CN114076843B - 电流传感器元件、电流传感器单元和测量电流的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电流传感器元件、电流传感器单元和测量电流的方法。电流传感器元件(100)包括至少一个电阻部段(106)，所述至少一个电阻部段包括具有第一比电导率和第一温度系数的电阻材料；连接到电阻部段(106)的第一端的第一导电连接部段(102)，和连接到电阻部段(106)的第二端第二导电连接部段(104)，其中，第一和第二连接部段(102，104)各自具有高于电阻材料的第一电导率的第二比电导率和高于第一温度系数的第二温度系数，并且其中，第一和第二连接部段(102，104)是可连接的，以通过电阻部段(106)馈送待测量的电流(I)。第一导电连接部段(102)包括第一电压测量触点(116)，其中，第二导电连接部段(104)包括第二电压测量触点(118)和至少一个第三电压测量触点(120)，其中，第一、第二和第三电压测量触点(116，118，120)以第一和第二测量触点(116，118)之间的电阻小于第一和第三测量触点(116，120)之间的电阻的方式布置。
Description
技术领域
本发明涉及一种电流传感器元件、电流传感器单元和测量电流的方法，尤其用于测量机动车辆车载电子系统中的电池电流。
背景技术
所谓的分流电流传感器，也称为电流感测电阻器，用于测量流经母线的数百安培范围内的电流，例如在电动汽车(EV)的应用中。需要精确测量车辆电池连接器处的电流、电压和温度，以评估电池的充电状态、老化状态和性能，并将电池的状态信息提供给电子控制单元(ECU)。
图10以侧视图图示了具有第一导体材料902和第二导体材料904的常规电流传感器元件900。电阻材料906连接第一和第二导体材料902、904。在电动汽车的应用中，分流电流传感器900允许在数百安培的范围内测量流经母线的电流I。输出信号是电阻材料906两侧的两个触点之间的电势差。在此4点测量中，有效抑制了其他电势或电阻的影响。任何分流电流传感器的关键特征是温度系数(TC)，因为它决定了传感器的测量误差，即与参考温度相关的电阻变化。当触点位于母线中时，接触区域中的电阻材料和导体材料对TC有贡献。
图11更详细地示出了具有两个触点位置的常规电流传感器元件900的俯视图。两个触点位置1和2(沿信号路径)之间的电阻随温度变化显著。当在图11的布置中使用铜作为第一和第二导体材料902、904并使用作为电阻材料时，对于/>铜和完整的分流传感器900，可以分别观察到图12到14中所示的电阻变化。
已公开的欧洲专利申请EP0605800A1公开了一种检流电阻器，它由两个铜板状连接部件和由电阻合金(例如Cu84Ni4Mn12)制成的板状低欧姆电阻元件组成，其中电阻元件位于连接部件之间并焊接到连接部件。这种电流感测电阻器用于按照众所周知的四线技术测量电流，其中待测电流经由板状连接部件通过电阻元件传导。然后，根据欧姆定律，电阻元件上的电压降形成要测量的电流的量度。因此，已知的电流感测电阻器在两个板状连接部件上具有两个电压触点，电压触点布置在电阻元件附近，从而允许测量电阻元件上的电压降。这种电流感测电阻器仅表现出相对较低的测量温度相关性，因为通常使用的电阻材料(例如Cu84Ni4Mn12)具有非常低的温度系数。然而，对这种电流感测电阻器的温度稳定性的要求仍在增加。特别地，优选板状连接件的导体材料(例如铜)具有比优选板状电阻元件的电阻材料(例如Cu84Ni4Mn12)高得多的温度系数。然而，在测量流经两个电压触点之间的电阻元件的电流时，连接部件的材料也会对测量产生影响。因此，电压测量的温度相关性不仅由电阻材料的温度系数决定，而且还由导体材料的温度系数决定。在这里，重要的是要考虑铜的温度系数，例如是α＝3.9·10-3K-1，因此比Cu84Ni4Mn12的温度系数α＝0.02·10-3K-1大195倍。应当注意的是，/>的温度系数不是线性的，但该值是对给定温度范围的估计值。由于铜的温度系数大得多，如果电压触点之间的电压只有一小部分在连接部件上下降，板状连接部件实际上会影响整个测量的温度相关性。
