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DE10332410B3 - Kraftfahrzeugbordnetzsensorvorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Sensorvorrichtung - Google Patents

Kraftfahrzeugbordnetzsensorvorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Sensorvorrichtung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugbordnetzsensorvorrichtung zur Erfassung von Strom, Spannung und/oder Temperatur innerhalb von Bordnetzen von Kraftfahrzeugen, mit zwei an stromführenden Leitungen (2) innerhalb des Bordnetzes angeschlossenen Anschlussstücken (4) und mit einem die Anschlussstücke (4) elektrisch verbindenden Messwiderstand (6). Eine kleinbauende, leicht integrierbare und formstabile Verbindung der Anschlussstücke wird dadurch erreicht, dass der Messwiderstand (6) im Wesentlichen rotationssymmetrisch gebildet ist und zwischen den Anschlussstücken (4) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugbordnetzsensorvorrichtung zur Erfassung von Strom, Spannung und/oder Temperatur innerhalb von Bordnetzen von Kraftfahrzeugen, mit zwei an stromführenden Leitungen innerhalb des Bordnetzes angeschlossenen Anschlussstücken und mit einem die Anschlussstück elektrisch verbindenden Messwiderstand nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kraftfahrzeugbordnetzsensors nach dem Anspruch 10.
  • Der steigende Bedarf an elektrischer Leistung in Kraftfahrzeugen führt dazu, dass die Überwachung von Energieverteilung, Energiesteuerung notwendig und die Erfassung der Ladebilanz von Batterien, beispielsweise des Batteriestroms, der Batteriespannung und der Batterietemperatur erforderlich ist. Mit Hilfe eines integrierten Batteriesensors, welcher beispielsweise die Größen Strom, Spannung und Temperatur der Batterie erfasst, können diese Daten ermittelt und verarbeitet werden. Ein solcher Sensor wird vorzugsweise in Batterienähe angeordnet.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 199 61 311 A1 ist ein solcher Batteriesensor bekannt. Dieser Batteriesensor ist an einer Batterie-Messklemme angeordnet. Der Batteriesensor ist gebildet aus einem Leistungs-Präzisionswiderstand (Shunt) und einer Elektronikeinheit. Der Shunt und die Elektronikeinheit sind zwischen zwei Widerstandsanschlüssen angeordnet, wobei am ersten Widerstandsanschluss eine elektrische Verbindung mit dem Polschuh der Batterie gewährleistet ist und am zweiten Widerstandsanschluss eine Isolierung eine elektrische Verbindung mit dem Polschuh der Batterie verhindert. Am zweiten Widerstandsanschluss kann über eine Schraube und eine eingebettete Schraubenmutter der Kabelschuh eines gewöhnlichen Anschlusskabels angeschlossen werden. Die eingesetzten Shunts sind gemäß dieser Veröffentlichung aus dem Material Manganin, welches gegenüber Kupfer eine geringe Thermospannung besitzt, gebildet. Ferner besitzen die Shunts einen sehr kleinen Temperaturkoeffizienten, wodurch auch über ein breites Temperaturspektrum ein zuverlässiger Messwert erhalten werden kann.
  • Gemäß der DE 199 61 311 ist der Shunt unmittelbar an der Polschuhklemme der Batterie angeordnet. Die aufgrund der hohen Spitzen- und Dauerströme im Bordnetz von Kraftfahrzeugen auftretende Eigenerwärmung der Shunts wird gemäß der beschriebenen Vorrichtung dadurch thermisch abgeleitet, dass sie direkt an der Batterie angeordnet sind. Der Shunt selber ist rechteckig gebildet und weist daher ein geringes Flächenträgheitsmoment auf. Um ein nahezu störungsfreies Messergebnis erzielen zu können, sind jedoch von außen auf die Mess- und Auswerteelektronik einwirkende Kräfte zu vermeiden. Auch müssen Beschädigungen an der Elektronik durch diese Kräfte möglichst vermieden werden. Weist der Shunt kein verhältnismäßig großes Flächenträgheitsmoment auf, so kann es zu mechanischen Verformungen der Mess- und Auswerteelektroniken kommen.
