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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einrichten eines Stromsensors mit einem Innenwiderstand, der vom zu messenden Strom abhängig ist, eine Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und einen Stromsensor mit der Steuervorrichtung.
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Zur Durchführung von Messungen eines zwischen einer elektrischen Energiequelle und einem elektrischen Verbraucher fliesenden elektrischen Stromes in einem Kraftfahrzeug kann in Reihe zwischen die elektrische Energiequelle und den elektrischen Verbraucher ein Stromsensor geschaltet werden. Ein derartiger Stromsensor ist beispielsweise aus der
DE 10 2011 078 548 A1 bekannt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Strommessung zu verbessern.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Testen eines Stromsensors mit einem Innenwiderstand, der vom zu messenden Strom abhängig ist, wobei der Innenwiderstand im Rahmen einer Regelung eines Istspannungsabfalls am Stromsensor auf einen Sollspannungsabfall einstellt wird, den Schritt Kalibrieren oder Plausibilisieren eines Betriebs des Stromsensors basierend auf einer Kennlinie, in der der zu messende Strom einer vom Innenwiderstand abhängigen Größe oder dem Innenwiderstand gegenübergestellt ist.
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Während mit dem Schritt Plausibilisieren die Funktionalität des Stromsensors grundsätzlich überprüfen werden kann, dann die Funktionalität des Stromsensors mit dem Schritt Kalibrieren grundlegend aufgebaut werden.
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Dem angegebenen Verfahren liegt die Überlegung zugrunde, dass sich eine gewöhnliche Strom-Spannungskennlinie des eingangs genannten Stromsensors, die im Übrigen einen gebrochen rationalen Verlauf hat, nicht ohne weiteres Aufzeichnen ließe, um die fehlerfreie Funktionalität durch Plausibilisieren festzustellen und/oder durch Kalibrieren sicherzustellen. Jedoch reagiert die Regelung des Stromsensors aus dem angegebenen Verfahren immer derart, dass sich bei einem verändernden Wert des zu messenden Stromes auch der Wert des Innenwiderstandes des Stromsensors ändert, um den Istspannungsabfall am Stromsensor gemäß dem Sollspannungsabfall am Stromsensor einzustellen. Ausgehend von dieser Überlegung wird im Rahmen des angegebenen Verfahrens erkannt, dass der Stromsensor anhand einer Kennlinie charakterisiert werden kann, in der der sich verändernde Innenwiderstand oder eine den sich verändernden Innenwiderstand beeinflussende Steuergröße über den zu messenden Strom aufgetragen ist. Diese Kennlinie macht sich das angegebene Verfahren zunutze, um die fehlerfreie Funktionalität des angegebenen Stromsensors im Rahmen der Kalibrierung oder Plausibilisierung zu sicherzustellen.
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In einer Weiterbildung des angegebenen Verfahrens ist der Istspannungsabfall am Stromsensor während des Einrichtens des Stromsensors kleiner, als im Normalbetrieb des Stromsensors. Dieser Weiterbildung liegt die Überlegung zugrunde, dass es für die korrekte Funktionalität des Stromsensors nicht darauf ankommt, ob der Stromsensor für alle erwartbaren Werte des zu messenden Stromes einen entsprechenden sich verändernden Innenwiderstand oder eine entsprechende diesen Innenwiderstand beeinflussende Steuergröße abbilden kann, sondern ob eine Form der aufgezeichneten Kennlinie einer erwartbaren Form entspricht. Die Form der Kennlinien ist aufgrund des Regelkreises des Stromsensors aus dem angegebenen Verfahren von der einzustellenden Sollspannung in einer bestimmten Weise abhängig. Das heißt, dass wenn die Form der Kennlinie im Testfall einer erwarteten Form entspricht, kann darauf geschlossen werden, dass der Stromsensor im Normalbetrieb auch funktioniert. Gleichfalls kann der Stromsensor basierend auf einer Kennlinie mit einer Sollform kalibriert werden.
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Besonders günstig an der Weiterbildung des angegebenen Verfahrens ist, dass die Kalibrierung oder die Plausibilisierung des Stromsensors basierend auf einem Strom durchgeführt werden kann, der deutlich kleiner ist, als die zu messenden Ströme im Normalbetrieb des Stromsensors. Auf diese Weise kann die Leistungsaufnahme des Stromsensors bei der Kalibrierung beziehungsweise Plausibilisierung und damit die Verlustleistung sowie die damit einhergehende Eigenerwärmung des Stromsensors klein gehalten werden.
