CN104698252B - 校正电动车辆电池电子器件的电流传感器的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种校正电动车辆电池电子器件的电流传感器的系统和方法。一种电动车辆电池布置包括电流传感器。电流传感器具有芯和磁场探测器。N匝线圈缠绕所述芯。控制器被配置为根据由探测器探测的线圈中的给定电流产生的磁场以及预期由线圈中的给定电流产生的磁场之间的比较而调节指示电流的探测器的输出。
Description
技术领域
本发明涉及提高被构造为感测在电动车辆电池和负载或电源之间流动的电流的电流传感器的精度。
背景技术
电池电动车辆(BEV)可通过电动机的操作而运动。插电式混合动力电动车辆(PHEV)和混合动力电动车辆(HEV)可通过电动机和/或内燃发动机的操作而运动。在上面任何一种情况下,电动机可接收来自车载电池的电力。这里,当电流从电池(例如)通过逆变器流动到电动机时,电动机是电池的负载。对于BEV和PHEV,电池可通过充电器利用来自公共电网的电力进行充电。这里,当电流从充电器流动到电池时,充电器是电池的电源。
电池电子器件可包括被配置为测量电流的电流传感器。安培小时积分精度(Amphour integration accuracy)是电池再充电的主要度量标准并且难以获得相对好的精度。车载校正以具有精确电流,这允许使用相对更便宜的电流传感器。
发明内容
一种电动车辆电池布置(或系统)包括电流传感器,电流传感器具有芯和磁场探测器、缠绕所述芯的N匝线圈和控制器。所述控制器被配置为根据由探测器探测的线圈中的给定电流产生的磁场以及预期由线圈中的给定电流产生的磁场之间的比较而调节指示电流的探测器的输出。
所述布置还可包括延伸通过所述芯的中部开口的导体。在这种情况下,探测器的输出指示导体上的电流。
所述导体可在电池和开关之间延伸。在这种情况下,在线圈中存在给定电流时断开开关,在导体中存在电流时,所述开关闭合并且线圈中不存在电流。
所述线圈可缠绕所述芯的腿。
N可大于一。在这种情况下,预期由线圈中的电流产生的磁场与线圈中的电流和N的乘积成比例。此外,在这种情况下,线圈中的电流产生的磁场是在线圈为一匝线圈的情况下电流产生的磁场的N倍,使得预期由线圈中的电流产生的磁场是在线圈为一匝线圈的情况下预期由线圈中的电流产生的磁场的N倍。
一种方法包括设置具有芯、磁场探测器以及缠绕所述芯的N匝线圈的电流传感器。所述方法还包括根据由探测器探测的线圈中的给定电流产生的磁场以及预期由线圈中的给定电流产生的磁场之间的比较而调节指示电流的探测器的输出。
或者说,一种方法包括:设置具有芯、磁场探测器以及缠绕所述芯的N匝线圈的电流传感器;根据由探测器探测的线圈中的给定电流产生的磁场以及预期由线圈中的给定电流产生的磁场之间的比较而调节指示电流的探测器的输出。
所述方法还可包括:使连接在电池和开关之间的导体延伸通过芯的中部开口,其中,探测器的输出指示导体上的电流。
所述方法还可包括:在线圈中存在给定电流时断开开关。
所述方法还包括:在导体中存在电流时,所述开关闭合并且线圈中不存在电流。
一种电动车辆包括:电池;开关;电流传感器,具有芯和磁场探测器;导线,在电池和开关之间延伸并延伸通过所述芯的中部开口;N匝线圈,缠绕所述芯;控制器。所述控制器被配置为根据由探测器探测的线圈中的给定电流导致的磁场以及预期由线圈中的给定电流导致的磁场之间的比较而调节探测器的输出,探测器的输出指示导线上的电流。
或者说,一种电动车辆包括:电池;开关;电流传感器,具有芯和磁场探测器;导线,在电池和开关之间延伸并延伸通过所述芯的中部开口;N匝线圈,缠绕所述芯;控制器,被配置为根据由探测器探测的线圈中的给定电流导致的磁场以及预期由线圈中的给定电流导致的磁场之间的比较而调节探测器的输出,探测器的输出指示导线上的电流。
