DE102004062655A1 - Verfahren zum Korrigieren einer durch eine elektrische Spannungsmessung indirekt durchgeführten elektrischen Strommessung - Google Patents

Verfahren zum Korrigieren einer durch eine elektrische Spannungsmessung indirekt durchgeführten elektrischen Strommessung Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zum Korrigieren einer durch eine elektrische Spannungsmessung indirekt durchgeführten elektrischen Strommessung unter Verwendung eines Shuntwiderstandes 4, wobei das Verfahren eine Korrektur des Widerstandswertes des Shuntwiderstandes 4 bezüglich der aktuellen Umgebungstemperatur Tu umfasst, ist dadurch bestimmt, dass das Korrekturverfahren des Weiteren eine Korrektur bezüglich der sich durch die durch den Stromfluss im Shuntwiderstand 4 erzeugte Verlustleistung P einstellenden Erhöhung der Temperatur des Shuntwiderstandes 4 beinhaltet, für welche Eigenerwärmungskorrektur die Stromfluss bedingte Eigenerwärmung des Shuntwiderstandes 4 durch Faltung einer aus der gemessenen Spannung UMESS ermittelten Verlustleistung P als Eingangsgröße mit der Impulsantwort des Shuntwiderstandssystems simuliert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Korrigieren einer durch eine elektrische Spannungsmessung indirekt durchgeführten elektrischen Strommessung unter Verwendung eines Shuntwiderstandes, wobei das Verfahren eine Korrektur des Widerstandswertes des Shuntwiderstandes bezüglich der aktuellen Umgebungstemperatur umfasst.
  • Elektrische Strommessungen werden vielfach auf indirekte Weise durchgeführt, und zwar durch Messen der elektrischen Spannung. Eingesetzt wird zu einer solchen indirekten Strommessung ein Shuntwiderstand, über den der zu messende Strom geleitet wird. Am Anfang und am Ende der Shuntstrecke wird die resultierende Spannung abgegriffen. Der Strom wird unter Einbeziehung des Widerstandswertes des Shuntwiderstandes entsprechend der Gleichung I = U/R berechnet. Daher ist es erforderlich, den Widerstandswert des Shuntwiderstandes hinreichend genau zu kennen. Zu diesem Zweck ist der Widerstandswert des Shuntwiderstandes bei einer Eichtemperatur bestimmt worden. Da davon auszugehen ist, dass sich der Shuntwiderstand bei seiner Verwendung kaum auf seiner Eichtemperatur befindet, ist es notwendig, den Widerstandswert des Shuntwiderstandes temperaturabhängig entsprechend zu korrigieren. Dabei ist die Änderung des elektrischen Widerstandes durch die Temperaturkennlinie des Shuntwiderstandes bekannt. Um eine Kompensation einer Temperaturdrift eines Shuntwiderstandes durchzuführen, wird mit einem Temperatursensor die Umgebungstemperatur gemessen, um mit dieser den elektrischen Widerstandswert des Shuntwiderstandswertes zu korrigieren. Eine solche umgebungstemperaturabhängige Korrektur des Widerstandes des Shuntwiderstandes ist insbesondere bei solchen Anwendungen notwendig, bei denen der Shuntwiderstand in einer sich ändernden Umgebungstemperatur angeordnet ist. Dieses ist beispielsweise bei Automotiv-Anwendungen der Fall, bei denen derartige Strommessungen durchgeführt werden. Der Shuntwiderstand ist bei einer solchen Anwendung typischerweise in der Nähe der Batterie, beispielsweise an einen Batteriepol angeklemmt, vorgesehen.
