WO2010136310A1 - Schaltungsanordnung und verfahren zur temperaturmessung - Google Patents

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WO2010136310A1
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Thomas Jessenig
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Austriamicrosystems Ag
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Definitions

  • the present invention relates to a circuit arrangement and a method for temperature measurement.
  • a common requirement of battery chargers is a temperature control and thus the temperature measurement during a charging process. Thus, too high or too low temperatures can be avoided, which is essential for non-destructive recharging for a variety of battery types, such as lithium-ion batteries.
  • thermistors in particular NTC resistors, ie thermistors with a negative temperature coefficient, are used and allow the temperature to be measured as a function of a variable resistance. These switching elements are often already installed in batteries.
  • a disadvantage of the use of thermistors located in the occurrence th large resistance differences within the critical processes for battery charging temperature limits for the lithium ion battery is approximately between 0 0 C and 50 0 C. Within such an interval, the resistances of a thermistor may be several tens of k ⁇ apart. Simple constant current circuits or resistance voltage dividers are therefore usually unsuitable for accurate temperature measurement.
  • One solution to this problem is to use several voltage comparators, for example, switched as window comforters. Parators with two voltage levels corresponding to the temperature interval of the measurement.
  • a disadvantage of such a realization consists in offset errors in the voltages applied to the comparators and depending on the charging current of the battery, as well as possibly already connected consumers. This complicates the subsequent accurate temperature measurement.
  • the object of the present invention is to provide a circuit arrangement and a method for temperature measurement, which reduces the influence of offset errors.
  • a temperature measuring circuit comprises an input for connecting a temperature-sensitive element which is connected to a first input of a comparator.
  • a second input of the comparator is connected to a reference voltage.
  • An output of the comparator is coupled to a sequential logic that includes an output for measuring temperature.
  • Another output of the sequential logic is connected to a digitally controllable switching element for providing a beat signal, which in turn is coupled to the first input of the comparator.
  • the comparator is supplied by the connected temperature-sensitive element, a temperature-dependent measurement signal so that at the first input of the comparator, a temperature-dependent measurement voltage and at the second input of the comparator rators the reference voltage is applied.
  • a signal dependent on the comparison of the temperature-dependent measuring voltage and the reference voltage is thus provided and fed to the sequential logic.
  • the sequential logic iteratively provides a first output at a first output of the sequential logic and a second output at a second output.
  • the first output signal is supplied to the digitally controllable element for providing a heterodyne signal and superposed with the temperature-dependent measurement signal.
  • the temperature-dependent measurement voltage thus formed couples to the first input of the comparator and is again compared with the reference voltage. The iterative repetition of comparisons and overlays ends when an end condition is reached.
  • the use of only one comparator for temperature determination, in particular the temperature of a battery, is made possible by means of the sequential logic and the iterative superposition and comparison.
  • the circuit arrangement requires only one input for temperature measurement.
  • the digitally controllable switching element for providing an overlay signal comprises a digitally controllable current source.
  • a controllable reference voltage is applied to the second input of the comparator.
  • the digitally controllable current source superimposes a current with the temperature-dependent measuring signal, in particular also a current, so that the temperature-dependent measuring voltage is present at the first input of the comparator and compared with the reference voltage applied to the second input of the comparator.
  • the comparison can be changed by the controllable reference voltage, in particular during operation of the circuit arrangement, and thus a comparison temperature can be selected as a function of the reference voltage.
  • an analog-to-digital converter comprises the sequential logic, as well as the comparator.
  • the digitally controllable switching element for providing an overlay signal additionally comprises a digital-to-analog converter.
  • the analog-to-digital converter uses the comparator and the sequential logic to convert the comparison-dependent analog signal at the output of the comparator into a digital signal.
  • the digital-to-analog translator With each iteration step, the digital-to-analog translator translates the digital first output signal of the sequential logic into an analog signal, which is coupled as a superimposition signal to the first input of the comparator and from which a temperature can be derived, in particular after suitable calibration.
  • a successive approximation converter comprises the sequential logic and the comparator, the sequential logic comprising a shift register for successive approximation.
  • the signal dependent on the comparison is translated into a digital signal in an approximate manner by means of the comparator and the shift register for successive approximation.
  • the overlay signal changes with each iteration step in such a way that the temperature-dependent measuring voltage at the first input of the comparator and the reference voltage at the second input of the comparator are as equal as possible.
  • the temperature-sensitive element is a thermistor
  • its resistance can be formed to a good approximation from the ratio of reference voltage and the temperature-dependent measurement signal, in particular a current.
  • the resulting resistance value can be translated into a temperature.
  • the digitally controllable switching element for providing a heterodyne signal comprises a first current source which can be present at the first input of the comparator via a first digitally controllable switch, and a second current source which is connected to the first input via a second digitally controllable switch can rest against the comparator.
  • the sequential logic comprises a first flip-flop having a first data input, and a second flip-flop having a second data input, which are each connected to the output of the comparator.
  • the second output of the sequential logic comprises a first output of the first flip-flop and a second output of the second flip-flop.
  • the sequential logic includes a clock connected to a first clock input of the first flip-flop and a second clock input of the second flip-flop.
  • the clock generates a first clock and a second clock in a periodic sequence.
  • a first clock phase closes with the first clock of the clock
  • the first digitally controllable switch and the second digitally controllable switch is open, so that only the first current source is electrically connected to the first input of the comparator.
  • a subsequent second clock phase closes with the second clock of the clock, the second digitally controllable switch and the first digitally controllable switch is open, so that and only the second current source is electrically connected to the first input of the comparator.
