DE102021214606A1 - current detection system - Google Patents
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Abstract
Das Stromerfassungssystem (2) umfasst eine Sammelschiene (9), die in einen Strompfad zwischen einer Stromversorgung (3) und einer Last geschaltet (5) ist. Die Sammelschiene (9) umfasst einen temperaturabhängigen Widerstand mit einem spezifischen Temperaturkoeffizienten. Ein Verstärker (11) ist dazu ausgelegt, eine durch einen Stromfluss in dem Strompfad verursachte Spannungsdifferenz an einem Abschnitt der Sammelschiene (9) zu erfassen. Das Stromerfassungssystem (2) umfasst eine Temperaturkompensationsschaltung, wobei die Temperaturkompensationsschaltung als temperaturabhängiger Widerstand mit einem Temperaturkoeffizienten, der ein entgegengesetztes Vorzeichen zu dem Widerstand der Sammelschiene (9) aufweist, wirkt. Ein erster Eingang (C1) eines Komparators (15) ist direkt oder indirekt mit einem zweiten Anschluss (S2) der Signalkonditionierungsschaltung (13) verbunden. Des Weiteren umfasst das Stromerfassungssystem (2) eine Logikschaltungsanordnung (17), die dazu ausgelegt ist, einen Zustand eines Schalters (7), der in dem Strompfad angeordnet ist, in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Komparators (15) zu steuern.The current detection system (2) comprises a busbar (9) which is connected (5) in a current path between a power supply (3) and a load. The busbar (9) includes a temperature-dependent resistor with a specific temperature coefficient. An amplifier (11) is designed to detect a voltage difference at a section of the busbar (9) caused by a current flow in the current path. The current detection system (2) comprises a temperature compensation circuit, the temperature compensation circuit acting as a temperature-dependent resistor with a temperature coefficient which has an opposite sign to the resistance of the busbar (9). A first input (C1) of a comparator (15) is connected directly or indirectly to a second terminal (S2) of the signal conditioning circuit (13). Furthermore, the current detection system (2) comprises a logic circuit arrangement (17) which is designed to control a state of a switch (7) arranged in the current path as a function of an output signal from the comparator (15).
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Stromerfassungssystem.The present disclosure relates to a current sensing system.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Zum Steuern des Energieflusses und Optimieren der Effizienz in Antriebsstrang-Subsystemen von Hybrid- und Elektrofahrzeugen, zu denen beispielsweise Traktionswechselrichter, Bordladegeräte, DC/DC-Wandler und Batteriemanagementsysteme (BMS) gehören, ist eine genaue Strommessung unerlässlich. Schließlich müssen die oben genannten Subsysteme hohe Ströme - und bei hohen Spannungen von in der Regel über 400 V - messen. In den letzten Jahren wurde der in diesen elektronischen Vorrichtungen verwendete Strom beispielsweise auf etwa 1 kA erhöht. In diesem Fall ist es, um bei einem Kurzschluss der Schaltung die Sicherheit zu gewährleisten, notwendig, den Kurzschlussstrom zu steuern. Oftmals wird eine isolierte Strommessung verwendet.Accurate current measurement is essential to control energy flow and optimize efficiency in hybrid and electric vehicle powertrain subsystems such as traction inverters, on-board chargers, DC/DC converters, and battery management systems (BMS). After all, the subsystems mentioned above have to measure high currents - and at high voltages, usually in excess of 400 V. In recent years, the current used in these electronic devices has been increased to about 1 kA, for example. In this case, in order to ensure safety in the event of a circuit short circuit, it is necessary to control the short circuit current. Isolated current measurement is often used.
Es stehen verschiedene Verfahren für isolierte Strommessungen zur Verfügung. Nebenschlussverfahren mit isolierten Verstärkern oder isolierten Modulatoren werden hauptsächlich in Hybrid- und Elektrofahrzeugen verwendet. Der Spannungsabfall an dem Nebenschlusswiderstand führt jedoch zu Verlusten und entsprechender Wärmeerzeugung. Daher muss der für diese Zwecke verwendete Nebenschlusswiderstand einen geringen Widerstandswert, beispielsweise 100 µΩ oder weniger, aufweisen. Daher wird an technischen Verbesserungen von Nebenschlusswiderständen gearbeitet, sodass sie leichter/kleiner werden und geringere Widerstandswerte aufweisen, während Genauigkeit und Drift-Charakteristiken beibehalten oder sogar verbessert werden.Various methods are available for isolated current measurements. Shunt methods with isolated amplifiers or isolated modulators are mainly used in hybrid and electric vehicles. However, the voltage drop across the shunt results in losses and corresponding heat generation. Therefore, the shunt resistor used for these purposes must have a low resistance value, for example 100 µΩ or less. Therefore, technical improvements are being made to shunt resistors to make them lighter/smaller and have lower resistance values while maintaining or even improving accuracy and drift characteristics.
