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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Stromschiene zum Führen eines elektrischen Stromes von einer ersten elektrischen Einrichtung zu einer zweiten elektrischen Einrichtung, mit einem aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff gebildeten Grundkörper, welcher einen ersten Anschluss zum Anschließen an die erste elektrische Einrichtung und einen zweiten Anschluss zum Anschließen an die zweite elektrische Einrichtung aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine Batterie mit wenigstens zwei Batteriezellen, wobei jede der Batteriezellen zwei Elektroden aufweist, die elektrochemisch miteinander wechselwirken, wobei jede der Elektroden einen Anschlusskontakt aufweist, wobei wenigstens ein Anschlusskontakt einer der Batteriezellen mit einem Anschlusskontakt der anderen der Batteriezellen mittels einer elektrischen Stromschiene elektrisch leitend verbunden ist, wobei die elektrische Stromschiene einen aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff gebildeten Grundkörper aufweist. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Anlage, die eine Batterie aufweist, und mit einer an die elektrische Anlage angeschlossenen elektrischen Antriebsvorrichtung, wobei die Batterie und die Antriebsvorrichtung jeweils wenigstens zwei elektrische Anschlusskontakte aufweisen, wobei einer der Anschlusskontakte der Batterie und der Antriebsvorrichtung mittels einer elektrischen Stromschiene elektrisch leitend miteinander verbunden sind, wobei die elektrische Stromschiene einen aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff gebildeten Grundkörper aufweist.
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Stromschienen der gattungsgemäßen Art sind dem Grunde nach bekannt, so dass es eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises hierfür nicht bedarf. Stromschienen, häufig auch Sammelschienen genannt, sind Bauelemente in der elektrischen Energieversorgung und dienen dazu, elektrische Energie aufgrund eines Stromflusses von der ersten elektrischen Einrichtung zur zweiten elektrischen Einrichtung oder umgekehrt zu führen. Elektrische Einrichtungen können beispielsweise elektrische Verbraucher sein, in denen die zugeführte elektrische Energie für die Ausführung einer bestimmungsgemäßen Funktion genutzt wird, sowie Energiequellen, wie beispielsweise elektrische Generatoren auf Basis von elektrischen Maschinen, optoelektrische Wandler wie beispielsweise Solarzellen oder dergleichen, Brennstoffzellen und/oder dergleichen. Stromschienen weisen neben einer hohen elektrischen Leitfähigkeit eine geeignete mechanische Festigkeit auf, so dass der Einfluss von mechanischen Kräften, wie sie beispielsweise bei Überströmen auftreten können, von der Stromschiene geführt werden können, ohne dass deren bestimmungsgemäße Funktion im Wesentlichen beeinträchtigt wird. Häufig sind Stromschienen darüber hinaus thermisch hoch belastbar, so dass sie auch in thermisch exponierten Bereichen ihre bestimmungsgemäße Funktion im Wesentlichen zuverlässig ausführen. Die Stromschiene weist in der Regel einen Grundkörper aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff auf, der Anschlüsse für die elektrischen Einrichtungen wie die erste und die zweite elektrische Einrichtung bereitstellt. Als Werkstoff wird häufig ein Metall wie Aluminium, Kupfer, Legierungen hiervor, gegebenenfalls mit weiteren Metallen, und/oder dergleichen verwendet. Stromschienen sind im Übrigen sicherheitsrelevante Bauteile in der Elektrotechnik, weshalb sie unter anderem auch von der Normung erfasst sind, so beispielsweise durch die DIN 43671, DIN 43673, DIN 43771, und weitere. Stromschienen finden jedoch nicht nur in der stationären Energieverteilung Verwendung, sondern finden sich darüber hinaus auch in elektrischen Anlagen von Fahrzeugen sowie weiteren elektrischen Einrichtungen, in denen elektrische Energie insbesondere in größerem Umfang verteilt wird.
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So ist beispielsweise der Einsatz von Stromschienen auch bei Batterien üblich, die wenigstens zwei Batteriezellen umfassen. Eine Batteriezelle ist eine Einrichtung, die zwei Elektroden aufweist, die elektrochemisch miteinander wechselwirken. Das Wechselwirken kann unter ergänzender vermittelnder Wirkung eines Elektrolyten erfolgen. Batteriezellen, auch galvanische Zellen genannt, sind vorzugsweise reversibel hinsichtlich ihrer Funktion, wie sie beispielsweise bei Batterien in Form von Akkumulatoren oder dergleichen zum Einsatz kommen. Aufgrund der elektrochemischen Wechselwirkung der Elektroden stellt sich an den Elektroden eine für die jeweilige Batteriezellenchemie spezifische Gleichspannung ein, die an mit den Elektroden verbundenen Anschlusskontakten der jeweiligen Batteriezelle bereitgestellt ist. Diese Gleichspannung ist in der Regel vergleichsweise klein. Viele Anwendungen in der Elektrotechnik erfordern eine Gleichspannung, die die Gleichspannung, die durch eine einzelne Batteriezelle bereitgestellt werden kann, deutlich überschreitet. Aus diesem Grund sind häufig eine Mehrzahl von Batteriezeilen zu einer Batterie zusammengefasst und entsprechend der elektrischen Anforderungen innerhalb der Batterie elektrisch verschaltet, beispielsweise in Form einer Reihenschaltung, einer Parallelschaltung, Kombinationen hiervon oder dergleichen.
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Innerhalb der Batterie sind die einzelnen Batteriezellen deshalb mittels Stromschienen in der gewünschten Schaltungsart miteinander elektrisch leitend verbunden, um an Anschlusspolen der Batterie die gewünschte Gleichspannung bereitstellen zu können. Solche Batterien sind beispielsweise als Blei-Säure-Batterien im Kraftfahrzeugbereich, als Nickel-Kadmium-Batterien im Flugzeugbereich und bei unterbrechungsfreien Stromversorgungen, als Lithium-Ionen-Batterien im Bereich von Haushaltskleingeräten und/oder dergleichen, neuerdings aber auch bei elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen angewendet.
