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Stand der
Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Anschlusseinrichtung für eine Batterie, insbesondere
eine Fahrzeugbatterie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus
WO 99/54744 ist ein elektrisches Gleichspannungssystem mit Batterien
bekannt, bei dem ein Batteriekabel mit einer einen Batteriepol umgreifenden
Manschette verbunden ist. Zwischen dem Batteriekabel und der Befestigungsmanschette
ist ein niederohmiger Shuntwiderstand angeordnet. Der Shuntwiderstand
ist von einem Gehäuse
umgeben, in dem Sensoren angeordnet sind, die den Spannungsabfall an
dem Shuntwiderstand und die Temperatur der Batterie messen. Die
Verbindung zwischen Batteriekabel, Shuntwiderstand und Befestigungsmanschette
ist aufwändig
und stellt zudem eine Schwachstelle dar, da die exakte Größe des Shuntwiderstands durch
eine Verringerung des Materialquerschnitts eingestellt wird.
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Aus
DE 199 61 311 A1 ist
eine Batteriesensorvorrichtung mit einer direkt an einem Pol einer Kraftfahrzeugbatterie
anschließbaren
Befestigungsvorrichtung bekannt, bei der der Batteriesensor und die
Befestigungsvorrichtung zu einer integrierten Baueinheit zusammengefasst
sind, bei der die Befestigungsvorrichtung nur an einem einzigen
Pol angeschlossen wird und die Befestigungsvorrichtung eine für Batterieanschlusskabel
im Kraftfahrzeug übliche Klemme
aufweist. Der Batteriesensor besteht dabei im Wesentlichen aus einem
Messshunt und einer mit dem Messshunt verbundenen Elektronikeinheit.
Diese Batteriesensorvorrichtung erfordert eine speziell konstruierte
Batterieklemme, da wenigstens ein Pol des Messshunts von der Batterieklemme
isoliert werden muss.
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Aus
DE 203 18 266 U1 ist
weiterhin eine Vorrichtung zur Strommessung bekannt, die einen im Wesentlichen
plattenförmigen
Widerstand/Shunt und eine Messelektronikeinheit umfasst, wobei die
Messelektronikeinheit an mindestens zwei Stellen elektrisch leitend
mit dem Widerstand verbunden ist, wobei die Messelektronikeinheit
durch federnde Kontaktelemente mit dem Widerstand über eine
Lötverbindung
elektrisch leitend verbunden ist. Der Widerstand ist zwischen zwei
Anschlusslaschen angeordnet, die die Verbindung zu der Batterie
einerseits und einem Batteriekabel andererseits herstellen. Die
Verbindung zwischen dem Widerstand und den Anschlusslaschern ist
aufwändig
und stellt zudem eine Schwachstelle in der Leitungsführung dar.
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Aus
DE 199 06 276 A1 ist
weiterhin ein Strommessmodul zur Stromüberwachung in einem Stromversorgungssystem
bekannt. Das Strommessmodul umfasst als Stromsensor einen Widerstand mit
einem plattenförmigen
Element aus einer Widetrstandslegierung, an dessen Kanten plattenförmige Stromanschlussteile
angeschweißt
sind. Diese Verbindung ist aufwändig.
Zudem stellt sie eine Schwachstelle in der Leitungsführung dar.
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Aus
DE 103 32 410 B3 ist
eine Sensorvorrichtung für
ein Kraftfahrzeugbordnetz bekannt, bei der ein im wesentlichen rotationssymmetrisch
ausgebildeter Messwiderstand zwischen Anschlussstücken angeordnet
ist, die ihrerseits wiederum mit stromführenden Leitungen verbunden
sind. Diese Verbindungsart erfordert insgesamt vier Kontaktstellen
und ist daher sehr aufwändig.
Zudem schwächt
sie die Leitungsführung.
