CN117630447A - 用于检测流动通过导体的电流的传感器系统 - Google Patents
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Abstract
提出一种用于检测流动通过导体的电流的传感器系统，其包括：至少一个电流分配器，其构造用于将导体分为至少一个第一线路路径和第二线路路径；第一电流传感器，其构造用于布置在第一线路路径中的第一测量部位上，且检测电流的流动通过第一线路路径的第一份额且输出第一信号，所述第一信号表示所述电流的流动通过所述第一线路路径的第一份额；第二电流传感器，其构造用于布置在所述第二线路路径中的第二测量部位上，且构造用于检测电流的流动通过第二线路路径的第二份额且输出第二信号，其表示电流的流动通过第二线路路径的第二份额；分析处理电路，其构造用于检测第一信号和所述第二信号且基于第一信号和第二信号求取流动通过导体的电流。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于检测流动通过导体的电流的传感器系统。
背景技术
电流传感器在许多技术领域中使用。这种类型的传感器检测流动通过导体的电流。
在机动车技术领域中结合用于检测流动通过导体的电流的传感器描述本发明，而不局限于此。在具有至少部分电驱动器的车辆中使用电储能器，以便为电动马达存储电能，该电动马达支持驱动器或用作驱动器。在最新一代的车辆中，在此使用所谓的锂离子电池。然而，本发明与电化学储能器的构造方式无关。同样能够考虑燃料电池系统中的电流测量。
用于电气化驱动系的电流传感器用于能量平衡或监控性能。但是，本发明尤其不仅仅适用于适宜高电压的电池电流传感器，所述电池电流传感器主要监控电气化车辆中牵引电池的充电状态(State of Charge，SOC)。SOC的正确计算是与安全相关的。同样，过流识别也是与安全相关的，并且是电流传感器的重要任务。本发明在其他领域的应用，例如测量逆变器电流或者DC/DC转换器中的电流，同样是能够考虑的。同样地，本发明可以在电气化驱动系之外或在其他行业(例如工业传感器、航空航天或者医疗技术)中使用。
在大多数情况下，借助精密电阻(分流器)直接检测电压降并且因此以能够计算的方式检测电流。同样非常常见的是霍尔传感器，所述霍尔传感器间接地测量电流流动通过的导体的磁场。另外，存在基于磁通门原理的高精度磁场传感器。与霍尔传感器相比，该原理提供更高精度并且同时宽电流测量范围的优点。在此，在对于汽车适用的大批量产品从-500A到+500A的测量范围的情况下尤其能够实现0.5％至0.3％的精度。测量范围能够扩展到高达+/-2000A。
通常，在传感器内不通过独立的信号执行信号可信度检验。然而，内部的、冗余的信号分析处理属于现有技术。在此，借助恰好一个物理的(测量)转换器冗余地分析处理信号。在大多数情况下，使用基于电阻的方法(分流器)或者磁场传感器，例如霍尔或者xMR，来测量直流电流。总称xMR包括所有已知的磁阻方法。另外，所谓的弗斯特探针，也被称为磁通门传感器，构成已确立用于在批量应用中进行电流测量的测量原理。所提到的所有方法同样适合用于测量直流导体的交变场或配属的磁场。除了基于电阻的测量之外的所提到的所有方法都是基于磁场的方法，所述方法无接触地工作。
出于成本原因，对这样的传感器的构造通常借助恰好一种对于相应的应用情况而言(成本)优化的测量原理来进行。然而，在传感器的错误情况下不能够保证，错误输出的传感器信号被上级的(übergeordnet)系统(例如控制设备)识别。根据总系统构造，从功能安全(参见ISO26262)的角度，可能需要实施错误识别。这种类型的识别例如通过信号可信度检验可以实现。对于较高的保障级别(尤其是ASIL-D)而言，这反过来需要至少两个独立的信号，所述信号必须在能够预给定的公差内一致。在较大的偏差的情况下，对有错误的信号进行诊断并且报告给上一级的系统，使得可以采取安全的状态。
