DE102015015582A1

DE102015015582A1 - Stromsensor für ein fahrzeug

Info

Publication number: DE102015015582A1
Application number: DE102015015582.2A
Authority: DE
Inventors: Benjamin A. Tabatowski-Bush
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2015-12-04
Publication date: 2016-06-16
Also published as: US20160167540A1; CN105699736B; US9656570B2; CN105699736A

Abstract

Ein Fahrzeug enthält eine Batterie, die konfiguriert ist zum Arbeiten mit einem Strom, während eines Fahrzyklus, in einem Nennstrombereich für eine Zeit größer als in einem Höchststrombereich. Ein Controller ist programmiert zum Ausgeben einer Spannung auf der Basis des Stroms gemäß einem Verstärkungsfaktor, der so kalibriert ist, dass er im Nennstrombereich größer ist als im Höchststrombereich, um die Auflösung im Nennstrombereich zu vergrößern. Der Verstärkungsfaktor kann auf einer exponentiellen Funktion oder stückweisen linearen Funktion des Stroms basieren. Der Verstärkungsfaktor kann mit einer Größe des Stroms zunehmen. Ein zweiter Controller empfängt die Spannung und leitet einen Batteriestrom gemäß einem Kehrwert des Verstärkungsfaktors ab.

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein Strommesssysteme für Fahrzeuge.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ein Hybridelektro- oder Vollelektrofahrzeug enthält eine Traktionsbatterie, die aus mehreren Batteriezellen in Reihe und/oder parallel konstruiert ist. Die Traktionsbatterie liefert Leistung für den Fahrzeugvortrieb und für Zusatzmerkmale. Solche Fahrzeuge können auch eine elektrische Maschine enthalten, die von einem Leistungselektronikmodul angesteuert wird. Zum Betreiben der Batterie und der elektrischen Maschine kann die zu oder von der Batterie fließende Strommenge durch einen Stromsensor gemessen werden. Der Stromsensorwert kann zum Berechnen eines Batterieladezustands verwendet werden.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ein Fahrzeug enthält eine Batterie, die konfiguriert ist zum Arbeiten mit einem Strom, während eines Fahrzyklus, in einem Nennstrombereich für eine Zeit, die größer ist als in einem Höchststrombereich. Das Fahrzeug enthält weiterhin einen Controller, der programmiert ist zum Ausgeben einer Spannung auf der Basis des Stroms gemäß einem Verstärkungsfaktor, der so kalibriert ist, dass er in dem Nennstrombereich größer ist als in dem Höchststrombereich, um die Auflösung in dem Nennstrombereich zu vergrößern. Der Verstärkungsfaktor kann auf einer exponentiellen Funktion des Stroms basieren. Der Verstärkungsfaktor kann auf einer stückweisen linearen Funktion des Stroms basieren. Der Verstärkungsfaktor kann derart sein, dass ein Verhältnis zwischen einer Änderung bei der Spannung und einer Änderung beim Strom mit einer zunehmenden Größe des Stroms abnimmt. Das Fahrzeug kann weiterhin einen zweiten Controller enthalten, der programmiert ist zum Empfangen der Spannung und Betreiben der Batterie gemäß einem aus der Spannung abgeleiteten Batteriestrom. Der Batteriestrom kann aus der Spannung auf der Basis eines Kehrwerts des Verstärkungsfaktors abgeleitet werden. Der zweite Controller kann weiterhin programmiert sein zum Messen, als Reaktion auf Bedingungen, die anzeigen, dass der Strom Null beträgt, einer Nullstromspannung und weiterhin Ableiten des Batteriestroms auf der Basis der Nullstromspannung.
Ein Batteriemanagementsystem enthält einen Controller, der programmiert ist zum Messen eines Stroms von einer Batterie, die konfiguriert ist zum Arbeiten, während eines Fahrzyklus, mit dem Strom, der sich in einem Nennstrombereich befindet, für eine Zeit größer als in einem Höchststrombereich, und Ausgeben einer Spannung auf der Basis des Stroms gemäß einem Verstärkungsfaktor, der so kalibriert ist, dass er im Nennstrombereich größer ist als im Höchststrombereich. Der Verstärkungsfaktor kann auf einer exponentiellen Funktion des Stroms basieren. Der Verstärkungsfaktor kann auf einer stückweisen linearen Funktion des Stroms basieren. Der Verstärkungsfaktor kann derart sein, dass ein Verhältnis zwischen einer Änderung bei der Spannung und einer Änderung beim Strom mit einer zunehmenden Größe des Stroms abnimmt. Das Batteriemanagementsystem kann weiterhin einen zweiten Controller enthalten, der programmiert ist zum Empfangen der Spannung und Betreiben der Batterie gemäß einem aus der Spannung abgeleiteten Batteriestrom. Der Batteriestrom kann aus der Spannung auf der Basis eines Kehrwerts des Verstärkungsfaktors abgeleitet werden. Der zweite Controller kann weiterhin programmiert sein zum Messen, als Reaktion auf Bedingungen, die anzeigen, dass der Strom Null beträgt, einer Nullstromspannung und weiterhin Ableiten des Batteriestroms auf der Basis der Nullstromspannung.
Ein Verfahren beinhaltet das Messen, durch einen Controller, eines Stroms von einer Batterie, die konfiguriert ist zum Arbeiten mit dem Strom, der sich in einem Nennstrombereich befindet, für eine Zeit größer als in einem Höchststrombereich. Das Verfahren beinhaltet weiterhin das Ausgeben, durch den Controller, einer Spannung auf der Basis des Stroms gemäß einem Verstärkungsfaktor, der so kalibriert ist, dass er im Nennstrombereich größer ist als im Höchststrombereich. Der Verstärkungsfaktor kann auf einer exponentiellen Funktion des Stroms basieren. Der Verstärkungsfaktor kann auf einer stückweisen linearen Funktion des Stroms basieren. Der Verstärkungsfaktor kann derart sein, dass ein Verhältnis zwischen einer Änderung bei der Spannung und einer Änderung beim Strom mit einer zunehmenden Größe des Stroms abnimmt. Der Verstärkungsfaktor kann derart kalibriert sein, dass eine Auflösung des Stroms, wie durch die Spannung dargestellt, im Nennstrombereich größer ist als im Höchststrombereich. Das Verfahren kann weiterhin das Empfangen der Spannung, durch einen zweiten Controller, und das Betreiben der Batterie, durch den zweiten Controller, gemäß einem aus der Spannung abgeleiteten Batteriestrom beinhalten.
Die Analogspannung, wie hierin beschrieben, verbessert die Genauigkeit des Signals, das den Strom in einem vordefinierten Strombereich darstellt, in dem das Fahrzeug häufiger arbeiten kann. Ein Signal-Rausch-Verhältnis der den Strom darstellenden Analogspannung wird für einen Bereich von Strömen vergrößert. Die verbesserte Genauigkeit bei dem Stromwert verbessert die Genauigkeit jener von dem Strom abgeleiteten Werte, wie etwa dem Batterieladezustand.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In 1 ist ein Diagramm eines Hybridfahrzeugs, das typische Triebstrang- und Energiespeicherkomponenten darstellt.
2 ist ein Diagramm einer beispielhaften Batteriepaketanordnung, die aus mehreren Zellen besteht und durch ein Batterieenergiesteuermodul überwacht und gesteuert wird.
3 ist ein Diagramm einer beispielhaften Stromsensorkonfiguration.
4 ist ein Diagramm einer beispielhaften Referenzspannungsgeneratorkonfiguration.
5 ist eine Kurve einer beispielhaften exponentiellen Skalierfunktion bezüglich Sensorausgangsspannung zu -strom.
