CN105699736B - 用于车辆的电流传感器 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种用于车辆的电流传感器。一种车辆包括电池，所述电池被配置为：在行驶周期期间，以在标称电流范围内的时间比在最大电流范围内的时间更长的电流来进行操作。控制器被配置为：被校准为在标称电流范围内的值比在最大电流范围内的值更大的增益，输出基于所述电流的电压，以提高在标称电流范围内的分辨率。所述增益可以是基于所述电流的指数函数或分段线性函数的。所述增益可以随着所述电流的幅值增加而增加。第二控制器接收所述电压并根据所述增益的倒数来推导电池电流。

Description

用于车辆的电流传感器
技术领域
本申请总体上涉及用于车辆的电流测量系统。
背景技术
混合动力电动车辆或纯电动车辆包括由多个电池单元串联和/或并联而成的牵引电池。牵引电池提供用于车辆推进和辅助功能的电力。这样的车辆还可以包括由电力电子模块驱动的电机。为了操作电池和电机，流进电池或从电池流出的电流的量可由电流传感器测量。电流传感器的值可以用于计算电池荷电状态。
发明内容
一种车辆包括电池，所述电池被配置为：在行驶周期期间，以在标称电流范围内的时间比在最大电流范围内的时间更长的电流来进行操作。所述车辆还包括控制器，所述控制器被配置为：根据被校准为在标称电流范围内的值比在最大电流范围内的值更大的增益，输出基于所述电流的电压，以提高在标称电流范围内的分辨率。所述增益可以是基于所述电流的指数函数的。所述增益可以是基于所述电流的分段线性函数的。所述增益可以是使得所述电压的变化与所述电流的变化之间的比率随着所述电流的幅值的增加而减小。所述车辆还可以包括第二控制器，所述第二控制器被配置为：接收所述电压并根据从所述电压推导得到的电池电流来操作电池。所述电池电流可以基于所述增益的倒数来从所述电压推导得到。所述第二控制器还可以被配置为：响应于指示所述电流为零的状况，测量零电流电压，并且基于所述零电流电压进一步推导得到所述电池电流。
一种电池管理系统包括控制器，所述控制器被配置为：测量来自电池的电流，所述电池被配置为：在行驶周期期间，以在标称电流范围内的时间比在最大电流范围内的时间更长的电流来进行操作；根据被校准为在标称电流范围内的值比在最大电流范围内的值更大的增益输出基于所述电流的电压。所述增益可以是基于所述电流的指数函数的。所述增益可以是基于所述电流的分段线性函数的。所述增益可以是使得所述电压的变化与所述电流的变化之间的比率随着所述电流的幅值的增加而减小。所述电池管理系统还可包括第二控制器，所述第二控制器被配置为：接收所述电压并根据由所述电压推导得到的电池电流操作所述电池。所述电池电流可以基于所述增益的倒数来从所述电压推导得到。所述第二控制器还可以被配置为：响应于指示所述电流为零的状况，测量零电流电压，并且基于所述零电流电压进一步推导得到所述电池电流。
一种方法包括：通过控制器测量来自电池的电流，所述电池被配置为：在行驶周期期间，以在标称电流范围内的时间比在最大电流范围内的时间更长的电流来进行操作。所述方法还包括：通过控制器根据被校准为在标称电流范围内的值比在最大电流范围内的值更大的增益，输出基于所述电流的电压。所述增益可以是基于所述电流的指数函数的。所述增益可以是基于所述电流的分段线性函数的。所述增益可以是使得所述电压的变化与所述电流的变化之间的比率随着所述电流的幅值的增加而减小。所述增益可以被校准使得由所述电压表示的所述电流的分辨率在标称电流范围内的值比在最大电流范围内的值更大。所述方法还可包括：通过第二控制器接收所述电压，并通过第二控制器根据从所述电压推导得到的电池电流来操作所述电池。
如在此所描述的模拟电压提高了表示在车辆可能操作更频繁的预定电流范围内的电流的信号的准确度。表示所述电流的模拟电压的信噪比针对一个范围内的电流而增大。电流值的提高的准确度提高了从所述电流推导得到的那些值(诸如，电池荷电状态)的准确度。
附图说明
图1是示出示例性动力传动系统和能量存储组件的混合动力车辆的示图。
图2是示出由多个电池单元组成并由电池能量控制模块监测和控制的示例性电池组布置的示图。
图3是示例性电流传感器配置的示图。
图4是示例性基准电压发生器配置的示图。
图5是将传感器输出电压与电流相关的示例性指数缩放函数的曲线图。
