DE102004007851A1

DE102004007851A1 - Intelligente Anschlussvorrichtung

Info

Publication number: DE102004007851A1
Application number: DE102004007851A
Authority: DE
Inventors: Arthur Kurz; Klaus Wagner
Original assignee: Kromberg and Schubert GmbH and Co KG
Current assignee: KROMBERG & SCHUBERT KG, DE
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2024-02-18
Also published as: DE102004007851B4

Abstract

Die Erfindung richtet sich auf eine Anschlussvorrichtung für eine Batterie, insbesondere eine Fahrzeugbatterie, die zur elektrischen Verbindung von einem Batteriepol mit zumindest einem elektrischen Leiter dient. Da diese Anschlussvorrichtung aber auch den von der Batterie abgegebenen Strom erfassen soll, weist sie zu diesem Zweck ein Strommessmodul mit zumindest einem Messwiderstand und einer Messschaltung auf. Diese Messschaltung misst zumindest die anliegende Spannung am zugehörigen Messwiderstand. Da die Größe des Messwiderstandes bekannt ist, kann durch die anliegende Spannung und die vorbekannte Größe des Messwiderstandes der durchfließende Strom bestimmt werden, der sich nach der Gleichung I = U/R (I IDENTICAL Strom; U IDENTICAL Spannung; R IDENTICAL Widerstand) berechnet. Die von der Messschaltung erfassten Messdaten werden in analoger oder digitaler Form an einer Auswerte- bzw. Steuereinheit weitergeleitet. Um eine einfache und kostengünstige Anschlussvorrichtung zu erhalten, bei der nicht das Strommessmodul durch einen zusätzlichen Fertigungsschritt im Stromkreis im Bereich der Batterieklemme angeordnet werden muss, wird vorgeschlagen, dass der Messwiderstand in der Anschlussvorrichtung integriert ist, so dass die beiden Elemente einteilig ausgestaltet sind, wobei die Anschlussvorrichtung zwei vordefinierte Kontaktstellen aufweist, zwischen denen der Messwiderstand liegt und durch die die Messschaltung elektrisch anschließbar ist. DOLLAR A Ebenfalls umfasst die Erfindung auch ein Verfahren ...

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Anschlussvorrichtung für eine Batterie, insbesondere eine Fahrzeugbatterie, die zur elektrischen Verbindung von einem Batteriepol mit zumindest einem elektrischen Leiter dient, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art. Derartige Anschlussvorrichtungen (auch Polklemmen genannt) sind in verschiedensten Ausführungsformen vielfach bekannt. Im Gegensatz zu früheren Anschlussvorrichtungen verfügen diese Anschlussvorrichtungen nunmehr über ein Strommessmodul, womit der durchfließende Strom aus der Batterie erfasst werden kann. Über weitere Messgrößen wie z.B. die Spannung der Batterie und die Temperatur der Batterie lassen sich dann Rückschlüsse auf die Kapazität der Batterie schließen. Somit handelt es sich im Grunde genommen um eine intelligente Anschlussvorrichtung, da es nicht nur darum geht, den Strom aus der Batterie in ein Kabel zu leiten, sondern dabei auch die entsprechenden Messdaten zu erfassen. Anhand der erfassten Messdaten der Anschlussvorrichtung kann sichergestellt werden, dass die Kapazität der Batterie immer noch ausreicht, um das Fahrzeug auch nach einem längeren Ruhestand noch einmal Starten zu können.
Ebenfalls richtet sich die Erfindung auf ein Verfahren zur elektrischen Strommessung in Fahrzeugen, gemäß des Anspruchs 22.
Aus der Patentschrift DE 195 10 662 C2 ist ein aktives optisches Strommeßsystem bekannt, welches den durchfließenden Strom in einem Hochspannungsversorgungsnetzwerk erfassen soll. Bei diesem Strommeßsystem werden besonders hohe Anforderungen an die Isolationsfestigkeit der verwendeten Strom- und Spannungswandler gestellt. Da die zuvor genannten Probleme im Kraftfahrzeugbereich nicht derartig auftreten, ist aus diesem Grund eine teilweise elektrische Trennung der Messschaltung von dem übrigen Spannungsnetz durch ein optische Übertragungsstrecke nicht notwendig. Folglich stellt das erfindungsgemäße aktive optische Strommeßsystem aus der Patentschrift DE 195 10 662 C2 nur einen allgemeinen Stand der Technik da.
