DE102015009603B4 - Vorrichtung zum messen eines elektrischen stromes durch eine stromschiene - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Messen eines elektrischen Stromes durch eine Stromschiene (105), welche aufweist:
die Stromschiene (105), in der eine Aussparung (106) derart vorgesehen ist, dass sie den durch die Stromschiene (105) fließenden elektrischen Strom (I_prim) in mindestens zwei die Aussparung (106) umfließende Teilströme teilt,
eine in der Aussparung (106) der Stromschiene (105) vorgesehene Kompensationsspule (103) zum Erzeugen eines Kompensationsfeldes (B_sp), welches an einer vorgegebenen Stelle (107) der Aussparung (106) die von den Teilströmen erzeugten Magnetfelder (B_l, B_r) und/oder ein von außerhalb der Vorrichtung (100, 120) erzeugtes externes Magnetfeld (B_ext) soweit kompensiert, dass die magnetische Flussdichte des resultierenden Magnetfeldes an der vorgegebenen Stelle (107) einen vorgegebenen Schwellwert nicht überschreitet, und
einen in der Aussparung (106) der Stromschiene (105) vorgesehenen Magnetfeldsensor (104) zum Erfassen der magnetischen Flussdichte des resultierenden Magnetfeldes an der vorgegebenen Stelle (107) der Aussparung (106) und zum Ausgeben eines dem erfassten Magnetfeld entsprechenden Ausgangssignals,
wobei die Kompensationsspule (103) in der Aussparung (106) der Stromschiene (105) fixiert ist,
die Kompensationsspule (103) einen Spulenkörper (108) aufweist, und
der Innere Teil des Spulenkörpers (108) den Magnetfeldsensor (104) aufnimmt.

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen eines elektrischen Stromes durch eine Stromschiene, insbesondere einer Stromschiene zwischen Batterie und Antriebseinheit in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, sowie auf eine Batterieabschalteinheit (engl. battery disconnect unit) in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, die aufgrund des Meßergebnisses der Vorrichtung zum Messen des elektrischen Stromes den elektrischen Strom in der Stromschiene unterbricht, wenn dieser zu hoch ist.
• Die deutsche Gebrauchsmusterschrift DE 20 2013 010 178 U1 bezieht sich auf eine Stromerfassungsvorrichtung. Die Stromerfassungsvorrichtung erfasst einen durch einen Leiter fließenden Strom durch Erfassen eines den Leiter umgebenden Magnetfelds. Die Stromerfassungsvorrichtung umfasst eine Mehrzahl von auf einem Trägerteil vorgesehenen Sensoren zur Erfassung des Magnetfelds. Die Sensoren sind in einem vorbestimmten Bereich des Leiters in dessen Magnetfeld angeordnet. Die Mehrzahl von Sensoren umfasst dabei zumindest vier Sensoren, die auf dem Trägerteil in einer geraden Linie angeordnet sind.
• Die US Patentschrift US 7 583 073 B2 offenbart einen kernlosen Stromsensor. Der kernlose Stromsensor weist zwei parallele Leiter auf, die gleiche Ströme in derselben Richtung führen. Das Magnetfeld in der Mitte der beiden parallelen Leiter ist für alle Stromstärken Null, solange keine äußere magnetische Störung auf den Sensor einwirkt. Die Summe der magnetischen Felder an zwei äquidistanten Punkten mit Bezug auf die Mitte ist auf beiden Seiten Null, da die Magnetfelder an diesen Punkten betragsmäßig gleich und von entgegengesetzter Polarität für alle Stromstärken sind, solange der gleiche Strom durch beide Leiter fließt und keine äußere magnetische Störung vorliegt. Zwei Sensorelemente können zwischen den beiden parallelen Leitern angeordnet werden, um das Magnetfeld zu messen, das durch die Ströme, die durch die Leiter fließen, verursacht wird. Das Sensorausgangssignal ist die Differenz zwischen den beiden Ausgängen, die von den Sensorelementen gemessen werden. Aufgrund von äußerer magnetischer Störung können sich die Ausgänge der beiden Sensorelemente unterscheiden. Da eine Variation in den Ausgangssignalen der Sensorelemente in dem Sensorausgangssignal sich aufhebt, wird eine automatische Kompensation bezüglich externer Felder erreicht.
• Die 1 zeigt eine aus der Druckschrift JP H08 - 136 587 A bekannte Vorrichtung zum Messen des elektrischen Stromes I, der durch die Stromschiene 5 fließt. Die Stromschiene 5 dieser bekannten Vorrichtung hat einen rechtwinkligen Querschnitt quer zur Ausbreitungsrichtung des elektrischen Stromes, und weist einen durchgängigen, quaderförmigen Schlitz 6 auf, welcher symmetrisch zur Achse der Stromschiene 5 liegt. Durch den Schlitz 6 wird der durch die Stromschiene 5 fließende elektrische Strom I in zwei im Wesentlichen gleiche Teilströme der Stromstärke I/2 geteilt. Diese Teilströme, die den Schlitz oben bzw. unten umfließen, vereinigen sich wieder zu einem elektrischen Strom der Stärke I nach dem sie den Schlitz 6 passiert haben. Jeder der beiden Teilströme erzeugt im Inneren des Schlitzes 6 ein Magnetfeld, dessen magnetische Flussdichte im Wesentlichen senkrecht zu der Öffnung des Schlitzes 6 steht. So erzeugt der obere Teilstrom eine magnetische Flussdichte, die im Inneren des Schlitzes 6 nach oben gerichtet ist, und der untere Teilstrom eine magnetische Flussdichte, die im Inneren des Schlitzes 6 nach unten gerichtet ist. Die resultierende magnetische Flussdichte im Inneren des Schlitzes 6 entspricht somit im Wesentlichen der Differenz der magnetischen Flussdichten, die von dem oberen und dem unteren Teilstrom im Inneren des Schlitzes 6 erzeugt werden. Die resultierende magnetische Flussdichte im Inneren des Schlitzes 6, welche dem durch die Stromschiene 5 fließenden elektrischen Strom I proportional ist, wird von einem im Inneren des Schlitzes 6 angeordneten Fluxgate-Magnetometers 4 erfasst und ein der erfassten magnetischen Flussdichte entsprechendes elektrisches Signal gebildet, das an dem Ausgang des Fluxgate-Magnetometers 4 bereitsteht.
