ES2265124T3 - Dispositivo sensor de bateria. - Google Patents

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Abstract

Sensor de batería (3, 4) que comprende un shunt de medida (3) y una unidad electrónica (4), - en donde el shunt de medida (3) está constituido por dos terminales de resistencia planares (10a, 10b) y un elemento de resistencia planar (11) dispuesto entre dichos terminales de resistencia (10a, 10b), y el espesor del elemento de resistencia (11) es menor que el espesor de los terminales de resistencia (10a, 10b), y - la unidad electrónica (4) o su placa de soporte (12) está fijada a los terminales de resistencia (10a, 10b) por medio de un material eléctricamente conductor (14) de tal manera que resulta una cavidad entre el elemento de resistencia (11) y la placa de soporte (12).

Description

Dispositivo sensor de batería.
La invención se refiere a un sensor de batería.
Un dispositivo sensor de batería es conocido, por ejemplo, por el documento US 5,939,861. En este dispositivo conocido el sensor de batería está dispuesto en una cavidad prevista a propósito para éste en la tapa de la batería y tiene que fijarse a ambos polos de dicha batería.
Se conocen diversos dispositivos y procedimientos para la vigilancia, control y regulación de una red a bordo de un vehículo automóvil, tal como para la distribución de energía, el control de la energía y especialmente el equilibrado de la carga de las baterías. Según el caso de aplicación, son necesarias usualmente al menos las magnitudes de corriente de la batería, tensión de la batería y temperatura de la batería. Para captar la corriente de la batería se emplean usualmente sensores en la línea de acometida a la batería. La tensión de la batería y la temperatura de la batería se miden casi siempre por medio de sensores independientes directamente de los polos de la batería o lejos de éstos. Por tanto, según el estado de la técnica, se emplean usualmente tres dispositivos completamente independientes, para los cuales tiene que crearse por separado espacio de montaje en cada vehículo y las informaciones de los cuales tienen que ser retransmitida casi siempre a aparatos de control de rango superior para su elaboración posterior. Para la medición de corriente se emplean, por ejemplo, shunts de medida.
Respecto de más antecedentes técnicos en relación con dispositivos sensores de batería, se hace referencia a los documentos DE 35 32 044 A1 y WO 99/54744 A1. En cuanto a shunts de medida, se hace referencia a los documentos EP 605800 A1, DE 195 10 662 A1 y US 3 330 027 A.
El cometido de la invención consiste en mejorar un sensor de batería de la clase citada al principio, que comprende un shunt de medida y una unidad electrónica, de tal manera que se reduzca los costes de montaje y el gasto en logística y se incremente la precisión de medida.
Este problema se resuelve con las características de la reivindicación 1. Perfeccionamientos ventajosos de la invención constituyen los objetos de las reivindicaciones subordinadas.
Mediante la invención se crea un sensor de batería integrado que puede montarse en cualquier vehículo con solo un pequeño coste adicional y con solo un pequeño espacio de montaje necesario. Además, se reduce la probabilidad de fallo debido a la forma de construcción compacta y a la integración de varios componentes necesarios.
En el dibujo se representa un ejemplo de realización de la invención. Muestran:
La figura 1a, la vista en planta de una primera construcción posible del sensor de baterías según la invención en una unidad de montaje integrada constituida por sensor de batería y dispositivo de fijación, en representación bidimensional,
La figura 1b, la sección B-B a través de la figura 1a,
La figura 2, la primera construcción posible de la unidad de montaje integrada constituida por el sensor de batería según la invención y el dispositivo de fijación, en representación tridimensional,
La figura 3, una representación esquemática más exacta del sensor de batería constituido por el shunt de medida y la unidad electrónica,
La figura 4, una representación esquemática más exacta de la unidad electrónica,
La figura 5a, esquemáticamente, una segunda construcción posible de la unidad de montaje integrada constituida por sensor de batería y dispositivo de fijación, en representación bidimensional,
La figura 5b, una construcción ligeramente modificada respecto de la figura 5a,
La figura 6a, una posibilidad de fijación de la unidad electrónica sobre el shunt de medida,
La figura 6b, otras posibilidades de fijación de la unidad electrónica sobre el shunt de medida y
La figura 7a, una posible configuración del shunt de medida.
