EP1802482A1 - Intelligente sicherheits-anschlussvorrichtung - Google Patents

Intelligente sicherheits-anschlussvorrichtung

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EP1802482A1
EP1802482A1 EP05785629A EP05785629A EP1802482A1 EP 1802482 A1 EP1802482 A1 EP 1802482A1 EP 05785629 A EP05785629 A EP 05785629A EP 05785629 A EP05785629 A EP 05785629A EP 1802482 A1 EP1802482 A1 EP 1802482A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
connection device
electrical
battery
conductor
switch
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05785629A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Arthur Kurz
Radoslav Stanko
Klaus Wagner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kromberg and Schubert GmbH and Co KG
Original Assignee
Kromberg and Schubert GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102004051489A external-priority patent/DE102004051489B4/de
Application filed by Kromberg and Schubert GmbH and Co KG filed Critical Kromberg and Schubert GmbH and Co KG
Publication of EP1802482A1 publication Critical patent/EP1802482A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention is directed to a connection device for a battery, in particular a
  • Vehicle battery which is used for electrical connection of a battery pole with at least one outgoing from the battery, electrical conductor, as claimed in. 1 specified type.
  • Normal connection devices also called pole terminals
  • connection devices are widely known in various designs. Also, it is now known to equip such connection devices with a current measuring module, whereby the flowing through
  • the invention is directed to a method for the electrical monitoring and control of a battery condition, in particular in vehicles, according to claim 17.
  • the invention is thus based on the object of developing a connecting device for a battery, in particular a vehicle battery, which is capable of autonomous operation, depending on
  • the invention has the object to develop a method for electrical monitoring and control of a battery condition, especially in vehicles, which can be ensured that the state of charge in the battery does not fall below a critical level, if of. individual electrical consumers or electronic modules malfunction, which would drain the battery.
  • This object of the method is erf ⁇ ndungshunt solved by the measures of claim 17.
  • the connecting device is used for a battery, in particular a vehicle battery, in order to produce an electrical connection from a battery pole with at least one electrical conductor that leads away from the battery.
  • at least one measuring resistor is provided in the outgoing, electrical conductor in order to detect the current flowing through, the measuring resistor itself being integrally integrated in the connecting device.
  • an electrical switch is integrated in the connection device, by means of which the outgoing, electrical conductor can be releasably contacted, so that the
  • connection device has an electrical module which is electrically connected on the one hand to at least one measuring resistor and on the other hand to at least one switch, wherein information of an external unit and / or internal connection information, which are generated only within the connection device, for controlling at least one electrical
  • connection device is independently capable of monitoring functions or control functions on the basis of the present measurement data by means of the electrical module take. It can also respond to external signals.
  • the connection device according to the invention forms by the combination of the existing elements (measuring resistors, electrical switches and electrical IModul) an independent monitoring and control unit, which not only detects malfunctions of the vehicle electronics, but also responds accordingly.
  • At least one measuring resistor is integrated in the Ansclilussvortechnische by means of a welding or solder joint.
  • the entire connecting device au.s a low-resistance material and thus forms even the measuring resistor, the size of the measuring resistor based on two predefined contact points is clearly known.
  • this variant can be dispensed with an additional welding or solder joint for integration of the measuring resistor in the connection device.
  • Connecting device is designed extremely stable.
  • connection device in another embodiment, at least two conductors can be switched separately, in each of which a measuring resistor and a switch are arranged in series. Due to the use of two switchable conductors significantly increases the functionality of the connecting device according to the invention. Thus, one conductor can be switched off by means of the designated switch, while the other conductor can remain switched on independently of this. Thus, it is conceivable that, for example, only certain electrical consumers are switched off, which currently trigger a malfunction or cause an overload in the corresponding conductor.
  • connection device at least one conductor, which is provided with a measuring resistor, is electrically connected to a Stromge ⁇ nerator of the vehicle to detect by measurement the current flowing therefrom in the battery.
  • a Stromge ⁇ nerator of the vehicle is electrically connected to a Stromge ⁇ nerator of the vehicle to detect by measurement the current flowing therefrom in the battery.
  • connection device in a further possible embodiment, at least one conductor is present, which is permanently connected to emergency and / or safety systems of the vehicle, so that they are continuously supplied with power from the battery.
  • This measure ensures that, for example, the safety systems for the airbag or belt tensioner are also supplied with sufficient power in the event of a crash. Nevertheless, the remaining part of the vehicle electrics can be de-energized to avoid a short circuit and thus reduce the risk of explosion.
  • semiconductor switching elements are provided as electrical switches.
  • electrical switches are provided as electrical switches.
  • MOS-FET semiconductors Semiconductor switching elements so-called MOS-FET semiconductors are used as electrical switches.
  • these semiconductor switches have the advantage that they can be activated or actuated in a simple manner and, on the other hand, permit a high current flow.
  • At least one connecting line is provided between an external unit (the vehicle electronics) and the electrical module, so that signals, data or other information can be exchanged electrically or optically between the corresponding systems.
  • connection line may be a LIN bus or CAN bus data line.
  • connection device has an integrated circuit (so-called IC), in particular an ASIC.
  • IC integrated circuit
  • ASIC application possibilities and the functionality of the connection device can be significantly increased in a simple manner.
  • standard components can usually be used as integrated circuits, which are available at low cost.
  • connection device detects the electrical module in addition to the current flow from and to the battery and the respective battery voltage, battery temperature, and other measures from the environment of the battery.