DE 10 2011 088 893 A1描述一种用于冗余地测量电流的电流测量电路，该电流测量电路具有测量电阻、磁场传感器和分析处理电路板上的分析处理电路，其中，分析处理电路用于借助测量电阻确定电流。在此，第二磁场传感器布置在分析处理电路板上，该分析处理电路板紧邻测量电阻地布置，使得第二磁场传感器可以检测电流流过的测量电阻的磁场。因此，间接的第二种方法用于对直接的第一种方法进行可信度检验。
尽管由现有技术已知的传感器具有优点，这些传感器仍然具有改进需求。如此，对于电流传感器，市场对根据ISO26262的功能安全性提出越来越高的要求。ASIL-A直至ASIL-D是常见的客户要求，然而，所述客户要求通常不能够被满足，因为传感器开发在过去较少地集中到移动应用上，因为市场在过去较小，因此汽车安全要求不太重要。随着替代的驱动器从混合驱动系到纯电气驱动系直至燃料电池驱动系的快速发展，在未来产生对用于电流测量的特定汽车解决方案的大的需求。
发明内容
因此，提出一种用于检测流动通过导体的电流的传感器系统，该传感器系统至少在很大程度上避免已知的传感器和传感器系统的缺点，并且形成同质的(homogene)冗余，并且因此能够为了功能安全性实现独立的电流测量。
根据本发明的用于检测流动通过导体的电流的传感器系统包括至少一个电流分配器，该电流分配器构造用于将导体分为至少一个第一线路路径和第二线路路径。另外，该传感器系统包括第一电流传感器，该第一电流传感器构造用于布置在第一线路路径中的第一测量部位上，其中，第一电流传感器构造用于检测电流的流动通过第一线路路径的第一份额并且用于输出第一信号，该第一信号表示电流的流动通过第一线路路径的第一份额。另外，该传感器系统包括第二电流传感器，该第二电流传感器构造用于布置在所述第二线路路径中的第二测量部位上，其中，第二电流传感器构造用于检测电流的流动通过第二线路路径的第二份额并且用于输出第二信号，该第二信号表示电流的流动通过第二线路路径的第二份额。另外，该传感器系统包括分析处理电路，该分析处理电路构造用于检测第一信号和第二信号，其中，分析处理电路构造用于基于第一信号和第二信号求取流动通过导体的电流。
因此，提出一种至少两个批量生产的传感器的布置，所述传感器由于在电流分配器之后的新型布置而形成同质的冗余，并且因此能够为了功能安全性实现独立的电流测量。两个独立获取的信号在此检测到如下电流：所述电流小于流动通过导体的总电流。通过这些高压电流线路的稳健且在实践中不可改变的横截面比例，实现最大待测量的电流的降低。由于将测量范围划分为具有减小的电流强度的两个测量部位，产生如下可能性：将现有的传感器用于功率更强的应用，而不必扩展该传感器的电流测量范围。同时，借助在两个传感器内的独立的信号分析处理呈现出冗余测量的优点，由此可以实现更高的安全性目标。可以使用如下传感器：所述传感器本来只对较小的测量范围有益。例如，现有的+/-500A传感器现在可以用于高达+/-1000A(在电流分配器之前)。尤其是，具有较小的测量范围的传感器已经能够较成本有利地在市场上买到，因为它们更成熟并且更广为传播。因此可以避免针对例如+/-1000A对传感器的成本密集的进一步开发。通过下述方式减小或者必要时过度补偿传感器冗余的经济上的缺点：尤其是对于ASIL-D，本来就需要独立的分析处理用于可信度检验。
分析处理电路可以构造用于借助电流的第一份额和电流的第二份额的相加来求取流动通过导体的电流。在此，电流与总横截面成比例地流动通过两个部分路径。通过所有部分路径的电流的总和相应于在电流分配器之前的总电流。因此，能够通过简单的相加来求取总电流。
第一线路路径和第二线路路径可以在其取向方面彼此不同。相应地，线路路径可以是在物理上不同的线路区段，而不是相同的线路。
分析处理电路可以构造用于借助第一信号和第二信号的比较来检验第一电流传感器和第二电流传感器的功能有效性例如车辆的上级的系统——通常是控制设备——检测两个电流参量并且将这两个电流参量相加，由此检测所需要的总电流。在两个信号偏差的情况下能够认为两个电流传感器中的一个电流传感器具有功能性故障，使得可以采取安全的状态以及可以输出错误通知。
