WO2014180815A1 - Stromsensor für eine fahrzeugbatterie - Google Patents

Stromsensor für eine fahrzeugbatterie Download PDF

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Martin Haverkamp
Manfred Goll
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Continental Teves Ag & Co. Ohg
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • 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 invention relates to a current sensor for a vehicle battery, a pole terminal for a vehicle battery and a vehicle battery with the current sensor and the pole terminal.
  • an intelligent battery sensor IBS is called known. It is a current sensor, which is set up, a charge state of a vehicle battery based on the battery ⁇ voltage, battery current and temperature of the battery to determine.
  • a current sensor includes for monitoring a vehicle battery, an electrical contact ⁇ element for establishing an electrical connection with one pole of the vehicle battery and a different formed by the electrical contact member mechanically holding member for holding the current sensor in at least one direction of the driving ⁇ generating battery.
  • the specified, in particular designed as IBS current sensor is based on the consideration that a current sensor must be connected in series between an electrical energy source and a load, so that the current can be measured. Furthermore, the specified current sensor is based on the consideration that, in particular in high-current applications, such as in the field of vehicle technology, correspondingly massive cables are necessary for electrical connection of the electrical load to the electrical energy source. Due to the connection of the current sensor between the electrical load and the vehicle Series battery in series, however, there is the problem that the current sensor must carry the aforementioned cable.
  • the specified current sensor attacks, in the context of which it is recognized that the electrical short circuit can be avoided if the series-connected current sensor not only conducts the electric current, but also takes over the mechanical hold of the cable to the vehicle battery.
  • the electrical connection is usually mechanically too weak, so that the current sensor could be detached from the vehicle battery, if he alone has to take over the mechanical support.
  • the mechanical holding element is therefore arranged as a type of reinforcing element on the current sensor, which ensures the mechanical hold of the current sensor, which now holds the cable, on the vehicle battery. If the current sensor is held by the mechanical holding element at the pole of the vehicle battery, then the cable need not be mechanically held in addition to the vehicle battery, so that can be dispensed with the aforementioned electrical insulation.
  • the electrical contact element is arranged at a location of the current sensor which is outside of a holding action range of the mechanical holding element is located.
  • the electrical contact element can be optimally adapted to its electrical contact effect by the separate formation of both elements, while the mechanical support member are optimally designed for its mechanical holding action can.
  • a direction of an effect of the positive-locking element is dependent on a direction of force flow, into which a via the
  • the holding element comprises at least one positive locking element for positive connection with the vehicle battery.
  • the current sensor can be connected in a simple manner, for example, by hanging on the vehicle battery with this mechanically.
  • a form fit is particularly easy to manufacture and can be designed exactly in the direction in which the mechanical support member must act in the manner previously explained in order to meet the increased mechanical stress applied by the cable.
  • a terminal post for a vehicle battery comprising an electrical contact element for establishing an electrical connection to a connectable to the vehicle battery current sensor and a different formed by the electrical contact element mecha ⁇ African holding member for holding the current sensor in at least one direction on the vehicle battery.
  • the electrical contact element is arranged at a position of the pole terminal ⁇ , which is outside a holding action range of me ⁇ chanical holding element.
  • the holding element comprises at least one positive locking element for positive connection with the current sensor.
  • a direction of action of the positive locking element from a direction of power flow is dependent, in which a connectable via the current sensor to the vehicle battery ⁇ cable acts on the terminal post.
  • the positive-locking element is a stamped-bent element which can be attached to the specified pole terminal in a particularly cost-effective manner.
  • a vehicle battery for delivering or receiving an electric current for a vehicle electrical system comprises one of the specified pole terminals for discharging or receiving the electric current and one of the specified current sensors, which is held on the pole terminal via the mechanical holding element and via the electrical contact element is electrically connected to the pole terminal.
  • FIG. 1 is a diagram to illustrate the basic operation of a possible attachment of a cable to a vehicle battery via a current sensor.
  • FIG. 2 shows a diagram for clarifying the basic mode of operation of an alternative attachment of a cable to a vehicle battery via a current sensor;
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a pole terminal and a current sensor
  • Fig. 4 is a perspective view of a pole terminal and a current sensor in an assembled state.
  • the same technical elements are provided with the same reference numerals and described only once.
  • FIG. 1 shows a diagram for clarifying the basic mode of operation of the attachment of a cable 2 to a vehicle battery 4 via a current sensor 6.
  • the cable 2 can be fastened directly to the vehicle battery 4 for a stable hold.
