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WO2016041658A1 - Kalibrierung von stromsensoren mittels referenzstrom - Google Patents

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Publication number
WO2016041658A1
WO2016041658A1 PCT/EP2015/066379 EP2015066379W WO2016041658A1 WO 2016041658 A1 WO2016041658 A1 WO 2016041658A1 EP 2015066379 W EP2015066379 W EP 2015066379W WO 2016041658 A1 WO2016041658 A1 WO 2016041658A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
current
calibration
measuring resistor
resistor
measuring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2015/066379
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Jöckel
Wolfgang Fritz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Teves AG and Co OHG
Original Assignee
Continental Teves AG and Co OHG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Teves AG and Co OHG filed Critical Continental Teves AG and Co OHG
Priority to DE102015217898.6A priority Critical patent/DE102015217898A1/de
Priority to PCT/EP2015/071384 priority patent/WO2016042109A1/de
Publication of WO2016041658A1 publication Critical patent/WO2016041658A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R35/00—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass
    • G01R35/005—Calibrating; Standards or reference devices, e.g. voltage or resistance standards, "golden" references
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0092—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring current only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/20—Modifications of basic electric elements for use in electric measuring instruments; Structural combinations of such elements with such instruments
    • G01R1/203—Resistors used for electric measuring, e.g. decade resistors standards, resistors for comparators, series resistors, shunts
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/005—Testing of electric installations on transport means
    • G01R31/006—Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring a current with a current sensor.
  • Electric currents in and out of a vehicle battery are measured, for example, in DE 10 2009 044 992 A1 and in DE 10 2004 062 655 A1 with a current sensor via a measuring resistor, also called a shunt.
  • a method of calibrating a current sensor in a vehicle which is turned ⁇ aligned, an electric current based on a voltage drop across the sensing resistor and a dependent measuring resistor provision for a comparison ⁇ position of the voltage drop and the electrical through a measuring resistor To capture current, comprising:
  • the specified method is based on the consideration that used in vehicles, especially in motor vehicles Reach prediction current sensors could detect the state of charge of a battery in the vehicle.
  • the current sensor has a high requirement for its accuracy over a long period of more than 15 years.
  • an age-related long-term drift of the current sensor can not be avoided. This is seen in conventional current sensors at over 1.5% to the aforementioned 15 years.
  • the long-term drift should be much smaller than 1%. This is where the specified method with the suggestion not to suppress the long-term drift, because technically this would probably only be possible with an economically unreasonable effort, but a processing instruction for a measurement signal in the current sensor, from which the electrical current to be measured is determined to calibrate.
  • herkömm ⁇ present current sensors is detected as a measuring signal a voltage drop across a measuring shunt through which the electric current flows to be measured.
  • a Ge ⁇ genüberwolf of the voltage drop and the current to be measured to the electric resistance of the measurement leads Hunts. If, in the basic principle, the electrical resistance of the measuring shunt is known, the electric current can therefore be determined if the measuring shunt is known. However, the resistance value of the electric resistance is subject to the aforementioned long-term drift.
  • a stored resistance value for the measurement shunt can be calibrated, ie readjusted, by applying a known calibration current to the measurement shunt and detecting the resulting calibration voltage drop, whereby the effect of the long-term drift is masked out.
  • the specified method comprises the step impressing the calibration current into the measuring resistor a power source.
  • a current source outputs a constant current independent of the applied electrical load. This is particularly favorable in the present case, because the shunt and thus the electrical load are not known. The constant current source thus ensures that a guaranteed calibration current flows through the measuring shunt.
  • the specified method comprises the steps:
  • the energy storage can temporarily provide correspondingly high power levels to operate the constant current source. In this way, less stringent requirements need to be made of the electrical power supply of the current sensor itself.
  • the energy store is a capacitor.
  • the capacitor serves in addition to the aforementioned energy storage at the same time for smoothing the retrieved from the actual power supply electrical power and thus reduces the power loss that would occur without smoothing in a sudden retrieval of the aforementioned high performance.
  • an electrolytic capacitor should be used as a capacitor, because they have particularly small capacities in particularly high capacity of the specified method exporting current sensor does not increase excessively in size.
  • Another development of the procedure given a height of the Kalibrierstromes is detected at a series-connected to resistor Messwi ⁇ reference resistor. This development is based on the consideration that high technical requirements must be made of the aforementioned power source to guarantee the constant current. In order to minimize these requirements, it is proposed to measure the calibration current output from the current source a second time, independently of the measuring shunt. In this way even smaller fluctuations in the calibration current can be accepted.
  • the reference resistor has the advantage that the height of the calibration current can be detected in a simple manner with an analog-to-digital converter and thus further processed digitally. In this way, the entire process can be performed digitally with a computing device, such as a microcontroller.
