DE102023129199B3 - current measuring device and associated operating procedure - Google Patents
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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 ErfindungTechnical field of the invention
Die Erfindung betrifft eine Strommesseinrichtung zur Messung eines elektrischen Stroms gemäß der Vierleitertechnik. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Betriebsverfahren für eine solche Strommesseinrichtung.The invention relates to a current measuring device for measuring an electric current according to the four-wire technique. Furthermore, the invention relates to an operating method for such a current measuring device.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Zur Messung eines elektrischen Stroms ist es aus dem Stand der Technik (z.B.
Problematisch an dieser bekannten Art der Strommessung ist die Tatsache, dass es im Betrieb des Strommesswiderstands über längere Betriebsdauern zu Messfehlern kommt.The problem with this known type of current measurement is the fact that measurement errors occur when the current measuring resistor is operated over longer periods of time.
Zum allgemeinen technischen Hintergrund der Erfindung ist auch hinzuweisen auf
Schließlich offenbart
Beschreibung der ErfindungDescription of the Invention
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine entsprechend verbesserte Strommesseinrichtung zu schaffen, die auch bei längeren Betriebsdauern keine derartigen Fehlmessungen zeigt.The invention is therefore based on the object of creating a correspondingly improved current measuring device which does not show any such incorrect measurements even during longer operating periods.
Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Strommesseinrichtung bzw. durch ein zugehöriges Betriebsverfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.This object is achieved by a current measuring device according to the invention or by an associated operating method according to the independent claims.
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.The invention is based on the knowledge that the incorrect measurements of the electrical current that occur during longer periods of operation are due to the fact that the resistance value of the current measuring resistor exhibits an age-related drift. This means that the resistance value of the current measuring resistor is not constant over time, but changes gradually over the period of operation. Without taking into account this gradual age-related change in the resistance value of the current measuring resistor, this leads to a measurement error when calculating the electrical current from the voltage drop across the current measuring resistor and the resistance value of the current measuring resistor.
Die Erfindung sieht deshalb vor, dass die alterungsbedingte Drift des Widerstandswerts des Strommesswiderstands mindestens teilweise kompensiert wird, um alterungsbedingte Messfehler zu vermeiden.The invention therefore provides that the age-related drift of the resistance value of the current measuring resistor is at least partially compensated in order to avoid age-related measurement errors.
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.The current measuring device according to the invention has, in accordance with the known current measuring device described at the outset, a low-ohmic current measuring resistor, wherein the electrical current to be measured is passed through the current measuring resistor, as is also the case with conventional current measurement according to the four-wire technique.
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.In addition, the current measuring device according to the invention, in accordance with the known current measuring device described at the outset, also has a voltage measuring device in order to measure the electrical voltage dropping across the current measuring resistor.
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.Furthermore, the current measuring device according to the invention, in accordance with the known current measuring device described at the outset, also has an evaluation unit which is connected on the input side to the voltage measuring device and calculates the electrical current flowing through the current measuring resistor as a function of the measured voltage and the predetermined resistance value of the current measuring resistor in accordance with Ohm's law.
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.The invention now additionally provides that the evaluation unit at least partially compensates for the age-related drift of the resistance value of the current measuring resistor when calculating the current according to Ohm's law.
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.When compensating for the age-related drift of the resistance value of the current measuring resistor, it can be assumed that this drift is significantly influenced by the temperature-time profile of the current measuring resistor during the operating period. If the current measuring device according to the invention is not used for a longer period of time, for example, the temperature-time profile does not show any temperature peaks during this time, which then also means a causes a small age-related drift of the resistance value of the current measuring resistor. If, however, the current measuring device is used continuously to measure high electrical currents, the temperature-time profile of the current measuring resistor shows strong temperature peaks, which leads to a correspondingly strong age-related drift of the resistance value of the current measuring resistor. The current measuring device according to the invention therefore preferably has a timer to measure the elapsed operating time of the current measuring resistor, since the elapsed operating time of the current measuring resistor is a significant influencing factor for the age-related drift of the resistance value.