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In einer besonderen Weiterbildung des angegebenen Verfahrens ist der Istspannungsabfall zum Testen des Stromsensors kleiner als 50%, bevorzugt kleiner als 20%, besonders bevorzugt kleiner als 10% des Wertes für den Istspannungsabfall im Normalbetrieb des Stromsensors.
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In einer zusätzlichen Weiterbildung des angegebenen Verfahrens ist der Istspannungsabfall während des Einrichtens des Stromsensors basierend auf einer maximal zulässigen elektrischen Leistungsaufnahme des Stromsensors während des Tests ausgewählt. Auf diese Weise können die Verlustleistung am Stromsensor und damit seine Erwärmung während seiner Einrichtung begrenzt gehalten werden.
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In einer anderen Weiterbildung des angegebenen Verfahrens setzt sich der Innenwiderstand des Stromsensors aus wenigstens zwei im Rahmen der Regelung steuerbaren parallel geschalteten Teilshunts zusammen, wobei zum Kalibrieren oder Plausibilisieren des Stromsensors wenigstens ein steuerbarer Teilshunt aus der Parallelschaltung entfernt wird. Auf diese Weise kann der Innenwiderstand des Stromsensors reduziert werden, wodurch bei einem gleichen Strom durch den Stromsensor der Istspannungsabfall am Stromsensor während des Testens des Stromsensors kleiner ist, als im Normalbetrieb des Stromsensors.
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Besonders bevorzugt verbleibt dabei zum Kalibrieren oder Plausibilisieren des Stromsensors maximal ein steuerbarer Teilshunt in der Parallelschaltung, so dass die Istspannungsabfall am Stromsensor während des Einrichtens und damit seine Leistungsaufnahme minimal ist.
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In einer alternativen oder zusätzlichen Weiterbildung umfasst das angegebene Verfahren den Schritt Festlegen eines Wertes für den Sollspannungsabfall zum Kalibrieren oder Plausibilisieren des Stromsensors basierend auf der Kennlinie. Auf diese Weise kann der Istspannungsabfall am Stromsensor über die Regelung beeinflusst werden. Da der Spannungsabfall am Stromsensor zusammen mit dem Strom durch den Stromsensor seinen Innenwiderstand bestimmt kann der Istspannungsabfall am Stromsensor während des Einrichtens des Stromsensors beeinflusst und daher kleiner ausgelegt werden, als im Normalbetrieb des Stromsensors.
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Dazu wird der festgelegte Sollspannungsabfall zum Kalibrieren oder Plausibilisiere des Stromsensors basieren der Kennlinie besonders bevorzugt kleiner gewählt, als ein Sollspannungsabfall im Normalbetrieb des Stromsensors.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Steuervorrichtung eingerichtet, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
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In einer Weiterbildung der angegebenen Steuervorrichtung weist die angegebene Vorrichtung einen Speicher und einen Prozessor auf. Dabei ist das angegebene Verfahren in Form eines Computerprogramms in dem Speicher hinterlegt und der Prozessor zur Ausführung des Verfahrens vorgesehen, wenn das Computerprogramm aus dem Speicher in den Prozessor geladen ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Computerprogramm Programmcodemittel, um alle Schritte eines der angegebenen Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer der angegebenen Vorrichtungen ausgeführt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Computerprogrammprodukt einen Programmcode, der auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist und der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird, eines der angegebenen Verfahren durchführt.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei:
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1 eine schematische Ansicht einer an einen Fahrzeugbatteriepol angeschlossene Fahrzeugbatterieschaltung mit zwei Stromsensoren;
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2 eine schematische Ansicht eines Regelkreises zur Steuerung des Stromsensors aus 1; und
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3 Kennlinien, in denen den Stromsensor durchfließende Ströme seinen Steuerspannungen in Abhängigkeit eines Spannungsabfalls am Stromsensor gegenübergestellt sind.
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In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
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Es wird auf die 1 und 2 Bezug genommen, die entsprechend eine schematische Ansicht einer an einen Fahrzeugbatteriepol 2 angeschlossene als Stromsensor ausgebildete Fahrzeugbatterieschaltung 4 mit zwei Teilshunts 6 und eine schematische Ansicht eines Regelkreises 8 zur Steuerung der Teilshunts 6 aus 1 zeigen.
