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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Laststroms einer Batterie mit einem Batteriesensor, wobei der Batteriesensor zumindest einen Messwiderstand aufweist und zur Erfassung eines Spannungsabfalls über den zumindest einen Messwiderstand und zur Ermittlung des Laststroms aus dem Spannungsabfall ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen solchen Batteriesensor.
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Batteriesensoren werden in Fahrzeugen zur Erfassung der Batterieströme der Fahrzeugbatterie verwendet, um Aussagen über den Ladungszustand oder den Gesundheitszustand der Batterie treffen zu können. Der Batteriesensor ist üblicherweise an einem Batteriepol angeordnet und weist beispielsweise eine Batterieklemme zur Kontaktierung mit der Fahrzeugbatterie auf. Der Batteriesensor weist des Weiteren üblicherweise einen im Strompfad des Laststroms angeordneten Messwiderstand sowie eine Spannungserfassungseinrichtung auf, die den Spannungsabfall eines über den Messwiderstand fließenden Stroms, beispielsweise des Laststroms, erfassen kann. Bei bekanntem elektrischem Widerstand des Messstandes kann aus dem erfassten Spannungsabfall über den Messwiderstand über das ohmsche Gesetz der über den Messwiderstand fließende Strom, also der Laststrom, ermittelt werden.
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Der elektrische Widerstand des Messwiderstandes ist aber von vielen Faktoren abhängig und kann sich auch während des Betriebes bzw. über die Betriebsdauer des Batteriesensors ändern. Beispielsweise kann sich der elektrische Widerstand temperaturabhängig, durch Umwelteinflüsse oder aufgrund von Alterungseffekten ändern.
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Des Weiteren können Analog-Digital-Wandler oder Signalverstärker, die zur Signalverarbeitung verwendet werden, einen absoluten Messfehler, einen sogenannten Offset, aufweisen, der zu einer zusätzlichen Ungenauigkeit der Messergebnisse führen kann.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Kalibrierung eines Batteriesensors bekannt. Beispielsweise, wird zumindest ein Korrekturfaktor zur Anpassung des erfassten Spannungsabfalls und/oder des elektrischen Widerstandes ermittelt, um so die Genauigkeit der Strommessung zu verbessern. Die bekannten Verfahren haben aber jeweils Nachteile bzw. sind nicht bei allen im Fahrzeugbetrieb auftretenden Betriebszuständen verwendbar.
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Beispielsweise kann die Temperatur der Batterie oder des Batteriesensor, vorzugsweise des Messwiderstandes, erfasst werden. Vorab wurde ein Zusammenhang zwischen Temperatur und Korrekturfaktor ermittelt und beispielsweise eine Temperatur-Korrekturfaktor-Kennlinie ermittelt. Bei bekannter Temperatur kann der zu dieser Temperatur korrespondierende Korrekturfaktor oder der entsprechende elektrische Widerstand aus der Kennlinie entnommen und für die genaue Berechnung des elektrischen Widerstandes und somit des Stroms verwendet werden. Eine solche Ermittlung der Korrekturfaktoren über die Temperatur berücksichtigt aber nur temperaturbedingte Änderungen des elektrischen Widerstandes. Andere Widerstandsänderungen bzw. andere Einflüsse auf den elektrischen Widerstand, wie alterungsbedingte Änderungen oder Änderungen aufgrund von Umwelteinflüssen, werden nicht berücksichtigt. Zudem sind diese Verfahren von der Genauigkeit der Temperaturmessung abhängig.
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Alternativ ist bekannt, im Betrieb des Batteriesensors einen definierten, sehr genau bekannten oder gemessenen Referenzstrom an zumindest einen Messwiderstand anzulegen und den vom Referenzstrom verursachten zusätzlichen Spannungsabfall am Messwiderstand zu ermitteln. Aus diesem Spannungsabfall und dem bekannten Referenzstrom kann der genaue elektrische Widerstand des Messwiderstandes oder ein Korrekturfaktor zur Anpassung des elektrischen Widerstandes ermittelt werden. Diese Verfahren sind aber beispielsweise nicht geeignet, wenn es zu einer schnellen Temperaturänderung und einer daraus resultierenden Änderung des elektrischen Widerstandes kommt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie einen Batteriesensor bereitzustellen, die bei allen im Fahrzeug vorkommenden Betriebszuständen eine zuverlässige Bestimmung des Batteriestroms ermöglichen.
