DE102023129199B3

DE102023129199B3 - Strommesseinrichtung und zugehöriges Betriebsverfahren

Info

Publication number: DE102023129199B3
Application number: DE102023129199.8A
Authority: DE
Inventors: Benedikt Kramm; Michael POLLMANN; Jan Sattler; Wayne Lippert; Sven Thomas
Original assignee: IsabellenHuette Heusler GmbH and Co KG
Current assignee: IsabellenHuette Heusler GmbH and Co KG
Priority date: 2023-10-24
Filing date: 2023-10-24
Publication date: 2025-02-20
Anticipated expiration: 2043-10-25
Also published as: WO2025087605A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strommesseinrichtung zur Messung eines elektrischen Stroms (I), mit einem Strommesswiderstand (2), wobei der zu messende Strom (I) durch den Strommesswiderstand (2) fließt und der Strommesswiderstand (2) hinsichtlich seines Widerstandswerts (R) eine alterungsbedingte Drift aufweist, die vom Temperatur-Zeit-Profil (TP) des Strommesswiderstands (2) während der Betriebsdauer (t) abhängt. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Strommesseinrichtung eine Spannungsmesseinrichtung (3) zur Messung der über dem Strommesswiderstand (2) abfallenden elektrischen Spannung (U), sowie eine Auswertungseinheit (6), die eingangsseitig mit der Spannungsmesseinrichtung (3) verbunden ist und den durch den Strommesswiderstand (2) fließenden elektrischen Strom (I) in Abhängigkeit von der gemessenen Spannung (U) und dem Widerstandswert (R) des Strommesswiderstands (2) gemäß dem Ohmschen Gesetz berechnet. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Auswertungseinheit (6) bei der Berechnung des Stroms (I) gemäß dem Ohmschen Gesetz die alterungsbedingte Drift des Widerstandswerts (R) des Strommesswiderstands (2) mindestens teilweise kompensiert. Weiterhin umfasst die Erfindung ein entsprechendes Betriebsverfahren für eine solche Strommesseinrichtung.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Strommesseinrichtung zur Messung eines elektrischen Stroms gemäß der Vierleitertechnik. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Betriebsverfahren für eine solche Strommesseinrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Zur Messung eines elektrischen Stroms ist es aus dem Stand der Technik (z.B. EP 0 605 800 A1 ) bekannt, einen niederohmigen Strommesswiderstand zu verwenden, wobei die Strommessung gemäß der Vierleitertechnik erfolgt. Der zu messende elektrische Strom wird hierbei durch den niederohmigen Strommesswiderstand geleitet, wobei die Spannung über dem Strommesswiderstand gemessen wird. Aus der über dem Strommesswiderstand abfallenden Spannung und dem bekannten Widerstandswert des Strommesswiderstands kann dann gemäß dem Ohmschen Gesetz der durch den Strommesswiderstand fließenden elektrischen Strom berechnet werden.
Problematisch an dieser bekannten Art der Strommessung ist die Tatsache, dass es im Betrieb des Strommesswiderstands über längere Betriebsdauern zu Messfehlern kommt.
Zum allgemeinen technischen Hintergrund der Erfindung ist auch hinzuweisen auf US 2011 / 0 298 473 A1 .
Schließlich offenbart KR 10 2019 0 075 812 A eine Strommesseinrichtung und ein zugehöriges Betriebsverfahren gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche. Dieser Stand der Technik ist jedoch noch nicht vollständig befriedigend.
Beschreibung der Erfindung
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine entsprechend verbesserte Strommesseinrichtung zu schaffen, die auch bei längeren Betriebsdauern keine derartigen Fehlmessungen zeigt.
Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Strommesseinrichtung bzw. durch ein zugehöriges Betriebsverfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die bei längeren Betriebsdauern auftretenden Fehlmessungen des elektrischen Stroms daher rühren, dass der Widerstandswert des Strommesswiderstands eine alterungsbedingte Drift aufweist. Dies bedeutet, dass der Widerstandswert des Strommesswiderstands zeitlich nicht konstant ist, sondern sich mit der Betriebsdauer schleichend ändert. Ohne eine Berücksichtigung dieser schleichenden alterungsbedingten Änderung des Widerstandswerts des Strommesswiderstands führt dies bei der Berechnung des elektrischen Stroms aus der über dem Stromesswiderstand abfallenden Spannung und dem Widerstandswert des Strommesswiderstands zu einem Messfehler.
Die Erfindung sieht deshalb vor, dass die alterungsbedingte Drift des Widerstandswerts des Strommesswiderstands mindestens teilweise kompensiert wird, um alterungsbedingte Messfehler zu vermeiden.
Die erfindungsgemäße Strommesseinrichtung weist zunächst in Übereinstimmung mit der eingangs beschriebenen bekannten Strommesseinrichtung einen niederohmigen Strommesswiderstand auf, wobei der zu messende elektrische Strom durch den Strommesswiderstand geleitet wird, wie es auch bei der herkömmlichen Strommessung gemäß der Vierleitertechnik der Fall ist.
