DE102016202494A1 - battery sensor - Google Patents

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battery
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Thomas Klement
Martin Schramme
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Continental Automotive GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Batteriesensor mit einem ersten Signalverarbeitungspfad und einem zweiten Signalverarbeitungspfad, welche unterschiedliche Übertragungscharakteristika haben.The invention relates to a battery sensor having a first signal processing path and a second signal processing path, which have different transmission characteristics.

Description

Die Erfindung betrifft einen Batteriesensor mit zumindest einem ersten Messanschluss zum Anschließen eines Messwiderstands. The invention relates to a battery sensor having at least one first measuring connection for connecting a measuring resistor.

Batteriesensoren finden zunehmende Verbreitung, insbesondere in Kraftfahrzeugen, um elektrische Größen einer Batterie zu messen. Zu den elektrischen Größen gehören beispielsweise eine Spannung der Batterie, ein Gesamtstrom der Batterie, ein Innenwiderstand der Batterie, eine Temperatur der Batterie, eines Batteriepols oder eine Umgebungstemperatur der Batterie. Battery sensors are finding increasing use, especially in motor vehicles, to measure electrical quantities of a battery. The electrical quantities include, for example, a voltage of the battery, a total current of the battery, an internal resistance of the battery, a temperature of the battery, a battery pole or an ambient temperature of the battery.

Insbesondere kann es sich dabei um eine typische Autobatterie handeln, welche typischerweise ein Akkumulator ist. In particular, this may be a typical car battery, which is typically an accumulator.

Die Messungen der Batteriespannung und der Batterietemperatur werden typischerweise auf einem elektrischen Schaltkreis, welcher Bestandteil des Batteriesensors ist, ausgeführt.The measurements of the battery voltage and the battery temperature are typically performed on an electrical circuit which is part of the battery sensor.

Gemäß dem Stand der Technik weist der Batteriesensor typischerweise ein bis drei zueinander parallel arbeitende Signalverarbeitungspfade auf:

  • – einen ersten Signalverarbeitungspfad zur Messung des Batteriestroms,
  • – einen zweiten Signalverarbeitungspfad zur Messung der Batteriespannung, und
  • – einen dritten Signalverarbeitungspfad zur Messung der Batterietemperatur.
According to the prior art, the battery sensor typically has one to three mutually parallel signal processing paths:
  • A first signal processing path for measuring the battery current,
  • A second signal processing path for measuring the battery voltage, and
  • A third signal processing path for measuring the battery temperature.

Oftmals werden Teile der Signalverarbeitungspfade auch mehrfach verwendet, wobei beispielsweise ein Signalverarbeitungspfad wechselweise zur Temperatur- und Spannungsmessung verwendet werden kann, indem wechselweise das Batteriespannungssignal und das Temperatursensorsignal des Batteriesensors auf den Signalverarbeitungspfad geschaltet werden. Often, parts of the signal processing paths are also used multiple times, for example, a signal processing path can be used alternately for temperature and voltage measurement by alternately switching the battery voltage signal and the temperature sensor signal of the battery sensor to the signal processing path.

Weitere elektrische Größen der Batterie können beispielsweise auf Basis dieser drei messbaren Batteriegrößen von einem Mikrocontroller des Batteriesensors berechnet werden. Insbesondere ist häufig der Gesamtstrom wichtig, mit welchem die Batterie geladen und entladen wird. Further electrical variables of the battery can be calculated, for example, on the basis of these three measurable battery sizes by a microcontroller of the battery sensor. In particular, often the total current is important with which the battery is charged and discharged.

Zur Messung des Batteriestroms gibt es mehrere verschiedene Verfahren, zum Beispiel Magnetfeld-basierte oder Shunt-basierte Methoden. Letztere ermöglichen unter den weiteren Randbedingungen die genaueste Strommessung und sind daher am weitesten verbreitet. For measuring the battery current, there are several different methods, for example, magnetic field-based or shunt-based methods. The latter allow the most accurate current measurement under the other boundary conditions and are therefore the most widely used.

Um den Strom mit der erforderlichen Genauigkeit messen zu können, wird typischerweise ein Shunt bzw. ein Messwiderstand in den Hauptstrompfad des Batteriesensors integriert. Der Hauptstrompfad des Batteriesensors bildet dabei die elektrische Verbindung eines der beiden elektrischen Pole der Batterie mit einem von der Batterie wegführenden elektrischen Leiter, der die Gesamtheit aller an der Batterie angeschlossenen elektrischen Verbraucher und Ladegeräte mit diesem Batteriepol verbindet. Die Verbraucher sind dabei typischerweise über ein Chassis masseseitig miteinander verbunden. In order to measure the current with the required accuracy, a shunt or a measuring resistor is typically integrated into the main current path of the battery sensor. The main current path of the battery sensor forms the electrical connection of one of the two electrical poles of the battery with a leading away from the battery electrical conductor that connects the entirety of all connected to the battery electrical loads and chargers with this battery. The consumers are typically connected to each other via a chassis on the ground side.

Der Vorwiderstand dient gemäß dem Ohm’schen Gesetz dazu, eine elektrische Spannung zu erzeugen, wenn der Vorwiderstand von einem elektrischen Strom durchflossen wird. Diese Spannung ist typischerweise proportional zum Widerstand des Vorwiderstands und zu dem Strom, welcher durch den Vorwiderstand fließt. Wenn der Widerstand des Vorwiderstands bekannt ist und sich innerhalb der notwendigen Genauigkeit nicht ändert, ist es möglich, die über dem Vorwiderstand abfallende, gemessene Spannung jederzeit in einen Stromwert umzurechnen. The series resistor is used according to Ohm's law to generate an electrical voltage when the series resistor is traversed by an electric current. This voltage is typically proportional to the resistance of the series resistor and to the current flowing through the series resistor. If the resistance of the series resistor is known and does not change within the required accuracy, it is possible at any time to convert the measured voltage drop across the series resistor into a current value.

Der elektrische Widerstand des Vorwiderstands ist typischerweise sehr klein, um die Verlustleistung möglichst gering zu halten. Deshalb wird typischerweise ein Verstärker verwendet, um die am Vorwiderstand abfallende Spannung zu messen und in einen Stromwert umrechnen zu können. The electrical resistance of the series resistor is typically very small in order to minimize the power loss. Therefore, an amplifier is typically used to measure the voltage dropped across the resistor and convert it into a current value.

Wie jedes reale technische System ist auch der so bestimmte Stromwert mit verschiedenen Fehlern behaftet, die sich beispielsweise in Offset, relative Abweichung und Rauschen einteilen lassen. Like any real technical system, the current value thus determined is subject to various errors, which can be divided into, for example, offset, relative deviation and noise.

Der Offset-Fehler ist unabhängig von dem momentanen Strom und weitgehend auch unabhängig von der Zeit. Neben einigen weiteren physikalischen Effekten trägt der Verstärker für die Vorwiderstandsspannung einen wesentlichen Anteil am Offset-Fehler, sofern dieser nicht durch das sogenannte Chopping kompensiert wird. Beim Chopping wird der Analogwert der über dem Vorwiderstand abfallenden Spannung vor dem Verstärker periodisch umgepolt. Das verstärkte Signal wird vor oder nach der Digitalisierung phasengleich erneut umgepolt und gemittelt. Durch die Mittelwertbildung wird der Offset des Verstärkers herausgemittelt. The offset error is independent of the instantaneous current and largely independent of time. In addition to some other physical effects, the amplifier for the series resistor contributes a significant share of the offset error, unless this is compensated by the so-called chopping. During chopping, the analog value of the voltage drop across the series resistor before the amplifier is periodically reversed. The amplified signal is re-polarized in phase before and after digitization and averaged. By averaging, the offset of the amplifier is averaged out.

Der relative Fehler fasst die Abweichungen des Messwerts vom Idealwert zusammen, die proportional zum momentanen Strom sind. Er wird hauptsächlich durch Abweichungen des Widerstandswerts des Messwiderstands von seinem Nominalwert und von Abweichungen des Verstärkungsfaktors des Verstärkers von dessen Nominalwert verursacht. The relative error summarizes the deviations of the measured value from the ideal value, which are proportional to the instantaneous current. It is mainly caused by deviations of the resistance value of the measuring resistor from its nominal value and deviations of the amplification factor of the amplifier from its nominal value.

Dem Rauschen liegt eine Vielzahl von physikalischen Effekten zugrunde. Einen Hauptbeitrag zum Rauschen liefert das Chopping, da beim periodischen Umpolen Transientensignale bei hohen Frequenzen erzeugt werden. Das Rauschen ist, anders als Offset und relativer Fehler, ein individueller Fehler des jeweiligen Einzelmesswerts, der bei einer Filterung über eine entsprechend große Anzahl von Einzelmesswerten nahezu beliebig reduziert werden kann. The noise is based on a variety of physical effects. A major contribution to the noise provides the chopping, since the periodic polarity transient signals are generated at high frequencies. The noise, unlike offset and relative error, is an individual error of the respective individual measured value, which can be reduced almost arbitrarily when filtering over a correspondingly large number of individual measured values.

