CN103827674A - 用于测量电池电流的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量车辆电池的电流的装置。该装置具有测量路段（21、40），在测量时，所有待测量的电池电流流动经过该测量路段。测量设备（26、44a、44b）测量跨测量路段（21、40）的电压降。在所测量的电压降和测量路段的电阻的基础上，电流计算设备（27、44a、44b）计算电池电流，其中所述测量路段由具有与温度相关的电阻（21、40）的电缆的至少一部分构成。

Description

用于测量电池电流的装置

技术领域

本发明涉及一种用于测量车辆电池的电池电流的装置。

背景技术

例如，DE10 2007 045 512 A1公开了这种装置。其中汽车电池的一极与车身通过电缆相连。在电缆和汽车电池的这一极之间有分流器。例如像DE 10 2004 033 836 B3所述那样，将经过该分流器下降的电压提供给测量设备来以这种方式计算流过该分流器的电流。该分流器的优势在于，其电阻在很大程度上与温度无关。但是却使成本巨大。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本的、用于测量电池电流的装置。

根据本发明，由具有权利要求1特征的装置来实现该目的。由从属权利要求对根据本发明装置的实施方式加以说明。

本发明具有用于测量车辆电池的电池电流的装置。该装置具有测量路段，在测量时，所有要测量的电池电流流动经过该测量路段。本专利申请意义上的电池电流应理解为增加或减少电池中的电荷存储的那种电流。为测量跨测量路段的电压降，根据本发明的装置具有测量设备。除此之外，根据本发明的装置还具有电流计算设备，用于在所测量的电压降和该测量路段的电阻的基础上计算电池电流。根据本发明，该测量路段设计成具有与温度相关的电阻的电缆的至少一部分。

上述现有技术使用分流器作为测量路段，分流器的电阻在很大程度上与温度无关。本发明可以不使用该分流器，从而可以节省相关成本和生产耗费。

电缆可以例如是连接电池阴极与电导体的搭铁电缆，耗电器的搭铁点连接到电导体上。电导体可以尤其是车辆的车身。测量路段不必设置在电池阴极侧。在变型的实施方式中，测量路段位于电池阳极。因此所述电缆还可以是例如连接电池阳极与保险丝盒的连接电缆。在此重要的是，在测量时，所有电池电流都流动经过电缆的起到测量路段作用的那一部分。

通过将搭铁电缆或设置在电池阳极的连接电缆的至少一部分作为测量路段使用，可以不使用现有技术中所使用的分流器，由此可以大大降低成本以及避免在某些情况下在制造过程中的工作量浪费。

在一种实施方式中，沿测量路段对预定的测量电流进行复用。沿测量路段的复用的意思例如可以是，预定的测量电流流经测量路段，但是可以与电池电流相区分。还完全可以有平行于该电缆分布的另一电缆，从而使用空间复用方法。

根据本发明的装置可以具有电阻补偿设备，该电阻补偿设备设置用于计算基于预定的测量电流沿测量路段下降的补偿电压降。借助于补偿电压降和预定的测量电流，可以对测量路段的电阻进行补偿。

电阻补偿设备的用途与电缆电阻的温度相关性有关。电缆的温度在其长度上不是必然恒定的。为了在计算电池电流时能消除温度的影响，可以将已知的测量电流输送经过与测量路段等效的、电阻在标准（参数）温度下已知的路段。根据欧姆定律，在电流和电阻已知时，必然跨该电阻产生电压降。如果所测量的电压降与所预期的电压降有偏差，那么该偏差就可以归因于温度。在假定测量路段承受相同温度的情况下，借助该偏差就可以对测量路段的电阻受到的温度影响进行补偿。

根据本发明，可以用不同的方法沿着测量路段对预定的测量电流进行复用，这些方法可以单独或者组合使用。所有能够区别预定的测量电流与电池电流的方法都可以使用。已知的方法尤其是空间复用方法、频率复用方法、代码复用方法和时间复用方法。

在使用空间复用方法时，根据本发明的装置可以具有平行于所述电缆分布的、与电缆热耦合的补偿电缆，其中电缆和补偿电缆的电阻的温度相关性基本相同。这一点例如可以通过利用相同材料制造电缆和补偿电缆来实现。

