DE102019215754A1

DE102019215754A1 - Verfahren zum Betrieb eines Stromsensors und Stromsensor

Info

Publication number: DE102019215754A1
Application number: DE102019215754.8A
Authority: DE
Inventors: Martin Schramme; Martin Geiger
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2019-10-14
Filing date: 2019-10-14
Publication date: 2021-04-15

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Betrieb eines Stromsensors (10), der einen ersten Messwiderstand (20), einen zweiten Messwiderstand (22) sowie einen Referenzwiderstand (36) aufweist, wobei der erste Messwiderstand (20) und der zweite Messwiderstand (22) in Reihe zwischen einem ersten Anschluss (16) und einem zweiten Anschluss (18) des Stromsensors (10) angeordnet sind, und wobei der Referenzwiderstand (36) in einem ersten Messzustand vom ersten Messwiderstand (20) und vom zweiten Messwiderstand (22) elektrisch getrennt ist und der Referenzwiderstand (36) in einem zweiten Messzustand elektrisch parallel zum ersten Messwiderstand (20) geschaltet ist, mit folgenden Schritten:a) im ersten Messzustand Ermitteln des Spannungsabfalls am ersten Messwiderstand (20) und des Spannungsabfalls am zweiten Messwiderstand (22) und Bestimmen des Verhältnisses des Spannungsabfalls am ersten Messwiderstand (20) und des Spannungsabfalls am zweiten Messwiderstand (22),b) im zweiten Messzustand Ermitteln des Spannungsabfalls am ersten Messwiderstand (20), des Spannungsabfalls am zweiten Messwiderstand (22) sowie des Spannungsabfalls am Referenzwiderstand (36) und Bestimmen des elektrischen Widerstandes des ersten Messwiderstandes (20) und Bestimmen des elektrischen Widerstandes des zweiten Messwiderstandes (22) aus den ermittelten Spannungsabfällen, dem elektrischen Widerstand des Referenzwiderstandes (36) und dem im ersten Messzustand bestimmten Verhältnis der Spannungsabfälle des ersten Messwiderstandes (20) und des zweiten Messwiderstandes (22).Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Stromsensor (10) zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Stromsensors sowie einen Stromsensor.
In vielen Anwendungen, insbesondere im Fahrzeugbereich, ist es erforderlich, die auftretenden Ströme sehr exakt zu ermitteln bzw. zu messen. Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise Verfahren sowie Sensoren bekannt, bei welchen die Stromstärke über den Spannungsabfall über ein im Strompfad angeordneten Messwiderstand ermittelt wird. Hierzu ist es erforderlich, dass der elektrische Widerstand des Messwiderstands sehr genau bekannt ist. Im Fahrzeugbereich ist es des Weiteren erforderlich, dass unabhängig von der Temperatur oder äußeren Einflüssen über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs bzw. des Sensors eine möglichst exakte Messung sichergestellt ist.
Bisher werden daher für den Messwiderstand spezielle Legierungen verwendet, beispielsweise eine Kupfer-Nickel-Mangan-Legierung, die sowohl eine geringe zeitliche Veränderung des elektrischen Widerstandes wie auch eine geringe Empfindlichkeit bei Temperaturänderungen aufweist.
Diese Legierungen sind aber sehr teuer. Des Weiteren ist die Verarbeitung dieser Materialien sehr aufwändig, da diese mit dem Material des übrigen Stromsensors verbunden werden müssen.
Um die Genauigkeit von Stromsensoren mit Messwiderständen, insbesondere mit Messwiderständen, die eine größere Temperaturabhängigkeit oder Alterungsdrift aufweisen, zu verbessern, sind aus dem Stand der Technik Stromsensoren bekannt, die während des Betriebes ständig nachkalibiriert werden. Bei diesen Stromsensoren wird über die gesamte Lebensdauer des Stromsensors der elektrische Widerstand des Messwiderstandes oder ein Korrekturwert für den elektrischen Widerstand des Messwiderstandes bestimmt, um temperatur- oder alterungsbedingte Änderungen des elektrischen Widerstandes des Messwiderstandes zu kompensieren.
Bei einem bekannten Verfahren wird ein hochpräziser Referenzwiderstand parallel zum Messwiderstand angeordnet und kurzzeitig ein Teil des Laststromes über den Referenzwiderstand geleitet. Der Spannungsabfall am Messwiderstand sinkt entsprechend dem abgezweigten Stromimpuls. Die Höhe dieses Stromimpulses wird am Referenzwiderstand bestimmt. Aus dem Verhältnis des Absinkens des Spannungsabfalls am Messwiderstand und dem am Referenzwiderstand bestimmten Stromimpuls kann der elektrische Widerstand des Messwiderstandes oder einen Korrekturwert für den elektrischen Widerstand des Messwiderstandes berechnet werden.
Um den elektrischen Widerstand des Messwiderstandes genau bestimmen zu können, ist es aber erforderlich, dass zum Zeitpunkt der Bestimmung des elektrischen Widerstandes ein möglichst konstanter Laststrom anliegt. Verändert sich der Laststrom vor oder während ein Teil des Laststroms über den Referenzwiderstand geleitet wird, kann dies die Genauigkeit der Bestimmung des Stromimpulses über den Referenzwiderstand und somit des elektrischen Widerstandes des Messwiderstandes beeinflussen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb eines Stromsensors bereitzustellen, das eine genauere Messung des Laststroms ermöglicht. Aufgabe der Erfindung ist es des Weiteren, einen Stromsensor bereitzustellen, der eine genauere Bestimmung des Laststroms ermöglicht.
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zum Betrieb eines Stromsensors vorgesehen, der einen ersten Messwiderstand, einen zweiten Messwiderstand sowie einen Referenzwiderstand aufweist, wobei der erste Messwiderstand und der zweite Messwiderstand in Reihe zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss des Stromsensors angeordnet sind, und wobei der Referenzwiderstand in einem ersten Messzustand vom ersten Messwiderstand und vom zweiten Messwiderstand elektrisch getrennt ist und der Referenzwiderstand in einem zweiten Messzustand elektrisch parallel zum ersten Messwiderstand geschaltet ist. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

