车辆的车载电源和测量车载电源的导线中的电流的方法
【专利摘要】本发明涉及车辆的车载电源和测量车载电源的导线中的电流的方法，尤其涉及一种带有测量车载电源的导线(2，21，31)中的电流用的电流测量仪的车辆的车载电源。该电流测量仪有：●电流传感器(3，22，32)，用以测量车载电源的导线(2，21，31)中的电流并输出电流值；和●测量技术上的过零点电路(5，23，34)，用以得出导线(2，21，32)中电流的过零点(54a，54b，54c，54d)。
【专利说明】
车辆的车载电源和测量车载电源的导线中的电流的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种带有测量车载电源的导线中电流用的电流测量仪的车辆的车载电源和测量车辆车载电源的导线中的电流的方法。
【背景技术】
[0002]已知在车辆的车载电源上测量流过的车载电源导线的电流。为此已知不同的电流传感器和测量方法。
[0003]作为电流传感器，例如，已知其中流过待测电流的所谓分流电阻，或测量电流产生的磁场的磁性电流传感器(例如，“霍尔传感器”，磁阻传感器等)。
[0004]在测量电流强度的传感器中，已知测量精度对价格有巨大影响，电流强度测量准确度越高，这样一种传感器的价格也较高。附带地可能看来，对于进一步提高测量精度物理上的可行性是有极限的。
[0005]此外，在车辆一般的车载电源的，正如在施加低电压(例如，约14V)dl低压车载电源的，或在混合动力或电动车辆的一个施加高得多的电压(例如，48V或更高)的所谓牵引电源上，在得出电流强度时常常需要一个小零点偏差。车载电源的导线中的电流变化一般在车辆运行时具有一个或多个“由正到负”和相反的过零点，因为例如，刹车时通过所谓回收取得电流，并因此，该在要测量电流的车载电源的导线中电流流动在回收时反向，这引起电流曲线过零点。这时，零点偏差意味着电流传感器在过零点上得出的电流值，只要它不同于零。
[0006]因为在车辆的车载电源上绝对还可能有较高的电流(例如，几百安培)流动，并因此，电流测量必须在一个巨大的测量范围上进行，零点偏差即使在一个小的零点偏差，例如，电流传感器百分之一已经很显著(例如，在典型地为400A的电流强度的情况下为+/-4A)0
[0007]此外，许多测量方法将测得的电流求和或积分。例如，已知为了确定电池组的充电状态，测量从电池组流出的和流入电池组的电流并进行积分。得出的电流瞬时值例如是在一个确定时间间隔中得出的，并将所述电流瞬时值求和。若在电流传感器处存在零点偏差，则在这样测量方法上它会相加，而所得的充电状态值是有缺陷的。
[0008]换句话说，电流传感器在过零点上即使小的测量误差，在电流强度的时间积分中也会产生很大的误差。
[0009]然而，如上所述，最简单的解决方案是，亦即使用零点偏差尽可能小的电流传感器，但是其昂贵并会碰到其物理极限。
[0010]为了测定电流传感器的零点偏差，在现有技术中已知，将车载电源的电池组与用电设备分离，例如，方法是断开车载电源中用于保护用电设备的接触器。只要通过断开保护装置使电池组与用电设备分离，便可以相应地调整电流传感器，因为通过该分离没有电流流过该电流传感器。这时在这个状态下，由电流传感器得出的电流值可以被存储以用于相应地校正电流值。进行电流测量的校正，其中从当前的电流值减去存储的电流值。
[0011]这样一种方法的缺点是，使电池组完全从用电设备分离，尤其在车辆运行过程中，不总是可能的。此外，该零点偏差还可能取决于其他参数，例如，电流传感器的温度。因为电流传感器的温度在其操作或车辆操作期间可能改变，所以该零点偏差也可能改变。但是，如上所述，上述方法(电池组与用电设备(完全)分离)是不可能的，使得不能在运行过程中重新确定零点偏差，因此，在连续的运行中该测量误差由于电流传感器零点偏差的改变而可能增大。
