CN109884366B - 电流传感器以及用于测量电流的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电流传感器(10)，具体地用于测量电池(14)、具体地为车辆电池的电流，该电流传感器具有至少一个测量电阻器(16)以及电路载体(18)，该电路载体使用至少一个第一固定销(22a)而被固定在该测量电阻器(16)上，其中，在该电路载体(18)上提供用于检测该测量电阻器(16)两端的电压降的测量电路(20)。该第一固定销(22a)由导电材料组成并且导热地连接到该测量电阻器(16)。此外，提供了至少一个检测单元(42)，用于检测并输出该第一固定销(22a)的温度信号(40)。

Description

电流传感器以及用于测量电流的方法

技术领域

本发明涉及一种电流传感器以及一种用于使用这种电流传感器来测量具体地为电池的电流的方法。该电流传感器具有至少一个测量电阻器和电路载体，该电路载体使用至少一个第一固定销固定在该测量电阻器上。在该电路载体上提供用于检测该测量电阻器两端的电压降的测量电路。

背景技术

这种电流传感器在现有技术中是已知的。测量电阻器两端的电压降是使用该测量电路来识别的。给定测量电阻器的已知电阻，可以使用所确定的电压降通过欧姆定律来识别流经测量电阻器的电流强度，由此可以得出关于电池的充电状态的结论。为此，还可以在电路载体上提供附加电工部件，例如评估单元，该评估单元输出取决于所测量的电压降的输出信号。

然而，测量电阻器的电阻尤其取决于测量电阻器的温度。测量电阻器的温度以及因此的电阻可能由于外部影响或由于流经的电流而导致的加热而变化。

因此，现有技术中已知的是用于确定测量电阻器的温度和/或温度变化并使用所述值来校正评估单元的输出信号的方法。

例如，为此，温度传感器粘接在测量电阻器上，该温度传感器的温度信号经由附加电气线路传输到电路载体，具体地为评估单元。然而，温度传感器的粘接非常复杂。另外，需要附加线路来将温度信号传输到电路载体。

作为替代方案，已知将温度传感器安排在电路载体上并且借助于具有非常好的导热性的元件(例如，固定销)将所述温度传感器耦合到测量电阻器。测量电阻器的加热导致热耦合到测量电阻器和温度传感器的固定销或元件的加热。所述加热由温度传感器测量，并且可以作为温度信号输出。然而，由于传输路径较长，这种系统以延迟的方式对温度变化作出反应。另外，具有非常好的导热性的元件也具有热阻，结果是，在温度传感器处存在的温度可能略微偏离测量电阻器的温度。

发明内容

本发明的目的是提供一种电流传感器以及一种用于测量电流的方法，该方法能够更精确地测量电流。此外，电流传感器旨在具有简单且稳健的设计并且生产成本低廉。

为了实现该目的，提供了一种电流传感器，具体地用于测量电池、具体地车辆电池的电流，该电流传感器具有至少一个测量电阻器和电路载体，该电路载体使用至少一个第一固定销固定在测量电阻器上。在该电路载体上提供用于检测该测量电阻器两端的电压降的测量电路。该第一固定销由导电材料组成并且导热地连接到该测量电阻器。此外，提供了至少一个检测单元，该至少一个检测单元用于检测并输出该第一固定销的温度信号。

由于与测量电阻器的热耦合，测量电阻器的温度变化直接影响固定销及其特性，具体地是其电气特性。所述变化使用检测单元来检测并且直接用于确定温度信号，该温度信号被传输到电路载体或评估单元以便进行温度补偿。可以根据所述温度信号确定输出信号。

因此，第一固定销不用于传输测量信号或温度，而是用于直接确定温度信号。因此，可以使由于传输引起的功率损耗或延迟最小化，由此可以更精确且更快地识别温度或温度信号，并且因此还能够更准确地对输出信号进行温度补偿。

