CN109075557B - 多电流传感器系统 - Google Patents

Abstract

本文提供了用于监测具有大范围的电流的改进型电流监测系统。电流监测器可以包括两个或更多个电流传感器。至少两个电流传感器可以具有不同的电流测量范围和不同的电流测量灵敏度。每个电流传感器可以与一个或多个电流监测阈值相关联。时间延迟或时间阈值可以对应于每个电流监测阈值。每个电流传感器可以监测具有大范围的可能电流值的相同电流。当超过预定电流阈值达超过对应时间阈值的时间量时，可以由电流传感器产生信号。产生的信号可以指示测量的电流超过预定的电流阈值达对应的预定时间段。

Description

多电流传感器系统

技术领域

本公开通常涉及传感器系统领域，更具体地，涉及使用多个电流传感器的电流监测。

背景技术

在许多常规电流监测系统中，通常监测具有大范围的一个或多个电流。为了处理大电流范围，通常使用高电流传感器。然而，这些高电流传感器通常不够灵敏，无法精确测量较低值的电流。当取而代之使用更灵敏的电流传感器时，高灵敏度电流传感器在高电流情况下进入饱和状态的风险增加。总的来说，对于许多常规电流监测系统来说，精确测量具有大范围的电流通常是有缺陷的。

发明内容

提供本发明内容是为了以简化的形式介绍一些构思，这些构思将在下面的具体实施方式中进一步描述。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在帮助确定所要求保护的主题的范围。

因此，需要一种在较大电流范围内具有改进的精度和可靠性的电流监测系统。

各种实施例通常涉及具有两个或更多个电流传感器的电流监测器。至少两个电流传感器可以具有不同的电流测量范围和不同的电流测量灵敏度。每个传感器可以与一个或多个电流监测阈值相关联。时间延迟或时间阈值可以对应于每个电流监测阈值。每个传感器可以监测具有大范围的可能电流值的相同电流。当超过预定电流阈值达超过对应时间阈值的时间量时，可以由电流传感器产生信号。产生的信号可以指示测量的电流超过预定的电流阈值达对应的预定时间段。

附图说明

作为示例，现在将参考附图描述所公开的设备的特定实施例，其中：

图1示出了示例性配电和控制系统。

图2示出了示例性电流监测系统。

图3示出了图2中描绘的电流监测系统的第一透视图。

图4示出了图2中描绘的电流监测系统的第二透视图。

图5示出了图2中描绘的电流监测系统的仰视图。

图6示出了图2中描绘的电流监测系统的俯视图。

图7示出了使用两个或更多个电流传感器监测电流的方法的示例性流程图。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本公开，附图中示出了优选实施例。然而，本公开可以以许多不同的形式具体实施，并且不应该被解释为限于本文阐述的实施例。更确切而言，提供这些实施例使得本公开全面和完整，并且将本公开的范围完全传达给本领域技术人员。在附图中，相同的标号始终表示相同的元件。

图1示出了示例性配电和控制系统100。配电和控制系统100可以包括电源102、继电器104、负载106、电流监测器108和控制器110。

电源102可以是例如电池。在各种实施例中，电源102可以是汽车电池。负载106可以表示电源102下游的电子电路和/或设备。如负载106所表示的这些电子组件可以在配电和控制系统100的正常操作期间从电源102接收电力。

负载106可以通过继电器104耦合到电源102。如图1中所示，继电器104耦合到电源102，并且负载106耦合到继电器104。继电器104可以是电磁继电器和/或电动开关。继电器104可以用作保护继电器和/或开关。作为示例，继电器104可以操作以在发生故障状况时防止或限制对负载106的损坏。故障状况可以包括例如相对于负载106的过电压或过电流状况。

在正常操作期间，当未检测到或未发生故障状况时，继电器104可以从电源102向负载106提供电力。当检测到或发生故障状况时，继电器104可以将负载106和电源102分离。在这种情况下，继电器104可以破坏负载106与电源102之间的电连接。这样，当未检测到或未发生过电压或过电流状态时(例如，当继电器104处于闭合位置时)，继电器104可以确保向负载106提供电力，并且当检测到或发生过电压或过电流状况时(例如，当继电器104处于断开位置时)，可以隔离并保护负载106。

