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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messeinrichtung, beispielsweise zur temperaturabhängigen Strommessung. Die Erfindung betrifft weiter eine Batterie mit einer solchen Messeinrichtung und ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug.
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Heutzutage besteht in vielerlei verschiedenen Anwendungen und Einrichtungen Bedarf für präzise Messungen verschiedener Größen, wie etwa einer Stromstärke. Dabei gibt es jedoch verschiedene Herausforderungen, wie etwa Abhängigkeiten von anderen Größen oder Einflüssen, Bauraumbegrenzungen, begrenzte Budgets für Aufwand und Kosten und/oder dergleichen mehr. Obwohl also bereits eine Vielzahl unterschiedlicher Messmethoden und Messeinrichtungen etabliert ist, können Verbesserungen weiterhin nützlich sein.
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Als einen Ansatz beschreibt die
DE 10 2019 101 408 B3 eine Strommesseinrichtung, die eine Spannungsmesseinrichtung zum Messen einer Spannung an einem resistiven Element und eine Korrekturschaltung umfasst. Die Korrekturschaltung ist dabei ausgebildet zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das einen Strom durch das resistive Element auf Basis der Spannung daran angibt und zum Schätzen einer Angabe einer dynamischen Temperaturänderung des resistiven Elements. Dieses Schätzen erfolgt dabei auf Basis der Spannung über die Zeit, wobei die Korrekturschaltung zum Schätzen der Angabe der Temperaturänderung einen Hochpassfilter zum Filtern eines auf Basis der Spannung erzeugten Signals umfasst. Die Korrekturschaltung ist weiter eingerichtet zum Korrigieren des Ausgangssignals, das den Strom durch das resistive Element auf Basis der Angabe der dynamischen Temperaturänderung und einer gemessenen Temperatur des resistiven Elements angibt.
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Ein anderer Anwendungsfall ist beschrieben in der
DE 10 2010 033 962 A1 . Dort ist ein Gehäuse für einen elektronischen Energiezähler mit einem zugangsgeschützten Bereich vorgesehen. Der Energiezähler weist dort einen zweiteiliges Gehäuse und eine Zwischenplatte zur Ausgestaltung zweier Hauptkammer mit räumlicher und elektrischer Trennung von im Gehäuseunterteil aufgenommenen Mess-Shunts von weiteren im Gehäuseoberteil aufgenommenen internen Komponenten auf. Dabei kann prinzipiell das Problem hoher Temperaturen innerhalb des Gehäuses auftreten, weshalb das Gehäuse im Gehäuseunterteil im Bereich der Hauptkammer, in dem die Mess-Shunts sitzen, Lüftungskanäle besitzen kann, über die Abwärme abgeführt werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, auf besonders einfache Weise eine besonders genaue Strommessung zu ermöglichen
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart. Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen, die im Rahmen der Beschreibung für einen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche dargelegt sind, sind zumindest analog als Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen des jeweiligen Gegenstands der anderen unabhängigen Ansprüche sowie jeder möglichen Kombination der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche, gegebenenfalls in Verbindung mit einem oder mehr der Unteransprüche, anzusehen.
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Die erfindungsgemäße Messeinrichtung umfasst einen Shunt, also beispielsweise einen Strommesswiderstand, und eine flexible Leiterplatte. Diese flexible Leiterplatte kann auch als FPC (englisch: Flexibel Printed Circuit) bezeichnet werden. Die flexible Leiterplatte kann beispielsweise eine Leiterfolie, etwa auf Polyimid-Basis oder dergleichen, sein oder umfassen. Die flexible Leiterplatte ist auf einer Seite des Shunts an diesem angeordnet, also insbesondere befestigt, beispielsweise gelötet oder geklebt. Erfindungsgemäß ist an der flexiblen Leiterplatte wenigstens ein Temperaturmesselement zum Messen einer Temperatur des Shunts angeordnet. Das Temperaturmesselement kann beispielsweise ein Temperatursensor, ein Temperaturmesswiderstand, beispielsweise ein PTC-Element oder insbesondere ein NTC-Element und/oder dergleichen mehr sein oder umfassen.