这种分流电流传感器的其他示例可以在例如公开的德国专利DE102019203498B3和DE102019203496B3中找到。
如上所述，已知分流电流传感器的输出信号基于电阻材料两侧的两个触点之间的电位差。通过该4点测量，有效抑制了其他电势或电阻的影响。当测量触点位于导体材料上时，会对电阻有贡献，从而对电阻材料和导体材料的温度系数(TC)有贡献。这是传统分流电流传感器性能的限制因素。
仍然需要提供一种电流传感器元件和相应的电流传感器单元，以提高性能和传感器输出的可靠性，并促进制造过程，从而克服或至少显著减少上述问题和缺点。
发明内容
这个目的由独立权利要求的主题来解决。本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。
本发明基于将第三电压测量触点添加到两个电压测量触点的布置的想法，其中第一电压测量触点布置在第一连接部段上，并且第二电压测量触点布置在第二连接部段上。第三电压测量触点也设置在第二连接部段上，但比第二电压测量触点更远离电阻材料。通过测量第一和第二电压测量触点之间的电位差以及第一和第三电压测量触点之间的电位差，可以计算电阻材料本身的电阻。这意味着该配置可用于消除导体材料对电流传感器元件的温度系数的影响。这减少了测量误差，接近电阻材料的理论最佳值。
特别地，根据本公开的一方面的电流传感器元件包括至少一个电阻部段，所述至少一个电阻部段包括具有特定的第一电导率和第一温度系数的电阻材料；连接到电阻部段的第一端的第一导电连接部段，和连接到电阻元件的第二端的第二导电连接部段，其中第一和第二连接部段各自具有高于电阻材料的第一电导率的特定的第二电导率和高于第一温度系数的第二温度系数，并且其中第一和第二连接部段是可连接的，以将待测量的电流馈送通过电阻部段。第一导电连接部段包括第一电压测量触点，其中第二导电连接部段包括第二电压测量触点和至少一个第三电压测量触点，并且其中，第一、第二和第三电压测量触点以第一和第二电压测量触点之间的电阻小于第一和第三电压测量触点之间的电阻的方式布置。特别地，第一和第二测量触点之间的距离可以小于第一和第三测量触点之间的距离。
基本思想是第一和第二电压测量触点之间的电阻低于第一和第三电压测量触点之间的电阻。根据有利的示例，第一、第二和第三测量触点沿直线布置。在非线性布置中，校正函数将与沿直线布置且参数“a”和“x”略有不同的情况相同，但可以在开发阶段确定。例如，对于具有两个用于测量第一和第二电压测量触点之间的电压差的信号路径的冗余电流测量，一个远离电阻材料的额外引脚可用于为两个冗余信号生成校正，即使它们不在一条直线上。
有利地，该解决方案不需要任何额外的温度感测元件，而仅需要用于测量电压差的器件。但是，当然可以添加可选的温度传感器。
为了便于根据测量的电压差计算电流的计算方案，第一电压测量触点有利地与第一导电连接部段和电阻部段之间的界面间隔第一距离a，并且第二电压测量触点也与第二导电连接部段和电阻部段之间的界面间隔第一距离a。第三电压测量触点与第二电压测量触点相距第二距离，该第二距离是第一距离a的x倍。
使用这种几何结构(如图1所示)，电阻材料UM上的电压差可以以如下方式计算。
第一电压差U12可根据式(1)表示：
U12＝UM+(2/x)·UCu (1)
其中：
U12：第一电压测量触点和第二电压测量触点之间的电压差
UCu：母线中距离x·a上的电压差(母线例如包含铜)
UM：电阻材料上的电压差(电阻材料例如是)
此外，第二电压差U13可根据式(2)表示：
U13＝UM+[(2/x)+1]·UCu＝U12+UCu (2)
其中：
U13：第一电压测量触点和第三电压测量触点之间的电压差
a：第一电压测量触点与电阻材料之间的距离和第二电压测量触点与电阻材料之间的距离
x·a：对于第一、第二和第三电压测量触点在有利布置中成一直线的特定情况，第二电压测量触点和第三电压测量触点之间的距离
从式(1)和(2)可以推导出以下等式(3)：
要确定的电流I可以使用欧姆定律根据以下等式(4)计算：
其中：
R：电阻部段的总电阻，由校准步骤确定
