DE19961311A1 - Batteriesensorvorrichtung - Google Patents

Batteriesensorvorrichtung

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Abstract

Bei einer Batteriesensorvorrichtung mit einer direkt an einem Pol einer Kraftfahrzeugbatterie anschließbaren Befestigungsvorrichtung sind der Batteriesensor und die Befestigungsvorrichtung zu einer integrierten Baueinheit zusammengefaßt. Die Befestigungsvorrichtung wird nur an einem einzigen Pol angeschlossen. Die Befestigungsvorrichtung weist eine für Batterieanschlußkabel im Kraftfahrzeug übliche Klemme auf. Alternativ oder zusätzlich ist die Baueinheit in Form und Größe an übliche Batteriepolwannen angepaßt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Batteriesensorvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Batteriesensorvorrichtung ist beispielsweise aus der US 5,939,861 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist der Batteriesensor in einer eigens für diesen vorgesehenen Vertiefung im Batteriedeckel ange­ ordnet und muß an beiden Polen der Batterie befestigt werden.
Für die Überwachung, Steuerung und Regelung eines Kraftfahrzeugbordnet­ zes, wie Energieverteilung, Energiesteuerung und insbesondere Ladebilan­ zierung der Batterien, sind diverse Vorrichtungen und Verfahren bekannt. Je nach Anwendungsfall sind üblicherweise zumindest die Meßgrößen Batterie­ strom, Batteriespannung und Batterietemperatur notwendig. Zur Erfassung des Batteriestroms werden üblicherweise Sensoren in der Anschlußleitung zur Batterie verwendet. Die Batteriespannung und die Batterietemperatur werden meist mittels separater Sensoren direkt an den Batteriepolen oder entfernt davon gemessen. Nach dem Stand der Technik werden somit übli­ cherweise drei völlig unabhängige Einrichtungen verwendet, für die in jedem Fahrzeug gesondert Bauraum geschaffen werden muß und deren Informa­ tionen zur Weiterverarbeitung meist an übergeordnete Steuergeräte weiter­ geleitet werden müssen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Batteriesensor eingangs ge­ nannter Art derart zu verbessern, daß die Einbaukosten und der Logistik­ aufwand reduziert sowie die Meßgenauigkeit erhöht werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind die Gegenstände der ab­ hängigen Ansprüche.
Durch die Erfindung wird ein integrierter Batteriesensor geschaffen, der in jedes Fahrzeug mit nur wenig Zusatzaufwand bei nur geringem erforderli­ chen Bauraum eingebaut werden kann. Zusätzlich wird durch die kompakte Bauform und die Integration mehrerer notwendiger Bauteile die Ausfallwahr­ scheinlichkeit gesenkt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen
Fig. 1a die Draufsicht einer ersten möglichen Konstruktion der erfin­ dungsgemäßen integrierten Baueinheit bestehend aus Batte­ riesensor und Befestigungsvorrichtung in zweidimensionaler Darstellung,
Fig. 1b den Schnitt B-B durch Fig. 1a,
Fig. 2 die erste mögliche Konstruktion der erfindungsgemäßen inte­ grierten Baueinheit bestehend aus Batteriesensor und Befesti­ gungsvorrichtung in dreidimensionaler Darstellung,
Fig. 3 eine genauere schematische Darstellung des Batteriesensors bestehend aus dem Meßshunt und der Elektronikeinheit,
Fig. 4 eine genauere schematische Darstellung der Elektronikeinheit,
Fig. 5 schematisch eine zweite mögliche Konstruktion der erfindungs­ gemäßen integrierten Baueinheit bestehend aus Batteriesensor und Befestigungsvorrichtung in zweidimensionaler Darstellung.
