CN102955132B - 电池传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电池、特别是用于机动车辆电池的电池传感器，具有：由导电材料制成的接线端(2)，用于将电池传感器(1)电连接在电池的连接触点上、特别是连接在电池的接地触点上；以及低阻值的电流检测电阻，用于测量电池用以放电或充电的电池电流。根据本发明，所述电池传感器包括多个从接线端(2)上突出的舌片(8-10)，用于将电流测量电阻(4)机械保持在接线端(2)上。

Description

电池传感器

技术领域

本发明涉及一种用于电池、特别是车载电池的电池传感器。

背景技术

在当今的机动车辆车载电网中，车载电池的电流(充电电流或放电电流)通过电池传感器来测量。电池传感器安装在接地端与电池接地端相连接的接线端内。电池电流的实际测量通常通过一个低阻值的电流检测电阻(“分流器”)来实现：当电池电流通过电流检测电阻时会产生电压降，根据该电压降可以按照欧姆定律推算出电池电流，例如可以使用电流检测电阻EP 0605800A1进行测量。此外还可在电池传感器中安装一个电子测量电路，如EP 1363131A1和EP 1030185A2。

以上这些电池传感器的问题是容易因操作不当而受机械损伤，例如当安装人员搬动与接地导线相连接的车载电池时，电池传感器不得不承受车载电池的全部重量，此时很容易因违规操作致使传感器受损。

根据DE 102004051489A1和DE 102004055848A1，电池传感器可有多种不同的构造方式，比如低阻值的电流检测电阻或构成接线端中独立的组成元件、或与接线端焊接在一起。但这种结构的电池传感器存在生产工艺较复杂和机械承载力不足的问题。

发明内容

因此，已针对上述问题提出了本发明。

本发明根据主要权利要求来实现改进的目的。

本发明优先针对车载电池设计，但同时也适用于其他类型的电池。此外需说明，本发明在电池容量和电压方面不受限制，并且原则上既适用于充电电池、也适用于非充电电池。

与现有技术水平一致的是，本发明的接线端也是由导电材料制成，且可以安装在电池的某一个电极上，以便在接线端和电池电极之间建立电子和机械的连接。为利于运行，优先将接线端安装在电池的接地端上，但原则上也可以将接线端安装在电池的电压极上。

此外，本发明还具有一个用于测量电池电流的低阻值电流检测电阻。当电池电流通过电流检测电阻时，可根据所产生的电压降按照欧姆定律计算出电池的电流。例如，本发明可使用EP 605800A1中所描述的电流检测电阻，但本发明原则上也可利用其他类型的电流检测电阻。

本发明的接线端具有多个向外突出的舌片，用于固定电流检测电阻。电流检测电阻得到这种形式的机械固定后，较前面所述的传统结构而言具备更大的机械承受力。

本发明所使用的术语“舌片”优先使用长条形的固定件，优先安装或模制在接线端的一侧，且各舌片最好具有矩形横截面，不过本发明也可采用具有其他形状横截面的舌片。

各舌片最好整体安置在接线端上，并且其芯部由与接线端相同的材料制成，这样就以一种简单又经济的方式将舌片与接线端连接起来。

在本发明的优选实施例中接线端上至少有一个舌片向外导电，以便与电流检测电阻的接口连接起来，特别是可以将该导电舌片与电流检测电阻熔焊或钎焊在一起。也就是说，该导电舌片具有机械和电路上的双重功能，即一方面用于电流检测电阻的机械固定，另一方面实现电流检测电阻的电接通。

此外，在本发明的优选实施例中，接线端上至少有一个舌片是对外绝缘，以避免该舌片与电流检测电阻相连通，否则会导致电流检测电阻短路。也就是说，接线端上的电绝缘舌片仅用于电流检测电阻的机械固定，并不具有电路连接功能。

在本发明的优选实施例中，接线端至少具有紧绕电流检测电阻上侧和下侧的电绝缘舌片各一片。这种结构的优点是，由于电流检测电阻上不连接接线端的接口通常连接着导线，所以这个接口就可以承受更大的机械作用力。如果该接口受到向上的作用力，则所述力由设置在电流检测电阻上侧的接线端舌片承受和导出；如果该接口受到向下的作用力，则所述力由设置在电流检测电阻下侧的接线端舌片承受和导出。

