CN105425007A - 具有温度补偿的分路电流测量 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于在车辆(2)中测量通过电导体(40)的电流(6)的方法，其中，电导体(40)由两个导体部段(42)形成，在这两个导体部段之间连接测量电阻(28)，该方法包括：-确定在测量电阻(28)上降低的测量电压(32)；-检测沿电流(6)的方向看去在测量电阻(28)上的一个点(54)之前的第一校正电压(46)；-检测沿电流(6)的方向看去在测量电阻(28)上的所述点(54)之后的第二校正电压(48)；以及-基于检测到的测量电压(32)和在第一校正电压(46)与第二校正电压(48)之间的差(66、74)确定电流(6)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于以电流传感器测量电流的方法。
背景技术
进入车载电池和从其中出来的电流例如在文献DE102009044992A1和DE102004062655A1中以电流传感器通过测量电阻——也称为分路——测量。为了提高电流测量的精度，在两种情况下提出：补偿取决于在测量电阻上降低的功率损耗的温度升高，以便避免温差电压。为此推断出源自功率损耗的温度升高。
发明内容
本发明的任务在于，改善已知的用于电流测量的方法。
该任务通过独立权利要求的特征解决。优选的改进方案是从属权利要求的对象。
按照本发明的一个方面，提出一种用于在车辆中测量通过电导体的电流的方法，其中，电导体由两个导体部段形成，在这两个导体部段之间连接测量电阻，该方法包括如下步骤：
-确定在测量电阻上降低的测量电压；
-检测沿电流的方向看去在测量电阻上的一个点之前的第一校正电压；
-检测沿电流的方向看去在测量电阻上的所述点之后的第二校正电压；以及
-基于检测到的测量电压和在第一校正电压与第二校正电压之间的差确定电流。
提出的方法基于如下考虑：进行温度变化的开始所述的补偿，以便校正测量误差。该测量误差由温差电压引起，温差电压歪曲由测量电阻上的电流引起的电压降，从而测量到的电流同样是有误差的。基于功率损耗测量误差的校正在开始所述情况下然而以昂贵的建模为前提，该建模在每种情况下是耗时的。
在此提出的方法以如下考虑着手，即温差电压出现在导体部段与测量电阻之间的过渡部上并且原则上在测量电阻上彼此消除，因为它们是相互反向的。测量误差仅仅当引起温差电压的温度分布通过电导体、特别是在前述过渡部上不均匀地分布时才被引入。仅仅当那时候产生不同温差电压，该温差电压引入要校正的测量误差。
在此提出的方法以如下建议着手，即不考虑温差电压自身或温度自身，而是仅仅考虑温度和/或温差电压在电导体上引起测量误差的不均匀的分布。不均匀的分布可以在此已经由在电导体上的电压分布识别，属于电压分布的也还有校正电压。最后，温差电压并因此以及引起温差电压的温度一起进入到该电压分布中，从而温差电压和温度不必须仅仅以耗时的方式建模。因此可以由电压分布并因此由两个校正电压直接推断出测量误差，测量误差那么在电流的测量中可以被共同考虑。
所述点——在该点之前和之后测量两个校正电压——应如此选择，使得以相对于点对称的方式检测第一校正电压和第二校正电压。亦即，一方面电导体的材料特征应相对于该点对称地进行。再者电压分接点也应相对于该点对称地设置。通过这种方式实现了，由以两个校正电压考虑的电压分布实际上也可以识别通过电导体的温度差并因此识别温差电压。
在提出的方法的一个改进方案中，在基准温度/参考温度下检测第一校正电压的电阻等于在基准温度下检测第二校正电压的电阻。通过这种方式例如可以实现材料特征的上述对称。
在提出的方法的一个附加的改进方案中，两个电阻具有相同的温度系数，由此备选或附加地可以实现材料特征的上述对称。
在一个特别的改进方案中，所述的方法包括如下步骤：
-基于在第一校正电压与第二校正电压之间的差确定温度差；以及
-基于检测的测量电压和温度差确定电流。
为了基于检测到的测量电压和温度差确定电流，可以以自身已知的方式由温度差确定例如在温差电压之间的差，以便温差电压不彼此抵消。测量电压被以温差电压的该差进行校正。
在提出方法的另一改进方案中，可以分别在电导体的导体部段与测量电阻之间的过渡部确定校正电压。通过这种方式直接检测温差电压。