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Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zur Ermittlung des Batteriestroms einer Batterie mit einem Batteriesensor vorgesehen, wobei der Batteriesensor zumindest einen Messwiderstand aufweist und zur Erfassung eines Spannungsabfalls über den zumindest einen Messwiderstand und zur Ermittlung eines Batteriestroms aus dem Spannungsabfall ausgebildet ist. Der Batteriesensor weist zumindest zwei Erfassungseinrichtungen zur Erfassung jeweils zumindest eines Batterieparameters auf. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- a) Erfassen der zumindest zwei Batterieparameter sowie der zeitlichen Verläufe der Batterieparameter mit den zumindest zwei Erfassungseinrichtungen (26, 26a, 26b, 34),
- b) Bestimmen zumindest eines der Batterieparameter und/oder zumindest eines zeitlichen Verlaufes eines der Batterieparameters zur Bestimmung eines Korrekturfaktors in Abhängigkeit von den erfassten Batterieparameters und/oder der erfassten zeitlichen Verläufe der erfassten Batterieparameter,
- c) Ermitteln zumindest eines Korrekturfaktors mit dem zumindest einen ausgewählten Batterieparameter und/oder dem zeitlichen Verlauf des zumindest einen ausgewählten Batterieparameters,
- d) Bestimmen des Batteriestroms (18) aus einem zumindest über einem Messwiderstand (24, 24a, 24b) erfassten Spannungsabfall und dem zumindest einen Korrekturfaktor.
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Es werden also die Werte sowie die zeitlichen Verläufe von zumindest zwei Batterieparameter betrachtet, um für diese zeitlichen Verläufe jeweils zumindest einen, mit zumindest einem dieser Batterieparameter bestimmbaren Korrekturfaktor bzw. eine Methode zur Bestimmung des Korrekturfaktors mit einem dieser Batterieparameter auszuwählen, die eine möglichst genaue Bestimmung des Batteriestroms bzw. ein möglichst genaue Bestimmung des zumindest einen Korrekturfaktor ermöglichen. Beispielswiese werden hierbei die Werte der Batterieparameter betrachtet und/oder die Änderungsrate der Batterieparameter. Die Änderungsrate kann hierbei beispielsweise die Änderung des Batterieparameters in Abhängigkeit von der Zeit oder auch die Änderungsgeschwindigkeit des Batterieparameters in Abhängigkeit von der Zeit sein.
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Der Korrekturfaktor kann anschließend verwendet werden, um den elektrischen Widerstand des Messwiderstandes zu korrigieren bzw. einen genaueren Wert für den elektrischen Widerstand zu ermitteln. Der Korrekturfaktor kann aber auch nach Erfassung eines Spannungsabfalls über den Messwiderstand zur Anpassung eines aus dem Spannungsabfall ermittelten Spannungssignals verwendet werden.
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Dadurch kann zum einen jeweils die Methode bzw. der Batterieparameter ausgewählt werden, durch die bei den ermittelten zeitlichen Verläufen der Batterieparameter die genaueste Ermittlung eines Korrekturfaktoren bzw. des Batteriestroms möglich ist. Zum anderen kann der Batteriesensor einen einfacheren Aufbau aufweisen. Da jeweils nur aus einem Batterieparameter zumindest ein Korrekturfaktor bestimmt wird, müssen nicht alle mit den Erfassungseinrichtungen erfassten Signale gleichzeitig verarbeitet werden. Für die Erfassungseinrichtungen können somit beispielsweise gemeinsame Verarbeitungseinrichtungen, wie Analog-Digital-Wandler oder Verstärker, genutzt werden. In Abhängigkeit von der ausgewählten Methode bzw. dem ausgewählten Batterieparameter können die Verarbeitungseinrichtungen wechselweise zur Verarbeitung der jeweils Batterieparameter bzw. zur Ermittlung des Batteriestroms verwendet werden.
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Das Verfahren kann mit beliebigen Methoden zur Bestimmung von Korrekturfaktoren durchgeführt werden. Es ist lediglich erforderlich, dass mit den Methoden bei unterschiedlichen Betriebszuständen, also bei unterschiedlichen Werten und Verläufen der Batterieparameter, eine Bestimmung von Korrekturfaktoren möglich ist.
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Beispielsweise kann zumindest ein Batterieparameter eine Temperatur der Batterie und/oder des Batteriesensors umfassen, wobei aus der Temperatur ein Korrekturfaktor ermittelt werden kann, um eine temperaturbedingte Änderung des elektrischen Widerstandes zu kompensieren. Vorzugsweise ist der Batterieparameter die Temperatur des zumindest einen Messwiderstandes.
