WO2020078814A1 - Widerstandsbaugruppe und verfahren zur herstellung einer widerstandsbaugruppe und batteriesensor - Google Patents

Widerstandsbaugruppe und verfahren zur herstellung einer widerstandsbaugruppe und batteriesensor Download PDF

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WO2020078814A1
WO2020078814A1 PCT/EP2019/077440 EP2019077440W WO2020078814A1 WO 2020078814 A1 WO2020078814 A1 WO 2020078814A1 EP 2019077440 W EP2019077440 W EP 2019077440W WO 2020078814 A1 WO2020078814 A1 WO 2020078814A1
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line section
resistance element
joining surface
line
resistance
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PCT/EP2019/077440
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Inventor
Henryk Frenzel
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Continental Automotive Gmbh
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of measuring instruments, e.g. of probe tips
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/364—Battery terminal connectors with integrated measuring arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/14—Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors
    • G—PHYSICS
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/20—Modifications of basic electric elements for use in electric measuring instruments; Structural combinations of such elements with such instruments
    • G01R1/203—Resistors used for electric measuring, e.g. decade resistors standards, resistors for comparators, series resistors, shunts

Definitions

  • the invention relates to a resistance module for a battery sensor, in particular for a vehicle battery, with two line sections and a resistance element arranged between the line sections, the line sections each being electrically conductively connected to a contact surface of the resistance element with a wing surface.
  • the invention further relates to a method for producing such a resistor assembly.
  • the invention relates to a battery sensor with such a resistance assembly
  • Battery sensors are used in vehicles to record battery parameters of the vehicle battery in order to be able to make statements about the state of charge and / or the state of health of the battery.
  • the battery parameters to be recorded are, for example, the battery voltage, the battery current and the temperature of the battery.
  • the battery voltage and the battery current ideally have to be permanently recorded in order, for example, to be able to make an exact statement about the state of charge of the battery.
  • the battery sensor is usually arranged on one of the battery poles and has, for example, a battery pole terminal for contacting the vehicle battery. Furthermore, the battery sensor has a cable connection for a cable, for example a ground cable.
  • a resistance element arranged in the current path of the load current is provided to detect the battery current.
  • the resistance element is electrically conductively connected to two line sections, which are formed by the battery terminal and the cable connection, so that the entire load current flows through the resistance element.
  • the line sections and the resistance element together form one Resistor assembly.
  • a voltage detection device is provided for detecting a voltage drop dropping across the resistance element. If the electrical resistance of the resistance element is known, the current flowing across the resistance element, that is to say the battery sensor, can be calculated from Ohm's law from the detected voltage drop across the resistance element.
  • the battery sensor Due to the installation situation in a vehicle, in particular in a Polish of a vehicle battery, the battery sensor has to be very compact. In addition, high demands are placed on the battery sensor in terms of mechanical stability. In normal vehicle operation, there are strong mechanical loads, such as shocks or vibrations. Large forces, which are also transmitted to the battery sensor, can act in particular on the ground cable. The battery sensor must ensure a secure electrical connection of the cable of the vehicle battery connected to the cable connection in the event of all loads occurring in the vehicle. Up to now, additional stiffening elements have often been used to increase the stability of the battery sensor. However, additional work steps are required during assembly.
  • the object of the invention is to provide a resistance module for a battery sensor and a battery sensor which are simple to manufacture and have sufficient mechanical stability for the loads occurring in vehicle operation.
  • the object of the invention is further to provide a method for producing such a resistor assembly.
  • a resistor assembly for a battery sensor in particular for a vehicle battery, has two line sections and a resistance element arranged between the line sections, the line sections each being electrically conductively connected to a contact surface of the resistance element with a wing surface, at least a line section at least on one to the Joining area adjacent area has increased strength, in particular increased bending rigidity.
  • the area of the line sections from which the battery pole terminal or a cable connection is formed must be flexible, for example in order to produce the battery pole terminal from the line section by means of a bending process.
  • a certain flexibility of the battery pole clamp is required in order to be able to clamp it to the battery pole.
  • the line sections should have a high strength, in particular a high bending stiffness, in order to be able to absorb the loads acting on the battery sensor. In the present case, this is achieved by increasing the strength in this area. This means that additional stiffening elements can be dispensed with.
  • the thickness of the line section can be increased at least in the area adjacent to the joining surface.
  • the line sections are made of a material with a constant thickness. This has manufacturing reasons.
  • the line sections and the resistance element are connected to one another in a continuous joining process, for example an electron beam process, the same welding parameters always being used. Different materials, on the other hand, require different welding parameters that were not possible with the previously used processes.
  • a single welding method is used to solve the task, in which the welding parameters (energy, pressure, time, etc.) can be individually adapted to the respective welded connection.
  • the thickness of the material can therefore be matched to the desired material property of the line section in this area.
  • the material can be thinner, so that this is more flexible and can be processed more easily, in particular deformed.
  • the material is thicker, so that it can absorb higher loads without being deformed or damaged.
  • the line section in the area adjacent to the joining surface consists of a material with increased strength, in particular with increased bending stiffness. That is, the material thickness can remain the same while increasing the strength of the material so that the desired strength of the material is achieved.
  • the line section in a region adjacent to the joining surface can have a material with a different chemical composition than the rest of the line section, in particular a different alloy.