在线圈中存在给定电流时断开开关。
在导体中存在电流时,所述开关闭合并且线圈中不存在电流。
所述线圈缠绕所述芯的腿。
N大于1,并且预期由线圈中的电流产生的磁场与线圈中的电流和N的乘积成比例。
N大于1,线圈中的电流产生的磁场是在线圈为一匝线圈的情况下电流产生的磁场的N倍,使得预期由线圈中的电流产生的磁场是在线圈为一匝线圈的情况下预期由线圈中的电流产生的磁场的N倍。
附图说明
图1示出了插电式混合动力电动车辆(PHEV)的框图;
图2示出了电动车辆(诸如,PHEV)的电池电子器件的框图;
图3示出了根据本发明的实施例的包括电流传感器布置的电池电子器件的框图;
图4示出了根据本发明的另一实施例的包括电流传感器布置的电池电子器件的框图。
具体实施方式
在此公开了本发明的具体实施例;然而,应理解的是,公开的实施例仅是发明可以按照各种和可替代的形式实施的示例。附图不一定按比例绘制;可夸大或最小化一些特征以示出特定部件的细节。因此,在此公开的具体结构和功能性细节不应解释为限制,而仅仅作为用于教导本领域的技术人员不同地实施本发明的代表性基础。
现在参照图1,示出了插电式混合动力电动车辆(PHEV)10的框图。PHEV 10包括高压直流(DC)牵引电池12、电动机14、发动机16、变速器18和车轮20。电动机14、发动机16和车轮20与变速器18机械连接,使得电动机14和/或发动机16可驱动车轮20并使得车轮20可驱动电动机14。这样,电池12可通过逆变器(未示出)向电动机14提供能量或从电动机14接收能量。电池12可通过(交流(AC)/DC)充电器22接收来自公共电网或其他非车载能量源(off-board energy source)(未示出)的能量。
现在参照图2,示出了电动车辆(诸如,PHEV)10的电池电子器件30的框图。电池电子器件30包括电池12和电流传感器32。当负载/电源34连接到电池12时,电流传感器32连接在电池12和负载/电源34之间。这样,电流传感器32被配置为测量当负载/电源34为负载(诸如,电动机14)时从电池12流动到负载/电源34的电流。同样,电流传感器32被配置为测量当负载/电源34为电源(诸如,充电器22)时从负载/电源34流动到电池12的电流。
电池电子器件30还包括电池能量控制模块(BECM)36。BECM 36被配置为向电流传感器32提供电力,以使其运转。BECM 36还被配置为读取由电流传感器32产生的输出,所述输出指示在电池12和负载/电源34之间流动的电流。
现在参照图3,示出了根据本发明的实施例的包括电流传感器布置42的电池电子器件40的框图。电池电子器件40还包括电池12、主接触器(MC+,MC-)(例如,开关)44a、44b、连接在电池12和MC+接触器44a之间的导线46a以及连接在电池12和MC-接触器44b之间的导线46b。当MC+接触器44a、MC-接触器44b闭合时电池12连接到负载/电源34。在这种情况下,电流可从电池12/流动到负载/电源34/从负载/电源34流动到电池12。
电流传感器布置42包括电流传感器48。电流传感器48被配置为当电池12和负载/电源34连接时测量电池12和负载/电源34之间的电流。
电流传感器48包括铁氧体芯50和霍尔效应IC 52。电流传感器48设置在电池12和MC+接触器44a之间,使得导线46a延伸穿过电流传感器48的芯50的中部开口。这样,电流传感器48的芯50围绕导线46a延伸。从而,当电池12连接到负载/电源34时,导线46a使电池(或电源)电流传导通过电流传感器48的芯50。也就是说,相同的电流流经电池12、MC+接触器44a、MC-接触器44b和负载/电源34,也流过电流传感器48的芯50的中部。所述电流在电流传感器48的芯50中产生磁场(由电流传感器48的霍尔IC 52测量)。这样,在这种情况下,电流传感器48的霍尔IC 52的输出指示在电池12和负载/电源34之间流动的电流。
