KR20160145022A - 온도 보상을 특징으로 하는 션트 전류 측정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 배터리 (4) 에 의해 공급되고 션트 (28) 양단간에 전도되는 전류 (6) 를 측정하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은: - 션트 (28) 양단간에 강하하는 측정 전압 (32) 을 검출하는 단계; - 션트 (28) 의 적어도 일부가 위치하고 전류 (6) 의 흐름 방향으로 서로로부터 이격되어 있는, 2개 온도 지점들 (47, 49) 간의 온도 차 (62) 를 결정하는 단계; 및 - 검출된 측정 전압 (32) 과 결정된 온도 차 (62) 에 기초하여 전류 (6) 를 결정하는 단계를 수반한다.

Description

온도 보상을 특징으로 하는 션트 전류 측정{SHUNT CURRENT MEASUREMENT FEATURING TEMPERATURE COMPENSATION}

본 발명은 전류 센서를 이용하여 전류를 측정하는 방법에 관한 것이다.

차량 배터리에서의 및 차량 배터리로부터의 전류들은 예를 들어 션트 (shunt) 로도 불리는 측정 레지스터를 통해 전류 센서를 이용하여 DE 10 2009 044 992 A1 및 DE 10 2004 062 655 A1에서 측정된다. 전류 측정의 정확성을 증가시키기 위해서, 양자의 경우, 열전기 전압들을 회피하기 위해 측정 레지스터 양단간에 강하되는 전력 손실에 의해 야기되는 온도 증가를 보상하는 것이 제안되어 있다. 이 목적을 위해, 온도 증가는 전력 손실로부터 추론된다.

본 발명의 목적은 공지된 전류 측정 방법을 증가시키는 것이다.

오브젝트는 종속항들의 특징들에 의해 달성된다. 종속항들은 바람직한 개발예와 관련된다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 차량 배터리로부터 전달되고 전기 측정 레지스터를 통해 수행되는 전류를 측정하는 방법은 측정 레지스터 양단간에 강하된 측정 전압을 기록하는 단계; 전류의 흐름 방향에서 공간적으로 이격되어 있고 그 사이에 전기 측정 레지스터의 적어도 하나의 부분이 놓이는 2개의 온도 지점들 사이의 온도 차를 결정하는 단계; 및 기록된 측정 전압 및 결정된 온도 차에 기초하여 전류를 결정하는 단계를 포함한다.

언급된 방법은, 측정 에러들을 보정하기 위해 처음에 언급된 온도 변화의 보상이 실행되는 고려사항에 기초한다. 측정 에러는 측정 레지스터에서 전류에 의해 야기된 전압 강하를 왜곡하는 열전기 전압으로부터 기인하며, 그 결과 측정된 전류도 마찬가지로 에러들을 갖는다. 온도 변화 보상의 실행이 전류 측정동안의 에러들을 효과적으로 감소시킬 수 있지만, 온도 변화는 원칙적으로 매우 느리게 스프레딩된다. 이것은 항상 온도가 특정 지연 또는 데드 타임에 의해서만 보상되게 한다. 하지만, 이것은 측정 전류에 대한 측정값으로부터 정확하지 않으며, 그 때문에 전류는 여전히 데드 타임 중에 부정확하게 기록된다.

언급된 방법은 부정확한 전류 측정, 다시말해 온도 변화의 원인을 보상하지 않고, 오히려 그 효과들, 다시말해 열전기 전압 자체를 보상하는 것을 고려하여 여기서 어택한다. 측정 레지스터가 장착된 전류 센서는 측정 레지스터 양단간의 전압 강하에 기초하여 측정될 전류를 기록하고, 측정될 전류는 기록된 전압 강하 및 측정 레지스터의 전기 특성에 기초하여 공지된 전기 법칙을 이용하여 명확하게 결정될 수 있다. 부가하여, 열전기 전압의 기저의 원인, 다시말해 온도 차는 국부적으로 이격되어 있는 측정 섹션에서의 2 지점들을 통해 결정된다. 전압 강하에 기초하여 전류를 계산하는 경우, 전류를 보정하기 위해서 온도 차가 고려될 수 있다.

