DE102004006298A1

DE102004006298A1 - Verbindungsanordnung für ein Messelement eines Batteriesensors

Info

Publication number: DE102004006298A1
Application number: DE102004006298A
Authority: DE
Inventors: Armin Hirthammer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2004-02-09
Filing date: 2004-02-09
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2024-02-10
Also published as: US20050176282A1; FR2866158A1; US7405570B2; FR2866158B1; DE102004006298B4

Abstract

Eine Verbindungsanordnung (10) enthält eine Batteriepolklemme (12), ein Messelement (30) für einen Batteriesensor und eine Masseleitung (21) der Batterie. Das Messelement (30) weist zwei Anschlüsse (32, 33) zur Verbindung mit der Batteriepolklemme und/oder der Batterieleitung (21) derart auf, dass zwischen Masseleitung (21) und Batteriepolklemme (12) über das Messelement (30) eine elektrisch leitende Verbindung besteht. Zumindest einer der Anschlüsse (32, 33) ist mit der Batterieleitung (21) oder der Batteriepolklemme (12) über eine kraftschlüssige Verbindung (36, 37) verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung, mit der ein Messelement eines Batteriesensors mit einer Polklemme einer Batterie bzw. einer Batterieleitung der Batterie verbunden werden kann. Dabei kann die Anordnung insbesondere für Fahrzeugbatterien eingesetzt werden, an denen ein Messsensor angebracht ist, der dazu dient, verschiedene Parameter der Batterie zu erfassen, z. B. den Batteriestrom.

Diese Parameter werden dazu benutzt, den Ladezustand der Batterie zu verfolgen, indem sie permanent ausgewertet werden. Neben dem aktuellen Ladezustand interessieren beispielsweise auch der Batterieverschleißzustand bzw. andere batterieabhängige Bedingungen, wie z. B. die Prognose der Batterietemperatur für den nächsten Kraftfahrzeugstart.

Um diese Größen zu erfassen und insbesondere den Batteriestrom einer Fahrzeugbatterie zu messen, ist es bekannt, an der Batterie, insbesondere in der Batteriepolnische, einen Batteriesensor zu integrieren, der ein Messelement aufweist, dessen erfasste Daten ausgewertet werden. Das Messelement ist zur Erfassung des Batteriestroms z.B. ein Messwiderstand, insbesondere ein Präzisionswiderstand.

Bei den bekannten Anordnungen, bei denen der Messwiderstand zwischen der Polklemme einer Batterie und deren Masseleitung angeordnet ist, wird zwischen dem Messwiderstand und der Polklemme oder zwischen der Masseleitung und dem Messwiderstand eine Schweiß- oder Lötverbindung vorgesehen. Diese Schweißverbindung stellt neben der mechanischen Verbindung der Bauteile die erforderliche elektrische Leitung sicher, ist jedoch aufwändig zu fertigen.

Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Verbindungsanordnung für ein Messelement eines Batteriesensors mit der Batteriepolklemme einer Batterie und einer Batterieleitung einer Batterie (Masseleitung und/oder Leitung auf + Seite) derart zu verbessern, dass sie Strom mit möglichst geringem Widerstand über die Verbindungsstelle leitet und zudem einfach herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird mit einer Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind durch die abhängigen Ansprüche angegeben.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Verbindung zwischen Messelement und Batteriepolklemme und die Verbindung zwischen Messelement und dem Anschluss des Batteriekabels dadurch zu vereinfachen, dass eine kraftschlüssige (reibschlüssige) Verbindung zwischen diesen Elementen hergestellt wird und somit eine verhältnismäßig aufwändige Schweißverbindung entfallen kann. Die elektrische Leitfähigkeit, die für die Verbindungsanordnung wesentlich ist, bleibt über den Verbindungsbereich aufgrund des Kraftschlusses, d.h. der unmittelbaren, unter einer Anpresskraft stehenden Berührung zwischen den leitenden Elementen, erhalten. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Messelement als Messwiderstand, d.h. metallisches Bauteil, ausgestaltet ist und das entsprechende Anschlussstück der Polklemme bzw. der Batterieleitung ebenfalls aus elektrisch leitfähigem, z.B. metallischem Werkstoff gebildet ist, so dass eine genaue Ausrichtung der Elemente zueinander nicht erforderlich ist. Werden als Messwiderstand und/oder als Anschlusselement auf Seite der Polklemme bzw. der Batterieleitung andere, nur bereichsweise elektrisch leitfähige Bauteile, wie beispielsweise gedruckte Schaltungen, Filmleiter o.ä. eingesetzt, so kann durch eine kraftschlüssige Verbindung eine einfach herzustellende, elektrisch leitfähige Verbindung zwischen diesen Elementen sichergestellt werden, wenn die jeweils leitfähigen Teile zueinander ausgerichtet sind. Die Batterieleitung kann dabei sowohl die Masseleitung als auch die Lei tung auf der + Seite der Batterie sein.