Aus dem ermittelten, fehlerbehafteten Stromwert können mithilfe eines Mikroprozessors weitere elektrische Größen der Batterie berechnet werden. From the determined faulty current value, further electrical quantities of the battery can be calculated by means of a microprocessor.

Ein Beispiel für eine solche elektrische Größe ist die in einer bestimmten Zeit insgesamt aus der Batterie entnommene oder zugeführte Leistung. Dies wird auch als Ladebilanz bezeichnet. Für die Berechnung der Ladebilanz ist es wichtig, dass die Strommessung mit einem möglichst geringen absoluten und relativen Fehler behaftet ist. An example of such an electrical quantity is the total power taken or supplied from the battery in a given time. This is also called a charge balance. For the calculation of the charge balance, it is important that the current measurement has the lowest possible absolute and relative error.

Ein weiteres Beispiel für eine elektrische Größe der Batterie, die auf Basis des gemessenen Stroms berechnet wird, ist der Innenwiderstand der Batterie. Dieser wird gemäß dem Ohm’schen Gesetz R = dU/dI berechnet, wobei dI die Differenz von zwei zu verschiedenen Zeiten gemessenen Werten des Batteriestroms ist und dU eine Differenz zwischen zeitgleich mit den Stromwerten gemessenen Spannungswerten der Batterie ist. Another example of an electrical size of the battery, which is calculated based on the measured current, is the internal resistance of the battery. This is calculated according to Ohm's law R = dU / dI, where dI is the difference between two values of the battery current measured at different times and dU is a difference between voltage values of the battery measured simultaneously with the current values.

Um den relativen Fehler der Strommessung möglichst klein zu halten, wird typischerweise ein über Temperatur und Lebensdauer hochpräziser Messwiderstand aus einer Widerstandslegierung mit speziellen Eigenschaften verwendet. Beispielsweise kann eine Kupfer-Nickel-Mangan-Legierung, insbesondere eine als Manganin bekannte Legierung, für den Messwiderstand verwendet werden. In order to keep the relative error of the current measurement as small as possible, typically a temperature resistance and high-precision measuring resistor made of a resistance alloy with special properties is used. For example, a copper-nickel-manganese alloy, in particular an alloy known as manganin, can be used for the measuring resistor.

Die am Messwiderstand abfallende Spannung wird typischerweise einem ebenfalls hochpräzisen Verstärker zugeführt. Dem Verstärker ist ein Chopper vorgeschaltet. Der Chopper ist in der Regel zu- oder abschaltbar oder permanent zugeschaltet. Das verstärkte Signal wird dann in einem Sigma-Delta-Analog-Digital-Wandler in einen Digitalwert umgewandelt. Die Digitalwerte werden in mehreren Filterstufen gefiltert, um die Auflösung zu erhöhen und das Rauschen zu verringern. Einer dieser Filterstufen ist eine zum Chopping phasengleiche Vorzeichenänderung vorgeschaltet, die das Chopping rückgängig macht und den Verstärker-Offset weitgehend eliminiert. Ein grundsätzlicher Nachteil der durch das Chopping erforderlichen Filterung ist die damit verbundene Verringerung der Bandbreite, d.h. die Unterdrückung hochfrequenter Signalanteile. The voltage drop across the measuring resistor is typically supplied to a likewise high-precision amplifier. The amplifier is preceded by a chopper. The chopper is usually switched on or off or permanently switched on. The amplified signal is then converted to a digital value in a sigma-delta analog-to-digital converter. The digital values are filtered in multiple filter levels to increase resolution and reduce noise. One of these filter stages is preceded by a sign change that is in phase for chopping, which reverses the chopping and largely eliminates the amplifier offset. A fundamental disadvantage of the filtering required by chopping is the associated reduction in bandwidth, i. the suppression of high-frequency signal components.

Durch derartige Maßnahmen lassen sich im Stand der Technik die Anforderungen an eine Ladestrombilanzierung und an die innere Widerstandsberechnung nur schlecht und mit hohem Aufwand erfüllen. By such measures can be in the prior art, the requirements for charging current balance and the internal resistance calculation only poorly and with great effort.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen Batteriesensor vorzusehen, welcher im Vergleich zur Ausführung gemäß dem Stand der Technik verbessert ist, beispielsweise eine höhere Genauigkeit oder Auflösung hat oder mit geringerem Aufwand realisierbar ist. It is therefore an object of the invention to provide a battery sensor, which is improved compared to the embodiment according to the prior art, for example, has a higher accuracy or resolution or can be realized with less effort.

Dies wird erfindungsgemäß durch einen Batteriesensor nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. This is inventively achieved by a battery sensor according to claim 1. Advantageous embodiments can be taken, for example, the dependent claims. The content of the claims is made by express reference to the content of the description.

Die Erfindung betrifft einen Batteriesensor. Dieser weist einen Messanschluss zum Anschließen eines Messwiderstands auf. The invention relates to a battery sensor. This has a measuring connection for connecting a measuring resistor.

Der Batteriesensor weist erfindungsgemäß einen ersten Signalverarbeitungspfad auf, welcher eingangsseitig mit dem ersten Messanschluss verbunden ist. Außerdem weist er einen zweiten Signalverarbeitungspfad auf, welcher eingangsseitig mit dem ersten Messwiderstand verbunden ist. Der erste Signalverarbeitungspfad weist dabei eine im Vergleich zum zweiten Signalverarbeitungspfad unterschiedliche Übertragungscharakteristik auf. According to the invention, the battery sensor has a first signal processing path, which is connected on the input side to the first measuring connection. In addition, it has a second signal processing path, which is connected on the input side to the first measuring resistor. The first signal processing path has a different transmission characteristic than the second signal processing path.

Durch die Verwendung zweier separater Signalverarbeitungspfade mit unterschiedlichen Signalverarbeitungscharakteristika kann genauer auf die Anforderungen bestimmter Messwerte hinsichtlich der Unterdrückung bestimmter Fehler eingegangen werden. Beispiele hierzu werden weiter unten ausführlich gegeben und erläutert. By using two separate signal processing paths with different signal processing characteristics, it is possible to more precisely address the requirements of certain measured values with regard to the suppression of specific errors. Examples of this will be given and explained in detail below.

Die Übertragungscharakteristik kann sich insbesondere auf die Übertragung von bestimmten Frequenzen beziehen. The transmission characteristic may relate in particular to the transmission of certain frequencies.

Gemäß einer Ausführung hat der erste Signalverarbeitungspfad eine Tiefpasscharakteristik. Der erste Signalverarbeitungspfad kann einen ausgangsseitig angeordneten Tiefpassfilter aufweisen. According to an embodiment, the first signal processing path has a low-pass characteristic. The first signal processing path may have a low-pass filter arranged on the output side.

Gemäß einer Ausführung hat der zweite Signalverarbeitungspfad eine Hochpasscharakteristik. Der zweite Signalverarbeitungspfad kann einen vorzugsweise eingangsseitig angeordneten Hochpassfilter aufweisen. According to an embodiment, the second signal processing path has a high-pass characteristic. The second signal processing path may have a high-pass filter preferably arranged on the input side.

Die erwähnten Tiefpassfilter und Hochpassfilter können grundsätzlich jeweils eingangsseitig, ausgangsseitig oder an einer beliebigen anderen Stelle innerhalb des jeweiligen Signalverarbeitungspfads angeordnet sein. Die genannten vorzugsweise zu verwendenden Positionen haben sich jedoch in der Praxis als besonders vorteilhaft für viele Anwendungen erwiesen. Gleiches gilt für andere in dieser Anmeldung angegebene Positionen.The mentioned low-pass filters and high-pass filters can in principle be arranged on the input side, on the output side or at any other point within the respective signal processing path. However, the above-mentioned preferably to be used positions have in the Practice has proved particularly advantageous for many applications. The same applies to other positions indicated in this application.

Gemäß einer Ausführung weist der erste Signalverarbeitungspfad einen ersten Verstärker und einen dem ersten Verstärker vorzugsweise unmittelbar nachgeschalteten ersten Analog-Digital-Wandler auf. Dies erlaubt ein Erfassen entsprechender Messwerte. According to one embodiment, the first signal processing path has a first amplifier and a first analog-to-digital converter, which is preferably connected directly downstream of the first amplifier. This allows detection of corresponding measured values.