图6是将传感器输出电压与电流相关的示例性分段线性缩放函数的曲线图。
具体实施方式
在此描述本公开的实施例。然而，应理解的是，所公开的实施例仅为示例，并且其它实施例可采用各种替代形式。附图不必按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图说明和描述的各个特征可与在一个或更多个其它附图中说明的特征组合以产生未明确说明或描述的实施例。说明的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的多种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。
图1描绘了示例性插电式混合动力电动车辆(PHEV)。示例性插电式混合动力电动车辆12可以包括机械连接到混合动力传动装置16的一个或更多个电机14。电机14可以能够作为马达或发电机操作。另外，混合动力传动装置16机械连接到发动机18。混合动力传动装置16还机械连接到驱动轴20，驱动轴20机械连接到车轮22。当发动机18开启或关闭时，电机14可以提供推进和减速能力。电机14还可以用作发电机并且可以通过回收在摩擦制动系统中通常将作为热量损失掉的能量而提供燃料经济性效益。通过允许发动机18在更高效的速度下运转以及在特定条件下允许混合动力电动车辆12在发动机18关闭的情况下以电动模式运转，电机14还可以减少车辆排放。
牵引电池或电池组24储存电机14可以使用的能量。车辆电池组24通常提供高电压DC输出。牵引电池24电连接到一个或更多个电力电子模块26。当一个或更多个接触器42断开时，可以将牵引电池24与其它组件隔离，并且当一个或更多个接触器42闭合时，可以将牵引电池24连接到其它组件。电力电子模块26还电连接到电机14，并且在牵引电池24和电机14之间提供双向传输能量的能力。例如，示例性牵引电池24可以提供DC电压，而电机14可利用三相AC电流来运转。电力电子模块26可以将DC电压转换为供电机14使用的三相AC电流。在再生模式下，电力电子模块26可以将来自用作发电机的电机14的三相AC电流转换为与牵引电池24相兼容的DC电压。在此的描述同样适用于纯电动车辆。对于纯电动车辆，混合动力传动装置16可以是连接到电机14的变速箱，并且可以不存在发动机18。
除了提供用于推进的能量之外，牵引电池24还可以提供用于其它车辆电气系统的能量。示例性系统可以包括DC/DC转换器模块28，DC/DC转换器模块28将牵引电池24的高电压DC输出转换为与其它车辆负载相兼容的低电压DC供应。其它高电压负载46(诸如，压缩机和电加热器)可以不使用DC/DC转换器模块28而直接连接到高电压。低电压系统可以电连接到辅助电池30(例如，12V电池)。
车辆12可以是在其中牵引电池24可以通过外部电源36进行再充电的电动车辆或插电式混合动力车辆。外部电源36可以是到接收公用电力的电插座的连接。外部电源36可以电连接到电动车辆供电设备(EVSE)38。EVSE 38可以提供用于调整和管理电源36与车辆12之间的能量传输的电路以及控制。外部电源36可以为EVSE 38提供DC或AC电力。EVSE 38可以具有用于插入车辆12的充电端口34的充电连接器40。充电端口34可以是被配置为从EVSE 38向车辆12传输电力的任何类型的端口。充电端口34可以电连接到充电器或车载电力转换模块32。电力转换模块32可以适配从EVSE 38供应的电力，以向牵引电池24提供适合的电压和电流水平。电力转换模块32可以与EVSE 38进行接口连接以协调到车辆12的电力传送。EVSE连接器40可以具有与充电端口34的对应凹处紧密配合的插脚。可选地，被描述为电连接的各个组件可以使用无线感应耦合来传输电力。
一个或更多个车轮制动器44可以被提供用于使车辆12减速以及防止车辆12的运动。车轮制动器44可以是液压致动的、电致动的或它们的某种组合。车轮制动器44可以是制动系统50的一部分。制动系统50可以包括操作车轮制动器44的其它组件。为简单起见，附图描绘了制动系统50与车轮制动器44中的一个之间的单一连接。制动系统50和其它的车轮制动器44之间的连接是隐含的。制动系统50可以包括用于监测和协调制动系统50的控制器。制动系统50可以监测制动组件并控制用于车辆减速的车轮制动器44。制动系统50可以响应于驾驶员命令，并且还可以自主运行以实现诸如稳定控制的功能。当被其它控制器或子功能请求时，制动系统50的控制器可以实现应用被请求的制动力的方法。