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Die Ermittlung zumindest eines Korrekturfaktors mit zumindest einer Temperatur umfasst beispielsweise die Auswahl eines Korrekturfaktors aus einem vorab ermittelten Zusammenhang zwischen der Temperatur und zumindest einem Korrekturfaktor, insbesondere aus einer Temperatur-Korrekturfaktor-Kennlinie. Es wird also vorab, beispielsweise auf einem Prüfstand, der elektrische Widerstand für bestimmte Temperaturen oder Temperaturverläufe bestimmt und gespeichert, beispielswiese in Form einer Kennlinie. Alternativ wird zumindest ein temperaturabhängiger Korrekturfaktor ermittelt und gespeichert. Wird eine Temperatur ermittelt, kann auf diese vorab gespeicherten Daten zugegriffen und mit dem entsprechenden Korrekturfaktor der elektrische Widerstand des Messwiderstandes ermittelt werden. Dies ermöglicht eine einfache und schnelle Ermittlung des elektrischen Widerstandes des Messwiderstandes bzw. eine Korrekturfaktors für den elektrischen Widerstand des Messwiderstandes.
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Zumindest ein Batterieparameter kann ein Spannungsabfall über zumindest einen Messwiderstand sein. Vorzugsweise umfasst hierbei eine Erfassungseinrichtung eine Spannungserfassungseinrichtung. Die Erfassungseinrichtung ist beispielsweise durch die Spannungserfassungseinrichtung gebildet, so dass keine separate Erfassungseinrichtung erforderlich ist.
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Die Ermittlung zumindest eines Korrekturfaktors mittels eines Spannungsabfalls über zumindest einen Messwiderstand umfasst vorzugsweise die folgenden Schritte:
- - Anlegen eines definierten Referenzstroms an zumindest einen Messwiderstand,
- - Ermitteln des Spannungsabfalls des Referenzstroms an dem zumindest einen Messwiderstand,
- - Ermitteln des Korrekturfaktors aus dem Spannungsabfall des Messstroms an dem zumindest einen Messwiderstand.
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Im Gegensatz zum sich im Fahrzeugbetrieb ständig ändernden Laststrom ist der Referenzstrom bekannt. Beispielsweise wird der Referenzstrom durch eine sehr genaue Referenzstromquelle bereitgestellt und/oder durch eine Referenzstrommesseinrichtung sehr genau ermittelt. Aus der aufgrund des Referenzstroms am Messwiderstand abfallenden Spannung kann über das ohmsche Gesetz der elektrische Widerstand des Messwiderstandes bzw. ein Korrekturfaktor für den elektrischen Widerstand des Messwiderstandes ermittelt werden. Mit diesem ermittelten elektrischen Widerstand bzw. dem ermittelten Korrekturfaktor kann mit dem Spannungsabfall des Laststroms der Laststrom bestimmt werden.
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Vorzugsweise liegt an dem zumindest einen Messwiderstand ein Laststrom an und es wird der Spannungsabfall des Laststroms und des Referenzstroms an dem zumindest einen Messwiderstand ermittelt wird. Die Bestimmung des Korrekturfaktors kann also während des Betriebes des Batteriesensors erfolgen.
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Für die Bestimmung des zumindest einen Korrekturfaktors über die Messung eines Spannungsabfalls aufgrund eines Referenzstroms ist es lediglich erforderlich, dass eine Unterscheidung des Spannungsabfalls aufgrund des Referenzstromes und des Spannungsabfall aufgrund des Laststromes möglich ist, um den zumindest einen Korrekturfaktor aus dem Spannungsabfall des Referenzstroms bestimmen zu können.
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Eine schnelle Temperaturänderung kann zu einer Veränderung des elektrischen Widerstandes des Messwiderstandes und somit zu einer Veränderung des erfassten Spannungsabfalls führen, die sich auf die Erfassung des Spannungsabfalls aufgrund des Referenzstroms auswirken. Ebenso kann ein sich schnell ändernder Laststrom, der eine Änderung des Spannungsabfalls am Messwiderstand aufgrund des Laststroms bewirkt, die Unterscheidung zwischen dem Spannungsabfall aufgrund des Laststromes und dem Spannungsabfall aufgrund des Referenzstroms erschweren. Des Weiteren kann ein im Verhältnis zum Referenzstrom hoher Laststrom, der einen großen Spannungsabfall verursacht, die Bestimmung des relativ geringen Spannungsabfalls aufgrund des Referenzstroms erschweren.
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Vorzugsweise wird daher als Batterieparameter zur Bestimmung des Korrekturfaktors zumindest eine Spannung ausgewählt, wenn
- - eine aus dem zeitlichen Verlauf der zumindest einen Temperatur ermittelte Änderungsrate unterhalb eines definierten Schwellenwertes liegt,
- - eine aus dem zeitlichen Verlauf der zumindest einen Spannung ermittelte Änderungsrate unterhalb eines definierten Schwellenwertes liegt und
- - der Laststrom unterhalb eines definierten Schwellenwertes liegt.
