WO2017140496A1 - Messwiderstandskalibriervorrichtung, verfahren zum kalibrieren eines messwiderstands und batteriesensor - Google Patents

Messwiderstandskalibriervorrichtung, verfahren zum kalibrieren eines messwiderstands und batteriesensor Download PDF

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WO2017140496A1
WO2017140496A1 PCT/EP2017/052063 EP2017052063W WO2017140496A1 WO 2017140496 A1 WO2017140496 A1 WO 2017140496A1 EP 2017052063 W EP2017052063 W EP 2017052063W WO 2017140496 A1 WO2017140496 A1 WO 2017140496A1
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resistor
current
calibration device
resistance
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PCT/EP2017/052063
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Henryk Frenzel
Wolfgang Jöckel
Thomas Polz
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Continental Teves Ag & Co. Ohg
Continental Automotive Gmbh
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Publication date
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    • G—PHYSICS
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    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/20—Modifications of basic electric elements for use in electric measuring instruments; Structural combinations of such elements with such instruments
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    • G01R19/2503—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques for measuring voltage only, e.g. digital volt meters (DVM's)
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC

Definitions

  • Measuring resistance calibration device method for calibrating a measuring resistor and battery sensor
  • the invention relates to a
  • Measuring resistor calibration device This has a measuring connection for connecting a measuring resistor. It has a reference resistor which has a first pole and a second pole, wherein the second pole is connected to the measuring terminal.
  • the measuring resistor calibration device has a reference terminal for connecting a reference current source, which is connected to the first pole of the reference resistor.
  • it has an analog-to-digital converter which is configured to measure a voltage drop across the reference resistor ⁇ voltage.
  • the invention further relates to a method for calibrating a measuring resistor and a battery sensor with a measuring resistor.
  • Measuring resistors are used in many electronic or electrical products today to accurately measure and measure currents. This can be done by various known methods, for example via the Hall effect or by means of a measuring resistor, which, for example, as
  • Shunt resistance can be referred to.
  • the current intensity by means of a voltage drop across the
  • sensing resistors are typically specified with tight tolerances and low drift over the intended transit time.
  • IBS Intelligent Battery sensor
  • the voltage drop is typically determined by a highly accurate and over a very long period of time unchangeable, so long-term stable and also thermally stable, especially between -40 ° C and 105 ° C temperature-stable measuring resistance. Due to the typical useful lives of automobiles, the period considered here is typically several years or decades , for example 15 years.
  • a resistor can be realized, for example, from a copper-nickel-manganese alloy, in particular from a material known as manganin. Such material is typically via
  • Electron welding in vacuum provided with two massive copper lugs.
  • the connection to a cable clamp and the ground or to the chassis is typically done by so-called brazing, which can also be referred to as resistance brazing.
  • brazing which can also be referred to as resistance brazing.
  • Meßwiderstandskalibriervortechnische which is alternatively, in particular cost-effective to implement. It is further an object of the invention to provide an associated method. In addition, it is an object of the invention to provide a battery sensor with such
  • a precision resistance calibration apparatus according to claim 1, a method according to claim 10 and a battery sensor according to claim 14 reached.
  • Advantageous embodiments can be taken, for example, the respective subclaims.
  • the content of the claims is made by express reference to the content of the description.
  • the invention relates to a
  • the measuring resistance calibration device has a measuring connection for connecting a measuring resistor.
  • the measuring resistor calibration device has a reference resistor which has a first pole and a second pole, wherein the second pole is connected to the measuring terminal.
  • the measuring resistance calibration device has a reference terminal for connecting a reference current source, which is connected to the first pole of the reference resistor.
  • the measurement resistor calibration apparatus further includes an analog-to-digital converter configured to measure a voltage across the reference resistor.
  • Measuring resistor calibration in a device or designed as a component Measuring resistor calibration in a device or designed as a component.
  • the reference resistor can be made of a temperature- and / or long-term stable material such as manganin, which nevertheless leads to considerable cost savings due to the significantly smaller dimensions of the reference resistor, which only has to absorb a significantly lower current than the measuring resistor.
  • the poles may be, for example, typical to ⁇ connections of resistors, but that it can also be an abstract concept to this case, which may relate, for example, to certain, not necessarily visually perceptible points on printed circuit boards or other units.
  • the reference resistor preferably has a resistance between 0.5 ohms and 1.5 ohms. Very particularly preferred is a resistance value of 1 ohm. Such values have proven to be advantageous in practice.
  • the measuring resistor calibration device has a precision current source, which is connected via a first switch to the first pole of the reference resistor, wherein the reference terminal is connected via a second switch to the first pole of the reference resistor.
  • This embodiment makes the following procedure possible: First, a precisely known current, that is to say a temperature and / or long-term stable current, is conducted through the reference resistor by means of the precision current source. For this purpose, the first switch is closed, at the same time the second switch is opened. In this case, the voltage drop across the reference resistor is measured. Now that the current and voltage are known, the resistance can easily be deduced. Although the current can flow through the measuring resistor at the same time, this is not relevant in practice since it typically has a resistance value that is lower by several orders of magnitude.
  • the first switch is opened and the second switch is closed.
  • a reference current is passed through the reference resistor by means of the reference current source and in turn the voltage which drops above it is measured. Now, the reference current is known, which can then be used to calibrate the measuring resistor. In this design can therefore be dispensed with to execute the Refe ⁇ ence power source particularly temperature and / or long-term stability.
  • the precision current source is preferably designed to output a pulsed calibration current.
  • the procedure just described can be carried out advantageously. This can be done both as an alternative to using the first switch as well as in addition thereto.
