一種測(cè)量50a以上直流電流的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及直流電流測(cè)量，尤其是50A及以上的大電流測(cè)量領(lǐng)域，具體的說是一種測(cè)量50A以上直流電流的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電動(dòng)汽車(EV)、電網(wǎng)能量存儲(chǔ)和光伏(光電)可再生能源裝置等負(fù)載的發(fā)展，50A以上的直流電流范圍是電動(dòng)汽車、電網(wǎng)能量存儲(chǔ)和光伏(光電)可再生能源裝置等負(fù)載典型值。
[0003]這些系統(tǒng)需要精確地預(yù)測(cè)相關(guān)能量存儲(chǔ)電池的電荷狀態(tài)(SOC)。對(duì)電荷狀態(tài)的估計(jì)可以根據(jù)電流和電荷(庫倫計(jì)數(shù))測(cè)量實(shí)現(xiàn)，而精確的測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)于精確的電荷狀態(tài)估計(jì)來說是必要條件。一般來說，用于電流或電荷測(cè)量的任何系統(tǒng)都設(shè)計(jì)包含有內(nèi)置數(shù)據(jù)采集部件，如合適的放大器、濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)等。電流傳感器用于檢測(cè)電流。電流傳感器的輸出需要通過一個(gè)電路轉(zhuǎn)換成可用的形式即電壓。接著對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，以減少電磁和射頻干擾。然后進(jìn)行放大和數(shù)字化。再將每個(gè)電流數(shù)據(jù)樣本乘以合適的時(shí)間間隔，通過數(shù)字化計(jì)算累加算出電荷值。
[0004]另一方面，如果以恒定不變的頻率進(jìn)行數(shù)字化，那么首先累積電流樣本，然后當(dāng)累積電荷值被讀出或以某種方式利用時(shí)才乘以合適的時(shí)間間隔。同時(shí)需要考慮選擇合適的最小奈奎斯特采樣率，并在模數(shù)轉(zhuǎn)換器之前使用足夠窄的抗混疊濾波器。
[0005]熟悉電源設(shè)計(jì)的開發(fā)者都知道，關(guān)于直流電流的測(cè)量，業(yè)內(nèi)并不缺乏對(duì)其進(jìn)行精密測(cè)量的儀器，但是對(duì)于50A以上的直流電流卻很少有儀器能夠進(jìn)行精密的測(cè)量。
[0006]目前用于測(cè)量大電流的技術(shù)中，有兩種傳感器技術(shù)最為常見，一種技術(shù)是檢測(cè)承載電流的導(dǎo)體周圍的磁場(chǎng)；另一種技術(shù)是測(cè)量承載待測(cè)電流(和電荷)的電阻(稱為分流器)的壓降。用于測(cè)量大電流的器件通常稱為霍爾電流傳感器，所述霍爾效應(yīng)傳感器內(nèi)置有一個(gè)載流元件，當(dāng)電流和外部磁場(chǎng)施加于該載流元件上時(shí)，該載流元件兩側(cè)會(huì)呈現(xiàn)一個(gè)垂直于電流方向并垂直于外部磁場(chǎng)方向的壓差。
[0007]所述霍爾電流傳感器使用一個(gè)磁芯將導(dǎo)體電流周圍的磁場(chǎng)集中起來，同時(shí)所述磁芯中開設(shè)一個(gè)槽，所述槽中用于容納實(shí)際的霍爾元件。相對(duì)于整個(gè)磁路長(zhǎng)度而言，當(dāng)所述槽尺寸較小時(shí)，會(huì)形成一個(gè)接近均勻且垂直于霍爾元件平面的磁場(chǎng)；當(dāng)霍爾元件獲得電流能量時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)正比于勵(lì)磁電流和磁芯磁場(chǎng)的霍爾電壓，所述霍爾電壓經(jīng)放大后從電流傳感器的輸出端輸出。
[0008]由于載流導(dǎo)體和磁芯之間沒有電氣上的連接，耦合的只是磁場(chǎng)，所述霍爾電流傳感器實(shí)際上與待測(cè)電路隔離。載流導(dǎo)體可能有很高的電壓，而霍爾電流傳感器的輸出端可以安全地連接到接地電路，或連接到相對(duì)載流導(dǎo)體任意電位的電路，能夠提供滿足最嚴(yán)格安全標(biāo)準(zhǔn)的間隙與爬電值也相對(duì)比較容易。