Darüber hinaus weist auch die erfindungsgemäße Strommesseinrichtung in Übereinstimmung mit der eingangs beschriebenen bekannten Strommesseinrichtung eine Spannungsmesseinrichtung auf, um die über dem Strommesswiderstand abfallende elektrische Spannung zu messen.
Ferner verfügt auch die erfindungsgemäße Strommesseinrichtung in Übereinstimmung mit der eingangs beschriebenen bekannten Strommesseinrichtung über eine Auswertungseinheit, die eingangsseitig mit der Spannungsmesseinrichtung verbunden ist und den durch den Strommesswiderstand fließenden elektrischen Strom in Abhängigkeit von der gemessenen Spannung und dem vorgegebenen Widerstandswert des Strommesswiderstands gemäß dem Ohmschen Gesetz berechnet.
Die Erfindung sieht nun zusätzlich vor, dass die Auswertungseinheit bei der Berechnung des Stroms gemäß dem Ohmschen Gesetz die alterungsbedingte Drift des Widerstandswerts des Strommesswiderstands mindestens teilweise kompensiert.
Bei der Kompensation der alterungsbedingten Drift des Widerstandswerts des Strommesswiderstands kann davon ausgegangen werden, dass diese Drift wesentlich von dem Temperatur-Zeit-Profil des Strommesswiderstands während der Betriebsdauer beeinflusst wird. Falls die erfindungsgemäße Strommesseinrichtung beispielsweise über einen längeren Zeitraum nicht benutzt wird, so zeigt das Temperatur-Zeit-Profil in dieser Zeit auch keine Temperaturspitzen, was dann auch allenfalls eine geringe alterungsbedingte Drift des Widerstandswerts des Strommesswiderstands verursacht. Falls die Strommesseinrichtung dagegen dauernd zur Messung hoher elektrischer Ströme eingesetzt wird, so zeigt das Temperatur-Zeit-Profil des Strommesswiderstands starke Temperaturspitzen, was zu einer entsprechend starken alterungsbedingten Drift des Widerstandswerts des Strommesswiderstands führt. Die erfindungsgemäße Strommesseinrichtung weist deshalb vorzugsweise einen Zeitmesser auf, um die abgelaufene Betriebsdauer des Strommesswiderstands zu messen, da die abgelaufene Betriebsdauer des Strommesswiderstands eine wesentliche Einflussgröße für die alterungsbedingte Drift des Widerstandswerts ist.
Gemäß der Erfindung wird die tatsächliche Temperatur des Strommesswiderstands mittels einer Temperaturmesseinrichtung gemessen.
Hierbei weist die Strommesseinrichtung einen Zeitmesser auf, um die abgelaufene Betriebsdauer des Strommesswiderstands zu messen, da die abgelaufene Betriebsdauer des Strommesswiderstands neben dem Temperatur-Zeit-Profil eine wesentliche Einflussgröße für die alterungsbedingte Drift des Widerstandswerts des Strommesswiderstands ist. Gemäß der Erfindung ist die Auswertungseinheit sowohl mit der Temperaturmesseinrichtung als auch mit dem Zeitmesser verbunden und ermittelt dann während der Betriebsdauer des Strommesswiderstands laufend das tatsächliche Temperatur-Zeit-Profil des Strommesswiderstands. Das Temperatur-Zeit-Profil des Strommesswiderstands wird hierbei also nicht einfach geschätzt, sondern tatsächlich gemessen, was eine genauere Kompensation der alterungsbedingten Drift des Widerstandswerts ermöglicht. Die Auswertungseinheit kann dann die alterungsbedingte Drift des Widerstandswerts des Strommesswiderstands aufgrund des gemessenen Temperatur-Zeit-Profils und der abgelaufenen Betriebsdauer kompensieren. Hierzu berechnet die Auswertungseinheit dann aus dem gemessenen Temperatur-Zeit-Profil und der abgelaufenen Betriebsdauer einen korrigierten Widerstandswert, der auch die alterungsbedingte Drift des Widerstandswerts des Strommesswiderstands berücksichtigt. Diese Korrektur des Widerstandswerts kann aufgrund von Alterungsmodellen erfolgen, die herstellerseitig aufgrund von Praxismessungen ermittelt werden. Beispielsweise können Strommesswiderstände beim Hersteller des Strommesswiderstands Alterungsversuchen unterworfen werden, bei denen die Stromesswiderstände bestimmten Temperatur-Zeit-Profilen ausgesetzt werden, wobei dann jeweils die alterungsbedingte Drift des Widerstandswerts des Strommesswiderstands gemessen wird. Auf diese Weise kann ein Alterungsmodell in der Auswertungseinheit hinterlegt werden, wobei das Alterungsmodell das Widerstandsmaterial, die Anbindung an das Widerstandsmaterial, die Positionierung des Strommesswiderstands und das jeweilige Temperatur-Zeit-Profil berücksichtigen kann.
