-
Die Erfindung betrifft einen Batteriesensor, insbesondere für eine Fahrzeugbatterie, mit zwei Leitungsabschnitten, einem zwischen den Leitungsabschnitten angeordneten Messwiderstand und einer Spannungserfassungseinrichtung zur Erfassung eines Spannungsabfalls über den Messwiderstand, wobei der Messwiderstand an Kontaktflächen elektrisch leitend mit den Leitungsabschnitten verbunden ist.
-
Batteriesensoren werden in Fahrzeugen zur Erfassung von Batterieparametern der Fahrzeugbatterie verwendet, um Aussagen über den Ladezustand und/oder den Gesundheitszustand der Batterie treffen zu können. Die zu erfassenden Batterieparametern sind beispielsweise die Batteriespannung, der Batteriestrom und die Temperatur der Batterie. Insbesondere die Batteriespannung und der Batteriestrom müssen idealerweise permanent erfasst werden, um beispielsweise eine exakte Aussage über den Ladezustand der Batterie treffen zu können.
-
Der Batteriesensor ist üblicherweise an einem der Batteriepole angeordnet und weist beispielsweise eine Batterieklemme zur Kontaktierung mit der Fahrzeugbatterie auf. Des Weiteren weist der Batteriesensor einen Anschluss für ein Kabel, beispielsweise ein Massekabel auf.
-
Zur Erfassung des Batteriestroms ist beispielsweise ein im Strompfad des Laststroms angeordneter Messwiderstand vorgesehen, der zwei Leitungsabschnitte, die Abschnitte der Batterieklemme und des Anschlusses sein können, elektrisch miteinander verbindet. Des Weiteren ist eine Spannungserfassungseinrichtung zur Erfassung eines über den Messwiderstand abfallenden Spannungsabfalls vorgesehen. Ist der elektrische Widerstand des Messwiderstandes bekannt, kann aus dem erfassten Spannungsabfall über den Messwiderstand der über den Messwiderstand, also den Batteriesensor fließende Strom berechnet werden.
-
Aufgrund der Einbausituation in einem Fahrzeug, insbesondere in der Polnische einer Fahrzeugbatterie, muss der Batteriesensor sehr kompakt ausgebildet sein. Die Polnischen sind üblicherweise durch im Wesentlichen quaderförmige Aussparungen an den Ecken der Fahrzeugbatterie gebildet. Der Batteriepol ragt hierbei von einer im Wesentlichen rechteckigen Grundfläche der Aussparung senkrecht zu dieser Grundfläche in die Aussparung hinein. Des Weiteren werden an den Batteriesensor hohe Anforderungen bezüglich der mechanischen Stabilität gestellt. Insbesondere durch das am Anschluss des Batteriesensors angeschlossene Kabel wirken auf den Batteriesensor hohe Kräfte, insbesondere hohe Zugkräfte oder Vibrationen.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Batteriesensor bereitzustellen, der eine sehr kompakte Bauform sowie eine ausreichende mechanische Stabilität für die im Fahrzeugbetrieb auftretenden Belastungen aufweist.
-
Zur Lösung der Aufgabe ist bei einem Batteriesensor, insbesondere für eine Fahrzeugbatterie, mit zwei Leitungsabschnitten, einem zwischen den Leitungsabschnitten angeordneten Messwiderstand und einer Spannungserfassungseinrichtung zur Erfassung eines Spannungsabfalls über den Messwiderstand, wobei der Messwiderstand an Kontaktflächen elektrisch leitend mit dem Messwiderstand verbunden ist, vorgesehen, dass die Längsachsen der Leitungsabschnitte relativ zur Längsachse des Messwiderstandes abgewinkelt sind.
-
Aufgrund des geringen Platzangebotes in der Polnische ist der Leitungsabschnitt, an dem der Anschluss für das Massekabel vorgesehen ist, häufig um 90° zum anderen Leitungsabschnitt, an dem die Polklemme vorgesehen ist, abgewinkelt. Durch den 90°-Winkel ergeben sich aber im Bereich der Ecke hohe Lastspitzen, die eine Verstärkung des Batteriesensors oder die Anordnung zusätzlicher Stützelemente erforderlich machen.