  • Dies kann zur Zerstörung der Elektronik oder Verfälschung der Messung führen.
  • Aus der DE 42 36 086 C1 ist ein weiterer Präzisionsmesswiderstand und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Widerstandes bekannt. Hierzu wird zwischen zwei Anschlussteilen aus Metall, die an einen Leiter angeschlossen sind, ein Widerstandselement eingeführt. Dieses Widerstandselement hat einen quaderförmigen Querschnitt. Das hat aber den Nachteil, dass zum einen die Bauform des Shunts groß ist und zum anderen die Integration des Shunts ins Bordnetz kompliziert ist.
  • Die gemäß des Standes der Technik bekannten Messwiderstände haben eine große Bauform und ihre Integration in das Bordnetz gestaltet sich in der Regel aufwändig.
  • Aus den zuvor aufgezeiten Nachteilen ergibt sich die erfindungsgemäße Aufgabe eine Kraftfahrzeugbordnetzsensorvorrichtung mit einem Messwiderstand und ein Verfahren zu seiner Herstellung zur Verfügung zu stellen, die eine kostengünstige Herstellung und leichte Integrierbarkeit in ein Kraftfahrzeugbordnetz ermöglichen.
  • Die zuvor hergeleitete Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruches 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Messwiderstand im Wesentlichen rotationssymmetrisch ist und zwischen den Anschlussstücken angeordnet ist. Durch die Rotationssymmetrie des Shunts wird eine signifikante Bauraumreduktion ermöglicht. Ferner ist die Integration eines solchen Shunts in die Bordelektrik einfach. Ein erfindungsgemäßer Shunt kann in sämtliche bestehende Leitungen leicht integriert werden. Ein erhöhter Integrationsaufwand, welcher beim planeren Aufbau eines Shunts entsteht, entfällt. Der Shunt lässt sich in bestehende Leitersysteme, insbesondere alle stromführenden Komponenten, leicht integrieren. Stromführende Komponenten können dabei Batterieklemmen, Kabelschuhe, Leitungen, Übergabestützpunkte, Sicherungsdosen und weitere sein. Neben der hervorragenden Eignung einer Verbindung mit rotationssymmetrischen Anschlussteilen, einer kleinen Bauform und geringen Gesamtkosten bei der Herstellung, liegt ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung darin, dass sie ein wesentlich höheres Flächenträgheitsmoment als ein planares Bauelement aufweist. Von außen einwirkende Kräfte, welche eine Verbiegung des Shunts hervorrufen könnten, können somit weitestgehend kompensiert werden. Eine Verbiegung der Vorrichtung kann im Wesentlichen verhindert werden. Somit wird zum einen die eventuell am Shunt angeordnete Auswerteelektronik nicht verbogen. Zum anderen wird eine Widerstandsänderung, die aufgrund einer Verbiegung hervorgerufen wird, stark reduziert. Dies führt zu verbesserten Messergebnissen.
  • Bevorzugt ist der Shunt koaxial mit den stromführenden Leitungen angeordnet. Dann ist die Integration besonders platzsparend.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Anschlussstücke und der Messwiderstände ergeben sich aus den Ansprüchen 3 bis 6.
  • Die Anschlussstücke sind mit den elektrischen Leitungen, zum Beispiel Batterieklemme oder Batterieleitung, mittels einer Intermetall- oder Diffusionsverbindung zu fügen. Dies kann beispielsweise mit Hilfe von Reibschweißen oder anderer für Leiterwerkstoffe verwendeter Materialien geschehen. Für kupferhaltige Werkstoffe ist auch Elektronenstrahlschweißen vorteilhaft.
