DE10118051B4

DE10118051B4 - Batterienmessklemme mit Fremdstartstützpunkt

Info

Publication number: DE10118051B4
Application number: DE10118051A
Authority: DE
Inventors: Alf Dr.rer.nat Blessing; Franz-Josef Lietz; Rainer Dr.-Ing. Mäckel
Original assignee: DaimlerChrysler AG; Auto Kabel Management GmbH
Current assignee: Auto Kabel Management GmbH; Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2001-04-11
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2021-04-12
Also published as: DE10118051A1

Abstract

Batteriemeßklemme zur Überwachung des Ladezustandes einer Fahrzeugbatterie aus mindestens einem Polklemmenkontakt (2) und mindestens einem Anschlußkontakt (3), die voneinander durch einen Isolationskörper (4) getrennt sind und wobei der Polklemmenkontakt (2) mit dem Anschlußkontakt (3) über einen Strompfad (6) elektrisch verbunden ist und in oder an diesem Strompfad ein Stromsensor (7) oder eine integrierte Signalverarbeitungseinheit (8) angeordnet ist, mit der der Strom im Strompfad (6) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußkontakt (3) den Isolationskörper (4) umschließt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Erzeugnis mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs.
In Kraftfahrzeugen werden zunehmend sicherheitsrelevante Funktionen durch Elektronik realisiert. Um sicher zu sein, daß die Funktionsfähigkeit der sicherheitsrelevanten Komponenten gewährleistet ist, muß eine Versorgung mit elektrischer Energie immer gegeben sein. Hierzu sind im Fahrzeug in der Regel ein Generator und mindestens eine Bordnetzbatterie als Energiepuffer vorhanden. Der sichere Betrieb des Kraftfahrzeuges hängt also insbesondere bei einem Ausfall des Generators auch vom Ladezustand der Bordnetzbatterie ab. Es ist daher wichtig den Ladezustand der Batterie zu überwachen.

In der WO99/54744 A1 hat man eine Batterieklemme für einen Batteriepluspol vorgeschlagen, an deren Batteriekabel eine Meßeinrichtung mit mehreren Sensoren und einer Signalverarbeitungseinheit angeordnet ist, mit deren Hilfe die Zustandsgrößen der angeschlossenen Batterie überwacht werden. Gemessen werden die Temperatur der Batterie, die Batteriespannung und der Strom im Batteriekabel. Die Signalverarbeitungseinheit enthält einen Mikroprozessor mit einer integrierten Zeitmessung. Über zeitliche Integralbildung wird in dem Mikroprozessor aus den Sensordaten die der Batterie entnommene Ladung bestimmt und auf den aktuellen Ladezustand der Batterie geschlossen.

Aus der DE 199 36 279 A1 ist eine Batterieklemme zur Absicherung des von einer Batterie gespeisten Stromkreises eines Fahrzeuges bekannt. Zwischen einem inneren Polklemmenkontakt und einer den Polklemmenkontakt umschließenden Klemmhülse ist ein Sichererungselement angebracht, das im Falle eines Überstromes die elektrische Verbindung zwischen Polklemmenkontakt und Klemmhülse unterbricht.

Eine gattungsbildende Batteriemeßklemme zur Überwachung des Ladezustandes einer Fahrzeugbatterie ist aus der DE 199 61 311 A1 bekannt. Die Batterieklemme enthält neben einer einteiligen Polklemme einen Stromsensor und eine Signalverarbeitungseinheit. Stromsensor und Signalverarbeitungseinheit befinden sich im Strompfad zwischen der Polklemme und dem Kabelabgang für das Batteriekabel. Hierdurch können alle Ströme von dem Batteriekabel zur Fahrzeugbatterie bilanziert werden.

Eine vorgenannte Batterieüberwachung hat allerdings den Nachteil, daß sie nur diejenige Strommenge erfassen kann, die der Batterie über das Batteriekabel entnommen wurde. Dies kann zu falschen Bewertungen des Ladezustandes einer Batterie führen. Nachträglich eingebaute Bordnetzlasten werden häufig unmittelbar an der Polklemme der Bordnetzbatterie angeschlossen, da ein Redesign des Bordnetzes für nachträgliche Einbauten nicht praktikabel ist. Diese nachträglichen Einbauten werden mit einer Strommessung am Batteriehauptkabel nicht mitgemessen. Weiterhin führt das Geben und Neben von Ladehilfe mit in der Regel an den Polklemmen direkt angeschlossenen Klemmen zu einem Stromfluß aus der Batterie oder in die Batterie der mit bekannten Meßaufbauten nicht mitgemessen wird. Der Ladezustand der Batterie kann sich also ändern, ohne daß dies registriert wird.