  • a temperature and / or long-term time-stable reference resistor used. Then it can be dispensed with the provision of precision power source.
  • the reference resistance does not change on time scales of the actuation of the switches, that is, for example, does not change within fractions of a second. This allows a precise measurement.
  • precision current source typically means a current source which is stable in terms of temperature and / or time stability, but that the term is used essentially for linguistic differentiation with respect to the reference current source
  • Messwiderstandskalibriervortechnische a reference current source which is connected to the reference terminal and which is adapted to output a reference current. This allows integration of the reference current source into the device.
  • the reference terminal is the
  • Measuring resistor calibration device connected to an external reference current source. This may be particularly the current ⁇ consumption and heat generation of the
  • the reference current source is preferably designed to deliver a reference current which is greater, preferably at least ten times, larger than a calibration current supplied by the precision current source.
  • a reference current which is greater, preferably at least ten times, larger than a calibration current supplied by the precision current source.
  • the analog-to-digital converter is connected to the first pole of the reference resistor. More preferably, the Ana ⁇ log-digital converter is internal or external to
  • an internal connection can be made in particular by means of wires, interconnects or other electrical connections.
  • An external connection can take place, for example, in that the
  • Messwiderstandskalibriervoriques has another connection to which an external line can be connected. Particularly advantageously, a four-conductor measurement can be provided.
  • the just described compound of the log analog-to-digital converter with the first and the second pole of the reference resistor is advantageously an exact measurement of the voltage, which drops across the reference resistor, made ⁇ light.
  • the just described compound of the log analog-to-digital converter with the first and the second pole of the reference resistor is advantageously an exact measurement of the voltage, which drops across the reference resistor, made ⁇ light.
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • the precision current source and / or the reference resistor preferably have a time drift and / or a temperature drift of not more than 1%.
  • the time drift can be a period of, for example, five years, ten years, fifteen Years, twenty years or thirty years.
  • the temperature drift can be for example refer to a tempera ⁇ tur Scheme from -20 ° C to 50 ° C, -40 ° C to 105 ° C or -40 ° C to 85 ° C.
  • the drift is typically typically related to resistance. Such a precise value has yet proven reasonably practicable advantageous and Kos ⁇ ten dinddlingen.
  • the invention further relates to a method for calibrating a measuring resistor, comprising the following steps:
  • a respective voltage swing or a clamping ⁇ voltage change can be used in particular, which is produced and which, when the reference current flows, in comparison with the state without the reference current. It should be noted that the reference current is typically superimposed with a useful current flowing through the measuring resistor.
  • This method enables a particularly advantageous calibration of the measuring resistor, without having to use a particularly accurate reference resistor or a particularly accurate reference current source. Rather, a precise precision current source can be used which generates a known, typically long-term stable and / or temperature-stable current, and which can be implemented simply and reliably in typical components, in particular an application-specific integrated circuit.
  • the calibration current and the reference current are preferably passed successively through the reference resistor. This allows an advantageous separate measurement. This can be done in particular by using the above-mentioned first and second switches.
  • the method is preferably by means of a
  • the measuring resistance calibration device is preferably configured to a method according to the invention perform. In this case, all described embodiments and variants of the method can be used. Illustrated benefits apply accordingly.
  • Messwiderstandskalibriervortechnisch may in particular process means and storage means, wherein in the
  • Memory means is stored program code, when executed by the processor means, a method according to the invention is carried out.
  • the invention further relates to a battery sensor, which has a measuring resistor and an inventive
  • Measuring resistance calibration device wherein all described embodiments and variants can be used.
  • the measuring terminal of the measuring resistance calibration device is connected to one pole of the measuring resistor.
  • the battery sensor according to the invention makes it possible, as described above with reference to the invention
  • Benefits can be utilized for a battery sensor described Meßwiderstandskalibriervortechnische.
  • the measuring resistor preferably has a lower abutment ⁇ resistor value than the reference resistance, in particular preferably about 1 / 10,000 of the resistance value of the reference resistor. Particularly preferably, the measuring resistor has a value between 50 ⁇ and 150 ⁇ and particularly preferably 100 ⁇ . Such values have reported he ⁇ in practice to be advantageous. In particular, such values do not or only insignificantly influence a measurement above the reference resistance by the resistance value of the measuring resistor. In addition, such resistance values for typical currents well ge ⁇ is flowing through the measuring resistors, and which may be at ⁇ play during operation of a starter more than 1000 A.
  • the battery sensor may also have the already mentioned reference current source, which internally or externally to
  • Measuring resistance calibration can be performed.
  • FIG. 1 shows a battery ⁇ sensor.
  • Fig. 1 shows a battery sensor 10 in a typical, exemplified circuit.
  • the battery sensor 10 is connected to a battery 5, which may be in particular a car battery. To the battery 5 2 consumers 1 are connected via a current path switch, which are shown here only schematically. Of the
  • Current path switch 2 can be controlled via a current path controller 3. Furthermore, a battery charging unit 4 is provided, which can be switched to the battery 5 to charge the battery 5.
  • the battery sensor 10 has a measuring resistor 15, which in the present example has a resistance value of 100 ⁇ . Furthermore, the battery sensor 10 has a
  • Control can be integrated in particular also a microcontroller (yC).
  • yC microcontroller
  • the measuring resistance calibration device 20 has a schematically illustrated CAN bus interface 22 for communication with other components.
  • CAN bus interface 22 for communication with other components.
  • the measuring resistor calibration device 20 has a reference resistor 30, which in the present case has a resistance value of 1 ohm.
  • this reference resistor is not formed from a material that is particularly resistant to temperature and long-term stability.
