DE19852069C1 - Rechargeable battery fault condition checking method especially for mobile or cordless-telephones - Google Patents

Rechargeable battery fault condition checking method especially for mobile or cordless-telephones

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Abstract

A method of detecting fault conditions of a storage battery, which is charged with a conserving charge current. During the charge with the conserving charge current, the battery voltage (U) is repeatedly measured and it is verified whether the voltage (U) has dropped below a specific desired value. With the presence of at least one positive verification result, a fault condition is indicated. The measurement process for the storage battery voltage (U) comprises forming an average value and more specifically, a fault condition is only indicated when a number (k) of successive positive verification results occur.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erkennen von Fehlerzuständen eines Akkumulators, welcher mit einem Erhal­ tungs-Ladestrom geladen wird.The invention relates to a method for recognizing Error states of an accumulator, which with an Erhal tion charging current is charged.

Für viele elektronische und elektrische Geräte, die zumindest zeitweise ohne direkte Verbindung mit dem Stromnetz betrieben werden sollen, insbesondere Mobil- oder Schnurlostelefone, sind überwiegend wiederaufladbare Akkumulatoren vorgesehen. Solche Akkumulatoren werden entweder im Festteil des jeweili­ gen Gerätes oder in eigenen Ladestationen, genannt auch Lade­ schalen, zum neuen Gebrauch im Mobilbetrieb aufgeladen. Dabei wird über eine Ladeenergiequelle, meist eine an das Stromnetz angeschlossene Ladeeinrichtung, ein auf den verwendeten Akku­ mulator abgestimmter Ladestrom erzeugt und an diesen weiter­ geleitet. Hierbei ist einerseits besonderes Augenmerk darauf zu legen, daß es nicht zur Überladung der Akkumulatoren kommt, was insbesondere bei öfterem Überladen zu Leistungs­ einbußen führen kann, und andererseits sollen die Akkumulato­ ren nach Möglichkeit immer ihre maximale Kapazität zur Verfü­ gung stellen.For many electronic and electrical devices, at least temporarily operated without a direct connection to the power grid should be, especially mobile or cordless phones, mainly rechargeable batteries are provided. Such accumulators are either in the fixed part of the respective device or in own charging stations, also called charging shell, charged for new use in mobile operation. Here is via a charging energy source, usually one to the power grid connected charging device, one on the battery used mulator coordinated charging current generated and on to this headed. On the one hand, special attention is paid to this to lay that it does not overcharge the accumulators comes, which leads to performance especially with frequent overloading can lead to losses, and on the other hand, the accumulators Whenever possible, their maximum capacity is always available supply.

Ein zielführendes Nachladen muß entsprechend dem Eigenver­ brauch des Gerätes, z. B. des Mobiltelefons, sowie entspre­ chend der Selbstentladung der Akkumulatoren erfolgen. Die Selbstentladung einer Akkumulatorenzelle ist eine variable Größe, die vor allem von der Kapazität der Zelle abhängt und man bezeichnet den Faktor, mit dem die verbrauchte Kapazität zu multiplizieren ist, um die nachzuladende Strommenge zu ermitteln als Ladefaktor. Der Ladefaktor wird üblicherweise fest eingestellt, so daß kleinere Zellen mit geringerer Kapa­ zität nicht überladen und geschädigt werden können. A purposeful reloading must be carried out in accordance with the use of the device, e.g. B. the mobile phone, and correspond According to the self-discharge of the batteries. The Self-discharge of an accumulator cell is a variable Size, which mainly depends on the capacity of the cell and one calls the factor by which the consumed capacity is to be multiplied by the amount of electricity to be recharged determine as load factor. The loading factor is usually fixed, so that smaller cells with smaller Kapa can not be overloaded and damaged.  

Um ein Überladen der Akkumulatoren durch die Ladeeinrichtung eines Schnurlostelefons zu vermeiden, ist in der DE 42 36 811 angegeben, die Ladespannung in gewissen Zeitabständen zu messen und in Abhängigkeit vom Verlauf der Ladespannungskurve die Akkumulatoren weiter zu laden bzw. das Laden zu beenden.To overcharge the batteries by the charging device To avoid a cordless phone is in DE 42 36 811 specified, the charging voltage at certain intervals measure and depending on the course of the charging voltage curve continue to charge the batteries or stop charging.

