CN111044120A - 具有剩余寿命确定装置的电池供电型物位测量设备 - Google Patents

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Abstract

具有剩余寿命确定装置的电池供电型物位测量设备提供能够用于从中计算电池剩余寿命的最小值的信息。这种电池剩余寿命的计算可以在测量设备或者云端完成。

Description

具有剩余寿命确定装置的电池供电型物位测量设备
技术领域
本发明涉及物位测量技术。特别地，本发明涉及电池供电型物位测量设备、用于确定测量设备的电池的剩余寿命的方法、程序元件以及计算机可读介质。
背景技术
物位测量设备大多由电缆供电。另外，测量数据通过电缆发送到控制中心。布线的工作量有时很大，并且会限制测量设备的使用范围。
发明内容
本发明的目的是扩大物位测量设备的使用范围。
该目的通过独立权利要求的特征实现。本发明的进一步改进在从属权利要求和下述说明的实施例中给出。
本发明的第一方面涉及一种包括电池和剩余寿命确定装置的电池供电型物位测量设备，物位测量设备包括例如处理器和一个或多个测量电路或测量装置。剩余寿命确定装置被构造为提供能够从中计算电池剩余寿命的最小值的信息。
例如，测量设备可以被构造为根据电池的寿命或工作时间以及对物位测量设备的测量过程的了解来确定电池剩余寿命的最小值。如果剩余寿命确定装置已经知晓物位测量设备每次测量所需的能量需求以及未来进行的测量之间的时间间隔，特别是在已经知晓电池当前充电状态的情况下，它可以计算出电池剩余寿命的最小值。
根据一个实施例，该最小值的确定还可以包括可由剩余寿命确定装置获得的其他信息。例如，这些信息是实际从电池中获取的电荷量、当前电池电压、当前电池温度或者测量设备温度、当前日期以及时间(如有必要)、到目前为止的测量次数、未来测量的计划时间间隔、到目前为止测量值的(无线)传输次数、无线传输的计划时间间隔、环境温度、到目前为止测量值显示的次数或到目前为止测量值显示的持续时间、测量值显示的计划时间间隔、计划的测量值显示时间、测量设备到目前为止完成的计算工作量以及未来计划的计算工作量。
物位测量设备可以被构造为自身执行最小值的计算。替代地，剩余寿命确定装置的安装在测量设备中的那部分提供所需的信息，然后该信息经由无线接口(无线模块)传输到剩余寿命确定装置的布置在外部的部分。例如，这可以是之后执行计算的云端(Cloud)或者外部服务器。
根据一个实施例，当电池的充电状态降至某个阈值以下或电池剩余寿命的计算最小值降至某个阈值以下或仍可执行的测量次数(在电池耗尽之前)降至某个阈值以下时，测量设备、服务器或云端采取措施。
因此，可以延长电池的使用寿命，并且可以防止电池被完全耗尽。例如，可以增加连续测量周期之间的间隔。也可以省去其它无线传输，或者增大连续无线传输之间的间隔。在这种情况下，也可以降低测量精度，以节省每个测量周期的能量。
服务器或云端也可以及时地介入测量过程，并且改变测量设备的参数化以节省能量，从而避免电池耗尽。
根据一个实施例，该功能可以被编程到测量设备中，从而不需要外部控制来避免电池耗尽。特别地，测量设备可以被构造为当电池的充电状态只能进行少量测量时进入睡眠模式。直到外部(例如通过用户)发出请求，才会离开该睡眠状态。然后唤醒测量设备并执行最后一次测量和无线传输。
根据本发明的另一实施例，剩余寿命确定装置包括计数器，该计数器被构造为对由物位测量设备执行的测量进行计数。
根据本发明的另一实施例，计数器被构造为对测量值显示事件的次数和/或至外部接收器的测量值传输的次数进行计数。
根据本发明的另一实施例，剩余寿命确定装置包括库仑计，该库仑计被构造为测量从电池中获取的电荷量。
根据本发明的另一实施例，库仑计集成在物位测量设备的电池电压控制单元中。
根据本发明的另一实施例，剩余寿命确定装置包括被构造为测量电池电压的电池电压控制单元。
根据本发明的另一实施例，剩余寿命确定装置包括被构造为测量电池温度的温度传感器。
根据本发明的另一实施例，剩余寿命确定装置包括实时时钟，该实时时钟被构造为确定当前日期和/或当前时间，并且将当前日期和/或当前时间与例如在工厂存储在测量设备中的电池的时间戳进行比较。
根据本发明的另一实施例，电池供电型物位测量设备包括数据存储器，在数据存储器中存储有关使用的、已安装的电池的类型和容量的信息。
