DE102017203535A1

DE102017203535A1 - Stromsensor mit optimierter Stromdichteverteilung, Verfahren zum Bestimmen eines Laststroms

Info

Publication number: DE102017203535A1
Application number: DE102017203535.8A
Authority: DE
Inventors: Martin Schramme; Ralf Schröppel; Andreas Aumer
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2017-03-03
Filing date: 2017-03-03
Publication date: 2018-09-06
Also published as: US11156643B2; US20200011905A1; CN110603450A; WO2018158330A1; CN110603450B; MX2019010406A

Abstract

Stromsensor zum Erfassen eines Stromes aus oder in eine Fahrzeugbatterie, umfassend:* eine Messschaltung; und* einen elektrischen Leiter, aufweisend:- zumindest eine erste Messstrecke, definiert durch eine erste Potentialabgriffskontaktierung (1) und eine zweite Potentialabgriffskontaktierung (2) an denen eine erste Spannung (U1) über der ersten Messstrecke erfassbar ist;- einen ersten Anschlusskontakt (21) zur elektrischen Kontaktierung mit einem Anschlusselement;- einen zweiten Anschlusskontakt (22) zur elektrischen Kontaktierung mit einer Batteriepolklemme; und- eine Stromeinspeisekontaktierung (5) zur elektrischen Kontaktierung mit einer Vorrichtung zur Bereitstellung eines Kalibrierstroms;wobei die erste Messstrecke in Reihe liegend zwischen dem ersten Anschlusskontakt (21) und dem zweiten Anschlusskontakt (22) ausgebildet ist, wobei der elektrische Leiter anhand seiner geometrischen Parameter (11,12,13,14,15) und Kontaktierungen (1,2,3,4,5,6,21,22) derart ausgebildet ist, dass ein an der Stromeinspeisekontaktierung (5) einspeisbarer Kalibrierstrom (Iref) eine Stromdichteverteilung in der ersten Messstrecke hervorruft, die mit einer Stromdichtenverteilung in der ersten Messstrecke konvergiert, welche durch ein an dem ersten Anschlusskontakt (21) einspeisbaren Laststrom (Iload) gleicher Stromstärke hervorgerufen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stromsensor zum Erfassen eines Stromes aus oder in eine Fahrzeugbatterie, sowie ein Verfahren zum Bestimmen eines durch einen elektrischen Leiter eines Stromsensors fließenden Laststroms.
Ein solcher Stromsensor kann insbesondere zur Bestimmung des Batteriezustands einer Batterie, beispielsweise einer Autobatterie, verwendet werden. Zur Bestimmung eines Batteriezustandes ist es typischerweise erforderlich, den Batteriestrom zu messen. Dieser kann auch als Laststrom bezeichnet werden. Hierzu kommen bei Ausführungen gemäß dem Stand der Technik typischerweise hochgenaue Widerstände oder Sensoren zur Messung der magnetischen Feldstärke zum Einsatz. Nachteilig an den bisherigen Ausführungen sind insbesondere die hohen Kosten, insbesondere zur Erstellung von Widerstandsmaterialien, welche in einem üblichen Temperaturbereich von beispielsweise -40 °C bis 105 °C mehr oder weniger konstante Widerstandswerte aufweisen. Ein Beispiel eines solchen Materials ist eine Kupfer-Nickel-Mangan-Legierung, beispielsweise Manganin.
Eine Strommessung kann beispielsweise zum Einsatz in Batteriesensoren zur nachgelagerten Berechnung von physikalischen Größen einer Batterie vorgesehen sein.
Seit einiger Zeit gibt es Ansätze, einen hochpräzisen Widerstand als Messwiderstand, auch als Shunt-Widerstand oder Messstrecke bezeichnet, durch kostengünstigere Bauteile zu ersetzen. Eine Möglichkeit ist es, einen Shunt-Widerstand über die Lebensdauer des Batteriesensors immer wieder nachzukalibrieren.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass eine ständige Nachkalibrierung auch während der gleichzeitigen Messung der im Kraftfahrzeug auftretenden hohen und zeitlich stark veränderlichen Ströme unter den herrschenden Randbedingungen, insbesondere eines erwünschten niedrigen Stromverbrauchs des Sensors, schwierig ist, da der zum Kalibrieren anzulegende Kalibrierstrom klein gewählt werden soll und nur kurzzeitig anliegen soll.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Stromsensor bereitzustellen, welcher insbesondere kostengünstig ist und im Vergleich zu bekannten Ausführungen eine bessere und/oder präzisere Bestimmung des Laststroms ermöglicht. Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung ein zugehöriges Verfahren bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Stromsensor nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 15. Vorteilhafte Ausführungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung betrifft alternativ vorzugsweise einen Stromsensor zum Erfassen eines Stromes aus oder in eine Fahrzeugbatterie, umfassend eine Messschaltung, insbesondere eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Ausgangssignals, und einen elektrischen Leiter. Dabei weist der elektrischen Leiter zumindest eine erste Messstrecke auf, welche durch eine erste Potentialabgriffskontaktierung und eine zweite Potentialabgriffskontaktierung definiert ist. Dabei ist eine erste Spannung über der ersten Messstrecke mittels der ersten Potentialabgriffskontaktierung und der zweiten Potentialabgriffskontaktierung erfassbar. Dabei weist der elektrische Leiter einen ersten Anschlusskontakt zur elektrischen Kontaktierung mit einem Anschlusselement auf. Zudem weist der elektrische Leiter einen zweiten Anschlusskontakt zur elektrischen Kontaktierung mit einer Batteriepolklemme auf. Des Weiteren weist der elektrische Leiter eine Stromeinspeisekontaktierung zur elektrischen Kontaktierung mit einer Vorrichtung zur Bereitstellung eines Kalibrierstroms auf. Dabei ist die erste Messstrecke in Reihe liegend zwischen dem ersten Anschlusskontakt und dem zweiten Anschlusskontakt ausgebildet. Besonders bevorzugt ist der elektrische Leiter anhand seiner geometrischen Parameter und Kontaktierungen, insbesondere bezüglich seiner Beschaffenheit und/oder Positionierung der Kontaktierungen auf dem elektrischen Leiter, derart ausgebildet, dass ein an der Stromeinspeisekontaktierung einspeisbarer Kalibrierstrom eine Stromdichteverteilung in der ersten Messstrecke und/oder einen Stromdichteverlauf entlang der ersten Messstrecke und/oder eine Potentialverteilung in der ersten Messstrecke hervorrufen würde, die mit einer Stromdichtenverteilung in der ersten Messstrecke und/oder einem Stromdichteverlauf entlang der ersten Messstrecke und/oder einer Potentialverteilung in der ersten Messstrecke konvergieren würde, welche durch ein an dem ersten Anschlusskontakt einspeisbaren Laststrom gleicher Stromstärke hervorgerufen werden würde.
Unter Kontaktierungen sind bevorzugt die Stromeinspeisekontaktierung und/oder die erste Potentialabgriffskontaktierung und/oder die zweite Potentialabgriffskontaktierung und/oder der erste Anschlusskontakt und/oder der zweite Anschlusskontakt zu verstehen.
Bevorzugt erzeugt ein an der Stromeinspeisekotaktierung eingespeister Kalibrierstrom die gleiche Spannung an der ersten Messstrecke wie ein Laststrom gleicher Stromstärke, welcher an dem ersten Anschlusskontakt eingespeist wird und insbesondere zu dem zweiten Anschlusskontakt fließt.
Der Erfindung liegt vorzugsweise der Gedanke zu Grunde, dass eine punktförmige Einspeisung des Kalibrierstroms im umliegenden Bereich um die Stromeinspeisekontaktierung im Wesentlichen kreisförmige elektrische Äquipotentialflächen erzeugt. Daraus resultiert insbesondere eine inhomogene Verteilung der Stromdichte im umliegenden Bereich um die Stromeinspeisekotaktierung entlang der Querschnittsfläche des elektrischen Leiters.
Es ist bevorzugt, dass die erste Messstrecke ein Leitersegment mit definierter Länge, Breite und Höhe ist, wobei die erste Potentialabgriffskontaktierung und die zweite Potentialabgriffskontaktierung an einem Rand der ersten Messstrecke angeordnet sind, wodurch die Länge der ersten Messstrecke durch einen Abstand der ersten Potentialabgriffskontaktierung und der zweiten Potentialabgriffskontaktierung definiert ist, wobei insbesondere die Breite der ersten Messtrecke größer der Höhe der ersten Messstrecke ist.
Bevorzugt sind die erste Potentialabgriffskontaktierung und die zweite Potentialabgriffskontaktierung an gegenüberliegenden Seiten bzw. Seitenkanten bzw. Außenkanten der ersten Messstrecke angeordnet.
Es ist bevorzugt, dass die Stromeinspeisekontaktierung mit einem ersten Abstand beabstandet zur ersten Messstrecke ausgebildet ist, wobei die erste Messstrecke ein Leitersegment mit definierter Länge, Breite und Höhe ist, wobei die erste Potentialabgriffskontaktierung und die zweite Potentialabgriffskontaktierung an einem Rand der ersten Messstrecke angeordnet sind, wodurch die Länge der ersten Messstrecke durch einen Abstand der ersten Potentialabgriffskontaktierung und der zweiten Potentialabgriffskontaktierung definiert ist, wobei insbesondere die Breite der ersten Messtrecke größer der Höhe der ersten Messstrecke ist, wobei der erste Abstand größer 1/8 oder 2/8 oder 3/8 oder 4/8 oder 5/8 oder 6/8 oder 7/8 oder 8/8 der Breite der ersten Messstrecke ist.
Es ist bevorzugt, dass der elektrische Leiter eine zweite Messstrecke aufweist, definiert durch eine dritte Potentialabgriffskontaktierung und eine vierte Potentialabgriffskontaktierung an denen eine zweite Spannung über der zweiten Messstrecke erfassbar ist.
