用于识别负载电流的方法和电池传感器与流程

本发明涉及一种用于使用电池传感器来识别电池的负载电流的方法，其中，该电池传感器具有至少一个测量电阻器，并且被设计成检测该至少一个测量电阻器两端的电压降并根据该电压降来识别负载电流。此外，本发明涉及这种电池传感器。

背景技术：

电池传感器用于在车辆中检测车辆电池的电池电流，以便能够做出关于电池的电量状态或健康状态的说明。电池传感器通常安排在电池电极处并且具有例如用于与车辆电池接触的电池端子。此外，电池传感器通常具有安排在负载电流的电流路径中的测量电阻器以及电压检测装置，该电压检测装置可以检测流过测量电阻器的电流(例如，负载电流)的电压降。当已知测量电阻器的电阻时，可以使用欧姆定律根据测量电阻器两端的所检测到的电压降来识别流过测量电阻器的电流，即，负载电流。

然而，测量电阻器的电阻取决于许多因素，并且还可以在操作期间或在电池传感器的使用寿命内变化。例如，电阻可以通过环境影响或由于老化效应以取决于温度的方式而变化。

此外，用于信号处理的模数转换器或信号放大器可能具有绝对测量误差，即，所谓的偏移量，这可能导致测量结果的附加的不精确度。

从现有技术中已知用于校准电池传感器的各种方法。例如，识别用于调节所检测到的电压降和/或电阻的至少一个校正因子，以便因此提高电流测量的精确度。然而，已知方法各自具有缺点或不能在车辆操作期间出现的所有操作状态中都使用。

例如，可以检测电池的温度或电池传感器、优选测量电阻器的温度。已经预先识别了温度与校正因子之间的相关性以及例如温度/校正因子特性曲线。当温度已知时，与所述温度相对应的校正因子或相应的电阻可以根据特性曲线得出并且用于精确的计算电阻并且因此计算电流。然而，通过温度对校正因子的这种识别仅考虑了电阻的与温度相关的变化。未考虑电阻的其他变化或对电阻的其他影响，诸如与老化相关的变化或由于环境影响引起的变化。另外，所述方法取决于温度测量的精确度。

作为替代方案，已知在电池传感器的操作期间将已知或测量到非常精确程度的限定参考电流施加到至少一个测量电阻器，并且识别由参考电流在测量电阻器上引起的附加电压降。可以根据所述电压降和已知参考电流来识别测量电阻器的精确电阻或用于调节电阻的校正因子。然而，例如当涉及温度的快速变化和由此引起的电阻变化时，所述方法是不适用的。

技术实现要素：

本发明的目的是提供可以在车辆中出现的所有操作状态下可靠地确定电池电流的方法和电池传感器。

为了实现该目的，提供了一种用于使用电池传感器来识别电池的电池电流的方法，其中，电池传感器具有至少一个测量电阻器，并且被设计成检测该至少一个测量电阻器两端的电压降并根据电压降来识别电池电流。该电池传感器具有用于在各自情况下检测至少一个电池参数的至少两个检测装置。该方法具有以下步骤：

a)使用该至少两个检测装置(26、26a、26b、34)来检测该至少两个电池参数和这些电池参数的时间曲线，

b)根据所检测电池参数和/或所检测电池参数的所检测时间曲线来确定这些电池参数中的至少一个参数和/或这些电池参数之一的至少一个时间曲线，以便确定校正因子，

c)使用该至少一个所选电池参数和/或该至少一个所选电池参数的时间曲线来识别至少一个校正因子，

d)根据至少在测量电阻器(24、24a、24b)两端检测的电压降和该至少一个校正因子来确定电池电流(18)。

因此考虑至少两个电池参数的值和时间曲线，以便在各自情况下针对所述时间曲线选择可以使用所述电池参数中的至少一个参数确定的至少一个校正因子以及用于使用所述电池参数之一确定校正因子的方法，该校正因子和方法使得可以尽可能精确地确定电池电流或尽可能精确地确定该至少一个校正因子。例如，这里考虑电池参数的值和/或电池参数的变化率。在这种情况下，变化率可以是例如取决于时间的电池参数的变化，或者是取决于时间的电池参数的变化速度。

