KR20170042747A - 전류 측정 동안 참조 전류에 의한 전류 센서들의 캘리브레이션 - Google Patents

전류 측정 동안 참조 전류에 의한 전류 센서들의 캘리브레이션 Download PDF

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콘티넨탈 테베스 아게 운트 코. 오하게
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Abstract

본 발명은 차량의 온보드 전력 시스템 (2) 에서, 측정용 저항기 (20) 를 통해 흐르는 전기 동작 전류 (12) 를, 동작 전류 (12) 에 의해 야기된 측정용 저항기 (20) 에서의 전압 강하의 비교 (38) 에 기초하고 측정용 저항기 (20) 에 의존하는 규칙 (21) 에 기초하여 결정하도록 구성된 전류 센서 (4) 를 캘리브레이팅하기 위한 제 1 방법에 관한 것이며, 그 방법은: 동작 전류 (12) 에 의해 측정용 저항기 (20) 에서 야기된 동작 전압 강하 (22) 를 결정하고; - 기지의 전기 캘리브레이션 전류 (40) 의 측정용 저항기 (20) 내로 인가하고; - 캘리브레이션 전류 (40) 와 동작 전류 (12) 에 의해 측정용 저항기 (20) 에서 야기된 전체 전압 강하 (4) 를 검출하고; - 캘리브레이션 전류 (40) 에 의해 야기된 캘리브레이션 전압 강하 (44) 가 남아있도록, 동작 전압 강하 (22) 를 전체 전압 강하 (42) 로부터 필터링하며; 그리고 캘리브레이션 전류 (40) 와 캘리브레이션 전압 강하 (42) 의 비교 (57) 에 기초하여, 측정용 저항기 (20) 에 의존하는 규칙 (21) 을 캘리브레이팅 (58) 하는 것을 포함한다.

Description

전류 측정 동안 참조 전류에 의한 전류 센서들의 캘리브레이션{CALIBRATION OF CURRENT SENSORS BY MEANS OF A REFERENCE CURRENT DURING THE CURRENT MEASUREMENT}
본 발명은 전류 센서를 사용하여 전류를 측정하기 위한 방법에 관한 것이다.
차량용 배터리에서 및 차량용 배터리로부터의 전류들은, 예컨대 DE 10 2009 044 992 A1 및 DE 10 2004 062 655 A1 에서, 또한 션트로도 불리는 측정용 저항기를 사용하는 전류 센서로 측정된다.
본 발명의 목적은 전류 측정을 위한 기지의 방법을 개선하는 것이다.
그 목적은 독립 청구항들의 특징부에 의해 달성된다. 바람직한 개선들이 종속 청구항들에 의해 커버된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 차량의 온보드 전력 공급 시스템에서, 동작 전류에 의해 야기된 측정용 저항기에 걸친 전압 강하의 비교 및 측정용 저항기에 의존하는 규칙에 기초하여 측정용 저항기를 통해 흐르는 전기 동작 전류를 결정하도록 셋업된 전류 센서를 캘리브레이팅하기 위한 방법은, 동작 전류에 의해 측정용 저항기에 걸쳐 야기된 동작 전압 강하의 결정 단계; 기지의 전기 캘리브레이션 전류의 상기 측정용 저항기 내로의 인가 단계; 상기 캘리브레이션 전류와 상기 동작 전류에 의해 상기 측정용 저항기에 걸쳐 야기된 전체 전압 강하의 검출 단계; 상기 캘리브레이션 전류에 의해 야기된 캘리브레이션 전압 강하가 남아있도록, 상기 동작 전압 강하의 상기 전체 전압 강하로부터의 필터링 단계; 및 상기 캘리브레이션 전류와 상기 캘리브레이션 전압 강하의 비교에 기초하여, 상기 측정용 저항기에 의존하는 규칙의 캘리브레이션 단계를 포함한다.
명시된 방법은 또한 션트로 불리는 측정용 저항기가 허용오차들에 의해 방해된다는 고려사항에 기초한다. 그러므로, 측정용 저항기는 이들 허용오차들에 대하여 견고하게 설계되어야만 하며, 따라서 비용이 비싸다. 대안적으로, 더 저렴한 측정용 저항기가 관련 허용오차들이 검출되고 정정될 수 있는 경우에 또한 사용될 수 있다. 이는 기지의 캘리브레이션 전류를 사용하여 측정용 저항기를 게이징하고 캘리브레이팅함으로써 달성될 수 있다.
측정용 저항기는 캘리브레이션 동안 공지되지 않은 동작 전류가 저항기에 인가되지 않게 해야만 한다. 이는 예컨대, 오직 장기간의 동적 허용오차들이 측정용 저항기의 노화의 결과로서 발생하는 것으로 고려되게 하는데 있어서 문제가 된다. 예컨대, 측정용 저항기의 온도 의존성들에 의해 야기된 단기간의 동적 허용오차들은, 그들이 오직 측정용 저항기가 인가된 동작 전류 또는 주변 온도 하에서 동작될 경우에만 나타나기 때문에, 상기의 방식으로 고려될 수 없다. 상기의 이유로, 그에 상응하여 비싼 재료는 적어도 그 단기간의 역학 관계에 대하여, 측정용 저항기를 위해 선택되어야만 한다.
이는 캘리브레이션 동안, 잘못된 측정용 저항기에 걸친 동작 전압 강하를 먼저 결정하기 위한 제안으로, 명시된 방법에 대한 출발점이고, 따라서 마찬가지로 잘못된 것이다. 그 후에, 동작 전류의 대상이 되는 잘못된 측정용 저항기는 추가로, 캘리브레이션 전류가 인가되고, 결과적인 전체 전압 강하가 탭 오프된다. 결과적으로, 전체 전압 강하는 잘못된 동작 전압 강하가 전체 전압 강하로부터 제거되게 한다. 이러한 제거는 또한, 전체 전압 강하로부터 에러를 폐기하여, 그 후 실제 캘리브레이션 전압 강하가 사용가능하고, 이는 또한 단기간의 동적 허용오차들을 억압하거나 상쇄하기 위해 동작 동안 전류 센서를 캘리브레이팅하는데 사용될 수 있다.
