DE102006050573B4

DE102006050573B4 - Elektrische Sicherungsvorrichtung für mit einer Batterie verbundene elektrische Verbraucher eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102006050573B4
Application number: DE102006050573.5A
Authority: DE
Inventors: Paulus Bayer; Georg Seitz
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2006-10-26
Publication date: 2017-03-09
Anticipated expiration: 2026-10-27
Also published as: DE102006050573A1

Abstract

Elektrische Sicherungsvorrichtung (1) für mit einer Batterie (15) verbundene elektrische Verbraucher eines Fahrzeugs, mit einer unmittelbar an einen Pol (16) der Batterie (15) anschließbaren Polklemme (2) und einer Elektronikeinheit (14) zur Erfassung von Batteriezustandsgrößen, wobei die Polklemme (2) zwei separate Teile (21, 22) umfasst, welche mit einem separaten elektrischen Widerstandselement (3) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass an einem zweiten Teil (22) Bolzen (6, 7, 8) angeordnet sind, an welchen Sicherungselemente anschließbar sind, und der Verbindungsbereich, umfassend das elektrische Widerstandselement (3) und zumindest die an das Widerstandselement (3) angrenzenden Endbereiche der beiden Teile (21, 22) der Polklemme (2), zumindest bereichsweise feuerverzinnt ist und die Zinnschicht auf dem Widerstandselement (3) im Bereich einer umlaufenden Kerbe abgetragen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Sicherungsvorrichtung für mit einer Batterie verbundene elektrische Verbraucher eines Fahrzeugs, mit einer unmittelbar an einen Pol einer Fahrzeugbatterie anschließbaren Polklemme und einer Elektronikeinheit zur Erfassung von Batteriezustandsgrößen.
Für viele von der Batterie eines Kraftfahrzeugs versorgte elektrische Verbraucher dieses Fahrzeugs ist es erforderlich, sie mittels elektrischer Sicherungen zu schützen. Dabei muss auch die zur Verbindung zwischen der Batterie und Motorstarteinrichtung, dem Anlasser des Fahrzeugs vorgesehene Anlasserleitung aufgrund der über sie fließenden Ströme mit hohen Stromstärken mit einer entsprechenden elektrischen Sicherung abgesichert werden.
Aus der DE 10 2004 055 849 A1 ist eine Batteriesensorvorrichtung mit einer unmittelbar an den Pol einer Kraftfahrzeugbatterie anschließbaren Befestigungsvorrichtung und einem mit dieser Befestigungsvorrichtung mechanisch und elektrisch verbundenen Trägerelement bekannt. Die Batteriesensorvorrichtung umfasst des Weiteren eine Elektronikeinheit zur Erfassung von Batteriezustandsgrößen. Die Befestigungsvorrichtung und das Trägerelement sind einteilig ausgebildet und aus einem gemeinsamen Widerstandsmaterial, welches beispielsweise Manganin sein kann, hergestellt. In einer weiteren Ausführung ist in das einstückige Teil, umfassend die Befestigungsvorrichtung und das Trägerelement eine Materialeinlagerung, beispielsweise Manganin, eingebracht bzw. eingebettet.
Die bekannte Ausführung eines einstückigen Elements ist relativ kostenintensiv und sehr aufwändig in der Herstellung. Insbesondere bei einer kompletten Ausbildung des einstückigen Elements aus Manganin ist dies sehr teuer. Auch die integrale Einbettung eines derartigen Materialbereichs in ein einstückiges Element ist sehr aufwändig und sehr schwer zu realisieren.
Aus der DE 100 00 500 B4 ist eine Vorrichtung zur Messung eines in einem Elektronikmodul fließenden Stroms bekannt. Eine Stromzuleitung und eine Stromableitung sind beabstandet zueinander angeordnet und über einen als Streifen ausgebildetes Widerstandselement miteinander verbunden.
Aus der DE 10 2004 007 851 A1 ist eine Anschlussvorrichtung für eine Batterie, insbesondere eine Fahrzeugbatterie bekannt. Auch hier ist ein Messwiderstand in Reihe zwischen zwei Polbereichen der Anschlussvorrichtung geschaltet und mit den Polbereichen verbunden.