  • a resistance value of the reference resistor is greater than a resistance value of the measuring resistor.
  • the re ference ⁇ resistance should be seen in the direction of Kalibrierstromes arranged upstream of the measuring resistor. This development is based on the consideration that the reference resistor dominates the voltage drop in the additional detection of Kalibrierstromes in this arrangement so that the calibrated and unknown resistance value of the measurement resistor can be ver ⁇ careless.
  • the resistance of the reference resistor should be at least ten times greater than the resistance value of the measuring resistor.
  • the calibration of the regulation dependent on the measuring resistor is completed by closing a resistor connected in series with the measuring resistor Switch started.
  • the current sensor using the specified method can perform the calibration at times when no current actually to be detected is passed through the measurement shunt, whereby the current actually to be detected would be corrupted by the calibration current.
  • the switch has the advantage that, even in normal operation, the calibration current can be conducted as a test through the measuring resistor and the reaction of the measuring resistor can be checked thereon. In this way it can be verified at regular intervals, whether the measured resistance is still in effect ⁇ We circle the Kalibrierstromes. Because the calibration current is then superimposed on the current to be measured, it can be concluded at the same time that the Messwi ⁇ resistor also is within the purview of the current to be measured and in the overall circuit no galvanic interruptions are present.
  • a control device is set up to carry out a method according to one of the preceding claims.
  • the specified device has a memory and a processor.
  • the specified method is stored in the form of a Compu ⁇ terprogramms in the memory and the processor is provided for performing the method when the computer program from the memory is loaded into the processor.
  • a computer program comprises program code means for performing all the steps of one of the specified methods when the computer program is executed on a computer or one of the specified devices.
  • a computer program product comprises a program code which is stored on a data carrier and the compu ⁇ terlesbaren, when executed on a data processing device, carries out one of the methods specified.
  • a current sensor for measuring an electric current comprises an electrical measuring resistor, via which the electrical current to be measured is feasible, one of the specified control devices.
  • a vehicle includes one of the specified controllers and / or the specified current sensor.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of a vehicle with an electric drive
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a vehicle electrical system with a current sensor in the vehicle of FIG. 1; FIG. and
  • Fig. 3 shows a schematic diagram of a vehicle electrical system with an alternative current sensor in the vehicle of Fig. 1 show.
  • Fig. 1 shows a schematic diagram of a vehicle 2 with a vehicle battery 4, from which an electric current 6 is discharged. With the electric power 6 2 different electrical loads are supplied with electrical energy 8 in the vehicle.
  • an electric motor 10 of the front wheels 12 of the vehicle 2 drives ⁇ 8 with the electric power through a drive shaft 14 at.
  • the rear wheels 16 of the vehicle 2 are therefore free ⁇ running wheels.
  • Such, for driving the vehicle 2 ver ⁇ applied electric motors 10 are typically designed as an alternating-current motors, while the electric current 6 is a direct current from the vehicle battery. 4 In this case, the electric current 6 must first be converted via a converter 18 into an alternating current.
  • a current sensor 20 is generally installed, which measures the electric current 6 emitted by the vehicle battery 4. Based on the measured electric current 6, various functions can then be realized. These include, for example protection functions, as known from DE 20 2010 015 132 Ul, with which the vehicle battery 4 can be protected, for example against a Tie ⁇ fenentladung.
  • the current 6 measured with the current sensor 2 corresponds only to the electrical current which is supplied to the converter 18, this current can also be used to regulate the drive power of the vehicle 2.
  • the drive power is usually specified by the driver of the vehicle 2 with a driver request 22.
  • An engine controller 24 compares one of the driver's desired electrical current resulting with the measured electric current 6 and controls the converter 18 with control signals 26 such that the measured electric current 6 is adjusted to the desired current resulting from the driver's request.
  • Such regulations are well known and should therefore not be further explored.
  • the current sensor 20 comprises a preferably as a measuring resistor 28, also called shunt formed sensor and an evaluation device 30.
  • the measuring resistor 28 is traversed in the present embodiment, the electric current 6, which Messwi ⁇ resistor results in a voltage drop 32 on the 28th
  • This voltage drop 32 is detected as measuring voltage by the evaluation device 30 via an input-side electrical potential 34 on the measuring resistor 28 and an output-side electrical potential 36 on the measuring resistor 28 as viewed in the direction of the electric current 6. From these two electrical potentials 34, 36, the evaluation unit 30 calculates the voltage drop 32 and the resistance value of the measuring resistor 28 to elekt ⁇ generic stream 6 flowing through the measuring resistor 28th
  • the measuring voltage 32 can be determined.
  • the electrical current 6 and the measuring voltage 32 can be compared according to a predetermined rule 44.
  • This predetermined rule 44 basically corresponds to the ohmic law, so that in the predetermined rule, for example, the resistance of the measuring resistor 28 is received.