Ein weiteres Verfahren zur Strommessung ist aus der Offenlegungsschrift DE 199 06 276 A1 bekannt. Ebenfalls offenbart die Patentschrift DE 195 07 959 C1 eine Vorrichtung zur Strommessung an einer Hauptstromleitung eines Fahrzeug-Bordnetzes. Wie bereits erwähnt, gewinnt zunehmend die Notwendigkeit einer Messung des tatsächlich fließenden Batteriestromes im Fahrzeug und dessen Überwachung und Auswertung während des Fahrzeugbetriebs an Bedeutung. Grund dafür ist im wesentlichen die starke Zunahme an elektrischen Verbrauchern in Fahrzeugen. Aus diesem Grund wird bei dem zuvor erwähnten Stand der Technik eine zusätzliche Strommessschaltung im Bereich der Polklemme angebracht. Diese Strommessschaltung muss in Reihe zum fließenden Batteriestrom geschaltet werden. Aus diesem Grund wird die notwendige Messschaltung bzw. der Messwiderstand entweder zwischen zwei Teile der Batterieklemme geschaltet oder zwischen Batterieklemme und den abgehenden Leitungen. Auf jeden Fall wird das Strommessmodul als zusätzliches Teil in den Stromkreis nahe der Batteriepole angeordnet. Den Strom nämlich direkt an der Batterieklemme zu messen, bietet den Vorteil, dass ebenfalls die Temperatur der Batterie erfasst werden kann, die sich wesentlich auf die temporäre Kapazität der Batterie auswirkt. Nachteilig bei dem zuvor genannten Stand der Technik ist jedoch, dass das Strommessmodul als zusätzliches Teil im Batteriestromkreis angeordnet werden muss. Somit erhöhen sich die Fertigungskosten eines Fahrzeuges, da das zusätzliche Strommessmodul in einem weiteren Fertigungsschritt an der Batterieklemme angeschlossen werden muss.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zu Grunde eine Anschlussvorrichtung für eine Batterie, insbesondere eine Fahrzeugbatterie der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu entwickeln, bei der das gewünschte Strommessmodul nicht durch einen zusätzlichen Fertigungsschritt im Stromkreis im Bereich der Batterieklemme angeordnet werden muss. Des Weiteren sollen durch die Erfindung die Fertigungskosten einer solchen Anschlussvorrichtung reduziert werden. Ebenfalls liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur elektrischen Strommessung in Fahrzeugen durch die erfindungsgemäße Anschlussvorrichtung zur Verfügung zu stellen. Dieses Strommessverfahren soll mit möglichst wenig Aufwand einfach und unkompliziert zu Handhaben sein. Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angeführten Maßnahmen erreicht, denen folgende besondere Bedeutung zukommt. Das Verfahren zur elektrischen Strommessung in Fahrzeugen wird durch die erfindungsgemäß Anschlussvorrichtung in Anspruch 22 beschrieben.
Erfindungsgemäß dient die Anschlussvorrichtung für eine Batterie, insbesondere eine Fahrzeugbatterie, um eine elektrische Verbindung zwischen einem Batteriepol und zumindest einem elektrischen Leiter herzustellen. Ebenfalls soll diese Anschlussvorrichtung aber auch den von der Batterie abgegebenen Strom erfassen, wozu die Anschlussvorrichtung ein Strommessmodul mit zumindest einem Messwiderstand und einer Messschaltung aufweist. Diese Messschaltung misst zumindest die anliegende Spannung am zugehörigen Messwiderstand. Da die Größe des Messwiderstandes bekannt ist, kann durch die anliegende Spannung und die vorbekannte Größe des Messwiderstandes der durchfließende Strom bestimmt werden, der sich nach der Gleichung I = U/R (I ≡ Strom; U ≡ Spannung; R ≡ Widerstand) berechnet. Die von der Messschaltung erfassten Messdaten werden in analoger oder digitaler Form an einer Auswerte- bzw. Steuereinheit weitergeleitet. Erfindungsgemäß ist der Messwiderstand in der Anschlussvorrichtung derartig integriert, dass die beiden zuvor genannten Elemente einteilig ausgestaltet sind. Folglich ist der Messwiderstand unlösbar in der Anschlussvorrichtung angeordnet. Die Anschlussvorrichtung weist dabei zwei vordefinierte Kontaktstellen auf, zwischen denen der Messwiderstand liegt, durch die die Messschaltung elektrisch anschließbar ist. Genau zwischen diesen beiden vordefinierten Kontaktstellen ist die Größe des Messwiderstandes vorbekannt. Somit ist es möglich, den von der Batterie abgegebenen Strom, der durch die Anschlussvorrichtung fließt, exakt zu bestimmen. Dabei versteht es sich von selbst, dass der gesamte Strom, der von der Batterie abgegeben wird, durch den Messwiderstand in der Anschlussvorrichtung fließen muss. Da der Messwiderstand in der Anschlussvorrichtung integriert ist, entfällt eine spätere Montage des Messwiderstands. Hierdurch lassen sich, wie gewünscht, die Fertigungskosten deutlich reduzieren.
