JP2015529332A - 電流を案内するための回路 - Google Patents

Abstract

本発明は、電気的回路（２２）内に結線された電流センサー（２）による電流（２０）の計測結果の妥当性の確認を行うための方法に関する。発明に従い、電気的回路（２２）の回路状態の予め定められた変更（３４）を実施する、回路状態の変更（３４）によって引き起こされる、電流センサー（２）による電流（２）の変更（６２）を計測結果として検出する、回路状態の変更（３４）と電流（２０）の変更（６２）の比較によって計測結果の妥当性の確認を行う、というステップを含むことが提案される。

Description

本発明は、車両バッテリーと車両バッテリーに接続可能な電気的ネットワークコンポーネントの間で、電気的構成要素を介して電流を案内するための回路と、該回路を有する車両に関する。

自動車内で、電気的エネルギー源から電気的コンシューマに供給される電流の計測の実施の為に電気的エネルギー源と電気的コンシューマの間に直列に一つの電流センサーが接続されることが可能である。このような電流センサーは、例えば特許文献１から公知である。

独国特許出願公開第１０ ２０１１ ０７８ ５４８ Ａ１号明細書

本発明の課題は、公知の電流計測方法を改善することである。

この課題は、独立請求項に記載の特徴によって解決される。好ましい発展形は従属請求項の対象である。

本発明の観点に従い、電気的回路内に結線された電流センサーの計測結果の妥当性の確認を行うための方法は、以下のステップを含んでいる。
・電気的な回路の回路状態の予め定められた変更を実施する。
・回路状態の変更によって引き起こされる電流の変更の検出を行う。
・そして、回路状態の変更と電流の変更の比較によって電流センサーの計測結果の妥当性の確認を行う。

記載した方法は、電流によって搬送すべき全ての電気的負荷が電流センサーを介して案内するために、電流センサーは、電気的エネルギー源と電気的コンシューマの間に直列に接続されるべきであるという考えを基礎としている。この考えに基づいて、上述した方法は、電流センサーが組み込まれている電気的な回路内の故障、または電流センサー自体の故障、例えば寄生的短絡は、電流の一部と、これに伴い電気的負荷が電流センサーを通過して案内され、そして電流センサーによって検出することができないということに通じる恐れがあり、これは電流センサーによる誤計測に通じるという見識に基礎を置く。そのような誤計測を防止するために、上述した方法によって、電気的回路が、電流が既知であり、または少なくとも状態から導かれることが可能であるという状態に移行させられるということが提案される。よって、電気的な回路内での電流センサーのエラーの無い機能が保証されることが可能である。

発展形では、上述した方法は、電気的な回路の回路状態の予め定められた変更の実施の為に、既知の電気的なコンシューマを回路に接続するというステップを含む。回路が例えば車両内の電気システムの部材であるとき、または電気システムとして車両中で作動させられるとき、この既知な電気的コンシューマは、例えばヒーター、エアコン等の形式で存在する。本発展形は、電流自体が検出される必要がなく、既知の電気的なコンシューマの接続によって引き起こされるその変更が検出されるべきとの考えに基づいている。

上述した方法の他の発展形では、電流センサーは、並列に接続された少なくとも二つの分路を有している。その際、電気的な回路の回路状態の予め定められた変更の実施の為に、一方の分路が電気的に回路から切り離される。この発展形は、電流センサーは、その値が例えば製造を通じて既知であろう、並列に接続された個々の分路によってそのエラーの無い機能性を監視されることが可能であるという考えに基づいている。というのは、分路が遮断されると、電流は他方の分路内で当業者に既知の方法で変化し、このことは相応して確認されることができるからである。

上述した方法の追加的な発展形においては、電気的な回路は、電気的なコンシューマを接続する前に純静的な状態にある。準静的な状態とは、この状態において、電気的な回路の状態が、予め定められた時間制限内で、予め定められた領域内でのみ変化する状態であると理解される。静的な状態では、電気的な回路の状態は全く変化しないであろう。この方法によって、回路状態の予め定められた変更が、電流が未知の方法で変更され、そして電流センサーによる計測結果の妥当性の確認が不可能であろうという回路状態の未知の変更と重ね合わせられないということが保証されることができる。