然而，应当注意的是，上述特定几何形状便于计算，但不一定必须用于利用根据本公开的原理。当然，也可以采用任何其他任意距离进行计算，只要第三电压测量触点比第二电压测量触点更远离电阻部段即可。
根据本公开的另一有利示例，第一和第二导电连接部段均具有电流馈送触点，电流馈送触点沿直线布置，第一、第二和第三电压测量触点沿该直线布置。特别地，导电连接部段可以形成为具有开口的母线，这些开口可以附接到匹配的螺钉触点，这在本领域中是已知的。
根据本公开的有利示例，电阻部段包括电阻材料，该电阻材料包括含有Cu、Mn和/或Ni的合金。例如，可以使用合金Cu84Ni4Mn12(Isabellenhütte公司的商标)。然而，也可以使用具有低温度系数的其他高精度低电阻的电阻材料，例如/>(VDM Metals公司的商标)。
有利地，第一和第二导电连接部段分别包括铜或铝母线。通过这种几何结构，电流传感器元件可以直接固定在载流导线上，例如固定在电池的端子夹上。
根据本公开的有利方面，第一、第二和第三电压测量触点可以包括熔接销、焊接销、压配合销和/或用于被弹簧触点邻接接触的突起。特别地，当提供突起时，德国专利DE102019203498B3或DE102019203496B3的原理可用于通过外部连接器提供便利的接触。
本公开还涉及一种电流传感器单元，该电流传感器单元包括根据上述方面的电流传感器元件和用于产生指示流经电阻部段的电流的电输出信号的电子控制单元。电子控制单元可以位于测量触点附近，从而电流传感器单元形成紧凑的集成模块，该模块能够通过电缆绑定和/或无线通信与ECU通信。替代地，电子控制单元由单独的实体形成，而电流传感器元件仅设置有通信接口以将电流传感器元件以电缆绑定和/或无线方式连接到电子控制单元。这些替代方案的任何组合当然也是可能的。
特别地，电子控制单元可以包括电压测量单元，其是可操作的以测量第一电压测量触点和第二电压测量触点之间的第一电压差，其中电压测量单元进一步可操作以测量第一电压测量触点和第三电压测量触点之间的第二电压差，并且其中电子控制单元还包括评估单元，其可操作用于根据第一和第二电压差计算电阻部段上的电压降。如果使用上述几何形状，则式(1)至(4)可用于该计算。
根据另一方面，电子控制单元可以包括用于存储第二导电连接部段的温度系数的值的存储单元，其中，评估单元还可操作以计算第二和第三电压测量触点之间的第三电压差，并且使用存储的第二导电连接部段的温度系数的值从第三电压差计算第二导电连接部段的温度。第二导电连接部段的温度表示电流传感器元件的直接环境(例如电池触点)处存在的温度。有利地，不需要额外的温度传感器，从而可以保持较低的复杂性和成本，同时提高安全性。尤其可以表明，即使在高动态情况下，母线中的温度梯度也很小。因此，这方面提供了在没有单独的温度传感器且没有延迟的情况下测量母线温度的可能性。
有利地，电流传感器单元可以包括用于输出输出信号的输出接口，其中输出接口与第一和第二导电连接部段电流隔离。电流隔离可以通过任何合适的方式实现，例如光耦合器等。
本发明还涉及一种电流测量方法，该方法包括以下步骤：
将电流传感器元件与待测电流连接，
其中，电流传感器元件具有至少一个电阻部段，该电阻部段包括具有特定的第一电导率和第一温度系数的电阻材料；
其中，电流传感器元件还包括第一导电连接部段和第二导电连接部段，第一导电连接部段连接到电阻部段的第一端，并且第二导电连接部段连接到电阻元件的第二端，其中第一和第二连接部段各自具有高于电阻材料的第一电导率的特定的第二电导率和高于第一温度系数的第二温度系数，并且其中第一和第二连接部段是可连接的，以通过电阻部段馈送待测量的电流；
测量布置在第一导电连接部段上的第一电压测量触点和布置在第二导电连接部段上的第二电压测量触点之间的第一电压差，
测量第一电压测量触点和布置在第二导电连接部段上的第三电压测量触点之间的第二电压差，以及
根据第一和第二电压差计算电阻部段上的电压降，并根据电压降计算要测量的电流。
如上所述，该方法具有简单、成本有效且同时安全的优点。用于计算待测电流的仅有输入参数是两个电压差，初始电阻，其在校准测量中在已知的校准温度下根据第一和第二电压测量触点之间的电势差U12的初始值和第一和第三电压测量触点之间的电势差U13的初始值进行测量和计算，以及距离参数。