  • An die Genauigkeit der Strommessungen werden insbesondere im Automotiv-Bereich hohe Anforderungen gestellt. Diesen genügen die vorbekannten Messverfahren nicht, auch wenn diese bereits eine Umgebungstemperaturkorrektur enthalten. Ein Einsatz temperaturkompensierter mehrteiliger Shuntwiderstände ist kostenträchtig.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Korrigieren einer durch eine elektrische Spannungsmessung indirekt durchgeführten elektrischen Strommessung der eingangs genannten Art dergestalt weiterzubilden, dass eine Strommessung mit einer höheren Genauigkeit möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein eingangs genanntes Verfahren gelöst, bei dem das Korrekturverfahren des Weiteren eine Korrektur bezüglich der sich durch die durch den Stromfluss im Shuntwiderstand erzeugte Verlustleistung einstellenden Erhöhung der Temperatur des Shuntwiderstandes beinhaltet, für welche Eigenerwärmungskorrektur die Stromfluss bedingte Eigenerwärmung des Shuntwiderstandes durch Faltung einer aus der gemessenen Spannung ermittelten Verlustleistung als Eingangsgröße mit der Impulsantwort des Shuntwiderstandsystems simuliert wird.
  • Bei diesem Verfahren erfolgt neben einer umgebungstemperaturabhängigen Korrektur auch eine Korrektur im Hinblick auf die durch den Stromfluss im Shuntwiderstand selbst erzeugte Wärme. Diese ändert sich in Abhängigkeit von dem Stromfluss sehr rasch. Insbesondere erhöht sich die Eigentemperatur bei einem Stromfluss durch den Shuntwiderstand bei höheren Belastungen bereits in wenigen Sekunden beträchtlich, wobei diese rasche und zunächst sehr lokale Erwärmung von dem Temperatursensor nicht erfasst werden kann. Zur Korrektur dieser stromflussbedingten Eigenerwärmung des Shuntwiderstandes wird eine Simulation seiner Eigenerwärmung durchgeführt. Dieses erfolgt durch Faltung einer aus einer über einen AD-Wandler gemessenen Spannung ermittelten, angenäherten Verlustleistung als Eingangsgröße mit der Impulsantwort des Shuntwiderstandsystems. Das Shuntwiderstandsystem wird als lineares und zeitinvariantes System betrachtet. Die Impulsantwort des Shuntwiderstandsystems ist zu diesem Zweck definiert und zweckmäßigerweise als Funktion abrufbar hinterlegt. Durch Faltung mit der Impulsantwort des Shuntwiderstandsystems kann der Einfluss der vorbeschriebenen Eigenerwärmung simuliert werden. Als Eingangsgröße wird die Verlustleistung benötigt, die über die gemessene Spannung und soweit wie möglich bereits umgebungstemperaturkorrigiert bestimmt wird.
  • Zur Bestimmung der Impulsantwort des Shuntwiderstandsystems wird die Wärmekapazität des Shuntwiderstandes sowie der thermische Widerstand des Shuntwiderstandes zu seiner Umgebung verwendet.
  • Um die Simulationsberechnung aufgrund des theoretisch unendlichen Verlaufs der Impulsantwort nicht unnötig lang für einen vorgegebenen Eingangswert durchführen zu müssen ist es zweckmäßig, zum Durchführen der Faltung nur einen ersten, einige oder auch mehrere Abtastpunkte umfassenden Zeitabschnitt der Impulsantwort zu verwenden. Es ist dann möglich, in einer rascheren Folge auch bei relativ geringen zur Verfügung stehenden Rechnerkapazitäten in ausreichend hoher Abtastfrequenz Strommessungen durchzuführen. Bei dieser Verfahrensausgestaltung macht man sich zunutze, dass bei länger andauernder Erwärmung des Shuntwiderstandes ein in einer definierten thermischen Entfernung zu dem Shuntwiderstand angeordneter Temperatursensor erwärmt wird und die Ausgangsgröße des Temperatursensors ebenfalls in die Korrektur mit einfließt. Wird ein solcher in einer definierten thermischen Umgebung angeordneter Temperatursensor verwendet, braucht man grundsätzlich keinen weiteren Temperatursensor zum Erfassen der Umgebungstemperatur. Diese kann durch eine langfristige Mittelwertbildung der Temperaturwerte des in definierter Umgebung zum Shuntwiderstand angeordneten Temperatursensors ermittelt werden, da Ströme, die zu einer Erwärmung führen, nur kurzzeitig anliegen.
