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Die Erfindung betrifft ein Messverfahren und eine Messanordnung zum Messen von Strömen mit großem Dynamikbereich, insbesondere zur Messung des Batteriestromes in einem Kraftfahrzeug.
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Mit zunehmendem Stromverbrauch in Kraftfahrzeugen werden derartige Messanordnungen (Stromsensoren) und Messverfahren immer unumgänglicher, da durch kontinuierliche Messung des Batteriestromes zu jedem Zeitpunkt die Zustandsparameter der Batterie ermittelt werden müssen. Parameter wie beispielsweise „State of Health”, „State of Charge” oder „State of Function” sollen eine differenzierte Aussage über die Funktionsfähigkeit der Batterie unter allen denkbaren zukünftigen Betriebsbedingungen ermöglichen und bilden so die Basis für ein intelligentes Batterie-Energie-Management im Fahrzeug.
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In einzelnen Fahrzeugen sind solche Systeme bereits seit 2001 im Einsatz und beispielsweise in dem Artikel, Achim Scharf, ”En Route to the Car of the Future”, ”Power Electronics Europe Magazine”, Ausgabe 4/2001, S. 28–34 beschrieben. Diese Systeme sind noch sehr aufwändig und bestehen aus einem großen Steuergerät, in dem die kompletten Berechnungen auf Basis eines eingespeicherten Batteriemodells durchgeführt werden und das auch einen großen Teil der daraus abgeleiteten Aktionen im Bordnetz steuert. In dieses Gerät ist ein Stromsensor integriert. Das Batteriekabel wird durch das Steuergerät hindurch geführt, so dass die Strommessung im Steuergerät erfolgen kann.
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DE 198 45 778 A1 beschreibt Verfahren zur Abbildung von Gleichströmen und Gleichstromwandler zur Durchführung des Verfahrens. In
DE 33 24 224 C2 wird eine Anordnung zum Messen eines Stromes gezeigt.
DE 100 41 879 A1 illustriert ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Strommessung.
DE 42 30 939 C2 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Ändern oder Prüfen elektrischer Eigenschaften eines Stromwandlers mit Magnetfeldkompensation.
EP 0 844 628 B1 zeigt ein Herstellungsverfahren eines Magnetkernes aus weichmagnetischem nanokristallinen Material.
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Für eine weite Verbreitung von Batterie-Management-Systemen sind die Kosten der oben geschilderten Lösung bei weitem zu hoch. Daher gehen mehr und mehr Hersteller in ihren Konzepten dazu über, für die Berechnungen aus dem Batteriemodell und die daraus abgeleiteten Steuerungsfunktionen innerhalb des Bordnetzes vorhandene Steuergeräte zu nutzen. In jedem Fahrzeug gibt es derzeit meist bereits mehrere Steuergeräte, die über einen Microprozessor hoher Rechenleistung verfügen. Um die genannten Funktionen in ein solches Steuergerät zu integrieren muss daher bestenfalls der vorhandene Mikroprozessor durch einen etwas leistungsstärkeren ausgetauscht werden. Die entsprechenden Mehrkosten sind erheblich geringer als die für ein zusätzliches Steuergerät. Die entsprechenden Konzepte fordern dann ein extrem kostengünstiges Strommessmodul, das an der Batterie, am Polschuh der Batterie oder am Batteriekabel angebaut wird und dem Bordnetz über eine standardisierte Schnittstelle (z. B. CAN-Bus) zu jeder Zeit die Information über den aktuell fließenden Batteriestrom zur Verfügung stellt.
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Die extrem hohen Anforderungen an diese Strommessung sind darin begründet, dass einerseits im Startfall bei tiefen Temperaturen kurzzeitig durchaus Ströme im Bereich von 1000 A fließen können, andererseits aber bei abgestelltem Fahrzeug Ströme im Bereich von wenigen 10 mA fließen, die wegen der langen Zeiten erheblich zur Ladebilanz der Batterie beitragen und daher mit ausreichender Genauigkeit gemessen werden müssen. Kein klassischer Stromsensor ist in der Lage mit ausreichender Genauigkeit diesen Dynamikbereich von wenigen mA bis 1000 A zu erfassen.
