DE10357524B4 - Strommesseinrichtung - Google Patents

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Abstract

Strommesseinrichtung zum Einbau in eine stromführende Leitung (6), insbesondere bei einem Kraftfahrzeug,
– mit einem Plus-Anschluss (7), an den eine Plus-Seite (9) der Leitung (6) anschließbar ist,
– mit einem Minus-Anschluss (8), an den eine Minus-Seite (10) der Leitung (6) anschließbar ist,
– mit einem Messwiderstand (11), über den die beiden Anschlüsse (7, 8) miteinander elektrisch verbunden sind, derart, dass ein durch die Leitung (6) fließender Strom durch den Messwiderstand (11) fließt,
dadurch gekennzeichnet,
– dass eine Mess- und Auswerteinrichtung (12) vorgesehen ist, die den durch den Messwiderstand (11) fließenden Strom misst und damit korrelierende Stromsignale generiert und diese an wenigstens einer externen Schnittstelle (18) bereitstellt,
– dass eine Spannungsversorgungseinrichtung (13) vorgesehen ist, die einen externen Gleichspannungseingang (14) und einen internen Gleichspannungsaungang (15) aufweist,
– dass der Gleichspannungseingang (14) an eine Spannungsquelle anschließbar ist, deren Quellspannung größer oder kleiner ist als eine...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strommesseinrichtung zum Einbau in eine stromführende Leitung, insbesondere bei einem Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • Moderne Kraftfahrzeuge sind mit einer Vielzahl von elektrischen oder elektronischen Hilfsaggregaten und insbesondere mit einer Vielzahl von Steuergeräten ausgestattet. Diese Stromverbraucher sind dabei an ein Bordnetz des Fahrzeugs angeschlossen, das von wenigstens einer Fahrzeugbatterie gespeist wird. Bei stehendem Fahrzeug bzw. bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine ist es von entscheidender Bedeutung, dass der Stromverbrauch in diesem Ruhezustand möglichst niedrig ist, um eine Entladung der Fahrzeugbatterie zu vermeiden. Um den Stromfluss innerhalb des Bordnetzes zu überwachen, können Strommesseinrichtungen der eingangs genannten Art verwendet werden.
  • Bei Kraftfahrzeugen ist dabei problematisch, dass die unterschiedlichen Verbraucher des Bordnetzes stark unterschiedliche Ströme benötigen, beispielsweise benötigt eine Quarzuhr einen Strom im Milliampere-Bereich, während der Starter einen Strom im Kiloampere-Bereich zieht.
  • Ein weiteres Problem wird darin gesehen, dass eine Messeinrichtung, die einen derartig großen Strombereich mit hoher Genauigkeit messen soll, Messspannungen im Sub-mV-Bereich zuverlässig, d.h. ohne signifikante Drift- und Offsetfehler, reproduzierbar zu erfassen in der Lage sein muss.
  • Hierfür können nach heutigem Stand der Technik für die breite industrielle Anwendung nur Schaltungsschemata verwendet werden, die direkt eine vom zu messenden Strom an einem Messwiderstand hervorgerufene Messspannung ohne weitere Signalumsetzungen in einen weiterverarbeitbaren Datenwert umsetzen.
  • Vorhandene Schaltungsvorschläge sind typischerweise auf eine bestimmte Anwendung bzw. einen konkreten Einbauort zugeschnitten. Dies bedeutet, dass bei veränderten Bedingungen, z.B. des Einbauorts, üblicherweise Anpassungen notwendig sind die insbesondere den Bereich Spannungsversorgung betreffen, vor allem wenn die Spannungsversorgungsanschlüsse der Messeinrichtung eine galvanische Verbindung zu den Messanschlüssen aufweisen. Solche Anpassungen sind zeitaufwändig und fehlerträchtig und geeignet, zu Messwertfälschungen zu führen.
  • Ist beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eine Messeinrichtung an den Minus-Pol der Batterie angeschlossen, so lässt sich diese auch direkt vom Plus-Pol derselben Batterie aus speisen. Soll dieselbe Messeinrichtung am Plus-Pol der Batterie betrieben werden, so ist für die Spannungsversorgung eine separate Batterie oder ein zusätzliches Netzteil notwendig.
