DE102004055847B4

DE102004055847B4 - Verfahren zur Fertigung einer Batteriesensorvorrichtung

Info

Publication number: DE102004055847B4
Application number: DE102004055847A
Authority: DE
Inventors: Andreas Heim
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2024-11-20
Also published as: DE102004055847A1

Abstract

Verfahren zur Fertigung einer Batteriesensorvorrichtung:
– Bereitstellen einer einteilig ausgebildeten Batterieklemmen-Träger-Einheit (6, 11) mit einer unmittelbar an den Pol einer Kraftfahrzeugbatterie anschließbaren, schellenförmigen Befestigungsvorrichtung (6) und einem mit der Befestigungsvorrichtung (6) über einen Verbindungssteg (10) einteilig verbundenen, plattenartigen Trägerelement (11), wobei eines der beiden Enden des plattenartigen Trägerelements (11) in eine Richtung derart abgewinkelt ist, dass das Trägerelement (11) als im Querschnitt gesehen L-förmiger Träger ausgebildet ist,
– Bereitstellen eines Batteriesensors (1), wobei dieser einen planaren Meßshunt (2) sowie eine Elektronikeinheit (4) umfasst, und wobei der Meßshunt (2) als Widerstandselement (2b) mit zwei als mechanische Träger ausgebildeten Widerstandsanschlüssen (2ai, 2aii) ausgestaltet ist, die Elektronikeinheit (4) an den Widerstandsanschlüssen (2ai, 2aii) elektrisch leitend befestigt ist und das Widerstandselement (2b) schaltungstechnisch in die Elektronikeinheit (4) integriert ist, wobei der erste Widerstandsanschluss (2ai) sich über das freie Ende des langen L-Schenkels hinaus erstreckt und der zweite Widerstandsanschluss (2aii) an dem freien...

Description

Es ist ein von der Firma Hella KG angebotener und von der Anmelderin in ihren Serienfahrzeugen der 3-er und 5-er Reihe des Produktionsjahres 2003 (mit Produktionsdatum ab März 2003) eingesetzter, „intelligenter Batteriesensor" bekannt. Diese Batteriesensorvorrichtung umfasst dabei eine einteilig ausgebildete Batterieklemmen-Träger-Einheit mit einer unmittelbar an den Pol einer Kraftfahrzeugbatterie anschließbaren, schellenförmigen Befestigungsvorrichtung (Batterieklemme) und einem damit über einen Verbindungssteg einteilig verbundenen, plattenartigen Trägerelement, wobei eines der beiden Enden des plattenartigen Trägerelements in eine Richtung derart abgewinkelt ist, dass das Trägerelement als im Querschnitt gesehen L-förmiger Träger ausgebildet ist. Weiterhin ist ein Batteriesensor bereitgestellt, der einen planaren Meßshunt sowie eine Elektronikeinheit umfasst, wobei der Meßshunt als Widerstandselement mit zwei als mechanische Träger ausgebildeten Widerstandsanschlüssen ausgestaltet, die Elektronikeinheit an den Widerstandsanschlüssen elektrisch leitend befestigt und das Widerstandselement schaltungstechnisch in die Elektronikeinheit integriert ist. Zwischen dem Ende des langen L-Schenkels des Trägerelements und dem ersten Widerstandsanschluss des Meßshunts besteht dabei eine elektrisch isolierte und kraftschlüssige Verbindung und zwischen dem kurzen L-Schenkel des Trägerelements und dem zweiten Widerstandsanschluss des Meßshunts eine elektrisch leitende und stoffschlüssige Verbindung. Der Anschluss eines Masseanschlusskabels an die Batteriesensorvorrichtung erfolgt über eine Kabelendhülse, indem diese mit ihrem einen Ende die Litze des Masseanschlusskabels mittels einer Quetschverbindung aufnimmt und mit ihrem verbleibenden freien plattenartigen Ende zunächst kraftschlüssig am ersten Widerstandsanschluss festgelegt ist und anschließend an zumindest zwei Längsseiten über linienartige Schweißnähte mittels Elektronenstrahlschweißung mit einem Widerstandsanschluss des Widerstandselements der Batteriesensorvorrichtung verbunden wird. Diese bekannte Batteriesensorvorrichtung hat sich weitestgehend bewährt, soll aber im Hinblick auf die Fertigung weiter vereinfacht werden.

