DE102004013659A1

DE102004013659A1 - Vorrichtung zum Erfassen einer elektrischen Größe eines Akkumulators

Info

Publication number: DE102004013659A1
Application number: DE102004013659A
Authority: DE
Inventors: Armin Hirthammer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2005-10-13
Also published as: US20050206387A1; FR2867862A1

Abstract

Eine Vorrichtung zum Erfassen einer elektrischen Größe eines Akkumulators weist ein in einem Gehäuse (3) angeordnetes Messelement (1) auf, das in Serie mit einem Akkumulator (B) geschaltet ist. Hierbei werden die durch das Gehäuse (3) durchgeführten Kontaktelemente (2, 4) durch Dichtelemente (301, 14) abgedichtet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen einer elektrischen Größe eines Akkumulators, insbesondere eines Akkumulators eines Kraftfahrzeugs.

Zum Erfassen des Ladezustands und des Zustands des Akkumulators selbst werden aufgrund der stark zunehmenden Anzahl elektrischer Verbraucher immer häufiger Überwachungseinrichtungen vorgesehen, die aufgrund der Spannung, die über dem Akkumulator abfällt oder dem Lade- und Entladestrom des Akkumulators auf diese zurückschließen lassen.

Eine bekannte Polklemme ( DE 35 32 044 A1 ) weist ein Hallelement und eine Auswerteelektronik auf. Die am Hallelement abfallende Hall-Spannung ist proportional zu einer magnetischen Induktion. So kann auf die Ursache für diese Induktion, den Stromfluss durch den Körper der Polklemme, geschlossen werden.

Bei einem solchen bekannten Gegenstand erweist es sich als Problem, die Funktion der Auswerteelektronik auch bei widrigen Umgebungseinflüssen sicherzustellen. Ein häufiger Anwendungsfall einer solchen Messvorrichtung ist beispielsweise die Überwachung eines Akkumulators in einem Kraftfahrzeug. Dort muss beispielsweise sichergestellt werden, dass die Auswerteelektronik auch vor Staub und Wasser geschützt ist.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Erfassen eines Akkumulatorzustands zu schaffen, deren Funktionsfähigkeit auch unter widrigen Umgebungseinflüssen sichergestellt ist.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Vorrichtung weist ein Gehäuse und ein im Innenraum des Gehäuses angeordnetes Messelement mit einem ersten und einem zweiten Anschluss auf. Die Vorrichtung weist weiter ein erstes und ein zweites Kontaktelement auf, die von außen durch das Gehäuse durchgeführt werden und mit dem ersten bzw. zweiten Anschluss elektrisch verbunden sind. Dabei ist zumindest ein Kontaktelement im Bereich der Durchführung durch das Gehäuse durch ein Dichtelement abgedichtet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Vorzugsweise wird dieses Dichtelement als ein einstückig mit dem Gehäuse verbundenes radial angeordnetes Dichtelement realisiert.

In einer weiteren Ausführungsform handelt es sich um ein zwischen dem Kontaktelement und dem Gehäuse angeordneten Dichtring.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem ersten Kontaktelement um eine Polklemme, die mit einem Pol eines Akkumulators elektrisch und mechanisch verbunden ist.

Die hier aufgezeigte Vorrichtung weist somit unter anderem den Vorteil auf, dass das Dichtelement im Bereich der Durchführung der Kontaktelemente den Innenraum des Gehäuses und damit die darin angeordnete Elektronik vor dem Eindringen von Fremdstoffen, wie beispielsweise Feuchtigkeit oder Staub, schützt.