6 ist eine Kurve einer beispielhaften stückweisen linearen Skalierfunktion bezüglich Sensorausgangsspannung zu -strom.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hierin beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten übertrieben oder minimiert sein, um Details von bestimmten Komponenten zu zeigen. Deshalb sind hierin offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Details nicht als beschränkend auszulegen, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um dem Fachmann zu lehren, wie er die vorliegende Erfindung unterschiedlich einsetzt. Wie der Durchschnittsfachmann versteht, können unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren dargestellte und beschriebene verschiedene Merkmale mit in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellten Merkmalen kombiniert werden, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt sind oder beschrieben werden. Die Kombinationen aus dargestellten Merkmalen liefern repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen erwünscht sein.
1 zeigt ein typisches Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (PHEV). Ein typisches Plug-in-Hybridelektrofahrzeug 12 kann eine oder mehrere elektrische Maschinen 14 umfassen, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 16 verbunden sind. Die elektrischen Maschinen 14 können in der Lage sein, als ein Motor oder als ein Generator zu arbeiten. Außerdem ist das Hybridgetriebe 16 mechanisch mit einem Verbrennungsmotor 18 verbunden. Das Hybridgetriebe 16 ist auch mechanisch mit einer Antriebswelle 20 verbunden, die mechanisch mit den Rädern 22 verbunden ist. Die elektrischen Maschinen 14 können Vortriebs- und Verlangsamungsfähigkeit bereitstellen, wenn der Verbrennungsmotor 18 ein- oder ausgeschaltet wird. Die elektrischen Maschinen 14 wirken auch als Generatoren und können Kraftstoffökonomievorzüge bereitstellen durch Zurückgewinnen von Energie, die normalerweise als Wärme im Reibungsbrennsystem verloren gehen würde. Die elektrischen Maschinen 14 können auch Fahrzeugemissionen reduzieren, indem sie dem Verbrennungsmotor 18 gestatten, bei effizienteren Drehzahlen zu arbeiten, und indem sie gestatten, dass das Hybridelektrofahrzeug 12 im Elektromodus betrieben wird, wenn der Verbrennungsmotor 18 unter gewissen Bedingungen aus ist.
Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriepaket 24 speichert Energie, die durch die elektrischen Maschinen 14 verwendet werden kann. Ein Fahrzeugbatteriepaket 24 liefert typischerweise eine Hochspannungs-DC-Ausgabe. Die Traktionsbatterie 24 ist elektrisch mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen 26 verbunden. Ein oder mehrere Schaltschütze 42 können, wenn sie offen sind, die Traktionsbatterie 24 von anderen Komponenten trennen und, wenn sie geschlossen sind, die Traktionsbatterie 24 mit anderen Komponenten verbinden. Das Leistungselektronikmodul 26 ist auch elektrisch mit den elektrischen Maschinen 14 verbunden und liefert die Fähigkeit für den bidirektionalen Transfer von Energie zwischen der Traktionsbatterie 24 und den elektrischen Maschinen 14. Beispielsweise kann eine typische Traktionsbatterie 24 eine DC-Spannung liefern, während die elektrischen Maschinen 14 möglicherweise unter Verwendung eines Dreiphasen-AC-Stroms arbeiten. Das Leistungselektronikmodul 26 kann die DC-Spannung in einen Dreiphasen-AC-Strom umwandeln zur Verwendung durch die elektrischen Maschinen 14. In einem regenerativen Modus kann das Leistungselektronikmodul 26 den Dreiphasen-AC-Strom von den als Generatoren wirkenden elektrischen Maschinen 14 in die mit der Traktionsbatterie 24 kompatible DC-Spannung umwandeln. Die Beschreibung hierin lässt sich gleichermaßen auf ein vollelektrisches Fahrzeug anwenden. Für ein vollelektrisches Fahrzeug kann das Hybridgetriebe 16 ein Getriebekasten sein, der mit einer elektrischen Maschine 14 verbunden ist, und der Verbrennungsmotor 18 liegt möglicherweise nicht vor.
Zusätzlich zu dem Bereitstellen von Energie für den Vortrieb kann die Traktionsbatterie 24 Energie für andere Fahrzeugstromsysteme liefern. Ein typisches System kann ein DC/DC-Wandlermodul 28 enthalten, das die Hochspannungs-DC-Ausgabe der Traktionsbatterie 24 in eine Niederspannungs-DC-Versorgung umwandelt, die mit anderen Fahrzeuglasten kompatibel ist. Andere Hochspannungslasten 46 wie etwa Verdichter und elektrische Heizungen können ohne die Verwendung eines DC-DC-Wandlermoduls 28 direkt mit Hochspannung verbunden sein. Die Niederspannungssysteme können elektrisch mit einer Hilfsbatterie 30 (z.B. 12 Volt-Batterie) verbunden sein.
Das Fahrzeug 12 kann ein Elektrofahrzeug oder ein Plug-in-Hybridfahrzeug sein, bei dem die Traktionsbatterie 24 durch eine externe Stromquelle 36 wieder aufgeladen werden kann. Die externe Stromquelle 36 kann eine Verbindung zu einer Stromsteckdose sein, die Netzstrom empfängt. Die externe Stromquelle 36 kann elektrisch mit einer Ladestation (EVSE – Electric Vehicle Supply Equipment) 38 verbunden sein. Die EVSE 38 kann eine Schaltungsanordnung und Steuerelemente zum Regeln und Verwalten des Transfers von Energie zwischen der Stromquelle 36 und dem Fahrzeug 12 bereitstellen. Die externe Stromquelle 36 kann elektrischen DC- oder AC-Strom an die EVSE 38 liefern. Die EVSE 38 kann einen Ladeverbinder 40 zum Einstecken in einen Ladeport 34 des Fahrzeugs 12 besitzen. Der Ladeport 34 kann eine beliebige Art von Port sein, der konfiguriert ist zum Transferieren von Leistung von der EVSE 38 zum Fahrzeug 12. Der Ladeport 34 kann elektrisch mit einem Ladegerät oder einem Bordstromumwandlungsmodul 32 verbunden sein. Das Stromumwandlungsmodul 32 kann den von der EVSE 38 gelieferten Strom konditionieren, um die richtigen Spannungs- und Strompegel an die Traktionsbatterie 24 zu liefern. Das Stromumwandlungsmodul 32 kann mit der EVSE 38 koppeln, um die Lieferung von Strom an das Fahrzeug 12 zu koordinieren. Der EVSE-Verbinder 40 kann Stifte besitzen, die mit entsprechenden Ausnehmungen des Ladeports 34 koppeln. Alternativ können verschiedene, als elektrisch verbunden beschriebene Komponenten Leistung unter Verwendung einer drahtlosen induktiven Kopplung transferieren.
Eine oder mehrere Radbremsen 44 können vorgesehen sein, um das Fahrzeug 12 zu verlangsamen und eine Bewegung des Fahrzeugs 12 zu verhindern. Die Radbremsen 44 können hydraulisch oder elektrisch betätigt werden oder eine gewisse Kombination davon. Die Radbremsen 44 können Teil eines Bremssystems 50 sein. Das Bremssystem 50 kann andere Komponenten enthalten, um die Radbremsen 44 zu betätigen. Der Einfachheit halber zeigt die Figur eine einzelne Verbindung zwischen dem Bremssystem 50 und einer der Radbremsen 44. Eine Verbindung zwischen dem Bremssystem 50 und den anderen Radbremsen 44 ist impliziert. Das Bremssystem 50 kann einen Controller zum Überwachen und Koordinieren des Bremssystems 50 enthalten. Das Bremssystem 50 kann die Bremskomponenten überwachen und die Radbremsen 44 für eine Fahrzeugverlangsamung steuern. Das Bremssystem 50 kann auf Fahrerbefehle reagieren und kann auch autonom arbeiten, um Merkmale wie etwa Stabilitätskontrolle zu implementieren. Der Controller des Bremssystems 50 kann ein Verfahren zum Anwenden einer angeforderten Bremskraft implementieren, wenn es durch einen anderen Controller oder eine andere Teilfunktion angefordert wird.