[0012]从德国专利文献DE 10 2008 043 799 Al已知蓄电池的一种误差补偿电流测量用的方法。该方法得出电流过零点，其中相对一个时间窗确定估计的充电程度。此外，在过零点时刻得出由电流测量传感器提供的电流值。该方法针对充电估计采用一个利用蓄电池工作参数(例如，蓄电池端子电压、蓄电池温度等)的模型。其缺点是，该基于模型的对进行中的充电的估算费用高昂，而且此外准确度还取决于所使用模型的准确度和影响该模型的工作参数的准确度。
【发明内容】
[0013]本发明的任务是，提供一种带有电流测量仪的车辆的车载电源，和至少部分地克服上述缺点的电流测量用的方法。
[0014]按照第一方面，本发明提出一种车辆的车载电源，其带有用以测量车载电源的导线中的电流的电流测量仪，该车载电源包括:
[0015]?电流传感器，测量车载电源的导线中的电流，并输出电流值；
[0016]?测量技术上的过零点电路，用以得出该导线中电流的过零点。
[0017]按照第二方面，本发明提出一种测量车辆的车载电源上导线中的电流用的方法，包括下列步骤:
[0018]?测量车载电源的导线中的电流；
[0019I ?测量电流过零点；
[0020]?得出过零点上测量的电流;和
[0021]?根据过零点上测量的电流校正该电流测量。
[0022]按照本发明的带有用以测量车载电源的导线中的电流用的电流测量仪的车辆的车载电源，包括用以测量车载电源的导线中的电流并输出电流值的电流传感器，和一个用以得出该导线中电流的过零点的测量技术上过零点电路。
[0023]正如在前言中描述的，车载电源指的是一种低压车载电源、牵引电源或车辆的其他电源。本发明既不限于特定的车载电源，也不限于特定的车辆。该车辆可以是一种常规的，纯内燃机驱动的车辆、混合动力车辆、电动车辆等。
[0024]该电流传感器可以是分流电阻、磁阻(例如，霍尔传感器、磁阻传感器)等。
[0025]该测量技术上的过零点电路，还与在前言中描述的德国专利文献DE10 2008 043799 Al相反，得出车载电源的该导线中电流的过零点，其中该电流传感器测量流过的电流，不是根据一个模型等，而是靠测量技术和因此，例如，还与模型无关。为此，该测量技术上的过零点电路可以具有比较器等，因此具有测量技术部件，其用测量技术上的手段直接得出电流过零点。
[0026]把测量车载电源的导线中的电流和得出电流过零点分开，例如，就可以选择成本低廉的电流传感器，因为它不必具有小的零点偏差。此外，现在还可以在电流测量仪或车辆运行的过程中得出零点偏差，使得还可以考虑零点偏差的改变，例如，根据温度变化。
[0027]在不少实施例中，该电流测量仪构建为在得出过零点的时刻确定得出的电流值，在下文中亦称校正电流值。这种在过零点时刻得出的校正电流值，可以随后用来对电流传感器的电流测量进行校正，其中例如，从当前由电流传感器测出的电流值减去该校正电流值。
[0028]该电流测量仪还可以包括一个电流值存储器，用以存储在过零点时刻得出的电流值(亦即，校正电流值)，例如，借此可用于上述随后的校正。该电流值存储器可以具有采样保持环节。以此可以把电流传感器输出的模拟电流值存储起来，而不需要，例如，先转换为数字值。在其他实施例中，该电流值还可以以数字形式存储，例如，在连续的模数转换器的一个输出端上。
[0029]在不少实施例中，该电流测量仪构建为根据在得出过零点的时刻得出的电流值(亦即，校正电流值)校正由该电流测量仪输出的电流值。这个校正可以通过相应地建立的电流测量仪电路，或通过相应地编程的微处理器等进行。在不少实施例中，该当前的电流值和该校正电流值还可以通过接口传递到中央控制装置，例如，电池组管理控制(“BMC”)，并在该处进行校正。因此，在这样的实施例中，该电流测量仪还可以包括电池组管理控制或进行校正所需要的BMC部分。
[0030]如上所述，在不少实施例中，该测量技术上的过零点电路具有测量技术上得出过零点的比较器。
