WO2010023004A1 - Shuntwiderstand mit auswerteschaltung - Google Patents

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Walia Maria Stoeffler
Stephan Mazingue-Desailly
Roland Hellwig
Gabriel Wetzel
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC

Definitions

  • the invention relates to a shunt resistor with an evaluation circuit, in particular for mounting in the load circuit of a battery for the
  • Battery sensor which detects the battery sizes current, voltage and temperature with high accuracy and sampling rate and, depending on the partitioning, partially or completely take over the task of battery state detection.
  • the electrical energy management is located in a so-called host control unit, which communicates with the battery sensor via a simple and inexpensive serial interface, preferably a so-called LIN bus.
  • a massive shunt resistor is inserted into a likewise solid conductor with a correspondingly adapted cross section, for example by soldering.
  • the shunt resistor consists of an inner hollow cable sheath, are guided in its interior measuring line from the measuring points at the ends of the shunt resistor through an opening to the outside to an evaluation circuit.
  • connection technology between the pole terminals, the shunt, the circuit board of the evaluation circuit and the test leads is demanding and highly critical.
  • the invention is based on a shunt resistor for measuring a current in a conductor, which is integrated as a solid component in the conductor.
  • An evaluation circuit for evaluating the voltage drop measured at the shunt resistor is contacted via test leads, and according to the invention the contacted ends of the shunt resistor are connected to the evaluation circuit via external flexible test leads.
  • the shunt resistor can be integrated as desired in the course of the conductor or can be arranged between the conductor and a pole terminal or consist of a ring placed around the pole terminal.
  • the corresponding advantageous embodiments are specified in the dependent claims 2 to 7.
  • the test leads can be connected via plug to the evaluation circuit or fixed to the evaluation circuit. It is particularly advantageous if the measuring leads are twisted, so that the EMC sensitivity is lower.
  • the evaluation circuit can be advantageously accommodated in a separate, spaced from the shunt resistor housing, so that the invention can be used in an advantageous manner for detecting the electrical state variables of a battery of a motor vehicle from the load current of the battery.
  • the evaluation circuit is connected to the shunt resistor, as mentioned, via the measuring lines and it can continue to connect the evaluation circuit with an energy management system of the motor vehicle via a LIN bus.
  • this housing can be designed much simpler than the previous battery sensor housing, which includes not only the electronics, but also the mechanical parts, such as shunt resistor and Poklemme.
  • This separate housing can be equipped with two plugs, a measuring plug and a signal connector, whereby a multi-chamber plug-in system can be provided.
  • the electronics and the shunt resistor he usually summarized in a unit, so that water can penetrate along the shunt resistor and thus reaches the electronics unit very quickly.
  • the electronics and the shunt resistor are disconnected so that these electronics, like all other automotive electronics units, can be protected via the housing and sealed plugs.
  • the voltage difference at the shunt resistor can be sensed in a simple manner on the test leads, these test leads can be connected with a plug to the electronics of the evaluation, so that the evaluation circuit or the shunt resistor can be easily replaced without that the test leads must be replaced.
  • the test leads for example, with a welding process (friction welding) or soldering is connected to the evaluation circuit, so that although the evaluation can not be replaced without exchanging the test leads, but such a solution may well be desirable be, if the two components shunt resistor and evaluation circuit must be coordinated together.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a conductor connected to a pole terminal of a battery with a shunt resistor integrated in the conductor and an evaluation circuit
  • FIG. 2 shows a modification of the arrangement according to FIG. 1 with a shunt resistor located between the conductor and the pole terminal,
  • FIG. 3 shows a modification of the arrangement according to FIG. 2 with a shunt resistor located between the conductor and the pole terminal
  • FIG. 4 shows a modification of the arrangement according to FIG. 2 with a shunt resistor ring-like around the pole terminal.
  • FIG. 1 shows a shunt resistor 1 in a conductor 2, which is made, for example, from manganin and thus is a resistance element for introduction into a circuit of a battery for a motor vehicle, which is not explained here.
  • the state of the battery can thus be done by measuring the voltage drop across the shunt resistor 1, in particular the load current behind a positive or negative terminal 3 of the battery with an evaluation circuit 4, which is arranged separately.
  • the shunt resistor 1 is contacted via two terminals 5 and 6, so that two preferably twisted measuring lines 7 and 8 can be connected via a measuring plug 9 or permanently connected to the evaluation circuit 4.
  • the evaluation circuit 4 contains the electronics required for a signal analysis and can communicate via a signal connector 10 with a higher-level energy management system in the motor vehicle.
  • FIG. 2 shows an alternative attachment of the shunt resistor 1 directly at the end of the conductor 2 at the connection to the pole terminal 3.
  • FIG. 3 shows a shunt resistor 11 designed as a tube which is welded at one end to the pole terminal 3 and is connected to the other end with the measuring line 2 fixed and electrically conductive, for example by crimping.
  • FIG. 1 An arrangement of a shunt resistor 12 as a ring-shaped placed around the pole terminal 3 resistance element is shown in FIG. Here, therefore, the terminals 5 and 6 are to be mounted for the measuring lines on the inner and outer diameter of the shunt resistor 12.