Gemäß der Erfindung wird die tatsächliche Temperatur des Strommesswiderstands mittels einer Temperaturmesseinrichtung gemessen.According to the invention, the actual temperature of the current measuring resistor is measured by means of a temperature measuring device.
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.The current measuring device has a timer to measure the elapsed operating time of the current measuring resistor, since the elapsed operating time of the current measuring resistor is, in addition to the temperature-time profile, a significant influencing factor for the age-related drift of the resistance value of the current measuring resistor. According to the invention, the evaluation unit is connected to both the temperature measuring device and the timer and then continuously determines the actual temperature-time profile of the current measuring resistor during the operating time of the current measuring resistor. The temperature-time profile of the current measuring resistor is therefore not simply estimated, but actually measured, which enables more precise compensation of the age-related drift of the resistance value. The evaluation unit can then compensate for the age-related drift of the resistance value of the current measuring resistor based on the measured temperature-time profile and the elapsed operating time. To do this, the evaluation unit then calculates a corrected resistance value from the measured temperature-time profile and the elapsed operating time, which also takes into account the age-related drift of the resistance value of the current measuring resistor. This correction of the resistance value can be carried out on the basis of ageing models that are determined by the manufacturer based on practical measurements. For example, current measuring resistors can be subjected to ageing tests by the manufacturer of the current measuring resistor, in which the current measuring resistors are exposed to certain temperature-time profiles, whereby the age-related drift of the resistance value of the current measuring resistor is then measured. In this way, an ageing model can be stored in the evaluation unit, whereby the ageing model can take into account the resistance material, the connection to the resistance material, the positioning of the current measuring resistor and the respective temperature-time profile.
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.The aging drift of the current measuring resistor of the current measuring device over the operating period can be determined using environmental simulation tests of the current measuring resistors. The environmental simulation tests (e.g. high-temperature aging or temperature cycle testing) are based on accelerated temperature and/or load profiles, which are calculated using the Arrhenius model or the Coffin-Manson model. The aging drift-operating period curves determined are stored in the current measuring device to correct the aging drift of the current measuring resistor and used for the correction calculation.
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.Above, only the measurement errors caused by the age-related drift of the resistance value of the current measuring resistor were discussed. In addition, the resistance value of the current measuring resistor also has a temperature-dependent drift corresponding to the current temperature of the current measuring resistor. When selecting the resistance material of the current measuring resistor, care is taken to ensure that the resistance value of the current measuring resistor has as little temperature dependence as possible. However, this disruptive temperature dependence cannot be completely prevented. In a preferred embodiment of the invention, it is therefore provided that the evaluation unit also compensates for the temperature-dependent drift of the resistance value of the current measuring resistor according to the currently measured temperature when calculating the current in accordance with Ohm's law. The evaluation unit is able to do this because it measures the current temperature of the current measuring resistor via the temperature measuring device and knows the temperature coefficient or, in general, the temperature dependence of the resistance value of the current measuring resistor.
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.Within the scope of the invention, it is also possible to specify a current load profile that reflects the temporal progression of the current flowing through the current measuring resistor during the previous operating period. Such a current load profile can be specified more easily than the temperature-time profile depending on the respective application. Nevertheless, the specification of the current load profile is also suitable for determining and compensating the age-related drift of the resistance value of the current measuring resistor, because the temperature of the current measuring resistor depends very significantly on the current flowing through the current measuring resistor. The evaluation unit can then determine the age-related drift of the resistor. current value based on the elapsed operating time and the specified current load profile. The current load profile is actually measured.
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 general, it should be noted that the current measuring resistor is preferably low-ohmic, in particular with a resistance value of at most 100 mΩ, 25 mΩ, 10 mΩ, 5 mΩ, 2 mΩ, 1 mΩ, 500 µΩ or 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.
