DE102005021959A1

DE102005021959A1 - Batteriestromsensor für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102005021959A1
Application number: DE200510021959
Authority: DE
Inventors: Heinrich-Wilhelm Dreiskemper; Holger Lenhard
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 2005-05-12
Filing date: 2005-05-12
Publication date: 2006-11-23
Also published as: WO2006119953A1

Abstract

Beschrieben wird ein Batteriestromsensor für ein Kraftfahrzeug, mit einem in den Batteriestromkreis eingefügten Meßwiderstand, wobei der Meßwiderstand einen Kern aus einem ersten Material mit einem gleichmäßigen Querschnitt und zwei mit dem Kern fest verbundene Hülsen aus einem zweiten Material aufweist, wobei das zweite Material niederohmiger ist als das erste Material.

Description

Die Erfindung betrifft einen Batteriestromsensor für ein Kraftfahrzeug, mit einem in den Batteriestromkreis eingefügten Meßwiderstand.

Ein Batteriestromsensor, der mechanisch unmittelbar an einer Polklemme der Batterie angeordnet ist, ist aus der DE 199 61 311 A1 bekannt. Bei dem hierin beschriebenen Batteriestromsensor ist der Meßsensor als Meßwiderstand ausgebildet und über Lötverbindungen mit einer Leiterplatte verbunden. Hierbei sind die Kontaktflächen des Meßsensors aus Kupfer gefertigt, während der eigentliche Meßwiderstand aus Manganin besteht; der so gebildete Meßsensor soll dadurch den gleichen Temperaturausdehnungskoeffizienten wie das verwendete Platinenmaterial aufweisen.

Die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung DE 10 2004 053 650 zeigt einen Batteriestromsensor mit einem streifenförmigen Meßwiderstand, der einstückig angeformte zylinderförmige Endabschnitte aufweist. Die zylinderförmigen Endabschnitte dienen zur Stromzuleitung in bzw. Stromableitung aus dem Meßwiderstand, und werden durch als Drehgelenke ausgebildete Verbindungsmittel kontaktiert. Ein mittlerer, streifenförmige Bereich mit einem gegenüber den Endabschnitten kleinem Querschnitt bildet den Widerstandsbereich des Meßsensors aus.

Vorteilhaft an diesem Meßwiderstand ist, daß er einstückig ausgebildet ist und damit einen einfachen Aufbau aufweist. Nachteilig ist allerdings, daß die Herstellung einer Querschnittsverjüngung zur Realisierung des Widerstandsbereiches recht aufwendig ist.

Daher ergab sich die Aufgabe, einen Batteriesensor mit einem besonders einfachen und kostengünstigen Meßwiderstand zu schaffen, der auf einfache Weise an die Umgebung angekoppelt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Meßwiderstand einen Kern aus einem ersten Material mit einem gleichmäßigen Querschnitt und zwei mit dem Kern verbundene Hülsen aus einem zweiten Material aufweist, wobei das zweite Material niederohmiger ist als das erste Material.

Bei dem erfindungsgemäßen Batteriesensor besteht somit der Widerstandsbereich aus einem ersten Material mit einem über seine Länge konstanten Querschnitt, der beispielsweise quadratisch, rechteckig und vorzugsweise rund ausgebildet sein kann. Damit kann bei diesem Meßwiderstand auf eine aufwendige Formgebung des Widerstandsbereiches verzichtet werden; statt dessen kann dieser Abschnitt durch einfaches Zuschneiden eines stabförmigen Rohlings aus dem Widerstandsmaterial gefertigt werden.

Um besonders gut leitende Bereiche für die Stromzuführung zu realisieren, wird dieser Widerstandsbereich mit zwei besonders gut leitenden Hülsen aus einem niederohmigen Material fest verbunden. Durch die feste Verbindung, die auf vorteilhafte Weise durch Crimpen hergestellt werden kann, werden Übergangswiderstände zwischen den Hülsen und dem Kern vermieden.