当另外考虑第二导电连接部段的材料(例如铜或铝)的线性温度系数时，也可以计算导电连接部段的温度。特别地，该方法还可以包括以下步骤：
计算第二和第三电压测量触点之间的第三电压差，并且
使用第二导电连接部段的温度系数的存储值从第三电压差计算第二导电连接部段的温度。
特别地，第二和第三电压测量触点之间的第三电压差由如下公式(5)给出。
UCu＝U13-U12 (5)
其中：
UCu：母线中第二距离x·a上的电势差(母线例如由铜制成)
可以使用欧姆定律从测量的电流计算第二导电连接部段的电阻，如由以下公式(6)给出。
其中：
RCu：第二导电连接部段的电阻
任何电阻都是温度的函数，并且可以通过使用第二导电连接部段10(例如铜)的线性温度系数根据以下公式(7)给出对温度的相关性。
R(T)＝R(T0)·[1+α·(T-T0)] (7)
其中：
R(T)：电阻
α：第二导电连接部段的线性温度系数(铜为0.0037)
T：测量时第二和第三电压测量触点之间的第二导电连接部段的材料温度
T0：执行校准步骤的温度(例如20℃)
因此，温度T可以从以下公式(8)计算。
其中：
RCu(T)：测量时第二和第三电压测量触点之间的第二导电连接部段的电阻
RCu(T0)：在校准温度(例如20℃)下，第二和第三电压测量触点之间的第二导电连接部段的电阻
必须注意，上述温度计算仅是具有线性温度系数的导电材料的示例性有利配置。但是可以为每种材料计算温度，即使这种材料没有线性温度系数。在这种情况下，电阻材料中的电压降可以使用公式(4)计算，而电阻可以通过公式(5)计算。然而，温度计算是不同的，因为公式(7)和(8)是具有线性温度系数的导电材料(例如铜)的近似。
因此，为了计算温度，仅需要的输入参数是两个电压差、线性温度系数α和初始电阻，其在校准测量中在已知的校准温度下根据第一和第二电压测量触点之间的电势差U12的初始值和第一和第三电压测量触点之间的电势差U13的初始值进行测量和计算。
当然，设计和制造必须确保三个电压测量触点的位置公差低。此外，电阻材料的电阻必须在制造过程结束时进行单点校准。
因此，该方法可以有利地包括在定义的校准温度下执行的校准步骤，其中，确定并存储在校准温度下第一和第二电压测量触点之间以及第一和第三电压测量触点之间的电压差。
如上所述，当第一电压测量触点与第一导电连接部段和电阻部段之间的界面间隔第一距离a时，计算步骤尤其简单，其中第二电压测量触点与第二导电连接部段和电阻部段之间的界面间隔第一距离a，并且其中，第三电压测量触点与第二电压测量触点相距第二距离，该第二距离是第一距离a的乘法因子x倍，并且
其中待测电流由以下公式计算：
其中I是待测电流，U12是第一电压差，U13是第二电压差，R是校准测量中以相同方式从U12和U13计算的电阻，以及x是第一距离的乘法因子。
此外，为了测量根据本公开的电压，需要一种测量电势差的特别精确的方式。有利地，使用相同的电压测量单元来确定每个电压差。然后可以提供连接到电压测量单元的多路复用器以选择相应的电压测量触点对。这确保了电压差的特别准确且不受干扰的测量。
附图说明
附图被结合到说明书中并构成说明书的一部分以说明本发明的几个实施例。这些附图与描述一起用于解释本发明的原理。这些附图仅仅是为了说明如何进行和使用本发明的优选的和替代性的示例，而不能将本发明理解为仅限于所示出和描述的实施例。此外，实施例的几个方面可以单独地或以不同的组合形成根据本发明的解决方案。因此，下面描述的实施例可以被单独考虑或以其任意组合考虑。从附图中所示的本发明的各种实施例的以下更具体的描述中，其他特征和优点将变得显而易见，其中相似的参考标号指代相同的元件，并且其中：
图1是根据本公开的一方面的电流传感器元件的示意性俯视图；
图2是根据本公开的一方面的电流传感器单元的示意图；
图3示出了作为温度函数的模拟电阻值；
图4示出了作为温度函数的模拟电压差值；
图5示出了作为温度函数的模拟电流值；
图6示出了总电阻为75μΩ时作为温度函数计算的电流误差值；
图7示出了总电阻为50μΩ时作为温度函数计算的电流误差值；
图8示出了总电阻为25μΩ时作为温度函数计算的电流误差值；