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Grundsätzlich sind solche Temperaturmesselemente bekannt, werden herkömmlicherweise aber oftmals auf starren PCBs (englisch: Printed Circuit Boards), also auf starren Leiterplatten angeordnet bzw. verwendet. Gemäß einer der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Erkenntnis ist dies jedoch typischerweise nicht ideal. So weisen derartige starre Leiterplatten im Vergleich zu der erfindungsgemäß vorgesehenen flexiblen Leiterplatte für die Temperaturmessung, insbesondere für eine präzise und zeitnahe Messung oder Überwachung eines Temperaturverlaufs, ungünstige thermische Eigenschaften, wie etwa eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit, eine größere Dicke und eine größere Wärmekapazität und größere thermische Trägheit auf. Dies kann dazu führen, dass mittels eines auf einer solchen starren Leiterplatte angeordneten Temperaturmesselements die tatsächliche Temperatur des Shunts weniger genau gemessen wird und zudem schnelle oder kurzzeitige Temperaturveränderungen nicht oder nur verzögert und gegebenenfalls in abgeschwächter oder gedämpfter Form gemessen werden können. Zudem wird mit solchen herkömmlichen Anordnungen oftmals primär die Temperatur von Außen- oder Anschlussbereichen des Shunts und nicht die Temperatur von dessen eigentlichem Mess- oder Widerstandsmaterial gemessen.
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Eine präzise und möglichst verzögerungsfreie Messung der Temperatur des Shunts, insbesondere von dessen Mess- oder Widerstandsmaterial bzw. -legierung, kann jedoch eine Voraussetzung dafür sein, um mittels des Shunts eine präzise Messung einer Stromstärke eines durch den Shunt geleiteten bzw. fließenden Stroms zu ermöglichen. Dies liegt daran, dass das Messen oder Bestimmen der Stromstärke auf einer präzisen Kenntnis des elektrischen Widerstands des Shunts bzw. von dessen Mess- oder Widerstandsmaterials beruht, dieser Widerstand aber temperaturabhängig sein kann. Typischerweise können zwar entsprechende Widerstands-Temperatur-Kennlinien für das jeweilige Widerstandsmaterial bekannt bzw. herstellerseitig vorgegeben sein. Um diese effektiv nutzen zu können, ist aber eine entsprechend präzise Messung und Kenntnis der jeweils aktuellen Temperatur notwendig.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Verwendung einer flexiblen Leiterplatte als Träger des Temperaturmesselements kann eine verbesserte, beispielsweise genauere und einem zeitlichen Verlauf der realen Temperatur des Shunts schneller und genauer folgende, Temperaturmessung oder Temperaturüberwachung mittels eines herkömmlichen Temperaturmesselements ermöglichen im Vergleich zu einer Anordnung desselben Temperaturmesselements auf einer an dem Shunt angeordneten starren Leiterplatte. So kann die flexible Leiterplatte einen geringeren thermischen Widerstand bieten und eine geringere Dicke und eine geringere Wärmekapazität aufweisen, sodass damit beispielsweise das Temperaturmesselement bereits ohne sonstige Veränderungen näher an dem Shunt angeordnet sein kann und beispielsweise Stromspitzen und damit einhergehende Temperaturspitzen präziser und schneller bzw. feiner aufgelöst gemessen werden können. Die vorliegende Erfindung kann somit also ein präziseres und genaueres Tracking der realen Temperatur des Shunts und damit eine entsprechend verbesserte Bestimmung und Berücksichtigung des tatsächlichen momentanen elektrischen Widerstands und damit wiederum letztlich eine entsprechend verbesserte Messung und Überwachung der Stromstärke durch den Shunt ermöglichen.
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Diese Vorteile können dabei durch die vorliegende Erfindung besonders einfach, aufwandsarm und kostengünstig realisiert werden, da flexible Leiterplatten grundsätzlich bereits bekannt sind und oftmals unproblematisch in bestehende Herstellungsprozesse integriert werden können.
