DE102023124782B3 - current sensor arrangement and vehicle battery - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung (1) zum Ermitteln eines durch einen Stromleiter (20) fließenden Stroms, bevorzugt zum Ermitteln eines durch einen Sammelleiter einer Fahrzeugbatterie (100) fließenden Stroms, umfassend einen Stromleiter (20) zum Leiten eines Stroms entlang einer Längsrichtung (30) und eine Sensoranordnung (5) von Magnetfeldsensoren (S11-S24) zum Erfassen eines von via Stromfluss im Stromleiter (20) um dem Stromleiter (20) gebildeten Magnetfelds, wobei der Stromleiter (20) im Bereich der Sensoranordnung (5) in zumindest zwei in Längsrichtung (30) verlaufende, voneinander beabstandete Leiterpfade (21, 22) aufgeteilt ist. Sie betrifft ferner eine derartige Sensoranordnung (1, 2) umfassende Fahrzeugbatterie (100). The present invention relates to a sensor device (1) for determining a current flowing through a current conductor (20), preferably for determining a current flowing through a busbar of a vehicle battery (100), comprising a current conductor (20) for conducting a current along a longitudinal direction (30) and a sensor arrangement (5) of magnetic field sensors (S11-S24) for detecting a magnetic field formed around the current conductor (20) via current flow in the current conductor (20), wherein the current conductor (20) in the region of the sensor arrangement (5) is divided into at least two conductor paths (21, 22) running in the longitudinal direction (30) and spaced apart from one another. It further relates to a vehicle battery (100) comprising such a sensor arrangement (1, 2).
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zum Ermitteln eines durch einen Stromleiter fließenden Stroms, beispielsweise zum Ermitteln eines durch einen Sammelleiter einer Fahrzeugbatterie fließenden Stroms, sowie eine Fahrzeugbatterie zum Bereitstellen der Primärantriebsenergie eines Elektrofahrzeugs.The present invention relates to a sensor device for determining a current flowing through a current conductor, for example for determining a current flowing through a busbar of a vehicle battery, and a vehicle battery for providing the primary drive energy of an electric vehicle.
Stand der TechnikState of the art
Es ist bekannt, zum Erfassen bzw. Ermitteln eines durch einen Stromleiter, etwa einem Sammelleiter in einer Fahrzeugbatterie in einem Elektrofahrzeug, fließenden Stroms Sensorvorrichtungen einzusetzen, die eine Mehrzahl von Magnetfeldsensoren umfassen, also Sensoren, die basierend auf der Feldstärke bzw. Flussdichte eines Magnetfelds, welchem die Magnetfeldsensoren ausgesetzt sind, ein entsprechendes Signal ausgeben. Bei einem Stromfluss durch einen Stromleiter in einer Längsrichtung des Stromleiters bildet sich aufgrund des Stromflusses ein Magnetfeld. Die Feldlinien des Magnetfeldes erstrecken sich in Umfangsrichtung bezogen auf die Richtung des Stromflusses, also die Längsrichtung des Stromleiters. Die Stärke bzw. Flussdichte des gebildeten Magnetfelds ist proportional zur Stromstärke des durch den Stromleiter fließenden Stroms. Die Signale des Magnetfeldsensors wiederum sind proportional zur Flussdichte des gebildeten Magnetfelds. Die durch die Magnetfeldsensoren ausgegebenen Signale können mithin zur Bestimmung der Stromstärke des fließenden Stroms herangezogen werden.It is known to use sensor devices that comprise a plurality of magnetic field sensors, i.e. sensors that output a corresponding signal based on the field strength or flux density of a magnetic field to which the magnetic field sensors are exposed, to detect or determine a current flowing through a current conductor, such as a busbar in a vehicle battery in an electric vehicle. When a current flows through a current conductor in a longitudinal direction of the current conductor, a magnetic field is formed due to the current flow. The field lines of the magnetic field extend in the circumferential direction relative to the direction of the current flow, i.e. the longitudinal direction of the current conductor. The strength or flux density of the magnetic field formed is proportional to the current strength of the current flowing through the current conductor. The signals of the magnetic field sensor are in turn proportional to the flux density of the magnetic field formed. The signals output by the magnetic field sensors can therefore be used to determine the current strength of the flowing current.
Derartige Magnetfeldsensoren können beispielsweise Spulen sein. Die Sensitivität der Magnetfeldsensorspule hinsichtlich des Magnetfelds hängt unter anderem von der Winkelausrichtung der Spule, genauer von der Winkelausrichtung der Längsachse der Spule, relativ zur Richtung der Feldlinien des Magnetfelds ab. Oftmals liegt die Sättigungsgrenze der Spulen weit unterhalb der Flussdichte des entstehenden Magnetfelds, welches durch den zu vermessenden Stromleiter fließenden Strom gebildet wird. Beispielsweise bei Sammelleitern in Fahrzeugbatterien von Elektrofahrzeugen kann im Betrieb Strom in der Größenordnung von 1000 A, 1500 A oder gar 2000 A fließen. Dieser Strom erzeugt ein entsprechend starkes Magnetfeld. Um zu verhindern, dass die Spulen im normalen Betrieb der Fahrzeugbatterie in Sättigung gelangen, werden die Spulen mit einem großen Winkel zur Richtung des Magnetfeldes, genauer zur Richtung der Feldlinien, angeordnet, also mit einem kleinen Winkel zur Längsrichtung, in welcher der Strom fließt, so dass die effektive Sensitivität der Spulen in Bezug auf das Magnetgeld entsprechend gering ist, oder anders ausgedrückt, der Anteil des Magnetfeldes, der auf die Spule wirkt, wird mit kleiner werdenden Winkel kleiner. Insbesondere aufgrund der vergleichsweisen geringen Sensitivität der Spulen bezogen auf das zu vermessende Magnetfeld können die Spulen empfindlich gegenüber Störfeldern sein, so dass das Messsignal verfälscht werden kann.Such magnetic field sensors can be coils, for example. The sensitivity of the magnetic field sensor coil with regard to the magnetic field depends, among other things, on the angular orientation of the coil, more precisely on the angular orientation of the longitudinal axis of the coil, relative to the direction of the field lines of the magnetic field. The saturation limit of the coils is often far below the flux density of the resulting magnetic field, which is formed by the current flowing through the conductor to be measured. For example, in the case of bus bars in vehicle batteries of electric vehicles, current in the order of 1000 A, 1500 A or even 2000 A can flow during operation. This current generates a correspondingly strong magnetic field. To prevent the coils from becoming saturated during normal operation of the vehicle battery, the coils are arranged at a large angle to the direction of the magnetic field, or more precisely to the direction of the field lines, i.e. at a small angle to the longitudinal direction in which the current flows, so that the effective sensitivity of the coils in relation to the magnetic field is correspondingly low, or in other words, the proportion of the magnetic field acting on the coil becomes smaller as the angle becomes smaller. In particular, due to the comparatively low sensitivity of the coils in relation to the magnetic field to be measured, the coils can be sensitive to interference fields, which can distort the measurement signal.
Die
Die
Darstellung der Erfindungrepresentation of the invention
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Sensorvorrichtung zum Ermitteln eines durch einen Stromleiter fließenden Stroms, beispielsweise eine Verbesserung hinsichtlich des Verhaltens der Sensorvorrichtung bei Vorhandensein eines magnetischen Störfeldes und/oder hinsichtlich einer verbesserten Sensitivität der Magnetfeldsensoren, sowie eine entsprechend verbesserte Fahrzeugbatterie bereitzustellen.Based on the known state of the art, it is an object of the present invention The aim of the invention is to provide an improved sensor device for detecting a current flowing through a current conductor, for example an improvement in the behavior of the sensor device in the presence of a magnetic interference field and/or in terms of an improved sensitivity of the magnetic field sensors, as well as a correspondingly improved vehicle battery.
Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt durch eine Sensorvorrichtung zum Ermitteln eines durch einen Stromleiter fließenden Stroms, beispielsweise zum Ermitteln eines durch einen Sammelleiter einer Fahrzeugbatterie fließenden Stroms, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.The object is achieved according to a first aspect by a sensor device for determining a current flowing through a current conductor, for example for determining a current flowing through a busbar of a vehicle battery, with the features of
Entsprechend wird eine Sensorvorrichtung zum Ermitteln eines durch einen Stromleiter fließenden Stroms, beispielsweise zum Ermitteln eines durch einen Sammelleiter einer Fahrzeugbatterie fließenden Stroms, vorgeschlagen, umfassend einen Stromleiter zum Leiten eines Stroms entlang einer Längsrichtung und eine Sensoranordnung von Magnetfeldsensoren zum Erfassen eines von via Stromfluss im Stromleiter um dem Stromleiter gebildeten Magnetfelds.Accordingly, a sensor device for determining a current flowing through a current conductor, for example for determining a current flowing through a busbar of a vehicle battery, is proposed, comprising a current conductor for conducting a current along a longitudinal direction and a sensor arrangement of magnetic field sensors for detecting a magnetic field formed around the current conductor via current flow in the current conductor.