电流传感器布置42还包括BECM 54。BECM 54向电流传感器48的霍尔IC 52提供电力并读取霍尔IC 52的输出值。霍尔IC 52的输出值表示施加到霍尔IC 52的与从电池12传导通过导线46a至MC+接触器44a的电流线性地成比例的磁场。
此外,铁氧体芯50和霍尔IC 52的集合是电流传感器布置42的电流传感器48。电流传感器48的电流是流经电流传感器48的芯50的中部的电流,即,通过闭合MC+接触器44a和MC-接触器44b产生的电池12和负载/电源34之间的电流。
单点校正可在电流传感器48上执行,以去除零点偏移。零点偏移是当通过MC+接触器44a的电流为零时(即,当MC+接触器44a断开时)与霍尔IC 52的电压输出相同的电压。例如,BECM 54可测量当车辆正在起动并且MC+接触器44a仍断开使得电流传感器48的电流(以及MC+电流)为零时电流传感器48的霍尔IC 52的输出电压。此时,电流传感器48的霍尔IC52的输出电压被称为“零点偏移”。此后,符号相反但大小相同的校正可应用到电流传感器48,以使电流传感器48“归零”。
电流传感器布置42还包括传感器线圈接口56(例如,电源)。如图3中所示,传感器线圈接口56可以是BECM 54的一部分。传感器线圈接口56被配置为产生相对精确的输入电流。就这一点而言,输入电流的大小相对低,使得对于传感器线圈接口56而言相对容易精确地产生输入电流。例如,输入电流是1.0安培(amp)的直流。
电流传感器布置42还包括N匝线圈58。N匝线圈58缠绕在电流传感器48的芯50的腿上。传感器线圈接口56使N匝线圈58形成闭合电路并将1.0amp的输入电流供应至N匝线圈58的两侧中的一侧中。如图3中所示,N匝线圈58的两侧连接到传感器线圈接口56。
由于1.0amp的输入电流流经N匝线圈58,使得匝数量为N的N匝线圈58产生施加到电流传感器48的霍尔IC 52的磁场的量。例如,当N为100时,施加到霍尔IC 52的磁场是当N为1时施加到霍尔IC 52的磁场的100倍。也就是说,当N为100时,霍尔IC 52读取的是N匝线圈58中的电流的100倍。因此,对于N匝线圈58中的1.0amp的输入电流,霍尔IC 52读取的值为100amp(尽管只有1.0amp实际流经N匝线圈58)。
因此,通过添加传感器线圈接口56和N匝线圈58,可向电流传感器48添加二次校正。具体地讲,当车辆正在起动并且MC+接触器44a断开以及流动到电池12/来自电池12的电流为零时,可执行二阶校正。第一步,关于零点偏移的校正,包括在断开MC+接触器44a并关闭传感器线圈接口56的同时(例如,在传感器线圈接口56与N匝线圈58断开连接的同时),BECM 54测量霍尔IC 52的输出。当存在零磁场(没有电流)时,该输出就是霍尔IC 52的零点偏移值。
第二步包括在MC+接触器44a仍断开的同时将来自传感器线圈接口56的精确的输入电流(例如,1.0amp输入电流)供应到N匝线圈58。在N匝线圈58中流动1.0amp的输入电流以及在来自电池12/流动到电池12的电流为零的情况下,BECM 54测量霍尔IC 52的输出。霍尔IC 52的实际输出将是100amp的理想输出(即,理想输出是1.0amp×100匝)。霍尔IC 52的实际输出是通过第一步校正的零点偏移。用于校正从校正了零点偏移的实际输出到100A的理想输出的校正因子被称为“增益校正”。BECM 54计算增益校正(增益校正=(理想输出/(实际输出-零点偏移)的绝对值)的绝对值)。BECM 54存储增益校正和零点偏移。BECM 54利用增益校正和零点偏移来校正响应于电流传感器48测量通过导线46流动到电池12/来自电池12的电流而产生的霍尔IC 52的随后的输出。
