CN101743482B - 经涂覆的机动车辆电池传感器元件和用于生产机动车辆电池传感器元件的方法 - Google Patents

经涂覆的机动车辆电池传感器元件和用于生产机动车辆电池传感器元件的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种机动车辆电池传感器元件，该元件包括电阻器元件(2)和位于电阻器元件(2)上并且彼此相距一定距离的至少两个电接触件(16)。为了增加测量精度并且减少温度变化，电阻器元件(2)和电接触件(16)由金属涂层(8)涂覆。

Description

经涂覆的机动车辆电池传感器元件和用于生产机动车辆电池传感器元件的方法
技术领域
本发明涉及一种具有电阻器元件和定位于电阻器元件上的至少两个在空间上分离的接触件的机动车辆电池传感器元件。本发明也涉及一种用于生产这样的机动车辆电池传感器元件的方法。
背景技术
如今的机动车辆具有数目持续增加的用电设备。除了由电提供动力的基本引擎功能(例如像起动电动机)之外，机动车辆还包含大量舒适型用电设备，如例如空调、导航系统、机载计算机、维护电子器件等。大量舒适型用电设备导致机动车辆电池的负荷增加。即使当机动车辆处于停用时仍然需要来自电池的电力。这意味着电池不再仅用于利用起动电流向起动电动机供应动力这样的原有任务，而是还向机动车辆中的所有电子器件提供能量。由于在车辆处于停用时的电池放电，所以可能的是可用于起动的起动电流不足。这是必须避免的事情。
出于上述原因，有必要能够可靠地确定电池的状态。为此，以前已经提出各种机动车辆电池传感器。这些机动车辆电池传感器优选地直接定位于电池终端上。
因此，例如根据EP 0 990 167已知一种电池终端，除了电池的电源导线中的电流之外，该电池终端经由电阻器(分流器)还测量电压和/或温度并且例如使用这些值来估计电池的状态。为了估计电池的状态，就需要能够经由分流器精确地测量电压降。该估计高度地依赖于经由分流器的电压分接头的质量。因此，按照电压分接头和测量电子器件如何定位于分流器上来确定准确测量。
利用现今已知的电阻器元件，有必要将电阻件定位于两个连接件之间。因而如今例如使用CuMn12Ni合金(锰镍铜合金)作为电阻件。锰镍铜合金定位于非铁金属如铜的两个连接件之间。在生产期间，借助电子束熔接将例如具有平坦设计的连接件熔接到具有平坦设计的电阻件。这里，锰镍铜合金的平坦部分可以比连接件的平坦部分更薄，从而电阻件在电阻器元件的表面中形成缺口。类似为铜的连接支撑件定位于铜连接件上。集成电路焊接到连接支撑件，由此可以至少估计电阻件的电流、电压和/或温度的物理测量值。
然而已经发现，热电势造成从铜到锰镍铜合金的过渡。该热电势导致干扰测量电子器件的测量结果。热电势例如归因于塞贝克效应。因此如果有热流则在导线内造成电流。在连接支撑件直接定位于锰镍铜合金上的情况下，造成以随温度变化的方式影响测量结果的热电势。热电势也称为温差电势，并且由依赖于温度的电子流造成。热电势可以确定如下：
U＝(Ka-Kb)·(T1-T2)
其中U：电压，K：材料的K值，T1；T2：材料在连接点的温度。铜具有0.7mV/100K的K值。
上文概括的缺点提出了这样一个问题，即为机动车辆电池传感器提供基本上不随温度变化的电阻器元件。
发明内容
上文根据现有技术得出和展示的问题得以解决是因为电阻器元件与电接触件一起由金属涂层涂覆。
已经发现通过将电阻器元件与电接触件一起进行无缝金属涂覆，可以减少、优选地消除电阻器元件与电接触件之间的热电势对测量结果的影响。
