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Die
Erfindung betrifft eine Batterie-betreibbare Vorrichtung, die einen
Indikator des Ladungszustands einer Batterie aufweist.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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In
Batterie-betriebenen Vorrichtungen sind eine schwache Batterie und
eine mögliche
darauffolgende Abschaltung der Vorrichtung eine große Quelle
eines Ärgernisses
für den
Benutzer, insbesondere wenn das Zeitverhalten des Ereignisses nicht
vorhergesagt werden kann. Ein Indikator, der die verbleibende Batteriekapazität genau
zeigt, d. h. ein Ladungszustands-Indikator ermöglicht es dem Benutzer, das
Ereignis vorherzusagen und ist somit von großem Nutzen für den Benutzer.
Ein Indikator ist insbesondere an dem Ende der Entladung wertvoll.
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Die
Erfindung ist zweckmäßig zum
Anzeigen der verbliebenen Batterieenergie in Batterie-betreibbaren
Vorrichtungen, insbesondere in Mobiltelefonen und Laptop-Computern,
die möglicherweise
auch aus einer AC-Energieversorgung betreibbar sind, aber auch in
Computer- oder Mikroprozessor-basierter Ausrüstung, die zur Anwendung vorgesehen
ist, wo kein AC-Energieanschluss
verfügbar
ist, oder wo aus anderen Gründen
eine Batterie eine bevorzugte Energiequelle ist. Die Erfindung kann
auch in anderen Anwendungen nützlich
sein, wo eine Vorrichtung abhängig
von einer Batterie ist, wie etwa in einer unterbrechungsfreien Energieversorgung
(UPS), wo eine Batterie eine DC-Energie z. B. einem elektronischen
Festkörper-AC-Energiegenerator
in dem Fall eines unbeabsichtigten oder zeitweisen AC-Energieausfalls
zuführt.
Die Batterie kann eine interne oder eine externe Batterie oder eine
austauschbare Batterie sein, und ein Batteriebetrieb kann durch
die Möglichkeit
eines Betriebs von einer AC-Energiequelle ergänzt werden.
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STAND DER
TECHNIK
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Eine
Anzahl unterschiedlicher Alternativen existiert für Ladungszustands-Indikatoren.
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Ein
erstes bekanntes Verfahren schließt eine Messung der Spannung
der Batterie ein. Unter der Annahme, dass die Entladungskurve der
Batterie bekannt ist, wird die gemessene Spannung als ein grober
Indikator des Entladungszustands verwendet. Dieses Verfahren ist
ziemlich einfach und kostengünstig
und erfordert nur eine sehr begrenzte Information hinsichtlich der
Batterie. Dieses Verfahren weist eine begrenzte Genauigkeit auf,
da die verbleibende Batterieenergie von anderen Faktoren als der Batteriespannung
allein abhängt.
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Ein
zweites bekanntes Verfahren schließt eine Abschätzung einer
verbrauchten Batterie-Kapazität
oder -Energie ein. Das grundlegende Prinzip besteht darin, dass
eine Batteriekapazität
als bekannt angenommen wird, und indem die abgeschätzte Größe und Dauer
des Stroms, der aus der Batterie gezogen wird, abgeschätzt wird,
kann die verbleibende Batteriekapazität berechnet werden. Dieses
Verfahren kann in Software oder in einer Kombination von Software
und Hardware implementiert werden. Durch ein Implementieren einer
Hardware-Lösung,
die den tatsächlichen
Strom misst, wird eine Genauigkeit erhöht. Jedoch weist dieses Verfahren
eine zu begrenzte Genauigkeit auf.
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Ein
drittes bekanntes Verfahren schließt ein Messen der Impedanz
einer Batterie ein. Die Impedanz der Batterie ändert sich kontinuierlich mit
dem Ladungszustand, und eine Abschätzung der verbleibenden Kapazität kann auf
der Grundlage von Messungen der Änderungen
in der Impedanz ausgeführt werden.
Die Erfindung bietet eine Verbesserung für dieses Verfahren, und das
bekannte Verfahren wird deswegen im folgenden beschrieben werden.
