CN104459294B - 利用各温度的电阻值的电流测定装置及其方法 - Google Patents

利用各温度的电阻值的电流测定装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种测定车辆蓄电池电流的利用各温度的电阻值的电流测定装置及其方法。此装置包括：将所述车辆蓄电池上连接的电缆上流动的模拟形态电流转换成数字形态测定电流的模拟‑数字转换器；以及参照根据所述车辆蓄电池的温度区段分别提前测定的所述电缆的电阻值被存储的查找表，提取与所述车辆蓄电池的当前温度所属的温度区段匹配的所述电缆的电阻值，利用上述提取的电阻值校准所述ADC电流通道的控制部件。

Description

利用各温度的电阻值的电流测定装置及其方法
技术领域
本发明是利用各温度的电阻值测定电流的装置及其方法，具体来讲，就是精确的测定IBS(Intelligent Battery System，智能电池系统)电流的装置及其方法。
背景技术
一般车辆上具备发动机的点火装置、车箱灯（courtesy light）、音频装置、空调（Heating Ventilating and Air Conditioning）装置等利用电气电源运行的各种电气装置。
为了向这些电力装置供电，车内一般装配车辆蓄电池或车辆发电机。
电力装置中的一些装置在车辆运行之前从车辆蓄电池接收电源运行，车辆运行时接收从车辆交流发电机生成的电源运行。
任一电力装置从车辆发电机接收多于所需的电力时剩余电力用于车辆蓄电池的重新充电。相反，任一电气装置从车辆发电机接收少于所需的电力时由车辆蓄电池补充不足的电力，由此，向各个电气装置灵活地进行供电。
如上所述，为了向车辆上装配的电气装置顺畅地进行供电，车辆上具备如图1所示的IBS组件。图2是显示包括图1中图示的IBS组件的整个IBS系统的框图。
根据图1和图2，IBS传感器组件组成包括终端线夹6、分流电阻50、电缆13A及保护壳2，4。
终端线夹6连结在车辆蓄电池11的负极端子13上。
分流电阻50的一端连接于终端线夹6，另一端连接于电缆13A，将车辆蓄电池11的负极端子13和车体底盘（chassis ground）用电连接。
保护壳2、4内部安装有IBS20、车辆网络通信部等电路元件。
所述壳体上收容的IBS20是在车辆蓄电池充电或放电时测定车辆蓄电池的电流、电压和温度，对蓄电池充电状态（State Of Charge: SOC）、蓄电池老化状态（State OfHealth: SOH）以及蓄电池功作能力（SOF: State Of Function）等蓄电池信息进行实施推测。此时，通过IBS20测定的电流为所述分流电组50上流动的电流，该电流如图2所示，包括充电电流I1和放电电流I2。
通过IBS20推测的蓄电池状态信息如图2所示，被传送到发动机控制器30，发动机控制器30基于推测的蓄电池状态信息对发电机40实施控制。
另外，如上所述IBS20，是为了测定车辆蓄电池的电流而测定分流电阻50上流动的电流，但此分流电阻50价格较高，是导致IBS组件成本上升的主要部件。
如今，为节省部件费用提出了一种可以消除分流电阻50，用电缆13A取代分流电阻50的方案。
但电缆13A与分流电阻50不同，电阻值会随温度发生变化。电缆13A的电阻值变化会阻碍IBS对电流的精确测定。
发明内容
技术问题
为解决上述问题，本发明提供一种利用提前确认的，根据车辆蓄电池的温度电缆电阻值的不同，提高测定电流的准确度的电流测定装置及其方法。
技术方案
本发明一方面涉及的测定车辆蓄电池电流的电流测定装置包括：将所述车辆蓄电池上连接的电缆上流动的模拟形态电流转换成数字形态测定电流的模拟-数字转换器（Analog-Digital Converter: ADC）；以及参照根据所述车辆蓄电池的温度区段分别提前测定的所述电缆的电阻值被存储的查找表，提取与所述车辆蓄电池的当前温度所属的温度区段匹配的所述电缆的电阻值，利用所述提取的电阻值校准所述ADC电流通道的控制部件。
本发明另一方面涉及的电流测定方法的实施步骤包括：在ADC测定连接于所述车辆蓄电池的电缆上流动的模拟形态电流的步骤；在所述控制部件参照根据所述车辆蓄电池的温度区段分别提前测定的所述电缆的电阻值被存储的查找表确认所述车辆蓄电池当前温度所属温度区段的步骤；在所述控制部件从所述查找表提取与所述确认的温度区段匹配的电阻值以所述提取的电阻值校准所述ADC电流通道的步骤；在所述ADC根据所述校准的ADC的电流通道将所述模拟形态电流转换成数字形态测定电流的步骤。