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In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Shunt einen Zentralbereich und auf einander gegenüberliegenden Seiten davon angeordnete Außen- oder Anschlussbereiche auf. In dem Zentralbereich ist das Mess- oder Widerstandsmaterial angeordnet, also dasjenige Material, durch welches ein jeweiliger zu messender Strom geleitet wird und dessen Widerstand für die Bestimmung der entsprechenden Stromstärke verwendet wird. Die Außen- oder Anschlussbereiche sind hingegen aus einem von diesem Mess- oder Widerstandsmaterial verschiedenen Material gebildet, das hier der Einfachheit halber als Basismaterial bezeichnet wird. Die Anschlussbereiche können typischerweise eine größere Querschnittsfläche als der Zentralbereich aufweisen, beispielsweise um die widerstandsbasierte Bestimmung der Stromstärke nicht zu stören und/oder um beispielsweise genügend Platz für elektrische Anschlüsse oder Kontakte und/oder Befestigungen oder dergleichen bereitzustellen. Dementsprechend ist vorliegend eine Dicke oder Höhe des Shunts in dem Zentralbereich geringer als in den Anschlussbereichen. Dies kann insbesondere in einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene der flexiblen Leiterplatte bzw. der entsprechenden Seite des Shunts stehenden Richtung gesehen werden bzw. der Fall sein. In dieser Richtung können die Außenbereiche also in Richtung der flexiblen Leiterplatte den Zentralbereich überragen. Bezüglich der Seite oder Oberfläche des Shunts, worauf die flexible Leiterplatte angeordnet ist, kann der Zentralbereich also zurückversetzt sein.
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Vorliegend ist die flexible Leiterplatte dann so angeordnet, dass sie auf den Anschlussbereichen beidseitig des Zentralbereichs aufliegt und den Zentralbereich überdeckt oder überspannt. Durch diese Ausgestaltung kann auf besonders einfache Weise zuverlässig verhindert werden, dass Leiterbahnen der flexiblen Leiterplatte in direkten Kontakt mit dem Widerstandsmaterial in dem Zentralbereich kommen, was zu einer Verfälschung der Temperatur- und/oder Strommessung führen könnte. Zudem kann durch die hier vorgeschlagene Ausgestaltung auf besonders einfache Weise eine besonders direkte bzw. kurzwegige thermische Anbindung des Temperaturmesselements an das Widerstandsmaterial ermöglicht werden, wie an anderer Stelle näher erläutert wird. Dies wiederum kann eine entsprechend genaue Temperaturmessung und somit letztlich eine entsprechend genaue Bestimmung der Stromstärke ermöglichen oder begünstigen. Zudem kann so eine besonders bauraumsparende Ausgestaltung der Messeinrichtung realisiert oder ermöglicht werden, da beispielsweise die flexible Leiterplatte flach auf dem Shunt aufliegen kann. Dies kann auch zu einer verbesserten Robustheit der Messeinrichtung insgesamt beitragen.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Temperaturmesselement auf der dem Shunt zugewandten Seite der flexiblen Leiterplatte angeordnet. Mit anderen Worten kann hier das Temperaturmesselement also zwischen dem Shunt und der flexiblen Leiterplatte angeordnet sein. Insbesondere kann das Temperaturmesselement zwischen der flexiblen Leiterplatte und dem an anderer Stelle genannten Widerstandsmaterial des Shunts bzw. im Bereich des entsprechenden Zentralbereichs bzw. des Widerstandsmaterials des Shunts angeordnet sein. Durch die hier vorgeschlagene Ausgestaltung kann ein besonders direkter und kurzer Wärmetransportpfad von dem Shunt bzw. dem Widerstandsmaterial zu dem Temperaturmesselement ermöglicht oder sichergestellt werden. Insbesondere muss ein entsprechender Wärmestrom dann nicht zunächst die flexible Leiterplatte durchtreten, um zu dem Temperaturmesselement zu gelangen. Dies wiederum kann zu einer weiter verbesserten Genauigkeit der Temperaturmessung und einer noch schnelleren Erfassung von Temperaturänderungen bezieht führen bzw. ein entsprechend verbessertes Tracking des Temperaturverlaufs ermöglichen.
