KR102579521B1 - 부하 전류를 식별하기 위한 방법 및 배터리 센서 - Google Patents

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안드레아스 아우머
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콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
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Abstract

본 발명은 배터리의 부하 전류 (18) 를 결정하기 위한 배터리 센서 (10) 에 관한 것으로, 배터리 센서는 적어도 하나의 측정 저항기 (24, 24a, 24b) 를 가지며 적어도 하나의 측정 저항기 (24, 24a, 24b) 양단의 전압 강하를 검출하고 그 전압 강하로부터 부하 전류 (18) 를 식별하도록 설계되고, 배터리 센서 (10) 는, 각각의 경우에서 적어도 하나의 배터리 파라미터를 검출하기 위한 적어도 2 개의 검출 디바이스들 (26, 26a, 26b, 34) 및 적어도 하나의 배터리 파라미터로부터 적어도 하나의 보정 팩터를 식별하기 위한 평가 디바이스를 갖는다. 부하 전류 (18) 는 다음의 단계들에 의하여 식별된다:
a) 적어도 2 개의 검출 디바이스들 (26, 26a, 26b, 34) 을 사용하여 적어도 2 개의 배터리 파라미터들 및 그 배터리 파라미터들의 시간 프로파일들을 검출하는 단계,
b) 검출된 배터리 파라미터들 및/또는 검출된 배터리 파라미터들의 검출된 시간 프로파일들에 의존하여 보정 팩터를 결정하기 위해 배터리 파라미터들 및/또는 그 배터리 파라미터들 중 하나의 배터리 파라미터의 적어도 하나의 시간 프로파일 중 적어도 하나를 결정하는 단계,
c) 적어도 하나의 선택된 배터리 파라미터 및/또는 그 적어도 하나의 선택된 배터리 파라미터의 시간 프로파일을 사용하여 적어도 하나의 보정 팩터를 식별하는 단계,
d) 적어도 측정 저항기 (24, 24a, 24b) 양단에서 검출된 전압 강하 및 적어도 하나의 보정 팩터로부터 부하 전류 (18) 를 결정하는 단계.
본 발명은 더욱이 상기 단계들을 갖는 배터리의 부하 전류를 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

부하 전류를 식별하기 위한 방법 및 배터리 센서{Method and battery sensor for identifying a load current}
본 발명은 배터리 센서를 사용하여 배터리의 부하 전류를 식별하기 위한 방법에 관한 것으로, 여기서 배터리 센서는 적어도 하나의 측정 저항기를 가지며 적어도 하나의 측정 저항기 양단의 전압 강하 (voltage drop) 를 검출하고 그 전압 강하로부터 부하 전류를 식별하도록 설계된다. 본 발명은 더욱이 이러한 배터리 센서에 관한 것이다.
배터리 센서들은 차량들에 있어서, 배터리의 충전 상태 또는 건강 상태에 관하여 보고하는 것을 가능하게 하기 위하여 차량 배터리의 배터리 전류들을 검출하는데 사용된다. 배터리 센서는 보통 배터리 극판 (pole) 에 배열되고, 예를 들어, 차량 배터리와 접촉하기 위한 배터리 단자를 갖는다. 더욱이, 배터리 센서는 보통 부하 전류의 전류 경로에 배열된 측정 저항기 뿐만 아니라 측정 저항기 양단에 흐르는 전류의, 예를 들어, 부하 전류의 전압 강하를 검출할 수 있는 전압 검출 디바이스를 갖는다. 측정 저항기의 전기 저항이 알려지면, 옴의 법칙을 사용하여 측정 저항기 양단의 검출된 전압 강하로부터, 측정 저항기 양단에 흐르는 전류, 다시 말해서 부하 전류를 식별하는 것이 가능하다.
그러나, 측정 저항기의 전기 저항은 많은 팩터들에 의존하고 또한 동작 동안 또는 배터리 센서의 유효 수명 (service life) 에 걸쳐 변화할 수 있다. 예를 들어, 전기 저항은 온도에 의존하는 식으로, 환경 영향들에 의하여 또는 에이징 효과들로 인해 변화할 수 있다.
더욱이, 신호 프로세싱을 위해 사용되는 아날로그-디지털 컨버터들 또는 신호 증폭기들은 절대 측정 에러, 소위 오프셋을 가질 수 있으며, 이는 측정 결과들의 추가적인 부정확성을 야기할 수 있다.
배터리 센서를 캘리브레이팅하기 위한 다양한 방법들이 종래 기술로부터 알려져 있다. 예를 들어, 검출된 전압 강하 및/또는 전기 저항을 조정하기 위한 적어도 하나의 보정 팩터가 식별됨으로써 전류 측정의 정확성을 향상시킨다. 그러나, 알려진 방법들 각각은 단점들을 갖거나 또는 차량 동작 동안 발생하는 동작 상태들 모두에서 사용될 수 없다.
예를 들어, 배터리의 또는 배터리 센서의, 바람직하게는 측정 저항기의 온도가 검출될 수 있다. 온도와 보정 팩터 간의 상관 (correlation), 및 예를 들어, 온도/보정 팩터 특성 곡선은 사전에 식별되었다. 온도가 알려지면, 상기 온도 또는 대응하는 전기 저항에 대응하는 보정 팩터가 특성 곡선으로부터 취해지고 전기 저항의 및 그에 따른 전류의 정확한 계산을 위해 사용될 수 있다. 그러나, 온도에 의한 보정 팩터들의 이러한 식별은 전기 저항의 온도-관련 변화들을 단지 고려한다. 저항의 다른 변화들 또는 전기 저항에 대한 다른 영향들, 이를 테면 에이징-관련 변화들 또는 환경 영향들로 인한 변화들은 고려되지 않는다. 추가로, 상기 방법들은 온도 측정의 정확성에 의존한다.