-
Gleichzeitig ergibt sich in dieser Ecke eine Konzentration im Stromfluss da die kürzeste Strecke zwischen Polklemme und Massekabel, also die Strecke mit dem geringsten möglichen elektrischen Widerstand über diese Ecke führt.
-
Um die Belastungen zu verringern und gleichzeitig einen kompakten Batteriesensor bereitzustellen, sind beide Leitungsabschnitte relativ zur Längsachse des Messwiderstandes abgewinkelt. Die Winkel zwischen den Leitungsabschnitten und dem Messwiderstand sind somit deutlich kleiner. Der Winkel ist so gewählt, dass keine scharfen Ecken zwischen dem Messwiderstand und dem jeweiligen Leitungsabschnitt vorhanden sind, sodass in diesem Bereich keine oder nur geringere Lastspitzen einer mechanischen Belastung entstehen können. Auf den Einsatz zusätzlicher Verstärkungselemente kann somit weitestgehend verzichtet werden, da die Baugruppe bestehend aus Leitungsabschnitt und Messwiderstand die auftretenden Belastungen aufnehmen kann.
-
Ein weiterer Vorteil liegt in der aufgrund des geraderen Stromwegs homogeneren Stromverteilung über den Querschnitt der Leitungsabschnitte sowie des Messwiderstandes. Lokale Erwärmungen bzw. eine ungleichmäßige Temperaturverteilung aufgrund einer inhomogenen Stromverteilung können so verhindert werden. Eine inhomogene Temperaturverteilung würde die Temperaturbestimmung des Messwiderstandes und somit des Batteriesensors erschweren. Der vorstehend beschriebene Batteriesensor ermöglicht somit eine genauere Temperaturbestimmung.
-
Der Messwiderstand ist beispielsweise aus einem Material, das eine geringe Temperaturabhängigkeit aufweist, beispielsweise aus einer Kupfer-Nickel-Mangan-Legierung. Alternativ kann der Messwiderstand aber aus jedem Material bestehen, dass für einen solchen Messwiderstand geeignet ist, beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung.
-
Die Leitungsabschnitte und der Messwiderstand können flächig ausgebildet sein und in einer Ebene verlaufen. Die Ebene kann beispielsweise senkrecht zu einer Längsachse einer an einem der Leitungsabschnitte ausgebildeten Polaufnahme verlaufen, so dass die Leitungsabschnitte und der Messwiderstand in montiertem Zustand an einem Batteriepol der Fahrzeugbatterie in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Batteriepols verlaufen.
-
Die Längsachsen der Leitungsabschnitte sind vorzugsweise relativ zur Längsachse des Messwiderstandes in einem Winkel von 28° bis 60°, insbesondere in einem Winkel von 45°, abgewinkelt. Bei diesen Winkeln können Lastspitzen in den Ecken zwischen den Leitungsabschnitt und dem Messwiderstand zuverlässig reduziert bzw. verhindert werden.
-
Insbesondere können die Längsachsen der Leitungsabschnitte mit der Längsachse des Messwiderstandes unterschiedliche Winkel einschließen. Die Winkel können beispielsweise an die Einbaubedingungen angepasst werden.
-
Vorzugsweise verlaufen die Kontaktflächen des Messwiderstandes mit den Leitungsabschnitten in im Wesentlichen zueinander parallelen Ebenen. Dadurch ist der im Stromweg über den Querschnitt des Messwiderstandes im Wesentlich gleich lang, sodass der elektrische Widerstand über den gesamten Querschnitt des Messwiderstandes konstant oder annähernd konstant ist. Vorzugsweise hat der Messwiderstand über die gesamte Länge einen im Wesentlichen gleichen Querschnitt und/oder eine betragsmäßig konstante Querschnittsfläche.