那么可以在提出的方法的范围中基于在分别在电导体的导体部段与测量电阻之间的过渡部确定的校正电压之间的差确定温度电压之间的上述差，其中那么可以基于检测到的测量电压和在温度电压之间的差确定电流。
自然也可能的是，将提出的方法的两个上述改进方案相互组合，以便例如在补偿时利用冗余。
在提出的方法的又一改进方案中，在共同的电压分接点上检测两个校正电压，以便将提供的电压分接点的数量保持尽可能低。
按照本发明的另一方面，控制装置设立为用于，实施根据上述权利要求之一所述的方法。
在提出的控制装置的一种改进方案中，提出的装置具有存储器和处理器。在此，提出的方法以计算机程序的形式保存在存储器中并且处理器设定为用于当计算机程序从存储器加载到处理器中时实施所述方法。
按照本发明的另一方面，计算机程序包括计算机代码装置，以便当计算机程序在计算机或提出的装置之一上执行时实施提出方法之一的所有步骤。
按照本发明的另一方面，计算机程序产品包含计算机代码，该计算机代码在计算机可读的数据载体上存储并且该计算机代码当在数据处理装置上执行时实施提出的方法之一。
按照本发明的另一方面，用于测量电流的电流传感器包括：测量电阻，通过该测量电阻能够引导要测量的电流；提出的控制装置之一。
按照本发明的另一方面，车辆包括提出的控制装置之一和/或提出的电流传感器。
附图说明
本发明的上述特征、特点和优点以及实现本发明的方式和方法结合实施例的以下描述变得清楚和更容易懂，所述实施例结合附图被进一步阐明。其中：
图1；具有电气驱动装置的车辆的原理图；
图2：来自图1的车辆的电流传感器的原理图；
图3：图2的电流传感器的电路图；
图4：来自图1的车辆的备选的电流传感器的原理图；以及
图5：图4的备选的电流传感器的电路图。
在附图中，相同的技术元素设有相同附图标记并且仅仅描述一次。
具体实施方式
参照图1，该图示出具有车载电池4的车辆2的原理图，由该车载电池输出电流6。
借助于电流6在车辆2中给不同的电气负载供以电能8。
对于该电气负载的例子是电动机10，该电动机以电能8通过驱动轴14驱动车辆2的前轮12。车辆2的后轮16因此是从动轮。这样的用于驱动车辆2的电动机10通常设计为交流电机，而来自车载电池4的电流6是直流电流。在该情况下电流6必须首先通过变流器18转换为交流电流。
在车辆、例如车辆2中通常安装有电流传感器20，该电流传感器测量由车载电池4发出的电流6。基于测量的电流6那么可以实现不同功能。属于这些不同功能的是例如保护功能，如由文献DE202010015132U1已知，借助于该保护功能可以保护车载电池4例如免于深度放电。
如果通过电流传感器2测量到的电流6仅仅等于被输送给变流器18的电流，那么该变流器也可以用于调节车辆2的驱动功率。驱动功率通常通过车辆2的驾驶员以驾驶员愿望22预定。发动机控制器24则比较由驾驶员愿望产生的额定电流与测量到的电流6并且以控制信号26如此驱控变流器18，使得测量到的电流6适应于由驾驶员愿望产生的额定电流。这样的调节最好是已知的并且因此不应进一步深入。
电流传感器20包括优选构成为测量电阻28——也称为分路——的测量传感器和分析处理装置30。测量电阻28在本实施方案的范围中由电流6流经，这导致在测量电阻28上的电压降32。该电压降32作为测量电压通过分析处理装置30通过在测量电阻28上沿电流6的方向看去在输入侧的电位34和在测量电阻28上输出侧的电位36检测。分析处理装置30由这两个电位34、36计算电压降32并且通过测量电阻28的电阻值计算流经测量电阻28的电流6。
测量电阻28作为电导体通常有别于其余电导体，该其余电导体引导电流6从车载电池4到变流器18。已知地，热电效应——也称为塞贝克(Seeback)效应——在材料过渡部之间在电导体中引起温差电压，该电导体位于在温度降低、亦即温差中。这样的材料过渡部基于测量电阻28在电流传感器20上在输入侧和输出侧上存在。温差按原理而定地产生，因为测量电阻28基于通过电流6引起的电气功率损耗发热。如此产生的温差电压38累加为电压降32并且因此歪曲电流6的测量。
因此在本实施方案的范围中提出，以温差电压38校正电流6的测量。这在本实施方案的范围中在分析处理装置30内实现并且应描述如下：