  • the comparison-dependent signal is transferred to the first data input of the first flip-flop and the second data input of the second flip-flop and provided at the first output of the first flip-flop, and the second output of the second flip-flop, the second output signal of the sequential logic ,
  • a temperature interval with an upper and lower temperature barrier can be defined with the first current source and the second current source.
  • the clock comparison at the comparator with two different temperature-dependent measurement voltages, corresponding to the two different temperature barriers.
  • the clock generator comprises a pulse generator and an inverter.
  • the first clock input of the first flip-flop or the second clock input of the second flip-flop are set, wherein the inverter always set a clock input and the other clock input is reset.
  • the first clock of the clock and the second clock of the clock are combined into one clock.
  • the clock generator comprises a signal generator.
  • the signal generator generates the first clock and the second clock so that both clocks do not overlap.
  • a temperature measurement arrangement comprises a temperature measurement circuit and a battery having a temperature sensitive element.
  • the battery has, in particular during a charging cycle, a temperature and leads via the temperature-sensitive element, preferably a thermistor, the temperature measuring circuit to a temperature-dependent measurement signal.
  • the temperature is measured by the temperature measurement circuitry.
  • the method for temperature measurement comprises supplying a temperature-dependent signal, a comparison of a temperature-dependent measurement span tion with a reference voltage, a superposition of the temperature-dependent signal with a comparison-dependent signal, as well as providing a temperature-dependent measurement voltage and providing the comparison-dependent signal.
  • the supply of a temperature-dependent signal leads to a temperature-dependent measurement voltage, which is compared with a reference voltage.
  • the temperature-dependent measuring voltage may be above or below the reference voltage.
  • a comparison-dependent signal is generated and iteratively superimposed over the temperature-dependent signal until an end condition is reached and the comparison-dependent signal is made available.
  • the temperature, in particular of a battery is measured up to an end condition.
  • the end condition may be defined by covering a desired temperature interval or by achieving a desired measurement accuracy.
  • the method for temperature measurement comprises an adjustable reference voltage.
  • the reference voltage can be set and in this way also a reference temperature can be selected.
  • the method for temperature measurement comprises a first comparison signal and one dependent thereon first measuring voltage, as well as a second comparison signal and a second measuring voltage dependent thereon.
  • the first comparison signal corresponds to a first temperature barrier and the second comparison signal corresponds to a second temperature barrier.
  • the first measurement voltage is compared with the reference voltage to determine whether it is above or below the reference voltage. In particular, it is determined whether the temperature, preferably a battery, above or below the first
  • Temperature barrier is located.
  • the second comparison signal is compared with the reference voltage and thus determined whether it is above or below the reference voltage. In particular, it is determined whether the temperature, preferably of a battery, is above or below the second temperature barrier.
  • the method for temperature measurement comprises an approximation of the signal dependent on the comparison.
  • the comparison-dependent signal is approximated with each iteration step and superimposed on the temperature-dependent signal so that the temperature-dependent measurement voltage approaches the reference voltage until the difference between the two signals approaches approximately zero.
  • the temperature in particular of a battery, can be iteratively approximated and determined as a function of the reference voltage and of the superimposition signal.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a circuit arrangement for measuring the temperature according to the proposed principle
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a circuit arrangement for temperature measurement with converter for successive approximation according to the proposed principle
  • Figure 3 shows an exemplary embodiment of a circuit arrangement for temperature measurement with pulse generator according to the proposed principle
  • Figure 4 shows an exemplary embodiment of an arrangement for temperature measurement according to the proposed principle.
  • Figure 1 shows an exemplary embodiment of a circuit arrangement for temperature measurement according to the proposed principle, wherein the circuit arrangement for temperature measurement an input for connecting a temperature-sensitive Element T, which is connected to a first input of a comparator C.
  • a second input of the comparator C is connected to a reference voltage Vref.
  • An output of the comparator C is coupled to a sequential logic SL comprising a first output A1 and a second output A2.
  • the output A1 of the sequential logic SL is connected to a digitally controllable switching element DS for providing a heterodyne signal, which in turn is coupled to the first input of the comparator C.
  • a temperature-dependent measuring voltage Vmes is present at the first input of the comparator C.
  • a reference voltage Vref is provided at the second input of the comparator C.
  • a comparison-dependent signal is applied to the output of the comparator C, which signal is fed to the sequential logic SL.
  • the sequential logic SL subsequently provides a first output signal at the output A2 of the sequential logic SL and a second output signal at the output A1 of the sequential logic SL.
  • the second output signal is supplied to the digitally controllable current source DC and fed back to the first input of the comparator C.
  • the use of only one comparator C for temperature determination is made possible by means of the sequential logic SL and the iterative overlaying and comparison.
  • Figure 2 shows an exemplary embodiment of a circuit arrangement for temperature measurement according to the proposed Principle, wherein the digitally controllable switching element DS for providing a heterodyne signal comprises a digitally controllable current source DC and a digital-to-analogue translator DAC.
  • the sequential logic SL also comprises a shift register for successive approximation SAR.
  • the comparison-dependent signal is approximated to a digital signal by the successive approximation SAR shift register and supplied to the digital-to-analogue translator DAC.
  • the dependent signal comparison is superimposed as a current dependent on the temperature signal so that the first input of the comparator C, the temperature-dependent measurement voltage Vmes is applied.
  • a renewed comparison and subsequent superimposition is repeated iteratively until the temperature-dependent measuring voltage Vmes is equal to the reference voltage Vref.
  • the temperature can be determined as a function of the reference voltage Vref by repeating comparisons and superimposing iteratively from the temperature-dependent measured voltage Vmes.
