CN105051558A - 测量诸如机动车辆的电池电压之类的直流电压的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测量诸如机动车辆的电池的电压Vbat之类的直流电压的方法，根据所述方法，通过模拟/数字转换器（3）将电压Vbat转换成数字值Nbat，将参考电压Vref与所述模拟/数字转换器相关联。根据本发明，此外，规律地向模拟/数字转换器递送来自基准电压源（11）的基准电压Vo，并且将电压Vo转换成数字值Nvo，然后计算数字值Ncor，所述数字值Ncor表示电压Vbat的值，使得，其中Co=Ncor_maxx(2N/Vbat_max)x(Vo/Vref)，Ncor_max是被选择用于Ncor的最大值的编码的值，Nbat_max为从要测量的最大电压Vbat_max的转换所产生的数字值，并且N为模拟/数字转换器的位数。

Description

测量诸如机动车辆的电池电压之类的直流电压的方法和设备

技术领域

本发明涉及测量诸如机动车辆的电池的电压Vbat之类的直流电压的方法和设备。

背景技术

测量诸如机动车辆的电池的电压Vbat之类的直流电压的常用方法典型地在于通过模拟/数字转换器而将直流电压Vbat转换成数字值Nbat，将参考电压Vref与所述模拟/数字转换器相关联。

关于汽车领域，这些测量方法通过集成在车载电子模块中的测量设备来被实施，所述测量设备诸如例如喷射控制计算机（calculateur），并且典型地包括：

·一般集成在电子模块的微控制器中的模拟/数字转换器，

·电压调节器，其被适配用于除了电子模块的内部电源之外还将参考电压Vref供应到模拟/数字转换器。

通过这样的测量设备所实现的测量精度（大约±800mV的值）通常对于多数汽车计算机应用而言是足够的。

然而，诸如用于配备有“停止和起动”设备（该设备在持久停止阶段期间停止推进的内燃机的运转并且一旦车辆的驾驶者表现出重新使车辆移动的意图就起动所述内燃机运转）的车辆的应用之类的新近的某些应用并不能满足于被接受用于与电池电压值相关的信息的通常使用的精度。规定要知道电池的充电状态的这些应用实际上需要大约±200mV的精度。

为了解决该问题而进行的研究使得能够示出主要误差源由模拟/数字转换器的参考电压Vref的分散（dispersion）而引起。实际上，该参考电压的分散，对于汽车领域的常用电压调节器为大约±2%，被全面地转移到电池的电压测量上，并且表现为大约±240mV的测量误差，大于对于某些特定应用所接受的测量误差。

鉴于这些观察，目前研究的解决方案目的在于关于所供应的参考电压Vref的精度而改进电压调节器的性能。

然而，目前的所有解决方案导致电压调节器的很大的超额费用，这显著影响电子模块的成本。

此外，尤其在汽车领域中，测量直流电压的方法一般规定通过具备增益k的电平适配器而将直流电压适配成模拟/数字转换器的运转特征。

然而，通过在汽车领域中一般包括由电阻组成的分压器电桥（pontdiviseur）的电平适配器实施的该适配步骤构成附加的误差源，所述附加的误差源的起因为电平适配器的组件的值的分散。

如前述那样，为了实现电平适配器，目前提出的解决方案在于使用具有窄容差的组件。

然而，除了增加成本（对于分压器电桥而言以大于5的因素）之外，经证明几乎不可能完全免于使用不顺应的组件，特别是相对于其温度漂移系数。

发明内容

本发明目的在于消除这些不便并且目的在于提供一种测量直流电压的方法和设备，其导致以相对于当前测量设备的成本而言合理的超额费用而显著提高测量的精度，并且尤其是在汽车领域中，使得能够满足由“停止和起动”类型的应用所需要的（大约为±200mV）的精度要求。

为此，本发明首先目的在于测量诸如机动车辆的电池的电压Vbat之类的直流电压的方法，根据所述方法，通过模拟/数字转换器而将电压Vbat转换成数字值Nbat，将参考电压Vref与所述模拟/数字转换器相关联，所述测量方法根据本发明而在于：