Es ist besonders bevorzugt, dass die zweite Messstrecke ein Leitersegment mit definierter Länge, Breite und Höhe ist, wobei die dritte Potentialabgriffskontaktierung und die vierte Potentialabgriffskontaktierung an einem Rand der zweiten Messstrecke angeordnet sind, wodurch die Länge der zweiten Messstrecke durch einen Abstand der dritten Potentialabgriffskontaktierung und der vierten Potentialabgriffskontaktierung definiert ist, wobei insbesondere die Breite der zweiten Messtrecke größer der Höhe der zweiten Messstrecke ist.
Bevorzugt sind die dritte Potentialabgriffskontaktierung und die vierte Potentialabgriffskontaktierung an gegenüberliegenden Seiten bzw. Seitenkanten bzw. Außenkanten der zweiten Messstrecke angeordnet.
Es ist besonders bevorzugt, dass die zweite Messstrecke und die erste Messstrecke zueinander in Reihe liegend zwischen dem ersten Anschlusskontakt und dem zweiten Anschlusskontakt ausgebildet sind, wobei insbesondere die Stromeinspeisekontaktierung in Reihe zwischen der zweiten Messtrecke und der ersten Messstrecke liegt.
Der Erfindung liegt vorzugsweise der Gedanke zu Grunde, dass die Einspeisung des Kalibrierstroms an der Stromeinspeisekontaktierung im Wesentlichen keine inhomogene Stromdichtenverteilung entlang der Querschnittsfläche der ersten Messstrecke und/oder der zweiten Messstrecke verursacht.
Bevorzugt ist die Querschnittsfläche gegeben durch eine Breite und Höhe der ersten Messstrecke und/oder der zweiten Messstrecke .
Es ist bevorzugt, dass der elektrische Leiter anhand seiner geometrischen Parameter und Kontaktierungen derart ausgebildet ist, dass eine Stromdichte, hervorgerufen durch den an der Stromeinspeisekontaktierung einspeisbaren Kalibrierstrom, in der zweiten Messstrecke gegen Null konvergiert.
Es ist bevorzugt, dass die Stromeinspeisekontaktierung mit einem zweiten Abstand beabstandet zur zweiten Messstrecke ausgebildet ist, wobei der zweite Abstand größer 1/8 oder 2/8 oder 3/8 oder 4/8 oder 5/8 oder 6/8 oder 7/8 oder 8/8 der Breite der zweiten Messstrecke ist.
Es ist bevorzugt, dass der elektrischen Leiter einen ersten Teilbereich aufweist, in welchem die Stromeinspeisekontaktierung angeordnet ist, wobei die Länge des ersten Teilbereichs durch die erste Messstrecke und die zweite Messstrecke begrenzt ist, wobei der erste Teilbereich eine größere Breite und/oder größere Höhe und/oder dickere Materialstärke aufweist als die erste Messstrecke und/oder die zweite Messstrecke.
Besonders bevorzugt ist die Breite und/oder Höhe und/oder Materialstärke um wenigstens 1/10 größer und/oder dicker als die erste Messstrecke und/oder die zweite Messstrecke.
Bevorzugt weist ein erster Teilbereich des elektrischen Leiters, in welchem die Stromeinspeisekontaktierung angeordnet ist, wobei die Länge des ersten Teilbereichs durch die erste Messstrecke und die zweite Messstrecke begrenzt ist, einen geringeren relativen Widerstandswert auf, als die erste Messstrecke und/oder die zweite Messstrecke.
Besonders bevorzugt weist der erste Teilbereich eine größere Querschnittsfläche auf, als die erste Messstrecke und/oder die zweite Messstrecke. Insbesondere ist der erste Teilbereich breiter.
Besonders bevorzugt weist der erste Teilbereich einen geringeren spezifischen Widerstandswert auf, als die erste Messstrecke und/oder die zweite Messstrecke.
Es ist bevorzugt, dass ein Abstand der zweiten Messstrecke zu der ersten Messstrecke, die durch den Abstand der vierten Potentialabgriffskontaktierung zu der ersten Potentialabgriffskontaktierung definiert ist, geringer ist als die Summe der Abstände zwischen der vierten Potentialabgriffskontaktierung zu der Stromeinspeisekontaktierung sowie zwischen der Stromeinspeisekontaktierung zu der ersten Potentialabgriffskontaktierung.
Bevorzugt ist der Abstand der zweiten Messstrecke zu der ersten Messstrecke gleich der Länge des ersten Teilbereichs. Insbesondere ist der Abstand der zweiten Messstrecke zu der ersten Messstrecke definiert durch die an gegenüberliegenden Rändern bzw. Seiten bzw. Seitenkanten bzw. Außenkanten des ersten Teilbereichs angeordneten Potentialabgriffskontaktierungen. Besonders bevorzugt ist der Abstand der zweiten Messstrecke zu der ersten Messstrecke definiert durch die inneren Potentialabgriffskontaktierungen.
Bevorzugt bilden Verbindungslinien zwischen der vierten Potentialabgriffskontaktierung, der Stromeinspeisekontaktierung und der ersten Potentialabgriffskontaktierung ein Dreieck.
Bevorzugt sind die zweite Messstrecke und die erste Messstrecke unter einem Winkel zueinander angeordnet, insbesondere in einem rechten Winkel. Dadurch liegen die erste Messstrecke und die zweite Messtrecke insbesondere nicht auf einer Geraden.
Es ist bevorzugt, dass der elektrische Leiter eine Stromausspeisekontaktierung zur Bildung eines geschlossenen Stromkreises des Kalibrierstroms aufweist.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Stromausspeisekontaktierung mit einem dritten Abstand beabstandet zur ersten Messstrecke ausgebildet ist, wobei die erste Messstrecke ein Leitersegment mit definierter Länge, Breite und Höhe ist, wobei die erste Potentialabgriffskontaktierung und die zweite Potentialabgriffskontaktierung an einem Rand der ersten Messstrecke angeordnet sind, wodurch die Länge der ersten Messstrecke durch einen Abstand der ersten Potentialabgriffskontaktierung und der zweiten Potentialabgriffskontaktierung definiert ist, wobei insbesondere die Breite der ersten Messtrecke größer der Höhe der ersten Messstrecke ist, wobei der dritte Abstand größer 1/8 oder 2/8 oder 3/8 oder 4/8 oder 5/8 oder 6/8 oder 7/8 oder 8/8 der Breite der ersten Messstrecke ist.
Es ist bevorzugt, dass der elektrischen Leiter einen ersten Teilbereich aufweist, in welchem die Stromeinspeisekontaktierung angeordnet ist, wobei der erste Teilbereich eine Breite aufweist, wobei die Breite in einem Bereich um die Stromeinspeisekontaktierung verringert und/oder verjüngt ist, wobei insbesondere der Bereich um die Stromeinspeisekontaktierung eine Einschnürung aufweist.
Es ist bevorzugt, dass der elektrische Leiter eine erste Verjüngung aufweist, die maximal mit einem vierten Abstand von der Stromeinspeisekontaktierung beabstandet ist, wobei der vierte Abstand kleiner 1/8 oder 2/8 oder 3/8 oder 4/8 oder 5/8 oder 6/8 oder 7/8 oder 8/8 einer Breite der ersten Messstrecke ist.
Es ist bevorzugt, dass der elektrischen Leiter einen zweiten Teilbereich aufweist, in welchem die Stromausspeisekontaktierung angeordnet ist, wobei die Länge des zweiten Teilbereichs durch die erste Messstrecke und den zweiten Anschlusskontakt begrenzt ist, wobei der zweite Teilbereich eine Breite aufweist, wobei die Breite in einem Bereich um die Stromausspeisekontaktierung verringert und/oder verjüngt ist, wobei insbesondere der Bereich um die Stromausspeisekontaktierung eine Einschnürung aufweist.
Es ist bevorzugt, dass der elektrische Leiter eine zweite Verjüngung aufweist, die maximal mit einem fünften Abstand von der Stromausspeisekontaktierung beabstandet ist, wobei der fünfte Abstand kleiner 1/8 oder 2/8 oder 3/8 oder 4/8 oder 5/8 oder 6/8 oder 7/8 oder 8/8 einer Breite der ersten Messstrecke ist.
Es ist bevorzugt, dass der elektrischen Leiter einen ersten Teilbereich aufweist, in welchem die Stromeinspeisekontaktierung angeordnet ist, wobei die Länge des ersten Teilbereichs durch die erste Messstrecke und die zweite Messstrecke begrenzt ist, wobei zumindest eine Oberfläche, insbesondere zwei Oberflächen, des ersten Teilbereichs ovalförmig oder kreisförmig oder trichterförmig ausgebildet sind.
Es ist bevorzugt, dass die erste Messstrecke und/oder die zweite Messstrecke eine homogene Stromdichteverteilung bzw. homogene Stromdichte bei einspeisbarem bzw. eingespeistem Laststrom und Kalibrierstrom aufweisen.
Es ist bevorzugt, dass der elektrische Leiter materialeinheitlich ausgebildet ist.
Bevorzugt ist die Stromeinspeisekontaktierung beabstandet zur ersten Messstrecke ausgebildet.
Bevorzugt ist die Stromeinspeisekontaktierung beabstandet zur zweiten Messstrecke ausgebildet.
Bevorzugt ist die Stromeinspeisekontaktierung punktförmig ausgebildet.
Es ist bevorzugt, dass die Stromeinspeisekontaktierung über einen Großteil des Umfangs des elektrischen Leiters ausgebildet ist.
Bevorzugt ist die Stromeinspeisekontaktierung außerhalb der ersten Messstrecke und außerhalb der zweiten Messstrecke ausgebildet.
Bevorzugt umfasst der Stromsensor ein Gehäuse, in welches die Messschaltung eingebettet ist und insbesondere der elektrische Leiter teilweise eingebettet ist.
Bevorzugt ist die Stromausspeisekontaktierung außerhalb der ersten Messstrecke und außerhalb der zweiten Messstrecke ausgebildet.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Bestimmen eines durch einen elektrischen Leiter eines Stromsensors fließenden Laststroms,

- wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- Messen einer ersten Messspannung, welche über der ersten Messstrecke abfällt,
- Berechnen des Laststroms basierend zumindest auf der ersten Messspannung und einem Betriebsparameter,
- wobei das Verfahren ausschließlich während jeweiliger Kalibrierzeiträume folgende Schritte aufweist:
- Leiten eines Kalibrierstroms in die Stromeinspeisekontaktierung, und
- Messen einer ersten Kalibrierspannung, welche zumindest bei fließendem Kalibrierstrom über der ersten Messstrecke abfällt,
- wobei basierend zumindest auf der ersten Kalibrierspannung und einer Stromstärke des Kalibrierstroms ein Betriebsparameter berechnet wird.