图9是根据本公开的另一方面的电流传感器元件的示意性俯视图；
图10示出了现有电流传感器单元的剖视示意图；
图11示出了现有电流传感器单元的另一示意图；
图12示出了随温度的电阻变化；
图13示出了铜随温度的电阻变化；
图14示出了已知的分流传感器配置随温度的电阻变化。
具体实施方式
现在参考附图进一步解释本发明，首先参考图1。图1以示意性俯视图示意性地示出了根据本公开的第一方面的电流传感器元件100。
电流传感器元件100包括第一导电连接部段102，其在下文中也将被称为第一母线。待测电流I可如电流箭头所示被馈送入第一母线102。当然，电流的方向是任意的。此外，提供第二导电连接部段104用于导出待测量的电流。第一母线具有第一电流馈送触点112，第二母线104具有第二电流馈送触点114。电流馈送触点112、114形成为开口，其例如可以被拧到另外的电子部件，例如电池的端子夹和远离电池的母线(图中未示出)。当然，母线也可以焊接到馈电部段。
由于这对于分流传感器元件是已知的，电阻部段106布置在第一和第二导电连接部段102、104之间。第一导电连接部段102和电阻部段106之间的界面108以及电阻部段106和第二导电连接部段之间的界面110可以例如通过焊接连接形成。
电阻部分106例如由低电阻精密合金例如形成。尽管在下文中将始终假设电阻元件由/>形成，但对于本领域技术人员来说清楚的是，根据本公开，任何其他合适的低电阻低温度系数材料也可以用于电流传感器元件100。如图1所示，电阻部段106具有指定为b的纵向宽度。此外，根据本公开中所示的示例，第一和第二导电连接部段(即，第一和第二母线)102、104由铜制成。当然，它们不一定必须由相同的材料以及其他高导电材料形成，优选地也可以使用金属和金属合金，例如铝。
为了确定流过电流传感器元件100的电流I，本公开的发明人已经发现提供三个电压测量触点就足够了。特别地，第一电压测量触点116布置在第一母线102上。此外，第二电压测量触点118和第三电压测量触点120布置在第二母线104上。三个电压测量触点116、118、120沿一条线布置(在图1中，这是电流传感器元件100的纵向轴线122)。但是，该线不必处于对称位置，也可以偏离中心或与中心轴成一定角度。有利地，三个电压测量触点116、118、120以第一和第二电压测量触点之间的电阻小于第一和第三电压测量触点之间的电阻的方式布置。在有利的布置中，第一、第二和第三测量触点116、118、120沿直线布置。
电压测量触点116、118、120仅示意性地示出，因为它们可以通过任何合适的接触技术形成。例如，电压测量触点可以包括熔接销、焊接销、压配合销和/或用于与弹簧触点邻接接触的突起(图中未示出)。
根据具体示例，第一电压测量触点116与第一界面108相距由a表示的距离。此外，第二电压测量触点118与第二界面相距相同的距离a。第三电压测量触点120布置在第二母线104上，与第二电压测量触点118相距a的x倍的距离。如图1中示意性地指示的，电阻部段106两端的电压降为UM，而第二电压测量触点118和第三电压测量触点120之间的电压降为UCu。为了计算这些电压，测量第一和第二电压测量触点116、118之间的电势差U12以及第一电压测量触点116和第三电压测量触点120之间的电势差U13。
图2示出了电流传感器单元200，其包括如图1所示的电流传感器元件100和用于测量第一电压差U12和第二电压差U13并由此计算电流I的电子控制单元202。电子控制单元202包括电压测量单元204。在所示的示例中，电压测量单元经由多路复用器单元206连接到第一、第二和第三电压测量触点116、118、120。这样的配置可以避免第一电压差U12和第二电压差U13由两个不同的电压测量电路测量，这两个电压测量电路可能具有不同的操作参数并且可能导致测量中的系统误差。
电子控制单元202还包括评估单元208，其执行必要的计算并产生输出信号210。此外，评估单元208存储从校准测量获得的参数。
第一电压差U12和第二电压差U13通过上面解释的公式(1)和(2)与电阻部段106两端的电压差UM相关：
