DE102008003338A1

DE102008003338A1 - Vorrichtung zum Ermitteln eines elektrischen Stroms

Info

Publication number: DE102008003338A1
Application number: DE102008003338A
Authority: DE
Inventors: Walia Maria Stoeffler; Stephan Mazingue-Desailly; Gabriel Wetzel; Roland Hellwig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-01-07
Filing date: 2008-01-07
Publication date: 2009-07-09

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Ermittlung eines elektrischen Stroms vorgeschlagen, umfassend zumindest ein mit einer Kabelisolierung (12) versehenes Kabel (10), durch das ein zu ermittelnder elektrischer Strom fließt, zumindest ein Messelement (14), über welches ein Maß für den durch das Kabel (10) fließenden elektrischen Strom ermittelbar ist, mit zumindest einer Elektronik (20), über welche das Maß für den elektrischen Strom über zumindest einen Signalanschluss (26) abgreifbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabelisolierung (12) so ausgestaltet ist, dass sie das Messelement (14) und/oder die Elektronik (20) zumindest teilweise umschließt.

Description

Stand der Technik
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Ermittlung eines elektrischen Stroms nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Aus der DE 100 01 345 C1 ist bereits eine solche Vorrichtung bekannt, bei der eine Messleitung zur Ermittlung des Stroms an einen Energiespeicher als ein hohles Messkabel ausgebildet ist, in dessen Hohlraum koaxial zum Kabelmantel eine Messleitung verläuft, die im Inneren des Hohlraumes an den Enden des Messkabels angeschlossen ist. Die weiterverarbeitende Signalelektronik ist jedoch entfernt von dem Messkabel angeordnet.
Aus der EP-A-1 435 524 ist bereits eine Batteriesensorvorrichtung bekannt, bei der die Elektronikeinheit bzw. deren Trägerplatine an den Widerstandsanschlüssen des den Strom erfassenden Messshunts mittels eines elektrisch leitenden Materials derart befestigt ist, dass sich zwischen dem Widerstandselement und der Trägerplatine ein Hohlraum ergibt. Die dort gezeigte Verbindungstechnik zwischen Polklemme, Shunt, Leiterplatte und Kabel besetzt hohe Anforderungen hinsichtlich Dichtheit, Korrosion und Kurzschlusssicherheit. Um diese Anforderungen zu erfüllen, sind ein aufwändiges Gehäuse sowie komplexe Aufbau- und Verbindungstechnik erforderlich.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die angegebenen Probleme zumindest zu lindern. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung eines elektrischen Stroms gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs weist dem gegenüber den Vorteil auf, dass die Komplexität hinsichtlich Gehäuse und Aufbau- und Verbindungstechnik reduziert werden konnte. Hierzu wurde die bislang übliche Doppelfunktion des Gehäuses in zwei Unterfunktionen getrennt. So wird die ohnehin vorhandene Kabelisolierung dafür verwendet, die Vorrichtung gegen Umwelteinflüsse wie beispielsweise Feuchtigkeit zu schützen. Die Kabelisolierung dient somit insbesondere der Isolierung der Elektronik, des Messelements und der Verbindungsstelle mit dem Kabel. Neben einer verbesserte Dichtheit lässt sich auch eine größere Flexibilität der Einbaulage erreichen. So ist nun nicht mehr zwingend erforderlich, die Vorrichtung in der Polnische der Batterie anzuordnen, wie dies beim letztgenannten Stand der Technik der Fall ist. Der Rückgriff auf die ohnehin vorhandene Kabelisolierung unterstützt eine einfache und kosteneffektive Fertigung der Vorrichtung.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, Messelement und/oder Elektronik von einer Schale zu umgeben. Diese Schale kann vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt sein. Dadurch kann auf kostengünstige Art und Weise ein mechanischer Schutz der Elektronik erreicht werden, indem die mechanischen Kräfte beispielsweise beim Fallenlassen oder Transportieren abgefangen werden können. Das Material für die Schale kann auf Grund der nicht mehr erforderlichen Dichtheitsanforderungen der Schale relativ kostengünstig ausgesucht werden, denn die die Schale umgebende Kabelisolierung erfüllt die Anforderungen hinsichtlich Dichtheit.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist die Schale entlang einer Faltlinie faltbar ausgeführt. Dadurch erleichtert sich insbesondere die Montage und Fertigung der Vorrichtung, indem die zu schützenden Komponenten, wie beispielsweise die Elektronik, durch ein einfaches Schließen der beiden Schalenhälften geschützt werden können.
Weitere zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung eines elektrischen Stroms sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben.
Es zeigen:
1 einen Schnitt durch die Vorrichtung, die am Ende des Kabels angeordnet ist,
2 ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung, die nicht am Ende des Kabels angeordnet ist, sowie die
3 ein Ausführungsbeispiel einer faltbaren Schale.
Zur Erfassung eines durch ein Kabel 10 fließenden elektrischen Stroms ist ein Messelement 14, hier beispielhaft als Shunt ausgeführt, über ein erstes Verbindungselement 16 mit dem Kabel 10 verbunden. Auf der anderen Seite des Messelements 14 stellt ein zweites Verbindungselement 18 den elektrischen und mechanischen Kontakt zu einer Polklemme 24 bzw. einer hierüber kontaktierten Batterie her. Benachbart zu dem Messelement 14 ist eine Elektronik 20 angeordnet. Wird als Messelement 14 ein Shunt verwendet, so erfasst die Elektronik 20 das erste elektrische Potenzial am Übergang des Messelements 14 zum ersten Verbindungselement 16 sowie das zweite elektrische Potenzial beim Übergang des Messelements 14 zum zweiten Verbindungselement 18. Die Potenzialdifferenz der beiden elektrischen Potenziale ist ein Maß für den über das Messelement 14 fließenden elektrischen Strom. Die Elektronik 20 übernimmt eine entsprechende Signalauswertung des Messelements 14 und bereitet es in geeigneter Weise so auf, dass es über einen Signalanschluss 26 beispielsweise an ein weiterverarbeitendes Steuergerät weitergeleitet werden kann. Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 1 ist nun eine Schale 22 vorgesehen, die sowohl das Messelement 14 wie auch die Elektronik 20 umschließt. Die Schale 22 weist nicht näher bezeichnete Öffnungen auf, über welche erste und zweite Verbindungselemente 16, 18 durchgeführt sind. Die Kabelisolierung 12 weist am Ende des Kabels 10 einen derart vergrößerten Querschnitt auf, dass die Kabelisolierung 12 nun vollständig die Schale 22 im Sinne einer feuchtigkeitsdichten Kapselung umschließt. Die Kabelisolierung 12 geht mit der Polklemme 24 an der zum zweiten Verbindungselement 18 zugewandten Seite eine feuchtigkeitsdichte Verbindung ein, so dass keine Feuchtigkeit ins Innere dringt. Weiterhin sind in der Kabelisolierung 12 lediglich noch Durchgänge für den Signalanschluss 26 vorgesehen. Die Vorrichtung zur Ermittlung des elektrischen Stroms bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist am Ende des Kabels 10 angeordnet und stellt darüber hinaus die mechanische und elektrische Verbindung her zu der Polklemme 24.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 2 unterscheidet sich vom vorherigen lediglich dadurch, dass die Vorrichtung zur Ermittlung des elektrischen Stroms nicht mehr am Ende, sondern in der Mitte des Kabels 10 angeordnet ist. So wird der Leiter des Kabels 10 in das Innere der Schale 22 geführt ist. Außerdem ist nun auch ein weiterer Kabelabschnitt 10' zwischen dem zweiten Verbindungselement 18 und der Polklemme 24 vorgesehen. Die Kabelisolierung 12 vergrößert sich wiederum im Durchmesser zum Zwecke der feuchtigkeitsdichten Kapselung des Elements 14 und Elektronik 20, bevor es sich dann wieder im Durchmesser auf den für die normale Kabelisolierung üblichen Durchmesser des folgenden Abschnitts des Kabels 10' reduziert.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind zwei Schalenhälften über eine Faltlinie 28 faltbar miteinander verbunden. Bei der Fertigung der Vorrichtung zur Ermittlung eines elektrischen Stroms können die durch die Schale 22 umgebenen Komponenten, nämlich Messelement 14, Verbindungselemente 16, 18 sowie Elektronik 20 in die Schalenhälfte gelegt werden und anschließend durch die weitere Schalenhälfte umschlossen werden.
Die Vorrichtung zur Ermittlung eines elektrischen Stroms kann beispielsweise Bestandteil eines Batteriesensors sein, der die Batteriegrößen Strom, Spannung und Temperatur mit hoher Genauigkeit und Abtastrate erfasst. In einem solchen Batteriesensor kann darüber hinaus auch eine Batterie-Zustandserkennung reali siert sein, welche aus den genannten Eingangsgrößen den Ladezustand der Batterie ermittelt. Der Batteriesensor wiederum könnte über eine serielle Schnittstelle, beispielsweise LIN, mit weiterverarbeitenden Steuergeräten kommunizieren. In diesen Steuergeräten könnte beispielsweise das Energiemanagement des Kraftfahrzeugs realisiert sein, welches den Ladezustand benötigt.
Zur Erfassung des Batteriestroms ist das Messelement 14 vorgesehen. Es können hier unterschiedliche Messkonzepte zum Einsatz kommen. So kann beispielsweise die Stromsensierung über einen elektrischen Widerstand, einen sogenannten Shunt, realisiert sein, über den der zu sensierende elektrische Strom geführt wird. In unmittelbarer Nähe zu dem Messelement 14 ist die Elektronik 20 angeordnet, welche anhand der Potenzialdifferenz am Shunt ein Maß für den elektrischen Strom am Signalanschluss 26 bereitstellt. Über diesen Signalanschluss 26 wird das Maß für den elektrischen Strom einer weiterführenden Signalverarbeitung oder einem Steuergerät zur Verfügung gestellt. Als Messelement 14 könnten auch magnetfeldempfindliche Elemente Verwendung finden, die den elektrischen Strom anhand des von diesem hervorgerufenen magnetischen Felds erfassen. Hier kommen beispielsweise Hallelemente, Kompensationssensoren, Fluxgateelemente oder ähnliches zum Einsatz.
Messelement 14 und/oder Elektronik 20 sollen vor Umwelteinflüssen geschützt werden. Dies geschieht einerseits dadurch, dass zumindest Messelement 14 und/oder Elektronik 20 von einer Schale 22 umschlossen werden. Diese beispielsweise aus Kunststoff ausgeführte Schale 22 soll die so umschlossenen Komponenten vor mechanischen Kräften (beispielsweise beim Fallenlassen oder Transportieren) schützen. Das Schalenmaterial kann nun nur mit Blick auf die mechanischen Festigkeitsanforderungen ausgewählt werden, ohne irgendwelche zusätzlichen Dichtigkeitsanforderungen erfüllen zu müssen. Denn die Dichtheit der Anordnung wird über die Kabelisolierung 12 erreicht. So vergrößert sich der Durchmesser der Kabelisolierung 12 in der Weise, dass die Schale 22 bzw. das Gehäuse komplett von der Kabelisolierung 12 umschlossen wird im Sinne einer feuchtigkeitsdichten Kapselung. Zur Erzielung der notwendigen Dichtheit könnte beispielsweise gemäß 1 die Kabelisolierung 12 mit der Polklemme 24 eine feuchtigkeitsdichte Verbindung eingehen. Alternativ wäre es gemäß 2 auch möglich, dass die Polklemme 24 mit dem Messelement 14 wiederum über ein Kabel 10 verbunden ist. Dies erhöht auf der einen Seite die Flexibilität der Einbaulage der Anordnung, da die Elektronik nun getrennt von der Polklemme 24 nicht mehr zwingender Weise in der Polnische der Batterie anzuordnen wäre. Auf der anderen Seite kann die Dichtigkeit der Anordnung verbessert werden, da nun auch auf der anderen Seite die Kabelisolierung 12 unmittelbar im Querschnitt zur Überdeckung der Schale 22 mit darin angeordnetem Messelement 14 und Elektronik 20 vergrößert und auf der anderen Seite ebenfalls wieder in der gleichen Weise den üblichen Durchmesser einer gewöhnlichen Kabelisolierung 12 annimmt, alles mit derselben Kabelisolierung.
Die beschriebene Vorrichtung eignet sich insbesondere für die Integration in das Massekabel. Die Verwendung ist jedoch hierauf nicht eingeschränkt, sondern könnte ebenfalls auch in einer Verbindung mit dem Pluspol der Batterie eines Kraftfahrzeugs oder sonstigen zu versorgenden Verbrauchers Verwendung finden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10001345 C1 [0001]
- EP 1435524 A [0002]

