Verfahren zum Bestimmen eines Laststroms und Batteriesensor

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines durch eine Messwiderstandsgruppe fließenden Laststroms.

Ein solches Verfahren kann insbesondere zur Bestimmung des Batteriezustands einer Batterie, beispielsweise einer Auto ^¬ batterie, verwendet werden. Zur Bestimmung eines Batteriezu ^¬ stands ist es typischerweise erforderlich, den Batteriestrom zu messen. Dieser kann auch als Laststrom bezeichnet werden. Hierzu kommen bei Ausführungen gemäß dem Stand der Technik typischerweise hochgenaue Widerstände oder Sensoren zur Messung der magnetischen Feldstärke zum Einsatz. Nachteilig an den bisherigen Ausführungen sind insbesondere die hohen Kosten, insbesondere zur Erstellung von Widerstandsmaterialien, welche in einem üblichen Temperaturbereich von beispielsweise -40 °C bis 105 °C mehr oder weniger konstante Widerstandswerte aufweisen. Ein Beispiel eines solchen Materials ist eine Kup ^¬ fer-Nickel-Mangan-Legierung, beispielsweise Manganin.

Eine Strommessung kann beispielsweise zum Einsatz in Batteriesensoren zur nachgelagerten Berechnung von physikalischen Größen einer Batterie vorgesehen sein. Seit einiger Zeit gibt es Ansätze, einen hochpräzisen Widerstand als Messwiderstand, auch als Shunt-Widerstand bezeichnet, durch kostengünstigere Bauteile zu ersetzen. Eine Möglichkeit ist es, einen Shunt-Widerstand über die Lebensdauer des Batteriesensors immer wieder nachzukalibrieren .

Es hat sich jedoch herausgestellt, dass eine ständige Nach ^¬ kalibrierung auch während der gleichzeitigen Messung der im Kraftfahrzeug auftretenden hohen und zeitlich stark veränderlichen Ströme unter den herrschenden Randbedingungen, insbesondere eines erwünschten niedrigen Stromverbrauchs des Sensors, schwierig ist, da der zum Kalibrieren anzulegende Kalibrierstrom klein gewählt werden soll und nur kurzzeitig anliegen soll. Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Bestimmen eines Laststroms bereitzustellen, welches im Vergleich zu bekannten Ausführungen alternativ, beispielsweise besser und/oder kostengünstiger auszuführen ist. Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung einen zugehörigen Batteriesensor bereitzustellen.

Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und einen Batteriesensor nach Anspruch 13 erreicht. Vorteilhafte Ausführungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines durch eine Messwiderstandsgruppe fließenden Laststroms. Die Mess- widerstandsgruppe weist eine Anzahl von Zweigen auf, und jeder Zweig weist zumindest einen jeweiligen ersten Messwiderstand und einen jeweiligen zweiten Messwiderstand auf. Das Verfahren weist für jeden der Zweige folgende Schritte auf:

Messen einer ersten Messspannung, welche über dem ersten Messwiderstand abfällt, und einer zweiten Messspannung, welche über dem zweiten Messwiderstand abfällt,

Berechnen eines ersten Betriebsparameters basierend auf der ersten Messspannung und der zweiten Messspannung,

Berechnen des Laststroms basierend zumindest auf der zweiten Messspannung und einem zweiten Betriebsparameter,

wobei das Verfahren ausschließlich während jeweiliger Kalibrierzeiträume folgende Schritte aufweist:

- Leiten eines Kalibrierstroms in dem Zweig der Messwi ^¬ derstandsgruppe, wobei sich der Kalibrierstrom in einen durch den ersten Messwiderstand fließenden ersten Kalibrierteilstrom und einen durch den zweiten Messwiderstand fließenden zweiten Kalibrierteilstrom aufteilt, und

- Messen einer ersten Kalibrierspannung, welche bei fließendem Kalibrierstrom und Laststrom über dem ersten Messwiderstand abfällt, und einer zweiten Kalibrierspannung, welche bei fließendem Kalibrierstrom und Laststrom über dem zweiten Messwiderstand abfällt,

wobei basierend zumindest auf der ersten Kalibrierspannung, der zweiten Kalibrierspannung, dem ersten Betriebsparameter und einer Stromstärke des Kalibrierstroms der zweite Betriebspa ^¬ rameter berechnet wird.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft möglich, einen Laststrom zu bestimmen. Hierzu kann ein ur- sprünglich nur aus einem einzigen Widerstand bestehender Messwiderstand verallgemeinert werden zu einer Messwider- standsgruppe, welche mindestens einen Zweig mit mindestens zwei Messwiderständen aufweist. Es sei verstanden, dass jede beliebige Anzahl von Zweigen verwendet werden kann, also bei- spielsweise ein Zweig, zwei Zweige, drei Zweige oder mehr Zweige.

Bei den Lastströmen kann es sich insbesondere jeweils um diejenigen Teile eines Gesamtlaststroms handeln, welche durch den jeweiligen Zweig fließen.

