WO2014135451A1 - Einstückig ausgebildete stromsensorvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Stromsensorvorrichtung (1) zum Messen eines Stroms, insbesondere zum Messen eines Batteriestroms in Kraftfahrzeugen, aufweisend ein elektrisches Widerstandselement (40) an dem über eine Spannung der Strom (I) ermittelbar ist, und ein erstes und zweites Anschlusselement (30, 50), die jeweils an unterschiedlichen Seiten des Widerstandselements angeordnet und mit dem Widerstandselement (40) elektrisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (40) und die Anschlusselemente (30, 50) einstückig ausgebildet sind.

Description

Einstückig ausgebildete Stromsensorvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Stromsensorvorrichtung zum Messen eines Stroms, insbesondere zum Messen eines Batteriestroms in Kraftfahrzeugen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Stromsensorvorrichtung .
In Kraftfahrzeugen werden elektrischen Motoren für unterschiedlichste Funktionen eingesetzt, sei es als Hauptan¬ triebseinheit in einem Elektroauto oder sei es z. B. als An¬ triebseinheit einer elektrischen Servolenkung. Der Einsatz von elektrischen Motoren erfordert in vielen Fällen den Einsatz von Stromsensoren zur genauen Messung des an die elektrischen Motoren zugeführten Versorgungsstroms oder an Batterien zugeführten Ladeströme .
Bekannt sind auf den Markt erhältliche Stromsensoren mit einem Shunt, der zwischen zwei stromleitenden Anschlüssen angeordnet und mit diesen verbunden ist. Der Shunt besteht aus einem Material, wie z. b. Manganin®, das sich dadurch auszeichnet, dass der elektrische Widerstand über große Temperaturbereiche weitestgehend konstant bleibt.
Aufgrund des hohen Kostendrucks in der Automobilindustrie besteht der Bedarf die Kosten für die Herstellung des Stromsensors weiter zu reduzieren. Dabei bilden zum einen das Material des Shunts und zum anderen die Herstellungsschritte wesentliche Kostenfaktoren des Stromsensors.
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Stromsensorvorrichtung aufzuzeigen, die mit geringem Kostenaufwand herstellbar ist.
Die Aufgabe wird gelöst mittels einer Stromsensorvorrichtung der eingangs genannten Art, wobei dass das Widerstandselement und die Anschlusselemente einstückig ausgebildet sind. Der Erfindung liegt der Grundgedanke zugrunde, den Aufbau der Stromsensorvorrichtung zu vereinfachen, indem die Anschlusselemente und das Widerstandselement integral in einem
einstückigen Teil ausgebildet werden. Die Anschlusselemente und das Widerstandselement sind aus einem einzigen Stück bzw. monolithisch und aus dem gleichen Material ausgebildet . Auf diese Weise entfällt zum einen der Herstellungsschritt das Wider¬ standselement mit den Anschlusselementen zu verbinden. Des Weiteren kann auf ein teures Material für das Widerstandselement verzichtet werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass Spannungen zwischen den Anschlusselementen und dem Widerstandselementen bei thermischer Ausdehnung der Teile nicht mehr auftreten. Bevorzugterweise wird die erfindungsgemäße Stromsensorvor¬ richtung dadurch weitergebildet, dass das Widerstandselement und die Anschlusselemente aus einem einstückigen Blechelement ausgebildet sind. Die Stromsensorvorrichtung kann auf diese Weise aus einem Blech gestanzt werden und in wenigen Her- Stellungsschritten hergestellt werden. Der Herstellungs- ,
Material und Werkzeugaufwand wird auf diese Weise auf ein Minimum reduziert .
Vorteilhafterweise wird die Stromsensorvorrichtung dadurch weitergebildet, dass das Widerstandselement einen Querschnitt aufweist, der kleiner ist als der Querschnitt der Anschluss¬ elemente .
Vorteilhafterweise wird die Stromsensorvorrichtung dadurch weitergebildet, dass das Widerstandselement einen stangenförmig ausgebildeten Abschnitt aufweist.
Vorteilhafterweise wird die Stromsensorvorrichtung dadurch weitergebildet, dass das Widerstandselement mindestens einen gebogenen Abschnitt aufweist.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromsensorvorrichtung herausgestellt, bei der das Widerstandselement einen schlangenförmigen gebogenen Abschnitt aufweist. Vorteilhafterweise ist das Widerstands¬ element im Bereich des Messabschnitts in Form eines Labyrinths ausgebildet .
Ferner ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromsensorvorrichtung bevorzugt, bei der das Blechelement Kupfer aufweist .