·向模拟/数字转换器递送来自基准电压源的基准电压Vo，并且将电压Vo转换成数字值Nvo，

·计算数字值Ncor，其表示电压Vbat的数字值，使得：

，

Co包括常量，使得：

，其中：

Ncor_max为被选择用于Ncor的最大值的编码的值，

Nbat_max为产生自要测量的最大直流电压Vbat_max的转换的数字值，

N为模拟/数字转换器的位数。

为了获得数字值Ncor，所述数字值Ncor构成对于模拟/数字转换器的参考电压Vref的变化的经修正的电压Vbat的数字值，本发明因此在于：

·将由值为Vo的精确电压源构成的电压基准添加到当前测量设备，以及

·通过使用包括对值Ncor进行缩放的特定常量Co的比例因子，将直流电压Vbat的模拟/数字转换结果与基准电压Vo进行组合。

在实践中，该解决方案导致提供经修正的直流电压的数字映像，并且因此独立于模拟/数字转换器的参考电压Vref的变化，其经证明尤其在汽车领域中满足于规定要大约±200mV的精度的要求。

此外，这样的解决方案仅仅规定用于实现电压基准的组件的添加，因此与通过用精度电压调节器来替换传统电压调节器而产生的超额费用相比，成本是适度的。

此外，尤其在汽车领域中，该电压基准的存在特别地与电池电压测量的增加的精度要求相关，其添加以及因此其成本只有在需要该增加的精度的应用的框架中要考虑。

根据本发明的有利实施例，常量Co使得。

常量Co的该值实际上导致将模拟/数字转换器的全部动力（dynamique）（Nbat_max=2N）用于要测量的电压的最大值Vbat_max。

根据本发明的另一有利实施例：

·在预先阶段中，实现数字校准过程，所述过程在于：

-模拟电压Vbat并且获取对应的数字值Nbat_test，

-获取与电压Vo对应的数字值Nvo_test，

-从获取的这些值中推断数字值Ncor_test，使得，

-计算数字值Ncor_test的理想理论值Ncor_th，并且确定和存储调整系数Baj，使得，

·在测量操作期间，计算数字值Ncor，其表示电压Vbat的值，使得：。

该预备步骤实际上使得能够通过在根据本发明的测量设备的制造过程期间实施数字校准过程而在初始容差方面修正电压基准的不完美性。

此外，通常，测量直流电压的方法需要通过具备增益k的电平适配器将电压Vbat适配成模拟/数字转换器的运转特征，其中根据Vbat的值或，因此导致将电压转换成数字值。

在该情况下，根据本发明的测量方法有利地在于：

·向电平适配器规律地递送参考电压Vref，并且将所述参考电压Vref转换成数字值，并且

·计算数字值Ncor，其表示电压值Vbat，使得：

，其中

，其中ko在于增益k的理想值。

要注意到，根据本发明，通常将增益k的理想值ko理解为与电平适配器的组件的标称值相对应的增益值。

这样的测量方法实际上导致实时地计算要测量的直流电压的模拟/数字转换的结果的值，其针对电平适配器的变化而进行修正。

该修正的“质量”可以此外借助于增加模拟/数字转换器的位数而得以改进，并且为此，以根据本发明的有利方式，通过在电压Vbat和参考电压Vref的获取期间实施过采样和滑动平均技术而以人工的方式增加该位数。

通过合并数字校准的预备步骤以及用于减少与参考电压Vref的分散相关的误差和减少与电平适配器相关的误差的相应步骤的实施，根据本发明的测量方法因此有利地导致计算数字值Ncor，使得：

。

要注意的是，在该表述中，常量特定于每个测量单元，该常量根据本发明有利地被存储在存储装置中。

此外，根据更具体地与根据本发明所实施的测量手段的性质相关的有利实施例，将电压Vbat和电压Vo递送到多路复用器的两个不同的输入端，所述多路复用器被适配用于使得能够一个接着另一个地将所述电压导向模拟/数字转换器。

当模拟/数字转换器不具有可用于测量基准电压Vo的通道时，尤其需要这样的多路复用器。在该情况下，该多路复用器实际上使得能够交替选择要么来自直流电压源的信号，要么来自基准电压源的信号，目的在于将它们导向专用于测量电池电压的模拟/数字转换器的通道。

