DE102004055848A1

DE102004055848A1 - Batteriesensorvorrichtung

Info

Publication number: DE102004055848A1
Application number: DE102004055848A
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: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2024-11-20
Also published as: DE102004055848B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batteriesensorvorrichtung mit einer unmittelbar an den Pol einer Kraftfahrzeugbatterie anschließbaren Befestigungsvorrichtung und einer mit der Befestigungsvorrichtung mittelbar oder unmittelbar über erste Verbindungsmittel mechanisch und elektrisch verbundenen Batteriesensoreinheit. Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Sicherheit der Stromversorgung insbesondere im Falle eines Unfalls zu erhöhen. Erfindungsgemäß ist hierfür mindestens ein zweites Verbindungsmittel vorhanden, welches der Aufrechterhaltung einer redundanten elektrischen Verbindung zwischen Befestigungsvorrichtung und Batteriesensoreinheit dient.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batteriesensorvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der WO 01/44825 A1 ist bereits eine gattungsgemäße Batteriesensorvorrichtung mit einer Befestigungsvorrichtung in Form einer Batterieklemme und einem an dieser angeordneten Meßshunt einer Batteriesensoreinheit bekannt. In einer dargestellten Ausführung, ist der Meßshunt des Batteriesensors (Batteriesensor umfasst: Meßshunt mit darauf angeordneter Elektronikeinheit) einteilig mit der Batterieklemme ausgebildet und über eine Materialverjüngung mit dieser verbunden. Hierdurch werden, im Vergleich zu einer massiven Ausführung ohne Verjüngung (ebenfalls dargestellt), Materialspannungen im Klemmkörper vermieden. Derartige Batteriesensorvorrichtungen haben sich in der Vergangenheit bereits bewährt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Batteriesensorvorrichtung zum Anschluss an den Pol einer Kraftfahrzeugbatterie zu schaffen, die insbesondere im Falle eines Unfalls, welcher Deformierungen bzw. Krafteinwirkungen auf die Batterie oder auf Anschlussteile der Batterie zur Folge hat, eine erhöhte Betriebssicherheit gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Anbringung eines zweiten Verbindungsmittels, welches derart angeordnet ist, dass parallel zu einer ersten mittelbaren oder unmittelbaren mechanischen und elektrischen Verbindung zwischen Befestigungsvorrichtung und Batteriesensoreinheit bzw. dem Träger der Batteriesensoreinheit, eine redundante elektrische Verbindung besteht, wird gewährleistet, dass auch im Falle der Trennung der ersten Verbindung zumindest eine elektrische Verbindung zwischen Befestigungsvorrichtung und Batteriesensoreinheit aufrechterhalten bleibt. Die elektrische Stromversorgung bleibt somit auch im Falle eines Unfalls, der eine Trennung der ersten Verbindungsmittel zur Folge hat erhalten. Eine zusätzliche Absicherung, der durch die erste (mechanische) Verbindung gewährleisteten mechanischen Festigkeit, durch die die Befestigungsvorrichtung und die Batteriesensoreinheit bzw. ein die Batteriesensoreinheit tragendes Trägerelement zueinander in einer definierten Position gehalten werden, ist nicht zwingend erforderlich. Im Falle einer unmittelbaren Verbindung von Befestigungsvorrichtung und Batteriesensoreinheit, ist die einen Meßshunt und eine Elektronikeinheit (zur Erfassung von Batteriezustandsgrößen Strom, Spannung, Temperatur, ...) umfassende Batteriesensoreinheit über ihren Meßshunt unmittelbar mit der Befestigungsvorrichtung verbunden – vorzugsweise einteilig ausgebildet. Im Falle einer mittelbaren Verbindung von Befestigungsvorrichtung und Batteriesensoreinheit ist die Batteriesensoreinheit auf einem Trägerelement angeordnet bzw. in dieses integriert und das Trägerelement mit der Befestigungsvorrichtung unmittelbar verbunden, vorzugsweise einteilig ausgebildet. Beispielsweise sind Befestigungsvorrichtung und Meßshunt bzw. Träger über ein erstes Verbindungsmittel in Form eines durch Materialverjüngung gebildeten Verbindungsstegs miteinander verbunden. Um eine derartige ungewollte Sollbruchstelle abzusichern, wird über das zweite Verbindungsmittel zumindest die elektrische Verbindung redundant abgesichert. Dies geschieht bevorzugt mittels einer Kabelverbindung, die keine ausreichende mechanische Stabilität aufweisen muss, um die verbundenen Teile im Falle einwirkender Kräfte, die eine (mechanische und elektrische) Trennung der ersten Verbindungsmittel zur Folge haben, in ihrer ursprünglichen Position zueinander zu halten. Allerdings wird durch die zweiten Verbindungsmittel, die bevorzugt als Kabelverbindung ausreichender Länge ausgebildet sind, die elektrische Verbindung zwischen Batterie und Batteriesensoreinheit aufrechterhalten. Zur Sicherstellung einer ausreichenden Kabellänge ist das Kabel vorzugsweise in Form einer Vorratsschleife verlegt. Mit Vorteil ist das zweite Verbindungsmittel zumindest einseitig stoffschlüssig mit der Befestigungsvorrichtung oder dem Trägerelement oder einem Widerstandsanschluss des Meßshunts verbunden. In einer optimierten Ausführung ist das zweite Verbindungsmittel stoffschlüssig mit seinem einen freien Ende mit der Befestigungsvorrichtung und mit seinem anderen freien Ende mit dem Trägerelement oder einem Widerstandanschluss des Meßshunts verbunden. Bei einer stoffschlüssigen Verbindung im Sinne der Erfindung handelt es sich um Verbindungen, bei denen die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden; insbesondere also Verbindungen die durch kleben, löten, schweißen oder dergleichen entstehen.