如所描述的,电流传感器48可具有二次校正(也被称为增益校正),二次校正可具有与可通过N匝线圈58测量的电流的精度相同的精度。例如,来自传感器线圈接口56的输入电流可具有0.1%的公差,因此电流传感器48可以一样达到该精度。这对于在100amp处的电流传感器来说是非常好的精度。通过改变N匝线圈58的匝数N的量或者通过改变从传感器线圈接口56到N匝线圈58的输入电流的量,可获得电流传感器48的任何电流值的等值。例如,可期望在PHEV电流传感器的最大电流(诸如,250amp)处增益校正PHEV电流传感器。
注意,在图3中示出的电池电子器件40的实施例中,当电流传感器48在MC+接触器44a的左手侧时,电流传感器48设置在电池12和MC+接触器44a之间。在变化的实施例中,电流传感器48设置在MC+接触器44a和负载/电源34之间,使得电流传感器48在MC+接触器44a的右手侧。在这种情况下,传感器线圈接口56被配置为当MC+接触器44a按照上述方式断开时向N匝线圈58提供精确的输入电流。可替换地,负载/电源34被配置为当MC+接触器44a断开时向N匝线圈58提供精确的输入电流(或从N匝线圈58汲取精确的输入电流)以执行第二校正步骤。当负载/电源34在第二校正步骤期间与来自负载/电源34的穿过电流传感器48的芯50的导线断开连接时,该导线的电流为零。第一校正步骤可按照与上述类似的方式执行。
现在参照图4,并继续参照图3,示出了根据本发明的另一实施例的包括电流传感器布置62的电池电子器件60的框图。电池电子器件60与电池电子器件40类似并且相同的部件包括相同的标号。
与电池电子器件40的电流传感器布置42相同,电流传感器布置62包括电流传感器48、BECM 54以及N匝线圈58。电流传感器布置62与电流传感器布置42的不同之处在于:电流传感器布置62包括变型的传感器线圈接口64以代替传感器线圈接口56。
如图4中所示,传感器线圈接口64可以是BECM 54的一部分。传感器线圈接口64包括微处理器66。微处理器66包括第一A/D1输入68a和第二A/D2输入68b。传感器线圈接口64包括由第二A/D2输入68b测量的精密电压参考供应69(例如,5.0伏)。相对精确的5.0DC电压被供应到N匝线圈58的两侧中的一侧中。N匝线圈58的两侧分别连接到A/D1输入68a和A/D2输入68b。如图4中所示,N匝线圈58的连接到第一A/D1输入68a的一侧也连接到传感器线圈接口64的感测电阻器70。感测电阻器70与电压参考供应69和N匝线圈58的阻抗共同设置线圈电流。感测电阻器70是(例如)具有0.1%的公差的精密电阻器。
如所描述的,BECM 54包括微处理器66,微处理器66包括第一A/D1输入68a和第二A/D2输入68b。第二A/D2输入68b读取电压参考供应69的值。第一A/D1输入68a读取感测电阻器70上的电压Vsns。由于感测电阻器70精确并且欧姆电阻是已知值,因此,欧姆定律(R×I=V)可用来计算流经N匝线圈58的精确电流。例如,在感测电阻器70的固有欧姆值的情况下,线圈电流是1.0amp。该线圈电流的精确值可由第一A/D1输入68a测量。
此外,当车辆正在起动并且MC+接触器44a断开以及电池电流为零时,可执行二次校正。第一步是在MC+接触器44a断开以及电压参考供应69关闭(即,设置为零伏)的情况下,测量霍尔IC 52的输出。由于将存在零磁场(没有电流流过穿过电流传感器48的芯50的导线46a),因此该输出值就是霍尔IC 52的零点偏移值。
