WO2013037548A1 - Messwiderstand für stromsensor und stromsensoreinheit - Google Patents

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WO2013037548A1
WO2013037548A1 PCT/EP2012/064170 EP2012064170W WO2013037548A1 WO 2013037548 A1 WO2013037548 A1 WO 2013037548A1 EP 2012064170 W EP2012064170 W EP 2012064170W WO 2013037548 A1 WO2013037548 A1 WO 2013037548A1
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WO
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measuring resistor
circuit board
current sensor
printed circuit
measuring
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/064170
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English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Dollansky
Jacek Mendes
Achim ANSEL
Chris Schimmel
Markus PROBA
Michael Mueller
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • G01R1/20—Modifications of basic electric elements for use in electric measuring instruments; Structural combinations of such elements with such instruments
    • G01R1/203—Resistors used for electric measuring, e.g. decade resistors standards, resistors for comparators, series resistors, shunts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01C1/12—Arrangements of current collectors
    • H—ELECTRICITY
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    • H01C1/14—Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors
    • H01C1/148—Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors the terminals embracing or surrounding the resistive element
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    • H01R11/00—Individual connecting elements providing two or more spaced connecting locations for conductive members which are, or may be, thereby interconnected, e.g. end pieces for wires or cables supported by the wire or cable and having means for facilitating electrical connection to some other wire, terminal, or conductive member, blocks of binding posts
    • H01R11/11—End pieces or tapping pieces for wires, supported by the wire and for facilitating electrical connection to some other wire, terminal or conductive member
    • H01R11/28—End pieces consisting of a ferrule or sleeve
    • H01R11/281—End pieces consisting of a ferrule or sleeve for connections to batteries
    • H01R11/287—Intermediate parts between battery post and cable end piece
    • G—PHYSICS
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/364—Battery terminal connectors with integrated measuring arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a measuring resistor for a current sensor and to a current sensor unit having a measuring resistor according to the invention.
  • Battery pole terminal arrangements with integrated current measuring circuits for detecting the flow of current out of the battery are known from the prior art.
  • DE 10 2004/046855 B3 discloses a battery pole terminal assembly comprising a pole terminal with a mounting area.
  • a measuring resistor for a battery sensor is attached to the mounting area of the pole terminal by means of a fastening element.
  • the fastening element consists of a bolt passing through the fastening area and an insulating sleeve comprising the bolt.
  • a battery pole terminal arrangement in the form of an intelligent terminal device in which the measuring resistor is integrated in the connection device, so that the two elements are configured in one piece.
  • a motor vehicle electrical system sensor device for detecting the current, the voltage and / or the temperature within a vehicle electrical system of a motor vehicle is described in EP 1 644 749 B1 and comprises two connecting pieces connected to current-carrying lines within the vehicle electrical system and connected to a measuring resistor.
  • at least one connection piece has a key area for receiving an outlet. value electronics.
  • the measuring resistor is formed substantially rotationally symmetrical and arranged between the connecting pieces.
  • the document EP 1 807 708 B1 describes a battery current sensor for a motor vehicle which comprises a measuring sensor inserted into the battery circuit and a measuring circuit connected to the measuring sensor, wherein parts of the measuring circuit arrangement are arranged on a circuit carrier which is electrically fixed to the measuring sensor via resilient connecting means mechanically connected. Due to resilient properties of the connecting means thermal changes in length of the measuring sensor can be compensated in the transverse direction.
  • the measuring resistor with the features of independent claim 1 has the advantage that inside the housing located electronic components can be better protected against moisture. This is preferably achieved by the sealing surface is arranged elevated relative to the central portion and / or an end portion. This can improve the sealing effect.
  • an outer wall of the sealing surface has two conical sections arranged next to one another.
  • a first conical section is inclined at an acute angle to a central axis of the measuring resistor
  • a second conical section is inclined at an obtuse angle to the central axis of the measuring resistor.
  • the measuring resistor is formed substantially bolt-shaped, wherein a central portion of the substantially bolt-shaped measuring resistor consists of a suitable resistance material.
  • At least one end portion of two opposite end portions of the substantially bolt-shaped measuring resistor has a thread. Due to the essentially bolt-shaped design, the measuring resistor is given a significantly higher degree of stability than is the case with the measuring resistors which are regularly flat in the prior art. Thus, no further supporting or stabilizing structures for the measuring resistor are needed.
  • Ausges- taltung with a thread on at least one end portion of the substantially bolt-shaped measuring resistor this can be attached directly to a designated opening of a pole terminal, for example by screwing in a threaded opening or by securing with a locknut.
  • the measuring resistor provided according to the invention is therefore sufficiently stable and torsion-resistant to be attached directly to the battery pole terminal without further auxiliary or support structures.
  • the measuring resistor can in one piece from a given embodiment
  • the measuring resistor may also consist of several parts, wherein the middle part consists of a suitable resistance material and the two end portions of an electrically conductive material, such as. Copper. Of course, even with an embodiment of several parts of the measuring resistor continuously consist of one or more different resistance materials.
  • a printed circuit board on which the necessary current measuring circuit is located can also be attached directly to the measuring resistor.
  • the printed circuit board can be soldered or welded directly to contact surfaces of the measuring resistor with contacts provided for this purpose.
  • the substantially bolt-shaped measuring resistor can for this purpose have at least one flat.
  • the measuring resistor may have projecting contact elements for contacting the printed circuit board.
  • the projecting contacting elements can be designed, for example, as contact springs projecting substantially perpendicular to the bolt longitudinal axis.
  • an embodiment of the contacting as an extending parallel to the bolt longitudinal axis slot offers.
  • the described measuring resistor and / or the described battery pole terminal arrangement can or can be used in control devices, sensors or other electronic devices with so-called shunt interfaces and thus interfaces for measuring resistors.
  • One possible application may be in an electronic battery sensor, usually for a motor vehicle.
  • the measuring resistor is connected via contact elements with a measuring circuit, which is integrated on the circuit board.
  • a control unit of the vehicle electrical system may control functions that depend on a state of the battery. Such functions include, for example, a shutdown of the internal combustion engine of the motor vehicle at a stop at a traffic light.
  • the measuring resistor as well as the printed circuit board associated therewith are encapsulated to provide a casing with a plastic, for example a thermoplastic or duroplastic. Furthermore, the measuring resistor and the printed circuit board can be additionally sealed with a potting compound.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a measuring resistor according to the invention.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a measuring resistor according to the invention.
  • Figure 3 shows a first embodiment of a current sensor unit with the
  • FIG. 4 shows a second embodiment of a current sensor unit with a measuring resistor according to FIG. 2.
  • FIG. 5 shows the battery pole terminal arrangement of FIG. 4 in an exploded view.
  • FIG. 6 shows an arrangement with a third embodiment of a measuring resistor according to the invention.
  • FIG. 7 shows the arrangement of FIG. 6 in an exploded view.
  • Figure 8 shows an exploded arrangement similar to the arrangement of Figure 6 with a fourth embodiment of a measuring resistor according to the invention.
  • Figure 9 shows the arrangement of Figure 8 in plan view in an assembled form.
  • FIG. 10 shows a further embodiment of a current sensor unit according to the invention in an exploded view.
  • Figure 1 1 shows the partially assembled current sensor unit of Figure 10 in side view.
  • FIG. 12 shows a further embodiment of a battery pole terminal arrangement according to the invention.
  • FIG. 13 shows the battery pole terminal arrangement of FIG. 12 in a side view.
  • Figure 14 shows a schematic representation of a fifth embodiment of a measuring resistor according to the invention from different perspectives.
  • FIG. 15 shows a schematic representation of a sixth embodiment of a battery pole terminal arrangement comprising the measuring resistor from FIG. 14, from different perspectives.
  • FIG. 1 shows a measuring resistor (or also measuring shunt) 100 according to the invention for a battery pole terminal.
  • the measuring resistor 100 is designed substantially bolt-shaped. It comprises a central portion 120 and two opposite end portions 140, 160 which are connected to the central portion 120 and arranged along a common central longitudinal axis.
  • the middle section 120 consists of a resistance material suitable for the intended measurement tasks, such as manganin.
  • the two end portions 140, 160 are made of an electrically conductive material, such as. Copper.
  • the center section 120 and the two end sections 140, 160 are joined together by soldering, welding or another equivalent method of attachment. To improve the stability, it can furthermore be provided that in the two end sections 140, 160 plug-in receptacles for the middle section 120 are provided, in which this plugged in to connect the elements and then soldered, welded o. The like. Is.
  • the end sections 140, 160 may have - as shown in the exemplary embodiment - sealing surfaces 170, which may also be referred to as stops.
  • the two end sections 140, 160 each have a thread 18.
  • the measuring resistor 100 can also be made in one piece from a suitable resistance material.
  • the central portion 120, the end portions 140, 160 and the sealing surfaces 170 are made of the same material and form as a measuring resistor 100 is a compact, one-piece structural unit.
