ES2230226T3 - Dispositivo para la supervision de una red de a bordo de un vehiculo. - Google Patents
Dispositivo para la supervision de una red de a bordo de un vehiculo.Info
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Abstract
Dispositivo para la supervisión de una red de a bordo de un vehículo con un sensor (2) para la medición de corriente eléctrica que circula en una línea de conexión (1), caracterizado porque, - al menos, un segundo sensor (3) para la medición de la corriente está previsto en la línea de conexión (1), cuyo alcance de medición es distinto al alcance de medición del primer sensor (2), - al menos, uno de ambos sensores (2, 3) está configurado para una medición sin potencial de la corriente.
Description
Dispositivo para la supervisión de una red de a
bordo de un vehículo.
La invención se refiere a un dispositivo para la
supervisión de una red de a bordo de un vehículo con un sensor para
la medición de corriente eléctrica que circula en una línea de
conexión, según el preámbulo de la reivindicación 1.
Un dispositivo de este tipo para la supervisión
de una red de a bordo de un automóvil se conoce del documento DE
19736025 A1. El dispositivo descrito allí presenta un sensor para
la medición de la corriente en la línea de conexión de una batería
de la red de a bordo. Mediante el sensor de corriente puede medirse
la corriente que circula desde la batería a los consumidores
(estárter, bombillas, radio, etc.), así como la corriente de carga
suministrada a la batería mediante el generador. Junto con una
medición de la duración del tiempo puede determinarse, la carga
eléctrica extraída de la batería y suministrada. Con ayuda de otras
informaciones como la temperatura y la tensión de batería puede
determinarse bien en total el estado de carga de la batería. Debido
al hecho de que cada vez se montan más consumidores eléctricos en
un vehículo y se realizan cada vez más funciones de forma eléctrica
o electromecánica, la supervisión de la red de a bordo y, con ello,
la comprobación del estado de carga de la batería como parte de la
supervisión de la red de a bordo, cada vez adquiere más
importancia. El conocimiento del estado de carga de la batería es
especialmente necesario, en caso de caída del generador, cuando
deben alimentarse únicamente mediante la batería dispositivos
importantes para la seguridad, como por ejemplo un freno
electromecánico. En este caso, el conductor debe ser advertido a
tiempo, en caso de que la batería haya descendido por debajo de una
determinada banda de estado de carga.
Para poder determinar de la forma más exacta
posible el estado de carga de la batería con ayuda de la medición
de corriente, es necesario no sólo poder medir las corrientes
grandes y medias, sino también las corrientes pequeñas, puesto que
también consumidores con una toma de corriente pequeña en caso de
una duración de conexión larga produce una reducción considerable
de la capacidad de la batería.
El objetivo de la invención es, por tanto,
proporcionar un dispositivo para la supervisión de una red de a
bordo de un vehículo, en la que de forma sencilla y fiable sea
posible una medición de la corriente que circula en una línea de
conexión hacia la batería mediante un gran alcance de medición
(varias décadas).
Este objetivo se alcanza según la invención de
forma que se prevén, al menos, dos sensores para la medición de la
corriente en la línea de conexión, cuyos alcances de medición son
distintos entre sí, estando configurado al menos uno de ambos
sensores para una medición de la corriente sin potencial. Medición
sin potencial significa sin contacto galvánico con la línea de
conexión. Asimismo, con este objeto se monta preferiblemente un
sensor de campo magnético (sensor Hall o sensor
magnetorresistente), que mide el campo magnético generado por éste
para la medición de la corriente.
Mediante la previsión de dos sensores con
distintos alcances de medición se cubre en conjunto un mayor
alcance de medición. De este modo, que al menos uno de los dos
sensores está configurado como sensor medidor sin potencial, como
se explica en detalle a continuación, por un lado se incrementa la
fiabilidad del dispositivo y, por otro lado, se posibilita una
conmutación del alcance de medición sencillo y económico o una
selección sencilla y económica del sensor apropiado para el alcance
de medición actual.
