CN103140990A - 电池电流传感器 - Google Patents

Abstract

一种电池电流传感器，包括电池极柱连接夹钳部分（2）和电流感测部分（16），其中电池极柱连接夹钳部分包括配置成围绕电池（5）的接线柱（3）夹紧的管状夹紧主体，而电流感测部分包括磁性电路（16）和磁场传感器（18）。磁性电路包括包围管状夹紧主体（6）的磁芯。

Description

电池电流传感器

技术领域

本发明涉及用于电池的电流传感器，尤其是用于具有分别连接到正负极引线的极柱的铅酸型电池的电流传感器。

背景技术

铅酸型电池当前用在汽车与后备电源应用及其它应用中。这种电池对正负连接都具有标准化的连接极柱，所述极柱具有截平的锥形形状，有小的锥角，而互补的连接部分一般包括管状的连接夹钳，具有通过螺栓挤压到一起的凸缘，以便把管状主体紧固到连接极柱上。用于电源连接的导电电缆通常焊接（weld）、焊料锡焊（solder）、夹紧或者卷曲到管状的连接夹钳。

围绕导电电缆或者在电缆与连接夹钳之间的连接区域中提供电流传感器以便测量流入或流出电池的电流是已知的。铅酸型电池可以在非常大的工作范围上提供电流，从毫安到几百、甚至一千或更多安培的峰值，例如当启动内燃机时。因此，用于这种电池的电流传感器需要健壮而且具有足够大的维度，以便能够支持非常高的峰值电流而不会损坏。此外，期望能够测量这种大电流。

现有的用于电池极柱连接引线的电流传感器既笨重又昂贵，而且鉴于其围绕连接引线的安装而很容易受到损害，例如在安装或维护过程当中。这种传感器还会遭受例如振动、冲击和从零下40°到125°的大范围工作温度等恶劣的工作条件，这些工作条件都可以在汽车的发动机舱中发现。

发明内容

本发明的一个目的是提供用于具有接线柱的电池，例如用在汽车或后备应用中的铅酸型电池，的电流传感器，这种电流传感器健壮、可靠、紧凑而且可以支持例如大温度范围、高温和/或振动与冲击的恶劣工作条件。

提供能够在从毫安到几百或者甚至一千或更多安培的大范围上测量电流但还是紧凑并且制造起来也经济的电流传感器是有利的。

提供在安装、使用或维护过程中不易受到损坏的、用于连接到电池极柱的电流传感器是有利的。

本发明的目的是通过提供如权利要求1所述的电池极柱电流传感器实现的。

在此所公开的是一种电池电流传感器，包括电池极柱连接夹钳部分和电流感测部分，其中电池极柱连接夹钳部分包括配置成围绕电池的接线柱夹紧的裂开的管状夹紧主体，而电流感测部分包括磁性电路和磁场传感器。该磁性电路包括包围管状夹紧主体的磁芯。电池极柱连接夹钳部分包括从管状夹紧主体的自由端延伸并且配置成为了在电池接线柱上紧固管状夹紧主体而被一起偏置的凸缘，所述凸缘的高度H2小于管状夹紧主体的高度H1。磁性电路包括围绕管状夹紧主体与所述凸缘相邻的一部分的磁芯。

有利地，提供了在连接夹钳中集成的特定的紧凑与低剖面传感器，然而，鉴于其大直径，包围连接极柱的磁性电路能够可靠地测量大电流。磁性电路与磁场传感器围绕电池连接极柱的集成提供了特定的紧凑布置而且减少了组装、使用或维护过程中传感器对外部对象的暴露，传感器部分地受连接夹钳本身的保护。而且，当磁性电路包围电池极柱时，传感器准确地测量流入和流出电池的全部电流，所述电池包括可以连接或者分接连接夹钳或导电引线的任何泄漏或二次导体。在常规的传感器中，由于传感器布置在主导电引线上或者其周围，因此连接到电池接线柱的短路或二次导体可能不会被探测到。

本发明的另一个优点是感测功能是与一次导体并联配置的而且不插入到电池引线与电池端子之间的连接之间。一次导电线路的中断引入了进一步的故障风险并且使电池连接更加复杂。

温度传感器液可以直接集成到电流传感器中。由于它安装到装配在电池极柱端子上的连接夹钳上，因此提供了对紧凑和成本有效配置的电池的准确温度测量。

凸缘可以有利地位于管状夹紧主体的顶端而且磁性电路可以位于凸缘下面朝着夹紧主体底端的位置。

磁性电路可以有利地位于电流传感器中，使得，当电流传感器安装到电池极柱上时，该磁性电路最接近电池的上部外表面并与其相邻。

传感器有利地包括包围磁性电路、磁场传感器和管状夹紧部分的至少一部分的绝缘与保护性外罩。传感器还可以进一步包括连接器，该连接器具有与电流传感器外罩一体化形成的外罩部分并且配置成用于连接到外部电路系统的连接器。