Vorzugsweise Weitergestaltungen der Anschlussvorrichtungen sind in den Ansprüchen 2 bis 21 beschreiben. In dem Anspruch 22 wird das Verfahren zur elektrischen Strommessung in Fahrzeugen durch die erfindungsgemäße Anschlussvorrichtung offenbart.
Eine erste grundlegende Ausführungsform der Anschlussvorrichtung geht aus den Unteransprüchen 2 bis 4 hervor. Bei der ersten grundlegenden Ausführungsform (gemäß Anspruch 2) ist der Messwiderstand durch eine Schweißverbindung in der Anschlussvorrichtung integriert. Zu diesem Zweck ist die Anschlussvorrichtung zuerst zweiteilig aufgebaut, wobei der Messwiderstand als elektrisches und mechanisches Bindeglied zwischen den beiden Teilen der Anschlussvorrichtung dient. Hierzu wird der Messwiderstand mit seiner linken Seite an dem linken Teil der Anschlussvorrichtung festgeschweißt und mit seiner rechten Seite an dem rechten Teil der Anschlussvorrichtung verschweißt. Um eine einfache und kostengünstige Schweißverbindung zu ermöglichen, ist es vorgesehen, dass der Messwiderstand über zwei parallele Flächen verfügt, an denen er links- und rechtsseitig mit den entsprechenden Teilen der Anschlussvorrichtung verschweißt wird. Aus diesem Grund eignet sich ein quaderförmiger Messwiderstand besonders. Selbstverständlich kann der Messwiderstand aber auch zylinderförmig oder andersartig ausgestaltet sein.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Anschlussvorrichtung ist die Schweißverbindung zwischen Messwiderstand und Anschlussvorrichtung bzw. Anschlussvorrichtung und Messwiderstand durch ein Elektronenstrahl- Schweißverfahren hergestellt. Das Elektronenstrahl-Schweißverfahren erzeugt nur eine sehr lokal begrenzte Erwärmung des Werkstückes im Bereich der Schweißverbindung. Solange jedoch noch keine weiteren Bauteile des Strommessmoduls an der Anschlussvorrichtung vorhanden sind, kann auch eine erhöhte Erwärmung der Anschlussvorrichtung hingenommen werden.
Ebenfalls ist es bei einer weiteren Ausführungsform denkbar, den Messwiderstand durch eine Lötverbindung in der Anschlussvorrichtung zu integrieren. Genau wie die Schweißverbindung stellt die Lötverbindung einen elektrischen Kontakt zwischen der Anschlussvorrichtung und dem Messwiderstand her. Ebenfalls kann eine derartige Anschlussvorrichtung mit einem integrierten Messwiderstand auch mechanischen Belastungen ausgesetzt werden. Selbstverständlich kann der Messwiderstand auch durch andere Verbindungsverfahren in der Anschlussvorrichtung integriert werden.
Bei der zweiten grundlegenden Ausführungsform der Anschlussvorrichtung besteht die gesamte Anschlussvorrichtung aus einem niederohmigen Material, so dass sie selbst den Messwiderstand bildet. Die Größe (gemessen in der Einheit Ohm) des Messwiderstands ist anhand der zwei vordefinierten Kontaktstellen eindeutig bekannt. Folglich ist die so konzipierte Anschlussvorrichtung nicht nur einteilig ausgestaltet, sondern auch materialeinheitlich. Bei dieser Ausgestaltung kann natürlich auch auf eine entsprechende Schweißverbindung oder Lötverbindung zwischen Messwiderstand und der übrigen Anschlussvorrichtung verzichtet werden. Die Größe des Messwiderstands kann durch die beiden vordefinierten Kontaktstellen gemessen werden. Sofern eine bestimmte Größe des Messwiderstands vorgegeben werden soll, ist dieses durch eine Verjüngung oder Erweiterung der Anschlussvorrichtung im Bereich zwischen den beiden vordefinierten Kontaktstellen möglich. Ist beispielsweise die Größe des Messwiderstands zu gering, so kann die Anschlussvorrichtung im Bereich zwischen den beiden vordefinierten Kontaktstellen durch Ausfräsungen oder Bohrungen entsprechend verjüngt werden, bis die entsprechende Größe des Widerstandswertes erreicht ist. Umgekehrt kann z.B. durch Auftragsschweißen der Bereich zwischen den beiden vordefinierten Kontaktstellen erweitert werden, wodurch sich die Größe des Messwiderstands verringern lässt. Auf jeden Fall ist nach jedem Bearbeitungsgang (ob Fräsen, Bohren oder Auftragsschweißen), der Widerstand zwischen den beiden vordefinierten Kontaktstellen zu messen.