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Vorzugsweise kann bei Auswahl der vorstehend beschriebenen Methode zur Bestimmung des zumindest einen Korrekturfaktors zusätzlich die Temperatur der Batterie und/oder des Batteriesensors, insbesondere, des zumindest einen Messwiderstandes ermittelt werden und der vorab ermittelte Zusammenhang zwischen Temperatur und Korrekturfaktor, insbesondere die Temperatur-Korrekturfaktor-Kennlinie, mit der ermittelten Temperatur und dem zumindest einen, mit einer Spannung als Batterieparameter ermittelten Korrekturfaktor angepasst werden, wenn die Änderungsrate der Temperatur unterhalb eines Grenzwertes liegt, also sehr gering ist und/oder die Temperatur konstant ist.
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Ist die Temperatur konstant bzw. ändert sich nur sehr langsam, kann von einer homogenen Temperaturverteilung über den Messwiderstand und somit einer sehr genauen Bestimmung der Korrekturfaktoren aus dem Spannungsabfall durch den Referenzstrom ausgegangen werden. Der elektrische Widerstand des Messwiderstandes kann also sehr genau bestimmt werden. Da zudem die Temperatur sehr genau bekannt ist, können diese Werte zur Korrektur bzw. zur Kalibrierung des Zusammenhangs zwischen Temperatur und Korrekturfaktor verwendet werden, beispielsweise, um die temperaturabhängigen Korrekturfaktoren an alterungsbedingte oder umweltbedingte Änderungen des elektrischen Widerstandes des Messwiderstandes anzupassen.
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Vorzugsweise wird als Batterieparameter zur Bestimmung des Korrekturfaktors zumindest eine Temperatur ausgewählt, wenn
- - eine aus dem zeitlichen Verlauf der zumindest einen Temperatur ermittelte Änderungsrate nicht unterhalb eines definierten Schwellenwertes liegt,
- - eine aus dem zeitlichen Verlauf der zumindest einen Spannung ermittelte Änderungsrate nicht unterhalb eines definierten Schwellenwertes liegt oder
- - der Laststrom nicht unterhalb eines definierten Schwellenwertes liegt.
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Das heißt, wenn die Ermittlung des zumindest einen Korrekturfaktors über eine Spannung bzw. einen Spannungsabfall als Batterieparameter, beispielsweise aus den vorstehend beschriebenen Gründen, ungeeignet ist, wird zur Bestimmung des zumindest einen Korrekturfaktors zumindest eine Temperatur als Batterieparameter verwendet.
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Zur Lösung der Aufgabe ist des Weiteren ein Batteriesensor zur Bestimmung des Laststroms einer Batterie vorgesehen, der zumindest einen Messwiderstand aufweist und zur Erfassung eines Spannungsabfalls über den zumindest einen Messwiderstand und zur Ermittlung eines Batteriestroms aus dem Spannungsabfall ausgebildet ist. Der Batteriesensor weist zumindest zwei Erfassungseinrichtungen zur Erfassung jeweils zumindest eines Batterieparameters und eine Auswerteeinrichtung zur Ermittlung zumindest eines Korrekturfaktors aus zumindest einem Batterieparameter auf. Die Ermittlung des Laststroms erfolgt insbesondere mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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Zumindest eine Erfassungseinrichtung kann einen Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur der Batterie und/oder des Batteriesensors, insbesondere des zumindest einen Messwiderstandes, aufweisen.
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Des Weiteren kann zumindest eine Erfassungseinrichtung eine Spannungserfassungseinrichtung zur Erfassung eines Spannungsabfalls über zumindest einen Messwiderstand umfassen.
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Der Batteriesensor weist in der letztgenannten Ausführungsform vorzugsweise eine Referenzstromquelle zum Anlegen eines definierten Referenzstroms an zumindest einen Messwiderstand auf.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
- 1 eine erste Ausführungsform eines Batteriesensors und
- 2 eine zweite Ausführungsform eines Batteriesensors
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In 1 ist ein Batteriesensor 10 zur Messung eines Batteriestroms einer Batterie in einem Fahrzeug gezeigt. Der Batteriesensor 10 weist einen ersten Anschluss 12 sowie einen zweiten Anschluss 14 auf und ist im Laststrompfad 16 des Fahrzeugs angeordnet, so dass der Laststrom 18 des Fahrzeugs durch den Batteriesensor 10 fließt.
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Der Batteriesensor 10 kann zumindest zwei Batterieparameter erfassen, in der gezeigten Ausführungsform die Temperatur des Messwiderstandes, die Batteriespannung sowie den Laststrom, um Aussagen über den Ladungszustand und den Gesundheitszustand der Batterie zu treffen.
