DE10000500A1

DE10000500A1 - Strommessvorrichtung

Info

Publication number: DE10000500A1
Application number: DE2000100500
Authority: DE
Inventors: Bernhard Severin; Dieter Weber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-01-08
Filing date: 2000-01-08
Publication date: 2001-07-26
Anticipated expiration: 2020-01-09
Also published as: DE10000500B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung eines in einem Elektronikmodul (7) fließenden Stroms mittels eines als Shunt geschalteten Präzisionsmesswiderstandes (10), der als Widerstandselement einen Streifen (12) aus Manganin aufweist, der in eine eine Stromzuleitung und -ableitung (13, 14) sowie zwei Senseleitungen (15, 16) für den Messwiderstand (10) definierende Schaltung eingeschweißt ist. Die Strommessvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Manganinstreifen durch zwei Schweißnähte (18, 19) direkt auf die Senseleitungen und die Stromzu- und -ableitung bildende leitende Bahnen des Elektronikmoduls (7) geschweißt ist, wobei die Dicke und Breite des Manganinstreifens zwischen den Senseleitungen und der Abstand der Schweißnähte oder der Abstand zwischen dem durch den Manganinstreifen überbrückten Abschnitt der Senseleitungen direkt den Widerstandswert des Messwiderstands bestimmen (Figur 1).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung eines in einem Elektronikmodul fließenden Stroms mittels eines als Shunt geschalteten Präzisionsmesswiderstandes, der als Widerstandselement einen Streifen aus Manganin auf weist, der in eine eine Stromzuleitung und -ableitung sowie zwei Senseleitungen für den Messwiderstand definierende Schaltung eingeschweißt ist.

Zur Strommessung in einem Elektronikmodul eines BLDC- Motors muss zur Messung des hindurchfließenden Stroms ein Präzisionsmesswiderstand in Form eines Shunts eingesetzt werden, der eine Messgenauigkeit von kleiner oder gleich 1% besitzen muss. Bei einem derzeit bei der Anmelderin in Entwicklung befindlichen Elektronikmodul besteht dieser Präzisionsmesswiderstand aus einem laserge schweißten Bauteil, das zwei Ableitungen für Senselei tungen und zwei Ableitungen für die stromführenden Leitungen, d. h. für die Stromzu- und -ableitung auf weist. Als Widerstandselement dieses Präzisionsmesswider standes dient ein Manganinstreifen, der durch eine Laser schweißnaht an zwei die Senseleitungen sowie die Stromzu- und -ableitung definierende Winkelteile aus gestanztem Kupfer angeschweißt ist, die zusammen mit dem Manganinstreifen ein standardisiertes handelsübliches Bauteil bilden.

Die Fig. 3 zeigt den Präzisionsmesswiderstand 1 in Verbindung mit einem Stanzgitter 7 des Elektronikmoduls. Die die Senseleitungen definierenden Winkelschenkel 5, 6 und die die Stromzu- und -ableitung bildenden Winkel schenkel 3, 4 zweier winkelförmiger Stanzteile aus Kupfer (schräg schraffiert) sind durch Laserschweißnähte 8, 9 (gestrichelt) mit dem auf einen bestimmten Widerstand, z. B. 2 mΩ ± 1% abgeglichenen Manganinstreifen (punktiert) verbunden. Dadurch kann unmittelbar am Manganinstreifen die darüber abfallende Spannung als Maß für den durch den Shunt fließenden Strom an den beiden Senseleitungen gemessen werden. Die die Senseleitungen definierenden Schenkel 5, 6 und die die Stromzu- und -ableitung definierenden Schenkel 3, 4 der Kupferstanzwinkel sind jeweils durch Schweißpunkte a, b und c, d mit darunter liegenden Leiterbahnen des Stanzgitters 7 verbunden.