  • Eine Strommesseinrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE 196 23 441 C2 bekannt und umfasst einen Messwiderstand, an dem ein Spannungssignal abgegriffen werden kann. Die abgegriffene Spannung wird dabei verstärkt und als Messsignal an eine Auswerte- oder Verarbeitungsschaltung weitergegeben. Die bekannte Strommesseinrichtung arbeitet dabei mit einem externen, bekannten Referenzwiderstand, um mit dessen Hilfe Fertigungstoleranzen bei der Herstellung von Widerständen in integrierten Schaltungen automatisch auszugleichen.
  • Desweiteren ist aus der DE 100 60 490 A1 eine Strommesseinrichtung bekannt, der eine gemeinsame Auswerteeinheit, die vorzugsweise als Mikrocontroller ausgestaltet ist, nachgeschaltet ist. Diese Strommesseinrichtung arbeitet mit wenigstens zwei Strommesssensoren, von denen zumindest einer potentialfrei geschaltet ist.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Strommesseinrichtung der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere hinsichtlich ihres Einbauorts eine erhöhte Flexibilität besitzt.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Strommesseinrichtung mit einer Spannungsversorgungseinrichtung auszustatten, die aus einer extern zugeführten Quellspannung eine für den Betrieb der Strommesseinrichtung erforderliche Betriebsspannung generiert und diese intern der Strommesseinrichtung potentialfrei bereitstellt. Durch die potentialfrei bereitgestellte Betriebsspannung ist die Strommesseinrichtung unabhängig von dem Potential, das in der auszumessenden Leitung herrscht, stets in der Lage, Ströme aufgrund kleiner Spannungsänderungen zu messen. Mit Bezug auf ein Fahrzeug bedeutet dies, dass die erfindungsgemäße Strommesseinrichtung an einer beliebigen Stelle innerhalb des Bordnetzes in den vom Plus-Pol der Fahrzeugbatterie bis zu deren Minus-Pol führenden Strompfad eingebaut werden kann. Die potentialfrei bereitgestellte Betriebsspannung gewährleistet für jede Position innerhalb des Strompfades die benötigte Stromversorgung der elektrischen Komponenten der Strommesseinrichtung. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Strommesseinrichtung auch in eine Verbindungsleitung eingebaut werden, welche die beiden 12-V-Batterien eines 24-V-Bordnetzes miteinander verbindet.
  • Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Stromversorgungseinrichtung einen potentialgetrennten Gleichspannungswandler mit weitem Eingangsspannungsbereich und geregelter Ausgangsspannung aufweisen, der an einen externen Gleichspannungseingang der Stromversorgungseinrichtung angeschlossen ist.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Bauteile beziehen.
  • Es zeigen, jeweils schematisch,
  • 1 eine schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Strommesseinrichtung nach der Erfindung,
  • 2 eine schaltplanartige Prinzipdarstellung unterschiedlicher Einbausituationen für die Strommesseinrichtung.
  • Entsprechend 1 umfasst eine erfindungsgemäße Strommesseinrichtung 1 ein durch eine unterbrochene Linie angedeutetes Gehäuse 2, in dem sämtliche elektronischen Komponenten der Strommesseinrichtung 1 untergebracht sind. Vorzugsweise bildet das Gehäuse einen Spritzwasserschutz für die elektronischen Komponenten. Insbesondere ist das Gehäuse 2 durch einen Kunststoffblock gebildet, in den die einzelnen elektronischen Komponenten eingegossen sind. Von diesem Gehäuse 2 geht ein Kabel 3 aus, an dessen Ende ein Stecker 4 angeordnet ist, der mehrere Pins 5 aufweist. Das Kabel 3 ist mehradrig und die Pins 5 sind den einzelnen Adern des Kabels 3 zugeordnet.
  • Die Strommesseinrichtung 1 dient zum Einbau in eine stromführende Leitung 6, die hier lediglich durch Pfeile symbolisch angedeutet ist. Hierzu besitzt die Strommesseinrich tung 1 einen Plus-Anschluss 7 sowie einen Minus-Anschluss 8. An den Plus-Anschluss 7 ist im Einbauzustand der Strommesseinrichtung 1 eine Plus-Seite 9 der Leitung 6 angeschlossen. In entsprechender Weise ist an den Minus-Anschluss 8 eine Minus-Seite 10 der Leitung 6 angeschlossen. Die beiden Anschlüsse 7 und 8 sind über einen Messwiderstand 11 elektrisch leitend miteinander verbunden. Dementsprechend erfolgt der Einbau der Strommesseinrichtung 1 in die Leitung 6 so, dass der in der Leitung 6 geführte Strom durch den Messwiderstand 11 fließt.
