Die Erfindung betrifft eine Stromsensorvorrichtung zum Messen eines Stroms, insbesondere zum Messen eines Batteriestroms in Kraftfahrzeugen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Stromsensorvorrichtung .

In Kraftfahrzeugen werden elektrischen Motoren für unterschiedlichste Funktionen eingesetzt, sei es als Hauptantriebseinheit in einem Elektroauto oder sei es z. B. als Antriebseinheit einer elektrischen Servolenkung. Der Einsatz von elektrischen Motoren erfordert auch in vielen Fällen den Einsatz von Stromsensoren zur genauen Messung des an die elektrischen Motoren zugeführten Versorgungsstroms oder an die Batterien zugeführten Ladeströme.

Bekannt sind auf den Markt erhältliche Stromsensoren, die als eine Einheit in einem Gehäuse den Sensor enthalten und mit Schnittstellen versehen sind. Die Schnittstellen dienen unter anderem dazu, die elektrischen Anschlüsse anzubringen, wie z. B. Datenkabel oder Masse. Des Weiteren gibt es auch eine Schnittstelle, an die eine mechanische Halterung angebracht wird, um das Gehäuse fest innerhalb des Kraftfahrzeugs zu montieren .

Eine solche Gestaltung hat zwar den Vorteil, dass die einzelnen Teile, wie z. B. Halterung, Sensor und Masseelement von unterschiedlichen Quellen bezogen werden können. Nachteilig ist jedoch der hohe Montageaufwand der einzelnen Teile. Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Stromsensorvorrichtung aufzuzeigen, die mit geringem Herstellungs- und Kostenaufwand herstellbar ist.

Die Aufgabe wird gelöst mittels einer Stromsensorvorrichtung der eingangs genannten Art, wobei die Klemmeinrichtung, das Widerstandselement und das Massenelement einstückig ausgebildet sind .

Der Erfindung liegt der Grundgedanke zugrunde, die funktionswesentlichen Elemente einer Stromsensorvorrichtung einstückig auszubilden, wodurch die Montage der einzelnen Elemente miteinander überflüssig wird. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird die Montage des Shunts mit einer Klemmeinrichtung und einem Massenelement überflüssig. Die Klemmeinrichtung, das WiderStandselement und das Massenelement sind in einem einstückigen Bauteil integriert und fest miteinander verbunden. Die einstückige Ausbildung ermöglicht eine einfache automatisierte Herstellung der Stromsensorvorrichtung mit einem geringen Herstellungsaufwand . Des Weiteren ist auf diese Weise eine besonders kostengünstige Stromsensorvorrichtung herstellbar .

Die Klemmeinrichtung und das Massenelement sind aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt und sind unmittelbar mit dem WiderStandselement mechanisch und elektrisch zu einem einstückigen Teil miteinander verbunden. Das WiderStandselement kann dabei an die Klemmeinrichtung und das Massenelement Stoffschlüssig, z. B. mittels Schweißen oder Löten, zu einem einstückigen Teil verbunden werden. Das Material des Widerstandselements kann sich von dem Material der Klemmeinrichtung und des Massenelements unterscheiden. Denkbar ist jedoch auch eine monolithische Ausbildung der drei Elemente aus einem einzigen Stück bzw. Teil. Die Klemmeinrichtung und das Massenelement sind im Sinne der Erfindung zum einen als Anschlüsse zu sehen, über die die Stromsensorvorrichtung in einen Strompfad schaltbar ist. Das Massenelement ist daher im Sinne eines Fahrzeuganschlusses zu verstehen. Üblicherweise ist das Massenelement dabei mit einem Nullpotential elektrisch verbunden. Dies schließt aber nicht aus, dass das Massenelement mit einem anderen elektrischen Potential verbunden wird, bspw. mit dem Anschluss einer Lichtmaschine oder eines anderen Verbrauchers. Die Stromsensorvorrichtung könnte so z. B. zwischen einem Pluspol einer Batterie und einer Lichtmaschine verschaltet sein, wobei die Klemmeinrichtung mit dem Pluspol und das Massenelement mit der Lichtmaschine elektrisch verbunden wären. Ebenso ist es möglich, die Stromsensorvorrichtung zwischen einem Minus-Anschluss einer Batterie und einer Masse bzw. Ground zu verschalten. In einem solchen Fall wäre das Massenelement mit der Masse elektrisch verbunden .