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Es
existieren zwei bekannte Verfahren eines Durchführens von Impedanzmessungen
zum Verfolgen der Änderung
der Impedanz über
der Zeit zur Verwendung bei einem Abschätzen des Ladungszustands der
Batterie, wobei eine eine AC-Impedanzmessung
ist, die andere eine Spannungs-/Strom-Sprungantwort ist. Die Impedanz ist definiert
als die Spannungsantwort auf einen Einheits-Anregungsstrom, oder
das Verhältnis
der resultierenden Spannung zum Anregungsstrom.
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Eine
AC-Impedanz ist eine komplexe Größe, die
zwei Komponenten aufweist: Einen Realteil und einen Imaginärteil, oder
einen Betrag und eine Phase. Um die AC-Impedanz zu messen, wird
ein Wechselstrom an die Batterie angelegt, und die resultierende
Spannungsantwort wird durch Betrag und Phase oder durch Real- und
Imaginärteile
analysiert. Die AC-Impedanz,
ob sie als Real- und Imaginärteile oder
als Betrag und Phase ausgedrückt
wird, hängt von
der Frequenz ab. In einem bekannten Verfahren eines Abschätzens des
Ladungszustands einer Batterie wird die AC-Impedanz der Batterie
gemessen und bei mehreren Frequenzen analysiert, und die Analyse
bildet die Grundlage zum Abschätzen
des Ladungszustands einer Batterie. Dieses Verfahren erfordert einen
Frequenzgenerator wie etwa einen Kristall-basierten Taktgenerator,
der die notwendigen Taktfrequenzen für den Betrieb des Prozess erzeugt. Frequenzteiler
und -multiplizierer erzeugen Vielfache und Untervielfache der Taktfrequenz.
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In
bekannten Vorrichtungen zum Messen der AC-Impedanz einer Batterie
sind die Messschaltungen und der Taktgenerator entweder in dem Batterie-Ladegerät (einem "intelligenten Ladegerät"), das mit der Batterie
verbunden und von dieser getrennt werden kann, oder in der Batterie
(einer "intelligenten Batterie") angeordnet, von
wo eine Information über den
Ladungszustand einer Batterie zu der Batteriebetriebenen Vorrichtung
gesendet wird. Derartige Vorrichtungen erfordern es, dass die Messschaltungen
und der Taktgenerator in der Vorrichtung angeordnet sind, mit dem
einzigen Zweck eines Bereitstellens einer Anzeige des Ladungszustands
einer Batterie.
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Ein
weiteres bekanntes Verfahren zum Analysieren der AC-Impedanz ist die
Spannungs-/Strom-Sprungantwort. Ein Stromsprung wird angelegt, und
die Spannungsantwort über
der Zeit wird analysiert. Sämtliche
erforderliche Information über
eine Batterieimpedanz kann von derartigen Impedanzmessungen abgeleitet
werden. Eine ähnliche Information
wird erhalten und ein Ladungszustand kann abgeschätzt werden.
Das Sprungantwortverfahren wird normalerweise während eines Ladens benutzt,
wo ein externes Ladegerät
die Strompulse anlegt.
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Die
JP 08179017 offenbart ein
Verfahren und eine Schaltung zum Messen der AC-Impedanz einer Batterie.
Die
US 5 369 364 offenbart
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Ladungszustands
einer Lithium-Iodid-Batterie in einem implantierbaren Schrittmacher.
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PROBLEME DES
STANDS DER TECHNIK
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Es
existieren Probleme, die sämtliche
bekannte Verfahren, die obenstehend bezeichnet sind, betreffen.
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Einfache
Messungen einer Batteriespannung allein ergeben eine sehr begrenzte
Genauigkeit bei einem Abschätzen
des Ladungszustands der Batterie. Es ist schwierig, die Genauigkeit
ohne extrem komplexe Modelle der Entladungskurve und eines Einflusses
von Temperatur, Strombetrag und vorherigem Lebenszyklus der Batterie
zu verbessern.
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Ein
Software-basiertes Verfahren zum Abschätzen der verbleibenden Kapazität führt geringe Fehler
ein, die über
der Zeit akkumuliert werden. Eine Abweichung von einer wahren Batteriekapazität wird an
dem Ende einer Entladung größer, was
exakt dann ist, wenn es am wichtigsten ist, eine genaue Information
bereitzustellen. Die Annahme eines Fehlers von z. B. 10% in Abschätzungen
auf der Grundlage von Strommessungen für eine Vorrichtung, die eine
Bereitschaftszeit von 400 h aufweist, ergibt eine Unsicherheit von
40 h (beinahe zwei Tage!) in der Abschätzung der Zeit eines Abschaltens
aufgrund eines Endes der Batterieenergie. Dies ist in klarer Weise nicht
annehmbar.