  • the measured variables detected by the electrical module are further processable and in a non-volatile manner
  • Memory detectable Thus, it is possible that external modules can also fall back on these detected measured variables and also the connecting device recognizes aging of the battery on the basis of the stored data. In addition, it is possible to use these data to control adaptive control or regulation in order to handle even unpredictable cases in the vehicle electrics in the future properly.
  • connection device all switchable conductors can be switched currentless by means of the switches in these conductors by the electrical module, provided that a crash signal has been generated by an external unit during a vehicle crash.
  • a crash signal has been generated by an external unit during a vehicle crash.
  • connection device In a further variant of the connection device, an overload in a conductor by the electrical module by means of the existing measuring resistor can be detected by measurement, whereupon this conductor can be switched de-energized by the corresponding switch.
  • this conductor can be switched de-energized by the corresponding switch.
  • the state of charge of the battery can always be kept above a certain minimum, so that the vehicle can be restarted in any case.
  • the battery can be saved thereby, so that a long life of the battery can be achieved.
  • the current flow through a conductor to an electrical load by the associated switch is separable, if there is a corresponding signal or corresponding information in the electrical module.
  • Switch conductor on or off For example, an additional monitoring unit can ensure that faulty electronics or electrics are deliberately switched off.
  • the invention relates to a method for electrical monitoring and control of a battery condition, especially in vehicles with a connection device according to the
  • Claims 1 to 16 By this method according to the invention, it is possible to detect the current flow in detail from the outgoing of the battery electrical conductor and turn on or off according to the detected measured values or based on external information.
  • the method can serve that the electric module in a parking position of the vehicle based on self-generated information the flow of current through a conductor to an electrical load "interrupts, if it is not switched off properly or does not switch to the so-called stand-by mode .
  • connection device in particular for a
  • FIG. 2 is a circuit diagram for a first embodiment of the connecting device according to the invention with a modular design
  • FIG. 3 is a circuit diagram for a second embodiment of the invention erf Ranndungswashen connection device
  • Fig. 4 is a circuit diagram for a third Ausunxngsbeispiel the connecting device according to the invention.
  • the connecting device 10 is shown as a one-piece element.
  • This connecting device 10 like the conventional connecting devices, has an opening 27 for the battery pole 12.
  • the connecting device 10 can be frictionally connected to the battery 12, so as to establish a secure electrical connection, the screw 29 and the nut 28 are provided, whereby the radius of the opening 27 when tightening the nut 28 can be reduced.
  • the screw 29 has a square head in order to avoid an independent rotation in the connecting device 10.
  • a switch 15 and a measuring resistor 14 is arranged in the outgoing strand of the connecting device 10, which is a conductor 13.
  • an insulation 30 is provided below the switch 15. This ensures that the current emanating from the battery must in any case flow through the switch 15 in order to reach the conductor 13.
  • connection device 10 differs from the conventional connection devices by their functionality.
  • the connecting device 10 according to the invention is able to detect the current flowing through and, if appropriate, to switch off a conductor 13 by means of the switch 15.
  • the connection device 10 has a measuring resistor 14, which is connected in series with the conductor 13.
  • the applied voltage at the measuring resistor 14 (abbreviated shunt for short) can thus be detected by an electrical module.
  • this electrical module it is also possible to actuate the switch 15.
  • a printed circuit board 24 is provided on which electrical or electronic components 25 and / or an integrated
  • Circuit (IC) 26 in particular a so-called ASIC is arranged.
  • connection device 10 conductor 13 The outgoing from the connecting device 10 conductor 13 are connected by a crimp connection with the connection device. In addition, it makes sense to complete the electronic or electrical part of the connection device 10 with a Kunststoffinasse to encase the connection device 10 to protect against external influences.
  • Embodiments is always the negative terminal 12 of Batteriel 1 connected to the ground or vehicle body.
  • the positive pole 12 of the battery 11 is provided with the connection device according to the invention.
  • the various conductors 13 D , 13 '13 are derived from this connection device 10.
  • the conductor 13 D is a permanent current conductor which is permanently connected to the positive pole 12 of the battery 11, in order to ensure that the emergency power systems connected to it or not
  • connection line 21 takes place.
  • This connection line 21 may be e.g. to act as a LEST or CAN bus system.
  • the connecting device 10 is constructed as a modular system.
  • the individual modules are interconnected by a higher-level unit.
  • the sense resistor 14' is provided to be able to determine the current flowing through in the conductor 13 '. Since the size of the measuring resistor 14 'itself is known, the current flowing through 1 can be determined on the basis of the measured voltage at the measuring resistor 14. Also, at this point, the temperature of the battery can be detected. This data is from the reiteratea ⁇
  • the switch 15 which is shown in FIG. 2 as a semiconductor switch, in particular MOS-FET semiconductor switch, via a bus system.
  • MOS-FET semiconductor switch By means of these semiconductor switches 15, it is possible to switch off the conductors 13 'and 13 "so that there is no longer any electrical connection to the positive pole 12 of the vehicle battery 11.
  • the current I s flows through the conductor 13' up to the starter or current I B
  • the resistor 14 is provided.
  • this resistor 14 is also known, so that the current I G can be determined by the applied voltage UQ .
  • This information is also transmitted via the data bus Pass information about the bus system to an external unit 17, or to a higher-level electrical module 16, which also belongs to the connection device 10.
  • FIG. 3 shows a central structure for the connecting device 10 according to the invention.
  • this connection device 10 just does not consist of individual modules that can communicate with each other in a variety of ways, but only from a single module.