대안으로서, 배터리 센서의 동작 동안, 매우 정확한 정도로 알려지거나 또는 측정되는 정의된 레퍼런스 전류를, 적어도 하나의 측정 저항기에 인가하고 그리고 레퍼런스 전류에 의해 야기된 측정 저항기에서의 추가적인 전압 강하를 식별하는 것이 알려져 있다. 측정 저항기의 정확한 전기 저항 또는 그 전기 저항을 조정하기 위한 보정 팩터가 상기 전압 강하 및 알려진 레퍼런스 전류로부터 식별될 수 있다. 그러나, 상기 방법들은, 예를 들어, 온도의 빠른 변화 및 그로부터 발생하는 전기 저항의 변화가 생기면 적합하지 않다.
본 발명의 목적은, 차량에서 발생하는 동작 상태들 모두에서 배터리 전류를 신뢰가능하게 결정하는 것을 가능하게 하는 방법 및 배터리 센서를 제공하는 것이다.
그 목적을 달성하기 위해, 배터리 센서를 사용하여 배터리의 배터리 전류를 식별하기 위한 방법이 제공되며, 여기서 배터리 센서는 적어도 하나의 측정 저항기를 가지며 적어도 하나의 측정 저항기 양단의 전압 강하를 검출하고 그 전압 강하로부터 배터리 전류를 식별하도록 설계된다. 배터리 센서는, 각각의 경우에서 적어도 하나의 배터리 파라미터를 검출하기 위한 적어도 2 개의 검출 디바이스들을 갖는다. 방법은, 다음의 단계들을 갖는다:
a) 적어도 2 개의 검출 디바이스들 (26, 26a, 26b, 34) 을 사용하여 적어도 2 개의 배터리 파라미터들 및 그 배터리 파라미터들의 시간 프로파일들을 검출하는 단계,
b) 검출된 배터리 파라미터들 및/또는 검출된 배터리 파라미터들의 검출된 시간 프로파일들에 의존하여 보정 팩터를 결정하기 위해 배터리 파라미터들 및/또는 배터리 파라미터들 중 하나의 배터리 파라미터의 적어도 하나의 시간 프로파일 중 적어도 하나를 결정하는 단계,
c) 적어도 하나의 선택된 배터리 파라미터 및/또는 적어도 하나의 선택된 배터리 파라미터의 시간 프로파일을 사용하여 적어도 하나의 보정 팩터를 식별하는 단계,
d) 적어도 측정 저항기 (24, 24a, 24b) 양단에서 검출된 전압 강하 및 적어도 하나의 보정 팩터로부터 배터리 전류 (18) 를 결정하는 단계.
적어도 2 개의 배터리 파라미터들의 값들 및 시간 프로파일들은 따라서 상기 배터리 파라미터들 중 적어도 하나의 배터리 파라미터를 사용하여 결정될 수 있는 적어도 하나의 보정 팩터 및 상기 배터리 파라미터들 중 하나의 배터리 파라미터를 사용하여 보정 팩터를 결정하기 위한 방법을 각각의 경우에서 상기 시간 프로파일들에 대해 선택하기 위하여 고려되며, 여기서 보정 팩터 및 방법은 배터리 전류를 가능한 한 정확히 결정하거나 또는 적어도 하나의 보정 팩터를 가능한 한 정확히 결정하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 배터리 파라미터들의 값들 및/또는 배터리 파라미터들의 변화율이 여기서 고려된다. 변화율은 이 경우에, 예를 들어, 시간에 의존하는 배터리 파라미터의 변화, 그렇지 않으면 시간에 의존하는 배터리 파라미터의 변화의 속도일 수 있다.
보정 팩터는 후속하여 측정 저항기의 전기 저항을 보정하거나 또는 전기 저항에 대한 더 정확한 값을 식별하는데 사용될 수 있다. 그러나, 보정 팩터는 또한, 측정 저항기 양단의 전압 강하의 검출 후에, 전압 강하로부터 식별된 전압 신호를 조정하는데 사용될 수 있다.
결과적으로, 한편으로는, 방법 및 배터리 파라미터를 각각 선택하는 것이 가능하고 그것에 의하여 배터리 파라미터들의 식별된 시간 프로파일들에서, 가장 정확한 방식으로 보정 팩터 또는 배터리 전류를 식별하는 것이 가능하다. 다른 한편으로, 배터리 센서는 더 단순한 설계를 가질 수 있다. 적어도 하나의 보정 팩터는 각각의 경우에서 단지 하나의 배터리 파라미터로부터 결정되기 때문에, 검출 디바이스들을 사용하여 검출된 신호들 모두가 동시에 프로세싱되어야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 조인트 프로세싱 디바이스들, 이를 테면 아날로그-디지털 컨버터들 또는 증폭기들이 따라서 검출 디바이스들에 사용될 수 있다. 선택된 방법 및 선택된 배터리 파라미터에 의존하여, 프로세싱 디바이스들은 개별의 배터리 파라미터들을 프로세싱하기 위해 또는 배터리 전류를 식별하기 위해 선택적으로 사용될 수 있다.
방법은 보정 팩터들을 결정하기 위한 임의의 방법들을 사용하여 수행될 수 있다. 상이한 동작 상태들의 방법들을 사용하여, 다시 말해서 배터리 파라미터들의 상이한 값들 및 프로파일들로 보정 팩터들을 결정하는 것이 가능하다는 것은 단지 요구될 뿐이다.
예를 들어, 적어도 하나의 배터리 파라미터는 배터리의 및/또는 배터리 센서의 온도를 포함할 수 있고, 여기서 보정 팩터는 전기 저항의 온도-관련 변화를 보상하기 위하여 온도로부터 식별될 수 있다. 배터리 파라미터는 바람직하게는 적어도 하나의 측정 저항기의 온도이다.
