DE102023208039A1

DE102023208039A1 - Arrangement and method for current measurement

Info

Publication number: DE102023208039A1
Application number: DE102023208039.7A
Authority: DE
Inventors: Samy Arnaout; Jan Schmäling; Oliver Rang
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2023-08-22
Filing date: 2023-08-22
Publication date: 2025-02-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Strommessung in einem Leiter (2), umfassend zumindest:
- einen magnetfeldbasierten Stromsensor (3),
- mindestens ein Flusskonzentrationselement, dadurch gekennzeichnet, dass
- das mindestens eine Flusskonzentrationselement als Bond-Draht (4) oder eine Anordnung aus mehreren Bond-Drähten ausgebildet ist.

The invention relates to a method and an arrangement for measuring current in a conductor (2), comprising at least:
- a magnetic field-based current sensor (3),
- at least one flow concentration element, characterized in that
- the at least one flux concentration element is designed as a bond wire (4) or an arrangement of several bond wires.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Strommessung.The invention relates to an arrangement and a method for current measurement.

Bei der Herstellung von Anordnungen mit leistungselektronischen Bauteilen, z.B. Leistungsschaltelementen, werden häufig Bond-Drähte aus Kupfer, Aluminium oder Gold zur Stromführung verwendet, die in der Regel eine ausreichende Wärmeleitung und Lebensdauer aufweisen. Auch bekannt sind so genannte Aluminium-Kupfer-Sandwich-Bonds.When manufacturing arrangements with power electronic components, e.g. power switching elements, bond wires made of copper, aluminum or gold are often used to conduct current, which generally have sufficient heat conduction and service life. So-called aluminum-copper sandwich bonds are also known.

Zur Strommessung, insbesondere auch bei solchen Anordnungen, werden in der Regel Flusskonzentratoren verwendet. Diese sind notwendig, um ein Magnetfeld für den Stromsensor messbar zu führen. Hierbei sind Varianten bekannt bei denen der Flusskonzentrator in einen Aufbau mit dem Stromsensor bereits integriert ist, wobei jedoch ein separater Anschluss an eine Steuerplatine bzw. ein Bauteil auf der Platine, z.B. eine Auswerteeinrichtung, notwendig sein kann. Auch bekannt sind Sensoren, bei denen eine integrierte Schaltung des Sensors direkt auf der Platine befestigt ist und einen aus einer Nickel-Eisen-Legierung ausgebildeten Flusskonzentrator verwenden.Flux concentrators are generally used to measure current, particularly in such arrangements. These are necessary to guide a magnetic field for the current sensor in a measurable manner. Variants are known in which the flux concentrator is already integrated into a structure with the current sensor, although a separate connection to a control board or a component on the board, e.g. an evaluation device, may be necessary. Sensors are also known in which an integrated circuit of the sensor is attached directly to the board and use a flux concentrator made of a nickel-iron alloy.

Problematisch ist, dass eine Montage der Flusskonzentratoren sehr kompliziert sein kann und insbesondere von einem Verlauf und einer Geometrie des Leiters abhängt. Wird ein integriertes Bauteil aus Leiter und Stromsensor hergestellt, so kann ein Anschluss des Leiters an andere Bauelemente, z.B. durch Stecken, Schrauben, Schweißen oder Klemmen, schwierig sein. Bei Lösungen, bei denen der Leiter und der Stromsensor nicht als integriertes Bauelement hergestellt werden, ergibt sich in nachteiliger Weise eine hohe Positionstoleranz zwischen Leiter und Sensor, die ein Messergebnis beeinflussen und eine hohen Kalibrationsaufwand erfordern kann. Somit sind bekannte Lösungen teuer, aufwändig zu montieren und/oder fehleranfällig.The problem is that the assembly of the flux concentrators can be very complicated and depends in particular on the path and geometry of the conductor. If an integrated component is made from a conductor and a current sensor, it can be difficult to connect the conductor to other components, e.g. by plugging, screwing, welding or clamping. Solutions in which the conductor and the current sensor are not manufactured as an integrated component have the disadvantage of a high position tolerance between the conductor and the sensor, which can influence the measurement result and require a lot of calibration effort. This means that known solutions are expensive, difficult to assemble and/or prone to errors.

Die GB 2 241 038 A offenbart eine Hall-Effekt-Einrichtung, die auf schwache magnetische Felder anspricht.The GB 2 241 038 A discloses a Hall effect device that responds to weak magnetic fields.

Es stellt sich das technische Problem, ein Verfahren zur Strommessung und eine Anordnung zur Strommessung zu schaffen, die einfach, billig und schnell herstellbar und montierbar ist und eine zuverlässige und genaue Strommessung ermöglicht.The technical problem is to create a method for measuring current and an arrangement for measuring current which can be manufactured and assembled simply, cheaply and quickly and which enables reliable and accurate current measurement.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution to the technical problem is provided by the objects having the features of the independent claims. Further advantageous embodiments of the invention are set out in the subclaims.