Gemäß einer Ausführung weist der erste Signalverarbeitungspfad einen ersten Dezimationsfilter auf, welcher bevorzugt dem ersten Analog-Digital-Wandler nachgeschaltet ist. Ein solcher Dezimationsfilter kann insbesondere dazu dienen, von einer hohen auf eine niedrige Abtastrate zu wechseln. According to one embodiment, the first signal processing path has a first decimation filter, which is preferably connected downstream of the first analog-to-digital converter. Such a decimation filter can serve in particular to change from a high to a low sampling rate.

Gemäß einer Ausführung weist der erste Signalverarbeitungspfad einen dem ersten Verstärker vorgeschalteten Chopper und ein dem ersten Verstärker nachgeschaltetes, zum Chopper phasengleich arbeitendes Element zur Vorzeichenänderung auf. Damit kann ein Offset-Fehler vorteilhaft unterdrückt werden. According to one embodiment, the first signal processing path has a chopper connected upstream of the first amplifier and a sign change element downstream of the first amplifier, which operates in phase with the chopper. Thus, an offset error can be advantageously suppressed.

Gemäß einer Ausführung weist der zweite Signalverarbeitungspfad einen zweiten Verstärker und einen dem zweiten Verstärker vorzugsweise unmittelbar nachgeschalteten zweiten Analog-Digital-Wandler auf. Dies erlaubt die Erfassung entsprechender Messwerte. According to one embodiment, the second signal processing path has a second amplifier and a second analog-to-digital converter, which is preferably connected directly downstream of the second amplifier. This allows the acquisition of corresponding measured values.

Gemäß einer Ausführung weist der zweite Signalverarbeitungspfad einen zweiten Dezimationsfilter auf, welcher dem zweiten Analog-Digital-Wandler nachgeschaltet ist. According to one embodiment, the second signal processing path has a second decimation filter, which is connected downstream of the second analog-to-digital converter.

Gemäß einer Ausführung sind der erste Signalverarbeitungspfad und der zweite Signalverarbeitungspfad über einen gemeinsamen Anti-Aliasing-Filter mit dem ersten Messanschluss verbunden. Dies erlaubt das Vermeiden von Aliasing-Effekten. Alternativ hierzu kann der erste Signalverarbeitungspfad über einen ersten Anti-Aliasing-Filter mit dem ersten Messanschluss verbunden sein und der zweite Signalverarbeitungspfad kann über einen zweiten Anti-Aliasing-Filter mit dem ersten Messanschluss verbunden sein. According to one embodiment, the first signal processing path and the second signal processing path are connected to the first measurement port via a common anti-aliasing filter. This allows avoiding aliasing effects. Alternatively, the first signal processing path may be connected to the first measurement port via a first anti-aliasing filter, and the second signal processing path may be connected to the first measurement port via a second anti-aliasing filter.

Gemäß einer Ausführung weist der Batteriesensor ferner einen zweiten Messanschluss zur Verbindung mit einem Pol einer Batterie sowie einen dritten Signalverarbeitungspfad auf, welcher eingangsseitig mit dem zweiten Messanschluss verbunden ist. Der zweite Messanschluss kann damit insbesondere zur Messung einer Batteriespannung verwendet werden. Der dritte Signalverarbeitungspfad kann zur Verarbeitung entsprechender Messungen bzw. Messsignale verwendet werden. According to one embodiment, the battery sensor further has a second measuring connection for connection to one pole of a battery and a third signal processing path, which is connected on the input side to the second measuring connection. The second measuring connection can thus be used in particular for measuring a battery voltage. The third signal processing path can be used to process corresponding measurements or measurement signals.

Der dritte Signalverarbeitungspfad weist gemäß einer Ausführung einen weiteren Analog-Digital-Wandler und vorzugsweise einen dem weiteren Analog-Digital-Wandler nachgeschalteten weiteren Dezimationsfilter auf. Dies erlaubt die Erfassung und Verarbeitung entsprechender Messwerte. According to one embodiment, the third signal processing path has a further analog-to-digital converter and preferably a further decimation filter connected downstream of the further analog-to-digital converter. This allows the acquisition and processing of corresponding measured values.

Gemäß einer Ausführung weist der dritte Signalverarbeitungspfad eingangsseitig einen weiteren Anti-Aliasing-Filter auf. According to one embodiment, the third signal processing path has on the input side a further anti-aliasing filter.

Gemäß einer Ausführung weist der dritte Signalverarbeitungspfad ausgangsseitig einen weiteren Tiefpassfilter auf. Dies ermöglicht eine vorteilhafte Rauschunterdrückung. According to one embodiment, the third signal processing path has a further low-pass filter on the output side. This allows a favorable noise reduction.

Gemäß einer Ausführung weist der Batteriesensor ferner einen vierten Signalverarbeitungspfad auf, welcher eingangsseitig mit dem dritten Signalverarbeitungspfad, vorzugsweise unmittelbar mit einem Ausgang des weiteren Analog-Digital-Wandlers, verbunden ist. Dies ermöglicht eine spezielle Signalaufbereitung für bestimmte Funktionen. Der vierte Signalverarbeitungspfad weist dabei vorzugsweise einen Hochpass auf. According to one embodiment, the battery sensor also has a fourth signal processing path which is connected on the input side to the third signal processing path, preferably directly to an output of the further analog-to-digital converter. This enables special signal processing for certain functions. The fourth signal processing path preferably has a high pass.

Gemäß einer Ausführung weist der Batteriesensor ferner einen vierten Signalverarbeitungspfad auf, welcher mit dem zweiten Messanschluss verbunden ist. Dies ermöglicht eine direkte Messung der am zweiten Messanschluss anliegenden Messwerte bzw. Signale. Der vierte Signalverarbeitungspfad weist gemäß einer Ausführung einen noch weiteren Analog-Digital-Wandler auf. According to one embodiment, the battery sensor further comprises a fourth signal processing path which is connected to the second measurement port. This allows a direct measurement of the measured values or signals present at the second measuring connection. The fourth signal processing path has, according to one embodiment, a still further analog-to-digital converter.

Gemäß einer Ausführung weist der vierte Signalverarbeitungspfad vorzugsweise einen dem noch weiteren Analog-Digital-Wandler vorgeschalteten noch weiteren Hochpassfilter auf. According to one embodiment, the fourth signal processing path preferably has a further high-pass filter connected upstream of the still further analog-to-digital converter.

Gemäß einer Ausführung weist der vierte Signalverarbeitungspfad eingangsseitig einen noch weiteren Anti-Aliasing-Filter auf. According to one embodiment, the fourth signal processing path has on the input side a still further anti-aliasing filter.

Bezüglich der Funktionalitäten der erwähnten Filter sei insbesondere auf die obigen Ausführungen verwiesen. With regard to the functionalities of the filter mentioned, reference should be made in particular to the above statements.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist der Batteriesensor einen Messwiderstand auf, wobei ein Pol des Messwiderstands mit dem ersten Messanschluss verbunden ist. Dies ermöglicht eine vorteilhafte Integration des Messwiderstands in den Batteriesensor. Es sei jedoch verstanden, dass der Messwiderstand auch extern zum Batteriesensor ausgeführt sein kann. According to a preferred embodiment, the battery sensor has a measuring resistor, wherein one pole of the measuring resistor is connected to the first measuring connection. This allows an advantageous integration of the measuring resistor in the battery sensor. However, it should be understood that the measuring resistor can also be designed externally to the battery sensor.

Gemäß einer Ausführung ist in dem Batteriesensor ein erster Satz von Funktionen implementiert, welche von Ausgangsgrößen des ersten Signalverarbeitungspfads abhängen. Diese Funktionen hängen insbesondere nicht von Ausgangsgrößen weiterer Signalverarbeitungspfade ab. According to one embodiment, a first set of functions, which are outputs of the first one, are implemented in the battery sensor Depend on signal processing paths. In particular, these functions do not depend on output variables of further signal processing paths.

Gemäß einer Ausführung ist in dem Batteriesensor ein zweiter Satz von Funktionen implementiert, welche von Ausgangsgrößen des ersten Signalverarbeitungspfads und des dritten Signalverarbeitungspfads abhängen. Diese Funktionen hängen insbesondere nicht von Ausgangsgrößen weiterer Signalverarbeitungspfade ab. According to one embodiment, in the battery sensor, a second set of functions is implemented, which depend on outputs of the first signal processing path and the third signal processing path. In particular, these functions do not depend on output variables of further signal processing paths.

Gemäß einer Ausführung ist in dem Batteriesensor ein dritter Satz von Funktionen implementiert, welche von Ausgangsgrößen des zweiten Signalverarbeitungspfads abhängen. Diese Funktionen hängen insbesondere nicht von Ausgangsgrößen weiterer Signalverarbeitungspfade ab. According to one embodiment, in the battery sensor, a third set of functions is implemented, which depend on outputs of the second signal processing path. In particular, these functions do not depend on output variables of further signal processing paths.

