Batteriesensor

Die Erfindung betrifft einen Batteriesensor zur Erfassung von zumindest einem Batterieparameter.

Batteriesensor werden in Fahrzeugen genutzt, Batterieparameter, beispielsweise den Batteriestrom oder die Batteriespannung der Fahrzeugbatterie zu erfassen. Beispielsweise weist ein solcher Batteriesensor eine im Strompfad angeordnete Messstrecke auf, entlang der Messwerte erfasst werden, aus denen ein Batterieparameter ermittelt werden kann.

Der Batteriesensor muss über die gesamte Lebensdauer eine hohe Genauigkeit aufweisen, um den Batteriezustand möglichst genau bestimmen zu können. Des Weiteren ist sicherzustellen, dass Fehler in der Bestimmung der Batterieparameter, insbesondere bei der Bestimmung der Batteriespannung oder des Batteriestroms, mit einer hohen Zuverlässigkeit erkannt und/oder vermieden werden.

Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise bekannt, eine vollständig redundante Messung der Batterieparameter bereitzustellen. Diese erfordert aber sehr hohen konstruktiven Aufwand, da zwei vollständig getrennte Messpfade aufgebaut werden müssen, beispielsweise mit zwei vollständig getrennten Batteriesensoren. Zudem erfordert ein solcher Aufbau einen sehr hohen Platzbedarf.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Batteriesensor bereitzustellen, der Fehler in der Messung der Batterieparameter mit einer sehr hohen Zuverlässigkeit erkennen und oder vermeiden kann und einen sehr kompakten Aufbau aufweist.

Zur Lösung der Aufgabe ist ein Batteriesensor zur Erfassung von zumindest einem Batterieparameter vorgesehen, mit zumindest zwei Messeinheiten, wobei die Messeinheiten jeweils zumindest eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung zumindest eines Messwertes aufweisen. Die Messeinheiten weisen jeweils zumindest eine Auswerteschaltung zur Ermittlung zumindest eines Batterieparameters aus dem jeweils erfassten zumindest einen Messwert auf. Es ist zumindest eine Auswerteeinheit vorgesehen, die die von den Auswerteschaltungen ermittelten Batterieparameter vergleicht und bei Überschreiten einer definierten Abweichung zwischen den Batterieparametern ein Fehlersignal ausgibt.

Der Batteriesensor hat also zwei unabhängig voneinander funktionierende Messeinheiten, die jeweils den oder dieselben Batterieparameter ermitteln. Die ermittelten Batterieparameter beider Messeinheiten werden, vorzugsweise innerhalb des Batteriesensors, miteinander verglichen. Da beide Messeinheiten dieselben Messwerte erfassen, müssen die ermittelten Batterieparameter übereinstimmen bzw. dürfen nur um einen definierten Wert voneinander abweichen. Wird diese Abweichung überschritten, wird ein Fehlersignal ausgegeben. Innerhalb des Batteriesensors werden also für einen Batterieparameter zumindest zwei Messpfade bereitgestellt, die miteinander verglichen werden können. Dadurch, dass die Messpfade auf dieselben Messwerte zurückgreifen, ist sichergestellt, dass diese bei korrekter Funktionsweise gleiche bzw. nur geringfügig voneinander abweichende Batterieparameter ermitteln. Beispielsweise können die Messeinheiten auch gemeinsame Kontakte zur Erfassung der Messwerte aufweisen. Dadurch kann die Anzahl der Kontakte reduziert werden und zudem sichergestellt werden, dass die Messeinheiten die gleichen Messwerte erfassen. Abweichungen der ermittelten Batterieparameter müssen somit durch Fehler innerhalb der Messeinheiten verursacht werden, sodass eine Eingrenzung der Fehlerquelle möglich ist.