  • the measuring resistance calibration device 20 has a precision current source 40, which is connected to the reference resistor 30 via a first switch 45. Furthermore, the measuring resistor calibration device 20 has a reference terminal 52, which is connected via a second switch 45 to the first pole of the reference resistor 30.
  • a reference current source 50 is connected, which in the present case external to
  • Measuring resistor calibration 20 is performed within the battery sensor 10.
  • a second pole, opposite the first pole, of the reference resistor 30 is connected to the measuring terminal 24.
  • the measurement resistance calibration device 20 further includes an analog-to-digital converter 60. This is also connected to the first pole of the reference resistor 30. In addition, the analog-to-digital converter 60 is connected to the second pole of the reference resistor 30. Thus, the analog-to-digital converter 60 can measure the voltage drop across the reference resistor 30. This is done according to the principle of a four-wire measurement. Furthermore, the analog-to-digital converter 60 can also measure the voltage drop across the measuring resistor 15, since both the measuring resistor 15 and the analog-to-digital converter 60 are each connected to ground. Such a mass is typically a chassis, especially when used in an automobile. Moreover, as shown here, a direct connection of both poles of the measuring resistor 15 to the analogue -to-digital converter 60 is provided.
  • the measuring resistor calibration device 20 two small graphs are shown, which show a typical course of the switch positions of the first switch 45 and the second switch 55, wherein an upward deflection indicates that the respective switch is closed. As shown, the two switches 45, 55 are switched alternately one after the other. While the precision current source 40 is connected to the reference resistor, that is, while the first switch 45 is closed, a calibration current from the precision current source 45 is passed through the reference resistor 30. This calibration current is known very precisely because the precision current source 40 is particularly temperature-stable and long-term stable. While this calibration current flows through the reference resistor 30, the voltage drop across the reference resistor 30 is measured. This makes it possible to accurately calculate the instantaneous resistance value of the reference resistor 30.
  • the reference current from the reference current source 50 is passed through the reference resistor and also the voltage dropping above it is measured. This makes it possible to calculate the reference current accurately.
  • the same reference current also flows simultaneously through the measuring resistor 15, the resistance value thus can also be accurately calculated on the falling voltage.
  • Components can be dispensed with as well as high-precision resistance alloys for the measuring resistor.
  • a long-term and / or temperature-stable reference resistor for example made of manganin, can be used so that the precision current source can be dispensed with.
  • the current of the reference current can then be determined directly via the well-known, stable resistance of the reference resistor and a voltage drop across the resistor Referenzwi ⁇ .
  • steps of the method according to the invention can be carried out in the order given. However, they can also be executed in a different order. In one of its embodiments, for example with a specific set of steps, the method according to the invention can be carried out in such a way that no further steps are carried out. However, in principle also further steps can be carried out, even those which are not mentioned.

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Abstract

Die Anmeldung betrifft eine Messwiderstandskalibriervorrichtung (10), welche einen Messanschluss (24), einen Referenzwiderstand (30), einen Referenzanschluss (52) und einen Analog-Digital-Wandler (60) aufweist, wobei die Messwiderstandskalibriervorrichtung in einem Bauelement oder als Bauelement ausgeführt ist. Die Anmeldung betrifft des Weiteren ein zugehöriges Verfahren sowie einen Batteriesensor mit einer solchen Messwiderstandskalibriervorrichtung.

Description

Messwiderstandskalibriervorrichtung, Verfahren zum Kalibrieren eines Messwiderstands und Batteriesensor
Die Erfindung betrifft eine
Messwiderstandskalibriervorrichtung . Diese weist einen Mess- anschluss zum Anschließen eines Messwiderstands auf. Sie weist einen Referenzwiderstand auf, welcher einen ersten Pol und einen zweiten Pol aufweist, wobei der zweite Pol mit dem Messanschluss verbunden ist. Die Messwiderstandskalibriervorrichtung weist einen Referenzanschluss zum Anschließen einer Referenzstromquelle auf, welcher mit dem ersten Pol des Referenzwiderstands verbunden ist. Außerdem weist sie einen Analog-Digital-Wandler auf, welcher dazu konfiguriert ist, eine über dem Referenz¬ widerstand abfallende Spannung zu messen.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Kalibrieren eines Messwiderstands sowie einen Batteriesensor mit einem Messwiderstand . Messwiderstände werden in vielen heutigen elektronischen oder elektrischen Produkten verwendet, um Ströme exakt zu ermitteln bzw. zu messen. Dies kann über verschiedene bekannte Methoden erfolgen, beispielsweise über den Hall-Effekt oder mittels eines Messwiderstands, welcher beispielsweise auch als
Shunt-Widerstand bezeichnet werden kann. In letzterem Fall wird die Stromstärke mittels eines Spannungsabfalls über dem
Messwiderstand ermittelt. Derartige Messwiderstände werden typischerweise mit geringen Toleranzen und geringem Drift über die beabsichtigte Laufzeit spezifiziert.
Eine Anwendung im Bereich der Automobilindustrie ist bei¬ spielsweise ein Batteriesensor, insbesondere ein intelligenter Batteriesensor (IBS = Intelligent Battery Sensor) , welcher einen Zustand einer Batterie überwacht oder bestimmt und auch einen Stromfluss von der Batterie zum Chassis überwacht.