a) im ersten Messzustand Ermitteln des Spannungsabfalls am ersten Messwiderstand und des Spannungsabfalls am zweiten Messwiderstand und Bestimmen des Verhältnisses des Spannungsabfalls am ersten Messwiderstand und des Spannungsabfalls am zweiten Messwiderstand,
b) im zweiten Messzustand Ermitteln des Spannungsabfalls am ersten Messwiderstand, Des Spannungsabfalls am zweiten Messwiderstand sowie des Spannungsabfalls am Referenzwiderstand und Bestimmen des elektrischen Widerstandes des ersten Messwiderstandes und Bestimmen des elektrischen Widerstandes des zweiten Messwiderstandes aus den ermittelten Spannungsabfällen, dem elektrischen Widerstand des Referenzwiderstandes und dem im ersten Messzustand bestimmten Verhältnis der Spannungsabfälle des ersten Messwiderstandes und des zweiten Messwiderstandes.

Im Schritt a) wird zunächst im ersten Messzustand das Verhältnis der elektrischen Widerstände des ersten und des zweiten Messwiderstandes ermittelt. Hierzu ist es nicht erforderlich, den elektrischen Widerstand des ersten und/oder des zweiten Messwiderstandes zu kennen. Da die Messwiderstände elektrisch in Reihe angeordnet sind, wirken sich zudem Stromschwankungen in gleichem Masse auf die Spannungsabfälle an beiden Messwiderständen aus, so dass auch bei Auftreten von Stromschwankungen eine Bestimmung des Verhältnisses der elektrischen Widerstände der beiden Messwiderstände erfolgen kann.
Im Schritt b) wird anschließend im zweiten Messzustand der elektrische Widerstand des ersten Messwiderstandes bestimmt. In diesem Messzustand wird der Referenzwiderstand, dessen elektrischer Widerstand sehr genau bekannt ist, parallel zum ersten Widerstand geschaltet und es werden die Spannungsabfälle am ersten Messwiderstand, am zweiten Messwiderstand sowie am Referenzwiderstand gemessen. Durch den am Referenzwiderstand erfassten Spannungsabfall sowie dem bekannten elektrischen Widerstand des Referenzwiderstandes kann der Anteil des Stroms, der über den Referenzwiderstand fließt, bestimmt werden. Der durch den Stromsensor fließende Strom fließt vollständig durch den zweiten Messwiderstand und teilt sich auf die in Reihe zum zweiten Messwiderstand angeordneten Strompfade des ersten Messwiderstandes und des parallel zu diesem angeordneten Referenzwiderstandes auf. Der durch den zweiten Messwiderstand fließende Strom entspricht also den addierten Strömen durch den ersten Messwiderstand und den Referenzwiderstand. Aus dem vorab ermittelten Verhältnis der elektrischen Widerstände des ersten und des zweiten Messwiderstandes, den gemessenen Spannungsabfällen am ersten und am zweiten Messwiderstand sowie dem ermittelten Strom über den Referenzwiederstand kann der elektrische Widerstand des ersten Messwiderstandes berechnet werden.
Zur Bestimmung des elektrischen Widerstandes des ersten Messwiderstandes ist es lediglich erforderlich, die Spannungsabfälle an den Messwiderständen sowie am Referenzwiderstand zu ermitteln. Des Weiteren müssen der elektrische Widerstand des Referenzwiderstandes sowie das Verhältnis der elektrischen Widerstände des ersten und des zweiten Messwiderstandes bekannt sein. Eine Kenntnis des elektrischen Widerstandes des ersten oder des zweiten Messwiderstandes ist nicht erforderl ich.
Gegebenenfalls vorhandene Schwankungen im Laststrom während des zweiten Messzustandes treten auch am zweiten Messwiderstand auf und können daher einfach erfasst werden. Diese Schwankungen können somit bei der Bestimmung des elektrischen Widerstandes des ersten Messwiderstandes berücksichtigt werden. Schwankungen im Laststrom können somit bei der Bestimmung des elektrischen Widerstandes des ersten Messwiderstandes berücksichtigt werden, so dass der elektrische Widerstand des ersten Messwiderstandes genauer bestimmt werden kann.
Nach Schritt b) wird vorzugsweise folgender Schritt durchgeführt:

c) Im ersten Messzustand Ermitteln des Spannungsabfalls am ersten Messwiderstand und des Spannungsabfalls am zweiten Messwiderstand und Bestimmen des Verhältnisses des Spannungsabfalls am ersten Messwiderstand und des Spannungsabfalls am zweiten Messwiderstand und Bestimmen des elektrischen Widerstandes des zweiten Messwiderstandes aus den ermittelten Spannungsabfällen am ersten Messwiderstand und am zweiten Messwiderstand und dem in Schritt b) ermittelten elektrischen Widerstandes des zweiten Messwiderstandes.

Ist der elektrische Widerstand des ersten Messwiderstandes bekannt, kann anschließend in einem Schritt c) im ersten Messzustand der elektrische Widerstand des zweiten Messwiderstandes bestimmt werden. Hierzu wird im zweiten Messzustand der Referenzwiderstand vom ersten Messwiderstand getrennt, so dass kein Strom über den Referenzwiderstand fließt. Der Strom fließt somit vollständig über den ersten Messwiderstand und den in Reihe zu diesem angeordneten zweiten Messwiderstand.
Zur Bestimmung des elektrischen Widerstandes des zweiten Messwiderstandes wird der Spannungsabfall am ersten Messwiderstand erfasst und aus dem Spannungsabfall sowie dem bekannten bzw. dem im ersten Messzustand ermittelten elektrischen Widerstand des ersten Messwiderstandes die Stromstärke des Stroms bestimmt. Des Weiteren wird der Spannungsabfall über den zweiten Messwiderstand bestimmt. Da durch die Reihenschaltung der über beide Messwiderstände fließende Strom gleich groß sein muss, ist der über den zweiten Messwiderstand fließende Strom bekannt. Aus dem Strom sowie dem erfassten Spannungsabfall kann somit der elektrische Widerstand des zweiten Messwiderstandes bestimmt werden.
Stromschwankungen wirken sich aufgrund der Reihenschaltung der Messwiderstände auf die Erfassung der Spannungsabfälle bei beiden Messwiderständen aus. Eine am ersten Messwiderstand ermittelte Stromänderung kann somit bei der Bestimmung des elektrischen Widerstandes des zweiten Messwiderstand des berücksichtigt werden.
Durch das vorstehend beschriebene Verfahren können die elektrischen Widerstände der Messwiderstände unabhängig von Stromschwankungen sehr genau bestimmt werden. Voraussetzung ist lediglich, dass das in Schritt a) ermittelte Verhältnis der elektrischen Widerstände des ersten und des zweiten Messwiderstandes bekannt ist und sich während der Bestimmung der elektrischen Widerstände der Messwiderstände nicht ändert.
Zudem erfolgt in beiden Messzuständen eine Bestimmung der Stromstärke des durch den Stromsensor fließenden Stroms, so dass eine unterbrechungsfreie Strommessung sichergestellt ist.
Die Schritte b) und c) werden vorzugsweise wechselweise wiederholt, so dass ein ständiger Abgleich der beiden Messwiderstände bzw. der elektrischen Widerstände der Messwiderstände erfolgt. Insbesondere können durch den wechselweisen Abgleich die elektrischen Widerstände der Messwiderstand durch Iteration genauer bestimmt werden.
Vor Schritt a) kann optional der elektrische Widerstand des ersten Messwiderstandes bestimmt werden.
Das Verfahren kann beispielsweise im ersten Messzustand folgende Schritte aufweisen:

- der über den ersten Messwiderstand fließende Strom aus dem Spannungsabfall am ersten Messwiderstand und dem elektrischen Widerstand des ersten Messwiderstandes bestimmt wird und/oder
- der über den zweiten Messwiderstand fließende Strom aus dem Spannungsabfall am zweiten Messwiderstand und dem elektrischen Widerstand des zweiten Messwiderstandes bestimmt wird
- und der über den Stromsensor fließende Laststrom aus dem über den ersten Messwiderstand fließenden Strom und/oder dem über den zweiten Messwiderstand fließenden Strom ermittelt wird.