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Stromsensoren, die in der Lage sind Ströme über einen großen Dynamikbereich mit Genauigkeiten von 1% oder besser zu erfassen, sind Kompensationsstromsensoren (engl. Closed Loop Sensores). Eine typische Ausführung eines solchen Sensors ist in 1 dargestellt. Er umfasst einen Magnetkern mit einem Luftspalt. Im Luftspalt des Magnetkerns ist eine Magnetfeldsonde 2 angebracht. Die Sonde wandelt das magnetische Feld im Luftspalt in ein elektrisches Signal um, das den Strom durch eine Kompensationsspule 3 steuert, die vorzugsweise im Bereich der Magnetfeldsonde auf den Kern gewickelt ist. Ein Primärleiter 4, dessen Strom gemessen werden soll, ist durch den Magnetkern geführt. Die Regelelektronik des Stromsensors sorgt nun dafür, dass der über den Strom des Primärleiters in den Magnetkern eingespeiste magnetische Fluss zu jeder Zeit durch das Feld der Kompensationsspule kompensiert wird. Der von der Magnetfeldsonde zu registrierende Sollwert des Regelkreises ist also Feldstärke Null. Die Magnetfeldsonde arbeitet als Nullfelddetektor. Im ausgeregelten Zustand ist der Strom durch die Kompensationsspule IKomp direkt proportional zum zu messenden Strom IPrim. Hat die Kompensationsspule N Windungen, so gilt IPrim = N IKomp.
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Die Magnetfeldsonde 2 sollte dabei einen sehr geringen, vorzugsweise verschwindenden, Offset aufweisen. Als Offset versteht man das Ausgangssignal der Sonde, wenn das Magnetfeld Null anliegt. Ist das Sondensignal in diesem Fall nicht ebenfalls Null, hat die Sonde einen Offset, was einen deutlichen Fehler des Sensors im Bereich kleiner Ströme verursacht.
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Als Magnetfeldsonde kann ein Hall-IC eingesetzt werden. Hall ICs haben normalerweise einen sehr deutlichen Offset, der zu Messfehlern des Stromsensors im Bereich von 0,5 A führen kann. Es ist jedoch möglich diesen Offset durch elektronische Maßnahmen auf dem Hall-IC oder durch Kalibrierung des Stromsensors weitgehend zu eliminieren.
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Einfacher und genauer, insbesondere was die Temperaturabhängigkeit des Stromsensors betrifft, ist die Nutzung einer magnetischen Sonde beispielsweise nach
EP 0 294 590 B1 . Da hier durch die Auswerteelektronik die Symmetrie eines weichmagnetischen Metallstreifens abgefragt wird, arbeitet diese Magnetfeldsonde als Nullfelddetektor praktisch offsetfrei und temperaturunabhängig. Eine solche Sonde ist in
1 schematisch als Magnetfeldsonde
2 angedeutet.
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Ferner ist ein Magnetkern
1, der in Verbindung mit einer magnetischen Sonde gemäß
EP 0 294 590 B1 genutzt wird, vorzugsweise gemäß
EP 1 010 014 A2 aus zwei oder mehr Teilen zusammengesetzt, die sich teilweise überlappend zusammengefügt werden und eine Tasche im Bereich des Luftspaltes für die Magnetfeldsonde
2 aufweisen. Dadurch kann der Stromsensor durch Zusammenfügen des Kerns uber beliebig geformte Leiter montiert werden und die Sonde ist gegen äußere störende Magnetfeldeinflüsse geschützt.
