CN105445525A - 在具有霍尔传感器的电流传感器中的过电流识别 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在车辆中测量电流(20)的方法，该方法包括：-检测在由待测量的电流(20)流过的导体(28)上的电压降(42)；-检测由待测量的电流(20)绕导体(28)形成的磁场(64)；-基于检测到的电压降(42)和检测到的磁场(64)输出用于待测量的电流(20)的测量值(26)。

Description

在具有霍尔传感器的电流传感器中的过电流识别

技术领域

本发明涉及一种用于检测电流的方法、用于实施该方法的控制装置以及具有该控制装置的电流传感器。

背景技术

由文献DE102011078548A1已知一种具有测量分路的电流传感器，通过该测量分路引导待测量的电流。在测量分路上检测电压降，其中信号处理装置由电压降以及材料自身特征和测量分路的几何尺寸确定待测量的电流。

电流传感器在车辆中例如用于监控车载电池的充电状态。在此，电流传感器应出于安全原因配备自身监控，在其范围中可以探测错误、例如过电流。在常规的配备有自身监控的电流传感器中，电压降为此在独立于信号处理装置的第二信号路径中对比预定的电压电平并且如果电压降超过预定的电压水平，那么确定要探测的错误。

发明内容

本发明的任务在于，改善已知的电流测量。

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，用于测量电流的方法包括如下步骤：检测在由待测量的电流流过的导体上的电压降；检测由待测量的电流绕导体形成的磁场；基于检测到的电压降和检测到的磁场输出用于待测量的电流的测量值。

提出的方法基于如下考虑，即上述独立于信号处理装置的、用于提供自身监控的信号路径使得需要对冗余的高技术成本，该成本特别是在大量电子元件中通过冗余构成的比较器表现出来。这些冗余的电子元件不仅需要高空间需求而且也是比较成本高的。

在此提出的方法提出如下提议，即没有已经通过检测电压降而是通过检测由待测量的电流引起的磁场来引导独立于信号处理装置的信号路径。通过这种方式可以为了电流传感器的自身监控应用成本有利的磁场传感器元件、例如霍尔传感器元件，该霍尔传感器元件可以明显更成本有利地并且也节省空间地实现。

磁场传感器元件可以已经在制造商侧这样设置，使得该磁场传感器元件数字式地输出测量值。这具有的优点在于，其中对于针对过电流的自身监控必要的预定的电压电平同样可以被数字式地预定并且直接与来自磁场传感器元件的输出比较。相比于上述自身监控——在其范围中通常必须通过脉宽调制或诸这样类生成预定的电压电平，在提出的方法的范围中可以显著降低使用提出的方法的电流传感器的复杂性。这也使得在反应时间上是明显的，该反应时间可以由现在的大约20ms在待测量的电流改变的情况下降低到小于10μs。

除此之外可以由检测到的磁场完全独立于在测量分路上的电压降地确定用于待测量的电流的测量值。该原理自身可以在所有电气元件连接在一个共同的电路板上时应用。这显著提高了使用提出的方法的电流传感器的可靠性和故障安全性。再者，可靠性是特别高的，因为为了检测测量分路上的电压降在检测磁场时不需要将传感器元件与引导高电压的部件接触。根据应用的用于检测磁场的磁场传感器元件可以任意地模拟式或数字式地分别逐级地或无级地输出用于待测量的电流的测量值。

应用的磁场传感器元件再者通常已经通过制造商校准并且可以直接安装在实施提出的方法的电流传感器中。通过电流传感器制造商的校准不再是必要的，这使得在电流传感器的制造中在减小的周期时间上是明显的。

此外磁场传感器元件也具有更高的温度稳定性，由此可以特别可靠地实现电流传感器的自身监控。

在输出用于待测量的电流的测量值时也可以检测和考虑另外的参量。这样例如可以在以有源的测量分路的形式的电导体的范围中检测在有源的测量分路上的电压降及其驱控，这是必要的，以便使得在测量分路上的电压降保持不变。那么该驱控——例如以驱控信号的形式——可以同样在测量值的输出中被加以考虑。

在提出的方法的一种改进方案中，基于检测到的电压降确定用于电流的测量值并且基于与检测到的磁场的对比输出这样确定的测量值。在提出的方法中的对比例如可以用于检验，待测量的电流是否通过测量分路被正确地检测。这种检验可以在此任意实现并且不限于特定的方法。

在提出的方法的一种附加的改进方案中，与检测到的磁场的对比包括基于检测到的磁场的测量值可信度测试。应将可信度测试理解为如下方法，在该方法的范围中以概算方式如下检测用于待测量的电流的测量值，即测量值是否是可接收的、合理的和/或可实现的。作为对于该可信度测试的基础，检测到的磁场因此不需要以非常低的公差检测，而是必须仅仅提供对于如下情况的足够的基础，即总地来说可以判断，基于电压降确定的测量值是否正确。通过这种方式可以为了检测磁场而应用成本有利的电子元件，该电子元件降低实施提出的方法的电流传感器的成本。

