一種測量50a以上直流電流的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及直流電流測量，尤其是50A及以上的大電流測量領(lǐng)域，具體的說是一種測量50A以上直流電流的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電動汽車(EV)、電網(wǎng)能量存儲和光伏(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汽車、電網(wǎng)能量存儲和光伏(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)測相關(guān)能量存儲電池的電荷狀態(tài)(SOC)。對電荷狀態(tài)的估計(jì)可以根據(jù)電流和電荷(庫倫計(jì)數(shù))測量實(shí)現(xiàn)，而精確的測量數(shù)據(jù)對于精確的電荷狀態(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。接著對信號進(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)于直流電流的測量，業(yè)內(nèi)并不缺乏對其進(jìn)行精密測量的儀器，但是對于50A以上的直流電流卻很少有儀器能夠進(jìn)行精密的測量。
[0006]目前用于測量大電流的技術(shù)中，有兩種傳感器技術(shù)最為常見，一種技術(shù)是檢測承載電流的導(dǎo)體周圍的磁場；另一種技術(shù)是測量承載待測電流(和電荷)的電阻(稱為分流器)的壓降。用于測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)電流和外部磁場施加于該載流元件上時(shí)，該載流元件兩側(cè)會呈現(xiàn)一個(gè)垂直于電流方向并垂直于外部磁場方向的壓差。
[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。相對于整個(gè)磁路長度而言，當(dāng)所述槽尺寸較小時(shí)，會形成一個(gè)接近均勻且垂直于霍爾元件平面的磁場；當(dāng)霍爾元件獲得電流能量時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)正比于勵磁電流和磁芯磁場的霍爾電壓，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，所述霍爾電流傳感器實(shí)際上與待測電路隔離。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磁電流；另夕卜，處理來自霍爾電流傳感器的信號的放大和調(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。勵磁電流的穩(wěn)定性將極大地影響待測電流幅度以及沒有電流流動時(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]測量勵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磁場的非線性函數(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)明提供了一種測量50A以上直流電流的方法。
[0012]本發(fā)明所述一種測量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:所述測量50A以上直流電流的方法，使用測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)生符號相反的磁場，且所述磁場強(qiáng)度與待測電流產(chǎn)生的磁場完全相等；通過檢測所述磁芯中磁場的有無或符號，而不是測量這種磁場的強(qiáng)度來測量待測導(dǎo)體電流，能避免由于霍爾元件中不穩(wěn)定的勵磁電流引起的測量誤差。
[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為零。
[0015]優(yōu)選的，所述測量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，具有對溫度依賴性低的阻抗特性。
[0018]本發(fā)明的一種測量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:該方法中通過檢測傳感磁芯中磁場的有無或符號，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)定的勵磁電流引起的測量誤差；通過在磁芯上增加一個(gè)繞組，降低了測量功耗，減小了測量尺寸，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導(dǎo)體中電流小許多倍；并使用精密分流電阻，提高了測量精度；
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試方法已經(jīng)無法滿足現(xiàn)階