CN211348416U - 一种汽车级电流传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种汽车级电流传感器，包括磁调制单元和信号处理单元，所述磁调制单元采用开环磁通门技术，通过激磁振荡器向所述激磁模块输出预设频率的交变激磁电压信号，以激励所述激磁模块产生交变的激磁电流，交变的激磁电流通过所述直流偏磁采集模块输出与待测直流电流产生的直流偏置磁场相对应的直流偏磁信号，然后通过信号解调模块对直流偏磁信号进行信号解调，得到待测直流电流的特征信号，所述信号运算模块对所述特征信号进行运算处理后变成待测直流电流的有效数字信号，所述有效数字信号通过所述CAN通信模块输出到外部设备，与传统的霍尔电流传感器相比，提高了灵敏度和解析度，具有较高的检测精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及电流检测领域，尤其涉及一种汽车级电流传感器。
背景技术
充电状态(SOC)在电动汽车(EV)和混合电动汽车(HEV)中是一个关键的测量功能。在驾驶过程中，电池要么通过驱动汽车来放电，要么通过制动或者充电将能量存储于电池中。在这些瞬态过程中，电池电压不能很好反映SOC状态——充放电过程中输送的电荷量。此时电池的精确监测就需要精准的电流测量技术。此外，要确保电池寿命，EV和HEV电池一般都不会被完全放电或者完全充满。如果汽车制造商需要为能量测量的精度留出余量，他们就必须不断提高安全余量。高精度电流传感器的出现使得汽车设计者们可以完全信任SOC的估值，从而可以减少汽车电池组的尺寸和重量。
目前，电动汽车上主要采用的霍尔电流传感器由于需要将磁芯断开安装霍尔芯片，因而灵敏度和解析度更大大降低，检测精度不高，并且温漂和零漂比较大，难以满足电动汽车电池包高精度电流检测的需求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种汽车级电流传感器，旨在解决现有的汽车级电流传感器电流检测精度较低的问题。
本实用新型公开了一种汽车级电流传感器，包括磁调制单元，所述磁调制单元采用开环磁通门技术，包括激磁振荡器、激磁模块以及直流偏磁采集模块；所述激磁振荡器向所述激磁模块输出预设频率的交变激磁电压信号，以激励所述激磁模块产生交变的激磁电流，交变的激磁电流通过所述直流偏磁采集模块输出与待测直流电流产生的直流偏置磁场相对应的直流偏磁信号，还包括信号处理单元，所述信号处理单元包括信号解调模块、信号运算模块以及CAN通信模块，所述信号解调模块的输入端与所述直流偏磁采集模块连接，所述信号解调模块的输出端与所述信号运算模块的输入端连接，所述信号运算模块的输出端与所述CAN通信模块连接；
所述信号解调模块根据采集到的所述直流偏磁信号进行信号解调，得到待测直流电流的特征信号，所述信号运算模块对所述特征信号进行运算处理后变成待测直流电流的有效数字信号，所述有效数字信号通过所述CAN通信模块输出到外部设备。
进一步的，所述激磁模块包括激磁绕组和激磁铁芯，所述激磁绕组缠绕在所述激磁铁芯上，所述激磁绕组的第一端与所述激磁振荡器连接，所述激磁绕组的第二端与所述直流偏磁采集模块的第一端连接，所述直流偏磁采集模块的第二端接地。
进一步的，所述直流偏磁采集模块为直流偏磁检测电阻。
进一步的，所述激磁铁芯为软磁铁芯。
进一步的，所述信号解调模块包括增益调整模块、特征值解调模块以及模数转换模块，所述增益调整模块的输入端与所述直流偏磁采集模块连接，所述增益调整模块的输出端与所述特征值解调模块的输入端连接，所述特征值解调模块的输出端与所述模数转换模块的输入端连接，所述模数转换模块的输出端与所述信号运算模块连接；
所述增益调整模块用于对所述直流偏磁信号进行增益调整，根据直流偏磁采集模块输出的直流偏磁电压信号大小变化选取合适的增益放大倍数；所述特征值解调模块用于对增益调整后的直流偏磁信号进行高精度滤波处理及积分处理，得到待测直流电流的特征信号；所述模数转换模块用于将所述特征信号转换成数字信号。
进一步的，所述信号运算模块包括数字滤波模块及有效值计算模块，所述数字滤波模块的输入端与所述模数转换模块的输出端连接，所述数字滤波模块的输出端与所述有效值计算模块的输入端连接，所述有效值计算模块的输出端与所述CAN通信模块连接；
所述数字滤波模块用于对数字信号进行滤波，所述有效值计算模块用于求取滤波后的有效数字信号，并且将所述有效数字信号输出到所述CAN通信模块。
