CN110828758B - 连接元件、具有连接元件的装置以及建立连接的方法 - Google Patents

连接元件、具有连接元件的装置以及建立连接的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于高压电池组模块(10)的连接元件，所述连接元件具有基体(62)、设置在所述基体(62)上的第一高压输入端(64)和设置在所述基体(62)上的第二高压输入端(66)，其中，所述第一高压输入端(64)和第二高压输入端(66)相互导电连接或者能够建立导电的连接，其中，所述第一高压输入端(64)和第二高压输入端(66)分别设计为插塞连接件，其中，所述第一高压输入端(64)的第一高压插塞连接方向(HS1)和所述第二高压输入端(66)的第二高压插塞连接方向(HS2)彼此相反地定向并且具有共同的插塞轴线(S)。本发明还涉及由连接元件(58)布置在高压电池组模块(10)和另外的元件(56)之间所形成的装置以及两种在高压电池组模块(10)和另外的元件(56)之间建立连接的方法。

Description

连接元件、具有连接元件的装置以及建立连接的方法
技术领域
本发明涉及一种用于高压电池组模块的连接元件、一种由连接元件布置在高压电池组模块和另外的元件之间所形成的装置以及一种在高压电池组模块和另外的元件之间建立连接的方法。
背景技术
高压电池组模块尤其设置用于车辆的驱动装置。本发明意义上的这种高压电池组模块也被称为牵引用电池组模块，其具有300V至1200V范围内的额定电压。在高压电池组模块中通常布置有90至120片电池，这些电池分别提供2V至10V范围内的电压。这种高压电池组模块的功率大约为120kW至480kW。本发明意义上的高压电池组模块的优选尺寸为至少50cm×25cm、尤其处于该值至100cm×50cm或100cm×100cm之间的范围内。重量尤其为至少20kg、优选至少50kg并且也可以为至少80kg、90kg或至少100kg。
在此，车辆尤其指摩托车和机动车，其中，这些车辆至少在确定的运行阶段(或者仅)电气地由电池组模块驱动，也就是说，本发明尤其涉及混合动力车辆或纯电动车。
由专利文献DE 10 2015 109 871 A1已知一种电池组系统，其具有用于容纳一个或多个彼此连接的电池组模块的电池组壳体，由该专利文献还已知一种插塞装置，其具有插头件和插头容纳件，其中，电池组壳体的壳体壁双层构造，具有内壁和与其间隔的外壁。在此，插头容纳件如此集成在壳体壁中，从而插头容纳件的适用于容纳插头件的插座相对于电池组壳体的外壁凹进式、即内置式地布置。该文献未公开将多个电池组模块相互连接的细节。
由专利文献DE 10 2012 201 420 A1已知一种高压插接器系统。该高压插接器系统包括单独构造的具有凹空的壳体密封件和具有导电体的高压插接器。在此，高压插接器如此导引穿过壳体密封件的凹空，从而壳体密封件包围高压插接器。在此也设置用于低压插接器导引穿过的低压套管。高压插接器具有许多单独的元件并且因此其制造和安装的成本较高。
由专利文献DE 10 2014 017 869 A1已知一种插塞装置，用于机动车的两个蓄电池单元的电气连接，该插塞装置具有两个导电的接触件、导电的导体件和绝缘装置，其中，绝缘装置设计为壳体件。在此，导体件具有U形的几何形状。每个接触件具有两个薄片，在两个薄片之间可插入相应的蓄电池单元的适配的接触件，以便实现电气连接。这种插塞装置也存在安装方面的缺点，因为首先两个待连接的蓄电池单元需要在连接方向上相对彼此具有正确的距离，并且随后将插塞装置垂直于连接方向插入。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于高压电池组模块的连接元件、一种由连接元件布置在高压电池组模块和另外的元件之间所形成的装置以及一种在高压电池组模块和另外的元件之间建立连接的方法，其能够特别简单地建立导电的连接。