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, ein Stromerfassungssystem bereitzustellen, dass eine kleine Größe und einen geringen Leistungsverlust aufweist und eine genaue Überstromdetektion bereitstellt.An object of the present disclosure is to provide a current sensing system that is small in size and low in power loss and provides accurate overcurrent detection.
KURZDARSTELLUNGEXECUTIVE SUMMARY
Die Erfindung wird durch den unabhängigen Anspruch definiert. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The invention is defined by the independent claim. Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Stromerfassungssystem. Das Stromerfassungssystem umfasst eine Sammelschiene, die in einen Strompfad zwischen einer Stromversorgung und einer Last geschaltet ist.In a first aspect, the present disclosure relates to a current sensing system. The current sensing system includes a bus bar connected in a current path between a power supply and a load.
Ein Schalter ist dem Strompfad angeordnet, um den Strompfad insbesondere bei Detektion eines Überstroms zu trennen.A switch is arranged in the current path in order to disconnect the current path, in particular when an overcurrent is detected.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst die Sammelschiene eine Kupferlegierung, wobei die Kupferlegierung Kupfer (Cu), Nickel (Ni) und Silizium (Si) umfasst oder Kupfer und Silizium umfasst. Zahlreiche Anwendungen mit hohen Strömen umfassen Cu- oder CuNiSi-Sammelschienen als stromführende Elemente, weshalb ein Hauptaspekt der Offenbarung darin besteht, einen Abschnitt der Sammelschiene als Stromerfassungselement zu verwenden. Die Verwendung einer Sammelschiene anstatt eines separaten Nebenschlusswiderstands bietet den Vorteil, dass auf einen separaten Nebenschlusswiderstand oder einen Hall-Sensor verzichtet werden kann. Somit lassen sich nicht nur Kosten, sondern auch Platz einsparen und ein zusätzlicher Leistungsverlust lässt sich auf ein Minimum reduzieren.In at least one embodiment, the bus bar includes a copper alloy, wherein the copper alloy includes copper (Cu), nickel (Ni), and silicon (Si), or includes copper and silicon. Many high current applications involve Cu or CuNiSi busbars as current-carrying elements, and therefore a primary aspect of the disclosure is to use a section of the busbar as a current-sensing element. The use of a busbar instead of a separate shunt resistor offers the advantage that a separate shunt resistor or a Hall sensor can be dispensed with. This saves not only costs but also space and an additional loss of performance can be reduced to a minimum.
Das Stromerfassungssystem umfasst einen Verstärker mit einem ersten Eingang und einem zweiten Eingang und einem Ausgang. Der erste Eingang und der zweite Eingang sind mit der Sammelschiene verbunden, sodass der Verstärker dazu ausgelegt ist, eine Spannungsdifferenz oder einen Spannungsabfall an einem Abschnitt der Sammelschiene, die bzw. der durch einen Stromfluss in dem Strompfad verursacht wird, zu erfassen.The current sensing system includes an amplifier having a first input and a second input and an output. The first input and the second input are connected to the busbar so that the amplifier is configured to detect a voltage difference or voltage drop across a portion of the busbar caused by a current flow in the current path.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst der Verstärker einen isolierten Verstärker mit galvanischer Trennung.In at least one embodiment, the amplifier comprises an isolated amplifier with galvanic isolation.
Da die Sammelschiene einen temperaturabhängigen Widerstand mit einem spezifischen Temperaturkoeffizienten umfasst, umfasst das Stromerfassungssystem eine Signalkonditionierungsschaltung. Die Signalkonditionierungsschaltung umfasst einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss und eine Temperaturkompensationsschaltung. Der erste Anschluss ist mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden. Die Temperaturkompensationsschaltung wirkt als temperaturabhängiger Widerstand mit einem Temperaturkoeffizienten, der ein entgegengesetztes Vorzeichen zu dem Widerstand der Sammelschiene aufweist.Because the bus bar includes a temperature dependent resistor with a specific temperature coefficient, the current sensing system includes signal conditioning circuitry. The signal conditioning circuit includes a first terminal and a second terminal and a temperature compensation circuit. The first connection is connected to the output of the amplifier. The temperature compensation circuit acts as a temperature dependent resistor with a temperature coefficient of opposite sign to the resistance of the busbar.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst der Widerstand der Sammelschiene einen positiven Temperaturkoeffizienten.In at least one embodiment, the resistance of the bus bar includes a positive temperature coefficient.