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Die
Stromprofile werden auch komplexer. Wenn die Anzahl von Stromszenarios
zunimmt, ist die Möglichkeit
eines Verfolgens sämtlicher
dieser Szenarios begrenzt. Strommessungen sind notwendig, um eine
zufriedenstellende Genauigkeit zu erhalten. Unglücklicherweise werden Strommessungen schwieriger,
wenn Bereitschaftsströme
abnehmen. Zusätzlich
ist bei einer langen Bereitschaftszeit die Selbstentladung der Batterie
auch signifikant. Eine Selbstentladung kann nicht gemessen werden
und ist sehr schwer abzuschätzen.
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Wenn
die Batterie zyklisch betrieben wird, d. h. geladen und entladen
wird, oder bei einer hohen Temperatur aufbewahrt wird, wird ihre
Kapazität
verringert sein. Da dieses Verfahren die verbleibende Kapazität abschätzt, ist
es notwendig, die wahre Batteriekapazität bei dem Start der Entladung
zu kennen. Andernfalls ist ein Vorhersagen, wann keine verbleibende
Kapazität
vorhanden ist, unmöglich
ungeachtet dessen, wie genau die Abschätzungen einer verbrauchten
Kapazität
sind. Eine Vorhersage einer Batteriekapazität nach einer Aufbewahrung und
einem zyklischen Betrieb erfordert umfangreiche Modelle, häufige Temperaturmessungen
und eine intelligente Batterie, die sich an ihre Vorgeschichte erinnert.
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Bekannte
Impedanzmessungen weisen auch Nachteile auf. Ein Einführen eines
zusätzlichen Chips
in die Batteriepackung für
AC-Impedanzmessungen fügt
der Batteriepackung Kosten und Größe hinzu. Da der Chip einen
internen Takt aufweisen muss, wird ein Takt-Kristall zu der Batteriepackung hinzugefügt. Für große tragbare
Anwendungen mag dies kein großes
Problem sein. Jedoch ist in kleinen Anwendungen, wo Größe und Kosten
Hauptaspekte sind, der getrennte Mess-Chip in der Batteriepackung
unzweckmäßig.
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Es
ist schwierig, dieses Verfahren zu verwenden, um den Ladungszustand
kontinuierlich zu überwachen.
Während
einer Bereitschaft sollten die meisten Funktionen in einem Niedrigenergiemodus sein,
und es ist nicht erreichbar, Messungen der Batterieimpedanz kontinuierlich
durchzuführen.
Jede Messung und Berechnung verbraucht Energie.
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Eine
Analyse der Antwort auf einen angelegten Strom- oder Spannungssprung
ist in einem Mobiltelefon schwer durchzuführen. Wie obenstehend in Verbindung
mit einer AC-Impedanzmessung
diskutiert, liegt die wichtige Information in dem Frequenzbereich
von 1 Hz bis 10 kHz. Dies bedeutet, dass die Dauer eines angelegten
Spannungs-/Stromsprungs in dem Bereich von Sekunden sein müsste. Dies
ist in einem Mobiltelefon schwer zu erreichen. Eine kürzere Dauer
ist nicht nützlich.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung verwendet eine vereinfachte AC-Impedanzmessung als eine
Grundlage für
Abschätzungen
der verbleibenden Batterieenergie.
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Die
Erfindung verwendet eine Kosten-reduzierte AC-Impedanzmessung. Messungen werden von
der Batteriepackung in das Telefon hin verlagert. Taktfrequenzen
sind aus Taktkristallen in dem Telefon bereits verfügbar. Folglich wird
das Telefon Frequenzen verwenden, die von den Taktkristallen, die bereits
in dem Telefon existieren, wie etwa dem 32 kHz-Taktkristall oder
dem 13 MHz-Taktkristall abgeleitet sind. Die Frequenzen, die von
den existierenden Taktkristallen abgeleitet sind, sind möglicherweise
nicht die Frequenzen, die die genauesten Impedanzmessungen ergeben.