In Fig. 1a ist die Bestigungsvorrichtung des Batteriesensors als vorzugswei­ se übliche Batterie-Messingklemme bestehend aus einem Klemmenkörper 1 und einer Klemmschraube 2 dargestellt. Der Batteriesensor 3, 4 ist im we­ sentlichen aus einem Meßshunt 3 und einer Elektronikeinheit 4 aufgebaut. In Fig. 1a sind lediglich die zwei als mechanische Träger ausgebildeten Wider­ standsanschlüsse (10a, 10b; vgl. auch Fig. 2) des Meßshunts 3 und eine Kunststoffumspritzung der Elektronikeinheit 4 zu sehen. Der Batteriesensor 3, 4 und die Befestigungsvorrichtung 1, 2 sind erfindungsgemäß zu einer in­ tegrierten Baueinheit zusammengefaßt. Die Befestigungsvorrichtung 1, 2 muß nur an einem einzigen Pol einer Batterie, z. B. am Minuspol, ange­ schlossen werden. Die Baueinheit, bestehend aus der Befestigungsvorrich­ tung 1, 2 und dem Batteriesensor 3, 4, ist in Form und Größe an die (hier nicht eigens dargestellte) bekannte, nach der polnischen DIN 72311 (Teil 15) spezifizierte Batteriepolwanne angepaßt.
Der erste, in Fig. 1a oben dargestellte Widerstandsanschluß 10a ist leitend, der zweite, in Fig. 1a unten dargestellte Widerstandsanschluß 10b ist isolie­ rend über ein Isolierteil 6 am Klemmenkörper 1 befestigt. Am zweiten Wider­ standsanschluß 10b ist beispielsweise mittels einer Schraube 5 und einer im Isolierteil 6 eingebetteten Schraubenmutter 7 (vgl. Fig. 1b) der Kabelschuh eines gewöhnlichen Anschlußkabels anschließbar. Beim vorliegenden Aus­ führungsbeispiel, bei dem die Klemme 1, 2 am Minuspol der Batterie ange­ schlossen werden soll, verbindet das (hier nicht dargestellte) Anschlußkabel den ausgangsseitigen Widerstandsanschluß 10b des Meßshunts 3 mit der Kraftfahrzeugmasse.
In Fig. 2 ist zur Verdeutlichung der Erfindung die in Fig. 1a und 1b darge­ stellte Baueinheit dreidimensional dargestellt. Die gleichen Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 3 sind im wesentlichen die Details des Meßshunts 3, mögliche Anord­ nungen eines Temperatursensors 13, 13a oder 13b und einer möglichen Verbindung dieser Bauteile mit der Elektronikeinheit 4 dargestellt. Der Meßshunt 3 besteht aus einem Widerstandselement 11 und zwei Wider­ standsanschlüssen 10a und 10b. Die Widerstandsanschlüsse 10a und 10b sind vorzugsweise stabil ausgebildete Kupferflächen. Das Material des Wi­ derstandselements 1 ist vorzugsweise Manganin. Kupfer und Manganin wei­ sen in etwa den gleichen Temperaturausdehnungskoeffizienten wie das übli­ che Platinenmaterial FR4 (Mischmaterial mit Epoxyharz als Hauptbestand­ teil) auf. Dieses Platinenmaterial wird vorzugsweise auch für die Trägerplati­ ne 12 der Elektronikeinheit 4 verwendet, die in Fig. 3 ohne Kunststoffum­ spritzung dargestellt ist. Daher kann die Trägerplatine 12 der Elektronikein­ heit 4 gemäß Fig. 3 ähnlich der SMD-Technik über bloße Lötstellen 14 an den Widerstandsanschlüssen 10a und 10b befestigt werden. Alternativ kann die Trägerplatine 12 auch über um 90° nach oben gebogene kurze Sense­ leitungen der Widerstandsanschlüsse 10a und 10b am Meßshunt 3 leitend befestigt werden. Die Lötstellen 14 oder die Anschlüsse der Senseleitungen sind möglichst nahe am Widerstandselement 11 angeordnet. Über die Löt­ stellen 14 wird das Widerstandselement 11 schaltungstechnisch in die Elek­ tronikeinheit 4 integriert.
