CN103797373B - 用于测量电流的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量车辆电池和连接至车辆电池的电负载之间的电流的装置（2）。所述装置（2）包括接收来自车辆电池的电流并将该电流传导至电负载的汇流排（4），在汇流排上布置有第一电流传感器（34、40）和与第一电流传感器（34、40）不同的第二电流传感器（20），所述第一电流传感器和第二电流传感器设置为彼此独立地测量通过汇流排（4）的电流。

Description

用于测量电流的装置

技术领域

本发明涉及一种用于测量车辆电池和连接至车辆电池的电负载之间的电流的装置，一种具有所述装置的车辆，一种用于测量车辆电池和连接至车辆电池的电负载之间的电流的方法，以及一种用于执行所述方法的装置。

背景技术

为了在机动车中测量由电源输出至电负载的电流，可以在电压和电负载之间串联连接一电流传感器。例如，由DE102011078548A1已知了这种电流传感器。

发明内容

本发明的任务在于，改进这种电流测量。

该任务通过独立权利要求所述的特征完成。优选的改进方案是从属权利要求的主题。

本发明提出了一种用于测量车辆电池和连接至车辆电池的电负载之间的电流的装置，其中通过两个冗余的电流传感器测量所述电流。

本发明是基于这样的考虑：在电动车和混合动力车中重要的是获得关于在下一次充电之前仍可供使用的能量的尽可能精确的信息，即充电状态/电量状态，以便一方面不会停在途中，另一方面通过相应的能量管理使得能够利用本已可供使用的能量行驶的、小的续驶里程最优化。

尽管已经可以根据在车辆中使用的车辆电池借助于电压测量确定其充电状态。然而可选地，在车辆电池的充电和放电时还可以通过电荷计算确定充电状态。这种计算以基于方程式Q=I*t的、对电量的计算为基础，然而为此精确的电流测量是必要的。

基于这种考虑，本发明的构思在于，由于必要的时间积分，在计算电量时电流检测中的误差增大并可能导致电池的充电状态完全错误。因此，本发明建议，不借助于单个的电流传感器，而是借助于两个不同的电流传感器执行电流检测。

因此，本发明给出了一种用于测量车辆电池和连接至车辆电池的电负载之间的电流的装置，所述装置包括接收来自车辆电池的电流并将其传导至电负载的汇流排——下文也称为汇流条，在汇流排上布置了第一电流传感器和与第一电流传感器不同的第二电流传感器，所述第一电流传感器和第二电流传感器设置为彼此独立地/无关地测量通过汇流排的电流。

通过这种方式，冗余地检测待测量的电流，这降低了在电流测量时的错误率并进而导致了车辆电池的充电状态的明显更准确的检测。

因为电流测量也用于确定所谓的“健康状态”，称为SOH（State of Health），以及确定所谓的“功能状态”，SOF（State of Function），所以也可以借助于给出的装置改进车辆电池管理系统的各种其它系统功能，例如：

-在达到驱动电池的最小电量之前或之时，关断或减少电负载的耗电量直至车辆停止，

-例如在已经完全充电的车辆电池复原时，在达到最大电量时，切断或减少充电过程，

-通过控制车辆电池的放电电流来限制负载电流，以避免对电池单元的永久损害，

-监控充电电流，以防止由于过大的充电电流而损坏电池单元，

-当识别到对于确定的最小持续时间定义的过电流电平/水平时，使车辆电池和电负载或电源之间的电流路径分开，以及

-当车辆熄火时，识别停止的车辆中的漏电流。

在给出的装置的改进方案中，第一电流传感器具有独立于第二电流传感器的测量原理。通过这种方式可以进一步增大设计为冗余的电流传感器的可靠性，因为不同的测量原理容易受到不同的外部因素的影响，例如温度或压力波动。

在给出的装置的另一个改进方案中，汇流条包括线匝/线圈，在该线匝中第一电流传感器基于磁性测量原理检测待测量的电流。通过这种方式可以简单地实施第一个测量原理。

在给出的装置的另外的改进方案中，线匝具有一电断路/电气间断，该断路由第二电流传感器桥接，其中第二电流传感器设计为分流器。通过这种方式可以把两个测量原理不同的电流传感器以大的封装密度设置在唯一的汇流条上，因为汇流条的断路通过分流器闭合并进而不影响借助于磁性传感器的测量。得到的装置可以通过这种方式伴随着最小的尺寸一件式地可替换地连接在车辆电池和负载之间，从而例如当两个电流传感器的测量结果彼此不同时，在识别到错误的电流测量时，可以立即替换所述装置。

在给出的装置的具体的改进方案中，通过控制电压可恒定地保持跨分流器的、由待测量的电流导致的电压降，从而控制电压取决于待测量的电流。相应的有源的分流器应该有利地如此设计，即通过非线性的特征曲线能够相关地实现待测量的电流的测量值的求解，并进而借助于用于信号控制的标准构件实现在大的动态区域上的测量。为此，有源的分流器例如具有成反比例的特征曲线，由此在电流较大时待测量的电流的测量值的求解变得更粗略。例如可以选择场效应晶体管作为有源的分流器。