결정된 온도 차에 기초한 전류의 보정은 데드 타임 없이 바로 측정된 전류로부터 열전기 전압을 제거할 수 있게 하고, 그 결과 에러 없는 측정 데이터가 보다 빨리 이용가능하다.

전류가 임의의 원하는 방식으로 결정된 온도 차에 기초하여 보정될 수 있지만, 언급된 방법은 하나의 바람직한 개발예에 있어서 결정된 온도 차에 기초한 보정 전압을 결정하는 단계; 보정 전압에 기초하여 측정 전압을 보정하는 단계; 및 보정된 측정 전압에 기초하여 전류를 결정하는 단계를 포함한다. 보정 전압은 상술된 열전기 전압에 편의상 접속되어야 하고 열전기 전압에 가능한 한 근접하게 근사해야 한다. 기록된 전압 강하, 다시말해 측정 전압은, 특히 컴퓨팅 자원들을 세이브하는, 기술적으로 간단한 방식으로 측정 전압에 보정 전압을 인가함으로써 열전기 전압으로 보정될 수 있다.

이 경우, 보정 전압은 임의의 원하는 방식으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 결정된 온도 차에 기초하여 분석적으로 또는 수치적으로 보정 전압을 결정하기 위해 물리적 법칙이 사용될 수 있다. 하지만, 이것은 허용가능한 양의 노력으로 곤란함만을 가지고도 일반적으로 가능하다. 따라서, 언급된 방법의 하나의 바람직한 개발예에서, 보정 전압은 특성 곡선에서 결정된 온도 차에 대해 플로팅된다. 보정 전압은 이후 온도 차에 기초하여 이러한 특성 곡선으로부터 판독될 수 있다. 특성 곡선은 예를 들어 측정 레지스터에서 정의된 온도 차를 입력하고 결과적인 열전기 전압을 결정함으로써 연산 및/또는 실험에 의해 미리 결정될 수 있다. 특성 곡선은 이후 적은 노력으로 메모리에 저장될 수 있고 사용중에 실시간으로 판독될 수 있다.

온도 지점들 간의 온도 차는 원칙적으로 임의의 원하는 방식으로 결정될 수 있다. 이러한 목적을 위해서, 2개의 온도 지점들에서의 온도들이 예를 들어 추정 및/또는 측정될 수 있고, 그리고 온도 차는 2개의 결정된 온도들을 서로로부터 감산하여 결정될 수 있다. 이 경우, 단지 하나의 온도 지점에서의 온도가 또한 예를 들어 측정될 수 있고, 다른 온도 지점에서의 온도가 추정될 수 있다.

언급된 방법의 추가 개발예에서, 온도 지점들은 전류의 흐름 방향에서 전기 측정 레지스터의 업스트림 및 다운스트림에 놓인다. 이 방식으로, 열전기 전압이 원칙적으로 발생할 수 있는 전류 라인에서의 모든 재료 라인 트랜지션들은 언급된 방법으로 부수적으로 통합되며, 그 결과 전류는 언급된 방법을 이용하여 특히 정확한 방식으로 결정될 수 있다. 하지만, 원칙적으로, 이 방법을 이용하여 측정된 전류의 에러들을 감소시키기 위해서는 단지 단일 재료 라인 트랜지션을 이용하여 온도 차가 기록된다면 충분하다.

언급된 방법의 다른 개발예에서, 적어도 하나의 온도 지점은 전류를 운반하는 전기 전도체의 표면 상에 배열되며, 그 결과 결정된 온도 차는 열전기 전압과 관련한 온도 차에 특히 근접하며 이에 따라 측정된 전류에서의 에러는 더욱 감소될 수 있다.

