专利名称：用于汽车的基于零磁通补偿的电流传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电流测量技术，特别涉及一种适用于以互感方式测量汽车交流发电机输出电流的电流传感器、包含该电流传感器的双蓄电池汽车供电系统以及采用该双蓄电池汽车供电系统的混合动力汽车。
背景技术：
交流发电机是普通汽车和混合动力汽车中不可或缺的电能产生设备。为了使汽车的电气系统能够可靠地工作，必须使交流发电机的输出、蓄电池的容量、起动机的电力需求以及其它电气负载相互之间合理地匹配。为此，准确测量交流发电机的输出电流是其中一个关键要素。虽然可以根据发动机的转速来确定发电机的输出功率，但是这种间接方式在某些情况下是不可靠的，因此为了提高系统的冗余性，最好是在汽车中配置直接测量电流的设备。有多种电流检测方法，其中利用电流互感器是一种常用的技术。交流电流互感器一般包括铁芯和两个绕组，如果不计激磁电流，则原副边的磁通势是相等的，因此通过测量副边的电流即可确定通过原边的电流。但是这种理想情况在实际应用中是无法实现的，由此将导致测量误差。为此，业界提出了基于零磁通原理的电流传感器。
图1示出了基于电子补偿零磁通的电流传感器的原理图。在图1中，Tl和T2分别为工作磁芯和辅助磁芯，相比于普通的电流互感器，增设了检测绕组Ntl和补偿绕组N3，其中，检测绕组Ntl检测Tl中的磁通密度，以动态跟踪激磁电流Itl的变化，从而为单片机系统100提供反馈信号。随后，单片机系统100输出的补偿电流I3通过补偿绕组N3产生激磁电动势，使Itl降低至很小，达到零磁通的效果。在图1所示的电流传感器中，辅助磁芯T2以及检测绕组Ntl和补偿绕组N3的增设将使传感器的占用空间扩大，这对于在汽车上的应用推广是不利的。另外，交流发电机附近的电气环境和工作环境非常复杂，元器件数量的增加也将削弱抗干扰能力。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种电流传感器，其具有精度高、体积小的优点，适合于测量汽车交流发电机的输出电流。上述目的可以由下述技术方案实现。一种用于汽车的基于零磁通补偿的电流传感器，包括:磁芯，所述汽车的交流发电机的输出导线适于缠绕在所述磁芯上；缠绕于所述磁芯上的二次绕组；缠绕于所述磁芯上的检测绕组；以及
耦合在所述二次绕组与检测绕组之间的磁通量补偿装置，其中，所述磁通量补偿装置根据所述检测绕组两端的电势差向所述二次绕组提供补偿电流，以使得所述电势差趋于零。
优选地，在上述电流传感器中，所述磁通量补偿装置包括:动态检测单元，其对所述电势差进行快速采样；补偿电流设定单元，其根据采样的电势差信号确定所述补偿电流的大小和相位；以及电流输出单元，其根据所述补偿电流设定单元确定的补偿电流值产生相应的补偿电流。优选地，在上述电流传感器中，所述电流输出单元包括:移相电路，其根据所述补偿电流设定单元确定的补偿电流值，对来自所述检测绕组的电势差的大小和相位进行相应的调整；以及电压/电流转换电路，其将调整后的电压信号转换为补偿电流并提供给所述二次绕组。优选地，在上述电流传感器中，所述电流输出单元包括:移相电路，其根据所述补偿电流设定单元确定的补偿电流值，对来自所述检测绕组的电势差的大小和相位进行相应的调整；电压/电流转换电路，其将调整后的电压信号转换为补偿电流；以及耦合在所述电压/电流转换电路和所述二次绕组之间的带通滤波电路，其对所述电压/电流转换电路输出的补偿电流进行滤波并将滤波后的信号输出至所述二次绕组。
优选地，在上述电流传感器中，所述移相电路为多端反馈二阶电路，该电路的传递函数H为:
权利要求
1.一种用于汽车的基于零磁通补偿的电流传感器，其特征在于，包括: 磁芯，所述汽车的交流发电机的输出导线适于缠绕在所述磁芯上； 缠绕于所述磁芯上的二次绕组； 缠绕于所述磁芯上的检测绕组；以及 耦合在所述二次绕组与检测绕组之间的磁通量补偿装置， 其中，所述磁通量补偿装置根据所述检测绕组两端的电势差向所述二次绕组提供补偿电流，以使得所述电势差趋于零。
2.按权利要求1所述的电流传感器，其中，所述磁通量补偿装置包括: 动态检测单元，其对所述电势差进行快速采样； 补偿电流设定单元，其根据采样的电势差信号确定所述补偿电流的大小和相位；以及 电流输出单元，其根据所述补偿电流设定单元确定的补偿电流值产生相应的补偿电流。