Eine weitere Variante der Anschlussvorrichtung sieht vor, dass das Strommessmodul zumindest an den beiden vordefinierten Kontaktstellen direkt durch eine Lötverbindung mit der Anschlussvorrichtung verbunden ist. So kann beispielsweise eine Leiterplatte des Strommessmoduls mit entsprechenden Gegenkontaktstellen direkt auf die Kontaktstellen der Anschlussvorrichtung gelötet werden. Durch diese elektrische Verbindung des Strommessmoduls mit den entsprechenden Kontaktstellen können mögliche Störgrößen weitestgehend eliminiert werden. Zusätzlich kann durch diese Maßnahme das Strommessmodul auch mechanisch mit der Anschlussvorrichtung verbunden werden. Selbstverständlich können auch noch zusätzliche Befestigungselemente vorgesehen sein.
Bei einer gegensätzlichen Ausführungsvariante der Anschlussvorrichtung ist das Strommessmodul an den beiden vordefinierten Kontaktstellen indirekt durch Kontaktleitungen mit der Anschlussvorrichtung verbunden. Hierdurch ist es möglich, das Strommessmodul örtlich getrennt von der Anschlussvorrichtung anzuordnen. Außerdem ist die Verbindung zwischen Kontaktleitung und Anschlussvorrichtung einfacher herzustellen, da kein spezielles Lötverfahren verwendet werden muss. Allerdings ist diese Ausführungsvariante empfindlich gegenüber vorhandenen Steuergrößen.
Gemäß einer zusätzlichen Ausführungsvariante der Anschlussvorrichtung kann das Strommessmodul durch eine mechanische Befestigung am Messwiderstand oder an der Anschlussvorrichtung vorgesehen sein. Dabei kann das Strommessmodul z.B. geklebt oder verschraubt werden. Selbstverständlich sind auch andere mechanische Befestigungen denkbar.
Bei einer zusätzlichen Variante der Anschlussvorrichtung ist es vorgesehen, dass die Messschaltung die erfassten Messdaten über zumindest eine elektrische oder optische Signalleitung an die Auswerte- bzw. Steuereinheit weiterleitet. Über diese zusätzliche Signalleitung bzw. Signalleitungen kann ein Austausch der Messdaten oder anderer Steuerungsdaten erfolgen. Sofern eine komplette elektrische Entkopplung zwischen der Messschaltung und der nachgeordneten Auswerte- bzw. Steuereinheit gewünscht wird, sollte eine optische Datenübertragung für die erfassten Messdaten bzw. Signale eingesetzt werden.
Ebenfalls kann bei einer erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung vorgesehen sein, dass die Messschaltung wenigstens einen integrierten Schaltkreis enthält. Somit können auch komplexe Steuerungs- und Regelungsaufgaben durch die zuvor beschriebene Schaltung realisiert werden. Außerdem kann in der Regel auf standardisierte Bauteile (IC) zurückgegriffen werden, die bereits über die gewünschten Funktionen der Messschaltung verfügen.
Ferner kann bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung die Messschaltung die Temperatur als weiteren Messwert erfassen. Dabei ist es zweckmäßig, dass das Strommessmodul eine wärmeleitende Verbindung zur Oberfläche des Messwiderstands oder der Anschlussvorrichtung aufweist, um so exakt die Temperatur der Anschlussvorrichtung zu erfassen. Diese gibt nämlich einen genauen Aufschluss über die vorhandene Batterietemperatur. Da temporäre Kapazität der Batterie im Wesentlichen von deren Temperatur abhängt, spielt die Ermittlung der exakten Batterietemperatur eine wichtige Rolle. Als wärmeleitende Verbindung kann, wie bei den vordefinierten Kontaktstellen, eine Lötverbindung vorgesehen sein. Ebenfalls kann ein Temperatursensor der Messschaltung durch eine Temperaturleitpaste mit der Anschlussvorrichtung verbunden sein. Da der Messschaltung nunmehr auch die ermittelte Temperatur als Messwert vorliegt, kann eine Temperaturkorrektur der erfassten, temperaturabhängigen Messwerte anhand der ermittelten Temperatur vorgenommen werden. Folglich ist es möglich, die erfassten Messwerte möglichst exakt zu bestimmen, indem die Temperatur als Einflussgröße herausgerechnet wird.
Vorzugsweise kann bei einer besonderen Ausführungsform der Anschlussvorrichtung die Größe des Messwiderstands als Kalibrierwert in der Messschaltung gespeichert werden. Durch diese Maßnahme ist es möglich, die Fertigungstolleranzen des Messwiderstands, die sich in der unterschiedlichen Größe des Messwiderstands wiederspiegeln, zu berücksichtigen. Ebenfalls können Übergangswiderstände zwischen Anschlussvorrichtung und integrierten Messwiderstand erfasst werden. Nur bei einer genauen Bestimmung der Größe des Messwiderstands zwischen den beiden vordefinierten Kontaktstellen kann eine exakte Berechnung des durchfließenden Stroms stattfinden. Von daher muss jede Messschaltung auf den vorliegenden Messwiderstand eingerichtet werden. Folglich ist ein sogenannter „Off-Set" Abgleich bezüglich des vorhandenen Messwiderstands möglich.