  • the material composition, in particular the alloy is selected so that it has the desired properties.
  • different copper alloys can be used, so that a very good electrical conductivity of the entire line section is always ensured.
  • a CuFeO.I P alloy can be used for the area of the line section with increased strength and a CUFE2P alloy for the remaining line section.
  • the line section can consist of the same material throughout and the strength of the material of the line section in the area adjacent to the joining surface has been increased by a post-treatment, in particular by a heat treatment or a roller treatment.
  • a post-treatment in particular by a heat treatment or a roller treatment.
  • This enables a simpler production of the line section, since it consists of the same material throughout and can be shaped, for example punched out or cut out, from the same.
  • the area of the line section in which a higher strength is desired is then subjected to an aftertreatment which increases the strength.
  • at least one contact surface extends at an angle of 30 ° to 60 °, in particular at an angle of 45 °, to the longitudinal axis of the resistance element.
  • At least one joining surface can also run at an angle of 30 ° to 60 °, in particular at an angle of 45 °, to the longitudinal axis of the line section.
  • the joining surfaces and the contact surfaces are preferably designed such that the longitudinal axis of at least one line section and the longitudinal axis of the resistance element are angled relative to one another, in particular enclose an angle of at least 45 °, in particular 90 °.
  • a very compact resistor assembly can thus be provided.
  • the line sections are angled relative to one another, in particular at an angle of 90 °.
  • a battery sensor is also provided with a resistance module as described above and with a detection device for detecting a voltage drop across the resistance element.
  • a method for producing a battery sensor according to one of the preceding claims is also provided, with the following steps:
  • the individual welding process allows the welding parameters to be individually adapted to the material properties of the area of the line section adjoining the wing surface.
  • the strength of an area adjacent to the joining surface can be increased on at least one line section by a post-treatment.
  • Figure 2 shows the resistor assembly according to the invention for one
  • Figure 3a shows a detailed view of a second embodiment of a
  • Figure 3b shows a detailed view of a third embodiment of a
  • Resistor assembly and Figure 4 shows a fourth embodiment of a resistor assembly.
  • FIG. 1 shows a battery sensor 10 for recording battery parameters.
  • the battery sensor 10 has a first line section 12, which has a battery pole terminal 14, and a second line section 16, which has a cable connection 18 for a cable, for example a ground cable.
  • the line sections 12, 16 are electrically connected to one another via a resistance element 20.
  • Resistor element 20 together form a resistor assembly 22 shown in detail in FIG. 2.
  • the resistance element 20 is in each case electrically conductively connected to a joining surface 26a, 26b of the line sections 12, 16 with a contact surface 24a, 24b.
  • the battery sensor has a housing 28 which encloses the resistance element 20 and at least in sections the line sections 12, 16.
  • An evaluation unit (not shown in detail here) for evaluating the battery values detected with the battery sensor 10 is provided in the housing 28.
  • the evaluation unit comprises, for example, a voltage detection device for detecting a voltage drop across the resistance element 20.
  • the voltage detection device is contacted with contact points 33a, 33b in front of and behind the resistance element 20.
  • the electrical resistance of the resistance element 20 is known.
  • the current flowing via the resistance element 20, that is to say the battery sensor 10, can be determined from the known electrical resistance of the resistance element 20 and the detected voltage drop.
  • the resistance element 20 can consist of a material with low temperature dependence, for example one
  • the evaluation unit can determine a correction value for the electrical resistance in order to correct a change in the electrical resistance, for example due to aging phenomena or temperature changes.
  • the longitudinal axis 32 of the first line section 12 runs parallel to the longitudinal axis 34 of the resistance element 20.
  • the longitudinal axis 36 of the second line section 16 runs perpendicular to the longitudinal axis 34 of the resistance element 20.
  • the right-angled arrangement of the resistance element 20 and the second line section 16 results in an inside corner 38 on the battery sensor. If tensile forces 40 act on the cable that is connected to the second line section 16, this inside corner is heavily loaded, in particular by notch stresses.
  • Resistor assemblies 22 or battery sensors 10 are therefore known from the prior art, which have an additional reinforcing element that connects the resistance element 20 to at least one of the line sections 12, 16 and supports them. At least part of the force acting on the second line section 16 is thus dissipated via the reinforcing element.
  • the reinforcing element must be connected to the line section 12, 16 and / or the resistance element 20, which requires additional work steps.
  • the second line section 16 has an increased strength, in particular an increased bending stiffness, in an area 30 adjoining the joining surface 26b.
  • the increased strength of the area 30 is achieved in that the area 30 is made of a material that has an increased strength compared to the rest of the line section 16.
  • the area 30 consists of the same material as the rest of the line section 16.
  • the increased strength was achieved by post-treatment of the material. This can be, for example, a heat treatment or a roll treatment.
  • the line section 16 is therefore also made in one piece from one material, only the area 30 of the line section 16 being post-treated in such a way that it has increased strength compared to the rest of the line section 16.
  • the region 30 can also consist, for example, of a material with a different chemical composition than the rest of the line section, in particular of a different alloy.
  • the chemical composition or the alloy can be chosen arbitrarily in order to achieve the desired strength, in particular the desired bending stiffness.
  • the chemical composition is only to be selected in such a way that a good mechanical and electrical connection with the resistance element 20 is possible.
  • the area 30 is connected in advance to the rest of the line section 16 and then connected to the resistance element 20.