Bevorzugt weist der Stromsensor:

- zumindest einen ersten Spannungsmesser und insbesondere einen zweiten Spannungsmesser auf, wobei der erste Spannungsmesser zur Messung einer über der ersten Messstrecke abfallenden Spannung konfiguriert ist und der zweite Spannungsmesser insbesondere zur Messung einer über der zweiten Messstrecke abfallenden Spannung konfiguriert ist,
- zumindest eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Kalibrierstroms auf, welche zum Durchleiten eines Kalibrierstroms durch die erste Messstrecke konfiguriert ist, und
- eine elektronische Steuerungsvorrichtung auf, welche dazu konfiguriert ist, ein Verfahren durchzuführen.

Das Verfahren zum Bestimmen eines durch einen elektrischen Leiter eines Stromsensors fließenden Laststroms betrifft vorzugsweise ein Verfahren zum Bestimmen eines durch eine Messwiderstandsgruppe fließenden Laststroms. Die Messwiderstandsgruppe weist dabei eine Anzahl von Zweigen auf, und jeder Zweig weist einen erfindungsgemäßen elektrischen Leiter auf.
Bevorzugt weist das Verfahren für jeden der Zweige folgende Schritte auf:

- Messen einer ersten Messspannung, welche über der ersten Messstrecke abfällt, und einer zweiten Messspannung, welche über der zweiten Messstrecke abfällt,
- Berechnen eines ersten Betriebsparameters basierend auf der ersten Messspannung und der zweiten Messspannung,
- Berechnen des Laststroms basierend zumindest auf der zweiten Messspannung und einem zweiten Betriebsparameter,
- wobei das Verfahren ausschließlich während jeweiliger Kalibrierzeiträume folgende Schritte aufweist:
- Leiten eines Kalibrierstroms in die Stromeinspeisekontaktierung, wobei sich der Kalibrierstrom in einen durch die erste Messstrecke fließenden ersten Kalibrierteilstrom und einen durch die zweite Messstrecke fließenden zweiten Kalibrierteilstrom aufteilt, und
- Messen einer ersten Kalibrierspannung, welche bei fließendem Kalibrierstrom und Laststrom über der ersten Messstrecke abfällt, und einer zweiten Kalibrierspannung, welche bei fließendem Kalibrierstrom und Laststrom über der zweiten Messstrecke abfällt,
- wobei basierend zumindest auf der ersten Kalibrierspannung, der zweiten Kalibrierspannung, dem ersten Betriebsparameter und einer Stromstärke des Kalibrierstroms der zweite Betriebsparameter berechnet wird.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft möglich, einen Laststrom zu bestimmen.
Bevorzugt kann ein ursprünglich nur aus einem einzigen Widerstand bestehender Messwiderstand verallgemeinert werden zu einer Messwiderstandsgruppe, welche mindestens einen Zweig mit mindestens zwei Messstrecken aufweist. Es sei verstanden, dass jede beliebige Anzahl von Zweigen verwendet werden kann, also beispielsweise ein Zweig, zwei Zweige, drei Zweige oder mehr Zweige.
Bei den Lastströmen kann es sich insbesondere jeweils um diejenigen Teile eines Gesamtlaststroms handeln, welche durch den jeweiligen Zweig fließen.
Bevorzugt sei verstanden, dass eine über einer jeweiligen Messstrecke abfallenden Spannung, also Messspannung bzw. Kalibrierspannung, grundsätzlich sowohl unmittelbar über der jeweiligen Messstrecke gemessen werden kann oder auch derart gemessen werden kann, dass eine Gesamtspannung über mehrere Widerstände, beispielsweise zwei Widerstände, gemessen wird und eine über einem anderen Widerstand abfallende Spannung davon subtrahiert wird. Diese Ausführungen sind äquivalent im Sinne dieser Anmeldung und sollen beide entsprechend von den hier verwendeten Formulierungen umfasst sein.
Bevorzugt sei verstanden, dass beim Schritt des Berechnens des Laststroms basierend zumindest auf der zweiten Messspannung und einem zweiten Betriebsparameter alternativ zur zweiten Messspannung auch die erste Messspannung oder eine Summe aus erster Messspannung und zweiter Messspannung verwendet werden kann. Derartige Varianten sind als äquivalent zu betrachten.
Bei mehreren Zweigen werden die jeweiligen berechneten Lastströme der Zweige bevorzugt zu einem Gesamtlaststrom addiert.
Zu den Details der Vorgehensweise sei auf die unten stehenden Ausführungen verwiesen.
Bevorzugt ist bezogen auf eine Stromrichtung des Laststroms der erste Kalibrierstrom unterschiedlich, insbesondere gegengleich zum zweiten Kalibrierstrom. Dies führt zu einer vorteilhaften Lösbarkeit von Gleichungssystemen, welche weiter unten näher beschrieben werden.
Gemäß einer Ausführung ist der zweite Kalibrierteilstrom null. Dies kann eine Stromquelle einsparen und eine besonders einfache Auswertung ermöglichen.
Es sei verstanden, dass solche Ausführungen, in welchen also beispielsweise ein Kalibrierteilstrom null ist, von der obenstehenden Offenbarung umfasst werden.
Bevorzugt entspricht der zweite Betriebsparameter einem Produkt aus einem Widerstandswert der zweiten Messstrecke und einem Verstärkungsfaktor eines die zweite Messspannung messenden Spannungsmessers.
Der zweite Betriebsparameter kann insbesondere als Differenz zwischen einem ersten Bruch und einem zweiten Bruch berechnet werden, wobei im Zähler des ersten Bruchs die zweite Referenzspannung steht, wobei im Nenner des ersten Bruchs die Stromstärke des Kalibrierstroms steht, wobei im Zähler des zweiten Bruchs die erste Referenzspannung steht, und wobei im Nenner des zweiten Bruchs ein Produkt aus dem ersten Betriebsparameter und der Stromstärke des Kalibrierstroms steht. Dies erlaubt eine vorteilhafte Berechnung des zweiten Betriebsparameters insbesondere bei der oben angegebenen Bedeutung. Zu den mathematischen Hintergründen sei auf die untenstehende Ausführung verwiesen.
Es sei verstanden, dass bei in dieser Anmeldung angegebenen Gleichungen oder Formeln, seien sie in Textform oder als Formel angegeben, grundsätzlich auch gewisse Umformungen, insbesondere triviale Umformungen, als äquivalent angesehen werden und nicht aus dem Schutzbereich herausführen. So kann beispielsweise eine Gleichung mit einer Konstanten multipliziert werden.
Der erste Betriebsparameter entspricht vorzugsweise einem Verhältnis zwischen

- einem Produkt aus Widerstandswert der zweiten Messstrecke und Verstärkungsfaktor eines die zweite Messspannung messenden Spannungsmessers und
- einem Produkt aus Widerstandswert der ersten Messstrecke und Verstärkungsfaktor eines die erste Messspannung messenden Spannungsmessers.

Der erste Betriebsparameter wird dabei vorzugsweise durch Division der ersten Messspannung durch die zweite Messspannung oder durch Regressionsanalyse basierend auf der ersten Messspannung und der zweiten Messspannung berechnet. Dies erlaubt insbesondere eine vorteilhafte Berechnung des ersten Betriebsparameters bei der oben angegebenen Bedeutung.
Bevorzugt wird der erste Betriebsparameter außerhalb von Kalibrierzeiträumen berechnet, insbesondere wenn auch die Messspannungen gemessen werden.
Gemäß einer Ausführung wird der Laststrom während jeweiliger Kalibrierzeiträume durch Extrapolation von Lastströmen aus Zeiten außerhalb von Kalibrierzeiträumen berechnet. Dies trägt der Tatsache Rechnung, dass es je nach Ausführung schwierig oder gar unmöglich sein kann, den Laststrom während eines Kalibrierzeitraums, also bei überlagertem Kalibrierstrom, exakt zu berechnen.
Gemäß einer Ausführung ist der zweite Kalibrierteilstrom null, und der Laststrom wird während jeweiliger Kalibrierzeiträume basierend auf der zweiten Kalibrierspannung, dem zweiten Betriebsparameter und der Stromstärke des Kalibrierstroms berechnet. Dies trägt insbesondere der Tatsache Rechnung, dass, insbesondere wenn der zweite Kalibrierteilstrom null ist, eine exakte Berechnung des Laststroms auch während eines Kalibrierzeitraums möglich ist.
Insbesondere in diesem Fall kann der Laststrom auf zwei verschiedene beispielhafte Weisen bestimmt werden. Zum ersten kann er aus der ersten Kalibrierspannung, dividiert durch den zweiten Betriebsparameter, minus dem bekannten Kalibrierstrom berechnet werden, zum anderen kann er aus der zweiten Kalibrierspannung, dividiert durch das Produkt aus dem ersten und dem zweiten Betriebsparameter, berechnet werden.
Vorteilhafterweise wird das Endergebnis als Mittelwert der beiden eben genannten Methoden ausgegeben bzw. berechnet.
Gemäß einer Ausführung wird der Laststrom außerhalb von Kalibrierzeiträumen durch Division der zweiten Messspannung durch den zweiten Betriebsparameter berechnet.
Gemäß einer Ausführung wird der Laststrom während Kalibrierzeiträumen durch Division der ersten Kalibrierspannung durch den zweiten Betriebsparameter abzüglich eines Korrekturwerts berechnet, wobei der Korrekturwert vorzugsweise die Stromstärke des Kalibrierstroms ist, insbesondere wenn der zweite Kalibrierteilstrom null ist.
Man könnte auch einen Schätzwert für die Aufteilung des Kalibrierstroms verwenden. Aufgrund der typischerweise bekannten nominalen Widerstandswerte der ersten Messstrecke und der zweiten Messstrecke ist es typischerweise abschätzbar, wie sich der Strom aufteilen wird. Solange der Kalibrierstrom klein ist im Vergleich zum Laststrom, ergibt dies üblicherweise nur einen kleinen Fehler.
Die Stromstärke des Kalibrierstroms kann insbesondere basierend auf einem gemessenen Spannungsabfall an einem Referenzwiderstand ermittelt werden, wobei dieser Referenzwiderstand insbesondere ein temperatur- und/oder langzeitstabiler Referenzwiderstand ist. Dieser weist einen bekannten Widerstand auf.
Es sei erwähnt, dass damit typischerweise der Kalibrierstrom zunächst einmal nur in der Summe gemessen wird, d.h. ohne Kenntnis der beiden Kalibrierteilströme. Um den Kalibrierstrom zu messen, sind zahlreiche Möglichkeiten denkbar. Die eben erwähnte Spannungsmessung über einem Referenzwiderstand ist ein Beispiel davon. Eine andere Möglichkeit wäre es, den Kalibrierstrom von einer präzisen Stromquelle zu beziehen.
Gemäß einer Weiterbildung wird basierend auf der Stromstärke des Referenzwiderstands ein Fehlerwert für den Laststrom berechnet. Damit kann die Zuverlässigkeit des ermittelten Laststroms abgeschätzt werden.
Bevorzugt steuert die elektronische Steuerungsvorrichtung das Einspeisen des Kalibrierstroms.
Die elektronische Steuerungsvorrichtung kann insbesondere Prozessormittel und Speichermittel aufweisen, wobei in den Speichermitteln Programmcode gespeichert ist, bei dessen Ausführung die Prozessormittel ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführen bzw. sich entsprechend verhalten.
Gemäß einer Ausführung weist die Messwiderstandsgruppe einen einzigen Zweig auf. Dies entspricht einer einfachen Ausführung.
Gemäß einer Ausführung weist die Messwiderstandsgruppe eine Mehrzahl von Zweigen auf. Damit kann beispielsweise unterschiedlichen Stromstärken Rechnung getragen werden.
Es kann auch eine Anzahl von Multiplexern vorgesehen sein, um eine Spannungsmessung und/oder ein Durchleiten des Kalibrierstroms einem bestimmten Zweig zuzuordnen. Damit können Messinstrumente bzw. Stromquellen für unterschiedliche Zweige verwendet werden, was Aufwand einspart.
Die Messwiderstandsgruppe kann eine Mehrzahl von Zweigen aufweisen. Der Laststrom wird in diesem Fall bevorzugt summiert über alle Zweige berechnet. Dabei kann von einem Gesamtlaststrom gesprochen werden, welcher sich durch Summation über die jeweiligen Lastströme der Zweige ergibt.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium, welches Programmcode enthält, bei dessen Ausführung ein Prozessor ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt. Dabei kann hinsichtlich des Verfahrens auf alle beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden.
Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann den nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen entnehmen. Dabei zeigen:

1: eine Messwiderstandsgruppe mit Beschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2: eine Messwiderstandsgruppe mit Beschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3: eine Messwiderstandsgruppe mit Beschaltung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
4: eine Messwiderstandsgruppe mit Beschaltung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
5: eine Messwiderstandsgruppe mit Beschaltung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel,
6: elektrischer Leiter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
7: Stromsensor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
8: elektrischer Leiter gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
9: Simulation des Potentialverlaufs des elektrischen Leiters gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,
10: Simulation des Potentialverlaufs des elektrischen Leiters gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, und
11: Simulation des Potentialverlaufs des elektrischen Leiters gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.

1 zeigt eine Messwiderstandsgruppe mit Beschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, mit welcher sich auch das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft durchführen lässt.
Die Messwiderstandsgruppe weist einen ersten Messwiderstand R1 und einen zweiten Messwiderstand R2 auf, über welche ein zeitlich veränderlicher Laststrom Iload geleitet wird. Dieser Laststrom Iload stammt zunächst aus einer Batterie, welche spannungsmäßig als Vbat in 1 eingezeichnet ist. Der Laststrom Iload fließt auch über eine allgemein als Load bezeichnet Last, welche hier lediglich schematisch dargestellt ist und typische elektrische Komponenten eines Kraftfahrzeugs wie beispielsweise einen Anlasser, ein Fahrzeuglicht oder elektronische Komponenten sowie auch einen Generator beinhalten kann.
Über dem ersten Messwiderstand R1 ist ein erster Spannungsmesser U1 angeordnet. Über dem zweiten Messwiderstand R2 ist ein zweiter Spannungsmesser U2 angeordnet. Diese sind dazu ausgebildet, jeweilige Spannungen über den beiden Messwiderständen R1, R2 bei jeweils durchfließendem Strom I1, I2 zu messen.
Als Stromquellen für einen Kalibrierstrom Iref dienen ein erster Kondensator C1 und ein zweiter Kondensator C2, welche über einen Vorwiderstand Rlim direkt aus der Fahrzeugbatterie geladen werden. Über den Verbraucher Load wird der Laststrom Iload aus der Batterie Vbat erzeugt, der über das Widerstandsnetzwerk der Messwiderstände R1, R2 zur Masse GND fließt.
Die beiden Kondensatoren C1, C2 sind über einen Schalter S1 und einen Referenzwiderstand Rref mit einem Punkt zwischen dem ersten Messwiderstand und dem zweiten Messwiderstand verbunden.
Zwischen diesem Punkt und dem Messwiderstand R1 bzw. dem Messwiderstand R2 sind jeweils Leitungswiderstände ausgebildet. Der Spannungsmesser U1 bzw. der Spannungsmesser U2 ist über dem Messwiderstand R1 bzw. dem Messwiderstand R2 angeordnet. Über dem Referenzwiderstand Rref ist ein weiterer Spannungsmesser Uref angeordnet, welcher eine über dem Referenzwiderstand Rref bei durchfließendem Kalibrierstrom Iref abfallende Spannung misst.
Durch Schließen des Schalters S1 wird somit zusätzlich zum Laststrom Iload ein Kalibrierstrom Iref in das aus den Messwiderständen R1, R2 bestehende Widerstandsnetzwerk eingespeist, wobei sich der erste Kondensator C1 im Wesentlichen über den ersten Messwiderstand R1 entlädt, und der zweite Kondensator C2 sich im Wesentlichen über den zweiten Messwiderstand R2 entlädt. Hierdurch entstehen folglich zwei Kalibrierteilströme, nämlich ein erster Kalibrierteilstrom Iref,1 und ein zweiter Kalibrierteilstrom Iref,2, wobei der erste Kalibrierteilstrom Iref,1 durch den ersten Messwiderstand R1 fließt und der zweite Kalibrierteilstrom Iref,2 durch den zweiten Messwiderstand R2 fließt. Die beiden Kalibrierteilströme Iref,1 und Iref,2 tragen über den beiden Messwiderständen R1, R2 entgegengesetzte Vorzeichen, während ihre Summe Iref durch den Referenzwiderstand Rref fließt und wie bereits beschrieben über eine Spannungsmessung gemessen werden kann.
Die Spannungsmesser U1, U2 zur Messung der über den beiden Messwiderständen R1, R2 abfallenden Spannungen sind vorliegend nicht weiter im Detail ausgeführt. Die Spannungsmesser U1, U2 weisen typischerweise jeweils mindestens einen Verstärker auf, in der Regel mit variablem Verstärkungsfaktor, und je einen Anlog-Digital-Wandler oder auch einen gemeinsamen Analog-Digital-Wandler, welcher über einen Multiplexer je einem Verstärker zugeschaltet werden kann.
In 1 nicht eingezeichnet ist ein Rechenwerk, beispielsweise eine elektronische Steuerungsvorrichtung, welche beispielsweise als Mikrocontroller ausgebildet sein kann. Eine solche elektronische Steuerungsvorrichtung kann beispielsweise Prozessormittel und Speichermittel aufweisen, wobei in den Speichermitteln Programmcode gespeichert ist, bei dessen Ausführung die Prozessormittel ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführen. Insbesondere können die Prozessormittel dabei den Laststrom Iload gemäß den oben genannten Formeln berechnen. Das Rechenwerk bzw. die elektronische Steuerungsvorrichtung kann bevorzugt auch eine Schnittstelle zum Einlesen der Spannungen U1, U2, Uref sowie eine Schnittstelle zum Steuern des Schalters S1 aufweisen.
Es sei erwähnt, dass anstelle der Kondensatoren C1, C2 jede beliebige andere Art von Stromquelle zum Einsatz kommen kann. Beispielsweise können DC/DC-Wandler, eine direkte Verbindung zum Pluspol einer Batterie (mit oder ohne Vorwiderstand Rlim), Längsregler, geregelte Präzisionsstromquellen (insbesondere mit Entfall der Iref-Messung über Rref) oder auch andere geeignete Ausführungen zum Einsatz kommen.
Es sei des Weiteren darauf hingewiesen, dass Teile der Berechnungen, insbesondere die Berechnung einer Summe von über den Messwiderständen gemessenen Spannungen (Un, Um) und/oder eine Differenz dieser Spannungen (Un-Um) auch vor der Digitalisierung der Messwerte analog ausgeführt werden können.
2 zeigt eine Messwiderstandsgruppe mit Beschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Es sei erwähnt, dass bei 2 und den weiteren Figuren im Wesentlichen auf die Änderungen zu den vorherigen Figuren eingegangen wird, wobei bezüglich nicht eigens erwähnter Elemente auf die vorherige Beschreibung verwiesen sei.
Bei der Ausführung gemäß 2 besteht das Widerstandsnetzwerk bzw. die Messwiderstandsgruppe aus mehreren, parallel bzw. in Reihe geschalteten Messwiderständen R1, R2, R3, R4,..., Rz, Rz-1. Ein Vorteil dieser Ausführung besteht insbesondere darin, dass durch die Parallelschaltung mehrerer Widerstandszweige ein insgesamt niedrigerer Messwiderstand im Iload-Pfad erreicht wird, während die Messwiderstände R1, R2,..., Rz-1, Rz relativ groß sein können. Damit wird selbst bei niedrigem angelegtem Kalibrierstrom im Vergleich zum Laststrom ein relativ hoher, d.h. leicht messbarer Spannungsabfall, am jeweiligen Messwiderstand erzeugt.
Vorzugsweise werden zwei, insbesondere drei, verschiedene oder mehrere Multiplexer eingesetzt, wovon einer zum Schalten der Referenzströme und ein zweiter und insbesondere ein dritter, zum Schalten der Spannungsmesser auf den jeweiligen Zweig des Widerstandsnetzwerks verwendet wird.
Insbesondere sind der Einspeisepunkt für den Referenzstrom und die Ränder der Messstrecken für die Teilströme räumlich voneinander getrennt sind.
Anstelle des Multiplexers für den Referenzstrom kann beispielsweise auch je eine Stromquelle und/oder je ein Spannungsmessgerät pro Messwiderstand R1, R2,..., Rz-1, Rz verwendet werden.
3 zeigt eine Messwiderstandsgruppe mit Beschaltung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei wird ein erster Multiplexer Mux1 zum Schalten des Kalibrierstroms Iref auf einen beliebigen Zweig (R1, R2), (R3, R4),..., (Rz-1, Rz) des Widerstandsnetzwerks, ein zweiter Multiplexer Mux2 zum Schalten des Spannungsmessers Um und ein dritter Multiplexer Mux3 zum Schalten des Spannungsmessers Un auf einen beliebigen Zweig (R1, R2), (R3, R4),..., (Rz-1, Rz) des Widerstandsnetzwerks verwendet. Ein Mikrocontroller µC steuert die Multiplexer Mux1, Mux2, Mux3 und den Schalter S1 und empfängt die Messwerte Un, Um, Uref.
Der Mikrocontroller µC ist eine elektronische Steuerungsvorrichtung und ist dazu konfiguriert, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Dabei kann grundsätzlich auf alle beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden.
4 zeigt eine Messwiderstandsgruppe mit Beschaltung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welcher die Kalibrierströme ISumme von der Steuerung gezielt über verschiedene Messwiderstände (Widerstand oben, Widerstand unten) eines Widerstandszweigs getrennt geschaltet werden können. Die Spannungsmessung ist detailliert in die Schritte Verstärkung (Verstärker 1, Verstärker 2) und Analog-Digital-Wandlung (AD-Wandler 1, AD-Wandler 2) aufgeteilt.
5 zeigt eine Messwiderstandsgruppe mit Beschaltung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, bei dem das Widerstandsnetzwerk drei in Reihe geschaltete Widerstände (Widerstand oben, Widerstand Mitte, Widerstand unten) je Zweig enthält, die separat mit dem Kalibrierstrom beaufschlagt werden können.
6 zeigt einen elektrischen Leiter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Der elektrische Leiter weist eine erste Messstrecke und eine zweite Messstrecke auf. Die erste Messstrecke ist definiert durch eine erste Potentialabgriffskontaktierung 1 und eine zweite Potentialabgriffskontaktierung 2, an denen eine erste Spannung U1 über der ersten Messstrecke erfassbar ist. Die zweite Messstrecke ist definiert durch eine dritte Potentialabgriffskontaktierung 3 und eine vierte Potentialabgriffskontaktierung 4, an denen eine zweite Spannung U2 über der zweiten Messstrecke erfassbar ist.