  • the current sensor 6 can via corresponding electrical and
  • a mechanical holding element 12 for amplifying the mechanical hold of the current sensor 6 can be arranged on the current sensor 6 according to FIG. 2 at least in a pulling direction of the cable 2. Then the mechanical stop of the current sensor 6 on the vehicle battery 4 from, so that the direct mechanical connection of the cable 2 with the vehicle battery 4 and thus the insulation 10 are obsolete.
  • the connection 14 between the current sensor 6 and the cable 2 can then be designed completely free.
  • the current sensor 6 can, as shown by way of example in FIG. 3, have a housing 16 and an electrical cable connection 18 for connecting the cable 2.
  • the housing 16 in the present embodiment may preferably be made of an electrically insulating plastic.
  • a mold element 20 may be formed over the in a manner to be described, a positive connection with the vehicle battery 4 can be made.
  • the current sensor 6 can also have an interface 22, via which measurement data can be sent to an evaluation device (not shown).
  • the current sensor 6 can be connected in the present embodiment with a pole terminal 24, which can be attached, for example as part of the vehicle battery 4 in a conventional manner via a Feststellschraubtagen 25 to a not-shown but known per se pole of the vehicle battery 4.
  • the pole terminal 24 has a soldering surface 26, on which the above-mentioned solder joint 8 can be realized.
  • the pole terminal 24 has a hook 28, which can be produced in ⁇ example in stamping and bending technology.
  • the current sensor 6 on the soldering surface 26 of the pole terminal 24 of the hook 28 can be bent against the mold member 20 so that the hook 28 forms a positive connection with the mold member 20 in a pulling direction 30 of the cable 6 and thus as the above-mentioned mechanical Holding element 12 is used.
  • the mechanical support of the solder joint 8 on the soldering surface 26 is sufficient for holding the current sensor 6 at the pole terminal 24.
  • the current sensor 6 connected to the pole terminal 24 is shown in FIG. 4 with the additionally connected cable 2.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stromsensor (6) zum Überwachen einer Fahrzeugbatterie (4) umfassend: - ein elektrisches Kontaktelement (8) zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit einem Pol (24) der Fahrzeugbatterie (4) und ein vom elektrischen Kontaktelement (8) verschieden ausgebildetes mechanisches Halteelement (12, 20) zum Halten des Stromsensors (6) in wenigstens einer Richtung (30) an der Fahrzeugbatterie (4).

Description

Stromsensor für eine Fahrzeugbatterie
Die Erfindung betrifft einen Stromsensor für eine Fahrzeugbatterie, eine Polklemme für eine Fahrzeugbatterie und eine Fahrzeugbatterie mit dem Stromsensor und der Polklemme.
Aus der Zeitschrift„elektronik Industrie" , Ausgabe Juli 2005 ist ein intelligenter Batteriesensor, IBS genannt bekannt. Dabei handelt es sich um einen Stromsensor, der eingerichtet ist, einen Ladestand einer Fahrzeugbatterie basierend auf der Batterie¬ spannung, dem Batteriestrom und einer Temperatur der Batterie zu bestimmen .
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung den bekannten
Stromsensor für eine Fahrzeugbatterie zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der ab¬ hängigen Ansprüche.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Stromsensor zum Überwachen einer Fahrzeugbatterie ein elektrisches Kontakt¬ element zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit einem Pol der Fahrzeugbatterie und ein vom elektrischen Kontaktelement verschieden ausgebildetes mechanisches Halteelement zum Halten des Stromsensors in wenigstens einer Richtung an der Fahr¬ zeugbatterie .
Dem angegebenen, insbesondere als IBS ausgebildeten Stromsensor liegt die Überlegung zugrunde, dass ein Stromsensor in Reihe zwischen einer elektrischen Energiequelle und einer Last angeschlossen werden muss, damit der Strom gemessen werden kann. Ferner liegt dem angegebenen Stromsensor die Überlegung zugrunde, dass insbesondere in Hochstromanwendungen, wie im Bereich der Fahrzeugtechnik, entsprechend massereiche Kabel zur elektrischen Anbindung der elektrischen Last an die elektrische Energiequelle notwendig sind. Aufgrund der Anbindung des Stromsensors zwischen der elektrischen Last und der Fahr- zeugbatterie in Reihe stellt sich hier jedoch das Problem, dass der Stromsensor das zuvor genannte Kabels tragen muss.
