DE10001340A1

DE10001340A1 - Verfahren zur Meßfehlerkompensation bei der Stromerfassung in einem Energiespeicher

Info

Publication number: DE10001340A1
Application number: DE10001340A
Authority: DE
Inventors: Marcus Rosenberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-01-14
Filing date: 2000-01-14
Publication date: 2001-08-09
Anticipated expiration: 2020-01-15
Also published as: US20020158638A1; US6583626B2; JP2003519803A; WO2001051945A1; DE10001340B4; EP1214606A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kompensation des Meßfehlers bei der Stromerfassung in einem Energiespeicher (1), bei dem die Stromerfassung über einem ersten Stromwandler (9) und einem zweiten Stromwandler (10) für höhere Ströme erfolgt, und die Wandlerwerte (14, 15) der beiden Stromwandler (9, 19) in einer Auswerteelektronik (13) in Meßwerte (17) umgewandelt werden. Die Meßwerte für den Batteriestrom I¶Batt¶ (6) werden bei Erreichen einer Schwelle (24) mit beiden Stromwandlern (9, 19) gemessen, woraus der Offset (27) eines Stromwandlers (10) bestimmt und um den dessen Meßwerte (30) korrigiert werden.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Meßfehlerkompensation bei der Erfassung der Ströme an einem Energiespeicher, um dessen Ladezustand zu ermitteln. Es werden die Ströme, die der Batterie entnommen oder in die Batterie eingespeist werden, mittels einer Strommessung kontinuierlich gemessen. Die erfaßten Meßwerte werden entweder über die Zeit integriert oder aufsummiert. Daraus entsteht die Ladebilanz des Energiespeichers.

Stand der Technik

DE 43 12 760 A1 offenbart eine Klemme mit integrierter Strommessung. In elektrischen Geräten zur Regelung von Strömungen oder Leistungen werden Strommeßeinrichtungen eingesetzt sowie für entsprechende Ströme geeignete Ein- und/oder Ausgangsklemmen. Diese Elemente sind nach dem Stand der Technik getrennt im Gerät angeordnet und erfordern ein großes Volumen und einen hohen Verdrahtungsaufwand. Durch die Integration eines Strommessers ohne weichmagnetischen Kern zur Führung des Magnetfeldes, kann der Stromsensor in die Klemme ohne nennenswerte Vergrößerung von deren Bauvolumen integriert werden.

Zur Ermittlung der Ladebilanz eines Energiespeichers, wie beispielsweise einer Batterie, werden die ein- und austretenden Ströme mittels Stromwandler gemessen. Um einen möglichst großen Meßbereich mit hoher Genauigkeit erfassen zu können, werden zwei Stromwandler eingesetzt. Ein kleiner Stromwandler dient zur Erfassung niedriger Ströme, während ein großer Wandler für die Erfassung großer Ströme im oberen Meßbereich eingesetzt wird. Überschreitet der zu messende Strom einen bestimmten Schwellenwert, so geht die Messung des Stromes vom ersten Stromwandler auf den zweiten Stromwandler über, bis der zu messende Strom die Schwelle wieder unterschreitet.

Das auf diese Weise erhaltene Meßergebnis ist mit einem Meßfehler behaftet, der sich im Wesentlichen aus zwei Teilen zusammensetzt, nämlich einem vom Meßwert unabhängigen Teil (Offset) und einen vom Meßwert abhängigen Teil. Der absolute Meßfehler nimmt mit der Größe des Stromwandlers zu. Die Genauigkeit einer Strommessung mit einem kleinen Stromwandler ist daher größer. Der Punkt, der vom Meßwert unabhängige Teil des Meßfehlers, der Offset, wird durch den Meßwandler sowie die nachgeschaltete Aus werteelektronik verursacht und ist abhängig von der Temperatur. Wird die Ladebilanz eines Energiespeichers mit zwei Stromwandlern für niedrige und höhere Ströme erstellt, wird diese insbesondere durch den Offset-Fehler des größeren Stromwandlers verfälscht, da dieser sich wegen der nachfolgenden Integration über die Zeit vervielfacht.

Darstellung der Erfindung

Mittels der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt ein permanenter Abgleich des sich im großen Stromwandler einstellenden meßwertunabhängigen Teil des Meßfehlers, des Offset. Dadurch läßt sich der Offset-Fehler des großen Wandlers kompensieren und eine genauere Erfassung des Batteriestromes und damit eine aussagekräftigere Ladebilanzerstellung herbeiführen.