根据本发明的另一实施例，剩余寿命确定装置被构造为使提供的信息中包括或在计算电池剩余寿命的最小值时考虑：物位测量设备执行的测量的次数、测量值显示事件的次数和/或至外部接收器的测量值传输的次数、从电池获取的电荷量、电池的电压和/或当前日期、当前时间和/或有关电池类型和容量的信息。
根据本发明的另一实施例，电池永久地安装在物位测量设备中，使得它不能被更换。
根据本发明的另一个实施例，物位测量设备仅由电池供电。
尤其可以设置，将电池和/或物位测量设备的所有部件安装在不能打开的壳体中。例如，部件可以浇注在壳体中。因此，可以确保非常有效的防爆和/或化学防护。
本发明的另一方面涉及一种用于确定测量装置的电池的剩余寿命的方法，其中提供可以用于从中计算电池剩余寿命的最小值的信息。这通过测量装置的剩余寿命确定装置来完成。此后，也就是通过集成在测量设备内的剩余寿命确定装置或外部评估装置，根据该信息计算出电池剩余寿命的最小值。
本发明的另一方面涉及一种程序元件，当在测量设备的处理器或运算电路上执行该程序元件时，该程序元件指示测量设备执行上述和下述的步骤。
本发明的另一方面涉及一种存储有上述程序元件的计算机可读介质。
下面将参考附图描述本发明的实施例。附图是示意性的并且不是按照比例的。如果在附图中使用相同的附图标记，则这些附图标记表示相同或相似的元件。
附图说明
图1示出了具有电池供电型物位测量设备的物位测量***。
图2示出了具有电池供电型物位测量设备的另一物位测量***。
图3示出了方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了具有例如物位测量设备形式的测量设备100的测量***。测量设备100可以特别是物位雷达设备，但也可以是例如限位传感器或压力测量装置。它也可以是另一种电池供电型测量设备。
特别是，测量设备可以被设计成无线的，因此无需布线即可使用。例如，它可以直接安装在移动容器上或移动容器中。
电池供电型物位测量设备可以灵活使用，并且包括用于读取测量数据的具有相应无线标准的无线模块。占空比(即测量和测量数据传输与测量中断的时长比率)是在不更换电池的情况下能够使用物位测量设备的持续时间的决定性因素。
如果该比率变得非常大，即如果测量中断变得很长，则可以在测量设备电路的能量管理中采取措施，以进一步节省能量。超低功耗部分中的软件例程、组件和组件电路可用于此目的。为了提高易用性并且避免测量失败，可以计算并输出估算的电池剩余寿命。
为了使物位测量设备用于潜在***性环境并且促进其准许，可以将物位测量设备的电池或蓄电池设置成不可更换的。
在此并不需要具有可更换蓄能器的无线设备所需的附加支架。此外，也不需要壳体开口，由此进一步降低了测量设备的制造成本。
因为在壳体壁上不需要设置开口，并且尤其可以将电池和电子电路设置成被浇注化合物封闭，所以可以促进该设备在潜在***性区域中的使用。
该测量设备包括具有天线103的无线模块106。无线模块例如是GSM模块、WiFi模块、LoRa模块或Sigfox模块。优选地，使用需要尽可能少的能量来传输测量值的无线标准。
该物位测量设备特别适合于安装到可移动容器上，该容器例如会更改其位置以清空或填充。为此使用目的，重要的是，***的操作员接收有关电池充电状态的信息。其中原因之一是，在传感器停止响应的情况下，操作员无法分辨是传感器不在无线网络范围内还是电池耗尽。
电池102(例如，锂离子电池)充电状态的确定是需要的。电池的剩余容量会受各种因素的影响。这些因素包括电池的寿命、环境温度、外壳的可能损坏和相应的氧化以及在工作阶段出现电流峰值的次数、持续时间和频率。此外，根据测量设备和电池的类型和结构型式，这些因素会产生不同的效果。
剩余寿命确定装置109可以通过各种方法来确定内置电池102的剩余寿命。剩余寿命确定装置109可以使用来自集成传感器120、121、122、123、124的数据。
剩余寿命确定装置109例如可以从库仑计120获得信息，该库仑计120测量从电池102中获取的电荷量。因此，库仑计可以集成在电池电压控制单元107中。
替代地或附加地，可以通过电池电压控制单元107测量电池电压，该电压还可以给出有关电池的当前充电状态的信息。
为了更准确地确定电池剩余寿命的最小值，可以设置其他的传感器。例如，可以通过温度探针或温度传感器122读出当前温度。因此，温度探针可以集成在部件107、106、108或104中，也可以例如是直接安装在电池102的区域中的独立构件。