언급된 방법의 다른 개발예에서, 온도는 전류를 운반하는 전기 전도체의 표면에 광학적으로 기록된다. 특히, 이 경우 적외 센서들을 이용한 기록을 이용하는 것이 가능하다. 이 방식에서, 온도는 표면 상에 무접촉으로 기록될 수 있고 온도 차는 이에 따라 정확한 방식으로 측정될 수 있다.

특히, 측정될 전류가 흐르는 전기 전도체의 표면에 온도가 직접 기록되지 않는다면, 온도 지점들 간의 온도 차를 결정하기 위해서, 적어도 하나의 온도 지점에서의 온도가 측정될 수 있고 온도 차를 결정하기 이전에 미리결정된 데드 타임만큼 지연될 수 있다. 이것은, 전류 센서의 개별 컴포넌트들, 예를 들어 접속 핀들, 인쇄 회로 기판 및/또는 공기의 무한하지 않은 높은 열 전도성 때문에 열 전파중 지연을 고려한다.

언급된 방법의 또 다른 개발예에서, 양 온도 지점들에서의 온도가 측정되고 온도 지점들 간의 온도 차를 결정하기 위해 차동 증폭기를 이용하여 증폭된다. 이 방식으로, 온도 차가 충분히 높은 진폭으로 기록되고, 이로써 높은 신호대 잡음비를 달성하고 측정 에러들을 감소시킨다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 이전 청구항들 중 하나에서 청두된 방법을 실행하기 위해 제어 장치가 셋업된다.

언급된 제어 장치의 하나의 개발예에서, 언급된 장치는 메모리 및 프로세서를 갖는다. 이 경우, 언급된 방법은 컴퓨터 프로그램 형태로 메모리에 저장되며, 프로세서는 컴퓨터 프로그램이 메모리로부터 프로세서로 로딩되는 경우 방법을 실행하는 것으로 의도된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 또는 언급된 장치들 중 하나에서 실행되는 경우 언급된 방법들 중 하나의 방법의 모든 단계들을 실행하기 위한 프로그램 코드 수단을 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 판독가능 데이터 저장 매체에 저장되는 프로그램 코드를 포함하고, 그리고 데이터 프로세싱 디바이스 상에서 실행되는 경우 언급된 방법들 중 하나를 실행한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 전류를 측정하기 위한 전류 센서는 측정될 전류가 운반될 수 있는 전기 측정 레지스터, 및 언급된 제어 장치들 중 하나의 장치를 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 차량은 언급된 제어 장치들 및/또는 언급된 전류 센서 중 하나를 포함한다.

본 발명의 상술된 특성들, 특징들 및 이점들, 그리고 이들이 달성되는 방식은, 도면과 함께 보다 상세히 설명되는 예시적인 실시형태들의 하기 설명과 연계하여 보다 명확하게 보다 명백하게 이해가능해진다.
도 1은 전기 구동부를 갖는 차량의 기본 예시를 도시한다.
도 2는 도 1에서의 차량으로부터의 전류 센서의 기본 예시를 도시한다.
도 3은 도 2에서의 전류 센서의 회로도를 도시한다.
도 4는 온도에 대한 도 3의 전류 센서로부터의 전류 측정 결과들 변화를 도시한다.
도면에는, 동일한 참조 부호들을 갖는 동일한 기술적 엘리먼트들이 제공되며 단 한번만 설명된다.

전류 (6) 가 전달되는 차량 배터리 (4) 를 갖는 차량 (2) 의 기본 예시를 도시한 도 1을 참조한다.

차량 (2) 에서의 다양한 전기적 로드가 전류 (6) 를 이용하여 전기 에너지 (8) 에 공급된다.

이들 전기적 로드 중 하나의 예는 구동 샤프트 (14) 를 통해 차량 (2) 의 전방 휠들 (12) 을 구동하기 위해 전기 에너지 (8) 를 사용하는 전기 모터 (10) 이다. 따라서 차량 (2) 의 후방 휠들 (16) 은 자유 러닝 휠들이다. 차량 (2) 을 구동하기 위해 사용되는 이러한 전기 모터들 (10) 은 일반적으로 AC 모터들의 형태인 반면, 차량 배터리 (4) 로부터의 전류 (6) 는 직류이다. 이 경우, 전류 (6) 는 무엇보다 먼저 컨버터 (18) 를 통해 교류로 변환되어야 한다.