Gerade im Bereich der automobilen Anwendungen wird der Span- nungsabfall typischerweise über einen hochgenauen und über einen sehr langen Zeitraum nicht veränderlichen, also langzeitstabilen und überdies temperaturstabilen, insbesondere zwischen -40° C und 105° C temperaturstabilen Messwiderstand ermittelt. Aufgrund der typischen Nutzungsdauern von Automobilen beträgt der hier betrachtete Zeitraum typischerweise mehrere Jahre oder Jahr¬ zehnte, beispielsweise 15 Jahre. Ein solcher Widerstand kann beispielsweise aus einer Kupfer-Nickel-Mangan-Legierung insbesondere aus einem als Manganin bekannten Material realisiert werden. Ein derartiges Material wird typischerweise via
Elektronenschweißen im Vakuum mit zwei massiven Kupferfahnen versehen. Die Verbindung zu einer Kabelklemme und zur Masse bzw. zum Chassis erfolgt typischerweise über sogenanntes Brazing, was auch als Widerstandshartlöten bezeichnet werden kann. Hierfür sind kostenintensive Teile, insbesondere Manganin und elekt- ronenstrahlgeschweißte Verbindungen, sowie teure und kompli¬ zierte Prozesse, insbesondere Brazing, nötig. Dies sorgt insgesamt für einen hohen Gesamtpreis solcher Systeme.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine
Messwiderstandskalibriervorrichtung vorzusehen, welche alternativ, insbesondere kostengünstiger, zu realisieren ist. Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung, ein zugehöriges Verfahren vorzusehen. Außerdem ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Batteriesensor mit einer solchen
Messwiderstandskalibriervorrichtung vorzusehen.
Dies wird erfindungsgemäß durch eine
Messwiderstandskalibriervorrichtung nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 10 und einen Batteriesensor nach Anspruch 14 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung betrifft eine
MesswiderStandskalibriervorrichtung .
Die Messwiderstandskalibriervorrichtung weist einen Messan- schluss zum Anschließen eines Messwiderstands auf.
Die Messwiderstandskalibriervorrichtung weist einen Referenzwiderstand auf, welcher einen ersten Pol und einen zweiten Pol aufweist, wobei der zweite Pol mit dem Messanschluss verbunden ist.
Die Messwiderstandskalibriervorrichtung weist einen Refe- renzanschluss zum Anschließen einer Referenzstromquelle auf, welcher mit dem ersten Pol des Referenzwiderstands verbunden ist .
Die Messwiderstandskalibriervorrichtung weist ferner einen Analog-Digital-Wandler auf, welcher dazu konfiguriert ist, eine über dem Referenzwiderstand abfallende Spannung zu messen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die
Messwiderstandskalibriervorrichtung in einem Bauelement oder als Bauelement ausgeführt ist.
Dies ermöglicht insgesamt einen einfacheren Aufbau als bei Systemen, welche aus dem Stand der Technik bekannt sind. Des Weiteren wird erreicht, dass bezüglich des Messwiderstands auf ein weniger langzeitstabiles bzw. temperaturstabiles Material zurückgegriffen werden kann, welches erheblich kostengünstiger ist und einfacher zu verarbeiten ist. Auch können einfache Verarbeitungsprozesse verwendet werden.
Insbesondere ist es bei der erfindungsgemäßen
Messwiderstandskalibriervorrichtung möglich, den Messwiderstand laufend, zeitlich gesteuert und/oder softwaregesteuert mittels des Referenzwiderstands als Referenz zu kalibrieren. Wie weiter unten näher ausgeführt werden wird, gibt es hier zwei grundsätzliche Vorgehensweisen. Zum einen kann der Referenz- widerstand aus einem temperatur- und/oder langzeitstabilen Material wie beispielsweise Manganin hergestellt sein, was aufgrund der erheblich kleineren Dimensionen des Referenzwiderstands, welcher nur eine wesentlich geringere Stromstärke aufnehmen muss als der Messwiderstand, trotzdem zu erheblichen Kosteneinsparungen führt. Zum anderen ist es auch möglich, eine zusätzliche Präzisionsstromquelle zu verwenden, um den Refe¬ renzwiderstand zu kalibrieren, so dass auf eine besondere Stabilität des Referenzwiderstands verzichtet werden kann. Es sei verstanden, dass die Pole beispielsweise typische An¬ schlüsse von Widerständen sein können, dass es sich hierbei jedoch auch um einen abstrakten Begriff handeln kann, welcher sich beispielsweise auf bestimmte, nicht zwingend optisch wahrnehmbare Punkte auf Leiterplatten oder anderen Einheiten beziehen kann.
Der Referenzwiderstand hat bevorzugt einen Widerstandswert zwischen 0,5 Ohm und 1,5 Ohm. Ganz besonders bevorzugt ist ein Widerstandswert von 1 Ohm. Derartige Werte haben sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen. Gemäß einer Ausführung weist die Messwiderstandskalibriervorrichtung eine Präzisionsstromquelle auf, welche über einen ersten Schalter mit dem ersten Pol des Referenzwiderstands verbunden ist, wobei der Referenzanschluss über einen zweiten Schalter mit dem ersten Pol des Referenzwiderstands verbunden ist.
Diese Ausführung ermöglicht folgende Vorgehensweise: Zunächst wird mittels der Präzisionsstromquelle ein exakt bekannter, also auch temperatur- und/oder langzeitstabiler Strom durch den Referenzwiderstand geleitet. Hierzu wird der erste Schalter geschlossen, wobei gleichzeitig der zweite Schalter geöffnet wird. Dabei wird die über dem Referenzwiderstand abfallende Spannung gemessen. Da nunmehr Strom und Spannung bekannt sind, kann problemlos auf den Widerstand geschlossen werden. Dabei kann zwar der Strom gleichzeitig auch durch den Messwiderstand fließen, dies ist jedoch in der Praxis nicht relevant, da dieser typischerweise einen um mehrere Größenordnungen geringeren Widerstandswert aufweist.