Durch die Stromerfassung durch beide Stromwandler innerhalb eines beiden Wandlern gemeinsamen Meßbereiches, kann ein Abgleich der erhaltenen Wandlerwerte durchgeführt werden. In diesem gemeinsamen Meßbereich der Stromerfassung erzeugt der zweite Wandler für die höheren Ströme einen Meßfehler, der vom Offset-Fehler dominiert wird. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Meßergebnis des zweiten Wandlers für große Ströme durch das gleichzeitig, parallel durch den ersten Wandler für geringere Ströme erhaltene Meßergebnis abgeglichen werden, so daß die mit größerem Offset-Fehler-Anteil behaftete Messung des zweiten Wandlers für größere Ströme, die das Gesamtergebnis erheblich verfälscht, korrigiert werden kann. Zweckmäßigerweise erfolgt die Korrektur der Wandlerwerte des zweiten Wandlers für höhere Ströme vor der Integration der Meßwerte.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend detaillierter erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Schaltungskonfiguration zur Erfassung des Stromes eines Energiespeichers zur Ermittlung der Ladebilanz.

Fig. 2 einen beispielhaft herausgegriffenen Batteriestromverlauf mit ein gezeichneten Meßbereichen.

Fig. 3 die Gegenüberstellung der Offset-Werte der Wandler, der unkompensierten und der kompensierten Meßergebnisse und der erfindungsgemäß kompensierten Meßergebnisse.

Ausführungsvarianten

Aus der Darstellung gemäß Fig. 1 geht eine Schaltungskonfiguration hervor, mit der die Stromerfassung an einem Energiespeicher zur Ermittlung von dessen Ladebilanz erfolgen kann.

Der Energiespeicher 1 - vorzugsweise ausgebildet als eine Batterie für Kraftfahrzeuge - verfügt über einen Pluspol 2 sowie einen Minuspol 3, der über eine Masseleitung 5 mit der Masse 4 verbunden ist. Mit Bezugszeichen 6 ist der Batteriestrom I_Batt. bezeichnet, der sich aus der Differenz der Ströme 8, nämlich des Verbraucherstromes I_Verbr. und des Stromes 7, nämlich des Generatorstromes I_Generator ergibt. Wird mehr Strom verbraucht als ein Generator 11 liefert, wird der Energiespeicher 1 entladen, der Batteriestrom I_Batt. ist positiv. Wird hingegen weniger Strom verbraucht als der Generator 11 liefert, wird der Energiespeicher 1 durch den Generator 11 aufgeladen; in diesem Falle ist der Batteriestrom I_Batt. mit einem negativen Vorzeichen behaftet. Der Generator 11 verfügt ebenso über eine Masse 4, wie die ebenfalls nur schematisch angedeuteten Verbraucher 12, die ebenfalls mit der Masse verbunden sind. Als elektrische Verbraucher seien beispielhaft die Beleuchtungsanlage sowie die Scheibenwischeinrichtung an einem Kraftfahrzeug aufgeführt.

Der im dargestellten Ausführungsbeispiel als vom Pluspol 2 abfließend dargestellte Batteriestrom I_Batt., Bezugszeichen 6, passiert zwei hintereinander liegend angeordnete Stromwandler 9 bzw. 10. Der erste Stromwandler 9 erfaßt Ströme in einem niedrigeren Bereich liegend und deckt den unteren Meßbereich ab, während der zweite Stromwandler 10 die höheren Ströme im oberen Meßbereich erfaßt. Der erstgenannte Stromwandler 9 mißt in der Regel die genaueren Meßwerte, da der absolute Meßfehler tendenziell mit der Größe des jeweils eingesetzten Stromwandlers zunimmt. Im allgemeinen setzt sich der Meßfehler eines Stromwandlers aus einem vom Meßwert unabhängigen Anteil (Offset) sowie einem vom Meßwert abhängigen Teil zusammen. Der vom Meßwert jeweils unabhängige Teil des Meßfehlers hat jedoch bei der Integration der Meßwerte weitaus gravierendere Auswirkungen, da die Meßfehler sich bei einer nachgeschalteten Integration vervielfachen und somit die Aussagefähigkeit einer solcherart aufgestellten Ladebilanz erheblich schwächen.

Von den beiden Stromwandlern 9 bzw. 10 werden die jeweiligen Wandlerwerte 14 bzw. 15 an die Auswerteelektronik 13 übermittelt, in welcher eine Korrekturstufe 16 integriert ist. Bevor die Meßwerte 17 aufaddiert oder über die Zeit integriert werden, werden sie um den vom Meßwert unabhängigen Fehleranteil, den Offset 26 bzw. 27 abgeglichen, so daß eine Verfälschung der Ladebilanz durch die Vervielfachung des Meßfehlers bei der Integration ausgeschlossen ist. Die in der Korrekturstufe 16 ermittelten, korrigierten Meßwerte 17, werden an eine übergeordnete Funktionseinheit übertragen, in der eine Weiterverarbeitung der korrigierten Meßwerte erfolgt.