Eine oder mehrere elektrische Lasten 46 können mit dem Hochspannungsbus verbunden sein. Die elektrischen Lasten 46 können einen assoziierten Controller besitzen, der die elektrischen Lasten 46 betätigt und steuert, wenn es angebracht ist. Beispiele von elektrischen Lasten 46 können ein Heizmodul oder ein Klimaanlagenmodul sein.
Die verschiedenen erörterten Komponenten können einen oder mehrere assoziierte Controller aufweisen, um den Betrieb der Komponenten zu steuern und zu überwachen. Die Controller können über einen seriellen Bus (z.B. CAN (Controller Area Network)) oder über diskrete Leiter kommunizieren. Ein Systemcontroller 48 kann vorliegen, um den Betrieb der verschiedenen Komponenten zu koordinieren.
Eine Traktionsbatterie 24 kann aus einer Vielzahl chemischer Formulierungen konstruiert werden. Typische chemische Zusammensetzungen von Batteriepaketen können Blei-Säure, Nickel-Metallhydrid (NIMH) oder Lithium-Ion sein. 2 zeigt eine typische Traktionsbatterie 24 in einer Reihenkonfiguration aus N Batteriezellen 72. Andere Batteriepakete 24 können jedoch aus einer beliebigen Anzahl individueller Batteriezellen bestehen, die in Reihe oder parallel geschaltet sind, oder einer gewissen Kombination davon. Ein Batteriemanagementsystem kann einen oder mehrere Controller aufweisen wie etwa ein Batterieenergiesteuermodul (BECM) 76, das die Leistung der Traktionsbatterie 24 überwacht und steuert. Das BECM 76 kann mehrere Batteriepaketpegelcharakteristika unter Verwendung verschiedener Sensoren und einer assoziierten Schaltungsanordnung überwachen, die einen Paketstromsensor 78, einen Paketspannungssensor 80 und einen Pakettemperatursensor 82 enthalten kann. Das BECM 76 kann einen nichtflüchtigen Speicher besitzen, so dass die Daten gespeichert werden können, wenn sich das BECM 76 in einem Aus-Zustand befindet. Gespeicherte Daten können beim nächsten Schlüsselzyklus zur Verfügung stehen.
Zusätzlich zu den Paketebenencharakteristika kann es Ebenencharakteristika der Batteriezelle 72 geben, die gemessen und überwacht werden. Beispielsweise können die Klemmenspannung, der Klemmenstrom und die Temperatur jeder Zelle 72 gemessen werden. Das Batteriemanagementsystem kann ein Sensormodul 74 zum Messen der Charakteristika der Batteriezelle 72 verwenden. Je nach den Fähigkeiten kann das Sensormodul 74 Sensoren und eine Schaltungsanordnung zum Messen der Charakteristika einer oder mehrerer der Batteriezellen 72 enthalten. Das Batteriemanagementsystem kann bis zu N_c Sensormodule oder BMICs (Battery Monitor Integrated Circuits – integrierte Batterieüberwachungsschaltungen) 74 nutzen, um die Charakteristika aller Batteriezellen 72 zu messen. Jedes Sensormodul 74 kann die Messungen zur weiteren Verarbeitung und Koordinierung an das BECM 76 übertragen. Das Sensormodul 74 kann Signale in analoger oder digitaler Form an das BECM 76 übertragen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Funktionalität des Sensormoduls 74 intern in dem BECM 76 integriert sein. Das heißt, die Hardware des Sensormoduls 74 kann als Teil der Schaltungsanordnung im BECM 76 integriert sein und das BECM 76 kann die Verarbeitung von Rohsignalen handhaben.
Das BECM 76 kann eine Schaltungsanordnung zum Koppeln mit einem oder mehreren Schaltschützen 42 enthalten. Der positive und negative Anschluss der Traktionsbatterie 24 können durch Schaltschütze 42 geschützt sein.
Der Batteriepaketladezustand (SOC – State of Charge) gibt eine Anzeige dafür, wie viel Ladung in den Batteriezellen 72 oder dem Batteriepaket 24 verbleibt. Der Batteriepaket-SOC kann ausgegeben werden, um den Fahrer darüber zu informieren, wie viel Ladung im Batteriepaket 24 verbleibt, ähnlich einem Kraftstoffmessgerät. Der Batteriepaket-SOC kann auch zum Steuern des Betriebs eines Elektro- oder Hybridelektrofahrzeugs 12 verwendet werden. Die Berechnung des Batteriepaket-SOC kann durch eine Vielzahl von Verfahren bewerkstelligt werden. Ein mögliches Verfahren zum Berechnen des Batterie-SOC besteht in dem Durchführen einer Integration des Batteriepaketstroms über die Zeit. Dies ist in der Technik als Amperestundenintegration wohl bekannt. Die Genauigkeit der Strommessung kann die Genauigkeit der Berechnung des Batterie-SOC beeinflussen.
Der Stromsensor 78 kann verwendet werden, um den zu und von dem Batteriepaket 24 fließenden Strom zu messen. Der Stromsensor 78 kann auf einer Hall-Effekt-Einrichtung basieren.
Strommessungen können für eine Anzahl von Steuermerkmalen innerhalb des Fahrzeugs verwendet werden. Der Batteriepaketstrom kann zum Berechnen der Batterie-SOC und das Einstellen von Batterieleistungsgrenzen verwendet werden. Der Batteriepaketstrom kann in einem Regelkreis der elektrischen Maschinen verwendet werden (z.B. Drehmomentsteuerung). Wegen der extensiven Verwendung des Batteriepaketstroms wird gewünscht, eine präzise Strommessung zu haben. Ein verbesserte Strommessungsgenauigkeit kann zu Verbesserungen bei der Fahrzeugleistung, bei der Reichweite und der Kraftstoffökonomie führen.
Stromsensoren des Stands der Technik liefern ein analoges Signal, das auf lineare Weise skaliert wird. Das lineare Skalieren weist durch den ganzen Strombereich hinweg einen gleichförmigen Verstärkungsfaktor auf. Das heißt, ein Verhältnis der Analogspannungsausgabe zur Stromeingabe ist typischerweise über den Messbereich hinweg konstant. Beispielsweise kann ein Stromsensor einen Bereich von –200 A bis +200 A besitzen. Die Spannungsausgabe bei +200 A kann 5 Volt betragen. Der gleichförmige Verstärkungsfaktor des Stromsensors kann als ein Verhältnis des größten Spannungsbereichs zum größten Strombereich definiert werden. Der Verstärkungsfaktor liefert eine Transferfunktion, die auf Stromwerte angewendet werden kann, um die Ausgangsspannung des Stromsensors zu bestimmen. Der Verstärkungsfaktor für einen Stromsensor nach dem Stand der Technik kann konstant sein.
Bei der linearen Skalierung besteht ein Problem darin, dass alle Stromwerte gleich behandelt werden. Das heißt, der Verstärkungsfaktor bei schwachen Strömen ist der gleiche wie der Verstärkungsfaktor bei starken Strömen. Es kann beobachtet werden, dass ein elektrifiziertes Fahrzeug möglicherweise mehr Zeit damit verbringt, bei niedrigeren Strombereichen als bei höheren Strombereichen zu arbeiten. Die Traktionsbatterie kann konfiguriert sein zum Arbeiten mit einem Strom in einem Nennstrombereich für eine Zeit größer als in einem Höchststrombereich größer als der Nennstrombereich. Der Nennstrombereich kann ein Bereich von Strömen sein, bei denen das Fahrzeug am häufigsten arbeitet. Beispielsweise kann das Fahrzeug häufiger mit Batterieströmen unter 50 A arbeiten (z.B. der Nennstrombereich beträgt 0 bis 50 A). Die Höchststromgröße kann bis zu 200 A betragen (z.B. beträgt der Höchststrombereich 100 A bis 200 A). Auf der Basis dieser Beobachtung ist es offensichtlich, dass das Verbessern der Stromsensorgenauigkeit bei schwächeren Strömen die Leistung von Funktionen verbessern kann, die den Stromsensorwert nutzen. Jede Verschlechterung bei der Genauigkeit bei höheren Stromwerten wird auf die Leistung einen begrenzten Effekt haben, da weniger Zeit damit verbracht wird, im Hochstrombereich zu arbeiten.