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Unter der Voraussetzung, dass die Magnetfeldsonde 2 keinen Offset aufweist, wird die Genauigkeit eines solchen Stromsensors im Bereich kleiner Ströme durch die Hystereseeigenschaften des Magnetkerns 1 bestimmt. Die Magnetisierungskurve praktisch jeden weichmagnetischen Werkstoffes – insbesondere die der hier aus Kostengründen meist eingesetzten NiFe-Werkstoffe – weist eine deutliche Hysterese auf. Das heißt, auch ohne äußeres Magnetfeld bleibt in einem solchen Kern ein remanenter magnetischer Fluss erhalten, dessen Stärke von der Vorgeschichte des Magnetkernes abhangt. Vorgeschichte heißt dabei die Feldstärken und Feldrichtungen, denen der Kern vor der Messung bei kleinen Strömen ausgesetzt war.
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Diese Remanenz verursacht bei einem Stromsensor nach 1 also auch bei Primärstrom Null ein gewisses Magnetfeld an der Sonde und täuscht dem Stromsensor damit einen Primärstrom vor, der nicht vorhanden ist. Dieser Messfehler bei kleinen Strömen liegt, wenn der Stromsensor vorher Ströme nahe der oberen Messbereichsgrenze oder sogar darüber gesehen hat, typischerweise zwischen 50 und 100 mA. Gemessene Fehlerkurven bei Aussteuerung des Stromsensors bis über die obere Messbereichsgrenze hinaus sind in 2 dargestellt. Diese Aussteuerung bringt den Sensorkern teilweise in die Sättigung, verursacht also die stärkste Remanenz bei Zurücknahme des Primärstromes auf Null.
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Die Messkurven in
2 sind mit Stromsensoren mit offsetfreier magnetischer Sonde gemäß
EP 0 294 590 B1 aufgenommen. Sie würden jedoch genauso auftreten bei Stromsensoren mit Hall-IC als Magnetfeldsonde, wenn es gelingt den Offset des Hall-IC, der im allgemeinen erheblich großer ist als der durch die Remanenz des Magnetkerns verursachte, zu eliminieren.
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Die Remanenz des Magnetkerns begrenzt also prinzipiell den Messbereich eines Kompensationsstromsensors nach unten.
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Daher ist der im geschilderten Batteriemanagement System des ”Power Electronics Europe Magazine”, Ausgabe 4/2001 eingesetzte Stromsensor zweistufig aufgebaut. Der in
3 schematisch dargestellte Batteriestromsensor weist neben dem hier als Hochstromstufe arbeitenden Kompensationsstromsensor
1 bis
3 eine zusätzliche Niederstromstufe
5 auf. Diese Niederstromstufe ist auf der Basis des in
EP 0 960 342 beschriebenen Prinzips als bewickelter Ringkern aus amorphem weichmagnetischem Metall ausgeführt. Er arbeitet mit wechselseitiger Ummagnetisierung, ist dadurch offsetfrei und hat eine sehr hohe Auflösung im Bereich kleiner Ströme. Solche Sensoren sind allerdings nicht zur Messung hoher Ströme geeignet, so dass der zweistufige Aufbau zwingend erforderlich ist. Der Nachteil dieses existierenden Batteriestromsensors, der technisch alle Anforderungen erfüllt, ist daher dieser zweistufige Aufbau mit zwei unterschiedlichen Funktionsprinzipien, der sowohl den Aufwand auf der Seite des magnetischen Moduls als auch auf der Seite der Auswerteelektronik verdoppelt.
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Andere Lösungen für einen Batteriemanagement Sensor basieren ausschließlich auf einem in den Batteriestrompfad eingefügten Shunt-Widerstand mit entsprechender Messung und Verstärkung des Spannungsabfalles an diesem Widerstand. Diese zunächst bestechend einfach erscheinende Lösung hat jedoch auch gravierende Nachteile: Hohe Ströme verursachen an dem zusätzlich in den Stromkreis gebrachten Widerstand eine starke Erwärmung.
