AT528646A4 - Verbindungsvorrichtung für ein elektrisches Verbinden von einer ersten elektrischen Komponente mit einer zweiten elektrischen Komponente einer elektrischen Vorrichtung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung (10) für ein elektrisches Verbinden einer ersten elektrischen Komponente (110) mit einer zweiten elektrischen Komponente (120) einer elektrischen Vorrichtung (100), insbesondere einer Batterievorrichtung (200), aufweisend einen elektrisch leitenden Verbindungsabschnitt (20) mit einem ersten Kontaktabschnitt (22) zur elektrischen Kontaktierung eines Gegen-Kontaktabschnitts (112) der ersten elektrischen Komponente (110) und einem zweiten Kontaktabschnitt (24) zur elektrischen Kontaktierung eines Gegen-Kontaktabschnitts (122) der zweiten elektrischen Komponente (120), dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (20) zumindest zwischen den beiden Kontaktabschnitten (22, 24) von einem elektrisch isolierenden Keramikkörper (30) umgeben ist, wobei der Keramikkörper (30) einen ein Lichtsignal leitenden Lichtleitabschnitt (40) aufweist mit einer ersten Lichtschnittstelle (42) für eine signalkommunizierende Verbindung mit einer Gegen-Lichtschnittstelle (114) der ersten elektrischen Komponente (110) und einer zweiten Lichtschnittstelle (44) für eine signalkommunizierende Verbindung mit einer Gegen-Lichtschnittstelle (124) der zweiten elektrischen Komponente (120).

Description

Beschreibung

VERBINDUNGSVORRICHTUNG FÜR EIN ELEKTRISCHES VERBINDEN VON EINER ERSTEN ELEKTRISCHEN KOMPONENTE MIT EINER ZWEITEN ELEKTRISCHEN KOMPONENTE EINER ELEKTRISCHEN VORRICHTUNG

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung für ein elektrisches Verbinden einer ersten elektrischen Komponente mit einer zweiten elektrischen Komponente einer elektrischen Vorrichtung, insbesondere in Form einer Batterievorrichtung, sowie eine elektrische Vorrichtung, insbesondere in Form einer Batterievorrichtung, mit einer solchen Verbindungsvorrichtung.

[0002] Es ist grundsätzlich bekannt, dass elektrische Vorrichtungen mehrere einzelne elektrische Komponenten aufweisen. Insbesondere handelt es sich dabei um Batterievorrichtungen, die einzelne elektrische Komponenten in Form von Batteriemodulen aufweisen. Die einzelnen Batteriemodule sind dabei üblicherweise jeweils mit mehreren Batteriezellen ausgestattet und stellen auf diese Weise eine elektrische Speicherfunktionalität zur Verfügung. Für das Erzeugen einer größeren Speicherkapazität werden nun solche Batteriemodule als elektrische Komponenten miteinander elektrisch verschaltet, um die gewünschte elektrische Speicherkapazität der elektrischen Vorrichtung zur Verfügung zu stellen. Dieses Verschalten erfordert die elektrische Kontaktierung, insbesondere in serieller Weise, der einzelnen, als Batteriemodule ausgebildeten, elektrischen Komponenten.

[0003] Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es, dass insbesondere der notwendige Montageaufwand beim Verbinden der einzelnen elektrischen Komponenten in Form der Batteriemodule sehr hoch ist. So müssen die einzelnen elektrischen Komponenten miteinander elektrisch kontaktierend verbunden werden. Hierfür werden sogenannte Bus-Verbindungsvorrichtungen eingesetzt. Diese weisen im Wesentlichen einen elektrischen Leiterabschnitt auf, welcher mit entsprechenden Gegen-Kontaktabschnitten der einzelnen elektrischen Komponenten in elektrisch leitende Verbindung gebracht wird. Dies kann durch Löten, Schweißen, aber auch durch mechanisches Befestigen erfolgen. Für die Übertragung des elektrischen Stroms zwischen den einzelnen elektrischen Komponenten ist demnach dieser Leiterabschnitt vorgesehen. Aus Sicherheitsgründen ist dieser Leitungsabschnitt zwischen den Kontaktabschnitten elektrisch zu isolieren. Die bekannten Verbindungsvorrichtungen sind daher mit Isolationsmaterial umgeben, welches beispielsweise aus Kunststoff ausgebildet ist und damit die gewünschte elektrisch isolierende Wirkung erzielt.

[0004] Unabhängig von diesen elektrischen Busverbindungen sind bei bekannten elektrischen Vorrichtungen auch Kommunikationsverbindungen zwischen den einzelnen elektrischen Komponenten vorteilhaft. So ist es möglich den Ladezustand der einzelnen als Batteriemodule ausgebildeten elektrischen Komponenten zu erfassen. Diese Information, also der State of Charge (SoC) des jeweiligen Batteriemoduls, kann nun gesammelt an eine zentrale Batteriemanagementvorrichtung übertragen werden und dort in einem Batteriemanagementsystem (BMS) für weitere Betriebsinformationen und Betriebsarten der elektrischen Vorrichtung verwendet werden. Bei bekannten Verbindungsvorrichtungen ist daher ein sogenanntes Wiring, also eine separate Verkabelung bekannt, um Kommunikationsschnittstellen der einzelnen elektrischen Komponenten miteinander zu verbinden und die erzeugten Signalinformationen an einem zentralen Ort einer Kontrolleinheit eines Batteriemanagements zu sammeln. Hier ist gut zu erkennen, dass sowohl für die elektrische Verbindungsvorrichtung als auch für das Ausbilden der Signalwege separate Montageschritte notwendig sind, wodurch die gesamte Montagekomplexität und Montagedauer zunehmen. Auch besteht die Gefahr, dass eine mechanische Beschädigung während des Betriebs sowohl der Signalkommunikation als auch der elektrischen Isolation die jeweilige Funktion beeinträchtigt.