Ferner ist aus der WO 01/44825 A1 bereits eine derartige Batteriesensorvorrichtung bekannt. Gemäß der WO 01/44825 A1 wird der Batteriesensor hier über eine Schraubverbindung mit einem Masseanschlusskabel verbunden. Eine solche Schraubverbindung kann unter ungünstigen Betriebsbedingungen zu einer ungewollten Lösung der Verbindung und damit zum Ausfall der Energieversorgung führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Fertigung bzw. Herstellung einer Batteriesensorvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches eine vereinfachte Herstellung der Batteriesensorvorrichtung ermöglicht und zugleich eine bestmögliche Funktionssicherheit des Sensors im späteren Einsatz gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die drei (insbesondere in genau dieser Reihenfolge) aufeinander folgenden Verfahrensschritte (Erstellen der Verbindungen I, II und III) gemäß dem vorliegenden Anspruch 1 entfallen sämtliche im Stand der Technik beschriebenen Nachteile. Es wird eine sichere Verbindung zwischen dem Batteriesensor und dem Masseanschlusskabel bei einer deutlich vereinfachten Herstellung erreicht. Das aufwendige Elektronenstrahlschweißverfahren unter Vakuum, wie es bislang zur Herstellung der zwei Linienschweißnähte zum Anschluss des Masseanschlusskabels (während des Fertigungsprozesses) erforderlich war, entfällt. Es wird erfindungsgemäß dadurch ersetzt, dass erst nach Erstellung der stoffschlüssigen Verbindung (durch Verlötung oder Elektronenstrahlschweißung oder leitfähige Verklebung) zwischen Trägerelement und Widerstandsanschluss in einem separaten nachgelagerten Fertigungsschritt eine stoffschlüssige Verbindung unmittelbar zwischen den Kabellitzen des Masseanschlusskabels und dem Widerstandsanschluss des Widerstandselements hergestellt wird. Damit ist lediglich noch die Linienschweißnaht zur Herstellung der elektrischen und mechanischen Verbindung zwischen dem Trägerelement und dem anderen Widerstandsanschluss vorab herzustellen. Aufgrund der nachgelagerten stoffschlüssigen Verbindung von Masseanschlusskabel und Widerstandsanschluss können bei einem Fertigungsprozessabschnitt ohne Masseanschlusskabel zum einen mehr Batteriesensoren als bisher auf gleichem Platz verarbeitet bzw. gefertigt werden und zum anderen ist bei gleicher oder gar verbesserter Verbindungsqualität eine schnellere Fertigung möglich, da zwei von drei der zeitintensiven Schweißvorgänge an dieser Stelle wegfallen.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt eine gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Batteriesensorvorrichtung.
Die Batteriesensorvorrichtung umfasst dabei eine unmittelbar an den Pol einer Kraftfahrzeugbatterie anschließbare Befestigungsvorrichtung 6 (ringförmige Batterieklemme), ein mit der Befestigungsvorrichtung 6 mechanisch und elektrisch verbundenes Trägerelement 11 sowie einen Batteriesensor 1. Der Batteriesensor 1 umfasst wiederum einen planaren Meßshunt 2 sowie eine Elektronikeinheit 4 zur Erfassung von Batteriezustandsgrößen wie Strom, Spannung, Temperatur oder dergleichen. Dabei ist der Meßshunt 2 als Widerstandselement 2b mit zwei als mechanische Träger ausgebildeten Widerstandsanschlüssen 2a ausgestaltet und die Elektronikeinheit 4 an den Widerstandsanschlüssen 2a elektrisch leitend befestigt, so dass das Widerstandselement 2b schaltungstechnisch in die Elektronikeinheit 4 integriert ist. Die Elektronikeinheit 4 kann zumindest bereichsweise mit einem Isoliermaterial umspritzt sein. In jedem Fall weist die Elektronikeinheit 4 eine entsprechende elektrische Steckverbindung S zur Kontaktierung mit einem Steuergerät und/oder dem anderen Batteriepol auf.
Die Batteriesensoreinheit 1 ist über das Trägerelement 11 lediglich mittelbar mit einer in Form einer Batteriepol-Anschlussklemme ausgebildeten Befestigungsvorrichtung 6 über erste Verbindungsmittel 10 (Verbindungssteg der einteilig ausgebildeten Batterieklemme-Träger-Einheit) verbunden. Dabei ist das Trägerelement 11 bevorzugt als im Querschnitt gesehen L-förmiger (insbesondere plattenartiger) Träger ausgebildet, der im Bereich des freien Endes seines langen L-Schenkels aus Montagegründen (und zur Bildung eines Bauraums zur geschützten Unterbringung des Batteriesensors) doppelt abgewinkelt ist. Die Batteriesensoreinheit 1 bzw. deren Meßshunt 2 ist über einen ihrer/seiner Widerstandsanschlüsse 2a mit dem freien Ende des kürzeren L-Schenkels stoffschlüssig (insbesondere verlötet oder verschweißt) mechanisch und elektrisch leitend und mit ihrem anderen Widerstandsanschluss 2a kraftformschlüssig und elektrisch isoliert über eine Schraubverbindung verbunden, so dass der Meßshunt 2i. W. parallel zum längeren Schenkel des Trägerelements 11 angeordnet ist. Mit Vorteil ist die Elektronikeinheit 4 auf der dem Trägerelement 11 zugekehrten Seite des Meßshunts 2, und somit in dem sich ergebenden Hohlraum zwischen Trägerelement 11 und Meßshunt 2, geschützt angeordnet. Im Bereich der Verschraubung sind zwischen Widerstandsanschluss 2a und Trägerelement 11 sowie zwischen Schraube 100 und Trägerelement 11 in allen Kontaktzonen Isoliermittel 13 vorhanden, so dass eine elektrische Verbindung zwischen dem Trägerelement 11 und dem Meßshunt 2 ausschließlich über die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Trägerelement 11 und dem entsprechenden Widerstandsanschluss (Montagestelle II) erfolgt.