Anschließend wird der erste Schalter geöffnet und der zweite Schalter geschlossen. Es wird mittels der Referenzstromquelle ein Referenzstrom durch den Referenzwiderstand geleitet und wiederum die Spannung gemessen, welche über diesem abfällt. Nunmehr ist der Referenzstrom bekannt, welcher dann zum Kalibrieren des Messwiderstands verwendet werden kann. Bei dieser Ausführung kann somit darauf verzichtet werden, die Refe¬ renzstromquelle besonders temperatur- und/oder langzeitstabil auszuführen.
Die Präzisionsstromquelle ist bevorzugt dazu ausgebildet, einen gepulsten Kalibrierstrom auszugeben. Damit kann die eben beschriebene Vorgehensweise vorteilhaft ausgeführt werden. Dies kann sowohl alternativ zur Verwendung des ersten Schalters wie auch zusätzlich dazu erfolgen. Gemäß einer Ausführung, welche beispielsweise als alternativ zur eben beschriebenen Ausführung angesehen werden kann, wird ein temperatur- und/oder lang- zeitstabiler Referenzwiderstand verwendet. Dann kann auf das Vorsehen der Präzisionsstromquelle verzichtet werden.
Es ist grundsätzlich vorteilhaft, wenn sich der Referenzwi- derstand nicht auf Zeitskalen der Betätigung der Schalter ändert, also sich beispielsweise nicht innerhalb von Sekundenbruchteilen ändert. Dies erlaubt eine präzise Messung.
Es sei verstanden, dass unter dem Begriff „Präzisionsstrom- quelle" hier typischerweise eine temperatur- und/oder lang- zeitstabile Stromquelle verstanden wird, dass jedoch der Begriff im Wesentlichen zur sprachlichen Abgrenzung gegenüber der Referenzstromquelle verwendet wird. Gemäß einer Ausführung weist die
Messwiderstandskalibriervorrichtung eine Referenzstromquelle auf, welche mit dem Referenzanschluss verbunden ist und welche dazu ausgebildet ist, einen Referenzstrom auszugeben. Dies ermöglicht eine Integration der Referenzstromquelle in die Vorrichtung.
Gemäß einer Ausführung, welche insbesondere alternativ dazu sein kann, ist der Referenzanschluss der
Messwiderstandskalibriervorrichtung mit einer externen Refe- renzstromquelle verbunden. Dies kann insbesondere den Strom¬ verbrauch und die Wärmeentwicklung der
MesswiderStandskalibriervorrichtung verringern .
Die Referenzstromquelle ist bevorzugt dazu ausgebildet, einen Referenzstrom zu liefern, welcher größer, bevorzugt mindestens zehnmal so groß ist wie ein von der Präzisionsstromquelle gelieferter Kalibrierstrom. Eine derartige Ausführung hat sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen. Bevorzugt ist der Analog-Digital-Wandler mit dem ersten Pol des Referenzwiderstands verbunden. Weiter bevorzugt ist der Ana¬ log-Digital-Wandler intern oder extern zur
Messwiderstandskalibriervorrichtung mit dem zweiten Pol des Messwiderstands verbunden. Dabei kann eine interne Verbindung insbesondere mittels Drähten, Leiterbahnen oder anderen elektrischen Verbindungen erfolgen. Eine externe Verbindung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die
Messwiderstandskalibriervorrichtung einen weiteren Anschluss hat, an welchen eine externe Leitung angeschlossen werden kann. Besonders vorteilhaft kann eine Vierleitermessung vorgesehen sein .
Durch die eben beschriebene Verbindung des Ana- log-Digital-Wandlers mit dem ersten und dem zweiten Pol des Referenzwiderstands wird vorteilhaft eine exakte Messung der Spannung, welche über dem Referenzwiderstand abfällt, ermög¬ licht . Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist die
Messwiderstandskalibriervorrichtung innerhalb eines Anwendungsspezifischen Integrierten Schaltkreises (ASIC = Application Specific Integrated Circuit) ausgebildet. Dies ermöglicht eine besonders hohe Integration, eine einfache und günstige Fertigung sowie besonders zuverlässige Komponenten. Es sei erwähnt, dass sich insbesondere eine Präzisionsstromquelle besonders gut in einem Anwendungsspezifischen Integrierten Schaltkreis realisieren lässt, wie die Erfinder der vorliegenden Anmeldung herausgefunden haben.
Die Präzisionsstromquelle und/oder der Referenzwiderstand weisen bevorzugt einen Zeitdrift und/oder einen Temperaturdrift von maximal 1% auf. Der Zeitdrift kann sich dabei auf einen Zeitraum von beispielsweise fünf Jahren, zehn Jahren, fünfzehn Jahren, zwanzig Jahren oder dreißig Jahren beziehen. Der Temperaturdrift kann sich beispielsweise auf einen Tempera¬ turbereich von -20° C bis 50° C, -40° C bis 105° C oder -40° C bis 85° C beziehen. Der Drift bezieht sich im Allgemeinen typischerweise auf den Widerstandswert. Ein derartig exakter Wert hat sich in der Praxis als vorteilhaft und unter Kos¬ tengesichtspunkten noch vertretbar erwiesen.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Kalibrieren eines Messwiderstands, welches folgende Schritte aufweist:
Erzeugen eines bekannten Kalibrierstroms mittels einer Präzisionsstromquelle und Leiten des Kalibrierstroms durch einen Referenzwiderstand, dabei Messen einer über dem Referenzwiderstand abfallenden ersten Spannung,
- Ermitteln eines Widerstandswerts des Referenzwiderstands basierend auf der gemessenen ersten Spannung und dem bekannten Kalibrierstrom,
Erzeugen eines Referenzstroms mittels einer Referenz¬ stromquelle und Leiten des Referenzstroms durch den Re- ferenzwiderstand sowie seriell hierzu durch den Messwi¬ derstand, dabei Messen einer über dem Referenzwiderstand abfallenden zweiten Spannung und Messen einer über dem Messwiderstand abfallenden dritten Spannung,
Ermitteln einer Stromstärke des Referenzstroms basierend auf der gemessenen über dem Referenzwiderstand abfallenden zweiten Spannung und dem ermittelten Widerstandswert, und Ermitteln eines Widerstandswerts des Messwiderstands basierend auf der gemessenen über dem Messwiderstand abfallenden dritten Spannung und der Stromstärke des Referenzstroms.