U12＝UM+(2/x)·UCu (1)
U13＝UM+[(2/x)+1]·UCu＝U12+UCu (2)
对于x为4的具体示例(例如a＝1mm和x·a＝4mm)，上述公式(3)变为以下公式(9)：
再次，欧姆定律用于计算I：
如上所述，具有三个电压测量触点116、118、120的布置允许计算第二母线104处的温度。特别地，第二和第三电压测量触点118、120之间的第三电压差UCu由如下公式(5)给出。
UCu＝U13-U12 (5)
其中：
UCu：第二母线104(例如由铜制成)中第二距离x·a上的电势差
可以使用欧姆定律从测量的电流计算第二导电连接部段104的电阻，如由以下公式(6)给出。
其中：
RCu：第二导电连接部段的电阻
任何电阻都是温度的函数，并且可以通过使用第二导电连接部段10(例如铜)的线性温度系数根据以下公式(7)给出对温度的相关性。
R(T)＝R(T0)·[1+α·(T-T0)] (7)
其中：
R(T)：电阻
α：第二导电连接部段的线性温度系数(铜为0.0037)
T：测量时第二和第三电压测量触点之间的第二导电连接部段的材料温度
T0：执行校准步骤的温度(例如20℃)
因此，温度T可以从以下公式(8)计算。
其中：
RCu(T)：测量时第二和第三电压测量触点之间的第二导电连接部段的电阻
RCu(T0)：在校准温度(例如20℃)下，第二和第三电压测量触点之间的第二导电连接部段的电阻
因此，为了计算温度，仅需要的输入参数是两个电压差U12和U13、线性温度系数α、校准温度下的两个电压差U12和U13以及距离参数。
应当注意的是，还可以提供额外的电压测量触点以执行冗余测量。
图3示例性地示出了作为电流传感器元件100的温度的函数的电阻值，其中电阻部段106具有75μΩ的总标称电阻。曲线301示出了第一和第二电压测量触点116和118之间的电阻。曲线302示出了第一和第三电压测量触点116和120之间的电阻。当使用测得的第一电压差U12和第二电压差U13以及电流I的预定义值时，可以导出计算出的电阻RM，如曲线303所描绘的。
此外，图4示出了作为温度的函数的第一电压差U12(曲线401)和第二电压差U13(曲线402)以及计算的电阻部段106两端的电压降UM(曲线403)。
图5示出了电流I作为温度的函数，其根据第一和第二电压测量触点116、118之间的总电阻(曲线501)、第一和第三电压测量触点116、120之间的总电阻(曲线502)以及计算的总电流(曲线503)计算得出。此外，曲线504表示10A标称电流的恒定线。
图6至图8分别示出了对于75μΩ、50μΩ和25μΩ的分流电阻部段106的电阻值的电流测量误差的估计。显然，计算电流的误差具有低的温度敏感性，因此传感器输出在很大的温度范围内都是准确的。
如图6所示(电阻部段的电阻为75μΩ)，假设温度为20℃时误差为零，由于这是校准温度。曲线601描绘了在第一和第二电压测量触点116、118之间的电流测量中的计算误差。曲线602描绘了在第一和第三电压测量触点116、120之间的电流测量中的计算误差。与此相反，根据公式(4)和(9)计算的电流IM具有低得多的温度相关性，如曲线603所示。
如图7所示(电阻部段的电阻为50μΩ)，假设温度为20℃时误差为零，由于这是校准温度。曲线701描绘了在第一和第二电压测量触点116、118之间的电流测量中的计算误差。曲线702描绘了在第一和第三电压测量触点116、120之间的电流测量中的计算误差。与此相反，根据公式(4)和(9)计算的电流IM具有低得多的温度相关性，如曲线703所示。
最后，如图8所示(电阻部段的电阻为25μΩ)，假设温度为20℃时误差为零，由于这是校准温度。曲线801描绘了在第一和第二电压测量触点116、118之间的电流测量中的计算误差。曲线802描绘了在第一和第三电压测量触点116、120之间的电流测量中的计算误差。与此相反，根据公式(4)和(9)计算的电流IM具有低得多的温度相关性，如曲线803所示。