Um eine Abdichtung des Meßwiderstands gegen äußere Einflüsse zu erreichen, ist es vorteilhaft insbesondere den Überlappungsbereich zwischen dem Kern und den Hülsen mit einer Kunststoffumspritzung zu versehen. Diese Kunststoffumspritzung kann wiederum vorteilhaft ein Teil eines Sensorgehäuses ausbilden, welches beispielsweise eine Schaltungsanordnung zur Verarbeitung der am Meßwiderstand abfallenden Signalspannung aufnehmen kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Batteriesensors sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung dargestellt und näher erläutert.
Es zeigen
1 einen vormontierten Meßwiderstands,
2 eine Schnittansicht des Meßwiderstands,
3 einen endmontierten Meßwiderstand,
4 eine alternative Ausführung eines Meßwiderstands in einer Schnittansicht,
5 einen Batteriesensor mit einem Meßwiderstand.
Die 1 zeigt die zusammengefügten, aber noch nicht endmontierten Elemente eines Meßwiderstands (1) für einen Batteriesensor eines Kraftfahrzeugs. Der Meßwiderstand (1) besitzt einen zylinderförmigen Kern (4) aus einem Widerstandsmaterial, vorzugsweise aus Manganin. Auf die Endabschnitte des Kerns (4) sind hülsenförmige Anschlußelemente, im folgenden kurz als Hülsen (5) bezeichnet, aufgeschoben.
Da die Hülsen (5) die Anschlußbereiche des Meßwiderstands (1) bilden, sind sie aus einem möglichst gut leiten Material, vorzugsweise aus Kupfer gefertigt, um die Übergangswiderstände zu anzufügenden Anschlußmitteln möglichst gering zu halten.
Der Kern (4) bildet den Widerstandsbereich des Meßwiderstands (1) aus und ist daher aus einem Material gefertigt, welches einen, verglichen mit dem Hülsenmaterial, spezifisch höheren Widerstand aufweist. Bevorzugt besteht der Kern (4) aus Manganin.
Der Kern (4) weist in seiner Längsrichtung einen gleichmäßigen Querschnitt, also einen Querschnitt mit konstanter Form und Abmessung auf. Hieraus ergeben sich als Vorteile, daß der Kern (4) ein einfaches kompaktes Bauteil bildet, welches einfach zu fertigen ist und zudem die in einem Kraftfahrzeug auftretenden, teilweise recht hohen Batterieströme auf einen relativ großen Querschnitt verteilt.
Selbstverständlich kann der Kern (4) statt einer kreisförmigen Querschnittsfläche auch eine ovale, quadratische, rechteckige oder sonstige vieleckige Querschnittsform aufweisen.
Die 2 zeigt in einer Schnittdarstellung die auf die Endabschnitte des Kerns (4) aufgesteckten Hülsen (5). Durch ein einfaches Aufstecken bleibt aber sowohl die mechanische als auch die elektrische Verbindung zwischen dem Kern (4) und den Hülsen (5) qualitativ unzureichend. Daher werden in einem weiteren Fertigungsschritt feste, das heißt nicht oder nur bedingt lösbare Verbindungen zwischen dem Kern (4) und den Hülsen (5) hergestellt.
Eine hierzu bevorzugte Möglichkeit besteht darin, die Hülsen (5) und den Kern (4) unter hohem mechanischen Druck miteinander zu verpressen. Dieser auch als Crimpen bezeichnete Vorgang bewirkt, daß die Umfangsflächen (6) der Hülsen (5) abschnittsweise mit einer sehr hohen Kraft beaufschlagt werden, wodurch die Hülsen (5) in radialer Richtung gestaucht und mit dem Kernmaterial untrennbar verpreßt werden. Neben der festen mechanischen Verbindung wird hierdurch gleichzeitig eine gute elektrische Ankopplung an den Kern (4) erreicht.
Wie die 3 zeigt, kann sich bei diesem Fertigungsschritt durch die Krafteinwirkung die Form der beaufschlagten Abschnitte (6) ändern. Vormals kreisförmige Abschnitte (6) der Hülsen (5) weisen nach dem Crimpvorgang beispielsweise eine Sechskantform auf.
Ein alternative Möglichkeit zum Verbinden von Kern (4) und Hülsen (5) besteht darin, die Hülsen (5) auf den Kern (4) aufzuschrumpfen. Dies ist in der 4 angedeutet.
Die Ausnehmungen (8) in den Hülsen (5) sind hierzu im Durchmesser etwas geringer ausgeführt als der Durchmesser des Kerns (4). Erst nach einer starken Erwärmung der Hülsen (5) ist, aufgrund der damit einhergehenden thermischen Ausdehnung, der Kern (4) in die Hülsenausnehmungen (8) einsetzbar. Nach dem Abkühlen der Hülsen (5) ist eine feste Verbindung zum Kern (4) hergestellt.
Eine weitere, in den Figuren nicht dargestellte Möglichkeit zur Herstellung einer festen Verbindung zwischen dem Kern und den Hülsen besteht darin, diese miteinander zu verschrauben. Hierzu sind die Endabschnitte des Kerns und die Ausnehmungen der Hülsen jeweils mit einem Gewinde zu versehen.
Die elektrische Verbindung des Meßwiderstands mit der Fahrzeugbatterie bzw. mit den Verbrauchern des Fahrzeugbordnetz kann auf vorteilhafte Weise über Anschlußelemente erfolgen, wie sie in der DE 10 2004 053 650 beschrieben sind. Die darin dargestellten Anschlußelemente sind zunächst drehbar auf die Endabschnitte der Hülsen aufgesteckt, wodurch ihre mechanische Lage dem Verlauf der Leiterführung des Bordnetzes entsprechend ausgerichtet werden kann. Ist dies geschehen, so werden die Anschlußelemente, vorzugsweise ebenfalls durch Crimpen, an den Hülsen mechanisch festgelegt.
In der 5 ist ein vollständig aufgebauter Batteriestromsensor in einer Schnittansicht dargestellt. Der Batteriestromsensor weist einen Meßwiderstand (1) auf, der aus einem Kern (4) und den damit verbundenen Hülsen (5) besteht. In seinem mittleren Bereich, der die Überlappungsbereiche des Kerns mit den Hülsen (5) einschließt, ist der Meßwiderstand (1) mit einer Kunststoffumspritzung (3) versehen, die ein Teil eines Gehäuses (2) ausbildet. Das Gehäuse (2) besitzt als ein weiteres Gehäuseteil einen Gehäusedeckel (9), der mit der Kunststoffumspritzung (3), vorzugsweise mittels einer Laserschweißung, verbunden ist.
Die Hülsen (5) weisen vorteilhafterweise Anformungen (11) auf, wie beispielsweise entlang des Umfangs verlaufende Nuten, welche eine formschlüssige Verbindung mit der Kunststoffumspritzung (3) herstellen und dadurch die Lage des Gehäuses (2) relativ zum Meßwiderstand (1) sichern.
Innerhalb des Gehäuses (2) ist eine Meßschaltungsanordnung auf einen Schaltungsträger (10), der insbesondere als Leiterplatte oder Keramiksubstrat ausgeführt sein kann, aufgebaut. Die Meßschaltungsanordnung erhält das auszuwertende Meßsignal über Verbindungsmittel (7) zugeführt, die sowohl mit dem Schaltungsträger (10) als auch mit den Hülsen (5) des Meßwiderstands (1) elektrisch verbunden sind.
Im Betrieb des Kraftfahrzeugs fließt dessen gesamter Batteriestrom über den Meßwiderstand (1), wobei die innerhalb des Gehäuses (2) angeordnete Meßschaltungsanordnung den Spannungsabfall an dem umspritzten Abschnitt des Meßwiderstand (1) auswertet. Ein dem Stromfluß durch den Meßwiderstand (1) entsprechendes Meßsignal kann an einem nichtdargestellten Steckverbinder abgenommen werden, der an den Deckel (9) des Gehäuses (2) angeformt ist.

