DE102018114764A1

DE102018114764A1 - Steckbarer modulverbinder, verbindungssystem und verfahren zum elektrisch leitenden verbinden von zumindest zwei batteriemodulen

Info

Publication number: DE102018114764A1
Application number: DE102018114764.3A
Authority: DE
Inventors: Stefan Rieder; Robert Saller; Annika Krebs
Original assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Current assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Priority date: 2018-06-20
Filing date: 2018-06-20
Publication date: 2019-12-24
Anticipated expiration: 2038-06-21
Also published as: CN112335115A; DE102018114764B4; CN112335115B; WO2019242917A1; US11417968B2; US20210265750A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen steckbaren Modulverbinder (10) zum elektrisch leitenden Verbinden von zumindest zwei Batteriemodulen (12, 14), umfassend eine flexible Stromschiene (20) zum elektrisch leitenden Verbinden jeweiliger Pole (16, 18) der Batteriemodule (12, 14), wobei die Stromschiene (20) einen Toleranzausgleich bezüglich der Pole (16, 18) in Querrichtung (y) des Modulverbinders (10) ermöglicht; zwei Halteklammern (24) zum Umfassen der Stromschiene (20) und eines der jeweiligen Pole (16, 18) der Batteriemodule (12, 14), wobei die Halteklammern (24) einen Toleranzausgleich bezüglich der Pole (16, 18) in Längsrichtung (x) und Hochrichtung (z) des Modulverbinders (10) ermöglichen; ein Isolationsgehäuse (26), in welchem die auf die Stromschiene (20) aufgesteckten Halteklammern (24) aufnehmbar sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung noch ein Verfahren zum elektrisch leitenden Verbinden von zumindest zwei Batteriemodulen (12, 14) mittels eines steckbaren Modulverbinders (10).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen steckbaren Modulverbinder und ein Verfahren zum elektrisch leitenden Verbinden von zumindest zwei Batteriemodulen. Des Weiteren betrifft die Erfindung noch ein Verbindungssystem zum elektrisch leitenden Verbinden von zumindest zwei Batteriemodulen, umfassend einen solchen steckbaren Modulverbinder sowie zumindest zwei Berührschutzkappen für jeweilige Pole der Batteriemodule.
Stand der Technik
Insbesondere in Hochvolt-Speichern für Kraftfahrzeuge werden oftmals mehrere Batteriezellen zu einzelnen Batteriemodulen zusammengefasst und verschaltet. Derartige Batteriemodule müssen dann wiederum untereinander elektrisch leitend verbunden, also untereinander kontaktiert werden. Üblicherweise werden dafür Stromschienen verwendet, mittels welchen die jeweiligen Batteriemodule miteinander durch Schraubverbindungen miteinander kontaktiert und verbunden werden. Eine solche Vorgehensweise erfordert allerdings einen relativ hohen Montage-Zeitaufwand. Des Weiteren ist es unter anderem aufgrund von herstellungsbedingten Toleranzen erforderlich, dass ein Toleranzausgleich beim Verbinden solcher Batteriemodule gewährleistet werden kann.
Beschreibung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, mittels welcher zum einen Batteriemodule besonders einfach elektrisch leitend miteinander verbunden und zum anderen ein Toleranzausgleich beim Verbinden der Batteriemodule sichergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch einen steckbaren Modulverbinder sowie durch ein Verfahren zum elektrisch leitenden Verbinden von zumindest zwei Batteriemodulen mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße steckbare Modulverbinder zum elektrisch leitenden Verbinden von zumindest zwei Batteriemodulen umfasst eine flexible Stromschiene zum elektrisch leitenden Verbinden jeweiliger Pole der Batteriemodule, wobei die Stromschiene einen Toleranzausgleich bezüglich der Pole in Querrichtung des Modulverbinders ermöglicht. Des Weiteren umfasst der steckbare Modulverbinder zwei Halteklammern zum Umfassen der Stromschiene und eines der jeweiligen Pole der Batteriemodule, wobei die Halteklammern einen Toleranzausgleich bezüglich der Pole in Längsrichtung und Hochrichtung des Modulverbinders ermöglichen. Zudem umfasst der steckbare Modulverbinder ein Isolationsgehäuse, in welchem die auf die Stromschiene aufgesteckten Halteklammern aufnehmbar sind.