  • Figure 3 shows an exemplary embodiment of a circuit arrangement for temperature measurement according to the proposed principle, wherein the digitally controllable switching element DS for providing an overlay signal, a first current source DCL, which may be applied to the first input of the comparator C via a first digitally controllable switch SWl, and a second Current source DC2, which may be applied via a second digitally controllable switch SW2 at the first input of the comparator C.
  • the sequential logic SL comprises a first flip-flop FF1 having a first data input D1, and a second flip-flop FF2 having a second data input D1 input D2, which are respectively connected to the output of the comparator C.
  • the sequential logic SL comprises a pulse generator Imp, which is connected to a first clock input Tl of the first flip-flop FFl and a second clock input T2 of the second flip-flop FF2.
  • the second output A2 of the sequential logic SL comprises a first output Q1 of the first flip-flop FF1 and a second output Q2 of the second flip-flop FF2.
  • a pulse of the pulse generator Imp sets the first clock input Tl of the first flip-flop FFl and closes the first digitally controllable switch SWl and only the first current source DCl is connected to the first input of the comparator C.
  • the second clock input T2 of the second flip-flop FF2 reset.
  • the first clock input Tl of the first flip-flop FFl is reset and the first digitally controllable switch SWl opens.
  • the second clock input T2 of the second flip-flop FF2 is set by means of the inverter Inv and the second digitally controllable switch SW2 closes such that only the second current source DC2 is connected to the first input of the comparator C.
  • each pulse of the pulse generator Imp the comparison dependent signal to the first data input Dl of the first flip-flop FFl and the second data input D2 of the second flip-flop FF2 and the first output Ql of the first flip-flop FFl, and the second output Q2 of the second flip-flop FF2 provided.
  • a temperature interval with an upper and lower temperature barrier can be defined with the first current source DC1 and the second current source DC2.
  • the comparator C is used with the aid of the pulse generator Imp with two different temperature-dependent measuring voltages, corresponding to the two different temperature barriers.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a temperature measurement arrangement according to the proposed principle, which comprises a battery B with a temperature-sensitive element NTC.
  • the circuit arrangement for temperature measurement also comprises a signal generator SG, which is connected to the first clock input Tl of the first flip-flop FFl and the second clock input T2 of the second flip-flop FF2, and the first digitally controllable switch SWl and the second digitally controllable switch SW2.
  • the temperature of the battery B is applied via the temperature-sensitive element NTC as a temperature-dependent measurement signal at the input for connecting a temperature-sensitive element T of the circuit arrangement for temperature measurement.
  • the temperature is measured by the temperature measurement circuit.
  • the signal generator SG generates in a periodic sequence a first clock and a second clock, which do not overlap.
  • a temperature interval with an upper and lower temperature barrier can be defined with the first current source DC1 and the second current source DC2.
  • SW2 first digitally controllable switch T input for connecting a temperature-sensitive element

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Abstract

Eine Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung umfasst einen Eingang zum Anschließen eines temperatursensitiven Elementes (T), der mit einem ersten Eingang eines Komparators (C) verbunden ist. Eine Referenzspannung (Vref), die mit einem zweiten Eingang des Komparators (C) verbunden ist. Des Weiteren eine sequentielle Logik (SL), die an einen Ausgang des Komparators (C) gekoppelt ist und einen ersten Ausgang (A1) und zweiten Ausgang (A2) umfasst. Ein digital steuerbares Schaltelement (DS) zum Bereitstellen eines Überlagerungssignals, das mit dem Ausgang (A1) der sequentiellen Logik und dem ersten Eingang des Komparators (C) verbunden ist.

Description

Beschreibung
Schaltungsanordnung und Verfahren zur Temperaturmessung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Temperaturmessung.
Ein häufiges Erfordernis an Batterieladegeräte besteht in einer Temperaturkontrolle und damit der Temperaturmessung wäh- rend eines Ladevorgangs. So lassen sich zu hohe oder zu niedrige Temperaturen vermeiden, was für eine Vielzahl von Batterietypen, wie etwa der Lithiumionen-Akkumulatoren, eine wesentliche Voraussetzung für ein zerstörungsfreies Aufladen darstellt .
Verfahren zur genauen Temperaturmessung basieren häufig auf dem Einsatz von Halbleiter-Temperatursensoren. In der Regel kommen Thermistoren, insbesondere NTC-Widerstände, also Thermistoren mit negativem Temperaturkoeffizienten, zum Einsatz und erlauben es, die Temperatur als Funktion eines variablen Widerstandes zu messen. Diese Schaltelemente sind häufig schon in Batterien eingebaut.
Ein Nachteil der Verwendung von Thermistoren liegt im Auftre- ten großer Widerstandsdifferenzen innerhalb der für Batterieladeprozesse kritischen Temperaturgrenzen, die für Lithiumionen-Akkus etwa zwischen 0 0C und 50 0C liegen. Innerhalb eines solchen Intervalls können die Widerstände eines Thermistors einige 10 kΩ auseinander liegen. Einfache Konstant- Stromschaltungen oder Widerstandsspannungsteiler sind deswegen für eine genaue Temperaturmessung meist ungeeignet. Eine Lösung dieses Problems besteht darin, mehrere Spannungskompa- ratoren zu verwenden, zum Beispiel geschaltet als Fensterkom- paratoren mit zwei Spannungsniveaus, die dem Temperaturintervall der Messung entsprechen. Ein Nachteil einer solchen Realisierung besteht in Offsetfehlern in den Spannungen, die an den Komparatoren anliegen und abhängig vom Ladestrom der Bat- terie, sowie eventuell schon angeschlossener Verbraucher sind. Dies erschwert in der Folge eine genaue Temperaturmessung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsan- Ordnung und ein Verfahren zur Temperaturmessung bereitzustellen, das den Einfluss von Offsetfehlern reduziert.
Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 und dem Verfahren gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche .
In einer Ausführungsform umfasst eine Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung einen Eingang zum Anschließen eines tempe- ratursensitiven Elementes, der mit einem ersten Eingang eines Komparators verbunden ist. Ein zweiter Eingang des Kompara- tors ist mit einer Referenzspannung verbunden. Ein Ausgang des Komparators ist an eine sequentielle Logik gekoppelt, die einen Ausgang zur Temperaturmessung umfasst. Ein weiterer Ausgang der sequentiellen Logik ist mit einem digital steuerbaren Schaltelement zum Bereitstellen eines Überlagerungssignals verbunden, das wiederum an den ersten Eingang des Komparators gekoppelt ist.
Dem Komparator wird durch das angeschlossene temperatursensitive Element ein von der Temperatur abhängiges Messsignal so zugeführt, dass am ersten Eingang des Komparators eine temperaturabhängige Messspannung und am zweiten Eingang des Kompa- rators die Referenzspannung anliegt. Am Ausgang des Kompara- tors wird so ein vom Vergleich der temperaturabhängigen Messspannung und der Referenzspannung abhängiges Signal bereitgestellt und der sequentiellen Logik zugeführt. In Abhängigkeit von diesem Vergleich stellt die sequentielle Logik in iterativer Weise ein erstes Ausgangssignal an einem ersten Ausgang der sequentiellen Logik und ein zweites Ausgangssignal an einem zweiten Ausgang bereit. In jedem Iterationsschritt wird das erste Ausgangssignal dem digital steuerbaren Element zum Bereitstellen eines Überlagerungssignals zugeführt und mit dem von der Temperatur abhängigen Messsignal überlagert. Die so gebildete temperaturabhängige Messspannung koppelt an den ersten Eingang des Komparators und wird erneut mit der Referenzspannung verglichen. Das iterative Wiederholen von Ver- gleichen und Überlagern endet, wenn eine Endbedingung erreicht ist.
Mit Vorteil werden mittels der sequentiellen Logik und des iterativen Überlagerns und Vergleichens die Verwendung nur eines Komparators zur Temperaturbestimmung, insbesondere der Temperatur einer Batterie, ermöglicht. Mit Vorteil ist es so möglich, hohe Spannungen am Komparator verwenden zu können und dadurch insbesondere den Einfluss von Offset-Spannungen auf die Temperaturmessung zu reduzieren. Erfindungsgemäß be- nötigt die Schaltungsanordnung nur einen Eingang zur Temperaturmessung.
In einer Weiterbildung der Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung umfasst das digital steuerbare Schaltelement zum Bereitstellen eines Überlagerungssignals eine digital steuerbare Stromquelle. Am zweiten Eingang des Komparators liegt zudem eine steuerbare Referenzspannung an. Die digital steuerbare Stromquelle überlagert einen Strom mit dem von der Temperatur abhängigen Messsignal, insbesondere ebenfalls ein Strom, so dass am ersten Eingang des Kompara- tors die temperaturabhängige Messspannung anliegt und mit der am zweiten Eingang des Komparators anliegenden und steuerbaren Referenzspannung verglichen wird.
Mit Vorteil kann durch die steuerbare Referenzspannung, insbesondere während des Betriebes der Schaltungsanordnung, der Vergleich verändert und somit eine Vergleichstemperatur als Funktion der Referenzspannung gewählt werden.
In einer Weiterbildung der Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung umfasst ein Analog-Digital-Umsetzer die sequen- tielle Logik, sowie den Komparator. Das digital steuerbare Schaltelement zum Bereitstellen eines Überlagerungssignals umfasst zudem einen Digital-Analog-Umsetzer.
Der Analog-Digital-Umsetzer konvertiert mittels des Kompara- tors und der sequentiellen Logik das vom Vergleich abhängige analoge Signal am Ausgang des Komparators in ein digitales Signal. Mit jedem Iterationsschritt übersetzt der Digital- Analog-Übersetzer das digitale erste Ausgangssignal der sequentiellen Logik in ein analoges Signal, das als ein Überla- gerungssignal an den ersten Eingang des Komparators gekoppelt wird und aus dem insbesondere nach geeigneter Kalibrierung eine Temperatur abgeleitet werden kann.
In einer Weiterbildung der Schaltungsanordnung zur Tempera- turmessung umfasst ein Konverter zur sukzessiven Approximation die sequentielle Logik und den Komparator, wobei die sequentielle Logik ein Schieberegister zur sukzessiven Approximation umfasst. Durch die Verwendung des Konverters zur sukzessiven Approximation wird das vom Vergleich abhängige Signal in approximativer Weise mittels des Komparators und des Schieberegisters zur sukzessiven Approximation in ein digitales Signal über- setzt. In der Folge ändert sich mit jedem Iterationsschritt das Überlagerungssignal so, dass die von der Temperatur abhängige Messspannung am ersten Eingang des Komparators und die Referenzspannung am zweiten Eingang des Komparators möglichst gleich sind. Insbesondere wenn das temperatursensitive Element ein Thermistor ist, kann dessen Widerstand in guter Näherung aus dem Verhältnis von Referenzspannung und dem von der Temperatur abhängigen Messsignal, insbesondere ein Strom, gebildet werden. Durch geeignete Kalibrierung kann der resultierende Widerstandswert in eine Temperatur übersetzt werden.
