Procedimiento y dispositivo para determinar un estado de carga de una batería con ayuda de un sensor de tipo fluxgate.

Procedimiento (300) para determinar el estado de carga de una batería (110) en un vehículo de motor (410),

que comprende los siguientes pasos:

- aplicación de una tensión de medición a una bobina, que está acoplada magnéticamente mediante un núcleo de bobina magnético dulce a una pieza conductora por la que fluye corriente de batería,

- inversión cíclica (330)de la polaridad de la tensión de medición, si la magnitud de la corriente secundaria que fluye a través de la bobina supera un valor umbral predeterminado;

- muestreo (315) de la corriente secundaria más de 2 veces por ciclo;

- reconstrucción (350) del recorrido de la corriente secundaria sobre la base de los valores de corriente secundaria muestreados, y

- determinación (355) del estado de carga sobre la base del recorrido de los valores de corriente secundaria; en donde

- la reconstrucción (350) sólo se lleva a cabo sobre la base de muestreos, que se han planteado fuera de un espacio de tiempo predeterminado, alrededor de los momentos de la inversión de polaridad de la tensión de medición.

Procedimiento y dispositivo para determinar un estado de carga de una batería con ayuda de un sensor de tipo fluxgate.

La invención se refiere a una técnica para determinar un estado de carga de una batería. La invención se refiere en especial a un procedimiento y a un dispositivo para determinar el estado de carga de una batería en un vehículo de motor, mediante un magnetómetro fluxgate.

Estado de la técnica

Los vehículos de motor modernos disponen de un gran número de subsistemas, que están diseñados para alimentarse con corriente eléctrica. Algunos de estos subsistemas, por ejemplo un inmovilizador electrónico o una instalación de alarma, también pueden consumir corriente si un motor de accionamiento del vehículo de motor no está en funcionamiento y la corriente necesaria es aportada por una batería de a bordo. Con frecuencia los citados subsistemas sólo entran en acción a determinados intervalos, y pasan el tiempo restante en un estado de ahorro de corriente. Para garantizar un estado de carga de la batería después de un tiempo prolongado sin funcionar del vehículo de motor, que sea suficiente para poner en marcha el motor de accionamiento mediante un motor de arranque eléctrico, los subsistemas se controlan en función del estado de carga de la batería. Para determinar el estado de carga se conocen diferentes técnicas. Normalmente éstas exigen determinar el recorrido de la corriente de batería en la batería, respectivamente desde la batería. Del recorrido de corriente puede deducirse una carga o descarga de la batería, a partir de la cual puede establecerse el estado de carga de la batería.

Para evitar un acoplamiento galvánico en el caso de una determinación de corriente de la corriente de batería se determina mediante un magnetómetro fluxgate un campo magnético, que se induce en una pieza conductora unida a la batería mediante la corriente de batería. A partir del campo magnético se determina después la corriente de batería. Para medir el campo magnético se hace funcionar cíclicamente en la saturación magnética un núcleo de bobina magnético dulce, que está expuesto al campo magnético de la pieza conductora, mediante una bobina secundaria. Durante determinadas etapas de un ciclo de medición de este tipo, la corriente que fluye a través de la bobina se corresponde con la corriente de batería dividida mediante la relación de transmisión.

El documento DE 42 28 948 A1 muestra un sensor de corriente de este tipo sobre la base de un magnetómetro fluxgate. Los espacios de tiempo de cada ciclo de medición, en las que el núcleo de bobina ha alcanzado la saturación magnética, no pueden utilizarse para determinar el campo magnético, respectivamente la corriente de batería, de tal modo que el magnetómetro fluxgate está “ciego” en estos espacios de tiempo. En especial en el caso de consumidores eléctricos con toma de corriente periódicamente variable, estos espacios de tiempo “ciegos” pueden conducir a determinaciones erróneas de la corriente de batería.

El documento EP 0560 468 A1 muestra un dispositivo para determinar un estado de carga de una batería sobre la base de una corriente de batería y de otros parámetros.