如果热电势确实出现在接触件与电阻器元件之间，则这能够通过涂层被短路。电接触件可以例如直接定位于分流器上从而在分流器与接触件之间造成依赖于温度的热电势。为了补偿该接触电压，提供金属涂层。金属涂层能够将热电势电短路并且因此补偿它对测量结果的影响。传感器的电分接经由接触件而发生。在电分接头处基本上补偿了电阻器与电接触件之间的热电势。
金属涂层在电学等效电路图中代表定位成与测量电子器件并联的电阻器，该电阻器保持与测量电阻器元件并联。金属涂层对电阻的影响例如在测量电阻器的总电阻的1％与3％之间的范围中。
已经清楚锡(SN)涂层具有必要特性。通过金属涂层也实现对接触件和电阻器元件的表面保护。已知的是，电接触件可能氧化，因此当经由电接触件来进行分接时会造成接触电阻增加。通过使用锡涂层可以减少电接触件的氧化。
电接触件与电阻器元件之间或者电阻器元件的连接件与电阻件之间的热电势可以在0.1μV/K与10μV/K之间，优选地在0.4μV/K与0.8uV/K之间。例如当使用锰镍铜合金作为电阻器元件的电阻件而使用铜作为电接触件或者连接件时就是这种情况。
优选涂层的厚度在1μm与10μm之间，优选地在5μm与8μm之间。对于电接触件之间约为10mm的距离，这样的涂层导致涂层在电接触件之间约为8,000μΩ的电阻。当电阻件如分流器的电阻为110μΩ时，由这两个电阻的并联连接获得108.6μΩ的总电阻。
为了能够减少温度对测量结果的影响，提出涂层依赖于温度的电阻基本上由电阻器元件依赖于温度的电阻补偿。例如当使用锡时，涂层依赖于温度的电阻改变(温度系数)可能使测量结果失真。然而这就精确测量分流器而言是一个缺点。因此通过对电阻器元件的适当选择，可以抵消涂层依赖于温度的电阻改变。例如，可以选择电阻器元件使得来自涂层与电阻器元件之间的并联连接的总电阻基本上不依赖于温度。
例如，涂层的温度系数α20可以在范围1·10-3到9·10-31/K中，优选为6·10-31/K中。电阻器元件的温度系数α20可以例如是该范围的反数(inverse)。电阻器元件的温度系数α20也可以是10·10-61/K。
电接触件可以直接定位于电阻器元件的电阻件(例如由锰镍铜合金制成)上。在温度改变的情况下，电阻根据下式随着温度系数而变化：
R(T)＝R(T0)(1+αT0(T-T0))
其中R：电阻，T：温度，T0：起始温度、优选为20℃，αT0：在起始温度的温度系数。
根据一个有利的示例实施方式，电接触件由诸如铜的非铁金属制成。铜接触件允许与用于测量电池电流和/或温度的测量电子器件的良好接触。
根据一个有利的示例实施方式，电阻器元件由牢固地键合在一起的两个平坦部分制成。例如，电阻件可以由锰镍铜合金形成，而连接件可以由铜形成。
根据一个有利实施方式，第一平坦部分是形式为测量电阻器的电阻件，而第二平坦部分是由非铁金属制成的连接件。
通过将接触件平坦放置于电阻器元件的表面上，接触件直接作为用于集成电路的间隔物，从而可以避免集成电路与电阻器元件之间超出接触件的接触。由于电阻器元件设计为平坦部分，所以接触件可以沿着电阻器元件来平坦定位。
优选使用材料NiCu30Fe、CuMn12Ni、CuNi30Mn、NiFe30、CuNi23Mn、CuMn7Sn、CuNi15、CuNi10、CuMn3、CuNi6、Ni99.6、Ni99.4Fe、Ni99.98、CuNi2、CuNi1、E-Cu57或者W。这些合金或者材料特别适合作为电阻器元件，因为它们允许对电压和电流的精确确定。
为了能够直接测量电池的温度，提出电阻器元件通过材料罩来与电池电极夹子连接。在该情况下，电池电极夹子可以直接连接到电池电极，而电池电极的温度传输到电阻器元件。
为了能够向机动车辆的用电设备供应电池电流，提出将电阻器元件与通向用电设备的供电导线牢固地键合。
