JP2023001887A - 測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 測定装置を提供する。【解決手段】 測定装置（２０）が、電流線（４０）と、第１の測定位置（５１）と、第２の測定位置（５２）と、クーラント（８０）とを備え、第１の測定位置（５１）が電流線（４０）に設けられ、第２の測定位置（５２）が電流線（４０）に第１の測定位置（５１）から離れて設けられ、電流線（４０）を通って流れる電流（Ｉ）により生じる電流線（４０）の測定区間（４１）での電圧を測定することが可能であり、測定区間（４１）が、第１の測定位置（５１）と第２の測定位置（５２）との間に画定され、クーラント（８０）が流体形態であり、少なくとも部分的に、第１の測定位置（５１）と第２の測定位置（５２）との間の領域で電流線（４０）と直接接触する。【選択図】 図５

Description

本発明は、測定装置、電子回路、及び車両に関する。

（特許文献１）に、平坦な半導体モジュールを有するパワー半導体回路であって、半導体モジュールが、電流伝導バスバー構成の上部バスバーに直接配置され、冷却デバイスがバスバー構成に一体化されている、パワー半導体回路が開示されている。

（特許文献２）には、基体及び少なくとも１つの冷却リブを有するバスバーを冷却するためのデバイスと、電源回路とが開示されている。

独国特許第１０ ２００４ ０１８ ４６９号明細書 独国特許出願公開第１０ ２０１６ ２００ ７２４号明細書

したがって、本発明の１つの目的は、新規の測定装置、新規の電子回路、及び新規の車両を提供することである。

この目的は、独立請求項の主題によって達成される。

測定装置が、電流線と、第１の測定位置と、第２の測定位置と、クーラントとを備え、第１の測定位置が電流線に設けられ、第２の測定位置が電流線に第１の測定位置から離れて設けられ、電流線を通って流れる電流により生じる電流線の測定区間での電圧を測定することが可能であり、測定区間が、第１の測定位置と第２の測定位置との間に画定され、クーラントが流体形態であり、少なくとも部分的に、第１の測定位置と第２の測定位置との間の領域で電流線と直接接触する。クーラントは、測定位置の区間で電流線の良好な冷却を可能にし、したがって温度効果による測定への影響が小さくなる。すなわち、例えば、多くの材料の比電気抵抗は温度に依存する。冷却は、特に電流線での電流が高いときに有利である。

１つの好ましい実施形態によれば、電流線は、測定区間において、測定区間の外側にある少なくとも１つの第１の電流線区間よりも大きい電気抵抗を有し、第１の電流線区間は、電流線に沿って測定区間と同じ長さを有する。測定区間での電気抵抗がより大きいので、電流が電流線を流れることでより大きな電圧降下が生じ、これは測定精度を高める。

１つの好ましい実施形態によれば、電流線は、測定区間において、少なくとも部分的に、少なくとも１つの第１の電流線区間よりも小さい断面領域を有する。断面領域がより小さいので、測定区間の電気抵抗、したがって測定精度が高められる。

１つの好ましい実施形態によれば、電流線は、測定区間で少なくとも部分的に第１の材料を有し、少なくとも１つの第１の電流線区間で少なくとも部分的に第２の材料を有し、第１の材料が第２の材料よりも高い比電気抵抗を有する。この処置により、測定区間の領域での電気抵抗は、第１の材料を使用したときよりも大きくなり、これは測定精度を高める。

１つの好ましい実施形態によれば、電流線は、測定区間において、少なくとも部分的に、測定区間の外側にある少なくとも１つの第２の電流線区間と同じ断面領域及び同じ材料を有する。これにより製造が容易になり、高い電流での測定区間における測定に通常の電流線を使用することができる。

１つの好ましい実施形態によれば、測定装置は、クーラントチャネル壁を有するクーラントチャネルを備え、クーラントがクーラントチャネル内に設けられ、電流線の測定区間が、少なくとも部分的にクーラントチャネル内に配置される。クーラントチャネルの使用は、例えばクーラントポンプを用いてクーラントチャネル内にクーラントの流れを生成することを可能にする。

１つの好ましい実施形態によれば、電流線は、少なくとも部分的にクーラントチャネルの測定区間の外側に配置される。測定区間の外側にある電流線の冷却は、電流線の電気抵抗、したがって電流線を通る電流の流れによる電力損失を減少させる。