Vorteilhafterweise wird die Stromsensorvorrichtung weiterge¬ bildet durch eine Auswerteeinheit zum Auswerten der Spannung am Widerstandselement .
Vorteilhafterweise wird die Stromsensorvorrichtung weiterge¬ bildet durch mindestens einen Temperatursensor zum Messen der Temperatur am Anschlusselement und / oder am Widerstandselement .
Vorteilhafterweise wird die Stromsensorvorrichtung dadurch weitergebildet, dass mittels der Auswerteeinheit der elektrische Widerstand des Widerstandselements in Abhängigkeit der Tem¬ peratur ermittelbar ist.
Vorteilhafterweise wird die Stromsensorvorrichtung dadurch weitergebildet, dass mittels der Auswerteeinheit der ermittelte Stromwert um eine durch thermisch beeinflussten Stromwertanteil korrigierbar ist.
Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einer Stromsensorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ausführungsformen .
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren.
Es zeigen Fig. 1 eine perspektivische Ansicht auf ein erstes Aus¬ führungsbeispiel der erfindungsgemäßen Stromsensorvorrichtung,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht auf ein zweites Aus- führungsbeispiel der erfindungsgemäßen Stromsensorvorrichtung,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht auf ein drittes Aus¬ führungsbeispiel der erfindungsgemäßen Stromsensorvorrichtung, und
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der vorgenannten Aus¬ führungsbeispiele mit einer Auswerteeinheit.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungs- gemäßen Stromsensorvorrichtung 1 zum Messen eines Stroms, insbesondere zum Messen eines Batteriestroms. Die Stromsen¬ sorvorrichtung weist ein elektrisches Widerstandselement (40) auf, an dem über eine Spannung der Strom (I) ermittelbar ist. Ferner weist die Stromsensorvorrichtung 1 und ein erstes und zweites Anschlusselement 30, 50 auf, die jeweils an unter¬ schiedlichen Seiten des Widerstandselements angeordnet 40 und mit dem Widerstandselement 40 elektrisch verbunden sind. Das Widerstandselement 40 und die Anschlusselemente 30, 40 sind einstückig ausgebildet. Die Stromsensorvorrichtung 1 ist in den Ausführungsbeispielen aus einem einstückigen Blechelement aus Kupfer ausgebildet, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 nicht auf Kupfer beschränkt ist und auch andere elektrisch leitende Materialien verwendet werden können. Die Anschlusselemente 30, 50 sind länglich und geradeförmig ausgebildet. An ihren Enden weisen die Anschlusselemente 30, 50 jeweils einen Durchgang 31, 51 auf, durch die ein Anschlusspin oder dgl . durchführbar ist, um die Stromsensorvorrichtung 1 mit einen Stromkreis elektrisch zu verbinden. Der dadurch ent- stehende Stromfluss I durch das erste Anschlusselement 30, das Widerstandselement 40 und das zweite Anschlusselement 50 wird anhand eines Spannungsabfalls zwischen zwei Messpunkten 42a, 42b am Widerstandselement 40 und einem elektrischen Widerstand R des Widerstandselements 40 ermittelt.
Das Widerstandselement 40 und die Anschlusselemente 30, 50 sind als Abschnitte des Blechelements ausgebildet. Der Abschnitt des Widerstandselements 40 befindet sich in der Mitte des Blech¬ elements zwischen den Abschnitten der Anschlusselemente 30, 50. Der Abschnitt des Widerstandselements 40 hat jeweils einen Anschlussbereich 41a, 41b mit einem Querschnitt, der mit denen der Anschlusselemente 30, 50 identisch ist. In den An¬ schlussbereichen 41a, 41b befinden sich die Messpunkte 42a, 42b über die der Spannungsabfall am Widerstandselement gemessen wird . Darüber hinaus weist das Widerstandselement 40 einen Abschnitt bzw. Bereich 43 mit einem Querschnitt auf, der kleiner ist als der Querschnitt der Anschlusselemente 30, 50. In dem Ausfüh¬ rungsbeispiel aus Figur 1 ist dieser Bereich stangenförmig und geradeförmig ausgebildet. Alternativ dazu ist dieser Bereich 43 in dem zweiten und dritten Ausführungsbeispielen mit mindestens einem gebogenen Abschnitt ausgebildet. In Figur 2 ist der Bereich 43 des Widerstandselements serpentinenförmig und in Figur 7 ist dieser Bereich 43 S-kurvenförmig ausgebildet. Wie in den Figuren gezeigt, sind unterschiedliche Formen des Widerstandselements 40 im Rahmen der Erfindung denkbar. Die Höhe bzw. Dicke des Widerstandselement 40 kann dabei wie im Ausführungsbeispiel nach Figur 5 gezeigt, sich von der Dicke der Anschlusselemente 30, 50 unterscheiden. Es kann aber auch, wie in den Figuren 6 und 7 gezeigt, gleich der Dicke der Anschlusselemente 30, 50 sein.