  • different copper alloys for example CuFeO.I P and CuFe2P, are used for the line section 16 and the region 30.
  • materials with different R values can be used, for example with an R value of R300 and R420.
  • FIGS. 3a and 3b A further possibility for increasing the strength of the area 30 is shown in FIGS. 3a and 3b.
  • the line section 16 is made of one material throughout.
  • the thickness of the material in the area 30 is increased in comparison with the other line section 16.
  • the bending stiffness is significantly higher.
  • the thickness increases starting from the joining surface 26b, so that the joining surface has the same dimensions as the corresponding contact surface 24b.
  • the area 30 has a constant thickness that is greater than that of the rest of the line section 16 and the resistance element 20.
  • the line section 16 and the resistance element 20 have a constant thickness.
  • the line sections and the resistance element were connected to one another in a continuous joining process, for example an electron beam process, always using the same welding parameters.
  • Different materials on the other hand, require different welding parameters that were not possible with the previously used processes.
  • the resistance element 20 To connect the resistance element 20 to one another, a single welding process is therefore used, in which the welding parameters (energy, pressure, time, etc.) can be individually adapted to the respective weld connection.
  • the welding parameters energy, pressure, time, etc.
  • the longitudinal axis 32 of the first line section 12 runs parallel to the longitudinal axis 34 of the resistance element 20.
  • the longitudinal axis 36 of the second line section 16 runs perpendicular to the longitudinal axis 34 of the resistance element 20.
  • the longitudinal axis 34 of the resistance element 20 is angled both to the longitudinal axis 32 of the first line section 12 and to the longitudinal axis 36 of the second line section 16 (FIG. 4).
  • the angle 42 between the The longitudinal axis 32 of the first line section 12 and the longitudinal axis 34 of the resistance element 20 is approximately 145 ° in the embodiment shown here.
  • the angle 44 between the longitudinal axis 36 of the second line section 16 and the longitudinal axis 34 of the resistance element 20 is approximately 125 ° in the embodiment shown here
  • the angle between the second line section 16 and the resistance element 20 makes the inner corner 38 significantly less strong, so that there are significantly lower tensions, in particular notch tensions, on the inner corner 38 due to tensile forces 40 which act on the second line section 16.
  • the current distribution over the cross section of the resistance element 20 is substantially more homogeneous due to the smaller angle between the second line section 16 and the resistance element 20, so that local heating of the resistance element 20 and the second line section turns out to be significantly less or can even be avoided entirely.
  • the angle by which the longitudinal axis 34 of the resistance element 20 is angled to the longitudinal axis 32, 36 of the line sections 12, 16 is between 30 ° and 60 °, preferably approximately 45 °.
  • the contact surfaces 24a, 24b are parallel to one another, so that the current path across the resistance element 20 is essentially of the same amount over the entire cross section of the resistance element 20.
  • the joining surfaces 26a, 26b are each inclined to the longitudinal axis 32, 36 of the line section 12, 16. The bending of the longitudinal axes 32, 36 of the line sections 12, 16 is thus achieved by the inclined joining surfaces 26a, 26b.
  • the joining surfaces 26a, 26b are preferably inclined at an angle 42, 44 of 30 ° to 60 °, in particular at an angle of approximately 45 °.
  • the angle between the longitudinal axes 32, 36 of the line sections 12, 16 is preferably 90 °, so that the battery sensor 10 described above can be used instead of the battery sensor 10 ′ described in FIGS. 1 and 2 without changing the installation situation on the vehicle battery, in particular the installation situation in a vehicle.
  • an area 30 can also be provided on the first line section 12, in which the strength of the material of the line section 12 is increased.
  • the line section 12, in particular the battery pole terminal 14 is usually produced in a bending process, for example a stamping and bending process, and must therefore be made of a material with a low bending stiffness. It is therefore not possible to consistently become the first line section 12 from a material that has a high degree of flexural strength. With the measures described above, it is possible to produce the first line section 12 from a material that enables the battery pole terminal 14 to be easily formed, but nevertheless provides a high stability of the resistance assembly 22 and thus of the battery sensor ten.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Widerstandsbaugruppe (22) für einen Batteriesensor (10), insbesondere für eine Fahrzeugbatterie, mit zwei Leitungsabschnitten (12, 16) und einem zwischen den Leitungsabschnitten angeordneten Widerstandselement, wobei die Leitungsabschnitte (12, 16) jeweils mit einer Fügefläche (26a, 26b) elektrisch leitend mit einer Kontaktfläche (24a, 24b) des Widerstandselements (20) verbunden sind. Zumindest ein Leitungsabschnitt (12, 16) weist zumindest an einem an die Fügefläche (26a, 26b) angrenzenden Bereich (30) eine erhöhte Festigkeit, insbesondere einer erhöhten Biegesteifigkeit, auf. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Batteriesensor (10) mit einer solchen Widerstandsbaugruppe (22) sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Widerstandsbaugruppe (22).