[0031]该比较器可以具有被定义的迟滞(Hysterese)，亦即，区分在从正到负变化时得出的过零点和在从负到正变化时得出的过零点。以此，还可以区分在从正到负和从负到正过零点上得出的相应的电流值。用以校正将来的电流值的该校正电流值，例如，可以通过从正到负和从负到正过零点上得出的两个电流值的均值确定。该迟滞优选是对称的，但也可以是不对称的，其中这时在测定平均的电流值时可以相应地考虑该不对称的迟滞。在不少实施例中，与没有定义迟滞的比较器相比，带有定义迟滞的比较器可以更准确地得出零点偏差。
[0032]如上所述，该电流传感器可以具有霍尔传感器、分流电阻、磁阻传感器等，其中由于过零点测定与电流测量平行，故还可以选择零点偏差较大，因而成本低廉的电流传感器。磁电流传感器，诸如霍尔传感器，一般与车载电源的电池组电流隔离，而且无需电阻来进行电流测量，因此它们可能是有利的，因为，例如，牵引电池组电流回路中的电阻由于流过的大电流而昂贵，并可能引起尚的损耗。
[0033]不少实施例涉及一种测量车辆的车载电源上导线中的电流用的方法。该方法包括步骤:
[0034]?测量车载电源的导线中的电流；
[0035]籲测量电流过零点；
[0036]?得出过零点上测量的电流;和
[0037]?根据过零点上测量的电流校正该电流测量。
[0038]例如，该方法可以用计算机实现，和/或在一个控制装置，例如，电池组管理控制等中进行。此外，它还可以作为编程代码存储在文档或数据载体中。
【附图说明】
[0039]现将作为示例和参照附图描述本发明的实施例，附图中:
[0040]图1示意地表示带有分流电阻的电流测量仪的第一实施例；
[0041]图2示意地表示带有霍尔传感器的电流测量仪的第二实施例；
[0042]图3示意地图示带有带迟滞的比较器的电流测量仪的第三实施例；
[0043 ]图4代表真实的、测量的、偏移量-电流和校正后的电流的一般的电流变化过程;和
[0044]图5代表测量电流用的方法一个实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0045]电流测量仪I的第一实施例示于图1。电流测量仪I具有布置在车辆车载电源的导线2中的分流电阻3。
[0046]分流电阻3的这两个输出端分别与差分放大器4输入端親合。此外，分流电阻3的这两个输出端并联地分别与比较器5的输入端耦合。
[0047]差分放大器4的输出端与模数转换器7的输入端耦合，并与此并联地与采样保持环节6的(模拟)输入端耦合。此外，比较器5的输出端同样与采样保持环节6的(数字控制)输入端親合。
[0048]采样保持环节6的输出端与另一个模数转换器8的输入端耦合。
[0049]模数转换器7和模数转换器8各自的输出端分别与接口9的输入端耦合，它再次与其输出端通过数据总线(Can-总线等)与电池组管理控制(BMC)1耦合。
[0050]电流测量仪I的工作方式如下:
[0051]形成为电流传感器的分流电阻3测量流过导线2的电流，在差分放大器4上输出模拟电流值，它放大该电流值，并从其输出端把电流值传递给模数转换器7和采样保持环节6的模拟输入端。此外，差分放大器4的电流值传递给对应的模数转换器7，它把所接收的电流值转换为数字电流值，并通过接口9传递给BMC 10
[0052]同时，构建为测量技术上的过零点电路的比较器5得出在导线2中流过的电流的过零点，并把相应的(控制)信号传输给采样保持环节6的数字控制输入端，它对由比较器5获得的信号作出反应，把由分流电阻3或差分放大器4所获得的电流值作为“校正电流值”存储起来。此外，采样保持环节6把存储的电流值(上面亦称校正电流值)传递给对应的模数转换器8，它把存储的电流值转换为数字电流值，并通过接口 9传递给BMC 1。
[0053]BMC 10根据存储在采样保持环节6上的或相应地接收的数字电流值校正所接收的电流值，其中它，例如，从由分流电阻3测量的当前电流值，减去在过零点上得出的相应的校正电流值。
[0054]电流测量仪20的第二实施例示于图2。电流测量仪20与第一实施例相反，具有霍尔传感器22作为电流传感器，它布置在车辆的车载电源的一个导线21中。
