CN103180916B

CN103180916B - 电流检测电阻器

Info

Publication number: CN103180916B
Application number: CN201180051101.6A
Authority: CN
Inventors: U·黑茨勒
Original assignee: IsabellenHuette Heusler GmbH and Co KG
Current assignee: IsabellenHuette Heusler GmbH and Co KG
Priority date: 2010-08-26
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2031-08-24
Also published as: ES2684111T3; KR20130106830A; EP2446449A1; EP2446449B1; US20130181807A1; DE102010035485A1; CN103180916A; WO2012019784A1; KR101887405B1; US8884733B2; JP2013536424A

Abstract

本发明涉及一种用于测量电流、尤其用于测量机动车电源中电池电流的电流检测电阻器（1），所述电流检测电阻器具有板形第一连接部件（3），其用于引入待测量的电流，其中板形连接部件（3）包含电传导的导电材料；板形第二连接部件（2），其用于传导走待测量的电流，其中板形第二连接部件（2）包含电传导的导电材料；以及板形电阻元件（4），所述电阻元件在两个连接部件之间的电流通路中连接，并且待测量的电流流经该电阻元件，其中所述电阻元件（4）包含相对高阻抗的电阻材料。根据本发明，在板形第一连接部件（3）和/或板形第二连接部件（2）中设置槽口（10、11）以便降低测量的温度依赖性并且消除板形连接部件（通常为铜或铝）的影响。

Description

电流检测电阻器

技术领域

本发明涉及一种用于测量电流、尤其用于测量机动车车载电子系统中的电池电流的电流检测电阻器。

背景技术

EP0605800A1公开了这种类型的电流检测电阻器，其包括两个铜的板形连接部件以及由电阻合金（例如Cu84Ni4Mn12）制成的同样为板形的低欧姆电阻元件，其中电阻元件放置在连接部件之间并且焊接到连接部件上。根据众所周知的四线式测量技术，这种电流检测电阻器被用于测量电流，其中待测量的电流经由板形连接部件被传导经过电阻元件。依照欧姆定律，电阻元件之上的电压降随后形成为电流的测量值。因此已知的电流检测电阻器在两个板形连接部件上具有两个电压触头，电压触头靠近电阻元件布置并且从而允许测量电阻元件上的电压降。这种电流检测电阻器仅具有相对低的测量的温度依赖性，这是因为使用的电阻材料（例如Cu84Ni4Mn12）通常具有非常低的温度系数。然而，这种电流检测电阻器的温度恒定性上的需求仍在增加。

US599085公开了一种低欧姆的电流检测电阻器，所述电流检测电阻器在每个连接部件上具有槽口，槽口将每个连接部件分为电压触头和电流触头。两个电流触头用于将待测量的电流引入到电流检测电阻器中或将待测量的电流从电流检测电阻器传导走。相比之下，两个电压触头用于根据众所周知的四线技术测量电流检测电阻器之上降低的电压。在此，连接部件中的槽口平行于连接部件两者之间的电流方向延伸，并且因而在电流测量的温度稳定性上不具有特别有利的效果。在此，由于槽口平行于主电流方向定向，槽口尤其对连接部件中的电流路线具有非常有限的影响。

因此，本发明的目的在于改善上述传统的电流检测电阻器的温度恒定性。

发明内容

该目的通过根据本发明的依照独立权利要求的电流检测电阻器实现。

本发明基于技术物理发现，即板形连接部件的导电材料（例如铜）具有比板形电阻元件的电阻材料（例如Cu84Ni4Mn12）高得多的温度系数。然而，在测量两个电压触头之间的电阻元件上下降的电流期间，还存在由连接部件的材料引起的对测量的影响。因此电压测量的温度依赖性不仅由电阻材料的温度系数决定，而且也由导电材料的温度系数决定。在此，重要的是考虑到例如铜的温度系数是α=3.9·10^-3K^-1，并且因此大到Cu84Ni4Mn12的温度系数α=0.02·10^-3K^-1的195倍。由于铜温度系数大得多，所以如果电压触头之间的电压仅仅小部分在连接部件之上下降，那么板形连接部件实际上影响整个测量的温度依赖性。