Die Alterungsdrift des Strommesswiderstands der Strommesseinrichtung über die Betriebsdauer kann anhand von Umweltsimulationsprüfungen der Strommesswiderstände ermittelt werden. Den Umweltsimulationsprüfungen (z.B. Hochtemperaturauslagerung oder Temperaturzyklenprüfung) liegen beschleunigte Temperatur- und/oder Lastprofile zugrunde, welche mittels des Arrhrenius-Modells oder des Coffin-Manson-Modells berechnet werden. Die ermittelten Alterungdrift-Betriebsdauer-Kurven werden in der Strommesseinrichtung zur Korrektur der Alterungsdrift des Strommesswiderstands hinterlegt und zur Korrekturrechnung verwendet.
Vorstehend wurde nur auf die Messfehler eingegangen, die durch die alterungsbedingte Drift des Widerstandswerts des Stromesswiderstands verursacht werden. Darüber hinaus weist der Widerstandswert des Strommesswiderstands jedoch auch eine temperaturabhängige Drift entsprechend der aktuellen Temperatur des Strommesswiderstands auf. Zwar wird bei der Auswahl des Widerstandsmaterials des Strommesswiderstands darauf geachtet, dass der Widerstandswert des Strommesswiderstands eine möglichst geringe Temperaturabhängigkeit aufweist. Allerdings lässt sich diese störende Temperaturabhängigkeit nicht vollständig verhindern. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist deshalb vorgesehen, dass die Auswertungseinheit bei der Berechnung des Stroms gemäß dem Ohmschen Gesetz auch die temperaturabhängige Drift des Widerstandswerts des Strommesswiderstands entsprechend der aktuell gemessenen Temperatur kompensiert. Hierzu ist die Auswertungseinheit in der Lage, weil sie über die Temperaturmesseinrichtung die aktuelle Temperatur des Stromesswiderstands misst und den Temperaturkoeffizienten bzw. allgemein die Temperaturabhängigkeit des Widerstandswerts des Strommesswiderstands kennt.
Es besteht im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, dass ein Stromlastprofil vorgegeben wird, das den zeitlichen Verlauf des durch den Stromesswiderstand fließenden Stroms während der bisherigen Betriebsdauer wiedergibt. Ein solches Stromlastprofil lässt sich entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall leichter vorgeben als das Temperatur-Zeit-Profil. Gleichwohl eignet sich die Vorgabe des Stromlastprofils auch zur Ermittlung und Kompensation der alterungsbedingten Drift des Widerstandswerts des Strommesswiderstands, weil die Temperatur des Strommesswiderstands ganz wesentlich von dem Strom abhängt, der durch den Strommesswiderstand fließt. Die Auswertungseinheit kann dann die alterungsbedingte Drift des Widerstandswerts aufgrund der abgelaufenen Betriebsdauer und dem vorgegebenen Stromlastprofil kompensieren. Das Stromlastprofil wird hierbei tatsächlich gemessen.
Allgemein ist zu erwähnen, dass der Strommesswiderstand vorzugsweise niederohmig ist, insbesondere mit einem Widerstandswert von höchstens 100 mΩ, 25 mΩ, 10 mΩ, 5 mΩ, 2 mΩ, 1 mΩ, 500 µΩ oder 250 µΩ.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Strommesswiderstand mit zwei Anschlussteilen aus einem Leitermaterial verbunden, wobei die Anschlussteile und der Strommesswiderstand vorzugsweise plattenförmig sind, wie es auch aus dem eingangs zitierten Stand der Technik (vgl. EP 0 605 800 A1 ) bekannt ist.
Die Anschlussteile des Strommesswiderstands bestehen vorzugsweise aus einem Leitermaterial, wie beispielsweise Kupfer, eine Kupferlegierung, Aluminium oder eine Aluminiumlegierung.
Der Strommesswiderstand besteht dagegen vorzugsweise aus einem Widerstandsmaterial, das eine geringere spezifische elektrische Leitfähigkeit hat als das Leitermaterial der Anschlussteile.
Beispielsweise kann es sich bei dem Widerstandsmaterial des Strommesswiderstands um eine der folgenden Legierungen handeln:

• eine Kupfer-Legierung, insbesondere eine Kupfer-Mangan-Zinn-Legierung, insbesondere CuMn12Ni2 oder CuMn7Sn2,3, oder eine Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung, insbesondere Cu84Ni4Mn12 oder Cu65Mn25Ni10, oder eine Kupfer-Chrom-Legierung,
• eine Nickellegierung, insbesondere NiCr oder CuNi.

Ferner ist allgemein zu erwähnen, dass der Strommesswiderstand vorzugsweise elektrisch und mechanisch mit den beiden Anschlussteilen verbunden ist, insbesondere durch eine Schweißverbindung (z.B. Elektronenstrahlverschweißung).
