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Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul, welches eine Mehrzahl von Batteriezellen aufweist. Ein elektrischer Pol des Batteriemoduls kann mittels einer Schraube mit einem Kabel verbunden werden. Mittels des Kabels ist das Batteriemodul mit zumindest einem weiteren Batteriemodul elektrisch verbindbar. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Batterie mit wenigstens zwei solchen Batteriemodulen.
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Aus dem Stand der Technik ist es etwa zum Bereitstellen von in Fahrzeugen als Traktionsbatterien genutzten Batterien bekannt, mehrere Batteriemodule elektrisch miteinander zu verbinden. Jedes der Batteriemodule weist hierbei eine Mehrzahl von Batteriezellen auf, also galvanische Zellen, welche eine bestimmte Nennspannung bereitstellen. Die Verbindungstechnik, welche bei solchen modular aufgebauten Batterien oder Batteriesystemen zum Einsatz kommt, hängt von der vorgesehenen Konstruktion und dem zur Verfügung stehenden Bauraum ab. Beispielsweise können zwei Batteriemodule miteinander mittels eines Kabels elektrisch leitend verbunden werden, wobei das Kabel mit einem jeweiligen elektrischen Pol des jeweiligen Batteriemoduls verschraubt sein kann.
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Die
WO 2014/083906 A1 beschreibt eine Verbindungsvorrichtung zum Verbinden eines Anschlusselements einer Batteriezelle mit einer plattenförmigen Kontaktfahne eines Kabels. Hierbei ist an dem Anschlusselement der Batteriezelle ein Spannelement mit einer Tellerfeder angeordnet. Das Spannelement ist innerhalb eines Gehäuses angeordnet, welches aus einem Harz gebildet und mit einem ebenfalls aus Harz gebildeten Separator verrastet ist. Der Separator deckt die Batteriezelle ab. Die Kontaktfahne des Kabels ist innerhalb eines weiteren Gehäuses angeordnet, welches über das erste Gehäuse geschoben werden kann. Durch eine Welle des Spannelements ist ein Drehstift hindurchgeführt. Durch miteinander fluchtende Öffnungen in den beiden Gehäusen hindurch kann mittels einer an dem Drehstift ansetzenden Spannvorrichtung das Spannelement angezogen werden. Dadurch wird das Anschlusselement gegen die Kontaktfahne gedrückt.
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Die
DE 10 2013 005 093 B3 beschreibt ein Verbindersystem zum Verbinden von Batteriemodulen, bei welchem eine Kontaktfahne mittels einer Schraube mit einem Kabel elektrisch leitend verbunden ist. Hierbei ist die Kontaktfahne mit einer Isolierung versehen, wobei ein für einen Kopf der Schraube vorgesehener Bereich und ein für ein Kontaktierelement des Kabels vorgesehener Bereich der Kontaktfahne freiliegen. Der Kopf der Schraube ist ebenfalls von einer Isolierung umgeben, welche eine Aussparung für einen Schraubdorn aufweist. Des Weiteren ist das Kontaktierelement des Kabels innerhalb eines isolierenden Gehäuseteils angeordnet.
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Etwa aus der
WO 2007/087788 A2 ist es des Weiteren bekannt, an einem Batteriepol ein Anschlussorgan vorzusehen, welches einen Batterieanschluss und einen Versorgungsanschluss aufweist. Hierbei sind am Versorgungsanschluss zwei als Steckbuchsen ausgebildete Kontaktelemente angeordnet.
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Batteriemodule können aber auch direkt über eine Stromschiene elektrisch miteinander verbunden werden, welche auch als Busbar bezeichnet wird. Eine solche Verbindungstechnik ist aus der
WO 2013/184926 A1 bekannt.
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In den Batteriemodulen können die einzelnen Batteriezellen elektrisch in Reihe geschaltet und/oder elektrisch parallel geschaltet sein. Jedes Batteriemodul stellt so eine bestimmte Spannung bereit, deren Größe von der Anzahl der in dem Batteriemodul in Reihe geschalteten Batteriezellen abhängt. Werden also solche Batteriemodule in Reihe geschaltet, so erhöht sich die Gesamtspannung einer die Batteriemodule umfassenden Batterie.
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Hierbei können insbesondere Spannungen auftreten, welche einen Schutz eines mit der Montage oder dem Zusammenbau der Batteriemodule zu der Batterie betrauten Werkers notwendig machen. Dies gilt insbesondere, wenn durch das Zusammenschalten der Batteriemodule eine Spannung von mehr als 60 Volt, insbesondere von mehr als 100 Volt auftritt. Eine Batterie mit einer derartigen Spannung wird vorliegend als Hochvoltbatterie bezeichnet. Da bei der Montage einer solchen Batterie der Werker üblicherweise auch mit Werkzeug hantiert, kann für diesen also eine Hochvoltgefahr bestehen. Bei der Montage von Hochvoltbatterien müssen daher Werker üblicherweise eine persönliche Schutzausrüstung tragen, etwa entsprechende elektrisch isolierende Handschuhe und sonstige schützende Kleidungsstücke.