[0055]霍尔传感器22的输出端与模数转换器26的输入端耦合，并与此并联地与采样保持环节25的一个(模拟)输入端親合。
[0056]此外，通过一个象征性地显示的电阻24得出导线21中电流的过零点的比较器23的输出端与采样保持环节25的一个(数字控制)输入端耦合。
[0057]采样保持环节25的一个输出端与另一个模数转换器27的输入端耦合。
[0058]模数转换器26和模数转换器27各自的输出端分别与接口28的输入端耦合，该接口又以其输出端通过数据总线(Can总线等)与电池组管理控制(“BMC" )29耦合。
[0059]电流测量仪20的工作方式类似于第一实施例的电流测量仪I，并是如下:
[0060]形成为电流传感器的霍尔传感器22测量流过导线21的电流，将该模拟电流值递交给模数转换器26和采样保持环节25的模拟输入端。对应的、把所接收的电流值转换为数字电流值的模数转换器26把数字电流值通过接口 28传递给BMC 29。
[0061]同时形成为测量技术上的过零点电路的比较器23，得出流过导线21的电流的过零点，并把一个相应的(控制)信号传递给采样保持环节25的数字控制输入端，该采样保持环节25对比较器23所获得的信号作出反应，把霍尔传感器22所获得的电流值作为“校正电流值”存储起来。此外，采样保持环节25把所存储的电流值(上面亦称校正电流值)传递给对应的模数转换器27，它把存储的电流值转换为数字电流值，并通过接口 28传递给BMC 29。
[0062]如上所述，BMC29根据存储在采样保持环节25上的或所接收的数字电流值校正所接收的电流值，方法是，例如，从霍尔传感器22测量的当前的电流值减去在过零点得出的相应的校正电流值。
[0063]电流测量仪30的第三实施例示于图3。电流测量仪30具有布置在车辆车载电源的导线31中的分流电阻32。此外，该电流测量仪30与第一实施例的电流测量仪I相反，具有带有所定义的迟滞的比较器34。
[0064]分流电阻32的这两个输出端分别与差分放大器33的输入端親合。此外，分流电阻32这两个输出端并联地分别与带有定义的迟滞的比较器34的输入端耦合。比较器34对从正到负，因此不同于从负到正的过零点作出反应，以便相应地输出不同的信号。当前的比较器34具有对称的迟滞，所以不同于对于这两个不同的过零点(基本上)相同的无迟滞的正常变化过程。
[0065]比较器34与两个采样保持环节各自的(数字控制)输入端耦合，即与第一采样保持环节35的数字控制输入端和与此并联地与第二采样保持环节36的数字控制输入耦合，它们彼此并联地与比较器34耦合。若本发明没有在这方面的限制，比较器34应在导线31中电流从负到正的过零点上把带有上升沿的第一信号发送给第一采样保持环节35，和在从负到正的过零点上把带有下降沿的第二信号传递给第二采样保持环节36。通过比较器34相应地输出带有上升沿的第一信号和带有下降沿的第二信号，可以这样地设置第一采样保持环节35和第二采样保持环节36，使得它们对为它们各自规定的信号作出不同方式的响应，亦即，采样保持环节35对上升沿做出反应，而采样保持环节36对由比较器34所接收的信号的下降沿做出反应。
[0066]差分放大器33的输出端同样分别与第一或第二采样保持环节35或36的输入端耦合，和此外还与模数转换器37的输入端耦合。
[0067]第一35或第二 36采样保持环节的输出端分别与第一采样保持环节35的相应的第一模数转换器38的输入端和与第二采样保持环节36的相应的第二模数转换器39的输入端锂A
柄口 O
[0068]与差分放大器33耦合的模数转换器37和第一35或第二 36采样保持环节的第一 38或第二39模数转换器各自的输出端分别与接口40输入端耦合，该接口再次以其输出端通过数据总线(Can-总线等)与电池组管理控制(“BMC" )41耦合。
[0069]电流测量仪30的工作方式基本上类似于第一实施例的电流测量仪I，并如下:
[0070]形成为电流传感器的分流电阻32测量流过导线31的电流，把模拟电流值传递给差分放大器33，后者放大该电流值，并由其输出端把电流值传递给模数转换器37，和第一 35和第二36采样保持环节的各模拟输入端。此外，所分配的模数转换器37把接收的电流值转换为数字电流值，并通过接口40把数字电流值传递到BMC 41。
[0071]同时形成为测量技术上过零点电路的带有确定迟滞的比较器34得出一个流过导线2的电流的从正到负或从负到正的过零点，并把一个相应的控制信号，如上所述，传递到第一采样保持环节35的数字输入端，后者对由比较器34获得的带有上升沿的信号作出反应，把由分流电阻32或差分放大器33所获得的电流值作为“校正电流值”存储起来，或传递到第二采样保持环节36的数字输入端，类似于第一采样保持环节35，该第二采样保持环节36对带有下降沿的信号作出反应，存储所接收的电流值。
[0072]此外，第一采样保持环节35把所存储的电流值(上面亦称校正电流值)传递给所对应的第一模数转换器38，或第二采样保持环节36把存储的电流值(校正电流值)传递给第二模数转换器39。第一 38或第二模数转换器39把存储的电流值转换为数字电流值，并分别通过接口 40把数字电流值传递给BMC 41。
[0073]BMC 41接收分别从第一35或第二36采样保持环节接收相应的第一或第二(数字)电流值，并得出一个一般的校正电流值，方法是它例如确定第一和第二电流值之间的平均值。BMC 41使用该(平均的)校正电流值，以便相应地校正当时所接收的电流值，方法是例如它们从当前的电流值减去(平均的)校正电流值。
[0074]在上述三个实施例中，都在BMC中发生电流值校正，它因此也(至少部分地)是相应的电流测量仪的组件，本发明在这方面不受限制。例如，一个微处理器可以紧邻和还在位置上布置得接近电流传感器、比较器、采样保持环节和模数转换器等，进行该校正，并例如，把校正后的电流值通过相应的接口传递给BMC。
[0075]图4图示电流校正的作用。图4是一个曲线图，纵坐标代表电流值i，而横坐标代表时间t O此外，图4下部表示当电流值变为零或负时图示的过零点曲线55。
[0076]代表实际电流值的实际电流变化曲线50作为实线显示，正如从图4可以看出的，该实际电流变化曲线50有两个电流值为负的负峰和与此相应地有四个用附图标记54a，54b，54c和54d标出的过零点。实际电流变化曲线50例如对应于图1导线2中的电流变化。
[0077 ]代表电流测量值的测量电流变化曲线51，作为简单虚线显示，并例如，对应于测量曲线，正如当不进行校正时，它们由上述电流传感器产生并输出。正如从图4可以看出的，测量电流变化曲线51处于实际电流变化曲线50的上面，而且距离改变，就是说，测量的电流值系统地带有一定间距地处于实际电流值的上面。该间距对应于测量误差，亦称偏移量，作为偏移量电流变化曲线52用点划线显示，并随着时间而改变。
[0078]偏移量电流变化曲线52代表各校正电流值，它们是在实际电流变化曲线50过零点时得出的(如上面叙述的)，并例如从相应的、如在图1采样保持环节6中存储的电流值中得出。因此，偏移量电流变化曲线52基本上为恒定值，它只有在过零点时改变，和例如，上升或下降。
[0079]作为点线显示的校正后的电流变化曲线53代表测量电流变化曲线51的测量电流值，它用偏移量电流变化曲线52各自的校正电流值进行校正。
[0080]正如从图4可以看出的，校正后的电流变化曲线53和实际电流变化曲线50之间的距离比测量电流变化曲线51和实际电流变化曲线50之间的距离小得多。在过零点54a-d上表示校正后的电流变化曲线53中小的“过冲值”，它可以通过其他措施(滤波等)平滑化。
[0081]图5表示测量车辆的车载电源上导线中的电流(例如，2，21，31)用的方法60的流程图，它可以通过图1至3的电流测量仪I，20或30实施，或还在BMC中实现和可以由其实施。
[0082]在61处测量车载电源的导线中的电流，例如，借助于上述电流传感器。
[0083I在6 2处测量电流的过零点，例如，借助于上述过零点电路。