Description

Beschreibung
Widerstandsbaugruppe und Verfahren zur Herstellung einer
Widerstandsbaugruppe und Batteriesensor
Die Erfindung betrifft eine Widerstandsbaugruppe für einen Batteriesensor, insbesondere für eine Fahrzeugbatterie, mit zwei Leitungsabschnitten und einem zwischen den Leitungsabschnitten angeordneten Widerstandselement, wobei die Leitungsabschnitte jeweils mit einer Flügelfläche elektrisch leitend mit einer Kontaktfläche des Widerstandselements verbunden sind. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Widerstandsbaugruppe. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Batteriesensor mit einer solchen Widerstandsbaugruppe
Batteriesensoren werden den 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 Batterieparameter 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 Batteriepolklemme zur Kontaktierung mit der Fahrzeugbatterie auf. Des Weiteren weist der Batteriesensor einen Kabelanschluss für ein Kabel, beispielsweise ein Massekabel, auf.
Zur Erfassung des Batteriestroms ist beispielsweise ein im Strompfad des Laststroms angeordnetes Widerstandselement vorgesehen. Das Widerstandselement ist elektrisch leitend mit zwei Leitungsabschnitt, die durch Batteriepolklemme und den Kabelanschluss gebildet werden, verbunden, sodass der gesamte Laststroms über das Widerstandselement fließt. Die Leitungsabschnitte sowie das Widerstandselement bilden gemeinsam eine Widerstandsbaugruppe. Des Weiteren ist eine Spannungserfassungseinrichtung zur Erfassung eines über dem Widerstandselement abfallenden Spannungsabfalls vorgesehen. Ist der elektrische Widerstand des Widerstandselements bekannt, kann aus dem erfassten Spannungsabfall über dem Widerstandselement der über dem Widerstandselement, also den Batteriesensor, fließende Strom über das ohmsche Gesetz berechnet werden.
Aufgrund der Einbausituation in einem Fahrzeug, insbesondere in einer Polnische einer Fahrzeugbatterie, muss der Batteriesensor sehr kompakt ausgebildet sein. Darüber hinaus werden an den Batteriesensor hohe Anforderungen bezüglich der mechanischen Stabilität gestellt. Im regulären Fahrzeugbetrieb treten starke mechanische Belastungen, beispielsweise bei Erschütterungen oder Vibrationen, auf. Insbesondere auf das Massekabel können große Kräfte wirken, die sich auch auf dem Batteriesensor übertragen. Der Batteriesensor muss bei allem im Fahrzeug auftretenden Belastungen eine sichere elektrische Verbindung des am Kabelanschluss angeschlossenen Kabels der Fahrzeugbatterie gewährleisten. Bisher wurden häufig zusätzliche Versteifungselement verwendet, um die Stabilität des Batteriesensors zu erhöhen. Flierzu sind aber zusätzliche Arbeitsschritte bei der Montage erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Widerstandsbaugruppe für einen Batteriesensor sowie einen Batteriesensor bereitzustellen, die einfach herzustellen sind und eine ausreichende mechanische Stabilität für die im Fahrzeugbetrieb auftretenden Belastungen aufweisen. Aufgabe der Erfindung ist es des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Widerstandsbaugruppe bereitzustellen.
Zur Lösung der Aufgabe ist bei einer Widerstandsbaugruppe für einen Batteriesensor vorgesehen, insbesondere für eine Fahrzeugbatterie, mit zwei Leitungsabschnitten und einem zwischen den Leitungsabschnitten angeordneten Widerstandselement, wobei die Leitungsabschnitte jeweils mit einer Flügelfläche elektrisch leitend mit einer Kontaktfläche des Widerstandselements verbunden sind, vorgesehen, dass zumindest ein Leitungsabschnitt zumindest an einem an die Fügefläche angrenzenden Bereich eine erhöhte Festigkeit, insbesondere einer erhöhten Biegesteifigkeit, aufweist.
An das Material der Leitungsabschnitte werden unterschiedliche Anforderungen gestellt. Der Bereich der Leitungsabschnitte, aus dem die Batteriepolklemme oder ein Kabelanschluss gebildet wird, muss flexibel sein, um beispielsweise die Batteriepolklemme aus dem Leitungsabschnitt durch ein Biegeverfahren herzustellen. Zudem ist eine gewisse Flexibilität der Batteriepolklemme erforderlich, um diese am Batteriepol klemmen zu können. In Bereichen, die an das Widerstandselement angrenzen, sollen die Leitungsabschnitte dagegen eine hohe Festigkeit aufweisen, insbesondere eine hohe Biegesteifigkeit, um die auf den Batteriesensor wirkenden Belastungen abtragen zu können. Dies wird vorliegend durch eine Erhöhung der Festigkeit in diesem Bereich erzielt. Dadurch kann auf zusätzliche Versteifungselemente verzichtet werden.
Die höhere Festigkeit kann hierbei auf verschiedene Weise hergestellt werden. Beispielsweise kann die Dicke des Leitungsabschnitts zumindest im an die Fügefläche angrenzenden Bereich vergrößert sein. Im Stand der Technik werden die Leitungsabschnitte aus einem Material mit gleichbleibender Dicke hergestellt. Dies hat fertigungstechnische Gründe. Beispielsweise werden die Leitungsabschnitte und das Widerstandselement in einem kontinuierlichen Fügeverfahren, beispielsweise einem Elektronenstrahlverfahren, miteinander verbunden, wobei stets die gleichen Schweißparameter angesetzt werden. Unterschiedliche Material erfordern dagegen unterschiedliche Schweißparameter, die mit den bisher eingesetzten Verfahren nicht möglich waren. Um die Leitungsabschnitte und das Widerstandselement miteinander zu verbinden, werden daher zur Lösung der Aufgabe ein Einzelschweißverfahren verwendet, bei dem die Schweißparameter (Energie, Druck, Zeit, etc.) individuell auf die jeweilige Schweißverbindung angepasst werden können.