Die Schraube 100 der Schraubverbindung kann als selbstschneidende Gewindeschraube ausgebildet sein, die in ein vorgebohrtes Loch im Zuge der Fertigung der Batteriesensorvorrichtung ein Gewinde schneidet und hierdurch die Montage der Einheit deutlich erleichtert. Ein separater vorheriger Gewindeschneidarbeitsschritt entfällt hierdurch.
Der Widerstandsanschluss 2a der isolierten Verbindungsseite weist eine Länge und/oder Breite auf, die derart bemessen ist, dass der Widerstandsanschluss 2ai über das im Wesentlichen parallel zum Meßshunt 2 angeordnete Trägerelement 11 hinausragt. Der hervorstehende Bereich des Widerstandsanschlusses 2ai dient der stoffschlüssigen Verbindung mit dem Masseanschlusskabel 8. Auch hierdurch wird eine besonders vorteilhafte Fertigung ermöglicht.
Um die elektrische Verbindung zwischen der Batteriesensoreinheit 1 und der Batterie bzw. der Befestigungsvorrichtung 6 (Batterieanschlussklemme) auch im Falle eines Abrisses der Batteriesensoreinheit 1 von der Befestigungsvorrichtung 6 sicherzustellen, ist vorzugsweise ein zweites Verbindungsmittel 20 vorgesehen. Das zweite Verbindungsmittel 20 ist vorzugsweise als Kabel ausgebildet. Mit Vorteil ist das Verbindungsmittel 20 zumindest mit dem Trägerelement 11 der Batteriesensoreinheit 1 bzw. mit einem Widerstandsanschluss 2a des Meßshunts 2 stoffschlüssig oder kraft- und/oder formschlüssig verbunden. Insbesondere ist das als Kabel ausgebildete Verbindungsmittel 20 stoffschlüssig (beispielsweise verlötet oder verschweißt) oder über eine verschraubte Kabelschuhverbindung mit seinem einen freien Ende mit der Befestigungsvorrichtung 6 und mit seinem anderen freien Ende mit dem Trägerelement 11 oder einem Widerstandanschluss 2a des Meßshunts 2 verbunden.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann demnach eine Einheit aus einteiliger Batterieklemme 6/Trägerelement 11 – Einheit und dem Batteriesensor 1 vormontiert werden. Hierfür wird der Meßshunt 2 nebst darauf montierter Elektronikeinheit 4 (Batteriesensor 1)über eine Schraubverbindung auf die Unterseite des L-förmigen bereichsweise doppelt abgewinkelten Trägerelements 11 geschraubt (Montagestelle I). Dies geschieht vorzugsweise indem eine selbstschneidende Gewindeschraube 100 durch ein Führungsloch im Trägerelement 11 hindurch in ein vorgebohrtes Durchgangsloch des einen Widerstandsanschlusses 2a geschraubt wird und so den Batteriesensor 1 mit dem Trägerelement 11 mechanisch verbindet. Dabei ist die Gewindeschraube 100 durch die Isoliermittel 13 im Bereich des Führungsloches sowie auf der dem Schraubenkopf zugekehrten Oberfläche des Trägerelementes 11 und das Trägerelement 11 selbst auf seiner dem Widerstandsanschluss 2a zugekehrten Seite gegen den Meßshunt 2 elektrisch isoliert. Die Isoliermittel 13 sind bevorzugt durch eine bereichsweise Beschichtung (mit Isolierlack oder Isolierkeramik) realisiert. Alternativ ist auch denkbar die Isolierung dadurch zu realisieren, dass das Material (hier: das aus Messing bestehende Trägerelement 11) bereichsweise einer Materialbehandlung unterzogen wird, durch die das Material im behandelten Bereich dauerhaft Isoliereigenschaften aufweist (z.B. Erzeugen einer isolierenden Oxidschicht durch Lasern). Mit seinem anderen Widerstandsanschluss 2a liegt der Meßshunt 2 mit dem stirnseitigen Ende des kurzen L-Schenkelteils zusammen und wird hier (Montagestelle II) mit diesem stoffschlüssig verbunden (insbesondere verlötet oder verschweißt). An dieser Stelle entsteht durch die stoffschlüssige Verbindung eine elektrisch leitende und mechanisch feste Verbindung zwischen Trägerelement 11 und Meßshunt 2. Abschließend wird der Meßshunt 2 mit seinem nicht stoffschlüssig mit dem Trägerelement 11 verbundenen Widerstandsanschluss 2a, welcher auch bereichsweise über das Trägerelement 11 hinausragt stoffschlüssig mit dem Masseanschlusskabel 8 verbunden (Montagestelle III). Hierfür wird das Masseanschlusskabel 8 unmittelbar mit seinen Kabellitzen auf der Oberfläche des Widerstandsanschlusses 2a aufgelötet oder aufgeschweißt. In einem letzten Verfahrensschritt wird das der redundanten elektrischen Verbindung dienende zweite Verbindungsmittel 20 (eine Art elektrisches Fangkabel) jeweils einendig mit der Batterieklemme 6 und anderendig mit dem Trägerelement 11 elektrisch leitend, insbesondere stoffschlüssig verbunden (Montagestelle IVa, IVb, IVb').

