KR102055991B1 - 아날로그 배터리 단자 센서 - Google Patents

Abstract

배터리 단자에의 부착을 위해 설계되거나 또는 배터리 단자에 통합되는 전류 센서 장치로서, 그 전류 센서 장치는, 션트, 및 션트를 통한 전류 및/또는 션트에 걸린 본질적으로 기울어지는 전압을 검출하는 그러한 방식으로 연결 및 구현되는 신호 프로세싱 디바이스를 포함하고, 여기서 신호 프로세싱 디바이스는 아날로그 회로로서 구현되고 검출된 전류 및/또는 검출된 전압에 의존하는 아날로그 출력 신호를 이용가능하게 한다.

Description

아날로그 배터리 단자 센서{ANALOGUE BATTERY TERMINAL SENSOR}

본 발명은 청구항 1 의 전제부에 따른 전류 센서 장치 및 자동차들에서의 그 센서 장치의 이용에 관한 것이다.

특히 현대의 차량들에 있어서, 차량에서의 전류의 측정은 점점 더 중요해지고 있다. 요즘에는, 다수의 배터리 센서들이 이미 차량에서 큰 비율로 설치되어 있다. 이들 센서들로, 자동차 제조업체는 차량에서의 에너지의 흐름을 체크하고 따라서 소비를 감소시키고 CO2 를 줄이는데 상당한 공헌을 하는 것이 가능하다. 전류는 일반적으로 홀 센서들의 도움으로 또는 고품질 전류 측정 션트 (shunt) 를 이용하여 이들 센서들에서 측정된다.

상대적으로 고가의 마이크로제어기들이 일반적으로 이들 션트-기반 배터리 센서들에서 이용된다. 전류 및 온도 신호들은 LIN 인터페이스를 통해 디지털로 출력된다. 그에 반해서, 홀 센서들은 자기장의 복잡한 감지를 요구한다. 이 목적을 위해, 전기 전도체 주위에 또는 그 위에 특별한 방식으로 센서들을 배열할 필요가 있다. 이들 센서들로부터의 출력 신호는 일반적으로 아날로그 전압 신호이다. 현대의 홀 센서들은 일반적으로 마찬가지로 온도 신호를 갖는다. 요즘에 알려진 전류 센서들은 일반적으로, 션트에 걸린 전압 강하를 기록하는 마이크로제어기-기반 센서들, 또는 배터리 케이블에 대하여 정의된 포지션에 배열되거나 또는 배터리 케이블을 둘러싸는 자기 토로이드 코어 (magnetic toroidal core) 의 에어 갭에 배열되거나 둘 중 어느 하나인 홀 센서들이다.

이 경우에, 션트-기반 마이크로제어기-제어된 배터리 센서들은 높은 정확도로 구별되는 반면, 홀-기반 센서들은 상당히 더 부정확하지만 더 유리하다.

본 발명의 목적은 상대적으로 비용 효율이 높고 및/또는 상대적으로 정확하게 측정하는 전류 센서 장치를 제안하는 것이다.

이 목적은, 본 발명에 따라, 청구항 1 에 따른 전류 센서 장치에 의하여 달성된다.

전류 센서 장치는 바람직하게는 배터리 센서를 의미하는 것으로서 이해되거나 또는 전류 센서 장치는 바람직하게는 배터리 센서의 형태이다.

신호 프로세싱 디바이스는 바람직하게는 칩 상에 형성되거나 또는 집적 회로의 형태이다.

신호 프로세싱 디바이스는 편의상 신호 프로세싱 회로를 의미하는 것으로서 이해된다.

신호 프로세싱 디바이스는 디지털 회로부 및/또는 마이크로제어기를 포함하지 않는 것이 선호된다. 이 경우에, 전류 센서 장치 전체 또는 배터리 센서 전체는 편의상 디지털 회로부 및/또는 마이크로제어기를 갖지 않는다.

전류 센서 장치 또는 배터리 센서는 바람직하게는 배터리 단자에 통합된다.

전류 센서 장치 또는 배터리 센서는 바람직하게는, 그것이 자동차 배터리의 극 단자 (pole terminal) 에서 연결 및 동작될 수 있는 그러한 방식으로 설계된다. 이것은, 특히, 하우징 형태 및 디멘젼들과 관련된다.

전류 센서 장치는 전기 에너지가 공급되는 적어도 2 개의 공급 커넥션들을 갖는 것이 유리하고, 이들 2 개의 공급 커넥션들은 션트에 또는 션트의 전류 경로에 연결되지 않는다.

