CN103975246A - 用于测量电流的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种系统，用于测量由电池，特别是在机动车辆中的电池供应的电流，该系统包括：霍尔效应电流传感器(1)；用于补偿由传感器做出的测量误差的设备(2)，其包括用于将接近表征传感器磁滞的运算符的逆的运算施加给测量电流(IMES)的装置(6)。

Description

用于测量电流的方法和系统
技术领域
本发明涉及电流传感器的技术领域，并且更特别地涉及使用霍尔效应的电流传感器的技术领域。本发明特别可适用于电池电流的测量，例如安装到机动车辆的电池。
背景技术
用于测量电流的霍尔效应电流传感器的使用从现有技术中是已知的。这些传感器很容易受到各种类型测量误差(即偏移误差、增益和线性误差以及由于磁滞导致的误差)的影响。
专利申请EP 0877232公开了通过霍尔效应传感器测量与用于已知电流值做出的电流测量的简单比较来补偿偏移误差的方法。
通过校准或映射用于增益和线性误差的补偿从现有技术中是已知的。
用于由于传感器磁滞导致的误差的补偿方法同样是已知的。然而，该方法需要有源电流环路。因此被称为闭环传感器的使用该方法的传感器具有更高的功率消耗，并且比开环传感器更昂贵。
此外，在力传感器动态加载期间抑制值跳动的滞后补偿方法从专利申请EP 077997 1中是已知的。此外，提供用于在传感器外部并且可测量的磁场补偿的滞后补偿方法从专利申请US2007038401中是已知的。
然而，这两个专利申请不涉及磁滞。因此存在改进用于由于在霍尔效应电流传感器中的磁滞导致的误差补偿的本方法的需求。
发明内容
根据本发明，提出了不增加传感器功率消耗或相对于常规霍尔效应传感器的其成本的精确电流测量系统。
此外，根据本发明，提出了允许采用合理计算量用于磁滞的精确补偿的测量系统。
根据本发明，提出了简单的补偿方法，提供了容易实施的电流测量的实时处理。
因此本发明提出了用于测量由电池，特别是安装到机动车辆的电池所供应的电流的系统，该系统包括：
-霍尔效应电流传感器；
-用于补偿传感器测量误差的设备，其包括用于对测量电流施加逼近表征传感器磁滞的运算符的逆的运算的装置。
因此可以补偿在开环中的霍尔效应传感器的滞后。这使得可以保持与具有由于滞后导致的较少测量误差的常规霍尔效应传感器的那些功率消耗和成本类似的功率消耗和成本。
根据一个特征，误差补偿系统进一步包括从测量电流减去霍尔效应电流传感器的偏移误差的减法器，所述减法器紧随补偿霍尔效应电流传感器的增益误差的乘法器。
因此可以将滞后补偿与用于偏移和增益误差的补偿组合。
根据一个实施例，运算符是启动运算符(Play operator)，以及对测量电流施加运算的装置包括：
-施加延迟的装置；
-用于确定在延迟的测量强度和测量强度之间的差的减法器；
-用于从在延迟的测量电流强度和测量电流强度之间的差提取正或负符号的装置；
-用于将提取的符号分配给取决于滞后循环的宽度的常数的装置；
-用于将常数减去的减法器，所述符号从测量电流强度分配给所述常数。
因此，用于逼近启动运算符的逆的运算非常简单。这特别有用，因为其允许测量电流强度的实时校正。因此，例如在对能量储存测量应用的情况下，校正电流强度可考虑能量储存的连续显示。
本发明同样提出用于测量由电池，特别是安装到机动车辆的电池供应的电流的方法，该方法包括：
-借助于霍尔效应传感器测量电流的步骤；
-补偿传感器测量误差的步骤，其包括对测量电流施加逼近表征传感器磁滞的运算符的逆的运算。
根据一个特征，误差补偿步骤进一步包括霍尔效应传感器的偏移和增益误差校正的步骤。
根据另一个特征，运算符是启动运算符，根据该运算符根据测量强度函数表述的实际电流强度的滞后循环包括两条平行直线，并且所述方法包括霍尔效应传感器表征的初步步骤，所述初步步骤包括：
-测量电流强度的导数符号的计算；
-根据导数的符号的两条平行直线中的一条直线的选择；以及
-与在所选直线上的测量电流强度对应的实际电流强度的确定。
因此霍尔效应传感器的表征可以简单的方式执行。
根据一个实施例，运算符是启动运算符，并且所述运算包括：
-对测量电流强度的延迟的施加；
-在延迟的测量电流强度和测量电流强度之间的差的确定；
-从在延迟的测量电流强度和测量电流强度之间的差的正或负符号的提取；
-提取符号到取决于滞后循环宽度的常数的分配；以及
-将符号从测量电流强度分配给其的常数的减去。