Anstatt eines Erzeugens des Referenzstroms kann auch von einem Bereitstellen des Referenzstroms gesprochen werden. Beim Ermitteln des Widerstandswerts des Messwiderstands kann insbesondere ein jeweiliger Spannungshub oder eine Span¬ nungsänderung verwendet werden, welcher bzw. welche entsteht, wenn der Referenzstrom fließt, im Vergleich zu dem Zustand ohne den Referenzstrom. Dabei ist anzumerken, dass sich der Referenzstrom typicherweise mit einem durch den Messwiderstand fließenden Nutzstrom überlagert.
Dieses Verfahren ermöglicht eine besonders vorteilhafte Ka- librierung des Messwiderstands, ohne dass ein besonders genauer Referenzwiderstand oder eine besonders genaue Referenzstrom¬ quelle verwendet werden muss. Es kann vielmehr eine genaue Präzisionsstromquelle verwendet werden, welche einen bekannten, typischerweise langzeitstabilen und/oder temperaturstabilen Strom erzeugt, und welche in typischen Bauelementen, insbesondere einem Anwendungsspezifischen Integrierten Schaltkreis, einfach und zuverlässig zu realisieren ist.
Der Kalibrierstrom und der Referenzstrom werden bevorzugt zeitlich nacheinander durch den Referenzwiderstand geleitet. Dies ermöglicht eine vorteilhafte getrennte Messung. Dies kann insbesondere durch Verwendung der weiter oben bereits erwähnten ersten und zweiten Schalter erfolgen. Das Verfahren wird vorzugsweise mittels einer
Messwiderstandskalibriervorrichtung gemäß der Erfindung ausgeführt. Dabei kann auf alle beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden. Erläuterte Vorteile gelten entsprechend. Insbesondere können alle mit Bezug auf die Vorrichtung beschriebenen Merkmale auch mit Bezug auf das Verfahren angewendet werden.
Die erfindungsgemäße Messwiderstandskalibriervorrichtung ist vorzugsweise dazu konfiguriert, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Dabei kann auf alle beschriebenen Ausführungen und Varianten des Verfahrens zurückgegriffen werden. Erläuterte Vorteile gelten entsprechend. Die
Messwiderstandskalibriervorrichtung kann insbesondere Pro- zessormittel und Speichermittel aufweisen, wobei in den
Speichermitteln Programmcode gespeichert ist, bei dessen Ausführung durch die Prozessormittel ein erfindungsgemäßes Verfahren ausgeführt wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Batteriesensor, welcher einen Messwiderstand und eine erfindungsgemäße
Messwiderstandskalibriervorrichtung aufweist, wobei auf alle beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden kann. Der Messanschluss der Messwiderstandskalibriervorrichtung ist dabei mit einem Pol des Messwiderstands verbunden.
Der erfindungsgemäße Batteriesensor ermöglicht es, die weiter oben mit Bezug auf die erfindungsgemäße
Messwiderstandskalibriervorrichtung beschriebenen Vorteile für einen Batteriesensor nutzbar zu machen.
Der Messwiderstand hat bevorzugt einen geringeren Wider¬ standswert als der Referenzwiderstand, insbesondere bevorzugt etwa 1/10.000 des Widerstandswerts des Referenzwiderstands. Besonders bevorzugt hat der Messwiderstand einen Wert zwischen 50 μθϊιιη und 150 μθϊιιη und insbesondere bevorzugt 100 μθηιη. Derartige Werte haben sich in der Praxis als vorteilhaft er¬ wiesen. Insbesondere wird durch derartige Werte eine Messung über dem Referenzwiderstand nicht bzw. nur unwesentlich durch den Widerstandswert des Messwiderstands beeinflusst. Des Weiteren sind derartige Widerstandswerte für typische Ströme gut ge¬ eignet, welche durch Messwiderstände fließen und welche bei¬ spielsweise beim Betrieb eines Anlassers mehr als 1000 A betragen können . Der Batteriesensor kann auch die bereits erwähnte Referenzstromquelle aufweisen, welche intern oder extern zur
Messwiderstandskalibriervorrichtung ausgeführt sein kann.
Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel entnehmen. Dabei zeigt Fig. 1 einen Batterie¬ sensor .
Fig. 1 zeigt einen Batteriesensor 10 in einer typischen, beispielhaft dargestellten Beschaltung.
Der Batteriesensor 10 ist mit einer Batterie 5 verbunden, welche insbesondere eine Autobatterie sein kann. An die Batterie 5 sind über einen Strompfadschalter 2 Verbraucher 1 angeschlossen, welche hier lediglich schematisch dargestellt sind. Der
Strompfadschalter 2 ist über eine Strompfadsteuerung 3 ansteuerbar. Des Weiteren ist eine Batterieladeeinheit 4 vorgesehen, welche auf die Batterie 5 geschaltet werden kann, um die Batterie 5 zu laden.
