用于测量电动车辆中供电电压的设备的制作方法
【专利摘要】一种用于测量电压（Uklemm）的传感器装置，其中，电位点（1）与电容器（2）相连，在所述电位点上相对于定义的电位、特别是相对于大地的电压将要被测量，比较单元（3）连接到所述电容器，所述比较单元确定在所述电容器（2）上是否存在定义的第一阈值电压（URef），其中所述传感器装置被配置为，使得所述传感器装置提供输出信号，所述输出信号依赖于所述电容器（2）的至少一个充电过程，并且至少包括与用于将所述电容器充电到所述定义的第一阈值电压的充电时间有关的信息。
【专利说明】用于测量电动车辆中供电电压的设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于测量电压的传感器装置以及所述传感器装置在机动车中的应用。
【背景技术】
[0002]在电池驱动的车辆中重要的是知晓电池的状态。这包括测量供电电压或端电压。
[0003]电压测量通过具有下游的A/D转换器的欧姆分压器实现。挑战在于这样的要求:在关闭电源的状态下给电池载入>10 μ A的电流。解决此的一种方式是将光电子MOSFET串联连接解决，以将分压器与电池断开。此外，分压器比例随着电池电压增加而提高。也就是说在高电压的情况下，分压器比例必须极其高，例如1000比I。为此将多个高电阻的电阻器串联连接，这是非常昂贵的。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，提出一种用于测量电压的传感器装置，其是经济的但却特别地满足汽车领域的要求。
[0005]按照本发明通过根据权利要求1的传感器装置实现该目的。
[0006]所述传感器装置特别地也适用于测量相对高的电压，而无需使用很贵的、用于达到高电阻的级联的分压器。
[0007]优选地将电容器理解为一种主要是容性的元件。
[0008]该传感器装置优选地被配置为，使得所述传感器装置将与待测量的电压有关的信息转换为频率编码或脉宽编码的输出信号。
[0009]传感器装置优选具有时间测量单元或者与外部的时间测量单元相连，通过所述时间测量单元测量用于给电容器充电的时间。
[0010]所述待测量的电压优选是连接到所述传感器装置的电压源的端电压。
[0011]连接到所述传感器装置的电压源优选具有至少100V的端电压，特别是1000V或更大。
[0012]所述传感器装置优选具有关断元件，其被配置和连接，使得所述关断元件能够将所述电容器与待测量的电压的电位点断开，其中该关断元件特别地被配置为晶体管，特别优选地为场效应晶体管，例如为M0SFET。
[0013]传感器装置优选被配置为，使得该传感器装置具有两线式的接口，特别是PSI5接口。特别优选地，该传感器装置被配置和连接，使得该传感器装置经由所述两线式的接口至少被供电并且传输输出信号。
[0014]优选地，所述传感器装置被配置为，使得待测量的电压经由中间的充电电阻器给电容器充电并且所述电容器然后被放电，其中所述传感器装置的输出信号至少包含关于充电时间的信息，在该充电时间中所述电容器被充电直至达到定义的第一阈值电压，由比较单元检测所述定义的第一阈值电压。[0015]有利地，所述比较单元构成为单稳态触发器，其特别是被配置为可触发式的，特别优选地用于初始化或开始测量过程。
[0016]优选地，所述关断元件被配置和互连，使得在所述关断元件的控制输入端/开关输入端或栅极/基极端上存在第二参考电压，并且所述关断元件的基点或源极/发射极端与所述电容器相连并且在所述电容器的充电过程中在所述基点上的电位接近所述第二参考电压，并且/直至所述关断元件然后将所述电容器与待测量的电压的电位点断开。
[0017]所述传感器装置优选被配置为，待测量的电压经由至少一个中间的充电电阻器被施加到被配置为晶体管的关断元件的集电极端或漏极端，其中第二参考电压被施加到所述关断元件的基极端或栅极端上，所述第二参考电压特别地高于所述定义的第一阈值电压，其中所述电容器连接到所述关断元件的发射极端或源极端，并且开关与所述电容器并联地连接，所述开关被配备，使得所述开关能够引起导致所述电容器被放电的连接，并且其中所述比较单元还连接到所述关断元件的发射极端或源极端，并且其被配备，使得所述比较单元检测在所述电容器上的电压并且将其与所述第一阈值电压比较，并且在所述电容器上存在所述第一阈值电压的情况下使所述开关动作，以使所述电容器被放电或能够被放电。
[0018]优选地，所述传感器装置被配置为，使得所述传感器装置能够以自由运行的方式依次执行测量，并且所述比较单元具有固定的滞后并且以自由运行的方式被配置。