Sobald durch den Shunt, d. h. den Messwiderstand 1, ein zu messender Strom fließt, fällt an dem exakt definierten Manganinwiderstandsstreifen 2 eine Spannung ab, die über die Senseleitungen abgegriffen und in einer Messschaltung ausgewertet werden kann. Die Messung des Spannungsab griffs ist dabei sehr genau, da, wie erwähnt, die die Senseleitungen definierenden Schenkel 5, 6 der winkel förmig ausgebildeten Kupferstanzteile unmittelbar an das Manganinmesswiderstandselement 2 herangeführt sind. Auf diese Weise wird vermieden, dass eine zwischen Sense leitung und Manganinwiderstand liegende Leitungsstrecke das Messergebnis verfälscht, da im Gegensatz zum Manganin ein metallisches Leitermaterial wie z. B. Kupfer einen temperaturabhängigen Widerstand hat.

Bei der oben anhand der Fig. 3 beschriebenen bisherigen Strommessvorrichtung besitzt der Shunt als Einzelteil bereits die beiden Laserschweißnähte 8, 9 zwischen dem Manganinstreifen 2 und den die Senseleitungen defi nierenden Winkelschenkel 6, 7 aus Kupfer. Die Schweiß punkte a, b, c, d liegen in etwa 3 mm Abstand zu den Laserschweißnähten 8, 9 und werden durch Widerstands schweißen hergestellt. Diese Schweißpunkte a-d können evtl. zu Spannungen und damit auch zu Rissen in den Laserschweißnähten 8, 9 führen. Nachteilig bei der bisherigen Konstruktion ist auch, dass die Länge und Breite des Manganinstreifens 2 bei dem geschilderten, bisher verwendeten Präzisionsmesswiderstand im wesent lichen vom Hersteller festgelegt ist, da der Manganin streifen aus einem hinsichtlich der Abmessung standardi sierten Manganinband ausgestanzt wird. Dadurch kommt es unter anderem zu einer durch die hohe Strombelastung verursachten starken Temperaturerhöhung im Manganin, was wiederum zu einer thermisch mechanischen Belastung der Laserschweißnähte führen kann.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Strommessvorrichtung der gattungsgemäßen Art so zu ermöglichen, dass sie die Nachteile des bisher verwendeten Präzisionswiderstandes vermeidet, einen im Elektronikmodul fließenden Strom im Bereich von annähernd 30-60 A mit einer Messgenauigkeit von ≦ 1% messen kann, die Lebensdauer des Elektronik moduls verlängert und gleichzeitig die Sicherheit bei der Strommessung erhöht.

Die obige Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.

Somit ist eine die obige Aufgabe lösende Strommessvor richtung gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der Manganinstreifen durch zwei Schweißnähte direkt auf die Senseleitungen und die Stromzu- und -ableitung bildende leitende Bahnen des Elektronikmoduls geschweißt ist, wobei die Dicke und Breite des Manganinstreifen zwischen den Senseleitungen die durch den Präzisionsmesswiderstand fließende Stromstärke und damit die Verlustleistung und zusammen mit dem Abstand der Schweißnähte oder mit dem Abstand zwischen dem durch den Manganinstreifen überbrückten Abschnitt der Senseleitungen direkt den Widerstandswert des Messwiderstands bestimmen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Strommessvorrichtung sieht vor, dass die Senseleitungen im Abschnitt des Messwiderstands parallel und in rechtem Winkel zur Längsachse des sie überlappenden Manganinstreifen liegen und dass die beiden Schweißnähte durch Laserschweißen so angebracht sind, dass sie parallel und fluchtend zu den einander gegenüberliegenden parallelen Innenkanten der Senseleitungen verlaufen.