Um den Batteriesensor möglichst kompakt zu gestalten, kann in zumindest einer Auswerteschaltung eine Auswerteeinheit integriert sein, wobei die Auswerteschaltungen über eine Signalleitung miteinander verbunden sind, über die die Batterieparameter an die Auswerteeinheit übermittelt werden. Das heißt, es ist keine zusätzliche Schaltung erforderlich, um die Batterieparameter miteinander zu vergleichen. Dies erfolgt in einer der Messeinheiten. Um die Genauigkeit zusätzlich zu erhöhen, können auch in mehreren Messeinheiten Auswerteeinheiten vorhanden sein, wobei deren Werte ebenfalls miteinander verglichen werden können.

Die Auswerteeinheit kann auch in einer übergeordneten Steuerung, beispielsweise einer Fahrzeugsteuerung vorgesehen sein, wodurch der Batteriesensor kleiner gestaltet werden kann.

Zusätzlich kann in zumindest eine Messeinheit eine Diagnoseeinheit zur Durchführung eines Selbsttest der Messeinheit und/oder zumindest einer Erfassungseinrichtung vorgesehen sein. Die jeweilige Messeinheit kann also eine Selbstdiagnose oder eine Kalibrierung durchführen. Dadurch kann die Zuverlässigkeit bzw. die Genauigkeit des Batteriesensors zusätzlich erhöht werden. Durch die Selbstdiagnose können zusätzlich Fehler innerhalb der jeweiligen Messeinheit erkannt werden, wodurch auch eine Fehlererkennung möglich ist, wenn beide Messeinheiten einen Fehler aufweisen, der zur Ausgabe gleicher oder ähnlicher Batterieparameter führen könnte. Durch die Kalibrierung ist zudem die Erhöhung der Genauigkeit der jeweiligen Messeinheit möglich, sodass zusätzlich die Messgenauigkeit des gesamten Batteriesensors erhöht werden kann.

Die Messeinheiten können sich im Aufbau und/oder in der Art der Ermittlung der Batterieparameter unterscheiden. Dadurch ist es möglich, dass systembedingte Fehler, denen beide Messeinheiten unterliegen könnten, gleichartige Fehler in beiden Messeinheiten, beispielsweise aufgrund der gleichen Ursache, zu erkennen. Beispielsweise kann jeweils eine der Messeinheiten zusätzliche Elemente zur Verbesserung der Genauigkeit oder zur Kalibrierung der Messeinheit aufweisen.

Beispielsweise kann zumindest einer Erfassungseinrichtung einer Messeinheit ein Filter für den Messwert vorgeschaltet sein. Insbesondere kann auch ein gemeinsamer Filter für korrespondierende Erfassungseinrichtungen von mehreren Messeinheiten vorgesehen sein. Die Messwerte können beispielsweise auch temperasturabhängig sein. Zur Erhöhung der Messgenauigkeit können die Messeinheiten jeweils eine Temperaturerfassungsschaltung, insbesondere mit einem innerhalb der Messeinheit angeordneten Temperatursensor, aufweisen, wobei die ermittelte Temperatur an die Auswerteschaltung ausgegeben wird. Der Batterieparameter wird aus dem jeweils erfassten ersten Messwert und dem jeweils erfassten zweiten Messwert und der ermittelten Temperatur ermittelt. Beispielsweise kann die Messstrecke ein Widerstandselement aufweisen und durch die Messeinheit wird ein Spannungsabfall entlang der Messstrecke bzw. des Widerstandselements erfasst. Aus dem erfassten Spannungsabfall sowie dem bekannten elektrischen Widerstand des Widerstandselements kann beispielsweise der Batteriestrom ermittelt werden. Da sich der elektrische Widerstand des Widerstandselements temperaturbedingt ändern kann, ist es erforderlich, die Temperatur zu erfassen, um den genauen elektrischen Widerstand des Widerstandselements zu ermitteln.