• Eine weitere Vorrichtung zum Messen eines elektrischen Stromes in einer Stromschiene, die einen der in der 1 gezeigten Vorrichtung ähnlichen Aufbau aufweist, ist in der Druckschrift US 6 636 029 B1 gezeigt.
• Die Funktionsweise der in 1 dargestellten Vorrichtung zum Messen des elektrischen Stromes I in der Stromschiene 5 kann durch ein externes Magnetfeld, das sich den von den zwei Teilströmen erzeugten Magnetfeldern überlagert, beeinträchtigt werden. Externe Magnetfelder, insbesondere die die während des Betriebes von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen erzeugt werden, sind meistens zeitlich konstante Magnetfelder, deren magnetische Flussdichte die von den zwei Teilströmen erzeugte resultierende magnetische Flussdichte im Inneren des Schlitzes 6 wesentlich übersteigt. Externe Magnetfelder können somit das Fluxgate-Magnetometer 4 in Sättigung treiben, und die eindeutige Zuordnung/Proportionalität zwischen dem von dem Fluxgate-Magnetometer 4 ausgegebenen elektrischen Signal und der Stromstärke des durch die Stromschiene 5 fließenden elektrischen Stromes I stören. Externe Magnetfelder, die zeitlich konstant sind, werden im Folgenden auch als magnetische Gleichfelder (engl. common mode fields) bezeichnet.
• Um den Einfluss von externen magnetischen Gleichfeldern auf das Meßergebnis des Fluxgate-Magnetometers 4 zu verringern, kann für das Erfassen der magnetischen Flussdichte ein differenzieller Fluxgate-Sensor eingesetzt werden. Dieser weist zwei parallel ausgerichtete Fluxgate-Magnetometer auf, die in einem IC integriert sind, und ist in der Lage ein unerwünschtes externes magnetisches Gleichfeld, bis zu einem gewissen Grad, zu kompensieren. Beispielsweise sind differenzielle Fluxgate-Sensoren in der Lage externe magnetische Gleichfelder von bis zu 2 mT zu kompensieren.
• Für Anwendungen im Automobilbereich, insbesondere bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, ist jedoch die Kompensation von externen magnetischen Gleichfeldern mit einer magnetischen Flussdichte von bis zu 3 mT erforderlich. Zwar könnte der Einfluss derartiger magnetischer Gleichfelder auf das Messergebnis der in der 1 gezeigten Vorrichtung durch magnetisches Abschirmen der Vorrichtung gering gehalten werden. Jedoch wäre eine solche Lösung sehr aufwendig und teuer. Daher besteht der Wunsch nach einer Lösung, die ohne Abschirmung auskommt.
• Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Messen eines elektrischen Stromes durch eine Stromschiene bereitzustellen, welche den durch die Stromschiene fließenden elektrischen Strom mit Hilfe eines Magnetfeldsensors detektiert, der in einer in der Stromschiene vorgesehenen Aussparung/Schlitz angeordnet ist, und die Vorrichtung in der Lage ist, externe magnetische Gleichfelder im Bereich des Magnetfeldsensors zu kompensieren, die einen vorgegebenen Wert, beispielsweise 2 mT, übersteigen. Gleichzeitig soll diese Vorrichtung einfach und kostengünstig herstellbar sein.
• Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung werden in den abhängigen Patentansprüchen aufgezeigt.
• Die vorliegende Erfindung beruht auf der Idee, das unerwünschte magnetische Gleichfeld im Inneren der Aussparung mit einem Kompensationsfeld zu kompensieren, das von einer Kompensationsspule mit einem Spulenkörper erzeugt wird, die in die Aussparung gesteckt ist und den Magnetfeldsensor im inneren Teil des Spulenkörpers aufnimmt.
• Vorzugsweise ist der Magnetfeldsensor an den vorstehenden Teil einer Leiterplatte angeordnet, der vorstehende Teil der Leiterplatte in das Innere des Spulenkörpers der Kompensationsspule gesteckt und mit dieser mechanisch fest verbunden.
• Die Vorrichtung zum Messen eines elektrischen Stromes durch eine Stromschiene gemäß der vorliegenden Erfindung kommt ohne Abschirmung aus und ist einfach herzustellen. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung vorteilhaft beim Wickeln der Kompensationsspule, weil der Spulenkörper der Kompensationsspule von allen Seiten frei zugänglich ist, solange die Kompensationsspule noch nicht in die Aussparung gesteckt ist.
• Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird diese anhand der in den nachfolgenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei werden gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen und gleichen Bauteilbezeichnungen versehen. Weiterhin können auch einige Merkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsformen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen. Es zeigen:
• 1 eine bekannte Vorrichtung zum Messen eines elektrischen Stromes durch eine Stromschiene;
• 2a eine Stromschiene und einen durch die Stromschiene fließenden elektrischen Strom, der mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemessen werden soll;
• 2b einen Querschnitt durch die Stromschiene an der in der 2 gezeigten Stelle A-A;
• 3 eine Anordnung zum Erfassen des Magnetfeldes an einer vorgegebenen Stelle des in der Stromschiene befindlichen Durchgangsloches, die in der Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
• 4 einen Querschnitt durch die Vorrichtung zum Messen eines elektrischen Stromes durch eine Stromschiene gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, an der in der 2 gezeigten Stelle A - A;
• 5a die an der vorgegebenen Stelle im Durchgangsloch erzeugten magnetischen Flussdichten und ihre Relation zueinander, wenn die von den Teilströmen erzeugten magnetischen Flussdichten den vorgegebenen Schwellwert nicht überschreiten;
• 5b die an der vorgegebenen Stelle im Durchgangsloch erzeugten magnetischen Flussdichten und ihre Relation zueinander, wenn die von den Teilströmen erzeugten magnetischen Flussdichten den vorgegebenen Schwellwert überschreiten;
• 6 eine Anordnung zum Erfassen des Magnetfeldes an einer vorgegebenen Stelle des in der Stromschiene befindlichen Durchgangsloches, die in der Vorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
• 7 einen Querschnitt durch die Vorrichtung zum Messen eines elektrischen Stromes durch eine Stromschiene gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, an der in der 2 gezeigten Stelle A - A.