根据一个有利实施方式，提出接触件是平坦定位于电阻器元件的表面上的平坦或者圆形电导线形式。例如，有可能沿着平坦部分的表面对圆形引线进行定位，并且将该引线电连接到电阻器元件。如果接触件彼此相距所限定的距离来定位，则有可能经由在接触件之间测量的电压来确定电阻器元件中的电流。通过接触件与电阻器元件之间的大接触面积，有可能在连接到接触件的集成电路中保障精确的温度感测。也有可能使充当导线的平坦型面与电阻器元件接触以便形成接触件。
也提出接触件与电阻器元件中的电流方向基本上正交地定位于电阻器元件的表面上。接触件在电阻器元件上的平坦定位基本上可以沿着线发生。与逐点定位不同，接触件在电阻器元件上的平坦定位除了低接触电阻和良好导热性之外也为定位于接触件上的集成电路提供支撑功能。
为了产生电阻器元件与接触件之间的良好电接触，提出接触件通过材料罩来与电阻器元件连接(牢固键合、材料锁定、材料配合)。
例如可以借助超声熔接来产生这样的材料罩。超声熔接避免材料在电阻器元件上的溅射并且由此避免可能使测量结果失真。通过使接触件基本上沿着它们的延伸方向与电阻器元件平坦连接来实现用于集成电路的接触件的良好电接触和高机械负荷承载容量。
没有必要使平坦设置于平坦部分上的接触件沿着整个接触件表面与电阻器元件接触。也有可能使接触件通过材料罩仅间歇性地与电阻器元件连接。
通过使接触件定位于形式为扁平部分的电阻器元件的宽表面上，来保障接触件与电阻器元件之间的最大可能接触面积。
通过使接触件在两端弯曲以使得接触销从电阻器元件的表面平面基本上正交地突出，来保障集成电路与接触件的特别容易的接触。例如，可能的是在制造期间允许接触件突出超出电阻器元件的边缘。以该方式，例如有可能延伸形式可以为例如引线的接触件，从而使得它们的长度略大于电阻器元件的宽度。在与电阻器元件用材料键合之后，引线的末端伸出超出电阻器元件的边缘。在进一步生产阶段中，可以将连接到接触件的电阻器元件例如推入模具中，该模具压出接触件从电阻器元件的表面平面延伸超出边缘的部分。以该方式形成的接触销从电阻器元件的平面突出，并且特别适合于与集成电路电接触。
接触件用于与集成电路接触，从而借助集成电路至少可以估计接触件之间的电压。
通过接触件在电阻器元件上的平坦定位，接触件形成自然间隔物。接触件保护定位于接触销上的集成电路以免与电阻器元件机械接触。在接触件的区域中，可以以使得转向接触件的一侧无焊点这样的方式形成集成电路，从而仅集成电路板搁置于接触件上并且因此避免与集成电路元件的电接触。
电接触件优选地具有1mm-50mm、优选为5-10mm的空隙。这允许对电池电流的良好确定。
也有可能让电阻器元件由至少两个电连接件和一个电阻件形成。电连接件可以例如由非铁金属如铜或者铝或者其合金制成。连接件的定位可以使得更易于使得与车辆电气系统的供电导线的电接口可用，因为借助连接件可以制作用于电源导线的线缆接头或者另外的插座。
根据一个有利实施方式，接触件可以定位于电阻件本身的区域中、电阻件与连接件之间的过渡上或者连接件上。
通过使电阻器元件是由从棒条冲压或者切割的平坦部分的形式，来保障电阻器元件的有益生产。如果由棒条生产电阻器元件，则回火(去应力)是不必要的，因为否则的话，如果从线圈展开电阻器元件的材料，则将在电阻器元件中造成张力。
在由线圈加工电阻器元件的材料的情况下，根据一个有利实施方式，提出电阻器元件由起初从线圈展开、然后冲压或者切割并且最后回火的平坦部分形成。
本申请的又一主题内容是一种用于生产这样的机动车辆电池传感器元件的方法。
该方法包括以下步骤：将两个在空间上分离的电接触件定位于电阻器元件上。也将电接触件电连接到电阻器元件。最后，将电接触件与电阻器元件一起利用金属进行涂覆。金属涂层可以例如是锡。
附图说明
在下文中使用图示各实施方式的附图进一步说明本申请的主题。附图示出如下各图：
图1a是常规电阻器元件的视图。
图1b是常规电阻器元件的切开图。
