DE102008041539A1

DE102008041539A1 - Shuntwiderstand mit Auswerteschaltung

Info

Publication number: DE102008041539A1
Application number: DE102008041539A
Authority: DE
Inventors: Walia Maria Stoeffler; Stephan Mazingue-Desailly; Roland Hellwig; Gabriel Wetzel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-08-26
Filing date: 2008-08-26
Publication date: 2010-03-04
Also published as: WO2010023004A1

Abstract

Es wird ein Shuntwiderstand (1) zur Messung eines Stromes in einem Leiter (2) vorgeschlagen, der als weitgehend massives Bauteil in den Leiter (2) integriert ist, und es ist eine über Messleitungen kontaktierte Auswerteschaltung (4) zur Auswertung dels vorhanden. Die kontaktierten Enden des Shuntwiderstandes (1) sind über äußere flexible Messleitungen (7, 8) an die Auswerteschaltung (4) angeschlossen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Shuntwiderstand mit einer Auswerteschaltung, insbesondere zur Anbringung im Laststromkreis einer Batterie für die Zustandserkennung der Batterie als Bestandteil eines Energiemanagementsystem in Kraftfahrzeugen, nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Eine steigende Anzahl elektrischer Verbraucher in Kraftfahrzeugen führt zu einer deutlich steigenden Zahl von Feldausfällen, sogenannten Liegenbleibern, aufgrund von zu stark entladener oder defekter Batterien. Dies und auch die oft verlangte Einsparungen von Kraftstoff erfordert zunehmend den Einsatz des eingangs erwähnten Energiemanagement-Systems in Verbindung mit einer zuverlässigen Batteriezustandserkennung, welche die benötigten Batterie-Informationen aus den messbaren Batteriegrößen Strom, Spannung und Temperatur zur Verfügung stellt.
Hierbei geht die Entwicklung in Richtung eines intelligenten kompakten Batteriesensors, der die Batteriegrößen Strom, Spannung und Temperatur mit hoher Genauigkeit und Abtastrate erfasst und, je nach Partitionierung, teilweise oder vollständig die Aufgabe der Batterie-Zustandserkennung übernimmt. Das elektrische Energie-Management befindet sich dabei in einem sogenannten Host-Steuergerät, das mit dem Batteriesensor über eine einfache und kostengünstige serielle Schnittstelle, vorzugsweise ein sogenannter LIN-Bus, kommuniziert.
Es ist bisher üblich, dass die Mechanik der Batteriesensoren auf einer Polklemme basiert, die einen Shunt, einen Massekabelanschluss und eine integrierte Elektronik aufweist. Eine solche Anordnung ist beispielsweise aus der DE 10 2005 039 587 A1 bekannt, bei der der Shuntwiderstand direkt an eine Polklemme, hier der Minus-Pol, oder einer entsprechenden Polnische der Batterie angeklemmt wird und praktisch die Messstrecke mit der mechanischen Anschlusseinheit kombiniert.
Es ist weiterhin aus der US 20010003419 A1 bekannt, dass zur Strommessung eine Auswerteschaltung direkt an ein Segment eines stromführenden Leiters angebracht ist. Jeweils am Ende des Segments wird dabei die Auswerteschaltung kontaktiert und der erfasste Spannungsabfall an dem Segment kann mit den signalverarbeitenden Bauteilen ausgewertet werden.
Darüber hinaus ist aus der WO 2006075101 A1 zu entnehmen, dass ein massiver Shuntwiderstand in einen ebenfalls massiven Leiter mit entsprechend angepassten Querschnitt eingefügt wird, beispielsweise durch Löten.
Aus der DE 100 01 345 C1 ist auch noch bekannt, dass der Shuntwiderstand aus einem innen hohlen Kabelmantel besteht, bei dem in seinem Inneren Messleitung von den Messpunkten an den Enden des Shuntwiderstandes durch eine Öffnung nach außen zu einer Auswerteschaltung geführt sind.
Bei den zuvor beschriebenen bekannten Konzepten ist insbesondere die Verbindungstechnik zwischen den Polklemmen, dem Shunt, der Leiterplatte der Auswerteschaltung und den Messleitungen anspruchsvoll und hochkritisch.
Anforderungen hinsichtlich der Dichtheit und Korrosion, der Gefahr bei Kurzschluss sind hier nur mit großem Aufwand zu erfüllen, da die für elektronischen Teile notwendigen Fertigungstoleranzen deutlich geringer sind als für die üblichen Schmiedeteile wie zum Beispiel die Polklemmen.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht von einem Shuntwiderstand zur Messung eines Stromes in einem Leiter aus, der als massives Bauteil in den Leiter integriert ist. Über Messleitungen wird eine Auswerteschaltung zur Auswertung des am Shuntwiderstand gemessenen Spannungsabfalls kontaktiert und erfindungsgemäß sind die kontaktierten Enden des Shuntwiderstandes über äußere flexible Messleitungen an die Auswerteschaltung angeschlossen. Der Shuntwiderstand kann dabei beliebig im Verlauf des Leiters integriert sein oder zwischen dem Leiter und einer Polklemme angeordnet werden bzw. aus einem um die Polklemme gelegten Ring bestehen. Die entsprechenden vorteilhaften Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 angeben.