Fig. 2 zeigt ein beispielhaft herausgegriffenes Verlaufsprofil mit eingezeichneten Meßbereichen.

In dieser Darstellung sind eine mögliche, praxisnahe Verlaufskurve 18 des Batteriestromes 6 I_Batt., aufgetragen; parallel zur Zeitachse 19 verlaufend, sind die jeweils untere bzw. obere Begrenzung 24 bzw. 23 eingetragen, durch die ein gemeinsamer Meßbereich 21 der beiden Stromwandler 9 bzw. 10 definiert ist. Vom Ursprung ausgehend, verläuft ein erster Abschnitt der Verlaufskurve 18 durch den Meßbereich 20 für niedrige Ströme, wo die Stromerfassung lediglich durch den Stomwandler 9 für niedrige Ströme erfolgt. Die Höhe des Stromes in diesem Meßbereich 20 liegt unterhalb der unteren Begrenzung 24 des sich an diesen anschließenden gemeinsamen Meßbereiches 21, in dem die Stromerfassung durch die beiden Stromwandler 9 bzw. 10 erfolgt.

Steigt der Batteriestrom 6 I_Batt., wie in Fig. 2 dargestellt, weiter an, verläßt dieser den Meßbereich 20, in dem nur der erste Stromwandler 9 den Strom mißt. Nachdem die Stromstärke auf Werte angewachsen ist, die innerhalb des gemeinsamen Meßbereiches 21 eingreifen, wird die Strommessung durch den ersten Stromwandler 9 und den zweiten Stromwandler 10 gemeinsam vorgenommen, dargestellt durch die eingekreisten Bezugszeichen 9 bzw. 10 innerhalb des Meßbereiches 21. Durch die in diesem Meßbereich 21 erfolgende gemeinsame Ermittlung des Batteriestromes 6, werden zwei Wandlerwerte 14 bzw. 15 ermittelt, die in der Auswerteelektronik 13 ausgewertet werden. Innerhalb des beiden Stromwandlern 9 bzw. 10 gemeinsamen Meßbereiches 21, erfolgt die Ermittlung des Offests 27 des großen Stromwandlers 10, um den die vom großen Stromwandler 10 ermittelten Meßwerte 30 (vergl. Fig. 3) zu korrigierten sind.

Nimmt die Stromstärke des Batteriestromes 6 I_Batt., weiter zu, verläßt die Verlaufskurve 18 in ihrem weiteren Verlauf den durch beide Wandler 9 bzw. 10 gemeinsam abgedeckten Meßbereich 21 und läuft in den Meßbereich 22 ein, innerhalb dessen die Stromerfassung ausschließlich durch den zweiten Stromwandler 10 für höhere Ströme erfolgt. Aus der gemeinsamen Messung des Batteriestromes 6 durch die beiden Stromwandler 9 und 10 ist der vom Meßwert unabhängige Fehleranteil, der Offset 27, des zweiten Stromwandlers 10 bekannt und kann bei der sich an die Übertragung der Wandlerwerte 14 bzw. 15 an die Auswerteelektronik 13 anschließenden Auswertung in der Korrekturstufe 16 zur Korrektur der Meßwerte des zweiten Wandlers 10 herangezogen werden.

Fig. 3 schließlich zeigt die Gegenüberstellung der vom ersten Stromwandler und vom zweiten Stromwandler ermittelten Meßwerte sowie die korrigierten Meßwerte des zweiten Stromwandlers.

Im linken Abschnitt des Koordinatensystems gemäß Fig. 3 sind die sich einstellenden Wandlerwerte 25 des ersten Wandlers 9 sowie die des zweiten Wandlers 10 aufgetragen für den Batteriestrom 6, I_Batt. = 0. Aus einem Vergleich, der durch die Schraffur kenntlich gemachten Balken geht hervor, daß der Offset 26 des ersten Stromwandlers 9 wesentlich geringer bemessen ist als derjenige des zweiten Wandlers 10, der mit Bezugszeichen 27 gekennzeichnet ist. Der jeweilige Offset 26 bzw. 27 der korrespondierenden Stromwandler 9 bzw. 10 repräsentiert den vom Meßwert unabhängigen Meßfehler bei der Stromerfassung durch den jeweiligen Stromwandler.