Die Dicke des Materials kann also jeweils an die gewünschte Materialeigenschaft des Leitungsabschnittes in diesem Bereich abgestimmt werden. In einem Bereich, der die Batteriepolklemme bildet, kann das Material dünner sein, sodass dieses flexibler ist und einfacher verarbeitet, insbesondere verformt, werden kann. Im Bereich, der an die Fügefläche angrenzt, ist das Material dagegen dicker, sodass dieses höhere Belastungen aufnehmen kann, ohne sich zu verformen oder beschädigt zu werden.
Eine andere Möglichkeit der Erhöhung der Festigkeit ist, dass der Leitungsabschnitt im an die Fügefläche angrenzenden Bereich aus einem Material mit erhöhter Festigkeit, insbesondere mit einer erhöhten Biegesteifigkeit besteht. Das heißt, die Materialdicke kann gleich bleiben, während die Festigkeit des Materials erhöht wird, sodass die gewünschte Festigkeit des Materials erzielt wird.
Beispielsweise kann der Leitungsabschnitt im einen die Fügefläche angrenzenden Bereich ein Material mit einer anderen chemischen Zusammensetzung aufweisen als im Übrigen Leitungsabschnitt, insbesondere eine andere Legierung. Die Materialzusammensetzung, insbesondere die Legierung ist jeweils so gewählt, dass diese die gewünschten Eigenschaften aufweist. Beispielsweise können unterschiedliche Kupferlegierungen verwendet werden, sodass stets eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit des gesamten Leitungsabschnitts sichergestellt ist. Beispielsweise kann für den Bereich des Leitungsabschnitts mit erhöhter Festigkeit eine CuFeO.I P- Legierung und für den übrigen Leitungsabschnitt eine CUFE2P- Legierung verwendet werden.
Der Leitungsabschnitt kann aber auch durchgehend aus den gleichen Material bestehen und die Festigkeit des Materials des Leitungsabschnitts im an die Fügefläche angrenzenden Bereich wurde durch eine Nachbehandlung, insbesondere durch eine Wärmebehandlung oder eine Walzbehandlung, erhöht. Dadurch ist eine einfachere Herstellung des Leitungsabschnitts möglich, da dieser durchgehend aus dem gleichen Material besteht und aus diesem heraus geformt, beispielsweise ausgestanzt oder ausgeschnitten werden kann. Der Bereich des Leitungsabschnitts, in dem eine höhere Festigkeit gewünscht ist, wird anschließend einer Nachbehandlung unterzogen, durch die die Festigkeit erhöht wird. Um die Stabilität der Widerstandsgruppe zusätzlich zu erhöhen, kann beispielsweise vorgesehen sein, dass zumindest eine Kontaktfläche in einem Winkel von 30° bis 60°, insbesondere in einem Winkel von 45°, zur Längsachse des Widerstandselements verläuft. Sind die Leitungsabschnitte und das Widerstandselement in einem Winkel von 90° zueinander abgewinkelt, um eine möglichst kompakte Bauform der Widerstandsbaugruppe und des Batteriesensors zu erzielen. Dadurch ergibt sich aber im Bereich der 90° Ecke häufig eine hohe Lastspitze bei einer auf das Massekabel wirkenden Zugkraft, die eine Verstärkung der Widerstandsbaugruppe in diesem Bereich erforderlich machen. Diese auftretenden Kräfte können zum einen durch die vorstehend beschriebene Erhöhung der Festigkeit des Leitungsabschnitts in diesem Bereich abgefangen werden. In dem die Kontaktfläche nicht rechtwinklig verläuft, sondern geneigt ist, entsteht zwischen dem Widerstandselement und dem Leitungsabschnitt keine scharfen 90° Ecke, sondern eine Ecke mit einem geringeren Winkel, durch die die Lastspitze im Bereich der Ecke reduziert wird.
Um diesen Effekt zu erzielen kann auch zumindest eine Fügefläche in einem Winkel von 30° bis 60°, insbesondere in einem Winkel von 45°, zu Längsachse des Leitungsabschnitts verlaufen.
Vorzugsweise sind die Fügeflächen und die Kontaktflächen so ausgebildet, dass die Längsachse zumindest eines Leitungsabschnittes und die Längsachse des Widerstandselements zueinander abgewinkelt sind, insbesondere einen Winkel von zumindest 45°, insbesondere von 90° einschließen. Somit kann eine sehr kompakte Widerstandsbaugruppe bereitgestellt werden.
Insbesondere sind die Leitungsabschnitte zueinander abgewinkelt, insbesondere in einem Winkel von 90°.
Zur Lösung der Aufgabe ist des Weiteren ein Batteriesensor mit einer vorstehend beschriebenen Widerstandsbaugruppe sowie mit einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung eines Spannungsabfalls über das Widerstandselement vorgesehen. Zur Lösung der Aufgabe ist des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriesensors nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen, mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen der Leitungsabschnitte und des Widerstandselements, wobei zumindest ein Leitungsabschnitt in einem an eine Fügefläche angrenzenden Bereich eine erhöhte Festigkeit aufweist,
- Ausrichten der Leitungsabschnitte und des Widerstandselements so, dass die Leitungsabschnitte jeweils mit einer Fügefläche an einer Kontaktfläche des Widerstandselements anlegen,
- Stoffschlüssiges Verbinden der Leitungsabschnitte und des Widerstandselements an den Kontaktbereichen, wobei das stoffschlüssige Verbinden durch ein Einzelschweißverfahren erfolgt.