参照图2和3，图2和3示出按照第一实施例在示意图中的电流传感器20和电流传感器20的电路图。
在本实施方案的范围中，电流传感器20包括电导体40，该电导体由两个导体部段42形成，在这两个导体部段之间连接有测量电阻28。两个导体部段42之一可以在此电气连接到车载电池4，而两个导体部段42中另一导体部段可以电气连接到变流器18。通过这种方式，测量电阻28由要检测的电流6流过。
两个电位34、36在此在两个导体部段42之一与测量电阻28之间的过渡部上沿电流6的流向在测量电阻28之前和之后被检测并且以未进一步示出的方式通过电路载体44、例如电路板被输送给分析处理装置30，如可以连接在电路载体44上。
为了校正上述温差电压38，在本实施方案的范围中提出，通过在电导体40上的电压分布检测在电导体40上的温度分布并且确定是否电压分布是不均匀的。
电压分布根据至少一个第一校正电压46和第二校正电压48检测和分析处理。
如图2所示，第一校正电压46可以在输入侧的电位34与另一输入侧的电位50之间沿电流6的方向看去在输入侧的电位34之前被检测。相应地，第二校正电压48可以在输出侧的电位36与另一输入侧的电位52之间沿电流6的方向看去在输出侧的电位36之后被检测。原则上两个校正电压46、48应由测量电阻28上的点54沿电流6的方向看去相应地在该点54之前和在该点54之后被检测。
适宜地，点54应虚拟地设置在测量电阻28的中间，其中，两个输入侧的电位34、50并因此第一校正电压46以及两个输出侧电位36、52并因此第二校正电压48应相对于该点54对称地选择。亦即，这两个在输入侧的电位34、50之间的间隔56应等于在输出侧的电位36、52之间的间隔56，其中，电导体的材料在这些间隔56之间应同样是相同的。
在本实施方案中，作为用于测量电阻28的材料例如可以选择锰镍铜合金，而作为用于导体部段42的材料可以选择铜。在该情况下，在间隔56之间的材料是铜。名称锰镍铜合金涉及铜锰合金的一种商标名称，该铜锰合金具有82-84％的铜和12-15％的锰的成分。可选择地也可以包含2-4％的镍。
基于检测到的校正电压46、48并因此基于检测到的电压分布，现在推断出温度分布。那么由该温度分布清楚的是，电导体40在测量电阻28之前的温度相对于电导体40在测量电阻28之后的温度是否发生变化，这将导致前述温差电压38在数值方面是不相等的并且因此将不抵消。
为了确定温度分布，将在输入侧的电位34、50之间的间隔56考虑为第一导体电阻58，而将在输出侧的电位36、52之间的第二间隔56考虑为第二导体电阻60。这些导体电阻58、60按照以下自身已知的关系式是与温度有关的：
R＝R20(1+α20＊(T-T20))
其中：
-R是在需要的温度下导体电阻58、60的电阻值；
-R20是在基准温度下导体电阻58、60的电阻值；
-α20是温度系数，该温度系数描述导体电阻58、60的材料的温度关系；
-T是需要的温度；以及
-T20是基准温度。
为了校正上述温差电压，温度分布自身不必须是已知的。如果在校正电压46、48并因此导体电阻58、60之间的温差是已知的，那么就足够了。如果例如以R1表示第一导体电阻58的电阻值，以R2表示第二导体电阻60的电阻值，并且相应地以T1表示第一导体电阻58的需要的温度，而以T2表示第二导体电阻60的需要的温度，那么温差可以如下确定：
R1-R2＝R20(1+α20＊(T1-T20))-R20(1+α20＊(T2-T20))
→R1-R2＝R20＊α20＊(T1-T20-T2+T20)
因为这两个导体电阻58、60在电流传感器20中按原理而定地串联连接，那么要测量的电流6虽然对两个导体电阻58、60的绝对温度具有影响，然而对两个导体电阻之间的温度差T1-T2不具有影响。这纯粹取决于在两个导体电阻之间的电压差U1-U2。因此可以如下简化之前的等式：
T1-T2＝(U1-U2)/(R20＊α20)
在此，U1是第一校正电压46，而U2是第二校正电压48。由两个校正电压46、48的差(U1-U2)那么可以直接导出在测量电阻28上的温度差(T1-T2)，由该温度差那么可以确定在两个温差电压38之间的不平衡，该不平衡必须在检测到的电流6中被补偿。