차량 배터리 (4) 에 의해 전달된 전류 (6) 를 측정하는 전류 센서 (20) 는 일반적으로 차량 (2) 과 같은 차량들에 설치된다. 이후 측정된 전류 (6) 에 기초하여 다양한 기능들이 구현될 수 있다. 이들 기능들은 예를 들어 DE 20 2010 015 132 U1으로부터 공지된 보호 기능들을 포함하며, 보호 기능들은 예를 들어 딥 방법으로부터 차량 배터 (4) 를 보호하기 위해 이용될 수 있다.

전류 센서 (2) 를 이용하여 측정된 전류 (6) 가 컨버터 (18) 에 공급된 전류에만 대응한다면, 이 전류는 또한 차량 (2) 의 구동 전력을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 구동 전력은 일반적으로 차량 (2) 의 드라이버에 의해 드라이버의 요청 (22) 으로 미리 정의된다. 모터 제어기 (24) 는 이후 드라이버의 요청으로부터 야기되는 원하는 전류를 측정된 전류 (6) 와 비교하고, 측정된 전류 (6) 가 드라이버 요청으로부터 야기되는 원하는 전류로 조정되는 방식으로 제어 신호들 (26) 을 이용하여 컨버터 (18) 를 제어한다. 이러한 제어 동작들은 매우 주지되어 있으며, 이에 따라 더 이상 확장되지 않는다.

전류 센서 (20) 는, 션트로도 불리는 측정 레지스터 (28) 및 평가 디바이스 (30) 의 형태가 바람직한, 측정 센서를 포함한다. 본 실시형태의 범위 내에서, 전류 (6) 는 측정 레지스터 (28) 를 통해 흐르며, 그 결과 측정 레지스터 (28) 의 양단간에 전압 강하 (32) 가 일어난다. 전압 강하 (32) 는 측정 레지스터 (28) 에서의 전류 (6) 의 방향으로 보여지는 입력측 전위 (34), 및 측정 레지스터 (28) 에서의 출력측 전위 (36) 를 이용하여 평가 디바이스 (30) 에 의해 측정 전압으로 기록된다. 평가 디바이스 (30) 는 전압 강하 (32) 를 계산하기 위해서 이들 2개의 전위들 (34, 36) 을 이용하고, 그리고 측정 레지스터 (28) 를 통해 흐르는 전류 (6) 를 계산하기 위해서 측정 레지스터 (28) 의 저항값을 이용한다.

전기 전도체로서의 측정 레지스터 (28) 는, 차량 배터리 (4) 로부터 컨버터 (18) 까지 전류 (6) 를 운반하는 다른 전기 전도체들과 일반적으로 상이하다. 공지되어 있는 바와 같이, 제베크 (Seebeck) 효과로도 불리는 열전기 효과는 전기 전도체에서의 재료 트랜지션에서 열전기 전압을 일으키고, 이것은 온도 구배, 다시말해 온도 차에 놓인다. 전류 센서 (20) 상의 측정 레지스터 (28) 때문에, 이러한 재료 트랜지션은 입력측 및 출력측에 존재한다. 온도 차는 원칙적으로, 측정 레지스터 (28) 가 전류 (6) 에 의해 야기되는 전력 손실들로 인해 가열되기 때문에 만들어진다. 이러한 방식으로 만들어진 열전기 전압 (38) 은 전압 강하 (32) 에 부가되며, 이에 따라 전류 (6) 의 측정을 왜곡한다.