Die Effekte einer kleinen Abnahme bei der Genauigkeit bei starken Strömen (beispielsweise 100 A oder 200 A) kann betrachtet werden. Man würde keine ernsthafte Verschlechterung bei der Genauigkeit der Amperestundenintegration aufgrund der relativ kleinen Zeitdauer erwarten, die mit dem Arbeiten im Hochstrombereich verbracht wird. Es kann jedoch Genauigkeitsauswirkungen für andere Batteriesteuerberechnungen wie etwa Istleistung aufgrund dieses kleinen Ausmaßes an zusätzlichem Fehler bei höheren Strömen geben. Es gibt mehrere Faktoren, die es einem Batteriesystemdesigner gestatten, diesen Kompromiss einzugehen und eine akzeptable Systemleistung zu erzielen. Erstens ist der akzeptable Fehler bei hohen Strömen im Allgemeinen sowieso größer (beispielsweise 2 oder 3 A für ein 200 Ampere-Batteriepaket). Da der Fehler normalerweise als ein Prozentsatz des Vollskalenwerts angegeben werden kann, ist es normal, dass die Größe des Fehlers größer ist, wenn sich der Strom dem Vollskalenwert nähert. Als Nächstes ist ein begrenzender Faktor für die Stromgenauigkeit im höheren Strombereich wahrscheinlich eine veröffentlichte Istleistungsgenauigkeit. Solange die erforderliche Genauigkeit bei der veröffentlichten Istleistung erfüllt ist, gibt es keinen Nettosystemeffekt. Da die Genauigkeit der gemessenen Paketspannung nicht beeinflusst wird, kann es immer noch möglich sein, ein typisches Ziel für eine veröffentlichte Leistungsgenauigkeit selbst bei reduzierter Paketstromgenauigkeit bei hohen Strömen zu erfüllen. Schließlich kann die größte Auswirkung bei hohen Strömen aufgrund dieser Änderung von elektrischem Rauschen auf dem analogen Signal kommen. Ein derartiges elektrisches Rauschen kann einen Mittelwert von Null besitzen, weshalb etwas Augenmerk bei der Filterung (um zum Beispiel sicherzustellen, dass das Nyquist-Kriterium erfüllt ist) dieses potentielle Problem lindern kann.
Es sei angemerkt, dass bei Plug-in-Hybridfahrzeugen (PHEV) und Batterieelektrofahrzeugen (BEV) typischerweise höhere mittlere Ströme vom Batteriepaket fließen im Vergleich zu einem Vollhybridelektrofahrzeug (FHEV). Die bereitgestellten Zahlenbeispiele (beispielsweise die Definition des Niederstrombereichs als 50 A und darunter und des Höchststrombereichs von 100 A bis 200 A) betrachten den FHEV-Verwendungsfall. Die gleiche Erörterung gilt jedoch auch für PHEV und BEV, jedoch mit einer breiteren Definition der Bereiche. Beispielsweise könnte ein BEV-Hochstrombereich 400 A und darüber betragen. Alle Bereiche, die für den Hochstrom- und Niederstrombetrieb erörtert werden, sind beispielhaft, und es wird erwartet, dass sich die Bereiche je nach der Art von Fahrzeug ändern.
3 ist ein Blockdiagramm eines Stromsensorteilsystems. Das BECM 76 kann ein analoges Signal empfangen, das den in der Batterie fließenden Strom darstellt. Der Stromsensor 200 kann über drei Leiter oder Drähte mit dem BECM 76 koppeln. Die Leiter können Teil eines Kabelbaums sein, der das BECM 76 mit dem Stromsensor 200 koppelt. Die drei Leiter können Signale zwischen dem BECM 76 und dem Stromsensor 200 übertragen. Das BECM 76 kann eine Stromversorgung und ein Präzisionsspannungsreferenzsignal CS_VREF 212 an den Stromsensor 200 liefern. Das Signal CS_VREF 212 kann als eine Kombination aus Stromversorgung und Referenzspannung zum Stromsensor 200 funktionieren. Das BECM 76 kann auch eine Spannungs- oder Massereferenz CS_REF 210 an den Stromsensor 200 liefern. Die auf dem Signal CS_VREF 212 generierte Spannung kann zu dem Massereferenzsignal CS_REF 210 referenziert sein.
Der Stromsensor 200 kann ein analoges Spannungssignal CS_AOUT 216 an das BECM 76 liefern. Das Signal CS_AOUT 216 kann eine analoge Spannung sein, die Werte von null Volt bis zur Referenzspannung CS_VREF 212 haben kann. Die analoge Spannung auf CS_AOUT 216 kann eine durch das Batteriepaket fließende Strommenge anzeigen. Die auf CS_AOUT 216 ausgegebene Spannung und der durch die Batterie fließende Strom können durch eine mathematische Beziehung oder Funktion zueinander in Beziehung stehen.
Ein Stromsensormodul 200 kann vorliegen, um den durch das Batteriepaket 24 fließenden Strom zu messen. Das Stromsensormodul 200 kann ein Stromversorgungsmodul 214 enthalten. Das Stromversorgungsmodul 214 kann die Signale CS_VREF 212 und CS_REF 210 empfangen und die Signale zur Verteilung innerhalb des Stromsensormoduls 200 puffern. Das Stromversorgungsmodul 214 kann Leistung für den Stromsensorprozessor 208 und eine Referenzspannung für ein Digital-Analog-Wandlermodul (DAW-Modul) 232 liefern.
Das Stromsensormodul 200 kann weiterhin ein Element 206 zum Konzentrieren des Flusses enthalten. Das flusskonzentrierende Element 206 kann ein Ferritkern oder eine Ferritschleife sein, die um einen Leiter 202 herum angeordnet ist, die einen durch das Batteriepaket fließenden Strom führen kann. Wenn sich der Strom durch den Leiter 202 ändert, kann das Ausmaß an Fluss, das durch das flusskonzentrierende Element 206 hindurchgeht, variieren. Ein Hall-Effekt-Sensor 204 kann enthalten sein, um eine analoge Spannung bereitzustellen, die sich mit dem sich ändern den Fluss durch das flusskonzentrierende Element 206 ändert. Ein stromerfassendes Element kann das flusskonzentrierende Element 206 und den Hall-Effekt-Sensor 204 enthalten. Der Ausgang des Hall-Effekt-Sensors 204 kann an einen analogen Eingang des Stromsensorprozessors 208 gekoppelt sein. Der Stromsensorprozessor 208 kann Anweisungen ausführen zum Verarbeiten der analogen Eingabe von dem Hall-Effekt-Sensor 204, um eine Ausgabe an das DAW-Modul 232 zu liefern.
Der DAW 232 kann einen digitalen Wert als Eingabe empfangen und den digitalen Wert in eine analoge Spannungsausgabe umwandeln. Das DAW-Modul 232 kann weiterhin die analoge Spannungsausgabe puffern, bevor das analoge Ausgangsspannungssignal CS_AOUT 216 geliefert wird. Die analoge Ausgangsspannung des DAW 232 kann auf die Referenzspannung CS_VREF 212 referenziert sein. Beispielsweise kann ein digitaler Vollskalenwert eine analoge Ausgangsspannung liefern, die gleich CS_VREF 212 ist. Werte, die kleiner sind als der digitale Vollskalenwert, können eine analoge Ausgangsspannung liefern, die gleich einem Prozentsatz von CS_VREF 212 ist, definiert durch das Verhältnis zwischen dem durch den DAW gelieferten digitalen Wert und dem digitalen Vollskalenwert. Der digitale Vollskalenwert kann je nach der Auflösung des DAW variieren.