１つの好ましい実施形態によれば、第１の測定位置が第１の信号線に接続され、第２の測定位置が第２の信号線に接続され、第１の信号線及び第２の信号線が、少なくとも１つの第１の通過位置でクーラントチャネル壁を通って延び、少なくとも１つの第１の封止要素が、少なくとも１つの第１の通過位置を封止するために設けられる。この構成により、クーラントチャネルの外側、したがって乾燥した領域でさらなる信号評価を行うことができる。

１つの好ましい実施形態によれば、測定装置は信号処理デバイスを備え、信号処理デバイスが、第１の測定位置及び第２の測定位置に電気的に接続され、上記信号処理デバイスが少なくとも部分的にクーラントチャネル内に位置される。この構成により、測定位置と信号処理デバイスとの間の短い電気接続が可能になり、したがって電気接続線への放射妨害が減少される。

１つの好ましい実施形態によれば、信号処理デバイスは、好ましくは、
－ 増幅器、
－ アナログ／デジタル変換器、
－ 無線データ伝送用の伝送モジュール、及び
－ 分圧器
からなる回路要素の群からの少なくとも１つの回路要素を備える。

増幅器は、小さい信号の場合の測定精度に有利である。アナログ／デジタル変換器は、制御デバイスでのさらなる処理を容易にする。無線データ伝送用の伝送モジュールは、クーラントチャネルの内側から外側へのデータ伝送を（排他的に、又は場合によっては追加として）可能にし、したがって封止を容易にする。

１つの好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの第３の信号線が、少なくとも１つの第２の通過位置でクーラントチャネル壁を通って信号処理デバイスから延び、少なくとも１つの第２の封止要素が、少なくとも１つの第２の通過位置を封止するために設けられる。例えば、ガラス繊維線を使用する場合、ただ１つの第３の信号線で十分である。しかし、複数の電線又は複数のガラス繊維線を設けることもできる。

１つの好ましい実施形態によれば、測定装置は、電流線の電流を最大電流強度で測定するように設定され、この最大電流強度は、少なくとも１０Ａ、好ましくは少なくとも５０Ａ、特に好ましくは少なくとも８０Ａである。したがって、測定装置は、高い電流を測定することもでき、高出力パワーエレクトロニクスシステムに適している。

１つの好ましい実施形態によれば、第１の測定位置及び第２の測定位置を有する測定区間をそれぞれ有する少なくとも２つの電流線がクーラントチャネル内に設けられる。

電子回路は、少なくとも１つのそのような測定装置を備え、好ましくは少なくとも３つのそのような測定装置を備える。そのような電子回路は、電流を非常に正確に測定することを可能にし、したがって比較的正確に動作することができる。

１つの好ましい実施形態によれば、電子回路は、
－ ＡＣ／ＤＣ変換器、
－ ＡＣ／ＡＣ変換器、
－ ＤＣ／ＡＣ変換器、特にパルスインバータ、及び
－ ＤＣ／ＤＣ変換器
からなる電子回路の群からの少なくとも１つの第１の電子回路を備える。

これらの電子回路では、１つ又は複数の電流の正確な測定により、非常に正確な変換が可能になり、この目的での測定装置の使用が特に有利であることが実証されている。

車両が、少なくとも１つのそのような測定装置又は少なくとも１つのそのような電子回路を備える。車両は、好ましくは少なくとも３つのそのような測定装置を備える。車両において、正確な測定により、電力損失を減少させることができ、したがって航続距離を延ばすことができる。これは、車両で特に有利である。

本発明のさらなる詳細及び有利な発展形態は、以下に述べて図面に示す例示的実施形態、及び従属請求項からも明らかになろう。例示的実施形態は、本発明をなんら限定しないものとして理解すべきである。上述した特徴及び以下でさらに論じる特徴は、それぞれ記載された組合せだけでなく、本発明の範囲から逸脱することなく他の組合せでも、又は個別にも使用することができることを理解されたい。

測定装置の第１の例示的実施形態の概略長手方向断面図である。 測定装置の第２の例示的実施形態の概略長手方向断面図である。 電流線を通る断面での第１の断面領域を示す図である。 電流線を通る断面での第２の断面領域を示す図である。 測定装置の第３の例示的実施形態の概略長手方向断面図である。 測定装置の第４の例示的実施形態の概略長手方向断面図である。 電子回路及び測定装置を備える車両の概略図である。

以下では、同一又は機能的に同一の部品には同じ参照記号を付し、通常は一度だけ述べる。不要な繰り返しを避けるために、説明は複数の図にまたがり、これらが互いに合わせられる。

