DE102004055847A1

DE102004055847A1 - Verfahren zur Fertigung einer Batteriesensorvorrichtung

Info

Publication number: DE102004055847A1
Application number: DE102004055847A
Authority: DE
Inventors: Andreas Heim
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2024-11-20
Also published as: DE102004055847B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung einer Batteriesensorvorrichtung. Die Batteriesensorvorrichtung umfasst eine unmittelbar an den Pol einer Kraftfahrzeugsbatterie anschließbare Befestigungsvorrichtung, ein mit der Befestigungsvorrichtung mechanisch und elektrisch verbundenes Trägerelement, einen Batteriesensor, wobei dieser einen planaren Meßshunt sowie eine Elektronikeinheit umfasst und wobei der Meßshunt als Widertandselement mit zwei als mechanische Träger ausgebildeten Widerstandsanschlüssen ausgestaltet ist. Die Elektronikeinheit ist an den Widerstandsanschlüssen elektrisch leitend befestigt, so dass das Widerstanselement schaltungstechnisch in die Elektronikeinheit integriert ist. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:
- Erstellen einer kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen und elektrisch isolierten Verbindung zwischen dem einen Ende des Trägerelements und einem ersten Widerstandsanschluss des Shunts,
- Erstellen einer stoffschlüssigen und elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem anderen Ende des Trägerelements und dem anderen Widerstandsanschluss des Shunts,
- Erstellen einer stoffschlüssigen und elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Widerstandsanschluss des Shunts, der kraft- und/oder formschlüssig mit dem Trägerelement verbunden ist, und den Kabellitzen eines Masseanschlusskabels.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung einer Batteriesensorvorrichtung. Die Batteriesensorvorrichtung umfasst dabei eine unmittelbar an den Pol einer Kraftfahrzeugbatterie anschließbare Befestigungsvorrichtung (Batterieklemme), ein mit der Befestigungsvorrichtung mechanisch und elektrisch verbundenes Trägerelement (vorzugsweise einteilig ausgebildet) sowie einen von dem Trägerelement aufgenommen bzw. an diesem angeordneten Batteriesensor. Der Batteriesensor wiederum setzt sich zusammen aus einem planaren Meßshunt sowie einer Elektronikeinheit zur Erfassung von Batteriezustandsgrößen. Der Meßshunt ist dabei als Widerstandselement mit zwei als mechanische Träger ausgebildeten Widerstandsanschlüssen ausgestaltet. Die beispielsweise als integrierter Schaltkreis aufgebaute Elektronikeinheit ist an den Widerstandsanschlüssen elektrisch leitend befestigt, so dass das Widerstandselement schaltungstechnisch in die Elektronikeinheit integriert ist.

Aus der WO 01/44825 A1 ist bereits eine derartigen Batteriesensorvorrichtung mit einer Befestigungsvorrichtung in Form einer Batterieklemme mit Trägerelement und einem mit dem Trägerelement verbundenen Batteriesensor bekannt. Gemäß der WO 01/44825 A1 wird der Batteriesensor hier über eine Schraubverbindung mit einem Masseanschlusskabel verbunden. Eine solche Schraubverbindung kann unter ungünstigen Betriebsbedingungen zu einer ungewollten Lösung der Verbindung und damit zum Ausfall der Energieversorgung führen.