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Bei geringen Strömen ist dagegen der zu messende Spannungsabfall so gering, dass die Messung durch elektromagnetische Einstrahlungen leicht zu stören ist und eine ausreichende Genauigkeit nur mit sehr hohem elektronischem Schaltungsaufwand sicherzustellen ist. Verschärft wird dieses Problem noch bei Messung des Stromes an der Plus-Seite der Batterie, da dann die mogliche Schwankung des Bezugspotentiales mit der Batteriespannung mehrere Zehnerpotenzen größer als die zu messende Spannung ist. Diese Lösungen benötigen daher entweder einen sehr hohen elektronischen Aufwand oder erfüllen die Genauigkeits- und Störfestigkeitsanforderungen nicht.
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Denkbar ist eine weitere Lösung des Problems, die gemäß der schematischen Darstellung in 4 aus der Kombination eines Shunt-Widerstandes und des Niederstromsensors aus 3 besteht. Durch die Nutzung der magnetischen Messung bei kleinen Strömen kann der Widerstandswert des Shunts geringer ausgelegt werden. Dadurch verringern sich die Erwärmungsprobleme bei hohen Strömen. Trotzdem kann der Spannungsabfall am unteren Ende des Shunt-Messbereiches noch um ein bis zwei Größenordungen höher gehalten werden als bei ausschließlicher Nutzung eines Shunts. Die Messung ist daher erheblich störsicherer und erfordert einen geringeren elektronischen Aufwand.
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Obwohl diese Lösung schon erheblich günstiger erscheint als die vorher geschilderten, benötigt sie neben dem magnetischen Messsystem einen speziellen Shunt, der für Ströme bis zu 1000 A oder mehr geeignet sein muss. Solche Shunts sind mit aufwändigen Verbindungsverfahren in einen Strombügel integriert und daher auch nicht besonders kostengünstig. Der Strombügel muss mit Schraub- oder Schweißverbindungen in den Stromkreis eingefügt werden. Die Nutzung eines vorhandenen Leiterstückes, wodurch zusätzliche Verbindungen im Stromkreis vermieden würden, ist nicht möglich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Messanordnung und ein Messverfahren zum Messen von Strömen mit großem Dynamikbereich und insbesondere zur Erfassung des Batteriestromes eines Kraftfahrzeuges unter Erfüllung der vorgenannten Anforderungen anzugeben, bei denen die beschriebenen Nachteile nicht auftreten.
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Die Aufgabe wird durch ein Messverfahren gemäß Patentanspruch 1 und eine Messanordnung gemäß Patentanspruch 7 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Vorteil der Erfindung ist es, dass nur ein einziges Messelement benötigt wird, dass der Stromsensor zur Durchführung des Verfahrens äußerst kostengünstig herzustellen ist und dass dieser sehr flexibel bezüglich der Einbindung in den Stromkreis ist.
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Der Erfindung geht dabei von folgenden Überlegungen aus:
- a) Die genaueste und störsicherste Messmethode ist der Kompensationsstromsensor gemäß 1. Außerdem ist dieser Stromsensor sehr kostengünstig herstellbar und durch den teilbaren Magnetkern flexibel auf Stromleitern unterschiedlicher Form montierbar. Er wäre also die ideale Lösung, wenn sich die untere Messbereichsgrenze deutlich unter die durch die Remanenz des Magnetkernes bedingten 100 mA absenken ließe.
- b) Im Niederstrombereich ist die Anforderung an die zeitliche Auflösung der Messung sehr gering, da im Wesentlichen integrale Stromflüsse über sehr lange Zeiten zu erfassen sind. Bandbreiten von weit unter 1 Hz sind daher ohne weiteres akzeptabel.
- c) In einem eigenständigen Messmodul wird schon alleine fur die Bedienung der digitalen Schnittstelle (CAN-Bus) ein einfacher Microprozessor zur Verfügung stehen. Dieser Microprozessor kann dann, ohne dass dadurch weitere Kosten verursacht werden, für einfache Steuer- und Rechenaufgaben im Zusammenhang mit der Strommessung genutzt werden. Bei einer in ein Steuergerät integrierten Lösung stellen solche Aufgaben erst recht kein Problem dar.