Gemäß einer Ausführung ist in dem Batteriesensor ein vierter Satz von Funktionen implementiert, welche von Ausgangsgrößen des zweiten Signalverarbeitungspfads und des vierten Signalverarbeitungspfads abhängen. Diese Funktionen hängen insbesondere nicht von Ausgangsgrößen weiterer Signalverarbeitungspfade ab. According to one embodiment, in the battery sensor, a fourth set of functions is implemented, which depend on outputs of the second signal processing path and the fourth signal processing path. In particular, these functions do not depend on output variables of further signal processing paths.

Durch die Aufteilung der Funktionen in unterschiedliche Sätze kann insbesondere erreicht werden, dass diese Ausgangsgrößen bzw. Messwerte von Signalverarbeitungspfaden bekommen, welche entsprechend den Anforderungen der jeweiligen Funktionen optimiert sind. Dies kann beispielsweise eine besonders gute Unterdrückung von Rauschen oder eine besonders gute Unterdrückung eines Offsets bedeuten. By dividing the functions into different sets, it can be achieved, in particular, that these output variables or measured values receive signal processing paths which are optimized in accordance with the requirements of the respective functions. This can mean for example a particularly good suppression of noise or a particularly good suppression of an offset.

Zum ersten Satz von Funktionen kann beispielsweise eine Ladestrombilanz gehören. For example, the first set of functions may include a charging current balance.

Zum zweiten Satz von Funktionen kann beispielsweise eine Ladezustandsbestimmung im Ruhezustand gehören. For example, the second set of functions may include a sleep state determination.

Zum dritten Satz von Funktionen kann beispielsweise eine Rekalibrierung des Messwiderstands gehören. For example, the third set of functions may include a recalibration of the sense resistor.

Zum vierten Satz von Funktionen kann beispielsweise eine Innenwiderstandsberechnung gehören. For example, the fourth set of functions may include an internal resistance calculation.

Es sei jedoch verstanden, dass auch weitere Funktionen zu den jeweiligen Sätzen gehören können. However, it should be understood that other functions may also belong to the respective sentences.

Die Funktionen können gemäß einer Ausführung ferner auf einer Temperatur basieren. Diese kann auf unterschiedliche Arten und Weisen gemessen werden, welche typischerweise im Stand der Technik bekannt sind. The functions may also be temperature based, according to one embodiment. This can be measured in a variety of ways, which are typically known in the art.

Die Funktionen können beispielsweise auch auf Speicherinhalten oder auf anderen möglichen Eingangsgrößen, insbesondere solchen, welche nicht von den Signalverarbeitungspfaden stammen, basieren. The functions may, for example, also be based on memory contents or on other possible input variables, in particular those which do not originate from the signal processing paths.

Allgemein gesagt wird vorgeschlagen, anstelle nur eines Signalverarbeitungspfads für die Strommessung zwei parallel zueinander arbeitende Signalverarbeitungspfade für die Strommessung zu verwenden. Beide Signalverarbeitungspfade dienen dazu, aus der am Messwiderstand für die Strommessung abfallenden Spannung Strom-Messwerte zu bilden. Die Signalverarbeitungspfade weisen insbesondere je einen Verstärker und unterschiedliche weitere Komponenten auf und weisen somit unterschiedliches Verhalten bezüglich Offset, Rauschen, Bandbreite und weiteren Messwerteigenschaften auf. Generally speaking, it is proposed to use, instead of only one signal processing path for the current measurement, two parallel signal processing paths for the current measurement. Both signal processing paths serve to form current measured values from the voltage dropping at the measuring resistor for the current measurement. In particular, the signal processing paths each have an amplifier and different further components and thus have different behavior with regard to offset, noise, bandwidth and other measured value properties.

Der erste Signalverarbeitungspfad ist typischerweise so ausgelegt, dass die von ihm erzeugten Messwerte bzw. Ausgangsgrößen einen möglichst geringen Offset-Fehler aufweisen, beispielsweise indem dieser Signalverarbeitungspfad einen Chopper enthält, der dem Verstärker vorgeschaltet wird. Die von diesem ersten Signalverarbeitungspfad erzeugten Messwerte sind in erster Linie dafür geeignet, die Ladestrombilanzierung durchzuführen und eine über längere Zeiten sehr präzise Strommessung auch bei sehr kleinen Strömen zu ermöglichen. The first signal processing path is typically designed such that the measured values or output variables generated by it have the lowest possible offset error, for example in that this signal processing path contains a chopper which is connected upstream of the amplifier. The measured values generated by this first signal processing path are primarily suitable for carrying out charging current balancing and for enabling very precise current measurement over relatively long periods, even at very low currents.

Der zweite Signalverarbeitungspfad ist typischerweise so ausgelegt, dass die von ihm erzeugten Messwerte bzw. Ausgangsgrößen ein möglichst geringes Rauschen bei gleichzeitig hoher Bandbreite aufweisen. Dieser zweite Signalverarbeitungspfad soll vorzugsweise keinen Chopper aufweisen. Er kann einen dem Verstärker vorgeschalteten oder nachgeschalteten Hochpassfilter aufweisen. Die von diesem zweiten Signalverarbeitungspfad erzeugten Messwerte bzw. Ausgangsgrößen sind in erster Linie für die Auswertung von kurzzeitigen Strompulsen, aber auch für die Batterie-Innenwiderstandsberechnung geeignet. The second signal processing path is typically designed such that the measured values or output variables generated by it have the lowest possible noise with a simultaneously high bandwidth. This second signal processing path should preferably have no chopper. It may have a high-pass filter upstream or downstream of the amplifier. The measured values or output variables generated by this second signal processing path are primarily suitable for the evaluation of short-term current pulses, but also for the battery internal resistance calculation.

Der erste Signalverarbeitungspfad und der zweite Signalverarbeitungspfad können insbesondere parallel arbeiten. The first signal processing path and the second signal processing path can in particular work in parallel.

Als eine besonders vorteilhafte Ausführung hat es sich herausgestellt, einen Signalverarbeitungspfad für die Batteriespannungsmessung identisch mit dem zweiten Signalverarbeitungspfad für die Strommessung zu gestalten, dessen Messwerte für die Innenwiderstandsberechnung der Batterie verwendet werden. As a particularly advantageous embodiment, it has been found to make a signal processing path for the battery voltage measurement identical to the second signal processing path for the current measurement, whose measured values are used for the internal resistance calculation of the battery.

Durch die hierin beschriebene Ausgestaltung können insbesondere erhöhte Anforderungen an die Qualität einer Innenwiderstandsberechnung erfüllt werden. Bei modernen Fahrzeugen kann das Starten eines Verbrennungsmotors oder der Betrieb eines Generators zeitweise oder ganz entfallen. Beispielsweise kann dies bei Verwendung einer Start-Stopp-Automatik der Fall sein. Die verbleibenden Anregungen auf dem Bordnetz, die für die Innenwiderstandsberechnung verwendet werden können, sind dann typischerweise viel geringer und erfordern eine entsprechend höhere Messgenauigkeit und eine höhere Bandbreite. Die Anforderungen an die höhere Messgenauigkeit betreffen dabei in erster Linie das Rauschen. Der Grund hierfür ist, dass gemäß dem Ohm’schen Gesetz R = dU/dI ein Wert für dI berechnet werden soll, bei dem zwei zu verschiedenen Zeiten gebildete Strommesswerte voneinander abgezogen werden. Da jeder einzelne dieser Werte mit Rauschen behaftet ist, weist die Differenz dI der Werte ein deutlich schlechteres Signal-zu-Rausch-Verhältnis auf als die Rohwerte der Strommessung. Hingegen entfällt der Offset-Fehler der Messwerte bei der Bildung der Differenz. Daher ist es zielführend, bei der Auslegung des Signalverarbeitungspfads weniger Wert auf die Vermeidung des Offset-Fehlers zu legen und dafür das Rauschen klein zu halten. By the embodiment described herein, in particular increased demands on the quality of an internal resistance calculation can be met. In modern vehicles starting a combustion engine or the operation of a generator can be omitted temporarily or completely. For example, this may be the case when using an automatic start-stop system. The remaining excitations on the on-board network that can be used for the internal resistance calculation are then typically much lower and require a correspondingly higher measurement accuracy and a higher bandwidth. The requirements for the higher measuring accuracy primarily relate to the noise. The reason for this is that, according to Ohm's Law R = dU / dI, a value for dI is to be calculated in which two current measured values formed at different times are subtracted from each other. Since each one of these values is noise-sensitive, the difference dI of the values has a significantly poorer signal-to-noise ratio than the raw values of the current measurement. By contrast, the offset error of the measured values in forming the difference is eliminated. Therefore, it is expedient to lay in the design of the signal processing path less emphasis on avoiding the offset error and to keep the noise small.