Die kraftschlüssige Verbindung ist vorzugsweise als Verpressung gestaltet, d.h. eine kraftschlüssige Verbindung, bei der die mit Passung versehenen Teile unter großem Druck oder durch Schrumpfen bzw. Dehnen zusammengefügt werden. Alternativ kann auch eine Verpressung eingesetzt werden, bei der die zu verbindenden Teile wie bei einer Presspassung zusammengefügt werden, jedoch keine besondere Passung, sondern lediglich Übermaß aufweisen. Beispielsweise kann eine der Oberflächen aufgerauht oder gerändelt sein. Schließlich ist auch ein Verfahren unter Verpressung zu verstehen, bei dem eine nachträgliche Verformung den Festsitz erzeugt. Solche Verfahren können eingesetzt werden, solange ein ausreichender Flächenkontakt der zu verbindenden Bauteile sichergestellt wird, damit der Strom mit möglichst geringem Widerstand über die Verbindungsstelle geleitet werden kann. Insbesondere sollten im Bereich der Verbindungsstelle Luftspalte vermieden werden. Zusätzlich zur kraftschlüssigen Verbindung oder Verpressung kann jeweils eine Schweißverbindung o.ä. vorgenommen werden.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figur beschrieben, die eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung in perspektivischer Ansicht, teilweise im Querschnitt, zeigt.
Die in der Figur dargestellte Verbindungsanordnung 10 enthält eine Batteriepolklemme 12, die um einen Batteriepol 14 einer (nicht dargestellten) Batterie angebracht ist und bevorzugterweise in der Batteriepolnische der Batterie geschützt liegt. Die Batteriepolklemme 12 weist einen im wesentlichen ringförmigen Bereich 13 auf, der im eingebauten Zustand der Batteriepolklemme den Batteriepol 14 umschließt. An diesen ringförmigen Bereich 13 schließen sich zwei voneinander getrennte Schenkel 15 an, die ein Aufweiten des ringförmigen Bereichs 13 ermöglichen, indem die Schenkel 15 voneinander weggedrückt und aufgespreizt werden. Zum Anschließen der Batteriepolklemme 12 an den Batteriepol 14 einer Batterie wird durch entsprechende Durchgangsbohrungen in den Schenkeln 15 ein Verbindungselement, z.B. eine mit einer Mutter 17 verschraubte Schraube 16 geführt. Durch Anziehen der Mutter 17 wird eine feste Verbindung zwischen dem ringförmigen Bereich 13 der Batteriepolklemme und dem Batteriepol 14 hergestellt.
Die Batteriepolklemme 12 weist ferner einen weiteren Schenkel 19 auf, der auf derjenigen Seite der Batteriepolklemme 12 liegt, die den Schenkeln 15 abgewandt ist und ebenfalls vom ringförmigen Bereich der Batteriepolklemme nach außen vorsteht. In diesen Schenkel 19 ist eine Aufnahme integriert, beispielsweise in Form einer Durchgangsbohrung 22, in die ein Anschlussbolzen 18 einer Masseleitung 21 eingebracht werden kann und dort ortsfest gehalten werden kann. Wenn alternativ eine andere Vorrichtung zur Lagefixierung des Anschlussbolzens 18 vorgesehen wird, beispielsweise in der Batteriepolnische selbst, so kann dieser Schenkel 19 einschließlich der Aufnahme entfallen. Statt einer Durchtrittsöffnung 22 für den Bolzen 18 der Masseleitung 21 kann alternativ eine Vertiefung o.ä. vorgesehen werden, in die der Anschlussbolzen 18 eingelegt wird.
Am Anschlussbolzen 18, der vorzugsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt ist, beispielsweise aus Messing oder Kupfer, ist im Bereich des Durchtritts durch die ebenfalls elektrisch leitfähige Batteriepolklemme 12 eine Isolierhülse 20 aufgesetzt, die aus einem elektrisch nicht leitenden Material gebildet ist und somit eine unmittelbare Leitung von elektrischem Strom durch den Bolzen 18 in die Batteriepolklemme 12 unter Umgehung des Messelements 30 verhindert. Die Hülse muss so bemessen sein, dass sie den gesamten Bereich isoliert, in dem der Anschlussbolzen und die Polklemme 12 einander berühren könnten.
