WO2013124117A1 - Stromsensor zur befestigung an einer stromschiene - Google Patents

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WO2013124117A1
WO2013124117A1 PCT/EP2013/051424 EP2013051424W WO2013124117A1 WO 2013124117 A1 WO2013124117 A1 WO 2013124117A1 EP 2013051424 W EP2013051424 W EP 2013051424W WO 2013124117 A1 WO2013124117 A1 WO 2013124117A1
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WO
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busbar
current sensor
plastic housing
sensor according
current
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PCT/EP2013/051424
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Nowotnick
Boris Adam
Michael Munz
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • G01R15/207—Constructional details independent of the type of device used
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
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    • G01R15/202—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices using Hall-effect devices

Definitions

  • the present invention relates to a device, in particular a
  • FIG. 1 shows an arrangement in which a respective current sensor encloses a phase of a three-phase electrical system.
  • current sensors 1 a, 1 b and 1 c are arranged, which receive substantially parallel to the surface of the printed circuit board L oriented busbars S.
  • the current sensors 1 a, 1 b and 1 c have to the concentration of the current rails S surrounding magnetic flux (not shown) flux concentrators.
  • Flux concentrators can be made of stamped laminated cores or sintered material. Thus, the bundled in the flux concentrators
  • magnetic flux are evaluated by means of known principles of action and set in relation to the current causing it.
  • the current sensor comprises a Hall sensor, which is encapsulated in a plastic housing.
  • the plastic housing can be manufactured in a known method step called "Molding" and already contain the Hall sensor and its connection lines
  • the surface of the plastic housing may have a lateral abutment surface for attachment to a bus bar, so that the current sensor is substantially in a direction perpendicular to the
  • the contact surface of the plastic housing may have a recess or be located in a recess or cavity.
  • the busbar can be embedded in the edge of a current sensor according to the invention.
  • An attachment between the busbar and the current sensor can take place in different ways: It can be a
  • Plastic housing has clamping elements by means of which the busbar can be enclosed and held laterally.
  • the Clamping elements comprise latching elements, by means of which edges the busbar can be enclosed and held laterally.
  • Busbar be undercut. Alternatively or additionally
  • Plug elements may be provided in the surface of the plastic housing, which penetrate recesses in a busbar and / or can undercut these.
  • a material connection can be produced between the plastic housing and the busbar (for example by means of adhesive).
  • the current sensor according to the invention can be equipped with structural elements which are designed such that they correspond to the contour of a busbar.
  • structural elements which are designed such that they correspond to the contour of a busbar.
  • pins may be provided as structural elements in the surface of the plastic housing, which are adapted to penetrate an opening in a bus bar and back pressed, embossed and / or welded to produce a secure connection between the plastic housing and the busbar.
  • the pins may, for example, have a substantially cylindrical cross-section and have a diameter in the range between 2 and 8 mm.
  • Frequently used cross sections for copper busbars range between 20 and 60 mm 2 to accommodate the currents found in automotive applications.
  • the dimensions of the recess for the busbar in the plastic housing between 10 mm and 25 mm in width and preferably in the range between 13 to 18 mm wide and in the range 0 to 8 mm depth, in particular in the range 3 to 6 mm depth.
  • the locking hooks and / or (plastic) pins can have a greater overall length for securely fixing the busbar in order to undercut the received busbar at the rear.
  • one or more dimensionally measuring Hall sensors can be used, for example, interference or foreign magnetic fields recognize and take into account.
  • At least two Hall sensors whereby e.g. a difference analysis can be done.
  • This makes it possible to identify disturbing influences and also to be able to carry out an evaluation of the magnetic field on the basis of a larger database.
  • redundant measurement results in fail safety which also ensures operation in the
  • the plastic housing in addition to a
  • evaluation circuit which is adapted to receive from the Hall sensor or the Hall sensors derived signals and evaluate. For example, simply adding both signals can increase the sensitivity of the signal. Alternatively, a subtraction of certain signals can make fault influences recognizable.
  • the evaluation circuit may comprise a so-called microcontroller, which means by the
  • Plastic housing led connecting cables is supplied with electrical energy.
  • the microcontroller can be set up
  • Evaluation circuit associated with network controller e.g., Can controller assigned, by means of which the current sensor could send evaluation results directly to a local bus system.
  • network controller e.g., Can controller
  • connection lines may in particular be arranged to be connected directly to terminals on a printed circuit board.
  • plug contacts may be present on the plastic housing and / or on the connecting lines themselves for a particularly simple contacting.