• Die 2a zeigt eine perspektivische Darstellung einer Stromschiene 105 sowie den elektrischen Strom I_prim , der durch die Stromschiene 105 fließt und dessen Stromstärke mit Hilfe der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gemessen/bestimmt werden soll. Die Stromschiene 105 weist eine quaderförmige Form und eine Längsachse 113 auf, entlang derer sich der elektrische Strom I_prim ausbreitet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf quaderförmige Stromschienen beschränkt. Vielmehr schließt sie auch andere Formen ein, beispielsweise die zylinderförmige Form. Auch kann die Stromschiene Biegungen aufweisen.
• In der in der 2a gezeigten Stromschiene 105 ist ein zylinderförmiges Durchgangsloch 106 zwischen der oberen und unteren Seitenfläche der Stromschiene 105 vorgesehen. Die Symmetrieachse 114 des Durchgangsloches 106 steht senkrecht zur Längsachse 113 und schneidet diese. Vorzugsweise steht die Symmetrieachse 114 auch senkrecht zu der oberen und/oder unteren Seitenfläche der Stromschiene 105, so dass das Durchgangsloch 106 mittig zwischen der linken und rechten Seitenfläche der Stromschiene 105 angeordnet ist.
• Die vorliegende Erfindung schließt jedoch auch Anordnungen ein, bei denen die Symmetrieachse 114 des Durchgangsloches 106 eine beliebige Richtung zur Längsachse 113 der Stromschiene 105 aufweist, so das das Durchgangsloch 106 eine Neigung gegenüber der oberen/unteren Seitenfläche der Stromschiene 105 aufweist. Auch schließt die vorliegende Erfindung Anordnungen ein, bei denen die Symmetrieachse 114 des Durchgangsloches 106 die Längsachse 113 der Stromschiene 105 nicht schneidet, so dass das Durchgangsloch 106 gegenüber der Längsachse 113 versetzt angeordnet ist. Ebenfalls schließt die vorliegende Erfindung Anordnungen ein, bei denen das Durchgangsloch 106 eine andere Form als die zylinderförmige Form aufweist, beispielsweise eine quaderförmige Form. Auch ist es für die vorliegende Erfindung nicht zwingend notwendig, dass das Loch 106 ein Durchgangsloch ist. Vielmehr erfasst die vorliegende Erfindung auch solche Anordnungen, bei denen die Stromschiene ein Loch/Aussparung aufweist, die nicht durchgängig ist.
• Die 2b zeigt einen Querschnitt durch die Stromschiene 105, der durch die Mitte des Durchgangsloches 106 geht und senkrecht zu der Längsachse 113 der Stromschiene 105 steht. In der 2a ist dieser Schnitt mit A - A gekennzeichnet.
• Vorzugsweise ist die Stromdichteverteilung des elektrischen Stromes I_prim im Wesentlichen symmetrisch in Bezug auf die Längsachse 113 der Stromschiene 105. An der Stelle des Durchgangsloches 106 teilt sich der elektrische Strom I_prim in zwei gleiche Teilströme der Stromstärke I_prim /2. Dabei durchfließt einer der Teilströme den Teil der Stromschiene 105, der sich zwischen dem Durchgangsloch 106 und der linken Seitenfläche der Stromschiene 105 befindet, und der andere Teilstrom durchfließt den Teil der Stromschiene 105, der sich zwischen dem Durchgangsloch 106 und der rechten Seitenfläche der Stromschiene 105 befindet. Nachdem die beiden Teilströme das Durchgangsloch 106 passiert haben, vereinigen sie sich wieder zu einem elektrischen Strom der Stromstärke I_prim . Der durch den linken Teil der Stromschiene 105 fließende elektrische Teilstrom erzeugt ein Magnetfeld B_l, welches den linken Teil der Stromschiene 105 (annähernd kreisförmig) umgibt, und der durch den rechten Teil der Stromschiene 105 fließende elektrische Teilstrom erzeugt ein Magnetfeld B_r , welches den rechten Teil der Stromschiene 105 (annähernd kreisförmig) umgibt. Die den beiden Magnetfeldern B_l und B_r entsprechenden Magnetfeldlinien durchstoßen/durchdringen das Durchgangsloch 106 in entgegengesetzter Richtung, so dass die resultierende magnetische Flussdichte in einem Punkt des Durchgangsloches 106 im Wesentlichen der Differenz der magnetischen Flussdichten B_l und B_r entspricht. Diese Differenz stellt ein Maß für den durch die Stromschiene 105 fließenden elektrischen Strom I_prim dar. An vorgegebenen Stellen des Durchgangsloches 106, beispielsweise in der Mitte, ist diese Differenz (im Wesentlichen) proportional zu dem durch die Stromschiene 105 fließenden elektrischen Strom I_prim .
• Bezogen auf das in der 2a gezeigte dreidimensionale Koordinatensystem erstreckt sich die Längsachse 113 der Stromschiene 105 parallel zu der x-Achse des Koordinatensystems und die Symmetrieachse 114 des Durchgangsloches 106 parallel zu der z-Achse des Koordinatensystems. Auch die resultierende magnetische Flussdichte der von den beiden Teilströmen erzeugten Magnetfelder B_l und B_r ist im Wesentlichen parallel zu der z-Achse. Im Wesentlichen heißt hier, dass die resultierende magnetische Flussdichte der Magnetfelder B_l und B_r eine Komponente in z-Achse aufweist, die die Komponenten in x- und y-Achse wesentlich übersteigt.
• In der 2b ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei dem die beiden Teilströme, die durch den linken bzw. rechten Teil der Stromschiene 105 fließen, gleich sind. Die vorliegende Erfindung schließt jedoch auch Ausführungsbeispiele mit ein, bei denen die Teilströme, die durch den linken bzw. rechten Teil der Stromschiene 105 fließen, verschieden sind. Das ist beispielsweise der Fall, wenn die Stromdichteverteilung des elektrischen Stromes I_prim in Bezug auf die Längsachse 113 der Stromschiene 105 nicht symmetrisch ist, oder das Durchgangsloch 106 versetzt in Bezug auf die Längsachse 113 angeordnet ist. Auch in diesen Fällen entspricht die resultierende magnetische Flussdichte in einem Punkt im Inneren des Durchgangsloches 106 dem durch die Stromschiene 105 fließenden elektrischen Strom I_prim .