根据更具体地与根据本发明所实施的测量手段的性质相关的另一有利实施例，将电压Vbat和参考电压Vref递送到多路复用器的两个不同的输入端，所述多路复用器被适配用于使得能够一个接着另一个地将所述电压导向电平适配器。

此外，根据本发明有利地，通过电压调节器而产生参考电压Vref。

此外，根据本发明有利地，通过电压调节器而为基准电压源供电。

本发明扩展到对由诸如机动车辆的电池之类的直流电压源所产生的直流电压Vbat进行测量的设备，其包括模拟/数字转换器和电压源，所述模拟/数字转换器被适配用于将电压Vbat转换成数字值Nbat，所述电压源被适配用于将参考电压Vref提供到所述模拟/数字转换器。根据本发明，该测量设备包括：

·电压基准，其包括基准电压源，所述基准电压源连接到模拟/数字转换器以使得向该后者供应基准电压Vo，

·计算单元，其被编程用于计算数字值Ncor，所述数字值Ncor表示电压Vbat的数字值，使得：

，

Co包括常量使得：

，其中：

Nvo是从基准电压Vo的转换所产生的数字值，

Ncor_max是被选择用于Ncor的最大值的编码的值，

Nbat_max是从要测量的最大电压Vbat_max的转换所产生的数字值，

N为模拟/数字转换器的位数。

此外，通常，该测量设备包括具备增益k的电平适配器，所述电平适配器用于将电压Vbat适配成模拟/数字转换器的运转特征，并且在该情况下，此外，以根据本发明的有利方式：

·它包括多路复用器，所述多路复用器包括分别连接到直流电压源和参考电压源的两个输入端以及连接到电平适配器的输出端，

·计算单元被编程，一方面用于操控多路复用器以用于选择连到输出端的输入端，并且另一方面用于计算数字值Ncor，所述数字值Ncor表示电压Vbat的值，使得：

，其中：

，其中ko在于增益k的理想值。

附图说明

从随后参考附图的详细描述中，本发明的其它特征目的和优点突显出来，所述附图在其中作为非限制性示例而表示优选实施例。在该图中，图1表示集成了按照本发明的测量设备的电子模块。

具体实施方式

图1中表示的电子模块包括计算机1，诸如喷射控制计算机，其用于车载在机动车辆中，并且集成了对所述车辆的电池5的电压的测量设备。

该计算机1首先包括：

·微控制器2，其尤其集成了存储器15和模拟/数字转换器3，所述存储器15例如为EEPROM（在英语中为“ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory”（电可擦除可编程只读存储器），即电可擦除和可编程的只读存储器）或闪速EPROM类型的，其能以永久的方式保存数据，所述模拟/数字转换器3尤其包括专用于测量电池5的电压的通道3a和接收该模拟/数字转换器3的参考电压Vref的通道3b，

·电压调节器4，其用于为计算机1的所有电子组件供电，并且尤其被适配用于将等于5V的参考电压Vref递送到模拟/数字转换器3的通道3b，

·电平适配器7，其具备增益k并且作为示例而包括电阻式分压器电桥，用于将电池5的电压Vbat适配成模拟/数字转换器3的运转特征。

该分压器电桥此外以传统的方式包括串联的两个电阻8、9，以及电容10。

此外，根据本发明，该计算机1首先集成被插入在电池5和电平适配器7之间的第一多路复用器6，所述第一多路复用器包括分别连接到电池5和电压调节器4的两个输入端6a、6b以及连接到电平适配器7的输入端的输出端6c。

该多路复用器6使得能够选择要么来自电池5的信号Vbat，要么由电压调节器4提供的信号Vref，以用于将它们导向电平适配器7的输入端，对于被递送向输出端6c的信号的选择是由微控制器2、借助于被配置为输出的逻辑端口2b控制的。

根据本发明，计算机1还集成了电压基准，所述电压基准包括基准电压源11，所述基准电压源11一方面连到电压调节器4，其中插入了偏压电阻12，以使得由该后者供电，并且另一方面连到模拟/数字转换器3的通道3a，其中插入了电容13，以使得将基准电压Vo提供到所述模拟/数字转换器3。