第一固定销优选地是仅具有用于电路载体的固持功能的固定销，也就是说，不具有检测电压降的功能。因此可以排除由于电压降的测量而对第一固定销的影响。

检测单元例如具有用于检测第一固定销的电阻的电阻测量装置。温度信号取决于所检测的电阻。如已经提到的，电导体的电阻尤其取决于电导体的温度。通过识别电导体的电阻，因此能够推断电导体的温度。例如，为此，例如以温度/电阻曲线的形式预先确定测量电阻器的温度与其电阻的相关性，并且所述曲线存储在检测单元或评估单元中。因此，可以针对所确定的电阻识别相关联的温度，并且可以输出相应的温度信号。

电阻测量装置可以确定整个固定销或仅固定销的子区域的电阻。仅需要所使用的测量路径已知温度和电阻的相关性，例如，预先确定该相关性并将其存储在评估单元中，以便能够根据所确定的电阻来推断温度和/或温度变化。

第一固定销可以电连接到电路载体和测量电阻器，并且电路载体可以具有用于向固定销施加参考电流的参考电流电路。为了能够尽可能精确地识别第一固定销的电阻，将具有已知大小的参考电流施加到固定销，并且使用电阻测量装置来检测第一固定销或第一固定销的子区域两端的电压降。固定销的电阻可以根据已知的参考电流和所检测的电压降来确定。参考电流可以是精确已知的规定电流，例如，该参考电流由具有高精度的合适电路来供应。然而，当由参考电流电路供应所述参考电流时，也可以由高度准确的电流测量来识别参考电流。仅需要非常精确地已知所施加的参考电流来识别固定销的精确电阻。例如，参考电流的幅值也可以改变。例如，可以在电路载体上提供参考电流电路。

优选地在电路载体上提供电阻测量装置，以便能够以最简单、紧凑且稳健的方式设计电流传感器。为了能够检测第一固定销的电阻或第一固定销两端的电压降，需要第一固定销上彼此间隔开的两个测量点。可以由第一固定销到电路载体的电接触连接来提供所述测量点之一。第二测量点例如是第一固定销的与测量电阻器接触连接的端部。为了将第二测量点电接触连接到电路载体或电阻测量装置，提供了第二固定销，例如，该第二固定销电连接到测量电阻器和评估单元。在这种情况下，第一固定销、第二固定销和测量电阻器形成用于检测第一固定销两端的电阻或电压降的电路。由于使用了已经存在的固定销，因此不需要附加部件。

第二固定销可以是仅具有用于电路载体的一个固持功能的固定销。然而，第二固定销也可以是载流固定销，其用于检测负载电流在测量电阻器两端的电压降。

第二固定销同样可以热连接到测量电阻器，使得其电阻也在测量电阻器的温度变化的情况下发生变化。在本实施例中，这两个固定销的电阻或这两个固定销两端的电压降被确定并用于确定温度信号。

取决于第二固定销的位置，可以在两个不同的点处测量测量电阻器的温度和/或可以确定测量电阻器的平均温度。

测量电路可以电连接到第一固定销和/或第二固定销。因此，固定销可以另外地用于检测负载电流。

测量负载电流，也就是说，检测测量电阻器两端的电压降，并且例如以时间偏移或交替方式检测第一固定销和/或第二固定销的电阻，使得当两个测量使用同一个固定销时，可以排除测量的相互影响。可选地，参考电流电路还可以以大于测量电路的测量频率2的因数或2的倍数的切换频率供应参考电流，结果是，可以滤除或计算参考电流对检测测量电阻器两端的电压降的影响。

检测单元优选地以与电流源的切换频率相对应的频率确定温度信号，以便确保对第一固定销和/或第二固定销的电阻的快速测量。

可选地，检测单元还可以具有用于缓冲存储温度信号的存储器，以便能够在较慢信号处理的情况下缓冲存储温度信号。

如果期望对整个测量电阻器进行更精确的温度测量，或者如果旨在精确地识别测量电阻器上的温度分布，则还可以提供至少两个或更多个检测单元，其中，检测单元的第一固定销以彼此间隔开的方式安排在测量电阻器上。

