DE10041879B4 - Method and device for current measurement - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Messung des Laststroms in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz, bei dem die an einem in Reihe zur Last liegenden Shuntwiderstand abfallende Spannungsdifferenz gemessen wird und der Laststrom aus der gemessenen Spannungsdifferenz und Betriebsparametern des Shuntwiderstands berechnet wird, wobei als Shuntwiderstand ein Sicherungselement (5) verwendet wird, welches den Laststrom bei Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwerts unterbricht, gekennzeichnet dadurch, dass die Temperatur des Sicherungselements (5) als Betriebsparameter gemessen und der wirksame Shuntwiderstand unter Einbeziehung der Widerstands-Temperaturabhängigkeit des Sicherungselements (5) berechnet wird.method for measuring the load current in a motor vehicle electrical system, in which the falling on a shunt resistor in series with the load Voltage difference is measured and the load current from the measured Voltage difference and operating parameters of the shunt resistor calculated is used as a shunt resistor a fuse element (5) is used, which the load current when exceeded a predetermined limit, characterized by that the temperature of the fuse element (5) as an operating parameter measured and the effective shunt resistance including the Resistance temperature dependence of the fuse element (5) is calculated.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahrung zur Messung des Laststroms in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Strommesseinrichtung zur Messung des Laststroms in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.The The present invention relates to a method for measuring the load current in a motor vehicle electrical system according to the preamble of the claim 1 and a current measuring device for measuring the load current in a motor vehicle electrical system according to the preamble of claim 11.

In den unterschiedlichsten Anwendungen muss der in der Leiteranordnung von einer Stromquelle zu einem oder mehreren Verbrauchern fließende Laststrom bestimmt werden, insbesondere auch im Bordnetz von Kraftfahrzeugen, um Fehlfunktionen wie beispielsweise Kurzschlüsse oder dergleichen feststellen zu können.In The most diverse applications must be in the conductor arrangement from a power source to one or more loads flowing load current be determined, in particular in the electrical system of motor vehicles, to detect malfunctions such as short circuits or the like to be able to.

Aus der DE 197 04 166 A1 ist eine Einrichtung zur Messung des Laststroms in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz bekannt. Das darin beschriebene Strommessverfahren sieht vor, im Strompfad in Serie zur Last als Messwiderstand einen Shuntwiderstand mit bekannten Betriebsparametern einzugliedern und die daran abfallende Spannungsdifferenz zu messen. Aus diesem Spannungsabfall kann in der einfachsten Näherung ohne Berücksichtigung weiterer Betriebsparameter des Shuntwiderstands nach dem Ohmschen Gesetz auf den durch den Shuntwiderstand fließenden Laststrom geschlossen werden.From the DE 197 04 166 A1 is a device for measuring the load current in a motor vehicle electrical system known. The current measuring method described therein provides, in the current path in series with the load as a measuring resistor, to integrate a shunt resistor with known operating parameters and to measure the voltage difference dropping across it. In the simplest approximation, without taking into account further operating parameters of the shunt resistor according to Ohm's law, this voltage drop can be used to deduce the load current flowing through the shunt resistor.

IN der Hauptleitung eines Kraftfahrzeugs treten in der Praxis, beispielsweise bei der Betätigung des Anlassers und weiterer Aggregate mitunter Lastströme in der Größenordnung von 100 A und größer auf. Wird in dieser unmittelbar von den Klemmen des Starterakkus abgehenden Leitung ein zusätzlicher Shuntwiderstand eingegliedert, so fällt bei derartig hohen Strombelastungen eine erhebliche, ungenutzte Verlustleistung an. Diese wird als Wärme abgestrahlt und kann dadurch bei den beengten Einbauverhältnissen zu thermischen Problemen führen. Außerdem wirkt sich die Verlustleistung negativ auf die effektiv am Verbraucher bereitstehende Leistung aus, insbesondere bei den üblichen, relativ niedrigen Bordspannungen von 12 V oder 24 V. Schließlich bedeutet die Herstellung und Montage eines separaten Shuntwiderstands einen nicht unerheblichen Zusatzaufwand.IN the main line of a motor vehicle occur in practice, for example at the operation of the Starter and other units sometimes load currents in the Magnitude of 100A and greater. Will be in this directly from the terminals of the starter battery outgoing Lead an additional shunt resistor incorporated, so falls At such high current loads a significant, unused Power loss. This is radiated as heat and can thereby in the cramped installation conditions lead to thermal problems. Furthermore the power loss has a negative effect on the consumers who are actually available Performance, especially at the usual, relatively low on-board voltages of 12V or 24V. Finally means the manufacture and assembly of a separate shunt resistor a not inconsiderable additional expense.