Der Stromleiter ist im Bereich der Sensoranordnung in zumindest zwei in Längsrichtung verlaufende, voneinander beabstandete Leiterpfade aufgeteilt. Der durch den Stromleiter fließende Strom wird also über die bzw. auf die zwei Leiterpfade aufgeteilt, die Leiterpfade liegen mithin im Sinne einer Parallelschaltung vor. Die einzelnen Ströme durch die Leiterpfade, also die durch den ersten Leiterpfad geleitete Stromkomponente und die durch den zweiten Leiterpfad geleitete Stromkomponente, sind folglich geringer als der durch den ungeteilten Stromleiter fließende Strom. Die Stromkomponenten summieren sich zum durch den ungeteilten Stromleiter fließenden Strom. Entsprechend sind auch die durch die jeweilige Stromkomponente gebildeten Magnetfelder um die Leiterpfade geringer als das an einem ungeteilten Stromleiter erzeugte Feld. Zudem sind im Bereich zwischen den Leiterpfaden die Richtungen der Feldlinien der erzeugten Magnetfelder entgegengerichtet, so dass sich die Magnetfelder gegenseitig zumindest teilweise kompensieren. Ein aus den beiden Magnetfeldern der Leiterpfade resultierendes Magnetfeld ist im Bereich zwischen den aufgeteilten Leiterpfaden mithin geschwächt bzw. reduziert. Die Magnetfeldsensoren der Sensoranordnung sind daher im Vergleich zu herkömmlichen Sensorvorrichtungen aus dem Stand der Technik einem geringeren Magnetfeld ausgesetzt als bei einer Anordnung an bzw. im Bereich eines ungeteilten Leiters. Die Magnetfeldsensoren gelangen entsprechend erst bei höheren Strömen in Sättigung bzw. können mit einem kleineren Winkel zur Richtung der Feldlinien des auf sie wirkenden Magnetfelds, also mit vergleichsweise großem Winkel zur Längsrichtung der Leiterpfade, angeordnet werden. Insbesondere, wenn gemäß einer Weiterbildung die Magnetfeldsensoren auf einem gemeinsamen Träger, beispielsweise einer Platine, angeordnet werden, ist der mögliche Gradient externer Felder hinsichtlich der Sensoranordnung, genauer hinsichtlich des zumindest einen durch deren Magnetfeldsensoren ausgegebenen Signals, deutlich reduziert. Bei einer optionalen Bestückung der Magnetfeldsensoren in mit vergleichsweise großem Winkel, beispielsweise größer 60°, oder gar 90° zum Stromfluss kann auch das Bestücken der Teile auf dem Träger deutlich einfacher und mit weniger Toleranzen behaftet erfolgen als bei einer Anordnung der Magnetfeldsensoren mit vergleichsweise kleinem Winkel zur Richtung des Stromflusses, beispielsweise 3° bis 15°. Entsprechend sind auch die Fertigung vereinfacht und die Fertigungskosten reduziert.In the area of the sensor arrangement, the current conductor is divided into at least two conductor paths that run longitudinally and are spaced apart from one another. The current flowing through the current conductor is therefore divided over or onto the two conductor paths, and the conductor paths are therefore connected in parallel. The individual currents through the conductor paths, i.e. the current component conducted through the first conductor path and the current component conducted through the second conductor path, are therefore lower than the current flowing through the undivided current conductor. The current components add up to the current flowing through the undivided current conductor. Accordingly, the magnetic fields around the conductor paths formed by the respective current component are also lower than the field generated on an undivided current conductor. In addition, in the area between the conductor paths, the directions of the field lines of the magnetic fields generated are opposite, so that the magnetic fields at least partially compensate for one another. A magnetic field resulting from the two magnetic fields of the conductor paths is therefore weakened or reduced in the area between the divided conductor paths. The magnetic field sensors of the sensor arrangement are therefore exposed to a smaller magnetic field than in the case of an arrangement on or in the area of an undivided conductor compared to conventional sensor devices from the prior art. The magnetic field sensors accordingly only reach saturation at higher currents or can be arranged at a smaller angle to the direction of the field lines of the magnetic field acting on them, i.e. at a comparatively large angle to the longitudinal direction of the conductor paths. In particular, if according to a further development the magnetic field sensors are arranged on a common carrier, for example a circuit board, the possible gradient of external fields with regard to the sensor arrangement, more precisely with regard to the at least one signal output by its magnetic field sensors, is significantly reduced. With an optional assembly of the magnetic field sensors at a comparatively large angle, for example greater than 60°, or even 90° to the current flow, the assembly of the parts on the carrier can also be carried out much more easily and with fewer tolerances than with an arrangement of the magnetic field sensors at a comparatively small angle to the direction of the current flow, for example 3° to 15°. Accordingly, production is simplified and production costs reduced.
Der durch den ungeteilten Stromleiter geleitete Strom teilt sich auf die Leiterpfade im Wesentlichen im Verhältnis der Querschnittsflächen der Leiterpfade auf. Bei gleichem Material der Leiterpfade und gleicher Querschnittsfläche der Leiterpfade wird entsprechend jeweils die Hälfte des Gesamtstromes je durch einen Leiterpfad geleitet. Entsprechend sind dann auch die durch die via der durch die Leiterpfade strömenden Stromkomponenten erzeugten Magnetfelder im Wesentlichen gleich groß.The current conducted through the undivided conductor is distributed between the conductor paths essentially in proportion to the cross-sectional areas of the conductor paths. If the conductor paths are made of the same material and have the same cross-sectional area, half of the total current is conducted through each conductor path. Accordingly, the magnetic fields generated by the current components flowing through the conductor paths are essentially the same size.
Gemäß einer Ausführungsform ist zumindest ein Magnetfeldsensor der Sensoranordnung zwischen den Leiterpfaden angeordnet, wobei bevorzugt zumindest zwei Magnetfeldsensoren der Sensoranordnung zwischen dem ersten Leiterpfad und dem zweiten Leiterpfad angeordnet sind. Wie oben beschrieben, ist das durch die Stromkomponente, die durch den ersten Leiterpfad fließt, erzeugte Magnetfeld und das entsprechende Magnetfeld des zweiten Leiterpfades zwischen den Leiterpfaden entgegengerichtet. Genauer gesagt sind die Feldlinien der Magnetfelder entgegen gerichtet bzw. weisen zumindest entgegengerichtete Vektor-Komponenten auf. Im Bereich zwischen den Leiterpfaden ist das resultierende Magnetfeld mithin zumindest teilweise schwächer als die einzelnen Magnetfelder der Leiterpfade. Aufgrund des vergleichsweise geringen resultierenden Magnetfelds kann der zumindest eine Magnetfeldsensor in einem kleineren Winkel zu den Feldlinien der Magnetfelder, anders ausgedrückt mit einem größeren Winkel zur Längsrichtung, angeordnet werden, als dies bei herkömmlichen Sensorvorrichtungen aus dem Stand der Technik der Fall ist, wenn Strom der gleichen Stromstärke durch die Stromleiter geleitet wird. Vorteilhafterweise erfolgt die Anordnung der Magnetfeldsensoren in Richtung der Feldlinien der Magnetfelder und/oder in etwa 90° zur Richtung des Stromflusses durch den Stromleiter.According to one embodiment, at least one magnetic field sensor of the sensor arrangement is arranged between the conductor paths, wherein preferably at least two magnetic field sensors of the sensor arrangement are arranged between the first conductor path and the second conductor path. As described above, the magnetic field generated by the current component flowing through the first conductor path and the corresponding magnetic field of the second conductor path are oppositely directed between the conductor paths. More precisely, the field lines of the magnetic fields are oppositely directed or have at least oppositely directed vector components. In the area between the conductor paths, the resulting magnetic field is therefore at least partially weaker than the individual magnetic fields of the conductor paths. Due to the comparatively low resulting magnetic field, the at least one magnetic field sensor can be arranged at a smaller angle to the field lines of the magnetic fields, in other words at a larger angle to the longitudinal direction, than is the case with conventional sensor devices from the prior art when current of the same current strength is passed through the current conductors. The magnetic field sensors are advantageously arranged in the direction the field lines of the magnetic fields and/or at approximately 90° to the direction of current flow through the conductor.
Gemäß einer Ausführungsform sind alle Magnetfeldsensoren der Sensoranordnung zwischen den Leiterpfaden angeordnet. Entsprechend können die vorstehend beschriebenen Vorteile für alle Magnetfeldsensoren erzielt werden.According to one embodiment, all magnetic field sensors of the sensor arrangement are arranged between the conductor paths. Accordingly, the advantages described above can be achieved for all magnetic field sensors.