De forma ventajosa se prevé que los alcances de
medición de ambos sensores se solapen en una zona parcial. En este
caso, en la zona de solape se registran valores de medición
mediante ambos sensores que se suministran a una unidad de
evaluación conjunta de ambos sensores. Asimismo, mediante los
valores de medición del primer sensor se realiza un ajuste del
segundo sensor o viceversa. Este ajuste se realiza en la unidad de
evaluación conjunta. Asimismo, ajuste se refiere al calibrado de
parámetros, coeficientes y factores de refuerzo o similares, que se
extraen de la unidad de evaluación en caso de evaluar las señales
medidas por el sensor de que debe ajustarse. No obstante, el ajuste
en el marco de la invención, también, es el ajuste electrónico de
parámetros en el propio sensor, mediante la unidad de evaluación,
que está configurada también como unidad de control. Asimismo,
preferiblemente, uno de los dos sensores se monta como sensor
ajustado de forma absoluta previamente por la fábrica al
suministrar el dispositivo. Este sensor ajusta entonces, como se ha
descrito anteriormente, tras el montaje del dispositivo en el
vehículo el otro sensor mediante la comparación de los valores
medidos en la zona de solape del valor de medición.
En una primera forma de realización, ambos
sensores están configurados para la medición sin potencial de la
corriente, en el que preferiblemente se montan dos sensores de
campo magnético.
En una segunda forma de realización se prevé un
sensor de campo magnético para la medición de pequeñas corrientes,
mientras para la medición de grandes corrientes se prevé una
resistencia (shunt) dispuesta en la línea de conexión como sensor,
en el que se mide la caída de tensión, que produce la corriente que
debe medirse en esta resistencia. En una variante especialmente
económica de esta forma de realización, una parte del propio
conducto de conexión configura la resistencia de medición. Esta
forma de realización representa, por tanto, una combinación de un
sensor, que está unido galvánicamente según potencial con la línea
de conexión, y el sensor sin potencial.
Un sensor medidor sin potencial tiene la ventaja
de que éste no se daña debido a puntas de tensión o corriente en la
línea de conexión que conduce la corriente. En caso contrario, el
uso de un sensor unido galvánicamente fuera de la ruta de corriente
de la línea de conexión tiene la ventaja de que en caso de que el
sensor se dañe, la corriente puede seguir circulando sin obstáculos
en la línea de conexión. Además, un sensor de corriente medidor sin
potencial no influye en el potencial de tensión de la red de a
bordo, a diferencia de una resistencia de medición dispuesta en la
línea de conexión.
A diferencia de un dispositivo de medición de
corriente, que se compone de dos resistencias de medición dispuestas
en paralelo o en serie en la línea de conexión, entre las cuales se
intercala un elemento de conmutación para la conmutación del
alcance de medición, la conmutación del alcance de medición en caso
de usar, al menos, un sensor de corriente medidor sin potencial es
esencialmente más fácil y económica de realizar. En caso de usar uno
o dos sensores libres de potencial, ambos sensores pueden medir la
corriente de forma simultánea, independiente entre sí y sin
influencias recíprocas. Asimismo, por la unidad de evaluación se
detecta simplemente cuál de ambas señales de señor ha superado por
arriba o por abajo su alcance de medición respectivo, evaluando la
otra señal del sensor, que se encuentra dentro de su alcance de
medición predeterminado como señal para la medición de corriente.
No es necesario un elemento de conmutación para la conmutación del
alcance de medición. De este modo, que se elimina una conmutación
galvánica entre una primera resistencia de medición y una segunda
resistencia de medición, tampoco hay ninguna modificación
perturbadora en el potencial de tensión para el consumidor de la red
de a bordo, que aparecería en caso de una conmutación del alcance
de medición entre ambas resistencias.
Es especialmente ventajoso asignar el dispositivo
según la invención a una línea de conexión, puesto que, de este
modo, se registran de forma sencilla todas las corrientes. No
obstante, con el dispositivo según la invención, también, es
posible medir las corrientes en otra ruta de corriente.
Mediante los dibujos adjuntos se explica en
detalle a continuación la invención. Se muestra:
Figura 1 una representación esquemática de una
red de a bordo con dos sensores de campo magnético,
Figura 2 una disposición de ambos sensores de
campo magnético en el campo magnético, que se genera por la
corriente que debe medirse,
Figura 3 la representación esquemática de una red
de a bordo con un sensor de campo magnético y una resistencia de
medición,
Figura 4 un dispositivo con un sensor de campo
magnético y una resistencia de medición, que es parte de la línea de
conexión que conduce la corriente,
Figura 5 una representación de ambos alcances de
medición con la zona de solape,
Figura 6 una representación esquemática de la
caja del sensor, en la que se extiende el conductor de conexión que
conduce la corriente y están dispuestos los sensores.