적어도 하나의 온도를 사용하는 적어도 하나의 보정 팩터의 식별은, 예를 들어, 온도와 적어도 하나의 보정 팩터 간의 이전에 식별된 상관으로부터의, 특히 온도/보정 팩터 특성 곡선으로부터의 보정 팩터의 선택을 포함한다. 따라서, 소정의 온도들 또는 온도 프로파일들에 대한 전기 저항은, 예를 들어, 테스트 벤치에서, 사전에 결정되고, 예를 들어, 특성 곡선의 형태로 저장된다. 대안으로서, 적어도 하나의 온도-의존 보정 팩터가 식별 및 저장된다. 온도가 식별되면, 사전에 저장된 상기 데이터가 액세스될 수 있고 측정 저항기의 전기 저항이 대응하는 보정 팩터를 사용하여 식별될 수 있다. 이것은 측정 저항기의 전기 저항 또는 측정 저항기의 전기 저항에 대한 보정 팩터를 단순히 그리고 빠르게 식별하는 것을 가능하게 한다.
적어도 하나의 배터리 파라미터는 적어도 하나의 측정 저항기 양단의 전압 강하일 수 있다. 이 경우에, 검출 디바이스는 바람직하게는 전압 검출 디바이스를 포함한다. 검출 디바이스는, 예를 들어, 별도의 검출 디바이스가 요구되지 않도록 전압 검출 디바이스에 의해 형성된다.
적어도 하나의 측정 저항기 양단의 전압 강하에 의한 적어도 하나의 보정 팩터의 식별은 바람직하게는 다음의 단계들을 포함한다:
- 적어도 하나의 측정 저항기에의 정의된 레퍼런스 전류의 인가,
- 적어도 하나의 측정 저항기에서의 레퍼런스 전류의 전압 강하의 식별,
- 적어도 하나의 측정 저항기에서의 측정 전류의 전압 강하로부터의 보정 팩터의 식별.
차량 동작 동안 끊임없이 변화하고 있는 부하 전류와 대조적으로, 레퍼런스 전류가 알려져 있다. 예를 들어, 레퍼런스 전류는 매우 정확한 레퍼런스 전류 소스에 의해 제공되고 및/또는 레퍼런스 전류 측정 디바이스에 의해 매우 정확한 정도로 식별된다. 측정 저항기의 전기 저항 또는 측정 저항기의 전기 저항에 대한 보정 팩터는 옴의 법칙에 의하여 레퍼런스 전류로 인한 측정 저항기에서 강하된 전압으로부터 식별될 수 있다. 상기 식별된 전기 저항 또는 식별된 보정 팩터를 사용하면, 부하 전류는 부하 전류의 전압 강하를 사용하여 결정될 수 있다.
부하 전류는 바람직하게는 적어도 하나의 측정 저항기에 인가되고 적어도 하나의 측정 저항기에서의 레퍼런스 전류의 및 부하 전류의 전압 강하가 식별된다. 보정 팩터는 따라서 배터리 센서의 동작 동안 결정될 수 있다.
레퍼런스 전류로 인한 전압 강하의 측정에 의한 적어도 하나의 보정 팩터의 결정을 위해, 단지, 레퍼런스 전류의 전압 강하로부터 적어도 하나의 보정 팩터를 결정 가능하게 하기 위하여 레퍼런스 전류로 인한 전압 강하와 부하 전류로 인한 전압 강하 간을 구별하는 것이 가능할 필요가 있다.
온도의 빠른 변화는 측정 저항기의 전기 저항의 변화 및 그에 따른 검출된 전압 강하의 변화를 야기할 수 있으며, 이는 레퍼런스 전류로 인한 전압 강하의 검출에 영향을 미친다. 부하 전류로 인한 측정 저항기에서의 전압 강하의 변화를 야기하는 빨리 변화하는 부하 전류는 마찬가지로 레퍼런스 전류로 인한 전압 강하와 부하 전류로 인한 전압 강하 간을 구별하기 어렵게 만들 수 있다. 더욱이, 레퍼런스 전류와 비교하여 더 높고 큰 전압 강하를 야기하는 부하 전류는 레퍼런스 전류로 인한 상대적으로 낮은 전압 강하를 결정하기 어렵게 만들 수 있다.
적어도 하나의 전압은 따라서 바람직하게는,
- 적어도 하나의 온도의 시간 프로파일로부터 식별된 변화율이 정의된 임계값을 하회하는 경우,
- 적어도 하나의 전압의 시간 프로파일로부터 식별된 변화율이 정의된 임계값을 하회하는 경우, 및
- 부하 전류가 정의된 임계값을 하회하는 경우,
보정 팩터를 결정하기 위한 배터리 파라미터로서 선택된다.
적어도 하나의 보정 팩터를 결정하기 위한 상기-설명된 방법들을 선택할 때, 배터리의 및/또는 배터리 센서의, 특히 적어도 하나의 측정 저항기의 온도가 또한 바람직하게 식별될 수 있고 온도와 보정 팩터 간의 이전에 식별된 상관, 특히 온도/보정 팩터 특성 곡선은, 온도의 변화율이 한계값 (limit value) 을 하회하고, 다시 말해서 매우 낮고, 및/또는 온도가 일정한 경우, 배터리 파라미터로서 전압을 사용하여 식별된 적어도 하나의 보정 팩터 및 식별된 온도를 사용하여 조정된다.
온도가 일정하거나 또는 단지 매우 천천히 변화하면, 측정 저항기에 걸친 균일한 온도 분포 및 그에 따른 레퍼런스 전류로 인한 전압 강하로부터의 보정 팩터들의 매우 정확한 결정이 가정될 수 있다. 측정 저항기의 전기 저항은 따라서 매우 정확한 정도로 결정될 수 있다. 온도가 또한 매우 정확한 정도로 알려지기 때문에, 이들 값들은, 예를 들어, 온도-의존 보정 팩터들을 측정 저항기의 전기 저항의 에이징-관련 또는 환경-관련 변화들로 조정하기 위하여, 온도와 보정 팩터 간의 상관을 보정 또는 캘리브레이팅하는데 사용될 수 있다.