所述技术问题按照本发明通过一种用于高压电池组模块的连接元件、一种由前述连接元件布置在高压电池组模块和另外的元件之间所形成的装置以及两种通过前述连接元件在高压电池组模块和另外的元件之间建立连接的方法解决。
按照本发明的用于高压电池组模块的连接元件具有基体、设置在所述基体上的第一高压输入端和设置在所述基体上的第二高压输入端。所述第一高压输入端和第二高压输入端相互导电连接或者能够建立导电的连接。所述第一高压输入端和第二高压输入端分别设计为插塞连接件，其中，所述第一高压输入端的第一高压插塞连接方向(HS1)和所述第二高压输入端的第二高压插塞连接方向(HS2)彼此相反地定向并且具有共同的插塞轴线(S)。
换言之，在连接元件的基体的彼此对置的侧面上分别构造有高压输入端，从而连接元件可以安装在高压电池组模块和另外的元件之间以便建立导电的连接。在此，另外的元件尤其指结构相同的高压电池组模块、其它电池组模块、控制装置或另外的功能元件、例如换热器或测量装置。
如同以下关于方法还会详细阐述的那样，例如将高压电池组模块沿第一高压插塞连接方向HS1与连接元件插接在一起，并且从相反的方向将另外的元件沿第二高压插塞连接方向HS2插装。由于HS1和HS2具有共同的插塞轴线(S)，因此，前述的三个构件(高压电池组模块-连接元件-另外的元件)的插接沿着该插塞轴线(S)进行。高压电池组模块和另外的元件具有相应的带有触头的电气接口，这些电气接口分别与第一高压输入端和第二高压输入端相适配地设计。
因此，按照本发明的连接元件能够简单地通过沿插塞轴线(S)的方向的插接建立两个高压电池组模块之间或一个高压电池组模块与一个另外的元件之间的导电连接。通过两侧插塞的可能性可以省去安装需要的其它元件以及用于建立电气连接的工具。所述连接元件尤其能够实现，通过高压电池组模块与插入的连接元件和另外的元件的简单的组装，使高压电池组模块与另外的元件自动地接触，其中，另外的模块也可以是结构相同的高压电池组模块。
在按照本发明的连接元件的具体的实施方式中，在所述基体上设有第一低压输入端和第二低压输入端，其中，所述第一低压输入端和第二低压输入端分别设计为插塞连接件。第一低压插塞连接方向(NS1)和第二低压插塞连接方向(NS2)彼此相反地定向并且具有与第一高压输入端和第二高压输入端相同的插塞轴线(S)。通过这种既具有两个高压输入端又具有两个低压输入端的连接元件使所需构件的数量总体非常少。相应的高压连接和低压连接借助仅一个共同的连接元件建立，由此，不仅只需要较小的安装空间，而且可以使安装简单，因为仅需要将一个连接元件正确定向，以便建立相应的插塞连接。此外，高压电池组模块与另外的元件之间在高压电位和低压电位上的导电连接可以仅在一个安装步骤中通过插接建立。
通过所述连接元件尤其将高压电池组模块和另外的元件的两个高压触头导电地相互连接。在此，术语“高压”理解为超过300V的电压并且尤其是高压电池组模块的额定电压。通过低压输入端尤其传输2V至10V范围内的电压，此电压相当于布置在高压电池组模块中的单个电池的电压。备选地也可以规定明显低于100V的其它电压，这样的电压由多个电池的电池组提供。
尤其地，为所述第一高压输入端设置横向于第一高压插塞连接方向径向突出的第一止挡元件，所述第一止挡元件具有第一止挡面，并且为所述第二高压输入端设置横向于第二高压插塞连接方向径向突出的第二止挡元件，所述第二止挡元件具有第二止挡面。第一止挡面和第二止挡面优选构造为从径向完全环绕基体。所述止挡元件主要在安装中用于充分地沿插塞方向HS1或HS2实施连接元件和高压电池组模块之间的插塞连接或者连接元件和另外的元件之间的插塞连接，并且同时防止太深的插入或过度插装以及由此可能对触头造成的损伤。