  • Die Strommesseinrichtung 1 umfasst nun außerdem eine Mess- und Auswerteeinrichtung 12, die anhand des Spannungsabfalls am Messwiderstand 11 den in der Leitung 6 fließenden Strom ermittelt.
  • Bei einer bevorzugten Anwendung kann die Strommesseinrichtung 1 so ausgestaltet sein, dass sie in ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs eingebaut werden kann. Dabei ist die stromführende Leitung 6 dann durch ein Hauptstromkabel gebildet, das zweckmäßig unmittelbar in der Nähe einer Fahrzeugbatterie mit einem Pol dieser Batterie verbunden ist. Beispielsweise kann einer der Anschlüsse 7 und 8 der Strommesseinrichtung 1 direkt mit einer Batterie-Polklemme verbunden oder mit einer solchen ausgestattet sein, die dann an den jeweiligen Pol der Batterie angeschlossen ist. Bei einer derartigen Anwendungsform können in der Leitung 6 relativ große Ströme fließen, z.B. beim Anlassen einer Brennkraftmaschine des Fahrzeugs. Ein hierzu benötigter Anlasser zieht beispielsweise 1,5 kA. Damit der am Messwiderstand 11 auftretende Spannungsabfall, insbesondere bei größeren Strömen, keine unzulässige Spannungsabsenkung an nachgeschalteten Verbrauchern nach sich zieht, und damit auch die auftretenden Verlustleistungen im Messwiderstand 11, insbesondere bei größeren Strömen, die bauteilspezifischen Maximalwerte nicht überschreiten, ist der Messwiderstand 11 mit einem vergleichsweise kleinen Ohm'schen Widerstand versehen, der beispielsweise im Bereich von etwa 0,1 mΩ bis etwa 1 mΩ betragen kann. Des Weiteren kann der Stromfluss im Bordnetz eines Kraftfahrzeugs im Ruhezustand sehr niedrig sein, beispielsweise im mA-Bereich. Die erfindungsgemäße Strommesseinrichtung 1 muss auch diese kleinen Ströme feststellen können, um das ordnungsgemäße Funktionieren des Bordnetzes überwachen zu können. Die Mess- und Auswerteeinrichtung 12 arbeitet daher in einem relativ großen Messbereich von etwa 5 bis 7 Zehnerpotenzen. Beispielsweise kann die Strommesseinrichtung 1 Ströme von 2 mA bis 1,5 kA mit einer vergleichsweise hohen Genauigkeit ermitteln. Durch geeignete Auswahl des Messwiderstandswertes kann dieser exemplarische Messbereich in weiten Bereichen verschoben und somit die Strommesseinrichtung auf die jeweilige Applikation angepasst werden.
  • Zweckmäßig ist der Messwiderstand 11 aus einem Material hergestellt, das einen kleinen Temperaturkoeffizienten, also eine kleine Abhängigkeit des Ohm'schen Widerstandes von der Temperatur aufweist. Beispielsweise besitzt das verwendete Material des Messwiderstands 11 einen Temperaturkoeffizienten von etwa 1% Widerstandsänderung innerhalb eines Tempera turbereichs von etwa 0°C bis etwa 70°C. Durch die Verwendung eines derartigen Werkstoffs kann für die Strommessung eine relativ hohe Genauigkeit auch bei kleinen Strömen erreicht werden. Ein für den Messwiderstand 11 geeigneter Werkstoff kann beispielsweise der Homepage der Firma Isabellenhütte (www.isabellenhuette.de) entnommen werden.