一个或更多个电力负载46可以连接到高电压总线。电力负载46可以具有适时地操作和控制电力负载46的关联的控制器。电力负载46的示例可以是加热模块或空调模块。
所讨论的各个组件可以具有控制和监测所述组件的操作的一个或更多个关联的控制器。所述控制器可以经由串行总线(例如，控制器局域网(CAN))或经由离散导线进行通信。可以存在系统控制器48，以协调各个组件的操作。
可以通过多种化学配方构建电池组24。示例性电池组化学成分可以是铅酸、镍金属氢化物(NIMH)或锂离子。图2示出了N个电池单元72串联配置的示例性牵引电池组24。然而，其它电池组24可以由串联、并联或它们的某些组合形式连接的任意数量的独立电池单元组成。电池管理系统可以具有一个或更多个控制器，诸如，监测并控制牵引电池24的性能的电池能量控制模块(BECM)76。BECM 76可以使用可以包括电池组电流传感器78、电池组电压传感器80和电池组温度传感器82的各种传感器及关联电路来监测多个电池组水平特性。BECM 76可以具有非易失性存储器，使得当BECM76处于关闭状态时，数据可以被保存。被保存的数据在下一个点火开关循环时可用。
除了电池组水平特性外，还可以测量和监测电池单元72的水平特性。例如，可以测量每个电池单元72的端电压、电流和温度。电池管理系统可以使用传感器模块74来测量电池单元72的特性。根据性能，传感器模块74可以包括用于测量一个或多个电池单元72的特性的传感器和电路。电池管理系统可以利用多达Nc个传感器模块或电池监测集成电路(BMIC)74来测量所有电池单元72的特性。每个传感器模块74可以将测量结果传输至BECM76以做进一步的处理和协调。传感器模块74可以将数字或模拟形式的信号传输至BECM 76。在一些实施例中，传感器模块74的功能可以整合到BECM 76内部。即，传感器模块74的硬件可以作为BECM 76中的电路的一部分被集成，并且BECM 76可以处理原始信号的处理。
BECM 76可以包括与一个或更多个接触器42进行接口连接的电路。牵引电池24的正极端子和负极端子可以由接触器42保护。
电池组荷电状态(SOC)指示在电池单元72或电池组24中剩余多少电荷。类似于燃料表，电池组SOC可被输出以通知驾驶员在电池组24中剩余多少电荷。电池组SOC还可以用来控制电动车辆或混合动力电动车辆12的操作。可以通过多种方法完成电池组SOC的计算。一种可行的计算电池SOC的方法是执行电池组电流随时间的积分。这种方法在本领域公知为安培小时积分。电流测量的准确度会影响电池SOC计算的准确度。
电流传感器78可以用于测量流进电池组24和从电池组24流出的电流。电流传感器78可以是基于霍尔效应装置的。
电流测量可以用于车辆内的很多控制功能。电池组电流可以用于计算电池SOC和设置电池功率限制。电池组电流可以用在电机的闭环控制(例如，转矩控制)中。因为电池组电流的广泛使用，所以期望具有准确的电流测量。提高的电流测量准确度可以引起车辆性能、里程和燃料经济性的提高。
现有技术的电流传感器呈现以线性形式缩放的模拟信号。线性缩放在整个电流范围内具有统一的增益。即，在整个测量范围内，模拟输出电压与输入电流的比率通常是恒定的。例如，电流传感器可以具有-200安培至+200安培的范围。在+200安培处的输出电压可以是5伏特。电流传感器的统一增益可以定义为最大电压范围与最大电流范围的比率。所述增益提供可以应用于电流值以确定电流传感器的输出电压的传递函数。用于现有技术的电流传感器的增益可以是恒定的。
线性缩放的问题在于所有电流值都被同样地对待。即，低电流处的增益与高电流处的增益相同。可以观察到，相比于在高电流范围内操作，电动车辆在较低的电流范围内操作会花费更多的时间。牵引电池可以被配置为：以在标称电流范围内的时间比在大于标称电流范围的最大电流范围内的时间更长的电流来进行操作。标称电流范围可以是车辆最频繁操作的电流的范围。例如，车辆可以比较频繁地在电池电流小于50安培的情况下操作(例如，标称电流范围是0至50安培)。最大电流幅值可以高达200安培(例如，最大电流范围是100安培至200安培)。基于该观察，明显可见，提高在较低电流处的电流传感器准确度可以提高利用电流传感器的值的功能的性能。由于在高电流范围内操作所花费的时间较少，因此在较高电流值处的准确度的任何退化对性能的影响将是有限的。