Durch das Einzelschweißverfahren können die Schweißparameter jeweils an die Materialeigenschaften des an die Flügelfläche angrenzenden Bereichs des Leitungsabschnitts individuell angepasst werden.
An zumindest einem Leitungsabschnitt kann die Festigkeit eines an die Fügefläche angrenzenden Bereichs durch eine Nachbehandlung erhöht werden.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesem zeigen:
Figur 1 einen Batteriesensor aus dem Stand der Technik;
Figur 2 die erfindungsgemäße Widerstandsbaugruppe für einen
Batteriesensor;
Figur 3a eine Detailansicht einer zweiten Ausführungsform einer
Widerstandsbaugruppe;
Figur 3b eine Detailansicht einer dritten Ausführungsform einer
Widerstandsbaugruppe; und Figur 4 eine vierte Ausführungsform einer Widerstandsbaugruppe.
In Figur 1 ist ein Batteriesensor 10 zur Erfassung von Batteriekennwerten gezeigt. Der Batteriesensor 10 hat einen ersten Leitungsabschnitt 12, der eine Batteriepolklemme 14 aufweist, sowie einen zweiten Leitungsabschnitt 16, der einen Kabelanschluss 18 für ein Kabel, beispielsweise ein Massekabel, aufweist. Die Leitungsabschnitte 12, 16 sind über ein Widerstandselement 20 elektrisch miteinander verbunden. Die Leitungsabschnitte 12, 16 sowie das
Widerstandselement 20 bilden gemeinsam eine in Figur 2 im Detail dargestellte Widerstandsbaugruppe 22.
Das Widerstandselement 20 ist jeweils mit einer Kontaktfläche 24a, 24b elektrisch leitend mit einer Fügefläche 26a, 26b der Leitungsabschnitte 12, 16 verbunden.
Des Weiteren weiß der Batteriesensor ein Gehäuse 28 auf, das das Widerstandselement 20 sowie zumindest abschnittsweise die Leitungsabschnitte 12, 16 einschließt.
Im Gehäuse 28 ist 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 das Widerstandselement 20. Die Spannungserfassungseinrichtung ist mit Kontaktstellen 33a, 33b vor und hinter dem Widerstandselement 20 kontaktiert. Am Gehäuse ist ein Steckeranschluss 31 zur Ausgabe eines Messsignals, beispielsweise an eine Fahrzeugsteuerung, vorgesehen.
Der elektrische Widerstand des Widerstandselements 20 ist bekannt. Aus dem bekannten elektrischen Widerstand des Widerstandselements 20 und dem erfassten Spannungsabfall kann der über das Widerstandselement 20, also den Batteriesensor 10, fließende Strom bestimmt werden. Das Widerstandselement 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 Figur 2 zu sehen ist, verläuft die Längsachse 32 des ersten Leitungsabschnittes 12 parallel zur Längsachse 34 des Widerstandselements 20. Die Längsachse 36 des zweiten Leitungsabschnittes 16 verläuft rechtwinklig zur Längsachse 34 des Widerstandselements 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 Widerstandselements 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.
Aus dem Stand der Technik sind daher Widerstandsbaugruppen 22 oder Batteriesensoren 10 bekannt, die ein zusätzliches Verstärkungselement aufweisen, dass das Widerstandselement 20 mit zumindest einem der Leitungsabschnitte 12, 16 verbindet und diese stützt. Zumindest ein Teil der auf den zweiten Leitungsabschnitt 16 wirkenden Kraft wird somit über das Verstärkungselement abgetragen. Das Verstärkungselement muss aber mit dem Leitungsabschnitt 12, 16 und/oder das Widerstandselement 20 verbunden werden, was zusätzliche Arbeitsschritte erforderlich macht.
Bei der in Figur 2 gezeigten Widerstandsbaugruppe 22 weist der zweite Leitungsabschnitt 16 in einem an die Fügefläche 26b angrenzenden Bereich 30 eine erhöhte Festigkeit, insbesondere eine erhöhte Biegesteifigkeit auf. In der in Figur zwei gezeigten Ausführungsform wird die erhöhte Festigkeit des Bereichs 30 dadurch erreicht, dass der Bereich 30 aus einem Material hergestellt ist, dass eine im Vergleich zum übrigen Leitungsabschnitt 16 erhöhte Festigkeit aufweist. In der hier gezeigten Ausführungsform besteht der Bereich 30 aus dem gleichen Material wie der übrige Leitungsabschnitt 16. Die erhöhte Festigkeit wurde durch eine Nachbehandlung des Materials erzielt. Dies kann beispielsweise eine Wärmebehandlung oder eine Walzbehandlung sein. Er Leitungsabschnitt 16 ist also weiterhin einstückig aus einem Material hergestellt, wobei lediglich der Bereich 30 des Leitungsabschnitts 16 derart nachbehandelt wird, dass dieser eine im Vergleich zum übrigen Leitungsabschnitt 16 erhöhte Festigkeit aufweist.