Das Verfahren kann im zweiten Messzustand folgende Schritte aufweisen:

- der über den ersten Messwiderstand fließende Strom aus dem Spannungsabfall am ersten Messwiderstand und dem elektrischen Widerstand des ersten Messwiderstandes bestimmt wird und/oder
- der über den zweiten Messwiderstand fließende Strom aus dem Spannungsabfall am zweiten Messwiderstand und dem elektrischen Widerstand des zweiten Messwiderstandes bestimmt wird,
- der über den Referenzwiderstand fließende Strom aus dem Spannungsabfall am Referenzwiderstand und dem elektrischen Widerstand des Referenzwiderstandes bestimmt wird
- und der über den Stromsensor fließende Strom aus dem über den zweiten Messwiderstand fließenden Strom und/oder aus den addierten über den ersten Messwiderstand und den Referenzwiderstand fließenden Strömen ermittelt wird.

Die Spannungsabfälle am ersten Messwiderstand, am zweiten Messwiderstand und am Referenzwiderstand jeweils mit einer Spannungserfassungseinrichtung erfasst werden. Es erfolgt also eine direkte Erfassung der Spannungsabfälle.
Es ist aber auch möglich, einzelne Spannungsabfälle rechnerisch aus gemessenen Spannungsabfällen zu ermitteln. Beispielsweise kann zur Ermittlung des Spannungsabfalls am zweiten Messwiderstand der Spannungsabfall am ersten Messwiderstand sowie der Spannungsabfall am ersten Messwiderstand und am zweiten Messwiderstand, also der Gesamtspannungsabfall über den Stromsensor, erfasst werden und der Spannungsabfall am zweiten Messwiderstand aus der Differenz der erfassten Spannungsabfälle ermittelt werden.
Zusätzlich kann im ersten und/oder im zweiten Messzustand der Spannungsabfall zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss erfasst werden. Der Spannungsabfall zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss kann zum Abgleich der gemessenen Spannungsabfälle über den ersten Messwiderstand bzw. den ersten Messwiderstand und den Referenzwiderstand und dem Spannungsabfall über den zweiten Messwiderstand verwendet werden, so dass der die Genauigkeit der Messungen, insbesondere bei kleinen Strömen, verbessert werden kann.
Zur Lösung der Aufgabe ist des Weiteren ein Stromsensor zur Messung eines Batteriestroms, insbesondere einer Fahrzeugbatterie, vorgesehen, mit einem ersten Messwiderstand, einem zweiten Messwiderstand sowie einem Referenzwiderstand. Der erste Messwiderstand und der zweite Messwiderstand sind in Reihe zwischen einem ersten und einem zweiten Anschluss des Stromsensors angeordnet. Der Referenzwiderstand kann parallel zum ersten Messwiderstand geschaltet werden. Der Stromsensor hat des Weiteren eine erste Spannungserfassungseinrichtung zur Erfassung des Spannungsabfall über den ersten Messwiderstand, eine zweite Spannungserfassungseinrichtung zur Erfassung des Spannungsabfalls über den zweiten über Messwiderstand und eine Referenzwiderstand-Spannungserfassungseinrichtung zur Erfassung des Spannungsabfalls über den Referenzwiderstand sowie eine Auswerteschaltung zur Bestimmung des elektrischen Widerstandes des ersten und des zweiten Messwiderstandes mit einem vorstehend beschriebenen Verfahren.
Es sei erwähnt, dass die Reihenfolge der Messwiderstand in Stromrichtung bzw. zwischen den Anschlüssen beliebig variiert werden kann. Es ist lediglich erforderlich, dass ein erster und ein zweiter Messwiderstand in Reihe geschaltet sind und ein Referenzwiderstand zeitweise parallel zu einem der Messwiderstände geschaltet werden kann bzw. von diesen getrennt werden kann, sowie dass die Spannungsabfälle an den Widerständen jeweils einzeln, beispielsweise mit einer Spannungserfassungseinrichtung erfasst werden können.
Vorzugsweise ist ein Schaltelement vorgesehen, das in einer geschlossenen Stellung die Parallelschaltung des Referenzwiderstandes zum ersten Messwiderstand herstellt und in einer offenen Stellung den Referenzwiderstand vom ersten Messwiderstand trennt. Mit einem solchen Schaltelement kann der Referenzwiderstand auf einfache Weise zum ersten Messwiderstand parallel geschaltet oder von diesen getrennt werden.
Vorzugsweise sind die elektrischen Widerstände des ersten Messwiderstandes und des zweiten Messwiderstandes im Wesentlichen gleich groß.
Optional kann eine dritte Spannungserfassungseinrichtung zur Erfassung eines Spannungsabfalls über den ersten Messwiderstand und den zweiten Messwiderstand vorgesehen sein.
Die Messwiderstände können jeweils durch ein Widerstandselement gebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass der erste Messwiderstand und/oder der zweite Messwiderstand zumindest zwei in Reihe und/oder parallel angeordnete Messwiderstandelemente aufweist.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen

1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stromsensors,
2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stromsensors, und
3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stromsensors.