그러므로, 단기간의 동적 허용오차들이 또한, 측정용 저항기를 선택할 때 무시될 수 있고, 그에 상응하여 저렴한 재료가 그러므로 선택될 수 있다.
편의상, 캘리브레이션 전류는 주기적인 전류 펄스를 포함한다.
명시된 방법의 전개시, 캘리브레이션 전류는 특히 10 ㎲ 미만의 펄스폭을 갖는 전류 펄스이다. 이러한 전개는 캘리브레이션 전류가 예를 들어, 전기적으로 가능한 온도 변경들에 의해 야기되는 것과 같이 약간의 단기간의 동적 변경들이 가능한 한 일정하게 검출되어야만 한다는 고려사항에 기초한다. 따라서, 전류 펄스가 더 짧게 선택될수록, 더 명확하게 단기간의 동적 변경들이 마스킹 아웃될 수 있다.
명시된 방법의 일 방편의 전개에서, 동작 전압 강하는 전류 펄스의 외부에서 결정되는 적어도 2 개의 동작 전압 측정값들로부터 동작 전압 강하에 대한 특징 변수를 결정함으로써 결정된다. 특징 변수는 특정 물리적 성질에 대해 AC 신호의 프로파일을 특징으로 하는 값을 평균하는 것으로 하기에서 이해되도록 의도된다. 이러한 유형의 특징 변수들은 예컨대, 평균값들, RMS 값들, 정류 값들, 등등이다. 그 전개는 동작 전압 강하와 전체 전압 강하가 실제로 공통의 시간에 측정되어야만 하고, 따라서 앞서 언급된 동작 전압 강하에서의 에러가 가능하면 완전히 전체 전압 강하로부터 제어될 수 있도록 한다는 고려사항에 기초한다. 다른 한편으로, 동작 전압 강하 및 전체 전압 강하는 본질적으로, 오직 계속해서 측정될 수 있다. 이러한 모순을 해결하기 위해, 본 발명의 전개의 일부로서, 인가된 전류 펄스 동안 동작 전압 강하를 제거하는 것 및 추정된 동작 전압 강하로부터 동작 전압 강하에 대하여 적합한 측정된 값을 추정하는 것이 제안된다. 상기의 적합한 측정된 값이 특징 변수에 의해 설명된다.
추정은 상기 경우에, 임의의 수단을 사용하여, 예컨대 내삽 또는 외삽에 의해 실시될 수 있다. 앞서 언급된 특징 변수의 추정 및 결정은, 검출된 특징 변수가 2 개의 검출된 동작 전압 측정값들 간의 평균값인 경우에 기술적으로 특히 간단한 방식으로 실현될 수 있다.
명시된 방법의 특히 바람직한 전개에서, 전류 펄스는 동작 전압 측정값들 간에 있다. 이러한 방식으로, 특히 작은 추정 에러가 특히 평균화를 위한 동작 전압 강하의 추정을 위해 달성된다.
명시된 방법의 다른 전개에서, 전체 전압 강하 및 동작 전압 측정값들은 각각, 적어도 하나의 아날로그-디지털 컨버터를 사용하여 디지털 값으로 컨버팅되고, 각각 별개의 메모리에 저장된다. 그 후, 메모리들에 저장된 값들은 모두 동기식으로 사용가능하며, 따라서 전류 센서를 캘리브레이팅하는데 필요한 캘리브레이션 전압 강하는 간단한 산술 및 로직 유닛을 사용하여 결정가능하다.
명시된 방법의 하나의 바람직한 전개에서, 전체 전압 강하 및 동작 전압 측정값들은 각각 별개의 아날로그-디지털 컨버터를 사용하여 컨버팅되고, 여기서 아날로그-디지털 컨버터들은 시간 간격들에서 서로 상호변경된다. 개별 아날로그-디지털 컨버터들의 서로와의 상호 교환은 인터리빙을 달성하고, 그 결과 에러 의존도들은 캘리브레이션 전압 강하에 포함된 모든 측정값들에 걸쳐 균일하게 분배된다.
명시된 방법의 다른 바람직한 전개에서, 전체 전압 강하 및 동작 전압 측정값들은 버퍼-저장되고, 각각 공통의 아날로그-디지털 컨버터를 사용하여 스태거된 시간에 디지털 값으로 컨버팅된다. 이러한 방식으로, 캘리브레이션 전압 강하를 결정하기 위해 저렴한 단일 아날로그-디지털 컨버터를 사용하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 표준 아날로그-디지털 컨버터의 사용은 또한 캘리브레이션 전압 강하에 포함된 측정값들 내로 표준 에러 의존도를 도입하며, 그 후 상기 측정된 값들은 계산상 다시 상쇄될 수 있다.
그 방법은 특히 전체 전압 강하로부터 동작 전압 강하의 필터링이 수행되기 전에, 적어도 하나의 증폭기 스테이지에 의해 증폭되는 캘리브레이션 전류와 동작 전류에 의해 측정용 저항기에 걸쳐 야기된 전체 전압 강하에 의해 바람직하게 개발된다.
증폭기 스테이지가 전체 전압 강하로부터의 신호를 AC 신호로 컨버팅하는 그 스테이지의 업스트림에 접속된 적어도 하나의 초퍼 회로를 가지는 것이 바람직하고, 여기서 특히 전체 전압 강하로부터의 신호의 극성이 주기적으로 상호교환된다. 이 경우에 특정 선호도로서, 초퍼 회로의 동작 및/또는 클록킹은 전류 펄스 외부에서 검출되는 2 개의 동작 전압 측정값들이 결정되는 시간들에 의해 경계가 이루어지는 시간 간격들 내에, 초퍼 회로에 대하여 어떤 극성 변화 및/또는 주기 변화도 수행되지 않도록 설계된다.
전체 전압 강하로부터 동작 전압 강하의 결정이 디초퍼 엘리먼트가 사용되고 있는 것을 수반하고, 특히 캘리브레이션 전압 강하의 결정은 어떤 디초퍼 엘리먼트도 사용되지 않는 것을 수반하는 것이 방편이다.
본 발명의 추가의 양태에 따르면, 제어 장치는 선행하는 청구항들 중 하나에서 청구되는 것과 같은 방법을 수행하도록 셋업된다.