Bei der Strommessung tritt zum Meßwert unabhängigen Fehleranteil, dem Offset 26 bzw. 27, ein meßwertabhängiger Anteil 28 des Meßfehlers hinzu. Dieser ist im in Fig. 3 dargestellten mittleren Balkendiagrammpaar mit Bezugszeichen 28 bezeichnet. Für den ersten und den zweiten Stromwandler 9 bzw. 10 ist der meßwertabhängige Fehler 28 gleich, weshalb durch diesen Fehleranteil keine übermäßige Verfälschung einer durch die Stromerfassung zu erzeugenden Ladebilanz auftreten kann. Im mittleren Balkendiagrammpaar gemäß Fig. 3 sind die tatsächlichen Batterieströme I_Batt.,tats. mit Bezugszeichen 29 gekennzeichnet, wobei der mit dem meßwertunabhängigen Meßfehleranteil 27 behaftete, nicht kompensierte Meßwert 30, den durch den ersten Stromwandler 9 ermittelten Meßwert deutlich überragt. Der Meßwert 30 des zweiten Stromwandlers 10 setzt sich zusammen aus tatsächlich gemessenem Batteriestrom I_Batt.,tats. 29, dem meßwertabhängigen Fahleranteil 28, sowie dem meßwertunabhängigen Fehleranteil 27, dem Offset. Gleiches gilt für den vom ersten Stromwandler 9 erfaßten Meßwert, wobei dessen Offset 26 deutlich geringer ausfällt, als derjenige des zweiten Stromwandlers 10.

Ein Abgleich der beiden meßwertunabhängigen Fehleranteile 26, 27 durch Differenzbildung der Meßwerte und Verminderung der Meßwerte 15 des zweiten Stromwandlers 10 um die ermittelte Differenz, führt auf das Balken diagrammpaar, welches mit Bezugszeichen 31 bezeichnet ist. Bei diesem stimmen die von beiden Stromwandlern 9 bzw. 10 ermittelten Meßwerte 31 miteinander überein, wobei das Balkendiagramm für den ersten Stromwandler 9 demjenigen des ersten Stromwandlers 9 beim mittleren Balkendiagrammpaar entspricht.

Bezugszeichenliste

1

Energiespeicher

2

Pluspol

3

Minuspol

4

Masse

5

Masseleitung

6

I_Batt.

(Batteriestrom) Strom aus Energiespeicher

7

I_Generator

Generatorstrom

8

I_Verbr.

Verbraucherströme

9

erster Stromwandler

10

zweiter Stromwandler

11

Generator

12

Verbraucher

13

Auswerteelektronik

14

Wandlerwert

15

Wandlerwert

16

Korrekturstufe

17

Meßwert

18

Verlauf I_Batt.

(Batteriestrom)

19

Zeitachse

20

Meßbereich niedrige Ströme

21

gemeinsamer Meßbereich beide Stromwandler

22

Meßbereich für höhere Ströme

23

obere Begrenzung

24

untere Begrenzung

25

Wandlerwerte

26

Offset erster Stromwandler

27

Offset zweiter Stromwandler

28

meßwertabhängiger Fehler

29

I_Batt.,tats.

30

nicht kompensierter Meßwert zweiter Wandler

31

kompensierter Meßwert zweiter Stromwandler

Claims

1. Verfahren zur Kompensation des Meßfehlers bei der Stromerfassung an einem Energiespeicher (1), bei dem die Stromerfassung über einen ersten Stromwandler (9) für niedrige Ströme und über einen zweiten Strom wandler (10) für höhere Ströme erfolgt und die Wandlerwerte (14), (15) in einer Auswerteelektronik (13) in Meßwerte (17) umgewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte des Batteriestromes (6) beim Erreichen einer Schwelle (24) mit beiden Stromwandlern (9), (10) gemessen werden, woraus der Offset (27) eines Stromwandlers (10) bestimmt und um den dessen Meßwerte (30) korrigiert werden.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Batteriestrom I_Batt. (6) innerhalb eines Meßbereiches (21) von beiden Stromwandlern (9), (10) gemessen wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Meßbereich (21) von einer Obergrenze (23) und einer unteren Grenze (24) begrenzt ist.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerteelektronik (13) die Differenz zwischen den Meßwerten (14), (15) des ersten und des zweiten Stromwandlers (9), (10) ermittelt wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz im Wesentlichen dem Offset-Fehler (27) des zweiten Stromwandlers (10) für höhere Ströme entspricht.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte (30) des zweiten Stromwandlers (10) für höhere Ströme um den ermittelten Offset (27) des ersten Stromwandlers (10) korrigiert werden.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte (14) des ersten Stromwandlers (9) für niedrigere Ströme mit den Meßwerten (15) des zweiten Stromwandlers (10) für höhere Ströme, im gemeinsamen Meßbereich (21) abgeglichen werden.

8. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur der Meßwerte 30 des zweiten Stromwandlers (10) in einer Korrekturstufe (16) der Auswerteelektronik (13) vor der Integration der Meßwerte (17) erfolgt.