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Die Erfindung betrifft eine Steckverbindung zur elektrischen Kontaktierung von zumindest zwei Batteriemodulen, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Steckverbindung.
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Energiespeicher größerer Kapazität, wie sie beispielsweise als Traktionsbatterie in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden, sind üblicherweise modular aufgebaut und bestehen aus mehreren elektrisch zusammengeschalteten Einheiten, die im Folgenden als Batteriemodule bezeichnet werden. Die Batteriemodule bestehen wiederum aus mehreren üblicherweise in einem gemeinsamen Batteriegehäuse, bzw. Modulgehäuse angeordneten und elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen. Die Batteriemodule werden durch geeignete Verbindungsvorrichtungen, sogenannte Hochvoltverbinder, elektrisch leitend miteinander verbunden. Üblicherweise werden die Hochvoltverbinder durch eine Schraub- oder eine Schweißverbindung an den Batteriemodulen fixiert.
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Aus der
DE 10 2009 001 514 A1 ist ein aus mehreren Batteriemodulen bestehender Energiespeicher bekannt, wobei die Batteriemodule jeweils aus mehreren in Reihe geschalteten Einzelzellen bestehen. Die Batteriemodule sind durch reversibel unterbrechenbare, leitende Steckverbindungen miteinander verbunden und in Reihe geschaltet.
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Die
DE 10 2012 203 289 A1 offenbart ein Batteriemodul aus mehreren Einzelzellen. Die Verbindung der Einzelzellen erfolgt über in einem Deckel angeordneten elektrischen Verbinder, welche bei geschlossenem Deckel die Anschlüsse der Batteriezellen kontaktieren.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Steckverbindung zur elektrischen Kontaktierung von Batteriemodulen zu schaffen, die ein einfaches Verbinden und Trennen der Batteriemodule ermöglicht. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein verbessertes und einfaches Verfahren zur Herstellung einer derartigen Steckverbindung zur Verfügung zu stellen.
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Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einer Steckverbindung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche 2 bis 7 betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Steckverbindung.
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Erfindungsgemäß ist also eine Steckverbindung zur elektrischen Kontaktierung von zumindest zwei Batteriemodulen vorgesehen, welche aus zumindest einem mindestens zwei Steckkontakte aufweisenden Stecker und mindestens zwei zur Aufnahme der beiden Steckkontakte vorgesehenen Buchsen besteht, wobei jedes Batteriemodul zumindest eine Buchse aufweist und die Batteriemodule durch den in einer Montagestellung angeordneten Stecker, in welcher die Steckkontakte des Steckers in die Buchsen der Batteriemodule eingesteckt sind, elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Hierdurch wird ein einfaches Verbinden und Trennen der Batteriemodule ermöglicht. Bei elektrischen Steckverbindungen unterscheidet man den "männlichen" Teil einer Steckverbindung, mit nach außen weisenden Kontaktstiften bzw. Steckkontakten vom "weiblichen" Teil, mit nach innen weisenden Kontaktöffnungen zur Aufnahme der Steckkontakte. Der "männliche" Teil wiederum ist ein Stecker und der "weibliche" Teil eine Buchse. Durch die Anordnung der Buchse am Batteriemodul wird das Einstecken der Steckkontakte in die Buchsen erleichtert, da während des Montagevorganges zur Anordnung des Steckers in die Montagstellung eine visuelle Kontrolle der Relativposition zwischen den beiden Steckkontakten des Steckers und den Buchsen ermöglicht wird.
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Die Anordnung der Steckkontakte des Steckers in den Buchsen der Batteriemodule während des Montagevorganges wird auch dadurch vereinfacht und erleichtert, dass die Steckkontakte als Messerkontakt ausgebildet sind und die Buchsen einen entsprechend ausgebildeten Einsteckschlitz für die Steckkontakte aufweisen. Ein Messerkontakt ist in der Praxis bekannt und bildet einen zungenähnlichen Flachkontakt bzw. eine Kontaktfahne.
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Weiterhin erweist es sich als besonders vorteilhaft, dass die Buchsen einen den jeweiligen Messerkontakt kontaktierenden gabelförmigen Gegenkontakt aufweisen. Hierdurch wird eine prozesssichere elektrische Verbindung der Batteriemodule auch während der Nutzung des aus mehreren Batteriemodulen bestehenden Energiespeichers in einem Elektrofahrzeug gewährleistet. Der Messerkontakt wird durch den gabelförmigen Gegenkontakt elektrisch kontaktiert. Ein derartiger gabelförmiger Gegenkontakt weist zwei sich gegenüberliegende Federzungen auf, welche an einem Ende miteinander verbunden sind und zwischen denen ein Einsteckschlitz ausgebildet ist. In diesen Einsteckschlitz wird der Messerkontakt eingeführt.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass die Buchsen in einem Batteriegehäuse des jeweiligen Batteriemoduls angeordnet sind. Hierbei sind die Buchsen in dem Batteriegehäuse integriert und mit den benachbarten Einzelzellen des Batteriemoduls elektrisch kontaktiert.