  • the central portion 120 of the measuring resistor 100 shown in Figure 1 is formed substantially administratkantformig with rounded corners.
  • areas of the end sections 140, 160 facing the center section 120 are designed in a square shape.
  • the transition between the circular pin cross section and the square cross section is represented by a sealing surface 170.
  • the measuring resistor 100 is formed to a main central axis substantially mirror-symmetrical. Due to the design according to the invention, the possibility of flexible mounting is given with the described measuring resistor, as will become more apparent in connection with subsequent figures.
  • Figure 2 shows another embodiment of a measuring resistor 101 according to the invention with a central portion 121 and end portions 141, 161, each having a thread 18 and a sealing surface 171 as a stop.
  • the middle section 121 of the measuring resistor 101 of FIG. 2 has a substantially circular cross section with a flat 131 (the middle section 120 of the measuring resistor 100 of FIG. 1 has four flat sections 130 due to its square configuration). , The presence of such a flattening facilitates the solder connection with a printed circuit board 200 (see FIG 3).
  • sealing surfaces 171 of the embodiment of the measuring resistor 101 shown in FIG. 2 have recesses 190.
  • a central portion 120, 121 may have n flats 130, 131 and thus in cross-section a shape of a regular n-edge, for example.
  • FIG. 3 shows various embodiments of the current sensor unit 1 with a measuring resistor 100 according to the embodiment shown in FIG.
  • the measuring resistor 100 of the current sensor unit 1 is connected to the side of a flat with two contacts 220 of a printed circuit board 200 (for example, by soldering).
  • the printed circuit board 200 has a chip 24. Via two further contacts 26, a plug 30 is connected to the printed circuit board 200.
  • the printed circuit board 200 and at least the middle section 120 of the measuring resistor 100 are surrounded by a protective housing 28.
  • the protective housing 28 may be a removable housing of suitable protective material, such as rubber.
  • the protective housing 28 can also be a solid-encased housing.
  • the protective housing 28 bears against the surfaces of the sealing surfaces 170 which are oriented in the direction of the middle section 120.
  • the mating surfaces also assume a sealing function between the battery or battery cable and the protective housing 28. This also applies mutatis mutandis to the other embodiments and the geometries of the sealing surfaces 170 shown there.
  • FIGS. 4 and 5 show a Batteriepolklemmenan Aunt 2 with a measuring resistor 101 according to the embodiment shown in Figure 2.
  • the arrangement of FIGS. 4 and 5 substantially corresponds to that of FIG. 3, with additional elements of a battery pole terminal arrangement 2 being shown in addition.
  • Figures 4 and 5 illustrate the attachment of the measuring resistor 101 to a Batteriepolklemme 40 by one of the bolt-shaped end portions 141, 161 of the measuring resistor 101 inserted directly into a designated opening 42 of the Batteriepolklemme 40 and from the opposite side by means of a nut 44 to the Sealing surface 171 is countered as a stop.
  • the fastening means of the measuring resistor 101 are designed for immediate Baren mechanical attachment of the battery terminal 40 via the measuring resistor 101 with a vable on a cable lug 32 battery cable.
  • the measuring resistor 101 thus assumes the direct mechanical and electrical connection between the battery terminal 40 and the battery cable as a result of the embodiment described.
  • corresponding fastening means such as threads 18, sealing surfaces 171 or outer contours are provided to enter into screw, rivet or other suitable connections with Batteriepolklemme 40 and / or battery cable.
  • a cable lug 32 is inserted so that it comes to rest against the corresponding other sealing surface 171 of the measuring resistor 101, and is secured in this position by means of another nut 46. From the illustration of Figures 4 and 5 is very well seen that the measuring resistor 101 can be screwed with each of its two end portions 141, 161 to the battery terminal 40, and this of each of the two sides of the mounting hole 42.
  • the middle portion 121 is provided with a Protective housing 28 connected in which a circuit board 201 is arranged.
  • FIGS. 6 and 7 show a third embodiment of a current sensor unit 3 with a measuring resistor 102.
  • the measuring resistor 102 has in a region between the threads 18, for example.
  • the contacting elements are designed as contact springs 50, which protrude substantially perpendicular to the central longitudinal axis of the bolt-shaped measuring resistor 102.
  • Two contacts 221 designed as contact rails are provided on the assigned printed circuit board 200, which protrude beyond the printed circuit board 200 and can be brought into contact with them by contact with the contact springs 50 (see FIG. 6) and can be permanently connected by means of soldering, welding or other connecting methods.
  • FIGS. 8 and 9 show an analog battery pole terminal arrangement 4 with a measuring resistor 103, which as a contacting element has a slot extending parallel to the bolt longitudinal axis along the middle section 123.
  • the printed circuit board 201 has a corresponding extension with contacts 222 arranged thereon.
  • the extension 21 of the printed circuit board 201 is designed in such a way that it can be plugged like a card into a contacting element of the measuring resistor 103 designed as a slot 52 for contacting.
  • FIGS. 10 and 11 A fifth embodiment of a current sensor unit 5 is shown in FIGS. 10 and 11.
  • This current sensor unit 5 comprises a measuring resistor 102 according to the embodiment shown in FIGS. 6 and 7, i. H. a measuring resistor 102 with substantially perpendicular to the bolt longitudinal axis projecting, formed as a contact springs 50 contacting.
  • the contact springs 50 are not soldered to contacts 221 which project beyond the printed circuit board 200 and are clamped directly to the printed circuit board 202 by means of clamping elements 54 made of conductive material.
  • holes 23 may be provided in the contacts 223 of the circuit board 202 forming tracks, which are provided for engagement of pin-like formations 55 on the inner sides of the clamping elements 54.
  • additional protective caps 58 can be provided, which can be inserted from above and below via the connection region between the measuring resistor 102 and the printed circuit board 202 and connected to one another.
  • at least one of the two protective caps 58 may have a securing pin 59, which engages in an associated locking bore 27 of the printed circuit board 202.
  • FIGS. 12 and 13 show a possible further development of the battery terminal arrangement 3 of FIGS. 6 and 7.
  • the stiffening of the arrangement is shown in FIG. Bonding between the measuring resistor and the printed circuit board, a stiffening rail 25 is provided, which is firmly applied both on the circuit board 200 and on the measuring resistor, eg. By laser welding.
  • the contact connection between the contact springs 50 and the contact rails 221 is relieved of stress and increases the stability of the connection. This can be done, for example, in applications that are exposed to higher loads (for example, in off-road operation).
  • the invention provides a measuring resistor 100 that can be used simply and flexibly.
  • the measuring resistor 100, 101, 102, 103 for battery pole terminal applications.
  • the measuring resistor 100, 101, 102, 103 can be used in any construction direction, the cable lug can be attached to each side of the assembly.
  • the arrangement of measuring resistor 100, 101, 102, 103 and printed circuit board (the so-called electronic battery sensor EBS) can be pre-assembled independently of the battery terminal 40.
  • a connection of the EBS to the battery pole terminal 40 is made by inserting the bolt-shaped end of the measuring resistor 100, 101, 102, 103 and screwing, so that it is a detachable connection. Since there is only one connection point, an otherwise expensive in the prior art electrical insulation can be omitted.
  • the measuring resistor 100, 101, 102, 103 with directly connected printed circuit board forms a compact and in itself sufficiently stable unit, so that external stiffeners can be omitted.
  • the measuring resistor 100, 101, 102, 103 for the battery pole terminal 40 is formed substantially bolt-shaped, wherein at least one central portion 120, 121, 122, 123 of the substantially bolt-shaped measuring resistor 100, 101,
  • 102, 103 consists of a suitable resistance material. At least one end portion 140, 141, 160, 161 has a thread 18. Accordingly, opposing end portions 140, 160, 141, 161 of the substantially bolt-shaped measuring resistor 100, 101, 102, 103 may each have a thread 18 in an embodiment of the invention.
  • the measuring resistor 100, 101, 102, 103 in the region of the central portion 120, 121, 122, 123 at least one flattening 130, 131 and thus have a polygonal shape. It is usually provided that the measuring resistor 100, 101, 102, 103 is formed in one piece and consists of a suitable resistance material. Alternatively, the central portion 120, 121, 122, 123 of the measuring resistor 100, 101, 102, 103 may be formed of a suitable resistance material, wherein its end portions 140, 160, 141, 161 are made of electrically conductive material.
  • the region of the measuring resistor 100, 101, 102, 103 between the threads 18 may have at least one contact element for contacting a printed circuit board. It is possible that the contacting elements are designed as substantially perpendicular to the bolt longitudinal axis projecting contact springs 50. Alternatively, the contacting element may be formed as a slot 52 extending parallel to the bolt longitudinal axis.
  • the battery pole terminal assembly 1, 2, 3, 4, 5 comprises a battery pole terminal
  • the Batteriepolklemmenan instrument 1, 2, 3, 4, 5 a directly connected to the measuring resistor 100, 101, 102, 103 circuit board 200, 201, 202.
