本發(fā)明屬于傳感技術(shù)領域，尤其涉及一種基于分流器的電流傳感器。

背景技術(shù)：

目前，我國新能源汽車行業(yè)方興未艾，為了保障車輛的行車安全，動力電池系統(tǒng)的極端單體電壓、動力電池總壓、動力電池電流大小等關鍵數(shù)據(jù)是必須實時監(jiān)測的。例如動力電池的總電流對于監(jiān)測電池系統(tǒng)的運行狀態(tài)與SOC(State of Charge，荷電狀態(tài)，也叫剩余電量)預測至關重要。目前電動汽車行業(yè)中廣泛使用霍爾式電流傳感器作為電流監(jiān)測裝置，但是霍爾式電流傳感器存在以下問題：①普通開環(huán)霍爾電流傳感器精度偏低，受溫度影響較大，測量反應時間不夠快，頻帶寬度窄；②閉環(huán)霍爾傳感器精度高但價格昂貴，過載能力差，體積較大，同時使用后期需要校準；③霍爾傳感器體積大，安裝不便，不符合目前小體積輕量化發(fā)展的要求；④無論是閉環(huán)霍爾傳感器還是開環(huán)霍爾傳感器大量程條件下測量小電流都會有比較大的誤差，小電流采集不準；⑤發(fā)生磁飽和之后霍爾電流傳感器不能起到正常的測量作用，同時容易引起傳感器損壞；⑥電動汽車復雜的電磁環(huán)境容易干擾霍爾傳感器的模擬輸出，進而影響電流測量的精度。

新能源汽車近年來發(fā)展迅速，對于BMS(Battery Management System,電池管理系統(tǒng))的要求也越來越苛刻，電流檢測作為BMS系統(tǒng)中必不可少的一個部分，其對BMS的重要性不言而喻，一方面電流傳感器需要將車輛的實時電流反饋給駕駛員或者技術(shù)人員，便于掌握電動車輛的運行狀態(tài)，另一方面，電流傳感器的精度直接關系到電動汽車SOC的估算精度，電流傳感器出現(xiàn)異?；蛘呔炔粔颍瑢е耂OC估算偏差較大，或者電流測量不準觸發(fā)車輛軟件保護策略導致切斷高壓。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于分流器的電流傳感器，旨在提供一種電流測量精度高、抗干擾性強的電流傳感器。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于分流器的電流傳感器，包括信號采集單元、信號調(diào)理單元和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換校正單元；

所述信號采集單元，包括分流器，用于通過所述分流器進行電流信號采集，并將采集到的原始電流信號傳輸至所述信號調(diào)理單元；

所述信號調(diào)理單元，用于將所述原始電流信號轉(zhuǎn)換成目標電壓信號后，輸出至所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換校正單元；

所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換校正單元，用于將所述目標電壓信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換生成的電流數(shù)據(jù)進行校正，得到目標電流數(shù)據(jù)后輸出至外部檢測系統(tǒng)。

進一步地，所述電流傳感器還包括與所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換校正單元相連接的配置單元；

所述配置單元，用于接收用戶輸入配置參數(shù)的操作，根據(jù)所述用戶輸入配置參數(shù)的操作生成不同的響應參數(shù)，還用于在檢測到所述目標電流數(shù)據(jù)的電流參數(shù)超過所述響應參數(shù)時，生成一響應指令至外部檢測系統(tǒng)，以使外部檢測系統(tǒng)根據(jù)所述響應指令采取相關措施。

進一步地，所述配置單元包括：

開機自檢模塊，用于接收用戶的開機自檢指令，進行開機自檢；

離線監(jiān)測模塊，用于接收用戶的離線監(jiān)測設置，將檢測到的所述目標電流數(shù)據(jù)的電流參數(shù)通過網(wǎng)絡傳輸至外部系統(tǒng)，以使所述外部系統(tǒng)根據(jù)所述電流參數(shù)實現(xiàn)對所述電流傳感器的監(jiān)測；

溫度報警模塊，用于接收用戶的溫度報警設置，當檢測到溫度超過用戶設置的溫度報警值時，生成報警信號，所述報警信號用以提示當前溫度超過預置的溫度報警值；

過流報警模塊，用于接收用戶的過流報警設置，當檢測到所述目標電流數(shù)據(jù)的電流參數(shù)超過用戶設置的過流報警值時，生成報警信號，所述報警信號用以提示當前電流超過預置的電流報警值；