Zur elektrischen Leitfähigkeit ist zu bemerken, dass das Widerstandsmaterial des Strommesswiderstands vorzugsweise einen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist, der kleiner ist als 2·10 ⁴ Ω-m, 2·10^-5 Ω·m oder 2·10⁶ Ω·m, und/oder größer ist als 2·10 ⁶ Ω·m, 2·10 ⁷ Ω·m, während das Leitermaterial der Anschlussteile einen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist, der kleiner ist als 10^-6 Ω·m oder 10^-7 Ω·m.
Vorstehend wurde die erfindungsgemäße Strommesseinrichtung unabhängig von dem jeweiligen Anwendungsfall beschrieben. Die Erfindung beansprucht jedoch auch Schutz für eine Anlage (z.B. Bordnetzanlage eines Kraftfahrzeugs) mit einer solchen Strommesseinrichtung und einem elektrischen Netz (z.B. Bordnetz des Kraftfahrzeugs), wobei der von der Strommesseinrichtung gemessene elektrische Strom in dem Netz fließt. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich des Anwendungsgebiets nicht auf die Strommessung in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs beschränkt, sondern auch bei stationären Anlagen einsetzbar.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Strommesseinrichtung vorzugsweise eine Steuereinheit aufweist, die wahlweise einen aktiven Modus der Strommesseinrichtung oder einen passiven Modus (Ruhemodus) der Anlage einstellt.
In dem aktiven Modus der Anlage ist das elektrische Netz eingeschaltet und der Strommesswiderstand misst die im laufenden Betrieb fließenden elektrischen Ströme, wobei dann auch das Temperatur-Zeit-Profil des Strommesswiderstands gemessen werden kann.
In dem passiven Modus ist das elektrische Netz dagegen ausgeschaltet, so dass der Strommesswiderstand grundsätzlich nicht bestromt wird. Allerdings ist in dem passiven Modus vorzugsweise vorgesehen, dass die Strommesseinrichtung regelmäßig „aufwacht“ und dann eine Temperaturmessung vornimmt, um auch in dem passiven Modus der Strommesseinrichtung das Temperatur-Zeit-Profil des Strommesswiderstands ermitteln zu können. Die Messung von Temperatur und/oder Spannung erfolgt im passiven Modus vorzugsweise mit einem wesentlich größeren Zeitinterwall als in dem aktiven Modus, d.h. die Messung von Spannung und/oder Temperatur erfolgt in dem passiven Modus wesentlich seltener als in dem aktiven Modus. Die Auswertungseinheit kann dann das Temperatur-Zeit-Profil des Strommesswiderstands aufgrund der Messwerte der Temperatur in dem aktiven Modus und/oder in dem passiven Modus ermitteln, um auf der Grundlage des so ermittelten Temperatur-Zeit-Profils die alterungsbedingte Drift des Widerstandswerts des Strommesswiderstands zu ermitteln.
Neben der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Strommesseinrichtung und einer Anlage mit einer solchen erfindungsgemäßen Strommesseinrichtung beansprucht die Erfindung auch Schutz für ein entsprechendes Betriebsverfahren, wobei sich die einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens bereits aus der vorstehenden Beschreibung ergeben, so dass auf eine separate Beschreibung der einzelnen Verfahrensschritte verzichtet werden kann.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Strommesseinrichtung mit einer Kompensation der alterungs- und temperaturbedingten Drift des Widerstandswerts des Stromesswiderstands.
2 zeigt ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens.
3 zeigt eine nicht erfindungsgemäße Abwandlung von 2.
4 zeigt ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung des Betriebs der erfindungsgemäßen Strommesseinrichtung im aktiven Modus und im passiven Modus.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Strommesseinrichtung zur Messung eines elektrischen Stroms I gemäß der an sich bekannten Vierleitertechnik. Hierbei wird der zu messende elektrische Strom I über eine Stromleitung 1 durch einen niederohmigen Strommesswiderstand 2 geleitet, wobei mittels einer Spannungsmesseinrichtung 3 über zwei Spannungsabgriffe 4, 5 an dem Strommesswiderstand 2 die elektrische Spannung U gemessen wird, die über dem Strommesswiderstand 2 abfällt.
Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Strommesseinrichtung in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik eine Auswertungseinheit 6 auf, die aus der über dem Stromesswiderstand 2 abfallenden elektrischen Spannung U und dem bekannten Widerstandswert R des Strommesswiderstands 2 gemäß dem Ohmschen Gesetz den durch den Strommesswiderstand 2 fließenden elektrischen Strom I berechnet. Für diese Stromberechnung weist die Auswertungseinheit 6 ein Modul 7 auf.
Es wurde bereits vorstehend erläutert, dass der Widerstandswert R des Strommesswiderstands 2 im Betrieb nicht zeitlich konstant ist, sondern eine alterungsbedingte Drift aufweist, die von der abgelaufenen Betriebsdauer t und dem vorangegangenen Temperatur-Zeit-Profil TP abhängt, dem der Stromesswiderstand 2 während der abgelaufenen Betriebsdauer t ausgesetzt war. Zur Kompensation dieser alterungsbedingten Drift des Widerstandswerts R des Strommesswiderstands 2 weist die erfindungsgemäße Strommesseinrichtung deshalb zunächst einen Zeitmesser 8 auf, der die Betriebsdauer t des Strommesswiderstands 2 misst.
Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Strommesseinrichtung eine Temperaturmesseinrichtung 9 auf, die mittels eines Temperaturfühlers 10 die aktuelle Temperatur T des Strommesswiderstands 2 misst.
Die Auswertungseinheit 6 weist nun ein weiteres Modul 11 auf, das eingangsseitig mit dem Zeitmesser 8 und mit der Temperaturmesseinrichtung 9 verbunden ist und während der Betriebsdauer t laufend das Temperatur-Zeit-Profil TP ermittelt, dem der Strommesswiderstand 2 ausgesetzt ist und das ganz wesentlich die alterungsbedingte Drift des Widerstandswerts R des Strommesswiderstands 2 beeinflusst.
Zur Kompensation dieser alterungsbedingten Drift weist die Auswertungseinheit 6 ein weiteres Modul 12 auf, das eingangsseitig das gemessene Temperatur-Zeit-Profil TP von dem Modul 11 aufnimmt und als Vorgabe auch einen Widerstandswert R0 erhält, der den Widerstandswert des Strommesswiderstands 2 ohne eine Kompensation von alterungs- und temperaturbedingter Drift wiedergibt, beispielsweise zum Zeitpunkt der Auslieferung bei Raumtemperatur.
Das Modul 12 berechnet dann aufgrund eines hinterlegten Alterungsmodells einen alterungsbedingt kompensierten Widerstandswert R(TP), der die alterungsbedingte Drift des Widerstandswerts R berücksichtigt.
Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Strommesseinrichtung zusätzlich auch eine Temperaturkompensation des Widerstandswerts R des Strommesswiderstands 2. Hierzu weist die Strommesseinrichtung ein weiteres Modul 13 auf, das den alterungskompensierten Widerstandswert R(TP) von dem Modul 12 erhält und zusätzlich eine Temperaturkompensation durchführt und ausgangsseitig einen Widerstandswert R(T, TP) an das Modul 7 ausgibt, der sowohl die alterungsbedingte Drift als auch die temperaturbedingte Drift des Widerstandswerts R des Strommesswiderstands 2 kompensiert, wodurch Messfehler minimiert werden.
Im Folgenden wird nun das Flussdiagramm gemäß 2 beschrieben, das die Betriebsweise der Strommesseinrichtung gemäß 1 verdeutlicht.
In einem ersten Schritt S1 wird zunächst der Widerstandswert R0 des Strommesswiderstands 2 vorgegeben und zwar ohne Berücksichtigung von Alterungseffekten und bei einer definierten Umgebungstemperatur (z.B. Raumtemperatur).
In einem nächsten Schritt S2 erfolgt dann im Betrieb des Strommesswiderstands 2 laufend die Messungen der abgelaufenen Betriebsdauer t des Strommesswiderstands 2 mittels des Zeitmessers 8.
Im nächsten Schritt S3 erfolgt dann laufend die Messung des Temperatur-Zeit-Profils TP des Strommesswiderstands 2 während der Betriebsdauer t.
In einem folgenden Schritt S4 wird dann der alterungsbedingt veränderte Widerstandswert R(TP) entsprechend dem tatsächlich gemessenen Temperatur-Zeit-Profil TP berechnet.
Im nächsten Schritt S5 erfolgt dann noch eine temperaturabhängige Kompensation des Widerstandswerts R(T, TP) entsprechend der aktuell gemessenen Temperatur T des Strommesswiderstands 2.
Im nächsten Schritt S6 wird dann die Spannung über dem Stromesswiderstand 2 gemessen, wie es an sich auch aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Im letzten Schritt S7 erfolgt dann die Berechnung des Stroms I aus der gemessenen Spannung U und dem alterungs-und temperaturbedingt angepassten Widerstandswert R(T, TP) gemäß dem Ohmschen Gesetz.
3 zeigt eine nicht erfindungsgemäße Abwandlung des Flussdiagramms gemäß 2, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass das Temperatur-Zeit-Profil als Einflussgröße für die alterungsbedingte Drift des Widerstandswerts des Strommesswiderstands 2 nicht gemessen wird. Vielmehr wird stattdessen ein geschätztes Stromlastprofil SLP für die Lebensdauer des Strommesswiderstands 2 vorgegeben, wobei die Vorgabe des Stromlastprofils SLP in Abhängigkeit von dem jeweiligen Anwendungsfall erfolgt. Das Stromlastprofil SLP beeinflusst dann mittelbar auch die alterungsbedingte Drift des Widerstandswerts R des Strommesswiderstands 2, da die Bestromung des Strommesswiderstands 2 die Temperatur T des Strommesswiderstands 2 ganz wesentlich beeinflusst.
