DE102013017249B4

DE102013017249B4 - Steckverbinderanordnung zur elektrischen Kopplung von Batteriemodulen und Batteriemodulanordnung

Info

Publication number: DE102013017249B4
Application number: DE102013017249.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Wolter; Stefan Amelung
Original assignee: Kostal Kontakt Systeme GmbH
Current assignee: KOSTAL KONTAKT SYSTEME GMBH & CO. KG, DE
Priority date: 2013-10-17
Filing date: 2013-10-17
Publication date: 2021-09-09
Anticipated expiration: 2033-10-18
Also published as: DE102013017249A1

Abstract

Steckverbinderanordnung zur elektrischen Kopplung von Batteriemodulen (1a, 1b),wobei die Batteriemodule (1a, 1b) jeweils ein Batteriemodulgehäuse (2a, 2b) aufweisen, und wobei an Ecken und/oder Kanten jedes Batteriemodulgehäuses (2a, 2b) mindestens zwei Steckverbinder (3, 3', 3", 3a, 3b, 3c, 3d) angeordnet sind,wobei bei nebeneinander angeordneten Batteriemodulgehäusen (2a, 2b) zwei zu verschiedenen Batteriemodulen (1a, 1b) gehörende Steckverbinder (3b, 3c) parallel nebeneinander liegend ausgerichtet sind, und durch einen an beide Steckverbinder (3b, 3c) anfügbaren Verbindungsstecker (4) elektrisch miteinander verbindbar sind,dadurch gekennzeichnet,dass jeder Steckverbinder (3, 3', 3", 3a, 3b, 3c, 3d) mindestens eine elektrische Kontaktfläche (19) aufweist, die im unverbundenen Zustand durch einen durch ein Federelement (10, 10', 10") belasteten Berührschutz (5) abgedeckt ist,dass der Verbindungsstecker (4) Lamellenkontakte (7a, 7b) aufweist, welche nach dem Anfügen des Verbindungssteckers (4) an zwei Steckverbinder (3b, 3c) deren Kontaktflächen (19) elektrisch miteinander verbinden,dass durch Drücken eines am Verbindungsstecker (4) gehaltenen Verriegelungsschiebers (8) an den beiden Steckverbindern (3b, 3c) jeweils ein Riegel (14) in jeweils eine Gehäuseausnehmung (15) bewegt wird, wodurch der Verbindungsstecker (4) formschlüssig mit beiden Steckverbindern (3b, 3c) verbunden ist, unddass der Verriegelungsschieber (8) erst betätigt werden kann, wenn die Lamellenkontakte (7a, 7b) und die Kontaktflächen (19) der Steckverbinder (3b, 3c) in vollständigem Kontakt miteinander sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steckverbinderanordnung zur elektrischen Kopplung von Batteriemodulen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Batteriemodulanordnung mit einer solchen Steckverbinderanordnung.
Eine derartige Steckverbinderanordnung zur elektrischen Kopplung von Batteriemodulen, sowie eine derartige Batteriemodulanordnung ist aus der Druckschrift US 2012 / 0 058 381 A1 bekannt.
Die Druckschrift US 2013 / 0 260 611 A1 beschreibt ein Batteriemodul, das eine Vielzahl von Batteriezellen enthält, wobei die Anschlüsse jeweils benachbarter Batteriezellen durch Verbindungsschienen miteinander verbunden sind.
Energiespeicher größerer Kapazität sind üblicherweise modular aufgebaut und bestehen aus elektrisch zusammengeschalteten Einheiten, die im Folgenden als Batteriemodule bezeichnet werden. Dabei weist jedes Batteriemodul jeweils ein eigenes Batteriemodulgehäuse mit von außen zugänglichen elektrischen Anschlusskontakten auf.
Das Verbinden einer größeren Anzahl von Anschlusskontakten über Kabelverbindungen ist montagetechnisch sehr aufwendig. Es sind Stromschienenverbinder bekannt, welche zugleich die Anschlusskontakte von mehreren Batteriemodulen miteinander verbinden können. Solche Stromschienen sind zumeist für jeweils eine spezielle Batteriemodulanordnung ausgelegt. Daher legen sie den Aufbau der gesamten Batteriemodulanordnung weitgehend fest, so dass weder die körperliche Anordnung noch die elektrische Verschaltung der Batteriemodule flexibel änderbar ist.
Energiespeicher, die aus einer Vielzahl von wiederaufladbaren Batteriemodulen bestehen, werden beispielsweise in Elektrofahrzeugen oder als Energiepuffer für Solaranlagen eingesetzt. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn einzelne Batteriemodule flexibel ausgetauscht werden können, damit der Ausfall einzelner Batteriemodule nicht die Lebensdauer des gesamten Energiespeichers unverhältnismäßig beschränkt. Bei solchen Anwendungen können auch an einzelnen Batteriemodulen hohe Spannungen anliegen, durch die ein Zusammenschalten oder Austauschen von Batteriemodulen mit Gefahren verbunden sein kann.
Es stellte sich die Aufgabe, eine Steckverbinderanordnung für Batteriemodule zu schaffen, die ein einfaches und gefahrloses Verbinden und Trennen von Batteriemodulen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.
Es stellte sich zudem die Aufgabe, eine entsprechend vorteilhaft ausgestaltete Batteriemodulanordnung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 4 gelöst.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:

1 eine Batteriemodulanordnung aus zwei elektrisch verbundenen Batteriemodulen,
2 einen Steckverbinder des Batteriemoduls,
3 zwei durch einen Verbindungsstecker miteinander verbundene Steckverbinder,
4 einen Verbindungsstecker als Einzelteil,
5 eine weitere Ansicht des Verbindungssteckers,
6 eine erste Schnittansicht durch einen Steckverbinder,
7 eine zweite Schnittansicht durch einen Steckverbinder,
8 eine zweite Ausführung eines Steckverbinders,
9 eine dritte Ausführung eines Steckverbinders.

Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine einfache Batteriemodulanordnung aus zwei nebeneinander angeordneten Batteriemodulen 1a, 1b, die, vorzugsweise zusammen mit weiteren hier nicht dargestellten Batteriemodulen, Bestandteile eines elektrischen Energiespeichers darstellen. Es sei vorausgesetzt, dass die beiden Batteriemodule 1a, 1b durch geeignete, aber hier nicht dargestellte mechanische Mittel aneinander oder zumindest relativ zueinander fixiert sind.
Jedes der identisch ausgeführten Batteriemodule 1a, 1b besteht aus einem im Wesentlichen quaderförmigen Batteriemodulgehäuse 2a, 2b, an dem an zwei über eine Längskante verbundenen Ecken jeweils ein Steckverbinder 3a und 3b bzw. 3c und 3d angeordnet ist. Die Steckverbinder 3a, 3b, 3c, 3d bilden die elektrischen Anschlussmittel für Batteriezellen in den Batteriemodulgehäusen 2a, 2b aus. Die in der 1 dargestellten Batteriemodule 1a, 1b sind elektrisch über einen Verbindungsstecker 4 miteinander verbunden, welcher zugleich in zwei nebeneinander angeordnete Steckverbinder 3b und 3c eingefügt ist.
Der Aufbau eines einzelnen Steckverbinders 3 ist in der 2 skizziert. Der Steckverbinder 3 bildet ein zu seiner Vorderseite offenes Steckverbindergehäuse 9 aus, welches an einer Seitenfläche eine schlitzförmige Ausnehmung 12 aufweist. An der Unterseite des Steckverbindergehäuses 9 befindet sich ein Kontaktträger 11, der eine in dieser Figur nicht erkennbare elektrische Kontaktfläche trägt. Die Kontaktfläche ist durch einen blockförmigen Berührschutz 5 abgedeckt, welcher durch ein Federelement 10, in der Darstellung der 2 als Schraubenfeder ausgeführt, gegen den Kontaktträger 11 gepresst wird. Die elektrische Kontaktfläche auf dem Kontaktträger 11 ist damit gegen unbeabsichtigte Berührungen geschützt.
Setzt man einen auch intern identischen Aufbau der Batteriemodule 1a, 1b voraus, so liegen bei der in der 1 dargestellten Anordnung zwei Steckverbinder 3b, 3c nebeneinander, deren Kontaktflächen mit ungleichnamigen elektrischen Anschlusspolen der zugehörigen Batteriemodule 1a, 1b verbunden sind.
Alternativ oder zusätzlich zur Darstellung der 1 können an den Batteriemodulen auch Steckverbinder vorgesehen sein, welche bei einer gestapelten Anordnung von Batteriemodulen nebeneinander ausgerichtet und miteinander verbindbar sind.
Durch die elektrische Verbindung der Steckverbinder 3b und 3c wird eine Reihenschaltung der beiden Batteriemodule 1a, 1b hergestellt. Diese elektrische Verbindung entsteht durch einen Verbindungsstecker 4, der in den 4 und 5 als Einzelteil und in der 3 im mit zwei Steckverbindern 3b, 3c verbundenen Zustand dargestellt ist.
Der Verbindungsstecker 4 weist einen plattenförmigen Abschnitt 16 mit einem angeformten Griff 17 auf. Auf der Oberseite des Abschnitts 16 ist eine Clipslasche 18 erkennbar, die an dem vorderen Rand des Abschnitts 16 angeformt ist und gegen den Abschnitt 16 federnd beweglich ist. Auf der in der 5 erkennbaren Unterseite des plattenförmigen Abschnitts 16 sind zwei Lamellenkontakte 7a, 7b nebeneinander angebracht, welche miteinander elektrisch leitend verbunden sind.