Es sei verstanden, dass eine über einem jeweiligen Messwiderstand abfallende Spannung, also Messspannung bzw. Kalibrierspannung, grundsätzlich sowohl unmittelbar über dem jeweiligen Messwiderstand gemessen werden kann oder auch derart gemessen werden kann, dass eine Gesamtspannung über mehrere Widerstände, beispielsweise zwei Widerstände, gemessen wird und eine über einem anderen Widerstand abfallende Spannung davon subtrahiert wird. Diese Ausführungen sind äquivalent im Sinne dieser An ^¬ meldung und sollen beide entsprechend von den hier verwendeten Formulierungen umfasst sein.

Es sei verstanden, dass beim Schritt des Berechnens des

Laststroms basierend zumindest auf der zweiten Messspannung und einem zweiten Betriebsparameter alternativ zur zweiten Mess- Spannung auch die erste Messspannung oder eine Summe aus erster Messspannung und zweiter Messspannung verwendet werden kann. Derartige Varianten sind als äquivalent zu betrachten. Bei mehreren Zweigen werden die jeweiligen berechneten Lastströme der Zweige bevorzugt zu einem Gesamtlaststrom addiert.

Zu den Details der Vorgehensweise sei auf die unten stehenden Ausführungen verwiesen.

Bevorzugt ist bezogen auf eine Stromrichtung des Laststroms der erste Kalibrierstrom unterschiedlich, insbesondere gegengleich zum zweiten Kalibrierstrom. Dies führt zu einer vorteilhaften Lösbarkeit von Gleichungssystemen, welche weiter unten näher beschrieben werden.

Gemäß einer Ausführung ist der erste Kalibrierteilstrom null. Dies kann eine Stromquelle einsparen und eine besonders einfache Auswertung ermöglichen.

Es sei verstanden, dass solche Ausführungen, in welchen also beispielsweise ein Kalibrierteilstrom null ist, von der obenstehenden Offenbarung umfasst werden.

Bevorzugt entspricht der zweite Betriebsparameter einem Produkt aus einem Widerstandswert des zweiten Messwiderstands und einem Verstärkungsfaktor eines die zweite Messspannung messenden Spannungsmessers .

Der zweite Betriebsparameter kann insbesondere als Differenz zwischen einem ersten Bruch und einem zweiten Bruch berechnet werden, wobei im Zähler des ersten Bruchs die zweite Refe ^¬ renzspannung steht, wobei im Nenner des ersten Bruchs die Stromstärke des Kalibrierstroms steht, wobei im Zähler des zweiten Bruchs die erste Referenzspannung steht, und wobei im Nenner des zweiten Bruchs ein Produkt aus dem ersten Betriebsparameter und der Stromstärke des Kalibrierstroms steht. Dies erlaubt eine vorteilhafte Berechnung des zweiten Be- triebsparameters insbesondere bei der oben angegebenen Be ^¬ deutung. Zu den mathematischen Hintergründen sei auf die untenstehende Ausführung verwiesen. Es sei verstanden, dass bei in dieser Anmeldung angegebenen Gleichungen oder Formeln, seien sie in Textform oder als Formel angegeben, grundsätzlich auch gewisse Umformungen, insbesondere triviale Umformungen, als äquivalent angesehen werden und nicht aus dem Schutzbereich herausführen. So kann beispielsweise eine Gleichung mit einer Konstanten multipliziert werden.

Der erste Betriebsparameter entspricht vorzugsweise einem Verhältnis zwischen

- einem Produkt aus Widerstandswert des zweiten Messwi ^¬ derstands und Verstärkungsfaktor eines die zweite Messspannung messenden Spannungsmessers und

einem Produkt aus Widerstandswert des ersten Messwider ^¬ stands und Verstärkungsfaktor eines die erste Messspannung messenden Spannungsmessers.

Der erste Betriebsparameter wird dabei vorzugsweise durch Division der ersten Messspannung durch die zweite Messspannung oder durch Regressionsanalyse basierend auf der ersten Mess- Spannung und der zweiten Messspannung berechnet. Dies erlaubt insbesondere eine vorteilhafte Berechnung des ersten Be ^¬ triebsparameters bei der oben angegebenen Bedeutung.

Bevorzugt wird der erste Betriebsparameter außerhalb von Ka- librierzeiträumen berechnet, insbesondere wenn auch die

Messspannungen gemessen werden.

Gemäß einer Ausführung wird der Laststrom während jeweiliger Kalibrierzeiträume durch Extrapolation von Lastströmen aus Zeiten außerhalb von Kalibrierzeiträumen berechnet. Dies trägt der Tatsache Rechnung, dass es je nach Ausführung schwierig oder gar unmöglich sein kann, den Laststrom während eines Kalibrierzeitraums, also bei überlagertem Kalibrierstrom, exakt zu berechnen .

Gemäß einer Ausführung ist der erste Kalibrierteilstrom null, und der Laststrom wird während jeweiliger Kalibrierzeiträume ba ^¬ sierend auf der zweiten Kalibrierspannung, dem zweiten Be- triebsparameter und der Stromstärke des Kalibrierstroms be ^¬ rechnet. Dies trägt insbesondere der Tatsache Rechnung, dass, insbesondere wenn der erste Kalibrierteilstrom null ist, eine exakte Berechnung des Laststroms auch während eines Kalib- rierzeitraums möglich ist.