En la figura 1a se representa el dispositivo de fijación del sensor de batería como, preferiblemente, un borne de latón de batería usual constituido por un cuerpo de borne 1 y un tornillo de apriete 2. El sensor de batería 3, 4 según la invención está constituido sustancialmente por un shunt de medida 3 y una unidad electrónica 4. En la figura 1a se pueden ver únicamente los dos terminales de resistencia (10a, 10b; véase también la figura 2) del shunt de medida 3, configurados como soportes mecánicos, y un revestimiento inyectado de plástico de la unidad electrónica 4. El sensor de batería 3, 4 y el dispositivo de fijación 1, 2 están agrupados preferiblemente formando una unidad de montaje integrado. El dispositivo de fijación 1, 2 tiene que conectarse solamente a un único polo de una batería, por ejemplo al polo negativo. La unidad de montaje constituida por el dispositivo de fijación 1, 2 y el sensor de batería 3, 4 está adaptada en forma y tamaño a la cubeta de los polos de batería conocida (no representada aquí a propósito) y especificada según la norma polaca DIN 72311 (parte 15).
El primer terminal de resistencia 10a representado arriba en la figura 1a es conductor y el segundo terminal de resistencia 10b representado abajo en la figura 1a está fijado en forma aislante al cuerpo de borne 1 a través de una pieza aislante 6. En el segundo terminal de resistencia 10b se puede conectar el terminal de un cable de conexión habitual, por ejemplo por medio de un tornillo 5 y una tuerca 7 empotrada en la pieza aislante 7 (véase la figura 1b). En el presente ejemplo de realización, en el que el borne 1, 2 deberá conectarse al polo negativo de la batería, el cable de conexión (no representado aquí) une el terminal de resistencia 10b del lado de salida del shunt de medida 3 con la masa del vehículo automóvil.
En la figura 2 se ha representado en forma tridimensional la unidad de montaje ilustrada en las figuras 1a y 1b al fin de ilustrar la construcción de la misma. Los mismos componentes están provistos de símbolos de referencia iguales.
En la figura 3 se representan sustancialmente los detalles del shunt de medida 3, posibles disposiciones de un sensor de temperatura 13, 13a o 13b y una posible unión de estos componentes con la unidad electrónica 4. El shunt de medida 3 está constituido por un elemento de resistencia 11 y dos terminales de resistencia planares 10a y 10b. Los terminales de resistencia 10a y 10b son preferiblemente superficies de cobre de construcción robusta. El material del elemento de resistencia 11 es preferiblemente manganina, zeranina o isaohm. El cobre y la manganina/zeranina/isaohm presentan aproximadamente los mismos coeficientes de dilatación térmica que el material de placa usual FR4 (material mixto con resina epoxídica como componente principal). Este material de placa se emplea preferiblemente también para la placa de soporte 12 de la unidad electrónica 4, que se representa en la figura 3 sin revestimiento de plástico inyectado. Por tanto, la placa de soporte 12 de la unidad electrónica 4 según la figura 3 puede ser fijada análogamente a la técnica SMD a través de simples sitios de soldadura 14 en los terminales de resistencia 10a y 10b. Como alternativa, la placa de soporte 12 puede fijarse también de forma conductora al shunt de medida 3 a través de cortas líneas de percepción de los terminales de resistencia 10a y 10b dobladas en aproximadamente 90º hacia arriba. Los sitios de soldadura 14 o los terminales de las líneas de percepción están dispuestos lo más cerca posible del elemento de resistencia 11. El elemento de resistencia 11 se integra por técnicas de conexionado en la unidad electrónica 4 a través de los sitios de soldadura 14.
La unidad electrónica 4 o la placa de soporte 12 está unida en la figura 3 con un sensor de temperatura 13 para medir la temperatura de la batería. Disposiciones alternativas del sensor de batería están representadas mediante líneas de trazos con los símbolos de referencia 13a y 13b. El sensor de temperatura 13 está dispuesto directamente en el cuerpo de borne 1 en forma conductora del calor, por ejemplo por medio de un pegamento conductor del calor. Esta disposición hace posible una medición muy exacta de la temperatura, pero es algo más costosa que la disposición de los sensores de temperatura 13a y 13b, que están montados de forma conductora del calor en el terminal de resistencia 10b. El sensor de temperatura 13a está fijado en forma simplificada con la placa de soporte 12 a través de hilos de conexión. El sensor de temperatura 13b está unido con la placa de soporte 12, por ejemplo a través de sitios de soldadura, para impedir los hilos de conexión. Sin embargo, para el sensor de temperatura 13b es eventualmente necesaria una escotadura en la placa de soporte 12.