最后，根据本发明，计算机1集成了一方面被插入在电平适配器7和基准电压源11之间、并且另一方面被插入在电平适配器7和模拟/数字转换器3的通道3a之间的多路复用器14。该多路复用器14包括分别连到电平适配器7和基准电压源11的两个输入端14a、14b以及连到模拟/数字转换器3的通道3a的输出端14c。

该多路复用器14使得能够交替地选择要么来自电平适配器7的信号k×Vbat，要么来自基准电压源11的信号Vo，以用于将它们导向模拟/数字转换器3的通道3a，要测量的信号的选择由微控制器2、借助于被配置作为输出的逻辑端口2a来控制。

根据本发明，并且首先，在模拟/数字转换器3的通道3a上接收的信号以交替的方式要么在于基准电压Vo，要么在于来自电平适配器7的信号，所述来自电平适配器7的信号以交替的方式要么由信号（）要么由信号（）构成。

从这些信号的模拟/数字转换中产生的数字值如以下：

·信号（）充当对模拟/数字转换器3的参考电压：，

·信号（）:，

·信号Vo:。

在这些数据的基础上，并且首先，用于减少与参考电压Vref的值的分散相关的误差的电压Vbat的修正原理在于通过定义而提出：，其中Ncor(ref)为电压Vbat的模拟/数字获取的经修正的值。

该值Ncor(ref)与以上定义的值Nbat和Nvo的组合导致经修正的值Ncor(ref)，使得：。

在该表述中，Co表示对值Ncor(ref)进行缩放的常量，并且对其的确定根据被选择用于Ncor(ref)的最大值（即Ncor_max）的编码的值。

根据本发明，Co的值因此如下：

，其中：

Nbat_max是从要测量的最大电压Vbat_max的转换所产生的数字值，

N为模拟/数字转换器3的位数。

此外，根据本发明被选择用于电平适配器7的增益k使得模拟/数字转换器3的全部动力用于Vbat_max，并且结果Nbat_max=2N。

由此，以下的两个等效公式可以用于计算Co:

，

。

其次，用于减少与电平适配器7相关的误差的电压Vbat的修正原理关于其而在于将与针对电平适配器7的理想增益ko所获得的值相对应的Nbat的理想值赋予经修正的值Ncor(ad)。

结果，。

通过该等式与以下等式的组合：

·，其中Nro为Nr的理想结果，

·，其中ko为增益k的理想值，

于是。

因此，通过合并以上所述的对电压Vbat的两种修正原理，根据本发明的方法导致定义通过经修正的值Ncor(ref)和Ncor(ad)的组合所获得的电压Vbat的模拟/数字获取的经修正的值Ncor，并且使得：。

此外，为了在初始容差方面补救电压基准11以及附带地电平适配器7的不完美性，本发明在于：在计算机1的制造过程期间实施数字校准过程，其首先在每个计算机1的测试期间实现的预先阶段中在于：

·注入精度激励以用于模拟电压Vbat，并且获取与该电压Vbat对应的数字值Nbat_test以及对应于电压Vo的数字值Nvo_test，

·从所获取的这些值中推断数字值Ncor_test，使得，

·计算数字值Ncor_test的理想理论值Ncor_th，并且确定和存储调整系数Baj，使得。

该数字校准过程在计算机1的使用期间导致考虑调整系数Baj，以使得定义全局修正值Ncor，使得：，其中构成特定于每个计算机1的常量，所述常量被存储在所述计算机1中每一个的存储器15中。

最后，修正的“质量”还可以借助于增加模拟/数字转换器3的位数而得以改进，并且为此，通过在电压Vbat和参考电压Vref的获取期间实施过采样和滑动平均技术而以人工的方式增加该位数。

因此，根据本发明的测量直流电压的方法和设备导致借助于仅仅添加低成本的基准电压源11和两个多路复用器6、14而满足由某些实际应用所需要的精度要求，所述应用规定要例如大约±200mV的测量精度。

Claims (13)

1.测量诸如机动车辆的电池（5）的电压Vbat之类的直流电压的方法，根据所述方法，通过模拟/数字转换器（3）而将电压Vbat转换成数字值Nbat，将参考电压Vref与所述模拟/数字转换器相关联，所述测量方法特征在于：

