DE102012222749B4

DE102012222749B4 - Verfahren und System zur Kalibrierung von Batteriestrom-Messung

Info

Publication number: DE102012222749B4
Application number: DE102012222749.0A
Authority: DE
Inventors: Antoni Ferré Fàbregas; David Gamez Alari; Jose Gabriel Fernández-Bañares
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Lear Corp
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2022-06-02
Anticipated expiration: 2032-12-12
Also published as: US20130154672A1; US9234943B2; CN103158576B; DE102012222749A1; CN103158576A

Abstract

Sensor (60) zum Überwachen von Batteriestrom, wobei der Sensor (60) umfasst:einen Shunt (36), der einen Widerstand mit einem Ist-Wert hat; gekennzeichnet durcheine steuerbare Stromquelle (62), die so konfiguriert ist, dass sie einen bekannten Stromwert (I_REF) in den Shunt (36) injiziert; undeine Steuereinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie einen gemessenen Wert (I_REF MEAS) des Stroms durch den Shunt (36) als eine Funktion eines gemessenen Wertes eines Spannungsgefälles über den Shunt (36), das von dem injizierten bekannten Stromwert (I_REF) durch den Shunt (36) verursacht wird, sowie eines angenommenen Wertes (RS) des Widerstandes des Shunt (36) erzeugt;wobei die Steuereinrichtung des Weiteren so konfiguriert ist, dass sie erfasst, dass sich der angenommene Wert (RS) des Widerstandes des Shunt (36) von dem Ist-Wert des Widerstandes des Shunt (36) unterscheidet, wenn sich der injizierte bekannte Stromwert (I_REF) und der gemessene Wert (I_REF_MEAS) des Stroms voneinander unterscheiden.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil der am 16. Dezember 2011 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/576,678 , deren Offenbarung hiermit in ihrer Gesamtheit durch Verweis einbezogen wird.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft das Überwachen des Stromausgangs von Batterien, wie beispielsweise Batterien, die in Fahrzeugen eingesetzt werden.
Hintergrund
Moderne Fahrzeuge enthalten komplexe elektrische Netzwerke bzw. Netze, die verschiedene Funktionen erfüllen. Herkömmliche Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren enthalten eine Niederspannungs-Batterie (beispielsweise 12V - 24V) zum Zuführen von Energie zu verschiedenen Niederspannungs-Lasten, wie beispielsweise ECU, Sensoren, Stellgliedern usw. Hybrid- und Elektrofahrzeuge (d. h. Fahrzeuge, die einen elektrischen Fahrmotor enthalten) enthalten eine Hochspannungsbatterie zum Zuführen von Energie zu verschiedenen Hochspannungs-Lasten einschließlich des Wechselrichters, der den Fahrmotor antreibt. Die Hochspannungsbatterie kann des Weiteren einem Gleichstromwandler Energie zuführen, um Niederspannungs-Lasten Energie zuzuführen. Als Alternative oder zusätzlich dazu können Hybrid- und Elektrofahrzeuge des Weiteren eine Niederspannungs-Batterie zum Zuführen von Energie zu Niederspannungs-Lasten enthalten.
Derartige Fahrzeug-Netze, die eine Niederspannungs-Batterie und/oder eine HochspannungsBatterie enthalten, enthalten üblicherweise ein elektronisches Modul zum Überwachen der Leistung und des Zustandes der Batterie. Dieses elektronische Modul wird üblicherweise als eine Batterie-Ladeanzeige bzw. Batterie-Überwachungseinrichtung oder dergleichen bezeichnet. Die Batterie-Ladeanzeige ist so konfiguriert, dass sie die Batteriespannung und den Batteriestrom misst.
Bei der Batterie-Ladeanzeige bzw. Batterie-Überwachungseinrichtung wird üblicherweise ein Strommessungs-Nebenschluss bzw. -Shunt zum Messen des Batteriestroms eingesetzt. Der Shunt ist ein Widerstand. Aufgrund von Alterung und einsatzbedingt kann sich der Widerstandswert des Strommessungs-Shunt ändern. In diesem Fall kann die Messung des Batteriestroms durch die Batterie-Überwachungseinrichtung einen nicht akzeptablen Fehler aufweisen. Daher wäre es nützlich, einen Mechanismus zu schaffen, mit dem bestätigt wird, dass der Batteriestrom innerhalb einer bestimmten Genauigkeit gemessen wird.
Eine mögliche Lösung (die in Batterieprüfern eingesetzt wird), besteht darin, dass eine externe Schaltung einen kalibrierten Bezugsstrom zuführt, um zu prüfen, ob die Batterie-Überwachungseinrichtung den Batteriestrom genau misst. Bei Kraftfahrzeugsystemen ist jedoch dieses Verfahren nicht praktisch, da die externe Kalibrierung nicht immer verfügbar ist und/oder es schwierig sein kann, die Genauigkeit dieser externen Schaltung zu steuern.
Die gattungsgemäße US 2009/0132188 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Überprüfen des Batterieladezustands eines Fahrzeugs, wobei beim Messen des Batterieladezustands die Temperatur eines für den Messvorgang eingesetzten Shuntwiderstands berücksichtigt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Sensor zum Überwachen von Batteriestrom sowie ein Verfahren dafür zur Verfügung zu stellen, wobei unter Verwendung einfacher technischer konstruktiver Merkmale eine Änderung des Widerstandswerts des für die Überwachung des Batteriestroms eingesetzten Messshunts erfassbar ist, sodass darauf basierend ggf. Anpassungen bei der Überwachung des Batteriestroms unternommen werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst mittels eines Sensors gemäß dem Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Überwachen von Batteriestrom gemäß dem Nebenanspruch 15. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Zusammenfassung
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung schließt Messungs-Kalibrierung eines Batterie-Sensors bzw. -Monitors („Batterie-Überwachungseinrichtung“) ein, der (die) so konfiguriert ist, dass der (sie) Batteriestrom misst.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung schließt eine Batterie-Überwachungseinrichtung mit einem Stromerfassungs-Shunt zum Einsatz beim Messen von Batteriestrom ein, wobei die Batterie-Überwachungseinrichtung eine gesteuerte Stromquelle zum Kalibrieren des Stromerfassungs-Shunt enthält.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung schließt eine Batterie-Überwachungseinrichtung mit einem Stromerfassungs-Shunt zum Einsatz beim Messen von Batteriestrom ein, wobei eine Kalibrierung von Batteriestrom-Messung unter Verwendung eines Gleichstrom-Injektionsprozesses eingesetzt wird.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung schließt eine Batterie-Überwachungseinrichtung mit einem Stromerfassungs-Shunt zum Einsatz beim Messen von Batteriestrom ein, wobei eine Kalibrierung von Batteriestrom-Messung unter Verwendung eines Prozesses zum Injizieren von Kondensator-Entladestrom eingesetzt wird.
Beim Umsetzen eines oder mehrerer der oben erwähnten und anderer Ziele schafft die vorliegende Erfindung einen Sensor zum Überwachen von Batteriestrom. Der Sensor enthält einen Shunt, eine Stromquelle sowie eine Steuereinrichtung. Der Shunt hat einen Widerstand mit einem Ist-Wert. Die Stromquelle ist so konfiguriert, dass sie einen bekannten Wert von Strom über den Shunt bereitstellt. Die Steuereinrichtung ist so konfiguriert, dass sie einen gemessenen Wert des Stroms durch den Shunt als eine Funktion eines gemessenen Wertes des Spannungsgefälles über den Shunt, das von dem Strom durch den Shunt verursacht wird, sowie eines angenommenen Wertes des Widerstandes des Shunt erzeugt. Die Steuereinrichtung ist des Weiteren so konfiguriert, dass sie erfasst, dass sich der angenommene Wert des Widerstandes des Shunt von dem Ist-Wert des Widerstandes des Shunt unterscheidet, wenn sich der bekannte und der gemessene Wert des Stroms voneinander unterscheiden.