此外，本发明还内置了一个电子测量电路，用于测量电流检测电阻的电压降并进一步推算出电池电流。例如，可以使用如EP 1030185A2或EP 1363131A1描述的测量电路，但也并不限于该测量电路结构。

在优选实施例中，本发明具有一个用于安置测量电路的电路板，该电路板直接安放在电流检测电阻上侧。

将带有测量电路的电路板直接放置在电流检测电阻上是有利的，因为，一方面结构稳定、电感很低。

另一方面，在电路板和电流检测电阻之间有良好的热接触，由此可以将热电电压的影响降至最低。

在本发明的优选实施例中，电路板下侧具有两个用于测量电阻电压的电压分支/触头，这两个触头分别与电流检测电阻的两个接口相连接，尤其是可通过钎焊连接。测量电路(例如ASIC：Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)最好安置在电路板上侧，但也可以安置在电路板下侧。

本发明、特别是本发明内置的测量电路的供电电压(通常也就是电池电压)优先经由电压输入端输入。此外，本发明还可以通过测量电路测量供电电压。就是说，在优选实施例中，本发明不仅可以测量电池电流，还可以测量电池电压。

此外，本发明还具有一个数据输出端，以便能输出测量值(例如电池电流、电池电压等)。

在优选实施例中，数据输出端和电压输入端可安置在同一个插接触点中，这样就简化了电池传感器的电路结构。

数据输出端具有一个数字的数据总线，例如控制器局域网络总线(CAN-bus，Controller Area Network bus)或本地互连网络总线(LIN-bus，LocalInterconnect Network bus)。但本发明在数据输出端的数据结构方面并不限于以上总线类型，也可以使用其他并行或串行的总线类型。

此外，本发明还具有一个温度测量装置，可以测量多种温度或温度差。

一方面，该温度测量装置可以测量电流检测电阻的温度，以便在测量电池电流时能够考虑到由温度引起的电流检测电阻的电阻值波动。这样做很有益，因为在根据欧姆定律计算电池电流时，电流检测电阻的电阻值是必须已知的参数值。

另一方面，该温度测量装置能够测量电流检测电阻的各接口之间的温度差。这样做很有益，因为温度差会产生小的热电电压，从而进一步导致电压测量以及电池电流测量的失真。

在优选实施例中，本发明具有一个电绝缘的塑料外壳，将电流检测电阻、电路板、测量电路、插接触点、温度测量装置和/或接线端舌片完全或部分得包裹在内。

在本发明的优选实施例中，塑料外壳与舌片一起用于电流检测电阻的机械固定。也就是说，舌片只有与塑料外壳相结合才能实现其机械固定功能，因此舌片为了达到固定作用不必紧靠着电流检测电阻。但本发明也可以将舌片直接贴靠在电流检测电阻上，从而不依靠塑料外壳而独立地实现电流检测电阻的机械固定功能。

优选地，以上塑料外壳由热固塑料制成，其原因是多方面的。第一，热固塑料能良好地附着在金属上，便于制造。第二，热固塑料即便在与电流检测电阻金属之间的过渡区域也有良好的防湿气密性。第三，热固塑料的热膨胀系数与金属的热膨胀系数相适配，因此不会出现由温度变化引起的问题。第四，热固塑料的机械承受力高于其他塑料，由此也可进一步提高本发明的机械承载能力。第五，热固塑料在包封注塑时呈高度流动的液态，因此不会损坏电子元件，而热塑性塑料情况就不是这样。最后，使用热固塑料可简化制造过程，因为塑料外壳只需简单地包封注塑即可。