  • Die Strommesseinrichtung 1 ist außerdem mit einer Spannungsversorgungseinrichtung 13 ausgestattet, die ebenfalls im Gehäuse 2 untergebracht ist. Diese Spannungsversorgungseinrichtung 13 besitzt einen externen Gleichspannungseingang 14 mit einem Plus-Pol 14+ und einem Minus-Pol 14 . Des Weiteren weist die Spannungsversorgungseinrichtung 13 einen internen Gleichspannungsaisgang 15 auf, der ebenfalls einen Plus-Pol 15+ sowie einen Minus-Pol 15 besitzt. Der Gleichspannungseingang 14 ist über das Kabel 3 aus dem Gehäuse 2 herausgeführt. Dementsprechend dienen zwei Pins 5 des Steckers 4 zur Spannungsversorgung der Strommesseinrichtung 1, wobei der eine Pin 5 mit dem Plus-Pol 14+ des Gleichspannungseingangs 14 verbunden ist, während der andere Pin 5 mit dem Minus-Pol 14 verbunden ist. Über den externen Gleichspannungseingang 14 kann die Strommesseinrichtung 1 an eine externe Spannungsquelle angeschlossen werden, die in der Regel eine Quellspannung aufweist, die größer ist als eine Betriebsspannung, welche die elektronischen Komponenten der Strommesseinrichtung 1, also die Mess- und Auswerteeinrichtung 12, für ihren ordnungsgemäßen Betrieb benötigt. Die Spannungsquelle ist bei einer Anwendung im Fahrzeug zweckmäßig die Fahrzeugbatterie. Dementsprechend beträgt die Quellspan nung beispielsweise 12 V bei einem Personenkraftwagen oder 24 V bei einem Lastkraftwagen. Im Unterschied dazu beträgt die Betriebsspannung bei elektronischen Einrichtungen regelmäßig etwa 5 V.
  • Erfindungsgemäß ist nun die Spannungsversorgungseinrichtung 13 so ausgestaltet, dass sie die am Gleichspannungseingang 14 anliegende Quellspannung auf die gewünschte Betriebsspannung umwandelt und diese potentialfrei am Gleichspannungsausgang 15 bereitstellt. Die Mess- und Auswerteeinrichtung 12 ist nun intern an den Gleichspannungsausgang 15 angeschlossen. Da dies potentialfrei erfolgt, kann die Mess- und Auswerteeinrichtung 12 stets ordnungsgemäß arbeiten, unabhängig davon, auf welchem Potential der Leiter 6 liegt, in den der Messwiderstand 11 eingebunden ist. Die Unabhängigkeit vom Potential der Leitung 6 wird unter anderem auch dadurch erreicht, dass ein Bezugs-Potential 16 der Mess- und Auswerteeinrichtung 12 mit dem Minus-Pol 15 des Gleichspannungsausgangs 15 verbunden ist. Dieses Bezugs-Potential 16 ist an den Minus-Anschluss 8 angeschlossen. Auf diese Weise wird erreicht, dass die am Gleichspannungsausgang 15 bereitgestellte Potentialdifferenz automatisch auf das Potential der Leitung 6 bzw. auf das Potential des Bezugs-Potentials 16 aufgeschaltet wird. Dementsprechend steht die Potentialdifferenz des Gleichspannungsausgangs 15 der gesamten Mess- und Auswerteeinrichtung 12 zur Spannungsversorgung zur Verfügung. Folglich ist der Plus-Pol 15+ des Gleichspannungsausgangs 15 an ein Plus-Potential 17 der Mess- und Auswerteeinrichtung 12 angeschlossen, über das die einzelnen elek tronischen Komponenten der Mess- und Auswerteeinrichtung 12 mit der Betriebsspannung versorgt werden.
  • Die Mess- und Auswerteeinrichtung 12 kann den durch den Messwiderstand 11 fließenden Strom messen und damit korrelierende Stromsignale generieren. Diese Stromsignale werden dann an wenigstens einer externen Schnittstelle 18 bereitgestellt. Die jeweilige Schnittstelle 18, in der Darstellung gemäß 1 sind zwei solche externen Schnittstellen 18 dargestellt, werden über das Kabel 3 aus dem Gehäuse 2 herausgeführt und den Pins 5 des Steckers 4 zugeordnet.