명시된 제어 장채의 전개시, 명시된 장치는 메모리 및 프로세서를 갖는다. 이 경우에 있어서, 명시된 방법은 컴퓨터 프로그램의 형태로 메모리에 저장되고, 프로세서는 컴퓨터 프로그램이 메모리로부터 프로세서 내로 로딩되는 경우에 그 방법을 실행하기 위해 제공된다.
본 발명의 추가의 양태에 따르면, 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 또는 명시된 디바이스들 중 하나에서 실행될 경우에 명시된 방법들 중 하나의 단계들 모두를 수행하기 위해 프로그램 코드 수단을 포함한다.
본 발명의 추가의 양태에 따르면, 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 판독가능 데이터 저장 매체에 저장되고, 데이터 프로세싱 디바이스에서 실행될 경우에, 명시된 방법들 중 하나를 수행하는 프로그램 코드를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 전류를 측정하기 위한 전류 센서는 측정될 전류가 명시된 제어 장치들 중 하나로 라우팅할 수 있는 전기 측정용 저항기를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 차량은 명시된 제어 장치들 및/또는 명시된 전류 센서 중 하나를 포함한다.
앞서 설명되는 본 발명의 전술된 속성들, 특징들 및 이점들, 그리고 또한 이러한 사항들이 달성되는 방식은 도면들과 함께 보다 상세히 설명되는 예시적인 실시형태들에 대한 다음의 설명과 관련하여 보다 명확하고 보다 명백하게 이해할 수 있을 것이다:
도 1 은 차량의 온보드 전력 공급 시스템에 접속된 전류 센서의 기본 도면을 도시한다.
도 2 는 대안적인 라인 선택을 갖는 도 1 로부터의 기본 도면을 도시한다.
도 3 은 도 1 의 전류 센서에서 강하된 전압들을 갖는 타이밍 다이어그램을 도시한다.
도 4 는 도 1 로부터의 전류 센서에 대한 제어 신호들을 갖는 타이밍 다이어그램을 도시한다.
도 5 는 차량의 온보드 전력 공급 시스템에 접속된 대안적인 전류 센서의 기본 도면을 도시한다.
도 6 은 도 3 으로부터의 전류 센서에 대한 제어 신호들을 갖는 타이밍 다이어그램을 도시한다.
도면들에서, 유사한 기술적 엘리먼트들에는 유사한 도면 부호들이 제공되고, 오직 한 번만 설명된다.
차량의 온보드 전력 공급 시스템 (2) 에 접속된 전류 센서 (4) 의 기본 도면을 도시하는 도 1 이 참조된다. 정교한 대시 형태로 도시된 선들은 먼저, 전류 센서 (4) 의 동작 원리를 더 상세히 설명하기 위해 도 1 에서 무시되도록 의도된다. 그러므로, 도 1 에 정교한 대시 형태로 도시된 엘리먼트들도 또한 도면 부호가 제공되지 않는다.
온보드 전력 공급 시스템 (2) 은 접지와 같은 기준-접지 전위 (11) 에 접속되는 양극 (8) 및 음극 (10) 을 갖는 차량 배터리 (6) 를 포함한다. 차량 배터리 (6) 는 양극 (8) 을 통해, 전기 전력을 공급하는 전기 동작 전류 (12) 를 전달하고, 따라서 온보드 전력 공급 시스템 (2) 에서 다양한 전기 부하들을 동작시킨다. 그 후에, 동작 전류 (12) 는 음극 (10) 으로 리턴된다. 실질적인 이유로, 이는 일반적으로 차량의 섀시 (16) 를 통해 발생한다.
전류 센서 (4) 는 동작 전류 (12) 를 검출하고 그 전류가 도 1 에 표시된 배터리 관리 시스템 (18) 과 같은 프로세싱 계산 디바이스에 사용가능하게 하도록 의도된다. 배터리 관리 시스템 (18) 은 근본적으로, 차량 배터리 (6) 를 모니터링하고 및/또는 그 충전 상태를 조절하는 회로이다. 이와 같이, 다양한 보호 기능들이 구현되며, 그 중 하나는 DE 20 2010 015 132 U1 에서 공지되고, 예컨대 심방전에 대하여 차량 배터리 (6) 를 보호하는 것이다.
동작 전류 (12) 를 검출하는 것을 목적으로, 온보드 전력 공급 시스템 (2) 은 그 시스템에 배열된, 션트로도 불리는 측정용 저항기 (20) 를 갖는다. 동작 전류 (16) 는 이러한 측정용 저항기 (20) 를 통해 흐르고, 따라서 측정용 저항기 (20) 에 걸친 동작 전압 강하 (22) 를 보장한다. 근본적으로, 전류 센서 (2) 는 동작 전압 강하 (22) 를 검출하고, 본질적으로 알려진 방식으로 동작 전류 (12) 를 결정하기 위한 기준으로서 측정용 저항기 (20) 의 전기적 속성들을 취한다. 이를 위해, 측정용 저항기 (20) 는 편의상 음극 (10) 에서 기준 접지 전위 (11) 에 직접 접속되는데, 이러한 방식에서 오직 추가의 전압 측정 단자 (potential tap; 24) 가 동작 전압 강하 (22) 를 검출하기 위해 필수적이기 때문이다.
동작 전압 강하 (22) 에 기초하여 동작 전류 (12) 를 결정하기 위해, 전류 센서 (2) 는 전압 측정 단자 (24) 로부터 동작 전압 강하 (22) 를 탭 오프한다. 이러한 동작 전압 강하 (22) 는 일반적으로 매우 작아서, 동작 전류 (12) 를 결정하기 위해 직접적인 신호 프로세싱을 위해 사용할 수 없다. 그러므로, 동작 전압 강하 (22) 는 동작 전류 (12) 가 결정되기 전에 먼저 증폭된다.