图2是根据本申请的电阻器元件的切开图。
图3是根据本申请的电阻器元件的顶视图。
图4是具有集成电路的电阻器元件的切开图。
图5是根据图4的布置的电学等效电路图。
图6是根据温度的电阻的示意形状。
具体实施方式
图1示出了具有两个连接件4a、4b和电阻件6的电阻器元件2。连接件4a、4b可以例如由铜或者其合金制成。电阻件6可以由电阻材料如锰镍铜合金、钨、Zeranin等制成。在连接件4a、4b与电阻件6之间有材料罩。以电阻件6与连接件4a、4b的表面产生有台阶这样的方式形成电阻件6。可以例如通过将厚度小于连接件4a、4b的电阻件6与连接件4a、4b用材料连接来实现这一点。连接件4a、4b可以具有用于电源导线的凹陷8。可以以这样的方式形成连接件4a、4b，该方式使连接件4a、4b形成电池夹子并且允许连接到机动车辆中的电源导线。
如图1b中所示，使用由电阻件6在电阻器元件2的表面10中形成的台阶以便确保集成电路12与电阻件6之间的充分空隙。集成电路12如图1b中所示借助接触件来与连接件4a、4b电接触。接触件16局部定位于电阻器元件2的表面10上。经由接触件16可以测量电阻件6两端的电压降。接触件16也允许拾取连接件4a、4b的温度，该温度与其它物理变量一起在集成电路12中被评估。
在连接件4a、4b与电阻件6之间的电接触件处出现热电势，其对经由接触件16分接的电压有影响。经由接触件16借助集成电路12将测量沿着连接件4a、电阻件6和连接件4b流动的电池电流。该电池电流在电阻件6两端引起电压降，该电压降将由集成电路12测量。借助在连接件4a、4b与电阻件6之间的接触件处出现的热电势，除了电阻件6中的电池电流实际引起的电压之外还测量另外的电压。然而，热电势随温度变化，从而在同一电池电流但在不同温度下，将在集成电路12中测量到不同电压。这导致失真的测量结果。如先前所示，由于电池电流的测量在机动车辆的操作中发挥重要作用，所以热电势引起的测量结果不准确可能导致故障。
图2示出了电阻器元件2的切开图，其中没有出现前文提到的问题。图2示出了与电阻件6用材料连接的连接件4a、4b。应当指出对连接件4的使用纯粹出于示例目的。电阻器元件也可以简单地由电阻件6或者电阻件6和连接件4形成。电接触件16定位于电阻件6上。在所示实施方式中，连接件4a、4b由铜制成，而接触元件16类似地由铜制成。电阻件6是分流器的形式，并且例如可以由锰镍铜合金制成。由于K值不同在铜与锰镍铜合金之间出现热电电压。这意味着随着温度改变，连接件4a、4b与电阻件6或者电阻件6与接触元件16之间的接触电压改变。在恒定电流经由接触元件16经过电阻件6时，测量到随着温度变化而改变的电压。为了平衡该温度变化，提出提供可以例如由锡制成的金属涂层8。金属涂层8无缝地包围电阻器元件2并且同时包围接触元件16。通过适当涂层8，可以基本上将从电阻件6到接触元件16或者到连接件4的过渡的热电电压短路。
图3示出了根据一个示例实施方式的电阻器元件2。可见接触件16定位于电阻器元件2的表面10上，根据所示示例实施方式该电阻器元件为单个电阻件6的形式。箭头18表明电流在电阻器元件2中的两个可能流向。电流在箭头18a的方向上或者在箭头18b的方向上流过元件2。可见平坦定位于电阻器元件2上的接触件16与电流的流向正交地定位于电阻器元件2的表面10上。优选地使用超声熔接将接触件16应用到电阻器元件2的表面10上。接触件16优选为引线的形式，但是也可以是横截面为矩形或者方形的成形导线形式。可见接触件16优选地与电阻器元件2的边缘平齐。接触件16定位于表面10(电阻器元件2的宽表面)上。接触件16沿着它们的延伸方向连接到电阻器元件的表面10。集成电路12可以经由接触件16连接到电阻器元件2。