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Aus
DE 102 004 007 851 ist
weiterhin eine Anschlussvorrichtung für eine Batterie, insbesondere eine
Fahrzeugbatterie, bekannt, die zur elektrischen Verbindung von einem
Batteriepol mit zumindest einem elektrischen Leiter dient. Die Anschlussvorrichtung
umfasst ein Strommessmodul, das zumindest einen Messwiderstand und
eine Messschaltung enthält,
wobei die Messschaltung zumindest die anliegende Spannung an dem
Messwiderstand erfasst und über
die vorbekannte Größe des Messwiderstands
den durchfließendem
Strom bestimmt, und die erfassten Messdaten in analoger oder digitaler Form
an eine Auswerte- bzw. Steuereinheit weiterleitet. Die Anschlussvorrichtung
und der Messwiderstand sind dabei materialeinheitlich ausgebildet.
Diese Anschlussvorrichtung ist außerordentlich robust, da sie
keine strukturschwächenden
Verbindungsstellen aufweist. Sie erfordert jedoch den Einsatz von
Widerstandsmaterial für
die gesamte Anschlussvorrichtung.
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Vorteile der Erfindung
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Die
erfindungsgemäß ausgestaltete
Anschlusseinrichtung zeichnet sich durch große Robustheit, insbesondere
bei Dauerbetrieb, aus, da sie keine die Struktur schwächenden
Verbindungsstellen, wie Schweiß-
oder Lötverbindungen,
in den Batteriestrom führenden
Komponenten aufweist. Da sie zudem aus nur wenigen Teilen zusammengesetzt
ist, ist sie leicht und preisgünstig
herstellbar. Auch eine kostengünstige
Lagerhaltung wird dadurch ermöglicht.
In einer ersten Ausführungsvariante
ist ein Messwiderstand ring- bzw. hülsenförmig ausgebildet und konzentrisch
zwischen einem Pol der Batterie und einer Polklemme angeordnet.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante
ist der Messwiderstand mit einem Schlitz versehen, was seine Montage
erleichtert. Besonders vorteilhaft sind jedoch Messwiderstand und
Polklemme zu einer integrierten Baueinheit zusammengefasst und insbesondere
einstückig ausgebildet.
Dies erleichtert Lagerhaltung und Montage. In einer besonders vorteilhaften
Ausführungsvariante
ist der Messwiderstand als Beschichtung auf der Innenmantelfläche einer
Polklemme ausgebildet. Weitere Vorteile gehen aus den Unteransprüchen und
der Beschreibung hervor.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachstehend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Aufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel
einer Anschlusseinrichtung,
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2 eine
Aufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel
einer Anschlusseinrichtung,
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3 eine
Aufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Anschlusseinrichtung,
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4 das
in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel in einer Schnittdarstellung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
eine Aufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer Anschlusseinrichtung 1.
Die Anschlusseinrichtung 1 umfasst eine geschlitzte Befestigungseinrichtung
nach Art einer herkömmlichen Polklemme 2,
die auf einen Pol 6 einer nicht näher dargestellten Batterie
aufsetzbar und auf diesem durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte
Spannschraube festklemmbar ist. Weiterhin umfasst die Anschlusseinrichtung 1 einen
im Wesentlichen ring- bzw. hülsenförmig ausgebildeten
Messwiderstand 3. Der Messwiderstand 3 ist zwischen
dem Pol 6 und der Polklemme 2 angeordnet und umgreift
den Pol 6 derart, dass seine Innenmantelfläche auf
der Außenmantelfläche des
Pols 6 aufliegt. Die Polklemme 2 ihrerseits umgreift
den Messwiderstand 3 und liegt mit ihrer Innenmantelfläche auf
der Außenmantelfläche 3.1 des
Messwiderstands 3 auf. Nach dem Spannen der Polklemme 2 ist
ein guter elektrischer Kontakt zwischen dem Messwiderstand 3 und
dem Pol 6 einerseits und dem Messwiderstand 3 und
der Batterieklemme 2 andererseits sichergestellt. Über Anschlussleitungen 4, 5 ist
der Messwiderstand 3 weiterhin mit einer Auswerteeinrichtung 7 verbunden. Dabei
ist die Anschlussleitung 4 mit der Außenmantelfläche 3.1 des Messwiderstands 3 verbunden, während die
Anschlussleitung 5 mit der Innenmantelfläche 3.2 des
Messwiderstands 3 verbunden ist. Die Auswerteeinrichtung 7 umfasst
wenigstens einen Spannungssensor 7.1, der den Spannungsabfall
an dem Messwiderstand 3 erfasst. Vorteilhaft kann zusätzlich wenigstens
ein Temperatursensor 7.2 vorgesehen sein, der die Temperatur
der Batterie erfasst. Die erfassten Messwerte werden in der Auswerteeinrichtung 7 aufbereitet
und beispielsweise an ein für die
Steuerung des Bordnetzes zuständiges
Steuergerät 8 weitergeleitet.