Das BECM 76 kann einen Mikroprozessor 218 und einen Analog-Digital-Wandler (A/D) 222 enthalten. Das BECM 76 kann weiterhin ein Referenzspannungsmodul 226 enthalten, um ein Präzisionsreferenzspannungssignal 230 zu liefern. Das Präzisionsreferenzspannungssignal 230 kann an den A/D-Wandler 222 geliefert werden. Das BECM-76 kann ein analoges Puffer-/Filtermodul 224 zum Verarbeiten des von dem Stromsensor 200 gelieferten analogen Signals CS_AOUT 216 enthalten.
4 zeigt ein Blockdiagramm des Referenzspannungsmoduls 226. Das Referenzspannungsmodul 226 kann ein Stromversorgungsmodul 252 enthalten, das von dem Fahrzeug eine Batteriespannung B+ 254 empfängt. Die Batteriespannung B+ 254 kann ein 12 Volt-Leistungssignal von der Hilfsbatterie sein. Das Stromversorgungsmodul 252 kann die Batteriespannung 254 verarbeiten und in einen gewünschten Spannungspegel umwandeln und eine Spannungsausgabe an ein Präzisionsreferenzmodul 250 liefern.
Das Präzisionsreferenzmodul 250 kann ein empfangenes Spannungssignal in eine präzisionsgeregelte Spannung PREF 230 umwandeln. Die präzisionsgeregelte Spannung 230 kann eine geringere Größe als das empfangene Spannungssignal besitzen. Die präzisionsgeregelte Spannung 230 kann an ein Puffermodul 256 geliefert werden. Das Puffermodul 256 kann eine Ausgangsspannungsreferenz CS_VREF 212 liefern, die von der Präzisionsspannungsreferenz 230 isoliert ist. Da das Referenzspannungssignal 212 über einen Kabelbaum mit dem Stromsensor 200 verbunden sein kann, kann das Puffermodul 256 das Präzisionsspannungsreferenzsignal 230 vor übermäßigen Strom- oder Impedanzbedingungen trennen, die innerhalb des Kabelbaums zwischen dem BECM 76 und dem Stromsensor 200 auftreten können. Das Puffermodul 256 kann derart funktionieren, dass die Ausgangsspannung CS_VREF 212 im Wesentlichen die gleiche ist wie die Eingangsspannung PREF 230.
Die Präzisionsspannungsreferenz 230 kann an den A/D-Wandler 222 im BECM 76 geliefert werden. Das Referenzmodul 226 funktioniert dahingehend sicherzustellen, dass sich die Spannungsreferenz CS_VREF 212, die an den Stromsensor 200 geliefert wird, auf im Wesentlichen dem gleichen Spannungspegel wie die Präzisionsspannungsreferenz 230 befindet, die an den A/D-Wandler 222 des BECM 76 geliefert wird.
Das Referenzmodul kann auch die Massereferenz CS_REF 210 an den Stromsensor 200 schicken. Eine Kupfermasseebene des BECM 76 kann mit einer Chassisreferenzmasse 220 im Fahrzeug verbunden sein. Die Kupfermasseebene kann innerhalb des Referenzmoduls 226 zur Verfügung stehen. Die CS_REF 210-Verbindung kann mit der Kupfermasseebene verbunden sein und kann sich auf einem gleichen Potential wie eine BECM-Masse 220 befinden, die mit einem Chassis des Fahrzeugs verbunden ist.
Der A/D-Wandler 222 im BECM 76 kann eine separate Komponente sein oder kann Teil des BECM-Mikroprozessors 218 sein. Der A/D-Wandler 222 arbeitet dahingehend, eine analoge Spannungseingabe in einen digitalen Wert umzuwandeln. Der tatsächliche digitale Wert kann von der Spannungsreferenz PREF 230 und der Auflösung des A/D-Wandlers 222 abhängen. Wenn beispielsweise eine Vollskalenspannung, die gleich der Referenzspannung 230 ist, an den Eingang des A/D-Wandlers 222 angelegt wird, kann ein digitaler Vollskalenwert ausgegeben werden. Falls sich die Referenzspannung 230 ändert, ändert sich die Vollskalenspannungseingabe als Antwort.
Das BECM 76 kann ein analoges Puffer-/Filtermodul 224 zum Verarbeiten des analogen Signals CS_AOUT 216 enthalten, das den Batteriepaketstromwert darstellt. Das analoge Puffer-/Filtermodul 224 kann das Signal filtern, um unerwünschtes Rauschen zu eliminieren, und kann das Signal puffern, so dass Bedingungen innerhalb des BECM 76 das Signal CS_AOUT 216 nicht beeinflussen. Außerdem kann das analoge Puffer-/Filtermodul 224 die anderen Komponenten des BECM 76 vor schädlichen Strom- oder Impedanzbedingungen auf dem Leiter des analogen Signals 216 schützen. Der Ausgang des analogen Puffer-/Filtermoduls 224 kann an einen analogen Eingang des A/D-Wandlers 222 gekoppelt sein.
Das Stromsensormodul 200 kann den Wert der analogen Ausgangsspannung 216 periodisch aktualisieren. Der Mikroprozessor 218 im BECM 76 kann den Wert der analogen Ausgangsspannung 216 periodisch abtasten. Das Abtasten kann durch periodisches Transferieren eines Werts vom A/D-Wandler 222 erreicht werden. Der A/D-Wandler 222 kann einen Wert liefern, der das Produkt aus einem digitalen Vollskalenwert und einem Verhältnis zwischen der analogen Ausgangsspannung 216 und der Präzisionsreferenzspannung 230 ist.
Ein typischer Stromsensor kann eine analoge Ausgangsspannung liefern, die zu dem Strom durch den Leiter, der gemessen wird, in linearer Beziehung steht. Um das zum BECM 76 übertragene Signal zu verbessern, kann der Stromsensorprozessor 208 Anweisungen zum Neuskalieren der analogen Spannungsausgabe als Funktion des Stroms ausführen. Wie zuvor erörtert, arbeitet ein Fahrzeug möglicherweise häufiger in einem Bereich von Strömen unter einem vorbestimmten Strompegel. Die analoge Spannungsausgabe 216 besitzt möglicherweise nur einen vorbestimmten Höchstbereich, in dem alle Werte des Stroms ausgedrückt werden, und ist möglicherweise durch die Referenzspannung 212 beschränkt. Eine überlegtere Skalierung der analogen Spannungsausgabe 216 kann Strömen, die unter dem vorbestimmten Strompegel sind, einen größeren Spannungsbereich zuweisen. Eine derartige Skalierung kann eine verbesserte Auflösung der analogen Spannungsausgabe 216 für Ströme unter dem vorbestimmten Strompegel bereitstellen. Die verbesserte Auflösung kann die Steuerleistung in Funktionen verbessern, bei denen die Stromkopplung benutzt wird. Beispielsweise kann eine verbesserte Stromsteuerung realisiert werden. Außerdem kann eine bessere Rauschimmunität realisiert werden, da etwaige rauschinduzierte Signale bei der Strommessung weniger Abweichung verursachen.
Der Stromsensorprozessor 208 kann die Ausgabe des Hall-Effekt-Sensors 204 in einen digitalen Wert umwandeln. Der Stromsensorprozessor 208 kann den digitalen Wert in einen tatsächlichen Stromwert in Einheiten Ampere skalieren. Die Ausgabe des Hall-Effekt-Sensors 204 ist möglicherweise eine lineare Funktion des Stroms. Der Stromsensorprozessor 208 kann eine Nachschlagetabelle enthalten, um den digitalen Wert von dem Hall-Effekt-Sensor 204 in einen tatsächlichen Stromwert in Ampere umzuwandeln. Alternativ können vorbestimmte mathematische Formeln implementiert werden, um die Umwandlung durchzuführen. Der Stromsensorprozessor 208 kann dann den tatsächlichen Stromwert in einen digitalen Ausgangswert für den DAW 232 umwandeln. Der digitale Ausgangswert kann derart skaliert werden, dass der Vollskalenwert eine größte Spannungsausgabe liefert. Digitale Ausgabewerte unter dem Vollskalenwert liefern eine analoge Spannungsausgabe 216, die einen Prozentsatz der Referenzspannung 212 auf der Basis eines Verhältnisses des digitalen Ausgabewerts zum Vollskalenwert ist.