Vorteilhafterweise wird die Stromsensorvorrichtung dadurch weitergebildet, dass die Klemmeinrichtung, das Widerstandselement und das Massenelement aus einem einstückigen, insbesondere aus einem einzigen, Blechelement ausgebildet sind. Die Klemmeinrichtung, das WiderStandselement und das Massenelement sind in dem einstückigen Blechelement integriert ausgebildet. Das Blechelement weist eine Grundform auf, die durch weitere Verarbeitung, bspw. durch Biegen, zu der Endform der Stromsensorvorrichtung vervollständigbar ist . Auf diese Weise ist die Stromsensorvorrichtung besonders effizient und kostengünstig herstellbar. Der Verzicht auf ein WiderStandselement aus einem gesonderten Material führt zu einer wesentlichen Vereinfachung des Herstellungsprozesses und Verringerung der Herstellungskosten. Zum Messen des Stroms wird die Spannung bzw. der Spannungsabfall an zwei Punkten auf dem Blechelement gemessen. Abweichungen beim elektrischen Widerstand des Blechelements durch Temperaturanderungen können dabei durch im Auswerteverfahren berücksichtigt und kompensiert werden, so dass für viele Anwendungsfälle eine ausreichend genaue Strommessung möglich ist.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromsensorvorrichtung, bei der das Widerstandselement in Form eines Messabschnitts in dem Blechelement integriert ausgebildet ist. Der auf einen Abschnitt des Blechelements begrenzte Messbereich kann auf diese Weise im Hinblick auf den elektrischen Widerstand optimiert werden, um eine präzisere Strommessung zu erreichen.

Eine Optimierungsmöglichkeit hinsichtlich der Strommessung besteht gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromsensorvorrichtung darin, den Messabschnitt mit Ausnehmungen zu versehen. Durch hinzufügen definierter Ausnehmungen ist der elektrische Widerstand innerhalb des Messabschnitts in gewünschter Weise veränderbar. Insbesondere kann auf diese Weise der elektrische Widerstand des Messabschnittes erhöht werden.

Als besonders vorteilhaft hat sich eine Optimierungsvariante gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromsensorvorrichtung herausgestellt, bei dem der Messabschnitt muldenförmige Ausnehmungen an den Kantenbereichen aufweist.

Ebenso ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromsensorvorrichtung vorteilhaft die eine Messeinheit aufweist, wobei die Messeinheit einen Temperatursensor aufweist. Die Messeinheit ist vorzugsweise mit dem Blechelement thermisch gekoppelt. Auf diese Weise ist mittels des Temperatursensors die Temperatur des Blechelements ermittelbar. Auf Basis der aktuellen Temperatur und der Materialeigenschaften ist es möglich den Einfluss der Temperatur auf den elektrischen Wiederstand des Widerstandselements zu berechnen. So kann Temperatureinfluss auf den gemessenen Spannungsabfall in einem Auswerteverfahren berücksichtigt werden, um den tatsächlichen Stromfluss präziser zu ermitteln.

Besonders vorteilhaft ist hierbei eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromsensorvorrichtung, bei der die Klemmeinrichtung als eine Batterieklemme ausgebildet ist. Der direkte Anschluss der Stromsensorvorrichtung an einen Batterieanschluss ermöglicht eine unmittelbare thermische Kopplung der Stromsensorvorrichtung mit der Batterie, um die Temperatur am Batterieanschluss zu messen. Auf diese Weise ist die Temperatur der Batterie besonders präzise ermittelbar, um den Zustand der Batterie einzuschätzen. Bei einem Einsatz der Batterie in einem Kraftfahrzeug kann daher ein Ausschalten des Verbrennungsmotors vermieden werden, wenn die Batterie sich noch nicht in einer optimalen Betriebstemperatur befindet. Ferner ist auf diese Weise die Stromsensorvorrichtung besonders einfach elektrisch mit einer Stromguelle verbindbar.