Zu diesem Zweck ist bei einer weiteren Form der Anschlussvorrichtung vorgesehen, dass die Messschaltung über einer nicht-flüchtigen Speicher verfügt, in dem Daten, insbesondere Kalibrierwerte, Temperaturkompensationswerte, historische Messwerte und/oder Programme gespeichert sind. Durch die Verwendung eines nicht-flüchtigen Speichers kann sichergestellt werden, dass die gespeicherten Daten in der Messschaltung auch erhalten bleiben, sofern die Batterie einmal ausgetauscht werden muss oder über längere Zeitspanne keinen Strom geliefert hat.
Zusätzlich kann bei der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung vorgesehen sein, dass die Messschaltung externe Daten, Programme oder Steuerungs- bzw. Reglungsbefehle von anderen Geräten empfängt und weiterverarbeitet. Somit ist es möglich, auch auf extern zur Verfügung stehende Daten zurückzugreifen.
Bei einer besonderen Variante der Anschlussvorrichtung besteht der Messwiderstand im Wesentlichen aus CuMn12Ni (einer sogenannten Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung). Diese Kupferlegierung zeichnet sich dadurch aus, dass die Temperatur keinen bzw. nur einen geringen Einfluss auf den Widerstandswert hat.
Eine zusätzliche Ausführungsform der Anschlussvorrichtung sieht vor, dass zumindest ein Teil der Oberfläche der Anschlussvorrichtung mit Zinn versehen ist. Durch das verzinnen der Oberfläche kann die Anschlussvorrichtung gegenüber Umwelteinflüssen geschützt werden. Allerdings ist dabei zu beachten, dass der Bereich zwischen den beiden vordefinierten Kontaktstellen auf keinen Fall mit Zinn zu versehen ist.
Vorzugsweise kann bei einer anderen Form der Anschlussvorrichtung zumindest das gesamte Strommessmodul einschließlich des Messwiderstands mit einem Kunststoffmantel umhüllt werden, wobei der Kunststoffmantel das Strommessmodul gegen mechanische und andere äußere Störeinflüsse, insbesondere Feuchtigkeit schützt. Ebenfalls kann zusätzlich zum Strommessmodul und dem Messwiderstand auch die abgehenden Leiter sowie die Signalleitungen mit dem Kunststoffmantel umhüllt werden. Durch diese Maßnahme ist gleichzeitig eine mechanische Zugentlastung der Leiter sowie der Signalleitungen möglich. Außerdem kann das Strommessmodul zusätzlich durch den Kunststoffmantel mechanisch an der Anschlussvorrichtung befestigt werden.
Die erfindungsgemäße Anschlussvorrichtung gemäß der Ansprüche 1 bis 21 dient auch zur Durchführung des Verfahrens zur elektrischen Strommessung in Fahrzeugen.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutern, die die erfindungsgemäße Anschlussvorrichtung in mehreren Ausführungsbeispielen darstellen.
Es zeigen:
1 in Seitenansicht, eine Anschlussvorrichtung, insbesondere für eine Fahrzeugbatterie aus dem Stand der Technik mit einem zusätzlichen Strommessmodul, und
2 in Seitenansicht, eine erste grundlegende Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung mit einem integrierten Messwiderstand und
3 in Seitenansicht, eine zweite grundlegende Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung, wobei die gesamte Anschlussvorrichtung aus einem niederohmigen Material besteht, und
4 in perspektivischer Darstellung auf eine komplette Anschlussvorrichtung mit einem integrierten Messwiderstand und einem Strommessmodul, umhüllt mit einem Kunststoffmantel.