Im Folgenden wird nun das schematische Flussdiagramm gemäß 4 beschrieben, das den aktiven und den passiven Modus der Strommesseinrichtung erläutert.
In einem ersten Schritt S1 wird zunächst geprüft, ob der normale Betrieb vorliegt, woraufhin dann gegebenenfalls zum Schritt S2 übergegangen wird.
Im Schritt S2 wird dann geprüft, ob die Anlage (z.B. Bordnetzanlage eines Kraftfahrzeugs) in Betrieb ist und sich somit in einem aktiven Modus befindet.
In dem aktiven Modus gemäß dem Schritt S3 erfolgt dann regelmäßig eine Messung der Spannung über dem Strommesswiderstand 2 und auch der Temperatur T des Strommesswiderstands 2. Diese Messung erfolgt getaktet mit einem Zeitintervall t1.
Im nächsten Schritt S4 wird dann das Temperatur-Zeit-Profil TP während der Betriebsdauer gemessen.
Im nächsten Schritt S5 erfolgt dann unter Berücksichtigung des gemessenen Temperatur-Zeit-Profils TP die Berechnung des Stroms I, wobei eine alterungs- und temperaturbedingte Kompensation erfolgt.
In einem folgenden Schritt S6 wird dann der kompensierte Strom I ausgegeben.
Falls dagegen in dem Schritt S2 ermittelt wird, dass die Anlage (z.B. Bordnetzanlage eines Kraftfahrzeugs) abgeschaltet ist, so wird die Strommesseinrichtung in einem passiven Modus (Ruhemodus) gemäß dem Schritt S7 betrieben. In diesem Ruhemodus wird der Strommesswiderstand 2 eigentlich nicht bestromt, so dass auch keine Messungen von Temperatur T und oder Spannung U erfolgt. Allerdings erfolgt in diesem Ruhemodus ein regelmäßiges „Aufwachen“ der Strommesseinrichtung, um die Spannung U und die Temperatur T an dem Strommesswiderstand 2 zu messen. Diese Messung erfolgt ebenfalls getaktet mit einem Zeitintervall t2, wobei dieses Zeitintervall t2 wesentlich größer ist als das Zeitintervall t1 für die Messung in dem aktiven Modus. In dem passiven Modus (Ruhemodus) erfolgt die Messung also wesentlich seltener als in dem aktiven Modus.
Von dem Schritt S1 kann optional auch zu einem weiteren Schritt S8 übergegangen werden, in dem regelmäßig eine Messung der Spannung U und des Stroms T erfolgt.
In dem Schritt S9 wird dann geprüft, ob eine Korrektur der Lebenszeitabhängigkeit erforderlich ist.
Falls dies der Fall ist, so kann in einem Schritt D10 ein Empfang externer Korrekturparameter für die Lebenszeitabhängigkeit des Stromsensors erfolgen. Beispielsweise kann das Alterungsmodell aktualisiert werden, das in der Auswertungseinheit hinterlegt ist.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung ermöglicht eine Kompensation der alterungsbedingten Drift des Widerstandswerts des Strommesswiderstands und dadurch eine Minimierung der Messfehler.
Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung auch eine Kompensation der temperaturbedingten Drift des Widerstandswerts des Stromesswiderstands, was ebenfalls eine Minimierung der Messfehler ermöglicht.
Die Kompensation der alterungsbedingten Drift kann hierbei entsprechend einem Alterungsmodell erfolgen, das empirisch ermittelt wurde und in der Auswertungseinheit hinterlegt sein kann.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt sowohl eine Kompensation der alterungsbedingten Drift des Widerstandswerts als auch eine Kompensation der temperaturbedingten Drift des Strommesswiderstands, wodurch die Messfehler dann minimiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Stromleitung durch den Strommesswiderstand
2: Strommesswiderstand
3: Spannungsmesseinrichtung zur Messung der Spannung über dem Strommesswiderstand
4, 5: Spannungsabgriffe an dem Strommesswiderstand
6: Auswertungseinheit
7: Modul der Auswertungseinheit zur Berechnung des Stroms gemäß dem Ohmschen Gesetz
8: Zeitmesser zur Messung der Betriebsdauer des Strommesswiderstands
9: Temperaturmesseinrichtung zur Messung der Temperatur des Strommesswiderstands
10: Temperaturfühler
11: Modul der Auswertungseinheit zur Berechnung des Temperatur-Zeit-Profil des Strommesswiderstands über die Betriebsdauer
12: Modul der Auswertungseinheit zur Alterungskompensation
13: Modul der Auswertungseinheit zur Temperaturkompensation Temperaturfühler an dem Strommesswiderstand
I: Strom
R0: Widerstandswert des Strommesswiderstands ohne Kompensation von alterungs- und temperaturbedingte Drift
R(TP): Widerstandswert des Strommesswiderstands nach alterungsbedingter Kompensation
R(T, TP): Widerstandswert des Strommesswiderstands nach alterungs- und temperaturbedingter Kompensation
t: Betriebsdauer des Strommesswiderstands
T: Temperatur des Strommesswiderstands
TP: Temperatur-Zeit-Profil des Strommesswiderstands über die Betriebsdauer
U: Spannung über dem Strommesswiderstand

Claims