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Durch bei der Montage der Batterie frei liegende Kontakte besteht jedoch nicht nur für den Werker die Gefahr eines Stromschlags, insbesondere eines Stromschlags mit einer Spannung von mehr als 60 Volt, sondern es besteht auch die Gefahr eines Kurzschlusses. Des Weiteren kann es zu einem Lichtbogen kommen, was ebenfalls Gefahren mit sich bringt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Batteriemodul der eingangs genannten Art sowie eine Batterie mit wenigstens zwei solchen Batteriemodulen zu schaffen, bei welchem beziehungsweise bei welcher ein verbesserter Berührschutz für einen Werker realisiert ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Batteriemodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Batterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Batteriemodul umfasst ein den elektrischen Pol des Batteriemoduls elektrisch isolierendes Gehäuse, durch welches ein Berührschutz für die Schraube und für den elektrischen Pol bereitgestellt ist. Hierbei ist an einem Grundkörper des Gehäuses ein Deckelelement aus einem elektrisch isolierenden Material festgelegt, wobei das Deckelement eine Durchtrittsöffnung für ein Schraubwerkzeug aufweist. Die Schraube, welche zum Anschließen des Pols des Batteriemoduls an das zur elektrischen Verbindung des Batteriemoduls mit einem weiteren Batteriemodul verwendbare Kabel dient, ist also in das elektrisch isolierende Gehäuse integriert. Dadurch, dass die Schraube Teil des Batteriemoduls ist, muss der Werker nicht mehr mit einem Kleinteil wie der Schraube hantieren. Dies vereinfacht die Montage. Zudem ist die Schraube vor einer Berührung durch den Werker geschützt, denn die Durchtrittsöffnung in dem Deckelelement schafft lediglich eine Zugänglichkeit zu der Schraube für das Schraubwerkzeug. Dadurch ist ein verbesserter Berührschutz für einen Werker realisiert, welcher etwa bei der Montage das Kabel mittels der Schraube an den Pol des Batteriemoduls anschließt oder auch während einer Demontage die Schraube löst.
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Dennoch lässt sich durch das Verschrauben des Kabels mit dem Pol des Batteriemoduls der Vorteil eines besonderen innigen, einen geringen Übergangswiderstand mit sich bringenden elektrischen Kontakts zwischen einem elektrischen Leiter des Kabels und der Schraube und/oder zwischen dem elektrischen Leiter und dem Pol des Batteriemoduls realisieren.
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Bei dem erfindungsgemäßen Batteriemodul ist ein Schaft der Schraube von einer Hülse aus einem elektrisch isolierenden Material umgeben, wobei die Hülse durch den Grundkörper des Gehäuses gebildet ist. So ist auch der Schaft der Schraube besonders gut gegen eine Berührung geschützt.
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Des Weiteren kann durch das Vorsehen des Gehäuses für den elektrischen Pol des Batteriemoduls, welches den Grundkörper und das an dem Grundkörper angeordnete Deckelelement umfasst, eine wasserdichte elektrische Anschlussstelle des Batteriemoduls geschaffen werden.
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Durch das Verbinden von wenigstens zwei Batteriemodulen mittels des Kabels kann insbesondere eine Batterie für ein Fahrzeug bereitgestellt werden, welche beispielsweise als Traktionsbatterie eingesetzt werden kann. Eine solche Traktionsbatterie stellt elektrische Energie für wenigstens einen elektrischen Antriebsmotor bereit, mittels welchem sich das Fahrzeug fortbewegen lässt oder welcher ein solches Fortbewegen zumindest unterstützt.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung die Durchtrittsöffnung einen Berührschutz gegen eine Berührung der Schraube mit einem Normfinger sicherstellt, welcher einen Durchmesser von mehr als 12,5 mm aufweist. Ein solcher Berührschutz ist mit dem IP-Code IP2XB bezeichnet. Bei dieser Schutzart ist ein Schutz gegen ein Eindringen von festen Fremdkörpern mit einem Durchmesser ab 12,5 mm gegeben, sodass insbesondere der Schutz gegen einen Zugang zu der Schraube mit einem menschlichen Finger sichergestellt ist.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn ein Kopf der Schraube mittels des Deckelelements abgedeckt ist. Dann ist nämlich der Kopf der Schraube bei der Montage und auch bei einer Demontage gegen eine Berührung geschützt. Der Kopf der Schraube kann insbesondere mit einer Unterseite auf einer Stromschiene des Batteriemoduls aufliegen, welche den elektrischen Pol des Batteriemoduls bildet. So kann ein besonders großflächiger Kontakt zwischen der Schraube und dem elektrischen Pol des Batteriemoduls sichergestellt werden, welcher im Betrieb des Batteriemoduls mit einem wünschenswert geringen Übergangswiderstand einhergeht.