  • FIG. 14a shows the measuring resistor 107 in plan view.
  • FIG. 14b shows the measuring resistor 107 with a casing 600 made of plastic.
  • Figures 14c, 14d and 14e show enlarged details of the measuring resistor 107 and the sheath 600 at different temperatures.
  • FIG. 14f shows examples of a cross section of the measuring resistor.
  • the end portions 147, 167 designed as stops sealing surfaces 177, wherein depending on the definition of a division of the individual components of the measuring resistor 107 may be provided that the central portion 127 is separated by the sealing surfaces 177 of the end portions 147, 167.
  • the sealing surfaces 177 have larger radii than the central portion 127 and
  • outer walls of the sealing surfaces 177 each have two conical sections 701, 702 and a cylindrical section 703.
  • a first conical portion 701 is inclined at an angle 704 of x ° to a central axis of the measuring resistor 107
  • a second conical portion 702 is inclined at an angle of (180-x) ° to the central axis of the measuring resistor 107.
  • the outer wall is formed in each case a sealing surface 177 at a boundary between the two juxtaposed conical sections 701, 702 convex.
  • conical sections 701, 702 arranged side by side in at least one sealing surface 177 should be interchanged in the axial direction of the measuring resistor 107, the outer wall of the at least one sealing surface 177 is concave at a boundary between the two adjacent conical sections 701, 702 is.
  • the measuring resistor 107 which comprises the middle section 127 and the two sealing surfaces 177, with the encapsulation 600 or a corresponding encapsulation made of plastic.
  • FIG. 14c shows the measuring resistor 107 encapsulated with the sheath 600 at an equilibrium temperature, for example a room temperature of 20.degree. At this temperature, there is no gap between the sealing surfaces 177 and the central portion 127 of the measuring resistor 107 on the one hand and the sheath 600 on the other hand, so that the measuring resistor 107 of the
  • Sheath 600 is tightly enclosed. Due to the two conical and thus conical sections 701, 702 on the sealing surfaces 177, it is taken into account that an expansion coefficient of plastic from which the sheath 600 is made is greater than an expansion coefficient of the measuring resistance 107 consisting of manganin.
  • the sheath 600 formed from plastic is contracted, as indicated by shrinkage arrows 602 in FIG. Nevertheless, the measuring resistor 107 is at a low temperature between the two sealing surfaces 177 of the Um- Coating 600 enclosed, since the sheath 600 sealingly abuts each of the first portion 701 each have a sealing surface 177 due to a self-sealing effect.
  • each sealing surface 177 here formed as pockets or holes recesses 307, via which the measuring resistor 107 can be connected to contacts 225 of a printed circuit board 205.
  • the contacts 225 of the printed circuit board which can also be referred to as pins, are pressed into the recesses 307 and welded, for example via a laser welding process.
  • contacts 225 of the circuit board which are arranged in the recesses 307, usually pressed, to be soldered to the recesses 307.
  • the recesses 307 are formed here by punctures in the measuring resistor 107, but can also be formed on other material-removing measures, for example. Drilling, in the measuring resistor 107.
  • a cross section of the measuring resistor 107 may have different shapes 900, 901, 903, 904, 905, 906, 907, 908, 909, 910 along a central axis of the measuring resistor 107.
  • the cross-section of the measuring resistor 107 at least one point a circular shape 900, an oval shape 901, a triangular shape 903 (triangular) a square shape 904, 905, 906 (square), ie a square shape 904, a rectangular shape 905 or a trapezoidal shape 906, a hexagonal shape 907, an octagonal shape 908, a cruciform shape 909 or a star shape 910 has.
  • twist protection is provided at this point opposite the sheath 600 .
  • the twist protection which is provided by an n-cornered or star-shaped cross section at at least one point of the measuring resistor 107, ensures inter alia that the sheath 600 is securely positioned relative to the measuring resistor 107.
  • the at least one cross section for providing the anti-rotation protection is arranged in the middle section 127 or in one of the sealing surfaces 177.
  • the measuring resistor 101 to 107 in cross-section at least one geometry, with which prevents the casing 600 as part of the housing and thus the housing relative to the measuring resistor 107 at a load, for example. Under pressure or under train, rotate can.
  • This geometry can be designed as a ringing.
  • the battery terminal arrangement 8 illustrated in FIG. 15 from various perspectives comprises the measuring resistor 107 presented with reference to FIG. 14 and a housing 605 for accommodating a printed circuit board 205. It is provided that the casing 600 is formed as part of the housing 605. For this purpose, a cover 606 is shown in FIG. 15b, with which the housing 605 with the printed circuit board 205 therein is enclosed in airtight manner.
  • FIG. 15c also shows electrical contacts 225 of the printed circuit board which are pressed into the recesses 307 as contacting elements of the measuring resistor 107 and are connected to the measuring resistor 107 by a thermal joining method, for example welding or soldering. Since the measuring resistor 107 is integrally formed, this can take over a supporting function for the housing 605, in which the circuit board 225 is arranged.
  • At least one of the end sections 147 has a thread, as is the case, for example, in the above-described embodiments of the measuring resistor 100, 101, 102, 103.
  • the threaded end portion 147 is to be pushed through an opening of a battery pole terminal.
  • a nut is screwed onto the thread of the end portion 147 and thus provided the connection between the measuring resistor 107 and the battery terminal.
  • At least one of the two end sections 167 may comprise a cylindrical wall which encloses an opening formed as a bore, for example, whose radius is at least half the outer radius of the cylindrical wall of the end section 167.
  • the at least one end portion 167, and thus the cylindrical wall having a smooth surface is to be inserted into an opening of the battery pole terminal.
  • a fastening of the measuring resistor 107 to the battery pole terminal takes place by deformation of the cylindrical wall of the end section 167.
  • the middle section 127 of the here metallic measuring resistor 107 as an insert is molded with the casing 600 formed of plastic.
  • the conical sections 701, 702 of the sealing surfaces 177 it follows that at an interface between plastic and metal, even at changing temperatures, no gap can occur and thus the measuring resistor 107 at least in the region of the central portion 127 of the sheath 600 air and / or is enclosed moisture-tight. This is achieved by the two angled, conical sections 701, 702 of the two sealing surfaces 177.
  • the measuring resistor 107 and the Ummante- ment without gap are close together. Due to the design of the sealing surfaces 177 it is avoided that a gap arises due to the different expansion coefficients of metal, here manganin, and plastic between the measuring resistor 107 and the sheath 600. Due to the special contour of the two adjacent conical and thus conical sections 701, 702 of the sealing surfaces 177 is achieved that the central portion 127 even under extreme temperature fluctuations of z. B. -40 ° C to + 100 ° C from the sheath 600 is sealed. Here, it is considered that the expansion coefficient of the measuring resistor 107 made of metal is smaller than the expansion coefficient of the plastic jacket 600.
  • the measuring resistor 107 for a battery pole terminal is formed substantially bolt-shaped and comprises the central portion 127, two opposite end portions 147, 167 and one between the central portion 127 and one of the end portions 147, 167 arranged sealing surface 177.
  • This case has an outer wall of each sealing surface 177 two juxtaposed conical sections 701, 702 and the cylindrical portion 703 on.
  • the first conical section 701 may, for example, be inclined at an acute angle x of 10 ° to 20 ° to the central axis of the measuring resistor 107.
  • the second conical portion 702 may be inclined at an obtuse angle x of 160 ° to 170 ° to the central axis of the measuring resistor 107.
  • a minimum distance (radius) of an outer wall, here from the cylindrical portion 703, of the sealing surface 177 from a central axis of the measuring resistor 107 is larger than a maximum distance (radius) of an outer side of the middle portion 127 and the end portions 147, 167.
  • the measuring resistor 107 may be formed polygonal in cross-section instead of round. At least the central portion 127 of the measuring resistor 107 is made of a suitable resistance material. The end portions 147, 167 may also be made of an electrically conductive material.
  • the circuit board 225 is disposed in the housing 605 made of plastic, wherein the sealing surfaces 177 and the central portion 127 of the measuring resistor 107 are enclosed by the casing 600 formed by a part of the housing 605.
  • the contacts 225 of the printed circuit board 205, which are connected to the contacting of the measuring resistor 107, are also encapsulated by the sheath 600 and thus disposed within the sheath 600.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Messwiderstand (107) für eine Batteriepolklemme, der im wesentlichen bolzenförmig ausgebildet ist, der einen Mittelabschnitt (127), zwei einander gegenüberliegende Endabschnitte (147, 167) und jeweils eine zwischen dem Mittelabschnitt (127) und einem der Endabschnitte (147, 167) angeordnete Dichtfläche (177) aufweist, wobei eine Außenwandung jeder Dichtfläche (177) zwei nebeneinander angeordnete konische Abschnitte (701, 702) aufweist.