Um einen optimalen elektrischen und thermischen Kontakt zwischen
dem Messwiderstand 3 und dem Pol 6 einerseits
und zwischen dem Messwiderstand 3 und der Polklemme 2 andererseits
zu ermöglichen,
sind die Kontaktflächen
der Kontaktpartner möglichst
groß zu
bemessen. Die Höhe
H3 des Messwiderstands 3 wird daher derart bemessen, dass
der Messwiderstand 3 die von dem Pol 6 bereitgestellte
Kontaktfläche
möglichst
vollständig
ausnutzt. Um eine möglichst
einfache Kontaktierung des Messwiderstands 3 zu ermöglichen
ist aber die Höhe
H3 des Messwiderstands 3 vorteilhaft größer zu bemessen als die Höhe H2 der
Polklemme 2. Wie aus der Darstellung in 4 hervorgeht,
sind dann nicht von der Polklemme 2 überdeckte Teilbereiche der
Mantelfläche 3.1 des
Messwiderstands 3 für
eine Kontaktierung zugänglich. 4 zeigt
einen Teilschnitt durch eine Anschlusseinrichtung entlang der Linie
S, S1 (3. Der Pol 6 ist dabei nicht geschnitten,
sondern in einer Seitenansicht dargestellt.
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2 zeigt
eine Aufsicht auf ein vorteilhaftes weiteres Ausführungsbeispiel
einer Anschlusseinrichtung 1. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist der ring- bzw. hülsenartig
ausgestaltete Messwiderstand 3 geschlitzt (Schlitz 3.3).
Dies bietet den Vorteil, dass Toleranzen leichter ausgeglichen werden
können. Auf
diese Weise kann der Messwiderstand 3 leichter auf einen
Pol 6 aufgeschoben werden. Weiterhin schmiegt sich der
Messwiderstand bei einem Spannen der Polklemme 2 besser
an die Außenmantelfläche des
Pols 6 an. Die Gestaltung des Schlitzes 3.3 ist
in das Belieben des Fachmanns gestellt. So kann in einer ersten
Ausführungsvariante
der Schlitz 3.3 im Wesentlichen parallel zu der Höhe H3 des
Messwiderstands 3 verlaufen. In einer alternativen Ausführungsvariante
kann der Schlitz 3.3 winklig in Bezug auf die Höhe H3 des
Messwiderstands 3 ausgerichtet sein.
