用于測量電流的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于測量車輛電池和連接至車輛電池的電負(fù)載之間的電流的裝置（2）。所述裝置（2）包括接收來自車輛電池的電流并將該電流傳導(dǎo)至電負(fù)載的匯流排（4），在匯流排上布置有第一電流傳感器（34、40）和與第一電流傳感器（34、40）不同的第二電流傳感器（20），所述第一電流傳感器和第二電流傳感器設(shè)置為彼此獨(dú)立地測量通過匯流排（4）的電流。
【專利說明】用于測量電流的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于測量車輛電池和連接至車輛電池的電負(fù)載之間的電流的裝置，一種具有所述裝置的車輛，一種用于測量車輛電池和連接至車輛電池的電負(fù)載之間的電流的方法，以及一種用于執(zhí)行所述方法的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]為了在機(jī)動車中測量由電源輸出至電負(fù)載的電流，可以在電壓和電負(fù)載之間串聯(lián)連接一電流傳感器。例如，由DE102011078548A1已知了這種電流傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的任務(wù)在于，改進(jìn)這種電流測量。
[0004]該任務(wù)通過獨(dú)立權(quán)利要求所述的特征完成。優(yōu)選的改進(jìn)方案是從屬權(quán)利要求的主題。
[0005]本發(fā)明提出了一種用于測量車輛電池和連接至車輛電池的電負(fù)載之間的電流的裝置，其中通過兩個冗余的電流傳感器測量所述電流。
[0006]本發(fā)明是基于這樣的考慮:在電動車和混合動力車中重要的是獲得關(guān)于在下一次充電之前仍可供使用的能量的盡可能精確的信息，即充電狀態(tài)/電量狀態(tài)，以便一方面不會停在途中，另一方面通過相應(yīng)的能量管理使得能夠利用本已可供使用的能量行駛的、小的續(xù)駛里程最優(yōu)化。
[0007]盡管已經(jīng)可以根據(jù)在車輛中使用的車輛電池借助于電壓測量確定其充電狀態(tài)。然而可選地，在車輛電池的充電和放電時還可以通過電荷計算確定充電狀態(tài)。這種計算以基于方程式Q=I*t的、對電量的計算為基礎(chǔ)，然而為此精確的電流測量是必要的。
[0008]基于這種考慮，本發(fā)明的構(gòu)思在于，由于必要的時間積分，在計算電量時電流檢測中的誤差增大并可能導(dǎo)致電池的充電狀態(tài)完全錯誤。因此，本發(fā)明建議，不借助于單個的電流傳感器，而是借助于兩個不同的電流傳感器執(zhí)行電流檢測。
[0009]因此，本發(fā)明給出了一種用于測量車輛電池和連接至車輛電池的電負(fù)載之間的電流的裝置，所述裝置包括接收來自車輛電池的電流并將其傳導(dǎo)至電負(fù)載的匯流排——下文也稱為匯流條，在匯流排上布置了第一電流傳感器和與第一電流傳感器不同的第二電流傳感器，所述第一電流傳感器和第二電流傳感器設(shè)置為彼此獨(dú)立地/無關(guān)地測量通過匯流排的電流。
[0010]通過這種方式，冗余地檢測待測量的電流，這降低了在電流測量時的錯誤率并進(jìn)而導(dǎo)致了車輛電池的充電狀態(tài)的明顯更準(zhǔn)確的檢測。
[0011]因?yàn)殡娏鳒y量也用于確定所謂的“健康狀態(tài)”，稱為SOH (State of Health),以及確定所謂的“功能狀態(tài)”，SOF (State of Function)，所以也可以借助于給出的裝置改進(jìn)車輛電池管理系統(tǒng)的各種其它系統(tǒng)功能，例如:
[0012]-在達(dá)到驅(qū)動電池的最小電量之前或之時，關(guān)斷或減少電負(fù)載的耗電量直至車輛停止，
[0013]-例如在已經(jīng)完全充電的車輛電池復(fù)原時，在達(dá)到最大電量時，切斷或減少充電過程，
[0014]-通過控制車輛電池的放電電流來限制負(fù)載電流，以避免對電池單元的永久損害，
[0015]-監(jiān)控充電電流，以防止由于過大的充電電流而損壞電池單元，
[0016]-當(dāng)識別到對于確定的最小持續(xù)時間定義的過電流電平/水平時，使車輛電池和電負(fù)載或電源之間的電流路徑分開，以及
[0017]-當(dāng)車輛熄火時，識別停止的車輛中的漏電流。
[0018]在給出的裝置的改進(jìn)方案中，第一電流傳感器具有獨(dú)立于第二電流傳感器的測量原理。通過這種方式可以進(jìn)一步增大設(shè)計為冗余的電流傳感器的可靠性，因?yàn)椴煌臏y量原理容易受到不同的外部因素的影響，例如溫度或壓力波動。
