WO2022248349A1 - Strommesswiderstand zur messung eines elektrischen stromes - Google Patents
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Definitions
- the present invention is based on a current measuring resistor according to the preamble of the independent patent claim.
- This current measurement often consists of shunt resistors, which must or should be implemented redundantly for reasons of plausibility. This can result in a complex and costly duplication of all elements of the current measurement, for example the use of two shunts in series or the integration of two resistance elements in one component. This doubling also has a negative effect on the total internal resistance of the battery and thus limits battery performance at low temperatures.
- the current measuring resistor expediently comprises a second voltage tap and a third voltage tap, which are at least partially arranged within the resistance area.
- the first voltage tap is arranged between the second voltage tap and the third voltage tap.
- the second voltage tap and/or the third voltage tap are expediently designed as a bond or as a welded press-in pin or as a bore for a press-in pin. This is advantageous because it enables the voltage tap to be produced simply and inexpensively.
- the material of the resistance area expediently has an almost constant resistance in a predefined temperature range and in particular comprises a copper-manganese-nickel alloy. This is advantageous as it enables accurate measurements of the electrical current.
- FIG. 1 shows a schematic representation of a current measuring resistor according to the invention in accordance with a first embodiment
- the resistance area 16 preferably comprises a copper-manganese-nickel alloy, so that constant voltage drops across the voltage taps 13, 14, 15 can be detected even with temperature changes
Abstract
Es wird ein Strommesswiderstand (10) zur Messung eines elektrischen Stromes beschrieben, umfassend: a) einen ersten Anschlussbereich (11) zum Einbringen des zu messenden elektrischen Stromes, b) einen zweiten Anschlussbereich (12) zum Ausbringen des zu messenden elektrischen Stromes, c) einen Widerstandsbereich (16), welcher von dem zu messenden elektrischen Strom durchflossen wird und zwischen dem ersten Anschlussbereich (11) und dem zweiten Anschlussbereich (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass d) innerhalb des Widerstandsbereich (16) mindestens ein erster Spannungsabgriff (13) angeordnet ist. Weiterhin wird eine entsprechende Vorrichtung zur Strommessung beschrieben.
Description
Beschreibung
Strommesswiderstand zur Messung eines elektrischen Stromes
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Strommesswiderstand gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.
Stand der Technik
Für die Strommessung in Batterien, die in Fahrzeugen eingesetzt werden, ist auf grund hoher Verfügbarkeitsanforderungen meist eine vollständige Plausibilisie rung der Strommessung notwendig (beispielsweise erforderlich für ASIL Integri tätsstufe C oder D). Dies ist insbesondere im Bereich des automatisierten Fah rens erforderlich.
Häufig besteht diese Strommessung aus Shunt-Widerständen, die aus Gründen der Plausibilisierung redundant ausgeführt werden müssen oder sollen. Dadurch kann sich eine aufwendige und kostenintensive Verdopplung aller Elemente der Strommessung ergeben, beispielsweise der Einsatz von zwei Shunts in Reihe beziehungsweise die Integration von zwei Widerstandselementen in einem Bau teil. Diese Verdopplung wirkt sich zudem negativ auf den gesamten Innenwider stand der Batterie aus und begrenzt somit die Batterieleistung bei niedrigen Tem peraturen.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Offenbart wird ein Strommesswiderstand zur Messung eines elektrischen Stro mes mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs. Dabei umfasst der Strommesswiderstand einen ersten Anschlussbereich zum Einbringen des zu
messenden elektrischen Stromes, einen zweiten Anschlussbereich zum Ausbrin gen des zu messenden elektrischen Stromes sowie einen Widerstandsbereich, welcher von dem zu messenden Strom durchflossen wird und zwischen dem ers ten Anschlussbereich und dem zweiten Anschlussbereich angeordnet ist.
Innerhalb des Widerstandsbereichs ist mindestens ein erster Spannungsabgriff angeordnet. Dies ist vorteilhaft, um eine redundante Strommessung mit mög lichst geringem Aufwand und guter Genauigkeit sowie Leistungsfähigkeit zu er reichen. Weiterhin kann der erste Spannungsabgriff bei der Herstellung ohne zu sätzlichen Arbeitsgang hergestellt werden, was eine kostengünstige Herstellung ermöglicht.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegen stand der Unteransprüche.