在上述第一止挡面和/或第二止挡面的区域中尤其分别设有密封件。所述密封件用于将相应的高压插塞连接和必要时低压插塞连接针对环境影响、如水分和/气体密封。此外，密封件实现插塞轴线(S)方向上的公差补偿功能。通过一个或多个密封件在插塞轴线(S)方向上的一定的弹性可以在存在高压电池组模块和与其相连的另外的元件的尺寸偏差的情况下在确定的公差范围(公差窗口)内补偿这些偏差。当密封件分别构造或布置在第一止挡面和第二止挡面上时，可以实现连接元件在高压电池组模块和另外的元件之间的自动对中。密封件尤其由硅酮或乙烯-丙烯-二烯烃橡胶(EPDM)制造并且具有较高的介质稳定性。尤其地，沿径向观察，密封件可以具有两个或多个密封唇以便提高密封作用。
在按照本发明的连接元件的另外的实际实施方式中，所述第一止挡面和第二止挡面由中间段构成，所述中间段布置在第一高压输入端和第二高压输入端之间。所述中间段具有与第一高压输入端和第二高压输入端相比增大的外周。优选地，中间段以及第一高压输入端和第二高压输入端以及可选的第一低压输入端和第二低压输入端一体式地构造。这种构造方式能够将连接元件生产为廉价的构件。尤其地，具有中间段以及第一高压输入端和第二高压输入端以及可选的第一低压输入端和第二低压输入端的连接元件一体式地由塑料、优选由聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)制造。
当连接元件的第一高压输入端和第二高压输入端分别设计为阴插塞连接件或者说插孔式插塞连接件时，连接元件尤其在接触保护的要求方面特别安全。第一高压输入端和第二高压输入端相应地分别设计为高压接触孔，所述高压接触孔用于容纳高压电池组模块或另外的元件上的适配的高压触头。优选地，第一低压输入端和第二低压输入端也设计为阴插塞连接件或者说插孔式插塞连接件并且相应地具有低压接触孔。当连接元件已通过第一高压输入端和可选地借助第一低压输入端与高压电池组模块连接时，通过将第二高压输入端和可选地第二低压输入端设计为阴插塞连接件防止在安装时误接触可能已加载电压的电触头。接触孔尤其选择为如此小，从而不能从外部进入接触孔。尤其地，接触孔的最大横向延伸尺寸为最大80mm、优选最大75mm并且特别优选最大50mm。
本发明也涉及一种由至少一个前述的连接元件布置在高压电池组模块和另外的元件之间所形成的装置，其中，所述高压电池组模块和另外的元件通过分别与所述连接元件的插塞连接借助所述连接元件的第一高压输入端和第二高压输入端直接相互电气耦连。在此，所述另外的元件尤其是结构相同的高压电池组模块、不同的电池组模块、控制装置或具有相容的高压触头的另外的功能元件。通过两侧的插塞连接的可能性可以特别容易地建立按照本发明的装置。
尤其地，所述高压电池组模块和另外的元件分别具有至少一个开口，所述连接元件分别插入所述开口中。优选地，高压触头和可选的低压触头如此布置在开口中，使得高压触头和可选的低压触头相对于高压电池组模块不突出。在安装位置中、也就是在高压电池组模块与另外的元件相连的情况下，高压电池组模块和另外的元件尤其以分别适配的连接侧直接彼此贴靠，并且连接元件完全容纳在两个开口内。这种布置方式特别节省安装空间。尤其地，高压电池组模块和另外的元件具有至少在开口的区域中双层壁式构造的壳体，并且连接元件如此布置在开口中，从而连接元件以第一止挡面或第二止挡面与内壁贴靠，并且中间段的一半容纳在内壁与外侧的壳体壁之间。
本发明还涉及一种通过前述的连接元件在高压电池组模块和另外的元件之间建立连接的方法，其中，在第一步骤中，在所述连接元件与高压电池组模块之间或者在所述连接元件与另外的元件之间建立插塞连接，并且随后，
a)如果在第一步骤中建立了与高压电池组模块的连接，则建立与另外的元件的插塞连接，或者
b)如果在第一步骤中建立了与另外的元件的连接，则建立与高压电池组模块的插塞连接。
所述方法尤其部分或全部自动化地借助机器人实施，机器人夹持或保持高压电池组模块、连接元件和另外的元件并且使它们沿着插塞轴线(S)相对彼此并且相向移动，直至建立插塞连接。