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Der Batteriesensor 10 hat hierzu eine Spannungsmesseinrichtung 20, die mit dem ersten Anschluss 14 kontaktiert ist, um die Batteriespannung zu erfassen. Des Weiteren ist eine Strommesseinrichtung 22 zur Bestimmung des Laststroms 18 vorgesehen. Des Weiteren ist eine Temperaturmesseinrichtung 23 zur Bestimmung der Temperatur der Batterie bzw. des Batteriesensors vorgesehen.
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Die Strommesseinrichtung 22 hat einen im Laststrompfad angeordneten Messwiderstand 24, der vom Laststrom durchströmt wird, sowie eine Spannungserfassungseinrichtung 26, deren Eingänge 28a, 28b jeweils mit einem Kontaktpunkt 30a, 30b vor und nach dem Messwiderstand 24 kontaktiert sind. Die Spannungserfassungseinrichtung 26 erfasst den Spannungsabfall zwischen den Kontaktpunkten 30a, 30b, also den Spannungsabfall über den Messwiderstand 24. Die Spannungserfassungseinrichtung 26 kann einen Verstärker und/oder einen Analog-Digital-Wandler aufweisen.
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Bei bekanntem elektrischem Widerstand des Messwiderstandes 24 kann mit dem erfassten Spannungsabfall über den Messwiderstand 24 aus dem ohmschen Gesetz (I = U/R) der Laststrom 18 bestimmt werden.
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Der elektrische Widerstand des Messwiderstandes 24 kann sich aber durch verschiedene Faktoren, beispielsweise die Temperatur des Messwiderstandes 24, durch Alterung und/oder durch Umwelteinflüsse, ändern. Daher ist es erforderlich, den elektrischen Widerstand des Messwiderstandes 24 vor und während des Betriebes des Batteriesensors 10 möglichst genau zu bestimmen oder Korrekturfaktoren zur Anpassung des gemessenen Spannungsabfalls und/oder des ermittelten Stroms zu ermitteln.
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Hierzu ist der Batteriesensor 10 dazu ausgebildet, Batterieparameter zu erfassen und aus diesen zumindest einen Korrekturfaktor zu bestimmen, mit welchem der elektrischen Messwiderstandes des Messwiderstandes 24 und/oder ein Ausgangssignal der Spannungserfassungseinrichtung 26 korrigiert bzw. angepasst werden kann.
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Ein erster Batterieparameter ist eine Temperatur des Messwiderstandes 24 bzw. ein Temperatursignal 32, die mit einem Temperaturmessmodul 34 erfasst wird. Das Temperaturmessmodul 34 ist mit zwei Temperatursensoren 36a, 36b verbunden, die die Temperatur des Messwiderstandes 24 an verschiedenen Positionen des Messwiderstandes 24 erfassen und an das Temperaturmessmodul 34 ausgeben. Das Temperaturmessmodul 34 ermittelt aus den einzelnen Temperaturen der Temperatursensoren 36a, 36b, ein Temperatursignal 32, aus dem in einer Auswerteeinheit 37 zumindest ein Korrekturfaktor für den elektrischen Widerstand des Messwiderstandes 24 oder für den mit der Spannungserfassungseinrichtung 26 erfassten Spannungsabfall ermittelt wird.
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Das Verhältnis zwischen dem elektrischen Widerstand des Messwiderstandes 24 bzw. des zumindest einen Korrekturfaktors und der Temperatur des Messwiderstandes 24 wurden vorab ermittelt und gespeichert. Beispielsweise wurde eine Temperatur-Korrekturfaktor-Kennlinie ermittelt und in der Auswerteeinheit 37 gespeichert. Bei bekannter bzw. ermittelter Temperatur kann aus diesen gespeicherten Daten der korrespondierende Korrekturfaktor ermittelt werden.
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Statt der hier gezeigten zwei Temperatursensoren 36a, 36b kann auch ein einzelner Temperatursensor verwendet werden oder es werden mehrere Temperatursensoren verwendet, aus deren gemessenen Temperaturen eine Durchschnittstemperatur oder eine Temperaturverteilung des Messwiderstandes 24 ermittelt wird, zur der jeweils eine Temperatur-Korrekturfaktor-Kennlinie in der Auswerteeinheit 37 gespeichert ist.
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Ein zweiter Batterieparameter ist der mit der Spannungserfassungseinrichtung 26 ermittelte Spannungsabfall. Um aus dem Spannungsabfall den elektrischen Widerstand des Messwiderstandes 24 bzw. einen Korrekturfaktor bestimmen zu können, ist zusätzlich eine Referenzstromschaltung 38 vorgesehen. Die Referenzstromschaltung 38 kann einen Referenzstrom 40 mit genau bekannter Stromstärke an den Messwiderstand 24 anlegen. Mit der Spannungserfassungseinrichtung 26 kann der Spannungsabfall über den Messwiderstand 24 aufgrund des Referenzstroms 40 bestimmt und aus diesem sowie der bekannten Stromstärke des Referenzstroms 40 der genaue elektrische Widerstand des Messwiderstandes 24 bestimmt werden.