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Das erfindungsgemäße Messverfahren zum Messen von Strömen mit großem Dynamikbereich bedient sich eines magnetischen Messmoduls, das einen Magnetkern mit mindestens einer ihn umgebenden Kompensationsspule, einem Luftspalt und einer Kernöffnung aufweist. Dabei ist in dem Luftspalt eine Magnetfeldsonde angeordnet und ein den zu messenden Strom leitender Primärleiter durch die Öffnung des Magnetkernes geführt. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
- – bei Überschreiten eines Stromschwellenwertes Umschalten in einem Hochstrom-Modus und bei Unterschreiten eines Stromschwellenwertes Umschalten in einen Niederstrom-Modus, wobei der Niederstrom-Modus die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
- – Anlegen eines ersten Stromimpulses an die Kompensationsspule, der den Magnetkern in eine erste Richtung bis in die magnetische Sättigung treibt;
- – Messen eines ersten Primärstromwertes I1 nach Abschalten des Stromimpulses,
- – Anlegen eines zweiten Stromimpulses an die Kompensationsspule, der den Magnetkern in eine entgegengesetzte, zweite Richtung bis in die magnetische Sättigung treibt,
- – Messen eines zweiten Primärstromwertes I2 nach Abschalten des zweiten Stromimpulses
- – Ermitteln des korrigierten Primarstromwertes als Mittelwert I = (I1 + I2)/2 aus dem ersten und dem zweiten Primarstromwert I1, I2.
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Zusätzlich zu der Strommessung mit dem magnetischen Modul kann der Spannungsabfall zwischen beabstandeten Stellen des Primärstromleiters als Maß für den durch ihn fließenden Strom gemessen und ausgewertet werden.
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Vorzugsweise wird dabei die Strommessung mittels Messung des Spannungsabfalls während des Betriebs unterhalb des Stromschwellenwertes durch die Strommessung mit dem magnetischen Modul kalibriert.
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Alternativ oder zusätzlich kann auch die Temperatur des Primärleiters gemessen und die Strommessung durch Messung des Spannungsabfalls mittels der Temperaturmessung korrigiert werden.
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Schließlich kann der Hochstrom-Modus eine Strommessung nach dem Kompensationsprinzip und/oder eine Strommessung nach dem Prinzip der Spannungsmessung über einem Shunt-Widerstand umfassen.
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Die erfindungsgemäße Messvorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst ein magnetisches Messmodul, das einen Magnetkern mit mindestens einer ihn umgebenden Kompensationsspule, einem Luftspalt und einer Kernöffnung aufweist, wobei in dem Luftspalt eine Magnetfeldsonde angeordnet ist und ein den zu messenden Strom leitender Primärleiter durch die Öffnung des Magnetkernes geführt ist. Des Weiteren ist eine Ansteuer- und Auswerteschaltung vorgesehen, die bei Überschreiten eines Stromschwellenwertes in einem Hochstrom-Modus und bei Unterschreiten eines Stromschwellenwertes in einen Niederstrom-Modus umschaltet, wobei der Niederstrom-Modus die oben näher beschriebenen Verfahrensschritte umfasst.
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Bei der erfindungsgemäßen Messvorrichtung kann der Primärstromleiter in gewissen Abständen Kontakte aufweisen, an denen zusätzlich zu der Strommessung mit dem magnetischen Modul der Spannungsabfall an dem Primärstromleiter gemessen wird.
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Die Strommessung über den Spannungsabfall kann dabei der Strommessung mit dem magnetischen Modul kalibriert werden.
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Weiterhin kann eine Einrichtung zur Temperaturmessung vorgesehen sein, wobei die Strommessung durch Messung des Spannungsabfalls mittels der Temperaturmessung korrigiert wird.
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Zudem kann das magnetische Modul neben der ersten Kompensationsspule eine zweite Kompensationsspule aufweisen, die zur ersten Kompensationsspule in Reihe geschaltet ist und an anderer Stelle als die erste Kompensationsspule auf den Magnetkern gewickelt ist.
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Die Magnetfeldsonde kann aus einem bewickelten Kern aus weichmagnetischem nanokristallinen oder amorphen Metall bestehen.