Die Elektronikeinheit 4 bzw. die Trägerplatine 12 ist in Fig. 3 mit einem Tem­ peratursensor 13 zur Messung der Batterietemperatur verbunden. Alternati­ ve Anordnungen des Temperatursensors sind gestrichelt mit den Bezugszei­ chen 13a und 13b dargestellt. Der Temperatursensor 13 ist wärmeleitend beispielsweise mittels Wärmeleitkleber direkt am Klemmenkörper 1 ange­ ordnet. Diese Anordnung ermöglicht eine sehr genaue Temperaturmessung, ist jedoch etwas aufwendiger als die Anordnung der Temperatursensoren 13a und 13b, die wärmeleitend am Widerstandsanschluß 10b angebracht sind. Der Temperatursensor 13a ist vereinfacht über Anschlußdrähte mit der Trägerplatine 12 befestigt. Der Temperatursensor 13b ist beispielsweise über Lötstellen mit der Trägerplatine 12 verbunden, um die Anschlußdrähte zu verhindern. Für den Temperatursensor 13b ist jedoch ggf. eine Ausspa­ rung in der Trägerplatine 12 erforderlich.
Die Elektronikeinheit 4 bzw. die Trägerplatine 12 weist einen beispielsweise zweipoligen Stecker 16 auf. Am Pin 18 des Steckers 16 ist ein Versorgungs­ kabel zum anderen Pol der Batterie, hier zum Pluspol, anschließbar. Am Pin 17 des Steckers 16 ist beispielsweise eine bidirektionale Kommunikations­ leitung zu anderen Elektronikgeräten im Kraftfahrzeug anschließbar. Alter­ nativ kann die Kommunikationsleitung auch zwei Pins benötigen (z. B. bei Verwendung eines CAN-Buses). In einer dritten Alternative kann die Kom­ munikation jedoch auch per Funkübertragung vorgenommen werden. (Die Alternativen sind hier nicht dargestellt.)
Schließlich ist in Fig. 3 und in Fig. 4 ein erster Spannungsabgriff 15 zur Mes­ sung der Batteriespannung UBatt gezeigt, der mit dem batteriepolseitigen (z. B. zum Minuspol) Widerstandsanschluß 10a leitend verbunden ist. Der zweite Spannungsabgriff zur Messung der Batteriespannung UBatt wird durch den Pin 18 gebildet (z. B. zum Pluspol der Batterie).
In Fig. 4 sind weitere Details der Trägerplatine 12 bzw. der Elektronikeinheit 4 dargestellt. Die Trägerplatine 12 bzw. die Elektronikeinheit 4 weist eine Meß-, Auswerte- und Steuereinheit 20 auf. Die Einheit 20 erfaßt die Batterie­ spannung UBatt, die Spannung U zwischen den beiden Lötstellen 14 und die Batterietemperatur. Aus der Spannung U kann der Batteriestrom (I) berech­ net werden. Hierzu ist beispielsweise der Widerstandswert (R) des Wider­ standselements 11 in der Einheit 20 abgespeichert. Die Einheit 20 weist vor­ zugsweise einen Mikroprozessor und einen Speicher auf. Auch kann die Einheit 20 übliche Verstärker und A/D-Wandler zur Meßaufbereitung enthal­ ten. Die Einheit 20 kann beliebige weitere Batterie-Indikatorgrößen, wie z. B. den Ladezustand oder den Alterungszustand, ermittelt. Weiterhin kann die Einheit 20 ihrerseits über die Kommunikationsleitung nicht nur Informationen übertragen, sondern auch weitere Informationen von anderen Steuergeräten erhalten und diese mit den Batteriegrößen weiterverarbeiten. Die Kommuni­ kationsleitung und die Versorgungsleitung zum Stecker 16 sind als Kabel­ baum 21 zusammengefaßt dargestellt.
Abhängig von den der Einheit 20 vorliegenden Informationen kann diese ei­ nen Leistungsschalter 19 ansteuern, der eine im Widerstandsanschluß 10b vorliegende Unterbrechung schließen oder öffnen kann. Hierbei kann bei­ spielsweise in Notfällen die Batterieversorgung des Kraftfahrzeuges abge­ schaltet werden.