Vorgeschlagen wird eine Anordnung zur Strommessung in einem Leiter. Der Leiter kann insbesondere ein Leiter zur Führung eines Leistungsstroms sein, insbesondere zur Führung eines Traktionsstroms, der beim Betrieb einer elektrischen Maschine zum Antrieb eines Fahrzeugs fließt. Der Leiter kann z.B. als Stromschiene (Busbar) ausgebildet sein. Der Leiter kann mit einem Leistungsschaltelement verbunden sein, z.B. einem als MOSFET oder als IGBT ausgebildeten Leistungsschaltelements.An arrangement for measuring current in a conductor is proposed. The conductor can in particular be a conductor for conducting a power current, in particular for conducting a traction current that flows when an electrical machine is operating to drive a vehicle. The conductor can be designed, for example, as a busbar. The conductor can be connected to a power switching element, for example a power switching element designed as a MOSFET or as an IGBT.

Die Anordnung umfasst mindestens einen magnetfeldbasierten Stromsensor. Dieser kann ausgebildet sein, in Abhängigkeit einer Eigenschaft, insbesondere einer Feldstärke, des vom Leiter bei Stromfluss erzeugten magnetischen Felds ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die Stromstärke dieses Stroms repräsentiert. Ein solcher Sensor kann z.B. ein Hall-Sensor sein.The arrangement comprises at least one magnetic field-based current sensor. This can be designed to generate an output signal depending on a property, in particular a field strength, of the magnetic field generated by the conductor when current flows, which output signal represents the current strength of this current. Such a sensor can be a Hall sensor, for example.

Weiter umfasst die Anordnung mindestens eine Flusskonzentrationselement. Dies ist zur Führung des magnetischen Flusses des erläuterten magnetischen Felds ausgebildet. Mit dem Flusskonzentrationselement kann der Fluss insbesondere gebündelt, also konzentriert, werden.The arrangement also comprises at least one flux concentration element. This is designed to guide the magnetic flux of the magnetic field explained. The flux concentration element can be used to bundle, i.e. concentrate, the flux.

Das Flusskonzentrationselement kann derart angeordnet und/oder ausgebildet sein, dass sich die vom Stromsensor erfasste Feldstärke im Vergleich zu einer Ausbildung ohne Flusskonzentrationselement und bei gleicher Stromstärke des durch den Leiter fließenden Stromes erhöht. Durch das Flusskonzentrationselement kann insbesondere der magnetische Fluss konzentriert und dann hin zum Stromsensor geführt werden.The flux concentration element can be arranged and/or designed in such a way that the field strength detected by the current sensor increases compared to a design without a flux concentration element and with the same current strength of the current flowing through the conductor. The flux concentration element can in particular concentrate the magnetic flux and then guide it to the current sensor.

Insbesondere kann das Flusskonzentrationselement ein Volumen zur Anordnung des Leiters zumindest teilweise umschließen. Auch ist denkbar, dass der Stromsensor und das Flusskonzentrationselement um das Aufnahmevolumen herum angeordnet.In particular, the flux concentration element can at least partially enclose a volume for arranging the conductor. It is also conceivable that the current sensor and the flux concentration element are arranged around the receiving volume.

Erfindungsgemäß ist das mindestens eine Flusskonzentrationselement als Bond-Draht oder als eine Anordnung aus mehreren Bond-Drähten ausgebildet ist. Ein Bond-Draht kann hierbei durch bekannte Bonding-Verfahren montiert werden, was eine sehr einfache, kostengünstige und schnelle Herstellung der vorgeschlagenen Anordnung ermöglicht.According to the invention, the at least one flux concentration element is designed as a bonding wire or as an arrangement of several bonding wires. A bonding wire can be mounted using known bonding methods, which enables the proposed arrangement to be manufactured very simply, inexpensively and quickly.

Ein Bond-Draht kann aus einem magnetisch leitfähigen Material bestehen. Weiter kann das Material auch ein elektrisch leitfähiges Material sein. So kann ein Bond-Draht z.B. aus einer Eisen-Nickel-Legierung bestehen. Aber auch die einleitend genannten Materialen können als Materialien für den Bond-Draht gewählt werden. Ein Querschnitt des Bond-Drahts kann verschiedene geometrische Formen aufweisen, z.B. eine Kreisform oder eine Rechteckform. Eine Dicke bzw. ein Durchmesser des Bond-Drahts kann in einem Bereich von 10 Mikrometer (einschließlich) bis 800 Mikrometer (einschließlich) liegen. Der Bond-Draht kann einen vorbestimmten maximal zulässigen Biegeradius aufweisen, der vorzugsweise möglichst gering ist. Weiter ist der Bond-Draht vorzugsweise gut verformbar, weist also eine hohe Elastizität auf. Der Bond-Draht kann z.B. durch ein Laserbonding- oder Reibschweißbonding-Verfahren befestigt sein.A bond wire can be made of a magnetically conductive material. The material can also be an electrically conductive material. For example, a bond wire can be made of an iron-nickel alloy. But the materials mentioned above can also be used as materials for the bond wire. A cross-section of the bond wire can have various geometric shapes, e.g. a circular shape or a rectangular shape. A thickness or diameter of the bond wire can be in a range from 10 micrometers (inclusive) to 800 micrometers (inclusive). The bond wire can have a predetermined maximum permissible bending radius, which is preferably as small as possible. Furthermore, the bond wire is preferably easily deformable, i.e. has a high elasticity. The bond wire can be attached, e.g. by a laser bonding or friction welding bonding process.