Strommesseinrichtung zur Messung eines elektrischen Stroms (I), mit a) einem Strommesswiderstand (2), wobei a1) der zu messende Strom (I) durch den Strommesswiderstand (2) fließt und a2) der Strommesswiderstand (2) hinsichtlich seines Widerstandswerts (R) eine alterungsbedingte Drift aufweist, die vom Temperatur-Zeit-Profil (TP) des Strommesswiderstands (2) während der Betriebsdauer (t) abhängt, b) einer Spannungsmesseinrichtung (3) zur Messung der über dem Strommesswiderstand (2) abfallenden elektrischen Spannung (U), und c) einer Auswertungseinheit (6), die eingangsseitig mit der Spannungsmesseinrichtung (3) verbunden ist und den durch den Strommesswiderstand (2) fließenden elektrischen Strom (I) in Abhängigkeit von der gemessenen Spannung (U) und dem Widerstandswert (R) des Strommesswiderstands (2) gemäß dem Ohmschen Gesetz berechnet, d) wobei die Auswertungseinheit (6) bei der Berechnung des Stroms (I) gemäß dem Ohmschen Gesetz die alterungsbedingte Drift des Widerstandswerts (R) des Strommesswiderstands (2) mindestens teilweise kompensiert, dadurch gekennzeichnet, e) dass die Strommesseinrichtung eine Temperaturmesseinrichtung (9) aufweist, die die aktuelle Temperatur (T) des Strommesswiderstands (2) misst, f) dass die Strommesseinrichtung einen Zeitmesser (8) aufweist, um die abgelaufene Betriebsdauer (t) des Strommesswiderstands (2) zu messen, g) dass die Auswertungseinheit (6) mit der Temperaturmesseinrichtung (9) und dem Zeitmesser (8) verbunden ist und während der Betriebsdauer (t) das Temperatur-Zeit-Profil (TP) des Strommesswiderstands (2) ermittelt, und h) dass die Auswertungseinheit (6) die alterungsbedingte Drift des Widerstandswerts (R) des Strommesswiderstands (2) aufgrund des gemessenen Temperatur-Zeit-Profils (TP) während der bisherigen Betriebsdauer kompensiert.
Strommesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) dass der Strommesswiderstand (2) hinsichtlich seines Widerstandswerts (R) eine temperaturabhängige Drift entsprechend der aktuellen Temperatur (T) des Strommesswiderstands (2) aufweist, b) dass die Auswertungseinheit (6) bei der Berechnung des Stroms (I) gemäß dem Ohmschen Gesetz die temperaturabhängige Drift des Widerstandswerts (R) des Strommesswiderstands (2) entsprechend der aktuell gemessenen Temperatur (T) kompensiert.
Strommesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Auswertungseinheit (6) während des Betriebs ein tatsächliches Stromlastprofil ermittelt, wobei das Stromlastprofil den zeitlichen Verlauf des durch den Strommesswiderstand (2) fließenden Stroms (I) während der bisherigen Betriebsdauer wiedergibt, und b) dass die Auswertungseinheit (6) die alterungsbedingte Drift des Widerstandswerts (R) des Strommesswiderstands (2) aufgrund der abgelaufenen Betriebsdauer (t) und des gemessenen Stromlastprofils (SLP) während der bisherigen Betriebsdauer des Strommesswiderstands (2) kompensiert.
Strommesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Strommesswiderstand (2) niederohmig ist, insbesondere mit einem Widerstandswert (R) von höchstens 100 mΩ, 25 mΩ, 10 mΩ, 5 mΩ, 2 mΩ, 1 mΩ, 500 µΩ oder 250 µΩ, und/oder b) dass der Strommesswiderstand (2) mit zwei Anschlussteilen aus einem Leitermaterial verbunden ist, und/oder c) dass das Leitermaterial der Anschlussteile Kupfer, eine Kupferlegierung, Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist, und/oder d) dass der Strommesswiderstand (2) aus einem Widerstandsmaterial besteht, das eine geringere spezifische elektrische Leitfähigkeit hat als das Leitermaterial der Anschlussteile, und/oder e) dass das Widerstandsmaterial des Strommesswiderstands (2) eine der folgende Legierungen ist: e1) eine Kupfer-Legierung, insbesondere eine Kupfer-Mangan-Zinn-Legierung, insbesondere CuMn12Ni2 oder CuMn7Sn2,3, oder eine Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung, insbesondere Cu84Ni4Mn12 oder Cu65Mn25Ni10, oder eine Kupfer-Chrom-Legierung, e2) eine Nickellegierung, insbesondere NiCr oder CuNi, und/oder f) dass der Strommesswiderstand (2) elektrisch und mechanisch mit den beiden Anschlussteilen verbunden ist, insbesondere durch eine Schweißverbindung, insbesondere durch eine Elektronenstrahlverschweißung, und/oder g) dass der Strommesswiderstand (2) und/oder die Anschlussteile plattenförmig sind, und/oder h) dass das Widerstandsmaterial einen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist, der kleiner ist als 2·10^-4 Ω-m, 2·10^-5 Ω·m oder 2·10^-6 Ω·m, und/oder i) dass das Widerstandsmaterial einen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist, der größer ist als 2·10^-6 Ω·m, 2·10^-7 Ω·m, und/oder j) dass das Leitermaterial der Anschlussteile einen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist, der kleiner ist als 10^-6 Ω·m oder 10^-7 Ω·m.