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Zum Befestigen des Deckelelements an dem Grundkörper des Gehäuses für den elektrischen Pol des Batteriemoduls kann insbesondere wenigstens eine Befestigungsschraube vorgesehen sein. Dann lässt sich nach dem Lösen der Befestigungsschraube das Deckelelement vom Grundkörper des Gehäuses abnehmen. In diesem Verfahrensstadium lässt sich dann die Schraube besonders einfach bei der Herstellung des Batteriemoduls in das Gehäuse für den elektrischen Pol des Batteriemoduls einbringen. Zudem kann durch die Verwendung von Befestigungsschrauben ein besonders guter Halt des Deckelelements an dem Grundkörper sichergestellt werden. Alternativ kann der Deckel jedoch auch mittels eines Filmscharniers am Grundkörper gehalten sein und etwa durch Verrasten am Grundkörper festgelegt werden.
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Die Hülse kann insbesondere dazu ausgebildet sein, einen Endbereich des Kabels zu halten, wenn der Endbereich in die Hülse eingeführt, die Schraube jedoch noch nicht angezogen ist. So kann sichergestellt werden, dass sich das Kabel vor der Fertigstellung der Montage nicht undefiniert von dem Gehäuse für den elektrischen Pol des Batteriemoduls löst.
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Bevorzugt weist die Hülse wenigstens ein Strukturelement auf, welches dann ein elektrisches Verbinden der Schraube mit dem Kabel zulässt, wenn das Kabel einen mit dem wenigstens einen Strukturelement korrespondierenden Endbereich aufweist. Durch ein solches Strukturelement kann einerseits sichergestellt werden, dass lediglich das für den jeweiligen Pol des Batteriemoduls vorgesehene Kabel an dieser Stelle zum Einsatz kommt. Durch eine mittels des Strukturelements realisierbare mechanische Kodierung kann also einer Fehlmontage besonders einfach vorgebeugt werden.
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Des Weiteren lässt sich durch das Vorsehen eines solchen Strukturelements eine Verdrehsicherung realisieren, welche sicherstellt, dass sich der Endbereich des Kabels nicht dreht, wenn mittels der Schraube das Kabel an dem Batteriemodul festgelegt wird.
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Ein solches Strukturelement kann insbesondere durch eine Nut bereitgestellt sein, welche in der Hülse ausgebildet ist. Eine derartige Nut kann in eine Richtung verlaufen, in welche das Kabel in die Hülse eingeführt wird, insbesondere also in eine Längsrichtung der Hülse, welche mit einer Axialrichtung der Schraube zusammenfällt.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn an einem Schaft der Schraube eine Kappe aus einem elektrisch isolierenden Material angeordnet ist. Durch eine solche Kappe kann insbesondere ein Berührschutz gegen eine Berührung des Schafts sichergestellt werden, wobei bevorzugt eine Berührung mit einem Normfinger unterbunden ist. Dies erhöht die Sicherheit bei der Montage und insbesondere beim Zusammenschalten zweier Batteriemodule miteinander weiter.
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Es kann des Weiteren insbesondere durch ein Zusammenwirken der durch den Grundkörper des Gehäuses gebildeten Hülse mit der an dem Schaft der Schraube angeordneten Kappe ein Berührschutz sichergestellt werden. Dies kann etwa geschehen, indem sich in einen zwischen der Kappe und der die Kappe umgebenden Hülse vorhandenen Zwischenraum kein Festkörper mit einem Durchmesser von mehr als 12,5 mm einführen lässt.
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Die Kappe insbesondere kann an dem Schaft der Schraube gehalten sein, indem ein an der Kappe ausgebildeter Stift in ein Sackloch eingesteckt ist, welches im Schaft der Schraube ausgebildet ist. Die Kappe kann jedoch auch auf andere Art und Weise an der Schraube fixiert sein.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn ein Schaft der Schraube ein Gewinde aufweist, welches mit einem auf Seiten des Kabels vorgesehenen Gewinde in Eingriff gebracht werden kann. Dann lässt sich ein besonders inniger Verbund des Kabels mit der Schraube realisieren, indem die Schraube angezogen wird.
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Vorzugsweise weist der Schaft in einem sich an das Gewinde anschließenden Bereich einen größeren Durchmesser auf als im Bereich des Gewindes. Dann lässt sich nämlich ein besonders großflächiges Anliegen der Schraube an einem elektrischen Leiter des Kabels sicherstellen. Dies gilt insbesondere, wenn der sich an das Gewinde anschließende Bereich eine Fase bildet, etwa indem der Schaft sich vom Bereich des Gewindes aus zu einem Kopf der Schraube hin konisch erweitert.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Kabel an dem Batteriemodul gehalten ist, wobei ein Kontaktelement des Kabels aus einem elektrisch leitenden Material gebildet ist und das Kontaktelement von einem Mantelelement umgeben ist. Hierbei ist durch das Mantelelement ein Berührschutz gegen eine Berührung des Kontaktelements mit einem Normfinger sichergestellt, welcher einen Durchmesser von mehr als 12,5 mm aufweist. Das Mantelelement kann hierbei insbesondere einen stiftförmigen Fortsatz des Kontaktelements nach Art einer Hülse umschließen und so weit über den stiftförmigen Fortsatz überstehen, dass der Fortsatz nicht mit dem Normfinger berührt werden kann.