校正因子随后可以用于校正测量电阻器的电阻或用于识别电阻的更精确的值。然而，校正因子也可以在检测测量电阻器两端的电压降之后用于调节根据电压降识别的电压信号。

因此，一方面，可以分别选择方法和电池参数，通过这种方式，可以在电池参数的所识别时间曲线中以最精确的方式识别校正因子或电池电流。另一方面，电池传感器可以具有更简单的设计。由于在各自情况下仅根据一个电池参数确定至少一个校正因子，因此不必同时处理使用检测装置检测的所有信号。例如，诸如模数转换器或放大器等联合处理装置可以因此用于检测装置。根据所选方法和所选电池参数，处理装置可以选择性地用于处理对应的电池参数或用于识别电池电流。

该方法可以使用用于确定校正因子的任何方法来执行。仅需要可以在不同的操作状态下使用该方法(也就是说，利用电池参数的不同值和曲线)来确定校正因子。

例如，至少一个电池参数可以包括电池的温度和/或电池传感器的温度，其中，可以根据温度来识别校正因子，以便补偿电阻的与温度相关的变化。电池参数优选地是该至少一个测量电阻器的温度。

使用至少一个温度来识别至少一个校正因子包括例如根据先前识别的、温度与至少一个校正因子之间的相关性，尤其根据温度/校正因子特性曲线来选择校正因子。因此，例如在测试台上预先确定用于某些温度或温度曲线的电阻，并且例如将其以特性曲线的形式来存储。作为替代方案，识别并存储至少一个取决于温度的校正因子。如果识别出温度，则可以访问预先存储的所述数据，并且可以使用相应的校正因子来识别测量电阻器的电阻。这使得可以简单且快速地识别测量电阻器的电阻或用于测量电阻器的电阻的校正因子。

至少一个电池参数可以是至少一个测量电阻器两端的电压降。在这种情况下，检测装置优选地包括电压检测装置。检测装置例如由电压检测装置形成，使得不需要单独的检测装置。

通过至少一个测量电阻器两端的电压降来识别至少一个校正因子优选地包括以下步骤：

-将限定的参考电流施加到至少一个测量电阻器，

-识别参考电流在该至少一个测量电阻器上的电压降，

-根据参考电流在至少一个测量电阻器处的电压降来识别校正因子。

与在车辆操作期间不断变化的负载电流相反，参考电流是已知的。例如，参考电流由非常精确的参考电流源提供和/或通过参考电流测量装置被识别到非常精确的程度。可以通过欧姆定律根据测量电阻器上由于参考电流引起的电压降来识别测量电阻器的电阻或用于测量电阻器的电阻的校正因子。使用所述所识别的电阻或所识别的校正因子，可以使用负载电流的电压降来确定负载电流。

优选地，将负载电流施加到该至少一个测量电阻器，并且识别负载电流和参考电流在至少一个测量电阻器上的电压降。因此，可以在电池传感器的操作期间确定校正因子。

对于通过测量由于参考电流引起的电压降来确定至少一个校正因子，仅需要可以在由于参考电流引起的电压降与由于负载电流引起的电压降之间进行区分，以便能够根据参考电流的电压降来确定至少一个校正因子。

温度的快速变化可能导致测量电阻器的电阻变化，并因此导致所检测的电压降变化，这对检测由于参考电流引起的电压降有影响。导致由于负载电流引起的测量电阻器上的电压降变化的快速变化的负载电流可能同样地使得难以在由于参考电流引起的电压降与由于负载电流引起的电压降之间进行区分。此外，与参考电流相比更高并且导致较大电压降的负载电流可能使得难以确定由于参考电流引起的相对低的电压降。

因此，当出现以下情况时，优选地选择至少一个电压作为用于确定校正因子的电池参数：

-根据该至少一个温度的时间曲线识别的变化率低于限定的阈值，

-根据该至少一个电压的时间曲线识别的变化率低于限定的阈值，以及

-负载电流低于限定的阈值。

当选择用于确定该至少一个校正因子的上述方法时，还可以优选地识别电池的温度和/或电池传感器、优选地该至少一个测量电阻器的温度，并且使用所识别的温度和当温度的变化率低于极限值(即，非常低)和/或温度恒定时使用作为电池参数的电压识别的该至少一个校正因子来调节先前识别的、温度与校正因子之间的相关性，尤其调节温度/校正因子特性曲线。