Die Neuskalierung kann derart sein, dass die analoge Ausgangsspannung 216 bei niedrigeren Stromwerten einen größeren Verstärkungsfaktor besitzt. Das heißt, eine gegebene Änderung beim Strom ergibt eine größere Änderung bei der Spannungsausgabe bei niedrigeren Stromwerten als bei hohen Stromwerten. Der Verstärkungsfaktor kann auch als eine Änderungsrate der analogen Ausgangsspannung bezüglich des Stroms angesehen werden. Ein Beispiel einer derartigen Verstärkungsfaktorfunktion kann eine exponentielle Skalierfunktion sein, wie in 5 dargestellt. Die graphische Darstellung 300 zeigt eine Ausgangsspannungskurve 306 und stellt die Spannungsausgabe für den Bereich von Stromwerten des Stromsensors dar. Die y-Achse 302 stellt die analoge Ausgangsspannung dar, während die x-Achse 304 den Stromsensorwert darstellt. Ein Nullstrompunkt 308 kann als eine Spannung auf der Kurve 306 definiert werden, wenn der Strom Null beträgt. Die Spannung am Nullstrompunkt 308 kann eine von Null verschiedene Spannung sein.
Die Neuskalierung kann im Bereich normaler Arbeitsströmung gelten, die auftreten, wenn die Stromsensorausgabe nicht gesättigt ist. Wenn die Größe des Stroms größer ist als ein Sättigungsstrom, ändert die Sensorausgabe möglicherweise nicht länger den Wert. Das heißt, eine Zunahme beim Strom führt nicht zu einer Zunahme beim Sensorausgabewert.
Die analoge Spannungsausgabe 216 kann wie folgt skaliert werden:
wobei HallCurrent der durch den Leiter 202 fließende Strom ist, wie durch den Hall-Effekt-Sensor in Ampere gemessen, FSC der Vollskalenstrom in Ampere ist, der der größte Strom ist, den der Stromsensor genau zu lesen ausgelegt ist, VCS_VREF die Referenzspannung der analogen Ausgangsspannung ist, Rf der Neuskalierungsfaktor ist, der eine positive dimensionslose Konstante typischerweise im Bereich von 1 bis 5 ist, und Vout% der Prozentsatz der Referenzspannung ist, der ausgegeben werden sollte.
Die Gleichungen (1) und (2) liefern einen Prozentsatz der Referenzspannung, der als die analoge Ausgangsspannung 216 ausgegeben werden sollte. Der Wert von V_out% kann in einen digitalen Ausgangswert für den DAW 232 umgewandelt werden, indem V_out% mit dem digitalen Vollskalenwert für den DAW 232 multipliziert wird. Der digitale Ausgangswert kann zum DAW 232 übertragen werden. Der DAW 232 kann den digitalen Ausgangswert in die analoge Ausgangsspannung 216 umwandeln.
Der Stromsensorprozessor 208 kann die in den Gleichungen (1) und (2) ausgedrückten Formeln implementieren. Alternativ können eine oder mehrere Nachschlagetabellen implementiert werden, die die Formeln approximieren. Der Stromsensorprozessor 208 kann die Ausgabe des Hall-Effekt-Sensors 204 periodisch abtasten. Der Wert des Hall-Effekt-Sensors kann in den tatsächlichen Stromwert umgewandelt werden. Der Spannungsausgabewert kann dann durch Ausführen der beschriebenen Formeln berechnet werden. Der prozentuale Spannungsausgabewert kann zur Ausgabe zum DAW 232 skaliert werden. Das Ergebnis ist eine analoge Spannungsausgabe 216 mit der Charakteristik, wie in 5 gezeigt.
Zum Verbessern der Auflösung und der Rauschimmunität bei niedrigeren gemessenen Strömen kann die Spannungsausgabe derart sein, dass eine Änderungsrate der Spannungsausgabe bezüglich des Stroms mit zunehmender Größe des Stroms abnimmt. Die Abnahme bei der Änderungsrate kann kontinuierlich bei zunehmendem Strom auftreten oder kann an diskreten Punkten auftreten. Der Stromwert kann aus der Spannungsausgabe durch Anwenden der inversen Funktion rekonstruiert werden. Beispielsweise kann durch Dividieren der empfangenen Spannung durch die vorbestimmte Änderungsrate für die Spannung der ursprüngliche Strom rekonstruiert werden. Das BECM 76 kann eine Tabelle speichern, die den Verstärkungsfaktor oder die Änderungsrate zu dem Spannungswert in Beziehung setzt. Alternativ kann die Tabelle den Stromwert direkt zum Spannungswert in Beziehung setzen.
Das BECM 76 kann die analoge Ausgangsspannung 216 empfangen. Das BECM 76 kann eine umgekehrte Transformation an der analogen Ausgangsspannung 216 ausführen, um den Wert zurück zum tatsächlichen Strom in Ampere umzuwandeln. Das BECM 76 kann einen Kehrwert des Verstärkungsfaktors anwenden, um den Batteriestrom aus dem Spannungssignal abzuleiten.
Die Neuskalierungsoperation kann elektrisches Rauschen aus dem Stromwert in den BECM 76 wesentlich reduzieren. Die Effektivität des Neuskalierens kann von dem für Rf gewählten Wert abhängen. Mit steigendem Rf (z.B. Ansätze 5) kann der Stromsensor 200 für elektrisches Rauschen bei niedrigen Spannungspegeln immuner werden. Bei niedrigeren Werten von Rf (z.B. 1) gibt es möglicherweise kaum einen Unterschied bei der Rauschimmunität im Vergleich zu einem System ohne Neuskalierung. Der Verstärkungsfaktor im niedrigeren Strombereich kann durch die Wahl von Rf eingestellt werden. Durch Erhöhen des Verstärkungsfaktors im Nennstrombereich kann die Rauschimmunität der Amperestundenintegration verbessert werden. Elektrisches Rauschen und andere Faktoren wie etwa analoge Offsets und Quantisierungsfehler werden bei einer spezifischen Fehlergröße mit der analogen Ausgangsspannung 216 vermischt. Wenn die analoge Ausgangsspannung 216 durch das BECM 76 zur Ursprungsskala zurück umgewandelt wird, wird die Größe etwaiger Fehler reduziert, während das Signal zusammen mit etwaigem Rauschen zurück zum Ursprungspegel reduziert wird. Im Nennstrombereich wird der Ursprungsstromsignalverstärkungsfaktor erhöht und der inverse Verstärkungsfaktor muss angewendet werden, um das ursprüngliche Signal zu rekonstruieren. Etwaiges Rauschen jedoch, das in die Messung eindringt, wird ebenfalls mit dem inversen Verstärkungsfaktor multipliziert, was bewirkt, dass die Amplitude des Rauschens reduziert wird. Das beschriebene Schema reduziert effektiv die Größe des Rauschsignals im Nennstrombereich. Das Ergebnis ist, dass die Rauschimmunität im Nennstrombereich verbessert wird, in dem das Fahrzeug möglicherweise häufiger arbeitet.
Der A/D-Wandler 222 kann einen Wert in Zählwerten liefern, der ein Verhältnis ist zwischen der Signalspannung am Eingang und der Referenzspannung 230. Ein Prozentwert kann als das Verhältnis zwischen den gemessenen Zählwerten und den Vollskalenzählwerten ausgedrückt werden. Die Vollskalenzählwerte können die Anzahl an Zählwerten sein, die geliefert werden würden, falls die Signalspannung gleich der Referenzspannung ist.