따라서, 본 실시형태의 범위 내에서, 전류 (6) 의 측정을 열전기 전압들 (38) 로 보정하는 것이 제안된다. 본 실시형태의 범위 내에서, 이것은 평가 디바이스 (30) 내부에서 실행되고 후술될 것이다:

이에 따라 제 1 예시적인 실시형태에 따른 개략도에서 전류 센서 (20) 를 도시하고 전류 센서 (20) 에서 전류 (6) 를 측정하는 경우 실행될 수 있는 흐름도를 도시한 도 2 및 도 3을 참조한다.

본 실시형태의 범위 내에서, 제 1 온도 센서 (40) 및 제 2 온도 센서 (42) 가 전류 센서 (20) 상에 배열되고, 이에 따라 측정 레지스터 (28) 의 온도 지점 (47) 업스트림에서 및 전류 (6) 의 방향에서 측정 레지스터 (28) 의 온도 지점 (49) 다운스트림에서 전류를 운반하는 전도체 (44) 의 온도 (46, 48) 를 측정한다.

전류 (6) 를 측정하기 위해서, 2개의 전위들 (34, 36) 은 무엇보다 먼저, 기준 전위, 예를 들어 접지와 관련하여 전압으로서 전위들 (34, 36) 을 측정하는 대응하는 전압계들 (50, 52) 을 이용하여 측정될 수 있다. 측정된 전위들 (34, 36) 은 이후 서로 감산될 수 있으며, 동시에 차동 증폭기 (54), 예를 들어 연산 증폭기에서 증폭될 수 있으며, 그리고 이에 따라 전압 강하 (32) 가 계산될 수 있다. 이 방식으로, 전압 강하 (32) 가 전류 (6) 를 결정하기 위한 기본으로서 이용가능하다.

하지만, 이미 설명된 바와 같이, 이 전압 강하는 전류 (6) 를 결정하기 이전에 열전기 전압들 (38) 로 보정되어야 한다. 이러한 이유로, 입력측 온도 (46) 및 출력측 온도 (48) 는 측정 레지스터 (28) 에서 기록된다. 대응하는 온도 센서들 (40, 42) 로의 온도들 (46, 48) 의 스프레딩이 소정량의 시간동안 일어나기 때문에, 측정된 온도 (46, 48) 를 이들 지연 시간들만큼 지연시키는 지연 엘리먼트들 (54, 56) 은 본 실시형태의 범위 내에 또한 존재한다. 데드 타임으로도 불리는 지연 시간은 각각의 온도 (46, 48) 에 대해 개별적으로 세팅될 수 있도록, 별개의 지연 엘리먼트 (54, 56) 가 각각의 온도 (46, 48) 에 대해서 배열된다.

이에 따라 지연된 온도들 (58, 60) 은 이후 차동 증폭기 (61) 를 이용하여 서로로부터 감산되고, 그 결과 온도들 (46, 48) 이 측정되었던 측정 지점들 간의 온도 차 (62) 가 공지된다.

2개의 열전기 전압들 (38) 에 의존하는 보정 전압 (64) 은 이러한 온도 차 (62) 로부터 최종 결정된다. 본 예시적인 실시형태에서, 특성 곡선 (66) 은 이러한 목적을 위해 존재하며, 그 범위 내에서 보정 전압 (64) 은 각각의 온도 차 (62) 에 고유 할당된다. 이러한 특성 곡선 (66) 은 예를 들어 실험에 의해 및/또는 분석적으로 미리 결정될 수 있다. 실험에 의해 특성 곡선 (66) 을 결정하기 위해서, 측정 레지스터 (28) 양단간의 전압 강하 (32) 는 시험삼아, 예를 들어 측정 레지스터 (28) 를 통해 흐르는 전류 (6) 없이, 보정 전압 (64) 으로서 측정될 수 있다.

보정 전압 (64) 은 이후 보정의 목적을 위해 전압 강하 (32) 에 적용된다. 이 방식으로 보정된 전압 강하 (68) 는 이후 대응하는 변환 디바이스 (70) 에서 자체적으로 알려진 방식으로 구해진 전류 (6) 로 변환될 수 있다.