  • connection lines can be equipped with expansion areas or similar sections which, for example, have a meandering design
  • a current sensor according to the invention may consist of a combination of features as described above. In other words, one of the exemplary embodiments does not require substantially more technical features than those discussed. By dispensing with a flux concentrator, the production costs of a current sensor are reduced and the complexity of the current sensor decreases
  • Plastic housing provided structure for positioning and fastening of
  • Busbar arranged current sensor as has been described in detail above.
  • the current sensor of the assembly may be disposed on a portion of the bus bar located near the power cell of the vehicle or near an electrical converter
  • Figure 2 is a perspective view of an embodiment according to the present invention
  • Figure 3 is a spatial representation of an alternative
  • FIG. 4a shows a cross section through a current sensor according to the invention on a busbar in frictional connection
  • Figure 4b shows a cross section through a current sensor according to the invention on a busbar in positive connection
  • Figure 4c shows a cross section through a current sensor according to the invention on a busbar in material-locking connection
  • Figure 5 is a spatial representation of an alternative
  • Figure 2 shows a current sensor 1 according to the invention with a first and a second Hall sensor 2. As shown enlarged, the Hall sensors 2 are designed as 3D Hall elements. Both Hall sensors 2 are on
  • the plastic housing has a substantially cuboid basic shape.
  • the cuboid is designed to save space very flat, so has a small thickness in the vertical direction. His length
  • Plastic housing 3 which corresponds to the cross-sectional area of the busbar S substantially.
  • the recess 4 is arranged in the longitudinal direction of the plastic housing on its underside such that the busbar S at least halfway (half of its cross-section) enclosed by the recess 4 of the housing 3 can be.
  • the recess 4 for this purpose, a first edge 4a and a second edge 4c, which are arranged in a substantially vertical direction. Both end in the bottom 4b of the recess 4.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of the arrangement shown in FIG. In contrast to Figure 2, Figure 3 shows no recess 4 in the plastic housing 3 of the current sensor 1. Instead, the
  • Plastic housing 3 two plastic pins 5a and 5b, by means of which the plastic housing 3 can be arranged in a predefined relative position on the busbar S.
  • the busbar S corresponding holes 6a and 6b, through which the plastic pins 5a and 5b can be inserted.
  • a torsion-proof relative positioning and fastening is thus independent of the width of the
  • Busbar S (indicated by dashed lines) possible.
  • FIG. 4a shows a cross section through a current sensor 1 according to the invention, in which a bus bar S is arranged in a recess 4 and the underside of which is undercut by latching elements 5c of the housing 3. On the left and on the right side of the busbar S are at about their height
  • each a first and a second Hall sensor 2 are arranged.
  • the illustration shown is an example of a non-positive connection, in which additionally undercut elements 5c for a secure
  • FIG. 4b shows an alternative attachment possibility to the arrangement shown in FIG. 4a.
  • the recess 4 in the plastic housing 3 here has a larger cross-section than that of the busbar S, so that a frictional connection between the flanks 4a and 4c of the recess and the flanks of the busbar S is not present.
  • a pin 5 of the plastic housing 3 is inserted through the busbar S and undercuts its underside by a locking element 5c.
  • a (not visible) second pin 5 from the direction of the viewer behind the cut pin 5 is arranged lying.
  • FIG. 4c shows an alternative attachment possibility between a current sensor 1 according to the invention and a busbar S.
  • the underside of the housing 3 is substantially planar in order to be able to correspond to a large variety of busbars.
  • a busbar S is arranged by way of example on the underside of the plastic housing 3 and fixed by means of an adhesive connection 10 symmetrically to the two Hall sensors 2. For exact positioning marks (not shown) may be provided on the plastic housing 3, based on which an exact
  • Positioning of the busbar relative to the Hall sensors 2 can be made.
  • Figure 5 shows a perspective view of an alternative embodiment of the present invention, in which the plastic housing 3 a
  • Microcontroller 7 as an evaluation circuit comprises. This is furnished, the
  • the Hall sensors 2 can be connected via lines (not shown) to the microcontroller 7, via which measurement signals are transmitted.
  • the Hall sensors 2 can be supplied with electrical energy via these or separate lines from the microcontroller 7. Such a power supply can Of course, take place independently of the microcontroller 7.
  • the microcontroller 7 can be supplied via lines with electrical energy.
  • the current sensor 1 the size of the current sensor 1 according to the invention.