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Bevorzugt weist schließlich die Ansteuer- und Auswerteschaltung, die zumindest zwischen Magnetfeldsonde und Kompensationsspule geschaltet ist, einen Microprozessor auf.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigt:
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1 den typischen Aufbau eines Kompensations-Stromsensors nach dem Stand der Technik,
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2 typische Fehlerkurven von Stromsensoren nach 1 unter der Voraussetzung, dass die Magnetfeldsonde keinen Offset aufweist,
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3 den Aufbau eines zweistufigen Stromsensors zur Batteriestrommessung nach dem Stand der Technik,
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4 den Aufbau eines zweistufigen Stromsensors zur Batteriestrommessung nach dem Stand der Technik,
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5 ein Messmodul und ein Messverfahren für den Niederstrombereich gemäß der Erfindung,
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6 Messergebnisse an einem Messmodul nach 1 mit dem erfindungsgemäßen Messverfahren,
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7 ein Messmodul mit zwei Kompensationsspulen und ein entsprechendes Messverfahren für den Niederstrombereich gemäß der Erfindung,
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8 Messmodul mit zwei Kompensationsspulen sowie einem Spannungsabgriff am Primärleiter und ein entsprechendes Messverfahren für den Niederstrombereich gemäß der Erfindung.
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Die Erfindung geht nach 5 von der Nutzung eines Kompensationsstromsensors aus, der oberhalb einer Grenze von z. B. 1 A in seiner ganz normalen Betriebsart arbeitet. Sinkt der zu gemessene Strom unter diese Grenze, schaltet die Auswerteelektronik in einen Niederstrom-Modus. In diesem Modus wird jeder Messpunkt durch folgende in 5 schematisch dargestellte Sequenz ermittelt:
- a) Das Messverfahren startet im Punkt A bei einem zufälligen Offset-Wert, der von der Vorgeschichte des Sensors bzw. Magnetkerns abhängt;
- b) Es folgt das Anlegen eines ersten Strompulses an die Kompensationsspule 3, der den Magnetkern über einen Wert B hinaus in eine Richtung bis in die magnetische Sättigung treibt;
- c) Dann erfolgt das Messen eines ersten Primärstromwertes I1 nach Abschalten des Stromimpulses;
- d) Es folgt das Anlegen eines zweiten Strompulses an die Kompensationsspule 3, der den Magnetkern über einen Wert C hinaus in die entgegengesetzte Richtung bis in die magnetische Sättigung treibt;
- e) Es folgt das Messen eines zweiten Primärstromwertes I2 nach Abschalten des zweiten Stromimpulses;
- f) Schließlich erfolgt das Ermitteln des korrigierten Primärstromwertes als Mittelwert aus dem ersten und dem zweiten Primärstromwert I = (I1 + I2)/2.
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Die Wirkungsweise dieser Methode wird bei Betrachten der Fehlerkurve in 2 offensichtlich. Die Hysteresekurve ist symmetrisch. D. h. der durch die Remanenz des Magnetkernes vorgetäuschte zusätzliche Stromwert wird, wenn der Kern vor Aufnahme des Messwertes in der positiven Sättigung war, betragsmäßig genauso groß sein, wie in dem Fall, wenn der Kern vor Aufnahme des Messwertes in der negativen Sättigung war. Der Mittelwert ergibt also den wahren Stromwert.
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Erste Messergebnisse an einem Messmodul gemäß 5 mit dem erfindungsgemäßen Algorithmus sind in 6 dargestellt. Ohne weitere Optimierungen kann die untere Messbereichsgrenze hier bereits auf ca. 15 mA abgesenkt werden. Dies ist für manche Anwendungen bereits ausreichend.