Auf diese Weise ist ein gleichbleibender elektrischer Widerstand R des Widerstandselements 40 mit unterschiedlichen Materialien oder in unterschiedlichen Dimensionen der Stromsensorvorrichtung realisierbar. Üblich ist es den elektrischen Widerstand R des Widerstandselements 40 auf ΙΟΟμΩ auszulegen. Mittels der gebogenen Abschnitte können mechanisch und thermisch stabile Widerstandselemente 40 realisiert werden. Wie in Figur 4 gezeigt, kann die Stromsensorvorrichtung 1 um eine Auswerteeinheit 70 zum Auswerten der Spannung am Widerstandselement 40 erweitert werden. Die Auswerteeinheit umfasst eine Leiterplatte 71, die einem Gehäuse 72 eingesetzt ist. Über zwei Anschlüsse 73 können die von der Auswerteeinheit 70 er¬ zeugten Signale abgerufen werden.
Bevorzugterweise weist die Auswerteeinheit durch einen oder mehrere Temperatursensoren 71 zum Messen der Temperatur am Anschlusselement 30, 50 und / oder am Widerstandselement 40 auf. Hierzu können die Temperatursensoren entweder direkt auf der Leiterplatine 71 angeordnet sein. Denkbar ist beispielsweise die Verwendung von optischen Temperatursensoren. Die Auswerteeinheit 70 ist dazu geeignet, um den elektrische Widerstand R des Widerstandselements 40 in Abhängigkeit der Temperatur zu ermitteln. Die Veränderung des elektrischen Widerstandes des Widerstandselements 40 durch Erwärmung oder Abkühlung des Widerstandselements 40 berücksichtigt, um eine präzisere Strommessung zu ermöglichen. Dadurch kann der ermittelte Stromwert um eine durch thermisch beeinflussten Stromwertanteil korrigiert werden, um den annähernd tatsäch¬ lichen Strom zu ermitteln. Der Verzicht auf ein besonders temperaturresistentes Widerstandsmaterial kann auf diese Weise kompensiert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Stromsensorvorrichtung (1) zum Messen eines Stroms, insbesondere zum Messen eines Batteriestroms in Kraftfahrzeugen, aufweisend
- ein elektrisches Widerstandselement (40) an dem über eine Spannung der Strom (I) ermittelbar ist, und
- ein erstes und zweites Anschlusselement (30, 50), die jeweils an unterschiedlichen Seiten des Widerstands- elements (40) angeordnet und mit dem Widerstandselement
(40) elektrisch verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (40) und die Anschlusselemente (30, 50) einstückig ausgebildet sind.
2. Stromsensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (40) und die An¬ schlusselemente (30, 50) aus einem einstückigen Blechelement ausgebildet sind.
3. Stromsensorvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstands¬ element (40) einen Querschnitt aufweist, der kleiner ist als der Querschnitt der Anschlusselemente (30, 50).
4. Stromsensorvorrichtung (1) nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet , dass das Widerstandselement (40) einen stangenförmig ausgebildeten Abschnitt (43) aufweist.
5. Stromsensorvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (40) mindestens einen gebogenen Abschnitt (43) aufweist.
6. Stromsensorvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstands- element einen schlangenförmigen gebogenen Abschnitt (43) aufweist .
7. Stromsensorvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechelement Kupfer aufweist.
8. Stromsensorvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden
Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit (70) zum Auswerten der Spannung am Widerstandselement (40) .
9. Stromsensorvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden
Ansprüche gekennzeichnet durch mindestens einen Tempera¬ tursensor zum Messen der Temperatur am Anschlusselement (30, 50) und / oder am Widerstandselement (40) .
10. Stromsensorvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Aus¬ werteeinheit (70) ein elektrische Widerstand (R) des Wi¬ derstandselements (40) in Abhängigkeit der Temperatur ermittelbar ist.
11. Stromsensorvorrichtung (1) nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Auswerteeinheit (70) der ermittelte Stromwert um eine durch thermisch beeinflussten Stromwertanteil korrigierbar ist.
12. Kraftfahrzeug mit einer Stromsensorvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
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