  • Plastic housing 2 also comprise a (not shown) energy converter, for example, voltage of a certain height or frequency
  • the microcontroller 7 For transmission of information obtained, the microcontroller 7, a wireless and / or wired
  • Be assigned communication interface which may in particular also be arranged in the plastic housing 3. They can win over these
  • sensors such as e.g. Temperature, light and
  • Moisture sensors are integrated into a current sensor 1 according to the invention, in order to obtain further information about ambient and operating conditions by means of only one sensor unit. These additional sensors can also be used e.g. be powered and controlled via the microcontroller 7. Likewise, the data obtained by them can be interpreted by the microcontroller 7, evaluated and correlated with other data (e.g., stream data), in particular for the purpose of plausibility. This applies in particular to the temperature at the busbar S and they
  • a central idea of the present invention is to provide a current sensor 1 which can be optionally arranged at a predefined position of a busbar without threading it onto the busbar and having to push it over the edge of the busbar.
  • the present invention offers various possibilities of relative positioning and connection between the current sensor and the busbar, due to which a lateral attachment of the current sensor according to the invention to a
  • the present invention omits the use of a flux concentrator, which according to the prior art at least approximately encloses a bus bar whose current intensity is to be measured. If previous embodiments and features of the present invention

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stromsensor zur Befestigung an einer Stromschiene (S) umfassend einen Hallsensor (2), welcher in einem Kunststoffgehäuse (3) vergossen ist, wobei die Oberfläche des Kunststoffgehäuses (3) eingerichtet ist, in einer Richtung senkrecht zur Längserstreckungsrichtung der Stromschiene (S) an die Stromschiene (S), insbesondere in vordefinierter relativer Position zu dieser, angebracht und formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dieser verbunden zu werden.

Description

Beschreibung
Titel
Stromsensor zur Befestigung an einer Stromschiene Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere einen
Stromsensor, zur Messung eines Stroms, welcher in einer stromdurchflossenen Leiteranordnung, insbesondere einer Stromschiene, fließt. Im Zuge der
Elektrifizierung des Personenindividualverkehrs werden Stromsensoren für die
Überwachung und Regelung der elektrischen Komponenten von Fahrzeugen benötigt, welche den in einzelnen Leitern fließenden Strom detektieren und korrespondierende Signale an eine Auswerteeinheit weiterleiten. Bisher wurden hierzu vermehrt Anordnungen verwendet, welche einen stromdurchflossenen Leiter umschließen, um mittels eines Flusskonzentrators das ihn umgebende
Magnetfeld zu bündeln und aus einer Magnetfeldmessung auf die Höhe des Stromes durch den Leiter zu schließen. Figur 1 zeigt eine Anordnung, in welcher jeweils ein Stromsensor eine Phase eines dreiphasigen elektrischen Systems umschließt. Auf einer Leiterplatte L sind hierzu Stromsensoren 1 a, 1 b und 1 c angeordnet, welche im Wesentlichen parallel zur Oberfläche der Leiterplatte L orientierte Stromschienen S aufnehmen. Die Stromsensoren 1 a, 1 b und 1 c weisen zur Konzentration des die Stromschienen S umgebenden magnetischen Flusses (nicht dargestellte) Flusskonzentratoren auf. Bekannte
Flusskonzentratoren können aus gestanzten Blechpaketen oder Sintermaterial gefertigt sein. Somit kann der in den Flusskonzentratoren gebündelte
magnetische Fluss mittels bekannter Wirkprinzipien ausgewertet und mit dem ihn hervorrufenden Strom in Relation gesetzt werden.
Zur Verwendung in modernen elektrisch getriebenen Fahrzeugen sind solche Stromsensoren grundsätzlich verwendbar. Jedoch sind die in diesen Fahrzeugen verbauten Stromschienen mitunter stark gebogen und/oder verwunden, so dass die in den Stromsensoren für die Stromschienen vorzusehenden Öffnung größer als eigentlich notwendig ausgeführt werden muss, um den Stromsensor nach Fertigstellung der Stromschiene wie gewünscht platzieren zu können. Alternativ oder zusätzlich ist der Zeitpunkt der Aufbringung des Stromsensors auf die Stromschiene wohlüberlegt zu wählen, da ein Aufbringen des Stromsensors nach einem Biegen der Stromschiene gegebenenfalls überhaupt nicht mehr möglich ist. Wünschenswert ist daher ein Stromsensor, welcher ein geringes Bauvolumen aufweist, flexibel anzubringen und zu positionieren ist und aufgrund geringer Produktionskosten für die Massenproduktion in elektrischen Fahrzeugen geeignet ist.
Offenbarung der Erfindung
Zur Befriedigung des bestehenden Bedürfnisses schlägt die vorliegende
Erfindung einen Stromsensor mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 vor.