Des Weiteren schafft die vorliegende Erfindung beim Umsetzen eines oder mehrerer der oben aufgeführten und anderer Ziele ein Verfahren zum Überwachen von Batteriestrom. Das Verfahren schließt ein, dass ein bekannter Stromwert über einen Shunt injiziert wird, der einen Widerstand mit einem Ist-Wert hat. Das Verfahren schließt des Weiteren ein, dass ein Messwert des Stroms über den Shunt als Funktion eines Messwertes des Spannungsgefälles über den Shunt, das von dem Strom durch den Shunt verursacht wird, und eines angenommenen Wertes des Widerstandes des Shunt erzeugt wird. Das Verfahren schließt des Weiteren ein, dass sich der angenommene Wert des Widerstandes des Shunt von dem Ist-Wert des Widerstandes des Shunt unterscheidet, wenn sich der bekannte und der gemessene Wert des Stroms voneinander unterscheiden.
Figurenliste

1A zeigt ein Blockschaltbild eines nicht die Erfindung aufweisenden Fahrzeug-Netzwerks mit einer Hochspannungsbatterie und einer Batterie-Überwachungseinrichtung zum Messen der Batteriespannung und des Batteriestroms;
1B zeigt ein Blockdiagramm eines anderen, nicht die Erfindung aufweisenden Fahrzeug-Netzwerkes mit einer Hochspannungsbatterie und einer Batterie-Überwachungseinrichtung zum Messen der Batteriespannung und des Batteriestroms;
2 zeigt ein Blockschaltbild eines anderen, nicht die Erfindung aufweisenden Fahrzeug-Netzwerks mit einer Batterie und einer Batterie-Überwachungseinrichtung zum Messen der Batteriespannung und des Batteriestroms;
3 zeigt ein Blockschaltbild einer Batterie-Überwachungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4A, 4B und 4C stellen jeweils Blockschaltbilder der in 3 gezeigten Batterie-Überwachungseinrichtung gemäß einer ersten, zweiten und dritten Variante dar.
5 zeigt ein Diagramm, das Plausibilitätsprüfung des Vergleichs zwischen dem Bezugsstrom I_REF und dem gemessenen Bezugstrom l_REF_MEAS bei dem Kalibrierungsprozess der in 3 gezeigten Batterie-Überwachungseinrichtung darstellt;
6A stellt ein Blockschaltbild einer Umsetzungsform des Bezugsstrom-Injektionsweges l_REF der gesteuerten Stromquelle der in 3 gezeigten Batterie-Überwachungseinrichtung dar;
6B stellt ein Blockschaltbild einer anderen Umsetzungsform des Bezugsstrom-Injektionsweges I_R.EF der gesteuerten Stromquelle der in 3 gezeigten Batterie-Überwachungseinrichtung dar; und
7 zeigt ein Blockschaltbild einer Batterie-Überwachungseinrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ausführliche Beschreibung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hier ausführlich offenbart, es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die vorliegende Erfindung sind, die in verschiedenen alternativen Formen ausgeführt werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, einige Strukturen können vergrößert oder verkleinert sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind die hier offenbarten spezifischen strukturellen und funktionalen Details nicht als einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als veranschaulichende Grundlage, anhand der einem Fachmann verschiedene Einsatzmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung vermittelt werden.
In 1A ist ein Blockschaltbild eines Fahrzeug-Netzwerks 10 mit einer Hochspannungsbatterie 12 und einem Batterie-Sensor bzw. einer Batterie-Überwachungseinrichtung 14 zum Messen der Spannung und des Stroms von Hochspannungsbatterie 12 dargestellt. Fahrzeug-Netzwerk 10 ist eine Gleichstromschaltung. Hochspannungsbatterie 12 ist eine Hauptbatterie für Fahrzeug-Netzwerk 10. Hochspannungsbatterie 12 ist eine Hochspannungs-Gleichstrombatterie (z. B. V_BAT > 60 V). Hochspannungsbatterie 12 enthält zwei Anschlüsse, d. h. einen positiven Anschluss 16a (BAT_P) und einen negativen Anschluss 16b (BAT_N).
Fahrzeug-Netzwerk 10 enthält des Weiteren ein Hochspannungs-Stromnetz 18 sowie ein Niederspannungs-Stromnetz 20. Hochspannungs-Stromnetz 18 enthält Hochspannungs-Lasten, wie beispielsweise den Wechselrichter, der einen Fahrmotor des Fahrzeugs antreibt. Niederspannungs-Stromnetz 20 enthält Niederspannungs-Lasten, wie beispielsweise ECU, Sensoren, Stellglieder usw. des Fahrzeugs. Fahrzeug-Netzwerk 10 enthält des Weiteren einen Gleichstromwandler 22. Gleichstromwandler 22 ist zwischen Hochspannungsbatterie 12 und Niederspannungs-Stromnetz 20 geschaltet. Gleichstromwandler 22 ist so konfiguriert, dass er Hochspannungsenergie von Hochspannungsbatterie 12 in Niederspannungsenergie zur Nutzung durch das Niederspannungs-Stromnetz 20 umwandelt.
Der positive Anschluss 16a von Hochspannungsbatterie 12 ist mit einem positiven Hochspannungsnetz 24a (HV_P) verbunden. Das positive Hochspannungsnetz 24a ist mit den positiven Eingängen von Hochspannungs-Stromnetz 18 und Gleichstromwandler 22 verbunden. Der negative Anschluss 16b von Hochspannungsbatterie 12 ist über Batterie-Überwachungseinrichtung 14 mit einem negativen Hochspannungsnetz 24b (HV_N) verbunden. Das negative Hochspannungsnetz 24b ist mit den negativen Anschlüssen von Hochspannungs-Stromnetz 18 und Gleichstromwandler 22 verbunden. Das Hochspannungs- und das Niederspannungs-Stromnetz 18 und 20 sind, wie in 1A gezeigt, isoliert und über isolierte Wandler/isolierte Übertragungseinrichtungen (beispielsweise Gleichstromwandler 22) angeschlossen.
Fahrzeug-Netzwerk 10 enthält des Weiteren eine Niederspannungsbatterie 26. Niederspannungsbatterie 26 ist eine Niederspannungs-Gleichstrombatterie (beispielsweise 12V-24V). Niederspannungs-Batterie 26 ist zwischen Gleichstromwandler 22 und Niederspannungs-Stromnetz 20 verbunden. Niederspannungsbatterie 26 ist so konfiguriert, dass sie Niederspannungs-Stromnetz 20 Niederspannungs-Energie bereitstellt. Niederspannungsbatterie 26 ist, wie in 1A gezeigt, auch mit Batterie-Überwachungseinrichtung 14 verbunden. Niederspannungsbatterie 26 ist des Weiteren so konfiguriert, dass sie Batterie-Überwachungseinrichtung 14 Niederspannungs-Energie bereitstellt, um den Betrieb von Batterie-Überwachungseinrichtung 14 zu ermöglichen.