Optional ist zumindest ein Magnetfeldsensor an einer Innenseite des ersten Leiterpfads angeordnet und/oder zumindest ein Magnetfeldsensor an einer Innenseite des zweiten Leiterpfads angeordnet. Die „Innenseite“ der Leiterpfade ist jeweils eine Seite eines Leiterpfades, die dem jeweils anderen Leiterpfad zugewandt ist.Optionally, at least one magnetic field sensor is arranged on an inner side of the first conductor path and/or at least one magnetic field sensor is arranged on an inner side of the second conductor path. The "inner side" of the conductor paths is in each case a side of a conductor path that faces the other conductor path.
Gemäß einer Ausführungsform ist zumindest ein Magnetfeldsensoren der Sensoranordnung bezogen auf die Leiterpfade außerhalb der Leiterpfade angeordnet. Es können auch alle Magnetfeldsensoren der Sensoranordnung bezogen auf die Leiterpfade außerhalb der Leiterpfade angeordnet sein.According to one embodiment, at least one magnetic field sensor of the sensor arrangement is arranged outside the conductor paths with respect to the conductor paths. All magnetic field sensors of the sensor arrangement can also be arranged outside the conductor paths with respect to the conductor paths.
Optional ist zumindest ein Magnetfeldsensor an einer Außenseite des ersten Leiterpfads angeordnet und/oder zumindest ein Magnetfeldsensor an einer Außenseite des zweiten Leiterpfads angeordnet. Die „Außenseite“ der Leiterpfade ist jeweils eine Seite eines Leiterpfades, die dem jeweils anderen Leiterpfad abgewandt ist.Optionally, at least one magnetic field sensor is arranged on an outer side of the first conductor path and/or at least one magnetic field sensor is arranged on an outer side of the second conductor path. The "outer side" of the conductor paths is in each case a side of a conductor path that faces away from the other conductor path.
Gemäß einer Ausführungsform kann zumindest ein Magnetfeldsensor der Sensoranordnung einem Leiterpfad, beispielsweise dem ersten Leiterpfad, zugeordnet sein und/oder zumindest ein Magnetfeldsensor der Sensoranordnung dem anderen Leiterpfad, beispielsweise dem zweiten Leiterpfad, zugeordnet sein. Unter „zugeordnet“ ist in diesem Dokument zu verstehen, dass der Magnetfeldsensor näher am „zugeordneten“ Leiterpfad angeordnet ist, und zwar vorteilhafterweise derart, dass der Einfluss des Magnetfelds des zugeordneten Leiterpfades auf den Magnetfeldsensor größer ist als der Einfluss des Magnetfelds des anderen Leiterpfades. Anders ausgedrückt ist die Feldstärke des via Stromfluss durch den zugeordneten Leiterpfad erzeugten Magnetfelds größer als die Feldstärke des Magnetfelds des entsprechenden anderen Leiterpfads.According to one embodiment, at least one magnetic field sensor of the sensor arrangement can be assigned to a conductor path, for example the first conductor path, and/or at least one magnetic field sensor of the sensor arrangement can be assigned to the other conductor path, for example the second conductor path. In this document, “assigned” means that the magnetic field sensor is arranged closer to the “assigned” conductor path, advantageously in such a way that the influence of the magnetic field of the assigned conductor path on the magnetic field sensor is greater than the influence of the magnetic field of the other conductor path. In other words, the field strength of the magnetic field generated via current flow through the assigned conductor path is greater than the field strength of the magnetic field of the corresponding other conductor path.
Die Flussdichte B eines durch Stromfluss in einem (geraden) Leiter(pfad) erzeugten Magnetfeldes lässt sich berechnen als:
In einem Nullfeldbereich heben sich das Magnetfeld des ersten Leiterpfads (B1) und das Magnetfeld des zweiten Leiterpfads (B1) im Wesentlichen auf, mit anderen Worten, wenn:
Da die Flussdichte wie oben zu erkennen, abhängig ist vom Quotienten
In diesem Nullfeld-Bereich weist das sich durch Addition der Magnetfelder der Leiterpfade ergebende resultierende Magnetfeld im Wesentlichen eine Flussdichte der Höhe Null auf.In this zero-field region, the resulting magnetic field resulting from the addition of the magnetic fields of the conductor paths essentially has a flux density of zero.
Gemäß einer Ausführungsform ist zumindest ein Magnetfeldsensor der Sensoranordnung im Nullfeld-Bereich zwischen dem ersten Leiterpfad und dem zweiten Leiterpfad angeordnet. Entsprechend wird durch diesen zumindest einen Sensor im Wesentlichen kein via Stromdurchfluss erzeugtes Magnetfeld gemessen. Ein aufgrund eines Magnetfeldes erzeugtes Signal des zumindest einen Magnetfeldsensors im Nullfeld-Bereich kann dieser zumindest eine Magnetfeldsensor mithin verwendet werden, um das Vorhandensein eines externen Magnetfeldes zu bestimmen. Anders ausgedrückt kann der zumindest eine im Nullfeld-Bereich angeordnete Magnetfeldsensor zur Detektion eines externen (elektro-)magnetischen Einflusses bzw. Störfeldes ausgebildet sein.According to one embodiment, at least one magnetic field sensor of the sensor arrangement is arranged in the zero field region between the first conductor path and the second conductor path. Accordingly, this at least one sensor essentially does not measure any magnetic field generated via current flow. A signal generated by the at least one magnetic field sensor in the zero field region due to a magnetic field can therefore be used by this at least one magnetic field sensor to determine the presence of an external magnetic field. In other words, the at least one magnetic field sensor arranged in the zero field region can be designed to detect an external (electro)magnetic influence or interference field.
Gemäß einer Ausführungsform ist zumindest ein Magnetfeldsensor der Sensoranordnung bezogen auf die Leiterpfade an einer Lateralseite eines der Leiterpfade angeordnet, wobei bevorzugt zumindest ein Sensor an einer Lateralseite des ersten Leiterpfads angeordnet ist und zumindest ein Magnetfeldsensor an einer Lateralseite des zweiten Leiterpfads angeordnet ist.According to one embodiment, at least one magnetic field sensor of the sensor arrangement is arranged on a lateral side of one of the conductor paths with respect to the conductor paths, wherein preferably at least one sensor is arranged on a lateral side of the first conductor path and at least one magnetic field sensor is arranged on a lateral side of the second conductor path.
Bezogen auf eine Querrichtung, die quer zur Längsrichtung zwischen den Leiterpfaden verläuft ist eine „Lateralseite“ in diesem Dokument eine Seite, die lateral zu dieser Richtung orientiert ist.Related to a transverse direction that runs transversely to the longitudinal direction between the conductor paths a “lateral side” in this document means a side that is oriented laterally to that direction.
Gemäß einer Ausführungsform sind zumindest zwei Magnetfeldsensoren der Sensoranordnung auf einem gemeinsamen Träger, bevorzugt einer gemeinsamen Leiterplatte, angeordnet.According to one embodiment, at least two magnetic field sensors of the sensor arrangement are arranged on a common carrier, preferably a common printed circuit board.
Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Magnetfeldsensor auf einer ersten Seite des gemeinsamen Trägers und zumindest ein Magnetfeldsensor auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des gemeinsamen Trägers angeordnet sein.Alternatively or additionally, at least one magnetic field sensor can be arranged on a first side of the common carrier and at least one magnetic field sensor can be arranged on a second side of the common carrier opposite the first side.
Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Magnetfeldsensor in einer Einhausung aufgenommen sein, beispielsweise in einem Vergussmasse-Körper zumindest teilweise eingebettet sein.Alternatively or additionally, at least one magnetic field sensor can be accommodated in a housing, for example at least partially embedded in a potting compound body.
Vorteilhafterweise sind alle Magnetfeldsensoren der Sensoranordnung bzw. die Sensoranordnung in der Einhausung aufgenommen.Advantageously, all magnetic field sensors of the sensor arrangement or the sensor arrangement are accommodated in the housing.
Die Einhausung kann derart geformt sein, dass sie zwischen die Leiterpfade einsteckbar und fixierbar ist und/oder auf einem Leiterpfad seitlich aufsteckbar ausgebildet ist. Dadurch kann auf einfache Weise eine genaue und dauerhafte Positionierung und Orientierung der in der Einhausung aufgenommenen und in dieser in einer festen Position gehaltenen Magnetfeldsensoren erzielt werden.The housing can be shaped in such a way that it can be inserted and fixed between the conductor paths and/or can be plugged onto a conductor path from the side. This makes it easy to achieve precise and permanent positioning and orientation of the magnetic field sensors housed in the housing and held in a fixed position.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Sensoranordnung zumindest zwei Magnetfeldsensoren, die bezogen auf die Längsrichtung auf derselben Höhe bzw. synonym derselben Position angeordnet sind.According to one embodiment, the sensor arrangement comprises at least two magnetic field sensors which are arranged at the same height or synonymously at the same position with respect to the longitudinal direction.