因此本发明包括了在至少其中一个板形连接部件中设置槽口以减少测量的温度依赖性的一般性技术启示。

槽口优选地相对于两个连接部件之间的电流流动方向至少部分地横向（例如以直角）延伸。因此槽口关于两个连接部件之间的连线至少部分地横向（例如以直角）定向。换句话说，槽口优选地平行于电阻元件与相邻的连接部件之间的连接线延伸至少部分的槽口长度。根据本发明的电流检测电阻器因而区别于根据如开始所述US5999085的已知的具有平行于电流流动方向定向的槽口的电流检测电阻器。

在优选的示例性实施例中，根据本发明的电流检测电阻器很大程度上对应于在EP0605800A1中描述的电流检测电阻器，从而关于电流检测电阻器设计，该专利申请的内容在本说明书中将被全文引入。在这点上仅需要指出的是，根据本发明的电流检测电阻器具有两个板形连接部件，所述板形连接部件包含电传导的导电材料（例如铜）并且用于将待测量的电流引入或传导走。此外，根据本发明的电流检测电阻器具有板形电阻元件，所述电阻元件在连接部件两者之间的电流通路中连接并且待测量的电流流经该电阻元件，其中电阻元件包含低欧姆的电阻材料（例如Cu84Ni4Mn12），所述电阻材料从绝对值角度看为低欧姆，但是相比导电材料具有更大的电阻率。

根据本发明的电流检测电阻器优选地具有两个电压触头，以测量电阻元件上的电流降，所述电流降作为待根据欧姆定律测量的电流的测量值，所述电压触头与两个板形连接部件电连接且机械连接，其中两个电压触头优选地在板形连接部件上布置成尽可能靠近电阻元件。

例如，电压触头可以是例如DE10200903140中所述的压纹（embossment），从而关于电压触头的结构设计，该专利申请的内容在本说明书中将被全文引入。

可替代地，存在将电压触头设计为接触表面的选择，例如，如EP0605800A1所述，从而关于电压触头的结构设计，该专利申请的内容在本说明书中将被全文引入。

此外，在本发明的框架中，对于电压触头的结构设计还存在不同其他选择。

通过根据本发明的具有两个电压触头的电流检测电阻器这种设计，在两者关联的每个板形连接部件中优选至少一个槽口以便减少测量的温度依赖性。

在此，在两个板形连接部件中的槽口两者优选地布置成以如下的方式改变板形连接部件中的电流线和等势线，即板形连接部件中的等势线穿过电压触头延伸直接到达与电阻元件的接触点（接合点），即，到达通常为板形连接部件与电阻元件之间的焊缝。这种布置的有利之处在于电压触头当时与电阻元件的边缘处于相同的电位，从而电压测量一点也不会由于板形连接部件的导电材料而失真。

因而，两个板形连接部件中的两个槽口优选地布置在各自的电压触头的朝向远离电阻元件的一侧上。因此，两个槽口优选地在电压触头与各自的电流触头之间延伸，所述电流触头用于引入或传导走待测量的电流并且与各自的板形连接部件电连接和机械连接。

本发明的关于电流触头结构设计的内容中还存在多种选择，一些例子在EP0605800A1和DE102009031408中描述，从而关于电流触头的结构设计，该专利申请的内容在本说明书中被全文引入。