  • the detected measured quantities at the resistor 14 'or 14 "are forwarded directly to an IC 2: 2.
  • This may in particular be an ASIC
  • connection line 21 ensures the exchange of information between the connection device 10 or the ASIC 22 and an external unit 17. Moreover, it is conceivable that an additional connection line 21 C is led to the connection device 10, as a result of which the conductors 13 'and In the event of a crash, the corresponding signal can thus ensure that the switch 15 is actuated, as a result of which the already mentioned conductors 13 'and 13 "are disconnected from the battery pole 12.
  • connection device 10 Order of arrangement of the switch 15 and the resistor 14 'reversed. However, this does not change the functionality of the connection device 10. It is also conceivable to replace the outgoing conductor 13 'by two conductors which are separated from one another. This makes it possible, e.g. only to turn off the starter, for example, if the allowable current Is is exceeded. For the practical implementation of the invention, it is recommended that the resistor 14 "does not exceed 100 ⁇ . Also, the resistor 14 'should not comprise more than 200 ⁇ T2.
  • connection device one-piece
  • Integrated Circuit eg ASIC

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anschlussvorrichtung 10 für eine Batterie, insbesondere eine Fahrzeugbatterie, die zur elektrischen Verbindung von einem Batteriepol mit zumindest einem elektrischen Leiter 13 dient, mit zumindest einem Messwiderstand 14, der in wenigstens einem abgehenden, elektrischen Leiter 13 vorgesehen ist, um den durchfließenden Strom zu erfassen, wobei der Messwiderstand 14 selbst in der Anschlussvorrichtung 10 einteilig integriert ist, und zumindest einem elektrischen Schalter 15, durch den der abgehende, elektrische Leiter 13 lösbar kontaktiert werden kann, so dass der Stromfluss in diesem Leiter 13 ein- und ausschaltbar ist, und wobei auch der elektrische Schalter 15 in der Anschlussvorrichtung 10 integriert ist, und einem elektrischen Modul 16, welches einerseits mit wenigstens einem Messwiderstand 14 und andererseits mit dem wenigstens einen Schalter 15 elektrisch verbunden ist, wobei Informationen ciner externen Einheit 17 und / oder anschlussvorrichtungsinterne Informationen, die nur innerhalb der Anschlussvorrichtung 10 generiert werden, zur Ansteuerung des wenigstens einen elektrischen Schalters 15 dienen.

Description

Intelligente Sicherheits-Anschlussvorrichtung
Stand der Technik
Die Erfindung richtet sich auf eine Anschlussvorrichtung für eine Batterie, insbesondere eine
Fahrzeugbatterie, die zur elektrischen Verbindung von einem Batteriepol mit zumindest einem von der Batterie abgehenden, elektrischen Leiter dient, gemäß der in Anspruch. 1 angegebenen Art. Normale Anschlussvorrichtungen (auch Polklemmen genannt) sind in den verschiedensten Ausführungen vielfach bekannt. Ebenfalls ist es inzwischen bekannt, derartige Anschlussvorrichtungen mit einem Strommessmodul auszustatten, womit der durchfließende
Strom aus der Batterie erfasst werden kann. Des Weiteren werden zusätzliche IMessgrößen, wie zum Beispiel die Spannung der Batterie und die Temperatur in der Batterie gemessen, um somit Rückschlüsse auf die alctuelle Ladekapazität der Batterie schließen zu können. Darüber hinaus wird bei diesen Anschlussvorrichtungen ebenfalls ein elektrischer Schalter verwendet, der notfalls in der Lage ist, den entsprechenden abgehenden Leiter stromlos zu schalten, falls dieses gewünscht ist. Die Ansteuerung dieses Schalters erfolgt im Stand der Technik durch eine externe Steuereinheit.
Da heute im Fahrzeugbau immer mehr Elektronik zum Einsatz kommt, kann leider nicht sichergestellt werden, dass sich diese Elektronik nicht gegenseitig beeinflusst. So treten leider
Fehlfunktionen in den einzelnen Elektronikbausteinen auf, die dazu führen, dass die Batterie unverhältnismäßig belastet wird. Darüber hinaus ist es zum Beispiel bei einem Fahrzeugcrash wünschenswert, wenn ein Großteil der elektrischen Verbraucher bzw. Elektronik des Fahrzeuges stromlos geschaltet wird. Durch diese Maßnahme wird versucht, einen Kurzschluss zu vermeiden, der einen Fahrzeugbrand nach sich ziehen kann. Ebenfalls richtet sich die Erfindung auf ein Verfahren zur elektrischen Überwachung und Regelung eines Batteriezustandes, insbesondere bei Fahrzeugen, gemäß des Anspruches 17.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Anschlussvorrichtung für eine Batterie, insbesondere eine Fahrzeugbatterie, zu entwickeln, die selbstständig in der Lage ist, je nach
Situation, einzelne von der Batterie abgehende Leiter stromlos zu schalten, sofern dieses erforderlich ist. Dabei soll die komplette Funktionalität in der Anschlussvorrichtung selbst realisiert werden. Diese Aufgaben werden erfϊndungsgemäß durch die im Anspruch 1 angeführten Maßnahmen erreicht, die im nachfolgenden Text näher beschrieben werden.
Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur elektrischen Überwachung und Regelung eines Batteriezustandes, insbesondere bei Fahrzeugen, zu entwickeln, wodurch sichergestellt werden kann, dass der Ladezustand in der Batterie auch dann ein kritisches Maß nicht unterschreitet, wenn von. einzelnen elektrischen Verbrauchern oder elektronischen Modulen Fehlfunktionen ausgehen, wodurch die Batterie entladen werden würde. Diese Aufgabe des Verfahrens wird erfϊndungsgemäß durch die Maßnahmen des Anspruches 17 gelöst.
Erfϊndungsgemäß dient die Anschlussvorrichtung für eine Batterie, insbesondere eine Fahrzeugbatterie, um eine elektrische Verbindung von einem Batteriepol mit zumindest einer von der Batterie abgehenden elektrischen Leiter herzustellen. Dabei ist zumindest ein Messwiderstand in dem abgehenden, elektrischen Leiter vorgesehen, um den durchfließenden Strom zu erfassen, wobei der Messwiderstand selbst in der Anschlussvorrichtung einteilig integriert ist. Des Weiteren ist ein elektrischer Schalter in der Anschlussvorrichtung integriert, durch den der abgehende, elektrische Leiter lösbar kontaktiert werden kann, sodass der
Stromfluss in diesem Leiter ein- und ausschaltbax ist. Zusätzlich weist die Anschlussvorrichtung ein elektrisches Modul auf, welches einerseits mit wenigstens einem Messwiderstand und andererseits mit wenigstens einem Schalter elektrisch verbunden ist, wobei Informationen einer externen Einheit und/oder anschlussvorrichtungsinterne Informationen, die nur innerhalb der Anschlussvorrichtung generiert werden, zur Ansteuerung von wenigstens einem elektrischen
Schalter dienen. Hierdurch ermöglicht die Anscbiussvorrichtung, einen abgehenden, elektrischen Leiter stromlos zu schalten, falls zum Beispiel eine Überlast bei einem Leiter vorliegen sollte oder der Leiter bei einem Fahrzeugcrash stromlos geschaltet werden soll. Dabei ist die Anschlussvorrichtung selbstständig in der Lage, anhand der vorliegenden Messdaten mittels des elektrischen Moduls Überwachungsfunktionen bzw. Steuerungsfunktionen zu übernehmen. Außerdem kann sie auch auf externe Signale reagieren. Somit bildet die erfindungsgemäße Anschlussvorrichtung durch die Kombination der vorhandenen Elemente (Messwiderstände, elektrische Schalter und elektrisches IModul) eine eigenständige Überwachungs- und Steuereinheit, die nicht nur Fehlfunlctionen der Fahrzeugelektronik erkennt, sondern auch darauf entsprechend reagiert.
Vorzugsweise Weitergestaltungen der Anschlussvorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 16 beschrieben.
Bei einer besonders ausgestalteten Anschlussvorrichtung; ist wenigstens ein Messwiderstand mittels einer Schweiß- bzw. Lötverbindung in der Ansclilussvorrichtung integriert. Hierdurch ist ein besonders stabiler Aufbau der Anschlussvorrichtung möglich, um den harten Einsatzbedingungen der Anschlussvorrichtung im Fahrzeugbereich gerecht zu werden.
Vorteilhaft besteht die gesamte Anschlussvorrichtung au.s einem niederohmigen Material und bildet somit selbst den Messwiderstand, wobei die Größe des Messwiderstands anhand von zwei vordefinierten Kontaktstellen eindeutig bekannt ist. Bei dieser Variante kann auf eine zusätzliche Schweiß- oder Lötverbindung zur Integration des Messwiderstands in der Anschlussvorrichtung verzichtet werden. Hierdurch können einerseits die Fertigungskosten reduziert werden und andererseits ist trotzdem sichergestellt, dass der Aufbau der
Anschlussvorrichtung extrem stabil ausgestaltet ist.
Bei einer anderen Ausführung der Anschlussvorrichtung sind mindestens zwei Leiter getrennt voneinander schaltbar, in denen jeweils ein Messwiderstand und ein Schalter in Reihe angeordnet sind. Aufgrund der Verwendung von zwei schaltbaren Leitern erhöht sich deutlich die Funktionalität der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung. So kann nämlich der eine Leiter mittels des vorgesehenen Schalters abgeschaltet werden, wahrend der andere Leiter unabhängig davon eingeschaltet bleiben kann. So ist es dadurch denkbar, dass zum Beispiel nur gewisse elektrische Verbraucher abgeschaltet werden, die zurzeit eine Fehlfunktion auslösen oder eine Überlast in dem entsprechenden Leiter verursachen.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Anschlussvorrichtung ist zumindest ein Leiter, der mit einem Messwiderstand versehen ist, mit einem Stromgeαnerator des Fahrzeuges elektrisch verbunden, um den daraus in die Batterie fließenden Strom messtechnisch zu erfassen. Somit ist - A - es möglich, nicht nur den von der Batterie ausgehenden Strom zu erfassen, sondern auch den durch den Generator erzeugten einfließenden Strom 201 bestimmen. Aus diesen Daten lässt sich der Batteriezustand bzw. die Ladekapazität der Batterie relativ eindeutig bestimmen, da eine Gesamtenergiebilanz um die Batterie gezogen werden kaπüα.
Bei einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Anschlussvorrichtung ist zumindest ein Leiter vorhanden, der permanent mit Not- und/oder Sicherheitssystemen des Fahrzeuges verbunden ist, sodass diese durchgehend mit Strom aus der Batterie versorgt sind. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, dass zum Beispiel die Sicherheitssysteirte für den Airbag oder Gurtstraffer auch bei einem Crash mit ausreichend Strom versorgt werden. Trotzdem kann der restliche Teil der Fahrzeugelektrik stromlos geschaltet werden, um einen Kurzschluss zu vermeiden und somit die Explosionsgefahr zu verringern.
