CN103207371A - 电池传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于确定电池（4）的至少一个运行参数的电池传感器，其中该电池传感器（2）具有至少一个具有可控电阻的晶体管（18），该晶体管构造用于确定所述至少一个运行参数。
Description
技术领域
本发明涉及用于确定电池的至少一个运行参数的电池传感器和方法。
背景技术
当前精确的电池传感器采用无源电阻材料来进行电流测量，电阻材料为了达到所期望的温度稳定性而通常具有锰铜。在此通过作为分流器而构造的由锰铜构成的电阻作为电池传感器的部件来检测电池的电压降。此外还确定流过的电流。该分流器在此通常设计为100μ欧姆。在电池传感器的开发期间所确定的电阻值在其寿命期间不再可改变。因此电阻公差可能限制了该电池传感器的最大测量范围。
对作为电池而构造的能量存储器状态进行识别的要求在逐渐增加。为了测量也可以采用阻抗光谱的方法，利用该方法来分析该电池对不同频率激励的反应。
文件EP 1 920 264 B1描述了一种电池传感器单元，其具有固定装置以把该电池传感器单元固定在汽车电池的触点上，并具有测量段以检测该汽车电池的状态。在此该圆柱状测量段作为测量分流器来构造，其中测量段和固定装置组合为一个集成安装单元。
发明内容
在此背景下，介绍了具有专利权利要求1所述特征的电池传感器以及具有专利权利要求8所述特征的方法。本发明的进一步扩展方案由从属专利权利要求和说明书得到。
该电池传感器的电阻功能不是通过无源电阻、而是通过至少一个电子可控晶体管、通常是功率晶体管来实现。该电池传感器在扩展方案中可以具有至少一个晶体管，该晶体管具有可控的或受控的电阻来作为测量电阻。可以比如通过分析、控制和调节装置来合适地调节所述至少一个晶体管的电阻值，其中该装置与该晶体管的栅极（Gate）和源极（Source）相连接。所述至少一个晶体管沿着该电池传感器的主电流回路的测量段来布置。所述至少一个晶体管的电阻值可以受控制地调节，并从而用于调节该电池传感器的测量范围。在此所述至少一个晶体管的电阻值自动地与该电池的要确定的运行参数的值和/或大小相匹配。
在当前的电池传感器中成本大的功能是电流测量。为此所需的分流器在此导致了相对大的成本比例。利用本发明，可以通过把该分流器替换为所述至少一个晶体管、比如替换为多个并联和/或串联的晶体管来降低电池传感器的成本。通过在本发明范畴内所规定的合适的模拟测量技术，该电池传感器可以成本居中地增加额外的、增值的功能。
该分流器被替换为至少一个比如作为功率晶体管而构造的晶体管，其中该晶体管通常作为常通的功率MOSFET来构造，以在关断状态下保证电流流过，并从而实现本质安全。为了实现该电池传感器也可以考虑可选的晶体管技术。
所述至少一个晶体管的电阻可以按照作为该电池传感器其他部件的分析单元的测量要求通过调节该晶体管的测量范围而被调节以测量电压或电流。在此所述至少一个晶体管的电阻根据要测量电流的大小作为电池的运行参数或者作为要测量电压而被调节。
在大电流下也可以以较小的分辨率来实施测量。所述至少一个晶体管的电阻在此可以通过该分析、控制和调节装置而被降低，以保持微小的损耗功率。
在小电流下需要较高的精确度。在有源控制中，可以增大所述至少一个晶体管的电阻，并理想地充分利用模/数变换器的测量范围。
在电池传感器中当前的模/数变换器的分辨率通常为16位。利用本发明可以降低该模/数变换器的分辨率，因为所述至少一个晶体管的电阻动态地实施。另外，用于测量在1mA数量级的非常小电流的耗费的模拟测量技术可以成本优化地来实施。在电阻的相应大调节时也可以分析小于1mA的电流。在此应用可以是在汽车生产中的错误诊断。
例如作为ASIC而构造的分析单元能够精确地测量在几μV范围内的电压。从而能够利用所述至少一个晶体管来覆盖从约1mA至约1kA六个十的幂间距上的电流测量范围。
采用可以在电池传感器的功率路径中作为功率晶体管构造的晶体管在一定范围内在电池充电情况以及可能在电池放电情况中实现了有源激励。如果该电池传感器比如用于汽车的电池，那么所使用的算法从而与汽车中的外部负载无关，因为该电池传感器通过自动调节为测量所设置的电阻而能够作为电池的至少一个运行参数来自身影响要测量的电流或要测量的电压。