另外，可以经由实时时钟123确定当前日期，并将其与在工厂存储的时间戳进行比较以确定电池102的寿命。此外，实时时钟123可以集成在电池电压控制单元107中，或者集成在剩余寿命确定装置109的集成在测量设备的处理器中的部分中。
另外，关于通过传感器单元104检测、评估和显示或通过无线模块106发送测量值的频度的信息有助于确定电池剩余寿命。此外，传感器单元104例如可以根据雷达原理操作，为此，设置用于发射和接收测量信号的雷达天线105。对此，必须知晓包括测量数据评估以及必要时测量数据传输的测量周期所需的功率。特别是，还应知晓在无线模块发送和接收数据时的电流的大小。这些和其他电路部件(例如，实时时钟、LEDs等)的电流特征可以在工厂已经确定，并存储在存储器124中。
在工厂可以已经存储在存储器中的其他信息是电池的类型和容量，电池剩余寿命的计算也取决于电池的类型和容量。此外，工厂可以针对不同类型的电池提供最坏情况评价，这些评价提供了在最坏情况下最小电池剩余寿命的值。该时间也可以存储在存储器中。
要考虑的另一个重要点是传感器的参数化。可以对传感器进行设计，以便可通过参数化来设置传感器(即测量设备)执行测量的频度以及何时及是否通过无线模块106来告知这些已确定的测量值。如果要以时间单位(天、小时、分钟等)指定电池剩余寿命，则有关参数化的信息非常重要。
与此相反，电池剩余寿命也可以在测量周期中指定。
基于这些和其他可能的数据以及附加的经验值，可以估算物位测量设备100的电池的剩余寿命。
在一个实施例中，剩余寿命确定装置109必须执行的用于确定电池剩余寿命的计算可以在中央控制和处理单元(处理器)108(例如，微控制器)上进行。
在另一实施例中，由剩余寿命确定装置109a(见图2)确定的数据未经处理地通过无线模块发送到云端110或外部服务器，在云端110或外部服务器中进行剩余寿命确定装置109b的用于确定电池剩余寿命(最小值)的计算。
物位测量设备100的用户也可以在云端110中被通知例如电池供电型物位测量设备100的计划测量周期的次数，并且一旦有必要，在临界剩余寿命的情况下发出警告讯息。
此外，在云端计算的电池剩余寿命也可以无线地发送回物位测量设备。
在临界剩余寿命的情况下，可以在传感器上发出警告，例如通过借助于LED 111并组合串联电阻112的光信号。
关于电池剩余寿命的警告的时间点、频率和间隔可以在工厂或通过无线模块进行参数设置。除了通知传感器操作员外，还可以通知工厂，以便在必要时可以触发新传感器的供货。同时，还可以将在传感器方收集的计算电池剩余寿命所必需的数据如有需要匿名地传送给工厂，以进一步完善用于计算未来传感器电池剩余寿命的算法。
特别地，剩余寿命确定装置109、109a、109b可以被构造为收集各种传感器数据，从中计算出电池的剩余寿命，并且将剩余寿命信号通知给用户。信号通知选项包括LED、手机讯息(电子邮件、SMS等)或显示器上用户界面中的信号通知。也可以是显示还可以进行多少次测量的递减计数器。
整个测量设备可以集成在壳体101中，该壳体是封闭的并且例如被设计为一体的。特别地，所有的部件可以都浇注在壳体中。
图3示出了根据实施例的方法的流程图。在步骤301中，对物位测量设备进行工厂编程，以便其可以执行上述方法步骤，并且可以访问在工厂存储的数据。在步骤302中，进行向客户的交付，然后在步骤303中启动物位测量设备。在步骤304中，将相应的电路部件从节能模式中唤醒，并且在步骤305中进行测量数据的检测和评估，即例如物位、极限物位或压力的确定。
在步骤306中，通过例如测量电池电压或确定电池在步骤304和305中输出的电流来检测测量设备的电池状态。在步骤307中，询问布置在测量设备中的其余传感器的数据(时间、温度等)，并且在步骤308中，通过在工厂存储的数据、当前的传感器参数化和由设备内部传感器确定的数据来计算电池剩余寿命的最小值。在步骤309中，将测量数据通过无线模块发送到接收器，并且在步骤310中，将电池剩余寿命通过无线模块传输到一个或多个接收器。在步骤311中，一旦有必要，即，当电池剩余寿命已降至某个阈值以下时，在云端、在服务器中、在用户处和/或直接在传感器处显示警告。在步骤312中，接收诸如下一个计划的测量时间等新参数化数据。并且在步骤313中，在测量设备处于省电模式时开始测量中断。在步骤314中，新的测量周期从步骤304开始。