Die Anordnung kann weiter umfassen:

• den zumindest einen Leiter,
• einen Kühlkörper für den mindestens einen Leiter und/oder das bereits erwähnte Leistungsschaltelement,
• das mindestens eine Leistungsschaltelement,
• eine Leiterplatte.

The arrangement may further include:

• at least one leader,
• a heat sink for the at least one conductor and/or the aforementioned power switching element,
• the at least one power switching element,
• a circuit board.

Der Stromsensor kann an der Leiterplatte angeordnet bzw. befestigt sein. Auch kann der Stromsensor in die Leiterplatte integriert sein. Auf der Leiterelement angeordnete elektrische oder elektronische Bauelemente können durch weitere Bond-Drähte kontaktiert sein.The current sensor can be arranged or attached to the circuit board. The current sensor can also be integrated into the circuit board. Electrical or electronic components arranged on the conductor element can be contacted by additional bond wires.

Bei einer Anordnung mit einem Leiter ist der Bond-Draht insbesondere vom Leiter elektrisch isoliert angeordnet, insbesondere mit einem vorbestimmten Abstand. Auch kann zwischen Leiter und Bond-Draht ein Isolationsmaterial angeordnet sein. Z.B. kann der Bond-Draht zumindest abschnittsweise von einem Isolationsmaterial umgeben sein.In an arrangement with a conductor, the bond wire is arranged in particular so as to be electrically insulated from the conductor, in particular at a predetermined distance. An insulating material can also be arranged between the conductor and the bond wire. For example, the bond wire can be surrounded by an insulating material at least in sections.

In einer weiteren Ausführungsform ist das mindestens eine Flusskonzentrationsmittel derart angeordnet, dass es ein Aufnahmevolumen für den Leiter zumindest teilweise begrenzt. Dies wurde vorhergehend bereits erläutert. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine besonders gute Zuführung des magnetischen Flusses zum Sensor, wodurch sich die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Signalerzeugung durch den Sensor und somit der Strommessung erhöht.In a further embodiment, the at least one flux concentration means is arranged in such a way that it at least partially limits a receiving volume for the conductor. This has already been explained above. This advantageously results in a particularly good supply of the magnetic flux to the sensor, which increases the accuracy and reliability of the signal generation by the sensor and thus of the current measurement.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Anordnung mindestens ein Trägerelement, welches mindestens eine Befestigungsfläche für den Bond-Draht aufweist oder ausbildet. Zumindest der die Befestigungsfläche ausbildende Abschnitt des Trägerelements, aber auch das gesamte Trägerelement, kann aus einem nicht magnetisch leitfähigen Material ausgebildet sein oder aber aus einem Material ausgebildet sein, das weniger magnetisch leitfähig als der Bond-Draht ist. Das Material dieses Abschnitts oder des Trägerelements kann aber ein elektrisch leitfähiges Material sein. Der Abschnitt oder das Trägerelement kann z.B. aus Kunststoff oder aber nicht leitfähigem Material ausgebildet sein. Z.B. kann das Trägerelement aus Aluminium oder Kupfer ausgebildet sein. Die Befestigungsfläche kann vorzugsweise eine ungekrümmte, also gerade, Fläche sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die Befestigungsfläche gekrümmt ist. Das Trägerelement kann mit einem Referenzpotential, insbesondere einem Massepotential, elektrisch verbunden sein.In a further embodiment, the arrangement comprises at least one carrier element which has or forms at least one fastening surface for the bonding wire. At least the section of the carrier element forming the fastening surface, but also the entire carrier element, can be made of a non-magnetically conductive material or of a material that is less magnetically conductive than the bonding wire. The material of this section or of the carrier element can, however, be an electrically conductive material. The section or the carrier element can, for example, be made of plastic or non-conductive material. For example, the carrier element can be made of aluminum or copper. The fastening surface can preferably be a non-curved, i.e. straight, surface. However, it is also possible for the fastening surface to be curved. The carrier element can be electrically connected to a reference potential, in particular a ground potential.