Bei einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der Anschlussvorrichtung sind Halbleiterschaltelemente als elektrische Schalter vorgesehen. Insbesondere können als
Halbleiterschaltelemente so genannte MOS-FET-Halbleiter als elektrische Schalter verwendet werden. Diese Halbleiterschalter haben einerseits den Vorteil, dass sie auf einfache Art und Weise angesteuert bzw. betätigt werden können und andererseits einen hohen Stromfluss erlauben.
Um möglichst eine hohe Integration der Anschlussvorriclitung in die übrige Fahrzeugelektronik zu ermöglichen, ist zumindest eine Verbindungsleitung zrwischen einer externen Einheit (der Fahrzeugelektronik) und dem elektrischen Modul vorgesehen, damit Signale, Daten oder sonstige Informationen elektrisch oder optisch zwischen den entsprechenden Systemen ausgetauscht werden können.
Bei der zuvor genannten Variante der Anschlussvorrichtung kann es sich bei der Verbindungsleitung um eine LIN-Bus oder CAN-Bus-Datenleitung handeln. Somit ist eine standardisierte Verbindung zu externen Einheiten der Fahrzeugelektrik bzw. Elektronik möglich. Hierdurch wird eine einfache und kostengünstige Integration der
Anschlussvorrichtung erzielt.
Bei einer besonderen Variante der Anschlussvorrichtung; weist das elektrische Modul einen integrierten Schaltkreis (so genanntes IC), insbesondere einen ASIC auf. Durch die Verwendung des integrierten Schaltkreises lassen sich die -Anwendungsmöglichkeiten und die Funktionalität der Anschlussvorrichtung auf einfache Art und Weise deutlich erhöhen. Darüber hinaus können in der Regel Standardbauteile als Integrierte Schaltkreise verwendet werden, die kostengünstig zur Verfügung stehen.
Bei einer weiteren Anschlussvorrichtung erfasst das elektrische Modul außer dem Stromfluss aus und zur Batterie auch die jeweilige Batteriespannung, Batterietemperatur, sowie weitere Messgrößen aus der Umgebung der Batterie. Durch diese IMaßnahme lässt sich der Ladungszustand der Batterie exakt bestimmen. Außerdem kann auch die Lebensdauer der Batterie besser berechnet werden. Zusätzlich kann so sichergestellt werden, dass auf jeden Fall die Ladekapazität der Batterie ausreicht, um das Fahrzeug beim nächsten Mal erneut starten zu können.
Bei einer zusätzlichen Ausführungsform der Anschlussvorrichtung sind die von dem elektrischen Modul erfassten Messgrößen weiter verarbeitbar und in einem nicht flüchtigen
Speicher erfassbar. Somit ist es möglich, dass auch externe Module auf diese erfassten Messgrößen zurückgreifen können und auch die Anschlussvorrichtung eine Alterung der Batterie anhand der gespeicherten Daten erkennt. Außerdem ist es möglich, anhand dieser Daten lernfahige Steuerungen oder Regelung einzusetzen, um auch unvorhersehbare Fälle in der Fahrzeugelektrik in Zukunft richtig behandeln zu können.
Bei einer besonderen Variante der Anschlussvorrichtung sind sämtliche schaltbaren Leiter mittels der Schalter in diesen Leitern durch das elektrische Modul stromlos schaltbar, sofern bei einem Fahrzeugcrash von einer externen Einheit ein Crashsignal erzeugt worden ist. Wie bereits erwähnt, lässt sich hiermit die Kurzschlussgefahr und damit die Brandgefahr bei einem Unfall deutlich reduzieren. Ebenfalls kann verhindert werden, da.ss durch einen entstandenen Kurzschluss die Batterie selbst zur Explosion neigt.
Bei einer weiteren Variante der Anschlussvorrichtung ist eine Überlast in einem Leiter durch das elektrische Modul mittels des vorhandenen Messwiderstandes messtechnisch erfassbar, worauf dieser Leiter durch den entsprechenden Schalter stromlos geschaltet werden kann. Hierdurch kann auch der Ladezustand der Batterie immer über einem gewissen Minimum gehalten werden, so dass das Fahrzeug auf jeden Fall wieder gestartet werden kann. Darüber hinaus lässt sich auch die Batterie dadurch schonen, sodass sich eine lange Lebensdauer der Batterie erzielen lässt. Ebenfalls ist es denkbar, dass bei einer besonderen Anschlussvorrichtung der Stromfluss durch einen Leiter zu einem elektrischen Verbraucher durch den zugehörigen Schalter trennbar ist, falls ein entsprechendes Signal oder eine entsprechende Information beim elektrischen Modul vorliegt. Durch diese Maßnahme können externe Module oder Steuerungen gezielt einzelne
Leiter an- oder ausschalten. So kann beispielsweise eine zusätzliche Überwachungseinheit dafür sorgen, dass fehlerhafte Elektronik oder Elektrik bewusst ausgeschaltet werden.
Zusätzlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur elektrischen Überwachung und Regelung eines Batteriezustands, insbesondere bei Fahrzeugen mit einer Anschlussvorrichtung gemäß den
Ansprüchen 1 bis 16. Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, den Stromfluss im Einzelnen von dem von der Batterie abgehenden elektrischen Leiter zu erfassen und entsprechend der erfassten Messwerte oder anhand von externen Informationen an- bzw. abzuschalten.