根据另一方面，提出了用于确定安装有电池的电驱动车辆的能量储存的估计而在上面定义的系统。
以这种方式，可提高该类型车辆的能量储存估计的精确性。
为了确定该估计，系统例如被连接到积分器。该用途是有利的，因为在电驱动车辆的特别情况下，电流分布不对称(电流主要从电池朝向电机流动)，并且由于磁滞导致的误差对于例如能量储存的测量特别有害。这不一定是对于混合动力车辆或由热发动机驱动的那些车辆的情况，其中电流分布是对称的(电流在操作期间流到电池或从电池流出)，使得可以补偿由于用于能量储存测量导致的磁滞的误差。
附图说明
本发明的其它特征和优点将从申请和实施例的不以任何方式限制的详细描述和附图中显而易见，在附图中：
-图1示意性示出使用霍尔效应电流传感器并且具有补偿设备的电流测量系统；
-图2示意性示出启动运算符的运算原理；
-图3示出根据本发明实施例的变换装置；以及
-图4示出根据本发明另一个实施例的变换装置。
具体实施方式
图1示出由环表示的霍尔效应传感器1，实际电流强度IREEL穿过该环。该传感器被连接到电池输出并且基于实际电流强度IREEL来测量被测量的电流强度IMES。
IMES测量显示测量误差，即偏移和增益误差以及由于霍尔效应传感器磁滞导致的误差。线性误差一般已经通过在市场上可购得的霍尔效应传感器补偿。
系统具有被连接到霍尔效应传感器输出的测量误差补偿设备2，其补偿测量误差。在设备2的输出处，校正的电流强度ICORR然后具有比电流强度IMES更小的测量误差。
传感器1可示意性表示为由表示传感器1测量误差添加的块4紧随的块3。块3与偏移和增益误差对应。块4与由于磁滞导致的误差对应。
测量误差补偿设备2可示意性表示为由表示传感器1测量误差补偿的块6紧随的块5。块5与偏移和增益误差的校正对应，并且块6与由于磁滞导致的误差校正对应。
在示例性实施例中，块5将第一常数K1添加到每个测量IMES，并且将结果乘以第二常数K2。
例如通过找到用于具有零值的监测的实际电流强度IREEL_cont的测量电流IMES的多个值的装置来确定常数K1。常数K1因此与霍尔效应电流传感器的偏移误差对应。
例如通过找到在实际电流强度IREEL_cont的监测值和多个对应测量值IMES之间比率的装置来确定常数K2。常数K2因此与传感器的增益误差的逆对应。
块6包括用于向测量电流施加逼近表征传感器1磁滞的运算符的逆的运算的装置。换句话说，在通过运算符(例如启动运算符或Preisach运算符)滞后的初步表征后，块6将逼近该运算符的逆的运算施加到在块5输出处的电流强度。
在Preisach运算符的情况下，其近似逆在“Approximate Inversion ofthe Preisach Hysteresis Operator With Application to Control of SmartActuators”,IEEE Transactions on Automatic Control,Vol.50,No.6,June2005中描述。在所有的情况下，Preisach运算符的逆非常消耗资源，因为其需要每个采样间隔的变量。借助于示例，在具有0.5mA分辨率的+1-6A电流幅度的情况下，至少需要1200个变量。不仅使用大量的变量，而且逆同样通过在每个采样间隔处的迭代计算来执行。
根据本发明的有利实施例，诸如在图2中示出的启动运算符(其非常容易求逆)被选择用于霍尔效应传感器磁滞的表征。
水平轴表示实际电流IREEL，而竖直轴表示测量电流IMES。取决于实际电流IREEL是否增加或降低，测量电流由上升直线D1或下降直线D2分别表示。每条直线D1和D2的斜率是1。
在由启动运算符表示的滞后情况下，确定使霍尔效应传感器的测量误差能够被表征的三个值，即：
-与偏移误差对应的值K1；
-与传感器增益误差的逆对应的值K2；以及
-与滞后循环宽度对应的值K3。
这些值由霍尔效应传感器1的初始表征和/或校准来确定。
在诸如在图2中示出的启动运算符的情况下，霍尔效应传感器的表征示例包括：
-测量电流强度IMES的导数符号的计算；
-根据导数符号的两条并行直线D1和D2中的一条直线的选择。更精确地，如果导数是正，则选择直线D1，而如果导数是负，则选择直线D2；以及
-与在所选直线上的测量电流强度对应的实际电流强度IREEL的确定。
在该平台表征期间，可发现滞后循环K3的宽度相对于从-400到200A的测量幅度非常小。这验证了通过启动运算符的两条平行直线滞后的逼近。