  • Bei der hier gezeigten bevorzugten Ausführungsform umfasst die Mess- und Auswerteeinrichtung 12 eine Messwerterfassungseinrichtung 19 sowie eine Steuereinrichtung 20, die auf geeignete Weise miteinander kommunizieren, was durch einen Doppelpfeil symbolisiert ist. Die Messwerterfassungseinrichtung 19 und die Steuereinrichtung 20 sind jeweils in Form einer integrierten Schaltung realisiert und können beispielsweise auf einer gemeinsamen Platine angeordnet sein.
  • Die Messwerterfassungseinrichtung 19 ist an das Bezugs-Potential 16 sowie an das Plus-Potential 17 der Mess- und Auswerteeinrichtung 12 angeschlossen und dementsprechend potentialfrei mit der Betriebsspannung versorgt. Die Messwerterfassungseinrichtung 19 weist zumindest zwei Eingänge auf. Im vorliegenden Fall sind vier Eingänge vorgesehen, nämlich ein erster Eingang 22, ein zweiter Eingang 23, ein dritter Eingang 24 sowie ein vierter Eingang 25. Der erste Eingang 22 ist an den Plus-Anschluss 7 angeschlossen und befindet sich somit auf der einen Seite des Messwiderstands 11 in der Leitung 6. Im Unterschied dazu ist der zweite Eingang 23 an den Minus-Anschluss 8 angeschlossen und befindet sich somit auf der anderen Seite des Messwiderstands 11 in der Leitung 6. Die Messwerterfassungseinrichtung 19 enthält nun nicht näher dargestellte integrierte Schaltkreise, welche aus der Spannungsdifferenz zwischen erstem Eingang 22 und zweitem Eingang 23 den Strom in der Leitung 6 ermitteln können und damit korrelierende Stromwerte bzw. Stromsignale generieren können. Des Weiteren kann die Messwerterfassungseinrichtung 19 über ihren dritten Eingang 24 ein Signal erhalten, das z. B. mit einer von der Strommesseinrichtung 1 außerdem zu messenden Spannung, z.B. der Batteriespannung, korreliert. Des Weiteren kann die Messwerterfassungseinrichtung 19 über ihren vierten Eingang 25 ein weiteres Signal erhalten, das beispielsweise mit einer ebenfalls von der Strommesseinrichtung 1 zusätzlich zu messenden Temperatur, z.B. der Motorraumtemperatur, korreliert. Grundsätzlich können auch beliebige andere Signale über den dritten Eingang 24 oder vierten Eingang 25 oder über einen weiteren Eingang der Messwerterfassungseinrichtung 19 zugeführt werden, wobei diese Signale mit einer anderen zu messenden physikalischen Größe korrelieren; vorstellbar ist z.B. auch ein Druck oder eine Dehnung. Die Messwerterfassungseinrichtung 19 kann dann in Abhängigkeit der eingehenden Signale damit korrelierende Werte generieren.
  • Zweckmäßig handelt es sich bei der Messwerterfassungseinrichtung 19 um einen anwenderspezifisch programmierbaren integrierten Schaltkreis, der in der Regel als ASIC bezeichnet wird. Ein derartiger Asic 19, der für die Strommessung am Messwiderstand 11 besonders geeignet ist, ist beispielsweise von der Homepage der Firma Isabellenhütte (www.isabellenhuette.de) bekannt.
  • Die Steuereinrichtung 20 umfasst zweckmäßig zumindest einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller oder dergleichen und ist zu ihrer Spannungsversorgung ebenfalls an das Plus-Potential 17 und an das Bezugs-Potential 16 der Mess- und Auswerteeinrichtung 12 angeschlossen. Die Steuereinrichtung 20 kommuniziert mit der Messwerterfassungseinrichtung 19 und ist so ausgestaltet, dass sie die von der Messwerterfassungseinrichtung 19 generierten Werte, insbesondere die Stromwerte, auslesen kann und in geeigneter Weise an der jeweiligen Schnittstelle 18 bereitstellen kann. Die Steuereinrichtung 20 bzw. ihr Mikrocontroller ist programmierbar, was über die jeweilige Schnittstelle 18 durchführbar ist. Des Weiteren kann über die Steuereinrichtung 20 auch die Messwerterfassungseinrichtung 19 programmiert werden.