Zweckmäßigerweise umfasst der Strommesswiderstand einen zweiten Span nungsabgriff und einen dritten Spannungsabgriff, welche zumindest teilweise in nerhalb des Widerstandsbereichs angeordnet sind. Dabei ist der erste Span nungsabgriff zwischen dem zweiten Spannungsabgriff und dem dritten Span nungsabgriff angeordnet. Dies ist vorteilhaft, da somit der gesamte Widerstands bereich zur Strommessung genutzt werden kann und somit eine sehr genaue Strommessung ermöglicht wird, da der Widerstandsbereich typischerweise eine bessere Konstanz des elektrischen Widerstands aufweist als die Anschlussberei che. Weiterhin können die beiden Spannungsabgriffe bei der Herstellung kosten günstig im selben Arbeitsgang wie der erste Spannungsabgriff hergestellt wer den.
Zweckmäßigerweise ist der erste Spannungsabgriff derart innerhalb des Wider standsbereichs angeordnet, dass er den Widerstandsbereich in einem vordefi nierten unsymmetrischen Widerstandsverhältnis, insbesondere 2:1, teilt. Dies ist vorteilhaft, um eventuelle mechanisch bedingte Widerstandsveränderungen wäh rend der Lebensdauer erfassen zu können. Vorteilhafterweise liegen der zweite Spannungsabgriff und der dritte Spannungsabgriff an den Übergangsbereichen
von dem Widerstandsbereich zu den Anschlussbereichen, jedoch zumindest teil weise innerhalb des Widerstandsbereich, um das unsymmetrische Widerstands verhältnis aufrechtzuerhalten.
Zweckmäßigerweise ist der erste Spannungsabgriff als Bond oder als aufge schweißter Einpresspin oder als Bohrung für einen Einpresspin ausgeführt. Dies ist vorteilhaft, da dies eine einfache und kostengünstige Herstellung des Span nungsabgriffs ermöglicht.
Zweckmäßigerweise sind der zweite Spannungsabgriff und/oder der dritte Span nungsgriff als Bond oder als aufgeschweißter Einpresspin oder als Bohrung für einen Einpresspin ausgeführt. Dies ist vorteilhaft, da dies eine einfache und kos tengünstige Herstellung des Spannungsabgriffs ermöglicht.
Zweckmäßigerweise weist das Material des Widerstandsbereichs in einem vor definierten Temperaturbereich einen nahezu konstanten Widerstand auf und um fasst insbesondere eine Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung. Dies ist vorteilhaft, da dies eine genaue Messungen des elektrischen Stromes ermöglicht.
Zweckmäßigerweise ist mindestens ein Spannungsabgriff redundant ausgeführt. Dies ist vorteilhaft, um eine auch über lange Zeiträume zuverlässige Strommes sung zu gewährleisten und das Risiko eines Ausfalls der Strommessung zu ver ringern.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zur Strommessung, ins besondere ein Stromsensor. Dabei umfasst die Vorrichtung einen erfindungsge mäßen Strommesswiderstand und eine elektronische Schaltung, welche mit dem ersten Spannungsabgriff, dem zweiten Spannungsabgriff und dem dritten Span nungsabgriff elektrisch leitend verbunden sind. Dies ist vorteilhaft, da somit gleichzeitig eine Strommessung und eine Plausibilisierung des gemessenen Stromes mit nur einem Strommesswiderstand durchgeführt werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher ausgeführt.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Strommesswi derstands gemäß einer ersten Ausführungsform;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Strommesswi derstands gemäß einer zweiten Ausführungsform;
Figur 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Strommessung gemäß einer Ausführungsform.
Ausführungsformen der Erfindung
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskompo nenten oder gleiche Verfahrensschritte.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Strom messwiderstands gemäß einer ersten Ausführungsform. Der Strommesswider stand 10 umfasst dabei einen ersten Anschlussbereich 11 zum Einbringen eines zu messenden Stromes, d. h. einen Bereich, in dem der zu messende Strom in den Strommesswiderstand 10 eingeleitet wird. Weiterhin weist der Strommesswi derstand 10 einen zweiten Anschlussbereich 12 zum Ausbringen des zu messen den Stromes auf, d. h. einen Bereich, in dem der zu messende Strom aus dem Strommesswiderstand 10 ausgeleitet wird.
Weiterhin umfasst der Strommesswiderstand 10 einen Widerstandsbereich 16, welcher von dem zu messenden Strom, der über die Anschlussbereich 11, 12 ein- beziehungsweise ausgebracht wird, durchflossen wird. Innerhalb des Wider standsbereichs 16 ist ein erster Spannungsabgriff 13 angeordnet, durch den ein Spannungsabfall beziehungsweise eine elektrische Spannung abgegriffen und gemessen werden kann.
Weiterhin weist der Strommesswiderstand 10 einen zweiten Spannungsabgriff 14 und einen dritten Spannungsabgriff 15 auf. Dabei ist der erste Spannungsabgriff 13 zwischen dem zweiten Spannungsabgriff 14 und dem dritten Spannungsab griff 15 angeordnet.
Über diese drei Spannungsabgriffe 13, 14, 15 können verschiedene elektrische Spannungen beziehungsweise Spannungsabfälle ermittelt werden, die sich bei Stromfluss durch den Strommesswiderstand 10 einstellen.
Der Widerstandsbereich 16 umfasst vorzugsweise eine Kupfer-Mangan-Nickel- Legierung, sodass auch bei Temperaturänderungen konstante Spannungsabfälle über die Spannungsabgriffe 13, 14, 15 erfasst werden kann
Alternativ können der zweite Spannungsabgriff 14 und/oder der dritten Span nungsabgriff 15 auch außerhalb des Widerstandsbereich 16 angeordnet sein. Dies kann möglicherweise zu einer negativen Beeinflussung der Strommessung führen.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Strom messwiderstands 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Der Strommesswi derstand 20 ist dabei ähnlich aufgebaut wie in Figur 1 und umfasst ebenso einen ersten Anschlussbereich 21, einen zweiten Anschlussbereich 22 und einen Wi derstandsbereich 26, welcher von dem zu messenden Strom, der über die An schlussbereich 21, 22 ein- beziehungsweise ausgebracht wird, durchflossen wird. Innerhalb des Widerstandsbereichs 26 ist ein erster Spannungsabgriff 23 angeordnet, durch den ein Spannungsabfall beziehungsweise eine elektrische Spannung abgegriffen und gemessen werden kann.
Weiterhin weist der Strommesswiderstand 20 zwei zweite Spannungsabgriffe 24 und zwei dritte Spannungsabgriffe 25 auf. Dabei ist der erste Spannungsabgriff 23 zwischen den beiden zweiten Spannungsabgriffen 24 und dem dritten Span nungsabgriff 25 angeordnet.
Über diese drei Spannungsabgriffe 23, 24, 25 können verschiedene elektrische Spannungen beziehungsweise Spannungsabfälle ermittelt werden, die sich bei Stromfluss durch den Strommesswiderstand 20 einstellen. Aufgrund der Redun danz der zweiten und dritten Spannungsabgriffe 24, 25 weist der Strommesswi derstand 20 eine sehr geringe Ausfallwahrscheinlichkeit auf.
Der Widerstandsbereich 26 umfasst vorzugsweise eine Kupfer-Mangan-Nickel- Legierung, sodass auch bei Temperaturänderungen konstante Spannungsabfälle über die Spannungsabgriffe 23, 24, 25 erfasst werden kann.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrich tung 30 zur Strommessung gemäß einer Ausführungsform. Dabei umfasst die Vorrichtung 30 einen erfindungsgemäßen Strommesswiderstand 35 und eine elektronische Schaltung, welche in Figur 3 eine erste Schaltung 33 zur Messung einer ersten elektrischen Spannung und eine zweite Schaltung 34 zur Messung einer zweiten elektrischen Spannung umfasst und somit mit einem ersten Span nungsabgriff 37, einem zweiten Spannungsabgriff 38 und einem dritten Span nungsabgriff 36 verbunden ist.
Ein Widerstandsbereich des Strommesswiderstands 35 ist in Figur 3 durch die Spannungsabgriffe 37, 38, 39 schematisch in die beiden Widerstände 31, 32 ein geteilt.