Ausgehend von dem vorbeschriebenen Stand der Technik stellt sich die erfindungsgemäße Aufgabe die Batterieüberwachung zuverlässiger zu machen und auch Stromableitungen oder Stromzuführungen über an der Batterie angeschlossenen Parallelstrompfaden zu erfassen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Lösung gelingt mit einer mehrteiligen Batteriemeßklemme aus mindestens einem Polklemmenkontakt, mindestens einem Anschlußkontakt, der als Fremdstartstützpunkt genutzt werden kann, mindestens einem Isolationskörper und mindestens einem Stromsensor. Der Polklemmenkontakt ist hierbei durch einen Isolationskörper von dem Anschlußkontakt getrennt. Polklemmenkontakt und Anschlußkontakt sind über einen Strompfad, an dem ein Stromsensor, eine integrierte Signalverarbeitungseinheit oder ein Batteriesteuergerät angeordnet ist, miteinander elektrisch leitend verbunden.

Mit der Erfindung werden hauptsächlich die folgenden Vorteile erzielt:
Die Batteriemeßklemme umfaßt den Batteriepol und schirmt ihn gegen außen so weit ab, daß ein elektrischer Kontakt lediglich über den Anschlußkontakt hergestellt werden kann. Strom der der Batterie von extern entnommen oder zugeführt wird, muß also über den Massestrompfad der Batteriemeßklemme fließen und wird somit von dem Stromsensor, der integrierten Signalverarbeitungseinheit oder dem Batteriesteuergerät erfaßt. Somit ist eine vollständige Ladungsbilanz für die Batterie möglich.

Die Batteriemeßklemme ist einfach in der Handhabung und kann wie eine konventionelle Polklemme gehandhabt werden. Zusätzliche Erklärungen in der Bedienungsanleitung eines Kraftfahrzeuges zur Handhabung der Batteriemeßklemme und zum Anschluß der Batterie, werden durch die erfindungsgemäße Batteriemeßklemme nicht notwendig.

Starthilfekabel oder Batterieladegeräte können wie gewohnt an dem als Fremdstartstützpunkt verwendeten Anschlußkontakt der erfindungsgemäßen Batteriemeßklemme angeschlossen werden. Ein herkömmlicher zusätzlicher, getrennter Fremdstartstützpunkt wird nicht benötigt, so daß der ansonsten für einen getrennten Fremdstartstützpunkt notwendige Bauraum für andere Anwendungen zur Verfügung steht.