Insbesondere in diesem Fall kann der Laststrom auf zwei verschiedene beispielhafte Weisen bestimmt werden. Zum ersten kann er aus der zweiten Kalibrierspannung, dividiert durch den zweiten Betriebsparameter, minus dem bekannten Kalibrierstrom berechnet werden, zum anderen kann er aus der ersten Kalibrierspannung, dividiert durch das Produkt aus dem ersten und dem zweiten Betriebsparameter, berechnet werden. Vorteilhafterweise wird das Endergebnis als Mittelwert der beiden eben genannten Methoden ausgegeben bzw. berechnet.

Gemäß einer Ausführung wird der Laststrom außerhalb von Kalibrierzeiträumen durch Division der zweiten Messspannung durch den zweiten Betriebsparameter berechnet.

Gemäß einer Ausführung wird der Laststrom während Kalibrierzeiträumen durch Division der zweiten Kalibrierspannung durch den zweiten Betriebsparameter abzüglich eines Korrekturwerts berechnet, wobei der Korrekturwert vorzugsweise die Stromstärke des Kalibrierstroms ist, insbesondere wenn der erste Kalib ^¬ rierteilstrom null ist.

Man könnte auch einen Schätzwert für die Aufteilung des Ka- librierstroms verwenden. Aufgrund der typischerweise bekannten nominalen Widerstandswerte des ersten Messwiderstands und des zweiten Messwiderstands ist es typischerweise abschätzbar, wie sich der Strom aufteilen wird. Solange der Kalibrierstrom klein ist im Vergleich zum Laststrom, ergibt dies üblicherweise nur einen kleinen Fehler.

Die Stromstärke des Kalibrierstroms kann insbesondere basierend auf einem gemessenen Spannungsabfall an einem Referenzwiderstand ermittelt werden, wobei dieser Referenzwiderstand insbesondere ein temperatur- und/oder langzeitstabiler Referenzwiderstand ist. Dieser weist einen bekannten Widerstand auf. Es sei erwähnt, dass damit typischerweise der Kalibrierstrom zunächst einmal nur in der Summe gemessen wird, d.h. ohne Kenntnis der beiden Kalibrierteilströme. Um den Kalibrierstrom zu messen, sind zahlreiche Möglichkeiten denkbar. Die eben erwähnte Spannungsmessung über einem Referenzwiderstand ist ein Beispiel davon. Eine andere Möglichkeit wäre es, den Kalibrierstrom von einer präzisen Stromquelle zu beziehen.

Gemäß einer Weiterbildung wird basierend auf der Stromstärke des Referenzwiderstands ein Fehlerwert für den Laststrom berechnet. Damit kann die Zuverlässigkeit des ermittelten Laststroms abgeschätzt werden.

Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Batteriesensor. Der Batteriesensor weist eine Messwiderstandsgruppe auf, wobei die Messwiderstandsgruppe eine Anzahl von Zweigen aufweist und jeder Zweig zumindest einen jeweiligen ersten Messwiderstand und einen jeweiligen zweiten Messwiderstand aufweist. Der Batte ^¬ riesensor weist zumindest einen ersten Spannungsmesser und einen zweiten Spannungsmesser auf, wobei der erste Spannungsmesser zur Messung einer über dem ersten Messwiderstand abfallenden Spannung konfiguriert ist und der zweite Spannungsmesser zur Messung einer über dem zweiten Messwiderstand abfallenden Spannung konfiguriert ist. Der Batteriesensor weist des Weiteren zumindest eine Kalibrierstromquelle auf, welche zum Durchleiten eines Kalibrierstroms durch die Messwiderstandsgruppe konfi ^¬ guriert ist. Der Batteriesensor weist des Weiteren eine elektronische Steuerungsvorrichtung auf, welche dazu konfi ^¬ guriert ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.

Hinsichtlich des Verfahrens kann auf alle beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden. Mittels des erfindungsgemäßen Batteriesensors kann das er ^¬ findungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft ausgeführt werden. Zu den damit verbundenen Vorteilen und Varianten sei auf die obige Beschreibung des Verfahrens verwiesen.

Die elektronische Steuerungsvorrichtung kann insbesondere Prozessormittel und Speichermittel aufweisen, wobei in den Speichermitteln Programmcode gespeichert ist, bei dessen Ausführung die Prozessormittel ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführen bzw. sich entsprechend verhalten.

Gemäß einer Ausführung weist die Messwiderstandsgruppe einen einzigen Zweig auf. Dies entspricht einer einfachen Ausführung. Gemäß einer Ausführung weist die Messwiderstandsgruppe eine Mehrzahl von Zweigen auf. Damit kann beispielsweise unterschiedlichen Stromstärken Rechnung getragen werden.