Die beiden Schaltungen 33, 34 können eingerichtet sein, die erste Spannung und die zweite Spannung zu ermitteln, zu vergleichen und bei Überschreiten einer vordefinierten Abweichung zwischen den beiden Spannungen eine entspre chende Meldung oder ein entsprechendes Signal zu erzeugen.
Der von der Vorrichtung zu messende Strom kann beispielsweise durch die dar gestellten Batteriezellen 39 erzeugt werden.
Claims
1. Strommesswiderstand (10, 2035) zur Messung eines elektrischen Stromes, umfassend a) einen ersten Anschlussbereich (11, 21) zum Einbringen des zu messen den elektrischen Stromes, b) einen zweiten Anschlussbereich (12, 22) zum Ausbringen des zu messen den elektrischen Stromes, c) einen Widerstandsbereich (16, 26), welcher von dem zu messenden elektrischen Strom durchflossen wird und zwischen dem ersten An schlussbereich (11, 21) und dem zweiten Anschlussbereich (12,22) ange ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass d) innerhalb des Widerstandsbereich (16,26) mindestens ein erster Span nungsabgriff (13, 23, 37) angeordnet ist.
2. Strommesswiderstand (10, 20, 35) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, weiterhin umfassend einen zweiten Spannungsabgriff (14, 24, 38) und einen dritten Spannungsabgriff (15, 25, 36), welche zumindest teilweise innerhalb des Widerstandsbereichs (16,26) angeordnet sind, wobei der erste Span nungsabgriff (13, 23, 37) zwischen dem zweiten Spannungsabgriff (14, 24,
38) und dem dritten Spannungsabgriff (15, 25, 36) angeordnet ist.
3. Strommesswiderstand (10, 20, 35) gemäß einem der vorhergehenden An sprüche, wobei der erste Spannungsabgriff (13, 23, 37) derart innerhalb des Widerstandsbereichs (16,26) angeordnet ist, dass er den Widerstandsbereich (16, 26) in einem vordefinierten unsymmetrischen Widerstandsverhältnis, ins besondere 2:1, teilt.
4. Strommesswiderstand (10, 2035) gemäß einem der vorhergehenden An sprüche, wobei der erste Spannungsabgriff (13, 23, 37) als Bond oder als aufgeschweißter Einpresspin oder als Bohrung für einen Einpresspin ausge führt ist.
5. Strommesswiderstand (10, 2035) gemäß Anspruch 2, wobei der zweite Spannungsabgriff (14, 24, 38) und/oder der dritte Spannungsabgriff (15, 25,
36) als Bond oder als aufgeschweißter Einpresspin oder als Bohrung für ei nen Einpresspin ausgeführt sind.
6. Strommesswiderstand (10, 2035) gemäß einem der vorhergehenden An sprüche, wobei das Material des Widerstandsbereichs (16, 26) in einem vor definierten Temperaturbereich einen nahezu konstanten Widerstand aufweist, insbesondere eine Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung umfasst.
7. Strommesswiderstand (10, 2035) gemäß einem der vorhergehenden An sprüche, wobei mindestens ein Spannungsabgriff (13, 23, 37, 14, 24, 38, 15, 25, 36) redundant ausgeführt ist.
8. Vorrichtung (30) zur Strommessung, insbesondere Stromsensor, umfassend einen Strommesswiderstand (10, 2035) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und eine elektronische Schaltung, welche mit dem ersten Span nungsabgriff (13, 23, 37), dem zweiten Spannungsabgriff (14, 24, 38) und dem dritten Spannungsabgriff (15, 25, 36) elektrisch leitend verbunden ist.
9. Vorrichtung (30) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die elektroni sche Schaltung eingerichtet ist, eine über dem ersten Spannungsgriff (13, 23,
37) und dem zweiten Spannungsabgriff (14, 24, 38) anliegende erste Span nung und eine über dem dritten Spannungsabgriff (15, 25, 36) und dem zwei ten Spannungsabgriff (14, 24, 38) anliegende zweite Spannung zu ermitteln und zu vergleichen, wobei bei Überschreiten einer vordefinierten Abweichung zwischen den beiden Spannungen eine Meldung und/oder ein Signal erzeugt wird.
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