  • Die Anordnung eines Temperatursensors in einer definierten Entfernung zum Shuntwiderstand ist auch vorteilhaft vor dem Hintergrund, dass mit diesem Temperatursensor auch die Erwärmung der näheren Umgebung des Shuntwiderstandes erfasst werden kann. Bei einer Bestromung des Shuntwiderstandes erwärmt sich nicht nur der Shuntwiderstand selbst, sondern es erwärmen sich durch den Stromfluss unmittelbar auch Anschlussklemmen, Kabel oder dergleichen. Die von diesen Elementen und auch vom Shuntwiderstand selbst abgestrahlte Wärme erwärmt des Weiteren ein den Shuntwiderstand aufnehmendes Gehäuse. Diese Erwärmung hat ebenfalls Einfluss auf die Gesamttemperatur des Shuntwiderstandes und somit auf seinen tatsächlichen Widerstandswert. Durch Anordnen eines Temperatursensors in thermisch definierter Anordnung zum Shuntwiderstand können diese Erwärmungen hinreichend genau erfasst und in die Korrektur mit eingebracht werden. Somit erfolgt eine Korrektur des Widerstandswertes des Shuntwiderstandes entsprechend der Gesamttemperatur des Shuntwiderstandes, die sich aus einer Überlagerung der Umgebungstemperatur mit der Eigenerwärmung des bestromten Shuntwiderstandes und der Erwärmung der näheren Umgebung des Shuntwiderstandes ergibt.
  • Über die Zeit kann sich das Shuntwiderstandsystem beispielsweise durch die Anschlusswiderstände durch Alterung oder Lösen und Einbringen einer neuen Anschraubung einer Schraubverbindung verändern. Dieses hat eine Veränderung in der Erwärmung des Shuntwiderstands durch Fremdeinflüsse zur Folge, die in aller Regel zu einer zusätzlichen Temperaturerhöhung führen. Dieses führt naturgemäß zu Fehlern in der Strommessung. Da es sich bei diesen Änderungen um solche handelt, die sich innerhalb des Shuntwiderstandsystems befinden, ist es zweckmäßig, in gewissen Zeitabständen das Shuntwiderstandsystem nachzukalibrieren. Dieses kann in zeitlich definierten Abständen oder in Abhängigkeit von der Durchführung einer bestimmten Anzahl von Simulationen durchgeführt werden. Zur Nachkalibrierung des Shuntwiderstandsystems wird die über den Temperatursensor gemessene Temperatur während und nach einer höheren Strombelastung des Shuntwiderstandes bezüglich der Gesamtenergie ausgewertet. Zu diesem Zweck befindet sich der Temperatursen sor wiederum in einem thermisch definierten Abstand zum Shuntwiderstand. Das Shuntwiderstandsystem wird gemäß einem Ausführungsbeispiel dann nachkalibriert, wenn die Gesamtenergie bezogen auf die gemessene Temperatur einen vorgegebenen Grenzwert überschritten hat. Die Gesamtenergie kann beispielsweise durch Integration der Verlustleistungskurve ermittelt werden.
  • Mit dem vorbeschriebenen Verfahren ist es ebenfalls möglich, die durch den Anschluss des Shuntwiderstandes erzeugten Thermospannungen, zumindest soweit diese von Relevanz sind, zu korrigieren. Die Thermospannung zwischen den Anschlüssen des Shuntwiderstandes und den Anschlussklemmen oder Kabeln oder dergleichen entsteht an der Berührungsstelle der unterschiedlichen Metalle, wobei Elektronen aus dem Metall mit der kleineren Austrittsspannung in das mit der größeren Austrittsspannung übergehen. Es entsteht somit eine Kontaktspannung, die eine eindeutige Funktion der Temperatur der Kontaktstelle ist. Die Thermospannung beruht somit auf dem sogenannten Seebeck-Effekt. Kompensiert werden können mit diesem Verfahren Temperaturdifferenzen zwischen dem Material des Shuntwiderstands mit seinen beiden Temperaturpotentialen bei Einprägen eines Temperaturgradienten durch den Stromfluss und der darauf resultierenden Verlustleistung am Shuntwiderstand und den Shuntwiderstandanschlüssen. Bei Einprägung eines solchen Temperaturgradienten handelt es sich um eine Fremderwärmung in der näheren Umgebung des Shuntwiderstandes, die infolge des in definiertem thermischem Abstand zum Shuntwiderstand angeordneten Temperatursensors erfasst wird und infolge dessen in die Korrektur einfließt.