[0019]在給出的裝置的另一個改進(jìn)方案中，匯流條包括線匝/線圈，在該線匝中第一電流傳感器基于磁性測量原理檢測待測量的電流。通過這種方式可以簡單地實(shí)施第一個測量原理。
[0020]在給出的裝置的另外的改進(jìn)方案中，線匝具有一電斷路/電氣間斷，該斷路由第二電流傳感器橋接，其中第二電流傳感器設(shè)計為分流器。通過這種方式可以把兩個測量原理不同的電流傳感器以大的封裝密度設(shè)置在唯一的匯流條上，因?yàn)閰R流條的斷路通過分流器閉合并進(jìn)而不影響借助于磁性傳感器的測量。得到的裝置可以通過這種方式伴隨著最小的尺寸一件式地可替換地連接在車輛電池和負(fù)載之間，從而例如當(dāng)兩個電流傳感器的測量結(jié)果彼此不同時，在識別到錯誤的電流測量時，可以立即替換所述裝置。
[0021]在給出的裝置的具體的改進(jìn)方案中，通過控制電壓可恒定地保持跨分流器的、由待測量的電流導(dǎo)致的電壓降，從而控制電壓取決于待測量的電流。相應(yīng)的有源的分流器應(yīng)該有利地如此設(shè)計，即通過非線性的特征曲線能夠相關(guān)地實(shí)現(xiàn)待測量的電流的測量值的求解，并進(jìn)而借助于用于信號控制的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)在大的動態(tài)區(qū)域上的測量。為此，有源的分流器例如具有成反比例的特征曲線，由此在電流較大時待測量的電流的測量值的求解變得更粗略。例如可以選擇場效應(yīng)晶體管作為有源的分流器。
[0022]在給出的裝置的另一個改進(jìn)方案中，電斷路把線匝分為兩個彼此電分開的線匝腿/線匝分支，其中兩個線匝分支在給出的裝置中堆疊。通過這種方式可以進(jìn)一步增大封裝密度，因?yàn)橥ㄟ^這種方式，線匝不僅能在平面中延伸而且可以在高度上延伸。
[0023]在給出的裝置的特別優(yōu)選的改進(jìn)方案中，堆疊的線匝分支通過電絕緣的機(jī)械式連接機(jī)構(gòu)彼此連接，此連接與通過分流器實(shí)現(xiàn)的連接不同。通過這種方式實(shí)現(xiàn)了兩個線匝分支之間的特別好的機(jī)械式保持，這種保持不必由通過分流器的電連接提供，從而電連接更穩(wěn)定且進(jìn)而不易出錯。
[0024]本發(fā)明還給出了一種車輛電池，該車輛電池包括用于從電源接收電流或輸出電流至電負(fù)載的電連接機(jī)構(gòu)，以及一給出的裝置，所述裝置連接在該電連接機(jī)構(gòu)上。
[0025]本發(fā)明還給出了一種車輛，該車輛包括所給出的裝置中的一者、車輛電池和電負(fù)載，所述裝置連接在電負(fù)載和車輛電池之間。
[0026]本發(fā)明還給出了一種用于獲取用于車輛電池和連接至車輛電池的電負(fù)載之間的電流的測量值的方法，所述方法包括如下步驟:[0027]-利用第一電流傳感器獲取用于電流的第一值，
[0028]-利用與第一電流傳感器不同的第二電流傳感器獲取用于電流的值，以及
[0029]-基于第一和第二值確定用于電流的測量值。
[0030]給出的方法可以如此任意擴(kuò)展，即借助于根據(jù)從屬權(quán)利要求的裝置能相應(yīng)地執(zhí)行該方法。
[0031]本發(fā)明還給出了一種控制裝置，所述控制裝置設(shè)置用于執(zhí)行根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法。
[0032]在本發(fā)明的改進(jìn)方案中，給出的裝置具有存儲器和處理器。給出的方法以計算機(jī)程序的方式存儲在存儲器中且當(dāng)計算機(jī)程序由存儲器下載到處理器中時，處理器設(shè)置用于執(zhí)行所述方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]結(jié)合下文對實(shí)施例的描述，能更清楚明白地理解本發(fā)明的上述特性、特征和優(yōu)點(diǎn)以及實(shí)現(xiàn)這些特性、特征和優(yōu)點(diǎn)的方式和方法，結(jié)合附圖進(jìn)一步解釋實(shí)施例，其中:
[0034]圖1示意性示出給出的裝置的第一實(shí)施例，
[0035]圖2示意性示出給出的裝置的第二實(shí)施例；以及
[0036]圖3示意性示出給出的裝置的第三實(shí)施例。
[0037]在附圖中相同的技術(shù)元件具有相同的附圖標(biāo)記且僅描述一次。