在一种实施方式中，磁性电路包括具有气隙的磁芯，磁场传感器位于该气隙中。磁性电路和磁场探测器可以配置成作为开环电流传感器来工作。磁场传感器可以包括电路板，在该电路板上面安装例如霍尔（Hall）效应探测器的磁场探测器。

附图说明

本发明进一步的目的与优点将从权利要求、以下对本发明实施方式的具体描述及附图而变得显然，在附图中：

图1是根据本发明安装在电池接线柱上的电池电流传感器的视图；

图2a是根据本发明一种实施方式的电池电流传感器的透视图，为了更好的可见性而切去了外罩的一部分；

图2b是图2a传感器的另一个透视图，为了看到磁性电路和磁场传感器而除去了更多的外罩部分和部件；及

图3是根据本发明另一种实施方式的电池电流传感器的透视图，为了看到磁场传感器而除去了外罩。

具体实施方式

参考附图，根据本发明一种实施方式的电池电流传感器1包括电池极柱连接夹钳部分2和电流感测部分4。电池极柱连接夹钳部分可以围绕电池5的电池极柱3安装，其中电池5一般是广泛用在汽车、后备或其它应用中的铅酸型。如其本身众所周知的那样，电池极柱可以具有标准化的维度，具有略呈锥形的夹紧表面。但是，本发明还可以用于其它类型的电池或者用于非标准化维度的圆柱形或略呈锥形的电池接线柱。

电池极柱连接夹钳部分2包括裂开的管状夹紧主体6，该主体具有向外并且从且总体上从夹紧主体的自由端径向延伸的凸缘8，该凸缘具有接收通过其的夹紧螺栓10的通道，该夹紧螺栓可以与凸缘压到一起，从而围绕电池接线柱3夹紧管状主体。管状主体的轴向高度H1大于凸缘的轴向高度H2。在一种优选实施方式中，凸缘从管状主体的上表面9延伸，如关于电池极柱上的夹紧主体的安装位置所看到的。因此，提供了凸缘下面的某个空间H3，以便允许电流感测部分的磁性电路围绕管状夹紧主体放置，如以下进一步具体描述的。电池极柱连接夹钳部分还包括用于连接到主导电引线7的一次电缆连接部分12和可选地用于连接到电池极柱的其它引线的连接部分。用于一次电缆和二次电缆的连接部分可以具有本领域中已知的各种形状和配置。

电流感测部分4包括围绕电池极柱的、具有环形磁芯的磁性电路16，及磁场传感器18。磁场传感器检测由流经电池极柱的电流所产生的磁场，磁性电路的磁芯借此集中磁通量。在所示出的实施方式中，磁芯具有气隙而且磁场探测器插入到该气隙中，以便拾取在该气隙中集中的磁场。磁场传感器可以包括例如集成到安装在电路板上的ASIC中的霍尔效应传感器，其中的电路板例如印制电路板26。但是，也可以使用其它的磁场传感器。印制电路板也可以具有用于信号处理与提供的其它电气与电子电路系统。在以上所示出和讨论的配置中，电流传感器可以开环方式工作（称为开环电流传感器），这意味着不存在用于抵消磁性电路中磁场的反馈信号。

磁芯可以由软磁性材料以非层压磁芯的形式或者以堆叠层压板的形式制成，以便减少涡流，如本领域中已知的。

在本发明的范围内，可以使用其它的磁场探测器与磁性电路配置。例如，像磁通门或者磁致电阻探测器的其它磁场探测器也可以代替霍尔效应探测器使用。而且，磁芯可以闭合，即，没有气隙，而且电流传感器可以闭环方式工作并且包括围绕磁性电路缠绕、以一个电流驱动的二次线圈，该二次线圈设法抵消由流经电池极柱的电流所产生的磁场。

参考图3（连同图1），示出了磁场探测器的另一种实施方式的例子。图3的磁场探测器是磁通门类型，包括围绕电池极柱的环形可饱和磁芯16’的磁性电路。可饱和磁芯16’可以由围绕绝缘支撑29缠绕的非晶磁性材料带或者条制成。线圈28围绕磁芯和绝缘支撑缠绕，并且配置成（经连接器部分22，如图1中所说明的）连接到信号处理电路，该信号处理电路生成交流激励电流并且读取作为流经电池端子的一次电流的图像的结果信号偏置。这种类型的磁通门传感器的工作原理本身是已知的。其它的磁通门配置也可以用在本发明中，例如具有独立的激励与补偿线圈。