Das Stromerfassungssystem umfasst einen Komparator mit einem ersten Eingang und einen zweiten Eingang, wobei der erste Eingang des Komparators direkt oder indirekt mit dem zweiten Anschluss der Signalkonditionierungsschaltung verbunden ist.The current sensing system includes a comparator having a first input and a second input, the first input of the comparator being directly or indirectly connected to the second terminal of the signal conditioning circuit.
Da die Temperaturabhängigkeit des Widerstands der Sammelschiene zumindest teilweise durch die Temperaturkompensationsschaltung kompensiert wird, kann eine feste Überstromschwelle für den Komparator verwendet werden, da die Toleranz für den resultierenden Ausschaltstrom ausreichend klein ist.Since the temperature dependence of the resistance of the busbar is at least partially compensated by the temperature compensation circuit, a fixed overcurrent threshold can be used for the comparator, since the tolerance for the resulting switch-off current is sufficiently small.
Des Weiteren umfasst das Stromerfassungssystem eine Logikschaltungsanordnung, wobei die Logikschaltungsanordnung dazu ausgelegt ist, einen Zustand des Schalters, der in dem Strompfad angeordnet ist, in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Komparators zu steuern.Furthermore, the current detection system includes a logic circuit arrangement, wherein the logic circuit arrangement is designed to control a state of the switch, which is arranged in the current path, depending on an output signal of the comparator.
Das Stromerfassungssystem hat neben dem Vorteil, dass die Sammelschiene als Erfassungselement verwendet werden kann, den zusätzlichen Vorteil, dass die Temperaturabhängigkeit des Erfassungselements durch eine kostengünstige und schnelle Hardwarelösung kompensiert wird. Es ist nicht erforderlich, komplizierte und zeitaufwendige Temperaturkompensationsalgorithmen in einem Mikrocontroller zu berechnen.In addition to the advantage that the busbar can be used as a detection element, the current detection system has the additional advantage that the temperature dependency of the detection element is compensated for by a cost-effective and fast hardware solution. There is no need to calculate complicated and time-consuming temperature compensation algorithms in a microcontroller.
In mindestens einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt umfasst die Signalkonditionierungsschaltung einen ersten Widerstand, wobei der erste Widerstand und die Temperaturkompensationsschaltung zwischen dem ersten Anschluss und einem dritten Anschluss der Signalkonditionierungsschaltung in Reihe geschaltet sind und ein Zwischenknoten, der zwischen dem ersten Widerstand und der Temperaturkompensationsschaltung angeordnet ist, direkt oder indirekt mit dem zweiten Anschluss verbunden ist.In at least one embodiment according to the first aspect, the signal conditioning circuit comprises a first resistor, wherein the first resistor and the temperature compensation circuit are connected in series between the first terminal and a third terminal of the signal conditioning circuit and an intermediate node which is arranged between the first resistor and the temperature compensation circuit , is directly or indirectly connected to the second port.
In mindestens einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt umfasst die Temperaturkompensationsschaltung einen Widerstand und eine Diode, die in Reihe geschaltet sind. Bevorzugt ist die Kathode der Diode direkt oder indirekt mit dem dritten Anschluss der Signalkonditionierungsschaltung verbunden. Insbesondere umfasst die Diode einen temperaturabhängigen Widerstand mit einem negativen Temperaturkoeffizienten. Die Diode kann einen Transistor umfassen, der derart beschaltet ist, dass er als Diode wirkt oder fungiert.In at least one embodiment according to the first aspect, the temperature compensation circuit comprises a resistor and a diode connected in series. The cathode of the diode is preferably connected directly or indirectly to the third terminal of the signal conditioning circuit. In particular, the diode includes a temperature-dependent resistor with a negative temperature coefficient. The diode can comprise a transistor which is connected in such a way that it acts or functions as a diode.
In mindestens einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt ist die Diode eine Siliziumdiode mit einem p-n-Übergang. Insbesondere umfasst die Diode keine Schottky-Barriere.In at least one embodiment according to the first aspect, the diode is a silicon diode with a p-n junction. In particular, the diode does not include a Schottky barrier.