Die Erfindung und ihre vorteilhaften Weiterbildungen werden im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen einer elektrischen Größe eines Akkumulators,
2 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1, in dem ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dichtelements dargestellt ist, und
3 ein Blockschaltbild, das eine Vorrichtung Vorrichtung gemäß 1 aufweist.
Die in 1 als Schnittbild dargestellte Vorrichtung V weist ein Gehäuse 3 auf, in dem ein Messelement 1 angeordnet. Dabei weist das Messelement eine erste Seite 103 und eine zweite Seite 105 auf, zwischen denen ein Präzisionsmesswiderstand 104 angeordnet ist. Der Messwiderstand 104 ist beispielsweise aus Manganin gefertigt. Die erste und zweite Seite 103, 105 des Messelements 1 besteht aus Kupfer.
Um den zu messenden Strom durch das Messelement 1 zu führen, weist das Messelement 1 weiter einen ersten Anschluss 101 und einen zweiten Anschluss 102 auf. Mit dem ersten Anschluss 101 ist ein Kontaktelement 204 einer Polklemme 2 elektrisch verbunden. Diese Polklemme 2 weist einen Klemmring 201, eine Klemmschraube 202 und im Klemmring 201 eine Ausnehmung 203 für einen Polkörper P auf (vgl. 3).
Diese Polklemme 2 kann mit einem Pol P eines Akkumulators B, hier vorzugsweise mit dem negativen Pol P- elektrisch und mechanisch verbunden werden. Hierbei wird eine sichere Verbindung durch ein Spannen des Klemmrings 201 sichergestellt. Dies wird durch Anziehen der Klemmschraube 202 erreicht.
Der zweite Anschluss 102 des Messelements 1 ist mit einem durch das Gehäuse durchgeführten zweiten Kontaktelement 4 e lektrisch verbunden. Dieses zweite Kontaktelement weist ein Anschlussstück 401, ein mit diesem Anschlussstück verpresstes, verlötetes und/oder verschweißtes Kabel 402, hier ein Massekabel, auf.
Die Verbindung zwischen den Kontaktelementen 2, 4 und dem Messelement 1 kann geschweißt, gelötet und/oder gepresst sein.
Um nun sicherzustellen, dass der gesamte Stromfluss über das Messelement 1 geleitet wird und kein Leckstrom direkt von der Polklemme 2 zum zweiten Kontaktelement 4 fließt, ist zwischen Polklemme 2 und dem Anschlussstück 401 eine Isolationshülse 403 aus Kunststoff angeordnet. Diese Isolationshülse 403 erfüllt noch eine weitere Aufgabe, sie stabilisiert das zweite Kontaktelement 4 in Bezug auf Erschütterungen.
Um im Bereich des zweiten Kontaktelements 4 eine dichte Durchführung durch das Gehäuse 2 sicherzustellen, weist das Gehäuse 3 ein hier einstückig mit dem Gehäuse ausgeführtes radiales Dichtelement 301 auf. Bei der Montage wird das Anschlussstück 401 in das Gehäuse 3 eingepresst und anschließend mit dem Messelement 1 verbunden. Nach dem Fügen umschließt das Dichtelement 301 das Anschlussstück 401, so dass eine dichte Durchführung durch das Gehäuse 3 sichergestellt ist.
Im Bereich des ersten Kontaktelements 204, hier der Polklemme 2, wird zum Abdichten der Durchführung durch das Gehäuse 3 ein weiteres Dichtelement 14, hier ein O-Ring, zwischen Kontaktelement 204 und Gehäuse 3 eingesetzt. Hierdurch wird auch dort eine dichte Durchführung durch das Gehäuse 3 erreicht.
Um den Stromfluss durch das Messelement 1 zu erfassen und auszuwerten, wird die über dem Präzisionswiderstand 104 abfallende Spannung erfasst. Hierzu weist die Vorrichtung einen ersten Kontaktstift 12 und einen zweiten Kontaktstift 13 auf.
Diese sind im Bereich der ersten bzw. zweiten Seite 103, 105 angeordnet und verbinden diese Seiten 103, 104 jeweils mit einer Anschlusszone einer auf einer Leiterplatte 5 angeordneten Auswerteelektronik. Die Auswerteelektronik weist hier einen Mikroprozessor 6 und einen applikationsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) 7 auf. Die Auswerteelektronik dient dazu, aus dem Stromfluss durch das Messelement 1 und im Bedarfsfall auc weiteren Parametern wie beispielsweise einer über dem Akkumulator abfallenden Spannung, der Akkumulatortemperatur oder Betriebsdaten der Brennkraftmaschine den Akkumulatorzustand (SOH – State Of Health) und dessen Ladungszustand (SOC – State Of Charge) zu ermitteln.
Um den Betrieb der Auswerteelektronik 6, 7 auch im Falle von Spannungsschwankungen oder zusätzlich bei einem Akkumulatorwechsel sicherzustellen, weist die Elektronik einen Notenergiespeicher 8, beispielsweise einen Kondensator, auf. Dieser ist ebenfalls im Gehäuse 3 angeordnet.
Um die so ermittelten Daten SOC, SOH an ein weiteres elektrisches Gerät, beispielsweise ein Bordcomputer oder eine Steuerung des Kraftfahrzeugs zu übertragen, weist die Vorrichtung eine Schnittstelle mit einer Anschlussbuchse 10 und zumindest einem Kontaktpin 11 für eine Datenleitung D auf. Aufgrund des Schnitts nicht sichtbar ist hier ein weiter Kontaktpin 11, der die im Gehäuse 3 angeordnete Schaltungsanordnung mit dem positiven Pol des Akkumulators B verbindet. Diese Verbindung dient zur Spannungsversorgung der Schaltungsanordnung. Diese Kontaktpins 11 werden durch einen hier nicht dargestellten wasserdichten Steckverbinder kontaktiert.
Um die der Polklemme 2 und die dem zweiten Anschlusselement 4 abgewandte Seite des Gehäuses 3 wasserdicht zu verschließen, wird dieses hier mit einer Vergussmasse 9, beispielsweise Polyuhrethan, vergossen.
2 zeigt den Bereich II von 1 in Vergrößerung. Um ein einfaches Fügen des jeweiligen Kontaktelements 2, 4 und des Gehäuses 3 zu ermöglichen, weist das Dichtelement 301 eine zum Außenraum des Gehäuses gerichtete Fase 302 auf.
Der Durchmesser der Gehäuseausnehmung für das Kontaktelement 401 ist im Bereich des Dichtelements 301 kleiner als der Durchmesser des Kontaktelements 401.
3 zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung V zum Erfassen eines Akkumulatorszustands SOC, SOH, wie sie schon in 1 aufgezeigt wurde. Dies ist hier mit dem negativen Pol P– eines Akkumulators B elektrisch verbunden. Der positive Pol P+ des Akkumulators B ist zum einen mit einem Generator G und zum anderen mit einem elektrische Verbraucher aufweisenden Bordnetz BN verbunden. Die Vorrichtung V mit dem Messelement 1 ist in Reihe zwischen dem Masseanschluss GND des Bordnetzes BN und dem Akkumulator B geschaltet. Eine Datenleitung D verbindet den Kontaktpin 11 der Vorrichtung V mit einem Steuergerät S und liefert diesem Daten, die auf den Zustand des Akkumulators B rückschließen lassen.