In 1 ist ein Stromsensor 10 zu Bestimmung des Laststroms 12 an einer Fahrzeugbatterie 14 gezeigt. Der Stromsensor 10 wird beispielsweise verwendet, um den Ladungszustand oder den Gesundheitszustand der Fahrzeugbatterie 14 zu bestimmen.
Der Stromsensor 10 weist einen ersten Anschluss 16 auf, der mit der Fahrzeugbatterie kontaktiert werden kann, sowie einen zweiten Anschluss 18, der beispielsweise an der Fahrzeugkarosserie bzw. einer Masse kontaktiert wird. Der Stromsensor 10 wird so an die Fahrzeugbatterie 14 angeschlossen, dass der gesamte Laststrom über den Stromsensor 10 fließt und somit vom Stromsensor erfasst werden kann.
Der Stromsensor 10 hat einen ersten Messwiderstand 20 und einem zweiten Messwiderstand 22, die in Reihe zwischen dem ersten Anschluss 16 und dem zweiten Anschluss 18 angeordnet sind. Des Weiteren sind zwei Spannungserfassungseinrichtungen 24, 26 vorgesehen, die jeweils mit einer Anschlussstelle 28 30, 32, 34 vor und hinter den Messwiderständen 20,22 mit diesen elektrisch kontaktiert sind. Die erste Spannungserfassungseinrichtung 24 kann somit einen Spannungsabfall über den ersten Messwiderstand 20 erfassen, die zweite Spannungserfassungseinrichtung 26 kann einen Spannungsabfall über den zweiten Messwiderstand 22 erfassen.
Des Weiteren ist ein Referenzwiderstand 36 vorgesehen, der über zwei Anschlussstellen 38,40 parallel zum ersten Messwiderstand 20 geschaltet werden kann. Der Referenzwiderstand 36 ist ein hochgenauer Widerstand, der aus einem Material besteht, dass keine oder nur eine sehr geringe Änderung des elektrischen Widerstandes aufgrund von Temperatur, äußeren Einflüssen oder Alterung aufweist.
Am Referenzwiderstand 36 ist ein Schaltelement 42 vorgesehen, um die Verbindung zwischen dem Referenzwiderstand 36 und der Anschlussstelle 40 zu schließen oder zu unterbrechen. Über das Schaltelement 42 kann also der Referenzwiderstand 36 parallel zum ersten Messwiderstand 20 geschaltet werden oder von diesen getrennt werden.
Am Referenzwiderstand 36 ist des Weiteren eine über Anschlussstellen 44, 46 angeschlossene Referenzwiderstand-Spannungserfassungseinrichtung 48 zur Erfassung eines Spannungsabfalls über den Referenzwiderstand 36 vorgesehen.
Fließt über den Stromsensor 10 ein Laststrom 12, werden die Spannungsabfälle über den ersten bzw. den zweiten Messwiderstand 20, 22 erfasst und aus den erfassten Spannungsabfällen sowie den elektrischen Widerständen der Messwiderstände 20, 22 über das ohmsche Gesetz die Stromstärke des über den Stromsensor 10 fließenden Laststroms 12 bestimmt.
Aufgrund von Temperaturänderungen, äußeren Einflüssen oder durch Alterung kann es aber zu einer Veränderung des elektrischen Widerstandes der Messwiderstände 20, 22 kommen. Es ist daher erforderlich, während des Betriebes des Stromsensors 10 die elektrischen Widerstände der Messwiderstände 20, 22 bzw. Korrekturfaktoren zur Korrektur der elektrischen Widerstände der Messwiderstände 20, 22 zu bestimmen.
Dies erfolgt mit dem nachfolgend im Detail beschriebenen Verfahren.
Zunächst ist das Schaltelement 42 in einem ersten Schaltzustand geöffnet, so dass der Referenzwiderstand 36 vom ersten Messwiderstand 20 getrennt ist. In diesem Zustand kann auf die vorstehend beschriebene Weise der über den Stromsensor 10 fließende Laststrom 12 bestimmt werden. Aus den gemessenen Spannungsabfällen an den Messwiderständen 20, 22 kann das Verhältnis der elektrischen Widerstände R1, R2 des ersten Messwiderstandes 20 und des zweiten Messwiderstandes 22 berechnet werden.
Es gilt $a = R1/R2 = U2/U1$
Anschließend wird in einem zweiten Messzustand das Schaltelement 42 geschlossen, so dass der Referenzwiderstand 36 parallel zum ersten Messwiderstand 20 geschaltet ist.
Zur Bestimmung des elektrischen Widerstandes des ersten Messwiderstandes 20 wird mit der zweiten Spannungserfassungseinrichtung 26 der Spannungsabfall über den zweiten Messwiderstand erfasst. Des Weiteren wird zeitgleich mit der ersten Spannungserfassungseinrichtung 24 der Spannungsabfall über den ersten Messwiderstand 20 erfasst. Zeitgleich wird über die Referenzwiderstand-Spannungserfassungseinrichtung 48 der Spannungsabfall am Referenzwiderstand 36 erfasst. Aus dem erfassten Spannungsabfall über den Referenzwiderstand 36 und dem bekannten elektrischen Widerstand des Referenzwiderstandes kann die Stromstärke Iref des über den Referenzwiderstand 36 fließenden Stroms bestimmt werden.
Im zweiten Messzustand fließt der gesamte Laststrom 12 über den zweiten Messwiderstand 22. Aufgrund der Parallelschaltung des ersten Messwiderstandes 20 und des Referenzwiderstandes 36 teilt sich der Laststrom auf die beiden Strompfade über den ersten Messwiderstand 20 und dem Referenzwiderstand 36 auf.