Die Anordnung 10 enthält ferner ein Messelement 30, das beispielsweise als Präzisionswiderstand ausgeführt ist und ebenfalls aus metallischem Werkstoff, z.B. Messing oder Kupfer, gebildet ist. Statt eines Präzisionswiderstands kommt z.B. auch die Verwendung eines magnetischen Messelements in Betracht. In das Messelement 30 sind an vorgegebenen Orten Bohrungen 32, 33 eingearbeitet, die derart bemessen sind, dass sie mit Anschlusszapfen 34, 35 am Anschlussbolzen 18 der Masseleitung 21 bzw. an der Batteriepolklemme 12 einen Festsitz eingehen können. Der Durchmesser der Zapfen 34, 35 ist also jeweils geringfügig größer als der Durchmesser der Bohrungen 32, 33. Bei der dargestellten Ausführungsform sind am Messelement 30 Bohrungen 32, 33 vorgesehen, während entsprechende Anschlusszapfen 34, 35 am Anschlusspuls der Masseleitung 18 bzw. an der Batteriepolklemme gebildet sind. Es ist auch möglich, den Messwiderstand bzw. das Messelement 30 mit entsprechenden Vorsprüngen zu versehen, während in der Batteriepolklemme und/oder dem Anschlussbolzen der Masseleitung Ausnehmungen vorgesehen sind. Statt des beschriebenen Übermaßes können die Zapfen 34, 35 mit Rippen oder einer Rändelung mit Übermaß versehen werden, oder die Zapfen werden durch nachträgliche Verformung in den Bohrungen oder Ausnehmungen verpresst.
Die Positionen für die Bohrungen 32, 33 und damit die Pressverbindungen sind derart am Messelement angeordnet, dass von Anschlusszapfen 18 der Masseleitung eingeleiteter Strom über die Presspassung 37 zwischen dem Anschlusszapfen 34 des Anschlussbolzens 18 und dem Messelement 30 in das Messelement 30 fließt, durch das Messelement 30 hindurchfließt und über die Presspassung 36 zwischen dem Messelement 30 und dem Anschlusszapfen 35 der Batteriepolklemme 12 in die Batteriepolklemme fließt und umgekehrt. Der Weg des Stromflusses ist mit Pfeilen I bezeichnet. Der Anschlusszapfen 35 an der Batteriepolklemme 12 kann dabei an jedem passenden Ort der Batteriepolklemme ausgebildet sein, solange der gewünschte Stromflussweg sichergestellt ist. Der Stromfluss durch das Messelement wird zum Erfassen der Batterieparameter ausgewertet.
Statt der gezeigten Anordnung, bei der ein Ende der Messstrecke im Messelement 30 direkt mit der Batteriepolklemme 12 ver bunden ist, kann der Messwiderstand bzw. ein Messelement 30 zwischen zwei Teilabschnitte der Masseleitung eingebracht werden, wobei zwischen Messelement 30 und Masseleitung 21 jeweils eine Verbindung über eine Presspassung in ähnlicher Weise wie die Verbindung 37 hergestellt ist. Außerdem ist es möglich, eine Presspassung nicht an beiden Enden der Messstrecke des Messelements 30 vorzusehen, d.h. nicht an dem Ende der Messstrecke, an dem der Strom in die Messstrecke eingeleitet wird und an dem Ende, an dem der Strom wieder aus der Messstrecke ausgeweitet wird, sondern vielmehr nur eine der Verbindungen über eine Presspassung zu gestalten, während die andere Verbindung in herkömmlicher Weise eine Schweiß- oder Lötverbindung ist.
Die Verbindungsanordnung 10 beinhaltet ferner weitere Sensorkomponenten 40, die mit dem Messelement 30 verbunden sind und an denen das Messergebnis abgegriffen und ggf. ausgewertet wird. Außerdem können diese Sensorkomponenten 40 zur Befestigung der Verbindungsanordnung zusätzlich zur Befestigung zwischen Polklemme 12 und Batteriepol 14 in der Batteriepolnische bzw. an einem anderen Ort im Kraftfahrzeug dienen, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn das Messelement 30 zwischen zwei Teilstücken der Masseleitung angebracht ist.
Der wesentliche Aspekt der Erfindung liegt darin, die herkömmlichen, aufwändigen Schweißverbindungen zur Integration eines Messelements 30 für einen Batteriesensor in die Anordnung in einer Batteriepolnische, insbesondere zwischen Batteriepolklemme 12 und Masseleitung 21 dadurch zu vereinfachen, dass ein Anschlussbolzen der Masseleitung 21 und/oder ein Anschlussstift oder Zapfen 35 der Batteriepolklemme über eine kraftschlüssige Verbindung, beispielsweise einem Presssitz, mit dem Messelement 30 verbunden wird.