Zumindest eine Temperaturerfassungsschaltung kann mit einem außerhalb der Messeinheit angeordneten Temperatursensor verbunden sein. Diese Temperaturerfassungsschaltung kann durch den externen Temperatursensor die Temperaturerfassung mit dem internen Temperatursensor überprüfen, sodass der interne Temperatursensor entweder kalibriert werden kann oder dessen Fehlfunktion erkannt werden kann. Der externe Temperatursensor kann beispielsweise auf einer gemeinsamen Leiterplatte des Batteriesensors angeordnet sein oder vollständig außerhalb des Batteriesensors.

Des Weiteren kann zumindest eine Messeinheit eine Referenzschaltung zur Bereitstellung eines Referenzsignals aufweisen. Das Referenzsignal hat eine bekannte Größe. Des Weiteren ist bekannt, welcher Batterieparameter bzw. welche Änderung des Batterieparameters durch das Referenzsignal erzeugt wird. Durch das Referenzsignal kann entweder die entsprechende Messeinheit kalibriert werden. Alternativ kann der Batterieparameter der jeweiligen Messeinheit zusätzlich das Referenzsignal enthalten. In der Auswerteeinheit kann beispielsweise das Referenzsignal herausgefiltert bzw. die Änderung des Batterieparameters durch das Referenzsignal geprüft werden, wodurch ebenfalls ein Abgleich der Batterieparameter miteinander möglich ist.

Vorzugsweise sind die Messeinheiten auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sodass der Batteriesensor möglichst kompakt ausgebildet ist. Insbesondere können die Messeinheiten auf entgegengesetzten Flächen der Leiterplatte angeordnet sein, um die Größe der Leiterplatte zu reduzieren.

Die Messeinheiten können auch mehrere Erfassungseinrichtungen aufweisen, wobei jeweils die gleichen Batterieparameter erfasst werden.

Eine erste Erfassungseinrichtung kann beispielsweise eine Spannungserfassungseinrichtung zur Erfassung der Batteriespannung sein, wobei die erste Erfassungseinrichtung insbesondere einen ersten Kontakt zur Kontaktierung mit einem Batteriepol der Fahrzeugbatterie aufweist.

Eine zweite Erfassungseinrichtung kann eine Stromerfassungseinrichtung zur Erfassung des Batteriestroms sein.

Die Stromerfassungseinrichtung kann eine Messstrecke aufweisen, wobei ein erster Messwert an einem ersten Kontakt an einem ersten Ende der Messstrecke erfasst wird und ein zweiter Messwert an einem zweiten Kontakt an einem zweiten Ende der Messstrecke erfasst wird.

Beispielsweise weist die Messstrecke zumindest einen Messwiderstand mit einem definierten elektrischen Widerstand auf, und die Messwerte sind jeweils Spannungen. Jede der Messeinheiten erfasst somit den Spannungsabfall entlang der Messstrecke. Mit dem bekannten elektrischen Widerstand des Messwiderstandes kann aus dem jeweils ermittelten Spannungsabfall der über den Batteriesensor verbessert werden die Messstrecke fließende Batteriestrom ermittelt werden. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Zeitrechnung. In dieser ist ein schematischer Aufbau eines erfindungsgemäßen Batteriesensors gezeigt.

In Figur 1 ist ein Batteriesensor 10 gezeigt, zur Erfassung von Batterieparameter einer Fahrzeugbatterie 12, die in einem Stromkreis 14 in einem Fahrzeug angeordnet ist.

Der Batteriesensor 10 weist zwei Messeinheiten 16, 18 auf, die jeweils mehrere Erfassungseinrichtungen zur Erfassung zumindest eines Batterieparameters aufweisen, wobei beide Messeinheiten 16, 18 dieselben Batterieparameter erfassen. Eine erste Erfassungseinrichtung der Messeinheiten ist jeweils eine Spannungserfassungseinrichtung 20, 22 zur Erfassung der Batteriespannung, eine zweite Erfassungseinrichtung ist jeweils eine Stromerfassungseinrichtung 24, 26 zur Erfassung des Batteriestrom. Zusätzlich weist jede Messeinheit 16, 18 eine Temperaturerfassungsschaltung 28, 30 auf.