Wenn die Sammelschiene ein Material mit negativem Temperaturkoeffizienten verwendet, kann eine Siliziumcarbid(SiC)-Schottky-Barriere-Diode mit positivem Temperaturkoeffizienten verwendet werden.If the busbar uses a material with a negative temperature coefficient, a silicon carbide (SiC) Schottky barrier diode with a positive temperature coefficient can be used.
In mindestens einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt ist ein Verhältnis eines Widerstandswerts des ersten Widerstands zu einem Widerstandswert des Widerstands der Temperaturkompensationsschaltung gleich einem Betrag eines Verhältnisses eines Sammelschienenwerts und eines Diodenwerts, wobei der Sammelschienenwert eine Erhöhung des verstärkten Spannungsabfalls der Sammelschiene aufgrund eines Temperaturanstiegs in einem vordefinierten Temperaturbereich repräsentiert und der Diodenwert eine Verringerung einer Durchlassspannung der Diode aufgrund des Temperaturanstiegs in dem vordefinierten Temperaturbereich repräsentiert. Dies gestattet die Bereitstellung einer temperaturunabhängigen oder weniger temperaturabhängigen Ausgangsspannung an dem zweiten Anschluss.In at least one embodiment according to the first aspect, a ratio of a resistance value of the first resistor to a resistance value of the resistor of the temperature compensation circuit is equal to an amount of a ratio of a busbar value and a diode value, the busbar value being an increase in the amplified voltage drop of the busbar due to a temperature increase in a predefined represents a temperature range and the diode value represents a reduction in a forward voltage of the diode due to the temperature increase in the predefined temperature range. This allows the provision of a temperature-independent or less temperature-dependent output voltage at the second terminal.
In mindestens einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt ist der Zwischenknoten zwischen dem ersten Widerstand und der Temperaturkompensationsschaltung mit einer Spannungsteilerschaltung verbunden, und ein Zwischenknoten der Spannungsteilerschaltung ist mit dem zweiten Anschluss der Signalkonditionierungsschaltung verbunden. Dies gestattet eine Anpassung des Ausgangssignalpegels des Verstärkers an einen Schwellenspannungspegel des Komparators.In at least one embodiment according to the first aspect, the intermediate node between the first resistor and the temperature compensation circuit is connected to a voltage divider circuit, and an intermediate node of the voltage divider circuit is connected to the second terminal of the signal conditioning circuit. This allows the output signal level of the amplifier to be matched to a threshold voltage level of the comparator.
Des Weiteren betrifft ein zweiter Aspekt der vorliegenden Offenbarung ein Katalysatorsystem für ein Fahrzeug, umfassend ein Stromerfassungssystem gemäß dem ersten Aspekt und einen Katalysator, wobei der Katalysator über die Sammelschiene mit einer Stromversorgung verbunden werden kann.Furthermore, a second aspect of the present disclosure relates to a catalytic converter system for a vehicle, comprising a current detection system according to the first aspect and a catalytic converter, wherein the catalytic converter can be connected to a power supply via the bus bar.
Vorteilhafte Ausführungsformen des ersten Aspekts gelten auch für den zweiten Aspekt.Advantageous embodiments of the first aspect also apply to the second aspect.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Es versteht sich, dass sowohl die vorhergehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende ausführliche Beschreibung lediglich beispielhaft sind und einen Überblick oder Rahmen zum Verständnis des Wesens und Charakters der Ansprüche bereitstellen sollen. Die beigefügten Zeichnungen sind enthalten, um ein weiteres Verständnis bereitzustellen, und sind in diese Beschreibung integriert. Die Zeichnungen veranschaulichen eine oder mehrere Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien und der Wirkungsweise der verschiedenen Ausführungsformen.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary only, and are intended to provide an overview or framework for understanding the spirit and character of the claims. The accompanying drawings are included to provide a further understanding and are incorporated into this specification. The drawings illustrate one or more embodiments and together with the description serve to explain the principles and operation of the various embodiments.