• Um auf die Stromstärke des durch die Stromschiene 105 fließenden elektrischen Stromes I_prim schließen zu können, ist es wesentlich, die resultierende magnetische Flussdichte der von den beiden Teilströmen erzeugten Magnetfelder B_l und B_r , an einer vorgegebenen Stelle im Inneren des Durchgangsloches 106 zu erfassen/messen/bestimmen. Vorzugsweise wird diese Stelle so gewählt, dass hier eine möglichst genaue Proportionalität zwischen der erfassten magnetischen Flussdichte und der Stromstärke des durch die Stromschiene 105 fließenden elektrischen Stroms I_prim existiert.
• Eine Anordnung zum Erfassen/Messen/Bestimmen der magnetischen Flussdichte an einer vorgegebenen Stelle im Innern des Durchgangsloches 106, die in der Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, ist in der 3 dargestellt. Diese Anordnung weist auf: eine Leiterplatte 101 mit einem vorstehenden Teil 109; einen Magnetfeldsensor 104, der an dem vorstehenden Teil 109 der Leiterplatte 101 angeordnet ist; und eine Kompensationsspule 103 mit einem Spulenkörper 108, auf dem Windungen zum Erzeugen eines (magnetischen) Kompensationsfeldes vorgesehen sind. Der innere Teil des Spulenkörpers 108 ist geeignet, den Teil des vorstehenden Teiles 109 der Leiterplatte 101, auf dem der Magnetfeldsensor 104 angeordnet ist, aufzunehmen. Vorzugsweise sind der vorstehende Teil 109 der Leiterplatte 101 und der Spulenkörper 108 so zueinander positioniert, dass der auf dem vorstehenden Teil 109 angebrachte Magnetfeldsensor 104 sich in einen Bereich des Inneren des Spulenkörpers 108 befindet, in dem das von der Kompensationsspule 103 erzeugte magnetische Kompensationsfeld homogen ist. Beispielsweise weist die Leiterplatte 101 eine T-Form auf, wobei dem vorstehenden Teil 109 der Leiterplatte 101 der Fuß der T-Form entspricht, und der Magnetfeldsensor 104 am unteren Ende des vorstehenden Teiles 109 (des Fußes der T-Form) angeordnet ist. Der Spulenkörper 108 der Kompensationsspule 103 und die Leiterplatte 101 sind mechanisch fest miteinander verbunden, so dass beide zusammen eine starre Einheit bilden und der Magnetfeldsensor 104 gegenüber den Windungen der Kompensationsspule 103 in einer festen/bestimmten Position verbleibt. Auch sind die Windungen der Kompensationsspule 103 und die Leiterplatte 101 elektrisch miteinander verbunden. Vorzugsweise geschieht diese Verbindung über Einpressstifte 102 (engl. press fit pins). Diese haben den Vorteil, dass sie beim Einfügen des vorstehenden Teiles 109 in das Innere des Spulenkörpers 108 als Referenzpunkte für die (mechanische) Positionierung der Kompensationsspule 103 gegenüber der Leiterplatte 101 benutzt werden können.
• Der Magnetfeldsensor 104 ist beispielsweise ein Fluxgate-Magnetometer, das an einem Ausgang ein elektrisches Signal bereitstellt, dass der von dem Fluxgate-Magnetometer erfassten magnetischen Flussdichte entspricht. Fluxgate-Magnetometer werden in Sättigung getrieben und damit die Proportionalität zwischen Ausgangssignal und der zu erfassenden magnetischen Flussdichte gestört, wenn die zu erfassende magnetische Flussdichte einen maximalen Wert überschreitet. Zur Überschreitung dieses maximalen Wertes kann es beispielsweise kommen, wenn sich am Ort des Fluxgate-Magnetometers ein externes magnetisches Gleichfeld (engl. common mode field) dem Magnetfeld überlagert, das von den beiden das Durchgangsloch 106 umfließenden Teilströmen erzeugt wird, und das ein Maß für den durch die Stromschiene 105 fließenden elektrischen Strom I_prim ist.
• Um den Einfluss von magnetischen Gleichfeldern bis zu einer gewissen Stärke auf das Messergebnis des Magnetfeldsensors 104 auszuschalten, werden differenzielle Fluxgate-Magnetometer als Magnetfeldsensoren eingesetzt. Differenzielle Fluxgate-Magnetometer (im Folgenden einfach als differenzielle Fluxgate(s) bezeichnet) sind in der Lage externe magnetische Gleichfelder bis zu einer vorgegebenen magnetischen Flussdichte zu kompensieren, beispielsweise 2 mT. Überschreitet jedoch die magnetische Flussdichte des externen magnetischen Gleichfeldes diesen vorgegebenen Wert, dann ist das Ausgangssignal des differenziellen Fluxgate's gestört. Ein differenzielles Fluxgate weist zwei parallel ausgerichtete Fluxgate-Magnetometer auf, die vorzugsweise in einem IC-Baustein integriert sind. Das Ausgangssignal des differenziellen Fluxgate's ist eine Kombination der Ausgangssignale der beiden Fluxgate-Magnetometer. Dabei werden die Ausgangssignale der beiden Fluxgate-Magnetometer derart kombiniert, dass sich der Einfluss des magnetischen Gleichfeldes aufhebt. Zwischen dem Ausgangssignal des differenziellen Fluxgate's und der zu erfassenden magnetischen Flussdichte besteht eine eindeutige Zuordnung, solange die magnetische Flussdichte des externen magnetischen Gleichfeldes den vorgegebenen Wert nicht überschreitet.
• Die in der 3 gezeigte Anordnung zum Erfassen der magnetischen Flussdichte an einer vorgegebenen Stelle im Inneren eines Durchgangsloches wird in das Durchgangsloch 106 der in der 2a gezeigten Stromschiene 105 eingeführt und dort fixiert, so dass der Magnetfeldsensor 104 an der vorgegebenen Stelle des Durchgangsloches 106 positioniert ist. Beispielsweise wird der vorstehende Teil 109 der Leiterplatte 101 mit der auf ihm fixierten Kompensationsspule 103 in das Durchgangsloch 106 eingesteckt, bis der Magnetfeldsensor 104 die Tiefe, in der sich die vorgegebene Stelle befindet, erreicht. Vorzugsweise hat der äußere Rand des Spulenkörpers 108 dieselbe Form wie das Durchgangsloch 106, so dass der äußere Rand des Spulenkörpers 108 passgenau mit der Innenwand des Durchgangsloches 106 abschließt. Auch ist es vorteilhaft, wenn der Spulenkörper 108 dieselbe Höhe aufweist, wie die Stromschiene 105.