Weitere, über den Stand der Technik hinausgehende Anforderungen an die Messwertqualität kommen aus dem Wunsch, Abweichungen des Messwiderstands zur Laufzeit zu erkennen und zu kompensieren. Hierzu können beispielsweise zusätzliche periodische Strompulse mit genau bekannter Amplitude auf den vorhandenen Laststrom des Fahrzeugs, welcher durch den Messwiderstand fließt, addiert werden. Der von den Pulsen erzeugte zusätzliche Spannungsabfall am Messwiderstand wird dann typischerweise mit entsprechender Genauigkeit ermittelt. Dazu kann die Differenz des zum Zeitpunkt des anliegenden Strompulses gemessenen Signals am Messwiderstand mit mindestens einem zu einer anderen Zeit anliegenden Strompuls ermittelt werden. Diese Differenz soll möglichst genau sein. Daraus ergeben sich wiederum Anforderungen an möglichst geringes Rauschen. Außerdem sollen die Strompulse möglichst kurz sein. Daraus ergeben sich Anforderungen an eine hohe Bandbreite der Signalverarbeitungskette. Hingegen ist wieder der Offset der Messwerte unwichtig, weil er bei der Differenzbildung ohnehin eliminiert wird. Further demands on the measured value quality which go beyond the state of the art come from the desire to detect and compensate deviations of the measuring resistance at runtime. For this purpose, for example, additional periodic current pulses of precisely known amplitude to the existing load current of the vehicle, which flows through the measuring resistor, are added. The additional voltage drop across the measuring resistor generated by the pulses is then typically determined with appropriate accuracy. For this purpose, the difference of the signal measured at the time of the applied current pulse on the measuring resistor can be determined with at least one current pulse applied to another time. This difference should be as accurate as possible. This in turn results in requirements for the lowest possible noise. In addition, the current pulses should be as short as possible. This results in requirements for a high bandwidth of the signal processing chain. By contrast, the offset of the measured values is unimportant again, because it is eliminated anyway during the subtraction.

Wie weiter oben beschrieben wurde, ist die Verwendung eines Choppers eine gängige Methode zur Reduzierung des Offset-Fehlers. Um den im Endeffekt periodisch umgepolten Offset herauszumitteln ist eine entsprechende Mittelwertbildung über mindestens eine, in der Praxis zwei oder mehrere Umpolperioden vorteilhaft. Durch diese Filterung werden auch die im Messsignal enthaltenen höheren Frequenzanteile herausgefiltert, was wiederum bedeutet, dass die Bandbreite reduziert wird. Zudem hat der Chopper, wie bereits erwähnt, ungünstige Auswirkungen auf das Rauschen. As described above, the use of a chopper is a common way to reduce the offset error. In order to average out the offset that is periodically reversed in the end, a corresponding averaging over at least one, in practice two or more Umpolperioden advantageous. This filtering also filters out the higher frequency components contained in the measurement signal, which in turn means that the bandwidth is reduced. In addition, the chopper, as already mentioned, has adverse effects on the noise.

Es ist somit vorteilhaft, zur Berechnung verschiedener, aus der Differenz von Strommesswerten abgeleiteten elektrischen Größen, einen eigenen Signalverarbeitungspfad vorzusehen, welcher eine hohe Bandbreite und geringes Rauschen aufweist, welcher jedoch nicht auf einen geringen Offset-Fehler optimiert sein muss. It is therefore advantageous to provide a separate signal processing path for calculating various electrical quantities derived from the difference of current measurement values, which has a high bandwidth and low noise, but which does not have to be optimized for a low offset error.

Im Gegensatz dazu kann es ebenso sinnvoll sein, bereits in diesem Signalverarbeitungspfad alle niederfrequenten Signalanteile zu entfernen, da diese sich bei der späteren Differenzenberechnung ohnehin gegenseitig aufheben. Das Entfernen der niederfrequenten Signalanteile erfolgt dabei typischerweise mittels eines Hochpassfilters. Der Vorteil besteht darin, dass dann weitere Elemente dieses Signalverarbeitungspfads auf einen kleinen Messbereich und somit auf eine höhere Auflösung ausgelegt werden können. Somit sind die in diesem Signalverarbeitungspfad erzeugten Signale jedoch nicht mehr geeignet, die absolute Größe des Batteriestroms zu ermitteln. In contrast, it may also be expedient to remove all low-frequency signal components already in this signal processing path, since these cancel each other out anyway in the later difference calculation. The removal of the low-frequency signal components is typically carried out by means of a high-pass filter. The advantage is that then further elements of this signal processing path can be designed for a small measuring range and thus for a higher resolution. However, the signals generated in this signal processing path are no longer suitable for determining the absolute size of the battery current.

Deswegen ist erfindungsgemäß ein zweiter Signalverarbeitungspfad für die am Messwiderstand abfallende Spannung vorgesehen. Dieser kann wie im Stand der Technik der Ermittlung der absoluten Größe des Batteriestroms und aller daraus ableitbaren elektrischen Größen der Batterie dienen. For this reason, according to the invention, a second signal processing path is provided for the voltage drop across the measuring resistor. This can serve as in the prior art, the determination of the absolute size of the battery current and all electrical variables derived from the battery.

Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann den nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen entnehmen. Dabei zeigen:Further features and advantages will be apparent to those skilled in the embodiments described below with reference to the accompanying drawings. Showing:

1: einen Batteriesensor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 1 a battery sensor according to a first embodiment,

2: einen Batteriesensor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und 2 a battery sensor according to a second embodiment, and

3: einen Batteriesensor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. 3 A battery sensor according to a third embodiment.

In den 1, 2 und 3 ist jeweils ein Batteriesensor 5 dargestellt. Der Batteriesensor 5 weist jeweils einen Messwiderstand 6 auf. Dieser ist vorliegend intern im Batteriesensor 5 ausgeführt. In the 1 . 2 and 3 each is a battery sensor 5 shown. The battery sensor 5 each has a measuring resistor 6 on. This is present internally in the battery sensor 5 executed.

Zum Anschluss des Messwiderstands 6 weist der Batteriesensor 5 einen ersten Messanschluss 7 auf, welcher vorliegend rein intern ausgeführt ist. Es handelt sich hierbei faktisch um eine interne Verbindung zwischen dem Batteriesensor 6 und anderen Komponenten des Messwiderstands 6, auf welche weiter unten näher eingegangen wird. For connection of the measuring resistor 6 points the battery sensor 5 a first measuring connection 7 on, which in the present case is executed purely internally. This is actually an internal connection between the battery sensor 6 and others Components of the measuring resistor 6 , which will be discussed in more detail below.

Des Weiteren weist der Batteriesensor 5 einen zweiten Messanschluss 8 auf, welcher einen externen Anschluss darstellt. Furthermore, the battery sensor 5 a second measuring connection 8th on, which represents an external connection.

In der jeweils gezeigten Beschaltung ist der Batteriesensor 5 mit einer Batterie 10 sowie mit schematisch und summarisch dargestellten Verbrauchern 9 verbunden. Hierbei kann es sich insbesondere um typische Verbraucher eines Fahrzeugs handeln, beispielsweise Scheinwerfer, Anlasser oder elektronische Komponenten. In the wiring shown in each case is the battery sensor 5 with a battery 10 as well as with schematically and summarily presented consumers 9 connected. These may in particular be typical consumers of a vehicle, for example headlights, starters or electronic components.

Der Messwiderstand 6 ist dabei zwischen den Verbrauchern 9 und einem Minuspol der Batterie 10 verschaltet. Der interne erste Messanschluss 7 ist dabei mit demjenigen Pol des Messwiderstands 6 verbunden, welcher mit den Verbrauchern 9 verbunden ist. The measuring resistor 6 is between consumers 9 and a negative pole of the battery 10 connected. The internal first measuring connection 7 is with the pole of the measuring resistor 6 connected with the consumers 9 connected is.

Der zweite Messanschluss 8 ist mit einem Pluspol der Batterie 10 verbunden, mit welchem im Übrigen auch die Verbraucher 9 verbunden sind. The second measuring connection 8th is with a positive pole of the battery 10 which, by the way, consumers too 9 are connected.

Die gezeigte Beschaltung ermöglicht es, mittels des Messwiderstands 6 einen Stromfluss zwischen Verbrauchern 9 und Minuspol der Batterie 10 zu messen. Es sei verstanden, dass diese Verbindung auch über ein Chassis eines Fahrzeugs erfolgen kann. Des Weiteren ermöglicht die gezeigte Beschaltung, eine Spannung am Pluspol der Batterie 10 zu messen. Außerdem werden die Verbraucher 9 durch die Batterie 10 versorgt, da die Verbraucher 9 zwischen Pluspol und Minuspol der Batterie verschaltet sind. The wiring shown makes it possible, by means of the measuring resistor 6 a flow of electricity between consumers 9 and negative pole of the battery 10 to eat. It should be understood that this connection can also be made via a chassis of a vehicle. Furthermore, the wiring shown, a voltage at the positive pole of the battery 10 to eat. In addition, the consumers 9 through the battery 10 supplied as consumers 9 between positive pole and negative pole of the battery are interconnected.