与现有技术相比，本实用新型公开的电流传感器包括磁调制单元和信号处理单元，磁调制单元采用开环磁通门技术，通过激磁振荡器向所述激磁模块输出预设频率的交变激磁电压信号，以激励所述激磁模块产生交变的激磁电流，交变的激磁电流通过所述直流偏磁采集模块输出与待测直流电流产生的直流偏置磁场相对应的直流偏磁信号，然后通过信号解调模块对直流偏磁信号进行信号解调，得到待测直流电流的特征信号，所述信号运算模块对所述特征信号进行运算处理后变成待测直流电流的有效数字信号，所述有效数字信号通过所述CAN通信模块输出到外部设备，与传统的霍尔电流传感器相比，提高了灵敏度和解析度，具有较高的检测精度。
附图说明
图1为汽车级电流传感器的结构组成示意图；
图2为汽车级电流传感器的组成模块的设计框图；
图3为汽车级电流传感器的组成模块的设计分解图；
附图标注说明
100、汽车级电流传感器；1、磁调制单元；11、激磁振荡器；12、激磁模块；13、直流偏磁采集模块；2、信号处理单元；21、信号解调模块；211、增益调整模块；212、特征值解调模块；213、模数转换模块；22、信号运算模块；221、数字滤波模块；222、有效值计算模块；23、CAN通信模块；T1、激磁铁芯；N1、激磁绕组；R1、直流偏磁检测电阻；Id、待测电流。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件时，它可以是直接连接到另一个组件，或者可能同时存在居中组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
如图1所示，本实用新型公开了一种汽车级电流传感器100，包括磁调制单元1和信号处理单元2，所述磁调制单元1采用开环磁通门技术，能够向信号处理单元2输出与待测直流电流产生的直流偏置磁场相对应的直流偏磁信号，所述信号处理单元2对所述直流偏磁信号进行处理形成有效数字信号，并将有效数字信号输出到外部设备，用于实现对待测电路中待测直流电流Id的检测。
所述磁调制单元1包括激磁铁芯T1、激磁绕组N1以及磁调制电路，其中，所述激磁绕组N1缠绕在所述激磁铁芯T1上，外部待测电路中待测电流为Id，通过承载待测电流Id的导线穿过电流传感器，即载有待测电流Id的导线从铁芯T1中间穿过。
如图2所示，在一实施例中，所述汽车级电流传感器100包括磁调制单元1和信号处理单元2，所述磁调制单元1具体包括激磁振荡器11、激磁模块12以及直流偏磁采集模块13，所述激磁振荡器11的输出端与所述激磁模块12的输入端连接，所述激磁模块12的输出端与所述直流偏磁采集模块13连接，所述直流偏磁采集模块13与所述信号处理单元2连接。所述激磁振荡器11向所述激磁模块12输出预设频率的交变激磁电压信号，以激励所述激磁模块12产生交变的激磁电流，交变的激磁电流通过所述直流偏磁采集模块13输出与待测直流电流产生的直流偏置磁场相对应的直流偏磁信号。
所述交变激磁电压信号可以为方波信号、正弦波信号或三角波信号等。优选的，本实用新型实施例中选用方波电压信号。并且所述激磁振荡器11输出的交变激磁电压信号的频率可以根据实际需求进行设置，此处不做限制。
并且，Nd用于示意承载待测电流Id的导线对应的绕组，待测电流Id流经导线时，在导线上所产生的磁动势为Id×Nd。其中，Nd为导线对应的绕组的匝数，通常取Nd为1匝。
所述激磁模块12包括所述激磁绕组N1和所述激磁铁芯T1，所述激磁绕组N1的异名端接于激磁振荡器11的输出端，所述激磁绕组N1的同名端连接于所述直流偏磁采集模块13，所述激磁振荡器11向所述激磁绕组N1输出预设频率的交变激磁电压信号，所述激磁绕组N1在交变激磁电压信号的激励下产生激励磁场，所述激励磁场用于对待测电路中的待测电流Id产生的直流偏置磁场进行检测，所述直流偏磁采集模块13根据检测结果向所述信号处理单元2输出与待测直流电流产生的直流偏置磁场相对应的直流偏磁信号。