本发明在塑料外壳的材料方面不仅限于热固塑料，原则上也可以利用其他塑料，只要具备热传导性的特点，且热膨胀特性与电路板、电流检测电阻和/或测量电路的热膨胀特性相同。

需要说明的是，在优选实施例中，电流检测电阻的两个板状接口之一要伸出塑料外壳，这个突出的接口即为电源接口，以便导入或导出电池电流。

还需说明的是，本发明不仅限于以上所述的作为单独构件的电池传感器，而且也包括电池，本发明的电池传感器即安放在电池上侧。

附图说明

本发明的其他优势在从属权利要求或以下结合参考附图的优选实施例中还会得到进一步阐述。以下图例展示了：

图1本发明的分解视图，

图2A本发明的接线端透视图，

图2B本发明的接线端透视图，接线端内已安装电流检测电阻，

图2C某一安装步骤的透视图，其中电流检测电阻上已安装带有测量电路的电路板，

图2D某一安装步骤，其中电路板上连了一个插接触点，

图2E安装完成后的本发明透视图。

各附图展示了本发明的电池传感器1(见图2E)，该电池传感器可用于测量传统机动车辆电池的电流(充电电流或放电电流)。

具体实施方式

为此，电池传感器1内置有接线端2，该接线端插在机动车辆电池的接地端上，并通过螺栓凸缘3固定在接地端上，由此在接线端2和机动车辆电池的接地端建立电子和机械连接。

根据已知的四线技术，通过低阻值的电流检测电阻4来测量电池电流。电流检测电阻4可以是传统的构造方式，如EP 0605800A1所述。电流检测电阻4具有两个由导电材料(例如铜或铜合金)制作的板状接口5、6和一个由低阻值电阻合金(例如)自作的相同板状的电阻元件7，电阻元件7放置于接口5、6之间的电流路径中，从而使得电池电流经由接口5、6导入或导出电流检测电阻，并且从低阻值的电阻元件7中通过。也就是说，可根据低阻值的电阻元件7的电压降，按照欧姆定律计算出通过电流检测电阻4的电池电量。

为了将电流检测电阻4固定于接线端2，接线端2具有三个舌片8、9、10，这些舌片整体地模制在接线端2上，并相互平行地侧向伸出接线端2。

舌片10不仅用于电流检测电阻4的机械固定，也用于连接电池检测电阻4的接口6，如图2B所示。这样，电流检测电阻4的接口6在安装时通过钎焊与接线端2的舌片10连接在一起。为实现两者之间的电路连接，接线端2以及舌片10都由导电材料(例如黄铜)制成，舌片10对外不绝缘，以实现与接口6的电路连接。舌片10因此在该实施例中具有双重功能。一方面，舌片10在接口6下方支承着电流检测电阻4，达到机械固定作用；另一方面，舌片10也用于与电流检测电阻4之间的电路连接。

接线端2的另外两个舌片8、9则仅用于电流检测电阻4的机械固定。这样，舌片9在电流检测电阻4的下侧起到支承作用，而舌片8置于电流检测电阻4的上侧，这样两个舌片8、9在上侧和下侧同时固定了电流检测电阻4。

如图2C和2D所示，在电流检测电阻上侧安置了一个带有测量电路(未画出)的电路板11，电路板11下侧有两个电压分支触头，这两个触头通过钎焊与电流检测电阻4的两个接口5、6相连。这样，电路板11的两个触头可以测量电流检测电阻4的电压降。安在电路板11上侧的测量电路通过相应的导线与两个触头相连，由此可以测量电流检测电阻4内电阻元件7的电压降。此外，电路板11还有一个未画出的接地触点。

此外，本发明的电池传感器1还有插接触点12，该插接触点具有两个功能。

一方面，机动车辆电池的电池电压通过插接触点12输入，该电压可由设置在电路板11上的测量电路测量，同时也用于给电池传感器1供电。

另一方面，插接触点12还包括控制器局域网络总线(CAN-bus：ControllerArea Network bus)或本地互连网络总线(LIN-bus：Local Interconnect Networkbus)的数据输出端，以便输出测量电路测出的数据。