电流监测器108可以耦合到继电器104。电流监测器108可以监测和/或测量继电器104中的电流。电流监测器108可以包括两个或更多个电流传感器。电流监测器108的两个或更多个电流传感器可以被定位或布置成监测和/或测量从电源102流过继电器104并流到负载106的大致相同的电流(例如，当继电器104提供电源102与负载106之间的连接时，由电源102提供的供电电流)。

电流监测器108的两个或更多个电流传感器可以具有不同的电流测量范围和电流测量灵敏度。电流传感器的电流测量范围可以是电流传感器可以精确地检测、测量或监测电流的电流范围。电流传感器的电流测量灵敏度可以是电流传感器的精度水平或测量等级。作为示例，电流监测器108的电流传感器中的一个可以具有-300安培(A)至300A的电流测量范围和1A的电流测量灵敏度。因此，在该示例中，电流监测器108的电流传感器可以以1A的精度(例如，以1A为间隔)测量具有在-300A与300A之间的任何值的继电器中的电流。

电流监测器108中的两个或更多个传感器可以确定继电器104中的电流何时超过一个或多个阈值。在检测到继电器104中的电流超过预定阈值时，电流监测器108可以生成指示已经超过阈值的信号。可以将产生的信号提供给控制器110。控制器110可以控制和监测配电和控制系统100的操作。例如，控制器110可以控制继电器104的操作。具体地，控制器110可以控制继电器104何时提供电源102与负载106之间的电连接，以及继电器104何时将负载106与电源102分离。

控制器110可以基于来自电流监测器108的信号的接收来控制继电器104。例如，在从电流监测器108接收到继电器104中的电流已经超过一个或多个电流阈值的信号后，控制器110可以确定断开继电器104，使得负载106与电源102分离。以这种方式，可以向负载106提供过电压或过电流状态的保护。

作为替代或补充，由电流监测器108基于电流阈值监测产生的任何信号可以直接控制继电器104(例如，可以使继电器104断开)或者可以包括警报信号。由电流监测器108产生的警报信号可以以听觉和/或视觉方式直接或间接地发出警报状况(例如，超过电流阈值)的信号。

通常，电流监测器108可以生成通信信号、控制信号或警报信号，或其任何组合。由电流监测器108产生的任何信号可以基于检测到继电器104中的电流超过预定电流阈值，如前所述。

可以将由电流监测器108生成的通信信号提供给配电和控制系统100的另一组件。通信信号可以包括关于继电器104中的电流超过预定阈值的信息(例如，通知继电器104中的电流状况)。作为示例，电流监测器108可以生成通信信号并且可以将通信信号提供给控制器110。在各种实施例中，控制器110可以是发动机控制单元(ECU)，并且电流监测器108可以通过控制器局域网(CAN)或本地互连网络(LIN)将任何生成的通信信号提供给控制器110。

可以提供由电流监测器108生成的控制信号以控制或影响配电和控制系统100的任何其它组件的操作。作为示例，电流监测器可以生成控制信号以响应于继电器104中的电流超过预定阈值来调整继电器104的操作。

如上所述，由电流监测器108产生的警报信号可以包括旨在向配电和控制系统100的用户发出警报状况(例如，继电器的电流104超过预定阈值)的任何视觉或听觉信号。

在常规配电和控制系统中，电流监测器通常具有单个电流传感器。通常，单个电流传感器不能有效地监测大范围电流的电流。例如，许多更敏感的电流传感器在高电流情况下陷入饱和状态，而设计用于处理高电流情况的电流传感器不够灵敏，无法有效地测量低电流。因此，许多常规配电和控制系统无法有效地监测并适当地响应大范围的电流水平。

相反，利用配电和控制系统100的电流监测器108，可以使用多个电流传感器。例如，如上所述，电流传感器可以具有不同的灵敏度，这使得能够以更高的灵敏度监测更大范围的电流(例如，与仅使用单个电流传感器相比)。

图2示出了示例性电流监测系统200。电流监测系统200可以包括继电器(例如，继电器104)和电流监测器(例如，电流监测器108)的部分。如图2中所示，电流监测系统200可以包括输入连接或螺柱202和输出连接或螺柱204。输入螺柱202可以连接到电源(例如，电源102)的组件或第一部分。输出螺柱204可以连接到负载(例如，负载106)的组件或第一部分。

如图2中进一步所示，电流监测系统200可以包括第一固定导体或汇流条206和第二固定导体或汇流条208。汇流条206可耦合到输入螺柱202，并且汇流条208可耦合到输出螺柱204。可移动汇流条或导体210可以耦合在汇流条206与汇流条208之间。

