DE102019134889A1

DE102019134889A1 - Verbindungsanordnung, Bauteil sowie Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung

Info

Publication number: DE102019134889A1
Application number: DE102019134889.7A
Authority: DE
Inventors: Philipp Schmidt; Robert Lustig; Stephan Weileder; Matthias Wagner; Sebastian Siering
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2021-06-24

Abstract

Verbindungsanordnung, umfassend ein erstes Kontaktelement und ein zweites Kontaktelement, welche über ein Befestigungsmittel von einer Offenstellung in eine Schließstellung gebracht werden können oder gebracht sind, wobei in der Schließstellung ein erster Strompfad über die Kontaktelemente gebildet ist, welcher einen ersten elektrischen Widerstand aufweist, und wobei das Befestigungsmittel derart ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass das Befestigungsmittel einen zweiten Strompfad bildet, wenn die Kontakte in einer Fehlstellung sind, und wobei der zweite Strompfad einen vordefinierten zweiten elektrischen Widerstand aufweist, welcher größer als der erste elektrische Widerstand ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung, ein Bauteil sowie ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung.
Verbindungsanordnungen der in Rede stehenden Art sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. So beschreibt die DE 10 2016 206 378 A1 eine Verbindungsanordnung eines ersten Bauelements an einem zweiten Bauelement, bei welcher die Bauelemente mittels wenigstens eines Schraubelements und mittels wenigstens einer in das Schraubelement eingeschraubten und eine erste Durchgangsöffnung des ersten Bauelements durchdringenden Schraube miteinander verbunden sind, wobei das Schraubelement als eine Dehnhülse ausgebildet ist, welche teilweise in einer zweiten Öffnung des zweiten Bauelements aufgenommen ist und in das erste Bauelement hineinragt und durch das Einschrauben der Schraube in die Dehnhülse entlang ihrer axialen Richtung gedehnt ist. Derartige Verbindungsanordnungen kommen beispielsweise bei Hochvoltspeichern von Kraftfahrzeugen zum Einsatz. Es hat sich als problematisch herausgestellt, dass beispielsweise aufgrund von Fertigungstoleranzen oder etwaigen Verschmutzungen oftmals nicht lückenlos gewährleistet werden kann, dass derartige Verbindungen auch vollständig geschlossen sind.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbindungsanordnung, ein Bauteil sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsanordnung anzugeben, welche eine sichere Detektion etwaiger Fehlverschraubungen bzw. allgemein einer Fehlkontaktierung bei Verbindungsanordnungen oder elektrischen Verbindungen ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Verbindungsanordnung gemäß Anspruch 1, durch ein Bauteil gemäß Anspruch 5 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Erfindungsgemäß umfasst eine Verbindungsanordnung, insbesondere eine Verbindungsanordnung für Energiespeicher, insbesondere elektrische Energiespeicher wie Hochvoltspeicher, ein erstes Kontaktelement und ein zweites Kontaktelement, welche über ein Befestigungsmittel von einer Offenstellung in eine Schließstellung gebracht werden können oder gebracht sind, wobei in der Schließstellung ein erster Strompfad über die Kontaktelemente gebildet ist, welcher einen ersten elektrischen Widerstand aufweist, und wobei das Befestigungsmittel derart ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass das Befestigungsmittel einen zweiten Strompfad bildet, wenn die Kontakte in einer Fehlstellung sind, und wobei der zweite Strompfad einen definierten zweiten elektrischen Widerstand aufweist, welcher größer als der erste elektrische Widerstand ist. Falls die Kontaktelemente aufgrund von Fertigungstoleranzen oder Verschmutzungen im Kontaktbereich nicht aufeinander liegen oder nur in einem sehr kleinen Bereich kontaktieren, mit anderen Worten in einer Fehlstellung sind, kann durch den definierten elektrischen Widerstand des Befestigungsmittels nur ein sehr kleiner Stromfluss über das Befestigungsmittel bzw. über den zweiten Strompfad entstehen. Dadurch kann mit Vorteil eine Fehlverschraubung mithilfe einer elektrischen Vermessung oder Prüfung detektiert werden. In der Folge kann die Ausfallrate des gesamten Systems reduziert werden, da Fehler frühzeitig erkannt werden können. Bevorzugt sind die Widerstände der Strompfade derart gewählt, dass ein Verhältnis des elektrischen Widerstands des zweiten Strompfads zum elektrischen Widerstand des ersten Strompfads in einem Bereich von 10 bis 1000, bevorzugt in einem Bereich von 10 bis 500 oder auch in einem Bereich von 10 bis 50, liegt. Es hat sich herausgestellt, dass dadurch eine etwaige Fehlstellung zum einen sicher erkannt werden kann, und zum anderen die auftretenden Ströme derart gering sind, dass keine Gefahr für das Gesamtsystem, beispielsweise den Hochvoltspeicher, besteht.
Die Kontaktelemente sind gemäß einer Ausführungsform als Laschen, bevorzugt aus einem Metallwerkstoff, ausgebildet. Zweckmäßigerweise weisen die Laschen jeweils eine Öffnung oder Ausnehmung auf, in welcher ein Befestigungsmittel zum Verbinden oder Kontaktieren der beiden Laschen angeordnet werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Befestigungsmittel eine Schraubverbindung. Bevorzugt umfasst die Schraubverbindung eine Schraube mit einem Gewinde sowie eine dazu passende Mutter. Zweckmäßigerweise ist der zweite Widerstand durch das Material der Schraubverbindung eingestellt bzw. definiert, insbesondere durch das Material oder die Materialien der vorgenannten Schraube bzw. Mutter. Bevorzugt weist das Material eine geringe elektrische Leitfähigkeit auf. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt der elektrische Widerstand der Schraubverbindung in einem Bereich von 50 bis 500 µOhm (erster elektrischer Widerstand). Dabei kann das Material der Schraubverbindung metallisch und/oder nicht-metallisch sein. Auch Materialkombinationen von metallischen und nicht-metallischen Werkstoffen sind zum Einstellen des definierten Widerstands der Schraubverbindung möglich.
Gemäß einer Ausführungsform ist der zweite Widerstand durch das Material und/oder die Dicke einer Beschichtung des Befestigungsmittels eingestellt. Gemäß einer Ausführungsform ist das Befestigungsmittel aus einem leitenden Material hergestellt, beispielsweise aus einem Metall, wobei ein definierter elektrischer Widerstand des Befestigungsmittels über eine elektrisch isolierende Beschichtung des Befestigungsmittels erreicht wird. Ein derartig beschichtetes Befestigungsmittel weist mit Vorteil einen elektrischen Widerstand in einem Bereich von 0,5 mOhm bis 10 MOhm auf.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Widerstand durch das Material und/oder die Dicke von Zwischenelementen eingestellt, welche zwischen dem Befestigungsmittel und den Kontaktelementen angeordnet sind. Zweckmäßigerweise sind die Kontaktelemente nicht direkt bzw. unmittelbar mit dem Befestigungsmittel verbunden. Stattdessen sind Zwischenelemente oder Unterlegscheiben vorgesehen, welche zwischen dem Befestigungsmittel und den Kontaktelementen angeordnet sind. Gemäß einer Ausführungsform weist zumindest ein Zwischenelement eine Kunststoffbeschichtung (KTL) oder eine Pulverbeschichtung auf. Gemäß einer Ausführungsform ist zumindest ein Zwischenelement eine Keramikscheibe, eine Kunststoffscheibe oder allgemein eine Widerstandsscheibe aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff.
Bevorzugte Werte für den zweiten elektrischen Widerstand liegen in einem Bereich von 0,5 mOhm bis 10 MOhm.
Die Erfindung richtet sich auch auf ein Bauteil, insbesondere einen Hochvoltspeicher, umfassend zumindest eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung. Bevorzugt handelt es sich bei dem Hochvoltspeicher um eine Traktionsbatterie eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs. Das Fahrzeug ist dabei bevorzugt ein Personenkraftwagen. Ebenfalls bevorzugt kann das Fahrzeug ein Kraftrad oder ein Nutzfahrzeug sein.
Weiter richtet sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung bzw. einer Verbindungsanordnung, umfassend die Schritte:

- Bereitstellen eines ersten Kontaktelements sowie eines zweiten Kontaktelements;
- Bereitstellen eines Befestigungsmittels zum Verbinden der Kontaktelemente;
- Einstellen eines definierten elektrischen Widerstands zwischen den Kontaktelementen und dem Befestigungsmittel;
- Verbinden der Kontaktelemente durch das Befestigungsmittel;
- Prüfen der Verbindung, insbesondere durch Anlegen einer elektrischen Spannung.

Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren den Schritt:

- Anlegen einer Spannung und Vergleichen des gemessenen Stroms mit einem Referenzwert.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:

- Isolieren des Befestigungsmittels gegenüber den Kontaktelementen zum Einstellen des definierten Widerstands.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:

- Beschichten des Befestigungsmittels und/oder Anordnen von Zwischenelementen, insbesondere Unterlegscheiben, zwischen den Kontaktelementen und dem Befestigungsmittel.

An dieser Stelle sei erwähnt, dass die im Zusammenhang mit der Verbindungsanordnung erwähnten Vorteile und Merkmale analog und entsprechend für das Verfahren gelten sowie umgekehrt.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den nachfolgenden Ausführungsformen von Verbindungsanordnungen mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
Es zeigen:

1: eine schematische Schnittansicht einer Verbindungsanordnung;
2: eine Explosionsdarstellung einer Verbindungsanordnung.