Hierdurch werden in vorteilhafter Weise vorbestimmte Bereiche zur Befestigung des Bond-Drahts bereitgestellt, was einerseits eine Zuverlässigkeit der Montage erhöht, andererseits auch die Montage vereinfacht, da die Befestigungsflächen festgelegt sind.This advantageously provides predetermined areas for fastening the bonding wire, which on the one hand increases the reliability of the assembly, and on the other hand also simplifies the assembly since the fastening surfaces are fixed.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Trägerelement einen Grundkörper und mindestens ein Befestigungselement, wobei das mindestens eine Befestigungselement die mindestens eine Befestigungsfläche aufweist und von dem Grundkörper absteht. Der Grundkörper kann das Befestigungselement ausbilden. In diesem Fall können also Grundkörper und Befestigungselement integral bzw. als monolithisches Bauelement ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass das Befestigungselement an dem Grundkörper befestigt ist, insbesondere mit einer form- und/oder stoff- und/oder kraftschlüssigen Verbindung. Z.B. kann das Befestigungselement an den Grundkörper angeklebt sein. In diesem Fall kann das Material des Befestigungselements von dem Material des Grundkörpers verschieden sein. Der Grundkörper kann aber ebenfalls aus einem Material ausgebildet sein, dass magnetisch nicht leitfähig oder weniger magnetisch leitfähig als das Material des Bond-Drahts ist. Vorzugsweise ist das Befestigungselement elektrisch isoliert vom Grundkörper. Z.B. kann ein Isolationsmaterial zwischen Grundkörper und Befestigungselement angeordnet sein. Das Isolationsmaterial kann ein Verbindungsmaterial sein, z.B. ein Klebstoff. Der Grundkörper kann mit dem Referenzpotential, insbesondere dem Massepotential, elektrisch verbunden sein.In a further embodiment, the carrier element comprises a base body and at least one fastening element, wherein the at least one fastening element has the at least one fastening surface and protrudes from the base body. The base body can form the fastening element. In this case, the base body and fastening element can be integral or formed as a monolithic component. However, it is also possible for the fastening element to be fastened to the base body, in particular with a form-fitting and/or material-fitting and/or force-fitting connection. For example, the fastening element can be glued to the base body. In this case, the material of the fastening element can be different from the material of the base body. However, the base body can also be made of a material that is not magnetically conductive or is less magnetically conductive than the material of the bonding wire. The fastening element is preferably electrically insulated from the base body. For example, an insulating material can be arranged between the base body and the fastening element. The insulating material can be a connecting material, e.g. an adhesive. The base body can be electrically connected to the reference potential, in particular the ground potential.

Dass das Befestigungselement von dem Grundkörper absteht kann bedeuten, dass es einen Vorsprung oder eine lokale Erhöhung des Grundkörpers bildet. Die Befestigungsfläche kann insbesondere eine stirnseitige Fläche an einem freien Ende des Befestigungselements sein. Das Befestigungselement kann hierbei eine Bondunterstützung zur Montage des Bond-Drahts bilden, insbesondere mit einem vorbestimmten Bonding-Verfahren.The fact that the fastening element protrudes from the base body can mean that it forms a projection or a local elevation of the base body. The fastening surface can in particular be a front surface at a free end of the fastening element. The fastening element can here form a bonding support for mounting the bonding wire, in particular with a predetermined bonding method.

Diese Ausbildung ermöglicht eine einfache Zugänglichkeit der Befestigungsfläche und vereinfacht somit in vorteilhafter Weise die Montage des Bond-Drahts an dem Befestigungselement und somit der Anordnung.This design allows easy access to the fastening surface and thus advantageously simplifies the mounting of the bonding wire to the fastening element and thus the arrangement.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Trägerelement als Kühlkörper für den Leiter oder als ein Abschnitt dieses Kühlkörpers ausgebildet. In diesem Fall kann die Anordnung als auch den Kühlkörper umfassen. Der Kühlkörper ist aus einem thermisch leitfähigen Material ausgebildet. Der Kühlkörper kann aber aus einem Material ausgebildet sein, dass magnetisch nicht leitfähig oder weniger magnetisch leitfähig als das Material des Bond-Drahts ist. Vorzugsweise ist der Kühlkörper aus Aluminium oder als kupferbeschichteter Körper ausgebildet. Weiter vorzugweise sind der Kühlkörper und das Befestigungselement aus dem gleichen Material oder aus einem Material mit dem gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ausgebildet, um bei Temperaturschwankungen die gleiche geometrische Verformung zu gewährleisten.In a further embodiment, the carrier element is designed as a heat sink for the conductor or as a section of this heat sink. In this case, the arrangement can also comprise the heat sink. The heat sink is made of a thermally conductive material. However, the heat sink can be made of a material that is not magnetically conductive or is less magnetically conductive than the material of the bonding wire. The heat sink is preferably made of aluminum or as a copper-coated body. Further preferably, the heat sink and the fastening element are made of the same material or of a material with the same thermal expansion coefficient in order to ensure the same geometric deformation in the event of temperature fluctuations.