  • Die Anordnung einer Auswerteelektronik auf Schlüsselflächen der Anschlussstücke ermöglicht das direkte Aufbringen der Elektronik auf den Widerstand. Somit entfallen die Anschlussleitungen einer Auswerteelektronik an den Messwiderstand. Es kann jedoch auch eine dezentrale Erfassung der Messsignale erfolgen. Hierbei werden die Messleitungen zu einer entfernten Messeinheit geführt. Schlüsselflächen der Anschlussstücke sind dann nicht mehr erforderlich.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften und bereits selbständig erfinderischen Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der Messwiderstand eine pyrotechnische Zündeinheit (Zündpille) zum Trennen zumindest eines Anschlussstücks vom Messwiderstand aufweist. Besonders vorteilhaft ist hierbei, wenn der Shunt in Rohrform ausgeprägt ist und innerhalb des Rohres die pyrotechnische Zündeinheit angeordnet ist. Im Fehlerfall, beispielsweise bei Kurzschlussströmen, die eine Stromschwelle oder eine Strom-Zeitkennlinie überschreiten, kann die pyrotechnische Einheit autark oder unter Mithilfe eines übergelagerten Steuergerätes ausgelöst werden. Das Auslösen der pyrotechnischen Zündeinheit bewirkt die Trennung zwischen Shunt und Anschlussstück.
  • Gemäß Anspruch 8 wird dabei bevorzugt, dass zumindest ein Anschlussstück über eine Loslagerung mit dem Messwiderstand elektrisch verbunden ist. Die Loslagerung des Anschlussstücks bewirkt, dass im Falle der Zündung der pyrotechnischen Zündeinheit gerade dieses Anschlussstück gelöst wird. Eine Wiederkontaktierung von Shunt und Anschlussstücke wird somit konstruktiv vermieden.
  • Eine direkte Verbindung des Shunts mit einer Batterieklemme ist gemäß Anspruch 9 bevorzugt. Somit kann der Shunt unmittelbar an der Batterie angeordnet werden.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugbordnetzsensors.
  • Hierbei wird vorgeschlagen, dass jeweils zwei Anschlussstücke an stromführenden Leitungen innerhalb des Bordnetzes stromschlüssig angebracht werden, und dass die Anschlussstücke untereinander mit Hilfe eines rotationssymmetrischen Messwiderstands stromschlüssig verbunden werden.
  • Bevorzugt ist dabei, dass der Messwiderstand mit einer pyrotechnischen Zündeinheit bestückt wird und dass im Fehlerfall die pyrotechnische Zündeinheit gezündet wird und somit zumindest ein Anschlussstück vom Messwiderstand getrennt wird.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer ein Ausführungsbeispiel zeigenden Zeichnungen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
  • 1 einen erfindungsgemäßen Shunt und Anschlussstücke in Stangenform nebst Schnittzeichnung;
  • 2 einen erfindungsgemäßen Shunt in Rohrform und Anschlussstücke in Stangenform nebst Schnittzeichnung;
  • 3 einen erfindungsgemäßen Shunt und Anschlussstücke in Rohrform nebst Schnittzeichnung;
  • 4 einen erfindungsgemäßen Shunt in Stangenform und Anschlussstücke in Rohrform:
  • 5 eine erfindungsgemäße Vorrichtung an einer Batterieklemme;
  • 6 einen erfindungsgemäßen Shunt mit pyrotechnischer Zündeinrichtung, zusammengebaut;
  • 7 einen erfindungsgemäßen Shunt nach Trennung durch eine pyrotechnische Zündeinrichtung.
  • 1a zeigt zwei Leitungsenden 2, die elektrisch mit zwei Anschlussstücken 4 verbunden sind. Die Anschlussstücke 4 weisen Schlüsselflächen 8 auf und sind über einen Leistungs-Präzisionswiderstand (Shunt) 6 miteinander verbunden. Die Anschlussstücke 4 sind rotationssymmetrisch stabförmig. Die Schlüsselflächen 8 weisen einen quadratischen Querschnitt auf und der Shunt 6 zwischen den Anschlussstücken 4 ist rotationssymmetrisch stabförmig. Vorzugsweise ist der Shunt koaxial zu den Leitungen und/oder den Anschlussstücken. Dies kann für alle nachfolgenden Ausführungsbeispiele gelten.