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Die Referenzstromschaltung 38 weist einen ersten Kontakt 42 auf, der über einen Reduzierwiderstand 44 mit dem ersten Anschluss 12 des Batteriesensors kontaktiert ist, einen zweiten Anschluss 46, der vor dem Messwiderstand 24 angeordnet ist sowie einen dritten Anschluss 48, der nach dem Messwiderstand 24 angeordnet ist. Des Weiteren weist die Referenzstromschaltung 38 einen zwischen dem ersten Kontakt 42 und dem dritten Kontakt angeordneten Referenzstromwiderstand 50 sowie einen Schalter 52 zum Schließen einer elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Kontakt 42 und dem zweiten Kontakt 46 auf. Der Referenzstromwiderstand 50 ist vorzugsweise ein hochgenauer Widerstand, dessen elektrischer Widerstand sehr genau bekannt ist und dessen elektrischer Widerstand nur sehr geringen Änderungen aufgrund von Alterung, Temperatur, Umwelteinflüssen oder anderen Faktoren unterliegt.
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Des Weiteren ist eine zweite Spannungserfassungseinrichtung 54 zur Erfassung des Spannungsabfalls über den Referenzstromwiderstand 50 vorgesehen. Der gemessene Spannungsabfall wird an eine Schaltung 56 übermittelt, an die auch der von der Spannungserfassungseinrichtung 26 erfasste Spannungsabfall über den Messwiderstand 24 übermittelt wird, und die die einzelnen Spannungsabfälle voneinander trennen kann. Nach der Schaltung 56 ist ein Filter 57 zur Reduzierung eines Rauschens des Signals vorgesehen.
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Die Schaltung 56 kann des Weiteren aus dem Spannungsabfall des Referenzstroms über den Messwiderstand 24 zumindest einen Korrekturfaktor ermittelt.
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Zur Bestimmung des elektrischen Widerstandes des Messwiderstandes 24 wird im regulären Betrieb des Batteriesensors 10 der Schalter 52 geschlossen und somit der Referenzstrom 40 an den Messwiderstand 24 angelegt. Die Spannungserfassungseinrichtung 26 erfasst somit den durch den Referenzstrom 40 verursachten Spannungsabfall am Messwiderstand 24. Hierbei ist es im Wesentlichen unerheblich, ob ein Laststrom 18 am Messwiderstand 24 anliegt. Der Spannungsabfall des Referenzstroms 40 wird mit der zweiten Spannungserfassungseinrichtung 54 erfasst und an die Schaltung 56 übermittelt, die auch den Spannungsabfall über den Messwiderstand 24 erfasst, der sich aus dem Spannungsabfall aufgrund des Referenzstroms 40 und optional dem Spannungsabfall des Laststroms 18 zusammensetzt.
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Durch die Schaltung 56 können diese Spannungsabfälle voneinander getrennt werden und aus dem Spannungsabfall aufgrund des Referenzstroms 40 zumindest ein Korrekturfaktor für den elektrischen Widerstand des Messwiderstandes oder für den gemessenen Spannungsabfall des Laststroms am Messwiderstandselement 24 ermittelt werden.
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Die jeweils ermittelten Korrekturfaktoren werden an einen Schalter 58 ausgegeben, der in Abhängigkeit von der Schalterstellung den zumindest einen aus der Temperatur ermittelten Korrekturfaktor oder den zumindest einen aus dem Spannungsabfall ermittelten Korrekturfaktor an eine Auswerteeinrichtung 60 ausgibt, in der aus dem von der Spannungserfassungseinrichtung 26 erfasste Spannungsabfall, dem ausgegebenen Korrekturfaktor und dem elektrischen Widerstand des Messwiderstandes 24 die Stromstärke des Laststroms 18 ermittelt wird.
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Zur Auswahl des jeweils günstigeren Batterieparameters zur Ermittlung des zumindest einen Korrekturfaktors ist eine Schaltung mit mehreren Vergleichsschaltungen 62a, 62b, 62 c, 62d, 62e vorgesehen.
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Eine erste Vergleichsschaltung 62a hat als Eingangssignal den von der Spannungserfassungseinrichtung 26 erfassten Spannungsabfall sowie einen ersten Schwellenwert 64a, der einen Grenzwert für die Höhe den Spannungsabfall darstellt.