  • rule 44 also takes into account other effects, such as temperature effects, etc.
  • the predetermined rule 44 may be stored in a memory 46, a calculating device 48, this retrieve based on the measured voltage 32 over the predetermined Before ⁇ magazine 44 can calculate the electric current.
  • the measuring resistor 28 differs as an electrical conductor usually from the other electrical conductors that carry the electric current 6 from the vehicle battery 4 to the converter 18. For example, his aforementioned resistance value should change less than 1% over a comparatively long period of more than 15 years.
  • gauge resistor 28 which is typically made of manganese, a copper-manganese alloy having a composition of 82-84% copper, 12-15% manganese, and optionally 2-4% nickel, drifts in the vehicle range above 1.5%.
  • a current path controller 52 is present in the electrical system 50 of the vehicle 2, the electrical current 6 from the vehicle battery 4 to the consumer, so for example, the electric motors 10 or the electric current 6 from a charging unit 56 to the vehicle battery 4 via a switch 54 can.
  • the current sensor 20 may be clamped in the context of FIG. 2 at the directly negative pole of the vehicle battery 4. This has the advantage that for detecting the measuring voltage 32, only a single one of the two potentials 34, 36 must be detected, which in turn directly corresponds to the measuring voltage 32.
  • a calibration current 58 from a current source 60 can be applied to the measuring resistor 28.
  • the evaluation device 30 via a trigger signal 62 close an on / off switch 52, which may be arranged in series between the power source 60 and the measuring resistor 28.
  • the current source 60 can be supplied with electrical energy via a capacitor 64, for example in the form of an electrolytic capacitor, wherein the capacitor 64 can be charged via a precharge resistor 66 with a supply voltage 68.
  • the evaluation device 30 with the trigger signal 62 closes the on / off switch 52 and thus directs the calibration current 46 through the measuring resistor 28.
  • Calibration current 46 should start from the reference potential ⁇ tial 40, ie mass, behind the measuring resistor 28 and before Vehicle battery 4 may be arranged.
  • the values from ⁇ means may set the changeover switch 42 in a neutral position 30, so that the battery 4, and other consumers are separated 10 from one circuit with the calibration current 46th
  • the evaluation device 30 detects the measurement voltage 32. Since both the calibration current 46 and the measurement voltage 32 are known, the evaluation means 30 can now determine the provision tone ⁇ voted 44 and store this in the memory 46 for further use. Thus, the current sensor 20 is calibrated.
  • the current source 60 must output the calibration current 58 with a very high accuracy in order to be able to reliably calibrate the predetermined regulation 44 in the memory 46. This is associated with a correspondingly high technical complexity.
  • an additional reference voltage 70 which drops across the measuring resistor 28 and a in series between the sense resistor 28 and the current source 60 switched ver ⁇ reference resistor 72nd
  • a resistance value of the reference resistor 72 should be chosen at least ten times greater than a resistance of the Messwi ⁇ DERS tandes 28. In this way, the influence of the unknown for the calibration measurement resistor can be neglected 28 to Refe ⁇ ence voltage 70th
  • the reference resistor 72 should be highly accurate and durable selected, which is guaranteed as a rule, when the reference resistor 72 is arranged outside the circuit of the MES send ⁇ stream 6 and so only the relatively low selectable calibration current 58 is flowed through. In this way, the reference resistor 72, for example, only slightly thermally loaded. The longevity can, for example, also be influenced by the time duration of the calibration current 58 applied via the trigger signal 62, if it is selected to be less than 10 s, for example.
  • the evaluation device 30 can close the calibration current 58 from the reference voltage 70 and the resistance value of the reference resistor 72 and then complete calibration as described in connection with FIG. 3.

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  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines Stromsensors (20) in einem Fahrzeug (2), der eingerichtet ist, einen elektrischen Strom (6) durch einen Messwiderstand (28) basierend auf einem Spannungsabfall (32) am Messwiderstand (28) und einer vom Messwiderstand (28) abhängigen Vorschrift (46) für eine Gegenüberstellung des Spannungsabfalls (32) und des elektrischen Stromes (6) zu erfassen, umfassend: - Einprägen eines bekannten elektrischen Kalibrierstromes (58) in den Messwiderstand (28), Erfassen eines durch den Kalibrierstrom (58) am Messwiderstand (28) hervorgerufenen Kalibrierspannungsabfalls (32), und - Kalibrieren der vom Messwiderstand (28) abhängigen Vorschrift (44) basierend auf einer Gegenüberstellung des Kalibrierstromes (58) und des Kalibrierspannungsabfalls (32).

Description

Kalibrierung von Stromsensoren mittels Referenzstrom
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen eines Stromes mit einem Stromsensor.