Claims

Verbindungsanordnung (10) mit einer Batteriepolklemme (12), einem Messelement (30) für einen Batteriesensor und einer Batterieleitung (21) der Batterie, wobei das Messelement (30) zwei Anschlüsse (32, 33) zur Verbindung mit der Batteriepolklemme (12) und/oder der Batterieleitung (21) derart aufweist, dass zwischen Batterieleitung (21) und Batteriepolklemme (12) über das Messelement (30) eine elektrisch leitende Verbindung besteht, wobei zumindest einer der Anschlüsse (32, 33) mit der Batterieleitung (21) oder der Batteriepolklemme (12) über eine kraftschlüssige Verbindung (36, 37) verbunden ist.
Verbindungsanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (30) unmittelbar angrenzend an die Batteriepolklemme (12) angeordnet ist.
Verbindungsanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (30) zwischen zwei Teilstücken der Batterieleitung (21) angeordnet ist.
Verbindungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftschlüssige Verbindung (36, 37) durch Verpressung zwischen einer Bohrung (32, 33) in dem Messelement (30) und einem stiftartigen Vorsprung (34, 35) an der Batteriepolklemme (12) oder Anschlussbolzen (18) für die Batterieleitung (21) erzielt wird, wobei die Bohrung (32, 33) gegenüber dem Vorsprung (34, 35) Untermaß aufweist.
Verbindungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriepolklemme (12) eine Durchgangsöffnung (22) enthält, durch die ein Anschlussbolzen (18) der Batterieleitung (21) durchragt, wobei der Anschlussbolzen im Bereich des Durchtritts durch die Bohrung der Batteriepolklemme mit einer Isolierhülse (20) versehen ist.
Verbindungsanordnung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das der Batterieleitung (21) abgewandte Ende des Anschlussbolzens (18) einen stiftartigen Vorsprung (34) aufweist, der mit dem Messelement (30) verpresst ist.
Verbindungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (30) ein Messwiderstand, vorzugsweise ein Präzisionswiderstand, ist.
Verbindungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriepolklemme (12) mit dem Messelement (30) verpresst ist.