In den Figuren werden die gleichen Bezugszeichen für Elemente mit im Wesentlichen gleicher Funktion verwendet, wobei diese Elemente jedoch nicht in allen Einzelheiten identisch sein müssen. Die Zeichnungen sind nicht zwangsweise maßstabsgetreu, sondern dazu ausgelegt, die Offenbarung deutlich zu veranschaulichen.In the figures, the same reference numbers are used for elements with essentially the same function, although these elements do not have to be identical in all details. The drawings are not necessarily to scale, but instead are designed to clearly illustrate the disclosure.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS
Die vorliegende Offenbarung wird nunmehr im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die Ausführungsformen der Offenbarung zeigen, genauer beschrieben. Die Offenbarung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen umgesetzt werden und ist nicht als auf die hier dargelegten Ausführungsformen beschränkt auszulegen. Vielmehr werden diese Ausführungsformen bereitgestellt, damit die Offenbarung Fachleuten den Schutzumfang der Offenbarung vollständig vermittelt. Während Merkmale der vorliegenden Offenbarung im Folgenden möglicherweise bezüglich gewisser Ausführungsformen und Figuren erörtert werden, können alle Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein oder mehrere der hier erörterten vorteilhaften Merkmale aufweisen. Anders ausgedrückt können, während ein oder mehrere Ausführungsformen möglicherweise als gewisse vorteilhafte Merkmale aufweisend erörtert werden, eines oder mehrere solcher Merkmale auch gemäß den verschiedenen hier erörterten Ausführungsformen der Offenbarung verwendet werden. Gleichermaßen versteht es sich, dass, obgleich Ausführungsbeispiele im Folgenden als Vorrichtungs-, System- oder Verfahrensausführungsformen erörtert werden, können solche Ausführungsbeispiele in verschiedenen Vorrichtungen, Systemen und Verfahren implementiert werden.Now, the present disclosure will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings showing embodiments of the disclosure. However, the disclosure may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that the disclosure will fully convey the scope of the disclosure to those skilled in the art. While features of the present disclosure may be discussed below with respect to certain embodiments and figures, all embodiments of the present disclosure may include one or more advantageous features discussed herein. In other words, while one or more embodiments may be discussed as having certain advantageous features, one or more such features may also be used in accordance with the various embodiments of the disclosure discussed herein. Likewise, while example embodiments are discussed below in terms of device, system, or method embodiments, it should be understood that such example embodiments may be implemented in various devices, systems, and methods.
Es versteht sich, dass bei Bezeichnung eines Elements als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“, dieses direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wird dagegen ein Element als mit einem anderen Element „direkt verbunden“ oder „direkt gekoppelt“ bezeichnet, so sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden.
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1 zeigt ein Ersatzschaltbild eines Ausführungsbeispiels des Stromerfassungssystems und -
2 zeigt ein beispielhaftes Diagramm eines Widerstandswerts einer beispielhaften Sammelschiene.
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1 shows an equivalent circuit diagram of an embodiment of the current detection system and -
2 12 shows an example plot of a resistance value of an example busbar.
In
Die Stromversorgung 3 ist über den Schalter 7 elektrisch leitend mit der Last 5 verbunden. Daher besteht ein Strompfad zwischen der Stromversorgung 3 und der Last 5, der mittels des Schalters 7, beispielsweise bei Detektion eines Überstroms, getrennt werden kann.The power supply 3 is electrically conductively connected to the
In dem Strompfad ist eine Sammelschiene 9 angeordnet. Die Sammelschiene 9 wird als Stromerfassungselement für das Stromerfassungssystem 2 verwendet. Die Sammelschiene 9 umfasst eine Kupferlegierung, wobei die Kupferlegierung Kupfer, Cu, Nickel, Ni, und Silizium, Si, umfasst oder Cu und Silizium umfasst. A busbar 9 is arranged in the current path. The bus bar 9 is used as a current detection element for the
Die Kupferlegierung CuNiSi und die Kupferlegierung CuNi umfassen jeweils einen temperaturabhängigen Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten. Daher steigt ein Widerstandswert der Sammelschiene 9 mit steigender Temperatur.The copper alloy CuNiSi and the copper alloy CuNi each include a temperature-dependent resistor with a positive temperature coefficient. Therefore, a resistance value of the bus bar 9 increases as the temperature increases.
In
Insbesondere wird ein Abschnitt der Sammelschiene 9 mit einer vordefinierten Länge verwendet, damit ein minimaler Widerstand vorliegt, der einen ausreichenden Spannungsabfall bewirkt, sodass der Spannungsabfall durch den Verstärker ohne übermäßig großen Messfehler erfasst werden kann.In particular, a section of the busbar 9 with a predefined length is used in order to have a minimum resistance that causes a sufficient voltage drop so that the voltage drop can be detected by the amplifier without excessively large measurement error.