Diese Überlegungen zugrunde gelegt, wird im Rahmen des ange- gebenen Stromsensors erkannt, dass in dem bekannten Stromsensor das zuvor erläuterte Problem dadurch löst, dass an die Fahrzeugbatterie mechanisch nicht nur der Stromsensor sondern auch das Kabel angeschlossen wird. Mechanisch gesehen liegt der herkömmliche Stromsensor daher parallel zur Verbindung zwischen der Fahrzeugbatterie und dem Stromsensor. Elektrisch gesehen muss der Stromsensor jedoch wie bereits erwähnt in Reihe zwischen die Fahrzeugbatterie und dem Kabel verschaltet werden, was durch die einzelne mechanische Verbindung jedoch zu einem elektrischen Kurzschluss führen würde, wenn die mechanische Verbindung nicht elektrisch isoliert wäre . Diese notwendige elektrische Isolation stellt einen Mehraufwand dar.
Hier greift der angegebene Stromsensor an, im Rahmen dessen erkannt wird, dass der elektrische Kurzschluss dadurch vermieden werden kann, wenn der in Reihe angeschlossene Stromsensor nicht nur den elektrischen Strom leitet, sondern auch den mechanischen Halt des Kabels an der Fahrzeugbatterie übernimmt. Hierzu ist die elektrische Verbindung jedoch in der Regel mechanisch zu schwach, so dass sich der Stromsensor von der Fahrzeugbatterie lösen könnte, wenn er allein den mechanischen Halt übernehmen muss. Um den mechanischen Halt dennoch bereitzustellen, wird daher das mechanische Halteelement als eine Art Verstärkungselement am Stromsensor angeordnet, dass den mechanischen Halt des nun das Kabel haltenden Stromsensors an der Fahrzeugbatterie sicher- stellt. Wird der Stromsensor über das mechanisches Halteelement am Pol der Fahrzeugbatterie gehalten, dann braucht das Kabel nicht zusätzlich an der Fahrzeugbatterie mechanisch gehalten werden, so dass auf die zuvor genannte elektrische Isolation verzichtet werden kann.
In einer Weiterbildung des angegebenen Stromsensors ist das elektrische Kontaktelement an einer Stelle des Stromsensors angeordnet ist, die außerhalb eines Haltewirkungsbereichs des mechanischen Halteelements liegt. Das heißt, dass das elekt¬ rische Kontaktelement zwar gemeinsam mit dem elektrischen Halteelement ausgebildet werden könnte, jedoch kann durch die getrennte Ausbildung beider Elemente voneinander das elektrische Kontaktelement optimal auf seine elektrische Kontaktwirkung angepasst werden, während das mechanische Halteelement optimal auf seine mechanische Haltewirkung ausgelegt werden kann.
In einer bevorzugten Weiterbildung des angegebenen Stromsensors ist eine Richtung einer Wirkung des Formschlusselementes von einer Kraftflussrichtung abhängig, in die ein über den
Stromsensors an die Fahrzeugbatterie anschließbares Kabel auf den Stromsensor wirkt. Das heißt, dass das mechanische Hal¬ teelement nur in Richtungen, in die das eingangs genannte Kabel wirkt, und die somit von der Reihenschaltung des Stromsensors zwischen der elektrischen Energiequelle und dem Kabel abhängig sind, wirken muss, da in die anderen Richtungen keine hohen mechanischen Belastungen durch das Kabel auftreten und so auch kein hoher mechanischer Halt notwendig ist.
In einer besonderen Weiterbildung des angegebenen Stromsensors umfasst das Halteelement wenigstens ein Formschlusselement zur formschlüssigen Verbindung mit der Fahrzeugbatterie. Auf diese Weise kann der Stromsensor in einfacher Weise beispielsweise durch Einhängen an der Fahrzeugbatterie mit dieser mechanisch verbunden werden. Ein Formschluss ist besonders einfach herzustellen und kann genau in die Richtung ausgelegt werden, in die das mechanische Halteelement in der zuvor erläuterten Weise wirken muss, um der durch das Kabel aufgebrachten erhöhten mechanischen Belastung gerecht zu werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst eine Polklemme für eine Fahrzeugbatterie ein elektrisches Kontaktelement zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit einem an die Fahrzeugbatterie anschließbaren Stromsensor und ein vom elektrischen Kontaktelement verschieden ausgebildetes mecha¬ nisches Halteelement zum Halten des Stromsensors in wenigstens einer Richtung an der Fahrzeugbatterie. An diese Polklemme kann dann der eingangs genannte Stromsensor mit den eingangs genannten Vorteilen angeschlossen werden.