Somit kann also ein in der Regel notwendiger oder bereits vorhandener Kühlkörper genutzt werden, um den mindestens einen Bond-Draht daran zu befestigen. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine gute Integration des Flusskonzentrationselements in eine Anordnung ermöglicht, die einen Kühlkörper umfasst, womit das Bauraumerfordernis reduziert und auch die Herstellungskosten reduziert werden.Thus, a heat sink, which is usually required or already present, can be used to attach the at least one bond wire to it. This advantageously enables good integration of the flux concentration element into an arrangement that includes a heat sink, thus reducing the installation space requirement and also reducing the manufacturing costs.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Trägerelement an dem Leiter befestigbar. Das Trägerelement und/oder der Leiter können hierzu miteinander wechselwirkende Befestigungselemente zur Herstellung einer lösbaren oder nicht-lösbaren mechanischen Verbindung aufweisen oder ausbilden. Solche Befestigungselemente können eine form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindung ermöglichen. Z.B. können die Befestigungselemente eine Rast- oder Klemmverbindung ermöglichen. In dieser Ausführungsform ist das Trägerelement vorzugweise aus einem nicht elektrisch leitfähigen Material ausgebildet. Das Trägerelement kann mindestens einen, vorzugsweise mehrere, insbesondere zwei, Abschnitt(e) aufweisen, der/die die Befestigungsfläche(n) aufweist, welche von dem Leiter beabstandet ist. Auch in dieser Ausführungsform wird in vorteilhafter Weise eine gute Integration des Flusskonzentrationselements in eine Anordnung ermöglicht, die einen Leiter umfasst, womit das Bauraumerfordernis reduziert und auch die Herstellungskosten reduziert werden.In a further embodiment, the carrier element can be fastened to the conductor. For this purpose, the carrier element and/or the conductor can have or form fastening elements that interact with one another to produce a detachable or non-detachable mechanical connection. Such fastening elements can enable a positive and/or force-fit and/or material-fit connection. For example, the fastening elements can enable a snap-in or clamp connection. In this embodiment, the carrier element is preferably made of a non-electrically conductive material. The carrier element can have at least one, preferably several, in particular two, section(s) that have the fastening surface(s) that are spaced apart from the conductor. This embodiment also advantageously enables good integration of the flux concentration element into an arrangement that includes a conductor, thus reducing the installation space requirement and also reducing the manufacturing costs.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Trägerelement in verschiedenen Lagen relativ zum Leiter an diesem befestigbar. Eine Lage bezeichnet hierbei eine Position und/oder Orientierung. Diese Befestigungslagen können vorbestimmte Lagen sein und zur wiederholbaren und wiederholgenauen Befestigung dienen. Insbesondere können die vorhergehend erläuterten Befestigungselemente derart angeordnet und/oder ausgebildet sein, dass die Befestigung des Trägerelements in mehreren Lagen relativ zum Leiter ermöglicht ist. Hierdurch kann die in vorteilhafter Weise die Lage einer Befestigungsfläche an die Ausbildung der verbleibenden Elemente der Anordnung angepasst werden, was wiederum die Herstellung der Anordnung, insbesondere die Montage des mindestens einen Bond-Drahts, vereinfachen kann.In a further embodiment, the carrier element can be fastened to the conductor in different positions relative to the latter. A position here refers to a position and/or orientation. These fastening positions can be predetermined positions and serve for repeatable and repeatable fastening. In particular, the fastening elements explained above can be arranged and/or designed in such a way that the fastening of the carrier element in several positions relative to the conductor is possible. This advantageously allows the position of a fastening surface to be adapted to the design of the remaining elements of the arrangement, which in turn can simplify the manufacture of the arrangement, in particular the assembly of the at least one bonding wire.

In einer weiteren Ausführungsformen sind die Bond-Drähte in der Anordnung mehrerer Bond-Drähte gestapelt angeordnet. Gestapelte Bond-Drähte können voneinander beabstandet angeordnet sein. In dem Zwischenraum kann insbesondere Luft, aber auch ein von Luft verschiedenes Material, angeordnet sein. Ein Ende eines ersten Bond-Drahts kann an einem ersten Abschnitt der Befestigungsfläche eines Befestigungselements befestigt sein, wobei ein Ende mindestens eines weiteren Bond-Drahts des Stapels an einem weiteren Abschnitt der Befestigungsfläche befestigt ist. Die Abschnitte sind voneinander verschieden.In a further embodiment, the bond wires are arranged in a stacked arrangement of several bond wires. Stacked bond wires can be arranged at a distance from one another. In particular, air, but also a material other than air, can be arranged in the intermediate space. One end of a first bond wire can be fastened to a first section of the fastening surface of a fastening element, wherein one end of at least one further bond wire of the stack is fastened to a further section of the fastening surface. The sections are different from one another.