Alternativ können anstelle des Schiebregisters zur sukzessiven Approximation andere Verfahren zur Analog-Digital- Übersetzung, insbesondere ein Auf-/Ab-Zähler, eingesetzt werden .
In einer Weiterbildung der Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung umfasst das digital steuerbare Schaltelement zum Bereitstellen eines Überlagerungssignals eine erste Stromquelle, die über einen ersten digital steuerbaren Schalter am ersten Eingang des Komparators anliegen kann, sowie eine zweite Stromquelle, die über einen zweiten digital steuerbaren Schalter am ersten Eingang des Komparators anliegen kann. Die sequentielle Logik umfasst ein erstes Flipflop mit einem ersten Dateneingang, sowie ein zweites Flipflop mit einem zweiten Dateneingang, die jeweils mit dem Ausgang des Komparators verbunden sind. Der zweite Ausgang der sequentiellen Logik umfasst einen ersten Ausgang des ersten Flipflops und einen zweiten Ausgang des zweiten Flipflops. Des Weiteren um- fasst die sequentielle Logik einen Taktgeber, der mit einem ersten Takteingang des ersten Flipflops und einem zweiten Takteingang des zweiten Flipflops verbunden ist. Der Taktgeber generiert in periodischer Abfolge einen ersten Takt und einen zweiten Takt. In einer ersten Taktphase schließt mit dem ersten Takt des Taktgebers der erste digital steuerbare Schalter und der zweite digital steuerbare Schalter ist geöffnet, so dass nur die erste Stromquelle mit dem ersten Eingang des Komparators elektrisch verbunden ist. In einer fol- genden zweiten Taktphase schließt mit dem zweiten Takt des Taktgebers der zweite digital steuerbare Schalter und der erste digital steuerbare Schalter ist geöffnet, so dass und nur die zweite Stromquelle mit dem ersten Eingang des Komparators elektrisch verbunden ist. Mit jedem Takt des Taktge- bers wird das vom Vergleich abhängige Signal an den ersten Dateneingang des ersten Flipflops und den zweiten Dateneingang des zweiten Flipflops übergeben und am ersten Ausgang des ersten Flipflops, sowie dem zweiten Ausgang des zweiten Flipflops das zweite Ausgangssignal der sequentiellen Logik bereitgestellt.
Mit Vorteil kann mit der ersten Stromquelle und der zweiten Stromquelle ein Temperaturintervall mit einer oberen und unteren Temperaturschranke definiert werden. Mit Hilfe des Taktgebers erfolgt der Vergleich am Komparator mit zwei unterschiedlichen temperaturabhängigen Messspannungen, entsprechend der zwei verschiedenen Temperaturschranken. Insbesondere kann auf diese Weise, bevorzugt während eines Ladezyklus einer Batterie, gemessen werden, ob die Temperatur der Batte- rie innerhalb eines definierten Temperaturbereiches liegt. In einer Weiterbildung der Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung umfasst der Taktgeber einen Impulsgeber und einen Inverter .
Mit einem Puls des Impulsgebers werden der erste Takteingang des ersten Flipflops oder der zweite Takteingang des zweiten Flipflops gesetzt, wobei durch den Inverter stets ein Takteingang gesetzt und der andere Takteingang zurückgesetzt ist.
Mit Vorteil kann durch die Kombination von Impulsgeber und Inverter der erste Takt des Taktgebers und der zweite Takt des Taktgebers zu einem Takt zusammengefasst werden.
In einer Weiterbildung der Schaltungsanordnung zur Tempera- turmessung umfasst der Taktgeber einen Signalgenerator.
Der Signalgenerator generiert den ersten Takt und den zweiten Takt so, dass beide Takte nicht überlappen.
In einer Ausführungsform umfasst eine Anordnung zur Temperaturmessung eine Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung und eine Batterie mit einem temperatursensitiven Element.
Die Batterie hat, insbesondere während eines Ladezyklus, eine Temperatur und führt über das temperatursensitive Element, bevorzugt ein Thermistor, der Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung ein von der Temperatur abhängiges Messsignal zu. Die Temperatur wird durch die Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung gemessen.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Temperaturmessung ein Zuführen eines von der Temperatur abhängigen Signals, einen Vergleich einer temperaturabhängigen Messspan- nung mit einer Referenzspannung, ein Überlagern des von der Temperatur abhängigen Signals mit einem vom Vergleich abhängigen Signal, sowie ein Bereitstellen einer temperaturabhängigen Messspannung und ein Bereitstellen des vom Vergleich abhängigen Signals.
Das Zuführen eines von der Temperatur abhängigen Signals führt zu einer temperaturabhängigen Messspannung, die mit einer Referenzspannung verglichen wird. Dabei kann die tempera- turabhängige Messspannung über oder unter der Referenzspannung liegen. In der Folge wird so ein vom Vergleich abhängiges Signal generiert und iterativ solange dem temperaturabhängigen Signal überlagert, bis eine Endbedingung erreicht ist und das vom Vergleich abhängige Signal bereitgestellt wird.
Mit Vorteil wird mittels des iterativen Wiederholens von Vergleichen und Überlagern die Temperatur, insbesondere einer Batterie, bis zu einer Endbedingung gemessen. Insbesondere kann die Endbedingung durch Abdecken eines gewünschten Temperaturintervalls oder durch Erreichen einer gewünschten Messgenauigkeit definiert sein.
In einer Weiterbildung umfasst das Verfahren zur Temperatur- messung eine einstellbare Referenzspannung.
Mit Vorteil lässt sich, insbesondere während Ablauf des Verfahrens zur Temperaturmessung, die Referenzspannung einstellen und in dieser Weise ebenso eine Referenztemperatur wäh- len.