还应当指出的是，槽口优选为弧形，其中所述槽口以30°、40°、50°、60°或甚至70°以上的圆弧角延伸。

此外应当指出的是，优选示例性实施例中的板形连接部件中的槽口各自远离电流触头并且朝向电阻元件地成弧形或成角度。

槽口优选地沿槽口的长度具有大体上恒定的宽度。槽口因而优选为狭缝状，尽管也可以是其他形状。

此外应当指出的是，槽口优选地从各自的连接部件朝向内侧延伸，其中两个连接部件中的槽口优选地从相同的边缘延伸。

此外，应当指出的是槽口优选地不到达电阻元件的位置或者各自板形连接部件的相反的边缘，以使得在除了槽口的板形连接部件之上，电压触头能够在电阻元件的整个宽度上与电阻元件接触。

根据本发明，通过板形连接部件中的槽口设置，在本发明的结构中，整个电流检测电阻器的电阻的温度系数相比不具有这种槽口但其他构造相同的电流检测电阻器可以小至少30%、40%、50%或60%。

对于本发明的优选示例性实施例来说，铜或铜合金用作板形连接部件的导电材料。然而，关于使用的导电材料，本发明并不限于上述的例子。

还应当指出的是，用于电阻元件的电阻材料优选为铜合金，尤其是诸如Cu84Ni4Mn12的铜锰镍合金。然而，关于电阻元件所采用的电阻材料，本发明并不限于上述的例子。然而，电阻元件的电阻材料优选地相比板形连接部件的导电材料分别具有更低的导电率和更高的电阻率。

还应当指出的是电阻元件优选地电连接和机械连接、尤其通过焊接连接至两个连接部件，其中如已经在EP0605800A1中详细描述的电子束焊接是尤其合适的，从而关于根据本发明的电流检测电阻器的设计和制造方法，该专利申请的内容被全文引入到本说明书中。

最后，还应当指出的是两个连接部件优选地布置在电阻元件的相反侧上，从而电阻元件位于两个连接部件之间。然而，存在将连接部件两者布置在电阻元件相同侧上的可替代选择。

附图说明

本发明其他有利的改进在从属权利要求中限定，或者基于附图连同本发明优选的示例性实施例的描述在下文详尽地解释。附图示出如下：

图1为根据本发明的电流检测电阻器的立体图，

图2为图1中电流检测电阻器的平面图，

图3为图1和2中电流检测电阻器的侧视图，

图4为图2中电流检测电阻器的细节视图，

图5A为传统的电流检测电阻器的平面图，示出了电压触头之间的电流线和等势线的分布。

图5B为出于比较的目的，根据本发明的电流检测电阻器的平面图，以及

图6为示出了与传统的电流检测电阻器相比、根据本发明的电流检测电阻器的电阻值的温度依赖性的图表。

具体实施方式

图1至4以及5B示出了根据本发明的电流检测电阻器1的优选示例性实施例，例如，该电流检测电阻器可用于根据已知的四线式测量技术测量机动车车载电子系统中的电流。

根据本发明的电流检测电阻器1很大程度上对应于例如EP0605800A1中描述的传统的电流检测电阻器，从而该专利申请附加结合作为参考。

根据本发明的电流检测电阻器1大体上包括两个由导电材料（例如铜）制成的板形连接部件2、3以及由低欧姆电阻材料（例如Cu84Ni4Mn12）制成的同样为板形的电阻元件4，所述电阻元件嵌在两个板形连接部件2、3之间。在此，两个板形连接部件2、3在同样为板形的电阻元件4的相反侧上布置，并且被焊接至板形电阻元件4。

此外，根据本发明的电流检测电阻器1具有两个电流触头5、6，所述电流触头与两个板形连接部件2、3电连接且机械连接，由图3中的侧视图尤其清楚地示出，其中电流触头6用于引入待测量的电流I，而电流触头5用于传导走待测量的电流I。

此外，根据本发明的电流检测电阻器1具有两个电压触头7、8，所述电压触头与两个板形连接部件2、3电连接且机械连接，并且用于测量电阻元件4之上的电压降。因此电压触头7、8两者在板形连接部件2、3中布置得非常靠近电阻元件4，以避免由连接部件2、3之上电压降引起的电压测量的失真。