Hierdurch kann eine resultierende Gesamtdicke/ein resultierender Gesamtdurchmesser bzw. eine resultierende Querschnittsfläche des Flusskonzentrationselements zur Magnetflussführung in vorteilhafter Weise erhöht werden, wobei jedoch weiterhin die einfache Montierbarkeit aber auch die Verwendbarkeit von in der Regel problemlos verfügbaren Bond-Drähten gewährleistet ist. Die resultierende Gesamtdicke/der resultierende Gesamtdurchmesser kann hierbei einer Summe der Dicke/Durchmesser der einzelnen Bond-Drähte entsprechen. Insbesondere können derart resultierende Dicken/Gesamtdurchmesser in einem Bereich von 1 mm (einschließlich) bis 3 mm (einschließlich) des Flusskonzentrationselements bereitgestellt werden.As a result, a resulting total thickness/a resulting total diameter or a resulting cross-sectional area of the flux concentration element for guiding the magnetic flux can be advantageously increased, while still ensuring easy assembly and the usability of bond wires that are generally readily available. The resulting total thickness/the resulting total diameter can correspond to a sum of the thickness/diameter of the individual bond wires. In particular, such resulting thicknesses/total diameters can be provided in a range from 1 mm (inclusive) to 3 mm (inclusive) of the flux concentration element.

In einer weiteren Ausführung umfasst die Anordnung mindestens eine Leiterplatte, wobei der Stromsensor an der Leiterplatte befestigt ist oder in die Leiterplatte integriert ist. Der Stromsensor kann als integrierte Schaltung ausgeführt sein oder eine solche umfassen, wobei diese z.B. mit einem SMD-Lötverfahren auf die Platine gelötet sein kann.In a further embodiment, the arrangement comprises at least one circuit board, wherein the current sensor is attached to the circuit board or is integrated into the circuit board. The current sensor can be designed as an integrated circuit or comprise such an integrated circuit, which can be soldered to the circuit board using an SMD soldering process, for example.

Dies und entsprechende Vorteile wurden vorhergehend bereits erläutert.This and the corresponding advantages have already been explained previously.

Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Strommessung in einem Leiter mit einer Anordnung gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsforme. Hierbei wird der Leiter derart relativ zu dem mindestens einen Flusskonzentrationselement angeordnet, dass das von dem Leiter bei Stromfluss erzeugte Magnetfeld konzentriert und zum Stromsensor geführt wird, wobei der Leiter bestromt wird, wobei ein Stromsignal in Abhängigkeit eines vom Stromsensor erzeugten Ausgangssignals erzeugt wird. Hierdurch ergibt sich eine zuverlässige und genaue Strommessung.A method for measuring current in a conductor with an arrangement according to one of the embodiments described in this disclosure is also proposed. The conductor is arranged relative to the at least one flux concentration element such that the magnetic field generated by the conductor when current flows is concentrated and guided to the current sensor, the conductor being energized, a current signal being generated as a function of an output signal generated by the current sensor. This results in a reliable and accurate current measurement.

Weiter beschrieben wird ein Traktionsnetz, insbesondere eines Fahrzeugs, mit einer Anordnung gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen. Auch beschrieben wird ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, mit einer Anordnung gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen.A traction network, in particular of a vehicle, with an arrangement according to one of the embodiments described in this disclosure is also described. A vehicle, in particular an electric or hybrid vehicle, with an arrangement according to one of the embodiments described in this disclosure is also described.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung,
2 eine schematische perspektivische Ansicht der in 1 dargestellten Anordnung,
3 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Anordnung in einer weiteren Ausführungsform.

The invention is explained in more detail using exemplary embodiments. The figures show:

1 a schematic side view of an arrangement according to the invention,
2 a schematic perspective view of the 1 arrangement shown,
3 a schematic plan view of an arrangement according to the invention in a further embodiment.

Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.In the following, the same reference symbols designate elements with the same or similar technical features.

1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung 1 zur Strommessung in einem Leiter 2. Die Anordnung 1 umfasst einen magnetfeldbasierten Stromsensor 3, der insbesondere als Hall-Sensor ausgebildet sein kann. Ebenfalls dargestellt ist ein als Bond-Draht 4 ausgebildetes Flusskonzentrationselement der Anordnung 1, der um den Leiter 2 herumgeführt ist. Der Leiter 2 ist als Leiterplatte bzw. Leiterblech ausgebildet. 1 shows a schematic side view of an arrangement 1 according to the invention for measuring current in a conductor 2. The arrangement 1 comprises a magnetic field-based current sensor 3, which can be designed in particular as a Hall sensor. Also shown is a flux concentration element of the arrangement 1, designed as a bonding wire 4, which is guided around the conductor 2. The conductor 2 is designed as a printed circuit board or conductor sheet.