Die flexible Stromschiene kann beispielsweise aus Kupfer, aber auch aus anderen gut stromleitenden Materialien hergestellt sein. Dadurch, dass die Stromschiene flexibel ausgebildet ist, vor allem besonders flexibel in Querrichtung des Modulverbinders, kann durch die Stromschiene selbst ein Toleranzausgleich bezüglich der Pole der miteinander zu verbindenden Batteriemodule in Querrichtung des steckbaren Modulverbinders erfolgen. Beim elektrisch leitenden Verbinden von zwei Batteriemodulen kann es vorkommen, dass jeweilige miteinander zu verbindende Pole aufgrund von Herstelltoleranzen ein wenig unterschiedlich in Querrichtung des Modulverbinders angeordnet sind. Durch die flexible Stromschiene kann ein Toleranzausgleich diesbezüglich auf besonders einfache Weise erfolgen.
Die beiden Halteklammern können beispielsweise U-förmig ausgebildet sein, sodass diese besonders einfach über die Stromschiene und bei Aufstecken des Modulverbinders auch auf die Pole der Batteriemodule gesteckt werden können. Durch die Formgebung der Halteklammern ist ein Toleranzausgleich in Hochrichtung und in Längsrichtung des steckbaren Modulverbinders beim elektrisch leitenden Verbinden von zumindest zwei Batteriemodulen möglich. So können beispielsweise unterschiedlich hoch beziehungsweise auch unterschiedlich in Längsrichtung voneinander entfernt angeordnete Pole besonders einfach mittels desselben steckbaren Modulverbinders verbunden werden, da ein Toleranzausgleich in Längsrichtung und in Hochrichtung durch die zwei Halteklammern gegeben ist.
Zudem ist es auch noch möglich, dass das Isolationsgehäuse eine Bewegung beziehungsweise Verschiebung der flexiblen Stromschiene in Querrichtung des steckbaren Modulverbinders aufnehmen kann. Bei dem Isolationsgehäuse kann es sich beispielsweise um ein Spritzgussteil handeln, welches besonders kostengünstig in großen Stückzahlen hergestellt werden kann. Die Halteklammern selbst haben vorzugsweise eine federnde Wirkung, sodass zwischen diesen die Stromschiene als auch die Pole der jeweiligen Batteriemodule zuverlässig aufgenommen und fixiert werden können.
Zwischen der flexiblen Stromschiene und den Polen kann eine vollflächige Kontaktierung erfolgen. Je nach Beabstandung der Pole in Längsrichtung können die Pole dabei an unterschiedlichen Positionen bezogen auf die Längsrichtung an der flexiblen Stromschiene anliegen, infolgedessen ein Toleranzausgleich in Längsrichtung des steckbaren Modulverbinders ermöglicht wird. Die Halteklammern, welche vorzugsweise Haltefedern ausbilden, können zum Toleranzausgleich in Hochrichtung des steckbaren Modulverbinders je nach Relativpositionierung der Pole zueinander unterschiedlich weit in Hochrichtung aufgesteckt werden. Die flexible Stromschiene und die jeweiligen Pole der Batteriemodule werden dabei durch die als Haltefedern fungierenden Halteklammern vollflächig aneinandergepresst.
Durch den flexiblen und steckbaren Modulverbinder kann eine Montagezeit beim elektrisch leitenden Verbinden von zumindest zwei Batteriemodulen erheblich verkürzt werden, da der steckbare Modulverbinder einfach nur auf die Pole der Batteriemodule aufgesteckt werden muss. Zudem ist es mittels des steckbaren Modulverbinders möglich, Toleranzen von mehreren Millimetern an den als Modulanschlüssen dienenden Polen der Batteriemodule in einzelne Raumrichtungen auszugleichen. Mittels solcher steckbarer Modulverbinder ist es beispielsweise möglich, eine Vielzahl von Batteriemodulen elektrisch leitend in besonders kurzer Zeit miteinander zu verbinden und Toleranzen in allen drei Raumrichtungen bezüglich der jeweiligen Relativpositionierung der miteinander zu verbindenden Pole der jeweiligen Batteriemodule auszugleichen. Neben der Erleichterung der Batteriemontage ist es zudem mittels des steckbaren Modulverbinders auch ermöglicht, eine Erhöhung der Wertschöpfung bei einem Batteriehersteller zu ermöglichen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Isolationsgehäuse wenigstens einen Durchbruch zum Einführen eines Werkzeugs aufweist, mittels welchem die Halteklammern aufweitbar sind. Somit ist es auf einfache Weise möglich, den steckbaren Modulverbinder so gut wie kraftlos beziehungsweise ohne Kraftaufwand, zum Beispiel mittels eines Roboters, auf die jeweiligen Pole der miteinander zu verbindenden Batteriemodule zu stecken. Durch den Durchbruch im Isolationsgehäuse kann das besagte Werkzeug eingeführt werden, um die jeweiligen Halteklammern aufzuweiten. Beim Aufstecken des Modulverbinders auf die Pole der miteinander zu kontaktierenden Batteriemodule kann dadurch sichergestellt werden, dass auf die Pole keine oder so gut wie keine Kräfte einwirken.