Batterie-Überwachungseinrichtung 14 ist, wie oben angegeben, so konfiguriert, dass sie die Spannung und den Strom von Hochspannungsbatterie 12 misst. Um die Batteriespannung zu messen, enthält Batterie-Überwachungseinrichtung 14 eine Spannungsmess-Teilschaltung 28. Spannungsmess-Teilschaltung 28 enthält einen Widerstands-Spannungsteiler 30 sowie einen ersten Analog-Digital-Wandler 32 (ADC). Der Eingang von Spannungsteiler 30 ist mit dem positiven Anschluss 16a von Hochspannungsbatterie 12 verbunden. Der Ausgang von Spannungsteiler 30, der den analogen Wert der Spannung von Hochspannungsbatterie 12 anzeigt, ist mit dem ersten Analog-Digital-Wandler 32 verbunden. Der erste Analog-Digital-Wandler 32 wandelt diesen analogen Wert in einen digitalen Wert um, der die Spannung von Hochspannungsbatterie 12 anzeigt.
Um den Batteriestrom zu messen, enthält Batterie-Überwachungseinrichtung 14 des Weiteren eine Strommess-Teilschaltung 34. Strommess-Teilschaltung 34 enthält einen Stromerfassungs-Shunt 36 (RS) sowie einen zweiten Analog-Digital-Wandler 38. Stromerfassungs-Shunt 36 hat einen Widerstandswert RS. Stromerfassungs-Shunt 36 ist in Reihe mit dem negativen Anschluss 16b von Hochspannungsbatterie 12 und dem negativen Hochspannungsnetz 24b verbunden. Der negative Anschluss 16b von Hochspannungsbatterie 12 ist dabei mit dem negativen Hochspannungsnetz 24b über Stromerfassungs-Shunt 36 verbunden. Batterie-Überwachungseinrichtung 14 misst den Batteriestrom von Hochspannungsbatterie 12 unter Verwendung von Stromerfassungs-Shunt 36, um ein Spannungsgefälle zu erzeugen, das den Batteriestrom anzeigt. Dieses Spannungsgefälle, das verstärkt werden kann, wird unter Verwendung des zweiten Analog-Digital-Wandlers 38 erfasst. Batterie-Überwachungseinrichtung 14 berechnet dann den Batteriestrom nach dem Ohmschen Gesetz I = V / R; wobei V das bekannte Spannungsgefälle ist, R der bekannte Widerstandswert RS ist und I der Batteriestrom ist, der mit der Gleichung berechnet wird.
Im Folgenden wird neben weiterer Bezugnahme auf 1A auf 1B Bezug genommen, die ein Blockschaltbild eines anderen Fahrzeug-Netzwerks 40 mit einer Hochspannungsbatterie 42 und Batterie-Überwachungseinrichtung 14 zum Messen der Spannung und des Stroms der Hochspannungsbatterie 42 zeigt. Fahrzeug-Netzwerk 40 gleicht dem in 1A gezeigten Fahrzeug-Netzwerk 10, und gleiche Komponenten weisen die gleichen Bezugszeichen auf. Fahrzeug-Netzwerk 40 unterscheidet sich von dem in 1A gezeigten Fahrzeug-Netzwerk 10 dadurch, dass Fahrzeug-Netzwerk 40 eine Hochspannungsbatterie 42 anstelle von Hochspannungsbatterie 12 enthält. Im Unterschied zu Hochspannungsbatterie 12 ist Hochspannungsbatterie 42 eine „Niedrig“-Hochspannungs-Gleichstrombatterie (z. B. V_BAT < 60 V), und ein negativer Anschluss 16b von Hochspannungsbatterie 42 ist mit der Fahrzeug-Masse (Chassis) verbunden. Im Allgemeinen sind in Fahrzeug-Netzwerk 40 Hochspannungs-Stromnetz 18 und Niederspannungs-Stromnetz 20 nicht isoliert, und das negative Hochspannungsnetz 24b ist über den Shunt mit der Fahrzeug-Masse verbunden.
Im Folgenden wird neben weiterer Bezugnahme auf 1A und 1B auf 2 Bezug genommen, die ein Blockschaltbild eines anderen Fahrzeug-Netzwerks 50 mit einer Batterie 52 und einer Batterie-Überwachungseinrichtung 14 zum Messen der Spannung und des Stroms von Batterie 52 zeigt. Fahrzeug-Netzwerk 50 ist ebenfalls eine Gleichstromschaltung (DC). Batterie 52 ist eine einzelne Hauptbatterie für Fahrzeug-Netzwerk 50. Batterie 52 enthält zwei Anschlüsse, d. h. einen positiven Anschluss 54a und einen negativen Anschluss 54b.
Fahrzeug-Netzwerk 50 enthält des Weiteren ein Fahrzeug-Stromnetz 56. Stromnetz 56 schließt Lasten des Fahrzeugs ein. Der positive Anschluss 54a (BAT _+) von Batterie 52 ist mit der positiven Seite des Fahrzeug-Stromnetzes verbunden. Der negative Anschluss 54b von Batterie 52 dient als das Bezugspotenzial (GND). Der negative Anschluss 54b von Batterie 52 ist über Stromerfassungs-Shunt 36 von Batterie-Überwachungseinrichtung 14 (nicht in 2 gezeigt) mit der gemeinsamen Fahrzeug-Masse (Chassis) verbunden. Batterie 52 führt Batterie-Überwachungseinrichtung 14 Energie zu, die die Funktion von Batterie-Überwachungseinrichtung 14 ermöglicht.
Der Batteriestrom wird, wie oben unter Bezugnahme auf 1A, 1 B und 2 beschrieben, unter Verwendung eines Stromerfassungs-Shunt 36 von Batterie-Überwachungseinrichtung 14 gemessen, um ein Spannungsgefälle zu erzeugen. Das Spannungsgefälle wird unter Verwendung des zweiten Analog-Digital-Wandlers 38 von Batterie-Überwachungseinrichtung 14 erfasst. Der Batteriestrom wird dann unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes berechnet, wobei das Spannungsgefälle und der Widerstandswert RS von Stromerfassungs-Shunt die bekannten Werte in der Gleichung sind. In einigen Fällen, wie beispielsweise bei Elektrofahrzeugen, wird eine redundante Messung des Batteriestroms durchgeführt, um die Sicherheit des Systems zu verbessern.
Die Batteriespannung wird unter Verwendung eines (aus Widerständen R1 und R2 bestehenden) Spannungsteilers 30 von Batterie-Überwachungseinrichtung 14 mit relativ hoher Genauigkeit gemessen. Die durch Spannungsteiler 30 erzeugte geteilte Spannung wird unter Verwendung des ersten Analog-Digital-Wandlers 32 von Batterie-Überwachungseinrichtung 14 erfasst. Spannungsteiler 30 kann mit einem Schalter verbunden sein, um Stromverbrauch von der Batterie zu vermeiden, wenn sich das Fahrzeug im Ruhezustand befindet. Die Analog-Digital-Wandler 32 und 38 können parallel arbeiten, so dass die Batteriespannung und der Batteriestrom gleichzeitig gemessen werden.
Der Widerstandswert RS von Stromerfassungs-Shunt 36 kann sich, wie oben angedeutet, im Verlauf der Zeit ändern, wenn Stromerfassungs-Shunt 36 im Einsatz altert. Wenn sich der Widerstandswert RS von Stromerfassungs-Shunt 36 ändert, wird der durch Batterie-Überwachungseinrichtung 14 gemessene Batteriestrom möglicherweise mit einem nicht akzeptablen Fehler gemessen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zielen darauf ab, zu prüfen, ob die Batterie-Überwachungseinrichtung 14 den Batteriestrom innerhalb einer bestimmten Genauigkeit misst.
