DE10001345C1

DE10001345C1 - Vorrichtung zur Messung des Stromes eines Energiespeichers mittels eines Meßkabels

Info

Publication number: DE10001345C1
Application number: DE10001345A
Authority: DE
Inventors: Marcus Rosenberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-01-14
Filing date: 2000-01-14
Publication date: 2001-06-21
Anticipated expiration: 2020-01-15

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ermittlung des Stromes an einem Energiespeicher (1), dessen Minuspol (3) über eine Leitung (4) mit der Masse verbunden ist. Über den Pluspol (2) ist der Energiespeicher (1) sowohl mit einem Generator (9) als auch mit elektrischen Verbrauchern (11) verbunden. Die Leitung (4) ist als ein hohles Meßkabel ausgebildet, in dessen Hohlraum (17) koaxial zu einem Kabelschuhe (14, 15) verbindenden Kabelmantel (16) eine Meßleitung (18, 19) verläuft.

Description

Technisches Gebiet

Um den Ladezustand eines Energiespeichers, wie beispielsweise einer Kfz-Batterie zu ermitteln, können die Ströme, die dem Energiespeicher entnommen und die in den Energiespeicher eingespeist werden, mit einem Stromsensor kontinuierlich gemessen werden. Als den Strom sensierende Geräte werden Stromwandler eingesetzt, deren Wandlerwerte in einer dem Stromwandler nachgeschalteten Auswerteelektronik ausgewertet werden.

Stand der Technik

Die Ladebilanz eines Energiespeichers läßt sich beispielsweise mit einem Stromwandler bestimmen, durch den die Batteriekabel hindurch geführt werden; zur Sicherstellung der Erfassung geringerer und höherer Ströme werden im allgemeinen zwei Stromwandler mit jeweils unterschiedlichen Meßbereichen eingesetzt, aus deren Wandlersignalen mehr oder weniger meßfehlerbehaftete Strommeßergebnisse resultieren. Die Stromwandler - oder gegebenenfalls die einzusetzenden zwei Stromwandler - benötigen eine Versorgungsbetriebsspannung. Ferner sind die Stromwandler teure Zukaufteile, die darüber hinaus mit nicht unerheblichem, mechanischem Befestigungsaufwand im Be reich der Batteriekabelführung - im ohnehin weitgehend bereits ausgenutzten - Motorraum eines Kraftfahrzeuges unterzubringen sind. In besonderen Einbaufällen bedürfen die Stromwandler einer Abschirmung gegenüber Sekundäreinflüssen im Motorraum eines Kraftfahrzeuges, um die Genauigkeit der ohnehin relativ ungenauen Stromwandlerresultate nicht noch weiter zu beeinträchtigen.

Aus WO 99/54744 ist eine Batteriemessklemme bekannt. Die Batteriemessklemme umfasst eine Befestigungsmanschette, über welche die Batteriemessklemme mit dem positiven An schlusspol einer wiederaufladbaren elektrischen Batterie sowohl thermisch als auch elek trisch leitend fest verbunden ist. Die Batteriemessklemme enthält Sensoren, ferner eine Signalverarbeitungseinheit, einen Voltage-To-Frequency-Converter, ferner einen Binär zähler sowie einen Bus-Transceciver. In diesem Baukomponenten werden die von den Sen soren erzeugten Signale verarbeitet und zur Weiterleitung mittels einer zweiadrigen Da tenleitung an entsprechende Anzeigeeinheiten aufbereitet. Zur Energieversorgung der Sen soren sowie der oben genannten Baukomponenten ist die Batteriemessklemme über ein Batteriekabel auch mit dem negativen Anschlusspol der Batterie verbunden. Mit kleinstem Installationsaufwand lassen sich verschiedene, die Batterie betreffende Größen wie Tempe ratur, Spannung, Stromleistung oder Ampérestundenzahl stimmen, und auf Anzeigeein heiten zur Darstellung bringen. Bei dieser Lösung aus dem Stand der Technik sind die den Ladezustand der wiederaufladbaren Batterie messenden Baukomponenten in einer separa ten Baueinheit zugeordnet, welche extern an der Batteriemessklemme befestigt wird.