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die flexible Stromschiene mehrere übereinander geschichtete Bleche umfasst. Beispielsweise kann die flexible Stromschiene aus mehreren übereinander geschichteten Kupferblechen beziehungsweise Kupferfolien mit einer Materialstärke von 0,2 Millimetern hergestellt sein. Dadurch, dass die flexible Stromschiene aus mehreren übereinander geschichteten Blechen besteht, können die einzelnen Bleche aneinander abgleiten, wodurch die Stromschiene besonders einfach in Querrichtung des Modulverbinders durchgebogen beziehungsweise verformt werden kann, sodass beim Toleranzausgleich in Querrichtung des Modulverbinders relativ geringe Kräfte auf die jeweiligen Pole der Batteriemodule einwirken.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Bleche an jeweiligen Längsenden der Stromschiene pressgeschweißt sind und dadurch massive Anschlussbereiche ausbilden. An denjenigen Stellen, wo die Kontaktierung zwischen flexibler Stromschiene und den jeweiligen Polen der Batteriemodule erfolgt, liegen also massive Anschlussbereiche vor. Dadurch ergeben sich besonders gute stromleitende Fähigkeiten, insbesondere im Hinblick auf jeweilige Widerstände und stromtragende Querschnitte.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Isolationsgehäuse wenigstens ein Rastelement zum Ausbilden einer Rastverbindung mit der Stromschiene aufweist. Dadurch kann die Stromschiene auf einfache und zuverlässige Weise verliersicher innerhalb des Isolationsgehäuses angeordnet und vormontiert werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Isolationsgehäuse wenigstens jeweils ein Rastelement zum Ausbilden einer Rastverbindung mit jeweiligen Halteklammern aufweist. Dadurch ist es auf einfache und zuverlässige Weise möglich, die jeweiligen Halteklammern innerhalb des Isolationsgehäuses vorzumontieren und zu fixieren.
Das erfindungsgemäße Verbindungssystem zum elektrisch leitenden Verbinden von zumindest zwei Batteriemodulen umfasst den erfindungsgemäßen steckbaren Modulverbinder oder eine vorteilhafte Ausführungsform des steckbaren Modulverbinders sowie zumindest zwei Berührschutzkappen für jeweilige Pole der Batteriemodule. Beim Montieren beziehungsweise elektrisch leitenden Verbinden der Batteriemodule mittels des steckbaren Modulverbinders können die Berührschutzkappen die jeweiligen Pole der Batteriemodule freigeben. Vor dem elektrisch leitenden Verbinden beziehungsweise Montieren der Batteriemodule können die Berührschutzkappen dafür sorgen, dass die Pole der Batteriemodule geschützt sind, indem die Berührschutzkappen die jeweiligen Pole der Batteriemodule umgeben.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Verbindungssystems sieht vor, dass die Berührschutzkappen an den Batteriemodulen zwischen einer die Pole freigebenden Freigabestellung und einer die Pole umgebenden Schutzstellung beweglich angeordnet sind. Dadurch können die Berührschutzkappen bei Bedarf ganz einfach in die Freigabestellung bewegt werden, sodass die Pole auf einfache Weise mittels des steckbaren Modulverbinders elektrisch leitend miteinander verbunden werden können. Solange die Batteriemodule noch nicht elektrisch leitend mittels des steckbaren Modulverbinders miteinander verbunden sind, können die Berührschutzkappen in ihrer die jeweiligen Pole umgebenden Schutzstellung angeordnet werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verbindungssystems ist es vorgesehen, dass die Berührschutzkappen jeweils wenigstens ein Federelement aufweisen, mittels welchem die Berührschutzkappen in ihrer Schutzstellung an einem Gehäuseteil der Batteriemodule verrasten. So kann zuverlässig sichergestellt werden, dass die Berührschutzkappen nicht ohne Krafteinwirkung an den Federelementen aus ihrer Schutzstellung wegbewegt werden können.