Wie die 1 und 3 zeigen kann der Verbindungsstecker 4 in zwei nebeneinander angeordnete Steckverbinder 3b, 3c einschoben werden. Beim Einschieben hebt der Verbindungsstecker 4 jeweils den Berührschutz 5 gegen die Kraft des Federelements 10 an, und fügt sich in die schlitzförmigen Ausnehmungen 12 der Steckverbindergehäuse 9 ein. Die schlitzförmigen Ausnehmungen 12 wirken hierbei beim Einfügen des Verbindungssteckers 4 vorteilhaft als Schubladenführung. Die hier nicht dargestellten Kontaktflächen der Steckverbinder 3 werden durch die Lamellenkontakte 7a, 7b des Verbindungssteckers 4 elektrisch miteinander verbunden, wodurch die Batteriemodule 1a, 1b miteinander in Reihe geschaltet sind.
Bei jedem der beiden Steckverbinder drückt der durch das Federelement 10 belastete Berührschutz 5 durch Einwirkung auf den Verbindungsstecker 4 die Lamellenkontakte 7a, 7b fest gegen jeweils eine Kontaktfläche, wodurch sich eine gut leitende elektrische Verbindung ergibt.
Während des Einschiebevorgangs greift mindestens eine an einem Steckverbindergehäuse 9 angeformte Rastkante 13 nacheinander in mehrere Rastrillen 6 - erkennbar in der 4 - ein, die auf der Clipslasche 18 angeformt sind, welche federnd auf der Oberseite des Verbindungssteckers 4 angeordnet ist. Durch das Zusammenwirken von Rastkante 13 und Rastrillen 6 wird der Verbindungsstecker 4 bereits während des Einfügens kraftschlüssig von den Steckverbindern 3b, 3c gehalten.
Darüber hinaus ist vorteilhafterweise auch eine formschlüssige Arretierung des Verbindungssteckers 4 an den Steckverbindern 3b, 3c vorgesehen, was durch die Schnittansichten der 6 und 7 verdeutlicht wird. Die 6 zeigt einen Schnitt durch einen der beiden Steckverbinder 3b, 3c mit einem teilweise eingeschobenen Verbindungsstecker 4. In der Ansicht der 7 hat der Verbindungsstecker 4 seine Endposition erreicht.
Nach Erreichen der Endposition kann durch Drücken eines am Verbindungsstecker 4 gehaltenen Verriegelungsschiebers 8 an den beiden Steckverbindern 3b, 3c jeweils ein Riegel 14 in jeweils eine Gehäuseausnehmung 15 bewegt werden, wodurch der Verbindungsstecker 4 nun auch formschlüssig mit beiden Steckverbindern 3b, 3c verbunden ist. Der Verriegelungsschieber 8 kann erst betätigt werden, wenn die Lamellenkontakte 7a, 7b und die Kontaktflächen 19 der Steckverbinder 3b, 3c in vollständigem Kontakt miteinander sind.
Zum Trennen des Verbindungssteckers 4 von den Steckverbindern 3b, 3c wird zunächst die Arretierung des Verbindungssteckers 4 durch Herausziehen des Verriegelungsschiebers 8 aufgehoben und anschließend die kraftschlüssige Rastverbindung durch Drücken der federnden Clipslasche 18 gegen den plattenförmigen Abschnitt 16 des Verbindungssteckers 4 gelöst.
Die in der 1 einzeln verbleibenden äußeren Steckverbinder 3a, 3d können durch jeweils einen, in den Figuren nicht dargestellten Anschlussstecker kontaktiert werden, welche mit einem Anschlusskabel verbunden sind. Ein solcher Anschlussstecker weist einen einzelnen Lamellenkontakt auf und besitzt im Wesentlichen die Form eines halben Verbindungssteckers 4.
Die 8 und 9 deuten an, dass das am Steckverbinder 3', 3" angeordnete Federelement 10', 10" auch als eine am Berührschutz 5 oder am Steckverbindergehäuse 9 einstückig angeformte Blattfeder 10' aus Kunststoff oder auch als eine in den Berührschutz 5 integrierte Feder 10" ausgeführt sein kann.
Bezugszeichenliste

