JP4996802B2 - 電池センサ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電池センサ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電池センサ装置は、例えば米国特許第５，９３９，８６１号明細書より周知である。この周知の装置では、電池センサが特にこの電池センサのために設けられた電池キャップ内の凹みに配置され、そして電池の両電極に固定する必要がある。
【０００３】
エネルギー分配、エネルギー制御および特に電池の充電調整のような、動力走行車搭載ネットワークの監視、制御および規制に対し、種々の装置および方法が知られている。適用例に従い、通常少なくとも電池電流、電池電圧および電池温度のような測定量が必要である。電池電流の把握のため、電池への接続導線に通常センサが使用される。電池電圧および電池温度は、大抵の場合別々のセンサにより直接電池電極にて、またはそれより離れたところで測定される。従って従来の技術によれば、通常完全に独立した３つの装置が用いられ、これらに対し各走行車にて別々の構成空間を作らねばならず、その処理のための情報は多くの場合さらに上位の制御機器に伝達されねばならない。
【０００４】
電池センサ装置に関するさらなる技術的背景については、ドイツ特許公開第３５３２０４４号明細書およびＰＣＴ ＷＯ ９９／５４７４４Ａ１を指摘しておく。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、上に挙げた形式の電池センサを、組込み費用および支援経費を低減しかつ測定精度を高めるように改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、請求項１の構成により解決される。本発明の有利な構成が、従属請求項の内容となっている。
【作用及び効果】
【０００７】
本発明により、各走行車に付加経費が少なくかつ所要構成空間が小さく取付けることのできる統合された電池センサが創出される。さらに、コンパクトな構成形状および数個の所要構成部品の統合により故障の蓋然性が低下する。
【０００８】
【実施例】
本発明の実施例を、以下に図面により説明する。
図１ａに、電池センサの固定装置が、特に端子体１および締付けねじ２よりなる通常の電池・真鍮端子として示されている。電池センサ３，４は、主として測定分流器３および電子ユニット４から構成されている。図１ａには、測定分流器３の機械的担体として構成された２つの抵抗接続部（１０ａ，１０ｂ；図２をも参照）と、電子ユニット４の合成物質を散布した周囲（すなわち、可塑性物質のような合成物質を吹き付けられた周囲）とが見えるのみである。電池センサ３，４と固定装置１，２とは、本発明により１つの統合された構成ユニットに纏められている。固定装置１，２は電池の単一の極にのみ、例えば負極にのみ接続されねばならない。固定装置１，２と電池センサ３，４とからなる構成ユニットは、形状および大きさにおいて、（ここでは特に示さない）ポーランドＤＩＮ７２３１１（１５部）に詳細に記す周知の電池極受容体に適合している。
【０００９】
図１ａの上部に示す第１の抵抗接続部１０ａは導電性であり、図１ａの下部に示す第２の抵抗接続部１０ｂは絶縁性であって、絶縁部６を介して端子体１に固定されている。第２の抵抗接続部１０ｂには、例えばねじ５と絶縁部６内に埋め込まれたねじナット７（図１ｂ参照）とにより、通常の接続ケーブルのケーブルシューが接続可能となっている。端子１，２から成る固定装置を電池の負極に接続すべき本実施例では、（ここには図示しない）接続ケーブルが測定分流器３のアウトレット側抵抗接続部１０ｂを動力走行車アース体と結合する。
【００１０】
図２には、本発明の説明のため、図１ａと図１ｂに示す構成ユニットが３次元で示されている。同じ構成部品には、同じ符号が付されている。