Ebenfalls dargestellt ist ein Kühlkörper 5 zur Kühlung des Leiters 2, ein Leistungsschaltelement 6 und eine Platine 7. Kühlkörper 5, Leistungsschaltelement 6 und Platine 7 können ebenfalls Teil der Anordnung 1 sein. Der Leiter 3 ist entlang des Kühlkörpers 5 geführt und elektrisch mit dem Leistungsschaltelement 6 verbunden, welches ebenfalls am Kühlkörper 5 angeordnet ist. Der Leiter 2 und das Leistungsschaltelement 6 sind zumindest abschnittsweise zwischen der Platine 7 und dem Kühlkörper 5 angeordnet. Also shown is a heat sink 5 for cooling the conductor 2, a power switching element 6 and a circuit board 7. The heat sink 5, power switching element 6 and circuit board 7 can also be part of the arrangement 1. The conductor 3 is guided along the heat sink 5 and electrically connected to the power switching element 6, which is also arranged on the heat sink 5. The conductor 2 and the power switching element 6 are arranged at least in sections between the circuit board 7 and the heat sink 5.

Weiter dargestellt ist, dass an einer dem Leiter 2 zugewandten Oberfläche des Kühlkörpers 5 als Podeste 8a, 8b ausgebildete Befestigungselemente angeordnet sind. An einem freien, stirnseitigen Ende weisen diese Podeste 8a, 8b eine ungekrümmte Befestigungsfläche 9 für den Bond-Draht 4 auf. Ein erstes Ende des Bond-Drahts 4 ist an einer solchen Befestigungsfläche 9 eines ersten Podests 8a befestigt, z.B. mit einem der vorhergehend genannten Bonding-Verfahren. Ein zweites Ende des Bond-Drahts 4 ist an einer solchen Befestigungsfläche 9 eines zweiten Podests 8b befestigt.It is also shown that fastening elements designed as pedestals 8a, 8b are arranged on a surface of the heat sink 5 facing the conductor 2. At a free, front end, these pedestals 8a, 8b have a non-curved fastening surface 9 for the bonding wire 4. A first end of the bonding wire 4 is fastened to such a fastening surface 9 of a first pedestal 8a, e.g. using one of the previously mentioned bonding methods. A second end of the bonding wire 4 is fastened to such a fastening surface 9 of a second pedestal 8b.

Die Podeste 8a, 8b können von dem Kühlkörper 5 ausgebildet oder an diesem befestigt sein.The pedestals 8a, 8b can be formed by the heat sink 5 or attached to it.

Der Stromsensor 3 ist an einer dem Leiter 2 zugewandten Unterseite der Platine 7 befestigt, z.B. ist er dort angelötet. Der Stromsensor 3 kann als integrierte Schaltung ausgebildet sein. Nicht dargestellte sind weitere elektrische oder elektronische Bauelemente, die ebenfalls an der Platine 7 befestigt sein können.The current sensor 3 is attached to an underside of the circuit board 7 facing the conductor 2, e.g. it is soldered there. The current sensor 3 can be designed as an integrated circuit. Not shown are other electrical or electronic components that can also be attached to the circuit board 7.

Der Leiter 2 ist durch einen Zwischenraum geführt, der zwischen dem Bond-Draht 4 und dem Stromsensor 3 angeordnet ist. Fließt Strom durch den Stromsensor 3, so kann das hierdurch erzeugte Magnetfeld durch den Bond-Draht 4 konzentriert und hin zum Stromsensor 3 geführt werden.The conductor 2 is guided through a gap that is arranged between the bond wire 4 and the current sensor 3. If current flows through the current sensor 3, the magnetic field generated thereby can be concentrated by the bond wire 4 and guided to the current sensor 3.

2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der in 1 dargestellten Anordnung, wobei der Stromsensor 3 und die Platine 7 nicht dargestellt sind. In 2 ist erkennbar, dass der Bond-Draht 4 von den Befestigungsflächen 8a, 8b hin zur Oberfläche des Kühlkörpers und dann durch einen Zwischenraum zwischen Leiter 2 und Oberfläche des Kühlkörpers 5 hindurch geführt ist. 2 shows a schematic perspective view of the 1 shown arrangement, whereby the current sensor 3 and the circuit board 7 are not shown. In 2 It can be seen that the bonding wire 4 is guided from the fastening surfaces 8a, 8b to the surface of the heat sink and then through a gap between the conductor 2 and the surface of the heat sink 5.