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Kraftfahrzeuge der gattungsgemäßen Art sind ebenfalls hinlänglich bekannt. Vorzugsweise umfassen Kraftfahrzeuge, die eine elektrische Anlage mit einer Batterie sowie eine an die elektrische Anlage angeschlossene Antriebsvorrichtung aufweisen. Solche Kraftfahrzeuge sind beispielsweise Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge, bei denen ein Antrieb sowohl mittels einer elektrischen Antriebsvorrichtung als auch mittels einer Verbrennungskraftmaschine möglich ist, oder dergleichen. Bei diesen Fahrzeugen weisen die Batterie und die Antriebsvorrichtung jeweils wenigstens zwei elektrische Anschlusskontakte auf. Zum Zwecke der elektrischen Kopplung sind wenigstens einer der Anschlusskontakte der Batterie und einer der Anschlusskontakte der Antriebsvorrichtung mittels einer elektrischen Stromschiene elektrisch leitend miteinander verbunden. Auch hier ist die elektrische Stromschiene durch einen elektrisch leitfähigen Grundkörper gebildet.
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Auch wenn sich der Stand der Technik bewährt hat, zeigen sich dennoch Probleme, insbesondere beim Einsatz bei Kraftfahrzeugen. So ist es üblich, den Strom, mit dem eine Stromschiene beaufschlagt ist, mittels einer Stromwandlereinheit zu erfassen. Die Stromwandlereinheit ist ein elektrisches Bauteil, welches mittels eines magnetisch permeablen Ringkerns das durch einen Strom durch die Stromschiene erzeugte magnetische Feld erfasst und ein entsprechendes Messsignal bereitstellt. Eine solche Stromwandlereinheit weist üblicherweise ein vergleichsweise hohes Gewicht sowie auch eine große Bauform auf. Gerade im Bereich der Elektromobilität ist dies hinderlich und unerwünscht. Die große Bauform und das große Gewicht führen darüber hinaus gerade im Bereich der Elektromobilität zu Problemen hinsichtlich der Beanspruchung durch Vibrationen und Stößen, wie sie üblicherweise beim bestimmungsgemäßen Betrieb von Kraftfahrzeugen auftreten.
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Alternativ ist es bekannt, den Strom durch die Stromschiene mittels eines Shunts zu erfassen. Zu diesem Zweck wird die Stromschiene in zwei Grundkörper aufgeteilt, die mittels des Shunts elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Zwar lassen sich auf diese Weise die zuvor erwähnte aufwendige Stromwandlereinheit und die damit verursachten Probleme vermeiden, jedoch erweist sich diese Ausgestaltung insofern als nachteilig, als dass in die Stromschiene eingegriffen werden muss, was nicht nur einen hohen Aufwand zur Folge hat, sondern darüber hinaus auch aufgrund der hohen Strombeanspruchung der Stromschiene im bestimmungsgemäßen Betrieb unerwünscht ist. Durch die erforderlichen Kontaktierungsstellen im Bereich des Shunts entstehen zusätzliche Sicherheits- und Zuverlässigkeitsprobleme.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Stromschiene, eine Batterie sowie ein Kraftfahrzeug dahingehend weiterzubilden, dass die Erfassung eines Zustandsparameters der Stromschiene, wie beispielsweise dem Strom, verbessert ist.
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Als Lösung wird mit der Erfindung eine Stromschiene gemäß dem unabhängigen Anspruch 1, eine Batterie gemäß dem weiteren unabhängigen Anspruch 9 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß dem weiteren unabhängigen Anspruch 10 vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich anhand der Merkmale der abhängigen Ansprüche.
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Mit der Erfindung wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Stromschiene eine Sensoreinheit mit einer Befestigungsfläche aufweist, die wenigstens ein Sensorelement zum Erfassen eines physikalischen Parameters der Stromschiene aufweist, wobei der Grundkörper eine Auflagefläche (aufweist, an der die Sensoreinheit mit ihrer Befestigungsfläche befestigt ist.
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Vorzugsweise sind die Befestigungsfläche und/oder die Auflagefläche eben ausgebildet. Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn sowohl die Befestigungsfläche als auch die Auflagefläche eben ausgebildet sind. Eben im Sinne dieser Offenbarung meint, dass die Fläche, die eben ausgebildet ist, nicht gekrümmt ist. Es ist also eine Fläche gemeint, die im Wesentlichen durch zwei nicht parallele Geraden im Raum aufgespannt werden kann. Dem Grunde nach können die Befestigungsfläche und die Auflagefläche aber auch zumindest teilweise gekrümmt oder gewinkelt ausgebildet sein. In diesem Fall sind sie vorzugsweise zumindest hinsichtlich ihrer Kontur korrespondierend zueinander ausgebildet, sodass eine möglichst großflächige Befestigung erreicht werden kann.
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Mit der Erfindung ist es erstmals möglich, die Sensoreinheit vollständig in die Stromschiene zu integrieren. Es ist also – im Unterschied zum Stand der Technik – nicht mehr erforderlich, im Bereich der Stromschiene aufwendige Messeinheiten wie die Stromwandlereinheit oder dergleichen vorzusehen und es ist gemäß der Erfindung auch nicht mehr erforderlich, in die Struktur des Grundkörpers einzugreifen, um ein Messen des Parameters der Stromschiene zu ermöglichen.
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Die Sensoreinheit kann zur Erfassung eines oder mehrerer physikalischer Zustandsgrößen der Stromschiene dienen, wie beispielsweise Erfassen eines elektrischen Stroms, der die Stromschiene durchströmt, eines elektrischen Potentials, einer Temperatur, einer mechanischen Dehnung, einer mechanischen Biegung und/oder dergleichen.
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Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Befestigungsfläche der Sensoreinheit kleiner als die Auflagefläche der Stromschiene ausgebildet ist. Die Sensoreinheit kann in diesem Fall vollständig auf der Stromschiene angeordnet sein, so dass sie äußere Abmessungen in einer Ebene der Auflagefläche im Wesentlichen nicht überschreitet. Vorzugsweise ist die Sensoreinheit unmittelbar, insbesondere direkt, mit der Auflagefläche verbunden. Das Befestigen kann beispielsweise stoffschlüssig mittels Schweißen oder dergleichen erfolgen. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinheit mittels Kleben oder dergleichen mit der Stromschiene verbunden ist. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, die Sensoreinheit mittels eines Clips oder dergleichen mechanisch mit der Stromschiene zu verbinden. Natürlich können diese Befestigungsmöglichkeiten auch miteinander kombiniert sein.