在参数温度下，补偿电缆具有的电阻是已知的。由于补偿电缆与所述电缆热耦合，所以可以认为所述电缆和所述补偿电缆受到相同的温度影响。在电缆和补偿电缆的空间布置方面，存在不同的方案。例如，可以将电缆实施为补偿电缆的同轴的护套。但是作为变型方案，也可以设想将补偿电缆实施为电缆的同轴的护套。

通过补偿电缆关于电缆的有利的设置可以达到例如对电磁辐射的屏蔽。

在一种实施方式中，根据本发明的装置具有用于对经过测量路段的预定的测量电流进行复用的复用器和用于从电池电流分离测量电流的分离器。以这种方式可以将预定的测量电流输送经过测量路段并在端部又从电池电流分离。

分离器例如可以实施为滤波器或锁相放大器。除此之外还可以设置具有用于产生交流形式的预定的测量电流的频率发生器和/或用于产生带有调制代码的预定的测量电流的代码发生器。在此，频率发生器可以使用频率复用方法，代码发生器可以使用代码复用方法。

在一种实施方式中，所使用的是时间复用方法。该装置在此具有开关，该开关起到在第一相位使电池电流经过测量路段和在第二相位使预定的测量电流流动经过测量路段的作用。这样可以从电池电流分离预定的测量电流。

测量设备可以通过测量电缆和另一电连接件与电缆相连。在此例如可以使测量电缆以螺旋状缠绕电缆，以避免外界电磁场的影响。

此外，电缆还可以实施为围绕测量电缆或另一电连接件的同轴的护套。还完全可以设想由测量电缆和/或另一电连接件来起到电缆的同轴护套的作用。这些导流元件的巧妙的几何布置可以减小外界电磁场的影响，外界电磁场可能引起干扰性感应电流。

此外，本发明还具有车辆，该车辆带有电池和根据本发明的用于测量电池的电池电流的装置。

附图说明

下面借助附图论述本发明的其他细节。

其中：

图1示出带有电池和用于根据现有技术测量电池电流的装置的车辆的电路；

图2示出根据本发明的装置的第一实施方式的示意图；

图3示出根据本发明的装置的第二实施方式的示意图；和

图4示出根据本发明的装置的第三实施方式的示意图。

具体实施方式

只要未作其他说明，下面说明中的相同的或作用相同的元件都具有相同的附图标记。

图1示出了车辆的电路1，该车辆带有电池2和用于根据现有技术测量电池电流的装置。该电池2具有阳极2a和阴极2b。分流器3通过第一连接区域3a与该电池2的阴极2b相连。搭铁电缆4通过第二连接区域3b与该分流器3相连。

该分流器3是未详细示出的智能的电池传感器的一部分，该电池传感器监测电池2。借助于处理器和软件，从对电流、电压和温度的测量计算出电池2的状态和功率。在此借助经过分流器3的电压降来计算流动的电池电流。通过放大器和模拟数字转化器将该电压降转化为数字信号。还可以使用磁测法，该磁测法探测由电流引发的磁场。在此利用所谓的霍尔效应或磁阻效应。为提供精确的结果，要将分流器3的材料优化成，使分流器3的温度对分流器的电阻值几乎没有影响。

与分流器3的第二连接区域3b相连的搭铁电缆4在其相反的端部与车辆的车身5相连。这种连接优先借助螺栓固定。两个示例性的用灯表示的耗电器6、7的搭铁点通过相应的连接件连接到车身上。通过相应的开关8、9可以闭合耗电器6、7的电路，这样灯开始发光。在电池2的阳极2a侧，借助位于保险丝盒10中的保险丝来保证耗电器6、7的电路的安全。该保险丝盒10通过连接电缆11与电池2的阳极2a相连。

图2借助示意图示出根据本发明的、用于测量电池电流20的装置的第一种实施方式。所示测量路段21设计为搭铁电缆4的一部分。像借助图1所述那样，该搭铁电缆在一侧与车身5相连。两个耗电器6、7的搭铁点也同样连接在车身5上。两个开关8、9将耗电器6、7与保险丝盒10相连，保险丝盒又通过连接电缆11与电池的阳极22耦合。在另一侧，搭铁电缆4与阴极23相连。只要开关8或9中的一个闭合，待测量的电池电流就流动经过测量路段21。测量路段21经由搭铁电缆24和另一电连接件25与测量设备26相连，该测量设备26测量跨测量路段21的电压降。该测量设备26将所测量的电压降的值传递给电流计算设备27，在所测量的电压降和测量路段21的电阻的基础上，该电流计算设备27计算电池电流。