Aus der DE 195 07 959 C1 sind ein Verfahren und eine Einrichtung der eingangs genannten Art bekannt. Bei der darin beschriebenen Vorrichtung wird als Messwiderstand bzw. als Shuntwiderstand eine in der Hauptstromleitung angeordnete Sicherung verwendet. Die Vorrichtung dient dazu, Teile des Bordnetzes bzw. einzelne Verbraucher zu überprüfen. Dazu werden die an der Sicherung angeordneten Messleitungen zu einer Diagnose-Steckdose geführt, die von der Außenseite des Fahrzeugs erreichbar ist. In diese Diagnose-Steckdose kann ein entsprechender Adapter eines externen Prüfgerätes eingebracht werden, das die Messleitungen mit einer Prüfspannung beaufschlagen kann. Die bei einer derartigen Prüfung durch das Kraftfahrzeug-Bordnetz fließenden Ströme sind sehr gering, weil die an den Messleitungen anliegenden Prüfspannungen im mV-Bereich liegen.From the DE 195 07 959 C1 are known a method and a device of the type mentioned. In the device described therein, a fuse arranged in the main current line is used as a measuring resistor or as a shunt resistor. The device is used to check parts of the electrical system or individual consumers. For this purpose, arranged on the fuse test leads are routed to a diagnostic socket, which is accessible from the outside of the vehicle. In this diagnostic socket, a corresponding adapter of an external tester can be introduced, which can apply a test voltage to the test leads. The currents flowing through the vehicle electrical system during such a test are very low because the test voltages applied to the test leads are in the mV range.

Aus der DE 41 42 760 C1 ist eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung eines Verbraucherstromkreises in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz bekannt. Bei dieser Überwachungseinrichtung wird eine Sicherung in Reihe mit einem Verbraucher geschaltet, wobei die über die Sicherung abfallende Spannung abgegriffen wird. Diese Spannung wird über einen Spannungsteiler einem Komparator zugeführt, der bei defektem Verbraucher eine LED ansteuert und aufleuchten lässt. Der Spannungsteiler und der Komparator sind derart ausgelegt, dass selbst bei Änderung des Innenwiderstands der Sicherung aufgrund von Temperaturerhöhung eine sichere Entscheidung gefällt werden kann, ob der Verbraucher defekt ist oder nicht.From the DE 41 42 760 C1 is a monitoring device for monitoring a load circuit in a motor vehicle electrical system known. In this monitoring device, a fuse is connected in series with a consumer, wherein the voltage drop across the fuse voltage is tapped. This voltage is supplied to a comparator via a voltage divider, which activates an LED when the consumer is defective and lights up. The voltage divider and the comparator are designed so that even when changing the internal resistance of the fuse due to temperature increase a reliable decision can be made whether the consumer is defective or not.

Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Strommesseinrichtung der eingangs genannten Art, die eine zuverlässige Messung des Laststroms in der Hauptleitung eines Kraftfahrzeugbordnetzes ermöglichen, welche eine verbesserte Funktionalität hat und einen geringeren Zusatzaufwand erfordert.The The problem underlying the present invention is the creation a method and a current measuring device of the aforementioned Kind of a reliable one Allow measurement of the load current in the main line of a vehicle electrical system, which has an improved functionality and a lower one Extra effort required.

Dies wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Strommesseinrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 11 gelöst.This is according to the invention in terms the method by the features of claim 1 and in terms the current measuring device solved by the features of claim 11.

Die Erfindung ist auf die Anwendung in Laststromkreisen gerichtet, bei denen im Lastzweig der von einer Stromquelle zu den Verbrauchern führenden Leiteranordnung ein Sicherungselement eingegliedert ist, welches bei Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwerts für den fließenden Laststrom, nämlich dem Nennwert der Sicherung, den Stromfluss unterbricht. In einem Kraftfahrzeug-Bordnetz ist dies eine Hochstrom-Sicherung, die in der Regel ummittelbar in der von dem Starterakku abgehenden Hauptstromleitung eingesetzt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung nutzt dabei den Umstand aus, dass bei den bekannten Sicherungselementen ein zwar nicht erwünschter, jedoch unvermeidlicher Durchgangswiderstand auftritt. Dieser hat jedoch einen geringen Wert, so dass die daran abfallende Spannung entsprechend gering ist und die elektrische Funktionalität nicht merklich eingeschränkt wird.The invention is directed to the application in load circuits in which a fuse element is incorporated in the load branch of leading from a power source to the load conductor arrangement, which interrupts the current flow when exceeding a predetermined limit for the flowing load current, namely the nominal value of the fuse. In a motor vehicle electrical system, this is a high-current fuse, which is used as a rule immediacy in the outgoing of the starter battery main power line. The method according to the invention as well as the device according to the invention exploits the circumstance that in the case of the known securing elements a admittedly undesirable, but unavoidable volume resistance occurs. However, this has a low value, so that the voltage dropping ent speaking is low and the electrical functionality is not significantly limited.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Sicherungselement, welches in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz vorgeschrieben und daher zwingend vorhanden ist, eine Zusatzfunktionalität im Hinblick auf die Strommessung erhält. Da dieses Sicherungselement erfindungsgemäß selbst den Shuntwiderstand bildet, muss kein weiterer Messwiderstand im Messzweig vorgesehen werden. Dadurch fällt keine zusätzliche Verlustleistung ab, so dass sich eine verbesserte Funktionalität sowohl bezüglich der zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung als auch der bisherigen Probleme bezüglich der abzuführenden Wärmeleistung ergibt. Zum anderen wird durch den Wegfall eines zusätzlichen Bauteils der Herstellungs- und Montageaufwand merklich verringert.One particular advantage of the invention is that the securing element, which prescribed in a motor vehicle electrical system and therefore is mandatory, an additional functionality in terms of current measurement receives. Since this fuse element according to the invention even the shunt resistor no further measuring resistor must be provided in the measuring branch become. This drops no additional Power dissipation, so that improved functionality both in terms of the available standing electrical power as well as the previous problems regarding the dissipated heat output results. On the other hand, by eliminating an additional Component of manufacturing and assembly costs significantly reduced.