需要指出的是，根据本发明的电流检测电阻器1在电阻元件4的区域中的一侧上具有缺口9，该缺口用于通过在制造的框架中将缺口9制成更大或更小来校准和调节电流检测电阻器1的所期望的电阻值。

然而，对于根据本发明的功能来说重要意义在于，一个槽口10、11分别在两个板形连接部件2、3中设置以便降低测量的温度依赖性。在此，槽口10、11两者都从板形连接部件2或3相同的边缘向内横向地延伸并且随后以弧形方式绕各自的电压触头7或8被引导，其中，如图4中提供的细节视图中尤其可见的是，槽口10、11两者都以α≈70°的圆弧角延伸。

而且，图4中的细节视图示出了槽口10、11两者都为狭缝状并且在槽口10、11的整个长度上具有大体上恒定的宽度b。

当比较图5A和5B两者时，槽口10、11两者的作用变得显而易见，其中图5A示出了传统的电流检测电阻器1中电流线12和等势线13的路线，而图5B示出了根据本发明的电流检测电阻器中电流线12和等势线13的路线。在此，电流线12限定了主电流方向，其中槽口10、11部分地横向于该主电流方向定向，以便影响电流路线。

该对比显示出，在根据图5A的传统的电流检测电阻器1中，穿过电压触头7、8延伸的等势线13并非与电阻元件4的外边缘准确地处于相同的电位。这意味着电压触头7、8之间测量的电压部分地包含了在板形连接部件2、3之上的压降。因此，测量的电压也被连接部件2、3的导电材料相对高的温度依赖性所影响。

相比之下，在按照图5B的根据本发明的电流检测电阻器1中，槽口10、11以如下的方式将电流线12和等势线13偏转开，即穿过电压触头7、8延伸的等势线到达电阻元件4的外边缘并且因而处于相同的电位。在电压测量期间，因而仅测量在电阻元件4之上的压降。这是有利的，因为板形连接部件2、3的导电材料（例如铜）相比电阻元件4的电阻材料(例如通常具有关于电阻率的高得多的温度依赖性。在此，等势线13渐近地适应于板形连接部件2、3与电阻元件4之间的焊接边缘。

如图6的图表中能够看到的，根据本发明的电流检测电阻器具有槽口10、11的设计导致了在电流测量期间温度依赖性的显著降低，该图示出了作为温度T函数的电阻值R的温度依赖性。

本发明并不限于前述优选的示例性实施例。而是，可能有同样利用本发明的构思并且从而落入保护范围的多种改型和修改。此外，本发明还要求保护独立于所引用的权利要求的特征的从属权利要求的主题和特征。

附图标记列表

1电流检测电阻器

2连接部件

3连接部件

4电阻元件

5电流触头

6电流触头

7电压触头

8电压触头

9缺口

10槽口

11槽口

12电流线

13等势线

Claims

1.一种用于测量电流(I)的电流检测电阻器(1)，所述电流检测电阻器具有

a)板形第一连接部件(3)，其用于引入待测量的电流(I)，其中板形第一连接部件(3)包含电传导的导电材料，

b)板形第二连接部件(2)，其用于传导走待测量的电流(I)，其中板形第二连接部件(2)包含电传导的导电材料，

c)板形的电阻元件(4)，所述电阻元件在第一和第二连接部件之间的电流通路中连接，并且待测量的电流(I)流经该电阻元件，其中所述电阻元件(4)包含低欧姆的电阻材料，