Elektrische Ströme in und aus einer Fahrzeugbatterie werden beispielsweise in der DE 10 2009 044 992 AI und in der DE 10 2004 062 655 AI mit einem Stromsensor über einen Messwiderstand, auch Shunt genannt, gemessen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung das bekannte Verfahren zur Strommessung zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der ab¬ hängigen Ansprüche.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Kalibrieren eines Stromsensors in einem Fahrzeug, der einge¬ richtet ist, einen elektrischen Strom durch einen Messwiderstand basierend auf einem Spannungsabfall am Messwiderstand und einer vom Messwiderstand abhängigen Vorschrift für eine Gegenüber¬ stellung des Spannungsabfalls und des elektrischen Stromes zu erfassen, umfassend:
Einprägen eines bekannten elektrischen Kalibrierstromes in den Messwiderstand,
Erfassen eines durch den Kalibrierstrom am Messwiderstand hervorgerufenen Kalibrierspannungsabfalls, und
Kalibrieren der vom Messwiderstand abhängigen Vorschrift basierend auf einer Gegenüberstellung des Kalibrierstromes und des Kalibrierspannungsabfalls.
Dem angegebenen Verfahren liegt die Überlegung zugrunde, dass in Fahrzeugen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, eingesetzte Stromsensoren zur Reichweitenvorhersage den Ladezustand einer Batterie in dem Fahrzeug erfassen könnten. Hierzu wird an den Stromsensor über eine lange Zeitdauer von über 15 Jahren eine hohe Anforderung an seine Genauigkeit gestellt. Jedoch lässt sich eine altersbedingte Langzeitdrift des Stromsensors nicht vermeiden. Diese liegt in herkömmlichen Stromsensoren bei über 1,5% auf die zuvor genannten 15 Jahre gesehen. Die Langzeitdrift sollte jedoch viel kleiner als 1 % sein. Hier setzt das angegebene Verfahren mit dem Vorschlag an, nicht die Langzeitdrift zu unterdrücken, weil dies technisch ohnehin wahrscheinlich nur mit einem wirtschaftlich nicht vertretbaren Aufwand möglich wäre, sondern eine Verarbeitungsvorschrift für ein Messsignal in dem Stromsensor, aus dem der zu messende elektrische Strom bestimmt wird, zu kalibrieren. In herkömm¬ lichen Stromsensoren wird als Messsignal ein Spannungsabfall an einem Messshunt, durch den der zu messende elektrische Strom fließt, erfasst. In an sich bekannter Weise führt eine Ge¬ genüberstellung des Spannungsabfalls und des zu messenden Stromes zum elektrischen Widerstand des Messshunts. Ist im Grundprinzip der elektrische Widerstand des Messshunts bekannt, kann daher der elektrische Strom bestimmt werden, wenn der Messshunt bekannt ist. Der Widerstandswert des elektrischen Widerstandes unterliegt jedoch der zuvor genannten Langzeitdrift. Daher kann ein gespeicherter Widerstandswert für den Messshunt durch Anlegen eines bekannten Kalibrierstromes an den Messshunt und Erfassen des resultierenden Kalibrierspannungsabfalls kalibriert, also nachjustiert werden, wodurch der Effekt des Langzeitdriftes ausgeblendet wird.
In einer Weiterbildung umfasst das angegebene Verfahren den Schritt Einprägen des Kalibrierstromes in den Messwiderstand aus einer Stromquelle. Eine Stromquelle gibt einen Konstantström unabhängig von der angelegten elektrischen Last ab. Dies ist im vorliegenden Fall besonders günstig, weil der Messshunt und damit die elektrische Last nicht bekannt sind. Die Konstantstromquelle sorgt damit dafür, dass durch den Messshunt ein garantierter Kalibrierstrom fließt.
In einer besonderen Weiterbildung umfasst das angegebene Verfahren die Schritte:
Laden eines Energiespeichers, und
Anlegen einer Energiespeicherspannung des geladenen Energiespeichers an die Stromquelle zum Einprägen des Kalibrierstromes in den Messwiderstand. Der Energiespeicher kann kurzzeitig entsprechend hohe Leistungen bereitstellen, um die Konstantstromquelle zu betreiben. Auf diese Weise brauchen an die elektrische Energieversorgung des Stromsensors selbst weniger hohe Anforderungen gestellt zu werden .
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist der Energiespeicher ein Kondensator. Der Kondensator dient neben der zuvor genannten Energiespeicherung gleichzeitig zur Glättung der von der eigentlichen Energieversorgung abgerufenen elektrischen Leistung und senkt somit die Verlustleistung, die ohne Glättung bei einem schlagartigen Abrufen der zuvor genannten hohen Leistung auftreten würde.
