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Die Erfindung betrifft einen Stromsensor für eine Fahrzeugbatterie und eine Fahrzeugbatterie mit dem Stromsensor.
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Aus der Zeitschrift „elektronik industrie", Ausgabe Juli 2005 ist ein intelligenter Batteriesensor, IBS genannt bekannt. Dabei handelt es sich um einen Stromsensor, der eingerichtet ist, einen Ladestand einer Fahrzeugbatterie basierend auf der Batteriespannung, dem Batteriestrom und einer Temperatur der Batterie zu bestimmen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung den bekannten Stromsensor für eine Fahrzeugbatterie zu verbessern.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Stromsensor zum Überwachen einer Fahrzeugbatterie ein elektrisches Kontaktelement zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit einem Pol der Fahrzeugbatterie und ein vom elektrischen Kontaktelement verschieden ausgebildetes mechanisches Halteelement zum Halten des Stromsensors in wenigstens einer Richtung an der Fahrzeugbatterie.
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Dem angegebenen, insbesondere als IBS ausgebildeten Stromsensor liegt die Überlegung zugrunde, dass ein Stromsensor in Reihe zwischen einer elektrischen Energiequelle und einer Last angeschlossen werden muss, damit der Strom gemessen werden kann. Ferner liegt dem angegebenen Stromsensor die Überlegung zugrunde, dass insbesondere in Hochstromanwendungen, wie im Bereich der Fahrzeugtechnik, entsprechend massereiche Kabel zur elektrischen Anbindung der elektrischen Last an die elektrische Energiequelle notwendig sind. Aufgrund der Anbindung des Stromsensors zwischen der elektrischen Last und der Fahrzeugbatterie in Reihe stellt sich hier jedoch das Problem, dass der Stromsensor das zuvor genannte Kabels tragen muss.
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Diese Überlegungen zugrunde gelegt, wird im Rahmen des angegebenen Stromsensors erkannt, dass in dem bekannten Stromsensor das zuvor erläuterte Problem dadurch löst, dass an die Fahrzeugbatterie mechanisch nicht nur der Stromsensor sondern auch das Kabel angeschlossen wird. Mechanisch gesehen liegt der herkömmliche Stromsensor daher parallel zur Verbindung zwischen der Fahrzeugbatterie und dem Stromsensor. Elektrisch gesehen muss der Stromsensor jedoch wie bereits erwähnt in Reihe zwischen die Fahrzeugbatterie und dem Kabel verschaltet werden, was durch die einzelne mechanische Verbindung jedoch zu einem elektrischen Kurzschluss führen würde, wenn die mechanische Verbindung nicht elektrisch isoliert wäre. Diese notwendige elektrische Isolation stellt einen Mehraufwand dar.
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Hier greift der angegebene Stromsensor an, im Rahmen dessen erkannt wird, dass der elektrische Kurzschluss dadurch vermieden werden kann, wenn der in Reihe angeschlossene Stromsensor nicht nur den elektrischen Strom leitet, sondern auch den mechanischen Halt des Kabels an der Fahrzeugbatterie übernimmt. Hierzu ist die elektrische Verbindung jedoch in der Regel mechanisch zu schwach, so dass sich der Stromsensor von der Fahrzeugbatterie lösen könnte, wenn er allein den mechanischen Halt übernehmen muss. Um den mechanischen Halt dennoch bereitzustellen, ist daher am Gehäuse ein Halteelement angeordnet, mit dem das Gehäuse form- und/oder kraftschlüssig an der Polklemme gehalten werden kann.
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Der Formschluss und der Kraftschluss wirken dabei vom Gehäuse aus gesehen entgegen der Polklemme, um das Gehäuse an der Polklemme zu halten. Auf diese Weise wird das Stromführelement durch das Halteelement mechanisch gegen die Polklemme gedrückt und an dieser mechanisch gehalten, so dass der elektrische Kontakt zwischen der Polklemme und dem Stromführelement durch das Halteelement unterstützt ist. Für einen geringstmöglichen Bauraumbedarf ist die Polklemme jedoch zwischen den beiden oben genannten Wandabschnitten angeordnet, so dass sich der Stromsensor mit einem geringstmöglichen Bauraum an der Fahrzeugbatterie befestigten lässt. Durch den Form- und/oder Kraftschluss ist dabei dennoch ein ausreichend hoher mechanischer Halt bereitgestellt, um den Stromsensor sicher an der Polklemme zu halten und ein Lösen des elektrischen Kontaktes zu vermeiden.
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Durch die bauraumsparende Ausbildung des Stromsensors kann auch die Polklemme entsprechend klein aufgebaut werden, wodurch neben dem eingesparten Bauraum auch entsprechend weniger Material zum Aufbau der Polklemme und des Stromsensors notwendig ist, was entsprechend zu einem geringeren Bedarf an Material und zu weniger Einbaugewicht führt.