-
Vorzugsweise entspricht die Querschnittsfläche zumindest eines Leitungsabschnittes im Bereich einer an einer Kontaktfläche anliegenden Fügefläche eines Leitungsabschnittes zumindest der Querschnittsfläche des Messwiderstandes an der Kontaktfläche. Die Querschnittsfläche der Leitungsabschnitte in den an die Kontaktflächen angrenzenden Bereichen entspricht also zumindest der Größe der Querschnittsfläche der Kontaktflächen oder ist größer als diese. Die Leitungsabschnitte werden dadurch flächig mit den Kontaktflächen des Messwiderstandes verbunden. Dies erhöht die Stabilität der Verbindung zwischen dem Messwiderstand und dem jeweiligen Leitungsabschnitt. Des Weiteren wird dadurch der Stromfluss innerhalb des Batteriesensors verbessert.
-
Die Leitungsabschnitte können auf beliebige Weise mit dem Messwiderstand verbunden werden, beispielsweise um einen möglichst kompakten Aufbau des Batteriesensors bereitzustellen. Die an den Kontaktflächen anliegenden Fügeflächen der Leitungsabschnitte können beispielsweise zur Längsachse der Leitungsabschnitte geneigt sein, insbesondere in einem Winkel von 28° bis 60°, insbesondere in einem Winkel von ca. 45°. Die Fügefläche können jeweils in unterschiedlichen Winkel zur Längsachse des jeweiligen Leitungsabschnitts geneigt sein.
-
Um den Bauraum des Batteriesensors zu verkleinern, können die Längsachsen der Leitungsabschnitte zueinander abgewinkelt sein, insbesondere in einem Winkel von 90°.
-
Der Batteriesensor kann zusätzlich ein Gehäuse aufweisen, das den Messwiderstand, die Spannungserfassungseinrichtung und zumindest abschnittsweise die Leitungsabschnitte umschließt. Das Gehäuse hat eine Schutzfunktion für den Messwiderstand sowie die Spannungserfassungseinrichtung. Zusätzlich kann das Gehäuse auch in einem gewissen Maß mechanische Belastungen, die auf den Batteriesensor, insbesondere auf einen der Leitungsabschnitte, wirken, aufnehmen.
-
Das Gehäuse besteht beispielsweise aus Kunststoff und ist insbesondere an zumindest die Leitungsabschnitte angespritzt, um eine stabile Verbindung zwischen dem Gehäuse und den Leitungsabschnitten herzustellen.
-
Das Gehäuse kann zusätzlich stoff- und/oder formschlüssig mit zumindest den Leitungsabschnitten verbunden sein, um eine stabile Verbindung zwischen dem Gehäuse und den Leitungsabschnitten, insbesondere zur Aufnahme von Zugbelastungen, herzustellen.
-
Beispielsweise kann ein Halteabschnitt durch eine Vertiefung, eine Prägung und/oder eine Aussparung gebildet sein, in die ein Vorsprung des Gehäuses hineinragt. Beispielsweise wird der Vorsprung bei der Herstellung des Gehäuses, insbesondere mit einem Spritzgiessverfahren, hergestellt.
-
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesem zeigen:
- 1 einen Batteriesensor aus dem Stand der Technik;
- 2 eine Detailansicht des Batteriesensors aus 1, und
- 3 einen Batteriesensor gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
In den 1 und 2 ist ein Batteriesensor 10' zur Erfassung von Batteriekennwerten gezeigt. Der Batteriesensor 10' hat einen ersten Leitungsabschnitt 12' der mit einer Polklemme 14' verbunden ist sowie einen zweiten Leitungsabschnitt 16', der mit einem Anschluss 18' für ein Kabel, beispielsweise ein Massekabel, verbunden ist. Die Leitungsabschnitte 12', 16' sind über einen Messwiderstand 20' elektrisch miteinander verbunden. Des Weiteren ist ein Gehäuse 22' vorgesehen, das den Messwiderstand 20' sowie zumindest abschnittsweise die Leitungsabschnitte 12', 16' einschließt.
-
Der Messwiderstand 20' ist jeweils mit einer Kontaktfläche 24a', 24b' elektrisch leitend mit einer Fügefläche 26a', 26b' der Leitungsabschnitte 12', 16' verbunden.