Die Spannungserfassungseinrichtungen 20, 22 sind über einen gemeinsamen Filter 32 mit einem Eingang 34 des Batteriesensors 10 verbunden. Der Eingang 34 ist mit einem Batteriepol 36 elektrisch verbunden, sodass die Spannungserfassungseinrichtungen 20, 22 denselben Messwert erhalten und an eine Auswerteschaltung 38, 40 ausgeben, die aus diesem Messwert die Batteriespannung der Fahrzeugbatterie 12 ermittelt.

Die Stromerfassungseinrichtungen 24, 26 weisen eine gemeinsame im

Laststrompfad angeordnete Messstrecke 42 auf, die durch einen Messwiderstand mit einem definierten elektrischen Widerstand gebildet ist. Der Messwiderstand kann durch mehrere in Reihe und/oder parallel angeordnete Widerstandselemente gebildet sein. Ein erster Messwert ist eine an einem ersten Ende der Messstrecke erfasste Spannung, ein zweiter Messwert ist eine an einem zweiten Ende der Messstrecke erfasste Spannung. Aus diesen Spannungen kann in Auswerteschaltung 38, 40 jeweils der Spannungsabfall über die Messstrecke 42, also über den Messwiderstand berechnet und aus diesem zusammen mit dem bekannten elektrischen Widerstand des Messwiderstandes der über die Messstrecke fließende Strom, also der Batteriestrom, ermittelt werden. Da beide Messeinheiten 16, 18 auf eine gemeinsame Messstrecke zurückgreifen, sichergestellt, dass diese dieselben Messwerte 42 erhalten und somit bei korrekter Funktion der Messeinheiten 16, 18 dieselben Batterieparameter ausgeben müssen. Vor den Stromerfassungseinrichtungen 24, 26 ebenfalls ein gemeinsamer Filter 48 vorgesehen.

Die Temperaturerfassungsschaltung 28 der ersten Messeinheit 16 weist einen internen Temperatursensor 50 auf, dessen Signal ebenfalls an die Auswerteschaltung 38 ausgegeben wird. Mit dem Temperatursignal können beispielsweise die Messungen der Stromerfassungseinrichtung 20 oder der Spannungserfassungseinrichtung 24 korrigiert oder verbessert werden. Die Temperaturerfassungsschaltung 30 der zweiten Messeinheit 18 weist analog einen internen Temperatursensor 52 auf. Zusätzlich weist die Temperaturerfassungsschaltung 30 einen zweiten, externen Temperatursensor 54 auf. Dieser ermöglicht beispielsweise eine Überprüfung des internen Temperatursensor 52 oder die Erfassung zusätzlicher Temperaturdaten, beispielsweise um die Messung des Batteriesensors 10 zu verbessern.