优选地，第一线路路径和第二线路路径具有相等的内电阻。部分路径的相等的横截面是有利的，因为相等大小的电流流动通过所述相等的横截面。如果构造具有相等的内电阻的、即尤其具有相等横截面的电流分配器，则两个独立获取的信号在此尤其检测到相等的电流。由于将测量范围划分为具有一半电流强度的两个测量部位，产生如下可能性：将现有的传感器用于功率更强的应用，而不必扩展该传感器的电流测量范围。
原则上，第一电流传感器和第二电流传感器可以是霍尔传感器、分流传感器或者磁场传感器。优选地，磁场传感器是磁通门传感器。然而，应注意，具有分流传感器的传感器系统的构造形式包含如下风险：在传感器元件发生故障的情况下，电阻比例发生变化。这可能不能够被识别出。相反，在基于磁场的传感器的情况下，在实践中不存在对导体的不期望的影响。
第一电流传感器和第二电流传感器可以是相同结构类型的电流传感器。替代地，第一电流传感器和第二电流传感器可以是不同结构类型的电流传感器。因此，用于电流传感器的不同冗余组合是可能的。这些电流分配器例如是具有两个霍尔传感器的同质的冗余的电流分配器，具有两个分流传感器的同质的冗余的电流分配器，通过使用霍尔传感器和磁通门传感器而具有非同质的冗余的电流分配器，或者说通过使用分流传感器和磁通门传感器而具有非同质的冗余的电流分配器。
第一电流传感器和第二电流传感器可以布置在共同的壳体中。因此，实现电流传感器的紧凑布置。此外，可以对信号进行集成的可信度检验。
电流分配器可以构造用于将导体分为第一线路路径、第二线路路径和至少一个第三线路路径。因此，导体可以分为两个或者更多个路径。如此，例如可以实现三分式电流导体，该三分式电流导体在三个导体中的任意两个导体上具有两个电流传感器。总电流能够由三个导体的已知的内电阻以总和电流的形式计算。功能安全性也通过两个信号给定，对所述两个信号彼此进行可信度检验。所述信号彼此的偏差表明传感器功能性故障，因为导体中的电阻比例在实践中保持恒定。
另外，该传感器系统可以包括第三电流传感器，该第三电流传感器构造用于布置在第三线路路径中的第三测量部位上，其中，第三电流传感器可以构造用于检测电流的第三线路路径的第三份额并且用于输出第三信号，该第三信号表示电流的流动通过第三线路路径的第三份额。另外，分析处理电路可以构造用于检测第三信号，其中，分析处理电路可以构造用于基于第一信号、第二信号和第三信号求取流动通过导体的电流。例如在利基应用(Nischenanwendungen)中三个传感器可以是有意义的，其中，小的件数不会使得传感器测量范围的进一步开发看起来是不经济的。例如，轨道应用可能要求+/-1500A，并且可能使用具有三个+/-500A传感器的三分式导体。然而，三分式导体组件可以仅借助两个+/-500A传感器来检测高达+/-1500A的总和电流。
该导体可以是高压电流导体。这种类型的导体通常需要具有大的测量范围的电流传感器，所述电流传感器相对较昂贵。借助电流传感器的根据本发明的布置，可以使用如下传感器：所述传感器本来只对较小的测量范围有益。例如，现有的+/-500A传感器现在可以用于高达+/-1000A(在电流分配器之前)。尤其是，具有较小的测量范围的传感器已经能够较成本有利地在市场上买到，因为它们更成熟并且更广为传播。因此，可以避免针对例如+/-1000A对传感器的成本密集的进一步开发。
另外，提出一种机动车或者电设备。该机动车或者该电设备具有电池和根据上述或下述实施方案所述的根据本发明的传感器系统。
在本发明的框架下，传感器系统一般应理解为具有两个或者更多个电流传感器的组件。附加地，传感器系统具有分析处理电路。
在本发明的框架下，电流分配器一般应理解为由无源的电偶极或者磁偶极组成的并联电路，通过该并联电路将电流或磁通量划分为多个部分电流/部分通量。电流分配器规则适合于部分电流的简单计算。只有当总电流所划分的所有分支都是无源的时，该规则才适用。在直流电流的情况下，这是欧姆电阻。在交流电流的情况下，附加地，电容器(电容式电流分配器)和线圈(感应式电流分配器)是可能的。在磁路中，只存在磁阻。如果出现有源结构元件、例如源，则需要使用环路电流方法(Maschenstromverfahren)。电流分配器尤其用于测量高电流。