鉴于其低成本和简单而可靠的运行及测量高电流的能力，一种有利的实施方式是开环配置，如图2a、2b中所说明的。

电流感测部分4还包括对磁性电路和磁场传感器提供绝缘与保护的外罩20，及具有在外罩20中一体化形成的外罩部分并且用于电流传感器与外部电路系统的连接的连接器2。外罩20围绕电池极柱连接夹钳部分2形成并且固定到该部分。磁性电路16有利地位于凸缘8下面并且包围管状主体6的下部，从而形成特别紧凑而且受到良好保护的电流感测部分。由于电流感测部分为了在夹紧螺栓下面靠着或者紧挨着电池5的表面13放置而布置在凸缘8和夹紧螺栓10的下面，因此电流感测部分的保护也得到了增强。电池电流传感器优选地具有等于或小于电池端子井15的高度H4的整体高度，使得传感器不会突出到电池最上层表面之上。

而且，当磁性电路包围电池极柱时，测量流入或流出电池的全部电流，而不考虑它们当前是泄漏还是短路或者是在电流不流经一次电缆的情况下连接到电池极柱的二次线路。

电流感测部分还可以进一步包括温度传感器，该温度传感器位于外罩20中并且或者连接到磁场传感器的电路板26或者连接到独立的电路系统，并且可以经可插入外部连接器11的连接器22利用电流传感器连接到外部电路系统。在电流感测部分中包括温度传感器提供了特别紧凑和受到良好保护的布置，不管怎样，这种布置都允许通过与电池极柱非常密切的连接进行准确的电池温度测量。温度传感器可以例如包括靠着连接夹紧部分2的管状主体6的外表面安装或者固定到其上面的热电偶（未示出）。

绝缘树脂可以注入外罩20的内部，填充外罩中的自由空间并且在外罩中固定磁性电路和磁场传感器及其它部件。

由于磁性电路的磁芯包围围绕电池极柱夹紧的管状夹紧主体，因此该磁性电路具有相对大的直径，比正常围绕连接到夹钳的电缆或引线所提供的大得多，这使得电流感测部分能够测量也受到良好保护的特别紧凑配置中的大幅值电流。

Claims (12)

1.一种电池电流传感器，包括电池极柱连接夹钳部分（2）和电流感测部分，其中电池极柱连接夹钳部分包括配置成围绕电池（5）的接线柱（3）夹紧的裂开的管状夹紧主体、从裂开的管状夹紧主体的自由端延伸并且配置成为了在电池接线柱上紧固管状夹紧主体而被一起偏置的凸缘（8），而电流感测部分包括磁性电路和围绕该磁性电路与管状夹紧部分的至少一部分的绝缘与保护性外罩，其中凸缘的高度（H2）小于管状夹紧主体的高度（H1），而且其中磁性电路包括包围管状夹紧主体（6）与凸缘相邻的一部分的磁芯（16、16’）。

2.如前一项权利要求所述的电池电流传感器，其中凸缘位于管状夹紧主体的顶端，而且磁性电路位于凸缘下面朝着夹紧主体底端的位置，管状夹紧主体的所述顶端的内直径小于管状夹紧主体所述底端的内直径。

3.如前面任何一项权利要求所述的电池电流传感器，其中磁性电路位于电流传感器中，配置成使得，当电流传感器安装到电池极柱上时，该磁性电路与电池的上部外表面（13）最接近并且相邻。

4.如前面任何一项权利要求所述的电池电流传感器，还包括连接器，该连接器具有与电流传感器一体化形成的外罩部分并且配置成用于连接到外部电路系统的连接器。

5.如权利要求3或者4所述的电池电流传感器，还包括安装在外罩中的温度传感器。

6.如前面任何一项权利要求所述的电池电流传感器，其中电流传感器具有配置成适合放在铅酸型汽车电池的接线柱井（15）中的整体高度与尺寸。

7.如前面任何一项权利要求所述的电池电流传感器，其中磁性电路包括具有气隙的磁芯，而且磁场传感器位于该气隙中。

8.如权利要求7所述的电池电流传感器，其中磁性电路和磁场传感器配置成作为开环电流传感器工作。

9.如权利要求7或者8所述的电池电流传感器，其中磁场传感器包括电路板，在该电路板上安装磁场探测器。

10.如前面权利要求1-6中任何一项所述的电池电流传感器，其中电流感测部分配置成以闭环方式工作，并且包括围绕磁性电路缠绕的、以电流驱动的二次线圈，该电流设法抵消由流经电池极柱的电流所产生的磁场。

11.如前面权利要求1-6或者10中任何一项所述的电池电流传感器，其中磁芯完全包围管状夹紧主体而没有气隙。

12.如权利要求11所述的电池电流传感器，其中电流感测部分配置成作为磁通门传感器并且包括围绕磁芯（16’）缠绕的线圈（29），其中磁芯是由软饱和磁性材料制成的。

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