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Vorzugsweise ist im Bereich der Befestigungsfläche zugleich auch ein Sensorelement für den zu erfassenden physikalischen Parameter der Stromschiene vorgesehen. Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn das Sensorelement zur Erfassung einer Temperatur, einer Dehnung, einer Biegung und/oder dergleichen ausgebildet ist. In diesem Fall ist ein vorzugsweise unmittelbarer Kontakt des Sensorelements mit der Stromschiene für die Genauigkeit der Erfassung vorteilhaft.
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Darüber hinaus kann die Stromschiene im Bereich der Auflagefläche starr ausgebildet sein, so dass mechanische Einwirkungen die Befestigung der Sensoreinheit an der Auflagefläche im Wesentlichen nicht beeinträchtigen können. Natürlich kann zur Erfassung eines jeweiligen physikalischen Parameters der Stromschiene auch eine lösbare Befestigung der Sensoreinheit an der Stromschiene vorgesehen sein. Dies erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn beispielsweise die Sensoreinheit aufgrund einer Beschädigung ausgewechselt werden soll oder auch die Sensoreinheit an einer Stromschiene einer bestehenden elektrischen Anlage nachgerüstet werden soll.
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Die Auflagefläche kann durch eine Oberfläche der Stromschiene gebildet sein, beispielweise bei einer Stromschiene mit einem rechteckigen Querschnitt durch eine der beiden großen Oberflächen in Längsrichtung der Sammelschiene. Es kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass die Sammelschiene eine Ausnehmung aufweist, die die Auflagefläche bereitstellt. Besonders vorteilhaft erweist sich dies bei Stromschienen, bei denen die Querschnittsfläche von der Rechteckform abweicht. Darüber hinaus kann natürlich vorgesehen sein, dass die Sensoreinheit in der Stromschiene versenkt angeordnet ist. Vorzugsweise ist sie vollständig in die Stromschiene versenkt angeordnet, sodass sie mit ihren Abmessungen nicht über Außenabmessungen der Stromschiene hinausragt.
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Insgesamt wird mit der Erfindung erreicht, dass eine Stromschiene, insbesondere Sammelschiene, integral mit der Sensoreinheit bereitgestellt werden kann. Demzufolge ist die elektrische Stromschiene der Erfindung vorzugsweise einstückig mit der Sensoreinheit ausgebildet und kann als Baueinheit einzeln gehandhabt werden. Insbesondere ist es möglich, die Stromschiene beziehungsweise die Sammelschiene zusammen mit der Sensoreinheit hinsichtlich des vorgesehenen Betriebs zu prüfen und auf diese Weise vollständig vorgeprüfte Baueinheiten für die weitere Verarbeitung bereitstellen zu können.
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Die Sensoreinheit weist ein Sensorelement zum Erfassen des physikalischen Parameters der Stromschiene auf. Das Sensorelement ist an den zu erfassenden physikalischen Parameter angepasst ausgebildet. Beispielsweise kann das Sensorelement zur Erfassung der Temperatur der Stromschiene diese unmittelbar kontaktieren. Ebenso kann vorgesehen sein, dass das Sensorelement die Stromschiene unmittelbar kontaktiert, um beispielsweise eine Dehnung und/oder eine Biegung der Stromschiene zu ermitteln. Darüber hinaus kann das Sensorelement aber auch kontaktlos zur Stromschiene angeordnet sein, beispielsweise zur Erfassung des elektrischen Stroms, der die Stromschiene durchströmt.
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Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit ausgebildet ist, den durch die elektrische Stromschiene strömenden elektrischen Strom zu erfassen. Entsprechend ist das Sensorelement der Sensoreinheit zur drahtlosen Erfassung eines elektrischen Stroms ausgebildet. Beispielsweise kann dies aufgrund einer Flux-Gate-Technologie oder dergleichen erfolgen. Dabei kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass mit dem Sensorelement eine magnetische Feldstärke erfasst wird. Insbesondere unter Berücksichtigung der geometrischen Eigenschaften der Stromschiene kann daraus dann der entsprechende Strom, der die Stromschiene aktuell durchströmt, ermittelt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass mittels des Sensorelements eine lokale Stromdichte im Bereich des Sensorelements erfasst wird. Auf Basis dieser Stromdichte kann dann unter Berücksichtigung einer Querschnittsfläche der Stromschiene der Gesamtstrom, der die Stromschiene durchströmt, ermittelt werden. Vorliegend ist vorgesehen, dass die Sensoreinheit lokal in ihrem Bereich ein magnetisches Gegenfeld zum durch den im Grundkörper strömenden elektrischen Strom erzeugt, bis das lokal einwirkende Feld kompensiert ist. Die Sensoreinheit ändert das Gegenfeld solange, bis die ermittelte Feldstärke im Wesentlichen Null ist. Aus dem Wert für die Erzeugung des Gegenfeldes kann dann der Wert des aktuell durch den Grundkörper strömenden elektrischen Stromes ermittelt werden. Dies kann durch Berechnung und/oder unter Berücksichtigung von einer Zuordnungstabelle erfolgen, die beispielsweise in Form von Daten, insbesondere einer Datei, verfügbar ist.
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Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Sensoreinheit insbesondere in Verbindung mit dem Sensorelement einstückig als Baueinheit ausgebildet ist, die mit der Stromschiene vorzugsweise einstückig verbunden werden kann. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinheit, vorzugsweise inklusive des Sensorelements als Halbleiterchip oder dergleichen ausgebildet ist. Dadurch lässt sich eine besonders hohe Integration und Zuverlässigkeit während des bestimmungsgemäßen Betriebs erreichen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit gegenüber dem Grundkörper elektrisch isoliert angeordnet ist. Dies erlaubt es, die Sensoreinheit hinsichtlich ihres elektrischen Aufbaus sehr flexibel gestalten zu können. Es braucht bei der Auslegung der Sensoreinheit deshalb keine Rücksicht auf die Führung von elektrischen Leitungen der Sensoreinheit in Bezug auf die Durchführung ihrer bestimmungsgemäßen Funktion Rücksicht genommen zu werden. Beispielsweise kann die elektrische Isolation direkt an der Sensoreinheit selbst, und zwar an deren Befestigungsfläche vorgesehen sein. Ist die Sensoreinheit ein Halbleiterchip, kann vorgesehen sein, dass die Isolation durch eine Oxidschicht im Bereich der Befestigungsfläche der Sensoreinheit ausgebildet ist. Dies erlaubt es, die elektrische Isolation zur Ermöglichung der elektrisch isolierten Anordnung der Sensoreinheit einstückig mit der Sensoreinheit auszubilden. Darüber hinaus kann diese sehr einfach realisiert sein und bei geeigneter Oxidschicht sehr dünn ausgebildet sein, so dass eine sehr kompakte elektrische Stromschiene erreicht werden kann. Ein separates Bauteil für die Isolation kann dadurch eingespart werden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass geometrische Abmessungen der Sensoreinheit entsprechende geometrische Abmessungen der elektrischen Stromschiene nicht überschreiten. Dies erlaubt es, die Sensoreinheit vorzugsweise vollständig in einer Ausnehmung in der elektrischen Stromschiene versenkt anzuordnen. Insbesondere kann damit erreicht werden, dass die geometrischen Abmessungen der Stromschiene sich durch die Anordnung der Sensoreinheit im Wesentlichen nicht verändern. Dadurch kann eine sehr kompakte elektrische Stromschiene erreicht werden.