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Abstract

Es wird ein Shuntwiderstand (1 ) zur Messung eines Stromes in einem Leiter (2) vorgeschlagen, der als weitgehend massives Bauteil in den Leiter (2) integriert ist, und es ist eine über Messleitungen kontaktierte Auswerteschaltung (4) zur Auswertung des am Shuntwiderstand (1 ) gemessenen Spannungsabfalls vorhanden. Die kontaktierten Enden des Shuntwiderstandes (1 ) sind über äußere flexible Messleitungen (7,8) an die Auswerteschaltung (4) angeschlossen.

Description

Beschreibung
Titel Shuntwiderstand mit Auswerteschaltung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Shuntwiderstand mit einer Auswerteschaltung, insbesondere zur Anbringung im Laststromkreis einer Batterie für die
Zustandserkennung der Batterie als Bestandteil eines Energiemanagementsystem in Kraftfahrzeugen, nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Eine steigende Anzahl elektrischer Verbraucher in Kraftfahrzeugen führt zu einer deutlich steigenden Zahl von Feldausfällen, sogenannten Liegenbleibern, aufgrund von zu stark entladener oder defekter Batterien. Dies und auch die oft verlangte
Einsparungen von Kraftstoff erfordert zunehmend den Einsatz des eingangs erwähnten Energiemanagement-Systems in Verbindung mit einer zuverlässigen Batteriezustandserkennung, welche die benötigten Batterie-Informationen aus den messbaren Batteriegrößen Strom, Spannung und Temperatur zur Verfügung stellt.
Hierbei geht die Entwicklung in Richtung eines intelligenten kompakten
Batteriesensors, der die Batteriegrößen Strom, Spannung und Temperatur mit hoher Genauigkeit und Abtastrate erfasst und, je nach Partitionierung, teilweise oder vollständig die Aufgabe der Batterie-Zustandserkennung übernimmt. Das elektrische Energie-Management befindet sich dabei in einem sogenannten Host-Steuergerät, das mit dem Batteriesensor über eine einfache und kostengünstige serielle Schnittstelle, vorzugsweise ein sogenannter LIN-Bus, kommuniziert.
Es ist bisher üblich, dass die Mechanik der Batteriesensoren auf einer Polklemme basiert, die einen Shunt, einen Massekabelanschluss und eine integrierte Elektronik aufweist. Eine solche Anordnung ist beispielsweise aus der DE 10 2005 039 587 A1 bekannt, bei der der Shuntwiderstand direkt an eine Polklemme, hier der Minus-Pol, oder einer entsprechenden Polnische der Batterie angeklemmt wird und praktisch die Messstrecke mit der mechanischen Anschlusseinheit kombiniert. Es ist weiterhin aus der US 20010003419 A1 bekannt, dass zur Strommessung eine Auswerteschaltung direkt an ein Segment eines stromführenden Leiters angebracht ist. Jeweils am Ende des Segments wird dabei die Auswerteschaltung kontaktiert und der erfasste Spannungsabfall an dem Segment kann mit den signalverarbeitenden Bauteilen ausgewertet werden.
Darüber hinaus ist aus der WO 2006075101 A1 zu entnehmen, dass ein massiver Shuntwiderstand in einen ebenfalls massiven Leiter mit entsprechend angepassten Querschnitt eingefügt wird, beispielsweise durch Löten.
Aus der DE 100 01 345 C1 ist auch noch bekannt, dass der Shuntwiderstand aus einem innen hohlen Kabelmantel besteht, bei dem in seinem Inneren Messleitung von den Messpunkten an den Enden des Shuntwiderstandes durch eine Öffnung nach außen zu einer Auswerteschaltung geführt sind.
Bei den zuvor beschriebenen bekannten Konzepten ist insbesondere die Verbindungstechnik zwischen den Polklemmen, dem Shunt, der Leiterplatte der Auswerteschaltung und den Messleitungen anspruchsvoll und hochkritisch.
Anforderungen hinsichtlich der Dichtheit und Korrosion, der Gefahr bei Kurzschluss sind hier nur mit großem Aufwand zu erfüllen, da die für elektronischen Teile notwendigen Fertigungstoleranzen deutlich geringer sind als für die üblichen Schmiedeteile wie zum Beispiel die Polklemmen.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht von einem Shuntwiderstand zur Messung eines Stromes in einem Leiter aus, der als massives Bauteil in den Leiter integriert ist. Über Messleitungen wird eine Auswerteschaltung zur Auswertung des am Shuntwiderstand gemessenen Spannungsabfalls kontaktiert und erfindungsgemäß sind die kontaktierten Enden des Shuntwiderstandes über äußere flexible Messleitungen an die Auswerteschaltung angeschlossen. Der Shuntwiderstand kann dabei beliebig im Verlauf des Leiters integriert sein oder zwischen dem Leiter und einer Polklemme angeordnet werden bzw. aus einem um die Polklemme gelegten Ring bestehen. Die entsprechenden vorteilhaften Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 angeben. Die Messleitungen können dabei über Stecker an die Auswerteschaltung oder auch fest an die Auswerteschaltung angeschlossen sein. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Messleitungen verdrillt sind, sodass die EMV-Empfindlichkeit geringer wird.