用于检测温度信号的固定销优选地由具有高温度系数和/或高电阻的材料组成，使得能够实现可以使用低参考电流容易地测量的电压降。

为了实现该目的，还提供了一种用于测量具有上述电流传感器的电池的电流的方法，所述方法具有以下步骤：

-使用该测量电路检测该测量电阻器两端的电压降，

-确定至少一个第一固定销和/或第二固定销的温度信号，

-确定取决于该电压降和该温度信号的输出信号。

优选地，使用温度信号确定第一固定销和/或第二固定销的温度相关特性。

附图说明

在以下结合附图的说明中可以找到另外的特征和优点，在附图中：

图1示出了根据本发明的电流传感器的第一实施例的示意图；并且

图2示出了根据本发明的电流传感器的第二实施例的示意图。

具体实施方式

图1示出了用于测量电池14的负载电流12的电流传感器10。电池14是例如车辆电池，其充电状态或健康状态旨在通过测量负载电流12来限定。

电流传感器10具有测量电阻器16，该测量电阻器可以电连接到电池14，使得电池14的负载电流12完全经由测量电阻器16流动。此外，电流传感器10具有电路载体18，测量电路20设置在该电路载体上。使用多个固定销22a、22b、22c、22d将电路载体18固持在测量电阻器16上。

测量电路20具有第一测量触点24和第二测量触点26，这两个测量触点借助于对应的固定销22c、22d电连接到测量电阻器16，其中，测量触点24、26在电流方向上在间隔开的点处电连接到测量电阻器16。

借助于测量触点24、26来检测负载电流12在测量电阻器16两端的电压降。测量电路20连接到评估单元32的输入端30，该评估单元根据所检测的电压降确定输出信号34并在输出端36处输出所述输出信号。给定测量电阻器16的已知电阻，能够通过欧姆定律根据输出信号34来识别流经测量电阻器16的电流。

测量电阻器16的电阻取决于温度。由于负载电流12或由于外部影响，可能发生测量电阻器16的温度变化，所述温度变化导致测量电阻器16的电阻变化。

为了改善测量结果，评估单元32具有用于温度信号40的另一个输入端38，其中，输出信号34是根据所检测的电压降和温度信号40来确定的。因此，使用温度信号40校正所检测的电压降。

为了检测温度信号40，使用第一固定销22a，该第一固定销热连接并电连接到测量电阻器16。由于热耦合，测量电阻器16的温度变化对第一固定销22a具有直接影响，也就是说，第一固定销22a的温度大致对应于测量电阻器16的温度。

此外，提供了用于检测第一固定销22a的温度相关特性的检测单元42。检测单元42安排在电路载体18上。在这里所示的实施例中，温度相关特性是第一固定销22a的电阻。然而，不排除第一固定销22a的其他温度相关特性也被检测到。

检测单元42具有用于检测第一固定销22a两端的电压降的电压测量电路44。第一固定销22a通过连接到电路载体18的第一端部46电连接到电压测量电路44的第一输入端48。第一固定销22a的第二端部50——该第二端部连接到测量电阻器16——借助于测量电阻器16和第二固定销22b电连接到电压测量电路44的第二输入端52。因此，电压测量电路44可以检测整个第一固定销22a两端的电压降。

此外，提供了参考电流电路54，其可以向第一固定销22a或由第一固定销22a、测量电阻器16和第二固定销22b形成的电路施加所限定的参考电流。参考电流电路54借助于线路56电连接到电池14，使得不需要用于参考电流电路54的单独电源。此外，提供了用于建立或分离线路56与第一固定销22a之间的电连接的开关58。

由于热耦合，测量电阻器16的温度变化对第一固定销22a具有直接影响。也就是说，第一固定销22a具有大致测量电阻器16的温度。

为了检测第一固定销22a的温度，通过闭合开关48将具有已知大小的参考电流施加到第一固定销22a。参考电流可以是精确已知的规定电流，例如，该参考电流由具有高精度的合适电路来供应。然而，当由参考电流电路供应所述参考电流时，也可以由高度准确的电流测量来识别参考电流。仅需要非常精确地已知所施加的参考电流来识别固定销的精确电阻。例如，参考电流的幅值也可以改变。