Die Strommessung kann durch Offsetfehler und Offsetkalibrierungsfehler im A/D-Wandler 222 beeinflusst werden. Offsets und Vorspannungen im A/D-Wandler 222 können zu Fehlern beim Auslesen des Stromsensorwerts führen. Eine Nulloffsetkorrektur kann angewendet werden, um diese Probleme zu korrigieren. Die Nulloffsetkorrektur kann durch den BECM-Mikroprozessor 218 zu einem Zeitpunkt berechnet werden, wenn bekannt ist, dass kein Strom durch den Sensor fließt. Der A/D-Wandler 222 kann bei eingeschalteter Zündung abgetastet werden, während die Schaltschütze 42 offen sind. Die analoge Ausgangsspannung 216 kann unter dieser Nullstrombedingung abgetastet werden, um die Nulloffsetkorrektur zu bestimmen.
Der Mikroprozessor 218 kann Anweisungen zum Umwandeln des abgetasteten Signals in den Stromwert in Ampere ausführen. Der Strom kann mit den folgenden Gleichungen berechnet werden:
wobei FSC und Rf wie zuvor beschrieben sind, A2D_max der maximale A/D-Wandlerzählwert ist, ZC der Nulloffsetkorrekturwert in A/D-Zählwerten ist, A2D der A/D-Wert für die Spannungsmessung ist. Die obige Skalierung und Neuskalierung basiert darauf, dass die Referenzspannung etwa 5 Volt beträgt. Ähnliche Gleichungen können für verschiedene Werte der Referenzspannung abgeleitet werden.
Das Neuskalieren kann auch eine stückweise lineare Skalierung sein, die einen anderen Verstärkungsfaktor in anderen Strombereichen besitzt. Ein Beispiel für eine derartige Funktion kann eine stückweise lineare Skalierfunktion sein, wie in 6 dargestellt. Die graphische Darstellung 400 zeigt eine stückweise lineare Ausgangsspannungskurve 406 und stellt die Spannungsausgabe für den Bereich von Stromwerten des Stromsensors dar. Ein Nullstrompunkt 416 kann als eine Spannung auf der Kurve 406 definiert werden, wenn der Strom Null beträgt. Die Spannung am Nullstrompunkt 416 kann eine von Null verschiedene Spannung sein. Knickpunkte 418, 420 können als Punkte definiert sein, an denen sich die Steigung der Spannungskurve ändert. Ein positiver Stromknickpunkt 418 kann als der positive Strom 408 definiert sein, bei dem sich die Steigung ändert. Die Spannung am positiven Stromknickpunkt 418 kann als V_bph 412 definiert sein. Ein negativer Stromknickpunkt 420 kann als der negative Strom 410 definiert sein, bei dem sich die Steigung ändert. Die Spannung beim negativen Stromknickpunkt 420 kann als V_bpl 414 definiert sein.
Die Spannungskurve 406 weist einen höheren Verstärkungsfaktor auf, wenn eine Größe des Stroms unter einem vorbestimmten Strom 408, 410 liegt, und einen niedrigeren Verstärkungsfaktor über dem vorbestimmten Strom. Der Prozentsatz der Referenzspannung, der auf der analogen Ausgangsspannung ausgegeben wird, kann durch Folgendes gegeben sein:
wobei M1 und M2 Verstärkungsfaktorkonstanten in Einheiten von Prozent pro Ampere sind, B1 und B2 Konstanten sind, die die Offsets einstellen. Die Verstärkungsfaktorkonstanten M1 und M2 können derart gewählt werden, dass M2 größer als M1 ist. Die Offsetkonstanten B1 und B2 können derart gewählt werden, dass jede mit einem Stromknickpunkt assoziierte Funktion bei den stückweise linearen Stromknickpunkten 418, 420 den gleichen Prozentsatz ergibt.
Der Stromsensorprozessor 208 kann den gemessenen Stromwert in eine Ausgangsspannung umwandeln, wie durch Gleichung (5) definiert. Mit dieser Funktion wird der Strom so skaliert, dass Ströme unter einem vorbestimmten Strom (z.B. innerhalb des Nennstrombereichs) einen höheren Verstärkungsfaktor besitzen als jene Ströme über dem vorbestimmten Strom (z.B. innerhalb des größten Strombereichs).
Das BECM 76 kann die Spannung in einen Strom umwandeln durch Implementieren des Kehrwerts der stückweise linearen Skalierung wie folgt:
wobei V_out% die Spannung als ein Prozentsatz der Referenzspannung ist, die Konstanten B1, B2, M1 und M2 wie zuvor definiert sind, V_bph% die Spannung als ein Prozentsatz der Referenzspannung entsprechend dem positiven Stromknickpunkt 418 ist und V_bpl% die Spannung als ein Prozentsatz der Referenzspannung entsprechend dem negativen Stromknickpunkt 420 ist. Die Ausdrücke können wie folgt als eine Funktion von A/D-Zählwerten ausgedrückt werden:
wobei A2D% die A/D-Zählwerte sind, als ein Prozentsatz des Vollskalenwerts ausgedrückt (A2D·100/FSC), Z0C% die Nulloffsetkorrektur ist, ausgedrückt als ein Prozentsatz des Vollskalenwerts, V_bph% der Prozentsatz der Vollskalenspannung bei dem positiven Stromknickpunkt 418 ist, V_bpl% der Prozentsatz der Vollskalenspannung bei dem negativen Stromknickpunkt 420 ist, FSC die Anzahl von Zählwerten bei der Vollskalenspannung ist und A2D die Rohzählwerte von dem A/D-Wandler sind.
Der Nulloffsetkorrekturwert 416 kann als eine Differenz zwischen einer Hälfte der Vollskalen-A/D-Messung und den A/D-Zählwerten, die gemessen werden, wenn der Paketstrom Null beträgt, definiert werden. Dieser Wert korrigiert etwaige Offsets zwischen dem Stromsensor 200 und dem BECM 76.
Das BECM 76 kann eine Nulloffsetkorrektur messen, wie oben beschrieben. Die Nulloffsetkorrektur kann sich auf jeden der Knickpunkte um ein festes Offsetausmaß auswirken. Das Korrigieren der Offsetspannung beinhaltet das Verschieben der Kurve herunter um das Nulloffsetausmaß.
Das beschriebene System kann weiter verallgemeinert werden als ein Verfahren, das in einem oder mehreren Controllern implementiert werden kann. Das System wie beschrieben, misst einen Batteriepaketstrom, doch ist das Schema auf eine beliebige Art von Messung anwendbar. Das allgemeine Verfahren kann einen ersten Schritt des Messens eines Werts beinhalten. Der Wert kann eine Strommessung sein. Ein nächster Schritt kann das Neuskalieren des Messwerts gemäß einer Funktion sein, die einen abnehmenden Verstärkungsfaktor für den Ausgangswert besitzt, wenn der Messwert zunimmt. Der neuskalierte Wert kann dann als ein analoges Signal ausgegeben werden. Ein zweiter Controller kann das analoge Signal empfangen und kann das analoge Signal durch Implementieren eines Kehrwerts der Funktion in den Messwert umwandeln.
Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen, die hierin offenbart werden, können an eine Verarbeitungseinrichtung, einen Controller oder einen Computer geliefert oder von diesen implementiert werden, die eine beliebige existierende programmierbare elektronische Steuereinheit oder eine eigene elektronische Steuereinheit beinhalten können. Analog können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen gespeichert werden, die von einem Controller oder Computer in vielen Formen ausgeführt werden können, einschließlich unter anderem als Informationen, die permanent auf nichtbeschreibbaren Ablagemedien wie etwa ROM-Einrichtungen gespeichert sind, und Informationen, die abänderbar auf beschreibbaren Ablagemedien gespeichert sind wie etwa Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM-Einrichtungen und anderen magnetischen und optischen Medien. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können auch in einem in Software ausführbaren Objekt implementiert werden. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardwarekomponenten verkörpert werden, wie etwa applikationsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), feldprogrammierbaren Gatearrays (FPGAs), Automaten, Controllern oder anderen Hardwarekomponenten oder Einrichtungen oder einer Kombination aus Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten.
