电阻器阵列、具有电阻器阵列的测量电路以及制造用于电阻器阵列的带状材料复合体的方法与流程

本发明涉及一种电阻器阵列，其包括：第一导电连接元件和第二导电连接元件、与所述第一连接元件导电连接的第一电阻元件、与所述第二连接元件导电连接的第二电阻元件、导电中间元件，所述中间元件布置在所述第一电阻元件与所述第二电阻元件之间并且与所述电阻元件导电连接，其中所述连接元件、电阻元件和所述中间元件彼此并排布置成一排。所述连接元件和所述中间元件与所述电阻元件由不同的材料构成，其中所述第一电阻元件的材料与所述第二电阻元件的材料有所不同。此外，本发明还涉及一种具有所述电阻器阵列的测量电路以及一种制造用于所述电阻器阵列的带状材料复合体的方法。

背景技术：

就测量电子电路中的电流而言，采用与待监测的组件串联的测量电阻器，其中可以根据跨越被称为分流电阻器或简称为分流器的测量电阻器的电压降来测定电流。正确且可靠的电流测量例如在混合动力车辆或电动车的电池管理系统中或者对于监测燃料电池装置而言尤为重要。这种低电阻的测量电阻器，例如约10至50微欧姆(μohm)的分流器，可以由纵缝焊接的复合材料带制成。例如由ep0605800a1已知上述方案。这个复合材料由三个材料带制成，具体方式在于，借助电子束或激光焊接工艺通过纵缝将各个金属带相互连接。

在现今的混合动力车辆和电动车中，对正确且可靠的电流测量的要求在不断提高，在这些混合动力车辆和电动车中，部分要运行非常高的持续电流。就这类电流而言，对安全相关的组件的监测非常重要。就此而言，必须非常精确地对能量密度较高的锂离子电池进行监测，以便确保这些锂离子电池始终处于安全的工作状态。因此，为了监测特定的工作参数，例如充电状态(soc/stateofcharge)或工作状态(soh/stateofhealth)或功能状态(sof/stateoffunctions)，电池中的电流测量是必不可少的。就该应用领域中不超过asilc和d(iso26262)的安全等级而言，需要通过冗余功能来保障相关测量仪器的安全，以便可以完全实现这个安全级别。

可以通过组合不同的传感器来实现达到安全等级asilc所必需的电流测量的冗余，即同时检测两个完全不同的测量信号，例如通过测量已知尺寸的分流电阻器上的电压以及通过测量磁场中的载流导体上的霍尔电压。这个结构的成本相对较高，这是因为集成度较低并且需要多个空间需求相应较高的组件。

测量值采集中的冗余也是可以实现的，具体方式在于，代替霍尔电压测量而将第二分流电阻器与第一分流电阻器串联并且对以这种方式形成的双分流器的两个分流电阻器分别进行独立的电压测量以测得电流强度。在此情况下，通过对这两个测量进行比较，可以测定这些测量是否似真或者是否存在错误。因此，这个双分流器能够诊断“单点故障”，即各个测量抽头的漂移、电阻变化、脱离。此外，这个双分流器还可以借助似真检验为分流电子设备提供更好的诊断选项，该似真检验为对通过集成在一个组件中的两个分流元件而进行的测量的。与借助单分流器和霍尔效应进行的电流测量相比，借助双分流器进行的电流测量在这个双分流器的结构方面更为简单且成本更低。由us9343208b2已知制造多分流器的方案。

但是，在采用这种双分流器时，两个测量可能会经受相同的故障，例如由于两个电阻器的平行漂移。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于减少已知的缺点。

本发明用以达成上述目的的解决方案在于具有权利要求1的特征的电阻器阵列、具有权利要求9的特征的测量电路以及具有权利要求12的特征的方法。本发明的有利技术方案和有利的改进方案参阅从属权利要求。

开篇所述类型的电阻测量装置的特征在于，这两个电阻元件选择性地由不同的材料制成，特别是由可以具有不同化学成分的不同材料制成，其中特别是可以将cumn10ni4和cumn12ni2以及cumn14ni2和cuzn15mn15al作为电阻合金的示例。在此情况下，这个电阻测量装置包括由这些合金(即例如用于第一电阻元件的cumn10ni4和用于第二电阻元件的cumn14ni2)构成的材料对。

这样就特别地确保了两个电阻元件来自不同的生产批次。因此，在两个电阻元件中，无法同时发生以及以相同的方式在一个批次中发生未识别的故障，这些故障例如可能引发漂移。这样就实现了改善测量冗余的优点。