Zweckmäßigerweise sollte als Kondensator ein Elektrolytkondensator verwendet werden, weil diese auf kleinem Bauraum besonders hohe Kapazitäten besitzen der das angegebene Verfahren ausführende Stromsensor in seiner Größe nicht übermäßig stark ansteigt . In einer anderen Weiterbildung des angegebenen Verfahrens wird eine Höhe des Kalibrierstromes an einem in Reihe zum Messwi¬ derstand verschalteten Referenzwiderstand erfasst. Dieser Weiterbildung liegt die Überlegung zugrunde, dass an die zuvor genannte Stromquelle hohe technische Anforderungen gestellt werden müssen, um den Konstantstrom zu garantieren. Um diese Anforderungen zu minimieren wird vorgeschlagen, den aus der Stromquelle abgegebenen Kalibrierstrom unabhängig vom Messshunt ein zweites Mal zu messen. Auf diese Weise können selbst kleinere Schwankungen im Kalibrierstrom in Kauf genommen werden.
Ferner bietet der Referenzwiderstand den Vorteil, dass die Höhe des Kalibrierstromes in einfacher Weise mit einem Anbalog-Digital-Wandler erfassbar und so digital weiterverarbeitbar ist. Auf diese Weise lässt sich das gesamte Verfahren digital mit einer Recheneinrichtung, wie beispielsweise einem MikroController durchführen.
In einer besonderen Weiterbildung des angegebenen Verfahrens ist ein Widerstandswert des Referenzwiderstandes größer, als ein Widerstandswert des Messwiderstandes. Hierzu sollte der Re¬ ferenzwiderstand in Richtung des Kalibrierstromes gesehen vor dem Messwiderstand angeordnet werden . Dieser Weiterbildung liegt die Überlegung zugrunde, dass der Referenzwiderstand in dieser Anordnung den Spannungsabfall bei der zusätzlichen Erfassung des Kalibrierstromes dominiert, so dass der zu kalibrierende und damit unbekannte Widerstandswert des Messwiderstandes ver¬ nachlässig werden kann. Hierzu sollte der Widerstandswert des Referenzwiderstandes wenigstens zehnmal größer sein, als der Widerstandswert des Messwiderstandes.
In einer weiteren Weiterbildung des angegebenen Verfahrens wird das Kalibrieren der vom Messwiderstand abhängigen Vorschrift durch Schließen eines in Reihe zum Messwiderstand verschalteten Schalters gestartet. Auf diese Weise kann der das angegebene Verfahren verwendende Stromsensor die Kalibrierung zu Zeiten durchführen, zu denen kein eigentlich zu erfassender Strom durch den Messshunt geleitet werden, wodurch der eigentlich zu erfassende Strom durch den Kalibrierstrom verfälscht werden würde.
Weiterhin hat der Schalter den Vorteil, dass selbst im Normalbetrieb der Kalibrierstrom testweise durch den Messwiderstand geführt und die Reaktion des Messwiderstandes darauf geprüft werden kann. Auf diese Weise kann in regelmäßigen Abständen verifiziert werden, ob sich der Messwiderstand noch im Wir¬ kungskreis des Kalibrierstromes befindet. Da der Kalibrierstrom dann mit dem zu messenden Strom überlagert wird, kann gleichzeitig geschlussfolgert werden, dass sich der Messwi¬ derstand auch im Wirkungskreis des zu messenden Stromes befindet und in der Gesamtschaltung keine galvanischen Unterbrechungen vorhanden sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Steuervorrichtung eingerichtet, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
In einer Weiterbildung der angegebenen Steuervorrichtung weist die angegebene Vorrichtung einen Speicher und einen Prozessor auf. Dabei ist das angegebene Verfahren in Form eines Compu¬ terprogramms in dem Speicher hinterlegt und der Prozessor zur Ausführung des Verfahrens vorgesehen, wenn das Computerprogramm aus dem Speicher in den Prozessor geladen ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Computerprogramm Programmcodemittel, um alle Schritte eines der angegebenen Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer der angegebenen Vorrichtungen ausgeführt wird. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Computerprogrammprodukt einen Programmcode, der auf einem compu¬ terlesbaren Datenträger gespeichert ist und der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird, eines der angegebenen Verfahren durchführt.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst ein Stromsensor zum Messen eines elektrischen Stromes einen elektrischen Messwiderstand, über den der zu messende elektrische Strom führbar ist eine der angegebenen Steuervorrichtungen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst ein Fahrzeug eine der angegebenen Steuervorrichtungen und/oder den angegebenen Stromsensor.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei :
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Fahrzeuges mit einem elektrischen Antrieb;
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines Bordnetzes mit einem Stromsensor in dem Fahrzeug der Fig. 1; und
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung eines Bordnetzes mit einem alternativen Stromsensor in dem Fahrzeug der Fig. 1 zeigen.