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In einer möglichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist der Shunt ein bzw. das an anderer Stelle genannte Mess- bzw. Widerstandsmaterial und ein bzw. das an anderer Stelle genannte Basismaterial auf. Das Widerstandsmaterial ist hier mittels eines elektrisch isolierenden Wärmeleitmaterials thermisch direkt an das Temperaturmesselement angebunden. Mit anderen Worten kann es dann also einen direkten Wärmeleitpfad von dem Widerstandsmaterial in das Wärmeleitmaterial, durch dieses hindurch und daraus in das Temperaturmesselement hinein geben. Das Wärmeleitmaterial kann beispielsweise eine Wärmeleitpaste, ein Wärmeleitkleber, ein Wärmeleitpad oder dergleichen mehr sein. Durch die hier vorgeschlagene Ausgestaltung kann eine besonders direkte und genaue Temperaturmessung des Widerstandsmaterials ermöglicht werden. Damit kann also eine Verfälschung der Temperaturmessung durch die Temperatur des Basismaterials bzw. der an anderer Stelle genannten Anschlussbereiche und/oder der flexiblen Leiterplatte vermieden oder reduziert werden. Zudem kann die Messeinrichtung in der hier vorgeschlagenen Ausgestaltung besonders einfach und aufwandsarm gefertigt werden und besonders zuverlässig und robust sein. Dies kann insbesondere dadurch oder dann der Fall sein, dass bzw. wenn das Wärmeleitmaterial zumindest während der Fertigung der Messeinrichtung weich, also plastisch und/oder elastisch verformbar ist. Das Wärmeleitmaterial kann dann auch als Ausgleichsmaterial zum Ausgleichen von mechanischen Toleranzen oder Fertigungstoleranzen bzw. Toleranzen der Anordnung der flexiblen Leiterplatte und/oder des Temperaturmesselements fungieren.
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In einer anderen möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Shunt ebenfalls ein bzw. das an anderer Stelle genannte Mess- bzw. Widerstandsmaterial und ein bzw. das an anderer Stelle genannte Basismaterial auf. Hier ist jedoch das Temperaturmesselement auf einer von dem Shunt abgewandten Seite der flexiblen Leiterplatte angeordnet. Das Temperaturmesselement kann dabei insbesondere in zumindest teilweiser Überdeckung des Widerstandsmaterials angeordnet sein. Das Temperaturmesselement kann dann also in der senkrecht zur Haupterstreckungsebene der flexiblen Leiterplatte stehenden Richtung über dem Widerstandsmaterial bzw. dem entsprechenden Zentralbereich des Shunts angeordnet sein. Weiter ist in der hier vorgeschlagenen Ausgestaltung der Messeinrichtung das Widerstandsmaterial des Shunts mittels eines bzw. des an anderer Stelle genannten elektrisch isolierenden Wärmeleitmaterials thermisch direkt an die flexible Leiterplatte angebunden, insbesondere zumindest oder nur im Bereich des Temperaturmesselements, also unter diesem.
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Durch die hier vorgeschlagene Ausgestaltung kann eine relativ kurzwegige thermische Anbindung des Temperaturmesselements an das Widerstandsmaterial, insbesondere ohne Umweg über das Basismaterial bzw. einen der an anderer Stelle genannten Anschlussbereiche des Shunts realisiert werden. Da die flexible Leiterplatte dünner ist als herkömmliche PCBs kann damit, obwohl ein entsprechender Wärmefluss von dem Widerstandsmaterial zunächst die flexible Leiterplatte durchtreten muss, um zu dem Temperaturmesselement zu gelangen, insgesamt dennoch eine Verbesserung gegenüber herkömmlichen Messeinrichtungen erreicht werden. Dabei kann die hier vorgeschlagene Ausgestaltung eine besonders einfache Fertigung und eine besonders flexible Ausgestaltung oder Formgebung des Shunts ermöglichen, da beispielsweise nicht auf eine Bauhöhe des Temperaturmesselements Rücksicht genommen werden muss, etwa hinsichtlich der Ausgestaltung und/oder Anordnung des Widerstandsmaterials. Zudem kann so die erfindungsgemäße Verwendung der flexiblen Leiterplatte besonders einfach in bestehende Fertigungsprozesse integriert werden.
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In einer möglichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist die flexible Leiterplatte im Bereich des Temperaturmesselements, also unter oder an diesem, eine metallische Durchkontaktierung auf. Eine solche Durchkontaktierung kann beispielsweise als herkömmliches Via oder als stabförmiges Metallelement oder dergleichen realisiert sein. Die Durchkontaktierung durchstößt oder durchgreift die flexible Leiterplatte von dem Temperaturmesselement in Richtung des Shunts bzw. des Widerstandsmaterials des Shunts, also insbesondere senkrecht zur lokalen Haupterstreckungsebene der flexiblen Leiterplatte. Die Durchkontaktierung weist dabei eine größere Wärmeleitfähigkeit als ein Träger- oder Hauptmaterial der flexiblen Leiterplatte auf. Weiter ist hier das Wärmeleitmaterial zumindest oder nur in direktem Kontakt mit der Durchkontaktierung angeordnet. Das Wärmeleitmaterial kann also das Widerstandsmaterial des Shunts mit dem von dem Temperaturmesselement abgewandten Ende der Durchkontaktierung direkt thermisch verbinden oder koppeln.