-
Im Gehäuse 22' ist des Weiteren eine hier nicht im Detail dargestellte Auswerteeinheit zur Auswertung der mit dem Batteriesensor 10' erfassten Batteriewerte vorgesehen. Die Auswerteeinheit umfasst beispielsweise eine Spannungserfassungseinrichtung zur Erfassung eines Spannungsabfalls über den Messwiderstand 20'. Die Spannungserfassungseinrichtung ist mit Kontaktstellen 28a', 28b' vor und hinter dem Messwiderstand 20' kontaktiert. Am Gehäuse ist ein Steckanschluss 30' zur Ausgabe eines Messsignals, beispielsweise an eine Fahrzeugsteuerung, vorgesehen.
-
Der elektrische Widerstand des Messwiderstandes 20' ist bekannt. Aus dem bekannten elektrischen Widerstand des Messwiderstandes 20' und dem erfassten Spannungsabfall kann der über den Messwiderstand 20', also den Batteriesensor 10', fließende Strom bestimmt werden.
-
Der Messwiderstand 20' kann aus einem Material mit geringer Temperaturabhängigkeit bestehen, beispielsweise einer Kupfer-Nickel-Mangan-Legierung. Alternativ oder zusätzlich kann durch die Auswerteeinheit jeweils ein Korrekturwert für den elektrischen Widerstand bestimmt werden, um eine Änderung des elektrischen Widerstands, beispielsweise aufgrund von Alterungserscheinungen oder Temperaturänderungen, zu korrigieren.
-
Wie insbesondere in 2 zu sehen ist, verläuft die Längsachse 32' des ersten Leitungsabschnittes 12' parallel zur Längsachse 34' des Messwiderstandes 20'. Die Längsachse 36' des zweiten Leitungsabschnittes 16' verläuft rechtwinklig zur Längsachse 34' des Messwiderstandes 20'. Dadurch ist der Batteriesensor 10' sehr kompakt, so dass diese beispielsweise in die Polnische einer Fahrzeugbatterie eingesetzt werden kann.
-
Durch die rechtwinklige Anordnung des Messwiderstandes 20' und des zweiten Leitungsabschnittes 16' ergibt sich am Batteriesensor eine Innenecke 38 Wirken auf das Kabel, das am zweiten Leitungsabschnitt 16' angeschlossen wird, Zugkräfte 40', wird diese Innenecke stark belastet, insbesondere durch Kerbspannungen. Bei dem in den 1 und 2 gezeigten Batteriesensor 10' ist deshalb eine Verstärkung des Übergangsbereiches vom Messwiderstand 20' zum zweiten Leitungsabschnitt 16' erforderlich, um diese Spannungsspitzen aufnehmen zu können.
-
Des Weiteren führt die rechtwinklige Anordnung des Messwiderstandes 20' und des zweiten Leitungsabschnittes 16' zu einer ungleichmäßigen Stromverteilung innerhalb des Messwiderstandes 20' bzw. des zweiten Leitungsabschnittes 16'. Der kürzeste Weg zwischen dem ersten Leitungsabschnitt 12' und dem Anschluss 18', also der Strompfad mit dem geringsten elektrischen Widerstand führt direkt über die an die Innenecke 38' angrenzenden Bereiche. Dies führt zu einer höheren Stromdichte in diesem Bereich, die beispielsweise zu einer lokalen Erwärmung des Messwiderstandes 20' und des zweiten Leitungsabschnittes 16' führen kann.
-
Der in 3 gezeigte erfindungsgemäße Batteriesensor 10 weist im Wesentlichen die gleichen Bauteile wie der vorstehend beschriebene Batteriesensor 10' auf. Insbesondere weist der Messwiderstand 20 im Wesentlichen die gleichen Abmessungen auf wie der vorstehend beschriebene Messwiderstand 20'. Es kann aber auch ein anderer Messwiderstand 20, insbesondere ein Messwiderstand 20 mit anderen Abmessungen verwendet werden.
-
Wie insbesondere in 3 zu sehen ist, sind die Kontaktflächen 24a, 24b parallel zueinander angeordnet. Des Weiteren sind die Längsachsen 32, 36 der Leitungsabschnitte 12, 16 im Wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordnet, sodass die Ausrichtung des zweiten Leitungsabschnitts 16 im Wesentlichen der Ausrichtung des zweiten Leitungsabschnitts 16' des in den 1 und 2 gezeigten Batteriesensors 10' aus dem Stand der Technik entspricht.