동작 전압 강하 (12) 를 증폭하기 위해, 전류 센서 (2) 는 본 발명의 실시형태에서 2 스테이지 설계로 이루어지는 증폭기 (25) 를 포함한다. 근본적으로, 단일-스테이지 증폭기는 동적 전류 (12) 를 결정하기에 충분할 것이다. 증폭기 (25) 는 전압 측정 단자 (24) 로부터 동작 전압 강하 (22) 를 탭 오프하고 그로부터 예컨대 스위칭 과도상태와 같은 바람직하지 않은 신호 컴포넌트들을 필터링하는, 저역 통과 필터 (26) 를 포함한다. 저역 통과 필터링된 동작 전압 강하 (22) 탭 오프는 그 후에, 초퍼 회로 (28) 를 사용하여 AC 신호로 컨버팅된다. 초퍼 회로는 동작 전압 강하 (22) 를 신호 주기들로 분리하기 위한 기준으로서 초퍼 제어기 (29) 에 의해 지시되는 초퍼 신호 (30) 를 취하고, 이들 분리된 신호 주기들의 단일 인스턴스들의 극성을 상호교환한다. 이러한 방식으로, AC 전압 (31) 은 동작 전압 강하 (22) 로부터 생성된다. 초퍼 회로들은 예컨대, DE 10 2012 105 162 A1 로부터 공지되고, 하기에서 더 상세히 설명되도록 의도되지 않는다. 초퍼 회로 (28) 의 작업은 추가의 저역 통과 필터 (26) 를 통해 라우팅되는 후속하는 제 1 증폭기 스테이지 (32) 와 제 2 증폭기 스테이지 (32) 로부터 오프셋을 제거하는 것이다. 2 개의 증폭기 스테이지들 (32) 간의 중간 탭 (33) 은 후속 시점에 논의된다.
제 2 증폭기 스테이지 (32) 의 출력에서 증폭된 AC 전압 (31') 은 그 후 신호 컨디셔닝 회로 (33) 에서 결과적으로 디지털화되고, 디지털 동작 DC 전압 값 (22') 으로 컨버팅된다. 이를 위해, 신호 컨디셔닝 회로 (33) 는 A/D 컨버터 (34) 로 불리는 아날로그-디지털 컨버터를 가지고, 증폭된 AC 전압 (31') 을 도시되지 않은 디지털 신호로 컨버팅한다. 후속하여, 디지털화된 증폭된 AC 전압 (31') 의 분해능은, A/D 컨버터 (34) 에 의해 이전에 제공된 분해능이 부적당하다면, 입력 필터 (35) 에서 옵션적으로 증가될 수 있다. 임의의 경우에, 디지털화된 증폭된 AC 전압 (31') 은 그 후에, 디초퍼 엘리먼트 (36) 에서 추가로 도시되지 않은 오프셋-포함 AC 전압으로 다시 컨버팅된다. 이를 위해, 디지털화된 증폭된 AC 전압 (31') 은 반전된 초퍼 신호 (30') 에 기초하여 초퍼 제어기 (29) 로부터의 주기들에서 디초퍼 엘리먼트 (36) 에서 -1 과 +1 이 곱해진다. 결과적으로, 디지털화된 증폭된 AC 전압 (31') 의 음의 주기들은 양이 되거나, 또는 대략적으로, "상향 폴딩" 된다. 2 개의 증폭기 스테이지들 (32) 이 오프셋으로 AC 전압 (31) 을 증폭하기 때문에, 기술적 이유들로, 원래 양의 주기들 및 "상향 폴딩"된 주기들은 상이한 진폭을 가지며, 이러한 이유로 오프셋-포함 AC 전압이다. 이러한 오프셋-포함 AC 전압은 구 후에, 평균화에 의해 종단 필터 (37) 에서 평활화되며, 그 결과 2 개의 증폭기 스테이지들 (32) 에 의해 도입되는 오프셋이 상쇄된다. 신호 컨디셔닝 회로 (33) 로부터, 동작 전압 강하 (22) 는 따라서, 디지털화된 형태로, 즉 디지털 동작 전압 강하 (22') 로서 출력된다.
디지털 동작 전압 강하 (22') 로부터, 그 후 컨버전 디바이스 (38) 에서, 예컨대 메모리 (23) 로부터 측정용 저항기 (20) 의 물리적 속성들을 설명하는 특성 곡선 (21) 을 사용하여, 측정될 동작 전류 (12) 를 결정하고 출력하는 것이 가능하다. 컨버전 디바이스 (38) 에서의 컨버전은 이 경우, 측정용 저항기 (20) 의 앞서 언급된 물리적 속성들 (21) 에 기초하여, 옴의 법칙과 같은 기지의 물리적 법칙에 기초하여 발생할 수 있다. 동작 전압 (22) 에 대한 값은 그 후에, 동작 전류 (12) 에 대한 명시적인 값이 할당된다. 그러나, 이는 오직, 측정용 저항기 (20) 의 앞서 언급된 전기적 속성들 및 따라서 특성 곡선 (21) 이 장기간 및 단기간에 안정적인 경우에만 그러하다. 일반적으로, 그러나, 이들은 예컨대, 수명, 상태 및/또는 환경에 종속하여 변화한다. 이와 같이, 주변 온도는 전기 저항에 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 측정용 저항기 (20) 를 위한 재료는 앞서 언급된 영향들 모두에 대하여 상응하여 견고하도록 선택되어야 하며, 이는 일반적으로 매우 비용 집약적인 재료들에서 가능하다.
이는 도 2 를 참조하여 설명되는 것과 같이, 본 발명의 예시적인 실시형태에 대한 출발점인 것으로 의도되며, 도 2 에서, 정교한 대시 형태로 도시된 도 1 로부터의 엘리먼트들은 지금부터 정상적인 엘리먼트들로서 도시되고 도면 부호가 제공된다.
본 발명이 실시형태의 개념은 온보드 전력 공급 시스템 (2) 및 따라서 전류 센서 (4) 의 동작 동안, 또한 캘리브레이션 전류로 불리는 기지의 참조 전류(40) 를 또한 캘리브레이션 전류 소스로 불리는 참조 전류 소스 (38) 로부터 측정용 저항기 (20) 내로 인가하는 것, 및 기지의 참조 전류 (40) 로부터 측정용 저항기 (20) 의 실제 물리적 속성들 및 신호 컨디셔닝 회로 (33) 의 출력으로부터 탭 오프될 수 있는 전압 강하를 결정하는 것, 및 이러한 방식으로 전류 센서 (4) 로부터의 측정 결과를 정정하는 것이다.