In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugs zeichen versehen und nur einmal beschrieben. Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen, die eine Prinzipdarstellung eines Fahrzeuges 2 mit einer Fahrzeugbatterie 4 zeigt, aus der ein elektrischer Strom 6 abgegeben wird. Mit dem elektrischen Strom 6 werden in dem Fahrzeug 2 verschiedene elektrische Verbraucher mit elektrischer Energie 8 versorgt .
Ein Beispiel für diese elektrischen Verbraucher ist ein Elektromotor 10, der mit der elektrischen Energie 8 die Vorderräder 12 des Fahrzeuges 2 über eine Antriebswelle 14 an¬ treibt. Die Hinterräder 16 des Fahrzeuges 2 sind daher frei¬ laufende Räder. Derartige, zum Antrieb des Fahrzeuges 2 ver¬ wendete Elektromotoren 10 werden in der Regel als Wechsel- strommotoren ausgelegt, während der elektrische Strom 6 aus der Fahrzeugbatterie 4 ein Gleichstrom ist. In diesem Fall muss der elektrische Strom 6 zunächst über einen Konverter 18 in einen Wechselstrom gewandelt werden. In Fahrzeugen, wie dem Fahrzeug 2 wird in der Regel ein Stromsensor 20 verbaut, der den von der Fahrzeugbatterie 4 abgegebenen elektrischen Strom 6 misst. Basierend auf dem gemessenen elektrischen Strom 6 können dann verschiedene Funktionen realisiert werden. Zu diesen gehören beispielsweise Schutzfunktionen, wie aus der DE 20 2010 015 132 Ul bekannt, mit denen die Fahrzeugbatterie 4 beispielsweise vor einer Tie¬ fenentladung geschützt werden kann.
Entspricht der mit dem Stromsensor 2 gemessene Strom 6 nur dem elektrischen Strom, der dem Konverter 18 zugeführt wird, kann dieser auch zur Regelung der Antriebsleistung des Fahrzeuges 2 verwendet werden. Die Antriebsleistung wird in der Regel über vom Fahrer des Fahrzeuges 2 mit einem Fahrerwunsch 22 vorgegeben. Eine Motorsteuerung 24 vergleicht dann einen aus dem Fahrer- wünsch resultierenden elektrischen Sollstrom mit dem gemessenen elektrischen Strom 6 und steuert den Konverter 18 mit Steuersignalen 26 derart an, dass der gemessene elektrische Strom 6 an den aus dem Fahrerwunsch resultierenden Sollstrom angeglichen wird. Derartige Regelungen sind bestens bekannt und sollen daher nicht weiter vertieft werden.
Der Stromsensor 20 umfasst einen vorzugsweise als Messwiderstand 28, auch Shunt genannt, ausgebildeten Messaufnehmer und eine Auswerteeinrichtung 30. Der Messwiderstand 28 wird im Rahmen der vorliegenden Ausführung vom elektrischen Strom 6 durchströmt, was zu einem Spannungsabfall 32 an dem Messwi¬ derstand 28 führt. Dieser Spannungsabfall 32 wird als Mess¬ spannung durch die Auswerteeinrichtung 30 über ein in Richtung des elektrischen Stromes 6 gesehenes, eingangsseitiges elektrisches Potential 34 am Messwiderstand 28 und ein aus- gangsseitiges elektrisches Potential 36 am Messwiderstand 28 erfasst. Aus diesen beiden elektrischen Potentialen 34, 36 berechnet die Auswerteeinrichtung 30 den Spannungsabfall 32 und über den Widerstandswert des Messwiderstandes 28 den elekt¬ rischen Strom 6, der durch den Messwiderstand 28 fließt.
Anhand von Fig. 2 soll nachstehend näher auf die Bestimmung des elektrischen Stromes 6 eingegangen werden.
Nachdem die beiden elektrischen Potentiale 34, 36 mit entsprechenden Spannungsmesseinrichtungen 38 beispielsweise einem in Fig. 3 gezeigten Bezugspotential 40 gegenüber erfasst würden, können aus diesen über ein Subtraktionsglied 42 die Mess- Spannung 32 bestimmt werden.