図１は、電流線４０、第１の測定位置５１、第２の測定位置５２、クーラントチャネル３０、及びクーラント８０を有する測定装置２０を示す。

クーラントチャネル３０はクーラントチャネル壁３４を有し、電流線４０はクーラントチャネル３０内に配置される。

電流Ｉは、例えばバスバーとして設計された電流線４０を通って流れることができる。第１の測定位置５１と第２の測定位置５２とは、それらの間に測定区間４１を画定し、電流Ｉが流れるとき、測定区間４１での電気抵抗により、測定区間４１で電圧降下が生じる。

第１の測定位置５１は第１の信号線７１に接続され、第２の測定位置５２は第２の信号線７２に接続される。第１の信号線７１は、通過位置９１でクーラントチャネル壁３４を通って延び、第２の信号線７２は、通過位置９２でクーラントチャネル壁３４を通って延びる。クーラントチャネル３０からのクーラント８０の漏出を防止又は低減するために、好ましくは、封止要素３１、３２が通過位置９１、９２に設けられる。クーラントチャネル３０の外側で、第１の信号線７１及び第２の信号線７２は信号処理デバイス７５に接続され、信号処理デバイス７５には２つの信号線７７、７８が接続されており、信号処理デバイス７５で生成された信号を出力する。

信号処理デバイス７５は、好ましくは、
－ 増幅器、
－ アナログ／デジタル変換器、
－ 無線データ伝送用の伝送モジュール、及び
－ 分圧器
からなる回路要素の群からの少なくとも１つの回路要素７６を備える。

動作中、電流線４０をクーラント８０によって冷却することができ、クーラント８０は、好ましくは流体形態、すなわち液体及び／又は気体形態である。これにより、クーラントの流れが可能になり、したがって、クーラントチャネル３０を介して良好に熱を輸送して除去することが可能になる。

例示的実施形態では、電流線４０は、いわゆるシャントとして測定区間４１に形成される。シャントは、低インピーダンスの電気抵抗である。

電流線４０は、好ましくは、測定区間４１において、測定区間４１の外側の少なくとも１つの第１の電流線区間４２よりも高い比電気抵抗を有する。

電流線４０に沿って、測定区間４１は長さＬ１を有し、電流線区間４２は長さＬ２を有する。長さＬ１とＬ２が同じになるように選択される場合、電流線４０は、好ましくは、測定区間４１において、測定区間４１の外側に設けられた電流線区間４２よりも高い電気抵抗を有する。言い換えると、測定区間４１での電流線４０の長さあたりの電気抵抗は、測定区間４１の外側での電流線４０の少なくとも１つの区間よりも大きい。

電流線４０は、例えば、第１の電流線区間４２では銅又は銅合金からなり、測定区間４１では、例えば、マンガニン（Ｍａｎｇａｎｉｎ）、イソタン（Ｉｓｏｔａｎ）、若しくはイザベリン（Ｉｓａｂｅｌｌｉｎ）、又はより大きい比電気抵抗を有する銅合金からなる。

封止要素３１、３２は、例えば、
－ 接着剤、
－ ゴムブッシング、
－ リップシール、及び／又は
－ Ｏリングシール
として形成される。

図２は、測定装置２０のさらなる実施形態を示す。

図１の例示的実施形態とは異なり、電流線４０は、測定区間４１に特定のシャントを有さず、電流線４０は、測定区間４１内と、測定区間４１の外側、又は特に測定区間４１の外側の電流線区間４２内とで同様に形成される。したがって、電流線４０は、測定区間４１と電流線区間４２とにおいて同じ材料及び同じ断面を有する。

非常に高い電流Ｉでは、測定区間４１でより高い電気抵抗を提供する必要はなく、銅又は銅合金などの良好な導電性材料を用いても、測定区間４１において高い電流Ｉで十分な電圧降下が生じる。

別の実施形態では、測定区間４１での電気抵抗を高めるために、測定区間４１の断面又は断面領域を減少させることができる。

図３は、例として電流線４０を断面で示す。電流線４０は断面領域４３を有し、例示的実施形態では、電流Ｉを伝導するための金属コア４５と、絶縁体層４６（サイズを誇張して図示されている）とを有する。絶縁体層４６は、クーラント８０と金属コア４５との直接の接触を防ぎ、したがって短絡のリスクを低減する。絶縁体層４６は必須ではなく、低い導電性を有する流体をクーラント８０として使用することもできる。