Demgegenüber ist das Problem der vorliegenden Erfindung darin gelegen, den Kunden auf verbrauchte bzw. defekte Akkumulato­ ren rechtzeitig hinzuweisen, damit es nicht zu einem plötzli­ chen Ausfall seines Gerätes, insbesondere Mobiltelefons oder Schnurlostelefons kommt.In contrast, the problem of the present invention is therein located, the customer on used or defective accumulators point out in good time so that it does not become sudden Chen failure of his device, especially cell phones or Cordless phones are coming.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art löst die Erfindung das gegebene Problem erfindungsgemäß dadurch, daß während der Ladung mit dem Erhaltungsstrom die Akkumula­ torspannung wiederkehrend gemessen und überprüft wird, ob die Spannung unter einen spezifischen Sollwert abgesunken ist und bei Vorliegen zumindest eines positiven Überprüfungsergebnis­ ses ein Fehlerzustand angezeigt wird.Based on a method of the type mentioned solves the invention the given problem according to the invention by that during the charge with the maintenance current the accumulators Gate voltage is measured repeatedly and a check is carried out to determine whether the Voltage has dropped below a specific setpoint and if there is at least one positive check result an error condition is displayed.

Auf diese Weise wird ein alter bzw. defekter Akkumulator rechtzeitig erkannt, so daß der Benutzer den entsprechenden Akkumulator gegen einen neuen bzw. aufgeladenen austauschen kann und die Gefahr verringert wird, daß es bei Benützung des Mobiltelefons plötzlich zu einem unerwünschten Gesprächsab­ bruch kommt.In this way, an old or defective accumulator recognized in time so that the user the appropriate Replace the battery with a new or charged one can and the risk is reduced that when using the Cell phones suddenly turn into an unwanted conversation break comes.

Zur Verbesserung der Meßsicherheit bzw. um Fehlanzeigen zu vermeiden ist es vorteilhaft, wenn der Meßvorgang für die Akkumulatorspannung eine Mittelwertbildung beinhaltet.To improve the measurement reliability or to avoid false reports to avoid it is advantageous if the measuring process for the Accumulator voltage includes averaging.

Bei einer zweckmäßigen Variante ist vorgesehen, daß ein Fehlerzustand nur angezeigt wird, wenn eine Anzahl aufeinan­ derfolgender positiver Überprüfungsergebnisse vorliegt. Auf diese Weise wird ein Fehlalarm vermieden, der aufgrund eines einmaligen, möglicherweise auf eine Netzspannungsschwankung oder einer kurzfristigen Störspannungsspitze zurückzuführen­ den, signifikanten Meßergebnisses zurückzuführen ist.In an expedient variant it is provided that a Error status is only displayed when a number is on each other the following positive verification results are available. On this avoids a false alarm due to a one-time, possibly to a mains voltage fluctuation  or a short-term interference voltage peak the significant measurement result.

In diesem Sinne ist es auch zweckmäßig, wenn ein Fehlerzu­ stand nur angezeigt wird, wenn innerhalb einer vorgebbaren Zeitspanne eine Anzahl positiver Überprüfungsergebnisse auf­ getreten ist.In this sense, it is also expedient if an error was only displayed if within a predeterminable Period of time a number of positive verification results kicked.