在本发明的框架中，线路路径应理解为电流导体的区段或者部分区域。
在本发明的框架中，分析处理电路一般应理解为如下的电子电路或者电气电路：所述电子电路或者电气电路设立用于分析处理由电流传感器产生的信号。例如，为此目的，可以在电流传感器与分析处理电路之间设置一个或者多个电子连接。分析处理电路可以与分析处理单元通信。分析处理单元可以集成在上级的系统中，例如集成在控制设备中。分析处理单元可以包括例如至少一个数据处理设备，例如至少一个计算机或者微控制器。数据处理设备可以具有一个或者多个易失性数据存储器和/或非易失性数据存储器，其中，数据处理设备可以例如通过程序技术设立用于操控感应式位置传感器。分析处理单元可以例如中央式构造，或者也可以非中央式构造。也能够考虑别的构型方案。在分析处理单元中的信号分析处理可以这样进行，使得该分析处理单元对由电流传感器接收的所有信号进行分析处理并且转换为两个输出信号。第一信号和第二信号可以两个都是模拟的，可以两个都是数字的，或者可以一个是模拟的并且一个是数字的。
分析处理电路可以构造用于连续地且并行地检测第一信号和第二信号。替代地，分析处理电路可以构造用于间隔地且按顺序地检测第一信号和第二信号。因此，该传感器系统允许不同的运行模式。如此，第一磁场传感器和第二磁场传感器可以同时工作并且不断地可供使用，而无需彼此同步。这具有如下优点：不需要对传感器测量间隔进行管理。此外，不需要存储信号以供后续利用，而是能够将所述信号例如通过差分布置直接“计算(verrechenbar)”。替代地，依次地激活或读取第一和第二磁场传感器。如此选择交替间隔，使得实现由测量精度、采样率和干扰敏感度构成的最优值。
在本发明的框架中，磁场传感器一般应理解为用于检测磁场的传感器。在此，该磁场传感器尤其可以构造用于测量磁通密度。以特斯拉(T)为单位来测量磁通密度，并且磁强计的常见的测量范围在大约10-15T至10T的大小范围中移动。
磁场传感器优选是磁通门传感器或者弗斯特探针。在本发明的框架中，磁通门传感器或者弗斯特探针，也被称为磁通门磁强计或者饱和芯磁强计，应理解为用于矢量地确定磁场的磁强计。在此，磁强计借助环芯(环，Toroid)来工作，借助所施加的线圈来激励该环芯。接收线圈包围整个芯，该芯被驱动到饱和状态中。在缺少外部场的情况下，感应电压将导致线圈绕组中的对称的电流变化过程。在替代的构造中，周期性地将两个软磁线圈芯驱动到饱和状态中。所述芯被两个反向的接收线圈缠绕，使得在两个线圈中在缺少场的情况下感应电压彼此抵消。外部磁场分量平行地或反向平行地作用到两个线圈的场上。由此，当外部场平行于一个线圈的场时，在这个半周期中在该线圈中较早地达到该芯的饱和状态。在另一线圈中，在这个半周期期间，该外部场是反向平行的，因此在那里较晚地出现芯的饱和状态。该不对称性引起接收线圈中的所得信号，该所得信号与所施加的场成比例。感应电压具有激励器交变电压的双倍频率。通过确定在全部四个线圈中感应的电压的相位和量值，可以确定外部场的水平分量的量值和方向。也可以使用正交地布置的芯和测量线圈，以便确定在三维空间中的场矢量。为了改进线性并且增大测量范围，可以以经调节的直流电流加载位于整个构造周围的补偿线圈，使得在传感器线圈中感应的电压变为零。然后，该电流与外部场成比例，并且抵消该外部场。该直流电流借助负反馈产生，并且因此同时是该传感器的输出信号。通过这种方式来构造例如电流传感器。如果构造具有补偿线圈的磁通门磁强计，则这使得所述磁通门磁强计例如能够在较高的、直到kHz范围中的频率的情况下测量。然而，在本发明的框架中可以出于成本原因省去这一点。直流电流测量(正如同负)本来就是尤其相关的，因为在此应测量电池电流。