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Hierbei kann insbesondere der stiftförmige Fortsatz ein Innengewinde aufweisen, in welches sich die Schraube einschrauben lässt, um das Kontaktelement des Kabels in elektrisch leitenden Kontakt mit der Schraube zu bringen.
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Bevorzugt ist das Kontaktelement drehfest in dem Mantelelement angeordnet. Dadurch ist sichergestellt, dass sich nicht beim Einschrauben der Schraube in das Kontaktelement das Kontaktelement gegenüber dem Mantelelement verdreht. Dies erleichtert die Montage des Kabels an den Pol des Batteriemoduls.
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Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Mantelelement ein Rastelement aufweist, welches mit einem auf Seiten des Gehäuses für den elektrischen Pol des Batteriemoduls vorgesehenen Rastelement verrastet werden kann. So kann dafür gesorgt werden, dass nach dem Verrasten des kabelseitigen Rastelements mit dem gehäuseseitigen Rastelement sich das Kabel nicht mehr von dem Gehäuse undefiniert lösen kann, selbst wenn die Schraube noch nicht angezogen ist.
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Ein solches, auf Seiten des Mantelelements vorgesehenes Rastelement kann insbesondere durch einen umlaufenden Wulst gebildet sein, welcher in eine entsprechende, ringförmige Nut oder Einbuchtung eingebracht werden kann, welche auf Seiten des Gehäuses vorgesehen ist.
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Die erfindungsgemäße Batterie umfasst wenigstens zwei erfindungsgemäße Batteriemodule. Hierbei ist die Batterie bevorzugt als Hochvoltbatterie ausgebildet. Insbesondere kann die Batterie als Traktionsbatterie für ein Fahrzeug elektrische Energie für eine Fortbewegung des Fahrzeugs zur Verfügung stellen.
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Die für das erfindungsgemäße Batteriemodul beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für die erfindungsgemäße Batterie und umgekehrt.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine Batterie für ein Fahrzeug, bei welcher zwei Batteriemodule mittels Hochvoltkabeln zusammengeschaltet sind;
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2 die beiden Batteriemodule gemäß 1 und die an jeweilige elektrische Pole der Batteriemodule anzuschließenden Hochvoltkabel in einer Explosionsdarstellung;
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3 eines der Batteriemodule, wobei zwei der Hochvoltkabel und zum Anschließen der Kabel an die elektrischen Pole des Batteriemoduls verwendete Schrauben in einer Schnittansicht gezeigt sind;
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4 eine weitere Schnittansicht durch ein die Schrauben vor einer Berührung schützendes Gehäuse des Batteriemoduls, welches auch die elektrischen Pole des Batteriemoduls vor einer Berührung schützt;
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5 in einer weiteren Schnittansicht die Stromübertragung von einer Stromschiene des Batteriemoduls über die Schraube auf ein Kontaktelement eines Hochvoltkabels und von einem Hochvoltkabel über die Schraube zu einer weiteren Stromschiene;
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6 eine weitere Schnittansicht durch eine der Schrauben, aus welcher insbesondere Details einer Hülse hervorgehen, welche einen Schaft der Schraube umgibt;
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7 die Schraube gemäß 6 in einer Perspektivansicht;
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8 eine weitere Schnittansicht durch eine der im Gehäuse für die elektrischen Pole des Batteriemoduls angeordneten Schrauben, aus welcher der Berührschutz gut ersichtlich ist;
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9 in einer Schnittansicht einen Ausschnitt eines der Hochvoltkabel, welcher einen Endbereich des Hochvoltkabels umfasst;
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10 in einer Perspektivansicht den Endbereich des Hochvoltkabels; und
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11 den Endbereich gemäß 10 in einer Schnittansicht.
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1 zeigt perspektivisch eine Batterie 10, welche zwei Batteriemodule 12, 14 umfasst. In der Batterie 10 sind die beiden Batteriemodule 12, 14 elektrisch in Reihe geschaltet, sodass die Batterie 10 eine Spannung bereitstellt, welche höher ist als die jeweilige Nennspannung der beiden, vorliegend baugleich ausgebildeten Batteriemodule 12, 14. Durch das elektrische Verbinden der beiden Batteriemodule 12, 14 lässt sich insbesondere eine Batterie 10 bereitstellen, welche als Hochvoltbatterie ausgebildet ist, bei welcher also die von der Batterie 10 bereitgestellte Spannung größer ist als 60 Volt und insbesondere größer als 100 Volt.