적어도 하나의 온도는 바람직하게는,
- 적어도 하나의 온도의 시간 프로파일로부터 식별된 변화율이 정의된 임계값을 하회하지 않는 경우,
- 적어도 하나의 전압의 시간 프로파일로부터 식별된 변화율이 정의된 임계값을 하회하지 않는 경우, 및
- 부하 전류가 정의된 임계값을 하회하지 않는 경우,
보정 팩터를 결정하기 위한 배터리 파라미터로서 선택된다.
다시 말해서, 전압 또는 전압 강하에 의한 적어도 하나의 보정 팩터의 식별이 예를 들어 상기 설명된 이유들로, 배터리 파라미터로서 적합하지 않을 때, 적어도 하나의 온도가 적어도 하나의 보정 팩터를 결정하기 위한 배터리 파라미터로서 사용된다.
이 목적을 달성하기 위해, 배터리의 부하 전류를 결정하기 위한 배터리 센서가 더욱이 제공되며, 여기서 배터리 센서는 적어도 하나의 측정 저항기를 가지며 적어도 하나의 측정 저항기 양단의 전압 강하를 검출하고 그 전압 강하로부터 배터리 전류를 식별하도록 설계된다. 배터리 센서는, 각각의 경우에서 적어도 하나의 배터리 파라미터를 검출하기 위한 적어도 2 개의 검출 디바이스들 및 적어도 하나의 배터리 파라미터로부터 적어도 하나의 보정 팩터를 식별하기 위한 평가 디바이스를 갖는다. 부하 전류는, 특히 상기 설명한 바와 같은 방법을 사용하여 식별된다.
적어도 하나의 검출 디바이스는 배터리의 및/또는 배터리 센서의, 특히 적어도 하나의 측정 저항기의 온도를 검출하기 위한 온도 센서를 가질 수 있다.
더욱이, 적어도 하나의 검출 디바이스는 적어도 하나의 측정 저항기 양단의 전압 강하를 검출하기 위한 전압 검출 디바이스를 포함할 수 있다.
마지막-언급된 실시형태에서, 배터리 센서는 바람직하게는 적어도 하나의 측정 저항기에 정의된 레퍼런스 전류를 인가하기 위한 레퍼런스 전류 소스를 갖는다.
추가의 이점들 및 피처들은 첨부된 도면들과 관련하여 다음의 설명에서 발생하며, 여기서:
도 1 은 배터리 센서의 제 1 실시형태를 도시한다, 그리고
도 2 는 배터리 센서의 제 2 실시형태를 도시한다.
도 1 은 차량에서의 배터리의 배터리 전류를 측정하기 위한 배터리 센서 (10) 를 도시한다. 배터리 센서 (10) 는 제 1 커넥션 (12) 및 제 2 커넥션 (14) 을 갖고 차량의 부하 전류 (18) 가 배터리 센서 (10) 를 통하여 흐르도록 차량의 부하 전류 경로 (16) 에 배열된다.
배터리 센서 (10) 는 배터리의 충전 상태 및 건강 상태에 관하여 보고하기 위하여, 적어도 2 개의 배터리 파라미터들, 도시된 실시형태에서는, 측정 저항기의 온도, 배터리 전압 및 부하 전류를 검출할 수 있다.
이것을 위하여, 배터리 센서 (10) 는 배터리 전압을 검출하기 위하여 제 1 커넥션 (12) 에 접촉-연결되는 전압 측정 디바이스 (20) 를 갖는다. 더욱이, 전류 측정 디바이스 (22) 가 부하 전류 (18) 를 결정하기 위해 제공된다. 더욱이, 온도 측정 디바이스 (23) 가 배터리의 또는 배터리 센서의 온도를 결정하기 위해 제공된다.
전류 측정 디바이스 (22) 는, 부하 전류 경로에 배열되고 부하 전류가 흐르는 측정 저항기 (24), 및 입력들 (28a, 28b) 이 측정 저항기 (24) 의 상류 및 하류에서 개별의 접촉 포인트 (30a, 30b) 에 접촉-연결되는 전압 검출 디바이스 (26) 를 갖는다. 전압 검출 디바이스 (26) 는 접촉 포인트들 (30a, 30b) 간의 전압 강하, 다시 말해서, 측정 저항기 (24) 양단의 전압 강하를 검출한다. 전압 검출 디바이스 (26) 는 증폭기 및/또는 아날로그-디지털 컨버터를 가질 수 있다.
측정 저항기 (24) 의 전기 저항이 알려지면, 측정 저항기 (24) 양단의 검출된 전압 강하는 옴의 법칙 (I = U/R) 으로부터 부하 전류 (18) 를 결정하는데 사용될 수 있다.
그러나, 측정 저항기 (24) 의 전기 저항은 다양한 팩터들, 예를 들어, 측정 저항기 (24) 의 온도로 인해, 에이징으로 인해 및/또는 환경 영향들로 인해 변화할 수 있다. 따라서, 배터리 센서 (10) 의 동작 전에 및 그 동안 측정 저항기 (24) 의 전기 저항을 가능한 한 정확히 결정하거나 또는 측정된 전압 강하 및/또는 식별된 전류를 조정하기 위한 보정 팩터들을 식별할 필요가 있다.
이것을 위하여, 배터리 센서 (10) 는 배터리 파라미터들을 검출하고 그로부터 적어도 하나의 보정 팩터를 결정하도록 설계되고, 여기서 보정 팩터는 측정 저항기 (24) 의 전기 저항 및/또는 전압 검출 디바이스 (26) 의 출력 신호를 보정 또는 조정하는데 사용될 수 있다.