Im Folgenden wird neben weiterer Bezugnahme auf 1A, 1 B und 2 auf 3 Bezug genommen, die ein Blockschaltbild einer Batterie-Überwachungseinrichtung 60 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Batterie-Überwachungseinrichtung 60 enthält gleiche Komponenten wie Batterie-Überwachungseinrichtung 14 (siehe 1A, 1 B und 2), und diese Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Batterie-Überwachungseinrichtung 60 enthält im Einzelnen Spannungsmess-Teilschaltung 28 sowie Strommess-Teilschaltung 34. Spannungsmess-Teilschaltung 28 enthält Spannungsteiler 30, der aus Widerständen R1 und R2 besteht. Spannungsmess-Teilschaltung 28 enthält des Weiteren den ersten Analog-Digital-Wandler 32. Strommess-Teilschaltung 34 enthält Stromerfassungs-Shunt 36 sowie den zweiten Analog-Digital-Wandler 38.
Batterie-Überwachungseinrichtung 60 unterscheidet sich von Batterie-Überwachungseinrichtung 14 dadurch, dass Batterie-Überwachungseinrichtung 60 des Weiteren eine gesteuerte Stromquelle 62 enthält. Die gesteuerte Stromquelle 62 ist so konfiguriert, dass sie einen Bezugs- bzw. Kalibrierstrom l_REF relativ genau und stabil über einen zusätzlichen Stromweg 64 in Stromerfassungs-Shunt 36 injiziert.
Die gesteuerte Stromquelle 62 erzeugt den Bezugsstrom l_REF auf relativ einfache Weise unter Verwendung einer Spannungsquelle (V_SUP) 66, eines Schalters (S1) 68 sowie eines Widerstandes 70. Schalter 68 kann ein MOSFET sein. Widerstand 70 hat einen Widerstandswert RD, der erheblich höher ist als der Widerstandswert RS von Stromerfassungs-Shunt 36 (d. h. RD >> RS). Widerstand 70 sollte einen niedrigen Temperaturkoeffizienten (TCR) sowie hohe zeitliche Stabilität der Werte (wenigstens in gleichem Maße wie Stromerfassungs-Shunt 36) aufweisen. Dadurch kann der Strom I_REF durch Widerstand 70 leicht wie folgt berechnet werden: $I_REF = V_SUP/ (RD + RS) \approx V_SUP/RD .$
Im normalen Betrieb ist Schalter 68 geöffnet, und der durch Stromerfassungs-Shunt 36 fließende Strom ist der von dem Fahrzeug-Stromnetz bezogene Strom (d. h. der Batteriestrom von Batterie 72).
Wenn das Fahrzeug geparkt ist und keine Lasten aktiviert sind, beträgt der Batteriestrom von Batterie 72 0. Daher beträgt der durch Stromerfassungs-Shunt 36 fließende Batteriestrom 0. Der Stromkanal kann, wie weiter unten detailliert beschrieben, kalibriert werden, indem Schalter 68 über einen bestimmten Zeitraum geschlossen wird. Wenn Schalter 68 geschlossen ist, erzeugt die gesteuerte Stromquelle 62 den Bezugsstrom I_REF. Der Bezugsstrom l_REF fließt von Spannungsquelle V_SUP 66 durch Widerstand 70 hindurch und in den Stromerfassungs-Shunt 36 hinein und durch ihn hindurch.
Wenn der Bezugsstrom I_REF in Stromerfassungs-Shunt 36 injiziert wird, wird die im Folgenden beschriebene Analyse durchgeführt, um festzustellen, ob die Funktionalität von Batterie-Überwachungseinrichtung 60 zum Messen des Batteriestroms kalibriert werden sollte. Im Allgemeinen besteht ein Zweck der Analyse darin, festzustellen, ob sich der Widerstandswert RS von Stromerfassungs-Shunt 36 geändert hat, und wenn dies der Fall ist, wie stark. Eine Ände-rung des Widerstandswertes RS von Stromerfassungs-Shunt 36 kann, wenn sie bekannt ist, für von Batterie-Überwachungseinrichtung 60 durchgeführte nachfolgende Batteriestrom-Messung berücksichtigt werden, um so Batterie-Überwachungseinrichtung 60 zu kalibrieren. Desgleichen kann, wenn eine Änderung des Widerstandswertes RS von Stromerfassungs-Shunt 36 bekannt ist, dadurch eine Warnung bezüglich fehlerhafter Strommessung ausgelöst werden, wenn der Widerstandswert RS außerhalb eines akzeptablen Bereiches ist. Als Alternative dazu ist es, wenn eine derartige Änderung des Widerstandswertes RS von Stromerfassungs-Shunt 36 nicht erfasst wird und unberücksichtigt bleibt, möglich, dass die von Batterie-Überwachungseinrichtung 60 durchgeführten nachfolgenden Batteriestrom-Messungen mit einem nicht akzeptablen Fehler erfolgen.
Die Analyse schließt ein, dass a) der Bezugsstrom I_REF, der von der gesteuerten Stromquelle 62 über Stromerfassungs-Shunt 36 injiziert wird, mit b) dem Bezugsstrom l_REF verglichen wird, der unter Verwendung von Stromerfassungs-Shunt 36 gemessen wird. Der unter Verwendung von Stromerfassungs-Shunt 36 gemessene Bezugsstrom I_REF ist der gemessene Bezugsstrom I_REF_MEAS.
Der gemessene Bezugsstrom l_REF_MEAS wird aus dem gemessenen Spannungsgefälle über den Stromerfassungs-Shunt 36 und dem Widerstandswert RS von Stromerfassungs-Shunt 36 berechnet (d. h. l_REF_MEAS = (Spannungsgefälle über Stromerfassungs-Shunt 36) / RS). Das Spannungsgefälle über Stromerfassungs-Shunt 36 wird, wie oben beschrieben, von dem zweiten Analog-Digital-Wandler 38 gemessen. Der Widerstandswert RS von Stromerfassungs-Sensor 36 ist der aktuell bekannte Widerstandswert RS.
Wenn sich der Widerstandswert RS von Stromerfassungs-Shunt 36 nicht ändert, sind der Bezugsstrom l_REF und der gemessene Bezugsstrom I_REF_MEAS gleich. Ansonsten sind, wenn sich der Widerstandswert RS von Stromerfassungs-Shunt 36 so ändert, dass der Widerstandswert RS ein von dem Wert RS verschiedener unbekannter Wert ist, der Bezugsstrom l_REF und der gemessene Bezugstrom I_REF_MEAS ungleich. Dies zeigt an, dass sich der Ist-Widerstandswert RS von Stromerfassungs-Shunt 36 von dem aktuell bekannten Widerstandswert RS von Stromerfassungs-Shunt 36 unterscheidet, was bedeutet, dass sich der Widerstandswert von Stromerfassungs-Shunt 36 geändert hat. Die Änderung wird dann bewertet, um dem Widerstandswert von Stromerfassungs-Shunt 36 für zukünftige Messungen zu kompensieren oder eine Warnung auszulösen, wenn die Änderung außerhalb eines akzeptablen Bereiches liegt. Des Weiteren kann, wenn die Änderung verarbeitet wird und nicht plausibel ist, daraus geschlossen werden, dass ein Fehler in dem Kalibrierungssystem vorliegt (beispielsweise ein fehlerhafter I_REF), und eine geeignete Maßnahme kann ergriffen werden.