Description

Beschreibung
Titel
Messwiderstand für Stromsensor und Stromsensoreinheit
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Messwiderstand für einen Stromsensor sowie eine Stromsensoreinheit mit einem erfindungsgemäßen Messwiderstand.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Batteriepolklemmenanordnungen mit integrierten Strommessschaltungen zum Erfassen des Stromflusses aus der Batterie bekannt.
So offenbart beispielsweise die DE 10 2004/046855 B3 eine Batteriepolklemmenanordnung, die eine Polklemme mit einem Befestigungsbereich umfasst. Ein Messwiderstand für einen Batteriesensor ist mittels eines Befestigungselements an dem Befestigungsbereich der Polklemme angebracht. Das Befestigungselement besteht aus einem den Befestigungsbereich passierenden Bolzen und einer den Bolzen umfassenden Isolierhülse.
Aus der DE 10 2004/007851 A1 ist eine als intelligente Anschlussvorrichtung ausgebildete Batteriepolklemmenanordnung bekannt, bei der der Messwiderstand in der Anschlussvorrichtung integriert ist, so dass die beiden Elemente einteilig ausgestaltet sind.
Eine Kraftfahrzeugbordnetzsensorvorrichtung zur Erfassung des Stroms, der Spannung und/oder der Temperatur innerhalb eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs ist in der Druckschrift EP 1 644 749 B1 beschrieben und umfasst zwei an stromführenden Leitungen innerhalb des Bordnetzes angeschlossene Anschlussstücke, die mit einem Messwiderstand verbunden sind. Dabei weist zumindest ein Anschlussstück eine Schlüsselfläche zum Aufnehmen einer Aus- wertelektronik auf. Der Messwiderstand ist im wesentlichen rotationssymetrisch ausgebildet und zwischen den Anschlussstücken angeordnet.
Die Druckschrift EP 1 807 708 B1 beschreibt einen Batteriestromsensor für ein Kraftfahrzeug, der einen in den Batteriestromkreis eingefügten Messsensor und eine mit dem Messsensor verbundene Messschaltungsanordnung umfasst, wobei Teile der Messschaltungsanordnung auf einem Schaltungsträger angeordnet sind, der mit dem Messsensor über federnde Verbindungsmittel positionsfest elektrisch und mechanisch verbunden ist. Aufgrund federnder Eigenschaften der Verbindungsmittel können thermische Längenänderungen des Messsensors in dessen Querrichtung ausgeglichen werden.
Offenbarung der Erfindung Vor diesem Hintergrund werden ein Messwiderstand für einen Stromsensor und
Stromsensoreinheit mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung. Der Messwiderstand mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass im Inneren des Gehäuses befindliche Elektronikbauteile besser vor Feuchtigkeit geschützt werden können. Dies wird bevorzugt dadurch erreicht, indem die Dichtfläche gegenüber dem Mittelabschnitt und/oder einem Endabschnitt erhöht angeordnet ist. Dadurch lässt sich die Dichtwirkung verbessern.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung weist eine Außenwandung der Dichtfläche zwei nebeneinander angeordnete konische Abschnitte auf. Dadurch findet auch bei extremen Temperaturen eine Selbstabdichtung statt. Besonders bevorzugt ist hierzu ein erster konischer Abschnitt unter einem spitzen Winkel zu einer zentralen Achse des Messwiderstands geneigt, und ein zweiter konischer Abschnitt unter einem stumpfen Winkel zu der zentralen Achse des Messwiderstands geneigt. Damit wird sowohl bei sehr hohen Temperaturen (beispielsweise größer als 60°C) wie auch bei sehr tiefen Temperaturen (beispielsweise unter -40°C) ei- ne Selbstabdichtung durch zumindest einen der beiden Abschnitte erreicht. Der Messwiderstand ist im wesentlichen bolzenförmig ausgebildet, wobei ein Mittelabschnitt des im wesentlichen bolzenformigen Messwiderstands aus einem geeigneten Widerstandsmaterial besteht. Zumindest ein Endabschnitt von zwei einander gegenüberliegende Endabschnitte des im wesentlichen bolzenformigen Messwiderstands weist ein Gewinde auf. Durch die im wesentlichen bolzenförmi- ge Ausgestaltung wird dem Messwiderstand ein deutlich höheres Maß an Stabilität verliehen, als es bei den im Stand der Technik regelmäßig flach ausgebildeten Messwiderständen der Fall ist. Somit werden keine weiteren tragenden bzw. stabilisierenden Strukturen für den Messwiderstand benötigt. Durch die Ausges- taltung mit einem Gewinde an zumindest einem Endabschnitt des im wesentlichen bolzenformigen Messwiderstands kann dieser direkt an einer dafür vorgesehenen Öffnung einer Polklemme angebracht werden, beispielsweise durch Einschrauben in eine mit einem Gewinde versehenen Öffnung bzw. durch Sichern mit einer Gegenmutter.
Der erfindungsgemäß ausgestattete Messwiderstand ist somit ausreichend stabil und verwindungsfest, um direkt und ohne weitere Hilfs- bzw. Trägerstrukturen an der Batteriepolklemme befestigt zu werden. Der Messwiderstand kann in Ausgestaltung einstückig aus einem gegebenen
Material bestehen, bei dem es sich um ein, dem Fachmann an sich bekanntes, geeignetes Widerstandsmaterial, wie bspw. Manganin, handelt. Der Messwiderstand kann auch aus mehreren Teilen bestehen, wobei das Mittelteil aus einem geeigneten Widerstandsmaterial besteht und die beiden Endabschnitte aus ei- nem elektrisch leitendem Material, wie bspw. Kupfer. Selbstverständlich kann auch bei einer Ausführung aus mehreren Teilen der Messwiderstand durchgehend aus einem oder mehreren unterschiedlichen Widerstandsmaterialien bestehen.
Darüber hinaus kann eine Leiterplatte, auf der sich die notwendige Strommessschaltung befindet, ebenfalls direkt an dem Messwiderstand angebracht werden.
Für die direkte Verbindung der Leiterplatte mit dem Messwiderstand gibt es mehrere Möglichkeiten. Zum einen kann die Leiterplatte mit dazu vorgesehenen Kontakten direkt an Kon- taktierungsflächen des Messwiderstands angelötet oder angeschweißt werden. Der im wesentlichen bolzenförmige Messwiderstand kann hierzu mindestens eine Abflachung aufweisen. Alternativ kann der Messwiderstand abragende Kontaktierelemente zum Ankontaktieren der Leiterplatte aufweisen. Die abragenden Kontaktierelemente können beispielsweise als im wesentlichen senkrecht zur Bolzenlängsachse abragende Kontaktfedern ausgebildet sein. Als weitere Alternative bietet sich eine Ausgestaltung des Kontaktierelements als parallel zur Bolzenlängsachse verlaufender Schlitz an.
Der beschriebene Messwiderstand und/oder die beschriebene Batteriepolklemmenanordnung kann bzw. können bei Steuergeräten, Sensoren oder sonstigen elektronischen Geräten mit sogenannten Shuntschnittstellen und somit Schnittstellen für Messwiderstände eingesetzt werden. Eine mögliche Anwendung kann bei einem elektronischen Batteriesensor, üblicherweise für ein Kraftfahrzeug, vorgesehen sein.
Der Messwiderstand ist über Kontaktierelemente mit einer Messschaltung, die auf der Leiterplatte integriert ist, verbunden. Durch eine derartige Anordnung ist eine Erkennung eines Zustands der Batterie eines Kraftfahrzeugs zur Umsetzung eines Energiemanagementsystems möglich, wobei bspw. Spannungsschwankungen der Batterie ausgewertet und darauf basierende Signale an das Bordnetz weitergegeben werden können. Unter Berücksichtigung von Informationen, die mit diesen Signalen bereitgestellt werden, ist es möglich, dass ein Steuergerät des Bordnetzes Funktionen, die von einem Zustand der Batterie abhängen, kontrollieren kann. Derartige Funktionen umfassen bspw. ein Abschalten des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs bei einem Stillstand an einer Ampel.
Es ist vorgesehen, dass der Messwiderstand sowie die damit verbundene Leiterplatte zur Bereitstellung einer Ummantelung mit einem Kunststoff, bspw. einem Thermoplast oder Duroplast, umspritzt sind. Weiterhin können der Messwiderstand und die Leiterplatte zusätzlich mit einer Vergussmasse abgedichtet sein.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der beiliegenden Zeichnung. Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. Kurze Beschreibung der Zeichnung
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messwiderstands. Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messwiderstands.
Figur 3 zeigt eine erste Ausführungsform einer Stromsensoreinheit mit dem
Messwiderstand der Figur 1.
Figur 4 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Stromsensoreinheit mit einem Messwiderstand gemäß Figur 2.
Figur 5 zeigt die Batteriepolklemmenanordnung der Figur 4 in Explosionsdarstel- lung.
