DE102009007104A1

DE102009007104A1 - Ausführung eines Strommessmoduls und Verfahren zur Herstellung eines Batteriesensors

Info

Publication number: DE102009007104A1
Application number: DE102009007104A
Authority: DE
Inventors: Jens Molin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-02-02
Filing date: 2009-02-02
Publication date: 2010-08-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Strommessmodul und ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriesensors für die Anwendung in allen technischen Bereichen, in denen Elektroenergie benötigt wird und eine genaue Kenntnis über deren Verbrauch gefordert ist, mit dem Zweck, Kenntnis über den Stromfluss und damit über die verbrauchte, erzeugte oder zugeführte Elektroenergie zu erhalten. Das Strommessmodul ist als hohlzylindrischer Messwiderstand ausgeführt. In diesem ist die erforderliche Elektronik mit Schaltungsträger untergebracht und mindestens an zwei Stellen von innen bzw. an den Anschlüssen des hohlzylindrischen Messwiderstands kontaktiert. Durch ein Verfahren wie Pressen oder Schrumpfen wird das Strommessmodul in eine entsprechend ausgeführte Batteriepolklemme integriert, was in der Folge einen Batteriesensor ergibt.

Description

1) Technisches Gebiet
In allen technischen Bereichen wo Elektroenergie benötigt wird und eine genaue Kenntnis über deren Verbrauch gefordert ist, ist die Kenntnis des Stromflusses von Bedeutung um die verbrauchte, erzeugte oder zugeführte Elektroenergie zu bestimmen. Hierzu gibt es sicher schon unzählig viele Verfahren und Möglichkeiten.
Es wird die über einen Messwiderstand abfallende Spannung oder die vom Stromdurchflossenen Leiter erzeugte magnetische Induktion mit einer dem Stand der Technik entsprechender Integrierten Schaltung gemessen, digitalisiert, verarbeitet und übertragen oder visualisiert.
2) Stand der Technik
Beispielhaft sollen verschiedene Möglichkeiten der Stromüberwachung an Kfz-Startbatterien angeführt werden. Heute bekannt sind unter anderem folgende Veröffentlichungen: DE 10 2006 053 021 A1 der Firma Hella, DE 10 2004 055 847 A1 der BMW AG, DE 10118027 A1 , DE 10 2004 046 855 B3 , DE 10 2004 049 153 A1 , DE 10332410 B3 und DE 10347111 A1 .
3) Zu lösendes Problem
Zielsetzung ist es ein möglichst präzise, kleines, leichtes und kostengünstiges Stromessmodul zu entwickeln das nach Möglichkeit direkt am oder im Energieverbraucher oder Erzeuger oder dessen Anschlüssen integriert werden kann und bei Bedarf weitere Messfunktionen übernimmt. Gleichzeitig soll der Schutz des Strommessmodul vor Umwelteinflüssen ohne Zusatzaufwand möglich sein.
Es soll ein Weg aufgezeigt werden mit minimalen Materialaufwand und einfachen technologischen Schritte zur Herstellung des Stromsensor und dessen Integration in eine Anwendung die Fertigungskosten gering zu halten. Das Ziel ist es den Stromsensor für den Massenmarkt in den vielfältigsten Anwendungen der Elektrotechnik zu erschließen.
4) Die Neuheit
Das Strommessmodul ist mit einem hohlzylindrischen Messwiderstand ausgeführt und die erforderliche Elektronik mit Schaltungsträger ist in dem hohlzylindrischen Messwiderstand untergebracht und mindestens an zwei Stellen von innen am hohlzylindrischen Messwiderstand oder dessen Anschlüssen kontaktiert.
Durch ein Verfahren wie Pressen oder Schrumpfen kann das Strommessmodul in eine entsprechend ausgeführte Batteriepolklemme eingebaut werden, was in der folge einen Batteriesensor, wie er in anderen Ausführungen bekannt ist, ergibt.
5) Gewerbliche Anwendung
Der Einbau des Strommessmodul in eine Batteriepolklemme ergibt einen Batteriesensor wie er aus der Kraftfahrzeugtechnik bekannt ist.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten für das Stromsensormodul können sich überall da ergeben, wo mit geringem Gewicht ein maximaler Schutz der Elektronik vor Umwelteinflüssen gegeben sein muss. Die Batteriepolklemme 2 wir in diesen Fällen durch die entsprechende Anwendung ersetzt.
6) Vorteile gegenüber den Stand der Technik
Durch die gezeigte Ausführung ist es möglich die aus bisher bekannten Konstruktionen erforderlichen Gehäuse sowie eine Vielzahl von Montageelementen und die zur Montage erforderlichen technologischen Schritte einzusparen.
Es wird durch die aufgezeigte Integration der sehr hoch auflösenden Elektronik ein hervorragender Schutz der Elektronik vor elektromagnetischen Feldern erzielt.
Als Nebeneffekt durch die Konstruktion mit dem großen Oberflächenkontakt zwischen dem zylindrischen Messwiderstand und der Befestigungsvorrichtung, speziell unter Verwendung von gut wärmeleitender Sinterkeramik als Isolator können Temperaturunterschiede am Messwiderstand minimiert werden. So können mögliche Thermospannungen am hohlzylindrischen Messwiderstand und den Strompfaden zur Integrierten Messschaltung gesenkt und die Genauigkeit der Strommessergebnisse weiter verbessert werden.
7) Mögliche Ausführung
Durch die Herstellung des Messmodul unter Verwendung eines hohlzylindrischen Messwiderstand (8) mit oder ohne Anschlüsse (4, 11) in hohlzylindrischer, zylindrischer oder beliebiger Ausführung ist es möglich die dem Stand der Technik entsprechende Elektronik auf Schaltungsträger (7) mit den zwei Strompfaden und Kontaktierungen von innen (6) (9) in dem hohlzylindrischen Messwiderstand (8) einzusetzen. Hierbei kann die eine Seite des hohlzylindrischen Messwiderstand (8) durch die geschlossenen Ausführung des zylindrischen oder hohlzylindrischen Anschlusses (4) oder dem Verschluss des hohlzylindrischen Messwiderstandes (8) selbst und die andere Seite des hohlzylindrischen Messwiderstand (8) beziehungsweise dessen Anschluss (11) durch die zur Elektronik gehörende Steckverbindung (5) oder Übertragungseinrichtung (Elektrisch, Optisch, Funk usw.) (5) verschlossen werden. Durch diese Konstruktion werden nur die ohnehin benötigten Materialien und Bauelemente in gleicher oder geringerer Menge wie bei vergleichbaren Geräten verwendet aber es lässt sich der erforderliche zusätzliche Aufwand an Material und Technologie für eine schützende Umhüllung einsparen. Auch lässt sich eine Dichtung gegen Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit an einem zylindrischen Bauteil vergleichsweise einfach vornehmen.
Das Strommessmodul kann durch seine zylindrische Ausführung Beispielsweise durch einpressen oder thermisches schrumpfen sehr einfach in einer entsprechend ausgeführten Batteriepolklemme (5) unter Zuhilfenahme eines Isolator (10) wie dargestellt integriert werden. Andere bekannte Verfahren wie Löten und Schweißen sind ebenso denkbar, es muss eine elektrische und ausreichend kraftschlüssige Verbindung entstehen. Weitere Varianten der Integration des Strommessmodul auch ohne Isolator (10) sind denkbar.
Durch weiteres Zufügen des Anschlusskabel (12) mit Kabelschuh (14) entsteht ein Gerät was funktionell vergleichbaren Batteriesensoren entspricht und auf dem Batteriepol (1) aufgesetzt und in der Polnische (13) einer Fahrzeugbatterie untergebracht werden kann.