所述直流偏磁采集模块13可以为直流偏磁检测电阻R1，所述直流偏磁检测电阻R1的第一端与激磁绕组N1的同名端连接，所述直流偏磁检测电阻R1的第二端接地，所述直流偏磁检测电阻R1通过其第一端输出所述直流偏磁信号。所述激磁铁芯T1为软磁铁芯，当通过所述激磁振荡器11向所述激磁绕组N1输出预设频率的交变激磁电压信号使软磁铁芯进入饱和状态时，所述软磁铁芯的交变磁通产生了高次谐波。当待测电流Id为零时，在交变激磁电压信号的一个周期内，所述直流偏磁检测电阻R1上的平均电压为零；当待测电流Id不为零时，所述激磁绕组N1会对待测电流Id产生的直流偏置磁场进行检测，进而使得在交变激磁电压信号的一个周期内，所述直流偏磁检测电阻R1的平均电压不为零，直流偏磁检测电阻R1上所检测到的直流偏磁信号(电压信号)的大小和方向反映了待测电流Id产生的直流偏置磁场的大小和方向，进而反应了待测电流Id的大小和方向。
所述信号处理单元2包括信号解调模块21、信号运算模块22以及CAN通信模块23，所述信号解调模块21的输入端与所述直流偏磁采集模块13连接，所述信号解调模块21的输出端与所述信号运算模块22的输入端连接，所述信号运算模块22的输出端与所述CAN通信模块23连接。所述信号解调模块21对所述直流偏磁采集模块13输出的被磁调制单元调制的直流偏磁信号进行解调处理，并输出待测直流电流的特征信号；所述信号运算模块22对所述信号解调模块21输出的特征信号进行运算处理，并输出待测直流电流的有效数字信号；所述CAN通信模块23将信号运算模块22输出的待测直流电流的有效数字信号以CAN通讯的方式传输到外部设备。
如图3所示，在一实施例中，所述信号解调模块21包括增益调整模块211、特征值解调模块212以及模数转换模块213，所述增益调整模块211的输入端与所述直流偏磁采集模块13连接，所述增益调整模块211的输出端与所述特征值解调模块212的输入端连接，所述特征值解调模块212的输出端与所述模数转换模块213的输入端连接，所述模数转换模块213的输出端与所述信号运算模块22连接。
所述增益调整模块211用于对所述直流偏磁信号进行增益调整，根据直流偏磁采集模块13输出的直流偏磁电压信号大小变化选取合适的增益放大倍数，再将增益调整后的直流偏磁电压信号输出到特征值解调模块212；所述特征值解调模块212将所述增益调整模块211输入的经增益调整后的直流偏磁信号进行高精度滤波处理及积分处理，计算得到待测直流电流的特征信号，计算待测直流电流的特征信号实际上就是计算通过磁调制单元1激磁绕组N1的激磁电流的平均值，并根据实际情况进行增益调制；所述模数转换模块213用于将所述特征信号转换成数字信号。
在本实施例中，所述特征值解调模块212在对经增益调整后的直流偏磁信号进行高精度滤波处理及积分处理时，可以采用计算二次谐波的解调方法或者采用计算激磁电流平均值的解调方法。在实际运用中，可以根据具体环境和需要选取合适的解调方法。
所述信号运算模块22包括数字滤波模块221及有效值计算模块222，所述数字滤波模块221的输入端与所述模数转换模块213的输出端连接，所述数字滤波模块221的输出端与所述有效值计算模块222的输入端连接，所述有效值计算模块222的输出端与所述CAN通信模块23连接。所述数字滤波模块221用于对数字信号进行滤波，所述有效值计算模块222用于求取滤波后的有效数字信号，并且将所述有效数字信号输出到所述CAN通信模块23。
CAN通信模块23的输入端与有效值计算模块222的输出端连接，然后将待测直流电流的有效数字信号以CAN通讯的方式传输到外部设备。CAN通信协议是通过ISO11898及ISO11519标准化后的汽车网络的标准CAN协议。
本实用新型公开的电流传感器100包括磁调制单元1和信号处理单元2，磁调制单元采用开环磁通门技术，通过激磁振荡器11向所述激磁模块12输出预设频率的交变激磁电压信号，以激励所述激磁模块12产生交变的激磁电流，交变的激磁电流通过所述直流偏磁采集模块13输出与待测直流电流产生的直流偏置磁场相对应的直流偏磁信号，然后通过信号解调模块21对直流偏磁信号进行信号解调，得到待测直流电流的特征信号，所述信号运算模块22对所述特征信号进行运算处理后变成待测直流电流的有效数字信号，所述有效数字信号通过所述CAN通信模块23输出到外部设备，与传统的霍尔电流传感器相比，提高了灵敏度和解析度，具有较高的检测精度。并且本实用新型通过采用开环磁通门技术降低了传感器的损耗，提高了传感器工作的耐受温度，提高了可靠性。本实用新型所提供的汽车级电流传感器能够应用于电动汽车电池包充放电检测与控制。
本实用新型在不脱离本实用新型的广义的精神和范围的前提下，能够设为多种实施方式和变形，上述的实施方式用于说明实用新型，但并不限定本实用新型的范围。
Claims (6)