Figur 6 zeigt eine Anordnung mit einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messwiderstands. Figur 7 zeigt die Anordnung der Figur 6 in Explosionsdarstellung.
Figur 8 zeigt eine auseinandergezogene Anordnung ähnlich der Anordnung der Figur 6 mit einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messwiderstands. Figur 9 zeigt die Anordnung der Figur 8 in Draufsicht in zusammengesetzter Form.
Figur 10 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stromsensoreinheit in auseinandergezogener Darstellung.
Figur 1 1 zeigt die teilweise zusammengesetzte Stromsensoreinheit der Figur 10 in seitlicher Darstellung.
Figur 12 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batteriepolklemmenanordnung.
Figur 13 zeigt die Batteriepolklemmenanordnung der Figur 12 in seitlicher Darstellung.
Figur 14 zeigt in schematischer Darstellung eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messwiderstands aus unterschiedlichen Perspektiven.
Figur 15 zeigt in schematischer Darstellung eine sechste Ausführungsform einer Batteriepolklemmenanordnung, die den Messwiderstand aus Figur 14 umfasst, aus unterschiedlichen Perspektiven.
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Messwiderstand (oder auch Messshunt) 100 für eine Batteriepolklemme. Der Messwiderstand 100 ist im wesentlichen bolzenförmig ausgestaltet. Er umfasst einen Mittelabschnitt 120 und zwei einander gegenüberliegende Endabschnitte 140, 160, die mit dem Mittelabschnitt 120 verbunden und entlang einer gemeinsamen Mittellängsachse angeordnet sind.
Der Mittelabschnitt 120 besteht aus einem für die vorgesehenen Messaufgaben geeigneten Widerstandsmaterial, wie bspw. Manganin. Die beiden Endabschnitte 140, 160 bestehen aus einem elektrisch leitenden Material, wie bspw. Kupfer. Der Mittelabschnitt 120 und die beiden Endabschnitte 140, 160 sind durch Löten, Schweißen oder eine andere äquivalente Befestigungsmethode miteinander verbunden. Zur Verbesserung der Stabilität kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass in den beiden Endabschnitten 140, 160 Steckaufnahmen für den Mittelab- schnitt 120 vorgesehen sind, in die dieser zur Verbindung der Elemente eingesteckt und dann verlötet, verschweißt o. dgl. wird. Die Endabschnitte 140, 160 können - wie in dem Ausführungsbeispiel dargestellt - Dichtflächen 170 aufweisen, die auch als Anschläge bezeichnet werden können. Darüber hinaus weisen die beiden Endabschnitte 140, 160 jeweils ein Gewinde 18 auf.
Wie bereits eingangs erwähnt, kann der Messwiderstand 100 auch einstückig aus einem geeigneten Widerstandsmaterial bestehen. In diesem Fall sind der Mittelabschnitt 120, die Endabschnitte 140, 160 sowie die Dichtflächen 170 aus demselben Material und bilden als Messwiderstand 100 eine kompakte, einstückige bauliche Einheit.
Der Mittelabschnitt 120 des in Figur 1 dargestellten Messwiderstands 100 ist im wesentlichen vierkantformig mit abgerundeten Ecken ausgebildet. Zur Gestaltung eines Übergangs zwischen dem Mittelabschnitt und den Gewindebolzenenden der beiden Endabschnitte 140, 160 sind zu dem Mittelabschnitt 120 weisende Bereiche der Endabschnitte 140, 160 entsprechend vierkantformig ausgebildet. Der Übergang zwischen dem kreisrunden Bolzenquerschnitt und dem Vierkantquerschnitt ist durch eine Dichtfläche 170 dargestellt.
Der Messwiderstand 100 ist zu einer Hauptmittelachse im wesentlichen spiegelsymmetrisch ausgebildet. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist mit dem beschriebenen Messwiderstand die Möglichkeit einer flexiblen Montage gegeben, wie im Zusammenhang mit nachfolgenden Figuren noch besser ersichtlich wird.
Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messwiderstands 101 mit einem Mittelabschnitt 121 und Endabschnitten 141 , 161 , die jeweils ein Gewinde 18 und eine Dichtfläche 171 als Anschlag aufweisen.
Im Unterschied zu der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform weist der Mittelabschnitt 121 des Messwiderstands 101 der Figur 2 einen im wesentlichen kreisrunden Querschnitt mit einer Abflachung 131 auf (der Mittelabschnitt 120 des Messwiderstands 100 der Figur 1 weist aufgrund seiner Vierkantausgestaltung so gesehen vier Abflachungen 130 auf). Das Vorhandensein einer derartigen Abflachung erleichtert die Lötverbindung mit einer Leiterplatte 200 (vgl. Figur 3). Außerdem weisen Dichtflächen 171 der in Figur 2 bezeigten Ausführungsform des Messwiderstands 101 Vertiefungen 190 auf.
Ein Mittelabschnitt 120, 121 kann n Abflachungen 130, 131 aufweisen und somit im Querschnitt eine Form eines regelmäßigen n-Ecks, bspw. eines Vierecks oder
Sechsecks aufweisen.
Figur 3 zeigt diverse Ausführungsformen der Stromsensoreinheit 1 mit einem Messwiderstand 100 gemäß der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform. Der Messwiderstand 100 der Stromsensoreinheit 1 ist an der Seite einer Abflachung mit zwei Kontakten 220 einer Leiterplatte 200 verbunden (bspw. durch Löten). Die Leiterplatte 200 verfügt über einen Chip 24. Über zwei weitere Kontakte 26 ist ein Stecker 30 mit der Leiterplatte 200 verbunden.
Die Leiterplatte 200 und zumindest der Mittelabschnitt 120 des Messwiderstands 100 sind von einem Schutzgehäuse 28 umgeben. Bei dem Schutzgehäuse 28 kann es sich um ein wiederentfernbares Gehäuse aus geeignetem Schutzmaterial, wie bspw. Gummi, handeln. Bei dem Schutzgehäuse 28 kann es sich andererseits aber auch um ein festvergossenes Gehäuse handeln. Das Schutzgehäuse 28 liegt an den in Richtung zum Mittelabschnitt 120 orientierten Oberflächen der Dichtflächen 170 an. Somit übernehmen die Gegenflächen auch eine Dichtfunktion zwischen Batterie bzw. Batteriekabel und dem Schutzgehäuse 28. Dies gilt auch sinngemäß für die weiteren Ausführungsbeispiele und die dort gezeigten Geometrien der Dichtflächen 170.
Die Figuren 4 und 5 zeigen eine Batteriepolklemmenanordnung 2 mit einem Messwiderstand 101 gemäß der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform. Die Anordnung der Figuren 4 und 5 entspricht im übrigen im wesentlichen derjenigen der Figur 3, wobei ergänzend noch weitere Elemente einer Batteriepolklemmenanordnung 2 dargestellt sind. Insbesondere veranschaulichen die Figuren 4 und 5 die Anbringung des Messwiderstands 101 an einer Batteriepolklemme 40, indem einer der bolzenförmigen Endabschnitte 141 , 161 des Messwiderstands 101 direkt in eine dazu vorgesehene Öffnung 42 der Batteriepolklemme 40 hindurchgesteckt und von der Gegenseite mittels einer Mutter 44 bis zu der Dichtfläche 171 als Anschlag gekontert wird. Auf diese Art sind in diesem Ausführungsbeispiel die Befestigungsmittel des Messwiderstands 101 ausgebildet zur unmittel- baren mechanischen Befestigung der Batteriepolklemme 40 über den Messwiderstand 101 mit einem an einem Kabelschuh 32 vebindbaren Batteriekabel. Der Messwiderstand 101 übernimmt durch die beschriebene Ausgestaltung somit die unmittelbare mechanische und elektrische Verbindung zwischen Batteriepol- klemme 40 und Batteriekabel. Hierzu sind in dem Messwiderstand 101 entsprechende Befestigungsmittel wie Gewinde 18, Dichtflächen 171 oder Außenkonturen vorgesehen, um Schraub-, Niet- oder sonstige geeignete Verbindungen mit Batteriepolklemme 40 und/oder Batteriekabel einzugehen. Auf den entsprechend gegenüberliegenden Endabschnitt 141 , 161 wird ein Kabelschuh 32 gesteckt, so dass dieser an der entsprechend anderen Dichtfläche 171 des Messwiderstands 101 zum Anliegen kommt, und wird in dieser Position mittels einer weiteren Mutter 46 gesichert. Aus der Darstellung der Figuren 4 und 5 ist sehr gut erkennbar, dass der Messwiderstand 101 mit jedem seiner beiden Endabschnitte 141 , 161 an die Batteriepolklemme 40 angeschraubt werden kann, und dies von jeder der beiden Seiten der Befestigungsöffnung 42. Der Mittelabschnitt 121 ist mit einem Schutzgehäuse 28 verbunden, in dem eine Leiterplatte 201 angeordnet ist.