In einer Weiterbildung umfasst das Verfahren zur Temperaturmessung ein erstes Vergleichssignal und eine davon abhängige erste Messspannung, sowie ein zweites Vergleichssignal und eine davon abhängige zweite Messspannung.
Das erste Vergleichssignal entspricht einer ersten Tempera- turschranke und das zweite Vergleichssignal entspricht einer zweiten Temperaturschranke. In einer ersten Iteration wird die erste Messspannung mit der Referenzspannung verglichen und so festgestellt, ob sie über oder unter der Referenzspannung liegt. Insbesondere wird so festgestellt, ob die Tempe- ratur, bevorzugt einer Batterie, über oder unter der ersten
Temperaturschranke liegt. In einer zweiten Iteration wird das zweite Vergleichssignal mit der Referenzspannung verglichen und so festgestellt, ob sie über oder unter der Referenzspannung liegt. Insbesondere wird so festgestellt, ob die Tempe- ratur, bevorzugt einer Batterie, über oder unter der zweiten Temperaturschranke liegt.
Mit Vorteil ist es so möglich durch zwei Iterationen ein Temperaturintervall zu definieren und insbesondere bei einem La- devorgang einer Batterie zu bestimmen, ob die Temperatur innerhalb gewünschter Temperaturgrenzen verbleibt.
In einer Weiterbildung umfasst das Verfahren zur Temperaturmessung eine Approximation des vom Vergleich abhängigen Sig- nals.
Das vom Vergleich abhängige Signal wird mit jedem Iterationsschritt approximiert und so dem von der Temperatur abhängigen Signal überlagert, dass sich die temperaturabhängige Mess- Spannung der Referenzspannung nähert bis die Differenz beider Signale näherungsweise gegen Null geht. Mit Vorteil lässt sich die Temperatur, insbesondere einer Batterie, iterativ approximieren und als Funktion der Referenzspannung und des Überlagerungssignals bestimmen.
Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert. Insoweit sich Schaltungsteile oder Bauelemente in ihrer Funktion entsprechen, wird deren Beschreibung nicht in jeder der folgenden Figuren wiederholt.
Es zeigen:
Figur 1 eine beispielhafte Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung nach dem vor- geschlagenen Prinzip,
Figur 2 eine beispielhafte Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung mit Konverter zur sukzessiven Approximation nach dem vorgeschla- genen Prinzip,
Figur 3 eine beispielhafte Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung mit Impulsgeber nach dem vorgeschlagenen Prinzip, und
Figur 4 eine beispielhafte Ausführungsform einer Anordnung zur Temperaturmessung nach dem vorgeschlagenen Prinzip .
Figur 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung nach dem vorgeschlagenen Prinzip, wobei die Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung einen Eingang zum Anschließen eines temperatursensitiven Elementes T umfasst, der mit einem ersten Eingang eines Kom- parators C verbunden ist. Ein zweiter Eingang des Komparators C ist verbunden mit einer Referenzspannung Vref . Ein Ausgang des Komparators C ist an eine sequentielle Logik SL gekop- pelt, die einen ersten Ausgang Al und einen zweiten Ausgang A2 umfasst. Der Ausgang Al der sequentiellen Logik SL ist mit einem digital steuerbaren Schaltelement DS zum Bereitstellen eines Überlagerungssignals verbunden, das wiederum an den ersten Eingang des Komparators C gekoppelt ist.
Wird der Schaltungsanordnung mittels des temperatursensitiven Elementes T ein von der Temperatur abhängiges Messsignal zugeführt, so liegt am ersten Eingang des Komparators C eine temperaturabhängige Messspannung Vmes an. Am zweiten Eingang des Komparators C wird eine Referenzspannung Vref bereitgestellt. Durch Vergleichen der temperaturabhängigen Messspannung Vmes und der Referenzspannung Vref mittels des Komparators C liegt am Ausgang des Komparators C ein vom Vergleich abhängiges Signal an, das der sequentiellen Logik SL zuge- führt wird. Die sequentielle Logik SL stellt in der Folge ein erstes Ausgangssignal am Ausgang A2 der sequentiellen Logik SL und ein zweites Ausgangssignal am Ausgang Al der sequentiellen Logik SL bereit. In iterativer Weise wird das das zweite Ausgangssignal an die digital steuerbare Stromquelle DC zugeführt und an den ersten Eingang des Komparators C zurückgekoppelt .
Mit Vorteil wird mittels der sequentiellen Logik SL und des iterativen Überlagerns und Vergleichens die Verwendung nur eines Komparators C zur Temperaturbestimmung ermöglicht.
Figur 2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung nach dem vorgeschlagenen Prinzip, wobei das digital steuerbare Schaltelement DS zum Bereitstellen eines Überlagerungssignals eine digital steuerbare Stromquelle DC und einen Digital-Analog-Übersetzer DAC umfasst. Die sequentielle Logik SL umfasst zudem ein Schiebe- register zur sukzessiven Approximation SAR.
Das vom Vergleich abhängige Signal wird durch das Schieberegister zur sukzessiven Approximation SAR zu einem digitalen Signal approximiert und dem Digital-Analog-Übersetzer DAC zu- geführt. Das vom Vergleich abhängige Signal wird als Strom dem von der Temperatur abhängigen Signal so überlagert, dass am ersten Eingang des Komparators C die temperaturabhängige Messspannung Vmes anliegt. Ein erneutes Vergleichen und folgendes Überlagern wird iterativ wiederholt bis die tempera- turabhängige Messspannung Vmes gleich der Referenzspannung Vref ist.