図４は、電流線４０を通る別の断面を示し、図３と同様に金属コア４５及び絶縁体層４６が設けられている。断面領域４４を有する断面は、例として丸い基本形状を有し、断面領域４４は、図３の電流線４０の断面領域４３よりも小さい。

例として、図４の丸い断面を測定区間４１に設けることができ、図３の矩形断面を測定区間４１の外側に設けることができる。断面領域４４の直径が断面領域４３の辺の長さと等しい場合、断面領域４４は断面領域４３よりも小さい。その結果、測定区間４１での電気抵抗は、測定区間４１と同じ長さを有する電流線区間４２での抵抗に比べて増加され、より大きい電圧を評価することができ、信号処理デバイス７５での精度を高めることができる。

図５は、測定装置２０のさらなる実施形態を示す。この実施形態では、信号処理デバイス７５は、クーラントチャネル３０内に配置され、したがってクーラント８０によって冷却することができる。２つの信号線７７、７８が、信号処理デバイス７５からクーラントチャネル壁３４を通ってクーラントチャネル３０の外側に延びて、信号処理デバイス７５によって処理された測定信号をそこで提供し、この測定信号は、例えば電気変換器で必要とされる。信号線７７、７８は、通過位置９１でのクーラント８０の漏出を防ぐために、通過位置９１で少なくとも１つの封止要素３１によって封止される。

図６は、測定装置２０の別の実施形態を示し、ここでは、信号線７７、７８が２つの異なる通過位置９１、９２でクーラントチャネル壁３４を通過する。

さらに、クーラントポンプ１００が概略的に示され、クーラントポンプ１００は、クーラントライン１０１を通してクーラントチャネル３０にクーラント８０を圧送することができ、その後、クーラント８０は、クーラントライン１０２を通ってポンプ１００に流れて戻ることができる。これにより、クーラント回路が実現され、したがって良好で効率的な冷却が可能になる。クーラントライン１０１又はクーラントライン１０２は、クーラント８０から熱を放散するために、クーラントクーラ（図示せず）をさらに備えることができる。

図７は、少なくとも１つの測定装置２０を備える電子回路２１の概略図を示す。三相電気ネットワークの場合に各外部導体での電流を測定できるようにするために、電子回路２１は、好ましくは、図示されるように少なくとも３つの測定装置２０を備える。

電子回路は、好ましくは、
－ ＡＣ／ＤＣ変換器、
－ ＡＣ／ＡＣ変換器、
－ ＤＣ／ＡＣ変換器、及び
－ ＤＣ／ＤＣ変換器
からなる電子回路の群からの少なくとも１つの第１の電子回路を備える。

クロック変換器であることが好ましく、ＤＣ／ＡＣ変換器は、好ましくはパルスＤＣ／ＡＣ変換器又はパルスインバータである。

車両１０は、好ましくは、そのような電子回路２１、又は少なくとも１つのそのような測定装置２０、好ましくは少なくとも３つの測定装置２０を有する。

当然、本出願の範囲内で多数の変形形態及び修正形態が可能である。

したがって、例えば、クーラントチャネル内に複数又は少なくとも２つの電流線が延びることが可能である。これは、均一な冷却、及び総重量の削減につながる。

クーラントチャネルではなく、電流線が通って延びるウェルを使用することもできる。

１０ 車両
２０ 測定装置
２１ 電子回路
３０ クーラントチャネル
３１、３２ 封止要素
３４ クーラントチャネル壁
４０ 電流線
４１ 測定区間
４２ 電流線区間
４３、４４ 断面領域
５１ 第１の測定位置
５２ 第２の測定位置
７１ 第１の信号線
７２ 第２の信号線
７５ 信号処理デバイス
７６ 回路要素
７７、７８ 第３の信号線
８０ クーラント
９１、９２ 通過位置
Ｉ 電流
Ｌ１、Ｌ２ 長さ
ρ 比電気抵抗

Claims (15)