이 경우에, 전류 센서 장치는, 특히, 적어도 신호 프로세싱 디바이스에 2 개의 공급 커넥션들에 의하여 전기 에너지가 공급되는 그러한 방식으로 설계된다. 전류 센서 장치는 특히 바람직하게는 그것이 2 개의 공급 커넥션들에 의하여, 예를 들어, 5 V DC 의 정의된 공급 전압을 제공하는 제어 디바이스에 연결될 수 있거나 또는 이에 연결되는 그러한 방식으로 설계된다. 전류 센서 장치가 공급 커넥션들을 갖고 따라서 배터리의 단자 전압인 공급 전압에 직접 연결되기 보다는, 정의된 공급 전압, 특히 강건하고 신뢰가능한 공급 전압에 연결될 수 있다는 사실의 결과로서, 전류 센서 장치에 있어서 어떤 과전압 보호도 필요 없다.

신호 프로세싱 디바이스는 션트에 또는 션트의 전류 경로에 연결되고 션트를 통한 전류 및/또는 실질적으로 션트에 걸린 전압을 기록 및/또는 탭 오프하는데 이용되는 2 개의 기록 커넥션들을 갖는 것이 선호되고, 신호 프로세싱 디바이스에서의 이들 2 개의 기록 커넥션들은, 출력 측에서, 추가적인 증폭기 회로에 연결되는 전치증폭기 회로의 입력에 연결된다. 전치증폭기 회로 및/또는 추가적인 증폭기 회로는 특히 바람직하게는 차동 증폭기 회로 및/또는 연산 증폭기 회로의 형태이다.

추가적인 증폭기 회로는 아날로그 출력 신호를 제공하는 것이 유리하다.

신호 프로세싱 디바이스는 온도 센서 엘리먼트에 의하여 온도를 기록하고, 특히, 추가적인 아날로그 출력 신호로서 온도 신호를 제공하는 것이 선호된다. 이 경우에, 전류 센서 장치는 특히 바람직하게는, 온도 센서 엘리먼트가 열 전도 방식으로 또는 상대적으로 우수한 열 전도성을 가지고 션트에 및/또는 극 단자에 연결되는 그러한 방식으로 설계된다. 이것은 상대적으로 정확한 온도 기록 및 측정을 가능하게 한다.

온도 센서 엘리먼트는 편의상 NTC 서미스터의 형태이다.

션트는 편의상, 1000 A 보다 큰 전류 세기를 위해 설계되는 그러한 방식으로 설계된다. 전류 센서 장치는, 션트를 통해 그러한 전류 세기를 기록 가능하게 하기 위하여, 특히 또한 이 점에서 그 신호 프로세싱 디바이스에 대하여, 형성 및 설계된다.

신호 프로세싱 디바이스는 바람직하게는, 배터리 센서로부터의 출력 신호가 전류-비례 아날로그 전류 신호, 즉 션트에 대하여 전류-비례하는 전류 신호, 또는 션트에 대하여 전류-비례하고 특히 0.5 V 내지 4.5 V 의 출력 진폭을 갖는 아날로그 전압 신호인 그러한 방식으로 설계된다.

전류 센서 장치는 바람직하게는, 배터리의 음극과 양극 양자 모두에 연결되고, 이들에서 동작될 수 있는 그러한 방식으로 설계된다.

본 발명은 또한, 자동차들에서의 전류 센서 장치 또는 배터리 센서의 이용에 관한 것이다.

도 1 은 전류 센서 장치 또는 배터리 센서의 회로 또는 설계의, 그 동작 방법에 대한, 개략적이고 예시적인 예시를 도시한다.