Mit Vorteil lässt sich durch iteratives Wiederholen von Vergleichen und Überlagern aus der temperaturabhängigen Mess- Spannung Vmes die Temperatur als Funktion der Referenzspannung Vref bestimmen.
Figur 3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung nach dem vorgeschlagenen Prinzip, wobei das digital steuerbare Schaltelement DS zum Bereitstellen eines Überlagerungssignals eine erste Stromquelle DCl, die über einen ersten digital steuerbaren Schalter SWl am ersten Eingang des Komparators C anliegen kann, sowie eine zweite Stromquelle DC2, die über einen zweiten di- gital steuerbaren Schalter SW2 am ersten Eingang des Komparators C anliegen kann, umfasst. Die sequentielle Logik SL umfasst ein erstes Flipflop FFl mit einem ersten Dateneingang Dl, sowie ein zweites Flipflop FF2 mit einem zweiten Daten- eingang D2, die jeweils mit dem Ausgang des Komparators C verbunden sind. Des Weiteren umfasst die sequentielle Logik SL einen Impulsgeber Imp, der mit einem ersten Takteingang Tl des ersten Flipflops FFl und einem zweiten Takteingang T2 des zweiten Flipflops FF2 verbunden ist. Der zweite Ausgang A2 der sequentiellen Logik SL umfasst einen ersten Ausgang Ql des ersten Flipflops FFl und einen zweiten Ausgang Q2 des zweiten Flipflops FF2.
Ein Puls des Impulsgebers Imp setzt den ersten Takteingang Tl des ersten Flipflops FFl und schließt den ersten digital steuerbaren Schalter SWl und nur die erste Stromquelle DCl ist verbunden mit dem ersten Eingang des Komparators C. Gleichzeitig wird mittels des Inverters Inv der zweite Takt- eingang T2 des zweiten Flipflops FF2 zurückgesetzt. In einem weiteren Puls des Impulsgebers Imp wird der erste Takteingang Tl des ersten Flipflops FFl zurückgesetzt und der erste digital steuerbare Schalter SWl öffnet. Gleichzeitig wird mittels des Inverters Inv der zweite Takteingang T2 des zweiten Flip- flops FF2 gesetzt und der zweite digital steuerbare Schalter SW2 schließt so, dass nur die zweite Stromquelle DC2 mit dem ersten Eingang des Komparators C verbunden ist. In jedem Takt des Impulsgebers Imp wird das vom Vergleich abhängige Signal an den ersten Dateneingang Dl des ersten Flipflops FFl und den zweiten Dateneingang D2 des zweiten Flipflops FF2 übergeben und am ersten Ausgang Ql des ersten Flipflops FFl, sowie dem zweiten Ausgang Q2 des zweiten Flipflops FF2 bereitgestellt.
Mit Vorteil kann mit der ersten Stromquelle DCl und der zweiten Stromquelle DC2 ein Temperaturintervall mit einer oberen und unteren Temperaturschranke definiert werden. Mit Hilfe des Impulsgebers Imp erfolgt der Vergleich am Komparator C mit zwei unterschiedlichen von der Temperatur abhängigen Messspannungen, entsprechend der zwei verschiedenen Temperaturschranken .
Figur 4 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Anordnung zur Temperaturmessung nach dem vorgeschlagenen Prinzip, die eine Batterie B mit einem temperatursensitiven Element NTC umfasst. Die Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung umfasst zudem einen Signalgenerator SG, der an den ersten Takteingang Tl des ersten Flipflops FFl und den zweiten Takteingang T2 des zweiten Flipflops FF2, sowie den ersten digital steuerbaren Schalter SWl und dem zweiten digital steuerbaren Schalter SW2 angeschlossen ist.
Die Temperatur der Batterie B liegt über das temperatursensitive Element NTC als ein von der Temperatur abhängiges Messsignal am Eingang zum Anschließen eines temperatursensitiven Elementes T der Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung an. Die Temperatur wird durch die Schaltungsanordnung zur Tempe- raturmessung gemessen. Der Signalgenerator SG generiert dabei in periodischer Abfolge einen ersten Takt und einen zweiten Takt, die nicht überlappen.
Mit Vorteil kann mit der ersten Stromquelle DCl und der zwei- ten Stromquelle DC2 ein Temperaturintervall mit einer oberen und unteren Temperaturschranke definiert werden. Mit Hilfe des Signalgenerators SG erfolgt der Vergleich am Komparator C mit zwei unterschiedlichen temperaturabhängigen Messspannungen, entsprechend der zwei verschiedenen Temperaturschranken. Bezugszeichenliste
Al erster Ausgang
A2 zweiter Ausgang B Batterie
C Komparator
Cl erster Takteingang
C2 zweiter Takteingang
CLK Taktgeber Dl erster Dateneingang
D2 zweiter Dateneingang
DAC Digital-Analog-Konverter
DC digital steuerbare Stromquelle
DCl erste Stromquelle DC2 zweite Stromquelle
DS digital steuerbares Schaltelement
FFl erstes Flipflop
FF2 zweites Flipflop
GND Masse Imp Impulsgeber
Inv Inverter
NTC temperatursensitives Element
Ql erster Ausgang
Q2 zweiter Ausgang SAR Schieneregister zur sukzessiven Approximation
SG Signalgenerator
SL sequentielle Logik
SWl erster digital steuerbarer Schalter
SW2 erster digital steuerbarer Schalter T Eingang zum Anschließen eines temperatursensitiven Elementes
Vmes temperaturabhängige Messspannung
Vref Referenzspannung

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung umfassend
- einen Eingang zum Anschließen eines temperatursensiti- ven Elementes (T) ,
- einen Komparator (C) mit einem ersten Eingang, der mit dem Eingang zum Anschließen des temperatursensitiven Elementes (T) verbunden ist, sowie einem zweiten Eingang zum Zuführen einer Referenzspannung (Vref) und ei- nem Ausgang, der mit einer sequentiellen Logik (SL) verbunden ist,
- ein digital steuerbares Schaltelement (DS) zum Bereitstellen eines Überlagerungssignals, das mit einem ersten Ausgang (Al) der sequentiellen Logik (SL) verbunden und mit dem ersten Eingang des Komparators (C) gekoppelt ist, und
- einen zweiten Ausgang (A2) der sequentiellen Logik
(SL) .