[0005] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise eine Verbindungsvorrichtung zwischen elektrischen

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Komponenten einer elektrischen Vorrichtung mit einer verbesserten Montagefähigkeit auszustatten.

[0006] Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Verbindungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine elektrische Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen elektrischen Vorrichtung und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig BeZug genommen wird beziehungsweise werden kann.

[0007] Erfindungsgemäß ist eine Verbindungsvorrichtung vorgesehen für ein elektrisches Verbinden einer ersten elektrischen Komponente mit einer zweiten elektrischen Komponente einer elektrischen Vorrichtung. Diese elektrische Vorrichtung ist insbesondere als Batterievorrichtung ausgebildet, sodass die erste und die zweite elektrische Komponente jeweils durch ein Batteriemodul ausgebildet sind. Die Verbindungsvorrichtung weist einen elektrisch leitenden Verbindungsabschnitt mit einem ersten Kontaktabschnitt zur elektrischen Kontaktierung eines GegenKontaktabschnitts der ersten elektrischen Komponente sowie einem zweiten Kontaktabschnitt zur elektrischen Kontaktierung eines Gegen-Kontaktabschnitts der zweiten elektrischen Komponente auf. Die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Verbindungsabschnitt zumindest zwischen den beiden Kontaktabschnitten von einem elektrisch isolierenden Keramikkörper umgeben ist. Der Keramikkörper ist mit einem, ein Lichtsignal leitenden Lichtabschnitt ausgestattet, welcher eine erste Lichtschnittstelle für eine signalkommunizierende Verbindung mit einer Gegen-Lichtschnittstelle der ersten elektrischen Komponente und eine zweite Lichtschnittstelle mit einer signalkommunizierenden Verbindung mit einer Gegen-Lichtschnittstelle der zweiten elektrischen Komponente aufweist.

[0008] Erfindungsgemäß dient die Verbindungsvorrichtung einem elektrischen Verbinden von elektrischen Komponenten einer elektrischen Vorrichtung. Damit basiert sie auf der Grundüberlegung einer elektrischen Busverbindung, wie sie bei bekannten Batterievorrichtungen im Einsatz sind. Die Verbindungsvorrichtung stellt damit die elektrische Verbindungsmöglichkeit zur Verfügung, um ein beispielsweise serielles elektrisches Verschalten der einzelnen elektrischen Komponenten zu erlauben. Dabei können die elektrischen Kontaktabschnitte mit den entsprechenden Gegen-Kontaktabschnitten stoffschlüssig, formschlüssig oder reibschlüssig verbunden sein, also in bekannter Weise zum Beispiel durch Löten, Schweißen, aber auch durch mechanische Verbindungsmöglichkeiten, die elektrische Kontaktierung ausbilden. Auch ist es für die Verbindungsvorrichtung unerheblich, ob die einzelnen elektrischen Komponenten seriell oder parallel miteinander verschaltet werden sollen.

[0009] Die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung zeichnet sich nun dadurch aus, dass der Verbindungsabschnitt zwischen den beiden Kontaktabschnitten durch einen Keramikkörper elektrisch isolierend ausgebildet ist. Der Keramikkörper dient damit durch die Materialwahl in Form von Keramik der elektrischen Isolation des Verbindungsabschnitts. Der Keramikkörper ersetzt dabei die bekannten Kunststoffummantelungen, welche bei den bisher eingesetzten Verbindungsvorrichtungen die Isolation gegen elektrische Kurzschlüsse für den Verbindungsabschnitt gewährleistet. Grundsätzlich ist ein Keramikkörper mit einem höheren Aufwand und h6heren Kosten versehen als dies bei einer einfachen Kunststoffummantelung der Fall ist. Jedoch bringt bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung dieser Keramikkörper nun einen zusätzlichen Vorteil mit sich.

[0010] So ist dieser Keramikkörper mit einem Lichtleitabschnitt ausgebildet. Dieser Lichtleitabschnitt dient der Signalkommunikation zwischen den miteinander verbundenen elektrischen Komponenten der elektrischen Vorrichtung. Hierfür ist der Lichtleitabschnitt mit einer Ausbildung ausgestattet, welche ein Lichtsignal leiten kann. Dabei kann es sich um eine klassische integrierte Glasfaser, um einen definierten Hohlraum, aber auch um einen zur Verfügung gestellten, durchgängig porösen Hohlraum des Keramikmaterials des Keramikkörpers selbst handeln. Entschei-

dend ist, dass ein lichtsignalleitender Lichtleitabschnitt entsteht, welcher in dem Keramikkörper angeordnet und/oder durch diesen ausgebildet wird und welcher mit entsprechenden Lichtschnittstellen die gewünschte Signalkommunikation durchführen kann. Bei dieser Ausgestaltung wird die später noch erläuterte elektrische Vorrichtung mit entsprechenden lichtsignalerzeugenden Gegen-Lichtschnittstellen ausgebildet sein, welche zum Beispiel als Signalisierungs-LEDs zur Verfügung gestellt werden können.

[0011] Durch die Kombination der Signalfunktionalität mit der elektrischen Verbindungsfunktionalität in einer einzigen Verbindungsvorrichtung werden nun mehrere Vorteile erzielt. Zum einen wird durch einen einzigen Montageschritt, nämlich durch das Montieren der Verbindungsvorrichtung für die Verbindung der elektrischen Komponenten miteinander sowohl die elektrische Verbindungsfunktion als auch die Signalisierungsverbindungsfunktion sozusagen automatisch und gemeinsam ausgebildet. Im Vergleich zu den bekannten Montageschritten der bisher verwendeten Lösungen halbiert sich damit der Montageaufwand und auf diese Weise auch die Montagezeit.