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Die Durchkontaktierung kann insbesondere von anderen elektrischen Leiterbahnen bzw. einem elektrischen Leiter Netzwerk der flexiblen Leiterplatte elektrisch getrennt oder isoliert sein.
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Durch die hier vorgeschlagene Ausgestaltung kann trotz der Anordnung des Temperaturmesselements auf der von dem Shunt abgewandten Seite der flexiblen Leiterplatte eine möglichst präzise, direkte und verzögerungs- und dämpfungsarme Temperaturmessung nicht nur des Shunts insgesamt, sondern spezifisch des Widerstandsmaterials des Shunts ermöglicht werden. Dabei können dadurch, dass die Durchkontaktierung zwar metallisch und damit elektrisch leitfähig und auch besonders gut wärmeleitfähig, aber nicht mit übrigen elektrischen Leiterbahnen der flexiblen Leiterplatte verbunden ist, entsprechende Störeinflüsse anderer Ströme oder Wärmeleitpfade vermieden werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind an der flexiblen Leiterplatte mehrere Temperaturmesselemente zum Messen der Temperatur des Shunts angeordnet. Die von diesen können mehrere oder alle wie beschrieben insbesondere zum Messen der Temperatur des Widerstandsmaterials des Shunts angeordnet sein. Dadurch kann eine entsprechende Redundanz und somit eine verbesserte Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Robustheit der Messeinrichtung erreicht werden. Beispielsweise können so Temperaturmesswerte eines Temperaturmesselements anhand der Temperaturmesswerte eines anderen Temperaturmesselements validiert oder plausibilisiert werden. Dadurch können Messfehler oder sonstige Fehlereinflüsse oder ein Ausfall oder eine Beschädigung eines der Temperaturmesselemente oder beispielsweise ein Lösen des Wärmeleitmaterials von einem der Temperaturelemente oder einer entsprechenden Stelle der flexiblen Leiterplatte und/oder dergleichen mehr erkannt bzw. detektiert werden. Ebenso kann wenigstens eines der Temperaturmesselement zum Messen der Temperatur des Basismaterials bzw. wenigstens eines der Anschlussbereiche und/oder zum Messen der Temperatur der flexiblen Leiterplatte angeordnet sein. Dadurch können gegebenenfalls entsprechende Temperatur- oder Wärmeeinflüsse oder Störfaktoren berücksichtigt, also herausgerechnet werden, um gegebenenfalls eine noch präzisere Bestimmung der tatsächlichen Temperatur des Widerstandsmaterials zu ermöglichen.
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In einer möglichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung umfassen die mehreren Temperaturmesselemente wenigstens zwei unterschiedliche Arten von Temperaturmesselementen. So können die mehreren Temperaturmesselemente insbesondere wenigstens ein NTC-Element und wenigstens ein PTC-Element umfassen.
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Durch die hier vorgeschlagene Verwendung unterschiedlicher Arten von Temperaturmesselementen, also beispielsweise auf unterschiedlichen Mess- oder Funktionsprinzipien beruhenden Temperaturmesselementen, kann eine weiter verbesserte Robustheit und Zuverlässigkeit der Temperaturmessung und somit der Messeinrichtung insgesamt erreicht werden. So können beispielsweise unterschiedliche Arten von Temperaturmesselementen in unterschiedlicher Weise und/oder unterschiedlich sensitiv auf verschiedene Fehler oder Störeinflüsse reagieren, die dann anhand der gegebenenfalls entsprechend unterschiedlichen Temperaturmesswerte der unterschiedlichen Temperaturmesselemente nicht nur detektiert, sondern gegebenenfalls auch identifiziert werden können. Dies kann nicht nur eine besonders zuverlässige Temperaturmessung, sondern auch eine besonders einfache Erkennung und gegebenenfalls Behebung von Fehlern oder Störeinflüssen ermöglichen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Batterie, die eine bzw. die erfindungsgemäße Messeinrichtung zum Messen eines Ausgangsstroms und/oder eines Eingangsstroms der Batterie aufweist. Die erfindungsgemäße Batterie kann insbesondere für ein Kraftfahrzeug vorgesehen oder ausgestaltet sein, beispielsweise als Starter- oder Traktionsbatterie. Ebenso kann die erfindungsgemäße Batterie aber für andere Anwendungen oder Einsatzzwecke ausgestaltet sein. Die durch die erfindungsgemäße Messeinrichtung ermöglichte besonders präzise Messung der Stromstärke kann gerade für Batterien nützlich sein, da diese beispielsweise hinsichtlich ihrer Lebensdauer ebenso wie hinsichtlich möglicher Beschädigungen und eines sicheren Betriebs besonders sensibel auf unterschiedliche bzw. zu große Stromstärken reagieren können.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, das eine bzw. die erfindungsgemäße Batterie aufweist, insbesondere als Traktionsbatterie.