Jedoch können
durch ein Verwenden der Komponenten, die bereits in einem Telefon
existieren, Kosteneinsparungen erreicht werden.
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VORTEILE DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung stellt eine einfache Art bereit, den Batterie-Ladungszustand in
tragbaren Vorrichtungen, insbesondere in kleinen tragbaren Vorrichtungen
wie etwa Mobiltelefonen zu bestimmen. Die Erfindung macht von einem
Taktfrequenzgenerator, der in der Vorrichtung existiert, Gebrauch.
Sie kann entweder getrennt oder zusammen mit einem anderen Verfahren
zum Abschätzen
des Ladungszustands der Batterie, z. B. Berechnungen einer verbrauchten
Kapazität
verwendet werden. Dies weist einen bestimmten Vorteil auf, insbesondere,
wenn die Genauigkeiten der einzelnen Verfahren nicht zufriedenstellend
sind. Durch ein Kombinieren von zwei Verfahren niedriger Kosten
kann die Gesamtgenauigkeit des Systems beträchtlich angehoben werden.
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Kosten
sind im Vergleich zu einem eigens vorgesehenen Chip in der Batteriepackung
niedriger.
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Die
Lösung
ist kompakter als ein eigens vorgesehener Chip in der Batteriepackung.
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Die
Lösung
führt nicht
irgendeine Impedanz in den Strompfad zu dem Energieverstärker ein.
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Die
Erfindung kann den Software-basierten Abschätzungen helfen, eine Selbstentladung
und ein Altern der Batterie hand zu haben.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Zeichnung
eines Mobiltelefons unter Verwendung der Erfindung;
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2 einen AC-Impedanzplot
für eine
vollständig
geladene Batterie;
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3 einen AC-Impedanzplot
für die
Batterie in 1 mit Kurven,
die für
mehrere Niveaus eines Ladungszustands gezeichnet sind; und
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4 ein Äquivalenzschaltungsmodell der Batterie.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
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1 zeigt ein Mobiltelefon
mit einer Batterie zum Zuführen
einer elektrischen Energie zu den elektrischen Schaltungen in dem
Telefon. Die Batterie kann aus dem Mobiltelefon entfernbar sein.
Das Mobiltelefon weist einen Telefonschaltkreis und einen Taktfrequenzgenerator
auf, der eine oder mehrere stabile Taktfrequenzen zur Verwendung
durch den Telefonschaltkreis erzeugt. Der Telefonschaltkreis und
der Taktfrequenzgenerator sind von jedweden bekannten Typen, die
für den
bekannten Betrieb des Telefons verwendet werden. Zur Vereinfachung
ist der Taktfrequenzgenerator als eine separate Komponente gezeigt,
aber er kann auch ein integriertes Teil des Telefonschaltkreises
sein.
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Eine
Messschaltung in dem Telefon legt einen AC-Strom an die Batterie
bei vorzugsweise drei oder vier Frequenzen an, die von der Taktfrequenz abgeleitet
sind. Die resultierende Spannung wird gemessen und durch die Messschaltung
innerhalb des Telefons analysiert. Diese Schritte werden vorzugsweise
entlang einer Route durchgeführt,
der von der normalen Route für
einen Strom für
die Batterie getrennt ist. Komponenten der Messschaltung sollten nicht
irgendeine zusätzliche
Impedanz in den Pfad von der Batterie zu dem Energieverstärker einführen.
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Durch
ein Durchführen
der Messung bei unterschiedlichen Frequenzen kann ein Plot der komplexen
Impedanz ausgeführt
werden. Dies ist in 2 ausgeführt worden,
wo die beiden Komponenten der AC-Impedanz für eine vollständig geladene Batterie
gezeichnet worden sind. Die Abszisse stellt den Realteil der AC-Impedanz
dar, und die Ordinate stellt den Imaginärteil dar. Bei niedrigen Frequenzen sind
sowohl der Realteil als auch der Imaginärteil der AC-Impedanzen hoch,
und bei hohen Frequenzen sind sowohl der Realteil als auch der Imaginärteil der AC-Impedanzen
niedrig.
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Von
den höchsten
Frequenzen zeigt die Impedanzkurve einen im wesentlichen vertikalen
Anstieg auf, wobei der Realteil der AC-Impedanz fast konstant ist.