Bei der erfindungsgemäßen Verwendung eines Sicherungselements, insbesondere einer Schmelzsicherung, ist jedoch zu berücksichtigen, dass im Bereich der hohen auftretenden Lastströme kein einfaches, lineares Strom-Spannungs-Verhältnis in Sinne des Ohm'schen Gesetzes vorliegt. Erfindungsgemäß wird daher die Temperatur des Sicherungselements als Betriebsparameter gemessen und der wirksame Shuntwiderstand unter Einbeziehung der Widerstands-Temperaturabhängigkeit des Sicherungselements berechnet. Die eingangs bereits erwähnten, durch das Sicherungselement fließenden Lastströme sind relativ hoch, so dass sich der Schmelzleiter aufgrund der dadurch anfallenden Verlustleistung erwärmt, wodurch eine zusätzliche Erhöhung des Widerstands auftritt, was wiederum zu einer zusätzlichen Verlustleistung führt. Die daraus resultierenden, bezüglich der Strom-Messspannungs-Charakteristik nicht linearen Betriebsparameter sind jedoch reproduzierbar und lassen sich daher in die Berechnung des tatsächlich fließenden Laststroms einbeziehen.at the use according to the invention a fuse element, in particular a fuse is However, to take into account that in the range of high load currents no simple, linear Current-voltage relationship in the sense of Ohm's Law is present. Therefore, according to the invention the temperature of the fuse element measured as operating parameters and the effective shunt resistance including the resistance-temperature dependence of the security element. The already mentioned above, by the fuse element are flowing load currents relatively high, so that the fusible conductor due to thereby heated dissipated power dissipation, which adds an extra increase of resistance occurs, which in turn becomes an additional Power loss leads. The resulting, regarding the current-measuring voltage characteristic non-linear operating parameters However, they are reproducible and can therefore be included in the calculation of fact flowing Include load current.

Besonders vorteilhaft ist es, dass das Sicherungselement eine Schmelzsicherung mit einem Schmelzleiter umfasst. Derartige Schmelzsicherungen sind zuverlässig, robust und kostengünstig und werden praktisch durchgehend als Hauptsicherungen im Kraftfahrzeug-Bordnetz verwendet. Der Schmelzleiter ist dabei zur Vermeidung von Übergangswiderständen zumeist einstückig mit den eingangs- und ausgangsseitigen Anschlussklemmen des Sicherungselements ausgebildet und hat einen im Vergleich zu der Leiteranordnung in der Hauptleitung bzw. den Anschlussklemmen geringeren Leiterquerschnitt. Der dadurch erhöhte Durchgangswiderstand in diesem Bereich führt dazu, dass beim Überschreiten des Nennstroms dieser Schmelzleiter durchschmilzt bzw. durchbrennt, noch bevor Schäden in der übrigen Leiteranordnung auftreten. Dieser bislang lediglich tolerierte zusätzliche Durchgangswiderstand wird durch die Erfindung erstmals aktiv zur Strommessung ausgenutzt. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, dass der Schmelzleiter durch den in engen Toleranzen vorgegebenen Nennwert vorgegebene Leiterabmessungen und damit reproduzierbare Betriebsparameter aufweist, die ihn für eine Verwendung als quasi geeichter Shuntwiderstand geeignet machen.Especially It is advantageous that the fuse element is a fuse comprising a fuse wire. Such fuses are reliable, robust and cost-effective and are practically continuously as main fuses in the motor vehicle electrical system used. The fusible conductor is usually to avoid contact resistance one piece with the input and output side terminals of the fuse element trained and has a compared to the conductor arrangement in the main line or terminals smaller conductor cross-section. The increased thereby Volume resistance in this area causes when exceeded of the rated current of this melt conductor melts or burns, even before damage in the rest Conductor arrangement occur. This so far only tolerated additional Volume resistance becomes active for the first time by the invention for current measurement exploited. In this context, it is advantageous that the Fusible conductor predetermined by the given in close tolerances nominal value Has conductor dimensions and thus reproducible operating parameters, him for one Use as quasi calibrated shunt resistor suitable.

Die inhomogene Erwärmung des Schmelzleiters, der bei Strombelastung aufgrund der schlechteren Wärmeabfuhr insbesondere im mittleren Bereich deutlich stärker erwärmt ist als an den Enden, die durch Wärmeabfuhr zu den Anschlussklemmen relativ kühler sind, kann durch ein modellbasiertes Korrekturverfahren kompensiert werden. Für die Berechnung des temperaturabhängigen Widerstands des Schmelzleiters wird dabei eine wirksame mittlere Temperatur angesetzt. Diese mittlere Temperatur berücksichtigt den Einfluss der Klemmentemperaturen des Sicherungselements, d. h. der Temperaturen der Anschlussklemmen, sowie einen laststromabhängigen Term. Durch dieses modellbasierte Korrekturverfahren lässt sich das reale Verhalten gut nachbilden, so dass der tatsächliche Messaufwand relativ gering ausfallen kann.The inhomogeneous warming of the fusible conductor, the current load due to the worse heat dissipation especially in the middle area is heated much more than at the ends, the through heat dissipation to the terminals are relatively cooler, can by a model-based correction method be compensated. For the calculation of the temperature-dependent Resistance of the fusible conductor becomes an effective average temperature stated. This mean temperature takes into account the influence of Clamping temperatures of the fuse element, d. H. the temperatures of the terminals, as well as a load current-dependent term. Through this model-based Correction procedure leaves the real behavior mimic well, so that the actual Measuring costs can be relatively low.

