CN103180749B - 一种用于检验电流传感器的正常运作的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于检验电流传感器(26、28)的正常运作的方法，所述电流传感器被设置为测量蓄电池电流。在预充电阶段(32)期间，将至少一个由所述电流传感器提供的测量值与根据预充电电流的期望的时间曲线确定的期望电流值作比较，其中，所述预充电阶段开始于时间点(34)，在所述时间点至少一个电元件(20、22、24)被连接至蓄电池(100)，并且在所述预充电阶段期间通过所述预充电电流来预充电所述电元件(20、22、24)。此外，提出了一种计算单元和蓄电池(100)，其被设置为实施依据本发明的方法。

Description

一种用于检验电流传感器的正常运作的方法
技术领域
本发明涉及一种用于检验电流传感器的正常运作的方法、一种计算单元，其被设置为实施依据本发明的方法、一种具有依据本发明的计算单元的蓄电池以及一种具有依据本发明的蓄电池的机动车。
背景技术
如今，在混合动力和电动车辆中对蓄电池采用了锂离子或镍氢技术，这些蓄电池具有大量串联连接的电化学蓄电池单元。使用蓄电池管理单元来监控蓄电池，并且蓄电池管理单元除了安全性监控之外还应当确保尽可能长的使用寿命。为此，与蓄电池电流和蓄电池温度一起来测量每个单个的蓄电池单元的电压，并且进行状态估计(例如蓄电池的充电状态或老化状态)。为了最大化使用寿命，随时识别蓄电池的当前给定的最大容量，即最大输出或输入电功率是有帮助的。如果超出该容量，则能够严重地加快蓄电池的老化。
为了实现对蓄电池电流的精确的测量，需要监控在蓄电池管理单元中使用的电流传感器的正常运作。尤其地，必须校准每个使用的电流传感器的放大因子和偏差。此外，评估并且由此来真实性检查由每个电流传感器所提供的测量数据的质量。
此外，由现有技术已知一种用于限制在连接至蓄电池的电网中的接通电流的方法，其中，在接通过程期间实施预充电，以便减少流过蓄电池和连接的负载的接通电流。这种预充电能够例如经由预充电电阻进行。如果在这种系统中系统电压适配至蓄电池电压，则将短路并且因此去激活预充电电阻。
发明内容
依据本发明，提出了一种用于检验电流传感器的正常运作的方法。电流传感器被设置为测量蓄电池电流。通常，蓄电池电流为流过多个串联连接的单个蓄电池单元的总电流。在预充电阶段期间，将至少一个由所述电流传感器提供的测量值与根据预充电电流的期望的时间曲线确定的期望电流值作比较。在此，所述预充电阶段开始于如下时间点，在所述时间点至少一个电元件被连接至蓄电池。在所述预充电阶段期间通过所述预充电电流来预充电所述电元件。通过在其时间曲线上获知在充电阶段期间流过蓄电池的预充电电流，能够将由此计算的期望电流值与实际上由电流传感器测量的值协调一致。
因为无需附加的驱动部件而仅需要在蓄电池管理单元的控制单元中提供适合的软件便能实现对在蓄电池中使用的电流传感器的真实性检查或校准，所以依据本发明的方法是非常成本低的。
优选地，在所述预充电阶段期间经由预充电电阻来预充电所述电元件，该预充电电阻的大小通常是已知的。此外，优选地，所述电元件是电容器，并且因此在所述预充电阶段期间，所述预充电电流的所述期望的时间曲线相应于指数函数。如果已知了预充电电阻的大小以及电容器的容量，则能够计算预充电电流的指数曲线，并且接着评估由电流传感器提供的测量值的质量。
在本发明的另一个实施形式中，在所述预充电阶段期间以时间上恒定的预充电电流来预充电所述电元件。能够通过电路来实施这种不变的预充电，该电路提供时间上恒定的电流，该电流的大小精确地已知。
基于由所述电流传感器提供的所述测量值与所述期望电流值的比较来对由所述电流传感器提供的所述测量值进一步进行真实性检查。尤其能够确定所述电流传感器是否故障。
此外，能够基于上述比较来进行对所述电流传感器的校准。在此，尤其能够校正所述电流传感器的放大因子和/或偏差。
在所述预充电阶段的开始之前，已经能够将由所述电流传感器提供的测量值用于监控正常运作，因为在该时间点流过可忽略的小的蓄电池电流并且因此能够利用与零值不同的测量值来实施对电流传感器的偏差的相应的校正。
本发明的另一方面涉及计算单元，其被设置为实施依据本发明的方法。