El documento DE 42 29 948 A1 muestra un sensor de corriente según el principio fluxgate, que apoya una formación de valor medio de valores de medición y comprende una fuente de tensión de medición, una instalación comparadora, una instalación de inversión de polaridad, una instalación de muestreo así como una instalación de tratamiento.

“Robust Reconstruction of Nununiformly Sampled Signals”, Selinger J F el al, Circuit Theor y and Design, 2005, Proceedings of the 2005 European Conference on Cork, Irlanda, 29 de agosto – 1 de septiembre, Piscataway, NJ, EE.UU., IEEE LNKD-DOI: 10.1109/EC-CTD.2005.1522928, tomo 1, 29 de agosto de 2005 (2005-08-29) , páginas 135-138, ISBN 978-0-7803-9066-9, se refiere a la reconstrucción de señales muestreadas no uniformemente.

El documento DE 10 2005 060874 A1 se refiere a un procedimiento para la reconstrucción en tiempo real de una señal analógica, muestreada de forma no equidistante.

Manifiesto de la invención La invención se ha impuesto por ello la tarea de indicar una técnica para hacer más precisa y fiable una determinación de un estado de carga de una batería en un vehículo de motor mediante un magnetómetro fluxgate. La tarea es resuelta mediante un procedimiento según la reivindicación 1 y un dispositivo según la reivindicación 6. Las reivindicaciones subordinadas indican configuraciones posibles, respectivamente convenientes.

A una bobina, que está acoplada magnéticamente mediante un núcleo de bobina magnético dulce a una pieza conductora por la que fluye corriente de batería, se aplica una tensión de medición hasta que una corriente secundaria que fluye a través de la bobina alcanza un valor umbral predeterminado, que indica que se ha alcanzado

la saturación magnética del núcleo de bobina, tras lo cual se invierte la polaridad de la tensión de medición. Si la corriente secundaria alcanza de nuevo el valor umbral, se invierte de nuevo la polaridad de la tensión de medición y se recorre por completo un ciclo de medición. Durante el ciclo de medición se muestrea la corriente secundaria y a partir del muestreo se reconstruye el recorrido de la corriente secundaria. El estado de carga de la batería se determina a continuación sobre la base del recorrido de los valores de corriente secundaria. Con ello la reconstrucción sólo se lleva a cabo sobre la base de muestreos que se han planteado fuera de un espacio de tiempo predeterminado, alrededor de los momentos de la inversión de polaridad de la tensión de medición.

Mediante la reconstrucción del recorrido de la corriente secundaria pueden detectarse también fluctuaciones en la corriente de batería, que se producen en momentos en los que no es posible una medición directa mediante la estructura descrita de un magnetómetro fluxgate. En especial en el caso de una determinación del recorrido de la corriente de batería a lo largo de un gran número de ciclos de medición, con el procedimiento indicado se evita una determinación de fluctuaciones de corriente de la corriente de batería con las llamadas frecuencias alias (también: frecuencias heterodinas) , que pueden producirse si se muestrea periódicamente una corriente de batería fluctuante y no coinciden ambos periodos.

La corriente secundaria se muestrea más de dos veces por ciclo, por ejemplo en cada semiciclo al menos dos veces o más. Mediante el paso de la reconstrucción cada medición individual puede mejorar la precisión de la determinación del campo magnético, de tal modo que prácticamente no exista ningún límite superior para el número de muestreos por ciclo. Para un incremento del número de muestreos por unidad de tiempo puede permanecer de este modo constante una duración de ciclo, de tal modo que puede prescindirse de una adaptación de la disposición de medición.

Los muestreos pueden llevarse a cabo con diferentes intervalos de tiempo. Con una reconstrucción llevada a cabo de forma apropiada pueden tratarse de este modo valores muestreados de forma no equidistante, de tal modo que los muestreos se realizan de forma preferida en los periodos del ciclo en los que es máxima la obtención de información mediante el muestreo. Esto es por ejemplo el caso en los espacios de tiempo en los que el núcleo de bobina magnético blando no se encuentra en la saturación magnética.

