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Die Erfindung betrifft einen Kabelschuh mit integrierter Schmelzsicherung.
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Bekanntermaßen dient ein Kabelschuh als Verbindungsstück zwischen einem elektrischen Leiter und einem Anschlusselement einer elektrischen oder elektronischen Vorrichtung, wie beispielsweise einer elektrischen Maschine, einer Messvorrichtung, einer Beleuchtungseinrichtung, einer Batterie (primär oder sekundär), etc. Es ist eine Vielzahl an Ausführungsformen von Kabelschuhen bekannt.
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Zum sicheren und effizienten Betreiben einer Hochvolt-Batterie, beispielsweise einer Traktionsbatterie für ein (Kraft)Fahrzeug, ist ein Batterie-Management-System bzw. ein Steuergerät in einem solchen BMS-System erforderlich, mit dem unter anderem Entladungsvorgänge, Ladungsvorgänge, die Temperatur und der Druck innerhalb der Batterie überwacht und/oder gesteuert werden.
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So beschreibt beispielsweise die
US 2012/0114994 A1 eine elektrische Zelle, die einen ersten Batterieblock mit einem gestapelten Elektrodenkörper aufweist, der gebildet ist durch Stapeln einer positiven Elektrodenplatte und einer negativen Elektrodenplatte getrennt durch einen Separator und einem ersten Abstandshalter, der auf dem gestapelten Elektrodenkörper angeordnet ist; einen zweiten Batterieblock mit einem gestapelten Elektrodenkörper, der gebildet ist durch Stapeln einer positiven Elektrodenplatte und einer negativen Elektrodenplatte getrennt durch einen Separator und einem zweiten Abstandshalter, der auf dem zweiten gestapelten Elektrodenkörper angeordnet ist; ein Batteriegehäuse, das den erste Batterieblock und den zweiten Batterieblock enthält, um den ersten Abstandshalter und den zweiten Abstandshalter zu kontaktieren; und einen Sensor, wobei der Sensor in einem Sensoranordnungsbereich zwischen dem ersten Abstandshalter und der zweite Abstandshalter ausgebildet ist. Der Sensor kann ein Temperatur- oder ein Drucksensor sein.
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Wenn die Spannung einer Hochvolt-Batterie gemessen werden soll, so wird diese üblicher Weise an den Steckkontakten, Polbolzen, Lötfahnen, Stromschienen, etc. der Hochvolt-Batterie mittels dünner elektrischer Leitungen abgegriffen und mittels eines Spannungsmessgeräts gemessen. Ein solches Spannungsmessgerät kann beispielsweise in ein Batterie-Management-System integriert sein oder einen Bestandteil eines Batterie-Management-Systems bilden. Von dem Steuergerät bzw. Batterie-Management-System werden die gemessenen Spannungswerte für Steuer- und Regelungszwecke ausgewertet bzw. verwendet.
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Nach dem Stand der Technik sind die Leitungen zwischen einer Hochvolt-Batterie und dem Spannungsmessgerät bzw. dem Batterie-Management-System nicht abgesichert. Bei einem Kurzschluss im Batterie-Management-System bzw. dem Steuergerät der Hochvolt-Batterie oder bei einem Kurzschluss zwischen den Leitungen im Kabelstrang kann es daher im schlimmsten Fall zu einem Brand kommen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diesen Nachteil des Stands der Technik zu überwinden und weitere Vorteile bereitzustellen. Die erfindungsgemäßen Aufgaben werden gelöst durch den Kabelschuh gemäß Anspruch 1, die Verwendung des Kabelschuhs gemäß Anspruch 7 sowie das System gemäß Anspruch 8. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß wird ein Kabelschuh zur elektrisch leitenden Verbindung von einem elektrischen Leiter eines Kabels und einem Anschlusselement einer elektrischen oder elektronischen Vorrichtung vorgeschlagen, wobei der Kabelschuh einen Kontaktierungsbereich zum elektrisch leitenden Kontaktieren eines Anschlusselements der elektrischen oder elektronischen Vorrichtung, einen Anschlussbereich zum elektrisch leitenden Anschließen von wenigstens einem elektrischen Leiter eines Kabels und einen Zwischenbereich zwischen dem Kontaktierungsbereich und dem Anschlussbereich aufweist.