Hinsichtlich der Materialien hat es sich nach einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromsensorvorrichtung als vorteilhaft erwiesen, das Blechelement mit einem Material enthaltend eine Legierung mit den Bestandteilen Kupfer, Eisen und Phosphor, insbesondere mit einer Zusammensetzung CuFeP, auszuführen. Mittels dieser Materialien konnte sowohl ein optimaler Stromfluss als auch eine optimale mechanische Festigkeit zum Befestigen der Stromsensorvorrichtung im Fahrzeug erreicht werden .

Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Stromsensorvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform eine Messeinheit auf, die im Messabschnitt angeordnet ist, wobei die Messeinheit mit dem WiderStandselement elektrisch gekoppelt ist, um den Spannungsabfall zwischen zwei Spannungsmesspunkten im Messabschnitt zu messen.

Vorzugsweise sieht die erfindungsgemäße Stromsensorvorrichtung nach einer vorteilhaften Ausführungsform eine Anschlusseinrichtung vor, die Anschlussstifte oder kabellose Sendeelemente zum Übertragen von Messdaten aufweist.

Des Weiteren hat sich eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromsensorvorrichtung als vorteilhaft erweisen, bei dem die Stromsensorvorrichtung mittels eines Stanz-Biege oder eines Stanz-Tiefzieh-Verfahrens hergestellt ist. Mittels dieser Verfahren ist eine besonders präzise und zugleich gut beherrschbare Verarbeitung des Blechelements möglich.

Ferner ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromsensorvorrichtung vorteilhaft , bei dem das Blechelement einen im Wesentlichen L-förmigen Abschnitt aufweist. Für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, insbesondere für Batterien in Kraftfahrzeugen, hat sich die Verwendung eines blechförmigen L-förmigen Abschnitts zur Ausnutzung des Bauraums als vorteilhaft erwiesen.

Für eine verbesserte Stabilität der Stromsensorvorrichtung hat sich eine Ausführungsform als vorteilhaft erwiesen, bei der die Klemmeinrichtung am kurzen Teil des L-förmigen Abschnitts angeordnet ist.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Stromsensorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ausführungsformen . Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren.

Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Stromsensorvorrichtung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Stromsensorvorrichtung,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Stromsensorvorrichtung, und

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht auf ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Stromsensorvorrichtung.

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Stromsensorvorrichtung 1 zum Messen eines Stroms. In dieser Darstellung wird die Stromsensorvorrichtung 1 von der Unterseite gezeigt. Die Stromsensorvorrichtung 1 weist eine Klemmeinrichtung 20 zum Anbringen der Stromsensorvorrichtung 1 an einen Haltekörper auf. Die Klemmeinrichtung 20 ist als eine Batterieklemme ausgebildet und kann an einen Batteriepol einer Autobatterie angeschlossen werden. Des Weiteren weist die Stromsensorvorrichtung 1 ein elektrisches WiderStandselement 40, an dem über eine Spannung bzw. einen Spannungsabfall über zwei Spannungsmesspunkten 42a, 42b der Strom ermittelbar ist. Die Stromsensorvorrichtung 1 ist über ein elektrisches Massenelement 60 mit einem Nullpotential bzw. Ground elektrisch koppelbar. Die Klemmeinrichtung 20, das WiderStandselement 40 und das Massenelement 60 sind einstückig ausgebildet. Vorteilhafterweise sind die Klemmeinrichtung 20, das WiderStandselement 40 und das Massenelement 60 aus einem einstückigen Blechelement 80 ausgebildet .

Denkbar ist es auch das Widerstandselement 40 aus einem separaten Teil zu fertigen und jeweils mit der Klemmeinrichtung 20 und dem Massenelement 60 zu verbinden. Denkbar sind dabei stoffschlüssige Verbindungsformen wie z. B. Schweißen. Das Material des WiderStandselements 40 kann derart ausgewählt sein, dass der elektrische Widerstand des WiderStandselement 40 von der Temperatur am WiderStandselement weitestgehend unabhängig ist.