La figura 1 muestra una representación
esquemática de una red de a bordo, que presenta una batería (5)
mediante la que se alimenta corriente a los más diversos
consumidores (V) en el vehículo. El polo negativo de la batería (5)
está unido con la masa (carrocería del vehículo). El polo positivo
está unido mediante una línea de conexión (1) con los consumidores
(V) y el generador (no representado). Mediante esta línea de
conexión (1) circulan todas las corrientes desde la batería (5) o
hacia la batería. A esta línea de conexión (1) están asignados sólo
dos sensores (2, 3) con distintos alcances de medición para la
medición de corriente. Naturalmente, los sensores también pueden
estar asignados a la línea de conexión, que se dirige desde el polo
negativo de la batería (5) a la masa de la carrocería. En la forma
de realización según la figura 1, ambos sensores (2, 3) están
configurados como sensores de campo magnético, que miden el campo
magnético generado por la corriente para la medición de la corriente
en la línea de conexión (1). Asimismo, uno de los sensores (2) es
un sensor Hall y el otro es un sensor magnetorresistente (3). Como
sensor Hall puede montarse, por ejemplo, el elemento sensor HAL
400/401 de la empresa Micronas Intermetall. Como sensor
magnetorresistente puede montarse el elemento sensor KMZ10 de la
empresa Philips. La sensibilidad y alcance de medición de los
sensores de campo magnético (2, 3) depende, junto con los
parámetros específicos del sensor (por ejemplo, efecto físico,
sobre el que se basa el principio de medición), de la distancia del
sensor al conductor de corriente (1). En una forma de realización
(véase la figura 5), el sensor Hall (2) está diseñado para un
alcance de medición de 1A a 10 kA, mientras el sensor (3)
magnetorresistente está diseñado para el alcance de medición de 10mA
a 10 A. En la zona entre 1A y 10A se solapan ambos alcances de
medición. Ambos sensores (2, 3) generan una tensión proporcional al
campo magnético y, de este modo, a la corriente, que se dirige a
un microcontrolador como unidad de evaluación. Dentro del
microcontrolador se transforman los valores de tensión analógicos
mediante transformadores analógicos / digitales (transformadores
A/D) en valores digitales, para reelaborarlos mediante un programa
de evaluación para el cálculo de un valor de corriente. Asimismo,
puede preverse que a cada elemento sensor (2, 3) está asignada una
platina de control (2A, 2B), sobre la que se encuentran otros
elementos de montaje electrónico para el control y/o suministro real
de elementos sensores. Los elementos sensores (2, 3) pueden estar
dispuestos directamente en la platina de control (2A, 2B) o estar
unidos a ésta mediante conductos.
La conmutación de alcance de medición o, mejor
dicho, la selección del sensor para el alcance de medición
respectivo tiene lugar del siguiente modo. Al sensor (3) para la
medición de las corrientes pequeñas (aquí el sensor
magnetorresistente) está asignada una banda de señal superior (por
ejemplo, una banda de señal que corresponde a una corriente de 10A.
Al sensor (3) para la medición de grandes corrientes (aquí al sensor
Hall) está asignada una banda de señal inferior (por ejemplo, una
banda de señal que corresponde a una corriente de 1A. Ambos valores
de señal se suministran de forma simultánea a la unidad de
evaluación. Allí se revisa por una evaluación y conversión de las
señales en valores de corriente, si la señal de uno de ambos
sensores (2, 3) ha superado por arriba o por abajo su banda de
señal. Se tienen en cuenta sólo las señales del sensor cuya banda
de señal no se ha superado ni por arriba ni por abajo.
La evaluación y consideración de los valores de
señal en la zona de solape puede realizarse de forma distinta, en la
que la zona de solape se usa especialmente para el ajuste recíproco
de los sensores. Asimismo, preferentemente, uno de ambos sensores
puede montarse como sensor ajustado previamente por la fábrica al
suministrar el dispositivo. Este sensor ajusta, entonces tras el
montaje del dispositivo en el vehículo, el otro sensor. Este ajuste
se realiza en la unidad de evaluación (por ejemplo, un \muC)
mediante la comparación de los valores medidos en la zona de solape
del valor de medición. Este ajuste puede realizarse sólo una vez
tras el montaje del dispositivo en el vehículo, pero también puede
repetirse en intervalos de tiempo determinados. Además, también,
puede preverse que el sensor ajustado previamente por la fábrica,
tras un período de tiempo determinado, se ajuste por su parte por
el otro sensor. Esto puede resultar conveniente cuando la precisión
del sensor ajustado previamente por la fábrica disminuye en el
transcurso del tiempo más fuertemente que la del otro sensor, cuyo
ajuste previo antes del montaje es más difícil por las
circunstancias.