在给出的装置的另一个改进方案中，电断路把线匝分为两个彼此电分开的线匝腿/线匝分支，其中两个线匝分支在给出的装置中堆叠。通过这种方式可以进一步增大封装密度，因为通过这种方式，线匝不仅能在平面中延伸而且可以在高度上延伸。

在给出的装置的特别优选的改进方案中，堆叠的线匝分支通过电绝缘的机械式连接机构彼此连接，此连接与通过分流器实现的连接不同。通过这种方式实现了两个线匝分支之间的特别好的机械式保持，这种保持不必由通过分流器的电连接提供，从而电连接更稳定且进而不易出错。

本发明还给出了一种车辆电池，该车辆电池包括用于从电源接收电流或输出电流至电负载的电连接机构，以及一给出的装置，所述装置连接在该电连接机构上。

本发明还给出了一种车辆，该车辆包括所给出的装置中的一者、车辆电池和电负载，所述装置连接在电负载和车辆电池之间。

本发明还给出了一种用于获取用于车辆电池和连接至车辆电池的电负载之间的电流的测量值的方法，所述方法包括如下步骤：

-利用第一电流传感器获取用于电流的第一值，

-利用与第一电流传感器不同的第二电流传感器获取用于电流的值，以及

-基于第一和第二值确定用于电流的测量值。

给出的方法可以如此任意扩展，即借助于根据从属权利要求的装置能相应地执行该方法。

本发明还给出了一种控制装置，所述控制装置设置用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。

在本发明的改进方案中，给出的装置具有存储器和处理器。给出的方法以计算机程序的方式存储在存储器中且当计算机程序由存储器下载到处理器中时，处理器设置用于执行所述方法。

附图说明

结合下文对实施例的描述，能更清楚明白地理解本发明的上述特性、特征和优点以及实现这些特性、特征和优点的方式和方法，结合附图进一步解释实施例，其中：

图1示意性示出给出的装置的第一实施例，

图2示意性示出给出的装置的第二实施例；以及

图3示意性示出给出的装置的第三实施例。

在附图中相同的技术元件具有相同的附图标记且仅描述一次。

具体实施方式

参考示意性地示出本发明的装置2的第一实施例的图1。

在该实施例中，装置2具有带有电断路6的汇流条4，该断路把汇流条4分为两个汇流条部分8、10。在该实施例中，每个汇流条部分8、10成直角地弯曲，从而在两个汇流条部分构成整体时汇流条4形成基本上U形的线匝。汇流条部分8、10的每一个可以通过各个通孔12、14固定在未进一步示出的车辆电池上或未进一步示出的接线电缆上，该接线电缆将车辆中的电负载或发电机连接至汇流条4。因此，汇流条4串联地连接在接线电缆和车辆电池之间。

在第一和第二汇流条部分8、10上分别支承了由DE102011078548A1已知的场效应晶体管16、18——下文称为FET16、18，所述FET为在该文献中公开的有源的分流器20的一部分。在该实施方案中，第一FET16的在图示中不可见的源极接头和第二FET18的在图示中不可见的漏极接头分别与支承有FET16、18的汇流条部分8、10电接触。第一FET16的漏极接头22和第二FET18的源极接头24分别连接在接合线26、28上。FET16、18的自由的源极接头或漏极接头22、24借助于电接合线26、28分别与未支承有相应的FET16、18的汇流条部分8、10电连接。FET16、18和接合线26、28一起通过这种方式桥接了两个汇流条部分8、10并因此表现为通过汇流条4的封闭的电流路径。

像在DE102011078548A1中详细描述的那样，两个FET16、18连接在两个汇流条部分8、10之间，以便沿不同的流动方向测量流经汇流条4的电流。为此，在FET16、18的栅极接头30、32上连接了未进一步示出的评估电路，其结构例如可以遵照在DE102011078548A1公开的结构。

在该实施方案中，连接在两个汇流条部分8、10之间的有源分流器例如构成电流传感器，例如可以考虑把该电流传感器用于测量充入车辆电池的充电电流以及来自车辆电池的放电电流。可选地，也可以在两个汇流条部分8、10之间连接无源的分流器。

在该实施方案中，有源的分流器20在汇流条部分8、10的端部之一处桥接了汇流条部分8、10之间的电断路6。从有源的分流器20观察，汇流条部分8、10之间的电断路6额外地在有源的分流器下方被基于磁场的电流传感器34桥接。基于磁场的电流传感器34例如可以是磁阻式电流传感器，该磁阻式电流传感器能够以本领域技术人员已知的方式检测汇流条4的磁阻，其中检测到的磁阻取决于通过线匝并进而通过汇流条4的电流。可选地，基于磁场的电流传感器34也可以是霍尔传感器。因此，可以借助于基于磁场的电流传感器34冗余地检测通过汇流条4的电流。