有益效果
根据本发明，消除与车辆蓄电池的负极端子和车体底盘上连接的电缆之间插入的分流电阻，测定所述电缆上流动的电流，不需要分流电阻而节省相应投入成本。
而且提前构成，确定了随温度的变化而改变的电缆电阻值的查找表，和校准随温度变化而改变的确定了增益值跟偏移值的查找表，通过参照之前构成的查找表实施在IBS内测定电流的ADC的均衡作业，而准确地测定所述电缆上流动的电流。
附图说明
图1是由传统技术而来的IBS（Intelligent Battery Sensor）组件的分解透视图；
图2是显示图1中图示的包括IBS组件的整体IBS系统的框图；
图3是本发明一个实例的电流测定装置的框图；
图4a和图4b是说明图3中图示的第2查找表生成过程的示意图；
图5是本发明一个实例的校准值应用过程的流程图。
具体实施方式
本发明提供测定车辆蓄电池电流的电流测定装置。
此电流测定装置的特征是包括：将连接于所述车辆蓄电池的电缆上流动的模拟形态电流转换成数字形态测定电流的模拟-数字转换器（Analog-Digital Converter: ADC），以及参照根据所述车辆蓄电池的温度区段分别提前测定的，所述电缆电阻值被存储的查找表，提取与所述车辆蓄电池当前温度所属的温度区段相匹配的所述电缆电阻值，利用所述提取的电阻值校准所述ADC电流通道的控制部件。
根据本发明一个实例，所述控制部件参照根据所述温度区段分别提前计算的所述ADC的增益值和偏移值，提取与所述当前温度匹配的所述ADC的增益值和偏移值，将校准为所述电阻值的所述ADC的电流通道用所述提取的所述ADC的增益值和偏移值实施校准。
根据本发明一个实例的电流测定装置还包括存储根据所述温度区段分别提前计算的所述ADC的增益值和偏移值的查找表。
根据本发明一个实例的电流测定装置的ADC将所述车辆蓄电池的负极端子和车体底盘（CHASSIS,GND）直接连接的所述电缆上流动的模拟形态电流转换成所述数字形态的测定电流。
本发明一个实例的电流测定装置的控制部件利用所述校准的数字形态测定电流推测车辆蓄电池的包括充电状态（State Of Charge: SOC）、老化状态（State Of Health:SOH）以及工作能力状态（SOF: State Of Function）在内的蓄电池状态。
本发明一个实例的电流测定方法是利用模拟-数字转换器（Analog-DigitalConverter: ADC）和校准所述ADC电流通道的控制部件（Micro Controller Unit）精确地测定车辆蓄电池的电流。
具体是，本发明一个实例的电流测定方法是，在所述ADC测定与所述车辆蓄电池连接的电缆上流动的模拟形态电流，在所述控制部件参照存储根据所述车辆蓄电池的温度区段分别提前测定的所述电缆电阻值的查找表，确认所述车辆蓄电池的当前温度所属的温度区段，在所述控制部件从所述查找表提取与所述确认的温度区段匹配的电阻值后，用所述提取的电阻值校准所述ADC的电流通道。而且在所述ADC根据所述校准的电流通道，将所述模拟形态电流转换成数字形态测定电流。
本发明一个实例的电流测定方法还包括构成所述查找表的步骤。构成所述查找表的构成步骤包括：测定随所述车辆蓄电池温度变化的所述电缆电阻值的步骤；将所述测定的电阻值按已设定的温度区段实施分组的步骤；从所述被分组的电阻值中选择一个电阻值的步骤；将选定的一个电阻值与所述温度区段匹配而构成所述查找表的步骤。
根据本发明一个实例的电流测定方法，在校准所述数字形态测定电流的步骤以后还包括：在所述控制部件参照根据所述温度区段分别提前计算的所述ADC增益值和偏移值提取，与所述当前温度匹配的所述ADC增益值和偏移值的步骤；在所述控制部件通过所述提取的电阻值校准的所述ADC的电流通道用所述提取的增益值和偏移值实施校准的步骤；以及在所述ADC，根据用所述提取的增益值和偏移值校准的所述ADC电流通道，将所述模拟形态电流转换成数字形态测定电流的步骤。
根据本发明一个实例的电流测定方法，所述ADC的电流通道校准步骤是在确认所述温度区段的步骤，确认所述车辆蓄电池的当前温度所属温度区段与所述车辆蓄电池之前温度所属的温度区段一致时，直接保持之前校准的ADC的电流通道。