本发明的另一方面涉及具有依据本发明的计算单元的蓄电池，以及一种机动车，其包括依据本发明的计算单元或依据本发明的蓄电池。优选地，依据本发明的蓄电池是锂离子蓄电池。
附图说明
根据附图和随后的说明进一步阐明本发明的实施例。其中：
图1示出了依据本发明的蓄电池的实施例；以及
图2示出了蓄电池电流I和电压U的时间曲线，其位于在预充电阶段期间充电的电元件上。
具体实施方式
图1示出了依据本发明的、总体上以100标示的蓄电池的实施例。蓄电池100包括多个串联连接的蓄电池单元10，尤其是锂离子蓄电池单元。未示出的电动机动车包括蓄电池100，在工作状态下逆变器20能够被连接至蓄电池100，逆变器将由蓄电池100提供的直流电压转换为交流电压，该交流电压驱动电机22。滤波电容器24与逆变器20和电机22并联，其用于平滑由逆变器20产生的高频率的电压纹波。在蓄电池100的两个极处设置有第一正继电器12和第二负继电器14，它们能够被断开，以便当电动机动车被用户关掉时无电压地接通电动机动车。与第一继电器器12并联连接有第三继电器16和预充电电阻18。在行驶周期开始时，以预先确定的开关频率来接通继电器12、14、16。
如果预充电电阻18没有被设置在蓄电池100中，那么在接通电元件20、22、24时将有高的接通电流流过蓄电池100，这归因于滤波电容器24的充电。为了限制接通电流，将通过闭合电元件20、22、24之前的第三继电器16来连接预充电电阻18。如果预充电电流下降或者滤波电容器24处的电压适配至蓄电池电压，则断开第三继电器16并且闭合第一继电器12，由此短路预充电电阻18。在这个阶段，仅还通过蓄电池100的内阻来限制滤波电容器24的进一步的充电。经由预充电电阻18的预充电阻止了第一继电器12的损坏。
蓄电池100包括电流传感器26、28，其被设置为用于测量流过蓄电池单元10的蓄电池电流。第一电流传感器26包括分流电阻，在其上测量压降。第二电流传感器28被设置为霍尔传感器，其提供输出电压，该输出电压和施加在其上的磁场的磁场强度与待测量的蓄电池电流的乘积成比例。电流传感器26、28能够在预先给定的时间点具有未知的偏差和未知的放大因子，其例如在霍尔传感器28的情形下归因于磁滞所产生的影响。由电流传感器26、28提供的蓄电池电流的测量值被输送至以微控制器36为形式的计算单元，其与电流传感器26、28一起是未示出的蓄电池管理单元的一部分。此外，微控制器36操控继电器12、14、16(在图1中未示出)。
在预充电阶段期间(在预充电阶段期间断开第一继电器12并且闭合两个其他的继电器14、16)，经由预充电电阻18对滤波电容器24进行充电，其中，已知了流过蓄电池100并且尤其是流过预充电电阻18的预充电电流的时间曲线，并且基于预充电电阻18的已知的大小和滤波电容器24的容量能够计算该预充电电流的时间曲线。在微控制器36中，存储有预充电电流的期望的时间曲线。在预充电阶段期间，微控制器36将由电流传感器26、28在预定的时间点提供的两个测量值与相应于该时间点的期望电流值比较，该期望电流值根据所计算的并且存储在微控制器36中的预充电电流的时间曲线而确定。必要时，在稍后的时间点，微控制器36进行电流值的另一比较。基于该比较，微控制器36实施对电流传感器26、28的校准，并且尤其是校正电流传感器26、28的放大因子和/或偏差。如果不进行对电流传感器26、28的校准，则能够对由电流传感器26、28提供的测量值进一步进行至少一次真实性检查。在此，微控制器36确定由电流传感器26、28提供的测量值与所计算的期望电流值的偏差是否位于预先确定的阈值(例如，百分比的容差阈值)以下。如果该偏差高于预先确定的阈值，则微控制器36产生警告信号，其示出电流传感器26、28中的至少一个是故障的。
图2示出了蓄电池电流/预充电电流I以及位于滤波电容器24上的电压U的期望的时间曲线。在位于预充电阶段32之前的分离阶段30，断开蓄电池100的所有的三个继电器12、14、16，以便没有蓄电池电流I流过。能够如下地真实性检查电流传感器26、28，即其在正常运作时应该测量不到电流。在分离阶段30，尤其能够进行对两个电流传感器26、28的偏差的简单校准。