图3示出用于补偿传感器1的测量误差的设备的块5和6的具体实施例。
块5包括用于从测量电流IMES减去霍尔效应电流传感器K1的偏移误差的减法器S1，所述减法器S1紧随(通过将减去结果乘以传感器增益的逆)用于补偿霍尔效应电流传感器1的增益误差的乘法器M1。
块6包括用于确定导数符号的装置，其包括用于施加延迟RET和用于确定在延迟的电流强度和非延迟的电流强度之间的差的减法器S2的装置。
块6同样包括用于提取导数正或负符号的装置EXT，和例如用于将提取的符号分配到与滞后循环宽度对应的常数K3的乘法器M2的分配装置。
最后，块6包括用于从测量电流强度IMES提取常数K3的减法器S3，符号被分配到该常数K3：+/-K3。
换句话说，校正电流强度为：
ICORR＝(IMES-K1).K2-sign(IMES(t)-IMES(t-1)).K3
因此表征滞后的运算符的逆以简单的方式执行，并且然后可以实时补偿在测量电流强度IMES上的滞后；也就是说，在传感器1的下一个测量之前，补偿在每个连续电流测量上执行。
图4示出使用霍尔效应传感器1用于测量根据本发明的电流强度的方法步骤。
在第一步骤10中，电流IREEL由传感器1测量。作出的测量为IMES。然后，在步骤111中，在相对于实际电流IREEL的测量电流IMES中的偏移和增益误差被补偿。该步骤由块5执行。最后，在步骤112中，在由于磁滞导致的测量电流IMES的误差被补偿。该步骤由块6执行。
在两个补偿步骤111和112之后，测量电流IMES被校正并且具有值ICORR。

Claims (8)

1.一种系统，用于测量电流，该系统包括：
-霍尔效应电流传感器(1)；
-用于补偿传感器的测量误差的设备(2)，其包括用于将逼近表征传感器磁滞的运算符的逆的运算施加到测量电流(IMES)的装置(6)。
2.根据权利要求1所述的系统，其中误差补偿系统进一步包括从测量电流(IMES)减去霍尔效应电流传感器(K1)的偏移误差的减法器(S1)，所述减法器(S1)紧随补偿霍尔效应电流传感器的增益误差的乘法器(M1)。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中运算符是启动运算符，以及其中向测量电流施加运算的装置包括：
-施加延迟(RET)的装置；
-用于确定在延迟的测量电流强度和测量电流强度之间的差的减法器(S2)；
-用于从在延迟的测量电流强度和测量电流强度之间的差提取正或负的符号的装置(EXT)；
-用于将提取的符号分配给取决于滞后循环宽度的常数(K3)的装置(M2)；
-用于将常数减去的减法器(S3)，所述符号从测量电流强度分配给所述常数。
4.一种方法，用于测量电流，所述方法包括：
-借助于霍尔效应传感器(1)测量电流的步骤(10)；
-补偿传感器的测量误差(1)的步骤(11)，其包括将逼近表征传感器(1)磁滞的运算符的逆的运算(6)施加(112)到测量电流(IMES)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中误差补偿步骤进一步包括霍尔效应传感器(1)的偏移和增益误差的校正的步骤(111)。
6.根据权利要求4和5中任一项所述的方法，其中运算符是启动运算符，根据该运算符根据测量电流强度表述的实际电流强度的滞后循环包括两条平行直线(D1，D2)，所述方法包括霍尔效应传感器表征的初步步骤，所述初步步骤包括：
-测量电流强度(EXT)导数的符号的计算；
-根据导数的符号的两条平行直线(D1，D2)中的一条直线的选择；以及
-与在所选的直线(D1，D2)上的测量电流强度(IMES)对应的实际电流强度(IREEL)的确定。
7.根据权利要求4到6中任何一项所述的方法，其中运算符是启动运算符，并且所述运算(6)包括：
-对测量电流强度(RET)的延迟的施加；
-在延迟的测量电流强度和测量电流强度之间的差(S2)的确定；
-从在延迟的测量电流强度和测量电流强度之间的差提取正或负的符号的提取(EXT)；
-提取的符号到取决于滞后循环宽度的常数的分配(M2)；以及
-符号从测量电流强度分配给其的常数的减去(S3)。
8.一种根据权利要求1到3中任何一项所述的系统的用途，用于确定安装有电池的电驱动车辆的能量储存的估计。
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