[0019]有利地，比较单元被配置为，使得所述比较单元连接到供电电压，其中在该供电电压不可用的情况下，所述传感器装置和所述比较单元被配置为，使得所述开关处于一种开关状态，在所述开关状态下所述电容器能够被充电或者不被放电，并且所述关断元件处于一种状态，使得所述关断元件将待测量的电压与所述电容器断开。
[0020]有利地，传感器装置自身具有计算单元或者与计算单元相连，在所述计算单元中从由时间测量单元检测的充电时间计算待测量的电压的水平。
[0021]优选地，至少在定义的温度区间内，至少一个充电电阻器和所述电容器具有基本上相同的温度系数和/或基本上相同的温度依赖性。
[0022]优选地，传感器装置被配置为，使得所述传感器装置提供输出信号，所述输出信号通过脉冲给每次电压测量编码，所述脉冲的脉冲宽度依赖于所述电容器的充电时间，特别是其中通过所述电压测量开始时和在所述电容器上的电压达到所述第一阈值电压时的比较单元的触发信号的时间点，和/或通过这些时间点的时间间隔定义所述脉冲的边缘。
[0023]在测量装置中的电压测量优选不再通过欧姆分压器(欧姆分压器在断开供电电压时必须与电池隔离)，而是通过电压、频率、或脉宽转换电路实现，该转换电路在没有供电电压时将自身与电压源或电池隔绝。电压信息位于在频率中，人们可以yc非常准确地测量该频率。此外第二 A/D转换通道不再必要。此外可能的是，以与高电压电池电隔离的方式将该频率信息动态地传输到低电压电路。
[0024]本发明此外还涉及所述传感器装置在机动车辆中的应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1示出了所述传感器装置的一个实施例的示意图。
【具体实施方式】[0026]图1示出了所述传感器装置的一个实施例的示意图，其中测量在电位点I相对于接地存在的电压，作为电压源6的端电压Ukl.。待测量的电压经由至少一个充电电阻器7被施加在构成为MOSFET晶体管的关断元件4的集电极端或漏极端上，其中将第二参考电压U2施加给关断元件的基极端或栅极端，该第二参考电压U2特别是高于定义的第一阈值电压Ultef,其中电容器2连接到关断元件4的发射极端或源极端，并且开关8与该电容器并联地连接，所述开关被配备，使得能够引起导致所述电容器被放电的连接。通过比较单元3促使电容器2的放电。比较单元3还连接到关断元件4的发射极端或源极端，其被配备，使得所述比较单元检测所述电容器2上的电压并且将其与第一阈值电压Usef比较，并且在所述电容器上存在所述第一阈值电压的情况下使所述开关动作，以使所述电容器被放电。
[0027]比较单元3例如构成为单稳态触发器，其通过触发输入而被触发以开始测量过程。
[0028]比较单元3被配置为使得其被连接到供电电压，其中在该供电电压在机动车辆中例如在“点火关闭”期间不可用的情况下，所述传感器装置和所述比较单元被配置为使得所述开关8处于一种开关状态，在该开关状态下，所述电容器2能够被充电或者不被放电，亦即断开，并且使得所述关断元件4处于一种状态，使得所述关断元件将所述待测量的电压与所述电容器断开。这通过如下方式实现，即所述关断元件4被如此配置和互连，使得在控制输入端或开关输入端或栅极/基极端上存在第二参考电压U2，并且所述关断元件4的基点或源极/发射极端与所述电容器2相连并且在所述电容器的充电过程中在所述基点上的电位接近所述第二参考电压，并且/直至所述关断元件然后将所述电容器2与待测量的电压Uklemm的电位点断开。
[0029]所述传感器装置被配置为，使得所述传感器装置提供输出信号，所述输出信号通过脉冲给每次电压测量编码，所述脉冲的脉冲宽度依赖于所述电容器2的充电时间，其中通过所述电压测量开始时和在所述电容器上的电压达到所述第一阈值电压时的比较单元的触发信号的时间点或通过这些时间点的时间间隔定义所述脉冲的边缘。
【权利要求】
1.一种用于测量电压(ukl_)的传感器装置，其特征在于，电位点(I)与电容器(2)相连，在所述电位点上相对于定义的电位、特别是相对于接地的电压将要被测量，比较单元(3)连接到所述电容器，所述比较单元检测在所述电容器(2)上是否存在定义的第一阈值电压(Ultef),其中所述传感器装置被配置为，使得所述传感器装置提供输出信号，所述输出信号依赖于所述电容器(2)的至少一个充电过程，并且至少包括与用于将所述电容器充电直至所述定义的第一阈值电压的充电时间有关的信息。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述传感器装置具有时间测量单元或者与外部的时间测量单元相连，通过所述时间测量单元测量用于给所述电容器(2)充电的时间。