Die Analyse schließt, wie beschrieben, Kalibrierung der Bezugsstrom-Messung unter Verwendung von Gleichstrom-Injektion ein. Bei der Analyse wird der Bezugsstrom l_REF wie im Folgenden beschrieben berechnet. Zunächst wird die Spannung von Spannungsquelle V_SUP 66 der gesteuerten Stromquelle 62 gemessen. Der Wert des Bezugsstroms l_REF wird dann entsprechend der Gleichung $I_REF = V_SUP_MEAS/RD (RD > > RS)$
berechnet, wobei V_SUP_MEAS die gemessene Spannung von Spannungsquelle V_SUP 66 ist und RD der Widerstandswert RD von Widerstand 70 der gesteuerten Stromquelle 62 ist.
Bei der Analyse wird der gemessene Bezugsstrom I_REF_MEAS wie im Folgenden beschrieben gemessen. Zunächst bewirkt der über Stromerfassungs-Shunt 36 injizierte Bezugsstrom I_REF ein Spannungsgefälle über Stromerfassungs-Shunt 36. Der zweite Analog-Digital-Wandler 38 misst dieses Spannungsgefälle. Der Wert des gemessenen Bezugsstroms I_REF_MEAS wird dann entsprechend der Gleichung $I_REF_MEAS = (Spannungsgef \ddot{a} lle \ddot{u} ber Stromerfassungs - Shunt 36) /RS$
berechnet, wobei RS der aktuell bekannte Widerstandswert RS von Stromerfassungs-Shunt 36 ist.
Des Weiteren werden bei der Analyse der Bezugsstrom l_REF und der gemessene Bezugsstrom l_REF_MEAS dann miteinander verglichen. Der Bezugsstrom I_REF und der gemessene Bezugsstrom l_REF_MEAS sind, wie oben angedeutet, gleich, wenn der Widerstandswert RS von Stromerfassungs-Shunt 36 unverändert ist. Hingegen sind der Bezugsstrom l_REF und der gemessene Bezugsstrom I_REF_MEAS nicht gleich, wenn sich der Widerstandswert RS von Stromerfassungs-Shunt 36 geändert hat.
So können Änderungen des Widerstandswertes RS von Stromerfassungs-Shunt 36 gemessen werden, da der über Stromerfassungs-Shunt 36 injizierte Bezugsstrom I_REF aus einer von Stromerfassungs-Shunt 36 unabhängigen Messung bekannt ist (d. h. I_REF = V_SUP / RD). Es ist des Weiteren anzumerken, dass sich Teilschaltungen 28 und 34, die zum Messen der Spannung bzw. des Stroms eingesetzt werden, unterscheiden, so dass jeglicher Fehler an einer von ihnen ebenfalls erfasst wird.
Batterie-Überwachungseinrichtung 60 enthält des Weiteren eine Steuereinrichtung oder dergleichen (nicht dargestellt), die so konfiguriert ist, dass sie Funktion der gesteuerten Stromquelle 62 einschließlich Schalter S1 68 beim Erzeugen des Bezugsstroms l_REF steuert, die Span-nung von Spannungsquelle V_SUP 66 misst, die Analog-Digital-Wandler 32 und 38 steuert und ihre Ausgänge empfängt sowie verarbeitet, den Wert des Bezugsstroms I_REF und den Wert des unter Verwendung von Stromerfassungs-Shunt 36 gemessenen Bezugsstroms l_REF_MEAS vergleicht, feststellt, ob sich der Widerstandswert RS von Stromerfassungs-Shunt 36 gegenüber diesem Vergleich geändert hat oder nicht, und wenn ja, wie stark, den Widerstandswert RS so kalibriert, dass der Batteriestrom unter Verwendung von Stromerfassungs-Shunt 36 mit akzeptabler Genauigkeit gemessen wird, ein Warnsignal bei zu starker Abweichung des Widerstandswertes RS bereitstellt, usw.
Aus den Datenblättern des Widerstands-Herstellers von Widerstand 70 der gesteuerten Stromquelle 62 kann unter Verwendung von Worst-Case-Analyse die maximale Abweichung des Widerstandswertes RD berechnet werden. Weiterhin können die Unter- und die Ober-Grenze für den Wert des Bezugsstroms l_REF für eine gemessene Spannung von Spannungsquelle V_SUP 66 ermittelt werden (d. h. für einen gegebenen Wert von V_SUP_MEAS).
Wenn die gesteuerte Stromquelle 62 zusätzliche parallele Paare aus Schalter und Widerstand enthält, kann die gesteuerte Stromquelle 62 weitere andere Bezugsströme l_REF in Stromerfassungs-Shunt 36 injizieren. Dadurch wird Kompensation/Messung von Änderung des Widerstandswertes RS von Stromerfassungs-Shunt 36 mit mehreren gemessenen Arbeitspunkten möglich.
Wenn ein von 0 verschiedener Batteriestrom vorliegt, wenn das Fahrzeug geparkt ist, ist zu erwarten, dass dieser Batteriestrom relativ niedrig oder stabil ist oder eine geringe Frequenzänderung aufweist. So wird es möglich, den Bezugsstrom I_REF auch zu injizieren, ehe und nachdem dies getan wird, um zu gewährleisten, dass der Strom stabil ist und dass die Stromdifferenz nur auf den Bezugsstrom I_REF zurückzuführen ist.
Es wird bei weiterer Bezugnahme auf 3 auf 4A, 4B und 4C Bezug genommen, die jeweilige Blockschaltbilder der in 3 gezeigten Batterie-Überwachungseinrichtung 60 gemäß einer ersten, zweiten und dritten Variante zeigen. Die erste, zweite und dritte Variante von Batterie-Überwachungseinrichtung 60 stellt jeweilige Optionen zum Messen der Spannung von Spannungsquelle V_SUP 66 der gesteuerten Stromquelle 62 dar (d. h. zum Messen der gemessenen V_SUP_MEAS).
Bei der in 4A gezeigten ersten Variante enthält Spannungsmess-Teilschaltung 28 von Batterie-Überwachungseinrichtung 60 des Weiteren einen analogen Multiplexer 74. Multiplexer 74 hat zwei Anschlüsse, mit denen a) die von Spannungsteiler 30 erzeugte geteilte Spannung, die die Spannung von Batterie 72 anzeigt, und b) die Spannung von Spannungsquelle V_SUP 66 empfangen werden. Multiplexer 74 ist so konfiguriert, dass er zulässt, dass jeweils einer dieser Eingänge Analog-Digital-Wandler 32 von Spannungsmess-Teilschaltung 28 erreicht.
Bei der in 4B gezeigten zweiten Variante enthält Spannungsmess-Teilschaltung 28 von Batterie-Überwachungseinrichtung 60 des Weiteren einen zusätzlichen Analog-Digital-Wandler 76. Die Analog-Digital-Wandler 32 und 76 empfangen die durch Spannungsteiler 30 erzeugte geteilte Spannung bzw. die Spannung von Spannungsquelle V_SUP 66.
Bei der in 4C gezeigten dritten Variante wird Batterie 72 als Spannungsquelle V_SUP 66 eingesetzt. Das heißt, bei dieser Variante weist die gesteuerte Stromquelle 62 keine Spannungsquelle V_SUP 66 auf, und die Spannung von Batterie 72 dient dazu, den Bezugsstrom l_REF zu erzeugen, wenn der Schalter 68 geschlossen ist und die externe Last (nicht gezeigt) von Batterie 72 getrennt ist.