Entsprechend umfasst der Stromsensor einen Hall-Sensor, welcher in einem Kunststoffgehäuse vergossen ist. Das Kunststoffgehäuse kann dabei in einem bekannten, als„Molding" bezeichneten Verfahrensschritt gefertigt werden und den Hall-Sensor sowie seine Anschlussleitungen dabei bereits enthalten. Die Oberfläche des Kunststoffgehäuses kann eingerichtet sein, an eine Flanke einer
Stromschiene seitlich angesetzt zu werden. Entgegen dem Stand der Technik ist somit kein Aufschieben des Stromsensors auf die Stromschiene erforderlich. Mit anderen Worten kann die Oberfläche des Kunststoffgehäuses eine seitliche Anlagefläche zur Anbringung an eine Stromschiene aufweisen, so dass der Stromsensor im Wesentlichen in einer Richtung senkrecht zur
Längserstreckungsrichtung der Stromschiene, an welcher er zu befestigen ist, aufgebracht werden kann. Für das Herstellen einer exakten, vordefinierten relativen Position zwischen dem Stromsensor und der Stromschiene kann die Anlagefläche des Kunststoffgehäuses eine Ausnehmung aufweisen bzw. in einer Ausnehmung bzw. Kavität gelegen sein. Bei dem Montagevorgang kann somit die Stromschiene in die Flanke eines erfindungsgemäßen Stromsensors eingebettet werden. Dabei kann eine Befestigung zwischen der Stromschiene und dem Stromsensor in unterschiedlicher weise erfolgen: Es kann eine
Klemmverbindung zwischen den Bauteilen erzeugt werden, indem das
Kunststoffgehäuse Klemmelemente aufweist, mittels welcher die Stromschiene seitlich umschlossen und gehalten werden kann. Hierbei können die Klemmelemente Rastelemente umfassen, mittels welcher Kanten der
Stromschiene hinterschnitten werden. Alternativ oder zusätzlich können
Steckelemente in der Oberfläche des Kunststoffgehäuses vorgesehen sein, welche Ausnehmungen in einer Stromschiene durchdringen und/oder diese hinterschneiden können. Alternativ oder zusätzlich kann eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Kunststoffgehäuse und der Stromschiene (z.B. mittels Klebstoff) erzeugt werden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorteilhaft kann der erfindungsgemäße Stromsensor mit Strukturelementen ausgestattet sein, welche so ausgebildet sind, dass sie mit der Kontur einer Stromschiene korrespondieren. Somit ist eine exakte Positionierung des
Stromsensors auf der Stromschiene reproduzierbar gewährleistet und die Ausrichtung des Stromsensors auf der Stromschiene weist geringe Toleranzen auf.
Vorzugsweise können sogenannte Pins als Strukturelemente in der Oberfläche des Kunststoffgehäuses vorgesehen sein, welche eingerichtet sind, eine Öffnung in einer Stromschiene zu durchdringen und rückseitig verpresst, verprägt und/oder verschweißt zu werden, um eine sichere Verbindung zwischen dem Kunststoffgehäuse und der Stromschiene herzustellen. Die Pins können beispielsweise einen im Wesentlichen zylindrischen Querschnitt aufweisen und einen Durchmesser im Bereich zwischen 2 und 8 mm haben. Derzeit häufig verwendete Querschnitte für Stromschienen aus Kupfer liegen im Bereich zwischen 20 und 60 mm2, um die in automotiven Anwendungen auftretenden Ströme aufnehmen zu können. Entsprechend können auch die Abmessungen der Ausnehmung für die Stromschiene im Kunststoffgehäuse zwischen 10 mm und 25 mm Breite aufweisen und bevorzugt im Bereich zwischen 13 bis 18 mm Breite sowie im Bereich 0 bis 8 mm Tiefe, insbesondere im Bereich 3 bis 6 mm Tiefe, liegen. Die Rasthaken und/oder (Kunststoff-) Pins können zur sicheren Fixierung der Stromschiene selbstverständlich eine größere Gesamtlänge aufweisen, um die aufgenommene Stromschiene rückseitig zu hinterschneiden.
Weiter bevorzugt können ein- oder mehrdimensional messende Hall-Sensoren verwendet werden, um beispielsweise Störeinflüsse bzw. Fremdmagnetfelder erkennen und berücksichtigen zu können. Bevorzugt umfasst ein
erfindungsgemäßer Stromsensor mindestens zwei Hall-Sensoren, wodurch z.B. eine Differenzauswertung erfolgen kann. Dies ermöglicht es, Störeinflüsse zu identifizieren und zudem eine Auswertung des Magnetfeldes aufgrund einer größeren Datenbasis vornehmen zu können. Zusätzlich ergibt sich durch eine redundante Messung eine Ausfallsicherheit, welche den Betrieb auch im
Fehlerfall weiterhin ermöglicht.