为使本发明实例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实例是本发明一部分实例，而不是全部的实例。基于本发明中的实例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实例，都属于本发明保护的范围。
本发明中使用的术语仅用以说明实例，并不是对本发明进行限制。本说明书中的单数形式，在文句中没有特别提示的前提下，也包含复数形式。说明书中使用的“包括（comprises）”或者“包括的（comprising）”不排除所涉及的构件、步骤、动作以及/或元件以外的一个以上的其它构件、步骤、动作以及/或元件的存在或者补充。
下面根据附图对本发明实例详细进行描述。
图3是本发明一个实例的IBS电流测定装置的框图。
根据图3，本发明一个实例的电流测定装置100作为测定车辆蓄电池10电流的装置，所述电流测定装置100也可以称为在前面的背景技术中叙述的智能型蓄电池传感器IBS。
本发明一个实例的电流测定装置100为推测SOC、SOH、SOF等车辆蓄电池状态，不仅可以测定车辆蓄电池的电流，还可以测定车辆蓄电池的电压和车辆蓄电池的温度。
但本发明着重点在于精确测定车辆蓄电池上的电流，因此为明确表达本发明的宗旨，本发明以准确测定电流为核心说明实例。
可称为智能型蓄电池传感器IBS的本发明的，一个实例的电流测定装置100与传统的不同之处在于不是测定与车辆蓄电池10的负极端子和车体底盘（GND）连接的电缆13A上插入的分流电阻上流动的电流，而是测定与车体底盘（GND）连接的电缆13A上流动的电流I1、 I2。
因此，本发明一个实例的电流测定装置可以排除图1和图2中图示的分流电阻的设计。
为测定电缆本身13A上流动的电流，本发明一个实例的电流测定装置100包括温度传感器110、模拟-数字转换器（ADC：Analog-Digital Converter）120、MCU(MicroController Unit、微控制器)130、第一查找表（LUT1）和第二查找表（LUT2）150。
温度传感器110检测车辆蓄电池10的温度。检测的温度通过ADC温度通道CH1被输入到所述ADC120。
所述ADC120除了从所述温度传感器110的模拟形态温度值以外，从ADC电压通道CH2和ADC电流通道CH3分别被输入车辆蓄电池10的电压和电流。所述ADC120将通过各通道输入的温度、电压和电流转换（计算）成数字形态的温度值、电压值和电流值后传送到所述MCU130。
所述MCU130利用数字形态温度值、电压值和电流值，推测蓄电池的如SOC(StateOf Charge、充电状态)、SOH(State Of Health、健康状况)和SOF(SOF: State OfFunction、状态函数)的状态。
所述MCU130被所述ADC120输入的电流值是将车辆蓄电池的负极端子和车体底盘直接连接的电缆上流动电流，而非分流电阻上流动的电流。
如上所述，所述电缆的电阻值随温度产生较大偏差，因此为了从所述ADC120被输入准确的数字形态电流值，所述ADC120的电流通道电阻值应变更为随温度的电阻值。
因此，本发明一个实例的电流测定装置100具备根据温度区段分别测定电缆的电阻值，并存储测定结果的第一查找表（LU1）140。
而且各温度区段的电缆13A电阻值不同，因此为更加精确地测定车辆蓄电池的电流，所述ADC120的增益值（Gain）和偏移值（Offset）也应按温度区段分别被校准（Calibration）。
因此，本发明一个实例的电流测定装置100具备提前计算须根据温度区段分别变更的电缆电阻值被校准的所述ADC120的校准值CA（增益值）和偏移值（Offset），并存储计算的校准值的第二查找表（LUT2）150。
所述MCU130参照上述的第一和第二查找表140、150从所述第一和第二查找表140、150分别提取与电缆12A的当前温度值匹配的电阻值R和所述ADC120的校准值CA，利用分别提取的电阻值R和校准值CA校准所述ADC120的ADC电流通道。
根据本发明一个实例，为构成第一查找表140，首先按车型分别利用同样电缆测定随温度的电缆电阻值，测定结果见下表1。