Claims

Vorrichtung zur Ermittlung eines elektrischen Stroms, umfassend zumindest ein mit einer Kabelisolierung (12) versehenes Kabel (10), durch das ein zu ermittelnder elektrischer Strom fließt, zumindest ein Messelement (14), über welches ein Maß für den durch das Kabel (10) fließenden elektrischen Stroms ermittelbar ist, mit zumindest einer Elektronik (20), über welche das Maß für den elektrischen Strom über zumindest einen Signalanschluss (26) abgreifbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabelisolierung (12) so ausgestaltet ist, dass sie Messelement (14) und/oder Elektronik (20) zumindest teilweise umschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Elektronik (20) und/oder Messelement (14) in einer Schale (22) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabel (10) in das Innere der Schale (22) geführt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (14) über ein Verbindungselement (16, 18) mit dem Kabel (10) elektrisch leitend verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (14) über ein Verbindungselement (18) und/oder ein Kabel (10) mit einer Polklemme (24) elektrisch leitend verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Messelement (14) ein Shunt verwendet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik (20) die Potenzialdifferenz am Shunt (14) zur Bereitstellung eines Maßes des elektrischen Stroms erfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabelisolierung (12) die Schale (22) im Sinne einer feuchtigkeitsdichten Kapselung umschließt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabel (10) als Massekabel verwendet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale (22) aus zumindest zwei über eine Faltlinie (28) miteinander verbundenen faltbaren Schalenhälften besteht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale (22) aus Kunststoff besteht.