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Der Fahrzeugbatteriepol 2 ist einer von zwei Fahrzeugbatteriepolen 2 einer Fahrzeugbatterie 10. Über die Fahrzeugbatteriepol 2 und den an einen der Fahrzeugbatteriepole 2 angeschlossene Fahrzeugbatterieschaltung 4 kann ein elektrischer Strom 12 von einer elektrischen Energiequelle 14, wie beispielsweise einer Steckdose aufgenommen oder an einen elektrischen Verbraucher 16, wie beispielsweise einen Antriebsmotor eines nicht weiter dargestellten Fahrzeuges abgegeben werden.
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Um zu vermeiden, dass der elektrische Verbraucher 16 direkt an die elektrische Energiequelle 14 angeschlossen wird, können die elektrische Energiequelle 14 und der elektrische Verbraucher 16 zusätzlich über einen Umschalter 18 voneinander elektrisch getrennt sein, so dass abhängig von der Stellung des Umschalters 18 entweder die elektrische Energiequelle 14 oder der elektrische Verbraucher 16 an die Fahrzeugbatterie 10 angeschlossen ist.
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Die Fahrzeugbatterieschaltung
4 mit den Teilshunts
6 kann gemäß dem in der
DE 10 2011 078 548 A1 offenbarten aktiven Shunt aufgebaut sein. Dazu weist jeder Teilshunt
6 in der vorliegenden Ausführung einen nicht näher referenzierten Feldeffekttransistor und eine nicht näher referenzierte Freilaufdiode auf, die in Durchlassrichtung von Source nach Drain verschaltet ist. Beide Teilshunts
6 sind miteinander parallel verschaltet.
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In 1 ist ferner eine Auswerteschaltung 20 gezeigt. Die Auswerteschaltung 20 kann Teil der Fahrzeugbatterieschaltung 4 oder als getrennte Schaltung ausgebildet sein. In der vorliegenden Ausführung ist die Fahrzeugbatterieschaltung 4 beispielhaft getrennt von der Auswerteschaltung 20 ausgebildet.
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Die Auswerteschaltung 20 steuert in der vorliegenden Ausführung die Feldeffekttransistoren der Teilshunts 6 derart, dass ein Spannungsabfall 22 über den Teilshunts 6 auf einem bestimmten Sollwert gehalten wird. Dazu empfängt die Auswerteschaltung 20 ein erstes elektrisches Potential 24, das von der Fahrzeugbatterie 10 aus gesehen vor den Teilshunt 6 abgegriffen wird und ein zweites elektrisches Potential 26 das von der Fahrzeugbatterie 10 aus gesehen hinter den Teilshunt 6 abgegriffen wird. Der Spannungsabfall 22 bestimmt sich aus der Differenz zwischen dem ersten elektrischen Potential 24 und dem zweiten elektrischen Potential 26.
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Durch Ansteuern der Gates der Feldeffekttransistoren der Teilshunt
6 mit einem Steuersignal
28 wird der Spannungsabfall
22 über den in
2 gezeigten Regelkreis
8 auf dem Sollwert
30 gehalten. Das Steuersignal
28 ist, wie in der
DE 10 2011 078 548 A1 gezeigt, abhängig vom zu messenden elektrischen Strom
12. Daher kann, wenn diese Abhängigkeit in der Auswerteschaltung
20 hinterlegt ist, der elektrische Strom
12 unmittelbar aus dem Steuersignal
28 abgeleitet werden. In der vorliegenden Ausführung sind die Teilshunts
6 und damit die Fahrzeugbatterieschaltung
4 derart verschaltet, dass sie den Strom
12 aus der Fahrzeugbatterie
10 heraus messen können. Um einen Strom
12 in die Fahrzeugbatterie
10 hinein messen zu können, wären weitere Teilshunts notwendig, die antiparallel zu den gezeigten Teilshunts
6 der
1 verschaltet sind. Das Messprinzip des in die Batterie hineinfließenden Stromes
12 würde dann dem zuvor beschriebenen Messprinzip entsprechen.