Bei einer hinsichtlich der Meßsicherheit besonders praxisbe­ währten Variante ist vorgesehen, daß während eines Meßvorgan­ ges innerhalb von Meßintervallen periodisch m Spannungswerte des Akkumulators gemessen werden und sodann für jedes Meßin­ tervall ein Mittelwert aus den Spannungswerten ermittelt und gespeichert wird, aus den jeweils n letzten Mittelwerten nach jedem Meßintervall ein gleitender Mittelwert (UMGj) berechnet und gespeichert wird, der Maximalwert sämtlicher bis zu einem Zeitpunkt ermittelten gleitenden Mittelwerte gespeichert und nach jedem Meßintervall aktualisiert wird, nach jedem Meßin­ tervall überprüft wird, ob die Differenz (zwischen dem Maxi­ malwert und dem aktuellen gleitenden Mittelwert einen vorgeb­ baren, festen Schwellenwert übersteigt, und bei Vorliegen zumindest eines positiven Überprüfungsergebnisses ein Fehler­ zustand angezeigt wird.In a variant which has proven particularly practical in terms of measurement reliability, it is provided that during a measurement process, m voltage values of the accumulator are measured periodically within measurement intervals and then an average value is determined and stored for each measurement interval from the n last average values a moving average (U MGj ) is calculated and saved for each measuring interval, the maximum value of all moving average values determined up to a point in time is stored and updated after each measuring interval, after each measuring interval it is checked whether the difference (between the maximum value and the current one moving average exceeds a predeterminable, fixed threshold value, and if at least one positive check result is present, an error status is displayed.

In den meisten Fällen ist es im Hinblick auf die einfache Durchführbarkeit zweckmäßig, wenn aus den Spannungswerten arithmetische Mittelwerte gebildet werden.In most cases, it is in terms of simple Feasibility useful if from the stress values arithmetic averages are formed.

Im Hinblick auf eine einfache Durchführung empfiehlt es sich auch, wenn aus den jeweils letzten Mittelwerten ein gleiten­ der arithmetischer Mittelwert berechnet wird.With a view to simple implementation, it is recommended even if one glides from the latest mean values the arithmetic mean is calculated.

Die Erfindung samt weiterer Vorteile ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das unter Bezug­ nahme auf die Zeichnung nachstehend beschrieben wird. In der Zeichnung zeigen The invention together with further advantages is based on the following of an embodiment explained in more detail with reference took on the drawing is described below. In the Show drawing  

Fig. 1 in einem Diagramm mögliche Meßpunkte eines Span­ nungsverlaufes eines Akkumulators, der mit einem Er­ haltungsladestrom geladen wird, sowie aus den Meß­ werten gebildete Mittelwerte, Fig. 1 possible in a graph the measurement points of a clamping voltage path of an accumulator, which is charging attitude charging current by one, and from the measured values mean values formed,

Fig. 1a in vergrößertem Maßstab ein Detail aus Fig. 1, wel­ ches die einzelnen Meßwerte zeigt, Fig. 1a in an enlarged scale a detail from Fig. 1, wel ches shows the individual measurement values,

Fig. 2 einen zur Ausführung der Erfindung einsetzbaren Algorithmus, und Fig. 2 is a usable for implementing the invention algorithm, and

Fig. 2a einen Teil des Algorithmus aus Fig. 2. Fig. 2a shows a part of the algorithm in FIG. 2.

Die im Rahmen der Erfindung zur Frage stehenden und zu erken­ nenden Fehlerzustände eines Akkumulators betreffen einerseits das Altern eines Akkumulators, was bedeutet, daß der Akkumu­ lator immer weniger seine Nennkapazität bereitstellen kann. Man kann etwa definieren, daß ein Akkumulator "alt" ist, wenn er nicht mehr als 80% seiner ursprünglichen Nennkapazität zur Verfügung stellt. Andererseits können Akkumulatoren de­ fekt sein, wenn sie beispielsweise überhaupt keine Spannung abgeben, wenn sie eine hohe Selbstentladung oder nur noch eine sehr geringe Kapazität aufweisen.To be identified and recognized in the context of the invention Error states of an accumulator relate on the one hand the aging of a battery, which means that the battery lator can less and less provide its nominal capacity. You can define that an accumulator is "old" if it does not exceed 80% of its original nominal capacity provides. On the other hand, accumulators can de be perfect if, for example, there is no voltage at all give up when they have a high self-discharge or just have a very low capacity.