Es kann auch eine Anzahl von Multiplexern vorgesehen sein, um eine Spannungsmessung und/oder ein Durchleiten des Kalibrierstroms einem bestimmten Zweig zuzuordnen. Damit können Messinstrumente bzw. Stromquellen für unterschiedliche Zweige verwendet werden, was Aufwand einspart. Die Messwiderstandsgruppe kann eine Mehrzahl von Zweigen aufweisen. Der Laststrom wird in diesem Fall bevorzugt summiert über alle Zweige berechnet. Dabei kann von einem Gesamtlaststrom gesprochen werden, welcher sich durch Summation über die jeweiligen Lastströme der Zweige ergibt.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein nichtflüchtiges com ^¬ puterlesbares Speichermedium, welches Programmcode enthält, bei dessen Ausführung ein Prozessor ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt. Dabei kann hinsichtlich des Verfahrens auf alle beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden . Nachfolgend werden weitere Erklärungen zur Erfindung gegeben, wobei dies zum einen der Erklärung der Funktion dient und zum anderen die hierin beschriebenen Merkmale auch beliebig mit anderswo beschriebenen Merkmalen kombiniert werden können. Ebenso können sie untereinander kombiniert werden und können für sich oder in Kombination erfindungswesentliche Aspekte dar ^¬ stellen .

Die Bestimmung eines zu messenden Laststroms Iload erfolgt über eine Widerstandsgruppe, durch welche der Laststrom fließt. Die Widerstandsgruppe weist mindestens einen ersten Messwiderstand Rl und einen zweiten Messwiderstand R2 auf, welche zueinander in Reihe geschaltet sind. Parallel zu diesen in Reihe geschalteten Teilwiderständen können weitere in Reihe geschaltete Messwi- derstände R3, R4,..., Rn-1, Rn geschaltet werden.

In dieses Widerstandsnetzwerk bzw. diese Messwiderstandsgruppe wird/werden zeitweise zusätzlich zum Laststrom ein Kalibrierstrom oder mehrere Kalibrierströme eingespeist, so dass ein Kalibrierstrom oder ein Teil des Kalibrierstroms oder ein Teil der Kalibrierströme zusammen mit dem Laststrom oder einem Teil des Laststroms über einen oder mehrere dieser Messwiderstände fließt. Die Messwiderstände können als Teilwiderstände der Messwiderstandsgruppe angesehen werden.

Dabei wird der von der Summe der über einen Messwiderstand fließenden Ströme verursachte Spannungsabfall über einen oder mehrere Teilwiderstände des Widerstandsnetzwerks gemessen. Es können nunmehr die Punkte, an denen der/die Kalibrierströme in die Messwiderstandsgruppe eingespeist werden, und die Punkte, über welche die Spannungsmessungen an den stromdurchflossenen Messwiderständen durchgeführt werden, so gewählt, dass sich ein lösbares Gleichungssystem ergibt:

U m =(Vl load ,i +1 ref ,m })*R m * o?m

U ^ n = ( Viload,i + ^T 1 ¹ ref ,n ))*R ^l n * b-n Dabei sind

- U _m , U _n die gemessenen Kalibrierpannungen über je einen oder mehrere Messwiderstände mit Nummer m, n,

- R _m , R _n die (unbekannten) Messwiderstände, über die die Kalibrierspannungen U _m , U _n gemessen werden. Die Messwiderstände können ihrerseits wieder aus weiteren, in Reihe oder parallel geschalteten Messwiderständen bestehen,

- g _m , g _n die (fehlerbehafteten) Verstärkungsfaktoren der Messgeräte für die Spannungen U _m , U _n ,

- I ioad, i der zu messende Laststrom oder ein Teil dieses

Laststroms, der über die Messwiderstände der Messwider- standsgruppe fließt, über die die Kalibrierspannungen U _m , U _n gemessen werden,

- I ref , m und I _re f , n angelegte Kalibrierteilströme, die über die Messwiderstände R _m , R _n der Messwiderstandsgruppe fließen, über welchen die Kalibrierpannungen U _m , U _n gemessen werden, wobei I ref , m und I _re f , n in unterschiedliche Richtungen, bezogen auf I i _{o a} d, i fließen. Insbesondere werden die Kalibrierteilstöme bzw. wird der Ka ^¬ librierstrom periodisch angelegt, beispielsweise mit einer Periodendauer zwischen 10 ms und 100 ms für eine Dauer aus einer Zeitspanne zwischen 10 ys und 100 ys . Damit ergeben sich Zeiten, in denen Kalibrierströme oder Teile davon durch Messwiderstände der Messwiderstandsgruppe fließen, also Kalibrierzeiträume, und Zeiten, in denen keine Kalibrierströme durch die Messwiderstandsgruppe fließen. Zu diesen Zeiten, also außerhalb von Kalibrierzeiträumen, vereinfachen sich wenigstens ein Teil der

Gleichungen des Gleichungssystems zu

U =1

n load,i * / n * oσ κ U _m , U _n bezeichnen dabei Messspannungen, also außerhalb von Kalibrierzeiträumen gemessene Spannungen.

Alternativ können zu den Zeiten, in denen Kalibrierströme fließen, also innerhalb von Kalibrierzeiträumen, zeitlich veränderliche Kalibrierströme angelegt werden.

Zu den Zeiten, in denen keine Kalibrierströme durch das Netzwerk

(X

fließen, werden vorteilhaft Beziehungen ^mn zwischen einzelnen Gleichungen des Gleichungssystems (bzw. zwischen gemessenen

Spannungen ) gebildet (beispielsweise in einem Microkontroller, der Bestandteil einer Strommessvorrichtung oder mit dieser verbunden sein kann) : bzw .