Der Batteriesensor 5 wird aus dem Pluspol der zu überwachenden Batterie 10 mit Spannung versorgt und ist wie gezeigt ferner mit dem Minuspol der Batterie 10 verbunden, wodurch der Versorgungsund Messstromkreis geschlossen wird. The battery sensor 5 becomes out of the positive pole of the battery to be monitored 10 is energized and as shown is further connected to the negative pole of the battery 10 connected, whereby the supply and measuring circuit is closed.

In dem Batteriesensor 5 sind jeweils ein erster Signalverarbeitungspfad 1 und ein zweiter Signalverarbeitungspfad 2 zur Strommessung vorgesehen. Des Weiteren ist jeweils ein dritter Signalverarbeitungspfad 3 zur Spannungsmessung vorgesehen. In the battery sensor 5 are each a first signal processing path 1 and a second signal processing path 2 intended for current measurement. Furthermore, there is a third signal processing path in each case 3 intended for voltage measurement.

In den Ausführungen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (1) und dem dritten Ausführungsbeispiel (3) ist des Weiteren jeweils ein vierter Signalverarbeitungspfad 4 vorgesehen. Auch dieser dient der Spannungsmessung. Im zweiten Ausführungsbeispiel (2) sind dagegen jeweils insgesamt nur drei Signalverarbeitungspfade 1, 2, 3 vorhanden. In the embodiments according to the first embodiment ( 1 ) and the third embodiment ( 3 ) is further each a fourth signal processing path 4 intended. This too is used for voltage measurement. In the second embodiment ( 2 ), on the other hand, are only three signal processing paths in total 1 . 2 . 3 available.

Die Signalverarbeitungspfade 1, 2, 3, 4 erzeugen jeweilige Messwerte bzw. Ausgangsgrößen, welche von jeweils vorhandenen Funktionen X1, X2, Y1 und Y2 verwendet werden. The signal processing paths 1 . 2 . 3 . 4 generate respective measured values or output variables, which are used by existing functions X1, X2, Y1 and Y2.

Mit Y1 wird ein erster Satz von Funktionen bezeichnet, welche zur Berechnung abgeleiteter elektrischer Größen sehr genaue Absolutwerte des gemessenen Stroms benötigen. Ein Beispiel hierfür ist eine Ladestrombilanz. Y1 denotes a first set of functions which require very accurate absolute values of the measured current for the calculation of derived electrical quantities. An example of this is a charging current balance.

Mit Y2 wird ein zweiter Satz von Funktionen bezeichnet, welche zur Berechnung abgeleiteter elektrischer Größen sehr genaue Absolutwerte des gemessenen Stroms und der gemessenen Spannung benötigen. Ein Beispiel hierfür ist eine Ladezustandsbestimmung im Ruhezustand. Y2 denotes a second set of functions which require very accurate absolute values of the measured current and the measured voltage in order to calculate derived electrical quantities. An example of this is a state of charge determination in the idle state.

Mit X1 wird ein dritter Satz von Funktionen bezeichnet, welche zur Berechnung abgeleiteter elektrischer Größen sehr genaue Differenzwerte von Stromwerten, die zu unterschiedlichen Zeiten gemessen wurden, benötigen. Ein Beispiel hierfür ist eine Funktion zur Rekalibrierung des Messwiderstands 6. X1 denotes a third set of functions which require very accurate differential values of current values measured at different times to calculate derived electrical quantities. An example of this is a function for recalibrating the measuring resistor 6 ,

Mit X2 wird ein vierter Satz von Funktionen bezeichnet, welche zur Berechnung abgeleiteter elektrischer Größen sehr genaue Differenzwerte von Stromwerten und Spannungswerten benötigen, die zu unterschiedlichen Zeiten gemessen wurden. Ein Beispiel hierfür ist eine Innenwiderstandsberechnung. X2 denotes a fourth set of functions that require very accurate differential values of current values and voltage values measured at different times to calculate derived electrical quantities. An example of this is an internal resistance calculation.

Die Funktionen sind vorliegend in einem Prozessor des Batteriesensors 5 implementiert, welcher nicht separat dargestellt ist. Ein solcher Prozessor kann beispielsweise Speichermittel aufweisen oder mit Speichermitteln verbunden sein, wobei in den Speichermitteln Programmcode gespeichert ist, bei dessen Ausführung die entsprechenden Funktionen durchgeführt bzw. berechnet werden. The functions are present in a processor of the battery sensor 5 implemented, which is not shown separately. Such a processor may, for example, comprise memory means or be connected to memory means, wherein the memory means stores program code in the execution of which the corresponding functions are performed or calculated.

Messwerte für den Strom werden insbesondere von dem ersten Signalverarbeitungspfad 1 und dem zweiten Signalverarbeitungspfad 2 erzeugt. Messwerte für die Spannung werden insbesondere von dem dritten Signalverarbeitungspfad 3 und gegebenenfalls von dem vierten Signalverarbeitungspfad 4 erzeugt. Measured values for the current are in particular from the first signal processing path 1 and the second signal processing path 2 generated. Specifically, voltage readings are taken from the third signal processing path 3 and optionally from the fourth signal processing path 4 generated.

Sämtliche Funktionen können bei Bedarf auch Messwerte der Temperatur verarbeiten. All functions can also process measured values of the temperature if required.

Allen Ausführungsbeispielen gemeinsam ist die Auslegung des ersten Signalverarbeitungspfads 1 und des dritten Signalverarbeitungspfads 3 auf besonders genaue Absolutwerte der jeweiligen Messung und die Auslegung des zweiten Signalverarbeitungspfads 2 und des vierten Signalverarbeitungspfads 4 auf geringes Rauschen und geringe Dämpfung hoher Frequenzen. Beispielsweise wird durch die Kombination aus Hochpassfiltern (in den Figuren mit „HP“ bezeichnet) und Tiefpassfiltern (beispielsweise ein Anti-Aliasing-Filter, in den Figuren als „AAF“ bezeichnet) ein Bandpassverhalten erreicht. Allen Signalverarbeitungspfaden 1, 2, 3, 4 ist jeweils ein Anti-Aliasing-Filter AAF vorgeschaltet, welcher eine Verbesserung der Signalverarbeitung ermöglicht. Ein solcher Anti-Aliasing-Filter kann je nach Ausführungsbeispiel wie gezeigt entweder für einen einzigen Signalverarbeitungspfad 1, 2, 3, 4 oder auch für zwei Signalverarbeitungspfade 1, 2, 3, 4 vorgesehen sein. All embodiments have in common the design of the first signal processing path 1 and the third signal processing path 3 on particularly accurate absolute values of the respective measurement and the design of the second signal processing path 2 and the fourth signal processing path 4 on low noise and low Damping of high frequencies. For example, the combination of high pass filters (denoted by "HP" in the figures) and low pass filters (eg, an anti-aliasing filter, referred to in the figures as "AAF") achieves bandpass performance. All signal processing paths 1 . 2 . 3 . 4 is preceded in each case by an anti-aliasing filter AAF, which allows an improvement of the signal processing. Such an anti-aliasing filter may, depending on the embodiment, be as shown either for a single signal processing path 1 . 2 . 3 . 4 or for two signal processing paths 1 . 2 . 3 . 4 be provided.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Batteriesensors 5 gemäß der Erfindung. 1 shows a first embodiment of a battery sensor 5 according to the invention.

Der erste Signalverarbeitungspfad 1 für die Strommessung enthält dabei einen Chopper (Chop), einen Verstärker, einen Analog-Digital-Wandler (A/D), einen Dezimationsfilter (DF), ein zum Chopper phasengleich arbeitendes Element zur Vorzeichenänderung (Dechop) und einen Tiefpassfilter (LP). The first signal processing path 1 for the current measurement includes a chopper (Chop), an amplifier, an analog-to-digital converter (A / D), a decimation (DF), a chopper in phase working element for sign change (Dechop) and a low-pass filter (LP).

Der zweite Signalverarbeitungspfad 2 für die Strommessung enthält einen Hochpassfilter (HP) zur Unterdrückung unerwünschter Gleichstromanteile und einen Analog-Digital-Wandler (A/D). The second signal processing path 2 for current measurement includes a high-pass filter (HP) to suppress unwanted DC components and an analog-to-digital converter (A / D).

Der Anti-Aliasing-Filter (AAF) wird von beiden Signalverarbeitungspfaden 1, 2 für die Strommessung geteilt. The anti-aliasing filter (AAF) is used by both signal processing paths 1 . 2 shared for the current measurement.