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Vorzugsweise besteht das Batteriegehäuse aus Kunststoff und die Buchsen sind in das Batteriegehäuse eingegossen.
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Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung wird dadurch geschaffen, dass der Stecker an einem Deckel für die Batteriemodule fixiert ist und dass der Stecker und der Deckel eine gemeinsam handhabbare Baueinheit bilden. Der Stecker kann hierdurch durch ein Aufsetzen des Deckels auf die Batteriemodule, in der die Batteriemodule elektrisch kontaktierenden Montagestellung angeordnet werden, und durch ein Abnehmen des Deckels wieder aus der Montagestellung entfernt werden. Hierbei werden die Batteriemodule also durch das Aufsetzen des Deckels elektrisch miteinander verbunden und durch das Abnehmen des Deckels wieder getrennt. Je nach Anzahl der zu verbindenden Batteriemodule können an dem Deckel mehrere Stecker angeordnet sein. Die Baueinheit aus dem Stecker und dem Deckel bildet eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen den Batteriemodulen. Die Stecker sind an dem Deckel fixiert bzw. im Deckel integriert, wobei der Deckel vorzugsweise aus Kunststoff besteht und elektrisch isoliert ist.
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Eine alternative Ausführungsform sieht dagegen vor, dass der Stecker und der Deckel als separate Bauteile ausgebildet sind, wobei der Stecker in einer Vormontagestellung anordbar ist, in welcher die Batteriemodule nicht leitend verbunden sind und der Stecker und/oder der Deckel eine Befestigungseinrichtung aufweisen, mittels welcher der in der Vormontagstellung angeordnete Stecker durch eine Aufsetzbewegung des Deckels an dem Deckel fixierbar ist. Hierdurch ergibt sich eine weitere Vereinfachung des Montagevorganges bzw. der Kontaktierung der Batteriemodule. Der Stecker wird dabei zunächst in der Vormontagestellung angeordnet, in welcher die Steckkontakte zwar schon zumindest teilweise in der jeweiligen Buchse angeordnet und positioniert sind bzw. fixiert werden, die Batteriemodule jedoch noch nicht elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Durch das Aufsetzen des Deckels auf die Batteriemodule wird der Stecker dann von der Vormontagestellung in die Montagestellung überführt, in welcher die Batteriemodule dann elektrisch miteinander verbunden sind. Während der Aufsetzbewegung wird der Stecker an dem Deckel fixiert. Hierfür weist der Deckel oder der Stecker eine Befestigungseinrichtung, beispielsweise eine Verrastung, auf. Die Verrastung bzw. die Befestigung muss dabei derart ausgestaltet sein, dass der Stecker beim Aufsetzen des Deckels am Deckel fixiert wird und beim Abheben des Deckels mit diesem verbunden bleibt und aus der Montagestellung entfernt werden kann.
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Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 8. Die Unteransprüche 9 und 10 betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen des Verfahrens.
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Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren zur Herstellung einer Steckverbindung zur elektrischen Kontaktierung von zumindest zwei Batteriemodulen vorgesehen, bei welchem die Steckkontakte des Steckers in die Buchsen der zumindest zwei Batteriemodule eingeführt werden und der Stecker durch eine Druckkraft in der Montagestellung angeordnet wird, in welcher die Batteriemodule elektrisch leitend verbunden sind. Hierdurch wird ein vereinfachtes und verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Steckverbindung zur Kontaktierung von Batteriemodulen zur Verfügung gestellt. Es werden keine Montagehilfsmittel benötigt, wie etwa beim Verschrauben oder Verschweißen von eingangs genannten Hochvoltverbindern.
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Eine weitere Vereinfachung des Verfahrens wird auch dadurch erreicht, dass die auf den Stecker wirkende Druckkraft durch eine Aufsetzbewegung der aus zumindest einem Stecker und dem Deckel bestehenden und zusammen handhabbaren Baueinheit erzeugt wird. Hierdurch erfolgt gleichzeitig sowohl eine mechanische als auch eine elektrische Verbindung der Batteriemodule. Wenn der Energiespeicher aus mehr als zwei Batteriemodulen besteht, können durch das Aufsetzen der aus mehreren Steckern und dem Deckel bestehenden Baueinheit sämtliche elektrischen Verbindungen unter den Batteriemodulen gleichzeitig in einem einzigen Arbeitsschritt erfolgen.