In 1 ist eine Anschlussvorrichtung 10' aus dem Stand der Technik dargestellt. Dabei ist deutlich zu erkennen, dass diese Anschlussvorrichtung 10' zweiteilig ausgestaltet ist. Der erste Teil der Anschlussvorrichtung 10' besteht aus dem Polbereich 10a', der zum Anschluss an die Fahrzeugbatterie dient. Der zweite Teil der Anschlussvorrichtung 10' besteht aus dem Leiterbereich 10b', an dem die entsprechenden Stromleiter 11 angeschlossen sind. Zwischen diesen beiden Teilen der Anschlussvorrichtung 10' ist ein Messwiderstand 13 in Reihe geschaltet. Zu diesem Zweck ist das gesamte Strommessmodul (also einschließlich des Messwiderstands 13) linksseitig mit dem Polbereich 10a' und rechtsseitig mit dem Leiterbereich 10b' verbunden, wobei zusätzliche Befestigungselemente 10d' vorgesehen sind. In der Regel wird das Strommessmodul 12 mit seinen entsprechenden Anschlussschienen 10c' durch die Befestigungselemente 10d' an den beiden Teilen der Anschlussvorrichtung 10' angeordnet. Die Befestigungselemente 10d' bestehen dabei aus Muttern und Schrauben. Die Größe des Messwiderstands 13 ist eindeutig durch die vordefinierten Kontaktstellen 17 gegeben. An diesen Kontaktstellen 17 ist auch die Messschaltung 16 elektrisch angeordnet. Folglich kann der durch den Messwiderstand 13 durchfließende Batteriestrom eindeutig bestimmt werden, da die Größe des Messwiderstands bekannt ist und die Spannung, die am Messwiderstand 13 anliegt, gemessen werden kann. Durch die zusätzliche Montage des Strommessmoduls 12 an der Anschlussvorrichtung 10' erhöhen sich insgesamt die Herstellungskosten deutlich. Außerdem bilden die Verbindungsstellen zwischen den Anschlussschienen 10c' und der Anschlussvorrichtung 10' einen kritischen Bereich, da die elektrische Leitfähigkeit durch die äußeren Umwelteinflüsse nach längere Zeit stark beeinflusst wird.
Die 2 zeigt eine erfindungsgemäße Anschlussvorrichtung 10 in der ersten grundlegenden Ausführungsform gemäß der Unteransprüche 2 bis 4. Die Anschlussvorrichtung 10 ist dabei einteilig ausgestaltet, indem der Messwiderstand 13 als ein fester Bestandteil bzw. ein Bindeglied in der Anschlussvorrichtung 10 integriert ist. Der Messwiderstand 13 (auch als Shunt bezeichnet) ist in Reihe zwischen einem Batteriepol (nicht dargestellt) und den davon abgehenden Leitern 11 geschaltet. Die Anschlussvorrichtung 10 kann sowohl beim Pluspol als auch beim Minuspol der Batterie eingesetzt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Messwiderstand 13 mittig in der Anschlussvorrichtung 10 angeordnet, wobei er durch eine Schweiß- oder Lötverbindung einerseits mit dem Polbereich 10a und andererseits mit dem Leiterbereich 10b der Anschlussvorrichtung 10 verbunden ist. Ohne den zwischen geschalteten Messwiderstand 13 wäre die Anschlussvorrichtung 10 (aus 2) zweiteilig durch den Polbereich 10a und Leiterbereich 10b aufgebaut.
Der Polbereich 10a weist einen Klemmbereich auf, der zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit dem Batteriepol dient. Wie in 4 ersichtbar ist, ist der Klemmebereich ringförmig ausgestaltet, wobei er einen Schlitz 23 enthält, der durch ein reversibles Befestigungselement, vorzugsweise eine Schrauben-Mutter-Verbindung 24, 25, verkleinert werden kann. Eine feste Verbindung (sowohl aus elektrischer als auch aus mechanischer Sicht) ist zwischen einem zylindrisch ausgestalteten Batteriepol und der Anschlussvorrichtung 10 erreichbar, indem die Mutter 24 auf der drehfest angeordneten Schraube 25 angezogen wird. Durch den vierkantartigen Kopf der Mutter 25 ist diese drehfest an der Anschlussvorrichtung 10 angeordnet. Am anderen Ende der Anschlussvorrichtung 10 ist der Leiterbereich 10b angeordnet, von dem die elektrischen Leiter 11 abgehen, die die Stromversorgung des Fahrzeuges sicherstellen. Diese Leiter 11 sind in der Regel durch eine Crimp-Verbindung mit der Anschlussvorrichtung 10 verbunden.
Der in den 1, 2 und 4 dargestellte Messwiderstand 13 ist quaderförmig ausgestaltet, wobei er jeweils mit seiner schmalen Stirnfläche mit der restlichen Anschlussvorrichtung 10 verbunden ist. Oberhalb des Messwiderstand 13 ist der restliche Teil des Strommessmoduls 12 vorgesehen. Die elektrische Verbindung zwischen den vordefinierten Kontaktstellen 17 und dem Strommessmodul 12 bzw. der Messschaltung 16 wird durch eine Lötverbindung realisiert. Diese kann durch ein IR-Lötverfahren oder ein Ofenlötverfahren erzielt werden. Zusätzlich zu den dargestellten Kontaktstellen 17 kann auch ein Temperatursensor mit dem Messwiderstand 13 oder einem anderen Bereich der Anschlussvorrichtung 10 verbunden sein, um möglichst genau die jeweilige Batterietemperatur erfassen zu können. Da die Größe des Messwiderstands 13 an den vordefinierten Kontaktstellen 17 messbar und damit eindeutig bekannt ist, kann der durch den Messwiderstand 13 fließende Batteriestrom exakt bestimmt werden.