Die Anschlussteile des Strommesswiderstands bestehen vorzugsweise aus einem Leitermaterial, wie beispielsweise Kupfer, eine Kupferlegierung, Aluminium oder eine Aluminiumlegierung.The connection parts of the current measuring resistor preferably consist of a conductor material such as copper, a copper alloy, aluminum or an aluminum alloy.
Der Strommesswiderstand besteht dagegen vorzugsweise aus einem Widerstandsmaterial, das eine geringere spezifische elektrische Leitfähigkeit hat als das Leitermaterial der Anschlussteile.The current measuring resistor, on the other hand, preferably consists of a resistance material that has a lower specific electrical conductivity than the conductor material of the connecting parts.
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.
- • a copper alloy, in particular a copper-manganese-tin alloy, in particular CuMn12Ni2 or CuMn7Sn2.3, or a copper-manganese-nickel alloy, in particular Cu84Ni4Mn12 or Cu65Mn25Ni10, or a copper-chromium alloy,
- • a nickel alloy, in particular NiCr or 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).Furthermore, it should be mentioned in general that the current measuring resistor is preferably electrically and mechanically connected to the two connection parts, in particular by a welded connection (e.g. electron beam welding).
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.With regard to electrical conductivity, it should be noted that the resistance material of the current measuring resistor preferably has a specific electrical resistance that is less than 2·10 4 Ω-m, 2·10 -5 Ω·m or 2·10 6 Ω·m, and/or greater than 2·10 6 Ω·m, 2·10 7 Ω·m, while the conductor material of the connection parts has a specific electrical resistance that is less than 10 -6 Ω·m or 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.The current measuring device according to the invention has been described above independently of the respective application. However, the invention also claims protection for a system (e.g. on-board power system of a motor vehicle) with such a current measuring device and an electrical network (e.g. on-board power system of the motor vehicle), wherein the electrical current measured by the current measuring device flows in the network. However, in terms of the field of application, the invention is not limited to current measurement in an on-board power system of a motor vehicle, but can also be used in stationary systems.
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.Furthermore, it should be mentioned that the current measuring device preferably has a control unit which optionally sets an active mode of the current measuring device or a passive mode (sleep mode) of the system.
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 the active mode of the system, the electrical network is switched on and the current measuring resistor measures the electrical currents flowing during operation, whereby the temperature-time profile of the current measuring resistor can then also be measured.
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.In passive mode, however, the electrical network is switched off, so that the current measuring resistor is generally not supplied with current. However, in passive mode, it is preferably provided that the current measuring device regularly "wakes up" and then takes a temperature measurement in order to be able to determine the temperature-time profile of the current measuring resistor even in passive mode of the current measuring device. The measurement of temperature and/or voltage is preferably carried out in passive mode with a significantly longer time interval than in active mode, i.e. the measurement of voltage and/or temperature is carried out much less frequently in passive mode than in active mode. The evaluation unit can then determine the temperature-time profile of the current measuring resistor based on the measured temperature values in active mode and/or in passive mode in order to determine the age-related drift of the resistance value of the current measuring resistor on the basis of the temperature-time profile determined in this way.
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.In addition to the current measuring device according to the invention described above and a system with such a current measuring device according to the invention, the invention also claims protection for a corresponding operating method, wherein the individual method steps of the operating method according to the invention already result from the above description, so that a separate description of the individual method steps can be dispensed with.
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.Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or are explained in more detail below together with the description of the preferred embodiments of the invention with reference to the figures.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Strommesseinrichtung mit einer Kompensation der alterungs- und temperaturbedingten Drift des Widerstandswerts des Stromesswiderstands.1 shows a schematic representation of a current measuring device according to the invention with a compensation of the age- and temperature-related drift of the resistance value of the current measuring resistor. -
2 zeigt ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens.2 shows a flow chart to illustrate the operating method according to the invention. -
3 zeigt eine nicht erfindungsgemäße Abwandlung von2 .3 shows a non-inventive modification of2 . -
4 zeigt ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung des Betriebs der erfindungsgemäßen Strommesseinrichtung im aktiven Modus und im passiven Modus.4 shows a flow chart to illustrate the operation of the current measuring device according to the invention in active mode and in passive mode.
Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
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.Furthermore, the current measuring device according to the invention, in accordance with the prior art, has an
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.It has already been explained above that the resistance value R of the
Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Strommesseinrichtung eine Temperaturmesseinrichtung 9 auf, die mittels eines Temperaturfühlers 10 die aktuelle Temperatur T des Strommesswiderstands 2 misst.In addition, the current measuring device according to the invention has a
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.The
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.To compensate for this age-related drift, the
Das Modul 12 berechnet dann aufgrund eines hinterlegten Alterungsmodells einen alterungsbedingt kompensierten Widerstandswert R(TP), der die alterungsbedingte Drift des Widerstandswerts R berücksichtigt.The
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.In addition, the current measuring device according to the invention also enables temperature compensation of the resistance value R of the
Im Folgenden wird nun das Flussdiagramm gemäß
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 a first step S1, the resistance value R0 of the
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. In a next step S2, the elapsed operating time t of the
Im nächsten Schritt S3 erfolgt dann laufend die Messung des Temperatur-Zeit-Profils TP des Strommesswiderstands 2 während der Betriebsdauer t.In the next step S3, the temperature-time profile TP of the
In einem folgenden Schritt S4 wird dann der alterungsbedingt veränderte Widerstandswert R(TP) entsprechend dem tatsächlich gemessenen Temperatur-Zeit-Profil TP berechnet.In a subsequent step S4, the age-related change in resistance value R(TP) is then calculated according to the actually measured temperature-time profile TP.
Im nächsten Schritt S5 erfolgt dann noch eine temperaturabhängige Kompensation des Widerstandswerts R(T, TP) entsprechend der aktuell gemessenen Temperatur T des Strommesswiderstands 2.In the next step S5, a temperature-dependent compensation of the resistance value R(T, TP) is carried out according to the currently measured temperature T of the
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.In the next step S6, the voltage across the
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.In the last step S7, the current I is calculated from the measured voltage U and the resistance value R(T, TP) adjusted for ageing and temperature according to Ohm's law.
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.A special feature of this embodiment is that the temperature-time profile is not measured as an influencing variable for the age-related drift of the resistance value of the
Im Folgenden wird nun das schematische Flussdiagramm gemäß
In einem ersten Schritt S1 wird zunächst geprüft, ob der normale Betrieb vorliegt, woraufhin dann gegebenenfalls zum Schritt S2 übergegangen wird.In a first step S1, it is first checked whether normal operation is present, after which the system then proceeds to step S2 if necessary.
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 step S2, it is then checked whether the system (e.g. on-board power system of a motor vehicle) is in operation and is therefore in an active mode.
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.In the active mode according to step S3, a measurement of the voltage across the
Im nächsten Schritt S4 wird dann das Temperatur-Zeit-Profil TP während der Betriebsdauer gemessen.In the next step S4, the temperature-time profile TP is measured during the operating period.
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 the next step S5, the current I is calculated taking into account the measured temperature-time profile TP, whereby an age- and temperature-related compensation is carried out.
In einem folgenden Schritt S6 wird dann der kompensierte Strom I ausgegeben.In a subsequent step S6, the compensated current I is then output.
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.If, however, it is determined in step S2 that the system (e.g. the on-board power system of a motor vehicle) is switched off, the current measuring device is operated in a passive mode (sleep mode) according to step S7. In this sleep mode, the
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.From step S1, it is optionally possible to proceed to a further step S8, in which the voltage U and the current T are regularly measured.
In dem Schritt S9 wird dann geprüft, ob eine Korrektur der Lebenszeitabhängigkeit erforderlich ist.In step S9 it is then checked whether a correction of the lifetime dependency is necessary.