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Eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass zunächst der als separates Bauteil ausgebildete Stecker in einer Vormontagestellung angeordnet wird, in welcher die Steckkontakte des Steckers zumindest teilweise in die Buchsen eingreifen, wobei die Batteriemodule bei einem in der Vormontagestellung angeordneten Stecker noch nicht elektrisch leitend verbunden sind, und dass anschließend der in der Vormontagestellung angeordnete Stecker durch die Aufsetzbewegung des Deckels in Richtung der Batteriemodule in die Montagestellung überführt wird und dabei der Stecker derart an dem Deckel fixiert wird, dass dieser beim Abheben des Deckels aus der Montagestellung entfernt wird. Bei mehreren zu verbindenden Batteriemodulen werden zunächst alle Stecker in der Vormontagestellung angeordnet. Durch das anschließende Aufsetzen des Deckels werden sämtliche Stecker gelichzeitig von der Vormontagestellung in die Montagestellung überführt. Beim Aufsetzen des Deckels und der Ausübung der Druckkraft in Richtung der Batteriemodule werden dann die Stecker mittels einer Befestigungseinrichtung unlösbar an dem Deckel fixiert bzw. verrastet, so dass beim Abheben des Deckels sämtliche Stecker gleichzeitig aus der Montagestellung entfernt werden und die Batteriemodule nicht mehr elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
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1 eine Prinzipskizze einer Steckverbindung zur Kontaktierung von zwei Batteriemodulen in einer Draufsicht;
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2 eine perspektivische Darstellung eines in 1 dargestellten Batteriemoduls;
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3 zwei Batteriemodule mit einem Stecker in einer Seitenansicht;
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4 die in 3 dargestellten Batteriemodule mit einem in einer Vormontagestellung angeordneten Stecker;
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5 die in 3 dargestellten Batteriemodule mit einem in einer Montagestellung angeordneten Stecker;
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6 eine Prinzipskizze einer aus einem Deckel und einem Stecker bestehende Baueinheit in einer Seitenansicht;
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7 eine Prinzipskizze eines Deckels mit einer Befestigungseinrichtung für den Stecker vor der Fixierung des Steckers in einer Ansicht gemäß Linie VII-VII in 6;
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8 den in 7 dargestellten Deckel nach der Fixierung des Steckers durch die Befestigungseinrichtung des Deckels.
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Nachfolgend wird anhand der 1 bis 8 eine erfindungsgemäße Steckverbindung 1 zur elektrischen Kontaktierung von zwei nebeneinander angeordneten Batteriemodulen 2 beschrieben. Die Batteriemodule 2 bilden zusammen mit weiteren nicht dargestellten Batteriemodulen 2 einen Energiespeicher, welcher beispielsweise als Traktionsbatterie für ein Elektrofahrzeug eingesetzt wird. Die Batteriemodule 2 bestehen, wie der 1 zu entnehmen ist, jeweils aus mehreren in einem Batteriegehäuse 3 angeordneten Einzelzellen 4, wobei jeweils benachbarte Einzelzellen 4 der Batteriemodule 2 durch elektrisch leitende Verbindungselemente 5 miteinander verschaltet sind. Als nicht einschränkendes Beispiel umfassen die beiden in 1 dargestellten und identisch ausgebildeten Batteriemodule 2 jeweils zwölf Einzelzellen 4. Die Batteriemodule 2 können allerdings auch aus mehr oder weniger als zwölf Einzelzellen 4 bestehen, um eine vorbestimmte elektrische Spannung bereitzustellen.
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Die erfindungsgemäße Steckverbindung 1 besteht aus einem zwei Steckkontakte 6 aufweisenden Stecker 7 aus einem elektrisch leitenden Material und aus in den Batteriegehäusen 3 der zu verbindenden Batteriemodule 2 integrierten Buchsen 8, in welche die Steckkontakte 6 des Steckers 7 einsteckbar sind. In einer in 5 dargestellten Montagestellung sind die Steckkontakte 6 des Steckers 7 in die Buchsen 8 der Batteriemodule 2 eingesteckt und die beiden Batteriemodule 2 sind durch die erfindungsgemäße Steckverbindung 1 elektrisch leitend miteinander verbunden. Vorzugsweise weist jedes Batteriemodul 2 mindestens zwei Buchsen 8 auf, um weitere Batteriemodule 2 zu ergänzen bzw. in Reihe zu schalten. In 1 sind zwei weitere Stecker 7 durch gestrichelte Linien dargestellt, mittels welcher weitere Batteriemodule 2 anschließbar sind.