在提出的方法的一种特别的改进方案中，如果由检测到的磁场产生的电流值超过预定值，那么可信度测试失败。在该可信度测试的范围中，在如下测量范围中识别借助于实施提出的方法的电流传感器的测量，电流传感器没有设计用于该测量范围，并且基于电压降确定的电流值的正确性不再能够假定为得到保障的。

在这样的情况下例如可以输出如下错误，即那么例如可以指示出过电流。提出的方法的特别的优点在于，错误识别和错误发送给上级的信号处理装置可以通过完全有别于测量值检测到的信号路径实现。

按照本发明的另一方面，控制装置被设计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，并且如果计算机程序被由存储器加载到处理器中，那么该处理器被设计为用于实施所述方法。

按照本发明的另一方面，计算机程序包括程序编码工具，以便当计算机程序在计算机或提出的装置上实施时来实施提出的方法的所有步骤。

按照本发明的另一方面，计算机程序产品包含程序编码，该程序编码存储在计算机可读的数据载体上并且如果在数据处理装置上实施时那么实施提出的方法之一。

按照本发明的另一方面，用于检测电流的电流传感器包括:电导体，该电导体能够由要检测到的电流流过；第一传感器元件，用于检测在电导体上的电压降；第二传感器元件，用于检测能够绕电导体形成的磁场；提出的用于基于电压降和磁场确定电流的控制装置之一。

用于检测磁场的第二传感器元件可以原则上任意地设计。出于成本原理，第二传感器元件在提出的传感器的改进方案中应为霍尔传感器。

在提出的传感器的另一改进方案中，在第一传感器元件与第二传感器元件之间的间隔应低于预定间隔。预定间隔在此应这样选择，使得两个传感器元件这样近地相互定位，从而两个传感器元件也真正地测量相同电流并且例如在测量分路中的结构区别不导致不同的测量结果。

在提出的传感器的一种特别的改进方案中，第二传感器元件的测量公差可以大于第一传感器元件的测量公差。通过这种方式可以对于第二传感器元件使用相对于第一传感器元件成本有利的电子元件，由此可以降低提出的传感器的制造成本。

按照本发明的另一方面，车辆包括提出的传感器之一。

附图说明

该发明的上述特征、特点和优点以及如何实现这些特征、特点和优点的方式和方法结合实施例的以下描述变得更清楚和更容易理解，各个实施例结合附图被进一步阐明，其中：

图1示出具有电动驱动装置的车辆的原理图；

图2示出用于图1的车辆的电流传感器的原理图；

图3示出用于图1的车辆的备选的电流传感器的原理图；

图4示出用于控制来自图3的电流传感器的调节回路的示意图；

图5示出图2的扩展了一个霍尔元件的电流传感器的示意图；以及

图6示出用于对借助于图5的电流传感器检测到的测量值进行可信度测试的可信度测试装置的示意图。

在附图中，相同的技术元件设有相同的附图标记并且仅仅描述一次。

具体实施方式

参照图1，图1示出了具有电动驱动装置4的车辆2的原理图。

在该实施例的范围中，车辆2应具有例如前轮驱动装置，其中电动驱动装置4包括电动机6，该电动机通过驱动轴8驱动车辆2的前轮10。车辆2的后轮12因此是从动轮。

电动驱动装置4的电动机6在本实施方案中通过电气转换器14以自身已知的方式由车载电池16供以电能18。为此，车载电池16输出电流20，该电流随后通过转换器14控制地由设计为发动机控制器22的控制装置转换为适用于驱动电动机6的电能18。为此，发动机控制器22借助于自身已知的控制信号驱控转换器14。

为了满足若干任务，例如车载电池16的充电状态管理，发动机控制器22必须通过电流传感器24检测由车载电池16输出的电流20。

在本实施方案的范围中，电流传感器24输出测量值26，该测量值描述由车载电池16输出的电流20并且因此以预定方式与该电流有关。这应在以下根据图2进一步阐明，其中示出了电流传感器24的原理图。

电流传感器24在本实施方案中具有测量分路28，该测量分路由能导电的第一材料制成。测量分路28可以通过两个由能导电的第二材料制成的连接元件30电气集成到图1的电气驱动装置4中。测量分路28的能导电的第一材料例如可以包括锰镍铜合金并且例如与两个连接元件30焊接。两个连接元件30的能导电的第二材料可以包括例如铜。两个连接元件30这样形成在电动驱动装置4的剩余电路元件与测量分路28之间的过渡电阻。

为了测量电流20，电流传感器24具有第一电气连接端32和第二电气连接端34，通过所述电气连接端沿电流20的方向看去相应地可以检测在测量分路28之前的第一电位36以及在测量分路28之后的第二电位38。两个检测到的电位36、38在本实施方案中被提供给差分放大器40形式的第一传感器元件。差分放大器40将两个电位36、38相减，这样形成电压降42，该电压降因此存在于测量分路28上并且以输出信号的形式输出与该电压降42有关的测量值26。基于与该电压降42有关的测量值26可以因此例如在发动机控制器22中以自身已知的方式基于测量分路28的电气和几何特征确定电流20。

