用于測量電池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的電流的裝置。該裝置具有測量路段（21、40），在測量時(shí)，所有待測量的電池電流流動(dòng)經(jīng)過該測量路段。測量設(shè)備（26、44a、44b）測量跨測量路段（21、40）的電壓降。在所測量的電壓降和測量路段的電阻的基礎(chǔ)上，電流計(jì)算設(shè)備（27、44a、44b）計(jì)算電池電流，其中所述測量路段由具有與溫度相關(guān)的電阻（21、40）的電纜的至少一部分構(gòu)成。
【專利說明】用于測量電池電流的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于測量車輛電池的電池電流的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]例如，DElO 2007 045 512 Al公開了這種裝置。其中汽車電池的一極與車身通過電纜相連。在電纜和汽車電池的這一極之間有分流器。例如像DE 10 2004 033 836 B3所述那樣，將經(jīng)過該分流器下降的電壓提供給測量設(shè)備來以這種方式計(jì)算流過該分流器的電流。該分流器的優(yōu)勢在于，其電阻在很大程度上與溫度無關(guān)。但是卻使成本巨大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種低成本的、用于測量電池電流的裝置。
[0004]根據(jù)本發(fā)明，由具有權(quán)利要求1特征的裝置來實(shí)現(xiàn)該目的。由從屬權(quán)利要求對根據(jù)本發(fā)明裝置的實(shí)施方式加以說明。
[0005]本發(fā)明具有用于測量車輛電池的電池電流的裝置。該裝置具有測量路段，在測量時(shí)，所有要測量的電池電流流動(dòng)經(jīng)過該測量路段。本專利申請意義上的電池電流應(yīng)理解為增加或減少電池中的電荷存儲(chǔ)的那種電流。為測量跨測量路段的電壓降，根據(jù)本發(fā)明的裝置具有測量設(shè)備。除此之外，根據(jù)本發(fā)明的裝置還具有電流計(jì)算設(shè)備，用于在所測量的電壓降和該測量路段的電阻的基礎(chǔ)上計(jì)算電池電流。根據(jù)本發(fā)明，該測量路段設(shè)計(jì)成具有與溫度相關(guān)的電阻的電纜的至少一部分。
[0006]上述現(xiàn)有技術(shù)使用分流器作為測量路段，分流器的電阻在很大程度上與溫度無關(guān)。本發(fā)明可以不使用該分流器，從而可以節(jié)省相關(guān)成本和生產(chǎn)耗費(fèi)。
[0007]電纜可以例如是連接電池陰極與電導(dǎo)體的搭鐵電纜，耗電器的搭鐵點(diǎn)連接到電導(dǎo)體上。電導(dǎo)體可以尤其是車輛的車身。測量路段不必設(shè)置在電池陰極側(cè)。在變型的實(shí)施方式中，測量路段位于電池陽極。因此所述電纜還可以是例如連接電池陽極與保險(xiǎn)絲盒的連接電纜。在此重要的是，在測量時(shí)，所有電池電流都流動(dòng)經(jīng)過電纜的起到測量路段作用的那一部分。
[0008]通過將搭鐵電纜或設(shè)置在電池陽極的連接電纜的至少一部分作為測量路段使用，可以不使用現(xiàn)有技術(shù)中所使用的分流器，由此可以大大降低成本以及避免在某些情況下在制造過程中的工作量浪費(fèi)。
[0009]在一種實(shí)施方式中，沿測量路段對預(yù)定的測量電流進(jìn)行復(fù)用。沿測量路段的復(fù)用的意思例如可以是，預(yù)定的測量電流流經(jīng)測量路段，但是可以與電池電流相區(qū)分。還完全可以有平行于該電纜分布的另一電纜，從而使用空間復(fù)用方法。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的裝置可以具有電阻補(bǔ)償設(shè)備，該電阻補(bǔ)償設(shè)備設(shè)置用于計(jì)算基于預(yù)定的測量電流沿測量路段下降的補(bǔ)償電壓降。借助于補(bǔ)償電壓降和預(yù)定的測量電流，可以對測量路段的電阻進(jìn)行補(bǔ)償。