Zur Aufnahme mechanischer Energie im Falle einer Krafteinwirkung auf Anschlussteile der Batterie und eine hierdurch bedingte Trennung von Befestigungsvorrichtung und Batteriesensoreinheit kann parallel zu dem zweiten Verbindungsmittel ein drittes Verbindungsmittel vorhanden sein. Dabei weist das dritte Verbindungsmittel eine geringere Länge als das zweite Verbindungsmittel auf, so dass auftretende Trennungskräfte hierdurch verringert werden können. Beispielsweise kann ein Kabel geringerer Länge als das Kabel (bestehend aus elektrisch leitendem oder elektrisch isolierendem Material; wesentlich sind die mechanischen Eigenschaften zur definierten Kraftaufnahme bzw. Kraftvernichtung) des zweiten Verbindungsmittels parallel zu diesem befestigt sein.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und ferner in der nachfolgenden Figurenbeschreibung erläutert.
In den dargestellten Figuren zeigen:
1: eine separate Batteriesensoreinheit in einer möglichen Ausführungsform
2: eine Batteriesensorvorrichtung gemäß der Erfindung in einer ersten möglichen Ausführungsform in Perspektivansicht,
3: eine Batteriesensorvorrichtung gemäß der Erfindung in einer zweiten möglichen Ausführungsform in Perspektivansicht.
1 zeigt eine Batteriesensoreinheit 1 umfassend einen planaren Meßshunt 2 mit einer auf diesem angeordneten Elektronikeinheit 4. Der Meßshunt 2 besteht im wesentlichen aus zwei als mechanische Träger ausgebildeten Widerstandsanschlüssen 2a (vorzugsweise aus Kupfer) und einem zwischen den Widerstandsanschlüssen 2a angeordneten Widerstandselement 2b (vorzugsweise aus Manganin). Die Elektronikeinheit 4 ist an den beiden Widerstandsanschlüssen 2a elektrisch leitend befestigt und somit das Widerstandselement 2b schaltungstechnisch in die Elektronikeinheit 4 integriert. Die Elektronikeinheit 4 kann auch zumindest bereichsweise mit einem Isoliermaterial umspritzt sein. In jedem Fall weist die Elektronikeinheit 4 eine entsprechende elektrische Stechverbindung S zur Kontaktierung mit einem Steuergerät und/oder dem anderen Batteriepol auf.
In einer besonders bevorzugten Ausführung weist das Widerstandselement 2b eine geringere Dicke auf als die beiden Widerstandsanschlüsse 2a, so dass sich im Bereich des Widerstandselements 2b eine Ausnehmung im Meßshunt 2 ergibt. Hierdurch kann eine auf dem Meßshunt 2 angeordnete Elektronikeinheit 4 bei beidseitiger Bestückung mit ihrer Trägerplatte unmittelbar ohne Abstandshalter auf dem Meßshunt 2 bzw. seinen Widerstandsanschlüssen 2b aufgelötet werden und eine geringe Bauhöhe bei einfacher Montage erreicht werden. Für den genauen Aufbau der Batteriesensoreinheit 1 wird an dieser Stelle Bezug genommen auf die WO 01/44825 A1, und deren diesbezüglicher Inhalt in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung mit einbezogen.
Die 2 und 3 zeigen zwei mögliche Ausführungen der erfindungsgemäßen Batteriesensorvorrichtung.
In 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Batteriesensoreinheit 1 unmittelbar mit einer in Form einer Batteriepol-Anschlussklemme ausgebildeten Befestigungsvorrichtung 6 über erste Verbindungsmittel 10 verbunden ist. Dabei sind die ersten Verbindungsmittel 10 bevorzugt als Verbindungssteg aufgrund einer Materialverjüngung der insbesondere einteilig ausgebildeten Batteriesensorvorrichtung ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführung besteht die Befestigungsvorrichtung 6 aus Messing bzw. einer Messinglegierung und ist mit einem der aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehenden Widerstandsanschlüsse 2a der Elektronikeinheit 4 verschweißt und somit elektrisch leitend verbunden. Der der Befestigungsvorrichtung 6 abgekehrte Widerstandsanschluss 2a ist zusätzlich über eine elektrische Anschlussstelle C mit einem Masseanschlusskabel 8 verbunden. Das Masseanschlusskabel 8 ist vorzugsweise ohne die Verwendung eines Kabelschuhs oder dergleichen unmittelbar mit seinen Kabellitzen stoffschlüssig mit dem Widerstandsanschluss 2a verbunden, insbesondere verlötet oder verschweißt.
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 erfindungsgemäß 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 kraftschlüssig oder kraftformschlüssig (z.B. durch eine verschraubte Kabelschuhverbindung) verbunden. Insbesondere ist das als Kabel ausgebildete Verbindungsmittel 20 stoffschlüssig (beispielsweise verlötet oder verschweißt) mit seinem einen freien Ende mit der Befestigungsvorrichtung 6 und mit seinem anderen freien Ende mit dem Trägerelement 11 (3) oder einem Widerstandanschluss 2a (2, 3) des Meßshunts 2 verbunden.
In 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Batteriesensoreinheit 1 über ein Trägerelement 11 lediglich mittelbar mit einer in Form einer Batteriepol-Anschlussklemme ausgebildeten Befestigungsvorrichtung 6 über erste Verbindungsmittel 10 verbunden ist. 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 doppelt abgewinkelt ist. Die Batteriesensoreinheit 1 ist über einen ihrer Widerstandsanschlüsse 2a mit dem freien Ende des kürzeren L-Schenkels stoffschlüssig (verschweißt) und elektrisch leitend (Montagestelle I) und mit ihrem anderen Widerstandsanschluss 2a kraft-formschlüssig über eine Schraubverbindung und elektrisch isoliert (Montagestelle II) verbunden, so dass der Meßshunt 2 i.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 und Trägerelement 11 in allen Kontaktzonen Isoliermittel 13 vorhanden.
Die Schraube 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 2 der isolierten Verbindungsseite weist vorzugsweise eine Länge auf, die derart bemessen ist, dass er über das im wesentlichen parallel zum Meßshunt 2 angeordnete Trägerelement 11 hinausragt. Der hervorstehende Bereich des Widerstandsanschlusses 2a dient damit der insbesondere stoffschlüssigen Verbindung mit dem Masseanschlusskabel 8. Auch hierdurch wird eine besonders vorteilhafte Fertigung ermöglicht.