测量分路28在图2的电流传感器24中设计为无源测量分路。备选地，测量分路28也可以设计为有源测量分路，对此在图3和4的范围中进一步探讨。

作为有源的测量分路，测量分路28具有第一可控的开关44和第二可控的开关46，该开关分别在本实施方案中具有未进一步描述的场效应晶体管和未进一步描述的空载二极管，该场效应晶体管沿从源极到漏极的流通方向连接。两个可控的开关44、46相互反并联连接。

在图3中代替差分放大器40作为第一传感器元件示出分析处理电路48。分析处理电路48这样控制可控的开关44、46的场效应晶体管，使得在测量分路28上的电压降42保持在图4中标明的额定值54上。

为此，分析处理电路20检测在测量分路28上的电压降42并且这样借助于每个控制信号50驱控可控的开关44、46的场效应晶体管的栅极，使得在图4中示出的调节回路52上的电压降42保持在额定值54上。在此，控制信号50如在文献DE102011078548A1中所示与待测量的电流20有关。因此，如果该关联被保存在分析处理电路48中，那么如果电压降42被调节到额定值54，则用于电流20的测量值26可以直接从控制信号50导出。

调节回路52在本实施方案中作为调节路段包括测量分路28，在该测量分路上量取电压降42。电压降42例如在减法器56上通过求差与额定值54相比，其中产生调节差58，该调节差被输出给在分析处理电路48中设置的调节器60，该调节器可以以本领域内技术人员已知的方式设计。调节器60那么又产生控制信号50，以便将电压降42保持在额定值54上。

有源测量分路的另外的细节可以由已经所述的DE102011078548A1得知。

在本实施方案的范围中，应冗余地测量电流20，这应以下例如根据图5阐明，图5在透视图中示出测量分路28作为例如图2的无源分路。在此，图2的一些元件出于简明扼要的原因在图5中没有示出并且必须在想象中被代替。以下实施方案然而也可以1:1地传递到例如图3的有源测量分路上并且因此不应理解为限制性的。

为了冗余地测量电流20，除了差分放大器40或分析处理电路48形式的第一传感器元件之外还存在霍尔传感器62形式的第二传感器元件，该霍尔传感器应检测由电流20产生的磁场64。代替霍尔传感器62也可以应用其他磁灵敏的测量传感器、例如AMR元件。

霍尔传感器62在本实施形式的范围中输出与电流20有关的冗余的测量值66，该测量值例如与测量值26共同地可以被输出给在图6中示出的可信度测试装置68。

可信度测试装置68可以在电流传感器24自身中以及在发动机控制器22中集成。

在本实施方案的范围中，将用于电流的冗余测量值66提供给检测装置70，该检测装置比较冗余的测量值66与误差值72。该误差值72例如可以是电流20的上边界值，自从该上边界值起应识别通过电流传感器24的过电流。在该情况下在检测装置70中确定，冗余的测量值66是否超过上边界值形式的误差值72。如果这是正确的，那么可以由检测装置70输出控制信号74，借助于该控制信号这样移动开关76，使得代替测量值26输出例如来自存储器80的错误信号78。

错误信号78因此在错误情况下代替测量值26。备选地但是可以共同地输出测量值26和错误信号78，从而真实的测量值由基于电压降42确定的测量值26和错误信号78的组合产生。

Claims (10)

1.一种用于在车辆中测量电流(20)的方法，该方法包括：

-检测在由待测量的电流(20)流过的导体(28)上的电压降(42)；

-检测由待测量的电流(20)绕导体(28)形成的磁场(64)；

-基于检测到的电压降(42)和检测到的磁场(64)输出用于待测量的电流(20)的测量值(26)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，基于检测到的电压降(42)确定用于电流(20)的测量值(26)并且基于与检测到的磁场(64)的对比输出这样确定的测量值(26)。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，与检测到的磁场(64)的对比包括基于检测到的磁场(64)的测量值(26)可信度测试(68)。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，如果由检测到的磁场(64)产生的电流值(66)超过预定值(72)，那么可信度测试(68)失败。

5.根据权利要求3或4所述的方法，包括：

基于失败的可信度测试(68)输出错误(78)、特别是指示出过电流的错误。

6.一种控制装置，该控制装置被设计为用于实施根据上述权利要求之一所述的方法。

7.一种用于检测电流(20)的电流传感器(24)，该电流传感器包括：

-电导体(28)，该电导体能够由待检测到的电流(20)流过；

-第一传感器元件(40、48)，用于检测在电导体(28)上的电压降(42)；

-第二传感器元件(62)，用于检测能够绕电导体(28)形成的磁场(64)；和

-根据权利要求6所述的控制装置，用于基于电压降(42)和磁场(64)确定电流(20)。

8.根据权利要求7所述的电流传感器(24)，其中，第二传感器元件(62)是霍尔传感器。

9.根据权利要求7或8所述的电流传感器(24)，其中，在第一传感器元件(40、48)与第二传感器元件(62)之间的间隔低于预定间隔。

10.根据权利要求7至9之一所述的电流传感器(24)，其中，第二传感器元件(62)的测量公差大于第一传感器元件(40、48)的测量公差。