Bei niedrigeren Frequenzen biegt die Kurve ab und weist einen mehr
horizontalen Zwischenabschnitt auf, und bei den niedrigsten Frequenzen
steigt die AC-Impedanzkurve diagonal an. Der Zwischenabschnitt ist
von besonderem Interesse und kann grob beschrieben werden, dass
er zwei Halbkreise oder im wesentlichen kreisförmige Bögen C1 und C2 umfasst. Die
Bedeutung davon wird im folgenden offensichtlicher werden.
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Die
Form der komplexen AC-Impedanzkurve ändert sich mit dem Ladungszustand
der Batterie. Der Einfluss des Ladungszustands ist in 3 veranschaulicht, wo AC-Impedanzkurven
für fünf unterschiedliche
Ladungszustände
gezeichnet worden sind, die von einer vollständig geladenen Batterie zu einer
vollständig
entladenen Batterie reichen. Es wird klar zu ersehen sein, dass,
wenn sich die Batterie entlädt,
der Radius des zweiten Halbkreises C2 zunimmt. Diese Änderung
ist charakteristisch für
mehrere allgemein verwendete wiederaufladbare Batterien und bildet
die Grundlage für
das Verfahren eines Vorhersagens des Ladungszustands unter Verwendung
von Impedanzmessungen.
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Um
die Beschreibung unterschiedlicher Eigenschaften zu vereinfachen,
kann das Äquivalenzschaltungsmodell,
das in 4 gezeigt ist,
verwendet werden; um die Batterie schematisch zu beschreiben. In 2 sind simulierte Daten
von diesem Äquivalenzschaltungsmodell
in 4 zusammen mit tatsächlich gemessenen
Werten gedruckt. Die Übereinstimmung
ist ziemlich genau, und der Fehler beträgt weniger als 3% für jedwede
Komponente des Schaltungsmodells in 4,
was die gute Genauigkeit des Schaltungsmodells anzeigt.
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Übersetzt
in das Äquivalenzschaltungsmodell
stellt die Zunahme des Radius des zweiten Halbkreises C2 eine Zunahme
in dem Ladungsübertragungswiderstand
Rct der Batterie dar. Die anderen Komponenten in dem Äquivalenzschaltungsmodell bleiben
im wesentlichen unverändert.
Ein Abschätzen
des Ladungsübertragungswiderstands
Rct der Batterie ist somit äquivalent
zu einem Abschätzen des
Radius des zweiten Halbkreises C2, und durch ein Abschätzen des
Radius des zweiten Halbkreises C2 kann der Ladungszustand abgeschätzt werden. Für beste
Ergebnisse erfordert dies jedoch, dass der Radius für eine vollständige geladene
Batterie bekannt ist. Der Radius von C2 für eine vollständig geladene
Batterie kann der Messvorrichtung von einer intelligenten Batterie
entweder kommuniziert werden, oder die Messvorrichtung selbst kann
eine Messung des Radius des zweiten Halbkreises C2 durchführen, wenn
die Batterie vollständig
geladen ist.
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Eine
vollständige
Messung, die sämtliche Datenpunkte
in 3 ergibt, benötigt eine
relativ lange Zeit und ist in einer praktischen Anwendung weder machbar
noch notwendig. Das Verfahren der Erfindung verwendet ausgewählte Frequenzen,
die von dem Taktfrequenzgenerator des Telefons abgeleitet werden
und die nützlich
zum Charakterisieren der Änderung
des Radius des zweiten Halbkreises C2 sind. Datenpunkte in dem zweiten
Halbkreis C2 stellen Frequenzen nur in einem verringerten Frequenzbereich,
z. B. von ungefähr
1 Hz bis 10 kHz dar, und nur die Daten, die den zweiten Halbkreis
C2 betreffen, müssen
gemessen werden, da sie wesentlich von dem Ladungsübertragungswiderstand
Rct der Batterie abhängen
und diesen widerspiegeln. In Abhängigkeit
von der Frequenz werden zur Durchführung einer einzelnen Messung
typischer Weise nur Millisekunden oder Sekunden benötigt. Durch
ein Auswählen
einer begrenzten Anzahl von Frequenzen, z. B. drei oder vier, kann
der Ladungszustand mit einer Genauigkeit von weniger als 5% bestimmt werden.