·向模拟/数字转换器（3）递送来自基准电压源（11）的基准电压Vo，并且将电压Vo转换成数字值Nvo，

·计算数字值Ncor，其表示电压Vbat的数字值，使得：

，

Co包括常量使得：

其中：

Ncor_max为被选择用于Ncor的最大值的编码的值，

Nbat_max为从要测量的最大电压Vbat_max的转换所产生的数字值，

N为模拟/数字转换器（3）的位数。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，常量Co使得。

3.根据权利要求1或2中之一所述的测量方法，其特征在于，将电压Vbat和电压Vo递送到多路复用器（14）的两个不同的输入端（14a,14b），所述多路复用器被适配用于使得能够一个接着另一个地将所述电压导向模拟/数字转换器（3）。

4.根据前述权利要求中任一项所述的测量方法，其特征在于：

·在预先阶段中，实现数字校准过程，所述数字校准过程在于：

-模拟电压Vbat并且获取对应的数字值Nbat_test，

-获取与电压Vo对应的数字值Nvo_test，

-从所获取的这些值中推断数字值Ncor_test，使得，

-计算数字值Ncor_test的理想理论值Ncor_th，并且确定和存储调整系数Baj，使得，

·在测量操作期间，计算数字值Ncor，其表示电压Vbat的值，使得：。

5.根据权利要求1至3中之一所述的测量方法，根据所述方法，通过具备增益k的电平适配器（7）而将电压Vbat适配成模拟/数字转换器（3）的运转特征，然后将电压转换成数字值，所述方法特征在于：

·向电平适配器（7）规律地递送参考电压Vref，并且将所述参考电压Vref转换成数字值，，

·计算数字值Ncor，其表示电压Vbat的值，使得：

，其中

，其中ko在于增益k的理想值。

6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，在电压Vbat和参考电压Vref的获取期间实施过采样和滑动平均技术。

7.根据权利要求4以及一起所取的权利要求5或6中之一所述的测量方法，其特征在于，计算数字值Ncor，使得：。

8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，在存储装置（15）中存储特定于每个测量单元的常量。

9.根据权利要求5至8中之一所述的测量方法，其特征在于，将电压Vbat和参考电压Vref递送到多路复用器（6）的两个不同的输入端（6a、6b），所述多路复用器被适配用于使得能够一个接着另一个地将所述电压导向电平适配器（7）。

10.根据前述权利要求中任一项所述的测量方法，其特征在于，通过电压调节器（4）而产生参考电压Vref。

11.根据权利要求10所述的测量方法，其特征在于，通过电压调节器（4）而为基准电压源（11）供电。

12.测量由诸如机动车辆的电池之类的直流电压源（5）所产生的直流电压Vbat的设备，包括模拟/数字转换器（3）和电压源（4），所述模拟/数字转换器被适配用于将电压Vbat转换成数字值Nbat，所述电压源被适配用于将参考电压Vref提供到所述模拟/数字转换器（3），所述测量设备特征在于其包括：

·电压基准，其包括基准电压源（11），所述基准电压源连接到模拟/数字转换器（3）以使得向该后者供应基准电压Vo，

·计算单元（2），其被编程用于计算数字值Ncor，所述数字值Ncor表示电压Vbat的数字值，使得：

Co包括常量使得：

，

其中：

Nvo为从基准电压Vo的转换所产生的数字值，

Ncor_max为被选择用于Ncor的最大值的编码的值，

Nbat_max为从要测量的最大直流电压Vbat_max的转换所产生的数字值，

N为模拟/数字转换器（3）的位数。

13.根据权利要求12所述的测量设备，其包括具备增益k的电平适配器（7），所述电平适配器用于将电压Vbat适配成模拟/数字转换器（3）的运转特征，其特征在于：

·其包括多路复用器（6），所述多路复用器包括分别连接到直流电压源（5）和参考电压源（4）的两个输入端（6a、6b）以及连接到电平适配器（7）的输出端（6c），

·计算单元（2）被编程，一方面用于操控多路复用器（6）以用于选择连到输出端（6c）的输入端（6a、6b），并且另一方面用于计算数字值Ncor，所述数字值Ncor表示电压Vbat的值，以使得：

，其中：

，其中ko在于增益k的理想值。