• Die 4 zeigt einen Querschnitt durch die Vorrichtung zum Messen eines elektrischen Stromes durch eine Stromschiene gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Querschnitt geht durch das Durchgangsloch 106, steht senkrecht zu der Längsachse 113 der Stromschiene 105, und geht durch die Stelle 107, an der das Magnetfeld durch den Magnetfeldsensor 104 erfasst werden soll. Auch zeigt diese Figur ein externes magnetisches Gleichfeld B_ext , das von außerhalb der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt wird, und das sich an der vorgegebenen Stelle 107 dem zu erfassenden resultierenden Magnetfeld überlagert, das von den beiden Teilströmen I_prim/2 an der vorgegebenen Stelle 107 erzeugt wird. Gleiche Bauteile in den 3 und 4 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
• Bezogen auf das in der 4 gezeigte dreidimensionale Koordinatensystem erstreckt sich die Stromschiene 105 in x-Richtung, die Tiefe des Durchgangsloches 106 sowie die Höhe des Spulenkörpers 108 in z-Richtung, ebenso in z-Richtung erstreckt sich der vorstehende Teil 109 der Leiterplatte 101. Auch weist das externe magnetische Gleichfeld B_ext , welches in Bezug auf die Stromschiene 105 eine beliebige Richtung aufweisen kann, eine Komponente in z-Richtung auf.
• Der an der vorgegebenen Stelle 107 befindliche Magnetfeldsensor 104 ist beispielsweise ein differenzieller Fluxgate, dessen zwei Fluxgate-Magnetometer so ausgerichtet sind, dass sie die z-Komponente der resultierenden magnetischen Flussdichte erfassen. Dabei bezieht sich die resultierende magnetische Flussdichte auf die von den beiden Teilströmen I_prim/2 erzeugten Magnetfelder B_l und B_r , auf das externe magnetische Gleichfeld B_ext sowie auf das von der Kompensationsspule 103 erzeugte Kompensationsfeld B_sp , welches an der vorgegebenen Stelle 107 im wesentlichen parallel zur z-Achse ausgerichtet ist. Vorzugsweise weist das Kompensationsfeld B_sp an der vorgegebenen Stelle 107 einen (im Wesentlichen) homogenen Bereich auf.
• Zusätzlich zu den im Zusammenhang mit 3 genannten Merkmalen, weist die in der 4 dargestellte Vorrichtung die folgenden Merkmale auf: Die Kompensationsspule 103 und der Spulenkörper 108 sind zylinderförmig und weisen eine Symmetrieachse auf, die mit der Symmetrieachse 114 des Durchgangsloches 106 zusammenfällt. Der Spulenkörper 108 der Kompensationsspule 103 und die Stromschiene 105 weisen gleiche Höhen auf. Zudem ist die Kompensationsspule 103 so tief in das Durchgangsloch 106 eingeführt, bis die obere und untere Seitenfläche des Spulenkörpers 108 mit der oberen bzw. unteren Seitenfläche der Stromschiene 105 eben abschließen. Auch schließt der äußere Rand des Spulenkörpers 108 passgenau mit der Innenwand des Durchgangsloches 106 ab. Der vorstehende Teil 109 der Leiterplatte 101 weist eine Längsachse auf, die parallel zu der Symmetrieachse 114 des Durchgangsloches 106 ist und senkrecht zu der Längsachse 113 der Stromschiene 105 steht. Der differentielle Fluxgate 104 ist so auf dem vorstehenden Teil 109 der Leiterplatte 101 positioniert, dass er bei eingeführter Kompensationsspule 103 im Durchgangsloch 106 die vorgegebene Stelle 107 einnimmt.
• Überschreitet das externe magnetische Gleichfeld an der vorgegebenen Stelle 107 eine gewisse Stärke, beispielsweise 2 mT, dann geht der differenzielle Fluxgate 104 in Sättigung, und das von ihm bereitgestellte Ausgangssignal entspricht nicht mehr dem an der vorgegebenen Stelle 107 vorhandenen Magnetfeld. Um diese Fehlfunktion zu vermeiden, erzeugt die Kompensationsspule 103 ein Kompensationsfeld B_sp , welches an der vorgegebenen Stelle 107 das externe magnetische Gleichfeld kompensiert, so dass die magnetische Flussdichte des resultierenden Magnetfeldes an der vorgegebenen Stelle 107 einen vorgegebenen Schwellwert, beispielsweise 2 mT, nicht überschreitet.
• Die in der 4 gezeigte Kompensationsspule 103 erzeugt an der vorgegebenen Stelle 107 ein Kompensationsfeld B_sp , das im Wesentlichen parallel zu der z-Achse ist, also im Wesentlichen nur eine z-Komponente B_sp,z aufweist. Die z-Komponente des Kompensationsfeldes (B_sp,z ) und die z-Komponente des externen magnetischen Gleichfeldes (B_ext,z ) weisen entgegengesetzte Richtungen auf.
• Die 5a zeigt die magnetischen Flussdichten der an der vorgegebenen Stelle 107 vorkommenden Magnetfelder für den Fall, dass das von den beiden Teilströmen I_prim/2 erzeugte resultierende Magnetfeld B_l -B_r eine z-Komponente ΔB_z aufweist, die kleiner ist als der vorgegebene Wert von beispielsweise 2mT. Die z-Komponente des externen magnetischen Gleichfeldes B_ext,z und die z-Komponente ΔB_z überlagern sich an der vorgegebenen Stelle 107. Die Überlagerung dieser beiden magnetischen Flussdichten würde dazu führen, dass ihre Resultierende den vorgegebenen Wert von beispielsweise 2 mT überschreitet. Das Kompensationsfeld B_sp,z kompensiert jedoch die z-Komponente des externen magnetischen Gleichfeldes B_ext,z , so dass die Summe aller an der vorgegebenen Stelle 107 vorhandenen Magnetfelder eine magnetische Flussdichte aufweist, die unter dem vorgegebenen Wert von beispielsweise 2 mT bleibt.