1a, 1b: Batteriemodule
2a, 2b: Batteriemodulgehäuse
3, 3', 3", 3a, 3b, 3c, 3d: Steckverbinder
4: Verbindungsstecker
5: Berührschutz
6: Rastrillen
7a, 7b: Lamellenkontakte
8: Verriegelungsschieber
9: Steckverbindergehäuse
10, 10', 10": Federelement
10': Blattfeder
10": Feder
11: Kontaktträger
12: schlitzförmige Ausnehmung
13: Rastkante
14: Riegel
15: Gehäuseausnehmung
16: (plattenförmiger) Abschnitt
17: Griff
18: Clipslasche
19: Kontaktfläche

Claims

Steckverbinderanordnung zur elektrischen Kopplung von Batteriemodulen (1a, 1b), wobei die Batteriemodule (1a, 1b) jeweils ein Batteriemodulgehäuse (2a, 2b) aufweisen, und wobei an Ecken und/oder Kanten jedes Batteriemodulgehäuses (2a, 2b) mindestens zwei Steckverbinder (3, 3', 3", 3a, 3b, 3c, 3d) angeordnet sind, wobei bei nebeneinander angeordneten Batteriemodulgehäusen (2a, 2b) zwei zu verschiedenen Batteriemodulen (1a, 1b) gehörende Steckverbinder (3b, 3c) parallel nebeneinander liegend ausgerichtet sind, und durch einen an beide Steckverbinder (3b, 3c) anfügbaren Verbindungsstecker (4) elektrisch miteinander verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Steckverbinder (3, 3', 3", 3a, 3b, 3c, 3d) mindestens eine elektrische Kontaktfläche (19) aufweist, die im unverbundenen Zustand durch einen durch ein Federelement (10, 10', 10") belasteten Berührschutz (5) abgedeckt ist, dass der Verbindungsstecker (4) Lamellenkontakte (7a, 7b) aufweist, welche nach dem Anfügen des Verbindungssteckers (4) an zwei Steckverbinder (3b, 3c) deren Kontaktflächen (19) elektrisch miteinander verbinden, dass durch Drücken eines am Verbindungsstecker (4) gehaltenen Verriegelungsschiebers (8) an den beiden Steckverbindern (3b, 3c) jeweils ein Riegel (14) in jeweils eine Gehäuseausnehmung (15) bewegt wird, wodurch der Verbindungsstecker (4) formschlüssig mit beiden Steckverbindern (3b, 3c) verbunden ist, und dass der Verriegelungsschieber (8) erst betätigt werden kann, wenn die Lamellenkontakte (7a, 7b) und die Kontaktflächen (19) der Steckverbinder (3b, 3c) in vollständigem Kontakt miteinander sind.
Steckverbinderanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Anfügen des Verbindungssteckers (4) an zwei Steckverbinder (3b, 3c) jeweils deren Berührschutz (5) gegen das zugehörige Federelement (10, 10', 10") verschoben wird.
Steckverbinderanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsstecker (4) angeformte Rastrillen (6) aufweist, und dass beim Anfügen des Verbindungssteckers (4) an zwei Steckverbinder (3b, 3c) die Rastrillen (6) mit jeweils einer Rastkante (13) an den Gehäusen (9) der beiden Steckverbinder (3b, 3c) verrasten.
Batteriemodulanordnung, bestehend aus mindestens zwei Batteriemodulen (1a, 1b), die über eine Steckverbinderanordnung , die alle Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, elektrisch miteinander verbunden sind.