U m = a mn * I Load ,i * / n * g- n

Beispielsweise können zu jeweils gleichen Zeiten t gemessene Spannungs-Wertepaare U _n (t), U _m (t) gespeichert werden. Diese gespeicherten Wertepaare können im Microcontroller mittels

(X linearer Regression ausgewertet werden, um die Beziehung ^mn zu ermitteln. Dies entspricht einer Berechnungsvorschrift für den oben erwähnten ersten Betriebsparameter.

Vorteilhaft kann nun bei eingeschalteten Kalibrierströmen durch Messung der Spannungen U _m , U _n

U m =a mn *i \l load,i +1 ref ,m })*R n * ο?κ

U ^ n =( \l ¹ Load,i +^ 1 ¹ ref ,n J)* R ^l n * ben der zu messende Teil des Laststroms wie folgt bestimmt werden:

U _m j , , R *R

U. U,

R *g *R *

Die vorletzte Formel gibt eine Berechnungsvorschrift für den zweiten Betriebsparameter an.

/ , =0

In Zeiten, zu welchen kein Kalibrierstrom anliegt, gilt ^reJ ' ^m I , =0

und ^reJ ' ⁿ und es kann die letzte Gleichung zur Bestimmung des zu messenden Laststroms benutzt werden.

Mit bekanntem R _n , g _n , alpha _nm kann vorteilhafterweise folgende Gleichung zur Bestimmung von benutzt werden:

Aus der Summe beider Gleichungen lässt sich näherungsweise auch für die Zeiten zurückrechnen, in denen der Kalibrierstrom angeschaltet ist:

Dabei entsteht ein Fehler insbesondere dann, wenn sich die Ströme und I stark unterscheiden.

Der Wert I ^reJ ' ^m -I ^reJ ' ⁿ ist dabei bekannt, er entspricht dem Ka ^¬ librierstrom, also der Summe der Kalibrierteilströme. Hierbei sind die unterschiedlichen Vorzeichen berücksichtigt. In dem Fall der weiter unten näher beschriebenen Figur 1 kann die Messung von für den Moment des Kalibriervorgangs unter- brochen werden. Beispielsweise kann der Messwert von Ii _oad für den Kalibrierzeitpunkt aus Mittelwerten von Messwerten vor dem Kalibrierzeitpunkt und Messwerten nach dem Kalibrierzeitpunkt gebildet werden. Alternativ kann eine Entscheidung getroffen werden, ob der fehlerbehaftete Messwert benutzt oder ein Er ^¬ satzwert gebildet wird. Die Entscheidung kann z. B. auf Basis

(X

eines aktuellen Wertes des „Symmetriefaktors" ^mn im Vergleich

(X

zu früheren Werten von ^mn getroffen werden. Die Entscheidung kann aber auch davon abhängig gemacht werden, wie groß das Verhältnis des Fehlers im Vergleich zum anliegenden Laststrom ist .

Hier zeigt sich ein Vorteil der Ausgestaltung der weiter unten beschriebenen Figur 2. Da zu einem Kalibrierzeitpunkt jeweils nur ein Zweig des Widerstandsnetzwerks mit dem Kalibrierstrom

ref ,m ref ,n

beaufschlagt wird, wird der durch verursachte relative Fehler im Verhältnis der Summe der durch alle Zweige fließenden Ströme kleiner. Für die gerade nicht kalibrierten Zweige kann der jeweilig anliegende Laststrom exakt berechnet werden, da die Summe von U _n und U _m zu jedem Zeitpunkt für alle Zweige gleich ist, unabhängig davon ob gerade einer der Zweige kalibriert wird oder nicht.

Die Messwiderstände Ri, R ₂ , R _z -i, R _z und die Vorrichtungen zur Messung der Spannungen U _n , U _m können nahezu beliebig große Toleranzen bzw. Abweichungen vom Sollwert haben. Auch der Wert des Kalibrierstroms spielt keine entscheidende Rolle.

Vorteilhaft sind lediglich folgende Voraussetzungen erfüllt:

(X R * £T R * £T Erstens: Das Verhältnis ^mn von e zwei Produkten " ^ÖH , ^{m öm} von Messwiderständen R _n und R _m und Verstärkungsfaktoren g _n , g _m zueinander soll über einen gewissen Zeitraum im Wesentlichen stabil sein. Dieser gewisse Zeitraum soll deutlich länger sein als die Periodendauer, mit der die periodisch angelegten Ka- librierströme zu- und abgeschaltet werden bzw. periodisch verändert werden. Zweitens: Der Wert des Kalibrierstroms ^{/re Iref} ' ^{n Iref} ' ^m I ^{+ «} />*I soll zu mindestens einem Zeitpunkt, zu dem U _n und U _m bei angelegtem Kalibrierstrom gemessen werden, genau bekannt sein. sei nun darauf hingewiesen, dass

1) der Spannungsabfall in einem Messwiderstand erhöht, der andere reduziert wird, und

2) aus der Differenz beider Messspannungen der Widerstand berechnet wird.

Hierdurch ist eine zeitaktuelle Messung des Widerstandes möglich. Dieser muss daher nicht dauerhaft konstant sein Kostengünstigere Materialien können zum Einsatz kommen.