  • Zweckmäßig ist die Steuereinrichtung 20 so ausgestaltet, dass sie die aus der Messwerterfassungseinrichtung 19 ausgelesenen Werte in zumindest ein Standard-Datenformat formatiert und die formatierten Werte an der zugehörigen Schnittstelle 18 bereitstellt, die dann als Standard-Schnittstelle 18 ausgebildet werden kann. Beispielsweise kann die eine ge zeigte Schnittstelle 18 eine serielle Schnittstelle 26 sein, während die andere Schnittstelle 18 eine Feldbusschnittstelle 27 ist. Bei der seriellen Schnittstelle 26 handelt es sich beispielsweise um eine RS232-Schnittstelle. Die Feldbusschnittstelle kann beispielsweise als CAN-Bus-Schnittstelle oder als Profi-Bus-Schnittstelle ausgestaltet sein. Folglich enthält die Steuereinrichtung die für die jeweilige Standard-Schnittstelle 26, 27 benötigten Treiber. Die Formatierung der ausgelesenen Werte für Standard-Schnittstellen 26, 27 vereinfacht die Kommunikation mit externen Datenverarbeitungssystemen, wie z.B. mit einem Motorsteuergerät oder allgemeinen mit einem Managementsystem zur Koordinierung des Bordnetzes.
  • Eine Besonderheit wird hierbei auch darin gesehen, dass die wenigstens zwei unterschiedlichen Standard-Schnittstellen 26, 27 durch eine geeignete Belegung der Pins 5 an dem einzigen Stecker 4 des Kabels 3 realisiert werden. Hierdurch kann mit Hilfe eines geeigneten Adapters die Strommesseinrichtung 1 auf besonders einfache Weise an das jeweils gewünschte Datenverarbeitungssystem angeschlossen werden, ohne dass hierzu aufwändige Umbauten erforderlich sind.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Mess- und Auswerteeinrichtung 12 bzw. die Steuereinrichtung 20 die Feldbus-Schnittstelle 27 potentialfrei bzw. mit getrennten Potentialen ansteuern. Auf diese Weise kann die Strommesseinrichtung 1 besonders einfach an Datenverarbei tungssysteme angeschlossen werden, die auf einem anderen Potentialniveau arbeiten als die Strommesseinrichtung 1.
  • Die Steuereinrichtung 20 besitzt außerdem zumindest einen Steuereingang 28, dem über das Kabel 3 ein Pin 5 zugeordnet ist. Über diesen Steuereingang 28 kann das Bereitstellen der ausgelesenen Werte an der oder an den externen Schnittstellen 18 aktiviert und deaktiviert werden. Auf diese Weise kann die Strommesseinrichtung 1 über das jeweilige Datenverarbeitungssystem gezielt so angesteuert werden, dass es nur dann Messwerte liefert, wenn diese auch verarbeitet werden können bzw. wenn diese benötigt werden. Auf diese Weise können beispielsweise Speichervolumen, Rechnerkapazität und Strom gespart werden. Die Steuereinrichtung 20 kann über den Steuereingang 28 beispielsweise statusgesteuert (LOW-HIGH oder EIN-AUS) oder flankengesteuert (ansteigende Flanke oder absteigende Flanke) sein.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Messwerterfassungseinrichtung 19 so ausgestaltet, dass innerhalb des gesamten erfassbaren Messbereichs mehrere Teilbereiche differenziert werden können, die mit einer unterschiedlichen-Messwertauflösung arbeiten. Die Steuereinrichtung 20 kann nun in Abhängigkeit des gemessenen Stroms zwischen den einzelnen Teilmessbereichen umschalten, um so stets eine möglichst optimale Auflösung, also Genauigkeit für die Stromsignale zu erhalten.
  • Üblicherweise umfasst die Stromversorgungseinrichtung 13 einen nicht näher dargestellten potentialgetrennten Gleichspannungswandler, der vorzugsweise einen weiten Eingansspannungsbereich aufweist und insbesondere eine geregelte Ausgansspannung besitzt.
  • Durch die integrale Bauweise der Strommesseinrichtung 1, bei der die elektronischen Komponenten im Gehäuse 2 untergebracht sind, baut die Strommesseinrichtung 1 sehr kompakt und bildet dementsprechend eine kompakte Einheit. Eine derartige Einheit kann besonders einfach und raumsparend in die jeweilige Leitung 6 eingebaut werden. Durch die erfindungsgemäße potentialfreie Betriebsspannung ist es dabei möglich, die Strommesseinrichtung 1 quasi an einer beliebigen Stelle innerhalb der Leitung 6 anzuordnen, so dass der Einbauort der Strommesseinrichtung 1 eine hohe Variabilität aufweist und an individuelle Bauraumsituationen angepasst werden kann.