Der elektrische Strom 6 und die Messspannung 32 lassen sich gemäß einer vorbestimmten Vorschrift 44 einander gegenüberstellen. Diese vorbestimmte Vorschrift 44 entspricht grundsätzlich dem ohmschen Gesetzt, so dass in die vorbestimmte Vorschrift beispielsweise der Widerstandswert des Messwiderstandes 28 mit eingeht. Darüber werden mit der Vorschrift 44 auch andere Effekte, wie Temperatureffekte, u.s.w. berücksichtigt. Die vorbestimmte Vorschrift 44 kann in einem Speicher 46 hinterlegt sein, wobei eine Berechnungseinrichtung 48 diese abrufen basierend auf der Messspannung 32 über die vorbestimmte Vor¬ schrift 44 den elektrischen Strom 6 berechnen kann. Der Messwiderstand 28 unterscheidet sich als elektrischer Leiter in der Regel von den übrigen elektrischen Leitern, die den elektrischen Strom 6 von der Fahrzeugbatterie 4 zum Konverter 18 führen. Sein zuvor genannter Widerstandswert sollte sich beispielsweise selbst über einen vergleichsweise langen Zeitraum von mehr als 15 Jahren mit weniger als 1% verändert. Diese Anforderungen an die Genauigkeit des Widerstandswertes des Messwiderstandes 28 lassen sich in der Regel mit wirtschaftlich vernünftigen Maßnahmen nicht erreichen. Normalerweise driftet der Messwiderstand 28, der im Fahrzeugbereich normalerweise aus Manganin, einer Kupfer-Mangan-Legierung mit einer Zusammensetzung von 82-84% Kupfer, 12-15% Mangan und optional 2-4% Nickel gefertigt wird, mit über 1,5%.
Dies führt dazu, dass die Berechnung des elektrischen Stromes 6 basierend auf der vorbestimmten Vorschrift 44 und der Mess¬ spannung 32 zwangsläufig zu falschen Ergebnissen führt.
Im Rahmen der vorliegenden Ausführung wird vorgeschlagen, die Folgen des Langzeitdrifts und damit die fehlerhafte Bestimmung des elektrischen Stromes 6 durch eine Kalibrierung des Stromsensors zu vermeiden. Dies soll nachstehend anhand der Fig. 2 näher erläutert werden. Während in Fig. 1 davon ausgegangen wurde, dass der elektrische Strom 6 nur von der Fahrzeugbatterie 4 abgegeben wird, ist in Fig. 2 ein Beispiel gezeigt, im Rahmen dessen die Fahrzeug¬ batterie 4 zusätzlich auch mit dem elektrischen Strom 6 gespeist werden kann. Hierzu ist in dem Bordnetz 50 des Fahrzeuges 2 eine Strompfadsteuerung 52 vorhanden, die über einen Umschalter 54 den elektrischen Strom 6 aus der Fahrzeugbatterie 4 zum Verbraucher, also beispielsweise den Elektromotoren 10 oder den elektrischen Strom 6 aus einer Ladeeinheit 56 zur Fahrzeug- batterie 4 leiten kann.
Der Stromsensor 20 kann im Rahmen der Fig. 2 am unmittelbar Minuspol der Fahrzeugbatterie 4 angeklemmt sein. Dies hat zum Vorteil, dass zum Erfassen der Messspannung 32 nur ein einziges der beiden Potentiale 34, 36 erfasst werden muss, das dann wiederum direkt der Messspannung 32 entspricht.
Zum Kalibrieren des Stromsensors 20 kann ein Kalibrierstrom 58 aus einer Stromquelle 60 an den Messwiderstand 28 angelegt werden. Hierzu kann beispielsweise die Auswerteeinrichtung 30 über ein Triggersignal 62 einen Ein-/Ausschalter 52 schließen, der in Reihe zwischen der Stromquelle 60 und dem Messwiderstand 28 angeordnet sein kann. Die Stromquelle 60 kann über einen Kondensator 64 beispielsweise in Form eines Elektrolytkon- densators mit elektrischer Energie versorgt werden, wobei der Kondensator 64 über einen Vorladewiderstand 66 mit einer Versorgungsspannung 68 geladen werden kann.
Wird das Kalibrieren des Stromsensors 20 gestartet, schließt die Auswerteeinrichtung 30 mit dem Triggersignal 62 den Ein-/Ausschalter 52 und leitet so den Kalibrierstrom 46 durch die Messwiderstand 28. Der Einleitepunkt des
Kalibrierstromes 46 sollte dabei ausgehend vom Bezugspoten¬ tial 40, also Masse, hinter dem Messwiderstand 28 und vor der Fahrzeugbatterie 4 angeordnet sein. Optional kann die Aus¬ werteeinrichtung 30 den Umschalter 42 in eine neutrale Position legen, damit die Fahrzeugbatterie 4 und andere Verbraucher 10 von einem Stromkreis mit dem Kalibrierstrom 46 abgetrennt sind.
Nun erfasst die Auswerteeinrichtung 30 die Messspannung 32. Da sowohl der Kalibrierstrom 46 als auch die Messspannung 32 bekannt sind, kann die Auswerteeinrichtung 30 nun die vorbe¬ stimmte Vorschrift 44 bestimmen und diese im Speicher 46 zur weiteren Verwendung hinterlegen. Damit ist der Stromsensor 20 kalibriert .