Des Weiteren umfasst das Stromerfassungssystem 2 einen Verstärker 11, der einen ersten Eingang A1 und einen zweiten Eingang A2 und einen Ausgang A3 umfasst. Bei den Verstärker 11 handelt es sich beispielsweise um einen Differenzverstärker. Der Verstärker 11 ist dazu ausgelegt, eine durch einen Stromfluss in dem Strompfad verursachte Spannungsdifferenz an der Sammelschiene 9 zu erfassen. Insbesondere ist die der Verstärker 11 dazu ausgelegt, eine Spannungsdifferenz oder einen Spannungsabfall an einem Abschnitt der Sammelschiene 9, die bzw. der durch einen Stromfluss in dem Strompfad verursacht wird, zu erfassen. Der Verstärker 11 kann einen Operationsverstärker umfassen.Furthermore, the
Der Verstärker 11 kann ein Isolationsverstärker sein, der eine elektrische Isolation bereitstellt.
Darüber hinaus umfasst das Stromerfassungssystem 2 eine Signalkonditionierungsschaltung 13. Die Signalkonditionierungsschaltung 13 umfasst einen ersten Anschluss S1 und einen zweiten Anschluss S2, wobei der erste Anschluss S1 mit dem Ausgang A3 des Verstärkers 11 verbunden ist.In addition, the
Die Signalkonditionierungsschaltung 13 umfasst eine erste Stufe mit einer Temperaturkompensationsschaltung, die als temperaturabhängiger Widerstand mit einem Temperaturkoeffizienten, der ein entgegengesetztes Vorzeichen zu dem Widerstand der Sammelschiene 9 aufweist, wirkt oder fungiert. Beispielsweise weist der Widerstand der Temperaturkompensationsschaltung, wenn der Widerstand der Sammelschiene 9 einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist, einen negativen Temperaturkoeffizienten auf.The
Zum Beispiel umfasst die Temperaturkompensationsschaltung einen Widerstand Rth und eine Diode D, die in Reihe geschaltet sind. Bevorzugt ist die Kathode der Diode D direkt oder indirekt mit einem geringeren Potenzial als die Kathode der Diode D verbunden. Beispielsweise ist die Kathode der Diode D direkt oder indirekt mit einem dritten Anschluss S3 der Signalkonditionierungsschaltung 13 verbunden, der mit einem Bezugspotenzial GND, beispielsweise Masse, verbunden ist. Beispielsweise handelt es sich bei der Diode D um eine Siliziumdiode mit einem p-n-Übergang.For example, the temperature compensation circuit includes a resistor Rth and a diode D connected in series. The cathode of the diode D is preferably connected directly or indirectly to a lower potential than the cathode of the diode D. For example, the cathode of the diode D is connected directly or indirectly to a third connection S3 of the
Um den Eingangswiderstand der Schaltung für das Signal durch die Diode D nicht sehr zu reduzieren, wird die Reihenschaltung der Diode D und des Widerstands Rth der Temperaturkompensationsschaltung verwendet. Vorzugsweise ist die Temperaturkompensationsschaltung in der Nähe des Sammelschienenabschnitts angeordnet, sodass der Sammelschienenabschnitt und die Diode D so weit wie möglich dieselbe Temperatur aufweisen.In order not to greatly reduce the input resistance of the circuit for the signal through the diode D, the series connection of the diode D and the resistor Rth of the temperature compensation circuit is used. Preferably, the temperature compensation circuit is arranged in the vicinity of the busbar section so that the busbar section and the diode D have the same temperature as much as possible.
Beispielsweise umfasst die erste Stufe der Signalkonditionierungsschaltung 13 einen ersten Widerstand R1, wobei der erste Widerstand R1 und die Temperaturkompensationsschaltung zwischen dem ersten Anschluss S1 und einem dritten Anschluss S3 der Signalkonditionierungsschaltung 13 in Reihe geschaltet sind und ein Zwischenknoten, der zwischen dem ersten Widerstand R1 und der Temperaturkompensationsschaltung angeordnet ist, direkt oder indirekt mit dem zweiten Anschluss S2 verbunden ist.For example, the first stage of the
Insbesondere ist ein Verhältnis eines Widerstandswerts des ersten Widerstands R1 zu einem Widerstandswert des Widerstands Rth der Temperaturkompensationsschaltung gleich einem Betrag eines Verhältnisses eines Sammelschienenwerts und eines Diodenwerts, wobei der Sammelschienenwert eine Erhöhung des verstärkten Spannungsabfalls der Sammelschiene 9 aufgrund eines Temperaturanstiegs in einem vordefinierten Temperaturbereich repräsentiert und der Diodenwert eine Verringerung einer Durchlassspannung der Diode D aufgrund des Temperaturanstiegs in dem vordefinierten Temperaturbereich repräsentiert.In particular, a ratio of a resistance value of the first resistor R1 to a resistance value of the resistor Rth of the temperature compensation circuit is equal to an absolute value of a ratio of a busbar value and a diode value, the busbar value representing an increase in the amplified voltage drop of the busbar 9 due to a temperature increase in a predefined temperature range and the Diode value represents a reduction in a forward voltage of the diode D due to the temperature rise in the predefined temperature range.