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Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit zum Zuführen von elektrischer Energie für ihren bestimmungsgemäßen Betrieb mit einem ersten Versorgungsanschluss an den Grundkörper elektrisch angeschlossen ist. Auf diese Weise kann die Anordnung der Sensoreinheit an der elektrischen Stromschiene zugleich auch zu deren Energieversorgung genutzt werden. Ein zweiter Versorgungsanschluss kann beispielsweise an einer der elektrischen Einrichtungen angeschlossen sein, vorzugsweise an einem Anschluss, der mit der elektrischen Stromschiene elektrisch nicht verbunden ist. Dadurch ist es möglich, zwischen dem ersten und dem zweiten Versorgungsanschlusse eine elektrische Spannung zur Versorgung der Sensoreinheit bereitzustellen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit zum drahtlosen Zuführen von elektrischer Energie für ihren bestimmungsgemäßen Betrieb ausgebildet ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinheit als Transponder ausgebildet ist, der zur Durchführung einer gewünschten Erfassung separat mittels eines Energiefeldes Energie zum Zwecke der elektrischen Energieversorgung der Sensoreinheit für ihren bestimmungsgemäßen Betrieb zugeführt bekommt. Beispielsweise kann das Energiefeld ein magnetisches Wechselfeld, ein elektromagnetisches Wechselfeld und/oder dergleichen sein. Es kann vorgesehen sein, dass das Energiefeld lediglich für die Zeitdauer der Durchführung der Erfassung des gewünschten physikalischen Parameters sowie der Übermittlung an eine Zentrale bereitsteht. Diese Ausgestaltung erweist sich als vorteilhaft hinsichtlich der Einbaubarkeit, insbesondere der Nachrüstbarkeit, weil Verdrahtungen, wie sie bei Sensoreinheiten des Stands der Technik erforderlich sind, weitgehend vermieden werden können. Darüber hinaus kann aber auch vorgesehen sein, dass die Sensoreinheit eine Batterie umfasst, die sie für ihre vorzugsweise gesamte bestimmungsgemäße Lebensdauer mit elektrischer Energie versorgt. Eine solche Batterie kann beispielsweise eine Lithium-Batterie oder dergleichen sein. Natürlich können die vorgenannten Ausführungsformen auch miteinander kombiniert sein.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung schlägt vor, dass die Sensoreinheit ausgebildet ist, eine drahtlose Kommunikationsverbindung und/oder eine Kommunikationsverbindung über die Stromschiene zu einer Zentrale herzustellen. Die Kommunikationsverbindung dient vorzugsweise dazu, den erfassten physikalischen Parameter der Sensoreinheit an die Zentrale zu übermitteln, die den physikalischen Parameter für weitere Zwecke verarbeitet. Die Zentrale kann beispielsweise eine zentrale Steuereinrichtung, insbesondere bei einem Kraftfahrzeug eine zentrale Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs sein. Die drahtlose Kommunikationsverbindung kann beispielsweise auf Funkbasis, auf Infrarot, auf Ultraschall und/oder dergleichen basieren. Darüber hinaus kann die Kommunikationsverbindung natürlich auch über die Stromschiene realisiert sein, wobei die Zentrale ebenfalls über eine entsprechende Anschlussmöglichkeit an die Stromschiene als Kommunikationsverbindung verfügt. Zu diesem Zweck kann die Sensoreinheit ein entsprechendes Sensorsignal auf die Stromschiene aufgeben, welches von der Zentrale empfangen werden kann. Beispielsweise kann hierzu vorgesehen sein, dass ein moduliertes Signal auf die Stromschiene gegeben wird, welches Informationen beziehungsweise Daten zu dem erfassten physikalischen Parameter enthält. Zu diesem Zweck kann die Sensoreinheit eine Sendeeinheit aufweisen, mittels der das Sensorsignal entweder drahtlos oder auch leitungsgebunden auf die Stromschiene aufgegeben werden kann. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinheit eine Empfangseinheit aufweist, mittels der sie Daten beziehungsweise Informationen von der Zentrale beziehungsweise von weiteren Einrichtungen erhalten kann. Dadurch ist es möglich, die Sensoreinheit zu steuern und/oder Einstellungen bezüglich des Sensorelements und/oder einer Auswertung eines Signals des Sensorelements vorzunehmen. Weitere Funktionen, die sich auf diese Weise realisieren lassen, sind beispielsweise ein auslösbarer Funktionstest, ein Datenabgleich und/oder dergleichen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Sensoreinheit und die Kommunikationseinrichtung jeweils eine Energiewandeleinrichtung auf, welche dazu ausgelegt ist, aus einem empfangenen Signal elektrische Energie zur Energieversorgung der Sensoreinheit bereitzustellen. Als Signale werden physikalische Größen bezeichnet, bei der ein oder mehrere Parameter eine Information tragen. Die Energiewandeleinrichtungen sind also dazu ausgelegt, die physikalische Größe des empfangenen Signals zur Energieversorgung der Sensoreinheit zu nutzen. Dazu ist die Energiewandeleinrichtung insbesondere dazu ausgelegt, eine nicht elektrische physikalische Größe in eine elektrische Größe umzuwandeln Dies wird auch als Energie-Ernten beziehungsweise Energy Harvesting bezeichnet. Im vorliegenden Fall bedeutet dies, dass über die Signalpfade in vorteilhafter Weise nicht nur eine Information sondern auch Energie zur Energieversorgung übertragen wird.