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Verbindungssystems ist es vorgesehen, dass das Isolationsgehäuse des steckbaren Modulverbinders je einen Nehmer je Berührschutzkappe aufweist, mittels welchem die jeweilige Berührschutzkappe von der Freigabestellung in die Schutzstellung bewegbar ist, wenn der Modulverbinder nach dem Aufstecken auf die Pole entgegen einer Aufsteckrichtung wieder von diesen abgezogen wird. Dadurch kann automatisch sichergestellt werden, dass, sobald der Modulverbinder wieder von den Polen entfernt wird, dieses von den Berührschutzkappen umgeben sind. Die Berührschutzkappen können beispielsweise aus Polyamid bestehen und werden durch die besagten Federelemente in ihrer oberen Endlage, welche der Schutzstellung entspricht, gehalten. Beim Aufschieben beziehungsweise Aufstecken des Modulverbinders werden die Berührschutzkappen durch Überwindung einer jeweiligen Federkraft der Federelemente nach unten gedrückt. In einer unteren Endlage, welche der Freigabestellung entspricht, können die Mitnehmer des Isolationsgehäuses beim Entfernen des Modulverbinders die Berührschutzkappen wieder nach oben in ihre Schutzstellung ziehen beziehungsweise bewegen. Vorzugsweise ist am Isolationsgehäuse je Mitnehmer noch eine jeweilige Entriegelung vorgesehen, sodass der Modulverbinder ganz einfach nach dem Entfernen von den Polen auch wiederum von den Berührschutzkappen gelöst werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum elektrisch leitenden Verbinden von zumindest zwei Batteriemodulen mittels des erfindungsgemäßen steckbaren Modulverbinders oder einer vorteilhaften Ausführungsform des steckbaren Modulverbinders wird der Modulverbinder zunächst vormontiert, indem die auf die Stromschiene des Modulverbinders aufgesteckten Halteklammern des Modulverbinders im Isolationsgehäuse des Modulverbinders angeordnet werden, wonach der vormontierte Modulverbinder zum elektrisch leitenden Verbinden der Batteriemodule auf jeweilige Pole der Batteriemodule gesteckt wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen des steckbaren Modulverbinders und/oder des Verbindungssystems sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen, wobei der steckbare Modulverbinder und/oder das Verbindungssystem Mittel zur Durchführung der Verfahrensschritte aufweisen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand 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 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.
Figurenliste
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine Perspektivansicht eines steckbaren Modulverbinders zum elektrisch leitenden Verbinden von zwei Batteriemodulen, wobei der steckbare Modulverbinder in einer Explosionsdarstellung gezeigt ist;
2 eine Perspektivansicht der beiden Batteriemodule, nachdem die jeweiligen Pole der Batteriemodule mittels des steckbaren Modulverbinders miteinander verbunden worden sind, wobei ein Isolationsgehäuse des steckbaren Modulverbinders nicht dargestellt ist;
3 eine weitere Perspektivansicht der miteinander verbundenen Batteriemodule, wobei nun das Isolationsgehäuse des steckbaren Modulverbinders dargestellt ist;
4 eine Perspektivansicht von schräg unten auf den vormontierten steckbaren Modulverbinder;
5 eine Perspektivansicht der beiden noch nicht elektrisch leitend miteinander verbundenen Batteriemodule, wobei jeweilige nicht erkennbare Pole der Batteriemodule von Berührschutzkappen umgeben sind;
6 eine Perspektivansicht auf eine der Berührschutzkappen, während diese einen der Pole der Batteriemodule umgibt;
7 eine rückwärtige Perspektivansicht von einer der Berührschutzkappen, wobei diese an einem Gehäuseteil von einem der Batteriemodule verrastet ist; und in
8 eine weitere perspektivische Rückansicht auf eine der Berührschutzkappen, während diese mittels eines am Isolationsgehäuse des steckbaren Modulverbinders ausgebildeten Mitnehmers in eine obere Endlage gezogen wird.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden.
Ein steckbarer Modulverbinder 10 zum elektrisch leitenden Verbinden von zwei Batteriemodulen 12, 14 ist in einer Explosionsdarstellung in 1 gezeigt. Bei den Batteriemodulen 12, 14 kann es sich beispielsweise um Batteriemodule für eine Hochvoltbatterie beziehungsweise einen Hochvoltspeicher eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs handeln. Innerhalb der Batteriemodule 12, 14 sind mehrere hier nicht näher dargestellte Batteriezellen zusammengefasst und miteinander verschaltet.