自定義檢測模塊，用于接收用戶的自定義設置，根據(jù)所述用戶的自定義設置對所述目標電流數(shù)據(jù)進行檢測。

進一步地，所述信號調(diào)理單元對所述原始電流信號進行差分放大和電壓偏置運算，得到電壓范圍為正值的目標電壓信號后，將所述目標電壓信號傳輸至所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換校正單元。

進一步地，所述信號調(diào)理單元對所述原始電流信號進行兩級運放運算，得到電壓范圍為正值的目標電壓信號后，將所述目標電壓信號傳輸至所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換校正單元。

進一步地，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換校正單元包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、溫度采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊：

所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，用于將所述目標電壓信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，生成數(shù)字電流數(shù)據(jù)并傳輸至所述數(shù)據(jù)處理模塊；

所述溫度采集模塊，用于采集所述分流器的溫度數(shù)據(jù)，并將采集到的所述溫度數(shù)據(jù)傳輸至所述數(shù)據(jù)處理模塊；

所述數(shù)據(jù)處理模塊，用于根據(jù)所述分流器的線性參數(shù)對所述溫度數(shù)據(jù)進行溫度補償，得到溫度補償數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述溫度補償數(shù)據(jù)對所述數(shù)字電流數(shù)據(jù)進行處理及修正，得到所述目標電流數(shù)據(jù)后傳輸至外部檢測系統(tǒng)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于：本發(fā)明提供的基于分流器的電流傳感器，基于歐姆定理，其內(nèi)部電路中不包含非線性器件，因為分流器具有非常好的線性度和精度，能夠保證了電流檢測的精準度，同時進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出數(shù)字信號至外部檢測系統(tǒng)，抗干擾性強。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例一提供的一種基于分流器的電流傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例二提供的一種基于分流器的電流傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例三提供的配置單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明實施例四提供的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換校正單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明實施例五提供的一種基于分流器的電流傳感器的詳細結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明實施例六提供的一種基于分流器的電流傳感器的原理圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

目前電動汽車上面廣泛使用的霍爾式電流傳感器由于其原理基于Hall Effect(霍爾效應)，需要使用到由高導磁材料做成的磁芯，而非線性和磁滯效應是所有高導磁材料的固有特性，所以電流(原邊信號)以同樣的趨勢上升、下降時輸出將會得到不同的結(jié)果。

對于開環(huán)式霍爾電流傳感器，其工作依賴于高導磁磁芯的線性區(qū)間，由于這種傳感器直接測量高導磁磁芯氣隙處的磁通，則更容易受到磁芯飽和、磁滯、非線性的影響，所以這種開環(huán)式的霍爾電流傳感器的精度一般比較低，且受到磁滯效應的影響，不能測量過快頻率的電流，測量帶寬較窄。

閉環(huán)式霍爾電流傳感器在開環(huán)式電流傳感器的基礎上增加了副邊補償繞組，其測量精度較開環(huán)式霍爾傳感器有所提升，但由于增加了副邊補償繞組及其對應的控制回路，使得成本增高，體積增大，同時由于副邊補償繞組輸出功率有限，在特殊情況下也會出現(xiàn)磁芯飽和的情況，引起測量錯誤。

無論開環(huán)式霍爾電流傳感器還是閉環(huán)式霍爾電流傳感器，在實際應用中，小電流測量都不夠精準。

雖然目前也有BMS廠商、整車廠商使用分流器作為電流采集器件，但是大部分的基于分流器的電流傳感器都是沒有做溫度補償?shù)模叶际悄M信號輸出，很容易受到環(huán)境干擾，尤其是主控箱內(nèi)部電磁環(huán)境更為復雜，干擾問題更加突出。

基于上述原理，本發(fā)明提供了如圖1所示的一種基于分流器的電流傳感器，包括信號采集單元1、信號調(diào)理單元2和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換校正單元3；