Zwischen den Auswerteschaltungen 38, 40 ist eine Signalleitung 56 vorgesehen, über die die ermittelten Batterieparameter an die jeweils andere Auswerteschaltung 38, 40 ausgegeben werden können. In der Auswerteschaltung 38 der ersten Messeinheit 16 ist zusätzlich eine Auswerte Einheit 58 vorgesehen, die die Batterieparameter der Auswerteschaltung 38 und die Batterieparameter der Auswerteschaltung 40 miteinander vergleicht. Da diese jeweils auf denselben Messwerten passieren, müssen diese gleich sein oder dürfen nur geringfügige Abweichungen aufweisen. Überschreitet die Abweichung zwischen den korrespondierenden Batterieparametern der Auswerteschaltungen 38, 40 wird ein Fehlersignal ausgegeben insbesondere über einen Ausgang 60 an eine übergeordnete Steuerung 62, um eine Fehlfunktion des Batteriesensors 10 anzuzeigen. Die ermittelten Batterieparameter beider Messeinheiten 16, 18 werden also innerhalb des Batteriesensors 10 überprüft, wobei die Batterieparameter jeweils auf denselben Messwerten beruhen. Die Fehlerquellen können somit auf die die Erfassungseinrichtungen 20, 22, 24, 26, 28, 30 und/oder die Auswerteschaltungen 38, 40 reduziert werden. Da die die Erfassungseinrichtungen 20, 22, 24, 26, 28, 30 jeweils dieselben Messwerte nutzen, kann die Anzahl der Kontakte zum Stromkreis 14 bzw. zur Fahrzeugbatterie 12 reduziert werden. Es erfolgt also eine redundante Messung der Batterieparameter, wobei innerhalb des Batteriesensors eine Fehler Überprüfung erfolgt. Der Batteriesensor ist somit sehr zuverlässig und weist nur eine geringe Baugröße auf, da für beide Messpfade keine getrennten Kontakte und/oder Messstrecken erforderlich sind.

Zusätzlich weisen beide Messeinheiten 16, 18 jeweils eine Diagnoseeinheit 64, 66 auf, um eine Selbstdiagnose durchzuführen. Die Diagnoseeinheiten 64, 66 können beispielsweise genutzt werden, um die Erfassungseinrichtungen 20, 22, 24, 26, 28, 30 im regulären Betrieb zu prüfen oder zu kalibrieren, insbesondere regelmäßig, und/ oder um nach Ausgabe eines Fehlersignals die Erfassungseinrichtungen 20, 22, 24, 26, 28, 30 oder die gesamten Messeinheiten 16, 18 zu prüfen.

In der hier gezeigten Ausführungsform weisen die Messeinheiten 16, 18 im Wesentlichen denselben Aufbau auf, d. h. die korrespondierenden Erfassungseinrichtungen 20, 22, 24, 26, 28, 30 weisen denselben Aufbau auf bzw. beruhen auf demselben Messverfahren. Es ist aber auch möglich, dass diese dieselben Messwerte verwenden, aber unterschiedliche Auswerteverfahren, um systembedingte Fehlerquellen zu vermeiden. Insbesondere können in den einzelnen Messeinheiten 16, 18 zusätzliche Elemente, beispielsweise Filter, Temperatursensoren oder Kalibriereinrichtungen vorgesehen sein, um gemeinsame Messfehler bei der Messeinheiten 14, 18, Spielweise aufgrund einer gemeinsamen Ursache, erkennen zu können.,

In der gezeigten Ausführungsform des Batteriesensors 10 ist beispielsweise eine für die Spannungserfassungseinrichtungen 22 eine Referenzspannungsquelle 68 vorgesehen, die eine definierte Spannung mit bekannter Größe an die Spannungserfassungseinrichtungen 22 anlegen kann, beispielsweise, um diese zu prüfen oder zu kalibrieren. Des Weiteren ist an der Temperaturerfassungsschaltung 30 ein externer Temperatursensor 54 vorgesehen, um diese zu kalibrieren oder der Auswerteschaltung 40 einen zusätzlichen Temperaturwert bereitstellen zu können. Weitere Elemente können beispielsweise Filter 32,48 sein, die nur die Messwerte einer der beiden Messeinheiten 16, 18 filtern.

In der hier gezeigten Ausführungsform sind die Messeinheiten 16, 18 auf einer gemeinsamen Leiterplatte 70, insbesondere nebeneinander, angeordnet. Vorzugsweise sind die Messeinheiten 1, 1 in 68 auf entgegengesetzten Seiten der Leiterplatte 70 angeordnet, um die Leiterplatte kleiner ausbilden zu können.

Optional kann die Auswerteeinheit 48 auch außerhalb der Messeinheiten 16,18 angeordnet sein, insbesondere auch außerhalb des Batteriesensors 10.