预充电阶段32开始于时间点34，在该时间点以如下方式将电元件20、22、24连接至蓄电池100，即在该时间点闭合第二负继电器14和第三继电器16。在预充电阶段32，通过指数延伸的预充电电流I来充电滤波电容器24。因为滤波电容器24的电容值和预充电电阻18的电阻值都是已知的，所以能够计算在预充电阶段32中的预充电电流I的期望的时间曲线，并且将其存储在微控制器36中。这对电压U的期望的时间曲线也类似有效，该电压U位于滤波电容器24上。替代地，能够通过比较所测量的电压(位于滤波电容器24上的电压(UC)以及位于多个蓄电池单元10上的电压(UB))，按照公式I＝(UB-Uc)/R来计算预充电电流I的期望的时间曲线，其中R是预充电电阻18的电阻值。根据蓄电池电流I的期望的时间曲线，微控制器36为不同的时间点确定期望电流值。
在预充电阶段32期间的不同的时间点，通过微控制器36将实际上由电流传感器26、28提供的电流测量值与相应的期望电流值进行比较，由此能够评估每一个单个的传感器26、28的质量。在时间点38如果在该时间点(测量或计算的)预充电电流I位于预先确定的阈值以下，则闭合第一继电器12，由此产生蓄电池电流I的峰值，因为仅还通过蓄电池100的内阻来限制滤波电容器24的充电。如果可以充分地获知在时间点38处的电流峰值的曲线，则还能够在接着预充电阶段32的阶段实施依据本发明的方法。

Claims (12)

1.一种用于检验电流传感器(26、28)的正常运作的方法，所述电流传感器(26、28)被设置为测量蓄电池电流，其特征在于，
在预充电阶段(32)期间，将至少一个由所述电流传感器提供的测量值与根据预充电电流的期望的时间曲线确定的期望电流值作比较，以对由所述电流传感器(26、28)提供的所述测量值进一步进行真实性检查，其中，所述预充电阶段(32)开始于时间点(34)，在所述时间点(34)电容器(24)被连接至蓄电池(100)，并且在所述预充电阶段期间通过所述预充电电流来预充电所述电容器(24)，其中，将至少一个在所述预充电阶段(32)的开始之前由所述电流传感器(26、28)提供的测量值用于进行对所述电流传感器(26、28)的偏差的校正。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述预充电阶段(32)期间，经由预充电电阻(18)来预充电所述电容器(24)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中在所述预充电阶段(32)期间，所述预充电电流的所述期望的时间曲线相应于指数函数。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述预充电阶段(32)期间以时间上恒定的预充电电流来预充电所述电容器(24)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，基于由所述电流传感器提供的所述测量值与所述期望电流值的比较来确定所述电流传感器(26、28)是否故障。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，基于由所述电流传感器(26、28)提供的所述测量值与所述期望电流值的比较来进行对所述电流传感器(26、28)的校准。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，基于由所述电流传感器(26、28)提供的所述测量值与所述期望电流值的比较来校正所述电流传感器(26、28)的放大因子和/或偏差。
8.一种计算单元，其特征在于，所述计算单元被设置为实施根据上述权利要求中任一项所述的方法。
9.一种蓄电池(100)，其具有根据权利要求8所述的计算单元。
10.根据权利要求9所述的蓄电池，进一步包括电流传感器(26、28)，其被设置为测量蓄电池电流。
11.一种机动车，包括根据权利要求8所述的计算单元或根据权利要求9或10所述的蓄电池(100)。
12.根据权利要求11所述的机动车，其中，所述机动车是电动机动车。
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