Während der Montage des Hochvoltspeichers beziehungsweise der Hochvoltbatterien müssen die einzelnen Batteriemodule 12, 14 wiederum elektrisch leitend miteinander verbunden beziehungsweise verschaltet werden. Mittels des steckbaren Modulverbinders 10 ist es auf besonders zeitsparende und einfache Weise möglich, jeweilige Pole 16, 18 der Batteriemodule 12, 14 elektrisch leitend miteinander zu verbinden. Dafür muss der steckbare Modulverbinder 10 lediglich auf die Pole 16, 18 aufgesteckt werden. Beispielsweise aufgrund von Herstelltoleranzen ist es dabei möglich, dass die Pole 16, 18 nicht immer an der gleichen Relativpositionierung zueinander angeordnet sind. Daher ist der steckbare Modulverbinder 10 so ausgebildet, dass dieser einen Toleranzausgleich in allen drei Raumrichtungen, also in Längsrichtung x, Querrichtung y und in Hochrichtung z des steckbaren Modulverbinders 10 realisieren kann.
Der steckbare Modulverbinder 10 umfasst eine flexible Stromschiene 20 zum elektrisch leitenden Verbinden der Pole 16, 18 der Batteriemodule 12, 14. Die Stromschiene 20 kann einen Toleranzausgleich bezüglich der Pole 16, 18 in Querrichtung y des Modulverbinders 10 ermöglichen. Die flexible Stromschiene 20 kann beispielsweise aus mehreren hier nicht näher dargestellten, übereinander geschichteten Kupferblechen beziehungsweise Kupferfolien hergestellt sein. Die einzelnen Kupferbleche beziehungsweise Kupferfolien können zum Beispiel eine Stärke von 0,2 Millimetern aufweisen. Die jeweiligen, als Anschlussenden dienenden Längsenden 22 können dabei beispielsweise durch Pressschweißen in massive Anschlussstücke umgewandelt werden. Mit anderen Worten können die einzelnen Bleche beziehungsweise Folien, welche übereinander geschichtet sind, im Bereich der jeweiligen Längsenden 22 pressgeschweißt werden, infolgedessen massive Anschlussbereiche ausgebildet werden.
Der steckbare Modulverbinder 10 umfasst zudem zwei Halteklammern 24, welche im vorliegend gezeigten Fall U-förmig ausgebildet sind. Die Halteklammern 24 dienen zum Umfassen der Stromschiene 20 und eines der jeweiligen Pole 16, 18 der Batteriemodule 12, 14. Die Halteklammern 24 ermöglichen einen Toleranzausgleich des steckbaren Modulverbinders 10 bezüglich der Relativpositionierung der Pole 16, 18 in Längsrichtung x und in Hochrichtung z des Modulverbinders 10. Die als Haltefedern dienenden Halteklammern 24 können beispielsweise aus einem Federstahl hergestellt sein, sodass die Halteklammern 24 eine ausreichend hohe Anpresskraft in Querrichtung y auf die Stromschiene 20 und die Pole 16, 18 ausüben können. Die flexible Stromschiene 20 und die Pole 16, 18 werden durch die als Haltefedern dienenden Halteklammern 24 vollflächig aneinandergepresst.
Der steckbare Modulverbinder 10 umfasst zudem ein Isolationsgehäuse 26, in welchem die auf die Stromschiene 20 aufgesteckten Halteklammern 24 aufnehmbar sind. Bei dem Isolationsgehäuse 26 kann es sich beispielsweise um ein Spritzgussteil handeln, sodass dieses in großen Stückzahlen besonders kostengünstig hergestellt werden kann. Das Isolationsgehäuse 26 umfasst jeweilige Durchbrüche zum Einführen eines hier nicht dargestellten Werkzeugs, mittels welchem die Halteklammern 24 aufgeweitet werden können.
Zum elektrisch leitenden Verbinden der beiden Batteriemodule 12, 14 wird der hier in Explosionsdarstellung dargestellte steckbare Modulverbinder 10 zunächst vormontiert. Dafür werden die Halteklammern 24 und die Stromschiene 20 innerhalb des Isolationsgehäuses 26 angeordnet. Beispielsweise können zunächst die Halteklammern 24 im Isolationsgehäuse 26 angeordnet werden, wonach die Stromschiene 20 in die Halteklammern 24 eingeschoben wird. Alternativ ist es beispielsweise auch möglich, zunächst die Halteklammern 24 auf die Stromschiene 20 aufzuschieben und danach diese Baugruppe innerhalb des Isolationsgehäuses 26 anzuordnen.