利用该电池传感器通常可以实施电池的状态识别（电池状态识别）。在此可以作为电池状态（State of Health）来比如确定充电状态（State of Charge）。电池的状态根据至少一个由该电池传感器所测量电池参数、比如电池上的电压UBatt、流过该电池的电流IBatt和/或电池的温度而被确定。设置有电池传感器以通过至少一个运行参数来确定状态的电池可以被放电以及被充电，并从而在扩展方案中也作为蓄电池来构造和/或来表示。所述至少一个运行参数、通常该电池的并从而作为蓄电池而构造的电池的电流IBatt通过所述至少一个可变化的电阻在该电池传感器的主电流回路中被检测。
在该主电流回路并从而在该电池传感器的测量段中具有可变和/或可控电阻的所述至少一个晶体管另外还实现了该电池的充电电流的限制，由此能够优化该电池的充电策略并延长了其寿命。其用作保护功能。
另外还可以优化在包含电池的汽车车载电网中的能量分配。通过增大在电池引线中的电阻，可以有目的地控制由发电机所提供的能量。在此在扩展方案中调节该电池传感器的所述至少一个晶体管的电阻值。在微小的电池充电状态下比如可以把该电池传感器的至少一个晶体管切换为高欧姆的，并从而把由发电机所提供的能量在需要时有目的地提供给安全关键的耗电器、比如电动辅助转向。由此能够利用本发明的电池传感器来控制车载电网中的能量供应。
为了在线校准，所述至少一个晶体管的电阻可以受控制地进行调节。所述至少一个晶体管、比如MOSFET的电阻可以通过所施加的晶体管栅极-源极电压有目的地来改变，其中该电压可以由一个分析、控制和调节装置作为该电池传感器的其他部件来调节，其中在该晶体管的漏极和源极之间流过的电流被控制。该功能可以用于把导通电阻和/或测量电阻作为所述至少一个晶体管的电阻来精确地调节为所期望的值。
利用本发明得到：相对于当前的传感器系统能够提高该电池传感器的精确度，并提高为识别与电池寿命有关的电池状态所使用的算法。
在制造期间对电池传感器的校准可以部分地或完全地省略。同样可以省略在制造中功率电流源的成本。
为了电池传感器的自我保护，在该电池传感器的热承载过高时可以把导通电阻作为电阻而切换为它的最小值，以比如有时降低损耗功率，直到运行温度已经下降到一个合适的值。
通过采用至少一个作为晶体管而构造的可变电阻，可以为该电池传感器实现灵活的运行方式。在此可以有源地控制所述至少一个电阻、通常是该电阻的大小。从而可以针对要测量的小电流而获得较高的精确度。在此在扩展方案中可以根据要测量电流的大小通常自动地再调节该电池传感器的所述至少一个晶体管的电阻大小，并从而通过匹配该电阻来提高该电池传感器的灵敏度。从而实现了该电池传感器测量范围的匹配。通常要测量的电流越小，该电池传感器的所述至少一个晶体管的电阻调节得越大。另外，通过采用该电池传感器，可以为电池实现保护功能，其比如包括充电时对电池充电电流进行的限制。代替地或者补充地，可以作为用于测量至少一个运行参数的测量电阻对电池传感器的所述至少一个晶体管的电阻来实施在线校准或伴随运行的校准。
汽车的功率电子装置与此同时变得更高效并且更可靠，使得也可以考虑采用作为功率半导体而在主电流回路中所构造的晶体管。这种晶体管也可以应用在本发明中，并作为功率开关来构造，其中该功率开关限制起动器的短路电流脉冲，并从而减少在起动时的电压突降。该晶体管应该具有在微欧姆范围内的或更小的导通电阻。
本发明的电池传感器构造用于实施前述方法的所有步骤。在此该方法的各个步骤也可以由该电池传感器的各个部件来实施。另外该电池传感器的功能或该电池传感器的各个部件的功能也可以作为该方法的步骤来实施。另外，该方法的步骤也可以作为该电池传感器的至少一个部件或整个电池传感器的功能来实现。
本发明的其他优点和扩展参见本说明书和附图。
应理解，前述的以及在下文中还要解释的特征不仅可以以相应所述的组合、而且还以其他的组合或单独地应用，而不脱离本发明的范畴。
附图说明