도 4에 도시된 전류 센서 (20) 의 범위 내에서, 온도들 (46, 48) 은 또한 광학적으로, 예를 들어, 전기 전도체 (44) 의 표면에서 직접적으로 기록될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 온도 센서들 (40, 42) 은 광학 센서들의 형태이며, 특히 온도들 (46, 48) 에 의해 야기된 대응하는 적외 방사선 (72, 74) 을 이용하여 온도들 (46, 48) 을 기록하는 적외 센서들의 형태이다.

이 방식으로, 온도들 (46, 48) 은 시간 측면에서 바로 기록되며, 이로써 가능하게는 도 3에 도시된 지연 엘리먼트들 (54, 56) 을 이용하여 전체 분사시키는 것을 가능하게 한다.

Claims (10)

1. 차량 배터리 (4) 로부터 전달되고 전기 측정 레지스터 (28) 를 통해 전도되는 전류 (6) 를 측정하는 방법으로서,
   - 상기 측정 레지스터 (28) 의 양단간에 강하되는 측정 전압 (32) 을 기록하는 단계;
   - 상기 전류 (6) 의 흐름 방향에서 공간적으로 이격되어 있는 2개의 온도 지점들 (47, 49) 간의 온도 차 (62) 를 결정하는 단계로서, 상기 2개의 온도 지점들 사이에 상기 전기 측정 레지스터 (28) 의 적어도 하나의 부분이 놓이는, 상기 온도 차 (62) 를 결정하는 단계; 및
   - 기록된 상기 측정 전압 (32) 및 결정된 상기 온도 차 (62) 에 기초하여 상기 전류 (6) 를 결정하는 단계를 포함하는, 전류를 측정하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   - 상기 결정된 온도 차 (62) 에 기초하여 보정 전압 (64) 을 결정하는 단계;
   - 상기 보정 전압 (64) 에 기초하여 상기 측정 전압 (32) 을 보정하는 단계; 및
   - 보정된 상기 측정 전압 (68) 에 기초하여 상기 전류 (6) 를 결정하는 단계를 포함하는, 전류를 측정하는 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 보정 전압 (64) 은 특성 곡선 (66) 에서 상기 결정된 온도 차 (62) 에 대해 플로팅되는, 전류를 측정하는 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 온도 지점들 (47, 49) 은 상기 전류 (6) 의 흐름 방향에서 상기 전기 측정 레지스터 (28) 의 업스트림 및 다운스트림에 놓이는, 전류를 측정하는 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   적어도 하나의 온도 지점 (47, 49) 은 상기 전류 (6) 를 운반하는 전기 전도체 (44) 의 표면 상에 배열되는, 전류를 측정하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 온도 차 (62) 가 기초하는 온도 (46, 48) 는 상기 전류 (6) 를 운반하는 상기 전기 전도체 (44) 의 표면 상에 광학적으로 기록되는, 전류를 측정하는 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 온도 지점들 (47, 49) 간의 상기 온도 차 (62) 를 결정하기 위해서, 적어도 하나의 온도 지점 (47, 49) 에서의 온도 (46, 48) 가 측정되고 상기 온도 차 (62) 를 결정하기 이전에 미리결정된 데드 타임 (54, 56) 만큼 지연되는, 전류를 측정하는 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 온도 지점들 (47, 49) 간의 상기 온도 차 (62) 를 결정하기 위해서 양 온도 지점들 (47, 49) 에서의 온도 (46, 48) 가 측정되고 차동 증폭기 (61) 를 이용하여 증폭되는, 전류를 측정하는 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행하기 위해 셋업되는, 장치 (30).
10. 전류 (6) 를 측정하기 위한 전류 센서 (20) 로서,
    - 측정될 상기 전류 (6) 가 운반될 수 있는 전기 측정 레지스터 (28), 및
    - 제 9 항에 기재된 장치 (30) 를 포함하는, 전류 센서.

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