Die weiteren Figuren zeigen zur Veranschaulichung der mit dem erfindungsgemäßen Messwiderstand verbundenen Möglichkeiten verschiedene weitere Ausführungsformen und Varianten sowohl für den Messwiderstand als auch für die Batteriepolklemmenanordnung.
Die Figuren 6 und 7 zeigen eine dritte Ausführungsform einer Stromsensoreinheit 3 mit einem Messwiderstand 102. Der Messwiderstand 102 weist in einem Bereich zwischen den Gewinden 18, bspw. im Bereich eines Mittelabschnitts 122, zwischen Dichtflächen 172 zwei Kontaktierelemente zum Ankontaktieren der Lei- terplatte 200 auf. Die Kontaktierelemente sind als Kontaktfedern 50 ausgebildet, die im wesentlichen senkrecht zu der Mittellängsachse des bolzenförmigen Messwiderstands 102 abragen. Auf der zugeordneten Leiterplatte 200 sind zwei als Kontaktschienen ausgebildete Kontakte 221 vorgesehen, die über die Leiterplatte 200 hinausragen und durch Anlegen an den Kontaktfedern 50 (vgl. Figur 6) mit diesen in Kontakt bringbar und mittels Löten, Schweißen oder andere Verbindungsverfahren dauerhaft verbindbar sind. Die Figuren 8 und 9 zeigen eine analoge Batteriepolklemmenanordnung 4 mit einem Messwiderstand 103, der als Kontaktierelement einen parallel zur Bolzenlängsachse verlaufenden Schlitz entlang des Mittelabschnitts 123 aufweist.
Die Leiterplatte 201 weist eine entsprechende Verlängerung mit darauf angeordneten Kontakten 222 auf. Die Verlängerung 21 der Leiterplatte 201 ist derart ausgebildet, dass sie zur Ankontaktierung kartenartig in ein als Schlitz 52 ausgebildetes Kontaktierelement des Messwiderstands 103 eingesteckt werden kann.
Eine fünfte Ausgestaltungsform einer Stromsensoreinheit 5 ist in den Figuren 10 und 1 1 dargestellt. Diese Stromsensoreinheit 5 umfasst einen Messwiderstand 102 gemäß der in den Figuren 6 und 7 dargestellten Ausführungsform, d. h. einen Messwiderstand 102 mit im wesentlichen senkrecht zur Bolzenlängsachse abragenden, als Kontaktfedern 50 ausgebildete Kontaktierelemente.
Anders als im Ausführungsbeispiel der Figuren 6 und 7 werden die Kontaktfedern 50 nicht an über die Leiterplatte 200 hinausragenden als Kontaktschienen ausgebildete Kontakte 221 angelötet, sondern mittels Klemmelementen 54 aus lei- tendem Material direkt an der Leiterplatte 202 angeklemmt.
Zur Verbesserung der Stabilität der Verbindung können in den die Kontakte 223 der Leiterplatte 202 bildenden Leiterbahnen Bohrungen 23 vorgesehen sein, die zum Eingriff von stiftartigen Ausformungen 55 an den Innenseiten der Klemm- elemente 54 vorgesehen sind.
Zum Schutz dieser lösbaren Verbindung können zusätzliche Schutzkappen 58 vorgesehen sein, die von oben und unten über den Verbindungsbereich zwischen Messwiderstand 102 und Leiterplatte 202 gesteckt und miteinander verc- lipst werden können. Zur Sicherung der Position der Schutzkappen kann zumindest eine der beiden Schutzkappen 58 einen Sicherungsstift 59 aufweisen, der in eine zugeordnete Arretierbohrung 27 der Leiterplatte 202 eingreift.
Die Figuren 12 und 13 zeigen eine mögliche Weiterbildung der Batteriepolklem- menanordnung 3 der Figuren 6 und 7. Zusätzlich zu der in den Figuren 6 und 7 bereits dargestellten und beschriebenen Anordnung ist zur Versteifung der Ver- bindung zwischen Messwiderstand und Leiterplatte eine Versteifungsschiene 25 vorgesehen, die sowohl auf der Leiterplatte 200 als auch auf dem Messwiderstand fest aufgebracht ist, bspw. durch Laserschweißen. Dadurch wird die Kontaktverbindung zwischen den Kontaktfedern 50 und den Kontaktschienen 221 von Spannung entlastet und die Stabilität der Verbindung erhöht. Dies kann beispielsweise bei Anwendungen erfolgen, die höheren Beanspruchungen (beispielsweise im Offroad-Betrieb) ausgesetzt sind.
Die Erfindung stellt einen einfach und flexibel einsetzbaren Messwiderstand 100,
101 , 102, 103 für Batteriepolklemmenanwendungen zur Verfügung. Der Messwiderstand 100, 101 , 102, 103 ist in jeder Baurichtung verwendbar, der Kabelschuh kann an jeder Seite der Anordnung befestigt werden. Die Anordnung aus Messwiderstand 100, 101 , 102, 103 und Leiterplatte (der sogenannte elektronische Batteriesensor EBS) kann unabhängig von der Batteriepolklemme 40 vormontiert werden. Eine Verbindung der EBS mit der Batteriepolklemme 40 erfolgt durch Einstecken des bolzenförmigen Endes des Messwiderstands 100, 101 , 102, 103 und Verschrauben, so dass es sich um eine lösbare Verbindung handelt. Da es nur eine Anbindungsstelle gibt, kann eine sonst im Stand der Technik teilweise aufwendige elektrische Isolierung entfallen. Der Messwiderstand 100, 101 , 102, 103 mit direkt verbundener Leiterplatte bildet eine kompakte und in sich selbst ausreichend stabile Einheit, so dass externe Versteifungen entfallen können.
Der Messwiderstand 100, 101 , 102, 103 für die Batteriepolklemme 40 ist im wesentlichen bolzenförmig ausgebildet, wobei zumindest ein Mittelabschnitt 120, 121 , 122, 123 des im wesentlichen bolzenförmigen Messwiderstands 100, 101 ,
102, 103 aus einem geeigneten Widerstandsmaterial besteht. Mindestens ein Endabschnitt 140, 141 , 160, 161 weist ein Gewinde 18 auf. Demnach können einander gegenüberliegende Endabschnitte 140, 160, 141 , 161 des im wesentlichen bolzenförmigen Messwiderstands 100, 101 , 102, 103 in Ausgestaltung der Erfindung jeweils ein Gewinde 18 aufweisen.
Weiterhin kann der Messwiderstand 100, 101 , 102, 103 im Bereich des Mittelabschnitts 120, 121 , 122, 123 mindestens eine Abflachung 130, 131 aufweisen und demnach mehrkantförmig ausgebildet sein. Es ist üblicherweise vorgesehen, dass der Messwiderstand 100, 101 , 102, 103 einstückig ausgebildet ist und aus einem geeigneten Widerstandsmaterial besteht. Alternativ hierzu kann der Mittelabschnitt 120, 121 , 122, 123 des Messwiderstands 100, 101 , 102, 103 aus einem geeigneten Widerstandsmaterial gebil- det sein, wobei dessen Endabschnitte 140, 160, 141 , 161 aus elektrisch leitendem Material bestehen.
Der Bereich des Messwiderstands 100, 101 , 102, 103 zwischen den Gewinden 18 kann mindestens ein Kontaktierelement zum Ankontaktieren einer Leiterplatte aufweisen. Dabei ist es möglich, dass die Kontaktierelemente als im wesentlichen senkrecht zur Bolzenlängsachse abragende Kontaktfedern 50 ausgebildet sind. Alternativ kann das Kontaktierelement als parallel zur Bolzenlängsachse verlaufender Schlitz 52 ausgebildet sein. Die Batteriepolklemmenanordnung 1 , 2, 3, 4, 5 umfasst eine Batteriepolklemme
40 und einen in einer dafür vorgesehenen Öffnung der Batteriepolklemme 40 angebrachten Messwiderstand 100, 101 , 102, 103. Weiterhin kann die Batteriepolklemmenanordnung 1 , 2, 3, 4, 5 eine direkt mit dem Messwiderstand 100, 101 , 102, 103 verbundene Leiterplatte 200, 201 , 202 aufweisen.
Die anhand der Figur 14 aus verschiedenen Perspektiven dargestellte fünfte Ausführungsform des Messwiderstands 107 ist einstückig aus einem Widerstandsmaterial gebildet und umfasst einen im Querschnitt runden Mittelabschnitt 127, der zwischen zwei Endabschnitten 147, 167 angeordnet ist. Im Detail zeigt Figur 14a den Messwiderstand 107 in Draufsicht. Figur 14b zeigt den Messwiderstand 107 mit einer Ummantelung 600 aus Kunststoff. Die Figuren 14c, 14d und 14e zeigen vergrößerte Details des Messwiderstands 107 sowie der Ummantelung 600 bei unterschiedlichen Temperaturen. Figur 14f zeigt Beispiele für einen Querschnitt des Messwiderstands.