3.按权利要求2所述的电流传感器，其中，所述电流输出单元包括: 移相电路，其根据所述补偿电流设定单元确定的补偿电流值，对来自所述检测绕组的电势差的大小和相位进行相应的调整；以及 电压/电流转换电路，其将调整后的电压信号转换为补偿电流并提供给所述二次绕组。
4.按权利要求2所述的电流传感器，其中，所述电流输出单元包括: 移相电路，其根据所述补偿电流设定单元确定的补偿电流值，对来自所述检测绕组的电势差的大小和相位进行相应的调整； 电压/电流转换电路，其将调整后的电压信号转换为补偿电流；以及耦合在所述电压/电流转换电路和所述二次绕组之间的带通滤波电路，其对所述电压/电流转换电路输出的补偿电流进行滤波并将滤波后的信号输出至所述二次绕组。
5.按权利要求2所述的电流传感器，其中，所述移相电路为多端反馈二阶电路，该电路的传递函数H为:
6.按权利要求5所述的电流传感器，其中，所述多端反馈二阶电路包括运算放大器，所述电势差经第一电阻器和第一电容器输入所述运算放大器的反相输入端，并经第三电阻器输入所述运算放大器的正相输入端，所述运算放大器的输出端经第二电阻器接入所述反相输入端，并经第二电容器连接在所述第一电阻器和所述第一电容器之间。
7.按权利要求4所述的电流传感器，其中，所述带通滤波单元采用多模式差动差分二阶滤波器实现。
8.按权利要求4所述的电流传感器，其中，所述带通滤波单元的中心频率对应于所述交流发电机当前输出的频率，通带为10-15HZ。
9.按权利要求8所述的电流传感器，其中，所述交流发电机当前输出的频率f根据下式确定:f = pn/60这里，P为所述交流发电机的磁极对的数量，n为所述交流发电机当前的转速，可根据所述汽车的发动机的转速确定。
10.一种双蓄电池汽车供电系统，包括: 交流发电机； 第一蓄电池，其与所述交流发电机并联耦合以形成供电回路； 第二蓄电池，其与起动机并联耦合以形成启动回路；以及 控制单元，其可控地耦合在所述供电回路与所述启动回路之间并提供直流-直流变换，包括电流传感器，该电流传感器包括: 磁芯，所述交流发电机的输出导线缠绕在所述磁芯上； 缠绕于所述磁芯上的二次绕组； 缠绕于所述磁芯上的检测绕组；以及 耦合在所述二次绕组与检测绕组之间的磁通量补偿装置， 其中，所述磁通量补偿装置根据所述检测绕组两端的电势差向所 述二次绕组提供补偿电流，以使得所述电势差趋于零。
11.按权利要求10所述的双蓄电池汽车供电系统，其中，所述控制单元对所述第一或第二蓄电池的输出施行直流-直流变换操作以实现二者之间的充电，并对所述交流发电机的输出施行直流-直流变换操作以实现所述交流发电机对所述第二蓄电池的充电。
12.一种混合动力汽车，包括: 电池组； 逆变器； 发动机； 由所述发动机驱动的交流发电机； 驱动汽车行驶的电机，其经所述逆变器与所述电池组和交流发电机耦合； 能量管理单元，负责管理所述电池组、逆变器、发动机、交流发电机和电机之间的能量流，包括电流传感器，该电流传感器包括: 磁芯，所述交流发电机的输出导线缠绕在所述磁芯上； 缠绕于所述磁芯上的二次绕组； 缠绕于所述磁芯上的检测绕组；以及 耦合在所述二次绕组与检测绕组之间的磁通量补偿装置， 其中，所述磁通量补偿装置根据所述检测绕组两端的电势差向所 述二次绕组提供补偿电流，以使得所述电势差趋于零。
全文摘要
本发明涉及电流测量技术，特别涉及一种适用于以互感方式测量汽车交流发电机输出电流的电流传感器、包含该电流传感器的双蓄电池汽车供电系统以及采用该双蓄电池汽车供电系统的混合动力汽车。按照本发明的用于汽车的基于零磁通补偿的电流传感器包括磁芯，所述汽车的交流发电机的输出导线适于缠绕在所述磁芯上；缠绕于所述磁芯上的二次绕组；缠绕于所述磁芯上的检测绕组；以及耦合在所述二次绕组与检测绕组之间的磁通量补偿装置，其中，所述磁通量补偿装置根据所述检测绕组两端的电势差向所述二次绕组提供补偿电流，以使得所述电势差趋于零。按照本发明的实施例，由于省去了辅助磁芯和补偿绕组，因此有利于实现传感器的微型化。
文档编号B60L11/02GK103091532SQ20111033490
公开日2013年5月8日 申请日期2011年10月28日 优先权日2011年10月28日
发明者邓恒, 杨凯, 张崇生, 郝飞 申请人:上海汽车集团股份有限公司