1: Meßwiderstand
2: Gehäuse
3: Kunststoffumspritzung
4: Kern
5: Hülse(n)
6: Umfangsflächen (Abschnitte)
7: Verbindungsmittel
8: Ausnehmungen (in den Hülsen)
9: Gehäusedeckel
10: Schaltungsträger
11: Anformungen

Claims

Batteriestromsensor für ein Kraftfahrzeug, mit einem in den Batteriestromkreis eingefügten Meßwiderstand, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwiderstand (1) einen Kern (4) aus einem ersten Material mit einem gleichmäßigen Querschnitt und zwei mit dem Kern (4) fest verbundene Hülsen (5) aus einem zweiten Material aufweist, wobei das zweite Material niederohmiger ist als das erste Material.
Batteriestromsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (5) entlang des Umfangs des Kerns (4) angeordnet sind.
Batteriestromsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (4) zylinderförmig ausgebildet ist.
Batteriestromsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Hülsen (5) die Endabschnitte des Kerns (4) umfassen.
Batteriestromsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (4) und die Hülsen (5) durch Verpressen elektrisch miteinander verbunden sind.
Batteriestromsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (4) und die Hülsen (5) durch Verschrauben elektrisch miteinander verbunden sind.
Batteriestromsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (5) auf den Kern (4) aufgeschrumpft sind.
Batteriestromsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Material Manganin ist.
Batteriestromsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Material Kupfer ist.
Batteriesensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (5) abschnittsweise mit einer Kunststoffumspritzung (3) versehen sind.
Batteriesensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffumspritzung (3) einen Teil eines Gehäuses (2) ausbildet.
Batteriesensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Gehäuses (2) ein Schaltungsträger (10) angeordnet ist, der über Verbindungsmittel (7) mit beiden Hülsen (5) elektrisch verbunden ist.