zur 1

1: Batteriepol der Kraftfahrzeugbatterie
2: Batteriepolklemme
3: Daten- und Versorgungskabel
4: Anschluss des hohlzylindrischen Messwiderstandes und gleichzeitig erster Anschluss des Strommessmodul
5: Steckverbindung der Elektronik oder Übertragungseinrichtung
6: erste Kontaktierung von innen mit Strompfad zur Elektronik
7: Schaltungsträger mit Elektronik
8: hohlzylindrischer Messwiderstand
9: zweite Kontaktierung von innen mit Strompfad zur Elektronik
10: Isolator
11: Anschluss des hohlzylindrischen Messwiderstandes und gleichzeitig zweiter Anschluss des Strommessmodul
12: Anschlusskabel
13: polnische der Kraftfahrzeugbatterie
14: Kabelschuh des Anschlusskabel
AA: Schnitt in die Batteriepolklemme
BB: Schnitt in den hohlzylindrischen Messwiderstand
I: von der Batteriepolklemme Isolierter Bereich
K: mit der Batteriepolklemme kontaktierter Bereich

Anmerkung: die Teile (4) (8) (11) können aus einem Stück und dem Material des Hohlzylindrischen Messwiderstand (8) bestehen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102006053021 A1 [0003]
- DE 102004055847 A1 [0003]
- DE 10118027 A1 [0003]
- DE 102004046855 B3 [0003]
- DE 102004049153 A1 [0003]
- DE 10332410 B3 [0003]
- DE 10347111 A1 [0003]