这样的磁通门传感器基于纯粹无接触的测量方法，使得该传感器根据原理借助与高电压主导体的电分离就已经能够实现。因此，不需要单独的用于高压隔绝的努力。不需要昂贵的精密电阻(分流器)，同样省去这些电阻的损耗功率，所述损耗功率可能为数十瓦特。例如在构件内借助注塑包封能够对一个或者多个磁场传感器进行完整封装。能够将测量方法共同集成在电路板上。
在本发明的框架中，可信度检验应理解为一种方法，在该方法的框架中在这方面对值或者通常对结果进行如下检验：该值或该结果是否完全是可信的，即是否完全是能够接受的、合理的并且能够理解的。因此，两个测量结果之间的较小的偏差、例如小于1％的偏差是能够容忍的。
在本发明的框架中，霍尔传感器应理解为利用霍尔效应来测量磁场的传感器。霍尔传感器由尽可能薄的晶体掺杂的半导体层构成，所述半导体层在侧面在大多数情况下具有四个电极。通过两个对置的电极馈入电流，两个与其正交的电极用于降低霍尔电压。如果垂直于该层延伸的磁场流过这样的霍尔传感器，则该霍尔传感器提供输出电压，该输出电压与由磁通密度和电流构成的矢量乘积的(带符号的)量值成比例。原因在于作用到在该层中的运动的多数载流子上的洛伦兹力。该矢量乘积与电流、与载流子移动性成正比，与层厚度成反比(该层越薄，则载流子速度越大并且洛伦兹力越大)。测量电极之间出现的电场处在与霍尔电压的平衡中，并且防止进一步的载流子分离。
此外，霍尔电压也与温度有关，并且可以具有偏移。由于霍尔电压与载流子移动性和多数载流子的浓度成正比，因此霍尔效应是所引入的用于确定半导体技术中的这些特征参量的方法。当霍尔传感器所在的磁场是恒定的时，该霍尔传感器也提供信号。与作为磁场传感器的简单线圈(例如感应线圈、罗戈夫斯基线圈)相比，这是有利的，所述简单线圈仅可以确定磁场关于时间的导数。霍尔传感器的另一重要优点在于，为了实现所述霍尔传感器，不需要铁磁材料或者亚铁磁材料(例如镍或者铁)。因此，待测量的磁场不会由于传感器被带到该磁场中而被改变。磁阻传感器或者磁通门磁强计不具有该特性。
除此之外，还存在用于磁通密度的另外的传感器。所述另外的传感器不像迄今为止所提到的传感器那样敏感且低噪声。如此，在本发明的框架中，原则上可以使用下述传感器作为第二磁场传感器。总称是xMR传感器；薄层传感器，所述薄层传感器在磁通的影响下直接改变其电阻并且因此称为“X磁阻(X-MagnetoResistiv)”。xMR代表如下所有传感器：所述传感器根据所有已知的磁阻方法工作，例如GMR传感器(巨型，英语：giant，德语：“gewaltig、riesig”，GMR效应)、AMR传感器(各向异性，英语：anisotropic，德语：“anisotrop”，AMR效应)或者CMR传感器(巨大的，英语：colossal，德语：“überdimensional”)、磁控电阻(Feldplatte)、隧道磁阻(英语：tunnel magnetoresistance，TMR)。虽然XMR传感器和霍尔传感器不像前述传感器那样敏感，但是所述XMR传感器和霍尔传感器由于其简单的构造(半导体技术)和与此相关的有利的制造而在较简单的任务中大规模地使用。这还包括电流传感器。
明确强调，表述“第一”、“第二”、“第三”和类似物以及其在语法上的等效表述在本发明的框架中应仅用于在术语方面区分相应的构件和特征，不应表示特别的顺序或者权重。此外，这些表述不应排除存在另外的相应的构件和特征。例如，可以设置有多于一个的第一电流传感器或者第二电流传感器。
附图说明
本发明的其他可选细节和特征由下面对优选实施例的描述得出，所述优选实施例在附图中示意性示出。
附图示出：
图1示出根据本发明的第一实施方式的传感器系统的透视图，
图2示出根据本发明的第二实施方式的传感器系统的透视图，
图3示出根据本发明的第二实施方式的传感器系统的原理电路图，和
图4示出根据本发明的第三实施方式的传感器系统的透视图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的第一实施方式的传感器系统10的透视图。传感器系统10构造用于检测流动通过导体12的电流。导体12例如是铜电缆或者用于传输待测量的电流的导电轨。导体12是高压电流导体。仅示例性地，导体12将能量源14与用电器16连接。能量源14可以是电池18。用电器16可以是机动车(未详细示出)的电气化驱动系20。