Die 3 zeigt die zweite grundlegende Ausführungsform der Anschlussvorrichtung 10, gemäß der Ansprüche 5 und 6. Dabei besteht die gesamte Anschlussvorrichtung 10 aus einem niederohmigen Material. Vorzugsweise kann es sich hierbei um eine Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung (CuMn12Ni) handeln. Sofern eine bestimmte Größe für den Messwiderstand 13 gewünscht wird, kann der Bereich 14 zwischen den vordefinierten Kontaktstellen 17 verjüngt oder erweitert werden, indem Material abgetragen oder aufgetragen wird. So kann beispielsweise die Verjüngung 14 weiterausgefräst werden. Um eine exakte Widerstandsgröße zu erzielen, kann dieser Bereich zusätzlich mit einem Laser bearbeitet werden. Diese Bearbeitung der Anschlussvorrichtung 10 ist allerdings sehr aufwendig, weshalb es wesentlich einfacher ist, die Größe des Messwiderstands 13 zwischen den vordefinierten Kontaktstellen 17 auszumessen, und als Kalibrierungswert in der Messschaltung 16 zu hinterlegen bzw. speichern.
Eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung 10 geht aus der 4 hervor. Auch in dieser Figur ist zu erkennen, dass ein integrierter Messwiderstand 13 Anwendung findet. Direkt über dem Messwiderstand 13 bzw. der Verjüngung 14 ist das Strommessmodul 12 angeordnet. Dieses ist mit der Leiterplatte 18 an den vordefinierten Kontaktstellen 17 mit der Anschlussvorrichtung 10 verbunden. Der Messwiderstand 13, die Leiterplatte 18, die elektrischen Bauteile 19 auf der Leiterplatte 18 und der integrierte Schaltkreis 20 sowie die abgehenden Signalleitungen 21 bilden die Messschaltung 16 des Strommessmoduls 12. Das gesamte Strommessmodul 12 ist mit einem Kunststoffmantel 22 oder einem Gießharz umhüllt. Wie deutlich zu erkennen ist, sind die Leiter 11 sowie die Signalleitungen 21 ebenfalls teilweise von dem Kunststoffmantel 22 bzw. dem Gießharz umhüllt. Damit ist einerseits eine Zugentlastung der Leiter 11 sowie der Signalleitungen 21 möglich und anderseits sind die elektrischen Übergange der Leitungen 11, 21 zur Anschlussvorrichtung 10 bzw. Strommessmodul 12 gegen Feuchtigkeit und dgl. geschützt.
Es versteht sich von selbst, dass auch weitere IC's 20 und andere elektrische/elektronische Bauteile 19 auf der Leiterplatte 18 vorgesehen sein können. Vorzugsweise handelt es sich bei diesen Bauteilen 19 um sogenannte SMD's, die ohne Anschlussdrähte auskommen. Die Form der Leiterplatte 18 ist nicht auf einen rechteckigen Querschnitt beschränkt, sondern kann beliebig ausgestaltet sein. So kann die Leiterplatte 18 zum Beispiel auch einen bogen- oder wellenförmigen Verlauf innehaben.
Abschließend bleibt noch zu bemerken, dass die hier dargestellten Ausführungsformen der Anschlussvorrichtung 10 nur beispielhafte Verwirklichungen der Erfindung sind. Diese ist jedoch nicht auf die dargestellten Kombinationen beschränkt. Es versteht sich, dass die dargestellten Bauteile und deren Anordnungen auch in anderen Ausführungsformen und Konstruktionen bzw. Schaltungen vorhanden sein können, die über ähnliche Eigenschaften verfügen, wie diejenigen die hier beschrieben und beansprucht worden sind.