In Fig. 5 ist ergänzend lediglich schematisch eine zweite mögliche Konstruk­ tion der erfindungsgemäßen integrierten Baueinheit bestehend aus Batterie­ sensor und Befestigungsvorrichtung dargestellt. Hierbei wird durch die strichpunktierte Linie die Bohrung für die Klemmschraube 2 angedeutet. Die­ se Konstruktion weicht nur darin von der ersten Konstruktion ab, daß der Batteriesensor 3, 4 örtlich stärker von der Klemmschraube 2 abgesetzt ist und damit von möglichen Verspannungen bei einer Befestigung des Klemm­ körpers 1 entkoppelt ist.

Claims (9)

1. Batteriesensorvorrichtung mit einer direkt an einem Pol einer Kraftfahr­ zeugbatterie anschließbaren Befestigungsvorrichtung, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Batteriesensor (3, 4) und die Befestigungsvorrichtung zu einer integrierten Baueinheit zusammengefaßt sind, daß die Befesti­ gungsvorrichtung nur an einem einzigen Pol angeschlossen wird und daß die Befestigungsvorrichtung eine für Batterieanschlußkabel im Kraftfahr­ zeug übliche Klemme (1, 2) aufweist.
2. Batteriesensorvorrichtung mit einer direkt an einem Pol einer Kraftfahr­ zeugbatterie anschließbaren Befestigungsvorrichtung, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Batteriesensor (3, 4) und die Befestigungsvorrichtung zu einer integrierten Baueinheit zusammengefaßt sind, daß die Befesti­ gungsvorrichtung nur an einem einzigen Pol angeschlossen wird und daß die Baueinheit in Form und Größe an übliche Batteriepolwannen ange­ paßt ist.
3. Batteriesensorvorrichtung nach Patentanspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Batteriesensor (3, 4) aus einem Meßshunt (3) und einer Elektronikeinheit (4) besteht, daß der Meßshunt (3) als Wider­ standselement (11) mit zwei als mechanische Träger ausgebildeten Wi­ derstandsanschlüssen (10a, 10b) ausgestaltet ist, daß die Elektronikein­ heit (4) an den Widerstandsanschlüssen (10a, 10b) befestigt ist und daß das Widerstandselement (11) schaltungstechnisch in der Elektronikeinheit (4) integriert ist.
4. Batteriesensorvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Batteriesensor (3, 4) über einen ersten Widerstandsanschluß (10a) leitend und über den zweiten Widerstandsan­ schluß (10b) isolierend am Klemmenkörper (1) befestigt ist und daß am zweiten Widerstandsanschluß (10b) das dem einen Pol der Batterie zuge­ ordnete Anschlußkabel für die Kraftfahrzeugversorgung anschließbar ist.
5. Batteriesensorvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Elektronikeinheit (4) mit einem Tempera­ tursensor (13; 13a; 13b) verbunden ist, der wärmeleitend an einem Wi­ derstandsanschluß (10a, 10b) oder direkt am Klemmenkörper (1) ange­ ordnet ist.
6. Batteriesensorvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Elektronikeinheit (4) einen Stecker (16) aufweist, an dem zumindest ein Versorgungskabel zum anderen Pol der Batterie anschließbar ist.
7. Batteriesensorvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Elektronikeinheit (4) einen Stecker (16) aufweist, an dem zumindest eine Kommunikationsleitung zu anderen Elektronikgeräten im Kraftfahrzeug anschließbar ist.
8. Batteriesensorvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Elektronikeinheit (4) eine Meß-, Auswerte- und/oder Steuereinheit (20) aufweist, die die Batteriespannung (UBatt) den Batteriestrom, die Batterietemperatur und/oder andere Batterie-Indikator­ größen ermittelt.
9. Batteriesensorvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Widerstandsanschluß (10b) eine über ei­ nen Leistungsschalter (19) schließbare Unterbrechung aufweist und daß der Leistungsschalter (19) von der Meß-, Auswerte- und/oder Steuerein­ heit (20) ansteuerbar ist.
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