Die Messleitungen können dabei über Stecker an die Auswerteschaltung oder auch fest an die Auswerteschaltung angeschlossen sein. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Messleitungen verdrillt sind, sodass die EMV-Empfindlichkeit geringer wird.
Die Auswerteschaltung kann in vorteilhafter Weise in einem separaten, vom Shuntwiderstand beabstandeten Gehäuse untergebracht werden, sodass die Erfindung in vorteilhafter Weise zur Erfassung der elektrischen Zustandsgrößen einer Batterie eines Kraftfahrzeugs aus dem Laststrom der Batterie verwendet werden kann. Die Auswerteschaltung ist dabei mit dem Shuntwiderstand, wie erwähnt, über die Messleitungen verbunden und es kann weiterhin eine Verbindung der Auswerteschaltung mit einem Energiemanagementsystem des Kraftfahrzeugs über einen LIN-Bus erfolgen.
Wenn die Auswerteschaltung in einem separatem Gehäuse integriert ist, kann dieses Gehäuse deutlich einfacher ausgelegt werden, als die bisherigen Batterie-Sensor-Gehäuse, die nicht nur die Elektronik beinhaltet, sondern auch die mechanischen Teile, wie Shuntwiderstand und Poklemme. Dieses separate Gehäuse kann mit zwei Steckern ausgestattet werden, einem Messstecker und einem Signalstecker, wobei auch ein Mehr-Kammer-Stecksystem vorgesehen werden kann. Bisher sind nach dem Stand der Technik die Elektronik und der Shuntwiderstand ind er Regel in einer Einheit zusammengefasst, sodass Wasser entlang dem Shuntwiderstand eindringen kann und damit sehr schnell auf die Elektronik-Einheit gelangt. Nach der Erfindung sind Elektronik und Shuntwiderstand getrennt, sodass diese Elektronik wie alle anderen Kfz-Elektronikeinheiten über das Gehäuse und dichte Stecker geschützt werden kann.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass gemäß der Erfindung die Spannungsdifferenz am Shuntwiderstand auf einfache Weise über die Messleitungen sensiert werden kann, wobei diese Messleitungen mit einem Stecker an die Elektronik der Auswerteschaltung angeschlossen werden können, sodass sich die Auswerteschaltung oder der Shuntwiderstand leicht auswechseln lässt, ohne dass das die Messleitungen getauscht werden müssen. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass die Messleitungen unlösbar, zum Beispiel mit einem Schweißverfahren (Reibschweißen) oder Lötverfahren mit der Auswerteschaltung verbunden wird, sodass sich zwar die Auswerteschaltung nicht mehr auswechseln lässt, ohne die Messleitungen zu tauschen aber eine solche Lösung kann durchaus wünschenswert sein, falls die beiden Komponenten Shuntwiderstand und Auswerteschaltung zusammen abgestimmt werden müssen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines an eine Polklemme einer Batterie angeschlossenen Leiters mit einem in den Leiter integrierten Shuntwiderstand und einer Auswerteschaltung,
2 eine Abwandlung der Anordnung nach der 1 mit einem zwischen dem Leiter und der Polklemme befindlichen Shuntwiderstand,
3 eine Abwandlung der Anordnung nach der 2 mit einem zwischen dem Leiter und der Polklemme befindlichen Shuntwiderstand und
4 eine Abwandlung der Anordnung nach der 2 mit einem ringartig um die Polklemme befindlichen Shuntwiderstand.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist ein Shuntwiderstand 1 in einem Leiter 2 gezeigt, der zum Beispiel aus Manganin hergestellt ist und somit ein Widerstandselement zur Einbringung in einen hier nicht näher erläuterten Stromkreis einer Batterie für ein Kraftfahrzeug ist. Der Zustand der Batterie kann somit durch die Messung des Spannungsabfalls am Shuntwiderstand 1, insbesondere den Laststrom hinter einer positiven oder negativen Polklemme 3 der Batterie mit einer Auswerteschaltung 4 erfolgen, die separat angeordnet ist.
Der Shuntwiderstand 1 ist über zwei Anschlüsse 5 und 6 kontaktiert, sodass zwei vorzugsweise verdrillte Messleitungen 7 und 8 über einen Messstecker 9 oder auch fest angeschlossen mit der Auswerteschaltung 4 verbunden werden können. Die Auswerteschaltung 4 enthält die zu einer Signalanalyse erforderliche Elektronik und kann über einen Signalstecker 10 mit einem übergeordneten Energiemanagementsystem im Kraftfahrzeug kommunizieren.
2 zeigt eine alternative Anbringung des Shuntwiderstandes 1 direkt am Ende des Leiters 2 am Anschluss an der Polklemme 3. Aus 3 ist ein Shuntwiderstand 11 als Rohr ausgeführt, das an einem Ende mit der Polklemme 3 verschweißt ist und mit dem anderen Ende mit der Messleitung 2 fest und elektrisch leitend verbunden ist, zum Beispiel durch Crimpen.
Eine Anordnung eines Shuntwiderstandes 12 als ringförmig um die Polklemme 3 gelegtes Widerstandselement ist aus 4 ersichtlich. Hier sind somit die Anschlüsse 5 und 6 für die Messleitungen am inneren und am äußeren Durchmesser des Shuntwiderstandes 12 anzubringen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005039587 A1 [0004]
- US 20010003419 A1 [0005]
- WO 2006075101 A1 [0006]
- DE 10001345 C1 [0007]