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Die Ursache für den auch nach diesem Verfahren noch übrig bleibenden scheinbaren Stromwert von 10 bis 15 mA ist, dass der Kern den in der Kompensationsspule eingespeisten Magnetfluss nicht beliebig gut führen kann, sondern Streufluss verliert. Sättigungseffekte treten zunächst in den spulennahen Bereichen des Kernes auf. Insbesondere die der Spule gegenüberliegenden Bereiche des Kerns werden nicht vollständig von dem Impuls erreicht und damit nicht vollständig gesättigt. Der Kern behält in diesen nicht vollständig gesättigten Bereichen sein Gedächtnis an die Vorgeschichte.
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Abhilfe bringt in Weiterbildung der Erfindung eine Anordnung gemäß 7 mit einer zweiten Kompensationsspule 3a, die mit der ersten Kompensationsspule 3, unter der sich die Magnetfeldsonde 2 befindet, hintereinander geschaltet ist. Beide Spulen werden also gleichsinnig vom Kompensationsstrom durchflossen. Dadurch gelingt es den Kern durch den Stromimpuls gleichmäßiger in die Sättigung zu treiben und die Wirkung des oben beschriebenen Messverfahrens wird optimiert.
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Die Anordnung nach 7 mit 2 Kompensationsspulen hat noch einen weiteren Vorteil: Der Messbereich des Sensors nach 5 ist bei Verwendung sehr einfacher und kostengünstiger Komponenten auf ca. 100 A begrenzt. Daruber beginnt der Magnetkern, ebenfalls durch Streuflusseffekte, teilweise zu sättigen, wodurch die Messcharakteristik stark nichtlinear wird.
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Dieser Effekt wird ebenfalls durch die zweite Kompensationsspule vermieden, so dass der Messbereich auf fast das Doppelte des Messbereiches eines Sensors mit nur einer Kompensationsspule und sonst gleichen Komponenten ausgedehnt werden kann.
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Ein solcher Stromsensor kann zwar durch entsprechende Dimensionierung der Komponenten auf einen Messbereich von 400 bis 600 A oder auch noch darüber hinaus ausgelegt werden, jedoch ist dies aus Kostengründen und wegen der damit steigenden Baugröße nicht sinnvoll. Die Komponenten müssten sehr massiv und aufwändig ausgelegt werden. Außerdem müsste die Auswerteelektronik sehr hohe Kompensationsströme treiben, was auch auf der Elektronikseite Kosten verursacht. Als sinnvoller Messbereich wird daher im Weiteren für einen Sensor mit einer Kompensationsspule 100 bis 130 A und für einen mit zwei Kompensationsspulen ca. 200 A angesehen.
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Ströme oberhalb dieser Messbereiche müssen meist nur mit geringerer Genauigkeit erfasst werden. Dazu eignet sich eine Messung des Spannungsabfalles direkt am Primärleiter, der im Wesentlichen aus Kupfer bestehen wird. Bei solch hohen Strömen ist der Spannungsabfall über 1 bis 2 cm am Kupferbügel bereits so hoch, dass er ohne Probleme ausgewertet werden kann.
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Da die Geometrie des Kupferbügels und der Kontaktierung gewissen Toleranzen unterworfen sein wird und normales Kupfer eine sehr hohe Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes von ca. 40% auf 100° Temperaturdifferenz aufweist, muss diese Messung kalibriert werden. Dies kann während der Messung mit dem magnetischen Sensor innerhalb dessen Messbereiches durch Vergleich der Werte des Stromsensors mit den aus der Messung des Spannungsabfalls ermittelten Werten geschehen. Die hier geschilderten Kompensations Stromsensoren sind so schnell, dass selbst bei schnellem Stromanstieg beim Startvorgang genügend Zeit für einen solchen Kalibriervorgang bleibt.
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Eine zusätzliche oder alternative Kalibrierung der Messung des Spannungsabfalls am Primärstromleiter ist mit Hilfe einer Temperaturmessung möglich. Die Temperatur ist ebenfalls eine wichtige Messgröße zur Ermittlung der Batterieparameter. Die Temperaturmessung wird daher bei vielen Messmodulen ebenfalls integriert sein. Der gemessene Temperaturwert kann zur Korrektur des Spannungsabfalls am Strombügel genutzt werden, um den wahren Stromwert zu ermitteln.