Der elektrische Leiter weist des Weiteren einen ersten Anschlusskontakt 21 zur elektrischen Kontaktierung mit einem Kabel und einen zweiten Anschlusskontakt 22 zur elektrischen Kontaktierung mit einer Polklemme auf. Ferner weist der elektrische Leiter eine Stromeinspeisekontaktierung 5 zur elektrischen Kontaktierung mit einer Vorrichtung zur Bereitstellung eines Kalibrierstroms auf. Die zweite Messstrecke und die erste Messstrecke sind zueinander in Reihe liegend zwischen dem ersten Anschlusskontakt 21 und dem zweiten Anschlusskontakt 22 ausgebildet.
Die Stromeinspeisekontaktierung 5 ist mit einem ersten Abstand 12 beabstandet zur ersten Messstrecke ausgebildet. Die erste Messstrecke ist ein Leitersegment mit definierter Länge, Breite 11 und Höhe. Die erste Potentialabgriffskontaktierung 1 und die zweite Potentialabgriffskontaktierung 2 sind an einem Rand der ersten Messstrecke ausgebildet. Die Länge der ersten Messstrecke ist damit durch einen Abstand der ersten Potentialabgriffskontaktierung 1 und der zweiten Potentialabgriffskontaktierung 2 definiert. Die Breite 11 der ersten Messstrecke ist insbesondere größer der Höhe der ersten Messstrecke. Der erste Abstand 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen gleich groß der Breite 11 der ersten Messstrecke.
Die zweite Messtrecke ist ein Leitersegment mit definierter Länge, Breite 13 und Höhe. Die dritte Potentialabgriffskontaktierung 3 und die vierte Potentialabgriffskontaktierung 4 sind an einem Rand der zweiten Messstrecke ausgebildet. Die Länge der zweiten Messstrecke ist damit durch einen Abstand der dritten Potentialabgriffskontaktierung 3 und der vierten Potentialabgriffskontaktierung 4 definiert. Die Breite 13 der zweiten Messstrecke ist insbesondere größer der Höhe der zweiten Messstrecke. Die Stromeinspeisekontaktierung 5 ist mit einem zweiten Abstand 14 beabstandet zur zweiten Messstrecke ausgebildet. Der zweite Abstand 14 ist in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen gleich groß der Breite 13 der zweiten Messstrecke.
Der elektrische Leiter weist einen ersten Teilbereich auf, in welchem die Stromeinspeisekontaktierung 5 angeordnet bzw. ausgebildet ist. Die Länge des ersten Teilbereichs wird durch die erste Messstrecke und die zweite Messstrecke bzw. durch die vierte Potentialabgriffskontaktierung 4 und die erste Potentialabgriffskontaktierung 1 begrenzt. Der erste Teilbereich weist eine größere Breite auf, als die erste Messstrecke 11 bzw. die zweite Messstrecke 13.
Der elekrische Leiter ist materialeinheitlich ausgebildet.
Der in 7 dargestellte Stromsensor umfasst einen elektrischen Leiter gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Der elektrische Leiter weist eine Stromausspeisekontaktierung 6 zur Bildung eines geschlossenen Stromkreises des Kalibrierstroms Iref auf. Die Stromausspeisekontaktierung 6 ist mit einem dritten Abtand 15 beabstandet zur ersten Messstrecke ausgebildet. Der dritte Abstand 15 ist in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen gleich groß der Breite 11 der ersten Messstrecke.
Der elektrische Leiter weist einen zweiten Teilbereich auf, in welchem die Stromausspeisekontaktierung 6 angeordnet bzw. ausgebildet ist. Die Länge des zweiten Teilbereichs wird durch die erste Messstrecke und den zweiten Anschlusskontakt 22 begrenzt. Der zweite Teilbereich weist eine größere Breite auf, als die erste Messstrecke 11 bzw. die zweite Messstrecke 13.
Der Stromsensor weist einen ersten Spannungsmesser auf, der zur Messung einer über der ersten Messstrecke abfallenden Spannung U1 konfiguriert ist bzw. mit der ersten Potentialabgriffskontaktierung 1 und der zweiten Potentialabgriffskontaktierung 2 über eine Leiterplatte 7 elektrisch kontaktiert ist.
Der Stromsensor weist einen zweiten Spannungsmesser auf, der zur Messung einer über der zweiten Messstrecke abfallenden Spannung U2 konfiguriert ist bzw. mit der dritten Potentialabgriffskontaktierung 3 und der vierten Potentialabgriffskontaktierung 4 über die Leiterplatte 7 elektrisch kontaktiert ist.
Ferner weist der Stromsensor eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Kalibrierstroms auf, welche bevorzugt als Kondensator und/oder hochpräzise Stromquelle ausgebildet sein kann und/oder einen definierten Strom von der Fahrzeugbatterie abzweigt. Die Vorrichtung zur Bereitstellung eines Kalibrierstroms ist dazu konfiguriert einen Kalibrierstrom Iref durch die erste Messstrecke zu leiten bzw. durchzuleiten bzw. einzuspeisen. Dazu ist die Vorrichtung zur Bereitstellung eines Kalibrierstroms insbesondere mit der Stromeinspeisekontaktierung 5 und besonders bevorzugt mit der Stromausspeisekontaktierung 6 über die Leiterplatte 7 elektrisch kontaktiert.
Ferner umfasst der Stromsensor eine Steuerungsvorrichtung, die dazu konfiguriert ist ein Verfahren durchzuführen.
8 zeigt einen elektrischen Leiter gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Ein Abstand der zweiten Messstrecke und der ersten Messstrecke, der insbesondere durch den Abstand der vierten Potentialabgriffskontaktierung 4 und der ersten Potentialabgriffskontaktierung 1 definiert ist, ist geringer als die Summe der Abstände zwischen der vierten Potentialabgriffskontaktierung 4 und der Stromeinspeisekontaktierung 5 sowie zwischen der Stromeinspeisekontaktierung 5 und der ersten Potentialabgriffskontaktierung 1.
Verbindungslinien zwischen der vierten Potentialabgriffskontaktierung 4, der Stromeinspeisekontaktierung 5 und der ersten Potentialabgriffskontaktierung 1 bilden ein Dreieck.
Die zweite Messstrecke und die erste Messstrecke sind unter einem Winkel zueinander angeordnet, insbesondere in einem rechten Winkel. Dadurch liegen die erste Messstrecke und die zweite Messtrecke nicht auf einer Geraden.
Der elektrische Leiter weist einen ersten Teilbereich auf, in welchem die Stromeinspeisekontaktierung 5 angeordnet bzw. ausgebildet ist. Die Länge des ersten Teilbereichs wird durch die zweite Messstrecke und die erste Messstrecke begrenzt. Zwei Oberflächen des ersten Teilbereichs sind ovalförmig bzw. kreisförmig ausgebildet.
Ferner weist der elektrische Leiter Lochelemente auf, welche insbesondere der Aufhängung bzw. der Montage des elektrischen Leiters, insbesondere im Stromsensor, dienen.
Die 9, 10 und 11 zeigen Finite-Elemente-Simulationsergebnisse eines Potentialverlaufs bzw. von Äquipotentialflächen an verschiedenen Oberflächen des elektrischen Leiters und in verschiedenen Situationen.
In 9 wird ein Kalibrierstrom Iref in die Stromeinspeisekontaktierung 5 eingeleitet. 9 zeigt das lokal hohe Potential an der Stromeinspeisekontaktierung 5, welches durch das Einleiten des Kalibrierstroms Iref hervorgerufen wird. Das lokal hohe Potential führt zu ring- bzw. oval- bzw. kreisförmigen Äquipotentialflächen bzw. Äquipotenziallinien umliegend um die Stromeinspeisekontaktierung 5. Daraus resultiert insbesondere ein senkrecht zu den Äquipotentialflächen bzw. Äquipotentiallinien gerichteter Stromfluss bzw. gerichtete Stromflussrichtung 100, wodurch eine inhomogene Stromdichteverteilung um die Stromeinspeisekontaktierung hervorgerufen wird. In einiger Entfernung von der Stromeinspeisekontaktierung 5 ergibt sich eine homogene Stromdichteverteilung, insbesondere gekennzeichnet durch parallele bzw. senkrecht zur Messstreckenlänge verlaufende Äquipotentialflächen bzw. Aquipotentiallinien.
Zudem wird der Stromfluss durch die ovalförmige Ausbildung des ersten Teilbereichs insbesondere trichterförmig der Messstrecke zugeführt.
10 zeigt die Äquipotentialflächen bzw. Äquipotentiallinien der ersten Messtrecke bei eingespeistem Kalibrierstrom Iref. Die Äquipotentialflächen bzw. Äquipotentiallinien liegen parallel zueinander, woraus ein homogener Stromdichterverlauf in bzw. entlang der ersten Messstrecke hervorgerufen wird.
In 11 wird lediglich ein Laststrom Iload an dem ersten Anschlusskontakt 21 eingespeist. Daraus werden ebenso parallele Äquipotentialflächen bzw. Äquipotentiallinien in der ersten Messtrecke bzw. ein homogener Stromdichterverlauf hervorgerufen. Bei gleicher Größe der Stromstärke des eingespeisten Laststroms sowie des eingespeisten Kalibrierstroms resultieren konvergierende Äquipotentialflächen bzw. konvergierende Stromdichteverteilungen bzw. konvergierende Stromdichteverläufe bzw. konvergierende Äquipotentiallinien in der ersten Messstrecke.
Nachfolgend werden weitere Erklärungen zu Weiterbildungen der Erfindung gegeben, wobei dies zum einen der Erklärung der Funktion dient und zum anderen die hierin beschriebenen Merkmale auch beliebig mit anderswo beschriebenen Merkmalen kombiniert werden können. Ebenso können sie untereinander kombiniert werden und können für sich oder in Kombination erfindungswesentliche Aspekte darstellen.
Die Bestimmung eines zu messenden Laststroms Iload erfolgt über eine Widerstandsgruppe, durch welche der Laststrom fließt. Die Widerstandsgruppe weist mindestens eine erste Messstrecke mit einem ersten Messwiderstand R1 und eine zweite Messstrecke mit einem zweiten Messwiderstand R2 auf, welche zueinander in Reihe geschaltet sind. Parallel zu diesen in Reihe geschalteten Teilwiderständen können weitere in Reihe geschaltete Messwiderstände R3, R4,..., Rn-1, Rn geschaltet werden.
In dieses Widerstandsnetzwerk bzw. diese Messwiderstandsgruppe wird/werden zeitweise zusätzlich zum Laststrom ein Kalibrierstrom oder mehrere Kalibrierströme eingespeist, so dass ein Kalibrierstrom oder ein Teil des Kalibrierstroms oder ein Teil der Kalibrierströme zusammen mit dem Laststrom oder einem Teil des Laststroms über einen oder mehrere dieser Messwiderstände fließt. Die Messwiderstände können als Teilwiderstände der Messwiderstandsgruppe angesehen werden.
Dabei wird der von der Summe der über einen Messwiderstand fließenden Ströme verursachte Spannungsabfall über einen oder mehrere Teilwiderstände des Widerstandsnetzwerks gemessen.
Es können nunmehr die Punkte, an denen der/die Kalibrierströme in die Messwiderstandsgruppe eingespeist werden, und die Punkte, über welche die Spannungsmessungen an den stromdurchflossenen Messwiderständen durchgeführt werden, so gewählt, dass sich ein lösbares Gleichungssystem ergibt: $U_{m} = (I_{l o a d, i} + I_{r e f, m}) * R_{m} * g_{m}$
$U_{n} = (I_{l o a d, i} + I_{r e f, n}) * R_{n} * g_{n}$
Dabei sind