3.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其特征在于，待测量的电压是连接到所述传感器装置的电压源(6)的端电压(Ukl.)。
4.根据权利要求1至3的至少之一所述的传感器装置，其特征在于，所述传感器装置具有关断元件(4)，其被配置和连接，使得所述关断元件能够将所述电容器(2)与待测量的电S(Uklaim)的所述电位点(I)断开，其中该关断元件(4)特别是被配置为晶体管。
5.根据权利要求1至4的至少之一所述的传感器装置，其特征在于，所述传感器装置被配置为，使得待测量的电压(Uklam)经由中间的充电电阻器(7)给所述电容器(2)充电并且所述电容器(2)然后被放电，其中所述传感器装置的输出信号至少包含关于所述充电时间的所述信息，在该充电时间中所述电容器被充电直至达到所述定义的第一阈值电压(UKrf)，由所述比较单元(3)检测所述定义的第一阈值电压(UKef)。
6.根据权利要求1至5的至少之一所述的传感器装置，其特征在于，所述比较单元(3)被配置为单稳态触发器，其特别是被配置为可触发式的。
7.根据权利要求4至6的至少之一所述的传感器装置，其特征在于，所述关断元件(4)被配置和互连，使得在所述关断元件的控制输入端上存在第二参考电压(U2)，并且所述关断元件(4)的基点与所述电容器(2)相连并且在所述电容器的充电过程中在所述基点上的电位接近所述第二参考电压(U2)，并且所述关断元件(4)然后将所述电容器与待测量的电压的所述电位点(I)断开。
8.根据权利要求1至7的至少之一所述的传感器装置，其特征在于，待测量的电压经由至少一个中间的充电电阻器(7)被施加到被配置为晶体管的关断元件(4)的集电极端或漏极端，其中第二参考电压(U2)被施加到所述关断元件的基极端或栅极端上，所述第二参考电压特别地高于所述定义的第一阈值电压(UKrf)，其中所述电容器连接到所述关断元件的发射极端或源极端，并且开关(8)与所述电容器并联地连接，所述开关被配备，使得所述开关能够引起导致所述电容器被放电的连接，并且其中所述比较单元还连接到所述关断元件的发射极端或源极端，并且其被配备，使得所述比较单元检测在所述电容器(2 )上的电压并且将其与所述第一阈值电压比较，并且在所述电容器上存在所述第一阈值电压的情况下使所述开关动作，以使所述电容器被放电或能够被放电。
9.根据权利要求1至8的至少之一所述的传感器装置，其特征在于，所述传感器装置被配置为，使得所述传感器装置能够以自由运行的方式依次执行测量，并且所述比较单元(3)具有固定的滞后并且以自由运行的方式被配置。
10.根据权利要求8或9所述的传感器装置，其特征在于，比较单元(3)被配置为，使得所述比较单元连接到供电电压，其中在该供电电压不可用的情况下，所述传感器装置和所述比较单元被配置为，使得所述开关处于一种开关状态，在所述开关状态下所述电容器能够被充电或者不被放电，并且所述关断元件(4)处于一种状态，使得所述关断元件将待测量的电压与所述电容器(2)断开。
11.根据权利要求1至10的至少之一所述的传感器装置，其特征在于，传感器装置自身具有计算单元或者与计算单元相连，在所述计算单元中从由时间测量单元检测的充电时间计算待测量的电压的水平。
12.根据权利要求1至11的至少之一所述的传感器装置，其特征在于，至少在定义的温度区间内，至少一个充电电阻器(7 )和所述电容器(2 )具有基本上相同的温度系数和/或基本上相同的温度依赖性。
13.根据权利要求1至12的至少之一所述的传感器装置，其特征在于，传感器装置被配置为，使得所述传感器装置提供输出信号，所述输出信号通过脉冲给每次电压测量编码，所述脉冲的脉冲宽度依赖于所述电容器的充电时间，特别是其中通过所述电压测量开始时和在所述电容器上的电压达到所述第一阈值电压时的比较单元的触发信号的时间点，和/或通过这些时间点的时间间隔定义所述脉冲的边缘。
14.根据权利要求1至13`的至少之一所述的传感器装置在机动车辆中的应用。
【文档编号】G01R19/255GK103534600SQ201280015915
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年3月29日 优先权日:2011年3月29日
【发明者】H·格拉斯霍夫, T·迪茨, W·乔克尔, T·盖特纳 申请人:大陆-特韦斯贸易合伙股份公司及两合公司