可以考虑到在高电流(比如，100安培或200安培)处的小的准确度降低的影响。人们不会预料到由于在高电流范围内操作所花费的时间量相对小导致安培小时积分的准确度的严重退化。然而，由于在较高电流处的这一小量的附加误差，使得可能对其它电池控制计算(诸如，瞬时功率)存在准确度影响。存在可以允许电池系统设计者对此进行权衡并达到可接受的系统性能的若干个因素。首先，无论如何在高电流处的可接受误差都趋向于较高(比如，对于200安培电池组误差是2安培或3安培)。因为误差通常可以被表示为满刻度值(full-scale value)的百分比，所以随着电流接近满刻度值，误差的幅值变得更大是正常的。其次，对在较高电流范围内的电流准确度的限制因素很可能是发布的瞬时功率准确度(instantaneous published power accuracy)。只要满足了对发布的瞬时功率所要求的准确度，就不存在网络系统影响(net system effect)。因为测量的电池组电压的准确度不受影响，所以即使在高电流处电池组电流准确度降低的情况下，仍然可能满足典型的发布的功率准确度目标。最后，由于这种变化而产生的在高电流处的最大影响可能来自模拟信号的电噪声。这种电噪声趋向于零平均值，因此对滤波加以关注(例如，确保满足奈奎斯特准则)可以缓解这一潜在的问题。
应该注意的是，相比于全混合动力电动车辆(FHEV)，插电式混合动力车辆(PHEV)和电池电动车辆(BEV)通常从电池组汲取更高的平均电流来运行。所提供的数值示例(比如，定义为50安培及其以下的低电流范围和100安培至200安培的最大电流范围)是考虑到FHEV使用情况的。然而，相同的讨论同样适用于PHEV和BEV，但是具有更宽的范围定义。比如，BEV的高电流范围可以是400安培及其以上。针对高电流操作和低电流操作所讨论的任何范围都是示例性的，并且所述范围被期望根据车辆的类型而变化。
图3是电流传感器子系统的方框图。BECM 76可以接收表示在电池中流动的电流的模拟信号。电流传感器200可以经由三根导线或电线与BECM 76连接。所述导线可以是将BECM 76连接到电流传感器200的线束的一部分。所述三根导线可以在BECM 76与电流传感器200之间传输信号。BECM 76可以将电力供应和精密基准(precision reference)电压信号CS_VREF 212提供给电流传感器200。CS_VREF 212信号可以作为提供到电流传感器200的电力供应和基准电压的组合。BECM 76还可以将电压或地基准CS_REF 210提供给电流传感器200。在CS_VREF 212信号上产生的电压可以以CS_REF 210地基准信号为基准。
电流传感器200可以将模拟电压信号CS_AOUT 216提供给BECM 76。CS_AOUT 216信号可以是可以具有从零伏特到基准电压CS_VREF 212的值的模拟电压。CS_AOUT 216的模拟电压可以指示流过电池组的电流的量。CS_AOUT 216的输出电压和流过电池的电流可以通过数学关系式或函数彼此相关。
可以存在电流传感器模块200以测量流过电池组24的电流。电流传感器模块200可以包括电源模块214。电源模块214可以接收CS_VREF 212信号和CS_REF 210信号并缓冲所述信号用于在电流传感器模块200内的分配。电源模块214可以为电流传感器处理器208提供电力并为数模转换器(DAC)模块232提供基准电压。
电流传感器模块200还可以包括用于集中磁通的元件206。磁通集中元件206可以是设置在导线202周围的铁氧体芯或环，导线202可以承载流过电池组的电流。随着通过导线202的电流变化，穿过磁通集中元件206的磁通量也会变化。霍尔效应传感器204可以被包括以提供随着穿过磁通集中元件206的磁通变化而变化的模拟电压。电流感测元件可以包括磁通集中元件206和霍尔效应传感器204。霍尔效应传感器204的输出可以被连接到电流传感器处理器208的模拟输入。电流传感器处理器208可以执行用于处理来自霍尔效应传感器204的模拟输入的指令以向DAC模块232提供输出。