제 1 배터리 파라미터는 온도 측정 모듈 (34) 을 사용하여 검출되는 온도 신호 (32) 또는 측정 저항기 (24) 의 온도이다. 온도 측정 모듈 (34) 은, 측정 저항기 (24) 의 다양한 포지션들에서 측정 저항기 (24) 의 온도를 검출하고 상기 온도를 온도 측정 모듈 (34) 로 출력하는 2 개의 온도 센서들 (36a, 36b) 에 연결된다. 온도 측정 모듈 (34) 은 온도 센서들 (36a, 36b) 의 개개의 온도들로부터 온도 신호 (32) 를 식별하고, 그로부터 측정 저항기 (24) 의 전기 저항에 대한 또는 전압 검출 디바이스 (26) 를 사용하여 검출된 전압 강하에 대한 적어도 하나의 보정 팩터가 평가 유닛 (37) 에서 식별된다.
측정 저항기 (24) 의 또는 적어도 하나의 보정 팩터의 전기 저항과 측정 저항기 (24) 의 온도 간의 비율은 사전에 식별 및 저장되었다. 예를 들어, 온도/보정 팩터 특성 곡선은 평가 유닛 (37) 에서 식별 및 저장되었다. 온도가 알려지거나 또는 식별되었다면, 대응하는 보정 팩터는 상기 저장된 데이터로부터 식별될 수 있다.
여기에 도시된 2 개의 온도 센서들 (36a, 36b) 대신에, 또한, 개별의 온도/보정 팩터 특성 곡선이 평가 유닛 (37) 에 저장되는 것에 관하여, 측정 저항기 (24) 의 평균 온도 또는 온도 분포가 식별되는 측정된 온도들로부터, 하나의 단일 온도 센서를 사용하는 것이 가능하거나 또는 복수의 온도 센서들이 사용된다.
제 2 배터리 파라미터는 전압 검출 디바이스 (26) 를 사용하여 식별된 전압 강하이다. 전압 강하로부터의 보정 팩터 또는 측정 저항기 (24) 의 전기 저항을 결정하는 것을 가능하게 하기 위하여, 레퍼런스 전류 회로 (38) 가 또한 제공된다. 레퍼런스 전류 회로 (38) 는 정확히 알려진 전류 세기로 레퍼런스 전류 (40) 를 측정 저항기 (24) 에 인가할 수 있다. 레퍼런스 전류 (40) 로 인한 측정 저항기 (24) 양단의 전압 강하는 전압 검출 디바이스 (26) 를 사용하여 결정될 수 있고 측정 저항기 (24) 의 정확한 전기 저항은 상기 전압 강하로부터 그리고 레퍼런스 전류 (40) 의 알려진 전류 세기로부터 결정될 수 있다.
레퍼런스 전류 회로 (38) 는 강하 저항기 (44) 에 의하여 배터리 센서의 제 1 커넥션 (12) 에 접촉-연결되는 제 1 콘택 (42), 측정 저항기 (24) 의 상류에 배열되는 제 2 커넥션 (46), 및 측정 저항기 (24) 의 하류에 배열되는 제 3 커넥션 (48) 을 갖는다. 더욱이, 레퍼런스 전류 회로 (38) 는 제 1 콘택 (42) 과 제 3 콘택 사이에 배열되는 레퍼런스 전류 저항기 (50), 및 제 1 콘택 (42) 과 제 2 콘택 (46) 사이에 전기적 커넥션을 행하기 위한 스위치 (52) 를 갖는다. 레퍼런스 전류 저항기 (50) 는, 전기 저항이 매우 정확한 정도로 알려지고 전기 저항이 에이징, 온도, 환경 영향들 또는 다른 팩터들로 인해 단지 매우 작은 변화들을 받는 고도로 정확한 저항기인 것이 바람직하다.
더욱이, 제 2 전압 검출 디바이스 (54) 가 레퍼런스 전류 저항기 (50) 양단의 전압 강하를 검출하기 위해 제공된다. 측정된 전압 강하는, 전압 검출 디바이스 (26) 에 의해 검출된 측정 저항기 (24) 양단의 전압 강하가 또한 송신되고, 그리고 개개의 전압 강하들을 서로 분리할 수 있는 회로 (56) 에 송신된다. 필터 (57) 가 회로 (56) 의 하류에 제공되어 신호의 잡음을 감소시킨다.
회로 (56) 는 더욱이 측정 저항기 (24) 양단에 걸리는 레퍼런스 전류의 전압 강하로부터 적어도 하나의 보정 팩터를 식별할 수 있다.
측정 저항기 (24) 의 전기 저항을 결정하기 위해, 배터리 센서 (10) 의 정상 동작 동안, 스위치 (52) 는 닫히고 따라서 레퍼런스 전류 (40) 는 측정 저항기 (24) 에 인가된다. 전압 검출 디바이스 (26) 는 따라서 레퍼런스 전류 (40) 에 의해 야기된 측정 저항기 (24) 에서의 전압 강하를 검출한다. 이 경우에, 부하 전류 (18) 가 측정 저항기 (24) 에 인가되는지 여부는 본질적으로 중요하지 않다. 레퍼런스 전류 (40) 의 전압 강하는 제 2 전압 검출 디바이스 (54) 를 사용하여 검출되고 회로 (56) 에 송신되며, 그 회로 (56) 는 또한, 레퍼런스 전류 (40) 로 인한 전압 강하 및 옵션으로 부하 전류 (18) 의 전압 강하로 구성되는 측정 저항기 (24) 양단의 전압 강하를 검출한다.
상기 전압 강하들은 회로 (56) 에 의하여 서로 분리될 수 있고 측정 저항기의 전기 저항에 대한 또는 측정 저항기 엘리먼트 (24) 에서의 부하 전류의 측정된 전압 강하에 대한 적어도 하나의 보정 팩터가 레퍼런스 전류 (40) 로 인한 전압 강하로부터 식별될 수 있다.