- U_m, U_n die gemessenen Kalibrierpannungen über je einen oder mehrere Messwiderstände mit Nummer m, n,
- R_m, R_n die (unbekannten) Messwiderstände, über die die Kalibrierspannungen U_m, U_n gemessen werden. Die Messwiderstände können ihrerseits wieder aus weiteren, in Reihe oder parallel geschalteten Messwiderständen bestehen,
- g_m, g_n die (fehlerbehafteten) Verstärkungsfaktoren der Messgeräte für die Spannungen U_m, U_n,
- I_load,i der zu messende Laststrom oder ein Teil dieses Laststroms, der über die Messwiderstände der Messwiderstandsgruppe fließt, über die die Kalibrierspannungen U_m, U_n gemessen werden,
- I_ref,m und I_ref,n angelegte Kalibrierteilströme, die über die Messwiderstände R_m, R_n der Messwiderstandsgruppe fließen, über welchen die Kalibrierpannungen U_m, U_n gemessen werden, wobei I_ref,m und I_ref,n in unterschiedliche Richtungen, bezogen auf I_load,i fließen.

Insbesondere werden die Kalibrierteilstöme bzw. wird der Kalibrierstrom periodisch angelegt, beispielsweise mit einer Periodendauer zwischen 10 ms und 100 ms für eine Dauer aus einer Zeitspanne zwischen 10 µs und 100 µs. Damit ergeben sich Zeiten, in denen Kalibrierströme oder Teile davon durch Messwiderstände der Messwiderstandsgruppe fließen, also Kalibrierzeiträume, und Zeiten, in denen keine Kalibrierströme durch die Messwiderstandsgruppe fließen. Zu diesen Zeiten, also außerhalb von Kalibrierzeiträumen, vereinfachen sich wenigstens ein Teil der Gleichungen des Gleichungssystems zu $U_{m} = I_{l o a d, i} * R_{m} * g_{m}$
$U_{n} = I_{l o a d, i} * R_{n} * g_{n}$
U_m, U_n bezeichnen dabei Messspannungen, also außerhalb von Kalibrierzeiträumen gemessene Spannungen.
Alternativ können zu den Zeiten, in denen Kalibrierströme fließen, also innerhalb von Kalibrierzeiträumen, zeitlich veränderliche Kalibrierströme angelegt werden.
Zu den Zeiten, in denen keine Kalibrierströme durch das Netzwerk fließen, werden vorteilhaft Beziehungen α_mn zwischen einzelnen Gleichungen des Gleichungssystems (bzw. zwischen gemessenen Spannungen U_i) gebildet (beispielsweise in einem Microkontroller, der Bestandteil einer Strommessvorrichtung oder mit dieser verbunden sein kann): $U_{m} = α_{m n} * U_{n}$
bzw. $U_{m} = α_{m n} * I_{L o a d, i} * R_{n} * g_{n}$
Beispielsweise können zu jeweils gleichen Zeiten t gemessene Spannungs-Wertepaare U_n(t), U_m(t) gespeichert werden. Diese gespeicherten Wertepaare können im Microcontroller mittels linearer Regression ausgewertet werden, um die Beziehung α_mn zu ermitteln. Dies entspricht einer Berechnungsvorschrift für den oben erwähnten ersten Betriebsparameter.
Vorteilhaft kann nun bei eingeschalteten Kalibrierströmen durch Messung der Spannungen U_m, U_n $U_{m} = α_{m n} * (I_{l o a d, i} + I_{r e f, m}) * R_{n} * g_{n}$
$U_{n} = (I_{L o a d, i} + I_{r e f, n}) * R_{n} * g_{n}$
der zu messende Teil des Laststroms wie folgt bestimmt werden: $\frac{U_{m}}{α_{m n} * R_{n} * g_{n}} = I_{l o a d, i} + I_{r e f, m}$
$\frac{U_{n}}{R_{n} * g_{n}} = I_{l o a d, i} + I_{r e f, n}$
$\frac{U_{n}}{R_{n} * g_{n}} - \frac{U_{m}}{α_{m n} * R_{n} * g_{n}} = I_{r e f, n} - I_{r e f, m}$
$\frac{U_{n}}{(I_{r e f, n} - I_{r e f, m})} - \frac{U_{m}}{α_{m n} * (I_{r e f, n} - I_{r e f, m})} = R_{n} * g_{n}$
$I_{l o a d, i} = \frac{U_{n}}{R_{n} * g_{n}} - I_{r e f, n}$
Die vorletzte Formel gibt eine Berechnungsvorschrift für den zweiten Betriebsparameter an.
In Zeiten, zu welchen kein Kalibrierstrom anliegt, gilt I_ref,m =0 und I_ref,n = 0 und es kann die letzte Gleichung zur Bestimmung des zu messenden Laststroms I_load benutzt werden.
Mit bekanntem R_n, g_n, alpha_nm kann vorteilhafterweise folgende Gleichung zur Bestimmung von I_load benutzt werden: $I_{l o a d, i} = \frac{1}{2} * (\frac{U_{m}}{R_{m} * g_{m}} + \frac{U_{n}}{R_{n} * g_{n}} - I_{r e f, m} - I_{r e f, n})$
Aus der Summe beider Gleichungen lässt sich I_load näherungsweise auch für die Zeiten zurückrechnen, in denen der Kalibrierstrom angeschaltet ist: $I_{l o a d, i} = \frac{1}{2} * (\frac{U_{m}}{R_{m} * g_{m}} + \frac{U_{n}}{R_{n} * g_{n}} - I_{r e f, m} - I_{r e f, n}) = \frac{1}{2} * (\frac{U_{m}}{R_{m} * g_{m}} + \frac{U_{n}}{R_{n} * g_{n}} \pm | | I_{r e f, m} | - | I_{r e f, n} | |)$
Dabei entsteht ein Fehler insbesondere dann, wenn sich die Ströme I_ref,m und I_ref,n stark unterscheiden.
Der Wert I_ref,m -I_ref,n ist dabei bekannt, er entspricht dem Kalibrierstrom, also der Summe der Kalibrierteilströme. Hierbei sind die unterschiedlichen Vorzeichen berücksichtigt.
In dem Fall der weiter unten näher beschriebenen 1 kann die Messung von I_load für den Moment des Kalibriervorgangs unterbrochen werden. Beispielsweise kann der Messwert von I_load für den Kalibrierzeitpunkt aus Mittelwerten von Messwerten vor dem Kalibrierzeitpunkt und Messwerten nach dem Kalibrierzeitpunkt gebildet werden. Alternativ kann eine Entscheidung getroffen werden, ob der fehlerbehaftete Messwert benutzt oder ein Ersatzwert gebildet wird. Die Entscheidung kann z. B. auf Basis eines aktuellen Wertes des „Symmetriefaktors“ α_mn im Vergleich zu früheren Werten von α_mn getroffen werden. Die Entscheidung kann aber auch davon abhängig gemacht werden, wie groß das Verhältnis des Fehlers im Vergleich zum anliegenden Laststrom ist.
Hier zeigt sich ein Vorteil der Ausgestaltung der weiter unten beschriebenen 2. Da zu einem Kalibrierzeitpunkt jeweils nur ein Zweig des Widerstandsnetzwerks mit dem Kalibrierstrom beaufschlagt wird, wird der durch ±||I_ref,m| - |I_ref,n|| verursachte relative Fehler im Verhältnis der Summe der durch alle Zweige fließenden Ströme kleiner. Für die gerade nicht kalibrierten Zweige kann der jeweilig anliegende Laststrom exakt berechnet werden, da die Summe von U_n und U_m zu jedem Zeitpunkt für alle Zweige gleich ist, unabhängig davon ob gerade einer der Zweige kalibriert wird oder nicht.
Die Messwiderstände R₁, R₂, ..., R_z-1, R_z und die Vorrichtungen zur Messung der Spannungen U_n, U_m können nahezu beliebig große Toleranzen bzw. Abweichungen vom Sollwert haben. Auch der Wert des Kalibrierstroms spielt keine entscheidende Rolle.
Vorteilhaft sind lediglich folgende Voraussetzungen erfüllt: Erstens: Das Verhältnis α_mn von je zwei Produkten R_n*g_n, R_m*g_m von Messwiderständen R_n und R_m und Verstärkungsfaktoren g_n, g_m zueinander soll über einen gewissen Zeitraum im Wesentlichen stabil sein. Dieser gewisse Zeitraum soll deutlich länger sein als die Periodendauer, mit der die periodisch angelegten Kalibrierströme zu- und abgeschaltet werden bzw. periodisch verändert werden.
Zweitens: Der Wert des Kalibrierstroms I_ref =I_ref,n -I_ref,m = |I_ref,n| + |I_ref,m| soll zu mindestens einem Zeitpunkt, zu dem U_n und U_m bei angelegtem Kalibrierstrom gemessen werden, genau bekannt sein.
Es sei nun darauf hingewiesen, dass