Darüber hinaus kann das Verfahren dazu dienen, dass das elektrische Modul in einer Parkstellung des Fahrzeuges anhand selbst generierter Informationen den Stromfluss durch einen Leiter zu einem elektrischen Verbraucher "unterbricht, falls dieser nicht ordnungsgemäß abgeschaltet wird oder nicht in den so genannten Stand-By Betrieb wechselt. Somit ist das ^Verfahren selbst dazu geeignet, Überwachungsfunktionen der Fahrzeugelektrik zu übernehmen und eventuell hilfreich einzugreifen.
TNTachstehend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, die die erfindungsgemäße Anschlussvorrichtung in menreren Ausführungsbeispielen darstellen.
Es zeigen:
Fig. 1 in Schnittdarstellung, eine Anschlussvorrichtung, insbesondere für eine
Fahrzeugbatterie,
Fig. 2 ein Schaltbild für ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung mit modularem Aufbau,
Fig. 3 ein Schaltbild für ein zweites Ausführungsbeispiel der erfϊndungsgemäßen Anschlussvorrichtung, Fig. 4 ein Schaltbild für ein drittes Ausfühnxngsbeispiel der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung.
In der Fig. 1 ist die Anschlussvorrichtung 10 als einteiliges Element dargestellt. Diese erfindungsgemäße Anschlussvorrichtung 10 weist wie die herkömmlichen Anschlussvorrichtungen eine Öffnung 27 flir den Batteriepol 12 auf. Damit die Anschlussvorrichtung 10 kraftschlüssig mit dem Batteriepol 12 verbunden werden kann, um so eine sichere elektrische Verbindung herzustellen, sind die Schraube 29 und die Mutter 28 vorgesehen, wodurch der Radius der Öffnung 27 beim Anziehen der Mutter 28 verringert werden kann. Vorteilhafterweise weist die Schraube 29 einen vierkantartigen Kopf auf, um eine selbstständige Verdrehung in der Anschlussvorrichtung 10 zu vermeiden.
Erfϊndungsgemäß ist in dem abgehenden Strang der Anschlussvorrichtung 10, der einen Leiter 13 darstellt, ein Schalter 15 und ein Messwiderstand 14 angeordnet. Um eine elektrische
Trennung zwischen dem linken und dem rechten Teil der Anschlussvorrichtung 10 vorzunehmen, ist eine Isolation 30 unterhalb des Schalters 15 vorgesehen. Hierdurch wird sichergestellt, dass der von der Batterie ausgehende Strom auf jeden Fall über den Schalter 15 fließen muss, um zum Leiter 13 zu gelangen.
Die erfindungsgemäße Anschlussvorrichtung 10 unterscheidet sich von den herkömmlichen Anschlussvorrichtungen durch ihre Funktionalität. So ist die erfindungsgemäße Anschlussvorrichtung 10 in der Lage, den durchfließenden Strom zu erfassen und gegebenenfalls einen Leiter 13 mittels des Schalters 15 abzuschalten. Zur Strommessung weist die Anschlussvorrichtung 10 einen Messwiderstand 14 auf, der in Reihe zum Leiter 13 geschaltet ist. Über zwei vordefinierte Kontaktstellen 18 kann somit die anliegende Spannung am Messwiderstand 14 (kurz Shunt genannt) durch ein elektrisches Modul erfasst werden. Durch dieses elektrische Modul ist es ebenfalls möglich, den Schalter 15 zu betätigen. Um die gesamte Funktionalität der Anschlussvorrichtung zu realisieren, ist eine Leiterplatte 24 vorgesehen, auf der elektrische bzw. elektronische Bauteile 25 und/oder ein integrierter
Schaltkreis (IC) 26, insbesondere ein so genannter ASIC angeordnet ist.
Die von der Anschlussvorrichtung 10 abgehenden Leiter 13 sind durch eine Crimpverbindung mit der Anschlussvorrichtung verbunden. Darüber hinaus ist es sinnvoll, den kompletten elektronischen bzw. elektrischen Teil der Anschlussvorrichtung 10 mit einer Kunststoffinasse zu umspritzen, um die Anschlussvorrichtung 10 gegen äußere Einflüsse zu schützen.
In den Fig. 2 bis 4 sind verschiedene elektrische Ausfuhrungsformen der Anschlussvorrichtung anhand der entsprechenden Schaltbilder dargestellt. Bei diesen drei
Ausfuhrungsformen ist immer der Minuspol 12 der Batteriel 1 mit der Erde bzw. Fahrzeugkarosserie verbunden. Dagegen ist der Pluspol 12 der Batterie 11 mit der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung versehen. Von dieser Anschlussvorrichtung 10 gehen die verschiedenen Leiter 13D, 13 ' 13" ab. Bei dem Leiter 13D handelt es sich um einen Dauerstromleiter, der permanent mit dem Pluspol 12 der Batterie 11 verbunden ist, um sicherzustellen, dass die daran angeschlossenen Notstromsysteme bzw. Sicherheitssysteme xnit Energie versorgt werden. Bei diesen Sicherheitssystemen kann es sich z.B. um Airbags, Gurtstraffer oder Teile der Zentralverriegelung handeln. Ebenfalls sehen alle drei Variante» (s. Fig.2 bis 4) der erfmdungsgemäßen Anschlussvorrichtung 10 vor, dass die Kommunikation der Anschlussvorrichtung 10 mit einer oder mehreren externen Einheiten 17 über eine
Verbindungsleitung 21 stattfindet. Bei dieser Verbindungsleitung 21 kann es sich z.B. um ein LEST- oder CAN-Bus-System handeln.