각각 식별된 보정 팩터들이 스위치 (58) 로 출력되며, 스위치는, 스위치 포지션에 의존하여, 온도로부터 식별된 적어도 하나의 보정 팩터 또는 전압 강하로부터 식별된 적어도 하나의 보정 팩터를 평가 디바이스 (60) 로 출력하며, 여기서 부하 전류 (18) 의 전류 세기는 전압 검출 디바이스 (26) 에 의해 검출된 전압 강하, 출력된 보정 팩터 및 측정 저항기 (24) 의 전기 저항으로부터 식별된다.
적어도 하나의 보정 팩터를 식별하기 위한 각각 더 편리한 배터리 파라미터를 선택하기 위해, 복수의 비교 회로들 (62a, 62b, 62c, 62d, 62e) 을 갖는 회로가 제공된다.
제 1 비교 회로 (62a) 는 입력 신호로서, 전압 검출 디바이스 (26) 에 의해 검출된 전압 강하 및 전압 강하의 매그니튜드에 대한 한계값을 나타내는 제 1 임계값 (64a) 을 갖는다.
제 1 비교 회로 (62a) 에서, 전압 검출 디바이스 (26) 를 사용하여 검출된 전압 강하는 제 1 임계값 (64a) 과 비교되고 전압이 제 1 임계값 (64a) 을 하회하면 단 하나의 신호 (only one signal) 가 출력된다.
제 2 비교 회로 (62b) 는 입력 신호로서, 전압 검출 디바이스 (26) 에 의해 검출된 전압 강하의 변화율 (그 변화율은 회로 (65b) 에 의해 식별된다), 및 전압 강하의 변화율에 대한 한계값을 나타내는 제 2 임계값 (64b) 을 갖는다.
전압 강하의 변화율 또는 시간 프로파일이 제 2 임계값 (64b) 과 비교되고 전압 강하의 변화율이 제 2 임계값 (64b) 을 하회하면, 다시 말해서 제 2 임계값 (64b) 에 의해 규정된 변화의 속도보다 더 느리게 일어나면 단 하나의 신호가 출력된다.
제 3 비교 회로 (62c) 는 입력 신호로서, 온도의 변화율 (그 변화율은 온도 측정 모듈 (34) 을 사용하여 식별되는 온도 신호 (32) 로부터 회로 (65c) 에 의해 식별된다), 및 온도의 변화율에 대한 한계값을 나타내는 제 3 임계값 (64c) 을 갖는다.
제 3 비교 회로 (62c) 는 온도의 변화율 또는 시간의 경과에 따른 변화가 제 3 임계값 (64c) 을 사용하여 정의된 변화의 속도를 하회하는지 여부를 결정하기 위해 체크하고 변화의 속도가 제 3 임계값 (64c) 을 하회하면 단 하나의 신호를 출력한다.
제 1 비교 회로 (62a) 및 제 2 비교 회로 (62b) 의 신호들은, 제 1 비교 회로 (62a) 의 신호 및 제 2 비교 회로 (62b) 의 신호 양자 모두가 존재하면 단 하나의 신호를 출력하는 제 4 비교 회로 (62d) 로 출력된다.
제 3 및 제 4 비교 회로 (62c, 62d) 의 신호들은, 양자의 신호들이 존재하면 단 하나의 신호를 출력하는 제 5 비교 회로 (62e) 로 출력된다.
제 5 비교 회로 (62e) 의 신호는 스위칭 신호로서 스위치 (58) 로 출력된다.
스위치 (58) 에 스위칭 신호가 존재하지 않으면, 스위치는 온도로부터 식별된 적어도 하나의 보정 팩터가 평가 디바이스 (60) 로 출력되도록, 다시 말해서 측정 저항기의 온도가 보정 팩터를 식별하는데 사용되도록 스위칭된다.
스위치 (58) 에 스위칭 신호가 존재하면, 스위치는, 레퍼런스 전류 (40) 가 인가될 때의 전압 프로파일 또는 전압으로부터 식별된 적어도 하나의 보정 팩터가 평가 유닛 (60) 으로 출력되도록 스위칭된다.
레퍼런스 전류 (40) 가 인가될 때의 전압 프로파일 또는 전압으로부터 식별된 적어도 하나의 보정 팩터가 따라서 단지,
- 전압 강하가 제 1 임계값을 하회하는 경우, 다시 말해서 과도하게 높은 전압 강하 및 그에 따른 또한 과도하게 높은 부하 전류가 존재하지 않는 경우,
- 전압 강하의 변화율이 제 2 임계값을 하회하는 경우, 다시 말해서 단지 시간의 경과에 따른 전압 강하의 느린 변화가 일어나는 경우, 및
- 온도의 변화율이 제 3 임계값을 하회하는 경우, 다시 말해서 느리게 일어나는 경우,
부하 전류를 식별하는데 사용된다.
과도하게 높은 부하 전류 또는 측정 저항기 (24) 에서의 부하 전류 (18) 로 인한 과도하게 높은 전압 강하는, 매우 정확히 결정될 수 없는, 부하 전류와 비교하여 매우 낮은, 레퍼런스 전류 (40) 로 인한 전압 강하를 초래할 것이다.
더욱이, 부하 전류 (18) 의 빠른 및 더 큰 변화들은 레퍼런스 전류 (40) 로 인한 전압 강하를 정확히 결정하기 어렵게 만들 수 있다.
측정 저항기 (24) 의 온도의 빠른 변화는 측정 저항기의 전기 저항의 변화를 야기할 수 있으며, 이는 마찬가지로 레퍼런스 전류로 인한 전압 강하를 정확히 결정하기 어렵게 만들 수 있다.
이들 팩터들 중 하나가 존재하면, 부하 전류는 따라서 온도-의존 보정 팩터에 의하여 식별된다.