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Bei einem elektrischen Signal, welches als physikalische Größe beispielsweise eine Stromstärke oder eine Spannung aufweist und bei welchem die Information beispielsweise in einer Frequenz oder Phase der Stromstärke oder Spannung übermittelt wird, sind die Energiewandeleinrichtungen vorzugsweise dazu ausgelegt, die Stromstärke oder die Spannung des empfangenen Signals der Sensoreinheit zur Energieversorgung bereitzustellen. Bei einem optischen Signal, welches Lichtwellen als die physikalische Größe aufweist, sind die als Solarsensoren ausgebildeten Energiewandeleinrichtung dazu ausgelegt, die Lichtwellen in elektrische Energie zum Versorgen des Netzwerkknotens umzuwandeln. Bei einem Signal, bei welchem eine Information mittels RFID (radio-frequency identification) induktiv an die Sensoreinheit übertragen wird, kann die magnetische Welle, beispielsweise mit einer als Empfängerspule ausgebildeten Energiewandeleinrichtung, in eine elektrische Spannung zum Versorgen der Sensoreinheit umgewandelt werden.
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Als Energy-Harvesting bezeichnet man die Gewinnung kleiner Mengen von elektrischer Energie aus Quellen wie Umgebungstemperatur, Vibrationen oder Luftströmungen. Die Energy-Harvesting eingesetzten Strukturen, werden auch als Nanogeneratoren bezeichnet. Energy-Harvesting vermeidet bei Drahtlostechnologien Einschränkungen durch kabelgebundene Stromversorgung oder gesonderte oder separate Batterien.
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Solche Nanogeneratoren können beispielsweise piezoelektrische Kristalle sein, welche bei Krafteinwirkung, beispielsweise durch Druck, Vibration oder Schall, eine elektrische Spannung erzeugen, und/oder thermoelektrische Generatoren und pyroelektrische Kristalle, welche aus Temperaturunterschieden elektrische Energie gewinnen, und/oder Antennen, insbesondere passive RFIDs, welche Energie von Funk beziehungsweise elektromagnetischer Strahlung auffangen und energetisch verwenden, und/oder Sensoren, welche Licht basierend auf dem fotoelektrischen Effekt in elektrische Energie umwandeln. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der Grundkörper zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss einen federelastischen Bereich aufweist. Dies erlaubt es insbesondere bei einem ansonsten starren Grundkörper mechanische Einflüsse auf die Stromschiene mittels des hierfür angepassten Sensorelements zu erfassen. So ist es beispielsweise möglich, Änderungen mechanischer Abmessungen zu ermitteln, um dadurch weitere physikalische Parameter der Stromschiene, insbesondere mechanische Parameter, ermitteln zu können. Solche Parameter können beispielsweise die Länge der Stromschiene, die Breite der Stromschiene, ihre geometrische Form und/oder dergleichen sein. Darüber hinaus kann ein Toleranzausgleichselement vorgesehen sein, welches zum Beispiel den federelastischen Bereich bilden kann. Das Toleranzausgleichselement kann beispielsweise eine elektrisch leitfähige Litze umfassen. Es kann vorgesehen sein, dass dessen Veränderungen erfasst werden können.
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Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Sensoreinheit ausgebildet ist, eine mechanische Spannung am Grundkörper zu erfassen. Dies kann dazu genutzt werden, Belastungen insbesondere im Bereich der ersten und zweiten Anschlüsse der ersten und zweiten elektrischen Einrichtung zu ermitteln. Dadurch können mechanische Überlastzustände, die im Bereich der Anschlüsse der elektrischen Einrichtungen auftreten, frühzeitig erkannt werden, um Gegenmaßnahmen einzuleiten. Beschädigungen im Bereich der Anschlüsse aufgrund mechanischer Überbeanspruchungen können dadurch reduziert werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Berücksichtigung der beigefügten Figuren. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen.
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Es zeigen:
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1 in perspektivischer schematischer Ansicht eine Stromschiene, die durch einen Stromwandler gemäß dem Stand der Technik geführt ist;
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2 eine schematisch perspektivische Ansicht einer zweiten Ausgestaltung einer Stromschiene, die durch einen Stromwandler gemäß des Stands der Technik geführt ist;
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3 eine schematisch perspektivische Ansicht einer Shunt-Anordnung zur Verbindung mit einer Stromschiene;
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4 eine schematisch perspektivische Ansicht der Shunt-Anordnung gemäß 3 von einer Rückseite;
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5 eine schematische Draufsicht einer Leiterbahnanordnung einer Sensoreinheit gemäß der Erfindung;
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6 in schematisch perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt aus einer Batterie mit einer Stromschiene gemäß der Erfindung;
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7 eine schematische Schaltbliddarstellung der Anordnung gemäß 6;
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8 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Seitenansicht der Batterie gemäß 6; und
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9 eine schematische Schaltbilddarstellung einer weiteren Ausgestaltung gemäß der Erfindung wie 7.
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1 zeigt in einer perspektivisch schematischen Darstellung einen Ausschnitt aus einem Hochvoltbatteriesystem 42 eines nicht weiter dargestellten elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs. Ein Stromkabel 40 des Hochvoltbatteriesystems 42 dient dem elektrischen Anschluss des Hochvoltbatteriesystems 42 an eine nicht weiter dargestellte elektrische Anlage des Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug wird mittels eines elektrischen Antriebs angetrieben, der von dem Hochvoltbatteriesystem 42 zu diesem Zweck mit elektrischer Energie versorgt wird. Vorliegend ist ferner vorgesehen, dass die elektrische Energie nicht nur für den Antrieb zum Zwecke des Beschleunigens des Fahrzeugs bereitstellt, sondern zugleich auch elektrische Energie während eines Verzögerungsvorgangs aufnimmt, das heißt, in dem Hochvoltbatteriesystem 42 speichert.