Stand der Technik

10': Zweiteilige Anschlussvorrichtung aus dem Stand der Technik
10a': Polbereich der Anschlussvorrichtung von 10'
10b': Leiterbereich der Anschlussvorrichtung von 10'
10c': Anschlussschienen
10d': Befestigungselement

Erfindung

10: Anschlussvorrichtung (einteilig)
10a: Polbereich der Anschlussvorrichtung von 10
10b: Leiterbereich der Anschlussvorrichtung von 10
11: Leiter
12: Strommessmodul
13: Messwiderstand (Shunt)
14: Verjüngung für 13
15: Verbindungsstelle zwischen 10 und 13 (Schweißnaht)
16: Messschaltung
17: Vordefinierte Kontaktstellen
18: Leiterplatte
19: Elektrische/elektronische Bauteile
20: Integrierter Schaltkreis (IC)
21: Signalleitungen
22: Kunststoffmantel/-umhüllung
23: Schlitz im ringförmigen Polbereich
24: Mutter
25: Schraube (mit vierkantigem Kopf)

Claims

Anschlussvorrichtung (10) für eine Batterie, insbesondere eine Fahrzeugbatterie, die zur elektrischen Verbindung von einem Batteriepol mit zumindest einem elektrischen Leiter (11) dient, mit einem Strommessmodul (12), das zumindest einen Messwiderstand (13) und eine Messschaltung (16) enthält, wobei die Messschaltung (16) zumindest die anliegende Spannung am Messwiderstand (13) erfasst und über die vorbekannte Größe des Messwiderstand (13) den durchfließenden Strom bestimmt, und die erfassten Messdaten in analoger oder digitalen Form an eine Auswerte- bzw. Steuereinheit weiterleitet, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwiderstand (13) in der Anschlussvorrichtung (10) integriert ist, so dass die beiden Elemente einteilig ausgestaltet sind, und die Anschlussvorrichtung (10) zwei vordefinierten Kontaktstellen (17), zwischen denen der Messwiderstand (13) liegt, aufweist, durch die die Messschaltung (16) elektrisch anschließbar ist.
Anschlussvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwiderstand (13) durch eine Schweißverbindung in der Anschlussvorrichtung (10) integriert ist.
Anschlussvorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißverbindung durch ein Elektronenstrahl-Schweißverfahren hergestellt ist.
Anschlussvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwiderstand (13) durch eine Lötverbindung in der Anschlussvorrichtung (10) integriert ist.
Anschlussvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Anschlussvorrichtung (10) aus einem niederohmigen Material besteht und somit selbst den Messwiderstand (13) bildet, wobei die Größe des Messwiderstand (13) anhand der zwei vordefinierten Kontaktstellen (17) eindeutig bekannt ist.
Anschlussvorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Messwiderstand (13) durch eine Verjüngung (14) oder Erweiterung der Anschlussvorrichtung (10) im Bereich zwischen den beiden vordefinierten Kontaktstellen (17) festlegbar ist.
Anschlussvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Strommessmodul (12) zumindest an den beiden vordefinierten Kontaktstellen (17) direkt durch eine Lötverbindung mit der Anschlussvorrichtung (10) verbunden ist.
Anschlussvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Strommessmodul (12) an den beiden vordefinierten Kontaktstellen (17) indirekt durch Kontaktleitungen mit der Anschlussvorrichtung (10) verbunden ist.
Anschlussvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Strommessmodul (12) mechanisch befestigt am Messwiderstand (13) oder der Anschlussvorrichtung (10) vorgesehen ist.
Anschlussvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messschaltung (16) die erfassten Messdaten über zumindest eine elektrische oder optische Signalleitung (21) an die Auswerte- bzw. Steuereinheit weiterleitet.
Anschlussvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messschaltung (16) wenigstens einen integrierten Schaltkreis enthält.
Anschlussvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messschaltung (16) zusätzlich die Temperatur als Messwert erfasst.
Anschlussvorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Strommessmodul (12) eine wärmeleitende Verbindung zur Oberfläche des Messwiderstands (13) oder der Anschlussvorrichtung (10) aufweist.
Anschlussvorrichtung (10) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Messschaltung (16) eine Temperaturkorrektur der erfassten, temperaturabhängigen Messwerte anhand der ermittelten Temperatur vornimmt.
Anschlussvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Messwiderstand (13) als ein Kalibrierwert in der Messschaltung (16) gespeichert ist.
Anschlussvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Messschaltung (16) über einen nicht-flüchtigen Speicher verfügt, in dem Daten, insbesondere Kalibrierwerte, Temperaturkompensationswerte, historische Messwerte und/oder Programme gespeichert sind.
Anschlussvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Messschaltung (16) externe Daten, Programme oder Steuerungs- bzw. Regelungsbefehle von anderen Geräten empfängt und weiterverarbeitet.
Anschlussvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwiderstand (13) im wesentlichen aus CuMn12Ni (Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung) besteht.
Anschlussvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Oberfläche der Anschlussvorrichtung (10) mit Zinn versehen ist.
Anschlussvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das gesamte Strommessmodul (12) mit dem Messwiderstand (13) mit einem Kunststoffmantel (22) umhüllt, wobei der Kunststoffmantel (22) das Strommessmodul (12) gegen mechanische und anderer äußere Störeinflüsse, insbesondere Feuchtigkeit schützt.
Anschlussvorrichtung (10) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Strommessmodul (12) und dem Messwiderstand (13) auch die Leiter (11) sowie die Signalleitungen (21) mit einem Kunststoffmantel (22) umhüllt sind.
Verfahren zur elektrischen Strommessung in Fahrzeugen durch eine Anschlussvorrichtung (10) gemäß der Ansprüche 1 bis 21.