상기 언급된 3 개의 요건들이 충족되면, 레퍼런스 전류 (40) 로 인한 전압 강하가 충분한 정확도로 결정될 수 있고 부하 전류는 측정 저항기 (24) 에서의 검출된 전압 강하 또는 측정 저항기 (24) 에서의 레퍼런스 전류 (40) 로 인한 식별된 전압 강하로부터 식별된 적어도 하나의 보정 팩터를 사용하여 식별될 수 있다.
부하 전류 (18) 의 매그니튜드 및 그 시간 프로파일 및 측정 저항기 (24) 의 온도에 의존하여, 하나 이상의 보정 팩터들을 식별하는데 더 잘 맞는 개별의 배터리 파라미터가 따라서 이들 경계 조건들에 적합한 개별의 배터리 파라미터로부터, 이 실시형태에서는, 온도 또는 전압 강하로부터 선택되고, 적어도 하나의 보정 팩터가 동일한 것을 사용하여 식별된다.
상기 언급된 3 개의 조건들이 존재하면 그리고 보정 팩터가 측정 저항기 (24) 에서의 전압 강하 또는 전압으로부터 식별되면, 제 2 스위치 (66) 는 또한 닫히고, 그것에 의하여, 출력 보정 팩터가 평가 유닛 (37) 으로 출력된다. 결과적으로, 측정 저항기 (24) 의 동시에 존재하는 온도 또는 온도 분포에 대한 저장된 보정 팩터 또는 온도/보정 팩터 특성 곡선은, 예를 들어, 에이징 또는 다른 환경 영향들로 인한 측정 저항기 (24) 의 전기 저항의 변화와 동일하게 조정하기 위하여 조정 또는 캘리브레이팅될 수 있다. 온도에 의한 보정 팩터의 후속 식별은 따라서 상당히 더 정확한 방식으로 일어난다.
도 2 에 도시된 배터리 센서는, 개별의 전압 검출 디바이스 (26a, 26) 가 연관되게 되는, 2 개의 측정 저항기들 (24a, 24b) 이 제공된다는 점에서 상기 설명된 배터리 센서와 상이하다.
개별의 온도 센서 (36a, 36c) 는 각각의 측정 저항기 (24a, 24b) 와 연관되고, 여기서 온도 센서들은 공통 온도 측정 모듈 (34) 에 연결된다.
전압 검출 디바이스들 (26a, 26b) 을 사용하여 검출된 전압 강하들은 회로 (68) 에서 더해지고 제 1 비교 회로 (62a), 제 2 비교 회로 (62b) 및 평가 디바이스 (60) 로 출력된다. 제 1 임계값 (64a) 및 제 2 임계값 (64b) 과의 비교는 따라서 측정 저항기들 (24a, 24b) 에서의 개개의 전압 강하들로부터 식별된 총 전압 강하를 사용하여 일어난다.
더욱이, 추가의 회로 (70) 에서, 검출된 전압 강하들 간의 차이가 형성되고 회로 (56) 로 출력된다.
상기 배터리 센서 (10) 의 경우에, 부하 전류 식별에 대한 보정 팩터가 식별되는 배터리 파라미터는 또한, 측정 저항기들 (24a, 24b) 에서의 전압 강하들, 그 시간 프로파일들 및 온도와, 개별의 임계값들 (64a, 64b, 64c) 과의 비교들에 의하여 선택된다.
복수의 보정 팩터들은 또한, 부하 전류 (18) 의 식별의 정확성을 향상시키기 위하여 배터리 파라미터로부터 식별될 수 있다.
더욱이, 하나 이상의 보정 팩터들을 식별하기 위한 다른 방법들이 또한, 특히 또한 다른 배터리 파라미터들을 결정하는 것에 의해, 사용될 수 있다.
배터리 센서에 의해 검출될 수 있는 배터리 파라미터들 중 어느 것이 사용되는지 그리고 적어도 하나의 보정 팩터를 더 정확히 식별하거나 또는 부하 전류를 더 정확히 식별하는 것을 가능하게 하는 요건들을 단지 사전에 결정할 필요가 있다. 각각 존재하는 배터리 파라미터들 또는 그 값들 및 시간 프로파일들에 의존하여, 부하 전류 (18) 를 가장 정확히 결정하는 것을 가능하게 하는데 사용되는 적어도 하나의 보정 팩터를 결정하기 위한 개별의 배터리 파라미터가 선택될 수 있다.