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In einer Weiterbildung des angegebenen Stromsensors ist das Halteelement stabförmig ausgebildet und zum Durchgriff durch eine Durchgangsöffnung in der Polklemme vorgesehen. Auf diese Weise kann der oben genannte Formschluss an einer dem Gehäuse des Stromsensors gegenüberliegenden Seite der Polklemme ausgebildet werden, wenn beispielsweise das stabförmige Element nach dem Durchführen ab- oder aufgebogen wird.
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Das Halteelement kann beliebig, beispielsweise als Nagel, Schraube oder Gewindestift aufgebaut sein, auf das eine Mutter geschraubt wird. Besonders bevorzugt ist das stabförmige Halteelement jedoch als Halteniet ausgebildet. Ein Halteniet ist ein stabförmiges Halteelement dessen vom Gehäuse abragendes Ende durch die zuvor genannte Durchgangsöffnung durch das Stromführelement geführt und endseitig umfänglich abgebogen werden kann, um einen Formschluss am Stromführelement herzustellen.
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Dabei kann der Halteniet wenigstens in einem nicht an der Polklemme befestigten Zustand ein axial verlaufendes Sackloch aufweisen. Durch dieses Sackloch kann sich der Halteniet einerseits an die Form der Durchgangsöffnung anpassen und so mit dieser zusätzlich kraftschlüssig verbinden. Andererseits kann an dem Sackloch beim Herstellen der Nietverbindung ein entsprechender Dorn angreifen.
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Besonders bevorzugt ist das Halteelement mit dem Gehäuse einstückig ausgebildet, wodurch ein extra Befestigten des Halteelementes am Gehäuse bei der Montage des Stromsensors an der Polklemme nicht notwendig ist.
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In einer besonderen Weiterbildung des angegebenen Stromsensors ist der erste Wandabschnitt in einem an der Polklemme der Fahrzeugbatterie angeschlossenen Zustand des Stromführelementes zur Polklemme ausgerichtet und das Halteelement im Bereich des zweiten Wandabschnitts angeordnet. Auf diese Weise kann das Halteelement im an der Polklemme befestigten Zustand eine gute Hebelwirkung entfalten um so eine besonders gute mechanische Unterstützung für die elektrische Kontaktierung zwischen dem Stromführelement und der Polklemme zu verwirklichen.
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Um die Hebelwirkung so gut wie möglich auszugestalten, sollte das Halteelement so nah wie möglich am zweiten Wandabschnitt angeordnet werden. Daher sollte der Bereich des zweiten Wandabschnittes, in dem das Halteelement angeordnet ist, von einem Abstand zwischen dem ersten Wandabschnitt und dem zweiten Wandabschnitt eine Hälfte, vorzugsweise ein Drittel und besonders bevorzugt ein Fünftel umfassen.
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In einer anderen Weiterbildung des angegebenen Stromsensors ist am Gehäuse neben dem Halteniet ein Stützvorsprung ausgebildet. Der Stützvorsprung stellt sicher, dass der Stromsensor neben der elektrischen Kontaktierung nur noch an der Stelle des Halteelementes auf dem Stromführelement aufliegt. Auf diese Weise wird vermieden, dass aufgrund eines dritten Auflagepunktes zwischen der elektrischen Kontaktierung und dem Halteelement eine ungewollte Hebelwirkung aufgebaut wird, die die elektrische Kontaktierung zwischen dem Stromführelement und der Polklemme ungewollt löst.
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Für eine möglichst große Auflagefläche kann der Stützvorsprung umfänglich um den Halteniet verlaufen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst eine Fahrzeugbatterie zum Abgeben oder Aufnehmen eines elektrischen Stromes für ein Bordnetz eines Fahrzeuges umfassend eine Polklemme zum Abgeben oder Aufnehmen des elektrischen Stromes und einen der angegebenen Stromsensoren, der an der Polklemme gehalten und über das Stromführelement mit der Polklemme elektrisch verbunden ist.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei:
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1 eine Prinzipdarstellung eines Fahrzeuges mit einem elektrischen Antrieb;
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2 ein Schaubild zur Verdeutlichung der grundsätzlichen Wirkungsweise einer möglichen Befestigung eines Kabels an einer Fahrzeugbatterie über einen Stromsensor;
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3 ein Schaubild zur Verdeutlichung der grundsätzlichen Wirkungsweise einer alternativen Befestigung eines Kabels an einer Fahrzeugbatterie über einen Stromsensor;
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4 eine Schnittansicht einer Polklemme und eines Stromsensors; und
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5 eine Schnittansicht Ansicht einer Polklemme und eines Stromsensors in einem zusammengesetzten Zustand zeigen.