Aus EP 0 233 988 B1 ist ein Messwandler zum Messen des in einem elektrischen Leiter fließenden Stromes bekannt geworden. Dieser umfaßt einen dreischenkligen, ferromagneti schen Kern, dessen Mittelschenkel mindestens teilweise von einem elektrischen Leiter um geben ist und der mindestens einen Luftspalt enthält. In diesem Luftspalt ist ein Magnet feldsensor aufgenommen. Der Mittelschenkel besitzt drei Luftspalte, von denen der mittle re den Magnetfeldsensor enthält und die beiden äußeren je an einem der beiden Enden des Mittelschenkels angeordnet sind, wobei der Mittelschenkel und der Magnetfeldsensor zu sammen ein Bauelement bilden und jeder der beiden äußeren Luftspalte in der Längsrich tung des Mittelschenkels gesehen länger ist, als der mittlere Luftspalt.

Aus EP 0 233 988 B1 ist ein Messwandler zum Messen des in einem elektrischen Leiter fließenden Stromes bekannt geworden. Dieser umfaßt einen dreischenkligen, ferromagnetischen Kern, dessen Mittelschenkel mindestens teilweise von einem elektrischen Leiter umgeben ist und der mindestens einen Luftspalt enthält. In diesem Luftspalt ist ein Magnetfeldsensor aufgenommen. Der Mittelschenkel besitzt drei Luftspalte, von denen der mittlere den Magnetfeldsensor enthält und die beiden äußeren je an einem der beiden Enden des Mittelschenkels angeordnet sind, wobei der Mittelschenkel und der Magnetfeldsensor zusammen ein Bauelement bilden und jeder der beiden äußeren Luftspalte in der Längsrichtung des Mittelschenkels gesehen länger ist, als der mittlere Luftspalt.

Bei dieser Konfiguration eines Messwandlers ist von Nachteil, daß sie recht aufwendig zu fertigen ist und die so erhaltene Meßwandlerausbildung starr und unfexibel ist, was der Handhabbarkeit zu den oben angesprochenen Einsatzzwecken nicht förderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Ermitteln des Stromes an einem Energiespeicher zu schaffen, welche auf engem Raum verlegt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Darstellung der Erfindung

Von Vorteil bei der erfindungsgemäßen Lösung ist der Umstand, daß ein erfindungsgemäß gestaltetes Meßkabel ein Höchstmaß an Verlegeflexibilität aufweist und auf engstem zur Verfügung stehendem Bauraum im Motorraum eines Kraftfahrzeuges untergebracht werden kann. Wegen seines extrem einfachen und leichten Aufbaus kann es in hohen Stückzahlen sehr preiswert gefertigt werden. Daneben läßt es sich - als Masseverbindungskabel zwischen Minuspol und Karosserie eines Kraftfahrzeuges einsetzen - auch problemlos nachrüsten. Dazu bedarf es lediglich des Austauschs bereits vorhandener verwendeter Batteriekabel gegen das erfindungsgemäße Batteriekabel.

Die koaxiale Führung der Meßleitungen durch das Innere des Kabelmantels ermöglicht eine Abschirmung des gemessenen Spannungssignals gegen durch die EMV-Einstrahlung entstehende Störungen. Dadurch reicht schon ein relativ geringer Spannungsabfall an der Meßleitung aus, was Verluste am Meßkabel gering hält. Bei dieser Konfiguration eines Batteriekabels können Stromwandler komplett entfallen. Ferner läßt sich durch das Entfallen der Stromwandler deren mechanischer Befestigungsaufwand komplett einsparen; dadurch entsteht eine wesentlich kompakter bauende Konfiguration, um den Ladezustand eines Energiespeichers zudem relativ preisgünstig zuverlässig zu ermitteln.

An einem erfindungsgemäß beschaffenen Meßkabel kann eine in die beiden Meßleitern gemeinsame Ausleitung in Form einer Öffnung oder eines Durchbruches im Kabelmantel vorgesehen werden, von wo aus die an den Spannungsabgriffspunkten abgegriffene Spannung mittels einer koaxialen Weiterführung an eine Auswerteelektronik übermittelt werden kann, die Teil der Bordelektronik eines Kraftfahrzeuges ist. Sollten genauere Messungen am Energiespeicher erforderlich sein, so lassen sich je nach Meßkabelausführung an diesem bis zu vier oder auch mehr Spannungsabgriffspunkte unterbringen, die beispielsweise jeweils paarweise an dessen Enden liegend angeordnet sind, so daß eine Vierdrahtmessung zur Erzielung noch genauerer Meßresultate möglich ist.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 das Schema einer Ladezustandsbestimmung eines Energiespeichers und

Fig. 2 das erfindungsgemäß vorgeschlagene Meßkabel zur koaxialen Meßsignalführung.

Ausführungsvarianten

In Fig. 1 ist in schematischer Wiedergabe ein Aufbau zur Ladestrombestimmung eines Energiespeichers wie beispielsweise eine Kfz-Batterie dargestellt.