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In der ersten Vergleichsschaltung 62a wird der mit der Spannungserfassungseinrichtung 26 erfasste Spannungsabfall mit dem ersten Schwellenwert 64 verglichen und nur ein Signal ausgegeben, wenn die Spannung unterhalb des ersten Schwellenwertes 64a liegt.
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Eine zweite Vergleichsschaltung 62b hat als Eingangssignal eine von einer Schaltung 65b ermittelte Änderungsrate des von der Spannungserfassungseinrichtung 26 erfassten Spannungsabfall sowie einen zweiten Schwellenwert 64b, der einen Grenzwert für die Änderungsrate des Spannungsabfalls darstellt.
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Der zeitliche Verlauf bzw. die Änderungsrate des Spannungsabfall wird mit dem zweiten Schwellenwert 64b verglichen und nur ein Signal ausgegeben, wenn die Änderungsrate des Spannungsabfalls unterhalb des zweiten Schwellenwertes 64b liegt, also langsamer erfolgt als die durch den zweiten Schwellenwert 64b vorgegebene Änderungsgeschwindigkeit.
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Eine dritte Vergleichsschaltung 62a hat als Eingangssignal eine aus dem mit dem Temperaturmessmodul 34 ermittelte Temperatursignal 32 mit einer Schaltung 65c ermittelte Änderungsrate der Temperatur sowie einen dritten Schwellenwert 64c, der einen Grenzwert für Änderungsrate der Temperatur darstellt.
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Die dritte Vergleichsschaltung 62c prüft, ob die zeitliche Änderung bzw. die Änderungsrate der Temperatur unterhalb der mit dem dritten Schwellenwert 64c definierten Änderungsgeschwindigkeit liegt und gibt nur ein Signal aus, wenn die Änderungsgeschwindigkeit unterhalb des dritten Schwellenwertes 64c liegt.
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Die Signale der ersten Vergleichsschaltung 62a und der zweiten Vergleichsschaltung 62b werden an eine vierte Vergleichsschaltung 62d ausgegeben, die nur ein Signal ausgibt, wenn sowohl das Signal der ersten Vergleichsschaltung 62a wie auch das Signal der zweiten Vergleichsschaltung 62b vorliegen.
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Die Signale der dritten und der vierten Vergleichsschaltung 62c, 62d werden an eine fünfte Vergleichsschaltung 62e ausgegeben, die nur ein Signal ausgibt, wenn beide Signale vorhanden sind.
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Das Signal der fünften Vergleichsschaltung 62e wird als Schaltsignal an den Schalter 58 ausgegeben.
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Liegt kein Schaltsignal am Schalter 58 an, ist der Schalter so geschaltet, dass der zumindest eine aus der Temperatur ermittelte Korrekturfaktor an die Auswerteeinrichtung 60 ausgegeben wird, also die Temperatur des Messwiderstandes zur Ermittlung des Korrekturfaktors verwendet wird.
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Liegt ein Schaltsignal 58 am Schalter 58 an, wird der Schalter so geschaltet, dass der zumindest eine aus der Spannung bzw. dem Spannungsverlauf bei Anlegen des Referenzstroms 40 ermittelte Korrekturfaktor an die Auswerteeinheit 60 ausgegeben wird.
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Der zumindest eine aus der Spannung bzw. dem Spannungsverlauf bei Anliegen des Referenzstroms 40 ermittelte Korrekturfaktor wird also nur zur Ermittlung des Laststroms verwendet, wenn
- - der Spannungsabfall unterhalb des ersten Schwellenwertes liegt, also ein nicht zu hoher Spannungsabfall und somit auch ein nicht zu hoher Laststrom anliegt,
- - die Änderungsrate des Spannungsabfalls unterhalb des zweiten Schwellenwertes liegt, also nur eine langsame zeitliche Änderung des Spannungsabfalls erfolgt, und
- - die Änderungsrate der Temperatur unterhalb des dritten Schwellenwertes liegt, also langsam erfolgt.
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Ein zu hoher Laststrom bzw. ein zu hoher Spannungsabfall aufgrund des Laststroms 18 am Messwiderstand 24 hätte zur Folge, dass der Spannungsabfall aufgrund des im Verhältnis zum Laststrom sehr kleinen Referenzstroms 40 nicht genau bestimmbar sein könnte.
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Des Weiteren könnten schnelle und größere Änderungen des Laststroms 18 die genaue Bestimmung des Spannungsabfalls aufgrund des Referenzstroms 40 erschweren.
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Eine schnelle Änderung der Temperatur des Messwiderstandes 24 kann zu einer Veränderung des elektrischen Widerstandes des Messwiderstandes führen, die ebenfalls die genaue Bestimmung des Spannungsabfalls aufgrund des Referenzstroms erschweren kann.