Die beiden Signalverarbeitungspfade 3, 4 für die Spannungsmessung weisen einen gemeinsamen Anti-Aliasing-Filter (AAF) und einen gemeinsamen Analog-Digital-Wandler (A/D) auf. Die Komponenten der dritten und vierten Signalverarbeitungspfade 3, 4 entsprechen denen der ersten und zweiten Signalverarbeitungspfade 1, 2. Da eine vergleichsweise Offset-freie Messung der Batteriespannung wegen des nicht notwendigen Verstärkers kein Problem darstellt, kann vorliegend auf den Chopper bei der Spannungsmessung zugunsten des Rauschens generell verzichtet werden. Somit kann in den dritten und vierten Signalverarbeitungspfaden 3, 4 ein gemeinsamer Verstärker für beide Signalverarbeitungspfade 3, 4 benutzt werden. Sie unterscheiden sich demnach nur in der dem Analog-Digital-Wandler (A/D) nachgeschalteten Filterung, entsprechend den zugehörigen ersten und zweiten Signalverarbeitungspfaden. The two signal processing paths 3 . 4 for the voltage measurement have a common anti-aliasing filter (AAF) and a common analog-to-digital converter (A / D). The components of the third and fourth signal processing paths 3 . 4 correspond to those of the first and second signal processing paths 1 . 2 , Since a comparatively offset-free measurement of the battery voltage because of the unnecessary amplifier is not a problem, in the present case can be dispensed with the chopper in the voltage measurement in favor of noise in general. Thus, in the third and fourth signal processing paths 3 . 4 a common amplifier for both signal processing paths 3 . 4 to be used. They therefore differ only in the analog-to-digital converter (A / D) downstream filtering, according to the associated first and second signal processing paths.

2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Batteriesensors 5 gemäß der Erfindung. Dabei wurde im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel auf den Hochpass im zweiten Signalverarbeitungspfad 2 für Strom und im vierten Signalverarbeitungspfad 4 für Spannung verzichtet. Das günstigere Rausch- und Frequenzverhalten im Vergleich zu den zweiten und vierten Signalverarbeitungspfaden 2, 4 resultiert aus dem Verzicht auf den Chopper und die damit verbundene Tiefpassfilterung in der Stromund Spannungsverarbeitung. Der Entfall des Hochpassfilters kann vorteilhaft sein, weil der Hochpassfilter im zweiten Signalverarbeitungspfad 2 analog realisiert werden kann, im zugehörigen Signalverarbeitungspfad zur Spannungsmessung hingegen digital. Falls eine besonders genaue Übereinstimmung der Filtercharakteristika erforderlich ist, kann ein Verzicht auf den Hochpass die bessere Lösung sein. 2 shows a second embodiment of a battery sensor 5 according to the invention. In this case, in comparison with the first exemplary embodiment, the high pass in the second signal processing path was used 2 for current and in the fourth signal processing path 4 dispensed with tension. The better noise and frequency response compared to the second and fourth signal processing paths 2 . 4 results from the omission of the chopper and the associated low-pass filtering in the current and voltage processing. The elimination of the high-pass filter may be advantageous because the high-pass filter in the second signal processing path 2 can be realized analogously, in the associated signal processing path for voltage measurement, however, digital. If a particularly accurate match of the filter characteristics is required, a waiver of the high pass may be the better solution.

Die 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Batteriesensors 5 gemäß der Erfindung. Dabei wurden alle Signalverarbeitungspfade 1, 2, 3, 4 parallel zueinander aufgebaut. Somit kann beispielsweise in den ersten und dritten Signalverarbeitungspfaden 1, 3 ein anderer Typ eines Analog-Digital-Wandlers (A/D) benutzt werden als in den zweiten und vierten Signalverarbeitungspfaden 2, 4. Beispielsweise kann für die ersten und dritten Signalverarbeitungspfade 1, 3 ein relativ langsamer Sigma-Delta-Wandler eingesetzt werden, während für die zweiten und vierten Signalverarbeitungspfade 2, 4 ein schnellerer SAR(Sukzessive Approximation)-Wandler eingesetzt werden kann. The 3 shows a third embodiment of a battery sensor 5 according to the invention. Thereby all signal processing paths became 1 . 2 . 3 . 4 built parallel to each other. Thus, for example, in the first and third signal processing paths 1 . 3 another type of analog-to-digital converter (A / D) may be used than in the second and fourth signal processing paths 2 . 4 , For example, for the first and third signal processing paths 1 . 3 a relatively slow sigma-delta converter, while for the second and fourth signal processing paths 2 . 4 a faster SAR (successive approximation) converter can be used.

Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar. The claims belonging to the application do not constitute a waiver of the achievement of further protection.

Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.If, in the course of the procedure, it turns out that a feature or a group of features is not absolutely necessary, it is already desired on the applicant side to formulate at least one independent claim which no longer has the feature or the group of features. This may, for example, be a subcombination of a claim present at the filing date or a subcombination of a claim limited by further features of a claim present at the filing date. Such newly formulated claims or feature combinations are to be understood as covered by the disclosure of this application.

Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.It should also be noted that embodiments, features and variants of the invention, which are described in the various embodiments or embodiments and / or shown in the figures, can be combined with each other as desired. Single or multiple features are arbitrarily interchangeable. Resulting combinations of features are to be understood as covered by the disclosure of this application.

Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.Recoveries in dependent claims are not to be understood as a waiver of obtaining independent, objective protection for the features of the dependent claims. These features can also be combined as desired with other features.

Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.Features that are disclosed only in the specification or features that are disclosed in the specification or in a claim only in conjunction with other features may, in principle, be of independent significance to the invention. They can therefore also be included individually in claims to distinguish them from the prior art.

Claims (15)