本发明也涉及一种备选的通过前述的连接元件在高压电池组模块和另外的元件之间建立连接的方法，其中，固定或夹紧所述连接元件，从而通过所述高压电池组模块和另外的元件的相向移动，同时建立所述高压电池组模块与连接元件之间的插塞连接以及所述另外的元件与连接元件之间的插塞连接。第二种方法与第一种方法的不同之处在于，仅需要移动两个部件、即高压电池组模块和另外的元件。
这种方法以可以最大程度地自动化实施，由此可以节约成本和安装时间。关于两种方法的其它优点参照前述说明。
附图说明
以下结合附图描述本发明的另外的具体的实施方式。在附图中：
图1示出具有高压电池组模块、连接元件和另外的元件的按照本发明的装置在建立插塞连接之前的立体视图，
图2示出高压电池组模块的分解图，
图3示出按照本发明的连接元件的立体视图，
图4示出图2中的高压电池组模块和图3中的按照本发明的连接元件在建立插塞连接之前的立体视图，
图5示出从第一连接侧观察高压电池组模块的具有电气接口的局部立体视图，
图6示出不具有壳体和低压触头的高压电池组模块的参照图4的立体视图，
图7示出不具有壳体的高压电池组模块的立体视图，和
图8示出按照本发明的根据图1的装置在建立插塞连接后剖切连接元件得到的剖面图。
具体实施方式
在图1中示出三个结构相同的高压电池组模块10和控制装置12在建立相应的插塞连接之前的示图。为了建立插塞连接，将高压电池组模块10和控制装置12沿插塞连接方向(S)相向移动。每个高压电池组模块10具有第一连接侧14和相对置的第二连接侧16，其中，在连接高压电池组模块时，分别适配的连接侧14、16直接贴靠(参见图8)。控制装置12也具有第一连接侧14，该第一连接侧14与高压电池组模块10的适配的第二连接侧16直接贴靠。多个高压电池组模块10通过插塞连接相连，并且一个高压电池组模块10通过插塞连接与控制装置12连接。在此，高压电池组模块10和控制装置12分别是本发明意义上的另外的元件56。
以下结合图2首先详细探讨高压电池组模块10的结构。
高压电池组模块10包括电池模块18，在电池模块18中布置有多个电池20(在此仅一个电池示范性地配设有附图标记)。在此，大约100个板状的电池20分别以相同的定向并排布置成排。在此设有分别彼此平行布置的多排电池20。电池20在电池模块18中被壳体22包围。为了固定电池20在壳体22中的位置并且为了密封，在壳体22内分别在电池20的右侧和左侧布置有密封板24。
在壳体22的纵长侧上分别布置有第一型材件26，该第一型材件26在壳体22的整个高度和长度上延伸。第一型材件26构造为空心型材并且在其端侧上具有形式为凸起30和凹空32的机械耦连件28。在第一型材件26的侧旁布置有第二型材件34，第二型材件34同样构造为空心型材并且具有多个空腔36。
在第二型材件34中分别构造有冷却剂流体导引件38，其中，在此在第二型材件34的空腔36中分别布置有流体管道40、42。其中一个流体管道40用作冷却剂的输入管道，另一个流体管道42用作冷却剂的输出管道。冷却剂的流体管道40、42分别具有用于与冷却剂分配件46连接的接头44，通过冷却剂分配件46将冷却剂引入壳体22内的空腔48中并且因此电池20从下方被冷却。
此外，高压电池组模块10具有电气接口50，用于接触电池20和传输电压。如同以下结合图5至图8还会详细阐述的那样，高压电池组模块10为此具有高压触头52和低压触头54。
为了建立高压电池组模块10的电气接口50和另外的元件56的电气接口50之间的导电的插塞连接而设置连接元件58。为了将连接元件58布置在高压电池组模块10上，在壳体22中在相应的连接侧14、16上构造开口60，通过开口60可接近具有高压触头52和低压触头54的电气接口50(参见图4和图5)。