【表1】
温度 在各温度下的电缆电阻
-40 0.02mOhm
-20 0.14mOhm
0 0.27mOhm
20 0.42mOhm
40 0.55mOhm
60 0.70mOhm
80 0.87mOhm
然后根据上述表1的温度以实际测定电阻值为基础设定温度区段，根据设定的温度区段如下表2重新分别选择代表电阻。
【表2】
温度区段 各温度区段的电缆代表电阻
温度区段 各温度区段的电缆代表电阻
~ -40 0.02mOhm
-20 ~ 0 0.14mOhm
0 ~ 20 0.27mOhm
20 ~ 40 0.42mOhm
40 ~ 60 0.55mOhm
60 ~ 80 0.70mOhm
80 ~ 0.87mOhm
上述表2是在20℃间隔的各温度区段选择代表电阻的例子。
如上表2所示，根据各温度区段分别选择代表电阻而完成第一查找表140的构成。
第一查找表140构成以后，根据各温度区段的电阻值计算校准ADC120的增益误差（Gain Error）和偏移误差（Offset Error）的校准值，将该计算结果构成为第二查找表150。
图4a是图2中图示的第一和第二查找表生成过程的顺序图。
根据图4a，首先实施测定随温度的电缆电阻值的过程（S410）。
然后实施推测已设定的各温度区段的电缆代表电阻值，将各温度区段分别推测的电缆代表电阻构成第一查找表的过程S420。
第一查找表的构成完成以后实施对根据各所述第一查找表上构成的各代表电阻值分别输入到ADC的输入电流值和通过ADC测定的测定电流值（或输出电流值）之间的增益误差和偏移误差实施校准（calibration）的过程S430。
实施将包括通过所述S430步骤校准的增益值和偏移值的校准值按温度区段分别匹配后存储到第二查找表150的过程S440。
下面根据图4b详细说明在所述S430步骤实施的校准过程。
图4b是说明图4a中图示的在步骤S430输入到ADC的输入电流值和在ADC测定的测定电流值之间的增益误差和偏移误差实施校准（calibration）的过程的示意图。
本实例中，可以利用“两点校准（2 point calibration）”对ADC的增益误差和偏移误差实施校准。
图4b中，x轴是输入到ADC的输入电流（Inserted current），y轴是对输入电流的ADC的输出电流即通过ADC测定的（或者转换的）测定电流（Measured current）。
理想的情况下，与输入到ADC的输入电流对比的测定电流（或输出电流）应如倾斜度为1的直线53显示。但，所述ADC的设计实际上是不可能的，因此ADC的增益误（gainerror）和偏移误差（offset error）是不可避免的。
将与输入到ADC的输入电流对比实际测定的电流以倾斜度为K的直线51表达时，该直线51的y轴截距与表示倾斜度为1的基准电流的直线53的y轴截距之相差值为偏移误差（offset error），所述直线51的倾斜度K与所述直线53的倾斜度之间相差值为增益误差（gain error）。
最终，ADC的增益误差和偏移误差的校准是将所述相差值变为0的过程，可以作为将所述表示测定电流的直线51校准为表示基准电流的直线53过程进行说明。
所述校准过程按各温度区段分别实施，将各实施过程中校准的增益值和偏移值作为各温度区段的校准值存储到第二查找表。
根据图5，首先在温度传感器110实施根据已设定的电流测定周期测定车辆蓄电池当前温度值的过程S510。测定的当前温度值通过ADC120被传送到MCU130。
在所述MCU130，确认接收的车辆蓄电池的当前温度值，根据确认的当前温度值确认温度区段的转换与否（步骤S520）。就是说，在所述MCU130确认当前温度值是否属于之前温度值所属的温度区段。如果在所述MCU130确认当前的温度值属于与之前温度值所属的温度区段不同的温度区段，则识别为存在温度区段的转换。
识别温度区段的转换以后，MCU130参照第一和第二查找表提取与所述转换的温度区段（所述当前温度值所属的温度区段）匹配的电阻值（或代表电阻值）和校准值Gain,offset，以提取的电阻值和校准值校准ADC的ADC电流通道（步骤S530）。
如果在步骤S520未确认到温度区段的转换，就是说确认当前温度值属于与之前温度值所属的温度区段相同的温度区段，则继续保持之前校准的ADC电流通道（步骤S521）。