  • Mit dem Verfahren ist auch eine Thermospannung korrigierbar, wenn asymmetrische Zeitkonstanten der thermischen Anbindung der beiden Temperaturpotentiale des Shuntwiderstandmaterials an die Umgebung und gegeneinander gegeben sind. Dieses charakterisiert den Verlauf der Thermospannung über die Zeit. Je unterschiedlicher die Zeitkonstanten und je höher die thermischen Widerstände der Temperaturpotentiale gegen die Umgebung sind und je höher die Zeitkonstante des Ausgleichs gegeneinander ist, umso größer ist der Absolutwert und umso länger wird eine Temperaturdifferenz erhalten. Der Verlauf dieser Temperaturdifferenz kann durch Faltung der als Eingangsgröße vorgesehenen Verlustleistung mit der Impulsantwort des Shuntwiderstandsystems dargestellt wer den, wie dieses zuvor beschrieben worden ist. Zur Korrektur wird die Temperaturdifferenz des Shuntwiderstandes mit der spezifischen Thermospannung multipliziert, woraus sich die resultierende Thermospannung ergibt, die mit dem über die Spannungsmessung ermittelten Stromwert verrechnet wird.
  • Eine Thermospannung kann auch durch die Einprägung eines Temperaturgradienten über die Anschlüsse des Shuntwiderstandes selbst hervorgerufen werden, wenn der eine Anschluss auf einem anderen Temperaturniveau liegt als der andere Anschluss. Dieser Thermospannungseffekt ist jedoch verglichen mit den beiden vorbeschriebenen als gering einzustufen und soll daher vernachlässigt werden.
  • Mit dem beschriebenen Verfahren ist also auch eine Kompensation der Thermospannung des zur Ausbildung des Shuntwiderstands eingesetzten Materials möglich.
  • Von besonderem Vorteil des Korrekturverfahrens ist vor allem die Kostenersparnis gegenüber solchen Shuntwiderständen, die mehrteilig sind und temperatur- und/oder thermospannungskompensiert sind.
    •
  • Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
  • 1: einen schematisierten Längsschnitt durch einen Batterie-Strom-Sensor mit einem Shuntwiderstand,
  • 2: ein thermisch-elektrisches Ersatzschaltbild (Blockschaltbild), darstellend ein Verfahren zum Korrigieren einer durch eine elektrische Spannungsmessung indirekt durchgeführten elektrischen Strommessung,
  • 3: ein Diagramm zum Gegenüberstellen eines in den Shuntwiderstand eingeprägten Stromes mit dem gemessenen, unkorrigierten Strom und den für eine Korrektur verwendeten Größen und
  • 4: ein Temperaturverlaufsdiagramm zum Darstellen des Tempe raturverlaufs unterschiedlicher Temperaturgrößen bei Einprägen eines Stromes auf den Shuntwiderstand.