Anlage, insbesondere Bordnetzanlage eines Kraftfahrzeugs, mit a) einer Strommesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und b) einem elektrischen Netz, insbesondere einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs, wobei der von der Strommesseinrichtung gemessene elektrische Strom (I) in dem Netz fließt.
Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Strommesseinrichtung eine Steuereinheit aufweist, die wahlweise einen aktiven Modus der Anlage oder einen passiven Modus der Anlage einstellt, b) dass in dem aktiven Modus das elektrische Netz eingeschaltet ist und den Strommesswiderstand (2) bestromt, und c) dass in dem passiven Modus das elektrische Netz ausgeschaltet ist und den Strommesswiderstand (2) nicht bestromt.
Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Strommesseinrichtung in dem aktiven Modus regelmäßig mit einem ersten Zeitintervall folgende Größen misst, a1) die Spannung (U) über dem Strommesswiderstand (2), und/oder a2) die Temperatur (T) des Strommesswiderstands (2), b) dass die Strommesseinrichtung in dem passiven Modus regelmäßig mit einem zweiten Zeitintervall folgende Größen misst: b1) die Spannung (U) über dem Strommesswiderstand (2), und/oder b2) die Temperatur (T) des Strommesswiderstands (2), und c) dass zur Stromversorgung der Strommesseinrichtung und/oder der Auswertungseinheit (6) in dem passiven Modus vorzugsweise eine separate Spannungsquelle vorgesehen ist, d) dass das zweite Zeitintervall vorzugsweise wesentlich länger ist als das erste Zeitintervall, insbesondere mindestens um den Faktor 10, 100, 1000 oder 10000, e) dass die Auswertungseinheit (6) das Temperatur-Zeit-Profil (TP) des Strommesswiderstands (2) vorzugsweise aufgrund der Messwerte der Temperatur (T) in dem aktiven Modus und/oder in dem passiven Modus ermittelt.
Betriebsverfahren für eine Strommesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder eine Anlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, mit den folgenden Schritten: a) Durchleiten des zu messenden Stroms (I) durch den Strommesswiderstand (2), b) Messen der Spannung (U) über dem Strommesswiderstand (2), während der zu messende Strom (I) durch den Strommesswiderstand (2) fließt, und c) Berechnen des durch den Strommesswiderstand (2) fließenden Stroms (I) gemäß dem Ohmschen Gesetz aus der gemessenen Spannung (U) über dem Strommesswiderstand (2) und dem Widerstandswert (R) des Strommesswiderstands (2), d) Kompensieren der alterungsbedingten Drift des Widerstandswerts (R) des Strommesswiderstands (2) bei der Berechnung des durch den Strommesswiderstand (2) fließenden Stroms (I), gekennzeichnet durch folgende Schritte bei der Kompensation der alterungsbedingten Drift des Widerstandswerts (R) des Strommesswiderstands (2) bei der Berechnung des durch den Strommesswiderstand (2) fließenden Stroms (I): e) Messen der abgelaufenen Betriebsdauer (t) des Strommesswiderstands (2), f) Messen der Temperatur (T) des Strommesswiderstands (2) über die Betriebsdauer (t), g) Berechnen des tatsächlichen Temperatur-Zeit-Profils (TP) des Strommesswiderstands (2) über die Betriebsdauer (t) aufgrund der gemessenen Betriebsdauer (t) und der gemessenen Temperatur (T) des Strommesswiderstands (2), und h) Kompensieren der alterungsbedingten Drift des Widerstandswerts (R) des Strommesswiderstands (2) in Abhängigkeit von der abgelaufenen Betriebsdauer (t) des Strommesswiderstands (2) und dem gemessenen Temperatur-Zeit-Profil (TP) des Strommesswiderstands (2) während der abgelaufenen Betriebsdauer des Strommesswiderstands (2).
Betriebsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Strommesswiderstand (2) hinsichtlich seines Widerstandswerts (R) eine temperaturabhängige Drift entsprechend der aktuellen Temperatur (T) des Strommesswiderstands (2) aufweist, b) dass die aktuelle Temperatur (T) des Strommesswiderstands (2) gemessen wird, und c) dass die temperaturabhängige Drift des Widerstandswerts (R) des Strommesswiderstands (2) entsprechend der aktuell gemessenen Temperatur (T) kompensiert wird.