1.一种汽车级电流传感器，包括磁调制单元，所述磁调制单元采用开环磁通门技术，包括激磁振荡器、激磁模块以及直流偏磁采集模块；所述激磁振荡器向所述激磁模块输出预设频率的交变激磁电压信号，以激励所述激磁模块产生交变的激磁电流，交变的激磁电流通过所述直流偏磁采集模块输出与待测直流电流产生的直流偏置磁场相对应的直流偏磁信号，其特征在于，还包括信号处理单元，所述信号处理单元包括信号解调模块、信号运算模块以及CAN通信模块，所述信号解调模块的输入端与所述直流偏磁采集模块连接，所述信号解调模块的输出端与所述信号运算模块的输入端连接，所述信号运算模块的输出端与所述CAN通信模块连接；
所述信号解调模块根据采集到的所述直流偏磁信号进行信号解调，得到待测直流电流的特征信号，所述信号运算模块对所述特征信号进行运算处理后变成待测直流电流的有效数字信号，所述有效数字信号通过所述CAN通信模块输出到外部设备。
2.如权利要求1所述的一种汽车级电流传感器，其特征在于，所述激磁模块包括激磁绕组和激磁铁芯，所述激磁绕组缠绕在所述激磁铁芯上，所述激磁绕组的第一端与所述激磁振荡器连接，所述激磁绕组的第二端与所述直流偏磁采集模块的第一端连接，所述直流偏磁采集模块的第二端接地。
3.如权利要求2所述的一种汽车级电流传感器，其特征在于，所述直流偏磁采集模块为直流偏磁检测电阻。
4.如权利要求2所述的一种汽车级电流传感器，其特征在于，所述激磁铁芯为软磁铁芯。
5.如权利要求1所述的一种汽车级电流传感器，其特征在于，所述信号解调模块包括增益调整模块、特征值解调模块以及模数转换模块，所述增益调整模块的输入端与所述直流偏磁采集模块连接，所述增益调整模块的输出端与所述特征值解调模块的输入端连接，所述特征值解调模块的输出端与所述模数转换模块的输入端连接，所述模数转换模块的输出端与所述信号运算模块连接；
所述增益调整模块用于对所述直流偏磁信号进行增益调整，根据直流偏磁采集模块输出的直流偏磁电压信号大小变化选取合适的增益放大倍数；所述特征值解调模块用于对增益调整后的直流偏磁信号进行高精度滤波处理及积分处理，得到待测直流电流的特征信号；所述模数转换模块用于将所述特征信号转换成数字信号。
6.如权利要求5所述的一种汽车级电流传感器，其特征在于，所述信号运算模块包括数字滤波模块及有效值计算模块，所述数字滤波模块的输入端与所述模数转换模块的输出端连接，所述数字滤波模块的输出端与所述有效值计算模块的输入端连接，所述有效值计算模块的输出端与所述CAN通信模块连接；
所述数字滤波模块用于对数字信号进行滤波，所述有效值计算模块用于求取滤波后的有效数字信号，并且将所述有效数字信号输出到所述CAN通信模块。
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| CN201922184861.0U CN211348416U (zh) | 2019-12-09 | 2019-12-09 | 一种汽车级电流传感器 |
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| CN201922184861.0U CN211348416U (zh) | 2019-12-09 | 2019-12-09 | 一种汽车级电流传感器 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113049868A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-06-29 | 优利德科技(中国)股份有限公司 | 一种交直流电流测量装置及测量方法 |
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2019
- 2019-12-09 CN CN201922184861.0U patent/CN211348416U/zh active Active
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| CN113049868A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-06-29 | 优利德科技(中国)股份有限公司 | 一种交直流电流测量装置及测量方法 |
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