  • 2 zeigt exemplarisch drei verschiedene Einbausituationen für die erfindungsgemäße Strommesseinrichtung 1, wobei die alternativen Einbausituationen mit I, II und III angedeutet sind. Beispielsweise handelt es sich bei der Leitung 6 um ein Hauptstromkabel eines Bordnetzes 29 eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Nutzfahrzeugs. Das Bordnetz 29 besitzt hier zwei in Reihe geschaltete Batterien 31 und 32 und ist somit als 24-Volt-Bordnetz ausgebildet.
  • Gemäß der ersten Einbausituation I kann die Strommesseinrichtung 1 in unmittelbarer Nähe des Plus-Pols des Batterie paares 3132 in die Hauptstromleitung 6 des Bordnetzes 29 eingebunden sein. Die Anschlüsse 7 und 8 sowie der Messwiderstand 11 befinden sich somit auf einem Bezugspotential von +24 V, bezogen auf Fahrzeugmasse.
  • Bei der zweiten Einbausituation II ist die Strommesseinrichtung 1 in eine Verbindungsleitung 31 eingebaut, die den Plus-Pol der einen Batterie 32 mit dem Minus-Pol der anderen Batterie 31 verbindet. Folglich befindet sich das Bezugspotential für die Strommesseinrichtung 1 in diesem Fall bei +12 V, bezogen auf Fahrzeugmasse.
  • Bei der dritten Einbausituation III ist die Strommesseinrichtung 1 in unmittelbarer Nähe des Minus-Pols des Batteriepaars 3132 in der Hauptstromleitung 6 des Bordnetzes 29 angeordnet. Folglich befinden sich die Anschlüsse 7, 8 und der Messwiderstand 11 auf einem Bezugspotential von 0 V, bezogen auf Fahrzeugmasse.
  • In allen drei Einbausituationen sorgt die potentialfreie Spannungsversorgung der Strommesseinrichtung 1 dafür, dass die Strommesseinrichtung 1 jeweils mit derselben Genauigkeit ihre Messfunktion ausführen kann.

Claims (18)

  1. Strommesseinrichtung zum Einbau in eine stromführende Leitung (6), insbesondere bei einem Kraftfahrzeug, – mit einem Plus-Anschluss (7), an den eine Plus-Seite (9) der Leitung (6) anschließbar ist, – mit einem Minus-Anschluss (8), an den eine Minus-Seite (10) der Leitung (6) anschließbar ist, – mit einem Messwiderstand (11), über den die beiden Anschlüsse (7, 8) miteinander elektrisch verbunden sind, derart, dass ein durch die Leitung (6) fließender Strom durch den Messwiderstand (11) fließt, dadurch gekennzeichnet, – dass eine Mess- und Auswerteinrichtung (12) vorgesehen ist, die den durch den Messwiderstand (11) fließenden Strom misst und damit korrelierende Stromsignale generiert und diese an wenigstens einer externen Schnittstelle (18) bereitstellt, – dass eine Spannungsversorgungseinrichtung (13) vorgesehen ist, die einen externen Gleichspannungseingang (14) und einen internen Gleichspannungsaungang (15) aufweist, – dass der Gleichspannungseingang (14) an eine Spannungsquelle anschließbar ist, deren Quellspannung größer oder kleiner ist als eine für den Betrieb der Mess- und Auswerteeinrichtung (12) erforderliche Betriebsspannung, – dass die Spannungsversorgungseinrichtung (13) aus der am Gleichspannungseingang (14) anliegenden Quellspannung die Betriebsspannung generiert und diese am internen Gleichspannungsausgang (15) potentialfrei bereitstellt, an den die Mess- und Auswerteeinrichtung (12) angeschlossen ist.
  2. Strommesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgungseinrichtung (13) einen potentialgetrennten Gleichspannungswandler aufweist.
  3. Strommesseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler mit einem weiten Eingangsspannungsbereich ausgestattet ist.