Alternativ oder zusätzlich kann die Sensoranordnung bezogen auf die Längsrichtung zumindest einen auf einer ersten Position angeordneten Magnetfeldsensor und zumindest einen bezogen auf die Längsrichtung auf einer zweiten Position angeordneten Magnetfeldsensor umfassen.Alternatively or additionally, the sensor arrangement can comprise at least one magnetic field sensor arranged in a first position with respect to the longitudinal direction and at least one magnetic field sensor arranged in a second position with respect to the longitudinal direction.
Gemäß einer Ausführungsform können zumindest zwei Magnetfeldsensoren der Sensoranordnung zur Längsrichtung je mit einem Winkel zwischen größer 0° und 90° angeordnet sein. Genauer können zumindest zwei Magnetfeldsensoren mit ihrer Längsrichtung, in welche sich beispielsweise ein Kern des Magnetfeldsensors erstrecken kann, je mit einem Winkel zur Längsrichtung angeordnet sein.According to one embodiment, at least two magnetic field sensors of the sensor arrangement can each be arranged at an angle between greater than 0° and 90° to the longitudinal direction. More precisely, at least two magnetic field sensors can each be arranged with their longitudinal direction, in which, for example, a core of the magnetic field sensor can extend, at an angle to the longitudinal direction.
Gemäß einer Ausführungsform können zumindest zwei Magnetfeldsensoren der Sensoranordnung zur Längsrichtung mit einem Winkel zwischen größer 0° und 90° gleichen Betrags angeordnet sein. According to one embodiment, at least two magnetic field sensors of the sensor arrangement can be arranged at an angle of between greater than 0° and 90° of the same magnitude to the longitudinal direction.
Genauer können zumindest zwei Magnetfeldsensoren mit ihrer Längsrichtung, in welche sich beispielsweise ein Kern des Magnetfeldsensors erstrecken kann, mit einem Winkel gleichen Betrags zur Längsrichtung angeordnet sein.More precisely, at least two magnetic field sensors can be arranged with their longitudinal direction, in which, for example, a core of the magnetic field sensor can extend, at an angle of the same magnitude to the longitudinal direction.
Alternativ oder zusätzlich können zumindest zwei Magnetfeldsensoren parallel zueinander orientiert sein.Alternatively or additionally, at least two magnetic field sensors can be oriented parallel to each other.
Alternativ oder zusätzlich können zumindest zwei Magnetfeldsensoren senkrecht zur Längsrichtung orientiert sein. Vorteilhafterweise sind diese zumindest zwei Sensoren zwischen den Leiterpfaden angeordnet. Denn in dem Bereich zwischen den Leiterpfaden liegt wie oben beschrieben das verglichen mit den Flussdichten der einzelnen Magnetfelder der Leiterpfade ein reduziertes resultierendes Magnetfeld vor, also ein Magnetfeld mit geringerer resultierender Flussdichte als außerhalb der Leiterpfade.Alternatively or additionally, at least two magnetic field sensors can be oriented perpendicular to the longitudinal direction. These at least two sensors are advantageously arranged between the conductor paths. This is because, as described above, in the area between the conductor paths there is a reduced resulting magnetic field compared to the flux densities of the individual magnetic fields of the conductor paths, i.e. a magnetic field with a lower resulting flux density than outside the conductor paths.
Gemäß einer Ausführungsform können die Magnetfeldsensoren der Sensoranordnung als Spulen ausgebildet sein.According to one embodiment, the magnetic field sensors of the sensor arrangement can be designed as coils.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Stromleiter eine Stromschiene zum Leiten von Strom in einer Fahrzeugbatterie sein.According to one embodiment, the current conductor may be a busbar for conducting current in a vehicle battery.
Erfindungsgemäß sind zumindest zwei Magnetfeldsensoren, bevorzugt genau zwei oder genau vier Magnetfeldsensoren, der Sensoranordnung zu einem Sensorpfad bzw. Kanal verschaltet sein, wobei jeder Sensorpfad bzw. Kanal ein eigenes Signal ausgibt, beispielsweise an eine Kontrollvorrichtung und/oder Auswertvorrichtung.According to the invention, at least two magnetic field sensors, preferably exactly two or exactly four magnetic field sensors, of the sensor arrangement are connected to form a sensor path or channel, wherein each sensor path or channel outputs its own signal, for example to a control device and/or evaluation device.
Die Sensoranordnung umfasst zumindest zwei Sensorpfade bzw. Kanäle.The sensor arrangement comprises at least two sensor paths or channels.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Sensorpfad bzw. Kanal in einem Bereich des Leiters, genauer der Leiterpfade, angeordnet sein, in welchem er eine erste Querschnittsform aufweist, und ein weiterer Sensorpfad bzw. Kanal kann in einem Bereich des Leiters angeordnet sein, in welchem er eine zweite Querschnittsform aufweist.According to one embodiment, a sensor path or channel can be arranged in a region of the conductor, more precisely the conductor paths, in which it has a first cross-sectional shape, and a further sensor path or channel can be arranged in a region of the conductor in which it has a second cross-sectional shape.
Die oben gestellte Aufgabe wird weiterhin durch eine Fahrzeugbatterie zum Bereitstellen der Primärantriebsenergie eines Elektrofahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus der vorliegenden Beschreibung und den Figuren.The above object is further achieved by a vehicle battery for providing the primary drive energy of an electric vehicle with the features of
Entsprechend wird eine Fahrzeugbatterie zum Bereitstellen der Primärantriebsenergie eines Elektrofahrzeugs vorgeschlagen, die zumindest ein Batteriemodul zum Bereitstellen einer elektrischen Spannung und eine Sensorvorrichtung gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen umfasst.Accordingly, a vehicle battery for providing the primary drive energy of an electric vehicle is proposed, which comprises at least one battery module for providing an electrical voltage and a sensor device according to one of the preceding embodiments.
Kurze Beschreibung der FigurenShort description of the characters
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 bis 3 schematisch Ansichten einer Sensorvorrichtung zum Erfassen eines durch einen Stromleiter in einer Längsrichtung fließenden Stroms; -
4 ,5 schematisch Ansichten einer Sensorvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
6 ,7 schematisch Ansichten einer Sensorvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
8 ,9 schematisch Ansichten einer Sensorvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
10 ,11 schematisch Ansichten einer Sensorvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
12 ,13 schematisch Ansichten einer Sensorvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
14 ,15 schematisch Ansichten einer Sensorvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
16 ,17 schematisch Ansichten einer Sensorvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
18 ,19 schematisch Ansichten einer Sensorvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
20 . 21 schematisch Ansichten einer Sensorvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
22 ,23 schematisch Ansichten einer Sensorvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
24 ,25 schematisch Ansichten einer Sensorvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
26 schematisch die Verläufe der Ausgabesignale von aus Magnetfeldsensoren der Sensorvorrichtung gemäß der24 und25 gebildeten Kanäle über die Stromstärke; -
27 ,28 schematisch Ansichten einer Sensorvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
29 schematisch die Verläufe der Ausgabesignale von aus Magnetfeldsensoren der Sensorvorrichtung gemäß der27 und28 gebildeten Kanäle über die Stromstärke; -
30 ,31 schematisch Ansichten einer Sensorvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
32 schematisch die Verläufe der Ausgabesignale von aus Magnetfeldsensoren der Sensorvorrichtung gemäß der30 und31 gebildeten Kanäle über die Stromstärke; -
33 ,34 schematisch Ansichten einer Sensorvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
35 schematisch die Verläufe der Ausgabesignale von aus Magnetfeldsensoren der Sensorvorrichtung gemäß der33 und34 gebildeten Kanäle über die Stromstärke; -
36 schematisch Ansichten einer Sensorvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;bis 38 -
39 schematisch die Verläufe der Ausgabesignale von aus Magnetfeldsensoren der Sensorvorrichtung gemäß der36 gebildeten Kanäle über die Stromstärke;bis 38 -
40 schematisch eine Seitenansicht einer Sensorvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
41 schematisch die Verläufe der Ausgabesignale von aus Magnetfeldsensoren der Sensorvorrichtung gemäß40 gebildeten Kanäle über die Stromstärke; -
42 schematisch eine Fahrzeugbatterie zum Bereitstellen der Primärantriebsenergie eines Elektrofahrzeugs.