Puede ser distinta la manera de considerar los
valores de medición de ambos sensores en la zona de solape en el
cálculo del valor de corriente. En una variante de evaluación se
tienen en cuentan en la zona de solape siempre sólo los valores de
medición de un sensor. Con este objeto, en la unidad de evaluación
se almacena una información correspondiente. En una variante de
evaluación alternativa, en la zona de solape se realiza una
formación del valor medio de ambos valores de medición. La
estrategia de evaluación (algoritmo de evaluación) para los valores
que se encuentran en la zona de solape está predeterminada y se
almacena en forma de un programa de evaluación.
En la figura 2 se muestra la disposición espacial
de ambos sensores de campo magnético (2, 3) para la línea de
conexión (1) que suministra corriente. En el ejemplo representado,
la corriente circula hacia dentro del plano del dibujo. Asimismo, el
sensor de campo magnético (2) mide la componente x del campo
magnético generado por la corriente y el sensor de campo magnético
(3) mide la componente y. Ambos sensores (2, 3) están en posición de
determinar, además de la cantidad de potencia de corriente, también,
su dirección. En una variante no representada, ambos sensores de
campo magnético (2, 3) están dispuestos de forma que miden los
mismos componentes de campo magnético. En este caso, ambos sensores
están dispuestos uno por encima del otro respecto al plano del
dibujo (es decir, en sentido z uno tras el otro). Asimismo, ambos
sensores pueden estar alineados uno con otro, pero también
desplazados entre sí en sentido radial.
Para la compensación de desviación y la
compensación de variaciones de temperatura del sensor Hall y del
sensor magnetorresistente, el especialista puede referirse a
procedimientos y conmutaciones conocidas.
Los campos ajenos perturbadores pueden generarse
por conducciones que conducen corriente cerca de los sensores. En el
caso de medir pequeñas corrientes, por ejemplo, en la banda de 10mA,
el campo magnético de tierra no representa tampoco una perturbación
que ya no es insignificante. Para proteger los sensores de campo
magnético (2, 3) de campos ajenos perturbadores, se prevé
preferiblemente una protección (4) que rodee los sensores. Para
ello, es adecuado, por ejemplo, una chapa de metal o un cuerpo de
ferrita protector.
En las figuras 3 y 4 se representa una segunda
forma de realización del dispositivo según la invención. Esta forma
de realización presenta, sólo, un sensor de campo magnético (3) para
la medición de corriente sin potencial. El otro sensor se forma por
una resistencia de medición (2), en el que la medición de corriente
se reduce a la medición de la caída de tensión, que origina la
corriente en la resistencia de medición. Asimismo, el sensor de
campo magnético (3) sirve para la medición de pequeñas corrientes,
mientras la resistencia de medición (2) para la medición de grandes
corrientes. También aquí puede realizarse de forma simultánea una
medición de corriente con el sensor de campo magnético (3) y la
resistencia de medición (2).
En el ejemplo mostrado en la figura 3, la
resistencia de medición (2) está dispuesta como elemento de montaje
separado en la línea de conexión (1) que conduce la corriente. En el
ejemplo mostrado en la figura 4, la resistencia de medición (2) está
realizada como parte de la línea de conexión (1) que conduce la
corriente, en el que la tensión se toma en dos puntos (20, 21) de la
línea de conexión configurado, preferentemente, como tira de metal
(1).
Para incrementar la densidad de corriente y, con
ello, para la concentración de las líneas del campo magnético, la
tira de metal presenta una contracción, preferentemente, al menos,
en la zona de un sensor de campo magnético (2, 3).
Los sensores de campo magnético (2, 3) pueden
estar fijados de forma mecánica directamente o mediante un
distanciador a la línea de conexión (1) y, de este modo, también,
sujetarse por éste.
En una variante se prevé una caja de sensor (6) -
véase la figura 6 - que rodea, al menos parcialmente, el conductor
de conexión (1). En esta caja de sensor (6) están dispuestos ambos
sensores de campo magnético (2, 3), en el que el conductor de
conexión (1) se extiende en la caja de sensor (6) posicionado de
forma exacta respecto a los sensores (2, 3). La caja de sensor (6)
puede componerse de dos mitades de caja que alojan entre sí el
conductor de conexión (1). La caja de sensor (6), por su parte,
puede estar unida de nuevo con el conductor de conexión (1) de forma
mecánica y sujetarse por éste o por la carrocería del vehículo. De
forma ventajosa, la caja de sensor (6) asume, también, la función de
protección magnética.