Für die ständige Einsatzbereitschaft wird ein Mobiltelefon, wenn es nicht gerade von dem Benutzer mitgeführt wird, in einer Einrichtung, z. B. einer Ladeschale ständig geladen, wobei der Ladestrom, nachdem er einen entladenen Akkumulator aufgeladen hat, so groß bemessen wird, daß er den Stromver­ brauch des Mobiltelefons, ganz allgemein eines elektrischen oder elektronischen Gerätes, sowie die Selbstentladung des Akkumulators ausgleicht. Ein solcher Ladestrom wird auch Dauerladestrom, Erhaltungsladestrom oder trickle charge ge­ nannt. Ein neuwertiger Akkumulator ohne Defekte befindet sich dabei im Gleichgewicht, was bedeutet, daß der zugeführte Ladestrom den Akkumulator auf gleichem Kapazitäts- und Span­ nungsniveau hält. Ein defekter oder gealterter Akkumulator verliert beim Laden mit dem Ladestrom an Kapazität, und die Spannung des Akkumulators sinkt.A mobile phone, if it is not being carried by the user, in a facility, e.g. B. a charging cradle is constantly charged, taking the charging current after having a discharged accumulator has charged so large that he Stromver use of the mobile phone, generally an electric one or electronic device, as well as the self-discharge of the Accumulator compensates. Such a charging current will also Continuous charge current, trickle charge current or trickle charge ge called. There is a new battery without defects while in balance, which means that the supplied Charging current the accumulator on the same capacity and span level. A defective or aged accumulator  loses capacity when charging with the charging current, and the The voltage of the accumulator drops.

Das nach der Erfindung vorgesehene Verfahren setzt die Mes­ sung der Akkumulatorspannung während der Zuführung des Lade­ stroms voraus und dieses Verfahren ist auch nur während des Erhaltungsladens aktiv. Dabei wird das Sinken der Akkumula­ torspannung als Indikator für einen alten bzw. defekten Akku­ mulator verwendet, wobei jedoch mehrere Meßschritte und Fil­ terungen vorgenommen werden, was nachfolgend erklärt ist.The method provided by the invention sets the measurement solution of the battery voltage during the loading of the drawer current ahead and this procedure is also only during the Trickle store active. This will decrease the accumulation Gate voltage as an indicator for an old or defective battery mulator used, but with several measuring steps and Fil be carried out, which is explained below.

Die Akkumulatorspannung wird in bestimmten Zeitintervallen tM gemessen, wobei m Spannungswerte Ui ermittelt werden (Fig. 1a). Es wird sodann für jedes Meßinterverall tM ein Mittel­ wert UMj aus den Spannungswerten Ui ermittelt und abgespei­ chert, was in Fig. 1 mit Punkten dargestellt ist. Weiters wird aus den jeweils letzten n-Mittelwerten nach jedem Meßin­ tervall ein gleitender Mittelwert UMGj berechnet und wieder gespeichert, was in Fig. 1 durch Sternchen eingetragen ist, wobei davon ausgegangen wurde, daß bei diesem Beispiel n = 3 gilt.The battery voltage is measured at specific time intervals t M , m voltage values U i being determined ( FIG. 1 a). An average value U Mj from the voltage values U i is then determined and stored for each measuring interval t M , which is shown with dots in FIG. 1. Furthermore, a moving average U MGj is calculated from the last n mean values after each measurement interval and stored again, which is indicated by asterisks in FIG. 1, it being assumed that n = 3 applies in this example.