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Bei einer derartigen Batterie 10 ist bei der Montage und der Demontage darauf zu achten, dass stromführende Komponenten möglichst vor einer Berührung geschützt sind. Dies ist vorliegend realisiert, obwohl zum In-Reihe-Schalten der Batteriemodule 12, 14 Kabel in Form von Hochvoltkabeln 16, 18, 20 (vergleiche 2) zum Einsatz kommen, welche mit den stromführenden Komponenten der Batteriemodule 12, 14 verschraubt sind. Bei dem vorliegend beschriebenen Batteriemodul 12, 14 erfolgt die elektrisch leitende Verbindung eines Pluspols des ersten Batteriemoduls 12 mit einem Minuspol des zweiten Batteriemoduls 14 über das Hochvoltkabel 18 also vollständig berührgeschützt.
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Der Berührschutz ist jedoch nicht nur während der Montage sichergestellt, sondern auch bei der Demontage. Zu einer solchen Demontage der Hochvoltkabel 16, 18, 20 kann es beispielsweise im Rahmen einer Reparatur kommen oder wenn eines der Batteriemodule 12, 14 ausgetauscht werden soll.
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Bei dem jeweiligen Batteriemodul 12, 14 sind einzelne Batteriezellen 21, also in jeweiligen Batteriegehäusen angeordnete galvanische Zellen, welche eine jeweilige Nennspannung bereitstellen, mittels Stromschienen 22 elektrisch leitend verbunden. Hierbei können die Stromschienen 22 mit entsprechenden elektrischen Anschlüssen der Batteriezellen 21 beispielsweise verschraubt oder verschweißt sein. In 1 sind lediglich einige der Batteriezellen 21 und einige der Stromschienen 22 mit einem Bezugszeichen versehen.
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Wie insbesondere aus 3 in Zusammenschau mit 4 hervorgeht, weist jedes der Batteriemodule 12, 14 zwei elektrische Anschlüsse in Form von elektrischen Polen 24, 26 auf, durch welche ein Pluspol und ein Minuspol des jeweiligen Batteriemoduls 12, 14 gebildet ist. Vorliegend ist der jeweilige elektrische Pol 24, 26 durch einen Endbereich einer jeweiligen Stromschiene 22 des Batteriemoduls 12 gebildet.
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Insbesondere aus 4 ist ersichtlich, dass zwei Schrauben 28, welche zum Koppeln jeweils eines der Hochvoltkabel 16, 18 mit dem elektrischen Pol 24, 26 des Batteriemoduls 12 verwendet werden, einen Kopf 30 und einen Schaft 32 aufweisen. Eine Unterseite 34 des Kopfs 30 liegt hierbei auf dem durch die jeweilige Stromschiene 22 gebildeten elektrischen Pol 24, 26 des Batteriemoduls 12 auf.
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Sowohl die die jeweiligen elektrischen Pole 24, 26 bildenden Endbereiche der Stromschienen 22 des Batteriemoduls 12 als auch die Schrauben 28 sind vorliegend vor einer Berührung geschützt. Hierfür umschließt ein jeweiliges Gehäuse 36 aus einem elektrisch isolierenden Material (vergleiche 2) die Endbereiche der Stromschienen, welche die elektrischen Pole 24, 26 bilden, und die Schrauben 28.
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Wie insbesondere aus 4 hervorgeht, umfasst das Gehäuse 36 einen Grundkörper 38 und ein Deckelelement in Form eines Deckels 40, welcher an dem Grundkörper 38 befestigt ist. In dem Deckel 40 ist auf der Höhe der jeweiligen Schraube 28 eine Durchtrittsöffnung 42 ausgebildet, über welche ein Schraubwerkzeug in ein in dem Kopf 30 der Schraube 28 ausgebildetes Mitnahmeprofil eingeführt werden kann. Vorliegend ist das Mitnahmeprofil beispielhaft als Innensechskant gezeigt. Diese Durchtrittsöffnung 42 fluchtet mit dem Schaft 32 der Schraube 28, wobei der Schaft 32 durch eine weitere Durchtrittsöffnung hindurchgeführt ist, welche in der jeweiligen Stromschiene im Bereich des Pols 24, 26 oder Polanschlusses ausgebildet ist.
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Wie vorliegend beispielhaft gezeigt ist, kann der Deckel 40 mittels zweier Befestigungsschrauben 44 an dem Grundkörper 38 lösbar befestigt werden. Insbesondere in Zusammenschau von 4 mit 8 wird deutlich, dass die Durchtrittsöffnung 42 in dem Deckel 40 bevorzugt derart bemessen ist, dass die Schraube 28 mit einem Normfinger 46, welcher einen Durchmesser von mehr als 12,5 mm aufweist, von oben – also vom Deckel 40 her – nicht berührt werden kann.