In einer Weiterbildung der angegebenen Polklemme ist das elektrische Kontaktelement an einer Stelle der Polklemme an¬ geordnet, die außerhalb eines Haltewirkungsbereichs des me¬ chanischen Halteelements liegt.
In einer besonderen Weiterbildung der angegebenen Polklemme umfasst das Halteelement wenigstens ein Formschlusselement zur formschlüssigen Verbindung mit dem Stromsensor.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist eine Richtung einer Wirkung des Formschlusselementes von einer Kraftflussrichtung abhängig, in die ein über den Stromsensors an die Fahrzeug¬ batterie anschließbares Kabel auf die Polklemme wirkt.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des angegebenen Stromsensors ist das Formschlusselement ein Stanzbiegeelement, das besonders kostengünstig an der angegebenen Polklemme an- gebracht werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst eine Fahrzeugbatterie zum Abgeben oder Aufnehmen eines elektrischen Stromes für ein Bordnetz eines Fahrzeuges eine der angegebenen Polklemmen zum Abgeben oder Aufnehmen des elektrischen Stromes und einen der angegebenen Stromsensoren, der über das mechanische Halteelement an der Polklemme gehalten und über das elektrische Kontaktelement mit der Polklemme elektrisch verbunden ist.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei : Fig. 1 ein Schaubild zur Verdeutlichung der grundsätzlichen Wirkungsweise einer möglichen Befestigung eines Kabels an einer Fahrzeugbatterie über einen Stromsensor; Fig. 2 ein Schaubild zur Verdeutlichung der grundsätzlichen Wirkungsweise einer alternativen Befestigung eines Kabels an einer Fahrzeugbatterie über einen Stromsensor;
Fig. 3 eine perspektivische Einzelteilansicht einer Pol- klemme und eines Stromsensors; und
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Polklemme und eines Stromsensors in einem zusammengesetzten Zustand zeigen. In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen, die ein Schaubild zur Verdeutlichung der grundsätzlichen Wirkungsweise der Befes- tigung eines Kabels 2 an einer Fahrzeugbatterie 4 über einen Stromsensor 6 zeigt.
Wie in Fig. 1 zu sehen, kann das Kabel 2 für einen stabilen Halt unmittelbar an der Fahrzeugbatterie 4 befestigt werden. Der Stromsensor 6 kann über entsprechende elektrische und
gleichzeitig mechanische Verbindungen, wie beispielweise elektrische Lötstellen 8 elektrisch in Reihe zwischen das Kabel 2 und die Fahrzeugbatterie 4 verschalten werden. Hierzu ist es jedoch notwendig, die Befestigung des Kabels 2 an der Fahrzeugbatterie 4 über eine Isolation 10 elektrisch zu trennen, da der in Reihe zwischen dem Kabel 2 und der Fahrzeugbatterie 4 verschaltete Stromsensor 6 sonst kurzgeschlossen werden würde.
Um diese Isolation 10 zu vermeiden kann am Stromsensor 6 gemäß Fig. 2 ein mechanisches Halteelement 12 zum Verstärken des mechanischen Halts des Stromsensors 6 zumindest in einer Zugrichtung des Kabels 2 angeordnet werden. Dann reicht der mechanische Halt des Stromsensors 6 an der Fahrzeugbatterie 4 aus, so dass die direkte mechanische Verbindung des Kabels 2 mit der Fahrzeugbatterie 4 und damit die Isolation 10 obsolet sind. Die Verbindung 14 zwischen dem Stromsensor 6 und dem Kabel 2 kann dann völlig frei ausgelegt werden.
Der Stromsensor 6 kann wie in Fig. 3 beispielhaft gezeigt, eine Gehäuse 16 und einen elektrischen Kabelanschluss 18 zum An- schluss des Kabels 2 aufweisen. Dabei kann das Gehäuse 16 in der vorliegenden Ausführung vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff gefertigt sein. Am Gehäuse 16 kann ein Formelement 20 ausgebildet sein über das in einer noch zu beschreibenden Weise ein Formschluss mit der Fahrzeugbatterie 4 hergestellt werden kann. Schließlich kann der Stromsensor 6 noch eine Schnittstelle 22 aufweisen, über die Messdaten an eine nicht weiter dargestellte Auswerteeinrichtung gesendet werden können.