Die erfindungsgemäße Batteriemeßklemme kann auch als Nachrüstsatz für bestehende herkömmliche Batterieklemmen sowie für herkömmliche Batteriemassekabel ausgebildet werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von Zeichnungen dargestellt und näher erläutert. Es zeigen:
1 schematisch ein Teilschnittbild einer erfindungsgemäßen Batteriemeßklemme in Seitenansicht,
2 schematisch ein Schnittbild einer erfindungsgemäßen Batteriemeßklemme in Aufsicht,
3 eine schematische Darstellung eines Fremdstartvorgangs mit der erfindungsgemäßen Batteriemeßklemme,
4 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Batteriemeßklemme als Polkappe,
5 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Batteriemeßklemme als Nachrüstsatz,
6 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Batteriemeßklemme als Nachrüstsatz, bei der der Anschlußkontakt bzw. der Fremdstartstützpunkt von der Polklemme beabstandet angeordnet ist,
7 eine Kunststoffabdeckung für das Ausführungsbeispiel der 6.
1 zeigt eine schematische Teilschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Batteriemeßklemme, wie sie auf einem Batteriepol 1 angeordnet ist. Die Batteriemeßklemme besteht aus einem Polklemmenkontakt 2, einem Isolationskörper 4 und einem Anschlußkontakt 3. Polklemmenkontakt und Anschlußkontakt sind voneinander durch den elektrischen Isolati onskörper 4 getrennt. Der Anschlußkontakt umschließt den Isolationskörper und den Polklemmenkontakt. Vorteilhafterweise sind Polklemmenkontakt, Isolationskörper und Anschlußkontakt ringförmig ausgebildet, es sind jedoch auch andere geometrische Formen möglich, insbesondere kann die Außenkontur des Anschlußkontakts ein Vierkantprofil sein. Die Batteriemeßklemme ist als Klemmkontakt ausgebildet und umschließt den Batteriepol bis auf einen kleinen Ausgleichsschlitz vollständig. Die Befestigung der Batterieklemme erfolgt in der von herkömmlichen Autobatterieklemmen bekannten Weise mit einer Klemmschraube. Die Klemmschraube ist nicht dargestellt. Eine bekannte Batterieklemme findet sich in der WO99/54744 A1, deren Klemmechanismus hier ausdrücklich in die Erfindung miteinbezogen wird. Polklemmenkontakt und Anschlußkontakt sind über einen Strompfad 6 miteinander verbunden. An oder in dem Strompfad 6 ist mindestens ein Stromsensor 7 angeordnet, der den Stromfluß durch den Strompfad mißt. Vorteilhafterweise ist jedoch in dem Strompfad 6 eine komplette Signalverarbeitungseinheit oder ein Batteriesteuergerät 8 angeordnet, die oder das neben dem Stromfluß im Strompfad auch noch die Batteriespannung und die Batterietemperatur mißt und überwacht. Beispiele für geeignete Stromsensoren oder Signalverarbeitungseinheiten finden sich u.a. in der WO99/54744 A1. In dem Ausführungsbeispiel der 1 befindet sich der Stromsensor 7 oder die Signalverarbeitungseinheit 8 im Massestrompfad der angeschlossenen Batterie. Die Signalverarbeitungseinheit wird im folgenden auch als Batteriesteuergerät bezeichnet. Batteriesteuergerät ist der in der Sprache der Technik gebräuchlichere Begriff.
2 zeigt eine Aufsicht auf die Batteriemeßklemme der 1 in Teilschnittdarstellung. Man erkennt den innenliegenden Polklemmenkontakt 2 der mit dem Pol 1 der Batterie in direktem elektrischen Kontakt steht. Anzuschließende Verbraucher oder eventuelle, anzuschließende Ladehilfen oder Starthilfekabel müssen an dem außenliegenden Anschlußkontakt 3 angeschlossen werden. Die Batteriemeßklemme kann einteilig als integrierte Batteriemeßklemme ausgebildet sein oder mehrteilig als Nachrüstsatz. Ausführungsbeispiele einer als Nachrüstsatz geeigneten Batteriemeßklemme werden in den 5 bis 7 erläutert. In der einstückigen Ausführung der Batteriemeßklemme sind die Bestandteile der Batteriemeßklemme fest miteinander verbunden und schirmen den Batteriepol derart ab, daß ein Anschluß von Verbrauchern nur noch am Anschlußkontakt der Batterieklemme und nicht mehr am Batteriepol möglich ist. Die erfindungsgemäße Batteriemeßklemme kann sowohl als Klemme für den Batteriepluspol (Normklemme 30) als auch als Klemme für den Batterieminuspol (Normklemme 31) ausgelegt sein.
Im Ausführungsbeispiel der 3 ist die Batteriemeßklemme am Minuspol der Batterie 10 angeklemmt. Wird nun wie in 3 dargestellt an eine mit der erfindungsgemäßen Batteriemeßklemme ausgestattete Batterie 10 über ein Fremdstartkabelpaar 9 eine zusätzliche Starthilfequelle 11 angeschlossen, so fließt der Strom zunächst über den Polklemmenkontakt 2 aus der Batterie 10 in den Strompfad 6 und in den Massekontakt 12 hinein. Dies wird von dem Stromsensor 7 oder der integrierten Signalverarbeitungseinheit bzw. dem Batteriesteuergerät 8 detektiert und ausgewertet. Der Strom fließt nun über den Massekontakt weiter im Strompfad 6 zu dem Anschlußkontakt 3. Von dort wird der Strom über das Fremdstartkabel abgegriffen. Wichtig ist, daß die vollständige Ladungsbilanz über den einzigen Strompfad 6 geführt ist und auch eventuelle Parallelstrompfade an der Batterie nur über den Anschlußkontakt 3 anschließbar sind.