[0009]然而，所述霍爾電流傳感器也存在一些缺點(diǎn)，該傳感器要求恒定的勵(lì)磁電流；另夕卜，處理來自霍爾電流傳感器的信號(hào)的放大和調(diào)節(jié)電路通常要消耗顯著的能量；具有漂移大，可用工作溫度范圍小等缺陷。勵(lì)磁電流的穩(wěn)定性將極大地影響待測(cè)電流幅度以及沒有電流流動(dòng)時(shí)的零偏移。一般來說，后兩者都取決于供電電壓的穩(wěn)定和溫度變化，影響勵(lì)磁電流和霍爾電壓本身的霍爾傳感元件電阻取決于工作溫度。
[0010]測(cè)量勵(lì)磁電流并在輸出中考慮工作溫度這一因素的傳感器變種是可能的，但同時(shí)要求精密的外部元件和較大的處理電路，而且霍爾電壓是待測(cè)磁場(chǎng)的非線性函數(shù)，這進(jìn)一步增加了傳感器的誤差。因?yàn)樵诓煌瑮l件下會(huì)產(chǎn)生不同的誤差，大多數(shù)線性霍爾效應(yīng)器件制造商會(huì)將總的誤差分解成許多單獨(dú)的分量，有時(shí)很難計(jì)算總的合成誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]為了解決霍爾傳感元件的非線性問題等現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提供了一種測(cè)量50A以上直流電流的方法。
[0012]本發(fā)明所述一種測(cè)量50A以上直流電流的方法，解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案如下:所述測(cè)量50A以上直流電流的方法，使用測(cè)量大電流的霍爾電流傳感器，所述霍爾效應(yīng)傳感器內(nèi)置有載流元件，所述霍爾電流傳感器使用一個(gè)磁芯將導(dǎo)體電流周圍的磁場(chǎng)集中起來，磁芯上增加一個(gè)繞組，所述繞組用于產(chǎn)生符號(hào)相反的磁場(chǎng)，且所述磁場(chǎng)強(qiáng)度與待測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)完全相等；通過檢測(cè)所述磁芯中磁場(chǎng)的有無或符號(hào)，而不是測(cè)量這種磁場(chǎng)的強(qiáng)度來測(cè)量待測(cè)導(dǎo)體電流，能避免由于霍爾元件中不穩(wěn)定的勵(lì)磁電流引起的測(cè)量誤差。
[0013]優(yōu)選的，所述磁芯中開設(shè)一個(gè)槽，所述槽中用于容納實(shí)際的霍爾元件。
[0014]優(yōu)選的，所述繞組連接在一含有運(yùn)放的電路中，該電路能夠維護(hù)所述繞組的電流并使霍爾電流傳感器感知到的磁場(chǎng)為零。
[0015]優(yōu)選的，所述測(cè)量50A以上直流電流的方法采用精密分流電阻，所述分流電阻由三個(gè)不同部分組成，兩個(gè)區(qū)域是端子，用于接入電路，另一個(gè)區(qū)域或多個(gè)并聯(lián)區(qū)組成分流電阻的大部分；兩個(gè)端子區(qū)之間用電阻段或使用焊接或冶金工藝的段進(jìn)行連接，具有非常均勻的接縫。
[0016]優(yōu)選的，所述分流電阻在阻性材料的橫截面上，或在單個(gè)并聯(lián)阻性部分和每個(gè)內(nèi)部之間平均分配電流。
[0017]優(yōu)選的，所述分流電阻的阻性部分材料采用錳銅，具有對(duì)溫度依賴性低的阻抗特性。
[0018]本發(fā)明的一種測(cè)量50A以上直流電流的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果是:該方法中通過檢測(cè)傳感磁芯中磁場(chǎng)的有無或符號(hào)，克服了霍爾傳感元件的非線性問題，能避免由于霍爾元件中不穩(wěn)定的勵(lì)磁電流引起的測(cè)量誤差；通過在磁芯上增加一個(gè)繞組，降低了測(cè)量功耗，減小了測(cè)量尺寸，同時(shí)能夠精確控制繞組在磁芯上的匝數(shù)，實(shí)現(xiàn)控制繞組中的電流比待測(cè)導(dǎo)體中電流小許多倍；并使用精密分流電阻，提高了測(cè)量精度；
隨著整機(jī)柜服務(wù)器功耗的不斷攀升，之前的電源輸出電流的測(cè)試方法已經(jīng)無法滿足現(xiàn)階