[0012] Darüber hinaus ist es vorteilhaft, dass bei der erfindungsgemäß en Ausgestaltung der Keramikkörper nun zwei separate Funktionalitäten aufweist. In passiver Weise stellt das Material des Keramikkörpers die gewünschte und benötigte elektrische Isolation für den Verbindungsabschnitt zur Verfügung. Als zusätzliche Funktionalität ist jedoch der Lichtleitabschnitt in den Keramikkörper integriert, sodass nun auf ein separates Wiring, also eine separate Verkabelung für einen Signalaustausch zwischen den elektrischen Komponenten, verzichtet werden kann. Neben dem reduzierten Montageaufwand führt dies auch zu einem reduzierten Platzbedarf der Verbindungsvorrichtung, da keine separaten Kabelverbindungen mehr notwendig sind.

[0013] Nicht zuletzt ist darauf hinzuweisen, dass der Keramikkörper im Vergleich zu klassischen Kunststoffummantelungen einen mechanischen Schutz zur Verfügung stellt. Dieser mechanische Schutz gewährleistet einen höheren Schutz nicht nur gegen mechanische Beeinflussung der elektrisch leitenden Verbindung, sondern auch gegen mechanische Beeinflussung der Signalkommunikation. So könnte es bei den bekannten Lösungen dazu kommen, dass zum Beispiel im fortschreitenden Montageprozess eine mechanische Beeinflussung die Kontaktierung der Signalkabel beeinträchtigt, und beispielsweise ein solches Signalkabel sogar vollständig abreißen könnte. Dies ist durch die höhere mechanische Widerstandsfähigkeit des Keramikmaterials im Keramikkörper im Vergleich zu bekannten Kunststoffsignalkabeln nicht mehr möglich. Vielmehr stellt der Keramikkörper damit eine mechanische Schutzfunktion für beide Verbindungsfunktionalitäten, nämlich sowohl für den elektrischen Verbindungsabschnitt als auch für den lichtleitenden Lichtabschnitt, zur Verfügung.

[0014] Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn bei einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung der Lichtleitabschnitt wenigstens abschnittsweise durch das Material des Keramikkörpers ausgebildet ist. Ein Keramikkörper ist insbesondere in poröser Weise und daher mit einer Porosität ausgebildet. So kann das Keramikmaterial des Keramikkörpers insbesondere einen offenporigen Werkstoff aufweisen. Das bedeutet, dass die einzelnen Poren des Keramikkörpers miteinander offen verbunden sind, sodass ähnlich einem Schwammmaterial die Poren von den Außenseiten des Keramikkörpers zugänglich sind. Zwischen den offenen Poren innerhalb des Keramikkörpers sind Übergänge möglich, sodass ähnlich einem Labyrinth ein durchgängiger Porenkanal durch die einzelnen offenen Poren im Keramikkörper von den Seitenflächen des Keramikkörpers ausgebildet wird. Somit wird bereits durch die grundsätzliche offenporige Ausgestaltung des Keramikkörpers und insbesondere das Keramikmaterial des Keramikkörpers selbst, zumindest ein möglicher Lichtleitabschnitt zur Verfügung gestellt. Damit ist eine besonders einfache Konstruktionsweise möglich, da keine separate Integration anderer Bauteile oder definierter Kanäle für den Lichtleitabschnitt notwendig sind. Auch kapillare Ausbildungen des Keramikmaterials oder von Teilabschnitten des Keramikkörpers sind grundsätzlich möglich, um diese Integration in das Material des Keramikkörpers für den Lichtleitabschnitt noch besser und gleichzeitig einfacher zur Verfügung zu stellen.

[0015] Weiter von Vorteil ist es darüber hinaus, wenn bei einer erfindungsgemäßen Verbindungs-

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vorrichtung der Lichtleitabschnitt als Lichtleitkanal im Keramikkörper ausgebildet ist. Ein solcher Lichtleitkanal kann beispielsweise als Bohrung ausgebildet sein und/oder eine Kapillarausrichtung aufweisen. Der Lichtleitkanal kann dabei eine gerade oder im Wesentlichen gerade Erstreckung aufweisen, jedoch sind auch gekrümmte oder mehrfach gekrümmte Lichtleitkanäle grundsätzlich und im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar. Für eine noch weiter verbesserte und verlustärmere Übertragung von Lichtsignalen kann ein solcher Lichtleitkanal auf der Innenwand auch eine reflektierende Beschichtung aufweisen, um den Übertragungsverlust des Lichtsignals beim Durchgang durch den Lichtleitkanal noch weiter zu reduzieren. Ein solcher Lichtleitkanal hat entsprechend als Lichtschnittstellen zum Beispiel Öffnungen an den jeweiligen Enden des Kanals. Selbstverständlich sind auch zwei oder mehr Lichtleitkanäle denkbar, um insbesondere in paralleler Ausrichtung zueinander den Lichtleitabschnitt auszubilden.

[0016] Vorteile bringt es darüber hinaus mit sich, wenn bei einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung der Lichtleitabschnitt ein gasförmiges Lichtleitmedium, insbesondere Luft als Lichtleitmedium, aufweist. Mit anderen Worten ist der Lichtleitabschnitt frei von einem fest ausgebildeten Lichtleiter, insbesondere frei von einem Glasfasermaterial ausgebildet. Im einfachsten Fall ist der Lichtleiterabschnitt mit einem Lichtleitmedium in Form von Luft gefüllt. Jedoch kann es für bestimmte elektrische Vorrichtungen auch vorteilhaft sein, gezielt andere Gase zu verwenden. Insbesondere elektrisch isolierende Gase und/oder brandsituationshemmende Gase, können hier eingesetzt werden. So kann beispielsweise Stickstoff oder auch ein Edelgas als Lichtleitmedium in den Lichtleiterabschnitt integriert sein.