4 zeigt nochmals eine alternative Ausführungsform der Erfindung, bei der die Batteriemeßklemme als integrierte Batteriepolkappe ausgebildet ist, die den Batteriepol 1 vollständig gegen seine Umgebung abschirmt. In dieser Ausführungsform enthält die Batteriemeßklemme zweckmäßiger Weise im Isolationszwischenraum zwischen dem Polklemmenkontakt 2 und dem kappenförmigen Anschlußkontakt 3, die zur Auswertung der Energiebilanz der Batterie notwendige Stromsensorik 7 oder die Signalverarbeitungseinheit bzw. das Batteriesteuergerät 8.
5 zeigt eine mehrstückig ausgebildete Batteriemeßklemme, die als Nachrüstsatz für herkömmliche Polklemmen geeignet ist. Auf den vorinstallierten Polklemmenkontakt 2 wird in der mehrstückigen Ausführungsform der hülsenförmige oder kappenförmige Anschlußkontakt 3 mit innenliegendem Isolationskörper 4 auf den zuvor am Batteriepol getrennt angeschlossenen Polklemmenkontakt 2 nachträglich aufgeschoben. In der mehrstückigen Ausführungsform der Batteriemeßklemme ist auch der Massestrompfad zur Verbindung des Pulklemmenkontakts mit dem Anschlußkontakt mehrstückig (6a, 6b) ausgebildet. Der Stromsensor 7 oder die Signalverarbeitungseinheit bzw. das Batteriesteuergerät 8 können demzufolge in einem beliebigen Teilstück (6a, 6b) des Strompfades zwischen Polklemmenkontakt und Anschlußkontakt angeordnet sein. Die Verbindung der beiden Teilstrompfade 6a, 6b erfolgt über die elektrische Masse 12 des Systems.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die als Nachrüstsatz geeignet ist, ist in den 6 und 7 dargestellt. Eine handelsübliche Polklemme 2 ist an den Minuspol 1 einer Batterie 10 angeschlossen und mit einem ersten Massekabel 6b mit einem Masseanschluß 12 elektrisch leitend verbunden. Der Anschlußkontakt 3 der Batteriemeßklemme umfaßt in diesem Ausführungsbeispiel nicht den Polklemmenkontakt sondern den Isolationskörper 4 des ersten Batteriemassekabels 6b. Die Kabelisolierung 4 des Batteriemassekabels 6b wird in dieser Ausführungsform der Erfindung mit Vorteil dazu genutzt, den Anschlußkontakt 3 von dem Polklemmenkontakt 2 zu isolieren. Der Anschlußkontakt 3 ist deshalb in diesem Nachrüstsatz als Kabelschuh sowie als Kabelhalter für ein zweites Batteriemassekabel 6a ausgebildet. Die beiden Batteriemassekabel 6a und 6b bilden analog zu dem Ausführungsbeispiel der 5 zwei Teilstrompfade, von denen mindestens einer einen Stromsensor 7 oder ein Batteriesteuergerät 8 enthält. Der Anschlußkontakt ist aus einem elektrisch leitfähigem Material gebildet und mit dem zweiten Batteriemassekabel 6a leitend verbunden. Vorzugsweise ist das zweite Batteriemassekabel 6a in eine Stopfbüchse des Anschlußkontakts 3 eingelötet. Mit einer zweiten Befestigungsbüchse umschließt der Anschlußkontakt 3 die Kabelisolierung des ersten handelsüblichen Massekabels 6b. Vorzugsweise wird das erste Batteriemassekabel in die Befestigungsbüchse des Anschlußkontaktes mit einem nichtleitenden Kleber eingeklebt. Die Arretierung des Anschlußkontaktes 3 auf der Isolierung des ersten Batteriemassekabels erfolgt vorzugsweise in der Nähe der Polklemme 2, jedoch in ausreichender Entfernung zur Polklemme, damit Polklemme und Anschlußkontakt nicht versehentlich direkt miteinander in Kontakt gebracht werden können, sondern analog zum Ausführungsbeispiel der 5 eine elektrische Verbindung zwischen Polklemme und Anschlußkontakt lediglich über die beiden Teilstrompfade 6a und 6b und der elektrischen Systemmasse 12 erfolgt. Im Falle einer erforderlichen Starthilfe dient der Anschlußkontakt 3 auch in dem Ausführungsbeispiel der 6 als Fremdstartstützpunkt. Analog zum Ausführungsbeispiel der 5 befindet sich für die Fremdstarterkennung und für die Erfassung der korrekten Ladungsbilanzierung in mindestens einem der durch die Batteriemassekabel gebildeten Teilstrompfade ein Stromsensor 7 oder eine integrierte Signalverarbeitungseinheit bzw. ein Batteriesteuergerät 8.
Um das Risiko einer versehentlichen direkten elektrischen Überbrückung von Anschlußkontakt 3 und Polklemmenkontakt 2 weiter zu reduzieren, wird zumindest die Polklemme und der Minispol der Batterie wie in 7 gezeigt mit einer Kunstoffabdeckung 13 umschlossen, die den Polklemmenkontakt 2 nach dessen Befestigung am Minuspol der Batterie für weitere Kontaktierungen unzugänglich macht. Um auch bei abgedeckter Polklemme eine Fremdstarterkennung durchführen zu können, muß der Anschlußkontakt und Fremdstartstützpunkt 3 zugänglich bleiben. Die in 7 gezeigte Kunststoffabdeckung hat deshalb seitliche Ausnehmungen, aus denen der Anschlußkontakt und Fremdstartstützpunkt 3 seitlich übersteht und so für die Klemmbacken eines handelsüblichen Starthilfekabels zugänglich bleibt. Selbstverständlich kann man in einer einfacheren Ausführungsform der Kunststoffabdeckung den Fremdstarstützpunkt 3 auch vollständig frei liegen lassen.