信號采集單元1，包括分流器，用于通過所述分流器進行電流信號采集，并將采集到的原始電流信號傳輸至信號調(diào)理單元2；

信號調(diào)理單元2，用于將所述原始電流信號轉(zhuǎn)換成目標電壓信號后，輸出至數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換校正單元3。具體地，信號調(diào)理單元3對所述原始電流信號進行差分放大和電壓偏置運算，或同時進行兩級運放運算，得到電壓范圍為正值的目標電壓信號后，將所述目標電壓信號傳輸至所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換校正單元。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換校正單元3，用于將所述目標電壓信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換生成的電流數(shù)據(jù)進行校正，得到目標電流數(shù)據(jù)后輸出至外部檢測系統(tǒng)。

本實施例基于分流器的電流傳感器，其原理基于歐姆定律，且電路中不存在非線性器件，根據(jù)集總電路特性，該方案電流的測量帶寬可以做的非常寬，可以測量快速交變電流；同時線性器件不存在回差與滯回，所以第一次校準完成之后就不需要再次校準；沒有磁環(huán)，所以整個電流傳感器可以做的非常小，節(jié)省主控箱空間；采用數(shù)字輸出，有效避免電動汽車復雜的電磁環(huán)境對電流傳感器的干擾。

進一步地，如圖2所示，電流傳感器還包括與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換校正單元3相連接的配置單元4；

配置單元4，用于接收用戶輸入配置參數(shù)的操作，根據(jù)所述用戶輸入配置參數(shù)的操作設置不同的響應參數(shù)，還用在檢測到所述目標電流數(shù)據(jù)的電流參數(shù)超過所述響應參數(shù)時，生成一響應指令至外部檢測系統(tǒng)，以使外部檢測系統(tǒng)根據(jù)所述響應指令采取相關措施。

具體的，如圖3所示，配置單元4包括：

開機自檢模塊41，用于接收用戶的開機自檢指令，進行開機自檢；

離線監(jiān)測模塊42，用于接收用戶的離線監(jiān)測設置，將檢測到的所述目標電流數(shù)據(jù)的電流參數(shù)通過網(wǎng)絡傳輸至外部系統(tǒng)，以使所述外部系統(tǒng)根據(jù)所述電流參數(shù)實現(xiàn)對所述電流傳感器的監(jiān)測；

溫度報警模塊43，用于接收用戶的溫度報警設置，當檢測到溫度超過用戶設置的溫度報警值時，生成報警信號，所述報警信號用以提示當前溫度超過預置的溫度報警值；

過流報警模塊44，用于接收用戶的過流報警設置，當檢測到所述目標電流數(shù)據(jù)的電流參數(shù)超過用戶設置的過流報警值時，生成報警信號，所述報警信號用以提示當前電流超過預置的電流報警值；

自定義檢測模塊45，用于接收用戶的自定義設置，根據(jù)所述用戶的自定義設置對所述目標電流數(shù)據(jù)進行檢測。

進一步地，圖4示出了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換校正單元3的具體結(jié)構(gòu)，包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊31、溫度采集模塊32和數(shù)據(jù)處理模塊33：

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊31，用于將所述目標電壓信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，生成數(shù)字電流數(shù)據(jù)并傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊33；

溫度采集模塊32，用于采集所述分流器的溫度數(shù)據(jù)，并將采集到的所述溫度數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊33；

數(shù)據(jù)處理模塊33，用于根據(jù)所述分流器的線性參數(shù)對所述溫度數(shù)據(jù)進行溫度補償，得到溫度補償數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述溫度補償數(shù)據(jù)對所述數(shù)字電流數(shù)據(jù)進行處理及修正，得到所述目標電流數(shù)據(jù)后傳輸至外部檢測系統(tǒng)。

下面通過圖5對本發(fā)明進行進一步地闡述：

本發(fā)明的設計原理主要分四大部分，包括信息采集、信息調(diào)理、數(shù)據(jù)處理和應用配置，分流器的信號經(jīng)采集輸入之后，依次通過信號調(diào)理單元、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換校正單元。

第一部分和第二部分的電流信號的采集與信號調(diào)理電路，主要實現(xiàn)分流器輸出電壓的增益調(diào)節(jié)與偏置調(diào)節(jié)。電流流過分流器之后，根據(jù)歐姆定律分流器兩端將產(chǎn)生電壓，假設分流器電阻值為R，此時的電流為I，假設此時電流正向，分流器兩端電壓也為正，那么分流器兩端的電壓U_i為：