Claims (13)

  1. 배터리 센서 (10) 를 사용하여 배터리의 부하 전류 (18) 를 식별하기 위한 방법으로서,
    상기 배터리 센서는 적어도 하나의 측정 저항기 (24, 24a, 24b) 를 가지며 상기 적어도 하나의 측정 저항기 (24, 24a, 24b) 양단의 전압 강하를 검출하고 상기 전압 강하로부터 상기 부하 전류 (18) 를 식별하도록 설계되고, 상기 배터리 센서 (10) 는, 각각의 경우에서 적어도 하나의 배터리 파라미터를 검출하기 위한 적어도 2 개의 검출 디바이스들 (26, 26a, 26b, 34) 을 가지며, 상기 부하 전류를 식별하기 위한 방법은, 다음의 단계들:
    a) 상기 적어도 2 개의 검출 디바이스들 (26, 26a, 26b, 34) 을 사용하여 적어도 2 개의 배터리 파라미터들 및 상기 배터리 파라미터들의 시간 프로파일들을 검출하는 단계,
    b) 검출된 상기 배터리 파라미터들 및/또는 검출된 상기 배터리 파라미터들의 검출된 상기 시간 프로파일들에 의존하여 보정 팩터를 결정하기 위해,
    상기 배터리 파라미터들, 및
    상기 배터리 파라미터들 중 하나의 배터리 파라미터의 적어도 하나의 시간 프로파일
    중 적어도 하나를 선택하는 단계,
    c) 적어도 하나의 선택된 배터리 파라미터 및/또는 상기 적어도 하나의 선택된 배터리 파라미터의 상기 시간 프로파일을 사용하여 적어도 하나의 보정 팩터를 식별하는 단계,
    d) 적어도 하나의 측정 저항기 (24, 24a, 24b) 양단에서 검출된 전압 강하 및 상기 적어도 하나의 보정 팩터로부터 상기 부하 전류 (18) 를 결정하는 단계를 갖는, 부하 전류를 식별하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 배터리 파라미터는 상기 배터리의 및/또는 상기 배터리 센서 (10) 의 온도를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하 전류를 식별하기 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    적어도 하나의 온도를 사용하는 적어도 하나의 보정 팩터의 상기 식별은 상기 온도와 상기 보정 팩터 간의 이전에 식별된 상관으로부터의 보정 팩터의 선택을 포함하는 것을 특징으로 하는 부하 전류를 식별하기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 배터리 파라미터는 상기 적어도 하나의 측정 저항기 (24, 24a, 24b) 양단의 전압 강하인 것을 특징으로 하는 부하 전류를 식별하기 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 식별은 다음의 단계들:
    - 적어도 하나의 측정 저항기 (24, 24a, 24b) 에의 정의된 레퍼런스 전류 (40) 의 인가,
    - 상기 적어도 하나의 측정 저항기 (24, 24a, 24b) 에서의 상기 레퍼런스 전류 (40) 의 전압 강하의 식별,
    - 상기 적어도 하나의 측정 저항기 (24, 24a, 24b) 에서의 측정 전류 (40) 의 상기 전압 강하로부터의 보정 팩터의 식별
    중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하 전류를 식별하기 위한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    부하 전류 (18) 가 상기 적어도 하나의 측정 저항기 (24, 24a, 24b) 에 인가되고 상기 적어도 하나의 측정 저항기 (24, 24a, 24b) 에서의 상기 레퍼런스 전류 (40) 의 및 상기 부하 전류 (18) 의 전압 강하가 식별되는 것을 특징으로 하는 부하 전류를 식별하기 위한 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 측정 저항기 (24, 24a, 24b) 양단의 적어도 하나의 전압 강하는,
    - 적어도 하나의 온도의 시간 프로파일로부터 식별된 변화율이 정의된 임계값 (64c) 을 하회하는 경우,
    - 상기 측정 저항기 (24, 24a, 24b) 양단의 상기 적어도 하나의 전압 강하의 시간 프로파일로부터 식별된 변화율이 정의된 임계값 (64b) 을 하회하는 경우, 및
    - 상기 적어도 하나의 측정 저항기 (24, 24a, 24b) 양단의 상기 전압 강하가 정의된 임계값 (64a) 을 하회하는 경우,
    상기 보정 팩터를 결정하기 위한 배터리 파라미터로서 선택되는 것을 특징으로 하는 부하 전류를 식별하기 위한 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 배터리의 및/또는 상기 배터리 센서 (10) 의 온도가 식별되고 상기 온도와 상기 적어도 하나의 보정 팩터 간의 이전에 식별된 상관은, 상기 온도의 변화율이 정의된 한계값을 하회하고 및/또는 상기 온도가 일정한 경우, 배터리 파라미터로서 상기 적어도 하나의 측정 저항기 (24, 24a, 24b) 양단의 상기 전압 강하로부터 식별된 상기 적어도 하나의 보정 팩터 및 식별된 상기 온도를 사용하여 조정되는 것을 특징으로 하는 부하 전류를 식별하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    적어도 하나의 온도는,
    - 상기 적어도 하나의 온도의 상기 시간 프로파일로부터 식별된 변화율이 정의된 임계값 (64c) 을 하회하지 않는 경우,
    - 상기 측정 저항기 (24, 24a, 24b) 양단의 상기 적어도 하나의 전압 강하의 상기 시간 프로파일로부터 식별된 변화율이 정의된 임계값 (64b) 을 하회하지 않는 경우, 또는
    - 상기 적어도 하나의 측정 저항기 (24, 24a, 24b) 양단의 상기 전압 강하가 정의된 임계값 (64a) 을 하회하지 않는 경우,
    상기 보정 팩터를 결정하기 위한 배터리 파라미터로서 선택되는 것을 특징으로 하는 부하 전류를 식별하기 위한 방법.
  10. 배터리의 부하 전류 (18) 를 결정하기 위한 배터리 센서 (10) 로서,
    상기 배터리 센서는 적어도 하나의 측정 저항기 (24, 24a, 24b) 를 가지며 상기 적어도 하나의 측정 저항기 (24, 24a, 24b) 양단의 전압 강하를 검출하고 상기 전압 강하로부터 부하 전류 (18) 를 식별하도록 설계되고, 상기 배터리 센서 (10) 는, 각각의 경우에서 적어도 하나의 배터리 파라미터를 검출하기 위한 적어도 2 개의 검출 디바이스들 (26, 26a, 26b, 34) 및 적어도 하나의 배터리 파라미터로부터 적어도 하나의 보정 팩터를 식별하기 위한 평가 디바이스를 갖고, 상기 부하 전류 (18) 는, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 부하 전류를 식별하기 위한 방법을 사용하여 식별되는, 배터리 센서.
  11. 제 10 항에 있어서,
    적어도 하나의 검출 디바이스는 상기 배터리의 및/또는 상기 배터리 센서 (10) 의 온도를 검출하기 위한 온도 센서 (36a, 36b) 를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 센서.
  12. 제 10 항에 있어서,
    적어도 하나의 검출 디바이스는 적어도 하나의 측정 저항기 (24, 24a, 24b) 양단의 전압 강하를 검출하기 위한 전압 검출 디바이스 (26, 26a, 26b) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 센서.
  13. 제 10 항에 있어서,
    레퍼런스 전류 회로 (38) 가 적어도 하나의 측정 저항기 (24, 24a, 24b) 에 정의된 레퍼런스 전류 (40) 를 인가하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 배터리 센서.
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