Weiter bevorzugt kann das Kunststoffgehäuse zusätzlich einen
Auswerteschaltkreis umfassen, welcher eingerichtet ist, von dem Hall-Sensor bzw. den Hall-Sensoren stammende Signale zu empfangen und auszuwerten. Beispielsweise kann eine einfache Addition beider Signale die Empfindlichkeit des Signals erhöhen. Alternativ kann eine Subtraktion bestimmter Signale Fehlereinflüsse erkennbar machen. Hierzu kann der Auswerteschaltkreis einen sogenannten MikroController umfassen, welcher mittels durch das
Kunststoffgehäuse geführter Anschlussleitungen mit elektrischer Energie versorgt wird. Zusätzlich kann der Mikrocontroller eingerichtet sein,
Auswerteergebnisse in Datenform an die Peripherie des Stromsensors zu senden. Dies kann ebenfalls drahtgebunden und/oder drahtlos erfolgen. Ebenso könnte innerhalb des Kunststoffgehäuses ein dem Mikrocontroller bzw. dem
Auswerteschaltkreis zugeordneter Netzwerkcontroller (z.B. Can-Controller) zugeordnet sein, mittels welchem der Stromsensor Auswerteergebnisse direkt an ein lokales Bussystem versenden könnte. Die zur Übertragung elektrischer Energie und Informationen am
Kunststoffgehäuse des Stromsensors vorhandenen Anschlussleitungen können insbesondere eingerichtet sein, direkt mit Anschlüssen auf einer Leiterplatte verbunden zu werden. Alternativ oder zusätzlich können für eine besonders einfache Kontaktierung Steckkontakte am Kunststoffgehäuse und/oder an den Anschlussleitungen selbst vorhanden sein. Um beispielsweise durch Vibrationen induzierte mechanische Spannungen kompensieren zu können, können die Anschlussleitungen mit Dehnungsbereichen oder ähnlichen Abschnitten ausgestattet sein, welche beispielsweise mäanderförmig gestaltete
Leitungsgeometrien aufweisen. Da ein Flusskonzentrator gemäß der vorliegenden Erfindung nicht vorgesehen ist, kann ein erfindungsgemäßer Stromsensor aus einer Kombination von Merkmalen bestehen, wie sie vorstehend beschrieben worden sind. Mit anderen Worten braucht eines der unter Schutz gestellten Ausführungsbeispiele im Wesentlichen keine weiteren technischen Merkmale als die diskutierten umfassen. Durch den Verzicht auf einen Flusskonzentrator verringern sich die Herstellungskosten eines Stromsensors, nimmt die Komplexität des
Herstellungsverfahrens sowie die Teilevielfalt ab und ein„Auffädeln" des
Stromsensors auf eine Stromschiene erübrigt sich. Zudem kann die am
Kunststoffgehäuse vorgesehene Struktur zur Positionierung und Befestigung des
Stromsensors auf der Stromschiene exakt an diejenige Position der
Stromschiene angepasst sein, an welcher der Stromsensor endgültig angeordnet und betrieben werden soll. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, Stromsensoren schneller exakter und kostengünstiger auf Stromschienen positionieren zu können und gegenüber dem Stand der Technik präzisere Messergebnisse zu erhalten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Baugruppe für eine Leistungselektronik eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs zur
Verfügung gestellt, welche mindestens eine Stromschiene sowie einen auf der
Stromschiene angeordneten Stromsensor umfasst, wie er oben im Detail beschrieben worden ist. Insbesondere kann der Stromsensor der Baugruppe an einem Bereich der Stromschiene angeordnet sein, welcher nahe der Energiezelle des Fahrzeugs gelegen ist oder sich nahe einem elektrischen Wandler
(Gleichstrom-Dreiphasenwechselstrom) befindet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:
Figur 1 eine Prinzipdarstellung herkömmlicher Stromsensoren an
einem Drei-Phasen-System;
Figur 2 eine räumliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung; Figur 3 eine räumliche Darstellung eines alternativen
Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Figur 4a ein Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Stromsensor auf einer Stromschiene in kraftschlüssiger Verbindung;
Figur 4b ein Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Stromsensor auf einer Stromschiene in formschlüssiger Verbindung;
Figur 4c ein Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Stromsensor auf einer Stromschiene in stoffschlüssiger Verbindung;
Figur 5 eine räumliche Darstellung eines alternativen
Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Stromsensor 1 mit einem ersten und einem zweiten Hall-Sensor 2. Wie vergrößert dargestellt, sind die Hall-Sensoren 2 als 3D-Hall-Elemente ausgeführt. Beide Hall-Sensoren 2 sind an