Aus der DE 10 2004 055 847 A1 ist ein Verfahren zur Fertigung einer Batteriesensorvorrichtung bekannt.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Sicherungsvorrichtung zu schaffen, welche aufwandsarm und kostenreduziert bereitgestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Sicherungsvorrichtung, welche die Merkmale nach Patentanspruch 1 aufweist, gelöst.
Eine erfindungsgemäße elektrische Sicherungsvorrichtung für mit einer Batterie verbundene elektrische Verbraucher eines Fahrzeugs umfasst eine unmittelbar an einen Pol einer Batterie anschließbare Polklemme und eine Elektronikeinheit zur Erfassung von Batteriezustandsgrößen. Die Polklemme ist zumindest zweiteilig ausgebildet und umfasst somit zwei separate Teile, welche mit einem separaten elektrischen Widerstandselement verbunden sind. Das elektrische Widerstandelement dient somit als Verbindungselement zwischen den zwei beabstandet zueinander angeordneten Teilen der Polklemme. Dadurch kann eine deutlich günstigere Ausgestaltung ermöglicht werden, welche darüber hinaus relativ einfach hergestellt werden kann und hohe Zuverlässigkeit und Funktionalität gewährleistet.
Unter einem elektrischen Verbraucher eines Fahrzeugs werden sowohl klassische Verbraucher wie beispielsweise Radio, Lichteinheiten, Frontscheibenheizung, Airbag und dergleichen verstanden. Darüber hinaus wird jedoch auch die Motorstarteinrichtung unter dem Begriff eines Verbrauchers gefasst.
Das Widerstandselement ist bevorzugt zumindest anteilig aus Manganin ausgebildet. Im Unterschied zum Stand der Technik ist somit nicht mehr erforderlich, ein großes einstückiges Element umfassend eine Polklemme und eine Stromträgerplatte aus diesem relativ teuren Material herzustellen oder dieses in aufwändiger Weise in dieses einstückige Element einzubetten. Ein aus Manganin hergestelltes Verbindungsstück zwischen den zwei separaten Teilen der Polklemme ermöglicht eine zumindest entsprechende Funktionalität bei deutlich reduzierten Kosten und erheblich reduziertem Fertigungsaufwand.
Der Verbindungsbereich zwischen den beiden Teilen der Polklemme und dem Widerstandselement feuerverzinnt. Zumindest die an das Widerstandselement angrenzenden Bereiche der beiden Teile der Polklemme sowie das Widerstandselement selbst werden somit bevorzugt feuerverzinnt, wobei durch dieses Verlöten eine hohe mechanische Festigkeit und eine gute Stromtragfähigkeit erreicht wird.
Diese Zinnschicht ist nach dem Aufbringen durch einen Fräsvorgang bearbeitet. Die Zinnschicht ist durch eine Fräsung, insbesondere durch eine umlaufende Einkerbung, bis auf das Material des Widerstandselements durchtrennt. Ein Stromfluss zwischen den beiden Teilen der Polklemme über die Zinnschicht kann dadurch verhindert werden. Die Messwerte lassen sich dadurch erheblich verbessern. Insbesondere bei einer allseitigen umlaufenden Abfräsung kann die Messwerterfassung erheblich verbessert werden. Die Breite der Abfräsung der Zinnschicht beträgt bevorzugt etwa 4 mm.
Darüber hinaus kann durch diese mechanische Bearbeitung auch der Querschnitt dieser durch das Widerstandselement erzeugten Brücke verändert werden, wodurch der elektrische Widerstand justiert werden kann. Die Querschnittfläche des Widerstandselements beträgt bevorzugt zwischen 32 mm² und 38 mm², insbesondere 35 mm².