Der vormontierte Modulverbinder 10 wird anschließend zum elektrisch leitenden Verbinden der Batteriemodule 12, 14 auf die jeweiligen Pole 16, 18 gesteckt. Vor dem Aufsteckvorgang kann das besagte Werkzeug durch die Durchbrüche 28 eingeführt werden, um die beiden Halteklammern 24 aufzuweiten. Dadurch können die Pole 16, 18 mehr oder weniger kraftlos oder zumindest ohne erhöhten Kraftaufwand in die Halteklammern 24 geschoben und damit in Anlage mit der Stromschiene 20 gebracht werden.
In 2 sind die beiden Batteriemodule 12, 14 im miteinander verbundenen Zustand gezeigt. Beim steckbaren Modulverbinder 10 wurde das Isolationsgehäuse 26 in der vorliegenden Darstellung weggelassen. In der aus der Längsrichtung x und Hochrichtung z aufgespannten Ebene ergibt sich ein vollflächiger Kontakt zwischen der Stromschiene 20 und den hier nicht näher erkennbaren Polen 16, 18 der Batteriemodule 12, 14. Die Stromschiene 20 kann dabei relativ zu den Polen 16, 18 in Längsrichtung x abgleiten, sodass ein Toleranzausgleich in Längsrichtung x beim Aufstecken des steckbaren Modulverbinders 10 geschaffen wird.
Die Stromschiene 20 und die Pole 16, 18 (hier nicht erkennbar) werden durch die als Haltefeder dienenden Halteklammern 24 vollflächig aneinandergepresst. Beim Aufschieben der U-förmigen Halteklammern 24 wird ein Toleranzausgleich in Hochrichtung z des steckbaren Modulverbinders 10 ermöglicht. Durch die flexible Stromschiene 20 wird zudem ein Toleranzausgleich in Querrichtung y ermöglicht, da sich die Stromschiene 20 in Querrichtung y wesentlich leichter und weiter durchbiegen kann als in die anderen Raumrichtungen.
In 3 sind die miteinander verbundenen Batteriemodule 12, 14 in einer weiteren Perspektivansicht gezeigt, wobei in dieser Darstellung das Isolationsgehäuse 26 des steckbaren Modulverbinders 10 dargestellt ist. Das Isolationsgehäuse 26 selbst kann vorzugsweise auch Bewegungen der flexiblen Stromschiene 20 in Querrichtung y aufnehmen, welche im Zuge eines Toleranzausgleichs erforderlich werden. Durch die Kontaktierung der Pole 16, 18 der Batteriemodule 12, 14 mittels der Halteklammern 24 und der flexiblen Stromschiene 20 wird also ein Toleranzausgleich in allen drei Raumrichtungen x, y, z erreicht. Die Montagezeiten für Batterien, welche aus den einzelnen Batteriemodulen 12, 14 zusammengesetzt werden, können mittels des steckbaren Modulverbinders 10 erheblich verkürzt werden. Zudem können Toleranzen von mehreren Millimetern an den als Modulanschlüssen dienenden Polen 16, 18 mittels des steckbaren Modulverbinders 10 ausgeglichen werden.
In 4 ist der montierte steckbare Modulverbinder 10 in einer Perspektivansicht von schräg unten gezeigt. In der vorliegenden Darstellung sind einzelne Schenkel 30 der in der vorliegenden Darstellung nicht näher bezeichneten Halteklammern 24 zu erkennen. Zwischen den Schenkeln 30 der Halteklammern 24 ist die Stromschiene 20 aufgenommen. Das Isolationsgehäuse 26 weist jeweilige Rastelemente 32 zum Ausbilden einer Rastverbindung mit der Stromschiene 20 auf. Zudem weist das Isolationsgehäuse 26 noch jeweilige Rastelemente 34 zum Ausbilden einer Rastverbindung mit den jeweiligen Halteklammern 24, genauer mit einem der Schenkel 30 der Halteklammern 24, auf. Zudem umfasst das Isolationsgehäuse 26 noch eine Lasche 36, welche umgeklappt und verrastet werden kann. Diese Lasche 36 dient als zusätzlicher Verlierschutz für die Stromschiene 20. In Hochrichtung z des steckbaren Modulverbinders 10 werden also die Stromschiene 20 und die Halteklammern 24 zuverlässig durch die jeweiligen Rastelemente 32, 34 gehalten beziehungsweise fixiert. Jeweilige Federelemente 37, welche entweder Teil der Halteklammern 24 sein können oder auch nicht, sorgen für eine Fixierung der Stromschiene 20 und der Halteklammern 24 Querrichtung y des steckbaren Modulverbinders 10.