Der Stromsensor 6 kann in der vorliegenden Ausführung mit einer Polklemme 24 verbunden werden, die beispielsweise als Teil der Fahrzeugbatterie 4 in einer an sich bekannten Weise über eine Feststellschraubverbindung 25 an einem nicht weiter dargestellten aber an sich bekannten Pol der Fahrzeugbatterie 4 befestigt werden kann. Zur Befestigung des Stromsensors 6 an der Polklemme 24 weist die Polklemme 24 eine Lötfläche 26 auf, auf der die oben genannte Lötverbindung 8 realisiert werden kann. Ferner weist die Polklemme 24 einen Haken 28 auf, der bei¬ spielsweise in Stanzbiegetechnik hergestellt werden kann.
Nach dem Verlöten des Stromsensors 6 auf der Lötfläche 26 der Polklemme 24 kann der Haken 28 gegen das Formelement 20 gebogen werden, so dass der Haken 28 zusammen mit dem Formelement 20 einen Formschluss in eine Zugrichtung 30 des Kabels 6 ausbildet und somit als oben genanntes mechanisches Halteelement 12 dient. In alle anderen Richtungen, die vom Formschluss aus dem Haken 28 und dem Formelement 20 nicht abgedeckt werden, reicht der mechanische Halt der Lötverbindung 8 auf der Lötfläche 26 zum Halten des Stromsensors 6 an der Polklemme 24 aus. Der mit der Polklemme 24 verbundene Stromsensor 6 ist in Fig. 4 mit dem zusätzlich angeschlossenen Kabel 2 gezeigt.

Claims

Patentansprüche
1. Stromsensor (6) zum Überwachen einer Fahrzeugbatterie (4) umfassend
- ein elektrisches Kontaktelement (8) zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit einem Pol (24) der Fahrzeugbatterie (4) und
ein vom elektrischen Kontaktelement (8) verschieden ausgebildetes mechanisches Halteelement (12, 20) zum Halten des Stromsensors (6) in wenigstens einer Richtung (30) an der Fahrzeugbatterie (4) .
2. Stromsensor (6) nach Anspruch 1, wobei das elektrische Kontaktelement (8) an einer Stelle des Stromsensors (6) an- geordnet ist, die außerhalb eines Haltewirkungsbereichs des mechanischen Halteelements (12, 20) liegt.
3. Stromsensor (6) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Halteelement (12, 20) wenigstens ein Formschlusselement (20) zur formschlüssigen Verbindung (20, 28) mit der Fahrzeugbatterie (4) umfasst.
4. Stromsensor (6) nach Anspruch 4, wobei eine Richtung (30) einer Wirkung des Formschlusselementes (20) von einer Kraft- flussrichtung abhängig ist, in die ein über den Stromsensors (6) an die Fahrzeugbatterie (4) anschließbares Kabel (2) auf den Stromsensor (6) wirkt.
5. Polklemme (24) für eine Fahrzeugbatterie (4) umfassend: - ein elektrisches Kontaktelement (26) zum Herstellen einer elektrischen Verbindung (8) mit einem an die Fahrzeugbatterie (4) anschließbaren Stromsensor (6) und
ein vom elektrischen Kontaktelement (26) verschieden ausgebildetes mechanisches Halteelement (28) zum Halten des Stromsensors (6) in wenigstens einer Richtung (30) an der Fahrzeugbatterie (4) .
6. Polklemme (24) nach Anspruch 5, wobei das elektrische Kontaktelement (26) an einer Stelle der Polklemme (24) ange¬ ordnet ist, die außerhalb eines Haltewirkungsbereichs des mechanischen Halteelements (28) liegt.
7. Polklemme (24) nach Anspruch 5 oder 6, wobei das mecha¬ nische Halteelement (28) wenigstens ein Formschlusselement (28) zur formschlüssigen Verbindung (20, 28) mit dem Stromsensor (6) umfasst .
8. Polklemme (24) nach Anspruch 7, wobei eine Richtung (30) einer Wirkung des Formschlusselementes (28) von einer Kraft¬ flussrichtung abhängig ist, in die ein über den Stromsensors (6) an die Fahrzeugbatterie (4) anschließbares Kabel (2) auf die Polklemme (24) wirkt.
9. Polklemme (24) nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Formschlusselement (28) ein Stanzbiegeelement ist.
10. Fahrzeugbatterie (4) zum Abgeben oder Aufnehmen eines elektrischen Stromes für ein Bordnetz eines Fahrzeuges umfassend :
eine Polklemme (24) nach einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 9 zum Abgeben oder Aufnehmen des elektrischen Stromes, und - einen Stromsensor (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der über das mechanische Halteelement (12, 20) an der Polklemme (24) gehalten und über das elektrische Kontaktelement (8) mit der Polklemme (24) elektrisch verbunden ist.
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