此外，所述两个连接元件呈板状，所述中间元件呈条状，并且与所述两个连接元件中的每一个相比，所述中间元件均更窄。这样就能节省材料和空间，因为这个中间元件仅具有容置用于电压测量的接头的功能，而不具有用于容置与电路连接的装置的功能。这些电阻元件也可以呈条状。

因此，仅所述第一连接元件和所述第二连接元件具有用于嵌入电路中的连接构件，而所述中间元件则无法与电路连接。

所述电阻元件的厚度均小于所述连接元件的厚度和所述中间元件的厚度，这在例如安装在pcb(印制电路板)上时具有优势并且还可以实现焊接。

在此情况下，以某种方式选择设计方案，使得所述第一电阻元件的厚度与所述第二电阻元件的厚度有所不同。这样就能更好地匹配两个电阻元件的电阻值。

此外，优选的是，设有用于测量跨越第一电阻元件的电压降的第一测量接头对和用于测量跨越第二电阻元件的电压降的第二测量接头对，来自这个第一测量接头对的第一测量接头和来自这个第二测量连接对的第二测量接头对应于中间元件。

作为替代或补充性方案，可以设有用于测量跨越第一电阻元件的电压降的测量接头对以及用于测量跨越第一电阻元件和第二电阻元件的累积电压降的第三测量接头对。

如果第一电阻元件的电阻值小于第二电阻元件的电阻值，特别是如果这些电阻值的差异如此明显，以至于必须使用不同的测量范围来测量这两个电压，则这些测量值的独立性将有所提升。

这个电阻器阵列特别是可以集成至测量电路中。在此情况下，这个测量电路包括如上所述的这种电阻器阵列以及用于测量跨越第一电阻元件而下降的第一电压的第一电压抽头、用于测量至少包括跨越第二电阻元件的电压降的第二电压的第二电压抽头以及至少一个用于测定第一电压和第二电压的电子器件。

可以借助用于对所测得的第一电压和所测得的第二电压进行比较的比较器对这些测量值的可靠性进行分析。

优选地，这个电子器件被设置成使得第一电压的测量和第二电压的测量可以彼此独立地进行，从而可以通过对这两个测量进行比较来识别两个测量链中的一个的故障。

用于制造带状材料复合体的方法，包括以下步骤：

a)至少提供由导电性较高的材料构成的一个第一带材、一个第二带材和一个第三带材，

b)至少提供分别由电阻材料构成的一个第四带材和一个第五带材，其中所述第四带材的材料与所述第五带材的材料有所不同，

c)对这些带材进行纵缝焊接，从而形成带材的复合体，其中由电阻材料构成的两个带材分别在其两个纵向边缘上邻接由导电性较高的材料构成的带材中的一个。

在此情况下，可以在步骤c)中首先分别通过纵缝焊接形成由第一带材和第四带材构成的第一部分复合体以及由第二带材和第三带材以及布置在这两个带材之间的第五带材构成的第二部分复合体，然后通过纵缝焊接将这个第一部分复合体与这个第二部分复合体连接在一起。

此外，在方法步骤b)与方法步骤c)之间以某种方式对这些带材进行布置，使得第四带材和第五带材处于由导电性较高的材料构成的两个带材之间并且这些由导电性较高的材料构成的带材中的一个处于由电阻材料构成的两个带材之间。借助上述方法及其关于步骤c)的变体方案以及在方法步骤b)和c)之间实现带材的布置，提供带状复合材料，其中通过横向于带材纵向方向地分离带状材料复合体来制造和提供上述电阻器阵列。

在此情况下，还可以将用于将电阻器阵列连接至电路的连接构件插入两个连接元件中。

此外，也可以调整所述电阻元件中的至少一个，借助这个电阻元件来设置期望的电阻值。通过缩短所述一个电阻元件来进行调整，以便减小其横截面面积。

在不超出本发明的范围的情况下，说明书中述及的上述特征和特征组合以及附图说明中述及的和/或在附图中单独示出的以下特征和特征组合不仅可以以给定的组合使用，还可以以其他组合使用或单独使用。因此，附图中未详细示出或说明但可以通过单独的特征组合由已说明的实施方案而得出和产生的实施方案也应被认为是本发明所包含的揭示内容。