Die Temperaturmessung kann über mindestens einen an dem Sicherungselement angebrachten Temperatursensor erfolgen. Als Temperatursensor kann ein Halbleitersensor, ein Widerstandselement oder ein sonstiges thermoelektrisch ansprechendes Element verwendet werden, welches an die Auswerteeinrichtung angeschlossen wird, welche aus der gemessenen Stromdifferenz und dem gemessenen Temperaturwert gemäß einer vorgegebenen Rechenvorschrift den Laststrom berechnet.The Temperature measurement can be over at least one temperature sensor attached to the fuse element respectively. As a temperature sensor, a semiconductor sensor, a resistance element or another thermoelectrically responsive element is used which is connected to the evaluation, which aus the measured current difference and the measured temperature value according to a calculated calculation rule the load current.

Die Temperaturmessung erfolgt vorzugsweise am Eingang bzw. Ausgang des Sicherungselements. Dadurch, dass die wirksame mittlere Temperatur des Sicherungselements, d. h. bei einer Schmelzsicherung des Schmelzleiters durch ein modellbasiertes Korrekturverfahren wie vorangehend erläutert gebildet wird, ist es ausreichend, die Temperaturmessung an einer einzigen Stelle, beispielsweise an der Eingangsklemme oder der Ausgangsklemme als Berechnungsgrundlage für die mittlere wirksame Temperatur heranzuziehen. Dies ist insofern vorteilhaft, als dass zum einen lediglich ein einziger Temperatursensor installiert und ausgelesen werden muss und zum anderen die von diesem ermittelten Temperaturmesswerte mit geringerem Aufwand der weiteren Berechnung zuzuführen sind, als wenn mehrere Sensoren vorhanden sind.The Temperature measurement is preferably carried out at the entrance or exit of Fuse element. Because of the effective mean temperature of the fuse element, d. H. at a fuse of the fuse conductor formed by a model-based correction method as explained above It is sufficient, the temperature measurement at a single Place, for example at the input terminal or the output terminal as calculation basis for to use the average effective temperature. This is insofar advantageous, as that on the one hand only a single temperature sensor must be installed and read and on the other by this determined temperature readings with less effort the other Calculation to be supplied are as if there are multiple sensors.

Aus der am Sicherungselement gemessenen Spannungsdifferenz und der gemessenen Temperatur können Korrekturgrößen zur Berechnung des Laststroms ermittelt werden. Durch die Verwendung eines externen Temperatursensors unter Zuhilfenahme einer realistischen Modellierung, welche unter Berücksichtigung der inhomogenen Temperaturverteilung im Schmelzleiter eine effektiv wirksame mittlere Temperatur ansetzt, lässt sich trotz der auftretenden Nichtlinearitäten in dem Sicherungselement eine vergleichbare Messgenauigkeit erreichen, wie dies ansonsten nur mit einem zusätzlichen Messwiderstand möglich wäre. Im Gegensatz dazu fällt bei der Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens jedoch deutlich weniger Verlustleistung an.From the voltage difference measured at the fuse element and the measured temperature, correction values for the calculation of the Load current can be determined. By using an external temperature sensor with the aid of a realistic modeling, which takes into account the inhomogeneous temperature distribution in the fusible conductor effectively effective average temperature, despite the non-linearities occurring in the fuse element can achieve a comparable accuracy, as otherwise possible only with an additional measuring resistor would. In contrast, in the implementation of the method according to the invention, however, significantly less power dissipation.

Zusätzliche Korrekturgrößen können aus dem Kaltwiderstand des Sicherungselements und dem Temperaturkoeffizient des Sicherungsmaterials, d. h. des Schmelzleiters berechnet werden. Weiterhin können als Betriebsparameter des Sicherungselements die Form und/oder der Leitwert des Schmelzleiters verwendet werden. Durch Hinzuziehung dieser Parameter lässt sich im Einzelfall ein besonders gut mit der Realität übereinstimmendes Modell realisieren. Dadurch ist eine besonders hohe Messgenauigkeit erreichbar.additional Correction values can be taken from the Cold resistance of the fuse element and the temperature coefficient of the backup material, d. H. of the fusible conductor. Furthermore you can as operating parameters of the fuse element, the shape and / or the Conductance of the fusible conductor can be used. By consultation this parameter leaves in a particular case a particularly well coinciding with the reality Realize model. This is a particularly high measurement accuracy reachable.