图1示出了根据本发明的电池传感器的实施方式的示意图。
具体实施方式
本发明借助一个实施方式在附图中示意地示出，并在下文中参照附图来详细阐述。
图1以示意图示出了根据本发明的电池传感器2的一个实施方式，其中该电池传感器构造用于测量电池4的至少一个运行参数。在此规定，该电池4作为汽车的车载电网6的部件来构造。该车载电网6另外还包含附加的欧姆耗电器6、至少一个电动机10、也即比如用于电动转向辅助的一个或多个电动机10、发电机12和作为起动器而构造的耗电器14。
该电池传感器2包含逻辑分析、控制和调节装置16，其在此作为电子电路来构造，其中实施了一种算法用于确定该电池4的至少一个运行参数。该分析装置16构造用于在本发明方法的一个实施方式中来执行该算法。另外该电池传感器2沿着测量段还包含有至少一个在此作为功率晶体管而构造的具有可控电阻的晶体管18以及分配给该晶体管18的电压测量装置20。
为了确定作为电能存储器装置的电池4的至少一个运行参数的值，所述至少一个晶体管18的电阻值被控制，并从而其测量范围与所述至少一个运行参数的值相匹配。该电池传感器2同样可以用于确定作为蓄电池而构造的电能存储器装置的至少一个运行参数。
利用该分析、控制和调节装置16来控制所述至少一个晶体管18的电阻，并从而针对该测量范围而可变地调节。在此所述至少一个晶体管18的漏极（栅极）和源极与该分析、控制和调节装置18相连接。所述至少一个晶体管18比如可以作为MOSFET来构造。
作为至少一个运行参数可以测量流过该电池4的电流或通过该电压测量装置20来测量该电池4上的电压。为了匹配测量范围，所述至少一个晶体管18的电阻大小与要测量的、该电池4的运行参数大小相匹配。从而比如要测量的流过电池4的电流越小，那么该电阻就应该调节得越大。
在其他扩展方案中，可以通过可变地调节所述至少一个晶体管18的电阻由该分析、控制和调节装置16在该车载电网6中检查并从而控制和/或调节电能的分配。
电池传感器的另一个在此未示出的实施方式可以具有多个具有可变电阻的晶体管18。在此这些晶体管18相互并联和/或串联。在该扩展方案中规定，晶体管18并联或反向并联。代替地或者补充地，这些晶体管18也可以串联或反向串联。在这种情况下可以通过所有的晶体管18来测量电压降。
Claims (12)
1. 用于确定电池（4）的至少一个运行参数的电池传感器，其中该电池传感器（2）具有至少一个具有可控电阻的晶体管（18），该晶体管构造用于确定所述至少一个运行参数。
2. 根据权利要求1所述的电池传感器，其构造用于识别该电池（4）的运行状态。
3. 根据权利要求1或2所述的电池传感器，其构造用于确定用于汽车电能的电池（4）的至少一个运行参数。
4. 根据前述权利要求之一所述的电池传感器，其中所述至少一个晶体管（18）作为功率MOSFET来构造。
5. 根据前述权利要求之一所述的电池传感器，其具有分析、控制和调节装置（16）。
6. 根据前述权利要求之一所述的电池传感器，其具有多个相互并联的晶体管（18）。
7. 根据前述权利要求之一所述的电池传感器，其具有多个相互串联的晶体管（18）。
8. 用于确定电池（4）的至少一个运行参数的方法，其中利用电池传感器（2）来确定所述至少一个运行参数，该电池传感器具有至少一个具有可控电阻的晶体管（18），利用该晶体管来确定所述至少一个运行参数。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中可变地调节所述至少一个晶体管（18）的电阻值。
10. 根据权利要求8或9所述的方法，其中作为至少一个运行参数来测量流过该电池（4）的电流，其中所述至少一个晶体管（18）的电阻的大小与要测量的电流的大小相匹配。
11. 根据权利要求8至10之一所述的方法，其中引起对电池的充电电流进行限制。
12. 根据权利要求8至11之一所述的方法，其中实施在线校准。
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Application publication date: 20130717 |