  4. Strommesseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler mit geregelter Ausgangsspannung ausgestattet ist.
  5. Strommesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, – dass ein Bezugs-Potential (16) der Mess- und Auswerteeinrichtung (12) sowie der Minus-Pol (15 ) des Gleichstromausgangs (15) der Spannungsversorgungseinrichtung (13) an den Minus-Anschluss (8) angeschlossen sind, – dass der Plus-Pol (15+ ) des Gleichspannungsausgangs (15) der Spannungsversorgungseinrichtung (13) an ein Plus- Potential (17) der Mess- und Auswerteeinrichtung (12) angeschlossen ist.
  6. Strommesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Auswerteeinrichtung (12) eine Messwerterfassungseinrichtung (19) in Form einer integrierten Schaltung aufweist, die einen an den Plus-Anschluss (7) angeschlossenen ersten Eingang (22) sowie einen an den Minus-Anschluss (8) angeschlossenen zweiten Eingang (23) aufweist, die zur Erfassung zumindest von durch den Messwiderstand (11) fließenden Strömen ausgebildet ist und die zur Erzeugung von mit den erfaßten Strömen korrelierenden Stromsignale ausgebildet ist.
  7. Strommesseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Auswerteeinrichtung (12) eine Steuereinrichtung (20) in Form einer integrierten Schaltung aufweist, die zum Auslesen zumindest der Stromsignale ausgebildet und mit der Messwerterfassungseinrichtung (19) verbunden ist und die zum Bereitstellen der ausgelesenen Werte an der wenigstens einen externen Schnittstelle (18) ausgebildet ist.
  8. Strommesseinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, – dass die Messwerterfassungseinrichtung (19) zumindest über einen weiteren Eingang (24, 25) ein Signal erhält, das mit einer von der Mess- und Auswerteeinrichtung (12) zu mes senden physikalischen Größe korreliert, wobei die Messwerterfassungseinrichtung (19) zur Erfassung dieser Größe sowie zur Erzeugung von mit dieser Größe korrelierenden weiteren Werten ausgebildet ist, und/oder – dass die Steuereinrichtung (20) zum Auslesen dieser weiteren Werte ausgebildet und mit der Messwerterfassungseinrichtung (19) verbunden ist.
  9. Strommesseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) die ausgelesenen Werte in wenigstens ein Standard-Datenformat formatiert und die formatierten Werte an der wenigstens einen externen Schnittstelle (18) bereitstellt.
  10. Strommesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, – dass die Strommesseinrichtung (1) ein mehradriges Kabel (3) mit einem Stecker (4) mit mehreren, den einzelnen Adern zugeordneten Pins (5) aufweist und – dass die Mess- und Auswerteeinrichtung (12) an den Pins (5) wenigstens zwei verschiedene Standard-Schnittstellen für Datenverarbeitungssysteme realisiert.
  11. Strommesseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Standard-Schnittstellen wenigstens eine serielle Schnittstelle (26) sowie eine Feldbus-Schnittstelle (27) sind.
  12. Strommesseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Auswerteeinrichtung (12) die Feldbus-Schnittstelle (27) potentialfrei ansteuert.
  13. Strommesseinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Pins (5) mit dem externen Gleichspannungseingang (14) der Spannungsversorgungseinrichtung (13) verbunden sind.
  14. Strommesseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) wenigstens einen Steuereingang (28) aufweist, über den das Bereitstellen der ausgelesenen Werte an der wenigstens externen Schnittstelle (18) aktivierbar und deaktivierbar ist.
  15. Strommesseinrichtung nach Anspruch 14 oder nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Pin (5) mit dem wenigstens einen Steuereingang (28) verbunden ist.
  16. Strommesseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerterfassungseinrichtung (19) Ströme in einem großem Messbereich von etwa fünf bis sieben Zehnerpotenzen erfasst.
  17. Strommesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwiderstand (11) aus einem Material besteht, das einen kleinen Temperaturkoeffizienten von etwa 1% Widerstandsänderung innerhalb des Temperaturbereichs von etwa 0° C bis etwa 70°C aufweist.
  18. Strommesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet dass die Strommesseinrichtung (1) als kompakte Einheit ausgebildet ist.
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