• Das externe magnetische Gleichfeld B_ext ist nicht notwendigerweise konstant in der Zeit. Beispielsweise ist es von den äußerlichen/örtlichen Gegebenheiten abhängig, in denen die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. In der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird daher das zu kompensierende externe magnetische Gleichfeld, beispielsweise seine z-Komponente B_ext,z , ständig neu erfasst, ein (elektrisches) Signal entsprechend dem neu erfassten externen magnetischen Gleichfeld erzeugt, und aufgrund dieses Signals die Kompensationsspule 103 so angesteuert, dass diese ein Kompensationsfeld erzeugt, welches das erfasste externe magnetische Gleichfeld kompensiert. Dieser Kompensationsmechanismus stellt einen geschlossenen Regelkreis (closed loop control) dar, in dem der Strom durch die Kompensationsspule 103 geregelt wird.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt die Kompensation des externen magnetischen Gleichfeldes B_ext in einem geschlossenen Regelkreis, wobei die Stromstärke des durch die Kompensationsspule 103 fließenden Stromes so geregelt wird, dass das von der Kompensationsspule 103 erzeugte Kompensationsfeld B_sp das externe magnetische Gleichfeld B_ext, an der vorgegebenen Stelle 107, kompensiert. Beispielsweise wird der Strom durch die Kompensationsspule 103 so geregelt, dass die z-Komponente des Kompensationsfeldes, B_sp,z , die z-Komponente des externen magnetischen Gleichfeldes, B_ext,z , kompensiert. Die Regelung kann analog oder digital erfolgen.
• Für die in der 5a gezeigte Magnetfeldkonfiguration und eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die zwei differentielle Fluxgate-Magnetometer als Magnetfeldsensor verwendet, kann beispielsweise der nachfolgende Algorithmus zum Regeln der Stromstärke des durch die Kompensationsspule 103 fließenden Stromes angewandt werden. Es gelten zu den bisherigen noch die folgenden Bezeichnungen:
• B_l,mess , das von dem linken Fluxgate an der vorgegebenen Stelle 107 gemessene/erfasste Magnetfeld in z-Richtung;
• B_r,mess , das von dem rechten Fluxgate an der vorgegebenen Stelle 107 gemessene Magnetfeld in z-Richtung;
• B_i , das an der vorgegebenen Stelle 107 von dem durch die Stromschiene 105 fließenden elektrischen Strom I_prim erzeugte resultierende Magnetfeld in z-Richtung, B_i entspricht im Wesentlichen ΔB_z aus 5a;
• I_sp, die Stromstärke des durch die Kompensationsspule 103 (zu) fließenden Stromes;
• N_sp, die Windungszahl der Kompensationsspule 103; und
• k, eine Konstante, wobei die folgenden Gleichungen gelten: $${\text{B}}_{\text{sp}\text{,z}}={\text{k N}}_{\text{sp}}{\text{ I}}_{\text{sp}}$$
  
  $${\text{B}}_{\text{l},\text{mess}}=+{\text{B}}_{\text{i}}+{\text{B}}_{\text{ext}\text{,z}}+{\text{B}}_{\text{sp}\text{,z}}$$
  
  $${\text{B}}_{\text{r},\text{mess}}=-{\text{B}}_{\text{i}}+{\text{B}}_{\text{ext}\text{,z}}+{\text{B}}_{\text{sp}\text{,z}}$$
  
• Das von den zwei differentiellen Fluxgate-Magnetometern gelieferte Nutzsignal, welches dem durch die Stromschiene 105 fließenden elektrischen Strom I_prim in eindeutiger Weise entspricht, ergibt sich aus der Differenz der Gleichungen 2 und 3 zu: $${\text{B}}_{\text{l},\text{mess}}-{\text{B}}_{\text{r},\text{mess}}=2{\text{B}}_{\text{i}}$$

  
• Das von den zwei differentiellen Fluxgate-Magnetometern erfasste/wahrgenommene resultierende magnetische Gleichfeld ergibt sich aus der Summe der Gleichungen 2 und 3 zu: $${\text{B}}_{\text{l},\text{mess}}+{\text{B}}_{\text{r},\text{mess}}=2{\text{B}}_{\text{ext}\text{,z}}+2{\text{B}}_{\text{sp}\text{,z}}$$

  
• Kompensation des externen magnetischen Gleichfeldes an der vorgegebenen Stelle 107 wird somit erreicht, wenn B_l,mess + B_r,mess = 0 ist. Mit Hilfe von Gleichung 1 und Gleichung 5 folgt für die Stromstärke I_sp des durch die Kompensationsspule 103 fließenden Stromes: $${\text{B}}_{\text{ext}\text{,z}}+{\text{k N}}_{\text{sp}}{\text{ I}}_{\text{sp}}=0.$$

  
• Vorzugsweise wird in einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die ein differentielles Fluxgate-Magnetometer als Magnetfeldsensor aufweist, die Stromstärke des durch die Kompensationsspule 103 fließenden Stromes so geregelt, dass die Summe der von den beiden Fluxgates des differentiellen Fluxgate-Magnetometers erfassten Magnetfelder, B_l,mess + B_r,mess , einen vorgegebenen Schwellwert nicht überscheitet. Vorzugsweise ist dieser vorgegebene Schwellwert Null.
• Zu einer Fehlfunktion des differenziellen Fluxgate 104 kann es auch dann kommen, wenn das von den beiden Teilströmen erzeugte resultierende Magnetfeld eine magnetische Flussdichte aufweist, die den vorgegebenen Wert von beispielsweise 2 mT überschreitet. Das ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Durchgangsloch 106 nicht mittig in Bezug auf die Längsachse 113 angeordnet ist, und demnach die beiden Teilströme sehr unterschiedliche Stromstärken aufweisen. Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in der Lage solche Asymmetrien auszugleichen, indem die Kompensationsspule 103 ein Kompensationsfeld erzeugt, dass dem von den beiden Teilströmen erzeugten resultierenden Magnetfeld entgegengesetzt gerichtet ist und dieses soweit kompensiert, dass die resultierende magnetische Flussdichte an der vorgegebenen Stelle 107 den vorgegebenen Schwellwert von beispielsweise 2 mT nicht überschreitet. Ist an der vorgegebenen Stelle 107 auch ein externes magnetisches Gleichfeld vorhanden, so muss das von der Kompensationsspule 103 erzeugte Kompensationsfeld auch dieses kompensieren.