Wenngleich oben Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die von den Ansprüchen umfasst werden. Die in der Patentschrift verwendeten Wörter sind Wörter der Beschreibung anstatt der Beschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung auszubilden, die möglicherweise nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen möglicherweise beschrieben worden sind, dass sie bezüglich einer oder mehrerer gewünschter Charakteristika Vorteile liefern oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen nach dem Stand der Technik bevorzugt werden, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass ein oder mehrere Merkmale oder Charakteristika beeinträchtigt werden können, um gewünschte Gesamtsystemattribute zu erzielen, die von der spezifischen Anwendung und Implementierung abhängen. Zu diesen Attributen können unter anderem Kosten, Festigkeit, Dauerhaftigkeit, Lebenszykluskosten, Vermarktbarkeit, Aussehen, Verpackung, Größe, Wartbarkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. zählen. Als solches sind Ausführungsformen, die bezüglich einer oder mehrerer Charakteristika als weniger wünschenswert denn andere Ausführungsformen oder Implementierungen des Stands der Technik beschrieben werden, nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen erwünscht sein.
Es wird ferner beschrieben:

A. Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine Batterie, die konfiguriert ist zum Arbeiten mit einem Strom, während eines Fahrzyklus, in einem Nennstrombereich für eine Zeit, die größer ist als in einem Höchststrombereich; und einen Controller, der programmiert ist zum Ausgeben einer Spannung auf der Basis des Stroms gemäß einem Verstärkungsfaktor, der so kalibriert ist, dass er in dem Nennstrombereich größer ist als in dem Höchststrombereich, um die Auflösung in dem Nennstrombereich zu vergrößern.
B. Fahrzeug nach A, wobei der Verstärkungsfaktor auf einer exponentiellen Funktion des Stroms basiert.
C. Fahrzeug nach A, wobei der Verstärkungsfaktor auf einer stückweisen linearen Funktion des Stroms basiert.
D. Fahrzeug nach A, wobei der Verstärkungsfaktor derart ist, dass ein Verhältnis zwischen einer Änderung bei der Spannung und einer Änderung beim Strom mit einer zunehmenden Größe des Stroms abnimmt.
E. Fahrzeug nach A, weiterhin umfassend einen zweiten Controller, der programmiert ist zum Empfangen der Spannung und Betreiben der Batterie gemäß einem aus der Spannung abgeleiteten Batteriestrom.
F. Fahrzeug nach E, wobei der Batteriestrom aus der Spannung auf der Basis eines Kehrwerts des Verstärkungsfaktors abgeleitet wird.
G. Fahrzeug nach E, wobei der zweite Controller weiterhin programmiert ist, als Reaktion auf Bedingungen, die anzeigen, dass der Strom Null beträgt, zum Messen einer Nullstromspannung und weiterhin Ableiten des Batteriestroms auf der Basis der Nullstromspannung.
H. Batteriemanagementsystem das Folgendes umfasst: einen Controller, der programmiert ist zum Messen eines Stroms von einer Batterie, die konfiguriert ist zum Arbeiten mit dem Strom, während eines Fahrzyklus, in einem Nennstrombereich für eine Zeit größer als in einem Höchststrombereich, und Ausgeben einer Spannung auf der Basis des Stroms gemäß einem Verstärkungsfaktor, der so kalibriert ist, dass er in dem Nennstrombereich größer ist als in dem Höchststrombereich.
I. Batteriemanagementsystem nach H, wobei der Verstärkungsfaktor auf einer exponentiellen Funktion des Stroms basiert.
J. Batteriemanagementsystem nach H, wobei der Verstärkungsfaktor auf einer stückweisen linearen Funktion des Stroms basiert.
K. Batteriemanagementsystem nach H, wobei der Verstärkungsfaktor derart ist, dass ein Verhältnis zwischen einer Änderung bei der Spannung und einer Änderung beim Strom mit einer zunehmenden Größe des Stroms abnimmt.
L. Batteriemanagementsystem nach H, weiterhin umfassend einen zweiten Controller, der programmiert ist zum Empfangen der Spannung und Betreiben der Batterie gemäß einem aus der Spannung abgeleiteten Batteriestrom.
M. Batteriemanagementsystem nach L, wobei der Batteriestrom aus der Spannung auf der Basis eines Kehrwerts des Verstärkungsfaktors abgeleitet wird.
N. Batteriemanagementsystem nach L, wobei der zweite Controller weiterhin programmiert ist, als Reaktion auf Bedingungen, die anzeigen, dass der Strom Null beträgt, zum Messen einer Nullstromspannung und weiterhin Ableiten des Batteriestroms auf der Basis der Nullstromspannung.
O. Verfahren, das Folgendes umfasst: Messen, durch einen Controller, eines Stroms von einer Batterie, die konfiguriert ist zum Arbeiten mit dem Strom in einem Nennstrombereich für eine Zeit größer als in einem Höchststrombereich; und Ausgeben, durch den Controller, einer Spannung auf der Basis des Stroms gemäß einem Verstärkungsfaktor, der so kalibriert ist, dass er in dem Nennstrombereich größer ist als in dem Höchststrombereich.
P. Verfahren nach O, wobei der Verstärkungsfaktor auf einer exponentiellen Funktion des Stroms basiert.
Q. Verfahren nach O, wobei der Verstärkungsfaktor auf einer stückweisen linearen Funktion des Stroms basiert.
R. Verfahren nach O, wobei der Verstärkungsfaktor derart ist, dass ein Verhältnis zwischen einer Änderung bei der Spannung und einer Änderung beim Strom mit einer zunehmenden Größe des Stroms abnimmt.
S. Verfahren nach O, wobei der Verstärkungsfaktor derart kalibriert ist, dass eine Auflösung des Stroms, wie durch die Spannung dargestellt, im Nennstrombereich größer ist als im Höchststrombereich.
T. Verfahren nach O, weiterhin umfassend: Empfangen der Spannung durch einen zweiten Controller; und Betreiben der Batterie durch den zweiten Controller gemäß einem aus der Spannung abgeleiteten Batteriestrom.

Claims

Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine Batterie, die konfiguriert ist zum Arbeiten mit einem Strom, während eines Fahrzyklus, in einem Nennstrombereich für eine Zeit, die größer ist als in einem Höchststrombereich; und einen Controller, der programmiert ist zum Ausgeben einer Spannung auf der Basis des Stroms gemäß einem Verstärkungsfaktor, der so kalibriert ist, dass er in dem Nennstrombereich größer ist als in dem Höchststrombereich, um die Auflösung in dem Nennstrombereich zu vergrößern.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Verstärkungsfaktor auf einer exponentiellen Funktion des Stroms basiert.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Verstärkungsfaktor auf einer stückweisen linearen Funktion des Stroms basiert.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Verstärkungsfaktor derart ist, dass ein Verhältnis zwischen einer Änderung bei der Spannung und einer Änderung beim Strom mit einer zunehmenden Größe des Stroms abnimmt.
Fahrzeug nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen zweiten Controller, der programmiert ist zum Empfangen der Spannung und Betreiben der Batterie gemäß einem aus der Spannung abgeleiteten Batteriestrom.
Fahrzeug nach Anspruch 5, wobei der Batteriestrom aus der Spannung auf der Basis eines Kehrwerts des Verstärkungsfaktors abgeleitet wird.
Fahrzeug nach Anspruch 5, wobei der zweite Controller weiterhin programmiert ist, als Reaktion auf Bedingungen, die anzeigen, dass der Strom Null beträgt, zum Messen einer Nullstromspannung und weiterhin Ableiten des Batteriestroms auf der Basis der Nullstromspannung.