Es gilt also: $I = I 2 = I 1 + Iref$
Aus 12 = U2/R2 und a= U2/U1 ergibt sich $I = U2/R2 = a * U2/R1$
und $a * U2/R1 = U1/R1 + Iref$
und $R 1 = (a * U2-U1) /Iref$
Es ist also nicht erforderlich, den elektrischen Widerstand des ersten oder des zweiten Messwiderstandes 20, 22 zu kennen. Es ist lediglich erforderlich, das vorab ermittelte Verhältnis der elektrischen Widerstände und des elektrischen Widerstand des Referenzwiederstandes 36 zu kennen sowie die Spannungsabfälle an den Messwiderständen 20, 22 sowie am Referenzwiderstand 36 zu messen.
Ist der elektrische Widerstand des ersten Messwiderstandes 20 bestimmt, wird im ersten Messzustand das Schaltelement 42 geöffnet, also der Referenzwiderstand 36 vom ersten Messwiderstand 20 getrennt. Der Laststrom fließt somit ausschließlich über den ersten Messwiderstand 20 und den zweiten Messwiderstand 22.
Anschließend wird über die Spannungserfassungseinrichtung 24 der Spannungsabfall über den ersten Messwiderstand 20 erfasst und aus dem Spannungsabfall sowie dem vorab bestimmten elektrischen Widerstand des ersten Messwiderstandes 20 die Stromstärke des Laststroms 12 bestimmt
Des Weiteren wird mit der zweiten Spannungserfassungseinrichtung 26 der Spannungsabfall über den zweiten Messwiderstand 22 erfasst. Da die Messwiderstände 20, 22 in Reihe angeordnet sind, stimmt die Stromstärke des über den zweiten Messwiderstand 22 fließenden Stroms mit der Stromstärke des über den ersten Messwiderstand 20 fließenden Stroms überein. Aus dem erfassten Spannungsabfall über den zweiten Messwiderstand 22 sowie der aus dem Spannungsabfall über das den ersten Messwiderstand 20 bestimmten Stromstärke kann somit über das ohmsche Gesetz der elektrische Widerstand des zweiten Messwiderstandes 22 bestimmt werden.
Der erstem Messzustand und der zweite Messzustand werden vorzugsweise wechselweise durchgeführt, so dass ein ständiger Abgleich der elektrischen Widerstände des ersten Messwiderstandes 20 und des zweiten Messwiderstandes 22 erfolgt. Insbesondere können durch den ständigen Abgleich die elektrischen Widerstände der Messwiderstände 20, 22 iterativ genauer bestimmt werden.
Der Vorteil des vorstehend beschriebenen Verfahrens liegt darin, dass permanent der gesamte Laststrom bzw. dessen Verlauf bestimmt wird, so dass Schwankungen im Laststrom bei der Bestimmung der elektrischen Widerstände der Messwiderstände 20, 22 berücksichtigt werden können.
Des Weiteren erfolgt stets eine Bestimmung des Laststroms aus dem Spannungsabfall am ersten und/oder am zweiten Messwiderstand 20, 22. Es erfolgt also eine unterbrechungsfreie Erfassung des Laststroms und gleichzeitig ein ständiger Abgleich der elektrischen Widerstände der Messwiderstände 20,22.
Für das vorstehend beschriebene Verfahren ist die Position des ersten Messwiderstandes 20, zu welchem der Referenzwiderstand 36 parallel geschaltet werden kann, in Stromrichtung unerheblich. Der erste Messwiderstand 20 kann, wie in 1 dargestellt, der bezüglich der Stromrichtung S hintere Messwiderstand sein. Der erste Messwiderstand 20 kann aber auch, wie in 2 dargestellt, der in Stromrichtung S vordere Messwiderstand sein.
Der in 3 dargestellte Stromsensor unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Stromsensor lediglich durch eine zusätzliche Spannungserfassungseinrichtung 50, die den Spannungsabfall zwischen dem ersten Anschluss 16 und dem zweiten Anschluss 18, also den gesamten Spannungsabfall über den Stromsensor, erfasst.
Dieser Spannungsabfall kann zum Abgleich mit den vorstehend beschriebenen Spannungsabfällen bzw. zur Verbesserung der Bestimmung der Stromstärken an den einzelnen Messwiderständen 20,22 bzw. dem Referenzwiderstand 36 genutzt werden, und somit zu einer genaueren Bestimmung der elektrischen Widerstände der Messwiderstände 20, 22 verwendet werden.
Vorzugsweise sind die elektrischen Widerstände der Messwiderstände 20, 22 im Wesentlichen gleich groß. Diese können aber auch voneinander abweichen.
Das Schaltelement 42 kann durch beliebige elektrische Bauelemente gebildet sein. Alternativ kann das Schaltelement 42 die Verbindung zum Anschluss. 38 unterbrechen oder schließen. Es können auch zwei Schaltelemente 42 vorgesehen sein, die die Referenzwiderstand 36 vollständig vom Strompfad trennen.
Das vorstehend beschriebene Verfahren wird üblicherweise durch eine Steuerung ausgeführt, in der die elektrischen Widerstände der Messwiderstände 20,22 sowie des Referenzwiderstandes 36 gespeichert sind und die die beiden vorstehend beschriebenen Messzustände steuert.
Bezugszeichenliste