Die gesamte Messung kann somit in nur wenigen Sekunden beendet werden.
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In
den Verfahren nach dem Stand der Technik werden Messungen unter
Verwendung eines speziell ausgelegten Chips, der in der Batteriepackung, einer
sogenannten intelligenten Batterie eingeschlossen ist, durchgeführt. Dieses
Verfahren erfordert einen getrennten Takt, der die notwendigen Frequenzen
für die
Messungen zuführt.
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Die
beste Genauigkeit wird erhalten, wenn die tatsächliche vollständige Kapazität der Batterie bekannt
ist, und Impedanzmessungen mit Impedanzwerten einer vollständig geladenen
Batterie verglichen werden oder gegenüber diesen normalisiert werden.
Impedanzmessungen können
bezüglich
der vollständig
geladenen Batterie unmittelbar nach einem Abschluss eines Ladezyklus
oder zu vorbestimmten Intervallen durchgeführt werden. Üblicherweise
steuert das Telefon das Laden der Batterie, und wenn die Batterie
vollständig
geladen ist, kann das Telefon eine Messung der AC-Impedanz der vollständig geladenen
Batterie initiieren und die somit gemessenen Werte speichern. Darauffolgende
Daten werden gegenüber
den gespeicherten Daten für die
vollständig
geladene Batterie normalisiert. Wirkungen eines möglichen
Alterns der Batterie werden dadurch eliminiert, da die AC-Impedanz der vollständig geladenen
Batterie an dem Ende jedes Ladens oder zu vorbestimmten Intervallen
gemessen wird.
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Die
Batterieimpedanz hängt
von der Temperatur ab, und eine Temperaturinformation wird deswegen
verwendet, um genauere Abschätzungen
des Ladungszustands der Batterie zu erhalten. Ein Temperatursensor
führt der
Messschaltung ein temperaturabhängiges
Signal zu, und wenn der Ladungszustand der Batterie abgeschätzt wird,
führt die
Messschaltung eine Korrektur bezüglich
der Temperaturabhängigkeit
der Impedanz durch. Dadurch wird eine Genauigkeit erhöht. Die
Frequenz von dem Taktkristall ist auch frequenzabhängig, und
viele Mobiltelefone schließen
deswegen einen Temperatursensor ein, der ein temperaturabhängiges Signal
vorgibt, das verwendet wird, um die Temperaturabhängigkeit
der Taktfrequenz zu kompensieren, um die Taktfrequenz zu stabilisieren
und die Temperaturabhängigkeit
der Taktfrequenz zu verringern oder zu beseitigen. Das temperaturabhängige Signal
von dem gleichen Temperatursensor wird auch verwendet, um die Abschätzung des
Ladungszustands der Batterie zu kompensieren.
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Durch
ein Verlagen sämtlicher
Funktionen von der Batteriepackung auf das Telefon können viele
diskrete Komponenten, die zuvor in der Batteriepackung eingeschlossen
waren, weggelassen werden, insbesondere der Taktfrequenzkristall
und sich darauf beziehende Komponenten. In dem Telefon ist es möglich, die
Impedanzmessfunktion als einen Teil z. B. eines Energieverwaltungschips
zu implementieren. Die exakte Lokalisierung der Funktion ist nicht wichtig,
sie kann in jedwedem der Chips in einem zukünftigen Telefon-Chipsatz sein.
Kosten der erforderlichen Änderungen
sollten verglichen mit einem Hinzufügen eines getrennten Chips
in die Batteriepackung begrenzt sein.
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Im
Prinzip können
DC-Impedanzmessungen die gleiche Information bereitstellen. Jedoch
ist dies nicht Teil der vorliegenden Erfindung.
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VERWENDUNG
DER INFORMATION VON IMPEDANZMESSUNGEN
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Es
existieren mehrere Kompromisse in Hardware, die die integrierte
Lösung
verwenden, verglichen mit eigens vorgesehenen Vorrichtungen, z.