Batteriesensor (5), aufweisend: – einen ersten Messanschluss (7) zum Anschließen eines Messwiderstands (6), – einen ersten Signalverarbeitungspfad (1), welcher eingangsseitig mit dem ersten Messanschluss (7) verbunden ist, und – einen zweiten Signalverarbeitungspfad (2), welcher eingangsseitig mit dem ersten Messanschluss (7) verbunden ist, – wobei der erste Signalverarbeitungspfad (1) eine im Vergleich zum zweiten Signalverarbeitungspfad (2) unterschiedliche Übertragungscharakteristik hat.Battery sensor ( 5 ), comprising: - a first measuring connection ( 7 ) for connecting a measuring resistor ( 6 ), - a first signal processing path ( 1 ), which on the input side with the first measuring connection ( 7 ), and - a second signal processing path ( 2 ), which on the input side with the first measuring connection ( 7 ), wherein the first signal processing path ( 1 ) one compared to the second signal processing path ( 2 ) has different transmission characteristics. Batteriesensor (5) nach Anspruch 1, wobei – der erste Signalverarbeitungspfad (1) eine Tiefpasscharakteristik hat; und/oder – der erste Signalverarbeitungspfad (1) einen vorzugsweise ausgangsseitig angeordneten Tiefpassfilter (LP) aufweist.Battery sensor ( 5 ) according to claim 1, wherein - the first signal processing path ( 1 ) has a low-pass characteristic; and / or the first signal processing path ( 1 ) has a preferably arranged on the output side low-pass filter (LP). Batteriesensor (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – der zweite Signalverarbeitungspfad (2) eine Hochpasscharakteristik hat; und/oder – der zweite Signalverarbeitungspfad (2) einen vorzugsweise eingangsseitig angeordneten Hochpassfilter (HP) aufweist.Battery sensor ( 5 ) according to one of the preceding claims, wherein - the second signal processing path ( 2 ) has a high-pass characteristic; and / or the second signal processing path ( 2 ) has a preferably arranged on the input side high-pass filter (HP). Batteriesensor (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – der erste Signalverarbeitungspfad (1) einen ersten Verstärker und einen dem ersten Verstärker vorzugsweise unmittelbar nachgeschalteten ersten Analog-Digital-Wandler (A/D) aufweist, und – der erste Signalverarbeitungspfad (1) vorzugsweise einen ersten Dezimationsfilter (DF) aufweist, welcher dem ersten Analog-Digital-Wandler (A/D) nachgeschaltet ist. Battery sensor ( 5 ) according to one of the preceding claims, wherein - the first signal processing path ( 1 ) comprises a first amplifier and a first analog-to-digital converter (A / D), preferably immediately after the first amplifier, and - the first signal processing path ( 1 ) preferably has a first decimation filter (DF) which is connected downstream of the first analog-to-digital converter (A / D). Batteriesensor (5) nach Anspruch 4, wobei – der erste Signalverarbeitungspfad (1) einen dem ersten Verstärker vorgeschalteten Chopper (Chop) und ein dem ersten Verstärker nachgeschaltetes, zum Chopper phasengleich arbeitendes Element (Dechop) zur Vorzeichenänderung aufweist.Battery sensor ( 5 ) according to claim 4, wherein - the first signal processing path ( 1 ) has a chopper (chop) connected upstream of the first amplifier and a sign-changing element (dechop), which operates downstream of the first amplifier and works in phase with the chopper. Batteriesensor (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – der zweite Signalverarbeitungspfad (2) einen zweiten Verstärker und einen dem zweiten Verstärker vorzugsweise unmittelbar nachgeschalteten zweiten Analog-Digital-Wandler (A/D) aufweist, und – der zweite Signalverarbeitungspfad (2) vorzugsweise einen zweiten Dezimationsfilter (DF) aufweist, welcher dem zweiten Analog-Digital-Wandler (A/D) nachgeschaltet ist.Battery sensor ( 5 ) according to one of the preceding claims, wherein - the second signal processing path ( 2 ) has a second amplifier and a second analog-to-digital converter (A / D), which is preferably directly connected downstream of the second amplifier, and - the second signal processing path ( 2 ) preferably has a second decimation filter (DF) which is connected downstream of the second analog-to-digital converter (A / D). Batteriesensor (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – der erste Signalverarbeitungspfad (1) und der zweite Signalverarbeitungspfad (2) über einen gemeinsamen Anti-Aliasing-Filter (AAF) mit dem ersten Messanschluss (7) verbunden sind; oder – der erste Signalverarbeitungspfad (1) mit einem ersten Anti-Aliasing-Filter (AAF) mit dem ersten Messanschluss (7) verbunden ist und der zweite Signalverarbeitungspfad (2) über einen zweiten Anti-Aliasing-Filter (AAF) mit dem ersten Messanschluss (7) verbunden ist.Battery sensor ( 5 ) according to one of the preceding claims, wherein - the first signal processing path ( 1 ) and the second signal processing path ( 2 ) via a common anti-aliasing filter (AAF) with the first measurement port ( 7 ) are connected; or the first signal processing path ( 1 ) with a first anti-aliasing filter (AAF) with the first measuring connection ( 7 ) and the second signal processing path ( 2 ) via a second anti-aliasing filter (AAF) with the first measuring connection ( 7 ) connected is. Batteriesensor (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – der Batteriesensor (5) ferner einen zweiten Messanschluss (8) zur Verbindung mit einem Pol einer Batterie (10) sowie einen dritten Signalverarbeitungspfad (3) aufweist, welcher eingangsseitig mit dem zweiten Messanschluss (8) verbunden ist, – wobei der dritte Signalverarbeitungspfad (3) zumindest einen weiteren Analog-Digital-Wandler (A/D) und vorzugsweise einen dem weiteren Analog-Digital-Wandler (A/D) nachgeschalteten weiteren Dezimationsfilter (DF) aufweist.Battery sensor ( 5 ) according to one of the preceding claims, wherein - the battery sensor ( 5 ) further comprises a second measuring connection ( 8th ) for connection to a pole of a battery ( 10 ) and a third signal processing path ( 3 ), which on the input side with the second measuring connection ( 8th ), the third signal processing path ( 3 ) has at least one further analog-to-digital converter (A / D) and preferably a further decimation filter (DF) connected downstream of the further analog-to-digital converter (A / D). Batteriesensor (5) nach Anspruch 8, wobei – der dritte Signalverarbeitungspfad (3) eingangsseitig einen weiteren Anti-Aliasing-Filter (AAF) aufweist; und/oder wobei – der dritte Signalverarbeitungspfad (3) ausgangsseitig einen weiteren Tiefpassfilter (LP) aufweist.Battery sensor ( 5 ) according to claim 8, wherein - the third signal processing path ( 3 ) has on the input side a further anti-aliasing filter (AAF); and / or wherein - the third signal processing path ( 3 ) has a further low-pass filter (LP) on the output side. Batteriesensor (5) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei – der Batteriesensor (5) ferner einen vierten Signalverarbeitungspfad (4) aufweist, welcher eingangsseitig mit dem dritten Signalverarbeitungspfad (3), vorzugsweise unmittelbar mit einem Ausgang des weiteren Analog-Digital-Wandlers (A/D), verbunden ist, – wobei der vierte Signalverarbeitungspfad (4) vorzugsweise einen Hochpass (HP) aufweist.Battery sensor ( 5 ) according to one of claims 8 or 9, wherein - the battery sensor ( 5 ) further comprises a fourth signal processing path ( 4 ), which on the input side with the third signal processing path ( 3 ), preferably directly connected to an output of the further analog-digital converter (A / D), - wherein the fourth signal processing path ( 4 ) preferably has a high pass (HP). Batteriesensor (5) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei – der Batteriesensor (5) ferner einen vierten Signalverarbeitungspfad (4) aufweist, welcher mit dem zweiten Messanschluss (8) verbunden ist, – wobei der vierte Signalverarbeitungspfad (4) einen noch weiteren Analog-Digital-Wandler (A/D) aufweist, – wobei der vierte Signalverarbeitungspfad (4) vorzugsweise einen dem noch weiteren Analog-Digital-Wandler (A/D) vorgeschalteten noch weiteren Hochpassfilter (HP) aufweist, und – wobei der vierte Signalverarbeitungspfad (4) vorzugsweise eingangsseitig einen noch weiteren Anti-Aliasing-Filter (AAF) aufweist.Battery sensor ( 5 ) according to one of claims 8 or 9, wherein - the battery sensor ( 5 ) further comprises a fourth signal processing path ( 4 ) which is connected to the second measuring port ( 8th ), the fourth signal processing path ( 4 ) has yet another analog-to-digital converter (A / D), - wherein the fourth signal processing path ( 4 ) preferably has a still further high-pass filter (HP) connected upstream of the still further analog-to-digital converter (A / D), and - wherein the fourth signal processing path ( 4 ) preferably has on the input side a still further anti-aliasing filter (AAF). Batteriesensor (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – der Batteriesensor (5) einen Messwiderstand (6) aufweist, – wobei ein Pol des Messwiderstands (6) mit dem ersten Messanschluss (7) verbunden ist. Battery sensor ( 5 ) according to one of the preceding claims, wherein - the battery sensor ( 5 ) a measuring resistor ( 6 ), - one pole of the measuring resistor ( 6 ) with the first measuring connection ( 7 ) connected is. Batteriesensor (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – in dem Batteriesensor (5) ein erster Satz von Funktionen (Y1) implementiert ist, welche von Ausgangsgrößen des ersten Signalverarbeitungspfads (1) abhängen; und/oder – in dem Batteriesensor (5) ein zweiter Satz von Funktionen (Y2) implementiert ist, welche von Ausgangsgrößen des ersten Signalverarbeitungspfads (1) und des dritten Signalverarbeitungspfads (3) abhängen; und/oder – in dem Batteriesensor (5) ein dritter Satz von Funktionen (X1) implementiert ist, welche von Ausgangsgrößen des zweiten Signalverarbeitungspfads (2) abhängen; und/oder – in dem Batteriesensor (5) ein vierter Satz von Funktionen (X2) implementiert ist, welche von Ausgangsgrößen des zweiten Signalverarbeitungspfads (2) und des vierten Signalverarbeitungspfads (4) abhängen.Battery sensor ( 5 ) according to one of the preceding claims, wherein - in the battery sensor ( 5 ) a first set of functions (Y1) is implemented, which of output variables of the first signal processing path (Y1) 1 ) depend; and / or - in the battery sensor ( 5 ) a second set of functions (Y2) is implemented, which of outputs of the first signal processing path (Y2) 1 ) and the third signal processing path ( 3 ) depend; and / or - in the battery sensor ( 5 ) a third set of functions (X1) is implemented, which of outputs of the second signal processing path ( 2 ) depend; and / or - in the battery sensor ( 5 ) a fourth set of functions (X2) is implemented, which of outputs of the second signal processing path (X2) 2 ) and the fourth signal processing path ( 4 ) depend. Batteriesensor (5) nach Anspruch 13, wobei – eine Ladestrombilanz zu dem ersten Satz von Funktionen (Y1) gehört; und/oder – eine Ladezustandsbestimmung im Ruhezustand zu dem zweiten Satz von Funktionen (Y2) gehört; und/oder – eine Rekalibrierung des Messwiderstands (6) zu dem dritten Satz von Funktionen (X1) gehört; und/oder – eine Innenwiderstandsberechnung zu dem vierten Satz von Funktionen (X2) gehört.Battery sensor ( 5 ) according to claim 13, wherein - a charging current balance belongs to said first set of functions (Y1); and / or - a sleep state determination belongs to the second set of functions (Y2); and / or - a recalibration of the measuring resistor ( 6 ) belongs to the third set of functions (X1); and / or - an internal resistance calculation belongs to the fourth set of functions (X2). Batteriesensor (5) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei – die Funktionen ferner auf einer Temperatur basieren.Battery sensor ( 5 ) according to one of claims 13 or 14, wherein - the functions are further based on a temperature.
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