Ferner ist eine, über die Firma Hella angebotene sogenannte „intelligente Batteriesensorik" bekannt, bei der der Anschluss des Masseanschlusskabels über eine Kabelendhülse erfolgt, die mit ihrem einen Ende die Litze des Masseanschlusskabels mittels einer Quetschverbindung aufnimmt und die mit ihrem verbleibenden freien plattenartigen Ende an zumindest zwei Längsseiten über linienartige Schweißnähte mittels Elektronenstrahlschweissung mit dem Widerstandsanschluss des Widerstandselements verbunden ist. Diese Verbindung hat sich weitestgehend bewährt, soll aber im Hinblick auf die Fertigung weiter vereinfacht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Fertigung bzw. Herstellung eines Batteriesensors der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches eine vereinfachte Herstellung der Batteriesensorvorrichtung ermöglicht und zugleich eine bestmögliche Funktionssicherheit des Sensors im späteren Einsatz gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die drei (insbesondere in genau dieser Reihenfolge) aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte gemäß dem vorliegenden Anspruch 1 entfallen sämtliche im Stand der Technik beschriebenen Nachteile. Es wird eine sichere Verbindung zwischen dem Batteriesensor und dem Masseanschlusskabel bei einer deutlich vereinfachten Herstellung erreicht. Das aufwendige Elektronenstrahlschweissverfahren unter Vakuum, wie es bislang zur Herstellung der zwei Linienschweißnähte zum Anschluss des Masseanschlusskabels (während des Fertigungsprozesses) erforderlich war, entfällt. Es wird erfindungsgemäß dadurch ersetzt, dass erst nach Erstellung der stoffschlüssigen Verbindung (durch Verlötung oder Elektronenstrahlschweissung oder leitfähige Verklebung) zwischen Trägerelement und Widerstandsanschluss in einem separaten nachgelagerten Fertigungsschritt eine stoffschlüssige Verbindung unmittelbar zwischen den Kabellitzen des Masseanschlusskabels und dem Widerstandsanschluss des Widerstandselements hergestellt wird. Damit ist lediglich noch die Linienschweißnaht zur Herstellung der elektrischen und mechanischen Verbindung zwischen dem Trägerelement und dem anderen Widerstandsanschluss vorab herzustellen. Aufgrund der nachgelagerten stoffschlüssigen Verbindung von Masseanschlusskabel und Widerstandsanschluss können bei einem Fertigungsprozessabschnitt ohne Masseanschlusskabel zum einen mehr Batteriesensoren als bisher auf gleichem Platz verarbeitet bzw. gefertigt werden und zum anderen ist bei gleicher oder gar verbesserter Verbindungsqualität eine schnellere Fertigung möglich, da zwei von drei der zeitintensiven Schweißvorgänge an dieser Stelle wegfallen.