图9以示意性俯视图地示出了根据本公开的另一方面的电流传感器元件100。根据该示例，电流传感器元件100包括第四电压测量触点121，其与第一电压测量触点相距的距离可以为距离a的y倍。为了便于计算，y可以等于x。在这种布置中，测量的两个电压差在第一电压测量触点116和第二电压测量触点118之间，并且进一步在第三电压测量触点120和第四电压测量触点121之间。必须相应地调整用于确定电阻的公式。
此外，三个或更多个电压测量触点的其他布置当然也包含在本公开中。此外，需要说明的是，为了提高本发明电流传感器的操作精度，可以在校准测量中确定距离参数x和y。由于不同的材料厚度以及在第一和第二界面108、110处存在焊接区域，距离参数可能会偏离理论值。在这样的焊接区域，所涉及的材料发生混合。
综上所述，通过使用上述示例性公式，可以达到电阻材料的温度系数，从而消除导电材料的温度系数对输出信号的影响。
附图标记列表
100,900 电流传感器元件
102,902 第一导电连接部段，第一母线
104,904 第二导电连接部段，第二母线
106,906 电阻部段
108 第一界面
110 第二界面
112 第一电流馈送触点
114 第二电流馈送触点
116 第一电压测量触点
118 第二电压测量触点
120 第三电压测量触点
121 第四电压测量触点
122 纵向轴线
200 电流传感器单元
202 电子控制单元
204 电压测量单元
206 多路复用器单元
208 评估单元
Claims (13)
1.一种电流传感器单元(100)，包括：
至少一个电阻部段(106)，所述电阻部段包括具有特定的第一电导率和第一温度系数的电阻材料；
第一导电连接部段(102)和第二导电连接部段(104)，所述第一导电连接部段(102)连接到所述电阻部段(106)的第一端，并且所述第二导电连接部段(104)连接到所述电阻部段(106)的第二端，其中，所述第一和第二连接部段(102，104)各自具有高于所述电阻材料的第一电导率的特定的第二电导率和高于所述第一温度系数的第二温度系数，并且其中，所述第一和第二连接部段(102，104)是可连接的，以将待测量的电流I馈送通过所述电阻部段(106)；
电子控制单元(202)，用于产生指示流经所述电阻部段(106)的电流(I)的电输出信号(210)；
其中，所述第一导电连接部段(102)包括第一电压测量触点(116)，并且其中，所述第二导电连接部段(104)包括第二电压测量触点(118)和至少一个第三电压测量触点(120)，其中，所述第一、第二和第三电压测量触点(116，118，120)以第一和第二测量触点(116，118)之间的电阻小于第一和第三测量触点(116，120)之间的电阻的方式布置；
其中，所述电子控制单元(202)包括电压测量单元(204)，所述电压测量单元是可操作的以测量所述第一电压测量触点(116)和第二电压测量触点(118)之间的第一电压差U12，其中，所述电压测量单元(204)进一步可操作以测量所述第一电压测量触点(116)和第三电压测量触点(120)之间的第二电压差U13，并且其中，所述电子控制单元(202)还包括评估单元(208)，所述评估单元可操作用于根据第一和第二电压差U12，U13计算所述电阻部段(106)上的电压降UM。
2.根据权利要求1所述的电流传感器单元，其中，所述第一、第二和第三电压测量触点(116，118，120)沿直线(122)布置，并且其中，所述第一和第二测量触点(116，118)之间的距离小于第一和第三测量触点(116，120)之间的距离。
3.根据权利要求1所述的电流传感器单元，其中，所述第一电压测量触点(116)与所述第一导电连接部段(102)和所述电阻部段(106)之间的界面(108)间隔第一距离a，其中，所述第二电压测量触点(118)与所述第二导电连接部段(104)和所述电阻部段(106)之间的界面(110)间隔第一距离a，并且其中，所述第三电压测量触点(120)与所述第二电压测量触点(118)间隔第二距离x·a，所述第二距离是第一距离a的倍数。
4.根据权利要求1所述的电流传感器单元，其中，所述第一和第二导电连接部段(102，104)均具有电流馈送触点(112，114)，所述电流馈送触点(112，114)与第一、第二和第三电压测量触点(116，118，120)沿直线布置。