Der Batteriesensor 10 weist einen Messwiderstand 15 auf, welcher vorliegend beispielhaft einen Widerstandswert von 100 μθϊιιη hat. Des Weiteren weist der Batteriesensor 10 eine
Messwiderstandskalibriervorrichtung 20 auf, welche als Anwendungsspezifischer Integrierter Schaltkreis (ASIC = Application Specific Integrated Circuit) ausgeführt ist. Zur
Steuerung kann dabei insbesondere auch ein MikroController (yC) integriert sein.
Die Messwiderstandskalibriervorrichtung 20 weist eine schematisch dargestellte CAN-Bus-Schnittstelle 22 zur Kommunikation mit anderen Komponenten auf. Alternativ könnte beispielsweise auch ein LIN-Bus, eine analoge Schnittstelle oder ein anderes Bussystem verwendet werden.
Außerdem weist die Messwiderstandskalibriervorrichtung 20 einen Messanschluss 24 auf, an welchem der Messwiderstand 15 ange¬ schlossen ist.
Die Messwiderstandskalibriervorrichtung 20 weist einen Referenzwiderstand 30 auf, welcher vorliegend einen Widerstandswert von 1 Ohm aufweist. Dieser Referenzwiderstand ist vorliegend nicht aus einem besonders temperatur- und langzeitstabilen Material ausgebildet.
Die Messwiderstandskalibriervorrichtung 20 weist eine Präzi- sionsstromquelle 40 auf, welche über einen ersten Schalter 45 mit dem Referenzwiderstand 30 verbunden ist. Des Weiteren weist die Messwiderstandskalibriervorrichtung 20 einen Referenzanschluss 52 auf, welcher über einen zweiten Schalter 45 mit dem ersten Pol des Referenzwiderstands 30 verbunden ist.
An dem Referenzanschluss 52 ist eine Referenzstromquelle 50 angeschlossen, welche vorliegend extern zur
Messwiderstandskalibriervorrichtung 20, jedoch innerhalb des Batteriesensors 10 ausgeführt ist.
Ein zweiter, dem ersten Pol gegenüberliegender Pol des Referenzwiderstands 30 ist mit dem Messanschluss 24 verbunden.
Die Messwiderstandskalibriervorrichtung 20 weist des Weiteren einen Analog-Digital-Wandler 60 auf. Dieser ist ebenfalls mit dem ersten Pol des Referenzwiderstands 30 verbunden. Außerdem ist der Analog-Digital-Wandler 60 mit dem zweiten Pol des Referenzwiderstands 30 verbunden. Damit kann der Analog-Digital-Wandler 60 die über dem Referenzwiderstand 30 abfallende Spannung messen . Dies erfolgt nach dem Prinzip einer Vierleitermessung. Des Weiteren kann der Analog-Digital-Wandler 60 auch die über dem Messwiderstand 15 abfallende Spannung messen, da sowohl der Messwiderstand 15 wie auch der Analog-Digital-Wandler 60 jeweils mit Masse verbunden sind. Eine solche Masse stellt insbesondere bei einer Anwendung in einem Automobil typischerweise eine Chassis dar. Überdies ist wie gezeigt vorliegend eine direkte Verbindung beider Pole des Messwiderstands 15 zum Ana¬ log-Digital-Wandler 60 vorgesehen.
Über der Messwiderstandskalibriervorrichtung 20 sind zwei kleine Graphen eingezeichnet, welche einen typischen Verlauf der Schalterstellungen des ersten Schalters 45 und des zweiten Schalters 55 zeigen, wobei ein Ausschlag nach oben anzeigt, dass der jeweilige Schalter geschlossen ist. Wie gezeigt werden die beiden Schalter 45, 55 nacheinander alternierend geschaltet. Während die Präzisionsstromquelle 40 mit dem Referenzwiderstand verbunden ist, also während der erste Schalter 45 geschlossen ist, wird ein Kalibrierstrom von der Präzisionsstromquelle 45 durch den Referenzwiderstand 30 geleitet. Dieser Kalibrierstrom ist sehr genau bekannt, da die Präzisionsstromquelle 40 besonders temperaturstabil und auch langzeitstabil ist. Während dieser Kalibrierstrom durch den Referenzwiderstand 30 fließt, wird die dabei über dem Referenzwiderstand 30 abfallende Spannung ge- messen. Dies ermöglicht es, den momentanen Widerstandswert des Referenzwiderstands 30 exakt zu berechnen.
Wenn anschließend der zweite Schalter 55 geschlossen ist, wird der Referenzstrom von der Referenzstromquelle 50 durch den Referenzwiderstand geleitet und ebenfalls die darüber abfallende Spannung gemessen. Dies ermöglicht es, den Referenzstrom genau zu berechnen. Der gleiche Referenzstrom fließt auch gleichzeitig durch den Messwiderstand 15, dessen Widerstandswert somit ebenfalls über die abfallende Spannung genau berechnet werden kann .
Insgesamt ergibt sich durch die gezeigte Ausführung eine er- hebliche Einsparung an Kosten, da auf einzelne verteilte
Komponenten ebenso verzichtet werden kann wie auf hochgenaue Widerstandslegierungen für den Messwiderstand.
Es sei erwähnt, dass alternativ zu dem eben beschriebenen Ausführungsbeispiel auch ein langzeit- und/oder temperatur¬ stabiler Referenzwiderstand, beispielsweise aus Manganin, verwendet werden kann, so dass auf die Präzisionsstromquelle verzichtet werden kann. Die Stromstärke des Referenzstroms kann dann unmittelbar über den bekannten, stabilen Widerstand des Referenzwiderstands und einen Spannungsabfall am Referenzwi¬ derstand bestimmt werden.