Weiters wird der Maximalwert UMGM sämtlicher bis zu einem Zeitpunkt ermittelten gleitenden Mittelwerte UMGJ gespeichert und nach jedem Meßintervall aktualisiert. Nach jedem Meßin­ tervall wird auch geprüft, ob die Differenz ΔUj zwischen dem Maximalwert UMGM und dem aktuellen gleitenden Mittelwert UMGj einen vorgebbaren, festen Schwellenwert Usch übersteigt und falls ein solches positives Überprüfungsergebnis vorliegt, wird ein Fehlerzustand angezeigt. Man muß dabei Schwankungen der Akkumulatorspannung zufolge von Temperatureinflüssen berücksichtigen, was durch die Wahl eines genügend großen Schwellenwertes Usch erfolgen kann oder, was hier nicht näher beschrieben ist, durch direkte Berücksichtigung der Tempera­ tur, z. B. durch einen temperaturabhängigen Schwellenwert Usch. Furthermore, the maximum value U MGM of all moving average values U MGJ determined up to a point in time is stored and updated after each measurement interval. After each measurement interval, it is also checked whether the difference .DELTA.Uj between the maximum value U MGM and the current moving average U MGj exceeds a predeterminable, fixed threshold value Usch and if such a positive check result is present, an error state is displayed. You have to take into account fluctuations in the battery voltage due to temperature influences, which can be done by choosing a sufficiently large threshold value Usch or, which is not described here, by directly taking into account the temperature, z. B. by a temperature-dependent threshold Usch.

Um Fehlalarme zu vermeiden ist es günstig, einen Fehlerzu­ stand nur dann anzuzeigen, wenn eine Anzahl k, z. B. k = 3, aufeinanderfolgender positiver Prüfungsergebnisse der genann­ ten Art vorliegt. Eine andere Möglichkeit zur Vermeidung von Fehlanzeigen ist auch dadurch gegeben, daß auch ein Fehlerzu­ stand nur dann angezeigt wird, wenn innerhalb einer bestimm­ ten Zeitspanne eine Anzahl 1 positiver Überprüfungsergebnisse aufgetreten ist.In order to avoid false alarms, it is favorable to display a fault status only if a number k, z. B. k = 3, there are successive positive test results of the genann th type. Another possibility for avoiding false indications is also given by the fact that an error status is only displayed if a number of 1 positive verification results has occurred within a specific period of time.

Die Mittelwertbildung erfolgt sowohl für die Mittelwerte UMj als auch für die arithmetischen Mittelwerte UMGj in einfacher Weise durch Bildung der arithmetischen Mittelwerte, was je­ doch nicht ausschließen soll, daß auch andere Mittelwertbil­ dungen möglich und in bestimmten Fällen auch zweckmäßig sind.The averaging takes place both for the mean values U Mj and for the arithmetic mean values U MGj in a simple manner by forming the arithmetic mean values , which, however, should not rule out that other mean value formations are possible and are also useful in certain cases.

Fig. 2 und 2a beschreiben einen möglichen einfachen Algorith­ mus zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei es für den Fachmann klar ist, daß ein solcher Algorithmus zweckmäßigerweise in dem Mikroprozessor eines Mobiltelefons, Schnurlostelefons oder anderen elektronischen Gerätes ablau­ fen kann. Da in einem Mobiltelefon üblicherweise auch Mittel zur Spannungsmessung vorgesehen sind, ebenso akustische oder optische Anzeigen, ist für die Durchführung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens in der Praxis keinerlei zusätzliche Hardware erforderlich. Die bei der Beschreibung des Algorithmus in Fig. 2 und 2a verwendete Nomenklatur ist ein wenig abweichend von den in Zusammenhang mit Fig. 1 und 1a verwendeten Be­ zeichnungen, doch sind die Bezeichnungen für den Fachmann im wesentlichen unmittelbar in Übereinstimmung zu bringen. Er­ gänzt sei hier, daß SP_max indem Ablaufdiagramm der vorhin mit k bezeichneten Anzahl von positiven Prüfungsergebnissen entspricht, ab der ein Fehlerzustand angezeigt wird. Fig. 2 and 2a describe one possible simple algorithmic mechanism for implementing the method according to the invention, it being apparent to those skilled in the art that such an algorithm can advantageously fen ablau in the microprocessor of a mobile phone, cordless phone or other electronic device. Since means for voltage measurement are usually also provided in a mobile telephone, as are acoustic or optical displays, no additional hardware is required in practice for carrying out the method according to the invention. The nomenclature used in the description of the algorithm in FIGS. 2 and 2a is slightly different from the designations used in connection with FIGS. 1 and 1a, but the designations are essentially to be brought into direct agreement by the person skilled in the art. It should be added here that SP_max in the flowchart corresponds to the number of positive test results previously designated k, from which an error state is displayed.