Claims

Batteriemeßklemme zur Überwachung des Ladezustandes einer Fahrzeugbatterie aus mindestens einem Polklemmenkontakt (2) und mindestens einem Anschlußkontakt (3), die voneinander durch einen Isolationskörper (4) getrennt sind und wobei der Polklemmenkontakt (2) mit dem Anschlußkontakt (3) über einen Strompfad (6) elektrisch verbunden ist und in oder an diesem Strompfad ein Stromsensor (7) oder eine integrierte Signalverarbeitungseinheit (8) angeordnet ist, mit der der Strom im Strompfad (6) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußkontakt (3) den Isolationskörper (4) umschließt.
Batteriemeßklemme nach Anspruch 1 ausgebildet als ringförmige Polklemme mit einem ringförmigen inneren Polklemmenkontakt (2) und einem ringförmigen äußeren Anschlußkontakt (3).
Batteriemeßklemme nach Anspruch 1 ausgebildet als Polkappe mit einem ringförmigen inneren Polklemmenkontakt (2) und einem kappenförmigen äußeren Anschlußkontakt (3).
Batteriemeßklemme nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgebildet für einen Batterieminuspol einer Fahrzeugbatterie (Normklemme 31).
Batteriemeßklemme nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgebildet für einen Batteriepluspol einer Fahrzeugbatterie (Normklemme 30).
Batteriemeßklemme nach Anspruch 3, bei der der Stromsensor (7) oder die Signalverarbeitungseinheit (8) in der Batteriemeßklemme integriert ist.
Batteriemeßklemme nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als einstückige Batteriemeßklemme, bei der der Polklemmenkontakt (2), der Isolationskörper (4) und der Anschlußkontakt (3) fest miteinander verbunden sind.
Batteriemeßklemme nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als mehrstückige Batteriemeßklemme, bei der der Anschlußkontakt (3) und der Isolationskörper (4) vom Polklemmenkontakt (2) trennbar sind.
Batteriemeßklemme nach Anspruch 1, bei der der Isolationskörper (4) von der Kabelisolierung eines Batteriemassekabel (6b) gebildet ist.
Batteriemeßklemme nach Anspruch 9, bei der die Polklemme (2) von einer Kunststoffabdeckung (13) abgedeckt ist.