In 5 sind die beiden Batteriemodule 12, 14 noch vor dem elektrisch leitenden Verbinden miteinander gezeigt. Die hier nicht erkennbaren Pole 16, 18 der Batteriemodule 12, 14 sind von jeweiligen Berührschutzkappen 38 umgeben. Die Berührschutzkappen 38 können beispielsweise aus Polyamid bestehen und geben beim Aufstecken beziehungsweise Montieren des steckbaren Modulverbinders 10 die Pole 16, 18 frei. Die Berührschutzkappen 38 können beispielsweise seitlich, also in Längsrichtung x, oder auch in Hochrichtung z, wegbewegt werden, um die Pole 16, 18 freizugeben. Die Berührschutzkappen 38 können also zwischen einer die Pole 16, 18 freigebenden Freigabestellung und einer die Pole 16, 18 umgebenden Schutzstellung - wie in der vorliegenden Darstellung gezeigt - beweglich an den jeweiligen Batteriemodulen 12, 14 angeordnet sein.
In 6 ist eine der über den Pol 16 gestülpten Berührschutzkappen 38 in einer Perspektivansicht gezeigt. Die Berührschutzkappen 38 weisen wenigstens ein Federelement 40 auf, mittels welchem die Berührschutzkappen 38 in ihrer Schutzstellung - wie in 5 gezeigt - an einem Gehäuseteil 42 der Batteriemodule 12, 14 verrasten.
In 7 ist eine der beiden Berührschutzkappen 38 in einer perspektivischen Rückansicht gezeigt. In der vorliegenden Darstellung ist gut zu erkennen, wie das Federelement 40 mit einem Gehäuseteil 42 von einem der beiden hier nicht näher bezeichneten Batteriemodule 12, 14 verrastet ist. Jeweilige rampenförmige Vorsprünge 44 an den Berührschutzkappen 38 dienen zur zusätzlichen Fixierung am Gehäuseteil 42. Das Gehäuseteil 42 wird in Hochrichtung z zwischen dem Federelement 40 und den rampenförmigen Vorsprüngen 44 fixiert. Solange keine entsprechend erforderliche Kraft auf die Federelemente 40 ausgeübt wird, verbleibt auf diese Weise die jeweilige Berührschutzkappe 38 zuverlässig in ihrer hier dargestellten Schutzstellung, in welcher diese die jeweilige Pole 16, 18 schützend umgeben.
Beim Aufstecken beziehungsweise Überstülpen des steckbaren Modulverbinders 10 über die Berührschutzkappen 38 werden die Federelemente 40 nach innen gedrückt, infolgedessen die Verrastung der Berührschutzkappen 38 gelöst wird. So können die Berührschutzkappen 38 in Hochrichtung z nach unten gleiten und die Pole 16, 18 zur Kontaktierung mit dem steckbaren Modulverbinder 10 freigeben.
In 8 sind ein Teil des Isolationsgehäuses 26 des steckbaren Modulverbinders 10 und eine der Berührschutzkappen 38 in einer teilweise geschnittenen Perspektivansicht gezeigt. Das Isolationsgehäuse 26 des steckbaren Modulverbinders 10 weist jeweils einen Mitnehmer 46 je Berührschutzkappe 38 auf, mittels welchem die jeweilige Berührschutzkappe 38 von der abgesenkten Freigabestellung in die Schutzstellung bewegbar ist, wenn der Modulverbinder 10 nach dem Aufstecken auf die Pole 16, 18 entgegen einer entsprechenden Aufsteckrichtung wieder von diesen abgezogen, im hier gezeigten Fall also nach oben, bewegt wird. Beim Aufschieben beziehungsweise Aufstecken des Modulverbinders 10 werden die Berührschutzkappen 38 also durch Überwindung einer jeweiligen Federkraft der Federelemente 40 freigegeben und nach unten gedrückt. In einer unteren Endlage können die jeweiligen Mitnehmer 46 am Isolationsgehäuse 26 an einem Vorsprung 48 der Berührschutzkappen 38 angreifen und ziehen die Berührschutzkappen 38 bei einem Entfernen des Modulverbinders 10 wieder in ihre jeweilige obere Endlage, also in ihre die Pole 16, 18 umgebende Schutzstellung. Je Mitnehmer 46 ist am Isolationsgehäuse 26 auch eine entsprechende Entriegelung 50 vorgesehen, sodass der Modulverbinder 10 wieder problemlos von den Berührschutzkappen 38 gelöst werden können.