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.If this is the case, in a step D10, a reception of external correction parameters for the lifetime dependency of the current sensor. For example, the aging model stored in the evaluation unit can be updated.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Erfindung ermöglicht eine Kompensation der alterungsbedingten Drift des Widerstandswerts des Strommesswiderstands und dadurch eine Minimierung der Messfehler.The invention enables compensation of the age-related drift of the resistance value of the current measuring resistor and thus minimization of measurement errors.
Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung auch eine Kompensation der temperaturbedingten Drift des Widerstandswerts des Stromesswiderstands, was ebenfalls eine Minimierung der Messfehler ermöglicht.In addition, the invention also enables compensation of the temperature-related drift of the resistance value of the current measuring resistor, which also enables minimization of measurement errors.
Die Kompensation der alterungsbedingten Drift kann hierbei entsprechend einem Alterungsmodell erfolgen, das empirisch ermittelt wurde und in der Auswertungseinheit hinterlegt sein kann.The compensation of the age-related drift can be carried out according to an ageing model that has been empirically determined and can be stored in the evaluation unit.
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.In the preferred embodiment of the invention, both the age-related drift of the resistance value and the temperature-related drift of the current measuring resistor are compensated, whereby the measurement errors are then minimized.
Bezugszeichenlistelist of reference symbols
- 11
- Stromleitung durch den Strommesswiderstandcurrent conduction through the current measuring resistor
- 22
- Strommesswiderstandcurrent measuring resistor
- 33
- Spannungsmesseinrichtung zur Messung der Spannung über dem StrommesswiderstandVoltage measuring device for measuring the voltage across the current measuring resistor
- 4, 54, 5
- Spannungsabgriffe an dem StrommesswiderstandVoltage taps on the current measuring resistor
- 66
- Auswertungseinheitevaluation unit
- 77
- Modul der Auswertungseinheit zur Berechnung des Stroms gemäß dem Ohmschen GesetzModule of the evaluation unit for calculating the current according to Ohm's law
- 88
- Zeitmesser zur Messung der Betriebsdauer des Strommesswiderstandstimer for measuring the operating time of the current measuring resistor
- 99
- Temperaturmesseinrichtung zur Messung der Temperatur des StrommesswiderstandsTemperature measuring device for measuring the temperature of the current measuring resistor
- 1010
- Temperaturfühlertemperature sensor
- 1111
- Modul der Auswertungseinheit zur Berechnung des Temperatur-Zeit-Profil des Strommesswiderstands über die BetriebsdauerModule of the evaluation unit for calculating the temperature-time profile of the current measuring resistor over the operating time
- 1212
- Modul der Auswertungseinheit zur Alterungskompensationmodule of the evaluation unit for aging compensation
- 1313
- Modul der Auswertungseinheit zur Temperaturkompensation Temperaturfühler an dem StrommesswiderstandModule of the evaluation unit for temperature compensation Temperature sensor on the current measuring resistor
- II
- StromElectricity
- R0R0
- Widerstandswert des Strommesswiderstands ohne Kompensation von alterungs- und temperaturbedingte DriftResistance value of the current measuring resistor without compensation for age- and temperature-related drift
- R(TP)R(TP)
- Widerstandswert des Strommesswiderstands nach alterungsbedingter KompensationResistance value of the current measuring resistor after age-related compensation
- R(T, TP)R(T, TP)
- Widerstandswert des Strommesswiderstands nach alterungs- und temperaturbedingter KompensationResistance value of the current measuring resistor after ageing and temperature-related compensation
- tt
- Betriebsdauer des Strommesswiderstandsoperating time of the current measuring resistor
- TT
- Temperatur des Strommesswiderstandstemperature of the current measuring resistor
- TPTP
- Temperatur-Zeit-Profil des Strommesswiderstands über die BetriebsdauerTemperature-time profile of the current measuring resistor over the operating time
- UU
- Spannung über dem Strommesswiderstandvoltage across the current measuring resistor
Claims (9)
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-
2024
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