In dem Stromsensor 20 der Fig. 3 muss die Stromquelle 60 jedoch den Kalibrierstrom 58 mit einer sehr hohen Genauigkeit ausgeben, um die vorbestimmte Vorschrift 44 im Speicher 46 zuverlässig kalibrieren zu können. Das ist mit einem entsprechend hohen technischen Aufwand verbunden.
Um diesen technischen Aufwand und damit die Anforderungen an die Stromquelle 60 zu senken wird im Rahmen der Fig . 4 vorgeschlagen, neben der Messspannung 32 eine zusätzliche Referenzspannung 70 zu erfassen, die über dem Messwiderstand 28 und einem in Reihe zwischen dem Messwiderstand 28 und der Stromquelle 60 ver¬ schalteten Referenzwiderstand 72 abfällt. Ein Widerstandswert des Referenzwiderstandes 72 sollte dabei mindestens zehnmal größer gewählt werden, als ein Widerstandswert des Messwi¬ derstandes 28. Auf diese Weise kann der Einfluss des für die Kalibrierung unbekannten Messwiderstandes 28 auf die Refe¬ renzspannung 70 vernachlässigt werden.
Der Referenzwiderstand 72 sollte jedoch hochgenau und langlebig ausgewählt werden, was in der Regel gewährleistet ist, wenn der Referenzwiderstand 72 außerhalb des Stromkreises des zu mes¬ senden Stromes 6 angeordnet wird und so nur vom vergleichsweise niedrig wählbaren Kalibrierstrom 58 durchflössen wird. Auf diese Weise wird der Referenzwiderstand 72 beispielsweise nur gering thermisch belastet. Die Langlebigkeit kann beispielsweise auch durch die zeitliche Dauer des über das Triggersignal 62 an- gelegten Kalibrierstromes 58 beeinflusst werden, wenn diese beispielsweise auf weniger als 10ys gewählt wird.
Die Auswertevorrichtung 30 kann aus der Referenzspannung 70 und dem Widerstandswert des Referenzwiderstandes 72 auf den Kalibrierstrom 58 schließen und dann Kalibrierung, wie im Rahmen der Fig. 3 beschrieben, abschließen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Kalibrieren eines Stromsensors (20) in einem Fahrzeug (2), der eingerichtet ist, einen elektrischen Strom (6) durch einen Messwiderstand (28) basierend auf einem Span¬ nungsabfall (32) am Messwiderstand (28) und einer vom Mess¬ widerstand (28) abhängigen Vorschrift (46) für eine Gegen¬ überstellung des Spannungsabfalls (32) und des elektrischen Stromes (6) zu erfassen, umfassend:
- Einprägen eines bekannten elektrischen
Kalibrierstromes (58) in den Messwiderstand (28),
Erfassen eines durch den Kalibrierstrom (58) am Messwiderstand (28) hervorgerufenen Kalibrierspannungsabfalls (32), und
- Kalibrieren der vom Messwiderstand (28) abhängigen Vorschrift (44) basierend auf einer Gegenüberstellung des Kalibrierstromes (58) und des Kalibrierspannungsabfalls (32).
2. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend:
- Einprägen des Kalibrierstromes (58) in den Messwider¬ stand (28) aus einer Stromquelle (60).
3. Verfahren nach Anspruch 2, umfassend:
Laden eines Energiespeicher (64), und
- Anlegen einer Energiespeicherspannung des geladenen Energiespeichers (64) an die Stromquelle (60) zum Einprägen des Kalibrierstromes (58) in den Messwiderstand (28).
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Energiespeicher (64) ein Kondensator, insbesondere ein Elektrolytkondensator ist.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Höhe des Kalibrierstromes (58) an einem in Reihe zum Messwi- derstand (28) verschalteten Referenzwiderstand (72) erfasst wird .
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein Widerstandswert des Referenzwiderstandes (72) größer ist, als ein Widerstandswert des Messwiderstandes (28).
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Widerstandswert des Referenzwiderstandes (72) wenigstens zehnmal größer ist, als der Widerstandswert des Messwiderstandes (28).
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Kalibrieren der vom Messwiderstand (28) abhängigen Vorschrift (44) durch Schließen eines in Reihe zum Messwider- stand (28) verschalteten Schalters (52) gestartet wird.
9. Vorrichtung (30), die eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
10. Stromsensor (20) zum Messen eines elektrischen Stromes (6), umfassend:
einen elektrischen Messwiderstand (28), über den der zu messende elektrische Strom (6) führbar ist,
eine Vorrichtung (30) nach Anspruch 9 zum Bestimmen des elektrischen Stromes (6) basierend auf der am elektrischen Messwiderstand abfallenden Messspannung (32) und der vorbestimmten Vorschrift (44) und zum Kalibrieren der Vorschrift (44) .
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