Dabei weisen die Endabschnitte 147, 167 als Anschläge ausgebildete Dichtflächen 177 auf, wobei je nach Definition einer Aufteilung der einzelnen Komponenten des Messwiderstands 107 vorgesehen sein kann, dass der Mittelabschnitt 127 durch die Dichtflächen 177 von den Endabschnitten 147, 167 getrennt ist. Die Dichtflächen 177 weisen größere Radien als der Mittelabschnitt 127 und die
Endabschnitte 147, 167 auf. Es ist hier vorgesehen, dass Außenwandungen der Dichtflächen 177 jeweils zwei konische Abschnitte 701 , 702 sowie einen zylindrischen Abschnitt 703 aufweisen. Dabei ist ein erster konischer Abschnitt 701 unter einem Winkel 704 von x° zu einer zentralen Achse des Messwiderstands 107 geneigt, wohingegen ein zweiter konischer Abschnitt 702 unter einem Winkel von (180-x)° zu der zentralen Achse des Messwiderstands 107 geneigt ist. Somit ist die Außenwandung jeweils einer Dichtfläche 177 an einer Grenze zwischen den beiden nebeneinander angeordneten konischen Abschnitten 701 , 702 konvex ausgebildet. Falls bei zumindest einer Dichtfläche 177 nebeneinander angeordnete konische Abschnitte 701 , 702 in axialer Richtung des Messwiderstands 107 miteinander vertauscht sein sollten, ergibt sich, dass die Außenwandung der zumindest einen Dichtfläche 177 an einer Grenze zwischen den beiden nebeneinander angeordneten konischen Abschnitten 701 , 702 konkav ausgebildet ist.
Außerdem ist hier vorgesehen, einen Bereich des Messwiderstands 107, der den Mittelabschnitt 127 sowie die beiden Dichtflächen 177 umfasst, mit der Umman- telung 600 oder einer entsprechenden Umspritzung aus Kunststoff zu umsprit- zen.
Dabei zeigt Figur 14c den mit der Ummantelung 600 umspritzten Messwiderstand 107 bei einer Gleichgewichtstemperatur, bspw. Zimmertemperatur von 20°C. Bei dieser Temperatur ist zwischen den Dichtflächen 177 sowie dem Mittelabschnitt 127 des Messwiderstands 107 einerseits sowie der Ummantelung 600 andererseits kein Spalt vorhanden, so dass der Messwiderstand 107 von der
Ummantelung 600 dicht umschlossen ist. Durch die beiden konischen und somit kegelförmigen Abschnitte 701 , 702 an den Dichtflächen 177 wird berücksichtigt, dass ein Ausdehnungskoeffizient von Kunststoff, aus dem die Ummantelung 600 ist, größer als ein Ausdehnungskoeffizient des aus Manganin bestehenden Messwiderstands 107 ist.
Bei Temperaturen, die wesentlich geringer als die Gleichgewichtstemperatur (Figur 14c) ist, bspw. bei einer Temperatur von -40°C, wird die aus Kunststoff gebildete Ummantelung 600 zusammengezogen, wie in Figur 14d durch Schrump- fungspfeile 602 angedeutet. Trotzdem wird der Messwiderstand 107 auch bei einer niedrigen Temperatur zwischen den beiden Dichtflächen 177 von der Um- mantelung 600 umschlossen, da die Ummantelung 600 jeweils an dem ersten Abschnitt 701 jeweils einer Dichtfläche 177 aufgrund eines Selbstdichteeffekts abdichtend anliegt.
Anhand von Figur 14e ist eine Situation bei Temperaturen, die höher als die Gleichgewichtstemperatur sind, bspw. bei +60°C, dargestellt. In diesem Fall dehnt sich die aus Kunststoff bestehende Ummantelung 600 stärker aus als der aus Manganin bestehende Messwiderstand 107, was in Figur 14e durch Ausdehnungspfeile 603 angedeutet ist. Aber auch in diesem Fall ist der Bereich des Messwiderstands 107 zwischen den beiden Dichtflächen 177 dicht abgeschlossen, da die Ummantelung 600 an den beiden zweiten konischen Abschnitten 702 der beiden Dichtflächen 177 aufgrund des Selbstdichteeffekts abdichtend anliegt.
In der beschriebenen Ausführungsform weist der zylindrische Abschnitt 703 jeder Dichtfläche 177 hier als Taschen oder Löcher ausgebildete Vertiefungen 307 auf, über die der Messwiderstand 107 mit Kontakten 225 einer Leiterplatte 205 verbunden werden kann. Somit ist es möglich, zwischen der Leiterplatte 205 und dem Messwiderstand 107 eine sogenannte Pin-Kontaktierung bereitzustellen. Hierzu ist vorgesehen, die Kontakte 225 der Leiterplatte, die auch als Pins bezeichnet werden können, in die Vertiefungen 307 einzupressen und zu verschweißen, bspw. über ein Laserschweißverfahren. Es ist jedoch auch möglich, Kontakte 225 der Leiterplatte, die in den Vertiefungen 307 angeordnet, üblicherweise eingepresst sind, mit den Vertiefungen 307 zu verlöten. Die Vertiefungen 307 sind hier durch Einstiche in den Messwiderstand 107 eingeformt, können jedoch auch über andere materialabtragende Maßnahmen, bspw. Bohren, in den Messwiderstand 107 eingeformt werden.
Ein Querschnitt des Messwiderstands 107 kann entlang einer zentralen Achse des Messwiderstands 107 unterschiedliche Formen 900, 901 , 903, 904, 905, 906, 907, 908, 909, 910 aufweisen. Somit ist es möglich, dass der Querschnitt des Messwiderstands 107 an zumindest einer Stelle eine kreisrunde Form 900, eine ovale Form 901 , eine dreieckige Form 903 (Dreikant) eine viereckige Form 904, 905, 906 (Vierkant), d. h. eine quadratische Form 904, eine rechteckige Form 905 oder eine trapezförmige Form 906, eine sechseckige Form 907, eine achteckige Form 908, eine kreuzförmige Form 909 oder eine sternförmige Form 910 aufweist. Für den Fall, dass der Querschnitt an zumindest einer Stelle n- eckig und somit vieleckig oder sternförmig mit n Zacken ausgebildet ist, wird an dieser Stelle gegenüber der Ummantelung 600 ein Verdrehschutz bereitgestellt. Durch den Verdrehschutz, der durch einen n-eckigen oder sternförmigen Querschnitt an zumindest einer Stelle des Messwiderstands 107 bereitgestellt wird, wird u. a. gewährleistet, dass die Ummantelung 600 relativ zu dem Messwiderstand 107 sicher positioniert ist.
Üblicherweise ist der mindestens eine Querschnitt zur Bereitstellung des Verdrehschutzes in dem Mittelabschnitt 127 oder in einer der Dichtflächen 177 an- geordnet. Somit weist der Messwiderstand 101 bis 107 im Querschnitt mindestens eine Geometrie auf, mit der verhindert wird, dass sich die Ummantelung 600 als Teil des Gehäuses und somit auch das Gehäuse gegenüber dem Messwiderstand 107 bei einer Belastung, bspw. unter Druck oder unter Zug, verdrehen kann. Diese Geometrie kann als Rädelung ausgebildet sein. Zur Bereitstellung des Verdrehschutzes ist es auch möglich, an der Oberfläche des Messwiderstands 107 eine Laserstrukturierung einzubringen.
Die in Figur 15 aus verschiedenen Perspektiven dargestellte Batterieklemmenanordnung 8 umfasst den anhand von Figur 14 vorgestellten Messwiderstand 107 und ein Gehäuse 605 zur Aufnahme einer Leiterplatte 205. Dabei ist vorgesehen, dass die Ummantelung 600 als Teil des Gehäuses 605 ausgebildet ist. In Figur 15b ist hierzu ein Deckel 606 dargestellt, mit dem das Gehäuse 605 mit der darin befindlichen Leiterplatte 205 luftdicht umschlossen wird. In Figur 15c sind außerdem elektrische Kontakte 225 der Leiterplatte dargestellt, die in die Vertie- fungen 307 als Kontaktierelemente des Messwiderstands 107 eingepresst und durch ein thermisches Fügeverfahren, bspw. schweißen oder löten, mit dem Messwiderstand 107 verbunden sind. Da der Messwiderstand 107 einstückig ausgebildet ist, kann dieser für das Gehäuse 605, in dem die Leiterplatte 225 angeordnet ist, eine tragende Funktion übernehmen.
Es ist möglich, dass mindestens einer der Endabschnitte 147 ein Gewinde aufweist, wie es bspw. bei den voranstehend beschriebenen Ausführungsformen des Messwiderstands 100, 101 , 102, 103 der Fall ist. Zum Verbinden des Messwiderstands 107 mit einer Batteriepolklemme ist der Endabschnitt 147 mit dem Gewinde durch eine Öffnung einer Batteriepolklemme zu schieben. Weiterhin wird eine Mutter auf das Gewinde des Endabschnitts 147 geschraubt und somit die Verbindung zwischen dem Messwiderstand 107 und der Batteriepolklemme bereitgestellt.