-
1 to 3 schematic views of a sensor device for detecting a current flowing through a current conductor in a longitudinal direction; -
4 ,5 schematic views of a sensor device according to another embodiment; -
6 ,7 schematic views of a sensor device according to another embodiment; -
8 ,9 schematic views of a sensor device according to another embodiment; -
10 ,11 schematic views of a sensor device according to another embodiment; -
12 ,13 schematic views of a sensor device according to another embodiment; -
14 ,15 schematic views of a sensor device according to another embodiment; -
16 ,17 schematic views of a sensor device according to another embodiment; -
18 ,19 schematic views of a sensor device according to another embodiment; -
20 21 schematic views of a sensor device according to another embodiment; -
22 ,23 schematic views of a sensor device according to another embodiment; -
24 ,25 schematic views of a sensor device according to another embodiment; -
26 schematically the curves of the output signals from magnetic field sensors of the sensor device according to the24 and25 formed channels via the current strength; -
27 ,28 schematic views of a sensor device according to another embodiment; -
29 schematically the curves of the output signals from magnetic field sensors of the sensor device according to the27 and28 formed channels via the current strength; -
30 ,31 schematic views of a sensor device according to another embodiment; -
32 schematically the curves of the output signals from magnetic field sensors of the sensor device according to the30 and31 formed channels via the current strength; -
33 ,34 schematic views of a sensor device according to another embodiment; -
35 schematically the curves of the output signals from magnetic field sensors of the sensor device according to the33 and34 formed channels via the current strength; -
36 to 38 schematic views of a sensor device according to another embodiment; -
39 schematically the curves of the output signals from magnetic field sensors of the sensor device according to the36 to 38 formed channels via the current strength; -
40 schematically a side view of a sensor device according to another embodiment; -
41 schematically the curves of the output signals from magnetic field sensors of the sensor device according to40 formed channels via the current strength; -
42 schematically shows a vehicle battery for providing the primary drive energy of an electric vehicle.
Detaillierte Beschreibung vorteilhafter AusführungsbeispieleDetailed description of advantageous embodiments
Im Folgenden werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.Advantageous embodiments are described below with reference to the figures. Identical, similar or equivalent elements in the different figures are provided with identical reference symbols, and a repeated description of these elements is partially omitted in order to avoid redundancies.
In
Der Stromleiter 20 ist im Bereich einer Sensoranordnung 5 in zwei in Längsrichtung 30 verlaufende, voneinander beabstandete Leiterpfade 21, 22 aufgeteilt. Der durch den Stromleiter 2 fließende Strom teilt sich mithin auf die Strompfade 21, 22 auf.In the area of a
Vorliegend ist der Stromleiter 20 einteilig ausgebildet. Hierzu wurde der erste Strompfad 21 an einen Rohkörper des Stromleiters 20 angeschweißt, beispielsweise via Reibschweißen oder Ultraschallschweißen.In the present case, the
Die Leiterpfade 21, 22 des Stromleiters 20 weisen das gleiche Material auf und quer zur Längsrichtung 30 gesehen die gleiche Querschnittsfläche auf. Entsprechend teilt sich der Strom im Wesentlichen je zur Hälfte auf die beiden Leiterpfade 21, 22 auf. Die durch die Leiterpfade 21, 22 fließenden Anteile des Gesamtstroms werden in diesem Dokument als „Stromkomponenten“ bezeichnet. Alternativ kann der Stromleiter auch unterschiedliche Materialien aufweisen. Beispielsweise können die Leiterpfade 21, 22 und/oder der ungeteilte Bereich des Stromleiters 20 unterschiedliche Materialen aufweisen.The
Um jeden Leiterpfad 21, 22 wird aufgrund der in Längsrichtung 30 fließenden Stromkomponente jeweils ein Magnetfeld 41, 42 erzeugt, dessen Feldlinien bezogen auf die Längsrichtung 30 jeweils in Umfangsrichtung um den Leiterpfad 21, 22 verlaufen.A
Wie vorstehend eingeleitet, umfasst die Sensorvorrichtung 1 eine Sensoranordnung 5 von Magnetfeldsensoren zum Erfassen eines von via Stromfluss im Stromleiter 20 um dem Stromleiter 20 gebildeten Magnetfelds.As introduced above, the
Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Sensoranordnung 5 zwei als Sensorspulen mit Kern ausgebildete Magnetfeldsensoren S11, S12, die bezogen auf die Längsrichtung 30 auf derselben (ersten) Position P1 angeordnet sind, und zwar vorliegend zwischen den Leiterpfaden 21, 22. Ein erster Magnetfeldsensor S11 ist dem ersten Leiterpfad 21 zugeordnet. Er ist mithin wesentlich näher am ersten Leiterpfad 21 angeordnet als am zweiten Leiterpfad 22. Ein zweiter Magnetfeldsensor S12 ist dem zweiten Leiterpfad 22 zugeordnet. Er ist mithin wesentlich näher am zweiten Leiterpfad 22 angeordnet als am ersten Leiterpfad 21. Die Magnetfeldsensoren S11, S12 sind jeweils mit einem vorgegebenen Abstand 33 vom ihnen zugeordneten Leiterpfad 21, 22 angeordnet. Sie weisen zum jeweils anderen Leiterpfad 22, 21 jeweils den vorgegebenen Abstand 33* auf.According to this embodiment, the
Zu erkennen ist, dass die Leiterpfade 21, 22 einer senkrecht zur Querrichtung 31 und senkrecht zur Längsrichtung 30 orientierten Höhenrichtung 32 die gleiche Höhe 23 aufweisen. Die Höhe 23 entspricht optional der halben Höhe 25 des Stromleiters 20 im ungeteilten Zustand. Die Position der Magnetfeldsensoren S11, S12 bezieht sich auf die Längsachsen L11, L12 der Magnetfeldsensoren S11, S12. Die Längsachsen L11, L12 der Magnetfeldsensoren S11, S12 liegen an der ersten Position P1 in einer gemeinsamen Längsachsen-Ebene, die vorliegend senkrecht zur Längsrichtung 30 orientiert ist.It can be seen that the
Der Stromleiter 20 sowie die Leiterpfade 21, 22 weisen eine gleichbleibende Breite 24 auf. Bezogen auf die in Längsrichtung 30 verlaufende Mittellängsachse 34 der Leiterpfade 21, 22 sind die Magnetfeldsensoren in der Mitte der Erstreckung 35 der Leiterpfade 21, 22 in Längsrichtung 30 angeordnet. Die Magnetfeldsensoren S11, S12 sind mithin jeweils um die Strecke 36 der Größe der Hälfte der Erstreckung 35 von beiden Enden der Leiterpfade 21, 22 entfernt. Alternativ können die Magnetfeldsensoren S11, S12 auch mit einem Abstand zur Mitte der Erstreckung 35 angeordnet sein.The
Die Magnetfeldsensoren S11, S12 sind ferner bezogen auf die Querrichtung 21 mittig zu den Leiterpfaden 21, 22 positioniert.The magnetic field sensors S11, S12 are also positioned centrally to the
Da Höhe 23 und Breite 24 der Leiterpfade 21, 22 gleich sind, weisen beide die gleiche hier viereckige, vorliegend rechtwinklige Querschnittsfläche auf, welche jeweils schraffiert dargestellt ist. Da die Leiterpfade 21, 22 zudem das gleiche Material aufweisen und die gleiche Länge aufweisen, sind deren Leiterwiderstände im Wesentlichen gleich groß. Entsprechend teilt sich der durch den Stromleiter 20 geleitete Strom auf die Leiterpfade 21, 22 im Wesentlichem im Verhältnis 1:1 auf. Anders ausgedrückt:
Entsprechend sind die um die Leiterpfade 21, 22 durch die Stromkomponenten I1, I2 gebildeten Magnetfelder 41, 42, hier angedeutet via deren in Umfangsrichtung verlaufenden Feldlinien, im Wesentlichen gleich. Zur besseren Unterscheidung sind die Feldlinien des ersten Magnetfelds 41 des ersten Leiterpfads 21 gestrichelt gezeichnet, und sind die Feldlinien des zweiten Magnetfelds 42 des zweiten Leiterpfads 22 gepunktet gezeichnet.Accordingly, the
Die Flussdichte B der Magnetfelder 41, 42 nimmt proportional zum Abstand bzw. Radius r bezogen auf die Mittellängsachse 34 des jeweiligen Leiterpfads ab (siehe oben).The flux density B of the
Die Feldrichtung der Magnetfelder 41, 42 ist durch die an den Feldlinien gezeigten Pfeilen angedeutet. Zu erkennen ist, dass zwischen den Leiterpfaden 21, 22 die Feldrichtung der Magnetfelder 41, 42 entgegengesetzt orientiert ist. Die Magnetfelder 41, 42 kompensieren sich mithin zumindest teilweise gegenseitig, so dass im Bereich zwischen den Leiterpfaden 21, 22 ein Bereich reduzierter resultierender Flussdichte vorliegt. Da die Magnetfelder 41, 42 aufgrund des symmetrischen Aufbaus der Leiterpfade 21, 22 im Wesentlichen gleich (stark) sind, ergibt sich mittig zwischen den Leiterpfaden 21, 22 ein Nullfeld-Bereich 43, in welchem nahezu keine Flussdichte des resultierenden Magnetfelds, dass sich aus Addition bzw. Überlagerung der Magnetfelder 41, 42 zusammensetzt, vorliegt. Anders ausgedrückt ist der Nullfeld-Bereich 43 im Wesentlichen magnetfeldfrei.The field direction of the
In diesem Nullfeld-Bereich kann zumindest ein hier nicht gezeigter Magnetfeldsensor zum Ermitteln des Vorhandenseins eines externen Störfeldes angeordnet sein.In this zero field area, at least one magnetic field sensor (not shown here) can be arranged to determine the presence of an external interference field.