如果温度恒定或仅非常缓慢地变化，则可以假设测量电阻器上的均匀温度分布，并且因此假设可以根据由于参考电流引起的电压降非常精确地确定校正因子。因此，可以将测量电阻器的电阻确定到非常精确的程度。由于温度也已知非常精确，因此这些值可以用于校正或校准温度与校正因子之间的相关性，例如，以便针对测量电阻器的电阻的与老化相关或与环境相关的变化来调节取决于温度的校正因子。

当出现以下情况时，优选地选择至少一个温度作为用于确定校正因子的电池参数：

-根据该至少一个温度的时间曲线识别的变化率不低于限定的阈值，

-根据该至少一个电压的时间曲线识别的变化率不低于限定的阈值，以及

-负载电流不低于限定的阈值。

也就是说，例如出于上述原因，当通过电压或电压降识别该至少一个校正因子不适合作为电池参数时，将至少一个温度用作电池参数以确定该至少一个校正因子。

此外，为了实现该目的，提供了一种用于确定电池的负载电流的电池传感器，该电池传感器具有至少一个测量电阻器并且被设计成检测该至少一个测量电阻器两端的电压降，并且根据电压降来识别电池电流。该电池传感器具有用于在各自情况下检测至少一个电池参数的至少两个检测装置以及用于根据至少一个电池参数识别至少一个校正因子的评估装置。具体地，使用如上所述的方法来识别负载电流。

至少一个检测装置可以具有温度传感器，该温度传感器用于检测电池的温度和/或电池传感器、尤其至少一个测量电阻器的温度。

此外，至少一个检测装置可以包括用于检测至少一个测量电阻器两端的电压降的电压检测装置。

在最后提及的实施例中，电池传感器优选地具有用于将限定的参考电流施加到至少一个测量电阻器的参考电流源。

附图说明

根据结合附图的以下描述产生另外的优点和特征，在附图中：

图1示出电池传感器的第一实施例，并且

图2示出电池传感器的第二实施例。

具体实施方式

图1示出用于测量车辆中电池的电池电流的电池传感器10。电池传感器10具有第一连接件12和第二连接件14，并且安排在车辆的负载电流路径16中，使得车辆的负载电流18流经电池传感器10。

电池传感器10可以检测至少两个电池参数，在所示的实施例中为测量电阻器的温度、电池电压和负载电流，以便做出关于电池的电量状态和健康状态的说明。

为此，电池传感器10具有电压测量装置20，该电压测量装置接触连接到第一连接件12以便检测电池电压。此外，提供电流测量装置22以确定负载电流18。此外，提供温度测量装置23以确定电池的温度或电池传感器的温度。

电流测量装置22具有测量电阻器24和电压检测装置26，该测量电阻器安排在负载电流路径中并且负载电流流经该测量电阻器，该电压检测装置的输入端28a、28b接触连接到在测量电阻器24的上游和下游的对应接触点30a、30b。电压检测装置26检测接触点30a、30b之间的电压降，即，测量电阻器24两端的电压降。电压检测装置26可以具有放大器和/或模数转换器。

当测量电阻器24的电阻已知时，测量电阻器24两端的所检测电压降可以用于根据欧姆定律(i＝u/r)来确定负载电流18。

然而，测量电阻器24的电阻可能由于例如测量电阻器24的温度等各种因素、由于老化和/或由于环境影响而变化。因此，必须在电池传感器10的操作之前和操作期间尽可能精确地确定测量电阻器24的电阻，或识别用于调节所测量电压降和/或所识别电流的校正因子。

为此，电池传感器10被设计成检测电池参数并且由此确定至少一个校正因子，该校正因子可以用于校正或调节测量电阻器24的电阻和/或电压检测装置26的输出信号。

第一电池参数是测量电阻器24的温度或使用温度测量模块34检测的温度信号32。温度测量模块34连接到两个温度传感器36a、36b，这两个温度传感器在测量电阻器24的各个位置处检测测量电阻器24的温度，并且将所述温度输出到温度测量模块34。温度测量模块34根据温度传感器36a、36b的各个温度来识别温度信号32，根据该温度信号，在评估单元37中识别用于测量电阻器24的电阻或用于使用电压检测装置26检测的电压降的至少一个校正因子。

已经预先识别并存储了测量电阻器24或至少一个校正因子的电阻与测量电阻器24的温度之间的比率。例如，在评估单元37中已经识别并且存储了温度/校正因子特性曲线。当已知或已经识别温度时，可以根据所存储数据来识别相应的校正因子。