Durch die beschriebene Anordnung bzw. das beschriebene Verfahren ist es möglich, praktisch ohne Vorkenntnis des Widerstands ^¬ netzwerks bzw. der Messwiderstandsgruppe und der relativen Genauigkeit der Messgeräte, mit denen die Spannungen gemessen werden, den Laststrom zu bestimmen. Dadurch kann trotz des kostengünstigeren Materials sogar eine höhere Genauigkeit der Strommessung erreicht werden, als bei Ausführungen gemäß dem Stand der Technik. Bisher geht nämlich im Wesentlichen sowohl die Toleranz des Widerstandswerts des Messwiderstands als auch die Toleranz der Spannungs-Messvorrichtung für den Spannungsabfall in die Toleranz des gemessenen Stromwerts ein.

Mit der beschriebenen Vorrichtung bzw. Anordnung ist typi- scherweise lediglich eine genaue Kenntnis von I _ref zu einem Zeitpunkt erforderlich. Zudem werden praktisch keine Anforderungen an die Qualität der Stromquelle für I _ref gestellt. Lediglich eine genaue Messung von I _ref ist typischerweise nötig. Dies ist beispielsweise mit einem entsprechend genauen Refe- renzwiderstand R _ref und einer genauen Messung des Spannungs ^¬ abfalls über R _ref einfach zu erreichen. R _ref kann nämlich, anders als der Messwiderstand für den Laststrom, einen hohen Widerstand von z.B. 1 Ohm haben, der nur für kleine Referenzströme und nicht für hohe Lastströme ausgelegt zu werden braucht. Durch den entsprechend hoch gewählten Wert von R _ref kann auch der Spannungsabfall I _ref * Rre _f bequem gemessen werden, da z. B. kein aufwändiger Verstärker erforderlich ist.

Es sei verstanden, dass es sich bei dem ersten Betriebsparameter insbesondere um alpha _nm handelt, und es sich bei dem zweiten Betriebsparameter insbesondere um das Produkt aus Widerstand und Verstärkungsfaktor handelt.

Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann den nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen entnehmen. Dabei zeigen:

Figur 1: eine Messwiderstandsgruppe mit Beschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Figur 2: eine Messwiderstandsgruppe mit Beschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Figur 3: eine Messwiderstandsgruppe mit Beschaltung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,

Figur 4: eine Messwiderstandsgruppe mit Beschaltung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, und

Figur 5: eine Messwiderstandsgruppe mit Beschaltung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.

Figur 1 zeigt eine Messwiderstandsgruppe mit Beschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, mit welcher sich auch das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft durchführen lässt.

Die Messwiderstandsgruppe weist einen ersten Messwiderstand Rl und einen zweiten Messwiderstand R2 auf, über welche ein zeitlich veränderlicher Laststrom Iload geleitet wird. Dieser Laststrom Iload stammt zunächst aus einer Batterie, welche spannungsmäßig als Vbat in Figur 1 eingezeichnet ist. Der Laststrom Iload fließt auch über eine allgemein als Load bezeichnet Last, welche hier lediglich schematisch dargestellt ist und typische elektrische Komponenten eines Kraftfahrzeugs wie beispielsweise einen Anlasser, ein Fahrzeuglicht oder elektronische Komponenten sowie auch einen Generator beinhalten kann.

Über dem ersten Messwiderstand Rl ist ein erster Spannungsmesser Ul angeordnet. Über dem zweiten Messwiderstand R2 ist ein zweiter Spannungsmesser U2 angeordnet. Diese sind dazu ausgebildet, jeweilige Spannungen über den beiden Messwiderständen Rl, R2 bei jeweils durchfließendem Strom II, 12 zu messen. Als Stromquellen für einen Kalibrierstrom Iref dienen ein erster Kondensator Cl und ein zweiter Kondensator C2, welche über einen Vorwiderstand Rlim direkt aus der Fahrzeugbatterie geladen werden. Über den Verbraucher Load wird der Laststrom Iload aus der Batterie Vbat erzeugt, der über das Widerstandsnetzwerk der Messwiderstände Rl, R2 zur Masse GND fließt.

Die beiden Kondensatoren Cl, C2 sind über einen Schalter Sl und einen Referenzwiderstand Rref mit einem Punkt zwischen dem ersten Messwiderstand und dem zweiten Messwiderstand verbunden. An diesem Punkt sind auch die beiden Spannungsmesser Ul, U2 angeschlossen. Über dem Referenzwiderstand Rref ist ein weiterer Spannungsmesser Uref angeordnet, welcher eine über dem Referenzwiderstand Rref bei durchfließendem Kalibrierstrom Iref abfallende Spannung misst.