由于第一固定销22a具有电阻，因此第一固定销22a两端的电压下降。所述电压降是使用电压测量装置44借助于输入端48、52来检测的。由于参考电流的电压降和电流强度两者都是已知的，因此第一固定销22a的电阻R可以借助于欧姆定律R＝U/I来确定。

测量电阻器16的电阻非常低，使得对于电压降的检测，所述电阻可以忽略。同样可以选择第二固定销22b的电阻，使得其可以忽略不计。作为替代方案，所述电阻可以被预先识别并根据所确定的电压降来计算。

此外，检测单元具有存储器，在该存储器中，例如以温度/电阻曲线的形式存储有第一固定销22a的温度与电阻之间的比率，该比率是预先确定的。检测单元42可以借助于所存储的数据根据第一固定销22a的所确定电阻来确定第一固定销22a的温度，并且将取决于温度的温度信号40输出到评估单元32。

评估单元32可以使用温度信号40来识别测量电阻器16的温度，使得可以对测量电阻器16的电阻或者根据所检测的电压降确定的电压测量信号进行温度补偿。使用所校正的电压测量信号或测量电阻器16的精确补偿的电阻，可以确定用于确定流经测量电阻器16的电流的精确输出信号。

因此，通过温度信号40来对测量电阻器的电阻进行温度补偿，该温度信号取决于测量电阻器16的温度，其中，不需要单独的温度传感器以及电路载体18与测量电阻器16之间的附加测量连接。仅第一固定销22a用于温度识别，该第一固定销具有用于电路载体18的固持功能。

在上述实施例中，第一固定销22a的电阻借助于第二固定销来识别，该第二固定销同样仅具有用于电路载体18的固持功能，该第二固定销用于将第一固定销22a的第二端部50电接触连接到电压测量电路44，其中，根据所检测的电压降来忽略或计算测量电阻器16和第二固定销22b的电阻。

可选地，第二固定销22b也可以热连接到测量电阻器16，使得所述第二固定销同样具有大致测量电阻器16的温度，也就是说所述第二固定销的电阻也取决于测量电阻器16的温度。在本实施例中，温度信号40取决于第一固定销22a和第二固定销22b两者的温度或温度变化。

第一固定销22a和第二固定销22b可以安排在测量电阻器16的预期大致相同温度的区域中，使得第一固定销22a和第二固定销22b具有大致相同的温度。所述温度可以使用上述方法来确定，其中，温度/电阻曲线是基于这两个固定销22a、22b的所增加的电阻来确定的。

可选地，第一固定销22a和第二固定销22b可以安排在测量电阻器16的具有不同温度的区域中，使得固定销22a、22b不同地加热。在这种实施例中，所确定的温度或温度信号与固定销22a、22b的温度的平均值相对应，也就是说与测量电阻器16的温度的平均值相对应。如果测量电阻器16的相对温度分布或固定销22a、22b之间的相对温度差是已知的，则还可以基于温度信号40来估计温度分布。

参考电流经由第一固定销22a流入测量电阻器16，并且主要与负载电流12一起从那里流走。此外，然而，参考电流也在测量电阻器16两端生成电压降，该电压降使用测量电路20来检测。为了精确地检测负载电流12在测量电阻器16两端的电压降，有必要将负载电流12在测量电阻器16处的电压降与参考电流在测量电阻器16处的电压降隔离，或者从使用测量电路20测量的总电压降中滤除参考电流的电压降。

用于隔离信号的第一选项包括以测量频率或切换频率周期性地实施负载电流12在测量电阻器16两端的电压降和参考电流在第一固定销22a两端的电压降，其中，测量电路的测量频率和检测单元42的切换频率被选择为使得在每种情况下仅检测负载电流12在测量电阻器16两端的电压降或参考电流在固定销22a两端的电压降，也就是说，不会发生同时检测这两个电压降。