d)其中待测量的电流(I)沿着第一和第二连接部件(2、3)之间的主电流方向(12)流动，

e)第一电压触头(8)，其与板形第一连接部件(3)电连接且机械连接，

f)至少一个第一槽口(11)，其设置在板形第一连接部件(3)中以便降低测量的温度依赖性，其中

f1)所述至少一个第一槽口(11)至少在其部分长度上相对于主电流方向(12)横向地定向，并且

f2)所述至少一个第一槽口(11)以成弧形方式绕第一电压触头(8)延伸，

g)第二电压触头(7)，其与板形第二连接部件(2)电连接且机械连接，以及

h)至少一个第二槽口(10)，其设置在板形第二连接部件(2)中以便降低测量的温度依赖性，其中

h1)所述至少一个第二槽口(10)至少在其部分长度上相对于主电流方向(12)横向地定向，并且

h2)所述至少一个第二槽口(10)以成弧形方式绕第二电压触头(7)延伸。

2.根据权利要求1所述的电流检测电阻器(1)，其特征在于，

a)在板形第一连接部件(3)中，第一等势线(13)从第一电压触头(7)延伸至与电阻元件(4)的接触点，以使得第一电压触头(7)同所述与电阻元件(4)的接触点处于相同的电位，并且

b)在板形第二连接部件(2)中，第二等势线(13)从第二电压触头(8)延伸至与电阻元件(4)的接触点，以使得第二电压触头(8)同所述与电阻元件(4)的接触点处于相同的电位。

3.根据权利要求1或2所述的电流检测电阻器(1)，其特征在于，

a)第一连接部件(3)中的第一槽口(11)设置在第一电压触头(8)朝向远离电阻元件(4)的一侧上，

b)板形第二连接部件(2)中的第二槽口(10)设置在第二电压触头(7)朝向远离电阻元件(4)的一侧上。

4.根据权利要求1或2所述的电流检测电阻器(1)，其特征在于，

a)所述槽口(10、11)呈弧形弯曲，和/或

b)所述槽口(10、11)以30°、40°、50°、60°或70°以上的圆弧角(α)延伸。

5.根据权利要求1或2所述的电流检测电阻器(1)，其特征在于，

a)第一电流触头(6)与板形第一连接部件(3)电连接且机械连接，其中所述第一电流触头(6)用于引入待测量的电流(I)，并且

b)第二电流触头(5)与板形第二连接部件(2)电连接且机械连接，其中所述第二电流触头(5)用于传导走待测量的电流(I)。

6.根据权利要求5所述的电流检测电阻器(1)，其特征在于，板形连接部件(2、3)中的槽口(10、11)分别以背离所述电流触头(5、6)并朝向所述电阻元件(4)的方式弯曲或成角度设置。

7.根据权利要求1或2所述的电流检测电阻器(1)，其特征在于，

a)所述槽口(10、11)在其整个长度上具有大体上恒定的宽度(b)，和/或

b)所述槽口(10、11)从第一连接部件的和/或板形第二连接部件(2)的边缘起始并向内延伸，和/或

c)至少一个槽口(10、11)各自并未延伸至所述电阻元件(4)，以使得电压触头(7、8)经由板形连接部件(2、3)在电阻元件的整个宽度上能够与电阻元件(4)接触。

8.根据权利要求1或2所述的电流检测电阻器(1)，其特征在于，

a)所述电流检测电阻器(1)具有限定的电阻值，所述电阻值具有限定的温度系数，并且

b)所述电阻值的温度系数相比在板形连接部件(2、3)中不具有槽口(10、11)但其他构造相同的电流检测电阻器(1)的情况小至少30％、40％、50％或60％。

9.根据权利要求1或2所述的电流检测电阻器(1)，其特征在于，

a)导电材料为铜或铜合金，和/或

b)电阻材料为铜合金，尤其为铜锰镍合金，尤其为Cu84Ni4Mn12，和/或

c)所述电阻元件(4)与连接部件(2、3)都电连接且机械连接，尤其通过焊接连接，和/或

d)连接部件(2、3)这两者布置在所述电阻元件(4)的相反侧上，和/或

e)板形连接部件(2、3)和/或板形电阻元件(4)为平坦的或弯曲的。