由热固塑料制成的塑料外壳13意义重大，该塑料外壳将电流检测电阻4、舌片8-10、电路板11和插接触点12包裹在内。

塑料外壳一方面用于电池传感器1的电绝缘对外气密封。

另一方面，塑料外壳13也用于电池传感器1的机械固定。电流检测电阻4的接口5从塑料外壳13中伸出。这样，作用在接口5上的机械力不仅由两个舌片8、9承受，也由塑料外壳13承受，因此塑料外壳同样有机械固定功能。此外，塑料外壳13填补了舌片8、9之间以及与电流检测电阻4之间的空间，使得舌片8、9也能达到电流检测电阻4的机械固定。

在此还需指出，设置在电路板11上的测量电路也可测量电流检测电阻4的两个接口5、6之间的温度差。其优势是可以计算出因热电电压造成的测量值波动，该热电电压是因为电流检测电阻的接口5、6之间的温度差而产生的。

此外，设置在电路板11上的温度测量装置也可测量电流检测电阻4的温度。其意义在于，因为电流检测电阻4的电阻元件7的电阻值会随着温度变化而产生略微波动。通过测量电阻元件7的温度，可以计算出温度波动引起的阻值变化。

本发明不仅限于以上描述的实施例，还可衍伸出多种改进和变化方案。这些改进和变化方案同样应用了本发明的构思，因此也属于专利保护范围内。此外，本发明还要求保护从属权利要求中的内容与特征，该保护与相关权利要求中的内容特征无关。因此，如塑料外壳的构思也属于本发明的保护范围内。

Claims (19)

1.一种用于电池的电池传感器(1)，具有

a)由导电材料制成的接线端(2)，用于将所述电池传感器(1)电连接在所述电池的连接触点上，

b)低阻值的电流检测电阻(4)，用于测量所述电池的用以放电或充电的电池电流，

其特征在于，

c)具有从所述接线端(2)上突出的多个舌片(8-10)，用于将所述电流检测电阻(4)机械地保持在所述接线端(2)上，

d)所述电流检测电阻(4)具有由一种导体材料制成的板状第一接口(6)和由所述导体材料制成的板状第二接口(5)，

e)所述电流检测电阻(4)具有由电阻合金制成的板状电阻元件(7)，

f)所述电阻元件(7)设置在两个接口(5、6)之间的电流路径中，

g)所述导体材料具有比所述电阻合金小的特定电阻，

h)所述接线端(2)的第一舌片(10)从下面机械支承所述电流检测电阻(4)的第一接口(6)，

i)所述接线端(2)的第一舌片(10)电接通所述电流检测电阻(4)的第一接口(6)，

j)所述电流检测电阻(4)的第二接口(5)构成电源接口，以便导入或导出电池电流，

k)所述接线端(2)的第二舌片(9)从下面支承所述电流检测电阻(4)，

l)所述接线端(2)的第三舌片(8)从上面支承所述电流检测电阻(4)，

m)所述接线端(2)的第二舌片(9)和第三舌片(8)对外电绝缘，以避免电接通所述电流检测电阻(4)，

n)所述第二舌片(9)和所述第三舌片(8)支承在两个接口(5、6)之间，以便承受用作电源接口的第二接口(5)上的机械载荷。

2.一种用于电池的电池传感器(1)，具有

a)由导电材料制成的接线端(2)，用于将所述电池传感器(1)电连接在所述电池的连接触点上，

b)低阻值的电流检测电阻(4)，用于测量所述电池的用以放电或充电的电池电流，

其特征在于，

c)具有从所述接线端(2)上突出的多个舌片(8-10)，用于将所述电流检测电阻(4)机械地保持在所述接线端(2)上，

d)具有电子测量电路，所述电子测量电路用于测量所述电流检测电阻(4)的电压并进一步推算出电池电流，

e)具有用于安置所述电子测量电路的电路板(11)，和/或

f)所述电路板(11)直接安放在所述电流检测电阻(4)上侧，和/或

g)所述电路板(11)下侧具有用于测量所述电流检测电阻(4)的电压的两个电压分支触头，所述电路板(11)的这两个触头与所述电流检测电阻(4)的两个接口能电连接，和/或

h)所述测量电路安置在所述电路板(11)上侧。

3.根据权利要求1或2所述的电池传感器(1)，其特征在于，所述舌片(8-10)一体地模制在所述接线端(2)上。

4.根据权利要求2所述的电池传感器(1)，其特征在于，所述接线端(2)的所述舌片中的至少一个舌片(10)向外导电，以便与所述电流检测电阻(4)的接口(6)电接通。