[0017] Von Vorteil ist es darüber hinaus, wenn bei einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung der Lichtleitabschnitt auf einem Lichtleitlevel und der Verbindungsabschnitt auf einem Verbindungslevel des Keramikkörpers angeordnet ist, wobei das Lichtleitlevel von dem Verbindungslevel beabstandet ist. Das Verbindungslevel und das Lichtleitlevel können auch als Verbindungsebene oder Lichtleitebene bezeichnet werden, wenn sie sich mit einer im Wesentlichen ebenen Geometrie darstellen lassen. Jedoch sind je nach tatsächlicher Erstreckung des Lichtleitabschnitts und der Verbindungsabschnitte auch andere deutlich komplexere Geometrien für das Lichtleitlevel und das Verbindungslevel denkbar. Dadurch, dass diese beiden Level voneinander beabstandet sind, können sie auch als Lichtleitstockwerk und Verbindungsstockwerk bezeichnet werden. Bevorzugt ist es, wenn das Lichtleitlevel und das Verbindungslevel überschneidungsfrei ausgebildet sind, also über die gesamte Erstreckung einen Abstand, vorzugsweise einen gleichbleibenden Abstand, voneinander aufweisen. Das Lichtleitlevel ist dabei vorzugsweise auf einer ersten Seite des Verbindungslevels angeordnet, wobei die zugehörigen Gegen-Kontaktabschnitte für den Verbindungsabschnitt auf der anderen Seite des Verbindungslevels angeordnet sind.

[0018] Es kann darüber hinaus Vorteile mit sich bringen, wenn bei einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung der Verbindungsabschnitt wenigstens einen weiteren Kontaktabschnitt für eine elektrische Kontaktierung eines Gegen-Kontaktabschnitts einer weiteren Komponente der elektrischen Vorrichtung aufweist. Dabei weist der Lichtleitabschnitt wenigstens eine weitere Lichtschnittstelle für eine signalkommunizierende Verbindung mit einer Gegen-Lichtschnittstelle der weiteren Komponente der elektrischen Vorrichtung auf. Während grundsätzlich bereits für genau zwei elektrische Komponenten die beschriebenen Vorteile erzielt werden, kann die Verbindungsvorrichtung auch größer ausgebildet sein. Bei Batterievorrichtungen mit einer großen Anzahl einzelner Batteriemodule als elektrische Komponenten wird es somit möglich, entweder für jede Paarung an elektrischen Komponenten eine separate Verbindungsvorrichtung vorzusehen oder auch in brückenartiger Weise die Verbindungsvorrichtung als eine übergeordnete Verbindungsvorrichtung für drei oder sogar noch mehr elektrische Komponenten zur Verfügung zu stellen. Diese Verbindungsvorrichtung mit drei oder mehr Kontaktierungsmöglichkeiten für weitere Komponenten der elektrischen Vorrichtung erhöht zwar die Komplexität der Verbindungsvorrichtung, erlaubt aber eine weitere Reduktion des Montageaufwands an der elektrischen Vorrichtung. Dabei kann insbesondere der Keramikkörper für alle Komponenten als einstückiger oder im Wesentlichen einstückiger Keramikkörper ausgebildet sein. Die zusätzlichen Anschlüsse in Form des zusätzlichen oder weiteren Kontaktabschnitts und der weiteren Lichtschnittstelle können als

Brückenpfeiler einer brückenartigen Verbindungsvorrichtung verstanden werden.

[9019] Auch Vorteile kann es mit sich bringen, wenn bei einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung der Keramikkörper die Kontaktabschnitte und/oder die Lichtschnittstellen wenigstens abschnittsweise umgibt. Dies führt dazu, dass die Schutzfunktionalität, insbesondere die mechanische Schutzfunktionalität, durch den Keramikkörper auch im Bereich der jeweiligen Kontaktabschnitte und der Lichtschnittstellen ausgebildet werden kann. Dies erlaubt es zum Beispiel auf zusätzliche Gehäusestrukturen auf der Oberseite der elektrischen Komponenten zu verzichten, da der Keramikkörper die gewünschte Abdeckfunktion und Schutzfunktion bereits mit sich bringt. Auch kann auf nachträgliche elektrische Isolationen, insbesondere an den Kontaktabschnitten, verzichtet werden, sodass die Komplexität der Verbindungsvorrichtung wie auch der Aufwand der Montage noch weiter reduzierbar wird.

[0020] Weitere Vorteile bringt es ebenfalls mit sich, wenn bei einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung die Kontaktabschnitte und/oder die Lichtschnittstellen frei von dem Kontaktkeramikkörper sind. Dies kann im Zusammenspiel oder als Alternative zu der Ausführungsform des voranstehenden Absatzes gewährleistet werden. Dies führt aber dazu, dass insbesondere hinsichtlich der elektrischen Isolierung der Kontaktabschnitte eine separate Absicherung notwendig ist. Jedoch wird für das Ausbilden der elektrischen Kontaktierung und/oder das Ausbilden der signalkommunizierenden Verbindung ein größerer Freiraum zur Verfügung gestellt, sodass während des Montagevorgangs ein verbesserter Zugang diese Verbindungen leichter ausbilden lässt.