그러나, 이러한 아이디어에 대한 기본적인 장애물은, 온보드 전력 공급 시스템 (2) 의 동작 동안, 동작 전류 (12) 가 또한 흐르고 따라서 참조 전류 (40) 가 그 전류에 중첩되게 하는 것이다. 따라서, 신호 컨디셔닝 회로 (33) 의 출력으로부터 탭 오프될 수 있는 측정용 저항기 (20) 에 걸친 전체 전압 강하 (42) 는 기지의 참조 전류 (40) 가 아니라 오히려 동작 전류 (12) 및 참조 전류 (40) 로부터의 전체 전류 (41) 와 직면하며, 따라서 측정용 저항기 (20) 의 실제 물리적 속성들은 동작 동안 상기 방식으로 확인될 수 없다.
여전히 참조 전류 (40) 에 기초하여 확인할 수 없는 측정용 저항기 (20) 의 실제 물리적 속성들을 형성하기 위해, 본 발명의 실시형태의 부분으로서 전체 전압 강하 (42) 로부터 추정된 동작 전압 강하 (22) 를 제거하는 것이 제안된다. 동작 전류 (12) 와 참조 전류 (40) 의 중첩 동안의 동작 전압 강하 (22) 는 충분한 정확도로 추정될 수 있고, 이는 도 2 의 추가의 설명 이전에 도 3 을 참조하여 간략히 설명될 것이다.
도 3 에서, (참조 전류 (40) 의 활동 없는) 동작 전압 강하 (22) 로부터, 또한 캘리브레이션 전압 강하로 불리는 (동작 전류 (12) 의 활동 없는) 참조 전압 강하 (44) 로부터, 그리고 전체 전압 강하 (42) 로부터의 전압 값들 (43) 은 시간 (45) 에 걸쳐 도시된다. 동작 전압 강하 (22) 와, 프로파일들이 전체 전압 강하 (42) 과 상이한 참조 전압 강하 (44) 의 프로파일은 도 3 에 점선 형태로 도시된다. 추가로, 도 3 은 재생되지 않는 전압들 간의 실제 비율들을 순수하게 질적 기준으로 이해되도록 의도된다.
동작 전압 강하 (22) 를 추정하기 위해, 참조 전류 (40) 가 펄스의 형태로 구현되는 것이 제안되며, 따라서 기준 전압 강하 (44) 는 또한 도 3 에 도시된 펄스 (46) 의 형상을 취할 수 있다. 연속적인 동작 전압 강하 (22) 가 가정될 수 있기 때문에, 이는 펄스 (46) 에 시간적으로 근접하여 추정되어야만 한다. 동작 전압 강하 (22) 를 추정하기 위해, 칼만 필터를 포함하는 임의의 요구되는 추정 방법을 사용하는 것이 가능하다.
이는 펄스 (46) 이전에 직접 시간 근접한 제 1 측정 시간 (47) 에, 그리고 펄스 이후에 직접 시간 근접한 제 2 측정 시간 (48) 에 동작 전압 강하 (22) 를 위해, 측정된 값 (43), 따라서 제 1 측정값 (49) 과 제 2 측정값 (50) 을 검출하는 것을 구현하기에 기술적으로 특히 간단하고 효율적이다. 2 개의 측정된 값들 (49, 50) 로부터, 그 후에 충분한 허용 오차로 펄스 (46) 의 중심 (52) 에 있는 동작 전압 강하 (22) 를 설명하는 평균값 (51) 을 결정하는 것이 가능하다.
평균값 (51) 은 2 개의 측정 시간들 (47, 48) 간의 영역에서 동작 전압 강하 (22) 의 프로파일이 더 선형일수록 실제 전압 값 (43) 을 더 정확하게 설명한다. 그러므로, 펄스 (46) 의 펄스 폭 (53) 은 가능하면 작도록 선택되어야 하고, 오직 신호 프로세싱의 경계들에 의해 제한되어야 한다. 유용한 펄스 폭 (53) 은 10 ㎲ 미만인 것으로 발견되었다.
중간 시간 (52) 에 평균값 (51) 은 중간 시간 (52) 에 전체 전압 강하 (42) 에 대한 전체 측정값 (54) 을 검출하고 상기 전체 측정값으로부터 동작 전압 강하 (22) 를 제거하기 위해 사용될 수 있고, 따라서 중간 시간 (52) 에 참조 전류 (40) 에 의해 야기되는 참조 전압 강하 (44) 가 공지되고 전류 센서 (4) 를 캘리브레이팅하기 위해 사용될 수 있다. 다시 말해서, 본 발명의 실시형태에서, 전류 센서 (4) 를 캘리브레이팅하기 위한 모든 필수 정보는 중간 시간 (52) 에 사용가능하다.
캘리브레이션의 기술적 설명이 지금부터 도 2 를 참조하여 추가로 설명될 것이다.
전류 센서 (4) 에서, 측정된 값들 (49, 50) 간의 평균은 평균기 (55) 에서 발생하고, 참조 전압 강하 (44) 를 결정하기 위한 전체 측정된 값 (54) 과 평균값 (51) 간의 감산은 감산 스테이지 (56) 에서 발생한다. 결과적으로, 나눗셈 스테이지 (57) 에서, 참조 전류 (40) 는 나눗셈에 의해 참조 전압 강하 (44) 와 비교되고, 그 결과 도 2 에서 참조 심볼 (12') 로 제공되는 정정되지 않은 동작 전류 결과들의 정정에 대한 기반으로서 정정 인자 (58) 가 발생한다. 정정 인자 (58) 는 결과적으로, 평활화를 위해, 복조기 (59) 의 형태인 필터 엘리먼트를 사용하여 옵션적으로 필터링될 수 있다. 복조기 (59) 는 비교적 긴 시간 주기에 걸쳐 고려될 때, 동작 전류 (12) 가 차량 배터리 (6) 내로 흐르는 충전 전류와 차량 배터리 (6) 외부로 흐르는 방전 전류로 구성되기 때문에 주기적이라는 고려사항에 기반한다. 차량 배터리 (6) 의 성능이 제한되기 때문에, 동작 전류 (12) 는 그에 따라, 주기적인 프로파일을 가져야만 하고, 긴 시간 주기에 걸쳐 고려될 때, 평균적으로 0 과 동일해야만 한다. 그러므로, 복조기 (59) 는 정정 인자 (58) 에서 동작 전류 (12) 의 임의의 나머지 컴포넌트를 캐리어 신호인 것으로 고려하고, 복조 (예컨대, 진폭 복조) 와 유사하게, 평균에 의해 필터링한다.