La reconstrucción sólo se lleva a cabo sobre la base de muestreos, que se han planteado fuera de un periodo de tiempo predeterminado alrededor de los momentos de la inversión de polaridad de la tensión de medición. La inversión de polaridad de la tensión de medición se realiza cuando el núcleo de bobina magnético dulce se encuentra en la saturación magnética. En un determinado periodo de tiempo alrededor de este momento el valor de la corriente secundaria no ofrece ninguna información valorable sobre el campo magnético a determinar, respectivamente la corriente de batería que provoca el campo magnético. Por ello los muestreos en este periodo pueden suspenderse por falta de obtención de información, o los muestreos realizados en este periodo pueden desecharse, de tal modo que el paso de la reconstrucción del recorrido de la corriente secundaria sólo se basa en muestreos que se refieran a la corriente de batería.

Con la técnica descrita pueden detectarse en especial fluctuaciones periódicas de la corriente de batería, que son provocadas por subsistemas del vehículo de motor que se activan periódicamente.

Los momentos de muestreo pueden determinarse... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento (300) para determinar el estado de carga de una batería (110) en un vehículo de motor (410) , que comprende los siguientes pasos:

-aplicación de una tensión de medición a una bobina, que está acoplada magnéticamente mediante un núcleo de bobina magnético dulce a una pieza conductora por la que fluye corriente de batería,

-inversión cíclica (330) de la polaridad de la tensión de medición, si la magnitud de la corriente secundaria que fluye a través de la bobina supera un valor umbral predeterminado;

-muestreo (315) de la corriente secundaria más de 2 veces por ciclo;

-reconstrucción (350) del recorrido de la corriente secundaria sobre la base de los valores de corriente secundaria muestreados, y

-determinación (355) del estado de carga sobre la base del recorrido de los valores de corriente secundaria; en donde

- la reconstrucción (350) sólo se lleva a cabo sobre la base de muestreos, que se han planteado fuera de un espacio de tiempo predeterminado, alrededor de los momentos de la inversión de polaridad de la tensión de medición.

2. Procedimiento (300) según la reivindicación 1, en donde los muestreos se ejecutan con diferentes intervalos de tiempo.

3. Procedimiento (300) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la reconstrucción (350) reproduce partes periódicas del recorrido de la corriente secundaria, por debajo de una frecuencia máxima predeterminada.

4. Procedimiento (300) según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además el paso de determinar

(315) momentos de muestreo sobre la base de una duración de ciclo de un ciclo anterior.

5. Procedimiento (300) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el estado de carga se determina adicionalmente con los pasos siguientes sobre la base de la tensión de batería:

- exploración (315) de la tensión de batería al mismo tiempo que la corriente secundaria;

- reconstrucción (350) del recorrido de la tensión de batería sobre la base de los valores de tensión de batería muestreados.

6. Dispositivo (400) para determinar el estado de carga de una batería (110) en un vehículo de motor (410) , que comprende:

- una fuente de tensión de medición (150) para aplicar una tensión de medición a una bobina (120) , que está acoplada magnéticamente mediante un núcleo de bobina magnético dulce a una pieza conductora por la que fluye corriente de batería;

- una instalación de comparación (430) para comparar la magnitud de la corriente secundaria, que fluye a través de la bobina, con un valor umbral predeterminado;

- una instalación de inversión de polaridad (S1 – S4) para invertir cíclicamente la polaridad de la tensión de medición en función del resultado de la comparación;

- una instalación de muestreo (440) para el muestreo de la corriente secundaria más de 2 veces por ciclo;

- una instalación de tratamiento (460) para reconstruir el recorrido de la corriente secundaria sobre la base de los valores de corriente secundaria muestreada; y

una instalación de determinación (480) para determinar el estado de carga sobre la base del recorrido de los valores de corriente secundaria; en donde

-la instalación de tratamiento (460) está diseñada para llevar a cabo la reconstrucción sólo con base en muestreos, que se han planteado fuera de un espacio de tiempo predeterminado, alrededor de los momentos de la inversión de polaridad de la tensión de medición.

7. Dispositivo (400) según la reivindicación 6, caracterizado por un control de muestreo (450) para el control temporal de los muestreos.