Beispielsweise weist der verstärkte Sammelschienenspannungsabfall eine Erhöhung von 1,48 V aufgrund einer Temperaturänderung von -40 °C auf 160 °C auf, und die Diodendurchlassspannung weist eine Verringerung von 0,436 V auf. Somit ist der Betrag des Verhältnisses des Sammelschienenwerts und des Diodenwerts RatioBD=1,48/0,436=3,44.For example, the amplified bus voltage drop shows a 1.48V increase due to a temperature change from -40°C to 160°C, and the diode forward voltage shows a 0.436V decrease. Thus, the absolute value of the ratio of the busbar value and the diode value is RatioBD=1.48/0.436=3.44.
Um einen konstanten Spannungsabfall an dem Zwischenknoten zwischen dem ersten Widerstand R1 und der Temperaturkompensationsschaltung zu erzeugen, muss das Verhältnis zwischen dem ersten Widerstand R1 und dem Widerstand Rth der Temperaturkompensationsschaltung RatioBD=3,44 betragen.In order to generate a constant voltage drop at the intermediate node between the first resistor R1 and the temperature compensation circuit, the ratio between the first resistor R1 and the resistance Rth of the temperature compensation circuit must be RatioBD=3.44.
Optional umfasst die Signalkonditionierungsschaltung 13 zum Anpassen eines Spannungspegels eine zweite Stufe mit einer Spannungsteilerschaltung mit einem dritten Widerstand R3 und einem vierten Widerstand R4, und der Zwischenknoten zwischen dem ersten Widerstand R1 und der Temperaturkompensationsschaltung ist mit der Spannungsteilerschaltung verbunden und ein Zwischenknoten der Spannungsteilerschaltung zwischen dem dritten Widerstand R3 und dem vierten Widerstand R4 ist mit dem zweiten Anschluss S2 der Signalkonditionierungsschaltung 13 verbunden. Die Spannungsteilerschaltung skaliert die Ausgangsspannung der ersten Stufe auf einen vordefinierten Schwellenspannungspegel eines nachfolgenden Komparators 15.Optionally, the
Der erste Widerstand R1, der Widerstand Rth der Temperaturkompensationsschaltung, der dritte Widerstand R3 und der vierte Widerstand R4 können jeweils ein oder mehrere Widerstandselemente umfassen.The first resistor R1, the temperature compensation circuit resistor Rth, the third resistor R3 and the fourth resistor R4 may each comprise one or more resistive elements.