[0021] Ebenfalls von Vorteil ist es darüber hinaus, wenn bei einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung die erste Lichtschnittstelle von dem ersten Kontaktabschnitt und/oder die zweite Lichtschnittstelle von dem zweiten Kontaktabschnitt beabstandet angeordnet ist. Insbesondere ist die Beabstandung so dimensioniert, dass sie mit den entsprechenden Gegen-Kontaktabschnitten und Gegen-Lichtschnittstellen korreliert, sodass ein Konstruktionskonflikt dieser Bauteile miteinander vermieden wird. Mit anderen Worten gibt die Positionierung des Gegen-Kontaktabschnitts und der Gegen-Lichtschnittstelle die entsprechende Positionierung und Dimensionierung der Lichtschnittstelle und des Kontaktabschnitts vor. Dies erlaubt es, eine noch einfachere Montagemöglichkeit zu bieten und gleichzeitig unerwünschte Querbeeinflussungen dieser beiden Verbindungsfunktionalitäten auszuschließen.

[0022] Auch vorteilhaft ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung der Lichtleitabschnitt zwischen den Lichtschnittstellen gasführend ausgebildet ist für eine Führung von aus der elektrischen Vorrichtung ausgetretenem Gas, welches sich insbesondere von einem Lichtleitmedium im Lichtleitabschnitt unterscheidet. Es kann in bestimmten Betriebssituationen der elektrischen Vorrichtung, insbesondere in Form einer Batterievorrichtung, zu erwünschtem oder unerwünschtem Gasaustritt kommen. Ein unerwünschter Gasaustritt wird beispielsweise bei einem sogenannten Thermal Runaway erzeugt, bei welchen aus den einzelnen Batteriemodulen als elektrischen Komponenten Gase austreten. Unterscheidet sich nun dieses austretende Gas von einem Lichtleitmedium und wird von dem Lichtleitabschnitt zwischen den Lichtschnittstellen geführt, so bringt dies auch eine Beeinflussung der Lichtübertragung durch diesen Lichtleitabschnitt mit sich. Da die Übertragungsgeschwindigkeit, die Übertragungsqualität und/oder die Übertragungsstärke eines Lichtsignals im Lichtleitabschnitt von dem jeweiligen Lichtleitmedium abhängt, kann nun durch eine Veränderung dieser Parameter eine Veränderung des Lichtleitmediums erkannt werden und damit beispielsweise ein Rückschluss auf eine Betriebsweise der elektrischen Vorrichtung mit dem genannten Gasaustritt erfolgen. Mit anderen Worten kann die Verbindungsvorrichtung nun zusätzlich eine Detektionsfunktion zur Verfügung stellen, welche es erlaubt den genannten Austritt in indirekter Weise durch die Änderung des Lichtleitmediums zu erkennen. Die einzelnen Gegen-Lichtschnittstellen sind dabei insbesondere als Dioden mit einer breiten Strahlweite, insbesondere einer 360° Abstrahlung ausgebildet, sodass sie eine leuchtturmartige Kommunikation sogar in mehrere benachbarte Verbindungsvorrichtungen erlauben.

[0023] Vorteile bringt es weiter mit sich, wenn bei einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung der Keramikkörper einen ersten Endabschnitt und einen davon entgegengesetzt angeordneten zweiten Endabschnitt aufweist. Der erste Kontaktabschnitt sowie die erste Lichtschnittstelle

ist im ersten Endabschnitt und der zweite Kontaktabschnitt sowie die zweite Lichtschnittstelle sind im zweiten Endabschnitt ausgebildet. Ein solcher Keramikkörper weist also eine flächige Erstreckung auf, welche zwei entgegengesetzt ausgerichtete Endabschnitte aufweist. Diese flächige oder auch riegelartige Ausgestaltung führt dazu, dass die Materialmenge des Keramikkörpers auf die gewünschte mechanische Schutzfunktion, das Ausbilden des Lichtleitabschnitts sowie die elektrische Isolation begrenzt werden kann. Diese Erstreckung zwischen den beiden Endabschnitten kann auch als Haupterstreckungsrichtung des Keramikkörpers verstanden werden und erstreckt sich insbesondere entlang des Lichtleitabschnitts und/oder entlang des Verbindungsabschnitts.

[0024] Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung der Verbindungsabschnitt sich parallel oder im Wesentlichen parallel zum Lichtleitabschnitt erstreckt. Dies ist insbesondere kombiniert mit den Endabschnitten gemäß dem voranstehenden Absatz. Dies erlaubt es, den Keramikkörper und damit die gesamte Verbindungsvorrichtung mit einer riegelartigen schlanken und/oder schmalen Ausbildung zu erzeugen und zur Verfügung zu stellen. Nicht nur der benötigte Materialeinsatz, sondern auch der benötigte Platzbedarf in und an der elektrischen Vorrichtung wird dadurch signifikant reduziert.

[0025] Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Vorrichtung, insbesondere eine Batterievorrichtung mit wenigstens zwei elektrischen Komponenten, insbesondere in Form von Batteriemodulen. Die elektrischen Komponenten weisen jeweils wenigstens einen Gegen-Kontaktabschnitt und wenigstens eine Gegen-Lichtschnittstelle auf. Die elektrische Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die elektrischen Komponenten über eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung mittels der Gegen-Kontaktabschnitte elektrisch leitend und mittels der Gegen-Lichtschnittstellen signalkommunizierend miteinander verbunden sind. Damit bringt eine erfindungsgemäße elektrische Vorrichtung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung erläutert worden sind. Selbstverständlich kann eine solche elektrische Vorrichtung zusätzlich zu den elektrischen Komponenten oder als eine elektrische Komponente noch eine Kontrolleinheit, beispielsweise ein Batteriemanagementsystem, aufweisen. Diese sammelt und verteilt den elektrischen Strom und die erzeugten und erhaltenen Lichtsignale, sodass eine kontrollierte Betriebsweise der elektrischen Vorrichtung durch eine solche Kontrolleinheit ermöglicht wird.