Durch Schließen des Schalters Sl wird somit zusätzlich zum Laststrom Iload ein Kalibrierstrom Iref in das aus den Messwiderständen Rl, R2 bestehende Widerstandsnetzwerk eingespeist, wobei sich der erste Kondensator Cl im Wesentlichen über den ersten Messwiderstand Rl entlädt, und der zweite Kondensator C2 sich im Wesentlichen über den zweiten Messwiderstand R2 entlädt. Hierdurch entstehen folglich zwei Kalibrierteilströme, nämlich ein erster Kalibrierteilstrom Iref, 1 und ein zweiter Kalibrierteilstrom Iref, 2, wobei der erste Kalibrierteilstrom Iref , 1 durch den ersten Messwiderstand Rl fließt und der zweite Ka ^¬ librierteilstrom Iref, 2 durch den zweiten Messwiderstand R2 fließt. Die beiden Kalibrierteilströme Iref, 1 und Iref, 2 tragen über den beiden Messwiderständen Rl, R2 entgegengesetzte Vorzeichen, während ihre Summe Iref durch den Referenzwiderstand Rref fließt und wie bereits beschrieben über eine Spannungs ^¬ messung gemessen werden kann. Die Spannungsmesser Ul, U2 zur Messung der über den beiden

Messwiderständen Rl, R2 abfallenden Spannungen sind vorliegend nicht weiter im Detail ausgeführt. Die Spannungsmesser Ul, U2 weisen typischerweise jeweils mindestens einen Verstärker auf, in der Regel mit variablem Verstärkungsfaktor, und je einen Anlog-Digital-Wandler oder auch einen gemeinsamen Ana- log-Digital-Wandler, welcher über einen Multiplexer je einem Verstärker zugeschaltet werden kann.

In Figur 1 nicht eingezeichnet ist ein Rechenwerk, beispielsweise eine elektronische Steuerungsvorrichtung, welche beispielsweise als MikroController ausgebildet sein kann. Eine solche elektronische Steuerungsvorrichtung kann beispielsweise Pro ^¬ zessormittel und Speichermittel aufweisen, wobei in den

Speichermitteln Programmcode gespeichert ist, bei dessen Ausführung die Prozessormittel ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführen. Insbesondere können die Prozessormittel dabei den Laststrom Iload gemäß den oben genannten Formeln berechnen. Das Rechenwerk bzw. die elektronische Steuerungsvorrichtung kann bevorzugt auch eine Schnittstelle zum Einlesen der Spannungen Ul, U2, Uref sowie eine Schnittstelle zum Steuern des Schalters Sl aufweisen .

Es sei erwähnt, dass anstelle der Kondensatoren Cl, C2 jede beliebige andere Art von Stromquelle zum Einsatz kommen kann. Beispielsweise können DC/DC-Wandler, eine direkte Verbindung zum Pluspol einer Batterie (mit oder ohne Vorwiderstand Rlim) , Längsregler, geregelte Präzisionsstromquellen (insbesondere mit Entfall der Iref-Messung über Rref) oder auch andere geeignete Ausführungen zum Einsatz kommen.

Es sei des Weiteren darauf hingewiesen, dass Teile der Be ^¬ rechnungen, insbesondere die Berechnung einer Summe von über den Messwiderständen gemessenen Spannungen (Un, Um) und/oder eine Differenz dieser Spannungen (Un-Um) auch vor der Digitalisierung der Messwerte analog ausgeführt werden können.

Figur 2 zeigt eine Messwiderstandsgruppe mit Beschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel . Es sei erwähnt, dass bei Figur 2 und den weiteren Figuren im Wesentlichen auf die Änderungen zu den vorherigen Figuren eingegangen wird, wobei bezüglich nicht eigens erwähnter Elemente auf die vorherige Beschreibung verwiesen sei.

Bei der Ausführung gemäß Figur 2 besteht das Widerstandsnetzwerk bzw. die Messwiderstandsgruppe aus mehreren, parallel bzw. in Reihe geschalteten Messwiderständen Rl, R2, R3, R4,..., Rz, Rz-1. Ein Vorteil dieser Ausführung besteht insbesondere darin, dass durch die Parallelschaltung mehrerer Widerstandszweige ein insgesamt niedrigerer Messwiderstand im Iload-Pfad erreicht wird, während die Messwiderstände Rl, R2,..., Rz-1, Rz relativ groß sein können. Damit wird selbst bei niedrigem angelegtem Kalibrierstrom im Vergleich zum Laststrom ein relativ hoher, d.h. leicht messbarer Spannungsabfall, am jeweiligen Messwiderstand erzeugt. Über den Multiplexer Mux können die Kalibrierströme Iref und die Spannungsmesser Un, Um einem beliebigen Zweig (Rl, R2) , (R3, R4 ),..., (Rz-1, Rz) zugeordnet werden. Es kann vorteilhaft sein, anstelle des Multiplexers zum ge ^¬ meinsamen Schalten der Referenzströme und der Messgröße zwei oder mehrere Multiplexer einzusetzen, wovon einer zum Schalten der Referenzströme und ein zweiter zum Schalten der Spannungsmesser auf den jeweiligen Zweig des Widerstandsnetzwerks verwendet wird.

Anstelle des Multiplexers Mux kann beispielsweise auch je eine Stromquelle und/oder je ein Spannungsmessgerät pro Messwi ^¬ derstand Rl, R2,..., Rz-1, Rz verwendet werden.

Figur 3 zeigt eine Messwiderstandsgruppe mit Beschaltung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei wird ein separater Multiplexer Muxl zum Schalten des Kalibrierstroms Iref auf einen beliebigen Zweig (Rl, R2), (R3, R4 ),..., (Rz-1, Rz) des

Widerstandsnetzwerks und ein zweiter Multiplexer Mux2 zum Schalten der Spannungsmesser Un, Um auf einen beliebigen Zweig (Rl, R2), (R3, R4 ),..., (Rz-1, Rz) des Widerstandsnetzwerks verwendet. Ein MikroController yC steuert die Multiplexer Muxl, Mux2 und den Schalter Sl und empfängt die Messwerte Un, Um, Uref .