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Die elektrische Leitung 40 ist durch einen Ringkernwandler 44 geführt, der in bekannter Weise mit einer elektrischen Wicklung versehen ist, um den elektrischen Strom, der in der elektrischen Leitung 40 strömt, zu erfassen. Mittels einer nicht weiter dargestellten Auswerteelektronik wird das vom Stromwandler 44 bereitgestellte Signal ausgewertet und der die elektrische Leitung 40 durchströmende elektrische Strom ermittelt. Der ermittelte Wert des Stroms wird an ein ebenfalls nicht weiter dargestelltes Batteriemanagementsystem über eine Kommunikationsverbindung übermittelt. Die Kommunikationsverbindung ist vorliegend durch einen Kommunikationsbus des Kraftfahrzeugs, und zwar einem CAN-BUS, gebildet, an dem die Auswerteelektronik angeschlossen ist.
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2 zeigt in perspektivisch schematischer Darstellung eine weitere Ausgestaltung für eine Strommessung einer elektrischen Leitung 46, die hier als Bandleiter ausgebildet ist und die ebenfalls durch einen Stromwandler 44 geführt ist, wie er bereits zur 1 erläutert wurde.
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3 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Strommessung im Stand der Technik basierend auf dem Einsatz eines Shunts 48. In 3 ist eine Vorderansicht in perspektivischer Darstellung gezeigt, wohingegen 4 die entsprechende Rückansicht in einer perspektivischen Darstellung zeigt. Der Shunt 48 ist vorliegend auf einer Leiterplatte 50 ausgebildet, die zugleich noch eine Auswerteelektronik aufweist, die an den Shunt 48 angeschlossen ist.
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Der Shunt 48 ist an Anschlussfahnen 52, 54 angeschlossen, an die entsprechende elektrische Leitungen beziehungsweise Stromschienen angeschlossen werden können. Um den Strom der elektrischen Leitung beziehungsweise Stromschiene ermitteln zu können, ist der Shunt 48 in Reihe mit der elektrischen Leitung beziehungsweise der Stromschiene zu schalten, sodass der die Stromschiene beziehungsweise die elektrische Leitung durchströmende elektrische Strom zugleich auch den Shunt 48 durchströmt. Der den Shunt 48 durchströmende elektrische Strom verursacht einen Spannungsabfall, der mittels der auf der Leiterplatte 50 angeordneten Auswerteelektronik erfasst und ausgewertet wird. Die auf der Leiterplatte 50 vorgesehene Auswerteelektronik übermittelt einen entsprechenden Stromwert an das Batteriemanagementsystem, wie bereits zur 1 erläutert.
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Nachteilig an dieser Konstruktion erweist sich, dass der Shunt 48 in Reihe mit der entsprechenden Stromschiene beziehungsweise elektrischen Leitung zu schalten ist. Dies erfordert entsprechende konstruktive Maßnahmen, die insbesondere bei hohen Strömen und hohen Spannungen sehr aufwändig ausfallen. Besonders im Kraftfahrzeugbereich, wo geringes Bauvolumen und geringes Gewicht gewünscht ist, erweist sich dies als nachteilig.
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Nachteilig an dem Einsatz von Stromwandlern erweist sich insbesondere, dass die Stromwandler neben einer für die Erfassung des elektrischen Stromes erforderlichen großen Bauform in der Regel auch ein entsprechend hohes Gewicht aufweisen. Gerade beim mobilen Einsatz, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, erweist sich dies als nachteilig, auch aus dem Grund der Einwirkung von Vibrationen während des bestimmungsgemäßen Betriebs.
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6 zeigt in einer schematisch perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt aus einer Hochvoltbatterie 56 eines nicht weiter dargestellten, elektrischen angetriebenen Kraftfahrzeugs, wobei in 6 lediglich zwei Batteriezellen 12, 14 der Hochvoltbatterie 56 dargestellt sind. Die Hochvoltbatterie 56 ist reversibel betreibbar, das heißt, sie kann nicht nur elektrische Energie abgeben, sondern sie kann auch elektrische Energie aufnehmen. Es handelt sich demnach in der vorliegenden Ausgestaltung bei der Hochvoltbatterie 56 um einen Akkumulator. Entsprechend sind die Batteriezellen 12, 14 als galvanische Zellen ausgebildet.
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Die Batteriezellen 12, 14 weisen vorliegend jeweils zwei Elektroden auf, die elektrochemisch miteinander wechselwirken. Zu diesem Zweck kann ergänzend ein Elektrolyt vorgesehen sein, der in der jeweiligen Batteriezelle 12, 14 angeordnet ist und die Elektroden kontaktiert. Das Grundprinzip der elektrochemischen Wechselwirkung zur Erzeugung einer elektrischen Spannung an den Elektroden ist dem Grunde nach bekannt, so dass von weiteren Ausführungen hierzu abgesehen wird. Entsprechend sind in den Figuren die Elektroden selbst nicht dargestellt, sondern lediglich mit ihnen elektrisch leitend verbundene Anschlusskontakte 32, 34, 36, 38. Vorliegend weist die Batteriezelle 12 Anschlusskontakte 32, 34 auf, wobei gegenüber dem Anschlusskontakt 34 am Anschlusskontakt 32 eine positive Gleichspannung aufgrund der elektrochemischen Wechselwirkung sich einstellt. Entsprechend weist die Batteriezelle 14 Anschlusskontakte 36, 38 auf, wobei sich hier eine positive Gleichspannung an dem Anschlusskontakt 38 gegenüber dem Anschlusskontakt 36 ausbildet.
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Wie aus 6 ersichtlich ist, sind der Anschlusskontakt 32 der Batteriezelle 12 und der Anschlusskontakt 36 der Batteriezelle 14 über eine elektrische Stromschiene 10 miteinander elektrisch leitend verbunden. Durch die Stromschiene 10 sind die beiden Batteriezellen 12, 14 elektrisch in Reihe geschaltet, so dass sich an den Anschlusskontakten 34 und 38 die Summenspannung der Batteriezellen 12, 14 einstellt.
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Die Stromschiene 10 weist einen Grundkörper 16 auf, der aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, vorliegend Kupfer, gebildet ist. Die Stromschiene 10 hat einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt zum Zwecke der Stromführung, der sich vorliegend gleichmäßig über eine Längserstreckung der Stromschiene 10 zwischen den Anschlusskontakten 32, 36 der Batteriezellen 12, 14 erstreckt.