Da der erste Magnetfeldsensor S11 bezogen auf den Nullfeld-Bereich aufseiten des ersten Leiterpfades 21 angeordnet ist, ist die Flussdichte des ersten Magnetfeldes 41 dort größer als die Flussdichte des zweiten Magnetfeldes 42. Das dort resultierende, reduzierte Magnetfeld erstreckt sich mithin grob in Richtung der Feldlinien des ersten Magnetfelds 41.Since the first magnetic field sensor S11 is arranged on the side of the
Da der zweite Magnetfeldsensor S12 bezogen auf den Nullfeld-Bereich aufseiten des zweiten Leiterpfades 22 angeordnet ist, ist die Flussdichte des zweiten Magnetfeldes 42 dort größer als die Flussdichte des ersten Magnetfeldes 41. Das dort resultierende, reduzierte Magnetfeld erstreckt sich mithin grob in Richtung der Feldlinien des zweiten Magnetfelds 42.Since the second magnetic field sensor S12 is arranged on the side of the
Die Magnetfeldsensoren können zu einem Kanal zusammen geschalten sein bzw. einen gemeinsamen Kanal ausbilden, der basierend auf den Magnetfeldern 41, 42 ein Sensorsignal ausgeben kann.The magnetic field sensors can be connected together to form a channel or form a common channel that can output a sensor signal based on the
Die Magnetfeldsensoren S11, S12 sind bezogen auf die Höhenrichtung 32 symmetrisch zwischen den Leiterpfaden 21, 22 angeordnet. Entsprechend weisen sie zu einer Symmetrieachse, hier angedeutet als die Längsrichtung 30, je die gleiche Entfernung 38 auf. Die Symmetrieachse liegt mittig zwischen den Leiterpfaden 21, 22. Diese weisen mithin die gleiche Entfernung 37 zur Symmetrieachse auf.The magnetic field sensors S11, S12 are arranged symmetrically between the
Die Magnetfeldsensoren S11, S12 sind in Höhenrichtung 32, auf Höhe der ersten Position 1, um einen Abstand 50 voneinander entfernt angeordnet.The magnetic field sensors S11, S12 are arranged in the
Die Magnetfeldsensoren S11, S12 sind mit ihrer jeweiligen (Mittel-)Längsachse L11, L12 senkrecht zur Längsrichtung 30, also senkrecht zur Stromflussrichtung, orientiert. Mithin sind sie in Umfangsrichtung bezogen auf die Mittellängsachsen 34 der Leiterpfade 21, 22 orientiert. Die Längsachsen L11, L12 sind mithin in Richtung der Feldlinien der Magnetfelder 21, 22 orientiert. Die Magnetfeldsensoren S11, S12 messen mithin mit maximal möglicher Sensitivität. Diese Anordnung ist auch bei einem Stromleiter von Stromstärken bis 1500 A, 2000 A oder gar mehr möglich, da sich die Magnetfelder 21, 22 teilweise gegenseitig kompensieren.The magnetic field sensors S11, S12 are oriented with their respective (central) longitudinal axes L11, L12 perpendicular to the
Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Sensoranordnung 5 zwei als Sensorspulen mit Kern ausgebildete Magnetfeldsensoren S11, S21, wobei ein erster Sensor S11 bezogen auf die Längsrichtung 30 auf einer ersten Position P1 angeordnet ist und ein zweiter Sensor S21 bezogen auf die Längsrichtung 30 auf einer von der ersten Position P1 um den Abstand 51 beanstandeten zweiten Position angeordnet ist. Die Magnetfeldsensoren S11, S21 sind zwischen den Leiterpfaden 21, 22 angeordnet, mithin im Bereich des resultierenden reduzierten Magnetfelds. Beide Magnetfeldsensoren S11, S21 sind dem ersten Leiterpfad 21 zugeordnet. Entsprechend sind sie wesentlich näher am ersten Leiterpfad 21 angeordnet als am zweiten Leiterpfad 22. Die Position der Magnetfeldsensoren S11, S21 entspricht mithin jener des Sensors S11 der Ausführungsform gemäß
Zur Erzielung unterschiedlichen Ausgabesignale können die Leiterpfade 21, 22 beispielsweise auf der zweiten Position P2 je zumindest eine Aussparung 72 umfassen, die hier mittels gestrichelter Linien angedeutet sind. Dadurch sind Höhe und Vektor-Orientierung des Magnetfeldes, genauer der Flussdichte, ist entsprechend bei den beiden Magnetfeldsensoren unterschiedlich.To achieve different output signals, the
Die Sensoranordnung 5 umfasst vorliegend vier Magnetfeldsensoren S11-S22, die allesamt zwischen den Leiterpfaden 21, 22 angeordnet sind. Zwei Magnetfeldsensoren S11, S12 sind auf Höhe einer ersten Position P1 angeordnet, und zwar analog zu den Sensoren S11, S12 aus
Die Magnetfeldsensoren S11-S22 sind auf einem gemeinsamen Träger 6 angeordnet. Die dem ersten Leiterpfad 21 zugeordneten Sensoren S11, S21 sind auf einer dem ersten Leiterpfad 21 zugewandten ersten Seite 60 des Trägers 6 angeordnet, und die dem zweiten Leiterpfad 22 zugeordneten Sensoren S21, S22 sind auf einer dem zweiten Leiterpfad 22 zugewandten, der ersten Seite 60 gegenüberliegenden zweiten Seite 61 des Trägers 6 angeordnet.The magnetic field sensors S11-S22 are arranged on a
Die Sensoren S11 und S21 liegen mit ihren Längsachsen L11 und L21 auf einer gemeinsamen Ebene, die parallel zur Längsrichtung 30 orientiert ist und vorliegend optional parallel zu der Innenseite 27 des zugeordneten Leiterpfads 21.The sensors S11 and S21 lie with their longitudinal axes L11 and L21 on a common plane that is oriented parallel to the
Die Sensoren S12 und S22 liegen mit ihren Längsachsen L12 und L22 auf einer gemeinsamen Ebene, die parallel zur Längsrichtung 30 orientiert ist und vorliegend optional parallel zu der Innenseite 27 des zugeordneten Leiterpfads 22 ist.The sensors S12 and S22 lie with their longitudinal axes L12 and L22 on a common plane which is oriented parallel to the
Die Sensoren S11 und S12 liegen mit ihren Längsachsen L11 und L12 auf einer gemeinsamen Ebene, die senkrecht zur Längsrichtung 30 orientiert ist und vorliegend optional senkrecht zu der Innenseite 27 des zugeordneten Leiterpfads 21.The sensors S11 and S12 lie with their longitudinal axes L11 and L12 on a common plane that is oriented perpendicular to the
Die Sensoren S21 und S22 liegen mit ihren Längsachsen L21 und L22 auf einer gemeinsamen Ebene, die senkrecht zur Längsrichtung 30 orientiert ist und vorliegend optional senkrecht zu der Innenseite 27 des zugeordneten Leiterpfads 22.The sensors S21 and S22 lie with their longitudinal axes L21 and L22 on a common plane which is oriented perpendicular to the
Die in diesem Dokument beschriebenen Positionen, Abstände, Entfernungen usw. beziehen sich jeweils auf die Längsachsen L11-L22 der Sensoren.The positions, distances, spacings, etc. described in this document refer to the longitudinal axes L11-L22 of the sensors.
Der in den
Beispielsweise können die Magnetfeldsensoren S11 und S12 zu einem Kanal verschalten sein, und entsprechend die Magnetfeldsensoren S21 und S22. Alternativ kann auch ein Kanal aus den Magnetfeldsensoren S11-S22 gebildet sein.For example, the magnetic field sensors S11 and S12 can be connected to form a channel, and accordingly the magnetic field sensors S21 and S22. Alternatively, a channel can also be formed from the magnetic field sensors S11-S22.