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Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Draufsicht auf eine Messeinrichtung mit einem Shunt und einem Temperaturmesselement;
- 2 eine schematische Querschnittansicht der Messeinrichtung in einer ersten Variante; und
- 3 eine schematische Querschnittansicht der Messeinrichtung in einer zweiten Variante.
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In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine ausschnittweise schematische Draufsicht einer Messeinrichtung 1. Diese Messeinrichtung 1 umfasst hier einen Shunt 2, der als Strommesswiderstand verwendet werden kann. Der Shunt 2 weist dabei zwei außenliegende, also endseitige Anschlussbereiche 3 und einen dazwischenliegenden Zentralbereich 4 auf. In den Anschlussbereichen 3 kann beispielsweise eine Kontakt- oder Befestigungsstelle, die hier allgemein als Anschlussstelle 5 bezeichnet wird, angeordnet sein.
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Auf der Oberseite des Shunts 2, insbesondere der Anschlussbereiche 3, liegt hier eine flexible Leiterplatte auf, die vorliegend als FPC 6 bezeichnet wird. Das FPC 6 dient als Träger für ein Temperaturmesselement 7. Dieses Temperaturmesselement 7 ist vorliegend über dem Zentralbereich 4 angeordnet. Dabei kann das Temperaturmesselement 7 auf einer dem Shunt 2 zugewandten Seite oder auf einer von dem Shunt 2 abgewandten Seite des FPC 6 angeordnet sein, was hier durch die gestrichelte Darstellung des Temperaturmesselements 7 angedeutet ist.
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Um die Gestalt der Anschlussbereiche 6 und des Zentralbereichs 4 zu verdeutlichen, sind deren Konturen dort, wo sie durch das FPC 4 überdeckt sind, gestrichelt dargestellt. In anderen möglichen Ausgestaltungen könnte das FPC 4 ebenso zu beiden Seiten und/oder in Richtung zumindest einer der Anschlussstellen 5 von dem Zentralbereich 4 weggeführt sein.
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Zur weiteren Veranschaulichung zeigt 2 eine ausschnittweise schematische Querschnittdarstellung der Messeinrichtung 1 in einer ersten Variante. Hier ist erkennbar, dass die Anschlussbereiche 3 aus einem Basismaterial 8 gebildet sind, während in dem Zentralbereich 4 ein davon verschiedenes Widerstandsmaterials 10 angeordnet ist, und dass der Zentralbereich 4 einen kleineren Querschnitt bzw. eine geringere Dicke oder Höhe als die Anschlussbereiche 3 aufweist. Somit befindet sich also zwischen den Anschlussbereichen 3 und über dem Zentralbereich 4 bzw. dem Widerstandsmaterial 10 eine grabenförmige Aussparung 9. Diese Aussparung 9 wird durch das FPC 6 überspannt, das auf den benachbarten Oberseiten der Anschlussbereiche 3 aufliegt.
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Das Temperaturmesselement 7 ist hier auf der dem Shunt 2 bzw. dem Widerstandsmaterial 10 zugewandten Seite des FPC 6 angeordnet, sodass es sich in der Aussparung 9 befindet. Um einen thermischen Kontakt zu dem Widerstandsmaterial 10 herzustellen, ist in der Aussparung 9 auf dem Widerstandsmaterial 10 ein Wärmeleitmaterial 11 angeordnet, mit dem auch das Temperaturmesselement 7 in direktem Kontakt steht.