[0026] Vorteile bringt es mit sich, wenn bei einer solchen elektrischen Vorrichtung die GegenLichtschnittstellen Leuchtmittel aufweisen, insbesondere in Form von Leuchtdioden für eine Erzeugung von Lichtsignalen und die Kommunikation der erzeugten Lichtsignale über den Lichtleitabschnitt. Solche Leuchtmittel in Form von Leuchtdioden sind besonders einfache Ausgestaltungsmöglichkeiten, um die gewünschte Lichtkommunikation zu gewährleisten. Die Signalisierungswirkung kann in den Lichtsignalen durch Variation von Wellenlängen, Variation der Intensität oder einer Kombination dieser beiden Lichtparameter erfolgen. Auch eine Pulsvariation, beispielsweise unter Nutzung einer Pulsweitenmodulation, ist hier grundsätzlich für die Lichtsignale denkbar. Solche Leuchtmittel können zum Beispiel direkt auf PCBs (Printed Circuit Boards) aufgesetzt sein, sodass sie in sehr einfacher Weise in den Montageprozess integriert werden können.

[90027] Auch vorteilhaft kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen elektrischen Vorrichtung die Leuchtmittel für eine Kommunikation der erzeugten Lichtsignale in wenigstens zwei unterschiedliche Lichtleitabschnitte ausgebildet sind. Eine elektrische Vorrichtung, welche mit drei oder mehr elektrischen Komponenten ausgebildet ist, kann auf diese Weise pro elektrischer Komponente mit einem einzigen Leuchtmittel die Kommunikation zu zwei oder mehr benachbarten elektrischen Komponenten erzeugen. Solche Leuchtmittel können auch als 360° Linsen oder 360° Leuchtdioden zur Verfügung gestellt werden. Sie erlauben insbesondere eine sogenannte Broadcast-Kommunikation untereinander. Dadurch wird insbesondere auch die bereits erläuterte Erkennung eines Gasaustritts durch die Veränderung der Lichtleitparameter mit einem anderen Lichtleitmedium möglich.

[0028] Weitere Vorteile bringt es darüber hinaus mit sich, wenn bei einer erfindungsgemäßen

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elektrischen Vorrichtung die Gegen-Lichtschnittstellen für eine Erzeugung und ein Empfangen eines Lichtsignals ausgebildet sind. Dies kann auch als bidirektionale Kommunikation an den Gegen-Lichtschnittstellen verstanden werden. Es ist zusätzlich oder alternativ zu separaten Dioden denkbar, solche integrierten Dioden als bidirektionale Dioden zur Weitergabe, Verstärkung und/oder Verarbeitung von empfangenen oder auszusendenden Lichtsignalen zu verwenden.

[0029] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen schematisch:

[0030] Fig. 1 eine erfindungsgemäße elektrische Vorrichtung, [0031] Fig. 2 die Verbindungsvorrichtung der elektrischen Vorrichtung gemäß Figur 1,

[0032] Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung,

[0033] Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung,

[0034] Fig. 5 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung und

[0035] Fig. 6 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Vorrichtung in Draufsicht.

[0036] Die Figur 1 zeigt schematisch eine besonders einfache Ausgestaltung einer elektrischen Vorrichtung 100. Diese kann als Batterievorrichtung 200 ausgebildet sein und weist zwei elektrische Komponenten 110 und 120 in Form von Batteriemodulen 210 und 220 auf.

[0037] Für die elektrische Funktionsfähigkeit ist es notwendig diese beiden Batteriemodule 210 und 220 miteinander elektrisch leitend zu verbinden. Jedes dieser Batteriemodule 210 und 220 als elektrische Komponente 110 und 120 weist nun spezifisch einen Gegen-Kontaktabschnitt 112 und 122 auf. In der dargestellten, montierten Situation stehen diese Gegen-Kontaktabschnitte 112 und 122 bereits in elektrisch leitendem Kontakt mit den Kontaktabschnitten 22 und 24 des Verbindungsabschnitts 20 der Verbindungsvorrichtung 10. Mit anderen Worten ist in der dargestellten Situation eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den benachbarten elektrischen Komponenten 110 und 120 hergestellt.

[0038] Wie in der Figur 1 zu erkennen ist, wird der Verbindungsabschnitt 20 hier zumindest zwischen den elektrischen Komponenten 110 und 120 von einem Keramikkörper 30 umgeben. Dieser Keramikkörper ist durch die Verwendung des Keramikmaterials als elektrischer Isolator ausgebildet. Eine Möglichkeit der Produktion ist hier ein aufbauendes Verfahren. So kann beispielsweise durch ein 3D-Druckverfahren ein Keramikkörper 30 um den Verbindungsabschnitt 20 herum aufgebaut werden, sodass im Abschluss der Verbindungsabschnitt 20 vollständig von dem gesinterten und aufgebauten Keramikkörper 30 umgeben ist.

[0039] Die Figur 1 zeigt nun zusätzlich zur elektrischen Verbindung noch eine Signalkommunikation. Dieser Signalisierungsweg wird durch den Lichtleitabschnitt 40 ausgebildet, welcher ebenfalls in den Keramikkörper 30 integriert ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Lichtleitabschnitt 40 durch einen Lichtleitkanal 36 in Form einer Bohrung oder Kapillare ausgebildet und stellt damit die Möglichkeit dar, ein Lichtsignal LS im integrierten gasförmigen Lichtleitmedium LM zu führen. Das Lichtsignal LS kann beispielsweise von einem Leuchtmittel 126 in Form der Gegen-Lichtschnittstelle 114 ausgesendet werden und wird auf der gegenüberliegenden Seite von dem Leuchtmittel 126 als Leuchtdiode in Form der Gegen-Lichtschnittstelle 124 empfangen. Dies kann insbesondere in bidirektionaler Weise verwendet werden, sodass beispielsweise ein Strom- oder Spannungssensor der einen elektrischen Komponente 110 das erzeugte Strom- oder Spannungssignal über die Gegen-Lichtschnittstelle 114 als Lichtsignal LS durch den Lichtleitabschnitt 40 an die benachbarte elektrische Komponente 120 übermitteln kann.