应当指出，“包括”和“具有”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。此外，还应当指出，参照上述实施例说明的特征或步骤也可以与其他上述实施例的其他特征或步骤组合。权利要求中的附图标记不应被看作限制。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年10月11日提交的欧洲专利申请18 199 933.5的优先权，其全部内容通过引入的方式并入本文。

Claims (16)

1.一种电池供电型物位测量设备(100)，其包括：
电池(102)；
剩余寿命确定装置(109、109a)，其被构造为提供能够用于从中计算电池剩余寿命的最小值的信息。
2.根据权利要求1所述的电池供电型物位测量设备(100)，其中，所述剩余寿命确定装置(109、109a)包括计数器(121)，所述计数器被构造为对由所述物位测量设备执行的测量进行计数。
3.根据权利要求1或2所述的电池供电型物位测量设备(100)，其中，所述计数器(121)被构造为对测量值显示事件的次数和/或至外部接收器的测量值传输的次数进行计数。
4.根据前述任一权利要求所述的电池供电型物位测量设备(100)，其中，所述剩余寿命确定装置(109、109a)包括库伦计(120)，所述库仑计被构造为测量从所述电池获取的电荷量。
5.根据权利要求4所述的电池供电型的物位测量设备(100)，其中，所述库仑计(120)集成在所述物位测量设备(100)的电池电压控制单元(107)中。
6.根据前述任一权利要求所述的电池供电型物位测量设备(100)，其中，所述剩余寿命确定装置(109、109a)包括被构造为测量所述电池的电压的电池电压控制单元(107)。
7.根据前述任一权利要求所述的电池供电型物位测量设备(100)，其中，所述剩余寿命确定装置(109、109a)包括被构造为测量所述电池的温度的温度传感器(122)。
8.根据前述任一权利要求所述的电池供电型物位测量设备(100)，其中，所述剩余寿命确定装置(109、109a)包括被构造为确定当前日期和/或时间并将所述当前日期和/或所述时间与所述电池的时间戳进行比较的实时时钟(123)。
9.根据前述任一权利要求所述的电池供电型物位测量设备(100)，还包括：
数据存储器(124)，在所述数据存储器中存储有关所述电池的类型和容量的信息。
10.根据前述任一权利要求所述的电池供电型物位测量设备(100)，其中，所述剩余寿命确定装置(109、109a)被构造为使提供的信息中包含或在计算所述电池剩余寿命的所述最小值时考虑：所述物位测量设备执行的测量的次数、测量值显示事件的次数和/或至外部接收器的测量值传输的次数、从所述电池中获取的电荷量、所述电池的电压和/或当前日期、当前时间和/或有关所述电池的类型和容量的信息。
11.根据前述任一权利要求所述的电池供电型物位测量设备(100)，其中，所述电池(102)永久地安装在所述物位测量设备(100)中，使得它不能被更换。
12.根据前述任一权利要求所述的电池供电型物位测量设备(100)，其中，所述物位测量设备(100)仅由所述电池供电。
13.根据前述任一权利要求所述的电池供电型物位测量设备(100)，其中，所述剩余寿命确定装置(109、109a)被构造为向传感器的用户信号通知低剩余寿命。
14.一种用于确定测量设备(100)的电池(102)的剩余寿命的方法，所述方法包括以下步骤：
通过所述测量设备(100)的剩余寿命确定装置(109、109a)提供能够用于从中计算电池剩余寿命的最小值的信息；
通过所述剩余寿命确定装置(109、109a)或外部评估装置(110)根据所述信息计算所述电池剩余寿命的所述最小值。
15.一种程序元件，其当在测量设备(100)的处理器(108)上执行时指示所述测量设备执行以下步骤：
通过所述测量设备(100)的剩余寿命确定装置(109、109a)提供能够用于从中计算电池剩余寿命的最小值的信息；
通过所述剩余寿命确定装置(109、109a)或外部评估装置(110)根据所述信息计算所述电池剩余寿命的所述最小值。
16.一种计算机可读介质，其上存储有根据权利要求15所述的程序元件。
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