  • Ein Batterie-Strom-Sensor 1 ist mit seinen einem Ende über eine Batterieklemme 2 an einen Pol einer nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugbatterie angeschlossen. Mit seinem anderen Ende ist der Batterie-Strom-Sensor 1 an ein Stromkabel über einen Crimpanschluss 3 angeschlossen. Der Batterie-Strom-Sensor 1 umfasst einen Shuntwiderstand 4 als Messwiderstand. Der Shuntwiderstand 4 ist eingeschlossen in einem Gehäuse 5, das oberseitig eine Öffnung 6 aufweist. Oberhalb des Gehäuses 5 befindet sich eine Leiterplatte 7 mit den benötigten elektrischen/elektronischen Komponenten, die im Übrigen nicht weiter dargestellt sind. Auf der Unterseite der Leiterplatte 8 ist in die Öffnung 6 des Gehäuses hineinragend ein Temperatursensor 8 angeordnet. Die Oberseite der Leiterplatte 7 ist durch einen Deckel 9 abgedeckt. Der Temperatursensor 8 befindet sich aufgrund seiner Lage bezüglich des Shuntwiderstandes 4 in einer definierten gleichbleibenden thermischen Anordnung zu dem Shuntwiderstand 4, und zwar in einer solchen Anordnung, dass eine Erwärmung des Shuntwiderstandes 4 bei einer Stromeinprägung nach einer gewissen Zeit auf den Temperatursensor 8 übertragen wird, so dass dann von dem Temperatursensor 8 die Erwärmung des Shuntwiderstandes 4 erfasst werden kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich zwischen der zu dem Temperatursensor 8 weisenden Oberfläche des Shuntwiderstandes 4 und dem Temperatursensor 8 Luft, um bewusst eine gewisse thermische Isolierung zwischen dem Shuntwiderstand 4 und dem Temperatursensor 8 auszubilden.
  • In 2 ist in dem dargestellten Blockschaltbild die thermische Anordnung mit einer durchgezogenen Linienführung von der strichpunktiert dargestellten elektrischen Anordnung zu unterscheiden.
  • Für die indirekte Strommessung mittels der an dem Shuntwiderstand 4 abgegriffenen Spannung wird diese zunächst über einen AD-Wandler 10 geleitet. Die gemessene Spannung ist im Rahmen dieser Ausführungen mit UMESS bezeichnet. Grundsätzlich lässt sich aus der gemessenen Spannung UMESS über die Gleichung I = U/R auch die Stromstärke des durch den Shuntwiderstand 4 fließenden Stroms berechnen. Zur Korrektur des Widerstandswertes R0 des Shuntwiderstandes 4 hinsichtlich seines Temperaturganges wird der Widerstandswert entsprechend korrigiert. In die Korrektur fließen sowohl Veränderungen der Umgebungstemperatur TU als auch die durch den Stromfluss im und außerhalb des Shuntwiderstandes 4 erzeugte wärmeproduzierende Verlustleistung P ein. Der bezüglich dieser Variablen korrigierte Widerstandswert RKORR stellt das Ergebnis des Korrekturverfahrens dar. Zum Durchführen der Berechnung der Stromstärke wird der Widerstandswert RKORR in vorgenannter Gleichung verwendet, um auf diese Weise das Messergebnis IKORR zu erhalten. IKORR stellt somit die über die gemessene Spannung UMESS ermittelte, dem Shuntwiderstand 4 eingeprägte Stromstärke IKORR dar, die, wie nachfolgend gezeigt, an die am Shuntwiderstand 4 tatsächlich eingeprägte Stromstärke angenähert ist oder sogar mit dieser übereinstimmt.
  • Bei dem Korrekturverfahren wird die Eigenerwärmung des Shuntwiderstandes 4 bei einem eingeprägten Strom simuliert. Diese Simulation ist anhand des Simulationsgliedes 11 dargestellt. Die Simulation der Eigenerwärmung des Shuntwiderstandes 4 erfolgt durch Faltung einer aus der gemessenen Spannung UMESS ermittelten Verlustleistung P als Eingangsgröße mit der Impulsantwort des Shuntwiderstandsystems. Das Shuntwiderstandsystem ist definiert durch die Wärmekapazität CTHSH des Shuntwiderstandes 4 sowie durch den thermischen Widerstand RTHSH des Shuntwiderstandes 4 zur Umgebung. Daher sind bezüglich des Simulationsgliedes 11 in 2 diese Größen als Systemparameter dargestellt, die auf das Simulationsglied Einfluss nehmen. Das durch diese Parameter CTHSH, RTHSH beschrieben Shuntwiderstandsystem und die sich daraus ergebende Impulsantwort wird in einem auslesbaren Speicher hinterlegt und kann bei jeder Simulation abgerufen werden. Die als Eingangsgröße zum Durchführen der Simulation benötigte Verlustleistung P ergibt sich vor einer erstmaligen Durchführung des Simulationsverfahrens durch Errechnen der dem Shuntwiderstand 4 eingeprägten Stromstärke gemäß der vorgenannten Gleichung, wobei in diese lediglich der nominale Widerstandswert R0 des Shuntwiderstandes 4 eingeht oder, wenn möglich, bereits ein zumindest bezüglich der Umgebungstemperatur korrigierter Widerstandswert. Über die auf diese Weise ermittelte Stromstärke lässt sich die innere Verlustleistung des Shuntwiderstandes 4 entsprechend der Gleichung PSHUNT = I2 × R berechnen bzw. annähern.