例如，如果接触件16在电阻器元件2的边缘处弯曲，从而接触件16的末端从电阻器元件2的表面10的平面突出，则可以实现集成电路12与电阻器元件2的特别良好的接触。
类似地，由图3可见，整个电阻器元件与接触件16一起由涂层8涂覆。涂层8保证温度改变对电池电流测量结果具有很小影响(如果有的话)。
图4示出了具有集成电路12的电阻器元件2的侧视图。电阻器元件2经由接触件16与集成电路12接触。接触件16经由焊点22连接到集成电路12。接触件16的末端弯曲，从而形成用来将集成电路12电连接到电阻器元件2的接触销。由于接触件16的接触销从电阻器元件2的平面10突出，所以可以在电阻器元件2与集成电路12之间平衡作用在集成电路12或者电阻器元件2上的力24。接触销因此适于作为能够吸收力的弹簧元件。可见，集成电路12与电阻器元件2之间的距离26由接触件16的引线直径确定。接触件16的引线因此适于作为电阻器元件与集成电路12之间的间隔物。
根据有利实施方式的集成电路12经由焊点22的接触没有任何热能等效电压。焊点22优选为锡的形式，这与电阻器元件2的表面10上的涂层8一样。在接触件16上类似地提供涂层8，从而焊点22定位于镀锡表面上。在测量经过电阻器元件2的电流期间，在接触件16之间分接电压。该电压是电流经过电阻器元件2和电阻器元件2的接触件16之间的电阻的结果。常规地，电阻在范围50到500μΩ中，优选为110μΩ。在电阻件2与接触件16之间的过渡处出现热电势。为了抑制该热电势，提供涂层8。通过涂层8基本上将接触件16与电阻器元件2之间的热电电压短路。
图5示出了根据图4的电路布置的电学等效电路图。示出了测量电阻器RMn，该电阻器是接触件16之间的电阻器元件2的电阻。另外，示出了电阻RSn，该电阻是焊点22之间的涂层8的电阻。示出了与测量电阻RMess串联的热电势UMnCu。热电势UMnCu依赖于温度，并且是由锰镍铜合金制成的电阻器元件2和由铜制成的接触件16的不同K值以及可能温度差的结果。当借助集成电路12对测量电阻RMess两端的电压进行测量时，通过热电势UMnCu造成寄生效应。
通过由涂层8对电压UMnCu的短路(虚线所示)，最小化或者消除了这些效应。
电阻RMn和RSn类似地依赖于温度。该依赖性取决于它们的温度系数α。为了也补偿该温度依赖性，提出选择具有对应温度系数的涂层8和电阻件，从而尽可能多地补偿温度所致的电阻改变。
图6以纯粹示例和示意的方式示出了电阻RMn的温度斜率和电阻RSn的温度斜率。该表示仅仅为了示出实质上如何选择两个电阻的温度系数使得两个电阻RMn和RSn依赖于温度的斜率实质上相反，从而对于电阻RMn和RSn的并联连接，基本上使总电阻保持相同。
通过所示电阻器元件的涂层，基本上消除或者减少温度所致的测量误差，从而增加机动车辆电池传感器元件的测量精度。

Claims (23)

1.一种机动车辆电池传感器元件，包括：
-电阻器元件(2)，以及
-至少两个在空间上分离的电接触件(16)，定位于所述电阻器元件(2)上，
其特征在于：
-所述电阻器元件(2)与所述电接触件(16)一起由金属涂层(8)涂覆，以使得
-所述电接触件(16)与所述电阻器元件(2)之间的热电势通过所述涂层(8)被短路。
2.根据权利要求1所述的机动车辆电池传感器元件，其特征在于，所述涂层(8)为锡。
3.根据权利要求1所述的机动车辆电池传感器元件，其特征在于，所述电接触件(16)与所述电阻器元件(2)之间的热电势在0.1μV/K与1μV/K之间。
4.根据权利要求1所述的机动车辆电池传感器元件，其特征在于，所述涂层(8)具有在1μm与10μm之间的厚度。
5.根据权利要求1所述的机动车辆电池传感器元件，其特征在于，所述电阻器元件(6)在从20℃到50℃的温度范围内具有10*10-6的温度系数。