Claims

Batteriesensorvorrichtung mit – einer unmittelbar an den Pol einer Kraftfahrzeugbatterie anschließbaren Befestigungsvorrichtung (6), – und einer mit der Befestigungsvorrichtung (6) mittelbar oder unmittelbar über erste Verbindungsmittel (10) mechanisch und elektrisch verbundenen Batteriesensoreinheit (1), gekennzeichnet durch – ein zweites Verbindungsmittel (20) über welches die Befestigungsvorrichtung (6) elektrisch leitend redundant mit der Batteriesensoreinheit (1) verbunden ist.
Batteriesensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriesensoreinheit (1) einen planaren Meßshunt (2) sowie eine Elektronikeinheit (4) umfasst, wobei der Meßshunt (2) als Widerstandselement (2b) mit zwei als mechanische Träger ausgebildeten Widerstandsanschlüssen (2a) ausgestaltet ist, die Elektronikeinheit (4) an den Widerstandsanschlüssen (2a) elektrisch leitend befestigt ist und das Widerstandselement (2b) schaltungstechnisch in die Elektronikeinheit (4) integriert ist.
Batteriesensorvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriesensoreinheit (1) unmittelbar über einen Widerstandsanschluss (2a) des Meßshunts (2) mit der Befestigungsvorrichtung (6) verbunden ist, vorzugsweise der Meßshunt (2) und die Befestigungsvorrichtung (6) einteilig ausgebildet sind.
Batteriesensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriesensoreinheit (1) auf einem Trägerelement (11) angeordnet und über dieses mittelbar mit der Befestigungsvorrichtung (6) elektrisch leitend verbunden ist, vorzugsweise das Trägerelement (11) und die Befestigungsvorrichtung (6) einteilig ausgebildet sind.
Batteriesensorvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Verbindungsmittel (20) als mechanisch flexibles Element, insbesondere in Form einer Kabelverbindung ausgebildet ist.
Batteriesensorvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Verbindungsmittel (20) zumindest mit einem freien Ende stoffschlüssig mit der Befestigungsvorrichtung (6) oder dem Trägerelement (11) oder einem Widerstandsanschluss (2a) des Meßshunts (2) verbunden ist, vorzugsweise das zweite Verbindungsmittel (6) stoffschlüssig 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 ist.