Bezugszeichenliste

10: steckbarer Modulverbinder
12: Batteriemodul
14: Batteriemodul
16: Pol von einem der Batteriemodule
18: Pol von einem der Batteriemodule
20: Stromschiene
22: Längsenden der Stromschiene
24: Halteklammer
26: Isolationsgehäuse
28: Durchbruch im Isolationsgehäuse
30: Schenkel der Halteklammern
32: Rastelement am Isolationsgehäuse
34: Rastelement am Isolationsgehäuse
36: Lasche am Isolationsgehäuse
37: Federelement
38: Berührschutzkappe
40: Federelement der Berührschutzkappe
42: Gehäuseteil der Batteriemodule
44: rampenförmiger Vorsprung an den Berührschutzkappen
46: Mitnehmer am Isolationsgehäuse
48: Vorsprung an den Berührschutzkappen
50: Entriegelung für die Mitnehmer des Isolationsgehäuses

Claims

Steckbarer Modulverbinder (10) zum elektrisch leitenden Verbinden von zumindest zwei Batteriemodulen (12, 14), umfassend - eine flexible Stromschiene (20) zum elektrisch leitenden Verbinden jeweiliger Pole (16, 18) der Batteriemodule (12, 14), wobei die Stromschiene (20) einen Toleranzausgleich bezüglich der Pole (16, 18) in Querrichtung (y) des Modulverbinders (10) ermöglicht; - zwei Halteklammern (24) zum Umfassen der Stromschiene (20) und eines der jeweiligen Pole (16, 18) der Batteriemodule (12, 14), wobei die Halteklammern (24) einen Toleranzausgleich bezüglich der Pole (16, 18) in Längsrichtung (x) und Hochrichtung (z) des Modulverbinders (10) ermöglichen; - ein Isolationsgehäuse (26), in welchem die auf die Stromschiene (20) aufgesteckten Halteklammern (24) aufnehmbar sind.
Steckbarer Modulverbinder (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsgehäuse (26) wenigstens einen Durchbruch (28) zum Einführen eines Werkzeugs aufweist, mittels welchem die Halteklammern (24) aufweitbar sind.
Steckbarer Modulverbinder (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Stromschiene (20) mehrere übereinander geschichtete Bleche umfasst.
Steckbarer Modulverbinder (10) nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche an jeweiligen Längsenden (22) der Stromschiene (20) pressgeschweißt sind und dadurch massive Anschlussbereiche ausbilden.
Steckbarer Modulverbinder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsgehäuse (26) wenigstens ein Rastelement (32) zum Ausbilden einer Rastverbindung mit der Stromschiene (20) aufweist.
Steckbarer Modulverbinder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsgehäuse (26) wenigstens jeweils ein Rastelement (34) zum Ausbilden einer Rastverbindung mit den jeweiligen Halteklammern (24) aufweist.
Verbindungssystem zum elektrisch leitenden Verbinden von zumindest zwei Batteriemodulen (12, 14), umfassend einen steckbaren Modulverbinder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und zumindest zwei Berührschutzkappen (38) für jeweilige Pole (16, 18) der Batteriemodule.
Verbindungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Berührschutzkappen (38) an den Batteriemodulen (12, 14) zwischen einer die Pole (16, 18) freigebenden Freigabestellung und einer die Pole (16, 18) umgebenden Schutzstellung beweglich angeordnet sind.
Verbindungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Berührschutzkappen (38) jeweils wenigstens ein Federelement (40) aufweisen, mittels welchem die Berührschutzkappen (38) in ihrer Schutzstellung an einem Gehäuseteil (42) der Batteriemodule (12, 14) verrasten.
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsgehäuse (26) des steckbaren Modulverbinders (10) je einen Mitnehmer (46) je Berührschutzkappe (38) aufweist, mittels welchem die jeweilige Berührschutzkappe (38) von der Freigabestellung in die Schutzstellung bewegbar ist, wenn der Modulverbinder (10) nach dem Aufstecken auf die Pole (16, 18) entgegen einer Aufsteckrichtung wieder von diesen abgezogen wird.
Verfahren zum elektrisch leitenden Verbinden von zumindest zwei Batteriemodulen (12, 14) mittels eines steckbaren Modulverbinders (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem der Modulverbinder (10) vormontiert wird, indem die auf die Stromschiene (20) des Modulverbinders (10) aufgesteckten Halteklammern (24) des Modulverbinders (10) im Isolationsgehäuse (26) des Modulverbinders (10) angeordnet werden, wonach der vormontierte Modulverbinder (10) zum elektrisch leitenden Verbinden der Batteriemodule (12, 14) auf jeweilige Pole (16, 18) der Batteriemodule (12, 14) gesteckt wird.