[0011]電阻補(bǔ)償設(shè)備的用途與電纜電阻的溫度相關(guān)性有關(guān)。電纜的溫度在其長度上不是必然恒定的。為了在計(jì)算電池電流時(shí)能消除溫度的影響，可以將已知的測量電流輸送經(jīng)過與測量路段等效的、電阻在標(biāo)準(zhǔn)(參數(shù))溫度下已知的路段。根據(jù)歐姆定律，在電流和電阻已知時(shí)，必然跨該電阻產(chǎn)生電壓降。如果所測量的電壓降與所預(yù)期的電壓降有偏差，那么該偏差就可以歸因于溫度。在假定測量路段承受相同溫度的情況下，借助該偏差就可以對測量路段的電阻受到的溫度影響進(jìn)行補(bǔ)償。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，可以用不同的方法沿著測量路段對預(yù)定的測量電流進(jìn)行復(fù)用，這些方法可以單獨(dú)或者組合使用。所有能夠區(qū)別預(yù)定的測量電流與電池電流的方法都可以使用。已知的方法尤其是空間復(fù)用方法、頻率復(fù)用方法、代碼復(fù)用方法和時(shí)間復(fù)用方法。
[0013]在使用空間復(fù)用方法時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的裝置可以具有平行于所述電纜分布的、與電纜熱耦合的補(bǔ)償電纜，其中電纜和補(bǔ)償電纜的電阻的溫度相關(guān)性基本相同。這一點(diǎn)例如可以通過利用相同材料制造電纜和補(bǔ)償電纜來實(shí)現(xiàn)。
[0014]在參數(shù)溫度下，補(bǔ)償電纜具有的電阻是已知的。由于補(bǔ)償電纜與所述電纜熱耦合，所以可以認(rèn)為所述電纜和所述補(bǔ)償電纜受到相同的溫度影響。在電纜和補(bǔ)償電纜的空間布置方面，存在不同的方案。例如，可以將電纜實(shí)施為補(bǔ)償電纜的同軸的護(hù)套。但是作為變型方案，也可以設(shè)想將補(bǔ)償電纜實(shí)施為電纜的同軸的護(hù)套。
[0015]通過補(bǔ)償電纜關(guān)于電纜的有利的設(shè)置可以達(dá)到例如對電磁輻射的屏蔽。
[0016]在一種實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的裝置具有用于對經(jīng)過測量路段的預(yù)定的測量電流進(jìn)行復(fù)用的復(fù)用器和用于從電池電流分離測量電流的分離器。以這種方式可以將預(yù)定的測量電流輸送經(jīng)過測量路段并在端部又從電池電流分離。
[0017]分離器例如可以實(shí)施為濾波器或鎖相放大器。除此之外還可以設(shè)置具有用于產(chǎn)生交流形式的預(yù)定的測量電流的頻率發(fā)生器和/或用于產(chǎn)生帶有調(diào)制代碼的預(yù)定的測量電流的代碼發(fā)生器。在此，頻率發(fā)生器可以使用頻率復(fù)用方法，代碼發(fā)生器可以使用代碼復(fù)用方法。
[0018]在一種實(shí)施方式中，所使用的是時(shí)間復(fù)用方法。該裝置在此具有開關(guān)，該開關(guān)起到在第一相位使電池電流經(jīng)過測量路段和在第二相位使預(yù)定的測量電流流動(dòng)經(jīng)過測量路段的作用。這樣可以從電池電流分離預(yù)定的測量電流。
[0019]測量設(shè)備可以通過測量電纜和另一電連接件與電纜相連。在此例如可以使測量電纜以螺旋狀纏繞電纜，以避免外界電磁場的影響。
[0020]此外，電纜還可以實(shí)施為圍繞測量電纜或另一電連接件的同軸的護(hù)套。還完全可以設(shè)想由測量電纜和/或另一電連接件來起到電纜的同軸護(hù)套的作用。這些導(dǎo)流元件的巧妙的幾何布置可以減小外界電磁場的影響，外界電磁場可能引起干擾性感應(yīng)電流。