6.根据权利要求1所述的机动车辆电池传感器元件，其特征在于，所述电阻器元件(2)具有对所述涂层(8)的温度系数进行补偿的温度系数，从而使得基本上补偿温度系数对总电阻的影响。
7.根据权利要求1所述的机动车辆电池传感器元件，其特征在于，所述电接触件(16)由非铁金属制成。
8.根据权利要求1所述的机动车辆电池传感器元件，其特征在于，所述电阻器元件(2)由通过材料罩来相互连接在一起的两个平坦部分(4，6)制成。
9.根据权利要求8所述的机动车辆电池传感器元件，其特征在于，第一平坦部分是形式为测量电阻器(6)的电阻件，而第二平坦部分是由非铁金属制成的连接件(4a，4b)。
10.根据权利要求1所述的机动车辆电池传感器元件，其特征在于，所述电阻器元件(2)至少部分地由NiCu30Fe、CuMn12Ni、CuNi30Mn、NiFe30、CuNi23Mn、CuMn7Sn、CuNi15、CuNi10、CuMn3、CuNi6、Ni99.6、Ni99.4Fe、Ni99.98、CuNi2、CuNi1、E-Cu57或者W制成。
11.根据权利要求1所述的机动车辆电池传感器元件，其特征在于，所述电阻器元件(2)通过材料罩来与电池电极夹子连接。
12.根据权利要求1所述的机动车辆电池传感器元件，其特征在于，所述电阻器元件(2)通过材料罩来与通向用电设备的电源导线连接。
13.根据权利要求1所述的机动车辆电池传感器元件，其特征在于，所述电接触件(16)是平坦定位于所述电阻器元件(2)的表面上的平坦或者圆形导线的形式。
14.根据权利要求1所述的机动车辆电池传感器元件，其特征在于，所述电接触件(16)与所述电阻器元件(2)中的电流方向实质上正交地定位于所述电阻器元件(2)的表面(10)上。
15.根据权利要求1所述的机动车辆电池传感器元件，其特征在于，所述电接触件(16)的末端被形成为容纳至少对所述电接触件之间的电压进行估计的集成电路(12)。
16.根据权利要求15所述的机动车辆电池传感器元件，其特征在于，所述电接触件(16)焊接到所述集成电路(12)。
17.根据权利要求1所述的机动车辆电池传感器元件，其特征在于，所述电接触件(16)具有1mm-50mm的空间距离。
18.根据权利要求9所述的机动车辆电池传感器元件，其特征在于，所述电接触件(16)定位于：
A)所述电阻件(6)的区域中，
B)所述电阻件(6)与所述连接件(4a，4b)之间的过渡上，或者
C)所述连接件(4a，4b)上。
19.根据权利要求7所述的机动车辆电池传感器元件，其特征在于，所述电接触件(16)由铜制成。
20.根据权利要求17所述的机动车辆电池传感器元件，其特征在于，所述电接触件(16)具有5mm-10mm的空间距离。
21.一种用于生产根据权利要求1所述的机动车辆电池传感器元件的方法，包括：
-在电阻器元件(2)上布置两个在空间上分离的电接触件(16)，
-将所述电接触件(16)与所述电阻器元件(2)电连接，
-由金属涂层(8)将所述电接触件(16)与所述电阻器元件(2)一起进行涂覆，以使得
-所述电接触件(16)与所述电阻器元件(2)之间的热电势通过所述涂层(8)被短路。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，将所述电接触件(16)与所述电阻器元件(2)一起镀锡。
23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，通过浸渍、电镀或者涂粉来将所述电接触件(16)与所述电阻器元件(2)一起进行金属涂覆。
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