上述した方法の更に他の発展形においては、既知のコンシューマの既知の電流消費が、電気的回路及び／又は電気的コンシューマの作動条件に依存している。この発展形は、既知の電気的コンシューマの電気的抵抗が、計測すべき電流に影響を与えるという考えに基づいている。この電気的な抵抗は、しかし電流センサーを有する電気的な回路の作動条件に依存している。この作動条件の考慮は、上述した方法中で計測結果の妥当性の確認を改善する。

好ましい発展形では、作動条件は、既知の電気的コンシューマにおいて降下する作動電圧、及び／又は既知の電気的コンシューマ及び／又は回路の作動温度を含む。この発展形は、全ての作動条件が電気的回路の電気的抵抗に同じように影響を有するのではないという考えに基づいている。よって、既知の電流消費の決定を不必要に複雑化しないように、既知の電流消費をはっきりと変更する、つまり所定の予め定めることが可能なトレランス値の外で変更する作動条件のみが、既知の電流消費に影響を有するべきである。

代替的な発展形においては、上述した方法は、
・電気的な回路の回路状態の予め定められた第二の変更を実施する、
・回路状態の第二の変更によって引き起こされる、電流の第二の変更を検出する、
・そして、回路状態の変更と電流の変更を比較する、
というステップを有する。

上述した方法この発展形は、例えば回路状態の変更の為に、故障したコンシューマが回路にあてがわれると、回路状態の予め定められた第一の変更はエラーが無い状態であるかもしれないという考えに基づいている。そうすると、計測結果の妥当性の確認は、誤りによってポジティブまたはネガティブな結果となる可能性がある。このような場合を防止するために、上述した方法の発展形によって、回路状態の第一の予め定められた変更によって得られる計測結果を直接、または回路状態の別の予め知られた変更によって間接的に妥当性の確認を行うことが提案される。

その際、電気的な回路の回路状態の予め定められた第二の変更は、上述した方法の特別な発展形に従い、電気的な回路の回路状態の予め定められた第一の変更の後に、代替的にまたはこれに対して追加的に実施される。

本発明の別の観点に従い、制御装置が提案される。当該制御装置は、上述した方法のいずれか一つを実施するよう設けられている。

本発明の発展形では、上述した制御装置は、メモリー及びプロセッサーを有している。その際、上述した方法は、コンピュータープログラムがメモリーからプロセッサーへとロードされるとき、コンピュータープログラムの形式でメモリーに保管されており、そして本方法と実施するためにプロセッサーが設けられている。

本発明は、コンピュータープログラムがコンピューター上で、または上述した装置上で実施されるとき、上述した方法の全てのステップを実施する為の、プログラムコード手段を有するコンピュータープログラムにも関する。

本発明は、コンピュータープログラム製品にも関する。当該製品は、コンピューター読み込み可能なデータストレージに保管されており、そしてデータ処理装置上で実施されると、上述した方法のいずれか一つを実施するプログラムコードを含む。

本発明の別の観点に従い、車両バッテリーは、
・電流を電気的なコンシューマへと供給するためのバッテリー極、
・バッテリー極に接続された、電流の検出の為の電流センサー、
・電流センサーに接続されている、電流センサーの計測結果の妥当性の確認を行うための上述した制御装置の一つを含んでいる。

本発明の上述した特性、特徴およびメリットと、これらがどのように得られるかという方法は、以下の実施例の説明との関係で明りょうかつ明確に理解可能である。これら実施例は、図と関連して詳細に説明される。図は以下を示している。

二つの導線部分の間の電流センサーの簡略図。 回路内の電流センサーの簡略図。 回路内の代替的電流センサーの簡略図。 代替的回路内の電流センサーの簡略図。 電流センサーの計測結果と電流推移のグラフ。

図中、同じ技術要素は、同じ符号を付され、そして一度のみ説明される。

二つの導線部分４，６の間の電流センサー２の簡略図を示す図１が参照される。電流センサー２によって電気的な電流７が検出される。電流は、電流センサー２を通り、両方の導線部分４，６を通り流れる。

電流センサー２は、本形成においては、パッシブ式の分路として形成されている。この分路は、当業者に公知の方法の、所定の抵抗値を有する簡易な電気的抵抗である。電流センサー２は、しかしまた、例えば特許文献１から知られているようなアクティブ式の分路として、または磁気的計測原理に基づき構築されていることが可能であり、そしてその構成において一切制限されない。