図３には、主として測定分流器３の詳細、温度センサ１３，１３ａまたは１３ｂの可能な配置、およびこれらの構成部品の電子ユニット４との可能な結合が示されている。測定分流器３は、抵抗要素１１および平らな２つの抵抗接続部１０ａ，１０ｂよりなる。抵抗接続部１０ａ，１０ｂは、特に安定的に構成された銅面である。抵抗要素１１の材料は、マンガニン、ゼラニンまたはイサオーム（いずれも商品名）である。銅およびマンガニン、ゼラニン、イサオームは、通常のシート材料ＦＲ４（主構成部分としてエポキシ樹脂との混合材料）とほぼ同じ温度膨張係数を有する。このシート材料は、特に図３に周囲の合成物質散布なしで示す電子ユニット４の担体シート１２に対しても用いられる。従って、図３の電子ユニット４の担体シート１２は、ＳＭＤ技術と同じく、単なるはんだ位置１４を介して抵抗接続部１０ａおよび１０ｂに固定することができる。別法として、担体シート１２は抵抗接続部１０ａ、１０ｂの９０゜だけ上方へ曲げられた短い鎌状導線を介して、測定分流器３に導電的に固定することもできる。はんだ位置１４または鎌状導線の接続部は、できるだけ抵抗要素１１に近く配置される。抵抗要素１１は、はんだ位置１４を介して回路技術的に電子ユニット４に統合される。
【００１１】
図３において、電子ユニット４または担体シート１２は、電池温度測定用温度センサ１３と結合されている。温度センサの別の配置が、符号１３ａおよび１３ｂを付した破線により示されている。温度センサ１３は導熱的に、例えば導熱接着剤により直接に端子体１に配置される。この配置は、非常に正確な温度測定を可能にするが、しかし導熱的に抵抗接続部１０ｂに取り付けられる温度センサ１３ａおよび１３ｂの配置よりはいくらか高くつく。温度センサ１３ａは簡単に接続導線を介して担体シート１２と固定される。温度センサ１３ｂは、接続導線を避けるため、例えばはんだ位置を介して担体シート１２と結合される。しかし、温度センサ１３ｂに対しては、場合によって担体シート１２に凹みが必要である。
【００１２】
電子ユニット４または担体シート１２は、例えば２極プラグ１６を有する。プラグ１６のピン１８には、電池の他の極、この場合は正極への給電ケーブルが接続可能である。プラグ１６のピン１７には、例えば動力走行車における他の電子機器への二重管理式通信回線が接続可能である。別法として、通信回線は２つのピンを必要とすることもあり得る（例えば、ＣＡＮバス使用の場合）。しかし、第３の別法において、通信は無線伝達によっても行うことができる。プラグ１６を介して結合する代わりに、場所の節約の理由から、接続導線とシートとの直接結合部を設けることも可能である（例えば、はんだ付け、接着または溶接により）。この別法は、ここには示されていない。
【００１３】
最後に、図３および図４に電池電圧Ｕ_Battの測定用の第１電圧タップ１５が示されており、この電圧タップ１５は電池極側の（例えば負極に対する）抵抗接続部１０ａと導電的に結合されている。電池電圧Ｕ_Battの測定用の第２電圧タップは、ピン１８により形成される（例えば電池の正極に対し）。
【００１４】
図４に、担体シート１２または電子ユニット４のさらなる詳細が示されている。担体シート１２または電子ユニット４は、測定、評価兼制御ユニット２０を有する。該ユニット２０は、電池電圧ＵBatt、両はんだ位置１４間の電圧Ｕ、および電池温度を検知する。電圧Ｕより、電池電流（Ｉ）を算出することができる。このため、例えば抵抗要素１１の抵抗値（Ｒ）がユニット２０内に記憶されている。ユニット２０は、特にマイクロプロセッサおよび記憶装置を備えている。また該ユニット２０は、通常の増幅器および測定処理用Ａ／Ｄ変換器を有している。ユニット２０は、例えば充電状態または老化状態のような別の任意の電池指標値を検知することができる。さらにユニット２０自体、通信導線を介して情報を伝達するのみならず、他の制御機器の別の情報をも受け、これらを電池の諸数値に従い処理することができる。プラグ１６への通信導線と給電導線は、ケーブル束２１としてまとめて示されている。
【００１５】
ユニット２０は、これにある情報に依存して、抵抗接続部１０ｂにある中断部を開閉することのできる出力スイッチ１９を制御することが可能である。その際、例えば緊急の場合、動力走行車の電池給電を切ることができる。別法として、このため出力スイッチ１９が電池の正極または負極への両接続ケーブルの１つに統合され、そしてユニット２０により制御されるようにすることも可能である。
【００１６】