DAC 232可以接收作为输入的数字值并且将所述数字值转换为模拟输出电压。在提供模拟输出电压信号CS_AOUT 216之前，DAC模块232还可以缓冲模拟输出电压。DAC 232的模拟输出电压可以以基准电压CS_VREF 212为基准。例如，满刻度数字值可以提供等于CS_VREF 212的模拟输出电压。小于满刻度数字值的值可以提供等于CS_VREF 212的百分比的模拟输出电压，所述CS_VREF 212的百分比由被提供给DAC的数字值与满刻度数字值之间的比率来定义。满刻度数字值可以根据DAC的分辨率而变化。
BECM 76可以包括微处理器218和模数(A/D)转换器222。BECM 76还可以包括基准电压模块226，用于提供精密基准电压信号230。精密基准电压信号230可以被提供给A/D转换器222。BECM 76可以包括模拟缓冲器/滤波器模块224，用于处理从电流传感器200接收的模拟信号CS_AOUT 216。
图4描绘了基准电压模块226的方框图。基准电压模块226可以包括从车辆接收电池电压B+254的电源模块252。电池电压B+254可以是来自辅助电池的12伏特的电力信号。电源模块252可以将电池电压254处理和转换为期望的电压水平，并且将输出电压提供给精密基准模块250。
精密基准模块250可以将接收到的电压信号转换为精密调节电压(precisionregulated voltage)PREF 230。精密调节电压230可以比接收到的电压信号具有更低的幅值。精密调节电压230可以被提供给缓冲器模块256。缓冲器模块256可以提供与精密基准电压230隔离的输出基准电压CS_VREF 212。因为基准电压信号212可以经由线束连接到电流传感器200，所以缓冲器模块256可以将精密基准电压230信号与可能在BECM 76与电流传感器200之间的线束内发生的过量电流或阻抗状况隔离。缓冲器模块256可以运行使得输出电压CS_VREF 212与输入电压PREF 230基本相同。
精密基准电压230可以被提供给在BECM 76中的A/D转换器222。基准电压模块226运行以确保被提供给电流传感器200的基准电压CS_VREF 212与被提供给BECM 76的A/D转换器222的精密基准电压230处于基本相同的电压水平。
所述基准电压模块还可以将基准地CS_REF 210传递给电流传感器200。BECM 76的铜地层可以连接到车辆中的底盘基准地220。在基准电压模块226内可以实现铜地层。CS_REF 210的连接可以连接到铜地层并且可以与连接到车辆底盘的BECM地220处于相等电位。
BECM 76中的A/D转换器222可以是单独的组件或者可以是BECM微处理器218的一部分。A/D转换器222操作以将模拟输入电压转换为数字值。实际数字值会取决于精密基准电压PREF 230和A/D转换器222的分辨率。例如，当与精密基准电压230相等的满刻度电压被施加到A/D转换器222的输入时，满刻度数字值可以被输出。如果精密基准电压230改变，则作为响应满刻度输入电压也改变。
BECM 76可以包括模拟缓冲器/滤波器模块224以处理表示电池组电流值的模拟信号CS_AOUT 216。模拟缓冲器/滤波器模块224可以对信号进行滤波以消除不需要的噪声并且可以对信号进行缓冲使得BECM 76内的状况不影响CS_AOUT 216信号。另外，模拟缓冲器/滤波器模块224可以保护BECM 76的其它组件免受模拟信号216导线上的损坏性的电流或阻抗状况的影响。模拟缓冲器/滤波器模块224的输出可以连接到A/D转换器222的模拟输入。
电流传感器模块200可以周期性地更新模拟输出电压216的值。BECM 76中的微处理器218可以周期性地对模拟输出电压216的值进行采样。所述采样可以通过周期性地传输来自A/D转换器222的值来实现。A/D转换器222可以提供作为满刻度数字值和模拟输出电压216与精密基准电压230之间的比率的乘积的值。