Das erfindungsgemäße Messverfahren kann praktisch umgesetzt werden mit einer Strommesseinrichtung zur Messung des Laststroms in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz, mit einem in Reihe zur Last liegenden Shuntwiderstand, an dem eine stromabhängige Spannungsdifferenz abgreifbar ist, wobei an den Shuntwiderstand eine Auswerteeinrichtung angeschlossen ist, von der aus der Spannungsdifferenz und Betriebsparametern des Shuntwiderstands der Laststrom berechenbar ist. Während im Stand der Technik zusätzliche Messwiderstände entweder im Laststromzweig oder einem zusätzlichen Messstromzweig vorgesehen sind, wird bei der erfindungsgemäßen Strommesseinrichtung der Shuntwiderstand durch ein Sicherungselement gebildet. Als Sicherungselement ist vorzugsweise eine Schmelzsicherung mit einem Schmelzleiter vorgesehen. Derartige Sicherungselemente sind in Form von Hochstrom-Sicherungen bei sämtlichen Kraftfahrzeugen unmittelbar im Laststromkreis an den Anschlussklemmen des Starterakkus vorhanden.The Measuring method according to the invention can be practically implemented with a current measuring device for Measurement of the load current in a motor vehicle electrical system, with a shunt resistor in series with the load, to which a current-dependent voltage difference can be tapped, wherein at the shunt resistor an evaluation device connected, on the basis of the voltage difference and operating parameters of the shunt resistor, the load current can be calculated. While in the State of the art additional Sense resistors provided either in the load current branch or an additional measuring current branch are, is in the current measuring device according to the invention the shunt resistor is formed by a fuse element. As a security element A fuse with a fusible conductor is preferably provided. Such fuse elements are in the form of high current fuses in all Cars directly in the load circuit at the terminals of Starter batteries available.

Ein besonderer Vorteil dieser Strommesseinrichtung ist, dass ein ohnehin vorhandenes Sicherungselement eine Zusatzfunktion erhält und die Verwendung zusätzlicher Messwiderstände entfällt. Durch die geringere Anzahl der Bauteile ergibt sich insgesamt ein geringerer Herstellungs- und Montageaufwand, der sich nicht zuletzt günstig auf die Kosten auswirkt.One particular advantage of this current measuring device is that one anyway existing fuse element receives an additional function and the Use additional Sense resistors eliminated. By the smaller number of components results in a lesser overall Manufacturing and assembly costs, which last but not least favorable the costs.

Wie zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereits erläutert worden ist, hat ein Sicherungselement, nämlich eine Hochstrom-Schmelzsicherung, einen temperaturabhängigen Widerstand, wobei die Temperatur des Schmelzleiters zusätzlich vom fließenden Laststrom abhängig ist. Um diese nichtlinearen Abhängigkeiten bei der Messung zu kompensieren, ist an dem Sicherungselement erfindungsgemäß zumindest ein Temperatursensor angebracht, der an die Auswerteeinrichtung angeschlossen ist. Als Temperatursensor kann ein thermoelektrisches Element, beispielsweise ein Halbleitersensor verwendet werden, der von der Auswerteschaltung mittels entsprechender Verstärker- bzw. Signalaufbereitungsschaltungen ausgelesen wird. In dieser Auswerteschaltung, die beispielsweise eine Recheneinheit in Form eines Mikrocontrollers umfasst, kann dadurch die Temperatur als Betriebsparameter des Shuntwiderstands zur Kompensation der Messwerte herangezogen werden.As to carry out the method according to the invention already explained has a fuse element, namely a high current fuse, a temperature-dependent Resistance, wherein the temperature of the fusible conductor in addition of flowing Load current is dependent. To these nonlinear dependencies to compensate for the measurement, according to the invention at least according to the invention a temperature sensor attached, which is connected to the evaluation device is. As a temperature sensor, a thermoelectric element, for example a semiconductor sensor used by the evaluation circuit by means of appropriate amplifier or Signal conditioning circuits is read out. In this evaluation circuit, which, for example, comprises a computing unit in the form of a microcontroller, This allows the temperature as the operating parameter of the shunt resistor used to compensate the measured values.

Dadurch, daß in der Auswerteeinrichtung die Berechnung des Laststroms anhand der gemessenen Spannungsdifferenz und der gemessenen Temperatur gemäß einem realitätsnahem Modell, welches die inhomogene Temperaturverteilung im Sicherungselement berücksichtigt, berechnet werden, reicht es aus, daß ein Temperatursensor an einer Ausgangs- oder Eingangsklemme des Sicherungselements angeordnet ist. Bei einer Schmelzsicherung kann bereits dadurch zuverlässig ein mittlerer Temperaturwert gebildet werden, welcher die Ermittlung des tatsächlichen Widerstandswerts des Sicherungselements mit relativ hoher Genauigkeit ermöglicht.Thereby, that in the evaluation device, the calculation of the load current based on the measured voltage difference and the measured temperature according to a realistic close up Model showing the inhomogeneous temperature distribution in the fuse element considered, calculated, it is sufficient that a temperature sensor at an output or input terminal of the fuse element is arranged. At a Fuse can thus reliably a mean temperature value which determines the determination of the actual resistance value of the Secured fuse element with relatively high accuracy.

Zur Aufbereitung der Messwerte, d. h. der gemessenen Spannungsdifferenz am Sicherungselement sowie Betriebsparameter, wie der gemessenen Temperatur, dem Kaltwiderstand des Sicherungselements sowie sonstiger Korrekturgrößen ist es vorteilhaft, dass die Auswerteeinrichtung Speichereinheiten umfasst, in denen Betriebsparameter-Werte speicherbar sind. Die einzelnen Betriebsparameter-Werte und gegebenenfalls auch Angaben bezüglich der verwendeten Berechnungsmodelle können darin abgespeichert werden. Die Speichereinheiten können einfach beschreibbar (ROM) oder mehrfach wiederbeschreibbar sein (EEPROM oder dergleichen), um eine Anpassung an unterschiedliche Typen von Sicherungslementen zu ermöglichen.to Preparation of the measured values, d. H. the measured voltage difference on the fuse element as well as operating parameters, such as the measured Temperature, the cold resistance of the fuse element and other Correction values it is advantageous that the evaluation device comprises storage units, in which operating parameter values can be stored. The single ones Operating parameter values and, where appropriate, information regarding the used calculation models be stored in it. The storage units can be simple writable (ROM) or rewritable multiple times (EEPROM or the like) to adapt to different types of To enable security elements.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigt diesein the The invention is described below with reference to an exemplary embodiment with reference closer to the enclosed drawing explained. In detail, this shows

1 eine schematische Ansicht einer in ein Kraftfahrzeug-Bordnetz integrierten erfindungsgemäßen Strommesseinrichtung. 1 a schematic view of an integrated in a motor vehicle electrical system according to the invention current measuring device.