Claims

Ein Strommessmodul mit Datenverarbeitung, Datenübertragung und zusätzlichen Funktionen wie Spannungsmessung und Temperaturmessung dadurch gekennzeichnet das ein Schaltungsträger mit dem Stand der Technik entsprechender Elektronik im inneren eines hohlzylindrischen Messwiderstand untergebracht wird und das mindestens zwei elektrische Verbindungen mit Strompfad zur Elektronik von innen am hohlzylindrischen Messwiderstand oder von innen an dessen Anschlüssen erfolgt. Die Verbindungen können paarweise am hohlzylindrischen Messwiderstand oder paarweise an dessen Anschlüssen vornehmlich in axialer Anordnung aber auch beliebig erfolgen.
Strommessmodul nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet das der hohlzylindrische Messwiderstand aus einem den Messanforderungen entsprechend ausgewählten Widerstandsmaterial besteht und ein Ende des Hohlzylinders zu einem aus dem selben Widerstandsmaterial bestehenden Anschluss, mit Öffnung zur Kontaktierung eines Kabel, für den zu messenden Strom ausgeformt sein kann und somit ein Bauteil mit zwei Hohlräumen entsteht oder das der holzylindrische Messwiderstand ein oder beidseitig mit Anschlüssen aus anderen elektrisch leitfähigen Material mit mindestens einen kreisförmigen oder ringförmigen Querschnitt und geeigneter Verbindungstechnologie versehen wird.
Strommessmodul nach Patentanspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet das eine Seite des hohlzylindrischen Messwiderstandes außerhalb des zur Messung des Stromflusses durch die Elektronik benötigten Bereiches (zwischen den Kontaktierung von innen) durch das Widerstandsmaterial selbst, einem elektrischen Anschluss aus Anspruch 2 oder aber durch einen Isolator verschlossen ist und zwei offene oder geschlossene Hohlräume ausbildet.
Strommessmodul nach Patentanspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet das der Querschnitt, zwischen den Bereich der in Anspruch 1 aufgeführten Verbindungen von innen, in radialer Richtung einen Ring darstellt und in axialer Richtung zwei Flächen ergibt.
Strommessmodul nach Patentanspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet das der hohlzylindrische Messwiderstand als Teil des Schutzes der Elektronik vor Umwelteinflüssen verschiedener Art dient und die Funktion eines Gehäuses der Elektronik übernimmt.
Strommessmodul nach Patentanspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet das ein mit dem Schaltungsträger verbundener Stecker oder eine Kabelzuführung oder eine Datenübertragungsvorrichtung in einteiliger oder mehrteiliger Ausführung das Strommessmodul hermetisch verschließt.
Strommessmodul nach Patentanspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet das es bei Einbau in ein gut wärmerleitfähiges Materialien und Verwendung eines gut Wärme leitenden und niedrig elektrisch leitenden, das Strommessmodul zum Teil umschließenden Stoffes (z. B. Industriekeramik), zur Minimierung von Temperaturunterschieden an den unterschiedlichen Material des Messwiderstand kommt und somit mögliche Thermospannungen am Messwiderstand und in der Auswerteelektronik minimiert werden.
Verfahren zum Einbau des Strommessmodul nach Patentanspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet das durch den Einbau des Strommessmodul mit Bewegung des Strommessmodul in axialer Richtung in eine zylindrische Öffnung in der KFZ-Batteriepolklemme, einem elektrischen Leiter oder Halter mit oder ohne Zuhilfenahme eines Vorzugweise hohlzylindrischen Isolators in einer einfachen Art und Weise ein Batteriesensor hergestellt werden kann.
Verfahren zum Einbau des Strommessmodul nach Patentanspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet das ein hohlzylindrisches und teilweise mit einem niedrig elektrisch leitfähigen Material umschlossenes Strommessmodul in den Stromdurchflossenen Leiter oder Halter montiert wird und dieses Strommessmodul bis auf die Kabelzuführungen durch das Material des stromdurchflossenen Leiter oder Halter schützend umschlossen ist. Eine kraftschlüssige und formschlüssige und elektrisch leitende Verbindung des Strommessmodul mit dem stromdurchflossenen Leiter/Halter ergibt sich zwangsläufig bei der Montage bei passgenauer Ausführung des Strommessmodul und des Stromdurchflossenen Leiter/Halter.
Verfahren zum Einbau des Strommessmodul nach Patentanspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet das nach Montage des Strommessmodul kein weiteres Gehäuse benötigt wird.