Im Folgenden wird auf 5 Bezug genommen, die ein Diagramm 80 zeigt, das Plausibilitätsprüfung des Vergleichs zwischen dem gemessenen Bezugsstrom I_REF_MEAS und dem Bezugsstrom l_REF bei dem Kalibrierungsprozess von Batterie-Überwachungseinrichtung 60 zeigt. Eine Plausibilitätsprüfung zwischen diesen zwei Werten (bzw. Gruppen von Werten) I_REF und I_REF_MEAS kann einfach implementiert werden. Diagramm 80 zeigt einen Prozess des Berechnens des Plausibilitätswertes des Vergleichs. Wenn der gemessene Wert l_REF_MEAS (mit Kurve 82 gekennzeichnet) einen vorgegebenen unteren Schwellenwert 84A nicht übersteigt, ist der Plausibilitätswert (mit Kurve 86 gekennzeichnet) der Messung intakt (d. h. der Plausibilitätswert = 1,0). Wenn der gemessene Wert I_REF_MEAS den unteren Schwellenwert 84A übersteigt, beginnt der Abfall des Plausibilitätswertes (d. h. 1,0 < Plausibilitätswert < 0). Wenn der gemessene Wert I_REF_MEAS einen vorgegebenen oberen Schwellenwert 84B übersteigt, nimmt der Plausibilitätswert maximal ab und erreicht einen Minimalwert (d. h. Plausibilitätswert = 0). In diesem Fall ist der gemessene Wert I_REF_MEAS nicht zuverlässig, und eine Warnmeldung sollte aktiviert werden.
Es ist zu bemerken, dass der untere und der obere Schwellenwert 84A und 84B auf den oben erwähnten Grenzen des Bezugsstroms I_REF basieren. Es können auch komplexere Algorithmen in Betracht gezogen werden (mit Bewertung früherer Messungen), um festzustellen, ob es der Widerstandswert RS ist, der einen akzeptablen Bereich verlassen hat, oder es der Bezugsstrom l_REF ist, der anomal ist (beispielsweise anomaler Widerstandswert RD).
Der Widerstandswert RS von Stromerfassungs-Shunt 36 ist üblicherweise bei Batterie-Überwachungseinrichtungen ein relativ niedriger Wert. Beispielsweise liegt der Widerstandswert RS üblicherweise in der Größenordnung von 100 µΩ. Daher sollte aufgrund des relativ niedrigen Wertes des Shunt-Widerstandes Kalibrierung bei relativ hohen Stromwerten durchgeführt werden, um fehlerhafte Messung in Stromerfassungs-Shunt 36 auf ein Minimum zu verringern. Relativ hohe Bezugsstromwerte sind am Ende des Fertigungsprozesses möglich, indem beispielsweise externe Quellen und Präzisions-Messgeräte eingesetzt werden. Derartige, vergleichsweise hohe Bezugsstrom-Werte können jedoch für integrierte Fahrzeug-Umgebungen aus praktischen Gründen problematisch sein (beispielsweise sind große und teure Schalter sowie Widerstände aufgrund von hohem Stromverbrauch/Verlust erforderlich). Des Weiteren müssen diese Systeme von den Batterien des Fahrzeugs gespeist werden.
Daher fällt ein Satz von Bezugsströmen I_REF, die für fahrzeugseitige Kalibrierung geeignet sind, in den Bereich 1A - 10A. Bei Niederspannungsbatterien (beispielsweise 12V - 48 V) sind Schalter und Widerstände, die den Weg zum Injizieren von Bezugsstrom l_REF der gesteuerten Stromquelle 62 in Batterie-Überwachungseinrichtung 60 bilden, zu günstigen Kosten und in einer Größe für eine Lösung wie in 4C erhältlich.
Bei Hochspannungsbatterien (z. B. 200V - 500V) sind jedoch Schalter und Widerstände zum Implementieren des Weges zum Injizieren von Bezugsstrom l_REF der gesteuerten Stromquelle 62möglicherweise nicht erhältlich, da sie möglicherweise relativ groß und teuer sind. Eine praktikablere Lösung für dieses Problem besteht im Einsatz einer internen Spannungszufuhrquelle, die wie in 4A und 4B von den (Hochspannungs- oder Niederspannungs-) Batterien des Fahrzeugs gespeist wird. Es sind verschiedene Optionen möglich.
Beispielsweise enthält, wie in 6A gezeigt, in einer Implementierung die gesteuerte Stromquelle 62 einen Gleichstromwandler 92 (beispielsweise einen Abwärtswandler (buck converter) 92), der anstelle von Spannungsquelle V_SUP 66 mit Hochspannungsbatterie 72 verbunden ist. Abwärtswandler 92 wandelt die Hochspannung von Hochspannungsbatterie 72 in eine niedrigere Spannung um. Beispielsweise wandelt Abwärtswandler 92 die Hochspannung von Hochspannungsbatterie in die Spannung V_SUP um, die als Ausgang von Spannungsquelle V_SUP 66 bezeichnet wird.
In einer anderen Implementierung enthält die gesteuerte Stromquelle 62, wie in 6B gezeigt, einen isolierten Wandler 94 als Spannungsquelle V_SUP 66. Der isolierte Wandler 94 wandelt die Spannung von einer Niederspannungs-12-V-Batterie in die Spannung V_SUP um. Dieser Typ isolierter Wandler ist leicht verfügbar, da er bereits eingesetzt wird, um Hochspannungs-Elektronikschaltungen (wie Sensoren und/oder Mikrocontroller) in Batterie-Überwachungseinrichtung 60 zu speisen. Dieser bereits vorhandene isolierte Wandler ist jedoch möglicherweise nicht in der Lage, starke Bezugsströme bereitzustellen. Eine mögliche Lösung besteht dabei darin, einen größeren isolierten Wandler einzusetzen, der diese starken Bezugsströme zuführen kann.
Im Folgenden wird unter weiterer Bezugnahme auf 3 auf 7 Bezug genommen, die ein Blockschaltbild von Batterie-Überwachungseinrichtung 60 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Zunächst schließt, wie oben beschrieben, die Analyse die von Batterie-Überwachungseinrichtung 60, wie sie in 3 dargestellt ist, angewendet wird Kalibrierung von Batteriestrom-Messung unter Verwendung von Gleichstrominjektion ein. Die von der in 7 gezeigten Batterie-Überwachungseinrichtung 60 angewendete Analyse schließt, wie weiter unten beschrieben, Kalibrierung von Batterie-Messung unter Verwendung eines Kondensator-Entladestroms ein.
Die Konfiguration von Batterie-Überwachungseinrichtung 60, wie sie in 7 dargestellt ist, dient als eine Alternative, bei der berücksichtigt wird, dass direktes Erzeugen eines Gleich-Bezugstroms l_REF mit 1A-10A von einer Spannungsquelle möglicherweise zu schwierig oder teuer ist (wie dies in den oben beschriebenen Beispielen der Fall sein kann). Bei der in 7 gezeigten Ausführungsform von Batterie-Überwachungseinrichtung 60 enthält die gesteuerte Stromquelle 62 eine leicht verfügbare Niederspannungs-Schwachstrom-Quelle V_SUP 66. Niederspannungsquelle V_SUP 66 dient dazu, einen Kondensator C über einen Widerstand RC bei relativ niedrigem Strom zu laden. Die in dem Kondensator C gespeicherte Ladung wird anschließend zum Erzeugen des Bezugsstroms l_REF verwendet.
Zunächst ist Schalter S2 AN, während Schalter S1 AUS ist. Der Kondensator C wird so auf eine bestimmte Spannung V_C geladen. Dieser Wert von Spannung V_C wird aufrechterhalten, bis das Fahrzeug angehalten wird, und kein Strom von dem Fahrzeug-Stromnetz durch Stromerfassungs-Shunt 36 fließt.