An dem Widerstandselement sind bevorzugterweise Kontaktstifte, insbesondere zwei Kontaktstifte, angeordnet, welche zur elektrischen Kontaktierung der Elektronikeinheit ausgebildet sind. Bevorzugt sind diese Kontaktstifte an einer Unterseite des Widerstandselements angeordnet und ermöglichen eine elektrische Kontaktierung mit dem unmittelbar darunter angeordneten Elektronikmodul. Dadurch kann eine bauraumoptimierte Ausgestaltung ermöglicht werden. Nicht zuletzt kann dadurch auch die Kompaktheit und die Stabilität verbessert werden.
Bevorzugt sind die Kontaktstifte an dem Widerstandselement angeschweißt. Dadurch kann die mechanische Belastbarkeit erhöht werden und eine besonders stabile Ausgestaltung bereitgestellt werden.
Die Elektronikeinheit ist bevorzugterweise lösbar an einem Gehäuse der Sicherungsvorrichtung angeordnet. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Elektronikeinheit an dem Gehäuse verrastend oder eingeklippst befestigt ist. Dadurch kann eine sichere Anbringung gewährleistet werden und dennoch ein schnelles Lösen zum Austauschen oder dergleichen durchgeführt werden. Die Elektronikeinheit, welche auch als Batteriemanager fungiert, kann somit in einer als Zentralabsicherung ausgebildeten Sicherungsvorrichtung integriert sein.
Die Elektronikeinheit bzw. der Batteriemanager kann mit dem Minuspol der Batterie über eine Signalleitung verbunden sein. Darüber hinaus ist die Elektronikeinheit bevorzugt über eine Steckverbindung mit weiteren Fahrzeugelektronikkomponenten elektrisch verbindbar.
Jedes der beiden separaten Teile der Polklemme weist in bevorzugter Weise einen Aufnahmebereich auf, in welchen das Widerstandselement bereichsweise eingesetzt ist. Eine zuverlässige Halterung und mechanisch stabile Verbindung kann dadurch geschaffen werden. Es kann vorgesehen sein, dass das Widerstandselement in den Aufnahmebereich formschlüssig und/oder kraftschlüssig eingesetzt ist.
Bevorzugt ist ein Aufnahmebereich als Nut, insbesondere als T-Nut, ausgebildet. Der Aufnahmebereich kann jedoch auch keilförmig ausgebildet sein. In symmetrischer Ausbildung ist das Widerstandselement somit beidseitig in einen jeweils keilförmigen Aufnahmebereich eingesetzt, wodurch in der Gesamtbetrachtung ein schwalbenschwanzförmiger Verbindungsbereich erzeugbar ist. Gerade eine derartige verzahnte Verbindung ermöglicht eine sichere Halterung und eine zuverlässige Verbindung der beiden Teile durch das elektrische Widerstandselement.
Das elektrische Widerstandselement ist insbesondere bei einer Ausgestaltung aus Manganin bevorzugt als Strangpressprofil oder Schmiedeteil ausgebildet. Durch diese spezifischen Teile kann den Anforderungen des Widerstandselements im Betrieb der elektrischen Sicherungsvorrichtung genüge getan werden. Derartige Teile können relativ hoch beansprucht werden und verschleißen weniger schnell.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung in teilweiser Explosionsdarstellung;
2 eine perspektivische Darstellung einer zusammengesetzten Sicherungsvorrichtung gemäß 1; und
3 einen vergrößerten Teilausschnitt der Darstellung gemäß 2.
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist in perspektivischer Ansicht eine elektrische Sicherungsvorrichtung 1 als Zentralabsicherung für mit einer Batterie verbundene elektrische Verbraucher eines Fahrzeugs gezeigt. Die elektrische Sicherungsvorrichtung 1 umfasst eine Polklemme 2, welche unmittelbar an einen Pluspol der Batterie anschließbar ist. Die Polklemme 2 weist zwei separate Teile 21 und 22 auf, welche durch ein elektrisches Widerstandselement 3, welches im Ausführungsbeispiel aus Manganin ausgebildet ist, verbunden sind. Die beiden Teile 21 und 22 sind beabstandet zueinander angeordnet und lediglich über das Widerstandselement 3 quasi als Brücke verbunden. Das zweite Teil 22 ist im Weiteren mit einer Zwischenplatte ausgebildet, an welcher Bolzen 6, 7 und 8 ausgebildet sind. Ein weiteres plattenartiges Element, an dem ein weiterer Bolzen 9 angeordnet ist, erstreckt sich befestigt an dieser Zwischenplatte nach unten. In der Explosionsdarstellung ist die Polklemme 2 aus ihrer endgültigen Einbauposition herausgehoben dargestellt.