Ein Energiespeicher 1 - in bevorzugter Ausführungsform ausgebildet als eine Kfz-Batterie - verfügt über einen Pluspol 2 sowie einen Minuspol 3, der mit dem erfindungsgemäßen Meßkabel 4 mit einer Masse 5 verbunden ist. Bei Kraftfahrzeuganwendungen ist das Meßkabel 4 in vorteilhafter Weise zwischen dem Minuspol 3 des Energiespeichers 1 und der als Masse dienenden Karosserie des Fahrzeuges vorgesehen und dient somit als Masseverbindung.

Vom Pluspol 2 aus verläuft ein grob vereinfacht dargestelltes Leitersystem, welches im wesentlichen in einen die Verbraucher 11 repräsentierenden Teil sowie einen den Generator 9 repräsentierenden Teil unterteilt werden kann. Der Batteriestrom I_B - Bezugszeichen 7 - ist jeweils positiv oder negativ, abhängig davon, ob mehr Strom verbraucht wird als der Generator 9 zu liefern vermag oder ob der Generator 9 einen größeren Strom I_G - Bezugszeichen 8 - erzeugt, als die Verbraucher 11 allesamt abzunehmen vermögen. Im letzteren Falle würde die Batterie 1 aufgeladen, der resultierende Strom I_B wäre mit negativem Vorzeichen behaftet.

In der in Fig. 1 lediglich schematisch wiedergegebenen Konfiguration sind sowohl der Generator 9 als auch die Verbraucher 11 jeweils mit Masseanschlüssen 12 bzw. 13 versehen.

Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäß vorgeschlagene Batteriekabel in der Seitenansicht mit koaxialer Meßsignalführung.

Das als Meßkabel 4 dienende Batteriekabel umfaßt einen äußeren Kabelmantel 16, der bevorzugterweise aus einem Material wie etwa Konstantan gefertigt wird. Konstantan besitzt einen Widerstand, der sich im Gegensatz zu dem des Werkstoffes Kupfer nicht mit der Temperatur ändert. Bei Fertigung des Batteriekabels 6 aus Kupfer muß bei der Ermittlung der Meßsignale zusätzlich die Temperatur des Meßkabels 4 erfaßt werden, um diese bei der Auswertung der Meßsignale in einer nachgeschalteten Auswerteelektronik berücksichtigen zu können.

Neben Konstantan oder Kupfer kann der äußere Kabelmantel jedoch auch aus einem fein veräderten Geflecht bestehen, welches zu einem Rohr verflochten ist. An den Enden eines solcherart beschaffenen äußeren Kabelmantels 16 lassen sich die Kabelschuhe 14, 15 oder andere Verbindungselemente befestigen, mit denen das erfindungsgemäße Batteriekabel 6 dann an einem der Pole 2 oder 3 des Energiespeichers 1 einerseits und der Karosserie eines Kraftfahrzeuges andererseits befestigt werden kann.

An den Enden des Kabelmantels 16 werden die Kabelschuhe 14, 15 befestigt, die dann Übergangsbereiche 26, 27, dem Durchmesser des Kabelmantels 16 entsprechend, bilden. Die Kabelschuhe 14, 15 an den Enden des Meßkabels 4 sind mit Öffnungen 24 bzw. 25 versehen, mit welchen sie an einem der Pole des Energiespeichers 1 oder auch an der Karosserie des Fahrzeuges befestigt werden können.

Im Inneren des Kabelmantels 16, gefertigt aus einem der oben angeführten Materialien, befindet sich ein Hohlraum 17. In diesem verläuft koaxial zum Kabelmantel 16 eine Meßleitung 18, die mit einem Spannungsabgriffspunkt 21 des Kabelmantels 16 in Verbindung steht, sowie eine weitere Meßleitung 19, die mit einem weiteren Spannungsabgriffspunkt 20 des Kabelmantels 16 in Verbindung steht. Beide Meßleitungen 18 bzw. 19 sind koaxial zum Kabelmantel 16 im Hohlraum 17 geführt und dadurch gegen Störungen aufgrund von EMV-Einstrahlungen geschützt. Durch den Schutz gegen EMV-Einstrahlungen genügen bereits recht kleine Spannungsabfälle an den Meßleitungen 18, 19, so daß die Verluste im Meßkabel gering gehalten werden können. Durch eine seitlich im Kabelmantel 16 vorgesehene Durchführung 22 werden die Meßleitungen 18, 19 gemeinsam aus dem Inneren 17 des Kabelmantels 16 herausgeführt. Außerhalb des Meßkabels 4 werden die Meßleitungen 18, 19 koaxial weitergeführt, angedeutet durch Bezugszeichen 23 in Fig. 2, welches einer koaxialen Weiterführung zur Auswerteelektronik für die Meßsignale entspricht.