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Der erfindungsgemäße Kabelschuh ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbereich einen mit dem Kontaktierungsbereich und dem Anschlussbereich elektrisch verbundenen Schmelzleiter aufweist.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass beispielsweise bei einem Kurzschluss eines Steuergeräts, das über einen elektrischen Leiter mit dem erfindungsgemäßen Kabelschuh an einem elektrischen Energiespeicher angeschlossen ist, oder bei einem Kurzschluss innerhalb der Leitungen, mit denen das Steuergerät mit dem elektrischen Energiespeicher elektrisch verbunden sind, auf einfache und gleichzeitig sichere Weise eine Unterbrechung des elektrischen Leiters erreicht werden und so ein größerer Schaden vermieden werden kann.
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Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist bei dem Kabelschuh der Zwischenbereich einen Schmelzleiter und eine diesen umgebende, elektrisch isolierende Umhüllung auf. Hierdurch wird eine sichere und komfortable Handhabung des erfindungsgemäßen Kabelschuhs ermöglicht. Die elektrisch isolierende Umhüllung kann gemäß einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einen elektrisch isolierenden Kunststoff, eine Glasumhüllung oder eine Keramikumhüllung umfassen.
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Weitere Vorteile ergeben sich, wenn bei dem erfindungsgemäßen Kabelschuh der Kontaktierungsbereich teilweise und der Anschlussbereich zumindest teilweise eine elektrisch isolierende Umhüllung aufweisen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Kontaktierungsbereich des erfindungsgemäßen Kabelschuhs eine Gabelform, eine Ösenform, oder einen Fixierteil mit Schraubmitteln auf. Der Anschlussbereich des erfindungsgemäßen Kabelschuhs weist in vorteilhafter Weise einen verformbaren Anschlussteil zum kraft- und formschlüssigen Anschließen von einem elektrischen Leiter oder einen Anschlussteil mit Schraubmitteln auf.
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Die vorliegende Erfindung umfasst auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Kabelschuhs oder einer seiner vorteilhaften Weiterbildungen zum elektrischen Verbinden von wenigstens einem elektrischen Leiter zwischen einem Anschluss einer Hochvolt-Batterie und wenigstens einem Messeingang eines Batterie-Management-Systems.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein System bestehend aus einer Hochvolt-Batterie und einem Batterie-Management-System, wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, dass wenigstens ein elektrischer Leiter, der einen Anschluss einer Hochvolt-Batterie und einen Messeingang eines Batterie-Management-Systems elektrisch miteinander verbindet, elektrisch mit einem erfindungsgemäßen Kabelschuh oder einem gemäß seiner vorteilhaften Weiterbildungen verbunden ist.
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Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
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Die Figur zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kabelschuhs. Die Darstellungen in der Figur sind rein schematisch und nicht maßstabsgerecht.
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Die nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
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Wie in der Figur dargestellt ist, umfasst der Kabelschuh 1 zur elektrisch leitenden Verbindung von einem elektrischen Leiter eines Kabels und einem Anschlusselement einer elektrischen oder elektronischen Vorrichtung einen Kontaktierungsbereich 2 zum elektrisch leitenden Kontaktieren eines Anschlusselements der elektrischen oder elektronischen Vorrichtung, einen Anschlussbereich 3 zum elektrisch leitenden Anschließen von wenigstens einem elektrischen Leiter eines Kabels und einen Zwischenbereich 4 zwischen dem Kontaktierungsbereich 2 und dem Anschlussbereich 3 auf. Der Kabelschuh 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbereich 4 einen Schmelzleiter 5 aufweist, der elektrisch mit dem Kontaktierungsbereich 2 und dem Anschlussbereich 3 verbunden ist.
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Wie eingangs bereits erwähnt, ist eine Vielzahl an Ausführungsformen von Kabelschuhen bekannt. Vergleichsweise einfach ausgebildete Kabelschuhe sind üblicherweise aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise einem Metall, durch Stanzen und Biegen einer Metallplatte hergestellt.