  • Aufgrund der zu 1 beschriebenen Anordnung zwischen dem Shunt widerstand 4 und dem Temperatursensor 8 fließt in die Verlustleistung P als Eingangsgröße der Simulation auch die durch den Stromfluss erzeugte Verlustleistung in unmittelbarer Umgebung des Shuntwiderstandes 4 ein, wenn diese von dem Temperatursensor 8 erfasst werden. Diese sich in einer Erwärmung ausdrückende Verlustleistung zählt auch zu den stromflusserzeugten Verlustleistungen. Die sich daraus ergebende Verlustleitung PU der näheren Umgebung berechnet sich entsprechend, so dass am Eingang des Simulationsgliedes die aus beiden vorbeschriebenen Komponenten PSHUNT, PU gebildete Verlustleistung P anliegt. Durch Faltung dieser Eingangsgröße P mit der Impulsantwort des vorbeschriebenen Shuntwiderstandsystems wird die Eigenerwärmung des Shuntwiderstandes 4 simuliert mit dem Ergebnis, dass am Ausgang des Simulationsgliedes 11 die durch die Stromeinprägung am Shuntwiderstand 4 simulierte Temperatur TSIM abgreifbar ist.
  • Die simulierte Shuntwiderstandstemperatur TSIM wird im folgenden verwendet, um zusammen mit der von dem Temperatursensor 8 indirekt erfassten Umgebungstemperatur TU zusammen als in die Korrektur eingehende Temperatur TKORR verwendet zu werden. Die Umgebungstemperatur TU wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine langfristige Mittelwertbildung der durch den Temperatursensor 8 erfassten Temperaturwerte TMESS ermittelt. Somit wird mittelbar die Umgebungstemperatur TU auch von dem Temperatursensor 8 erfasst. Mit der aus der simulierten Eigenerwärmung errechneten Temperatur TSIM und der Umgebungstemperatur TU sich ergebenden Temperaturkorrektur TKORR wird ein Korrekturglied 12 beaufschlagt. Das Korrekturglied 12 dient zur Ermittlung des korrigierten Widerstandswertes RKORR des Shuntwiderstandes 4, wie dieses in der in dem Korrekturglied wiedergegebenen Gleichung dargestellt ist. Darin stellt die Größe R0 den Eichwiderstand des Shuntwiderstandes 4 bei einer definierten Temperatur dar. "r" ist der Temperaturkoeffizient des Shuntwiderstands 4. T0 ist die Eichtemperatur. Am Ausgang des Korrekturgliedes 12 ist somit der korrigierte Widerstandswert RKORR des Shuntwiderstands 4 in Abhängigkeit eines eingeprägten Stromes abgreifbar. Dieser Widerstandswert RKORR wird sodann für die Bestimmung der Stromstärke IKORR verwendet.
  • Der Widerstandswert RKORR findet für nachfolgende Strommessungen gleichfalls Verwendung zur Bestimmung der inneren Verlustleistung PSHUNT des Shuntwiderstandes 4 bei einer Stromeinprägung, so dass dieser Wert RKORR ebenfalls Einfluss auf die Eingangsgröße P der Simulation nimmt. Dieses hat zur Folge, dass nachfolgende Simulationen infolge der besseren Annäherung der inneren Verlustleistung des Shuntwiderstandes 4 als Eingangsgröße der Simulation die ermittelte simulierte Temperatur TSIM der tatsächlichen Shuntwiderstandstemperatur hochgenau angenähert ist oder mit dieser sogar übereinstimmt.