Über den mittels der Meßleitungen 18, 19 detektierten Spannungsabfall kann der Batteriestrom an einem Energiespeicher 1 ermittelt werden und mittels der koaxialen Weiterführung 23 in eine hier nicht näher dargestellte Auswerteelektronik übertragen werden. Die koaxiale Weiterführung 23 der Meßleitungen 18, 19 außerhalb des Kabelmantels 16 ermöglicht eine gegen EMV-Einflüsse geschützte Übertragung der aufgenommenen Meßsignale an die hier nicht näher dargestellte Auswerteelektronik, die mit der koaxialen Weiterführung 23 in Verbindung steht.

Im alternativer Ausgestaltung des Meßkabels 4 können an dem Kabelmantel 16 auch Paare von Spannungsabgriffspunkten 20 bzw. 21 an den Endbereichen des Kabelmantels 16 vorgesehen sein. So können statt der in Fig. 2 dargestellten zwei Spannungsabgriffspunkte 20, 21 am Kabelmantel 16 jeweils auf den gegenüberliegenden Seiten des rotationssymmetrisch ausgebildeten Kabelmantels 16 weitere Spannungsabgriffspunkte 20, 21 ausgebildet sein, die eine Vierdrahtmessung ermöglichen. Die Vierdrahtmessungsmethode erlaubt eine genauere Messung des Batteriestromes mit gegenüber der Zweileitermeßmethode etwas höherem apparativem Aufwand, der jedoch in Bezug auf den Einsatz von Stromwandlern immer noch verhältnismäßig gering ist. Die bei Stromwandlern zudem erforderliche Spannungsversorgung kann bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Meßkabel 4 vollständig entfallen; ferner läßt sich ein mit zwei Kabelschuhen 14, 15 oder ähnlich konstruierten Verbindungselementen ausgebildetes Meßkabel 4 an bereits im Gebrauch befindlichen Energiespeichern 1 austauschen.

Bezugszeichenliste

1

Energiespeicher

2

Pluspol

3

Minuspol

4

Meßkabel

5

Masse

6

Batteriekabel

7

Batteriestrom I_B

8

Generatorstrom

9

Generator

10

Verbraucherstrom I_V

11

Verbraucher

12

Masseanschluß Generator

13

Masseanschluß Verbraucher

14

karosserieseitiger Kabelschuh

15

batterieseitiger Kabelschuh

16

Kabelmantel

17

Hohlraum

18

Meßleiter

19

Meßleiter

20

Spannungsabgriffspunkt

21

Spannungsabgriffspunkt

22

Durchführung

23

koaxiale Weiterführung

24

Öffnung

25

Öffnung

26

Übergang (Polseite)

27

Übergang (Karosserieseite)

Claims

1. Vorrichtung zur Ermittlung des Stromes an einem Energiespeicher (1), dessen Mi nuspol (3) über eine Leitung (4) mit der Masse (5) verbunden ist und der über dessen Pluspol (2) sowohl mit einem Generator (9) als auch mit elektrischen Verbrau chern (11) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (4) als ein hohles Meßkabel ausgebildet ist, in dessen Hohlraum (17) koaxial zum Kabelmantel (16) eine Meßleitung (18, 19) verläuft, die im Inneren des Hohlraumes (17) an den Enden des Meßkabels angeschlossen ist.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die koaxial verlau fende Meßleitung (18, 19) durch den Kabelmantel (16) ringsum abgeschirmt ist.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßlei tung (18, 19) mit Abgriffspunkten (20, 21) am Kabelmantel (16) verbunden ist.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßkabel (4) aus Konstantan besteht.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßkabel (4) aus Kupfer besteht.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Meßkabels (4) erfaßt wird und in die Auswertung der Meßsignale eingeht.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßlei tung (18, 19) im Inneren (17) des Meßkabels (4) zu einer Durchführung (22) geführt ist.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Endbereich des Meßkabels (4) Paare von Spannungsabgriffspunkten (20, 21) vorgesehen sind.

10. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Meßkabels (4) in Kabelschuhen (14, 15) aufge nommen sind.

11. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßkabel (4) als Massekabel zwischen dem Energiespei cher (1) und der als Masse dienenden Karosserie eines Kraftfahrzeuges fungiert.