[0021]此外，本發(fā)明還具有車輛，該車輛帶有電池和根據(jù)本發(fā)明的用于測量電池的電池電流的裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]下面借助附圖論述本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)。
[0023]其中:
[0024]圖1示出帶有電池和用于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)測量電池電流的裝置的車輛的電路；
[0025]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的第一實(shí)施方式的示意圖；[0026]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的第二實(shí)施方式的示意圖；和
[0027]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的第三實(shí)施方式的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]只要未作其他說明，下面說明中的相同的或作用相同的元件都具有相同的附圖標(biāo)記。
[0029]圖1示出了車輛的電路I，該車輛帶有電池2和用于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)測量電池電流的裝置。該電池2具有陽極2a和陰極2b。分流器3通過第一連接區(qū)域3a與該電池2的陰極2b相連。搭鐵電纜4通過第二連接區(qū)域3b與該分流器3相連。
[0030]該分流器3是未詳細(xì)示出的智能的電池傳感器的一部分，該電池傳感器監(jiān)測電池
2。借助于處理器和軟件，從對電流、電壓和溫度的測量計(jì)算出電池2的狀態(tài)和功率。在此借助經(jīng)過分流器3的電壓降來計(jì)算流動(dòng)的電池電流。通過放大器和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)化器將該電壓降轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。還可以使用磁測法，該磁測法探測由電流引發(fā)的磁場。在此利用所謂的霍爾效應(yīng)或磁阻效應(yīng)。為提供精確的結(jié)果，要將分流器3的材料優(yōu)化成，使分流器3的溫度對分流器的電阻值幾乎沒有影響。
[0031]與分流器3的第二連接區(qū)域3b相連的搭鐵電纜4在其相反的端部與車輛的車身5相連。這種連接優(yōu)先借助螺栓固定。兩個(gè)示例性的用燈表示的耗電器6、7的搭鐵點(diǎn)通過相應(yīng)的連接件連接到車身上。通過相應(yīng)的開關(guān)8、9可以閉合耗電器6、7的電路，這樣燈開始發(fā)光。在電池2的陽極2a側(cè)，借助位于保險(xiǎn)絲盒10中的保險(xiǎn)絲來保證耗電器6、7的電路的安全。該保險(xiǎn)絲盒10通過連接電纜11與電池2的陽極2a相連。
[0032]圖2借助示意圖示出根據(jù)本發(fā)明的、用于測量電池電流20的裝置的第一種實(shí)施方式。所示測量路段21設(shè)計(jì)為搭鐵電纜4的一部分。像借助圖1所述那樣，該搭鐵電纜在一側(cè)與車身5相連。兩個(gè)耗電器6、7的搭鐵點(diǎn)也同樣連接在車身5上。兩個(gè)開關(guān)8、9將耗電器6、7與保險(xiǎn)絲盒10相連，保險(xiǎn)絲盒又通過連接電纜11與電池的陽極22耦合。在另一側(cè)，搭鐵電纜4與陰極23相連。只要開關(guān)8或9中的一個(gè)閉合，待測量的電池電流就流動(dòng)經(jīng)過測量路段21。測量路段21經(jīng)由搭鐵電纜24和另一電連接件25與測量設(shè)備26相連，該測量設(shè)備26測量跨測量路段21的電壓降。該測量設(shè)備26將所測量的電壓降的值傳遞給電流計(jì)算設(shè)備27，在所測量的電壓降和測量路段21的電阻的基礎(chǔ)上，該電流計(jì)算設(shè)備27計(jì)算電池電流。
[0033]但是測量路段21的電阻值與其溫度密切相關(guān)。更困難的是，在測量路段的長度上，溫度不是必然恒定的。