1. 電流線（４０）と、第１の測定位置（５１）と、第２の測定位置（５２）と、クーラント（８０）とを備える測定装置（２０）であって、前記第１の測定位置（５１）が前記電流線（４０）に設けられ、前記第２の測定位置（５２）が前記電流線（４０）に前記第１の測定位置（５１）から離れて設けられ、前記電流線（４０）を通って流れる電流（Ｉ）により生じる前記電流線（４０）の測定区間（４１）での電圧を測定することが可能であり、前記測定区間（４１）が、前記第１の測定位置（５１）と前記第２の測定位置（５２）との間に画定され、前記クーラント（８０）が流体形態であり、少なくとも部分的に、前記第１の測定位置（５１）と前記第２の測定位置（５２）との間の領域で前記電流線（４０）と直接接触する、測定装置（２０）。
2. 前記電流線（４０）が、前記測定区間（４１）において、前記測定区間（４１）の外側にある少なくとも１つの第１の電流線区間（４２）よりも大きい電気抵抗を有し、前記第１の電流線区間（４２）が、前記電流線（４０）に沿って前記測定区間（４１）と同じ長さ（Ｌ１、Ｌ２）を有する、請求項１に記載の測定装置（２０）。
3. 前記電流線（４０）が、前記測定区間（４１）において、少なくとも部分的に、前記少なくとも１つの第１の電流線区間（４２）よりも小さい断面領域（４３、４４）を有する、請求項２に記載の測定装置（２０）。
4. 前記電流線（４０）が、前記測定区間（４１）で少なくとも部分的に第１の材料を有し、前記少なくとも１つの第１の電流線区間（４２）で少なくとも部分的に第２の材料を有し、前記第１の材料が前記第２の材料よりも高い比電気抵抗（ρ）を有する、請求項２に記載の測定装置（２０）。
5. 前記電流線（４０）が、前記測定区間（４１）において、少なくとも部分的に、前記測定区間（４１）の外側にある少なくとも１つの第２の電流線区間（４２）と同じ断面領域（４３；４４）及び同じ材料を有する、請求項１に記載の測定装置（２０）。
6. クーラントチャネル壁（３４）を有するクーラントチャネル（３０）を備え、前記クーラント（８０）が前記クーラントチャネル（３０）内に設けられ、前記電流線（４０）の前記測定区間（４１）が、少なくとも部分的に前記クーラントチャネル（３０）内に配置される、請求項１に記載の測定装置（２０）。
7. 前記電流線（４０）が、少なくとも部分的に前記クーラントチャネル（３０）の前記測定区間（４１）の外側に配置される、請求項６に記載の測定装置（２０）。
8. 前記第１の測定位置（５１）が第１の信号線（７１）に接続され、前記第２の測定位置（５２）が第２の信号線（７２）に接続され、前記第１の信号線（７１）及び前記第２の信号線（７２）が、少なくとも１つの第１の通過位置（９１、９２）で前記クーラントチャネル壁（３４）を通って延び、少なくとも１つの第１の封止要素（３１、３２）が、前記少なくとも１つの第１の通過位置（９１、９２）を封止するために設けられる、請求項６に記載の測定装置。
9. 信号処理デバイス（７５）を備え、前記信号処理デバイス（７５）が、前記第１の測定位置（５１）及び前記第２の測定位置（５２）に電気的に接続され、前記信号処理デバイス（７５）が少なくとも部分的に前記クーラントチャネル（３０）内に位置される、請求項６に記載の測定装置（２０）。
10. 前記信号処理デバイス（７５）が、
    増幅器、
    アナログ／デジタル変換器、
    無線データ伝送用の伝送モジュール、及び
    分圧器
    からなる回路要素の群からの少なくとも１つの回路要素（７６）を備える、請求項９に記載の測定装置（２０）。
11. 少なくとも１つの第３の信号線（７７、７８）が、少なくとも１つの第２の通過位置（９１；９１、９２）で前記クーラントチャネル壁（３４）を通って前記信号処理デバイス（７５）から延び、少なくとも１つの第２の封止要素（３１）が、少なくとも１つの第２の通過位置（９１；９１、９２）を封止するために設けられる、請求項９に記載の測定装置（２０）。
12. 前記電流線（４０）の電流（Ｉ）を最大電流強度で測定するように設定され、前記最大電流強度が、少なくとも１０Ａ、好ましくは少なくとも５０Ａ、特に好ましくは少なくとも８０Ａである、請求項１に記載の測定装置（２０）。
13. 請求項１に記載の測定装置（２０）を少なくとも１つ備える、電子回路（２１）。
14. ＡＣ／ＤＣ変換器、
    ＡＣ／ＡＣ変換器、
    ＤＣ／ＡＣ変換器、特にパルスインバータ、及び
    ＤＣ／ＤＣ変換器
    からなる電子回路の群からの少なくとも１つの第１の電子回路を備える、請求項１３に記載の電子回路（２１）。
15. 請求項１に記載の測定装置（２０）を少なくとも１つ備える、又は請求項１３に記載の電子回路を少なくとも１つ備える、車両（１０）。

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