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Das Temperaturmesselement 7 kann beispielsweise ein NTC-Element sein oder umfassen. Mittels eines solchen Temperaturmesselements 7 soll die Temperatur des Shunts 2 und insbesondere die Temperatur des Widerstandsmaterials 10 so genau wie möglich erfasst werden. Herkömmlicherweise würde dazu anstelle des FPC 6 ein starres PCB auf dem Shunt 2 befestigt und das Temperaturmesselement 7 auf der von dem Shunt 2 abgewandten Oberseite dieses starren PCB angeordnet werden. Damit würde dann zwischen dem Temperaturmesselement 7 und dem Shunt 2 das PCB liegen, welches das Temperaturmesselement 7 zumindest teilweise thermisch von dem Shunt 2 entkoppelt und lediglich die Temperatur des gesamten Shunts 2 annehmen kann, sodass das Temperaturmesselement 7 dann nicht spezifisch die Temperatur des Widerstandsmaterials 10 messen könnte. Dabei kann ein herkömmliches starres PCB eine signifikant größere Dicke und Wärmekapazität aufweisen als das hier vorgesehene dünnere FPC 6 und kann insbesondere als thermischer Tiefpass fungieren, sodass das Temperaturmesselement 7 dann nicht oder nur verzögert und ungenau auf relativ schnelle Temperaturänderungen des Widerstandsmaterials 10 reagieren könnte.
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Diese Nachteile werden durch die hier vorgeschlagene Ausgestaltung der Messeinrichtung 1 behoben bzw. umgangen. Durch die direkte thermische Kopplung des Temperaturmesselements 7 über das Wärmeleitmaterial 11 mit dem Widerstandsmaterial 10 kann besonders genau und reaktionsschnell die tatsächliche Temperatur des Widerstandsmaterials 10 gemessen werden, sodass Verfälschungen oder Ausgleicheffekte durch das Basismaterial 8 und/oder das FPC 6 vermieden oder minimiert werden können. Gegenüber der Verwendung eines herkömmlichen starren PCB kann dabei auch die geringere thermische Trägheit des FPC 6 nützlich oder unterstützend sein, da dieses nicht oder vergleichsweise weniger effektiv als Wärmebad auf der Oberseite des Temperaturmesselements 7 fungiert.
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3 zeigt in einer analogen Querschnittsdarstellung die Messeinrichtung 1 in einer zweiten Variante. Hier ist das Temperaturmesselement 7 zwar auf der von dem Shunt 2 abgewandten Seite angeordnet. Da aber auch hier das FPC 6 verwendet wird und zur thermischen Anbindung das Widerstandsmaterial 10 mittels des Wärmeleitmaterials 11 direkt an die Unterseite des FPC 6 im Bereich des Temperaturmesselements 7 angeordnet ist, kann gegenüber herkömmlichen Anordnungen dennoch eine verbesserte Temperaturmessung ermöglicht werden. Zudem ist hier unter dem Temperaturmesselement 7 eine metallische Durchkontaktierung 12 angeordnet, die das FPC 6 durchgreift und eine im Vergleich zu dessen Haupt- oder Trägermaterial größere Wärmeleitfähigkeit aufweisen kann. Das Wärmeleitmaterial 11 kann dann auf der FPC-Seite nur oder zumindest auch in direktem wärmeleitenden Kontakt mit einem von dem Temperaturmesselement 7 abgewandten Ende der Durchkontaktierung 12 stehen. Damit kann ein thermisch dämpfender oder verzögernder Effekt der Anordnung des FPC 6 zwischen dem Temperaturmesselement 7 und dem Widerstandsmaterial 10 reduziert werden.
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Insgesamt zeigen die beschriebenen Beispiele wie eine verbesserte Temperaturerfassung einer Widerstandslegierung eines Shunt- bzw. Strommesswiderstands realisiert werden kann, um letztlich eine präzisere Messung einer aktuellen Stromstärke und eines Verlaufs der Stromstärke über die Zeit zu ermöglichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messeinrichtung
- 2
- Shunt
- 3
- Anschlussbereich
- 4
- Zentralbereich
- 5
- Anschlussstelle
- 6
- FPC
- 7
- Temperaturmesselement
- 8
- Basismaterial
- 9
- Aussparung
- 10
- Widerstandsmaterial
- 11
- Wärmeleitmaterial
- 12
- Durchkontaktierung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019101408 B3 [0003]
- DE 102010033962 A1 [0004]