[0034]為了把溫度對測量路段21的電阻的影響計(jì)算出去，根據(jù)本發(fā)明的裝置20在這個(gè)所示實(shí)施方式中具有電阻補(bǔ)償設(shè)備28。該電阻補(bǔ)償設(shè)備具有復(fù)用器29、分離器30和頻率發(fā)生器31。為了方便分離器30區(qū)分測量電流和電池電流，頻率發(fā)生器所產(chǎn)生的測量電流的頻率優(yōu)先明顯高于電池電流的頻率。所述復(fù)用器29經(jīng)由導(dǎo)線32、25將測量電流輸送經(jīng)過測量路段21。導(dǎo)線24、33使測量電流的電路閉合。根據(jù)測量路段21的測量電流所引起電壓降，結(jié)合在參數(shù)溫度下的測量路段21的已知電阻和流經(jīng)測量路段21的已知的測量電流，可以確定溫度所引起的電阻變化。該電阻變化隨后由電阻補(bǔ)償設(shè)備28用于補(bǔ)償測量路段21的電阻變化。在補(bǔ)償后產(chǎn)生的流經(jīng)測量路段21的電流被傳遞給計(jì)算單元34以便進(jìn)一步使用。
[0035]圖3示意示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的第二實(shí)施方式的重要部件，在此使用空間復(fù)用方法。所述搭鐵電纜40是在圖中未示出的電路的部件，該電路此外還包括電池陽極與車輛的耗電器的連接件以及車輛的車身。起到測量路段作用的搭鐵電纜40在一端部與車輛電池的陰極41相連。該搭鐵電纜40的另一端部與車輛的車身相連。借助測量電纜42和另一電連接件43測量跨測量電纜40產(chǎn)生的電壓降。為此，所述測量電纜42和所述另一電連接件43將電路板44a與所述搭鐵電纜40相連。在電路板44a上設(shè)有未示出的測量設(shè)備和電流計(jì)算設(shè)備。為向電路板44a供給電流，將電路板44a與車輛電池的陽極45相連。平行于搭鐵電纜40分布著與搭鐵電纜40熱耦合的補(bǔ)償電纜46。搭鐵電纜40和補(bǔ)償電纜46的電阻的溫度相關(guān)性是基本相同的。這一點(diǎn)最簡單地可以通過搭鐵電纜40和補(bǔ)償電纜46材料相同來實(shí)現(xiàn)。補(bǔ)償電纜46從電路板44a起具有已知的測量電流，借助設(shè)置在電路板44a上的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器計(jì)算跨補(bǔ)償電纜46的電壓降。在變型的實(shí)施方式中，搭鐵電纜40或測量電纜42還可以用于回輸電流。
[0036]因?yàn)檠a(bǔ)償電纜46的材料和其溫度與搭鐵電纜40的材料和溫度相同，所以補(bǔ)償電纜46和搭鐵電纜40的電阻在參數(shù)溫度下和在實(shí)際溫度下的比率也相同。因此搭鐵電纜40的電阻與跨補(bǔ)償電纜46的電壓降成比例。這樣可以由此計(jì)算得出搭鐵電纜40的電阻的溫
度偏差。
[0037]在圖3的實(shí)施例中，所述補(bǔ)償電纜46沿著整個(gè)搭鐵電纜40朝向電路板44a延伸并返回是特別有利的。由此使補(bǔ)償電纜46的長度盡可能長，并進(jìn)而使與電纜長度成比例的電阻盡可能更大。因此降低了對電壓測量的精確度的要求，該電壓測量用于計(jì)算與補(bǔ)償電纜46的溫度有關(guān)的電阻變化。同時(shí)在沒有附加的連接件的情況下，該補(bǔ)償電纜46形成了電路板44a外部的閉合電路，所述附加的連接件有可能會(huì)影響對補(bǔ)償電纜46的電阻變化的計(jì)算。這一實(shí)施方式的另一優(yōu)點(diǎn)在于，補(bǔ)償電纜46所具有的已知的測量電流例如可以是直流電，該直流電可以由特別簡單的機(jī)構(gòu)或本來就設(shè)置在電路板44a上的機(jī)構(gòu)來提供。
[0038]所述另一電連接件43例如可以實(shí)施為電纜或者也可以是在電纜的連接端子上的用于電路板44a的導(dǎo)電的夾持件。所述測量電纜42和所述另一導(dǎo)電連接件43還可以獨(dú)立于搭鐵電纜40布線。