Die Auswerteschaltung kann in vorteilhafter weise in einem separaten, vom Shuntwiderstand beabstandeten Gehäuse untergebracht werden, sodass die Erfindung in vorteilhafter Weise zur Erfassung der elektrischen Zustandsgrößen einer Batterie eines Kraftfahrzeugs aus dem Laststrom der Batterie verwendet werden kann. Die Auswerteschaltung ist dabei mit dem Shuntwiderstand, wie erwähnt, über die Messleitungen verbunden und es kann weiterhin eine Verbindung der Auswerteschaltung mit einem Energiemanagementsystem des Kraftfahrzeugs über einen LIN-Bus erfolgen.
Wenn die Auswerteschaltung in einem separatem Gehäuse integriert ist, kann dieses Gehäuse deutlich einfacher ausgelegt werden, als die bisherigen Batterie-Sensor- Gehäuse, die nicht nur die Elektronik beinhaltet, sondern auch die mechanischen Teile, wie Shuntwiderstand und Poklemme. Dieses separate Gehäuse kann mit zwei Steckern ausgestattet werden, einem Messstecker und einem Signalstecker, wobei auch ein Mehr-Kammer-Stecksystem vorgesehen werden kann. Bisher sind nach dem Stand der Technik die Elektronik und der Shuntwiderstand ind er Regel in einer Einheit zusammengefasst, sodass Wasser entlang dem Shuntwiderstand eindringen kann und damit sehr schnell auf die Elektronik-Einheit gelangt. Nach der Erfindung sind Elektronik und Shuntwiderstand getrennt, sodass diese Elektronik wie alle anderen Kfz- Elektronikeinheiten über das Gehäuse und dichte Stecker geschützt werden kann.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass gemäß der Erfindung die Spannungsdifferenz am Shuntwiderstand auf einfache Weise über die Messleitungen sensiert werden kann, wobei diese Messleitungen mit einem Stecker an die Elektronik der Auswerteschaltung angeschlossen werden können, sodass sich die Auswerteschaltung oder der Shuntwiderstand leicht auswechseln lässt, ohne dass das die Messleitungen getauscht werden müssen. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass die Messleitungen unlösbar, zum Beispiel mit einem Schweißverfahren (Reibschweißen) oder Lötverfahren mit der Auswerteschaltung verbunden wird, sodass sich zwar die Auswerteschaltung nicht mehr auswechseln lässt, ohne die Messleitungen zu tauschen aber eine solche Lösung kann durchaus wünschenswert sein, falls die beiden Komponenten Shuntwiderstand und Auswerteschaltung zusammen abgestimmt werden müssen. - A -
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines an eine Polklemme einer Batterie angeschlossenen Leiters mit einem in den Leiter integrierten Shuntwiderstand und einer Auswerteschaltung,
Figur 2 eine Abwandlung der Anordnung nach der Figur 1 mit einem zwischen dem Leiter und der Polklemme befindlichen Shuntwiderstand,
Figur 3 eine Abwandlung der Anordnung nach der Figur 2 mit einem zwischen dem Leiter und der Polklemme befindlichen Shuntwiderstand und
Figur 4 eine Abwandlung der Anordnung nach der Figur 2 mit einem ringartig um die Polklemme befindlichen Shuntwiderstand.
Ausführungsformen der Erfindung
In Figur 1 ist ein Shuntwiderstand 1 in einem Leiter 2 gezeigt, der zum Beispiel aus Manganin hergestellt ist und somit ein Widerstandselement zur Einbringung in einen hier nicht näher erläuterten Stromkreis einer Batterie für ein Kraftfahrzeug ist. Der Zustand der Batterie kann somit durch die Messung des Spannungsabfalls am Shuntwiderstand 1 , insbesondere den Laststrom hinter einer positiven oder negativen Polklemme 3 der Batterie mit einer Auswerteschaltung 4 erfolgen, die separat angeordnet ist.
Der Shuntwiderstand 1 ist über zwei Anschlüsse 5 und 6 kontaktiert, sodass zwei vorzugsweise verdrillte Messleitungen 7 und 8 über einen Messstecker 9 oder auch fest angeschlossen mit der Auswerteschaltung 4 verbunden werden können. Die Auswerteschaltung 4 enthält die zu einer Signalanalyse erforderliche Elektronik und kann über einen Signalstecker 10 mit einem übergeordneten Energiemanagementsystem im Kraftfahrzeug kommunizieren.
Figur 2 zeigt eine alternative Anbringung des Shuntwiderstandes 1 direkt am Ende des Leiters 2 am Anschluss an der Polklemme 3. Aus Figur 3 ist ein Shuntwiderstand 1 1 als Rohr ausgeführt, das an einem Ende mit der Polklemme 3 verschweißt ist und mit dem anderen Ende mit der Messleitung 2 fest und elektrisch leitend verbunden ist, zum Beispiel durch Crimpen.
Eine Anordnung eines Shuntwiderstandes 12 als ringförmig um die Polklemme 3 gelegtes Widerstandselement ist aus Figur 4 ersichtlich. Hier sind somit die Anschlüsse 5 und 6 für die Messleitungen am inneren und am äußeren Durchmesser des Shuntwiderstandes 12 anzubringen.