Der Bereich 30 kann aber auch beispielsweise aus einem Material mit einer anderen chemischen Zusammensetzung bestehen als der übrige Leitungsabschnitt, insbesondere aus einer anderen Legierung. Die chemische Zusammensetzung bzw. die Legierung kann beliebig gewählt werden, um die gewünschte Festigkeit, insbesondere die gewünschte Biegesteifigkeit, zu erreichen. Die chemische Zusammensetzung ist lediglich derart zu wählen, dass eine gute mechanische und elektrische Verbindung mit dem Widerstandselement 20 möglich ist. Der Bereich 30 wird vorab mit dem übrigen Leitungsabschnitt 16 verbunden und anschließend mit dem Widerstandselement 20 verbunden. Beispielsweise werden für den Leitungsabschnitt 16 und den Bereich 30 verschiedene Kupferlegierungen, beispielsweise CuFeO.I P und CuFe2P verwendet. Des Weiteren können Materialien mit unterschiedlichen R-Werten verwendet werden, beispielsweise mit einem R-Wert von R300 und R420.
Eine weitere Möglichkeit der Erhöhung der Festigkeit des Bereichs 30 ist in den Figuren 3a und 3b dargestellt. Der Leitungsabschnitt 16 ist hier durchgehend aus einem Material gefertigt. Um die Festigkeit des Bereichs 30 zu erhöhen, ist die Dicke des Materials im Bereich 30 im Vergleich übrigen Leitungsabschnitt 16 erhöht. Dadurch ist die Biegesteifigkeit deutlich höher. In Figur 3a vergrößert sich die Dicke ausgehend von der Fügefläche 26b, so dass die Fügefläche die gleichen Abmessungen aufweist wie die korrespondierende Kontaktfläche 24b.
In Figur 3b weist der Bereich 30 durchgehend eine gleichbleibende, im Vergleich zum übrigen Leitungsabschnitt 16 und zum Widerstandselement 20 größere Dicke auf.
Bisher war es aus fertigungstechnischen Gründen erforderlich, dass der Leitungsabschnitt 16 und das Widerstandselement 20 eine gleichbleibende Dicke aufweisen. Beispielsweise wurden die Leitungsabschnitte und das Widerstandselement in einem kontinuierlichen Fügeverfahren, beispielsweise einem Elektronenstrahlverfahren, miteinander verbunden, wobei stets die gleichen Schweißparameter angesetzt werden. Unterschiedliche Material erfordern dagegen unterschiedliche Schweißparameter, die mit den bisher eingesetzten Verfahren nicht möglich waren. Um die Leitungsabschnitte 12, 16 und das
Widerstandselement 20 miteinander zu verbinden, wird daher ein Einzelschweißverfahren verwendet, bei dem die Schweißparameter (Energie, Druck, Zeit, etc.) individuell auf die jeweilige Schweißverbindung angepasst werden können.
In der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform, verläuft die Längsachse 32 des ersten Leitungsabschnittes 12 parallel zur Längsachse 34 des Widerstandselements 20. Die Längsachse 36 des zweiten Leitungsabschnittes 16 verläuft rechtwinklig zur Längsachse 34 des Widerstandselements 20. Dadurch ist der Batteriesensor 10 sehr kompakt, so dass diese beispielsweise in die Polnische einer Fahrzeugbatterie eingesetzt werden kann.
Um die Festigkeit der Widerstandsbaugruppe zusätzlich zu erhöhen, kann ergänzend zu den vorstehend beschriebenen Maßnahmen
die Längsachse 34 des Widerstandselements 20 sowohl zur Längsachse 32 des ersten Leitungsabschnitt 12 wie auch zur Längsachse 36 des zweiten Leitungsabschnitt 16 abgewinkelt ist (Figur 4). Der Winkel 42 zwischen der Längsachse 32 des ersten Leitungsabschnitts 12 und der Längsachse 34 des Widerstandselements 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 Widerstandselements 20 beträgt in der hier gezeigten Ausführungsform ca. 125 in °
Durch die Abwinkelung zwischen dem zweiten Leitungsabschnitt 16 und dem Widerstandselement 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 Widerstandselements 20 aufgrund des geringeren Winkels zwischen dem zweiten Leitungsabschnitt 16 und dem Widerstandselement 20 wesentlich homogener, sodass lokale Erwärmungen des Widerstandselements 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 Widerstandselements 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 das Widerstandselement 20 über den gesamten Querschnitt des Widerstandselements 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 Figuren 1 und 2 beschriebenen Batteriesensors 10‘ verwendet werden kann ohne die Einbausituation an der Fahrzeugbatterie, insbesondere die Einbausituation in einem Fahrzeug, zu verändern. Ergänzend kann auch am ersten Leitungsabschnitt 12 ein Bereich 30 vorgesehen sein, in dem die Festigkeit des Materials des Leitungsabschnitt 12 erhöht ist. Der Leitungsabschnitt 12, insbesondere die Batteriepolklemme 14, wird üblicherweise in einen Biegeverfahren, beispielsweise einem Stanz-Biege-Verfahren hergestellt und muss daher aus einem Material mit einer geringen Biegesteifigkeit hergestellt sein. Es ist daher nicht möglich, den ersten Leitungsabschnitt 12 durchgehend aus einem Material zu werden, dass eine hohe Biegesteifigkeit aufweist. Mit den vorstehend beschriebenen Maßnahmen ist es möglich, den ersten Leitungsabschnitt 12 aus einem Material herzustellen, dass ein einfaches Formen der Batteriepolklemme 14 ermöglicht, aber dennoch eine hohe Stabilität der Widerstandsbaugruppe 22 und somit des Batteriesensors zehn bereitstellt.