  • Das in 3 gezeigte Diagramm gibt die Ergebnisse eines Versuches wieder. In den Shuntwiderstand 4 der 1 ist ein Strom IIST eingeprägt worden, und zwar für jeweils 30 Sekunden mit 750, 700 und 650 A. Die über die Spannungsmessung anhand des Shuntwiderstandes 4 ermittelte unkorrigierte Stromstärke ist durch die Kurve IMESS ausgedrückt. Deutlich erkennbar ist die Fehlerbehaftung der gemessenen Stromstärke IMESS. Aufgetragen von dem Diagramm der 3 ist ferner die in dem Temperatursensor 8 gemessene Temperatur TMESS. Ferner ist dargestellt die unter Zugrundelegung des eingeprägten Stroms IIST errechnete Temperatur TSHUNT im Shuntwiderstand 4. Deutlich erkennbar ist zwischen den beiden Kurven TSHUNT und TMESS, dass die Eigenerwärmung im Shuntwiderstand 4 sehr viel rascher ansteigt und auch wieder abfällt als dieses von dem Temperatursensor 8 erfasst werden kann. Daher ist es wesentlich, bei dem Korrekturverfahren die Eigenerwärmung des Shuntwiderstandes 4 bei einer Stromeinprägung zu berücksichtigen.
  • Die Erwärmung des Shuntwiderstands 4 bei der zur 3 gezeigten Stromeinprägung ist in dem Diagramm der 4 gezeigt. Die Kurve TMESS gibt den Verlauf der von dem Temperatursensor 8 erfassten Temperatur der näheren Umgebung des Shuntwiderstandes 4 wieder. Im Zuge der Stromeinprägung steigt naturgemäß die von dem Temperatursensor 8 erfasste Temperatur langsam an. Über das vorbeschriebene Korrekturverfahren wird die im Zuge der Eigenerwärmung des Shuntwiderstandes 4 simulierte Temperatur TSIM ermittelt. Parallel zu der simulierten Temperaturkurve TSIM ist ebenfalls die errechnete Temperatur TSHUNT aufgetragen. Der Verlauf dieser beiden Kurven TSIM, TSHUNT macht deutlich, dass innerhalb der ersten Zeitspanne bis etwa 10 Sekunden nach Beginn des Einprägens des Stromes in den Shuntwiderstand 4 die simulierte Temperatur TSIM mit der errechneten Temperatur TSHUNT als Kontrollgröße quasi übereinstimmt. Dieses zeigt, dass das verwendete Shuntwiderstandsystem als solches hinreichend durch die verwendeten Variablen CTHSH, RTHSH bestimmt ist. Bei dem beschriebenen Korrekturverfahren geht in die Korrektur neben der simulierten Eigenerwärmung TSIM auch die von dem Temperatursensor 8 gemessene Temperatur TMESS, gegebenenfalls in TU umgerechnet, ein. Eine Addition der Kurven TMESS und TSIM ergibt die korrigierte Temperatur TKORR des Shuntwiderstands 4. Da innerhalb der ersten Sekunden einer Bestromung ein in die Korrektur einfließendes Messergebnis des Temperatursensors 8 noch nicht vorliegt, folgt der Verlauf der korrigierten Temperatur TKORR der Kurve TSIM. Mit zunehmender Zeit wird auch der Temperatursensor 8 durch die Erwärmung des Shuntwiderstandes 4 und seiner näheren Umgebung erhöhte Temperaturen erfassen, die sodann in die Korrektur einfließen, so dass der Verlauf der Temperaturkurve TKORR dem Verlauf der errechneten Temperaturkurve TSHUNT in hohem Maße angenähert ist, zumindest soweit angenähert ist, um in hinreichend genauem Maße den korrigierten Widerstandswert RKORR zum Bestimmen der gemessenen Stromstärke IKORR in hinreichender Genauigkeit.