代替这里示出的这两个温度传感器36a、36b，也可以使用一个单独的温度传感器或使用多个温度传感器，根据这些温度传感器的所测量温度来识别测量电阻器24的平均温度或温度分布，关于该平均温度或温度分布而将对应的温度/校正因子特性曲线存储在评估单元37中。

第二电池参数是使用电压检测装置26识别的电压降。为了能够根据电压降来确定测量电阻器24的电阻或校正因子，还提供了参考电流电路38。参考电流电路38可以以精确已知的电流强度将参考电流40施加到测量电阻器24。可以使用电压检测装置26来确定由于参考电流40引起的测量电阻器24两端的电压降，并且可以根据所述电压降和参考电流40的已知电流强度来确定测量电阻器24的精确电阻。

参考电流电路38具有通过降压电阻器44与电池传感器的第一连接件12接触连接的第一接触件42、安排在测量电阻器24的上游的第二连接件46、以及安排在测量电阻器24的下游的第三连接件48。此外，参考电流电路38具有安排在第一接触件42与第三接触件之间的参考电流电阻器50、以及用于在第一接触件42与第二接触件46之间进行电连接的开关52。参考电流电阻器50优选地是高度精确的电阻器，该电阻器的电阻已知非常精确，并且该电阻器的电阻由于老化、温度、环境影响或其他因素而仅经受非常小的变化。

此外，提供第二电压检测装置54以检测参考电流电阻器50两端的电压降。将所测量电压降传输到电路56，也将由电压检测装置26检测的测量电阻器24两端的电压降传输到该电路，并且该电路可以将各个电压降彼此分开。在电路56的下游提供滤波器57以降低信号的噪声。

此外，电路56可以根据测量电阻器24两端的参考电流的电压降来识别至少一个校正因子。

为了确定测量电阻器24的电阻，在电池传感器10的常规操作期间，将开关52闭合，并且因此将参考电流40施加到测量电阻器24。因此，电压检测装置26检测由参考电流40引起的测量电阻器24上的电压降。在这种情况下，负载电流18是否被施加到测量电阻器24基本上是无关紧要的。参考电流40的电压降使用第二电压检测装置54来检测并且传输到电路56，该电路还检测测量电阻器24两端的电压降，该测量电阻器两端的电压降由由于参考电流40引起的电压降和可选地负载电流18的电压降构成。

所述电压降可以通过电路56彼此分开，并且可以根据由于参考电流40引起的电压降来识别用于测量电阻器的电阻或用于负载电流在测量电阻器元件24上的所测量电压降的至少一个校正因子。

将分别识别的校正因子输出到开关58，该开关取决于开关位置而将根据温度识别的至少一个校正因子或根据电压降识别的至少一个校正因子输出到评估装置60，在该评估装置中，根据由电压检测装置26检测的电压降、输出的校正因子和测量电阻器24的电阻来识别负载电流18的电流强度。

为了选择分别更有利的电池参数以识别该至少一个校正因子，提供了具有多个比较电路62a、62b、62c、62d、62e的电路。

第一比较电路62a具有由电压检测装置26检测的电压降作为输入信号和第一阈值64a，该第一阈值表示电压降的量值的极限值。

在第一比较电路62a中，将使用电压检测装置26检测的电压降与第一阈值64a进行比较，并且当电压低于第一阈值64a时仅输出一个信号。

第二比较电路62b具有由电压检测装置26检测的电压降的变化率作为输入信号和第二阈值64b，该变化率由电路65b识别，并且该第二阈值表示电压降的变化率的极限值。

将电压降的时间曲线或变化率与第二阈值64b进行比较，并且当电压降的变化率低于第二阈值64b时(即，发生得比由第二阈值64b指定的变化速度更缓慢)，仅输出一个信号。

第三比较电路62a具有温度的变化率作为输入信号和第三阈值64c，该变化率由电路65c根据使用温度测量模块34识别的温度信号32来识别，并且该第三阈值表示温度的变化率的极限值。

第三比较电路62c检查以判定温度随时间推移的变化或温度的变化率是否低于使用第三阈值64c限定的变化速度，并且当变化速度低于第三阈值64c时仅输出一个信号。

将第一比较电路62a的信号和第二比较电路62b的信号输出到第四比较电路62d，当第一比较电路62a的信号和第二比较电路62b的信号两者都存在时，该第四比较电路仅输出一个信号。