1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine Verbindungsanordnung, umfassend ein erstes Kontaktelement 21 sowie ein zweites Kontaktelement 22, welche über ein Befestigungsmittel 30, hier umfassend eine Schraube 32 sowie eine Mutter 34, in eine Schließstellung gebracht sind. Zu erkennen ist, dass in dieser Schließstellung durch das erste Kontaktelement 21 und das zweite Kontaktelement 22 ein erster Strompfad gebildet ist. Kommt es allerdings beispielsweise in einer Kontaktebene 24 der beiden Kontaktelemente 21 und 22 zu Problemen, beispielsweise aufgrund von Verschmutzungen oder Fertigungstoleranzen, sind also die Kontaktelemente 21 und 22 nicht ausreichend kontaktiert, so kann ein zweiter Strompfad über das Befestigungsmittel 30 gebildet werden. Über die Zwischenelemente bzw. Unterlegscheiben 36 ist dabei ein definierter elektrischer Widerstand eingestellt. Es handelt sich also nicht um beliebig gewählte Zwischenelemente oder Unterlegscheiben. Stattdessen sind diese derart ausgewählt, sei es hinsichtlich ihres Materials bzw. hinsichtlich ihrer Geometrie, dass durch sie ein definierter elektrischer Widerstand für den zweiten Strompfad eingestellt ist. Bei Anlegen einer Spannung kann am dabei gemessenen Strom exakt erkannt werden, welcher Strompfad aktiv ist. In der Folge können etwaige Fehlverschraubungen etc. schnell und zuverlässig erkannt werden.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Verbindungsanordnung in einer schematischen Explosionsdarstellung. Auch hier sind zwei Kontaktelemente 21 und 22 zu sehen. Ein Befestigungsmittel ist ebenfalls durch eine Schraube 32 sowie durch eine Mutter 34 gebildet. Der Grundaufbau entspricht der Konfiguration, welche bereits aus der 1 bekannt ist. Der definierte zweite elektrische Widerstand ist hierbei jedoch durch ein Material des Befestigungsmittels 30 und/oder eine Beschichtung desselben eingestellt.
Bezugszeichenliste

21: erstes Kontaktelement
22: zweites Kontaktelement
24: Kontaktebene, Kontaktbereich
30: Befestigungsmittel
32: Schraube
34: Mutter
36: Zwischenelement, Unterlegscheibe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102016206378 A1 [0002]

Claims

Verbindungsanordnung, umfassend ein erstes Kontaktelement (21) und ein zweites Kontaktelement (22), welche über ein Befestigungsmittel (30) von einer Offenstellung in eine Schließstellung gebracht werden können oder gebracht sind, wobei in der Schließstellung ein erster Strompfad über die Kontaktelemente (21, 22) gebildet ist, welcher einen ersten elektrischen Widerstand aufweist, und wobei das Befestigungsmittel (30) derart ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass das Befestigungsmittel (30) einen zweiten Strompfad bildet, wenn die Kontakte (21, 22) in einer Fehlstellung sind, und wobei der zweite Strompfad einen vordefinierten zweiten elektrischen Widerstand aufweist, welcher größer als der erste elektrische Widerstand ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Befestigungsmittel (30) eine Schraubverbindung ist, und wobei der zweite Widerstand durch ein Material der Schraubverbindung eingestellt ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Widerstand durch das Material und/oder die Dicke einer Beschichtung des Befestigungsmittels (30) eingestellt ist.
Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Widerstand durch das Material und/oder die Dicke von Zwischenelementen (36) eingestellt ist, welche zwischen dem Befestigungsmittel (30) und den Kontakten (21, 22) angeordnet sind.
Bauteil, insbesondere Hochvoltspeicher, umfassend zumindest eine Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung, umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines ersten Kontaktelements (21) sowie eines zweiten Kontaktelements (22); - Bereitstellen eines Befestigungsmittels (30) zum Verbinden der Kontaktelemente (21, 22); - Einstellen eines definierten elektrischen Widerstands zwischen den Kontaktelementen (21, 22) und dem Befestigungsmittel (30); - Verbinden der Kontaktelemente (21, 22) durch das Befestigungsmittel (30); - Prüfen der Verbindung durch Anlegen einer Spannung.
Verfahren nach Anspruch 6, umfassend den Schritt: - Anlegen einer Spannung und Vergleichen des gemessenen Stroms mit einem Referenzwert.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, umfassend den Schritt: - Isolieren des Befestigungsmittels (30) gegenüber den Kontaktelementen (21, 22) zum Einstellen des definierten Widerstands.
Verfahren nach Anspruch 8, umfassend den Schritt: - Beschichten des Befestigungsmittels (30) und/oder Anordnen von Zwischenelementen (36), insbesondere Unterlegscheiben, zwischen den Kontaktelementen (21, 22) und dem Befestigungsmittel (30).