Claims

Verfahren zur Fertigung einer Batteriesensorvorrichtung: – Bereitstellen einer einteilig ausgebildeten Batterieklemmen-Träger-Einheit (6, 11) mit einer unmittelbar an den Pol einer Kraftfahrzeugbatterie anschließbaren, schellenförmigen Befestigungsvorrichtung (6) und einem mit der Befestigungsvorrichtung (6) über einen Verbindungssteg (10) einteilig verbundenen, plattenartigen Trägerelement (11), wobei eines der beiden Enden des plattenartigen Trägerelements (11) in eine Richtung derart abgewinkelt ist, dass das Trägerelement (11) als im Querschnitt gesehen L-förmiger Träger ausgebildet ist, – Bereitstellen eines Batteriesensors (1), wobei dieser einen planaren Meßshunt (2) sowie eine Elektronikeinheit (4) umfasst, und wobei der Meßshunt (2) als Widerstandselement (2b) mit zwei als mechanische Träger ausgebildeten Widerstandsanschlüssen (2ai, 2aii) ausgestaltet ist, die Elektronikeinheit (4) an den Widerstandsanschlüssen (2ai, 2aii) elektrisch leitend befestigt ist und das Widerstandselement (2b) schaltungstechnisch in die Elektronikeinheit (4) integriert ist, wobei der erste Widerstandsanschluss (2ai) sich über das freie Ende des langen L-Schenkels hinaus erstreckt und der zweite Widerstandsanschluss (2aii) an dem freien Ende des kurzen L-Schenkels zur Anlage kommt, – Erstellen einer elektrisch isolierten und kraftschlüssigen oder kraftformschlüssigen Verbindung (I) zwischen dem Ende des langen L-Schenkels des Trägerelements (11) und dem ersten Widerstandsanschluss (2ai) des Meßshunts (2), wobei der zweite Widerstandsanschluss (2aii) des Meßshunts (2) am stirnseitigen Ende des kurzen L-Schenkels des Trägerelements (11) anliegt, – Erstellen einer elektrisch leitenden und stoffschlüssigen Verbindung (II) zwischen dem kurzen L-Schenkel des Trägerelements (11) und dem zweiten Widerstandsanschluss (2aii) des Meßshunts (2), und – Erstellen einer elektrisch leitenden und stoffschlüssigen Verbindung (III) zwischen dem über das freie Ende des langen Schenkels des Trägerelements (11) hinausragenden Ende des ersten Widerstandsanschlusses (2ai) des Meßshunts (2) und den Kabellitzen eines Masseanschlusskabels (8).
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch, – Erstellen einer zusätzlichen, elektrisch leitenden Kabelverbindung (20; IV) zwischen der Befestigungsvorrichtung (6) und dem Trägerelement (11) oder dem zweiten Widerstandsanschluss (2aii) des Meßshunts (2), wobei die zusätzliche Kabelverbindung (20; IV) mit ihrem einen Ende stoffschlüssig oder kraftschlüssig oder kraftformschlüssig mit der Befestigungsvorrichtung (6) und mit ihrem anderen Ende stoffschlüssig oder kraftschlüssig oder kraftformschlüssig mit dem Trägerelement (11) oder dem zweiten Widerstandanschluss (2aii) des Meßshunts (2) verbunden wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolation (13) der elektrisch isolierten Verbindung (I) zwischen Trägerelement (11) und dem ersten Widerstandsanschluss (2ai) durch eine isolierende Beschichtung des Trägerelements (11) oder durch eine bereichsweise Materialbehandlung des Trägerelements (11) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierende Beschichtung des Trägerelements (11) mittels Lack oder Flüssigkeramik ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die bereichsweise Materialbehandlung durch Lasern ausgeführt wird.