示例性电流传感器可以提供与通过导线的正在被测量的电流线性相关的模拟输出电压。为了改善被传递到BECM 76的信号，电流传感器处理器208可以执行指令以将模拟输出电压再次缩放为电流的函数。如先前所讨论的，车辆会更多地操作在比预定电流水平低的电流范围内。模拟输出电压216可以仅仅具有用于表示所有电流值的预定最大范围，并且可以由基准电压212来限制。模拟输出电压216的更周到的缩放比例可以将更大的电压范围分配给比预定电流水平低的电流。这样的缩放比例可以给比预定电流水平低的电流提供模拟输出电压216的改善的分辨率。所述改善的分辨率可以改善在利用电流反馈的功能方面的控制性能。例如，可以实现改善的电流控制。另外，因为任何噪声引起的信号将导致电流测量值的偏差较小，所以可以实现更好的抗噪声能力。
电流传感器处理器208可以将霍尔效应传感器204的输出转换为数字值。电流传感器处理器208可以将数字值缩放为以安培为单位的实际电流值。霍尔效应传感器204的输出可能是或可能不是电流的线性函数。电流传感器处理器208可以包括查找表以将来自霍尔效应传感器204的数字值转换为以安培为单位的实际电流值。可选地，可以实现预定的数学公式以执行所述转换。电流传感器处理器208随后可以将实际电流值转换为用于DAC 232的数字输出值。所述数字输出值可以被缩放，使得满刻度值提供最大输出电压。小于满刻度值的数字输出值基于数字输出值与满刻度值的比率提供模拟输出电压216，其中，模拟输出电压216为基准电压212的百分比。
所述再次缩放可以是这样的，使得模拟输出电压216在较低的电流值处具有较大的增益。即，给定的电流变化在较低电流值处产生比在高电流值处所产生的更大的输出电压变化。所述增益还可以被认为是模拟输出电压相对于电流的变化率。这样的增益函数的一个示例可以是如在图5中所描绘的指数缩放函数(exponential scaling function)。曲线图300描绘了输出电压曲线306并呈现了针对电流传感器的电流值范围的输出电压。y轴302表示模拟输出电压，而x轴304表示电流传感器的值。零电流点308可以被定义为当电流为0时在曲线306上的电压。在零电流点308处的电压可以是非零电压。
所述再次缩放可以应用在当电流传感器的输出没有饱和时出现的正常操作电流的范围内。当电流的幅值大于饱和电流时，传感器输出在值上会不再变化。即，电流的增加不会引起传感器输出值的增加。
模拟输出电压216可以根据下列等式进行缩放：
对于霍尔电流≥0 (1)
对于霍尔电流<0 (2)
其中，霍尔电流(HallCurrent)为以安培为单位的由霍尔效应传感器测量的流过导线202的电流，FSC为以安培为单位的满刻度电流，所述满刻度电流是电流传感器被设计以准确读取的最大电流，VCS_VREF为模拟输出电压的基准电压，Rf为再次缩放因数(rescaling factor)，所述再次缩放因数为通常在1至5的范围内的正无量纲常数，Vout％为应该被输出的基准电压的百分比。
等式(1)和等式(2)提供了应该被输出为模拟输出电压216的基准电压的百分比。Vout％的值可以通过将Vout％乘以用于DAC 232的满刻度数字值来转换为用于DAC 232的数字输出值。所述数字输出值可以被传输到DAC 232。DAC 232可以将所述数字输出值转换为模拟输出电压216。
电流传感器处理器208可以执行在等式(1)和等式(2)中表示的公式。可选地，近似于所述公式的一个或更多个查找表可以被实现。电流传感器处理器208可以周期性地对霍尔效应传感器204的输出进行采样。霍尔效应传感器的值可以被转换为实际电流值。输出电压值随后可以通过执行所述公式来计算。百分比的输出电压值可以被缩放以用于输出到DAC 232。结果是具有如图5所示的特性的模拟输出电压216。
为了提高在较低测量电流处的分辨率和抗噪声能力，输出电压可以是这样的，输出电压相对于电流的变化率随着电流幅值增加而减小。所述变化率的减小可以随着电流增加而连续发生或者可以在离散点处发生。电流值可以通过应用反函数来从输出电压被重建。例如，通过将接收到的电压除以预定的电压变化率，原始电流可以被重建。BECM 76可以存储将增益或变化率与电压值相关的表。可选地，该表可直接将电流值与电压值相关。
BECM 76可以接收模拟输出电压216。BECM 76可以执行到模拟输出电压216的逆变换，以将所述值转换回以安培为单位的实际电流。BECM 76可以应用所述增益的倒数，以从电压信号推导出电池电流。