附图说明

本发明的其他优点、特征和细节参阅权利要求以及结合附图对优选实施方式的以下说明。其中：

图1为电阻器阵列的透视示意图；

图2为具有连接的第一和第二测量接头对的对应于图1的图示；以及

图3为具有连接的第一和第三测量接头对的对应于图1的图示。

具体实施方式

图1示出电阻器阵列，这个电阻器阵列有利地通过制造带状材料复合体的方法来提供，其中所述方法包括以下步骤：

a)至少提供由导电性较高的材料构成的一个第一带材1、一个第二带材2和一个第三带材3，

b)至少提供分别由电阻材料构成的一个第四带材4和一个第五带材5，其中第四带材4的材料与第五带材5的材料有所不同，

c)对带材1、2、3、4、5进行纵缝焊接，从而形成带材1、2、3、4、5的复合体，其中由电阻材料构成的两个带材分别在其两个纵向边缘上邻接由导电性较高的材料构成的带材1、2、3中的一个。

在此情况下，可以在步骤c)中首先分别通过纵缝焊接形成由第一带材1和第四带材4构成的第一部分复合体6以及由第二带材2和第三带材3以及布置在这两个带材2、3之间的第五带材5构成的第二部分复合体7，然后通过纵缝焊接将第一部分复合体6与第二部分复合体7连接在一起。

作为替代方案，也可以以某种方式对所述方法进行修改，从而在方法步骤b)与方法步骤c)之间以某种方式对这些带材进行布置，使得第四带材4和第五带材5处于由导电性较高的材料构成的两个带材之间，并且使得由导电性较高的材料构成的带材中的一个带材2处于由电阻材料构成的两个带材4、5之间。

在此情况下，如果横向于带材纵向方向地分离带状材料复合体，则制成电阻器阵列8，其特征在于以下结构：第一导电连接元件10和第二导电连接元件11、与第一连接元件10导电连接的第一电阻元件12、与第二连接元件11导电连接的第二电阻元件13、导电中间元件14，这个中间元件布置在第一电阻元件12与第二电阻元件13之间并且与这些电阻元件12、13导电连接，其中连接元件10、11、电阻元件12、13以及中间元件14彼此并排布置成一排，且其中连接元件10、11和中间元件14与电阻元件12、13由不同的材料构成。在此情况下，重要的是，第一电阻元件12的材料与第二电阻元件13的材料有所不同，因此，与两个电阻元件12、13均由相同的材料构成或者甚至由相同的材料批次构成的情况相比，可以更可靠地排除两个电阻元件12、13的“平行漂移”或类似的效应。

在此情况下，中间元件14呈条状并且与两个板状连接元件10、11中的每一个相比，该中间元件14更窄。

如图1所示，只有第一连接元件10和第二连接元件11具有用于嵌入电路中的连接构件15，也就是说，中间元件14无法与电路连接。

电阻元件12、13的厚度小于连接元件10、11的厚度和中间元件14的厚度。这样一来，在将电阻器阵列8固定在电路板上时，特别地，电阻元件12、13能够与这个电路板保持一定距离。在制造电阻器阵列8时，也可以更容易地对电阻元件12、13中的至少一个进行调整。

此外，第一电阻元件12的厚度与第二电阻元件13的厚度有所不同，从而能够更好地适应两个电阻元件12、13的电阻值，特别是考虑到第一电阻元件12的电阻值小于、特别是明显小于第二电阻元件13的电阻值，以便如此强制实现不同的测量范围并提高测量值的独立性。

图2示出设有用于测量跨越第一电阻元件12的电压降的第一测量接头对9和用于测量跨越第二电阻元件13的电压降的第二测量接头对16，其中来自第一测量接头对9的第一测量接头和来自第二测量连接对的第二测量接头对应于中间元件14。

然而，如图3所示，在此情况下同样可能的是，设有用于测量跨越第一电阻元件12的电压降的第一测量接头对9以及用于测量跨越第一电阻元件12和第二电阻元件13的累积电压降的另一测量接头对19。

可以将这个测量装置集成在测量电路中，除了电阻器阵列8之外，这个测量电路还包括用于测量跨越第一电阻元件12而下降的第一电压的第一电压抽头、用于测量至少包括跨越第二电阻元件13的电压降的第二电压的第二电压抽头以及至少一个用于测定第一电压和第二电压的电子器件，其中设有用于对所测得的第一电压和所测得的第二电压进行比较的比较器，借助这个比较器可以对测量值的可靠性进行分析。

这个电子器件被设置成使得第一电压的测量和第二电压的测量可以彼此独立地进行。

附图标记列表

1第一带材

2第二带材

3第三带材

4第四带材

5第五带材

6第一部分复合体

7第二部分复合体

8电阻器阵列

9第一测量接头对

10第一连接元件

11第二连接元件

12第一电阻元件

13第二电阻元件

14中间元件

15连接构件

16第二测量接头对

17第一测量接头

18第二测量接头

19另一测量接头对