Claims (22)
1. Dispositivo para la supervisión de una red de
a bordo de un vehículo con un sensor (2) para la medición de
corriente eléctrica que circula en una línea de conexión (1),
caracterizado porque,
- -
- al menos, un segundo sensor (3) para la medición de la corriente está previsto en la línea de conexión (1), cuyo alcance de medición es distinto al alcance de medición del primer sensor (2),
- -
- al menos, uno de ambos sensores (2, 3) está configurado para una medición sin potencial de la corriente.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el dispositivo está asignado a una
línea de conexión (1) para una batería (5).
3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque ambos sensores (2, 3) están unidos con
una unidad de evaluación común, preferentemente, un
microcontrolador.
4. Dispositivo según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque los alcances de medición
de ambos sensores (2, 3) se solapan en una zona parcial.
5. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque en la zona de solape del valor de
medición se registran valores de medición por ambos sensores (2, 3),
en el que mediante los valores de medición del primer sensor (2) se
realiza un ajuste del segundo sensor (3) o viceversa.
6. Dispositivo según la reivindicación 5,
caracterizado porque, al menos, uno de ambos sensores (2, 3)
está configurado como sensor (2,3) ajustado absolutamente.
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque, al menos, uno de ambos
sensores (2, 3) es un sensor de campo magnético, que mide el campo
magnético generado por la corriente para la medición sin potencial
de la corriente en la línea de conexión (1).
8. Dispositivo según la reivindicación 7,
caracterizado porque ambos sensores son sensores de campo
magnético y porque ambos sensores de campo magnético (2, 3) están
dispuestos de forma que miden componentes distintos del campo
magnético generado por la corriente.
9. Dispositivo según la reivindicación 7,
caracterizado porque ambos sensores de campo magnético (2, 3)
están dispuestos de forma que miden la misma componente del campo
magnético generado por la corriente.
10. Dispositivo según una de las reivindicaciones
7 a 9, caracterizado porque el sensor de campo magnético (2)
es un sensor Hall.
11. Dispositivo según una de las reivindicaciones
7 a 10, caracterizado porque el sensor de campo magnético
(3) es un sensor magnetorresistente.
12. Dispositivo según una de las reivindicaciones
7 a 10, caracterizado porque para la medición de grandes
corrientes se prevé un sensor Hall (2) y para la medición de
pequeñas corrientes se prevé un sensor magnetorresistente (3).
13. Dispositivo según una de las reivindicaciones
7 y 11, caracterizado porque para la medición de pequeñas
corrientes se prevé un sensor de campo magnético (2) y para la
medición de grandes corrientes se prevé una resistencia en la línea
de conexión (1) como sensor (2), en el que la caída de tensión que
origina la corriente en la línea de conexión (1) en la resistencia,
se mide como señal de corriente.
14. Dispositivo según la reivindicación 13,
caracterizado porque una parte de la línea de conexión (1) se
usa como resistencia de medición.
15. Dispositivo según una de las reivindicaciones
7 a 14, caracterizado porque, al menos, uno de los sensores
de campo magnético (2, 3) está rodeado por una protección frente a
campos magnéticos ajenos.
16. Dispositivo según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque la línea de conexión (1)
está configurada como tira de metal estampada.
17. Dispositivo según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque la línea de conexión (1)
presenta, al menos, en la zona de un sensor de campo magnético (2,
3) una contracción para incrementar la densidad de corriente y, con
ello, para concentrar las líneas de campo magnético.
18. Dispositivo según una de las reivindicaciones
7 a 17, caracterizado porque, al menos, uno de los sensores
de campo magnético (2, 3) está fijado mecánicamente a la línea de
conexión (1).
19. Dispositivo según una de las reivindicaciones
7 a 18, caracterizado por una caja de sensor (6) que rodea,
al menos parcialmente, el conductor de conexión (1), en la que están
dispuestos ambos sensores (2, 3), extendiéndose la línea de conexión
(1) en la caja (6) posicionada de forma exacta respecto
al(los) sensor(es) de campo magnético.
20. Dispositivo según la reivindicación 19,
caracterizado porque la caja de sensor (6) se compone de dos
mitades de caja que alojan entre sí al conductor de conexión
(1).
21. Dispositivo según la reivindicación 19 ó 20,
caracterizado porque la caja de sensor (6) está unida
mecánicamente con el conductor de conexión (1) y está sujeta por
éste.
22. Dispositivo según la reivindicación 19 ó 20,
caracterizado porque la caja de sensor (6) está unida
mecánicamente con la carrocería del vehículo y está sujeta por
ésta.
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