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Der erfindungsgemäße Kabelschuh 1 weist einen Kontaktierungsbereich 2 zum elektrisch leitenden Kontaktieren eines Anschlusselements der elektrischen oder elektronischen Vorrichtung auf. Das Anschlusselement kann hierbei grundsätzlich jede Form aufweisen und das Anschließen an das Anschlusselement der elektrischen oder elektronischen Vorrichtung auf jede geeignete Weise realisiert werden. Beispielsweise können die Anschlusselemente einer Batterie (primär oder sekundär) in Form von Polbolzen mit kreisrundem Querschnitt mit und ohne Gewinde ausgebildet sein. Im Fall von Polbolzen mit Gewinde kann der Kontaktierungsbereich 2 beispielsweise in Ösenform, d. h. in Form eines Metallteils mit einem den Metallteil durchdringenden Loch, dessen Durchmesser zumindest dem Durchmesser eines Polbolzens entspricht, ausgebildet sein. Eine solche Ausgestaltung des Kontaktierungsbereichs 2 ist in der Figur dargestellt.
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Nachdem ein derart ausgestalteter Kontaktierungsbereich 2 über den Polbolzen geschoben ist, kann der Kontaktierungsbereich 2 zum Beispiel mittels einer Schraubenmutter am Polbolzen gesichert werden.
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Der Kontaktierungsbereich 2 kann jedoch beispielsweise auch eine Gabelform aufweisen, wobei die Gabelöffnung zumindest dem Durchmesser des Anschlusselements einer elektrischen oder elektronischen Vorrichtung entsprechen muss. Ebenso kann der Kontaktierungsbereich 2 selbst Schraubmittel aufweisen, mit Hilfe derer der Kontaktierungsbereich 2 an einem Anschluss einer elektrischen oder elektronischen Vorrichtung befestigt werden kann. Beispielsweise kann bei einem bolzenförmigen Anschluss der elektrischen oder elektronischen Vorrichtung der Kontaktierungsbereich 2 des erfindungsgemäßen Kabelschuhs 1 eine Schraub-Klemme aufweisen. Oder es kann beispielsweise der Kontaktierungsbereich 2 des erfindungsgemäßen Kabelschuhs 1 eine unverlierbar daran befestigte Schraube oder Schraubenmutter aufweisen, mittels derer der Kabelschuh 1 beispielsweise an ein Anschlusselement einer elektrischen oder elektronischen Vorrichtung angeschraubt werden kann.
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Was die Ausgestaltung, Form und Funktionsweise des Kontaktierungsbereichs 2 des erfindungsgemäßen Kabelschuhs 1 betrifft, bestehen keine Beschränkungen und der Kontaktierungsbereich 2 des Kabelschuhs 1 kann alle derzeit und zukünftig bekannten und für den vorgesehenen Anwendungszweck geeigneten Ausgestaltungen, Formen und Funktionsweisen aufweisen.
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Auch für die Ausgestaltung, Form und Funktionsweise des Anschlussbereichs 3 des erfindungsgemäßen Kabelschuhs 1 bestehen keine besonderen Beschränkungen. In einer einfachen Ausführungsform weist der Anschlussbereich 3 beispielsweise einen verformbaren Anschlussteil zum kraft- und formschlüssigen Anschließen von einem elektrischen Leiter auf.
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Ein derartiger verformbarer Anschlussteil kann beispielsweise in Form einer Leiteraufnahme in Form von zwei Blechlaschen oder in Form einer hülsenförmigen Leiteraufnahme ausgebildet sein. Beim sog. „Crimpen” werden der Teil mit den zwei Blechlaschen zusammen mit dem Leiterende in eine Crimpzange oder Crimpmaschine eingelegt. Diese biegt die Blechlaschen nach innen und unten auf das Leiterende, so dass sich ein nierenförmiger Querschnitt ergibt.
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Bei einer hülsenförmigen Leiteraufnahme wird das Leiterende in die Leiteraufnahme eingeführt und die Leiteraufnahme mittels einer Presszange so verformt, dass sich wie beim Crimpen eine kraft- und formschlüssige Verbindung ergibt.
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Der Anschlussbereich 3 kann jedoch auch jede andere geeignete Ausgestaltung aufweisen, beispielsweise einen Teil mit Schraubmitteln aufweisen, mittels derer ein Leiterende an dem Anschlussbereich 3 fixiert werden kann. Oder der Anschlussbereich 3 kann eine Klemmvorrichtung aufweisen, mittels der ein Leiterende an den Anschlussbereich 3 angeklemmt werden kann. Der Anschlussbereich 3 kann beispielsweise auch derart ausgestaltet sein, dass ein Leiterende mittels Formschluss (z. B. Schweißen, Löten, Kleben) an dem Anschlussbereich 3 fixiert werden kann.