[0039]一般來講，還可以使用多種其他形式的電導(dǎo)體來替代電纜。根據(jù)本專利申請的電纜含義并不局限于圓形的橫截面。每種導(dǎo)流體的形狀一般都可以使用。例如還可以使用方形的橫截面。此外可以將所述搭鐵電纜40、測量電纜42、另一電連接件43和補(bǔ)償電纜46實(shí)施為一條電纜的單個(gè)的束(絞)線，其中這些束絞線彼此電絕緣。但是當(dāng)然必須繼續(xù)確保搭鐵電纜40和補(bǔ)償電纜46之間的熱耦合。還可以使用同軸電纜，在這些同軸電纜中，一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)流元件40、42、43、46起到一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)流的元件40、42、43、46的同軸的護(hù)套的作用。
[0040]通常，市面常見的搭鐵電纜的長度約為50cm，電阻約為100 μ Ohm。因此在靜態(tài)電流約為20mA時(shí)，搭鐵電纜的電壓降僅是幾個(gè)μ V。在該數(shù)量級下，由外部電磁場引發(fā)的感應(yīng)電流完全可以發(fā)揮作用。因此使所述測量電纜42繞搭鐵電纜40螺旋式纏繞是非常有利的。
[0041]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的用于測量電池電流的裝置的第三種實(shí)施方式的示意圖。電池的極仍又以附圖標(biāo)記41和45表示。電路板44b另外具有測量設(shè)備、電流計(jì)算設(shè)備、頻率發(fā)生器和濾波器形式的分離器。通過測量電纜42和另一電連接件43測量跨搭鐵電纜40的電壓降。但與圖3所示的實(shí)施方式不同的是，不使用補(bǔ)償電纜46。而是電路板44b借助于頻率發(fā)生器提供高頻的測量電流，該測量電流同樣引導(dǎo)經(jīng)過搭鐵電纜40。由于測量電流的頻率與電池電流的頻率差異很大，所以可以借助濾波器確定由測量電流引起的電壓降。在已知的測量電流的基礎(chǔ)上，可以計(jì)算和補(bǔ)償搭鐵電纜40的電阻。
[0042]還可以使用半導(dǎo)體芯片、薄膜混合電路、引線框架或另一種電路來替代電路板44a、44b0
[0043]關(guān)于附圖所作的論述是純說明性的，不能局限地理解。在不脫離附帶的權(quán)利要求所規(guī)定的保護(hù)范圍的情況下，這些實(shí)施方式可以做巨大改變。此外，所述的實(shí)施方式的特征可以彼此組合，以便為實(shí)際使用目的提供得到優(yōu)化的其他實(shí)施方式。
[0044]附圖標(biāo)記列表
[0045]I車輛的電路
[0046]2 電池
[0047]2a 陽極
[0048]2b 陰極
[0049]3分流器
[0050]3a分流器的第一連接區(qū)域
[0051]3b分流器的第二連接區(qū)域
[0052]4搭鐵電纜
[0053]5 車身
[0054]6、7耗電器
[0055]8、9 開關(guān)
[0056]10保險(xiǎn)絲盒
[0057]11連接電纜
[0058]20根據(jù)本發(fā)明的裝置的第一實(shí)施方式
[0059]21測量路段
[0060]22電池的陽極
[0061]23電池的陰極
[0062]24測量電纜
[0063]25另一電連接件
[0064]26測量設(shè)備
[0065]27電流計(jì)算設(shè)備
[0066]28電阻補(bǔ)償設(shè)備
[0067]29復(fù)用器
[0068]30分離器
[0069]31頻率發(fā)生器
[0070]32 導(dǎo)線
[0071]33 導(dǎo)線[0072]40搭鐵電纜
[0073]41電池的陰極
[0074]42測量電纜
[0075]43另一電連接件
[0076]44a電路板
[0077]44b電路板
[0078]45電池的陽極
[0079]46補(bǔ)償電纜
【權(quán)利要求】