In der Einbauposition ist diese Polklemme 2 in ein Gehäuse bzw. eine Aufnahmekonstruktion 5 der Sicherungsvorrichtung 1 eingesetzt.
Das zweite Teil 22 der Polklemme 2 kann auch als Stromverteilerplatte bezeichnet werden.
Die Bolzen 6 bis 8 dienen als Anschlussvorrichtung für Anschlüsse von Verbindungsleitungen, welche zu Verbrauchen oder dergleichen führen. Jede Anschlussvorrichtung in Form der Bolzen 6 bis 8 kann zum Anschluss eines Sicherungselements dienen.
Darüber hinaus ist ein Bolzen 10 ausgebildet, an welchem ein Anschluss einer Verbindungsleitung 11 über eine Schraubverbindung befestigt ist. Mit der Verbindungsleitung 11 ist ein nicht dargestellter Verbraucher, beispielsweise ein Airbag, eine Frontscheibenheizung, ein Bordnetz etc. verbunden. Des Weiteren ist an einem Bolzen 12 eine Anlasserleitung 13 über einen Anschluss durch eine Schraubverbindung angeordnet. Die Anlasserleitung 13 ist mit einer Motorstarteinrichtung (nicht dargestellt) des Fahrzeugs verbunden. Der Stromfluss von der Polklemme 2 über den Bolzen 9 zum Bolzen 12 und somit auch zur Anlasserleitung 13 ist über ein Trennelement 4 gesichert, welches im Ausführungsbeispiel ein pyrotechnisches Element ist.
Darüber hinaus umfasst die elektrische Sicherungsvorrichtung 1 eine Elektronikeinheit 14, welche als Batteriemanager ausgebildet ist. Die Elektronikeinheit 14 ist zumindest auch zur Erfassung von Batteriezustandsgrößen ausgebildet und umfasst eine entsprechende Messeinrichtung. Diese als separate Komponente ausgebildete Elektronikeinheit 14 ist in der gezeigten Explosionsdarstellung gemäß 1 als Ganzes zu erkennen. Im zusammengesetzten Zustand ist diese Elektronikeinheit 14 an der Aufnahmekonstruktion 5 der Sicherungsvorrichtung 1 bzw. der Zentralabsicherung lösbar verbunden. Beispielsweise kann eine Verrastung oder ein Einklippsen als lösbare Verbindung vorgesehen sein. Diese Elektronikeinheit 14 ist somit in die Sicherungsvorrichtung 1 und somit in die Zentralabsicherung integriert.
Im eingesetzten Zustand der Elektronikeinheit 14 ist diese praktisch von unten kommend an der Aufnahmekonstruktion 5 befestigt und mit Kontaktstiften 31, welche an einer Unterseite des Widerstandselements 3 angeschweißt sind, elektrisch kontaktiert. Im Ausführungsbeispiel sind zwei Kontaktstifte 31 an dem Widerstandselement 3 angeordnet.
Zur Bauraumbereitstellung für die Integration der Elektronikeinheit 14 in die elektrische Sicherungsvorrichtung 1 sind die drei Bolzen 6 bis 8 an der Oberseite der Zwischenplatte des zweiten Teils 22 der Polklemme 2 ausgebildet.
In 2 ist eine perspektivische Darstellung der elektrischen Sicherungsvorrichtung 1 im zusammengesetzten Zustand gezeigt. Die Polklemme 2, insbesondere der erste Teil 21 ist mit einem Pluspol 16 der Batterie 15 unmittelbar verbunden. In 2 ist sowohl die kompakt realisierbare Integration der Elektronikeinheit 14 in der Sicherungsvorrichtung 1 als auch die in die Aufnahmekonstruktion 5 eingesetzte Polklemme 2 zu erkennen.