U_i＝IR；

當電流反向時，分流器兩端的電壓將為負值，即：

-U_i＝-IR；

一般為了兼顧功耗的問題，分流器的阻值都非常小，當流過電流時，分流器兩端的電壓也將非常小，當電流反向時，分流器兩端的電壓也將反向，成為負值；為了便于采集處理，則需要將分流器兩端的電壓放大到合適的電壓范圍，同時使用偏置電路將整個輸出電壓抬升至0V以上。假設分流器阻值為0.1mΩ，設計的分流器量程為±500A，則分流器的輸出電壓范圍為±50mV，將該信號放大50倍，同時施加2.5V的電壓偏置，就可以將原來的±50mV的電壓范圍轉(zhuǎn)換為0～5V電壓范圍，本實施例中的信號調(diào)理單元，使得分流器上流過量程內(nèi)的正負電流時始終能夠得到一個正的電壓輸出。如圖5中模塊①所示。

較佳的，可以使用差分放大配合電壓偏置得到正電壓輸出，同時也可以使用兩級運放分別實現(xiàn)電壓增益調(diào)節(jié)與電壓偏置調(diào)節(jié)。

第三部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與校正單元3，首先將經(jīng)過調(diào)理后的輸出電壓經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換(圖2中模塊②)并使用溫度采集電路(圖2中模塊③)采集溫度數(shù)據(jù)，由于分流器是線性器件，其阻值隨溫度的變化是可預知的且是確定的，根據(jù)數(shù)據(jù)編碼部分的內(nèi)置的算法對采集回來的電流進行溫度補償，將經(jīng)過溫度補償后的電流數(shù)據(jù)進行處理與修正，得到修正后的電流數(shù)據(jù)。因為影響分流器采集信號的因素除了溫度，還包括熱電動勢、分流器本身自己的制造偏差，例如常用的傳感器用分流器精度大多數(shù)不到3％、長期穩(wěn)定性系數(shù)λ等因素，這些系數(shù)中有些是可以通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計出來并用于實際使用中的校正。

本實施例的第四部分是提供了用于方便用戶設置應用配置與傳輸?shù)呐渲脝卧?(圖2中模塊②)，該部分可以實現(xiàn)智能分流器(還是智能電流傳感器)的開機自檢、離線監(jiān)測、溫度報警、過流報警等應用層面的功能，也可用通過用戶自由擴展相關功能。智能型電流傳感器測量到的電流數(shù)據(jù)將從這部分電路以數(shù)字信號的方式發(fā)送至電流檢測的上位機，如整車控制器、BMS等。圖2中模塊④是整個系統(tǒng)的輔助供電部分。

應當理解的是，圖5中各單元之間通過對應的引腳進行連接，如圖5中的①通過引腳V_SHUNT與②中V_SHUNT引腳相連接，其余連接關系同理，略去不表。

本發(fā)明實施例提供的一種基于分流器的電流傳感器的原理圖如圖6所示，為講述方便，圖中僅示出了部分模塊。工作時，需要將電流傳感器安裝至動力電池回路中，同時將數(shù)字輸出連接至電流信息接收端，即可完成電流信息的采集。

本實施例是基于分流器為主的電流測量，本實施例最大的優(yōu)點是成本低廉，電流測量精度高，體積小，智能化程度高。通過數(shù)據(jù)線路傳輸電流數(shù)據(jù)，抗干擾能力強，模塊自帶離線檢測功能，分流器離線將會被主控感知到，進而進行報警。本實施例使用分立器件將分流器信號的采集、處理與數(shù)字編碼一同處理，使得分流器部分成為一個完整的智能模塊，較優(yōu)的，也可以使用集成式芯片完成以上功能；較佳的可以通過電流采集端設置電流閾值實現(xiàn)電流報警功能，同時較優(yōu)的也可以通過智能分流器完成分流器及與分流器相連接的銅牌溫度的檢測，實現(xiàn)溫度報警。數(shù)字編碼在本實施例中泛指經(jīng)過數(shù)據(jù)編碼后(例如加密或者自定義數(shù)據(jù)打包方式)使用數(shù)字通信；例如使用CAN通信或者使用LIN通信傳輸這些經(jīng)過加密與打包的電流信息。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。