传感器系统10包括至少一个电流分配器22。电流分配器22构造用于将导体12分为至少一个第一线路路径24和第二线路路径26。第一线路路径24和第二线路路径26在其取向方面彼此不同。换言之，第一线路路径24和第二线路路径26不是相同的线路区段，而是并联连接的线路区段。优选地，第一线路路径24和第二线路路径26具有相等的内电阻。这可以通过下述方式来实现：第一线路路径24和第二线路路径26具有相等的线路横截面。
另外，传感器系统10包括第一电流传感器28。第一电流传感器28构造用于布置在第一线路路径24中的第一测量部位30上。图1示出布置在第一测量部位30上的第一电流传感器28。第一电流传感器28构造用于检测电流的流动通过第一线路路径24的第一份额并且用于输出第一信号，该第一信号表示电流的流动通过第一线路路径24的第一份额。第一电流传感器28可以是霍尔传感器、分流传感器或者磁场传感器32。在所示出的实施方式中，第一电流传感器28是磁场传感器32。在此，第一电流传感器28构造用于检测由第一线路路径24产生的磁场。另外，第一电流传感器28构造用于基于所检测的磁场输出第一信号，该第一信号表示流动通过第一线路路径24的电流。第一电流传感器28具有未详细示出的磁芯。该磁芯例如由软磁材料制成。另外，该第一电流传感器具有未详细示出的线圈。线圈包围磁芯。例如，线圈围绕磁芯缠绕。线圈构造用于产生磁交变场。第一信号在此是由感应电压和所施加的电压构成的叠加。第一信号能够借助该测量电阻转化为第一电流。尤其在考虑线圈的绕组数的情况下，第一电流与流动通过第一线路路径24的电流成比例。第一电流传感器28构造用于至少部分地包围第一线路路径24。例如，磁芯同心地或同轴地包围第一线路路径24。如此，磁芯例如环状地构造。在此，磁芯不接触第一线路路径24。磁场传感器32例如可以是磁通门传感器或者弗斯特探针/>
另外，传感器系统10包括第二电流传感器34。第二电流传感器34构造用于布置在第二线路路径24中的第二测量部位36上。图1示出布置在第二测量部位36上的第二电流传感器34。第二电流传感器34构造用于检测电流的流动通过第二线路路径26的第二份额并且用于输出第二信号，该第二信号表示电流的流动通过第二线路路径26的第二份额。第二电流传感器34可以是霍尔传感器、分流传感器或者磁场传感器32。在所示出的实施方式中，第二电流传感器34是磁场传感器38。在此，第二电流传感器34构造用于检测由第二线路路径26产生的磁场。另外，第二电流传感器34构造用于基于所检测的磁场输出第二信号，该第二信号表示流动通过第二线路路径26的电流。第二电流传感器34具有未详细示出的磁芯。该磁芯例如由软磁材料制成。另外，该第二电流传感器34具有未详细示出的线圈。线圈包围磁芯。例如，线圈围绕磁芯缠绕。线圈构造用于产生磁交变场。第二信号在此是由感应电压和所施加的电压构成的叠加。第二电流信号能够借助该测量电阻转化为第二电流。尤其在考虑线圈的绕组数的情况下，第二电流与流动通过第二线路路径26的电流成比例。第二电流传感器34构造用于至少部分地包围第二线路路径26。例如，磁芯同心地或同轴地包围第二线路路径26。如此，磁芯例如环状地构造。在此，磁芯不接触第二线路路径26。磁场传感器38例如可以是磁通门传感器或者弗斯特探针。相应地，第一电流传感器28和第二电流传感器34是相同结构类型的电流传感器。
另外，传感器系统10包括分析处理电路40。分析处理电路40构造用于检测或接收第一信号和第二信号。另外，分析处理电路40构造用于基于第一信号和第二信号求取流动通过导体12的电流。分析处理电路40可以集成到车辆的上级的系统中，例如集成到车辆的控制设备中。分析处理电路40构造用于借助电流的第一份额和电流的第二份额的相加来求取流动通过导体12的电流。如此，分析处理电路40检测两个电流参量并且将这两个电流参量相加，由此检测所需要的总电流。另外，分析处理电路40构造用于借助第一信号和第二信号的比较来检验第一电流传感器28和第二电流传感器34的功能有效性。由于第一线路路径24和第二线路路径26具有相等的内电阻，因此，在正常运行的电流传感器28、24的情况下，通过第一线路路径24和第二线路路径26所测量的电流必须是大小相同的。相应地，在两个信号偏差的情况下能够认为两个电流传感器28、34中的一个电流传感器具有功能性故障，使得可以采取安全的状态以及可以输出错误通知。