gegenüberliegenden Enden eines Transfer Molds als Kunststoffgehäuse 3 angeordnet. Das Kunststoffgehäuse hat eine im Wesentlichen quaderförmige Grundform. Der Quader ist zum Einsparen von Bauraum sehr flach ausgeführt, hat also eine geringe Stärke in vertikaler Richtung. Seine Länge
(korrespondierend zur Stromflussrichtung durch die Stromschiene S) ist etwas größer ausgeführt als seine Tiefe, so dass die Hall-Sensoren 2 zuverlässig vom Gehäuse 3 umschlossen werden. Die Breite des Kunststoffgehäuses 3 ist so gewählt, dass die einander gegenüberliegenden Hall-Sensoren 2 auf gegenüberliegenden Seiten der Stromschiene S angeordnet werden können. Im Bereich zwischen den Hall-Sensoren 2 ist eine Ausnehmung 4 im
Kunststoffgehäuse 3 vorgesehen, welche mit der Querschnittsfläche der Stromschiene S im Wesentlichen korrespondiert. Mit anderen Worten ist die Ausnehmung 4 in Längsrichtung des Kunststoffgehäuses an dessen Unterseite derart angeordnet, dass die Stromschiene S zumindest halbseitig (zur Hälfte ihres Querschnittes) von der Ausnehmung 4 des Gehäuses 3 umschlossen werden kann. Im Ausführungsbeispiel weist die Ausnehmung 4 hierzu eine erste Flanke 4a sowie eine zweite Flanke 4c auf, welche in im Wesentlichen vertikaler Richtung angeordnet sind. Beide enden im Boden 4b der Ausnehmung 4. Mit anderen Worten sind die erste Flanke 4a und die zweite Flanke 4c der
Ausnehmung 4 eingerichtet, Druckkräfte auf einander gegenüberliegende
Flanken der Stromschiene S auszuüben. Aus dem Boden 4b der Ausnehmung 4 steht im Wesentlichen senkrecht ein Kunststoffpin 5 hervor, welcher eingerichtet ist, ein Loch 6 in der Stromschiene S zu durchdringen. Am Kopf des Pins 5 ist ein Rastelement zur Arretierung der Stromschiene S angedeutet. Aus der Unterseite des Kunststoffgehäuses stehen jeweils neben der Ausnehmung 4 Drahtpins 8 als elektrische Anschlussleitungen für die Hall-Sensoren 2 hervor. Lediglich der Übersicht halber weist exemplarisch jeweils ein Drahtpin 8 eines jeweiligen Hall- Sensors 2 einen Dehnungsabschnitt 9 zur Kompensation mechanischer
Spannungen bzw. zur Aufnahme von Vibrationen im Betrieb auf.
Figur 3 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der in Figur 2 gezeigten Anordnung. Im Gegensatz zur Figur 2 zeigt Figur 3 keine Ausnehmung 4 in dem Kunststoffgehäuse 3 des Stromsensors 1. Stattdessen weist das
Kunststoffgehäuse 3 zwei Kunststoffpins 5a und 5b auf, mittels welcher das Kunststoffgehäuse 3 in vordefinierter relativer Lage auf der Stromschiene S angeordnet werden kann. Zur Verbindung mit dem Kunststoffgehäuse 3 weist die Stromschiene S korrespondierende Löcher 6a und 6b auf, durch welche die Kunststoffpins 5a und 5b gesteckt werden können. Eine verdrehsichere relative Positionierung und Befestigung ist somit unabhängig von der Breite der
Stromschiene S (gestrichelt angedeutet) möglich.
Figur 4a zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Stromsensor 1 , in welchem eine Stromschiene S in einer Ausnehmung 4 angeordnet und deren Unterseite von Rastelementen 5c des Gehäuses 3 hinterschnitten wird. Auf der linken und auf der rechten Seite der Stromschiene S sind etwa in Höhe ihrer
Oberseite jeweils ein erster und ein zweiter Hall-Sensor 2 angeordnet. Die gezeigte Darstellung ist ein Beispiel für eine kraftschlüssige Verbindung, bei welcher zusätzlich Hinterschneidungselemente 5c für einen sicheren
Formschluss des Stromsensors 1 mit der Stromschiene S sorgen können. Figur 4b zeigt eine alternative Befestigungsmöglichkeit zur in Figur 4a gezeigten Anordnung. Die Ausnehmung 4 im Kunststoffgehäuse 3 weist hier einen größeren Querschnitt als derjenige der Stromschiene S auf, so dass eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den Flanken 4a und 4c der Ausnehmung und den Flanken der Stromschiene S nicht vorhanden ist. Um dennoch eine exakte Positionierung zwischen dem Stromsensor 1 und der Stromschiene S zu gewährleisten, ist ein Pin 5 des Kunststoffgehäuses 3 durch die Stromschiene S gesteckt und hinterschneidet deren Unterseite durch ein Rastelement 5c. Zur verdrehsicheren Montage des Stromsensors 1 auf der Stromschiene S ist -wie in Fig. 3 gezeigt- ein (nicht sichtbarer) zweiter Pin 5 aus Richtung des Betrachters hinter dem geschnittenen Pin 5 liegend angeordnet.
