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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abdeckung für ein Batteriegehäuse mit mehreren Akkumulatorzellen, insbesondere für Elektrofahrzeuge, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Im Stand der Technik sind Abdeckungen für Batteriegehäuse mit mehreren Akkumulatorzellen bekannt, die einteilig oder mehrteilig ausgebildet sind und Leiterbahnen zur Kontaktierung der Akkumulatorzellen, beispielsweise mit einer Kontrolleinheit, aufweisen. Bei der Montage dieser Abdeckungen werden die Kontakte üblicherweise durch Verschrauben mithilfe von verschraubten Kabelklemmen an den vorgesehenen Kontaktstellen der Akkumulatorzellen beziehungsweise Akkumulatormodulen fixiert. Diese Art der Kontaktierungsherstellung ist aufwendig und langwierig. Eine andere Art der Herstellung der Kontaktierung ist das Verschweißen der Kontaktmittel, wobei dies mit einem ähnlichen Aufwand und noch längerer Dauer verbunden ist, da die Schweißstellen mit wenig Toleranz ausgebildet werden müssen, um die Akkumulatorzellen nicht zu beschädigen.
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Aus der
US 2012/0148877 A1 ist eine Vorrichtung zur Anordnung von Akkumulatorzellen in einer Akkumulatoreinheit bekannt, bei der eine erste und eine zweite Positionsplatte zum Arretieren der Akkumulatorzellen vorgesehen sind, wobei die erste Positionsplatte an den ersten Enden der Akkumulatorzellen und die zweite Positionsplatte an den zweiten Enden der Akkumulatorzellen angeordnet sind. Auf den Außenseiten der Positionsplatten ist jeweils eine Leiterplatte ausgebildet. Die Leiterplatten weisen leitfähige Kontaktflächen auf, welche in Richtung der Enden der Akkumulatorzellen ausgerichtet sind. Die elektrischen Kontakte zwischen den Kontaktflächen der Leiterplatten und den Anschlüssen der Akkumulatorzellen werden über leitfähige Komponenten sichergestellt, welche beispielsweise als Spiralfederelemente beziehungsweise kompressible Klemmen oder Plättchen ausgebildet sind.
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Eine Weiterbildung dieser Vorrichtung ist aus der
DE 10 2015 119 447 A1 bekannt, wobei die leitfähigen Komponenten, welche beispielsweise als Federkontakte ausgebildet sind, an Sammelschienen, welche in der Leiterplatte angeordnet sind, fest und unlösbar angeordnet sind. Die feste und unlösbare Verbindung der Sammelschienen mit den Federkontakten mit der Leiterplatte bewirkt, dass die Verbindung nur durch Zerstörung zumindest einer Komponente der Verbindung unterbrochen beziehungsweise getrennt werden kann. Die Sammelschienen mit den Federkontakten sind vorteilhaft als Blechfederkontakte ausgebildet.
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Aus der
US 2013/0202929 A1 ist eine Möglichkeit bekannt, eine elektrische Kontaktierung zwischen den Akkumulatorzellen und den Leiterbahnen zur Kontrolleinheit derart herzustellen, dass eine kleine Relativbewegung zwischen den Komponenten ausgeglichen werden kann. Hierzu schlägt die Druckschrift vor, eine Verschiebung absorbierende Teile in den Kontakten vorzusehen, beispielsweise in Form von Bögen oder anderen Vorständen. Die Kontaktierung als solche bei der Montage wird gemäß dieser Druckschrift jedoch weiterhin durch Schweißen vorgenommen.
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Obwohl die Montage durch diese Maßnahmen durch den Entfall des Schweißens beziehungsweise Schraubens vereinfacht wird, ist festzustellen, dass die Kontaktierung der Akkumulatorzellen nur über die mit Federkraft beaufschlagten Spiralfedern oder Federkontakte über eine eher geringe Kontaktfläche verfügt und der Gefahr unterliegt, bei einer Relativbewegung der einzelnen Komponenten unterbrochen zu werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Abdeckung für ein Batteriegehäuse zur Verfügung zu stellen, das die Vorteile der einfachen Montage ohne aufwendiges und langwieriges Schweißen oder Bohren beibehält und gleichzeitig eine verbesserte, insbesondere eine verlässlichere, Kontaktierung sicherstellt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Abdeckung für ein Batteriegehäuse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Die Abdeckung umfasst einen Grundkörper, der in Abhängigkeit der Einbausituation und den konstruktiven Vorgaben des Batteriegehäuses eine passende Form aufweist, beispielsweise plattenförmig oder dom-artig. Der Grundkörper kann aus jedem, dem Fachmann als geeignet bekannten Material hergestellt sein. Insbesondere ist der Grundkörper aus einem robusten, nicht leitenden Kunststoff gefertigt, der gegebenenfalls faserverstärkt sein kann. Weiterhin ist die Abdeckung an dem Batteriegehäuse befestigbar. Bevorzugt ist die Abdeckung mit Nieten, Schrauben oder Steckverbindern an dem Batteriegehäuse zu befestigen. Die Abdeckung kann als Deckel, Boden oder Seitenteil des Batteriegehäuses fungieren, bevorzugt dient sie als Deckel. Das Batteriegehäuse kann mehrere Akkumulatormodule aufnehmen, wobei die Akkumulatormodule mindestens eine, bevorzugt mehrere Akkumulatorzellen umfassen. Zum elektrischen Anschluss der Akkumulatormodule an einen Batteriestecker weist die Abdeckung Stromleiter und mindestens ein Kontaktierungselement auf, wobei die Stromleiter in den Grundkörper der Abdeckung integriert sind und mit mindestens einem Kontaktierungselement leitend verbunden sind. Die Stromleiter sind beispielsweise als Drähte oder Sammelschienen in den Grundkörper der Abdeckung eingelassen und verbinden insbesondere die Akkumulatormodule mit dem Batteriestecker. Mit anderen Worten leiten sie den Strom zu dem bzw. von dem Akkumulatormodul zum Batterieanschluss. Es ist gleichermaßen denkbar, dass die Stromleiter eine Verbindung herstellen zu anderen Elementen der Batterie wie beispielsweise Controlern oder anderer Steuerelektronik. Als Kontaktierungselement kommen insbesondere aus elektrisch leitendem Material hergestellte Steckverbinder in Betracht. Beispielsweise kann das Kontaktierungselement als Kontaktstift oder in Teilen als stiftartiges Element ausgeformt sein. Das Kontaktierungselement ist im Wesentlichen orthogonal zur Längsachse des Grundkörpers angeordnet. Mit anderen Worten ist das Kontaktierungselement derart an dem Grundkörper der Abdeckung angeordnet, dass es in verbautem Zustand in das Innere des Batteriegehäuses hineinragt. Weiterhin weist das mindestens eine Kontaktierungselement mindestens einen Endabschnitt auf, der in ein Kontaktloch eines Akkumulatormoduls steckbar ist. Es können auch mehrere, das heißt beispielsweise zwei oder drei, Endabschnitte pro Kontaktierungselement vorgesehen sein, welche in eine entsprechende Anzahl von Kontaktlöchern in den Akkumulatormodulen steckbar sind.
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Hierdurch wird vorteilhaft eine im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Federkontakten deutlich vergrößerte Kontaktfläche zwischen dem Kontaktierungselement und dem Akkumulatormodul erreicht. Als Folge der großen Kontaktfläche, die die gesamte Außenfläche des Endabschnitts des Kontaktierungselements umfasst, werden einige Vorteile erzielt, die die bisher üblichen Kontaktierungen von Abdeckungen für Batteriegehäusen nicht vereinen konnten. So ist ein Kontakt auch bei vergleichsweise starker Relativbewegung der Akkumulatormodule gegenüber dem Batteriegehäuse sicher gestellt. Solche Relativbewegungen können zum Beispiel durch Anschwellen der Akkumulatormodule oder durch äußere Kräfte, insbesondere Scherkräfte, wie sie in Automobilen während der Fahrt auftreten können, entstehen. Vorteile werden auch im Hinblick auf die Montage der Abdeckung auf das Batteriegehäuse erzielt, weil einerseits ein aufwendiges Schweißen oder langwieriges einzelnes Verschrauben entfällt. Andererseits erlaubt eine Steckverbindung mittels der vorgenannten Elemente während des Zusammenführens der Abdeckung mit den im Batteriegehäuse platzierten Akkumulatormodulen eine größere Toleranz in der gegenseitigen Ausrichtung.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der mindestens eine Endabschnitt des Kontaktierungselements konisch, und insbesondere kegelstumpfförmig oder konusartig, ausgebildet.
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Eine solche bevorzugte Ausgestaltung des Endabschnitts der Kontaktierungselemente wirkt selbstzentrierend und erlaubt nochmals eine Vereinfachung in der Montage durch die Kompensation von höheren Toleranzen in der Ausrichtung und Platzierung der Abdeckung gegenüber dem Batteriegehäuse und den darin angeordneten Modulen. Gleichzeitig kann eine bessere Passung des Endabschnitts in dem Kontaktloch des Akkumulatormoduls erzielt werden. Weiterhin kann der mindestens eine Endabschnitt in einer weiteren Ausgestaltung oder zusätzlich zu den vorgenannten Ausgestaltungen innen hohl ausgebildet sein. auf diese Weise kann eine Gewichtsreduktion, die insbesondere im Automobilbau erwünscht ist, bei weiterhin vollumfänglicher Kontaktfläche erreicht werden.
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Das Kontaktierungselement in seiner Längserstreckung kann zwischen der Befestigung an dem Grundkörper und dem mindestens einen Endabschnitt einen Federabschnitt aufweisen.
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Der Federabschnitt kann verschiedene Ausgestaltungen haben, beispielsweise kann der Federabschnitt aus elektrisch leitendem oder aus elektrisch nicht leitendem Material hergestellt sein. Bevorzugt ist der Federabschnitt aus einem leitenden Metall hergestellt, wie zum Beispiel aus Kupfer. In seiner Geometrie kann der Federabschnitt frei gewählt werden. Bevorzugt sind solche Geometrien, deren Federkraft einen festen Sitz des Endabschnitts des Kontaktierungselements in dem Kontaktloch des Akkumulatormoduls auch bei größeren Relativbewegungen sicher gewährleisten. Beispielsweise können Spiralfederabschnitte, Flachfederabschnitte oder Formfederabschnitte zwischen der Befestigungsstelle an dem Grundkörper und dem Endabschnitt vorgesehen sein.
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Das Kontaktloch des Akkumulatormoduls kann mit Flüssigkeit befüllt sein und der mindestens eine Endabschnitt kann eine Öffnung aufweisen. Durch die Öffnung in dem Endabschnitt kann die Flüssigkeit in den Hohlraum im Inneren des Endabschnitts eindringen, so dass nur eine minimale Verdrängung der Flüssigkeit in dem Kontaktloch auftritt und der Füllstand gut kontrollierbar ist. Auch durch diese Ausgestaltung lassen sich die vorstehend genannten Vorteile der deutlich vereinfachten Montage mit einer guten Kompensation von möglichen Toleranzen in den Abmessungen der Bauteile selbst und in der Platzierung der Bauteile zueinander verwirklichen. Gleichzeitig wird auch in dieser Ausgestaltung eine vergleichsweise große Kontaktfläche zur Verfügung gestellt, wobei die Kontaktierung unempfindlich ist gegenüber möglicherweise auftretenden Verschiebungen und Relativbewegungen der einzelnen Elemente wie zum Beispiel der Akkumulatormodule gegenüber dem Batteriegehäuse.
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In einer weiteren Ausgestaltung einer Abdeckung gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Kontaktierungselement zweiteilig ausgebildet sein mit einem nicht leitenden Federabschnitt und einem leitenden Endabschnitt, wobei der Endabschnitt leitend über einen flexiblen Verbinder mit dem Stromleiter verbunden ist. Federabschnitte aus nicht leitenden Materialien können beispielsweise zur Gewichtsreduktion beitragen und kostengünstiger sein bei gleicher Lebensdauer.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Batteriegehäuse mit einer Abdeckung gemäß der vorstehend ausgeführten Erfindung, wobei die Abdeckung als Deckel oder Boden des Gehäuses angeordnet ist.
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Eine Abdeckung für ein Batteriegehäuse der vorliegenden Erfindung kann bevorzugt in einem Elektrofahrzeug Verwendung finden, da hier die vereinfachte Montage und die übrigen erzielten Vorteile wie vorstehend beschrieben von großem Interesse sind.
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Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten, die Abdeckung auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden dürfen drei bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung anhand der Zeichnungen und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigt:
- 1 in einer stark schematisierten Perspektivansicht eine Abdeckung in einer ersten bevorzugten Ausgestaltung,
- 2 in einer stark schematisierten Detailansicht einen vergrößerten Ausschnitt aus 1,
- 3 in einer stark schematisierten Perspektivansicht eine Abdeckung in einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung, und
- 4 in einer stark schematisierten Perspektivansicht eine Abdeckung in einer dritten bevorzugten Ausgestaltung.
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In 1 ist ein nicht näher bezeichnetes Batteriegehäuse 2 mit einer zur Montage schwebend darüber dargestellten Abdeckung 1 gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung dargestellt. In dem Batteriegehäuse 2, das hier wannenförmig ausgestaltet ist, sind mehrere Akkumulatormodule 3 angeordnet. Die Abdeckung 1 ist als Deckel ausgebildet und ist an dem Batteriegehäuse 2 befestigbar. Sie besteht aus einem Grundkörper 4, welcher plattenförmig gestaltet ist. In dem Grundkörper 4 sind Stromleiter 5 (siehe 2) derart integriert, dass sie in das Kunststoffmaterial des Grundkörpers 4 eingelassen sind. Mit den Stromleitern 5 leitend verbunden sind die Kontaktierungselemente 7, wobei die Kontaktierungselemente 7 im Wesentlichen orthogonal zur Längsachse des Grundkörpers 4 angeordnet sind, das heißt sie ragen in das Innere der Gehäusewanne bei der Montage. Die Kontaktierungselemente 7 weisen jeweils einen Endabschnitt 8 auf, der in ein Kontaktloch 9 eines Akkumulatormoduls 3 steckbar ist. Der Endabschnitt 8 ist über einen Federabschnitt 10, welcher als Bogen geformt ist, mit dem Grundkörper 4 verbunden. Zur Montage kann nun die gezeigte Abdeckung 1 einfach derart auf das Batteriegehäuse 2 aufgesteckt werden, dass die Kontaktierungselemente 7 in die entsprechenden Kontaktlöcher 9 der Akkumulatormodule 3 eingreifen und so eine robuste elektrische Verbindung mit den im Grundkörper 4 der Abdeckung 1 integrierten Stromleitern 5 herstellen. Eine weitere Sicherstellung der Kontaktierung über Schrauben oder Schweißen ist damit nicht mehr nötig und kann entfallen. Gleichzeitig wird eine im Vergleich zu einfachen Federkontakten vergrößerte Kontaktierungsfläche zwischen den Akkumulatormodulen 3 und den Kontaktierungselementen 7 über die gesamte Außenfläche des Endabschnitts 8 der Kontaktierungselemente 7 erzielt.
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In 2 ist eine stark schematisierte Detailansicht als vergrößerter Ausschnitt einer Abdeckung 1 wie in 1 dargestellt gezeigt. Die an dem Grundkörper 4 befestigten Kontaktierungselemente 7 sind mit ihrem Aufbau aus dem bogenförmigen Federabschnitt 10 und dem sich daran anschließenden Endabschnitt 8 gezeigt. Der Endabschnitt 8 der Kontaktierungselemente 7 ist kegelstumpfförmig gestaltet, so dass bei der Montage eine erleichterte Handhabung erzielt wird.
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In 3 ist ein Batteriegehäuse 2 mit einer zur Montage schwebend darüber dargestellten Abdeckung 1 gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung dargestellt. Wie in 1 ist das wannenförmige Batteriegehäuse 2 mit darin eingesetzten Akkumulatormodule 3 dargestellt. Zur Montage schwebend darüber gezeigt ist eine Abdeckung 1 gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung. Die Abdeckung 1 besteht aus einem plattenförmigen Grundkörper 4 mit darin eingelassenen, integrierten Stromleitern 5. In der hier gezeigten Ausgestaltung sind mit den Stromleitern 5 Kontaktierungselemente 7 leitend verbunden, die stabartig geformt sind und einen konusartigen Endabschnitt 8 aufweisen. Die Akkumulatormodule 3 sind mit Kontaktlöchern 9 versehen, in die die Kontaktierungselemente 7 steckbar sind. Die Kontaktlöcher 9, welche an den im Batteriegehäuse 2 nach Innen angeordneten Enden der Akkumulatormodule 3 angeordnet sind, sind mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit gefüllt. Die entsprechenden Kontaktierungselemente 7 sind innen hohl ausgebildet und weisen eine Öffnung in ihrem Endabschnitt 8 auf, durch die die Flüssigkeit in den Hohlraum eindringen kann. Auf diese Weise wird aufgrund der geringen Verdrängung der Füllstand der Flüssigkeit bei der Montage nicht wesentlich verändert. Zur Abdichtung der mit Flüssigkeit befüllten Kontaktlöcher 9 kann eine Dichtung vorgesehen werden.
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In 4 ist ein Batteriegehäuse 2 mit einer zur Montage schwebend darüber dargestellten Abdeckung 1 gemäß einer dritten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung dargestellt. Es wird auf die Gehäuseanordnung mit Batteriewanne und darin angeordneten Akkumulatormodulen 3 der 1 und 3 verwiesen. Die Akkumulatormodule 3 weisen Kontaktlöcher 9 auf, welche als Innenkonus geformt sind. Im Unterschied zu der Ausgestaltung der 1 oder 3 sind die Kontaktierungselemente 7 in der hier gezeigten Ausgestaltung zweiteilig aufgebaut mit einem Federabschnitt 10 und einem Endabschnitt 8. Der Federabschnitt 10 ist eine Spiralfeder aus einem nicht leitenden Material. In dem unteren Ende, also dem der Verbindung mit dem Stromleitern der Abdeckung 1 gegenüberliegenden Ende, ist der Endabschnitt aus einem elektrisch leitenden Material in die Spiralfeder eingeführt und wird durch sie gehalten. Die elektrische Verbindung zwischen dem Endabschnitt 8 und den in dem Grundkörper 4 der Abdeckung 1 integrierten Stromleitern 5 wird hergestellt durch einen flexiblen Verbinder 6.
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Die erfindungsgemäße Abdeckung 1 und das Batteriegehäuse 2 mit aufgesteckter Abdeckung 4 können in einer Vielzahl von Anwendungen vorgesehen werden. Insbesondere bevorzugt werden sie im Automobilbau, vor Allem in Elektrofahrzeugen zur Speicherung des Antriebsstroms, oder in der modernen Gebäudetechnik verwendet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abdeckung
- 2
- Batteriegehäuse
- 3
- Akkumulatormodul
- 4
- Grundkörper
- 5
- Stromleiter
- 6
- flexibler Verbinder
- 7
- Kontaktierungselement
- 8
- Endabschnitt
- 9
- Kontaktloch
- 10
- Federabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2012/0148877 A1 [0003]
- DE 102015119447 A1 [0004]
- US 2013/0202929 A1 [0005]