Das Blechelement 80 wird aus einem Blech ausgestanzt und mittels eines Stanz-Biege Verfahrens zu der in Figur 1 gezeigten Form umgeformt. Alternativ ist es auch denkbar das Blechelement mittels eines Stanz-Tiefzieh-Verfahrens umzuformen die gewünschte Form zu erreichen. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein eine Kupferlegierung mit der Zusammensetzung CuFeP als Ausgangsmaterial verwendet. Die vorgenannte Legierung weist ein ausgewogenes Verhältnis zwischen einer geeigneten elektrischen Leitfähigkeit sowie der Festigkeit des Materials auf und ist für den gedachten Einsatzzweck besonders gut geeignet. Denkbar sind jedoch auch andere Legierungen mit den Bestandteilen Kupfer, Eisen und Phosphor und andere stromleitende Metalle.

Die Klemmeinrichtung 20 hat im ursprünglichen ungebogenen Zustand des Blechelements 80 eine längliche Form und wird kreisförmig zu einer Klemmeinrichtung 20 gebogen, so dass es an einen Batterieanschluss eines Kraftfahrzeugs anschließbar ist. Die Klemmeinrichtung 20 ist senkrecht zur Hauptfläche eines L-förmigen Abschnitts der Stromsensorvorrichtung 1 ausgerichtet. Die Klemmeinrichtung 20 weist im Übergangsbereich zum L-förmigen Abschnitt Biegeaussparungen 21a, 21b auf, um das senkrechte verbiegen der Klemmeinrichtung 20 zum L-förmigen Abschnitt zu erleichtern. Ferner weist die Klemmeinrichtung 20 zwei freie Enden 22a, 22b auf, die jeweils eine Bohrung 23a, 23b aufweisen. Durch die Bohrung 23a, 23b wird eine Befestigungsmittel 24, hier in Form einer Schraube mit einer Mutter, durchgeführt, um die Stromsensorvorrichtung an einem Haltekörper, hier dem Batterieanschluss, zu befestigen. Die freien Enden 22a, 22b sind so gebogen, dass sie leicht schräg zur Hauptfläche des L-förmigen Abschnitts ausgerichtet sind. Direkt an die Klemmeinrichtung 20 schließt sich der im Wesentlichen L-förmige Abschnitt mit dem Widerstandselement 40 und dem Massenelement 60 an, wobei die Klemmeinrichtung 20 am kurzen Teil des L-förmigen Abschnitts anschließt. Das WiderStandselement 40 ist in Form eines Messabschnitts 41 in dem Blechelement integriert ausgebildet ist, die in den Figuren schematisch durch die gestrichelten Linien angedeutet sind. Der Messabschnitt 41 kann als ein Bereich verstanden werden, der im Hinblick auf den elektrischen Widerstand gesondert angepasst geformt ist und die in etwa durch zwei Spannungsmesspunkte 42a, 42b begrenzt wird. Um den elektrischen Widerstand innerhalb des Messabschnitts 41 zu erhöhen, sind Ausnehmungen 43a, 43b vorgesehen . Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 sind die muldenförmige Ausnehmungen 43a, 43b an den Kantenbereichen des Blechelements 80 vorgesehen. Alternativ dazu ist es auch denkbar, zusätzlich zu den muldenförmigen Ausnehmungen 43a, 43b auch eine Ausnehmung 43c innerhalb des Materials vorzusehen, wie im zweiten Aus- führungsbeispiel gemäß Figur 2 gezeigt. Die Ausnehmungen 43a, 43b, 43c sind symmetrisch zur Längsachse des Messabschnittes 41 angeordnet und weisen vorteilhafterweise abgerundete Kanten auf . Die Spannungsmesspunkte 42a, 42b liegen außerhalb des guer zur Stromrichtung I liegenden Bereichs, in denen sich die Aus- nehmungen 43a, 43b, 43c befinden. Bei einem Stromfluss durch das Blechelement 80 kann dann über die Spannung, die an den Spannungsmesspunkten 42a, 42b gemessen wird, und den bekannten elektrischen Widerstand R des Messabschnitts 41 der Strom ermittelt werden.