Claims

Shuntwiderstand (1) zur Messung eines Stromes in einem Leiter (2), der als weitgehend massives Bauteil in den Leiter (2) integriert ist und eine über Messleitungen kontaktierte Auswerteschaltung (4) zur Auswertung des am Shuntwiderstand (1) gemessenen Spannungsabfalls, dadurch gekennzeichnet, dass die kontaktierten Enden des Shuntwiderstandes (1) über äußere flexible Messleitungen (7, 8) an die Auswerteschaltung (4) angeschlossen sind.
Shuntwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Shuntwiderstand (1) beliebig im Verlauf des Leiters (2) integriert ist.
Shuntwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Shuntwiderstand (1) zwischen dem Leiter (2) und einer Polklemme (3) angeordnet ist.
Shuntwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Shuntwiderstand (12) aus einem um die Polklemme (3) gelegten Ring besteht.
Shuntwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Shuntwiderstand (11) aus einem als Rohr besteht, das an einem Ende mit der Polklemme (3) und mit dem anderen Ende mit der Messleitung (2) fest und elektrisch leitend verbunden ist.
Shuntwiderstand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Shuntwiderstand (11) mit der Polklemme (3) verschweißt ist und mit und mit der Messleitung (2) vercrimpt ist.
Shuntwiderstand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messleitungen (7, 8) über Messstecker (9) an die Auswerteschaltung (4) angeschlossen sind.
Shuntwiderstand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messleitungen (7, 8) fest an die Auswerteschaltung (4) angeschlossen sind, vorzugsweise mittels Schweiß- oder Lötverfahren.
Shuntwiderstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messleitungen (7, 8) untereinander verdrillt sind.
Shuntwiderstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (4) in einem separaten, vom Shuntwiderstand (1) beabstandeten Gehäuse untergebracht ist.
Shuntwiderstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der elektrischen Zustandsgrößen einer Batterie eines Kraftfahrzeugs aus dem Laststrom der Batterie die Auswerteschaltung (4) mit dem Shuntwiderstand (1) über die Messleitungen (7, 8) verbunden ist und dass eine Verbindung der Auswerteschaltung (4) mit einem Energiemanagementsystem des Kraftfahrzeugs über einen LIN-Bus erfolgt.