• Die 5b zeigt die magnetischen Flussdichten der an der vorgegebenen Stelle 107 vorkommenden Magnetfelder für den Fall, dass das von den beiden Teilströmen erzeugte resultierende Magnetfeld B_l -B_r eine z-Komponente ΔB_z aufweist, die größer ist als der vorgegebene Wert von beispielsweise 2mT. Gleichzeitig ist an der vorgegebenen Stelle 107 auch ein externes magnetisches Gleichfeld vorhanden, dessen z-Komponente sich mit der z-Komponente ΔB_z überlagert. Die Kompensationsspule 103 erzeugt in diesem Fall ein Kompensationsfeld B_sp,z , so dass die Summe aller an der vorgegebenen Stelle 107 vorhandenen Magnetfelder eine magnetische Flussdichte aufweist, die kleiner als der vorgegebene Wert von beispielsweise 2 mT ist.
• Die 6 zeigt eine Anordnung 120 zum Erfassen des Magnetfeldes an einer vorgegebenen Stelle eines in einer Stromschiene befindlichen Durchgangsloches, die in einer Vorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Diese Anordnung unterscheidet sich von der in der 3 dargestellten Anordnung nur dadurch, dass sie eine Helmholtz-Spule als Kompensationsspule aufweist. Ansonsten sind der Aufbau und die Funktion der in den 3 und 6 dargestellten Anordnungen gleich. Die Helmholtz-Spule weist zwei gleichsinnig gewickelte, gleichgroße Spulen 110 und 111 auf, die zueinander beabstandet angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen den Spulen gleich dem Radius der Spulen ist. Die Überlagerung der von den beiden Spulen 110 und 111 erzeugten Felder ergibt zwischen den beiden Spulen, nahe der Spulenachse einen Bereich mit weitgehend homogenem Magnetfeld. In diesen Bereich wird der differentielle Fluxgate 104 positioniert. Daher wird sein Ausgangssignal weniger durch die Inhomogenität des zu erfassenden Magnetfeldes gestört.
• Für die vorliegende Erfindung ist es nicht zwingend notwendig, dass der Abstand zwischen den beiden Spulen 110 und 111 gleich dem Radius der beiden Spulen ist. Die vorliegende Erfindung bezieht sich vielmehr auf Anordnungen, bei denen die Kompensationsspule zwei hintereinander geschaltete Spulen aufweist, die Wicklungen dieser zwei Spulen gleichsinnig gewickelt sind, diese zwei Spulen zueinander beabstanded angeordnet sind, und die Stelle, an der der Magnetfeldsensor angeordnet ist, sich zwischen diesen zwei Spulen, in einem Bereich homogenen Magnetfeldes befindet.
• Die 7 zeigt einen Querschnitt durch die Vorrichtung zum Messen eines elektrischen Stromes durch eine Stromschiene gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Querschnitt geht durch das Durchgangsloch 106, steht senkrecht zu der Längsachse 113 der Stromschiene 105, und geht durch die Stelle 107, an der das Magnetfeld durch den Magnetfeldsensor 104 erfasst werden soll. Gleiche Bauteile in den 3, 4 und 6 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
• Bezogen auf das in der 7 gezeigte dreidimensionale Koordinatensystem erstreckt sich die Stromschiene 105 in x-Richtung, die Tiefe des Durchgangsloches 106 sowie die Höhe des Spulenkörpers 118 der Helmholtz-Spule in z-Richtung. Ebenso in z-Richtung erstreckt sich der vorstehende Teil 109 der Leiterplatte 101.
• Die Vorrichtung zum Messen eines elektrischen Stromes durch eine Stromschiene gemäß der vorliegenden Erfindung kommt ohne Abschirmung aus und ist einfach herzustellen. Die vorliegende Erfindung ist vorteilhaft beim Wickeln der Kompensationsspule. Mit der Kompensationsspule können externe magnetische Gleichfelder kompensiert werden, die 2 mT wesentlich übersteigen, was wegen der räumlichen Beschränkung in einem IC Baustein nicht möglich ist. Darüber hinaus kann die Kompensationsspule schnell und einfach in dem Loch der Stromschiene mechanisch fixiert werden.
• Die Vorrichtung zum Messen eines elektrischen Stromes durch eine Stromschiene gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise in einer Batterieabschalteinheit (engl. battery disconnect unit), insbesondere in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, zum Abschalten des Betriebsstromes benutzt werden. Daher bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf eine Batterieabschalteinheit, die eine Vorrichtung zum Messen des elektrischen Stromes durch eine Stromschiene gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist.
• Bezugszeichenliste

• Bezugsziffer	Beschreibung
  4	Magnetfeldsensor, beispielsweise Fluxgate
  5	Stromschiene
  6	Aussparung, beispielsweise Schlitz
  100	Vorrichtung zum Messen des Stromes durch eine Stromschiene
  101	Leiterplatte
  102	Einpressstifte
  103	Kompensationsspule
  104	Magnetfeldsensor, bspw. zwei parallel ausgerichtete Fluxgates
  105	Stromschiene
  106	Aussparung, beispielsweise Durchgangsloch
  107	Bereich annähernd homogenen Magnetfeldes in der Aussparung
  108	Spulenkörper der Kompensationsspule
  109	Vorstehender Teil der Leiterplatte
  110	Erste Spule der Helmholtzspule
  111	Zeite Spule der Helmholtzspule
  112	Bereich annähernd homog. Magnetfeldes in der Helmholtzspule
  113	Längsachse der Stromschiene
  114	Symmetrieachse der Aussparung
  118	Spulenkörper der Helmholtzspule
  120	Vorrichtung zum Messen des Stromes durch eine Stromschiene

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Messen eines elektrischen Stromes durch eine Stromschiene (105), welche aufweist: die Stromschiene (105), in der eine Aussparung (106) derart vorgesehen ist, dass sie den durch die Stromschiene (105) fließenden elektrischen Strom (I_prim) in mindestens zwei die Aussparung (106) umfließende Teilströme teilt, eine in der Aussparung (106) der Stromschiene (105) vorgesehene Kompensationsspule (103) zum Erzeugen eines Kompensationsfeldes (B_sp), welches an einer vorgegebenen Stelle (107) der Aussparung (106) die von den Teilströmen erzeugten Magnetfelder (B_l, B_r) und/oder ein von außerhalb der Vorrichtung (100, 120) erzeugtes externes Magnetfeld (B_ext) soweit kompensiert, dass die magnetische Flussdichte des resultierenden Magnetfeldes an der vorgegebenen Stelle (107) einen vorgegebenen Schwellwert nicht überschreitet, und einen in der Aussparung (106) der Stromschiene (105) vorgesehenen Magnetfeldsensor (104) zum Erfassen der magnetischen Flussdichte des resultierenden Magnetfeldes an der