本実施形においては、電流センサー２は、両方の導線部分４，６の間のパルス側に収容されており、その際、導線部分４，６と電流センサー２の間の接続点には、電気的計測線８，１０が電気的に接触させられている。これら計測線は、評価回路１２に通じている。計測線８，１０の間には、当業者に既知の方法で計測電圧１４が降下する。計測電圧１４と、パッシブな分路として形成された電流センサー２の既知の抵抗値から、当業者に既知の方法で検出すべき電流７が推測されることができる。

しかし電流センサー２が、例えば汚染１６によってバイパスされると、検出すべき電流の一部が電流センサー２を流れず、寄生電流１８としてこの汚染１６を通って流れ、これによって、電流センサー２によって検出される計測電流２０は、この寄生電流１８の分だけ誤ったものとなる。電流センサー自体における、または電流センサー２に含まれる回路における、そのような汚染１６または他の故障は、その使用の経過において初めて生じるので、これらはその使用の経過においても検出されるべきである。このため、以下の解決可能性が提案される。

回路２２内の電流センサー２の簡略図を示す図２が参照される。

本実施形においては、電流センサー２は、バッテリーとして形成された電気エネルギー源２４と、電気的コンシューマ２６の間に接続されている。その際、検出すべき電流７は、バッテリー２４の第一のバッテリー極２８を介して、および両方の導線部分４の一方を介して電流センサー２へと導かれる。検出すべき電流７は、その後、両方の導線部分６の他方を介して電気的コンシューマ２６へと導かれ、そして、電気的コンシューマから、リターン導線３０を介しておよび第二のバッテリー極３２を介してバッテリー２４内へと戻る。

電流センサー２は、計測線８，１０を介して評価回路１２と接続されている。その際、計測線８，１０は電流センサー２を介しての電圧降下１４と、例えば調整信号のような、他の計測の為に必要な信号をも伝達することが可能である。これによって、アクティブな分路の場合の電圧降下１４が一定に保持されることが可能である。この為のさらなる情報は、特許文献１が参照される。

本実施形においては、評価回路１２は、状態変化信号３４を出力する。この信号によって、回路２２の回路状態を変更することができる。回路状態は、その際、検出すべき電流７を変更する各任意の影響値であることが可能である。その様な影響値は、検出すべき電流７を変更する、例えば回路２２の配線であり、または回路２２に作用する温度であることが可能である。

本実施形においては、電気回路２２の状態が、状態変化信号３４によって、検出すべき電流７が既知の方法で変化するよう変更される。これによって、図１に示された、電流センサー２を通って流れる計測電流２０も既知の方法で変化する必要がある。そうでないと、検出すべき電流７の一部が、回路２２内の故障、例えば汚染１８を通って寄生電流１６として流れる。よって、応対信号３４を介しての回路状態の変更によって、評価回路１２は、電流センサー２によって検出される計測電流２０を妥当性の確認を行うことが可能である。

以下にこれに対する二つの例を議論する。

両方の例の内の第一のものが示されている図３が参照される。

本実施形においては、電流センサー２は二つの並列に接続された二つの個別分路３６，３８によって構成されている。その際、第二の個別分路３８は、状態変化信号３４によって制御可能なスイッチ４０を介して、並列接続から離脱することが可能である。

使用中、評価回路は、検出すべき電流７を計測電流を介して、まず、共通の並列接続内の両方の個別分路３６，３８によって検出し、そして計測電流２０の値を、例えば図示されていない内部メモリー内に保存する。その後、状態変化信号３４を介して並列接続から第二の個別分路３８を分離し、そして計測電流２０の値を再検出する。

エラーが無い場合、検出された両方の値は、当業者に既知の方法で互いに依存する。両方の個別分路３６，３８が、例えば、その抵抗値が同じ大きさである時、計測電流２０の値は、第二の個別分路３８の遮断の後、二倍される必要がある。そうでない場合、寄生電流１８が流れる。