Die einzige Figur zeigt eine gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Batteriesensorvorrichtung. Die Batteriesensorvorrichtung umfasst dabei eine unmittelbar an den Pol einer Kraftfahrzeugbatterie anschließbare Befestigungsvorrichtung 6 (ringförmige Batterieklemme), ein mit der Befestigungsvorrichtung 6 mechanisch und elektrisch verbundenes Trägerelement 11 sowie einen Batteriesensor 1. Der Batteriesensor 1 umfasst wiederum einen planaren Meßshunt 2 sowie eine Elektronikeinheit 4 zur Erfassung von Batteriezustandsgrößen wie Strom, Spannung, Temperatur oder dergleichen. Dabei ist der Meßshunt 2 als Widerstandselement 2b mit zwei als mechanische Träger ausgebildeten Widerstandsanschlüssen 2a ausgestaltet und die Elektronikeinheit 4 an den Widerstandsanschlüssen 2a elektrisch leitend befestigt, so dass das Widerstandselement 2b schaltungstechnisch in die Elektronikeinheit 4 integriert ist. Die Elektronikeinheit 4 kann zumindest bereichsweise mit einem Isoliermaterial umspritzt sein. In jedem Fall weist die Elektronikeinheit 4 eine entsprechende elektrische Stechverbindung S zur Kontaktierung mit einem Steuergerät und/oder dem anderen Batteriepol auf.
Die Batteriesensoreinheit 1 ist über das Trägerelement 11 lediglich mittelbar mit einer in Form einer Batteriepol-Anschlussklemme ausgebildeten Befestigungsvorrichtung 6 über erste Verbindungsmittel 10 (Verbindungssteg der einteilig ausgebildeten Batterieklemme-Träger-Einheit) verbunden. Dabei ist das Trägerelement 11 bevorzugt als im Querschnitt gesehen L-förmiger (insbesondere plattenartiger) Träger ausgebildet, der im Bereich des freien Endes seines langen L-Schenkels aus Montagegründen (und zur Bildung eines Bauraums zur geschützten Unterbringung des Batteriesensors) doppelt abgewinkelt ist. Die Batteriesensoreinheit 1 bzw. deren Meßshunt 2 ist über einen ihrer/seiner Widerstandsanschlüsse 2a mit dem freien Ende des kürzeren L-Schenkels stoffschlüssig (insbesondere verlötet oder verschweißt) mechanisch und elektrisch leitend und mit ihrem anderen Widerstandsanschluss 2a kraftformschlüssig und elektrisch isoliert über eine Schraubverbindung verbunden, so dass der Meßshunt 2 i.w. parallel zum längeren Schenkel des Trägerelements 11 angeordnet ist. Mit Vorteil ist die Elektronikeinheit 4 auf der dem Trägerelement 11 zugekehrten Seite des Meßshunts 2, und somit in dem sich ergebenden Hohlraum zwischen Trägerelement 11 und Meßshunt 2, geschützt angeordnet. Im Bereich der Verschraubung sind zwischen Widerstandsanschluss 2a und Trägerelement 11 sowie zwischen Schraube 100 und Trägerelement 11 in allen Kontaktzonen Isoliermittel 13 vorhanden, so dass eine elektrische Verbindung zwischen dem Trägerelement 11 und dem Meßshunt 2 ausschließlich über die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Trägerelement 11 und dem entsprechenden Widerstandsanschluss (Montagestelle I) erfolgt.
Die Schraube 100 der Schraubverbindung kann als selbstschneidende Gewindeschraube ausgebildet sein, die in ein vorgebohrtes Loch im Zuge der Fertigung der Batteriesensorvorrichtung ein Gewinde schneidet und hierdurch die Montage der Einheit deutlich erleichtert. Ein separater vorheriger Gewindeschneidarbeitsschritt entfällt hierdurch.
Der Widerstandsanschluss 2a der isolierten Verbindungsseite weist vorzugsweise eine Länge und/oder Breite auf, die derart bemessen ist, dass der Widerstandsanschluss 2a über das im wesentlichen parallel zum Meßshunt 2 angeordnete Trägerelement 11 hinausragt. Der hervorstehende Bereich des Widerstandsanschlusses 2a dient der insbesondere stoffschlüssigen Verbindung mit dem Masseanschlusskabel 8. Auch hierdurch wird eine besonders vorteilhafte Fertigung ermöglicht.
Um die elektrische Verbindung zwischen der Batteriesensoreinheit 1 und der Batterie bzw. der Befestigungsvorrichtung 6 (Batterieanschlussklemme) auch im Falle eines Abrisses der Batteriesensoreinheit 1 von der Befestigungsvorrichtung 6 sicherzustellen, ist vorzugsweise ein zweites Verbindungsmittel 20 vorgesehen. Das zweite Verbindungsmittel 20 ist vorzugsweise als Kabel ausgebildet. Mit Vorteil ist das Verbindungsmittel 20 zumindest mit dem Trägerelement 11 der Batteriesensoreinheit 1 bzw. mit einem Widerstandsanschluss 2a des Meßshunts 2 stoffschlüssig oder kraft und/oder formschlüssig verbunden. Insbesondere ist das als Kabel ausgebildete Verbindungsmittel 20 stoffschlüssig (beispielsweise verlötet oder verschweißt) oder über eine verschraubte Kabelschuhverbindung mit seinem einen freien Ende mit der Befestigungsvorrichtung 6 und mit seinem anderen freien Ende mit dem Trägerelement 11 oder einem Widerstandanschluss 2a des Meßshunts 2 verbunden.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann demnach eine Einheit aus einteiliger Batterieklemme 6/Trägerelement 11 – Einheit und dem Batteriesensor 1 vormontiert werden. Hierfür wird der Meßshunt 2 nebst darauf montierter Elektronikeinheit 4 (Batteriesensor 1) über eine Schraubverbindung auf die Unterseite des L-förmigen bereichsweise doppeltabgewinkelten Trägerelements 11 geschraubt (Montagestelle I). Dies geschieht vorzugsweise indem eine selbstschneidende Gewindeschraube 100 durch ein Führungsloch im Trägerelement 11 hindurch in ein vorgebohrtes Durchgangsloch des einen Widerstandsanschlusses 2a geschraubt wird und so den Batteriesensor 1 mit dem Trägerelement 11 mechanisch verbindet. Dabei ist die Gewindeschraube 100 durch die Isoliermittel 13 im Bereich des Führungsloches sowie auf der dem Schraubenkopf zugekehrten Oberfläche des Trägerelementes 11 und das Trägerelement 11 selbst auf seiner dem Widerstandsanschluss 2a zugekehrten Seite gegen den Meßshunt 2 elektrisch isoliert. Die Isoliermittel 13 sind bevorzugt durch eine bereichsweise Beschichtung (mit Isolierlack oder Isolierkeramik) realisiert. Alternativ ist auch denkbar die Isolierung dadurch zu realisieren, dass das Material (hier: das aus Messing bestehende Trägerelement 11) bereichsweise einer Materialbehandlung unterzogen wird, durch die das Material im behandelten Bereich dauerhaft Isoliereigenschaften aufweist (z.B. Erzeugen einer isolierenden Oxidschicht durch Lasern). Mit seinem anderen Widerstandsanschluss 2a liegt der Meßshunt 2 mit dem stirnseitigen Ende des kurzen L-Schenkelteils zusammen und wird hier (Montagestelle II) mit diesem stoffschlüssig verbunden (insbesondere verlötet oder verschweißt). An dieser Stelle entsteht durch die stoffschlüssige Verbindung eine elektrisch leitende und mechanisch feste Verbindung zwischen Trägerelement 11 und Meßshunt 2. Abschließend wird der Meßshunt 2 mit seinem nicht stoffschlüssig mit dem Trägerelement 11 verbundenen Widerstandsanschluss 2a, welcher auch bereichsweise über das Trägerelement 11 hinausragt stoffschlüssig mit dem Masseanschlusskabel 8 verbunden (Montagestelle III). Hierfür wird das Masseanschlusskabel 8 unmittelbar mit seinen Kabellitzen auf der Oberfläche des Widerstandsanschlusses 2a aufgelötet oder aufgeschweißt. In einem letzten Verfahrensschritt wird das der redundanten elektrischen Verbindung dienende zweite Verbindungsmittel 20 (eine Art elektrisches Fangkabel) jeweils einendig mit der Batterieklemme 6 und anderendig mit dem Trägerelement 11 elektrisch leitend, insbesondere stoffschlüssig verbunden (Montagestelle IVa, IVb, IVb').