可移动汇流条或触点210可以确定汇流条206与汇流条208之间的电连接。在电流监测系统200的正常操作期间，电流(例如，继电器104的电流)可以从输入螺柱202流过汇流条206，流过可移动导体210，流过汇流条208，并流到输出螺柱204。当检测到或发生过电压或过电流情况时，可移动导体210可以与汇流条206和汇流条208断开连接，从而中断从输入螺柱202到输出螺柱204的电流。作为示例，可移动导体210可以在垂直方向上(相对于电流监测系统200的方位，如图2中所描绘)移动，以便与汇流条206和汇流条208断开连接。

电流监测系统200还可以包括螺线管或线圈212。另外，电流监测系统200可以包括印刷电路板(PCB)214，电流监测系统200的组成组件可以安装在印刷电路板214上。输入螺柱202、输出螺柱204、汇流条206、汇流条208、可移动导体210和螺线管可形成继电器(例如，继电器104)的一部分。在各种实施例中，这些组件可以形成耦合到电源(诸如电池，例如汽车电池)的主断开器的一部分。

如图2中所示，电流监测系统200可以包括第一电流传感器216和第二电流传感器218。第一电流传感器216和第二电流传感器218可以是磁电流传感器。在各种实施例中，第一电流传感器216和第二电流传感器218可以是霍尔传感器。

第一电流传感器216和第二电流传感器218可以被布置或定位成测量在输入螺柱202与输出螺柱204之间流动的大致相同的电流(例如，继电器或电源电流)。具体地，第一电流传感器216可以布置成检测和/或测量流过汇流条206的电流，而第二电流传感器218可以布置成检测和/或测量流过汇流条208的电流。如图2中所示，第一电流传感器216和第二电流传感器218可以位于PCB 214的与包含汇流条206和208的一侧相对的同一侧。第一电流传感器216和第二电流传感器218可以分别定位成离汇流条206和汇流条208的距离大致相同，使得第一电流传感器216和第二电流传感器218大致测量流过汇流条206和汇流条208的相同电流。

第一电流传感器216和第二电流传感器218可以是电流监测器(例如，电流监测器108)的一部分。这样，电流监测系统200可以表示继电器104和电流监测器108的全部或一部分，如图1中所示但不限于此。也就是说，电流监测系统200的继电器/电路保护组件和功能以及电流监测系统200的电流检测组件和功能可以分开，而不是组合和布置在同一PCB上，如图2中所示。

第一电流传感器216和第二电流传感器218均可具有电流测量范围和电流测量灵敏度。第一电流传感器216和第二电流传感器218的电流测量范围和灵敏度可以不同。例如，第一传感器216的电流测量范围和电流灵敏度可以大于第二传感器216的电流测量范围和电流灵敏度。在实施例中，第一电流传感器216可以具有-300A至300A的电流测量范围以及1A电流灵敏度，而第二电流传感器218可具有-100A至100A的电流测量范围和0.25A的电流灵敏度。因此，第一电流传感器216和第二电流传感器218可以有效地测量以不同灵敏度水平通过汇流条206和208的相同电流。

第一电流传感器216和第二电流传感器218均可被编程为包括一个或多个预定电流阈值以用于监测。预定阈值可以各自在第一和第二电流传感器216和218的相应电流测量范围内。例如，第一电流传感器216可以根据其电流测量范围内的第一电流阈值来配置或编程，并且电流传感器218可以根据其电流测量范围内的第二电流阈值来配置或编程。第一和第二传感器216和218中的每一个的阈值可以不同。第一传感器216和第二传感器218中的每一个的阈值均可以被认为是电流传感器216和218的电流设定点。

此外，第一和第二电流传感器216和218可以被编程或设计成确定被测量的电流超过特定电流阈值的时间量。与特定电流阈值相关联的时间量或时间段可以被认为是时间延迟或触发延迟。例如，第一电流传感器216可以监测250A的预定电流阈值，并具有15秒的相关时间延迟。因此，第一电流传感器216可以确定其检测或测量的电流大约等于或超过250A的时长。一旦检测到的电流大约等于或超过250A达至少15秒，第一电流传感器216就可以响应于其执行功能。作为示例，第一电流传感器216可以产生指示检测到的电流超过电流设定点或阈值达预定时间量的信号。