Wie aus der Fig. 2 zu erkennen ist, ist die Anschlussvorrichtung 10 als modulares System aufgebaut. Bei diesem modularen System werden die einzelnen Module durch eine übergeordnete Einheit miteinander verbunden. Um beispielsweise den durchfließenden Strom im Leiter 13' bestimmen zu können, ist der IMesswiderstand 14' vorgesehen. Da die Größe des Messwiderstandes 14' selbst bekannt ist, kann anhand der gemessenen Spannung am Messwiderstand 14 der durchfließende Strom 1 bestimmt werden. Ebenfalls kann an dieser Stelle auch die Temperatur der Batterie erfasst werden. Diese Daten werden von dem ersteaα
Modul über ein Bus-System weitergeleitet. Ebenfalls geschieht die Ansteuerung des Schalters 15, der in der Fig. 2 als Halbleiterschalter, insbesondere MOS-FET-Halbleiterschalter dargestellt ist, über ein Bus-System. Durch diese Halbleiterschalter 15 ist es möglich, die Leiter 13' und 13 " abzuschalten, so dass keine elektrische Verbindung mehr zum Pluspol 12 der Fahrzeugbatterie 11 besteht. Durch den Leiter 13' fließt der Strom Is bis zum Starter bzrw. der Strom IB zur EM-Box. Um auch den zur Batterie fließenden Strom IG des Generators (auch Lichtmaschine genannt) erfassen zu können, ist der Widerstand 14" vorgesehen. Auch die Größe dieses Widerstandes 14" ist bekannt, so dass der Strom IG durch die anliegende Spannung UQ ermittelt werden kann. Diese Informationen werden ebenfalls über den Datenbus weitergegeben. Dabei ist es denkbar, dass einerseits die entsprechenden Module ihre Informationen über das Bus-System an eine externe Einheit 17 weitergeben, oder an ein übergeordnetes elektrisches Modul 16, welches ebenfalls zur Anschlussvorrichtung 10 gehört.
Aus dem Ausfuhrungsbeispiel in Fig. 3 geht ein zentraler Aufbau für die erfindungsgemäße Anschlussvorrichtung 10 hervor. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel aus Fig.2 besteht diese Anschlussvorrichtung 10 eben nicht aus einzelnen Modulen, die auf unterschiedlichste Art und Weise miteinander kommunizieren können, sondern nur aus einem einzigen Modul. Somit werden die erfassten Messgrößen an dem Widerstand 14' bzw. 14" direkt an ein IC 2:2 weitergeleitet. Dabei kann es sich insbesondere um ein ASIC handeln. Um den Informationsfluss der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung 10 mit der restlichen
Fahrzeugelektronik zu ermöglichen, ist zusätzlich eine Verbindungsleitung 21 vorgesehen. Diese Verbindungsleitung 21 sorgt für den Informationsaustausch zwischen der Anschlussvorrichtung 10 bzw. des ASIC 22 und einer externen Einheit 17. Darüber hinaus ist es denkbar, dass eine zusätzliche Verb»indungsleitung 21C zur Anschlussvorrichtung 10 geführt wird, wodurch eine Abschaltung der Leiter 13' und 13 " bei einem Fahrzeugcrash ermögliclit wird. Bei einem Crash kann somit das entsprechende Signal für eine Ansteuerung des Schalters 15 sorgen, wodurch die bereits erwähnten Leiter 13' und 13" von dem Batteriepol 12 getrennt werden.
Bei dem weiteren Ausführungsbeispiel der Anschlussvorrichtung 10 in der Fig. 4 wurde die
Reihenfolge der Anordnung des Schalters 15 und des Widerstands 14' vertauscht. Hierdurch ändert sich allerdings nicht die Funktionalität der Anschlussvorrichtung 10. Ebenfalls ist es denkbar, den abgehenden Leiter 13' durch zwei getrennt voneinander abgehende Leiter zu ersetzen. Hierdurch wird es möglich, z.B. nur den Starter abzuschalten, falls beispielsweise der zulässige Strom Is überschritten wird. Für die praktische Realisation der Erfindung ist es empfehlenswert, dass der Widerstand 14" 100 μΩ nicht übersteigt. Ebenfalls sollte der Widerstand 14' nicht mehr als 200 μT2 umfassen.