  • Die Verbindung zwischen Leitungsenden 2 und Anschlussstücken 4 ist mit Hilfe von Schweißen oder Löten gewährleistet. Ferner kann eine kraftschlüssige, formschlüssige oder stoffschlüssige Verbindung vorgesehen sein. Es sollte nur ein guter elektrischer Leitwert zwischen Anschlussstück 4 und Leitung 2 gewährleistet sein.
  • Aus der 1b ist zu erkennen, dass der Shunt 6 rotationssymmetrisch und koaxial zu den Anschlussstücken 4 angeordnet ist.
  • In 2a und den weiteren Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. 2 zeigt eine Anordnung, bei der die Anschlussstücke 4 stabförmig sind und der Shunt 6 rohrförmig. Dies ist auch aus der 2b zu erkennen. Dieser Shunt weist ein höheres Flächenträgheitsmoment bei gleichem Widerstand gegenüber dem in 1 dargestellten Shunt auf. Die elektrische Verbindung zwischen Leitung 2 und Anschlussstück 4 ist vorzugsweise eine intermetallische Verbindung oder eine Diffusionsverbindung. Die Verbindung zwischen Anschlussstück 4 und Shunt 6 ist ebenfalls vorzugsweise intermetallisch oder über eine Diffusionsverbindung gebildet.
  • 3a zeigt eine weitere mögliche Gestaltung der Anschlussstücke 4. Die Anschlussstücke 4 sind gemäß 3 rohrförmig. Die Enden der Leitungen 2 können in die Öffnungen der Anschlussstücke 4 eingeführt und dort metallisch verbunden sein. Denkbar sind zum Beispiel auch Klemmverbindungen. Wie aus der 3b zu erkennen ist, ist der Shunt 6 ebenfalls rohrförmig gebildet.
  • In der 4a ist eine Vorrichtung gezeigt, bei der die Anschlussstücke 4 rohrförmig sind und der Shunt 6 stangenförmig ist. Dies ist auch aus der 4b erkennbar.
  • Da aufgrund der kleinen Bauform des erfindungsgemäßen Shunts kleinbauende Konstruktionen möglich sind, ist eine direkte Anordnung des erfindungsgemäßen Shunt an der Batterie gemäß 5 möglich. Der Polschuh 14 ist mit einer Batterieklemme 12 verbunden. Das eine Ende der Batterieklemme 12 bildet ein Anschlussstück 4. Der Anschluss der Batterie an die Bordelektronik wird über ein weiteres Anschlussstück 4 und ein daran angeschlossenes Kabel 2 ermöglicht. Dazwischen angeordnet ist ein erfindungsgemäßer Shunt 6 mit einer Auswerteelektronik 10. Die Auswerteelektronik 10 wertet die am Shunt gemessenen elektrischen Messwerte aus. Durch die rotationssymmetrische Anordnung des Shunts wird ein hohes Flächenträgheitsmoment gewährleistet, wodurch eine Verbiegung des Shunts 6 oder der Auswerteelektronik 10 zumindest weitestgehend vermieden wird. Dadurch werden die Messergebnisse wenig verfälscht.