如上所述，本发明是消除车辆蓄电池的负极端子和电缆之间插入的分流电阻，并测定在所述电缆本身流动的电流，并不需要分流电阻而节省相应的投入成本。
而且，开始就生成根据温度分别变化的电阻值和随该电阻值的ADC校准值，根据此后温度变化，以与温度区段匹配的电阻值和校准值校准ADC的电流通道（ADC均衡作业），不需要通过每电流测定周期实施校准运算的过程，只需从查找表提取所需数据，从而缩短电流的测定时间的同时提升所测定电流的精确度。
以上实例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实例所述的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实例所述技术方案的范围。本发明的保护范围应根据下述的权利要求范围进行解释，而且在其同等范围内的所有技术方案应都属于本发明的权利要求范围。

Claims (6)

1.一种电流测定装置，其特征在于，
作为测定车辆蓄电池电流的电流测定装置，包括：
将所述车辆蓄电池的负极端子和车体底盘直接连接的电缆上流动的模拟形态电流转换成数字形态测定电流的模拟-数字转换器；以及
参照按照温度区段分别测定所述电缆的电阻值并存储测定结果的第一查找表和存储根据按照所述温度区段分别测定的所述电缆的电阻值校准的模拟-数字转换器的增益值和偏移值的第二查找表，从所述第一查找表提取与所述车辆蓄电池的当前温度所属的温度区段匹配的所述电缆的电阻值，从所述第二查找表提取与所述当前温度匹配的所述模拟-数字转换器的增益值和偏移值，利用提取的所述电缆的电阻值和提取的所述模拟-数字转换器的增益值和偏移值校准上述模拟-数字转换器电流通道的控制部件。
2.根据权利要求1所述的电流测定装置，其特征在于，
所述控制部件包括：利用所述校准的数字形态测定电流推测包括车辆蓄电池的充电状态、老化状态以及工作能力状态的蓄电池状态。
3.一种电流测定方法，其特征在于，作为利用模拟-数字转换器和校准所述模拟-数字转换器电流通道的控制部件精确地测定车辆蓄电池的电流测定方法，实施步骤包括：
在所述模拟-数字转换器测定将所述车辆蓄电池的负极端子和车体底盘直接连接的电缆上流动的模拟形态电流的步骤；
在所述控制部件，参照按照温度区段分别测定所述电缆的电阻值并存储测定结果的第一查找表和存储根据按照所述温度区段分别测定的所述电缆的电阻值校准的模拟-数字转换器的增益值和偏移值的第二查找表，提取与所述车辆蓄电池的当前温度所属的温度区段匹配的所述电缆的电阻值和所述模拟-数字转换器的增益值和偏移值的步骤；
在所述控制部件利用提取的所述电阻值和所述模拟-数字转换器的增益值和偏移值，校准所述模拟-数字转换器电流通道的步骤；
在所述模拟-数字转换器根据校准的所述模拟-数字转换器的电流通道将所述模拟形态电流转换成数字形态测定电流的步骤。
4.根据权利要求3所述的电流测定方法，其特征在于，
还包括构成所述第一查找表的步骤；
所述查找表的构成步骤包括：
测定根据所述车辆蓄电池温度变化的所述电缆的电阻值的步骤；
将所述测定的电阻值按已设定的温度区段分成组的步骤；
从所述分成组的电阻值中选定一个电阻值的步骤；以及
将选定的一个电阻值与所述温度区段匹配而构成所述查找表的步骤。
5.根据权利要求3所述的电流测定方法，其特征在于，
校准所述数字形态测定电流的步骤以后还包括：
在所述控制部件参照根据所述温度区段分别提前计算的所述模拟-数字转换器的增益值和偏移值，提取与所述当前温度匹配的所述模拟-数字转换器的增益值和偏移值的步骤；
在所述控制部件，利用所述提取的增益值和偏移值对利用所述提取电阻值校准的所述模拟-数字转换器的电流通道实施校准的步骤；以及，
在所述模拟-数字转换器根据利用所述提取的增益值和偏移值校准的所述模拟-数字转换器的电流通道将所述模拟形态电流转换成数字形态测定电流的步骤。
6.根据权利要求5所述的电流测定方法，其特征在于，
校准所述模拟-数字转换器的电流通道的步骤是，在确认所述温度区段的步骤确认到所述车辆蓄电池的当前温度所属的温度区段，与所述车辆蓄电池之前温度所属的温度区段一致时仍然保持之前校准的模拟-数字转换器电流通道的步骤。
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