La unidad electrónica 4 o la placa de soporte 12 presenta un enchufe 16, por ejemplo bipolar. En la patilla 18 del enchufe 16 se puede conectar un cable de alimentación para el otro polo de la batería, aquí para el polo positivo. En la patilla 17 del enchufe 16 se puede conectar, por ejemplo, una línea de comunicación bidireccional para otros aparatos electrónicos dispuestos en el vehículo automóvil. Como alternativa, la línea de comunicación puede necesitar también dos patillas (por ejemplo, en caso de que se emplee un bus CAN). Sin embargo, en una tercera alternativa la comunicación puede realizarse también mediante transmisión por radio. En lugar de una unión a través de un enchufe 16, se puede prever también, por motivos de espacio, una unión directa de las líneas de conexión con la placa (por ejemplo, por soldadura de aporte, pegadura o soldadura autógena). (No se representan aquí las alternativas).
Por último, en la figura 3 y en la figura 4 se muestra una primera toma de tensión 15 para medir la tensión U_{bat} de la batería, la cual está unida de forma conductora con el terminal de resistencia 10a del lado del polo de la batería (por ejemplo, para el polo negativo). La segunda toma para medir la tensión U_{bat} de la batería está formada por la patilla 18 (por ejemplo, para el polo positivo de la batería).
En la figura 4 se representan otros detalles de la placa de soporte 12 o de la unidad electrónica 4. La placa de soporte 12 o la unidad electrónica 4 presenta una unidad de medida, evaluación y control 20. La unidad 20 capta la tensión U_{bat} de la batería, la tensión U entre los dos sitios de soldadura 14 y la temperatura de la batería. A partir de la tensión U se puede calcular la corriente (I) de la batería. A este fin, en la unidad 20 está almacenado, por ejemplo, el valor óhmico (R) del elemento de resistencia 11. La unidad 20 presenta preferiblemente un microprocesador y una memoria. La unidad 20 puede contener también amplificadores y/o convertidores A/D usuales para el tratamiento de las mediciones. La unidad 20 puede obtener otras magnitudes indicadoras de la batería de cualquier naturaleza, como, por ejemplo, el estado de carga o el estado de envejecimiento. Asimismo, la unidad 20 no sólo puede a su vez transmitir informaciones por la línea de comunicación, sino que también puede recibir más informaciones de otros aparatos de control y procesar éstas adicionalmente junto con las magnitudes de la batería. La línea de comunicación y la línea de alimentación al enchufe 16 se han representado agrupadas como un mazo de cables 21.
Dependiendo de las informaciones que se presenten a la unidad 20, ésta puede activar un interruptor de potencia 19 que puede cerrar o abrir una interrupción presente en el terminal de resistencia 10b. Se puede desconectar entonces, por ejemplo en casos de emergencia, la alimentación de la batería del vehículo automóvil. Como alternativa, se puede integrar también para ello el interruptor de potencia 19 en uno de los dos cables de conexión para el polo positivo o para el polo negativo de la batería y se puede activar dicho interruptor desde la unidad 20.
En la figura 5a se representa de forma complementaria, tan solo esquemáticamente, una segunda construcción posible de la unidad de montaje integrada constituida por el sensor de batería y el dispositivo de fijación. En este caso, se indica el taladro para el tornillo de apriete 2 por medio de la línea de trazos y puntos. Esta construcción se diferencia de la primera construcción solamente en que el sensor de batería 3, 4 está asentado localmente con más fuerza debido al tornillo de apriete 2 y, por tanto, está desacoplado de posibles tensiones de deformación producidas al fijar el cuerpo de borne 1.
La figura 5b muestra una construcción muy semejante a la de la figura 5a, pero en la que está previsto un estrechamiento entre el cuerpo de borne 2 y el shunt de medida 3 para evitar tensiones del material en el cuerpo de borne 1.
En las figuras 6a a 7a se representan otras posibilidades de ejecución del shunt de medida 3 según la invención constituido por el elemento de resistencia 11 y los dos terminales de resistencia 10a y 10b, así como de la fijación de la unidad electrónica 4 o de su placa de soporte 12. Los terminales de resistencia 10a y 10b son preferiblemente (al igual que en la figura 3) unas superficies de cobre de configuración planar. El material del elemento de resistencia 11, preferiblemente manganina o zeranina, está dispuesto, al igual que en la figura 3, entre los terminales de resistencia 10a y 10b.