3 zeigt einen vergrößerten Teilausschnitt der Darstellung gemäß 2. Das Widerstandselement 3 ist einerseits in einen Aufnahmebereich 21a des ersten Teils 21 und andererseits in einen Aufnahmebereich 22a des zweiten Teils 22 eingesetzt. Die Aufnahmebereiche 21a und 22a sind als T-Nut ausgebildet und das Widerstandselement 3 ist darin form- und kraftschlüssig eingesetzt. Darüber hinaus sind das Widerstandselement 3 und die an das Widerstandselement 3 angrenzenden Bereiche des ersten Teils 21 und des zweiten Teils 22 feuerverzinnt. Die auf dem Widerstandselement 3 aufgebrachte Zinnschicht ist in etwa mittig des Widerstandselements 3 durch eine Fräsung abgetragen. Die in den 1 bis 3 zu erkennende Kerbe in dem Widerstandselement 3 ist umlaufend ausgebildet und dadurch die Zinnschicht umlaufend bis auf das Manganinmaterial abgetragen. Die Breite der Kerbe beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 4 mm. Ein Stromfluss von dem Teil 21 zum Teil 22 erfolgt dann ausschließlich über das Manganinmaterial des Widerstandselements 3 und nicht über die Zinnschicht. Die Querschnittfläche des Widerstandselements 3 beträgt im Bereich der Kerbe etwa 35 mm².
Das Widerstandselement 3 ist im Ausführungsbeispiel als Strangpressprofil ausgebildet.
Anschlüsse von Sicherungen sind an den Bolzen 6 bis 8 über Schraubverbindungen befestigt. An weiteren Bolzen 17 und 18 sind weitere Anschlüsse von Verbindungsleitungen 19 und 20 über Schraubverbindungen befestigt. Die Verbindungsleitungen 19 und 20 können mit Verbrauchern wie Airbag, Frontscheibenheizung, Bordnetz etc. verbunden sein.

Claims

Elektrische Sicherungsvorrichtung (1) für mit einer Batterie (15) verbundene elektrische Verbraucher eines Fahrzeugs, mit einer unmittelbar an einen Pol (16) der Batterie (15) anschließbaren Polklemme (2) und einer Elektronikeinheit (14) zur Erfassung von Batteriezustandsgrößen, wobei die Polklemme (2) zwei separate Teile (21, 22) umfasst, welche mit einem separaten elektrischen Widerstandselement (3) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass an einem zweiten Teil (22) Bolzen (6, 7, 8) angeordnet sind, an welchen Sicherungselemente anschließbar sind, und der Verbindungsbereich, umfassend das elektrische Widerstandselement (3) und zumindest die an das Widerstandselement (3) angrenzenden Endbereiche der beiden Teile (21, 22) der Polklemme (2), zumindest bereichsweise feuerverzinnt ist und die Zinnschicht auf dem Widerstandselement (3) im Bereich einer umlaufenden Kerbe abgetragen ist.
Elektrische Sicherungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (3) zumindest anteilig aus Manganin ausgebildet ist.
Elektrische Sicherungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Widerstandselement (3) Kontaktstifte (31) angeordnet sind, welche zur elektrischen Kontaktierung der Elektronikeinheit (14) ausgebildet sind.
Elektrische Sicherungsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Kontaktstifte (31) angeordnet sind.
Elektrische Sicherungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (14) an einer Aufnahmekonstruktion (5) der Sicherungsvorrichtung (1) angeordnet ist.
Elektrische Sicherungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der beiden Teile (21, 22) der Polklemme (2) einen Aufnahmebereich (21a, 22a) aufweist, in welchen das Widerstandselement (3) bereichsweise eingesetzt ist.
Elektrische Sicherungsvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufnahmebereich als Nut ausgebildet ist.
Elektrische Scherungsvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufnahmebereich als T-Nut (21a, 22a) ausgebildet ist.
Elektrische Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufnahmebereich (21a, 22a) keilförmig ausgebildet ist.
Elektrische Sicherungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Widerstandselement (3) ein Strangpressprofil oder ein Schmiedeteil ist.