在该实施方案中，由基于磁场的电流传感器34的角度看，在对于流经汇流条4的电流的基于磁场的检测来说必需的线匝中设置了电断路6，该电断路被设计为被有源的分流器20电桥接，并用于冗余地测量流经汇流条4的电流。

在该实施方案中，两个汇流条部分8、10在电断路6处彼此齿状地接合，从而在此处除了示出的FET16、18外，还可以布置其它FET以用于测量流经汇流条4的电流。

参考图2，其示意性示出给出的装置2的第二实施例。

在图2中，汇流条4由汇流条部分8、10通过使汇流条部分8、10堆叠而不是通过使之并排来形成。汇流条部分8、10通过这种方式提供了足够的面积，以便在电断路6中接纳机械式连接机构36，例如粘合剂，该粘合剂机械式地保持两个汇流条部分8、10。

这样不仅有利于使汇流条4具有更好的机械式保持，两个FET16、18在此也可以直接通过其正面和其背面与FET16、18的源极接头或漏极接头接触，从而不使用接合线26、28。此外，取消接合线26、28时也取消了用于接触该接合线26、28的电接触位置，由此在该实施方案中通过汇流条4的电阻特别小。

在该实施方案中，第一FET16以确定的取向插入两个汇流条部分8、10之间，而第二FET10以正好相反的取向插入两个汇流条部分8、10之间，以便沿两个方向实现上述对通过汇流条4的电流的检测。最后，仅栅极接头30、32仍从FET16、18伸出汇流条部分8、10的堆叠部分以外，FET16、18通过所述栅极接头能与前述未进一步示出的评估电路电接触。

在该实施方案中，基于磁场的电流传感器34在汇流条4处从侧面接触两个汇流条部分8、10。

参考图3，其示意性示出给出的装置2的第三实施例。

在该实施方案中，装置2的第二汇流条部分10相对于第一汇流条部分8具有附加的线圈/绕组38。在该实施方案中，在该线圈38上电接触一霍尔传感器40，该霍尔传感器以本领域技术人员已知的方式测量由汇流条4产生的磁场，该磁场以本领域技术人员已知的方式取决于流经汇流条4的电流，从而借助于霍尔传感器40可以检测通过汇流条4的电流。因此在该实施方案中，汇流条4也具有线匝，该线匝在此包括多个线圈，其中线匝在一位置处具有电断路，该电断路被一在此为有源的分流器20的分流器电桥接。

通过这种方式，为了测量通过汇流条4的电流，仅需要这样的空间：该空间对于基于磁场检测电流本身而言就是必需的，其中以近乎不占用空间（platzneutral）的方式执行附加的电流传感器的冗余实施，该电流传感器的形式为分流器。

Claims (7)

1.一种用于测量车辆电池和连接至车辆电池的电负载之间的电流的装置(2)，所述装置包括接收来自车辆电池的电流并将该电流传导至电负载的汇流排(4)，在所述汇流排上布置有第一电流传感器(34、40)和与第一电流传感器(34、40)不同的第二电流传感器(20)，所述第一电流传感器和第二电流传感器设置为彼此独立地测量通过汇流排(4)的电流，其中，所述汇流排(4)包括线匝，在所述线匝中，所述第一电流传感器(34、40)基于磁测量原理获取待测量的电流，所述线匝具有电断路(6)，所述电断路被所述第二电流传感器(20)桥接，其中所述第二电流传感器(20)设计为分流器，跨所述分流器的、由待测量的电流引起的电压降能通过控制电压保持恒定，从而所述控制电压与待测量的电流相关，所述分流器包括场效应晶体管。

2.根据权利要求1所述的装置(2)，其中，代替用于测量车辆电池和连接至车辆电池的电负载之间的电流，所述装置(2)用于测量车辆电池和连接至车辆电池的电源之间的电流；并且，代替接收来自车辆电池的电流并将该电流传导至电负载，所述汇流排(4)接收来自电源的电流并将该电流传导至车辆电池。

3.根据权利要求1或2所述的装置(2)，其中，所述电断路(6)把所述线匝分为两个彼此电气分开的、堆叠的线匝分支(8、10)。

4.根据权利要求3所述的装置(2)，其中，所述堆叠的线匝分支(8、10)通过电绝缘的机械式连接(36)彼此连接，所述机械式连接与由所述分流器产生的连接不同。

5.一种车辆电池，包括：

-用于把电流输出至电负载的电连接机构，以及

-根据权利要求1、3至4中任一项所述的装置(2)，所述装置连接在所述电连接机构上。

6.一种车辆电池，包括：

-用于从电源接收电流的电连接机构，以及

-根据权利要求2至4中任一项所述的装置(2)，所述装置连接在所述电连接机构上。

7.一种通过使用权利要求1、3至4中任一项所述的装置(2)获取车辆电池和连接至车辆电池的电负载之间的电流的测量值的方法，所述方法包括：

-利用第一电流传感器(34、40)获取用于电流的第一值，

-利用与所述第一电流传感器(34、40)不同的第二电流传感器(20)获取用于电流的第二值，以及

-基于第一值和第二值确定用于电流的测量值。