在MC+接触器44a仍断开的情况下,通过将5.0V施加到电压参考供应69的输出而开始第二步。这样使得1.0amp的输入电流在N匝线圈58中流动。第二A/D2输入68b读取精确的供应电压并且第一A/D1输入68a测量精确的线圈电流。在该电流在N匝线圈58中流动的情况下,BECM 54测量霍尔IC52的输出。霍尔IC 52的实际输出将是100A(1.0A×100匝)的理想输出。霍尔IC 52的输出是通过第一步校正的零点偏移。用于校正从实际输出到100A的理想输出的校正因子是增益校正。
如上所述,现在电流传感器48具有二次校正(即,增益校正),二次校正可具有与可通过N匝线圈58测量的电流的精度(在感测电阻器70具有0.1%公差的情况下,电流的精度大约为0.1%)相同的精度。这对于在100A处的电流传感器来说是非常好的精度。此外,通过简单地改变N匝线圈58的匝数N的量、或者通过经由改变电压参考供应69而改变电流的量、或者通过改变感测电阻器70的阻抗,可获得电流传感器期望的任何电流值的等值。
虽然上面描述了示例性实施例,但不意味着这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。更确切地说,说明书中使用的词语是描述性而非限制性的词语,并且应理解的是,在不脱离本发明的精神和范围的情况下可作出各种改变。此外,可结合各种实施的实施例的特征以形成本发明的进一步的实施例。
Claims (11)
1.一种用于校正电流传感器的系统,包括:
电流传感器,具有芯和磁场探测器;
N匝线圈,缠绕所述芯;
控制器,被配置为将给定电流供应给线圈,所述给定电流为将由所述电流传感器探测的最大电流的1/N并且具有已知公差,并且所述控制器被配置为根据(i)由磁场探测器探测的线圈中的给定电流产生的磁场以及(ii)预期由线圈中的给定电流产生的磁场之间的比较而调节指示电流的磁场探测器的输出,以使磁场探测器的输出的精度与所述已知公差的精度相同。
2.如权利要求1所述的系统,所述系统还包括:
导体,延伸通过所述芯的中部开口,
其中,磁场探测器的输出指示导体中的电流。
3.如权利要求2所述的系统,其中:
所述导体在电池和开关之间延伸。
4.如权利要求3所述的系统,其中:
在线圈中存在给定电流时断开开关。
5.如权利要求3所述的系统,其中:
在导体中存在电流时,所述开关闭合并且线圈中不存在电流。
6.如权利要求2所述的系统,其中:
所述线圈缠绕所述芯的腿。
7.如权利要求1所述的系统,其中:
N大于1,其中,预期由线圈中的电流产生的磁场与线圈中的电流和N的乘积成比例。
8.如权利要求1所述的系统,其中:
N大于1,
线圈中的电流产生的磁场是在线圈为一匝线圈的情况下电流产生的磁场的N倍,使得预期由线圈中的电流产生的磁场是在线圈为一匝线圈的情况下预期由线圈中的电流产生的磁场的N倍。
9.如权利要求1所述的系统,其中:
所述磁场探测器是霍尔效应IC。
10.如权利要求1所述的系统,其中:
所述控制器被配置为向线圈中供应电流并将线圈中的电流调节为其他值。
11.一种用于校正电流传感器的电动车辆电池系统,包括:
电流传感器,具有芯和磁场探测器,所述芯围绕延伸通过所述芯的中部开口的导体;
N匝线圈,缠绕所述芯;
控制器,被配置为将校正电流供应给线圈,所述校正电流为最大导体电流的1/N并且具有已知公差,并且所述控制器根据(i)由磁场探测器所探测出的由线圈中的校正电流所产生的磁场与(ii)预期由线圈中的校正电流所产生的磁场之间的比较来调节指示导体电流的磁场探测器的输出,以使磁场探测器的输出的精度与所述已知公差的精度相同。
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