所述再次缩放操作可以充分减小来自BECM 76中的电流值的电噪声。所述再次缩放的作用可以取决于针对Rf所选择的值。随着Rf增加(例如，接近于5)，电流传感器200会变得在低电流水平更不易受电噪声干扰。对于较低的Rf值(例如，1)，与没有进行再次缩放的系统相比，可能在抗噪声能力方面没有太大差异。在较低电流范围内的增益可以通过Rf的选择来设置。通过增加在标称电流范围内的增益，安培小时积分的抗噪声能力可以被提高。电噪声和其它因素(诸如，模拟偏移和量化误差)与在误差的特定幅值处的模拟输出电压216混合。当模拟输出电压216通过BECM 76被转换回原始刻度时，任何误差的幅值随着信号连同任何噪声一起减小回到原始水平而减小。在标称电流范围内，原始电流信号增益增加并且逆增益(inverse gain)必须被应用以重建原始信号。然而，进入测量值的任何噪声也将被乘以逆增益，使得导致噪声的幅值减小。所描述的方案有效地减小了在标称电流范围内的噪声信号的幅值。结果是在车辆会更频繁地操作的标称电流范围内抗噪声能力被提高了。
A/D转换器可以提供以输入处的信号电压与基准电压230之间的比率的计数形式的值。百分比值可以被表示为测量的计数与满刻度计数之间的比率。满刻度计数可以是当信号电压等于基准电压时会被提供的计数的数。
电流测量值可能受A/D转换器222中的偏移误差和偏移校准误差影响。A/D转换器222中的偏移和偏差会引起在读取电流传感器值的方面有误差。零偏移校正可以被应用以校正这些问题。在已知没有电流流过所述传感器的时候可以通过BECM 微处理器218来计算零偏移校正。A/D转换器222可以在点火开关接通而接触器42断开时被采样。模拟输出电压216可以在零电流状况下被采样，以确定零偏移校正。
微处理器218可以执行指令以将采样信号转换为以安培为单位的电流值。所述电流可以使用下列等式来计算：
其中，FSC和Rf为如先前所描述的，A2Dmax为最大A/D转换器计数，ZC为A/D计数形式的零偏移校正值，A2D为针对电压测量值的A/D值。以上缩放和再次缩放是基于大约为5伏特的基准电压的。可以针对基准电压的不同值推导得到类似的等式。
所述再次缩放还可以是在不同的电流范围内具有不同的增益的分段线性缩放。这样的函数的一个示例可以是如在图6中所描绘的分段线性缩放函数。曲线图400描绘了分段线性输出电压曲线406并呈现了针对电流传感器的电流值范围的输出电压。y轴402表示模拟输出电压，而x轴404表示电流传感器值。零电流点416可以定义为当电流为0时在曲线406上的电压。在零电流点416上的电压可以是非零电压。分段点(breakpoint)418、420可以定义为电压曲线的斜率改变的点。正电流分段点418可以按照斜率改变处的正电流408来定义。在正电流分段点418处的电压可以定义为Vbph412。负电流分段点420可以按照斜率变化处的负电流410来定义。在负电流分段点420处的电压可以定义为Vbpl414。
电压曲线406呈现当电流的幅值低于预定电流408、410的幅值时的较高增益和当电流的幅值高于预定电流的幅值时的较低增益。基于模拟输出电压输出的基准电压的百分比可以通过下列等式被给出：
其中，M1和M2为以百分比每安培为单位的增益常数，B1和B2为设定偏移的常数。增益常数M1和M2可以被选择使得M2大于M1。偏移常数B1和B2可以被选择使得与电流分段点关联的每个函数在分段线性电流分段点418、420处产生相同的百分比值。
电流传感器处理器208可以将测得的电流值转换为如等式(5)所定义的输出电压。通过使用该函数，电流被缩放，使得小于预定电流(例如，在标称电流范围内)的电流比高于预定电流(例如，在最大电流范围内)的电流具有更高的增益。
通过执行如下的分段线性缩放的反函数，BECM 76可以将电压转换为电流：
其中，Vout％为作为基准电压的百分比的电压，常数B1、B2、M1和M2如先前所定义的，Vbph％为与正电流分段点418相对应的作为基准电压的百分比的电压，Vbpl％为与负电流分段点420相对应的作为基准电压的百分比的电压。所述表达式可以被表示为A/D计数值的函数，如下：
其中，A2D％为被表示为满刻度值的百分比的A/D计数值(A2D*100/FSC)，Z0C％为被表示为满刻度值的百分比的零偏移校正值，Vbph％为在正电流分段点418处的满刻度电压的百分比，Vbpl％为在负电流分段点420处的满刻度电压的百分比，FSC为在满刻度电压处的计数的数，A2D为来自A/D转换器的原始计数。