首先详细讨论连接元件58。如在图3中可以清楚地看到，连接元件58包括基体62，基体62具有第一高压输入端64和与该第一高压输入端64导电连接的第二高压输入端66。第一高压输入端64和第二高压输入端66设计为插塞连接件并且具有第一高压插塞连接方向(HS1)和第二高压插塞连接方向(HS2)，沿第一高压插塞连接方向(HS1)和第二高压插塞连接方向(HS2)可以分别建立与高压电池组模块10或另外的元件56的插塞连接。可以清楚地看出，HS1和HS2相反定向但处于共同的插塞轴线S上。第一高压输入端64和第二高压输入端66在此分别设计为高压接触孔68并且因此设计为阴插塞连接件。
此外，连接元件具有第一低压输入端70和第二低压输入端72，第一低压输入端70具有第一低压插塞连接方向(NS1)，第二低压输入端72具有第二低压插塞连接方向(NS2)，第一低压插塞连接方向(NS1)和第二低压插塞连接方向(NS2)彼此相反定向但也具有共同的插塞轴线S。第一低压输入端70和第二低压输入端72设计为多个低压接触孔74并且因此也设计为阴插塞连接件。第一低压输入端70和第二低压输入端72彼此导电连接。
总体上，所示连接元件58仅具有接触孔68、74并且因此在两侧设计为阴插塞连接件。
连接元件58的基体62具有中间段76，中间段76横向于插塞方向S沿径向具有比高压输入端64、66和低压输入端70、72更大的延伸量。就此，中间段76构成在整个外周上延伸的第一止挡元件78和第二止挡元件82，第一止挡元件78具有用于第一高压输入端64和第一低压输入端70的第一止挡面80，第二止挡元件82具有用于第二高压输入端66和第二低压输入端72的第二止挡面84。
此外，第一止挡面80和第二止挡面84配设有密封件86，密封件在此具有三个环绕的密封唇88。
在此，连接元件58的基体62一体式地由塑料制成。
以下详细讨论高压电池组模块10的电气接口50的构造和与连接元件58的连接。
图4和图5示出高压电池组模块10，其具有构造在壳体22中的开口60，电气接口50布置在开口60中。高压触头52在图6和图7中可以清楚地看到。高压触头52与低压触头54相邻布置并且设计为相对于电池20沿高压插塞连接方向(HS1或HS2)突出的单个的板状触头。通过高压触头52传输高压电池组模块10的额定电压。
在图5和图7中可以清楚地看到，高压电池组模块10具有多个低压触头54，这些低压触头54在此设计为触针。在这种情况下，在该实施例中，各个低压触头54用于与电池20接触(参见图7)。实现接触的方式是，低压触头54通过导电的薄片90与各个电池20连接。
在图8中示出建立插塞连接后的两个高压电池组模块10，其中，第一高压电池组模块10的第一连接侧14和第二高压电池组模块10的适配的第二连接侧14彼此直接贴靠。
各自的壳体22中的开口60如此构造，从而连接元件58分别完全被两个开口60容纳。连接元件58此处仅示意性地示出。为此，壳体22双壁式地构造，并且具有密封件86的止挡面80、84与内壁92如此贴靠，从而防止连接元件58过度插入开口60中。将密封件86分别布置在第一止挡面80和第二止挡面84上，在此能够实现，连接元件58居中地布置在两个开口60中。
本发明的在说明书、附图以及权利要求中公开的特征能够单独和以任意组合作为在各种实施方式实现本发明的根本所在。本发明可以在权利要求的范围内并且在考虑本领域技术人员的知识的情况下变化。
尤其指出，第一高压输入端、第二高压输入端、第一低压输入端和/或第二低压输入端也可以设计为阳的或者说插头式插塞连接件。在此可以考虑阴插塞连接件和阳插塞连接件的所有组合。具有高压触头和低压触头的电气接口则与之适配地构造。
附图标记列表
10 高压电池组模块
12 控制装置
14 第一连接侧
16 第二连接侧
18 电池模块
20 电池
22 壳体
24 密封板
26 第一型材件
28 机械耦连件
30 凸起
32 凹空
34 第二型材件
36 空腔
38 冷却剂流体导引件
40 流体管道
42 流体管道
44 接头
46 冷却剂分配件