図５ａには、電池センサおよび固定装置よりなる本発明による統合された構成ユニットの第２の可能な構成を補足的に単に図式的に示す。この場合、鎖線により締付けねじ２用孔が示される。この構成は、電池センサ３，４が場所的により大きく締付けねじ２より離れており、それにより端子体１の固定時の可能な張力を受けないで済む点のみが第１の構成と異なる。
【００１７】
図５ｂは図５ａに非常に似た構成を示すものであるが、しかし端子体１と測定分流器３との間に縮小部が設けられ、それにより端子体１における材料応力が防止されている。
【００１８】
図６ａから図７ｂにおいて、測定分流器３の別の構成可能性が示され、これは抵抗要素１１および両抵抗接続部１０ａと１０ｂ、ならびに電子ユニット４またはその担体シート１２の固定装置よりなる。抵抗接続部１０ａと１０ｂは、特に（図３にも示すように）平らに構成された銅面である。抵抗要素１１の材料、特にマンガニンまたはゼラニンは、図３におけると同じく、抵抗接続部１０ａと１０ｂの間に配置される。
【００１９】
図６ａから図７ｂにおいて、電子ユニット４の担体シート１２は（ＳＭＤ技術に似て）、はんだ位置１４を介して抵抗接続部１０ａおよび１０ｂに固定されている。この場合図６ａにて（および図６ａの側面図である図７ａにて）、はんだ位置１４は担体シート１２の縁部に沿って長く引いた線を形成する。これに対し、特に担体シートの縁部に少なくとも一部にはんだ位置用の開放された導体レーンを設けている。はんだ線１４は、断続的となしまたは間隔のあいた点から構成することも可能である。図６ａ（または図７ａ）の構成は、担体シート１２の幅が抵抗要素１１の幅よりもそんなに大きくないことを前提としている。その理由は、はんだ付け個所はできるだけ抵抗要素１１の近くに設けなければならないからである。特に、この場合図７ａによれば、測定分流器３の構成は抵抗要素１１と担体シート１２との間に中空空間が生成されるようになっている。従って、抵抗要素１１の厚さは抵抗接続部１０ａと１０ｂの厚さより小さい。この中空空間により、担体シート１２を必要に応じ両側に取付けることが可能である。
【００２０】
別法として、図６ｂにて（および図６ｂの側面図である図７ｂにて）担体シート１２は、はんだ位置１４によってシート１２の下側にて抵抗接続部１０ａおよび１０ｂとできるだけ抵抗要素１１に近くで結合されるようにすることもできる（図３に似て）。この場合図３と相違して、機械的安定性のために（図６ａにおけるように）線として引いたはんだ線（図６ｂ左側）または断続的はんだ線（図６ｂ右側）が設けられる。抵抗要素１１は、はんだ位置１４を介して常に回路技術的にも電子ユニット４に統合される。図６ｂの構成は、図７ａまたは図７ｂによる測定分流器３の構成と組み合わせることができる。担体シート１２の下側の取り付けが必要でないとき、抵抗要素１１と担体シート１２との間に中空空間が設けられていない図７ｂによる構成が可能である。図６ｂおよび図７ｂによる構成の場合、担体シート１２の幅を抵抗要素１１の幅よりも大きくすることも可能である。
【００２１】
各構成において、はんだ位置１４の代わりに、例えば導電性かつ導熱性接着剤による接着位置１４を設けることも可能である。
従って基本的には、本発明により、電子ユニット４または電子ユニット４の担体シート１２は、導電性材料１４（例えばはんだまたは接着剤）を用いて平らな抵抗接続部１０ａおよび１０ｂに固定される。よって、はんだ位置または接着位置１４は、測定分流器または抵抗要素１１の電子ユニット４への電気的または回路技術的統合の用をなすのみならず、電子ユニット４またはその担体シート１２の測定分流器またはその抵抗接続部１０ａおよび１０ｂへの機械的固定の用をもなす。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】 電池センサと固定装置からなる本発明による統合された構成ユニットの第１の構成の二次元で示す平面図である。
【図１ｂ】 図１ａのＢ−Ｂ線による断面図である。
【図２】 電池センサと固定装置からなる本発明による統合された構成ユニットの第１の構成の三次元で示す斜視図である。
【図３】 測定分流器と電子ユニットからなる電池センサの図式図である。
【図４】 電子ユニットの図式図である。