类似地，作为示例，第二传感器218可以监测75A的阈值，并具有1分钟的相关时间延迟。因此，第二电流传感器218可以确定其检测或测量的电流大约等于或超过75A的时长。一旦检测到的电流大约等于或超过75A达至少1分钟，第二电流传感器218就可以响应于其执行功能。作为示例，第二电流传感器218可以产生指示检测到的电流超过电流设定点或阈值达预定时间量的信号。

在上述示例中，对应于第一电流传感器216的第一阈值的第一时间延迟(15秒)小于对应于第二电流传感器218的第二阈值的第二时间延迟(1分钟)；然而，这种时间延迟并不受限于此。通常，与较不敏感的传感器(例如，高电流传感器)的阈值相关联的时间延迟可以短于与较敏感的传感器(例如，低电流传感器)的阈值相关联的时间延迟。

通过使第一和第二电流传感器216和218与不同的电流阈值和对应的时间延迟相关联，第一和第二电流传感器216和218可以更有效地监测更大电流范围内的电流状况，更宽范围的电流性能条件，并且具有改进的灵敏度，特别是在第一和第二电流传感器216和218的不同电流测量范围和灵敏度情况下。

同样，可以预先确定第一和第二电流传感器216和218的一个或多个电流阈值或电流设定点。此外，还可以预先确定与每个电流阈值相关联的时间延迟或时间量(例如，时间阈值)。在各种实施例中，时间延迟可近似设定为0秒，使得例如第一电流传感器216立即对超过对应阈值的电流作出反应(即，没有时间延迟)。

第一和第二电流传感器216和218可以分别连续地监测和测量汇流条206和208中的电流。该电流的测量值可以由第一和第二电流传感器216和218连续报告(例如，向控制器110)和/或存储到存储器。此外，第一和第二电流传感器216和218可以在超过预定阈值时报告。另外，如上所述，第一和第二电流传感器216和218还可以报告何时超过预定阈值达对应的预定时间段。

如上所述，第一和第二电流传感器216和218可以响应于超过预定阈值达预定时间段而产生信号。信号可以是通信信号、控制信号或警报信号，或其任何组合，如上面关于图1所讨论。通常，电流监测系统200可以采用任何数量的传感器，并且传感器可以与任何数量的电流设定点和对应的时间延迟触发器相关联。

图3至图6以各种视图示出了电流监测系统200。例如，图3示出了示例性电流监测系统200的第一透视图，并且图4示出了示例性电流监测系统200的第二透视图。提供图3和图4以示出输入螺柱202、输出螺柱204、汇流条206、汇流条208、可移动导体210、螺线管或线圈212和PCB 214的示例性布置。

图5示出了电流监测系统200的仰视图。如图5中所示，第一电流传感器216和第二电流传感器218可以附接或安装到PCB 214的底部。第一电流传感器216和第二电流传感器218可以定位在汇流条206和208(图5中未示出)所处的区域下方。这样，由于汇流条206和208承载或传导大致相同的电流，所以第一电流传感器216和第二电流传感器218可以近似地检测和/或测量相同的电流。

图6示出了电流监测系统200的俯视图。如图所示，图6示出了PCB 214上的螺线管212、汇流条206、汇流条208、输入螺柱202和输出螺柱204的示例性布置。

图7示出了使用两个或更多个电流传感器700监测电流的方法的示例性流程图。可以使用配电和控制系统100和/或电流监测系统200来实现图7中所示的方法。

在步骤702中，可以确定或设定两个或更多个电流传感器的电流阈值或设定点。每个电流传感器可以具有电流测量范围和电流测量灵敏度。至少两个电流传感器的电流测量范围和电流测量灵敏度可以不同。可以为每个电流传感器设置一个或多个电流阈值。

在步骤704中，可以确定或设定对应于每个电流传感器的每个电流阈值的时间段或时间延迟(或时间阈值)。

在步骤706中，可以为每个电流传感器确定或设定每个电流阈值-时间段配对的响应动作。响应动作可以指定当在大约超过预定电流阈值的对应预定时间段的时间段内大致超过预定电流阈值时发生的动作。响应动作可以包括生成指示已经超过预定电流阈值达预定时间段的信号。如上所述，所生成的信号可以是警报信号、通信信号或控制信号，或其任何组合。