Auf diese Weise vermeidet die erfindungsgemäße Strommess vorrichtung zusätzliche Widerstandsschweißpunkte in unmittelbarer Nähe der Laserschweißnähte, d. h., dass die einzige elektrische und mechanische Verbindung des den Präzisionsmesswiderstand definierenden Manganinstreifens mit den Senseleitungen und der Stromzu- und -ableitung die beiden Laserschweißnähte sind. Der erfindungsgemäße aus einem einzigen Manganinstreifen bestehende Präzi sionsmesswiderstand hat auch den Vorteil, dass seine Länge und auch Breite bei gleicher Dicke größer gewählt werden können, da die Abmessungen des Manganinstreifens nicht vom Hersteller festgelegt sind, wie bei dem bisher verwendeten Präzisionsmesswiderstand. Die Verlängerung und auch Verbreiterung des Manganinstreifens bei gleicher Dicke führt zu einer Temperaturerniedrigung, da die Verlustleistung in einem größeren Volumen entsteht und über eine größere Oberfläche abgeführt werden kann. Ferner kann die Realisierung des Präzisionsmesswider standes durch einen einzigen Manganinstreifen, d. h. ohne die beim bisherigen Präzisionsmesswiderstand vorhandenen, die Senseleitungen und die Stromzu- und -ableitung definierenden Kupferwinkel zu einer Kostenverringerung, gleiche Stückzahl pro Jahr vorausgesetzt, führen, da lediglich ein Manganinstreifen ausgestanzt und nur noch mit Leiterbahnen des Elektronikmoduls durch die beiden Laserschweißnähte verbunden werden muss.

Diese und weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungs gemäßen Strommessvorrichtung werden in der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels noch deutlicher, die sich auf die beiliegende Zeichnung bezieht.

Zeichnung

Fig. 1 zeigt in ebener Ansicht von unten ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Strommess vorrichtung, bei der ein Manganinstreifen als Präzisions messwiderstand durch zwei Laserschweißnähte direkt mit den Kanten der die Senseleitungen definierenden Leiter bahnen eines Elektronikmoduls verbunden ist.

Fig. 2 zeigt dasselbe Ausführungsbeispiel in einer ebenen Ansicht von oben.

Fig. 3 zeigt die schon beschriebene bisherige Ausführungsform einer Strommessvorrichtung.

Ausführungsbeispiel

In Fig. 1, die einen Abschnitt eines Elektronikmoduls 7 in ebener Ansicht von unten zeigt, ist ein Manganin streifen 12 direkt durch zwei parallele Laserschweißnähte 18, 19 an Senseleitungen 15, 16 und eine Stromzu- und -ableitung 13, 14 bildende leitende Bahnen des Elek tronikmoduls 7 angeschweißt. Diese Leiterbahnen 13-16 bilden ein Stanzgitter aus Kupfer.

Somit wird zur Herstellung der Strommessvorrichtung gemäß der Erfindung ein in seiner Breite und Dicke genau definierter Manganinstreifen 12 direkt auf das Kupfer stanzgitter durch Laserschweißnähte 18, 19 geschweißt. Dabei wird der Widerstandswert des Präzisionsmess widerstands durch folgende Größe n bestimmt:

- Dicke und Breite des Manganinstreifens 12, und
- Abstand der Schweißnähte 18, 19 bzw. der Kanten der die Senseleitungen 15, 16 bildenden Leiterbahnen.

Bevorzugt werden die beiden Schweißnähte 18, 19 gleich zeitig mit einem Bifokal-Laser geschweißt. Der Abstand der die Senseleitungen bildenden Leiterbahnen 15, 16 und damit auch der Abstand der Schweißnähte 18, 19 ist ent scheidend für den Spannungsabfall an dem den Messwider stand bildenden Abschnitt des Manganinstreifens 12. Der Spannungsabfall zwischen den Schweißnähten wird mittels der beiden Senseleitungen 15, 16 in einer Messschaltung ausgewertet.

Das Volumen und die Oberfläche des Manganinstreifens 12 kann im Bereich des den Präzisionsmesswiderstand 10 bildenden Abschnitts größer sein als Volumen und Ober fläche des Manganinabschnitts der anhand der Fig. 3 beschriebenen bislang verwendeten Strommessvorrichtung. D. h., dass das Volumen und die Oberfläche des Manganinstreifens 12 nicht mehr durch die Vorgaben des Herstellers bestimmt ist sondern größer sein können, um den gleichen Widerstand zu erreichen. Dadurch liegt die Temperatur des heißen Abschnitts bei gleicher Verlustleistung tiefer als bei dem Manganinabschnitt der bisher verwendeten Strommessvorrichtung.