Wie im dritten und vierten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 und 4 gezeigt, wird der Messabschnitt 41 mittels eines Gehäuses 44 wasserdicht abgedeckt, wobei das Gehäuse nicht wasserdicht ausgebildet sein muss. Das Gehäuse 44 umfasst den gesamten Querschnitt des Blechelements 80 im Bereich des Messabschnitts 41. Es weist eine wasserdichte Öffnung 45 auf, durch die ein Kabel 46 durchführbar ist, um die gemessenen Daten zu übertragen. Ferner ist es, wie in Figur 4 gezeigt, denkbar die Stromsensorvorrichtung durch eine Messeinheit 47 zu erweitern. Die Messeinheit ist im Messabschnitt 41 angeordnet, wobei die Messeinheit mit dem WiderStandselement 40 elektrisch gekoppelt ist. Die Messeinheit 47 weist unter anderem einen Tempera- tursensor auf und ist im Bereich des Messabschnitts 41 thermisch mit dem WiderStandselement 40 gekoppelt.

Ferner ist die Messeinheit 47 zur Messung eines Spannungsabfalls zwischen zwei Spannungsmesspunkten 42a, 42b elektrisch mit dem WiderStandselement 40 verbunden. An der Messeinheit 47 bzw. dem WiderStandselement 40 sind des Weiteren Anschlusseinrichtungen 48 angebracht, über die die Messdaten übertragen werden können. Die Anschlusseinrichtungen 48 sind im Ausführungsbeispiel aus Figur 4 als Anschlussstifte 48 ausgebildet und an der Messeinheit 47 angebracht. Über die verschließbare Öffnung 45, die optional wasserdicht sein kann, kann dann mittels eines hier nicht gezeigten Steckers die Stromsensorvorrichtung mit einer Auswerteeinheit verbunden werden. Denkbar wäre aber auch Sendeelemente zum kabellosen Übertragen der Messdaten an die Messeinheit 47 anzubringen. Sowohl die Messeinheit 47 als auch die Anschlusseinrichtungen sind zum besseren Schutz vor äußeren Einflüssen innerhalb des Gehäuses 44 angeordnet.

Das Massenelement 60 ist am freien Ende des L-förmigen Abschnitts angeordnet. In den Ausführungsbeispielen weist das freie Ende 61 des L-förmigen Abschnitts eine Bohrung 62 auf, durch die ein Bolzen 63 oder eine Schraube durchführbar ist.

Durch den Anschluss der Klemmeinrichtung 20 an einen Anschluss einer Batterie und des Massenelements 60 an einen Verbraucher wird die Stromsensorvorrichtung 1 in einen elektrischen Strompfad geschaltet, so dass ein Strom durch das Blechelement 80 fließen kann. Alternativ ist es vorgesehen die Klemmeinrichtung mit dem Anschluss einer Batterie und das Massenelement mit einer Masse bzw. Ground elektrisch zu verbinden. Im Bereich des Messabschnitts 41 wird an den Spannungsmesspunkten 42a, 42b eine über den Messabschnitt 41 herrschende Spannung bzw. Spannungsabfall gemessen, über den dann der Strom ermittelbar ist .

Der direkte Anschluss der Stromsensorvorrichtung an dem Anschluss der Batterie hat den Vorteil, dass die Temperatur am WiderStandselement 40 annähernd der Temperatur am Anschluss der Batterie ist. Auf diese Weise ist die Temperatur der Batterie ermittelbar, um den Zustand der Batterie zu bestimmen. Des Weiteren ist mittels des Temperatursensors die Temperatur am WiderStandselement 40 messbar. Auf diese Weise ist der Tem- peratureinfluss auf den elektrischen Widerstand des Widerstandselements 40 präzise ermittelbar, um diesen Einfluss aus der Strommessung rauszurechnen.

Die Erfindung hat insbesondere den Vorteil, dass es aufgrund des einstückigen Aufbaus besonders kostengünstig und mit geringem Herstellungsaufwand produzierbar ist. Die Form der Stromsensorvorrichtung 1 gemäß den Ausführungsbeispielen eignet sich besonders gut für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug zur Messung der von einer Batterie abgegebenen Stroms . Die Anwendung der Stromsensorvorrichtung ist jedoch nicht darauf beschränkt.