[0040] In der Figur 2 ist eine Detaildarstellung der Verbindungsvorrichtung 10 gemäß der Figur 1

zu erkennen. Hier ist besser zu sehen, dass der Verbindungsabschnitt 20 und der Lichtleitabschnitt 40 sich auf unterschiedlichen Ebenen befinden, nämlich dem Verbindungslevel VL und dem Lichtleitlevel LL. Diese beiden Level LL und VL sind voneinander beabstandet und bilden auf diese Weise voneinander separierte Kommunikations- und Verbindungsfunktionen aus, die sich gegenseitig nicht quer beeinflussen.

[0041] Die Figur 3 zeigt eine Weiterbildung der Ausführungsform der Figur 2. In der Figur 3 erstreckt sich der Keramikkörper 30 nun bis über die Oberseiten der Kontaktabschnitte 22 und 24 und stellt auf diese Weise eine nach außen gerichtete elektrische Isolation dieser Kontaktabschnitte 22 und 24 dar. Auf diese Weise werden auch die Lichtschnittstellen 42 und 44 weiter nach außen geführt und sind entsprechend immer noch unabhängig von den Kontaktierungsmöglichkeiten an den Kontaktabschnitten 22 und 24.

[0042] Die Figur 4 variiert ebenfalls die Ausführungsform der Figur 2. So ist hier an Stelle eines Lichtleitkanals 36 eine offenporige Ausgestaltung des Materials des Keramikkörpers 30 vorgesehen. Diese erlaubt es, am ersten Endabschnitt 32 in offene Poren des Materials des Keramikkörpers 30 ein Lichtsignal LS einzubringen, welches sich anschließend einen Weg durch die miteinander verbundenen offenen Poren des Materials des Keramikkörpers 30 sucht, um anschließBend an dem zweiten Endabschnitt 34 an der zweiten Lichtschnittstelle 44 wieder auszutreten.

[0043] Die Figur 5 zeigt eine Variante der Verbindungsvorrichtung 10 mit hier drei möglichen Anschlüssen. Dies kann selbstverständlich beliebig erweitert werden auf vier, fünf oder sogar noch mehr Anschlüsse. Die einzelnen Anschlüsse können hier als Brückenpfeiler verstanden werden, wobei hier zwischen einem Anschluss an eine erste Komponente 110 über den ersten Gegen-Kontaktabschnitt 112 und den Anschluss an eine zweite elektrische Komponente 120 über den zweiten Gegen-Kontaktabschnitt 122 ein weiterer Gegen-Kontaktabschnitt 132 einer weiteren, nicht dargestellten Komponente ermöglicht wird. In ähnlicher Weise ist auch die Lichtsignalisierungskommunikation über eine weitere Gegen-Lichtschnittstelle 34 in den Verbindungsabschnitt 40 integriert, sodass insbesondere in einer Broadcast-Kommunikation auch die Lichtsignalisierungskommunikation auf weitere elektrische Komponenten ausgedehnt werden kann.

[0044] In der Figur 6 ist eine Draufsicht auf eine elektrische Vorrichtung 100 zu erkennen, welche hier eine dritte elektrische Komponenten 130 und eine vierte elektrische Komponente 140 aufweist. Hier sind also insgesamt vier elektrische Komponenten 110, 120, 130 und 140 dargestellt, welche miteinander seriell elektrisch und seriell hinsichtlich der Signalkommunikation verschaltet sind. Am rechten Ende dieser seriellen Verschaltung über hier vier separate Verbindungsvorrichtungen 10 ist ein nicht näher dargestelltes Kontrollmodul als Batteriemanagementmodul vorgesehen. Selbstverständlich ist es auch möglich, anstelle von vier einzelnen Verbindungsvorrichtungen ein oder weniger Verbindungsvorrichtungen vorzusehen, welche in der beschriebenen brückenartigen Weise alle dargestellten elektrischen Komponenten 110, 120, 130 und 140 miteinander verbinden.

[0045] Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen.

BEZUGSZEICHENLISTE

10 Verbindungsvorrichtung

20 Verbindungsabschnitt

22 erster Kontaktabschnitt

24 zweiter Kontaktabschnitt

26 weiterer Kontaktabschnitt

30 Keramikkörper

32 erster Endabschnitt

34 zweiter Endabschnitt

36 Lichtleitkanal

40 Lichtleitabschnitt

42 erste Lichtschnittstelle

44 zweite Lichtschnittstelle

46 weitere Lichtschnittstelle

100 elektrische Vorrichtung

110 erste elektrische Komponente 112 Gegen-Kontaktabschnitt

114 Gegen-Lichtschnittstelle

116 Leuchtmittel

120 zweite elektrische Komponente 122 Gegen-Kontaktabschnitt

124 Gegen-Lichtschnittstelle

126 Leuchtmittel

130 dritte elektrische Komponente 132 Gegen-Kontaktabschnitt

134 Gegen-Lichtschnittstelle

140 vierte elektrische Komponente 200 Batterievorrichtung

210 Batteriemodul

220 Batteriemodul

LM Lichtleitmedium

LS Lichtsignalen

LL Lichtleitlevel

VL Verbindungslevel

Claims (16)