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Aus 4 ist des Weiteren gut ersichtlich, dass der Grundkörper 38 des Gehäuses 36 eine Hülse 48 bildet, welche den Schaft 32 der Schraube 28 umgibt. Durch diese Hülse 48 ist der Schaft 32 von der Seite her, also in Bezug auf eine axiale Richtung des Schafts 32 radial von außen her nicht für einen Finger eines mit der Montage der Batterie 10 befassten Werkers zugänglich.
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An seinem dem Kopf 30 der Schraube 28 abgewandten Ende weist der Schaft 32 ein Gewinde 50 auf, welches vorliegend als Außengewinde ausgebildet ist. Des Weiteren ist im Bereich des Gewindes 50 in dem Schaft 32 ein Sackloch 52 ausgebildet. In dieses Sackloch 52 ist ein schaftförmiger Stift einer Schutzkappe 54 eingeführt, welche das freie Ende des Schafts 32 verdeckt. Die Schutzkappe 54 ist bevorzugt aus einem Kunststoff gebildet. Bei auf den Schaft 32 aufgesteckter Schutzkappe 54 ist das Gewinde 50 zugänglich. Die Schutzkappe 54 verbleibt daher an der Schraube 28, wenn das Hochvoltkabel 16, 18 durch Anziehen der Schraube 28 mit dem jeweiligen Pol 24, 26 elektrisch leitend verbunden wird.
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Jedoch ist ein Berührschutz von der dem Kopf 30 abgewandten Seite der Schraube 28 (in 4 also von der Unterseite her) sichergestellt, wenn die Schutzkappe 54 am Schaft 32 gehalten ist. Bei auf den Schaft 32 aufgesteckter Schutzkappe 54 kann die Schraube 28 nämlich auch von unten nicht mit dem Normfinger 46 berührt werden (vergleiche 8).
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In 5 veranschaulichen Pfeile 56 die Übertragung des Stroms von der den ersten elektrischen Pol 26 des Batteriemoduls 12 bildenden Stromschiene über die Schraube 28 hin zu einem Kontaktelement 58 des ersten Hochvoltkabels 18 und von dem Kontaktelement 58 weiter zu einem Leitungskörper 60 des Hochvoltkabels 18. In analoger Weise veranschaulichen weitere Pfeile 62 die Stromübertragung vom Leitungskörper 60 des zweiten Hochvoltkabels 16 zum entsprechenden Kontaktelement 58 und von diesem über die Schraube 28 hin zu der Stromschiene, welches den zweiten elektrischen Pol 24 des Batteriemoduls 12 bildet. Die mit einem isolierenden Material umhüllten Leitungskörper 60 der Hochvoltkabel 16, 18, 20 können insbesondere aus Aluminium und/oder Kupfer gebildet sein und beispielsweise eine Querschnittsfläche von 35 mm2 aufweisen.
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Insbesondere in Zusammenschau von 5 mit 6 ist gut ersichtlich, dass der Schaft 32 der Schraube 28 in einem sich hin zum Kopf 30 an das Gewinde 50 anschließenden Bereich eine Fase 64 aufweist. Durch das Vorsehen der Fase 64 vergrößert sich ein Durchmesser des Schafts 32 zum Kopf 30 der Schraube 28 hin. In diesem abgeschrägten, die Fase 64 bildenden Bereich liegt die Schraube 28 großflächig an einen entsprechend geformten, trichterförmigen Bereich eines stiftförmigen Fortsatzes 66 des Kontaktelements 58 an (vergleiche 11).
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Durch das Vorsehen der Fase 64 am Schaft 32 der Schraube 28 ist also eine besonders große stromtragende Fläche bereitgestellt, sodass im Betrieb der Batterie 10, also bei deren Laden und Entladen, an der Kontaktfläche der Fase 64 mit dem Kontaktelement 58 ein besonders geringer Übergangswiderstand erreicht wird.
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Im Bereich dieses stiftförmigen Fortsatzes 66 weist das Kontaktelement 58 ein vorliegend als Innengewinde ausgebildetes Gewinde 68 auf, welches in 5 in Eingriff mit dem Gewinde 50 der jeweiligen Schraube 28 gezeigt ist. Entsprechend kann durch das Anziehen der Schrauben 28 eine besonders innige Verbindung der Schrauben 28 mit den jeweiligen Hochvoltkabeln 16, 18, 20 erreicht werden. Aus 6 geht des Weiteren gut die im Querschnitt runde Gestalt der in dem Deckel 40 ausgebildeten Durchtrittsöffnung 42 hervor.
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7 zeigt die Schraube 28 mit dem Kopf 30 und dem Schaft 32 und dem am Ende des Schafts 32 ausgebildeten Gewinde 50 in einer perspektivischen Ansicht, aus welcher insbesondere die Form des Mitnahmeprofils gut hervorgeht. Bei der Schraube 28 kann es sich insbesondere um eine Schraube mit der Gewindekurzbezeichnung M6 handeln.