【具體實(shí)施方式】
[0038]參考示意性地示出本發(fā)明的裝置2的第一實(shí)施例的圖1。
[0039]在該實(shí)施例中，裝置2具有帶有電斷路6的匯流條4，該斷路把匯流條4分為兩個匯流條部分8、10。在該實(shí)施例中，每個匯流條部分8、10成直角地彎曲，從而在兩個匯流條部分構(gòu)成整體時匯流條4形成基本上U形的線匝。匯流條部分8、10的每一個可以通過各個通孔12、14固定在未進(jìn)一步示出的車輛電池上或未進(jìn)一步示出的接線電纜上，該接線電纜將車輛中的電負(fù)載或發(fā)電機(jī)連接至匯流條4。因此，匯流條4串聯(lián)地連接在接線電纜和車輛電池之間。
[0040]在第一和第二匯流條部分8、10上分別支承了由DE102011078548A1已知的場效應(yīng)晶體管16、18——下文稱為FET16、18，所述FET為在該文獻(xiàn)中公開的有源的分流器20的一部分。在該實(shí)施方案中，第一 FET16的在圖示中不可見的源極接頭和第二 FET18的在圖示中不可見的漏極接頭分別與支承有FET16U8的匯流條部分8、10電接觸。第一 FET16的漏極接頭22和第二 FET18的源極接頭24分別連接在接合線26、28上。FET16U8的自由的源極接頭或漏極接頭22、24借助于電接合線26、28分別與未支承有相應(yīng)的FET16U8的匯流條部分8、10電連接。FET16U8和接合線26、28 —起通過這種方式橋接了兩個匯流條部分8,10并因此表現(xiàn)為通過匯流條4的封閉的電流路徑。
[0041]像在DE102011078548A1中詳細(xì)描述的那樣，兩個FET16、18連接在兩個匯流條部分8、10之間，以便沿不同的流動方向測量流經(jīng)匯流條4的電流。為此，在FET16U8的柵極接頭30、32上連接了未進(jìn)一步示出的評估電路，其結(jié)構(gòu)例如可以遵照在DE102011078548A1公開的結(jié)構(gòu)。[0042]在該實(shí)施方案中，連接在兩個匯流條部分8、10之間的有源分流器例如構(gòu)成電流傳感器，例如可以考慮把該電流傳感器用于測量充入車輛電池的充電電流以及來自車輛電池的放電電流?？蛇x地，也可以在兩個匯流條部分8、10之間連接無源的分流器。
[0043]在該實(shí)施方案中，有源的分流器20在匯流條部分8、10的端部之一處橋接了匯流條部分8、10之間的電斷路6。從有源的分流器20觀察，匯流條部分8、10之間的電斷路6額外地在有源的分流器下方被基于磁場的電流傳感器34橋接?；诖艌龅碾娏鱾鞲衅?4例如可以是磁阻式電流傳感器，該磁阻式電流傳感器能夠以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方式檢測匯流條4的磁阻，其中檢測到的磁阻取決于通過線匝并進(jìn)而通過匯流條4的電流?？蛇x地，基于磁場的電流傳感器34也可以是霍爾傳感器。因此，可以借助于基于磁場的電流傳感器34冗余地檢測通過匯流條4的電流。
[0044]在該實(shí)施方案中，由基于磁場的電流傳感器34的角度看，在對于流經(jīng)匯流條4的電流的基于磁場的檢測來說必需的線匝中設(shè)置了電斷路6，該電斷路被設(shè)計為被有源的分流器20電橋接，并用于冗余地測量流經(jīng)匯流條4的電流。
[0045]在該實(shí)施方案中，兩個匯流條部分8、10在電斷路6處彼此齒狀地接合，從而在此處除了示出的FET16U8外，還可以布置其它FET以用于測量流經(jīng)匯流條4的電流。
[0046]參考圖2，其示意性示出給出的裝置2的第二實(shí)施例。
[0047]在圖2中，匯流條4由匯流條部分8、10通過使匯流條部分8、10堆疊而不是通過使之并排來形成。匯流條部分8、10通過這種方式提供了足夠的面積，以便在電斷路6中接納機(jī)械式連接機(jī)構(gòu)36,例如粘合劑,該粘合劑機(jī)械式地保持兩個匯流條部分8、10。
[0048]這樣不僅有利于使匯流條4具有更好的機(jī)械式保持，兩個FET16U8在此也可以直接通過其正面和其背面與FET16U8的源極接頭或漏極接頭接觸，從而不使用接合線26、28。此外，取消接合線26、28時也取消了用于接觸該接合線26、28的電接觸位置，由此在該實(shí)施方案中通過匯流條4的電阻特別小。
[0049]在該實(shí)施方案中，第一 FET16以確定的取向插入兩個匯流條部分8、10之間，而第二 FETlO以正好相反的取向插入兩個匯流條部分8、10之間，以便沿兩個方向?qū)崿F(xiàn)上述對通過匯流條4的電流的檢測。最后，僅柵極接頭30、32仍從FET16U8伸出匯流條部分8、10的堆疊部分以外，F(xiàn)ET16U8通過所述柵極接頭能與前述未進(jìn)一步示出的評估電路電接觸。