Patentansprüche

1. Verbindungsvorrichtung (10) für ein elektrisches Verbinden einer ersten elektrischen Komponente (110) mit einer zweiten elektrischen Komponente (120) einer elektrischen Vorrichtung (100), insbesondere einer Batterievorrichtung (200), aufweisend einen elektrisch leitenden Verbindungsabschnitt (20) mit einem ersten Kontaktabschnitt (22) zur elektrischen Kontaktierung eines Gegen-Kontaktabschnitts (112) der ersten elektrischen Komponente (110) und einem zweiten Kontaktabschnitt (24) zur elektrischen Kontaktierung eines Gegen-Kontaktabschnitts (122) der zweiten elektrischen Komponente (120), dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (20) zumindest zwischen den beiden Kontaktabschnitten (22, 24) von einem elektrisch isolierenden Keramikkörper (30) umgeben ist, wobei der Keramikkörper (30) einen ein Lichtsignal leitenden Lichtleitabschnitt (40) aufweist mit einer ersten Lichtschnittstelle (42) für eine signalkommunizierende Verbindung mit einer Gegen-Lichtschnittstelle (114) der ersten elektrischen Komponente (110) und einer zweiten Lichtschnittstelle (44) für eine signalkommunizierende Verbindung mit einer Gegen-Lichtschnittstelle (124) der zweiten elektrischen Komponente (120).

2. VWVerbindungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleitabschnitt (40) wenigstens abschnittsweise durch das Material des Keramikkörpers (30) ausgebildet ist.

3. Verbindungsvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleitabschnitt (40) als Lichtleitkanal (36) im Keramikkörper (30) ausgebildet ist.

4. VWVerbindungsvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleitabschnitt (40) ein gasförmiges Lichtleitmedium (LM), insbesondere Luft als Lichtleitmedium (LM), aufweist.

5. Verbindungsvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleitabschnitt (40) auf einem Lichtleitlevel (LL) und der Verbindungsabschnitt (20) auf einem Verbindungslevel (VL) des Keramikkörpers (30) angeordnet ist, wobei das Lichtleitlevel (LL) von dem Verbindungslevel (VL) beabstandet ist.

6. Verbindungsvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (20) wenigstens einen weiteren Kontaktabschnitt (26) für eine elektrische Kontaktierung eines Gegen-Kontaktabschnitts (132) einer weiteren Komponente der elektrischen Vorrichtung (100) aufweist, wobei der Lichtleitabschnitt (40) wenigstens eine weitere Lichtschnittstelle (46) für eine signalkommunizierende Verbindung mit einer Gegen-Lichtschnittstelle (134) der weiteren Komponente (130) der elektrischen Vorrichtung (100) aufweist.

7. Verbindungsvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikkörper (30) die Kontaktabschnitte (22, 24) und/oder die Lichtschnittstellen (42, 44) wenigstens abschnittsweise umgibt.

8. Verbindungsvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktabschnitte (22, 24) und/oder die Lichtschnittstellen (42, 44) frei vom dem Keramikkörper (30) sind.

9. Verbindungsvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lichtschnittstelle (42) von dem ersten Kontaktabschnitt (22) und/oder die zweite Lichtschnittstelle (44) von dem zweiten Kontaktabschnitt (24) beabstandet angeordnet ist.

10. Verbindungsvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleitabschnitt (40) zwischen den Lichtschnittstellen (42, 44) gasführend ausgebildet ist für eine Führung von aus der elektrischen Vorrichtung (100) ausgetretenem Gas, welches sich insbesondere von einem Lichtleitmedium (LM) im Lichtleitabschnitt (40) unterscheidet.

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11. Verbindungsvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikkörper (30) einen ersten Endabschnitt (32) und einen davon entgegengesetzt angeordneten zweiten Endabschnitt (34) aufweist, wobei der erste Kontaktabschnitt (22) sowie die erste Lichtschnittstelle (42) im ersten Endabschnitt (32) und der zweite Kontaktabschnitt (24) sowie die zweite Lichtschnittstelle (44) im zweiten Endabschnitt (34) angeordnet sind.

12. Verbindungsvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (20) sich parallel oder im Wesentlichen parallel zum Lichtleitabschnitt (40) erstreckt.

13. Elektrische Vorrichtung (100), insbesondere Batterievorrichtung (200), mit wenigstens zwei elektrischen Komponenten (110, 120), insbesondere in Form von Batteriemodulen (210, 220), die elektrischen Komponenten (110, 120) aufweisend jeweils wenigstens einen GegenKontaktabschnitt (112, 122) und wenigstens eine Gegen-Lichtschnittstelle (114, 124), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Komponenten (110, 120) über eine Verbindungsvorrichtung (10) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 12 mittels der Gegen-Kontaktabschnitte (112, 122) elektrisch leitend und mittels der Gegen-Lichtschnittstellen (114, 124) signalkommunizierend miteinander verbunden sind.

14. Elektrische Vorrichtung (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegen-Lichtschnittstellen (114, 124) Leuchtmittel (116, 126) aufweisen, insbesondere in Form von Leuchtdioden, für eine Erzeugung von Lichtsignalen (LS) und die Kommunikation der erzeugten Lichtsignale (LS) über den Lichtleitabschnitt (40).

15. Elektrische Vorrichtung (100) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtmittel (116, 126) für eine Kommunikation der erzeugten Lichtsignale (LS) in wenigstens zwei unterschiedliche Lichtleitabschnitte (40) ausgebildet sind.

16. Elektrische Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegen-Lichtschnittstellen (114, 124) für ein Erzeugen und ein Empfangen eines Lichtsignals (LS) ausgebildet sind.

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