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Der erfindungsgemäße Kabelschuh 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbereich 4 einen mit dem Kontaktierungsbereich 2 und dem Anschlussbereich 3 elektrisch verbundenen Schmelzleiter 5 aufweist. Hierdurch hat der erfindungsgemäße Kabelschuh 1 die Funktion einer (Schmelz)Sicherung.
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Schmelzsicherungen sind allgemein und in einer großen Vielfalt an Ausgestaltungen bekannt. Gemeinsam ist ihnen das Grundprinzip, dass durch einen Schmelzleiter verbundene elektrische Kontakte vorhanden sind. Der Schmelzleiter wird durch den ihn durchfließenden Strom erwärmt und schmilzt, wenn der Bemessungsstrom (Nennstrom) für eine bestimmte Zeit überschritten wird. Diese Schutzfunktion wird als „Auslösen der Sicherung” bezeichnet.
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Erfindungsgemäß kann der Schmelzleiter 5 aus jedem geeigneten Material bestehen, beispielsweise auch aus dem gleichen Material (Metall), aus dem der Kontaktierungsbereich 2 und der Anschlussbereich 3 ausgebildet sind. Es ist lediglich darauf zu achten, dass beispielsweise der Querschnitt und die Länge des Schmelzleiters 5 in Abhängigkeit von dem Widerstand des Materials und seiner Schmelztemperatur in geeigneter Größe gewählt werden. Gegebenenfalls kann hierbei die Länge des Schmelzleiters 5 größer gewählt werden, als dies bei der Länge eines Zwischenbereichs 4 eines herkömmlichen Kabelschuhs der Fall ist.
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Selbstverständlich kann der Schmelzleiter 5 aber auch aus einem Material ausgebildet sein, das sich von demjenigen des Kontaktierungsbereichs 2 und/oder des Anschlussbereichs 3 unterscheidet. Der Schmelzleiter 5 kann auch aus einem häufig für Schmelzleiter 5 verwendeten Material bestehen, wie beispielsweise Elektrolytkupfer (ECU) oder Feinsilber.
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In vorteilhafter Weise ist der Schmelzleiter 5 in dem Zwischenbereich 4 von einer elektrisch isolierenden Umhüllung 6 umgeben. Die elektrisch isolierende Umhüllung 6 kann hierbei aus jedem geeigneten Material ausgebildet sein, beispielsweise einen elektrisch isolierenden Kunststoff, eine Glasumhüllung oder eine Keramikumhüllung umfassen.
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Die elektrisch isolierende Umhüllung 6 kann den Schmelzleiter 5 entweder berührend umgeben oder es kann ein Abstand zwischen Umhüllung 6 und Schmelzleiter 5 vorhanden sein. Ist ein Abstand zwischen Umhüllung 6 und Schmelzleiter 5 vorhanden, kann der sich so ergebende Raum beispielsweise mit Luft oder einem Mittel zur Lichtbogenlöschung, beispielsweise in Form von Quarzsand, gefüllt sein. Auch kann der Schmelzleiter 5 beispielsweise unter einer Federspannung gehalten sein.
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Allgemein ausgedrückt kann für die Funktion als (Schmelz)Sicherung des erfindungsgemäßen Kabelschuhs 1 auf alle für Schmelzsicherungen derzeit und zukünftig bekannten technischen Lehren zurückgegriffen werden. Auch kann der Kabelschuh so ausgestaltet sein, dass Normen und Vorschriften, die für Schmelzsicherungen jeweils gültig sind, eingehalten werden können.
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Auch ist es von Vorteil, wenn wie dies in der Figur schematisch angedeutet ist, der Kontaktierungsbereich 2 teilweise und der Anschlussbereich 3 zumindest teilweise eine elektrisch isolierende Umhüllung aufweisen. Wenn, wie dies oftmals der Fall ist, der Anschlussbereich 3 vollständig von einer elektrisch isolierenden Umhüllung umgeben ist, und sich die elektrisch isolierende Umhüllung 6 des Schmelzleiters 5 und die elektrisch isolierende Umhüllungen von Kontaktierungsbereich 2 und Anschlussbereich 3 zumindest teilweise überdecken, weist nur noch der Kontaktierungsbereich einen nicht elektrisch isolierten Teil auf. Hierdurch wird eine sichere Handhabung des Kabelschuhs 1 gewährleistet und gleichzeitig die Stabilität des Kabelschuhs 1 erhöht.