Die Sensoranordnung 5 gemäß
Unter den „Winkel“ zwischen der Ausrichtung eines Magnetfeldsensors und der Längsrichtung wird in diesem Dokument ein Winkel verstanden bzw. dieser entspricht einem Winkel, der bei einer Draufsicht auf eine Ebene, in welcher die Längsachse des Magnetfeldsensors liegt und die parallel zur Längsrichtung orientiert ist, von der Längsachse des jeweiligen Magnetfeldsensors und der Längsrichtung eingeschlossen ist. Mit anderen Worten entspricht der „Winkel“ einem Winkel, der zwischen einer Projektion der Längsachse und einer Projektion der Längsrichtung auf die Ebene eingeschlossen ist. Die Ebene entspricht einer Ansichtsebene einer Draufsicht senkrecht zur Längsrichtung, wie beispielsweise in
Die Sensoranordnung 5 umfasst zwei dem ersten Leiterpfad 21 zugeordnete Magnetfeldsensoren S11, S12, deren Längsachsen L11, L12 in einer parallel zur Längsrichtung 30 orientierten Ebene angeordnet sind, und von welchen ein erster Magnetfeldsensor S11 in Bezug auf seine Längsachse L11 gegen die Längsrichtung 30 um den Winkel α in eine erste Richtung geneigt ist, die sich vorliegend in Querrichtung in einen ersten Richtungssinn erstreckt, und von welchen der zweite Magnetfeldsensor S12 in Bezug auf seine Längsachse L12 gegen die Längsrichtung 30 um den Winkel α in eine weite Richtung geneigt ist, die sich in Querrichtung mit dem ersten Richtungssinn entgegengesetzten Richtungssinn erstreckt. Der erste und der zweite Magnetfeldsensor S11, S12 bilden zusammen ein Paar von Magnetfeldsensoren aus. Die Sensoranordnung 5 umfasst ferner zwei dem zweiten Leiterpfad 22 zugeordnete Magnetfeldsensoren S13, S14, deren Längsachsen L13, L14 in einer parallel zur Längsrichtung 30 orientierten Ebene angeordnet sind. Von diesen ist ein erster Magnetfeldsensor S13 in Bezug auf seine Längsachse L13 gegen die Längsrichtung 30 um den Winkel α in die erste Richtung geneigt und ein zweiter Magnetfeldsensor S14 in Bezug auf seine Längsachse L14 gegen die Längsrichtung 30 um den Winkel α in die zweite Richtung geneigt.The
Die Magnetfeldsensoren S11, S12 bzw. deren Längsachsen L11, L12 bzw. die durch diese definierte Ebene sind mit einem Abstand 33 zur ersten Leiterpfad 21 angeordnet. Die Magnetfeldsensoren S13, S14 bzw. deren Längsachsen L13, L14 bzw. die durch diese definierte Ebene sind mit dem Abstand 33 zur zweiten Leiterpfad 21 angeordnet.The magnetic field sensors S11, S12 or their longitudinal axes L11, L12 or the plane defined by them are arranged at a
Die beiden Abstände 33 können wie vorliegend gleich sein, sie können alternativ auch unterschiedlich sein.The two
Die Winkel α der vier Sensoren S11-S14 umfassen jeweils den gleichen Betrag, hier optional 66°. Er kann aber auch jeden anderen Wert zwischen kleiner 90° und größer 0° aufweisen. Die winkelige Anordnung der Sensoren S11-S14 erlaubt es, die Sensitivität der Sensoren S11-S14 bezüglich der Magnetfelder 41, 42 bzw. des sich aus diesen ergebenden resultierenden Magnetfelds anzupassen. Je kleiner der Winkel α zur Längsrichtung 30, desto geringer die Sensitivität der Magnetfeldsensoren S11-S14 und desto später gelangen die Magnetfeldsensoren bei steigender Flussdichte, der sie ausgesetzt sind, S11-S14 in Sättigung.The angles α of the four sensors S11-S14 each have the same value, optionally 66° here. However, it can also have any other value between less than 90° and greater than 0°. The angular arrangement of the sensors S11-S14 allows the sensitivity of the sensors S11-S14 to be adjusted with respect to the
Aufgrund der Anordnung der Magnetfeldsensoren S11-S14 zwischen den Leiterpfaden 21, 22, also in einem Bereich des reduzierten Magnetfelds, können die Magnetfeldsensoren S11-S14 in Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik, wie beispielsweise der
Die Winkel α der Magnetfeldsensoren S11-S14 können alle den gleichen Betrag aufweisen oder auch unterschiedliche Winkel α aufweisen, wobei dann vorzugsweise zwei der Winkel α jeweils den gleichen Betrag aufweisen.The angles α of the magnetic field sensors S11-S14 can all have the same amount or can also have different angles α, in which case preferably two of the angles α each have the same amount.
Die Magnetfeldsensoren S11-S14 sind bezogen auf ihre Mittelpunkte 52 in Richtung ihrer Längsachsen L11-L14 auf einer gemeinsamen Höhe bzw. Position P1 bezogen auf die Längsrichtung 30 angeordnet. Die Magnetfeldsensoren S11-S14 sind mit ihren Mittelpunkten 52 ferner von der Mittellängsachse 34 je mit einer Entfernung 38* in Querrichtung 31 angeordnet.The magnetic field sensors S11-S14 are arranged with respect to their center points 52 in the direction of their longitudinal axes L11-L14 at a common height or position P1 with respect to the
Die Sensoranordnung 5 gemäß
Die Magnetfeldsensoren S11, S12, S21, S22 sind dem ersten Leiterpfad 21 zugeordnet. Sie sind mit ihren Längsachsen L11, L12, L21, L22 auf einer gemeinsamen Ebene angeordnet, die parallel zur Längsrichtung 30 bzw. der Mittellängsachse 34 und parallel zur Innenseite 27 des ersten Leiterpfads 21 orientiert ist.The magnetic field sensors S11, S12, S21, S22 are assigned to the
Die Magnetfeldsensoren S13, S14, S23, S24 sind dem zweiten Leiterpfad 22 zugeordnet. Sie sind mit ihren Längsachsen L13, L14, L23, L24 auf einer gemeinsamen Ebene angeordnet, die parallel zur Längsrichtung 30 bzw. der Mittellängsachse 34 und parallel zur Innenseite 27 des zweiten Leiterpfads 22 orientiert ist.The magnetic field sensors S13, S14, S23, S24 are assigned to the
Vorliegend sind die Magnetfeldsensoren S11-S24 derart angeordnet, dass die Schnittpunkte SP11, SP12 der Paare von Magnetfeldsensoren S11 und S12 sowie S13 und S14 bezogen auf die erste Position P1 auf der der zweiten Position P2 abgewandten Seite liegen, und die Schnittpunkte SP21, SP22 der Paare von Magnetfeldsensoren S21 und S22 sowie S23 und S24 bezogen auf die zweite Position P2 auf der der ersten Position P1 abgewandten Seite liegen. Anders ausgedrückt weisen die Magnetfeldsensoren S11-S24 eine O-Anordnung bezogen auf die Längsrichtung 30 auf.In the present case, the magnetic field sensors S11-S24 are arranged such that the intersection points SP11, SP12 of the pairs of magnetic field sensors S11 and S12 as well as S13 and S14 lie on the side facing away from the second position P2 with respect to the first position P1, and the intersection points SP21, SP22 of the pairs of magnetic field sensors S21 and S22 as well as S23 and S24 lie on the side facing away from the first position P1 with respect to the second position P2. In other words, the magnetic field sensors S11-S24 have an O-arrangement with respect to the
Alternativ können die Magnetfeldsensoren S11-S24 auch in X-Anordnung angeordnet sein. Das bedeutet, dass die Schnittpunkte SP11, SP12 der Paare der auf der ersten Position P1 positionierten Magnetfeldsensoren S11-S14 bezogen auf die erste Position P1 auf der der zweiten Position P2 zugewandten Seite liegen, und die Schnittpunkte SP21, SP22 der Paare von Magnetfeldsensoren S21 und S22 sowie S23 und S24 der zweiten Position P2 bezogen auf die zweite Position P2 auf der der ersten Position P1 zugewandten Seite liegen.Alternatively, the magnetic field sensors S11-S24 can also be arranged in an X arrangement. This means that the intersection points SP11, SP12 of the pairs of magnetic field sensors S11-S14 positioned at the first position P1 lie on the side facing the second position P2 with respect to the first position P1, and the intersection points SP21, SP22 of the pairs of magnetic field sensors S21 and S22 as well as S23 and S24 of the second position P2 lie on the side facing the first position P1 with respect to the second position P2.
Alternativ können die Magnetfeldsensoren S11-S24 auch in einer C-C-Anordnung angeordnet sein. Das bedeutet, dass die Schnittpunkte SP11, SP12 der Paare der auf der ersten Position P1 positionierten Magnetfeldsensoren S11-S14 bezogen auf die erste Position P1 auf der der zweiten Position P2 abgewandten Seite liegen, und die Schnittpunkte SP21, SP22 der Paare von Magnetfeldsensoren S21 und S22 sowie S23 und S24 der zweiten Position P2 bezogen auf die zweite Position P2 auf der der ersten Position P1 zugewandten Seite liegen, oder umgekehrt.Alternatively, the magnetic field sensors S11-S24 can also be arranged in a C-C arrangement. This means that the intersection points SP11, SP12 of the pairs of magnetic field sensors S11-S14 positioned in the first position P1 lie on the side facing away from the second position P2 with respect to the first position P1, and the intersection points SP21, SP22 of the pairs of magnetic field sensors S21 and S22 as well as S23 and S24 of the second position P2 lie on the side facing the first position P1 with respect to the second position P2, or vice versa.
Alternativ können die Magnetfeldsensoren S11-S14 der ersten Position P1 in die gleiche Richtung geneigt sein, und/oder die Magnetfeldsensoren S21-S24 der zweiten Position P2 in die gleiche Richtung geneigt sein.Alternatively, the magnetic field sensors S11-S14 of the first position P1 may be inclined in the same direction, and/or the magnetic field sensors S21-S24 of the second position P2 may be inclined in the same direction.