1) der Spannungsabfall in einem Messwiderstand erhöht, der andere reduziert wird, und
2) aus der Differenz beider Messspannungen der Widerstand berechnet wird.

Hierdurch ist eine zeitaktuelle Messung des Widerstandes möglich. Dieser muss daher nicht dauerhaft konstant sein. Kostengünstigere Materialien können zum Einsatz kommen.
Durch die beschriebene Anordnung bzw. das beschriebene Verfahren ist es möglich, praktisch ohne Vorkenntnis des Widerstandsnetzwerks bzw. der Messwiderstandsgruppe und der relativen Genauigkeit der Messgeräte, mit denen die Spannungen gemessen werden, den Laststrom zu bestimmen. Dadurch kann trotz des kostengünstigeren Materials sogar eine höhere Genauigkeit der Strommessung erreicht werden, als bei Ausführungen gemäß dem Stand der Technik. Bisher geht nämlich im Wesentlichen sowohl die Toleranz des Widerstandswerts des Messwiderstands als auch die Toleranz der Spannungs-Messvorrichtung für den Spannungsabfall in die Toleranz des gemessenen Stromwerts ein.
Mit der beschriebenen Vorrichtung bzw. Anordnung ist typischerweise lediglich eine genaue Kenntnis von I_ref zu einem Zeitpunkt erforderlich. Zudem werden praktisch keine Anforderungen an die Qualität der Stromquelle für I_ref gestellt. Lediglich eine genaue Messung von I_ref ist typischerweise nötig. Dies ist beispielsweise mit einem entsprechend genauen Referenzwiderstand R_ref und einer genauen Messung des Spannungsabfalls über R_ref einfach zu erreichen. R_ref kann nämlich, anders als der Messwiderstand für den Laststrom, einen hohen Widerstand von z.B. 1 Ohm haben, der nur für kleine Referenzströme und nicht für hohe Lastströme ausgelegt zu werden braucht. Durch den entsprechend hoch gewählten Wert von R_ref kann auch der Spannungsabfall I_ref * R_ref bequem gemessen werden, da z. B. kein aufwändiger Verstärker erforderlich ist.
Es sei verstanden, dass es sich bei dem ersten Betriebsparameter insbesondere um alpha_nm handelt, und es sich bei dem zweiten Betriebsparameter insbesondere um das Produkt aus Widerstand und Verstärkungsfaktor handelt.
Beliebige Teilmengen der gezeigten Schaltungen können beispielsweise diskret auf einer Leiterplatte bestückt werden oder in einem Halbleiterbaustein integriert werden. Zusätzlich kann die diskrete Schaltung oder der Halbleiterbaustein weitere Vorrichtungen, beispielsweise Temperatursensoren, insbesondere zur Temperaturmessung, mindestens einen der Widerstände Rref, R1, R2,..., Rn, Spannungssensoren, insbesondere zur Messung von Batteriespannungen, Kommunikationsschnittstellen, Vorrichtungen zur Regelung der Stromquellen C1, C2, weitere Stromquellen, Taktgeber, flüchtige und/oder nichtflüchtige Datenspeicher, insbesondere zur Speicherung von Kalibrierdaten der Strommessvorrichtung, beispielsweise ein im Fertigungs-Endtest ermittelter Wert von Rref oder ein Temperaturkoeffizient von Rref, Mikroprozessoren, insbesondere zur Berechnung von physikalischen Größen der Batterie oder zur Berechnung von Temperaturmodellen, insbesondere zur Berechnung der Batterietemperatur, der Umgebungstemperatur der Vorrichtung oder zur Berechnung einer Temperatur eines oder mehrerer der verwendeten Widerstände Rref, R1,..., Rz aufweisen.
Die gesamte Anordnung oder eine beliebige Teilmenge der Vorrichtung kann beispielsweise in ein Kunststoff- oder Metallgehäuse mit oder ohne integriertem Stecker eingebaut werden, oder kann mit einem Kunststoff umspritzt werden.
Die gesamte Anordnung oder eine beliebige Teilmenge der genannten Vorrichtungen, insbesondere die Messwiderstände bzw. Shunt-Widerstände R1,..., Rz können in eine Batterie-Polklemme, in einen Kabelschuh, in ein Batteriekabel oder in eine Batterie integriert werden.
Die Schaltung kann darüber hinaus einen oder mehrere Chopper für die an den Widerständen Rref, R1,..., Rz abgegriffenen Spannungen enthalten.
Die Schaltung kann darüber hinaus ein oder mehrere Sample-and-Hold-Glieder für an den Widerständen Rref, R1,..., Rz abgegriffene Spannungen oder dort abgegriffene oder verstärkte Spannungen enthalten.
Letztendlich kann die Messung des Kalibrierstroms Iref auch mit einem anderen Strommessverfahren als einer Spannungsmessung über Iref durchgeführt werden, beispielsweise mit einem Hall-Sensor oder anderen Magnet-basierten Messmethoden.
Nachfolgend sei noch eine Herleitung für die oben genannten Formeln gegeben. Bezüglich der Bedeutung der einzelnen Variablen sei auf die obige Beschreibung verwiesen. $| I_{r e f,1} | + | I_{r e f,2} | = I_{r e f}$
$I 1 = I_{l o a d} + | I_{r e f,1} |$
$I 2 = I_{l o a d} - | I_{r e f,2} |$
$U 1 = R 1 * g_{1} * (I_{l o a d} + | I_{r e f,1} |)$
$U 2 = R 2 * g_{2} * (I_{l o a d} - | I_{r e f,2} |)$
$a * R 1 * g_{1} = R 2 * g_{2}$
$U 2 = a * R 1 * g_{1} * (I_{l o a d} - | U_{r e f,2} |)$
$U 1 - \frac{1}{a} * U 2 = R 1 * g_{1} * (| I_{r e f,1} | + | I_{r e f,2} |)$
$R 1 * g_{1} = \frac{U 1 - \frac{1}{a} * U 2}{I_{r e f}}$
$R 2 * g_{2} = a * R 1 * g_{1}$
Erwähnte Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Sie können jedoch auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer seiner Ausführungen, beispielsweise mit einer bestimmten Zusammenstellung von Schritten, in der Weise ausgeführt werden dass keine weiteren Schritte ausgeführt werden. Es können jedoch grundsätzlich auch weitere Schritte ausgeführt werden, auch solche welche nicht erwähnt sind.
Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar.
Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.
Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.
Zum Zweck der besseren Lesbarkeit werden in den Ansprüchen einige Bezugszeichen verkürzt wiedergegeben. So wird der erste Betriebsparameter mit a bezeichnet, der zweite Betriebsparameter wird mit R*g bezeichnet und der Verstärkungsfaktor wird mit g bezeichnet. Auf die in der obigen Beschreibung verwendeten Indizes wurde dabei verzichtet.