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Die
unter Bezug auf 1 und 2 erläuterten
Ausführungsbeispiele
von Anschlusseinrichtungen stellen, im Vergleich zu aus dem Stand
der Technik bekannten Lösungen, besonders
robuste und betriebssichere Konstruktionen dar. Die mit einem hohen
Batteriestrom belasteten Kontaktflächen stehen sich großflächig und
formschlüssig
gegenüber
und ermöglichen
so eine optimale elektrische und thermische Verbindung der Komponenten
der Anschlusseinrichtung 1. Durch die Klemmung mittels der
Polklemme 2 ist zudem eine schwingungssichere Verbindung
zwischen der Batterie und dem Bordnetz gewährleistet. Besonders hervorzuheben
ist, dass die erfindungsgemäße Anschlusseinrichtung
keinerlei Schweiß- oder Lötverbindungen
in dem Bereich der mit einem hohen Batteriestrom belasteten Komponenten
der Anschlusseinrichtung aufweist. Derartige Fügestellen geben in der Praxis
häufig
zu einer Strukturschwächung
Anlass und bieten somit ein Risiko für die Betriebssicherheit bei
Dauerbetrieb. Die mehrteilige Ausgestaltung der Anschlusseinrichtung 1 kann
sich jedoch bei Lagerhaltung und Montage als gewisser Nachteil erweisen.
Dieser lässt
sich bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
dadurch vermindern, dass der mit einem Schlitz 3.3 versehene
Messwiderstand 3 derart federn ausgebildet ist, dass er
sich nur durch leichtes Zusammenpressen in die Polklemme 2 einführen lässt und
nach Entlastung an deren Innenmantelfläche anliegt. Auf diese Weise
lässt sich,
durch eine Art Vormontage, eine leicht lagerbare und bei Montage
leicht handhabbare Einheit von Polklemme 2 und Messwiderstand 3 herstellen.
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Diese
Probleme werden bei dem nachfolgend unter Bezug auf 3 beschriebenen
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Anschlusseinrichtung 1 jedoch
vermieden. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel
einer Anschlusseinrichtung 1, bei der ein Messwiderstand 3 und
eine Polklemme 2 zu einer integrieren Baueinheit zusammengefasst
sind. Besonders vorteilhaft sind der Messwiderstand 3 und die
Polklemme 2 einstückig
ausgebildet. In einer Ausführungsvariante
kann dies dadurch erreicht werden, dass ein mit Übermaß gefertigter ring- bzw. hülsenförmiger,
ggf. mit einem Schlitz 3. versehener Messwiderstand 3 koaxial
in eine Polklemme 2 eingetrieben wird, so dass sich zwischen
beiden Teilen 2, 3 ein Passsitz ergibt. In einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante
ist der Messwiderstand 3 als eine auf die Innenmantelfläche der
Polklemme 2 aufgebrachte Beschichtung ausgebildet. Der
Messwiderstand 3 besteht vorzugsweise aus einer Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung.
Die Polklemme 2 besteht aus einer herkömmlichen Bleilegierung. Um den
bei Stromdurchgang an dem Messwiderstand 3 entstehenden
Spannungsabfall zu erfassen, wird der Messwiderstand zweckmäßig mit
Anschlussleitungen kontaktiert, die ihn mit einer Auswerteeinrichtung 7 verbinden.
Diese Auswerteeinrichtung 7 umfasst mindestens einen Spannungssensor 7.1,
der den Spannungsabfall an dem Messwiderstand misst. Vorteilhaft
kann die Auswerteeinrichtung zusätzlich
mindestens einen Temperatursensor 7.2 umfassen, der über den
Pol 6 die Temperatur der Batterie misst. Diese Messwerte
können
vorteilhaft an ein für
die Steuerung des Bordnetzes vorgesehenes Steuergerät weitergeleitet
werden.
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- 1
- Anschlusseinrichtung
- 2
- Polklemme
- 3
- Shuntwiderstand
- 3.1
- Außenmantelfläche
- 3.2
- Innenmantelfläche
- 3.3
- Schlitz
- 4
- Anschlussleitung
- 5
- Anschlussleitung
- 6
- Pol
- 7
- Auswerteeinrichtung
- 7.1
- Spannungssensor
- 7.2
- Temperatursensor
- 8
- Steuergerät
- H2
- Höhe
- H3
- Höhe
- S1–S2
- Linie