零偏移校正值416可以被定义为满刻度A/D读数的二分之一与当电池组电流为0时测得的A/D计数之间的差。该值针对电流传感器200与BECM 76之间的任何偏移进行校正。
如上所述，BECM 76可以测量零偏移校正值。所述零偏移校正值可以以固定的偏移量影响每个分段点。对偏移电压的校正包括使曲线向下平移零偏移量。
所描述的系统可以进一步被概括为一种可以在一个或更多个控制器中实现的方法。所描述的系统测量电池组电流，但是所述方案适用于任何类型的测量。通用方法可以包括测量值的第一步骤。所述值可以是电流测量值。下一个步骤可以是根据具有随着测量值增加而减小的针对输出值的增益的函数来对测量值进行再次缩放。然后，再次缩放的值可以被输出为模拟信号。第二控制器可以接收所述模拟信号并且可以通过执行所述函数的反函数将所述模拟信号转换为所述测量值。
在此公开的处理、方法或算法可以被传送到处理装置、控制器或计算机/通过处理装置、控制器或计算机实现，所述处理装置、控制器或计算机可以包括任何现有的可编程电子控制单元或者专用的电子控制单元。类似地，所述处理、方法或算法可以以多种形式被存储为可被控制器或计算机执行的数据和指令，所述多种形式包括但不限于：永久地存储在非可写存储介质(诸如，ROM装置)上的信息和可变地存储在可写存储介质(诸如，软盘、磁带、CD、RAM装置以及其它磁介质和光学介质)上的信息。所述处理、方法或算法还可以在软件可执行对象中被实现。可选择地，所述处理、方法或算法可以使用合适的硬件组件(诸如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其它硬件组件或装置)或者硬件、软件和固件组件的组合被全部或部分地实现。
尽管上面描述了示例性实施例，但并不意图这些实施例描述了权利要求所包含的所有可能形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限制，并且应理解的是，可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下作出各种改变。如前所述，各个实施例的特征可被组合，以形成可能未被明确描述或示出的本发明的进一步的实施例。尽管各个实施例可能已被描述为提供优点或者在一个或多个期望的特性方面优于其它实施例或现有技术实施方式，但是本领域普通技术人员应该认识到，一个或多个特征或特性可被折衷，以实现期望的整体系统属性，期望的整体系统属性取决于具体的应用和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、维护保养方便性、重量、可制造性、装配容易性等。如此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术的实施方式的实施例并非在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定的应用。

Claims (7)

1.一种车辆，包括：
电池，被配置为：在行驶周期期间进行操作，其中，电池电流处于标称电流范围内的时间比处于最大电流范围内的时间更长；
控制器，被配置为：响应于所述电流的变化，以电流处于标称电流范围内时比电流处于最大电流范围内时更大的增益，输出基于所述电流的电压。
2.如权利要求1所述的车辆，其中，所述增益是基于所述电流的指数函数的。
3.如权利要求1所述的车辆，其中，所述增益是基于所述电流的分段线性函数的。
4.如权利要求1所述的车辆，其中，所述增益使得所述电压的变化与所述电流的变化之间的比率随着所述电流的幅值的增加而减小。
5.如权利要求1所述的车辆，所述车辆还包括：第二控制器，被配置为接收所述电压并根据从所述电压推导得到的电池电流来操作电池。
6.如权利要求5所述的车辆，其中，所述电池电流基于所述增益的倒数来从所述电压推导得到。
7.如权利要求5所述的车辆，其中，所述第二控制器还被配置为：响应于指示所述电流为零的状况，测量零电流电压，并且基于所述零电流电压进一步推导所述电池电流。
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