Claims

Verfahren zur Fertigung einer Batteriesensorvorrichtung mit – einer unmittelbar an den Pol einer Kraftfahrzeugbatterie anschließbaren Befestigungsvorrichtung (6) – einem mit der Befestigungsvorrichtung (6) mechanisch und elektrisch verbundenen Trägerelement (11), – einem Batteriesensor (1), wobei dieser einen planaren Meßshunt (2) sowie eine Elektronikeinheit (4) umfasst, und wobei der Meßshunt (2) als Widerstandselement (2b) mit zwei als mechanische Träger ausgebildeten Widerstandsanschlüssen (2ai, 2aii) ausgestaltet ist, die Elektronikeinheit (4) an den Widerstandsanschlüssen (2ai, 2aii) elektrisch leitend befestigt ist und das Widerstandselement (2b) schaltungstechnisch in die Elektronikeinheit (4) integriert ist, umfassend folgende Verfahrensschritte: – Erstellen einer kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen und elektrisch isolierten Verbindung zwischen dem einen Ende des Trägerelements (11) und einem ersten Widerstandsanschluss (2ai) des Meßshunts (2), – Erstellen einer stoffschlüssigen und elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem anderen Ende des Trägerelements (11) und dem anderen Widerstandsanschluss (2aii) des Meßshunts (2), – Erstellen einer stoffschlüssigen und elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem ersten Widerstandsanschluss (2ai) des Meßshunts (2), der elektrisch isoliert und kraft- und/oder formschlüssig mit dem Trägerelement (11) verbunden ist, und den Kabellitzen eines Masseanschlusskabels (8).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisches Verbindungsmittel (20) zwischen der Befestigungsvorrichtung (6) und dem Trägerelement (11) angeordnet wird, insbesondere eine Kabelverbindung mit ihrem einen Ende stoffschlüssig mit der Befestigungsvorrichtung (6) und mit ihren anderen freien Ende stoffschlüssig oder kraftschlüssig oder kraftformschlüssig mit dem Trägerelement (11) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – dass Trägerelement (11) plattenförmig ausgebildet ist, – der planare Meßshunt (2) parallel zum Trägerelement (11) angeordnet wird, – der Meßshunt (2) und das Trägerelement (11) einseitig stoffschlüssig und elektrisch leitend miteinander verbunden werden und anderendig elektrisch isoliert kraft- und/oder formschlüssig miteinander verbunden werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch isoliert mit dem Trägerelement (11) verbundene Widerstandsanschluss (2ai) des Meßshunts (2) in seiner Länge und/oder Breite derart bemessen ist, dass er seitlich über das Trägerelement (11) hinausragt und das Masseanschlusskabel (8) in diesem das Trägerelement (11) überragenden Bereich mit dem Widerstandsanschluss (2ai) verbunden wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolation der elektrisch isolierten Verbindung zwischen Trägerelement (11) und dem ersten Widerstandsanschluss (2ai) durch eine isolierende Beschichtung des Trägerelements (11), insbesondere mittels Lack oder Flüssigkeramik, oder durch eine bereichsweise Materialbehandlung des Trägerelements (11), insbesondere durch Lasern, erfolgt.