    • 1
    Batterie-Strom-Sensor
    2
    Batterieklemme
    3
    Crimpanschluss
    4
    Shuntwiderstand
    5
    Gehäuse
    6
    Öffnung
    7
    Leiterplatte
    8
    Temperatursensor
    9
    Deckel
    10
    AD-Wandler
    11
    Simulationsglied
    12
    Korrekturglied

Claims (10)

  1. Verfahren zum Korrigieren einer durch eine elektrische Spannungsmessung indirekt durchgeführten elektrischen Strommessung unter Verwendung eines Shuntwiderstandes (4), wobei das Verfahren eine Korrektur des Widerstandswertes des Shuntwiderstandes (4) bezüglich der aktuellen Umgebungstemperatur (TU) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrekturverfahren des Weiteren eine Korrektur bezüglich der sich durch die durch den Stromfluss im Shuntwiderstand (4) erzeugte Verlustleistung (P) einstellenden Erhöhung der Temperatur des Shuntwiderstandes (4) beinhaltet, für welche Eigenerwärmungskorrektur die Stromfluss bedingte Eigenerwärmung des Shuntwiderstandes (4) durch Faltung einer aus der gemessenen Spannung (UMESS) ermittelten Verlustleistung (P) als Eingangsgröße mit der Impulsantwort des Shuntwiderstandsystems simuliert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Impulsantwort des Shuntwiderstandsystems die Wärmekapazität (CTHSH) des Shuntwiderstandes (4) und der thermische Widerstand (RTHSH) des Shuntwiderstandes (4) zur Umgebung verwendet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingangsgröße die aus der gemessenen Spannung ermittelte Verlustleistung (P) die Verlustleistung (PSHUNT) des Shuntwiderstandes (4) infolge seiner Eigenerwärmung und die Verlustleistung (PU) infolge einer Umgebungstemperaturerwärmung verwendet werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Faltung simulierte Temperatur (TSIM) des Shuntwiderstandes (4) addiert mit der von einem in einer definierten thermischen Anordnung zum Shuntwiderstand (4) angeordneten Temperatursensor (8) gemessenen Temperatur (TMESS) diejenige Temperatur (TKORR) ist, mit der der Widerstandswert (RKORR) des Shuntwiderstandes (4) für die Korrektur der gemessenen Spannung (UMESS) abgeglichen wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Durchführen der Faltung der aus der gemessenen Spannung (UMESS) ermittelten Verlustleistung (P) als Eingangsgröße nur ein erster, mehrere Abtastpunkte umfassender Zeitabschnitt der Impulsantwort verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungstemperatur (TU) durch eine langfristige Mittelwertbildung der Temperaturwerte (TMESS) des Temperatursensors (8) ermittelt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrekturverfahren des Weiteren eine Erwärmung der näheren Umgebung des Shuntwiderstandes (4), wie etwa des Gehäuses, von Anschlussklemmen, von Kabeln oder dergleichen berücksichtigt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung der näheren Umgebung des Shuntwiderstandes (4) durch den Temperatursensor (8) erfasst wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Nachkalibrierung des Shuntwiderstandsystems die gemessene Temperatur (TMESS) während und nach einer höheren Strombelastung des Shuntwiderstandes (4) bezüglich der Gesamtenergie ausgewertet wird und das Shuntwiderstandsystem nachkalibriert wird, wenn die Gesamtenergie bezogen auf die gemessene Temperatur (TMESS) einen vorgegebenen Grenzwert überschritten hat.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass über den Verlauf der Temperatur (TKORR), mit der der Widerstandswert des Shuntwiderstandes (4) für die Korrektur der gemessenen Spannung (UMESS) abgeglichen wird, eine Temperaturdifferenz ermittelt wird, über die zusammen mit der spezifischen Thermospannung zwischen dem Shuntwiderstand (4) und seiner elektrischen Anbindung eine resultierende Thermospannung ermittelt wird, mit der der durch die Spannungsmessung (UMESS) ermittelte Stromwert (IKORR) korrigiert wird.
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