Claims

Ansprüche
1. Shuntwiderstand (1 ) zur Messung eines Stromes in einem Leiter (2), der als weitgehend massives Bauteil in den Leiter (2) integriert ist und eine über Messleitungen kontaktierte Auswerteschaltung (4) zur Auswertung des am
Shuntwiderstand (1 ) gemessenen Spannungsabfalls, dadurch gekennzeichnet, dass die kontaktierten Enden des Shuntwiderstandes (1 ) über äußere flexible Messleitungen (7,8) an die Auswerteschaltung (4) angeschlossen sind.
2. Shuntwiderstand nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Shuntwiderstand (1 ) beliebig im Verlauf des Leiters (2) integriert ist.
3. Shuntwiderstand nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Shuntwiderstand (1 ) zwischen dem Leiter (2) und einer Polklemme (3) angeordnet ist.
4. Shuntwiderstand nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Shuntwiderstand (12) aus einem um die Polklemme (3) gelegten Ring besteht.
5. Shuntwiderstand nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Shuntwiderstand (1 1 ) aus einem als Rohr besteht, das an einem Ende mit der Polklemme (3) und mit dem anderen Ende mit der Messleitung (2) fest und elektrisch leitend verbunden ist.
6. Shuntwiderstand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der
Shuntwiderstand (1 1 ) mit der Polklemme (3) verschweißt ist und mit und mit der Messleitung (2) vercrimpt ist..
7. Shuntwiderstand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messleitungen (7,8) über Messstecker (9) an die Auswerteschaltung (4) angeschlossen sind.
8. Shuntwiderstand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messleitungen (7,8) fest an die Auswerteschaltung (4) angeschlossen sind, vorzugsweise mittels Schweiß- oder Lötverfahren .
9. Shuntwiderstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messleitungen (7,8) untereinander verdrillt sind.
10. Shuntwiderstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (4) in einem separaten, vom Shuntwiderstand (1 ) beabstandeten Gehäuse untergebracht ist.
1 1. Shuntwiderstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der elektrischen Zustandsgrößen einer Batterie eines Kraftfahrzeugs aus dem Laststrom der Batterie die Auswerteschaltung (4) mit dem Shuntwiderstand (1 ) über die Messleitungen (7,8) verbunden ist und dass eine Verbindung der Auswerteschaltung (4) mit einem Energiemanagementsystem des Kraftfahrzeugs über einen LIN-Bus erfolgt.
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