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der das digital steuerbare Schaltelement (DS) zum Bereitstellen eines Überlagerungssignals eine digital steuerbare Stromquelle (DC) umfasst und/oder die Referenzspannung (Vref) steuerbar ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das digital steuerbare Schaltelement (DS) zum Bereitstellen eines Überlagerungssignals einen Digital-Analog-Umsetzer (DAC) umfasst.
4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, bei der ein Konverter zur sukzessiven Approximation die sequentielle Logik (SL) und den Komparator (C) umfasst, wobei die sequentielle Logik (SL) ein Schieberegister zur sukzessiven Approximation (SAR) umfasst, oder ein Auf-/AbKonverter die sequentielle Logik (SL) und den Komparator (C) umfasst, wobei die sequentielle Logik (SL) einen Auf- /Ab-Zähler umfasst.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der
- das digital steuerbare Schaltelement (DS) zum Bereitstellen eines Überlagerungssignals eine erste Strom- quelle (DCl) und einen ersten digital steuerbaren
Schalter (SWl) und eine zweite Stromquelle (DC2) und einen zweiten digital steuerbaren Schalter (SW2) umfasst,
- die sequentielle Logik (SL) ein erstes Flipflop (FFl) mit einem ersten Dateneingang (Dl) und ein zweites
Flipflop (FF2) mit einem zweiten Dateneingang (D2) umfasst, die jeweils mit dem Ausgang des Komparators (C) verbunden sind,
- die sequentielle Logik (SL) einen Taktgeber (CLK) , der an einen ersten Takteingang (Cl) des ersten Flipflops
(FFl) und an einen zweiten Takteingang (C2) des zweiten Flipflops (FF2) angeschlossen ist, umfasst,
- der Taktgeber (CLK) in periodischer Abfolge einen ersten Takt und einen zweiten Takt generiert, - der erste Takt den ersten digital steuerbaren Schalter (SWl) so schaltet, dass die erste digital steuerbare Stromquelle (DCl) mit dem ersten Eingang des Komparators (C) elektrisch gekoppelt ist, und der zweite Takt einen zweiten digital steuerbaren Schalter (SW2) so schaltet, dass die zweite digital steuerbare Stromquelle (DC2) mit dem ersten Eingang des Komparators (C) elektrisch gekoppelt ist, und — der zweite Ausgang (A2) der sequentiellen Logik (SL) einen ersten Ausgang (Q2) des ersten Flipflops (FFl) und einen zweiten Ausgang (Q2) des zweiten Flipflops
(FF2) umfasst.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, bei der
— der Taktgeber (CLK) einen Impulsgeber (Imp), sowie einen Inverter (Inv) mit einem Eingang (In) und einem Ausgang (Out) umfasst, und - der erste Takt am Eingang (In) des Impulsgebers (Imp) und der zweite Takt am Ausgang (Out) des Impulsgebers (Imp) anliegt.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, bei der - der Taktgeber (CLK) einen Signalgenerator (SG) umfasst, und
— der erste Takt und der zweite Takt sich nicht überlappen .
8. Anordnung zur Temperaturmessung umfassend eine Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die über den Eingang zum Anschließen eines temperatursensitiven Elementes (T) an eine Batterie (B) , die ein temperatursensitives Element (NTC) umfasst, angeschlossen ist.
9. Verfahren zur Temperaturmessung umfassend:
— Zuführen eines von der Temperatur abhängigen Signals,
— Vergleich einer temperaturabhängigen Messspannung
(Vmes) mit einer Referenzspannung (Vref) , — Überlagern des von der temperaturabhängigen Signals mit einem von dem Vergleich abhängigen Signal und Bereitstellen der temperaturabhängigen Messspannung (Vmes) , — Iteratives Wiederholen des Vergleichs und des Überla- gerns bis eine Endbedingung erreicht ist, und
— Bereitstellen des vom Vergleich abhängigen Signals.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Referenzspannung (Vref) einstellbar ist.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 9 oder 10, umfassend
- Zuführen eines ersten Vergleichssignals und eines zweiten Vergleichssignals, die einer ersten und einer zweiten Temperaturschranke entsprechen,
- Bereitstellen einer ersten Messspannung, die von dem ersten Vergleichssignal abhängt und einer zweiten Messspannung, die von dem zweiten Vergleichssignal ab- hängt, und
- Temperaturmessung in zwei Iterationen, wobei in einer ersten Iteration der Vergleich der ersten Messspannung mit der Referenzspannung (Vref) und in einer zweiten Iteration der Vergleich der zweiten Messspannung mit der Referenzspannung (Vref) erfolgt.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 9 oder 10, bei dem das von dem Vergleich abhängige Signal so iterativ verändert wird, dass nach Überlagern des von der Temperatur abhän- gigen Signals mit dem von dem Vergleich abhängigen Signal sich die temperaturabhängige Messspannung (Vmes) in approximativer Weise der Referenzspannung (Vref) nähert bis die Differenz beider Signale möglichst gegen Null geht.
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