明确强调，第一电流传感器28和第二电流传感器34可以是不同结构类型的电流传感器。例如，第一电流传感器28可以是霍尔传感器，第二电流传感器34可以是磁通门传感器，或者反过来。第一电流传感器28也可以是分流传感器，第二电流传感器34也可以是磁通门传感器，或者反过来。在后一种情况下应注意，分流器影响在电流分配器22的所涉及的分支中的电阻。此外，与无接触的磁场测量相比，对导体路径的干预形成如下缺点：在故障的情况下，内电阻比例可能发生变化，并且因此可信度检验原理不再能够基于恒定的内电阻的假设。
图2示出根据本发明的第二实施方式的传感器系统10的透视图。下面仅描述与第一实施方式的区别，相同或者类似的构件和特征设有相同的附图标记。在第二实施方式的传感器系统10中，电流分配器22构造用于将导体12分为第一线路路径24、第二线路路径26和至少一个第三线路路径42。在这样的三分式导体12中，两个电流传感器28、34可以布置在三个线路路径24、26、42中的任意两个线路路径上。仅示例性地，第一电流传感器28处在第一线路路径上，第二电流传感器34处在第二线路路径26上。在该实施方式中，总电流也能够作为总和电流由三个线路路径24、26、42的已知的内电阻计算。在此，通过两个信号以如上所述的方式给定功能安全性，所述两个信号彼此进行可信度检验。所述信号的偏差表明传感器功能性故障，因为导体12中的电阻比例在实践中保持恒定。
图3示出根据本发明的第二实施方式的传感器系统10的原理电路图。在此，能量源14作为电池44示出。用电器16示例性地作为白炽灯46示出。第一电流传感器28作为第一安培计48示出。第二电流传感器34作为第二安培计50示出。在图3中能够清楚地看出三个线路路径24、26、42与电流传感器28、34的组件的并联连接。
可选地，第二实施方式的传感器系统10还可以具有第三电流传感器，该第三电流传感器构造用于布置在第三线路路径42中的第三测量部位上。在此，第三电流传感器构造用于检测电流的流动通过第三线路路径42的第三份额并且用于输出第三信号，该第三信号表示电流的流动通过第三线路路径42的第三份额。在这种情况下，分析处理电路40还构造用于检测或者接收第三信号并且用于基于第一信号、第二信号和第三信号求取流动通过导体12的电流。
图4示出根据本发明的第三实施方式的传感器系统10的透视图。下面仅描述与第一实施方式的区别，相同或者类似的构件和特征设有相同的附图标记。在第三实施方式的传感器系统10中，第一电流传感器28和第二电流传感器34布置在共同的壳体52中。如进一步能够看出的那样，在该传感器系统10中，第一电流传感器28和第二电流传感器34构造为磁通门传感器。因此，第一电流传感器28和第二电流传感器34只适合用于无接触的磁场测量。相应地，第一电流传感器28在其测量芯中具有第一开口54，第一线路路径24可以延伸穿过该第一开口，并且第二电流传感器34在其测量芯中具有第二开口56，第二线路路径26可以延伸穿过该第二开口。因此，第三实施方式的传感器系统10构成具有集成的可信度检验的、两个测量芯在一个壳体中的组合。
所描述的传感器系统可以以如下方式修改。除了在控制设备中分析处理输出参量“电流”之外，传感器系统本身可以具备可信度检验单元。然后，共同的壳体仍然包含独立的信号分析处理装置，然而在下游包含集成的可信度检验装置。在共同的壳体的情况下的可信度检验可以通过对如下内容的比较来实现：在线性低压降稳压器(LDOs)、运行放大器(OPAs)、壳体中的子部件(例如线圈、测量电阻)——所述子部件本来就是磁通门分析处理装置的一部分——的输出参量“电流”、测量芯的电流消耗、温度监控和/或电感监控。