In 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug-Bordnetz mit den wichtigsten Komponenten und dem Hauptstrompfad dargestellt und als ganzes mit dem Bezugszeichen 1 versehen.In 1 schematically is a motor vehicle electrical system with the most important components and the main current path and as a whole with the reference numeral 1 Mistake.

Das dargestellte Bordnetz 1 umfaßt eine Stromquelle 2, nämlich einen Kraftfahrzeug-Starterakku. Als Hauptleitung gehen davon Stromleitungen 3 ab, zur Versorgung der Last 4, die beim Kraftfahrzeug aus sämtlichen elektrischen Verbrauchern gebildet wird, wie Anlasser, Beleuchtungseinrichtungen, Zündanlage und sämtlichen sonstigen Aggregaten.The illustrated electrical system 1 includes a power source 2 namely a motor vehicle starter battery. As the main line go from power lines 3 off, to supply the load 4 , which is formed in the motor vehicle from all electrical consumers, such as starters, lighting equipment, ignition system and all other aggregates.

In den Stromleitungen 3 des dargestellten Hauptstrompfades ist als Hauptsicherung ein Sicherungselement, nämlich eine Schmelzsicherung 5 eingegliedert. Diese besteht im wesentlichen aus ein- und ausgangsseitigen Anschlussklemmen 6, zwischen denen sich ein Schmelzleiter 7 befindet. Dieser Schmelzleiter 7 ist aus leitendem Material, beispielsweise Kupfer, einstückig mit den Anschlussklemmen 6 ausgebildet und hat einen definierten, deutlich geringeren Leiterquerschnitt als die Anschlussklemmen 6 sowie die zu diesen führenden Stromleitungen 3 im Hauptstrompfad des Bordnetzes 1.In the power lines 3 the illustrated main current path is a main fuse a fuse element, namely a fuse 5 incorporated. This consists essentially of input and output terminals 6 , between which is a fusible link 7 located. This fusible link 7 is made of conductive material, such as copper, integral with the terminals 6 formed and has a defined, significantly smaller conductor cross-section than the terminals 6 as well as the leading to these power lines 3 in the main current path of the electrical system 1 ,

Am Eingang und Ausgang der Schmelzsicherung 5, d. h. an beiden Anschlussklemmen 6, sind Spannungsmessleitungen 8 angeschlossen, welche die an der Schmelzsicherung 5 abfallende Spannungsdifferenz in entsprechende Messeingänge einer Auswerteeinrichtung 9 einspeisen.At the entrance and exit of the fuse 5 ie at both terminals 6 , are voltage measuring cables 8th connected to the fuse 5 decreasing voltage difference in corresponding measuring inputs of an evaluation 9 feed.

An der eingangsseitigen Anschlussklemme 6 der Schmelzsicherung 5 ist in der Nähe des Schmelzleiters 7 ein Temperatursensor 10 angebracht, beispielsweise ein Halbleiter-Thermosensor. Dieser ist über eine Temperaturmessleitung 11 ebenfalls an einen Eingang der Auswerteeinrichtung 9 angeschlossen. Der in der Auswerteeinrichtung 9 gemessene und berechnete, in den Stromleitungen 3 fließende Laststrom wird über einen Ausgang 12 ausgegeben und kann der Anzeige bzw. Weiterverarbeitung zugeführt werden.At the input side terminal 6 the fuse 5 is near the fusible link 7 a temperature sensor 10 attached, for example, a semiconductor thermal sensor. This is via a temperature measuring line 11 likewise to an input of the evaluation device 9 connected. The one in the evaluation device 9 measured and calculated, in the power lines 3 flowing load current is through an output 12 output and can be fed to the display or further processing.