Anschließend wird, um den Bezugsstrom l_REF zu erzeugen, Schalter 2 geöffnet (wodurch der Kondensator C von der Niederspannungsquelle V_SUP 66 getrennt wird), und dann Schalter S1 geschlossen. Dieser Vorgang (S2 AN und Laden; S1 AN und Entladen über Widerstand RS) kann zur weiteren Verbesserung mit einer gegebenen Abtastrate f_S wiederholt werden.
Dann wird die Spannung V_C gemessen, und der gemessene Wert der Spannung V_C (d. h. V_C_MEAS) dient dazu, den Wert des Bezugsstroms l_REF mit der Gleichung $I_REF = (V_C_MEAS) /RD (RD > > RS)$
zu berechnen. Der berechnete Wert des Bezugsstroms l_REF wird dann mit dem gemessenen Bezugsstrom l_REF_MEAS verglichen, der unter Verwendung von Stromerfassungs-Shunt 36 gemessen wird.
Mit diesem Verfahren können N Strompaare (I_REF (i), l_REF_MEAS (i), usw.) gemessen werden, die von den Werten von RD, C und der Abtastrate f_S abhängen, bis eine bestimmte Absolutfehler-Messung erreicht ist. Auf diese Weise kann eine Plausibilitätsprüfung implementiert werden, wie sie oben beschrieben ist. Nachdem der Messungs-und-Vergleichs-Prozess abgeschlossen ist, werden beide Schalter S1 und S2 geöffnet, so dass normaler Betrieb von Hochspannungsbatterie 72 zum Ansteuern einer externen Last stattfinden kann.
Obwohl oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen der vorliegenden Erfindung beschreiben. Vielmehr sind die in der Patentbeschreibung verwendeten Formulierungen beschreibende und keine beschränkenden Formulierungen, und es versteht sich, dass verschiedene Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Des Weiteren können die Merkmale verschiedener Umsetzungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auszubilden.

Claims

Sensor (60) zum Überwachen von Batteriestrom, wobei der Sensor (60) umfasst: einen Shunt (36), der einen Widerstand mit einem Ist-Wert hat; gekennzeichnet durch eine steuerbare Stromquelle (62), die so konfiguriert ist, dass sie einen bekannten Stromwert (I_REF) in den Shunt (36) injiziert; und eine Steuereinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie einen gemessenen Wert (I_REF MEAS) des Stroms durch den Shunt (36) als eine Funktion eines gemessenen Wertes eines Spannungsgefälles über den Shunt (36), das von dem injizierten bekannten Stromwert (I_REF) durch den Shunt (36) verursacht wird, sowie eines angenommenen Wertes (RS) des Widerstandes des Shunt (36) erzeugt; wobei die Steuereinrichtung des Weiteren so konfiguriert ist, dass sie erfasst, dass sich der angenommene Wert (RS) des Widerstandes des Shunt (36) von dem Ist-Wert des Widerstandes des Shunt (36) unterscheidet, wenn sich der injizierte bekannte Stromwert (I_REF) und der gemessene Wert (I_REF_MEAS) des Stroms voneinander unterscheiden.
Sensor nach Anspruch 1, wobei: die Steuereinrichtung des Weiteren so konfiguriert ist, dass sie erfasst, dass der angenommene Wert (RS) des Widerstandes des Shunt (36) der gleiche ist wie der Ist-Wert des Widerstandes des Shunt (36), wenn der injizierte bekannte Stromwert (I_REF) und der gemessene Wert des Stroms gleich sind.
Sensor nach Anspruch 1, der des Weiteren umfasst: einen Analog-Digital-Wandler (38), der elektrisch mit einem Knoten verbunden ist, der mit einem Ende des Shunt (36) verbunden ist, wobei der Analog-Digital-Wandler (38) so konfiguriert ist, dass er den gemessenen Wert des Spannungsgefälles über den Shunt (36) erzeugt, das von dem injizierten bekannten Stromwert (I_REF) durch den Shunt (36) bewirkt wird.
Sensor nach Anspruch 1, wobei: die Steuereinrichtung des Weiteren so konfiguriert ist, dass sie eine Differenz zwischen dem angenommenen Wert (RS) und dem Ist-Wert des Widerstandes des Shunt (36) als eine Funktion einer Differenz zwischen dem injizierten bekannten Stromwert (I_REF) und dem gemessenen Wert (I_REF_MEAS) des Stroms erzeugt; und die Steuereinrichtung des Weiteren so konfiguriert ist, dass sie den angenommenen Wert (RS) des Widerstandes des Shunt (36) auf Basis der Differenz zwischen dem angenommenen Wert (RS) und dem Ist-Wert des Widerstandes des Shunt (36) kalibriert.
Sensor nach Anspruch 1, wobei: der Shunt (36) in Reihe mit einer Batterie (72) angeordnet ist, so dass Batteriestrom auf einem Stromweg von der Batterie durch den Shunt fließt; und die Stromquelle (62) so konfiguriert ist, dass der injizierte bekannte Stromwert (I_REF) auf einem zusätzlichen Stromweg (64) von der Stromquelle durch den Shunt (36) fließt.
Sensor nach Anspruch 5, wobei: die Steuereinrichtung des Weiteren so konfiguriert ist, dass sie eine Differenz zwischen dem angenommenen Wert (RS) und dem Ist-Wert des Widerstandes des Shunt (36) als eine Funktion einer Differenz zwischen dem injizierten bekannten Stromwert (I_REF) und dem gemessenen Wert (I_REF MEAS) des Batteriestroms erzeugt; und die Steuereinrichtung des Weiteren so konfiguriert ist, dass sie den angenommenen Wert (RS) des Widerstandes des Shunt (36) auf Basis der Differenz zwischen dem angenommenen Wert (RS) und dem Ist-Wert des Widerstandes des Shunt (36) kalibriert.
Sensor nach Anspruch 6, wobei: die Steuereinrichtung des Weiteren so konfiguriert ist, dass sie den gemessenen Wert (I_REF MEAS) des Batteriestroms durch den Shunt (36) als eine Funktion eines gemessenen Wertes des Spannungsgefälles über den Shunt (36), das von dem Batteriestrom durch den Shunt (36) verursacht wird, und des kalibrierten angenommenen Wertes (RS) des Widerstandes des Shunt (36) erzeugt.
Sensor nach Anspruch 1, wobei: die Steuereinrichtung des Weiteren so konfiguriert ist, dass sie den injizierten bekannten Stromwert (I_REF) des durch den Shunt (36) fließenden Stroms unabhängig vom Erzeugen des gemessenen Wertes (I_REF_MEAS) des Stroms durch den Shunt (36) berechnet.
Sensor nach Anspruch 1, wobei: die Stromquelle (62) eine Spannungsquelle (66), einen Widerstand (70) mit einem bekannten Widerstandswert (RD) sowie einen Schalter (68) enthält, die in Reihe geschaltet sind, um den bekannten Stromwert des Stroms in den Shunt (36) zu injizeiren; und die Steuereinrichtung des Weiteren so konfiguriert ist, dass sie den injizierten bekannten Stromwert (I_REF), der durch den Shunt (36) fließt, als eine Funktion einer gemessenen Spannung (V_SUP_MEAS) der Spannungsquelle (66) und des bekannten Widerstandswertes (RD) des Widerstandes (70) berechnet.