5.根据权利要求1所述的电流传感器单元，其中，所述电阻部段(106)包括具有含有Cu、Mn和/或Ni的合金的材料；和/或其中第一和第二导电连接部段(102，104)各自包括铜或铝母线。
6.根据权利要求4所述的电流传感器单元，其中，所述第一、第二和第三电压测量触点(116，118，120)包括熔接销、焊接销、压配合销和/或用于被弹簧触点邻接接触的突起。
7.根据权利要求1所述的电流传感器单元，其中，所述电子控制单元(202)包括用于存储所述第二导电连接部段(104)的温度系数的值的存储单元，并且其中，所述评估单元(208)还可操作以计算所述第二和第三电压测量触点(118，120)之间的第三电压差UCU，并且使用存储的所述第二导电连接部段(104)的温度系数的值从所述第三电压差UCU计算所述第二导电连接部段(104)的温度。
8.根据权利要求7所述的电流传感器单元，包括用于输出输出信号(210)的输出接口，其中，所述输出接口与所述第一和第二导电连接部段(102，104)电流隔离。
9.一种测量电流的方法，所述方法包括以下步骤：
将电流传感器元件(100)与待测电流I连接，
其中，所述电流传感器元件(100)具有至少一个电阻部段(106)，所述电阻部段包括具有特定的第一电导率和第一温度系数的电阻材料；
其中，所述电流传感器元件(100)还包括第一导电连接部段(102)和第二导电连接部段(104)，所述第一导电连接部段(102)连接到所述电阻部段(106)的第一端，并且所述第二导电连接部段(104)连接到所述电阻部段(106)的第二端，其中，所述第一和第二连接部段(102，104)各自具有高于所述电阻材料的第一电导率的特定的第二电导率和高于所述第一温度系数的第二温度系数，并且其中，所述第一和第二连接部段(102，104)是可连接的，以将待测量的电流馈送通过所述电阻部段(106)；
测量布置在所述第一导电连接部段(102)上的第一电压测量触点(116)和布置在所述第二导电连接部段(104)上的第二电压测量触点(118)之间的第一电压差U12，
测量所述第一电压测量触点(116)和布置在所述第二导电连接部段(104)上的第三电压测量触点(120)之间的第二电压差U13，以及
根据第一和第二电压差U12，U13计算所述电阻部段(106)上的电压降UM，并根据所述电压降计算待测量的电流。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括以下步骤：
计算所述第二和第三电压测量触点(118，120)之间的第三电压差UCU，并且
使用所述第二导电连接部段(104)的温度系数的存储值从所述第三电压差UCU计算所述第二导电连接部段(104)的温度。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括在定义的校准温度T0下执行的校准步骤，其中，确定并存储所述电阻部段(106)的总电阻R。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一电压测量触点(116)与所述第一导电连接部段(102)和所述电阻部段(106)之间的界面(108)间隔第一距离a，其中，所述第二电压测量触点(118)与所述第二导电连接部段(104)和所述电阻部段(106)之间的界面(110)间隔第一距离a，并且其中，所述第三电压测量触点(120)与所述第二电压测量触点(118)相距第二距离x·a，所述第二距离是所述第一距离a的乘法因子x倍，并且
其中，待测电流由以下公式计算：
其中，I是待测量的电流，U12是第一电压差，U13是第二电压差，R是在校准测量中根据已知校准电流下的第一电压差U12和第二电压差U13计算出的电阻，以及x是所述第一距离的乘法因子。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，使用连接到电压测量单元(204)的多路复用器(206)来测量第一和第二电压差U12，U13。
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