[0050]在該實(shí)施方案中，基于磁場的電流傳感器34在匯流條4處從側(cè)面接觸兩個匯流條部分8、10。
[0051]參考圖3，其示意性示出給出的裝置2的第三實(shí)施例。
[0052]在該實(shí)施方案中，裝置2的第二匯流條部分10相對于第一匯流條部分8具有附加的線圈/繞組38。在該實(shí)施方案中，在該線圈38上電接觸一霍爾傳感器40，該霍爾傳感器以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方式測量由匯流條4產(chǎn)生的磁場，該磁場以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方式取決于流經(jīng)匯流條4的電流，從而借助于霍爾傳感器40可以檢測通過匯流條4的電流。因此在該實(shí)施方案中，匯流條4也具有線匝，該線匝在此包括多個線圈，其中線匝在一位置處具有電斷路，該電斷路被一在此為有源的分流器20的分流器電橋接。
[0053]通過這種方式，為了測量通過匯流條4的電流，僅需要這樣的空間:該空間對于基于磁場檢測電流本身而言就是必需的，其中以近乎不占用空間(Platzneutral)的方式執(zhí)行附加的電流傳感器的冗余實(shí)施，該電流傳感器的形式為分流器。
【權(quán)利要求】
1.一種用于測量車輛電池和連接至車輛電池的電負(fù)載之間的電流的裝置(2)，所述裝置包括接收來自車輛電池的電流并將該電流傳導(dǎo)至電負(fù)載的匯流排(4)，在所述匯流排上布置有第一電流傳感器(34、40)和與第一電流傳感器(34、40)不同的第二電流傳感器(20)，所述第一電流傳感器和第二電流傳感器設(shè)置為彼此獨(dú)立地測量通過匯流排(4)的電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(2)，其中，所述第一電流傳感器(34、40)以與所述第二電流傳感器(20)獨(dú)立的測量原理運(yùn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置(2)，其中，所述匯流排(4)包括線匝，在所述線匝中，所述第一電流傳感器(34、40)基于磁測量原理獲取待測量的電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置(2)，其中，所述線匝具有電斷路(6)，所述電斷路被所述第二電流傳感器(20)橋接，其中所述第二電流傳感器(20)設(shè)計為分流器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置(2)，其中，跨所述分流器的、由待測量的電流引起的電壓降能通過控制電壓保持恒定，從而所述控制電壓與待測量的電流相關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5中任一項(xiàng)所述的裝置(2)，其中，所述電斷路(6)把所述線匝分為兩個彼此電氣分開的、堆疊的線匝分支(8、20)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置(2)，其中，所述堆疊的線匝分支(8、20)通過電絕緣的機(jī)械式連接(36)彼此連接，所述機(jī)械式連接與由所述分流器(20)產(chǎn)生的連接不同。
8.一種車輛電池，包括: -用于把電流輸出至電負(fù)載或者從電源接收電流的電連接機(jī)構(gòu)，以及 -根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(2)，所述裝置連接在所述電連接機(jī)構(gòu)上。
9.一種用于獲取車輛電池和連接至車輛電池的電負(fù)載之間的電流的測量值的方法，所述方法包括: -利用第一電流傳感器(34、40)獲取用于電流的第一值， -利用與所述第一電流傳感器(34、40)不同的第二電流傳感器(20)獲取用于電流的值，以及 -基于第一值和第二值確定用于電流的測量值。
10.一種控制裝置，所述控制裝置設(shè)計用于執(zhí)行根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法。
【文檔編號】G01R15/20GK103797373SQ201280044684
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月14日
【發(fā)明者】W·喬克爾, K·林克 申請人:大陸-特韋斯貿(mào)易合伙股份公司及兩合公司