3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäß Anordnung 1 in einer weiteren Ausführungsform. Dargestellt ist ein als Blech ausgeführter Leiter 2 und ein Trägerelement 10 für den Bond-Draht 4, welches an dem Leiter 2 befestigt ist. Der Leiter 2 und das Trägerelement 10 können hierbei Befestigungselemente zur lösbaren Befestigung des Trägerelements 10 an dem Leiter 2 aufweisen. So kann der Leiter 2 z.B. Hinterschneidungsabschnitte 11 aufweisen, in die Abschnitte 12 des Trägerelements 10 eingreifen können, um das Trägerelement 10 an dem Leiter 2 zu befestigen. 3 shows a schematic perspective view of an arrangement 1 according to the invention in a further embodiment. Shown is a conductor 2 designed as a sheet metal and a carrier element 10 for the bonding wire 4, which is fastened to the conductor 2. The conductor 2 and the carrier element 10 can have fastening elements for releasably fastening the carrier element 10 to the conductor 2. For example, the conductor 2 can have undercut sections 11 into which sections 12 of the carrier element 10 can engage in order to fasten the carrier element 10 to the conductor 2.

Auch kann der Leiter 2 Löcher 13, insbesondere Durchgangsbohrungen, aufweisen, in die nicht dargestellte Stifte des Trägerelements 10 eingesteckt werden können. Dargestellt sind mehrere Löcher 13, die entlang einer Längsachse des Leiters 2 beabstandet voneinander angeordnet sind. Diese ermöglichen, dass das Trägerelement 10 in verschiedenen Positionen relativ zum Leiter 2 an diesem befestigt werden kann.The conductor 2 can also have holes 13, in particular through holes, into which pins (not shown) of the carrier element 10 can be inserted. A number of holes 13 are shown, which are arranged at a distance from one another along a longitudinal axis of the conductor 2. These allow the carrier element 10 to be attached to the conductor 2 in different positions relative to the latter.

Ebenfalls dargestellt ist, dass das Trägerelement 10 zwei als Podeste 8a, 8b ausgebildete Befestigungselemente aufweist, die von einer Grundfläche 15 des Trägerelements 10 abstehen und die Befestigungsflächen 9 für den Bond-Draht 4 aufweisen. Ebenfalls weist das Trägerelement 10 Durchgangsöffnungen 14 für den Bond-Draht 4 auf, damit dieser um den Leiter 2 herum geführt werden kann.It is also shown that the support element 10 has two fastening elements designed as platforms 8a, 8b. fastening elements which protrude from a base surface 15 of the carrier element 10 and which have fastening surfaces 9 for the bonding wire 4. The carrier element 10 also has through-openings 14 for the bonding wire 4 so that it can be guided around the conductor 2.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

11: Anordnungarrangement
22: LeiterDirector
33: Stromsensorcurrent sensor
44: Bond-Drahtbond wire
55: Kühlkörperheat sink
66: Leistungsschaltelementpower switching element
77: Platinecircuit board
8a, 8b8a, 8b: Podestpodium
99: Befestigungsflächemounting surface
1010: Trägerelementsupport element
1111: Hinterschneidungsabschnittundercut section
1212: AbschnittSection
1313: LochHole
1414: Durchgangsöffnungenthrough openings
1515: Grundflächefloor space

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

GB 2 241 038 A [0005]

Claims

Arrangement for current measurement in a conductor (2), comprising at least: - a magnetic field-based current sensor (3), - at least one flux concentration element, characterized in that the at least one flux concentration element is designed as a bond wire (4) or an arrangement of several bond wires.

arrangement according to claim 1 , characterized in that the at least one flow concentration means is arranged such that it at least partially limits a receiving volume for the conductor (2).

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the arrangement (1) comprises at least one carrier element (10) which has or forms at least one fastening surface (9) for the bonding wire (4).

arrangement according to claim 3 , characterized in that the carrier element (10) comprises a base body and at least one fastening element, wherein the at least one fastening element has the at least one fastening surface (9) and protrudes from the base body.

arrangement according to claim 3 or 4 , characterized in that the carrier element (10) is designed as a heat sink (5) for the conductor (2).

Arrangement according to one of the Claims 3 until 5 , characterized in that the carrier element (10) can be fastened to the conductor (2).

arrangement according to claim 6 , characterized in that the carrier element (10) can be fastened to the conductor (2) in different positions relative to the latter.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the bonding wires (4) are arranged stacked in the arrangement of several bonding wires (4).

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the arrangement (1) comprises at least one printed circuit board (7), wherein the current sensor (2) is fastened to the printed circuit board (7) or is integrated into the printed circuit board (7).

Method for measuring current in a conductor (2) with an arrangement (1) according to one of the Claims 1 until 9 , characterized in that the conductor (2) is arranged relative to the at least one flux concentration element such that the magnetic field generated by the conductor (2) when current flows is concentrated and guided to the current sensor (3), the conductor (2) being energized, a current signal being generated as a function of an output signal generated by the current sensor (3).