En las figuras 6a a 7a la placa de soporte 12 de la unidad electrónica 4 está fijada (también análogamente a la técnica SMD) a los terminales de resistencia 10a y 10b por medio de sitios de soldadura 14. En la figura 6a (y en la figura 7a, alzado lateral de la figura 6a) los sitios de soldadura 14 forman una línea trazada a lo largo del canto de la placa de soporte 12. A este fin, están previstas preferiblemente en los cantos de la placa de soporte unas pistas conductoras al menos parcialmente abiertas para los sitios de soldadura. Las líneas de soldadura 14 pueden estar también interrumpidas o bien componerse de puntos distanciados. La ejecución según la figura 6a (o la figura 7a) presupone que la anchura de la placa de soporte 12 no sea mucho mayor que la anchura del elemento de resistencia 11, ya que la soldadura tiene que preverse lo más cerca posible del elemento de resistencia 11. Según la invención, la construcción del shunt de medida según la figura 7a es tal que resulta una cavidad entre el elemento de resistencia 11 y la placa de soporte 12. Por tanto, el espesor del elemento de resistencia 11 es más pequeño que el de los terminales de resistencia 10a y 10b. Debido a esta cavidad es posible que la placa de soporte 12 sea equipada, en caso necesario, por ambos lados.
Como alternativa, según la figura 6b, la placa de soporte 12 puede estar unida también por sitios de soldadura 14 en el lado inferior de dicha placa 12 con los terminales de resistencia 10a y 10b en posiciones lo más próximas posible al elemento de resistencia 11 (análogamente a la figura 3). A diferencia de la figura 3, se prevé aquí para la estabilización mecánica (como en la figura 6a) una línea de soldadura continua (figura 6b a la izquierda) o una línea de soldadura interrumpida (figuras 6b a la derecha). El elemento de resistencia 11 se sigue integrando también por técnicas de conexionado en la unidad electrónica 4 a través de los sitios de soldadura 14. La ejecución según la figura 6b puede combinarse con la construcción del shunt de medida según la figura 7a. En una ejecución según la figura 6b la anchura de la placa de soporte 12 puede ser también mayor que la anchura del elemento de resistencia 11.
En cada ejecución se pueden prever también, en lugar de sitios de soldadura (14), unos sitios de pegado (14), por ejemplo por medio de un pegamento eléctrica y térmicamente conductor.
Por consiguiente, la unidad electrónica 4 o la platina de soporte 12 de dicha unidad electrónica 4 se fija fundamentalmente a los terminales de resistencia planares 10a y 10b por medio de un material eléctricamente conductor 14 (por ejemplo, material de soldeo o pegamento). Los sitios de soldadura o de pegadura 14 sirven así tanto para la integración eléctrica o por técnicas de conexionado del shunt de medida o del elemento de resistencia 11 en la unidad electrónica 4 como para la fijación mecánica de dicha unidad electrónica 4 o de su placa de soporte 12 en el shunt de medida o en sus terminales de resistencia 10a y 10b.

Claims (4)

1. Sensor de batería (3, 4) que comprende un shunt de medida (3) y una unidad electrónica (4),
- en donde el shunt de medida (3) está constituido por dos terminales de resistencia planares (10a, 10b) y un elemento de resistencia planar (11) dispuesto entre dichos terminales de resistencia (10a, 10b), y el espesor del elemento de resistencia (11) es menor que el espesor de los terminales de resistencia (10a, 10b),
y
- la unidad electrónica (4) o su placa de soporte (12) está fijada a los terminales de resistencia (10a, 10b) por medio de un material eléctricamente conductor (14) de tal manera que resulta una cavidad entre el elemento de resistencia (11) y la placa de soporte (12).
2. Sensor de batería según la reivindicación 1, caracterizado porque la cavidad está configurada de tal manera que la placa de soporte puede ser equipada por ambos lados.
3. Sensor de batería según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la fijación de la unidad electrónica (4) o de la placa de soporte (12) se efectúa lo más cerca posible del elemento de resistencia (11).
4. Sensor de batería según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la fijación de la unidad electrónica (4) o de la placa de soporte (12) en los terminales de resistencia (10a, 10b) - y especialmente también la unión por técnicas de conexionado entre el elemento de resistencia (11) y la unidad electrónica (4) - se efectúa por medio de una línea de soldadura continua o interrumpida.
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