geladene System ein Ladegehäuse einschließt.
Elektronisches System, umfassend: mindestens eine Batterie; mindestens ein Ladegerät, das konfiguriert ist, um die mindestens eine Batterie aufzuladen; einen Stromrichter, der konfiguriert ist, um Strom an die mindestens eine Batterie zuzuführen; und Mittel zum Regeln einer Ausgangsspannung des Stromrichters, so dass die Ausgangsspannung eine vorgewählte Ansteuerungsreserve über einer Ladezielspannung des mindestens einen Ladegeräts aufrechterhält.