-
Der Batteriesensor 10 unterscheidet sich aber von dem vorstehend beschriebenen Batteriesensor 10' dadurch, dass die Längsachse 34 des Messwiderstandes 20 sowohl zur Längsachse 32 des ersten Leitungsabschnitt 12 wie auch zur Längsachse 36 des zweiten Leitungsabschnitt 16 abgewinkelt ist. Der Winkel 42 zwischen der Längsachse 32 des ersten Leitungsabschnitts 12 und der Längsachse 34 des Messwiderstandes 20 beträgt in der hier gezeigten Ausführungsform ca. 145°. Der Winkel 44 zwischen der Längsachse 36 des zweiten Leitungsabschnitts 16 und der Längsachse 34 des Messwiderstandes 20 beträgt in der hier gezeigten Ausführungsform ca. 125 in °
-
Durch die Abwinkelung zwischen dem zweiten Leitungsabschnitt 16 und dem Messwiderstandes 20 ist die Innenecke 38 deutlich weniger stark ausgebildet, sodass es an der Innenecke 38 zu deutlich geringeren Spannungen, insbesondere Kerbspannungen, aufgrund von Zugkräften 40, die auf den zweiten Leitungsabschnitt 16 wirken, kommt. Zudem ist die Stromverteilung über den Querschnitt des Messwiderstandes 20 aufgrund des geringeren Winkels zwischen dem zweiten Leitungsabschnitt 16 und dem Messwiderstandes 20 wesentlich homogener, sodass lokale Erwärmungen des Messwiderstandes 20 und des zweiten Leitungsabschnittes deutlich geringer ausfallen oder sogar ganz vermieden werden können.
-
Um eine möglichst hohe Stabilität des Batteriesensors 10 zu erzielen, beträgt der Winkel, um den die Längsachse 34 des Messwiderstandes 20 zur Längsachse 32, 36 der Leitungsabschnitte 12, 16 abgewinkelt ist, zwischen 30° und 60°, vorzugsweise ca. 45°.
-
Die Kontaktflächen 24a, 24b sind parallel zueinander, sodass der Strompfad über den Messwiderstand 20 über den gesamten Querschnitt des Messwiderstandes 20 im Wesentlichen betragsmäßig gleich lang ist. Die Fügeflächen 26a, 26b sind dagegen jeweils zur Längsachse 32,36 des Leitungsabschnitt 12, 16 geneigt. Die Abwinkelung der Längsachsen 32, 36 der Leitungsabschnitte 12, 16 wird also durch die geneigten Fügeflächen 26a, 26b erzielt. Vorzugsweise sind die Fügeflächen 26a, 26b in einem Winkel 42, 44 von 30° bis 60°, insbesondere in einem Winkel von ca. 45°, geneigt.
-
Der Winkel zwischen den Längsachsen 32, 36 der Leitungsabschnitte 12, 16 beträgt vorzugsweise 90°, sodass der vorstehend beschriebene Batteriesensor 10 anstelle des in den 1 und 2 beschriebenen Batteriesensors 10' verwendet werden kann ohne die Einbausituation an der Fahrzeugbatterie, insbesondere die Einbausituation in einem Fahrzeug, zu verändern.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10, 10'
- Batteriesensor
- 12, 12'
- erster Leitungsabschnitt
- 14, 14'
- Polklemme
- 16, 16'
- zweiter Leitungsabschnitt
- 18, 18'
- Anschluss
- 20, 20'
- Messwiderstand
- 22, 22'
- Gehäuse
- 24a, 24a'
- erste Kontaktfläche
- 24b, 24b'
- zweite Kontaktfläche
- 26a, 26a'
- erste Fügefläche
- 26b, 26b'
- zweite Fügefläche
- 28a', 28b'
- Kontaktstellen
- 30'
- Steckanschluss
- 32, 32'
- Längsachse des ersten Leitungsabschnitts
- 34, 34'
- Längsachse des Messwiderstandes
- 36, 36'
- Längsachse des zweiten Leitungsabschnitts
- 38
- Innenecke
- 40
- Zugkräfte