校正电压46、48可以如在测量电阻28上的电压降32那样借助于在图3中示出的差分放大器62确定。那么由两个校正电压46、48可以借助于减法器64例如在分析处理装置30中确定在两个校正电压46、48之间的电压差(U1-U2)，该电压差在图3中设有附图标记66。基于电压差66那么可以在温度差确定装置68中基于上述等式确定温度差(T1-T2)，该温度差在图3中设有附图标记70。那么借助于温度差70可以在校正装置72中确定在温差电压38之间的温差电压差74。那么借助于该温差电压差74可以在确定电流6之前在相应的确定装置76中借助于另一减法器64校正测量电压32。
备选于在图2和3的范围中的方法，可以为了补偿温度电压38，在电流6中将另外的输入侧的电位34和另外的输出侧的电位36设置到共同的电位78，该共同的电位如图4所示，例如可以设置在点54上。
因为测量电阻28通常如此选择，使得其电阻值尽可能不受温度影响，如例如在上述锰镍铜合金中的情况那样，所以如此产生的校正电压46、48必须在数值上抵消。在校正电压46、48的数值之间的差可以因此仅仅由温差电压38导致。因此在温差电压38之间的上述温差电压差74也可以通过两个在图4中确定的校正电压46、48相互间简单的减法确定。其余的分析处理则类似于图3那样实现，这种情况在图5中可见。
Claims (10)
1.一种用于在车辆(2)中测量通过电导体(40)的电流(6)的方法，其中，电导体(40)由两个导体部段(42)形成，在这两个导体部段之间连接测量电阻(28)，该方法包括：
-确定在测量电阻(28)上降低的测量电压(32)；
-检测沿电流(6)的方向看去在测量电阻(28)上的一个点(54)之前的第一校正电压(46)；
-检测沿电流(6)的方向看去在测量电阻(28)上的所述点(54)之后的第二校正电压(48)；以及
-基于检测到的测量电压(32)和在第一校正电压(46)与第二校正电压(48)之间的差(66、74)确定电流(6)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，以相对于点(54)对称的方式检测第一校正电压(46)和第二校正电压(48)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在基准温度(T20)下检测第一校正电压(46)的电阻(58)等于在基准温度(T20)下检测第二校正电压(48)的电阻(60)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，两个电阻(58、60)具有相同的温度系数(α20)。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，包括：
-基于在第一校正电压(46)与第二校正电压(48)之间的差(66)确定温度差(70)；以及
-基于检测到的测量电压(32)和温度差(70)确定电流(6)。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，分别在电导体(40)的导体部段(42)与测量电阻(28)之间的过渡部确定校正电压(46、48)。
7.根据权利要求6所述的方法，包括：
-基于在分别在电导体(40)的导体部段(42)与测量电阻(28)之间的过渡部确定的校正电压(46、48)之间的差(74)确定温度电压差(74)；以及
-基于检测到的测量电压(32)和温度电压差(74)确定电流(6)。
8.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，在共同的电压分接点(78)上检测两个校正电压(46、48)。
9.一种装置(30)，该装置设立为用于，实施根据上述权利要求之一所述的方法。
10.一种用于测量电流(6)的电流传感器(20)，该电流传感器包括：
-测量电阻(28)，通过该测量电阻能够引导要测量的电流(6)；
-根据权利要求9所述的装置(30)。
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Application publication date: 20160323 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |