CN111044768B

CN111044768B - 用于运行电流传感器的方法和电流传感器

Info

Publication number: CN111044768B
Application number: CN201910972936.3A
Authority: CN
Inventors: M·施拉梅; M·盖革
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2018-10-15
Filing date: 2019-10-14
Publication date: 2022-05-31
Anticipated expiration: 2039-10-14
Also published as: EP3640651A1; US20200116764A1; EP3640651B1; CN111044768A; US11105835B2

Abstract

本发明公开了一种用于运行电流传感器的方法，电流传感器具有第一、第二测量电阻及参考电阻，第一和第二测量电阻串联设置在电流传感器的第一与第二连接端之间，参考电阻在第一测量状态下与第一和第二测量电阻电断开，且在第二测量状态下与第一测量电阻并联电连接，该方法包括：a)在第一测量状态下，识别第一和第二测量电阻上的电压降，且确定第一与第二测量电阻上的电压降之间的比值；b)在第二测量状态下，识别第一、第二测量电阻及参考电阻上的电压降，确定第一测量电阻的电阻值，且由识别的电压降、参考电阻的电阻值和第一与第二测量电阻的电压降之间的比值确定第二测量电阻的电阻值。本发明此外还涉及用于实施这样的方法的电流传感器。

Description

用于运行电流传感器的方法和电流传感器

技术领域

本发明涉及一种用于运行电流传感器的方法和一种电流传感器。

背景技术

在多种应用中、特别是在车辆领域中，需要非常准确地识别或测量出现的电流。由现有技术例如已知如下方法以及传感器，其中通过在设置在电流路径中的测量电阻上的电压降识别电流强度。为此需要非常准确地知晓测量电阻的电阻值。在车辆领域中还需要的是，与温度或外部影响无关地在车辆或传感器的整个寿命上确保尽可能准确的测量。

迄今为止，因此对于测量电阻应用特定的合金、例如铜-镍-锰合金，其表现出电阻值随时间的微小变化以及在温度变化时的低灵敏度。

但是这些合金是非常昂贵的。此外这些材料的处理非常复杂，因为这些材料必须与电流传感器的其余部分的材料相结合。

为了改善具有测量电阻、特别是具有显现出较大的温度依赖性或老化漂移的测量电阻的电流传感器的精度，由现有技术已知如下电流传感器，其在运行期间不断被再校准。在这些电流传感器中，在电流传感器的整个寿命上确定测量电阻的电阻值或用于测量电阻的电阻值的校正值，用以补偿测量电阻的电阻值的温度或老化有关的变化。

在一种已知的方法中，高精度的参考电阻与测量电阻并联设置，并且暂时引导负载电流的一部分经过参考电阻。在测量电阻上的电压降根据分支的电流脉冲下降。在参考电阻上确定该电流脉冲的大小。根据测量电阻上的电压降的下降与在参考电阻上确定的电流脉冲之间的比值，可以计算测量电阻的电阻值或用于测量电阻的电阻值的校正值。

然而，为了可以准确确定测量电阻的电阻值，有必要在确定电阻值时施加尽可能恒定的负载电流。如果在将负载电流的一部分引导通过参考电阻之前或期间，负载电流发生变化，则这会影响流经参考电阻的电流脉冲的确定精度，并因此测量电阻的电阻值的确定精度。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种用于运行电流传感器的方法，该方法能实现负载电流的更准确的测量。本发明的任务还在于，提供一种电流传感器，该电流传感器能实现负载电流的更准确的确定。

为了解决该任务，提出一种用于运行电流传感器的方法，电流传感器具有第一测量电阻、第二测量电阻以及参考电阻，其中第一测量电阻和第二测量电阻串联设置在电流传感器的第一连接端与第二连接端之间，且参考电阻在第一测量状态下与第一测量电阻和第二测量电阻电断开，且参考电阻在第二测量状态下与第一测量电阻并联电连接。该方法具有如下步骤：

a)在第一测量状态下，识别第一测量电阻上的电压降和第二测量电阻上的电压降，且确定第一测量电阻上的电压降与第二测量电阻上的电压降之间的比值；

b)在第二测量状态下，识别在所述第一测量电阻上的电压降、第二测量电阻上的电压降以及参考电阻上的电压降，且确定第一测量电阻的电阻值，且由识别的电压降、参考电阻的电阻值和在第一测量状态下确定的第一测量电阻与第二测量电阻的电压降之间的比值来确定第二测量电阻的电阻值。

在步骤a)中，首先在第一测量状态下识别第一与第二测量电阻的电阻值之间的比值。此外不需要得知第一和/或第二测量电阻的电阻值。因为测量电阻串联设置，因此电流波动对两个测量电阻上的电压降也具有相同的影响，使得即使在出现电流波动时也可以确定两个测量电阻的电阻值之间的比值。

在步骤b)中，接着在第二测量状态下确定第一测量电阻的电阻值。在该测量状态下，参考电阻——其电阻值是非常准确已知的——与第一电阻并联连接，且测量第一测量电阻上、第二测量电阻上以及参考电阻上的电压降。通过在参考电阻上检测的电压降以及参考电阻的已知电阻值可以确定流经参考电阻的电流比例。流经电流传感器的电流完全流经第二测量电阻，并且分支为与第二测量电阻串联设置的、第一测量电阻的电流路径和与第一测量电阻并联设置的参考电阻的电流路径中。流经第二测量电阻的电流因此对应于流经第一测量电阻和参考电阻的累加电流。由之前识别的第一与第二测量电阻的电阻值之间的比值、在第一和第二测量电阻上测量的电压降以及所识别的流经参考电阻的电流可以计算第一测量电阻的电阻值。

为了确定第一测量电阻的电阻值，只需要识别测量电阻上以及参考电阻上的电压降。此外，参考电阻的电阻值以及第一与第二测量电阻的电阻值之间的比值必须已知。不需要得知第一或第二测量电阻的电阻值。

在第二测量状态期间，在负载电流中可能存在的波动也在第二测量电阻上出现，并且因此可以简单地被检测到。因此，可以在确定第一测量电阻的电阻值时考虑这些波动。因此，可以在确定第一测量电阻的电阻值时考虑负载电流中的波动，从而可以更准确地确定第一测量电阻的电阻值。

在步骤b)之后优选实施如下步骤：

c)在所述第一测量状态下，识别第一测量电阻上的电压降和第二测量电阻上的电压降，且确定第一测量电阻上的电压降与第二测量电阻上的电压降之间的比值，且根据所识别的第一测量电阻上和第二测量电阻上的电压降和在步骤b)中识别的第二测量电阻的电阻值来确定第二测量电阻的电阻值。

如果第一测量电阻的电阻值是已知的，那么接着可以在第一测量状态下在步骤c)中确定第二测量电阻的电阻值。为此，在第二测量状态下参考电阻与第一测量电阻断开，从而没有电流流经参考电阻。电流因此完全流经第一测量电阻和与之串联设置的第二测量电阻。

为了确定第二测量电阻的电阻值，检测第一测量电阻上的电压降，且由该电压降以及第一测量电阻的已知的或在第一测量状态下识别的电阻值来确定电流的电流强度。此外，确定第二测量电阻上的电压降。由于串联电路，流经两个测量电阻的电流必须相同，所以流经第二测量电阻的电流是已知的。因此，由该电流以及检测的电压降可以确定第二测量电阻的电阻值。

由于测量电阻的串联电路，电流波动对两个测量电阻上的电压降的检测都有影响。因此，在确定第二测量电阻的电阻值时可以考虑在第一测量电阻上识别的电流变化。

通过之前所述的方法可以与电流波动无关地、非常准确地确定测量电阻的电阻值。前提条件仅在于，在步骤a)中识别的第一与第二测量电阻的电阻值之间的比值是已知的并且在确定测量电阻的电阻值期间不再变化。

再者，在两个测量状态下，确定流经电流传感器的电流的电流强度，从而确保无中断的电流测量。

优选地，交替重复步骤b)和c)，从而实现两个测量电阻或测量电阻的电阻值的不断调整。特别是，由于交替调整，可以通过迭代地、更准确地确定测量电阻的电阻值。

在步骤a)之前可以可选地确定第一测量电阻的电阻值。

该方法例如可以包括在第一测量状态下实施的如下步骤：

·由第一测量电阻上的电压降和第一测量电阻的电阻值确定流经第一测量电阻的电流；和/或

·由第二测量电阻上的电压降和第二测量电阻的电阻值确定流经第二测量电阻的电流；以及

·由流经第一测量电阻的电流和/或流经第二测量电阻的电流识别流经电流传感器的负载电流。

该方法可以包括在第二测量状态下实施的如下步骤：

·由第二测量电阻上的电压降和第二测量电阻的电阻值确定流经第二测量电阻的电流；

·由参考电阻上的电压降和参考电阻的电阻值确定流经参考电阻的电流；以及

·由流经第二测量电阻的电流和/或流经第一测量电阻和参考电阻的累加电流识别流经电流传感器的电流。

第一测量电阻上、第二测量电阻上和参考电阻上的电压降可以各自利用电压检测机构来检测。那么实现电压降的直接检测。

但是也可能的是，通过计算根据测量的电压降识别各个电压降。例如可以为了识别第二测量电阻上的电压降而检测第一测量电阻上的电压降以及第一测量电阻上和第二测量电阻上的电压降，亦即在电流传感器上的总电压降，并且由检测的电压降之间的差值识别第二测量电阻上的电压降。

附加地，可以在第一测量状态和/或第二测量状态下检测在第一连接端与第二连接端之间的电压降。在第一连接端与第二连接端之间的电压降可以用于权衡比较在第一测量电阻上或在第一测量电阻和参考电阻上测量的电压降和第二测量电阻上的电压降，从而可以改善测量精度，特别是在较小电流的情况下。

为了解决该任务，还设有用于测量特别是车辆电池的电池电流的电流传感器，其包括：第一测量电阻；第二测量电阻以及参考电阻。第一测量电阻和第二测量电阻串联设置在电流传感器的第一连接端与第二连接端之间。参考电阻可以与第一测量电阻并联连接。电流传感器还具有用于检测第一测量电阻上的电压降的第一电压检测机构、用于检测第二测量电阻上的电压降的第二电压检测机构以及用于检测参考电阻上的电压降的参考电阻电压检测机构，以及用于利用上述方法确定第一测量电阻和第二测量电阻的电阻值的分析处理电路。

应提及的是，测量电阻在电流方向上或在连接端之间的顺序可以任意改变。仅仅需要的是，第一和第二测量电阻可串联连接，并且参考电阻可暂时与测量电阻中之一并联连接或可与之断开，并且可以分别例如利用电压检测机构检测各电阻上的电压降。

优选地，设有开关元件，该开关元件在闭合位置建立参考电阻与第一测量电阻的并联连接，并且在断开位置将参考电阻与第一测量电阻断开。利用这样的开关元件，参考电阻可以通过简单的方式与第一测量电阻并联连接或与之断开。

优选地，第一测量电阻与第二测量电阻的电阻值基本上相同。

可选择地，可以设有第三电压检测机构，用于检测第一测量电阻和第二测量电阻上的电压降。

测量电阻可以各自通过电阻元件形成。但是也可行的是，第一测量电阻和/或第二测量电阻具有至少两个串联和/或并联设置的测量电阻元件。

附图说明

另外的优点和特征由如下描述结合附图产生。其中：

图1示出按照本发明的电流传感器的第一实施形式；

图2示出按照本发明的电流传感器的第二实施形式；以及

图3示出按照本发明的电流传感器的第三实施形式。

具体实施方式

在图1中示出用于确定车载电池14上的负载电流12的电流传感器10。电流传感器10例如用于确定车载电池14的充电状态或健康状态。

电流传感器10具有第一连接端16，其可以与车载电池接触连接，以及还具有第二连接端18，其例如与车身接触连接或接地。电流传感器10如此连接到车载电池14上，使得总负载电流流经电流传感器10并由此可由电流传感器检测。

电流传感器10具有第一测量电阻20和第二测量电阻22，它们串联设置在第一连接端16与第二连接端18之间。此外设有两个电压检测机构24、26，每个电压检测机构通过位于测量电阻20、22上游和下游的连接点28、30、32、34而与所述测量电阻电接触连接。第一电压检测机构24因此可以检测第一测量电阻20上的电压降，第二电压检测机构26可以检测第二测量电阻22上的电压降。

此外设有参考电阻36，其可以经由两个连接点38、40与第一测量电阻20并联连接。参考电阻36是由如下材料制成的高精度电阻，该材料的电阻值不会由于温度、外部影响或老化而发生变化，或者仅表现出非常小的变化。

在参考电阻36上设有开关元件42，用于接通或断开参考电阻36与连接点40之间的连接。通过开关元件42可以将参考电阻36与第一测量电阻20并联连接或与之断开。

此外，在参考电阻36上还设有经由连接点44、46连接的参考电阻电压检测机构48，用于检测在参考电阻36上的电压降。

如果负载电流12流经电流传感器10，那么检测第一或第二测量电阻20、22上的电压降，并且由检测的电压降以及测量电阻20、22的电阻值通过欧姆定律确定流经电流传感器10的负载电流12的电流强度。

然而，由于温度变化、外部影响或由于老化，可能导致测量电阻20、22的电阻值的变化。因此，需要在电流传感器10运行期间确定测量电阻20、22的电阻值或用于校正测量电阻20、22的电阻值的校正因子。

这利用在下文中详细描述的方法实现。

首先，在第一开关状态下断开开关元件42，从而参考电阻36与第一测量电阻20断开。在该状态下，可以通过上述方式确定流经电流传感器10的负载电流12。由在测量电阻20、22测量的电压降可以计算第一测量电阻20与第二测量电阻22的电阻值R1、R2之间的比值。

适用如下公式：

a＝R1/R2＝U2/U1

接着，在第二测量状态下，闭合开关元件42，从而参考电阻36与第一测量电阻20并联连接。

为了确定第一测量电阻20的电阻值，利用第二电压检测机构26检测第二测量电阻上的电压降。此外，同时利用第一电压检测机构24检测第一测量电阻20上的电压降。同时，借助参考电阻电压检测机构48检测参考电阻36上的电压降。由检测的参考电阻36上的电压降和参考电阻的已知的电阻值可以确定流经参考电阻36的电流的电流强度Iref。

在第二测量状态下，总负载电流12流经第二测量电阻22。基于第一测量电阻20与参考电阻36的并联连接，负载电流分为经由第一测量电阻20和参考电阻36的两个电流路径。

那么适用如下公式：

I＝I2＝I1+Iref

由I2＝U2/R2和a＝U2/U1得出

I＝U2/R2＝a＊U2/R1，以及

a＊U2/R1＝U1/R1+Iref，以及

R1＝(a＊U2-U1)/Iref

因此，不需要得知第一或第二测量电阻20、22的电阻值。仅需要得知之前识别的电阻与参考电阻36的电阻值之间的比值以及测量测量电阻20、22上以及参考电阻36上的电压降。

如果确定第一测量电阻20的电阻值，那么在第一测量状态下断开开关元件42，即，参考电阻36与第一测量电阻20断开。负载电流因此仅仅流经第一测量电阻20和第二测量电阻22。

接着，通过电压检测机构24检测第一测量电阻20上的电压降且由该电压降以及之前确定的第一测量电阻20的电阻值确定负载电流12的电流强度。

此外，利用第二电压检测机构26检测第二测量电阻22上的电压降。因为测量电阻20、22串联设置，所以流经第二测量电阻22的电流的电流强度与流经第一测量电阻20的电流的电流强度一致。因此，可以通过欧姆定律，根据检测的第二测量电阻22上的电压降以及由第一测量电阻20上的电压降确定的电流强度，来确定第二测量电阻22的电阻值。

第一测量状态和第二测量状态优选交替地实施，从而实现第一测量电阻20和第二测量电阻22的电阻值的不断权衡比较/调整。特别是可以通过不断的调整迭代更准确地确定测量电阻20、22的电阻值。

上述方法的优点在于，长期地确定总负载电流或其走向，从而在确定测量电阻20、22的电阻值时可考虑到负载电流中的波动。

此外，负载电流不断地由在第一和/或第二测量电阻20、22上的电压降确定。从而实现负载电流的无中断的检测以及同时测量电阻20、22的电阻值的不断调整。

对于上述方法，第一测量电阻20——参考电阻36可以与之并联连接——在电流方向上的位置是无关紧要。第一测量电阻20可以如图1中所示是相对于电流方向S位于后部的测量电阻。但是，第一测量电阻20也可以如图2中所示是相对于电流方向S位于前部的测量电阻。

图3中示出的电流传感器与图1中示出的电流传感器的区别仅在于附加的电压检测机构50，该电压检测机构50检测第一连接端16与第二连接端18之间的电压降，即电流传感器上的总电压降。

该电压降可用于与上述电压降进行权衡比较或用于改善在各个测量电阻20、22上或参考电阻36上的电流强度的确定，并因此用于更准确地确定测量电阻20、22的电阻值。

优选地，测量电阻20、22的电阻值基本上相同。但是，这些电阻值也可以彼此不同。

开关元件42可以由任意的电气元件形成。备选地开关元件42可以中断或闭合与连接端38的连接。也可以设有两个开关元件42，其将参考电阻36与电流路径完全断开。

上述方法通常由控制器执行，在该控制器中存储有测量电阻20、22以及参考电阻36的电阻值，且该控制器控制上述两个测量状态。

附图标记列表：

10 电流传感器

12 负载电流

14 车载电池

16 第一连接端

18 第二连接端

20 第一测量电阻

22 第二测量电阻

24 第一电压检测机构

26 第二电压检测机构

28 连接端

30 连接端

32 连接端

34 连接端

36 参考电阻

38 连接点

40 连接点

42 开关元件

44 连接点

46 连接点

48 参考电阻电压检测机构

50 第三电压检测机构

Claims

1.用于运行电流传感器(10)的方法，所述电流传感器具有第一测量电阻(20)、第二测量电阻(22)以及参考电阻(36)，其中所述第一测量电阻(20)和第二测量电阻(22)串联设置在所述电流传感器(10)的第一连接端(16)与第二连接端(18)之间，并且所述参考电阻(36)在第一测量状态下与所述第一测量电阻(20)和第二测量电阻(22)电断开，并且所述参考电阻(36)在第二测量状态下与所述第一测量电阻(20)并联电连接，该方法包括如下步骤：

步骤a)，在所述第一测量状态下，识别所述第一测量电阻(20)上的电压降和所述第二测量电阻(22)上的电压降，且确定所述第一测量电阻(20)上的电压降与所述第二测量电阻(22)上的电压降之间的比值；

步骤b)，在所述第二测量状态下，识别所述第一测量电阻(20)上的电压降、所述第二测量电阻(22)上的电压降以及所述参考电阻(36)上的电压降，并且根据所识别的电压降、所述参考电阻(36)的电阻值和在所述第一测量状态下确定的所述第一测量电阻(20)与所述第二测量电阻(22)的电压降之间的比值来确定所述第一测量电阻(20)的电阻值和确定所述第二测量电阻(22)的电阻值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤b)之后实施如下步骤：

c)在所述第一测量状态下，识别所述第一测量电阻(20)上的电压降和所述第二测量电阻(22)上的电压降并且确定所述第一测量电阻(20)上的电压降与所述第二测量电阻(22)上的电压降之间的比值，并且由所识别的所述第一测量电阻(20)上的电压降和所述第二测量电阻(22)上的电压降和在所述步骤b)中确定的所述第一测量电阻(20)的电阻值来确定所述第二测量电阻(22)的电阻值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，交替重复所述步骤b)和步骤c)。

4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在所述步骤a)之前确定所述第一测量电阻(20)的电阻值。

5.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在所述第一测量状态下：

·由所述第一测量电阻(20)上的电压降和所述第一测量电阻的电阻值确定流经所述第一测量电阻的电流；和/或

·由所述第二测量电阻(22)上的电压降和所述第二测量电阻(22)的电阻值确定流经所述第二测量电阻的电流；以及

·由流经所述第一测量电阻的电流和/或流经所述第二测量电阻的电流识别流经所述电流传感器的负载电流。

6.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在所述第二测量状态下：

·由所述第一测量电阻(20)上的电压降和所述第一测量电阻(20)的电阻值确定流经所述第一测量电阻的电流；和/或

·由所述第二测量电阻(22)上的电压降和所述第二测量电阻(22)的电阻值确定流经所述第二测量电阻的电流；

·由所述参考电阻(36)上的电压降和所述参考电阻(36)的电阻值确定流经所述参考电阻的电流；以及

·由流经所述第二测量电阻(22)的电流和/或流经所述第一测量电阻(20)和所述参考电阻(36)的累加电流识别流经所述电流传感器的电流。

7.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，各自利用电压检测机构(24、26、28)检测所述第一测量电阻(20)上的电压降、所述第二测量电阻(22)上的电压降和所述参考电阻(36)上的电压降。

8.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，为了识别所述第二测量电阻(22)上的电压降，检测在所述第一测量电阻(20)上的电压降以及在所述第一测量电阻(20)和所述第二测量电阻(22)上的电压降，并且由所检测的电压降之间的差值识别所述第二测量电阻(22)上的电压降。

9.用于测量车辆电池(14)的电池电流(12)的电流传感器(10)，该电流传感器包括：第一测量电阻(20)、第二测量电阻(22)以及参考电阻(36)，其中所述第一测量电阻(20)和第二测量电阻(22)串联设置在所述电流传感器(10)的第一连接端(16)与第二连接端(18)之间，并且所述参考电阻(36)在第一测量状态下与所述第一测量电阻(20)和第二测量电阻(22)电断开，并且所述参考电阻(36)在第二测量状态下与所述第一测量电阻(20)并联电连接；所述电流传感器还包括电压检测机构(24、26、48、50)和控制器，所述电压检测机构用于识别所述第一测量电阻(20)上的电压降、第二测量电阻(22)上的电压降和参考电阻(36)上的电压降；所述控制器用于利用根据权利要求1至8之一所述的方法确定所述第一测量电阻(20)和第二测量电阻(22)的电阻值。

10.根据权利要求9所述的电流传感器，其特征在于，设有开关元件(42)，所述开关元件在闭合位置建立所述参考电阻(36)与所述第一测量电阻(20)的并联连接。

11.根据权利要求9或10所述的电流传感器，其特征在于，设有用于检测所述第一测量电阻(20)上的电压降的第一电压检测机构(24)和/或用于检测所述第二测量电阻(22)上的电压降的第二电压检测机构(26)，并且设有用于检测所述参考电阻(36)上的电压降的参考电流电压检测机构(48)。

12.根据权利要求9或10所述的电流传感器，其特征在于，设有用于检测在所述第一测量电阻(20 )和第二测量电阻(22)上的电压降的第三电压检测机构(50)。

13.根据权利要求9或10所述的电流传感器，其特征在于，所述第一测量电阻(20)与第二测量电阻(22)的电阻值基本上相同。