5.根据权利要求2所述的电池传感器(1)，其特征在于，

a)所述接线端(2)的所述舌片(8-10)中的至少一个舌片对外电绝缘，以避免该舌片与所述电流检测电阻(4)电接通，或

b)所述接线端(2)的两个舌片(8，9)对外电绝缘并且围绕所述电流检测电阻(4)的上侧和所述电流检测电阻(4)的下侧。

6.根据权利要求2所述的电池传感器(1)，其特征在于，

a)所述电池传感器(1)具有电压输入端，所述电压输入端用于馈入供电电压，和/或

b)所述测量电路由通过所述电压输入端输入的供电电压供应电能，和/或

c)所述测量电路不仅测量电池电流，还测量通过所述电压输入端输入的供电电压。

7.根据权利要求6所述的电池传感器(1)，其特征在于，

a)所述电池传感器(1)具有数据输出端，以便输出测量值，和/或

b)所述数据输出端和电压输入端安置在同一个插接触点(12)中，和/或

c)所述数据输出端具有数字的数据总线。

8.根据权利要求2所述的电池传感器(1)，其特征在于，具有用于测量所述电流检测电阻(4)的温度和/或用于测量所述电流检测电阻(4)的各接口之间的温度差的温度测量装置。

9.根据权利要求8所述的电池传感器(1)，其特征在于，

a)所述测量电路根据测得的所述电流检测电阻(4)的温度差计算所述电流检测电阻(4)的热电电压并在测量电池电流时考虑所述热电电压，和/或

b)所述测量电路根据测得的所述电流检测电阻(4)的温度计算由热引起的电阻变化并在测量电池电流时考虑所述由热引起的电阻变化。

10.根据权利要求2所述的电池传感器(1)，其特征在于，具有电绝缘的塑料外壳(13)，所述塑料外壳(13)将电流检测电阻(4)、电路板(11)、测量电路、插接触点(12)、温度测量装置和接线端(2)的舌片(8-10)包裹在内。

11.根据权利要求10所述的电池传感器(1)，其特征在于，

a)所述塑料外壳(13)由热固塑料制成，和/或

b)所述电流检测电阻(4)、所述电路板(11)、所述测量电路、所述插接触点(12)、所述温度测量装置和所述接线端(2)的舌片(8-10)用热固塑料包封注塑，和/或

c)所述塑料外壳(13)由基本上具有与所述电路板(11)和/或所述测量电路相同的热膨胀特性的塑料制成，和/或

d)所述塑料外壳(13)由能导热的塑料制成，和/或

e)所述电流检测电阻(4)的两个接口中的一个部分地伸出所述塑料外壳(13)，这个伸出的接口即为电源接口，以便导入或导出电池电流。

12.根据权利要求1或2所述的电池传感器(1)，其特征在于，所述电池为车载电池。

13.根据权利要求1或2所述的电池传感器(1)，其特征在于，所述接线端(2)用于将所述电池传感器(1)电连接在所述电池的接地触点上。

14.根据权利要求4所述的电池传感器(1)，其特征在于，所述接线端(2)的所述舌片中的至少一个舌片(10)与所述电流检测电阻(4)的接口(6)电接通通过将该舌片(10)与所述电流检测电阻(4)的接口熔焊或钎焊在一起而实现。

15.根据权利要求7所述的电池传感器(1)，其特征在于，所述数据总线是控制器局域网络总线或本地互连网络总线。

16.根据权利要求2所述的电池传感器(1)，其特征在于，所述电路板(11)的这两个触头与所述电流检测电阻(4)的两个接口能通过钎焊连接电连接。

17.一种电池，具有两个连接触点，其特征在于，根据上述权利要求之一所述的电池传感器(1)安装在一个所述连接触点上。

18.根据权利要求17所述的电池，其特征在于，其为车载电池。

19.根据权利要求17所述的电池，其特征在于，所述电池传感器(1)安装在电池的接地端上。