Der MikroController yC ist eine elektronische Steuerungsvorrichtung und ist dazu konfiguriert, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Dabei kann grundsätzlich auf alle beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden.

Figur 4 zeigt eine Messwiderstandsgruppe mit Beschaltung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welcher die Kalibrierströme ISumme von der Steuerung gezielt über ver ^¬ schiedene Messwiderstände (Widerstand oben, Widerstand unten) eines Widerstandszweigs getrennt geschaltet werden können. Die Spannungsmessung ist detailliert in die Schritte Verstärkung (Verstärker 1, Verstärker 2) und Analog-Digital-Wandlung (AD-Wandler 1, AD-Wandler 2) aufgeteilt.

Figur 5 zeigt eine Messwiderstandsgruppe mit Beschaltung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, bei dem das Widerstands ^¬ netzwerk drei in Reihe geschaltete Widerstände (Widerstand oben, Widerstand Mitte, Widerstand unten) j e Zweig enthält , die separat mit dem Kalibrierstrom beaufschlagt werden können.

Beliebige Teilmengen der gezeigten Schaltungen können beispielsweise diskret auf einer Leiterplatte bestückt werden oder in einem Halbleiterbaustein integriert werden. Zusätzlich kann die diskrete Schaltung oder der Halbleiterbaustein weitere Vorrichtungen, beispielsweise Temperatursensoren, insbesondere zur Temperaturmessung, mindestens einen der Widerstände Rref, Rl, R2,..., Rn, Spannungssensoren, insbesondere zur Messung von Batteriespannungen, Kommunikationsschnittstellen, Vorrichtungen zur Regelung der Stromquellen Cl, C2, weitere Stromquellen, Taktgeber, flüchtige und/oder nichtflüchtige Datenspeicher, insbesondere zur Speicherung von Kalibrierdaten der Strommessvorrichtung, beispielsweise ein im Fertigungs-Endtest ermittelter Wert von Rref oder ein Temperaturkoeffizient von Rref, Mikroprozessoren, insbesondere zur Berechnung von physikalischen Größen der Batterie oder zur Berechnung von Tem- peraturmodellen, insbesondere zur Berechnung der Batterietemperatur, der Umgebungstemperatur der Vorrichtung oder zur Berechnung einer Temperatur eines oder mehrerer der verwendeten Widerstände Rref, Rl,..., Rz aufweisen. Die gesamte Anordnung oder eine beliebige Teilmenge der Vor ^¬ richtung kann beispielsweise in ein Kunststoff- oder Metall ^¬ gehäuse mit oder ohne integriertem Stecker eingebaut werden, oder kann mit einem Kunststoff umspritzt werden. Die gesamte Anordnung oder eine beliebige Teilmenge der genannten Vorrichtungen, insbesondere die Messwiderstände bzw.

Shunt-Widerstände Rl,..., Rz können in eine Batterie-Polklemme, in einen Kabelschuh, in ein Batteriekabel oder in eine Batterie integriert werden.

Die Schaltung kann darüber hinaus einen oder mehrere Chopper für die an den Widerständen Rref, Rl,..., Rz abgegriffenen Spannungen enthalten . Die Schaltung kann darüber hinaus ein oder mehrere Samp- le-and-Hold-Glieder für an den Widerständen Rref, Rl,..., Rz abgegriffene Spannungen oder dort abgegriffene oder verstärkte Spannungen enthalten. Letztendlich kann die Messung des Kalibrierstroms Iref auch mit einem anderen Strommessverfahren als einer Spannungsmessung über Iref durchgeführt werden, beispielsweise mit einem Hall-Sensor oder anderen Magnet-basierten Messmethoden. Nachfolgend sei noch eine Herleitung für die oben genannten

Formeln gegeben. Bezüglich der Bedeutung der einzelnen Variablen sei auf die obige Beschreibung verwiesen. re/,2 ^l ref

^ Ifoad ⁺ re/,1

12 = 1 load ¹ re/,2

= a * Rl * _gl * (l _load - \l _{re 2} \)

R2 * g ₂ = a *R\ * g _l

Erwähnte Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Sie können jedoch auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer seiner Ausführungen, beispielsweise mit einer bestimmten Zusammenstellung von

Schritten, in der Weise ausgeführt werden dass keine weiteren Schritte ausgeführt werden. Es können jedoch grundsätzlich auch weitere Schritte ausgeführt werden, auch solche welche nicht erwähnt sind.

Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar.

Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am An- meldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere

Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.

Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen

Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen .

Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.

Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.

Zum Zweck der besseren Lesbarkeit werden in den Ansprüchen einige Bezugszeichen verkürzt wiedergegeben. So wird der erste Betriebsparameter mit a bezeichnet, der zweite Betriebsparameter wird mit R*g bezeichnet und der Verstärkungsfaktor wird mit g bezeichnet. Auf die in der obigen Beschreibung verwendeten Indizes wurde dabei verzichtet.