但是测量路段21的电阻值与其温度密切相关。更困难的是，在测量路段的长度上，温度不是必然恒定的。

为了把温度对测量路段21的电阻的影响计算出去，根据本发明的装置20在这个所示实施方式中具有电阻补偿设备28。该电阻补偿设备具有复用器29、分离器30和频率发生器31。为了方便分离器30区分测量电流和电池电流，频率发生器所产生的测量电流的频率优先明显高于电池电流的频率。所述复用器29经由导线32、25将测量电流输送经过测量路段21。导线24、33使测量电流的电路闭合。根据测量路段21的测量电流所引起电压降，结合在参数温度下的测量路段21的已知电阻和流经测量路段21的已知的测量电流，可以确定温度所引起的电阻变化。该电阻变化随后由电阻补偿设备28用于补偿测量路段21的电阻变化。在补偿后产生的流经测量路段21的电流被传递给计算单元34以便进一步使用。

图3示意示出了根据本发明的装置的第二实施方式的重要部件，在此使用空间复用方法。所述搭铁电缆40是在图中未示出的电路的部件，该电路此外还包括电池阳极与车辆的耗电器的连接件以及车辆的车身。起到测量路段作用的搭铁电缆40在一端部与车辆电池的阴极41相连。该搭铁电缆40的另一端部与车辆的车身相连。借助测量电缆42和另一电连接件43测量跨测量电缆40产生的电压降。为此，所述测量电缆42和所述另一电连接件43将电路板44a与所述搭铁电缆40相连。在电路板44a上设有未示出的测量设备和电流计算设备。为向电路板44a供给电流，将电路板44a与车辆电池的阳极45相连。平行于搭铁电缆40分布着与搭铁电缆40热耦合的补偿电缆46。搭铁电缆40和补偿电缆46的电阻的温度相关性是基本相同的。这一点最简单地可以通过搭铁电缆40和补偿电缆46材料相同来实现。补偿电缆46从电路板44a起具有已知的测量电流，借助设置在电路板44a上的模拟数字转换器计算跨补偿电缆46的电压降。在变型的实施方式中，搭铁电缆40或测量电缆42还可以用于回输电流。

因为补偿电缆46的材料和其温度与搭铁电缆40的材料和温度相同，所以补偿电缆46和搭铁电缆40的电阻在参数温度下和在实际温度下的比率也相同。因此搭铁电缆40的电阻与跨补偿电缆46的电压降成比例。这样可以由此计算得出搭铁电缆40的电阻的温度偏差。

在图3的实施例中，所述补偿电缆46沿着整个搭铁电缆40朝向电路板44a延伸并返回是特别有利的。由此使补偿电缆46的长度尽可能长，并进而使与电缆长度成比例的电阻尽可能更大。因此降低了对电压测量的精确度的要求，该电压测量用于计算与补偿电缆46的温度有关的电阻变化。同时在没有附加的连接件的情况下，该补偿电缆46形成了电路板44a外部的闭合电路，所述附加的连接件有可能会影响对补偿电缆46的电阻变化的计算。这一实施方式的另一优点在于，补偿电缆46所具有的已知的测量电流例如可以是直流电，该直流电可以由特别简单的机构或本来就设置在电路板44a上的机构来提供。

所述另一电连接件43例如可以实施为电缆或者也可以是在电缆的连接端子上的用于电路板44a的导电的夹持件。所述测量电缆42和所述另一导电连接件43还可以独立于搭铁电缆40布线。

一般来讲，还可以使用多种其他形式的电导体来替代电缆。根据本专利申请的电缆含义并不局限于圆形的横截面。每种导流体的形状一般都可以使用。例如还可以使用方形的横截面。此外可以将所述搭铁电缆40、测量电缆42、另一电连接件43和补偿电缆46实施为一条电缆的单个的束（绞）线，其中这些束绞线彼此电绝缘。但是当然必须继续确保搭铁电缆40和补偿电缆46之间的热耦合。还可以使用同轴电缆，在这些同轴电缆中，一个或多个导流元件40、42、43、46起到一个或多个导流的元件40、42、43、46的同轴的护套的作用。