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In 8 ist die Schraube 28 mit der Schutzkappe 54 gezeigt, wobei die Schraube 28 in das Gehäuse 36 integriert ist, welches den Berührschutz der die elektrischen Pole 24, 26 des Batteriemoduls 12 bildenden Stromschienen sicherstellt.
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9 zeigt eines der Hochvoltkabel 16, 18, 20 in einer Schnittansicht, aus welcher insbesondere die Ausbildung dieses Hochvoltkabels 18 in einem Endbereich 70 gut hervorgeht. So ist in dem Endbereich 70 eine isolierende Hülle vorgesehen, welche ein erstes Teil 72 und ein zweites Teil 74 umfasst. Die beiden Teile 72, 74 bilden ein Mantelelement, welches das Kontaktelement 58 außenumfangsseitig umschließt. Hierbei kann, wie vorliegend beispielhaft gezeigt, das erste Teil 72 mit dem zweiten Teil 74 durch Aufschrauben des ersten Teils 72 auf das zweite Teil 74 verbunden sein. Die beiden Teile 72, 74 sind aus einem elektrisch nicht leitenden Material gebildet, und sie umhüllen das beispielsweise aus Aluminium und/oder Kupfer und/oder Messing gebildete Kontaktelement 58 außenumfangsseitig.
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In einem den stiftförmigen Fortsatz 66 des Kontaktelements 58 umschließenden Bereich weist das erste Teil 72 ein Rastelement auf, welches vorliegend als umlaufender Wulst 76 ausgebildet ist. Dieses Rastelement verrastet beim Einstecken des Hochvoltkabels 18 von unten in die einstückig mit dem Grundkörper 38 des Gehäuses 36 ausgebildete Hülse 48 mit einer entsprechenden, auf Seiten der Hülse 48 ausgebildeten Einbuchtung (vergleiche 4).
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In 4 ist für das in 4 rechte Hochvoltkabel 18 dieser Schritt während der Montage gezeigt, in welchem der Wulst 76 eine in der Hülse 48 ausgebildete Engstelle hintergreift, jedoch das Gewinde 50 der Schraube 28 noch nicht in das Gewinde 68 des Kontaktelements 58 des Hochvoltkabels 18 eingeschraubt ist. Es wird also bei der Montage zunächst das jeweilige Hochvoltkabel 18, 16 von unten in die jeweilige Hülse 48 eingesteckt, und erst anschließend wird die jeweilige Schraube 28 angezogen. Der nach Art eines Klipps ausgebildete Wulst 76 sorgt so für eine leichte Montage des jeweiligen Hochvoltkabels 16, 18, 20 an das die Hülse 48 aufweisende Gehäuse 36.
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In 4 ist links das zweite Hochvoltkabel 16 in seiner Endposition gezeigt, in welcher durch Anziehen der Schraube 28 der sich trichterförmig verbreiternde Bereich des stiftförmigen Fortsatzes 66 des Kontaktelements 58 an der Fase 64 der Schraube 28 anliegt. Es wird demnach nach dem Einstecken der Hochvoltkabel 16, 18 von unten in die jeweilige Hülse 48 durch Anziehen der jeweiligen Schraube 28 der Kontakt zwischen dem Kontaktelement 58 und den Schrauben 28 hergestellt.
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Bei der Montage wird also ein Steckvorgang, nämlich das Einführen des Endbereichs 70 des Hochvoltkabels 18 in die jeweilige Hülse 48 mit einem Schraubvorgang, nämlich dem Eindrehen der Schraube 28 in das Kontaktelement 58 kombiniert, wobei das Prinzip des Steckens und Schraubens die Montage erleichtert. Die Schraube 28 ist hierbei in das Gehäuse 36 integriert, welches als Trageinrichtung oder Carrier für die Stromschienen dient, welche die elektrischen Pole 24, 26 des jeweiligen Batteriemoduls 12, 14 bilden. Die Trageinrichtung kann hierbei insbesondere als Deckel des Batteriemoduls 12, 14 ausgebildet sein, in welchen die Stromschienen 22 integriert sind.
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Durch das Verrasten des in dem Endbereich 70 vorgesehenen Wulstes 76 mit der auf Seiten der Hülse 48 vorgesehenen Einbuchtung ist eine Montage nach einem Plug-and-Play-Verfahren realisiert, bei welchem das Verrasten für eine unmittelbare Halterung des Endbereichs 70 an dem Gehäuse 36 sorgt. Das Einrasten des Wulstes 76 verhindert nämlich ein undefiniertes Herunterfallen des Endbereichs 70 aus der jeweiligen Hülse 48.