将第三比较电路62c的信号和第四比较电路62d的信号输出到第五比较电路62e，当这两个信号都存在时，该第五比较电路仅输出一个信号。

将第五比较电路62e的信号作为开关信号输出到开关58。

如果在开关58处不存在开关信号，则切换开关以使得将根据温度识别的至少一个校正因子输出到评估装置60，也就是说，使用测量电阻器的温度来识别校正因子。

如果在开关58处存在开关信号，则切换开关以使得将当施加参考电流40时根据电压或电压曲线识别的至少一个校正因子输出到评估单元60。

因此，当出现以下情况时，仅使用当施加参考电流40时根据电压或电压曲线识别的至少一个校正因子来识别负载电流：

-电压降低于第一阈值，也就是说，不存在过高的电压降，并且因此也不存在过高的负载电流，

-电压降的变化率低于第二阈值，也就是说，电压降随时间推移仅发生缓慢的变化，以及

-温度的变化率低于第三阈值，也就是说，缓慢地发生。

过高的负载电流或由于负载电流18在测量电阻器24上引起的过高的电压降将导致由于参考电流40引起的电压降，该参考电流与负载电流相比非常低，不能非常精确地被确定。

此外，负载电流18的快速且较大的变化可能使得难以精确地确定由于参考电流40引起的电压降。

测量电阻器24的温度的快速变化可能导致测量电阻器的电阻变化，这可能同样使得难以精确地确定由于参考电流引起的电压降。

因此，如果存在这些因素之一，则通过取决于温度的校正因子来识别负载电流。

如果满足以上提及的这三个要求，则可以以足够的精确度来确定由于参考电流40引起的电压降，并且可以使用至少一个校正因子来识别负载电流，该至少一个校正因子已经根据测量电阻器24上的所检测电压降或由于参考电流40在测量电阻器24上引起的所识别电压降来识别。

因此，根据负载电流18的量值及其时间曲线以及测量电阻器24的温度，根据适用于这些边界条件的对应电池参数——在本实施例中，根据温度或电压降以及使用温度或电压降识别的至少一个校正因子——来选择更好地适合于识别一个或多个校正因子的对应电池参数。

如果存在以上提及的这三个条件并且如果根据测量电阻器24上的电压或电压降来识别校正因子，则还将第二开关66闭合，通过这种方式，将输出的校正因子输出到评估单元37。因此，可以调节或校准用于测量电阻器24的同时存在的温度或温度分布或温度/校正因子特性曲线的所存储校正因子，例如以便针对由于老化或其他环境影响引起的测量电阻器24的电阻变化来调节所存储校正因子。因此，后续通过温度进行的校正因子的识别以明显更精确的方式进行。

图2所示的电池传感器与上述电池传感器的不同之处在于，提供了两个测量电阻器24a、24b以及与这两个测量电阻器相关联的对应的电压检测装置26a、26b。

对应的温度传感器36a、36b每个测量电阻器24a、24b相关联，这些温度传感器连接到公共温度测量模块34。

将使用电压检测装置26a、26b检测的电压降添加在电路68中并且输出到第一比较电路62a、第二比较电路62b和评估装置60。因此，使用根据测量电阻器24a、24b处的各个电压降识别的总电压降来进行与第一阈值64a和第二阈值64b的比较。

此外，在另外的电路70中，形成所检测电压降之间的差值并将其输出到电路56。

在所述电池传感器10的情况下，还通过测量电阻器24a、24b上的电压降、其时间曲线和温度与对应的阈值64a、64b、64c的比较来选择电池参数，通过该电池参数来识别用于负载电流识别的校正因子。

还可以根据电池参数来识别多个校正因子，以便改进对负载电流18的识别的精确度。

此外，还可以使用用于识别一个或多个校正因子的其他方法，具体地还通过确定其他电池参数。

仅需要预先确定使用可由电池传感器检测的电池参数中的哪一个，以及在哪些要求下使得可以更精确地识别至少一个校正因子或更精确地识别负载电流。取决于分别存在的电池参数或其值和时间曲线，可以选择用于确定至少一个校正因子的对应电池参数，该至少一个校正因子用于使得可以最精确地确定负载电流18。