10: Stromsensor
12: Laststrom
14: Fahrzeugbatterie
16: erster Anschluss
18: zweiter Anschluss
20: erster Messwiderstand
22: zweiter Messwiderstand
24: erste Spannungserfassungseinrichtung
26: zweite Spannungserfassungseinrichtung
28: Anschlussstelle
30: Anschlussstelle
32: Anschlussstelle
34: Anschlussstelle
36: Referenzwiderstand
38: Anschlussstelle
40: Anschlussstelle
42: Schaltelement
44: Anschlussstelle
46: Anschlussstelle
48: Referenzwiderstand-Spannungserfassungseinrichtung
50: dritte Spannungserfassungseinrichtung

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Stromsensors (10), der einen ersten Messwiderstand (20), einen zweiten Messwiderstand (22) sowie einen Referenzwiderstand (36) aufweist, wobei der erste Messwiderstand (20) und der zweite Messwiderstand (22) in Reihe zwischen einem ersten Anschluss (16) und einem zweiten Anschluss (18) des Stromsensors (10) angeordnet sind, und wobei der Referenzwiderstand (36) in einem ersten Messzustand vom ersten Messwiderstand (20) und vom zweiten Messwiderstand (22) elektrisch getrennt ist und der Referenzwiderstand (36) in einem zweiten Messzustand elektrisch parallel zum ersten Messwiderstand (20) geschaltet ist, mit folgenden Schritten: a) im ersten Messzustand Ermitteln des Spannungsabfalls am ersten Messwiderstand (20) und des Spannungsabfalls am zweiten Messwiderstand (22) und Bestimmen des Verhältnisses des Spannungsabfalls am ersten Messwiderstand (20) und des Spannungsabfalls am zweiten Messwiderstand (22), b) im zweiten Messzustand Ermitteln des Spannungsabfalls am ersten Messwiderstand (20), des Spannungsabfalls am zweiten Messwiderstand (22) sowie des Spannungsabfalls am Referenzwiderstand (36) und Bestimmen des elektrischen Widerstandes des ersten Messwiderstandes (20) und Bestimmen des elektrischen Widerstandes des zweiten Messwiderstandes (22) aus den ermittelten Spannungsabfällen, dem elektrischen Widerstand des Referenzwiderstandes (36) und dem im ersten Messzustand bestimmten Verhältnis der Spannungsabfälle des ersten Messwiderstandes (20) und des zweiten Messwiderstandes (22).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt b) folgender Schritt durchgeführt wird: c) Im ersten Messzustand Ermitteln des Spannungsabfalls am ersten Messwiderstand (20) und des Spannungsabfalls am zweiten Messwiderstand (22) und Bestimmen des Verhältnisses des Spannungsabfalls am ersten Messwiderstand (20) und des Spannungsabfalls am zweiten Messwiderstand (22)und Bestimmen des elektrischen Widerstandes des zweiten Messwiderstandes (20) aus den ermittelten Spannungsabfällen am ersten Messwiderstand (20) und am zweiten Messwiderstand (22) und dem in Schritt b) ermittelten elektrischen Widerstandes des zweiten Messwiderstandes (22).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte b) und c) wechselweise wiederholt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt a) der elektrische Widerstand des ersten Messwiderstandes (20) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Messzustand - der über den ersten Messwiderstand fließende Strom aus dem Spannungsabfall am ersten Messwiderstand (20) und dem elektrischen Widerstand des ersten Messwiderstandes bestimmt wird und/oder - der über den zweiten Messwiderstand fließende Strom aus dem Spannungsabfall am zweiten Messwiderstand (22) und dem elektrischen Widerstand des zweiten Messwiderstandes (22) bestimmt wird - und der über den Stromsensor fließende Laststrom aus dem über den ersten Messwiderstand fließenden Strom und/oder dem über den zweiten Messwiderstand fließenden Strom ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Messzustand - der über den ersten Messwiderstand fließende Strom aus dem Spannungsabfall am ersten Messwiderstand (20) und dem elektrischen Widerstand des ersten Messwiderstandes (20) bestimmt wird und/oder - der über den zweiten Messwiderstand fließende Strom aus dem Spannungsabfall am zweiten Messwiderstand (22) und dem elektrischen Widerstand des zweiten Messwiderstandes (22) bestimmt wird, - der über den Referenzwiderstand fließende Strom aus dem Spannungsabfall am Referenzwiderstand (36) und dem elektrischen Widerstand des Referenzwiderstandes (36) bestimmt wird - und der über den Stromsensor fließende Strom aus dem über den zweiten Messwiderstand (22) fließenden Strom und/oder aus den addierten über den ersten Messwiderstand (20) und den Referenzwiderstand (36) fließenden Strömen ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsabfälle am ersten Messwiderstand (20), am zweiten Messwiderstand (22) und am Referenzwiderstand (36) jeweils mit einer Spannungserfassungseinrichtung (24, 26, 48) erfasst werden.
Verfahren einem der vorhergehenden Ansprüche, durch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Spannungsabfalls am zweiten Messwiderstand (22) der Spannungsabfall am ersten Messwiderstand (20) sowie der Spannungsabfall am ersten Messwiderstand (20) und am zweiten Messwiderstand (22) erfasst werden und der Spannungsabfall am zweiten Messwiderstand (22) aus der Differenz der erfassten Spannungsabfälle ermittelt wird.
Stromsensor (10) zur Messung eines Batteriestroms (12), insbesondere eine Fahrzeugbatterie (14), mit einem ersten Messwiderstand (20), einem zweiten Messwiderstand (22) und einem Referenzwiderstand (36), wobei der erste Messwiderstand (20) der zweite Messwiderstand (22) in Reihe zwischen einem ersten Anschluss (16) und einem zweiten Anschluss (18) des Stromsensors (10) angeordnet sind, und wobei der Referenzwiderstand (36) in einem ersten Messzustand vom ersten Messwiderstand (20) und vom zweiten Messwiderstand (22) elektrisch getrennt ist und der Referenzwiderstand (36) in einem zweiten Messzustand elektrisch parallel zum ersten Messwiderstand (20) geschaltet ist, mit Spannungserfassungseinrichtungen (24, 26, 48, 50) zur Ermittlung der Spannungsabfälle am ersten Messwiderstand (20), am zweiten Messwiderstand (22) und am Referenzwiderstand (36), und mit einer Steuerung zur Bestimmung des elektrischen Widerstandes des ersten Messwiderstandes (20) und des zweiten Messwiderstandes (22) mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Stromsensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltelement (42) vorgesehen ist, dass in einer geschlossenen Stellung die Parallelschaltung des Referenzwiderstandes (36) zum ersten Messwiderstand (20) herstellt.
Stromsensor nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Spannungserfassungseinrichtung (24) zur Erfassung eines Spannungsabfalls am ersten Messwiderstand (20) und/oder eine zweite Spannungserfassungseinrichtung (26) zur Erfassung eines Spannungsabfalls am zweiten Messwiderstand (22) vorgesehen ist, und dass eine Referenzstrom-Spannungserfassungseinrichtung (48) zur Erfassung eines Spannungsabfalls am Referenzwiderstand (36) vorgesehen ist.
Stromsensor nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Spannungserfassungseinrichtung (50) zur Erfassung eines Spannungsabfalls über den ersten Messwiderstand (2) und den zweiten Messwiderstand (22) vorgesehen ist.
Stromsensor nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Widerstände des ersten Messwiderstandes (20) und des zweiten Messwiderstandes (22) im Wesentlichen gleich groß sind.