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Die Erfindung betrifft ein HV-Verbindungssystems gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Anordnung mit einem solchen HV-Verbindungssystem und einer Batterie.
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Aus dem Stand der Technik bekannte HV-Batterien für Elektro- oder Hybridfahrzeuge weisen typischerweise mehrere Batteriezellen und einen elektrischen Teil auf, der mit den Batteriezellen gekoppelt ist. Arbeiten an einer Batterie, die im HV-Bereich liegt, müssen von einer geschulten Fachkraft durchgeführt werden. Damit gestalten sich Servicearbeiten an HV-Batterien kostenaufwendig. Zudem bergen diese Servicearbeiten am elektrischen Teil der Batterie auch für Fachkräfte dennoch die Gefahr eines Stromschlags.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, das Gefahrenpotential bei Arbeiten an einer HV-Batterie zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein HV-Verbindungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Anordnung mit einem solchen HV-Verbindungssystem und einer Batterie.
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Das HV-Verbindungssystem umfasst mindestens zwei erste elektrische Leiter und eine Verbindervorrichtung zum lösbaren elektrischen Kontaktieren der mindestens zwei ersten elektrischen Leiter. Die Verbindervorrichtung weist ein erstes Bauteil aus einem elektrisch isolierenden Material, z. B. Kunststoff, mindestens eine elektrisch leitende Schiene, die am ersten Bauteil angeordnet ist, und eine Befestigungseinrichtung auf. Dabei ist das erste Bauteil gegenüber den elektrischen Leitern beweglich angeordnet und von einer ersten Position, in welcher die zwei elektrischen Leiter nicht kontaktiert sind, in eine zweite Position, in welcher die zwei ersten elektrischen Leiter über die elektrisch leitende Schiene kontaktiert sind, bewegbar. Weiterhin ist das erste Bauteil in der zweiten Position mittels der Befestigungseinrichtung haltbar. Durch das HV-Verbindungssystem lassen sich somit auf besonders einfache Weise zwei elektrische Leiter miteinander verbinden und wieder voneinander lösen. Damit ist das HV-Verbindungssystem besonders gut dazu geeignet, für Servicearbeiten einen elektrischen Teil einer HV-Batterie von den Batteriezellen zu entkoppeln. Dann können Servicearbeiten gefahrlos am elektrischen Teil der Batterie vorgenommen werden. Zudem können damit Servicearbeiten von jedermann vorgenommen werden und es sind keine geschulten HV-Fachkräfte mehr erforderlich. Hierdurch lassen sich vorteilhaferweise auch die Kosten für Servicearbeiten reduzieren.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Verbindervorrichtung eine Rückstelleinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, das erste Bauteil von der zweiten Position in die erste Position rückzustellen, wenn sich die Befestigungseinrichtung in einem gelösten Zustand befindet. Damit wird es vorteilhafterweise ermöglicht, dass beim Lösen der Befestigungseinrichtung die beiden zwei ersten elektrischen Leiter automatisch getrennt werden, da durch die Rückstelleinrichtung das erste Bauteil der Schiene automatisch in die erste Position bewegt wird. Auf diese Weise können die beiden elektrischen Leiter auf besonders sichere Weise voneinander getrennt werden. Zudem wird das erste Bauteil durch die Rückstelleinrichtung in der ersten Position gehalten, wodurch die Gefahr eines versehentlichen Bewegens des ersten Bauteils in die zweite Position minimiert wird.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Befestigungseinrichtung eine Schraube mit einem Schraubenhals auf, wobei weiterhin das erste Bauteil eine Durchgangsöffnung aufweist, durch welche der Schraubenhals durchführbar ist. Das Vorsehen einer Schraube stellt dabei eine besonders einfache und kostengünstige Maßnahme dar, um das erste Bauteil in der zweiten Position zu halten. Wird die Schraube gelöst, so wird das erste Bauteil automatisch durch die Rückstelleinrichtung in die erste Position bewegt. Zudem bietet die Verwendung einer Schraube noch einen zusätzlich besonders großen Vorteil, denn so kann die Rückstelleinrichtung beispielsweise so ausgestaltet werden, dass ein Überwinden der Rückstellkraft nur durch Einschrauben der Schraube und nicht durch manuelles Druckausüben auf das erste Bauteil möglich ist. Durch das Einschraube der Schraube wird also automatische ein Bewegen des ersten Bauteils von der ersten Position in die zweite Position bewirkt. Damit wird vorteilhafterweise ein versehentliches Bewegen des ersten Bauteils in die zweite Position und damit ein Schließen des Kontakts zwischen den zwei ersten Leitern ausgeschlossen, was wiederum die Sicherheit erhöht. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das HV-Verbindungssystem ein Gehäuse und ein gehäusefestes Bauteil auf, wobei in einem befestigten Zustand der Befestigungseinrichtung der Schraubenhals durch die Durchgangsöffnung durchgeführt und mit dem gehäusefesten Bauteil verschraubt ist. Das Gehäuse kann dabei beispielsweise ein Batteriegehäuse für die HV-Batterie darstellen. Die Verbindervorrichtung lässt sich damit auf besonders kompakte Weise am Batteriegehäuse anordnen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Verbindervorrichtung ein zweites Bauteil aus einem elektrisch isolierenden Material auf, z. B. ebenfalls Kunststoff, welches eine Führung für ein Bewegen des ersten Bauteils von der ersten Position in die zweite Position bereitstellt. Das zweite Bauteil kann dabei ebenfalls am Gehäuse angeordnet sein. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das erste Bauteil somit gezielt, insbesondere translatorisch, von der ersten Position in die zweite Position und umgekehrt bewegt werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Rückstelleinrichtung, welche bevorzugt als eine Feder ausgebildet ist, zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil angeordnet. Dabei kann die Rückstelleinrichtung auch fest mit dem ersten Bauteil sowie mit dem zweiten Bauteil verbunden sein, was vorteilhafterweise ein vollständiges voneinander Lösen des ersten Bauteils vom zweiten Bauteil verhindert. Alternativ kann die Rückstelleinrichtung auch nur mit einem der beiden Bauteile oder mit keinem der beiden Bauteile fest verbunden sein, und zum Beispiel eine andere Einrichtung, wie beispielsweise ein Anschlag, an einem der beiden Bauteile vorgesehen sein, um ein vollständiges Lösen dieser beiden Bauteile voneinander zu verhindern.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die zwei ersten Leiter jeweils eine Kontaktfläche auf, wobei die Schiene zwei Kontaktflächen aufweist und wobei die Verbindervorrichtung derart eingerichtet ist, dass, wenn das erste Bauteil durch die Befestigungseinrichtung in der zweiten Position gehalten wird, die zwei Kontaktflächen der Schiene jeweils an eine der Kontaktflächen der ersten Leiter durch eine durch die Befestigungseinrichtung bewirkte Anpresskraft angepresst werden. Auf diese Weise kann eine besonders stabile Kontaktierung der beiden ersten Leiter über die Schiene bewerkstelligt werden.
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Darüber hinaus ist es auch vorteilhaft, wenn die HV-Verbindungsanordnung noch zwei zweite elektrische Leiter aufweist, die mittels der Verbindervorrichtung in Analogie zu den ersten elektrischen Leitern ebenfalls und in gleicher Weise lösbar elektrisch kontaktierbar sind. Dazu kann z. B. eine zweite elektrisch leitfähige Schiene zusätzlich zur ersten elektrisch leitfähigen Schiene am ersten Bauteil angeordnet sein, so dass in der erste Position des ersten Bauteils kein elektrischer Kontakt zwischen den ersten elektrischen Leitern sowie auch zwischen den zweiten elektrischen Leitern besteht, und in der zweiten Position die ersten elektrischen Leiter über die erste Schiene kontaktiert sind und die zweiten elektrischen Leiter über die zweite Schiene des ersten Bauteils. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, denn so kann je einer der ersten und zweiten Leiter mit je einem Batteriepol bzw. einem Pol der Batteriezelle oder Batteriezellenanordnung verbunden sein und der jeweils andere der ersten und zweiten elektrischen Leiter mit der elektrischen Komponente.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Anordnung mit einem erfindungsgemäßen HV-Verbindungssystem oder einer seiner Ausgestaltungen und mit einer Batterie umfassend eine Batteriezelle und eine elektrische Komponente, wobei die Batteriezelle und die elektrische Komponente mittels der Verbindervorrichtung elektrisch kontaktierbar sind. Dabei ist bevorzugt einer der zwei ersten elektrischen Leiter des HV-Verbindungssystems mit der Batteriezelle gekoppelt und der andere der zwei elektrischen Leiter mit der elektrischen Komponente. Wie zuvor beschreiben, ist es besonders vorteilhaft, wenn das HV-Verbindungssystem zusätzlich zu den zwei ersten elektrischen Leitern noch zwei zweite elektrische Leiter aufweist, am ersten Bauteil eine zweite elektrisch leitende Schiene angeordnet ist und die zwei zweiten elektrischen Leiter durch die zweite Schiene in gleicher Weise kontaktiert werden können, wie die ersten elektrischen Leiter durch die erste Schiene. Einer der ersten elektrischen Leiter kann damit beispielsweise mit einem Pluspol der Batteriezelle oder des Zellpacks gekoppelt sein und einer der zweiten elektrischen Leiter mit einem Minuspol, während der jeweils andere erste und zweite elektrische Leiter mit der elektrischen Komponente gekoppelt ist. Das HV-Verbindungssystem befindet sich bevorzugt außerhalb der Batterie, sodass der HV-Stromkreis außerhalb der Batterie hergestellt und getrennt werden kann. Auf diese Weise lässt sich der elektrische Teil der Batterie besonders sicher aus dem Stromkreis entkoppeln und es können gefahrlos Servicearbeiten an der Batterie vorgenommen werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. 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.
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Dabei zeigen:
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1a eine schematische Darstellung eines HV-Verbindungssystems in einem geöffneten Zustand gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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1b eine schematische Darstellung eines HV-Verbindungssystems in einem geschlossenen Zustand;
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2 eine schematische Darstellung eines ersten Bauteils mit Stromschienen eines HV-Verbindungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
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3 eine schematische Darstellung eines zweiten Bauteils zur Führung des ersten Bauteils gemäß 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1a zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung eines HV-Verbindungssystems 10 in einem geöffneten Zustand gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses weist eine Verbindervorrichtung 11, zwei erste elektrische Leiter 12 und 13 und zwei zweite elektrische Leiter 14 und 15 auf. Mittels der Verbindervorrichtung 11 können jeweils die beiden ersten elektrischen Leiter 12 und 13 sowie die beiden zweiten elektrischen Leiter 14 und 15 lösbar elektrisch kontaktiert werden.
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In dieser Darstellung befindet sich die Verbindervorrichtung 11 im geöffneten Zustand, sodass die ersten Leiter 12 und 13 sowie die zweiten Leiter 14 und 15 nicht kontaktiert sind. 1b zeigt das HV-Verbindersystem 10 im geschlossenen Zustand, sodass die ersten Leiter 12 und 13 und die zweiten Leiter 14 und 15 mittels der Verbindervorrichtung 11 elektrisch kontaktiert sind.
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Die Verbindervorrichtung 11 weist dazu ein erstes Bauteil 16, z. B. ein Kunststoffteil, welches einen Schlitten darstellen kann, auf, eine erste elektrisch leitende Schiene, insbesondere eine erste Stromschiene 18, sowie eine zweite elektrisch leitende Schiene, insbesondere eine zweite Stromschiene 19. Die erste und zweite Stromschiene 18, 19 sind dabei am ersten Bauteil 16 angeordnet, wie in 2 dargestellt. Das erste Bauteil 16 kann dabei durch Spritzguss hergestellt werden, wobei die Stromschienen 18 und 19 im Werkzeug vorpositioniert werden und mit der abgebildeten Kontur zur Erzeugung des ersten Bauteils 16 umspritzt werden. Dadurch kann eine besonders stabile Verbindung zwischen dem ersten Bauteil 16 und den Schienen 18, 19 bereitgestellt werden.
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Weiterhin weist die Verbindervorrichtung 11 ein zweites Bauteil 22 auf, welches ebenfalls ein zum Beispiel als Bock ausgebildetes Kunststoffteil darstellen kann und das separat in 3 dargestellt ist. Weiterhin ist in 1a, 1b, 2 und 3 jeweils ein Koordinatensystem dargestellt, das insbesondere in allen Figuren das gleiche Koordinatensystem darstellt, um die Orientierung der jeweils dargestellten Elemente zueinander zu veranschaulichen.
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Das in 3 separat dargestellte, zweite Bauteil 22 dient dabei als Führung für das erste Bauteil 16. Dazu weist das zweite Bauteil 22 erste Führungselemente 22a auf, die mit zweiten Führungselementen 16a des ersten Bauteils 16 in Eingriff gebracht werden können. Dies ermöglicht auf einfache Weise eine geführte und translatorisch bewegliche Anordnung des ersten Bauteils 16. Des Weiteren kann das zweite Bauteil 22 rückseitig auch zwei Vertiefungen aufweisen, die zur ersten und zweiten Schiene 18, 19 am ersten Bauteil 16 korrespondieren, so dass die Schienen 18, 19 in der Verfahrrichtung in diesen als Führung dienenden Aussparungen entlang gleiten können. Das zweite Bauteil 22 ist dabei bevorzugt ortsfest angeordnet und kann zu diesem Zweck an einem Gehäuseunterteil eines Gehäuses, z. B. das einer HV-Batterie, fest verschraubt werden. Dazu weist das zweite Bauteil 22 zwei Befestigungsbohrungen 22b auf, durch die das zweite Bauteil 22 am Gehäuse verschraubt werden kann.
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Im geschlossenen Zustand der Verbindervorrichtung 11 wird mittels der ersten und zweiten Stromschiene 18 und 19 der elektrische Kontakt jeweils zwischen den ersten Leitern 12 und 13 und den zweiten Leitern 14 und 15 hergestellt. Dazu wird das erste Bauteil 16 mit den Stromschienen 18, 19 von einer ersten Position, welche die in 1a dargestellte geöffnete Position darstellt, in eine Verfahrrichtung nach unten, d. h. entgegen die z-Richtung, in eine zweite Position bewegt, welche die in 1b dargestellte geschlossene Position darstellt. Um das erste Bauteil 16 mit den Stromschienen 18, 19 stabil in der zweiten Position zu halten, ist eine Befestigungseinrichtung in Form einer Gewindeschraube, bevorzugt einer M10-Schraube, vorgesehen, die durch eine Durchgangsöffnung 20, bevorzugt mit Innengewinde, insbesondere M10-Innengewinde, durchgeführt und zum Beispiel an einem gehäusefesten Bauteil verschraubt werden kann. Die Durchgangsöffnung 20 des ersten Bauteils 16 ist dabei in 2 zu erkennen. In der zweiten, d. h. in der in 3 dargestellten Position des ersten Bauteils 16 werden die in 2 ebenfalls dargestellten Kontaktflächen 18a und 19a der jeweiligen Stromschienen 18 und 19 gegen entsprechende Kontaktflächen 12a und 13a der ersten Leiter 12 und 13 beziehungsweise der Kontaktflächen 14a und 15a der zweiten elektrischen Leiter 14 und 15 gepresst.
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Weiterhin weist die Verbindervorrichtung 11 eine Rückstelleinrichtung, bevorzugt in Form einer Feder (nicht dargestellt), auf, die zwischen dem ersten Bauteil 16 und dem zweiten Bauteil 22 angeordnet ist. Diese Feder befindet sich im gespannten Zustand, wenn das erste Bauteil 16 in der zweiten Position ist, und übt somit eine Kraft nach oben, das heißt in z-Richtung, auf das erste Bauteil 16 aus. Diese Feder bewirkt, dass, wenn die Schraube zur Befestigung des ersten Bauteils 16 gelöst wird, das erste Bauteil automatisch in die erste Position bewegt wird und damit die Kontakte zwischen den ersten Leitern 12 und 13 beziehungsweise den zweiten Leitern 14 und 15 gelöst werden. Weiterhin wird das erste Bauteil 16, solange sich die Schraube im gelösten Zustand befindet, stabil in der ersten Position gehalten. Die Feder hält damit in der geöffneten Position der Verbindervorrichtung 11 die Stromschienen 18, 19 und die ersten und zweiten Leiter 12, 13, 14, 15 auf Distanz. Wird die Gewindeschraube nun wieder eingeschraubt, so bewegt sich damit einhergehend das erste Bauteil 16 mit den Stromschienen 18 und 19 in Verfahrrichtung wieder in die zweite Position, und die entsprechenden Kontaktflächen 18a und 19a der Stromschienen 18 und 19 werden auf die entsprechenden Kontaktflächen 12a, 13a, 14a, 15a der ersten Leiter 12, 13 und zweiten Leiter 14, 15 gepresst. Während sich das erste Bauteil 16 in der zweiten Position befindet, ist die Feder auf Spannung gehalten.
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Zur Befestigung der Feder ist zudem im zweiten Bauteil 22 eine Bohrung 22c vorgesehen, in welcher die Feder platziert werden kann. Zudem weisen das erste Bauteil 16 und die Stromschienen 18, 19 zwei Aussparungen 24 auf, zum Beispiel für einen Zentrierbolzen oder für eine zusätzliche Befestigung der Stromschienen 18, 19 am ersten Bauteil 16 beziehungsweise zweiten Bauteil 22, auf.
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Ein derartiges HV-Verbindungssystem 10 wird bevorzugt in einer Anordnung mit einer HV-Batterie verbaut. Dabei kann einer der ersten Leiter 12 und einer der zweiten Leiter 14 mit den jeweiligen Polen einer Batteriezellenanordnung verbunden sein, während der andere erste Leiter 13 und der andere zweite Leiter 15 an einer elektrischen Komponente der Batterie angeschlossen ist. Auf diese Weise kann durch die Verbindervorrichtung 11 der elektrische Kontakt zwischen den Batteriezellen der Batterie und elektrischen Komponenten der Batterie auf einfache Weise hergestellt und wieder gelöst werden. Zudem kann dieses Herstellen und Lösen außerhalb der Batterie erfolgen, sodass es möglich ist, Servicearbeiten an der HV-Batterie auch ohne spezielle Fachkräfte durchführen zu können. Beispielsweise kann bei der Montage der Batterie im letzten Montageschritt die Schraube eingeschraubt werden. Durch die vorhandene Steigung der Schraube wird das erste Bauteil 16 mit den eingespritzten Stromschienen 18 und 19 auf die vorpositionierten Kontaktflächen 12a, 13a, 14a, 15a gepresst. Dabei wird die Feder zusammengedrückt und die HV-Verbindung ist hergestellt und der Strom kann fließen.
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Bei der Demontage der Batterie, zum Beispiel für Servicearbeiten, wird im ersten Arbeitsschritt die Schraube herausgedreht. Durch die eingelegte Feder wird das Kunststoffteil mit den eingespritzten Stromschienen 18 und 19 wieder nach oben gedrückt und die HV-Verbindung löst sich.
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Insgesamt wird so ein HV-Verbindungssystem und eine Anordnung mit einem HV-Verbindungssystem und einer Batterie bereitgestellt, welche Servicearbeiten an einer HV-Batterie auf besonders kostengünstige, einfache und vor allem sichere Weise ermöglichen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- HV-Verbindungssystem
- 11
- Verbindervorrichtung
- 12
- erster elektrischer Leiter
- 13
- erster elektrischer Leiter
- 12a
- Kontaktfläche
- 13a
- Kontaktfläche
- 14
- zweiter elektrischer Leiter
- 15
- zweiter elektrischer Leiter
- 14a
- Kontaktfläche
- 15a
- Kontaktfläche
- 16
- erstes Bauteil
- 16a
- zweites Führungselement
- 18
- erste Schiene
- 18a
- Kontaktflächen
- 19
- zweite Schiene
- 19a
- Kontaktflächen
- 20
- Durchgangsöffnung
- 22
- zweites Bauteil
- 22a
- erstes Führungselement
- 22b
- Befestigungsbohrungen
- 22c
- Bohrung für Feder
- 24
- Aussparung