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In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
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Es wird auf 1 Bezug genommen, die eine Prinzipdarstellung eines Fahrzeuges 2 mit einem elektrischen Antrieb 4 zeigt.
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Im Rahmen des Ausführungsbeispiels soll das Fahrzeug 2 beispielhaft einen Vorderradantrieb aufweisen, in dem der elektrische Antrieb 4 umfasst einen Elektromotor 6 umfasst, der über eine Antriebswelle 8 die Vorderräder 10 des Fahrzeuges 2 antreibt. Die Hinterräder 12 des Fahrzeuges 2 sind daher freilaufende Räder.
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Der Elektromotor 6 des elektrischen Antriebs 4 wird in der vorliegenden Ausführung über einen elektrischen Konverter 14 in einer an sich bekannten Weise aus einer Fahrzeugbatterie 16 mit elektrischer Energie 18 versorgt. Dazu gibt die Fahrzeugbatterie 16 einen elektrischen Strom 20 ab, der dann über den Konverter 14 gesteuert von einer als Motorsteuerung 22 ausgebildeten Steuervorrichtung in die zum Antrieb des Elektromotors 6 geeignete elektrische Energie 18 umgewandelt wird. Dazu steuert die Motorsteuerung 22 den Konverter 14 mit an sich bekannten Steuersignalen an.
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Zur Erfüllung diverser Aufgaben, wie beispielsweise das Ladestandsmanagement der Fahrzeugbatterie 16 muss die Motorsteuerung 22 über einen Stromsensor 24 den von der Fahrzeugbatterie 16 abgegebenen elektrischen Strom 20 erfassen. Dazu gibt der Stromsensor 24 ein vom erfassten Strom 20 abhängiges Messsignal 26 an die Motorsteuerung 22 aus. Da es auf das Ladestandsmanagement der Fahrzeugbatterie 16 im Einzelnen nicht weiter ankommt, soll nachstehend auf eine detailliertere Beschreibung hierzu verzichtet werden.
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Es wird auf 2 Bezug genommen, die ein Schaubild zur Verdeutlichung der grundsätzlichen Wirkungsweise einer Befestigung eines Kabels 28 an einer Polklemme 30 der Fahrzeugbatterie 16 über den Stromsensor 24 zeigt, wenn der Stromsensor 24 als eingangs genannter IBS ausgebildet und in der genannten Weise an der Polklemme 30 Fahrzeugbatterie 16 befestigt ist.
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Wie in 2 zu sehen, kann das Kabel 28 für einen stabilen Halt unmittelbar an der Fahrzeugbatterie 16 befestigt werden. Der Stromsensor 24 kann über entsprechende elektrische und gleichzeitig mechanische Verbindungen, wie beispielweise elektrische Lötstellen 32 elektrisch in Reihe zwischen das Kabel 28 und Polklemme 30 der Fahrzeugbatterie 16 verschalten werden. Hierzu ist es jedoch notwendig, die Befestigung des Kabels 28 an der Fahrzeugbatterie 16 über eine Isolation 34 elektrisch zu trennen, da der in Reihe zwischen dem Kabel 28 und der Fahrzeugbatterie 16 verschaltete Stromsensor 24 sonst kurzgeschlossen werden würde.
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Um diese Isolation 34 zu vermeiden kann am Stromsensor 24 gemäß 3 ein mechanisches Halteelement 36 zum Verstärken des mechanischen Halts des Stromsensors 24 zumindest in einer Zugrichtung des Kabels 28 angeordnet werden. Dann reicht der mechanische Halt des Stromsensors 26 an der Fahrzeugbatterie 16 aus, so dass die direkte mechanische Verbindung des Kabels 28 mit der Polklemme 30 der Fahrzeugbatterie 16 und damit die Isolation 34 obsolet sind.
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Das mechanische Haltelement 36 zwischen dem Stromsensor 24 und der Polklemme 30 der Fahrzeugbatterie kann beliebig ausgelegt werden. So können beispielsweise Schrauben, Nägel oder Gewindestifte mit Muttern zum Einsatz kommen. Eine bevorzugte Ausführung soll nachstehend anhand der 4 und 5 erläutert werden, die entsprechend einen Stromsensor mit einem mechanischen Halteelement 36 in Form eines Haltenietes 36 und den Stromsensor 24 der 4 in einem an der Polklemme 30 befestigten Zustand zeigen.
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Der Stromsensor 24 weist im Rahmen der vorliegenden Ausführung ein Gehäuse 38 auf, das einen Innenraum 40 ausbildet. Der Innenraum 40 ist dabei durch einen auf das Gehäuse 38 aufgesetzten Deckel 42 verschlossen.