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Zudem ist durch das Zusammenwirken der Nuten 78 mit den Stegen 80 dafür gesorgt, dass das richtige Hochvoltkabel 16, 18, 20 am richtigen Pol 24, 26 des jeweiligen Batteriemoduls 12, 14 positioniert wird. Eine falsche Montage oder Fehlmontage ist also durch die Kodierung in Form etwa der in die Nuten 78 einführbaren Stege 80 verhindert. Nach diesem Vorpositionieren wird dann durch Anziehen der jeweiligen Schraube 28 für die elektrisch leitende Verbindung der Schrauben 28 mit dem jeweiligen Kontaktelement 58 gesorgt. Für das Anziehen der Schrauben 28 kann insbesondere eine automatisiert arbeitende Schraubanlage zum Einsatz kommen.
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Aus 9 geht des Weiteren gut hervor, wie der den Wulst 76 aufweisende Abschnitt des ersten Teils 72 in axialer Richtung über den stiftförmigen Fortsatz 66 des Kontaktelements 58 übersteht. Durch dieses Überstehen wird verhindert, dass das Kontaktelement 58 des Hochvoltkabels 18 mit dem Normfinger 46 berührt werden kann (vergleiche 11). Der 100 prozentige Berührschutz, welcher während des gesamten Montageprozesses sichergestellt ist, liegt also sowohl auf Seiten des jeweiligen Batteriemoduls 12, 14 vor, als auch auf Seiten des jeweiligen Hochvoltkabels 16, 18, 20.
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Wie in Zusammenschau von 10 mit 6 ersichtlich ist, weist der Endbereich 70 des Hochvoltkabels 18 Strukturelemente auf, welche im Zusammenwirken mit auf Seiten der Hülse 48 vorgesehenen Strukturelementen für eine Verdrehsicherung des Endbereichs 70 sorgen, wenn die Schraube 28 mit dem Hochvoltkabel 18 verschraubt wird. Es sind nämlich in der Hülse 48 Nuten 78 ausgebildet (vergleiche 6), welche mit entsprechenden Stegen 80 korrespondieren, welche auf Seiten des Hochvoltkabels 18 in dessen Endbereich 70 vorgesehen sind. Durch diese Stege 80 ist des Weiteren sichergestellt, dass das ausschließlich jeweils passende Hochvoltkabel 16, 18, 20 in die jeweilige Hülse 48 des Gehäuses 36 eingeführt werden kann.
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Aus 9 ist des Weiteren gut ersichtlich, dass in dem Kontaktelement 58 eine Bohrung oder dergleichen Ausnehmung ausgebildet ist, in welche ein stiftförmiger Fortsatz 82 des Leitungskörpers 60 eingeführt ist. Zum Verbinden des Leitungskörpers 60 mit dem Kontaktelement 58 können insbesondere ein Krimpverfahren und/oder ein Schweißverfahren zum Einsatz kommen.
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Aus 10 ist des Weiteren ersichtlich, dass der Endbereich 70 des jeweiligen Hochvoltkabels 16, 18, 20 an seinem dem Wulst 76 fernen Ende eine umlaufende Dichtung 84 aufweist.
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Wie insbesondere aus 11 hervorgeht, kann diese Dichtung 84 an dem zweiten Teil 74 des Mantelelemtents über eine Nut- und Feder-Verbindung gehalten sein. Die Dichtung 84 ist bevorzugt aus einem weichen, elastischen Materials, insbesondere Gummimaterial, gebildet, welches an einer elektrisch isolierenden Hülle des Leitungskörpers 60 außenseitig anliegt.
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Bei der Demontage sorgt ein Drehen der Schraube 28 dafür, dass sich das Kontaktelement 58 und mit diesem der gesamte Endbereich 70 des jeweiligen Hochvoltkabels 16, 18, 20 nach unten schiebt, bis das Gewinde 50 der Schraube 28 nicht mehr mit dem auf Seiten des Kontaktelements 58 vorgesehenen Gewinde 68 in Eingriff ist. Dann verbleibt jedoch das jeweilige Hochvoltkabel 16, 18, 20 in der Position, in welcher der Endbereich 70 immer noch innerhalb der Hülse 48 gehalten ist, bis jemand das Hochvoltkabel 16, 18, 20 beispielsweise per Hand aus der Hülse 48 herauszieht. Dennoch sind auch nach dem Entfernen des Hochvoltkabels 16, 18, 20 von dem Gehäuse 36 sowohl die innerhalb der Hülse 48 angeordnete Schraube 28 als auch das in dem Endbereich 70 vorhandene Kontaktelement 58 vor einer Berührung mit dem Normfinger 46 geschützt.
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Die Stromtragfähigkeit der Komponenten der Batterie 10 und insbesondere der Schrauben 28 sowie der Hochvoltkabel 16, 18, 20 kann insbesondere bei auf Dauer 200 A liegen. Zudem ist das Gehäuse 36 bevorzugt wasserdicht ausgebildet.