Figur 4c zeigt eine alternative Befestigungsmöglichkeit zwischen einem erfindungsgemäßen Stromsensor 1 und einer Stromschiene S. Die Unterseite des Gehäuses 3 ist im Wesentlichen eben ausgestaltet, um einer großen Vielfalt von Stromschienen entsprechen zu können. Eine Stromschiene S ist beispielhaft auf der Unterseite des Kunststoffgehäuses 3 angeordnet und mittels einer Klebe- Verbindung 10 symmetrisch zu den beiden Hall-Sensoren 2 befestigt. Zur exakten Positionierung können (nicht dargestellte) Markierungen auf dem Kunststoffgehäuse 3 vorgesehen sein, anhand welcher eine exakte
Positionierung zwischen der Stromschiene S und dem Stromsensor 1 im Zuge der Montage vorgenommen werden kann. Insbesondere bei Verwendung automatisierter Verbindungstechniken kann auf eine optische Markierung selbstverständlich verzichtet werden, während dennoch eine exakte
Positionierung der Stromschiene relativ zu den Hall-Sensoren 2 vorgenommen werden kann.
Figur 5 zeigt eine räumliche Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, bei welchem das Kunststoffgehäuse 3 einen
Mikrocontrollers 7 als Auswerteschaltkreis umfasst. Dieser ist eingerichtet, die
Signale der Hallsensoren 2 aufzubereiten, miteinander zu vergleichen, zu interpretieren und/oder auszuwerten und weiterzuleiten. Hierzu können die Hallsensoren 2 über (nicht dargestellte) Leitungen mit dem Mikrocontroller 7 verbunden sein, über welche Messsignale übertragen werden. Zusätzlich können die Hallsensoren 2 über diese oder separate Leitungen vom Mikrocontroller 7 mit elektrischer Energie versorgt werden. Eine solche Energieversorgung kann selbstverständlich auch unabhängig vom MikroController 7 stattfinden. Auch der MikroController 7 kann über Leitungen mit elektrischer Energie versorgt werden. Je nach Größe des erfindungsgemäßen Stromsensors 1 kann das
Kunststoffgehäuse 2 auch einen (nicht dargestellten) Energiewandler umfassen, um beispielsweise Spannung einer bestimmten Höhe oder Frequenz
(insbesondere Gleichspannung) für den Betrieb des erfindungsgemäßen Stromsensors 1 bereitzustellen. Zur Übertragung gewonnener Informationen kann dem Mikrocontroller 7 eine drahtlose und/oder drahtgebundene
Kommunikationsschnittstelle zugeordnet sein, welche insbesondere ebenfalls im Kunststoffgehäuse 3 angeordnet sein kann. Über diese können die gewonnen
Informationen an die Energiesteuerung („Energie-Master") der die Stromschiene S umfassenden Vorrichtung übermittelt werden und die Vorgänge auf der bzw. in der Stromschiene somit der Steuerung der Vorrichtung zugrunde gelegt werden. Der Vorteil einer Integration von Logik in den erfindungsgemäßen Stromsensor ist, dass weniger separate Funktionseinheiten und Montageschritte erforderlich sind.
Optional können weitere Sensoren wie z.B. Temperatur-, Licht- und
Feuchtigkeitssensoren in einen erfindungsgemäßen Stromsensor 1 integriert werden, um weitere Aufschlüsse über Umgebungs- und Betriebsbedingungen mittels nur einer Sensoreinheit zu erhalten. Diese zusätzlichen Sensoren können ebenfalls z.B. über den Mikrocontroller 7 mit Energie versorgt und angesteuert werden. Ebenso können die durch sie gewonnenen Daten vom Mikrocontroller 7 interpretiert, ausgewertet und mit anderen Daten (z.B. Stromdaten) insbesondere zum Zwecke der Plausibilisierung in Beziehung gesetzt werden. Dies gilt insbesondere für die Temperatur an der Stromschiene S und den sie
durchfließenden Strom.
Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Stromsensor 1 zur Verfügung zu stellen, der an einer vordefinierten Position einer Stromschiene wahlfrei angeordnet werden kann, ohne ihn auf die Stromschiene auffädeln und über die Flanke der Stromschiene schieben zu müssen. Hierzu bietet die vorliegende Erfindung verschiedene Möglichkeiten einer relativen Positionierung und Verbindung zwischen dem Stromsensor und der Stromschiene, aufgrund welcher ein seitliches Ansetzen des erfindungsgemäßen Stromsensors an eine
Stromschiene S ermöglicht wird. Hierbei verzichtet die vorliegende Erfindung auf die Verwendung eines Flusskonzentrators, der gemäß dem Stand der Technik eine Stromschiene, deren Stromstärke zu messen ist, zumindest annähernd umschließt. Wenn vorausgehend Ausführungsbeispiele und Merkmale der vorliegenden
Erfindung im Detail beschrieben worden sind, so dient dies der
Veranschaulichung, wobei weitreichende Kombinationen, insbesondere zwischen den dargestellten Ausführungsbeispielen, möglich sind, welche sämtlich als im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung liegend zu erachten sind, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.

Claims

Ansprüche
1 . Stromsensor zur Befestigung an einer Stromschiene (S) umfassend einen Hallsensor (2), welcher in einem Kunststoffgehäuse (3) vergossen ist, wobei die Oberfläche des Kunststoffgehäuses (3) eingerichtet ist, in einer Richtung senkrecht zur Längserstreckungsrichtung der Stromschiene (S) an die Stromschiene (S), insbesondere in vordefinierter relativer Position zu dieser, angebracht und formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dieser verbunden zu werden.
2. Stromsensor nach Anspruch 1 , wobei das Kunststoffgehäuse (3) ein oder mehrere Strukturelemente (4a, 4b, 4c; 5a, 5b) zur Befestigung und/oder als Positionierhilfen zur vordefinierten Ausrichtung an der Stromschiene (S) aufweist.
3. Stromsensor nach Anspruch 2, wobei als Strukturelement ein Pin (5a, 5b) auf der Oberfläche des Kunststoffgehäuses (3) und/oder eine Ausnehmung (4) in der Oberfläche des Kunststoffgehäuses (3) vorgesehen ist.
4. Stromsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine
Ausnehmung mit Abmessungen zwischen 10 mm bis 25 mm, bevorzugt 13 bis 18 mm, Breite und 0 bis 8 mm, insbesondere 3 bis 6 mm Tiefe in der Oberfläche des Kunststoffgehäuses (3) vorgesehen ist.
5. Stromsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei am
Kunststoffgehäuse (3)
- ein Element (5a, 5b) zum Durchdringen korrespondierender
Ausnehmungen (6a, 6b) in einer Stromschiene (S) und/oder Leiterplatte (L) vorgesehen ist und/oder
- ein Element (4a, 4c) zum Eingehen einer Klemmverbindung und/oder einer Rastverbindung mit einer Stromschiene (S) vorgesehen ist. Stromsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der
Hallsensor (2) zur mehrdimensionalen, insbesondere dreidimensionalen (3D), Messung eines Magnetfeldes eingerichtet ist.
Stromsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das
Kunststoffgehäuse (3) zusätzlich
- einen zweiten Hallsensor (2) umfasst, und/oder
- einen Auswerteschaltkreis umfasst, welcher insbesondere in Form eines MikroControllers (7) ausgeführt ist, und/oder zur Aufbereitung, Auswertung und Übertragung gewonnener Informationen eingerichtet ist.
Stromsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter umfassend Anschlussleitungen (8a,b,c,d,e,f) zur Aufnahme elektrischer Energie und/oder Aufnahme und/oder Abgabe von Informationen, wobei die Anschlussleitungen (8a,b,c,d,e,f) insbesondere eingerichtet sind, mit einer Peripherie direkt verbunden zu werden und/oder mechanische Spannungen zwischen dem Stromsensor (1 ) und seiner Peripherie zu kompensieren.
Stromsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, welcher aus einer der in den vorstehenden Ansprüchen definierten Merkmalskombinationen besteht.
Baugruppe, insbesondere für eine Leistungselektronik eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, umfassend mindestens eine Stromschiene (S) sowie einen auf der Stromschiene (S) angeordneten und insbesondere geometrisch an die Stromschiene (S) angepassten Stromsensor (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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