Der Komparator 15 umfasst einen ersten Eingang C1 und einen zweiten Eingang C2, wobei der erste Eingang C1 des Komparators 15 direkt oder indirekt mit dem zweiten Anschluss S2 der Signalkonditionierungsschaltung 13 verbunden ist. An den zweiten Eingang C2 des Komparators 15 kann die vordefinierte Schwellenspannung angelegt werden.The
Das Stromerfassungssystem 2 umfasst eine Logikschaltungsanordnung 17, die dazu ausgelegt ist, einen Zustand des Schalters 7, der in dem Strompfad angeordnet ist, in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Komparators 15 zu steuern.The
Die Logikschaltungsanordnung 17 kann ein Setz-Rücksetz-Latch 171, beispielsweise ein SR-NAND-Latch, das einen Zustand des Ausgangssignals des Komparators 15 an eine höhere Logik liefert, und ein AND-Gatter 175, das dazu ausgelegt ist, den Zustand des Schalters 7 zu setzen, umfassen. Die Logikschaltungsanordnung 17 kann einen Mikrocontroller 173 umfassen, der dazu ausgelegt ist, das Setz-Rücksetz-Latch 171 zurückzusetzen und ein Steuersignal an das AND-Gatter 175 zu liefern, sodass der Schalter 7 nach Detektion eines Überstroms und Beseitigen der Fehlerbedingung wieder geschlossen werden kann.The
Der Effekt der Temperaturkompensation ist in den in Tabellen 1 bis 3 zusammengefassten Ergebnissen zu sehen. Tabelle 1 und Tabelle 2 zeigen Simulationsergebnisse, während Tabelle 3 Messergebnisse zeigt. Tabelle 1 zeigt einen minimalen und maximalen Detektionsstrom, der durch das Stromerfassungssystem 2 unter typischen Bedingungen, z. B. mit typischen Parametern, und mit einer Schwellenspannung des Komparators 15 von 600 mV in dem Temperaturbereich von -40 °C bis +160 °C detektiert wurde. Die Differenz zwischen dem minimalen Detektionsstrom und einem maximalen Detektionsstrom beträgt etwa 114 A ohne Temperaturkompensation und nur 12 A mit Temperaturkompensation. Tabelle 1
Tabelle 2 zeigt den minimalen und maximalen Detektionsstrom, der durch das Stromerfassungssystem 2 unter Worst-Case-Bedingungen, z. B. mit Worst-Case-Parametern, und mit einer Schwellenspannung des Komparators 15 von 600 mV in dem Temperaturbereich von -40 °C bis +160 °C detektiert wurde. Die Differenz zwischen dem minimalen Detektionsstrom und einem maximalen Detektionsstrom beträgt etwa 139 A ohne Temperaturkompensation und nur 54 A mit Temperaturkompensation. Tabelle 2
Tabelle 3 zeigt einen minimalen und maximalen Detektionsstrom, der durch das Stromerfassungssystem 2 mit einer Schwellenspannung des Komparators 15 von 600 mV in dem Temperaturbereich von -40 °C bis +160 °C detektiert wurde. Mit Temperaturkompensation beträgt die Differenz zwischen dem minimalen Detektionsstrom und einem maximalen Detektionsstrom etwa 15 A. Tabelle 3
Somit bewirkt die Temperaturkompensation, dass die Toleranz für den resultierenden Ausschaltstrom ausreichend klein ist und die Systemeffizienz verbessert werden kann.Thus, the temperature compensation causes the tolerance for the resulting turn-off current to be sufficiently small and the system efficiency can be improved.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Hochspannungssystemhigh voltage system
- 22
- Stromerfassungssystemcurrent detection system
- 33
- Stromversorgungpower supply
- 55
- Lastload
- 77
- SchalterSwitch
- 99
- Sammelschienebusbar
- 1111
- Verstärkeramplifier
- 1313
- Signalkonditionierungsschaltungsignal conditioning circuit
- 1515
- Komparatorcomparator
- 1717
- Logikschaltungsanordnunglogic circuitry
- 171171
- Latchlatch
- 173173
- Mikrocontrollermicrocontroller
- 175175
- AND-Gatter AND gate
- A1, A2A1, A2
- Eingang des Verstärkersinput of the amplifier
- A3A3
- Verstärkerausgangamplifier output
- C1, C2C1, C2
- Eingang des Komparatorsinput of the comparator
- C3C3
- Ausgang des KomparatorsComparator output
- DD
- Diodediode
- GNDGND
- Bezugspotenzialreference potential
- R1R1
- erster Widerstandfirst resistance
- R3R3
- dritter Widerstandthird resistance
- R4R4
- vierter Widerstandfourth resistance
- RthRth
- Widerstand der TemperaturkompensationsschaltungTemperature compensation circuit resistance
- S1, S2, S3S1, S2, S3
- Anschluss der SignalkonditionierungsschaltungConnection of the signal conditioning circuit
Claims (9)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/EP2022/085320 WO2023110715A2 (en) | 2021-12-16 | 2022-12-12 | Current sensing system |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EPEP21465573 | 2021-12-16 | ||
EP21465573 | 2021-12-16 |
Publications (1)
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---|---|
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Family
ID=79230713
Family Applications (1)
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---|---|
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE112005000986T5 (en) | 2004-04-28 | 2007-03-29 | Advantest Corporation | DC Tester |
DE112020001524T5 (en) | 2019-03-27 | 2021-12-16 | Gs Yuasa International Ltd. | Battery management device, energy storage device, battery management method and computer program |
-
2021
- 2021-12-17 DE DE102021214606.6A patent/DE102021214606A1/en active Pending
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