Bezugszeichenliste
10 Batteriesensor
12 erster Leitungsabschnitt
14 Polklemme
16 zweiter Leitungsabschnitt
18 Anschluss
20 Widerstandselement
22 Widerstandsbaugruppe
24a erste Kontaktfläche
24b zweite Kontaktfläche
26a erste Fügefläche
26b zweite Fügefläche
28 Gehäuse
30 Bereich
31 Steckeranschluss
32 Längsachse des ersten Leitungsabschnitts
33a Kontaktstellen
33b Kontaktstellen
34 Längsachse des Widerstandselements
36 Längsachse des zweiten Leitungsabschnitts
38 Innenecke
40 Zugkräfte
42 Winkel zwischen der Längsachse des ersten Leitungsabschnitts und der Längsachse des Widerstandselements
44 zwischen der Längsachse des zweiten Leitungsabschnitts und der
Längsachse des Widerstandselements

Claims

Patentansprüche
1. Widerstandsbaugruppe (22) für einen Batteriesensor (10), insbesondere für eine Fahrzeugbatterie, mit zwei Leitungsabschnitten (12, 16), einem zwischen den Leitungsabschnitten angeordneten Widerstandselement, wobei die Leitungsabschnitte (12, 16) jeweils mit einer Fügefläche (26a, 26b) elektrisch leitend mit einer Kontaktfläche (24a, 24b) des
Widerstandselements (20) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Leitungsabschnitt (12, 16) zumindest an einem an die Fügefläche (26a, 26b) angrenzenden Bereich (30) eine erhöhte Festigkeit, insbesondere einer erhöhten Biegesteifigkeit, aufweist.
2. Widerstandsbaugruppe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (D) des Leitungsabschnitts (12, 16) zumindest im an die Fügefläche (26a, 26b) angrenzenden Bereich (30) vergrößert ist.
3. Widerstandsbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsabschnitt (12, 16) im an die Fügefläche (26a, 26b) angrenzenden Bereich (30) aus einem Material mit erhöhter Festigkeit, insbesondere mit einer erhöhten Biegesteifigkeit, besteht.
4. Widerstandsbaugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsabschnitt (12, 16) im einen die Fügefläche (26a, 26b) angrenzenden Bereich (30) ein Material mit einer anderen chemischen Zusammensetzung aufweist als im übrigen Leitungsabschnitt, insbesondere eine andere Legierung.
5. Widerstandsbaugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsabschnitt (12, 16) durchgehend aus dem gleichen Material besteht und die Festigkeit des Materials des Leitungsabschnitts (12, 16) im an die Fügefläche (26a, 26b) angrenzenden Bereich (30) durch eine Nachbehandlung, insbesondere durch eine Wärmebehandlung oder eine Walzbehandlung, erhöht wurde.
6. Widerstandsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kontaktfläche (24a, 24b) in einem Winkel von 30° bis 60°, insbesondere in einem Winkel von 45°, zur Längsachse (34) des Widerstandselements (20) verläuft.
7. Widerstandsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Fügefläche (26a, 26b) in einem Winkel von 30° bis 60°, insbesondere in einem Winkel von 45°, zu Längsachse (32, 36) des Leitungsabschnitts (12, 16) verläuft.
8. Widerstandsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (32, 36) zumindest eines Leitungsabschnittes (12, 16) und die Längsachse (34) des
Widerstandselements (20) zueinander abgewinkelt ist, insbesondere einen Winkel von zumindest 45°, insbesondere von 90° einschließen.
9. Widerstandsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen (32, 36) der
Leitungsabschnitte (12, 16) zueinander abgewinkelt sind, insbesondere in einem Winkel von 90°.
10. Batteriesensor (10), insbesondere für eine Fahrzeugbatterie, mit einer Widerstandsbaugruppe (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung eines Spannungsabfalls über das Widerstandselement (20).
11. Verfahren zur Herstellung Widerstandsbaugruppe (22) für einen
Batteriesensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit folgenden Schritten:
Bereitstellen der Leitungsabschnitte (12, 16) und des
Widerstandselements (20), wobei zumindest ein Leitungsabschnitt (12, 16) in einem an eine Fügefläche (26a, 26b) angrenzenden Bereich (30) eine erhöhte Festigkeit, insbesondere eine erhöhte Biegesteifigkeit, aufweist,
Ausrichten der Leitungsabschnitte (12, 16) und des
Widerstandselements (20) so, dass die Leitungsabschnitte (12, 16) jeweils mit einer Fügefläche (26a, 26b) an einer Kontaktfläche (24a,
24b) des Widerstandselements (20) anlegen,
Stoffschlüssiges Verbinden der Leitungsabschnitte (12, 16) und des Widerstandselements (an den Kontaktbereichen, wobei das stoffschlüssige Verbinden durch ein Einzelschweißverfahren erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem Leitungsabschnitt (12, 16) die Festigkeit eines an die Fügefläche (26a, 26b) angrenzenden Bereichs (30) durch eine Nachbehandlung erhöht wird.
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