Als wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Strommesseinrichtung ist offensichtlich, dass neben der ohnehin in den Stromleitungen 3 des Hauptstrompfades des Kraftfahrzeug-Bordnetzes 1 vorhandenen Schmelzsicherung 5, kein zusätzlicher Messwiderstand vorhanden ist und die ansonsten dadurch verursachten Nachteile grundsätzlich nicht auftreten. Als Shuntwiderstand zur Messung des Laststroms in der aus den Stromleitungen 3 gebildeten Leiteranordnung dient allein die Schmelzsicherung 5 bzw. der darin ausgebildete Schmelzleiter 7. Über die Spannungsmessleitungen 8 wird von der Auswerteeinrichtung 9 die an der Schmelzsicherung 5 bzw. am Schmelzleiter 7 abfallende, laststromabhängige Spannungsdifferenz abgegriffen. Wie eingangs bereits ausführlich erläutert, ist der Widerstand des Schmelzleiters 7 nicht konstant, sondern von der Temperatur der Anschlussklemmen 6 sowie dem durch die Stromleitungen 3 und damit den Schmelzleiter 7 fließenden Laststrom abhängig, der seinerseits wiederum zu einer weiteren Erwärmung des Schmelzleiters 7 und damit zu einer weiteren Widerstandserhöhung führt. Dieser Effekt wird dadurch berücksichtigt, dass an einem Ende des Schmelzleiters 7, im dargestellten Beispiel an der eingangsseitigen Anschlussklemme 6 der Temperatursensor 10 vorgesehen ist, welcher der Auswerteeinrichtung 9 über die Temperaturmessleitung 11 die dort momentan herrschende Temperatur angibt.As a significant advantage of the current measuring device according to the invention is obvious that in addition to the already in the power lines 3 the main current path of the motor vehicle electrical system 1 existing fuse 5 , no additional measuring resistor is present and the otherwise caused thereby disadvantages do not occur in principle. As a shunt resistor to measure the load current in the out of the power lines 3 Formed conductor arrangement is solely the fuse 5 or the fusible conductor formed therein 7 , About the voltage measuring lines 8th is from the evaluation device 9 the at the fuse 5 or on the fusible conductor 7 sloping, load current-dependent voltage difference tapped. As already explained in detail, the resistance of the fusible conductor is 7 not constant, but on the temperature of the terminals 6 as well as through the power lines 3 and thus the fusible link 7 flowing load current, in turn, in turn to further heating of the fuse conductor 7 and thus leads to a further increase in resistance. This effect is taken into account by the fact that at one end of the fusible conductor 7 , in the example shown on the input side terminal 6 the temperature sensor 10 is provided, which of the evaluation 9 via the temperature measuring line 11 indicating the temperature prevailing there at the moment.

Die angesprochene, nichtlineare Beziehung zwischen dem wirksamen Shuntwiderstand, d. h. dem Widerstand des Schmelzleiters 7 und dem Laststrom wird anhand eines modellbasierten Korrekturverfahrens aus den Betriebsparametern der Schmelzsicherung 5 in der Auswerteeinrichtung berechnet. Neben analoger Messelektronik zur Aufbereitung der gemessenen Spannungsdifferenz an den Spannungsmessleitungen 7 sowie des über die Temperaturmessleitung 11 anstehenden Temperatursignals, wie Operationsverstärker, Filter und dergleichen ist eine digitale Recheneinheit in der Auswerteeinrichtung 9 integriert, vorzugsweise in Form eines Microcontrollers. Weitere Betriebsparameter, wie beispielsweise die Form und/oder der Leitwert des Schmelzleiters 7, der Kaltwiderstand des Sicherungselements 5, der Temperaturkoeffizient des Sicherungsmaterials und dergleichen können in der Auswerteeinrichtung 9 in Speichereinheiten abgespeichert der Berechnung zur Verfügung stehen.The mentioned, non-linear relationship between the effective shunt resistance, ie the resistance of the fusible conductor 7 and the load current is determined from the operating parameters of the fuse using a model-based correction method 5 calculated in the evaluation device. In addition to analog measuring electronics for processing the measured voltage difference at the voltage measuring lines 7 as well as the via the temperature measuring line 11 Pending temperature signal, such as operational amplifier, filter and the like is a digital processing unit in the evaluation 9 integrated, preferably in the form of a microcontroller. Other operating parameters, such as the shape and / or the conductance of the fusible conductor 7 , the cold resistance of the fuse element 5 , the temperature coefficient of the fuse material and the like may be in the evaluation device 9 stored in memory units of the calculation are available.

Anhand dieses Modellansatzes lässt sich in der Auswerteeinrichtung 9 allein aufgrund des an der Schmelzsicherung 5 bzw. dem Schmelzleiter 7 anstehenden Spannungsdifferenz, die über die Spannungsmessleitungen 8 erfasst wird, sowie eines einzigen Temperaturwerts oder des Mittelwerts zweier Temperaturwerte Tm der von Temperatursensoren 10 erfasst wird, das temperatur- und laststromabhängige Widerstandsverhalten des Schmelzleiters 7 nachbilden, so dass eine relativ genaue Berechnung des tatsächlich in den Stromleitungen 3 fließenden Laststroms möglich ist. Dieser Wert wird über den Ausgang 12 ausgegeben.Based on this model approach can be in the evaluation 9 solely because of the fuse 5 or the fusible conductor 7 pending voltage difference across the voltage measuring lines 8th is detected, and a single temperature value or the average value of two temperature values T m of temperature sensors 10 is detected, the temperature and load current-dependent resistance behavior of the fuse conductor 7 emulate so that a relatively accurate calculation of the actual in the power lines 3 flowing load current is possible. This value is via the output 12 output.