両方の例の内、第二の例がしめされる図４が参照される。

第二の例においては、電流センサー２は変更されず、電流センサー２に接続される電気的コンシューマ２６が変更される。

電気的コンシューマ２６は、この為、三相電動モーター４２を有している。この電動モーターは、コンバーター４４を介し、電気エネルギーをバッテリー２４から当業者に既知の方法で供給される。その際、当業者に既知の計測課題、例えば磁気的ステータフィールド（独語：Ｓｔａｅｎｄｅｒｆｅｌｄ）の検出のようなものを実施するために、各相においては、すでに存在する電流センサー２に対し追加的に、更に一つの単相電流センサー４６が設けられていることが可能である。

更に、本実施形においては、コンバーター４４に対して並列に一つの電気的なヒーター４８が接続されている。このヒーターは、状態変化信号３４によって切り替え可能なスイッチ４０を介して並列接続から切り離されることが可能である。

使用中は、評価装置２０は、電気的なヒーター４８を接続し、そして、電流センサー２０を通る計測電流２０の値がどれくらい上昇するかを計測する。この値は、電気的なヒーター４８の電流消費に合わせられる必要がある。そうでなければ、検出されるべき電流７の一部が、寄生電流１８として流れる。

単相電流センサー４６は、その際、同様に、本実施例において紹介された方法によってそのエラーの無い機能が確認されることが可能である。

図４に示された装置によって受け入れられる、時間５２にわたる計測電流１８の質的推移５０を示す図５が参照される。

計測電流２０が静的な第一の値５６へと移行すると、好ましくは、電気的なヒーター４８が、開始時点５４に対する追加的な電気的なコンシューマとしてスイッチを入れられる。

開始時点５４の後、電気的なヒーター４８がコンバーター４４に対して並列に接続されると、計測電流２０が上昇し、そして第二の静的な値５８に移行する。この値は、最も早くて時点６０に対して計測されることが可能である。この時点において移行は完了する。これら両方の時点の間の期間は、通常、数秒の範囲にある。

回路２２の決められた通りの回路状態において、計測電流２０の両方の値５８と５６の間の差の値６２は、電気的なヒーターの電流消費に相当する。

Claims (10)

1. 電気的回路（２２）内に結線された電流センサー（２）による電流（２０）の計測結果の妥当性の確認を行うための方法であって、
   電気的回路（２２）の回路状態の予め定められた変更（３４）を実施する、
   回路状態の変更（３４）によって引き起こされる、電流センサー（２）による電流（２）の変更（６２）を計測結果として検出する、
   回路状態の変更（３４）と電流（２０）の変更（６２）の比較によって計測結果の妥当性の確認を行う、
   というステップを含む方法。
2. 電気的回路（２２）の回路状態の予め定められた変更（３４）を実施するために、既知の電気的コンシューマ（４８）を回路（２２）に接続するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 電流センサー（２）が、並列に接続された少なくとも二つの分路（３６，３８）を有し、かつ電気的回路（２２）の回路状態の予め定められた変更（３４）を実施するために、一方の分路（３８）が回路（２２）から電気的に切り離されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 電気的コンシューマ（４８）の接続の前に、電気的な回路（２２）が準静的な状態にあることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 回路状態の変更（３４）と電流（２０）の変更（６２）の比較の結果が、電気的回路（２２）及び／又は電気的コンシューマ（４８）の作動条件に依存していることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 作動条件が、既知の電気的コンシューマ（４８）において降下する作動電圧、及び／又は既知のコンシューマ（４８）及び／又は回路（２２）の作動温度を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 電気的回路（２２）の回路状態の予め定められた第二の変更（３４）を実施する、
   回路状態の第二の変更（３４）によって引き起こされる、電流（２０）の第二の変更（６２）を検出する、そして
   回路状態の変更（３４）と電流（２０）の変更を比較する、
   というステップを含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 電気的回路（２２）の回路状態の予め定められた第二の変更（３４）が、電気的回路（２２）の回路状態の予め定められた第一の変更（３４）の後に、代替的にまたはこれに対して追加的に実施されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の方法を実施するよう設けられていることを特徴とする制御装置（１２）。
10. 車両バッテリー（２４）であって、
    電気的コンシューマ（２６）に電流（７）を供給するための一つのバッテリー極（２８）、
    バッテリー極（２８）に接続された、電流（７）を検出するための電流センサー（２）、および、
    電流センサー（２）に接続され、電流センサー（２）の計測結果（２０）の妥当性の確認を行うための、請求項９に記載された制御装置（１２）を有することを特徴とする車両バッテリー（２４）。

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