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Der erfindungsgemäße Kabelschuh 1 kann zur elektrisch leitenden Verbindung von einem elektrischen Leiter eines Kabels und einem Anschlusselement einer jeden beliebigen elektrischen oder elektronischen Vorrichtung verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Verwendung in den Fällen, in denen für das Kabel sowie für ein an das Kabel angeschlossenes Steuergerät keine weitere Sicherung vorhanden ist. So kann in besonders vorteilhafter Weise der erfindungsgemäße Kabelschuh 1 zum elektrischen Verbinden von wenigstens einem elektrischen Leiter zwischen einem Anschluss einer Hochvolt-Batterie und wenigstens einem Messeingang eines Batterie-Management-Systems verwendet werden.
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Von der vorliegenden Erfindung umfasst ist auch ein System bestehend aus einer Hochvolt-Batterie und einem Batterie-Management-System, das dadurch gekennzeichnet ist, dass wenigstens ein elektrischer Leiter, der einen Anschluss einer Hochvolt-Batterie und einen Messeingang eines Batterie-Management-Systems elektrisch miteinander verbindet, elektrisch mit einem erfindungsgemäßen Kabelschuh 1 verbunden ist.
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Unter einer Hochvolt-Batterie versteht man einen Akkumulator, der elektrischen Strom mit Spannungen im Bereich von bis zu höher als 400 V abgeben kann. In der Regel handelt es sich gegenwärtig bei Hochvolt-Batterien um Lithium-Ionen-Akkumulatorzellen mit einer Spannung von ein bis zwei Volt, die in Reihe geschaltet werden, so dass sich durch das Aufsummieren der Spannungen der einzelnen Zellen die benötigte Hochvolt-Spannung ergibt. Hochvolt-Batterien werden derzeit als elektrischer Energiespeicher für elektrisch antreibbare (Kraft)Fahrzeuge verwendet und sind Gegenstand von umfangreichen Forschungsaktivitäten.
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Der erfindungsgemäße Kabelschuh 1 weist einen Kontaktierungsbereich 2 zum elektrisch leitenden Kontaktieren eines Anschlusselements der elektrischen oder elektronischen Vorrichtung, einen Anschlussbereich 3 (z. B. Crimpbereich) zum elektrisch leitenden Anschließen von wenigstens einem elektrischen Leiter eines Kabels und einen Zwischenbereich 4 zwischen dem Kontaktierungsbereich 2 und dem Anschlussbereich 3 auf. Der Zwischenbereich 4 weist einen mit dem Kontaktierungsbereich 2 und dem Anschlussbereich 3 elektrisch verbundenen Schmelzleiter 5 auf.
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Wird der Schmelzleiter 5 in Abhängigkeit von dem Material, aus dem er besteht, mit einem geeigneten Durchmesser und einer geeigneten Länge ausgebildet, so weist der Kabelschuh 1 die Funktion einer (Schmelz)Sicherung auf.
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Für die Spannungsmessung bei einer Hochvolt-Batterie muss die Spannung mittels dünnen Leitungen an der Hochvolt-Batterie (Energiespeicher) abgegriffen werden. Die Leitungen sind hierbei nach dem Stand der Technik nicht abgesichert. Bei einem Kurzschluss im Steuergerät oder zwischen den Leitungen im Kabelstrang kann es zu einem Brand kommen. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung wird der Strompfad unterbrochen und somit eine Abschaltung des gesamten Stromkreises bzw. Abschaltung der Batterie erreicht.
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Durch die vorliegende Erfindung kann in vorteilhafter Weise eine Absicherung der Leitungen zwischen einem elektrischen Energiespeicher (z. B. einer Hochvolt-Batterie) und den Messeingängen eines Batterie-Management-System-Steuergeräts erreicht werden. Die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich nicht auf diese Verwendung beschränkt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kabelschuh
- 2
- Kontaktierungsbereich
- 3
- Anschlussbereich
- 4
- Zwischenbereich
- 5
- Schmelzleiter
- 6
- Umhüllung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2012/0114994 A1 [0004]