在步骤708中，两个或更多个电流传感器监测电流。监测电流可以包括连续地或周期性地测量电流，并且还可以包括连续地或周期性地存储电流测量值或报告电流测量值。两个或更多个电流传感器可以监测相同的电流。例如，可以定位或布置两个或更多个电流传感器，以便近似测量流过一个或多个导体的相同电流。这样，至少具有不同电流测量范围和灵敏度的电流传感器可以测量相同电流的值。

在步骤710中，实现预定的响应动作。当近似超过电流传感器的预定电流阈值达对应于预定时间阈值的时间量时，可以实现可以在步骤706中设定的预定响应动作。

通常，本文描述的电流监测系统和方法可以通过使用具有不同电流范围和灵敏度的两个或更多个电流传感器来提供改进的电流监测，使得可以实现在大电流范围上的更有效监测。通过为两个或更多个电流传感器建立不同的电流设定点和时间阈值，可以提供电流阈值监测和对其的响应。本文描述的技术可以应用于机电熔丝、充电状态监测系统、高电流监测系统，以及受益于在大范围内监测电流的任何其它系统。

虽然本公开参考某些实施例，但是在不脱离如所附权利要求中限定的本公开的范围的情况下，对所描述的实施例的许多修改、变更和改变都是可能的。因此，意图是本公开不限于所描述的实施例，而是具有由所附权利要求的语言及其等效物限定的全部范围。

Claims (11)

1.一种电流监测装置，包括：

电源；

继电器，耦合到所述电源；

负载，耦合到所述继电器，其中当所述继电器处于闭合位置时，所述继电器将所述负载耦合到所述电源；

电流监测器，耦合到所述继电器；以及

控制器，耦合到所述电流监测器，其特征在于，所述电流监测器包括具有不同电流测量范围和灵敏度的第一电流传感器和第二电流传感器，其中所述第一电流传感器和第二电流传感器各自测量所述继电器的电流，其中所述第一电流传感器确定所述继电器的电流何时超过第一电流测量范围内的第一电流设定点达第一时间段，产生第一信号，以及所述第二电流传感器确定所述继电器的电流何时超过第二电流测量范围内的第二电流设定点达第二时间段，产生第二信号，将所述第一信号和第二信号中的至少一个提供给控制器，

其中所述第一时间段小于所述第二时间段，所述第一电流传感器具有第一电流测量灵敏度，所述第二电流传感器具有第二电流测量灵敏度，并且所述第一电流测量灵敏度大于所述第二电流测量灵敏度，并且所述第一电流测量范围大于所述第二电流测量范围。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述电源是电池。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器是发动机控制单元ECU。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器基于所述第一信号的接收使所述继电器断开以使所述负载与所述电源分离。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一信号使所述继电器断开以使所述负载与所述电源分离。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一信号包括警报信号，所述警报信号指示所述继电器的电流超过所述第一电流设定点达所述第一时间段。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器基于所述第二信号的接收使所述继电器断开以使所述负载与所述电源分离。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二信号使所述继电器断开以使所述负载与所述电源分离。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二信号包括警报信号，所述警报信号指示所述继电器的电流超过所述第二电流设定点达所述第二时间段。

10.一种电流监测方法，包括：

确定第一电流传感器的第一电流阈值，所述第一电流传感器具有第一电流测量范围和第一电流测量灵敏度；

确定第二电流传感器的第二电流阈值，所述第二电流传感器具有第二电流测量范围和第二电流测量灵敏度，其中所述第一电流阈值、所述第一电流测量范围和所述第一电流测量灵敏度大于所述第二电流阈值、所述第二电流测量范围和所述第二电流测量灵敏度；

确定对应于所述第一电流传感器的所述第一电流阈值的第一时间段；

确定对应于所述第二电流传感器的所述第二电流阈值的第二时间段，其中所述第二时间段大于所述第一时间段；

使用所述第一电流传感器和所述第二电流传感器连续监测电流；

当所述电流超过所述第一电流阈值达超过所述第一时间段的时间量时产生第一信号；

当所述电流超过所述第二电流阈值达超过所述第二时间段的时间量时产生第二信号；以及

将所述第一信号和第二信号中的至少一个提供给控制器。

11.根据权利要求10所述的方法，其中产生第一信号还包括产生第一警报信号，所述第一警报信号指示所述电流超过所述第一电流阈值达超过所述第一时间段的时间量，并且产生第二信号还包括产生第二警报信号，所述第二警报信号指示所述电流超过第二电流阈值达超过所述第二时间段的时间量。

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