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In dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Steckkontakte 6 jeweils als Messerkontakte ausgebildet, während die Buchsen 8 einen Einführschlitz zur Aufnahme der Messerkontakte, sowie einen den Messerkontakt kontaktierenden gabelförmigen Gegenkontakt 9 aufweisen.
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Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Steckverbindung 1 wird nachfolgend kurz anhand der 3 bis 5 beschrieben. 3 zeigt die Batteriemodule 2 und den Stecker 7 unmittelbar vor dem Einführen der Steckkontakte 6 in die Buchsen 8 in den beiden nebeneinander angeordneten Batteriemodulen 2. Nach dem Einführen der Steckkontakte 6 in die Buchsen 8 (4) wird der Stecker 7 durch eine in Richtung der Batteriemodule 2 gerichteten Druckkraft F in die in 5 dargestellte Montagposition gedrückt, in welcher die Steckkontakte 6 an dem Gegenkontakt 9 der Buchsen 8 anliegen bzw. diesen kontaktieren und dadurch die beiden Batteriemodule 2 elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
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Der Stecker 7 kann wie in 6 dargestellt, unlösbar an einem Deckel 10 für die Batteriemodule 2 fixiert sein, sodass der Stecker 7 und der Deckel 10 eine gemeinsam handhabbare Baueinheit 11 bilden. In diesem Fall wird der Stecker 7 durch eine Aufsetzbewegung (Pfeil 12) des Deckels 10 bzw. der Baueinheit 11 in Richtung der Batteriemodule 2 in die Buchsen 8 eingesteckt und durch eine entsprechende Druckkraft F in seine Montagestellung gedrückt (5).
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Alternativ können der Stecker 7 und der Deckel 10, wie in den 7 und 8 dargestellt, auch als separate Bauteile ausgebildet sein. In diesem Fall wird der Stecker 7 zunächst in einer in 4 dargestellten Vormontagestellung angeordnet. In dieser Vormontagestellung sind die unteren Abschnitte der Steckkontakte 6 des Steckers in die Buchsen 8 eingeführt, sodass der Stecker 7 in der dargestellten Position gehalten wird, wobei die Batteriemodule 2 bei einem in der Vormontagestellung gehaltenen Stecker 7 noch nicht elektrisch leitend verbunden sind. Anschließend wird durch eine Aufsetzbewegung des Deckels 10 (7, Pfeil 12) auf die Batteriemodule die Druckkraft F erzeugt, mittels welcher der Stecker 7 von der Vormontagestellung (4) in die Montagestellung (5) gedrückt wird. Während dieser Aufsetzbewegung des Deckels 10 wird der Stecker 7 durch eine am Deckel 10 angeordnete Befestigungseinrichtung 13 derart am Deckel 10 fixiert, dass der in der Montagestellung angeordnete Stecker 7 beim Abheben des Deckels 10 von den Batteriemodulen 2 aus der Montagestellung entfernt wird und dadurch die elektrische Verbindung zwischen den Batteriemodulen 2 getrennt wird.
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Die Befestigungseinrichtung 13 besteht aus zwei am Deckel 10 drehbar gelagerten Halteelementen 14. Die Halteelemente 14 sind jeweils mittels eines Drehgelenkes 15 mit Einrastfunktion in zwei Konsolen 16 des Deckels 10 gelagert. Beim Absenken des Deckels 10 im Rahmen der Aufsetzbewegung auf die Batteriemodule 2 werden die Halteelemente 14 von einer in 7 dargestellten ersten Stellung in eine in 8 dargestellte zweite Stellung überführt. Dabei taucht der Stecker 7 zumindest abschnittsweise in einen Zwischenraum 17 zwischen den beiden Konsolen 16 ein und verschwenkt dabei die Halteelemente 14 von der ersten Stellung in die zweite Stellung. In dieser zweiten Stellung verrasten die beiden Drehgelenke 15 und der Stecker 7 ist derart an dem Deckel 10 fixiert, dass der Stecker 7 beim Abheben des Deckels 10 aus der Montageposition entfernt wird und die elektrische Verbindung zwischen den Batteriemodulen 2 getrennt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steckverbindung
- 2
- Batteriemodul
- 3
- Batteriegehäuse
- 4
- Einzelzelle
- 5
- Verbindungselement
- 6
- Steckkontakt
- 7
- Stecker
- 8
- Buchse
- 9
- Gegenkontakt
- 10
- Deckel
- 11
- Baueinheit
- 12
- Pfeil
- 13
- Befestigungseinrichtung
- 14
- Halteelement
- 15
- Drehgelenk
- 16
- Konsole
- 17
- Zwischenraum
- F
- Druckkraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009001514 A1 [0003]
- DE 102012203289 A1 [0004]