Claims (7)

1. Verfahren zum Erkennen von Fehlerzuständen eines Akkumula­ tors, welcher mit einem Erhaltungs-Ladestrom geladen wird, dadurch gekennzeichnet,
daß während der Ladung mit dem Erhaltungsstrom die Akkumula­ torspannung (U) wiederkehrend gemessen und überprüft wird, ob die Spannung (U) unter einen spezifischen Sollwert (UMGM) abgesunken ist und
bei Vorliegen zumindest eines positiven Überprüfungsergebnis­ ses ein Fehlerzustand angezeigt wird.1. A method for recognizing fault states of an accumulator which is charged with a trickle charging current, characterized in that
that during charging with the maintenance current, the accumulator gate voltage (U) is repeatedly measured and checked whether the voltage (U) has dropped below a specific setpoint (U MGM ) and
if there is at least one positive check result, an error state is displayed. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßvorgang für die Akkumulatorspannung (U) eine Mittelwertbildung beinhaltet.2. The method according to claim 1, characterized in that the measuring process for the Accumulator voltage (U) includes averaging. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fehlerzustand nur angezeigt wird, wenn eine Anzahl (k) aufeinanderfolgender positiver Überprüfungsergebnisse vorliegt.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that an error condition only is displayed when a number (k) consecutive positive verification results are available. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fehlerzustand nur angezeigt wird, wenn innerhalb einer vorgebbaren Zeitspanne eine Anzahl (1) positiver Überprüfungsergebnisse aufgetreten ist.4. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that an error state is only displayed if a number ( 1 ) of positive verification results has occurred within a predetermined period. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß während eines Meßvor­ ganges innerhalb von Meßintervallen (tM) periodisch m Span­ nungswerte (Ui) des Akkumulators gemessen werden und sodann für jedes Meßintervall ein Mittelwert (UMj) aus den Span­ nungswerten (Ui) ermittelt und gespeichert wird,
aus den jeweils n letzten Mittelwerten nach jedem Meßinter­ vall ein gleitender Mittelwert (UMGj) berechnet und gespei­ chert wird,
der Maximalwert (UMGM) sämtlicher bis zu einem Zeitpunkt er­ mittelten gleitenden Mittelwerte (UMGj) gespeichert und nach jedem Meßintervall aktualisiert wird,
nach jedem Meßintervall überprüft wird, ob die Differenz (ΔUj) zwischen dem Maximalwert (UMGM) und dem aktuellen glei­ tenden Mittelwert (UMGj) einen vorgebbaren, festen Schwellen­ wert (USCH) übersteigt,
und bei Vorliegen zumindest eines positiven Überprüfungser­ gebnisses ein Fehlerzustand angezeigt wird.5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that during a measuring process within measuring intervals (t M ) periodically m voltage values (U i ) of the accumulator are measured and then an average (U Mj ) for each measuring interval the voltage values (U i ) are determined and stored,
a moving average (U MGj ) is calculated and stored from the last n average values after each measurement interval,
the maximum value (U MGM ) of all moving averages (U MGj ) determined up to a point in time is stored and updated after each measurement interval,
after each measurement interval it is checked whether the difference (Δ Uj ) between the maximum value (U MGM ) and the current moving average (U MGj ) exceeds a predefinable, fixed threshold value (U SCH ),
and if there is at least one positive check result, an error state is displayed. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus den gemessenen Spannungswerten (Ui) arithmetische Mittelwerte gebildet wer­ den.6. The method according to any one of claims 2 to 5, characterized in that arithmetic mean values are formed from the measured voltage values (U i ). 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß aus den jeweils n letz­ ten Mittelwerten (UMj) ein gleitender arithmetischer Mittel­ wert (UMGj) berechnet wird.7. The method according to any one of claims 5 or 6, characterized in that a moving arithmetic mean value (U MGj ) is calculated from the respective last n mean values (U Mj ).
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