Claims

Vorrichtung zum Erfassen einer elektrischen Größe eines Akkumulators, die aufweist: – ein Gehäuse (3), – ein Messelement (1), das in dem Gehäuse (3) angeordnet ist und einen ersten Anschluss (101) und einen zweiten Anschluss (102) aufweist, – ein erstes Kontaktelement (204), das mit dem ersten Anschluss (101) elektrisch verbunden ist, und – ein zweites Kontaktelement (401), das mit dem zweiten Anschluss (102) elektrisch verbunden ist, wobei das Gehäuse (3) eine Ausnehmung zur Durchführung zumindest eines Kontaktelements (204, 401) durch das Gehäuse (3) aufweist und zwischen Gehäuse (3) und dem Kontaktelement (204, 401) ein Dichtelement (301, 14) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (301) einstückig mit dem Gehäuse (3) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (301) eine zum Außenraum des Gehäuses (3) gerichtete Phase (302) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum des Gehäuses (3) eine Auswerteelektronik (5, 6, 7, 8) angeordnet ist und diese zusätzlich durch eine Vergussmasse (9) abgedichtet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kontaktelement (204) einstückig mit einer Polklemme (2) verbunden ist, die eine Ausnehmung aufweist, durch die das zweite Kontaktelement (4) mit dem zweiten Anschluss (102) des Messelements (1) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Polklemme (2) und dem zweiten Kontaktelement (4) eine Isolationshülse (403) angeordnet ist.