[0084]在63处得出过零点上测量的电流。
[0085]在64处根据在过零点上测量的电流校正电流测量(就是说，将来的和/或当前的电流测量)。如上所述，电流测量的校正可以通过从当前的电流值减去在过零点上得出的电流值来进行。
[0086]方法60可以连续进行、以预先输出的时间间隔进行，或例如，根据事件(马达启动、点火等)进行。
【附图说明】
[0087]
[0088]I电流测量仪
[0089]2导线
[0090]3分流电阻(电流传感器)
[0091 ]4差分放大器
[0092]5比较器(测量技术上的过零点电路)
[0093]6采样保持环节
[0094]7,8模数转换器
[0095]9接口
[0096]10电池组管理控制
[0097]20电流测量仪
[0098]21导线
[0099]22霍尔传感器(电流传感器)
[0100]23比较器(测量技术上的过零点电路)
[0101]2423用的测量电阻
[0102]25采样保持环节
[0103]26，27 模数转换器
[0104]28接口
[0105]29电池组管理控制
[0106]30电流测量仪
[0107]31导线
[0108]32分流电阻(电流传感器)
[0109]33差分放大器
[0110]34比较器(测量技术上的过零点电路)
[0111]35，36采样保持环节
[0112]37模数转换器
[0113]38，39模数转换器
[0114]40接口
[0115]41电池组管理控制
[0116]50实际电流变化曲线
[0117]51测量电流变化曲线
[0118]52偏移量电流变化曲线
[0119]53校正后的电流变化曲线
[0120]54a-d过零点
[0121]55过零点曲线
[0122]60电流测量方法
[0123]61电流测量
[0124]62过零点测量
[0125]63得出过零点时的电流值
[0126]64电流测量的校正
【主权项】
1.一种带有测量车载电源的导线(2，21，31)中电流用的电流测量仪的车辆的车载电源，包括: ?电流传感器(3，22，32)，用以测量车载电源的导线(2，21，31)中的电流，并输出电流值;和 ?测量技术上的过零点电路(5，23，34)，用以得出导线(2，21，32)中电流的过零点(54a，54b，54c，54d)。2.按照权利要求1的车载电源，其中该电流测量仪构建为确定在得出的过零点(54a，54b，54c，54d)时刻得出的电流值。3.按照权利要求2的车载电源，还包括电流值存储器(6，25,35,36),用以存储在过零点(54a，54b，54c，54d)时刻得出的电流值。4.按照权利要求3的车载电源，其中该电流值存储器具有采样保持环节(6，25，35，36)。5.根据权利要求2至4中任一项的车载电源，其中该电流测量仪构建为根据得出的过零点(54a，54b，54c，54d)时刻得出的电流值校正该电流测量仪输出的电流值。6.按照上列权项中任一项的车载电源，其中该测量技术上的过零点电路具有比较器(5，23，34)。7.按照权利要求6的车载电源，其中比较器(34)具有被定义的迟滞。8.按照上列权项中任一项的车载电源，其中该电流传感器具具有霍尔传感器(22)或磁阻传感器。9.按照上列权项中任一项的车载电源，其中电流传感器具具有分流电阻(3，32)。10.—种测量车辆的车载电源上导线(2，21，31)中的电流的方法，包括下列步骤: 籲测量(61)车载电源的导线(2，21，31)中的电流； 籲测量(62)电流的过零点(54&，5413，54(3，54(1); ?得出(63)在过零点(54a，54b，54c，54d)上测量的电流;和 ?根据在过零点(54a，54b，54c，54d)上测量的电流校正(64)该电流测量。
【文档编号】G01R15/00GK106053916SQ201610328939
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】H·豪斯曼
【申请人】大众汽车有限公司