【図５ａ】 電池センサと固定装置からなる本発明による統合された構成ユニットの第２の構成の二次元で示す図式図である。
【図５ｂ】 図５ａより少し変形された構成の図式図である。
【図６ａ】 電子ユニットの測定分流器への固定可能性を示す図である。
【図６ｂ】 電子ユニットの測定分流器への別の固定可能性を示す図である。
【図７ａ】 測定分流器の第１の構成を示す図である。
【図７ｂ】 測定分流器の第２の構成を示す図である。
【符号の説明】
１，２ 固定装置
３ 測定分流器
４ 電子ユニット
１０ａ，１０ｂ 抵抗接続部
１１ 抵抗要素
12 担体シート
１３，１３ａ，１３ｂ 温度センサ
１４ 導電性材料
１６ プラグ
１９ 出力スイッチ
２０ 測定、評価兼制御ユニット

Claims (8)

1. 動力走行車の電池の極に直接接続可能な固定装置を備える電池センサ装置にして、少なくとも電流の把握のための電池センサと前記固定装置が１つの統合された構成ユニットに纏められ、前記固定装置が電池の単一の極にのみ接続され、前記固定装置が動力走行車の電池接続ケーブル用の端子を有する電池センサ装置において、
   前記電池センサ（３，４）が平らな測定分流器（３）と電子ユニット（４）とからなること、前記平らな測定分流器（３）が抵抗要素（１１）とその両端に位置し機械的担持体として形成された２つの平らな抵抗接続部（１０ａ，１０ｂ）から構成されていること、前記電子ユニット（４）が前記抵抗接続部（１０ａ，１０ｂ）に固定されていること、および前記抵抗要素（１１）が前記電子ユニット（４）に電気的に接続するように前記抵抗要素（１１）が前記電子ユニット（４）と回路統合されていることを特徴とする、電池センサ装置。
2. 電池センサ（３，４）が平らな測定分流器（３）と電子ユニット（４）とからなること、測定分流器（３）が機械的担持体として構成された２つの抵抗接続部（１０ａ，１０ｂ）を有する抵抗要素（１１）として構成されていること、電子ユニット（４）または電子ユニット（４）の担体シート（１２）が導電性材料（１４）により平らな抵抗接続部（１０ａ，１０ｂ）に固定されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池センサ装置。
3. 電池センサ（３，４）が第１の抵抗接続部（１０ａ）を介して導電的に、そして第２の抵抗接続部（１０ｂ）を介して絶縁的に端子体（１）に固定されていること、および第２の抵抗接続部（１０ｂ）に電池の１つの極に付設された動力走行車給電用接続ケーブルが接続可能となっていることを特徴とする、請求項１または２に記載の電池センサ装置。
4. 電子ユニット（４）が、導熱的に抵抗接続部（１０ａ，１０ｂ）にまたは直接端子体（１）に配置されている温度センサ（１３，１３ａ，１３ｂ）と結合されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池センサ装置。
5. 電子ユニット（４）がプラグ（１６）を有し、このプラグに電池の他の極への少なくとも１つの給電ケーブルが接続可能であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池センサ装置。
6. 電子ユニット（４）がプラグ（１６）を有し、このプラグに動力走行車における他の電子機器への少なくとも１つの通信導線が接続可能であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電池センサ装置。
7. 電子ユニット（４）が、電池電圧（ＵBatt）、電池電流、電池温度およびその他の電池指示量の少なくとも一つを検出する測定・評価・制御ユニット（２０）を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電池センサ装置。
8. 抵抗接続部（１０ｂ）が出力スイッチ（１９）を介して閉止可能な中断部を有すること、および該出力スイッチ（１９）が測定・評価・制御ユニット（２０）により制御可能であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の電池センサ装置。

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