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Vorliegend weist der Grundkörper 16 einen rechteckigen Querschnitt quer zu seiner Längserstreckung sowie eine Oberfläche 58 auf, die eine Auflagefläche 28 bereitstellt. Die Auflagefläche 28 ist im Wesentlichen eben ausgebildet und ebenfalls rechteckig hinsichtlich ihrer Form ausgebildet. Sie ist zwischen den Anschlusskontakten 36, 38 angeordnet. Auf der Auflagefläche 28 ist eine Sensoreinheit 22 mit ihrer Befestigungsfläche 24 aufgeklebt. Anstelle des Klebens oder auch ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass die Sensoreinheit 22 mittels eines nicht dargestellten Befestigungselements, zum Beispiel ein Clip, am Grundkörper 16 der Stromschiene 10 befestigt ist.
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Die Sensoreinheit 22 weist ein Sensorelement 26 auf (5), welches vorliegend den Grundkörper 16 im Bereich der Auflagefläche 28 durch die Kleberschicht hindurch kontaktiert. In der vorliegenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mittels des Sensorelements 26 eine Temperatur der Stromschiene 10 beziehungsweise des Grundkörpers 16 erfasst wird.
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Nicht dargestellt in 5 ist eine Auswerteelektronik, die auf entsprechende Anschlusskontakte, wie sie in 5 dargestellt sind, aufgelötet wird. Vorliegend handelt es sich hierbei um einen integrierten Schaltkreis, der neben dem Anschluss des Sensorelements 26 zugleich auch noch eine elektronische Auswerteeinheit sowie eine Kommunikationseinheit umfasst. Damit kann der erfasste Temperaturwert an das Batteriemanagementsystem übermittelt werden.
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7 zeigt in einer schematischen Schaltbilddarstellung die Funktionseinheiten gemäß 6. Zu erkennen sind die Anschlusskontakte 32. 34. 36, 38 der Batteriezellen 12, 14, wobei die Anschlusskontakte 32, 36 über die Stromschiene 10 miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Ferner ist in den Batteriezellen 12, 14 schematisch eine Zellenkapazität 60 sowie ein Innenwiderstand 62 dargestellt. Mit diesen beiden Elementen wird die Funktion der Batteriezellen 12, 14 modellartig beschrieben. Ferner ist aus 7 ersichtlich, dass die Sensoreinheit 22 an eine Kommunikationsverbindung 64 angeschlossen ist. Über diese kann die Sensoreinheit 22 erfasste physikalische Parameter an das Batteriemanagementsystem übermitteln. Darüber hinaus kann die Sensoreinheit 22 über diese Kommunikationsverbindung 64 Steuerbefehle sowie Daten empfangen, die für ihren bestimmungsgemäßen Betrieb erforderlich beziehungsweise gewünscht sind.
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Nicht unmittelbar ersichtlich aus den Figuren ist, dass die Sensoreinheit 22 vorliegend nicht nur zur Erfassung der Temperatur dient, sondern zugleich auch den die Stromschiene 10 beziehungsweise den Grundkörper 16 durchströmenden elektrischen Strom erfassen kann. Zu diesem Zweck weist die Sensoreinheit 22 einen nicht weiter dargestellten Magnetfeldsensor auf, der in die Sensoreinheit 22 integriert angeordnet ist. Mit der Sensoreinheit 22 kann die magnetische Feldstärke erfasst werden, wobei unter Berücksichtigung geometrischer Abmessungen des Grundkörpers 16 sowie weiterer Randbedingungen der die Stromschiene 10 beziehungsweise den Grundkörper 16 durchströmende elektrische Strom ermittelt werden kann. Dieses Verfahren eignet sich besonders vorteilhaft für die Strommessung, weil es einerseits eine sehr genaue Strommessung ermöglicht und andererseits nur ein geringes Bauvolumen beziehungsweise ein geringes Gewicht erfordert.
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Darüber hinaus kann die Bauform der Sensoreinheit 22 so gewählt sein, dass sie in den Grundkörper 16 versenkt angeordnet werden kann. Dadurch kann besondere geometrischen Anforderungen aufgrund von räumlichen Beschränkungen besonders Rechnung getragen werden. Voluminöse und schwere Stromwandler können somit eingespart werden. Aufgrund des geringen Gewichts und der geringen Baugröße ist die Sensoreinheit 22 gemäß der Erfindung natürlich auch wesentlich robuster in Bezug auf mechanische Beanspruchungen wie Vibrationen, Stöße und/oder dergleichen.
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In 7 ist die Sensoreinheit 22 durch eine integrierte Halbleiterschaltung zur hochgenauen Strommessung deshalb mit weiteren Sensoren, nämlich dem Temperatursensor sowie auch mechanischen Dehnungs- und Kraftsensoren ausgerüstet (8). Die Kommunikationsverbindung 64 ist zwar vorliegend als drahtgebundene Kommunikationsverbindung ausgebildet, sie kann darüber hinaus aber auch als drahtlose Kommunikationsverbindung, beispielsweise auf Basis von Nahfunk, Ultraschall, Infrarot und/oder dergleichen ausgebildet sein. Mittels der Kommunikationsverbindung 64 wird eine Kommunikationsverbindung zum Batteriemanagementsystem hergestellt.
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Um eine hochgenaue Strommessung in Bezug auf die Stromschiene 10 beziehungsweise den Grundkörper 16 erreichen zu können, kann die vorgenannte integrierte Halbleiterschaltung zum Beispiel eine Strommessung auf Basis der Flux-Gate-Technologie vorsehen. Dadurch ist es möglich, einen Spannungsabfall der Stromschiene 10 beziehungsweise des Grundkörpers 16 im bestimmungsgemäßen Betrieb beziehungsweise einen elektrischen entsprechenden Widerstand zu ermitteln. Diese Werte können ebenfalls an das Batteriemanagementsystem übermittelt werden.