B. in der Taktfrequenz, in der Messgenauigkeit, etc. Folglich könnte es
nicht möglich
sein, eine 5%-Genauigkeit zu erhalten. Eine wirkliche Genauigkeit
muss in einem späteren
Stadium abgeschätzt
werden. Wenn die Genauigkeit nicht gut genug ist, weisen als die einzige
Quelle einer Information Impedanzmessungen viele Vorzüge als eine
Ergänzung
zu Software-/Hardware-Kapazitätsabschätzungen
auf. Ein machbares Verfahren ist es, ein Software-basiertes Betriebsmittel-Messen,
d. h. ein Abschätzen
verbleibender Kapazität
zu verwenden, und diese Abschätzungen
mit dem Impedanzverfahren in regelmäßigen Intervallen zu unterstützen. Nach
z. B. jeweils 10% Verlust an Kapazität wird eine Impedanzmessung durchgeführt. Daten
von dieser Messung werden verwendet, um die zuvor erhaltene Information
zu korrigieren oder zu aktualisieren.
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Eine
weitere mögliche
Lösung
ist es, eine Impedanzmessung an dem Ende einer Entladung zu verwenden.
Eine genaue Betriebsmittel-Messinformation ist insbesondere in diesem
Stadium wichtig. Wenn Fehler von ±40 h bei Bereitschaft vorhanden sind,
kann eine Impedanzmessung durchgeführt werden, wenn Software-basierte
Abschätzungen
anzeigen, dass 60 h übrig
sind. Dies würde
in klarer Weise einen Indikator für eine schwache Batterie und
Abschätzungen
der verbleibenden Kapazität
erleichtern. Im Gegensatz zu Abschätzungen einer verbrauchten
Kapazität
sind Fehler bei Impedanzmessungen an dem Ende einer Entladung nicht
größer.
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Ein
umfangreicher zyklischer Betrieb und eine Aufbewahrung bei hohen
Temperaturen verschlechtern das Betriebsverhalten und führen zu
Kapazitätsverlusten.
Dies muss bei einem Software-basierten Betriebsmittel-Messen berücksichtigt
werden. Wenn die Kapazität
einer vollständig
geladenen Batterie nicht bekannt ist, ist es unmöglich, die verbleibende Kapazität abzuschätzen, ungeachtet
dessen, wie genau eine verbrauchte Kapazität berechnet wird.
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Die
gleichen Mechanismen, die zu Kapazitätsverlusten führen, erhöhten die
Impedanz der Batterie. Diese Information kann verwendet werden,
um manche der Schwierigkeiten von zyklisch betriebenen Batterien
zu lösen.
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Wenn
die Batterie nicht von dem Telefon entfernt wird, kann die Zunahme
in der Impedanz über der
Zeit verwendet werden, um den Kapazitätsverlust in der Batterie aufgrund
eines zyklischen Betriebs und einer Aufbewahrung bei hoher Temperatur
abzuschätzen.
Dies würde
das Erfordernis nach umfangreichen Modellen, um die Verschlechterung
in Abhängigkeit
von der Temperatur und dem Ladungszustand abzuschätzen, beseitigen.
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Wenn
die Batterie entfernt wird und eine andere Batterie angeschlossen
wird, kann das Telefon annehmen, dass die Kapazität identisch
ist, wenn die Impedanz ähnlich
ist. Wenn eine neue Batterie mit einer anderen Kapazitätsbemessung
angeschlossen wird, kann die Impedanzmessung verwendet werden, die
wahre Kapazität
zu re-kalibrieren. Wenn die Fehlanpassung zwischen dem aus der Impedanzmessung
abgeschätzten
Ladungszustand und Softwareabschätzungen
zu groß ist,
wird das Telefon annehmen, dass die ursprünglich abgeschätzte Kapazität fehlerhaft
ist und nur relative Kapazitätswerte
(in einem Prozentsatz) anzeigen.
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Ein
Nachteil der Telefon-integrierten Lösung besteht darin, dass der
Chip und die Batterie möglicherweise
nicht perfekt angepasst sind. Wenn die Funktion in einer Batteriepackung
implementiert wird, kann sie Daten hinsichtlich des Verhaltens dieser spezifischen
Batterie speichern. Dies würde
die Genauigkeit der Messungen erhöhen. In einem Telefon ist es
möglich,
eine Batterieinformation von der Batteriepackung zu dem Telefon
zu senden. Dies erfordert eine intelligente Batterie, die die Kosten
der Packung erhöht.
Die Erfindung kann sowohl mit als auch ohne intelligente Batteriepackungen
verwendet werden.