本发明能够通过对电流传感器或电池管理系统进行视觉上的检查来证明。
Claims (12)
1.一种用于检测流动通过导体(12)的电流的传感器系统(10)，所述传感器系统(10)包括：
至少一个电流分配器(22)，所述至少一个电流分配器构造用于将所述导体(12)分为至少一个第一线路路径(24)和第二线路路径(26)；
第一电流传感器(28)，所述第一电流传感器构造用于布置在所述第一线路路径(24)中的第一测量部位(28)上，其中，所述第一电流传感器(28)构造用于检测所述电流的流动通过所述第一线路路径(24)的第一份额并且用于输出第一信号，所述第一信号表示所述电流的流动通过所述第一线路路径(24)的第一份额；
第二电流传感器(34)，所述第二电流传感器构造用于布置在所述第二线路路径(26)中的第二测量部位(36)上，其中，所述第二电流传感器(34)构造用于检测所述电流的流动通过所述第二线路路径(26)的第二份额并且用于输出第二信号，所述第二信号表示所述电流的流动通过所述第二线路路径(26)的第二份额；
分析处理电路(40)，所述分析处理电路构造用于检测所述第一信号和所述第二信号，其中，所述分析处理电路(40)构造用于基于所述第一信号和所述第二信号求取流动通过所述导体(12)的电流。
2.根据上述权利要求所述的传感器系统(10)，其中，所述分析处理电路(40)构造用于借助所述电流的第一份额和所述电流的第二份额的相加来求取流动通过所述导体(12)的电流。
3.根据上述权利要求中任一项所述的传感器系统(10)，其中，所述第一线路路径(24)和所述第二线路路径(26)在其取向方面彼此不同。
4.根据上述权利要求中任一项所述的传感器系统(10)，其中，所述分析处理电路(40)构造用于借助所述第一信号和所述第二信号的比较来检验所述第一电流传感器(28)和所述第二电流传感器(34)的功能有效性。
5.根据上述权利要求中任一项所述的传感器系统(10)，其中，所述第一线路路径(24)和所述第二线路路径(26)具有相等的内电阻。
6.根据上述权利要求中任一项所述的传感器系统(10)，其中，所述第一电流传感器(28)和所述第二电流传感器(34)是霍尔传感器、分流传感器或者磁场传感器。
7.根据上述权利要求中任一项所述的传感器系统(10)，其中，所述第一电流传感器(28)和所述第二电流传感器(34)是相同结构类型的电流传感器。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的传感器系统(10)，其中，所述第一电流传感器(28)和所述第二电流传感器(34)是不同结构类型的电流传感器。
9.根据上述权利要求中任一项所述的传感器系统(10)，其中，所述第一电流传感器(28)和所述第二电流传感器(34)布置在共同的壳体(52)中。
10.根据上述权利要求中任一项所述的传感器系统(10)，其中，所述电流分配器(22)构造用于将所述导体(12)分为所述第一线路路径(24)、所述第二线路路径(26)和至少一个第三线路路径(42)。
11.根据上述权利要求所述的传感器系统(10)，所述传感器系统(10)还包括第三电流传感器，所述第三电流传感器构造用于布置在所述第三线路路径(42)中的第三测量部位上，其中，所述第三电流传感器构造用于检测所述电流的流动通过所述第三线路路径(42)的第三份额并且用于输出第三信号，所述第三信号表示所述电流的流动通过所述第三线路路径(42)的第三份额，其中，所述分析处理电路(40)还构造用于检测所述第三信号，其中，所述分析处理电路(40)构造用于基于所述第一信号、所述第二信号和所述第三信号求取流动通过所述导体(12)的电流。
12.根据上述权利要求中任一项所述的传感器系统(10)，其中，所述导体(12)是高压电流导体。
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