Es ist auch möglich, dass mindestens einer der beiden Endabschnitte 167 eine zylindrische Wandung umfasst, die eine bspw. als Bohrung ausgebildete Öffnung umschließt, deren Radius mindestens halb so groß wie ein Außenradius der zylindrischen Wandung des Endabschnitts 167 ist. In diesem Fall ist der mindestens eine Endabschnitt 167 und somit die zylindrische Wandung, die eine glatte Oberfläche aufweist, in eine Öffnung der Batteriepolklemme einzufügen. Eine Be- festigung des Messwiderstands 107 mit der Batteriepolklemme erfolgt durch Verformung der zylindrischen Wandung des Endabschnitts 167. Alternativ ist es möglich, die zylindrische Wandung des Endabschnitts 167 mit der Batteriepolklemme zu vernieten. Der Mittelabschnitt 127 des hier metallischen Messwiderstands 107 als Einlegeteil ist mit der aus Kunststoff gebildeten Ummantelung 600 umspritzt. Durch die konischen Abschnitte 701 , 702 der Dichtflächen 177 ergibt sich, dass bei einer Schnittstelle zwischen Kunststoff und Metall auch bei sich ändernden Temperaturen kein Spalt entstehen kann und somit der Messwiderstand 107 zumindest im Bereich des Mittelabschnitts 127 von der Ummantelung 600 luft- und/oder feuchtigkeitsdicht umschlossen ist. Dies wird durch die beiden angewinkelten, konischen Abschnitte 701 , 702 der beiden Dichtflächen 177 erreicht.
Bei Gleichgewichtstemperatur liegen der Messwiderstand 107 und die Ummante- lung ohne Spalt dicht zusammen. Durch die Ausbildung der Dichtflächen 177 wird vermieden, dass sich aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Metall, hier Manganin, und Kunststoff zwischen dem Messwiderstand 107 und der Ummantelung 600 ein Spalt entsteht. Durch die spezielle Kontur der beiden benachbarten konischen und somit kegelförmigen Abschnitte 701 , 702 der Dichtflächen 177 wird erreicht, dass der Mittelabschnitt 127 auch unter extremen Temperaturschwankungen von z. B. -40°C bis zu +100°C von der Ummantelung 600 abgedichtet ist. Hierbei wird berücksichtigt, dass der Ausdehnungskoeffizient des aus Metall bestehenden Messwiderstands 107 geringer als der Ausdehnungskoeffizient der aus Kunststoff bestehenden Ummantelung 600 ist. Der Messwiderstand 107 für eine Batteriepolklemme ist im wesentlichen bolzen- förmig ausgebildet und umfasst den Mittelabschnitt 127, zwei einander gegenüberliegende Endabschnitte 147, 167 und jeweils eine zwischen dem Mittelabschnitt 127 und einem der Endabschnitte 147, 167 angeordnete Dichtfläche 177. Dabei weist eine Außenwandung jeder Dichtfläche 177 zwei nebeneinander angeordnete konische Abschnitte 701 , 702 sowie den zylindrischen Abschnitt 703 auf.
Der erste konische Abschnitt 701 kann bspw. unter einem spitzen Winkel x von 10° bis 20° zu der zentralen Achse des Messwiderstands 107 geneigt sein. Der zweite konische Abschnitt 702 kann unter einem stumpfen Winkel x von 160° bis 170° zu der zentralen Achse des Messwiderstands 107 geneigt sein.
Üblicherweise ist ein minimaler Abstand (Radius) einer Außenwandung, hier von dem zylindrischen Abschnitt 703, der Dichtfläche 177 von einer zentralen Achse des Messwiderstands 107 größer als ein maximaler Abstand (Radius) einer Außenseite des Mittelabschnitts 127 und der Endabschnitte 147, 167.
Der Messwiderstand 107 kann im Querschnitt mehrkantförmig statt rund ausgebildet sein. Zumindest der Mittelabschnitt 127 des Messwiderstands 107 ist aus einem geeigneten Widerstandsmaterial. Die Endabschnitte 147, 167 können auch aus einem elektrisch leitenden Material bestehen.
Bei der Batteriepolklemmenanordnung 8 ist die Leiterplatte 225 in dem Gehäuse 605 aus Kunststoff angeordnet, wobei die Dichtflächen 177 und der Mittelabschnitt 127 des Messwiderstands 107 von der von einem Teil des Gehäuses 605 ausgebildeten Ummantelung 600 umschlossen sind. Die Kontakte 225 der Leiterplatte 205, die mit dem Kontaktierelement des Messwiderstands 107 verbunden sind, sind ebenfalls von dem Ummantelung 600 umspritzt und somit innerhalb der Ummantelung 600 angeordnet.

Claims

Ansprüche
Messwiderstand für einen Stromsensor (1 ), der einen Mittelabschnitt (120, 121 , 122, 123, 127), zwei einander gegenüberliegende Endabschnitte (140, 160; 141 , 161 ; 142, 162; 147, 167) und zumindest eine zwischen dem Mittelabschnitt (120, 121 , 122, 123, 127) und einem der Endabschnitte (140, 160; 141 , 161 ; 142, 162; 147, 167) angeordnete Dichtfläche (170, 171 , 177) aufweist, so dass die Dichtfläche (170, 171 , 177) ein mit dem Messwiderstand (100, 101 , 102, 103, 107) verbindbares Gehäuse (605) abdichtet.
Messwiderstand nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein minimaler Abstand einer Dichtfläche (174, 175, 176, 177, 178, 179) von einer zentralen Achse (400, 401 , 402, 407, 408, 409) des Messwiderstands (100, 101 , 102, 103, 107) größer als ein maximaler Abstand des Mittelabschnitts (120, 121 , 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128, 129) und/oder eines der Endabschnitte (140, 160; 141 , 161 ; 142, 162; 143, 163; 144, 164; 145, 165; 146, 166; 147, 167; 148, 168; 149, 169) von der zentralen Achse (400, 401 , 402, 407, 408, 409) ist.
Messwiderstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Außenwandung der Dichtfläche (170, 171 , 177) zwei nebeneinander angeordnete konische Abschnitte (701 , 702) aufweist.
Messwiderstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein erster konischer Abschnitt (701 ) unter einem spitzen Winkel zu einer zentralen Achse des Messwiderstands (107) geneigt ist, und bei dem ein zweiter konischer Abschnitt (702) unter einem stumpfen Winkel zu der zentralen Achse des Messwiderstands (107) geneigt ist.
5. Messwiderstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein erster konischer Abschnitt (701 ) unter einem Winkel von x° zu einer zentra- len Achse des Messwiderstands (107) geneigt ist, und bei dem ein zweiter konischer Abschnitt (702) unter einem Winkel von (180 - x)° zu der zentralen Achse des Messwiderstands (107) geneigt ist. 6. Messwiderstand nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die
Außenwandung mindestens einer der Dichtflächen (170, 171 , 177) an einer Grenze zwischen den beiden nebeneinander angeordneten konischen Abschnitten (701 , 702) konvex ausgebildet ist. 7. Messwiderstand nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die
Außenwandung mindestens einer der Dichtflächen (170, 171 , 177) an einer Grenze zwischen den beiden nebeneinander angeordneten konischen Abschnitten (701 , 702) konkav ausgebildet ist. 8. Messwiderstand nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die
Dichtflächen (170, 171 , 177) und der Mittelabschnitt (120, 121 , 122, 123, 127) von einer Kunststoffmasse umschlossen sind.
9. Messwiderstand nach einem der voranstehenden Ansprüche, der mindes- tens ein Kontaktierelement (307) zum Ankontaktieren einer Leiterplatte (200,
201 , 202, 205) aufweist.
10. Stromsensoreinheit, insbesondere zur Ermittlung eines Batteriestroms, umfassend einen Messwiderstand (100, 101 , 102, 103, 107) nach einem der voranstehenden Ansprüche, sowie eine Leiterplatte (200, 201 , 202, 205) und/oder einen Chip (24) und ein Gehäuse (605).
1 1 . Stromsensoreinheit nach Anspruch 10, bei dem die Leiterplatte (200, 201 , 202, 205) in dem Gehäuse (605) aus Kunststoff angeordnet ist, wobei die Dichtflächen (177) und der Mittelabschnitt (127) des Messwiderstands von einem Teil des Gehäuses (605) umschlossen sind.
12. Stromsensoreinheit nach Anspruch 10 oder 1 1 , bei dem mindestens ein Kontakt (220, 221 , 222, 227) für die Leiterplatte (200, 201 , 202, 205) oder den Chip (24) mit einem als Vertiefung (307) ausgebildeten Kontaktierelement des Messwiderstands (107) verbunden ist.
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