vorgegebenen Stelle (107) der Aussparung (106) und zum Ausgeben eines dem erfassten Magnetfeld entsprechenden Ausgangssignals, wobei die Kompensationsspule (103) in der Aussparung (106) der Stromschiene (105) fixiert ist, die Kompensationsspule (103) einen Spulenkörper (108) aufweist, und der Innere Teil des Spulenkörpers (108) den Magnetfeldsensor (104) aufnimmt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden das Durchgangsloch (106) umfließenden Teilströme gleiche Stromstärken aufweisen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (104) zum Erfassen einer Komponente der magnetischen Flussdichte des resultierenden Magnetfeldes an der vorgegebenen Stelle (107) vorgesehen ist, dass das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors (104) der erfassten Komponente der magnetischen Flussdichte entspricht, und dass die Kompensationsspule (103) zum Erzeugen eines Kompensationsfeldes (B_sp) vorgesehen ist, welches an der vorgegebenen Stelle (107) der Aussparung (106) die von den Teilströmen erzeugten Magnetfelder (B_l, B_r) und/oder ein von außerhalb der Vorrichtung (100, 120) erzeugtes externes Magnetfeld (B_ext) soweit kompensiert, dass die Komponente der magnetischen Flussdichte des resultierenden Magnetfeldes, die dieselbe Richtung aufweist wie die Komponente, die von dem Magnetfeldsensor (104) erfasst wird, an der vorgegebenen Stelle (107) den vorgegebenen Schwellwert nicht überschreitet.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass des Weiteren eine Leiterplatte (101) mit einem vorstehenden Teil (109) vorgesehen ist, der Magnetfeldsensor (104) an dem vorstehenden Teil (109) der Leiterplatte (101) angeordnet ist, die Kompensationsspule (103) und die Leiterplatte (101) mechanisch fest miteinander verbunden sind, die Kompensationsspule (103) und die Leiterplatte (101) elektrisch miteinander verbunden sind, der Innere Teil des Spulenkörpers (108) den vorstehenden Teil (109) der Leiterplatte (101) aufnimmt, und der Magnetfeldsensor (104), der vorstehende Teil (109) der Leiterplatte (101), der Spulenkörper (108) der Kompensationsspule (103) und die Aussparung (106) der Stromschiene (105) so zueinander stehen, dass der Magnetfeldsensor (104) an der vorgegeben Stelle (107) der Aussparung (106) positioniert ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensation der von den Teilströmen erzeugten Magnetfelder (B_l, B_r) und/oder das von außerhalb der Vorrichtung (100, 120) erzeugte externe Magnetfeld (B_ext) in einem geschlossenen Regelkreis erfolgt, wobei die Stromstärke des durch die Kompensationsspule 103 fließenden Stromes so geregelt wird, dass das von der Kompensationsspule 103 erzeugte Kompensationsfeld (B_sp) die von den Teilströmen erzeugten Magnetfelder (B_l, B_r) und/oder das von außerhalb der Vorrichtung (100, 120) erzeugte externe Magnetfeld (B_ext) soweit kompensiert, dass die magnetische Flussdichte des resultierenden Magnetfeldes an der vorgegebenen Stelle (107) den vorgegebenen Schwellwert nicht überschreitet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensation der von den Teilströmen erzeugten Magnetfelder (B_l, B_r) und/oder das von außerhalb der Vorrichtung (100, 120) erzeugte externe Magnetfeld (B_ext) in einem geschlossenen Regelkreis erfolgt, wobei die Stromstärke des durch die Kompensationsspule 103 fließenden Stromes so geregelt wird, dass die Komponente der magnetischen Flussdichte des resultierenden Magnetfeldes, die dieselbe Richtung aufweist wie die Komponente, die von dem Magnetfeldsensor (104) erfasst wird, an der vorgegebenen Stelle (107) den vorgegebenen Schwellwert nicht überschreitet.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (104) einen Fluxgate-Magnetometer aufweist, und das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors (104) dem Ausgangssignal des Fluxgate-Magnetometers entspricht.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (104) zwei parallel ausgerichtete Fluxgate-Magnetometer aufweist, das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors (104) einer Kombination der Ausgangssignale der beiden Fluxgate-Magnetometer entspricht, und die Ausgangssignale der beiden Fluxgate-Magnetometer so kombiniert sind, dass zwischen dem Ausgangssignal des Magnetfeldsensors (104) und der Stromstärke des durch die Stromschiene (105) fließenden elektrischen Stromes (I_prim) eine eindeutige Zuordnung besteht, wenn die magnetische Flussdichte des resultierenden Magnetfeldes den vorgegebenen Schwellwert nicht überschreitet.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal eines der beiden Fluxgate-Magnetometer einer ersten magnetischen Flussdichte entspricht, das Ausgangssignal des anderen der beiden Fluxgate-Magnetometer einer zweiten magnetischen Flussdichte entspricht, und die Stromstärke des durch die Kompensationsspule 103 fließenden Stromes so geregelt wird, dass die Summe der ersten und zweiten magnetischen Flussdichte den vorgegebenen Schwellwert nicht überschreitet.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsspule (103) zwei hintereinander geschaltete Spulen (110, 111) aufweist, die Wicklungen dieser zwei Spulen gleichsinnig gewickelt sind, und diese zwei Spulen zueinander beabstandet angeordnet sind, und die vorgegebene Stelle (107) sich zwischen diesen zwei Spulen (110, 111), in einem Bereich (112) homogenen Magnetfeldes befindet.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (106) eine Achsensymmetrie aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Rand der Kompensationsspule (103) dieselbe Form wie das Durchgangsloch (106) aufweist und passgenau mit der Innenwand des Durchgangsloches (106) abschließt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (105) eine Längsachse (113) aufweist, der elektrische Stromfluss in der Stromschiene (105) parallel zur Längsachse (113) ist, die Symmetrieachse (114) der Aussparung (106)/des Durchgangsloches die Längsachse (113) der Stromschiene (105) schneidet.
14. Batterieabschalteinheit (engl. battery disconnect unit) für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, die eine Vorrichtung (100, 120) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.

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