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8 zeigt eine weitere Eigenschaft der Sensoreinheit 22, zu welchem Zweck ein Ausschnitt aus 6 in einer Frontansicht schematisch dargestellt ist. Die Sensoreinheit 22 ist vorliegen nämlich mit einem Dehnungsmessstreifen (DMS) beziehungsweise ein Dehnungsmessstreifenhalbleiterbauelement ausgerüstet, welches in die integrierte Halbleiterschaltung der Sensoreinheit 22 integriert ist. Dadurch kann die mechanische Beanspruchung des Grundkörpers 16 beziehungsweise der Stromschiene 10 in Bezug auf eine Beanspruchung auf Dehnung, Biegung sowie Kraft ermittelt werden. In Verbindung mit der Temperaturmessung können somit Bewegungen, Ausdehnungen, Biegungen und/oder dergleichen des Grundkörpers 16 beziehungsweise der Stromschiene 10 überwacht werden. Dadurch kann erreicht werden, dass eine Beanspruchung der Anschlusskontakte 32, 36 ebenfalls auf mechanische und thermische Beanspruchung hin überwacht werden kann, und zwar insbesondere auch über die gesamte Lebensdauer der Batterie 56 hinweg. Dadurch lassen sich Rückschlüsse auf die Alterung beziehungsweise die Qualität eines verwendeten Fügeverfahrens, zum Beispiel eine Schraubverbindung, ein Laserschweißen, ein Bonden und/oder dergleichen machen.
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9 zeigt in einer schematischen Schaltbilddarstellung eine Ausgestaltung, mittels der die Sensoreinheit 22 mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Die Schaltung basiert dem Grunde nach wieder auf der Schaltung, wie sie bereits anhand von 7 dem Grunde nach erläutert worden ist, weshalb ergänzend auf diese Ausführungen verwiesen wird.
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Ergänzend zu den bisherigen Erläuterungen der Ausführungsbeispiele ist vorliegend vorgesehen, dass die Sensoreinheit 22 mit einem Plus-Anschluss an eine Kontaktierungsstelle 66 des Grundkörpers 16 elektrisch leitend angeschlossen ist. Ist die Sensoreinheit 22 als Halbleiterchip beziehungsweise integrierte Halbleiterschaltung ausgebildet, kann das positive Spannungsversorgungspotenzial somit direkt von der Stromschiene 10 beziehungsweise deren Grundkörper 16 abgegriffen werden. Ein entsprechender Minus-Anschluss der Sensoreinheit 22 ist über eine elektrische Leitung 68 an den Anschlusskontakt 34 der Batteriezelle 12 angeschlossen. Dadurch erhält die Sensoreinheit 22 eine elektrische Versorgungsspannung zum Zwecke der Ermöglichung des bestimmungsgemäßen Betriebs.
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Die elektrische Leitung 68 kann beispielsweise ein flexibles Kabel oder ähnliches sein. Mit der elektrischen Leitung 68 wird somit ein negatives Spannungspotenzial bereitgestellt. Vorliegend ist vorgesehen, dass die elektrische Leitung 68 an den Anschlusskontakt 34 der Batteriezelle 12 angeschlossen ist. Es könnten jedoch auch zur Bereitstellung einer höheren Versorgungsspanung für die Sensoreinheit 22 ein Anschluss an einer weiteren nicht dargestellten und in Reihe mit der Batteriezelle 12 geschalteten Batteriezelle vorgesehen sein. Dies ermöglicht einerseits eine höhere Versorgungsspannung für die Sensoreinheit 22 und erlaubt es andererseits die für den bestimmungsgemäßen Betrieb der Sensoreinheit 22 erforderliche elektrische Energie auf mehrere Batteriezellen der Batterie 56 zu verteilen. Dadurch könnte eine ungleichmäßige Belastung einzelner Batteriezellen der Batterie 56 reduziert werden.
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Für den bestimmungsgemäßen Betrieb ist es natürlich zweckmäßig, dass es nicht zu Spannungsdurchschlägen oder Spannungsverschleppungen durch die Anordnung gemäß der Erfindung kommen kann. Deshalb sieht die Erfindung vor, dass die Sensoreinheit 22 elektrisch isoliert an der Auflagefläche 28 befestigt ist. Die elektrische Isolation kann beispielsweise durch die Klebeschicht oder auch eine Isolationsfolie, eine Isolationsscheibe und/oder dergleichen realisiert sein. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Energieversorgung der Sensoreinheit 22 eine galvanische Trennung umfasst. Diese kann beispielsweise mittels eines DC/DC-Wandlers realisiert sein, der einen Trenntransformator umfasst.
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Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass die Sensoreinheit 22 drahtlos mit elektrischer Energie versorgt wird, beispielsweise über ein magnetisches Wechselfeld oder dergleichen. Zu diesem Zweck weist die Sensoreinheit 22 dann eine Empfangsspule auf, die mit dem Energiefeld beziehungsweise dem magnetischen Wechselfeld zusammenwirkt und Energie aus dem magnetischen Wechselfeld entnimmt und als elektrische Energie für den Betrieb der Sensoreinheit 22 bereitstellt.
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Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Sensoreinheit 22 vollständig als ein einzelner integrierter Halbleiterchip ausgebildet ist, der auf einer Leiterplatte aufgebracht werden kann (5). Insgesamt basiert die Erfindung darauf, eine Messelektronik in die Stromschiene selbst zu integrieren, um auf diese Weise ein separat handhabbares Bauteil bereitstellen zu können. Dieses Bauteil kann sodann hinsichtlich seiner bestimmungsgemäßen Funktion geprüft werden, so dass es auf einfache Weise in einen Fertigungsablauf integriert werden kann. Dadurch kann die Herstellung einer Batterie, eines Kraftfahrzeugs beziehungsweise einer elektrischen Anlage dem Grunde nach wesentlich vereinfacht werden.
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Auch wenn die Erfindung anhand von Batterien beziehungsweise Kraftfahrzeugen erläutert worden ist, ist es für den Fachmann klar, dass die Anwendung der Erfindung nicht auf diese Anwendungen beschränkt ist. Die Erfindung kann natürlich auch bei stationären elektrischen Anlagen, insbesondere auch im Bereich von elektrischen Schaltanlagen, zum Einsatz kommen. Gerade hier kommt der erfindungsgemäße Vorteil besonders deutlich hervor, insbesondere dann, wenn die Sensoreinheit vollständig drahtlos betrieben werden kann. Dies ist besonders bei elektrischen Anlagen im Mittel- und/oder Hochspannungsbereich aber auch bei Niederspannungsschaltanlagen von großem Vorteil.
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Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und ist für diese nicht beschränkt.
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Die für die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug beschriebenen Vorteile und Merkmale sowie Ausführungsformen gelten gleichermaßen für entsprechende Verfahren und umgekehrt. Folglich können für Vorrichtungsmerkmale entsprechende Verfahrensmerkmale und umgekehrt vorgesehen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN 43671 [0002]
- DIN 43673 [0002]
- DIN 43771 [0002]