Abschließend sei bemerkt, dass auch andere elektrische Schaltungen für die erfϊndungsgemäße Anschlussvorrichtung 10 denkbar sind. Ebenfalls können, wie bereits erwähnt, die unterschiedlichen Leiter 13 durch die entsprechende Anordnung der Messwiderstände 14 und Schalter 15 abschaltbar ausgestaltet sein. Ebenfalls ist eine Kombination der verschiedenem Ausführungsbeispiele der Erfindung möglich, es sei denn dass sie sich gegenseitig ausschließen. Bezugszeichenlistε
10 Anschlussvorrichtung (einteilig)
11 Fahrzeugbatterie 12 Batteriepol
13 Leiter
13' Dauerstromleiter
13' Leiter für Verbraucher
13 Leiter für Generator 14 Messwiderstand (Shunt)
14' Batterie-Shunt
14 Generator-Shunt
15 Schalter (Halbleiterschalter)
16 elektrisches Modul 17 externe Einheit is Vordefinierte Kontaktstellen
19 Stromgenerator (des Fahrzeuges)
20 Not- bzw. Sicherheitssystem
21 Verbindungsleitung (z. B. LIN- oder CAN-Bus) 21c Verbindungsleitung für Crashsignal
22 Integrierter Schaltkreis (z. B. ASIC)
23 Elektrischer Verbraucher
24 Leiterplatte
25 Elektrische / elektronische Bauteile 26 Integrierter Schaltkreis (IC)
27 Öffnung für Batteriepol
28 Mutter
29 Schraube (mit vierkantigem Kopf)
30 Isolation

Claims

Ansprüche
1. Anschlussvorrichtung (10) für eine Batterie, insbesondere eine Fahrzeugbatterie (11), die zur elektrischen Verbindung von einem Batteriepol (12) mit zumindest einem von der Batterie abgehenden, elektrischen Leiter (13) dient, mit
- zumindest einem Messwiderstand (14), der in wenigstens einem abgehenden elektrischen Leiter (13) vorgesehen ist, um den durchfließenden Strom zu erfassen, wobei der Messwiderstand (14) selbst in der Anschlussvorrichtung (10) einteilig integriert ist, und
- zumindest einem elektrischen Schalter ( 15), durch den der abgehende elektrische Leiter (13) lösbar kontaktiert werden kann, so dass der Stromfluss in diesem Leiter (13) ein- und ausschaltbar ist, und wobei auch der elektrische Schalter (15) in der Anschlussvorrichtung (10) integriert ist, und - einem elektrischen Modul (16), welches einerseits mit wenigstens einen
Messwiderstand (14) und andererseits mit wenigstens einem Schalter (15) elektrisch verbunden ist, wobei Informationen einer externen Einheit (17) und / oder anschlussvorrichtungsinterne Informationen, die nur innerhalb der Anschlussvorrichtung (10) generiert werden, zur Ansteuerung von wenigstens einem elektrischen Schalter (15) dienen.
2. Anschlussvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Messwiderstand (14) durch eine Schweiß- bzw. Lötverbindung in der Anschlussvorrichtung (10) integriert ist.
3. Anschlussvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Anschlussvorrichtung (10) aus einem niederohmigen Material besteht und somit selbst den Messwiderstand (14) bildet, wobei die Größe des Messwiderstands (13) anhand von zwei vordefϊnierten Kontaktstellen (18) eindeutig bekannt ist.
4. Anschlussvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Leiter (13', 13"), in denen jeweils ein Messwiderstand (14', 14") und ein Schalter (15', 15") in Reihe angeordnet sind, getrennt von einander sctialtbar sind.
5. Anschlussvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Leiter (13), der mit einem Messwiderstand (14) versehen ist, mit einem Stromgenerator (19) des Fahrzeuges elektrisch verbunden ist, um den daraus in die Batterie (11) fließenden Strom inesstechnisch zu erfassen.
6. Anschlussvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Leiter (13) vorhanden ist, der permanent mit Not- vmd / oder Sicherheitssystemen (20) des Fahrzeuges verbunden ist, so dass diese durchgehend mit Strom aus der Batterie (11) versorgt sind.
7. Anschlussvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Halbleiterschaltelemente als elektrische Schalter (15) vorgesehen sind.
8. Anschlussvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass MOS-FET tialbleiterschaltelemente als elektrische Schalter (15) vorgesehen sind.
9. Anschlussvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Verbindungsleitung (21) zwischen einer externen Einheit (17) und dem elektrischen Modul (16) vorgesehen ist, um Signale, Daten oder sonstige
Informationen, elektrisch oder optisch zwischen den beiden Systemen auszutauschen.
10. Anschlussvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Verbindungsleitung (21) um eine LIN-Bus oder C_AN-Bus- Datenleitung handelt.
1 1. Anschlussvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Modul (16) einen integrierten Schaltkreis (22), insbesondere einen ASIC enthält.
12. Anschlussvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Modul (16) außer dem Stromfluss aus und zur Batterie auch die Batteriespannung, Batterietemperatur sowie weitere Messgrößen aus der Umgebung der Batterie (11) erfasst.
13. Anschlussvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem elektrischen Modul (16) erfassten Messgrößen weiterverarbeitbar und in einem nicht flüchtigen Speicher speicherbar sind.
14. Anschlussvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fahrzeugcrash von einer externen Einheit (17) ein Crash-Signal erzeugt wird, wodurch sämtliche schaltbaren Leiter (13) mittels der Schalter (15) durch das elektrische Modul (16) stromlos schaltbar sind.
15. Anschlussvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überlast in einem Leiter (13) durch das elektrische Modal (16) mittels des vorhandenen Messwiderstandes (14) messtechnisch erfassbar ist und dieser Leiter (13) mittels des Schalters (15) stromlos schaltbar ist.
16. Anschlussvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromfluss durch einen Leiter (13) zu einem elektrischen Verbraucher
(23) durch einen Schalter (15) trennbar ist, falls ein entsprechendes Signal oder eine entsprechende Information beim elektrischen Modul (16) vorliegt.
17. Verfahren zur elektrischen Überwachung und Regelung eines Batteriezustands, insbesondere bei Fahrzeugen mit einer Anschlussvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
18. Verfahren nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Modul (16) in einer Parkistellung des Fahrzeuges anhand selbst generierter Informationen den Stromfluss durch einen Leiter (13) zu einem elektrischen Verbraucher (23) unterbricht, falls dieser sich nicht ordnungsgemäß abschaltet oder nicht in den Stand-By Betrie"b wechselt.
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