48 空腔
50 电气接口
52 高压触头
54 低压触头
56 另外的元件
58 连接元件
60 开口
62 基体
64 第一高压输入端
66 第二高压输入端
68 高压接触孔
70 第一低压输入端
72 第二低压输入端
74 低压接触孔
76 中间段
78 第一止挡元件
80 第一止挡面
82 第二止挡元件
84 第二止挡面
86 密封件
88 密封唇
90 薄片
92 内壁

Claims (5)

1.一种用于高压电池组模块(10)的连接元件，所述连接元件具有基体(62)、设置在所述基体(62)上的第一高压输入端(64)和设置在所述基体(62)上的第二高压输入端(66)，其中，所述第一高压输入端(64)和第二高压输入端(66)相互导电连接或者能够建立导电的连接，其中，所述第一高压输入端(64)和第二高压输入端(66)分别设计为插塞连接件，其中，所述第一高压输入端(64)的第一高压插塞连接方向(HS1)和所述第二高压输入端(66)的第二高压插塞连接方向(HS2)彼此相反地定向并且具有共同的插塞轴线(S)，其中，为所述第一高压输入端(64)设置横向于第一高压插塞连接方向(HS1)径向突出的第一止挡元件(78)，所述第一止挡元件(78)具有第一止挡面(80)，并且为所述第二高压输入端(66)设置横向于第二高压插塞连接方向(HS2)径向突出的第二止挡元件(82)，所述第二止挡元件(82)具有第二止挡面(84)，其特征在于，所述第一止挡面(80)和/或第二止挡面(84)分别由密封件(86)构成或者分别配设有密封件(86)，其中，在所述基体(62)上还设有第一低压输入端(70)和第二低压输入端(72)，其中，所述第一低压输入端(70)和第二低压输入端(72)分别设计为插塞连接件，并且第一低压插塞连接方向(NS1)和第二低压插塞连接方向(NS2)彼此相反地定向并且具有与第一高压输入端(64)和第二高压输入端(66)相同的插塞轴线(S)，其中，所述第一止挡面(80)和第二止挡面(84)由中间段(76)构成，所述中间段(76)以及第一高压输入端(64)和第二高压输入端(66)以及第一低压输入端(70)和第二低压输入端(72)一体式地构造，使得所述高压电池组模块(10)与另外的元件之间在高压电位和低压电位上的导电连接仅在一个安装步骤中通过插接建立。
2.按照权利要求1所述的连接元件，其特征在于，所述中间段(76)布置在第一高压输入端(64)和第二高压输入端(66)之间。
3.按照权利要求1或2所述的连接元件，其特征在于，所述第一高压输入端(64)和第二高压输入端(66)分别设计为阴插塞连接件。
4.一种由至少一个按照权利要求1至3之一所述的连接元件(58)布置在高压电池组模块(10)和另外的元件(56)之间所形成的装置，其中，所述连接元件(58)具有基体(62)、设置在所述基体(62)上的第一高压输入端(64)和设置在所述基体(62)上的第二高压输入端(66)，其中，所述第一高压输入端(64)和第二高压输入端(66)相互导电连接或者能够建立导电的连接，其中，所述第一高压输入端(64)和第二高压输入端(66)分别设计为插塞连接件，其中，所述第一高压输入端(64)的第一高压插塞连接方向(HS1)和所述第二高压输入端(66)的第二高压插塞连接方向(HS2)彼此相反地定向并且具有共同的插塞轴线(S)，其特征在于，所述高压电池组模块(10)和另外的元件(56)通过分别与所述连接元件(58)的插塞连接借助所述连接元件(58)的第一高压输入端(64)和第二高压输入端(66)直接相互电气耦连。
5.按照权利要求4所述的装置，其特征在于，所述高压电池组模块(10)和另外的元件(56)分别具有至少一个开口(60)，所述连接元件(58)分别插入所述开口(60)中。
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