Claims (17)

Verfahren zur Messung des Laststroms in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz, bei dem die an einem in Reihe zur Last liegenden Shuntwiderstand abfallende Spannungsdifferenz gemessen wird und der Laststrom aus der gemessenen Spannungsdifferenz und Betriebsparametern des Shuntwiderstands berechnet wird, wobei als Shuntwiderstand ein Sicherungselement (5) verwendet wird, welches den Laststrom bei Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwerts unterbricht, gekennzeichnet dadurch, dass die Temperatur des Sicherungselements (5) als Betriebsparameter gemessen und der wirksame Shuntwiderstand unter Einbeziehung der Widerstands-Temperaturabhängigkeit des Sicherungselements (5) berechnet wird.Method for measuring the load current in a motor vehicle electrical system, in which the voltage drop across a shunt resistor lying in series with the load is measured, and the load current is calculated from the measured voltage difference and operating parameters of the shunt resistor, a shunt resistor being a fuse element ( 5 ) is used, which is the load current when a predetermined limit is exceeded, characterized in that the temperature of the fuse element ( 5 ) measured as operating parameters and the effective shunt resistance including the resistance-temperature dependence of the fuse element ( 5 ) is calculated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement eine Schmelzsicherung (5) mit einem Schmelzleiter (7) umfasst.A method according to claim 1, characterized in that the securing element is a fuse ( 5 ) with a fusible conductor ( 7 ). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine wirksame mittlere Temperatur des Sicherungselements (5) für die Berechnung des temperaturabhängigen Widerstands verwendet wird.A method according to claim 2, characterized in that an effective average temperature of the fuse element ( 5 ) is used for the calculation of the temperature-dependent resistance. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame mittlere Temperatur des Schmelzleiters (7) der Schmelzsicherung für die Berechnung des temperaturabhängigen Widerstands verwendet wird.Method according to claim 3, characterized in that the effective mean temperature of the fusible conductor ( 7 ) of the fuse is used for the calculation of the temperature-dependent resistance. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmessung über mindestens einen an dem Sicherungselement (5) angebrachten Temperatursensor (10) erfolgt.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the temperature measurement via at least one of the securing element ( 5 ) mounted temperature sensor ( 10 ) he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmessung am Eingang oder am Ausgang des Sicherungselements (5) erfolgt.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the temperature measurement at the input or at the output of the fuse element ( 5 ) he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmessung über zwei an dem Sicherungselement (5) angebrachte Temperatursensoren (10) erfolgt.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the temperature measurement via two on the securing element ( 5 ) mounted temperature sensors ( 10 ) he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass aus der am Sicherungselement (5) gemessenen Spannungsdifferenz und der gemessenen Temperatur Korrekturgrößen zur Berechnung des Laststroms berechnet werden.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that from the fuse element ( 5 ) measured voltage difference and the measured temperature correction quantities are calculated to calculate the load current. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Kaltwiderstand des Sicherungselements (5) und dem Temperaturkoeffizient des Sicherungselements Korrekturgrößen berechnet werden.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that from the cold resistance of the fuse element ( 5 ) and the temperature coefficient of the fuse element correction values are calculated. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsparameter die Form und der Leitwert des Schmelzleiters (5) verwendet werden.Method according to one of Claims 2 to 9, characterized in that the shape and the conductance of the fusible conductor ( 5 ) be used. Strommesseinrichtung zur Messung des Laststroms in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz, mit einem in Reihe zur Last liegenden Shuntwiderstand, an dem eine stromabhängige Spannungsdifferenz abgreifbar ist, wobei an dem Shuntwiderstand eine Auswerteeinrichtung angeschlossen ist, von der aus der Spannungsdifferenz und Betriebsparametern des Shuntwiderstands der Laststrom berechenbar ist, und wobei der Shuntwiderstand ein Sicherungselement (5) ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Sicherungselement (5) zumindest ein Temperatursensor (10) angebracht ist, der an die Auswerteeinrichtung (9) angeschlossen ist.Current measuring device for measuring the load current in a motor vehicle electrical system, with a shunt resistor connected in series to which a current-dependent voltage difference can be tapped, wherein at the shunt resistor an evaluation device is connected, from which the voltage difference and operating parameters of the shunt resistor of the load current can be calculated , and wherein the shunt resistor is a fuse element ( 5 ), characterized in that on the securing element ( 5 ) at least one temperature sensor ( 10 ) attached to the evaluation device ( 9 ) connected. Strommesseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement eine Schmelzsicherung (5) mit einem Schmelzleiter (7) ist.Current measuring device according to claim 11, characterized in that the fuse element is a fuse ( 5 ) with a fusible conductor ( 7 ). Strommesseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12 dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Temperatursensor (10) an einer Ausgangs- oder Eingangsklemme (6) des Sicherungselements (5) angeordnet ist.Current measuring device according to one of claims 11 or 12, characterized in that the at least one temperature sensor ( 10 ) at an output or input terminal ( 6 ) of the security element ( 5 ) is arranged. Strommesseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Sicherungselement (5) zwei Temperatursensoren (10) angebracht sind, die an die Auswerteeinrichtung (9) angeschlossen sind.Current measuring device according to one of claims 11 to 13, characterized in that on the securing element ( 5 ) two temperature sensors ( 10 ) attached to the evaluation device ( 9 ) are connected. Strommesseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (9) Speichereinheiten umfasst, in denen Betriebsparameter-Werte speicherbar sind.Current measuring device according to one of claims 11 to 14, characterized in that the evaluation device ( 9 ) Comprises memory units in which operating parameter values can be stored. Strommesseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (9) einen Mikrocontroller aufweist.Current measuring device according to one of claims 11 to 15, characterized in that the evaluation device ( 9 ) has a microcontroller. Strommesseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (5) in der Hauptleitung eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes (1) liegt.Current measuring device according to one of claims 11 to 16, characterized in that the securing element ( 5 ) in the main line of a motor vehicle electrical system ( 1 ) lies.
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