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Durch den Innenraum
40 ist ein das Gehäuse
38 durchdringendes Stromführelement
44 geführt. Über dieses Stromführelement
44 kann der elektrische Strom
20 von der Polklemme
30 zum Kabel
28 oder umgekehrt geleitet werden. Im Innenraum des Gehäuses
38 weist das Stromführelement
44 durch ein Strommesselement
46 auf, das in Reihe in das Stromführelement
44 geschaltet ist. Durch das Stromführelement
44 fließt der gesamte elektrische Strom
20. Das Strommesselement
46 könnte als aktiver Shunt ausgebildet sein, wie es beispielsweise in der
DE 10 2011 078 548 A1 offenbart ist. Alternativ könnte das Strommesselement
46 auch als passiver Shunt ausgebildet sein, im Rahmen dessen ein durch den elektrischen Strom
20 verursachter Spannungsabfall über dem Strommesselement
46 gemessen wird, wobei sich der elektrische Strom
20 basierend auf dem elektrischen Widerstand des Strommesselementes
46 und dem verursachten Spannungsabfalls ergibt. In jedem Fall sind im Innenraum
40 des Gehäuses
38 in Richtung des elektrischen Stromes
20 betrachtet an das Stromführelement
44 vor dem Strommesselement
46 ein erster elektrischer Kontaktstift
48 und nach dem Strommesselement
46 ein zweiter elektrischer Kontaktstift
50 angeschlossen. An eine dem Stromführelement
44 gegenüberliegende Seite der elektrischen Kontaktstifte
48,
50 kann eine Auswerteschaltung
52 angeschlossen sein, über die der elektrische Strom
20 so geleitet wird. Auf diese Weise kann die Auswerteschaltung
52 den elektrischen Strom erfassen den elektrischen Strom
20 erfassen und das in
1 gezeigte vom elektrischen Strom
20 abhängige Messsignal
30 erzeugen. Dieses Messsignal
30 kann dann über eine Schnittstelle
54, an die ein nicht weiter dargestelltes, zur Motorsteuerung
22 führendes Datenkabel anschließbar ist, an das Datenkabel ausgegeben werden.
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In 3 ist von dem Gehäuse 38 ein erster Wandabschnitt 56 und ein zweiter Wandabschnitt 58 zu sehen. Diese beiden Wandabschnitte 56, 58 stehen auf einem Bodenabschnitt 60 des Gehäuses 38, wobei der Deckel 42 auf die Wandabschnitte 56, 58 auf einer dem Bodenabschnitt 60 gegenüberliegenden Seite aufgesetzt ist. Wie in 5 zu sehen, sind der erste Wandabschnitt 56 dabei im an die Polklemme 30 angeschlossenen Zustand zur elektrischen Verbindung, das heißt zur Lötstelle 32 hingerichtet und der zweite Wandabschnitt 58 dementsprechend von der Lötstelle 32 weggerichtet. Der Halteniet 36 ragt dabei an einer vom Innenraum 40 gesehenen Außenseite 62 des Gehäuses 38 vom Bodenabschnitt 60 ab.
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Im Rahmen der vorliegenden Ausführung ist der Halteniet 36 im hinteren Fünftel des Bodenabschnitts 60 zwischen den beiden Wandabschnitten 56, 58 im Bereich des zweiten Wandabschnitts 58 ausgebildet. Ferner weist der Halteniet 36 in einem unmontierten Zustand ein Sackloch 64 auf.
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Zur Montage des Stromsensors 24 wird der Halteniet 36 durch eine Durchgangsöffnung 66 in der Polklemme 30 geführt und auf einer Seite der Polklemme 30, die der Seite, auf der der Stromsensor 24 aufliegt, gegenüberliegt, durch Heißverstemmen vernietet. Beim Heißverstemmen wird dabei das Sackloch 64 verschlossen und das Material des Halteniets 36 einerseits in das Sackloch 64 andererseits jedoch auch gegen die Durchgangsöffnung 66 gedrückt. Auf diese Weise entsteht eine beständige Kraftschluss/Formschluss-Verbindung zwischen dem Gehäuse 38 des Stromsensors 24 und der Polklemme 30 der Fahrzeugbatterie 16.
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Um ein mechanisch stabiles Aufliegen des Gehäuses 36 auf der Polklemme 30 zu gewährleisten, ohne dass sich dabei die elektrische Verbindung 32 löst, ist um den Halteniet 36 herumlaufend ein Axialvorsprung 68 ausgebildet. Damit liegt der Stromsensor 24 nach der Montage an der Fahrzeugbatterie 16 ausschließlich auf der elektrischen Verbindung 32 und dem Axialvorsprung 68 ausschließlich an diesen beiden Punkten stabil auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011078548 A1 [0036]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „elektronik industrie“, Ausgabe Juli 2005 [0002]