Sensor nach Anspruch 9, der des Weiteren umfasst: einen Analog-Digital-Wandler (32, 76), der elektrisch mit einem Knoten verbunden ist, der elektrisch zwischen die Spannungsquelle (66) und den Widerstand (70) geschaltet ist, wobei der Analog-Digital-Wandler (76) so konfiguriert ist, dass er den gemessenen Wert der Spannung (V_SUP_MEAS) der Spannungsquelle (66) erzeugt.
Sensor nach Anspruch 1, wobei: die Stromquelle (62) einen Widerstand mit einem bekannten Widerstandswert (RD) sowie einen Schalter (68) enthält, die in Reihe verbunden sind, und der Widerstand an einem Ende mit dem Schalter (68) verbunden ist und am anderen Ende mit einer Batterie (72) verbunden ist, die so konfiguriert ist, dass sie einer externen Last Strom zuführt, wodurch die Stromquelle (62) befähigt wird, den bekannten Stromwert (I_REF)in den Shunt (36) zu injizieren; und die Steuereinrichtung des Weiteren so konfiguriert ist, dass sie den injizierten bekannten Stromwert, der durch den Shunt (36) injiziert wird, als eine Funktion einer gemessenen Spannung (V_SUP_MEAS) der Batterie (72) und des bekannten Widerstandswertes (RD) des Widerstandes berechnet.
Sensor nach Anspruch 1, wobei: die Stromquelle (62) einen Widerstand mit einem bekannten Widerstandswert (RD) sowie einen Schalter enthält, die in Reihe verbunden sind, die Stromquelle (62) des Weiteren einen Gleichstromwandler (92) enthält, der Widerstand an einem Ende mit dem Schalter verbunden ist und am anderen Ende mit dem Gleichstromwandler (92) verbunden ist, und der Gleichstromwandler (92) mit einer Batterie (72) verbunden ist, die so konfiguriert ist, dass sie einer externen Last Strom zuführt, so dass die Stromquelle (62) befähigt wird, den bekannten Stromwert in den Shunt (36) zu injizieren; und die Steuereinrichtung des Weiteren so konfiguriert ist, dass sie den bekannten Stromwert (I_REF), der in den Shunt (36) injiziert wird, als eine Funktion einer gemessenen Spannung (V_SUP_MEAS) des Gleichstromwandlers (92) und des bekannten Widerstandswertes (RD) des Widerstandes berechnet.
Sensor nach Anspruch 1, wobei: die Stromquelle (62) einen Widerstand mit einem bekannten Widerstandswert (RD) sowie einen Schalter enthält, die in Reihe verbunden sind, die Stromquelle (62) des Weiteren einen isolierten Gleichstromwandler (94) enthält, der von einer Niederspannungsbatterie gespeist wird, und der Widerstand an einem Ende mit dem Schalter verbunden ist und am anderen Ende mit dem isolierten Gleichstromwandler (94) verbunden ist, so dass die Stromquelle (62) befähigt wird, den bekannten Stromwert (I_REF)in den Shunt (36) zu injizieren; und die Steuereinrichtung des Weiteren so konfiguriert ist, dass sie den bekannten Stromwert (I_REF), der in den Shunt (36) injiziert wird, als eine Funktion einer gemessenen Spannung (V_SUP_MEAS) des isolierten Gleichstromwandlers (94) und des bekannten Widerstandswertes (RD) des Widerstandes berechnet.
Sensor nach Anspruch 1, wobei: die Stromquelle (62) einen Kondensator (C), der mit einer Spannungsquelle (66) verbunden ist, einen Widerstand mit einem bekannten Widerstandswert (RD) sowie ein Paar Schalter enthält, die in Reihe verbunden sind, um den bekannten Stromwert (I_REF) in den Shunt (36) zu injizieren; und die Steuereinrichtung des Weiteren so konfiguriert ist, dass sie den injizierten bekannten Stromwert (I_REF) des über den Shunt (36) bereitgestellten Stroms als eine Funktion einer gemessenen Spannung (V_C_MEAS) des Kondensators (C) und des bekannten Widerstandswertes (RD) des Widerstandes berechnet.
Verfahren zum Überwachen von Batteriestrom, wobei das Verfahren die kennzeichnenden Schritte umfasst: Injizieren eines bekannten Stromwertes (I_REF) mittels einer gesteuerten Stromquelle (62) in einen Shunt (36), der einen Widerstand mit einem Ist-Wert hat; Erzeugen eines gemessenen Wertes (I_REF_MEAS) des Stroms durch den Shunt (36) als eine Funktion eines gemessenen Wertes des Spannungsgefälles über den Shunt (36), das von dem injizierten bekannten Stromwert (I_REF) durch den Shunt (36) verursacht wird, und eines angenommenen Wertes (RS) des Widerstandes des Shunt (36); und Erfassen, dass sich der angenommene Wert (RS) des Widerstandes des Shunt (36) von dem Ist-Wert des Widerstandes des Shunt (36) unterscheidet, wenn sich der injizierte bekannte Stromwert (I_REF) und der gemessene Wert (I_REF MEAS) des Stroms unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 15, das des Weiteren umfasst: Erfassen, dass der angenommene Wert (RS) des Widerstandes des Shunt (36) der gleiche ist wie der Ist-Wert des Widerstandes des Shunt (36), wenn der injizierte bekannte Stromwert (I_REF) und der gemessene Wert (I_REF_MEAS) des Stroms gleich sind.
Verfahren nach Anspruch 15, das des Weiteren umfasst: Erzeugen einer Differenz zwischen dem angenommenen Wert (RS) und dem Ist-Wert des Widerstandes des Shunt (36) als eine Funktion einer Differenz zwischen dem injizierten bekannten Stromwert (I_REF) und dem gemessenen Wert (I_REF_MEAS) des Stroms; und Kalibrieren des angenommenen Wertes (RS) des Widerstandes des Shunt (36) auf Basis der Differenz zwischen dem angenommenen Wert (RS) und dem Ist-Wert des Widerstandes des Shunt (36).
Verfahren nach Anspruch 15, wobei: der Shunt (36) in Reihe mit einer Batterie (72) angeordnet ist, so dass Batteriestrom auf einem Stromweg von der Batterie (72) durch den Shunt (36) fließt; der injizierte bekannte Stromwert (I_REF)auf einem zusätzlichen Stromweg (64) von der gesteuerten Stromquelle (62) in den Shunt (36) injiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 18, das des Weiteren umfasst: Erzeugen einer Differenz zwischen dem angenommenen Wert (RS) und dem Ist-Wert des Widerstandes des Shunt (36) als eine Funktion einer Differenz zwischen dem injizierten bekannten Stromwert (I_REF) und dem gemessenen Wert des Batteriestroms; und Kalibrieren des angenommenen Wertes (RS) des Widerstandes des Shunt (36) auf Basis der Differenz zwischen dem angenommenen Wert (RS) und dem Ist-Wert des Widerstandes des Shunt (36), und Erzeugen eines gemessenen Wertes (I_REF_MEAS) des Batteriestroms durch den Shunt (36) als eine Funktion eines gemessenen Wertes des Spannungsgefälles über den Shunt (36), das von dem Batteriestrom durch den Shunt (36) verursacht wird, und des kalibrierten angenommenen Wertes (RS) des Widerstandes des Shunt (36).
Verfahren nach Anspruch 15, das des Weiteren umfasst: Berechnen des injizierten bekannten Stromwertes (I_REF), der in den Shunt (36) injiziert wird, unabhängig vom Erzeugen des gemessenen Wertes (I_REF_MEAS) des Stroms über den Shunt (36).