Claims

Stromsensor zum Erfassen eines Stromes aus oder in eine Fahrzeugbatterie, umfassend: * eine Messschaltung; und * einen elektrischen Leiter, aufweisend: - zumindest eine erste Messstrecke, definiert durch eine erste Potentialabgriffskontaktierung (1) und eine zweite Potentialabgriffskontaktierung (2) an denen eine erste Spannung (U1) über der ersten Messstrecke erfassbar ist; - einen ersten Anschlusskontakt (21) zur elektrischen Kontaktierung mit einem Anschlusselement; - einen zweiten Anschlusskontakt (22) zur elektrischen Kontaktierung mit einer Batteriepolklemme; und - eine Stromeinspeisekontaktierung (5) zur elektrischen Kontaktierung mit einer Vorrichtung zur Bereitstellung eines Kalibrierstroms; wobei die erste Messstrecke in Reihe liegend zwischen dem ersten Anschlusskontakt (21) und dem zweiten Anschlusskontakt (22) ausgebildet ist, wobei der elektrische Leiter anhand seiner geometrischen Parameter (11,12,13,14,15) und Kontaktierungen (1,2,3,4,5,6,21,22) derart ausgebildet ist, dass ein an der Stromeinspeisekontaktierung (5) einspeisbarer Kalibrierstrom (Iref) eine Stromdichteverteilung in der ersten Messstrecke hervorruft, die mit einer Stromdichtenverteilung in der ersten Messstrecke konvergiert, welche durch ein an dem ersten Anschlusskontakt (21) einspeisbaren Laststrom (Iload) gleicher Stromstärke hervorgerufen wird.
Stromsensor nach Anspruch 1, wobei die Stromeinspeisekontaktierung (5) mit einem ersten Abstand (12) beabstandet zur ersten Messstrecke ausgebildet ist, wobei die erste Messstrecke ein Leitersegment mit definierter Länge, Breite (11) und Höhe ist, wobei die erste Potentialabgriffskontaktierung (1) und die zweite Potentialabgriffskontaktierung (2) an einem Rand der ersten Messstrecke angeordnet sind, wodurch die Länge der ersten Messstrecke durch einen Abstand der ersten Potentialabgriffskontaktierung (1) und der zweiten Potentialabgriffskontaktierung (2) definiert ist, wobei insbesondere die Breite (11) der ersten Messtrecke größer der Höhe der ersten Messstrecke ist, wobei der erste Abstand (12) größer 1/8 oder 2/8 oder 3/8 oder 4/8 oder 5/8 oder 6/8 oder 7/8 oder 8/8 der Breite (11) der ersten Messstrecke ist.
Stromsensor nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der elektrische Leiter eine zweite Messstrecke aufweist, definiert durch eine dritte Potentialabgriffskontaktierung (3) und eine vierte Potentialabgriffskontaktierung (4) an denen eine zweite Spannung (U2) über der zweiten Messstrecke erfassbar ist, wobei die zweite Messstrecke ein Leitersegment mit definierter Länge, Breite (13) und Höhe ist, wobei die dritte Potentialabgriffskontaktierung (3) und die vierte Potentialabgriffskontaktierung (4) an einem Rand der zweiten Messstrecke angeordnet sind, wodurch die Länge der zweiten Messstrecke durch einen Abstand der dritten Potentialabgriffskontaktierung (3) und der vierten Potentialabgriffskontaktierung (4) definiert ist, wobei insbesondere die Breite (13) der zweiten Messtrecke größer der Höhe der zweiten Messstrecke ist, wobei die zweite Messstrecke und die erste Messstrecke zueinander in Reihe liegend zwischen dem ersten Anschlusskontakt (21) und dem zweiten Anschlusskontakt (22) ausgebildet sind, wobei die Stromeinspeisekontaktierung (5) in Reihe zwischen zweiter Messtrecke und erster Messstrecke liegt.
Stromsensor nach Anspruch 3, wobei der elektrische Leiter anhand seiner geometrischen Parameter (11,12,13,14,15) und Kontaktierungen (1,2,3,4,5,6,21,22) derart ausgebildet ist, dass eine Stromdichte, hervorgerufen durch den an der Stromeinspeisekontaktierung (5) einspeisbaren Kalibrierstrom (Iref), in der zweiten Messstrecke gegen Null konvergiert.
Stromsensor nach Anspruch 3 und/oder 4, wobei die Stromeinspeisekontaktierung (5) mit einem zweiten Abstand (14) beabstandet zur zweiten Messstrecke ausgebildet ist, wobei der zweite Abstand (14) größer 1/8 oder 2/8 oder 3/8 oder 4/8 oder 5/8 oder 6/8 oder 7/8 oder 8/8 der Breite (13) der zweiten Messstrecke ist.
Stromsensor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der elektrische Leiter einen ersten Teilbereich aufweist, in welchem die Stromeinspeisekontaktierung (5) angeordnet ist, wobei die Länge des ersten Teilbereichs durch die erste Messstrecke und zweite Messstrecke begrenzt ist, wobei der erste Teilbereich eine größere Breite und/oder größere Höhe und/oder dickere Materialstärke aufweist als die erste Messstrecke und/oder die zweite Messstrecke.
Stromsensor nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei ein Abstand der zweiten Messstrecke zu der ersten Messstrecke, die durch den Abstand der vierten Potentialabgriffskontaktierung (4) zu der ersten Potentialabgriffskontaktierung (1) definiert ist, geringer ist, als die Summe der Abstände zwischen der vierten Potentialabgriffskontaktierung (4) zu der Stromeinspeisekontaktierung (5) sowie zwischen der Stromeinspeisekontaktierung (5) zu der ersten Potentialabgriffskontaktierung (1).
Stromsensor nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der elektrische Leiter eine Stromausspeisekontaktierung (6) zur Bildung eines geschlossenen Stromkreises des Kalibrierstroms (Iref) aufweist.
Stromsensor nach Anspruch 8, wobei die Stromausspeisekontaktierung (6) mit einem dritten Abstand (15) beabstandet zur ersten Messstrecke ausgebildet ist, wobei die erste Messstrecke ein Leitersegment mit definierter Länge, Breite (11) und Höhe ist, wobei die erste Potentialabgriffskontaktierung (1) und die zweite Potentialabgriffskontaktierung (2) an einem Rand der ersten Messstrecke angeordnet sind, wodurch die Länge der ersten Messstrecke durch einen Abstand der ersten Potentialabgriffskontaktierung (1) und der zweiten Potentialabgriffskontaktierung (2) definiert ist, wobei insbesondere die Breite (11) der ersten Messtrecke größer der Höhe der ersten Messstrecke ist, wobei der dritte Abstand (15) größer 1/8 oder 2/8 oder 3/8 oder 4/8 oder 5/8 oder 6/8 oder 7/8 oder 8/8 der Breite (11) der ersten Messstrecke ist.
Stromsensor nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der elektrische Leiter einen ersten Teilbereich aufweist, in welchem die Stromeinspeisekontaktierung (5) angeordnet ist, wobei der erste Teilbereich eine Breite aufweist, wobei die Breite in einem Bereich um die Stromeinspeisekontaktierung (5) verringert und/oder verjüngt ist, wobei insbesondere der Bereich um die Stromeinspeisekontaktierung (5) eine Einschnürung aufweist.
Stromsensor nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der elektrischen Leiter einen zweiten Teilbereich aufweist, in welchem die Stromausspeisekontaktierung (6) angeordnet ist, wobei die Länge des zweiten Teilbereichs durch die erste Messstrecke und den zweiten Anschlusskontakt (22) begrenzt ist, wobei der zweite Teilbereich eine Breite aufweist, wobei die Breite in einem Bereich um die Stromausspeisekontaktierung (6) verringert und/oder verjüngt ist, wobei insbesondere der Bereich um die Stromausspeisekontaktierung (6) eine Einschnürung aufweist.
Stromsensor nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der elektrischen Leiter einen ersten Teilbereich aufweist, in welchem die Stromeinspeisekontaktierung (5) angeordnet ist, wobei die Länge des ersten Teilbereichs durch die erste Messstrecke und zweite Messstrecke begrenzt ist, wobei zumindest eine Oberfläche, insbesondere zwei Oberflächen, des ersten Teilbereichs ovalförmig ausgebildet sind.
Stromsensor nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die erste Messstrecke und/oder die zweite Messstrecke eine homogene Stromdichteverteilung bei einspeisbarem Laststrom (Iload) und Kalibrierstrom (Iref) aufweisen.
Stromsensor nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der elektrische Leiter materialeinheitlich ausgebildet ist.
Verfahren zum Bestimmen eines durch einen elektrischen Leiter eines Stromsensors nach einem der vorangegangenen Ansprüche fließenden Laststroms (Iload), - wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: - Messen einer ersten Messspannung (U1), welche über der ersten Messstrecke (R1) abfällt, - Berechnen des Laststroms (Iload) basierend zumindest auf der ersten Messspannung (U1) und einem Betriebsparameter, - wobei das Verfahren ausschließlich während jeweiliger Kalibrierzeiträume folgende Schritte aufweist: - Leiten eines Kalibrierstroms (Iref) in die Stromeinspeisekontaktierung (5), und - Messen einer ersten Kalibrierspannung (U1), welche zumindest bei fließendem Kalibrierstrom (Iref) über der ersten Messstrecke (R1) abfällt, - wobei basierend zumindest auf der ersten Kalibrierspannung (U1) und einer Stromstärke des Kalibrierstroms (Iref) ein Betriebsparameter berechnet wird.
Stromsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, aufweisend - zumindest einen ersten Spannungsmesser und insbesondere einen zweiten Spannungsmesser, wobei der erste Spannungsmesser zur Messung einer über der ersten Messstrecke abfallenden Spannung (U1) konfiguriert ist und der zweite Spannungsmesser insbesondere zur Messung einer über der zweiten Messstrecke abfallenden Spannung (U2) konfiguriert ist, - zumindest eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Kalibrierstroms (Iref), welche zum Durchleiten eines Kalibrierstroms (Iref) durch die erste Messstrecke konfiguriert ist, und - eine elektronische Steuerungsvorrichtung, welche dazu konfiguriert ist, ein Verfahren nach Anspruch 15 durchzuführen.