作为替代方案，参考电流电路54可以以切换频率供应参考电流，该切换频率使得能够从负载电流测量中滤除信号。例如，切换频率可以是测量电路20的测量频率的2的因数或2的倍数。

在替代实施例中，固定销22c、22d也可以用作第二固定销，其用于检测负载电流12在测量电阻器16两端的电压降(图2)。

在这种实施例的情况下，参考电流在固定销22c或22d中生成电压降，该电压降以及负载电流12的电压降使用测量电路20来检测。在此实施例的情况下，因此还必须确保用于检测负载电流12的信号和用于检测第一固定销或固定销22a、22b、22c、22d的电阻的信号不会相互影响，或者可以例如借助于以上参照图1所解释的方法从各个信号中滤除这种影响。

如果旨在检测测量电阻器16的精确温度分布，则还可以提供多个第一固定销22a，其中，为每个第一固定销22a确定对应的温度信号。

作为第一固定销22a的电阻的替代方案，温度信号40还可以取决于第一固定销的另一个温度相关特性。

仅需要由检测单元42检测第一固定销22a的温度相关特性，并且仅需要输出取决于所述温度相关特性的温度信号40，该温度信号用于校正或用于调整评估单元的输出信号。

Claims (12)

1.一种电流传感器(10)，用于测量电池(14)的电流，

所述电流传感器具有至少一个测量电阻器(16)以及电路载体(18)，所述电路载体使用至少一个第一固定销(22a)而被固定在所述测量电阻器(16)上，

其中，在所述电路载体(18)上提供用于检测所述测量电阻器(16)两端的电压降的测量电路(20)，

其特征在于，

所述第一固定销(22a)由导电材料组成并且导热地连接到所述测量电阻器(16)，并且，

提供至少一个检测单元(42)，用于检测并输出所述第一固定销(22a)的温度信号(40)。

2.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述检测单元(42)具有用于检测所述第一固定销(22a)的电阻的电阻测量装置，并且所述温度信号(40)取决于所检测的电阻。

3.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述第一固定销(22a)电连接到所述电路载体(18)和所述测量电阻器(16)，并且所述电路载体(18)具有用于向所述固定销(22a)施加参考电流的参考电流电路(54)。

4.如权利要求3所述的电流传感器，其特征在于，提供第二固定销(22b，22c，22d)，所述第二固定销电连接到所述测量电阻器(16)和所述检测单元(42)。

5.如权利要求4所述的电流传感器，其特征在于，所述测量电路(20)电连接到所述第一固定销(22a)和/或所述第二固定销(22b)。

6.如权利要求3至5之一所述的电流传感器，其特征在于，所述参考电流电路(54)以大于所述测量电路(20)的测量频率2的倍数的切换频率供应所述参考电流。

7.如权利要求3至5之一所述的电流传感器，其特征在于，所述检测单元(42)以与所述参考电流电路(54)的切换频率相对应的频率确定所述温度信号(40)。

8.如权利要求6所述的电流传感器，其特征在于，所述检测单元(42)以与所述参考电流电路(54)的所述切换频率相对应的频率确定所述温度信号(40)。

9.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述检测单元(42)具有用于缓冲存储所述温度信号(40)的存储器。

10.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，提供了至少两个检测单元(42)，其中，所述检测单元(42)的所述第一固定销(22a)以彼此间隔开的方式安排在所述测量电阻器(16)上。

11.一种方法，用于测量具有如以上权利要求之一所述的电流传感器(10)的电池的电流，所述方法具有以下步骤：

-使用所述测量电路(20)检测所述测量电阻器(16)两端的电压降，

-确定第一固定销(22a)和/或第二固定销(22b)的温度信号(40)，

-确定取决于所述电压降和所述温度信号(40)的输出信号(34)。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述测量电阻器(16)的温度相关特性是使用所述温度信号(40)来确定的，并且所述输出信号(34)是使用所述测量电阻器(16)的所述温度相关特性来确定的。

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