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Liegt einer dieser Faktoren vor, erfolgt daher die Ermittlung des Laststroms über einen temperaturabhängigen Korrekturfaktor.
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Sind die drei oben genannten Voraussetzungen erfüllt, kann die Bestimmung des Spannungsabfalls aufgrund des Referenzstroms 40 mit ausreichender Genauigkeit erfolgen und der Laststrom kann mit zumindest einem Korrekturfaktor ermittelt werden, der aus dem erfassten Spannungsabfall am Messwiderstand 24 bzw. dem ermittelten Spannungsabfalls aufgrund des Referenzstroms 40 am Messwiderstand 24 ermittelt wurde.
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Abhängig von der Größe des Laststroms 18 sowie dessen zeitlichem Verlauf sowie der Temperatur des Messwiderstandes 24 wird also aus einem jeweils für diese Randbedingungen geeigneten Batterieparameter, in dieser Ausführungsform der Temperatur oder dem Spannungsabfall, der jeweils zur Ermittlung eines oder mehrerer Korrekturfaktoren besser geeignete Batterieparameter ausgewählt und mit diesem zumindest ein Korrekturfaktor ermittelt.
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Liegen die oben genannten drei Bedingungen vor und wir der Korrekturfaktor aus der Spannung bzw. dem Spannungsabfall am Messwiderstand 24 ermittelt, wird des Weiteren ein zweiter Schalter 66 geschlossen, durch den der ausgegebene Korrekturfaktor an die Auswerteeinheit 37 ausgegeben wird. Dadurch kann der gespeicherte Korrekturfaktor für die zeitgleich anliegende Temperatur bzw. Temperaturverteilung des Messwiderstandes 24 bzw. die Temperatur-Korrekturfaktor-Kennlinie angepasst bzw. kalibriert werden, beispielsweise, um diese an eine Änderung des elektrischen Widerstandes des Messwiderstandes 24 aufgrund von Alterung oder andere Umwelteinflüssen, anzupassen. Eine nachfolgende Ermittlung des Korrekturfaktors über die Temperatur erfolgt somit wesentlich genauer.
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Der in 2 gezeigte Batteriesensor unterscheidet sich von dem vorstehend beschriebenen Batteriesensor darin, dass zwei Messwiderstände 24a, 24b vorgesehen sind, denen jeweils eine Spannungserfassungseinrichtung 26a, 26b zugeordnet ist.
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Jedem Messwiderstand 24a, 24b ist jeweils ein Temperatursensor 36a, 36b zugeordnet, die mit einem gemeinsamen Temperaturmessmodul 34 verbunden sind.
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Die mit den Spannungserfassungseinrichtungen 26a, 26b erfassten Spannungsabfälle werden in einer Schaltung 68 addiert und an die erste Vergleichsschaltung 62a, die zweite Vergleichsschaltung 62b sowie die Auswerteeinrichtung 60 ausgegeben. Der Vergleich mit dem ersten Schwellenwert 64a und dem zweiten Schwellenwert 64b erfolgt also mit dem aus den einzelnen Spannungsabfällen an den Messwiderständen 24a, 24b ermittelten Gesamtspannungsabfall.
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Des Weiteren wird in einer weiteren Schaltung 70 die Differenz der erfassten Spannungsabfälle gebildet und an die Schaltung 56 ausgegeben.
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Durch die Vergleiche der Spannungsabfälle an den Messwiderständen 24a, 24b, deren zeitlicher Verläufe sowie der Temperatur mit den jeweiligen Schwellenwerten 64a, 64b, 64c erfolgt auch bei diesem Batteriesensor 10 die Auswahl, über welchen Batterieparameter der Korrekturfaktor für die Laststromermittlung ermittelt wird.
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Aus einem Batterieparameter können auch mehrere Korrekturfaktoren ermittelt werden, um die Genauigkeit der Ermittlung des Laststroms 18 zu verbessern.
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Des Weiteren können auch andere Methoden zur Ermittlung eines oder mehrerer Korrekturfaktoren verwendet werden, insbesondere auch unter Ermittlung anderer Batterieparameter.
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Es ist lediglich vorab zu bestimmen, mit welchem der durch den Batteriesensor erfassbaren Batterieparameter unter welchen Voraussetzungen eine genauere Ermittlung zumindest eines Korrekturfaktors bzw. eine genauere Ermittlung des Laststroms möglich ist. Abhängig von den jeweils vorliegenden Batterieparameter bzw. deren Werte und zeitlicher Verläufe kann jeweils der Batterieparameter zur Bestimmung des zumindest einen Korrekturfaktors ausgewählt werden, mit dem die genaueste Bestimmung des Laststroms 18 möglich ist.