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Der Regelkreis 8 umfasst in der vorliegenden Ausführung als Regelstrecke die Fahrzeugbatterieschaltung 4, die über die Steuersignale 28 in der zuvor beschriebenen Weise angesteuert wird, so dass über den Teilshunts 6 der Fahrzeugbatterieschaltung 4 der Spannungsabfall 20 abgegriffen werden kann. Dieser Spannungsabfall 2 wird an einem Differenzglied 32 dem Sollwert 30 durch Differenzbildung gegenübergestellt, wobei sich eine Regeldifferenz 34 ergibt, die an einen dem Fachmann bekannten und in der Auswerteschaltung 20 angeordneten Regler 36 ausgegeben wird. Der Regler 36 erzeugt dann wiederum die Steuersignale 28, um den Spannungsabfall 22 auf dem Sollwert 30 zu halten.
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Weitere Details der Teilshunts
6 beziehungsweise ihrer Auswerteschaltung
20 können der bereits genannten
DE 10 2011 078 548 A1 entnommen werden.
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In der vorliegenden Ausführung soll die als Stromsensor ausgebildete Fahrzeugbatterieschaltung 4 auf ihre fehlerfreie Funktionalität hin getestet und/oder für ihre Funktion kalibriert werden. Dies wird in der vorliegenden Ausführung anhand einer der in 3 gezeigten Kennlinien 38, 40, 42 durchgeführt, die in einem Diagramm 44 aufgetragen sind, in dem das Steuersignal 28 über den zu messenden Strom 12 aufgetragen ist.
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Der Ausführung liegt die Überlegung zugrunde, dass das Steuersignal 28 den Innenwiderstand der Feldeffekttransistoren in den Teilshunts 6 einstellt, denn je größer der zu messende Strom 12 ist, desto kleiner muss der Innenwiderstand der Feldeffekttransistoren in den Teilshunts 6 sein, damit der Spannungsabfall 22 konstant bleibt. Bekanntermaßen sinkt der Innenwiderstand eines Feldeffekttransistors mit einer steigenden Ansteuerspannung. Je höher der Wert des Steuersignals 28 ist, desto kleiner ist damit der Innenwiderstand der Teilshunts 6.
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Aus den in 3 gezeichneten Kennlinien 38, 40, 42 ist das zuvor genannten Prinzip deutlich erkennbar, wonach der Regelkreis den Innenwiderstand der Teilshunts 6 im Falle eines steigenden zu messenden Strom 12 senkt, weil er diese mit einem entsprechend höheren Steuersignal 28 ansteuert. Die einzelnen Kennlinien 38, 40, 42 hängen dabei vom einzustellenden Spannungsabfall 22 ab. Je größer dieser gewählt ist, desto größer ist der mit der entsprechenden Kennlinie 38, 40, 42 messbare Strom 12.
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Während im Normalbetrieb der Fahrzeugbatterieschaltung 4 vergleichsweise hohe Ströme fließen, macht sich die Ausführung die zuvor genannte Erkenntnis für das Testen und/oder Kalibrieren der Fahrzeugbatterieschaltung 4 zunutze und wählt bewusst eine möglichst steile der drei Kennlinien aus, um das Testen und/oder Kalibrieren mit einem möglichst geringen Strom 12 und einem möglichst geringen Spannungsabfall 22 durchzuführen. Auf diese Weise kann die Leistungsaufnahme der Fahrzeugbatterieschaltung 4 gering gehalten werden.
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Einerseits kann die Auswerteschaltung 20 dazu einen der beiden Teilshunts 6 über einen Schalter 46 aus der Parallelschaltung der Fahrzeugbatterieschaltung 4 entfernen und so ihren Innenwiderstand erhöhen. Auf diese Weise würde der Spannungsabfall bei einem gleichen Strom 12 sinken, so dass die Fahrzeugbatterieschaltung 4 auf eine in die Bildebene der 3 hinein betrachtete linkere der Kennlinien 38, 40, 42 rutscht.
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Besonders bevorzugt wird die am weitesten links liegende 38 der Kennlinien 38, 40, 42 gewählt.
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Alternativ oder zusätzlich könnte auch der Sollwert 30 für den Spannungsabfall 22 niedriger gewählt werden, was zu dem gleichen Ergebnis führen würde.
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Ein maximaler Wert 48 des Steuersignals 28 könnte auf diese Weise im Test- oder Kalibrierungsfall mit einem niedrigeren Stromwert 50 des zu messenden Stromes 12 erreicht werden, als ein maximal messbarer Stromwert 52 im Normalbetrieb der Fahrzeugbatterieschaltung 4.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011078548 A1 [0002, 0028, 0031, 0033]