그 후에, 필터링된 정정 인자 (58) 는 컨버전 디바이스 (38) 에 공급되고, 예컨대 정정 인자 (58) 에 기초하여 동작 전류 (20) 를 결정하기 위해 특성 곡선 (20) 을 정정할 수 있다.
정정 인자 (58) 를 결정하기 위해 요구되는 측정값들 (40, 50, 54, 49) 은 적절한 메모리들 (60, 61, 62, 63) 에 저장된다. 이들 메모리들 (60, 61, 62, 63) 은 명확함을 위해 거의 도 1 및 도 2 에서 2 회 도시되며, 따라서 신호 경로들이 교차하지 않는다. 사실, 각각의 메모리는 오직 한번 제시된다.
메모리들 (60, 61, 62, 63) 을 채우고, 따라서 캘리브레이션을 개시하기 위해, 본 발명의 예시적인 실시형태에서 다양한 제어 신호들이 존재한다. 참조 전류 제어 신호 (64) 는 스위치 (65) 를 폐쇄하기 위해 사용되며, 참조 전류 (40) 를 참조 저항기 (66) 를 통해 측정용 저항기 (20) 에 전달한다. 원칙적으로, 참조 저항기 (66) 는 불필요하며, 이는 그 방법이 참조 전류 소스 (39) 단독으로 수행될 수 있기 때문이다. 그러나, 견고함 등을 위한 참조 전류 소스 (39) 의 수요들은 그 후, 매우 높다. 참조 저항기 (66) 를 사용하여, 이들 수요들은 그 후, 저하될 수 있는데, 이는 참조 전류 (40) 가 그 속성들이 적절한 메모리 (68) 에 저장될 수도 있는 참조 저항기 (66) 의 전기적 속성들 (67) 및 참조 저항기 (66) 에 걸친 대응하는 전압 강하 (69) 에 기초하여 결정될 수 있기 때문이다. 참조 저항기 (66) 에 걸친 전압 강하 (69) 는 이 경우, 측정용 저항기 (20) 에 걸쳐 강하되는 참조 전압 강하 (44) 가 아니고, 전체 전압 강하 (42) 에 포함되지 않는다. 가능하면 간단하게 참조 저항기 (66) 에 걸친 전압 강하 (69) 를 결정하기 위해, 참조 저항기 (66) 는 측정용 저항기 (20) 보다 더 크도록 선택되어야만 한다. 추가로, 참조 전류 (40) 는 동작 전류 (12) 보다 더 높도록 선택되어야만 한다. 정상 동작 동안, 동작 전류 (12) 가 오직 전기 전력만을 예컨대, 전기 부하들 (14) 로서 디스플레이 엘리먼트들에 공급할 경우, 상기 동작 전류는 몇 mA 의 영역에 있다. 그 후에, 참조 전류 (40) 가 1 amp 의 영역에 있도록 선택되는 것이 가능하다. 이러한 방식으로, 참조 저항기 (66) 에 걸친 전압 강하 (69) 는 참조 접지 전위 (11) 를 참조하여 단일 탭 포인트 (70) 를 통해 탭 오프될 수 있고, 전체 전압 강하 (42) 는 측정용 저항기 (20) 로부터 탭 오프될 수 있다.
참조 저항기 (66) 에 걸친 전압 강하 (69) 는 추가의 스위치 (65), 고역 통과 필터 (71) 및 저역 통과 필터 (26) 를 통해 참조 전류 제어 신호 (64) 와 함께 제 1 버퍼 저장소 (72) 에 저장되며, 추가의 스위치 (65) 를 통해 상기 버퍼 저장소로부터 다시 탭 오프될 수 있다. 추가로, 전체 전압 강하 (42) 에 대한 전체 측정값 (54) 은 또한, 고역 통과 필터 (71) 를 통해 참조 전류 제어 신호 (64) 와 함께 중간 탭 (33) 으로부터 탭 오프되고, 제 2 버퍼 저장소 (73) 에 저장된다. 전체 전압 강하 (42) 는 높은 참조 전류 (40) 의 관점에서 매우 높다. 여기서 중간 탭 (33) 으로부터의 탭 오프가 달성된다. 사실상, 2 개의 증폭기 스테이지들 (32) 은 비교적 작은 동작 전압 (22) 을 증폭해야만 한다. 대조적으로 높은 전체 전압 강하 (42) 는 적어도 제 2 증폭기 스테이지 (32) 를 포화 상태로 만들고, 따라서 측정에 오류를 발생하게 할 것이다. 그러므로, 전체 전압 강하 (42) 는 중간 탭 (33) 으로부터 탭 오프되어야만 한다.
그러나, 중간 탭 (33) 은 그로부터 탭 오프된 관련 신호들이 디초퍼 엘리먼트 (36) 를 통과하지 않는 단점을 갖는다. 이러한 단점을 극복하기 위해, 중간 탭 (33) 으로부터 탭 오프되는 모든 측정값들 (49, 50, 54) 은 초퍼 신호 (30) 의 펄스 주기에서 탭 오프되는 것이 보장되어야만 한다. 그 후에, 제 1 증폭기 스테이지 (32) 의 오프셋은 정정 인자 (58) 가 결정될 때 자동으로 상쇄된다. 제 1 측정값 (49) 이 U0 로 표시되고, 펄스 (46) 의 중간 (54) 이 U1 로 표시되고, 제 2 측정값 (50) 이 U2 로 표시되고, 참조 전류 (40) 가 Iref 로 표시되고, 정정 인자 (58) 가 K 로 표시되고, 제 1 증폭기 스테이지 (32) 의 오프셋이 x 로 표시된다면, 도 2 에 따른 정정 인자 (58) 의 결정은 다음 공식에 의해 도시될 수 있다:
Figure pct00001
제 1 증폭기 스테이지 (32) 의 오프셋은 상기 공식으로부터 상쇄된다.
제 1 측정값 제어 신호 (74) 는 전체 전압 강하 (42) 가 제 1 측정값 (49) 을 검출하여 제 3 버퍼 저장소 (75) 에 저장하기 위해 전체 측정값 (54) 과 유사하게 사용될 수 있지만, 제 2 측정값 제어 신호 (76) 는 제 2 측정값 (50) 을 검출하여 제 4 버퍼 저장소 (77) 에 저장하기 위해 사용될 수 있다.
그 후에, 제 1 버퍼 저장소 (72) 는 스위치 (65) 를 통해 제 1 판독 신호 (78) 를 사용하여 판독될 수 있는 반면, 제 2 버퍼 저장소 (73) 는 스위치 (65) 를 통해 제 2 판독 신호 (79) 를 사용하여 판독될 수 있고, 제 3 버퍼 스토어 (75) 는 스위치 (65) 를 통해 제 3 판독 신호 (80) 를 사용하여 판독될 수 있고, 제 4 버퍼 저장소 (77) 는 스위치 (65) 를 통해 제 4 판독 신호 (81) 를 사용하여 판독될 수 있다.
도 1 및 도 2 에서의 제어 신호들 (30, 64, 74, 76, 78, 79, 80, 81) 은 도 4 에서 시간 (45) 에 걸쳐 도시된다.
도 4 에서 볼 수 있는 것과 같이, 제 1 측정 시간 (47) 에, 제 1 측정값 (49) 은 먼저 관련 스위치 (65) 를 사용하여 전체 전압 강하 (42) 로부터의 제 1 측정값 신호 (74) 로 샘플링되고, 관련 버퍼 저장소 (75) 에 저장된다. 제 1 측정값 (49) 이 관련 버퍼 저장소 (75) 에 존재하자마자, 제 1 판독 신호 (78) 를 사용하여 판독되고 A/D 컨버터 (34) 를 통해 메모리 (62) 에 저장된다.
제 1 측정값 (49) 에 대한 버퍼 저장소 (75) 의 실제 판독 동안, 전체 전압 강하 (42) 에 대한 전체 측정값 (54) 자체 및 또한 참조 저항기 (66) 에 걸친 전압 강하 (69) 는 관련 스위치들 (65) 을 사용하여 펄스 (46) 의 중간 (52) 에서 샘플링되고, 관련 버퍼 저장소들 (72, 73) 에 저장된다. 그 후에, 버퍼 저장소 (73) 및 버퍼 저장소 (72) 는 각각 제 2 판독 신호 (79) 와 제 3 판독 신호 (80) 를 사용하여 연속적으로 판독된다. 전체 전압 강하 (42) 에 대한 샘플링된 전체 측정된 값 (54) 은 관련 메모리 (61) 에 저장되는 반면, 참조 저항기 (66) 에 걸친 전압 강하 (69) 는 이러한 방식으로 결정된 참조 전류가 그 후 관련 메모리 (60) 에 저장되기 전에, 참조 저항기 (66) 의 물리적 속성들 (67) 에 기초하여 먼저 참조 전류 (40) 로 컨버팅된다.
전체 전압 강하 (42) 에 대한 전체 측정값 (54) 및 참조 저항기 (66) 에 걸친 전압 강하 (69) 의 샘플링 다음에, 제 2 의 측정값 (50) 은 결국, 제 2 측정 시간 (48) 에 스위치 (65) 를 사용하여 제 2 측정값 신호 (76) 로 샘플링되고 관련 버퍼 저장소 (77) 에 저장된다. 버퍼 저장소 (77) 의 판독은 버퍼 저장소 (73) 의 판독과 유사하게 발생하지만, 제 4 판독 신호 (81) 와 함께, 제 2 측정값 (50) 은 관련 메모리 (63) 에 저장된다.
이러한 방식으로, 모든 측정된 값들 (40, 49, 50, 54) 은 메모리들 (60 내지 63) 에 존재하며, 따라서 정정 인자 (58) 는 도 2 에 따라 결정될 수 있다.
도 2 에 따른 전류 센서 (4) 의 실시형태 및 방법은, 측정값들 (40, 49, 50, 54) 의 디지털화가 오직 단일 A/D 컨버터 (34) 만을 요구한다는 장점을 가지며, 이는 측정값들 (40, 49, 50, 54) 의 디지털화가 도 4 에 따른 제어 신호들의 시간적 배열에 의해 등화될 수 있다. 이러한 방식으로, 디지털화에서 수반되는 A/D 컨버터 (34) 에 의한 측정값들 (49, 50, 54) 에 적어도 포함되는 디지털화 에러들은 또한, 제 1 증폭기 스테이지 (32) 의 앞서 언급된 오프셋과 유사하게 정정 인자 (58) 로부터 상쇄된다.
그러나, 제어 신호들의 비교적 높은 복잡도는 도 5 에 따른 전류 센서 (4) 의 대안적인 설계를 사용하여 감소될 수 있다.
이러한 경우에, 판독 신호들 (78 내지 81) 대신, 멀티플렉서 (82) 가 사용된다. 이는 병렬로 접속된 A/D 컨버터들 (34) 에 관련 측정값들 (69, 54, 49, 50) 을 직접 접속하는데 사용된다. 그러나, 이는 A/D 컨버터들 (34) 이 상응하여 신속하게 동작하도록 설계되는 것을 요구한다.
멀티플렉서 (82) 자체는 필수적인 것은 아니다. 도 1 및 도 2 에 도시된 것과 같이, 스위치들 (65) 을 사용하는 것이 또한 가능하다. 멀티플렉서 (82) 는 측정값들 (69, 54, 49, 50) 의 컨버전 동안 개별 A/D 컨버터들 (34) 을 회전시키거나 또는 상호교환하는데 사용될 수 있지만, 그 결과, 개별 A/D 컨버터들 (34) 로부터의 상이한 디지털화 에러들은 개별 측정값들 (69, 54, 49, 50) 에 걸쳐 균등하게 분배된다. 이러한 방식으로, 디지털화 에러들은 유사하게, 제 1 증폭기 스테이지 (32) 의 앞서 언급된 오프셋과 유사하게 정정 인자 (58) 의 결정 동안 상쇄된다.