Erwähnte Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Sie können jedoch auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer seiner Ausführungen, beispielsweise mit einer bestimmten Zusammenstellung von Schritten, in der Weise ausgeführt werden dass keine weiteren Schritte ausgeführt werden. Es können jedoch grundsätzlich auch weitere Schritte ausgeführt werden, auch solche welche nicht erwähnt sind.
Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar.
Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen .
Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.
Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.

Claims

Messwiderstandskalibriervorrichtung (10), aufweisend einen Messanschluss (24) zum Anschließen eines Messwiderstands (15) ,
einen Referenzwiderstand (30) , welcher einen ersten Pol und einen zweiten Pol aufweist, wobei der zweite Pol mit dem Messanschluss (24) verbunden ist,
einen Referenzanschluss (52) zum Anschließen einer Referenzstromquelle (50), welcher mit dem ersten Pol des Referenzwiderstands (30) verbunden ist, und
einen Analog-Digital-Wandler (60), welcher dazu konfiguriert ist, eine über dem Referenzwiderstand (30) ab¬ fallende Spannung zu messen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Messwiderstandskalibriervorrichtung (10) in einem Bauelement oder als Bauelement ausgeführt ist.
Messwiderstandskalibriervorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der Referenzwiderstand (30) einen Widerstandswert zwischen 0,5 Ohm und 1,5 Ohm, bevorzugt 1 Ohm, aufweist.
Messwiderstandskalibriervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
eine Präzisionsstromquelle (40), welche über einen ersten Schalter (45) mit dem ersten Pol des Referenzwiderstands (30) verbunden ist,
wobei der Referenzanschluss (52) über einen zweiten Schalter (55) mit dem ersten Pol des Referenzwiderstands (30) verbunden ist. Messwiderstandskalibriervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Präzisionsstromquelle (40) dazu ausgebildet ist, einen gepulsten Kalibrierstrom auszugeben.
Messwiderstandskalibriervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwiderstandskalibriervorrichtung (10) eine Referenzstromquelle (50) aufweist, welche mit dem Referenz- anschluss (52) verbunden ist und welche dazu ausgebildet ist, einen Referenzstrom auszugeben;
und/oder
der Referenzanschluss (52) der
Messwiderstandskalibriervorrichtung (10) mit einer externen Referenzstromquelle (50) verbunden ist.
Messwiderstandskalibriervorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
die Referenzstromquelle (50) dazu ausgebildet ist, einen Referenzstrom zu liefern, welcher größer, bevorzugt mindestens zehnmal so groß, wie ein von der Präzisions¬ stromquelle (40) gelieferter Kalibrierstrom ist.
Messwiderstandskalibriervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Analog-Digital-Wandler (60) mit dem ersten Pol des Referenzwiderstands (30) verbunden ist,
und/oder
der Analog-Digital-Wandler (60) intern oder extern zur Messwiderstandskalibriervorrichtung (10) mit dem zweiten Pol des Messwiderstands (15) verbunden ist. Messwiderstandskalibriervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwiderstandskalibriervorrichtung (10) innerhalb eines Anwendungsspezifischen Integrierten Schaltkreises (ASIC) ausgebildet ist.
Messwiderstandskalibriervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Präzisionsstromquelle (40) und/oder der Referenzwi¬ derstand (30) einen Zeitdrift und/oder Temperaturdrift von maximal 1 % aufweisen.
Verfahren zum Kalibrieren eines Messwiderstands (15), welches folgende Schritte aufweist:
Erzeugen eines bekannten Kalibrierstroms mittels einer Präzisionsstromquelle (40) und Leiten des Kalibrierstroms durch einen Referenzwiderstand (30), dabei Messen einer über dem Referenzwiderstand (30) abfallenden ersten Spannung,
Ermitteln eines Widerstandswerts des Referenzwiderstands (30) basierend auf der gemessenen ersten Spannung und dem bekannten Kalibrierstrom,
Erzeugen eines Referenzstroms mittels einer Referenz¬ stromquelle (50) und Leiten des Referenzstroms durch den Referenzwiderstand (30) sowie seriell hierzu durch den Messwiderstand (15), dabei Messen einer über dem Refe¬ renzwiderstand (30) abfallenden zweiten Spannung und Messen einer über dem Messwiderstand (15) abfallenden dritten Spannung,
Ermitteln einer Stromstärke des Referenzstroms basierend auf der gemessenen über dem Referenzwiderstand (30) ab¬ fallenden zweiten Spannung und dem ermittelten Widerstandswert, und Ermitteln eines Widerstandswerts des Messwiderstands (15) basierend auf der gemessenen über dem Messwiderstand (15) abfallenden dritten Spannung und der Stromstärke des Referenzstroms .
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Kalibrierstrom und Referenzstrom zeitlich nacheinander durch den Referenzwiderstand (30) geleitet werden. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11,
welches mittels einer Messwiderstandskalibriervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchgeführt wird.
13. Messwiderstandskalibriervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
welche dazu konfiguriert ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12 auszuführen.
14. Batteriesensor, welcher folgendes aufweist:
- einen Messwiderstand (15), und
eine Messwiderstandskalibriervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder 13,
wobei der Messanschluss (24) der
Messwiderstandskalibriervorrichtung (10) mit einem Pol des Messwiderstands (15) verbunden ist.
15. Batteriesensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass
der Messwiderstand (15) einen geringeren Widerstandswert aufweist als der Referenzwiderstand (30), bevorzugt etwa
1/10000 des Widerstandswerts des Referenzwiderstands (30), und bevorzugt zwischen 50 μθϊιιη und 150 μθηιη, besonders bevorzugt 100 μθηιη.
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