1.一種用于測量車輛電池的電池電流的裝置，所述裝置包括 一測量路段(21、40)，在測量時(shí)，所有待測量的電池電流流動(dòng)經(jīng)過該測量路段， 一測量設(shè)備(26、44a、44b)，該測量設(shè)備用于測量跨測量路段(21、40)的電壓降，和一電流計(jì)算設(shè)備(27、44a、44b)，該電流計(jì)算設(shè)備用于在所測量的電壓降和測量路段的電阻的基礎(chǔ)上計(jì)算電池電流， 其中所述測量路段由具有與溫度相關(guān)的電阻(21、40)的電纜的至少一部分構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電纜是搭鐵電纜(21、40)，該搭鐵電纜將所述電池的陰極(23、41)與電導(dǎo)體、尤其是車身(5)相連，耗電器(6、7)的搭鐵點(diǎn)連接到車身上，或者，所述電纜是連接電纜(11)，該連接電纜設(shè)置在所述電池的陽極(22)處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述裝置設(shè)計(jì)成用于沿所述測量路段(21.40)對預(yù)定的測量電流進(jìn)行復(fù)用。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，還具有電阻補(bǔ)償設(shè)備(28、44a、44b)，該電阻補(bǔ)償設(shè)備設(shè)計(jì)成用于計(jì)算由于預(yù)定的測量電流沿所述測量路段(21、40)的補(bǔ)償電壓降，還用于借助補(bǔ)償電壓降和預(yù)定的測量電流對所述測量路段(21、40)的電阻進(jìn)行補(bǔ)償。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的裝置，其特征在于，所述裝置設(shè)計(jì)成用于，借助由空間復(fù)用方法、頻率復(fù)用方法、代碼復(fù)用方法和時(shí)間復(fù)用方法組成的方法組中的至少一個(gè)方法進(jìn)行復(fù)用。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于，還包括平行于所述電纜(40)分布的并與所述電纜熱耦合的補(bǔ)償電纜(46)，其中所述電纜和所述補(bǔ)償電纜的電阻的溫度相關(guān)性基本相同。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于，還包括用于對經(jīng)過所述測量路段(21.40)的預(yù)定的測量電流進(jìn)行復(fù)用的復(fù)用器(29、44b)，和用于從電池電流分離測量電流的分離器(30、44b)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述分離器(30、44b)實(shí)施為濾波器或鎖相放大器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于，還包括用于產(chǎn)生交流電形式的預(yù)定的測量電流的頻率發(fā)生器(31、44b)，和/或用于產(chǎn)生帶有調(diào)制代碼的預(yù)定的測量電流的代碼發(fā)生器。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于，還包括開關(guān)，該開關(guān)起到在第一相位僅使電池電流流動(dòng)經(jīng)過所述測量路段和在第二相位還使預(yù)定的測量電流流動(dòng)經(jīng)過所述測量路段的作用。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于，所述測量設(shè)備(26、44a、44b)通過測量電纜(24、42)和另一電連接件(25、43)與所述電纜(21、40)相連。
12.—種車輛，具有電池和根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置。
【文檔編號】H02J7/14GK103827674SQ201280046429
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月23日
【發(fā)明者】M·施拉梅, H-M·格拉夫 申請人:大陸汽車有限責(zé)任公司