Claims (14)

  1. 차량의 온보드 전력 공급 시스템 (2) 에서, 측정용 저항기 (20) 를 통해 흐르는 전기 동작 전류 (12) 를, 상기 동작 전류 (12) 에 의해 야기된 상기 측정용 저항기 (20) 에 걸친 전압 강하의 비교 (38) 및 상기 측정용 저항기 (20) 에 의존하는 규칙 (21) 에 기초하여 결정하도록 셋업된 전류 센서 (4) 를 캘리브레이팅하기 위한 방법으로서,
    - 상기 동작 전류 (12) 에 의해 상기 측정용 저항기 (20) 에 걸쳐 야기된 동작 전압 강하 (22) 의 결정;
    - 기지의 전기 캘리브레이션 전류 (40) 의 상기 측정용 저항기 (20) 내로의 인가;
    - 상기 캘리브레이션 전류 (40) 와 상기 동작 전류 (12) 에 의해 상기 측정용 저항기 (20) 에 걸쳐 야기된 전체 전압 강하 (4) 의 검출;
    - 상기 캘리브레이션 전류 (40) 에 의해 야기된 캘리브레이션 전압 강하 (44) 가 남아있도록, 상기 전체 전압 강하 (42) 로부터 상기 동작 전압 강하 (22) 의 필터링; 및
    - 상기 캘리브레이션 전류 (40) 와 상기 캘리브레이션 전압 강하 (42) 의 비교 (57) 에 기초하여, 상기 측정용 저항기 (20) 에 의존하는 상기 규칙 (21) 의 캘리브레이션 (58) 을 포함하는, 전류 센서를 캘리브레이팅하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캘리브레이션 전류 (40) 는 특히 10 ㎲ 미만의 펄스 폭 (53) 을 갖는 전류 펄스 (46) 인, 전류 센서를 캘리브레이팅하기 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 동작 전압 강하 (22) 는 상기 전류 펄스 (46) 의 외부에서 검출되는 적어도 2 개의 동작 전압 측정값들 (49, 50) 로부터 상기 동작 전압 강하 (22) 에 대한 특징 변수 (51) 를 결정함으로써 검출되는, 전류 센서를 캘리브레이팅하기 위한 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 특징 변수 (51) 는 상기 적어도 2 개의 동작 전압 측정값들 (49, 50) 간의 평균값인, 전류 센서를 캘리브레이팅하기 위한 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 전류 펄스 (46) 는 상기 동작 전압 측정값들 (49, 50) 사이에 있는, 전류 센서를 캘리브레이팅하기 위한 방법.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전체 전압 강하 (42) 및 상기 동작 전압 측정값들 (49, 50) 은 각각, 적어도 하나의 아날로그-디지털 컨버터 (34) 를 사용하여 디지털 값으로 컨버팅되고, 각각 별개의 메모리 (60 내지 63) 에 저장되는, 전류 센서를 캘리브레이팅하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전체 전압 강하 (42) 및 상기 동작 전압 측정값들 (49, 50) 은 각각 별개의 아날로그-디지털 컨버터 (34) 를 사용하여 컨버팅되고, 특히 상기 아날로그-디지털 컨버터들 (34) 은 시간 간격들에서 서로 상호변경되는 (82), 전류 센서를 캘리브레이팅하기 위한 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 전체 전압 강하 (42) 및 상기 동작 전압 측정값들 (49, 50) 은 버퍼-저장되고, 공통의 아날로그-디지털 컨버터 (34) 를 사용하여 스태거된 시간에 디지털 값으로 각각 컨버팅되는, 전류 센서를 캘리브레이팅하기 위한 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캘리브레이션 전류 (40) 와 상기 동작 전류 (12) 에 의해 상기 측정용 저항기 (20) 에 걸쳐 야기된 상기 전체 전압 강하는, 특히 상기 전체 전압 강하 (42) 로부터 상기 동작 전압 강하 (22) 의 필터링이 수행되기 전에, 적어도 하나의 증폭기 스테이지 (32) 에 의해 증폭되는, 전류 센서를 캘리브레이팅하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 증폭기 스테이지 (32) 가 상기 전체 전압 강하로부터의 신호를 AC 신호로 컨버팅하는 상기 증폭기 스테이지 (32) 의 업스트림에 접속된 적어도 하나의 초퍼 회로 (28) 를 가지고, 특히 상기 전체 전압 강하로부터의 상기 신호의 극성은 주기적으로 상호교환되는, 전류 센서를 캘리브레이팅하기 위한 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 초퍼 회로 (28) 의 동작 및/또는 클록킹은, 상기 전류 펄스 (46) 의 외부에서 검출되는 상기 2 개의 동작 전압 측정값들 (49, 50) 이 결정되는 시간들에 의해 경계가 이루어지는 시간 간격들 내에, 상기 초퍼 회로 (28) 에 대하여 어떤 극성 변화 및/또는 주기 변화도 수행되지 않도록 설계되는, 전류 센서를 캘리브레이팅하기 위한 방법.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전체 전압 강하 (42) 로부터의 상기 동작 전압 강하 (22) 의 결정은 디초퍼 엘리먼트 (36) 가 사용되는 것을 수반하고, 특히 상기 캘리브레이션 전압 강하의 결정은 어떤 디초퍼 엘리먼트도 사용되지 않는 것을 수반하는, 전류 센서를 캘리브레이팅하기 위한 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 수행하도록 셋업된 장치.
  14. 전류 (12) 를 측정하기 위한 전류 센서 (4) 로서,
    - 측정될 상기 전류 (12) 가 라우팅가능한 전기 측정용 저항기 (20);
    - 상기 전기 측정용 저항기 (20) 에 걸쳐 강하된 동작 전압 (22) 과 미리결정된 규칙 (21) 에 기초하여 상기 전류 (12) 를 결정하고, 상기 규칙 (21) 을 캘리브레이팅하기 위한, 제 13 항에 기재된 장치를 포함하는, 전류 센서.
KR1020177007309A 2014-09-17 2015-09-17 전류 측정 동안 참조 전류에 의한 전류 센서들의 캘리브레이션 KR101919256B1 (ko)

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