分流器是一种测量直流电流用的仪器，根据直流电流通过电阻时在电阻两端产生电压的原理制成
当你有勇气把长发剪成短发
前面写了一篇霍尔电流传感器霍尔是当前电动汽车上主回路电流测量的主要传感器类型在电流不太大的电动汽车电池包内也有选择另外一种电流传感器的情形分流器
1 分流器工作原理
分流器测量电流的原理很简单它本身是一个高精度电阻利用欧姆定律电阻两端的电压与阻值成正比测量分流器端电压即可得知回路电流值原理简单信息传递的链条短因而分流器具有反应灵敏反馈时间短的特点分流器是不要求检测电路与被测电路之间电气隔离场合的尚好选择
传感器检测电路参数的基本思路就是将高压信号如何转换成低压信号分流器检测电流的具体工作过程如下
分流器本身阻值很小精度很高可以长期通过大电流当回路接通时分流器两端可以测量到毫伏级别的电压用高精度电压表检测后由系统折算成电流值
为什么分流器还需要根据电路情况做选型简单说是为了有效使用电压表的量程比如一种满刻度为75mv的电压表要测量的对象是20A左右的电流你选择分流器阻值RR*20A最好落在75mV量程的中段偏上比如3mΩ到3.5mΩ算比较合适一个离谱的例子如果分流器内阻0.001mΩ20A通过时端电压只有0.02mV电路所有电流变化的测量结果都挤在千分之一的量程里而表的精度只有1%量程误差都比你的测量值大的多那么你的测量结果就是没有意义的
2 检测精度的影响因素
在实际应用中发现一般结构的分流器在测量小功率回路电流时准确性非常好但应用到大电流回路准确性就大打折扣应用于高频变换的回路中同样会出现测量值不准确的问题这是为什么呢
大电流检测
在以往的经验中人们发现大直流电检测场合影响准确性的主要因素是温度这里的温度即包含环境温度也包含分流器自身在通过大电流时电阻欧姆热带来的温升对阻值产生的影响
电阻与温度相关到底有多大的相关性是否值得采取方法去处理有人引入相关系数对温度与分流器阻值之间的关系进行定量研究相关系数公式如下
其中相关系数rxi为第i个样本的温度数值yi是第i个样本的电阻数值这个公式用来评估两个参数是否具有相关性r的绝对值越大相关性越强一般可按三级划分相关性|r|<0.4为低度线性相关0.4≤|r|<0.7为显著性相关0.7≤|r|<1为高度线性相关r符号为正称为正相关符号为负称为负相关
通过相关系数可以把感觉有关系的两个变量找到定量的相关性但相关系数也存在一些局限性当采样样本数量过小时计算的结果会受到偶然因素的影响暂且作为一个思考方法了解一下吧
有人对一种分流器的电阻与温度的关系进行了采样计算结果是0.941有非常强的相关性需要说明这里的相关性跟材料类型有很大关系不是每个分流器的相关系数都是0.941
这种接近线性的相关度温度必然会对电阻产生非常大的的影响但只要有明确的对应关系影响就可以在计算过程中得到补偿
在动力电池系统中我们看到分流器都是由BMS厂家配套供应的并且一般都会要求分流器与指定的BMS配合使用即使是同一批也不能随便调换这里就是BMS厂家对分流器测量结果进行了补偿不同分流器具体补偿值可能不同
3电感对分流器的影响
分流器的导体一般是圆形截面的金属条或者薄金属片在测量直流电流时基本可以认为分流器纯阻性元件但当回路中存在脉冲或者高频交流电时分流器的感性分量就不能再忽视
分流器的感性分量哪里来的分流器导体是一个三维实体在高频电流作用下导体内电流的分布明显出现肌肤效应大部分电流都集中在导体表面流动表面电流的高频变换在导体内外产生交变磁场磁场方向与导体流通的电流方向垂直变化磁场在导体电流方向上生成感应电流存在感应电流的情况下分流器两端的电压除了分流器内阻占压以外还要包含一部分感生电压
圆柱形导体分流器如果分流器导体直径比长度尺寸小得多则集肤效应带来的感生电压影响不大反之则会对测量结果产生影响
片状导体的分流器同样存在类似的现象主要集中在宽度方向上被称为边缘效应如果宽度足够小也会削弱边缘效应的影响
分流器也被制作成其他形状用以减弱集肤效应比如把导体制作成筒形或者一个大筒形套着一个小筒形这些构造都可以一定程度上减轻集肤效应带来的分流器电感对测量结果的影响但复杂的截面构造会带来成本的明显上升
怎样考虑分流器感性的影响电气元件本质上都是存在感性成分的只是不同场景下表现出来的主要特性不同我们才说哪个是阻性元件哪个包含感性成分主要考虑两个方面的因素一个是回路频率回路电流频率越高磁场变化率越大则感生电动势越大另一个因素分流器自身阻值的大小从分流器测量电流的过程可以知道主要是测量分流器端电压当内阻很大的时候少量的感生电动势叠加在端电压上对精度不构成明显影响自然也就不用考虑感性问题了
分流器选用的材质一般是锰铜康铜或者镍铬合金一方面考虑温度系数问题另一方面是在允许范围内提高自身阻值覆盖感性的影响内阻不能太小但为了避免大量发热又不能太大这个进退两难的问题是影响分流器在大电流回路应用的重要因素
电动汽车的电源虽然被称作高压直流但行车过程中出现的功率波动其电流的变化率也非常大分流器的测量也可能在一些时刻出现失真
往高端走的电动汽车对动力性能的要求越来越高百公里几秒都会出现在首秀文案里分流器恐怕不太适合他们的要求在低速小功率车型中分流器应该依然还有用武之地没有太多定量数据就先定性讨论一下