Fig. 2 zeigt dasselbe Ausführungsbeispiel wie in Fig. 1 in einer Ansicht von oben. Fig. 2 zeigt deutlich die parallel verlaufenden Kanten 25, 26 der Senseleitungen 15, 16 und die direkt an den Kanten fluchtend mit diesen vorgesehenen Laserschweißnähte 18, 19, die den Manganinstreifen 12 mit diesen Innenkanten 25, 16 der Senseleitungen 15, 16 verbinden.

Die erfindungsgemäß gestaltete Strommessvorrichtung bietet die Möglichkeit, die Länge und damit auch die Breite bei gleicher Dicke des Manganinstreifens größer zu wählen als beim bisher verwendeten Präzisionsmess widerstand. Dies führt zu einer Temperaturerniedrigung im Bereich des heißen Abschnitts desselben, da die Verlust leistung in einem größeren Volumen entsteht und über eine größere Oberfläche abgeführt werden kann. Somit ermög licht die erfindungsgemäße Strommessvorrichtung, den im Elektronikmodul fließenden Strom, dessen Stärke im Bereich von 30-60 A liegt, mit hoher Messgenauigkeit von ≦ 1% zu messen und gleichzeitig die Lebensdauer des Elektronikmoduls zu verlängern und auch die Sicherheit bei der Messung dieses Stroms zu verbessern.

Claims

1. Vorrichtung zur Messung eines in einem Elektronik modul (7) fließenden Stroms mittels eines als Shunt geschalteten Präzisionsmesswiderstandes (10), der als Widerstandselement einen Streifen (12) aus Manganin aufweist, der in eine eine Stromzuleitung und -ableitung (13, 14) sowie zwei Senseleitungen (15, 16) für den Messwiderstand (10) definierende Schaltung eingeschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Manganinstreifen durch zwei Schweißnähte (18, 19) direkt auf die Sense leitungen und die Stromzu- und -ableitung bildende leitende Bahnen des Elektronikmoduls (7) geschweißt ist, wobei die Dicke und Breite des Manganinstreifens zwischen den Senseleitungen und der Abstand der Schweißnähte oder der Abstand zwischen dem durch den Manganinstreifen über brückten Abschnitt der Senseleitungen direkt den Wider standswert des Messwiderstands bestimmen.

2. Strommessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Senseleitungen (15, 16) im Ab schnitt des den Messwiderstands bildenden Manganin streifens (12) parallel und in rechtem Winkel zur Längs achse des sie überlappenden Manganinstreifen (12) liegen und die beiden Schweißnähte (18, 19) durch Laserschweißen so angebracht sind, dass sie parallel und fluchtend zu den einander gegenüberliegenden parallelen Innenkanten (25, 26) der Senseleitungen (15, 16) verlaufen.

3. Strommessvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Manganinstreifen (12) wenigstens in seinem widerstandsbestimmenden Abschnitt zwischen den beiden Senseleitungen (15, 16) gleichmäßig breit, gleich mäßig dick und homogen ist.

4. Strommessvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sense leitungen (15, 16) und die Stromzu- und -ableitung (13, 14) zum Manganinstreifen (12) Teile eines Stanzgitters aus Kupfer sind.

5. Strommessvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Manganin streifen (12) und die Stromzu- und -ableitung (13, 14) zum Messwiderstand so gestaltet sind, dass der mit dem Messwiderstand zu messende Strom des Elektronikmoduls eine Stärke im Bereich von annähernd 30-60 A haben kann.

6. Strommessvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Manganin streifen (12) und seine Verbindung mit den Senseleitungen (15, 16) so gebildet sind, dass die Messgenauigkeit der Strommessung kleiner oder gleich als 1% der Sollstrom stärke ist.