  • 6 zeigt einen Shunt mit einer integrierten pyrotechnischen Zündeinheit 18. Der Shunt 6 ist auf der einen Seite mit einem Anschlussstück 4 über eine feste Verbindung 16a verbunden. Diese feste Verbindung 16a ist elektrisch leitend und stoffschlüssig. Das zweite Anschlussstück 4 ist mit dem Shunt 6 über ein Loslager 16b verbunden. Das Loslager 16b weist eine geringere Verbindungsfestigkeit als die feste Verbindung 16a auf. Auch das Loslager 16b stellt eine stoffschlüssige und elektrisch leitende Verbindung zwischen Anschlussstück 4 und Shunt 6 dar. Eine Auswerteelektronik 10 ist an den Anschlussstücken 4 angeordnet. Eine Verbindung zwischen der Auswerteelektronik 10 und dem Shunt 6 ist nicht dargestellt. Die pyrotechnische Zündeinheit 18 kann autark in Abhängigkeit eines Kurzschlussstroms oder eines Spitzenstroms ausgelöst werden. Auch kann die pyrotechnische Zündeinrichtung 18 durch die Auswerteelektronik 10 beim Vorliegen eines Fehlerfalles, der in der Auswerteelektronik 10 ermittelt wird, ausgelöst werden. Die Auslösung der pyrotechnischen Zündeinheit 18 bewirkt eine Trennung von Anschlussstück 4 und Shunt 6, wie in 7 dargestellt ist.
  • In 7 ist zu erkennen, dass beim Auslösen der pyrotechnischen Zündeinheit 18 die Loslagerung 16b bewirkt, dass das Anschlussstück 4 vom Shunt 6 weggesprengt wird. Die elektrische Verbindung wird unterbrochen. Im Fehlerfall bedeutet dies eine erhöhte Sicherheit.
  • Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbordnetzsensorvorrichtung ist eine unkomplizierte, kleinbauende Integration eines Stromsensors in bestehende Bordnetze möglich. Die Sicherheit kann durch Verwendung von pyrotechnischen Zündpillen vergrößert werden.

Claims (11)

  1. Kraftfahrzeugbordnetzsensorvorrichtung zur Erfassung von Strom, Spannung und/oder Temperatur innerhalb von Bordnetzen von Kraftfahrzeugen, mit zwei an stromführenden Leitungen (2) innerhalb des Bordnetzes angeschlossenen Anschlussstücken (4) und mit einem die Anschlussstücke (4) elektrisch verbindenden Messwiderstand (6), dadurch gekennzeichnet, dass der Messwiderstand (6) im Wesentlichen rotationssymmetrisch ist und zwischen den Anschlussstücken (4) angeordnet ist.
  2. Kraftfahrzeugbordnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwiderstand (6) im Wesentlichen koaxial mit den stromführenden Leitungen (2) angeordnet ist.
  3. Kraftfahrzeugbordnetzsensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwiderstand (6) und zumindest ein Anschlussstück (4) zylindrisch sind.
  4. Kraftfahrzeugbordnetzsensorvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwiderstand (6) und/oder zumindest ein Anschlussstück (4) stabförmig sind.
  5. Kraftfahrzeugbordnetzsensorvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwiderstand (6) und/oder zumindest ein Anschlussstück (4) röhrenförmig sind.
  6. Kraftfahrzeugbordnetzsensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Anschlussstück eine eine Auswerteelektronik (10) aufnehmende Schlüsselfläche (8) aufweist.
  7. Kraftfahrzeugbordnetzsensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwiderstand (6) eine pyrotechnische Zündeinheit (18) zum Trennen zumindest eines Anschlussstücks (4) vom Messwiderstand (6) aufweist.
  8. Kraftfahrzeugbordnetzsensorvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Loslagerung (16b) zumindest ein Anschlussstück (4) mit dem Messwiderstand (6) elektrisch verbindet.
  9. Kraftfahrzeugbordnetzsensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlussstück (4) als Teil einer Batterieklemme (12) gebildet ist.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugbordnetzsensors nach einem der Ansprüche 1 bis 8 bei dem jeweils zwei Anschlussstücke an stromführende Leitungen innerhalb des Bordnetzes stromschlüssig angebracht werden, und bei dem die Anschlussstücke untereinander mit Hilfe eines rotationssymmetrischen Messwiderstands stromschlüssig verbunden werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwiderstand mit einer pyrotechnischen Zündeinheit bestückt wird und dass im Fehlerfall die pyrotechnische Zündeinheit gezündet wird und somit zumindest ein Anschlussstück vom Messwiderstand getrennt wird.
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