通常，市面常见的搭铁电缆的长度约为50cm，电阻约为100μOhm。因此在静态电流约为20mA时，搭铁电缆的电压降仅是几个μV。在该数量级下，由外部电磁场引发的感应电流完全可以发挥作用。因此使所述测量电缆42绕搭铁电缆40螺旋式缠绕是非常有利的。

图4示出根据本发明的用于测量电池电流的装置的第三种实施方式的示意图。电池的极仍又以附图标记41和45表示。电路板44b另外具有测量设备、电流计算设备、频率发生器和滤波器形式的分离器。通过测量电缆42和另一电连接件43测量跨搭铁电缆40的电压降。但与图3所示的实施方式不同的是，不使用补偿电缆46。而是电路板44b借助于频率发生器提供高频的测量电流，该测量电流同样引导经过搭铁电缆40。由于测量电流的频率与电池电流的频率差异很大，所以可以借助滤波器确定由测量电流引起的电压降。在已知的测量电流的基础上，可以计算和补偿搭铁电缆40的电阻。

还可以使用半导体芯片、薄膜混合电路、引线框架或另一种电路来替代电路板44a、44b。

关于附图所作的论述是纯说明性的，不能局限地理解。在不脱离附带的权利要求所规定的保护范围的情况下，这些实施方式可以做巨大改变。此外，所述的实施方式的特征可以彼此组合，以便为实际使用目的提供得到优化的其他实施方式。

附图标记列表

1  车辆的电路

2  电池

2a 阳极

2b 阴极

3  分流器

3a 分流器的第一连接区域

3b 分流器的第二连接区域

4  搭铁电缆

5  车身

6、7 耗电器

8、9 开关

10 保险丝盒

11 连接电缆

20 根据本发明的装置的第一实施方式

21 测量路段

22 电池的阳极

23 电池的阴极

24 测量电缆

25 另一电连接件

26 测量设备

27 电流计算设备

28 电阻补偿设备

29 复用器

30 分离器

31 频率发生器

32 导线

33 导线

40 搭铁电缆

41 电池的阴极

42 测量电缆

43 另一电连接件

44a 电路板

44b 电路板

45 电池的阳极

46 补偿电缆

Claims (12)

1.一种用于测量车辆电池的电池电流的装置，所述装置包括

—测量路段（21、40），在测量时，所有待测量的电池电流流动经过该测量路段，

—测量设备（26、44a、44b），该测量设备用于测量跨测量路段（21、40）的电压降，和

—电流计算设备（27、44a、44b），该电流计算设备用于在所测量的电压降和测量路段的电阻的基础上计算电池电流，

其中所述测量路段由具有与温度相关的电阻（21、40）的电缆的至少一部分构成。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电缆是搭铁电缆（21、40），该搭铁电缆将所述电池的阴极（23、41）与电导体、尤其是车身（5）相连，耗电器（6、7）的搭铁点连接到车身上，或者，所述电缆是连接电缆（11），该连接电缆设置在所述电池的阳极（22）处。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置设计成用于沿所述测量路段（21、40）对预定的测量电流进行复用。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还具有电阻补偿设备（28、44a、44b），该电阻补偿设备设计成用于计算由于预定的测量电流沿所述测量路段（21、40）的补偿电压降，还用于借助补偿电压降和预定的测量电流对所述测量路段（21、40）的电阻进行补偿。

5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述装置设计成用于，借助由空间复用方法、频率复用方法、代码复用方法和时间复用方法组成的方法组中的至少一个方法进行复用。

6.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，还包括平行于所述电缆（40）分布的并与所述电缆热耦合的补偿电缆（46），其中所述电缆和所述补偿电缆的电阻的温度相关性基本相同。

7.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，还包括用于对经过所述测量路段（21、40）的预定的测量电流进行复用的复用器（29、44b），和用于从电池电流分离测量电流的分离器（30、44b）。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述分离器（30、44b）实施为滤波器或锁相放大器。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，还包括用于产生交流电形式的预定的测量电流的频率发生器（31、44b），和/或用于产生带有调制代码的预定的测量电流的代码发生器。

10.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，还包括开关，该开关起到在第一相位仅使电池电流流动经过所述测量路段和在第二相位还使预定的测量电流流动经过所述测量路段的作用。

11.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述测量设备（26、44a、44b）通过测量电缆（24、42）和另一电连接件（25、43）与所述电缆（21、40）相连。

12.一种车辆，具有电池和根据上述权利要求之一所述的装置。

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