배터리 센서의, 예를 들어, 대략 100μohms 의 특히 낮은 전기 저항을 가진, 션트 (1) 는, 자동차 배터리의 배터리 단자 (9) 에 그리고 자동차에서 전기 부하를 연결하는데 이용되는 배터리 라인 (10) 에 전기적으로 연결된다. 이 경우에, 전류 센서 장치는, 일 예로, 배터리 케이블 하니스의 하이-측 및 로우-측 커넥션 또는 전위에 연결 및 부착된다. 신호 프로세싱 디바이스는, 그 기록 커넥션들 (2 및 3) 에 의하여, 전기 전도 방식으로 션트 (1) 의 상류로 및 하류로 실질적으로 직접 션트를 통하여 전류 경로에 연결된다. 기록 커넥션들 (2 및 3) 은 예를 들어, 보호 회로부로서 이용되는, 입력 저항기들 (R) 을 통해, 예를 들어, 차동 증폭기의 형태의 전치증폭기 회로 (4) 의 입력들에 연결된다. 커패시터 또는 커패시턴스 엘리먼트 (C) 는 추가적인 보호 회로부로서, 2 개의 입력 저항기들 (R) 사이에 연결된다 전치증폭기 회로 (4) 의 출력들은 마찬가지로 차동 증폭기의 형태의 추가적인 증폭기 회로 (5) 의 입력들에 공급되고, 그 추가적인 증폭기 회로 (5) 는, 출력 측에서, 배터리 센서로부터의 출력 신호로서, 예를 들어, 0.5 V 내지 4.5 V 의 션트 (1) 에 대하여 전류-비례하는 아날로그 전압 신호 (11) 를 제공한다. 신호 프로세싱 디바이스는 2 개의 공급 커넥션들 (6 및 7) 에 의하여 외부 전자 제어 유닛 (ECU) 에 연결되고 예를 들어, 상기 전자 제어 유닛에 의해 안정된 방식으로, 5 V 의 공급 전압이 공급된다. 추가로, 신호 프로세싱 디바이스는 아날로그 NTC 서미스터 (부 온도 계수 서미스터: Negative Temperature Coefficient thermistor) 의 형태인 온도 센서 엘리먼트 (8) 를 갖고, 출력 측에서, 추가적인 출력 신호로서 온도 신호를 제공한다. 이 경우에, 온도 센서 엘리먼트 (8) 는 (예시되지 않은) 열 전도 방식으로 배터리 단자에 그리고 또한 션트 (1) 에 연결되고 예를 들어, 전류 센서 장치의 인쇄 회로 보드 상에 배열된다. 예를 들어, 공급 전압에 대응하는 레퍼런스 신호 (13) 는 대략 0 V 의 차동 전압이 추가적인 증폭기 회로 (5) 에 공급되고, 측정 신호가 따라서 0 V 가 아니면, 레퍼런스 전압이 출력되도록 추가적인 증폭기 회로 (5) 에 공급된다. 예를 들어, 전류 센서 장치의 스위칭-온 동안, 온도 센서 엘리먼트 (8) 는 배터리 단자 (9) 의 온도를 실질적으로 기록하고, 션트 (1) 가 뜨거워질 때, 실질적으로 그 온도를 기록하고, 결과적으로 실질적으로 션트 (1) 의 온도는 동작 동안 기록된다.

Claims (10)

1. 배터리 단자에 고정되거나 또는 상기 배터리 단자에 통합되도록 설계되는 전류 센서 장치로서,
   상기 전류 센서 장치는, 션트 (1) 및 신호 프로세싱 디바이스를 포함하고, 상기 신호 프로세싱 디바이스는, 상기 션트를 통한 전류 및 상기 션트에 걸린 실질적으로 강하된 전압 중 적어도 하나를 기록하는 그러한 방식으로 연결 및 설계되고, 상기 신호 프로세싱 디바이스는 아날로그 회로의 형태이고 기록된 상기 전류 및 기록된 상기 전압 중 적어도 하나에 의존하는 아날로그 출력 신호 (11) 를 제공하고, 상기 신호 프로세싱 디바이스는 디지털 회로부 및 마이크로제어기 중 적어도 하나를 포함하지 않으며,
   상기 신호 프로세싱 디바이스는 온도 센서 엘리먼트 (8) 에 의하여 온도를 기록하고, 추가적인 아날로그 출력 신호로서 온도 신호 (12) 를 제공하고, 상기 신호 프로세싱 디바이스는 온도 센서 엘리먼트 (8) 로서 NTC 서미스터를 갖고,
   상기 신호 프로세싱 디바이스는 상기 션트 (1) 에 또는 상기 션트의 전류 경로에 연결되고 상기 션트를 통한 전류 및 실질적으로 상기 션트에 걸린 전압 중 적어도 하나를 기록 또는 탭 오프하는데 이용되는 2 개의 기록 커넥션들 (2, 3) 을 갖고, 상기 신호 프로세싱 디바이스에서의 이들 2 개의 기록 커넥션들 (2, 3) 은, 출력 측에서, 추가적인 증폭기 회로 (5) 에 연결되는 전치증폭기 회로 (4) 의 입력에 연결되는 것을 특징으로 하는 전류 센서 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 신호 프로세싱 디바이스는 적어도 하나의 칩 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 전류 센서 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 전류 센서 장치는 상기 배터리 단자에 통합되는 것을 특징으로 하는 전류 센서 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 전류 센서 장치는 전기 에너지가 공급되는 2 개의 공급 커넥션들 (6, 7) 을 갖고, 이들 2 개의 공급 커넥션들 (6, 7) 은 상기 션트 (1) 에 또는 상기 션트의 전류 경로에 연결되지 않는 것을 특징으로 하는 전류 센서 장치.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 추가적인 증폭기 회로 (5) 는 상기 전류 센서 장치로부터 상기 아날로그 출력 신호 (11) 를 제공하는 것을 특징으로 하는 전류 센서 장치.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 전류 센서 장치는 자동차들에서 이용되는 것을 특징으로 하는 전류 센서 장치.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

Images