Die Magnetfeldsensoren S11-S24 der Sensoranordnung 5 sind in einer Einhausung 70 aufgenommen, die gemäß dieser optionalen Ausführungsform als Vergussmasse-Körper ausgebildet ist, der um die Sensoranordnung 5 vergossen und ausgehärtet ist.The magnetic field sensors S11-S24 of the
Die Einhausung 70 kann derart geformt sein, dass sie zwischen die Leiterpfade 21, 22 einsteckbar und fixierbar ist.The
Die in
Der zweite Magnetfeldsensor S12 weist ferner einen größeren Abstand 33' zum zweiten Leiterpfad 22 auf als der erste Magnetfeldsensor S11 zum ersten Leiterpfad 21 mit seinem Abstand 33. Die Magnetfeldsensoren S11, S12 sind vorliegend im Wesentlichen symmetrisch in Bezug auf den Nullfeldberiech 43 angeordnet, sind aber nicht hierauf beschränkt. Aufgrund des Aufgrund des nahe des Nullfeldbereichs 43 vergleichsweise geringen resultierenden Magnetfelds zwischen den Leiterpfaden 21, 22 können die Magnetfeldsensoren S11, S12 mit ihrer Längsachse L11, L12 jeweils in Richtung der Feldlinien der Magnetfelder 41, 42, also senkrecht zur Längsrichtung 30 bzw. zu den Mittellängsachsen 34, angeordnet werden.The second magnetic field sensor S12 also has a greater distance 33' from the
Wie in
Alternativ kann die Sensoranordnung auch lediglich die Magnetfeldsensoren S11, S12, S21 und S22 umfassen. Dann umfasst vorteilhafterweise zumindest ein Leiterpfad 21, 22 zumindest eine Aussparung 72, wie mittels der gepunkteten Linien angedeutet.Alternatively, the sensor arrangement can also comprise only the magnetic field sensors S11, S12, S21 and S22. Then advantageously at least one
Die Leiterpfade 21, 22 und der Stromleiter 20 im ungeteilten Zustand weisen alle dieselbe Höhe 23 auf. Die Breite 24 der Leiterpfade 21, 22 entspricht in ihrem geraden Abschnitt im Bereich der Sensoranordnung 5 der Hälfte der Breite 24* des ungeteilten Stromleiters 20.The
Die Sensoranordnung 5 entspricht im Wesentlichen jener aus
Aufgrund dieser quer zur Mittellängsachse 34 unsymmetrischen Anordnung der Kanäle CH1, CH2 sind die Ausgabesignale S1 des ersten Kanals CH1 und die Ausgabesignale S2 der zweiten Kanals CH2 bei einem Stromdurchfluss der Stärke I unterschiedlich, da deren Magnetfeldsensoren S11-S14 unterschiedlichen Flussdichten ausgesetzt sind. Die rein durch die via Stromfluss durch den Leiter 20 erzeugten Magnetfelder hervorgerufenen Ausgabesignale S1, S2 stehen hierbei in einem festen Verhältnis V = S1/S2. In
Jedem Bereich 81-82 sind je einen Kanal CH1-CH3 ausbildende Magnetfeldsensoren S11 - S32 zugeordnet, je analog zur Ausführungsform gemäß der
Durch Vergleich zumindest zweier der Ausgabesignale der Kanäle CH1, CH2 und CH3 kann auf das Vorliegen eines externen Störfeldes geschlossen werden.By comparing at least two of the output signals of channels CH1, CH2 and CH3, the presence of an external interference field can be determined.
Die Ausbildung der unterschiedlichen Ausgabesignale S1 bis S3 bzw. CH1 bis CH3 ist analog zu den
Die
Optional umfasst die Sensorvorrichtung 5 ferner zumindest zwei im Mittelteil 91 angeordnete Magnetfeldsensoren S31, S32, die einen dritten Kanal CH3 ausbilden können. Optional können die Leiterpfade 21, 22 und die Sensoranordnung 5 als Baugruppe, hier als Einbaueinheit zum Einbau in eine Stromschienenanordnung, vorgesehen sein.Optionally, the
Die Ausbildung der unterschiedlichen Ausgabesignale S1 bis S3 bzw. CH1 bis CH3 ist analog zu den
Optional können zumindest zwei weitere Magnetfeldsensoren S31, S32 zwischen der ersten Seitenflanke des zweiten Leiterpfads 22 und der zweiten Seitenflanke des zweiten Leiterpfad 22 angeordnet sein, die eine weiteren Kanal CH3 ausbilden können. Optional können die Leiterpfade 21, 22 und die Sensoranordnung 5 als Baugruppe, hier als Einbaueinheit zum Einbau in eine Stromschienenanordnung, vorgesehen sein.Optionally, at least two further magnetic field sensors S31, S32 can be arranged between the first side flank of the
Die Ausbildung der unterschiedlichen Ausgabesignale S1 bis S3 bzw. CH1 bis CH3 ist analog zu den
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.Where applicable, all individual features shown in the embodiments may be combined and/or exchanged without departing from the scope of the invention.
Bezugszeichenlistelist of reference symbols
- 11
- Sensorvorrichtungsensor device
- 55
- Sensoranordnungsensor arrangement
- 66
- Trägercarrier
- 77
- Einhausungenclosure
- 2020
- Stromleiterconductor
- 2121
- Erster LeiterpfadFirst Ladder Path
- 2222
- Zweiter LeiterpfadSecond Ladder Path
- 2323
- Höhe eines Leiterpfadsheight of a ladder path
- 2424
- Breite eines Leiterpfadswidth of a conductor path
- 24*24*
- Breite des ungeteilten Stromleiterswidth of the undivided conductor
- 2525
- Höhe des ungeteilten Stromleitersheight of the undivided conductor
- 2626
- Außenseiteoutside
- 2727
- Innenseiteinside
- 2828
- Lateralseitelateral side
- 2929
- Lateralseitelateral side
- 3030
- Längsrichtunglongitudinal direction
- 3131
- Querrichtungtransverse direction
- 3232
- Höhenrichtungaltitude direction
- 3333
- Abstand zum zugeordneten Leiterpfaddistance to the assigned conductor path
- 33*33*
- Abstand zum anderen Leiterpfaddistance to the other conductor path
- 3434
- Mittellängsachsecentral longitudinal axis
- 3535
- Erstreckung der Leiterpfade in Längsrichtungextension of the conductor paths in the longitudinal direction
- 3636
- StreckeRoute
- 3737
- Entfernung zurDistance to
- 3838
- Entfernung zur Symmetrieachse in HöhenrichtungDistance to the axis of symmetry in the height direction
- 38*38*
- Entfernung zur Mittellängsachse in QuerrichtungDistance to the central longitudinal axis in the transverse direction
- 3939
- Entfernungdistance
- 4141
- Erstes Magnetfeld (durch Stromfluss im ersten Leiterpfad gebildet)First magnetic field (formed by current flow in the first conductor path)
- 4242
- Zweites Magnetfeld (durch Stromfluss im zweiten Leiterpfad gebildet)Second magnetic field (formed by current flow in the second conductor path)
- 4343
- Nullfeld-Bereichzero-field region
- 5050
- Abstand in Höhenrichtungdistance in the vertical direction
- 5151
- Abstand in Längsrichtungdistance in the longitudinal direction
- 5252
- Mittelpunktcenter
- 6060
- Erste Seite des TrägersFirst side of the carrier
- 6262
- Zweite Seite des TrägersSecond side of the carrier
- 7070
- Einhausungenclosure
- 7272
- Aussparungrecess
- 80-8280-82
- Bereiche der Leiterpfadeareas of the conductor paths
- 8383
- Richtung des Stromflussesdirection of current flow
- 8484
- Messrichtungmeasuring direction
- 9090
- Seitenflankeside flank
- 9191
- Mittelteilmiddle part
- 100100
- Fahrzeugbatterievehicle battery
- 110110
- Batteriemodulbattery module
- P1P1
- Erste PositionFirst Position
- P2P2
- Zweite PositionSecond Position
- S11-S14S11-S14
- Magnetfeldsensor auf der ersten Position P1Magnetic field sensor on the first position P1
- S21-S24S21-S24
- Magnetfeldsensor auf der zweiten Position P2Magnetic field sensor on the second position P2
- L11-L14L11-L14
- Längsachse eines Magnetfeldsensors auf der ersten Position P1Longitudinal axis of a magnetic field sensor at the first position P1
- L21-L24L21-L24
- Längsachse eines Magnetfeldsensors auf der zweiten Position P2Longitudinal axis of a magnetic field sensor at the second position P2
- SP11-SP22SP11-SP22
- Schnittpunkt zweier Längsachsenintersection of two longitudinal axes
- αα
- Winkel der Längsachse zur Längsrichtungangle of the longitudinal axis to the longitudinal direction
Claims (13)
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|---|---|---|---|
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: MOLNIA HO PARTG MBB, DE |